JP2011081110A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドームカバー内に撮像系を収納して撮影する際にドームカバーの影響を少なくし、常に良好なる撮像が行える撮像装置を得ること。
【解決手段】 撮像系と、該撮像系を収納する同心形状のドームカバーと、該撮像系と該ドームカバーとの間に補正レンズを有する撮像装置であって、該ドームカバーの焦点距離ｆｄｏ、該補正レンズの焦点距離ｆｃを各々適切に設定すること。
【選択図】 図２

Description

本発明は、撮像系に半球形状のドームカバーを装着することができる撮像装置に関するものである。

多くの監視カメラでは、撮像系に半球形状のドームカバーが装着されている。ドームカバーは数ミリ程度の厚さの同心形状であり、ドームカバー自体がレンズの作用（光学作用）を持つため、ドームカバーを装着する前後でピントがずれてしまう。このときのピントのずれを補正するようにした撮像装置が知られている（特許文献１〜３）。

特許文献１のレンズ装置は、ケース部材と同じ光学特性を有する部材を装着した状態で撮像系のピント調整を行い、部材を取り外してケース部材を装着することによってピントずれを防止している。特許文献２の監視カメラは、ケース部材に関する情報及び結像光学系に関する情報に基づいてフォーカスレンズのデフォーカス量を制御している。特許文献３の撮像装置は円筒形状の窓部をレンズ前方に備えており、窓部の縦方向と横方向で屈折力が相違することによる焦点距離のずれを補正している。すなわち、窓部の曲げ方向と直交する方向に窓部と同じ曲げ半径の円筒曲げ形状をなす補正板を、窓部とレンズの間に取り付けている。

特開２００７−３３４１１６号公報 特開２００８−１７２４２３号公報 特開２００６−１３９２２号公報

レンズ効果を持つドームカバーを撮像系に装着すると、全系のピント位置が撮像系単独の場合に比べて変動するとともに、全系の焦点距離が撮像系単独の焦点距離に比べて大きく変動する。全系の焦点距離が変動すると、それに対応して撮影画角が変動する。このため、撮像系にドームカバーを装着することができる撮像装置においては、ドームカバーの装着前後のピント変動だけでなく、焦点距離の変動を含む光学性能の変動を軽減することが重要になってくる。ドームカバーを装着したときの焦点距離の変動量は、ドームカバー自体の焦点距離と撮像系の焦点距離の関係により大きく異なる。特に、撮像系の焦点距離が大きくなるほど焦点距離は大きく変動する。つまり、撮像系がズームレンズやバリフォーカルレンズ等のズーミング機能を有する場合は、広角端と望遠端でドームカバーを装着したときの焦点距離の変化量が大きく異なる。したがって、ドームカバーを含めた全系のズーム比がドームカバーの装着によって大きく変化し、光学仕様が大きく変動してしまう。また、ドームカバーを装着したときのピントのずれをフォーカスレンズ群を移動させることによって調整すると、フォーカス可能な被写体距離の範囲が変動してしまう。さらに、撮像系の諸収差（球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率色収差、軸上色収差）がドームカバーの装着によって変動してしまう。

本発明は、ドームカバー内に撮像系を収納して撮影する際にドームカバーの影響を少なくし、良好なる撮像を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像系と、該撮像系を収納する同心形状のドームカバーと、該撮像系と該ドームカバーとの間に補正レンズを有する撮像装置であって、該ドームカバーの焦点距離をｆｄｏ、該補正レンズの焦点距離をｆｃｐとするとき、
−１．１０＜ｆｄｏ／ｆｃｐ＜−０．９０
なる条件を満足することを特徴としている。

この他、本発明の撮像装置は、物体側に補正レンズまたは同心円状のドームカバーが装着される撮像系を有する撮像装置であって、該撮像系はズーミングすることができ、該補正レンズの焦点距離をｆｃｎ、該補正レンズの物体側の面の曲率半径と光線透過有効径を各々Ｒｃ１、φｒｃ１、該撮像系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、該撮像系の全長をＯＡＬとするとき、
−１００＜ｆｃｎ／ＯＡＬ＜−５０

０．３３＜φｒｃ１／ＲＣ１＜０．８９
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、ドームカバー内に撮像系を収納して撮影する際にドームカバーの影響を少なくし、常に良好なる撮像が行える撮像装置が得られる。

本発明の実施例１で用いる撮像系のレンズ断面図 本発明の実施例１の撮像装置の要部断面図 本発明の実施例２の撮像装置の要部断面図 本発明の実施例２で用いる撮像系のレンズ断面図 本発明の撮像系のレンズ構成の説明図

本発明の撮像装置は、撮像系（単焦点距離の撮影レンズやズーム機能を有する撮像レンズ）をドームカバー内に収納したときに生ずる光学特性の変動を、補正レンズを利用して軽減したことを特徴としている。実施例１の撮像装置は、ドームカバーを装着するときに、撮像系とドームカバーとの間に補正レンズを配置して撮像する構成である。一方、実施例２の撮像装置は、ドームカバーを装着していないときに補正レンズを装着して撮像し、ドームカバーを装着するときは補正レンズを取り外して撮像する構成である。

