(57)【要約】【課題】  複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、光学歪みの補正、明るさの調整、夫々の光学ブロックの光学性能の向上を行うこと。【解決手段】  複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、前記複数の光学ブロックを通過した光束によりそれぞれ形成される像を撮像する複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、撮像ブロックを構成する複数の画素の配置、サイズを光学ブロックの光学歪みに略合わせ、また前記撮像ブロックは夫々不等間隔に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、前記複数の光学ブロックを通過した光束によりそれぞれ形成される像を撮像する複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、
前記撮像ブロックは、不等間隔に配置された複数の画素から構成されていることを特徴とする複眼撮像系。
【請求項２】
複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、前記複数の光学ブロックを通過した光束によりそれぞれ形成される像を撮像する複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、
前記撮像素子上の前記撮像ブロックは夫々不等間隔に配置されることを特徴とする複眼光学系。
【請求項３】
前記複数の光学ブロック夫々は不等間隔に配置されることを特徴とする請求項１あるいは２記載の複眼撮像系。
【請求項４】
前記撮像ブロックを構成する複数の画素は、前記光学ブロックの光学歪に略合わせて、不等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の複眼撮像系。
【請求項５】
前記複数の光学ブロック夫々の光軸は互いに傾いて配置されていることを特徴とする請求項１から４いずれか記載の複眼撮像系。
【請求項６】
前記撮像ブロックを構成する複数の画素の配列は、撮像ブロック毎に異なることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の複眼撮像系。
【請求項７】
前記撮像ブロックは複数のサイズの異なる画素から構成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか記載の複眼撮像系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学ブロックから構成された複眼光学系と撮像素子とを組み合わせた複眼撮像系に関し、特にビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、内視鏡、車載カメラ、テレビ電話および監視カメラ等の撮像装置に好適な複眼撮像系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の撮像系には、一般的なカメラのほかに、ノートパソコンその他の情報携帯端末に実装するため、より小型化が望まれている。そして、このような要望に対し、撮影光学系として複数の光学ブロックに分割した複眼光学系を用いることにより、薄型および小型化を実現した複眼撮像系が提案されている。
【０００３】
複眼光学系と撮像素子を組み合わせた複眼撮像系における画像処理に関しては特開平10−145802号公報に提案されている。複数のレンズレットからなるレンズレットアレイと撮像素子から構成される小型デジタルカメラにおいて、撮像素子上の画像処理部により、A/D変換回路によるデジタル変換処理、相関2重サンプリング回路によるノイズ低減、アドレスデータの読み出しを利用した画像合成、等の処理を行っており、複眼光学系による撮像系の小型化、デジタル画像の画質向上に関するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複眼光学系を用いる場合には、夫々の光学ブロックの光学歪を補正する必要がある。
【０００５】
しかしながら、上記特開平10−145802号公報の提案は、画像の夫々の画素におけるノイズを低減する事により画質を向上させるものであり、光学ブロック夫々の固有の歪み、歪曲収差等を補正するものではない。
【０００６】
