JP2010141671A

JP2010141671A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2010141671A
Application number: JP2008316844A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Nishio; 彰宏西尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】小型化、コストダウンを図りつつ、追尾撮影等を行なうために目的とする被写体の位置を検出したり、その詳細画像を取り込むことができる撮像装置を提供する。
【解決手段】光学系は、狭い画角で被写体の像を形成する第１の撮影光学系１１１と、広い画角で被写体の像を形成する第２の撮影光学系１０１と、これら光学系により形成される２つの像を受けて電気信号に変換する単一の撮像素子１０２と、撮像素子の手前に配置され、第１、第２の結像光学系により形成される２つの像をそれぞれ撮像素子１０２上の第１，第２の領域に分けて形成させる光路合成素子１２０とを備える。第１の撮影光学系は、駆動機構によりチルト方向、パン方向に光軸を偏向することができる。制御部１０６は、撮像素子１０２の第２の領域１０２ｂからの信号に基づいて、目的とする被写体の位置を検出し、第１の撮影光学系が目的とする被写体を撮影できるよう駆動機構を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、画角の異なる複数の撮影光学系を用いた撮像装置に関する。

近年は、防犯のための監視や工業製品の製造自動化や検査等にて、目的とする被写体の位置をリアルタイムで検知し、その被写体の詳細画像を連続的に観察、監視する撮像装置が望まれている。

従来の撮像システムは、それぞれ独立した撮影光学系と撮像素子とを備えた２台の撮像装置を用い、画角の広い撮像装置で目的とする被写体の位置を検出し、検出された位置情報から画角の狭い撮影装置の撮影方向を変化させ、詳細画像を取り込む。

しかしながら、上記した従来の撮像システムでは、複数の撮影装置を用いるためシステム全体のコストアップと大型化を招くという問題があった。特に、撮像素子を複数用いるため、その撮像素子を駆動させる電機回路や画像取り込み回路等の共通化が可能な回路を重複して装備する必要があり、コストがかかる要因となっている。

撮像素子とその駆動回路を単一なものと出来ればコストダウン効果が得られる。そのためには複数の撮影光学系を介した個々の画像を同一撮像素子に形成する方法が考えられる。

２つの撮影光学系により形成される画像を単一の画像記録媒体に形成する方法として、従来は、２つの撮影光学系を用いて立体的な観察像を得るために１コマのフィルム上に同一被写体を撮影するステレオ写真の撮像装置が多く提案されている。このような撮像装置は、例えば、以下の特許文献１，２に記載されている。
特開平５−１１３７３号公報特開平８−１７１１５１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２で開示される撮像装置は、いずれも立体視のためのステレオ写真の撮影を目的としているため、同一画角の撮影光学系を２組用いており、かつ、追尾撮影等を行なうために目的とする被写体の位置を検出したり、その詳細画像を取り込んだりすることはできなかった。

本発明の目的は、システム全体の小型化、コストダウンを図りつつ、追尾撮影等を行なうために目的とする被写体の位置を検出したり、その詳細画像を取り込んだりすることができる撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の撮像装置は、比較的狭い画角で被写体の像を形成する第１の撮影光学系と、比較的広い画角で被写体の像を形成する第２の撮影光学系と、前記第１，第２の撮影光学系により形成される２つの像を受けて電気信号に変換する単一の撮像素子と、前記第１、第２の撮影光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記第１、第２の結像光学系により形成される２つの像をそれぞれ前記撮像素子上の第１，第２の領域に分けて形成させる光路合成素子と、前記第１の撮影光学系の撮影方向を変化させる駆動機構と、前記撮像素子の第２の領域からの信号に基づいて目的とする被写体の位置を検出し、前記第１の撮影光学系が前記目的とする被写体を撮影できるよう前記駆動機構を制御する制御部とを含むことを特徴とする。

