JP2006209041A - Panorama lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は360°全方位の画像を入力、出力するためのパノラマレンズに関するものである。The present invention relates to a panoramic lens for inputting and outputting 360 ° omnidirectional images.
従来から潜水艦などの潜望鏡用として、樽型外形と円錐鏡を有するパノラマレンズを対物レンズと接眼レンズに使用することで画像の歪みを相殺する方法を特徴とするものがある。(例えば、特許文献1参照。)。該パノラマレンズは仰角45°の円錐鏡と縦横の曲率半径が等しい樽型側面で形成されており、その回転軸周囲の画角は360°であるが、仰角と俯角の画角は両角を加えても30°程度であり、飛行機など上空のものを見る場合は死角になる欠点があった。この欠点は円錐鏡を使用しているためで、反射鏡を曲面にすると画角は広がるが、側面を反射鏡に合わせた非球面の透光面にしなければ結像しないために鮮明な画像は得られず、その双方の面の形状は特定されていなかった。2. Description of the Related Art Conventionally, for a periscope such as a submarine, there is a method characterized in that image distortion is canceled by using a panoramic lens having a barrel-shaped outer shape and a conical mirror as an objective lens and an eyepiece. (For example, refer to Patent Document 1). The panoramic lens is formed of a conical mirror with an elevation angle of 45 ° and a barrel-shaped side surface with the same vertical and horizontal curvature radii. The angle of view around the rotation axis is 360 °, but the angle of view of the elevation angle and depression angle are both added. However, it was about 30 °, and there was a drawback that it was a blind spot when looking at the sky or the like. This disadvantage is due to the use of a conical mirror, and if the reflecting mirror is curved, the angle of view increases, but if the side is not an aspherical light-transmitting surface matched to the reflecting mirror, it will not form an image, so a clear image will be It was not obtained and the shape of both surfaces was not specified.
近年になって、凸面鏡や双曲面鏡などのいわゆる表面反射鏡を備え、その表面反射鏡と相対するカメラのレンズに360°全方位の光を結像させるようにした全方位カメラや全方位センサーが開発された。この方法は前記非球面の透光面を必要としないので、前記の結像しないという問題の解決には有効である。しかし、このような全方位カメラや全方位センサーは、前記表面反射鏡を固定するために透明な筒体で連結する必要があるが、その透明な筒体の内部に迷光が入り込み、画質に影響を与えるという問題がある。その原因として、前記透明な筒体の外部から内部に入射する光線が、その透明な筒体の外面と内面での反射または屈折の作用により、光路が乱されて迷光となることにある。このような問題に対し、表面反射鏡の頂部に筒体内面反射防止用の棒状体を設けたものが発明されている。しかし、構造が複雑になることに加えてカメラ前方が見えないという欠点がある。(例えば、特許文献2参照。)。In recent years, an omnidirectional camera or omnidirectional sensor has a so-called surface reflecting mirror such as a convex mirror or a hyperboloidal mirror, and forms an image of 360 ° omnidirectional light on a camera lens facing the surface reflecting mirror. Was developed. Since this method does not require the aspherical light-transmitting surface, it is effective for solving the above-described problem of no image formation. However, such an omnidirectional camera and omnidirectional sensor need to be connected by a transparent cylinder to fix the surface reflecting mirror, but stray light enters the transparent cylinder and affects the image quality. There is a problem of giving. The cause is that the light beam incident from the outside to the inside of the transparent cylinder is disturbed by stray light due to reflection or refraction at the outer and inner surfaces of the transparent cylinder. In order to deal with such a problem, an invention has been invented in which a rod-like body for preventing internal reflection of a cylindrical body is provided at the top of a surface reflecting mirror. However, there is a drawback that the front of the camera cannot be seen in addition to the complicated structure. (For example, refer to Patent Document 2).
また、従来の表面反射鏡を利用した全方位カメラや全方位センサー及びパノラマレンズは、回転軸周囲の全方位360°とカメラ前方の被写体を同時に捕えるものは実用化されていないので内視鏡などに利用するには不都合である。In addition, conventional omnidirectional cameras, omnidirectional sensors and panoramic lenses using surface reflectors have not been put into practical use because they can capture 360 degrees around the rotation axis and the subject in front of the camera at the same time. It is inconvenient to use.