そこで本発明は、複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、光学ブロックにより発生する光学歪みに対して画素の配置、サイズを合わせる事により光学歪みの補正、明るさの調整を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明では、複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、前記複数の光学ブロックを通過した光束によりそれぞれ形成される像を撮像する複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、撮像ブロックを構成する複数の画素は、光学ブロックの光学歪みに略合わせて、不等間隔に配置されており、撮像素子上の前記撮像ブロックは夫々不等間隔に配置されている。また複数の光学ブロック夫々の光軸が互いに傾いて配置されているとき、撮像ブロックを構成する複数の画素の配列は、撮像ブロック毎に異なる。また撮像ブロックは複数のサイズの異なる画素から構成されている。
【０００８】
これにより光学歪みの補正、明るさの調整を行う事が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、複数の光学ブロックにより構成された複眼光学系と、前記複数の光学ブロックを通過した光束によりそれぞれ形成される像を撮像する複数の撮像ブロックを有する撮像素子を備えた複眼撮像系において、それぞれの画素の配置、サイズを光学ブロックの光学歪みに略合わせ、前記撮像ブロックは夫々不等間隔に配置されることにより、複雑な信号処理を行うことなく、光学歪みの補正、明るさの調整、光学ブロック夫々の光学性能の向上を行う事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第一実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である複眼撮像系の構成を示している。また、図２には、複眼撮像系に用いられる撮影レンズ（複眼光学系）の光軸方向視図を、図３には複眼撮像系に用いられる撮像素子の光軸方向視図をそれぞれ示している。図１および図２において、１０は撮影レンズである。この撮影レンズ１０は、複数の光学ブロック１１−１〜１１−２５を有して構成されており、各光学ブロックはガラスやプラスチック等の透明材料で形成されている。
【００１１】
それぞれの光学ブロック１１−１〜１１−２５は、図２のように所定の間隔を隔てて同一平面上の縦横方向に配列されている。
【００１２】
１２は撮像素子である。この撮像素子１２には、図３に示すように、光学ブロック１１−１〜１１−２５のそれぞれを通過した光束を受光して、この光束により形成された被写体像を電気信号に変換する複数の撮像ブロック１４−１〜１４−２５が形成されている。これら撮像ブロック１４−１〜１４−２５はそれぞれ、複数の画像検出素子から構成されている。
【００１３】
図１のように、各光学ブロックの光軸(一点鎖線)は、他の光学ブロックの光軸と互いに傾いている。そのため、各光学ブロックはそれぞれ異なる領域を撮像する。
【００１４】
撮影レンズ１０、撮像素子１２による被写体の結像作用について図５を用いて説明する。
【００１５】
図５には、上記撮影レンズ１０の結像作用を模式的に示している。なお、図５においては、説明のため被写体５０を含む撮影領域を点線で示している。
【００１６】
光学ブロック１１−１は、撮影領域５１−１の被写体を撮像ブロック１４−１上に結像させる。また、光学ブロック１１−２は、撮影領域５１−２の被写体を撮像ブロック１４−２上に結像させる。以下同様に、各光学ブロックはそれぞれ別の撮影領域の被写体を、対応する撮像ブロック上に結像させる。したがって、本実施形態においては、撮影領域を分割した複数の領域をそれぞれ別の光学ブロックを通じて撮影する構成とすることにより、撮影領域全体の撮影を可能としている。
【００１７】
３０は撮像素子１２の受光面を保護するために、撮像素子１２の受光面を覆うように（撮影レンズ１０と撮像素子１２との間に）配置された保護ガラスである。保護ガラス３０は撮像素子１２と所定の間隔を持って配置されており、撮像素子１２の受光面側はこの保護ガラス３０によって密封されている。
【００１８】
本実施形態では、複数の光学ブロックの１つ１つを仕切る遮光壁４０を撮影レンズ１０と保護ガラス３０との間に挿入する。これは、光学ブロックを通過した光束が、対応する撮像ブロック以外の領域に入射するのを防ぐためである。
【００１９】
遮光壁４０は、図６に示すように、遮光性を有する直方体ブロック（以下、遮光壁ブロックという）に、複数の筒状の穴４１−１〜４１−２５をあけてできた壁構造を有する。図１に示した遮光壁４０の形状は、この直方体の遮光壁ブロックを図６に示す点線４２に沿って上下方向に切断した断面を側面から見た形状を示している。遮光壁ブロックに形成された各穴４１−１〜４１−２５は、各光学ブロック１１−１〜１１−２５を通過した光束を撮像ブロック１４−１〜１４−２５に向かわせるための光路となっている。
【００２０】
次に、光学ブロックにおいて発生する光学歪の補正について説明する。
【００２１】
図７−Ａは、本発明の効果を説明するために撮影領域５１−１に被写体として配置した矩形のテストチャートであり、全ての辺の長さが等しい正方パターンを有している。
【００２２】
図７−Ｂは、光学ブロック１１−１によって撮像ブロック１４−１上に形成される前記撮像領域５１−１の被写体像である。光学ブロック１１−１の光学歪みにより、撮像ブロック１４−１上に形成される被写体像には歪みが生じる。
