JP2003167195A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲の領域の像を少ない歪で受像できる光
学装置を提供する。 【解決手段】 光学装置１０は、レンズ１４と、レンズ
を透過した光像を受像する受像面１８と、レンズの光軸
１２を中心としてレンズの周囲に配置された第１の反射
鏡２２と、第１の反射鏡で反射した光をレンズに向けて
反射する第２の反射鏡２６とを備え、第１の反射鏡と第
２の反射鏡の反射面２４，２８は、受像面中心部におけ
る光像拡大率が受像面周辺部における光像拡大率よりも
大きくなる又は小さくなる形状に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置、特に広
い視野の光像を撮影するために利用される光学装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】非常に広い範囲を一つのカメラで撮像又
は監視するために魚眼レンズが用いられており、現在提
供されている魚眼レンズの殆どが等距離射影方式（小倉
敏布著、１９９５年、朝日ソノラマ発行を参照）を採用
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、等距離射影方
式を採用している魚眼レンズを備えた監視カメラを天井
に下向きに取り付けて室内全体を監視する場合、カメラ
直下の被写体は大きく映るが、被写体がカメラ直下から
離れていくにしたがって像が小さくなり、しかも撮影さ
れた像の歪みが大きくなるという問題があった。

【０００４】また、魚眼レンズを備えたカメラを水道管
等の管路の内壁検査に用いる場合、カメラの光軸を管路
に沿って挿入すると、カメラの真横にある内壁部分は大
きく映るが、前方の離れた場所にある内壁部分は小さく
映るという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
を解消するためになされたもので、光学装置が、レンズ
と、レンズを透過した光像を受像する受像面と、第１の
反射鏡と、第１の反射鏡で反射した光をレンズに向けて
反射する第２の反射鏡とを備え、第１の反射鏡と第２の
反射鏡の反射面は、受像面中心部における光像拡大率が
受像面周辺部における光像拡大率よりも大きくなる形状
に形成されていることを特徴とする。

【０００６】この光学装置の他の形態は、第１の反射鏡
と第２の反射鏡の反射面が、以下の関係を満足するよう
に形成されていることを特徴とする。

【０００７】本発明の他の光学装置は、レンズと、レン
ズを透過した光像を受像する受像面と、第１の反射鏡
と、第１の反射鏡で反射した光をレンズに向けて反射す
る第２の反射鏡とを備え、第１の反射鏡と第２の反射鏡
の反射面は、受像面中心部における光像拡大率が受像面
周辺部における光像拡大率よりも小さくなる形状に形成
されていることを特徴とする。光学装置。

【０００８】この光学装置の他の形態は、第１の反射鏡
と第２の反射鏡の反射面が、以下の関係を満足するよう
に形成されていることを特徴とする。

【０００９】上述の光学装置の他の形態は、第２の反射
面は光軸を中心とする開口部を有し、この開口部に第２
のレンズが配置されていることを特徴とする。

【００１０】また、上述の光学装置の他の形態は、第１
のレンズと第２のレンズが、光軸を中心として対称形状
の略半球状又は略ドーム状の透明カバーによって覆われ
ていることを特徴とする。

【００１１】本発明の他の光学装置は、レンズ又は反射
鏡を含む光学系と、光学系によって案内された光を受像
する受像面とを有し、光学系は、受像面中心部における
光像拡大率が受像面周辺部における光像拡大率よりも大
きくなるように設計されていることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の他の光学装置は、レンズ又
は反射鏡を含む光学系と、光学系によって案内された光
を受像する受像面とを有し、光学系は、受像面中心部に
おける光像拡大率が受像面周辺部における光像拡大率よ
りも小さくなるように設計されていることを特徴とす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の複数の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で
は、理解を容易にするために種々の方向を示す用語（例
えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「後」、
「前」及びこれらを含む用語）を用いているが、本発明
はこれらの用語によって限定的に解釈されるものでな
い。また、以下の説明において、「レンズ」とは、一枚
のレンズによって構成されるものだけでなく、複数枚の
レンズによって構成される組レンズも含む。

【００１４】〔実施の形態１〕図１は、実施の形態１に
係る光学装置を具体化した監視カメラ１０を示す。監視
カメラ１０は、図面の上下方向に向けられた光軸１２を
有するレンズ（結像レンズ）１４備えている。レンズ１
４の下には撮像装置１６が配置されており、レンズ１４
によって結像された光像が撮像装置１６の受像面１８に
受像されるようにしてある。レンズ１４の上には、光軸
１２を中心とする対称形状の略半球状又は略ドーム状の
透明カバー２０が配置されている。透明カバー２０の内
側であってレンズ１４の外側には、光軸１２を中心とす
るドーナッツ状の主鏡（第１の反射鏡）２２が配置され
ている。主鏡２２の上面である反射面（第１の反射面）
２４は、図１において断面で表された部分に明瞭に描か
れているように、上に向けて凸形状に加工されている。
また、透明カバー２０の内側であってレンズ１４の真上
には、副鏡（第１の反射鏡）２６が配置されている。副
鏡２６の下面である反射面（第２の反射面）２８は、図
１において断面で表された部分に明瞭に描かれているよ
うに、下に向けて凸形状（例えば、円錐状）に加工され
ている。このように構成された監視カメラ１０によれ
ば、図示するように、監視カメラ１０に入る光のうち主
鏡２２に入射された光３０は、この主鏡２２の反射面２
４で反射し、次に副鏡２６の反射面２８で反射し、レン
ズ１４によって撮像装置１６の受像面１８に結像され
る。

