(57)【要約】  画像取得複合レンズおよびその応用が開示されている。画像取得複合レンズは、カメラレンズ（１）と、同一の形状を有する２つ以上の凸面ミラー（２）と、を備える画像取得複合レンズであって、前記カメラレンズ（１）は、所定の前方視野（４０）と、を有し、前記同一の形状を有する前記２つ以上の凸面ミラー（２）は、前記カメラレンズ（１）の前記所定の前方視野（４０）内に前記カメラレンズ（１）の光軸Ｃを中心として対称に配置され、かつ、それぞれ前記カメラレンズ（１）の側方および後方の一部の光景を前記カメラレンズ（１）に反射するように構成されており、ミラーギャップ（３０）は、対称に配置された前記凸面ミラー（２）の間に形成され、前記カメラレンズ（１）が、前記ミラーレンズのすぐ前の第１の前方視野（１０）内の光景を直接的に取得することを可能にすることを特徴とする。本開示は、第１の前方視野（１０）内の画像をカメラレンズ（１）を通じて直接的に取得しながら、カメラレンズ（１）の周囲および後方の光景を凸面ミラー（２）を通じて撮影することができ、これにより、完全な球面で視界をカバーするという効果を実質的に実現する。
2019521390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラレンズ（１）と、
同一の形状を有する複数の凸面ミラー（２）と、を備える画像取得複合レンズであって、
前記カメラレンズ（１）は、所定の光学視野角と、前記光学視野角によって決定された所定の前方視野（４０）と、を有し、
前記同一の形状を有する前記複数の凸面ミラー（２）は、前記カメラレンズ（１）の前記所定の前方視野（４０）内に前記カメラレンズ（１）の光軸Ｃを中心として対称に配置され、かつ、それぞれ前記カメラレンズ（１）の側方および後方の一部の光景を前記カメラレンズ（１）に反射するように構成されており、
ミラーギャップ（３０）は、対称に配置された前記凸面ミラー（２）の間に形成され、前記カメラレンズ（１）が、前記カメラレンズ（１）のすぐ前の第１の前方視野内の光景を直接的に取得することを可能にする画像取得複合レンズ。
【請求項２】
前記凸面ミラー（２）の数は、２つであることを特徴とする請求項１に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項３】
前記凸面ミラー（２）は、球面ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項４】
前記凸面ミラー（２）は、放物面ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項５】
前記凸面ミラー（２）は、双曲線ミラーであることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項６】
隣り合う前記凸面ミラー（２）により反射された視野の間に、重複する領域が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項７】
前記カメラレンズ（１）は、ズームレンズである請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項８】
更に、前記カメラレンズ（１）に接続された画像電子処理デバイスを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項９】
前記凸面ミラー（２）は、中心角が１８０°以上のセクタ構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項１０】
前記同一の形状を有する前記複数の凸面ミラー（２）は、前記カメラレンズ（１）の側方および後方の全ての光景を前記カメラレンズ（１）に共同で反射することを特徴とする請求項１に記載の画像取得複合レンズ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の画像取得複合レンズの、車両における使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年７月１日に出願された、発明の名称を「全方向画像取得複合レンズ」とする中国特許出願２０１６１０５０４０６８．２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【０００２】
本願は、光学レンズ、特に、画像取得複合レンズおよびその応用の領域に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在のところ、典型的なパノラマレンズは通常、湾曲したミラーにより視野角の範囲を広げ、従来のカメラは、周囲の光景の視界の範囲を獲得できるようになっている。例えば、特許文献１は、上述の湾曲したミラーを改良し、システム設計の複雑さと困難を低減し、より広い適用性を獲得することを目指す、双曲線のビューファインダを基礎とするパノラマビジョンシステムについて説明している。画像処理電子技術（特にコンピュータグラフィクス）の発展に伴い、取得した画像をスーパーインポーズさせ、修正することにより通常の遠近法のパノラマ効果を獲得する技法が開示されており、例えば、特許文献２は、重複させる手法において球面のパノラマを生成する方法について説明している。その方法は、画像融合の原理に基づくピクセル融合を行い、２つの半球空間の重複した領域を数値的に演算し、重複した領域の位置関係にしたがってピクセルポイントの相対位置を定量的に演算し、球面パノラマ生成の原理にしたがって、球面の空間上のポイントを球面のパノラマにマッピングすることにより、球面パノラマを生成することを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特許出願第１９７５５５４Ａ号明細書
