(57)【要約】【課題】周辺光量の低下を抑制することができる撮像装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる撮像装置１は、複数の撮像光学系を用いて被写界を分割して撮像する撮像装置である。撮像装置１は、光学系ａと、光学系ａの光軸に対して傾いた光軸を有する光学系ｂと、光学系ａ及び光学系ｂのそれぞれを用いて結像された被写界像を撮像して、画像データを取得するイメージセンサ４０と、を備える。光学系ａに含まれる絞り１０ａの開口面に対して、光学系ｂに含まれる絞り１０ｂの開口面が傾いて形成されている。【選択図】図２
2015119305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像光学系を用いて被写界を分割して撮像する撮像装置であって、
第１の撮像光学系と、
前記第１の撮像光学系の光軸に対して傾いた光軸を有する第２の撮像光学系と、
前記第１の撮像光学系及び第２の撮像光学系のそれぞれを用いて結像された被写界像を撮像して、画像データを取得するイメージセンサと、を備え、
前記第１の撮像光学系に含まれる第１の絞りの開口面に対して、前記第２の撮像光学系に含まれる第２の絞りの開口面が傾いて形成されている撮像装置。
【請求項２】
前記第２の絞りの開口面は、前記イメージセンサの中心に向うに連れて、前記イメージセンサから離れるように傾いている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の絞りの開口面は、前記イメージセンサの受光面と略平行であり、
前記第２の絞りの開口面は、前記イメージセンサの受光面に対して傾いている請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２の絞りの開口面は、前記第２の撮像光学系が受光可能な光束の主光線に対して略垂直になるように形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の撮像光学系と前記第２の撮像光学系とは、隣接して配置されており、
前記第１の撮像光学系が最大画角の光束を受光したときの光量と、前記第２の撮像光学系が最大画角の光束を受光したときの光量と、が同じ光量である請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像光学系の広角化や薄型化、小型化を図る目的で、複数の光学系を備え、被写界を分割して撮像を行う複眼光学系が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数のレンズを並列に配置した光学素子を用いることにより小型及び薄型の光学系を実現した複眼光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４５８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光学系に入射する光束の入射角度に応じて、絞りを通過する光束の径が変化する。具体的には、絞りの開口面に垂直な軸に対する光束の傾きが大きい程、光束の光量は低下する。そのため、光学系の単眼、複眼にかかわらず、広角な光学系においては、周辺光量が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、周辺光量の低下を抑制することができる撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様にかかる撮像装置は、複数の撮像光学系を用いて被写界を分割して撮像する撮像装置であって、第１の撮像光学系と、前記第１の撮像光学系の光軸に対して傾いた光軸を有する第２の撮像光学系と、前記第１の撮像光学系及び第２の撮像光学系のそれぞれを用いて結像された被写界像を撮像して、画像データを取得するイメージセンサと、を備え、前記第１の撮像光学系に含まれる第１の絞りの開口面に対して、前記第２の撮像光学系に含まれる第２の絞りの開口面が傾いて形成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、周辺光量の低下を抑制することができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる撮像装置の複眼光学系の模式図である。
【図２】実施の形態にかかる複眼光学系の断面図である。
【図３】実施の形態にかかる絞りの構成を説明するための図である。
【図４】実施の形態にかかる複眼光学系に入射する光束を示す図である。
【図５】従来の複眼光学系の絞りの構成を示す図である。
【図６】実施の形態にかかる複眼光学系の絞りの構成を示す図である。
