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(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】P2024178054
(43)【公開日】2024-12-24
(54)【発明の名称】広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置
(51)【国際特許分類】
H04N 23/698 20230101AFI20241217BHJP
G03B 37/00 20210101ALI20241217BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20241217BHJP
G03B 19/07 20210101ALI20241217BHJP
H04N 23/55 20230101ALI20241217BHJP
【ＦＩ】
H04N23/698
G03B37/00 A
G03B15/00 W
G03B19/07
H04N23/55
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023096554
(22)【出願日】2023-06-12
(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】100097984
【弁理士】
【氏名又は名称】川野 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100125265
【弁理士】
【氏名又は名称】貝塚 亮平
(72)【発明者】
【氏名】宮川 和典
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 弘人
(72)【発明者】
【氏名】今村 弘毅
(72)【発明者】
【氏名】堺 俊克
(72)【発明者】
【氏名】為村 成亨
(72)【発明者】
【氏名】後藤 正英
【テーマコード（参考）】
2H054
2H059
5C122
【Ｆターム（参考）】
2H054BB05
2H054BB07
2H059BA01
5C122EA12
5C122EA47
5C122EA67
5C122FA02
5C122FA18
5C122FB02
5C122FB03
5C122FH18
(57)【要約】
【課題】 超広視野な画像でありながら、画像歪みが減少され、合成した際のつなぎ目が目立たない画像の撮影を可能とし得るコンパクトな広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置を提供する。
【解決手段】 被写体情報を担持した光の入射側（０方向）から撮像レンズ８、９、１０および光導波路５、６、７をこの順に配設した光学部材ペア５１、５２、５３を各々、複数の方向に延びる共通光軸P11、P12、P13上に設けている。なお、光導波路（１０５、１０６、１０７）の光出射端面（１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ）のコア部の径が光入射端面（１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ）のコア部の径よりも縮小された縮小光学系とすることも可能である。
【選択図】図１
【解決手段】 被写体情報を担持した光の入射側（０方向）から撮像レンズ８、９、１０および光導波路５、６、７をこの順に配設した光学部材ペア５１、５２、５３を各々、複数の方向に延びる共通光軸P11、P12、P13上に設けている。なお、光導波路（１０５、１０６、１０７）の光出射端面（１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ）のコア部の径が光入射端面（１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ）のコア部の径よりも縮小された縮小光学系とすることも可能である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被写体情報を担持した光の入射側から撮像レンズおよび光導波路をこの順に配設した光学部材ペアを各々、複数の方向に延びる共通光軸上に設けたことを特徴とする広視野映像取得光学装置。
【請求項2】
前記光導波路は、前記撮像レンズからの光が入射する光入射端面の各々が、対応する該撮像レンズの光軸に垂直方向となるように配置されるとともに、該光入射端面毎に結像された光学像が、外部に光を出射する光出射端面まで内部伝搬されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
【請求項3】
前記光導波路が複数の光ファイバを束ねた構造を備えたことを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
【請求項4】
前記光導波路は、前記光出射端面のコア部の径が前記光入射端面のコア部の径よりも縮小された縮小光学系とされていることを特徴とする請求項２に記載の広視野映像取得光学装置。
【請求項5】
前記光学部材ペアを構成する前記撮像レンズのうち少なくとも１つは、該撮像レンズの光軸方向への移動が調整可能に、前記光導波路に直接的または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
【請求項6】
前記光導波路の光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像が視認可能となるように設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
【請求項7】
前記光導波路の光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を評価可能な手段を付加してなることを特徴とする請求項１に記載の広視野映像取得光学装置。
【請求項8】
請求項１に記載の広視野映像取得光学装置を備え、
前記光導波路の光出射端面に対向して、前記被写体情報を取得する平板状の撮像部を設けたことを特徴とする広視野撮像装置。
前記光導波路の光出射端面に対向して、前記被写体情報を取得する平板状の撮像部を設けたことを特徴とする広視野撮像装置。
【請求項9】
前記撮像部が、光電変換を行う１つまたは複数の撮像素子で構成されてなることを特徴とする請求項８に記載の広視野撮像装置。
【請求項10】
前記撮像部が、撮像レンズを備えたカメラであることを特徴とする請求項８に記載の広視野撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パノラマ画像に代表される広い視野（画角）の映像を取得するための広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
映像メディア技術として、映像がもたらす高臨場感に加えて、ＶＲ(Virtual Reality：仮想現実)やＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の多様な番組を視聴・体感することを可能とする技術の実現が期待されている。
このような技術の中でも、超広視野な画像でありながら、画像歪みが生じない撮影を可能とする装置の実現が、放送分野および医療分野などから強く要望されている。
このような技術の中でも、超広視野な画像でありながら、画像歪みが生じない撮影を可能とする装置の実現が、放送分野および医療分野などから強く要望されている。
【0003】
従来、超広視野な画像を取得する技術として、超広角（魚眼）レンズを取り付けた、１台または複数のカメラを用いたものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
また、自動車の安全運転に寄与するドライブレコーダー用のカメラシステムでは、前面用と後面用の２台のカメラ、さらには、死角補償用の２台のカメラにより得られた各画像を、別の広角レンズにより取得した情報に基づいて繋ぎ合わせることで広視野撮影を実現しているものが知られている（例えば、下記特許文献２を参照）。
また、自動車の安全運転に寄与するドライブレコーダー用のカメラシステムでは、前面用と後面用の２台のカメラ、さらには、死角補償用の２台のカメラにより得られた各画像を、別の広角レンズにより取得した情報に基づいて繋ぎ合わせることで広視野撮影を実現しているものが知られている（例えば、下記特許文献２を参照）。
【0004】
さらに、TOMBOと称される重複像眼方式のカメラでは、複数のレンズ群を用いた撮影手法が提案されており（例えば、下記特許文献３を参照）、特に複数の光学プリズムを用いて取得した各画像に合成処理を施すことで、画角１８０度相当の超広角撮影を実現したものが知られている（例えば、下記非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００６－３１５３８０号公報
【特許文献2】特開２０１１－２５０１９３号公報
