JP3526805B2 - 対物鏡と広角画像入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広角画像を継続的
に得ることができる対物鏡と当該対物鏡を用いた広角画
像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の広角画像入力装置は、所望の視野
を得るにあたって一定の画角を持った撮影装置を以て指
向先が異なり且つ一部が重なった複数の画像による連続
画像を取得し、それらを単一画像として合成するといっ
た手法が採られている。そして、連続画像となる複数の
画像を取得するには、単一の撮影装置で指向先を変化さ
せて複数回の撮影を行うといった手段や、予め、指向先
を異ならせて設置された複数の撮影装置を以て一括取得
する手段が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者、
指向先を変化させる手段は、継続的に広角画像を得るこ
とができず、撮影手段の視野からはずれた箇所は、周期
的に死角を構成するという問題があり、高速移動体を追
尾する用途にあっては、撮影手段の指向先変更機構が当
該移動体に追従できないという弊害が生じ得る他、指向
先変更機構のスピードアップをはかるにはコストが嵩む
という問題と共に、当該機構の信頼性や耐久性が低下す
るという問題も生じる。

【０００４】又、後者、複数の撮影装置を以て広角画像
を取得する手段にあっては、用途に応じて高速な指向先
変更機構を必要とするといった問題は無いものの、撮影
装置が複数となることによってコストが嵩む他、装置全
体が大規模となることは避けられない。しかも、個々の
撮影装置の特性差によって画質の差が生じるので、その
格差を是正するための調整が必要となり、それが、設置
時や保守点検時などメンテナンス上の問題となる。

【０００５】本発明は、この様な実情に鑑みてなされた
もので、広角画像を低コストで継続的に得ることができ
る対物鏡と当該対物鏡を利用した広角画像入力装置の提
供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明による対物鏡は、パノラマ画像ブロッ
クの表透光面に面した状態で当該パノラマ画像ブロック
の画角内へ集光する凸レンズを配して成ることを特徴と
する。又、上記課題を解決するために成された本発明に
よる広角画像入力装置は、パノラマ画像ブロックと、当
該パノラマ画像ブロックの後方に位置し当該パノラマ画
像ブロックと光軸が一致するズーム機構を具備したレン
ズ部と、当該パノラマ画像ブロック及びレンズ部を通過
した光の結像部位たるターゲットとを具備した入力画像
調整手段を備える広角画像入力装置において、前記パノ
ラマ画像ブロックの画角内へ集光する凸レンズと、当該
凸レンズを、前記パノラマ画像ブロックの表透光面に面
した状態で、当該表透光面の全域に亘って移動せしめる
トレース機構を具備したことを特徴とする。前記入力画
像調整手段に、当該ターゲットに対する前記光軸の位置
関係を調整する為の光軸調整機構とを具備した入力画像
調整手段を設ける場合もある。

【０００７】ここで、パノラマ画像ブロックとは、図７
において表面中央の表遮光面９と、表面周縁部の表透光
面１０と、裏面周縁部の裏遮光面１１と、裏面中央部の
裏透光面１２を具備した光透過性素材より成る回転体で
あって、前記裏遮光面１１は、表透光面１０からの入射
光を当該回転体を通過して表遮光面９へ集め得る反射鏡
とされ、表遮光面９は、裏遮光面１１からの反射光を当
該回転体内を通過して裏透光面１２へ集め得る反射鏡と
されたものである。前記対物鏡における凸レンズの配し
方としては、前記トレース機構をはじめとする種々の支
持手段に保持或い一体化させる構成や、前記表透光面と
一体化させる構成が挙げられるが、その態様は用途に応
じて適宜変更すればよい。

【０００８】パノラマ画像ブロックと光軸が一致するズ
ーム機構とは、当該パノラマ画像ブロックの裏透光面の
中心を通る垂線、或いは裏透光面の中心及びその焦点を
通過する線、即ち、裏透光面の光軸と一致する光軸をも
ったレンズが前後に組み合わされて成るズーム機構であ
る。ターゲットは、画像認識手段が、カメラ等の撮像機
である場合には、ＣＣＤや各種感光フィルムなどを指
し、画像認識手段が人間の目である場合には、接眼レン
ズに最も近づいた時点の肉眼を指す。

