JP2014531617A - パノラマ光学透明筐体 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】装置は、カメラに向けて光を導くように形作られたパノラマ光学要素と、透明部を含む筺体とを備えており、透明部は、透明部の表面に対して略垂直方向で透明部に入る光だけが、パノラマ光学要素に送られるように構成されている。【選択図】図１１

Description

本発明は、パノラマ撮像用装置に関する。
撮像装置又は撮像システムに用いられる光学要素は、外部筺体、即ちケースに収容されることで、ごみや部品との直接的な接触から光学要素を保護して、耐久性を向上させている。このような筺体は、クリーニングをより容易又は安全にするために、或いは、使用と使用の間、画像を鮮明に保つための使い捨て部品として使用される。あるパノラマ撮像装置においては、外部ケースはまた、米国特許第７，３９９，０９５号に記載されている支持台及び支柱のデザインのような内部支持構造の代わりに、ミラーの支持構造として用いられている。外部筺体はまた、パノラマ環状レンズやその他のパノラマ撮像光学部品と組み合わせて用いることもできる。
ある照明条件下において、透明な円筒状又は円錐状シェル筺体を有するパノラマ光学アセンブリは、グレアアーチファクト(glare artifacts)を生じる。これらのグレアアーチファクトは、カメラレンズに入る前に筺体に当たる光について、入射角が最も高い領域において最も顕著である。
ある態様において、本発明は、カメラに光を誘導するように形作られたパノラマ光学要素と、透明部を有する筺体とを備えており、前記透明部は、前記透明部の表面に対して略垂直方向で前記透明部に入る光だけが、前記パノラマ光学要素に送られるように構成されている装置を提供する。
別の態様では、本発明は、カメラと、前記カメラに光を誘導するように形作られたパノラマ光学要素と、透明部を有する筺体とを備えており、前記透明部は、前記透明部の表面に対して略垂直方向で前記透明部に入る光だけが、前記パノラマ光学要素に送られるように構成されている装置を提供する。
図１は、透明部を有する筺体を含むパノラマカメラシステムの一部の概略図である。
図２は、パノラマカメラシステムの一部の概略図である。 図３は、パノラマカメラシステムの一部の概略図である。 図４は、パノラマカメラシステムの一部の概略図である。 図５は、パノラマカメラシステムの一部の概略図である。 図６は、パノラマカメラシステムの一部の概略図である。
図７は、パノラマカメラシステムの作用を示す図である。 図８は、パノラマカメラシステムの作用を示す図である。 図９は、パノラマカメラシステムの作用を示す図である。
図１０は、透明部を有する筺体を含むパノラマカメラシステムの概略図である。
図１１は、透明部を有する筺体を含むパノラマカメラシステムの一部の概略図である。 図１２は、透明部を有する筺体を含むパノラマカメラシステムの一部の概略図である。 図１３は、透明部を有する筺体を含むパノラマカメラシステムの一部の概略図である。
ある態様では、本発明は、パノラマ撮像装置又はシステム内にて、或いは、それと共に使用するアセンブリを提供するものであり、当該装置又はシステムは、該装置又はシステムによって取り込まれる画像のグレアの量を減らすように構成されている。カメラレンズに向かう光が最初に、筺体を略垂直に通るように構成されるように、透明な筺体即ちケースと、反射器、ミラー又は他の光学要素とを組み合わせて用いることによって、グレアの減少は達成される。
図１は、パノラマ光学要素(12)を含む従来のパノラマ撮像システム(10)の一部の概略図である。当該システムは、適切な標準レンズ(16)を有するカメラ(14)へと画像を送る。パノラマ光学要素(12)は、少なくとも一部が透明な筺体(20)に装着される反射器(18)を含む。透明な筺体を通る光線(22)(24)は、反射器で反射して、入射光線(26)(28)を生じ、それら光は、レンズによってカメラへと集束される。透明な筺体は、少なくとも部分的には反射するので、望ましくない光線が、入射光線に関与することがある。
