JP5548145B2 - All-around observation optical system and all-around observation system including the same - Google Patents

All-around observation optical system and all-around observation system including the same Download PDF

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Description

本発明は、例えば、管状の内壁面等、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察する全周囲観察光学系及びそれを備えた全周囲観察システムに関する。   The present invention relates to an all-around observation optical system for observing an observation object positioned on a side, such as a tubular inner wall surface, over the entire periphery, and an all-around observation system including the same.

機械・設備等に設けられた管状部材や体内の器官等を観察する装置として、工業用及び医療用の内視鏡や観察装置などが広く用いられている。しかるに、このような管状体の観察においては、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察できることが求められる。
従来、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察することができる構成としては、例えば、次の先行文献1,2に記載の内視鏡や、特許文献3に記載の管状体の内面撮影装置に用いられたものがある。
2. Description of the Related Art Industrial and medical endoscopes and observation devices are widely used as devices for observing tubular members provided in machines, facilities, etc., internal organs, and the like. However, in the observation of such a tubular body, it is required that the observation object located on the side can be observed over the entire circumference.
Conventionally, as a configuration capable of observing the observation object positioned on the side over the entire circumference, for example, the endoscope described in the following prior documents 1 and 2 and the inner surface imaging of the tubular body described in Patent Document 3 can be used. There is what was used for the device.

図8は特許文献1に記載の内視鏡における、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察するための要部の構成例を示す説明図である。
特許文献1に記載の内視鏡は、図8に示すように、先端部にモータ51と、ミラー52と、撮像部53と、円筒状の観察窓54を有している。ミラー52は、モータ51の回転軸51aに取り付けられていて、観察窓54を通過した側方からの光を反射して撮像部53の方向に導くようになっている。そして、図8に示す構成を備えた特許文献1に記載の内視鏡は、モータ51を介してミラー52を回転させ、観察窓54を通過しミラー52で反射された光を、撮像部53に設けられている図示しない撮像素子で撮像することによって、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって時分割で観察することができるようになっている。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of a main part for observing the observation object located on the side over the entire circumference in the endoscope described in Patent Document 1.
As shown in FIG. 8, the endoscope described in Patent Document 1 has a motor 51, a mirror 52, an imaging unit 53, and a cylindrical observation window 54 at the tip. The mirror 52 is attached to the rotating shaft 51 a of the motor 51, and reflects light from the side that has passed through the observation window 54 and guides it in the direction of the imaging unit 53. And the endoscope of patent document 1 provided with the structure shown in FIG. 8 rotates the mirror 52 via the motor 51, passes the observation window 54, and reflects the light reflected by the mirror 52 by the imaging part 53. FIG. By taking an image with an imaging element (not shown) provided on the side, the observation object located on the side can be observed in a time-division manner over the entire periphery.

図9は特許文献2に記載の内視鏡における、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察するための要部の構成例を示す説明図である。
特許文献2に記載の内視鏡は、図9に示すように、円錐形等の回転対称形状に形成された凸面鏡61と、凸面鏡61と対向する位置に配置された撮像部62と、円筒状の観察窓63を有している。そして、特許文献2に記載の内視鏡は、観察窓63を通過し、回転対称形状の凸面鏡61によって反射された光を撮像部63に設けられている図示しない撮像素子で撮像することによって、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって同時に観察することができるようになっている。また、特許文献2に記載の内視鏡は、回転対称形状の凸面鏡61の頂点部に孔部61aを有し、孔部61aを介して前方に位置する観察対象も観察することができるようになっている。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration example of a main part for observing the observation object located on the side over the entire circumference in the endoscope described in Patent Document 2. FIG.
As shown in FIG. 9, the endoscope described in Patent Document 2 includes a convex mirror 61 formed in a rotationally symmetric shape such as a cone, an imaging unit 62 disposed at a position facing the convex mirror 61, and a cylindrical shape. The observation window 63 is provided. The endoscope described in Patent Document 2 images the light that passes through the observation window 63 and is reflected by the rotationally symmetrical convex mirror 61 with an imaging element (not shown) provided in the imaging unit 63. The observation object located on the side can be observed simultaneously over the entire circumference. In addition, the endoscope described in Patent Document 2 has a hole 61a at the apex of the rotationally symmetrical convex mirror 61 so that an observation object positioned forward can be observed through the hole 61a. It has become.

図10は特許文献3に記載の管状体の内面撮影装置における、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察するための要部の構成例を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図、(b)は(a)に示される反射鏡部材を軸方向から示す図である。
特許文献3に記載の内面撮影装置は、図10に示すように、各々が管状体内周面の管状領域と対向する位置に、管状体の中心軸を囲むように配置された、3以上のN個の平坦な反射面71aを有する反射鏡部材71と、夫々の反射面71aに対向する位置に、管状体の円周方向に沿う向きに並べられた、N個のレンズ72及び一次元イメージセンサ73を有している。そして、特許文献3に記載の内視鏡は、側方の観察対象の円周方向の全領域からの光をN個の反射面71aでN個の領域に分割し、N個のレンズ72で集光しN個の一次元イメージセンサ73で撮像することによって、側方に位置する観察対象の一次元の像を全周囲にわたって同時に得ることができるようになっている。また、特許文献3に記載の内面撮影装置は、検査対象の円周方向の領域の分割数に応じて、レンズ72を含む一次元イメージセンサ73の有効視野が定められている。
FIG. 10 is an explanatory view showing a configuration example of a main part for observing the observation object located on the side over the entire periphery in the tubular body inner surface photographing device described in Patent Document 3, and (a) is along the axis. Sectional drawing, (b) is a diagram showing the reflecting mirror member shown in (a) from the axial direction.
As shown in FIG. 10, the inner surface imaging device described in Patent Document 3 includes three or more N pieces arranged so as to surround the central axis of the tubular body at positions facing the tubular region on the circumferential surface of the tubular body. Reflective mirror member 71 having a flat reflecting surface 71a, and N lenses 72 and a one-dimensional image sensor arranged in a direction along the circumferential direction of the tubular body at positions facing each reflecting surface 71a. 73. The endoscope described in Patent Document 3 divides the light from the entire circumferential region of the side observation target into N regions by N reflecting surfaces 71 a, and N lenses 72. By condensing and picking up images with N one-dimensional image sensors 73, a one-dimensional image of the observation object located on the side can be obtained simultaneously over the entire circumference. Further, in the inner surface imaging device described in Patent Document 3, the effective field of view of the one-dimensional image sensor 73 including the lens 72 is determined according to the number of divisions in the circumferential direction of the inspection target.

特開平05−40231号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-40231 特開2002−233494号公報JP 2002-233494 A 特開平08−261947号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-261947

しかし、特許文献1に記載の内視鏡のように、ミラー52を回転させることによって側方に位置する観察対象を全周囲にわたって時分割で撮像する構成では、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって同時に観察することができず、全周囲にわたる画像が得られるまでに、ミラー52の回転、撮像といった動作の繰り替えしが必要となり時間がかかってしまう。また、ミラー52を回転させるためのモータ51等の駆動部材を必要とする分、先端部が大型化し、コスト高となってしまう。   However, as in the endoscope described in Patent Document 1, in the configuration in which the observation object positioned on the side is imaged in a time-division manner over the entire periphery by rotating the mirror 52, all the observation objects positioned on the side are captured. It is impossible to observe the entire periphery at the same time, and it is necessary to repeat operations such as the rotation of the mirror 52 and the imaging until an image over the entire periphery is obtained. In addition, the tip portion is enlarged and the cost is increased because a driving member such as a motor 51 for rotating the mirror 52 is required.

これに対し、特許文献2に記載の内視鏡のように、回転対称形状の凸面鏡61を備えて構成すれば、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって同時に観察することができ、特許文献1に記載の内視鏡におけるモータ51のような駆動部材が不要となる。
しかし、特許文献2に記載の内視鏡のような回転対称形状の凸面鏡61を備えた構成では、観察視野の周辺部にいくにしたがって像が縮小し歪みが大きくなってしまう。しかも、特許文献2に記載の内視鏡のように1つの撮像部62で側方に位置する観察対象の全周囲にわたる像を同時に撮像する構成では、特許文献1に記載の内視鏡に比べて、同じ面積の観察対象を撮像するために用いることのできる撮像素子の面積が減る分、撮像素子の解像度が悪くなってしまう。
On the other hand, if it comprises the rotationally symmetrical convex mirror 61 like the endoscope of patent document 2, the observation object located in a side can be observed simultaneously over the perimeter, and patent document The driving member such as the motor 51 in the endoscope according to 1 is not necessary.
However, in the configuration including the rotationally symmetric convex mirror 61 such as the endoscope described in Patent Document 2, the image is reduced and distortion is increased toward the periphery of the observation field. In addition, as in the endoscope described in Patent Document 2, in the configuration in which an image covering the entire periphery of the observation target located on the side is simultaneously captured by one imaging unit 62, compared to the endoscope described in Patent Document 1. As a result, the resolution of the image sensor deteriorates as the area of the image sensor that can be used to image the observation object having the same area decreases.

また、特許文献3に記載の内面撮影装置のように、観察対象の円周方向の全領域からの光をN個の反射面71aでN個の領域に分割し、N個のレンズ72で集光しN個の一次元撮像素子73で撮像するようにすれば、側方に位置する観察対象の一次元の像を全周囲にわたって同時に得ることができる。また、夫々の反射面71aが平坦であるので、特許文献2に記載の内視鏡における回転対称形状の凸面鏡61を備えた構成のような、観察視野の周辺部における像の歪みが生じない。
しかし、特許文献3に記載の内面撮影装置では、観察対象を全周にわたって同時に得られるのは一次元の像であり、二次元の像として観察するためには、内面撮影装置を管の長手方向に所定量移動し一次元の像を撮像し、撮像した一次元の画像を接合するといった処理を繰り返さなければならず、時間がかかってしまう。
また、特許文献3に記載の内面撮影装置では、上述のように、検査対象の円周方向の領域の分割数に応じて、レンズ72を含む一次元イメージセンサ73の有効視野が定められている。即ち、特許文献3に記載の内面撮影装置では、視野の起点が管状体の中心軸に一致するように、管状体の中心軸から反射面71aまでの距離と等距離、反射面71aから離れた位置に瞳を設けた構成となっている。しかし、それでは、反射面71aに光が入射する面積が大きくなってしまう。また、二次元の画像を同時に取得するためには、反射面71aを軸の長手方向に大きくするとともに、それに対応した撮像素子を用いる必要があるが、反射面71aから離れた位置に瞳を設けた構成では、反射面71aが非常に大きくなってしまい、先端部の径が大型化してしまう。
Further, as in the inner surface photographing apparatus described in Patent Document 3, light from the entire circumferential direction of the observation target is divided into N areas by N reflecting surfaces 71 a and collected by N lenses 72. If light is emitted and N one-dimensional imaging elements 73 are used for imaging, a one-dimensional image of the observation object located on the side can be obtained simultaneously over the entire circumference. Moreover, since each reflecting surface 71a is flat, the image distortion in the peripheral part of an observation visual field like the structure provided with the rotationally symmetrical convex mirror 61 in the endoscope described in Patent Document 2 does not occur.
However, in the inner surface photographing device described in Patent Document 3, it is a one-dimensional image that can be obtained simultaneously over the entire circumference, and in order to observe as a two-dimensional image, the inner surface photographing device is arranged in the longitudinal direction of the tube. It takes a long time to repeat the process of moving a predetermined amount, taking a one-dimensional image, and joining the taken one-dimensional image.
Moreover, in the inner surface imaging device described in Patent Document 3, as described above, the effective field of view of the one-dimensional image sensor 73 including the lens 72 is determined according to the number of divisions of the circumferential region to be inspected. . That is, in the inner surface imaging device described in Patent Document 3, the distance from the reflecting surface 71a is equal to the distance from the central axis of the tubular body to the reflecting surface 71a so that the starting point of the visual field coincides with the central axis of the tubular body. A pupil is provided at the position. However, in that case, an area where light enters the reflecting surface 71a becomes large. In order to acquire a two-dimensional image at the same time, it is necessary to enlarge the reflecting surface 71a in the longitudinal direction of the axis and use an image pickup device corresponding to it, but a pupil is provided at a position away from the reflecting surface 71a. In this configuration, the reflecting surface 71a becomes very large, and the diameter of the tip portion becomes large.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、先端部の径を大型化させずに、側方の全周囲にわたる観察対象の画像を、同時に、歪ませることなく、高解像に取得可能な全周囲観察光学系及びそれを備えた全周囲観察システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, without increasing the diameter of the tip, without simultaneously distorting the image of the observation object over the entire side, An object of the present invention is to provide an all-around observation optical system that can be obtained with high resolution and an all-around observation system including the same.

