(57)【要約】      （修正有）【課題】全方位ミラーを支持する支柱が実質的に撮像面に影響を与えることがない、全方位撮像装置を実現する。【解決手段】撮像カメラ上方に支柱によって保持された全方位ミラーにより反射される反射像を前記撮像カメラに入射する全方位撮像装置において、前記支柱は、前記全方位ミラーの焦点または集光点に対して放射状に構成面を形成した。【選択図】図１
2005257972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像カメラ上方に支柱によって保持された全方位ミラーにより反射される反射像を前記撮像カメラに入射する全方位撮像装置において、
前記支柱は、前記全方位ミラーの焦点または集光点に対して放射状に構成面を形成したことを特徴とする全方位撮像装置。
【請求項２】
前記支柱は、透明部材で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の全方位撮像装置。
【請求項３】
前記支柱は、前記全方位ミラーの焦点方向または集光点を向く角度に形成された一対の側面部材とこれら側面部材間を結合する補強部材より形成されたことを特徴とする請求項１に記載の全方位撮像装置。
【請求項４】
前記補強部材の面が前記全方位ミラーの焦点方向または集光点を向く角度に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の全方位撮像装置。
【請求項５】
前記支柱は、前記撮像カメラを囲んで複数個配置されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の全方位撮像装置。
【請求項６】
前記撮像カメラは、前記全方位ミラーの頂点直下の光軸より水平方向に移動可能に配置され、前記全方位ミラーの反射像の一部を拡大撮像す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支柱により撮像カメラ上方に保持された全方位ミラーからの反射像を前記撮像カメラに入射する全方位撮像装置の支柱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
凸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カメラ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。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７４６０３号公報
【０００４】
視野角に制限の無い水平３６０度の全方位像を凸面状の全方位ミラーに入射し、このミラーに映った像をレンズ系及びＣＣＤ，ＣＭＯＳ等のイメージセンサよりなる撮像カメラに入射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。
【０００５】
この凸面状の全方位ミラーとしては、円錐，球，楕円、放物線，双曲線等の各種円錐形状が用いられるが、ここでは双曲線円錐状ミラーとして説明をする。
【０００６】
全方位ミラーとレンズ系は離れて設置されるので、全方位ミラーを所定位置に設置するには何らかの支持体を必要とする。この支持体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。しかし円筒ガラスを用いると円筒内面での反射が問題となる。
【０００７】
図１２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斜視図である。１は双曲線円錐状の凸面を有する全方位ミラーであり、全方位の被撮像物体２の像を写し、反射光をレンズ系３に集光しイメージセンサカメラ４のイメージセンサ４１のセンサ面に結像させる。
【０００８】
５は円筒ガラス支持体であり、全方位ミラー１を支えている。６はセンターニードルであり、全方位ミラー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、円筒ガラス支持体５の内面反射の影響を防止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１２に示した円筒ガラスとセンターニードルを使用する全方位ミラーの支持構造では、比較的に製作も容易で寸法もコンパクトにまとめられるが、実用的には次の問題点がある。
【００１０】
（１）円筒ガラスにキズ，気泡，歪み等の欠陥があると画像に現れるので、これらのない円筒ガラスを必要とするが、このような欠陥のない円筒ガラスを安価に量産するのは難しい。実際には作られた円筒ガラスの中から欠陥のない部分を切り出して使用するので、歩留まりが悪く高価になってしまう。
【００１１】
（２）円筒ガラスに歪、ゆがみ等があると画像にゆがみを生じてしまう。又、円筒ガラス部分が汚れると画像に汚れが写ってしまう。
【００１２】
（３）円筒ガラスを用いると、その透過率の関係で画面が暗くなる。
【００１３】
