JP2008129454A - 光学装置、撮像装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】第１の光学系により取り込まれる画像と、第１及び第２の光学系を合成した合成光学系により取り込まれる画像を同時に撮影可能とし、小型且つコストを低減可能とした光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置は、第１の光学系１と第２の光学系２を備える。撮影画角を９０°以上有する屈折光学系である広角レンズ又は魚眼レンズ作用を有する第１の光学系１の物体側に、第１の光学系１にて結像される画像範囲の内側にもう１つの撮影画像を形成する第２の光学系２を配置する。第２の光学系２の反射部材７を回転駆動し、任意の偏向角度を設定可能とする。第２の光学系２における物体側に配置される光学系を少なくとも含むように光軸の周りに回転駆動可能とする。第２の光学系２を通過させた被写体像を第１の光学系１の物体側に１次結像させた後、第１の光学系１を通過させて２次結像を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば監視用のデジタルカメラやビデオカメラ等に適した撮影光学系を実現する場合に適用される光学装置、撮像装置、制御方法、及びプログラムに関する。

従来、目的（撮影対象）となる被写体を探索しその詳細画像を得るためには、超広角レンズもしくは魚眼レンズを用いて広域な画界を撮影し、その中から目的の被写体を判別した後に詳細画像を得る方法が一般的である。

上記のような被写体の画像の取得方法としては以下のような方法が考えられる。
（１）電子ズームにより目的被写体の拡大画像を得る方法。
（２）光学系をズームレンズとして構成し、望遠側に光学系（ズームレンズ）を変倍させることで目的被写体の画像を得る方法。
（３）複数の撮影系を用いると共に一方を広角撮影系とし他方を望遠撮影系として、目的被写体の取得画像を切り替える方法。

他方、光学系に配置した反射部材を駆動することで、撮像素子に導かれる被写体光を切り替える方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

また、凸形状の反射部材の周辺部における反射像を利用して被写体の全周を観察し、中心部を透過構造として別の光学系にて他の被写体像を観察するような方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平９−２９７３５０号公報 特開２００３−９１０４号公報 特開２００６−８１０８９号公報 特開２００６−１３９２３４号公報

しかしながら、上述した従来の画像取得方法には以下のような問題がある。

（１）の方法は、画像の一部を取り出して目的被写体の拡大画像を得るため、高繊細な画像を得るためには高画素を有する撮像素子を用いる必要があり、同時に撮影光学系の性能要求が厳しくなる。そのため、コストが多く掛かってしまう。

（２）の方法は、目的被写体が動体であった場合で撮影者がズーミング中に被写体を見てしまった場合、また広角方向にズーミングを行う必要が生じる。そのため、素早い被写体観察を行うことができない。また、広角から望遠を包括するような光学系の実現は困難となってくる。

（３）の方法は、複数の撮影系を用いるため複数のカメラユニットを使用しなくてはならない。そのため、撮影に用いる装置が大型化してくると同時にコストが多く掛かってしまう。

また、上記（３）の方法により１つの撮像素子を用いて撮影光学系の一部を切り替えてあたかも複数の撮影光学系で撮影したような特性を得るためには、撮影光学系中にて撮影光学系の一部を挿入／退避させる機構が一般的である。従来は、撮影光学系の一部を入れ替える機構は２焦点方式の銀塩コンパクトカメラで多く使用されていた。しかし、撮影光学系の一部を入れ替える機構は大掛かりな構造になってしまうという問題がある。

また、光の透過及び反射が可能な半透過反射部材により複数の被写体像を混合することで撮影媒体に導く方法もある。しかし、透過率が低下するため像が暗くなってしまう問題と、複数の被写体像が重なった状態の画像が形成されるため目的画像を分離して観察することが困難となってしまうという問題がある。

また、上記特許文献１〜３に記載された技術は、大きな撮影画角変化を得にくい構成であり、撮影対象となる目的被写体の方向が大きく変化してしまうものである。そのため、目的被写体を検知することと詳細情報を短時間に取得することが困難なものである。

また、上記特許文献４に記載された技術は、面精度のよい大型の反射部材の製造は困難でありコストが掛かるという問題がある。また、上記特許文献４には、実施される光学構成の数値データが提示されていないため、具体的な実現性が不明確なものである。

