JP2014029431A - Optical system and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system capable of imaging a lateral side of the optical system at a wide angle without being affected by chromatic aberration.SOLUTION: An optical system not including a lens comprises: a hyperboloidal mirror 101 having the shape of at least a part of a rotationally symmetric convex surface having a focal point; and an opening member 102 restricting reflected light of the hyperboloidal mirror 101 to reflected light of light traveling to the focal point of the hyperboloidal mirror 101 and guiding the reflected light of the hyperboloidal mirror 101 having the restricted traveling direction to an image sensor 104 without passing through the lens.

Description

本発明は、光学系及び撮像装置に関し、特に、光学系の側方を広角撮像するための光学系及び撮像装置に関する。   The present invention relates to an optical system and an imaging apparatus, and more particularly, to an optical system and an imaging apparatus for performing wide-angle imaging on the side of the optical system.

全方位カメラは、広角視野情報の獲得のために開発され、側方視野を意識した反射屈折光学系に関する研究が、ロボティクスの分野で活発に研究されている。特に、単一視点性という性質を有する全方位カメラは、人間にとって見易い画像提示が可能である、または従来の画像処理技術が活用可能であるなどの理由から、有用な全方位光学系として期待されている。ここで、単一視点性とは、全方位カメラで撮影された画像を、ある視点から見た透視投影画像(perspective projection image)に歪み無く変換することができる性質である。このような単一視点性を有する全方位光学系の代表例として、双曲面鏡を用いた光学系(例えば、特許文献1参照)及び放物面鏡を用いた光学系(例えば、特許文献2参照)が知られている。   Omni-directional cameras have been developed to acquire wide-angle visual field information, and studies on catadioptric optical systems that are conscious of the lateral field of view are being actively studied in the field of robotics. In particular, an omnidirectional camera having the property of single viewpoint is expected as a useful omnidirectional optical system because it is possible to present an image that is easy for humans to view, or because conventional image processing technology can be used. ing. Here, the single viewpoint property is a property that allows an image captured by an omnidirectional camera to be converted without distortion into a perspective projection image viewed from a certain viewpoint. As typical examples of such an omnidirectional optical system having a single viewpoint, an optical system using a hyperboloidal mirror (for example, see Patent Document 1) and an optical system using a parabolic mirror (for example, Patent Document 2). See).

単一ミラーを用いた光学系は、一般に小型化が困難である。このような問題に対して、複数の反射鏡を組み合わせ、かつ、単一視点性を維持した光学系が提案されている(例えば、特許文献3及び4参照)。   In general, it is difficult to reduce the size of an optical system using a single mirror. In order to solve such a problem, an optical system in which a plurality of reflecting mirrors are combined and a single viewpoint is maintained has been proposed (for example, see Patent Documents 3 and 4).

特開平6−295333号公報JP-A-6-295333 米国特許第6118474号明細書US Pat. No. 6,118,474 特開平11−331654号公報JP-A-11-331654 国際公開第2010/116705号International Publication No. 2010/116705

しかしながら、いずれの光学系においても、撮像素子に光を導くための受光レンズが必要になる。このため、撮像素子で撮像された画像は色収差の影響を受けるという課題がある。   However, in any optical system, a light receiving lens for guiding light to the image sensor is required. For this reason, there exists a subject that the image imaged with the image pick-up element receives to the influence of chromatic aberration.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することが可能な光学系及び撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical system and an imaging apparatus capable of performing wide-angle imaging of the side of the optical system without being affected by chromatic aberration. To do.

上記目的を達成するために、本発明のある局面に係る光学系は、レンズを備えない光学系であって、焦点を有する回転対称な凸面の少なくとも一部の形状を有する第1ミラーと、前記第1ミラーの反射光を、前記第1ミラーの焦点に向かう光の反射光に制限すると共に、進行方向が制限された前記第1ミラーの反射光を、レンズを介することなく撮像素子に導くアパーチャー部とを備える。   In order to achieve the above object, an optical system according to an aspect of the present invention is an optical system that does not include a lens, and includes a first mirror having a shape of at least a part of a rotationally symmetrical convex surface having a focal point, An aperture that restricts the reflected light of the first mirror to the reflected light of the light directed toward the focal point of the first mirror and guides the reflected light of the first mirror, whose traveling direction is restricted, to the image sensor without passing through a lens. A part.

これらの構成によると、第1ミラーは凸面形状を有することより、光学系の側方から入射する光を反射することができる。また、アパーチャー部が第1ミラーの反射光の進行方向を制限するため、前記第1ミラーの反射光のうち、第1ミラーの焦点に向かう光の反射光のみを撮像素子に導くことができる。この撮像素子が受光した反射光の画像は、単一視点性を維持した画像であることより、第1ミラーの焦点から見た透視投影画像に歪み無く変換することができる。また、この光学系はレンズを使用していないことより、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   According to these configurations, since the first mirror has a convex shape, it can reflect light incident from the side of the optical system. In addition, since the aperture section limits the traveling direction of the reflected light of the first mirror, only the reflected light of the light directed to the focal point of the first mirror among the reflected light of the first mirror can be guided to the image sensor. Since the image of the reflected light received by the image sensor is an image maintaining single viewpoint, it can be converted into a perspective projection image viewed from the focal point of the first mirror without distortion. In addition, since this optical system does not use a lens, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

また、上述の光学系は、さらに、前記アパーチャー部で進行方向が制限された前記第1ミラーの反射光を反射することにより前記撮像素子に導く、回転対称な凹面の少なくとも一部の形状を有する第2ミラーを備えていても良い。   In addition, the optical system described above further has at least a part of a rotationally symmetric concave surface that guides the reflected light of the first mirror whose traveling direction is limited by the aperture portion to the imaging element. A second mirror may be provided.

例えば、前記第1ミラーは、二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する双曲面ミラーを含んでいても良い。   For example, the first mirror may include a hyperboloid mirror having a shape of at least a part of one of the two leaf hyperbolas.

第1ミラーを双曲面形状とすることにより、光学系の側方を広角撮像することができる。   By making the first mirror a hyperboloid, the side of the optical system can be imaged at a wide angle.

例えば、前記アパーチャー部は、前記二葉双曲面のうちの他方の双曲面の焦点に配置されていても良い。   For example, the aperture portion may be arranged at the focal point of the other hyperboloid of the two-leaf hyperboloid.

第1ミラーの焦点に向かう光は、上記他方の双曲面の焦点に向かって反射される。このため、このような配置にすることにより、第1ミラーの反射光を、第1ミラーの焦点に向かう光の反射光に効率的に制限することができる。   The light traveling toward the focal point of the first mirror is reflected toward the focal point of the other hyperboloid. For this reason, with such an arrangement, it is possible to efficiently limit the reflected light of the first mirror to the reflected light of the light traveling toward the focal point of the first mirror.

また、前記第2ミラーは、放物面の少なくとも一部の形状を有する放物面ミラーを含んでいても良い。   The second mirror may include a parabolic mirror having a shape of at least a part of a paraboloid.

例えば、前記アパーチャー部は、前記放物面の焦点に配置されていても良い。   For example, the aperture portion may be arranged at the focal point of the paraboloid.

