JP4734873B2 - Wide-angle imaging device - Google Patents
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本発明は、広角の画像を撮像する広角撮像装置に関する。詳しくは、1対の半円錐台状の反射面と柱状凹曲面状の反射面の組み合わせで、広角の入射光から画像歪が無い画像を撮像できるようにしたものである。 The present invention relates to a wide- angle imaging device that captures a wide-angle image . Specifically, a combination of a pair of semi-conical reflecting surfaces and a columnar concave curved reflecting surface can capture an image without image distortion from wide-angle incident light.
図15は従来の広角撮像装置を示す説明図である。従来の広角撮像装置51は、円錐反射鏡52とカメラ部53を備える。カメラ部53は、例えば合焦点用のピンホール54と2次元画像センサ55を備える。
FIG. 15 is an explanatory view showing a conventional wide-angle imaging device. A conventional wide-angle imaging device 51 includes a conical reflecting mirror 52 and a
また、2次元画像センサ55で撮像した画像データを処理するため、カメラ処理部56と、変換処理部57を備える。
In addition, a camera processing unit 56 and a
従来の広角撮像装置51は、円錐反射鏡52からの反射光をカメラ部53の2次元画像センサ55で撮影する。このため、2次元画像センサ55では円形状の画像の撮影が行われる。
The conventional wide-angle imaging device 51 captures the reflected light from the conical reflecting mirror 52 with the two-dimensional image sensor 55 of the
2次元画像センサ55の画像データはカメラ処理部56で処理が行われ、円形形状の映像が出力される。変換処理部57では、円形映像の円中心を基準として、角度と中心からの距離を四角形の画像にする座標変換処理が行われる。これにより、円形の映像から四角形の映像が得られる。
The image data of the two-dimensional image sensor 55 is processed by the camera processing unit 56, and a circular image is output. The
また、円錐台状の反射鏡と放物面状の反射鏡を組み合わせて周方向全域を撮影できるようにした広角撮像装置も提案されている(例えば、特許文献1参照)。 A wide-angle imaging device has also been proposed in which a truncated cone-shaped reflecting mirror and a parabolic reflecting mirror are combined so that the entire circumferential direction can be imaged (see, for example, Patent Document 1).
2次元画像センサの撮像範囲は四角形であるが、円錐反射鏡を使用した構成では、2次元画像センサで円形状の画像が撮影される。放物面鏡を利用して集光する場合も同様である。これにより、2次元画像センサでは利用されない受光素子が生じ使用効率が下がるので、感度が悪いという問題がある。 Although the imaging range of the two-dimensional image sensor is a quadrangle, a circular image is captured by the two-dimensional image sensor in a configuration using a conical reflector. The same applies to the case where light is collected using a parabolic mirror. As a result, a light receiving element that is not used in the two-dimensional image sensor is generated, and the use efficiency is lowered.
また、円形映像の円中心に近い部分は小さい画像となり、円形映像から四角形映像への変換処理で荒い画像に変換される。変換後の四角形の映像は、全体の映像の荒さの調和をとるため、円中心から遠い部分に相当する変換画像部分の精細度を下げて映像のバランスを取る。 Further, a portion near the circle center of the circular video becomes a small image, and is converted into a rough image by the conversion processing from the circular video to the square video. In order to balance the roughness of the entire image, the converted rectangular image balances the image by reducing the definition of the converted image portion corresponding to the portion far from the center of the circle.
このように、円錐反射鏡を使用した従来の広角撮像装置では、映像精細度が低いという問題がある。また、画像変換処理部が必要なので、高価格であるという問題がある。 As described above, the conventional wide-angle imaging device using the conical reflector has a problem that the image definition is low. Further, since an image conversion processing unit is necessary, there is a problem that the price is high.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で広角を撮影でき、撮影した画像の変換処理を不要とした広角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 such a problem, and an object of the present invention is to provide a wide-angle imaging device that can capture a wide angle with a simple configuration and does not require conversion processing of the captured image.
上述した課題を解決するため、本発明に係る広角撮像装置は、直円錐を底面に平行な面で切断して頂点を含む部分をとり去り、底面に垂直な軸を含む面でさらに切断して対称な2つの部分に分割し、該分割された一方の側面をなす曲面と同一の形状を有する第1の反射面と、ピンホールを備え、第1の反射面と同一の形状を有し、底面に垂直な軸を含む切断面および軸が一致するようにされるとともに、直円錐の底面にあたる側が第1の反射面に対向するようにして第1の反射面の下方に配置される第2の反射面と、底面に垂直な軸が一方の焦点を通り、ピンホールが設けられた位置が他方の焦点と一致するような楕円柱面を想定したときに、底面に垂直な軸を含む切断面で切断して得られる2つの曲面のうち、小なる側の曲面と同一の形状を有する第3の反射面と、撮像手段とを備え、入射した光を、第1および第2の反射面を順に反射させて第3の反射面に入射させ、第3の反射面からの反射光を、ピンホールに集光させ、撮像手段に入射させる。 In order to solve the above-described problem, the wide-angle imaging device according to the present invention cuts a right cone by a plane parallel to the bottom surface, removes a portion including the apex, and further cuts by a surface including an axis perpendicular to the bottom surface. A first reflecting surface having the same shape as the curved surface forming one of the divided side surfaces, and a pinhole, and having the same shape as the first reflecting surface; A cutting surface including an axis perpendicular to the bottom surface and the axis coincide with each other, and the second cone is disposed below the first reflecting surface so that the side corresponding to the bottom surface of the right cone faces the first reflecting surface. Cutting that includes an axis perpendicular to the bottom surface, assuming an elliptical cylinder surface where the reflecting surface and the axis perpendicular to the bottom surface pass through one focal point and the pinhole position coincides with the other focal point Of the two curved surfaces obtained by cutting on the surface, the same shape as the smaller curved surface A third reflecting surface and an imaging means, and the incident light is reflected on the first and second reflecting surfaces in order and is incident on the third reflecting surface, and reflected light from the third reflecting surface. Is condensed in a pinhole and incident on the imaging means .
