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公開番号2025138853
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2025113976,2021577347
出願日2025-07-04,2020-06-23
発明の名称低視差パノラマカメラシステムのためのレンズ設計
出願人サークルオプティクス,インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G02B 13/00 20060101AFI20250917BHJP(光学)
要約【課題】低視差パノラママルチカメラ装置で使用できる結像レンズ系の光学設計および機能を改善するための機会が残っている。
【解決手段】低視差撮像装置用のレンズ形式は、隣接した視野を捕捉するように配置された複数の結像レンズ素子を含む。結像レンズ素子は、入射光を結像面に向けるための複数のレンズ素子グループを含む。レンズ素子は、結像面の後ろに置かれた入射瞳と低視差点との間の距離を制御して、隣接した結像レンズ素子間の視差誤差を低減させる。
【選択図】図8A
特許請求の範囲【請求項１】
撮像装置であって、
第１の多角形視野を第１の結像面に結像するように構成された第１のカメラであって、前記第１のカメラは、第１のレンズハウジング、および多角形状を有する第１の外側レンズ素子を含み、前記第１の多角形視野は、第１の名目視野、および前記第１の名目視野よりも大きい第１の拡張視野を備える、第１のカメラと、
第２の多角形視野を第２の結像面に結像するように構成された第２のカメラであって、前記第２のカメラは、第２のレンズハウジング、および多角形状を有する第２の外側レンズ素子を含み、前記第２の多角形視野は、第２の名目視野、および前記第２の名目視野よりも大きい第２の拡張視野を備える、第２のカメラと、
を備える、撮像装置であり、
前記第１の外側レンズ素子は、前記第１の外側レンズ素子に入る第１の近軸主光線の投影が第１の入射瞳に収束し、前記第１の外側レンズ素子に入る第１の非近軸主光線の投影が、前記第１の入射瞳に近接する第１の低視差点に収束するように成形され、前記第２の外側レンズ素子は、前記第２の外側レンズ素子に入る第２の近軸主光線の投影が第２の入射瞳に収束し、前記第２の外側レンズ素子に入る第２の非近軸主光線の投影が、前記第２の入射瞳に近接する第２の低視差点に収束するように成形され、
かつ
前記第１のカメラおよび前記第２のカメラは、継ぎ目で互いに隣接して配置され、前記第１の拡張視野および前記第２の拡張視野は、前記継ぎ目で少なくとも部分的にオーバーラップする、
撮像装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１の拡張視野および前記第２の拡張視野のオーバーラップは、カメラ製造、位置合わせ、および組み立て公差のうちの１つ以上を吸収するようなサイズにされている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１のレンズハウジングと前記第２のレンズハウジングとの間の継ぎ目で提供される拡張視野は、前記第１のカメラと前記第２のカメラとの間の位置合わせ公差を少なくとも吸収するようなサイズにされており、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラは互いに隣接している、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１のカメラまたは前記第２のカメラの拡張視野内で捕捉される画像内容は、カメラ較正および画像補正のための画像処理のために使用される、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の拡張視野および前記第２の拡張視野のオーバーラップ内の前記第１のカメラと前記第２のカメラとの間の残存視差誤差は、４画素よりも少ないかまたは等しい、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の拡張視野は、前記第１のカメラの半視野の５パーセントよりも小さいかまたは等しく、かつ