このような配置にすることにより、放物面ミラーは、アパーチャー部により進行方向が制限された第1ミラーの反射光を、放物面ミラーの回転軸に平行な方向に反射することができる。   With this arrangement, the parabolic mirror can reflect the reflected light of the first mirror whose traveling direction is limited by the aperture portion in a direction parallel to the rotation axis of the parabolic mirror.

また、前記アパーチャー部は、前記第1ミラーの反射光が集光する位置に開口を有する部材を含んでいても良い。   The aperture section may include a member having an opening at a position where the reflected light of the first mirror is condensed.

また、前記アパーチャー部は、前記第1ミラーの反射光が集光する位置に配置された第3ミラーを含んでいても良い。   The aperture section may include a third mirror arranged at a position where the reflected light of the first mirror is collected.

また、上述の光学系は、さらに、前記第3ミラーで反射された光を反射し、前記第2ミラーに導く第4ミラーを備えていても良い。   The optical system described above may further include a fourth mirror that reflects the light reflected by the third mirror and guides the light to the second mirror.

例えば、前記第4ミラーは、平面ミラーを含んでいても良い。   For example, the fourth mirror may include a plane mirror.

また、前記第1ミラーは、前記撮像素子の一方の側方に位置し、第1の二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する第1双曲面ミラーと、前記撮像素子の他方の側方に位置し、第2の二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する第2双曲面ミラーとを含み、前記アパーチャー部は、前記第1双曲面ミラーの双曲面と対を成す前記第1の二葉双曲面の他方の双曲面の焦点に開口を有する第1部材と、前記第2双曲面ミラーの双曲面と対を成す前記第2の二葉双曲面の他方の双曲面の焦点に開口を有する第2部材とを含み、前記第2ミラーは、前記撮像素子の上方に位置し、かつ第1放物面の焦点が前記第1部材の開口に位置する、前記第1放物面の少なくとも一部の形状を有する第1放物面ミラーと、前記撮像素子の上方に位置し、かつ第2放物面の焦点が前記第2部材の開口に位置する、前記第2放物面の少なくとも一部の形状を有する第2放物面ミラーとを含んでいても良い。   The first mirror is located on one side of the image sensor, and has a first hyperboloid mirror having a shape of at least a part of one hyperboloid of the first two-leaf hyperbolas, and the imaging A second hyperboloid mirror located on the other side of the element and having a shape of at least a part of one hyperboloid of the second bilobal hyperboloid, and the aperture section includes the first hyperboloid A first member having an opening at the focal point of the other hyperboloid of the first biplane hyperboloid that forms a pair with the hyperboloid of the mirror, and the second biplane biplane that forms a pair with the hyperboloid of the second hyperboloid mirror. A second member having an opening at the focal point of the other hyperboloid of the curved surface, the second mirror is located above the image sensor, and the focal point of the first paraboloid is at the opening of the first member. A first paraboloid mirror located at least part of the shape of the first paraboloid; A second paraboloid mirror having a shape of at least a part of the second paraboloid located above the image sensor and having a focal point of the second paraboloid located at the opening of the second member; It may be included.

この構成では、光学系の両側の側方に第1双曲面ミラー及び第2双曲面ミラーを配置している。このため、光学系の左右両方の側方を広角撮像することができる。   In this configuration, the first hyperboloidal mirror and the second hyperboloidal mirror are arranged on both sides of the optical system. For this reason, wide-angle imaging can be performed on both the left and right sides of the optical system.

また、前記第1ミラーは、二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する双曲面ミラーを含み、前記アパーチャー部は、前記二葉双曲面のうちの他方の双曲面の焦点に反射面を有する第3ミラーを含み、前記第2ミラーは、放物面の焦点が前記他方の双曲面の焦点に一致し、前記放物面の少なくとも一部の形状を有する放物面ミラーを含んでいても良い。   The first mirror includes a hyperboloid mirror having a shape of at least a part of one hyperboloid of the two-leaf hyperboloid, and the aperture portion has a focal point of the other hyperboloid of the two-lobe hyperboloid. The second mirror includes a third mirror having a reflecting surface, and the second mirror has a parabolic surface whose focal point coincides with the focal point of the other hyperboloid and has a shape of at least a part of the paraboloid. May be included.

また、前記第1ミラー及び前記第2ミラーの各々は、放物面の少なくとも一部の形状を有する放物面ミラーであり、前記光学系は、さらに、放物面の少なくとも一部の形状を有する凹面ミラーを備え、前記凹面ミラーは、前記第1ミラーの焦点に向かう光の反射光である前記第1ミラーの反射光を反射可能な位置であって、かつ前記凹面ミラーの焦点が前記第2ミラーの焦点と一致する位置に配置され、前記アパーチャー部は、前記凹面ミラーの焦点に開口を有する部材を含んでいても良い。   Each of the first mirror and the second mirror is a parabolic mirror having a shape of at least a part of a paraboloid, and the optical system further has a shape of at least a part of the paraboloid. The concave mirror is a position capable of reflecting the reflected light of the first mirror, which is reflected light toward the focal point of the first mirror, and the focal point of the concave mirror is the first mirror. Two apertures may be disposed at a position that coincides with the focal point of the two mirrors, and the aperture portion may include a member having an opening at the focal point of the concave mirror.

この構成によると、双曲面ミラーを用いることなく、放物面ミラーのみで光学系を設計することができる。   According to this configuration, an optical system can be designed with only a parabolic mirror without using a hyperboloid mirror.

本発明の他の局面に係る撮像装置は、上述の光学系と、前記光学系により導かれた第1ミラーの反射光を撮像する撮像素子とを備える。   An imaging device according to another aspect of the present invention includes the above-described optical system and an imaging element that captures an image of reflected light of a first mirror guided by the optical system.

この構成によっても、上述の光学系と同様の効果を奏することができる。   Even with this configuration, the same effects as those of the above-described optical system can be obtained.

本発明によると、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することが可能な光学系及び撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical system and an imaging apparatus capable of performing wide-angle imaging of the side of the optical system without being affected by chromatic aberration.

本発明の実施の形態1に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 双曲面ミラーの性質について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the property of a hyperboloid mirror. 放物面ミラーの性質について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the property of a parabolic mirror. 撮像素子で撮像された画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image imaged with the image pick-up element. 撮像素子で撮像された画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image imaged with the image pick-up element. 本発明の実施の形態2に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る撮像装置の斜視図である。It is a perspective view of the imaging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. (a)は、撮像装置の正面図である。(b)は、撮像装置の右側面図である。(c)は、撮像装置のA−A断面図である。(d)は、撮像装置のB−B断面図である。(A) is a front view of an imaging device. (B) is a right side view of the imaging apparatus. (C) is AA sectional drawing of an imaging device. (D) is BB sectional drawing of an imaging device. 本発明の実施の形態3に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4の変形例に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on the modification of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on Embodiment 6 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る撮像装置の構成を示す図である。図1は、撮像装置の垂直面における断面を模式的に示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a cross section in a vertical plane of the imaging apparatus.

撮像装置100は、双曲面ミラー101と、開口部材102と、放物面ミラー103と、撮像素子104とを備える。   The imaging device 100 includes a hyperboloid mirror 101, an opening member 102, a parabolic mirror 103, and an imaging element 104.

