(57)【要約】      （修正有）【課題】高画質且つ高解像度な出力画像を得る複眼撮像装置を提供する。【解決手段】最も長い焦点距離を有する第１光学系と、焦点距離と異なる焦点距離を有する複数の第２光学系で構成される光学系群と、を備えた複数の光学系と、複数の光学系に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、を有し、撮像素子の画素ピッチをｐ（ｍｍ）、撮像素子の面積をＳ（ｍｍ２）、撮像領域の画素数の平均値をＰＡＶＥ、複数の撮像領域の画素数の総和をＰＳＵＭ、複数の光学系のうち第１光学系の数をＮｔ、異なる焦点距離の数をｖａｒ、としたとき、次の条件を満す。2015181214.tif 000015【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
最も長い焦点距離を有する第１光学系と、前記焦点距離と異なる焦点距離を有する複数の第２光学系で構成される光学系群と、を備えた複数の光学系と、
前記複数の光学系に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、を有し、
前記撮像素子の画素ピッチをｐ（ｍｍ）、前記撮像素子の面積をＳ（ｍｍ２）、前記撮像領域の画素数の平均値をＰＡＶＥ、前記複数の撮像領域の画素数の総和をＰＳＵＭ、前記複数の光学系のうち前記第１光学系の数をＮｔ、前記異なる焦点距離の数をｖａｒ、としたとき、
2015181214.tif 000013
なる条件を満たすことを特徴とする複眼撮像装置。
【請求項２】
前記複数の光学系のうち最も短い焦点距離を有する前記光学系群の前記第２光学系の数をＮｗとしたとき、
2015181214.tif 000014
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の複眼撮像装置。
ここで、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は、実数ｘに対するｘ以下の最大の整数で定義される床関数である。
【請求項３】
前記複数の光学系の数が前記ｖａｒの整数倍にならないとき、
前記Ｎｗは前記Ｎｔよりも多くなることを特徴とする請求項２に記載の複眼撮像装置。
【請求項４】
前記複数の光学系の同一の焦点距離を有する光学系群のうち前記Ｎｗが最も多いことを特徴とする請求項３に記載の複眼撮像装置。
【請求項５】
前記複数の光学系は、最も長い焦点距離を有する複数の前記第１光学系で構成される光学系群を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項６】
前記複数の光学系の同一の焦点距離を有する光学系群のうち前記Ｎｔが最も少ないことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項７】
前記複数の光学系は、任意の焦点距離を有する光学系iと前記任意の焦点距離よりも長い焦点距離を有する光学系ｈとを備え、
前記光学系iの数をＮｉ、前記光学系ｈの数をＮｈ、としたとき、
Ｎｉ≧Ｎｈ
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項８】
前記複数の光学系は、前記複数の光学系のイメージサークルが、外接するように配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項９】
前記複数の光学系は、前記複数の光学系のイメージサークルが、前記撮像素子の互いに直交する辺の少なくとも一方の辺に沿って外接するように配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の光学系は、前記複数の光学系のイメージサークルよりも前記複数の光学系の外径を表した円の方が大きい場合は、前記複数の光学系の外径を表した円が外接するように配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の光学系は、前記複数の光学系のうち一部の光学系が前記一部の光学系のイメージサークルよりも前記一部の光学系の外径を表した円の方が大きい場合は、前記一部の光学系の外径を表した円と前記複数の光学系のうち他の光学系のイメージサークルとが外接するように配置されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の光学系は、前記複数の光学系の外径を表した円よりも前記複数の光学系のイメージサークルの方が大きい場合は、前記複数の光学系のイメージサークルの一部が、前記撮像素子の互いに直交する辺の少なくとも一方の辺に沿って重なるように配置されることを特徴とする請求項１から９のうちいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項１３】
前記複数の光学系および前記撮像素子を有する撮像ユニットを複数備えることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【請求項１４】
前記複数の光学系は、前記撮像素子を備えた撮像装置本体に対して、着脱可能に装着されることを特徴とする請求項１から１３のうちいずれか１項に記載の複眼撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に複数の光学系を配列してなる複眼撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学系を複数に分割することにより小型の光学系を実現する「複眼」撮像装置が提案されている。「複眼」は昆虫の眼の構造を利用したもので、例えば複数のレンズユニットからなるレンズアレイで光学系を構成し、各レンズユニットを小径化及び短焦点距離化して光学系を小型化する構成が知られている。
【０００３】
しかしながら、上述の複眼撮像装置には撮影画角を可変にする光学的なズーム機能を付加することが困難である。それは、光学系を構成するレンズの位置を移動させる方式によって撮影画角を可変にする光学的なズーム機能は、機械的な移動機構が必要となり撮像系の構成が大型化してしまうからである。そこで、例えば特許文献１では、画角の異なる短焦点のレンズユニットと長焦点のレンズユニットを配置し、被写体の同じ部分を含むように撮像する構成が提案されている。つまり、短焦点レンズに対応した撮像素子により得られるワイド画像の一部に、長焦点レンズに対応した撮像素子により得られるズームアップ画像を嵌め込むことで、該一部の解像度が高く、その他の部分は解像度は低いが広い画角の画像を得ることが出来る。また、単一の撮像素子と複数の光学系から構成されており、このような構成にすることで薄型で小型な多焦点撮像デバイスを実現している。
【０００４】
また特許文献２では、画素サイズを小さくして解像度を向上させつつ、撮像素子上に結像された被写体の同一部位の信号を加算することにより、高いＳ／Ｎ比を確保できる複眼撮像装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０７１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８３９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、結像光学系同士で焦点距離やピント面をずらしており、光学特性が等しい結像光学系が複数存在しない。そのため、撮像された被写体の同一部位の信号加算によるＳ／Ｎ比向上が見込めず、再構成後の出力画像において十分な画質を得ることができないという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献２では、各撮像ユニットから得られる被写体の同一部位の信号とその周辺部の信号を加算することにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。しかしながら、配置している結像光学系の焦点距離が同一であるため、結像光学系の画角と異なる画角の画像を得ようする場合、出力画像の解像度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、高画質且つ高解像度な出力画像を得ることが可能な複眼撮像装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての複眼撮像装置は、最も長い焦点距離を有する第１光学系と、前記焦点距離と異なる焦点距離を有する複数の第２光学系で構成される光学系群と、を備えた複数の光学系と、前記複数の光学系に対応する複数の撮像領域を有する撮像素子と、を有し、前記撮像素子の画素ピッチをｐ（ｍｍ）、前記撮像素子の面積をＳ（ｍｍ２）、前記撮像領域の画素数の平均値をＰＡＶＥ、前記複数の撮像領域の画素数の総和をＰＳＵＭ、前記複数の光学系のうち前記第１光学系の数をＮｔ、前記異なる焦点距離の数をｖａｒ、としたとき、
【００１０】
【数１】
2015181214.tif 000002
【００１１】
なる条件を満たすことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な出力画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１にかかる複眼撮像装置の撮像ユニットの斜視図である。
【図２】複眼撮像装置における結像光学系の配置例を表したイメージ図である。
【図３】複眼撮像装置における９眼の結像光学系の配置例を表したイメージ図である。
【図４】本発明の実施例にかかる複眼撮像装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施例１にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図６】本発明の実施例１にかかる各結像光学系による撮影画像の一例である。
【図７】本発明の実施例１にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図８】本発明の実施例２にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図９】本発明の実施例２にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図１０】本発明の実施例３にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図１１】本発明の実施例３にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図１２】本発明の実施例４にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図１３】本発明の実施例４にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図１４】本発明の実施例５にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図１５】本発明の実施例５にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図１６】本発明の実施例６にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図１７】本発明の実施例６にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図１８】本発明の実施例７にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図１９】本発明の実施例７にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【図２０】本発明の実施例にかかる複眼撮像装置の外観図である。