【特許文献3】特開２００１－６１１０９号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】『CMOSイメージセンサを用いた複眼カメラとその応用』豊田孝、映像情報メディア学会誌 Vol.63,No.3,pp284～287(2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術においては、超広角（魚眼）レンズの特性上、特に画像周辺部における、湾曲状の画像歪や光量の低下等の課題発生が避けられない。
また、上記特許文献２に記載された技術では、特許文献１に記載された技術と同様に、レンズに起因する画像歪等の課題発生が避けられない。さらに、複数台のカメラ映像を１枚の画像として合成処理する場合には、画像のつなぎ目が目立ってしまい、必ずしも満足した画像が得られない。
また、上記特許文献２に記載された技術では、特許文献１に記載された技術と同様に、レンズに起因する画像歪等の課題発生が避けられない。さらに、複数台のカメラ映像を１枚の画像として合成処理する場合には、画像のつなぎ目が目立ってしまい、必ずしも満足した画像が得られない。
【0008】
さらに、上記特許文献３や上記非特許文献１に記載された技術では、複数のプリズム（または複数の鏡）を使用するためシステムがどうしても大きくなってしまう。さらに、複眼レンズ毎に結像された画像を合成した際のつなぎ目が目立ってしまうことや、レンズ由来の湾曲状の歪が生じること等、により画質改善には至っていない。
なお、上記特許文献３や上記非特許文献１に記載された技術において、光学プリズムを用いない重複像眼方式による場合には、各レンズにより得られた画像同士の視差が極めて小さいため、広視野撮影を実現することが困難である。
なお、上記特許文献３や上記非特許文献１に記載された技術において、光学プリズムを用いない重複像眼方式による場合には、各レンズにより得られた画像同士の視差が極めて小さいため、広視野撮影を実現することが困難である。
【0009】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、超広視野な画像でありながら、画像歪みが減少され、合成した際のつなぎ目が目立たない画像の撮影を可能とし得るコンパクトな広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
以上の目的を達成するため、本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明に係る広視野映像取得光学装置は、
被写体情報を担持した光の入射側から撮像レンズおよび光導波路をこの順に配設した光学部材ペアを各々、複数の方向に延びる共通光軸上に設けたことを特徴とするものである。
なお、上記「撮像レンズ」には、単レンズのみならず複数枚のレンズを組み合わせたレンズ系も含まれるものとする（以下、同じ）。
すなわち、本発明に係る広視野映像取得光学装置は、
被写体情報を担持した光の入射側から撮像レンズおよび光導波路をこの順に配設した光学部材ペアを各々、複数の方向に延びる共通光軸上に設けたことを特徴とするものである。
なお、上記「撮像レンズ」には、単レンズのみならず複数枚のレンズを組み合わせたレンズ系も含まれるものとする（以下、同じ）。
【0011】
ここで、前記光導波路は、前記撮像レンズからの光が入射する光入射端面の各々が、対応する該撮像レンズの光軸に垂直方向となるように配置されるとともに、該光入射端面毎に結像された光学像が、外部に光を出射する光出射端面まで内部伝搬されるように構成することができる。
なお、前記光導波路が複数の光ファイバを束ねた構造を備えたものとすることが可能である。
また、前記光導波路は、前記光出射端面のコア部の径が前記光入射端面のコア部の径よりも縮小された縮小光学系とすることが可能である。
ここで、上記光導波路は、複数段を直列に重畳させることが可能であるが、その場合には、上記「光出射端面」は、最も光出射側に位置する光導波路の光出射端面を意味するとともに、上記「光入射端面」は、最も光入射側に位置する光導波路の光入射端面を意味するものとする。
なお、前記光導波路が複数の光ファイバを束ねた構造を備えたものとすることが可能である。
また、前記光導波路は、前記光出射端面のコア部の径が前記光入射端面のコア部の径よりも縮小された縮小光学系とすることが可能である。
ここで、上記光導波路は、複数段を直列に重畳させることが可能であるが、その場合には、上記「光出射端面」は、最も光出射側に位置する光導波路の光出射端面を意味するとともに、上記「光入射端面」は、最も光入射側に位置する光導波路の光入射端面を意味するものとする。
【0012】
前記光学部材ペアを構成する前記撮像レンズのうち少なくとも１つは、該撮像レンズの光軸方向への移動が調整可能に、前記光導波路に直接的または間接的に取り付けられていることが好ましい。
【0013】
また、前記光導波路の光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像が視認可能となるように設定されてなることが好ましい。
前記光導波路の光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を評価可能な手段を付加するように構成することも可能である。
前記光導波路の光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を評価可能な手段を付加するように構成することも可能である。
【0014】
一方、本発明に係る広視野撮像装置は、上記いずれかに記載の広視野映像取得光学装置を備え、前記光導波路の光出射端面に対向して、前記被写体情報を取得する平板状の撮像部を設けたことが好ましい。
この場合において、前記撮像部が、光電変換を行う１つまたは複数の撮像素子で構成されたものとすることができる。また、前記撮像部が、撮像レンズを備えたカメラとすることもできる。
この場合において、前記撮像部が、光電変換を行う１つまたは複数の撮像素子で構成されたものとすることができる。また、前記撮像部が、撮像レンズを備えたカメラとすることもできる。
【発明の効果】
【0015】
本発明に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置においては、撮像レンズと光導波路からなる光学部材ペアを互いに異なる複数の方向毎に設けて、各々の光学部材ペアに画角を分担させるようにしている。すなわち、各撮像レンズからの出射光を、対応する光導波路の光入射端面に結像させ、これらの光導波路内を伝搬させることにより、これら複数の光導波路の光出射端面に複数の撮像レンズによる画像を繋いだ広視野撮影画像を投影することができる。
【0016】
これにより、特に広角ではない標準レンズ相当の光学設計を複数個のレンズについて行えばよくなるので、魚眼レンズなどの超広角レンズ（画角が大きい）で課題となっていた、特に画像周辺部における、非線形歪や周辺画像歪、さらには周辺光量不足等を回避し得る広視野撮影を可能とすることができる。
また、撮像レンズの光入射側にプリズム等の視差拡張用の構造物を配さなくてもよいため光学設計が容易であり、また、小型で軽量化された装置を実現することができる。
また、上述したような構成とされているため、バックフォーカスの距離調整が容易であり、仕様の異なるレンズに容易に交換可能である。
なお、撮像レンズと、この撮像レンズに対応する光導波路が共通光軸を備えており、撮像レンズの光軸と光導波路の各平面との角度は変化しないため、それにより、出力画像に対して、レンズの配置調整の必要がない。また、レンズを複数枚用いた組レンズは、其々のレンズとして、特に広角レンズを用いないので画像取得時または画像出力時に画像処理がなされなくとも、画像の歪を抑制することができる。
また、撮像レンズの光入射側にプリズム等の視差拡張用の構造物を配さなくてもよいため光学設計が容易であり、また、小型で軽量化された装置を実現することができる。
また、上述したような構成とされているため、バックフォーカスの距離調整が容易であり、仕様の異なるレンズに容易に交換可能である。
なお、撮像レンズと、この撮像レンズに対応する光導波路が共通光軸を備えており、撮像レンズの光軸と光導波路の各平面との角度は変化しないため、それにより、出力画像に対して、レンズの配置調整の必要がない。また、レンズを複数枚用いた組レンズは、其々のレンズとして、特に広角レンズを用いないので画像取得時または画像出力時に画像処理がなされなくとも、画像の歪を抑制することができる。
【0017】
また、本発明の広視野映像取得光学装置によれば、複数の光導波路の各光出射端面に表示される、前記被写体情報を担持した映像を視認可能に設定することで、光学像を直接観察することができる。また、この光出射端面の後段に、可視像の情報（明暗情報等）を評価する手段を設けた構成とすることにより、光路中に配されたレンズや光学系の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施形態１に係る広視野撮像装置の構造、および広視野映像取得光学装置の構造を示す概念図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図）である。
【図2】本発明の実施形態２に係る広視野撮像装置の構造、および広視野映像取得光学装置の構造を示す概念図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図）である。