双曲面ミラー101は、二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する凸面鏡である。二葉双曲面は、以下の式1により定義される。   The hyperboloid mirror 101 is a convex mirror having a shape of at least a part of one of the two leaf hyperbolas. The two-leaf hyperboloid is defined by Equation 1 below.

aX−bY−cZ=1 (式1) aX 2 -bY 2 -cZ 2 = 1 ( Equation 1)

ここで、a、b、cはそれぞれ正の実数である。双曲面ミラー101の回転軸はZ軸である。なお、二葉双曲面を定義する式は式1に限定されるものではなく、3次以上の項を含んでいても良い。   Here, a, b, and c are positive real numbers, respectively. The rotation axis of the hyperboloid mirror 101 is the Z axis. Note that the equation defining the two-leaf hyperboloid is not limited to Equation 1, and may include a third or higher order term.

ここで、図2を参照して、双曲面ミラー101の性質について説明する。図2は、二葉双曲面の回転中心における断面図を示している。二葉双曲面は、2つの双曲面211及び213より構成される。二葉双曲面のうちの一方の双曲面211の焦点212に向かう光215は、双曲面211の形状を有する凸面の双曲面ミラーによって他方の双曲面213の焦点214に向かって反射されるという性質を有する。このため、焦点214を通過する光を集光することにより、単一視点性を有する像が得られる。   Here, the property of the hyperboloid mirror 101 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a cross-sectional view at the center of rotation of the two-leaf hyperboloid. The two-leaf hyperboloid is composed of two hyperboloids 211 and 213. The light 215 directed to the focal point 212 of one hyperboloid 211 of the two-leaf hyperboloid is reflected by the convex hyperboloid mirror having the shape of the hyperboloid 211 toward the focal point 214 of the other hyperboloid 213. Have. Therefore, by collecting the light passing through the focal point 214, an image having a single viewpoint can be obtained.

開口部材102は、開口部102aを有する不透明部材である。開口部102aが双曲面ミラー101と対を成す他方の双曲面の焦点101aに位置するように、開口部材102が配置される。なお、開口部102aの大きさは、焦点101aを通過する光を通し、それ以外の光を通さないような大きさに設計される。   The opening member 102 is an opaque member having an opening 102a. The opening member 102 is arranged so that the opening 102a is positioned at the focal point 101a of the other hyperboloid paired with the hyperboloid mirror 101. The size of the opening 102a is designed to allow light that passes through the focal point 101a to pass and not to pass other light.

放物面ミラー103は、放物面形状を有する凹面鏡であり、放物面の焦点が双曲面の焦点101aに一致するような位置に配置される。放物面は、以下の式2により定義される。   The parabolic mirror 103 is a concave mirror having a parabolic shape, and is disposed at a position where the focal point of the paraboloid coincides with the focal point 101a of the hyperboloid. The paraboloid is defined by Equation 2 below.

−aX−bY+2cZ=1 (式2) -AX 2 -bY 2 + 2cZ = 1 ( Equation 2)

ここで、a、b、cはそれぞれ正の実数である。放物面ミラー103の回転軸はZ軸である。なお、放物面を定義する式は式2に限定されるものではなく、3次以上の項を含んでいても良い。   Here, a, b, and c are positive real numbers, respectively. The rotation axis of the parabolic mirror 103 is the Z axis. Note that the equation defining the paraboloid is not limited to Equation 2, and may include a third-order or higher term.

ここで、図3を参照して、放物面ミラー103の性質について説明する。図3は、放物面の回転中心における断面図を示している。放物面221の焦点222を通過し放物面221に向かう光223は、放物面221の形状を有する凹面の放物面ミラーによって、放物面221の回転中心224と平行な方向にその光路が変更されるという性質を有する。このため、放物面ミラーと対向する位置に撮像素子を設けることにより、放物面221の焦点222を通過した光223を撮像することができる。   Here, the property of the parabolic mirror 103 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross-sectional view at the center of rotation of the paraboloid. Light 223 passing through the focal point 222 of the paraboloid 221 and traveling toward the paraboloid 221 is reflected in a direction parallel to the center of rotation 224 of the paraboloid 221 by a concave paraboloid mirror having the shape of the paraboloid 221. It has the property that the optical path is changed. For this reason, by providing an image sensor at a position facing the paraboloid mirror, the light 223 that has passed through the focal point 222 of the paraboloid 221 can be imaged.

図1を参照して、放物面ミラー103の焦点は、双曲面ミラー101と対を成す双曲面の焦点101aと一致しており、開口部材102の開口部102aが焦点101aに位置している。このため、開口部102aを通過し、放物面ミラー103で反射される光は、放物面ミラー103の回転軸と平行となる。よって、放物面ミラー103に対向する位置に撮像素子104を設けることにより、双曲面ミラー101の焦点に向かう光を撮像素子104において撮像することができる。このため、撮像素子104は、単一視点性を有する画像を撮像することができる。なお、図1中の矢印は、光路を示している。以下に説明する他の図において同様である。   Referring to FIG. 1, the focal point of paraboloid mirror 103 coincides with a hyperboloid focal point 101a that forms a pair with hyperboloidal mirror 101, and aperture 102a of aperture member 102 is located at focal point 101a. . For this reason, the light that passes through the opening 102 a and is reflected by the parabolic mirror 103 is parallel to the rotation axis of the parabolic mirror 103. Therefore, by providing the image sensor 104 at a position facing the paraboloid mirror 103, the light toward the focal point of the hyperboloid mirror 101 can be imaged by the image sensor 104. For this reason, the image sensor 104 can capture an image having a single viewpoint. In addition, the arrow in FIG. 1 has shown the optical path. The same applies to the other drawings described below.

撮像素子104は、CCD(Charge Coupled Device)などより構成されるイメージセンサである。   The image sensor 104 is an image sensor configured by a CCD (Charge Coupled Device) or the like.

図4及び図5の各々は、撮像素子104で撮像された画像の一例を示す。撮像素子104で撮像された画像は、側方を広角撮像した画像であることが分かる。   Each of FIG. 4 and FIG. 5 shows an example of an image captured by the image sensor 104. It can be seen that the image captured by the image sensor 104 is an image obtained by wide-angle imaging of the side.

以上説明したように、実施の形態1によると、双曲面ミラー101は、凸面形状を有することより、光学系の側方から入射する光を反射することができる。また、開口部材102が双曲面ミラー101の反射光の進行方向を制限するため、双曲面ミラー101の反射光のうち、双曲面ミラー101の焦点に向かう光の反射光のみを撮像素子104に導くことができる。撮像素子104が受光した反射光の画像は、単一視点性を維持した画像であることより、双曲面ミラー101の焦点から見た透視投影画像に歪み無く変換することができる。また、この光学系はレンズを使用していないことより、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   As described above, according to the first embodiment, the hyperboloid mirror 101 can reflect light incident from the side of the optical system because it has a convex shape. Further, since the opening member 102 limits the traveling direction of the reflected light of the hyperboloidal mirror 101, only the reflected light of the light directed toward the focal point of the hyperboloidal mirror 101 among the reflected light of the hyperboloidal mirror 101 is guided to the image sensor 104. be able to. Since the image of the reflected light received by the image sensor 104 is an image maintaining single viewpoint, it can be converted into a perspective projection image viewed from the focal point of the hyperboloid mirror 101 without distortion. In addition, since this optical system does not use a lens, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

(実施の形態2)
実施の形態1では、図1に示すように双曲面ミラー101を撮像素子104の左側にのみ配置していた。このため、撮像素子104の左側の側方しか広角撮像することができなかった。これに対し、本実施の形態では、双曲面ミラーを撮像素子104の右側にも配置することにより、撮像素子104の左右両方の側方を広角撮像することが可能な撮像装置について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the hyperboloid mirror 101 is arranged only on the left side of the image sensor 104 as shown in FIG. For this reason, wide-angle imaging was possible only on the left side of the image sensor 104. On the other hand, in the present embodiment, an imaging apparatus capable of performing wide-angle imaging on both the left and right sides of the imaging element 104 by arranging a hyperboloid mirror on the right side of the imaging element 104 will be described.

