(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の撮像系を有する複眼撮像装置において、上下対称かつ左右非対称非球面のオフアキシャル反射面を含み、全体として実像を結像する屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックを、前記左右の撮像系の各々に、前記左右の撮像系で上下逆の関係となるように設けたことを特徴とする複眼撮像装置。
【請求項２】
前記オフアキシャル光学系ブロックはモールド成形により作られていることを特徴とする請求項１記載の複眼撮像装置。
【請求項３】
前記左右の撮像系は左右逆の台形歪みを発生させて結像することを特徴とする請求項１記載の複眼撮像装置。
【請求項４】
前記撮像系では、入射基準軸および射出基準軸が同一直線上にないことを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の複眼撮像装置。
【請求項５】
前記撮像系は物体側入射面の直前部に絞りを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の複眼撮像装置。
【請求項６】
前記オフアキシャル光学系ブロックの物体側入射面の直前部に絞りを有することを特徴とする請求項５記載の複眼撮像装置。
【請求項７】
前記オフアキシャル光学系ブロックを含む撮像系は、結像面に至る光路の途中で少なくとも１回結像することを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれかに記載の複眼撮像装置。
【請求項８】
前記オフアキシャル光学系ブロックを含む前記撮像系の一部または全体を回動させることにより、前記左右の撮像系の輻輳角を変更することを特徴とする請求項１記載の複眼撮像装置。
【請求項９】
前記左右の撮像系の輻輳角を変更することにより、前記左右の撮像系が視差を持つ３次元画像撮影モードと、前記左右の撮像系の視点を略一致させたパノラマモードとを切り替えることを特徴とする請求項８記載の複眼撮像装置。
【請求項１０】
前記オフアキシャル光学系ブロックを含む撮像系の一部または全体は、該オフアキシャル光学系ブロックの射出基準軸を含む平面内で回動自在であることを特徴とする請求項９記載の複眼撮像装置。
【請求項１１】
左右の撮像系を有する複眼撮像装置において、非対称非球面のオフアキシャル反射面を含み、全体として実像を結像する屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックを、前記左右の撮像系の各々に設けるとともに、前記オフアキシャル光学系ブロックを含む前記左右の撮像系の少なくとも一方について、その一部または全体を回動させることにより、前記左右の撮像系の基線長を変更することを特徴とする複眼撮像装置。
【請求項１２】
前記オフアキシャル光学系ブロックを含む前記撮像系の一部または全体は、該オフアキシャル光学系ブロックの射出基準軸の周りに回動自在であることを特徴とする請求項１１記載の複眼撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の撮像系を有する複眼撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被写体の３次元画像を入力する方法として、複数の撮像系（撮像光学系）を有する複眼撮像装置による撮影が知られている。この複眼撮像装置は、２眼の場合、被写体を左右２つの撮像系で撮影し、被写体部分の左右画像間の視差から被写体の３次元形状を把握する。このような３次元形状の把握は人間の左右の眼球を使って行う場合と基本的に同様の方法である。
【０００３】
複眼撮像装置の撮影において、被写体が遠くに位置する場合と近くに位置する場合とでは、基線長（左右撮像系の間隔）や輻輳角（左右撮像系の光軸のなす角度）を変更することが行われる。
【０００４】
これは、被写体が遠くに位置する場合と近くに位置する場合とでは、左右の画像中の重複する領域が変わってしまい、例えば左右撮像系を平行に配置した場合、被写体が近くなるほど重複する領域が少なくなってしまい、画像全体を重複して撮影するためには左右撮像系の光軸方向を調整する必要があるためである。
【０００５】
また、左右２つの撮像系間の距離が近い場合、遠距離の被写体に対して左右画像間の視差がなくなってしまい、十分な立体感が得られないので、左右２つの撮像系間の距離を長くする必要がある。
【０００６】
このように、複眼撮像装置で撮影する場合、被写体に応じてカメラの基線長や輻輳角を調整することは重要な要素技術である。
【０００７】
