CN107835959A - 摄像装置、摄像光学系统、摄像装置的制造方法以及摄像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供摄像装置(10)，具备：摄像元件(40)，形成有凹面朝向物体侧的摄像面(41)；摄像光学系统(20)，以比摄像面(41)小的范围在摄像面(41)上对像进行成像；以及摆动驱动部(30)，对摄像光学系统(20)进行摆动驱动，以使摄像光学系统的光轴Z的方向变化。摄像元件(40)在摄像面(41)的不同的区域中对由光轴Z的方向被设定成第一方向的摄像光学系统(20)成像的第一像和由光轴Z的方向被设定成第二方向的摄像光学系统(20)成像的第二像进行拍摄。

Description

摄像装置、摄像光学系统、摄像装置的制造方法以及摄像方法
技术领域
本发明涉及摄像装置、摄像光学系统、摄像装置的制造方法以及摄像方法。
背景技术
近年来，在便携终端和个人计算机等中也搭载有摄像装置。关于在便携终端等的摄像装置中使用的摄像光学系统(例如，参照专利文献1)，伴随摄像元件的像素的微细化，要求高的成像性能。另外，关于这种摄像光学系统，伴随便携终端等的薄型化，还要求进一步变得小型。因此，以往开始寻求用于使摄像光学系统进一步小型并提高成像性能的对策。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-61476号公报
发明内容
本发明的摄像装置具备：摄像元件，具备摄像面；光学系统，以比所述摄像面小的范围在所述摄像面上形成像；以及驱动部，驱动所述光学系统，以使所述光学系统的光轴的方向变化，所述摄像元件在所述摄像面的不同的区域中对由所述光轴的方向被设定成第一方向的所述光学系统成像的第一像和由所述光轴的方向被设定成第二方向的所述光学系统成像的第二像进行拍摄。
本发明的摄像光学系统，在以凹面朝向物体侧的方式弯曲的摄像面上成像，其中，具备可动部，该可动部包含至少一个透镜，所述可动部能够与所述摄像面相对地移动，以使与同一距离的物点对应的成像位置沿着所述凹面移动。
本发明的另一个摄像装置具备：上述摄像光学系统；以及摄像元件，对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄，所述摄像元件具备有效受光面，该有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，所述摄像光学系统的视场范围比所述有效受光面的范围小。
关于本发明的摄像装置的制造方法，该摄像装置具备上述摄像光学系统和对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，其中，所述摄像元件具有有效受光面，该有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，所述摄像光学系统的视场范围构成为比所述有效受光面的范围小，在使所述可动部相对于所述摄像面移动到规定的基准位置的状态下，利用由所述摄像元件进行拍摄而取得的图像来使所述摄像元件移动，调整成所述摄像元件的规定部分位于所述摄像光学系统的光轴上。
本发明的摄像方法，使用上述摄像光学系统和对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，其中，所述摄像元件具有有效受光部，该有效受光部形成有有效受光面并能够接收来自所述摄像光学系统的光，所述有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，所述有效受光部至少具有第1像素和第2像素，所述摄像光学系统的视场范围构成为比所述有效受光面的范围小，通过所述可动部相对于所述摄像面的移动，使所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素和所述第2像素中的至少一者的区域内，使所述摄像元件将所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素的区域内时的图像数据与所述摄像光学系统的光轴位于所述第2像素的区域内时的图像数据合并而作为一个图像数据输出。
附图说明
图1是第1实施方式的摄像装置的剖视图。
图2是示出在第1实施方式的摄像装置中使摄像光学系统摆动的状态的剖视图。
图3是摄像元件的示意图。
图4(a)是示出在第1实施方式中对被摄体进行扫描的第1方法的示意图，图4(b)是示出对被摄体进行扫描的第2方法的示意图。
图5是示出在第1实施方式中对被摄体进行扫描的第1方法的放大后的示意图。
图6是示出对被摄体进行扫描的第3方法的示意图。
图7是示出图像数据的合成流程的流程图。
图8(a)示出第1实施方式的摄像装置的制造方法，图8(b)是示出该制造方法中的检查/调整工序的详情的流程图。
图9是示出使用了第1实施方式的摄像装置的摄像方法的流程图。
图10是示出第1实施方式的摄像装置的变形例的剖视图。
图11是第2实施方式的摄像装置的剖视图。
图12(a)是示出在第2实施方式中对被摄体进行扫描的第1方法的示意图，图12(b)是示出对被摄体进行扫描的第2方法的示意图。
图13是示出对被摄体进行扫描的第3方法的示意图。
图14是示出第1实施方式的摄像光学系统的实施例的镜头结构图。
图15是与第1实施方式的摄像光学系统的第1实施例相关的各像差图。
图16是与第1实施方式的摄像光学系统的第2实施例相关的各像差图。
图17是与第1实施方式的摄像光学系统的第3实施例相关的各像差图。
具体实施方式
以下，参照附图对本申请的优选实施方式进行说明。首先，参照图1对具备第1实施方式的摄像光学系统20的摄像装置10进行说明。图1是能够用作监视相机或内视镜等的固定型的摄像装置10的剖视图。摄像装置10是在装置主体11中收容镜筒部12和控制部15等来构成。镜筒部12构成为具备：摄像光学系统20；摆动驱动部30，使摄像光学系统20在镜筒部12内摆动；以及摄像元件40，与摄像光学系统20相对地固定配置于镜筒部12。
摄像光学系统20使被摄体(物体)的像成像在摄像元件40的摄像面41上。摄像元件40具有对由摄像光学系统20成像在摄像面41上的被摄体的像光进行光电转换而生成摄像信号的功能，并将该摄像信号输出给控制部15。摄像面41是以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状的形状，摄像光学系统20构成为使被摄体像成像在这样弯曲的摄像面41上。即，摄像光学系统20构成为，形成位于与弯曲成球面状的摄像面41同一面状的球面状的像。另外，摄像面41也可以弯曲成半球状。摄像光学系统20的视场范围被设定为比摄像元件40的摄像面41的范围小的范围。即，摄像装置10为小型且摄像光学系统20也为小型，摄像光学系统20的视场范围小，由摄像光学系统20成像的被摄体像(视场像)的大小比摄像面41小。摆动驱动部30使摄像光学系统20相对于摄像元件40相对地摆动，使摄像光学系统20的光轴Z1在摄像元件40的摄像面41内移动。即，摆动驱动部30驱动摄像光学系统20以使摄像光学系统20的光轴Z1的方向变化。
控制部15从摄像元件40接受摄像信号。由此，控制部15接受来自摄像元件40的摄像信号来进行各种图像处理并生成被摄体的图像数据。控制部15进一步向摆动驱动部30输出驱动信号并进行其驱动控制，将在后面叙述其说明。控制部15进一步与设置于装置主体11的输入输出部16及收容于装置主体11的存储部17电连接。另外，存储部17可以内置于摄像装置10中，也可以通过从外部插入到摄像装置10来电连接。输入输出部16与设置在摄像装置10的外部的用户接口UI电连接。输入输出部16接收与用户的操作(摄像操作等)对应的来自用户接口UI的操作信号并发送给控制部15。控制部15将由摄像元件40进行拍摄而取得且由控制部15作成的被摄体的图像数据输出给用户接口UI。由此，在用户接口UI的显示部中，能够对由摄像装置10摄像的被摄体的像进行图像显示。存储部17存储摄像元件40和摆动驱动部30等的工作中所需的数据和由摄像元件40进行拍摄而取得且由控制部15作成的被摄体的图像数据。另外，也可以是服务器等外部设备具备存储部17。此时，摄像装置10与外部设备的存储部17利用无线通信等进行数据的收发。
摄像光学系统20构成为，具有可动透镜21、视场光阑25以及孔径光阑26。可动透镜21由从物体侧依次将正透镜22和负透镜23贴合而成的一个接合透镜构成。在本实施方式中，包含于摄像光学系统20的透镜种类只有可动透镜21。另外，在图1～图2中，简化示出可动透镜21。视场光阑25相比可动透镜21配置于像侧，设定摄像光学系统20的视场范围。用于确定摄像光学系统20的亮度(F值)的孔径光阑26配置在可动透镜21的物体侧附近。
