JP3214777U - 全方位撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学撮像のための装置を提供する。【解決手段】撮像装置（５００）は、入射素子（ＬＮＳ１）と、開口絞り（ＡＳ１）と、フォーカスユニット（３００）と、を備え、入射素子（ＬＮＳ１）およびフォーカスユニット（３００）は、像面（ＰＬＮ１）上に環状光学像（ＩＭＧ１）を形成するように構成され、開口絞り（ＡＳ１）は、撮像装置（５００）の実効Ｆ値（Ｆeff）が１．０から５．６の範囲内にあるように、撮像装置（５００）の入射瞳（ＥＰＵk）を画定する。【選択図】図１

Description

本考案は、光学撮像に関する。

パノラマカメラは、パノラマ画像を提供するための魚眼レンズ系を備えることができる。パノラマ画像は、画像センサ上に光学像をフォーカスすることによって形成されることができる。魚眼レンズは、光学像全体が単一の画像センサによって撮像されることができるように、光学像の周辺領域を縮小するように構成されることができる。その結果、光学像の周辺領域において魚眼レンズの解像力が制限されることがある。

本考案の目的は、光学撮像のための装置を提供することである。本考案の目的は、画像を撮像する方法を提供することである。

第１の態様によれば、
−入射素子（ＬＮＳ１）と、
−開口絞り（ＡＳ１）と、
−フォーカスユニット（３００）と、を備え、
入射素子（ＬＮＳ１）が、
−入射面（ＳＲＦ１）と、
−第１の反射面（ＳＲＦ２）と、
−第２の反射面（ＳＲＦ３）と、
−出射面（ＳＲＦ４）と、を備え、
入射面（ＳＲＦ１）が、入射ビーム（Ｂ０_k）の光を屈折させることによって第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）を提供するように構成され、第１の反射面（ＳＲＦ２）が、第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）の光を反射することによって第１の反射ビーム（Ｂ２_k）を提供するように構成され、第２の反射面（ＳＲＦ３）が、第２の反射ビーム（Ｂ３_k）が第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）と交差しないように、第１の反射ビーム（Ｂ２_k）の光を反射することによって第２の反射ビーム（Ｂ３_k）を提供するように構成され、出射面（ＳＲＦ４）が、第２の反射ビーム（Ｂ３）の光を屈折させることによって出射ビーム（Ｂ４_k）を提供するように構成され、入射素子（ＬＮＳ１）およびフォーカスユニット（３００）が、像面（ＰＬＮ１）上に環状光学像（ＩＭＧ１）を形成するように構成され、かつ、開口絞り（ＡＳ１）が、撮像装置（５００）の実効Ｆ値（Ｆ_eff）が１．０から５．６の範囲内にあるように、撮像装置（５００）の入射瞳（ＥＰＵ_k）を画定する、撮像装置（５００）が提供される。

第２の態様によれば、撮像装置（５００）を使用することによって画像を撮像する方法において、像面（ＰＬＮ１）上に環状光学像（ＩＭＧ１）を形成することを備える方法が提供される。

さらなる態様は、実用新案登録請求の範囲において定義される。

開口絞りは、高い集光力を提供することができ、開口絞りは、光学像のボケを生じさせる可能性がある周辺光線の伝播を防止することによって画像の鮮鋭度を向上させることができる。特に、開口絞りは、環状光学像のタンジェンシャル方向にボケを生じさせる可能性があるそれらの周辺光線の伝播を防止することができる。

撮像装置は、撮像装置の周囲を表す環状光学像を形成することができる。環状画像は、ディジタル画像処理によって矩形のパノラマ画像に変換されることができる。

環状画像の径方向歪みは小さくすることができる。換言すれば、物体から受光した光線の仰角と対応する像点の位置との間の関係は、実質的に直線状とすることができる。したがって、画像センサの画素は、所定の鉛直方向視野について効果的に使用されることができ、パノラマ画像の全ての部分は、最適な解像度で形成されることができる。

撮像装置は、略円筒状物体表面を有することができる。撮像装置は、円筒状物体表面を表す環状画像を撮像するための画像センサの画素を効果的に利用することができる。特定の用途について、撮像装置の上方に直接配置された物体の画像を撮像する必要はない。それらの用途について、撮像装置は、例えば魚眼レンズと比較した場合、より効果的に画像センサの画素を利用することができる。撮像装置は、車両周辺の障害物、他の車両および／または人を監視するために例えば車両に取り付けられることができる。撮像装置は、例えば固定監視カメラとして使用されることができる。撮像装置は、マシンビジョンシステムのための画像を撮像するように構成されることができる。

実施形態において、撮像装置は、テレビ会議システムについてのパノラマ画像を提供するように構成されることができる。例えば、撮像装置は、単一の部屋に位置する数人のパノラマ画像を提供するように構成されることができる。テレビ会議システムは、パノラマ画像を提供および送信するために１つ以上の撮像装置を備えることができる。テレビ会議システムは、映像シーケンスを撮像して送信することができ、映像シーケンスは、１つ以上のパノラマ画像を含むことができる。

撮像装置は、折り返し光路を提供するために２つの屈折面および２つの反射面を有する入射素子を備えることができる。折り返し光路は、撮像装置のサイズを削減するのを可能とすることができる。撮像装置は、折り返し光路に起因して低い高さを有することができる。

断面図において、全方位レンズを備える撮像装置を一例として示している。 断面図において、全方位レンズを備える撮像装置を一例として示している。 ３次元図において、画像センサ上に環状光学像を形成することを一例として示している。 ３次元図において、画像センサ上に複数の光学像を形成することを一例として示している。 ３次元図において、撮像装置の視野の上下境界を一例として示している。 画像センサ上に形成された光学像を示している。 撮像されたディジタル画像からパノラマ画像を形成することを一例として示している。 ３次元図において、物体の位置に対応する仰角を一例として示している。 平面図において、図６ａの物体点に対応する像点を一例として示している。 側面図において、撮像装置の入射瞳を一例として示している。 端面図において、図７ａの入射瞳を一例として示している。 平面図において、図７ａの入射瞳を一例として示している。 平面図において、撮像装置の開口絞りを一例として示している。 端面図において、開口絞りを通過する光線を一例として示している。 側面図において、開口絞りを通過する光線を一例として示している。 端面図において、撮像装置における周辺光線の伝播を一例として示している。 平面図において、入射面から開口絞りまでの周辺光線の伝播を一例として示している。 側面図において、画像センサにあたる光線を一例として示している。 端面図において、画像センサにあたる光線を一例として示している。 いくつかの異なる仰角についての変調伝達関数を一例として示している。 撮像装置の機能ユニットを一例として示している。 入射素子の特性寸法を一例として示している。 ビーム変更ユニットを有さずに実装された撮像装置を一例として示している。 画像センサの検出器画素を一例として示している。

図１を参照すると、撮像装置５００は、入射素子ＬＮＳ１と、開口絞りＡＳ１と、フォーカスユニット３００と、画像センサＤＥＴ１とを備えることができる。撮像装置５００は、軸ＡＸ０まわりに広い視野ＶＲＥＧ１を有することができる（図４）。撮像装置５００は、光軸ＡＸ０を完全に囲む視野ＶＲＥＧ１を有することができる。視野ＶＲＥＧ１は、視野ＶＲＥＧ１まわりの３６０°の角度を表すことができる。入射素子ＬＮＳ１は、例えば全方位レンズまたはパノラマレンズと称することができる。撮像装置５００の光学素子は、例えば全方位性対象として称することができる組み合わせを形成することができる。撮像装置５００は、例えば全方位撮像装置としてまたはパノラマ撮像装置として称することができる。撮像装置５００は、例えばカメラとすることができる。

装置５００の光学素子は、１つ以上の光ビームを屈折および／または反射するように構成されることができる。各ビームは、複数の光線を含むことができる。入射素子ＬＮＳ１は、入射面ＳＲＦ１と、第１の反射面ＳＲＦ２と、第２の反射面ＳＲＦ３と、出射面ＳＲＦ４とを備えることができる。第１の入射ビームＢ０₁は、入射面ＳＲＦ１にあたることができる。第１の入射ビームＢ０₁は、例えば物体Ｏ１の点Ｐ₁から受光されることができる（図３ａ）。入射面ＳＲＦ１は、入射ビームＢ０₁の光を屈折させることによって第１の屈折ビームＢ１₁を提供するように構成されることができ、第１の反射面ＳＲＦ２は、第１の屈折ビームＢ１₁の光を反射することによって第１の反射ビームＢ２₁を提供するように構成されることができ、第２の反射面ＳＲＦ３は、第１の反射ビームＢ２₁の光を反射することによって第２の反射ビームＢ３₁を提供するように構成されることができ、出射面ＳＲＦ４は、第２の反射ビームＢ３₁の光を屈折させることによって出射ビームＢ４₁を提供するように構成されることができる。

入射面ＳＲＦ１は、鉛直方向に第１の曲率半径を有することができ、入射面ＳＲＦ１は、水平方向に第２の曲率半径を有することができる。第２の半径は、第１の半径と異なっていてもよく、入射面ＳＲＦ１における屈折は、非点収差を生じさせてもよい。特に、入射面ＳＲＦ１は、トロイダル面の一部とすることができる。反射面ＳＲＦ２は、例えば略円錐状面とすることができる。反射面ＳＲＦ２は、タンジェンシャル方向およびサジタル方向屈折力をたすきがけすることができ、非点収差およびコマ（コマ収差）を生じさせる可能性がある。屈折面ＳＲＦ１およびＳＲＦ４は、横方向の色特性に寄与することができる。面ＳＲＦ１、ＳＲＦ２、ＳＲＦ３、ＳＲＦ４の形状は、例えば、非点収差、コマ収差および／または色収差の総量を最小化するように最適化されることができる。面ＳＲＦ１、ＳＲＦ２、ＳＲＦ３、ＳＲＦ４の形状は、例えば商品名「Ｚｅｍａｘ」のもとで利用可能なソフトウェアを使用するなど、光学設計ソフトウェアを使用することによって反復的に最適化されることができる。面についての適した形状の例は、例えば表１．２および１．３ならびに表２．２、表２．３に規定されている。

撮像装置５００は、必要に応じて、入射素子ＬＮＳ１によって提供される出射ビームの波面を変更するための波面変更ユニット２００を備えることができる。出射ビームＢ４₁の波面は、必要に応じて、波面変更ユニット２００によって変更されることができる。波面変更ユニット２００は、出射ビームＢ４₁の波面を変更することによって中間ビームＢ５₁を形成するように構成されることができる。中間ビームはまた、例えば矯正ビームまたは変更ビームと称することもできる。

開口絞りＡＳ１は、入射素子ＬＮＳ１とフォーカスユニット３００との間に配置されることができる。開口絞りは、変更ユニット２００とフォーカスユニット３００との間に配置されることができる。開口絞りＡＳ１は、中間ビームＢ５₁の横寸法を制限するように構成されることができる。開口絞りＡＳ１はまた、撮像装置５００の入射瞳を画定することができる（図７ｂ）。

中間ビームＢ５₁の光は、フォーカスユニット３００によって画像センサＤＥＴ１上にフォーカスされることができる。フォーカスユニット３００は、中間ビームＢ５₁の光をフォーカスすることによってフォーカスビームＢ６₁を形成するように構成されることができる。フォーカスビームＢ６₁は、画像センサＤＥＴ１の点Ｐ₁’にあたることができる。点Ｐ₁’は、例えば像点として称することができる。像点は、画像センサＤＥＴ１の１つ以上の検出器画素と重複することができ、画像センサＤＥＴ１は、像点の輝度を示すディジタル信号を提供することができる。