本発明に係る広角撮像装置では、外部からの光は第1の反射面に入射する。第1の反射面は、直円錐を底面に平行な面で切断して頂点を含む部分をとり去り、底面に垂直な軸を含む面でさらに切断して対称な2つの部分に分割し、該分割された一方の側面をなす曲面と同一の形状を有し、水平方向に略180度の範囲の入射光を受けて、第2の反射面へと反射する。 In the wide-angle imaging device according to the present invention, light from the outside enters the first reflecting surface. The first reflecting surface is cut by cutting the right cone with a plane parallel to the bottom surface to remove the portion including the apex, and further cutting with a surface including the axis perpendicular to the bottom surface to be divided into two symmetrical portions, It has the same shape as the curved surface forming one of the divided side surfaces, receives incident light in a range of approximately 180 degrees in the horizontal direction, and reflects it to the second reflecting surface.
第2の反射面は、第1の反射面で反射した入射光を、第1の反射面と同一の形状を有する反射面によって水平方向の放射光として第3の反射面に入射させる。第3の反射面は、第2の反射面で反射した入射光を、楕円柱面を想定したときに、底面に垂直な軸を含む切断面で切断して得られる2つの曲面のうち、小なる側の曲面と同一の形状の反射面で集光して集光手段に入射させ、集光手段で合焦点させて撮像手段に入射させる。 The second reflecting surface, the incident light reflected by the first reflecting surface causes incident on the third reflective surface as a horizontal direction of the emitted light by the reflecting surface having the same shape as the first reflecting surface. The third reflecting surface is a small one of two curved surfaces obtained by cutting the incident light reflected by the second reflecting surface with a cut surface including an axis perpendicular to the bottom surface when assuming an elliptic cylinder surface. The light is condensed on the reflecting surface having the same shape as the curved surface on the side to be incident on the condensing means, focused on the condensing means, and incident on the imaging means.
本発明の広角撮像装置によれば、1対の半円錐台状の反射面と柱状凹曲面状の反射面によって、水平方向の広角入射光を一定の視野角に狭めて撮像手段に入射する。これにより、光学的に四角形状の画像を撮像することができ、画像処理による画像歪補正処理部が不要で、製品コストを抑えることができる。 According to the wide-angle imaging device of the present invention, horizontal wide-angle incident light is narrowed to a fixed viewing angle and incident on the imaging means by a pair of semi-conical reflecting surfaces and columnar concave curved reflecting surfaces. Accordingly, an optically square image can be taken, an image distortion correction processing unit by image processing is unnecessary, and the product cost can be reduced.
また、撮像手段に四角形状の視野で画像が入射されることで、撮像手段の画素の有効利用率が大きくなり、解像度の高い画像が得られる。 In addition, when an image is incident on the imaging unit with a rectangular field of view, the effective utilization rate of the pixels of the imaging unit is increased, and an image with high resolution can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の広角撮像装置の実施の形態について説明する。 Embodiments of a wide-angle imaging device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<広角撮像装置の構成>
図1〜図3は第1の実施の形態の広角撮像装置1aの構成の一例を示し、図1は斜視図、図2は平面図、図3はX−Z平面断面図である。なお、図1は広角撮像装置1aの光学系を模式的に図示している。
<Configuration of wide-angle imaging device>
1 to 3 show an example of the configuration of the wide-angle imaging device 1a according to the first embodiment. FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is an XZ plane sectional view. FIG. 1 schematically illustrates an optical system of the wide-angle imaging device 1a.