【図２１】本発明の実施例８にかかる複眼撮像装置の撮像ユニットの斜視図である。
【図２２】本発明の実施例８にかかる撮像ユニットの正面図である。
【図２３】本発明の実施例８にかかる結像光学系と撮像領域の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、一般的なズームレンズではなく、撮像光学系として焦点距離の異なる単焦点光学系を複数配置し、夫々の光学系に対応した撮像領域を有する撮像素子によって、ズーミングを実現するようにしたものである。ここではまず、複眼撮像装置における連続的ズーム機能を実現するための手段について説明する。撮像装置で撮影された画像に対して撮影画像内の一部をトリミングし、このトリミングした範囲を所定のサイズに拡大することによって擬似的にズーミングしたのと同一の効果を得ることのできる（以下デジタルズーム）手段が知られている。例えばこの手法を応用することで、複眼撮像装置において異なる画角を有する結像光学系を備えさせ、該異なる画角間を上記のデジタルズーム技術により補間することで擬似的にズーミングしたのと同一の効果を得ることができる。ここで、連続的ズーム機能による擬似的なズーミングでは、トリミング範囲を拡大する際に線形補間（バイリニア法）等の比較的単純な処理だけでなく、超解像技術等の処理をトリミング範囲に施し、中間の画角に相当する画像を生成してもよい。画像の高解像度化に利用される超解像技術を組み込むことで、デジタルズームによる解像度の劣化を抑制することができる。
【００１６】
また、単純な手法として、デジタルズームにより得られる画像の一部に、望遠レンズに対応した撮像領域により得られる望遠画像を嵌め込むことで、該一部の解像度が高く、その他の部分の解像度は低いが、中間画角の画像を得ることが出来る。
【００１７】
まず、図２を用いて複数の結像光学系と単一の撮像素子で撮像ユニットが構成される複眼撮像装置の特性について説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、複眼撮像装置の各結像光学系が撮像素子上に像を形成する様子をモデル化したものである。撮像素子の短辺と平行な方向を縦、長辺と平行な方向を横としたとき、図２（ａ）は結像光学系が縦横２列ずつの４眼構成、図２（ｂ）は結像光学系が縦横３列ずつの９眼構成、図２（ｃ）は結像光学系が縦横４列ずつの１６眼構成となっている。また、本実施例において、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の撮像装置は相対的に焦点距離の短い結像光学系Ｗと焦点距離が長い結像光学系Ｔの２タイプの結像光学系が複数配置された複眼撮像装置であるとする。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、点線で描かれた円は各結像光学系のイメージサークル、外枠の実線の長方形は撮像素子の撮像可能な領域、各イメージサークルに内接する実線の長方形は各結像光学系の個眼撮像領域を表している。この個眼撮像領域とは、結像光学系によって形成された像の画像信号を取得する領域であり、説明の便宜上ここでは長方形の領域にしているが、イメージサークル内であればどのような範囲でも個眼撮像領域として利用できる。ここで、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように撮像素子の短辺方向に各結像光学系のイメージサークル同士が外接するよう配置し、各撮像素子の撮像可能な領域の面積が等しく、尚且つ撮像素子の画素ピッチが等しい場合について考える。このような場合、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３つの中で、眼数の少ない図２（ａ）のイメージサークルの直径は最も大きくなり、眼数の多い図２（ｃ）のイメージサークルの直径は最も小さくなる。イメージサークルの直径が大きくなると個眼撮像領域も比例して拡大できるため、画素ピッチが一定であればその分、個眼撮像領域内の画素数は増加する。また、逆に個眼撮像領域が一定で画素ピッチが変数となる場合、画素ピッチを小さくすることで個眼撮像領域内の画素数を増加させることができる。また、一般的にイメージサークルが密に並ぶように結像光学系を配置した状態であれば、結像光学系の数が少ないほどイメージサークルを大きくとることができるため、その分個眼撮像領域内の画素数を増加させることができる。
【００１８】
次に、画質（Ｓ／Ｎ比）について着目する。画素ピッチの大きさが変数となる場合、画素の開口面積が大きいほど受光量が増加するため、画素ピッチの大きさが大きいほどＳ／Ｎ比は向上する。また、こうした方法以外にも本発明のように焦点距離が等しい結像光学系が複数あり同時に撮像可能な場合、撮像して得られた同じ画角の画像を用いてＳ／Ｎを向上させることができる。図２（ａ）の複眼雑像装置であれば結像光学系Ｗ、結像光学系Ｔが形成する画像をそれぞれ２つずつ取得することができ、これらの輝度値を加算することで相対的にノイズの割合を低減することができる。図２（ｂ）、（ｃ）についても同様であり、撮像素子の画素ピッチの大きさが等しく、露光時間等の撮像条件が同じであったとすると図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３タイプの中では加算できる枚数が多い図２（ｃ）が最もＳ／Ｎ比が向上するといえる。よって複眼撮像装置において、画素ピッチの大きさを大きくするか、あるいは同じ焦点距離の結像光学系の数（同焦点数）を増やすことにより最終的に出力される画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
また、複眼撮像装置において前述のような連続的ズーム機能を実現するためには、焦点距離が異なる結像光学系間の倍率も重要となってくる。デジタルズームにより中間画角を生成する場合、結像光学系の焦点距離の間隔を広げるとその分デジタルズームで対応する必要があるため、間隔を広げすぎると解像度低下や画質の劣化しすぎてしまう。そのため、こうした問題を抑止するには結像光学系の焦点距離の間隔をある程度狭めておく必要がある。図３は図２と同様に複眼撮像装置の各結像光学系が撮像素子上に像を形成する様子をモデル図であり、図３（ａ）は図２（ｂ）と同じ構成、図３（ｂ）は結像光学系Ｗ、Ｔの中間の焦点距離を有する結像光学系Ｍの３タイプで構成されているとする。ここで、例えば焦点距離が異なる結像光学系間の倍率が２倍までであれば解像度低下や画質の劣化を抑制しつつデジタルズームで連続的ズーム機能が実現可能であったとする。このとき、図３（ａ）、（ｂ）の結像光学系Ｗの焦点距離が２８ｍｍであったとすれば、図３（ａ）の方は結像光学系Ｔの焦点距離を５６ｍｍまで可能であり、図３（ｂ）の方は結像光学系Ｔの焦点距離を８４ｍｍまで設定することができる。このように、複眼撮像装置において、互いに異なる焦点距離の結像光学系の数（異焦点数）を増やすことで複眼撮像装置のズーム比を上げることができる。しかしながら、図３（ａ）、（ｂ）のように配置する結像光学系の総数が同じ場合、異焦点数を増やそうとすると同焦点数を減らさなければならない。図３（ａ）では結像光学系Ｗ、Ｔがそれぞれ５眼、４眼配置されているが、図３（ｂ）では結像光学系Ｗ、Ｔともに３眼となっており、その分前述の理由により、Ｓ／Ｎ比は下がってしまう。このように結像光学系の総数を一定とすると、異焦点数を増やすことで撮像装置のズーム比を上げることができる一方、同焦点数が減るためその分Ｓ／Ｎ比は低下してしまう。また、Ｓ／Ｎ比を上げるために同焦点数を増やすと異焦点数が減るためズーム比が下がってしまう。つまり、複眼撮像装置のズーム比を上げつつＳ／Ｎ比を上げるには、前提としている結像光学系の総数が一定という部分を見直す必要があり、結像光学系の総数を増やし同焦点数と異焦点数を多くすることができれば、解決することができると考えられる。結像光学系の総数を増やす方法としては、複眼撮像装置に撮像領域の面積が十分に大きい撮像素子を使用する方法と、個々の結像光学系サイズを小さくする方法の２パターンが考えられる。まず前者の方法については、撮像素子の撮像領域の大きくすることで結像光学系のサイズは変えずに多く結像光学系を配置できるものの、その分撮像装置自体が大型化するという問題が生じてしまう。特に、結像光学系を２次元的に並列に配置した場合、撮像素子の撮像面と垂直な方向に大きくなってしまい、複眼撮像装置のメリットの一つである、小型化に対して逆行することになる。一方、個々の結像光学系サイズを小さくする方法に関しては、こうした撮像装置の大型化といった問題は起こらないものの、結像光学系が形成するイメージサークルが結像光学系サイズを縮小する分、小さくなってしまう。このようにイメージサークルが小さくなってしまうと、前述のように個眼撮像領域内の画素数が減少してしまい、撮像装置の出力画像の解像度に影響を与えるという問題が生じてしまう。
【００２０】
このように、画質（Ｓ／Ｎ比）、画素数、複眼撮像装置のズーム比、複眼撮像装置のサイズというのは撮像素子の撮像領域の面積、画素ピッチ、結像光学系の異焦点数、同焦点数等を媒介変数として表現することができる。そのため、夫々を独立して取り扱うことはできないということが言える。
【００２１】
よって、より望ましい複眼撮像装置を提供するには画質（Ｓ／Ｎ比）、画素数、複眼撮像装置のズーム比、及び複眼撮像装置のサイズのバランスをとるということが重要となる。バランスをとるための手法は種々存在するが、ここでは各評価値と各変数を盛り込んだ以下の条件式（１）でバランスの評価を行う。
【００２２】
【数２】
2015181214.tif 000003
【００２３】
ここで、Ｓは撮像素子の撮像領域の面積［ｍｍ２］、pは撮像素子の画素ピッチ[ｍｍ]、ＰＡＶＥは個眼撮像領域の画素数の平均値、Ｎｔは結像光学系内で最も望遠側の結像光学系の数、Ｐｓｕｍは個眼撮像領域の画素数の総和、ｖａｒは異焦点数を表している。まず、式（１）の左辺側について説明する。式（１）の左辺は複眼撮像装置のＳ／Ｎ比制御に関する不等式であり、式（１）の左辺側を変形すると次式のように表現することができる。
【００２４】
【数３】
2015181214.tif 000004
【００２５】
ここで、画素ピッチの二乗と画素数の積は利用する撮像領域の面積に相当するため、式（２）において、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥと撮像素子の撮像領域の面積Ｓの比は、撮像素子が画素数ＰＡＶＥであった時の画素ピッチの二乗の逆数となる。また、前述のように、同焦点数が多くなるほど、Ｓ／Ｎ比が向上するため撮像素子の画素ピッチｐと撮像素子が画素数ＰＡＶＥであった時の画素ピッチの二乗比に積算されている。
【００２６】