（４）センターニードルを用いても、円筒ガラスの内面反射の影響は完全には除けず、更なる対策を必要とする場合がある。
【００１４】
（５）円筒ガラスによる支持構造では、全方位ミラーと撮像カメラの位置関係が固定化されてしまい、撮像カメラをシフトさせてミラーの一部の像を全画面に拡大表示させる等の操作ができない。
【００１５】
従って本発明が解決しようとする課題は、全方位ミラーを支持する支柱が実質的に撮像面に影響を与えることがない、全方位撮像装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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）撮像カメラ上方に支柱によって保持された全方位ミラーにより反射される反射像を前記撮像カメラに入射する全方位撮像装置において、
前記支柱は、前記全方位ミラーの焦点または集光点に対して放射状に構成面を形成したことを特徴とする全方位撮像装置。
【００１７】
（２）前記支柱は、透明部材で形成されたことを特徴とする（１）に記載の全方位撮像装置。
【００１８】
（３）前記支柱は、前記全方位ミラーの焦点方向または集光点を向く角度に形成された一対の側面部材とこれら側面部材間を結合する補強部材より形成されたことを特徴とする（１）に記載の全方位撮像装置。
【００１９】
（４）前記補強部材の面が前記全方位ミラーの焦点または集光点方向を向く角度に形成されたことを特徴とする（３）に記載の全方位撮像装置。
【００２０】
（５）前記支柱は、前記撮像カメラを囲んで複数個配置されたことを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の全方位撮像装置。
【００２１】
（６）前記撮像カメラは、前記全方位ミラーの頂点直下の光軸より水平方向に移動可能に配置され、前記全方位ミラーの反射像の一部を拡大撮像す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。
【発明の効果】
【００２２】
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）全方位ミラーを撮像カメラ上方に支持する支柱の側面を全方位ミラーの焦点または集光点に向けることにより支柱が実質的に撮像対象物体の遮蔽にならないように構成できるので、従来装置の円筒ガラスのキズ、気泡、歪み等による障害は一切発生せず、全方位に渡ってクリアな撮像結果を得ることができる。
（２）撮像カメラの位置を自由に移動できるので、全方位ミラーの一部を拡大撮像することが容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１及び図２は、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装置全体の斜視図及び透明支柱の斜視図である。図１２で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。
【００２４】
本発明の構成説明に先立ち、全方位ミラーによる虚像の位置の関係を説明する。図４は、被撮像物体の虚像とレンズ系の関係を説明する光学模式図である。双曲円錐状の全方位ミラー１を用いた全方位撮像装置では、全方位ミラー１の虚像１´上に形成される物体２の虚像２´の像がレンズ系３を介してイメージセンサ４１のセンサ面に結像され取込まれる。
【００２５】
全方位ミラー１は双曲線円錐状をしているが、その中心線を通る断面を示したのが、図４である。双曲線の方程式は、
【００２６】
x2/a2-y2/b2=-1   (1)
【００２７】
で示される。ここでＣは双曲線の焦点で、
【００２８】
c2=a2+b2
【００２９】
である。（１）式で示される双曲線はｘ軸を対称に２個存在するが、ここではｘ軸より上の１個を考える。双曲面の表面は鏡面加工されており、良い反射面としてある。双曲線の性質から、物体２からの光のうち焦点ｃに向かう光は総曲面で反射された後、もう一方の焦点−ｃに向かう。
【００３０】
従って、レンズ系（複数のレンズから成っている）３の前方主点の位置を−ｃに選べば、焦点ｃに向かう光は、この主点を通りイメージセンサ４１のセンサ面に結像することになる。
実際には、物体２の虚像２´が全方位ミラーの虚像１´にでき、この像を見ることになる。従って、焦点ｃに向かう同一の線上にある物体点は全て同一の点に結像することになる。
【００３１】
凸面状の全方位ミラーが双曲線状以外の、球状，放物線状，円錐状等の場合、及び双曲線状でもレンズの主点位置が-cの位置に置かれていない場合は入射光の角度により中心線上の集光点の位置は上下に若干変化するが、以下の説明には関係しない。
【００３２】
図１は、本発明を適用した全方位撮像装置の構造を示す斜視図である。全方位ミラー１は透明支柱１００と梁３００より成る支持体で吊り下げられている。この全方位ミラーの焦点を通る光軸Ｌの直下にレンズ系３及びイメージセンサカメラ４が配置され、全方位ミラーに写った像を入射して撮像している。
【００３３】