本発明の目的は、第１の光学系により取り込まれる画像と、第１及び第２の光学系を合成した合成光学系に取り込まれる画像を同時に撮影可能とし、小型且つコストを低減可能とした光学装置、撮像装置、制御方法、及びプログラムを提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の光学装置は、撮影に用いる光学装置において、第１の光学系と、前記第１の光学系よりも物体側にある第２の光学系とを備え、前記第１の光学系を通過した光束は前記第２の光学系を通過することにより形成される画像範囲の内側にもう一つの撮影画像を形成するよう前記第２の光学系を設けていることを特徴とする。

本発明によれば、第１の光学系を通過した光束は第２の光学系を通過することにより形成される画像範囲の内側にもう一つの撮影画像を形成するよう第２の光学系を設けている。これにより、第１の光学系により取り込まれる画像と、第１及び第２の光学系を合成した合成光学系により取り込まれる画像を同時に撮影することが可能な小型且つコストを低減した光学装置を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光学装置の構成を示す図である。

図１において、光学装置は、第１の光学系１と第２の光学系２から構成されている。撮像素子３は、被写体像を電気信号に光電変換するものであり、第１の光学系１の後段に配置される。光学装置は、撮影に伴い、第２の光学系２を通過させた被写体像を第１の光学系２の物体側に１次結像させた後、第１の光学系２を通過させて２次結像を行う作用を有する。

尚、本発明及び本実施の形態では、光学装置は第１の光学系と第２の光学系を必須の構成要素としており、撮像素子は必須の構成要素ではない。また、本発明及び本実施の形態では、後述するように、光学装置を主要な構成とすると共に光学装置に撮像素子・パン駆動機構・チルト駆動機構等を装備したものを撮像装置（光学機器）としている。

第１の光学系１は、負レンズ群４を有する前群Ａの１−１、正レンズ群５を有する後群Ａの１−２を備えている。第１の光学系１は、広角な画角を有する光学系であり、物体側より、比較的大きなレンズ外径を有する前群Ａの１−１（負レンズ群）と、その像面側に後群Ａの１−２（正レンズ群）を配置したレトロフォーカスタイプの光学系配置を有する。

上記のレトロフォーカスタイプの光学系配置を採用することにより、第１の光学系１に撮影画角を９０°以上有する屈折光学系である広角レンズまたは魚眼レンズ作用を与えることを可能とし、広範囲な画像範囲を得ることを可能としている。図中、符号１０で示す範囲は第１の光学系１の画角範囲である。

第２の光学系２は、負レンズ群６・反射部材７・正レンズ群８を有する前群Ｂの２−１、正レンズ群９を有する後群Ｂの２−２を備えている。第２の光学系２は、第１の光学系１よりも狭い画角範囲で第１の光学系１の物体側に１次結像を行う。１次結像された像を第１の光学系１における結像位置と等価なバックフォーカス位置に第１の光学系１の光軸と一致させて再結像を行わせるようにする。

そのため、第２の光学系２は、１次結像位置と第１の光学系１の前群Ａの１−１（負レンズ群）との間に、前群Ａの１−１の最も物体側に配置されるレンズ外径よりも小型なレンズ外径の後群Ｂの２−２（正レンズ群）を配置した光学系配置を有する。反射部材７は、光軸方向を偏向させる反射鏡として構成されている。反射部材７を回転駆動することで、任意の偏向角度を設定することが可能である。図中、符号１１で示す範囲は第２の光学系２の画角範囲である。

第１の光学系に屈折作用を有するレンズ群４を有することによって、第２の光学系によって像面上に形成される像の更に外側に像を形成することができる。

また、第１の光学系は、その物体側に隣接する第２の光学系の光学部材よりも外径が大であるレンズ群４の屈折作用を利用することによって、第２の光学系によって入射光をケラれることない。

本実施の形態では、上記のように撮影画角を９０°以上有する屈折光学系である広角レンズ又は魚眼レンズ作用を有する第１の光学系１の物体側に、第１の光学系１にて結像される画像範囲の内側にもう１つの撮影画像を形成する第２の光学系２を配置する。これにより、広角な視野画像と共に視野画像よりも狭い詳細画像を同時に撮影できる撮影光学系を実現するものである。