上記目的を達成するため、本発明による全周囲観察光学系は、所定の軸に対して対称な所定の角錐面をなし、且つ、夫々が前記所定の軸に対して夫々対称な側方観察用の第1の瞳位置の近傍に配置されていて、側方の全周にわたる観察対象からの光を側方の3つ以上の領域ごとの観察対象からの光に分割して後方に反射する3面以上の反射面と、前記所定の軸上に配置されていて、前記所定の軸に対して夫々対称な側方観察用の第2の瞳位置に、前記夫々の側方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーするリレー光学系と、前記夫々の側方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置に夫々配置された3つ以上の側方観察用の開口絞りと、前記夫々の側方観察用の開口絞りに対応して夫々配置された3組以上の側方観察用の結像光学系と、前記夫々の側方観察用の結像光学系に対応して夫々配置された3つ以上の側方観察用の撮像素子、を有することを特徴としている。   In order to achieve the above object, an omnidirectional observation optical system according to the present invention forms a predetermined pyramid surface symmetric with respect to a predetermined axis, and is used for lateral observation with each symmetric with respect to the predetermined axis. 3 is arranged in the vicinity of the first pupil position, and the light from the observation target over the entire circumference of the side is divided into light from the observation target for each of three or more side regions and reflected backward 3 Reflecting surfaces that are equal to or larger than the surface and the second pupil position for side observation that is arranged on the predetermined axis and that is symmetrical with respect to the predetermined axis, respectively. A relay optical system for enlarging and relaying the pupil at the first pupil position, and three or more side-view aperture stops arranged at the respective pupil positions conjugate to the first pupil position for each lateral observation And three or more sets of imaging optical systems for side observation respectively arranged corresponding to the respective aperture diaphragms for side observation, Is characterized by having an imaging device for to each arranged three or more side-looking corresponding to the respective imaging optical system for lateral observation.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記3つ以上の側方観察用の開口絞りが、前記夫々の側方観察用の第2の瞳位置に夫々配置されているのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that the three or more side observation aperture stops are respectively disposed at the respective second pupil positions for side observation.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記夫々の反射面が、前記所定の軸に対して45°±15°の範囲内の所定角度で傾斜しているのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that each of the reflecting surfaces is inclined at a predetermined angle within a range of 45 ° ± 15 ° with respect to the predetermined axis.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記夫々の反射面が、頭頂部に平坦面を有する角錐における角錐面に設けられ、前記夫々の反射面に囲まれた前記頭頂部の平坦面に開口が設けられ、前記開口は、前記所定の軸上に位置する前方観察用の第1の瞳位置の近傍に位置し、前記リレー光学系は、さらに、前記所定の軸上に位置する前方観察用の第2の瞳位置に、前記前方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーするように構成され、さらに、前記前方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置に配置された前方観察用の開口絞りと、前記前方観察用の開口絞りに対応して配置された前方観察用の結像光学系と、前記前方観察用の結像光学系に対応して配置された前方観察用の撮像素子、を有するのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, each of the reflecting surfaces is provided on a pyramid surface of a pyramid having a flat surface on the top of the head, and the flat surface of the top of the head surrounded by each of the reflecting surfaces. An opening is provided in the vicinity of the first pupil position for forward observation located on the predetermined axis, and the relay optical system further includes a front located on the predetermined axis. The pupil position at the first pupil position for front observation is enlarged and relayed to the second pupil position for observation, and the pupil position is conjugate with the first pupil position for front observation. An aperture stop for forward observation, an imaging optical system for forward observation arranged corresponding to the aperture stop for forward observation, and an imaging optical system for forward observation It is preferable to have an imaging device for forward observation.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記前方観察用の開口絞りが、前記前方観察用の第2の瞳位置に配置されているのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that the aperture diaphragm for front observation is arranged at the second pupil position for front observation.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記夫々の反射面が、角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けてなるのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that each of the reflecting surfaces is provided with a reflecting film on each of the pyramidal surfaces of the pyramid member.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記夫々の反射面が、頭頂部に平坦面を有する透明な角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けてなり、前記開口が、前記透明な角錐部材の前記頭頂部の平坦面で構成されているのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, each of the reflecting surfaces is provided with a reflecting film on each of the pyramidal surfaces of a transparent pyramidal member having a flat surface at the top of the head, and the opening is formed of the transparent It is preferable that it is comprised by the flat surface of the said top part of a perfect pyramid member.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、前記夫々の反射面が、夫々板状のミラー面で構成されているのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that each of the reflecting surfaces is constituted by a plate-like mirror surface.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、さらに、前記所定の軸と同軸に配置されていて、前記側方の全周にわたる観察対象からの光を前記夫々の反射面に入射させる円筒状の透明窓を有するのが好ましい。   Further, in the all-around observation optical system of the present invention, it is further arranged in a cylindrical shape that is arranged coaxially with the predetermined axis so that light from the observation object over the entire circumference of the side is incident on the respective reflecting surfaces. It is preferable to have a transparent window.

また、本発明による全周囲観察システムは、上記本発明のいずれかの全周囲観察光学系と、前記夫々の側方観察用の撮像素子が撮像した隣り合う領域の観察対象の画像同士を接合して、前記側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を作成するパノラマ画像合成処理部と、前記パノラマ画像合成処理部で作成された前記側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を表示するパノラマ画像表示部を有することを特徴としている。   In addition, the omnidirectional observation system according to the present invention joins the omnidirectional observation optical system according to any one of the present invention and observation target images in adjacent regions captured by the respective side observation imaging elements. A panorama image synthesis processing unit that creates a panoramic image of the observation target over the entire circumference of the side, and a panorama that displays the panoramic image of the observation target that covers the entire circumference of the side created by the panoramic image synthesis processing unit. It has an image display part.

本発明によれば、先端部の径を大型化させずに、側方の全周囲にわたる観察対象の画像を、同時に、歪ませることなく、高解像に取得可能な全周囲観察光学系及びそれを備えた全周囲観察システムが得られる。   According to the present invention, there is provided an all-around observation optical system capable of acquiring an image of an observation object that covers the entire circumference of the side without distorting the tip portion at the same time without distorting the image. Is obtained.

本発明の第一実施形態にかかる全周囲観察光学系の基本構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic composition of the omnidirectional observation optical system concerning 1st embodiment of this invention. 第一実施形態の全周囲観察光学系をより具体化した一構成例を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図、(b)は側方観察用の第1の瞳と反射面の位置関係及び夫々の反射面に対応する側方の観察対象領域を軸方向から示す図、(c)は(b)に示す側方観察用の第1の瞳と側方用の撮像ユニットの位置関係を軸方向から示す図、(d)は側方観察用の撮像素子で撮像した夫々の観察対象領域の画像を構成したパノラマ画像の一例を概念的に示す図である。It is explanatory drawing which shows one structural example which actualized the all-around observation optical system of 1st embodiment more, (a) is sectional drawing which follows an axis, (b) is the 1st pupil and reflective surface for side observation The figure which shows the side observation object area | region corresponding to each positional relationship and each reflective surface from an axial direction, (c) is the 1st pupil for side observation shown in (b), and the imaging unit for side parts The figure which shows a positional relationship from an axial direction, (d) is a figure which shows notionally an example of the panorama image which comprised the image of each observation object area | region imaged with the image sensor for side observation. 本発明の第二実施形態にかかる全周囲観察光学系の一構成例を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図、(b)は側方観察用の第1の瞳と反射面、並びに前方観察用の第1の瞳と開口の位置関係を軸方向から示す図、(c)は側方観察用の第2の瞳と側方用の撮像ユニット、並びに前方観察用の第2の瞳と前方用の撮像ユニットの位置関係を軸方向から示す図である。It is explanatory drawing which shows one structural example of the omnidirectional observation optical system concerning 2nd embodiment of this invention, (a) is sectional drawing which follows an axis | shaft, (b) is the 1st pupil and reflective surface for side observation FIG. 7C is a diagram showing the positional relationship between the first pupil for front observation and the aperture from the axial direction, and FIG. 5C is a second pupil for side observation, a side imaging unit, and a second for front observation. It is a figure which shows the positional relationship of this pupil and the imaging unit for front from an axial direction. 本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたパイプカメラ式内面観察システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the pipe camera type inner surface observation system provided with the structure of the all-around observation optical system of this invention. 本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたパイプ観察用軟性鏡システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the flexible mirror system for pipe observation provided with the structure of the all-around observation optical system of this invention. 本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたパイプ観察用硬性鏡システム又はパイプ観察用観察システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the rigid endoscope system for pipe observation provided with the structure of the all-around observation optical system of this invention, or the observation system for pipe observation. 本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたねじ穴観察用硬性鏡システム又はねじ穴観察用観察システムの概念図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a screw hole observation rigid endoscope system or a screw hole observation observation system having a configuration of the omnidirectional observation optical system of the present invention, where (a) is a diagram illustrating an example thereof, and (b) is another example. FIG. 特許文献1に記載の内視鏡における、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察するための要部の構成例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a main part for observing an observation target located on a side over the entire periphery in the endoscope described in Patent Document 1; 特許文献2に記載の内視鏡における、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察するための要部の構成例を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a main part for observing an observation object positioned on a side over the entire periphery in an endoscope described in Patent Document 2; 特許文献3に記載の管状体の内面撮影装置における、側方に位置する観察対象を全周囲にわたって観察するための要部の構成例を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図、(b)は(a)に示される反射鏡部材を軸方向から示す図である。In the inner surface imaging device of the tubular body described in Patent Document 3, an explanatory diagram showing a configuration example of a main part for observing the observation object located on the side over the entire periphery, (a) is a sectional view along the axis, (b) is a view showing the reflecting mirror member shown in (a) from the axial direction. 本件出願人が本発明の創出過程において検討した側方に位置する観察対象の全周囲にわたる像を同時に撮像する一構成例を軸方向から示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one structural example from an axial direction which images simultaneously the image over the perimeter of the observation object located in the side which this applicant examined in the creation process of this invention. 本件出願人が本発明の創出過程において検討した側方に位置する観察対象の全周囲にわたる像を同時に撮像する他の構成例を示す説明図で、(a)は軸方向から見た図、(b)は(a)に示される1組の側視光学系及び撮像素子の配置を軸に沿って示す図である。In the explanatory diagram showing another configuration example for simultaneously capturing images over the entire circumference of the observation object located on the side examined by the applicant in the creation process of the present invention, (a) is a diagram seen from the axial direction, b) is a diagram showing the arrangement of the pair of side-viewing optical systems and imaging elements shown in FIG. 視野の基点となる瞳位置を円周の中心に位置させたときの観察対象の径の大きさと、互いに隣接する観察対象領域との重なり度合いとの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the magnitude | size of the diameter of an observation object when the pupil position used as the base point of a visual field is located in the center of a periphery, and the overlapping degree with the mutually adjacent observation object area | region.

本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明の創出過程及び本発明の作用効果について説明する。
まず、本件出願人は、側方に位置する観察対象の全周囲にわたる像を同時に撮像するための構成として、図11、図12に示すような構成例を着想し、これらについて検討・考察した。
図11の構成例は、レンズ81aや撮像素子81bを備えた撮像ユニット81を、軸Oを中心として放射状に複数個配置し、側方に位置する観察対象を夫々の撮像ユニット81に備わる撮像素子81bが撮像するように構成したものである。
また、図12の構成例は、側方からの光を反射して撮像素子92の方向に導くミラー91bを内部に備えた複数の側視光学系91を、軸Oを中心として放射状に複数組配置するとともに、夫々の側視光学系91を経由して結像される観察対象の像を撮像する撮像素子92を、夫々の側視光学系91に対応させて軸Oを中心とする円周上に複数個配置し、側方に位置する観察対象を夫々の撮像素子92が撮像するように構成したものである。図12中、91a,91cはレンズである。
Prior to the description of the embodiments of the present invention, the creation process of the present invention and the effects of the present invention will be described.
First, the applicant of the present application has conceived a configuration example as shown in FIGS. 11 and 12 as a configuration for simultaneously capturing images over the entire circumference of the observation object positioned on the side, and has studied and considered these.
In the configuration example of FIG. 11, a plurality of imaging units 81 each including a lens 81 a and an imaging element 81 b are arranged radially about the axis O, and the imaging elements 81 are provided with observation targets located laterally. 81b is configured to take an image.
Further, in the configuration example of FIG. 12, a plurality of side-viewing optical systems 91 each having a mirror 91b that reflects light from the side and guides it in the direction of the image sensor 92 are radially arranged around the axis O. An image pickup element 92 that images the image of the observation target that is formed via the respective side-viewing optical systems 91 is arranged around the axis O so as to correspond to each side-viewing optical system 91. A plurality of the image pickup devices 92 are arranged on the side, and each image pickup device 92 picks up an image of the observation object located on the side. In FIG. 12, reference numerals 91a and 91c denote lenses.