【図3】本発明の実施形態３に係る広視野撮像装置の構造、および広視野映像取得光学装置の構造を示す概念図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は斜視図）である。
【図4】本発明の各実施形態に係るレンズのバックフォーカスを変更する機構の一例を示す概略図である。
【図5】従来技術に係る撮像装置の構造（（ａ）従来の一般的な撮像装置、（ｂ）従来の、光結像用光導波路（ＦＯＰ）を用いた撮像装置）を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図面を用いて説明する。
本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は、テレビカメラにおける撮影方式の中でも、より広い視野（画角）を画像として撮らえることができる装置である。
本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は、テレビカメラにおける撮影方式の中でも、より広い視野（画角）を画像として撮らえることができる装置である。
【0020】
（概要）
まず、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置の概要を、代表図として実施形態１を表す図１を用いて説明する。
この広視野映像取得光学装置は、互いに方向が異なる光軸P11、P12、P13上に配された、複数の撮像レンズ（図１では３つのレンズ）８、９、１０とそれぞれの撮像レンズ８、９、１０に対応する光導波路（本実施形態では光導波路５、６、７としてＦＯＰ（Fiber Optics Plateを用いる）を備えている。すなわち、この広視野映像取得光学装置は、撮像レンズ８および光導波路５を共通光軸P11上に配設した光学部材ペア５１と、撮像レンズ９および光導波路６を共通光軸P12上に配設した光学部材ペア５２と、撮像レンズ１０および光導波路７を共通光軸P13上に配設した光学部材ペア５３と、を備えている。
さらに、各光導波路５、６、７は、各撮像レンズ８、９、１０から出射された光が入射される、該撮像レンズ８、９、１０各々の光軸に対してほぼ垂直に配される光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、この光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから入射された光を伝搬する光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと、この光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにより伝搬された光を外部に出射する、光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対して略平行に配された光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとを備えている。
まず、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置の概要を、代表図として実施形態１を表す図１を用いて説明する。
この広視野映像取得光学装置は、互いに方向が異なる光軸P11、P12、P13上に配された、複数の撮像レンズ（図１では３つのレンズ）８、９、１０とそれぞれの撮像レンズ８、９、１０に対応する光導波路（本実施形態では光導波路５、６、７としてＦＯＰ（Fiber Optics Plateを用いる）を備えている。すなわち、この広視野映像取得光学装置は、撮像レンズ８および光導波路５を共通光軸P11上に配設した光学部材ペア５１と、撮像レンズ９および光導波路６を共通光軸P12上に配設した光学部材ペア５２と、撮像レンズ１０および光導波路７を共通光軸P13上に配設した光学部材ペア５３と、を備えている。
さらに、各光導波路５、６、７は、各撮像レンズ８、９、１０から出射された光が入射される、該撮像レンズ８、９、１０各々の光軸に対してほぼ垂直に配される光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、この光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから入射された光を伝搬する光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃと、この光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにより伝搬された光を外部に出射する、光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対して略平行に配された光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとを備えている。
【0021】
一方、本実施形態に係る広視野撮像装置は、上述した広視野映像取得光学装置を備え、この広視野映像取得光学装置の光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの後段に（図１では光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに略当接するように）、各々撮像部（図１では撮像素子２、３、４）を備えている。
【0022】
以下、本実施形態の主たる特徴について列挙する。
（１）撮像レンズ８、９、１０および光導波路５、６、７を共通光軸P11、P12、P13上に配設した光学部材ペア５１、５２、５３は、光軸方向が互いに異なる、少なくとも２つの光学部材ペアで構成される（図１の実施形態では、３つの光学部材ペア５１、５２、５３により構成されている）。
（２）各方向に振向けられた（光軸方向が互いに異なる）撮像レンズ８、９、１０により、光導波路７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々に結像した光は、光導波路７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにおいて光出射が同一の支点Ｐの方向となるように調整される。
（１）撮像レンズ８、９、１０および光導波路５、６、７を共通光軸P11、P12、P13上に配設した光学部材ペア５１、５２、５３は、光軸方向が互いに異なる、少なくとも２つの光学部材ペアで構成される（図１の実施形態では、３つの光学部材ペア５１、５２、５３により構成されている）。
（２）各方向に振向けられた（光軸方向が互いに異なる）撮像レンズ８、９、１０により、光導波路７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々に結像した光は、光導波路７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにおいて光出射が同一の支点Ｐの方向となるように調整される。
【0023】
（３）被写体情報を担持した光は、光軸（共通光軸）P11、P12、P13が各方向に振向けられた撮像レンズ８、９、１０により光導波路５、６、７の各光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ上に結像され、光導波路５、６、７の内部、より具体的には光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの内部を伝搬され、その光学像が光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに表示される。ここで光軸とは、光学系において、レンズや球面鏡、楕円面鏡などの中心と焦点とを結ぶ直線のことを表すものとする。すなわち、共軸光学系の回転対称軸に一致する（本実施形態は、２つ以上の光学部材ペア５１、５２、５３を用いて広視野映像を取得するものであり、例えば、３つの光学部材ペア５１、５２、５３の光軸P11、P12、P13は、図１に示すように、各光軸P11、P12、P13の支点Ｐから、各撮像レンズ８、９、１０を振り向けた方向に向かう線が光軸P11、P12、P13となり、撮像レンズ８、９、１０の中心線および光導波路５、６、７の中心線が、光軸となるように配置される）。
【0024】
（４）また、光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ側を目視観察、または撮像装置と映像出力波形モニタを組み合わせて、例えば解像度評価用のチャートを撮影すれば、得られる輝度信号の振幅変調の信号波形から解像度の評価が可能であり、さらに格子状または円形で構成された画像歪の評価用チャートを撮影すれば、取得画像から画像の領域毎の歪率の評価を行うことも可能であり、測定装置として用いることができる。
また、撮像レンズの特性を予め認識していれば、その特性に基づいて、光導波路５、６、７の光学測定（前述した態様と同様に撮像装置と映像出力波形モニタを組み合わせるように設定される）や評価を行うことができる。