第1の実施の形態の広角撮像装置1aは、光学体2aと2次元画像センサ3を備える。まず、光学装置の実施の形態として、光学体2aの構成について説明すると、光学体2aは、上下に向かい合わせに配置される上部半円錐反射鏡4および下部半円錐反射鏡5と、下部半円錐反射鏡5の前面に配置される反射鏡6を備える。
The wide-angle imaging device 1a according to the first embodiment includes an optical body 2a and a two-
第1の半円錐反射鏡を構成する上部半円錐反射鏡4は円錐台を半分に分割した形状で、内面に凹状の半円錐反射面4aが形成される。第2の半円錐反射鏡を構成する下部半円錐反射鏡5は、上部半円錐反射鏡4と同様に円錐台を半分に分割した形状で、内面に凹状の半円錐反射面5aが形成される。
The upper half-
上部半円錐反射鏡4と下部半円錐反射鏡5は、上部半円錐反射鏡4の半円錐反射面4aを構成する円弧R1の中心を通る軸と、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aを構成する円弧R1の中心を通る軸を一致させて上下に向かい合わせに配置される。ここで、上部半円錐反射鏡4および下部半円錐反射鏡5の中心軸をZ軸とする。また、図2における円弧R1は、半円錐反射面4aの下淵部および半円錐反射面5aの上淵部における円弧である。
The upper half-
上部半円錐反射鏡4の半円錐反射面4aと、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aは、図3に示すようにZ軸に対して45度の角度で構成され、周方向にわたって上下に半円錐反射面4aと半円錐反射面5aが対向する。
The semiconical reflecting surface 4a of the upper semiconical reflecting
曲面反射鏡を構成する反射鏡6は、半円錐反射面5aと水平方向において対向する前面に備えられる。反射鏡6は、水平方向においては楕円R2の一部で構成される柱状凹曲面形状とされ、第1の焦点6aと第2の焦点6bを有する。
The reflecting
反射鏡6は、第1の焦点6aが上部半円錐反射鏡4および下部半円錐反射鏡5の中心軸と一致したZ軸上に位置し、第2の焦点6bが下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5a上に位置するように曲率等が設定されて構成される。
The reflecting
光学体2aは、上部半円錐反射鏡4の半円錐反射面4aと水平方向において対向する面に入射窓7が形成される。また、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aにおいて、反射鏡6の第2の焦点6bに相当する位置に集光手段としてのピンホール8が形成される。
In the optical body 2a, an incident window 7 is formed on a surface facing the semiconical reflecting surface 4a of the upper semiconical reflecting
撮像手段を構成する2次元画像センサ3は、例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサで、反射鏡6で反射し、下部半円錐反射鏡5のピンホール8を通過した光が入射する位置に備えられる。
The two-
ここで、ピンホール8を通りZ軸に対して直交する軸をX軸、X軸とZ軸との交点を通り、X軸およびZ軸と直交する軸をY軸とする。
Here, an axis passing through the
図4は広角撮像装置1aの制御系の一例を示す制御ブロック図である。広角撮像装置1aは、2次元画像センサ3がカメラ処理部21に接続され、2次元画像センサ3で撮像したデータから映像を取得している。
FIG. 4 is a control block diagram illustrating an example of a control system of the wide-angle imaging device 1a. In the wide-angle imaging device 1 a, the two-
ここで、本例の広角撮像装置1aは、後述するように光学体2aによって光学的に四角形の映像を得ているので、画像歪補正処理部は必要とされない。 Here, since the wide-angle imaging device 1a of this example obtains an optically square image by the optical body 2a as will be described later, an image distortion correction processing unit is not required.
<広角撮像装置の動作>
次に、第1の実施の形態の広角撮像装置1aの動作について説明する。図5は広角撮像装置1aに入射した光の水平方向における光路の一例を示し、図5(a)は斜視図、図5(b)はX−Y平面断面図である。
<Operation of wide-angle imaging device>
Next, the operation of the wide-angle imaging device 1a according to the first embodiment will be described. 5A and 5B show an example of the optical path in the horizontal direction of light incident on the wide-angle imaging device 1a. FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is an XY plane cross-sectional view.
Z軸と垂直な水平方向からの入射光αは、入射窓7から上部半円錐反射鏡4の中心であるZ軸を通り上部半円錐反射鏡4に入射する。上部半円錐反射鏡4への入射光αは、図5に(1)で示すように、半円錐反射面4aで反射してZ軸に沿った方向に向きを変えて、下部半円錐反射鏡5に入射する。
Incident light α from a horizontal direction perpendicular to the Z axis passes through the Z axis which is the center of the upper
下部半円錐反射鏡5へのZ軸に沿った方向からの入射光αは、図5に(2)で示すように、半円錐反射面5aで反射してX−Y平面に沿った方向に向きを変えて、下部半円錐反射鏡5の中心であるZ軸を通り反射鏡6に入射する。
Incident light α from the direction along the Z-axis to the lower half-
このように、上部半円錐反射鏡4の中心軸(Z軸)を通る入射光αは、半円錐反射面4a,5aで順次反射され、下部半円錐反射鏡5の中心軸(Z軸)を通る放射光となって反射鏡6に入射する。
Thus, the incident light α passing through the central axis (Z axis) of the upper
反射鏡6は、上述したように水平方向においては楕円R2の一部で構成される柱状凹曲面形状とされ、第1の焦点6aがZ軸上に位置し、第2の焦点6bが下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5a上に位置している。
As described above, the reflecting
これにより、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aで反射した入射光αは、図5に(3)で示すようにZ軸、すなわち楕円R2の第1の焦点6aを通り、反射鏡6に入射する。
Thus, the incident light α reflected by the semi-conical reflecting surface 5a of the lower half-
そして、第1の焦点6aを通り反射鏡6に入射した入射光αは、反射鏡6で反射して第2の焦点6bに集まる。
The incident light α incident on the reflecting
第2の焦点6bにはピンホール8を備えるので、反射鏡6で反射した入射光αはピンホール8を透過し、図5に(5)で示すように2次元画像センサ3に映像を結像する。
Since the second focus 6b is provided with a
ここで、入射窓7の正面からの入射光は上部半円錐反射鏡4の半円錐反射面4aで反射されるが、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aの中央部分に、カメラの焦点に相当するピンホール8が形成されているため、この部分からは光が反射されず、したがって、この部分からの光は反射鏡6に入射しない。
Here, incident light from the front surface of the entrance window 7 is reflected by the semiconical reflecting surface 4a of the upper
このため、図4に示すように、撮影映像Pの中央部に焦点部分に相当する未撮像部分Qが生じる。しかし、未撮像部分Qは十分小さいエリアのため視覚的に認識されず、問題とはならない。 For this reason, as shown in FIG. 4, an unimaged portion Q corresponding to the focal portion is generated at the center of the captured video P. However, since the unimaged portion Q is a sufficiently small area, it is not visually recognized and does not cause a problem.
