特開 2023-156695 全天周カメラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156695

(43)【公開日】2023-10-25

(54)【発明の名称】全天周カメラ

(51)【国際特許分類】

   G03B 37/04 20210101AFI20231018BHJP

   G02B 13/04 20060101ALI20231018BHJP

   G02B 13/06 20060101ALI20231018BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20231018BHJP

【ＦＩ】

G03B37/04

G02B13/04 D

G02B13/06

G03B15/00 W

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022066203

(22)【出願日】2022-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】林田 哲哉

【テーマコード（参考）】

2H059

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H059BA02

2H059BA03

2H059BA11

2H087KA01

2H087LA03

2H087PA07

2H087PA16

2H087PB11

2H087QA02

2H087QA05

2H087QA17

2H087QA22

2H087QA26

2H087QA36

2H087QA41

2H087QA46

2H087RA32

2H087RA44

(57)【要約】

【課題】スティッチング誤差を低減可能な全天周カメラを提供すること。
【解決手段】開示の技術の一態様に係る全天周カメラは、全天周画像を出力可能な全天周カメラであって、それぞれが第１レンズ群と第２レンズ群とを有する４つの光学系と、前記４つの光学系それぞれにより形成される像を撮像する４つの撮像部と、前記４つの撮像部により撮像された４つの画像を繋ぎ合わせることにより前記全天周画像を生成する生成部と、を有し、前記４つの光学系それぞれは、仮想正四面体が有する４つの仮想面のいずれかに光軸が直交するように配置され、前記全天周カメラの中心は、前記４つの光学系それぞれにおける前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に位置する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

全天周画像を出力可能な全天周カメラであって、
それぞれが第１レンズ群と第２レンズ群とを有する４つの光学系と、
前記４つの光学系それぞれにより形成される像を撮像する４つの撮像部と、
前記４つの撮像部により撮像された４つの画像を繋ぎ合わせることにより前記全天周画像を生成する生成部と、を有し、
前記４つの光学系それぞれは、仮想正四面体が有する４つの仮想面のいずれかに光軸が直交するように配置され、
前記全天周カメラの中心は、前記４つの光学系それぞれにおける前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に位置する、全天周カメラ。

【請求項2】

前記撮像部は、前記全天周カメラの中心を挟んで前記第１レンズ群とは反対の位置に配置される、請求項１に記載の全天周カメラ。

【請求項3】

前記第２レンズ群および前記撮像部は、前記全天周カメラの中心から見て、前記仮想正四面体が有する４つの仮想頂点のうちいずれかの仮想頂点が位置する方向に配置され、
前記第１レンズ群は、前記全天周カメラの中心から見て、前記いずれかの仮想頂点に向き合う仮想面が位置する方向に配置される、請求項１または請求項２に記載の全天周カメラ。

【請求項4】

前記光学系における直径が最大となる外縁部上の第１の点と前記全天周カメラの中心とを通る第１仮想線と、前記外縁部上において前記光学系の光軸を挟んで前記第１の点とは反対の位置にある第２の点と前記全天周カメラの中心とを通る第２仮想線と、のなす角度は１４１［度］以下である、請求項１または請求項２に記載の全天周カメラ。

【請求項5】

前記光学系の最大画角は、１４１［度］以上である、請求項１または請求項２に記載の全天周カメラ。

【請求項6】

前記４つの光学系それぞれにおける前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に配置される透光性部材を有し、
前記４つの光学系のそれぞれは、前記透光性部材を通して像を形成し、
前記透光性部材は、前記４つの光学系それぞれの光軸に沿う方向に所定の長さを有する、請求項１または請求項２に記載の全天周カメラ。

【請求項7】

前記透光性部材は、前記所定の長さを空けて向き合う一対の部材面を複数組有する切頂四面体であり、
前記切頂四面体は、複数組の前記一対の部材面それぞれが、前記４つの光学系の光軸に直交するように配置される、請求項６に記載の全天周カメラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、全天周カメラに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、全天周画像を出力可能な全天周カメラが知られている。全天周カメラは、放送用カメラや、監視カメラ、車載カメラ等の様々な用途において使用される。

【0003】

全天周カメラとして、正四面体の各面に割り当てられた４つのレンズ系を有し、４つのレンズ系それぞれを用いて取得される４つの画像を繋ぎ合わせることにより、全天周画像を生成するものが開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－８９３２６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、特許文献１の全天周カメラでは、４つの画像を繋ぎ合わせる際に画像のスティッチング誤差（繋ぎ合わせ誤差）が大きくなり、全天周画像の品質が低下する場合がある。このため、スティッチング誤差を低減可能な全天周カメラが求められている。