図１４は従来の複眼撮像装置における撮像系の構成を示す図である。従来の複眼撮像装置では、通常の共軸光学系を複数本並べることが一般に行われている。そして、輻輳角や基線長を変更する方法として、共軸光学系の光軸の間隔や光軸のなす角度を機械的に変更することが行われている。
【０００８】
また、複眼撮像装置では、撮影系が２つ以上あることを利用して水平方向により広角ないわゆるパノラマ画像を撮影することも行われている。この際、複数の撮像系は、視点をほぼ一致させ、複数の撮影画像を画像処理で繋ぐために必要な部分だけをオーバラップしてできるだけ異なる視野を撮影できるように配置されている。その際、光軸の間隔や光軸のなす角度を機械的に変更することが行われる。
【０００９】
ところで、最近、非共軸光学系においても、基準軸という概念を導入して構成面を非対称非球面にすることで十分に収差が補正された光学系を構築できることが明らかになってきた。特開平９−５６５０号公報にはその設計法が示され、特開平８−２９２３７１号公報および特開平８−２９２３７２号公報にはその設計例が示されている。
【００１０】
こうした非共軸光学系はオフアキシャル光学系と呼ばれる。オフアキシャル光学系は、像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考えた場合、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系として定義されるものであり、このとき、基準軸は折れ曲がった形状となる。
【００１１】
このオフアキシャル光学系は、構成面が一般に非共軸となり、反射面でもケラレが生じることがないので、反射面を使った光学系を構築し易い。また、光路の引き回しを比較的自由に行うことができ、構成面を一体成形する手法で一体型の光学系を作り易いという特徴を有している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の共軸光学系を用いた複眼撮像装置では、輻輳角や基線長を変更する場合、撮像系全体を回転させたり移動する必要があるので、共軸光学系で撮像系を構成した場合、装置全体が大きくなってしまうという問題があった。
【００１３】
特に、パノラマ撮影時、左右の視点をほぼ一致させる、つまり撮像系の入射瞳の中心の間隔である基線長をほぼ零にすることが必要であるが、共軸光学系では入射瞳を物体側に大きく出せない関係上、輻輳角がある場合、レンズ同士が干渉しあい、基線長はある程度までしか短くできない、あるいは基線長を適正な長さまで短くしようとすれば輻輳角は大きく取れないという問題があった。
【００１４】
また、複眼撮像装置の場合、左右各々の撮像系での倍率や結像性能が揃っていることが要求されるが、従来では左右各々の撮像系は複数枚のレンズを鏡筒内に組み込んで構成されているので、左右の撮像系には光学特性にばらつきがあり、左右の撮像系における倍率などの調整が必要であるといった問題もあった。
【００１５】
さらに、図１５は従来の撮像系に輻輳をつけてパノラマ撮影を行った場合の画像を概念的に示す図である。撮像系に輻輳をつけてパノラマ撮影を行う場合（同図（Ａ））、左右の撮像系の各々の中心視点（各撮像系の基準軸の物体側延長点）が合成画像の理想の中心視点と異なるので（同図（Ｂ）、（Ｃ））、左右の画像を繋ぐ場合、中心視点の違いからくる見かけ上のいわゆる台形歪みを取り去っておく必要がある。この台形歪みを画像処理だけに分担させると、画質が低下してしまうという問題があった。
【００１６】
そこで、本発明は各撮像系の構成要素を少なくすることができ、コンパクトな構成を実現できる複眼撮像装置を提供することを第１の目的とする。
【００１７】
また、本発明は基線長を長くすることなく輻輳角を容易に変更することができる複眼撮像装置を提供することを第２の目的とする。
【００１８】
さらに、本発明は基線長を容易に変更することができる複眼撮像装置を提供することを第３の目的とする。
【００１９】
また、本発明は結像性能のばらつきを抑えることができる複眼撮像装置を提供することを第４の目的とする。
【００２０】
さらに、本発明は３次元画像撮影モードとパノラマモードとの切り替えを容易に行うことができる複眼撮像装置を提供することを第５の目的とする。
【００２１】
また、本発明はパノラマ画像を合成する際、左右の中心視点の違いによる見かけ上の台形歪みの少ない画像を得ることができる複眼撮像装置を提供することを第６の目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、左右の撮像系を有する複眼撮像装置において、上下対称かつ左右非対称非球面のオフアキシャル反射面を含み、全体として実像を結像する屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックを、前記左右の撮像系の各々に、前記左右の撮像系で上下逆の関係となるように設けた複眼撮像装置を特徴とする。