請求項１記載の撮像装置によれば、画角の異なる第１、第２の撮影光学系により撮影された画像を単一の撮像素子上の第１，第２の領域に分けて形成するようにしたため、システム全体の小型化、コストダウンを図ることができる。また、撮像素子の第２の領域からの信号に基づいて目的とする被写体の位置を検出し、第１の撮影光学系が前記目的とする被写体を撮影できるよう駆動機構を制御することにより、追尾撮影等を行なうために目的とする被写体の位置を検出したり、その詳細画像を取り込んだりすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の実施の形態に係る撮像装置について説明する。実施の形態に係る撮像装置は、光学系と電気系とから構成される。最初に、図１〜６に基づいて光学的な構成について説明し、その後、電気系について説明する。

図１は、本実施の形態に係る撮像装置の光学系の構成及び作用を示す説明図であり、（Ａ）は撮影目標となる被写体（人物）が登り勾配のある道を走っている状況を示し、（Ｂ）は第１，第２の撮影光学系を含む光学系を示し、（Ｃ）は各撮影光学系により形成される撮像素子上の画像を示す。

図１（Ｂ）に示すように、光学系は、比較的狭い画角で被写体の像を形成する第１の撮影光学系１１１と、比較的広い画角で被写体の像を形成する第２の撮影光学系１０１と、第１，第２の撮影光学系１１１，１０１により形成される２つの像を受けて電気信号に変換する単一の撮像素子１０２と、第１、第２の撮影光学系１１１，１０１と撮像素子１０２との間に配置され、第１、第２の結像光学系により形成される２つの像をそれぞれ撮像素子１０２上の第１，第２の領域に分けて形成させる光路合成素子１２０とを備えている。

第１の撮影光学系１１１は変倍機能を有するズームレンズであり、第２の撮影光学系１０１は広角な画角を有した単焦点レンズである。第１，第２の撮影光学系１１１，１０１は、後に詳述するように、光軸を偏向するための反射部材を有している。光路合成素子１２０は、第１，第２の撮影光学系１１１，１０１のバックフォーカス中に設けられており、それぞれの光学系を介した被写体光線を撮像素子１０２に入射させるように偏向することにより、２つの被写体像を同一の撮像素子１０２面に分割して結像させる。

図１（Ｃ）に示すように、撮像素子１０２上の第１，第２の領域１０２ａ，１０２ｂは、撮像素子１０２の短辺側を２分するように分割され、上半分となる第１の領域１０２ａは第１の撮影光学系１１１にて結像される部分、下半分となる第２の領域１０２ｂが第２の撮影光学系１０１により結像される部分となっている。ここでは、広角の第２の撮影光学系１０１により形成された撮影対象全体のうち、破線で囲まれた目的とする被写体の人物の上半身を拡大した画像が第１の撮影光学系１１１により形成されている。

第１の撮影光学系１１１は、図１（Ｂ）に矢印で示すように、後述の駆動機構によりチルト方向、パン方向に撮影光軸を偏向することができる。後述の制御部は、撮像素子１０２の第２の領域１０２ｂからの信号に基づいて、目的とする被写体の位置を検出し、第１の撮影光学系１１１が目的とする被写体を撮影できるよう駆動機構を制御する。

すなわち、撮像素子１０２の第２の領域１０２ｂにおいて、第２の撮影光学系１０１の撮影軸方向に対し、図１（Ｃ）において破線で囲われた詳細観察部分の被写体像部分を第１の撮影光学系１１１にて捕捉するための相対的な撮影方向角度を演算する。そして、演算された角度情報を用いてパン方向またはチルト方向への駆動量を求め、求められた駆動量に基づいて第１の撮影光学系１１１を駆動制御することにより、撮像素子１０２の第１の領域１０２ａに示されるように、第１の撮影光学系１１１で得られた目的被写体の詳細像を得ることができる。

なお、第１の撮影光学系１１１の撮影方向を変化させる駆動機構は、第１の撮影光学系１１１内の反射部材を移動させるものであってもよいし、２つの撮影光学系１１１，１０１を撮像素子１０２と一体に駆動するものでもよい。

以上述べたように、広角の第２の撮影光学系１０１を用いて目的被写体の位置検知を行ない、望遠の第１の撮影光学系１１１の撮影方向を変化させるような駆動処理を繰り返し行なうことで、被写体が動体であっても追尾して詳細に撮影することができる。

次に本実施の形態において第１の撮影光学系１１１として示している変倍作用を有する好適な光学系の構成について説明する。図２は、図１（Ｂ）における第１の撮影光学系１１１の構成を示すレンズ図である。