図２は、光学装置の第１及び第２の光学系により得られる合成画像の概略を示す図である。

図２において、イメージサークルの外周側領域である画像範囲２１には、第１の光学系１により得られる広画角範囲の被写体像が結像される。同時に、イメージサークルの中心側領域である画像範囲２２には、第１の光学系１と第２の光学系２を合成した合成光学系（再結像光学系）により得られる詳細な被写体像が結像される。また、第２の光学系２には光軸方向を偏向させる反射部材７を配置しているため、第１の光学系１により撮影される画角範囲内の被写体像の一部を詳細に観察することができる。

次に、本実施の形態の光学装置を用いた数値実施例１における光路図を図３に基づき説明する。

図３は、数値実施例１における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図である。

図３において、光学装置は、第１の光学系３１と第２の光学系３２から構成されている。第１の光学系３１は、物体側より、前群Ａの３１−１、後群Ａの３１−２を備えている。前群Ａの３１−１は、負の屈折力を有する。後群Ａの３１−２は、正の屈折力を有する。フィルタ類３３は、後群Ａの３１−２を通過した光線が撮像素子の結像面に結像する際の赤外カットやローパス効果及び撮像素子のカバーガラス等を示している。

第２の光学系３２は、物体側より、前群Ｂの３２−１、後群Ｂの３２−２を備えている。前群Ｂの３２−１は、反射部材（反射プリズム）３４を含み、負の屈折力を有するＢ１群３５、正の屈折力を有するＢ２群３６、Ｂ１群３５とＢ２群３６を合成した合成光学系と、その結像位置近辺に配置される正の屈折力を有するＢ３群３７を備えている。後群Ｂの３２−２は、１次結像位置と第１の光学系３１との間に配置される正の屈折力を有するレンズ群を備えている。尚、数値実施例１乃至３における具体的な数値については後述する。

次に、本実施形態により提案された光学装置の応用例を図４乃至図６に基づき説明する。

図４は、光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の設置例を示す図である。

図４において、撮像装置４１は、撮像装置内の撮像素子（不図示）が下向きとなるように天井面４２に設置することで、斜め下方向の被写体（人物）４３を観察できるように構成されている。図中、符号４４で示すものは光学装置の第１の光学系で取り込まれた画像であり、符号４５で示すものは光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系で取り込まれた画像である。また、図示の矢印で示す範囲は画角範囲であり、図５で後述する。また、図示のωは被写体方向角度を概略的に表したものであり、図６及び図１１で後述する。

図５は、光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の機構の概略構成を示す図である。

図５において、撮像装置４１は、筐体内部に光学装置と撮像素子を備えると共に、矢印Ｙａ方向（パンニング方向）に駆動するパン駆動機構４１ａ、矢印Ｙｂ方向（チルト方向）に駆動するチルト駆動機構４１ｂ、保護ドーム４１ｃを備える。図中、符号５１で示す範囲は光学装置の第１の光学系による画角範囲であり、符号５２で示す範囲は光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系による画角範囲である。

撮像装置４１においては、光学装置における第２の光学系中の反射部材を回転駆動することで反射部材を任意の偏向角度に設定する（チルト駆動する）。これにより、被写体の距離に合わせて第２の光学系による撮影軸調整を行う。更に、少なくとも光学装置における第２の光学系中の物体側に配置される光学系を含むように、光軸を回転軸として回転駆動する（パンニング駆動する）。これにより、被写体の方向に合わせて第２の光学系の撮影方向を変化させる。

尚、図５では、撮像素子を含む光学系全体を光軸周りに回転可能とする構成としているが、これに限定されるものではない。少なくとも第２の光学系中の反射部材を含むＢ１群を偏向後の光軸を回転中心として回転駆動させればよい。

また、図４では、撮像装置４１で歩行中の被写体（人物）４３の上半身像を撮影するために、先ず第１の光学系で取り込まれる画像から被写体方向を識別し、パンニング駆動により第２の光学系の水平方向への撮影軸を合わせる。その後、被写体４３の距離に合わせてチルト駆動により被写体４３の上半身の撮影を行う。この動作を繰り返し行うことで、動体（歩行中の被写体）の追尾を精度良く行うことが可能となる。