２００は水平に配置された取付台であり、透明支柱１００が端部に固定され、イメージセンサカメラ４がレンズ系３と共にこの取付台２００の面上を矢印Ｘ，Ｘ´に示すように水平移動可能に配置され、全方位ミラーの一部を撮像することも可能な構造となっている。このときレンズ系の焦点距離を変えることにより所望部分の拡大像を得ることも可能である。
【００３４】
図２は、本発明が適用された透明支柱１００の斜視図であり、全方位ミラーの焦点に対して放射状に構成面（側面）を形成した点に特徴がある。即ち、撮像カメラより見て右側面１００ａ及び左側面１００ｂは全方位ミラー１の中心、即ち双曲線の焦点ｃの方向を向いて放射状に形成されている。
【００３５】
図３（Ａ）は、カメラ部の平面図、図３（Ｂ）は撮像結果の表示画面である。透明支柱１００の両側面を焦点ｃの方向に向けて放射状に形成することで、この面は図３（Ｂ）に示すように細い線として撮像され、全方位撮像の視界を遮る障害にならない。
【００３６】
この線の太さは側面１００ａ，１００ｂの加工精度により決まる。ここで、必要な精度を概算する。透明支柱１００の前面が全方位ミラー１の中心から４０ｍｍの位置にあるものとする。これを縦１０００画素のメージセンサで撮像する。４０ｍｍの位置の円周は２π×４０ｍｍ、これに相当する画素数は２π×５００である。
【００３７】
従って、１画素は０.８ｍｍ相当になる。０.４ｍｍは１／２画素となり、イメージセンサでの識別は困難になる。よって、透明支柱の側面は０.４ｍｍ以下の平坦度、精度で全方位ミラーの中心を向いていればよく、これは支柱の曲がり等を考慮しても容易に実現できる実用的な値である。
【００３８】
実際には側面の画像が若干残る可能性があるが、これは必要に応じて画像処理により除去することも可能である。例えば周囲の画像情報から補間すれば良い。更に、透明支柱１００を通した画像は、周囲の支柱を通さない部分の画像と若干ずれる部分があるが、これも必要に応じて計算補正できる。
【００３９】
このずれは支柱に直角に光が入る部分は非常に少なく、斜めに入る部分に若干生じる程度で、影響は少ない。透明支柱に強い外光が直接当たる場合、反射光の影響が生じる場合がある。これも必要に応じて支柱の表面に反射防止のコーティングをしておけば防げる。
【００４０】
次に、支柱として単純な角柱を採用した場合の撮像結果により本発明との差を説明する。図１３は、支柱１００として金属等の不透明四角柱を用いた例を示す。（Ａ）はカメラ部の平面図、（Ｂ）は撮像結果の表示画面を示す。
【００４１】
カメラが中心に撮像され、その周囲に３６０度の全方位画像が円形に撮像される。この一部には不透明の支柱も撮像されるので、その後部の対象物は見えない。この装置でも３００度以上の広角度部分が一度に撮像されるので、使用目的によっては有用である。
【００４２】
図１４は、支柱１００としてアクリル等の透明四角柱を用いた例を示す。（Ａ）はカメラ部の平面図、（Ｂ）は撮像結果の表示画面を示す。ここでは、支柱１００が透明なため、背後にある物体も撮像されている。しかし、この中に角柱の側面部分もかなりの幅で撮像され、この部分を通した物体の像は正しく撮像されない。
【００４３】
図１３、図１４で明らかなように、本発明では支柱の構成面（側面）を全方位ミラーの焦点に向けて放射状に形成することにより、側面部の撮像結果を細い線で表示することができ、３６０度の撮像視界を確保することが可能となる。
【００４４】
図５は、本発明の他の実施形態を示すもので、（Ａ）はカメラ部の平面図、（Ｂ）は撮像結果の表示画面である。この実施形態の特徴は、透明支柱１００に対して１２０度を隔てた位置に同様な透明支柱１００´、１００´´を加えて支柱を３本使用とした点を特徴とする。
【００４５】
３本の支柱全体で全方位ミラー１を支えれば良いので、各支柱は肉薄のものを使用できる。このため、透明支柱通過部分の画像のずれを小さくできる利点がある。
【００４６】
図６に、本発明で採用可能な透明支柱の構造例を示す。（ａ）（ｂ）（ｃ）の構造は、図１に示した一本の透明支柱に好適な形状を持ち、厚さを十分に厚くとり、構造的に丈夫にしている。
【００４７】
（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）の構造は、図５に示した３本支柱に好適な形状をもち、各支柱は薄板となっている。（ｇ）は薄板が中心の方向を向いている。この厚みが０.８ｍｍ以下であれば、１画素以下に相当するので、金属の不透明薄板を使用しても画像の遮蔽に大きな影響は与えない。
【００４８】
図７は、本発明の更に他の実施形態を示すもので、（Ａ）はカメラ部の平面図、（Ｂ）は側面図、図８は支柱部分の斜視図である。この実施形態の特徴は、基本的には対向配置された２枚の薄板よりなる右側面部材１０１ａ及び左側面部材１０１ｂで形成された中空支柱１００により、全方位ミラー１を支えている点にある。
【００４９】
右側面部材１０１ａ及び左側面部材１０１ｂの面は、図１の透明支柱と同様全方位ミラー１の焦点または集光点に向くように放射状に配置されている。これだけでは強度的に弱く曲がってしまうので、途中に１０１ａと１０１ｂ間に複数個の補強部材１０２乃至１０５を接続して補強している。この補強部材の面も全方位ミラー１の焦点または集光点に向くようには傾斜して取り付けられている。