図11、図12のように構成すれば、側方の全周囲にわたる観察対象の像を同時に観察することが可能となる。   If configured as shown in FIGS. 11 and 12, it is possible to simultaneously observe the image of the observation object over the entire periphery on the side.

しかし、図11、図12のように構成すると、視野の基点となる瞳位置Pが、円周の中心である軸Oから離れたものとなる。そして、視野の基点となる瞳位置Pが円周の中心から離れれば離れるほど、隣り合う夫々の撮像素子を介して撮像された画像における、互いに隣接する観察対象領域の重なり度合いが、側方に位置する観察対象の径の大きさによって大きく変化し、全周にわたる観察に悪影響を及ぼす。   However, when configured as shown in FIGS. 11 and 12, the pupil position P, which is the base point of the visual field, is away from the axis O, which is the center of the circumference. As the pupil position P, which is the base point of the visual field, is further away from the center of the circumference, the overlapping degree of the observation target regions adjacent to each other in the images captured through the adjacent imaging elements becomes more lateral. It changes greatly depending on the size of the diameter of the object to be observed, and adversely affects the observation over the entire circumference.

例えば、図11、図12に示すように、半径がR1の大きさの管状体を観察するときに互いに隣接する観察対象領域が重なることなく観察できる場合、半径がR1よりも大きな半径R2の大きさの管状体を観察する場合には、管状体の半径が大きくなればなるほど、互いに隣接する観察対象領域の重なり度合いが増加してしまう。一方、半径がR1よりも小さな半径R3の管状体を観察する場合には、観察できない領域が生じてしまう。   For example, as shown in FIGS. 11 and 12, when observing a tubular body having a radius of R1, the observation target regions adjacent to each other can be observed without overlapping, the radius of radius R2 larger than R1 is larger. In the case of observing the tubular body, the overlapping degree of the observation target regions adjacent to each other increases as the radius of the tubular body increases. On the other hand, when a tubular body having a radius R3 smaller than R1 is observed, an unobservable region is generated.

また、図11の構成では、夫々の撮像ユニット81を放射状に配置するので、径が大きくなりすぎ、径の細い管状体の内部を観察することが難しい。
また、図11、図12のいずれの構成も、外径を小さくしようとすると、撮像素子の面積が小さくなるため、特許文献2に記載の内視鏡と同様、高解像な観察像が得られない。
Further, in the configuration of FIG. 11, since the respective imaging units 81 are arranged radially, the diameter becomes too large, and it is difficult to observe the inside of the tubular body having a small diameter.
11 and 12, when the outer diameter is reduced, the area of the image sensor is reduced, and thus a high-resolution observation image is obtained as in the endoscope described in Patent Document 2. I can't.

側方に位置する観察対象の径の大きさに依存する、互いに隣接した観察対象領域の重なり度合いの変化をなくして、全周にわたる観察に悪影響を及ぼさないようにするためには、図13に示すように、視野の基点となる瞳位置Pを円周の中心Oに位置させることが望ましい。しかし、瞳位置Pを円周の中心O近傍に設けたのでは、観察対象を結像するためのレンズや、撮像素子を配置することが難しい。   In order to eliminate the change in the overlapping degree of the observation target regions adjacent to each other depending on the size of the diameter of the observation target positioned on the side and to avoid adversely affecting the observation over the entire circumference, FIG. As shown, it is desirable to position the pupil position P, which is the base point of the visual field, at the center O of the circumference. However, if the pupil position P is provided in the vicinity of the center O of the circumference, it is difficult to dispose a lens or an image sensor for forming an image of the observation target.

このような検討・考察を経て、本件出願人は、本発明の全周囲観察光学系を想到するに至った。本発明の全周囲観察光学系は、所定の軸に対して対称な所定の角錐面をなし、且つ、夫々が前記所定の軸に対して夫々対称な側方観察用の第1の瞳位置の近傍に配置されていて、側方の全周にわたる観察対象からの光を側方の3つ以上の領域ごとの観察対象からの光に分割して後方に反射する3面以上の反射面と、所定の軸上に配置されていて、所定の軸に対して夫々対称な側方観察用の第2の瞳位置に、夫々の側方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーするリレー光学系を備えるとともに、夫々の側方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置(例えば、夫々の側方観察用の第2の瞳位置)に夫々配置された3つ以上の側方観察用の開口絞りと、夫々の側方観察用の開口絞りに対応して夫々配置された3組以上の側方観察用の結像光学系と、夫々の側方観察用の結像光学系に対応して夫々配置された3つ以上の側方観察用の撮像素子を有する。   After such examination and consideration, the applicant has come up with the all-around observation optical system of the present invention. The omnidirectional observation optical system according to the present invention has a predetermined pyramid surface symmetric with respect to a predetermined axis, and each of the first pupil positions for lateral observation that is symmetric with respect to the predetermined axis. Three or more reflecting surfaces that are arranged in the vicinity and divide the light from the observation target over the entire circumference of the side into the light from the observation target for each of the three or more regions on the side and reflect back; The pupils at the first pupil positions for side observation are enlarged and relayed to the second pupil positions for side observation that are arranged on the predetermined axes and are symmetrical with respect to the predetermined axes, respectively. At least three relay optical systems arranged at the pupil position conjugate with the first pupil position for each side observation (for example, the second pupil position for each side observation). Side-viewing aperture stop, and three or more sets of side-view image formations corresponding to the respective side-viewing aperture stops It has a Manabu system, an imaging device for in response to the imaging optical system for side-viewing each respective arranged three or more side-looking.

上記構成によれば、リレー光学系は、像側から物体側へと光路を辿った場合、側方観察用の第2の瞳位置における瞳を縮小して側方観察用の第1の瞳位置にリレーする。従って、側方観察用の第1の瞳位置における瞳は側方観察用の第2の瞳位置における瞳よりも所定の軸に近づくことになる。しかるに、管状体を観察する装置においては、一般に、管状体の観察時に所定の軸を、側方の全周囲にわたる観察対象の面によって形成される円周の中心に一致させる。従って、上記構成によれば、視野の基点となる側方観察用の第1の瞳位置を側方の全周囲にわたる観察対象の面によって形成される円周の中心に極力近づけることができる。その結果、側方に位置する観察対象の径の大きさに依存する、互いに隣接した観察対象領域の重なり度合いの変化を極力少なくして、全周にわたる観察に悪影響を極力及ぼさないようにすることができるようになる。   According to the above configuration, the relay optical system reduces the pupil at the second pupil position for side observation to reduce the first pupil position for side observation when the optical path follows the optical path from the image side to the object side. Relay to Accordingly, the pupil at the first pupil position for side observation is closer to the predetermined axis than the pupil at the second pupil position for side observation. However, in an apparatus for observing a tubular body, generally, when observing the tubular body, a predetermined axis is made to coincide with the center of the circumference formed by the surface of the observation object over the entire circumference. Therefore, according to the above configuration, the first pupil position for lateral observation, which is the base point of the visual field, can be brought as close as possible to the center of the circumference formed by the surface of the observation target over the entire circumference. As a result, depending on the size of the diameter of the observation object located on the side, the change in the degree of overlap of the observation object areas adjacent to each other should be minimized to avoid adversely affecting the observation over the entire circumference. Will be able to.

また、上記構成のように、反射面を側方観察用の第1の瞳位置に備えれば、反射面を所定の軸に近づけることができるとともに、反射面に光が入射する面積を最小にすることができる。このため、反射面を小型化でき、また、反射面を内蔵する先端部の径を小さくすることができる。その結果、螺子孔等、非常に細径の観察対象も観察できるようになる。また、先端部周辺に照明手段等の配置スペースを得やすくなる。   If the reflecting surface is provided at the first pupil position for lateral observation as in the above configuration, the reflecting surface can be brought close to a predetermined axis, and the area where light enters the reflecting surface can be minimized. can do. For this reason, a reflective surface can be reduced in size and the diameter of the front-end | tip part which incorporates a reflective surface can be made small. As a result, it is possible to observe a very small observation object such as a screw hole. Moreover, it becomes easy to obtain an arrangement space for the illumination means and the like around the tip.

また、上記構成のように、側方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大して側方観察用の第2の瞳位置にリレーするリレー光学系を備えれば、反射面を内蔵する先端部の径を小さくしたまま、反射面から離れた位置に面積の大きな撮像素子を配置することが可能となり、高解像な観察像が得られる。   If the relay optical system that enlarges the pupil at the first pupil position for side observation and relays it to the second pupil position for side observation is provided as in the above configuration, the reflecting surface is built-in. An imaging element having a large area can be arranged at a position away from the reflecting surface while the diameter of the tip portion is kept small, and a high-resolution observation image can be obtained.

小型化した反射面を所定の軸に近づけて配置するにつれて、反射面に対応する光学系や撮像素子を配置することが、これらの光学部材の製造可能な大きさ等との関係から難しくなってくる。また仮に、反射面の大きさに合わせて小型化した光学系や撮像素子を配置することができたとしても、それでは、特許文献2に記載の内視鏡と同様、特許文献1に記載の内視鏡に比べて、同じ面積の観察対象を撮像する個々の撮像素子の面積が小さくなるため、撮像素子の解像度が悪くなってしまう。
撮像素子の解像度を上げるためには、撮像素子の面積を大きくする必要がある。しかるに、本発明の全周囲観察光学系によれば、リレー光学系が側方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大して側方観察用の第2の瞳位置にリレーするので、撮像素子の面積を大きくでき、観察画像の解像度を上げることができる。
As the miniaturized reflecting surface is arranged close to a predetermined axis, it becomes difficult to arrange an optical system and an image sensor corresponding to the reflecting surface because of the size that these optical members can be manufactured. come. Further, even if an optical system and an image sensor that are downsized in accordance with the size of the reflecting surface can be arranged, then, as in the endoscope described in Patent Document 2, the inner structure described in Patent Document 1 is used. Compared with a endoscope, the area of each image sensor that captures an observation target having the same area is reduced, so that the resolution of the image sensor is deteriorated.
In order to increase the resolution of the image sensor, it is necessary to increase the area of the image sensor. However, according to the omnidirectional observation optical system of the present invention, the relay optical system enlarges the pupil at the first pupil position for side observation and relays it to the second pupil position for side observation. The area of the element can be increased and the resolution of the observation image can be increased.

なお、本発明の全周囲観察光学系においては、夫々の反射面が、所定の軸に対して45°±15°の範囲内の所定角度で傾斜しているのが好ましい。
夫々の反射面の傾斜角が45°±15°の範囲内の所定角度であれば、側方の所定視野内におけるいずれの方向からの光も後方のリレー光学系へ向けて反射することができる。
In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that each reflecting surface is inclined at a predetermined angle within a range of 45 ° ± 15 ° with respect to a predetermined axis.
If the inclination angle of each reflecting surface is a predetermined angle within a range of 45 ° ± 15 °, light from any direction within the predetermined visual field on the side can be reflected toward the rear relay optical system. .