ここで、被写体の方向検知及び補正移動を行う方法の例を説明する。光学装置において現在設定されている光学系の撮影軸のチルト方向及びパン方向の位置検知を行う。次に、第１の光学系により捉えられて形状認識部（不図示）等で判別される目的被写体が、イメージサークル中での同心円方向にて補正移動を行うパンニング回転角を算出する。同時に、イメージサークル中心から放射状方向への目的被写体までの距離により、チルト補正駆動量を算出する。そして、算出結果に応じてパン駆動機構及びチルト駆動機構を駆動する。

図６は、光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）による被写体認識時の初期画像状態を示す図である。

図６において、光学装置の制御部は目的被写体６１を認識（検知）し、第２の光学系で目的被写体６１の詳細画像を取り込むために必要なパン方向及びチルト方向の駆動量を算出する。尚、光学装置を搭載した撮像装置の制御部を含む電気的構成については図１０により後述する。

今、光学装置における第２の光学系のパン（水平）方向が図示の（Ｐ）方向を向いていると想定する。（Ｐ）方向を基準としてそこからの第１の光学系で撮影したイメージサークルの外周側領域の画像を基に、目的被写体６１の同心円方向の角度θを判別する。次に、第１の光学系に入射する光線の角度とその光線が撮像素子の結像面に結像する像高との関係を係数とした多項次式を、駆動アルゴリズム中に取り入れる。

次に、イメージサークル中心（画面中心）から目的被写体中心までの距離（画面像高）Ｙを算出し、距離Ｙから被写体方向角度ωを算出する。これにより、第２の光学系におけるチルト移動群（反射部材を含む被写体側の光学構成）の必要チルト駆動角度を得ることができる。

次に、本実施の形態の光学装置を用いた数値実施例２における光路図を図７に基づき説明する。

図７は、（ａ）〜（ｃ）は、数値実施例２における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図である。

図７において、光学装置は、第１の光学系７１と第２の光学系７２から構成されている。第１の光学系７１は、前群Ａの７１−１、後群Ａの７１−２を備えている。符号７３はフィルタ類を示す。第２の光学系７２は、前群Ｂの７２−１、後群Ｂの７２−２を備えている。前群Ｂの７２−１は、反射部材７４を含むＢ１群７５、Ｂ２群７６、Ｂ３群７７を備えている。

光学装置は、第２の光学系７２中に配置される前群Ｂの７２−１中のＢ１群７５と反射部材７４を固定とし、Ｂ２群７６とＢ３群７７を光軸に沿って移動させることにより、変倍作用を持たせたものである。（ａ）は望遠撮影時の望遠端、（ｂ）は望遠撮影時と広角撮影時の中間、（ｃ）は広角撮影時の広角端を示す。

ここで、第２の光学系７２により取り込まれる被写体像は、第１の光学系７１により取り込まれる有効画角範囲内の被写体像となるべく重複させるように（偏向をさせないときの光軸方向を０°とした時）、偏向角を鋭角にしている。

また、第１の光学系７１には、第２の光学系７２を通過してくる光線のみを透過させる正の屈折率のレンズ部材７８を配置している。これにより、レンズ部材７８を通過する光線について、第１の光学系７１中に配置される前群Ａの７１−１の屈折力を正に変化させる作用を与えることができる。そのため、物体側に配置される第２の光学系７２に配置される後群Ｂの７２−２に強い正の屈折力を与える必要がなくなる。従って、光学性能の劣化の防止と後群Ｂの７２−２のレンズ枚数削減による光学系の短縮が可能となる。

次に、本実施の形態の光学装置を用いた数値実施例３における光路図を図８及び図９に基づき説明する。

図８は、（ａ）〜（ｃ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図であり、第２の光学系の偏向角度方向を６０°とした場合を示す図である。

図８において、光学装置は、第１の光学系８１と第２の光学系８２から構成されている。第１の光学系８１は、前群Ａの８１−１、後群Ａの８１−２を備えている。符号８３はフィルタ類を示す。第２の光学系８２は、前群Ｂの８２−１、後群Ｂの８２−２を備えている。前群Ｂの８２−１は、反射部材（反射鏡）８４を含むＢ１群８５、Ｂ２群８６、Ｂ３群８７を備えている。

