CN105409199B - 视线方向控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于尤其是拓宽平移方向上的视线可变更范围。而且，根据本发明，可以得到高的视线变更速度。平移镜能够以第三旋转轴为中心向正反方向转动。并且，第三转动轴在与从倾斜方向控制部朝向平移镜的视线方向大致平行的方向延伸。并且，平移镜和第三旋转轴所构成的角α被设定在0°＜α＜90°的范围内。倾斜方向控制部能够使视线方向对于由平移镜的旋转轨迹形成的虚拟面进行扫描。并且，倾斜方向控制部能够控制从平移镜向对象物的视线方向的倾斜角。平移镜通过以第三旋转轴为中心转动，从而能够控制从平移镜向对象物的视线方向的平移角。

Description

视线方向控制装置
技术领域
本发明涉及用于对光学设备中的视线的方向进行控制的技术。
背景技术
为了对被摄体连续地进行摄影，需要持续将照相机的视线朝向对象。在很多情况下，该工作由摄影者手动进行，但是难以对球的跳跃这样的高速且不规律的运动完美地进行追踪。因此，在各种领域中广泛进行通过机械对照相机的视线方向进行自动控制的系统(所谓的主动视觉：参照下述非专利文献1)的研究。
在通常的主动视觉技术中，由于将照相机本身安装在驱动云台上而使其移动，所以对于视线方向的移动的响应速度慢。这样的话，难以跟踪含有急剧的加速度变化的运动对象(例如，球类比赛中使用的球)。考虑到高速照相机的帧频快的达到100万fps以及通过GPU使画像处理高速化的现状，视线控制速度可以说在各种跟踪系统中成为速度方面的瓶颈。
为了解决该问题，提出了一种通过在照相机前方配置的小型驱动镜面来高速地进行照相机的视线变更的被称作扫视镜(Saccade Mirror)的光学系统(参照下述非专利文献2)。在该技术中，通过使用2轴的电流镜，能够进行高速的视线变更。如果在控制系统中能够进行视线的控制，使得始终在画面中心捕捉到对象物，则认为史无前例的动态的摄像成为可能。
另外，在以往的扫视镜中，存在平移角和倾斜角比较窄的问题。
作为能够在宽角度范围中变更视线的装置，例如存在下述专利文献1中记载的技术。在该技术中，通过使用所谓的万向节机构(Gimbal mechanism)来变更镜位置，从而能够在宽范围变更视线方向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第7804056号公报
非专利文献
非专利文献1:J.Aloimonos,I.Weiss and A.Bandyopadhyay:"Active Vision",Int'l Journal of Computer Vision,vol.1,no.4,pp.333.356(1988).
非专利文献2:K.Okumura,H.Oku and M.Ishikawa:"High-Speed GazeController for Millisecond-order Pan/tilt Camera",Proc.of IEEE Int'l Conf.onRobotics and Automation,pp.6186.6191(2011).
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述专利文献1的结构中，构成万向节机构的部件的重量一般都会很大，被认为难以进行高速的视线变更。
本发明鉴于上述状况而完成。本发明的第一目的在于，提供一种能够使尤其是平移方向(pan direction)上的视线可变更范围拓宽，而且能够得到高的视线变更速度的视线方向控制装置。本发明的第二目的在于，提供一种适于该装置的设计的方法。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的手段可以如以下项目这样记载。
(项目1)
一种视线方向控制装置，用于控制应从光学设备朝向对象物的视线方向，
包括倾斜方向(tilt direction)控制部和平移方向控制部，
上述倾斜方向控制部包括第一倾斜镜和第二倾斜镜，
上述第一倾斜镜能够以第一旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二倾斜镜能够以第二旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二旋转轴在与上述第一旋转轴垂直的方向上延伸，
上述平移方向控制部包括平移镜(pan mirror)，