また、撮像レンズの特性を予め認識していれば、その特性に基づいて、光導波路５、６、７の光学測定（前述した態様と同様に撮像装置と映像出力波形モニタを組み合わせるように設定される）や評価を行うことができる。
【0025】
（５）図２に示すように、光導波路１０５、１０６、１０７に用いられるＦＯＰは、光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ側のコア部の径が、光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ側のコア部の径よりも縮小された縮小光学系のものを用いてもよく、この場合には、光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ側のコア部の径をより小さく設定することができることから、撮像レンズ１０８、１０９、１１０と光導波路１０５、１０６、１０７、および撮像部（図１では撮像素子２、３、４）の配置を、より光軸の支点Ｐ側に近づくように配置することが可能となる。
ここで、実施形態１において支点Ｐから光導波路５、６、７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃまでの距離を半径とし、中心を支点Ｐとする円をＦ１１（図１を参照）としたとき、これと同一サイズの円Ｆ２１を図２に表す（同様に、同一サイズの円Ｆ３１を図３に表す）。これに対して、実施形態２の場合は、上記縮小光学系を用いることにより、支点Ｐから光導波路１０５、１０６、１０７の光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃまでの距離を短縮することができるので、この距離を半径とし、中心を支点ＰとするＦ２２の円は、図２に示すように、Ｆ２１の円と比べて大幅に小さいサイズとすることができる。
これにより、取得した広視野映像の視差軽減を図ることができ、近くの被写体が、奥の被写体を隠すことによって生じる画像合成処理の破綻を防止する効果を得ることができる。
ここで、実施形態１において支点Ｐから光導波路５、６、７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃまでの距離を半径とし、中心を支点Ｐとする円をＦ１１（図１を参照）としたとき、これと同一サイズの円Ｆ２１を図２に表す（同様に、同一サイズの円Ｆ３１を図３に表す）。これに対して、実施形態２の場合は、上記縮小光学系を用いることにより、支点Ｐから光導波路１０５、１０６、１０７の光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃまでの距離を短縮することができるので、この距離を半径とし、中心を支点ＰとするＦ２２の円は、図２に示すように、Ｆ２１の円と比べて大幅に小さいサイズとすることができる。
これにより、取得した広視野映像の視差軽減を図ることができ、近くの被写体が、奥の被写体を隠すことによって生じる画像合成処理の破綻を防止する効果を得ることができる。
【0026】
（６）本実施形態（実施形態１，２，３のいずれをも含む。以下同じ）の広視野撮像装置では、上述したように複数の撮像部を備えている。この撮像部として撮像素子を用いる場合には、撮像レンズ８、９、１０および光導波路５、６、７を備えた光学部材ペア５１、５２、５３に対応して、単一の撮像素子を設けてもよいし、複数の撮像素子からなる撮像素子群を設けてもよいし、さらに、形状が変形可能なフレキシブル型の撮像素子を一式設けてもよい。また、一式の素子毎に駆動するようにしてもよいし、画素毎または画素領域毎に分割駆動するようにしてもよい。
【0027】
（７）本実施形態の構成によれば、光学プリズムを用いないため小型の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置を実現可能である。撮像レンズ８、９、１０の焦点距離（画角）と撮像レンズ８、９、１０の個数、および光学部材ペア５１、５２、５３の入射方向の数と角度によって、広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置としての撮影画角が決定される。また、取得画像に必要な画角から、撮像レンズ８、９、１０および光導波路５、６、７の仕様が決定される。
【0028】
具体的には、例えば、光学部材ペア５１、５２、５３（撮像レンズ８、９、１０）の１つ当たりの画角（撮像範囲の水平方向の画角）が６０度以上であれば、光学部材ペア５１、５２、５３を３つとし、光学部材ペア５１、５２、５３の共通光軸P11、P12、P13の方向を３方向として設計すればよい。すなわち、図１に示すように、光学部材ペア５１の中心（共通光軸P11）の方向を０度とした場合には、光軸の支点Ｐを中心として、光学部材ペア５２の共通光軸P12を逆時計回りに６０度（－６０度）回転させ、光学部材ペア５３の共通光軸P13を時計回りに６０度（＋６０度）回転させるように構成すればよい（１８０度÷３＝６０度）。
【0029】
また、光導波路５、６、７を、縮小光学系のＦＯＰにより構成することにより、光軸上に各光学部品を配置することが可能となるため、視差（オクルージョン量）を、より抑制することが可能となり、各方向に係る画像を合成する際に、画像の繋ぎ目で連続性の破綻が生じることがなくなり、１８０度以上の画角の良好な広視野映像を取得することができる。
このように、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置においては、複眼撮像方式を実現化する工夫が種々なされている。
このように、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置においては、複眼撮像方式を実現化する工夫が種々なされている。
【0030】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図面を用いてより具体的に説明する。
＜広視野撮像装置の基本構成＞
本実施形態の広視野撮像装置の基本構成を図１（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）に示す。ここでは互いに共通光軸の角度が異なる３つの光学部材ペア５１、５２、５３を用いた例を示す。
以下、本発明の実施形態１に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図面を用いてより具体的に説明する。
＜広視野撮像装置の基本構成＞
本実施形態の広視野撮像装置の基本構成を図１（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）に示す。ここでは互いに共通光軸の角度が異なる３つの光学部材ペア５１、５２、５３を用いた例を示す。
【0031】
本実施形態の広視野撮像装置は、各撮像素子２、３、４の光軸に対して、共通光軸P11が一致するように設定された光学部材ペア５１と、共通光軸P12が一致するように設定された光学部材ペア５２と、共通光軸P13が一致するように設定された光学部材ペア５３とを備えている。
すなわち、光学部材ペア５１、５２、５３を構成する光導波路５、６、７は、共通光軸P11、P12、P13に対して略垂直な平面状の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、複数の光ファイバを束ねてなる光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、および光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから入射し、光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにより伝搬された光を出射する、共通光軸P11、P12、P13に対して略垂直な平面状の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを備えており、さらに、この光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対向するように平板状の撮像素子２、３、４（平面上の受光面を有する）が近接配置されている。
すなわち、光学部材ペア５１、５２、５３を構成する光導波路５、６、７は、共通光軸P11、P12、P13に対して略垂直な平面状の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、複数の光ファイバを束ねてなる光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、および光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから入射し、光伝搬部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃにより伝搬された光を出射する、共通光軸P11、P12、P13に対して略垂直な平面状の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを備えており、さらに、この光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対向するように平板状の撮像素子２、３、４（平面上の受光面を有する）が近接配置されている。