式（２）の右辺は全体が平方根で表現されているが、本発明においてノイズは主にショットノイズに着目しており、検出する光電子数がショットノイズの平方根に相当するため、このように表現している。また、式（２）の左辺はＳ／Ｎ比の評価値であり、ここでは０．１５と設定している。これは、経験的に算出された値であり、この値を下回るとＳ／Ｎが悪化し、Ｓ／Ｎ比の高い画像を出力可能な複眼撮像装置を提供するには、この式（２）の不等式を満たしておく必要がある。
【００２７】
続いて、式（１）の右辺側について説明する。式（１）の右辺は複眼撮像装置の画素数に関する不等式であり、式（１）の右辺側を変形すると次式のように表現することができる。
【００２８】
【数４】
2015181214.tif 000005
【００２９】
ここで、右辺の分母側は異焦点数ｖａｒと最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔとで表現されており、異なる結像光学系の間で同焦点数が等しければ、これらの積の値は結像光学系の総数に等しくなる。異なる結像光学系の間で同焦点数が一致する必要はないが、同焦点数に差をつけてしまい過ぎると複眼撮像装置を用いて連続的ズーム機能を行った際に、画質に悪影響を及ぼすため、基本的には同焦点数に大きく差をつけない方が良いといえる。よって、式（３）の右辺の分母側は結像光学系の総数か、あるいはそれに近い値が理想的であるということになる。また式（３）の右辺の分子側は個眼撮像領域の画素数の総和としているため、式（３）の右辺はほぼ個眼撮像領域の画素数となる。式（３）の左辺は画素数の評価値であり、ここでは２．０×１０６と設定している。これは近年動画の標準的な規格として利用されているフルＨＤの解像度が約２．０Ｍ程度であり、撮像装置としての画素数も最低限２．０Ｍ程度は必要であり、十分な画素数を有する複眼撮像装置を提供するには、この式（３）の不等式を満たしておく必要がある。
【００３０】
よって、式（２）、（３）から式（１）が導かれ、式（１）で示される範囲内に最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔを収めることで、無駄の少ない、バランスのとれた複眼撮像装置を提供することができる。
【００３１】
より望ましくは以下の式を満たすとよい。
【００３２】
【数５】
2015181214.tif 000006
【００３３】
式（４）は式（１）の評価値を変化させた不等式であり、下限値についてはＳ／Ｎ比の評価値を０．１５から０．２に引き上げている。Ｓ／Ｎ比を式（１）に対して、約１．３倍高くしており、望遠側の結像光学系の数Ｎｔがこの下限値を上回ることでより画質の優れた画像を出力することができるようになる。一方、上限値については、画素数の評価値を２．０×１０６から６．７×１０６に引き上げており、この値を約３倍することでおおよそ２０Ｍとなる。このように２０Ｍ程度に解像度を向上させることができれば、結像光学系と撮像素子が一対一で対応する通常の撮像装置と比べて解像度の確保が難しい複眼撮像装置において、現存する最高クラスのデジタルカメラの解像度レベルまで引き上げることが可能となる。こうした解像度を高める手法は種々存在するが、本発明の複眼撮像装置においては、同じ画角の画像を複数取得することができるため、複数の画像情報を用いて解像度を高める手法が考えられる。ここで、図２や図３で示されるような複眼撮像装置で撮影を行った場合、焦点距離が等しい結像光学系間でも、配置している位置のずれ量に起因した視差があるため、それぞれの個眼撮像領域から得られる画像は視差量の分ずれることになる。こうした被写体像と画素との位置関係が相互にずれた複数の画像情報を取得し、それらの複数画像を合成することによって高解像度の画像を生成する手法というのが存在し、一般的に「画素ずらし」と呼ばれる技術として知られている。こうした技術を組み合わせることで、さらに解像度の高い、より鮮鋭な画像を生成することが可能となる。
【００３４】
また、式（１）、（２）、（３）、（４）では結像光学系の数にＮｔを使用しているが、これは基本的に本発明では異なる焦点距離の結像光学系間で同焦点数が等しいか、あるいは広角側の方が多いため、結像光学系の数Ｎｔを使用している。前述のように中間画角の画像を生成する際に望遠画像を嵌め込むことで、その一部領域は解像度を高めることができるが、それ以外の領域、つまり望遠画像に映らないより広角側の領域については、この手法では解像度を高めることができない。こうした領域の解像度高める手法の一つとして、広角側の結像光学系の数を増やすことで望遠画像に映らないより広角側の領域の画質も確保するという方法が考えられる。本発明では、広角側から望遠側までの画質のバランスを保つため、異なる焦点距離の結像光学系間で同焦点数が等しいかあるいは広角側の眼数を多く配置している。言い換えれば、結像光学系の総眼数が異なる焦点距離の数（または、同焦点数）の整数倍にならないときは、望遠側の眼数Ｎｔよりも広角側の眼数Ｎｗを多くすることで、より画質の変動が少なくバランスのとれた構成を実現している。したがって、本発明の結像光学系は、任意の焦点距離を有する光学系iと該任意の焦点距離よりも長い焦点距離を有する光学系ｈとを有するとき、光学系iの数をＮｉ、光学系ｈの数をＮｈ、としたとき、
Ｎｉ≧Ｎｈ
なる条件を満たすようにしてもよい。
【００３５】
また、先に説明したように、基本的には焦点距離の異なる結像光学系間で同焦点数に大きく差をつけないように、同じ数だけ配置しようとしても、結像光学系の総数や配置方法等の制約により、同焦点数を揃えることができない場合がある。図２（ｂ）のような構成の場合、広角と望遠の２つの焦点距離の結像光学系で９つ配置しようとすると、余数が発生する。このような場合においては上記のように、余りの１つ分を広角の結像光学系に充てることで、よりバランスのとれた複眼撮像装置を構成することができる。
【００３６】
式（５）は複眼撮像装置の焦点距離の異なる結像光学系間で同焦点数が同じになるよう配分しようとした際に余数が発生したときの評価を行うための不等式である。
【００３７】
【数６】
2015181214.tif 000007
【００３８】
ここで、ｆｌｏｏｒ（ｘ）は、実数ｘに対するｘ以下の最大の整数で定義される床関数である。
【００３９】
式（５）において、Ｎｗは結像光学系内で最も広角側の結像光学系の数である。また、ｙ＝ｆｌｏｏｒ（ｘ）としたとき、ｙはｘ以下の最大の整数とする。この式（５）の不等式を満たすよう複眼撮像装置を構成することにより、結像光学系の端数を広角側に割り当てることで、望遠画像に映らないより広角側の領域の画質確保を容易に実行することができる。
【００４０】
より望ましくは以下の式を満たすとよい。
【００４１】
【数７】
2015181214.tif 000008
【００４２】
式（６）を満たすことで、各結像光学系群における同焦点数の配分が偏ることなくより均等になるため、よりバランスのとれた複眼撮像装置を提供することができる。
【００４３】
以下に本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００４４】
図４は、本実施例における複眼撮像装置１のブロック図、図１は、複眼撮像装置１の撮像ユニット１１００の斜視図、図５は、撮像ユニット１１００の正面図である。また、図２０は複眼撮像装置１の外観のイメージ図である。
【００４５】
複眼撮像装置１は、撮像ユニット１１００、Ａ／Ｄ変換器１０、画像処理部２０、システムコントローラー３０、撮像制御部４０、情報入力部５０、画像記録媒体６０、表示部７０を有する。複眼撮像装置１は、レンズ一体型の撮像装置でもよいし、結像光学系（撮像光学系）を有するレンズ装置と、レンズ装置が着脱可能に装着されて撮像素子を有する撮像装置本体から構成されてもよい。
【００４６】
図１、図５に示すように、撮像ユニット１１００は、それぞれが物体の光学像を形成する１６個の結像光学系（撮像光学系）１１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、１１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、１１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、１１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄと、撮像素子１２００と、を有する。各結像光学系は、前群ユニット１１００Ｆと、後群ユニット１１００Ｒとを有し、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。前群ユニット１１００Ｆ及び、後群ユニット１１００Ｒに搭載される各結像光学系のレンズの数は一または複数である。
【００４７】
撮像素子１２００は図７に示されるように１６個に区画された個眼撮像領域１２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、１２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、１２３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、１２４０ａ、ｂ、ｃ、ｄで構成される。
【００４８】
個眼撮像領域１２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系１１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。個眼撮像領域１２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系１１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。個眼撮像領域１２３０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系１１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。個眼撮像領域１２４０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系１１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。
【００４９】
図５に示すように、１６個の結像光学系（個眼）１１１０ａ−ｄ、１１２０ａ−ｄ、１１３０ａ−ｄ、１１４０ａ−ｄの光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された４つの結像光学系ａ、ｂ、ｃ、ｄ（光学系群）は同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（１１１０，１１２０，１１３０，１１４０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する４組の結像光学系が設けられている。結像光学系（第２光学系）１１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ワイド個眼）は、１６個の結像光学系の中で最も短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。結像光学系１１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ワイドミドル個眼）は結像光学系１１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄに比べて焦点距離が長い。結像光学系１１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（テレミドル個眼）は結像光学系１１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄよりも焦点距離が長い。結像光学系（第１光学系）１１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（テレ個眼）は結像光学系１１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄよりも焦点距離が長く、１６個の結像光学系の中で最も長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。