【００１５】主鏡２２と副鏡２６の反射面２４，２８の
形状について説明する。理解を容易にするために、図２
に示すように、監視カメラ１０の視野角を１８０°と
し、監視カメラ１０から直径ｄの半球の仮想表面３２を
撮影する場合を考える。この場合、光軸１２の方向を入
射角０の方向とすると、光軸１２を中心として入射角φ
の方向に見える半球仮想表面３２上の円３４の周長ｃ_φ
は、式（１）で与えられる。

【００１６】また、入射角９０°方向に見える半球仮想
表面３２上の円３６の周長ｃ_ｍａｘは、式（２）で与え
られる。

【００１７】ここで、入射角９０°方向に見える半球仮
想表面３２上の円３６の監視カメラ１０から見た見込み
角は２πであるから、入射角φ方向に見える半球仮想表
面３２上の円３４の見込み角は、式（３）で与えられ
る。

【００１８】次に、図３に示すように、撮像装置１６の
受像面１８に半径１の円形像３８が映っている場合を考
える。この場合、半径ｙの円４０の周長ｃ_ｙは、式
（４）で与えられる。

【００１９】また、この円４０が、監視カメラ１０から
見て入射角φ方向に見える半球仮想表面３２上の円３４
と完全に重なって映っているとすると、式（５）の関係
が成立する。

【００２０】式（５）を変形すると式（６）が得られ
る。

【００２１】式（６）を積分すると、式（７）が得られ
る。

【００２２】ここで、φ＝０のとき、ｙ＝０である。し
たがって、Ｃ＝０である。よって、式（７）から式
（８）が導かれる。

【００２３】式（８）の関係が成立するとき、図４に示
すように、半球仮想表面３２にある小さな球状被写体を
投影した受像面１８の光像４２において、光軸１２を中
心とする径方向の幅ＡＢと周方向の幅ＣＤは等しくな
る。また、式（５）より、φ＝０、ｙ＝０のとき、 となり、φ＝π／２、ｙ＝１のとき、 となり、入射角９０°方向の光像は入射角０°方向の光
像に比べて２倍の拡大率をもって受像される。そのた
め、図５に示すように、入射角を変化させて微小な球体
を撮像しても該球体の光像４４は歪まず、大きさのみが
変化する。

【００２４】以上より、主鏡２２と副鏡２６の反射面２
４，２８が式（８）の関係を満足するように設計するこ
とで、受像面中心の像に比べて受像面周辺の像が拡大し
て表示される。そのため、例えば、天井に下向きに監視
カメラ１０を取り付けて室内全体を監視する場合、被写
体が監視カメラ１０の真下から離れていく（つまり、受
像面周辺部寄りになる）ほど被写体が監視カメラ１０か
ら遠くなって見込み角が小さくなるが、拡大率が大きく
なることによって撮影される像は小さくならず、被写体
の監視が容易に行える。

【００２５】〔実施の形態２〕魚眼レンズを備えた監視
カメラを水道管等の管路の内壁検査に用いる場合、カメ
ラの光軸を管路に沿って挿入すると、カメラの真横にあ
る内壁部分は大きく映るが、前方の離れた場所にある内
壁部分は小さく映る。したがって、実施の形態１の監視
カメラ１０に対する主鏡２２と副鏡２６の設計とは逆
に、主鏡２２と副鏡２６の反射面２４，２８は式（９）
の関係を満足するように設計する

【００２６】このように設計された監視カメラによれ
ば、受像面周辺部の像に比べて受像面中心部の像が拡大
して表示されるので、例えば水道管の内壁検査に用いる
場合、カメラの光軸を水道管の回転対称軸（長軸）に平
行に挿入すると、カメラから見て前方にある内壁部分
（つまり、受像面中心部寄りになる）ほど被写体が監視
カメラから遠くなって見込み角が小さくなるが、拡大率
が大きくなることによって撮影される像は小さくなら
ず、水道管内壁の検査が容易に行える。

【００２７】〔実施の形態３〕図１に示す実施の形態１
の監視カメラ１０では、図６に示すように、視野４６内
で副鏡２６の背後が死角４８となり、副鏡２６の背後か
ら該副鏡２６に向かって進行する光は副鏡２６によって
遮断され、レンズ１４に入射することがない。したがっ
て、図７に示すように、副鏡２６の中心に光軸１２を中
心とする円形の開口部５０を形成すると共に、この開口
部５０にレンズ（例えば凹レンズ）５２を配置し、レン
ズ１４の正面から該レンズ１４に向かって進行する光を
レンズ５２で集光してレンズ１４に入射することが望ま
しい。これにより、監視カメラ１０の視野４６が拡大さ
れ、広範囲の被写体を撮像できる。