【0032】
＜広視野映像取得光学装置の基本構成＞
本実施形態の広視野映像取得光学装置の基本構成は、上記本実施形態の広視野撮像装置の基本構成から撮像素子２、３、４の構成を外すことで表される。
なお、図１において、ａ１１、ａ１２、ａ１３は撮像レンズ８、９、１０の直径を示し、ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３は撮像レンズ８、９、１０のバックフォーカスを示し、ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３は光導波路５、６、７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの撮像範囲（直径）を示す。
本実施形態の広視野映像取得光学装置の基本構成は、上記本実施形態の広視野撮像装置の基本構成から撮像素子２、３、４の構成を外すことで表される。
なお、図１において、ａ１１、ａ１２、ａ１３は撮像レンズ８、９、１０の直径を示し、ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３は撮像レンズ８、９、１０のバックフォーカスを示し、ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３は光導波路５、６、７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの撮像範囲（直径）を示す。
【0033】
ところで、従来の一般的な撮像装置の概略は、例えば図５に示すような構成とされる。
まず、図５（ａ）は、従来からの最も単純な撮像装置を示すものである。撮像レンズ５０１で集光された光を撮像素子５０２の受光面上に結像し、撮像素子５０２で光電変換することで電気的に画像データを取得している。
また、図５（ｂ）は、撮像レンズ６０１と撮像素子６０２の間にＦＯＰ６０３を挿入した従来の撮像装置（例えば、特許第6518038号等）を示すものであり、撮像レンズ６０１により、光学像をＦＯＰ６０３の光入射端面上に結像し、ＦＯＰ６０３の内部で光伝搬させ、光出射端面に光学像を投影するようにして、撮像素子６０２により光学像を撮像する。
これに対して、本実施形態の広視野撮像装置では、図１に示すように、３つの光学部材ペア５１、５２、５３を用い、その画角と振り向け角度について、以下のように設定している点で、上述した従来技術等とは大きく相違する。
まず、図５（ａ）は、従来からの最も単純な撮像装置を示すものである。撮像レンズ５０１で集光された光を撮像素子５０２の受光面上に結像し、撮像素子５０２で光電変換することで電気的に画像データを取得している。
また、図５（ｂ）は、撮像レンズ６０１と撮像素子６０２の間にＦＯＰ６０３を挿入した従来の撮像装置（例えば、特許第6518038号等）を示すものであり、撮像レンズ６０１により、光学像をＦＯＰ６０３の光入射端面上に結像し、ＦＯＰ６０３の内部で光伝搬させ、光出射端面に光学像を投影するようにして、撮像素子６０２により光学像を撮像する。
これに対して、本実施形態の広視野撮像装置では、図１に示すように、３つの光学部材ペア５１、５２、５３を用い、その画角と振り向け角度について、以下のように設定している点で、上述した従来技術等とは大きく相違する。
【0034】
すなわち、３つの光学部材ペア５１、５２、５３における撮像レンズ８、９、１０の画角は、共に６０度以上とされている。一方、これら３つの撮像レンズ８、９、１０の振り向け角度は、図１では、撮像素子２の受光面に対して垂直方向である上方向からの光入射の方向（０方向）を０度とした場合に、光軸の支点Ｐ（全ての光学部材ペア５１、５２、５３の共通光軸P11、P12、P13が交差する点）を中心として、撮像レンズ８については０度、撮像レンズ９については左方向（反時計回りに）に６０度（－６０度）、撮像レンズ１０については右方向（時計回りに）に６０度（＋６０度）とされている。
まず、３つの撮像レンズ８、９、１０は同仕様とし、撮像範囲の対角を上述したように６０度以上の画角（６０度×３＝１８０度）に設定し、各撮像レンズ８、９、１０の振り向け方向を上述した振り向け角度に設定すれば、光導波路５、６、７の各光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにおいて画角６０度以上の各３方向の広視野な光学像を出射（投影）することができる。なお、撮像レンズ８、９、１０と光軸を共通する光導波路５、６、７についても、上述した撮像レンズ８、９、１０の振り向け角度に設定されることになる。
まず、３つの撮像レンズ８、９、１０は同仕様とし、撮像範囲の対角を上述したように６０度以上の画角（６０度×３＝１８０度）に設定し、各撮像レンズ８、９、１０の振り向け方向を上述した振り向け角度に設定すれば、光導波路５、６、７の各光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃにおいて画角６０度以上の各３方向の広視野な光学像を出射（投影）することができる。なお、撮像レンズ８、９、１０と光軸を共通する光導波路５、６、７についても、上述した撮像レンズ８、９、１０の振り向け角度に設定されることになる。
【0035】
また、各光学部材ペア５１、５２、５３間および各光学部材ペア５２、５３に隣接して、クロストーク防止用の隔壁１１を配設することが望ましく、そのために各撮像素子２、３、４間に間隙を確保することが肝要である。なお、ここでのクロストークは、隣接した光学部材ペア５１、５２、５３における各部材から入射した光、または他の光学レンズ等から入射した光が、種々の構造体や部材等により反射され、ゴーストとして取得画像に写り込むような態様を意味する。
【0036】
ここで、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置の主要な構成要素である光導波路についてより詳しく説明する。
光導波路は、入射した光を光出射端面まで伝搬して出射する機能を備えた光学部材であり、コアガラス、クラッドガラスおよびクロストーク防止用の結合ガラスからなる光ファイバを構成要素とし、この光ファイバが並列された、単層の光導波路を多段に積み上げたタイプのものや、複数の光ファイバ部材を束ねるように構成したタイプのもの等がある。
本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置においては、光導波路５、６、７として、光ファイバを繊維状に配置して一枚のプレート状に形成したＦＯＰを用いている。ただし、本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置としては、他のタイプの光導波路を用いることも勿論可能である。なお、ここでのクロストークは、ＦＯＰの製造時において、コアガラス部とクラッドガラス部の部材が、重なったり、絡み合ったりする状態となったことが原因で発生するような態様を意味する。
光導波路は、入射した光を光出射端面まで伝搬して出射する機能を備えた光学部材であり、コアガラス、クラッドガラスおよびクロストーク防止用の結合ガラスからなる光ファイバを構成要素とし、この光ファイバが並列された、単層の光導波路を多段に積み上げたタイプのものや、複数の光ファイバ部材を束ねるように構成したタイプのもの等がある。
本実施形態に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置においては、光導波路５、６、７として、光ファイバを繊維状に配置して一枚のプレート状に形成したＦＯＰを用いている。ただし、本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置としては、他のタイプの光導波路を用いることも勿論可能である。なお、ここでのクロストークは、ＦＯＰの製造時において、コアガラス部とクラッドガラス部の部材が、重なったり、絡み合ったりする状態となったことが原因で発生するような態様を意味する。
【0037】
上記光導波路５、６、７では、上記ＦＯＰを用い、例えば図１に示すように、撮像レンズ８、９、１０からの光学像が各々光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに結像された場合、その光学像を光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに光伝搬することができる。
また、この光導波路５、６、７は、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子からなる撮像素子２、３、４の受光面に密着させることで、光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに結像された光学像を撮像素子２、３、４に良好に伝搬することができる。