【００５０】
図６は、結像光学系１１１０ａ、１１２０ａ、１１３０ａ、１１４０ａに対応する撮像イメージ１１０１ａ，１１０２ａ，１１０３ａ，１１０４ａを示す。図６に示すように、結像光学系１１１０ａに対応する撮像イメージ１１０１ａが最も広い被写体空間となる。同様に、１１２０ａ、１１３０ａ、１１４０ａに対応する撮像イメージ１１０２ａ，１１０３ａ，１１０４ａは焦点距離に応じて撮像される被写体空間が狭くなっている。
【００５１】
図４に戻り本発明の複眼撮像装置１の構成について説明する。
【００５２】
撮像ユニット１１００に含まれる図５の１６個の結像光学系は複眼を構成し、１６個に分割された撮像素子１２００の個眼撮像領域はそれぞれ対応する結像光学系を介して撮像素子面上に到達した光学像を電気信号（アナログ信号）に変換する。
【００５３】
Ａ／Ｄ変換器１０は撮像ユニット１１００に含まれる撮像素子１２００の各個眼撮像領域から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して画像処理部２０に供給する。
【００５４】
画像処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器１０からの各画像データに対して所定の画素補間処理や色変換処理等を行い、また、撮像した各画像データを用いて所定の演算処理が行われる。画像処理部２０が処理した結果はシステムコントローラー３０に送信される。
【００５５】
情報入力部５０は、使用者が所望の撮影条件を選択して入力する情報を不図示の情報取得部によって取得してシステムコントローラー３０にデータを供給する。システムコントローラー３０は、送信されたデータに基づいて撮像制御部４０を制御し、撮像制御部４０はフォーカス移動量、各結像光学系の絞り値、露出時間、夫々に対応した撮像素子を制御することで必要な画像を取得する。
【００５６】
画像記録媒体６０は、複数の静止画や動画を格納する他、画像ファイルを構成する場合のファイルヘッダを格納する。表示部７０は、画像、状態、異常などを表示し、液晶表示素子などから構成される。
【００５７】
次に、図７を用いて、本実施例における撮像ユニット１１００の詳細な仕様について説明する。
【００５８】
図７は撮像ユニット内の撮像素子１２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺３６ｍｍ、短辺２４ｍｍ、画素ピッチが１．２μｍであるとする。また、図７の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。本実施例では、短辺方向に各結像光学系のイメージサークルが外接するように配列されている構成となっており、短辺の長さが２４ｍｍであるため、各結像光学系のイメージサークルの直径の長さは約６．００ｍｍとなる。換言すれば、複数の光学系は、そのイメージサークルが、撮像素子１２００の互いに直交する辺の少なくとも一辺に沿って外接するように配置される。
【００５９】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約４．９９ｍｍ、短辺が約３．３３ｍｍとし、短辺、長辺の比が元の撮像素子と同じ２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約１１５４万画素となる。
【００６０】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図５に示される結像光学系１１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｗ＝４となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図５に示される結像光学系１１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｔ＝４となる。
【００６１】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【００６２】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【００６３】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【００６４】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間で同焦点数が等しい構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【００６５】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【００６６】
また、本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【実施例２】
【００６７】
本実施例における複眼撮像装置は撮像ユニット２１００の結像光学系と撮像素子２２００の構成のみ実施例１と異なり、他の部分の構成は同一であるため、結像光学系と撮像素子２２００に関して説明する。図８は、撮像ユニット２１００の正面図である。
【００６８】
複眼撮像装置は、それぞれが物体の光学像を形成する９個の結像光学系（撮像光学系）２１１０ａ、ｂ、ｃ、２１２０ａ、ｂ、２１３０ａ、ｂ、２１４０ａ、ｂと、撮像素子２２００と、を有する。
【００６９】
各結像光学系は、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【００７０】
撮像素子２２００は９個に区画された個眼撮像領域２２１０ａ、ｂ、ｃ、２２２０ａ、ｂ、２２３０ａ、ｂ、２２４０ａ、ｂで構成される。
【００７１】
個眼撮像領域２２１０ａ、ｂ、ｃがそれぞれ結像光学系２１１０ａ、ｂ、ｃに対応し、個眼撮像領域２２２０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系２１２０ａ、ｂに対応する。また、個眼撮像領域２２３０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系２１３０ａ、ｂに対応し、個眼撮像領域２２４０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系２１４０ａ、ｂに対応する。
【００７２】
実施例１と同様に９個の結像光学系（撮像光学系）２１１０ａ、ｂ、ｃ、２１２０ａ、ｂ、２１３０ａ、ｂ、２１４０ａ、ｂの光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された結像光学系（ａ、ｂ、ｃまたはａ、ｂ）は同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（２１１０，２１２０，２１３０，２１４０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する４組の結像光学系が設けられている。結像光学系２１１０ａ、ｂ、ｃ（ワイド個眼）は、９個の結像光学系の中で最も短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。結像光学系２１２０ａ、ｂ（ワイドミドル個眼）は結像光学系２１１０ａ、ｂに比べて焦点距離が長い。結像光学系２１３０ａ、ｂ（テレミドル個眼）は結像光学系２１２０ａ、ｂよりも焦点距離が長い。結像光学系２１４０ａ、ｂ（テレ個眼）は結像光学系２１３０ａ、ｂよりも焦点距離が長く、９個の結像光学系の中で最も長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。
【００７３】
次に、図９を用いて、本実施例における撮像ユニット２１００の詳細な仕様について説明する。
【００７４】
図９は撮像ユニット内の撮像素子２２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺２２．３ｍｍ、短辺１４．９ｍｍ、画素ピッチが１．２μｍであるとする。また、図９の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。本実施例では、短辺方向に各結像光学系のイメージサークルが外接するように配列されている構成となっており、短辺の長さが１４．９ｍｍであるため、各結像光学系のイメージサークルの直径の長さは約４．９６ｍｍとなる。換言すれば、複数の光学系は、そのイメージサークルが、撮像素子２２００の互いに直交する辺の少なくとも一辺に沿って外接するように配置される。
【００７５】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約４．１３ｍｍ、短辺が約２．７５ｍｍとし、短辺、長辺の比が元の撮像素子と同じ２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約７８９万画素となる。
【００７６】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図８に示される結像光学系２１１０ａ、ｂ、ｃで、結像光学系の数はＮｗ＝３となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図８に示される結像光学系２１４０ａ、ｂで、結像光学系の数はＮｔ＝２となる。
【００７７】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【００７８】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【００７９】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【００８０】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間でテレ個眼よりもワイド個眼の同焦点数の方が多い構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【００８１】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【００８２】
また、本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【実施例３】