【0006】

本開示は、スティッチング誤差を低減可能な全天周カメラを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

開示の技術の一態様に係る全天周カメラは、全天周画像を出力可能な全天周カメラであって、それぞれが第１レンズ群と第２レンズ群とを有する４つの光学系と、前記４つの光学系それぞれにより形成される像を撮像する４つの撮像部と、前記４つの撮像部により撮像された４つの画像を繋ぎ合わせることにより前記全天周画像を生成する生成部と、を有し、前記４つの光学系それぞれは、仮想正四面体が有する４つの仮想面のいずれかに光軸が直交するように配置され、前記全天周カメラの中心は、前記４つの光学系それぞれにおける前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に位置する。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、スティッチング誤差を低減可能な全天周カメラを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る全天周カメラの全体構成を例示する斜視図である。

【図2】図１の全天周カメラの光学系、透光性部材、撮像部の配置例の図である。

【図3】図１の全天周カメラの光学系、撮像部、仮想正四面体の関係例の図である。

【図4】図１の全天周カメラにおける光学系の詳細構成を例示する断面図である。

【図5】図１の全天周カメラにおける透光性部材の詳細構成を例示する斜視図である。

【図6】図１の全天周カメラにおける制御部の機能構成を例示するブロック図である。

【図7】比較例に係る全天周カメラの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略する。なお、以下に示す実施形態は、本開示の技術思想を具体化するための全天周カメラを例示するものであって、本開示を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

【0011】

実施形態に係る全天周カメラは、全天周画像を出力可能なカメラである。全天周画像とは、その場における上下左右を含む３６０度全方向の被写体や風景等を撮影した画像をいう。全天周画像は、全天球画像または３６０度画像とも呼ばれる。本明細書では、全天周画像は、静止画および動画（映像）を含む。

【0012】

一般に、全天周カメラは、複数の光学系と、複数の撮像部と、を含み、光学系および撮像部からなる複数の組によって相互に異なる方向の被写体や風景等を撮影した複数の画像を繋ぎ合わせる、すなわちスティッチングすることにより、全天周画像を生成する。全天周カメラにおける複数の光学系は、それぞれノーダルポイントを有する。ノーダルポイントは、光学系の焦点に対応する点である。複数の光学系において、このノーダルポイント同士の間の距離が長いと、複数の画像を繋ぎ合わせる際にスティッチング誤差が大きくなる。スティッチング誤差とは、画像の繋ぎ目となる領域において、繋ぎ合わされる画像同士が位置ずれする画像の繋ぎ合せ誤差をいう。スティッチング誤差が大きくなると、繋ぎ目が目立つこと等により、全天周画像の品質が低下する。

【0013】

実施形態に係る全天周カメラは、４つの光学系と４つの撮像部とを有し、これらの配置を規定することにより、ノーダルポイント同士の間の距離を短くしてスティッチング誤差を低減するものである。

【0014】

＜全天周カメラ１００の全体構成例＞
図１は、実施形態に係る全天周カメラ１００の全体構成を例示する図である。全天周カメラ１００は、光学系１と、透光性部材２と、撮像部３と、制御部４と、を有する。光学系１は、４つの光学系として、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄを含む。

【0015】

光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれは、複数のレンズを含んで構成される。光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれは、相互に異なる方向における被写体や風景等の像を形成可能に配置される。本実施形態では、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄは、いずれも同じ構成を有するが、必ずしも同じ構成でなくてもよい。

【0016】

透光性部材２は、光学系１に含まれる第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置されている。透光性部材２は、第１レンズ群を通って入射してきた光を透過させ、第２レンズ群に向けて出射させる。なお、ここでの透光性は、少なくとも可視光に対し、６０％以上の透過率を有することをいう。可視光とは、波長が約３６０［ｎｍ］から約８３０［ｎｍ］までの範囲に含まれる光をいう。

【0017】

撮像部３は、４つの撮像部として、撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄを含む。撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を含む。撮像素子は、２次元方向に整列する複数の画素を有し、各画素に入射してきた光の強度に基づいて画像を撮像する。本実施形態では、撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは、いずれも同じ構成を有するが、必ずしも同じ構成でなくてもよい。

