CN1153092C - 全方位摄像机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种简单构造而能够对于360°轴系的图像进行摄像的全方位摄像机。它由反射部件(1)与摄像部分(5)构成，并且反射部件(1)以透明材料由旋转面部(2)、圆柱部分(3)、接合部分(4)这3个部分一体成形而构成。
Description
技术领域
本发明涉及能够对于摄像了任意视点位置周围的全方向的全方位图像进行摄像的全方位摄像机。
背景技术
若每一度能够对于某视点的周围环境进行摄影，恰如这样，可以获得能够自由改变视线方向而没有死角的图像。
作为这样摄像全方位图像的装置已知下述手段，在电视摄像机的前面设置曲面的反射镜，通过摄像映在反射镜上的图像来实现全方位摄像。
在特开平9-118178号公报以及特开平11-174603号公报中，揭示了具有反射镜并且用于摄像全方位图像的装置构造。
这些装置的基本构造中除了反射镜与摄像机之外，还需要用于将反射镜固定在摄像机光轴方向前部上的固定部件。又，为了不妨碍反射图像的生成，固定部件为透明材料。
利用这样的装置通过对于摄像后的图像进行几何变换，能够选择任意的视线方向生成通常摄像机能够进行摄像的图像。
然而，在上述的装置中存在下述问题。
若没有使得反射镜的旋转中心轴与摄像机的光轴严格一致，图像会偏离预订位置，几何变换后的图像也会产生较大偏差，因此，图像会发生劣化。因此，重要的是要提高决定反射镜与摄像机的相对位置的固定部件本身的加工精度并且提高与反射镜组装的精度。故存在会增大固定部件的加工成本以及组装成本的问题。
特别地，当将固定部件与反射镜安装在非常小的摄像机而进行使用的情况下，若没有以高精度安装反射镜与支持其的固定部件等，则性能会变差、生产性降低。
本发明的目的在于提供一种能够容易地使得反射镜的旋转中心轴与摄像机的光轴严格一致并且能够获得良好的全方位图像的全方位摄像机。
发明内容
本发明第1方面的全方位摄像机其特点在于，具有反射部件以及摄像机，所述反射部件包括具有旋转二次曲面的凸面的旋转面部分；具有包围所述旋转面部分的圆柱壁和与所述旋转面的旋转轴一致的圆柱轴，并且其圆柱体的内径比所述旋转面部分的外径大的圆柱部分；以及连结所述圆柱部分的长方向的一端部与所述旋转面部分的外形部分的连结部分，所述旋转面部分、所述圆柱部分和所述连接部分以透明材料一体成形，并且将所述旋转面部分的凸面加工成镜面，所述摄像机具有与所述反射部件的旋转中心轴一致的光轴并且设置在与所述旋转面部分的凸面相对的位置上，利用所述摄像机，对于由所述反射部件的旋转面部分的凸面所反射的反射像进行摄像。
本发明第2方面的全方位摄像机其特点在于，在上述第1方面的全方位摄像机中，旋转面部分的凸面形状是具有内部焦点(30)的双曲面形状，所述连结部分被配置成使得连结所述旋转面部分的外径部分与所述内部焦点的任意直线穿过所述圆柱部分。
本发明第3方面的全方位摄像机其特点在于，在上述第1方面的全方位摄像机中，对于反射部件的连结部分，或者所述连结部分与旋转面部分中没有实施镜面加工的面覆盖遮光膜。
本发明第4方面的全方位摄像机其特点在于，在上述第1方面的全方位摄像机中，圆柱部分端面的直径中与旋转面部分连结的端面的直径比另一端面的直径要小。
根据上述的本发明的内容，通过一体成形的反射部件与摄像机这样构成的简单构造，对于全部方向能够进行一次摄像。又，通过一体成形反射部件，由于一体成形而不发生反射面与圆柱面的中心轴的对准误差，能够保证摄像全方位图像的足够的几何精度。
又，对于一体成形的反射部件的形状，通过使得圆柱部分的形状为锥度构造，能够提供生产性良好、低成本的全方位摄像机。
再者，对于一体成形的反射部件，通过设计使得入射光不被连结部分遮挡，这样能够良好地对于反射面全面的区域的反射光进行摄像。因此，能够高效地利用反射面，并且能够使得装置小型化。
再者，对于反射部件的摄像机部分，在其反面镀有遮光膜，由此能够防止多余光的入射，能够提供全方位摄像机的图像质量。
