一种光学系统，该光学系统具备：主镜（１１），该主镜（１１）中央具有开口部，且该主镜（１１）的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状；二次反射镜（１２），对主镜（１１）所反射的光进行二次反射，该二次反射镜（１２）的形状是旋转对称的凹抛物面的一部分的形状；至少一片透镜，使二次反射镜（１２）所反射的光成像；以及镜筒（１４），保持至少一片透镜，至少一片透镜的前主点的位置与二次反射镜（１２）的焦点位置一致，至少一片透镜的光轴相对于凸抛物面以及凹抛物面的旋转轴倾斜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够进行广角拍摄的光学系统，尤其涉及具有单视点(single viewpoint)的光学系统。
技术介绍
近些年，利用持续穿戴型装置来进行的“可穿戴计算(wearable computing)” 这一想法被提倡。其中，以持续穿戴、持续拍摄为前提的相机(以下记述为“可穿戴相机 (wearable camera) ”)，能够原封不动地记录穿戴者的体验，可考虑用于多种多样的用途。能够与人类的视野相匹敌的宽广的视角是这样的可穿戴相机必要的特性之一。作 为用来得到这样宽广的视角的光学系统，以往利用采用了鱼眼透镜或凸面镜的光学系统。 其中，尤其是采用抛物面镜或双曲面镜作为凸面镜的光学系统具有单视点的特性，即具有 将反射光会聚于一点的特性。例如，专利文献1中公开了具有这样的单视点的全方位视觉 传感器的结构。根据专利文献1所公开的结构，如图1所示，双叶双曲面中朝向一方的双曲 面201的焦点202的光205，被反射向另一方的双曲面203的焦点204。因此，通过在双叶 双曲面中的一方的双曲面201配置具有该双曲面201的形状的镜子，并在另一方的双曲面 203的焦点204配置透镜来构成光学系统，能够得到保持单视点的像。另外，在透镜是由多 片透镜构成的一组透镜的情况下，将这些透镜组的前主点(front principal point)的位 置对准到另一方的双曲面203的焦点204的位置，从而能够得到同样的效果。具备单视点的优点是被拍摄的图像的投影特性与一般的相机相同这一点。据 此，能够得到这样的效果能够对以此拍摄的图像适用基于一般的图像几何的图像处理， 或能够将所拍摄的图像不失真地变换为一般的透视投影图像(perspective projection image)等。专利文献1 日本特许第四39087号公报专利文献2 日本特开2007-264402号公报另一方面，小型化也是可穿戴相机的光学系统的重要的特性之一。专利文献1所 记述的光学系统采用双曲面镜作为凸面镜，从几何学的特性来讲，镜子和透镜之间的距离 取决于双曲面的曲率。为了缩短镜子和透镜之间的距离，需要增大双曲面的曲率，但是曲率 增大则需要加大景深，否则图像变模糊。虽然能够通过缩小光圈(絞D &絞>9込tr )来减 低模糊，但是其代价是图像变暗。相对于此，有这样一种光学系统，其采用例如利用多次反射来使光程(光路)曲折 以缩短镜子和透镜之间的实质性的距离的方法来实现小型化，专利文献2公开了这样的全 方位光学系统。然而，专利文献2所述的结构中，虽然在高度方向上使光程偏折，但是镜子的半径 方向上的光程不变。因此，只能在高度方向上小型化。虽然通过在半径方向上也引入用于 使光程偏折的新的镜子，从而能够很大地改善镜子的半径方向上的大小，但是，引入新的镜 子，不仅使光学系统的设计变得困难，而且镜子的面数越增加则无误差地对其进行配置就变得困难，造成实用上的问题。并且，一般认为，在水平方向上，人类的视场角约为200度左右。因此，为了得到这 样的水平视野而利用凸面镜的情况下，如图2B所示，仅利用镜子的一部分311就已足够，以 此代替如图2A所示的利用凸面镜301的全周。但是，透镜组13的光轴(optical axis) 16 的方向与凸面镜301的轴305的方向相同的情况下，如图2B所示，透镜组13的视角内出现 未映出凸面镜的无用的摄像区域312。正如专利文献2所述的结构，即使是在进行多次反射 的系统也存在同样的课题。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述课题，目的在于提供一种小型光学系统，其能够进行广角拍摄且 具有单视点，并且所拍摄的图像中不出现无用的区域。本专利技术的某一个局面所涉及的光学系统，具备主镜，该主镜中央具有开口部，且 该主镜的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状；二次反射镜，对所述主镜所反射的 光进行二次反射，该二次反射镜的形状是旋转对称的凹抛物面的一部分的形状；至少一片 透镜，使所述二次反射镜所反射的光成像；以及镜筒，保持所述至少一片透镜，所述至少一 片透镜的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致，所述至少一片透镜的光轴相对 于所述凸抛物面以及所述凹抛物面的旋转轴倾斜。根据此结构，如图3A所示，在透镜组13 (至少一片透镜)的光轴16与凸抛物面以 及凹抛物面的旋转轴一致的情况下，透镜组13的视角内存在无用的摄像区域312，但是，通 过倾斜地配置透镜组13的光轴16，如图:3B所示，能够使二次反射镜12(中映出的主镜11 的像)占满透镜组13的视角(能够进行这样的拍摄)。