摄像元件40由例如CCD或CMOS等图像传感器构成。摄像元件40通过设置在镜筒部12内的摄像元件保持部(未图示)而被固定保持，能够通过摄像元件保持部进行拍摄元件40的固定保持位置的调整。将在后面叙述该位置调整。摄像元件40是将构成CCD或CMOS图像传感器的像素(光电转换元件)沿着摄像面41以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状地配置而构成。
在图3示出作为摄像元件40的一例的构成原理。该例的摄像元件40具有沿着摄像面41二维地矩阵配置的多个光电转换元件45、45、…，分别构成像素。构成各像素的光电转换元件45、45、…例如在与摄像光学系统20的光轴Z1正交的面内(其中，摄像面41且弯曲成球面状的面内)以沿着与图1的纸面正交的方向(将其称为X1方向)排列有m个(m为2以上的自然数)且沿着与X1方向正交的方向(称为Y1方向)排列有n个(n为2以上的自然数)的方式，排列成矩阵状地配置。
如图3所示，摄像元件40具备：输出部47，输出基于来自在Y1方向上排列的光电转换元件45的列的电信号的摄像信号；以及输出部48，输出基于来自在X1方向上排列的光电转换元件的列的电信号的摄像信号，该摄像元件40将来自各光电转换元件45的电信号依次取出到输出部46。将取出到输出部46的信号发送到控制部15而进行图像处理。另外，图3示出构成原理的一例，而CCD图像传感器、CMOS图像传感器的结构和工作从以往开始众所周知，因此省略其详细说明。
摆动驱动部30用于对摄像光学系统20进行摆动驱动，因此如图1和图2所示，构成为具备透镜保持部31、第1支承部32、第2支承部33a、33b、第1驱动部35以及第2驱动部36。透镜保持部31具有圆筒状空间，并且在该空间如图所示地沿着光轴从物体侧依次排列地配置保持构成摄像光学系统20的孔径光阑26、可动透镜21以及视场光阑25。透镜保持部31形成为外周面沿与纸面垂直方向(X1方向)延伸的圆筒状，该外周面被具有沿X1方向延伸的圆筒状内表面的第1支承部32支承成如箭头A所示那样地自由摆动。而且，第1支承部32被第2支承部33a、33b支承成相对于装置主体21如箭头B所示那样地自由旋转。基于第1支承部32的透镜保持部31的摆动支承构成为，以穿过摄像光学系统20的光轴Z1上的点P1而沿X1方向延伸的摆动中心轴为中心自由摆动。基于第2支承部33a、33b的第1支承部32的支承构成为，以穿过上述点P而向Y1方向(上下方向)延伸的旋转中心轴P2为中心自由旋转。由此可知，通过基于第1支承部32的透镜保持部31的摆动支承结构和基于第2支承部33a、33b的第1支承部32的旋转支承结构来构成万向节机构。
另外，上述点P1的位置也可以设定在摄像光学系统20的出瞳的位置或其附近。或者，也可以设定在以凹面朝向物体侧的方式弯曲的摄像面41的曲率中心的位置或其附近。
如图1～图2所示，通过这种万向节机构，摄像光学系统20整体(即，可动透镜21与视场光阑25和孔径光阑26一体地)能够以穿过摆动中心点P1且沿X1方向延伸的摆动轴为中心如箭头A所示那样地摆动，且能够以沿Y1方向延伸的旋转中心轴P2为中心如箭头B所示那样地旋转。例如，在图2中示出摄像光学系统20沿箭头A方向摆动的状态。为了进行这种摆动，设置有使透镜保持部31相对于第1支承部32沿箭头A方向摆动驱动的第1驱动部35以及使第1支承部32相对于第2支承部33a、33b沿箭头B方向旋转驱动的第2驱动部36。这些第1和第2驱动部35、36例如由伺服电机构成，接受来自控制部15的驱动信号而被驱动控制。
如上所述组合第1驱动部32与第2驱动部33来使万向节机构工作，从而能够使摄像光学系统20以摆动中心点P1为中心进行双轴摆动。由此使可动透镜21与视场光阑25和孔径光阑26一体地摆动，从而摄像光学系统20的光轴Z1在摄像元件40的摄像面41内移动，基于摄像光学系统20的成像位置沿着凹面状的摄像面41移动。由此，能够使由摄像光学系统20成像的被摄体像沿着凹面状的摄像面41移动，能够在比摄像光学系统20的视场范围宽的范围内对被摄体进行扫描来进行拍摄。由此，即使在使用使摄像光学系统20小型化而视场范围窄的摄像装置的情况下，也能够对大的被摄体像进行拍摄。此时，由摄像光学系统20成像的位于同一距离的物点的被摄体的像沿着凹面状的摄像面41移动，能够得到抖动少的图像。另外，也可以使用第1驱动部32或第2驱动部33中的任意一个进行单轴摆动。
另外，本实施方式的摄像装置10为小型轻量化的装置，摄像光学系统20也变得小型化，其视场范围变窄。因此，例如如图4(a)所示，与通过摄像光学系统20形成在摄像面41上的视场范围对应的被摄体像成为由标号A1所示的小的圆形状。如从图中可知，与视场范围对应的被摄体像A1(以下，称为视场像A1)的大小比摄像面41小，以这种状态仅能得到在摄像面41的一部分上成像的窄的视场范围的图像数据。因此，在该摄像装置10中，通过摆动驱动部30使摄像光学系统20朝向被摄体向上下左右(纵横方向)地摆动，使摄像光学系统20的视场范围位移，在纵横上扫描被摄体来进行拍摄。
例如，如图4(a)所示，首先，以通过摄像光学系统20在摄像面41的左上端形成视场像A1(1，1)的方式，通过摆动驱动部30设置摄像光学系统20并对该像进行拍摄。接着，以形成位于其右侧的视场像A1(1，2)的方式使摄像光学系统20向X1方向移动来对该像进行拍摄，而且以形成右侧的视场像A1(1，3)的方式移动来对该像进行拍摄。并且，使视场像的位置回到左端并且向下方(Y方向)移动来形成视场像A1(2，1)并对该像进行拍摄。以下同样，到右端的视场像A1(2，3)为止依次进行拍摄，使视场像的位置回到左端并向下方移动来形成视场像A1(3，1)并对此进行拍摄。并且，当到右下端为止依次移动来进行拍摄时，如从图4(a)可知，能够在摄像面41的整个面上对被摄体像进行拍摄。由此，能够使用仅形成小的视场像A1的小的摄像光学系统20对与摄像面41的整个面对应的大的视场范围内的被摄体像进行拍摄。此时，使摄像光学系统20的视场范围位移时的基准位置恒定，能够高精度地扫描比摄像光学系统20的视场范围宽的范围的被摄体来进行拍摄。
扫描的顺序不限定于上述的顺序，存在如在图4(b)中箭头所示那样移动的扫描等各种顺序。在图4(b)中，使视场像A1相对于摄像元件40的摄像面41在左上端部形成为视场像A1(1，1)，将此到右端为止依次向右侧方向(X1方向)移动来进行拍摄，接着在该状态下向下方向(Y1方向)移动而形成视场像A1(2，3)来进行拍摄。并且，依次向左横方向移动来对左端的视场像A1(2，1)进行拍摄，在该状态下向下方向移动来对视场像A1(3，1)进行拍摄。而且一边依次向右侧方向移动一边进行拍摄，当对视场像A1(3，3)进行拍摄时能够对与摄像面41的整个面对应的视场范围内的被摄体的像进行拍摄。此时，能够高速地对比摄像光学系统20的视场范围宽的范围的被摄体进行扫描来进行拍摄。
作为对被摄体进行扫描来进行拍摄的其他的方法，还存在使视场像A1向以摄像光学系统20的特定位置处的光轴Z1为中心旋转的方向(以下，为了进行说明而称为θ1方向)位移的方法。即，是绕摄像光学系统20的特定位置处的光轴对被摄体进行扫描来进行拍摄的方法。例如，以特定位置为光轴Z1穿过摄像元件40的中心的位置来进行说明。如图6所示，使通过摄像光学系统20形成的视场像A1相对于摄像元件40的摄像面41形成视场像A1(1，0)来进行拍摄。使其向θ1方向(旋转的方向)位移，依次移动到A1(1，1/2*π)、A1(1，π)、A1(1，3/2*π)来进行拍摄。之后，使视场像A1向R1方向位移，依次移动到A1(2，0)、A1(2，1/6*π)来进行拍摄。由此能够对与摄像面41的整个面对应的视场范围内的被摄体的像进行拍摄。另外，视场像A的位置不限定于上述。可以在A1(1，1/4*π)、A1(1，1/6*π)等任意的位置上进行拍摄。
或者，也可以一边沿顺着旋转半径的方向(以下，为了进行说明而称为R1方向)移动，一边沿θ1方向移动，从而对被摄体进行扫描来进行拍摄。例如，如图6所示，使通过摄像光学系统20形成的视场像A1相对于摄像元件40的摄像面41形成视场像A1(2，π)来进行拍摄。使其向R1方向位移，依次移动到A1(1，π)、A1(1、0)、A1(2、0)来进行拍摄。之后，使视场像A1向θ1方向位移，对A1(2，1/6*π)进行拍摄，一边依次向R1方向移动一边进行拍摄来对视场像A1(2，7/6*π)进行拍摄。之后，重复进行使视场像A1向θ1方向位移，依次向R1方向移动的动作。由此，能够对与摄像面41的前表面对应的视场范围内的被摄体的像进行拍摄。另外，视场像A1的位置并不限定于此上述。可以在A1(3/2，π)、A1(0，0)、A1(3/2，0)等任意的位置上进行拍摄。