附图说明
图1是本发明实施形态1的全方位摄像机的剖视图。
图2是本发明实施形态2的全方位摄像机的剖视图。
图3是实施形态2中使用于反射部件制造中的金属模的剖面图。
图4是本发明实施形态3的全方位摄像机的剖视图。
图5是实施形态3的反射部件的剖视图。
具体实施方式
以下，参照图1～4对于本发明各实施形态进行说明。
实施形态1
图1表示实施形态1的全方位摄像机。
该全方位摄像机由反射部件1与摄像机部分5构成。
反射部件1是由作为透明材料的例如玻璃及丙烯酸树脂等一体成形的旋转对称的部件，它由旋转面部分2、圆柱部分3、接合部分4这三个部分构成。
旋转面部分2具有旋转二次曲面例如双曲面形状，并且镀有将表面作为镜面的反射膜8。在一体成形反射部件1之后通过铝蒸镀等的处理形成镀层。
圆柱部分3为圆柱形并且具有在摄像机部分5的光轴方向上支持具有反射膜8的旋转面部分2的功能。凸缘状的接合部分4是用于在摄像机部分5的上面接合反射部件1的基座。
另一方面，摄像机部分5是具有通过透镜6输出成象在受光元件7上的图像的功能的CCD摄像机等的电子摄像机。另外，还具有受光元件7的驱动电路等，这里省略图示。
配置反射部件1的旋转面部分2与圆柱部分3的旋转中心轴而使得与摄像机部分5的光轴一致。9表示使得一致后的中心轴。
光线10a、10b表示从外部入射到旋转面部分2的光线的示例。
以下，参照图1对于全方位摄像机的功能进行说明。
旋转面部分2因由反射膜8形成为镜面，如光线10a、10b这样从外界入射的光在通过透明的圆柱部分3之后被旋转面部分2反射，再通过摄像机的透镜6而照射到受光元件7。
如此，以中心轴9为中心的来自全方位的光被旋转面部分的反射膜8反射并且通过透镜6而到达受光元件7，能够以一次地对于360度全方向的图像进行摄像。
如此，以由旋转面部分2、圆柱部分3、接合部分4一体成形的反射部件1与摄像机部分5构成的简单的构造，能够构成对于360的全方位进行摄像的全方位摄像机。
再者，由于一体成形反射部件1，而不会产生旋转面部分2与圆柱部分3的中心轴一致以及倾斜的误差，能够确保足够的几乎精度，可以获得良好的图像。
实施形态2
图2与图3表示实施形态2的全方位摄像机。
图2的全方位摄像机由反射部件11与摄像机部分5构成。这里，摄像机部分5与实施形态1的摄像机部分5具有相同的功能、构造，而省略说明。
反射部件11是由作为透明材料的例如玻璃以及丙烯酸树脂等一体成形的旋转对称的部件，它由旋转面部分12、圆柱部分13、连接部分4、接合部分15这四个部分构成。
旋转面部分12与实施形态1的相同，具有旋转二次曲面例如双曲面形状，镀有将表面作为镜面的反射膜16。
圆柱部分13是摄像机部分5侧为较大直径的锥形的圆柱形。连结部分14用于连结旋转面部分12与圆柱部分13。接合部分15是用于在摄像机部分5上接合反射部件11的基座，例如，形成为凸缘状。
这里，配置反射部件11的旋转面部分12与圆柱部分13的旋转中心轴使得与摄像机部分5的光轴一致。17表示它们一致后的中心轴。
根据这样的构造，与实施形态1同样地，因反射膜16旋转面部分12形成为镜面，如光线18a、18b那样，从外界入射的光通过透明的圆柱部分13被旋转面部分12反射，通过摄像机部分5的透镜6而照射到受光元件7，能够一次地对于中心轴17周围360度全方位的图像进行摄像。
图3表示使用于反射部件11制造中的金属模。
在图3中，19、20表示用于注射模塑成形反射部件11的金属模。21的箭头表示注入熔融的透明材料的注入方向。又，22的箭头表示注射模塑时的金属模19的移动方向。
这里，在注射模塑成形中，在金属模19与金属模20所形成的间隙部分上，注入熔融的透明材料(没有图示)并且使得硬化之后，如箭头22的方向拔出金属模19而制造出成品。
一般地，对于金属模，由于非常尖角的构造、金属模的早期损坏等会缩短金属模的寿命，金属模的成本因此升高，产品成本也随之升高。又，为了在拔出金属模时不向成品施加过多的力，必须使之成为容易拔出的金属模结构。