【００２８】〔実施の形態４〕本発明は、反射鏡を含ま
ないレンズ又はレンズ系にも適用することができる。具
体的に、図８に示すように複数枚のレンズによって構成
されるレンズ系（組レンズ）５４において、レンズ系５
４に入射される光の入射角をφ、受像面１８における像
高をＹ、像高の最大値をＹ_ｍａｘとすると、このレンズ
系５４が式（１０）を満足するように設計することで、
受像面中心部に比べて受像面周辺部の拡大率を大きくす
ることができる。

【００２９】その結果、例えば、天井に下向きに監視カ
メラ１０を取り付けて室内全体を監視する場合、被写体
が監視カメラ１０の真下から離れていく（つまり、受像
面周辺部寄りになる）ほど被写体が監視カメラ１０から
遠くなって見込み角が小さくなるが、拡大率が大きくな
ることによって撮影される像は小さくならず、被写体の
監視が容易に行える。

【００３０】逆に、レンズ系５４が式（１１）を満足す
るように設計することで、受像面周辺部に比べて受像面
中心部の拡大率を大きくすることができる。

【００３１】その結果、受像面周辺部の像に比べて受像
面中心部の像が拡大して表示されるので、例えば水道管
の内壁検査に用いる場合、カメラの光軸を水道管の回転
対称軸（長軸）に平行に挿入すると、カメラから見て前
方にある内壁部分（つまり、受像面中心部寄りになる）
ほど被写体が監視カメラから遠くなって見込み角が小さ
くなるが、拡大率が大きくなることによって撮影される
像は小さくならず、水道管内壁の検査が容易に行える。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る光学装置によれば、広範囲の領域の像を少ない歪
で受像できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る光学装置の実施の形態１を示す
斜視図。

【図２】 図１に示す光学装置を中心とする球形仮想表
面を示す斜視図。

【図３】 受像面に受像される円形像を示す平面図。

【図４】 受像面に受像される球形被写体の像を示す平
面図。

【図５】 同一の大きさの球形被写体が受像面に受像さ
れた状態を示す平面図。

【図６】 実施の形態１において副鏡によって遮断され
る光路を示す断面図。

【図７】 実施の形態３に係る光学装置の断面図。

【図８】 実施の形態４に係る光学装置の断面図。

【符号の説明】

１０ 監視カメラ、１２ 光軸、１４ レンズ、１６
撮像装置、１８ 受像面、２０ 透明カバー、２２ 主
鏡、２４ 反射面、２６ 副鏡、２８ 反射面、３０
光。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズと、 レンズを透過した光像を受像する受像面と、 第１の反射鏡と、 第１の反射鏡で反射した光をレンズに向けて反射する第
   ２の反射鏡とを備え、 第１の反射鏡と第２の反射鏡の反射面は、受像面中心部
   における光像拡大率が受像面周辺部における光像拡大率
   よりも大きくなる形状に形成されていることを特徴とす
   る光学装置。
2. 【請求項２】 第１の反射鏡と第２の反射鏡の反射面
   が、以下の関係を満足するように形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 【請求項３】 レンズと、 レンズを透過した光像を受像する受像面と、 第１の反射鏡と、 第１の反射鏡で反射した光をレンズに向けて反射する第
   ２の反射鏡とを備え、 第１の反射鏡と第２の反射鏡の反射面は、受像面中心部
   における光像拡大率が受像面周辺部における光像拡大率
   よりも小さくなる形状に形成されていることを特徴とす
   る光学装置。
4. 【請求項４】 第１の反射鏡と第２の反射鏡の反射面
   が、以下の関係を満足するように形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載のカメラ。
5. 【請求項５】 第２の反射面は光軸を中心とする開口部
   を有し、この開口部に第２のレンズが配置されているこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の光
   学装置。
6. 【請求項６】 第１のレンズと第２のレンズが、光軸を
   中心として対称形状の略半球状又は略ドーム状の透明カ
   バーによって覆われていることを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれか一に記載の光学装置。
7. 【請求項７】 レンズ又は反射鏡を含む光学系と、 光学系によって案内された光を受像する受像面とを有
   し、 光学系は、受像面中心部における光像拡大率が受像面周
   辺部における光像拡大率よりも大きくなるように設計さ
   れていることを特徴とする光学装置。
8. 【請求項８】 レンズ又は反射鏡を含む光学系と、 光学系によって案内された光を受像する受像面とを有
   し、 光学系は、受像面中心部における光像拡大率が受像面周
   辺部における光像拡大率よりも小さくなるように設計さ
   れていることを特徴とする光学装置。