図6は、本発明の実施の形態2に係る撮像装置の構成を示す図である。図6は、撮像装置の垂直面における断面を模式的に示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a cross section in a vertical plane of the imaging apparatus.

撮像装置200は、双曲面ミラー101と、開口部材102と、放物面ミラー103と、撮像素子104と、双曲面ミラー201と、開口部材202と、放物面ミラー203とを備える。   The imaging apparatus 200 includes a hyperboloid mirror 101, an aperture member 102, a parabolic mirror 103, an imaging element 104, a hyperboloid mirror 201, an aperture member 202, and a paraboloid mirror 203.

双曲面ミラー101、開口部材102及び放物面ミラー103の構成は実施の形態1と同様である。このため、その詳細な説明はここでは繰り返さない。双曲面ミラー201、開口部材202及び放物面ミラー203は、撮像素子104に直交する面に対して双曲面ミラー101、開口部材102及び放物面ミラー103と対称な位置に配置されている。双曲面ミラー201、開口部材202及び放物面ミラー203は、双曲面ミラー101、開口部材102及び放物面ミラー103と、それぞれ対称であるという以外は同様の構成である。撮像素子104は、放物面ミラー103及び203と対向する位置に設けられ、放物面ミラー103の反射光及び放物面ミラー203の反射光を撮像する。双曲面ミラー201、開口部材202及び放物面ミラー203によると、撮像素子104の右側の側方を広角撮像することができる。   The configurations of the hyperboloid mirror 101, the aperture member 102, and the parabolic mirror 103 are the same as those in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here. The hyperboloid mirror 201, the aperture member 202, and the paraboloid mirror 203 are disposed at positions symmetrical to the hyperboloid mirror 101, the aperture member 102, and the paraboloid mirror 103 with respect to a plane orthogonal to the image sensor 104. The hyperboloid mirror 201, the aperture member 202, and the paraboloid mirror 203 have the same configuration as the hyperboloid mirror 101, the aperture member 102, and the paraboloid mirror 103 except that they are symmetric. The imaging element 104 is provided at a position facing the parabolic mirrors 103 and 203 and images the reflected light of the parabolic mirror 103 and the reflected light of the parabolic mirror 203. According to the hyperboloid mirror 201, the opening member 202, and the parabolic mirror 203, wide-angle imaging can be performed on the right side of the imaging element 104.

なお、放物面ミラー103と放物面ミラー203とは接触していることより一体形成されていても良い。   Note that the parabolic mirror 103 and the parabolic mirror 203 may be integrally formed because they are in contact with each other.

以上説明したように、実施の形態2によると、実施の形態1と同様の効果を奏する撮像装置200を提供することができる。それに加えて、撮像装置200の左右両方の側方を広角撮像することができる。   As described above, according to the second embodiment, it is possible to provide the imaging apparatus 200 that exhibits the same effects as the first embodiment. In addition, wide-angle imaging can be performed on both the left and right sides of the imaging apparatus 200.

(実施の形態3)
実施の形態3に係る撮像装置について説明する。実施の形態1では、開口部材を用いることにより双曲面ミラーの反射光の光路を制限した。本実施の形態では、開口部材の代わりに小領域のミラーを用いることにより双曲面ミラーの反射光の光路を制限する撮像装置の構成について説明する。
(Embodiment 3)
An imaging apparatus according to Embodiment 3 will be described. In Embodiment 1, the optical path of the reflected light of the hyperboloidal mirror is limited by using the opening member. In this embodiment, a configuration of an imaging device that restricts the optical path of reflected light of a hyperboloidal mirror by using a small-area mirror instead of the aperture member will be described.

図7は、本発明の実施の形態3に係る撮像装置300の斜視図である。図8(a)は、撮像装置300の正面図である。図8(b)は、撮像装置300の右側面図である。図8(c)は、撮像装置300のA−A断面図である。図8(d)は、撮像装置300のB−B断面図である。   FIG. 7 is a perspective view of an imaging apparatus 300 according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8A is a front view of the imaging apparatus 300. FIG. FIG. 8B is a right side view of the imaging apparatus 300. FIG. 8C is a cross-sectional view of the imaging apparatus 300 taken along the line AA. FIG. 8D is a BB cross-sectional view of the imaging device 300.

図9は、本発明の実施の形態3に係る撮像装置の構成を示す図である。図9は、撮像装置の垂直面における断面を模式的に示す図である。なお、図9に示す断面図は、図8(c)に示す断面図と左右が反転している。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a cross section in a vertical plane of the imaging apparatus. Note that the cross-sectional view shown in FIG. 9 is inverted from the cross-sectional view shown in FIG.

撮像装置300は、双曲面ミラー301と、アパーチャーミラー302と、放物面ミラー303と、撮像素子104と、筒体304及び305と、板306とを備える。   The imaging apparatus 300 includes a hyperboloid mirror 301, an aperture mirror 302, a parabolic mirror 303, an imaging element 104, cylinders 304 and 305, and a plate 306.

双曲面ミラー301は、双曲面ミラー101と同様の構成である。ただし、凸面が下向きである点が異なる。   The hyperboloid mirror 301 has the same configuration as the hyperboloid mirror 101. However, the difference is that the convex surface is downward.

アパーチャーミラー302は、双曲面ミラー301と対を成す双曲面の焦点301aに反射面を有するミラーである。なお、アパーチャーミラー302は、焦点301aを通る光を反射し、それ以外の光を反射しないような大きさに設計される。アパーチャーミラー302は、平面ミラーである。ただし、双曲面ミラー301の反射光を、放物面ミラー303に効率的に集光するために、曲面形状を有するものとしても良い。つまり、双曲面ミラー301を定義する式は、2次以上の項を含んでいても良い。   The aperture mirror 302 is a mirror having a reflecting surface at a hyperboloid focal point 301 a that forms a pair with the hyperboloid mirror 301. The aperture mirror 302 is designed to have a size that reflects light passing through the focal point 301a and does not reflect other light. The aperture mirror 302 is a plane mirror. However, in order to efficiently collect the reflected light of the hyperboloidal mirror 301 on the parabolic mirror 303, it may have a curved surface shape. That is, the equation defining the hyperboloid mirror 301 may include a second-order or higher term.