【００８３】
本実施例における複眼撮像装置は撮像ユニット３１００の結像光学系と撮像素子３２００の構成のみ実施例１と異なり、他の部分の構成は同一であるため、結像光学系と撮像素子３２００に関して説明する。図１０は、撮像ユニット３１００の正面図である。
【００８４】
複眼撮像装置は、それぞれが物体の光学像を形成する３６個の結像光学系（撮像光学系）と、撮像素子３２００と、を有する。３６個の結像光学系は、結像光学系３１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、i、３１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、i、３１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、i、３１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iを有する。
【００８５】
各結像光学系は、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【００８６】
撮像素子３２００は３６個に区画された個眼撮像領域３２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、i、３２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、i、３２３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、i、３２４０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iで構成される。
【００８７】
個眼撮像領域３２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iがそれぞれ結像光学系３１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iに対応する。また、個眼撮像領域３２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iがそれぞれ結像光学系３１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iに対応する。また、個眼撮像領域３２３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iがそれぞれ結像光学系３１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iに対応する。また、個眼撮像領域３２４０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iがそれぞれ結像光学系３１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iに対応する。
【００８８】
実施例１と同様に３６個の結像光学系（撮像光学系）３１１０ａ−i、３１２０ａ−i、３１３０ａ−i、３１４０ａ−iの光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された９つの結像光学系ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iは同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（３１１０，３１２０，３１３０，３１４０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する４組の結像光学系が設けられている。結像光学系３１１０ａ−i（ワイド個眼）は、３６個の結像光学系の中で最も短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。結像光学系３１２０ａ−i（ワイドミドル個眼）は結像光学系３１１０ａ−iに比べて焦点距離が長い。結像光学系３１３０ａ−i（テレミドル個眼）は結像光学系３１２０ａ−iよりも焦点距離が長い。結像光学系３１４０ａ−i（テレ個眼）は結像光学系３１３０ａ−iよりも焦点距離が長く、３６個の結像光学系の中で最も長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。
【００８９】
次に、図１１を用いて、本実施例における撮像ユニット３１００の詳細な仕様について説明する。
【００９０】
図１１は撮像ユニット内の撮像素子３２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺３６ｍｍ、短辺２４ｍｍ、画素ピッチが１．２μｍであるとする。また、図１１の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。本実施例では、３６個に区画された個眼撮像領域の面積が最大になるように、各結像光学系を格子状の配置から少しずらして配置している。本実施例では、各結像光学系の隣接するイメージサークル同士が外接しており、参照番号が等しい結像光学系のイメージサークルの中心を線分で結ぶと、短辺と平行な直線となる。
【００９１】
本実施例における各結像光学系のイメージサークルの直径の長さは約５．１２ｍｍとなる。
【００９２】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約４．２６ｍｍ、短辺が約２．８４ｍｍとし、短辺、長辺の比が元の撮像素子と同じ２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約８４０万画素となる。
【００９３】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図１０に示される結像光学系３１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iで、結像光学系の数はＮｗ＝９となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図１０に示される結像光学系３１４０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、iで、結像光学系の数はＮｔ＝９となる。
【００９４】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【００９５】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【００９６】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【００９７】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間で同焦点数が等しい構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【００９８】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【００９９】
また、本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【実施例４】
【０１００】
本実施例における複眼撮像装置は撮像ユニット４１００の結像光学系と撮像素子４２００の構成のみ実施例１と異なり、他の部分の構成は同一であるため、結像光学系と撮像素子４２００に関して説明する。図１２は、撮像ユニット４１００の正面図である。
【０１０１】
複眼撮像装置は、それぞれが物体の光学像を形成する４個の結像光学系（撮像光学系）４１１０ａ、ｂ、４１２０ａ、ｂと、撮像素子４２００と、を有する。
【０１０２】
各結像光学系は、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【０１０３】
撮像素子４２００は４個に区画された個眼撮像領域４２１０ａ、ｂ、４２２０ａ、ｂで構成される。
【０１０４】
個眼撮像領域４２１０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系４１１０ａ、ｂに対応し、個眼撮像領域４２２０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系４１２０ａ、ｂに対応する。
【０１０５】
実施例１と同様に４個の結像光学系（撮像光学系）４１１０ａ、ｂ、４１２０ａ、ｂの光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された２つの結像光学系ａ、ｂは同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（４１１０，４１２０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する２組の結像光学系が設けられている。結像光学系４１１０ａ、ｂ（ワイド個眼）は、４１２０ａ、ｂよりも短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。逆に結像光学系４１２０ａ、ｂ（テレ個眼）は結像光学系４１１０ａ、ｂよりも長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。
【０１０６】
次に、図１３を用いて、本実施例における撮像ユニット４１００の詳細な仕様について説明する。
【０１０７】
図１３は撮像ユニット内の撮像素子４２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺６．４ｍｍ、短辺４．６ｍｍ、画素ピッチが１．０μｍであるとする。また、図１３の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。本実施例では、短辺方向に各結像光学系のイメージサークルが外接するように配列されている構成となっており、短辺の長さが４．６ｍｍであるため、各結像光学系のイメージサークルの直径の長さは約２．３ｍｍとなる。換言すれば、複数の光学系は、そのイメージサークルが、撮像素子４２００の互いに直交する辺の少なくとも一辺に沿って外接するように配置される。
【０１０８】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約１．９１ｍｍ、短辺が約１．２８ｍｍとし、短辺、長辺の比は２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約２４４万画素となる。
【０１０９】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図１２に示される結像光学系４１１０ａ、ｂで、結像光学系の数はＮｗ＝２となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図１２に示される結像光学系４１２０ａ、ｂで、結像光学系の数はＮｔ＝２となる。