第２の入射ビームＢ０_kは、入射面ＳＲＦ１にあたることができる。第２の入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kは、第１の入射ビームＢ０₁の方向ＤＩＲ₁とは異なっていてもよい。ビームＢ０₁、Ｂ０_kは、例えば物体Ｏ１の２つの異なる点Ｐ₁、Ｐ_kから受光されることができる。

入射面ＳＲＦ１は、第２の入射ビームＢ０_kの光を屈折させることによって屈折ビームＢ１_kを提供するように構成されることができ、第１の反射面ＳＲＦ２は、屈折ビームＢ１_kの光を反射することによって反射ビームＢ２_kを提供するように構成されることができ、第２の反射面ＳＲＦ３は、反射ビームＢ２_kの光を反射することによって反射ビームＢ３_kを提供するように構成されることができ、出射面ＳＲＦ４は、反射ビームＢ３_kの光を屈折させることによって出射ビームＢ４_kを提供するように構成されることができる。波面変更ユニット２００は、出射ビームＢ４_kの波面を変更することによって中間ビームＢ５_kを形成するように構成されることができる。開口絞りＡＳ１は、中間ビームＢ５_kの横寸法を制限するように構成されることができる。フォーカスユニット３００は、中間ビームＢ５_kの光をフォーカスすることによってフォーカスビームＢ６_kを形成するように構成されることができる。フォーカスビームＢ６_kは、画像センサＤＥＴ１の点Ｐ_k’にあたることができる。点Ｐ_k’は、点Ｐ₁’から空間的に分離されることができる。

入射素子ＬＮＳ１およびフォーカスユニット３００は、異なる方向ＤＩＲ₁、ＤＩＲ_kから複数のビームＢ０₁、Ｂ０_kを受光することによって画像センサＤＥＴ１上に光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。

入射素子ＬＮＳ１は、軸ＡＸ０まわりに略軸対称とすることができる。撮像装置５００の光学部品は、軸ＡＸ０まわりに略軸対称とすることができる。入射素子ＬＮＳ１は、軸ＡＸ０まわりに軸対称とすることができる。軸ＡＸ０は、例えば対称軸としてまたは光軸として称することができる。

入射素子ＬＮＳ１はまた、波面変更ユニット２００が必要とされないように動作するように構成されることができる。その場合、入射素子ＬＮＳ１の面ＳＲＦ４は、反射ビームＢ５₁の光を屈折させることによって中間ビームＢ５₁を直接提供することができる。入射素子ＬＮＳ１の面ＳＲＦ４は、反射ビームＢ５_kの光を屈折させることによって中間ビームＢ５_kを直接提供することができる。この場合、入射素子ＬＮＳ１の出射ビームは、中間ビームＢ５_kとして直接使用されることができる。

開口絞りＡＳ１は、入射素子ＬＮＳ１とフォーカスユニット３００との間に配置されることができる。開口絞りＡＳ１の中心は、軸ＡＸ０と略一致することができる。開口絞りＡＳ１は、略円形とすることができる。

入射素子ＬＮＳ１、（任意の）変更ユニット２００の光学素子、開口絞りＡＳ１およびフォーカスユニット３００の光学素子は、軸ＡＸ０に関して略軸対称とすることができる。

入射素子ＬＮＳ１は、第２の反射面ＳＲＦ３によって形成された第２の反射ビームＢ３_kが入射面ＳＲＦ１によって形成された第１の屈折ビームＢ１_kと交差しないように動作するように構成されることができる。

第１の屈折ビームＢ１_k、第１の反射ビームＢ２_kおよび第２の反射ビームＢ３_kは、気体中で伝播することなく略均質な材料中で伝播することができる。

撮像装置５００は、像面ＰＬＮ１上に光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。画像センサＤＥＴ１の活性面は、像面ＰＬＮ１と略一致することができる。画像センサＤＥＴ１は、画像センサＤＥＴ１の光検出画素が実質的に像面ＰＬＮ１内にあるように構成されることができる。撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１の活性面上に光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。像面ＰＬＮ１は、軸ＡＸ０に対して略垂直とすることができる。

画像センサＤＥＴ１は、撮像装置５００が画像センサＤＥＴ１を備えることができるように、撮像装置５００の製造時に撮像装置５００に取り付けられることができる。しかしながら、撮像装置５００はまた、画像センサＤＥＴ１を有さずに提供されてもよい。例えば、撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１を有さずに製造または輸送されてもよい。画像センサＤＥＴ１は、画像ＩＭＧ１を撮像する前に、後段階で撮像装置５００に取り付けられることができる。

ＳＸ、ＳＹおよびＳＺは、直交方向を示している。方向ＳＹは、例えば図３ａに示されている。記号ｋは、例えば１次元または２次元指標を示すことができる。例えば、撮像装置５００は、複数の入射ビームＢ０₁、Ｂ０₂、Ｂ０₃、・・・Ｂ０_k-1、Ｂ０_k、Ｂ０_k+1・・・をフォーカスすることによって光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。

図２を参照すると、フォーカスユニット３００は、例えば１つ以上のレンズ３０１、３０２、３０３、３０４を備えることができる。フォーカスユニット３００は、軸外性能のために最適化されることができる。

撮像装置５００は、必要に応じて、画像センサＤＥＴ１の面を保護するために窓ＷＮ１を備えてもよい。

波面変更ユニット２００は、例えば１つ以上のレンズ２０１を備えることができる。波面変更ユニット２００は、出射ビームＢ４_kの波面を変更することによって中間ビームＢ５_kを形成するように構成されることができる。特に、入射素子ＬＮＳ１および波面変更ユニット２００は、コリメートされた入射ビームＢ０_kの光から実質的にコリメートされた中間ビームＢ５_kを形成するように構成されることができる。コリメートされた中間ビームＢ５_kは、略平坦な波形を有することができる。

実施形態において、入射素子ＬＮＳ１および波面変更ユニット２００はまた、収束または発散した中間ビームＢ５_kを形成するように構成されることができる。収束または発散した中間ビームＢ５_kは、略球状の波形を有することができる。

図３ａを参照すると、撮像装置５００は、物体Ｏ１の任意の点Ｐ_kから光Ｂ０_kを受光することによって画像センサＤＥＴ１上の点Ｐ_k’に光Ｂ６_kをフォーカスするように構成されることができる。撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１上に物体Ｏ１の画像ＳＵＢ１を形成するように構成されることができる。物体Ｏ１の画像ＳＵＢ１は、例えばサブ画像と称することができる。画像センサＤＥＴ１上に形成された光学像ＩＭＧ１は、サブ画像ＳＵＢ１を含むことができる。

図３ｂを参照すると、撮像装置５００は、第２の物体Ｏ２から光Ｂ０_Rを受光することによって画像センサＤＥＴ１上に光Ｂ６_Rをフォーカスするように構成されることができる。撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１上に第２の物体Ｏ２のサブ画像ＳＵＢ２を形成するように構成されることができる。画像センサＤＥＴ１上に形成される光学像ＩＭＧ１は、１つ以上のサブ画像ＳＵＢ１、ＳＵＢ２を含むことができる。光学サブ画像ＳＵＢ１、ＳＵＢ２は、画像センサＤＥＴ１上に同時に形成されることができる。軸ＡＸ０まわりの３６０°の視野を表す光学像ＩＭＧ１は、同時にかつ瞬時に形成されることができる。

実施形態において、物体Ｏ１、Ｏ２は、例えば入射素子ＬＮＳ１の略反対側とすることができる。入射素子ＬＮＳ１は、第１の物体Ｏ１と第２の物体Ｏ２との間に配置されることができる。

入射素子ＬＮＳ１は、第２の物体Ｏ２からの光Ｂ０_Rを受光することによって出射光Ｂ４_Rを提供することができる。波面変更ユニット２００は、出射ビームＢ４_Rの波面を変更することによって中間ビームＢ５_Rを形成するように構成されることができる。開口絞りＡＳ１は、中間ビームＢ５_Rの横寸法を制限するように構成されることができる。フォーカスユニット３００は、中間ビームＢ５_Rの光をフォーカスすることによってフォーカスビームＢ６_Rを形成するように構成されることができる。

図４を参照すると、撮像装置５００は、視野ＶＲＥＧ１を有することができる。視野ＶＲＥＧ１はまた、例えば視界ボリュームまたは視界領域と称することができる。撮像装置５００は、視野ＶＲＥＧ１内に存在する物体Ｏ１の略鮮明な画像を形成することができる。

視野ＶＲＥＧ１は、軸ＡＸ０を完全に囲むことができる。視野ＶＲＥＧ１の上限は、方向ＳＺに対して角度９０°−θ_MAXを有する円錐面とすることができる。角度θ_MAXは、例えば＋３０°〜＋６０°の範囲とすることができる。視野ＶＲＥＧ１の下限は、方向ＳＺに対して角度９０°−θ_MINを有する円錐面とすることができる。角度θ_MINは、例えば−３０°から＋２０°の範囲とすることができる。角度θ_MAXは、方向ＳＺに対して垂直な基準面ＲＥＦ１に対する入射ビームの最大仰角を表すことができる。基準面ＲＥＦ１は、方向ＳＸ、ＳＹによって定義されることができる。角度θ_MINは、基準面ＲＥＦ１に対する入射ビームの最小仰角を表すことができる。

撮像装置５００の垂直視野（θ_MAX−θ_MIN）は、第１の角度値θ_MINによっておよび第２の角度値θ_MAXによって定義されることができ、第１の角度値θ_MINは、例えば０°以下とすることができ、第２の角度値θ_MAXは、例えば＋３５°以上とすることができる。

撮像装置５００の垂直視野（θ_MAX−θ_MIN）は、第１の角度値θ_MINによっておよび第２の角度値θ_MAXによって定義されることができ、第１の角度値θ_MINは、−３０°以下であり、第２の角度値θ_MAXは、例えば＋４５°以上である。

撮像装置５００の垂直視野（＝θ_MAX−θ_MIN）は、例えば５°から６０°の範囲とすることができる。

撮像装置５００は、例えばｍｍあたり９０ライン対よりも高い空間解像度を有する光学像ＩＭＧ１を形成することができる。

図５ａを参照すると、撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１上に略環状の２次元光学像ＩＭＧ１を形成することができる。撮像装置５００は、像面ＰＬＮ１上に略環状の２次元光学像ＩＭＧ１を形成することができ、画像センサＤＥＴ１は、像面ＰＬＮ１に配置されることができる。

画像ＩＭＧ１は、視野ＶＲＥＧ１の画像とすることができる。画像ＩＭＧ１は、視野ＶＲＥＧ１内に存在する物体の１つ以上のサブ画像ＳＵＢ１、ＳＵＢ２を含むことができる。光学像ＩＭＧ１は、外径ｄ_MAXおよび内径ｄ_MINを有することができる。光学像ＩＭＧ１の内限は、視野ＶＲＥＧ１の上限に対応することができ、光学像ＩＭＧ１の外限は、視野ＶＲＥＧ１の下限に対応することができる。外径ｄ_MAXは、最小仰角θ_MINに対応することができ、内径ｄ_MINは、最大仰角θ_MAXに対応することができる。

画像センサＤＥＴ１は、光学像ＩＭＧ１をディジタル画像ＤＩＭＧ１に変換するように構成されることができる。画像センサＤＥＴ１は、ディジタル画像ＤＩＭＧ１を提供することができる。ディジタル画像ＤＩＭＧ１は、環状光学像ＩＭＧ１を表すことができる。ディジタル画像ＤＩＭＧ１は、例えば環状ディジタル画像ＤＩＭＧ１と称することができる。