例えば、入射光線(26)は、光線(30)の反射を含むであろう。その光は、(位置Ｈにて)筺体の向こう側を通過し、シリンダの中心軸を通過し、位置Ｇにて筺体内部に反射し、光(22)の所望の経路と一致する。これが、画像にグレアとして表れる。これには、シリンダの中心を常に通過する類いの望ましくない迷光が含まれる。
更に、入射光(28)もグレアを受けるであろう。光線(32)の光は、位置Ｅで筺体を通過し、位置Ｄにて反射ミラー表面の反射角に沿って反射し、位置Ｃにて２回目の反射をして、光(245)の所定の経路と一致することになる。これは、主反射器からの少なくとも２回目の反射を含む第２の類いの望ましくない迷光を含むことになる。
パノラマミラーを装着する実現可能な装置の１つは、外側でミラーを支持する光学的に透明なシリンダ又は略円筒形状のものを含んでいる。この種の設計の機械的な利点は、優れた強度と剛性であって、振動が他のマウントにて懸念される移動車輌での用途に非常に適したものになる。加えて、前面ミラーを完全に囲むことによって、シリンダは、例えば天気、塵又は破片等の外部要因から、精巧なミラーを保護する。
しかしながら、ミラーの周囲の透明シリンダは、グレアによって、この種のシステムで得られる画質に悪影響を及ぼすことがある。普通のレンズでは、グレアは、適切な光学表面に薄膜反射防止コーティングを施すことによって減少されるが、シリンダにコーティングを適用することは、大抵の場合、実用的ではない。従来のプロセスでは、シリンダの内側をコーティングすることは難しい。パノラマ光学要素と共に用いられる場合、光の入射角はシリンダの長さに亘って変化する。そのために、その効果を維持するためには、薄膜コーティングの厚さを変更することが必要であろう。このことは、製作上の技術的な課題となる。
代わりとなる解決策へのニーズがある。ミラーの下側に、不透明で黒い中央スパイクを挿入することによって、シリンダの中心を通過する光線の反射から生じたであろうグレアは、減少する。これは、ミラーの水平線の下側で発生する反射像のグレアをほとんど除去する。更に、画像にはっきり見える残存グレアは、シリンダの表面から反射し、ミラー面に戻って、最初の反射の入射角度とは異なる入射角度で再び出ていく反射光に起因している。光の入射角度が表面に対して、常に直角をなすようにシリンダを湾曲させることによって、２回目の反射が、それらが出発した方向と同じ方向に戻るように導かれて、望まない反射が効果的に相殺される。この手法は、ほとんどの形状のパノラマミラーに適用可能であって、画質を改善することができる。
種々の実施形態では、透明部を含むケース又は筺体を有する光学アセンブリが提供されて、カメラのレンズに入る光は、最初に、筺体の透明部を略垂直に通過して、最終画像のグレアの量を減らす。対象である入射路が、全ての位置で、筺体の透明部の表面に対して直角(即ち、垂直)となるように、筺体の表面が設計されてよい。このような筺体には、望まない反射がなお存在するかも知れないが、対象の入射光線が、筺体の表面に対して垂直となるように表面を形作ることによって、反射光が光源に戻るように導かれて、その結果、グレアが画像に直接的に関与することはなくなる。
筺体の透明部は、透明部に略垂直に当たる光だけがミラー又は反射器を通過するように形成又は構成される。即ち、筺体の透明部の表面は、所望の全ての光が、表面を垂直に通過する経路をたどるような形状にされる。そのようにすることで、筺体の透明部の内側表面におけるこの点での反射に起因した類いのグレアを排除する。誤差の許容範囲は、カメラシステムへの開口の大きさにより決定される。例えば、ピンホールカメラを想定すると、光線の軌跡は、垂直入射だけが画像に影響を与えることを示すであろう。しかしながら、実際の光学システムには有限な絞りがあって、直角から僅かにずれた光線が、画像に影響を及ぼすことがある。筺体の透明部の表面に略垂直な光線が、カメラによって取り込まれる画像に関与する。
図２乃至図６は、本発明の実施形態において用いられる筐体の透明部の形状を決定する方法を示すために用いられる概略図である。