【００２３】
また本発明によれば、左右の撮像系を有する複眼撮像装置において、非対称非球面のオフアキシャル反射面を含み、全体として実像を結像する屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックを、前記左右の撮像系の各々に設けるとともに、前記オフアキシャル光学系ブロックを含む前記左右の撮像系の少なくとも一方について、その一部または全体を回動させることにより、前記左右の撮像系の基線長を変更するように構成した複眼撮像装置を特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の複眼撮像装置の実施の形態について説明する。
【００３６】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態における複眼撮像装置の構成を示す図である。図において、１０は複眼カメラヘッド部であり、被写体を撮影して画像信号を出力するものである。
【００３７】
２０は信号処理部であり、複眼カメラヘッド部１０から得られた画像信号をＪＰＥＧ（Joint Photographic Expert Group）方式等の画像データに変換する処理を行う。３０は露光制御部であり、被写体の明るさに応じて複眼カメラヘッド部１０の左右撮像系の露光量を制御する。
【００３８】
４０はフォーカス制御部であり、被写体に対するピント合わせを制御する。５０はレリーズボタンである。６０はメモリであり、画像データを記憶する。７０はシステムコントローラであり、複眼撮像装置全体の動作を制御する。
【００３９】
図２はカメラヘッド部１０の構成を示す図である。図において、１１Ｌ、１１Ｒはそれぞれ物体側の光学素子であり、ガラス等の透明体で成形され複数の反射面および屈折面を有するオフアキシャル光学系ブロックである。
【００４０】
図３は物体側の光学素子１１Ｒの形状を示す図である。物体側の光学素子１１Ｒの表面には物体からの光線の通過順に負の屈折力を有する凹屈折面（入射面）ｒ１１、反射面ｒ１２、反射面ｒ１３、正の屈折力を有する凸屈折面（射出面）ｒ１４が形成されている。
【００４１】
凹屈折面ｒ１１および凸屈折面ｒ１４は球面形状である。反射面ｒ１２、ｒ１３は紙面に垂直方向に対称性を有するが、紙面内では対称性を有してなく全体として回転非対称の非球面形状である。
【００４２】
もう一方の物体側の光学素子１１Ｌは、物体側の光学素子１１Ｒと左右対称の形状であり、同様に凹屈折面（入射面）、２つの反射面および凸屈折面（射出面）を有する。具体的には、光学素子１１Ｒは紙面に垂直方向に対称性を有するので、光学素子１１Ｒと同じものを紙面垂直方向に上下逆にして光学素子１１Ｌとする。
【００４３】
光学素子１１Ｒ、１１Ｌはプラスチックや硝子等のモールド成形によって透明体からなる一体の形状に作られる。成形条件が一定の下でモールド成形が行われた場合、従来のようにレンズを鏡筒に組み込む場合に比べて光学特性のばらつきが小さいので、結像性能において左右の差が小さい複眼撮像系を構築することができる。
【００４４】
図４は像側の光学素子１２Ｒの形状を示す図である。光学素子１２Ｒは複数の反射面および屈折面を有するガラス等の透明体である。
【００４５】
像側の光学素子１２Ｒの表面には、物体からの光線の通過順に正の屈折力を有する凸屈折面（入射面）ｒ２１、反射面ｒ２２、反射面ｒ２３および正の屈折力を有する凸屈折面（射出面）ｒ２４が形成されている。
【００４６】
凸屈折面ｒ２１、ｒ２４は球面形状である。反射面ｒ２２、ｒ２３は紙面に垂直方向に対称性を有するが、紙面内では対称性を有してなく全体として回転非対称の非球面形状である。
【００４７】
もう一方の像側の光学素子１２Ｌは像側の光学素子１２Ｒと左右対称の形状を有しており、同様に凸屈折面（入射面）、２つの反射面および凸屈折面（射出面）を有する。具体的には、光学素子１２Ｒは紙面に垂直方向に対称性を有するので、光学素子１２Ｒと同じものを紙面垂直方向に上下逆にして光学素子１２Ｌとする。
【００４８】
光学素子１２Ｒおよび光学素子１２Ｌはプラスチックや硝子等のモールド成形によって透明体からなる一体の形状に作られる。モールド成形により結像性能において左右の差が小さい複眼撮像系を構築できることは、上記光学素子１１Ｒ、１１Ｌの場合と同様である。
【００４９】
図２において、１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ光学素子１１Ｌ、１１Ｒへの入射光量を制限する絞りであり、それぞれ光学素子１１Ｌ、１１Ｒが設けられた物体側に配置されている。また、１４Ｌ、１４ＲはＣＣＤなどの撮像素子であり、それぞれ像側の光学素子１２Ｌ、１２Ｒからの射出光が結像する位置に配置されている。そして、光学素子１１Ｌ、１２Ｌ、絞り１３Ｌ、撮像素子１４Ｌが左撮像系を、光学素子１１Ｒ、１２Ｒ、絞り１３Ｒ、撮像素子１４Ｒが右撮像系を構成しており、２つの撮像系は左右対称に配置されている。