【００５０】
図９（Ａ）はカメラ部の平面図、図９（Ｂ）は撮像結果の表示画面である。両側面部材及び補強部材は、全方位ミラー１の焦点または集光点に向いているので、画像上には細い線として撮像される。中空支柱１００で補強部材の無い部分は何の障害物も無く対象物が撮像できる。補強部材の部分は透明薄板ならば、その影になる物体は若干位置がずれるが、対象物が見える。
【００５１】
補強部材が十分薄く強度がある場合（例えば０.８ｍｍ以下の金属板）ならば、その厚さは（例えば１画素相当以下になるので）対象物を見るのに大きな障害にはならない。
【００５２】
図７（Ｂ）において３１は、レンズ系３の入射部に取り付けられたレンズフードである。このフードは、外部の余分な光を遮る役をしており、形状は全方位ミラーへの入射光及び全方位ミラーからレンズへの入射光の両方の障害とならない寸法に選定されている。
【００５３】
このレンズフードには例えばガラスフィルタを取付けてレンズへの埃等の付着を防ぐ構造とすることができる。また、汚れを防ぐためのワイパ、超音波装置などを取付けることも可能である。
【００５４】
図１０は、本発明撮像装置の別の利用形態を示す斜視図であり、レンズ系３を搭載したイメージセンサカメラ４を全方位ミラーの光軸ＬよりずらせたＬ´位置に水平移動させることで全方向視野の一部を拡大表示させるものである。
【００５５】
３６０度を撮像する全方位撮像装置は広い角度を撮像できる。しかし、対象物を高分解能で撮像するためには、高画素数のイメージセンサを必要とする。しかし、高画素数のイメージセンサでは撮像時間が長くなり、画像信号の伝送速度にも関係してフレームレートが低下する。
【００５６】
リアルタイムで撮像できるイメージセンサの撮像結果の表示画面を図１１（Ａ）に示す。１２８０×１０２４画素のイメージセンサでは全方位センサの半径を５１２画素の分解能で撮像できるが、８００×６００画素では３００画素、６４０×４８０画素のイメージセンサでは２４０画素の分解能になる。
【００５７】
もっと分解能を上げて撮像したい場合は図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように撮像カメラの位置をずらして部分拡大撮像することが可能である。この場合でも２４０度、９０度の視野角度の撮像可能が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を適用した全方位撮像装置の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明が適用された透明支柱の斜視図である。
【図３】本発明を適用した全方位撮像装置のカメラ部平面図及び表示画面である。
【図４】被撮像物体の虚像とレンズ系の関係を説明する光学模式図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示すカメラ部平面図及び表示画面である。
【図６】本発明で採用可能な透明支柱の構造例を示す断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態を示す平面図及び側面図である。
【図８】図７における中空支柱の斜視図である。
【図９】図７の実施形態におけるカメラ部平面図及び表示画面である。
【図１０】本発明撮像装置の別の利用形態を示す斜視図である。
【図１１】図１０の利用形態における表示画面である。
【図１２】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斜視図である。
【図１３】支柱として金属等の不透明な材料を用いた場合のカメラ部平面図及び表示画面である。
【図１４】支柱としてアクリル等の透明な材料を用いた場合のカメラ部平面図及び表示画面である。
【符号の説明】
【００５９】
１  全方位ミラー
２  物体
３  レンズ系
４  イメージセンサカメラ
４１  イメージセンサ
１００  透明支柱
１００ａ  右側面
１００ｂ  左側面
２００  取付台
３００  梁
【図１】
2005257972.tif 000003
【図２】
2005257972.tif 000004
【図３】
2005257972.tif 000005
【図４】
2005257972.tif 000006
【図５】
2005257972.tif 000007
【図６】
2005257972.tif 000008
【図７】
2005257972.tif 000009
【図８】
2005257972.tif 000010
【図９】
2005257972.tif 000011
【図１０】
2005257972.tif 000012
【図１１】
2005257972.tif 000013
【図１２】
2005257972.tif 000014
【図１３】
2005257972.tif 000015
【図１４】
2005257972.tif 000016