【図７】光束の入射角度と光束の光量との関係を示すグラフである。
【図８】変形例１にかかる複眼光学系の絞りの構成を示す図である。
【図９】光束の入射角度と光束の光量との関係を示すグラフである。
【図１０】変形例２にかかる複眼光学系の絞りの構成を示す図である。
【図１１】光束の入射角度と光束の光量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる撮像装置１の概要について説明する。図１は、本実施の形態にかかる撮像装置１の撮像光学系（以下、単に光学系と称す）の模式図である。撮像装置１は、光学系として、絞り板１０と、第１のレンズ２０と、第２のレンズ３０と、イメージセンサ４０と、を備える。絞り板１０、第１のレンズ２０、第２のレンズ３０、イメージセンサ４０は、撮像装置１の光軸に沿って配置されている。図１に示した光学系は、いわゆる複眼光学系である。複眼光学系は、複数の光学系が集合しており、被写界を分割し、それぞれの光学系を用いて分割された被写界をイメージセンサ４０の受光面４１に結像する。なお、図１においては、絞り板１０側（図１の手前側）が被写界側である。つまり、被写界側から順番に、絞り板１０、第１のレンズ２０、第２のレンズ３０、及び、イメージセンサ４０が配置されている。
【００１１】
次に、図２を参照して、複眼光学系の具体的な構成について説明する。図２は、図１の平面Ａにおける断面図である。なお、平面Ａは、複眼光学系の中央を通る面である。
【００１２】
絞り板１０は、複数の絞り（開口部）を有する。図１に示すように、本実施の形態においては、絞り板１０は、９つの絞りを有する。また、図２には、絞り板１０の中央の３つの絞り１０ａ〜１０ｃが示されている。図２に示すように、絞り板１０は、被写界側に凸となるように、折れ曲がった形状をしている。
【００１３】
第１のレンズ２０は、絞り１０ａ〜１０ｃに対応して形成されたレンズを備える。図２においては、第１のレンズ２０に含まれるレンズ２０ａ〜２０ｃが示されている。第２のレンズ３０も同様に、絞り１０ａ〜１０ｃに対応して形成されたレンズを備える。図２においては、第２のレンズ３０に含まれるレンズ３０ａ〜３０ｃが示されている。第１のレンズ２０及び第２のレンズ３０も、絞り板１０の形状に対応して、被写体側に凸となるように折れ曲がった形状をしている。
【００１４】
イメージセンサ４０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等のセンサである。イメージセンサ４０は、受光面４１上に、複数の領域に分割された撮像素子４０ａ〜４０ｃを備える。イメージセンサ４０は、９つの光学系のそれぞれを用いて結像された被写界像を撮像して、画像データを取得する。
【００１５】
図２の破線で区切られているように、絞り１０ａ〜１０ｃ、レンズ２０ａ〜２０ｃ、３０ａ〜３０ｃ、及び撮像素子４０ａ〜４０ｃが、３つの光学系ａ〜ｃを構成する。具体的には、絞り１０ａ、レンズ２０ａ、３０ａ、及び、撮像素子４０ａが光学系ａを構成する。同様に、絞り１０ｂ、レンズ２０ｂ、３０ｂ、及び、撮像素子４０ｂが光学系ｂを構成する。絞り１０ｃ、レンズ２０ｃ、３０ｃ、及び、撮像素子４０ｃが光学系ｃを構成する。したがって、図１に示した複眼光学系は、全部で９つの光学系を有している。
【００１６】
光学系ａ（第１の撮像光学系）は、９つの光学系のうちの中央の光学系である。光学系ａの絞り１０ａ（第１の絞り）の開口面は、イメージセンサ４０の受光面４１と略平行となるように形成されている。これに対して、光学系ａに隣接する光学系ｂ（第２の撮像光学系）においては、絞り１０ｂ（第２の絞り）の開口面は、受光面４１に対して傾いて形成されている。つまり、絞り１０ｂの開口面は、絞り１０ａの開口面に対して傾いて形成されている。同様に、光学系ｃの絞り１０ｃの開口面も、受光面４１及び絞り１０ａの開口面に対して傾いて形成されている。より詳細には、絞り１０ｂの開口面及び絞り１０ｃの開口面は、イメージセンサ４０の中心に向うに連れて、イメージセンサ４０から離れるように傾いている。
【００１７】
つまり、中央の光学系ａ以外の光学系の絞りの開口面は、イメージセンサ４０の外側に向かうに連れて、イメージセンサ４０に近づくように傾いて形成されている。そのため、図示は省略するが、図１における複眼光学系の縦方向の断面（光学系ａを通り、平面Ａと直交する面）において切断した場合でも、図２と同様の断面図となる。
【００１８】