如上所述在向R1方向和θ1方向移动来进行拍摄时，作为通过摆动驱动部30使摄像光学系统20进行摆动移动来使视场像A1位移的坐标参数，能够使用极坐标(R1方向和θ1方向的坐标)来容易地设定，因此能够简单地进行用于通过摆动驱动部30使摄像光学系统20摆动的控制。
在本实施方式中，摄像光学系统20优选满足通过以下的条件式(1)表示的条件。
0.5<L/BF<1.0…(1)
其中，
L：可动透镜21中的最靠像侧的透镜面与视场光阑25之间的光轴上的距离，
BF：可动透镜21中的最靠像侧的透镜面与摄像面41之间的光轴上的距离。
条件式(1)是用于适当地设定视场光阑25的位置的条件式。通过满足由条件式(1)表示的条件，能够在比可动透镜21中的最靠像侧的透镜面与摄像面41的中间更靠像侧的位置配置视场光阑25，因此能够进行精度高的摄像。
为了良好地发挥本实施方式的效果，优选使条件式(1)的下限值为0.6。另一方面，为了良好地发挥本实施方式的效果，优选使条件式(1)的上限值为0.9。
另外，在本实施方式中，摄像光学系统20优选满足通过以下的条件式(2)表示的条件。
0<FN2×cos(YM/SR)<100…(2)
其中，
FN：摄像光学系统20的F值，
YM：摄像元件40的摄像面41上的最大像高，
SR：摄像元件40的摄像面41的曲率半径。
条件式(2)是在光轴方向上换算了摄像光学系统20的分辨率时的条件式。通过满足由条件式(2)表示的条件，能够适当地设定摄像光学系统20的分辨率，能够进行精度高的摄像。另外，摄像元件40的摄像面41上的最大像高是通过摄像光学系统20(可动透镜21)的摆动而摄像光学系统20的与同一距离的物点对应的成像位置沿着摄像面41移动时的该摄像面41的最大的像高。
为了良好地发挥本实施方式的效果，优选使条件式(2)的上限值为64。而且，进一步优选使条件式(2)的上限值为20。
接着，对使用了第1实施方式的摄像装置10的摄像方法进行说明。根据用户的规定的远程操作(对于外部的用户接口UI的摄像操作)，进行基于摄像装置10的摄像。此时，控制部15根据存储在存储部17中的规定的控制程序对摆动驱动部30和摄像元件40进行控制，摆动驱动部30和摄像元件40根据控制部15的控制而工作。首先，摆动驱动部30使摄像光学系统20的光轴Z1向规定的开始方向移动。例如，如图4(a)所示，使摄像光学系统20的光轴Z向第1方向移动，以使基于摄像光学系统20的视场像A1移动到摄像元件40的摄像面41上的左上端位置。摄像元件40对向该第1方向移动的摄像光学系统20的视场像A1(1，1)进行拍摄，将第1摄像信号输出给控制部15。由此，摄像元件40将来自视场像A1(1，1)所包含的区域(例如，图4(a)、图4(b)的第1区域B1(1，1))的摄像信号输出给控制部15。控制部15输出基于该摄像信号的第1区域B1(1，1)的第1图像数据并存储到存储部17中。
接着，摆动驱动部30使摄像光学系统20的光轴Z向第2方向移动，以使视场像A1沿着摄像面41向右侧方向(X1方向)移动规定的距离。由此，视场像A1(1，2)形成在摄像面41上。此时，也可以以视场像A1(1，2)与视场像A1(1，1)部分重叠的方式进行位置设定，使得形成在摄像面41上的被摄体像没有缺损。也可以以第1区域B1(1，1)与第2区域B1(1，2)部分重叠的方式进行位置设定。摄像元件40将来自该视场像A1(1，2)所包含的区域(例如，图4(a)、图4(b)的第2区域B1(1，2)的摄像信号输出给控制部15。控制部15示出基于该摄像信号的第2区域B1(1，2)的第2图像数据并存储到存储部17中。通过以上，能够得到视场像A1(1、2)中的第1区域B1(1，1)的像，并将该图像数据存储到存储部17中。
另外，当参照放大示出图4(a)或图4(b)的图5进行说明时，虽然在进行视场像A1(1，1)的摄像时从与该视场像A1(1，1)对应的第1区域B1(1，1)输出摄像信号，但是在该信号输出之后，关于视场像A1(1，1)内且第1区域B1(1，1)外的区域C(1)，不输出摄像信号。因此，往往在该区域C(1)中存在残留信号。其结果是，当从与视场像A1(1，2)对应的第2区域B1(1，2)直接输出摄像信号时，存在于第2区域B1(1，2)之内、与视场像A1(1，1)重叠的区域C(1)中的残留信号会加进来，存在该部分的图像数据的辉度的均匀性被损坏的问题。即，存在第2区域B1(1，2)中的与视场像A1(1，1)重叠的区域C(1)的辉度变强的问题。因此，在从摄像元件40输出第2区域B1(1，2)的摄像信号之前，控制部15使存在于第2区域B1(1，2)内的信号输出而消除残留信号，即重置第2区域B1(1，2)内的信号。或者，在摄像光学系统20的光轴Z向第2方向移动之前，控制部15输出存在于第2区域B1(1，2)的信号来消除(重置)残留信号。或者，在将来自第2区域B1(1，2)的摄像信号存储到存储部17之前，控制部15使存在于第2区域B1(1，2)内的信号输出来消除残留信号，即重置第2区域B1(1，2)内的信号。此时，控制部15进行使从摄像元件40输出的残留信号不存储到存储部17中的控制。
在摄像光学系统20的光轴Z向第1方向移动而进行了第1区域B1(1，1)的摄像信号的输出之后，到光轴Z向第2方向移动而进行第2区域B1(1，2)的摄像信号的输出的期间，当以将通过摄像光学系统20形成的像形成在摄像面41上的状态下使摄像光学系统20摆动时，视场像在摄像面41上移动。在该移动的期间，在摄像元件40上也蓄积信号(电荷)。因此，该蓄积的信号成为残像信号，对第2区域B1(1，2)的摄像信号的输出产生不利影响。因此，在该移动的期间，不进行基于摄像元件40的摄像信号的输出，在移动的期间一次输出蓄积在第2区域B1(1，2)中的残像信号之后进行重置，之后将第2区域B1(1，2)的摄像信号输出给控制部15。或者，也可以在摄像光学系统20上设置遮断光的快门，在移动的期间关闭快门，不在摄像面41上形成视场像。
在上述的第2区域内的重置中，虽然在进行了第1区域B1(1，1)内的摄像信号的输出之后，到在第2区域B1(1，2)中进行拍摄信号的输出之前，进行第2区域B1(1，2)的残留信号的输出(消除、重置)，但是并不限定于此。只要是在进行第2区域B1(1，2)中的摄像信号的输出之前则什么时候都可以。另外，也可以进行第2区域B1(1，2)中的一部分的区域的残留信号的输出(消除、重置)。关于此时的一部分，可以例举视场像A1(1，1)与第2区域B1(1，2)的重复部分、即区域C(1)。而且，也可以在进行了第1区域B1(1，1)中的摄像信号的输出之后，到进行第2区域B1(1，2)中的摄像信号的输出之前，每次在摄像面41整体上进行残留信号的输出(消除、重置)。
之后，摄像元件40将视场像A1(1，2)所包含的第2区域B1(1，2)的摄像信号输出给控制部15，该视场像A1(1，2)通过光轴Z向第2方向移动的摄像光学系统20而形成。控制部15使存储部17存储基于该摄像信号的第2图像数据。以下同样，一边依次使视场像A1的位置移动一边进行各位置上的摄像，将该图像数据存储在存储部17中来进行。图4(a)示出此时的摄像位置(光轴Z的方向)的设定，如上所述。基于摆动驱动部30的视场像A1的移动，可以如上述的图4(b)所示地进行，也可以如图6所示地进行。也可以进行除此以外的移动。即使在任意一种情况下，重置时从摄像元件40输出的信号都可以不存储在存储部17中。
控制部15使用存储在存储部17中的多个图像数据，合成使由摄像元件40摄像的被摄体像在纵横上接合而成的一个图像数据。即，使基于第1区域的摄像信号的第1图像数据与基于第2区域的摄像信号的第2图像数据接合来合成一个图像数据。也可以使基于从第1区域到第n区域(n为整数)的摄像信号的图像数据接合来合成一个图像数据。控制部15使存储部17存储所合成的图像数据。另外，控制部15根据用户的远程操作等，将存储在存储部17中的所合成的图像数据通过输入输出部16输出给外部的用户接口UI，能够使用户接口UI的显示部进行显示。由此，一边在摄像元件40的摄像面41的整个面上对摄像光学系统20的视场像A1进行扫描一边进行拍摄，能够在与摄像面41整体对应的视场下对被摄体进行拍摄。另外，也可以使显示部仅显示合成之前的图像数据、即基于第n区域的摄像信号的第n图像数据。
参照图7所示的流程图对上述说明的控制部15的处理进行说明。如上所述，控制部15使用存储在存储部17中的多个图像数据，合成使由摄像元件40摄像的被摄体像在纵横上接合而成的一个图像数据，但是此处以使基于第1区域到第n区域(n为整数)的摄像信号的图像数据接合而合成一个图像数据的情况为例进行说明。