【００５０】
また、１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれ光学素子１１Ｌ、１１Ｒおよび絞り１３Ｌ、１３Ｒを固定する保持部材であり、１６は光学素子１２Ｌ、１２Ｒを固定する保持部材である。１７は保持部材１５Ｌ、１５Ｒ、１６および撮像素子１４Ｌ、１４Ｒを保持する台である。
【００５１】
１８Ｌ、１８Ｒは台１７に形成されたカム溝である。光学素子１１Ｌ、１１Ｒを保持する保持部材１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれカム溝１８Ｌ、１８Ｒに沿って中心ＣＬ、ＣＲの周りに回動自在である。ここで、中心ＣＬ、ＣＲはそれぞれ光学素子１１Ｌ、１１Ｒの射出面ｒ１４の曲率中心に位置し、光学素子１１Ｌ、１１Ｒを保持する保持部材１５Ｌ、１５Ｒはこの中心ＣＬ、ＣＲを回動軸として台１７に回動自在に取り付けられている。
【００５２】
１９は台１７に形成されたガイド溝である。光学素子１２Ｌ、１２Ｒを保持する保持部材１６はガイド溝１９に沿って移動自在に台１７に取り付けられている。
【００５３】
図５は被写体が遠距離にある場合における左右撮像系の配置および光路を示す図である。図６は被写体が近距離にある場合における左右撮像系の配置および光路を示す図である。被写体の距離に応じて左右撮像系の輻輳角は異なる。
【００５４】
本実施形態では、絞りの光線有効径の中心点を通り、最終結像面の中心に至る光線（基準軸光線）は各屈折面および反射面でそれぞれ屈折および反射する経路に設定されており、図中１点鎖線で表されている。
【００５５】
まず、被写体が遠距離にある場合（図５参照）の結像作用を右撮像系で説明する。物体から右撮像系に入射した光束は、絞り１３Ｒでその入射光量が制限された後、光学素子１１Ｒの入射面ｒ１１に入射し、反射面ｒ１２で反射された後、反射面ｒ１３近傍で一旦結像し、射出面ｒ１４から射出する。ここで、反射面ｒ１３近傍で一旦結像させるのは、入射面ｒ１１から入射した光束を反射面ｒ１３で収束させることにより、撮像系が大きくならないようにするためであり、撮像系をコンパクトな大きさにすることができる。
【００５６】
そして、射出面ｒ１４から射出した光束は、光学素子１２Ｒの入射面ｒ２１に入射し、反射面ｒ２２、ｒ２３で反射された後、射出面ｒ２４から射出し、結像面上に配置された撮像素子１４Ｒに結像する。この場合（図５参照）、光学素子１１Ｒ、１２Ｒは、それぞれ入射する基準軸（入射基準軸）と射出する基準軸（射出基準軸）の方向が平行となるように配置されている。
【００５７】
また、左撮像系は右撮像系と左右対称であるので、左撮像系に入射した光束は同様の光路を経て撮像素子１４Ｌに結像する。
【００５８】
つぎに、被写体が近距離にある場合（図６参照）の結像作用について説明する。本実施形態では、光学素子１２Ｌ、１２Ｒはフォーカスレンズの作用を有し、それぞれ入射および射出基準軸に沿って図５の位置よりも物体側に同じ量だけ移動している。この光学素子１２Ｌ、１２Ｒを保持する保持部材１６の動きはガイド溝１９によって規制されている。尚、光学素子１２Ｌ、１２Ｒは、その入射基準軸および射出基準軸が互いに平行になるように保持部材１６上に配置されている。
【００５９】
また、光学素子１１Ｌ、１１Ｒは、それぞれ中心ＣＬ、ＣＲの周りに光学素子１１Ｌ、１１Ｒの入射基準軸が互いに内側に輻輳するように回動されている。この回動量は、光学素子１１Ｌ、１１Ｒを保持する保持部材１５Ｌ、１５Ｒをそれぞれ案内するカム溝１８Ｌ、１８Ｒによって規制されている。
【００６０】
像側の光学素子１２Ｌ、１２Ｒおよび物体側の光学素子１１Ｌ、１１Ｒの動きは物体側に移動する保持部材１６と連動し（図２参照）、その突出部１６ａ、１６ｂがそれぞれ保持部材１５Ｌ、１５Ｒを押圧することにより、光学素子１１Ｌ、１１Ｒはそれぞれ射出基準軸を含む平面内で回動する。
【００６１】
また、保持部材１５Ｌ、１５Ｒはそれぞれバネ（図示せず）により常に保持部材１６の突出部１６ａ、１６ｂに突き当たるように付勢されている。そして、この状態で左右撮像系に入射した光束は、図５の場合と同様の光路を経て撮像素子１４Ｌ、１４Ｒに結像する。
【００６２】
このように、撮像素子１４Ｌ、１４Ｒの間隔が短くなるように配置しても、光学素子１１Ｌ、１１Ｒ、１２Ｌ、１２Ｒにオフアキシャル光学系ブロックを用いているので、絞り１３Ｌ、１３Ｒの間隔である基線長を長くすることができ、図６のように輻輳をつけても光学素子同士が干渉しないコンパクトな構成にすることができる。