図２に示されるように、第１の撮影光学系１１１は、物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４を有しており、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３間に絞りＳＰと回転可能な第１反射部材（ミラー）ＭＲ１１を配置し、第４レンズ群Ｌ４と像面ＩＰとの間のバックフォーカス空間に第２反射部材（ミラー）ＭＲ１２とフィルターＦＩＬとを配置したものである。像面ＩＰには撮像素子１０２が配置される。また、第２反射部材ＭＲ１２は、光路合成素子１２０の一部を構成する。

広角（Ｗｉｄｅ）側から望遠（Ｔｅｌｅ）側への変倍の際は第２レンズ群Ｌ２を図中の直線的な矢印で示したように像面方向に一方向に移動させ、それに伴う像面位置移動を補正するように第４レンズ群Ｌ４を図中曲線の矢印で示したように光軸上で往復するよう移動させる。

第１の撮影光学系１１１の撮影方向をパン方向に変化させるには、第１反射部材ＭＲ１１を光軸に垂直な軸Ｃ１を回転中心としてＲＯ１方向にθ°回転駆動すると共に、第１反射部材ＭＲ１よりも物体側に配置される第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２とをＣ１を回転中心としてＲＯ０方向に２θ°回転移動させる。

また、第１の撮影光学系１１１の撮影方向（光軸の偏向方向）をパン方向とは直交するチルト方向に変化させるには、第１反射部材ＭＲ１１を第３レンズ群Ｌ３及び第４レンズ群Ｌ４の光軸を回転中心としてＲＯ２方向にθ°回転させると共に、第１反射部材ＭＲ１よりも物体側に配置される第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２とを同様に２θ°回転移動させる。

このような移動制御により、第１レンズ群Ｌ１及び第２レンズ群Ｌ２の光軸と、第３レンズ群Ｌ３及び第４レンズ群Ｌ４の光軸とを常に一致させることができ、常に良好な画像が得られる。

次に本実施の形態において第２の撮影光学系１０１として示している広角の単焦点レンズに好適な光学系の構成について説明する。図３は、図１（Ｂ）における第２の撮影光学系１０１の構成を示すレンズ図である。

図３に示すように、第２の撮影光学系１０１は、物体側より負の屈折力を有する前群ＬＦとその像面側に配置された正の屈折力を有する後群ＬＲとから構成されている。前群ＬＦと、後群ＬＲとの間に大きな空間を確保することにより焦点距離を小さくして広角な画角を得ると同時に、光学系全体のレトロフォーカス作用を強くして長いバックフォーカスを得るようにしている。そして、前群ＬＦと後群ＬＲ間に第１反射部材ＭＲ２１と絞りＳＰとが配置され、後群ＬＲと像面ＩＰとの間のバックフォーカス空間に第２反射部材ＭＲ２２とフィルターＦＩＬとが配置されている。像面ＩＰには撮像素子１０２が配置される。また、第２反射部材ＭＲ２は、光路合成素子１２０の一部を構成する。

第２の撮影光学系１０１は、固定して設けられていてもよいが、広域に被写体情報を得られるようにするためには、第１の撮影光学系１１１におけるのと同様に、第１の反射部材ＭＲ１をＲ０１方向、及びＲ０２方向に回転可能とし、前群Ｌ１も可動にしてチルト方向とパン方向の撮影方向を可変にしてもよい。なお、Ｒ０２方向の移動については、絞りＳＰと後群Ｌ２も一体に回転するようにしてもよい。

図２及び図３において、フィルターＦＩＬと像面ＩＰとは両光学系に共通で設けられている。フィルターＦＩＬは、赤外光吸収フィルターやローパスフィルターである。

なお、上記の例では、光学系の一部、すなわち、第１の反射部材ＭＲ１１，ＭＲ２１とこれより物体側のレンズ群とを移動させることにより撮影方向を変化させているが、撮像装置全体をパン、チルト方向に駆動する構成とすれば、第１の反射部材ＭＲ１１，ＭＲ２１は固定してもよい。