図３を参照して、絞り１０ａの詳細な構成について説明する。絞り１０ａは、開口部（孔）１０１を有する。絞り１０ａは、開口部１０１の開口面１０２、１０３を有する。このとき、開口面１０２とは、絞り１０ａの開口している面であって被写界側の面を意味する。また、開口面１０３とは、絞り１０ａの開口している面であってイメージセンサ４０側の面のことを意味する。なお、本実施の形態においては、開口面１０２と開口面１０３は略平行である。開口部１０１の内壁１０４は、開口面１０２、１０３に対して垂直な面である。図３においては、絞り１０ａを例として説明したが、絞り１０ｂ、１０ｃも、同様の構成である。
【００１９】
ここで、図４を参照して、各光学系が受光する光束の角度について説明する。図４は、図２に示した各光学系が受光する光束を示す図である。光学系ａの光軸は、イメージセンサ４０の受光面４１に垂直な軸（０°）である。そして、光学系ａは、受光面４１に垂直な軸（光学系ａの光軸）に対して−３０°〜＋３０°傾いた光束を受光可能である。つまり、光学系ａの画角は、‐３０°〜＋３０°である。
【００２０】
光学系ｂの光軸は、イメージセンサ４０の受光面４１に垂直な軸に対して、４５°傾いた軸である。そして、光学系ｂは、受光面４１に垂直な軸に対して、＋３０°〜＋６０°傾いた光束を受光可能である。つまり、光学系ｂの画角は、＋３０°〜＋６０°である。言い換えると、光学系ｂは、光学系ｂの光軸（４５°）に対して−１５°〜＋１５°傾いた光束を受光可能である。
【００２１】
光学系ｃの光軸は、イメージセンサ４０の受光面４１に垂直な軸に対して、−４５°傾いた軸である。そして、光学系ｃは、受光面４１に垂直な軸に対して、−３０°〜−６０°傾いた光束を受光する。つまり、光学系ｃの画角は、−３０°〜−６０°である。言い換えると、光学系ｃは、光学系ｃの光軸（−４５°）に対して−１５°〜＋１５°傾いた光束を受光可能である。このように、光学系ｂ、ｃの光軸は、光学系ａの光軸に対して傾いている。そのため、各光学系ａ〜ｃが撮像する画像データは画角の異なる画像データとなる。その結果、撮像装置１は、被写界を複数の領域に分割して撮像することができる。
【００２２】
続いて、本実施の形態にかかる撮像装置１の構成による作用及び効果について具体的に説明する。まず、従来の複眼光学系の構成について、図５を参照して説明する。図５には、従来の複眼光学系に含まれる２つの光学系ｍ、ｎの絞り１０ｍ、１０ｎが示されている。
【００２３】
光学系ｍは、イメージセンサ（図示省略）の中央に位置する。光学系ｎは、光学系ｍよりもイメージセンサの外側に位置する。光学系ｍが受光可能な光束の入射角度は、−３０°〜＋３０°である。つまり、光学系ｍの画角は‐３０°〜＋３０°である。光学系ｎが受光可能な光束の入射角度は、＋３０°〜＋６０°である。つまり、光学系ｎの画角は＋３０°〜＋６０°である。
【００２４】
このとき、光学系ｍの絞り１０ｍと、光学系ｎの絞り１０ｎとは、同一面に配置されている。つまり、光学系ｍの絞り１０ｍの開口面１０２ｍと、光学系ｎの絞り１０ｎの開口面１０２ｎと、は同一面である。そして、絞り１０ｍ、１０ｎの開口面１０２ｍ、１０２ｎは、イメージセンサの受光面と略平行である。そのため、光学系ｍ、ｎの光軸は、受光面に垂直な軸（０°の光束）となる。
【００２５】
一般に、入射する光束が絞りの開口面に垂直であるときが最も光束の径が大きくなる。そして、入射する光束が絞りの開口面に垂直な軸から傾く程、入射する光束の径は小さくなる。具体的には、開口面に垂直な軸に対する光束の傾きをθとすると、ｃｏｓθの割合で光学系に入射する光束の径は小さくなる。従来の複眼光学系においては、イメージセンサの中央から離れるにつれて、絞りの開口面に垂直な軸に対する光束の傾きが大きくなる。そのため、従来の複眼光学系においては、イメージセンサの周囲に向かうにつれて、各光学系に入射する光束の径が小さくなる。その結果、周辺光量が低下してしまう。
【００２６】
具体的には、図５に示すように、光学系ｍにおいては、入射角度０°の光束の径よりも、入射角度３０°の光束の径の方が小さくなる。さらに、光学系ｎにおいては、入射角度３０°の光束の径よりも、入射角度６０°の光束の径の方が小さくなる。より詳細には、入射角度０°の光束の径を１とすると、入射角度６０°の光束の径はｃｏｓ６０°＝１／２となる。つまり、入射角度６０°の光束の径は、入射角度０°の光束の径に対して半分の大きさとなる。その結果、入射角度６０°の光束の光量も、入射角度０°の光束の光量の半分まで低下してしまう。
【００２７】
これに対して、本実施の形態にかかる複眼光学系の構成について、図６を参照して説明する。図６には、本実施の形態にかかる複眼光学系に含まれる光学系ａ、ｂの絞り１０ａ、１０ｂが示されている。
【００２８】
絞り１０ａの構成は、図５の絞り１０ｍの構成と同様である。つまり、絞り１０ａの開口面１０２ａは、イメージセンサ４０の受光面４１と略平行である。そして、絞り１０ａの開口面１０２ａは、受光面４１に垂直な光束（入射角度０°の光束）に垂直である。