図6は広角撮像装置1aに広角から入射した光の水平方向における光路の一例を示し、図6(a)は斜視図、図6(b)はX−Y平面断面図である。Z軸と垂直な水平方向の広角からの入射光βは、入射窓7からZ軸を通り上部半円錐反射鏡4に入射する。上部半円錐反射鏡4への広角からの入射光βは、半円錐反射面4aの端部付近で反射してZ軸に沿った方向に向きを変えて、下部半円錐反射鏡5に入射する。
6A and 6B show an example of the optical path in the horizontal direction of light incident on the wide-angle imaging device 1a from a wide angle. FIG. 6A is a perspective view and FIG. 6B is an XY plane cross-sectional view. Incident light β from a wide angle in the horizontal direction perpendicular to the Z axis enters the upper
下部半円錐反射鏡5へのZ軸に沿った方向からの入射光βは、半円錐反射面5aで反射してX−Y平面に沿った方向に向きを変えて、Z軸を通り反射鏡6に入射する。
Incident light β from the direction along the Z-axis to the lower
このように、上部半円錐反射鏡4の中心軸(Z軸)を通る広角からの入射光βも、半円錐反射面4a,5aで方向が反転し、下部半円錐反射鏡5の中心軸(Z軸)を通って反射鏡6に入射する。
In this way, the incident light β from a wide angle passing through the central axis (Z axis) of the upper
反射鏡6は第1の焦点6aがZ軸上に位置するので、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aで反射した入射光βは、Z軸、すなわち楕円R2の第1の焦点6aを通り、反射鏡6の端部付近に入射する。
Since the reflecting
第1の焦点6aを通り反射鏡6に入射した入射光は、反射鏡6における反射位置によらず、第2の焦点6bに集まる。これにより、反射鏡6の端部付近で反射した入射光βもピンホール8を透過し、2次元画像センサ3に映像を結像する。
Light incident to the first focal point 6a as the reflecting
図7は広角撮像装置1aに入射した光の垂直方向における光路の一例を示す側断面図である。水平方向に対して所定の角度内で傾斜した入射光γは、入射窓7から上部半円錐反射鏡4に入射し、上部半円錐反射鏡4の半円錐反射面4aおよび下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aで反射して、反射鏡6に水平方向に対して傾斜して入射する。
FIG. 7 is a side sectional view showing an example of an optical path in the vertical direction of light incident on the wide-angle imaging device 1a. Incident light γ inclined within a predetermined angle with respect to the horizontal direction enters the upper
反射鏡6の垂直方向は平面であるので、反射鏡6に水平方向に対して傾斜して入射した光は、通常の平面反射と同様に入射角度に応じた出射角度で反射し、ピンホール8を透過して2次元画像センサ3に入射する。
Since the vertical direction of the reflecting
以上のように、第1の実施の形態の広角撮像装置1aでは、光学体2aの上部半円錐反射鏡4で水平方向において広角からの入射光を受け、上部半円錐反射鏡4と下部半円錐反射鏡5とを順次反射させた光を反射鏡6に入射させ、反射鏡6からの反射光を、楕円R2の第1の焦点6aを通る水平方向の放射光とすることにより、反射鏡6からの反射光を、ピンホール8を介して2次元画像センサ3に集光させる。
As described above, in the wide-angle imaging device 1a of the first embodiment, the upper half-
これにより、2次元画像センサ3には水平方向の視野が拡大された映像が入射される。本例では、2次元画像センサ3には、水平方向に約180度、垂直方向に約60度の視野を有する四角形の映像が入射される。従って、2次元画像センサ3からは、水平方向は圧縮され、垂直方向は標準的な視野の四角形の画像を得ることができる。
As a result, an image with an expanded visual field in the horizontal direction is incident on the two-
このように、光学的に四角形の映像を得ているので、図4に示す制御ブロックにおいて、従来の広角カメラで行われている演算による画像処理での画像変換処理は必要としない。 As described above, since an optically quadrangular image is obtained, the control block shown in FIG. 4 does not require image conversion processing by image processing by calculation performed in a conventional wide-angle camera.
また、2次元画像センサ3には、光学的に四角形の撮影範囲で映像が入射されるので、2次元画像センサ3の受光素子が有効に利用され、精細で感度が高い映像を得ることができる。
Further, since the image is incident on the two-
そして、光学体2aを反射鏡で構成することが可能なため、安価かつ小型に作成することができる。具体的には、1cm角程度の大きさで実現可能である。 And since the optical body 2a can be comprised with a reflective mirror, it can be produced cheaply and compactly. Specifically, it can be realized with a size of about 1 cm square.