【０００９】ズーム機構や光軸調整機構は、自動でも良
いし手動でも良いが、ズーム機構や光軸調整機構におけ
るずらし量は、撮影装置自身を動かす量と比較して遥か
に小さいので、高い精度の機構が利用できる。また、ず
らし量が小さいので、アクチュエータの駆動手段として
は与えられた環境に応じて能動的に変形する物質、例え
ば、圧電結晶体や形状記憶合金、或いはその他の合成物
質などを用いることができる。尚、与えられた環境と
は、電気、熱、水分、光、音その他のエネルギーや科学
的物質などの供給を意味し、当該環境を制御することで
所望のずらし量を容易に発生し、また、調整することが
できる。

【００１０】ターゲットに対する前記光軸の位置関係と
は、ターゲット面に対して光軸を垂直に保ちながら、光
軸方向或いは、当該光軸に対して垂直な方向へ両者の相
対位置関係をシフトさせることを言う。この様な光軸の
調整は、１．レンズ部をシフトさせる、２．ターゲット
をシフトさせる、３．レンズ部とターゲットの双方をシ
フトさせる、４．プリズムなど別の部材を介在させて光
軸を操作することによりシフトさせるといった種々の方
法から選択することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による広角画像入力
装置の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、パ
ノラマ画像ブロック１と、入力画像調整手段６と、画像
認識手段８と、前記パノラマ画像ブロック１の画角内へ
集光する凸レンズ２０と、当該凸レンズ２０を前記パノ
ラマ画像ブロック１の表透光面１０に面した状態で当該
表透光面１０の全域に亘って移動せしめるトレース機構
２１とで構成された広角画像入力装置の一例を示したも
のである。

【００１２】この例において入力画像調整手段６は、パ
ノラマ画像ブロック１とズーム機構７を具備するレンズ
部２、及び当該レンズ部２の光軸４に対する前記画像認
識手段８のターゲット３位置関係を調整する為の光軸調
整機構５より構成される。

【００１３】ズーム機構７は、パノラマ画像ブロック１
の後段に、その裏透光面１２に対向して配設され、所定
の基体に、パノラマ画像ブロック１と同じ光軸４を共有
する複数のレンズ（図示省略）を当該光軸４に沿って移
動可能に固定し、その移動量を機械的或いは人為的に
（手作業により）調整できる構造を採ったものである。
一方、光軸調整機構５は、前記パノラマ画像ブロック１
及び当該ズーム機構７の光軸４に対して、前記画像認識
手段８のターゲット３を対向させつつ、当該ターゲット
３を光軸４の直角方向にシフトさせるべく固定されたも
のであって、そのシフト量を機械的或いは人為的に調整
できる構造を採ったものである。

【００１４】機械的に調整できる構造としては、例え
ば、ズーム機構７を構成する複数のレンズを、それぞれ
相連結した複数の支持体に固定し、当該複数の支持体の
うちの先頭のレンズを支持する支持体と、最後尾のレン
ズを支持する支持体とを、圧電素材を介して連結し、当
該圧電素材に電場を印加して得た圧電素材の変位量で、
当該ズーム機構７を構成する複数のレンズ間に適当なク
リアランスを設定するというふうに、圧電リニアアクチ
ュエータを以て複数のレンズをズーム移動させる手段が
挙げられる他、磁歪を利用したリニアアクチュエータ
や、超音波モーター等の利用も考えられる。殊に、前記
圧電素子に換えて磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータ
は、外部磁界の変化によって非接触で磁歪素子に変位を
生じさせることができるので、ケーブルレスの制御が行
えると言う点で都合が良い。ケーブルレスの構成が可能
となれば、当該ズーム機構の更なる小型化が可能とな
り、狭小空間の広角撮影等が可能となることで、より広
い用途で用いることが可能となる。この様な、アクチュ
エータを用いるにあたっては、当該アクチュエータによ
る変位量を調整する制御手段１３を設ける必要がある
が、当該制御手段１３については、既存の制御技術を利
用すればよい。

【００１５】一方、人為的に調整する手段としては、ズ
ーム機構７を構成する複数のレンズ間に適当なクリアラ
ンスを設ける為に所定量単位のずらし量を発生させるべ
く、例えば、レンズを固定する為のネジ孔を光軸方向に
複数配置したり、手動で回転させられたスパイラルギア
などの回転運動を直線運動に変換する機構などの技法が
使用できる。