また、本発明の全周囲観察光学系においては、夫々の反射面を、頭頂部に平坦面を有する角錐における角錐面に設け、夫々の反射面に囲まれた前記頭頂部の平坦面に開口を設け、開口は、所定の軸上に位置する前方観察用の第1の瞳位置の近傍に位置するようにする。そして、リレー光学系は、さらに、所定の軸上に位置する前方観察用の第2の瞳位置に、前方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーするように構成する。そして、前方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置(例えば、前方観察用の第2の瞳位置)に配置された前方観察用の開口絞りと、前方観察用の開口絞りに対応して対応して配置された前方観察用の結像光学系と、前方観察用の結像光学系に対応して配置された前方観察用の撮像素子を有するのが好ましい。   In the omnidirectional observation optical system of the present invention, each reflecting surface is provided on a pyramid surface of a pyramid having a flat surface on the top of the head, and an opening is formed on the flat surface of the top of the head surrounded by each reflecting surface. The provided aperture is positioned in the vicinity of the first pupil position for forward observation located on a predetermined axis. The relay optical system is further configured to enlarge and relay the pupil at the first pupil position for front observation to the second pupil position for front observation located on a predetermined axis. Further, it corresponds to an aperture stop for forward observation arranged at a pupil position conjugate to the first pupil position for forward observation (for example, the second pupil position for forward observation), and an aperture stop for forward observation. It is preferable to have an imaging optical system for forward observation arranged corresponding to the imaging optical system for forward observation and an imaging element for forward observation arranged corresponding to the imaging optical system for forward observation.

先端部を小型化するためには上記夫々の側方観察用の第1の瞳位置における瞳を極力所定の軸に近づけるのが望ましいが、所定の軸に近づけすぎると、側方観察用の開口絞り、側方観察用の結像光学系、側方観察用の撮像素子を配置できる程度に、所定の軸から離れた側方観察用の第2の瞳位置にリレー光学系で瞳を拡大することが難しくなる。このため、上記夫々の側方観察用の第1の瞳位置における瞳は、所定の軸に近づけるようにしたとしても所定の軸からある程度離れた位置に設けざるを得ない。一方、管状体内部の観察に際しては、用途に応じて、側方の全周囲にわたる観察対象とともに前方の観察対象の観察が必要となる場合がある。
そこで、夫々の反射面を、頭頂部に平坦面を有する角錐における角錐面に設け、夫々の反射面に囲まれた頭頂部の平坦面が開口となるように構成する。そして、開口を、所定の軸上に位置する前方観察用の第1の瞳位置の近傍に位置させる。また、リレー光学系に、さらに、所定の軸上に位置する前方観察用の第2の瞳位置に、前方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーする機能を持たせる。そして、前方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置(例えば、前方観察用の第2の瞳位置)に前方観察用の開口絞りを備えるとともに、前方観察用の開口絞りに対応して前方観察用の結像光学系、前方観察用の結像光学系に対応して前方観察用の撮像素子を夫々備え、開口を介して前方の観察対象を観察できるようにする。
このようにすれば、側方の全周囲にわたる観察対象と前方の観察対象とを同時に観察することができる。
In order to reduce the size of the tip portion, it is desirable that the pupils at the first pupil positions for the respective side observations are as close as possible to the predetermined axes. However, if the pupils are too close to the predetermined axes, the side observation openings are opened. The pupil is enlarged by the relay optical system to the second pupil position for side observation away from the predetermined axis to such an extent that an aperture, an imaging optical system for side observation, and an image sensor for side observation can be arranged. It becomes difficult. For this reason, the pupils at the first pupil positions for the respective side observations have to be provided at positions somewhat away from the predetermined axes even if they are brought closer to the predetermined axes. On the other hand, when observing the inside of the tubular body, depending on the application, it may be necessary to observe the observation object in front as well as the observation object all around the side.
Therefore, each reflecting surface is provided on a pyramid surface of a pyramid having a flat surface at the top of the head, and the flat surface of the top surrounded by each reflecting surface is configured to be an opening. Then, the opening is positioned in the vicinity of the first pupil position for forward observation located on a predetermined axis. Further, the relay optical system is further provided with a function of enlarging and relaying the pupil at the first pupil position for front observation to the second pupil position for front observation located on a predetermined axis. Then, a front observation aperture stop is provided at a pupil position conjugate to the front observation first pupil position (for example, the front observation second pupil position), and corresponding to the front observation aperture stop. Corresponding to the imaging optical system for the front observation and the imaging optical system for the front observation, the imaging device for the front observation is provided, respectively, so that the front observation object can be observed through the opening.
In this way, it is possible to simultaneously observe the observation object over the entire periphery on the side and the observation object in front.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、夫々の反射面を、角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けて構成するのが好ましい。
あるいは、夫々の反射面を、頭頂部に平坦面を有する透明な角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けて構成し、上記開口を、透明な角錐部材の頭頂部の平坦面で構成するのが好ましい。
夫々の反射面を角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けて構成すれば、夫々の反射面同士の位置関係を高精度に維持することができる。
In the omnidirectional observation optical system of the present invention, it is preferable that each reflecting surface is formed by providing a reflecting film on each pyramid surface of the pyramid member.
Alternatively, each reflecting surface is formed by providing a reflecting film on each pyramid surface of a transparent pyramid member having a flat surface at the top of the head, and the opening is formed by a flat surface at the top of the transparent pyramid member. Is preferred.
If each reflecting surface is formed by providing a reflecting film on each pyramid surface of the pyramid member, the positional relationship between the reflecting surfaces can be maintained with high accuracy.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、夫々の反射面を、夫々板状のミラー面で構成してもよい。
夫々の反射面を、夫々板状のミラー面で構成すれば、その分、先端部を軽量化できる。
Moreover, in the all-around observation optical system of this invention, you may comprise each reflective surface with a plate-shaped mirror surface, respectively.
If each reflecting surface is formed of a plate-like mirror surface, the tip portion can be reduced in weight.

また、本発明の全周囲観察光学系においては、さらに、所定の軸と同軸に配置されていて、側方の全周にわたる観察対象からの光を夫々の反射面に入射させる円筒状の透明窓を有するのが好ましい。
円筒状の透明窓を設ければ、側方の全周にわたる観察対象からの光を同時に取り込むことができるとともに、軸方向に視野を外れた領域からの不要な光をカットすることができる。また、ミラー部の汚れも排除できるので、メンテナンス時のクリーニングも簡易になる。
Further, in the all-around observation optical system of the present invention, a cylindrical transparent window that is arranged coaxially with a predetermined axis and allows light from the observation target over the entire circumference to be incident on the respective reflecting surfaces. It is preferable to have.
If a cylindrical transparent window is provided, it is possible to simultaneously take in light from the observation object over the entire circumference of the side and cut off unnecessary light from a region out of the field of view in the axial direction. Further, since the dirt on the mirror portion can be eliminated, cleaning at the time of maintenance is also simplified.

そして、本発明による全周囲観察システムは、上記本発明のいずれかの全周囲観察光学系と、夫々の側方観察用の撮像素子が撮像した隣り合う領域の観察対象の画像同士を接合して、側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を作成するパノラマ画像合成処理部と、パノラマ画像合成処理部で作成された側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を表示するパノラマ画像表示部を有する。
これにより、先端部の径を大型化させずに、側方の全周囲にわたる観察対象の画像を、同時に、歪ませることなく、高解像に取得可能な全周囲観察システムが実現できる。
The omnidirectional observation system according to the present invention joins the omnidirectional observation optical system according to any one of the present invention and images of observation objects in adjacent regions captured by the respective side observation imaging elements. A panoramic image composition processing unit that creates a panoramic image of the observation target over the entire circumference of the side, and a panorama image display unit that displays the panoramic image of the observation target over the entire circumference of the side created by the panoramic image synthesis processing unit. Have.
Thereby, it is possible to realize an omnidirectional observation system that can acquire an image of the observation object over the entire circumference on the side without distorting the image at the same time without increasing the diameter of the tip.

第一実施形態
図1は本発明の第一実施形態にかかる全周囲観察光学系の基本構成を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図である。
First Embodiment FIG. 1 is an explanatory view showing a basic configuration of an omnidirectional observation optical system according to a first embodiment of the present invention, and (a) is a sectional view along an axis.

第一実施形態の全周囲観察光学系は、図1に示すように、3面以上の反射面1aと、リレー光学系2と、夫々の反射面1aに対応する3組以上の側方観察用の撮像ユニット3(図においては便宜上1つのみ示してある)を有している。なお、図1中、4は円筒状の透明窓、5は筒状のハウジング、6は側方に位置する観察対象を全周にわたって照明する側方観察用の照明部である。   As shown in FIG. 1, the omnidirectional observation optical system of the first embodiment is for three or more sets of side observations corresponding to three or more reflecting surfaces 1a, a relay optical system 2, and each reflecting surface 1a. Imaging unit 3 (only one is shown for convenience in the figure). In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a cylindrical transparent window, 5 denotes a cylindrical housing, and 6 denotes a side observation illumination unit that illuminates the observation object located on the side over the entire circumference.

反射面1aは、角錐プリズム1における軸Oに対して対称な夫々の角錐面に反射膜を設けて構成されている。また、夫々の反射面1aは、軸Oに対して対称な側方観察用の第1の瞳位置P1の近傍に、軸Oに対して45°±15°の範囲内の所定角度で傾斜して配置されている。そして、夫々の反射面1aは、側方の全周にわたる観察対象からの光を側方の3つ以上の領域ごとの観察対象からの光に分割して後方(図1における右側)に反射する。   The reflection surface 1a is configured by providing a reflection film on each pyramid surface symmetrical with respect to the axis O in the pyramid prism 1. Each reflecting surface 1a is inclined at a predetermined angle within a range of 45 ° ± 15 ° with respect to the axis O in the vicinity of the first pupil position P1 for side observation symmetrical with respect to the axis O. Are arranged. And each reflective surface 1a divides | segments the light from the observation object over the circumference of a side into the light from the observation object for every three or more area | regions of a side, and reflects it back (right side in FIG. 1). .

リレー光学系2は、中間像結像レンズ2aと、瞳結像レンズ2bとで構成され、軸O上に配置されている。
中間像結像レンズ2aは、少なくとも夫々の反射面1aで分割して後方に反射された、側方の夫々の領域ごとの観察対象からの光を中間結像位置I1で結像させる。
瞳結像レンズ2bは、中間像結像レンズ2aよりも大きな径を有し、側方観察用の第1の瞳位置P1よりも軸Oから離れた、軸Oに対して夫々対称な側方観察用の第2の瞳位置P2に、側方観察用の第1の瞳位置P1における瞳を拡大して投影する。
The relay optical system 2 includes an intermediate image forming lens 2a and a pupil image forming lens 2b, and is disposed on the axis O.
The intermediate image forming lens 2a forms an image at the intermediate image forming position I1 with light from the observation target for each of the lateral regions divided and reflected by at least the respective reflecting surfaces 1a.
The pupil imaging lens 2b has a larger diameter than the intermediate image imaging lens 2a, and is laterally symmetric with respect to the axis O and farther from the axis O than the first pupil position P1 for lateral observation. The pupil at the first pupil position P1 for side observation is enlarged and projected on the second pupil position P2 for observation.

夫々の側方観察用の撮像ユニット3は、側方観察用の開口絞り3aと、側方観察用の結像光学系3bと、側方観察用の撮像素子3cを有している。
側方観察用の開口絞り3aは、夫々の側方観察用の第2の瞳位置P2に夫々配置されている。
側方観察用の結像光学系3bは、夫々の側方観察用の開口絞り3aに対応して、軸Oに対して対称な所定の位置に夫々配置されている。そして、夫々の反射面1aで後方に反射されリレー光学系2を介してリレーされた側方の夫々の領域ごとの観察対象からの光を、軸Oに対して夫々対称な最終結像位置I2に結像する。
側方観察用の撮像素子3cは、夫々の側方観察用の開口絞り3aに対応して、軸Oに対して対称な最終結像位置I2に夫々配置されている。
Each of the imaging units 3 for side observation includes an aperture stop 3a for side observation, an imaging optical system 3b for side observation, and an imaging element 3c for side observation.
The aperture stop 3a for side observation is arranged at each second pupil position P2 for side observation.
The imaging optical system 3b for side observation is disposed at a predetermined position symmetrical to the axis O corresponding to each aperture stop 3a for side observation. Then, the light from the observation target for each of the lateral regions reflected backward by the respective reflecting surfaces 1a and relayed via the relay optical system 2 is subjected to a final imaging position I2 symmetric with respect to the axis O. To form an image.
The imaging devices 3c for side observation are respectively arranged at the final imaging position I2 symmetric with respect to the axis O, corresponding to the respective aperture diaphragms 3a for side observation.