なお、広角撮像装置1aでは、光学体2aの反射鏡6は楕円の一部の形状としたが、映像の水平方向における圧縮率を、映像の中央付近と端部付近で用途に合わせて変更するため、楕円以外の曲面で構成しても良い。
In the wide-angle imaging device 1a, the reflecting
また、集光手段をピンホール8で構成することとしたが、レンズを利用する構成でも良い。
Further, although the light condensing means is configured by the
<広角撮像装置の変形例>
図8は第2の実施の形態の広角撮像装置1bの構成の一例を示し、図8(a)は斜視図、図8(b)はX−Y平面断面図である。なお、図8は広角撮像装置1bの光学系を模式的に図示している。
<Modification of wide-angle imaging device>
8A and 8B show an example of the configuration of the wide-angle imaging device 1b according to the second embodiment. FIG. 8A is a perspective view and FIG. 8B is an XY plane sectional view. FIG. 8 schematically shows the optical system of the wide-angle imaging device 1b.
第2の実施の形態の広角撮像装置1bは、光学装置としての光学体2bと2次元画像センサ3を備える。光学体2bは、上下に向かい合わせに配置される上部半円錐反射鏡9および下部半円錐反射鏡5と、下部半円錐反射鏡5の後面に配置される反射鏡6を備える。
The wide-angle imaging device 1b according to the second embodiment includes an
下部半円錐反射鏡5は第1の実施の形態と同様の構成で、内面に凹状の半円錐反射面5aが形成される。上部半円錐反射鏡9は、下部半円錐反射鏡5と同様に半円の円錐台形状で、外面に凸状の半円錐反射面9aが形成される。
The lower
上部半円錐反射鏡9と下部半円錐反射鏡5は、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aを構成する円弧R3の中心を通る軸(Z軸)と、上部半円錐反射鏡9の半円錐反射面9aを構成する円弧R3の中心を通る軸を一致させて上下に配置される。ここで、図8における円弧R3は、半円錐反射面5aのX−Y平面上における円弧である。
The upper half-cone reflector 9 and the lower half-
上部半円錐反射鏡9の半円錐反射面9aと、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aは、Z軸に対して45度の角度で構成され、周方向にわたって上下に半円錐反射面9aと半円錐反射面5aが対向する。
The semiconical reflecting surface 9a of the upper semiconical reflecting mirror 9 and the semiconical reflecting surface 5a of the lower
広角撮像装置1bでは、上部半円錐反射鏡9は外面に半円錐反射面9aが形成されており、第1の実施の形態の広角撮像装置1aとは光の入射方向が逆となる。このため、反射鏡6は、半円錐反射面5aと水平方向において対向する後面に備えられる。
In the wide-angle imaging device 1b, the upper half-cone reflecting mirror 9 has a semi-conical reflecting surface 9a formed on the outer surface, and the incident direction of light is opposite to that of the wide-angle imaging device 1a of the first embodiment. For this reason, the reflecting
なお、反射鏡6の構成は、第1の実施の形態の広角撮像装置1aと同様で、反射鏡6は水平方向においては楕円R2の一部で構成される柱状凹曲面形状とされ、第1の焦点6aと第2の焦点6bを有する。
The configuration of the
そして、反射鏡6は、第1の焦点6aが下部半円錐反射鏡5の中心軸上に位置し、第2の焦点6bが下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5a上に位置し、半円錐反射面5aにおいて第2の焦点6bに相当する位置にピンホール8が形成される。また、反射鏡6で反射し、ピンホール8を通過した光が入射する位置に2次元画像センサ3が備えられる。
In the reflecting
次に、第2の実施の形態の広角撮像装置1bの動作について説明する。広角からの入射光βを例に説明すると、上部半円錐反射鏡9の中心に向かう入射光βは、半円錐反射面9aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5に入射する。
Next, the operation of the wide-angle imaging device 1b according to the second embodiment will be described. The incident light β from a wide angle will be described as an example. Incident light β directed toward the center of the upper semiconical reflecting mirror 9 is reflected by the semiconical reflecting surface 9a and changed in direction to be incident on the lower
下部半円錐反射鏡5への入射光βは、半円錐反射面5aで反射して向きを変えて反射鏡6に入射する。このように、上部半円錐反射鏡9の中心に向かう入射光βは、半円錐反射面9a,5aで順次反射され、下部半円錐反射鏡5の中心を通って反射鏡6に入射する。
The incident light β incident on the lower
以下の動作は第1の実施の形態の広角撮像装置1aと同様で、下部半円錐反射鏡5の半円錐反射面5aで反射した入射光βは、下部半円錐反射鏡5の中心、すなわち楕円R2の第1の焦点6aを通り、反射鏡6に入射する。
The following operation is the same as that of the wide-angle imaging device 1a of the first embodiment, and the incident light β reflected by the semiconical reflecting surface 5a of the lower
第1の焦点6aを通り反射鏡6に入射した入射光βは、反射鏡6で反射して第2の焦点6bに集まる。第2の焦点6bにはピンホール8を備えるので、反射鏡6で反射した入射光βはピンホール8を通過し、2次元画像センサ3に映像を結像する。
Incident light β incident on the reflecting
第2の実施の形態の広角撮像装置1bも、上部半円錐反射鏡9の半円錐反射面9aが半円形状であるので、広角からの入射光を受けることができ、上部半円錐反射鏡9と下部半円錐反射鏡5とを順次反射させた光を反射鏡6に入射させ、反射鏡6からの反射光を、楕円R2の第1の焦点6aを通る水平方向の放射光とすることにより、反射鏡6からの反射光を、ピンホール8を介して2次元画像センサ3に入射させる。
Also in the wide-angle imaging device 1b of the second embodiment, since the semiconical reflecting surface 9a of the upper semiconical reflecting mirror 9 is semicircular, it can receive incident light from a wide angle, and the upper semiconical reflecting mirror 9 by the light is successively reflected a lower half-
これにより、広角撮像装置1bでも、光学的に四角形の映像を得ることができる。 Thereby, the wide-angle imaging device 1b can also obtain an optically square image.