第２の光学系８２中のＢ１群８５内に配置される反射部材８４を反射鏡とし且つ反射部材８４を回転駆動することで光軸の偏向方向を変化させ、それにより入射光軸が偏向される反射鏡よりも物体側の光軸に合わせてＢ１群８５のレンズ群も同時に回転駆動する。この実施例においては、Ｂ１群８５の反射部材８４及びレンズ群を回転駆動することにより、偏向角を６０°から１１０°の範囲で任意に変更することが可能である。

図９は、（ａ）〜（ｃ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図であり、第２の光学系の偏向角度方向を１１０°とした場合を示す図である。

図９は、本実施の形態の光学装置が動体の追尾動作を行うだけに限らずに、異方向の被写体を同時に観察することも可能であることを示している。

次に、本実施の形態の光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の電気的構成例と制御例を図１０及び図１１に基づき説明する。

図１０は、光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の電気的構成例を示すブロック図である。

図１０において、撮像装置は、光学系１０１を有する光学装置と、撮像素子１０２、信号処理部１０３、記憶部１０４、操作部１０５、制御部１０６、格納部１０７、表示部１０８、パン駆動機構１０９、チルト駆動機構１１０を備えている。撮像素子１０２は、光学系１０１により結像された被写体像を電気信号に光電変換する。信号処理部１０３は、撮像素子１０２から出力される電気信号に信号処理を施し、画像データとして記憶部１０４に記憶する。記憶部１０４は、画像データの記憶領域の他に、制御部１０６の作業領域やデータ一時記憶領域を有する。操作部１０５は、光学装置に対する各種指示の入力に使用される。

制御部１０６は、光学装置を含む撮像装置全体の制御を司ると共に、パン駆動機構１０９、チルト駆動機構１１０を駆動制御する。パン駆動機構１０９は、制御部１０６の制御に基づきパンニング動作を行う。チルト駆動機構１１０は、制御部１０６の制御に基づきチルト動作を行う。また、制御部１０６は、格納部１０７に格納された制御プログラムに基づき図１１のフローチャートに示す処理を実行する。表示部１０８は、撮影画像を表示するものであり、撮像装置本体の設置箇所から離間した場所（撮像装置を監視用カメラとして使用する場合は監視センター等）に設置可能である。

図１１は、光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）による被写体認識を行った後の動体追尾動作の流れを示すフローチャートである。

図１１において、撮像装置の制御部１０６は、操作部１０５を介して光学装置の第２の光学系に設定されているパン角度(パン方向に駆動する角度)、チルト角度(チルト方向に駆動する角度)を検出し、記憶部１０４に記憶する(ステップＳ１)。次に、制御部１０６は、光学装置の第１の光学系により得られる第１の画像範囲(図６のイメージサークルの外周側領域)から目的被写体を認識し(ステップＳ２)、第１の画像範囲から目的被写体の同心円方向の角度θ(図６)を判定する(ステップＳ３)。

次に、制御部１０６は、第１の画像範囲から、目的被写体の画像中心からの放射状方向の長さＹ(図６)を検出し(ステップＳ４)、長さＹを基に被写体方向角度ωを算出する(ステップＳ５)。次に、制御部１０６は、現在設定されているパン角度及びチルト角度と、目的被写体の同心円方向の角度θ、被写体方向角度ωから、必要駆動角度を算出し(ステップＳ６)、必要駆動角度が予め設定された規定値以上か否かを判定する(ステップＳ７)。ここで、必要駆動角度とは、目的被写体（動体）の追尾に必要なパン方向及びチルト方向の駆動角度である。

上記算出した必要駆動角度が予め設定された規定値未満の場合は、ステップＳ２へ戻る。他方、上記算出した必要駆動角度が予め設定された規定値以上の場合は、制御部１０６は、パン駆動機構１０９によるパン方向の駆動とチルト駆動機構１１０によるチルト方向の駆動を行う(ステップＳ８)。この後、制御部１０６は、前記パン方向の駆動に伴うパン角度と前記チルト方向の駆動に伴うチルト角度を記憶部１０４に記憶し(ステップＳ９)、ステップＳ２へ戻る。