この説明のために、以下の定義を適用する。パノラマ撮像システムは、カメラ又はその他の画像取得デバイスと、そのカメラ又は他の画像取得デバイスに光を導くパノラマ光学アセンブリとを含む装置、デバイス、又はシステムを意味する。パノラマ光学アセンブリは、カメラ又はその他の画像取得デバイスに光を導くデバイスである。イニシャル要素(initial element)は、パノラマ画像を構成するために用いられる光を受け取る第１の有効な光学要素である。例えば、イニシャル要素は、パノラマ環状レンズ(Panoramic Annular Lens)の場合には、レンズであり、他の実施形態では、反射面(例えば、ミラー)であってよい。幾つかの実施形態では、イニシャル要素は、光を反射器に伝えるために配置される筺体の少なくとも一部であってよい。関連光とは、パノラマ光学アセンブリに入って、カメラ又はその他の画像取得デバイスに向けて導かれる光である。主軸は、イニシャル要素を通過するか又はそこで反射した後における関連光の平均ベクトルに対応する線である。径方向に対称な光学素子の場合、これは、放射対称(radial symmetry)の軸線となろう。
図２乃至図６は、光学アセンブリ(40)の構成の概略図である。図２乃至図６は、パノラマ環状レンズの形状において、イニシャル要素と組み合わされて用いられる筐体の透明部の形状を決定する一般的な方法を示すために用いられる。
図２乃至図６において、符号(42)は、カメラの位置である。符号(44)は、関連光(46)の下側鉛直境界(lower vertical boundary)である。符号(48)は、中心軸(50)の周りを１８０度回転された場合における、関連光の下側鉛直境界である。符号(52)は、関連光の上側鉛直境界(upper vertical boundary)である。符号(54)は、符号(50)の周りを１８０度回転した際の、関連光の上側鉛直境界である。符号(56)は、イニシャル要素(即ち、本実施形態のパノラマ環状レンズ)である。符号(58)は、(必要又は要望による)追加の光学要素を表す。符号(60)は、任意のベクトルであって、角度θの値は０である。符号(62)は、角度θである。符号(64)は、中心軸と交わる平面であって、任意のベクトル(60)から、角度θだけずれた平面である。符号(66)は、傾斜領域(slope field)ｆ(θ)である。符号(68)は、イニシャル要素(56)から離れた任意の位置である。符号(70)は、曲線であり、カーブ０と称する。符号(72)は、カーブ０を延ばすことにより生じる面である。そして、符号(74)は、筺体の透明部分の均一な厚さを示す。
イニシャル要素の所望の形状を決定するために、以下の方法が用いられてよい。θは、主軸(50)回りの任意の回転角度(62)を表す。関数ｆ(θ)を決定することによって開始し、当該関数ｆ(θ)は、主軸を通り、且つ角度θで配置されている平面にて筺体の透明部に入る関連光について、任意のθの値を傾斜領域にマップする。傾斜領域(ベクトル領域又は方向領域とも呼ばれる)は、一次微分方程式の解を視覚的に得るためのツールである。径方向に対称な光学アセンブリについて、関数ｆ(θ)で生じる傾斜領域は、θの全ての値に対して同じであることに留意のこと。
筺体の始点として用いるために、イニシャル要素からずれた任意の点(68)を選択して、この位置をｐ０と称する。ｐ０に対応するθの値を決定して、この値をθ０と称する。ｆ(θ０)の直交ベクトルに従って、ｐ０をカーブ(70)へと延ばして、傾斜領域の端部にて、又は、機械的な構成要素と遭遇したときに停止し、この曲線をカーブ０と称する。θの増加値に対するｆ(θ)の直交ベクトルに従って、カーブ０を面(72)へと広げる。径方向に対称な光学要素の場合、カーブ０は、主軸回りに回転することによって、適当な面へと広げられることに留意のこと。最終的な筺体に達するために、均一な厚さが面の外側に適用される。イニシャル要素は、筺体が加えられる前にて光学システムの１番目の要素である。既存の光学システムが用いられて、任意の始点に基づいて、筺体の透明部の形状を決定する。「任意の」始点を用いることによって、設計者は、筺体に着手するために、機械的に都合のよい任意の位置を選ぶことができる。例えば、図１０の装置では、上端から、２ミリメートル離れた点が選択されて、アセンブリに隙間がもたらされた。
引用を以て本明細書の一部となる米国特許第７，３９９，０９５号及び第６，８５６，４７２号に説明されている光学アセンブリと類似した光学アセンブリを使用することで、より簡単な方法を用いることができる。