为此，从第1区域到第n区域为止进行n次的摄像和摄像信号的存储，因此将用于n次的结束判断的计数值N设置为1(步骤ST10)。并且，控制部15使摄像光学系统20的光轴Z朝向第N方向(由于设置为N＝1，因此此时成为第1方向)(步骤ST11)。由此，例如，如图4(a)所示，成为视场像A1位于左上端的视场像A1(1，1)。控制部15使摄像元件40输出来自第1区域的残留信号(步骤ST12)。该步骤ST12的处理相当于上述的重置处理。当重置处理结束时，控制部15使由光轴Z被设置成第1方向的摄像光学系统20摄像的第1像的摄像信号输出(步骤ST13)。控制部15使如上所述地输出的来自第1区域的摄像信号存储到存储部17中(步骤ST14)。
接着，判断计数值N的值是否为n(步骤ST15)，在该判断为是时进入到步骤ST17，将在后面叙述该步骤中的控制内容。另一方面，在步骤ST15中的判断为否时进入到步骤ST16，在计数值N的值上加1而回到步骤ST11。另外，在上述的情况下，在来到步骤ST15时计数值N＝1，因此在步骤ST16中计数值N＝2而进入到步骤ST11。
并且，在步骤ST11中，控制部15使摄像光学系统20的光轴Z朝向第N方向(设置为N＝2，因此此时成为第2方向)。由此，视场像A1成为右邻的视场像A1(1，2)。控制部15使摄像元件40输出来自第2区域的残留信号(步骤ST12)。该步骤ST12的处理也相当于上述的重置处理。当重置处理结束时，控制部15使控制部输出由光轴Z被设置成第2方向的摄像光学系统20摄像的第2像的摄像信号(步骤ST13)。控制部15使存储部17存储如上所述地输出的来自第2区域的摄像信号(步骤ST14)。接着在步骤ST15中进行计数值N是否为n的判断。以下同样，到成为计数值N＝n为止，重复进行从步骤ST11到步骤ST14的工作，在步骤ST15中判断为N＝n时，成为在存储部17中存储有从第1区域到第n区域为止的n个摄像信号的状态。
当在步骤ST15中判断为N＝n时，进入到步骤ST17。此处控制部15使存储在存储部17中的从第1区域到第n区域为止的n个摄像信号接合而生成一个图像数据。由此，能够合成形成遍及摄像元件40的摄像面41的整个面的一个图像数据。并且，能够如上所述地将由此合成形成的图像数据输出给用户接口UI而使显示部进行显示。另外，在上述的说明中，虽然在N＝1时也输出残像信号并进行重置处理，但是在N＝1时也可以不进行重置处理。这是因为存在没有残留信号的可能性。
另外，虽然以图4(a)为例对摄像方法进行了说明，但是在其他的摆动的情况下也能够适用。根据摆动的方式，输出摄像信号的区域或输出残像信号的区域不同。
如以上说明，根据第1实施方式，可动透镜21构成为相对于摄像面41相对地移动，以使与同一距离的物点对应的成像位置沿着凹面状的摄像面41移动。可动透镜21构成为光轴的方向变化。由此，即使为了使摄像光学系统20变得小型并提高成像性能等而缩小摄像光学系统20的视场范围，也能够实质上确保宽的视场范围。因此，能够确保宽的视场范围，并且使摄像光学系统20变得小型并确保高的成像性能。
如上所述，可动透镜21相对于摄像面41的相对的摆动移动可以是以位于摄像光学系统20的光轴Z1上的点(摆动中心点P1)为中心的摆动。由此，使可动透镜21变得简单，并且还能够将像面弯曲等的像差抑制得小，确保宽的视场范围，并且能够进一步使摄像光学系统20变得小型并提高成像性能。
包含于摄像光学系统20的透镜可以仅是可动透镜21。由此，能够简化用于使可动透镜21相对于摄像元件40(装置主体11)相对地摆动移动的机构(摆动驱动部30)。
可动透镜21可以构成为能够与视场光阑25一体地摆动。由此，即使使可动透镜21摆动，也能够将摄像光学系统20的视场范围始终保持为恒定的范围，因此能够简化摄像光学系统20的结构。
可动透镜21相对于摄像面41的相对移动可以是以摄像光学系统20的出瞳的位置或其附近为中心的摆动。由此，通过仅使可动透镜21摆动，与同一距离的物点对应的成像位置沿着凹面状的摄像面41移动，因此能够简化摄像光学系统20的结构，并且能够在各摆动位置处得到没有误差的图像数据。
另外，可动透镜21相对于摄像面41的相对移动可以是以摄像元件40的弯曲的中心的位置或其附近为中心的摆动。此时，能够得到像面弯曲少的图像数据。
也可以构成为使出瞳的位置与摄像元件40的弯曲中心的位置一致。另外，也可以使摆动的中心在无限远摄影时和近距离摄影时不同。
摄像面41可以以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状。由此，能够以位于摄像光学系统20的光轴Z1上的1点(摆动中心点P1)为中心，使可动透镜21进行双轴摆动，因此能够简化用于使可动透镜21(摄像光学系统20)摆动的机构(摆动驱动部30)。
由于使摄像光学系统20变得小型化，因此其视场范围比摄像元件40的有效受光面41的范围小，但是使摄像光学系统20(可动透镜21)相对于摄像面41进行相对移动而在纵横上扫描被摄体来进行拍摄，从而实质上确保宽的视场范围。因此，能够确保宽的视场范围，并且使摄像光学系统20和摄像装置10变得小型并提高成像性能。
构成为使可动透镜21相对于摄像面41相对移动而使摄像光学系统20的光轴Z1在摄像面41内移动。由此，由于能够使摄像光学系统20的视场范围在摄像面41内位移，因此在纵横上扫描被摄体来进行拍摄，从而能够实质上确保宽的视场范围。
摄像元件40输出在可动透镜21相对于摄像面41的(摄像开始时的)第1区域中对被摄体像进行拍摄而得到的第1图像数据以及在可动透镜21相对于摄像面41相对移动之后的第2区域中对被摄体像进行拍摄而得到的第2图像数据。通过使用这些第1图像数据和第2图像数据合成一个图像数据，从而能够得到在实质上宽的视场范围内进行了摄像的被摄体的图像。
接着，参照图8(a)和图8(b)对第1实施方式的摄像装置10的制造方法进行说明。概略地讲，摄像装置10经过组装工序(步骤ST110)和检查/调整工序(步骤ST120)制造而成。在组装工序中，进行拍摄装置10的各部件的制作和组装。在检查/调整工序中，进行拍摄装置10的检查和调整。
如图8(b)所示，在检查/调整工序(步骤ST120)中调整摄像元件40的安装位置。首先，对摄像元件40的中心位置进行调整(步骤ST121)。此时，通过对用户接口UI的规定的设定操作来使摆动驱动部30工作，使摄像光学系统20移动到规定的基准位置(例如，摄像光学系统20的光轴Z1移动到摄像元件40的摄像面41的中央部的位置)。接着，通过规定的设定操作来使摄像元件40工作，在使摄像光学系统20移动到规定的基准位置的状态下，将被摄体的图像作为第1测试图而摄像取得。摄像取得的被摄体的图像数据(第1测试图)通过输入输出部16输出给外部的用户接口UI，在用户接口UI的显示部上显示第1测试图的图像。
并且，一边观察显示在用户接口UI的显示部上的第1测试图的图像，一边进行使摄像元件40向与摄像光学系统20的光轴Z1垂直的方向移动的调整，调整成摄像面41的中心部分位于摄像光学系统20的光轴Z1上。例如，一边观察在与摄像光学系统20的光轴Z1对应的位置上形成有基准标记的第1测试图的图像，一边使摄像元件40向与摄像光学系统20的光轴Z1垂直的方向移动，调整成该基准标记显示在图像的中心处。另外例如，也可以一边观察在从摄像光学系统20的光轴Z1均等地分开的四角位置上形成有基准标记的第1测试图的图像，一边使摄像元件40向与摄像光学系统20的光轴Z1垂直的方向移动，调整成该基准标记显示在图像的四隅处。
接着，对摄像元件40的倾斜度进行调整(步骤ST122)。这是在进行了上述的调整的状态下，通过规定的设定操作使摄像元件40工作，将被摄体的图像作为第2测试图而摄像取得。摄像取得的被摄体的图像数据，通过输入输出部16输出给外部的用户接口UI，在用户接口UI的显示部上显示有第2测试图的图像。
并且，利用显示在用户接口UI的显示部上的第2测试图的图像中的多个检测位置的位置信息，对摄像元件40的倾斜度进行调整。例如，一边观察形成为正三角形的第2测试图的图像，一边以显示正三角形的顶点的位置均等地分开的第2测试图的方式调整摄像元件40的倾斜度。此时，作为多个检测位置，设定仅分开能够判别摄像元件40的倾斜度的规定距离的、三个检测位置(例如，第2测试图中的三角形的顶点的位置)。
第2测试图不限定于正三角形，例如也可以是正多边形，只要是能够判别与摄像元件40的倾斜度(摄像元件40的中心轴相对于摄像光学系统20的光轴Z1的倾斜度)对应的第2测试图的图像的失真的形状即可。此时，作为多个检测位置，设定第2测试图中的多边形的顶点的位置。作为多个检测位置，也可以设定第2测试图的图像的中心位置和从该中心位置仅分开规定的距离的两个周边位置，能够适当进行变更。
由此，能够使摄像元件40的中心轴高精度地与移动到规定的基准位置的摄像光学系统20的光轴Z1一致，因此之后能够高精度地扫描被摄体来进行拍摄。