上述平移镜能够以第三旋转轴为中心向正反方向转动，
并且，上述第三旋转轴在与从上述倾斜方向控制部朝向上述平移镜的视线方向大致平行的方向延伸，
并且，上述平移镜和上述第三旋转轴所构成的角α被设定在0°＜α＜90°的范围内，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够使视线方向对于由上述平移镜的旋转轨迹形成的虚拟面进行扫描，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够控制从上述平移镜向上述对象物的上述视线方向的倾斜角，
上述平移镜构成为，通过以上述第三旋转轴为中心转动，从而能够控制从上述平移镜向上述对象物的上述视线方向的平移角。
(项目2)
如项目1所述的视线方向控制装置，
上述第一旋转轴在与上述第一倾斜镜的法线向量垂直的方向上延伸，
上述第二旋转轴在与上述第二倾斜镜的法线向量垂直的方向上延伸。
(项目3)
如项目1或2所述的视线方向控制装置，
上述第一旋转轴的位置与照射到上述第一倾斜镜的光线束的中心一致，
上述第二旋转轴的位置与照射到上述第二倾斜镜的光线束的中心一致。
(项目4)
如项目1～3的任何一项所述的视线方向控制装置，
能够通过上述倾斜方向控制部进行上述视线方向的扫描的区域的中心与上述第三旋转轴的位置一致。
(项目5)
如项目1～4的任何一项所述的视线方向控制装置，
还包括瞳传送光学系统，
上述瞳传送光学系统构成为，将视线的瞳位置传送到上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的其中一个的附近。
(项目6)
一种视线方向控制装置的设计方法，所述视线方向控制装置包括倾斜方向控制部和平移方向控制部，
上述倾斜方向控制部包括第一倾斜镜和第二倾斜镜，
上述第一倾斜镜能够以第一旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二倾斜镜能够以第二旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二旋转轴在与上述第一旋转轴垂直的方向延伸，
上述平移方向控制部包括平移镜，
上述平移镜能够以第三旋转轴为中心向正反方向转动，
并且，上述第三旋转轴在与从上述倾斜方向控制部朝向上述平移镜的视线方向大致平行的方向上延伸，
并且，上述平移镜和上述第三旋转轴构成的角α被设定在0°＜α＜90°的范围内，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够使视线方向对于由上述平移镜的旋转轨迹形成的虚拟面进行扫描，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够控制从上述平移镜向对象物的上述视线方向的倾斜角，
上述平移镜构成为，通过以上述第三旋转轴为中心转动，从而能够控制从上述平移镜向上述对象物的上述视线方向的平移角，
该设计方法还包括以下的步骤：
(a)使用光线追踪(Ray tracing)计算上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的形状，使得由上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜进行方向变换的视线的朝向满足既定的要求标准的步骤；
(b)通过使关于上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的评价函数最佳化，从而探索关于上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的设计参数的步骤，
这里，上述探索以在上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜之间不发生冲突为制约条件来进行。
(项目7)
如项目6所述的设计方法，
上述制约条件还包括：从上述倾斜方向控制部朝向上述平移镜的视线在由上述平移镜反射之后，到不了上述第一倾斜镜或上述第二倾斜镜。
(项目8)
如项目6或7所述的设计方法，
上述步骤(b)所使用的评价函数用于求对于上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜和上述平移镜得到的最小的加速度的最大值。
(项目9)
一种计算机程序，用于使计算机执行项目6～8的任何一项所述的设计方法中的各步骤。