画像ＩＭＧ１の内限は、中央領域ＣＲＥＧ１の直径が環状画像ＩＭＧ１の内径ｄ_MINよりも小さいように、中央領域ＣＲＥＧ１を囲むことができる。装置５００は、画像センサＤＥＴ１の中央領域ＣＲＥＧ１上に画像を形成することなく環状画像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。画像ＩＭＧ１は、中心点ＣＰ１を有することができる。装置５００は、中心点ＣＰ１上に光をフォーカスすることなく環状画像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。

画像センサＤＥＴ１の活性領域は、長さＬ_DET1および幅Ｗ_DET1を有することができる。活性領域は、光を検出することができる領域を意味する。幅Ｗ_DET1は、軸ＡＸ０に対して垂直な方向の活性領域の最小寸法を示すことができ、長さＬ_DET1は、幅Ｗ_DET1に対して垂直な方向の活性領域の寸法を示すことができる。センサＤＥＴ１の幅Ｗ_DET1は、環状画像ＩＭＧ１の全体がセンサＤＥＴ１によって撮像されることができるように、環状画像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAX以上とすることができる。

図５ｂを参照すると、環状ディジタル画像ＤＩＭＧ１は、歪み除去動作を行うことによってパノラマ画像ＰＡＮ１に変換されることができる。パノラマ画像ＰＡＮ１は、ディジタル画像処理によって環状ディジタル画像ＤＩＭＧ１から形成されることができる。

ディジタル画像ＤＩＭＧ１は、例えばメモリＭＥＭ１に記憶されることができる。しかしながら、ディジタル画像ＤＩＭＧ１はまた、ディジタル画像ＤＩＭＧ１の全体をメモリＭＥＭ１に記憶する必要なしに、画素毎にパノラマ画像ＰＡＮ１に変換されることもできる。

変換は、環状ディジタル画像ＤＩＭＧ１の点に関連する信号値からパノラマ画像ＰＡＮ１の点に関連する信号値を決定することを含むことができる。パノラマ画像ＰＡＮ１は、例えば第１の物体Ｏ１のサブ画像ＳＵＢ１および第２の物体Ｏ２のサブ画像ＳＵＮ２を含むことができる。パノラマ画像ＰＡＮ１は、撮像装置５００の視野に存在する物体の１つ以上のサブ画像を含むことができる。

全体の光学像ＩＭＧ１は、画像センサＤＥＴ１上に瞬時かつ同時に形成されることができる。したがって、全体のディジタル画像ＤＩＭＧ１は、ステッチなしで、すなわち、異なる方向に得られる２つ以上の画像を合成することなく形成されることができる。パノラマ画像ＰＡＮ１は、ステッチなしのディジタル画像ＤＩＭＧ１から形成されることができる。

実施形態において、撮像装置５００は、ディジタル画像ＤＩＭＧ１を撮像中に静止したままとすることができる。すなわち、全体のディジタル画像ＤＩＭＧ１を撮像するために撮像装置５００の向きを変更する必要はない。

画像センサＤＥＴ１は、検出器画素の２次元矩形アレイを備えることができ、各画素の位置は、第１の矩形系（直交座標系）の座標（ｘ，ｙ）によって指定されることができる。画像センサＤＥＴ１は、画素値群としてディジタル画像ＤＩＭＧ１を提供することができ、各画素の位置は、座標によって指定されることができる。例えば、像点Ｐ_k’の位置は、座標ｘ_k、ｙ_kによって（または画像センサＤＥＴ１の検出器画素の対応する列および行を示すことによって）指定されることができる。

実施形態において、ディジタル画像ＤＩＭＧ１の像点の位置はまた、極座標（γ_k，ｒ_k）を使用することによって表現されることができる。パノラマ画像ＰＡＮ１の画素の位置は、画像方向ＳＵおよびＳＶによって定義される第２の矩形系の座標（ｕ，ｖ）によって指定されることができる。パノラマ画像ＰＡＮ１は、幅ｕ_MAXおよび高さｖ_MAXを有することができる。パノラマ画像ＰＡＮ１の像点の位置は、基準点ＲＥＦＰに関して座標ｕ，ｖによって指定されることができる。環状画像ＩＭＧ１の像点Ｐ_k’は、極座標（γ_k，ｒ_k）を有することができ、パノラマ画像ＰＡＮ１の対応する像点Ｐｋ’は、直交座標（ｕ_k，ｖ_k）を有することができる。

歪み除去動作は、環状画像ＤＩＭＧ１の極座標系において表現された位置をパノラマ画像ＰＡＮ１の直交座標系において表現された位置にマッピングすることを含むことができる。

撮像装置５００は、その周囲ＶＲＥＧ１から曲線状の、すなわち歪んだ画像ＩＭＧ１を提供することができる。撮像装置５００は、大きなフィールドサイズおよび十分な解像力を提供することができ、撮像装置５００によって生じる画像歪みは、ディジタル画像処理によって補正されることができる。

実施形態において、装置５００はまた、画像センサＤＥＴ１の中央領域ＣＲＥＧ１上にボケた光学像を形成することができる。撮像装置５００は、パノラマ画像ＰＡＮ１が主に内径ｄ_MINおよび外径ｄ_MAXによって定義された環状領域から得られた画像データから決定されるように、動作するように構成されることができる。

環状画像ＩＭＧ１は、内半径ｒ_MIN（＝ｄ_MIN／２）および外半径ｒ_MAX（＝ｄ_MAX／２）を有することができる。撮像装置５００は、径座標ｒ_kが入射ビームＢ０_kの仰角θ_kに依存することができるように、検出器ＤＥＴ１への入射ビームＢ０_kの光をフォーカスすることができる。

図６ａを参照すると、装置５００の入射面ＳＲＦ１は、物体Ｏ１の任意点Ｐ_kから入射ビームＢ０_kを受光することができる。ビームＢ０_kは、仰角θ_kによっておよび方位角ψ_kによって定義される方向ＤＩＲ_kに伝播することができる。仰角θ_kは、ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kと水平基準面ＲＥＦ１との間の角度を示すことができる。ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kは、水平基準面ＲＥＦ１上に投影ＤＩＲ_k’を有することができる。方位角ψ_kは、投影ＤＩＲ_k’と基準方向との間の角度を示すことができる。基準方向は、例えば方向ＳＸとすることができる。

ビームＢ０_kは、例えば物体Ｏ１の点Ｐ_kから受光されることができる。遠隔点Ｐ_kから入射面ＳＲＦ１の入射瞳ＥＰＵ_kへと受光される光線は、実質的にコリメートされたビームＢ０_kをともに形成することができる。入射ビームＢ０_kは、実質的にコリメートされたビームとすることができる。

基準面ＲＥＦ１は、対称軸ＡＸ０に対して垂直とすることができる。基準面ＲＥＦ１は、方向ＳＹに対して垂直とすることができる。角度が度で表されている場合、方向ＳＺとビームＢ０_kの方向ＤＩＲ１との間の角度は、９０°−θ_kに等しくすることができる。角度９０°−θ_kは、例えば垂直入射角度として称することができる。

入射面ＳＲＦ１は、物体Ｏ１の異なる点から複数のビームを同時に受光することができる。

図６ｂを参照すると、撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１上の点Ｐ_k’にビームＢ０_kの光をフォーカスすることができる。像点Ｐ_k’の位置は、例えば極座標γ_k，ｒ_kによって指定されることができる。環状光学像ＩＭＧ１は、中心点ＣＰ１を有することができる。角度座標γ_kは、中心点ＣＰ１に対するおよび基準方向（例えば、ＳＸ）に対する像点Ｐ_k’の角度位置を指定することができる。半径座標ｒ_kは、像点Ｐ_k’と中心点ＣＰ１との間の距離を指定することができる。像点Ｐ_k’の角度座標γ_kは、入射ビームＢ０_kの方位角ψ_kに略等しくすることができる。

環状画像ＩＭＧ１は、内半径ｒ_MINおよび外半径ｒ_MAXを有することができる。撮像装置５００は、半径座標ｒ_kが前記入射ビームＢ０_kの仰角θ_kに依存することができるように、検出器ＤＥＴ１への入射ビームＢ０_kの光をフォーカスすることができる。

外半径ｒ_MAXに対する内半径ｒ_MINの比は、例えば０．３から０．７の範囲内とすることができる。

径方向位置ｒ_kは、略直線的に仰角θ_kに依存することができる。入射ビームＢ０_kは、仰角θ_kを有することができ、入射ビームＢ０_kは、径方向位置ｒ_kを有する像点Ｐ_k’を提供することができる。径方向位置ｒ_kについての推定値ｒ_k,estは、例えば以下のマッピング式によって仰角θ_kから決定されることができる。

ｒ_k,est＝ｒ_MIN＋ｆ₁（θ_k−θ_MIN） （１）
ｆ₁は、撮像装置５００の焦点距離を示すことができる。式（１）の角度は、ラジアンで表すことができる。撮像装置５００の焦点距離ｆ₁は、例えば０．５から２０ｍｍの範囲内とすることができる。

入射素子ＬＮＳ１および任意の変更ユニット２００は、中間ビームＢ５_kが実質的にコリメートされるように動作するように構成されることができる。入射素子ＬＮＳ１および任意の変更ユニット２００は、中間ビームＢ５_kが略平坦な波面を有するように動作するように構成されることができる。撮像装置５００の焦点距離ｆ₁は、中間ビームＢ５_kが開口絞りＡＳ１を通過した後に実質的にコリメートされる場合、フォーカスユニット３００の焦点距離に略等しくすることができる。

入射素子ＬＮＳ１および波面変更ユニット２００は、中間ビームＢ５_kが開口絞りＡＳ１を通過した後に実質的にコリメートされるように、中間ビームＢ５_kを提供するように構成されることができる。フォーカスユニット３００は、ビームＢ５_kの光を像面ＰＬＮ１へとフォーカスするように構成されることができる。

入射素子ＬＮＳ１および任意の変更ユニット２００はまた、中間ビームＢ５_kが開口絞りＡＳ１の後で完全にコリメートされないように、動作するように構成されることができる。その場合、撮像装置５００の焦点距離ｆ₁はまた、入射素子ＬＮＳ１の特性および／または（装置５００がユニット２００を含む場合には）変更ユニット２００の特性に依存することができる。

一般的な場合において、撮像装置５００の焦点距離ｆ₁は、式（２）を使用することによって装置５００の実際のマッピング特性に基づいて定義されることができる。

式（２）の角度は、ラジアンで表すことができる。θ_kは、第１の入射ビームＢ０_kの仰角を示している。θ_k+1は、第２の入射ビームＢ０_k+1の仰角を示している。角度θ_k+1は、差θ_k+1−θ_kが例えば０．００１から０．０２ラジアンの範囲内にあるように選択されることができる。第１の入射ビームＢ０_kは、画像センサＤＥＴ１上に第１の像点Ｐ_k’を形成することができる。ｒ_kは、第１の像点Ｐ_k’の径方向位置を示している。第２の入射ビームＢ０_k+1は、画像センサＤＥＴ１上に第２の像点Ｐ_k+1’を形成することができる。ｒ_kは、第１の像点Ｐ_k’の径方向位置を示している。

θ_MINは、環状画像ＩＭＧ１の内半径ｒ_MINに対応する仰角を示すことができる。撮像装置５００の焦点距離ｆ₁は、例えば０．５から２０ｍｍの範囲内とすることができる。特に、焦点距離ｆ₁は、０．５ｍｍから５ｍｍの範囲内とすることができる。