また、各光学系のピント合わせのフォーカスレンズ群駆動は、任意のレンズ群を光軸に沿って移動させることで行なえるが、２つの撮影系が同一被写体距離の物を観察する際には撮像素子１０２を光軸に沿って移動させるようにしてもよい。

図４は、図１（Ｂ）における光路合成素子１２０から像面ＩＰまでの構成を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）内の矢印Ｂ方向から見た平面図、（Ｃ）は（Ａ）内の矢印Ｃ方向から見た側面図である。

図４に示すように、光路合成素子１２０は、互いに直角に交差するよう配置された２枚の第２反射部材（ミラー）ＭＲ１２，ＭＲ２２と、これらの間を仕切る遮光板１２１とから構成されている。一方の反射部材ＭＲ１２は、第１の撮影光学系１１１からの光束を像面ＩＰ側に反射させ、他方の反射部材ＭＲ２２は第２の撮影光学系１０１からの光束を像面ＩＰ側に反射させる。遮光板１２１は、一方の撮影光学系の像が他方の像と重複しないように撮像素子１０２の分割位置に立てて配置されている。反射面以外の面は、迷光を防止するために反射防止処理を施すのが望ましい。

図５は、図４に示した光路合成素子の他の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）内の矢印Ｂ方向から見た平面図、（Ｃ）は（Ａ）内の矢印Ｃ方向から見た側面図である。

図５に示す光路合成素子１３０は、図４のミラーに代えてプリズムを反射部材として用いている。すなわち、路合成素子１３０は、反射面となる斜面が互いに直交する方向で配置された２つの直角プリズム１３１，１３２と、これらの間を仕切る遮光板１３３とから構成されている。一方のプリズム１３１は、一方の垂直面から入射した第１の撮影光学系１１１からの光束を斜面で裏面反射させ、他方の垂直面から像面ＩＰ側に射出させる。他方のプリズム１３２は、同様にして第２の撮影光学系１０１からの光束を像面ＩＰ側に偏向する。遮光板１３２の機能は図４の遮光板１２１と同様である。

プリズムは光線が通過する際の光路長を伸ばす作用があるため、光束合成素子としてプリズムを利用すると、各レンズ系に要求されるバックフォーカスを短くすることができる。本実施の形態の撮影光学系は、反射部材及びフィルターを設置するための間隔を確保するためにレトロフォーカス型に設計されているが、プリズム部材を用いる場合には、バックフォーカスに関する制約が少なくなり、光学系の設計自由度を得るのに有利になる。

次に、第１の撮影光学系１１１の変倍時のレンズ配置について説明する。図６は、図１（Ｂ）における第１の撮影光学系１１１の変倍によるレンズの移動を示すレンズ図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間、（Ｃ）は望遠端における配置を示す。なお、第２の撮影光学系１０１は（Ｃ）にのみ記載し、（Ａ），（Ｂ）では記載を省略している。第１の撮影光学系１１１は、図６に示すように第２レンズ群を移動させることにより、焦点距離を変化させ、撮影倍率を変化させることができる。また、第４レンズ群を移動させることにより、変倍による焦点位置のズレを補正している。

次に、第２の撮影光学系１０１を通して得られた画像から目的被写体を検知して第１の撮影光学系１１１で追尾撮影を行なうための処理の流れを説明する。

図７は、広角な画角で追尾の目標被写体を探索するための第２の撮影光学系１０１を通して撮像素子１０２の第２の領域１０２ｂに形成された画像の例を示す。ここで目的被写体は画面左側の人物であり、破線で囲われた範囲を第１の撮影光学系１１１により撮影することを想定する。

図７中の画面中心の十字線中心が第２の撮影光学系１０１で撮影される被写体の撮影中心位置（被写体へ向う第２の撮影光学系の撮影光軸方向）とする。そして、撮影中心位置から目的被写体像の中心までの水平方向の距離をΔＨ、垂直方向の距離をΔＶとする。

予め第２の撮像光学系１０１の像高変化に対する画角変化の関係式や関係表を記憶しておくことで、撮像素子１０２面上の中心位置から目的被写体位置までの距離（像高）情報を得ることができる。そして次に、目的被写体と第２の撮影光学系１０１の撮影光軸とのパン方向及びチルト方向における角度差を算出する。

