JP2006235509A - Omnidirectional imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全方位からの入射光を反射する曲面ミラーと、このミラーからの反射光を受光する撮像手段よりなる全方位撮像装置に関する。全方位撮像装置は、監視用，移動ロボット搭載用等に開発が進められている。曲面ミラーとしては、双曲線円錐状、円錐状、放物線円錐状、凸球面、凹球面等の方式が検討されている。その他自由曲面等を用いる方式も研究されている。 The present invention relates to an omnidirectional imaging apparatus including a curved mirror that reflects incident light from all directions and imaging means that receives reflected light from the mirror. The omnidirectional imaging device is being developed for monitoring, mounting on a mobile robot, and the like. As the curved mirror, methods such as a hyperbolic cone, a cone, a parabolic cone, a convex spherical surface, and a concave spherical surface have been studied. Other methods using free-form surfaces have also been studied.
凸曲面を有する全方位ミラーに写る物体像を、レンズ系及びイメージセンサよりなる撮像手段に入射する全方位撮像装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。 Prior art documents relating to an omnidirectional imaging apparatus in which an object image reflected on an omnidirectional mirror having a convex curved surface is incident on an imaging means including a lens system and an image sensor are as follows.
曲面ミラーとレンズ系は離れて設置されるので、この曲面ミラーを所定位置に設置するには何らかの支持手段を必要とする。この支持手段が不透明体であると全方位画像を遮るので透明体で製作する必要がある。この透明体として円筒ガラスを用いる構成が比較的に製作も容易で寸法もコンパクトにまとめられ、実用化されている。 Since the curved mirror and the lens system are installed apart from each other, some support means is required to install the curved mirror at a predetermined position. If this support means is an opaque body, the omnidirectional image is blocked, so it is necessary to manufacture it with a transparent body. The configuration using cylindrical glass as the transparent body is relatively easy to manufacture and is compact in size, and has been put into practical use.
図７は、特許文献１に開示されている全方位撮像装置の構成を示す縦断面図である。１は半円球状の曲面ミラーであり、全方位の被撮像物体の像を入射し、反射光を撮像手段２に導く。撮像手段２は、反射光をレンズ系２１に集光しＣＣＤ等のイメージセンサ２２のセンサ面に結像させる。曲面ミラーとしては双曲線円錐状のものが多く用いられているが、ここでは説明の都合上凸球面ミラーの例を示す。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the omnidirectional imaging device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. Reference numeral 1 denotes a hemispherical curved mirror that enters an image of an object to be imaged in all directions and guides reflected light to the imaging means 2. The imaging unit 2 focuses the reflected light on the lens system 21 and forms an image on the sensor surface of an image sensor 22 such as a CCD. As the curved mirror, a hyperbolic cone is often used, but here, for convenience of explanation, an example of a convex spherical mirror is shown.
３は円筒ガラスで形成された透明支持手段であり、曲面ミラー１を支えている。４はセンターニードルであり、曲面ミラー１の凸面頂点より光軸に一致させて下方に延長して形成され、円筒ガラスの内面反射の影響を防止する。 Reference numeral 3 denotes a transparent support means formed of cylindrical glass and supports the curved mirror 1. Reference numeral 4 denotes a center needle, which is formed to extend downward from the convex vertex of the curved mirror 1 so as to coincide with the optical axis and prevent the influence of internal reflection of the cylindrical glass.
Ｌ１，Ｌ２は物体光であり、円筒ガラスによる透明支持手段３の円筒面を通して曲面ミラー１に入射し、ここで反射した光は撮像手段２のレンズ系２１を通してイメージセンサ２２の上面に結像する。 L1 and L2 are object lights, which enter the curved mirror 1 through the cylindrical surface of the transparent support means 3 made of cylindrical glass, and the light reflected here forms an image on the upper surface of the image sensor 22 through the lens system 21 of the imaging means 2. .
透明支持手段３の円筒面には、反対方向からの光も入る。例えば仮想迷光Ｒ１は、円筒内面で反射し、入射光Ｌ１と同じ経路を通って曲面ミラー１に到達する。このため、物体光と同じ位置に結像し両者の区別はできない。しかし、仮想迷光Ｒ１は必ず光軸を通過するので、ここに不透明、無反射のセンターニードル４を設けることにより遮光できる。これにより内面反射光の発生を防止できる。 Light from the opposite direction also enters the cylindrical surface of the transparent support means 3. For example, the virtual stray light R1 is reflected by the inner surface of the cylinder and reaches the curved mirror 1 through the same path as the incident light L1. For this reason, an image is formed at the same position as the object light, and the two cannot be distinguished. However, since the virtual stray light R1 always passes through the optical axis, it can be shielded by providing an opaque, non-reflective center needle 4 here. Thereby, generation | occurrence | production of inner surface reflected light can be prevented.
図８はセンターニードルを用いない別の従来構成を示す縦断面図である。曲面ミラー１と撮像手段２を結合する透明支持手段５として所定肉厚を有する透明球体を用いた研究試作品例である。曲面ミラー１として球面ミラーを用いた場合には、この透明支持手段の形状を、理想支持手段の形状である透明楕円球体５´に近似すれば、物体光は常に支持面に垂直であるので、反対方向からの光及び同方向で一度鏡面に反射された光の内面反射による影響はない。しかしながらこのような理想曲面を有する透明楕円球体５´は製作が難しいので、例えば透明支持手段５として透明球体を用いるのが実用的である。 FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing another conventional configuration not using a center needle. This is an example of a research prototype using a transparent sphere having a predetermined thickness as the transparent support means 5 for coupling the curved mirror 1 and the imaging means 2. When a spherical mirror is used as the curved mirror 1, if the shape of the transparent support means is approximated to the transparent ellipsoidal sphere 5 'which is the shape of the ideal support means, the object light is always perpendicular to the support surface. There is no influence by the internal reflection of the light from the opposite direction and the light once reflected on the mirror surface in the same direction. However, since the transparent elliptical sphere 5 ′ having such an ideal curved surface is difficult to manufacture, it is practical to use a transparent sphere as the transparent support means 5, for example.