【0018】

光学系１ａと撮像部３ａ、光学系１ｂと撮像部３ｂ、光学系１ｃと撮像部３ｃ、および光学系１ｄと撮像部３ｄは、それぞれが組を構成している。撮像部３ａは、光学系１ａにより形成される像を撮像する。撮像部３ｂは、光学系１ｂにより形成される像を撮像する。撮像部３ｃは、光学系１ｃにより形成される像を撮像する。撮像部３ｄは、光学系１ｄにより形成される像を撮像する。撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれは、撮像により得られた画像に対応する電気信号を制御部４に送信する。

【0019】

制御部４は、撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれにより得られた４つの画像を繋ぎ合わせることにより、全天周画像Ｓｉを生成する。例えば制御部４は、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄの位置または向き等の情報に基づいて、撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれから受信した４つの画像を繋ぎ合わせることにより、全天周画像Ｓｉを生成できる。

【0020】

全天周カメラ１００は、制御部４により生成された全天周画像Ｓｉを外部装置に出力する。外部装置は、ＰＣ（Personal Computer）等の情報処理装置や、ディスプレイ等の表示装置、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置等である。

【0021】

本実施形態では、制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）または電気回路等が実装された回路実装基板であるが、これに限定されず、コンピュータにより構成されてもよい。

【0022】

全天周カメラ１００において、上記各構成部は、図１に示す所定の位置に配置され、且つ所定の姿勢を維持可能に、筐体や治具等に対して固定される。但し、制御部４は、光学系１等が固定された筐体や治具等に対して遠隔配置されてもよい。

【0023】

図１における最大幅Ｗは、全天周カメラ１００において、最も幅が広い部分の幅である。本実施形態では、最大幅Ｗは、一例として２８７［ｍｍ］である。

【0024】

＜光学系１、透光性部材２および撮像部３の配置例＞
図２は、光学系１、透光性部材２および撮像部３の配置を例示する図である。図２は、全天周カメラ１００に含まれる光学系１および撮像部３のうちの２組と、透光性部材２と、を例示している。この２組の光学系および撮像部は、具体的には、光学系１ａおよび撮像部３ａからなる組と、光学系１ｂおよび撮像部３ｂからなる組である。

【0025】

図２は、説明の便宜のために、光学系１ｃおよび撮像部３ｃからなる組と、光学系１ｄおよび撮像部３ｄからなる組と、を取り除いた状態の全天周カメラ１００を示している。光学系１ａおよび１ｂに関する以下の説明は、光学系１ｃおよび１ｄにも適用できる。同様に、撮像部３ａおよび３ｂに関する以下の説明は、撮像部３ｃおよび３ｄにも適用できる。

【0026】

図２に示すように、光学系１ａは、第１レンズ群１１ａと、第２レンズ群１２ａと、を有する。第１レンズ群１１ａは、レンズ１１１ａと、レンズ１１２ａと、レンズ１１３ａと、レンズ１１４ａと、レンズ１１５ａと、を有する。第２レンズ群１２ａは、レンズ１２１ａと、レンズ１２２ａと、を有する。光軸１０ａは、光学系１ａの光軸を表している。第１レンズ群１１ａおよび第２レンズ群１２ａに含まれる各レンズは、その中心が光軸１０ａにほぼ沿うように並んで配置されている。

【0027】

光学系１ｂは、第１レンズ群１１ｂと、第２レンズ群１２ｂと、を有する。第１レンズ群１１ｂは、レンズ１１１ｂと、レンズ１１２ｂと、レンズ１１３ｂと、レンズ１１４ｂと、レンズ１１５ｂと、を有する。第２レンズ群１２ｂは、レンズ１２１ｂと、レンズ１２２ｂと、を有する。光軸１０ｂは光学系１ｂの光軸を表している。第１レンズ群１１ｂおよび第２レンズ群１２ｂに含まれる各レンズは、その中心が光軸１０ｂにほぼ沿うように並んで配置されている。

【0028】

透光性部材２は、第１レンズ群１１ａと第２レンズ群１２ａとの間であって、第１レンズ群１１ｂと第２レンズ群１２ｂとの間に配置されている。より詳しくは、透光性部材２は、レンズ１１５ａとレンズ１２１ａとの間であって、レンズ１１５ｂとレンズ１２１ｂとの間に配置されている。

【0029】

透光性部材２は、レンズ１１５ａおよびレンズ１２１ａのそれぞれに向き合う面と、レンズ１１５ｂおよびレンズ１２１ｂのそれぞれに向き合う面と、を含む多面体である。透光性部材２は、一例としてガラス材料であるＢＫ７を含んで構成される。但し、透光性部材２は、ＢＫ７以外のガラス材料を含んで構成することもでき、また透光性を有する樹脂材料等を含んで構成することもできる。