该计算机程序可以存储在适当的记录介质(例如，CD-ROM或DVD盘这样的光学记录介质、硬盘或软盘这样的磁记录介质、或者MO盘这样的光磁记录介质)中。该计算机程序可以经由互联网等通信线路被传输。
发明效果
根据本发明，可以拓宽平移镜的转动范围，因此，可以拓宽平移方向上的视线可变更范围。而且，由于基本的结构与扫视镜相同，所以可以得到高的视线变更速度。此外，根据本发明的设计方法，可以进行该视线变更控制装置的设计。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式中的视线方向控制装置的概略结构的说明图。
图2是将图1的装置中的主要部分放大后的说明图。
图3是用于说明将平移镜安装到第三旋转轴上的状态的平移镜的示意剖面图。
图4是表示对图1的视线方向控制装置进行设计的步骤的流程图。
图5是表示用于执行图4的步骤的设计装置的一例的框图。
图6是用于说明镜引起的视线方向的变化的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一实施方式的视线方向控制装置。
(本实施方式的结构)
本实施方式的视线方向控制装置是用于对作为光学设备的一例的照相机100中的视线方向进行控制的装置。其中，作为光学设备，不限于照相机这样的摄像装置，也可以是对像进行投影的投影机。摄像装置和投影装置中，光线的行进方向相反，但本实施方式中的视线方向在任意情况下都可以同样来掌握。
本实施方式的视线方向控制装置包括倾斜方向控制部1和平移方向控制部2以及瞳传送光学系统3(参照图1)。
(倾斜方向控制部)
倾斜方向控制部1包括第一倾斜镜11和第二倾斜镜12。第一倾斜镜11通过未图示的驱动机构，能够以第一旋转轴13为中心向正反方向转动(参照图2)。更详细地说，在本实施方式中，第一旋转轴13在与第一倾斜镜12的法线向量垂直的方向上延伸。换言之，第一旋转轴13实质上被配置在沿着第一倾斜镜11的反射面的位置上。进而，在本实施方式中，第一旋转轴13的位置与被照射到第一倾斜镜11的光线束的中心一致。
第二倾斜镜12通过未图示的驱动机构，能够以第二旋转轴14为中心向正反方向转动(参照图2)。第二旋转轴14在与第二倾斜镜12的法线向量垂直的方向上延伸。换言之，第二旋转轴14实质上被配置在沿着第二倾斜镜12的反射面的位置上。进而，在本实施方式中，第二旋转轴14的位置与照射到第二倾斜镜12的光线束的中心一致。
这里，在本实施方式中，只要不特别提及，旋转轴也包含例如使用连杆机构等而形成的虚拟的旋转轴的情况。另外，在图2中，虽记载为各旋转轴呈现在各镜的反射面上，但这是为了容易理解，实际上，各旋转轴优选配置在对于镜中的光线的反射不构成障碍的位置(例如，紧接反射面之后)。
第二旋转轴14在与第一旋转轴13垂直的方向上延伸。这里，垂直表示各轴的方向向量构成的角为直角(换言之，向量的内积为0)，各轴不必实际交叉。此外，这里，直角包含实际应用上不构成障碍的程度的大致直角的情况，不必是数学上严格意义的直角。
倾斜方向控制部1构成为，通过使第一倾斜镜11以及第二倾斜镜12转动，从而能够使视线方向对于由后述的平移镜21的旋转轨迹所形成的虚拟面进行扫描。进而，倾斜方向控制部1构成为，通过使第一倾斜镜11和第二倾斜镜12转动，从而能够控制视线方向的倾斜角。进而，在本实施方式中，能够进行基于倾斜方向控制部1的视线方向的扫描的区域的中心与后述的第三旋转轴22的位置(换言之，平移镜和第三旋转轴的安装位置的附近)一致。
(平移方向控制部)
平移方向控制部2包括平移镜21。平移镜21通过未图示的驱动机构，能够以第三旋转轴22为中心向正反方向转动(参照图2)。平移镜21的可旋转范围没有特别的限制，如果需要的话可以采用旋转360°(换言之，全周)的结构。但是，能够在实际上必要的范围内旋转即可。另外，在图2中，平移角以符号θ表示，倾斜角以符号φ表示。
第三旋转轴22在与从倾斜方向控制部1向平移镜21的视线方向大致平行的方向上延伸。这里，视线方向终究是虚拟的概念，也可以与实际的光线的行进方向不同。例如，在光学设备100为摄像装置的情况下，来自被摄体的反射光从平移方向控制部2向倾斜方向控制部1行进，但作为视线方向，可以考虑从倾斜方向控制部1向平移方向控制部2的方向。
平移镜21和第三旋转轴22所构成的角α(参照图3)被设定在0°＜α＜90°的范围内。换言之，平移镜21被设置在相对于第三旋转轴22倾斜的方向上。