従来構成においては次のような問題点がある。
（１）図７のセンターニードルを備える構成；
物体光Ｌ２の場合は、反対方向からの光は曲面ミラー自体により遮蔽されるので、内面反射の原因とはならない。しかし、仮想迷光Ｒ２のように、同方向から来る光で曲面ミラー１で反射した後更に円筒面で反射して物体光Ｌ２と同じ光路を通るものが存在する。
The conventional configuration has the following problems.
(1) Configuration including the center needle of FIG. 7;
In the case of the object light L2, since the light from the opposite direction is shielded by the curved mirror itself, it does not cause internal reflection. However, there is a light such as virtual stray light R2 that is reflected from the curved mirror 1 with light coming from the same direction and then reflected by the cylindrical surface and passes through the same optical path as the object light L2.
仮想迷光Ｒ２が通常の物体から出るものの場合はあまり問題とならないが、これが照明源であったり、ＣＲＴ等から発する光の場合は物体光Ｌ２よりも強くなり、画像に表示されてしまう。曲面ミラー１は特に反射率を高く製作されているので、この面での反射による減衰は極めて少ない。 In the case where the virtual stray light R2 is emitted from a normal object, there is not much problem, but in the case of light emitted from a CRT or the like, it is stronger than the object light L2 and displayed on the image. Since the curved mirror 1 is manufactured with a particularly high reflectance, the attenuation due to reflection on this surface is extremely small.
（２）図８の透明支持手段（透明球）を備える構成：
物体光Ｌ２のように、透明支持手段５の面に垂直でない方向から入る光は、仮想迷光Ｒ２の方向から入り、曲面ミラー１で一度反射し、透明支持手段５で内面反射する光と光路が一致する。仮想迷光Ｒ２が照明源やＲＴ面等の明るい場合は内面反射の影響が出る。
(2) Configuration comprising the transparent support means (transparent sphere) of FIG.
Like the object light L2, light that enters from a direction that is not perpendicular to the surface of the transparent support means 5 enters from the direction of the virtual stray light R2, is reflected once by the curved mirror 1, and is internally reflected by the transparent support means 5 and the optical path. Match. When the virtual stray light R2 is bright such as an illumination source or an RT surface, it is affected by internal reflection.
この説明では、理想的な透明楕円球体５´の代わりに透明球体５を用いた例で説明したが、例え透明楕円球体を使用しても、光軸や中心点の位置がずれれば同様の効果が生じる。曲面ミラーとして双曲線円錐状のミラーを使用した場合、その焦点に中心を持つ透明球体が理想の支持手段となるが、中心がずれた場合は同様の効果となる。 In this explanation, the example using the transparent sphere 5 instead of the ideal transparent ellipsoid sphere 5 'has been described. However, even if the transparent ellipsoid sphere is used, if the optical axis and the center point are shifted, An effect is produced. When a hyperbolic cone-shaped mirror is used as the curved mirror, a transparent sphere having a center at the focal point is an ideal support means, but the same effect is obtained when the center is shifted.
従って本発明が解決しようとする課題は、曲面ミラーの支持手段として透明支持手段を用いると共に、その内面反射の影響を完全に取り除く手段を備えた全方位撮像装置を実現することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize an omnidirectional imaging apparatus provided with a transparent support means as a support means for a curved mirror and a means for completely removing the influence of the internal reflection.
このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）全方位からの入射光を反射する曲面ミラーと、このミラーからの反射光を受光する撮像手段よりなる全方位撮像装置において、
前記曲面ミラーを支持し、全方向からの前記入射光を透過可能に配置された透明支持手段と、
この透明支持手段の内面で反射する、前記入射光と同一の光路を有する内面反射光に対し、前記内面への入射を妨げる遮蔽手段と、
を備えたことを特徴とする全方位撮像装置。
In order to achieve such an object, the configuration of the present invention is as follows.
(1) In an omnidirectional imaging apparatus comprising a curved mirror that reflects incident light from all directions and an imaging means that receives reflected light from the mirror,
Transparent support means arranged to support the curved mirror and to be able to transmit the incident light from all directions;
Shielding means for preventing the incident on the inner surface with respect to the inner surface reflected light having the same optical path as the incident light, which is reflected by the inner surface of the transparent support means,
An omnidirectional imaging apparatus comprising:
（２）前記透明支持手段は、少なくとも前記曲面ミラーを囲む曲面体で形成され、入射光位置におけるその曲面体の曲面の法線方向が前記曲面ミラーへの入射光方向より前記遮光手段側にシフトされていることを特徴とする請求項１に記載の全方位撮像装置。 (2) The transparent support means is formed of a curved body surrounding at least the curved mirror, and the normal direction of the curved surface of the curved body at the incident light position is shifted from the incident light direction to the curved mirror to the light shielding means side. The omnidirectional imaging apparatus according to claim 1, wherein the omnidirectional imaging apparatus is provided.
（３）前記透明支持手段は、少なくとも前記曲面ミラーを囲む球体で形成され、その球体の中心点位置が前記前記曲面ミラーの集光点位置よりも前記遮光手段側にシフトされていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の全方位撮像装置。 (3) The transparent support means is formed of a sphere surrounding at least the curved mirror, and a center point position of the sphere is shifted to the light shielding means side from a condensing point position of the curved mirror. The omnidirectional imaging apparatus according to (1) or (2).
（４）前記遮蔽手段は、前記撮像手段を囲み前記曲面ミラー方向に延長された筒状の遮光フードで形成されたことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の全方位撮像装置。 (4) The omnidirectional device according to any one of (1) to (3), wherein the shielding means is formed of a cylindrical light shielding hood that surrounds the imaging means and extends in the curved mirror direction. Imaging device.