【0030】

光学系１ａおよび１ｂのそれぞれは、透光性部材２を介して像を形成する。例えば、光学系１ａは、入射してきた光を、第１レンズ群１１ａ、透光性部材２および第２レンズ群１２ａにより撮像部３ａの撮像面上に集光することによって、被写体や風景等の像を略結像させる。光学系１ｂは、入射してきた光を、第１レンズ群１１ｂ、透光性部材２および第２レンズ群１２ｂにより撮像部３ｂの撮像面上に集光することによって、被写体や風景等の像を略結像させる。

【0031】

図２において、透光性部材２内に示した仮想円柱２１は、光学系１ａに入射してきた光が透光性部材２内を透過する経路を表す仮想的な円柱である。同様に、仮想円柱２２は、光学系１ｂに入射してきた光が透光性部材２内を透過する経路を表す仮想的な円柱である。仮想円柱２１および２２は、実際に透光性部材２内に設けられる部位または部材ではない。

【0032】

中心Ｇは、全天周カメラ１００の中心を表す。全天周カメラ１００の中心は、全天周カメラ１００の外形形状を近似した球体の中心を意味する。中心Ｇは、典型的には全天周カメラ１００の重心である。但し、全天周カメラ１００の重量分布に偏りがある場合には、中心Ｇの位置は、全天周カメラ１００の重心位置からずれている場合もある。

【0033】

本実施形態では、中心Ｇは、４つの光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれにおける、第１レンズ群と第２レンズ群との間に位置する。図２では、中心Ｇは、第１レンズ群１１ａと第２レンズ群１２ａとの間に位置するとともに、第１レンズ群１１ｂと第２レンズ群１２ｂとの間に位置している。本実施形態では、第１レンズ群１１ａと第２レンズ群１２ａとの間であって、第１レンズ群１１ｂと第２レンズ群１２ｂとの間には、透光性部材２が配置されている。このため、中心Ｇは、透光性部材２の内部に位置する。

【0034】

ノーダルポイントＮａは、光学系１ａのノーダルポイントを表す。ノーダルポイントＮｂは、光学系１ｂのノーダルポイントを表す。ノーダルポイントＮａは、ノーダルポイントＮｂに対して離隔した位置にある。

【0035】

＜光学系１、撮像部３および仮想正四面体５の関係例＞
図３は、光学系１と、撮像部３と、仮想正四面体５と、の関係を例示する図である。図３では、説明の便宜のため、光学系１および撮像部３のうちの１組である、光学系１ｂおよび撮像部３ｂのみを示している。

【0036】

仮想正四面体５は、光学系１および撮像部３がそれぞれ配置される位置を示すために用いられる仮想的な正四面体である。従って、仮想正四面体５は、全天周カメラ１００において実際に設けられる部材ではない。

【0037】

正四面体とは、正多面体のうち面の数が４つのものをいう。正四面体において、平面視における面の形状は正三角形である。また、正四面体は、４つの面に対をなして向き合う４つの頂点を有する。本明細書では、仮想正四面体の４つの面のそれぞれを仮想面と称し、正四面体の４つの頂点のそれぞれを仮想頂点と称する。

【0038】

図３に示すように、仮想正四面体５は、仮想面５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄと、仮想頂点５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄと、を含む。

【0039】

仮想頂点５２ａは、仮想面５１ａの中心軸上に位置する。仮想面５１ａの中心軸は、仮想面５１ａの法線方向に沿い、仮想面５１ａの中心を通る軸である。仮想面５１ａと仮想頂点５２ａとは対をなしている。

【0040】

仮想頂点５２ｂは、仮想面５１ｂの中心軸上に位置する。仮想面５１ｂの中心軸は、仮想面５１ｂの法線方向に沿い、仮想面５１ｂの中心を通る軸である。仮想面５１ｂと仮想頂点５２ｂとは対をなしている。

【0041】

仮想頂点５２ｃは、仮想面５１ｃの中心軸上に位置する。仮想面５１ｃの中心軸は、仮想面５１ｃの法線方向に沿い、仮想面５１ｃの中心を通る軸である。仮想面５１ｃと仮想頂点５２ｃとは対をなしている。

【0042】

仮想頂点５２ｄは、仮想面５１ｄの中心軸上に位置する。仮想面５１ｄの中心軸は、仮想面５１ｄの法線方向に沿い、仮想面５１ｄの中心を通る軸である。仮想面５１ｄと仮想頂点５２ｄとは対をなしている。

【0043】

以下の説明では、仮想面５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄを特に区別しない場合には、仮想面５１と総称する。また仮想頂点５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄを特に区別しない場合には、仮想頂点５２と総称する。