円筒状の透明窓4は、先端部において軸Oと同軸に配置されており、側方の全周にわたる観察対象からの光を夫々の入射面に入射させる。
ハウジング5は、軸Oと同軸に配置された円筒状部材で構成されていて、内部に、リレー光学系2、撮像ユニット3を備えている。
照明部6は、ハウジング5の先端に環状に配置されていて、側方に位置する観察対象を全周にわたって照明する。
The cylindrical transparent window 4 is disposed coaxially with the axis O at the tip, and makes light from the observation target over the entire circumference enter the respective incident surfaces.
The housing 5 is composed of a cylindrical member arranged coaxially with the axis O, and includes a relay optical system 2 and an imaging unit 3 therein.
The illumination unit 6 is annularly arranged at the tip of the housing 5 and illuminates the observation object located on the side over the entire circumference.

このように構成された第一実施形態の全周囲観察光学系の作用効果について、図1の構成における側方観察用の第1の瞳位置P1での瞳と側方観察用の第2の瞳位置P2での瞳の大きさ及び軸Oからの瞳の中心までの距離を比較しながら説明する。
側方の全周にわたる観察対象からの光は、夫々の反射面1aで3つ以上の領域ごとの観察対象からの光に分割されて反射し、リレー光学系2で夫々の中間結像位置I1に中間結像された後、夫々の側方観察用の第2の瞳位置P2に配置された側方観察用の開口絞り3a、側方観察用の結像光学系3bを経て夫々の最終結像位置I2に結像し、側方観察用の撮像素子3cを介して撮像される。
このとき、リレー光学系2は、側方観察用の第1の瞳位置P1における瞳を拡大倍率β(ただし、1<β)で側方観察用の第2の瞳位置P2にリレーしている。
ここで、軸Oから側方観察用の第1の瞳位置P1における瞳の中心までの距離をrp、軸Oから側方観察用の第2の瞳位置における瞳の中心までの距離をRpとすると、
p=rp×β
と表すことができる。
即ち、リレー光学系2を用いることによって、側方観察用の第2の瞳位置P2においては、側方観察用の第1の瞳位置P1における軸Oから瞳の中心までの距離rpのβ倍、瞳の中心を軸Oから離すことができる。また、瞳の径もβ倍大きくなる。このため、撮像素子の面積を大きくし且つ配置スペースを作ることができ、その結果、解像度を上げることができる。
Regarding the operational effects of the omnidirectional observation optical system of the first embodiment configured as described above, the pupil at the first pupil position P1 for side observation and the second pupil for side observation in the configuration of FIG. A description will be given comparing the size of the pupil at the position P2 and the distance from the axis O to the center of the pupil.
The light from the observation object over the entire circumference of the side is divided and reflected by the respective reflecting surfaces 1a into light from the observation object for each of three or more regions, and each intermediate imaging position I1 by the relay optical system 2. After the intermediate image is formed, the final observation is performed through the side observation aperture stop 3a and the side observation imaging optical system 3b disposed at the second pupil position P2 for side observation. The image is formed at the image position I2 and imaged through the imaging device 3c for side observation.
At this time, the relay optical system 2 relays the pupil at the first pupil position P1 for side observation to the second pupil position P2 for side observation at an enlargement magnification β (where 1 <β). .
Here, r p is the distance from the axis O to the center of the pupil at the first pupil position P1 for side observation, and R is the distance from the axis O to the center of the pupil at the second pupil position for side observation. p
R p = r p × β
It can be expressed as.
That is, by using the relay optical system 2, at the second pupil position P2 for side observation, β at a distance r p from the axis O to the center of the pupil at the first pupil position P1 for side observation. Double, the center of the pupil can be separated from the axis O. The pupil diameter is also increased by a factor of β. For this reason, the area of the image sensor can be increased and an arrangement space can be created. As a result, the resolution can be increased.

また、リレー光学系2は、側方観察用の第1の瞳側からみた場合、側方観察用の第2の瞳位置P2における瞳を縮小倍率1/βで側方観察用の第1の瞳位置P1にリレーしている。
ここで、軸Oから側方観察用の第1の瞳位置P1における瞳の中心までの距離rpは、
p=Rp×1/β
と表すことができる。
即ち、リレー光学系2を用いることによって、側方観察用の第1の瞳位置P1においては、軸Oから側方観察用の第2の瞳位置P2における瞳の中心までの距離Rの1/βに、瞳の中心を軸Oに近づけることができる。このため、反射面1aを小型化でき、先端部を細径化できるとともに、視野の起点を円周の中心に近づけることができ、その結果、側方に位置する観察対象との距離によって得られる隣接する領域の画像の重なり度合いの変化を少なくし、全周にわたる観察に及ぼす悪影響を抑えることができる。
In addition, when viewed from the side of the first pupil for side observation, the relay optical system 2 uses the first pupil for side observation at the second pupil position P2 for side observation at a reduction magnification of 1 / β. Relaying to the pupil position P1.
Here, the distance r p from the axis O to the center of the pupil at the first pupil position P1 for lateral observation is
r p = R p × 1 / β
It can be expressed as.
In other words, by using the relay optical system 2, at the first pupil position P1 for side observation, 1 / of the distance R from the axis O to the center of the pupil at the second pupil position P2 for side observation. The center of the pupil can be brought close to the axis O at β. For this reason, the reflecting surface 1a can be reduced in size, the tip can be reduced in diameter, the starting point of the visual field can be brought closer to the center of the circumference, and as a result, the distance can be obtained depending on the distance to the observation object located on the side. It is possible to reduce the change in the overlapping degree of the images in the adjacent areas and suppress the adverse effect on the observation over the entire circumference.

次に、第一実施形態の全周囲観察光学系を用いて、側方の全周囲にわたる観察対象を同時に観察するための構成について説明する。
図2は第一実施形態の全周囲観察光学系をより具体化した一構成例を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図、(b)は側方観察用の第1の瞳と反射面の位置関係及び夫々の反射面に対応する側方の観察対象領域を軸方向から示す図、(c)は(b)に示す側方観察用の第1の瞳と側方用の撮像ユニットの位置関係を軸方向から示す図、(d)は側方観察用の撮像素子で撮像した夫々の観察対象領域の画像を構成したパノラマ画像の一例を概念的に示す図である。なお、図1の構成部材と実質的に同様の構成部材については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
Next, a configuration for simultaneously observing the observation object over the entire circumference on the side using the all-around observation optical system of the first embodiment will be described.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing an example of a more specific configuration of the omnidirectional observation optical system of the first embodiment. FIG. 2A is a sectional view along the axis, and FIG. 2B is a first pupil for side observation. The figure which shows the side observation object area | region corresponding to each positional relationship and a reflective surface from an axial direction, (c) is the 1st pupil for side observation shown in (b), and a side object The figure which shows the positional relationship of an imaging unit from an axial direction, (d) is a figure which shows notionally the example of the panorama image which comprised the image of each observation object area | region imaged with the image sensor for side observation. In addition, about the structural member substantially the same as the structural member of FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

図2の全周囲観察光学系は、図2(a)に示すように、6面の反射面1a1〜1a6と、リレー光学系2と、夫々の反射面1a1〜1a6に対応する6組の側方観察用の撮像ユニット31〜36を有している。反射面1a1〜1a6は、頭頂部に平坦面をもつ6角錐プリズムの角錐面に反射膜を設けて構成されている。なお、図2の全周囲観察光学系には、図示しないパソコンの中央処理演算装置等で構成された観察制御装置が接続されている。観察制御装置は、夫々の側方観察用の撮像素子31〜36が撮像した隣り合う領域の観察対象の画像同士を接合して、側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を作成するパノラマ画像合成処理部として機能する。 2 corresponds to the six reflecting surfaces 1a 1 to 1a 6 , the relay optical system 2, and the reflecting surfaces 1 a 1 to 1 a 6 as shown in FIG. Six sets of imaging units 3 1 to 3 6 for side observation are provided. The reflecting surfaces 1a 1 to 1a 6 are configured by providing a reflecting film on the pyramid surface of a hexagonal pyramid prism having a flat surface at the top of the head. 2 is connected to an observation control device composed of a central processing unit of a personal computer (not shown). Observation control apparatus, the image pickup element 3 1 to 3 6 for side-viewing each is bonded an image between the observation target region adjacent captured, to create a panoramic image of the observation target over the entire circumference of the lateral It functions as a panoramic image composition processing unit.

このように構成された図2の全周囲観察光学系では、側方の全周にわたる観察対象からの光は、夫々の反射面1a1〜1a6で6つの領域ごとの観察対象からの光に分割されて反射し、リレー光学系2で中間結像位置I1に中間結像された後、夫々の側方観察用の第2の瞳位置P21〜P26に配置された側方観察用の開口絞り3a1〜3a6、側方観察用の結像光学系3b1〜3b6を経て夫々の最終結像位置I21〜I26に結像し、側方観察用の撮像素子3c1〜3c6を介して撮像される。 In the omnidirectional observation optical system of FIG. 2 configured in this way, the light from the observation target over the entire circumference of the side is converted into the light from the observation target for each of the six regions on the respective reflecting surfaces 1a 1 to 1a 6. After being divided and reflected, and intermediately imaged at the intermediate imaging position I1 by the relay optical system 2, the lateral observation is arranged at the second pupil positions P2 1 to P2 6 for the respective side observations. the aperture stop 3a 1 to 3 a 6, imaged on the imaging optical system 3b 1 ~3b 6 menstrual final imaging position I2 1 each with ~I2 6 for side-looking, image pickup device 3c 1 for side-looking ~ It is imaged through 3c 6.

ここで、撮像素子3c1は、図2(b)に示す観察対象領域A1の画像を、撮像素子3c2は図2(b)に示す観察対象領域A2の画像を、撮像素子3c3は図2(b)に示す観察対象領域A3の画像を、撮像素子3c4は図2(b)に示す観察対象領域A4の画像を、撮像素子3c5は図2(b)に示す観察対象領域A5の画像を、撮像素子3c6は図2(b)に示す観察対象領域A6の画像を、夫々撮像している。
パノラマ画像合成処理部は、観察対象領域A1の画像と観察対象領域A2の画像における隣り合う端部同士を画像情報に過不足のないように画像処理を行なって接合する。観察対象領域A2の画像と観察対象領域A3の画像における隣り合う端部同士、観察対象領域A3の画像と観察対象領域A4の画像における隣り合う端部同士、観察対象領域A4の画像と観察対象領域A5の画像における隣り合う端部同士、観察対象領域A5の画像と観察対象領域A6の画像における隣り合う端部同士、観察対象領域A6の画像と観察対象領域A1の画像における隣り合う端部同士についても、同時に同様の画像処理を行って接合する。これにより、側方の全周にわたって連続した観察対象の画像が出来上がる。このように合成された画像を展開した状態でモニタ等の表示装置(図示省略)を介して表示させることで側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を同時に観察することができるようになる。
Here, the image sensor 3c 1 is an image of the observation target area A1 shown in FIG. 2B, the image sensor 3c 2 is an image of the observation target area A2 shown in FIG. 2B, and the image sensor 3c 3 is a figure. 2 (b) shows the image of the observation target area A3, the image sensor 3c 4 shows the image of the observation target area A4 shown in FIG. 2 (b), and the image sensor 3c 5 shows the image of the observation target area A5 shown in FIG. 2 (b). The image pickup device 3c 6 picks up images of the observation target area A6 shown in FIG. 2B.
The panorama image composition processing unit performs image processing to join adjacent end portions of the image of the observation target area A1 and the image of the observation target area A2 so that the image information is not excessive or insufficient. The adjacent end portions in the image of the observation target region A2 and the image of the observation target region A3, the adjacent end portions in the image of the observation target region A3 and the image of the observation target region A4, the image of the observation target region A4 and the observation target region Adjacent end portions in the A5 image, adjacent end portions in the observation target region A5 image and the observation target region A6 image, adjacent end portions in the observation target region A6 image and the observation target region A1 image In addition, the same image processing is performed at the same time to perform bonding. As a result, an image to be observed that is continuous over the entire circumference of the side is completed. By displaying the synthesized image in a developed state via a display device (not shown) such as a monitor, it is possible to simultaneously observe the panoramic image of the observation object over the entire circumference.