【特許文献２】中国特許出願第１０４８３５１１７Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の２つの典型的なパノラマ画像取得技術からわかるように、前者は簡単な構造を有するものの、本当の意味で全球面をカバーする全方向の視界を獲得することはできず、レンズのすぐ上に配置された湾曲したミラーの反射によって画像を取得するために、湾曲したミラーの反射の範囲内で周囲の光景を獲得することしかできず、後者は仮想画像を獲得するために複雑な演算を必要するので、画像処理デバイスが採用されることを要し、結果的には複雑な構造と高コストに結び付く。更に、獲得されたデータ処理後の仮想画像は、例えば、車両の保険請求や、事故のモニタリングなど司法上の証拠取得が必要な場面においては厄介であるため、依然として司法上の証拠として使用することができない可能性がある。
【０００６】
本願の目的は、簡単な光学的直接画像化構造による、全方向画像取得における使用のための画像取得複合レンズおよびその応用を提供して、上述の従来の構造および方法の短所を克服し、周囲の光景だけでなく、より球面のパノラマに近い技術的効果を獲得することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
画像取得複合レンズは、カメラレンズと、同一の形状を有する複数の凸面ミラーと、を備え、前記カメラレンズは、所定の光学視野角と、前記光学視野角によって決定された所定の前方視野と、を有し、同一の形状を有する前記複数の凸面ミラーは、前記カメラレンズの前記所定の前方視野内に前記カメラレンズの光軸ｃを中心として対称に配置され、かつ、それぞれ前記カメラレンズの側方および後方の一部の光景を前記カメラレンズに反射するように構成されており、ミラーギャップは、対称に配置された前記凸面ミラーの間に形成され、前記ミラーレンズが、前記ミラーレンズのすぐ前の第１の前方視野内の光景を直接的に取得することを可能にする。
【０００８】
一実施形態においては、前記凸面ミラーの数は、２つである。
【０００９】
一実施形態においては、前記凸面ミラーは、球面ミラーである。
【００１０】
一実施形態においては、前記凸面ミラーは、放物面ミラーである。
【００１１】
一実施形態においては、前記凸面ミラーは、双曲線ミラーである。
【００１２】
一実施形態においては、隣り合う凸面ミラーにより反射された視野の間に、重複する領域が形成されている。
【００１３】
一実施形態においては、前記カメラレンズは、ズームレンズである。
【００１４】
一実施形態においては、画像取得複合レンズは、更に、前記カメラレンズに接続された画像電子処理デバイスを備える。
【００１５】
一実施形態においては、前記凸面ミラーは、中心角が１８０°以上のセクタ構造を有する。
【００１６】
一実施形態においては、同一の形状を有する前記複数の凸面ミラーは、前記カメラレンズの側方および後方の全ての光景を前記カメラレンズに共同で反射する。
【００１７】
画像取得複合レンズの、車両における使用が開示されている。
【発明の効果】
【００１８】
本願によれば、カメラレンズの前に配置された従来の凸面ミラーを対称に配列された複数の凸面ミラーに置き換えることにより、カメラレンズのすぐ前の視野が遮られない。複数の凸面ミラーの視野を適切に重複させることにより、周囲の光景の省略のない全方向の視野を取得することができる。カメラレンズの適切な焦点距離、視野角、開口度を選択すること、および、複数の凸面ミラーの曲率、傾斜角、位置およびミラー開口度を適切に調整することにより、カメラレンズは、最大限にカメラレンズの後方の球面の視野の大部分をカバーし、カメラレンズの後方の球面の視野の大部分をも含むことができる。これにより、前方の第１の前方視野内の光景の画像がカメラレンズにより直接的に撮影され、一方で周囲の光景およびカメラレンズの後方の一部の光景は、凸面ミラーを通じて取得することが可能となり、フルカバーに近い球面の視野を実現する。原画像は幾何光学的画像化システムにより直接的に取得され、システムは事件に関連する双方（複数方）の情報、原因、過程および結果を同時に、同期して、二方向に撮影し、且つ記録することができるので、保険の請求、事故検証および司法上の証拠取得が必要な場合などの場面に特に有益である。
【００１９】
本願の内容を理解しやすくするため、本願の特定の実施形態および添付図面に沿って、本願について以下に更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本願により提供される凸面ミラーの配列およびフレーミングの原理を示す概略図である。
【図１Ｂ】本願により提供される凸面ミラーの配列およびフレーミングの原理を示す概略図である。