（５）前記遮蔽手段は、前記撮像手段を支持するベース部材で形成されたことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の全方位撮像装置。 (5) The omnidirectional imaging apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the shielding means is formed of a base member that supports the imaging means.
（６）前記透明支持手段は、透明球体であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の全方位撮像装置。 (6) The omnidirectional imaging apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the transparent support means is a transparent sphere.
（７）前記透明支持手段は、前記曲面ミラーを囲む第１透明半球体と、前記遮光手段を囲む第２透明半球体と、これら透明半球体部を結合する所定長さの透明筒体よりなる長球体形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の全方位撮像装置。 (7) The transparent support means includes a first transparent hemisphere surrounding the curved mirror, a second transparent hemisphere surrounding the light shielding means, and a transparent cylinder having a predetermined length that joins the transparent hemisphere parts. 6. The omnidirectional imaging device according to claim 1, wherein the omnidirectional imaging device has a long spherical shape.
（８）前記透明支持手段は、前記曲面ミラーを囲む透明半球体と、その周端部を前記撮像手段側に延長した透明筒体よりなるドーム形状であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の全方位撮像装置。 (8) The transparent support means has a dome shape including a transparent hemisphere surrounding the curved mirror, and a transparent cylindrical body having a peripheral end portion extended to the imaging means side. 5) The omnidirectional imaging apparatus according to any one of the above.
（９）前記曲面ミラーに所定距離を隔てて対向配置され、曲面ミラーからの反射光を入射して折り返し曲面ミラー側に返す反射ミラーと、
前記曲面ミラーの頂部に形成された開口部を介して前記反射ミラーからの反射光を受光する撮像手段と、
を備えることを特徴とする記載の全方位撮像装置。
(9) a reflective mirror that is disposed opposite to the curved mirror at a predetermined distance, and that receives reflected light from the curved mirror and returns it to the folded curved mirror side;
Imaging means for receiving reflected light from the reflecting mirror through an opening formed at the top of the curved mirror;
The omnidirectional imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
（１０）前記透明支持手段は、前記曲面ミラーに集光点に対して放射状に構成面を形成した透明棒体で形成されたことを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の全方位撮像装置。 (10) The transparent support means is formed of a transparent bar having a configuration surface formed radially on the curved mirror with respect to a condensing point, according to any one of (1) to (5). Omnidirectional imaging device.
（１１）前記透明棒体は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項（１０）に記載の全方位撮像装置。 (11) The omnidirectional imaging device according to (10), wherein the transparent bar is formed in an arc shape.
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）反対方向からの１次の内面反射の影響を取除けるばかりではなく、一度鏡面で反射してから内面反射する光の影響も受けない全方位撮像装置を実現することができる。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
(1) It is possible to realize an omnidirectional imaging apparatus that not only removes the influence of primary internal reflection from the opposite direction but also does not receive the influence of light that is reflected once by a mirror surface and then internally reflected.
（２）曲面ミラーとして設計が容易な球面ミラーを使用でき、更に曲面ミラーの透明支持手段として実用的な透明球体を使用することができるので、設計が容易でコスト的に有利な全方位撮像装置を実現することができる。 (2) A spherical mirror that can be easily designed as a curved mirror can be used, and a practical transparent sphere can be used as a transparent support means for the curved mirror. Can be realized.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用した全方位撮像装置の一実施形態を示す縦断面図である。図７、図８で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of an omnidirectional imaging apparatus to which the present invention is applied. The same elements as those of the conventional apparatus described with reference to FIGS. Hereinafter, the characteristic part of the present invention will be described.
実施形態の具体的な説明の前に、図２により曲面ミラーと入射光の画角の関係を説明する。ここでは曲面ミラー１００は、凸球面ミラーの例を示す。入射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、夫々入射画角１５，４５，７５，１０５，１３５度の光路を示す。 Prior to specific description of the embodiment, the relationship between the curved mirror and the angle of view of incident light will be described with reference to FIG. Here, the curved mirror 100 is an example of a convex spherical mirror. Incident lights L1, L2, L3, L4, and L5 indicate optical paths having incident angles of view of 15, 45, 75, 105, and 135 degrees, respectively.
各入射光は、曲面ミラー１００で反射した後撮像手段２のレンズ系２１を通してイメージセンサ２２の面上に結像する。曲面ミラーの場合、入射光が光軸と交わる位置は画角により変化する。ここでは、これらを集光点群Ｆ（ｆ１〜ｆ５）と仮称する。 Each incident light is reflected by the curved mirror 100 and then forms an image on the surface of the image sensor 22 through the lens system 21 of the imaging means 2. In the case of a curved mirror, the position where the incident light intersects the optical axis varies depending on the angle of view. Here, these are tentatively referred to as a condensing point group F (f1 to f5).
最大画角の入射光Ｌ５（画角１３５度）の反射光の光路と、最小画角の入射光Ｌ１（画角１５度）の光路で囲まれる斜線三角形Ｓの領域は、撮像に影響を与えない領域で、ここに遮光物体等を設置しても撮像には支障が発生しない。 The area of the diagonal triangle S surrounded by the optical path of the reflected light of the maximum incident angle L5 (view angle of 135 degrees) and the optical path of the incident light L1 of the minimum angle of view (angle of view of 15 degrees) has an influence on the imaging. Even if a light-shielding object or the like is installed here in a non-existing area, there is no trouble in imaging.
本発明は、この特性を利用し、領域Ｓの箇所に遮蔽手段を設置し、この遮蔽手段により球面支持手段の内面反射の要因となる仮想迷光の光路を遮断する構成を特徴としている。 The present invention is characterized in that a shielding means is installed at a location in the region S by utilizing this characteristic, and the optical path of virtual stray light that causes internal reflection of the spherical support means is blocked by this shielding means.