入射ビームＢ０_kの仰角θ_kと対応する像点Ｐ_k’の径方向位置ｒ_kとの間の関係は、式（１）によって近似することができる。像点Ｐ_k’の実際の径方向位置ｒ_kは、式（１）によって与えられる推定値ｒ_k,estから僅かにずれることができる。相対偏差Δｒ／ｒ_k,estは、以下の式によって算出されることができる。

画像ＩＭＧ１の径方向歪みは、例えば２０％よりも小さくすることができる。これは、対応する推定径方向位置ｒ_k,estからの各像点Ｐ_k’の径方向位置ｒ_kの相対偏差Δｒ／ｒ_k,estが２０％よりも小さいことを意味することができ、前記推定値ｒ_k,estは、線形写像式（１）によって決定される。

面ＳＲＦ１、ＳＲＦ２、ＳＲＦ３、ＳＲＦ４の形状は、相対偏差Δｒ／ｒ_k,estが−２０％から２０％の範囲内にあるように選択されることができる。

光学像ＩＭＧ１の径方向歪みは、垂直視野（θ_MAX−θ_MIN）が角度θ_MIN＝０°およびθ_MAX＝＋３５°によって定義される場合には２０％よりも小さくすることができる。

相対偏差Δｒ／ｒ_k,estの二乗平均平方根（ＲＭＳ）値は、撮像装置５００の焦点距離ｆ₁に依存することができる。相対偏差Δｒ／ｒ_k,estのＲＭＳ値は、例えば以下の式によって算出されることができる。

ここで、
ｒ_est＝ｒ_MIN＋ｆ₁（θ（ｒ）−θ_MIN） （３ｃ）
である。

θ（ｒ）は、中心点ＣＰ１に対して半径位置ｒにおける像点を生成する入射ビームの仰角を示している。式（３ｃ）の角度は、ラジアンで表すことができる。撮像装置５００の焦点距離ｆ₁は、ｒ_MINからｒ_MAXまでの範囲にわたる相対偏差のＲＭＳ値を最小化する焦点距離値ｆ₁を決定することにより、式（３ｂ）から決定されることができる。最小ＲＭＳ相対偏差を提供する焦点距離値は、撮像装置５００の焦点距離として使用されることができる。撮像装置５００の焦点距離は、最小ＲＭＳ相対偏差を提供する焦点距離値ｆ₁であるように定義されることができる。

径方向歪みは、画像ＩＭＧ１からパノラマ画像ＰＡＮ１を形成する際に補償することができる。しかしながら、画像センサＤＥＴ１の画素は、パノラマ画像ＰＡＮ１の全ての部分において十分な解像度を提供するために、径方向歪みが小さい場合には最適な方法で使用されることができる。

撮像装置５００は、物体Ｏ１の異なる点からの複数の入射ビームを受光することができ、各入射ビームの光は、物体Ｏ１のサブ画像ＳＵＢ１を形成するために画像センサＤＥＴ１の異なる点にフォーカスされることができる。

図７ａから図７ｃを参照すると、入射ビームＢ０_kは、入射面ＳＲＦ１の一部ＥＰＵ_kを介して入射素子ＬＮＳ１に結合されることができる。部分ＥＰＵ_kは、入射瞳ＥＰＵ_kと称することができる。入射ビームＢ０_kは、例えば周辺光線Ｂ０ａ_k、Ｂ０ｂ_k、Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kおよび中央光線Ｂ０ｃ_kを含むことができる。開口絞りＡＳ１は、周辺光線の伝播を防止することによって入射瞳ＥＰＵ_kを定義することができる。

入射瞳ＥＰＵ_kは、幅Ｗ_kおよび高さΔｈ_kを有することができる。入射瞳ＥＰＵ_kの位置は、例えば入射瞳ＥＰＵ_kの中心の鉛直方向位置ｚ_kによっておよび入射瞳ＥＰＵ_kの中心の極座標角度ω_kによって指定されることができる。極座標ω_kは、基準方向として方向ＳＸを使用することにより、軸ＡＸ０に対して入射瞳ＥＰＵ_kの中心の位置を指定することができる。角度ω_kは、角度ψ_k＋１８０°と略等しくすることができる。

入射ビームＢ０_kは、実質的にコリメートされることができ、光線Ｂ０ａ_k、Ｂ０ｂ_k、Ｂ０ｃ_k、Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kは、入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kに対して略平行とすることができる。開口絞りＡＳ１は、入射瞳ＥＰＵ_kの位置および寸法Ｗ_k、Δｈ_kが入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kに依存することができるように、入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kに応じて入射瞳ＥＰＵ_kの位置および寸法Ｗ_k、Δｈ_kを定義することができる。入射瞳ＥＰＵ_kの寸法Ｗ_k、Δｈ_kは、入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kに依存することができる。入射瞳ＥＰＵ_kの中心の位置は、入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kに依存することができる。入射瞳ＥＰＵ_kは、方向ＤＩＲ_kにおいて伝播する光線についての撮像装置５００の入射瞳と称することができる。装置５００は、異なる方向から受光した実質的にコリメートされた入射ビームについて複数の異なる入射瞳を同時に有することができる。

撮像装置５００は、画像センサＤＥＴ１上の像点Ｐ_k’に開口絞りＡＳ１を介して入射ビームＢ０_kの光をフォーカスするように構成されることができる。開口絞りＡＳ１は、光学像ＩＭＧ１のボケを生じさせるであろう光線の伝播を防止するように構成されることができる。開口絞りＡＳ１は、入射瞳ＥＰＵ_kの寸法Ｗ_k、Δｈ_kを画定するように構成されることができる。さらにまた、開口絞りＡＳ１は、入射瞳ＥＰＵ_kの位置を画定するように構成されることができる。

例えば、方向ＤＩＲ_kにおいて伝播する光線ＬＢ０ｏ_kは、入射瞳ＥＰＵ_kの外部の入射面ＳＲＦ１にあたることができる。開口絞りＡＳ１は、光線ＬＢ０ｏ_kの光が像点Ｐ_k’の形成に寄与しないように、入射瞳ＥＰＵ_kを画定することができる。開口絞りＡＳ１は、周辺光線の光が画像センサＤＥＴ１に伝播しないように、入射瞳ＥＰＵ_kを画定することができ、前記周辺光線は、方向ＤＩＲ_kにおいて伝播し、入射瞳ＥＰＵ_kの外部の入射面ＳＲＦ１にあたることができる。

方向ＤＩＲ_kにおいて伝播しかつ入射瞳ＥＰＵ_kにあたる光線Ｂ０ａ_k、Ｂ０ｂ_k、Ｂ０ｃ_k、Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kは、像点Ｐ_k’の形成に寄与することができる。方向ＤＩＲ_kとは異なる方向において伝播する光線は、像点Ｐ_k’とは異なる他の像点の形成に寄与することができる。方向ＤＩＲ_kとは異なる方向において伝播する光線は、前記像点Ｐ_k’の形成に寄与しない。

異なる像点Ｐ_k’は、異なる入射瞳ＥＰＵ_kに対応することができる。第１の像点は、第１の入射瞳を介して受光された第１の光から形成されることができ、第２の像点は、第２の異なる入射瞳を介して受光された第２の光から形成されることができる。撮像装置５００は、第１の光から第１の中間ビームを形成することができ、撮像装置５００は、第１の中間ビームおよび第２の中間ビームが共通の開口絞りＡＳ１を通過するように、第２の光から第２の中間ビームを形成することができる。

入射素子ＬＮＳ１およびフォーカスユニット３００は、開口絞りＡＳ１が撮像装置５００の入射瞳ＥＰＵ_kを画定するように、画像センサＤＥＴ１上に環状光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。入射瞳ＥＰＵ_kの幅Ｗ_kに対するフォーカスユニット３００の焦点距離ｆ₁の比ｆ₁／Ｗ_kは、１．０から５．６の範囲内にあり、前記入射瞳ＥＰＵ_kの高さΔｈ_kに対する焦点距離ｆ₁の比ｆ₁／Δｈ_kは、１．０から５．６の範囲内にある。

図８ａから図８ｃを参照すると、開口絞りＡＳ１は、周辺光線の伝播を防止することによって入射瞳ＥＰＵ_kの寸法および位置を画定することができる。開口絞りＡＳ１は、略円形とすることができる。開口絞りＡＳ１は、例えば直径ｄ_AS1を有する孔によって画定されることができる。例えば、要素１５０は、開口絞りＡＳ１を画定する孔を有することができる。要素１５０は、例えば、孔を有する金属、セラミックまたはプラスチックディスクを含むことができる。略円形の開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、固定されるかまたは調整可能とすることができる。要素１５０は、調整可能な直径ｄ_AS1を有する略円形の開口絞りＡＳ１を画定するための複数の可動薄膜を含むことができる。

入射ビームＢ０_kは、方向ＤＩＲ_kにおいて伝播する光線Ｂ０ａ_k、Ｂ０ｂ_k、Ｂ０ｃ_k、Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kを含むことができる。

装置５００は、光線Ｂ０ａ_kの光を屈折および反射することによって周辺光線Ｂ５ａ_kを形成することができる。周辺光線Ｂ５ｂ_kは、光線Ｂ０ｂ_kから形成されることができる。周辺光線Ｂ５ｄ_kは、光線Ｂ０ｄ_kから形成されることができる。周辺光線Ｂ５ｅ_kは、光線Ｂ０ｅ_kから形成されることができる。中央光線Ｂ５ｃ_kは、光線Ｂ０ｃ_kから形成されることができる。

光線Ｂ０ａ_k、Ｂ０ｂ_kとの間の水平距離は、入射瞳ＥＰＵ_kの幅Ｗ_kに等しくすることができる。光線Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kとの間の垂直距離は、入射瞳ＥＰＵ_kの高さΔｈ_kに等しくすることができる。

周辺光線Ｂ０ｏ_kは、周辺光線Ｂ０ｏ_kが入射瞳ＥＰＵ_kにあたらないように、方向ＤＩＲ_kにおいて伝播することができる。開口絞りＡＳ１は、周辺光線Ｂ０ｏ_kが光学像ＩＭＧ１の形成に寄与しないように、前記周辺光線Ｂ０ｏ_kを遮断するように構成されることができる。装置５００は、平行光線Ｂ０ｏ_kの光を屈折および反射することによって周辺光線Ｂ５ｏ_kを形成することができる。開口絞りＡＳ１は、光線Ｂ５ｏ_kの光が像点Ｐ_k’の形成に寄与しないように、光線Ｂ５ｏ_kの伝播を防止するように構成されることができる。開口絞りＡＳ１は、前記光が像点Ｐ_k’の形成に寄与しないように、光線Ｂ０ｏ_kの光の伝播を防止するように構成されることができる。

ビームＢ５_kの一部は、開口絞りＡＳ１を介して伝播することができる。前記一部は、例えばトリミングビームＢ５_kとして称することができる。開口絞りＡＳ１は、周辺光線Ｂ５ｏ_kの伝播を防止することによってトリミングビームＢ５_kを形成するように構成されることができる。開口絞りＡＳ１は、周辺光線Ｂ５ｏ_kの伝播を防止することによって入射瞳ＥＰＵ_kを画定するように構成されることができる。

撮像装置５００は、入射ビームＢ０_kの光を屈折および反射することによって中間ビームＢ５_kを形成するように構成されることができる。中間ビームＢ５_kは、光線Ｂ０ａ_k、Ｂ０ｂ_k、Ｂ０ｃ_k、Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kを含むことができる。中央光線Ｂ５ｃ_kの方向は、例えば角度φ_ckによって定義されることができる。中央光線Ｂ５ｃ_kの方向は、入射ビームＢ０_kの仰角θ_kに依存することができる。