这里，假定以射出成形制造实施形态1中图1所示的反射部件1时，旋转面部分2与圆柱部分3进行接合的部分为非常尖锐的角，这与金属模的损坏有很大关系。再者，由于圆柱部分3为均匀直径的圆柱状，可以推断很难从金属模中拔出。
在实施形态2中，在旋转面部分12与圆柱部分13之间，具有连结部分14而可以缓和尖角构造。又，由于圆柱部分13也是锥形构造，能够容易地拔出金属模。
如此，在本实施形态2中，利用一体成形的单一反射部件与摄像机能够对全方向上的图像进行摄影，并且同时尖角构造较少，而且由于采用了考虑到拔出金属模的方便性的构造，故生产性提高并且能够提供一种低成本的全方位摄像机。
又，对于用于制造反射部件11的金属模19、20，显然也可以不一定为图示的形状。又，反射部件11的制造方法并不仅限于注射模塑成形。例如，通过切削加工，也可以作成相同形状。在切削加工中，同样地当进行具有尖角构造的加工时，损坏的可能性也很高，因此，能够充分体现出实施形态2的反射部件的形状。
实施形态3
图4表示实施形态3的全方位摄像机。
在图4中，全方位摄像机由反射部件23与摄像机部分5构成。这里，由于摄像机部分5与实施形态1中的功能、构造都相同，故省略说明。
反射部件23是由作为透明材料的例如玻璃及丙烯酸树脂等一体成形的旋转对称的部件，并且它是由旋转面部分24、圆柱部分25、连结部分26、接合部分27这四个部分构成。
旋转面部分24为双曲面并且具有内部焦点30。又，镀有将表面作为镜面的反射膜28。圆柱部分25是在摄像机部分5侧为较大直径的锥形圆柱形。
连结部分26是用于与具有旋转面部分24与锥形形状的圆柱部分25连结的部件。接合部分27是用于在摄像机部分5上接合反射部件23的基座，例如它形成为凸缘状。
反射部件23对于旋转面部分24与连结部分26在摄像机部分5的方向相反的面上即图4中在上端面上镀有遮光膜31。
这里，使得反射部件23的旋转面部分24与圆柱部分25的旋转中心轴、与摄像机部分5的光轴一致。29表示成为一致后的中心轴。
又，使得摄像机部分5的透镜6的主点32的位置与双曲面的外部焦点一致。
入射光33a被旋转面部分24的双曲面反射，其反射光33b通过透镜6的主点32到达受光元件7，与实施形态1相同地，能够对于360度全方位的图像进行摄像。
再者，从几何学的观点出发，当使得入射光33a的方向延长到旋转面内部，则到达内部焦点30。如此，由于旋转面部分24为双曲面，可知通过透镜6的主点32的反射光所对应的入射光其延长线上的全部同样地聚焦在内部焦点30。
对于这样构成的全方位摄像机，对于连结部分26的形状进行详细地说明。
研究旋转面部分24的外部上的点34。
这里，将入射到点34的入射光作为35a、将由旋转面部分24反射的反射光作为35b。当反射光35b通过透镜6的主点32时，在入射光35a的延长方向上存在旋转面部分24的双曲面的内部焦点30。
例如，当使得连结部分26形状为如实施形态2那样以虚线36所示的形状时，入射光35a便透过圆柱部分25与连结部分26。与仅透过圆柱部分25的入射光(例如，入射光33a)进行比较，光发生衰减并且因材料的折射率光路发生偏离。
这里，在该实施形态3中，连结部分26为了不遮住入射光35a的光，即使得连结部分不存在于内部焦点30与端点34连结线的延长线上，而成为如4所示的形成了切割后的凹部。根据这样的构造，来自旋转面部分24的全部区域的反射光能够良好地成象在受光元件7上。
其次，对于形成在与旋转面部分24与连结部分26的所述摄像机5侧相反面上的遮光膜31进行说明。
光线37作为没有遮光膜31时的多余光的示例。如此，当不存在遮光膜31时，从连结部分26入射多余光37。因此，摄像机部分5不仅对于由旋转面部分24反射的反射光进行摄像，而且对于多余光37也进行了摄像。