第二実施形態
図3は本発明の第二実施形態にかかる全周囲観察光学系の一構成例を示す説明図で、(a)は軸に沿う断面図、(b)は側方観察用の第1の瞳と反射面、並びに前方観察用の第1の瞳と開口の位置関係を軸方向から示す図、(c)は側方観察用の第2の瞳と側方用の撮像ユニット、並びに前方観察用の第2の瞳と前方用の撮像ユニットの位置関係を軸方向から示す図である。なお、図1の構成部材と実質的に同様の構成部材については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
Second Embodiment FIGS. 3A and 3B are explanatory views showing an example of the configuration of the omnidirectional observation optical system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a sectional view along the axis, and FIG. The figure which shows the positional relationship of a 1st pupil, a reflective surface, and the 1st pupil for front observation, and an opening from an axial direction, (c) is the 2nd pupil for side observation, and the imaging unit for side, In addition, FIG. 4 is a diagram illustrating a positional relationship between a second pupil for front observation and an imaging unit for front from the axial direction. In addition, about the structural member substantially the same as the structural member of FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

第二実施形態の全周囲観察光学系は、図3(a)に示すように、8面の反射面1a1〜1a8と、1組のリレー光学系2と、夫々の反射面1a1〜1a8に対応する8組の側方観察用の撮像ユニット31〜38を有し、さらに、開口1bと、開口1bに対応する1組の前方観察用の撮像ユニット3’を有している。図3(a)中、7は前方視野を拡大する光学ユニット、8は前方に位置する観察対象を照明する前方観察用の照明部である。
反射面1a1〜1a8は、頭頂部に平坦面をもつ透明な8角錐プリズムの角錐面に反射膜を設けて構成されている。
開口1bは、夫々の反射面1a1〜1a8に囲まれた頭頂部の平坦面に構成されている。また、開口1bは、軸O上に位置する前方観察用の第1の瞳位置P1’の近傍に位置している。
また、リレー光学系2は、さらに、軸O上に位置する前方観察用の第2の瞳位置P2’に、前方観察用の第1の瞳位置P1’における瞳を拡大してリレーするように構成されている。
前方観察用の撮像ユニット3’は、前方観察用の開口絞り3a’と、前方観察用の結像光学系3b’と、前方観察用の撮像素子3c’を有している。
前方観察用の開口絞り3a’は、前方観察用の第2の瞳位置P2’に配置されている。
前方観察用の結像光学系3b’は、前方観察用の開口絞り3a’に対応して、軸O上の所定の位置に配置されている。そして、開口1bを通過し、リレー光学系2を介してリレーされた前方の観察対象からの光を、軸O上の最終結像位置I2’に結像する。
前方観察用の撮像素子3c’は、前方観察用の開口絞り3a’に対応して、軸O上の最終結像位置I2’に配置されている。
Omnidirectional observation optical system of the second embodiment, as shown in FIG. 3 (a), the reflecting surface 1a 1 to 1A 8 of 8 faces, a pair of a relay optical system 2, each reflective surface 1a 1 ~ 8 sets of imaging units 3 1 to 3 8 for side observation corresponding to 1a 8 , and further includes an opening 1b and a set of imaging units 3 ′ for front observation corresponding to the opening 1b. Yes. In FIG. 3A, 7 is an optical unit for enlarging the front visual field, and 8 is an illumination unit for front observation that illuminates the observation object located in front.
The reflecting surfaces 1a 1 to 1a 8 are configured by providing a reflecting film on the pyramid surface of a transparent octagonal prism having a flat surface at the top of the head.
Opening 1b is configured on the flat surface of the top portion surrounded by the reflecting surface 1a 1 to 1A 8 each. The opening 1b is located in the vicinity of the first pupil position P1 ′ for forward observation located on the axis O.
In addition, the relay optical system 2 further relays the pupil at the first pupil position P1 ′ for front observation to the second pupil position P2 ′ for front observation positioned on the axis O. It is configured.
The imaging unit 3 ′ for front observation has an aperture stop 3a ′ for front observation, an imaging optical system 3b ′ for front observation, and an imaging element 3c ′ for front observation.
The aperture stop 3a ′ for front observation is arranged at the second pupil position P2 ′ for front observation.
The imaging optical system 3b ′ for front observation is disposed at a predetermined position on the axis O corresponding to the aperture stop 3a ′ for front observation. Then, the light from the front observation object that has passed through the opening 1b and relayed through the relay optical system 2 is imaged at the final imaging position I2 ′ on the axis O.
The imaging element 3c ′ for front observation is disposed at the final image formation position I2 ′ on the axis O corresponding to the aperture stop 3a ′ for front observation.

このように構成された第二実施形態の全周囲観察光学系では、側方の全周にわたる観察対象からの光は、夫々の反射面1a1〜1a8で8つの領域ごとの観察対象からの光に分割されて反射し、リレー光学系2で夫々の中間結像位置I1に中間結像された後、夫々の側方観察用の第2の瞳位置P21〜P28に配置された側方観察用の開口絞り3a1〜3a8、側方観察用の結像光学系3b1〜3b8を経て夫々の最終結像位置I21〜I28に結像し、側方観察用の撮像素子3c1〜3c8を介して撮像される。
また、これと同時に、前方の観察対象からの光は、前方視野を拡大する光学系ユニット7を経て、開口1bを通り、リレー光学系2で中間結像位置I1に中間結像された後、前方観察用の第2の瞳位置P2’に配置された前方観察用の開口絞り3a’、前方観察用の結像光学系3b’を経て最終結像位置I2’に結像し、前方観察用の撮像素子3c’を介して撮像される。
従って、第二実施形態の全周囲観察光学系によれば、側方の全周囲にわたる観察対象と同時に前方の観察対象も観察できる。
その他の作用効果は、第一実施形態の全周囲観察光学系と略同じである。
In the omnidirectional observation optical system of the second embodiment configured as described above, light from the observation target over the entire circumference of the side is transmitted from the observation target for each of the eight regions on each of the reflection surfaces 1a 1 to 1a 8 . After being divided into light and reflected, and intermediately imaged at the intermediate image forming position I1 by the relay optical system 2, the side disposed at each of the second pupil positions P2 1 to P2 8 for side observation square viewing aperture stop 3a 1 to 3 a 8, imaged on the imaging optical system 3b 1 ~3b 8 the final imaging position I2 1 ~I2 8 each through for side-viewing, imaging for side-looking Images are taken through the elements 3c 1 to 3c 8 .
At the same time, the light from the front observation object passes through the optical system unit 7 that enlarges the front visual field, passes through the aperture 1b, and is intermediately imaged at the intermediate image formation position I1 by the relay optical system 2. An image is formed at the final imaging position I2 ′ through the forward observation aperture stop 3a ′ and the forward observation imaging optical system 3b ′, which is arranged at the second pupil position P2 ′ for forward observation, and for forward observation. The image is picked up via the image pickup device 3c ′.
Therefore, according to the omnidirectional observation optical system of the second embodiment, it is possible to observe the observation object in front as well as the observation object over the entire circumference on the side.
Other functions and effects are substantially the same as those of the all-around observation optical system of the first embodiment.

なお、図3の例では、前方視野を拡大する光学系ユニット7を備えた構成としたが、前方視野を拡大する光学系ユニット7を備えずに、前方の観察対象からの光を、8角錐プリズムに入射させるように構成してもよい。
また、図3の例では、夫々の反射面を、頭頂部に平坦面をもつ透明な8角錐プリズムの角錐面に反射膜を設けて構成したが、6角錐等、その他の多角錐プリズムにおける角錐面に構成してもよい。
また、図1〜図3の例では、夫々の反射面を、多角錐プリズムの角錐面に構成したが、板状のミラー面で構成してもよい。
さらに、図1〜図3の例では、リレー光学系を1組備えた構成としたが、夫々対称な側方観察用の第2の瞳位置に、夫々の側方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーする構成(図3の例では、さらに前方観察用の第2の瞳位置に、前方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーする構成)であれば、複数組のリレー光学系を備えて瞳を複数回リレーするようにしてもよい。例えば、図1〜図3の例における1組のリレー光学系に加えて、さらに、そのリレー光学系における瞳結像レンズと径、焦点距離の同じ2枚のレンズで構成された1組以上のリレー光学系を追加してもよい。また、追加する複数組のリレー光学系を、レンズの径が徐々に太く、あるいはレンズの焦点距離が徐々に長くなるようにして備えてもよい。
In the example of FIG. 3, the optical system unit 7 for enlarging the front field of view is provided. However, the optical system unit 7 for enlarging the front field of view is not provided, and light from the front observation object is converted into an octagonal pyramid. You may comprise so that it may inject into a prism.
In the example of FIG. 3, each reflecting surface is formed by providing a reflecting film on a pyramid surface of a transparent octagonal pyramid prism having a flat surface at the top of the head. However, a pyramid in other polygonal pyramid prisms such as a hexagonal pyramid is used. You may comprise on the surface.
Moreover, in the example of FIGS. 1-3, although each reflective surface was comprised in the pyramid surface of the polygonal pyramid prism, you may comprise by a plate-shaped mirror surface.
Furthermore, in the example of FIGS. 1 to 3, a set of relay optical systems is provided. However, the first pupil for each side observation is located at a symmetrical second pupil position for side observation. A configuration in which the pupil at the position is enlarged and relayed (in the example of FIG. 3, the pupil at the first pupil position for front observation is further enlarged and relayed to the second pupil position for front observation). For example, a plurality of relay optical systems may be provided to relay the pupil a plurality of times. For example, in addition to the set of relay optical systems in the examples of FIGS. 1 to 3, one or more sets of two lenses having the same diameter and focal length as the pupil imaging lens in the relay optical system. A relay optical system may be added. A plurality of relay optical systems to be added may be provided so that the diameter of the lens is gradually increased or the focal length of the lens is gradually increased.

次に、本発明の各実施形態の全周囲観察光学系の構成を備えた全周囲観察システムの例について図面を用いて説明する。
図4は本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたパイプカメラ式内面観察システムの概念図である。
図4のシステムは、パイプカメラ11と、ケーブル12と、観察制御装置13と、モニタ(表示装置)14を有している。
パイプカメラ11は、細径の先端部11aと、先端部11aに比べて径の大きなカメラ部11bを有している。
先端部11aの内部には、第一実施形態と同様に構成された側方観察用の反射面(図示省略)が設けられている。また先端部11aには円筒状の透明窓が設けられている。
カメラ部11bの内部には、第一実施形態と同様に構成されたリレー光学系(図示省略)、側方観察用の撮像ユニット(図示省略)が設けられている。
ケーブル12は、パイプカメラ11と観察制御装置13とを接続している。
観察制御装置13は、パソコンの中央処理演算装置等で構成され、ケーブル12を介してパイプカメラ11の移動、撮像、照明等について所定の制御を行うとともに、パノラマ画像合成処理部として機能し、パイプカメラ11における夫々の側方観察用の撮像素子が撮像した隣り合う領域の観察対象の画像同士を接合して、側方の全周にわたるパイプ15内の内壁面のパノラマ画像を作成する。
モニタ14は、パノラマ画像合成処理部で作成されたパイプ15内の側方の全周にわたる内壁面のパノラマ画像を表示する。
なお、図4中、15はパイプ、16はパイプカメラ11の軸をパイプ15の軸に一致するように調整可能なセンタリング装置、17はパイプカメラ11をパイプ15内で移動可能にするため車輪である。
Next, an example of the omnidirectional observation system having the configuration of the omnidirectional observation optical system of each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a conceptual diagram of a pipe camera type inner surface observation system having the configuration of the omnidirectional observation optical system of the present invention.
The system shown in FIG. 4 includes a pipe camera 11, a cable 12, an observation control device 13, and a monitor (display device) 14.
The pipe camera 11 has a tip part 11a having a small diameter and a camera part 11b having a diameter larger than that of the tip part 11a.
A side observation reflecting surface (not shown) configured in the same manner as in the first embodiment is provided inside the distal end portion 11a. Further, a cylindrical transparent window is provided at the distal end portion 11a.
Inside the camera unit 11b, a relay optical system (not shown) configured similarly to the first embodiment and an imaging unit for side observation (not shown) are provided.
The cable 12 connects the pipe camera 11 and the observation control device 13.
The observation control device 13 is composed of a central processing unit of a personal computer, etc., and performs predetermined control over movement, imaging, illumination, etc. of the pipe camera 11 via the cable 12 and functions as a panoramic image composition processing unit. The images of the observation objects in the adjacent regions captured by the respective image sensors for side observation in the camera 11 are joined together to create a panoramic image of the inner wall surface in the pipe 15 over the entire side.
The monitor 14 displays a panoramic image of the inner wall surface over the entire circumference of the side of the pipe 15 created by the panoramic image synthesis processing unit.
In FIG. 4, 15 is a pipe, 16 is a centering device that can adjust the axis of the pipe camera 11 to coincide with the axis of the pipe 15, and 17 is a wheel that allows the pipe camera 11 to move within the pipe 15. is there.