【００６３】
つぎに、図１を用いて複眼撮像装置全体の動作について説明する。特に断らない限り、動作は全てシステムコントローラ７０によって制御されるものとする。
【００６４】
まず、レリーズボタン５０が操作されてレリーズ信号が発せられると、フォーカス制御が行われる。フォーカス制御では、左右撮像系の撮像素子１４Ｌ、１４Ｒで得られたそれぞれの画像信号が信号処理部２０で画像データに変換され、左右の画像データの中央部の位相差が検出される。
【００６５】
そして、フォーカス制御部４０で検出された位相差から被写体距離を推定し、左右撮像系のフォーカスレンズの作用を持つ光学素子１２Ｌ、１２Ｒを保持している保持部材１６を被写体距離に応じた位置にガイド溝１９に沿って移動させて左右撮像系のピント合わせを行う。このとき、保持部材１６の移動に連動して物体側の光学素子１１Ｌ、１１Ｒをそれぞれ保持している保持部材１５Ｌ、１５Ｒが回動し、輻輳角が被写体距離に応じて変化する。
【００６６】
この後、露光制御が行われる。左右撮像系の撮像素子１４Ｌ、１４Ｒで得られたそれぞれの画像信号は信号処理部２０で画像データに変換される。そして、露光制御部３０は、左右それぞれの画像データから被写体の明るさを測定し、左右それぞれの撮像系においてその測定値に応じた絞りおよびシャッター速度を決定し、絞り１３Ｌ、１３Ｒの絞り値を変更した後、決定されたシャッター速度で撮像素子１４Ｌ、１４Ｒへの露光を行う。
【００６７】
左右撮像系の撮像素子１４Ｌ、１４Ｒで得られたそれぞれの画像信号が信号処理部２０で画像データに変換されると、変換された画像データがメモリ６０に記憶される。
【００６８】
このように、第１の実施形態では、被写体距離に応じてカメラの輻輳角を調整可能な複眼カメラヘッド部１０を持つ複眼撮像装置を提供することができる。この撮像系は、非対称非球面のオフアキシャル反射面および正の屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックである複数のプリズムから構成されており、その一部のプリズムだけを射出基準軸を含む平面内で回動させることにより輻輳角を調整することができる。
【００６９】
したがって、撮像系をコンパクトに構成することができ、このような撮像系を設けることで輻輳角の調整可能な複眼撮像装置全体をコンパクトな形状にすることができる。
【００７０】
尚、本実施形態では、光学素子１１Ｒ、１１Ｌ、１２Ｒ、１２Ｌのブロックとして、非対称非球面のオフアキシャル反射面および複数の屈折力を持つプリズムが用いられているが、オフアキシャル反射面を持つオフアキシャル光学系ブロックとしては、特開平８−２９２３７１号公報や特開平８−２９２３７２号公報に開示されているような全て反射面からなる中空タイプのブロックであってもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、左右撮像系を４つのプリズムからなるオフアキシャル光学系ブロックで構成したが、光学素子１２Ｌ、１２Ｒを一体に成形したプリズムを用いて左右撮像系を構成してもよい。
【００７２】
［第２の実施形態］
図７は第２の実施形態における複眼撮像装置の構成を示す図である。図において、１０Ａは複眼カメラヘッド部であり、被写体を撮影して画像信号を出力するものである。
【００７３】
２０は信号処理部であり、複眼カメラヘッド部１０Ａで得られた画像信号をＪＰＥＧ方式等の画像データに変換する処理を行う。３０は露光制御部であり、被写体の明るさに応じて複眼カメラヘッド部１０Ａの左右撮像系の露光量を制御する。４０はフォーカス制御部であり、被写体に対するピント合わせを制御する。
【００７４】
５０はレリーズボタンである。６０はメモリであり、画像データを記憶する。７０はシステムコントローラであり、複眼撮像装置全体の動作を制御する。８０は基線長切換部であり、複眼カメラヘッド部１０Ａの基線長を切り換える。
【００７５】
第２の実施形態では、前記第１の実施形態における複眼撮像装置に対して基線長切換部８０が新たに設けられており、光学素子１１Ｌ、１１Ｒはその射出基準軸の周りに回動自在に設けられている。また、複眼カメラヘッド部１０Ａでは輻輳角が固定されている。その他の構成および動作については前記第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付すことによりその説明を省略し、構成および動作の異なる基線長切換部８０について説明する。
【００７６】
第２の実施形態では、基線長切換部８０により、複眼カメラヘッド部１０Ａの物体側の光学素子１１Ｌ、１１Ｒをそれぞれの射出基準軸の周りに１８０゜回動させることができ、この回動により長短２つの基線長を切り換え可能である。前述した図５は基線長の長い状態の光学的配置を表している。一方、図８は基線長の短い状態の光学的配置を示す図である。このように、複眼カメラヘッド部１０Ａでは、長短２つの基線長の状態が切り換えられる。
