JP2002237970A - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置Info
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- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04N23/50—Constructional details
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Studio Devices (AREA)
- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
供する。 【解決手段】 凸型回転体ミラー1と、それと対向する
位置に配置され、レンズ3および撮像部4を含む撮像機
構2と、透光性物質からなり、凸型回転体ミラー1表面
を覆うように設けられ、凸型回転体ミラー1と撮像機構
2を光学的に結合する光学部材5を有する撮像装置にお
いて、光学部材5は、凸型回転体ミラー1の頂部前方部
に、凸型回転体ミラー1の回転軸を含む孔1Kが設けら
れている。
Description
の全方位を観測することが可能であり、監視カメラ等の
視覚システムに用いられる撮像装置に関する。
野において、カメラとコンピュータを組み合わせること
により、従来は人間が自らの視覚で行っていた視覚作業
をカメラに行わせるための様々な試みが実用化されつつ
ある。
的に用いられるカメラでは視野角が限られているため、
魚眼レンズ等の広角レンズを用いて視野角を広げる試み
がなされている。その一つとして、例えば移動ロボット
等の分野では、円錐ミラーや球面ミラー等の回転対称形
状を有する凸面鏡(以下、凸型回転体ミラーと称する)
を応用する研究が活発に行われている。これは、凸型回
転体ミラーにより最大周囲360°の視野角の光学映像
を撮像し、これをビデオ画像に変換し、さらにコンピュ
ータにより所望の画像へ変換処理するものである。
撮像装置の概略構成を示す斜視図である。この図9にお
いて、60は凸型回転体ミラー、61は撮像機構、62
は撮像機構内部のレンズ、63は撮像機構内部の撮像
部、64は撮像機構と凸型回転体ミラーを光学的に結合
する透光性の光学部材である。
回転体ミラー60を利用して得られた反射像を撮像機構
61により映像信号に変換し、後段の信号処理部へと送
出する。この凸型回転体ミラー60と撮像機構61とは
光学部材64で光学的に結合されて、接続保持されてい
る。このように光学部材を用いるのは、ミラーの保持体
を別に設けるとミラーの保持体自身が撮像画面に映り込
んでしまうのを避けるためである。従来、この光学部材
の外観は球状や円柱状等で、その中が空洞状態となって
おり、その中に凸型回転ミラーが設置されていた。
を具体的に説明すると、光学部材64の側面から入射さ
れる入射光65は、光学部材64側面の表面で一部は反
射されるが、それ以外の光は透光性の光学部材64を通
過する。通過する際には、光学部材64とその外部との
界面で屈折し、入射光66となって凸型回転体ミラー6
0へと向かう。そして、回転体ミラー60表面で反射さ
れた反射光67が撮像機構61に至る。
た入射光68は、最初は光学部材64表面で反射と屈折
が行われ、屈折して光学部材64内部に入射した入射光
69は光学部材64の内側表面でさらに反射して反射光
70となる。そして、入射光66と反射光70が重なっ
た場合、反射光67による撮像画像は、入射光65に対
応する画像と入射光68に対応する画像の2つの画像が
重畳したものとなる。
ら生成される入射光66のみで得られる画像であるが、
入射光68の光が非常に明るい照明から発生された場合
等は、複数の画像が重なって写るという問題があった。
るための撮像装置が、特開平11−17463号公報に
開示されている。この公報の技術によれば、光学部材の
内面で反射して凸型回転体ミラーに達する光が必ず凸型
回転体ミラーの回転軸延長上を横切ることに着目し、光
学部材で内面反射する前の光を遮るための部材を凸型回
転体ミラーの回転軸延長上に沿って配置する。これによ
り、光学部材の内面反射光が凸型回転体ミラーに達する
ことを防止している。
報の技術では、新たに内面反射防止用の棒状体を凸型回
転体ミラーの頂部に設ける必要があり、構造が複雑にな
ると共に、製造工程が増加するという問題がある。ま
た、上記光学部材は中空の形状であり、実際に使用する
場面では機械的に破損しないようにするために取り扱い