本発明の透明支持手段は、少なくとも曲面ミラーを囲む曲面体で形成され、入射光位置におけるその曲面体の曲面の法線方向が、前記曲面ミラーへの入射光方向より前記遮光手段側にシフトされている構成を特徴とする。透明支持手段が球体の場合は、法線方向は球体の中心方向である。 The transparent support means of the present invention is formed of a curved body surrounding at least the curved mirror, and the normal direction of the curved surface of the curved body at the incident light position is shifted to the light shielding means side from the incident light direction to the curved mirror. It is characterized by the structure. When the transparent support means is a sphere, the normal direction is the center direction of the sphere.
図１において、１００は凸球面を有する曲面ミラーである。２００は薄肉の透明球体で形成された透明支持手段であり、上部に曲面ミラー１００を支持し、下部には撮像手段２及び遮光フード３００が設置されている。 In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a curved mirror having a convex spherical surface. Reference numeral 200 denotes a transparent support means formed of a thin transparent sphere, which supports the curved mirror 100 in the upper part and has the image pickup means 2 and the light shielding hood 300 in the lower part.
透明支持手段２００の中心Ｑは、図２で説明した各入射光の集光点群Ｆより下部、即ち遮光フード３００の方向に所定距離シフトした設計とされている。透明支持手段２００の径は、なるべく小さい方が装置を小型に設計できるが、必要な遮蔽効果が出ない場合も生じるので、バランスをとった選定が必要となる。 The center Q of the transparent support means 200 is designed to be shifted from the condensing point group F of each incident light described in FIG. 2 by a predetermined distance in the direction of the light shielding hood 300. The smaller the diameter of the transparent support means 200, the smaller the device can be designed. However, since the necessary shielding effect may not be obtained, a balanced selection is required.
各入射光Ｌ１〜Ｌ５は、透明支持手段２００を透過して曲面ミラー１００に入射し、夫々の反射光が撮像手段２に到達する。入射光は必ずしも透明支持手段２００の面に垂直に入射しないが、肉厚が薄ければこの影響は無視できる。必要な場合には、画像処理で補正することもできる。図では、内面反射により入射光Ｌ１〜Ｌ５と同じ光路を通る光を、仮想迷光Ｒ１〜Ｒ５として表示してある。 Each incident light L <b> 1 to L <b> 5 passes through the transparent support means 200 and enters the curved mirror 100, and each reflected light reaches the imaging means 2. Incident light does not necessarily enter the surface of the transparent support means 200 perpendicularly, but this effect can be ignored if the wall thickness is thin. If necessary, it can be corrected by image processing. In the figure, light passing through the same optical path as incident light L1 to L5 due to internal reflection is displayed as virtual stray light R1 to R5.
３００は筒状の遮光フードであり、図２で示した領域Ｓにおいて撮像手段２を囲み曲面ミラー１００方向に延長された遮蔽手段を形成している。 Reference numeral 300 denotes a cylindrical light shielding hood, which forms a shielding means extending in the direction of the curved mirror 100 so as to surround the imaging means 2 in the region S shown in FIG.
入射光Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、透明支持手段２００の上半分に入射しており、この仮想迷光Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、いずれも下方の遮光フード３００の方向から来ている。透明支持手段２００の中心Ｑが下方にシフトするほどこの効果は大きくなる。 Incident light L3, L4, L5 is incident on the upper half of the transparent support means 200, and the virtual stray light R3, R4, R5 all come from the direction of the light shielding hood 300 below. This effect increases as the center Q of the transparent support means 200 shifts downward.
入射光Ｌ１,Ｌ２ は、透明支持手段２００の下半分から入射するので、仮想迷光Ｒ１,Ｒ２ は、上方向や横方向から来ることになる。ここで透明支持手段２００の径や遮光フード３００の位置、形状を適切に設計することにより、全ての仮想迷光を遮光フード３００により遮ることができる。 Since the incident lights L1 and L2 are incident from the lower half of the transparent support means 200, the virtual stray light R1 and R2 comes from the upper side or the horizontal direction. Here, by appropriately designing the diameter of the transparent support means 200 and the position and shape of the light shielding hood 300, all virtual stray light can be blocked by the light shielding hood 300.
従って、遮光フード３００自体を反射が無い構造としておけば、内面反射の影響は完全に防げる。即ち、強い光が曲面ミラーに当たり、その反射光が内面反射の源となることはない。撮像手段２も含めて遮光フード部分は反射が無いように黒色塗装したり、表面を粗面とする、凹凸を付ける等の工夫をして反射を極力押さえる対応が可能である。 Therefore, if the light shielding hood 300 itself has a structure without reflection, the influence of internal reflection can be completely prevented. That is, strong light hits the curved mirror, and the reflected light does not become a source of internal reflection. The light shielding hood portion including the imaging means 2 can be painted black so that there is no reflection, or the surface can be roughened, or can be made to suppress reflections as much as possible by making irregularities.
又、必要に応じて遮光フードの形状を円錐状にする、逆円錐状にする等、通常のカメラのフードと同様な対策をほどこしてある。撮像手段２の表面が反射源になる場合はその表面を覆う構造とする必要もある。この遮光フード３００は、通常のカメラ撮影に用いられるフードと同様に余分な光が撮像手段２のレンズ系２２に直接入るのを防ぐ効果も持っている。 In addition, the same measures as those of a normal camera hood are taken, such as making the shape of the light shielding hood conical or reverse conical as required. When the surface of the imaging means 2 becomes a reflection source, it is necessary to have a structure covering the surface. The light shielding hood 300 also has an effect of preventing extra light from directly entering the lens system 22 of the image pickup means 2 in the same manner as a hood used for normal camera photography.