前記第２の拡張視野は、前記第２のカメラの半視野の５パーセントよりも小さいかまたは等しい、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の外側レンズ素子および前記第２の外側レンズ素子はさらに、前記第１の名目視野および前記第２の名目視野の少なくとも一部の中の遠近法の中心誤差を低減するように成形される、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の外側レンズ素子および前記第２の外側レンズ素子は、それぞれの入射瞳またはその近くの平面での球面収差の横成分を制限すること、それぞれの低視差点と関連付けられた低視差量の長手方向幅を制限すること、およびそれぞれの入射瞳またはその近くに遠近法の中心を位置決めすることのうちの少なくとも１つによって、前記遠近法の中心誤差を低減する、請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の入射瞳は、前記第１の外側レンズ素子の反対側の前記結像面の側面上に位置する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像装置は、
前記第１のカメラと関連付けられ、かつ、第１の側面に沿って第１のデータム特徴を有する第１のレンズハウジングと、
前記第２のカメラと関連付けられ、かつ、第２の側面に沿って第２のデータム特徴を有する第２のレンズハウジングと、
を備え、
前記第１のデータム特徴および前記第２のデータム特徴は、前記第１のカメラおよび前記第２のカメラを前記継ぎ目で位置合わせするように接触する、請求項１に記載の撮像装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本開示は、２０１９年６月２４日に出願された、「Ｏｐｔｏ－ＭｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＰａｎｏｒａｍｉｃＣａｐｔｕｒｅＤｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈＡｂｕｔｔｉｎｇＣａｍｅｒａｓ」というタイトルの米国仮特許出願第６２／８６５，７４１号、２０１９年１２月２３日に出願された「Ｏｐｔｏ－ＭｅｃｈａｎｉｃｓｏｆＰａｎｏｒａｍｉｃＣａｐｔｕｒｅＤｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈＡｂｕｔｔｉｎｇＣａｍｅｒａｓ」というタイトルの米国仮特許出願第６２／９５２，９７３号、２０１９年１２月２３日に出願された「Ｍｕｌｔｉ－ｃａｍｅｒａＰａｎｏｒａｍｉｃＩｍａｇｅＣａｐｔｕｒｅＤｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈａＦａｃｅｔｅｄＤｏｍｅ」というタイトルの米国仮特許出願第６２／９５２，９８３号、および２０２０年２月１０日に出願された「ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｅｐｔｈＳｅｎｓｉｎｇａｎｄＰａｎｏｒａｍｉｃＣａｍｅｒａＳｙｓｔｅｍ」というタイトルの米国仮特許出願第６２／９７２，５３２号の優先権の利益を主張し、それら各々の全体は参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 4,600 文字）【０００２】
本開示は、複数の隣接および当接した多角形カメラを有するパノラマ低視差マルチカメラ捕捉装置に関する。本開示は、多角形状の視野からの入射光を捕捉して多角形状画像を形成するカメラのレンズ設計にも関する。
【背景技術】
【０００３】
パノラマカメラは、広角画像を同時に捕捉するそれらの能力のために実質的な価値を有する。最古のかかる例は魚眼レンズであり、それは、広いパノラマ画像または半球画像を捕捉しながら、強い視覚的歪みを生み出す超広角レンズである。魚眼レンズの視野（ＦＯＶ）は通常１００～１８０度の間であるが、本アプローチは、Ｙ．Ｓｈｉｍｉｚｕにより米国特許３，５２４，６９７において提供されるような、２２０～２７０°の範囲を含む、さらに広い角度まで拡張されている。代替として、Ｐ．Ｇｒｅｇｕｓｓにより米国特許４，９３０，８６４において提案されたシステムなどの、環状パノラマ画像を捕捉するミラーまたは反射ベースカメラがある。これらの技術は進化し続けているが、それらが完全半球または球面画像を、最新のアプリケーションが現在探し求めている解像度および画像品質で提供することは困難である。
【０００４】