これらの角度差は、第２の撮影光学系１０１の撮影光軸と目的被写体との水平方向（パン方向）の角度差をΔωＨ、垂直方向（チルト方向）の角度差をΔωＶとして、例えば以下の関係式により求められる。
ΔωＨ＝Ａ０＋Ａ１・ΔＨ＋Ａ２・ΔＨ２＋Ａ３・ΔＨ３＋・・・＋Ａi・ΔＨi
ΔωＶ＝Ａ０＋Ａ１・ΔＶ＋Ａ２・ΔＶ２＋Ａ３・ΔＶ３＋・・・＋Ａi・ΔＶi
ここで、係数Ａ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・、Ａiは、予め第２の撮影光学系１０１の光学特性に合わせて計算し、装置に記憶をさせておく。上記の多項式により、撮像素子１０２上での画面中心から被写体までの距離に応じた撮影光軸からの撮影角度差を求めることができる。

次に、本実施の形態の撮像装置の電気的構成例とその制御例を図８及び図９に基づいて説明する。図８は、図１（Ｂ）の撮影光学系を搭載した撮像装置の電気的構成例を示すブロック図、図９は、図８の撮像装置による被写体認識を行な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８において、撮像装置は、広角な画角を有する第２の撮影光学系１０１と、この第２の撮影光学系１０１の撮影画界中からより詳細な被写体像を撮影するための第１の光学系１１１と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、第２の撮影光学系１０１及び第１の撮影光学系１１１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を第１の撮像光学系１１１により形成された像を受ける第１の領域１０２ａからの信号と、第２の撮影光学系１０１により形成された像を受ける第２の領域１０２ｂからの信号とに分離し、それぞれ信号処理を施し、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の一時記憶領域を有する。操作部１０５は、ユーザが撮像装置に対して各種の指示を入力するのに使用される。

制御部１０６は、撮像装置全体の制御を司ると共に、第１の撮影光学系の撮影方向を変化させる駆動機構としてのパン駆動機構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動作を行ない、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なう。チルト駆動機構１１０及びパン駆動機構１０９は、第１の撮影光学系１１１の撮影方向を変化させる駆動機構に相当する。第１の撮影光学系の変倍機構１１２は、制御部１０６の制御に基づき、必要な被写体像倍率を得るよう第１の撮影光学系１１１の焦点距離を変化させる。

制御部１０６は、格納部１０７に格納された制御プログラムと、それに用いられる第１の撮影光学系を必要量駆動させるための前述したような多項次式の係数に基づき、図９のフローチャートに示す追跡撮影処理を実行する。

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れた場所（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。

なお、第２の撮影光学系１０１の撮影範囲を拡大するために撮影光軸方向を可変にする場合は、第２の撮影光学系１０１中にも駆動機構１１３を配置して制御部１０６により制御すればよい。

続いて、図９に基づいて追跡撮影処理について説明する。ここでは、予め追尾の目標とする被写体情報（特徴）を操作部１０５より与え、記憶部１０４にその被写体を判断するためのデータが保持されているものと想定する。また、何れのステップの処理中においても、操作部１０５からの割り込み信号により流れを中断できるものとする。

追跡処理が開始されると、撮像装置の制御部１０６は、操作部１０５を介して第２の撮影光学系１０１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、第１の撮影光学系１１１に現在設定されているパン及びチルトの撮影光軸方向を検出し、第２の撮影光学系１０１の撮影光軸方向に対する相対角度を演算して記憶部１０４へ格納する(ステップＳ２)。

次に、制御部１０６は、予め記憶部１０４に保持されているデータを用い、第２の撮影光学系１０１の画像範囲から目的被写体を認識し(ステップＳ３)、目的被写体が認識できたかどうか判別する（ステップＳ４）。

目的被写体が認識できなかった場合（ステップＳ４でＮｏ）、第２の光学系を固定とする場合には、ステップＳ３に戻り、目的被写体が認識されるまで認識判断処理をステップＳ３とステップＳ４とを繰り返す。一方、第２の撮影光学系１１１が撮影光軸を変化させる駆動機構を有している場合には、ステップＳ３にて目的となる被写体が検知できなかった場合には、撮影範囲を変化させるように第２の光学系の駆動機構１１３を駆動し（ステップＳ４’）、ステップＳ１に戻り第２の撮影光学系１１１のパン、チルト角度を再度検出する。