多个检测位置优选为彼此不同的三个以上的检测位置。由此，如果知道3点的位置则能够求出摄像元件40的倾斜度，因此能够高精度地判定摄像元件40的中心轴相对于摄像光学系统20的光轴Z1是否倾斜。
在上述的第1实施方式中，虽然摄像元件40构成为在可动透镜21相对于摄像面41的规定的第1位置处对被摄体像进行拍摄而输出第1图像数据，并使可动透镜21移动到第2位置来对被摄体像进行拍摄而输出第2图像数据，但是存在各种的该位置移动控制。例如，存在如下控制：按照基于图3所示的摄像元件40的X方向切换器47和Y方向切换器48的切换定时，使摄像光学系统20(可动透镜21)摆动，以使摄像光学系统20的光轴Z1位于摄像元件40的各像素45、45、…中的发送电信号的像素45的区域内。
因此，参照图9对使用了第1实施方式的摄像装置10的第2摄像方法进行说明。在该方法中，也根据用户的规定的远程操作，进行基于摄像装置10的摄像。此时，控制部15根据存储在存储部17中的规定的控制程序对摆动驱动部30和摄像元件40进行控制，摆动驱动部30和摄像元件40根据控制部15的控制来工作。首先，摆动驱动部30使摄像光学系统20摆动，以使摄像光学系统20的光轴Z1位于摄像元件40的各光电转换元件(像素)45、45、…中的最初发送电信号的第1像素45a(例如，图3中的位于左上端的第1像素45a)的区域内(步骤ST201)。
接着，摄像元件40开始进行被摄体像的摄像(步骤ST202)。此时，摆动驱动部30按照基于摄像元件40的X方向切换器47和Y方向切换器48的切换定时，使摄像光学系统20摆动，以使摄像光学系统20的光轴Z1依次位于摄像元件40的各像素45、45、…中的第二次发送电信号的第2像素45b(例如，与图3中的第1像素45a的右侧相邻的第2像素45b)之后的像素的区域内。在本例子中，按照基于摄像元件40的X方向切换器47和Y方向切换器48的切换定时，使摄像光学系统20的光轴Z1相对于摄像元件40的各像素45、45、…(有效受光面41)一边向Y1方向逐个移动一边进行X1方向的扫描。
此时，摄像元件40的输出部46依次将各像素45的区域内的图像数据发送给控制部15并存储到存储部17。控制部15使这些图像数据与各位置对应地进行组合，得到遍及摄像面41的整个面的被摄体的图像。该被摄体图像存储在存储部17中，根据用户的远程操作等，通过输入输出部16输出给外部的用户接口UI，能够使用户接口UI的显示部显示被摄体的图像。
在第1实施方式中，虽然使用具有球面状的凹曲面的一个摄像元件40，但是摄像元件40的结构并不限定于此。例如，也可以如图10所示的摄像装置60那样，将多个摄像元件80a、80b、80c以球面状排列来设置。即使如此，也能够得到与第1实施方式的情况相同的效果。另外，通过缩小各摄像元件80a、80b、80c容易使各自成为弯曲结构，摄像元件的制造变得容易。另外，也可以构成将多个平面状的摄像元件排列成凹曲面状，具有作为整体成为球面状的凹面的摄像元件40。
在各摄像元件80a、80b、80c上，形成有在其表面具有由CCD、CMOS等构成的光电转换元件82a、82b、82c的摄像面81a、81b、81c，通过光电转换元件82a、82b、82c对由摄像光学系统20形成的被摄体的像光进行光电转换来生成摄像数据，将其发送给控制部15。此时，与在上述的第1实施方式中叙述的制造方法同样地，在检查/调整工序(步骤ST120)中，分别对各摄像元件80a、80b、80c的安装位置进行检查/调整，从而能够得到与第1实施方式的情况相同的效果。
在第1实施方式中，虽然摄像面41以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状，但是并不限定于此，例如，也可以弯曲成非球面状，也可以弯曲成双曲面状。即，摄像面41能够成为在与沿着摄像光学系统20的光轴Z1的方向正交的X1和Y1的两个方向的截面中以凹面朝向物体侧的方式弯曲的各种形状。
不限定于上述，摄像面也可以形成为，在从第1方向(X1方向)观察的截面中以凹面朝向物体侧的方式弯曲，在从第2方向(Y1方向)观察的截面中不弯曲(平面状)。即，也可以形成为圆柱形的形状。此时，摄像光学系统的像面被设计成，在从第1方向观察的截面中以凹面朝向物体侧的方式弯曲，但是在从第2方向观察的截面中不弯曲而接近平面。另外，可动透镜相对于摄像面的相对移动，在从第1方向观察的截面中成为摆动，在从第2方向观察的截面中成为平行移动。摆动驱动部130能够在摄像光学系统的光轴方向和与光轴垂直的方向上驱动摄像光学系统。
在第1实施方式中，虽然可动透镜21由从物体侧依次将正透镜22与负透镜23贴合而成的1组接合透镜构成，但是并不限定于此。例如，也可以由从物体侧依次将负透镜与正透镜贴合而成1组接合透镜构成。可动透镜21不限于两个透镜，也可以由三个以上的透镜构成。摄像光学系统20也可以构成为具有可动透镜21以外的透镜(例如，固定透镜)。另外，可动透镜21不限于一组的结构，也可以是两组以上的结构。
在第1实施方式中，虽然孔径光阑26构成为能够与可动透镜21一体地摆动，但是并不限定于此，在孔径光阑26的光轴Z1上的位置设定为摆动中心点P1的位置或其附近时，孔径光阑26也可以不摆动。
在第1实施方式中，虽然摆动中心点P1设定在摄像光学系统20的光轴Z1上，但是由于制造误差等，不限定于摄像光学系统20的光轴Z1上，还包含配置在从摄像光学系统20的光轴Z1稍微脱离的位置的情况。
在第1实施方式中，虽然摄像装置10为能够用作监视相机等的固定型的摄像装置，但是并不限定于此，例如，可以用作内视镜的摄像装置，或者也可以用作搭载于便携终端等的相机、数码相机、数码单反相机等。在例如使用于内视镜时，即使进行平移倾斜等而不改变内视镜自身的姿势，也能够取得视场范围宽的广角的图像数据。
接着，参照图11对具备第2实施方式的摄像光学系统120的摄像装置110进行说明。图11是能够用作监视相机等的固定型的摄像装置110的剖视图。摄像装置110主要由装置主体111、镜筒部112、收容保持在镜筒部112中的摄像光学系统120、收容在镜筒部112中的摄像元件140、保持摄像元件140并能够使摄像元件140摆动的摆动驱动部130以及收容在装置主体111中的控制部115构成。
摄像光学系统120使被摄体(物体)的像成像在摄像元件140的摄像面141上。摄像元件140对来自由摄像光学系统120在摄像面141上成像的被摄体的光进行光电转换，将被摄体的图像数据输出给控制部115等。摆动驱动部130使包含摄像面141的摄像元件140相对于摄像光学系统120相对地摆动，能够使摄像元件140的摄像面141沿着摄像光学系统120的像面移动。
关于摄像元件140，例如使用CCD或CMOS等图像传感器来构成。在摄像元件140的表面上形成有二维地配置有像素(光电转换器)的摄像面141。摄像面141以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状，摄像光学系统120的像面沿着摄像面141弯曲而形成。在本实施方式中，摄像元件140的摄像面141(有效受光面)的范围成为比摄像光学系统120的视场范围小的范围。即，使用比与摄像光学系统120的视场范围对应的视场像小的摄像元件140。
在控制部115上电连接有摄像元件140和摆动驱动部130、设置在装置主体111的外侧的输入输出部116、收容在装置主体111中的存储部117。输入输出部116构成为，能够与设置在摄像装置110的外部的用户接口UI电连接。输入输出部116的结构、功能与第1实施方式相同，因此省略其说明，在用户接口UI的显示部中，能够进行由摄像装置110摄像的被摄体的图像显示。存储部117存储摄像元件140等的工作中所需的数据和由摄像元件140进行拍摄而取得的被摄体的图像数据。控制部115分别对摄像元件140、摆动驱动部130、输入输出部116、存储部117等进行控制。另外，控制部115能够对由摄像元件140进行拍摄而取得的被摄体的图像数据进行各种图像处理。
接着，对摄像光学系统120和摆动驱动部130进行说明。摄像光学系统120具有摄像透镜121和视场光阑125而构成。摄像透镜121例如由沿着光轴从物体侧依次排列的、作为单透镜的第1正透镜122、作为单透镜的负透镜123及作为单透镜的第2正透镜124构成。摄像元件140通过摆动驱动部130能够相对于摄像透镜121相对地摆动。在实施方式2中，只有该摄像透镜121为包含于摄像光学系统120的透镜。
视场光阑125配置在第2正透镜124与摄像元件140之间，摄像光学系统120的视场范围比摄像元件140的摄像面141的范围大。视场光阑125优选为，相比摄像透镜121中的最靠像侧的透镜面与摄像面141的中间配置在像侧的位置。由此，能够进行精度高的摄像。关于用于确定摄像光学系统120的亮度(F值)的孔径光阑(未图示)，省略详细的图示，例如，保持摄像透镜121的透镜框作为孔径光阑来发挥功能。另外，孔径光阑也可以配置在摄像透镜121的物体侧附近。