【００７７】
尚、第２の実施形態では、複眼カメラヘッド部１０Ａの物体側の光学素子１１Ｌ、１１Ｒをそれぞれの射出基準軸の周りに１８０゜回動させることにより、基線長を長短２つの状態に切り替えるように構成したが、光学素子１１Ｌ、１１Ｒを任意の同じ量だけ回動させるように構成することで、長短２つの状態の中間の基線長を持つ状態に複眼カメラヘッド部１０Ａを設定するようにしてもよい。
【００７８】
このように、第２の実施形態では、被写体に応じて基線長の切り換え可能な複眼カメラヘッド部を有する複眼撮像装置を提供することができる。
【００７９】
また、オフアキシャル光学系ブロックを含む撮像系は非対称非球面のオフアキシャル反射面および複数の屈折力を持つ複数のプリズムから構成されており、その一部のプリズムだけを回動させることにより基線長を切り換えるので、撮像系をコンパクトに構成できる。また、このような撮像系が設けられた複眼撮像装置全体をコンパクトな形状にすることができる。
【００８０】
さらに、第２の実施形態では、光学素子１１Ｒ、１１Ｌ、１２Ｒ、１２Ｌは非対称非球面のオフアキシャル反射面および複数の屈折力を持つプリズムからなるオフアキシャル光学系ブロックであったが、オフアキシャル反射面を持つオフアキシャル光学系ブロックとしては、特開平８−２９２３７１号公報や特開平８−２９２３７２号公報に示されているように全て反射面で構成される中空タイプのブロックであってもよい。
【００８１】
また、前記第１の実施形態では輻輳角、前記第２の実施形態では基線長が変更可能な複眼撮像装置をそれぞれ示したが、これらの機能を組み合わせて輻輳角および基線長がともに変更可能な複眼撮像装置を構成してもよいことはいうまでもない。
【００８２】
また、光学素子１１Ｌ、１１Ｒ、１２Ｌ、１２Ｒにオフアキシャル光学系ブロックが使用された撮像系を示したが、入射基準軸と射出基準軸の配置の自由度はオフアキシャル光学系ブロックを含んでいることにより実現されるので、光学素子１１Ｌ、１１Ｒ、１２Ｌ、１２Ｒのいずれかを従来の共軸光学系ブロックで置き換えてもよい。
【００８３】
このように、左右の撮像系を、非対称非球面のオフアキシャル反射面を構成要素として含み、全体として実像を結像できる屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックであるプリズムが少なくとも１つ含まれる構成としたことにより、オフアキシャル光学系ブロックの持つ入射基準軸と射出基準軸の配置の自由度を活かして輻輳角や基線長を比較的自由に設定できるコンパクトな複眼撮像装置を提供することができる。
【００８４】
また、前記第１および第２の実施形態では、複眼の数については簡単のために左右２眼であったが、レンチキュラーレンズを使った３次元表示に使われるような画像ではよりたくさんの視点を持った画像の組が必要となる。この場合、撮像系の数を３つ以上持った複眼撮像装置が必要となるが、この場合にも２眼の場合と同様に適用可能である。
【００８５】
［第３の実施形態］
第３の実施形態における複眼撮像装置では、左右の撮像系は各１つのオフアキシャル光学素子（オフアキシャル光学系ブロック）で構成されている。結像光学素子としてのオフアキシャル光学素子２１Ｒ、２１Ｌは、入射屈折面、４つの非対称非球面の反射面および射出屈折面を有し、絞り１３Ｒ、１３Ｌを通過した光束をＣＣＤ等の撮像素子１４Ｌ、１４Ｒに結像させる。
【００８６】
結像光学素子としてのオフアキシャル光学素子２１Ｒ、２１Ｌは、前記第１および第２の実施形態と同様に、紙面内では対称性を有してなく全体として回転非対称の形状である。
【００８７】
また、光学素子２１Ｌは光学素子２１Ｒと左右対称の形状をなしており、前記第１および第２の実施形態と同様に、光学素子２１Ｒと同じものを紙面垂直方向に上下逆にして用いられる。
【００８８】
光学素子２１Ｒ、２１Ｌはプラスチックや硝子等のモールド成形によって透明体からなる一体の形状に作られる。モールド成形により、結像性能において左右の差が小さい光学系を構成できることは、前記第１および第２の実施形態における光学素子１１Ｒ、１１Ｌと同様である。また、光学素子２１Ｒ、２１Ｌはそれぞれ中心２０Ｒ、２０Ｌの周りに回動自在である。
【００８９】
図９は左右の撮像系が視差を持つ３次元画像撮影モードとして用いる場合のオフアキシャル光学素子２１Ｒ、２１Ｌの配置を示す図である。図１０は左右の撮像系の視点をほぼ一致させたパノラマモードとして用いる場合のオフアキシャル光学素子２１Ｒ、２１Ｌの配置を示す図である。図には説明を簡単にするために像中心と絞り中心を通る光線の光路である基準軸光線だけが一点鎖線で描かれている。