図８ｄは、入射ビームＢ０_kの投影方向ＤＩＲ_k’に対して平行な方向からみたときの撮像装置５００における周辺光線の伝播を示している。（投影方向ＤＩＲ_k’は、例えば方向ＳＸと平行とすることができる）。図８ｄは、面ＳＲＦ３から画像センサＤＥＴ１までの周辺光線の伝播を示している。面ＳＲＦ３は、ビームＢ２_kの光を反射することによって周辺光線Ｂ３ｄ_k、Ｂ３ｅ_kを形成することができる。面ＳＲＦ４は、光線Ｂ３ｄ_k、Ｂ３ｅ_kの光を屈折させることによって周辺光線Ｂ４ｄ_k、Ｂ４ｅ_kを形成することができる。変更ユニット２００は、光線Ｂ３ｄ_k、Ｂ３ｅ_kの光から周辺光線Ｂ５ｄ_k、Ｂ５ｅ_kを形成することができる。フォーカスユニット３００は、光線Ｂ５ｄ_k、Ｂ５ｅ_kの光をフォーカスすることによってフォーカス光線Ｂ６ｄ_k、Ｂ６ｅ_kを形成することができる。

図８ｅは、上からみたときの撮像装置５００における光線の伝播を示している。図８ｅは、入射面ＳＲＦ１から開口絞りＡＰ１までの光の伝播を示している。入射面ＳＲＦ１は、入射光線Ｂ０ｃ_k、Ｂ０ｄ_k、Ｂ０ｅ_kの光を屈折させることによって屈折ビームＢ１_kを形成することができる。面ＳＲＦ２は、屈折ビームＢ１_kの光を反射することによって反射ビームＢ２_kを形成することができる。面ＳＲＦ３は、反射ビームＢ２_kの光を反射することによって反射ビームＢ３_kを形成することができる。面ＳＲＦ４は、反射ビームＢ３_kの光を屈折させることによって屈折ビームＢ４_kを形成することができる。変更ユニット２００は、屈折ビームＢ４_kから中間ビームＢ５_kを形成することができる。ビームＢ５_kは、周辺光線の伝播を防止するために開口絞りＡＰ１を介して通過することができる。

図９ａは、像点Ｐ_k’を形成するために画像センサＤＥＴ１にあたる光線を示している。フォーカスユニット３００は、中間ビームＢ５_kの光をフォーカスすることによって像点Ｐ_k’を形成するように構成されることができる。中間ビームＢ５_kは、例えば周辺光線Ｂ５ａ_k、Ｂ５ｂ_k、Ｂ５ｄ_k、Ｂ５ｅ_kおよび中央光線Ｂ５ｃ_kを含むことができる。フォーカスユニット３００は、中間ビームＢ５_kの光をフォーカスすることによってフォーカスビームＢ６_kを提供するように構成されることができる。フォーカスビームＢ６_kは、例えば光線Ｂ６ａ_k、Ｂ６ｂ_k、Ｂ６ｃ_k、Ｂ６ｄ_k、Ｂ６ｅ_kを含むことができる。フォーカスユニット３００は、光線Ｂ５ａ_kの光を屈折および反射することによって周辺光線Ｂ６ａ_kを形成することができる。周辺光線Ｂ６ｂ_kは、光線Ｂ５ｂ_kから形成されることができる。周辺光線Ｂ６ｄ_kは、光線Ｂ５ｄ_kから形成されることができる。周辺光線Ｂ６ｅ_kは、光線Ｂ６ｅ_kから形成されることができる。中央光線Ｂ６ｃ_kは、光線Ｂ６ｃ_kから形成されることができる。

周辺光線Ｂ６ａ_kの方向は、軸ＡＸ０に対する角度φ_akによって定義されることができる。周辺光線Ｂ６ｂ_kの方向は、軸ＡＸ０に対する角度φ_bkによって定義されることができる。中央光線Ｂ６ｃ_kの方向は、軸ＡＸ０に対する角度φ_ckによって定義されることができる。光線Ｂ６ａ_k、Ｂ６ｂ_k、Ｂ６ｃ_kは、軸ＡＸ０を含む第１の垂直面内にあることができる。第１の垂直面はまた、入射ビームＢ０_kの方向ＤＩＲ_kを含むことができる。

Δφ_akは、光線Ｂ６ａ_kの方向と中央光線Ｂ６ｃ_kの方向との間の角度を示すことができる。Δφ_bkは、光線Ｂ６ｂ_kの方向と中央光線Ｂ６ｃ_kの方向との間の角度を示すことができる。和Δφ_ak＋Δφ_bkは、周辺光線Ｂ６ａ_k、Ｂ６ｂ_kとの間の角度を示すことができる。和Δφ_ak＋Δφ_bkは、環状光学像ＩＭＧ１の径方向におけるフォーカスビームＢ６_kの円錐角と等しくすることができる。

周辺光線Ｂ６ｄ_kの方向は、中央光線Ｂ６ｃ_kの方向に対する角度Δβ_dkによって定義されることができる。中央光線Ｂ６ｃ_kは、同様に軸ＡＸ０を含む第１の垂直面において伝播することができる。周辺光線Ｂ６ｅ_kの方向は、中央光線Ｂ６ｃ_kの方向に対する角度Δβ_ekによって定義されることができる。Δβ_dkは、光線Ｂ６ｄ_kの方向と中央光線Ｂ６ｃ_kの方向との間の角度を示すことができる。Δβ_ekは、光線Ｂ６ｅ_kの方向と中央光線Ｂ６ｃ_kの方向との間の角度を示すことができる。和Δβ_dk＋Δβ_ekは、周辺光線Ｂ６ｄ_k、Ｂ６ｅ_kとの間の角度を示すことができる。和Δβ_dk＋Δβ_ekは、環状光学像ＩＭＧ１のタンジェンシャル方向におけるフォーカスビームＢ６_kの円錐角と等しくすることができる。円錐角はまた、頂角としてまたは完全な円錐角と称することもできる。フォーカスビームＢ６_kの半円錐角は、Δβ_dk＝Δβ_ekの状況においてΔβ_dkと等しくすることができる。

和Δφ_ak＋Δφ_bkは、開口絞りＡＳ１の寸法およびフォーカスユニット３００の焦点距離に依存することができる。特に、和Δφ_ak＋Δφ_bkは、開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1に依存することができる。開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1およびフォーカスユニット３００の焦点距離は、和Δφ_ak＋Δφ_bkが例えば９°よりも大きいように選択されることができる。

和Δβ_dk＋Δβ_ekは、開口絞りＡＳ１の直径およびフォーカスユニット３００の焦点距離に依存することができる。特に、和Δβ_dk＋Δβ_ekは、開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1に依存することができる。開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1および開口絞りＡＳ１の焦点距離は、和Δβ_dk＋Δβ_ekが例えば９°よりも大きいように選択されることができる。

開口絞りＡＳ１の寸法（ｄ_AS1）は、十分な画質を提供するために、比（Δφ_ak＋Δφ_bk）／（Δβ_d1＋Δβ_e1）が０．７から１．３の範囲内にあるように選択されることができる。特に、比（Δφ_ak＋Δφ_bk）／（Δβ_d1＋Δβ_e1）は、画像ＩＭＧ１の径方向および画像ＩＭＧ１のタンジェンシャル方向における空間分解能を最適化するために、０．９から１．１の範囲内とすることができる。円錐角（Δφ_ak＋Δφ_bk）は、径方向（ＤＩＲ_k’）における空間分解能に対して影響を有することができ、円錐角（Δβ_d1＋Δβ_e1）は、タンジェンシャル方向における空間分解能に対して影響を有することができる（タンジェンシャル方向は、ＤＩＲ_k’に対して垂直である）。

仰角θ_kを有する入射ビームＢ０_kの光は、像点Ｐ_k’上の画像センサＤＥＴ１にあたるフォーカスビームＢ６_kを提供するようにフォーカスされることができる。仰角θ_kについての撮像装置５００のＦ値Ｆ（θ_k）は、以下の式によって定義されることができる。

ここで、ＮＡ_IMG,kは、フォーカスビームＢ６_kの開口数を示している。開口数ＮＡ_IMG,kは、角度Δφ_akおよびΔφ_bkを使用することによって以下のように算出されることができる。

ｎ_IMGは、画像センサＤＥＴ１の直上の光透過性媒体の屈折率を示している。角度Δφ_akおよびΔφ_bkは、仰角θ_kに依存することができる。フォーカスビームＢ６_kについてのＦ値Ｆ（θ_k）は、対応する入射ビームＢ０_kの仰角θ_kに依存することができる。

最小値Ｆ_MINは、仰角θ_kが下限θ_MINから上限θ_MAXまで変化するときの関数Ｆ（θ_k）の最小値を示すことができる。撮像装置５００の実効Ｆ値は、前記最小値Ｆ_MINと等しくなるように定義されることができる。

画像センサＤＥＴ１の直上の光透過性媒体は、例えば気体とすることができ、屈折率は、実質的に１に等しくすることができる。光透過性媒体はまた、例えば（保護）光透過性ポリマーとすることができ、屈折率は、実質的に１よりも大きくしてもよい。

撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦは、例えばストライプパターンを有する物体Ｏ１を使用することによって測定されることができるかまたは確認されることができる。画像ＩＭＧ１は、サブ画像が特定の変調深さを有するようにストライプパターンのサブ画像を含むことができる。変調伝達関数ＭＴＦは、物体変調に対する画像変調の比に等しい。変調伝達関数ＭＴＦは、例えば平行線から形成されたテストパターンを有する物体Ｏ１を設けることによっておよび対応する画像ＩＭＧ１の変調深さを測定することによって測定されることができる。変調伝達関数ＭＴＦは、ゼロ空間周波数において一致するように正規化されることができる。換言すれば、変調伝達関数は、空間周波数０ライン対／ｍｍにおいて１００％に等しくすることができる。空間周波数は、像面ＰＬＮ１、すなわち画像センサＤＥＴ１の面において決定されることができる。

変調伝達関数ＭＴＦの下限は、装置５００の光学収差によって制限されることができ、変調伝達関数ＭＴＦの上限は、回折によって制限されることができる。

図９ｃは、３つの異なる仰角θ_k＝０°、θ_k＝２０°およびθ_k＝３５°についての撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦを一例として示している。実線曲線は、画像ＩＭＧ１に現れる試験線が中心点ＣＰ１に対してタンジェンシャル方向に配向されたときの変調伝達関数を示している。破線曲線は、画像ＩＭＧ１に現れる試験線が中心点ＣＰ１に対して径方向に配向されたときの変調伝達関数を示している。図９ｃは、表１．１から表１．３において規定された撮像装置５００の変調伝達関数曲線を示している。

図９ｃの各曲線は、波長４８６ｎｍ、５８７ｎｍおよび６５６ｎｍにおいて決定された変調伝達関数ＭＴＦの平均を表している。

環状画像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXおよび装置５００の変調伝達関数ＭＴＦは、装置５００の焦点距離ｆ₁に依存することができる。図９ｃの場合、焦点距離ｆ₁は、１．２６ｍｍに等しく、環状画像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXは、３．５ｍｍに等しい。

例えば、空間周波数９０ライン対／ｍｍにおける変調伝達関数ＭＴＦは、５４％に略等しくすることができる。例えば、空間周波数９０ライン対／ｍｍにおける変調伝達関数ＭＴＦは、０°から＋３５°までの全体の垂直視野について５０％よりも高くすることができる。環状画像ＩＭＧ１の全体の幅（ｄ_MAX）は、空間周波数が９０ライン対／ｍｍに等しくかつ環状画像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXが３．５ｍｍに等しい場合には約３００ライン対を含むことができる（３．５ｍｍ・９０ライン対／ｍｍ＝３１５ライン対）。