ステップＳ４にて目的被写体が認識されたと判断された場合には、制御部１０６は、その目的被写体の画面中心からの水平方向距離（ΔＨ）及び垂直方向距離（ΔＶ）を演算により求める（ステップＳ５）。

次に、制御部１０６は、ステップＳ５で求められたΔＨ、ΔＶの情報から予め格納部１０７に収められている多項次の換算式と係数を用いて、目的被写体のパン方向角度（ωＨ）とチルト方向角度（ωＶ）を算出する（ステップＳ６）。

そして、制御部１０６は、第１の撮影光学系１１１の現在における駆動系の停止位置から駆動すべき移動量を算出し（ステップＳ７）、その値（駆動角度）が規定値以上かどうか判別する（ステップ８）。

駆動角度が規定値未満の場合（ステップＳ８でＮｏ）には、第１の撮影光学系１１１の撮影方向を変更向する必要がないと判断し、ステップＳ３へ戻り、上記した処理を繰り返す。

一方、駆動角度が規定値以上の場合（ステップＳ８でＹＥＳ）には、第１の撮影光学系のパン機構１０９とチルト機構１１０を駆動し（ステップＳ９）、さらに、第１の光学系で捉える目的被写体像の像倍率が規定範囲になるように光学系の変倍機構１１２を駆動制御し（ステップＳ１０）、ステップＳ２へ戻り、上記した処理を繰り返し行なうことで目的被写体の追尾撮影を行なう。この際、ステップＳ２ではなくステップＳ１０からＳ１に戻るようにすれば、第２の光学系の撮影方向変化があってもそのパン、チルト角度が補正される。

なお、上記した動作ステップはパン方向とチルト方向の２方向の判別と駆動とを共に行なう必要はなく、必要に応じてどちらか一方向のみの駆動でもよい。

また、第２の撮影光学系１０１で撮影されている目的被写体の画面中心からの水平、垂直方向への距離をもとに求められる目的被写体方向角度、及び第２の撮影光学系１０１の撮影軸と第１の撮影光学系１１１の撮影軸との相対角度差がわかれば、撮像装置全体をパン及びチルト駆動させる方法を用いてもよい。

最後に、図２及び図３に示される第１，第２の撮影光学系１１１，１０１の具体的な数値構成例について説明する。第１の撮影光学系１１１の数値構成は、表１に示される。表中の記号ｆは焦点距離、Fno.はFナンバー、２ωは画角、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚若しくは空気間隔、ｎはｄ線(588nm)での屈折率、νはアッベ数である。面番号は、物体側から順に付されている。

第１レンズ群と第２レンズ群との間隔ｄ５、第２レンズ群と絞りとの間隔ｄ１２、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔ｄ１８、第４レンズ群とフィルターとの間隔ｄ２１は、変倍による焦点距離の変化に応じて変化する。変化の値は表２に示される。

なお、第１の撮影光学系は、第１５面及び第１６面（第３レンズ群の物体側のレンズの両面）が回転対称な非球面である。非球面は、光軸からの高さがＹとなる非球面上の座標点の非球面頂点の接平面からの距離をＸ、非球面頂点の曲率(1／r)をＣ、円錐係数をＫ、２次、４次、６次、８次、１０次の非球面係数をＡ₂、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀として、以下の式で表される。これらの非球面係数は、表３に示される。表１中の非球面の曲率半径は、非球面頂点の曲率半径である。

Ｘ=(ＣＹ^２／(１＋√(１−(１＋Ｋ)Ｃ^２Ｙ^２)))＋Ａ₂Ｙ²＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₆Ｙ⁶＋Ａ₈Ｙ^８＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰

図１０は、広角端おける第１の撮影光学系１１１のd線(588nm)、g線(436nm)における球面収差、非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)、歪曲収差、ｄ線を基準としたｇ線における倍率色収差を示すグラフである。球面収差のグラフの縦軸は入射瞳への入射高さ(mm)、横軸は光軸方向の距離(mm)、非点収差のグラフの縦軸は像高(mm)、横軸は光軸方向の距離(mm)、歪曲収差のグラフの縦軸は像高(mm)、横軸はパーセント、倍率色収差のグラフの縦軸は像高(mm)、横軸は像平面上の距離(mm)である。