摆动驱动部130具有传感器保持部131、第1驱动部132、第2驱动部133而构成。传感器保持部131构成为，能够使用引导机构等，以设定在摄像光学系统120的光轴Z2上的摆动中心点P2为中心，在保持了摄像元件140的状态下进行双轴摆动。为了进行该双轴摆动而具备第1驱动部132和第2驱动部133，摄像元件140能够相对于摄像透镜121和视场光阑125，以摆动中心点P2为中心进行摆动。如上所述摄像光学系统120构成为，沿着成为摄像元件140摆动时的摄像面141的摆动轨迹的凹面，形成由摄像光学系统120成像的像。
摆动中心点P2的位置设定为摄像光学系统120的出瞳的位置或其附近，而且设定为成为摄像元件140摆动时的摄像面141的摆动轨迹的凹面的曲率中心的位置或其附近。
第1驱动部132使用伺服电机等而构成，例如，使传感器保持部131与摄像元件140一起以第1摆动轴为中心摆动，该第1摆动轴在与沿着摄像光学系统120的光轴Z2的方向正交且与图11的纸面正交的方向(称为X2方向)上延伸并穿过摆动中心点P2。第2驱动部133使用伺服电机等而构成，例如，使传感器保持部131和第1驱动部132与摄像元件140一起以第2摆动轴为中心摆动，该第2摆动轴在与沿着摄像光学系统120的光轴Z2的方向正交且与X2方向正交的方向(称为Y2方向)上延伸并穿过摆动中心点P2。摆动驱动部130中的传感器保持部131的引导机构以球面状的凹面朝向物体侧的方式，即，在从X2方向观察的截面中以凹面朝向物体侧的方式弯曲，并且在从Y1方向观察的截面中以凹面朝向物体侧的方式弯曲。
如上所述，通过使构成摆动驱动部130的第1驱动部132与第2驱动部133组合来工作，从而能够使摄像元件140以摆动中心点P2为中心进行双轴摆动。因此，摄像光学系统120构成为，基于摄像光学系统120的被摄体像，在成为摄像面141的摆动轨迹的球面状的凹面上重叠形成。由此，由摆动驱动部130使摄像元件140摆动，从而能够对与遍及比摄像面141的范围宽的范围的摄像光学系统120的视场范围对应的被摄体像进行扫描来进行拍摄。
在本实施方式中，由摆动驱动部130使摄像元件140摆动，使摄像元件140的摄像面141沿与沿着摄像光学系统120的光轴Z2的方向正交的方向二维地位移，能够在纵横上扫描被摄体来进行拍摄。例如，如图12(a)所示，重复进行如下控制，能够在纵横上扫描被摄体来进行拍摄：使摄像元件140的摄像面141相对于摄像光学系统120的视场像A2在X2方向上从左端向右端逐格(与一个摄像面对应的范围)地移动，在回到左边之后向Y2方向的下方向移动一格之后，在X2方向上从左端向右端逐格地移动。由此，能够高精度地扫描由摄像光学系统120成像的、比摄像元件140的摄像面141的范围大的被摄体像来进行拍摄。
如图12(b)所示，也可以进行使摄像元件140的摄像面141相对于摄像光学系统120的视场像A2从左上端沿X2方向到右端为止逐格地移动，在该状态下向Y2方向的下方向移动一格之后，沿X2方向到左端为止逐格地移动的所谓的往返扫描。在该情况下也同样，能够高精度地扫描由摄像光学系统120的成像的、比摄像元件140的摄像面141的范围大的被摄体像来进行拍摄。
扫描被摄体来进行拍摄的方法并不限定于上述的方法，也可以通过摆动驱动部130使摄像元件140摆动，使摄像元件140的摄像面141向以摄像光学系统120的光轴Z2为中心旋转的方向(以后，为了进行说明而称为θ2方向)位移，绕光轴扫描被摄体来进行拍摄。例如，如图13所示，也可以使摄像元件140的摄像面141相对于摄像光学系统120的视场像A2一边沿顺着摄像元件140的摄像面141的旋转半径的方向(以后，为了进行说明而称为R2方向)移动，一边沿着θ2方向位移，从而绕光轴扫描被摄体来进行拍摄。由此，作为使摄像元件140的摄像面141位移的坐标参数能够使用极坐标(R2方向和θ2方向的坐标)，因此能够简单地进行用于通过摆动驱动部130使摄像元件140摆动的控制。
接着，对使用了第2实施方式的摄像装置110的摄像方法进行说明。此处也根据用户的规定的远程操作(对与外部的用户接口UI的摄像操作)，进行基于摄像装置110的摄像。此时，控制部115根据存储在存储部117中的规定的控制程序对摆动驱动部130和摄像元件140进行控制，摆动驱动部130和摄像元件140根据控制部115的控制而工作。首先，摆动驱动部130使摄像元件140摆动并停止，以使摄像元件140的摄像面141位移到规定的开始位置，例如，如图12(a)所示，摄像元件140的摄像面141与摄像光学系统120的视场像A2中的X2方向和Y2方向的一端(图12(a)中的左上端)重叠的位置。摄像元件140在摄像元件140的摄像面141位于开始位置的开始状态(第1状态)下对被摄体像进行拍摄，将在开始状态下摄像的图像数据(第1图像数据)输出给控制部115。
摆动驱动部130使摄像元件140摆动并停止，以使摄像元件140的摄像面141位移到从开始位置沿着摄像光学系统120的像面向X2方向仅摆动了规定的距离(与摄像面141的宽度相当的一格量)的摆动位置，例如，图12(a)中的从左上端的位置向右移动了一格的位置(此时也可以是一部分重叠的位置)。摄像元件140在该位置处对成像在摄像面141上的被摄体像进行拍摄，将图像数据(第2图像数据)输出给控制部115。
以下，摆动驱动部130重复进行如下的动作：进行上述的纵横扫描而使摄像元件140的摄像面141逐格移动，每次在此时的位置处对成像在摄像面141上的被摄体像进行拍摄，将图像数据(第2图像数据)输出给控制部115。由此，通过摄像元件140重复进行由摄像光学系统120成像的被摄体像的摄像和图像数据的输出，直至摄像元件140的摄像面141到达摄像光学系统120的视场像A2中的X2方向的另一端侧为止。
控制部115使如上所述地在纵横上扫描摄像元件140而得到的多个图像数据与扫描移动对应地在纵横上接合，从而合成成为被摄体的整体像的一个图像数据，将其存储在存储部117中。控制部115根据用户的远程操作等，将存储在存储部117中的图像数据通过输入输出部116输出给外部的用户接口UI，使用户接口UI的显示部显示被摄体的图像。
如以上说明的那样，根据第2实施方式，包含摄像面141的摄像元件140构成为，能够相对于摄像透镜121相对地移动，以使与基于摄像光学系统120的同一距离的物点对应的成像位置沿着成为摄像面141的摆动轨迹的凹面移动。由此，能够使用小的摄像元件140，对由摄像光学系统120成像的大的范围的被摄体像进行拍摄。此时，通过摆动驱动部130扫描摄像面141的摆动轨迹描绘朝向物体侧的球面状的凹面，且该球面的中心设定在摄像光学系统120的出瞳的位置或其附近，因此能够抑制像面弯曲等而对由摄像光学系统120成像的像进行拍摄，能够得到高的成像性能。
摄像面141以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状。由此，在使摄像面141沿着球面移动时，仅使摄像元件140进行双轴摆动即可，能够简化用于使包含摄像面141的摄像元件140摆动的机构(摆动驱动部130)和控制。
在第2实施方式中，摄像面141虽然以凹面朝向物体侧的方式弯曲成球面状，但是并不限定于此，例如，也可以弯曲成非球面状，也可以弯曲成双曲面状。
摄像面也可以形成为，在从第1方向(X2方向)观察的截面中以凹面朝向物体侧的方式弯曲，在从第2方向(Y2方向)观察的截面中不弯曲(平面状)。此时，摄像元件相对于摄像透镜的相对移动，在从第1方向观察的截面中成为摆动，在从第2方向观察的截面中成为平行移动。
在第2实施方式中，摄像透镜121虽然由三个透镜构成，但是并不限定于此，例如，也可以由两个透镜或四个以上的透镜构成。另外，摄像光学系统120也可以构成为具有摄像透镜121以外的其他的透镜。
在第2实施方式中，虽然摆动中心点P2设定在摄像光学系统120的光轴Z2上，但是有时由于制造误差等而配置在从摄像光学系统120的光轴Z2稍微脱离的位置。
在第2实施方式中，虽然摄像装置110为能够用作监视相机等的固定型的摄像装置，但是并不限定于此，例如，可以用作内视镜的摄像装置，或者也可以用作搭载于便携终端等的相机、数码相机、数码单反相机等。另外，在摄像装置110用作数码单镜反光相机时，摆动驱动部也可以构成为，能够使用万向节机构和XYZ台等，根据控制部的控制以期望的摆动轨迹来摆动摄像元件140。由此，使存储部存储与可更换的摄像光学系统(可换镜头)的种类对应的控制程序，从而摆动驱动部能够根据摄像光学系统的种类(像面的形状)切换摄像元件140的摆动轨迹。