第１の空間周波数ν₁における撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦは、θ_MAXからθ_MINまでの垂直視野にある各仰角θ_kについて５０％よりも高くすることができ、第１の空間周波数ν₁は、環状光学像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXで除算した３００ライン対に等しく、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。

入射素子ＬＮＳ１の光学面の形状および開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、第１の空間周波数ν₁における撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが０°から＋３５°の範囲内にある少なくとも１つの仰角θ_kについて５０％よりも高くすることができるように選択されることができ、第１の空間周波数ν₁は、環状光学像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXで除算した３００ライン対に等しく、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。第１の空間周波数ν₁および前記少なくとも１つの仰角θ_kにおける変調伝達関数は、光学像ＩＭＧ１の径方向およびタンジェンシャル方向において５０％よりも高くすることができる。

入射素子ＬＮＳ１の光学面の形状および開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、第１の空間周波数ν₁における撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが０°から＋３５°の範囲内にある各仰角θ_kについて５０％よりも高くすることができるように選択されることができ、第１の空間周波数ν₁は、環状光学像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXで除算した３００ライン対に等しく、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。第１の空間周波数ν₁および前記仰角θ_kのそれぞれにおける変調伝達関数は、光学像ＩＭＧ１の径方向およびタンジェンシャル方向において５０％よりも高くすることができる。

画像センサＤＥＴ１の活性領域の幅Ｗ_DET1は、環状画像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAX以上とすることができる。

入射素子ＬＮＳ１の光学面の形状および開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、第１の空間周波数ν₁における撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが０°から＋３５°の範囲内にある各仰角θ_kについて５０％よりも高くすることができるように選択されることができ、第１の空間周波数ν₁は、画像センサＤＥＴ１の活性領域の幅Ｗ_DET1で除算した３００ライン対に等しく、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。第１の空間周波数ν₁および前記仰角θ_kのそれぞれにおける変調伝達関数は、光学像ＩＭＧ１の径方向およびタンジェンシャル方向において５０％よりも高くすることができる。

図１０は、撮像装置５００の機能ユニットを示している。撮像装置５００は、制御ユニットＣＮＴ１と、メモリＭＥＭ１と、メモリＭＥＭ２と、メモリＭＥＭ３とを備えることができる。撮像装置５００は、必要に応じて、ユーザインターフェースＵＩＦ１および／または通信ユニットＲＸＴＸ１を備えることができる。

入射素子ＬＮＳ１およびフォーカスユニット３００は、画像センサＤＥＴ１上に光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。画像センサＤＥＴ１は、画像ＤＩＭＧ１を撮像することができる。画像センサＤＥＴ１は、動作メモリＭＥＭ１に記憶されることができるディジタル画像ＤＩＭＧ１に光学像ＩＭＧ１を変換することができる。画像センサＤＥＴ１は、光学像ＩＭＧ１からディジタル画像ＤＩＭＧ１を提供することができる。

制御ユニットＣＮＴ１は、ディジタル画像ＤＩＭＧ１からパノラマ画像ＰＡＮ１を形成するように構成されることができる。パノラマ画像ＰＡＮ１は、例えばメモリＭＥＭ２に記憶されることができる。

制御ユニットＣＮＴ１は、１つ以上のデータプロセッサを備えることができる。制御ユニットＣＮＴ１は、撮像装置５００の動作を制御するように構成されることができ、および／または、制御ユニットＣＮＴ１は、画像データを処理するように構成されることができる。メモリＭＥＭ３は、コンピュータプログラムＰＲＯＧ１を含むことができる。コンピュータプログラムコードＰＲＯＧ１は、少なくとも１つのプロセッサＣＮＴ１上で実行されたときに、撮像装置５００に環状画像ＤＩＭＧ１を撮像させるおよび／または環状画像ＤＩＭＧ１をパノラマ画像ＰＡＮ１に変換させるように構成されることができる。

装置５００は、ユーザインターフェースＵＩＦ１を介してユーザからのユーザ入力を受け付けるように構成されることができる。装置５００は、ユーザインターフェースＵＩＦ１を介してユーザに１つ以上の画像ＤＩＭＧ、ＰＡＮ１を表示するように構成されることができる。ユーザインターフェースＵＩＦ１は、例えばディスプレイ、タッチスクリーン、キーパッドおよび／またはジョイスティックを備えることができる。

装置５００は、通信ユニットＲＸＴＸ１を使用することによって画像ＤＩＭＧおよび／またはＰＡＮ１を送信するように構成されることができる。ＣＯＭ１は、通信信号を示している。装置５００は、例えば遠隔装置またはインターネットサーバに対して画像ＤＩＭＧおよび／またはＰＡＮ１を送信するように構成されることができる。通信ユニットＲＸＴＸ１は、例えば、モバイル通信ネットワークを介して、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を介しておよび／またはインターネットを介して通信するように構成されることができる。装置５００は、モバイル通信用グローバルシステム（ＧＳＭ（登録商標））ネットワーク、第３世代（３Ｇ）ネットワーク、第３．５世代（３．５Ｇ）ネットワーク、第４世代（４Ｇ）ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、ブルートゥース（登録商標）または他の現代および将来のネットワークなどのモバイル通信ネットワークに接続されることができる。

装置５００はまた、分散方式で実装されることができる。例えば、ディジタル画像ＤＩＭＧは、（遠隔）サーバに対して送信されることができ、ディジタル画像ＤＩＭＧからパノラマ画像ＰＡＮ１を形成することは、サーバによって実行されることができる。

撮像装置５００は、ディジタル画像ＤＩＭＧ１から決定された１つ以上のパノラマ画像ＰＡＮ１を含む映像シーケンスを提供するように構成されることができる。映像シーケンスは、例えば、ＭＰＥＧ−４パート２コーデック、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ−４ ＡＶＣコーデック、Ｈ．２６５コーデック、ウィンドウズ（登録商標）メディアビデオ（ＷＭＶ）、ＤｉｖＸプロコーデックまたは将来のコーデック（例えば、高効率映像符号化、ＨＥＶＣ、Ｈ．２６５）を使用するなど、データ圧縮コーデックを使用することによって記憶および／または通信されることができる。映像シーケンスは、例えば、ＭＰＥＧ−４パート２コーデック、Ｈ．２６４／ＭＰＥＧ−４ ＡＶＣコーデック、Ｈ．２６５コーデック、ウィンドウズ（登録商標）メディアビデオ（ＷＭＶ）、ＤｉｖＸプロコーデックまたは将来のコーデック（例えば、高効率映像符号化、ＨＥＶＣ、Ｈ．２６５）を使用することによって符号化されおよび／または復号されることができる。映像データはまた、例えば無損失コーデックを使用することによって符号化されるおよび／または復号されることができる。

画像ＰＡＮ１は、画像ＰＡＮ１が遠隔ディスプレイ（またはプロジェクタ）によって表示されることができるように、前記遠隔ディスプレイまたは画像プロジェクタに対して通信されることができる。画像ＰＡＮ１を含む映像シーケンスは、遠隔ディスプレイまたは画像プロジェクタに対して通信されることができる。

入射素子ＬＮＳ１は、例えば、成形、（旋盤による）回転、フライス加工および／または研削によって製造されることができる。特に、入射素子ＬＮＳ１は、型を使用することによって例えば射出成形によって製造されることができる。入射素子ＬＮＳ１を作製するための型は、例えば、回転、フライス加工、研削および／または３Ｄ印刷によって製造されることができる。型は、マスタモデルを使用することによって製造されることができる。型を作製するためのマスタモデルは、回転、フライス加工、研削および／または３Ｄ印刷によって製造されることができる。回転またはフライス加工は、ダイヤモンドビット工具を使用することを含むことができる。必要に応じて、面は、例えば研磨炎によっておよび／または研磨技術を使用することによって研磨されることができる。

入射素子ＬＮＳ１は、透明材料の中実体とすることができる。材料は、例えば、プラスチック、ガラス、溶融石英またはサファイアとすることができる。

特に、入射素子ＬＮＳ１は、射出成形によって製造されることができるプラスチックの単一片から構成されることができる。前記プラスチックの単一片は、被覆されるかまたは被覆されなくすることができる。その結果、大量の入射素子ＬＮＳ１は、比較的低い製造コストによって製造されることができる。

面ＳＲＦ１の形状は、入射素子ＬＮＳ１が型から容易に取り外されることができるように選択されることができる。

入射素子ＬＮＳ１の厚さは、径方向位置に依存することができる。入射素子ＬＮＳ１は、第１の径方向位置において最大厚さをかつ第２の径方向位置において最小厚さを有することができる（第２の径方向位置は、例えば入射素子ＬＮＳ１の外径の９０％よりも小さくすることができる）。最大厚さに対する最小厚さの比は、射出成形を容易とするために、例えば０．５以上とすることができる。

光学素子の光インターフェースは、必要に応じて、反射防止コーティングによって被覆されることができる。

入射素子ＬＮＳ１の反射面ＳＲＦ２、ＳＲＦ３は、全内部反射（ＴＩＲ）によって光を反射するように構成されることができる。入射素子ＬＮＳ１の反射面ＳＲＦ２、ＳＲＦ３の向きおよび材料の屈折率は、全内部反射（ＴＩＲ）を提供するように選択されることができる。

実施形態において、撮像装置５００は、赤外光から光学像ＩＭＧ１を形成するように構成されることができる。入射素子ＬＮＳ１は、赤外光の屈折および透過のために例えばシリコンまたはゲルマニウムを含むことができる。

画像センサＤＥＴ１は、光検出画素の２次元アレイを備えることができる。光検出画素の２次元アレイはまた、検出器アレイと称することができる。画像センサＤＥＴ１は、例えばＣＭＯＳ画像センサ（相補型金属酸化膜半導体）またはＣＣＤ画像センサ（電荷結合素子）とすることができる。画像センサＤＥＴ１の活性領域は、方向ＳＸおよびＳＹによって画定される平面に対して略平行とすることができる。

画像センサＤＥＴ１の解像度は、例えば以下のリストから選択されることができる：８００×６００画素（ＳＶＧＡ）、１０２４×６００画素（ＷＳＶＧＡ）、１０２４×７６８画素（ＸＧＡ）、１２８０×７２０画素（ＷＸＧＡ）、１２８０×８００画素（ＷＸＧＡ）、１２８０×９６０画素（ＳＸＧＡ）、１３６０×７６８画素（ＨＤ）、１４００×１０５０画素（ＳＸＧＡ＋）、１４４０×９００画素（ＷＸＧＡ＋）、１６００×９００画素（ＨＤ＋）、１６００×１２００画素（ＵＸＧＡ）、１６８０×１０５０画素（ＷＳＸＧＡ＋）、１９２０×１０８０画素（フルＨＤ）、１９２０×１２００画素（ＷＵＸＧＡ）、２０４８×１１５２画素（ＱＷＸＧＡ）、２５６０×１４４０画素（ＷＱＨＤ）、２５６０×１６００画素（ＷＱＸＧＡ）、３８４０×２１６０画素（ＵＨＤ−１）、５１２０×２１６０画素（ＵＨＤ）、５１２０×３２００画素（ＷＨＸＧＡ）、４０９６×２１６０画素（４Ｋ）、４０９６×１７１６画素（ＤＣＩ ４Ｋ）、４０９６×２１６０（ＤＣＩ ４Ｋ）、７６８０×４３２０画素（ＵＨＤ−２）。