すなわち、光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃには、撮像レンズ８、９、１０で得られた光学像が投影されるので、本実施形態の広視野撮像装置のように、撮像素子２、３、４を上記光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに近接配置（光結合）してその光学像を撮像することの他、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置において、上記光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに投影された光学像を直接視認することや、この光学像を別カメラで撮影することが可能である。
また、この光導波路５、６、７は、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子からなる撮像素子２、３、４の受光面に密着させることで、光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに結像された光学像を撮像素子２、３、４に良好に伝搬することができる。
すなわち、光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃには、撮像レンズ８、９、１０で得られた光学像が投影されるので、本実施形態の広視野撮像装置のように、撮像素子２、３、４を上記光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに近接配置（光結合）してその光学像を撮像することの他、本実施形態に係る広視野映像取得光学装置において、上記光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに投影された光学像を直接視認することや、この光学像を別カメラで撮影することが可能である。
【0038】
上述した要素技術を用い、撮像レンズ８、９、１０の個数、撮像レンズ８、９、１０の焦点距離（画角）および光軸の支点Ｐの位置に基づき、各撮像レンズ８、９、１０の振り向け角度、および撮像面積に応じた形状の光導波路５、６、７を構成すれば、歪が低減され、画像のつなぎ目が視認され難い、広視野な光学画像を得ることができる。
【0039】
次に、本実施形態に係る広視野撮像装置の撮像素子２、３、４について、より詳しく説明する。
撮像素子２、３、４としては、例えば、上述したＣＭＯＳの他、ＣＣＤ、ＴＦＴ等の固体撮像素子が用いられる。また、本発明の広視野撮像装置においては、撮像素子に替えて、通常の撮像管や、ＦＯＰを基板としたFOP-HARP撮像管などの撮像装置を用いることもできる。
さらに、高感度撮影の要求がある場合には、イメージインテンシファイア（ＩＩ）やマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いることも考えられる。また、フィルムに代表される感光材料を用いることもできる。
撮像素子２、３、４としては、例えば、上述したＣＭＯＳの他、ＣＣＤ、ＴＦＴ等の固体撮像素子が用いられる。また、本発明の広視野撮像装置においては、撮像素子に替えて、通常の撮像管や、ＦＯＰを基板としたFOP-HARP撮像管などの撮像装置を用いることもできる。
さらに、高感度撮影の要求がある場合には、イメージインテンシファイア（ＩＩ）やマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いることも考えられる。また、フィルムに代表される感光材料を用いることもできる。
【0040】
また、撮像素子２、３、４の平面形状をなす受光面を、光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対して、例えば４０μｍ以内となるように近接配置すれば、各々が画角６０度以上の良好な広視野撮影を実現することができる。なお、近接配置することにより生じた、撮像素子２、３、４と光導波路５、６、７の微小な隙間は、専用のグリース等により埋めて、対向する撮像素子２、３、４の受光面と、光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ間で良好に光結合させることにより、歪の無い高精度な画像を取得することが可能である。
なお、１８０°の広視野映像を実際に得る際には、各画像を、いずれも画角が６０°となるように同様に切り出し、その後、切り出した３つの画像を並べて表示する手法によって、視差が問題とならない状態での広視野映像を得ることができる。
なお、１８０°の広視野映像を実際に得る際には、各画像を、いずれも画角が６０°となるように同様に切り出し、その後、切り出した３つの画像を並べて表示する手法によって、視差が問題とならない状態での広視野映像を得ることができる。
【0041】
＜光導波路の光伝搬作用＞
図１に示す光導波路５、６、７に用いられるＦＯＰは、一般的には前述したように、多数の光ファイバを束ねた構造とされ、透光部分であるコアガラス、遮光部分であるクラッドガラス、およびファイバのクロストーク防止用の結合ガラスの３種のガラス構造体から構成されている。
図１に示す光導波路５、６、７に用いられるＦＯＰは、一般的には前述したように、多数の光ファイバを束ねた構造とされ、透光部分であるコアガラス、遮光部分であるクラッドガラス、およびファイバのクロストーク防止用の結合ガラスの３種のガラス構造体から構成されている。
【0042】
一般的に光を伝搬するコアガラス部分は直線状のストレートファイバであり、光入射角度および光出射角度は、各光導波路５、６、７の光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃおよび光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対して垂直とされており、各光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの面積は同様とされているので、光伝搬後の光導波路５、６、７の光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから出射される出射範囲も互いに同様とされている。すなわち、撮像レンズ８、撮像レンズ９、撮像レンズ１０の、各々対応する光入射端面１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ上の撮像範囲（直径）ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３が略同じ範囲であれば、この光出射端面１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃから出射される出射光の範囲も略同じとなる。
【0043】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図２（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）を用いて説明する。なお、実施形態２のものは上記実施形態１のものと類似した構成をなしているため、対応する構成部材については、実施形態１の部材に付された符号に１００を加えて表示する。
以下、本発明の実施形態２に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図２（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）を用いて説明する。なお、実施形態２のものは上記実施形態１のものと類似した構成をなしているため、対応する構成部材については、実施形態１の部材に付された符号に１００を加えて表示する。
【0044】
＜広視野撮像装置の基本構成＞
本実施形態の広視野撮像装置の基本構成は図２に示すように、互いに共通光軸の角度が異なる３つの光学部材ペア１５１、１５２、１５３を用いた例により説明する。なお、光学部材ペア１５１は、撮像レンズ１０８と光導波路１０５を共通光軸P21上に配設してなり、光学部材ペア１５２は、撮像レンズ１０９と光導波路１０６を共通光軸P22上に配設してなり、光学部材ペア１５３は、撮像レンズ１１０と光導波路１０７を共通光軸P23上に配設してなる。
本実施形態の広視野撮像装置の基本構成は図２に示すように、互いに共通光軸の角度が異なる３つの光学部材ペア１５１、１５２、１５３を用いた例により説明する。なお、光学部材ペア１５１は、撮像レンズ１０８と光導波路１０５を共通光軸P21上に配設してなり、光学部材ペア１５２は、撮像レンズ１０９と光導波路１０６を共通光軸P22上に配設してなり、光学部材ペア１５３は、撮像レンズ１１０と光導波路１０７を共通光軸P23上に配設してなる。
【0045】
本実施形態の広視野撮像装置は、撮像素子１０２の光軸に対して、共通光軸P21が一致するように設定され、撮像素子１０３の光軸に対して、共通光軸P22が一致するように設定され、さらに撮像素子１０４の光軸に対して、共通光軸P23が一致するように設定されている点で実施形態１のものと同様である。