図７乃至図９は、パノラマカメラシステムで用いられる別の筺体の構成を示した図である。図７において、ベクトルＡＢは、位置Ａに配置されたカメラの軸を規定する。ベクトルＡＢ及びベクトルＡＣは、カメラＡの視野を規定する。Ｆは、Ａを中心とする任意の半径の円を規定し、Ｅは、カメラの視野にあるＦの円弧部分を規定する。
円に入り、その円の中心を通る全ての線は、直角に入ると仮定する。Ａと一致して、Ｅを通過する線は、Ｅを直角で通過しなければならない。故に、ベクトルＡＤの回りで、Ｅで回転させることにより形成される球状部分を通過する光は、光が位置Ａでカメラに入る場合には、常に直角に通過する。
図８及び図９を参照すると、符号(Ａ)乃至符号(Ｅ)は、図７のようにして定義されている。Ｇは、カメラＡの全ての視野にわたっているパノラマミラーの断面を規定している。Ｅ'は、Ｇに亘って鏡映された(mirrored)Ｅを規定しており、ｘは、Ａと一致し、Ｇを通過する任意の線を規定する。Ｇ(ｘ)は、ｘとＧの交点を規定する。
故に、任意の線ｘに対して、Ｇ(ｘ)でＧの接線と交差するｘの反射を示す線ｘ'が存在している。図９に示すように、ｘも必ずＥも通過しなければならず、さらに、垂直に通過しなければならない。Ｅ'は、Ｇに亘ったＥの鏡映(mirror)であるから、ｘ'はＥ'を通過しなければならず、故に、ｘがＥを通過するのと同じ角度、即ち直角で通過することになる。
筺体を複数回通過する光の反射や反射アーチファクトを避けるために、筺体の形は、図１０に示されているように、カメラの視野を除外するように整えられるべきである。より容易に製造できる筺体を形成するために、グレアの低減能力を若干犠牲にして、Ｅ'のカーブの一部が、切り取られるか、直線部分に取り換えられてよい。図８及び図９は、このような１つの改良を示しており、直線部分は、それが延びるＥ'のカーブと接している。このようなデザインでは、(Ｇについて)反射されたカメラの視野に合った不透明な円錐を導入することで、線形部分におけるグレアアーチファクトを更に減少できる。
図１０は、パノラマ撮像システム(110)の一部概略図であって、筺体、即ちケース(116)に装着される反射器(114)を含むパノラマ光学アセンブリ(112)を含んでいる。筺体の少なくとも一部分(118)は、透明である。筺体の透明部を通過する光は、反射器により反射されて、カメラ(120)に向かう。この実施形態では、反射器は、透明部(124)から延びるポスト(122)によって支持される。不透明な円錐台(126)は、反射された視野領域(reflected field of view)を外れた領域に設けられている。追加の光学エレメント(128)が、反射器とカメラとの間に含められてよい。透明部は、上記のようにして計算された曲線に一致するように形作られてよい。この実施形態において、イニシャル要素は、米国特許第７，３９９，０９５号に記載されている形状のミラーであってもよい。
図１１は、パノラマ撮像システム(140)の一部概略図であり、筺体、即ちケース(146)に装着される反射器(144)を含むパノラマ光学部材(142)を含んでいる。筺体の少なくとも一部分(148)は、透明である。筺体の透明部を通り、シーンの画像又は映像を生成するために用いられる光は、反射器によって、この図には図示されていないカメラに向かって反射される。カメラは、筺体の端部(150)に向かって反射器にて反射された光を受ける位置に配置される。筺体の透明部は、筺体の透明部に略直角で当たる入射光だけを反射器に送るように構成される。この実施形態では、反射器は、支持構造(152)によって、筺体の定位置に装着される。不透明なロッド(154)は、アセンブリの中心軸に沿って配置される。不透明なロッドは、その断面領域が反射器から離れる方向に減少するように、テーパー状になっている。テーパー状のロッドの長さ及び幅は、中心軸付近にて筺体を通る光を防ぐのに十分にされる。図１を参照して説明したように、筺体の内面で反射鏡に向かって反射された光は、遮られないと、グレアの一因となるかも知れない。この実施形態において、不透明なロッドは、反射器から筺体の透明部分の下側の点まで延びて、筺体の不透明部分(156)内で終端する。