図３は、本発明の他の実施形態を示す縦断面図である。図１と比較したこの実施形態の特徴は、透明支持手段２００の形状構造にある。即ち、球面ミラーで形成される曲面ミラー１００を囲む第１透明半球体２０１と、遮光フード３００を囲む第２透明半球体２０２と、これら透明半球体を結合する所定長さの透明筒体２０３よりなる透明長球体形状を特徴としている。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. The feature of this embodiment compared with FIG. 1 is the shape structure of the transparent support means 200. That is, from the first transparent hemisphere 201 surrounding the curved mirror 100 formed by a spherical mirror, the second transparent hemisphere 202 surrounding the light shielding hood 300, and the transparent cylinder 203 having a predetermined length connecting these transparent hemispheres. It features a transparent spheroid shape.
Ｑ１は第１透明半球体２０１の中心、Ｑ２は第２透明半球体２０２の中心であり、これらは曲面ミラーの集光点群Ｆより下方、即ち遮光フード３００側にシフトされるように設計される。 Q1 is the center of the first transparent hemisphere 201, and Q2 is the center of the second transparent hemisphere 202. These are designed to be shifted below the condensing point group F of the curved mirror, that is, to the light shielding hood 300 side. The
この構造によれば、透明支持手段２００を形成する透明半球体２０１，２０２を、比較的小さな径の球面体とすることができ、装置を小型化することが可能である。また、大きな俯角まで撮像できることもできる。 According to this structure, the transparent hemispheres 201 and 202 forming the transparent support means 200 can be formed as spherical bodies having a relatively small diameter, and the apparatus can be miniaturized. It is also possible to image up to a large depression angle.
入射光Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、透明支持手段２００の上半分に入射しており、この仮想迷光Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５は、はいずれも下方の遮光フード３００の方向から来ている。入射光Ｌ３〜入射光Ｌ２付近の入射光はほぼ遮光フード３００の円筒部分に入射している。これに対応する仮想迷光は遮光フード３００の方向から来ている。 Incident lights L3, L4, and L5 are incident on the upper half of the transparent support means 200, and the virtual stray lights R3, R4, and R5 all come from the direction of the light shielding hood 300 below. Incident light near the incident light L <b> 3 to the incident light L <b> 2 is substantially incident on the cylindrical portion of the light shielding hood 300. Virtual stray light corresponding to this comes from the direction of the light shielding hood 300.
入射光Ｌ２〜入射光Ｌ１は、透明支持手段２００の下半分に入射する。これらの入射光に対応する仮想迷光は上方向から来るが、第２の透明半球体２０２の中心Ｑ２が下にあるため、その径が小さくとも遮光フード３００で遮るように設計することができる。 Incident light L <b> 2 to incident light L <b> 1 enter the lower half of the transparent support means 200. Virtual stray light corresponding to these incident lights comes from above, but since the center Q2 of the second transparent hemisphere 202 is at the bottom, it can be designed to be shielded by the light shielding hood 300 even if its diameter is small.
図４は、本発明の更に他の実施形態を示す縦断面図である。図１と比較したこの実施形態の特徴は、透明支持手段２００の形状構造にある。即ち、透明支持手段２００は、曲面ミラー１００を囲む透明半球体２０１と、その周端部を撮像手段２側に延長した透明筒体２０４よりなる透明ドーム形状であることを特徴としている。 FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. The feature of this embodiment compared with FIG. 1 is the shape structure of the transparent support means 200. That is, the transparent support means 200 is characterized in that it has a transparent dome shape comprising a transparent hemisphere 201 surrounding the curved mirror 100 and a transparent cylindrical body 204 whose peripheral end extends to the imaging means 2 side.
球面ミラーで形成される曲面ミラー１００は、透明半球体部２０１の頂部に支持棒１０１で取付けられている。４００は、透明半球体部２０１の頂部に接続固定された倒立撮像用アダプターである。 A curved mirror 100 formed of a spherical mirror is attached to the top of the transparent hemispherical body 201 with a support rod 101. Reference numeral 400 denotes an inverted imaging adapter that is connected and fixed to the top of the transparent hemisphere 201.
ドーム形状の透明支持手段２００を形成する透明筒体２０４の底面は、ベース部材５００となっており、これに遮光フード３００、撮像装置２の接続ブロック６００等が取付けられている。遮光フード３００は、ベース部材５００に直接取付けても良いが、ここでは接続ブロック６００を介して取付けられ、その高さが調節できるようになっている。 The bottom surface of the transparent cylindrical body 204 forming the dome-shaped transparent support means 200 is a base member 500, to which the light shielding hood 300, the connection block 600 of the imaging device 2, and the like are attached. The light shielding hood 300 may be directly attached to the base member 500, but here it is attached via the connection block 600 so that the height thereof can be adjusted.
これらの構成要素は、その表面がツヤ消し黒色塗装の処理がなされ、極力反射が無いようになっている。必要に応じてマット面処理や反射防止の溝などが付けられる。また不要な方向に反射光が行かないように面を傾斜するなどの工夫を施すことがある。 These components have a matte black coating on the surface so that there is as little reflection as possible. Matte surface treatment and anti-reflection grooves can be added as necessary. There are also cases where the surface is inclined so that the reflected light does not travel in unnecessary directions.
接続ブロック６００には、レンズ系２１及びイメージセンサ２２等からなる撮像手段２が取付けられる。２３は、接続ブロック６００への取付用アダプターリングである。撮像手段２としては、静止画を撮像するデジタルスチルカメラ、動画を撮像するビデオカメラ、実時間で動画を撮像するＴＶカメラ、ウェブカメラ等、諸種のものが使用される。 The connection block 600 is attached with the imaging means 2 including the lens system 21 and the image sensor 22. Reference numeral 23 denotes an adapter ring for attachment to the connection block 600. As the image pickup means 2, various types such as a digital still camera for picking up still images, a video camera for picking up moving images, a TV camera for picking up moving images in real time, and a web camera are used.