次に、数値実施例１乃至３における光学装置の収差図を図１２乃至図１８に示す。

図１２（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例１及び数値実施例２における光学装置の第１の光学系の収差を示す図である。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例１における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の収差を示す図である。

図１４（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例２における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の収差を示す図である。

図１５（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系の収差を示す図である。

図１６（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の望遠端における収差を示す図である。

図１７（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の中間における収差を示す図である。

図１８（ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の広角端における収差を示す図である。

図１２乃至図１８において、（ａ）は球面収差、（ｂ）は非点収差、（ｃ）はDistortion（歪曲収差）、（ｄ）は倍率色収差を示す。ΔＳはサジタル像面であることを示し、ΔＭはメリディオナル像面であることを示す。

次に、数値実施例１乃至３における具体的な数値を以下に示す。

（１）数値実施例１

（２）数値実施例２

（３）数値実施例３

上記数値実施例１乃至３において、Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔を示す。Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズを構成するガラスの屈折率とアッベ数である。

また、上記数値実施例１乃至３において、非球面係数Ｋ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｅは次式
Ｘ ＝（Ｈ^２／Ｒ）／（１＋（１−（１＋Ｋ）・（Ｈ／Ｒ）^２）^１／２
＋Ａ・Ｈ^２＋Ｂ・Ｈ^４＋Ｃ・Ｈ^６＋Ｄ・Ｈ^８＋Ｅ・Ｈ^１０ ）
で与えるものとする。但し、Ｘはレンズ頂点から光軸方向への変位量、Ｈは光軸からの距離、Ｒは曲率半径である。

また、上記数値実施例１乃至３において、非球面係数において数値中eに続く数値は×10の乗数であることを示す。

以上説明したように、本実施の形態によれば、光学装置は以下の構成を有する。撮影画角を９０°以上有する屈折光学系である広角レンズまたは魚眼レンズ作用を有する第１の光学系の物体側に、第１の光学系にて結像される画像範囲の内側にもう１つの撮影画像を形成する第２の光学系を配置する。

本構成により、第１の光学系により取り込まれる広角な視野画像と、第１及び第２の光学系を合成した合成光学系により取り込まれる、視野画像よりも狭い詳細画像を同時に撮影可能な小型且つコストを低減した光学装置を実現することが可能となる。即ち、特殊な光学部材を用いずに小型且つ簡素な構成にて広角な被写体像と詳細な被写体像を単体の撮影素子に分離して同時に結像させる光学装置を実現することが可能となる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第２の光学系に反射部材を配置した構成について説明したが、反射部材は光軸方向を偏向させる機能を有するものであればよく、反射鏡、反射プリズムの何れを用いてもよい。

上記実施の形態では、光学装置を搭載した撮像装置を天井に設置した形態を例に挙げたが、光学装置を搭載した撮像装置の利用形態は任意であり、特定の利用分野に限定されるものではない。

上記実施の形態では、数値実施例１乃至３において具体的な数値を示したが、数値実施例１乃至３に記載した数値は一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。

また、本発明の目的は、以下の処理を実行することにより達成される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す処理である。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、次のものを用いることができる。例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等である。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現される場合も本発明に含まれる。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理により前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、前述した実施形態の機能が以下の処理により実現される場合も本発明に含まれる。即ち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行う場合である。

本発明の実施の形態に係る光学装置の構成を示す図である。 光学装置の第１及び第２の光学系により得られる合成画像の概略を示す図である。 数値実施例１における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図である。 光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の設置例を示す図である。 光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の機構の概略構成を示す図である。 光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）による被写体認識時の初期画像状態を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、数値実施例２における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図であり、第２の光学系の偏向角度方向を６０°とした場合を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系及び第２の光学系の光路を示す図であり、第２の光学系の偏向角度方向を１１０°とした場合を示す図である。 光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）の電気的構成例を示すブロック図である。 光学装置を搭載した撮像装置（光学機器）による被写体認識を行った後の動体追尾動作の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例１及び数値実施例２における光学装置の第１の光学系の収差を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例１における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の収差を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例２における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の収差を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系の収差を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の望遠端における収差を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の中間における収差を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、数値実施例３における光学装置の第１の光学系と第２の光学系を合成した合成光学系の広角端における収差を示す図である。