この図には示されていないが、追加の光学要素を、反射器とカメラとの間に含めることができる。この説明で使われているように、カメラは、任意のタイプの画像取得又は映像取得デバイスを含んでいる。光は、他の角度で筺体を通過することがあるが、最終的に、カメラにより形成される画像には関与しない。これは、カメラの中央から外に投射する光線を追跡し、その経路に沿って生じる全ての反射と屈折の値を求めることによって、確立できる。
図１２は、図１１のパノラマ画像システムに似ているパノラマ画像システム(160)の一部の概略図であり、入射光が、水平面(166)を超える角度に対して略垂直に当たるように、筺体(164)の透明部(162)は構成されている。水平面は、放射対称の軸から略９０度の角度で反射器に向かう入射光によって、又は、水平から５度以内にある入射光の光線の平面によって、決定され得る。この実施形態は、コアキャビティインジェクションモールド法を用いて、より容易に筐体を製造することを可能とする。というのは、湾曲部は、注入後にモールドから部品を取り除くことを不可能にするような凹部又は「アンダーカット(undercut)」を特徴としていないからである。それは、グレアを誘因する光の大半が光学要素の上側から来てよいような状況について、最適化される。シーンの画像又は映像を生成するために用いられる光は、筺体の透明部を通過して、反射器(168)により反射されて、図示されていないカメラに向かう。カメラは、筺体の端部(170)に向かって反射器で反射された光を受ける位置に配置される。(水平面の上側の)筺体の透明部分は、筺体の透明部分に略垂直に当たる入射光だけを反射器に送るように構成されている。この実施形態において、反射器は、支持構造(172)によって筺体の定位置に装着される。不透明なロッド(174)は、アセンブリの中心軸に沿って配置される。不透明なロッドは、その断面領域が、反射器から離れる方向に減少するようにテーパー状にされている。テーパー状のロッドの長さと幅は、中心軸の付近にて光が筺体を通過するのを防ぐのに十分にされる。図１を参照して説明したように、筺体の内面によって反射器に向かって反射された光は、遮られない場合、グレアの一因となるかもしれない。この実施形態では、不透明なロッドは、反射器から筺体の透明部分の下側の位置まで延びて、筺体の不透明部分(176)内で終端する。不透明な円錐台(178)は、反射された視野領域から外れた領域に設けられる。
図１３は、図１１のパノラマ撮像システムに似ているパノラマ撮像システム(180)の一部概略図である。ここでは、入射光が、水平面(186)未満の角度に対して、略垂直で当たるように、筺体(184)の透明部(182)が構成されている。水平面は、放射対称の軸から略９０度の角度で反射器に向かう入射光によって、又は、水平から５度以内にある入射光の光線の平面によって、決定され得る。この実施形態は、コアキャビティインジェクションモールド法を用いて、より容易に筐体を製造することを可能とする。というのは、湾曲部は、注入後にモールドから部品を取り除くことを不可能にするような凹部又は「アンダーカット(undercut)」を特徴としていないからである。それは、グレアを誘因する光の大半が光学要素の下側から来てよいような状況について、最適化される。シーンの画像又は映像を作成するために用いられる光は、筺体の透明部を通過して、反射器(188)により反射されて図示されていないカメラに向かう。カメラは、筺体の端部(190)に向かって反射器にて反射された光を受ける位置に配置される。(水平面の下側の)筺体の透明部は、筺体の透明部分に略垂直で当たる入射光だけを反射器に送るように構成される。この実施形態では、反射器は、支持構造(192)によって筺体の定位置に装着される。不透明なロッド(194)は、アセンブリの中心軸に沿って配置される。不透明なロッドは、その断面領域が、反射器から離れる方向に減少するようにテーパー状にされている。テーパー状ロッドの長さと幅は、中心軸の付近にて光が筺体を通過するのを防ぐのに十分にされる。図１を参照して説明したように、筺体の内面によって反射器に向かって反射された光は、遮られない場合、グレアの一因となるかもしれない。この実施形態では、不透明なロッドは、反射器から筺体の透明部の下側の位置まで延びて、筺体の不透明部分(176)内で終端する。