本例では動画をリアルタイムで撮像し、その信号を信号処理装置（図示せず）に送るカメラの例を示している。信号はＵＳＢ２．０の規格で高速に送られる。カメラを動作させる電源は信号線と一緒にＵＳＢケーブルで送られる。２４は信号及び電源ケーブル取り出し部、２５は三脚取付部である。 This example shows an example of a camera that captures a moving image in real time and sends the signal to a signal processing device (not shown). The signal is sent at high speed according to the USB 2.0 standard. The power source for operating the camera is sent along with the signal line via a USB cable. Reference numeral 24 denotes a signal and power cable take-out portion, and 25 denotes a tripod attachment portion.
イメージセンサ２２は、ＣＭＯＳイメージセンサで１００万画素〜３００万画素の高分解能の画像をリアルタイムで撮像し、伝送することができる。ここでは、レンズ系２２としてズームタイプ（バリフォーカルレンズ）を用い、撮像範囲を調整できるようになっている。 The image sensor 22 is a CMOS image sensor and can capture and transmit a high-resolution image of 1 to 3 million pixels in real time. Here, a zoom type (varifocal lens) is used as the lens system 22, and the imaging range can be adjusted.
更に、撮像範囲を変えた場合等に、必要に応じて遮光フード３００の高さを調整できるようになっている。この実施形態では、透明支持手段２００の下部が透明筒体２０４で円筒状になっているため、入射光が（下方の垂直軸から見て）小さな場合は、円筒部分を長くしなければならない。ここでは、最小の入射角度を３０度として３０度〜１３５度の入射画角として設計してある（俯角６０度、仰角４５度）。図では、３０度〜１３５度の入射画角範囲で、１５度毎に入射光Ｌ１〜Ｌ８を示してある。 Furthermore, the height of the light shielding hood 300 can be adjusted as necessary when the imaging range is changed. In this embodiment, since the lower part of the transparent support means 200 is formed into a cylindrical shape by the transparent cylindrical body 204, when the incident light is small (as viewed from the lower vertical axis), the cylindrical portion must be lengthened. Here, the minimum incident angle is set to 30 degrees, and the incident angle of view is designed to be 30 degrees to 135 degrees (a depression angle of 60 degrees and an elevation angle of 45 degrees). In the figure, incident light L1 to L8 is shown every 15 degrees in an incident angle of view range of 30 degrees to 135 degrees.
入射光Ｌ１〜Ｌ３は、円筒部分に下方から入射するので、仮想迷光Ｒ１〜Ｒ３は下方から来ることになり、黒色の遮光フード３００やベース部材５００で遮られる。又、これらから反射して入ってくる仮想迷光の心配はない。 Since the incident lights L1 to L3 enter the cylindrical portion from below, the virtual stray lights R1 to R3 come from below and are blocked by the black light shielding hood 300 and the base member 500. Moreover, there is no worry of virtual stray light that is reflected from these.
入射光Ｌ４〜Ｌ８は、ドーム上部を形成する透明半球体２０１に入射する。この半球体の中心Ｑは、各入射光の集光点群Ｆより下に置かれているので、仮想迷光はＱ点より下から来ることになる。これらは遮光フード３００で遮られ、また遮光フードからの反射光の心配もない。 Incident light L4 to L8 is incident on the transparent hemisphere 201 that forms the upper portion of the dome. Since the center Q of this hemisphere is placed below the condensing point group F of each incident light, the virtual stray light comes from below the Q point. These are blocked by the light shielding hood 300, and there is no worry of reflected light from the light shielding hood.
ドーム上部を形成する透明半球体２０１の径を曲面ミラー１００に比べ十分大きくとれば、Ｑ点と集光点群Ｆの距離は十分大きくとれ、マージンがとれるが、そうするとドームが大型になり、可搬性などの面で望ましくない。実用的にはなるべく小さなドームを使用するよう設計し、実際に仮想迷光の影響が生じる場合は支持棒１０１を若干短くする等の手法で対処できる。 If the diameter of the transparent hemisphere 201 that forms the upper part of the dome is sufficiently larger than that of the curved mirror 100, the distance between the Q point and the condensing point group F can be made sufficiently large and a margin can be taken. It is not desirable in terms of portability. Practically, it is designed to use as small a dome as possible, and when the influence of virtual stray light actually occurs, it can be dealt with by a method such as slightly shortening the support rod 101.
曲面ミラー１００として球面ミラーを使用した場合には、入射画角が０度〜９０度の俯角の方が９０度〜１３５度の仰角より良い画像が得られる。これは撮像装置を少し高い所に設置し、下方の領域を主として撮像する用途に適する。 When a spherical mirror is used as the curved mirror 100, an image with an incident angle of view of 0 to 90 degrees is better than an elevation angle of 90 to 135 degrees. This is suitable for an application in which the imaging device is installed at a slightly high place and the lower area is mainly imaged.
用途によっては、撮像装置を低い所に置き、大きな仰角を撮像するのが望ましい場合がある。小型のデジタルスチルカメラやビデオカメラでコード接続が不要な場合は、図４の装置を倒立して使用すれば良い。このために倒立撮像用のアダプター４００が用意されている。大型のカメラや電源/信号用のコードが必要なカメラでは、装置の倒立使用ができない場合もある。 Depending on the application, it may be desirable to place the imaging device in a low place and image a large elevation angle. If a small digital still camera or video camera does not require cord connection, the apparatus shown in FIG. 4 may be used upside down. For this purpose, an inverted imaging adapter 400 is prepared. Large cameras and cameras that require power / signal cords may not be able to use the device upside down.