本発明の目的は従来のパノラマレンズの形状を改良して画角の広い鮮明画像を得ることと、内視鏡にも利用可能なように、カメラ前方の被写体も捕えるようにすることにある。An object of the present invention is to improve the shape of a conventional panoramic lens to obtain a clear image with a wide angle of view, and to capture a subject in front of the camera so that it can be used for an endoscope.
上記課題を解決するための本発明は次のようなものである。
(1)上面を第1凹型反射面、底面を第2凹型透光面、側面を樽型透光面としたパノラマレンズであって、前記第1凹型反射面と第2凹型透光面は、球面、楕円回転体面、放物線回転体面、双曲線回転体面のいずれかになっており、前記樽型透光面は、前記第2凹型透光面とその中心軸との交点0から第1凹型反射面に向けて投光したときの、前記交点0から第1凹型反射面の任意の点までの距離と、第1凹型反射面からの反射光の樽型透光面までの距離の和が等しくなる点で形成される面となっていることを特徴とするパノラマレンズ(以下第1の発明という)。
(2)上記第1の発明の第1凹型反射面は、少なくともその光軸回りが、パノラマレンズをカメラに使用したときに被写体を透視するための透光面となっていることを特徴とするパノラマレンズ(以下第2の発明という)。
(3)上記第2の発明のパノラマレンズは、第1凹型反射面の透光面の光軸上にのせて使用する凹レンズを備えていることを特徴とするパノラマレンズ(以下第3の発明という)。The present invention for solving the above problems is as follows.
(1) A panoramic lens having an upper surface as a first concave reflecting surface, a bottom surface as a second concave light transmitting surface, and a side surface as a barrel light transmitting surface, wherein the first concave reflecting surface and the second concave light transmitting surface are: It is any one of a spherical surface, an elliptical rotator surface, a parabolic rotator surface, and a hyperbolic rotator surface, and the barrel-shaped translucent surface is a first concave reflective surface from an intersection 0 between the second concave translucent surface and its central axis. The sum of the distance from the intersection point 0 to an arbitrary point on the first concave reflection surface and the distance from the first concave reflection surface to the barrel-shaped light transmission surface when projected toward is equal. A panoramic lens (hereinafter, referred to as a first invention) characterized by being a surface formed by dots.
(2) The first concave reflective surface of the first invention is characterized in that at least the optical axis is a light-transmitting surface for seeing through the subject when the panoramic lens is used in a camera. Panorama lens (hereinafter referred to as second invention).
(3) The panoramic lens of the second invention comprises a concave lens used on the optical axis of the light transmitting surface of the first concave reflecting surface (hereinafter referred to as the third invention). ).
(1)第1の発明によってパノラマレンズ形状を特定したことにより、樽型透光から入射して、第1凹型反射面で反射し、第2凹型透光面を通過した光線は規則性を持って拡散し、本パノラマレンズ内に虚像を結ぶ。虚像を結ぶ光線はカメラその他の光学系で結像させることが可能であり鮮明画像が得られる。従来のものに比べ、本パノラマレンズの画角は仰角と俯角とを加えて約90°に広がり、回転軸周囲の画角は従来と同様に360°である。表面反射鏡と透明な筒体を使用したものに比べ、迷光の発生原因となる面の数が半分になり画質への影響が少なくなる。しかも、部品が減るために小型化するのにも有利である。型で成形するならば量産も容易である。
(2)第2の発明により、カメラ前方の被写体を約90°の画角で捕えることが可能となった。
(3)第3の発明によって、樽型透光面から入射した光線と第1凹型反射面中央にある透光面から入射した光線のピントを合わせることが可能となり、双方の画像を同時刻の一体画像として捕えることが出来るようになった。(1) Since the shape of the panoramic lens is specified according to the first invention, the light beam that has entered from the barrel-shaped light transmission, reflected by the first concave reflection surface, and passed through the second concave transmission surface has regularity. Diffuses and forms a virtual image in the panoramic lens. The light beam connecting the virtual image can be imaged by a camera or other optical system, and a clear image can be obtained. Compared to the conventional one, the angle of view of this panoramic lens is increased to about 90 ° by adding the elevation angle and the depression angle, and the angle of view around the rotation axis is 360 ° as in the conventional case. Compared to the one using a surface reflector and a transparent cylinder, the number of surfaces that cause stray light is halved and the influence on image quality is reduced. Moreover, since the number of parts is reduced, it is advantageous for downsizing. Mass production is easy if the mold is used.
(2) The second invention makes it possible to capture the subject in front of the camera with an angle of view of about 90 °.