平移镜21构成为，通过以第三旋转轴22为中心转动，从而能够控制视线方向的平移角。
(瞳传送光学系统)
瞳传送光学系统3构成为，将视线的瞳位置传送到第一倾斜镜11、第二倾斜镜12以及平移镜21的其中一个的附近。作为瞳传送光学系统3，基本上可以采用与以往的扫视镜同样的结构，所以省略详细的说明。此外，在本实施方式中，各镜的旋转角通过使用照相机图像的反馈来控制，但关于该反馈控制，基本上也可以使用以往的方法，所以省略详细的说明。
(本实施方式的动作)
接着，说明上述实施方式的视线方向控制装置的动作。本实施方式的视线方向控制装置的基本的使用方法例如与上述非专利文献2所记载的“扫视镜”相同。但是，在以往的扫视镜中，通过2枚镜来控制平移角和倾斜角。而在本实施方式的装置中，基本上使用3枚镜(2枚倾斜镜和1枚平移镜)，能够通过2枚倾斜镜来控制倾斜角，通过1枚平移镜来控制平移角。
具体来说，在本实施方式中，来自光学设备100的视线通过瞳传送光学系统3而到达倾斜方向控制部1的第一倾斜镜11。由第一倾斜镜11反射的视线由第二倾斜镜12进一步反射，并到达平移方向控制部2的平移镜21。在本实施方式中，通过使第一倾斜镜11和第二倾斜镜12以第一旋转轴13以及第二旋转轴14为中心转动，从而可以控制入射到平移镜21的视线的朝向和位置。由此，在本实施方式中，可以进行倾斜角的控制。当然，通过对倾斜方向控制部1的各镜的朝向进行控制，也可以对平移角进行某种程度的控制，但在本实施方式中，为了使设计容易，将倾斜方向控制部1用于倾斜角控制。
进而，在本实施方式中，由于至少使用2枚倾斜镜来控制视线方向，所以能够在二维平面内的预定范围内扫描视线方向。因此，根据本实施方式，可以使视线方向朝向以第三旋转轴22为中心旋转的平移镜21的移动轨迹上，能够通过平移镜21进行视线方向的控制。
在平移镜21中，通过将入射的视线进行反射，从而可以使视线朝向对象物。此外，在本实施方式中，通过以第三旋转轴22为中心使平移镜21旋转，从而可以控制平移角θ。这里，在以往的扫视镜中，存在难以拓宽平移角的问题。而在本实施方式中，平移镜21在原理上可以旋转360°全周，所以可以将平移角θ比以往进一步扩大。当然，由于认为采取将来自倾斜方向控制部1的视线再次返回倾斜方向控制部1这样的平移角在事实上不方便，因此，认为实际上有用的平移角θ实际上很多情况下小于360°。
此外，在本实施方式中，第一旋转轴13在与第一倾斜镜11的法线向量垂直的方向上延伸，第二旋转轴14在与第二倾斜镜12的法线向量垂直的方向上延伸，所以具有可以减小这些镜中的转动惯量，能够进行镜的高速移动的优点。
此外，在本实施方式中，第一旋转轴13的位置与照射到第一倾斜镜11的光线束的中心一致，第二旋转轴14的位置与照射到第二倾斜镜12的光线束的中心一致，所以通过该结构，也可以减少这些镜中的转动惯量，并且能够进行镜的高速移动。
此外，在本实施方式中，能够通过倾斜方向控制部1进行视线方向的扫描的区域的中心与第三旋转轴22的位置一致，所以在各倾斜镜中能够使视线扫描所需的旋转角最小化，从这一点上，也可以减小各倾斜镜中的转动惯量。
进而，本实施方式的瞳传送光学系统3构成为，将视线的瞳位置传送到第一倾斜镜11、第二倾斜镜12以及平移镜21的其中一个的附近，例如第一倾斜镜11和第二倾斜镜12之间。因此，在本实施方式中，可以将照射到各镜的光线束集中为较小，可以实现各镜中的转动惯量的最小化。
(本实施方式的设计方法)
接着，进一步参照图4说明对本实施方式的视线方向控制装置进行设计的方法的一例。此外，图5表示执行该系统的设计系统的框图。
(图4的步骤SA-1)
首先，使用光线追踪，由镜形状计算部5(参照图5)计算第一倾斜镜11和第二倾斜镜12以及平移镜21的形状，使得由第一倾斜镜11和第二倾斜镜12以及平移镜21进行方向变换的视线的朝向满足既定的要求标准。另外，一般，作为光线追踪的前提，需要提供各种参数的初始值。作为该初始值，例如，可以使用在经验上认为合适的值。
这里，既定的要求标准是本实施方式的装置所需的平移角以及倾斜角。通过使用光线追踪，可以计算各镜所需的面积以及形状。关于光线追踪，可以使用现有方法由计算机执行，所以省略详细的说明。
另外，本实施方式中的视线方向，如以下这样，可以使用与各镜对应的旋转矩阵Ri(θi)(i＝1，2，3)来表示(参照图5)。另外，这里，镜的号码1与第一倾斜镜对应，号码2与第二倾斜镜对应，号码3与平移镜对应。另外，在光线追踪中，不仅考虑视线，也考虑应由各镜反射的光线束的宽度。
[数1]