放物面ミラー303は、放物面ミラー103と同様の構成であり、放物面ミラー303の焦点が、双曲面ミラー301と対を成す双曲面の焦点301aに一致するように配置される。アパーチャーミラー302で反射された光は、放物面ミラー303で反射されることにより、放物面ミラー303の回転軸と平行な方向に光路が変更される。   The parabolic mirror 303 has the same configuration as the parabolic mirror 103, and is arranged so that the focal point of the parabolic mirror 303 coincides with the hyperboloidal focal point 301a that forms a pair with the hyperboloidal mirror 301. The light reflected by the aperture mirror 302 is reflected by the parabolic mirror 303, so that the optical path is changed in a direction parallel to the rotation axis of the parabolic mirror 303.

撮像素子104は、放物面ミラー303と対向する位置に設けられる。これにより、放物面ミラー303で反射された光を受光することができる。   The image sensor 104 is provided at a position facing the parabolic mirror 303. Thereby, the light reflected by the parabolic mirror 303 can be received.

なお、板306は、アパーチャーミラー302の周辺に設置されており、双曲面ミラー301の反射光以外の光が、アパーチャーミラー302に入射するのを防止する。   The plate 306 is installed around the aperture mirror 302, and prevents light other than the reflected light of the hyperboloid mirror 301 from entering the aperture mirror 302.

筒体304は、放物面ミラー303の周囲に設置されており、アパーチャーミラー302の反射光以外の光が、放物面ミラー303に入射するのを防止する。   The cylindrical body 304 is installed around the parabolic mirror 303, and prevents light other than the reflected light of the aperture mirror 302 from entering the parabolic mirror 303.

筒体305は、撮像素子104の周囲に設置されており、放物面ミラー303の反射光以外の光が、撮像素子104に入射するのを防止する。   The cylindrical body 305 is installed around the image sensor 104 and prevents light other than the reflected light of the parabolic mirror 303 from entering the image sensor 104.

なお、双曲面ミラー301と、筒体304と、放物面ミラー303とは接触していることより一体形成されていても良い。   Note that the hyperboloid mirror 301, the cylindrical body 304, and the parabolic mirror 303 may be integrally formed because they are in contact with each other.

以上説明したように、実施の形態3によると、開口部材の代わりにアパーチャーミラー302を用いて、双曲面ミラー301の反射光の進行方向を制限することができる。これにより、双曲面ミラー301の反射光のうち、双曲面ミラー301の焦点に向かう光の反射光のみを撮像素子104に導くことができる。撮像素子104が受光した反射光の画像は、単一視点性を維持した画像であることより、双曲面ミラー301の焦点から見た透視投影画像に歪み無く変換することができる。また、この光学系はレンズを使用していないことより、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   As described above, according to the third embodiment, the traveling direction of the reflected light of the hyperboloidal mirror 301 can be limited using the aperture mirror 302 instead of the opening member. Thereby, only the reflected light of the light directed to the focal point of the hyperboloidal mirror 301 among the reflected light of the hyperboloidal mirror 301 can be guided to the image sensor 104. Since the image of the reflected light received by the image sensor 104 is an image maintaining single viewpoint, it can be converted into a perspective projection image viewed from the focal point of the hyperboloid mirror 301 without distortion. In addition, since this optical system does not use a lens, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

(実施の形態4)
実施の形態4では、4枚のミラーを用いて、光を4回反射させ、撮像素子に光を集光することにより、広角撮像することが可能な撮像装置について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, an imaging apparatus capable of wide-angle imaging by reflecting light four times using four mirrors and condensing the light on an imaging element will be described.

図10は、本発明の実施の形態4に係る撮像装置の構成を示す図である。図10は、撮像装置の垂直面における断面を模式的に示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a cross section in a vertical plane of the imaging apparatus.

撮像装置400は、双曲面ミラー401と、アパーチャーミラー402と、平面ミラー403と、放物面ミラー404とを備える。   The imaging device 400 includes a hyperboloid mirror 401, an aperture mirror 402, a plane mirror 403, and a paraboloid mirror 404.

双曲面ミラー401は、双曲面ミラー101と同様の構成である。ただし、凸面が下向きである点が異なる。   The hyperboloid mirror 401 has the same configuration as the hyperboloid mirror 101. However, the difference is that the convex surface is downward.

アパーチャーミラー402は、アパーチャーミラー302と同様の構成である。つまり、アパーチャーミラー402は、双曲面ミラー401と対を成す双曲面の焦点401aに反射面を有するミラーである。アパーチャーミラー402は、焦点401aを通る光を反射し、それ以外の光を反射しないような大きさに設計される。   The aperture mirror 402 has the same configuration as the aperture mirror 302. That is, the aperture mirror 402 is a mirror having a reflecting surface at the focal point 401a of the hyperboloid paired with the hyperboloidal mirror 401. The aperture mirror 402 is designed to have a size that reflects light passing through the focal point 401a and does not reflect other light.

平面ミラー403は、アパーチャーミラー402で反射された光を、放物面ミラー404に向けて反射するミラーである。   The plane mirror 403 is a mirror that reflects the light reflected by the aperture mirror 402 toward the parabolic mirror 404.

放物面ミラー404は、放物面ミラー103と同様の構成である。なお、放物面ミラー404の焦点を焦点401aに一致させたときの放物面ミラー404に到達する光と同じ光が放物面ミラー404に到達するように、平面ミラー403と放物面ミラー404の配置位置が決定される。これにより、放物面ミラー404に入射する光は、放物面ミラー404で反射されることにより、放物面ミラー404の回転軸に平行な方向に光路が変更される。   The parabolic mirror 404 has the same configuration as the parabolic mirror 103. The plane mirror 403 and the paraboloidal mirror are arranged such that the same light reaching the paraboloidal mirror 404 when the paraboloidal mirror 404 is focused on the focal point 401a reaches the paraboloidal mirror 404. The arrangement position of 404 is determined. As a result, the light incident on the parabolic mirror 404 is reflected by the parabolic mirror 404, thereby changing the optical path in a direction parallel to the rotation axis of the parabolic mirror 404.

撮像素子104は、放物面ミラー404と対向する位置に設けられる。これにより、放物面ミラー404で反射された光を受光することができる。   The image sensor 104 is provided at a position facing the paraboloid mirror 404. Thereby, the light reflected by the parabolic mirror 404 can be received.

以上説明したように、実施の形態4によると、開口部材の代わりにアパーチャーミラー402を用いて、双曲面ミラー401の反射光の進行方向を制限することができる。これにより、双曲面ミラー401の反射光のうち、双曲面ミラー401の焦点に向かう光の反射光のみを撮像素子104に導くことができる。撮像素子104が受光した反射光の画像は、単一視点性を維持した画像であることより、双曲面ミラー401の焦点から見た透視投影画像に歪み無く変換することができる。また、この光学系はレンズを使用していないことより、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the traveling direction of the reflected light of the hyperboloidal mirror 401 can be limited by using the aperture mirror 402 instead of the opening member. Thereby, only the reflected light of the light directed toward the focal point of the hyperboloidal mirror 401 among the reflected light of the hyperboloidal mirror 401 can be guided to the image sensor 104. Since the image of the reflected light received by the image sensor 104 is an image that maintains single viewpoint, it can be converted into a perspective projection image viewed from the focal point of the hyperboloidal mirror 401 without distortion. In addition, since this optical system does not use a lens, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

(実施の形態4の変形例)
図11は、本発明の実施の形態4の変形例に係る撮像装置の構成を示す図である。図11に示す撮像装置は、実施の形態4に係る撮像装置400と同様に4枚のミラーを用いて、光を4回反射させ、撮像素子に光を集光することで広角撮像を行う。ただし、4枚のミラーの構成及び配置が異なる。
(Modification of Embodiment 4)
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus according to a modification of the fourth embodiment of the present invention. The imaging apparatus shown in FIG. 11 performs wide-angle imaging by reflecting light four times and condensing the light on the imaging element using four mirrors similarly to the imaging apparatus 400 according to the fourth embodiment. However, the configuration and arrangement of the four mirrors are different.