そして、図4のパイプカメラ式内面観察システムでは、パイプカメラ11をパイプ15の内部に挿入し、センタリング装置16を介してパイプ15の軸にパイプカメラ11の軸をパイプ15の軸に一致するように調整する。次いで、車輪17を介してパイプカメラ11を所望の観察位置へとパイプ15の軸方向に沿って移動させ、パイプ15内の側方の全周にわたる内壁面の画像を、先端部11a内に設けられた側方観察用の反射面(図示省略)を介して分割された夫々の領域ごとに、パイプカメラ部11b内に設けられた側方観察用の撮像素子(図示省略)で撮像する。撮像した側方の夫々の領域の内壁面の画像は、観察制御装置13を介してパノラマ画像に合成され、合成されたパノラマ画像は、モニタ14に表示される。   4, the pipe camera 11 is inserted into the pipe 15 so that the axis of the pipe camera 11 coincides with the axis of the pipe 15 via the centering device 16. Adjust to. Next, the pipe camera 11 is moved along the axial direction of the pipe 15 to a desired observation position via the wheels 17, and an image of the inner wall surface over the entire circumference of the side in the pipe 15 is provided in the distal end portion 11 a. Each of the regions divided through the side observation reflecting surface (not shown) is imaged by a side observation imaging element (not shown) provided in the pipe camera unit 11b. The captured images of the inner wall surfaces of the respective lateral regions are combined with the panoramic image via the observation control device 13, and the combined panoramic image is displayed on the monitor 14.

図5は本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたパイプ観察用軟性鏡システムの概念図である。なお、図4のシステムに用いられている構成部材と実質的に同様の構成部材については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5のシステムは、挿入部18と、観察制御装置13と、モニタ(表示装置)14を有している。
挿入部18は、細径の先端部18aと、先端部18aに比べて径の大きなカメラ部18bと、軟性鏡部18cを有している。
先端部18aの内部には、第二実施形態と同様に構成された側方観察用の反射面及び開口が設けられている。また先端部18aには円筒状の透明窓が設けられている。
カメラ部18bの内部には、第二実施形態と同様に構成されたリレー光学系(図示省略)、側方観察用の撮像ユニット(図示省略)、前方観察用の撮像ユニット(図示省略)が設けられている。
軟性鏡部18cの内部には、照明光を送る光ファイバ(図示省略)、又はLEDと電線ケーブル(図示省略)と、カメラ部18bと観察制御装置とを接続するケーブル(図示省略)が備えられている。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a pipe observation flexible mirror system having the configuration of the omnidirectional observation optical system of the present invention. In addition, about the structural member substantially the same as the structural member used for the system of FIG. 4, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
The system shown in FIG. 5 includes an insertion unit 18, an observation control device 13, and a monitor (display device) 14.
The insertion portion 18 includes a distal end portion 18a having a small diameter, a camera portion 18b having a diameter larger than that of the distal end portion 18a, and a flexible mirror portion 18c.
Inside the distal end portion 18a, a side observation reflecting surface and an opening, which are configured in the same manner as in the second embodiment, are provided. A cylindrical transparent window is provided at the distal end portion 18a.
Inside the camera unit 18b, there are provided a relay optical system (not shown) configured in the same manner as in the second embodiment, an imaging unit for side observation (not shown), and an imaging unit for front observation (not shown). It has been.
The flexible mirror 18c includes an optical fiber (not shown) for sending illumination light, or a cable (not shown) for connecting the LED and the electric cable (not shown), and the camera unit 18b and the observation control device. ing.

そして、図5のパイプ観察用軟性鏡システムでは、挿入部18を図示しない管状体の内部に挿入し、管状体内の側方の全周にわたる内壁面の画像を、先端部18a内に設けられた反射面(図示省略)を介して分割された夫々の領域ごとに、カメラ部18b内に設けられた側方観察用の撮像素子(図示省略)で撮像するとともに、管状体内の前方の画像を、カメラ部18b内に設けられた前方観察用の撮像素子(図示省略)で撮像する。撮像した夫々の領域の内壁面の画像は、観察制御装置13を介してパノラマ画像に合成され、合成されたパノラマ画像は、モニタ14に表示される。また、撮像した前方領域の画像は、観察制御装置13を介して所定の画像処理が施され、モニタ14に表示される。   In the flexible endoscope system for observing a pipe shown in FIG. 5, the insertion portion 18 is inserted into a tubular body (not shown), and an image of the inner wall surface over the entire circumference on the side of the tubular body is provided in the distal end portion 18a. For each of the regions divided via the reflecting surface (not shown), an image is captured by a lateral observation imaging element (not shown) provided in the camera unit 18b, and an image in front of the tubular body is obtained. An image is picked up by an imaging element (not shown) for forward observation provided in the camera unit 18b. The captured images of the inner wall surface of each region are combined with a panoramic image via the observation control device 13, and the combined panoramic image is displayed on the monitor 14. The captured image of the front area is subjected to predetermined image processing via the observation control device 13 and displayed on the monitor 14.

図6は本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたパイプ観察用硬性鏡システム又はパイプ観察用観察システムの概念図である。なお、図4のシステムに用いられている構成部材と実質的に同様の構成部材については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図6のシステムは、挿入部19と、把持部20と、ケーブル12と、観察制御装置13と、モニタ(表示装置)14を有している。
挿入部19は、細径の先端部19aと、先端部19aに比べて径の大きな硬性鏡部19bを有している。
先端部19aの内部には、第二実施形態と同様に構成された側方観察用の反射面及び開口が設けられている。また先端部19aには円筒状の透明窓が設けられている。
硬性鏡部19bの内部には、第二実施形態と同様に構成された1組のリレー光学系(図示省略)に加えて、さらに、上記リレー光学系における瞳結像レンズと径、焦点距離の同じレンズで構成された1組以上のリレー光学系が設けられており、中間結像された像や側方観察用の第2の瞳位置における瞳をリレーすることで、撮像ユニットを先端部19aからより遠くに離して配置することができるようにしている。
把持部20の内部には、第二実施形態と同様に構成された側方観察用の撮像ユニット(図示省略)、前方観察用の撮像ユニット(図示省略)が設けられている。
図6のパイプ観察用硬性鏡システム又はパイプ観察用観察システムの作用効果は、図5のパイプ観察用軟性鏡システムと略同じである。
FIG. 6 is a conceptual diagram of a rigid endoscope system for observing a pipe or an observation system for observing a pipe having the configuration of the omnidirectional observation optical system of the present invention. In addition, about the structural member substantially the same as the structural member used for the system of FIG. 4, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
The system shown in FIG. 6 includes an insertion unit 19, a gripping unit 20, a cable 12, an observation control device 13, and a monitor (display device) 14.
The insertion portion 19 includes a distal end portion 19a having a small diameter and a rigid endoscope portion 19b having a larger diameter than the distal end portion 19a.
Inside the distal end portion 19a, a side observation reflecting surface and an opening that are configured in the same manner as in the second embodiment are provided. A cylindrical transparent window is provided at the tip 19a.
In addition to a set of relay optical systems (not shown) configured in the same manner as in the second embodiment, the rigid endoscope unit 19b further includes the pupil imaging lens, diameter, and focal length of the relay optical system. One or more sets of relay optical systems composed of the same lens are provided, and the imaging unit is connected to the distal end portion 19a by relaying the intermediately formed image or the pupil at the second pupil position for side observation. So that it can be placed farther away.
Inside the grip 20, there are provided a side observation imaging unit (not shown) and a front observation imaging unit (not shown) configured in the same manner as in the second embodiment.
The operational effects of the pipe observation rigid endoscope system or the pipe observation observation system of FIG. 6 are substantially the same as those of the pipe observation flexible endoscope system of FIG.

図7は本発明の全周囲観察光学系の構成を備えたねじ穴観察用硬性鏡システム又はねじ穴観察用観察システムの概念図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図である。なお、図4のシステムに用いられている構成部材と実質的に同様の構成部材については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図7(a)のシステムは、挿入部21と、カメラ部22と、ケーブル12と、観察制御装置13と、モニタ(表示装置)14を有している。
挿入部21は、ねじ穴に挿入可能な細径の先端部21aのみで構成されている。先端部21aの内部には、第一実施形態と同様に構成された側方観察用の反射面(図示省略)が設けられている。また先端部21aには円筒状の透明窓が設けられている。
カメラ部22の内部には、第一実施形態と同様に構成されたリレー光学系(図示省略)、側方観察用の撮像ユニット(図示省略)が設けられている。
図7(b)のシステムは、モニタ(表示装置)14がカメラ部22と一体化しており、カメラ部22の内部には、第一実施形態と同様に構成されたリレー光学系(図示省略)、側方観察用の撮像ユニット(図示省略)に加えて、第一実施形態におけるパノラマ画像合成処理部として機能する中央処理演算装置(図示省略)が設けられている。その他の構成は、図7(a)のシステムと略同じである。なお、図7(b)中、23はプレート、23aはプレートに設けられたねじ穴である。
FIG. 7 is a conceptual diagram of a screw hole observation rigid endoscope system or screw hole observation observation system provided with the configuration of the omnidirectional observation optical system of the present invention, where (a) is a diagram showing an example, and (b) is another diagram. It is a figure which shows the example of. In addition, about the structural member substantially the same as the structural member used for the system of FIG. 4, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
The system shown in FIG. 7A includes an insertion unit 21, a camera unit 22, a cable 12, an observation control device 13, and a monitor (display device) 14.
The insertion portion 21 is composed only of a thin tip portion 21a that can be inserted into the screw hole. A reflecting surface (not shown) for side observation, which is configured in the same manner as in the first embodiment, is provided inside the distal end portion 21a. Further, a cylindrical transparent window is provided at the distal end portion 21a.
Inside the camera unit 22, a relay optical system (not shown) configured in the same manner as in the first embodiment and an imaging unit (not shown) for side observation are provided.
In the system of FIG. 7B, a monitor (display device) 14 is integrated with the camera unit 22, and a relay optical system (not shown) configured similarly to the first embodiment is provided inside the camera unit 22. In addition to the side observation imaging unit (not shown), a central processing unit (not shown) that functions as a panoramic image synthesis processing unit in the first embodiment is provided. Other configurations are substantially the same as those of the system of FIG. In FIG. 7B, 23 is a plate, and 23a is a screw hole provided in the plate.

そして、図7のねじ穴観察用硬性鏡システム又はねじ穴観察用観察システムでは、先端部21を、例えば図7(b)に示すプレート23のねじ穴23aに挿入し、ねじ穴23aの全周にわたる側面の画像を、先端部21内に設けられた反射面(図示省略)を介して分割された夫々の領域ごとに、カメラ部22内に設けられた側方観察用の撮像素子(図示省略)で撮像する。撮像した夫々の領域のねじ穴23aの側面の画像は、パノラマ画像合成処理部として機能する中央処理演算装置(図示省略)を介してパノラマ画像に合成され、合成されたパノラマ画像は、モニタ14に表示される。   Then, in the screw hole observation rigid endoscope system or the screw hole observation observation system of FIG. 7, the tip 21 is inserted into the screw hole 23a of the plate 23 shown in FIG. 7B, for example, and the entire circumference of the screw hole 23a is inserted. An image sensor for lateral observation (not shown) provided in the camera unit 22 is provided for each region obtained by dividing the image of the side surface extending through the reflecting surface (not shown) provided in the distal end portion 21. ) The captured images of the side surfaces of the screw holes 23a in the respective regions are combined with the panoramic image via a central processing unit (not shown) that functions as a panoramic image combining processing unit, and the combined panoramic image is displayed on the monitor 14. Is displayed.

なお、図7(a),(b)の観察用硬性鏡システム及び観察用観察システムは、上記説明では、ねじ穴観察用としたが、それ以外にも、小径で長さの短い孔や溝を観察する用途に用いることができ、例えば、貫通孔の内面を観察するような用途に用いてもよい。   Note that the observation rigid endoscope system and observation observation system shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) are for screw hole observation in the above description, but other than that, holes and grooves having a small diameter and a short length are also used. For example, it may be used for the purpose of observing the inner surface of the through hole.