【０１１０】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【０１１１】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【０１１２】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【０１１３】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間で同焦点数が等しい構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【０１１４】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【０１１５】
また、本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【実施例５】
【０１１６】
本実施例における複眼撮像装置は撮像ユニット５１００の結像光学系と撮像素子５２００の構成のみ実施例１と異なり、他の部分の構成は同一であるため、結像光学系と撮像素子５２００に関して説明する。図１４は、撮像ユニット５１００の正面図である。
【０１１７】
複眼撮像装置は、それぞれが物体の光学像を形成する９個の結像光学系（撮像光学系）５１１０ａ、ｂ、ｃ、５１２０ａ、ｂと、５１３０ａ、ｂと、５１４０ａ、ｂと、撮像素子５２００と、を有する。
【０１１８】
各結像光学系は、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【０１１９】
撮像素子５２００は９個に区画された個眼撮像領域５２１０ａ、ｂ、ｃ、５２２０ａ、ｂ、５２３０ａ、ｂ、５２４０ａ、ｂで構成される。
【０１２０】
個眼撮像領域５２１０ａ、ｂ、ｃがそれぞれ結像光学系５１１０ａ、ｂ、ｃに対応し、個眼撮像領域５２２０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系５１２０ａ、ｂに対応する。また、個眼撮像領域５２３０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系５１３０ａ、ｂに対応し、個眼撮像領域５２４０ａ、ｂがそれぞれ結像光学系５１４０ａ、ｂに対応する。
【０１２１】
実施例１と同様に９個の結像光学系（撮像光学系）５１１０ａ、ｂ、ｃ、５１２０ａ、ｂ、５１３０ａ、ｂ、５１４０ａ、ｂ、の光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された結像光学系（ａ、ｂ、ｃまたはａ、ｂ）は同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（５１１０，５１２０，５１３０，５１４０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する４組の結像光学系が設けられている。結像光学系５１１０ａ、ｂ、ｃ（ワイド個眼）は、９個の結像光学系の中で最も短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。結像光学系５１２０ａ、ｂ（ワイドミドル個眼）は結像光学系５１１０ａ、ｂに比べて焦点距離が長い。結像光学系５１３０ａ、ｂ（テレミドル個眼）は結像光学系５１２０ａ、ｂよりも焦点距離が長い。結像光学系５１４０ａ、ｂ（テレ個眼）は結像光学系５１３０ａ、ｂよりも焦点距離が長く、９個の結像光学系の中で最も長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。
【０１２２】
次に、図１５を用いて、本実施例における撮像ユニット５１００の詳細な仕様について説明する。
【０１２３】
図１５は撮像ユニット内の撮像素子５２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺３６ｍｍ、短辺２４ｍｍ、画素ピッチが１．２μｍであるとする。また、図１５の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、一点鎖線で描かれた円は結像光学系の外径、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。結像光学系の外径よりもイメージサークルの方が大きい場合は、イメージサークルが接するように各結像光学系を配置できるが、イメージサークルよりも結像光学系の外径の方が大きい場合は結像光学系同士が干渉しないように配置する必要がある。本実施例における各結像光学系の外形を表した円同士が外接しているものとし、外形の円の直径はイメージサークルの直径の１．５倍ほど大きいものとする。具体的には、結像光学系の直径が８ｍｍ、イメージサークルの直径が５．３３ｍｍとなる。換言すれば、複数の光学系は、該複数の光学系のイメージサークルよりも該複数の光学系の外径を表した円の方が大きい場合は、該円が撮像素子５２００の互いに直交する辺の少なくとも一方の辺に沿って外接するように配置される。
【０１２４】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約４．４３ｍｍ、短辺が約２．９６ｍｍとし、短辺、長辺の比が元の撮像素子と同じ２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約９１１万画素となる。
【０１２５】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図１４に示される結像光学系５１１０ａ、ｂ、ｃで、結像光学系の数はＮｗ＝３となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図１４に示される結像光学系５１４０ａ、ｂで、結像光学系の数はＮｔ＝２となる。
【０１２６】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和ＰＳＵＭ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【０１２７】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和ＰＳＵＭ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【０１２８】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【０１２９】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間でテレ個眼よりもワイド個眼の同焦点数の方が多い構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【０１３０】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【０１３１】
また、本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【実施例６】
【０１３２】
本実施例における複眼撮像装置は撮像ユニット６１００の結像光学系と撮像素子６２００の構成のみ実施例１と異なり、他の部分の構成は同一であるため、結像光学系と撮像素子６２００に関して説明する。図１６は、撮像ユニット６１００の正面図である。
【０１３３】
複眼撮像装置は、それぞれが物体の光学像を形成する１２個の結像光学系（撮像光学系）６１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、６１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、６１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄと、撮像素子６２００と、を有する。
【０１３４】
各結像光学系は、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【０１３５】
撮像素子６２００は１２個に区画された個眼撮像領域６２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、６２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、６２３０ａ、ｂ、ｃ、ｄで構成される。
【０１３６】
個眼撮像領域６２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系６１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応し、個眼撮像領域６２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系６１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。また、個眼撮像領域６２３０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系６１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。
【０１３７】
実施例１と同様に１２個の結像光学系（撮像光学系）６１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、６１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、６１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄの光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された４つの結像光学系ａ、ｂ、ｃ、ｄは同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（６１１０，６１２０，６１３０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する３組の結像光学系が設けられている。結像光学系６１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ワイド個眼）は、１２個の結像光学系の中で最も短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。結像光学系６１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ミドル個眼）は結像光学系６１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄに比べて焦点距離が長い。結像光学系６１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（テレ個眼）は結像光学系６１２０ａ、ｂ、ｃ、ｄよりも焦点距離が長く、１２個の結像光学系の中で最も長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。
【０１３８】
次に、図１７を用いて、本実施例における撮像ユニット６１００の詳細な仕様について説明する。
【０１３９】