撮像装置410は、双曲面ミラー401と、凹面鏡411と、アパーチャーミラー412と、放物面ミラー413と、撮像素子104とを備える。   The imaging device 410 includes a hyperboloid mirror 401, a concave mirror 411, an aperture mirror 412, a parabolic mirror 413, and an imaging element 104.

双曲面ミラー401は、図10に示した双曲面ミラー401と同様の構成である。双曲面ミラー401は、双曲面ミラー401の焦点に向けて入射する光を、双曲面ミラー401と対を成す双曲面の焦点に向けて反射する。   The hyperboloid mirror 401 has the same configuration as the hyperboloid mirror 401 shown in FIG. The hyperboloidal mirror 401 reflects light incident toward the focal point of the hyperboloidal mirror 401 toward the focal point of the hyperboloid that forms a pair with the hyperboloidal mirror 401.

凹面鏡411は、双曲面ミラー401の側方から入射し、双曲面ミラー401の焦点に向かう光の反射光をアパーチャーミラー412に向けて反射するためのミラーであり、2次、3次及び4次の項を有する式で特定される形状を有する。   The concave mirror 411 is a mirror that reflects the reflected light of the light incident from the side of the hyperboloidal mirror 401 and directed toward the focal point of the hyperboloidal mirror 401 toward the aperture mirror 412. It has a shape specified by a formula having the term:

アパーチャーミラー412は、凹面鏡411で反射された光を放物面ミラー413に向けて反射する。なお、アパーチャーミラー412は、放物面ミラー413の焦点413aに配置され、放物面ミラー413の焦点413aの周辺を通る光を反射し、それ以外の光を反射しないような大きさに設計される。   The aperture mirror 412 reflects the light reflected by the concave mirror 411 toward the parabolic mirror 413. The aperture mirror 412 is arranged at the focal point 413a of the parabolic mirror 413, and is designed to have a size that reflects light passing around the focal point 413a of the parabolic mirror 413 and does not reflect other light. The

放物面ミラー413は、放物面ミラー103と同様の形状を有する。ただし、凹面が上向きである点が、放物面ミラー103とは異なる。   The parabolic mirror 413 has the same shape as the parabolic mirror 103. However, the point that the concave surface is upward is different from the parabolic mirror 103.

撮像素子104は、放物面ミラー413に対向する位置に設けられ、放物面ミラー413で反射された光を受光する。   The image sensor 104 is provided at a position facing the paraboloid mirror 413 and receives light reflected by the paraboloid mirror 413.

このような構成によって、実施の形態4と同様に、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   With such a configuration, as in the fourth embodiment, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

(実施の形態5)
実施の形態5では、周囲360度の画像を撮像することが可能な撮像装置について説明する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, an imaging device capable of capturing an image of 360 degrees around will be described.

図12は、本発明の実施の形態5に係る撮像装置の構成を示す図である。図12は、撮像装置の垂直面における断面を模式的に示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a cross section in a vertical plane of the imaging apparatus.

撮像装置500は、双曲面ミラー501と、開口部材502と、放物面ミラー503と、撮像素子104とを備える。   The imaging apparatus 500 includes a hyperboloid mirror 501, an opening member 502, a paraboloid mirror 503, and an imaging element 104.

双曲面ミラー501は、双曲面ミラー101と同様の形状を有する。ただし、凸面が下向きである点が双曲面ミラー101とは異なる。また、双曲面ミラー101が双曲面の一部の形状を有するのに対し、双曲面ミラー501は完全な双曲面の形状を有する点が異なる。これにより、双曲面ミラー101がその回転軸周りに360度未満の光しか反射することができないのに対し、双曲面ミラー501は、その回転軸周りに360度の光を反射することができる。   The hyperboloid mirror 501 has the same shape as the hyperboloid mirror 101. However, it differs from the hyperboloid mirror 101 in that the convex surface faces downward. Further, the hyperboloidal mirror 101 has a part of the shape of a hyperboloid, whereas the hyperboloidal mirror 501 has a complete hyperboloid shape. As a result, the hyperboloid mirror 101 can reflect only light of less than 360 degrees around its rotation axis, whereas the hyperboloid mirror 501 can reflect light of 360 degrees around its rotation axis.

開口部材502は、開口部502aを有する不透明部材である。開口部502aが双曲面ミラー501と対を成す双曲面の焦点501aに位置するように、開口部材502が配置される。なお、開口部502aの大きさは、焦点501aを通過する光を通し、それ以外の光を通さないような大きさに設計される。   The opening member 502 is an opaque member having an opening 502a. The aperture member 502 is arranged so that the aperture 502a is positioned at a hyperboloid focal point 501a that forms a pair with the hyperboloid mirror 501. Note that the size of the opening 502a is designed to allow light passing through the focal point 501a to pass and not to pass other light.

放物面ミラー503は、放物面ミラー103と同様の形状を有する。ただし、凹面が上向きである点が、放物面ミラー103とは異なる。また、放物面ミラー103が放物面の一部の形状を有するのに対し、放物面ミラー503は完全な放物面の形状を有する点が異なる。放物面ミラー503はその焦点が焦点501aと一致するように配置される。また、双曲面ミラー501の回転軸と、放物面ミラー503の回転軸とは一致するように、放物面ミラー503が配置される。   The parabolic mirror 503 has the same shape as the parabolic mirror 103. However, the point that the concave surface is upward is different from the parabolic mirror 103. Further, the parabolic mirror 103 has a partial paraboloid shape, whereas the parabolic mirror 503 has a complete paraboloid shape. The parabolic mirror 503 is disposed so that its focal point coincides with the focal point 501a. Further, the parabolic mirror 503 is arranged so that the rotation axis of the hyperboloid mirror 501 and the rotation axis of the paraboloid mirror 503 coincide.

これにより、開口部502aを通過し、放物面ミラー503で反射される光は、放物面ミラー503の回転軸と平行となる。よって、放物面ミラー503に対向する位置に撮像素子104を設けることにより、双曲面ミラー501の焦点に向かう光を撮像素子104において撮像することができる。このため、撮像素子104は、単一視点性を有する周囲360度の画像を撮像することができる。   Thereby, the light that passes through the opening 502 a and is reflected by the parabolic mirror 503 is parallel to the rotation axis of the parabolic mirror 503. Therefore, by providing the image sensor 104 at a position facing the paraboloid mirror 503, the light toward the focal point of the hyperboloid mirror 501 can be captured by the image sensor 104. For this reason, the image sensor 104 can capture a 360-degree image having a single viewpoint.