【００９０】
一般に、オフアキシャル光学系は、絞りを被写体に一番近い所に設ける前絞りタイプにすると、撮像系をコンパクトに構成しやすい。こうした前絞りタイプの撮像系は左右の入射瞳の位置を一致させ、パノラマモードに適した撮像系である。したがって、前絞りタイプのオフアキシャル光学系ブロックを使用することにより、共軸光学系では構成することが難しかったパノラマモード撮影可能な複眼撮像装置をコンパクトに構成することができる。
【００９１】
また、２つの撮影モードの切り替えは、絞り、オフアキシャル光学系ブロック（オフアキシャル光学素子）および撮像素子の相対位置関係が変化しないように、これらを中心２０Ｒ、２０Ｌの周りに回動させることにより行われる。この２つの撮影モードの切替により、より高付加価値の複眼撮像装置を提供することができる。
【００９２】
尚、第３の実施形態では、光学素子２１Ｒ、２１Ｌは非対称非球面のオフアキシャル反射面および複数の屈折力を持つプリズムであったが、オフアキシャル反射面を持つオフアキシャル光学系ブロックとしては、特開平８−２９２３７１号公報や特開平８−２９２３７２号公報に示されているように全て反射面で構成される中空タイプのブロックであってもよい。
【００９３】
［第４の実施形態］
図１１は第４の実施形態におけるオフアキシャル光学素子を含む撮像系の配置を示す図である。この撮像系はパノラマモード専用の撮像系であり、図１０とほぼ同様の構成である。
【００９４】
第４の実施形態では、左右の撮像系は各１つのオフアキシャル光学素子（オフアキシャル光学系ブロック）で構成されている。結像光学素子としてのオフアキシャル光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、入射屈折面、４つの非対称非球面の反射面および射出屈折面から構成され、左右共通の絞り１３を通過した光束をＣＣＤ等の撮像素子１４Ｌ、１４Ｒに結像させる。尚、図には説明を簡単にするために、像中心と絞り中心を通る光線の光路である基準軸光線だけが一点鎖線で描かれている。
【００９５】
結像光学素子としてのオフアキシャル光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、前記第１および第２の実施形態の場合と同様に、紙面内では対称性を有してなく全体として回転非対称の形状である。また、光学素子３１Ｌは光学素子３１Ｒと左右対称の形状を有し、前記第３の実施形態と同様に、光学素子３１Ｒと同じものを紙面垂直方向に上下逆にして用いられる。
【００９６】
光学素子３１Ｒ、３１Ｌはプラスチックや硝子等のモールド成形によって透明体からなる一体の形状に作られる。モールド成形により、結像性能において左右の差が小さい光学系を構成できることは、前記第１および第２の実施形態における光学素子１１Ｒ、１１Ｌの場合と同様である。
【００９７】
前述したように、一般にオフアキシャル光学系では、絞りを被写体に一番近い所に設ける前絞りタイプにすると、撮像系をコンパクトに構成しやすい。前絞りタイプの撮像系は左右の入射瞳の位置を一致させるパノラマモードの構成に適した撮像系である。したがって、前絞りタイプのオフアキシャル光学系ブロックを使用することにより、共軸光学系では構成が難しかったパノラマモード撮影可能な複眼撮像装置をコンパクトに構成することができる。
【００９８】
ここで、前記第３の実施形態と異なる第４の実施形態の複眼撮像装置の特徴は、パノラマモードでの画像がより自然に見えるように結像特性に左右非対称な台形型のディストーション（歪み）を導入していることにある。
【００９９】
一般にオフアキシャル光学系では、左右に非対称な非球面が主として反射面に用いられる。したがって、回転対称な共軸光学系では偏心させない限り発生しなかった左右非対称な収差を容易に発生させることができる。そういった意味においてはオフアキシャル光学系はパノラマモードを持つ複眼撮像系に適した光学系であると言える。
【０１００】
図１２は結像性能に台形型のディストーションを持たせた光学素子で左右の撮像系の正面にある物体を撮影した画像を概念的に示す図である。光学素子の結像性能に台形型のディストーションを持たせない場合、同図（Ａ）の左右各撮像系の正面にある立方体の「Ａ」、「Ｂ」が書かれている前面の正方形は正方形のまま写る。これに対し、像を繋ぐ部分（中央部）が外側に対して短くなるように台形型のディストーションを左右の結像特性に与えておくことにより、同図（Ｂ）の２枚の画像のように立方体の「Ａ」、「Ｂ」が書かれている前面の正方形は変形した形で画像として記録される。この変形した形で記録された２枚の画像を合成すると、同図（Ｃ）に示すように見かけ上の中心視点が真ん中にある画像として自然な合成画像が得られる。