図１７は撮像ユニット内の撮像素子６２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺２２．３ｍｍ、短辺１４．９ｍｍ、画素ピッチが１．４μｍであるとする。また、図１７の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。本実施例では、長辺方向に各結像光学系のイメージサークルが外接するように配列されている構成となっており、長辺の長さが２２．３ｍｍであるため、各結像光学系のイメージサークルの直径の長さは約５．５７ｍｍとなる。図１７に示すような構成の場合、隣り合う個眼撮像領域同士の間隔は長辺方向よりも短辺方向の方が広くなる。本実施例では結像光学系の外形の径の大きさが短辺方向に隣り合うイメージサークルの中心の間隔より小さく、尚且つイメージサークルが一部重なるように構成することで、各個眼撮像装置の面積をより広く取れるように構成している。換言すれば、複数の光学系は、該複数の光学系の外径を表した円よりも該複数の光学系のイメージサークルの方が大きい場合は、該イメージサークルの一部が撮像素子６２００の互いに直交する辺の少なくとも一方の辺に沿って重なるように配置される。
【０１４０】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約４．６３ｍｍ、短辺が約３．０９ｍｍとし、短辺、長辺の比が元の撮像素子と同じ２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約７３１万画素となる。
【０１４１】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図１６に示される結像光学系６１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｗ＝４となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図１６に示される結像光学系６１３０ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｔ＝４となる。
【０１４２】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【０１４３】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【０１４４】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【０１４５】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間で同焦点数が等しい構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【０１４６】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【０１４７】
また、本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【実施例７】
【０１４８】
本実施例における複眼撮像装置は撮像ユニット７１００の結像光学系と撮像素子７２００の構成のみ実施例１と異なり、他の部分の構成は同一であるため、結像光学系と撮像素子７２００に関して説明する。図１８は、撮像ユニット７１００の正面図である。
【０１４９】
複眼撮像装置は、それぞれが物体の光学像を形成する７個の結像光学系（撮像光学系）７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、７１２０ａ、ｂ、ｃと、撮像素子７２００と、を有する。
【０１５０】
各結像光学系は、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【０１５１】
撮像素子７２００は７個に区画された個眼撮像領域７２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、７２２０ａ、ｂ、ｃで構成される。
【０１５２】
個眼撮像領域７２１０ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応し、個眼撮像領域７２２０ａ、ｂ、ｃがそれぞれ結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃに対応する。
【０１５３】
実施例１と同様に７個の結像光学系（撮像光学系）７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、７１２０ａ、ｂ、ｃの光軸はほぼ平行になるように配置される。同一の参照番号を付された結像光学系（ａ、ｂ、ｃ、ｄまたはａ、ｂ、ｃ）は同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（７１１０，７１２０）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、異なる焦点距離を有する２組の結像光学系が設けられている。結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ワイド個眼）は、７１２０ａ、ｂ、ｃよりも短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。逆に結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃ（テレ個眼）は結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄよりも長い焦点距離を有する望遠結像光学対である。
【０１５４】
次に、図１９を用いて、本実施例における撮像ユニット７１００の詳細な仕様について説明する。
【０１５５】
図１９は撮像ユニット内の撮像素子７２００のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺３６ｍｍ、短辺２４ｍｍ、画素ピッチが２．０μｍであるとする。また、図１９の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、一点鎖線で描かれた円は結像光学系の外径、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。結像光学系の外径よりもイメージサークルの方が大きい場合は、イメージサークルが接するように各結像光学系を配置できるが、イメージサークルよりも結像光学系の外径の方が大きい場合は結像光学系同士が干渉しないように配置する必要がある。結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄはイメージサークルと結像光学系の外形が等しいか、あるいはイメージサークルよりも結像光学系の外形の方が小さいものとする。結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃは外形の円の直径はイメージサークルの直径の１．５倍ほど大きいものとし、結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄのイメージサークルと結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃの外形が外接しているとする。換言すれば、複数の光学系は、その一部の光学系が該一部の光学系のイメージサークルよりも該一部の光学系の外径を表した円の方が大きい場合は、該一部の光学系の外径を表した円と他の光学系のイメージサークルとが外接するように配置される。また、イメージサークルの大きさは、結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ、結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃともに直径が約４．７０ｍｍとし、結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃの外形の大きさは直径が約７．０５ｍｍとする。
【０１５６】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約７．８１ｍｍ、短辺が約５．２１ｍｍとし、短辺、長辺の比は２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約１０１８万画素となる。
【０１５７】
また、本実施例における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図１８に示される結像光学系７１１０ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｗ＝４となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図１８に示される結像光学系７１２０ａ、ｂ、ｃで、結像光学系の数はＮｔ＝３となる。
【０１５８】
本実施例における式（１）、式（４）に関連する撮像領域の面積Ｓ、画素ピッチｐ、個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表１、表２に記す。
【０１５９】
同様に、本実施例における式（５）に関連する個眼撮像領域の画素数の平均値ＰＡＶＥ、画素数の総和Ｐｓｕｍ、最も広角側の結像光学系の数Ｎｗ、異焦点数ｖａｒを整理したものをそれぞれ表３に記す。
【０１６０】
表１、２より、本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の下限値を上回っており、Ｓ／Ｎ比が十分に高い画像を出力可能な複眼撮像装置であるということがいえる。また、表１、２より本実施例では最も望遠側の結像光学系の数Ｎｔが式（１）、（４）の上限値を下回っており十分に画素数を有する画像を出力可能な複眼撮像装置の構成であるということがいえる。
【０１６１】
また、式（５）、（６）については本実施例では焦点距離の異なる結像光学系間でテレ個眼よりもワイド個眼の同焦点数の方が多い構成になっているため、式（５）、（６）の不等式も満たすことができている。
【０１６２】
以上のことから、本実施例の複眼撮像装置は撮像素子の大きさに対し個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数のバランスがとれた構成であり、このような構成にすることで高画質且つ高解像度な画像を出力可能な異焦点複眼雑像装置を提供することができる。つまり、本発明によれば、撮像素子の大きさに対して個眼のサイズや総数、異焦点数と同焦点数の割合を最適化することで高画質且つ高解像度な画像を出力できる小型な異焦点複眼撮像装置を提供することができる。
【実施例８】
【０１６３】