【0044】

図３では、例えば仮想面５１ａの符号の表記において、仮想面５１ａが含まれる仮想正四面体５と、仮想面５１ａの総称表記である仮想面５１と、を括弧書きにより表している。仮想面５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄにおいても同じである。

【0045】

本実施形態では、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄのそれぞれは、仮想正四面体５が有する仮想面５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄのいずれかに光軸が直交するように配置される。例えば図３では、光学系１ｂは、その光軸１０ｂが仮想面５１ｂに直交するように配置されている。

【0046】

光学系１ｂと同様に、光学系１ａは、その光軸１０ａが仮想面５１ａに直交するように配置され、光学系１ｃは、その光軸が仮想面５１ｃに直交するように配置され、光学系１ｄは、その光軸が仮想面５１ｄに直交するように配置される。

【0047】

本実施形態では、撮像部３は、全天周カメラの中心Ｇを挟んで光学系１の第１レンズ群とは反対の位置に配置される。例えば図３では、撮像部３ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇを挟んで、光学系１ｂの第１レンズ群１１ｂとは反対の位置に配置されている。また撮像部３は、全天周カメラ１００の中心Ｇと、仮想正四面体５の仮想頂点５２と、の間に配置される。例えば図３では、撮像部３ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇと、仮想正四面体５の仮想頂点５２ｂと、の間に配置されている。

【0048】

光学系１ｂと同様に、撮像部３ａは、全天周カメラ１００の中心Ｇを挟んで、光学系１ａの第１レンズ群１１ａとは反対の位置に配置される。また撮像部３ａは、全天周カメラ１００の中心Ｇと、仮想正四面体５の仮想頂点５２ａと、の間に配置される。撮像部３ｃは、全天周カメラ１００の中心Ｇを挟んで、光学系１ｃの第１レンズ群とは反対の位置に配置される。また撮像部３ｃは、全天周カメラ１００の中心Ｇと、仮想正四面体５の仮想頂点５２ｃと、の間に配置される。撮像部３ｄは、全天周カメラ１００の中心Ｇを挟んで、光学系１ｄの第１レンズ群とは反対の位置に配置される。また撮像部３ｄは、全天周カメラ１００の中心Ｇと、仮想正四面体５の仮想頂点５２ｄと、の間に配置される。

【0049】

本実施形態では、光学系１に含まれる第２レンズ群および撮像部３は、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想正四面体５が有する４つの仮想頂点５２のうちいずれかの仮想頂点５２が位置する方向に配置される。また、光学系１に含まれる第１レンズ群は、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、上記いずれかの仮想頂点５２に向き合う仮想面５１が位置する方向に配置される。

【0050】

例えば図３では、光学系１ｂに含まれる第２レンズ群１２ｂおよび撮像部３ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｂが位置する方向に配置されている。また、光学系１ｂに含まれる第１レンズ群１１ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｂに向き合う仮想面５１ｂが位置する方向に配置されている。

【0051】

光学系１ｂと同様に、光学系１ａに含まれる第２レンズ群１２ａおよび撮像部３ａは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ａが位置する方向に配置される。また、光学系１ａに含まれる第１レンズ群１１ａは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ａに向き合う仮想面５１ａが位置する方向に配置される。

【0052】

光学系１ｃに含まれる第２レンズ群および撮像部３ｃは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｃが位置する方向に配置される。また、光学系１ｃに含まれる第１レンズ群は、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｃに向き合う仮想面５１ｃが位置する方向に配置される。

【0053】

光学系１ｄに含まれる第２レンズ群および撮像部３ｄは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｄが位置する方向に配置される。また、光学系１ｄに含まれる第１レンズ群は、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｄに向き合う仮想面５１ｄが位置する方向に配置される。

【0054】

＜光学系１の詳細構成例＞
図４は、光学系１の詳細構成を例示する断面図である。図４では光学系１のうち光学系１ａを代表して示している。光学系１ａに関する以下の説明は、光学系１ｂ、１ｃおよび１ｄに対しても適用可能である。

【0055】

図４において、レンズ１１１ａ、１１２ａおよび１１３ａは、メニスカス形状を有する単レンズである。レンズ１１４ａは、凹面形状を両面に有するアクロマートレンズである。レンズ１１５ａは、凸面形状を両面に有するアクロマートレンズである。レンズ１２１ａは、凸面形状を両面に有するアクロマートレンズである。レンズ１２２ａは、被写体側に凸面形状を有するアクロマートレンズである。アクロマートレンズとは、屈折率の波長分散が異なる２つのレンズを貼り合わせて１つのレンズにしたものをいう。