実施形態において、画像センサＤＥＴ１はまた、非活性検出器画素の数を最小化するために、アスペクト比１：１を有することができる。

実施形態において、撮像装置５００は、軸ＡＸ０まわりに完全対称である必要はない。例えば、画像センサＤＥＴ１は、１８０°ビューを提供するために、光学像ＩＭＧ１の半分のみ重複することができる。これは、１８０°ビューについてのより詳細な画像を提供することができる。

実施形態において、１つ以上のセクタは、３６０°よりも小さい視野を提供するために入射素子ＬＮＳ１から除去されることができる。

実施形態において、入射素子ＬＮＳ１は、例えば１つ以上の他の構成要素に入射素子ＬＮＳ１を取り付けるために１つ以上の孔を含むことができる。特に、入射素子ＬＮＳ１は、中心孔を含むことができる。入射素子ＬＮＳ１は、例えば１つ以上の他の構成要素に入射素子ＬＮＳ１を取り付けるために１つ以上の突起を含むことができる。

方向ＳＹは、例えば鉛直方向として称することができ、方向ＳＸおよびＳＹは、例えば水平方向として称することができる。方向ＳＹは、軸ＡＸ０に対して平行とすることができる。重力の方向は、軸ＡＸ０に対して略平行とすることができる。しかしながら、重力の方向はまた、軸ＡＸ０に対して任意とすることができる。撮像装置５００は、その周囲に対して任意の向きを有することができる。

図１１は、入射素子ＬＮＳ１についての径方向寸法および鉛直方向位置を示している。入射面ＳＲＦ１は、半径ｒ_SRF1Bを有する下側境界を有することができる。下側境界は、基準面ＲＥＦ０を画定することができる。入射面ＳＲＦ１は、半径ｒ_SRF1Aを有する上側境界を有することができる。上側境界は、基準面ＲＥＦ０に対して鉛直方向位置ｈ_SRF1Aにあることができる。面ＳＲＦ２は、半径ｒ_SRF2Bを有する下側境界を有することができる。面ＳＲＦ２は、半径ｒ_SRF2Aおよび鉛直方向位置ｈ_SRF2Aを有する上側境界を有することができる。面ＳＲＦ３は、半径ｒ_SRF3および鉛直方向位置ｈ_SRF3を有する境界を有することができる。面ＳＲＦ４は、半径ｒ_SRF4および鉛直方向位置ｈ_SRF4を有する境界を有することができる。

例えば、屈折出射面ＳＲＦ４の境界の鉛直方向位置ｈ_SRF4は、反射面ＳＲＦ２の上側境界の鉛直方向位置ｈ_SRF2Aよりも高くすることができる。例えば、反射出射面ＳＲＦ３の境界の鉛直方向位置ｈ_SRF3は、入射面ＳＲＦ１の上側境界の鉛直方向位置ｈ_SRF1Aよりも高くすることができる。

表１．１から表１．３は、例１の撮像装置に関連するパラメータ、係数および追加データを示している。

ｒは、半径、すなわち、軸ＡＸ０からの点の水平距離を示している。ｚ座標は、基準面の頂点からの前記点の垂直距離を示している。ｚ座標はまた、たるみとして称することもできる。ｃは、面の曲率（すなわち、半径の逆数）を示している。Ｋは、円錐定数を示している。円錐定数Ｋは、双曲面については−１未満である。円錐定数Ｋは、放物面については−１である。円錐定数Ｋは、楕円面については−１から０までの範囲内にある。円錐定数Ｋは、球面については０である。円錐定数Ｋは、扁平楕円面については０よりも大きい。

トロイダル面は、ＳＹ−ＳＺ面において曲線を定義した後に軸ＡＸ０まわりに曲線を回転させることによって形成されることができる。トロイダル面は、ＳＹ−ＳＺ面において曲率ベース半径ならびに円錐定数Ｋおよび多項式非球面係数を使用して定義されることができる。ＳＹ−ＳＺ面における曲線は、以下によって定義されることができる。

α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、・・・は、多項式非球面定数を示している。ｙは、軸ＡＸ０からの点の水平距離を示している。ｚ座標は、面の頂点からの前記点の垂直距離を示している。ｃは曲率を示し、Ｋは、円錐定数を示している。そして、式（５）の曲線は、トロイダル面を定義するために、頂点からの距離Ｒにおいて軸ＡＸ０まわりに回転される。距離Ｒは、例えば回転半径として称することができる。

偶非球面は、以下によって定義されることができる。

α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、・・・は、多項式非球面定数を示している。ｒは、半径、すなわち、軸ＡＸ０から点の水平距離を示している。ｚ座標は、面の頂点からの前記点の垂直距離を示している。ｃは曲率を示し、Ｋは円錐定数を示している。

奇非球面は、以下によって定義されることができる。

β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、・・・は、多項式非球面定数を示している。ｒは、半径、すなわち、軸ＡＸ０から点の水平距離を示している。ｚ座標は、面の頂点からの前記点の垂直距離を示している。ｃは曲率を示し、Ｋは円錐定数を示している。

各多項式非球面定数のデフォルト値は、非ゼロ値が示されていない限り、ゼロとすることができる。

奇非球面の場合、少なくとも１つの奇数乗（例えば、ｒ¹、ｒ³、ｒ⁵）の係数（β₁、β₂、β₃、β₄、β₅）は、ゼロからずれる。偶非球面の場合、奇数乗（例えば、ｒ¹、ｒ³、ｒ⁵）の係数（β₁、β₂、β₃、β₄、β₅）はゼロである。表に示された値は、Ｚｅｍａｘソフトウェアの操作マニュアル（ＺＥＭＡＸ光学設計プログラム、ユーザマニュアル、２０１３年１０月８日）に定義された座標系にしたがって示されている。操作マニュアルは、米国レドモンドのＲａｄｉａｎｔ Ｚｅｍａｘ社によって提供されている。

図１２は、撮像装置５００が入射素子ＬＮＳ１と開口絞りＡＳ１との間にビーム変更ユニット２００を備える必要がない例を示している。この場合、入射素子ＬＮＳ１は、中間ビームＢ５_kを直接提供することができる。表２．１から２．３は、入射素子ＬＮＳ１の出射ビームが開口絞りＡＳ１を介して直接誘導される例２に関連するパラメータを示している。

表記Ｅ−０３は、１０^-3を意味し、Ｅ−０４は、１０^-4を意味し、Ｅ−０５は、１０^-5を意味し、Ｅ−０６は、１０^-6を意味し、Ｅ−０７は、１０^-7を意味し、Ｅ−０８は、１０^-8を意味する。

（表１．１、表１．２、表１．３において指定された）例１の装置５００および／または（表２．１、表２．２、表２．３において指定された）例２の装置は、例えば入射ビームＢ０_kの波長が４５０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲内にある場合に使用されることができる。例１の装置５００（表１．１、表１．２、表１．３）および／または例２の装置（表２．１、表２．２、表２．３）は、４５０ｎｍから６５０ｎｍの全波長領域について同時に高い性能を提供することができる。例１または例２の装置５００は、例えば可視入射光を受光することによってカラー画像ＩＭＧ１を撮像するために使用されることができる。

例１または例２の装置５００はまた、例えば画像センサＤＥＴ１のサイズに応じて拡大または縮小されることができる。装置５００の光学素子は、光学画像ＩＭＧ１のサイズが画像センサＤＥＴ１のサイズに合うように選択されることができる。撮像装置は、例えば定数値によって例１または例２の寸法を乗算することによって決定されることができる寸法を有することができる。前記定数値は、例えば拡大因子としてまたは縮小因子として称することができる。

図１３を参照すると、画像センサＤＥＴ１は、複数の検出器画素ＰＩＸを含むことができる。検出器画素ＰＩＸは、２次元矩形アレイに配置されることができる。個々の画素ＰＩＸは、幅Ｗ_PIXを有することができる。センサＤＥＴ１の検出器画素は、幅Ｗ_PIXを有することができる。画素幅Ｗ_PIXは、例えば１μｍから１０μｍの範囲内とすることができる。画像センサＤＥＴ１によって検出することができる最高空間周波数ν_CUT1は、画像センサＤＥＴ１の空間カットオフ周波数ν_CUT1と称することができる。画像センサＤＥＴ１によって検出することができる最高空間周波数ν_CUT1は、０．５／Ｗ_PIX（＝０．５ライン対／Ｗ_PIX）と等しくすることができる。例えば、カットオフ周波数ν_CUT1は、画素幅Ｗ_PIXが７μｍである場合には７１ライン対／ｍｍとすることができる。

実施形態において、入射素子ＬＮＳ１の光学面の形状および開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、空間カットオフ周波数ν_CUT1における撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが０°から＋３５°の範囲内である各仰角θ_kについて５０％よりも高くすることができるように選択されることができ、カットオフ周波数ν_CUT1は、０．５／Ｗ_PIXに等しく、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。第１の空間周波数ν₁および前記仰角θ_kのそれぞれにおける変調伝達関数は、光学像ＩＭＧ１の径方向およびタンジェンシャル方向において５０％よりも高くすることができる。

実施形態において、撮像光学系５００の性能はまた、画像センサＤＥＴ１のサイズに基づいて評価されることができる。画像センサＤＥＴ１は、対角寸法Ｓ_DET1を有することができる。基準空間周波数ν_REFは、以下の式にしたがって決定されることができる。

入射素子ＬＮＳ１の光学面の形状および開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、基準空間周波数ν_REFにおける撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが０°から＋３５°の範囲内にある各仰角θ_kについて４０％よりも高くすることができるように選択されることができ、基準空間周波数ν_REFは、式（８）にしたがって決定され、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。基準空間周波数ν_REFおよび前記仰角θ_kのそれぞれにおける変調伝達関数は、光学像ＩＭＧ１の径方向およびタンジェンシャル方向において４０％よりも高くすることができる。

例えば、センサの対角寸法Ｓ_DET1は、５．８ｍｍに略等しくすることができる。式（８）を使用することによって対角寸法５．８ｍｍから算出された基準空間周波数ν_REFは、７４ライン対／ｍｍに略等しくすることができる。図９ｃの曲線は、変調伝達関数ＭＴＦが光学像の径方向およびタンジェンシャル方向における仰角θ_k＝０°、θ_k＝２０°およびθ_k＝３５°についての基準空間周波数ν_REF＝７４ライン対／ｍｍにおいて５０％よりも大きいという条件を例１の撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが満たす旨を示している。

あるいは、基準空間周波数ν_REFはまた、以下の式にしたがって決定されることができる。

ここで、ｄ_MAXは、画像ＩＭＧ１の外径を示している。典型的には、光学像ＩＭＧ１の空間分解能は、検出器画素のサイズよりも高くする必要はない。基準空間周波数ν_REFは、非常に小さな画像の空間分解能の要件がより大きい画像の場合よりも緩和されることができるように、式（９）にしたがって決定されることができる。例えば、式（９）を使用することによって外径ｄ_MAX＝２ｍｍについて算出された基準空間周波数ν_REFは、７１ライン対／ｍｍに略等しくすることができる。外径ｄ_MAX＝３．５ｍｍに対応する基準空間周波数ν_REFは、５３ライン対／ｍｍに略等しくすることができる。外径ｄ_MAX＝１０ｍｍに対応する基準空間周波数ν_REFは、３２ライン対／ｍｍに略等しくすることができる。