【００１６】上記機械的調整手段及び人為的調整手段を
用途に応じてズーム機構７や光軸調整機構５に適用すれ
ば良いが、組み合わせとして、機械的調整手段同士、或
いは人為的調整手段同士を組み合わせても良いし、一方
に機械的調整手段を適用し、他方の人為的調整手段を適
用しても良い。一般的に、高い精度で調整を行う必要が
ある場合には、機械的調整手段を用い、高い精度を要求
されない場合には人為的な調整手段を採っても良い。例
えば、ズーム機構７と光軸調整機構５共に精密な調整を
必要とする場合には、例えば、ズーム機構７に対して磁
歪リニアアクチュエータを用い、光軸調整機構５に圧電
リニアアクチュエータ用いるという選択も可能である。

【００１７】画像認識手段８は、前記レンズ部２を介し
て受光するターゲット３たるＣＣＤと、当該ＣＣＤを以
て出力された画像信号を保存する為の画像記録部１４
と、取り込んだ画像に対し用途に応じた処理を施す画像
処理部１５と、取り込んだそのままの画像、或いは種々
の処理を施した画像をイメージ化する画像出力部１６と
で構成される。前記画像記録部１４と画像処理部１５
は、シリアル・パラレル入出力ポート、マイクロプロセ
ッサ或いはメモリーや外部記録装置等の記録手段を用い
て適宜構成し（前記制御手段１３を含めて構成しても良
い）、前記画像出力部１６としては、ＬＣＤ、ブラウン
管、プリンター等を用いれば良い。

【００１８】以上の如く構成された広角画像入力装置に
よれば、前記レンズ部２の光軸４をＣＣＤの中央に設定
し、且つパノラマ画像ブロック１の裏透光面からの出射
光がＣＣＤに上に収まるようにズーム機構７の構成要素
たる複数のレンズをズーム移動させた場合は、図４の如
く、撮影箇所の景色がＣＣＤ上において環状に結像し
（以下、この様に結んだ像を環状画像と記す）、パノラ
マ画像ブロック１の表透光面に面した周囲３６０度に渡
る広角画像を得ることができる。

【００１９】一方、前記レンズ部２の光軸４をＣＣＤの
中央からずらすことによって、図５の如く前記環状画像
の一部のみをＣＣＤ上に結ばせることができ、更に前記
ズーム機構７を調整することによって、図６の如く当該
ＣＣＤの受光領域全体に亘って、前記環状画像のうちの
所望の領域のみを拡大画像として結ばせることができ
る。

【００２０】この様な広角画像入力装置は、例えばター
ゲットにＣＣＤを用いることによって、常時、図４の如
く視野を最大にして撮影を行い、当該視野の領域に物体
（人物等）が侵入してきた場合には、前記光軸調整機構
５を稼働することによって当該物体がターゲット３を中
央に位置せしめるべくレンズ部２の光軸４とターゲット
との位置関係を変化させ、必要に応じて前記ズーム機構
７を稼働することにより当該物体の撮影に際して最適な
解像度が与えられた拡大画像を入力し得る物体追従カメ
ラとして用いることができる。この様な物体追従カメラ
の用途としては、まず監視カメラが挙げられるが、前記
光軸調整機構５やズーム機構７に圧電素子によるアクチ
ュエータを用いれば、圧電素子の僅かな変位で物体を追
従することが出来るのみならず、当該圧電素子の作動ス
ピードも速いので、画像処理時間を短くすれば高速で移
動する物体であっても明確に撮影することができる。

【００２１】更に当該例では、図１並びに図２の如く前
記パノラマ画像ブロック１の表透光面１０に面した凸レ
ンズ２０と、当該凸レンズ２０を支持手段たるトレース
機構２１を設けて対物鏡を構成することにより、図３に
示すように広角画像を得つつ一部の領域２４を拡大して
特定部分の状況把握をより容易に且つ正確に行おうとす
る意図が反映されている。

【００２２】当該例の凸レンズ２０は、合成樹脂或いは
ガラスから成る球面状の定型透明板（非レンズ）２２の
表面に、前記表透光面１０の一部を覆う形で一体化され
たものである。凸レンズ２０は、円形を呈する必要はな
く、図１並びに図２の如く表面を含んだ円形凸レンズの
一部形状を呈していれば良い。また、球面レンズ、非球
面レンズのいずれでも良い。