図７−Ｃは、撮像ブロック１４−１を構成する複数の画素の配置を説明する図である。撮像ブロック１４−１は複数の画素１００−１〜１００−２５から構成されている。複数の画素１００−１〜１００−２５は、光学ブロック１１−１の光学歪みに合わせ図のように不等間隔で配置される。
【００２３】
図７−Ｄは、撮像ブロック１４−１から出力される被写体の画像信号を示したものである。光学歪みに合わせて画素を適正配置することにより、歪のない被写体像が得られている。
【００２４】
図８-Ａは撮影領域５１−１０に被写体として配置した矩形のテストチャートであり、全ての辺の長さが等しい正方パターンを有している。
【００２５】
図８−Ｂは、光学ブロック１１−１０によって撮像ブロック１４−１０上に形成される前記撮像領域５１−１０の被写体像である。光学ブロック１１−１０の光学歪みにより、撮像ブロック１４−１０上に形成される被写体像には歪みが生じる。
【００２６】
この光学歪みは、光学ブロック１１-１０の光軸が像面に対して傾き、非対称となっているため発生する光学歪みである。
【００２７】
図８−Ｃは、撮像ブロック１４−１０を構成する複数の画素の配置を説明する図である。撮像ブロック１４−１０は複数の画素１０１−１〜１０１−２５から構成されている。複数の画素１０１−１〜１０１−２５は、光学ブロック１１−１の光学歪みに合わせ図のように不等間隔で配置される。
【００２８】
図８−Ｄは、撮像ブロック１４−１０から出力される被写体の画像信号を示したものである。光学歪みに合わせて画素を適正配置することにより、図７-Ｄと同様に歪みのない被写体像が得られている。
【００２９】
その他の撮像ブロックについても同様であるため詳しい説明は省略するが、それぞれの撮像ブロックを構成する複数の画素をそれぞれの光学ブロックの光学歪みに略合わせることにより全ての撮像領域において歪みのない被写体像が得られる。
【００３０】
なお全ての実施例において、各光学ブロックのうち少なくとも１つの光学作用面は非回転対称面を含む非球面により構成されており、光学作用面は回折面であってもよい。また、各光学ブロックの焦点距離は異なっていてもよい。
【００３１】
また、光学ブロック数、撮像ブロックにおける画素数を２５個（５×５個）としたがブロック数、画素数の制限はない。また、保護ガラス、遮光壁はなくてもよく、開口絞りは撮影レンズの前後どちらにあってもよいものとする。
【００３２】
また、撮影レンズ１０と保護ガラス３０の間にローパスフィルタ等の光学部品を挿入するとき、遮蔽壁４０とローパスフィルタとを積層して光学系を構成してもよい。
【００３３】
また、それぞれの撮像ブロック上では被写体の倒立像を形成し、各撮像ブロックからの出力から被写体全体の画像を撮像素子からの出力として得るためには、倒立像を正立像に変換する信号処理回路が必要となる。そして、この信号処理回路を撮像素子１２と同一の基板上に構成することにより、部品点数を削減することができる。
【００３４】
また、図４のように１つの画像検出素子による撮像素子において、それぞれの撮像ブロック領域を１５−１〜１５−２５のように分けてもよい。図４では撮像ブロック１５-１〜１５-２５を区別するために周辺部分を太線にて示している。ここで、撮像ブロック１５-１〜１５-２５以外の画像検出素子部２０は不要な撮像領域となるため、画像素子１２における出力信号を読み出す時に画像検出素子部２０の出力信号を読み出さないことにより不要な信号を排除することができる。
【００３５】
また、図５においては撮影領域５１−１〜５１−２５の面積は全て等しく示しているが、各光学ブロックの焦点距離等の違いによりそれぞれの撮影領域の面積を異なる面積としてもよい。
【００３６】
（第ニ実施形態）
本実施例において、複眼撮像系は撮像素子以外に関しては第一実施形態で使用したものと同じものを使用しているので説明は省略する。
【００３７】
第一実施例で説明したように、撮影領域５１-１に図７−Ａのテストチャートを被写体として光学ブロック１１-１により撮像ブロック１４-１に結像した時の光学歪みは図７−Ｃのような画素配置とする事により補正する。この時、光学歪み、周辺光量落ちにより像面上に入射する光量は周辺に従って少なくなり、暗くなる。このような像面上の光量ムラに対して、図９-Ａのように撮像ブロック１４-１の画素サイズを光学歪み、周辺光量落ちに略合わせることにより光量を調整する。画素を大きくする事により光量を増加させる事ができるので、図９-Ａでは撮像ブロック１１-１における光学歪み、周辺光量落ちを補正するために周辺に従って画素サイズを大きくしている。これにより撮像ブロックの像面上の明るさを一定にすることができる。
【００３８】
また、光学歪みの補正を第一実施例において行った撮像ブロック１４-１０において、図９-Ｂのように撮像ブロック１４-１０の画素サイズを光学歪み、周辺光量落ちに略合わせることにより光量を調整する。
【００３９】