別の代替として、複数のカメラが球体の周囲または球体の円周に配置された、パノラママルチカメラ装置が徐々に普及している。しかし、共にＪａｕｎｔＩｎｃ．のＡ．ＶａｎＨｏｆｆらに対する米国特許９，４５１，１６２および米国特許９，９１１，４５４に記載されているものを含む、これらのシステムのほとんどでは、複数のカメラが装置の外表面にまばらに存在している。隣接する個々のカメラ間の間隙または継ぎ目を含めて、完全な３６０度パノラマ画像を捕捉するために、カメラはその結果、相互にオーバーラップする拡大ＦＯＶを有する。いくつかの事例では、カメラのＦＯＶまたは解像度の５０％もがカメラ間のオーバーラップのために使用され得、それは捕捉された画像間の実質的な視差差も生み出す。視差は、物体の位置または方向が、異なる方向から見た場合に異なるように見える視覚的認知である。次いで後続の画像処理において、余分の画像オーバーラップおよび視差差は両方とも、隣接したカメラによって捕捉された画像から受け入れ可能な画像を、適切に結合、タイリング（ｔｉｌｅ）または繋ぎ合わせて、合成するための努力を複雑にして著しく遅らせる。
【０００５】
隣接したカメラが隣接した縁の一部または全体に沿って接するように、複数のカメラが球体の周囲または球体の円周に配置されているパノラママルチカメラ装置もある。一例として、Ｋ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａによる米国特許７，５１５，１７７は、多数の隣接した画像ピックアップユニット（カメラ）を備えた撮像装置を記述する。画像は、機械的誤差を補正するために、オーバーラップする視野を有するカメラから収集される。
【０００６】
低視差パノラママルチカメラ装置で使用できる結像レンズ系の光学設計および機能を改善するための機会が残っている。潜在的な光学的改善は、個々のカメラレンズ系および装置全体の、特に隣接したカメラ間の継ぎ目またはその近くでの問題に関連した、オプトメカニカル設計に対する直接的および間接的な恩恵または相乗効果も有し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
マルチカメラ装置捕捉装置の一部、および具体的には、その２つの隣接したカメラの３Ｄビューを示す。
レンズ素子および光線経路を含む、カメラレンズ組立体の部分を断面で示す。
レンズ素子および光線経路を含む、カメラレンズ組立体の部分を断面で示す。
標準的なマルチカメラ捕捉装置の一部の断面図を示しており、ＦＯＶのオーバーラップ、視野、オーバーラップ、継ぎ目、およびブラインド領域を示す。
マルチカメラ捕捉装置がそれに対して設計されて製造できる、正十二面体および切頂二十面体の、２つの多面体形状を示す。
切頂二十面体の幾何形状を有する装置で生じ得るような、隣接した六角形および五角形のレンズに対する視野に対する光学的幾何形状を示す。図５Ｂは、図５Ａの拡大領域をさらに詳細に示す。
切頂二十面体の幾何形状を有する装置で生じ得るような、隣接した六角形および五角形のレンズに対する視野に対する光学的幾何形状を示す。図５Ｂは、図５Ａの拡大領域をさらに詳細に示す。
図５Ｃは、近軸ＮＰ点または入射瞳および装置中心の両方の近くに配置された低視差（ＬＰ）量の例を示す。
２つの隣接したカメラに対する視差差を、遠近法の中心に対して示す。
外側コンプレッサーレンズ素子の縁におけるフロントカラーを示す。
部分視野（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｆｉｅｌｄ）に対する歪みの割合を示すグラフ上にプロットされた歪み補正曲線を示す。
コアおよび拡張視野（ＦＯＶ）の両方を含む、隣接したカメラに対する視野を示しており、その両方は最適化されたパノラママルチカメラ捕捉装置の設計に対して有用であり得る。
低減された視差を有する改善された結像レンズ系の断面図を示す。
図８Ａのレンズに対する遠近法の中心差に対する計算残差のグラフを示す。
図８Ａのレンズに対するレンズ処方データを提供する。
図８Ａのレンズに対するレンズ処方データを提供する。
図８Ａのレンズに対する、計算された解像度をＭＴＦのグラフとして提供する。
図８Ａのレンズに対する、結像面における計算された非点収差および歪みをグラフとして提供する。
図８Ａのレンズに対する計算された相対照度のグラフを提供する。
図８Ａのレンズに対するフロントカラーの図解を提供する。
代替低視差レンズ設計の断面図を提供する。
図９Ａの拡大部分の断面図を示す。
第２の代替低視差レンズ設計の断面図を提供する。
図１０Ａのレンズの代替断面図を提供する。
図１０Ａのレンズに対する、計算された解像度をＭＴＦのグラフとして提供する。
図１０Ａのレンズに対する計算された相対照度のグラフを提供する。
第３の代替低視差レンズ設計の断面図を提供する。
第４の代替低視差レンズ設計の断面図を提供する。