図9は第3の実施の形態の広角撮像装置1cの構成の一例を示し、図9(a)は斜視図、図9(b)はX−Z平面断面図である。第3の実施の形態の広角撮像装置1cは、第1の実施の形態の広角撮像装置1aと同様の構成の光学体2aを備えると共に、ピンホール8を通過した入射光を反射する反射鏡10を備えて、2次元画像センサ3の配置を変更したものである。
FIG. 9 shows an example of the configuration of the wide-angle imaging device 1c according to the third embodiment. FIG. 9A is a perspective view and FIG. 9B is an XZ plane sectional view. A wide-angle imaging device 1c according to the third embodiment includes an optical body 2a having a configuration similar to that of the wide-angle imaging device 1a according to the first embodiment, and reflects the incident light that has passed through the
すなわち、下部半円錐反射鏡5の後面に、ピンホール8と対向して反射鏡10を備える。反射鏡10は平面鏡で、光路を例えば90度変更する。そして、反射鏡10と対向する下方に2次元画像センサ3が配置される。
That is, the reflecting mirror 10 is provided on the rear surface of the lower
次に、第3の実施の形態の広角撮像装置1cの動作について説明する。水平方向に対して所定の角度内で傾斜した入射光γ,γ′を例に説明すると、入射光γは上部半円錐反射鏡4の中心を通り、半円錐反射面4aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5に入射する。
Next, the operation of the wide-angle imaging device 1c according to the third embodiment will be described. The incident light γ and γ ′ tilted within a predetermined angle with respect to the horizontal direction will be described as an example. The incident light γ passes through the center of the upper
下部半円錐反射鏡5への入射光γは、半円錐反射面5aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5の中心を通って反射鏡6に入射する。下部半円錐反射鏡5の中心、すなわち第1の焦点6aを通り、反射鏡6に入射した入射光γは、反射鏡6で反射して第2の焦点6bに集まる。第2の焦点6bにはピンホール8を備えるので、反射鏡6で反射した入射光γはピンホール8を通過する。そして、ピンホール8を通過した入射光γは、反射鏡10で反射して、2次元画像センサ3に映像を結像する。なお、入射光γ′も各反射鏡での反射で同様に2次元画像センサ3に入射する。
Incident light γ to the lower
第3の実施の形態の広角撮像装置1cでは、2次元画像センサ3を光学体2aの下側に配置できることから、広角撮像装置1cの奥行きを小さくすることができる。
In the wide-angle imaging device 1c according to the third embodiment, since the two-
図10は第4の実施の形態の広角撮像装置1dの構成の一例を示し、図10(a)は斜視図、図10(b)はX−Z平面断面図である。第4の実施の形態の広角撮像装置1dは、第2の実施の形態の広角撮像装置1bと同様の構成の光学体2bを備えると共に、ピンホール8を通過した入射光を反射する反射鏡10を備えて、2次元画像センサ3の配置を変更したものである。
10A and 10B show an example of the configuration of a wide-angle imaging device 1d according to the fourth embodiment. FIG. 10A is a perspective view, and FIG. 10B is an XZ plane sectional view. A wide-angle imaging device 1d according to the fourth embodiment includes an
すなわち、下部半円錐反射鏡5の前面に、ピンホール8と対向して反射鏡10を備える。反射鏡10は平面鏡で、光路を例えば90度変更する。そして、反射鏡10と対向する下方に2次元画像センサ3が配置される。
That is, the reflecting mirror 10 is provided on the front surface of the lower
次に、第4の実施の形態の広角撮像装置1dの動作について説明する。水平方向に対して所定の角度内で傾斜した入射光γ,γ′を例に説明すると、上部半円錐反射鏡9の中心に向かう入射光γは、半円錐反射面9aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5に入射する。
Next, the operation of the wide-angle imaging device 1d according to the fourth embodiment will be described. The incident light γ and γ ′ tilted within a predetermined angle with respect to the horizontal direction will be described as an example. The incident light γ directed toward the center of the upper semiconical reflecting mirror 9 is reflected by the semiconical reflecting surface 9a and directed. Instead, it enters the lower
下部半円錐反射鏡5への入射光γは、半円錐反射面5aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5の中心を通って反射鏡6に入射する。以下の動作は第3の実施の形態の広角撮像装置1cと同様で、下部半円錐反射鏡5の中心、すなわち第1の焦点6aを通り、反射鏡6に入射した入射光γは、反射鏡6で反射して第2の焦点6bに集まり、ピンホール8を通過する。そして、ピンホール8を通過した入射光γは、反射鏡10で反射して、2次元画像センサ3に映像を結像する。なお、入射光γ′も各反射鏡での反射で同様に2次元画像センサ3に入射する。
Incident light γ to the lower
第4の実施の形態の広角撮像装置1dでも、2次元画像センサ3を光学体2bの下側に配置できることから、広角撮像装置1dの奥行きを小さくすることができる。
Also in the wide-angle imaging device 1d of the fourth embodiment, since the two-
図11は第5の実施の形態の広角撮像装置1eの構成の一例を示し、図11(a)は斜視図、図11(b)は平面図である。第5の実施の形態の広角撮像装置1eは、入射窓7の前面に、水平方向において凸状の柱状曲面で構成される円筒凹レンズ11をさらに備えるほかは第1の実施の形態の広角撮像装置1aと同様の構成の光学体2cを備える。 11A and 11B show an example of the configuration of a wide-angle imaging device 1e according to the fifth embodiment. FIG. 11A is a perspective view and FIG. 11B is a plan view. The wide-angle imaging device 1e according to the fifth embodiment is the wide-angle imaging device according to the first embodiment, except that the front surface of the entrance window 7 further includes a cylindrical concave lens 11 configured by a columnar curved surface that is convex in the horizontal direction. An optical body 2c having the same configuration as 1a is provided .