【図２】本願により提供される複合レンズの前方の視界および全方向画像化の原理を示す図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図２の側面図である。
【図５】本願により提供される全方向フレーミングの範囲の効果を示す概略図である。
【図６Ａ】本願により提供される複合レンズの車両状態モニタリングへの応用の概略図である。
【図６Ｂ】本願により提供される複合レンズの車両状態モニタリングへの応用の概略図である。
【図６Ｃ】本願により提供される複合レンズの車両状態モニタリングへの応用の概略図である。
【図６Ｄ】本願により提供される複合レンズの車両状態モニタリングへの応用の概略図である。
【図７】図６のカメラレンズの前方の視野の画像取得効果を示す図である。
【図８】図６の凸面ミラーを通じた周囲の視野の画像取得効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本願の目的、技術的解決手段および利点をより明確にするため、本願の実施形態について、添付図面を参照しつつより詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本願のコア技術であり構造的な原理としての、本願の全方向画像取得複合レンズ構造における凸面ミラー２の配列およびフレーミングの原理を示す。幾何光学の基本原理に基づき、凸面ミラー２は概して、高効率の円状の投影形状を有し、本願において以下に説明される凸面ミラーのミラー構造は、別途記載がない限り、円状の投影形状を有する。他の実施形態においては、凸面ミラー２の構造は、実際のニーズによって選択することができ、例えば、パノラマＶＲ撮影を行うときは、凸面ミラー２は真円状の凸面ミラーをカッティングすることにより得られるが、使用されるディスプレイの画面比が１６：９であるときには、凸面ミラー２はアスペクト比１６：９でカッティングすることにより得られることが、理解されるべきである。
【００２３】
図１および図２を参照すると、「Ｌｅｆｔ（左）」「Ｒｉｇｈｔ（右）」の符号が付された２つの隣り合う凸面ミラー２が図１Ａに示されているが、影付きの部分「Ｌ」「Ｒ」によりカバーされている２つの隣り合うミラー表面を対称的にカッティングし、その間にミラーギャップ３０を形成することにより、図１Ｂに示される同等の全円状の凸面ミラー２０のような、単一の完全な全円状の凸面ミラーの効果と同等の視野の効果を得ることができる。ミラーギャップ３０は、カメラレンズ１がカメラレンズ１の前の第１の視野１０内の光景を直接的に撮影するとともに、凸面ミラー２により反射された周囲の光景を取得することができるという点で有利である。カメラレンズ１の前の所定の視野４０（凸面ミラー２により反射された視野およびカメラレンズ１により直接的に取得された第１の視野１０を含む）は、レンズのプリセットされた焦点距離により決定された視野角に依存するが、もしもカメラレンズ１がズームレンズを使用すれば、視野角は焦点距離の変動の範囲内で任意に変更することができる。両側の凸面ミラー２の異なるカッティング度合いによって、ミラーの面積のより大きな部分（またはより小さなミラーギャップ３０）が保たれるときは、反射により両側で獲得された視野は、部分的に重複する可能性があり、また一方で、過剰にカッティングされたとき、すなわちミラーの面積のより小さな部分（またはより大きなミラーギャップ３０）が保たれるときは、両側の視野が非連続となる。一般的に、保たれる部分が円状の表面の半分よりも大きい限りは、図１Ｂに示すように、同等の全円状の凸面ミラーの視野が比較的容易に獲得できる。具体的には、隣り合う凸面ミラー２の視野の間には一定の重複する領域が形成されるが、この領域は、現在のところ、画像電子処理システムによる処理を通じて容易に再処理（ｄｅ−ｄｕｐｌｉｃａｔｅｄ）が行われ、連続した画像が獲得され、記録または表示のために用いられることができる。カッティングされた凸面ミラー２は、中心角１８０°以上のセクタ構造を有してもよい。他の実施形態においては、カッティングされた凸面ミラー２は長方形の構造を有してもよいことが理解されるべきである。
【００２４】
要するに、空間をフレーミングするという観点からは、凸面ミラー２が設けられることによって、カメラレンズ１は、レンズの第１の前方視野１０（所定の前方視野４０内の、球面の空間の上方のより小さい半分）と、反射を通じて、球面の空間の下方のより大きい半分のフレーミングの範囲と、を同時に獲得することができる。
【００２５】
図２は、本願の複合レンズの機械的構造および幾何学的光学系を示す。カメラレンズ１は、透明なカバー３の底に配置されており、カメラレンズ１は図に示す、∠ａＯｅに対応するプリセットされた視野角範囲４０を有する。ここで、Ｏはカメラレンズ１のノードである。カメラレンズ１の光軸ｃの両側に対称に配置された２つの凸面ミラー２は、異なる曲率、投影半径および実装角度を対称的に選択することができ、図に示すＲ１、Ｒ２またはＲ３は、異なる凸面ミラー２の曲率半径の複数の選択肢を示しているが、カメラレンズ１が反射を通じて省略のない全光景を取得することができ、ミラーギャップ３０を通じてすぐ前方の第１の前方視野１０の視界を直接的に獲得することができるように、凸面ミラー２の位置と形状とは、カメラレンズ１の視野角∠ａＯｅの範囲内で、完全に対称に配列され、位置していなければならず、凸面ミラー２の有効な反射領域は、弧⌒ａｂおよび弧⌒ｄｅで示される範囲内にある。一実施形態においては、ミラーギャップ３０のサイズは同等の全円状の凸面ミラー２０の直径と等しくてもよい。明らかなことであるが、幾何光学の基本原理によれば、凸面ミラーは、異なる投影半径および曲率を選択することができる。曲率半径Ｒがより小さいほど、曲率がより大きく、反射された画像のゆがみが大きく、反射の視野はより広い。反対に、曲率半径Ｒがより大きいほど、反射された画像のゆがみがより小さく、反射の視野はより狭い。実際の応用においては、場面と目的にしたがって、適切な調整および選択を行う必要がある。