【0056】

光学系１ａに含まれるレンズの数は、７つに限定されず適宜変更可能である。また各レンズの形状、配置、面間隔および材質等も、全天周カメラ１００の用途や要求仕様等に応じて適宜変更可能である。

【0057】

光線１５ａは、複数の画角ごとに光学系１ａを透過する光線を表している。４つの光学系および４つの撮像部を用いて全天周画像Ｓｉを得るためには、光学系１ａの最大画角θは１４１［度］以上であることが好ましい。なお、図４では、最大画角θの半角であるθ／２を表示している。

【0058】

第１の点Ｈ１は、光学系１ａにおける直径が最大となる外縁部上の点である。第１仮想線６１は、第１の点Ｈ１と全天周カメラ１００の中心Ｇとを通る仮想的な線である。第２の点Ｈ２は、光学系１ａの光軸１０ａを挟んで第１の点Ｈ１とは反対の位置にある上記外縁部上の点である。第２仮想線６２は、第２の点Ｈ２と全天周カメラ１００の中心Ｇとを通る仮想的な線である。

【0059】

本実施形態では、第１仮想線６１と第２仮想線６２とのなす角度φは、１４１［度］以下であることが好ましい。角度φを１４１［度］以下とすることにより、第１レンズ群１１ａと第２レンズ群１２ａとの間に透光性部材２を配置しつつ、撮像部３ａの撮像面上において略結像した像を、光学系１ａによって形成可能となる。

【0060】

＜透光性部材２の詳細構成例＞
図５は、透光性部材２の詳細構成を例示する斜視図である。透光性部材２は、８つの部材面２０１～２０８を含む切頂四面体である。切頂四面体とは、正四面体の各頂点を切り落とした立体をいう。

【0061】

部材面２０１と部材面２０２、部材面２０３と部材面２０４、部材面２０５と部材面２０６、部材面２０７と部材面２０８、のそれぞれは、所定の長さＬを空けて向き合う一対の部材面の組である。透光性部材２は、４つの光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれの光軸に沿う方向に長さＬを有する。また、透光性部材２は、４組の一対の部材面それぞれが、４つの光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄの光軸に直交するように配置される。

【0062】

例えば、部材面２０１と部材面２０２との間の長さＬは、光学系１ｂの光軸１０ｂに沿う方向における長さである。部材面２０１および部材面２０２は、光学系１ｂの光軸１０ｂに直交するように配置される。

【0063】

部材面２０３と部材面２０４との間の長さＬは、光学系１ａの光軸１０ａに沿う方向における長さである。部材面２０３および部材面２０４は、光学系１ａの光軸１０ａに直交するように配置される。

【0064】

部材面２０５と部材面２０６との間の長さＬは、光学系１ｃの光軸に沿う方向における長さである。部材面２０５および部材面２０６は、光学系１ｃの光軸に直交するように配置される。

【0065】

部材面２０７と部材面２０８との間の長さＬは、光学系１ｄの光軸に沿う方向における長さである。部材面２０７および部材面２０８は、光学系１ｄの光軸に直交するように配置される。

【0066】

図５では、部材面２０１と部材面２０２との間における長さＬのみが表示されているが、部材面２０３と部材面２０４、部材面２０５と部材面２０６、部材面２０７と部材面２０８、のそれぞれにおいても同じ長さＬである。本実施形態では、一例として長さＬは５０［ｍｍ］である。

【0067】

＜制御部４の機能構成例＞
図６は、制御部４の機能構成を例示するブロック図である。制御部４は、撮像制御部４１と、生成部４２と、出力部４３と、を有する。制御部４は、これらの機能を電気回路で実現できる他、これらの機能の一部をソフトウェア（ＣＰＵ）により実現することもできる。また制御部４は、複数の回路または複数のソフトウェアによってこれらの機能を実現してもよい。

【0068】

撮像制御部４１は、光学系１と撮像部３の４つの組によって相互に異なる方向の被写体や風景等を撮影した４つの画像を取得可能に撮像部３の動作を制御する。撮像制御部４１は、例えば撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれの露出開始タイミング、露出時間、あるいは各撮像部間での同期等を制御できる。撮像制御部４１は、撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれが撮像した画像を受信し、生成部４２に出力する。

【0069】

生成部４２は、撮像制御部４１を介して入力した撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄそれぞれによる４つの画像を繋ぎ合わせることにより、全天周画像Ｓｉを生成する。生成部４２は、生成した全天周画像Ｓｉを、出力部４３を介して外部装置に出力する。