その他の撮像ブロックについても同様であるため詳しい説明は省略するが、それぞれの撮像ブロックを構成する複数の画素サイズをそれぞれの光学ブロックの光学歪み、周辺光量落ちに略合わせることにより全ての撮像領域において光量ムラのない、明るさが一定な被写体像が得られる。
【００４０】
（第三実施形態）
本実施例において、複眼撮像系は撮像素子以外に関しては第一実施形態で使用したものと同じものを使用しているので説明は省略する。
【００４１】
図２における撮影レンズ１０を用いて撮像素子１２に受光させるとき、中心の光学ブロック(11-1)から周辺の光学ブロック(11-10〜11-25)に従い、光軸は傾くため像面に対する光束の角度も急になる。このとき図３、図４のようにそれぞれ一定の間隔により配置した撮像ブロックに受光させる為には、それぞれの光学ブロックにより光束を大きく曲げることになるため光学性能が悪化する。よって図１０のように該光学ブロックの光学性能を考慮して、対応する該撮像ブロックそれぞれを不等間隔とする。これによりそれぞれの光学ブロックにおいて光束を大きく曲げることがなくなり、光学ブロックの歪み、収差等の小さい複眼撮像系を構成する事が可能となる。
【００４２】
なお、図１１のように１つの画像検出素子による撮像素子において、それぞれの撮像ブロック領域を１７−１〜１７−２５のように分けて、それぞれ不等間隔に配置してもよい。図１１では撮像ブロック１７-１〜１７-２５を区別するために周辺部分を太線にて示している。ここで、撮像ブロック１７-１〜１７-２５以外の画像検出素子部２０は不要な撮像領域となるため、画像素子１２における出力信号を読み出す時に画像検出素子部２０の出力信号を読み出さないことにより不要な信号を排除することができる。
【００４３】
また、図３、図４のように撮像ブロックそれぞれを一定間隔として、図１２のようにそれぞれの光学ブロックを不等間隔とすることにより、前記撮像ブロックを不等配置とした時と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、第一実施形態、第二実施形態のように画素配置、画素サイズを光学歪み、明るさの調整のために略合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態である複眼撮像系の構成を示す断面図。
【図２】上記複眼撮像系に用いられる撮影レンズの光軸方向視図。
【図３】上記複眼撮像系に用いられる複数の画像検出素子から構成される撮像素子の光軸方向視図。
【図４】上記複眼撮像系に用いられる1つの画像検出素子から構成される撮像素子の光軸方向視図。
【図５】上記複眼撮像系による撮像概念図。
【図６】上記複眼撮像系に用いられる遮光壁の斜視図。
【図７】（Ａ）全ての辺の長さが等しい正方パターンを有する矩形のテストチャート。（Ｂ）光学ブロック１１−１によって撮像ブロック１４−１上に形成される撮像領域５１−１の被写体像。（Ｃ）上記複眼撮像系に用いられる複数の画素から構成される撮像ブロック１４−１の光軸方向視図。（Ｄ）上記複眼撮像系に用いられる撮像ブロック１４−１から出力される被写体の画像信号。
【図８】（Ａ）全ての辺の長さが等しい正方パターンを有する矩形のテストチャート。（Ｂ）光学ブロック１１−１０によって撮像ブロック１４−１０上に形成される撮像領域５１−１０の被写体像。（Ｃ）上記複眼撮像系に用いられる複数の画素から構成される撮像ブロック１４−１０の光軸方向視図。(Ｄ)上記複眼撮像系に用いられる撮像ブロック１４−１０から出力される被写体の画像信号。
【図９】(Ａ)上記複眼撮像系に用いられる複数の画素から構成される撮像ブロック１４−１の光軸方向視図。(Ｂ)上記複眼撮像系に用いられる複数の画素から構成される撮像ブロック１４−１０の光軸方向視図。
【図１０】上記複眼撮像系に用いられる複数の画像検出素子から構成される撮像素子の光軸方向視図。
【図１１】上記複眼撮像系に用いられる1つの画像検出素子から構成される撮像素子の光軸方向視図。
【図１２】上記複眼撮像系に用いられる撮影レンズの光軸方向視図。
【符号の説明】
【００４６】
１０  撮影レンズ
１１−１〜１１−２５，１３-1〜１３-２５  光学ブロック
１２  撮像素子
１４−１〜１４−２５，１５−１〜１５−２５，１６−１〜１６−２５，１７−１〜１７−２５  撮像ブロック
２０  図４の撮像ブロック１４-１〜１４-２５以外の画像検出素子部
３０  保護ガラス
４０  遮光壁
７０  開口絞り
１００-１〜１００-２５，１０２-１〜１０２-２５  撮像ブロック１４−１における画素
１０１-１〜１０１-２５，１０３-１〜１０３-２５  撮像ブロック１４-１０における画素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005167443.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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