次に、第5の実施の形態の広角撮像装置1eの動作について説明する。水平方向に180°以上の広角からの入射光β′を例に説明すると、入射光β′は、円筒凹レンズ11で屈折して上部半円錐反射鏡4の中心を通り、半円錐反射面4aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5に入射する。
Next, the operation of the wide-angle imaging device 1e according to the fifth embodiment will be described. The incident light β ′ from a wide angle of 180 ° or more in the horizontal direction will be described as an example. The incident light β ′ is refracted by the cylindrical concave lens 11 and passes through the center of the upper
以下の動作は第1の実施の形態の広角撮像装置1aと同様であり、下部半円錐反射鏡5への入射光β′は、図6に示すように、半円錐反射面5aで反射して向きを変えて、下部半円錐反射鏡5の中心を通り反射鏡6に入射する。
The following operation is the same as that of the wide-angle imaging device 1a of the first embodiment, and the incident light β ′ to the lower
下部半円錐反射鏡5の中心、すなわち第1の焦点6aを通り、反射鏡6に入射した入射光β′は、反射鏡6で反射して第2の焦点6bに集まり、ピンホール8を通過して2次元画像センサ3に映像を結像する。
The incident light β ′ passing through the center of the lower
第5の実施の形態の広角撮像装置1eでは、入射窓7の前面に円筒凹レンズ11を備えることで、180度以上の広角撮像が可能となる。 In the wide-angle imaging device 1e according to the fifth embodiment, the cylindrical concave lens 11 is provided on the front surface of the entrance window 7, so that wide-angle imaging of 180 degrees or more is possible.
<広角撮像装置の具体例>
図12は広角撮像装置の具体例を示す斜視図である。なお、図12では、第1の実施の形態の広角撮像装置1aの具体例を示す。図12(a)の構成では、光学体2aを透明なガラスまたはプラスチック等のブロックで形成し、半円錐反射面4a,5aおよび反射鏡6を鏡面処理で形成すると共に、入射窓7およびピンホール8を除く面に遮蔽処理を行って遮蔽部12を形成したものである。
<Specific example of wide-angle imaging device>
FIG. 12 is a perspective view showing a specific example of a wide-angle imaging device. In addition, in FIG. 12, the specific example of the wide angle imaging device 1a of 1st Embodiment is shown. In the configuration of FIG. 12A, the optical body 2a is formed of a block made of transparent glass or plastic, and the semiconical reflecting surfaces 4a and 5a and the reflecting
図12(b)の構成では、光学体2aを光路部が空間13aで構成されるプラスチック成形ブロック13で形成し、半円錐反射面4a,5aおよび反射鏡6を鏡面処理で形成したものである。
In the configuration of FIG. 12B, the optical body 2a is formed by a plastic molding block 13 whose optical path portion is a space 13a, and the semiconical reflecting surfaces 4a and 5a and the reflecting
図13および図14は広角撮像装置の適用例を示す説明図である。図13に示す例では、自動車50の車体前面のバンパー等に広角撮像装置1を取り付けたものである。
13 and 14 are explanatory diagrams illustrating application examples of the wide-angle imaging device. In the example shown in FIG. 13, the wide-
広角撮像装置1は水平方向に略180°の画角を有することから、狭い交差点等で、自動車50を交差点に進入させることなく、左右の確認が行えるいわゆるブラインドコーナカメラに適用可能である。
Since the wide-
図14に示す例では、自動車50の車体前面に加えて、運転席と反対側の車体側面のバックミラー等に広角撮像装置1を取り付けたものである。すなわち、「直前側方運転視界基準」が法制化され、自動車50の直前および運転席と反対側の側面の所定の範囲を直接的もしくは間接的に視認できるようにすることが義務化される。
In the example shown in FIG. 14, the wide-
広角撮像装置1は水平方向に略180°の画角を有することから、2個の広角撮像装置1を備えれば、自動車50の直前と側方のほぼ全体を間接的に視認可能となる。
Since the wide-
本発明の広角撮像装置は、水平方向に略180°の画角を有することから、車両の安全確認用のカメラ、およびドアホン等に適用される。 Since the wide-angle imaging device of the present invention has an angle of view of approximately 180 ° in the horizontal direction, the wide-angle imaging device is applied to a vehicle safety confirmation camera, door phone, and the like.