すなわち、光学部材ペア１５１、１５２、１５３を構成する光導波路１０５、１０６、１０７は、共通光軸P21、P22、P23に対して略垂直な光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、複数の光ファイバからなる光伝搬部１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、および光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃから入射し、光伝搬部１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃにより伝搬された光を出射する平面状の光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃを備えており、さらに、この光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃに対向するように平板状の撮像素子１０２、１０３、１０４（平面上の受光面を有する）が近接配置されている点で実施形態１のものと同様である。
すなわち、光学部材ペア１５１、１５２、１５３を構成する光導波路１０５、１０６、１０７は、共通光軸P21、P22、P23に対して略垂直な光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、複数の光ファイバからなる光伝搬部１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、および光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃから入射し、光伝搬部１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃにより伝搬された光を出射する平面状の光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃを備えており、さらに、この光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃに対向するように平板状の撮像素子１０２、１０３、１０４（平面上の受光面を有する）が近接配置されている点で実施形態１のものと同様である。
【0046】
ただし、本実施形態のものにおいては、各撮像レンズ１０８、１０９、１１０により、各光導波路１０５、１０６、１０７の光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃに結像された被写体情報を担持した光は、各光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃにおいて、縮小された画像を形成する（図２の実施形態においては縮小率５０％）点で、上記実施形態１のものと異なる。すなわち、本実施形態のものでは、光導波路１０５、１０６、１０７として（２：１）の構造縮小光学系を用いている。このため、１：１光学系のものを使用する実施形態１のものの構造に比べて、撮像素子１０２、１０３、１０４の撮像面を縮小できるほか、装置全体の小型化を図ることができ、さらに各部材（レンズ、光導波路、撮像素子）を光軸の支点Ｐに近接して配置することができる。
【0047】
これにより、視差を極限にまで抑制でき、広視野画像を合成する際、画像の繋ぎ目が整う効果が得られる。また、各光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃには、歪やボケのない、大きさが５０％に縮小された画像が表示される。さらに、各撮像素子１０２、１０３、１０４間にスペースを確保することができるので、この間隙に隔壁１１を配設することが容易となる。
なお、縮小光学系の縮小比率については、レンズや撮像素子の形状およびサイズ、また分割数などに応じて自由に設定することができる。
また、光導波路１０５、１０６、１０７において、光を伝搬するコアガラス部分は一般的に直線状（ストレートファイバー）とされるが、本実施形態のものでは、図２に示すように、光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの近傍、および光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃの近傍において曲折する形状のファイバを用いることが好適である。
ただし、本実施形態においては、各光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、および各光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃの面位置において、各光ファイバはこれらの端面に対して垂直に配されるように設定されている。
なお、縮小光学系の縮小比率については、レンズや撮像素子の形状およびサイズ、また分割数などに応じて自由に設定することができる。
また、光導波路１０５、１０６、１０７において、光を伝搬するコアガラス部分は一般的に直線状（ストレートファイバー）とされるが、本実施形態のものでは、図２に示すように、光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの近傍、および光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃの近傍において曲折する形状のファイバを用いることが好適である。
ただし、本実施形態においては、各光入射端面１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、および各光出射端面１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃの面位置において、各光ファイバはこれらの端面に対して垂直に配されるように設定されている。
【0048】
＜広視野映像取得光学装置の基本構成＞
また、本実施形態の広視野映像取得光学装置の基本構成は、上記本実施形態の広視野撮像装置の基本構成から撮像素子１０２、１０３、１０４の構成を外すことで表される点で、上記実施形態１のものと同様である。
なお、図２において、ａ２１、ａ２２、ａ２３は撮像レンズ１０８、１０９、１１０の直径を示し、ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３は撮像レンズ１０８、１０９、１１０のバックフォーカスを示し、ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３は光導波路１０５、１０６、１０７の光入射端面２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの撮像範囲（直径）を示す。
また、本実施形態の広視野映像取得光学装置の基本構成は、上記本実施形態の広視野撮像装置の基本構成から撮像素子１０２、１０３、１０４の構成を外すことで表される点で、上記実施形態１のものと同様である。
なお、図２において、ａ２１、ａ２２、ａ２３は撮像レンズ１０８、１０９、１１０の直径を示し、ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３は撮像レンズ１０８、１０９、１１０のバックフォーカスを示し、ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３は光導波路１０５、１０６、１０７の光入射端面２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの撮像範囲（直径）を示す。
【0049】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図３（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）を用いて説明する。なお、実施形態３の構成部材の多くは上記実施形態１のものと類似しており、対応する構成部材については、実施形態１の部材に付された符号に２００を加えて表示し、その詳しい説明は省略する。
また、本実施形態の広視野撮像装置の基本構成は、図３に示すように、互いに共通光軸の角度が異なる３つの光学部材ペア２５１、２５２、２５３を用いた例により説明する。
以下、本発明の実施形態３に係る広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置について図３（（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は斜め上方から見た斜視図である）を用いて説明する。なお、実施形態３の構成部材の多くは上記実施形態１のものと類似しており、対応する構成部材については、実施形態１の部材に付された符号に２００を加えて表示し、その詳しい説明は省略する。
また、本実施形態の広視野撮像装置の基本構成は、図３に示すように、互いに共通光軸の角度が異なる３つの光学部材ペア２５１、２５２、２５３を用いた例により説明する。
【0050】
なお、光学部材ペア２５１は、撮像レンズ２０８と光導波路２０５を共通光軸P31上に配設してなり、光学部材ペア２５２は、撮像レンズ２０９と光導波路２０６を共通光軸P32上に配設してなり、光学部材ペア２５３は、撮像レンズ２１０と光導波路２０７を共通光軸P33上に配設してなる。
【0051】