に特別な配慮が必要であった。
ミラーとを組み合わせた撮像装置では、内面反射光が撮
像機構に取り入れられないする必要があり、さらに、機
械的な強度の改善や製造工程の簡略化を図る必要があ
る。
決するべくなされたものであり、鮮明な解像度の画像を
有し、簡単な構造の光学部材を有し、堅牢でかつ製造が
容易な撮像装置を提供することを目的とする。
転対称形状を有する凸面鏡と、該凸面鏡と対向する位置
に配置され、レンズおよび撮像部を含む撮像機構と、透
光性物質からなり、該凸面鏡表面を覆うように密着して
設けられ、該凸面鏡と該撮像機構とを光学的に結合する
光学部材とを有する撮像装置において、該光学部材は、
該凸面鏡の頂部前方部に、該凸面鏡の回転軸を含み、他
の部分とは透過率が異なる孔が設けられていることを特
徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
る回転対称形状を有する回転体孔で構成されていてもよ
い。
てもよい。
いてもよい。
てもよい。
い。または、前記回転体孔の形状が円筒体であってもよ
い。
配線材が配置されていてもよい。
が空洞ではなく、透光性樹脂やガラス等の透光性物質が
充填され、その内部には、凸型回転体ミラーの回転軸を
含むように孔が設けられている。この孔は、充填されて
いてもよいが、他の光学部材部分と透過率が異なってお
り、光学部材の内面反射光により撮像画像が多重画像と
なる悪影響を削減して、必要な画像のみからなる鮮明な
画像を得ることが可能となる。孔の大きさは、ミラー形
状や撮像条件等によって適宜設計することが可能であ
る。
よいが、円錐体や円筒体等の回転体孔を設けることによ
り、360°どの方向からでも同じ条件で内面反射光の
影響を削減することが可能となる。
物質を塗布もしくは蒸着することにより、後述する実施
形態2に示すように、遮光性薄膜を形成して光を吸収ま
たは乱反射させ、必要な光以外の光を弱めたり遮断する
ことができ、必要な画像だけを鮮明に得ることが可能と
なる。この遮光性薄膜は光吸収性であっても光反射性で
あってもよいが、光吸収性の場合には反射光が影響を与
えないので好ましい。一方、光反射性の遮光性薄膜は、
ミラーを構成する薄膜と同時に作製することが可能であ
る。
とにより、後述する実施形態3に示すように、光を乱反
射させ、必要な光以外の光を弱めたり遮断することがで
き、必要な画像だけを鮮明に得ることが可能となる。
り、後述する実施形態5に示すように、撮像装置を容易
に組み立て可能となる。
電気配線材を配置することにより、後述する実施形態4
に示すように、電気配線材の撮像画像への映り込みを防
ぐことが可能である。
いて図面を参照しながら説明する。
である撮像装置の概略構成を示す斜視図である。この図
1において、1は凸型回転体ミラー、2は撮像機構、3
は撮像機構内部のレンズ、4は撮像機構内部の撮像部、
5は撮像機構2と凸型回転体ミラー1とを光学的に結合
する透光性の光学部材、1Kは光学部材5に形成した孔
(本実施形態では回転体孔)であって、凸型回転体ミラ
ー1の頂部前方部に形成されている。
1は半球面、円錐形または双曲面等、回転対称形状を有
する凸型ミラーである。この凸型回転体ミラー1は、凸
型回転体の表面にアルミニウム、銀、白金、ニッケル−
クロム合金、金等の鏡面効果を有する物質を蒸着した
り、スパッタリングまたはメッキすることにより形成す
ることができる。または、ミラー材としてアルミニウム
やステンレス等の金属を使用して凸型回転体ミラーに沿
った表面形状に成形してもよい。
にレンズを組み合わせた構成であり、凸型回転体ミラー
1を利用して得られた反射像をレンズで集光して撮像部
で撮像し、その画像を電気信号(映像信号)として後段
の信号処理部へ伝送する。この撮像機構2のレンズ3
は、その光軸が凸型回転体ミラー1の回転軸と重なるよ
うに、光学部材5を挟んで配置されている。
ト等、透光性で水分を通しにくい性質を有する樹脂や、
透光性のガラス等からなる。この光学部材5は、従来技
術とは異なり、その内部(側面、底面および凸型回転体
ミラー1で囲まれた領域)が側面と同じ透光性物質で充
填されている。充填された透光性物質は、凸型回転体ミ
ラー1表面と密着している。光学部材5の形状は、円筒
形状等の回転対称形状であって、その回転軸と凸型回転
体ミラーの回転軸が一致する位置に配置されているのが
好ましい。これは、回転軸から一定の距離だけ離れた光
学部材側面では、入射された光が凸型回転体ミラー1に
届くまでの光路長が同じ距離となり、入射光の方向に依