(3) According to the third invention, it becomes possible to focus the light beam incident from the barrel-shaped light transmitting surface and the light beam incident from the light transmitting surface at the center of the first concave reflecting surface. It can be captured as a single image.
図1〜図7は第1の発明の実施例1を示すものであり、図1は側面図、図2は平面図、図3は底面図、図4は図2中のA−A線に沿う断面図、図5は図4の部分拡大図、図6は本パノラマレンズの上面、側面、底面の形状を示す詳細図、図7は本パノラマレンズの機能を示す光路図である。1 to 7 show a first embodiment of the first invention. FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is a plan view, FIG. 3 is a bottom view, and FIG. 4 is a line AA in FIG. FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4, FIG. 6 is a detailed view showing the shape of the top, side and bottom surfaces of the panoramic lens, and FIG. 7 is an optical path diagram showing the function of the panoramic lens.
図において、パノラマレンズ12は透明な素材で形成する。その素材は全ての光を遮らないものであれば、色があるものでもよい。In the figure, the
図において、上面1と底面2は球面である。また、上面1の曲率半径をR1、基準点0から上面1の中心点までの距離をDとするとR1対Dは3対5である。この比率はR1よりDが大きければ任意でよい。また、底面2の曲率半径をR2、パノラマレンズ12を形成する素材の屈折率をnとすると、R2の数値は数1の式で決定する。In the figure, the
R2=R1/(n−1)R2 = R1 / (n-1)
図において、他光学系との接続部6を設けてカメラなどの他光学系14との接続を容易にした。これらの接続方法は特に限定はしない。In the figure, a
図5において、上面1は底面2側へ向く反射面を形成する。その反射面はクロムメッキ、アルミメッキ、銀メッキ、またはそれらの蒸着処理を施した反射コーティング層4に重ねて艶消し塗装などの反射防止コーティング層5を形成する。In FIG. 5, the
図6において、上面1と側面3を示す曲線の交点をTとし、基準点0から上面1に向けて投光したときの基準点0から上面1の任意の点までの距離をそれぞれk1、k2、k3、…knとし、それぞれに対応する上面1からの反射光の側面3までの距離をh1、h2、h3、…hnとすると、側面3は双方の距離の和が線分0Tに等しくなる点で形成される面である。数2参照。In FIG. 6, the intersection of the curves representing the
0T=k1+h1=k2+h2=k3+h3=‥‥=kn+hn0T = k1 + h1 = k2 + h2 = k3 + h3 =... = Kn + hn
図7は第1の発明の機能を示す光路図である。図7において、被写体7は虚像点9に、被写体8は虚像点10にそれぞれ虚像を結ぶ。FIG. 7 is an optical path diagram showing the function of the first invention. In FIG. 7, a subject 7 connects a virtual image to a virtual image point 9, and a subject 8 connects a virtual image to a
図8は第2の発明の実施例2の側面図を示す。図8において、基準点0からの投光を上面1で反射させて底面2に拡散させた場合、他光学系との接続部6の面積を照らす反射面の面積を上面1部透光面9の大きさにした。これによりカメラ前方の被写体を捕えることが可能になった。上面1の反射面には反射コーティング層4と反射防止コーティング層5を形成する。FIG. 8 shows a side view of the second embodiment of the second invention. In FIG. 8, when the light projected from the reference point 0 is reflected by the
図9は第2の発明の実施例2の平面図を示し、図2に対応する図である。FIG. 9 shows a plan view of the second embodiment of the second invention and corresponds to FIG.
図10は第3の発明の実施例3の側面図を示す。図において、追加広角レンズ13を用いて上面1からの入射光と側面3からの入射光のピントを一致させた。この追加広角レンズ13の素材はパノラマレンズ12と必ずしも同じでないものでもよく、また2枚以上の光学系で構成してもよい。FIG. 10 shows a side view of the third embodiment of the third invention. In the drawing, the incident light from the
図10において、底面2側へカメラなど他光学系14を設け、そのピントをパノラマレンズ12の虚像点の位置に合わせる。In FIG. 10, another
0 基準点
1 上面
2 底面
3 側面
4 反射コーティング層
5 反射防止コーティング層
6 他光学系との接続部
7 被写体
8 被写体
9 虚像点
10 虚像点
11 上面1部透光面
12 パノラマレンズ
13 追加広角レンズ
14 他光学系0
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