本実施形態のものでは、光伝搬部２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃを各々備えた光導波路２０５、２０６、２０７の光出射端面２１３Ａ、２１３Ｂ、２１３Ｃと、対応する各撮像素子２０２、２０３、２０４との間に、光電変換膜２１２、２１３、２１４が設けられている。これにより画像信号を大幅に増大させることができ、感度を向上させることができる。
なお、図３において、ａ３１、ａ３２、ａ３３は撮像レンズ２０８、２０９、２１０の直径を示し、ｂ３１、ｂ３２、ｂ３３は撮像レンズ２０８、２０９、２１０のバックフォーカスを示し、ｃ３１、ｃ３２、ｃ３３は光導波路２０５、２０６、２０７の光入射端面２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃの撮像範囲（直径）を示す。
なお、図３において、ａ３１、ａ３２、ａ３３は撮像レンズ２０８、２０９、２１０の直径を示し、ｂ３１、ｂ３２、ｂ３３は撮像レンズ２０８、２０９、２１０のバックフォーカスを示し、ｃ３１、ｃ３２、ｃ３３は光導波路２０５、２０６、２０７の光入射端面２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃの撮像範囲（直径）を示す。
【0052】
（変更態様）
本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施形態の広視野撮像装置は、光導波路の光入射端面が平面形状とされているが、これに替えて、この光入射端面を曲面形状（球面形状、円筒面形状等を含む）とすることも可能である。
また、レンズの焦点距離、大きさ、性能などは、撮像レンズ毎に異なっていてもよいし同じであってもよい。
本発明の広視野映像取得光学装置および広視野撮像装置は、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施形態の広視野撮像装置は、光導波路の光入射端面が平面形状とされているが、これに替えて、この光入射端面を曲面形状（球面形状、円筒面形状等を含む）とすることも可能である。
また、レンズの焦点距離、大きさ、性能などは、撮像レンズ毎に異なっていてもよいし同じであってもよい。
【0053】
また、レンズの仕様を変更する場合には、当該撮像レンズのバックフォーカス（実施形態１では、図１に示すｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、実施形態２では、図２に示すｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、実施形態３では、図３に示すｂ３１、ｂ３２、ｂ３３）の変更が必要となる。そこで、そのようなレンズ仕様の変更の可能性がある場合には、撮像レンズを、光導波路に対して、間接的又は直接的に係止させ、必要に応じて光導波路の光入射端面に垂直に移動可能とする構成を持たせることが好ましい。
【0054】
図４に、撮像レンズ３０８のバックフォーカス調整機構部を示す。隔壁３１１は、レンズ３０８を保持するレンズ保持部３５１と、そのレンズ保持部３５１を上下動させることで撮像レンズ３０８のバックフォーカスｂ４１の距離を調整するためのレンズ上下動機構部３５２とが一体となった構造を保持する構成とされている。レンズ保持部３５１とレンズ上下動機構部３５２の双方側面はネジ状に螺合される構造となっており、バックフォーカスｂ４１の変更を容易にするとともに、撮像レンズ３０８を移動可能に保持する機構を実現している。
なお、個々の撮像レンズ毎に調整機構が独立して設けられているので、撮像レンズ毎にバックフォーカス調整が可能であり、仮に、製造工程で特性のバラつきが生じていても、広視野画像を取得する上での問題とはならない。また、各撮像レンズ間で焦点距離が異なる場合であっても、装置全体のピント調整を容易に行うことができる。
なお、個々の撮像レンズ毎に調整機構が独立して設けられているので、撮像レンズ毎にバックフォーカス調整が可能であり、仮に、製造工程で特性のバラつきが生じていても、広視野画像を取得する上での問題とはならない。また、各撮像レンズ間で焦点距離が異なる場合であっても、装置全体のピント調整を容易に行うことができる。
【0055】
また、上記実施形態においては、本発明の広視野撮像装置の撮像部として、光導波路の光出射端面に近接させた撮像素子を用いているが、この撮像素子に替えて、撮像レンズを備えたカメラ等を用いてもよく、このカメラとしては静止画撮像用であっても動画撮像用であってもよく、従来のどのようなカメラシステムであっても適用することが可能である。
また、このカメラは複数個設けてもよい。
また取得する映像は可視光のみならず、赤外光、紫外光、その他の放射線であってもよく、取得する映像の用途に応じて選択可能である。
なお、撮像素子を用いる場合、平板上の撮像素子の表裏に受光面を形成することにより、１８０度以上の広視野パノラマ画像を取得することも可能である。
また、このカメラは複数個設けてもよい。
また取得する映像は可視光のみならず、赤外光、紫外光、その他の放射線であってもよく、取得する映像の用途に応じて選択可能である。
なお、撮像素子を用いる場合、平板上の撮像素子の表裏に受光面を形成することにより、１８０度以上の広視野パノラマ画像を取得することも可能である。
【0056】
また、上記実施形態の広視野映像取得光学装置においては、超広視野映像を、平面とされた撮像素子の受光面上に出射する機能を有するものを用いているが、これに替え、光導波路の光出射端面からの光に係る映像信号を光ファイバ等を用いて光伝送することも可能である。
【符号の説明】
【0057】
２、３、４、１０２、１０３、１０４、２０２、２０３、２０４、５０２、６０２
撮像素子
５、６、７、１０５、１０６、１０７、２０５、２０６、２０７、３０５、６０３
光導波路
８、９、１０、１０８、１０９、１１０、２０８、２０９、２１０、３０８、５０１、６０１ 撮像レンズ
１１、１１１、２１１、３１１ 隔壁
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃ 光入射端面
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、２１３Ａ、２１３Ｂ、２１３Ｃ 光出射端面
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ 光伝搬部
５１、５２、５３、１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３
光学部材ペア
３５１ レンズ保持部
３５２ レンズ上下動機構部
ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ２１、ａ２２、ａ２３、ａ３１、ａ３２、ａ３３、ａ４１
撮像レンズの直径
ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、ｂ３１、ｂ３２、ｂ３３、ｂ４１
撮像レンズのバックフォーカス
ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３、ｃ２１、ｃ２２、ｃ２３、ｃ３１、ｃ３２、ｃ３３、ｃ４１
光導波路の光入射端面の撮像範囲（直径）
Ｐ （光軸の）支点
P11、P12、P13、P21、P22、P23、P31、P32、P33 （共通）光軸
撮像素子
５、６、７、１０５、１０６、１０７、２０５、２０６、２０７、３０５、６０３
光導波路
８、９、１０、１０８、１０９、１１０、２０８、２０９、２１０、３０８、５０１、６０１ 撮像レンズ
１１、１１１、２１１、３１１ 隔壁
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ、２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃ 光入射端面
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、２１３Ａ、２１３Ｂ、２１３Ｃ 光出射端面
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ 光伝搬部
５１、５２、５３、１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３
光学部材ペア
３５１ レンズ保持部
３５２ レンズ上下動機構部
ａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ２１、ａ２２、ａ２３、ａ３１、ａ３２、ａ３３、ａ４１
撮像レンズの直径
ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、ｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、ｂ３１、ｂ３２、ｂ３３、ｂ４１
撮像レンズのバックフォーカス
ｃ１１、ｃ１２、ｃ１３、ｃ２１、ｃ２２、ｃ２３、ｃ３１、ｃ３２、ｃ３３、ｃ４１
光導波路の光入射端面の撮像範囲（直径）
Ｐ （光軸の）支点
P11、P12、P13、P21、P22、P23、P31、P32、P33 （共通）光軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】