1a〜1d・・・広角撮像装置、2a〜2c・・・光学体、3・・・2次元画像センサ、4・・・上部半円錐反射鏡、4a・・・半円錐反射面、5・・・下部半円錐反射鏡、5a・・・半円錐反射面、6・・・反射鏡、7・・・入射窓、8・・・ピンホール、9・・・上部半円錐反射鏡、9a・・・半円錐反射面、10・・・反射鏡、11・・・円筒凹レンズ、12・・・遮蔽部、13・・・プラスチック成形ブロック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1d ... Wide-angle imaging device, 2a-2c ... Optical body , 3 ... Two-dimensional image sensor, 4 ... Upper half-cone reflective mirror, 4a ... Half-cone reflective surface, ...・ Lower semiconical reflector, 5a ・ ・ ・ Semiconical reflecting surface, 6 ・ ・ ・Reflecting mirror , 7 ・ ・ ・ Incoming window, 8 ・ ・ ・ Pinhole, 9 ・ ・ ・ Upper semiconical reflecting mirror, 9a ・ ・・ Semi-conical reflecting surface, 10 ... Reflecting mirror, 11 ... Cylindrical concave lens, 12 ... Shielding part, 13 ... Plastic molding block
Claims (3)
ピンホールを備え、第1の反射面と同一の形状を有し、底面に垂直な軸を含む切断面および軸が一致するようにされるとともに、直円錐の底面にあたる側が前記第1の反射面に対向するようにして前記第1の反射面の下方に配置される第2の反射面と、
前記底面に垂直な軸が一方の焦点を通り、前記ピンホールが設けられた位置が他方の焦点と一致するような楕円柱面を想定したときに、前記底面に垂直な軸を含む切断面で切断して得られる2つの曲面のうち、小なる側の曲面と同一の形状を有する第3の反射面と、
撮像手段と
を備え、
入射した光を、前記第1および第2の反射面を順に反射させて前記第3の反射面に入射させ、前記第3の反射面からの反射光を、前記ピンホールに集光させ、前記撮像手段に入射させる広角撮像装置。 The right cone is cut by a plane parallel to the bottom surface to remove the portion including the apex, and further cut by the plane including the axis perpendicular to the bottom surface to divide into two symmetrical portions, and the one side surface divided A first reflecting surface having the same shape as the curved surface formed;
A cut surface including a pinhole, having the same shape as the first reflective surface, including an axis perpendicular to the bottom surface and the axis are matched, and the side corresponding to the bottom surface of the right cone is the first reflective surface A second reflective surface disposed below the first reflective surface so as to face
When an elliptic cylinder surface is assumed in which the axis perpendicular to the bottom surface passes through one focal point and the position where the pinhole is provided coincides with the other focal point, the cutting plane includes the axis perpendicular to the bottom surface. Of the two curved surfaces obtained by cutting, a third reflecting surface having the same shape as the curved surface on the smaller side;
An imaging means,
The incident light is reflected on the first and second reflecting surfaces in order to be incident on the third reflecting surface, and the reflected light from the third reflecting surface is condensed on the pinhole, A wide-angle imaging device that enters the imaging means.
レンズを備え、第1の反射面と同一の形状を有し、底面に垂直な軸を含む切断面および軸が一致するようにされるとともに、直円錐の底面にあたる側が前記第1の反射面に対向するようにして前記第1の反射面の下方に配置される第2の反射面と、
前記底面に垂直な軸が一方の焦点を通り、前記レンズが設けられた位置が他方の焦点と一致するような楕円柱面を想定したときに、前記底面に垂直な軸を含む切断面で切断して得られる2つの曲面のうち、小なる側の曲面と同一の形状を有する第3の反射面と、
撮像手段と
を備え、
入射した光を、前記第1および第2の反射面を順に反射させて前記第3の反射面に入射させ、前記第3の反射面からの反射光を、前記レンズに集光させ、前記撮像手段に入射させる広角撮像装置。 The right cone is cut by a plane parallel to the bottom surface to remove the portion including the apex, and further cut by the plane including the axis perpendicular to the bottom surface to divide into two symmetrical portions, and the one side surface divided A first reflecting surface having the same shape as the curved surface formed;
The lens has the same shape as the first reflecting surface, the cutting surface including the axis perpendicular to the bottom surface and the axis are matched, and the side corresponding to the bottom surface of the right cone is the first reflecting surface. A second reflecting surface disposed below the first reflecting surface so as to face each other;
When an elliptic cylinder surface is assumed in which the axis perpendicular to the bottom surface passes through one focal point and the position where the lens is provided coincides with the other focal point, cutting is performed at a cutting plane including the axis perpendicular to the bottom surface. A third reflecting surface having the same shape as the curved surface on the smaller side of the two curved surfaces obtained as described above,
An imaging means,
The incident light is reflected on the first and second reflecting surfaces in order and incident on the third reflecting surface, and the reflected light from the third reflecting surface is condensed on the lens, and the imaging is performed. A wide-angle imaging device that is incident on the means.
前記柱状の凹レンズを介して前記第1の反射面に光が入射する
請求項1または2に記載の広角撮像装置。 A columnar concave lens is further provided on the light incident side with respect to the first reflecting surface,
The wide-angle imaging device according to claim 1, wherein light is incident on the first reflecting surface through the columnar concave lens.
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