存しない等方性を確保できるからである。このような構
成とすることにより、取り込まれた画像を処理する際に
処理が容易になる。
凸型回転体ミラーの頂部前方に、その凸型回転体ミラー
の回転軸を中心とする回転体孔1Kを有している。
す断面図であり、光学部材を回転軸方向に回転軸を含む
面にて切断したときの断面図である。この図2におい
て、6は凸型回転体ミラー、7は光学部材、8は光学部
材内部の回転体孔である。
ら光が照射されたときの回転体孔の機能について説明す
る。光学部材7の外部から入射される入射光13は、光
学部材5内部に入射されるときにその構成物質(透光性
物質)により屈折して入射光14となって凸型回転体ミ
ラー6に照射される。この入射光14は凸型回転体ミラ
ー6表面で反射され、反射光15となって光学部材7内
部を通過して撮像機構の方向へ向かう。
る光は、内面反射することなく直接凸型回転体ミラー6
へ入射し、その凸型回転体ミラー6で反射された反射光
だけが撮像機構へ取り込まれることが望ましい。しか
し、従来技術においては、入射光13と他の入射光によ
って発生した内面反射光が共に凸型回転体ミラー6に到
達するために複数の像が重なり、鮮明な撮像画像を得る
ことができなかった。
すように、光学部材7の中央部に回転体孔8が設けられ
ているので、入射光13と反対方向から入射する入射光
が進行して内面反射光となるまでには2回の反射と屈折
が行われ、内面反射光自体は微弱化されたものとなる。
すなわち、1回目の反射と屈折の際には一部の光が光学
部材7の内部に向かって反射して他の光は回転体孔8の
空間部に進む入射光11となるが、入射光11の強度は
弱くなる。また、2回目の反射と屈折の際には一部の光
が回転体孔8の空間部に向かって反射して他の光は光学
部材7の内部に進む入射光12となるが、入射光12の
強度はさらに弱くなる。
弱となり、回転体孔8を設けた光学部材7を有する本実
施形態の撮像装置では、回転体孔8を設けない光学部材
を有する従来の撮像装置に比べて、内面反射して凸型回
転体ミラー6に入射する光の影響が少なくなり、鮮明な
撮像画像を得ることができる。よって、光学部材7に回
転体孔8を設けることにより、撮像画像にとってノイズ
となる不要な光を途中で微弱化させて、画像へ及ぼす影
響を減少させることができる。
れる孔の好ましい形状について説明するための図であ
る。この図3において、16は凸型回転体ミラー、17
は撮像機構、18は凸型回転体ミラーの回転軸を示す。
転体ミラー16に写る視野角が領域Aの範囲であるとす
ると、その反射光は領域Bに集まる。よって、この凸型
回転体ミラー16による反射光が通過する領域は領域A
と領域Bを回転軸18を中心として回転させた領域であ
り、他の部分(領域C)は反射光の通り道になっていな
い。すなわち、領域Cは凸型回転体ミラー16にて得ら
れる視野角を遮ることのない領域である。
転体孔8の形状を図3に示したような円錐体に構成する
と、凸型回転体ミラーにて得られる視野角を全く遮るこ
となく画像を撮像することができ、より望ましいことが
わかる。さらに、回転体孔を領域Cに設けることによ
り、光学部材における内面反射の影響を最小にすること
ができるので、より一層鮮明な撮像画像を得ることがで
きる。
の回転体孔表面に遮光性薄膜を設けた例について説明す
る。
示す斜視図である。この図4において、29は凸型回転
体ミラー、30は撮像機構、31は撮像機構内部のレン
ズ、32は撮像機構内部の撮像部、33は撮像機構30
と凸型回転体ミラー29とを光学的に結合する(ここで
は両者を一体的に保持している)光学部材、4Kは光学
部材29に形成した回転体孔である。本実施形態では、
光学部材に円錐体形状の回転体孔4Kを設けている。
す断面図であり、光学部材を回転軸方向に回転軸を含む
面にて切断したときの断面図である。この図5におい
て、34は凸型回転体ミラー(反射面)、35は光学部
材、36は光学部材内部の回転体孔である。ここで、回
転体孔36の表面には光が透過しないように遮光性薄膜
(光を乱反射する材料でも光を吸収する材料でもよい)
が設けられている。光を吸収する材料の場合には、撮像
画面への影響が生じないので好ましい。また、光を乱反
射する材料の場合には、回転体孔36に設けた遮光性薄
膜と凸型回転体ミラー34を構成する薄膜とを同時に作
製することができる。
転体孔を通過し、撮像画像に悪影響を及ぼす内面反射光
をより弱める効果について説明する。光学部材35の外
部から入射される入射光39は、光学部材35内部に入
射されるときにその構成物質(透光性物質)により一部