以上説明したように、実施の形態5によると、双曲面ミラー501は、凸面形状を有することより、光学系の側方の周囲360度から入射する光を反射することができる。また、開口部材502が双曲面ミラー501の反射光の進行方向を制限するため、双曲面ミラー501の反射光のうち、双曲面ミラー501の焦点に向かう光の反射光のみを撮像素子104に導くことができる。撮像素子104が受光した反射光の画像は、単一視点性を維持した画像であることより、双曲面ミラー501の焦点から見た透視投影画像に歪み無く変換することができる。また、この光学系はレンズを使用していないことより、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   As described above, according to the fifth embodiment, the hyperboloidal mirror 501 can reflect light incident from 360 degrees around the side of the optical system because it has a convex shape. In addition, since the opening member 502 limits the traveling direction of the reflected light of the hyperboloidal mirror 501, only the reflected light of the light directed to the focal point of the hyperboloidal mirror 501 out of the reflected light of the hyperboloidal mirror 501 is guided to the image sensor 104. be able to. Since the image of the reflected light received by the image sensor 104 is an image maintaining single viewpoint, it can be converted into a perspective projection image viewed from the focal point of the hyperboloid mirror 501 without distortion. In addition, since this optical system does not use a lens, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

(実施の形態6)
実施の形態6に係る撮像装置について説明する。実施の形態6に係る撮像装置は、図1に示した実施の形態1に係る撮像装置100の構成において、双曲面ミラー101の代わりに2枚の放物面ミラーを用いた構成を有する。
(Embodiment 6)
An imaging apparatus according to Embodiment 6 will be described. The imaging apparatus according to the sixth embodiment has a configuration in which two paraboloidal mirrors are used instead of the hyperboloidal mirror 101 in the configuration of the imaging apparatus 100 according to the first embodiment shown in FIG.

図13は、本発明の実施の形態6に係る撮像装置の構成を示す図である。図13は、撮像装置の垂直面における断面を模式的に示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a cross section in a vertical plane of the imaging apparatus.

撮像装置600は、放物面ミラー601と、放物面ミラー602と、開口部材603と、放物面ミラー604と、撮像素子104とを備える。   The imaging device 600 includes a parabolic mirror 601, a parabolic mirror 602, an opening member 603, a parabolic mirror 604, and an imaging element 104.

放物面ミラー601、602及び604は、放物面ミラー103と同様の形状を有する。ただし、放物面ミラー601は下向きの凸面鏡であり、放物面ミラー602は上向きの凹面鏡である点が、放物面ミラー103とは異なる。   Parabolic mirrors 601, 602 and 604 have the same shape as parabolic mirror 103. However, the parabolic mirror 601 is a downward convex mirror, and the parabolic mirror 602 is an upward concave mirror.

放物面ミラー601は、放物面ミラー601の焦点601aに向かって入射する光を反射する。反射された光は、放物面ミラー601の回転軸に平行な光である。   The parabolic mirror 601 reflects light incident toward the focal point 601a of the parabolic mirror 601. The reflected light is light parallel to the rotation axis of the parabolic mirror 601.

放物面ミラー602は、放物面ミラー601の反射光が入射する位置に設置され、放物面ミラー601の反射光を反射する。   The parabolic mirror 602 is installed at a position where the reflected light of the parabolic mirror 601 is incident, and reflects the reflected light of the parabolic mirror 601.

開口部材603は、開口部603aを有し、開口部603aが放物面ミラー602の焦点602aに位置するように配置される。なお、開口部603aの大きさは、焦点602aを通過する光を通し、それ以外の光を通さないような大きさに設計される。これにより、開口部材603は、放物面ミラー602に入射した平行光、つまり、放物面ミラー601の焦点に向かう光のみを通過させることができる。   The opening member 603 has an opening 603 a and is arranged so that the opening 603 a is located at the focal point 602 a of the parabolic mirror 602. Note that the size of the opening 603a is designed to allow light passing through the focal point 602a to pass and not to pass other light. Thereby, the opening member 603 can pass only the parallel light incident on the parabolic mirror 602, that is, the light traveling toward the focal point of the parabolic mirror 601.

放物面ミラー604は、その焦点が焦点602aと一致するように配置され、開口部材603を通過した光を反射させる。これにより、開口部材603を通過した光の光路を、放物面ミラー604の回転軸と平行にすることができる。   The parabolic mirror 604 is disposed so that its focal point coincides with the focal point 602a, and reflects the light that has passed through the aperture member 603. Thereby, the optical path of the light that has passed through the opening member 603 can be made parallel to the rotation axis of the parabolic mirror 604.

撮像素子104は、放物面ミラー604に対応する位置に設けられる。これにより、放物面ミラー601の焦点に向かう光を撮像素子104において撮像することができる。このため、撮像素子104は、単一視点性を有する画像を撮像することができる。   The image sensor 104 is provided at a position corresponding to the parabolic mirror 604. As a result, it is possible to pick up an image of light directed toward the focal point of the parabolic mirror 601 by the image pickup device 104. For this reason, the image sensor 104 can capture an image having a single viewpoint.

以上説明したように、実施の形態5によると、双曲面ミラー101の代わりに放物面ミラー601及び602を用いて、単一視点性を有する画像を撮像することができる。これにより、撮像素子104が撮像した画像を、放物面ミラー601の焦点から見た透視投影画像に歪み無く変換することができる。また、この光学系はレンズを使用していないことより、色収差の影響を受けずに光学系の側方を広角撮像することができる。   As described above, according to the fifth embodiment, the parabolic mirrors 601 and 602 can be used instead of the hyperboloid mirror 101 to capture an image having a single viewpoint. As a result, the image captured by the image sensor 104 can be converted into a perspective projection image viewed from the focal point of the parabolic mirror 601 without distortion. In addition, since this optical system does not use a lens, the side of the optical system can be imaged at a wide angle without being affected by chromatic aberration.

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。   While the imaging device according to one or more aspects of the present invention has been described based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the gist of the present invention, one or more of the present invention may be applied to various modifications that can be conceived by those skilled in the art, or forms constructed by combining components in different embodiments. It may be included within the scope of the embodiments.

本発明に係る光学系及び撮像装置は、側方の視野を撮像することが可能であるため、監視用途向け全方位カメラ等に適用できる。   The optical system and the imaging apparatus according to the present invention can capture a lateral field of view, and thus can be applied to an omnidirectional camera for monitoring purposes.