図１１は、中間の焦点距離における第１の撮影光学系１１１の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。また、図１２は、望遠端における第１の撮影光学系１１１の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。

第２の撮影光学系１０１の数値構成は表４に示される。第２の撮影光学系は、第３面及び第４面（前群の像側のレンズの両面）が回転対称な非球面である。非球面係数は、表５に示される。表中の記号の意味は上記と同様である。

図１３は、第２の撮影光学系１０１の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。

本実施の形態に係る撮像装置の光学系の構成及び作用を示す説明図であり、（Ａ）は撮影目標となる被写体（人物）が登り勾配のある道を走っている状況を示し、（Ｂ）は第１，第２の撮影光学系を含む光学系示し、（Ｃ）は各撮影光学系により形成される撮像素子上の画像を示す。図１（Ｂ）における第１の撮影光学系の構成を示すレンズ図である。図１（Ｂ）における第２の撮影光学系の構成を示すレンズ図である。図１（Ｂ）における光路合成素子から撮像素子までの構成を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）内の矢印Ｂ方向から見た平面図、（Ｃ）は（Ａ）内の矢印Ｃ方向から見た側面図である。図４に示した光路合成素子の他の例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）内の矢印Ｂ方向から見た平面図、（Ｃ）は（Ａ）内の矢印Ｃ方向から見た側面図である。図１（Ｂ）における第１の撮影光学系の変倍によるレンズの移動を示すレンズ図であり、（Ａ）は広角端、（Ｂ）は中間、（Ｃ）は望遠端における配置を示す。図１（Ｂ）における第２の撮影光学系を通して撮像素子の第２の領域に形成された画像の例を示す説明図である。図１（Ｂ）の撮影光学系を搭載した撮像装置の電気的構成例を示すブロック図である。図８の撮像装置による被写体認識を行な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２に示される第１の撮影光学系の広角端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。図２に示される第１の撮影光学系の中間の焦点距離における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。図２に示される第１の撮影光学系の望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。図３に示される第２の撮影光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示すグラフである。

符号の説明

１１１第１の撮影光学系
１０１第２の撮影光学系
１０２撮像素子
１０６制御部
１０９第１の撮影光学系のパン機構
１１０第１の撮影光学系のチルト機構
１１２第１の撮影光学系の変倍機構
１２０光路合成素子

Claims

比較的狭い画角で被写体の像を形成する第１の撮影光学系と、
比較的広い画角で被写体の像を形成する第２の撮影光学系と、
前記第１，第２の撮影光学系により形成される２つの像を受けて電気信号に変換する単一の撮像素子と、
前記第１、第２の撮影光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記第１、第２の撮影光学系により形成される２つの像をそれぞれ前記撮像素子上の第１，第２の領域に分けて形成させる光路合成素子と、
前記第１の撮影光学系の撮影方向を変化させる駆動機構と、
前記撮像素子の第２の領域からの信号に基づいて目的とする被写体の位置を検出し、前記第１の撮影光学系が前記目的とする被写体を撮影できるよう前記駆動機構を制御する制御部とを含むことを特徴とする撮像装置。
前記光路合成素子は、互いに交差する２つの反射面を備え、それぞれの反射面においてそれぞれの撮影光学系の光軸を前記撮像素子の方向に偏向させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記第１の撮影光学系は、回転可能な反射部材を備え、前記駆動機構は、前記反射部材を回転駆動することにより前記第１の撮影光学系の光軸の偏向方向を変化させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記駆動機構は、前記第１，第２の撮影光学系を一体にチルトまたはパン方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記制御部は、前記撮像素子の第２の領域からの信号に基づいて前記第１の撮影光学系が前記目的とする被写体を撮影するための相対的な撮影方向角度を演算し、前記演算された角度情報を用いてパン方向またはチルト方向への駆動量を求め、求められた駆動量に基づいて前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記制御部は、前記撮像素子の第２の領域からの信号に基づいて目的とする被写体を追尾するように前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。