図５は、本発明の更に他の実施形態を示す縦断面図である。図４と比較したこの実施形態の特徴は、曲面ミラーに所定距離を隔てて反射ミラーを対向配置させ、曲面ミラーからの反射光を反射ミラーに入射して折り返し曲面ミラー側に返すと共に、曲面ミラーの頂部に形成された開口部を介して反射ミラーからの反射光を撮像手段で受光する構成にある。 FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. The feature of this embodiment compared with FIG. 4 is that the reflecting mirror is disposed opposite to the curved mirror at a predetermined distance, the reflected light from the curved mirror is incident on the reflecting mirror and returned to the curved curved mirror side, and the curved mirror The reflected light from the reflection mirror is received by the imaging means through the opening formed at the top of the lens.
ここでドーム型の透明支持手段２００は、図４とは逆に、上部が透明筒体２０４、下部が透明半球体２０１になっている。上部取付部材７００には、遮光フード３００及びこの遮光フード３００内に支持棒８０１により折返し光路用の反射ミラー８００が取付けられている。 Here, the dome-shaped transparent support means 200 has a transparent cylindrical body 204 at the top and a transparent hemisphere 201 at the bottom, contrary to FIG. The upper mounting member 700 is attached with a light shielding hood 300 and a reflection mirror 800 for a folded optical path by a support rod 801 in the light shielding hood 300.
遮光フード３００及び上部取付部材７００は、黒色塗装、つや消し等の反射防止処理がほどこされている。反射ミラー８００の形状は平板であるが、目的により凹面鏡、凸面鏡とする場合もある。 The light shielding hood 300 and the upper mounting member 700 are subjected to an antireflection treatment such as black painting or matting. The shape of the reflection mirror 800 is a flat plate, but may be a concave mirror or a convex mirror depending on the purpose.
下部の透明半球体２０１頂部には、曲面ミラー１００が反射ミラー８００と対向して取付けられている。このミラーの中心部には撮像手段２への入射光が入る開口部１０２が設けてある。曲面ミラー１００の内側には一体化されたレンズ系２１とイメージセンサ２２から成る撮像手段２が配置されている。 The curved mirror 100 is attached to the top of the lower transparent hemisphere 201 so as to face the reflection mirror 800. An opening 102 through which incident light to the image pickup means 2 enters is provided at the center of the mirror. Inside the curved mirror 100, an imaging means 2 comprising an integrated lens system 21 and image sensor 22 is arranged.
図示の撮像手段２としては、小型のレンズとイメージセンサが一体に組まれたカメラを用いている。このカメラは小型なので曲面ミラー１００の内部に組み込むことが容易である。又、レンズの径も小さく、曲面ミラー１００の開口部１０２に接近して設置でき、像のケラレなどを生じる虞がない。 As the illustrated image pickup means 2, a camera in which a small lens and an image sensor are integrated is used. Since this camera is small, it can be easily incorporated into the curved mirror 100. In addition, the diameter of the lens is small, and the lens can be installed close to the opening 102 of the curved mirror 100, so that there is no risk of image vignetting.
口径の大きなレンズを用いるカメラでは、レンズを曲面ミラー開口部の近く設置することはできないので、場合によっては像のケラレが生じる場合がある。そのような場合は、適切なリレーレンズを中間に用いる必要がある。 In a camera using a lens having a large aperture, the lens cannot be installed near the curved mirror opening, and therefore, vignetting may occur in some cases. In such a case, it is necessary to use an appropriate relay lens in the middle.
入射角度が４５度から１５０度の範囲で１５度間隔で示した入射光Ｌ１〜Ｌ８に対応する仮想迷光Ｒ１〜Ｒ８は、上方の遮光フード３００及び上部取付部材７００により遮られることになる。 Virtual stray light R1 to R8 corresponding to incident light L1 to L8 shown at intervals of 15 degrees in an incident angle range of 45 degrees to 150 degrees is blocked by the upper light shielding hood 300 and the upper mounting member 700.
仮想迷光が折返し反射ミラー８００の面の方向から来るものもあるが、反射ミラー８００が遮光フード３００の奥に設置されるよう光路が設計されており、反射ミラーで直接反射する光が仮想迷光にならないようになっている。 Although virtual stray light may come from the direction of the surface of the reflection mirror 800, the optical path is designed so that the reflection mirror 800 is installed in the back of the light shielding hood 300, and light directly reflected by the reflection mirror becomes virtual stray light. It is supposed not to be.
この実施形態では、折返し反射により光路が長くなっているので、撮像手段のレンズの焦点距離が若干長くなるように設計されている。このような反射ミラーを用いる構造は、図１で示した透明球体や図３で示した透明長球体による透明支持手段等にも同様に採用することができる。 In this embodiment, since the optical path is long due to the folded reflection, the focal length of the lens of the imaging means is designed to be slightly longer. Such a structure using a reflecting mirror can be similarly employed in the transparent support means using the transparent sphere shown in FIG. 1 or the transparent long sphere shown in FIG.
以上説明した図１，図３，図４，図５の実施形態では、径の大きな球面体の透明支持手段、又はドーム型の透明支持手段を用いる場合、内面反射の防止構造の設計にマージンが得られるだけでなく、曲面ミラー１００等をドームに穴開け加工等せずに取り付けることができる。こうすると防水、防塵性が高まり、屋外での使用に適した構造となる。 In the embodiment described above with reference to FIGS. 1, 3, 4, and 5, there is a margin in the design of the internal reflection prevention structure when using a transparent support means having a large diameter spherical body or a dome type transparent support means. In addition to being obtained, the curved mirror 100 or the like can be attached to the dome without drilling. In this way, the waterproof and dustproof properties are enhanced, and the structure is suitable for outdoor use.