d＝R3(θ3)R2(θ2)R1(θ1)d0＝R(Θ)
d∈R3：镜作用后的视线方向
d∈R3：镜作用前的初始视线方向
|d|＝|d0|＝1
(图4的步骤SA-2)
接着，通过使用关于第一倾斜镜11和第二倾斜镜12以及平移镜21的评价函数的最佳化，由最佳化处理部6(参照图5)探索关于第一倾斜镜11和第二倾斜镜12以及平移镜21的设计参数。该最佳化的处理包含图4所示的步骤SB-1～SB-3。以下，详细说明这些步骤。
(图4的步骤SB-1)
首先，说明评价函数计算部61进行的评价函数的计算。这里使用的评价函数，例如，用于求对于第一倾斜镜11和第二倾斜镜12以及平移镜21得到的最小的加速度的最大值。具体来说，可以使用以下的式。
[数2]
这里，θi是各镜中的视线方向的旋转角(参照图6)，为时刻t的函数。此外，这里，d是表示从倾斜方向控制部1观看平移镜21的视线由平移镜21反射后的视线方向的向量量，为θi的函数。上述评价式中，mini表示各镜中的仅仅一个以一定的转矩旋转的情况下的视线方向d的某一时刻(上述例中t＝0)的加速度模中最小的值(最小值)。从而，在上述评价式整体中，以通过变更各种参数而使该最小值最大化的最佳化为目标。这里，作为在最佳化时被变更的参数的例，有各镜的旋转角、镜间距离、瞳位置、平移镜相对于第三旋转轴的斜率。此外，在最佳化中，例如可以使用现有的内点法(参考：H.Yamashita,"Approahing LargeSale Optimization byWay of Ative Set Method,Interior Point Method andExterior Point Method,"The Institute of Systems,Control and InformationEngineers,Vol.50,No.9,pp.332-337,2006.)。
这里，使用评价式探索设计参数还在以下的步骤SB-2以及SB-3中的制约条件的范围内进行。以下，进一步进行说明。
(图4的步骤SB-2)
这里，在上述评价函数的计算中，作为制约函数，镜间冲突判定部62赋予以下条件。
[数3]
这里，以c1，2≤0为制约条件。通过赋予该条件，上述最佳化(换言之，各种参数选择)以在第一倾斜镜11、第二倾斜镜12和平移镜21之间不产生冲突为制约条件来进行。
(图4的步骤SB-3)
进而，在本实施方式中的评价函数的计算中，作为制约函数，光线/镜间的冲突判定部63还赋予以下的条件。
[数4]
这里，以c3≤0为制约条件。通过赋予该条件，上述最佳化以“从倾斜方向控制部1向平移镜21的光线束被平移镜21反射后，到不了第一倾斜镜11或第二倾斜镜12”为制约条件进行。另外，这里，光线束扩展为比视线更宽的范围，该扩展可以由设计参数计算。此外，这里的光线束是用于设计的虚拟的光线束。入射到本实施方式的照相机100的光线束从平移方向控制部2向倾斜方向控制部1的方向前进，但设计上，即使假定光线束向反向前进也没有问题。本实施方式的设计方法中的各步骤可以作为计算机程序进行安装来执行。
(图4的步骤SA-3)
接着，输出部7输出通过最佳化得到的设计条件(具体来说，各参数)。作为输出目的地，例如是打印机或显示器，但也可以是计算机上的记录介质。
另外，本发明的内容不限定于上述各实施方式。本发明在权利要求范围中记载的范围内，对具体的结构可以施加各种变更。
例如，上述各结构元素可以作为功能块存在，也可以作为独立的硬件存在。此外，作为安装方法，可以使用硬件，也可以使用计算机软件。进而，本发明中的一个功能元素也可以通过多个功能元素的集合实现，本发明中的多个功能元素也可以由一个功能元素实现。
此外，功能元素也可以配置在物理上远离的位置。在该情况下，功能元素之间也可以通过网络连接。可以通过网格计算或云计算来实现功能，或者构成功能元素。
进而，在上述实施方式中，使用了2枚倾斜镜和1枚平移镜这样的合计3枚镜，但也可以使用这以上枚数的镜。不过，镜数越少越容易控制。

Claims (9)

1.一种视线方向控制装置，用于控制从光学设备朝向对象物的视线方向，
包括倾斜方向控制部和平移方向控制部，
上述倾斜方向控制部包括第一倾斜镜和第二倾斜镜，
上述第一倾斜镜能够以第一旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二倾斜镜能够以第二旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二旋转轴在与上述第一旋转轴垂直的方向上延伸，