が反射され、残りの光は屈折して入射光40となって凸
型回転体ミラー34に照射される。この入射光40は凸
型回転体ミラー34表面で反射され、反射光41となっ
て光学部材35内部を通過して撮像機構の方向へ向か
う。
から入射される入射光37は、外部から光学部材35に
当たり、その表面で一部反射されて残りの光が屈折して
入射光38となる。しかし、この入射光38は、光学部
材内部の回転体孔36表面に設けた遮光性薄膜を通過す
ることができず、入射光40に影響を及ぼすことはな
い。よって、この回転体孔表面に遮光性薄膜を設けるこ
とによって、より効果的にノイズとなる光を遮断するこ
とができる。
を設けない構成では、入射光37が回転軸を挟んで反対
側の界面にて内面反射され、この入射光40と重なる光
を生成するために鮮明な画像を得ることができない。
おいて、凸型回転体ミラーから反射された反射光が光学
部材から撮像機構に向かって放出される反射光放出面を
球面形状にしているのは、光学部材を構成する物質の屈
折率に係わりなく光が屈折しないため、光学設計が容易
になるからである。
の回転体孔表面を梨地状面とした例について説明する。
断面図であり、光学部材を回転軸方向に回転軸を含む面
にて切断したときの断面図である。この図6において、
42は凸型回転体ミラー、43は光学部材、44は光学
部材内部の回転体孔である。本実施形態では、回転体孔
44の表面が梨地状面となっている。
転体孔を通過し、撮像画像に悪影響を及ぼす内面反射光
をより弱める効果について説明する。光学部材43の外
部から入射される入射光47は、光学部材43内部に入
射されるときにその構成物質(透光性物質)により一部
が反射され、残りの光は屈折して入射光48となって凸
型回転体ミラー42に照射される。この入射光48は凸
型回転体ミラー42表面で反射され、反射光49となっ
て光学部材43内部を通過して撮像機構の方向へ向か
う。
から入射される入射光45は、外部から光学部材43に
当たり、その表面で一部反射されて残りの光が屈折して
入射光46となる。しかし、この入射光46は、光学部
材内部の回転体孔44表面が梨地状面であるため、回転
体孔44表面で乱反射し、回転体孔44を通過する光は
微弱となる。さらに、回転軸を挟んで反対側の界面にて
乱反射するため、内面反射光は無視できるレベルとな
る。よって、凸型回転体ミラー42に入射される入射光
48は本来撮像に必要とされる入射光47のみから生成
されるため、反射光49に悪影響を及ぼすことはない。
梨地状面にすることにより、実施形態2のように内部の
回転体孔表面に遮光性薄膜を形成するよりも製造工程数
をより一層削減することができ、製造においては有利で
ある。また、薄膜が剥がれることがないため、より堅牢
な撮像装置を得ることができる。
の信号線および電源線等の電気配線材を光学部材内部の
回転体孔に配置した例について説明する。
断面図であり、光学部材を回転軸方向に回転軸を含む面
にて切断したときの断面図である。この図7において、
50は凸型回転体ミラー、51は光学部材、52は光学
部材内部の回転体孔、53は撮像機構、54は撮像機構
から繋がる信号線および電源線である。
は、(1)撮像機構53の下部にそれを支持するものを
取り付ける方法および(2)凸型回転体ミラー50の上
部にそれを支持するものを取り付ける方法の2通りの方
法が挙げられる。このうち、撮像装置を凸型回転体ミラ
ー上部から取る付ける場合には、信号線または電源線を
上部へ配線する必要がある。
または電源線54を撮像機構内部のレンズ付近を通し、
さらに回転体孔52の内側を通すことができるので、撮
像画像にほとんど電気配線材が写らない。これは、光学
部材51に設けた回転体孔52の中心部は、撮像画像を
構成する光路と無関係であり、この部分に配線を通して
も撮像画像に影響を及ぼさないからである。これに対し
て、配線または電源線を光学部材の外側を通した場合に
は、撮像された画像に電気配線材が写ることになるの
で、図7のようにする方が好ましい。
から取り付ける場合には、信号線または電源線を下部へ
配線することができるので問題は生じない。
撮像装置を凸型回転体ミラーの上部から支持する機構を
組み込んだ例について説明する。
断面図であり、光学部材を回転軸方向に回転軸を含む面
にて切断したときの断面図である。この図8において、
55は凸型回転体ミラー、56は光学部材、57は光学
部材内部の回転体孔(円錐体形状)である。なお、本実
施形態では、光学部材の凹形状面を樹脂で一部埋め込ん
で螺子の補強をおこなっている。