以上説明した図１，図３，図４，図５の実施形態では、透明支持手段２００として実用的に採用が容易な球体、円筒体の組合せを例示したが、入射光に対応する仮想迷光が遮光フード３００の方向から来るように設計した他の構造でも良い。例えば楕円球体等も条件に合うように設計することができる。 In the embodiment of FIGS. 1, 3, 4, and 5 described above, a combination of a spherical body and a cylindrical body that are practically easy to employ as the transparent support means 200 has been illustrated. However, virtual stray light corresponding to incident light is generated. Other structures designed to come from the direction of the shading hood 300 may be used. For example, an ellipsoidal sphere or the like can be designed to meet the conditions.
図６（Ａ）は、本発明の更に他の実施形態を示す縦断面図、（Ｂ）は透明棒体９００の横断面図である。この実施形態の特徴は、曲面ミラー１００を支持する手段として、入射光の全方向をカバーする透明球体や透明筒体を使用せずに、透明棒体９００を用いる構造にある。 FIG. 6A is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a transverse sectional view of the transparent bar 900. A feature of this embodiment is that the transparent rod 900 is used as a means for supporting the curved mirror 100 without using a transparent sphere or transparent cylinder covering all directions of incident light.
この場合、平板状の透明棒体９００の両側面９０１及び９０２を、集光点の方向を向くようにテーパー加工しておけば、その側面は撮像されず、全体が透明なので撮像の障害とはならない。棒体以外はカバーが無いので内面反射が無いのが大きな特長である。 In this case, if both side surfaces 901 and 902 of the flat transparent rod 900 are tapered so as to face the direction of the condensing point, the side surface is not imaged and the whole is transparent. Don't be. The main feature is that there is no internal reflection since there is no cover other than the rod.
しかし、棒体が直線的な平板形状の場合では、透明筒体の支持手段と同じように内面反射の影響がある。特にセンターニードルを用いない場合はこの影響が大きい。この内面反射の影響を抑制するために、透明棒体の形状を円弧型とし、遮光フードと組み合わせる構成が有効である。 However, in the case where the rod body has a linear flat plate shape, there is an influence of internal reflection in the same way as the support means of the transparent cylinder. This effect is particularly great when the center needle is not used. In order to suppress the influence of this internal reflection, a configuration in which the shape of the transparent bar is an arc shape and combined with a light shielding hood is effective.
図において９００が円弧型の透明棒体であり、図１に示した薄肉の透明球体で形成された透明支持手段の一部を切取った形状となっている。透明棒体９００の上部は曲面ミラー１００の取付枠に、下部は撮像手段２の取付台に接続され、遮光フード３００も設置されている。 In the figure, reference numeral 900 denotes an arc-shaped transparent rod, which has a shape obtained by cutting out a part of the transparent support means formed of the thin transparent sphere shown in FIG. The upper part of the transparent bar 900 is connected to the mounting frame of the curved mirror 100, the lower part is connected to the mounting base of the imaging means 2, and the light shielding hood 300 is also installed.
透明支持手段２００の形状が、球体か円弧状の棒体かの相違を除いて、図１の構成と本質的に同一構成であり、遮光フード３００の作用効果により透明支持手段からの内面反射の影響は全く無い構造となっている。透明棒体９００の形状は、図３の透明長球体の形状、図４の透明ドーム形状、その他楕円球等の一部を切取った形状でも良い。 Except for the difference between the shape of the transparent support means 200 being a sphere or an arc-shaped rod, the structure is essentially the same as the structure of FIG. The structure has no influence at all. The shape of the transparent rod 900 may be the shape of the transparent long sphere shown in FIG. 3, the shape of the transparent dome shown in FIG.
円弧状の透明棒体を製作するのに、上記のように球状やドーム状の支持手段を分割すれば多数個を製作できる。実際には、棒状の透明平板を所定の形状に加工した後に曲げ加工することで任意の形状が容易に製作できる。量産の場合は、曲面ミラー取付枠等と一緒に型で成型すれば安価に生産できる。 In order to produce an arc-shaped transparent bar, if a spherical or dome-shaped support means is divided as described above, a large number can be produced. Actually, any shape can be easily manufactured by bending a rod-shaped transparent flat plate into a predetermined shape and then bending it. In the case of mass production, it can be produced at low cost if it is molded in a mold together with a curved mirror mounting frame.
２ 撮像手段
２１ レンズ系
２２ イメージセンサ
１００ 曲面ミラー
２００ 透明支持手段
３００ 遮光フード
Ｌ１〜Ｌ５ 入射光
Ｒ１〜Ｒ５ 仮想迷光
Ｆ 集光点群
Ｑ 球体中心
2 Imaging means 21 Lens system 22 Image sensor 100 Curved mirror 200 Transparent support means 300 Light shielding hood L1 to L5 Incident light R1 to R5 Virtual stray light F Condensing point group Q Sphere center
Claims (11)
前記曲面ミラーを支持し、全方向からの前記入射光を透過可能に配置された透明支持手段と、
この透明支持手段の内面で反射する、前記入射光と同一の光路を有する内面反射光に対し、前記内面への入射を妨げる遮蔽手段と、
を備えたことを特徴とする全方位撮像装置。 In an omnidirectional imaging apparatus comprising a curved mirror that reflects incident light from all directions and an imaging means that receives reflected light from this mirror,
Transparent support means arranged to support the curved mirror and to be able to transmit the incident light from all directions;
Shielding means for preventing the incident on the inner surface with respect to the inner surface reflected light having the same optical path as the incident light, which is reflected by the inner surface of the transparent support means,
An omnidirectional imaging apparatus comprising:
前記曲面ミラーの頂部に形成された開口部を介して前記反射ミラーからの反射光を受光する撮像手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の全方位撮像装置。 A reflective mirror that is disposed opposite to the curved mirror at a predetermined distance, and that reflects reflected light from the curved mirror and returns to the curved curved mirror side;
Imaging means for receiving reflected light from the reflecting mirror through an opening formed at the top of the curved mirror;
An omnidirectional imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
The omnidirectional imaging apparatus according to claim 10, wherein the transparent bar is formed in an arc shape.
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