上述平移方向控制部包括平移镜，
上述平移镜能够以第三旋转轴为中心向正反方向转动，
并且，上述第三旋转轴在与从上述倾斜方向控制部朝向上述平移镜的视线方向大致平行的方向延伸，
并且，上述平移镜和上述第三旋转轴所构成的角α被设定在0°＜α＜90°的范围内，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够使视线方向对于由上述平移镜的旋转轨迹形成的虚拟面进行扫描，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够控制从上述平移镜向上述对象物的上述视线方向的倾斜角，
上述平移镜构成为，通过以上述第三旋转轴为中心转动，从而能够控制从上述平移镜向上述对象物的上述视线方向的平移角。
2.如权利要求1所述的视线方向控制装置，
上述第一旋转轴在与上述第一倾斜镜的法线向量垂直的方向上延伸，
上述第二旋转轴在与上述第二倾斜镜的法线向量垂直的方向上延伸。
3.如权利要求1或2所述的视线方向控制装置，
上述第一旋转轴的位置与照射到上述第一倾斜镜的光线束的中心一致，
上述第二旋转轴的位置与照射到上述第二倾斜镜的光线束的中心一致。
4.如权利要求1或2所述的视线方向控制装置，
能够通过上述倾斜方向控制部进行上述视线方向的扫描的区域的中心与上述第三旋转轴的位置一致。
5.如权利要求1或2所述的视线方向控制装置，
还包括瞳传送光学系统，
上述瞳传送光学系统构成为，将视线的瞳位置传送到上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的其中一个的附近。
6.一种视线方向控制装置的设计方法，所述视线方向控制装置包括倾斜方向控制部和平移方向控制部，
上述倾斜方向控制部包括第一倾斜镜和第二倾斜镜，
上述第一倾斜镜能够以第一旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二倾斜镜能够以第二旋转轴为中心向正反方向转动，
上述第二旋转轴在与上述第一旋转轴垂直的方向延伸，
上述平移方向控制部包括平移镜，
上述平移镜能够以第三旋转轴为中心向正反方向转动，
并且，上述第三旋转轴在与从上述倾斜方向控制部朝向上述平移镜的视线方向大致平行的方向上延伸，
并且，上述平移镜和上述第三旋转轴构成的角α被设定在0°＜α＜90°的范围内，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够使视线方向对于由上述平移镜的旋转轨迹形成的虚拟面进行扫描，
并且，上述倾斜方向控制部构成为，通过使上述第一倾斜镜以及上述第二倾斜镜转动，从而能够控制从上述平移镜向对象物的上述视线方向的倾斜角，
上述平移镜构成为，通过以上述第三旋转轴为中心转动，从而能够控制从上述平移镜向上述对象物的上述视线方向的平移角，
该设计方法还包括以下的步骤：
(a)使用光线追踪计算上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的形状，使得由上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜进行方向变换的视线的朝向满足既定的要求标准的步骤；
(b)通过使关于上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的评价函数最佳化，从而探索关于上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜的设计参数的步骤，
这里，上述探索以在上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜以及上述平移镜之间不发生冲突为制约条件来进行。
7.如权利要求6所述的设计方法，
上述制约条件还包括：从上述倾斜方向控制部朝向上述平移镜的视线在由上述平移镜反射之后，到不了上述第一倾斜镜或上述第二倾斜镜。
8.如权利要求6或7所述的设计方法，
上述步骤(b)所使用的评价函数用于求对于上述第一倾斜镜、上述第二倾斜镜和上述平移镜得到的最小的加速度的最大值。
9.一种计算机可读取的记录介质，记录有计算机程序，该计算机程序用于使计算机执行权利要求6～8的任何一项所述的设计方法中的各步骤。
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