符号の説明

１ 第１の光学系
１−１ 前群Ａ
１−２ 後群Ａ
２ 第２の光学系
２−１ 前群Ｂ
２−２ 後群Ｂ
３ 撮像素子（撮像手段）
７ 反射部材
４１ 撮像装置
４１ａ パン駆動機構
４１ｂ チルト駆動機構
７８ レンズ部材（光学部材）

Claims (15)

1. 撮影に用いる光学装置において、
   第１の光学系と、前記第１の光学系よりも物体側にある第２の光学系とを備え、
   前記第１の光学系を通過した光束は前記第２の光学系を通過することにより形成される画像範囲の内側にもう一つの撮影画像を形成するよう前記第２の光学系を設けていることを特徴とする光学装置。
2. 撮影に用いる光学装置において、
   第１の光学系と、前記第１の光学系よりも物体側にある第２の光学系とを備え、
   前記第１の光学系には、その物体側に隣接する前記第２の光学系の光学部材よりも外径が大であり、かつ前記第２の光学系によって像面上に形成される像の更に外側に像を形成するための屈折作用を有する光学部材を有することを特徴とする光学装置。
3. 撮影に用いる光学装置において、
   第１の光学系と、前記第１の光学系よりも物体側にある第２の光学系とを備え、
   前記第１の光学系には、前記第２光学系の光軸上にあり、かつ前記第２の光学系によって像面上に形成される像の更に外側に像を形成するための屈折作用を有する光学部材を有することを特徴とする光学装置。
4. 前記第１の光学系は、撮影画角を少なくとも９０度以上有すると共に広角レンズ又は魚眼レンズ作用を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光学装置。
5. 前記第２の光学系は、前記第１の光学系に入射する光線を完全遮光することが無いことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光学装置。
6. 前記第２の光学系は、少なくとも一部の軸外光線は通過させるようなレンズ外径とそれを保持する鏡筒外形で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光学装置。
7. 前記第２の光学系は、光軸方向を偏向させる反射部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載の光学装置。
8. 前記第２の光学系の前記反射部材を回転駆動することで任意の偏向角度を設定することが可能であることを特徴とする請求項７記載の光学装置。
9. 前記第２の光学系における物体側に配置される光学系を少なくとも含むように光軸の周りに回転駆動することが可能であることを特徴とする請求項７記載の光学装置。
10. 前記第２の光学系を通過させた被写体像を前記第１の光学系の物体側に１次結像させた後、前記第１の光学系を通過させて２次結像を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光学装置。
11. 前記１次結像を行う位置の像面側に前記第２の光学系の正レンズ群を配置し、前記正レンズ群の像面側に前記第１の光学系を配置したことを特徴とする請求項１０記載の光学装置。
12. 前記第１の光学系は、前記第２の光学系を通過してくる光線のみを透過させる光学部材を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光学装置。
13. 前記請求項１乃至１２の何れかに記載の光学装置が搭載される撮像装置であって、
    前記光学装置により結像された被写体像を電気信号に光電変換する撮像手段と、
    前記光学装置をパン方向に駆動するパン駆動機構と、
    前記光学装置をチルト方向に駆動するチルト駆動機構と、を備えることを特徴とする撮像装置。
14. 屈折光学系として構成された第１の光学系の物体側に、前記第１の光学系により結像された画像範囲の内側にもう一つの撮影画像を形成する第２の光学系を配置した構成を有し、パン方向、チルト方向への駆動が可能な光学装置の制御方法であって、
    前記第１の光学系により取り込まれた画像範囲から目的被写体を認識し、前記光学装置に対する目的被写体の相対的な位置を検出する検出ステップと、
    前記検出された前記光学装置に対する目的被写体の相対的な位置に基づき、パン方向及びチルト方向の必要駆動角度を算出する算出ステップと、
    前記算出された必要駆動角度が規定値以上の場合にパン方向及びチルト方向の駆動を行う駆動ステップと、を備えることを特徴とする制御方法。
15. 前記請求項１４記載の光学装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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