图3C以及图3D分别是以图3A以 及图:3B所示的光学系统来得到的图像的模式图，很明显，与图3C相比，图3D中未映出二次 反射镜12的像的无用的区域小。另外，图3D是模式图，其似是将实际的图像在上下方向 拉长的图，但是，实际上，能够得到近似于半圆的图像。并且，半圆中央部的施加了阴影线 (hatching)的部分是主镜的开口部的图像。这样，主镜11以及二次反射镜12的形状分别是旋转对称的凸抛物面以及凹抛物 面的一部分的形状。因此，与以往的其形状是凸抛物面以及凹抛物面的全部的形状的光学 系统相比，能够减小镜子的半径方向上的大小。因此，能够提供一种小型光学系统，其可进 行广角拍摄且具有单视点，而且拍摄的图像中不出现无用的区域。并且，也可以是，所述至少一片透镜是包括两片以上的透镜的透镜组，由所述透镜 组构成变焦镜头。并且，最好是，上述光学系统还具备移动部，所述移动部具有的构造是用于使所述 镜筒沿着所述透镜组的光轴方向前后移动的构造，所述移动部具有的构造是用于，抵消因 所述透镜组的变焦倍率的变更而引起的前主点的位置的变动，且使所述镜筒移动到使所述 透镜组的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致的位置的构造。根据此构成，在通过透镜的变焦而得到放大像时也能够固定前主点的位置，从而 能够在变焦时也能获得具有单视点的利处。并且，也可以是，所述透镜组具有不会因变焦倍率的变更而引起前主点的移动的 结构。根据此够成，在通过透镜的变焦而得到放大像时也能够固定前主点的位置，从而 能够在变焦时也能获得具有单视点的利处。并且，也可以是，上述光学系统还具备常平机构，该常平机构支持所述镜筒，并能 够使所述透镜组的光轴的方向在两个轴方向上旋转，所述常平机构的各方向上的旋转轴通 过所述二次反射镜的焦点位置。根据此构成，能够使透镜组进行水平旋转一俯仰动作(首振”動作)时的旋转中 心与透镜组的前主点的位置一致，从而在水平旋转一俯仰动作时也能够继续保持单视点。根据本专利技术，能够提供一种小型光学系统，其可进行广角拍摄且具有单视点，并且 拍摄的图像中不出现无用的区域。附图说明图1是示出利用双曲面镜的反射镜保持单视点的图。图2A是示出以往的光学系统中的镜子的大小的模式图。图2B是示出为了确保前方视野而需要的镜子的大小的模式图。图3A是示出有关光轴不倾斜的情况下的有效摄像区域的图。图;3B是示出通过使光轴倾斜来增加有效摄像区域的图。图3C是以图3A所示的光学系统来获得的图像的模式图。图3D是以图;3B所示的光学系统来获得的图像的模式图。图4是实施例1所涉及的光学系统的结构的模式图。图5是示出利用凸抛物面镜的反射镜保持单视点的图。图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学系统，该光学系统具备： 主镜，该主镜中央具有开口部，且该主镜的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状； 二次反射镜，对所述主镜所反射的光进行二次反射，该二次反射镜的形状是旋转对称的凹抛物面的一部分的形状； 至少一片透镜，使所述二次反射镜所反射的光成像；以及 镜筒，保持所述至少一片透镜， 所述至少一片透镜的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致， 所述至少一片透镜的光轴相对于所述凸抛物面以及所述凹抛物面的旋转轴倾斜。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2009-4-6 2009-0924061.一种光学系统，该光学系统具备主镜，该主镜中央具有开口部，且该主镜的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状；二次反射镜，对所述主镜所反射的光进行二次反射，该二次反射镜的形状是旋转对称 的凹抛物面的一部分的形状；至少一片透镜，使所述二次反射镜所反射的光成像；以及 镜筒，保持所述至少一片透镜，所述至少一片透镜的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致， 所述至少一片透镜的光轴相对于所述凸抛物面以及所述凹抛物面的旋转轴倾斜。2.根据权利要求1所述的光学系统，所述至少一片透镜是包括两片以上的透镜的透镜组， 由所述透镜组构成变焦镜头。3.根据权利要求2所述的光学系统，所述光学系统还具备移动部，所述移动部具有的构造是用于使所述镜筒沿着所述透镜 组的光轴方向前后移动的构造，所述移动部具有的构造是用于，抵消因所述透镜组的变焦倍率的变更而引起的前主点 的位置的变动，且使所述镜筒移动到使所述透镜组的前主点的位置与所述二次反射镜的...
【专利技术属性】
技术研发人员：木村雅之，八木康史，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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