【0070】

＜比較例＞
図７は、比較例に係る全天周カメラ１００Ｘの構成を示す図である。全天周カメラ１００Ｘは、光学系１Ｘと、撮像部３Ｘと、を有する。

【0071】

光学系１Ｘは、光学系１ａＸ、１ｂＸ、１ｃＸおよび１ｄＸを含む。光学系１ａＸ、１ｂＸ、１ｃＸおよび１ｄＸそれぞれは、相互に異なる方向における被写体や風景等の像を形成可能に配置されている。

【0072】

撮像部３Ｘは、撮像部３ａＸ、３ｂＸ、３ｃＸおよび３ｄＸを含む。光学系１ａＸと撮像部３ａＸ、光学系１ｂＸと撮像部３ｂＸ、光学系１ｃＸと撮像部３ｃＸ、および光学系１ｄＸと撮像部３ｄＸは、それぞれが組を構成している。

【0073】

中心ＧＸは、全天周カメラ１００Ｘの中心を表す。中心ＧＸの意味は、全天周カメラ１００の中心Ｇと同じである。ノーダルポイントＮａＸは、光学系１ａＸのノーダルポイントを表す。ノーダルポイントＮｂＸは、光学系１ｂＸのノーダルポイントを表す。ノーダルポイントＮｃＸは、光学系１ｃＸのノーダルポイントを表す。ノーダルポイントＮｄＸは、光学系１ｄＸのノーダルポイントを表す。最大幅ＷＸは、全天周カメラ１００Ｘにおいて最も幅が広い部分の幅である。

【0074】

全天周カメラ１００Ｘでは、全天周カメラの中心ＧＸは、撮像部３ａＸと撮像部３ｃＸとの間であって、撮像部３ｂＸと撮像部３ｄＸとの間に位置する。光学系１Ｘおよび撮像部３Ｘからなる複数の組同士は、全天周カメラの中心ＧＸを挟んで両側に配置される。例えば、光学系１ｂＸおよび撮像部３ｂＸの組と、光学系１ｄＸおよび撮像部３ｄＸの組とは、全天周カメラの中心ＧＸを挟んで両側に配置される。これらの構成の場合には、光学系１ｂＸにおける被写体側の端部と、光学系１ｄＸにおける被写体側の端部と、の間の距離が長くなり、最大幅ＷＸが長くなる結果、全天周カメラ１００Ｘが大型化する。最大幅ＷＸは、一例として５４０［ｍｍ］であり、実施形態に係る全天周カメラ１００の最大幅Ｗの２８７［ｍｍ］と比較して広くなる。

【0075】

また、全天周カメラ１００Ｘでは、ノーダルポイント同士の間の距離は、実施形態に係る全天周カメラ１００におけるノーダルポイント同士の間の距離と比較して長い。例えば全天周カメラ１００ＸにおけるノーダルポイントＮｂＸとノーダルポイントＮｄＸとの間の距離は、全天周カメラ１００におけるノーダルポイントＮｂとノーダルポイントＮｄとの間の距離と比較して長い。ノーダルポイント同士の間の距離が長くなることによりスティッチング誤差が大きくなる。この結果、繋ぎ合わされる画像同士の繋目が目立つこと等によって全天周画像の品質が低下する。

【0076】

＜全天周カメラ１００の作用効果＞
以上説明したように、全天周カメラは、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄ（４つの光学系）と、撮像部３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄ（４つの撮像部）と、生成部４２と、を有する。光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれは、仮想正四面体５が有する仮想面５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄのいずれかに光軸が直交するように配置される。全天周カメラ１００の中心Ｇは、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれにおける第１レンズ群と第２レンズ群との間に位置する。例えば、例えば光学系１ｂは、仮想面５１ｂに光軸１０ｂが直交するように配置される。全天周カメラ１００の中心Ｇは、少なくとも第１レンズ群１１ａと第２レンズ群１２ａとの間に位置するとともに、第１レンズ群１１ｂと第２レンズ群１２ｂとの間に位置する。

【0077】

上記構成により、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれが相互に近づくことに伴って、各光学系のノーダルポイントは相互に近くなる。各光学系のノーダルポイントが近いほど、スティッチング誤差は小さくなるため、本実施形態では、スティッチング誤差を低減可能な全天周カメラ１００を提供できる。また、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれが相互に近づくことにより、全天周カメラ１００の最大幅Ｗを短かくできるため、本実施形態では、全天周カメラ１００を小型化できる。