特别地，必须要由旋转面部分24反射的光在受光元件7上形成圆形的像，由于CCD等的受光元件7的受光面为长方形，四周有剩余的区域，当强烈的多余光入射到该部分时，会对图像质量产生不良影响。因此，为了防止多余光，通过镀层遮光膜31，能够消除多余光而获得良好的图像。
又，遮光膜31只要能够遮光即可，而为了防止其他内面反射等，最好实施吸收消光的黑色等光的镀层。
如上所述，在实施形态3的全方位摄像机中，利用一体成形的单一的反射部件23与摄像机部分5能够在所有方向上进行摄像，并且同时在旋转面部分24的全体区域上能够良好地入射光。这表示即对于摄像机的摄像范围能够有效利用旋转面部分的面积，可以获得使得反射部件小型化的效果。再者，利用遮光膜31遮去多余光，能够提高摄像图像的质量。
又，在实施形态3中，图4的连结部分26的形状为了不遮住入射光35a，采取倾斜切除的凹部45，而只要不遮住入射光35a，也可以为其他形状。
再者，在实施形态3中，旋转面部分24为厚壁形状，而为了消减材料以及加工的简单化，也可以为薄壁形状的构造。这些形状的示例如图5所示。这里，图5仅表示反射部件的剖面形状。
这里，38是反射部件、39是旋转面部分、40是具有大致均匀的薄壁构造的圆柱部分、41是接合部分、42是连结部分，在旋转面部分39上镀有反射膜43。又，在与具有旋转面部分的反射膜43的面的相反面44a与连结部分42的里面44b上镀有遮光膜46。
对于这样的结构，由于连结部分42配置在比旋转面部分39更远离纸面的上方，并且由于没有遮住入射到旋转面部分39的光，能够有效利用旋转面部分的面积，具有使得反射部件38小型化的效果。
再者，对于旋转面部分39与连结部分42，分别在面44a、44b上存在遮光膜46，能够防止多余光的入射。因此，即使对于图5那样的反射部件的结构，也能够获得与图4所示的全方位摄像机相同的效果。进一步详细地进行说明，特别地，当在面44a上设置遮光膜46时，能够确实地防止外部光线照射到反射膜43相对侧的面上，照射到反射膜43的相对侧的面上的外部光线成为杂散光而不会对图像产生不良影响。当在外部光线不照射反射膜43的相对侧的面的条件下，只要在面44b上存在遮光膜46就可以发挥足够的效果。
又，包含图5所示的旋转面部分并且反射部件整体为薄壁结构，这种情况也同样地适于实施形态1以及实施形态2，显然这样不会影响各实施形态的效果。
又，对于各个实施形态，与摄像机部分接合的接合部分为基座形状，而与摄像机进行接合的方法也不仅限于此，只要能够与摄像机进行接合，也允许为其他形状。
Claims (4)
1.一种全方位摄像机，其特征在于，
具有反射部件(11，23，38)以及摄像机(5)，
所述反射部件(11，23，38)包括具有旋转二次曲面的凸面的旋转面部分(12，24，39)；
具有包围所述旋转面部分的圆柱壁和与所述旋转面的旋转轴(17，29)一致的圆柱轴，并且其圆柱体的内径比所述旋转面部分的外径大的圆柱部分(13，25，40)；
以及连结所述圆柱部分的长方向的一端部与所述旋转面部分的外形部分的连结部分(14，26，42)，
所述旋转面部分、所述圆柱部分和所述连接部分以透明材料一体成形，并且将所述旋转面部分的凸面加工成镜面，
所述摄像机(5)具有与所述反射部件的旋转中心轴一致的光轴并且设置在与所述旋转面部分的凸面相对的位置上，
利用所述摄像机，对于由所述反射部件的旋转面部分的凸面所反射的反射像进行摄像。
2.如权利要求1所述的全方位摄像机，其特征在于，
旋转面部分的凸面形状是具有内部焦点(30)的双曲面形状，所述连结部分被配置成使得连结所述旋转面部分的外径部分与所述内部焦点的任意直线穿过所述圆柱部分。
3.如权利要求1所述的全方位摄像机，其特征在于，
对于反射部件的连结部分，或者所述连结部分与旋转面部分中没有实施镜面加工的面覆盖遮光膜。
4.如权利要求1所述的全方位摄像机，其特征在于，
对于圆柱部分端面的直径，与旋转面部分连结的端面的直径比另一端面的直径要小。
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