【００２９】
一方、絞り１０ｂの開口面１０２ｂは、絞り１０ａの開口面１０２ｂ及びイメージセンサ４０の受光面４１に対して３０°傾いている。つまり、絞り１０ｂの開口面１０２ｂは、入射角度３０°の光束に垂直である。そのため、入射角度が３０°の光束の径が一番大きくなる。そして、光束の入射角度が３０°から傾くにつれて、光束の径が小さくなる。
【００３０】
より詳細には、光学系ａにおいて、入射角度０°（光学系ａの光軸）の光束の径を１とすると、入射角度３０°の光束の径は、ｃｏｓ３０°＝√３／２となる。そして、光学系ｂにおいて、入射角度３０°の光束の径を√３／２とすると、入射角度６０°の光束の径はｃｏｓ（６０°―３０°）＝√３／２となる。つまり、入射角度６０°の光束の径は、入射角度０°の光束の径に対して√３／２×√３／２＝３／４倍の大きさとなる。その結果、入射角度６０°の光束の光量は、入射角度０°の光束の光量の３／４倍まで低下する。しかしながら、図５に示した従来の構成よりも、入射角度が６０°の光束の径は大きくなっている。したがって、従来の構成に比べて、入射角度が６０°の光束の光量は増加している。
【００３１】
ここで、図７を参照して、従来の構成と本願の構成とにおける光量の違いについて説明する。図７は、光束の入射角度と、光束の光量と、の関係を示したグラフである。横軸は、光束の入射角度（イメージセンサの受光面に垂直な軸を０°とした場合の光束の入射角度）である。縦軸は、光束の光量（入射角度０°の光量を１とした場合の割合）を示す。
【００３２】
まず、光束の入射角度が０°〜３０°の範囲に注目する。この範囲においては、光学系ａまたは光学系ｍがこの範囲の光束を受光する。上述の通り、光学系ａ及び光学系ｍの構成は同一であるため、従来と本実施の形態との間で光量に差は出ない。
【００３３】
次に、光束の入射角度が３０°〜６０°の範囲に注目する。この範囲において、光学系ｂまたは光学系ｎがこの範囲の光束を受光する。破線で示すように、従来の光学系ｎにおいては、０°〜３０°と同じ割合（１×ｃｏｓθ）で光量が減少している。このため、光束の入射角度が６０°の場合においては、１×ｃｏｓ６０°＝０．５となる。
【００３４】
これに対して、実線で示すように、本実施の形態にかかる光学系ｂにおいては、減少割合が少ない。具体的には、（√３／２）ｃｏｓ（θ―３０°）の割合で減少している。このため、光束の入射角度が６０°の場合においては、（√３／２）ｃｏｓ（６０°―３０°）＝０．７５となる。つまり、光束の入射角度が６０°の場合、本実施の形態にかかる光学系ｂは、従来の光学系ｎに比べて１．５倍の光量を受光できる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、入射角度が３０°の光束を、光学系ａが受光したときの光量と、光学系ｂが受光したときの光量と、が等しくなることが好ましい。つまり、図７のグラフが、入射角度３０°の点において途切れない（連続している）ことが好ましい。これにより、入射角度が３０°の光束を光学系ａと光学系ｂとが受光した場合に、光学系ａにより撮像される画像データの明るさと、光学系ｂにより撮像される画像データの明るさと、が等しくなる。言い換えると、光学系ａが光学系ａの最大画角（３０°）の光束を受光したときの光量と、光学系ｂが光学系ｂの最大画角（３０°）の光束を受光したときの光量と、が同じ光量となる。そのため、画像データが生成された後に、画像処理を用いて別途明るさの調整をする必要がなく、計算処理の負担が軽減する。したがって、光学系ａが入射角度３０°の光束を受光したときの光量と、光学系ｂが入射角度３０°の光束を受光したときの光量と、が等しくなるように、光学系ａの絞り１０ａの開口面積及び光学系ｂの絞り１０ｂの開口面積を決定することが好ましい。
【００３６】
以上のように、本実施の形態にかかる撮像装置１の構成によれば、光軸が異なる複数の光学系ａ〜ｃを備え、被写界像を分割して撮像する。そして、光学系ｂに含まれる絞り１０ｂの開口面は、光学系ａに含まれる絞り１０ａの開口面に対して傾いて形成されている。このため、イメージセンサの周囲部分において、絞り１０ａの開口面に垂直な軸よりも、絞り１０ｂの開口面に垂直な軸に近い入射角度の光束を受光する場合に、絞り１０ｂを通過する光束の径は、絞り１０ａを通過する光束の径よりも大きくなる。その結果、撮像装置１は、同一面上に複数の開口面が形成された絞りに比べて、周囲光量の低下を抑制することができる。
【００３７】
なお、上記の実施の形態においては、絞り１０ｂの開口面の傾きを３０°としているが、これに限られるものではない。絞り１０ｂの開口面は、光学系ｂが受光可能な光束（３０°〜６０°）の主光線に対して略垂直になるように形成されていればよい。主光線とは、絞りの開口部の中央を通過する光線である。以下の変形例１、２において、絞り１０ｂの開口面の傾きが４５°の場合と、６０°の場合について例示する。