は遮光性の構造(実施形態2のような遮光性薄膜または
実施形態3のような梨地状面)となっており、その回転
体孔57は埋められて雌螺子を設けてある。58は撮像
装置の外部から光学部材における凸型回転体ミラー側に
向かって取り付けられる棒状体螺子であり、その先端に
雄螺子を設けてある。この雄螺子と光学部材の雌螺子と
は螺子を回すことにより取り付けることができ、本実施
形態では撮像装置を容易に取り付けられる。また、凸型
回転体ミラーのサイズが小さい場合でも、光学部材の中
心まで螺子が切られるため、撮像装置を確実に取り付け
ることができる。
の形状を円錐体としたが、円筒体であってもよい。円筒
体の場合には、より深く螺子を切ることができるため、
取り付け強度をより一層高めることができる。
2、請求項6または請求項7に記載の本発明によれば、
光学部材における凸型回転体ミラー頂部前方部に孔(例
えば円錐体や円筒体等の回転体孔)を設けることによ
り、光学部材の内面反射光により撮像画像が多重画像と
なる悪影響を削減して、必要な画像のみからなる鮮明な
画像を得ることができる。
上記回転体孔の表面に遮光性薄膜を形成することによ
り、さらに鮮明な撮像画像を得ることができる。
上記回転体孔の表面を梨地状面とすることにより、簡単
な加工で鮮明な撮像画像を得ることができる。
上記回転体孔表面に雌螺子を設けることにより、鮮明な
撮像画像を得ることができる撮像装置を容易に組み立て
ることができる。
ば、上記孔の内側中空部に、撮像部の電気配線材を配置
することにより、取り付け加工が容易な撮像装置を得る
ことができ、また、電気配線材の撮像画像への映り込み
を防ぐことができる。
製造、組み立て、取り付けが容易であり、鮮明な撮像画
像を得ることができる撮像装置を実現することができ
る。
である。
る。
しい形状について説明するための図である。
である。
る。
る。
る。
る。
概略構成を示す斜視図である。
凸型回転体ミラー 1K、4K、8、18、36、44、52、57 回転
体孔 2、17、30、53、61 撮像機構 3、31、62 レンズ 4、32、63 撮像部 5、7、33、35、43、51、56、64 光学部
材 9〜15、37〜41、45〜49、65〜70 光路 54 信号線および電源線 58 凸型回転体ミラー上部で外部から取り付けられる
棒状体螺子 A 凸型回転体ミラーの視野角(回転軸に対して左側) B Aの反射光が通る領域(回転軸に対して左側) C 回転軸周囲の撮像時に無関係な領域
Claims (8)
- 【請求項1】 回転対称形状を有する凸面鏡と、 該凸面鏡と対向する位置に配置され、レンズおよび撮像
部を含む撮像機構と、 透光性物質からなり、該凸面鏡表面を覆うように密着し
て設けられ、該凸面鏡と該撮像機構とを光学的に結合す
る光学部材とを有する撮像装置において、 該光学部材は、該凸面鏡の頂部前方部に、該凸面鏡の回
転軸を含み、他の部分とは透過率が異なる孔が設けられ
ていることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項2】 前記孔が、前記凸面鏡の回転軸を中心と
する回転対称形状を有する回転体孔で構成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 【請求項3】 前記回転体孔表面に遮光性薄膜を有する
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 【請求項4】 前記回転体孔表面が梨地状面に構成され
ていることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 【請求項5】 前記回転体孔表面に雌螺子が設けられて
いることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか
に記載の撮像装置。 - 【請求項6】 前記回転体孔の形状が円錐体であること
を特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の
撮像装置。 - 【請求項7】 前記回転体孔の形状が円筒体であること
を特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の
撮像装置。 - 【請求項8】 前記孔の内側中空部に、前記撮像部の電
気配線材が配置されていることを特徴とする請求項1乃
至請求項7のいずれかに記載の撮像装置。
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