【０１０１】
このように、左右の光学素子の結像性能に台形型のディストーションを持たせることは、中心視点を見かけ上移動させる効果を有する。
【０１０２】
図１３は結像性能に台形型のディストーションを持たせた左右の光学素子でパノラマモードにより撮影した画像を概念的に示す図である。像を繋ぐ部分（中央部）が外側に対して短くなる台形型のディストーションのために、左右ともにディストーションのない撮像系で撮影した従来の場合（図１５参照）のように中央部が見かけ上長くなることなく補正され、見かけ上理想的合成画像の中心視点にあるような画像が得られる（図１３（Ａ）、（Ｂ））。これを繋ぐと、図１３（Ｃ）に示すようにほぼ理想的合成画像と同様の画像が得られる。
【０１０３】
第４の実施形態では、パノラマ画像を合成するための複眼の数は、簡単のために左右２眼とした。一般に左右方向により長い画像を合成する場合、３つ以上の撮像光学系を並べた複眼撮像装置も同様に考えることができる。こうした場合、外側に並ぶカメラほど発生させる台形型のディストーションを大きくすればよい。また、撮像系が奇数個の場合、真ん中の撮像系は台形型のディストーションのない撮像系にすればよい。
【０１０４】
尚、第４の実施形態では、光学素子３１Ｒ、３１Ｌは非対称非球面のオフアキシャル反射面および複数の屈折力を持つプリズムからなるオフアキシャル光学系ブロックであったが、オフアキシャル反射面を持つオフアキシャル光学系ブロックとしては、特開平８−２９２３７１号公報や特開平８−２９２３７２号公報に示されているように全て反射面で構成される中空タイプのブロックであってもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、上下対称かつ左右非対称非球面のオフアキシャル反射面を含み、全体として実像を結像する屈折力を持つオフアキシャル光学系ブロックを、前記左右の撮像系の各々に、前記左右の撮像系で上下逆の関係となるように設けたので、各撮像系の構成要素を少なくすることができ、コンパクトな構成を実現できる。また、撮像素子の間隔が短くなるように配置しても、絞りの間隔である基線長を長くとることができ、輻輳をつけても互いの光学素子が干渉しあうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における複眼撮像装置の構成を示す図である。
【図２】カメラヘッド部１０の構成を示す図である。
【図３】物体側の光学素子１１Ｒの形状を示す図である。
【図４】像側の光学素子１２Ｒの形状を示す図である。
【図５】被写体が遠距離にある場合における左右撮像系の配置および光路を示す図である。
【図６】被写体が近距離にある場合における左右撮像系の配置および光路を示す図である。
【図７】第２の実施形態における複眼撮像装置の構成を示す図である。
【図８】基線長の短い状態の光学的配置を示す図である。
【図９】左右の撮像系が視差を持つ３次元画像撮影モードとして用いる場合のオフアキシャル光学素子２１Ｒ、２１Ｌの配置を示す図である。
【図１０】左右の撮像系の視点をほぼ一致させたパノラマモードとして用いる場合のオフアキシャル光学素子２１Ｒ、２１Ｌの配置を示す図である。
【図１１】第４の実施形態におけるオフアキシャル光学素子を含む撮像系の配置を示す図である。
【図１２】結像性能に台形型のディストーションを持たせた光学素子で左右の撮像系の正面にある物体を撮影した画像を概念的に示す図である。
【図１３】結像性能に台形型のディストーションを持たせた左右の光学素子でパノラマモードにより撮影した画像を概念的に示す図である。
【図１４】従来の複眼撮像装置における撮像系の構成を示す図である。
【図１５】従来の撮像系に輻輳をつけてパノラマ撮影を行った場合の画像を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ  複眼カメラヘッド部
１１Ｌ、１１Ｒ、１２Ｌ、１２Ｒ、２１Ｌ、２１Ｒ、３１Ｌ、３１Ｒ  光学素子
１３Ｌ、１３Ｒ、１３  絞り
１４Ｌ、１４Ｒ  撮像素子
１８Ｌ、１８Ｒ  カム溝
２０  信号処理部
【図１】
0004136087.tif 000002
【図２】
0004136087.tif 000003
【図３】
0004136087.tif 000004
【図４】
0004136087.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004136087.tif 000007
【図７】
0004136087.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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