【００２６】
図３および図４によれば、２つの凸面ミラー２のミラーギャップ３０は、上から見たときに（すなわち、前方の投影方向において）カッティングライン２１で示される翼弦線に沿ってカッティングすることにより得られる。翼弦線の位置を選択する際、上述のように、保たれるミラーの面積がより大きいときは、特定の重複する領域が両側のミラーの反射の視野の間に形成される（画像事後処理ソフトウエアにより再処理されうる）。反対に、もしも保たれたミラーの面積が小さすぎると、反射の視界の範囲の不整合が生じ得る。所望の視界を実現するために、これらの問題は全て、応用場面に応じて、凸面ミラー２の曲率、カメラレンズ１の設定視野角、実装角度、投影半径、及びカメラレンズ１までの距離の包括的な調整と設定によって解決されうる。好ましい方法は、ズームレンズを使用して視野角の範囲を都合よく調整することである。そして、凸面ミラー２は像収差およびゆがみに対する要求に応じて、球状、放物体状、双曲面状などのミラー形状に適応することができる。上述の設定により、フレーミングの範囲が最も完全に取得される理想的な場合において、フレーミングの範囲は、両側の凸面ミラー２およびカメラレンズ１そのものによってシールドされた小さな部分を除き、球状の表面をほぼ完全にカバーすることができる
【００２７】
図５によれば、カメラレンズ１は第１の前方視野１０内で視界を直接的に取得することができ、カメラレンズ１の所定の前方視野４０内に対称に配列された２つの凸面ミラー２は周囲および後方の光景をカメラレンズ１に反射し、すなわち、カメラレンズ１が同時に完全な球面の視界を取得する。上述の説明によれば、凸面ミラー２の投影半径と実装角度とがカメラレンズの視野角のような幾何光学パラメータと合致するとき、カメラレンズ１の視野角により決定された第１の前方視野１０および凸面ミラー２により反射された周囲および後方の視野は、完全にギャップなしで継ぎ合わされる。
【００２８】
図６Ａから図６Ｄは、車両状況のモニタリングのための複合レンズの実施形態を示す。本願の複合レンズは、極度に簡単な光学的かつ機械的構造を有するため、非常に小さなサイズにすることができ、これは同時または選択的に車体の（図において点線で示される位置のような）どの部分にも取り付けられ、全方位的に、同時に、同期して、二方向に、事件および事件に関連する双方（複数方）をモニタリング、記録するという技術的効果を実現する点で有益である。従来のドライブレコーダーと比較した利点は、自明である。図７および図８は、電子画面に表示された、図６の車体の様々な部分に配置された本願の複合レンズの画像取得効果を示す。カメラレンズ１は、接続されている画像電子処理デバイスを通じて、複合レンズ全体でキャプチャした原画像を、デ・デュプリケート、修正、継ぎ合わせ、重ね合わせ、および電子的に表示するなどのように、簡単に処理することができる。
【００２９】
上述の実施形態は、単に説明のための例示であり、実施形態を限定することを意図しないことは明らかである。上述の説明を踏まえて、当業者は様々な形の他の変形又は変更を行うことができる。全ての実行形式を包括的に出し尽くす必要も方法もない。またこれらから発生する自明な変更や変形は、依然として本願の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００３０】
１     カメラレンズ
１０   第１の前方視野
２     凸面ミラー
２０   同等の凸面ミラー
２１   カッティングライン
３     透明なカバー
３０   ミラーギャップ
４０   所定の前方視野
О     カメラレンズノード
ｃ     カメラレンズの光軸
【図１Ａ】
2019521390.tif 000003
【図１Ｂ】
2019521390.tif 000004
【図２】
2019521390.tif 000005
【図３】
2019521390.tif 000006
【図４】
2019521390.tif 000007
【図５】
2019521390.tif 000008
【図６Ａ】
2019521390.tif 000009
【図６Ｂ】
2019521390.tif 000010
【図６Ｃ】
2019521390.tif 000011
【図６Ｄ】
2019521390.tif 000012
【図７】
2019521390.tif 000013
【図８】
2019521390.tif 000014
【国際調査報告】
2019521390.tif 000015
2019521390.tif 000016
2019521390.tif 000017
2019521390.tif 000018