また、上述した各実施形態では、側方観察用の開口絞りを、側方観察用の第2の瞳位置に夫々配置したが、側方観察用の開口絞りの配置はこれらに限られるものではない。側方観察用の開口絞りは、側方観察用の第1の瞳位置に共役な瞳位置であればどこに配置してもよく、例えば、側方観察用の第1の瞳位置を構成する角錐プリズムの角錐面に直接、側方観察用の開口絞りに相当する形状に遮光膜の蒸着を施し、あるいは、複数組のリレーレンズで伝送される光路上における、側方観察用の第1の瞳位置と側方観察用の第2の瞳位置との間の中間位置に形成される瞳位置に配置してもよい。同様に、図3の例における前方観察用の開口絞りは、前方観察用の第1の瞳位置に共役な瞳位置であればどこに配置してもよい。   In each of the above-described embodiments, the aperture stop for side observation is arranged at the second pupil position for side observation, but the arrangement of the aperture stop for side observation is not limited to these. Absent. The aperture stop for side observation may be arranged anywhere as long as the pupil position is conjugate to the first pupil position for side observation. For example, the pyramid that forms the first pupil position for side observation is used. A light shielding film is deposited directly on the pyramid surface of the prism in a shape corresponding to an aperture stop for side observation, or a first pupil for side observation on an optical path transmitted by a plurality of relay lenses. You may arrange | position to the pupil position formed in the intermediate position between a position and the 2nd pupil position for side observation. Similarly, the aperture stop for forward observation in the example of FIG. 3 may be disposed anywhere as long as the pupil position is conjugate to the first pupil position for forward observation.

本発明の全周囲観察光学系及びそれを用いた全周囲観察システムは、これらの用途に限定されるものではなく、管状体の内側面を全周にわたって同時に観察することが求められる分野に有用である。   The all-around observation optical system of the present invention and the all-around observation system using the same are not limited to these applications, and are useful in fields in which it is required to observe the inner surface of the tubular body all around the circumference simultaneously. is there.

1 多角錐プリズム
1a 角錐面形状の反射面
1b 開口
2 リレー光学系
2a 中間像結像レンズ
2b 瞳結像レンズ
3 側方観察用の撮像ユニット
3a、3a1、3a2、3a3、3a4、3a5、3a6、3a7、3a8 側方観察用の絞り
3b、3b1、3b2、3b3、3b4、3b5、3b6、3b7、3b8 側方観察用の結像レンズ
3c、3c1、3c2、3c3、3c4、3c5、3c6、3c7、3c8 側方観察用の撮像素子
3’ 前方観察用の撮像ユニット
3a’ 前方観察用の絞り
3b’ 前方観察用の結像レンズ
3c’ 前方観察用の撮像素子
4 円筒状の透明窓
5 ハウジング
6 側方観察用の照明部
7 前方視野を拡大する光学ユニット
8 前方観察用の照明部
11 パイプカメラ
11a 先端部
11b カメラ部
12 ケーブル
13 観察制御装置
14 モニタ(表示装置)
15 パイプ
16 センタリング装置
17 車輪
18 挿入部
18a 先端部
18b カメラ部
18c 軟性鏡部
19 挿入部
20 把持部
21 挿入部
21a 先端部
22 カメラ部
23 プレート
23a ねじ穴
O 軸
P1、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18 側方観察用の第1の瞳位置
P2、P21、P22、P23、P24、P25、P26、P27、P28 側方観察用の第2の瞳位置
P1’ 前方観察用の第1の瞳位置
P2’ 前方観察用の第2の瞳位置
I1 中間結像位置
I2、I21、I22、I23、I24、I25、I26、I27、I28、I2’ 最終結像位置
51 モータ
51a 回転軸
52 ミラー
53 撮像部
54 観察窓
61 回転対称形状の凸面鏡
61a 孔部
62 撮像部
63 観察窓
71 反射鏡部材
71a 反射面
72 レンズ
73 一次元イメージセンサ
81 撮像ユニット81
81a レンズ
81b 撮像素子
91 側視光学系
91a、91c レンズ
91b ミラー
92 撮像素子
1 polygonal prisms 1a pyramid-sectional shape of the reflecting surface 1b opening 2 relay optical system 2a intermediate image forming lens 2b pupil imaging lens 3 side imaging unit 3a for observation, 3a 1, 3a 2, 3a 3, 3a 4, 3a 5 , 3a 6 , 3a 7 , 3a 8 lateral observation stop 3b, 3b 1 , 3b 2 , 3b 3 , 3b 4 , 3b 5 , 3b 6 , 3b 7 , 3b 8 imaging lens for lateral observation 3c, 3c 1, 3c 2, 3c 3, 3c 4, 3c 5, imaging device 3c 6, 3c 7, 3c 8 side for observation
3 'imaging unit for forward observation 3a' aperture for forward observation 3b 'imaging lens for forward observation 3c' imaging device for forward observation 4 cylindrical transparent window 5 housing 6 illumination unit for lateral observation 7 front Optical unit that expands the field of view 8 Illumination unit for forward observation 11 Pipe camera 11a Tip 11b Camera unit 12 Cable 13 Observation control device 14 Monitor (display device)
15 pipe 16 centering device 17 wheel 18 inserted portion 18a tip 18b camera unit 18c flexible endoscope 19 insertion portion 20 gripping portion 21 the insertion portion 21a tip 22 camera unit 23 plate 23a screw hole O axis P1, P1 1, P1 2, P1 3 , P1 4 , P1 5 , P1 6 , P1 7 , P1 8 First pupil position for lateral observation P2, P2 1 , P2 2 , P2 3 , P2 4 , P2 5 , P2 6 , P2 7 , P2 8 Second pupil position for lateral observation P1 ′ First pupil position for forward observation P2 ′ Second pupil position for forward observation I1 Intermediate imaging positions I2, I2 1 , I2 2 , I2 3 , I2 4 , I2 5 , I2 6 , I2 7 , I2 8 , I2 ′ Final imaging position 51 Motor 51a Rotating shaft 52 Mirror 53 Imaging unit 54 Observation window 61 Convex mirror with rotational symmetry 61a Hole 62 Imaging unit 63 Observation window 71 Reflection Member 71a reflecting surface 72 lens 73 one-dimensional image sensor 81 imaging unit 81
81a Lens 81b Image sensor 91 Side view optical system 91a, 91c Lens 91b Mirror 92 Image sensor

Claims (10)

所定の軸に対して対称な所定の角錐面をなし、且つ、夫々が前記所定の軸に対して夫々対称な側方観察用の第1の瞳位置の近傍に配置されていて、側方の全周にわたる観察対象からの光を側方の3つ以上の領域ごとの観察対象からの光に分割して後方に反射する3面以上の反射面と、
前記所定の軸上に配置されていて、前記所定の軸に対して夫々対称な側方観察用の第2の瞳位置に、前記夫々の側方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーするリレー光学系と、
前記夫々の側方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置に夫々配置された3つ以上の側方観察用の開口絞りと、
前記夫々の側方観察用の開口絞りに対応して夫々配置された3組以上の側方観察用の結像光学系と、
前記夫々の側方観察用の結像光学系に対応して夫々配置された3つ以上の側方観察用の撮像素子、
を有することを特徴とする全周囲観察光学系。
A predetermined pyramid surface symmetric with respect to a predetermined axis, and each of them is arranged in the vicinity of a first pupil position for lateral observation that is symmetrical with respect to the predetermined axis, Three or more reflecting surfaces that divide the light from the observation target over the entire circumference into the light from the observation target for each of the three or more regions on the side and reflect backwards;
The pupils at the first pupil positions for the side observations are enlarged to the second pupil positions for the side observations arranged on the predetermined axes and symmetrical with respect to the predetermined axes, respectively. And relay optical system to relay,
Three or more aperture diaphragms for side observation, each arranged at a pupil position conjugate with the first pupil position for each side observation;
Three or more sets of imaging optical systems for side observation, which are respectively arranged corresponding to the respective aperture diaphragms for side observation,
Three or more image sensors for side observation, each arranged corresponding to the imaging optical system for each side observation,
An all-around observation optical system characterized by comprising:
前記3つ以上の側方観察用の開口絞りが、前記夫々の側方観察用の第2の瞳位置に夫々配置されていることを特徴とする請求項1に記載の全周囲観察光学系。   2. The omnidirectional observation optical system according to claim 1, wherein the three or more side observation aperture stops are respectively arranged at the second pupil positions for the respective side observations. 前記夫々の反射面が、前記所定の軸に対して45°±15°の範囲内の所定角度で傾斜していることを特徴とする請求項1又は2に記載の全周囲観察光学系。   3. The all-around observation optical system according to claim 1, wherein each of the reflecting surfaces is inclined at a predetermined angle within a range of 45 ° ± 15 ° with respect to the predetermined axis. 前記夫々の反射面が、頭頂部に平坦面を有する角錐における角錐面に設けられ、
前記夫々の反射面に囲まれた前記頭頂部の平坦面に開口が設けられ、
前記開口は、前記所定の軸上に位置する前方観察用の第1の瞳位置の近傍に位置し、
前記リレー光学系は、さらに、前記所定の軸上に位置する前方観察用の第2の瞳位置に、前記前方観察用の第1の瞳位置における瞳を拡大してリレーするように構成され、さらに、
前記前方観察用の第1の瞳位置と共役な瞳位置に配置された前方観察用の開口絞りと、
前記前方観察用の開口絞りに対応して配置された前方観察用の結像光学系と、
前記前方観察用の結像光学系に対応して配置された前方観察用の撮像素子、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の全周囲観察光学系。
Each of the reflective surfaces is provided on a pyramid surface in a pyramid having a flat surface at the top of the head,
An opening is provided in the flat surface of the top of the head surrounded by the respective reflecting surfaces;
The opening is located in the vicinity of the first pupil position for forward observation located on the predetermined axis,
The relay optical system is further configured to enlarge and relay the pupil at the first pupil position for front observation to the second pupil position for front observation located on the predetermined axis, further,
An aperture stop for forward observation disposed at a pupil position conjugate with the first pupil position for forward observation;
An imaging optical system for front observation arranged corresponding to the aperture stop for front observation;
An imaging device for front observation arranged corresponding to the imaging optical system for front observation,
The all-around observation optical system according to claim 1, wherein
前記前方観察用の開口絞りが、前記前方観察用の第2の瞳位置に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の全周囲観察光学系。   The omnidirectional observation optical system according to claim 4, wherein the front observation aperture stop is disposed at the second pupil position for front observation. 前記夫々の反射面が、角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の全周囲観察光学系。   6. The all-around observation optical system according to claim 1, wherein each of the reflection surfaces is provided with a reflection film on each of the pyramid surfaces of the pyramid member. 前記夫々の反射面が、頭頂部に平坦面を有する透明な角錐部材における夫々の角錐面に反射膜を設けてなり、
前記開口が、前記透明な角錐部材の前記頭頂部の平坦面で構成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の全周囲観察光学系。
Each of the reflective surfaces is provided with a reflective film on each of the pyramidal surfaces of the transparent pyramidal member having a flat surface at the top of the head,
The all-around observation optical system according to claim 4, wherein the opening is configured by a flat surface of the top of the head of the transparent pyramid member.
前記夫々の反射面が、夫々板状のミラー面で構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の全周囲観察光学系。   The all-around observation optical system according to claim 1, wherein each of the reflection surfaces is formed of a plate-like mirror surface. さらに、前記所定の軸と同軸に配置されていて、前記側方の全周にわたる観察対象からの光を前記夫々の反射面に入射させる円筒状の透明窓を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の全周囲観察光学系。   Furthermore, it has a cylindrical transparent window which is arranged coaxially with the predetermined axis and allows light from the observation object over the entire circumference of the side to enter the respective reflecting surfaces. All-around observation optical system in any one of -8. 請求項1〜9のいずれかに記載の全周囲観察光学系と、
前記夫々の側方観察用の撮像素子が撮像した隣り合う領域の観察対象の画像同士を接合して、前記側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を作成するパノラマ画像合成処理部と、
前記パノラマ画像合成処理部で作成された前記側方の全周にわたる観察対象のパノラマ画像を表示するパノラマ画像表示部を有することを特徴とする全周囲観察システム。
An all-around observation optical system according to any one of claims 1 to 9,
A panorama image composition processing unit that joins together images of observation objects in adjacent regions captured by the respective image sensors for side observation, and creates a panorama image of the observation object over the entire circumference of the side;
An omnidirectional observation system comprising a panoramic image display unit that displays a panoramic image of an observation object that is created by the panoramic image synthesis processing unit and that covers the entire circumference of the side.
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