【００３８】
（変形例１）
本実施の形態の変形例１について説明する。変形例１にかかる光学系ａの絞り１０ａ及び光学系ｂの絞り１０ｂの構成を図８に示す。なお、その他の構成については、図１及び図２の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００３９】
図８に示すように、変形例１にかかる絞り１０ｂの開口面１０２ｂは、絞り１０ａの開口面１０２ａに対して４５°傾いて形成されている。つまり、絞り１０ｂを通過する光束の径は、光束の入射角度が４５°のときに最大となる。
【００４０】
次に、図９を参照して、従来の構成と変形例１の構成とにおける光量の違いについて説明する。図９のグラフは、図６に示したグラフに対応するものであり、横軸が光束の入射角度を示し、縦軸が光束の光量を示す。
【００４１】
図９に示すように、光学系ｂの絞り１０ｂを通過する光束の光量は、入射角度が３０°の点から徐々に増加し、入射角度が４５°でピークを迎え、その後、徐々に減少していく。光束の入射角度が６０°の場合において、変形例１の構成による光量は、０．８７である。つまり、光束の入射角度が６０°の場合において、変形例１の構成によれば、従来の構成の光量に比べて、１．７４倍の光量を受光することができる。その結果、周囲光量の低下を抑制することができる。
【００４２】
（変形例２）
本実施の形態の変形例２について説明する。変形例２にかかる光学系ａの絞り１０ａ及び光学系ｂの絞り１０ｂの構成を図１０に示す。なお、その他の構成については、図１及び図２の構成と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
図１０に示すように、変形例１にかかる絞り１０ｂの開口面１０２ｂは、絞り１０ａの開口面１０２ａに対して６０°傾いて形成されている。つまり、絞り１０ｂを通過する光束の径は、光束の入射角度が６０°のときに最大となる。
【００４４】
次に、図１１を参照して、従来の構成と変形例１の構成とにおける光量の違いについて説明する。図１１のグラフは、図７に示したグラフに対応するものであり、横軸が光束の入射角度を示し、縦軸が光束の光量を示す。
【００４５】
図１１に示すように、光学系ｂの絞り１０ｂを通過する光束の光量は、入射角度が３０°の点から徐々に増加し、入射角度が６０°でピークを迎える。光束の入射角度が６０°の場合において、変形例２の構成による光量は、１．０である。つまり、光束の入射角度が６０°の場合において、変形例２の構成によれば、従来の構成の光量に比べて、２倍の光量を受光することができる。その結果、周囲光量の低下を抑制することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更及び組み合わせをすることが可能である。例えば、上述の実施の形態においては、９個の光学系を含む複眼光学系について説明したが、光学系の個数はこれに限られるものではない。また、絞り１０ａの開口面と絞り１０ｂの開口面とがなす角度の例として、３０°、４５°、及び６０°を採用したが、これらの角度に限定されるものではない。また、レンズ２０、３０の個数や形状等も、本実施の形態の個数や形状に限られない。さらに、図２においては、絞り１０ａの端部が、絞り１０ｂの端部及び絞り１０ｃの端部に連結された構成であるが、これらの絞りは、物理的に離れていてもよい。また、各絞りからイメージセンサ４０までの距離も、図２の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１  撮像装置
１０  絞り板
１０ａ〜１０ｃ  絞り
２０  第１のレンズ
３０  第２のレンズ
２０ａ〜２０ｃ、３０ａ〜３０ｃ  レンズ
４０  イメージセンサ
４０ａ〜４０ｃ  撮像素子
４１  受光面
１０１  開口部
１０２、１０３  開口面
１０４  内壁
【図１】
2015119305.tif 000003
【図２】
2015119305.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015119305.tif 000006
【図５】
2015119305.tif 000007
【図６】
2015119305.tif 000008
【図７】
2015119305.tif 000009
【図８】
2015119305.tif 000010
【図９】
2015119305.tif 000011
【図１０】
2015119305.tif 000012
【図１１】
2015119305.tif 000013