100、200、300、400、410、500、600 撮像装置
101、201、301、401、501 双曲面ミラー
101a、212、214、222、301a、401a、413a、501a、601a、602a 焦点
102、202、502、603 開口部材
102a、603a、502a 開口部
103、203、303、404、413、503、601、602、604 放物面ミラー
104 撮像素子
211、213 双曲面
215、223 光
221 放物面
224 回転中心
302、402、412 アパーチャーミラー
304、305 筒体
306 板
403 平面ミラー
411 凹面鏡
100, 200, 300, 400, 410, 500, 600 Imaging devices 101, 201, 301, 401, 501 Hyperboloid mirrors 101a, 212, 214, 222, 301a, 401a, 413a, 501a, 601a, 602a Focal points 102, 202 , 502, 603 Opening member 102a, 603a, 502a Opening 103, 203, 303, 404, 413, 503, 601, 602, 604 Parabolic mirror 104 Imaging element 211, 213 Hyperboloid 215, 223 Light 221 Parabolic surface 224 Center of rotation 302, 402, 412 Aperture mirror 304, 305 Tube 306 Plate 403 Flat mirror 411 Concave mirror

Claims (14)

レンズを備えない光学系であって、
焦点を有する回転対称な凸面の少なくとも一部の形状を有する第1ミラーと、
前記第1ミラーの反射光を、前記第1ミラーの焦点に向かう光の反射光に制限すると共に、進行方向が制限された前記第1ミラーの反射光を、レンズを介することなく撮像素子に導くアパーチャー部と
を備える光学系。
An optical system without a lens,
A first mirror having a shape of at least a portion of a rotationally symmetric convex surface having a focal point;
The reflected light of the first mirror is limited to the reflected light of the light directed toward the focal point of the first mirror, and the reflected light of the first mirror whose traveling direction is limited is guided to the image sensor without passing through the lens. An optical system comprising an aperture section.
さらに、
前記アパーチャー部で進行方向が制限された前記第1ミラーの反射光を反射することにより前記撮像素子に導く、回転対称な凹面の少なくとも一部の形状を有する第2ミラーを備える
請求項1記載の光学系。
further,
The second mirror having at least a part of a rotationally symmetric concave surface that guides the reflected light of the first mirror, whose traveling direction is limited by the aperture portion, to the image pickup device. Optical system.
前記第1ミラーは、二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する双曲面ミラーを含む
請求項2記載の光学系。
The optical system according to claim 2, wherein the first mirror includes a hyperboloid mirror having a shape of at least a part of one of the two leaf hyperbolas.
前記アパーチャー部は、前記二葉双曲面のうちの他方の双曲面の焦点に配置される
請求項3記載の光学系。
The optical system according to claim 3, wherein the aperture portion is disposed at a focal point of the other hyperboloid of the two-leaf hyperboloid.
前記第2ミラーは、放物面の少なくとも一部の形状を有する放物面ミラーを含む
請求項2または3に記載の光学系。
The optical system according to claim 2, wherein the second mirror includes a parabolic mirror having a shape of at least a part of a paraboloid.
前記アパーチャー部は、前記放物面の焦点に配置される
請求項5記載の光学系。
The optical system according to claim 5, wherein the aperture is disposed at a focal point of the paraboloid.
前記アパーチャー部は、前記第1ミラーの反射光が集光する位置に開口を有する部材を含む
請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学系。
The optical system according to claim 1, wherein the aperture portion includes a member having an opening at a position where the reflected light of the first mirror is condensed.
前記アパーチャー部は、前記第1ミラーの反射光が集光する位置に配置された第3ミラーを含む
請求項2〜6のいずれか1項に記載の光学系。
The optical system according to claim 2, wherein the aperture section includes a third mirror disposed at a position where the reflected light of the first mirror is collected.
さらに、
前記第3ミラーで反射された光を反射し、前記第2ミラーに導く第4ミラーを備える
請求項8記載の光学系。
further,
The optical system according to claim 8, further comprising a fourth mirror that reflects light reflected by the third mirror and guides the light to the second mirror.
前記第4ミラーは、平面ミラーを含む
請求項9記載の光学系。
The optical system according to claim 9, wherein the fourth mirror includes a plane mirror.
前記第1ミラーは、前記撮像素子の一方の側方に位置し、第1の二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する第1双曲面ミラーと、前記撮像素子の他方の側方に位置し、第2の二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する第2双曲面ミラーとを含み、
前記アパーチャー部は、前記第1双曲面ミラーの双曲面と対を成す前記第1の二葉双曲面の他方の双曲面の焦点に開口を有する第1部材と、前記第2双曲面ミラーの双曲面と対を成す前記第2の二葉双曲面の他方の双曲面の焦点に開口を有する第2部材とを含み、
前記第2ミラーは、前記撮像素子の上方に位置し、かつ第1放物面の焦点が前記第1部材の開口に位置する、前記第1放物面の少なくとも一部の形状を有する第1放物面ミラーと、前記撮像素子の上方に位置し、かつ第2放物面の焦点が前記第2部材の開口に位置する、前記第2放物面の少なくとも一部の形状を有する第2放物面ミラーとを含む
請求項2記載の光学系。
The first mirror is located on one side of the image sensor, and includes a first hyperboloid mirror having a shape of at least a part of one hyperboloid of the first two-leaf hyperbolas, and the image sensor. A second hyperboloid mirror located on the other side and having a shape of at least a part of one of the second biplane hyperboloids;
The aperture section includes a first member having an opening at a focal point of the other hyperboloid of the first biplane hyperboloid that forms a pair with the hyperboloid of the first hyperboloid mirror, and a hyperboloid of the second hyperboloid mirror. A second member having an opening at the focal point of the other hyperboloid of the second biplane hyperboloid paired with
The second mirror has a shape of at least a part of the first paraboloid located above the image sensor and having a focal point of the first paraboloid located at the opening of the first member. A second parabolic mirror and a second parabolic surface located above the image sensor and having a focal point of the second parabolic surface located at the opening of the second member; The optical system according to claim 2, further comprising a parabolic mirror.
前記第1ミラーは、二葉双曲面のうちの一方の双曲面の少なくとも一部の形状を有する双曲面ミラーを含み、
前記アパーチャー部は、前記二葉双曲面のうちの他方の双曲面の焦点に反射面を有する第3ミラーを含み、
前記第2ミラーは、放物面の焦点が前記他方の双曲面の焦点に一致し、前記放物面の少なくとも一部の形状を有する放物面ミラーを含む
請求項2記載の光学系。
The first mirror includes a hyperboloid mirror having a shape of at least a part of one of the two leaf hyperbolas,
The aperture portion includes a third mirror having a reflective surface at the focal point of the other hyperboloid of the two-leaf hyperboloid,
The optical system according to claim 2, wherein the second mirror includes a parabolic mirror having a paraboloid focal point that coincides with a focal point of the other hyperboloid and having a shape of at least a part of the paraboloid.
前記第1ミラー及び前記第2ミラーの各々は、放物面の少なくとも一部の形状を有する放物面ミラーであり、
前記光学系は、さらに、放物面の少なくとも一部の形状を有する凹面ミラーを備え、
前記凹面ミラーは、前記第1ミラーの焦点に向かう光の反射光である前記第1ミラーの反射光を反射可能な位置であって、かつ前記凹面ミラーの焦点が前記第2ミラーの焦点と一致する位置に配置され、
前記アパーチャー部は、前記凹面ミラーの焦点に開口を有する部材を含む
請求項2記載の光学系。
Each of the first mirror and the second mirror is a parabolic mirror having a shape of at least a part of a paraboloid,
The optical system further includes a concave mirror having a shape of at least a part of a paraboloid,
The concave mirror is a position capable of reflecting the reflected light of the first mirror, which is reflected light toward the focal point of the first mirror, and the focal point of the concave mirror coincides with the focal point of the second mirror. Placed in the position to
The optical system according to claim 2, wherein the aperture portion includes a member having an opening at a focal point of the concave mirror.
請求項1〜13のいずれか1項に記載の光学系と、
前記光学系により導かれた第1ミラーの反射光を撮像する撮像素子とを備える
撮像装置。
The optical system according to any one of claims 1 to 13,
An imaging device comprising: an imaging element that images reflected light of the first mirror guided by the optical system.
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