另外，也可以组合第1实施方式和第2实施方式。即，也可以驱动摄像光学系统和摄像元件双方。此时，可以使摄像光学系统和摄像元件向相同的方向移动，也可以向不同的方向移动。此时，也可以是小的摄像装置。另外，能够抑制透镜的驱动量。而且，也可以适当组合各实施方式的构成要素来构成摄像装置。
实施例
(第1实施例)
以下，根据附图对第1实施方式的摄像光学系统20的实施例进行说明。首先，使用图14～图15以及表1对第1实施方式的摄像光学系统20的第1实施例进行说明。图14是第1实施例的摄像光学系统20的镜头结构图。第1实施例的摄像光学系统20具有可动透镜21、视场光阑25、孔径光阑26而构成。
可动透镜21由从物体侧依次将正透镜22与负透镜23贴合而成的一组接合透镜构成。视场光阑25相比可动透镜21配置于像侧，摄像光学系统20的视场范围成为比摄像元件40的摄像面41(参照图1)的范围小的范围。用于确定摄像光学系统20的亮度(F值)的孔径光阑26配置在可动透镜21的物体侧附近。
以下，示出表1～表3，这些表是分别表示第1～第3实施例的摄像光学系统20的参数的值的表。在各表的[整体参数]中，分别示出摄像光学系统20的焦距f、可动透镜21中的最靠像侧的透镜面与视场光阑25之间的光轴上的距离L、可动透镜21中的最靠像侧的透镜面与摄像面41(像面I)之间的光轴上的距离BF、摄像光学系统20的F值FN、摄像元件40的摄像面41上的最大像高YM、摄像元件40的摄像面41(像面I)的曲率半径SR及摄像光学系统20的最大像高YO的值。另外，在[透镜参数]中，第1栏(面编号)表示从物体侧开始数时的透镜面的编号，第2栏R表示透镜面的曲率半径，第3栏D表示透镜面的光轴上的间隔，第4栏nd表示对d线(波长λ＝587.6nm)的折射率，第5栏νd表示对d线(波长λ＝587.6nm)的阿贝数。曲率半径“∞”表示平面，关于空气的折射率nd＝1.000000，省略其记载。在[条件式对应值]中示出各条件式的对应值。
对于在以下的所有的参数值中记载的焦距f、曲率半径R、其他的长度单位，一般使用“mm”，但是即使对光学系统进行比例放大或比例缩小也能够得到相同的光学性能，因此并不限定于此。在后述的第2～第3实施例的参数值中，也使用与本实施例相同的符号。
在以下的表1中，示出第1实施例中的各参数。表1中的第1面～第5面的曲率半径R与图14中的标在第1面～第5面上的标号R1～R5对应。
(表1)
[整体参数]
[透镜参数]
[条件式对应值]
条件式(1) L/BF＝0.63953
条件式(2) FN2×cos(YM/SR)＝55.84937
如上所述，在本实施例中，可知全部满足上述条件式(1)～(2)。
图15是第1实施例的摄像光学系统20的各像差图。在各像差图中，FNO表示F值，A表示半视场角。在各像差图中，d表示d线(λ＝587.6nm)下的像差，g表示g线(λ＝435.8nm)下的像差，C表示C线(波长λ＝656.3nm)下的像差，F表示F线(波长λ＝486.1nm)下的像差。在表示像散的像差图中，实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。以下，像差图的说明在其他的实施例中也相同。
通过各像差图可知，在第1实施例中，良好地对各像差进行補正，具有优秀的光学性能。其结果是，通过搭载第1实施例的摄像光学系统20，在摄像装置10中，也能够确保优秀的光学性能。
(第2实施例)
接着，使用图16和表2对第1实施方式的摄像光学系统20的第2实施例进行说明。第2实施例的摄像光学系统20具有与图14所示的第1实施例的摄像光学系统20相同的结构，省略详细的说明和图示。
在以下的表2中，示出第2实施例中的各参数。表2中的第1面～第5面的曲率半径R，与图14中的标在第1面～第5面上的标号R1～R5对应。
(表2)
[整体参数]
[透镜参数]
[条件式对应值]
条件式(1) L/BF＝0.53294
条件式(2) FN2×cos(YM/SR)＝17.23746
如上所述，在本实施例中，可知全部满足上述条件式(1)～(2)。
图16是第2实施例的摄像光学系统20的各像差图。通过各像差图可知，在第2实施例中，良好地对各像差进行補正，具有优秀的光学性能。其结果是，通过搭载第2实施例的摄像光学系统20，在摄像装置10中也能够确保优秀的光学性能。
(第3实施例)
接着，使用图17和表3对第1实施方式的摄像光学系统20的第3实施例进行说明。第3实施例的摄像光学系统20具有与图14所示的第1实施例的摄像光学系统20相同的结构，省略详细的说明和图示。
在以下的表3中，示出第3实施例中的各参数。表3中的第1面～第5面的曲率半径R，与图14中的标在第1面～第5面上的标号R1～R5对应。
(表3)
[整体参数]
[透镜参数]
[条件式对应值]
条件式(1) L/BF＝0.97261
条件式(2) FN2×cos(YM/SR)＝91.91024
如上所述，在本实施例中，可知全部满足上述条件式(1)～(2)。
图17是第3实施例的摄像光学系统20的各像差图。通过各像差图可知，在第3实施例中，良好地对各像差进行補正，具有优秀的光学性能。其结果是，通过搭载第3实施例的摄像光学系统20，在摄像装置10中也能够确保优秀的光学性能。
以上，根据各实施例，能够实现确保宽的视场范围，并且更小型且具有高的成像性能的摄像光学系统20以及具备该摄像光学系统20的摄像装置10。
另外，作为本件实施方式的摄像光学系统、摄像装置、摄像装置的制造方法以及摄像方法，可以是如下的系统、装置以及方法。
首先，作为摄像光学系统，在以凹面朝向物体侧的方式弯曲的摄像面上成像，具备包含至少一个透镜的可动部，所述可动部能够与所述摄像面相对地移动，以使与同一距离的物点对应的成像位置沿着所述凹面移动。
另外，在该摄像光学系统中，也可以是，所述可动部与所述摄像面的相对移动是以位于所述摄像光学系统的光轴上的点为中心的摆动。
而且，也可以是，包含于所述可动部的透镜是包含于所述摄像光学系统中的全部透镜。
而且，也可以具备限制所述摄像光学系统的视场范围的视场光阑，所述可动部能够与所述视场光阑一体地摆动。
而且，也可以是，所述视场光阑相比所述可动部配置在像侧，且满足以下的条件式：
0.5<L/BF<1.0
其中，L为所述可动部中的最靠像侧的透镜面与所述视场光阑之间的光轴上的距离，BF为所述可动部中的最靠像侧的透镜面与所述摄像面之间的光轴上的距离。
而且，也可以是，所述可动部与所述摄像面的相对移动是以所述摄像光学系统的出瞳的位置附近为中心的摆动。
而且，也可以是，所述摄像面在从与沿着所述摄像光学系统的光轴的方向正交的第1方向观察的截面中，以凹面朝向物体侧的方式弯曲，并且在从与沿着所述摄像光学系统的光轴的方向及所述第1方向双方正交的第2方向观察的截面中，以凹面朝向物体侧的方式弯曲。
接着，作为摄像装置构成为，具备上述的摄像光学系统以及对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，所述摄像元件具有有效受光面，该有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，所述摄像光学系统的视场范围比所述有效受光面的范围小。
另外，在该摄像装置中，也可以是，通过所述可动部相对于所述摄像面的移动，使所述摄像光学系统的光轴在所述有效受光面内移动。
而且，也可以是，所述摄像元件输出在所述可动部相对于所述摄像面移动之前的第1状态下对所述被摄体像进行拍摄而得到的第1图像数据和在所述可动部相对于所述摄像面移动之后的第2状态下对所述被摄体像进行拍摄而得到的第2图像数据。
而且，也可以是，使用所述第1图像数据和所述第2图像数据来合成一个图像数据。
而且，也可以是，所述摄像元件具有有效受光部，该有效受光部形成有所述有效受光面并能够接收来自所述摄像光学系统的光，所述有效受光部至少具有第1像素和第2像素，通过所述可动部相对于所述摄像面的移动，所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素和所述第2像素中的至少一者的区域内，所述摄像元件将所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素的区域内时的图像数据和所述摄像光学系统的光轴位于所述第2像素的区域内时的图像数据合并而作为一个图像数据输出。
而且，满足以下的条件式：
0<FN2×cos(YM/SR)<100
其中，也可以是，FN为所述摄像光学系统的F值，YM为所述摄像元件的所述摄像面上的最大像高，SR为所述摄像元件的所述摄像面的曲率半径。
而且，也可以是，所述可动部与所述摄像面的相对移动是以所述摄像面的曲率中心的位置附近为中心的、所述可动部相对于所述摄像面的摆动，所述摄像面以凹面朝向物体侧的方式弯曲。