【0078】

また、本実施形態では、撮像部３は、全天周カメラ１００の中心Ｇを挟んで光学系１の第１レンズ群とは反対の位置に配置される。例えば撮像部３ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇを挟んで光学系１ｂの第１レンズ群１１ｂとは反対の位置に配置される。この構成により光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれを相互に近づけることができるため、本実施形態では、スティッチング誤差を低減するとともに、全天周カメラ１００を小型化できる。

【0079】

また、本実施形態では、光学系１の第２レンズ群および撮像部３は、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想正四面体５が有する４つの仮想頂点５２のうちいずれかの仮想頂点５２が位置する方向に配置される。光学系１の第１レンズ群は、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、上記いずれかの仮想頂点５２に向き合う仮想面５１が位置する方向に配置される。例えば、第２レンズ群１２ｂおよび撮像部３ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｂが位置する方向に配置される。第１レンズ群１１ｂは、全天周カメラ１００の中心Ｇから見て、仮想頂点５２ｂに向き合う仮想面５１ｂが位置する方向に配置される。これらの構成により、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄのそれぞれを相互に近づけることができるため、本実施形態では、スティッチング誤差を低減するとともに、全天周カメラ１００を小型化できる。

【0080】

また、本実施形態では、光学系１および撮像部３の数はそれぞれ４つである。仮想正四面体は、仮想面５１の反対側が頂点になっているため、第１レンズ群、第２レンズ群および撮像部が線状に並ぶように、第１レンズ群、第２レンズ群および撮像部を配置できる。これにより、全天周カメラ１００を小型化できる。

【0081】

また、本実施形態では、第１の点Ｈ１と全天周カメラ１００の中心Ｇとを通る第１仮想線６１と、第２の点Ｈ２と全天周カメラ１００の中心Ｇとを通る第２仮想線６２とのなす角度φは、１４１［度］以下である。この構成により、全天周画像Ｓｉを得るために必要な光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれを相互に近づけることができるため、本実施形態では、スティッチング誤差を低減するとともに、全天周カメラ１００を小型化できる。

【0082】

また、本実施形態では、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれの最大画角θは、１４１［度］以上である。これにより、全天周カメラ１００は、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれによる４つの画像を繋ぎ合わせ、全天周画像Ｓｉを生成できる。

【0083】

また、本実施形態では、全天周カメラ１００は、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれの第１レンズ群と第２レンズ群との間に配置される透光性部材２を有する。光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄは、透光性部材２を介して像を形成する。透光性部材２は、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれの光軸に沿う方向に所定の長さＬを有する。透光性部材２を配置することにより、第１レンズ群と第２レンズ群との間が空気層である場合と比較して、第１レンズ群と第２レンズ群との間の距離が短くなる。これにより、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄのそれぞれが相互に近くなるため、本実施形態では、スティッチング誤差を低減でき、また全天周カメラ１００を小型化できる。

【0084】

第１レンズ群と第２レンズ群との間の距離を短縮する観点では、透光性部材２の屈折率は、高いほうが好ましい。なお、全天周カメラ１００は、透光性部材２を有する構成に限定されるものではなく、透光性部材２を設けず、第１レンズ群と第２レンズ群との間に空気層のみを有する構成であってもよい。

【0085】

また、本実施形態では、透光性部材２は、所定の長さＬを空けて向き合う一対の部材面を複数組有する切頂四面体である。切頂四面体は、複数組の一対の部材面それぞれが、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄの光軸に直交するように配置される。これにより、第１レンズ群と第２レンズ群との間に小さい透光性部材２を配置可能になる。この結果、光学系１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄそれぞれを相互に近づけることができるため、本実施形態では、スティッチング誤差を低減するとともに、全天周カメラ１００を小型化できる。

【符号の説明】

【0086】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 光学系
２ 透光性部材
２１、２２ 仮想円柱
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８ 部材面
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 撮像部
４ 制御部
４１ 撮像制御部
４２ 生成部
４３ 出力部
５ 仮想正四面体
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ 仮想面
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ 仮想頂点
６１ 第１仮想線
６２ 第２仮想線
１１ａ 第１レンズ群
１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａ、１１５ａ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂ、１１５ｂ レンズ
１２ａ 第２レンズ群
１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ レンズ
１５ａ 光線
１００ 全天周カメラ
Ｇ 全天周カメラの中心
Ｈ１ 第１の点
Ｈ２ 第２の点
Ｌ 所定の長さ
Ｎａ、Ｎｂ ノーダルポイント
Ｓｉ 全天周画像
Ｗ 最大幅
θ 最大画角
φ 角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】