基準空間周波数ν_REFにおける撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦは、０°から＋３５°の範囲内にある各仰角θ_kについて４０％よりも高くすることができ、基準空間周波数ν_REFは、環状光学像ＩＭＧ１の無次元外径ｄ_MAX／ｍｍの平方根で除算した１００ライン対／ｍｍに等しくすることができる。無次元外径ｄ_MAX／ｍｍは、１ミリメートルで環状光学像ＩＭＧ１の外径ｄ_MAXを除算することによって算出される。

入射素子ＬＮＳ１の光学面の形状および開口絞りＡＳ１の直径ｄ_AS1は、基準空間周波数ν_REFにおける撮像装置５００の変調伝達関数ＭＴＦが０°から＋３５°の範囲内にある各仰角θ_kについて４０％よりも高くすることができるように選択されることができ、基準空間周波数ν_REFは、式（９）にしたがって決定され、装置５００の実効Ｆ値Ｆ_effは、例えば１．０から５．６の範囲内とすることができる。基準空間周波数ν_REFおよび前記仰角θ_kのそれぞれにおける変調伝達関数は、光学像ＩＭＧ１の径方向およびタンジェンシャル方向において４０％よりも高くすることができる。

シンボルｍｍは、ミリメートル、すなわち１０^-3メートルを意味している。

当業者にとって、本考案にかかる装置および方法の変更ならびに変形に気付くことができることは明らかであろう。図面は概略図である。添付図面を参照して上述した特定の実施形態は例示にすぎず、添付した実用新案登録請求の範囲によって定義される本考案の範囲を限定することを意味するものではない。

Claims (20)

1. 撮像装置（５００）において、
   −入射素子（ＬＮＳ１）と、
   −開口絞り（ＡＳ１）と、
   −フォーカスユニット（３００）と、を備え、
   前記入射素子（ＬＮＳ１）が、
   −入射面（ＳＲＦ１）と、
   −第１の反射面（ＳＲＦ２）と、
   −第２の反射面（ＳＲＦ３）と、
   −出射面（ＳＲＦ４）と、を備え、
   前記入射面（ＳＲＦ１）が、入射ビーム（Ｂ０_k）の光を屈折させることによって第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）を提供するように構成され、前記第１の反射面（ＳＲＦ２）が、前記第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）の光を反射することによって第１の反射ビーム（Ｂ２_k）を提供するように構成され、前記第２の反射面（ＳＲＦ３）が、第２の反射ビーム（Ｂ３_k）が前記第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）と交差しないように、前記第１の反射ビーム（Ｂ２_k）の光を反射することによって前記第２の反射ビーム（Ｂ３_k）を提供するように構成され、前記出射面（ＳＲＦ４）が、前記第２の反射ビーム（Ｂ３）の光を屈折させることによって出射ビーム（Ｂ４_k）を提供するように構成され、前記入射素子（ＬＮＳ１）および前記フォーカスユニット（３００）が、像面（ＰＬＮ１）上に環状光学像（ＩＭＧ１）を形成するように構成され、かつ、前記開口絞り（ＡＳ１）が、前記撮像装置（５００）の実効Ｆ値（Ｆ_eff）が１．０から５．６の範囲内にあるように、前記撮像装置（５００）の入射瞳（ＥＰＵ_k）を画定する、装置（５００）。
2. 前記入射瞳（ＥＰＵ_k）の幅（Ｗ_k）に対する前記フォーカスユニット（３００）の焦点距離（ｆ₁）の比（ｆ₁／Ｗ_k）が１．０から５．６の範囲内にあり、前記入射瞳（ＥＰＵ_k）の高さ（Δｈ_k）に対する前記焦点距離（ｆ₁）の比（ｆ₁／Δｈ_k）が１．０から５．６の範囲内にある、請求項１に記載の装置（５００）。
3. 前記フォーカスユニット（３００）が、前記環状光学像（ＩＭＧ１）の像点（Ｐ_k’）上にあたるフォーカスビーム（Ｂ６_k）を形成するように構成され、前記像点（Ｐ_k’）の位置が入射ビーム（Ｂ０_k）の仰角（θ_k）に対応し、前記フォーカスビーム（Ｂ６_k）の円錐角（Δφ_ak＋Δφ_bk）が０°から＋３５°の範囲内にある少なくとも１つの仰角（θ_k）について９°よりも大きいように、前記開口絞り（ＡＳ１）の寸法（ｄ_AS1）および前記フォーカスユニット（３００）の前記焦点距離（ｆ₁）が選択されている、請求項１または２に記載の装置（５００）。
4. 前記フォーカスユニット（３００）が、前記環状光学像（ＩＭＧ１）の像点（Ｐ_k’）上にあたるフォーカスビーム（Ｂ６_k）を形成するように構成され、前記像点（Ｐ_k’）の位置が入射ビーム（Ｂ０_k）の仰角（θ_k）に対応し、前記フォーカスビーム（Ｂ６_k）の円錐角（Δφ_ak＋Δφ_bk）が０°から＋３５°の範囲内にある各仰角（θ_k）について９°よりも大きいように、前記開口絞り（ＡＳ１）の寸法（ｄ_AS1）および前記フォーカスユニット（３００）の前記焦点距離（ｆ₁）が選択されている、請求項１から３のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
5. 前記フォーカスユニット（３００）が、前記環状光学像（ＩＭＧ１）の像点（Ｐ_k’）上にあたるフォーカスビーム（Ｂ６_k）を形成するように構成され、前記像点（Ｐ_k’）の位置が入射ビーム（Ｂ０_k）の仰角（θ_k）に対応し、基準空間周波数（ν_REF）における前記撮像装置（５００）の変調伝達関数（ＭＴＦ）が、０°から＋３５°の範囲内にある各仰角（θ_k）について４０％よりも大きく、前記基準空間周波数（ν_REF）が、無次元外径（ｄ_MAX／ｍｍ）の平方根によって除算した１００ライン対／ｍｍに等しく、前記無次元外径（ｄ_MAX／ｍｍ）が、１ミリメートル（１０^-3メートル）で前記環状光学像（ＩＭＧ１）の前記外径（ｄ_MAX）を除算することによって算出される、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
6. 前記フォーカスユニット（３００）が、前記環状光学像（ＩＭＧ１）の像点（Ｐ_k’）上にあたるフォーカスビーム（Ｂ６_k）を形成するように構成され、前記像点（Ｐ_k’）の位置が入射ビーム（Ｂ０_k）の仰角（θ_k）に対応し、第１の空間周波数（ν₁）における前記撮像装置（５００）の変調伝達関数（ＭＴＦ）が、０°から＋３５°の範囲内にある各仰角（θ_k）について５０％よりも大きく、前記第１の空間周波数（ν₁）が、前記環状光学像（ＩＭＧ１）の前記外径（ｄ_MAX）によって除算した３００ライン対に等しい、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
7. 前記第１の屈折ビーム（Ｂ１_k）、前記第１の反射ビーム（Ｂ２_k）および第２の反射ビーム（Ｂ３_k）が、気体中で伝播することなく略均質な材料中で伝播する、請求項１から６のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
8. 前記光学像（ＩＭＧ１）が、内半径（ｒ_MIN）および外半径（ｒ_MAX）を有し、外半径（ｒ_MAX）に対する内半径（ｒ_MIN）の比が０．３から０．７の範囲内にある、請求項１から７のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
9. 前記撮像装置（５００）の垂直視野（θ_MAX−θ_MIN）が、第１の角度値（θ_MIN）によっておよび第２の角度値（θ_MAX）によって定義され、前記第１の角度値（θ_MIN）が０°以下であり、前記第２の角度値（θ_MAX）が＋３５°以上である、請求項１から８のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
10. 前記第１の角度値（θ_MIN）が−３０°以下であり、前記第２の角度値（θ_MAX）が＋４５°以上である、請求項９に記載の装置（５００）。
11. 前記入射素子（ＬＮＳ１）の前記第１の反射面（ＳＲＦ２）が略円錐面である、請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
12. 前記入射素子（ＬＮＳ１）の前記第１の反射面（ＳＲＦ２）および前記第２の反射面（ＳＲＦ３）が全内部反射（ＴＩＲ）によって光を反射するように構成されている、請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
13. 前記入射素子（ＬＮＳ１）の前記第２の反射出射面（ＳＲＦ３）の境界の鉛直方向位置（ｈ_SRF3）が、前記入射素子（ＬＮＳ１）の前記入射面（ＳＲＦ１）の上限の鉛直方向位置（ｈ_SRF1A）よりも高い、請求項１から１２のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
14. 前記入射素子（ＬＮＳ１）が、１つ以上の他の構成要素に前記入射素子ＬＮＳ１を取り付けるための中心孔を備える、請求項１から１３のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
15. 前記装置（５００）が、入射ビーム（Ｂ０_k）の光をフォーカスすることによって前記環状光学像（ＩＭＧ１）の像点（Ｐ_k’）を形成するように構成され、前記像点（Ｐ_k’）の径方向位置（ｒ_k）が前記入射ビーム（Ｂ０_k）の仰角（θ_k）上で略直線的に依存するように、前記入射素子（ＬＮＳ１）の前記面（ＳＲＦ１、ＳＲＦ２、ＳＲＦ３、ＳＲＦ４）の形状が選択されている、請求項１から１４のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
16. 前記環状光学像（ＩＭＧ１）の径方向歪みが、垂直視野（θ_MAX−θ_MIN）がθ_MIN＝０°かつθ_MAX＝＋３５°によって定義される場合に２０％よりも小さい、請求項１から１５のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
17. 波面変更ユニット（２００）を備え、前記入射素子ＬＮＳ１および前記波面変更ユニット（２００）が、中間ビーム（Ｂ５_k）が前記開口絞り（ＡＳ１）を通過した後に実質的にコリメートされるように、前記中間ビーム（Ｂ５_k）を提供するように構成され、前記フォーカスユニット（３００）が、前記像面（ＰＬＮ１）に対して前記中間ビーム（Ｂ５_k）の光をフォーカスするように構成されている、請求項１から１６のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
18. 前記装置（５００）が、第１の入射瞳を介して受光した第１の光から第１の像点を形成しかつ第２の異なる入射瞳を介して受光した第２の光から第２の像点を形成するように構成され、前記撮像装置（５００）が、第１の中間ビームおよび第２の中間ビームが前記開口絞り（ＡＳ１）を通過するように、前記第１の光から前記第１の中間ビームを形成しかつ前記第２の光から前記第２の中間ビームを形成するように構成され、前記開口絞り（ＡＳ１）が、周辺光線（Ｂ０ｏ_k）の光が前記環状光学像（ＩＭＧ１）の形成に寄与しないように、周辺光線（Ｂ５ｏ_k）の伝播を防止することによって入射瞳を画定するように構成されている、請求項１から１７のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
19. 前記フォーカスユニット（３００）がフォーカスビーム（Ｂ６_k）を提供するように構成され、第２の和（Δβ_d1＋Δβ_e1）に対する第１の和（Δφ_ak＋Δφ_bk）の比が０．７から１．３の範囲内にあるように、前記開口絞り（ＡＳ１）の直径（ｄ_AS1）が選択されており、前記第１の和（Δφ_ak＋Δφ_bk）が前記環状光学像（ＩＭＧ１）のタンジェンシャル方向における前記フォーカスビーム（Ｂ６_k）の円錐角に等しく、前記第２の和（Δβ_d1＋Δβ_e1）が前記環状光学像（ＩＭＧ１）の径方向における前記フォーカスビーム（Ｂ６_k）の円錐角に等しい、請求項１から１８のうちいずれか１項に記載の装置（５００）。
20. 請求項１から１９のうちいずれか１項に記載の撮像装置を使用することによって画像を撮像する方法において、前記像面（ＰＬＮ１）上に前記環状光学像（ＩＭＧ１）を形成することを備える方法。

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