接着，作为摄像装置的制造方法，该摄像装置具备上述的摄像光学系统和对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，其中，所述摄像元件具有有效受光面，该有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，所述摄像光学系统的视场范围构成为比所述有效受光面的范围小，在相对于所述摄像面使所述可动部移动到规定的基准位置的状态下，利用由所述摄像元件进行拍摄而取得的图像来使所述摄像元件移动，调整成所述摄像元件的规定部分位于所述摄像光学系统的光轴上。
在该制造方法中，也可以是，利用由所述摄像元件进行拍摄而取得的图像中的多个检测位置的信息，对所述摄像元件的倾斜度进行调整。
而且，所述多个检测位置也可以是彼此不同的三个以上的检测位置。
接着，作为摄像方法，使用了上述的摄像光学系统和对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，其中，所述摄像元件具有有效受光部，该有效受光部形成有有效受光面并能够接收来自所述摄像光学系统的光，所述有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，所述有效受光部至少具有第1像素和第2像素，所述摄像光学系统的视场范围构成为比所述有效受光面的范围小，通过所述可动部的相对于所述摄像面的移动，使所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素和所述第2像素中的至少一者的区域内，使所述摄像元件将所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素的区域内时的图像数据与所述摄像光学系统的光轴位于所述第2像素的区域内时的图像数据合并而作为一个图像数据输出。
标号说明
10 摄像装置 20 摄像光学系统
21 可动透镜 22 正透镜
23 负透镜 25 视场光阑
30 摆动驱动部 40 摄像元件
41 摄像面 42 有效受光部
60 摄像装置(变形例) 80a～80c 摄像元件
81a～81c 有效受光面 81a～81c 有效受光部
110 摄像装置(第2实施方式) 120 摄像光学系统
121 摄像透镜 122 第1正透镜
123 负透镜 124 第2正透镜
125 视场光阑 130 摆动驱动部
140 摄像元件 141 摄像面。

Claims (19)

1.一种摄像装置，具备：
摄像元件，具备摄像面；
光学系统，以比所述摄像面小的范围在所述摄像面上形成像；以及
驱动部，驱动所述光学系统，以使所述光学系统的光轴的方向变化，
所述摄像元件在所述摄像面的不同的区域中对由所述光轴的方向被设定成第一方向的所述光学系统成像的第一像和由所述光轴的方向被设定成第二方向的所述光学系统成像的第二像进行拍摄。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述驱动部驱动所述光学系统，以使被设定成所述第一方向的所述光轴与被设定成所述第二方向的所述光轴交叉。
3.根据权利要求1或2所述的摄像装置，其中，
所述驱动部驱动所述光学系统，以使被设定成所述第一方向的所述光轴与被设定成所述第二方向的所述光轴在所述光学系统的出瞳的位置处交叉。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述摄像面为凹面朝向被摄体侧的面。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，
所述凹面为球面的一部分，
所述驱动部驱动所述光学系统，以使被设定成所述第一方向的所述光轴与被设定成所述第二方向的所述光轴在所述球面的中心处交叉。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述驱动部能够沿所述光学系统的光轴的方向驱动所述光学系统。
7.根据权利要求2至6中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述驱动部能够使被设定成所述第一方向的所述光轴与被设定成所述第二方向的所述光轴交叉的位置在所述光学系统对无限远进行拍摄时和所述光学系统对近距离进行拍摄时不同。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述摄像元件输出与在所述摄像面的第一区域进行拍摄而得到的所述第一像相关的第一图像信息以及与在所述摄像面的第二区域进行拍摄而得到的所述第二像相关的第二图像信息，
所述摄像装置具备图像处理部，该图像处理部根据所述第一图像信息和所述第二图像信息来生成图像数据。
9.根据权利要求8所述的摄像装置，其中，
所述摄像元件将与在所述第二区域进行拍摄而得到的所述第二像相关的第二图像信息输出两次以上，
所述图像处理部根据第二次以后输出的所述第二图像信息来生成所述图像数据。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，
所述摄像元件将存在于第二区域的信号输出而进行重置，并输出与在所述第二区域进行拍摄而得到的所述第二像相关的第二图像信息，
所述图像处理部根据所述第二图像信息来生成所述图像数据。
11.根据权利要求8至10中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述第一区域和所述第二区域为基于所述驱动部的驱动量的区域。
12.根据权利要求8至11中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述摄像元件输出多个图像信息，
所述图像处理部根据所述多个图像信息来生成一个所述图像数据。
13.根据权利要求8至12中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述摄像元件在所述摄像面的所述第一区域对所述第一像进行拍摄，并在所述摄像面的与所述第一区域不同的所述第二区域对所述第二像进行拍摄。
14.根据权利要求1至13中的任意一项所述的摄像装置，其中，
所述驱动部能够驱动所述光学系统和所述摄像元件。
15.根据权利要求4或5所述的摄像装置，其中，
具备多个所述摄像元件，
所述凹面由多个所述摄像元件形成。
16.一种摄像光学系统，在以凹面朝向物体侧的方式弯曲的摄像面上成像，其特征在于，
具备可动部，该可动部包含至少一个透镜，
所述可动部能够与所述摄像面相对地移动，以使与同一距离的物点对应的成像位置沿着所述凹面移动。
17.一种摄像装置，其特征在于，具备：
权利要求16所述的摄像光学系统；以及
摄像元件，对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄，
所述摄像元件具有有效受光面，该有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，
所述摄像光学系统的视场范围比所述有效受光面的范围小。
18.一种摄像装置的制造方法，该摄像装置具备权利要求16所述的摄像光学系统和对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，所述摄像装置的制造方法的特征在于，
所述摄像元件具有有效受光面，该有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，
所述摄像光学系统的视场范围构成为比所述有效受光面的范围小，
在使所述可动部相对于所述摄像面移动到规定的基准位置的状态下，利用由所述摄像元件进行拍摄而取得的图像来使所述摄像元件移动，
调整成所述摄像元件的规定部分位于所述摄像光学系统的光轴上。
19.一种摄像方法，使用了权利要求16所述的摄像光学系统和对由所述摄像光学系统成像的被摄体像进行拍摄的摄像元件，所述摄像方法的特征在于，
所述摄像元件具有有效受光部，该有效受光部形成有有效受光面并能够接收来自所述摄像光学系统的光，所述有效受光面构成所述摄像面的至少一部分，
所述有效受光部至少具有第1像素和第2像素，
所述摄像光学系统的视场范围构成为比所述有效受光面的范围小，
通过所述可动部相对于所述摄像面的移动，使所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素和所述第2像素中的至少一者的区域内，
使所述摄像元件将所述摄像光学系统的光轴位于所述第1像素的区域内时的图像数据与所述摄像光学系统的光轴位于所述第2像素的区域内时的图像数据合并而作为一个图像数据输出。
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