【００２３】当該例における前記トレース機構は、前記
凸レンズ２０が前記パノラマ画像ブロック１の表透光面
１０の幅いっぱいを覆う形とサイズに設定されているの
で、前記パノラマブロックの表遮光面の中心を通る垂線
を回転軸として前記凸レンズ２０が一体化された透明板
２２を回転させ拡大画像の取得方向を定めるレンズ旋回
手段２３のみで構成されている。前記凸レンズの構成に
よっては、凸レンズを前記パノラマ画像ブロックの表透
光面に倣って上下に移動させるレンズ部進退手段（図示
省略）が必要となる場合もあるし、他の部分の画像と焦
点が一致しない場合に備えて焦点距離を調整する機構を
設ける場合もある。

【００２４】これら凸レンズ２０を移動せしめるトレー
ス機構２１の駆動機構は、当該パノラマ画像ブロック１
の画角内における障害物とならない様に表遮光面９或い
は裏遮光面１１に面した位置に配置する。それらの動き
は段階的でも良いし無段階的な動きでも良く、駆動手段
としては小型のサーボモーターなど種々のアクチュエー
タから選択すれば良い。

【００２５】当該広角画像入力装置によれば、広角画像
を一括取得できる内視鏡を構成することもでき、広域を
一括して目視できることにより不良個所を見逃す虞の少
ない検査が可能となる他、ＣＣＤをはじめとする小型の
撮像素子及びレンズ部２と共に、前記圧電素子又は、そ
れに匹敵する小型のアクチュエータを用いることによっ
て、それらを組み込んだ極小型のヘッドを有し、且つ光
ファイバーに換えて画像認識手段８へ画像信号を送る為
の信号線を内蔵した極細のファイバー部を具備する内視
鏡を提供することが可能となる。而して、医学の分野で
はヘッドやファイバー部が細くなったことによって被検
者の苦痛が軽減され、被検者の体調に大きく影響される
ことのない正確な診断が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上の如く本発明による対物鏡及び広角
画像入力装置を使用すれば、パノラマ画像ブロック及び
レンズ部の光軸調整と、ズーム調整のみで視野及び画像
サイズを決定できるので、従来広角画像を分割して入力
する際に必要とされた装置全体を動かす為の可動機構が
不要となる。しかも、広角画像を一括入力できるので、
画像取得時間も画像認識手段の処理スピードのみに依存
することとなり、従来と比較して極短時間での画像入力
によって、いわゆる高速撮影も可能となる。更に、常に
重点的なチェックが必要と目されている箇所について
は、前記対物鏡のパノラマ画像ブロックの表透光面に面
した状態で配置されている凸レンズを介して常時拡大画
像を取得することができ、その箇所の変更及び調整も前
記トレース機構を稼働して容易に行うことができる。ま
た、この機構を、ズーム機構及び光軸調整機構と調整し
て用いることによって特定領域の画像を更に拡大するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による広角画像入力装置の一例を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明による広角画像入力装置の凸レンズとト
レース機構の配設状況の一例を示す画略説明図である。

【図３】ターゲットに結ぶ画像の状態を示す要部説明図
である。

【図４】ターゲットに結ぶ画像の状態を示す説明図であ
る。

【図５】ターゲットに結ぶ画像の状態を示す説明図であ
る。

【図６】ターゲットに結ぶ画像の状態を示す説明図であ
る。

【図７】パノラマ画像ブロックの一例を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ パノラマ画像ブロック ２ レンズ部 ３ ターゲット ４ 光軸 ５ 光軸調整機構 ６ 入力画像調整手段 ７ ズーム機構 １０ 表透光面 ２０ 凸レンズ ２１ トレース機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 37/00 - 37/06 G02B 13/06 H04N 5/225

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パノラマ画像ブロック（１）と、当該パ
   ノラマ画像ブロック（１）の後方に位置し当該パノラマ
   画像ブロックと光軸（４）が一致するズーム機構（７）
   を具備したレンズ部（２）と、当該パノラマ画像ブロッ
   ク（１）及びレンズ部（２）を通過した光の結像部位た
   るターゲット（３）とを具備した入力画像調整手段
   （６）を備える広角画像入力装置において、前記パノラ
   マ画像ブロック（１）の画角内へ集光する凸レンズ（２
   ０）と、当該凸レンズ（２０）を、前記パノラマ画像ブ
   ロック（１）の表透光面（１０）に面した状態で、当該
   表透光面（１０）の全域に亘って移動せしめるトレース
   機構（２１）を具備した広角画像入力装置。
2. 【請求項２】 当該ターゲット（３）に対する前記光軸
   （４）の位置関係を調整する為の光軸調整機構（５）を
   具備した入力画像調整手段（６）を具備する前記請求項
   １に記載の広角画像入力装置。