本実施例における複眼撮像装置は２つの撮像ユニット８１０１、８１０２と２つの撮像素子８２０１、８２０２を有しており、実施例１の撮像ユニット及び撮像素子が一つの複眼撮像装置内に２組並んで配置される構成となっている。図２１は、撮像ユニット８１０１、８１０２の斜視図、図２２は、撮像ユニット８１０１，８１０２の正面図である。図２２に示すように、撮像ユニット８１０１は、それぞれが物体の光学像を形成する１６個の結像光学系（撮像光学系）８１１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８１２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８１３１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８１４１ａ、ｂ、ｃ、ｄと、撮像素子８２０１と、を有する。同様に、撮像ユニット８１０２は、それぞれが物体の光学像を形成する１６個の結像光学系（撮像光学系）８１１２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８１２２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８１３２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８１４２ａ、ｂ、ｃ、ｄと、撮像素子８２０２と、を有する。
【０１６４】
撮像ユニット８１０１の各結像光学系は、前群ユニット８１０１Ｆと、後群ユニット８１０１Ｒとを有し、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。撮像ユニット８１０２の各結像光学系は、前群ユニット８１０２Ｆと、後群ユニット８１０２Ｒとを有し、不図示の絞りなどの他の部材も結像光学系ごとに含んでいる。各結像光学系は複数のレンズで構成されている。
【０１６５】
撮像素子８２０１は１６個に区画された個眼撮像領域８２１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８２２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８２３１ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８２４１ａ、ｂ、ｃ、ｄで構成される。同様に、撮像素子８２０２は１６個に区画された個眼撮像領域８２１２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８２２２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８２３２ａ、ｂ、ｃ、ｄ、８２４２ａ、ｂ、ｃ、ｄで構成される。
【０１６６】
個眼撮像領域８２１１ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１１１ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応し、個眼撮像領域８２１２ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１１２ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。個眼撮像領域８２２１ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１２１ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応し、個眼撮像領域８２２２ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１２２ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。個眼撮像領域８２３１ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１３１ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応し、個眼撮像領域８２３２ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１３２ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。個眼撮像領域８２４１ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１４１ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応し、個眼撮像領域８２４２ａ、ｂ、ｃ、ｄがそれぞれ結像光学系８１４２ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。
【０１６７】
図２２に示すように、３２個の結像光学系（個眼）８１１１ａ−ｄ、８１２１ａ−ｄ、８１３１ａ−ｄ、８１４１ａ−ｄ、８１１２ａ−ｄ、８１２２ａ−ｄ、８１３２ａ−ｄ、８１４２ａ−ｄの光軸はほぼ平行になるように配置される。
【０１６８】
本実施例において、撮像ユニット８１０１と８１０２、撮像素子８２０１と８２０２はそれぞれ構成が同様であるため、以降撮像ユニット８１０１と撮像素子８２０１のみ詳細に説明する。
【０１６９】
同一の参照番号を付された４つの結像光学系ａ、ｂ、ｃ、ｄは同一の焦点距離を有し、異なる参照番号を付された結像光学系（８１１１，８１２１，８１３１，８１４１）は互いに異なる焦点距離を有する。本実施形態では、撮像ユニットそれぞれに異なる焦点距離を有する４組の結像光学系が設けられている。結像光学系（第２光学系）８１１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ワイド個眼）は、１６個の結像光学系の中で最も短い焦点距離を有する広角結像光学系対である。結像光学系８１２１ａ、ｂ、ｃ、ｄ（ワイドミドル個眼）は結像光学系８１１１ａ、ｂ、ｃ、ｄに比べて焦点距離が長い。結像光学系８１３１ａ、ｂ、ｃ、ｄ（テレミドル個眼）は結像光学系８１２１ａ、ｂ、ｃ、ｄよりも焦点距離が長い。結像光学系（第１光学系）８１４１ａ、ｂ、ｃ、ｄ（テレ個眼）は結像光学系８１３１ａ、ｂ、ｃ、ｄよりも焦点距離が長く、１６個の結像光学系の中で最も長い焦点距離を有する望遠結像光学系対である。撮像ユニット８１０２についても同様の構成となるため説明は省略する。
【０１７０】
次に、図２１、図２３を用いて、本実施例における撮像ユニット８１００の詳細な仕様について説明する。図２１に示すように、本実施例では撮像ユニット８１００が２つの撮像ユニット８１０１、８１０２で構成されている。
【０１７１】
図２３は撮像ユニット内の撮像素子８２０１、８２０２のイメージ図である。外枠の実線で描かれた長方形は撮像素子を表しており、撮像素子サイズは長辺３６ｍｍ、短辺２４ｍｍ、画素ピッチが１．２μｍであるとする。また、図２３の点線で描かれた円は結像光学系のイメージサークル、円に内接する実線の長方形は個眼撮像領域を表している。本実施例では、短辺方向に各結像光学系のイメージサークルが外接するように配列されている構成となっており、短辺の長さが２４ｍｍであるため、各結像光学系のイメージサークルの直径の長さは約６．００ｍｍとなる。換言すれば、複数の光学系は、そのイメージサークルが、撮像素子８２０１、８２０２の互いに直交する辺の少なくとも一辺に沿って外接するように配置される。
【０１７２】
次に、各結像光学系のイメージサークルに内接している個眼撮像領域について説明する。個眼撮像領域は前述のようにイメージサークルの範囲内であればどの範囲でも設定することは可能であり、また各個眼撮像領域の大きさも領域毎に異ならせることもできるが、本実施例では大きさの等しい長方形として設定している。長方形の各辺は、元の撮像素子の短辺と各個眼撮像領域の短辺が平行になるように設定し、長辺についても同様に元の撮像素子と平行になるように設定する。個眼撮像領域の各辺の長さについては長辺が約４．９９ｍｍ、短辺が約３．３３ｍｍとし、短辺、長辺の比は２：３になるとする。この様に各個眼撮像領域を設定すると、元の撮像素子との面積比からおおよその個眼撮像領域の画素数が見積もることができ、本実施例の各個眼撮像領域の画素数は約１１５４万画素となる。
【０１７３】
また、本実施例の撮像ユニット８１０１における最も焦点距離の短い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｗは、図２２に示される結像光学系８１１１ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｗ＝４となる。そして、本実施例における最も焦点距離の長い結像光学系で構成される結像光学系群Ｇｒｔは、図２２に示される結像光学系８１４１ａ、ｂ、ｃ、ｄで、結像光学系の数はＮｔ＝４となる。撮像ユニット８１０２についても、撮像ユニット８１０１と同様の構成となるため、Ｎｗ＝４、Ｎｔ＝４となる。
【０１７４】
前述のように、本実施例の撮像ユニット８１００は２つの撮像ユニット８１０１、８１０２で構成されており、撮像ユニット８１０１、８１０２はいずれも実施例１の撮像ユニット１１００と同様の構成となる。よって、本実施例における式（１）−（６）については、実施例１と同様になるため、詳細説明は割愛する。なお、本実施例では、２つの撮像ユニット８１０１、８１０２を備えた複眼撮像装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば３つ以上（すなわち、複数）の撮像ユニットを備えた複眼撮像装置を構成してもよい。また、複眼撮像装置が有する複数の撮像ユニットの種類は、実施例１の撮像ユニット１１００に限定されず、上述した他の実施例の撮像ユニットであってもよいし、上述した実施例１−７の撮像ユニットの種類を組み合わせてもよい。換言すれば、本発明の複眼撮像装置は、上述した実施例１−７の撮像ユニットを複数備えてもよい。
【０１７５】
本発明の構成によってビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置を、薄型、高変倍比でありながら、撮影する被写体空間についての空間情報を容易に取得することができる撮像装置へと発展させることも可能となる。
【０１７６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１７７】
【表１】
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【０１７８】
【表２】
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【０１７９】
【表３】
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【０１８０】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【０１８１】
本発明は、特に複数の光学系を配列してなる複眼撮像装置に関するものである。
【符号の説明】
【０１８２】
１１００，２１００，３１００，４１００,５１００,６１００,７１００，８１０１，８１０２  撮像ユニット
１２００，２２００，３２００，４２００,５２００,６２００,７２００，８２０１，８２０２  撮像素子
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２３】
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【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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