開示された実施形態の各々では、パノラマ光学要素は、放射対称性の部品であってもよい。加えて、筺体は、放射対称性の筺体であってもよい。
説明された種々の実施形態において、筺体の透明部分は、通過する光の屈折を避けるために、均一な厚さを有するように設計されている。光を透過することが意図されている筺体部分は、所望の波長で略透明な任意の材料で構成され、それら材料には、例えば、可視光用のポリカーボネート、アクリルプラスチックや様々な形態のガラス又は石英が挙げられる。他の材料は、スペクトルの他の部分を適用するのに考慮され得る。筺体の透過は、透明部分に１又は複数の薄膜反射防止コーティングを用いることにより改善でき、それは湾曲する筺体形状に適用し易いであろう。
本発明の特定の態様を、説明のために上述したが、当業者が、本発明の詳細について多数の変形例を、本発明の範囲から逸脱しない範囲で成し得ることは明らかである。

Claims (19)

  1. カメラに向けて光を導くように形作られたパノラマ光学要素と、
    透明部を含む筺体とを備えており、
    前記透明部は、前記透明部の表面に対して略垂直方向で前記透明部に入る光だけが、前記パノラマ光学要素に送られるように構成されている装置
  2. 前記パノラマ光学要素と前記カメラとの間にて、軸に沿って配置される不透明なロッドを更に備える、請求項１に記載の装置。
  3. 前記不透明なロッドは、テーパー状であり、前記パノラマ光学要素から離れる方向に断面領域が減少する、請求項２に記載の装置。
  4. 前記不透明なロッドの長さと幅は、前記軸の付近にて光が前記筺体を通過するのを妨げるのに十分である、請求項２に記載の装置。
  5. 前記透明部の厚さは、均一である、請求項１に記載の装置。
  6. 前記透明部は水平面の下側に配置され、前記水平面は、放射対称の軸に対して略９０度の角度で入る前記パノラマ光学要素への入射光線によって、又は、入射光線が前記水平面の５度以内にある平面によって規定される、請求項１に記載の装置。
  7. 前記透明部は水平面の上側に配置され、前記水平面は、放射対称の軸に対して略９０度の角度で入る前記パノラマ光学要素への入射光線によって、又は、入射光線が前記水平面の５度以内にある平面によって規定される、請求項１に記載の装置。
  8. 前記筺体内に不透明な円錐台を更に含む、請求項１に記載の装置。
  9. 前記不透明な円錐台は、パノラマ光学要素における反射された視野領域から外れた領域に配置される、請求項８に記載の装置。
  10. 前記パノラマ光学要素が、前記筺体内に装着される、請求項１に記載の装置。
  11. 前記筺体は、不透明部を含む、請求項１に記載の装置。
  12. 前記パノラマ光学要素及び前記筺体は、夫々放射対称形である、請求項１に記載の装置。
  13. 前記透明部は、望ましい波長の入射光を透過する構成要素を含む、請求項１に記載の装置。
  14. 前記透明部は、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂、ガラス、又は石英のうちの１つを含む、請求項１に記載の装置。
  15. 前記透明部上の薄膜反射防止コーティングを更に含む、請求項１に記載の装置。
  16. 前記パノラマ光学要素は、パノラマ環状レンズ又は反射器のうちの一つを含む、請求項１に記載の装置。
  17. カメラと、
    前記カメラに向けて光を導くように形作られたパノラマ光学要素と、
    透明部を含む筺体とを備えており、
    前記透明部は、前記透明部の表面に対して略垂直方向で前記透明部に入る光だけが前記パノラマ光学要素に送られるように構成されている装置。
  18. 前記パノラマ光学要素とカメラの間に、軸に沿って配置される不透明なロッドを更に含む、請求項１７に記載の装置。
  19. 前記不透明なロッドの長さ及び幅は、前記軸の付近にて光が前記筺体を通過するのを妨げるのに十分である、請求項１８に記載の装置。
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