マルチカメラ捕捉装置に対する改善されたオプトメカニクス構造の断面図、およびそのカメラチャネルの３Ｄビューを示す。
継ぎ目および継ぎ目近くの２つの隣接した段のあるエッジ角度のコンプレッサーレンズの断面図、およびその部分（Ｂ）の拡大ビューを示す。
マルチカメラ捕捉装置に対する電子システム図を示す。
レンズデータムを持つ外側コンプレッサーレンズ素子、およびデータム特徴を持つ関連付けられたレンズハウジングの異なるビューを示す。
改善されたマルチカメラパノラマ画像捕捉装置の組立体の一部の断面図、およびその一部の詳細を示す。
改善されたマルチカメラパノラマ画像捕捉装置の組立て中に使用できる、レンズハウジングおよびチャネルローディングサポートの構成要素および特徴の一連のビューを示す。
レンズハウジングおよび、継ぎ目または継ぎ目近くにおけるその相互作用の、図１４に示されるものに対する、代替バージョンの断面図を示す。
チャネル間データムの図１８Ａに示されるものに対する代替バージョンの断面図を示す。
カメラチャネルの中央支持への取付け用の別の代替設計のビューを示す。
低視差結像レンズが中継光学系と組み合わされる光学系の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
光学系の分野において一般に理解されるように、レンズまたはレンズ組立体は典型的には、レンズ筒またはハウジング内に取り付けられていて、光学像を生成するために一緒に働く、複数のレンズ素子を有するシステムまたは装置を含む。結像レンズは、レンズ系から少し離れた距離（複数可）の物体空間内に存在する１つの物体または複数の物体から来る光の一部を捕捉する。結像レンズは次いで、これらの物体の像を出力「面」に形成でき、像は、結像レンズの焦点距離ならびに、その焦点距離に対する、物体（複数可）および結像面までの共役距離によって決定されるとおり、倍率によって決まる有限サイズを有する。物体から像へ、レンズを通過する画像光の量は大部分、結像レンズの開口絞りのサイズによって決まり、それは典型的には、開口数（ＮＡ）またはＦ値（Ｆ♯またはＦ／♯）に対する１つ以上の値によって数値化される。
【０００９】
結像レンズによって提供される画像品質は、設計で使用された光学材料の選択、レンズ素子のサイズ、形状（または曲率）および厚さ、レンズ素子の相互の相対間隔、スペクトルバンド幅、偏光、通過光の光負荷（パワーまたは束）、光回折もしくは散乱、ならびに／またはレンズ製造公差もしくは誤差を含む、レンズ設計の多数の特性によって決まる。画像品質は典型的には、レンズ収差（例えば、球面、コマ、または歪み）、またはレンズによって提供される解像点の相対サイズの観点から記述または数値化され、多くの場合、変調伝達関数（ＭＴＦ）によっても数値化される。
【００１０】
典型的な電子またはデジタルカメラでは、画像センサーが名目上、結像面に配置される。この画像センサーは典型的には、ＣＣＤまたはＣＭＯＳデバイスであり、それは、ヒートシンクまたは他の熱除去手段に物理的に取り付けられており、センサーに電力を供給する電子機器、および画像データをデータ記憶または画像処理電子機器に提供する読出しおよび通信回路も含む。画像センサーは典型的には、デバイス内のべイヤーフィルタなどの、カラーフィルタ配列（ＣＦＡ）を有しており、カラーフィルタ画素を画像画素との位置決めに配置してＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）画素の配列を提供する。ＣＹＧＭフィルタ（シアン、イエロー、グリーン、マゼンタ）またはＲＧＢＷフィルタ配列（Ｗ＝ホワイト）を含む、代替フィルタ配列パターンが代わりに使用できる。画像センサーは典型的には、センサーを環境から密閉または保護できるカバーガラスを含む。カバーガラスは、薄膜界面または二色性コーティングによって、ＵＶもしくはＩＲカットフィルタリングも提供できるか、またはその機能は、別の窓、外付けフィルタ上に提供できる。ＵＶまたはＩＲカットフィルタは、画像光に付随している、センサーに入射する非可視光のレベルを低減する。代替として、または追加として、ＵＶおよびＩＲカットフィルタリングは、外側レンズ素子の外表面を含む、レンズ素子に塗布されたコーティングで提供できる。カバーガラスまたはフィルタは、ＵＶ光吸収ガラスでもあり得、吸収およびコーティング反射率の組合わせによってＵＶフィルタリングを提供できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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