図１は、本発明の実施例１で用いるズームレンズ（撮像系）の広角端におけるレンズ断面図である。図２は実施例１の撮像系にドームカバーを装着するとともに、撮像系とドームカバーの間に補正レンズを配置したときの断面図である。図３は、本発明の実施例２の撮像装置の要部断面図であり、撮像系にドームカバーを装着したときの要部断面図である。図４は本発明の実施例２で用いるズームレンズ（撮像系）の物体側に補正レンズを配置し、ドームカバーを取り外して撮像するときのレンズ断面図である。図５は本発明の撮像系（ズームレンズ）のレンズ構成の説明図である。ドームカバー１は同心形状かつ略半球形状であって、物体側の曲率半径が像側の曲率半径よりも大きくなるため、負の屈折力を持っている。そこで本発明の実施例１の撮像装置では、撮像系（主レンズ系）３とドームカバー１の間に正の屈折力の補正レンズ２ｐを配置しており、実施例２の撮像装置ではドームカバー１を取り外したときに撮像系３の物体側に負の屈折力の補正レンズ２ｎを装着している。

次に、撮像系３の一例としてのズームレンズのレンズ構成を説明する。レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側に位置している。Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当し、銀塩フィルム用カメラの撮像光学系として使用する際にはフィルム面に相当する。なお、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群Ｌ２）が機構上光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

撮像系３は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させて変倍を行うと共に、第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡を有するよう移動させて変倍に伴う像面変動を補正している。また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカスタイプを採用している。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの変倍に伴う像面変動を補正するための移動軌跡である。また、無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印Ｆに示すように、フォーカス群を前方に繰り出すことで行っている。尚、撮像系３はズームレンズに限らず単一焦点距離の撮影レンズであっても良い。

実施例１において、撮像系３にドームカバー１を装着しないときには、図１に示すように、撮像系３に補正レンズ２ｐを装着せずに撮像する。撮像系３にドームカバー１を装着するときには、図２に示すように、ドームカバー１と撮像系３との間に補正レンズ２ｐを配置して撮像する。実施例１において、ドームカバー１は負の屈折力であり、補正レンズ２ｐは正の屈折力である。そして、ドームカバー１の焦点距離をｆｄｏ、補正レンズ２ｐの焦点距離をｆｃｐとする。このとき、
−１．１０＜ｆｄｏ／ｆｃｐ＜−０．９０ ‥‥‥（１）
なる条件を満足している。また、実施例１において、補正レンズ２ｐは、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズより構成されている。そして、ドームカバー１の物体側および像面側の面の曲率半径を各々ＲＤ１，ＲＤ２とする。また、補正レンズ２ｐの物体側および像面側の面の曲率半径を各々ＲＣ１，ＲＣ２とする。このとき、
−１０．０＜（ＲＤ１−ＲＤ２）／（ＲＣ１−ＲＣ２）＜−２．０‥‥（２）
なる条件式を満足している。

条件式（１）は、ドームカバー１の光学作用による光学性能の劣化を低減するために、撮像系３とドームカバー１の間に配置する補正レンズ２ｐを適切なパワー（焦点距離の逆数）にするための条件式である。ドームカバー１と補正レンズ２ｐのパワーの比が条件式（１）から外れた場合には、補正レンズ２ｐのパワーが強すぎるか、若しくは弱すぎるために適正な補正が困難となり好ましくない。なお、条件式（１）の数値範囲は、以下の範囲であればさらに好ましい。

−１．０８＜ｆｄｏ／ｆｃｐ＜−０．９５ ・・・（１ａ）
条件式（２）は、ドームカバー１と補正レンズ２ｐの形状を規定している。ドームカバー１は物体側が凸でメニスカス形状の負レンズとして作用する。条件式（２）は補正レンズ２ｐが物体側が凸でメニスカス形状の正レンズであることを示した条件式である。条件式（２）を満足することにより、補正レンズ２ｐはドームカバー１の各面の曲率中心に対して同心円状に近い曲率を持つことになる。これにより、補正レンズ２ｐによって、単純にパワーを補正するだけでなく、軸上から軸外の光学性能（像面湾曲、非点収差など）を補正することができる。なお、条件式（２）の数値範囲は、以下の範囲であればさらに好ましい。

−７．０＜（ＲＤ１−ＲＤ２）／（ＲＣ１−ＲＣ２）＜−３．５‥‥（２ａ）
実施例２において、撮像系３にドームカバーを装着しないときには、図４に示すように、撮像系３に補正レンズ２ｎを装着して撮像する。撮像系３にドームカバー１を装着するときには、図３に示すように、補正レンズ２ｎが取り外される。

実施例２では、撮像系３にドームカバー１を装着する前後で撮像装置としての光学性能が変わらないように補正レンズ２ｎを構成している。補正レンズ２ｎの屈折力は、ドームカバー１と同様に負の屈折力である。実施例２において、補正レンズ２ｎの焦点距離をｆｃｎ、補正レンズ２ｎの物体側の面の曲率半径と光線透過有効径を各々Ｒｃ１、φｒｃ１とする。撮像系３の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとする。撮像系３の全長をＯＡＬとする。このとき、
−１００＜ｆｃｎ／ＯＡＬ＜−５０ ‥‥‥（３）

０．３３＜φｒｃ１／ＲＣ１＜０．８９ ‥‥‥（５）
なる条件を満足する。ここで撮像系の全長ＯＡＬとは図５に示すように撮像系３の第１レンズ面から像面ＩＰまでの距離である。この全長ＯＡＬには最終レンズ面から像面との間に配置した光学部材Ｇの厚さが、その状態での長さとして換算されている。また、補正レンズ２ｎの光線透過有効径φｒｃ１は、図５に示すように撮像系３の全ズーム範囲にわたり軸外光束が補正レンズ２ｎの物体側の面を通過する範囲である。

条件式（３）〜（５）は補正レンズ２ｎのレンズ構成を規定したものである。条件式（３）、（４）を満足しない場合には、補正レンズ２ｎのパワーが強すぎるか、もしくは弱すぎるため、適正な補正が困難になる。条件式（５）は、補正レンズ２ｎの物体側のレンズ面の有効径に関する。条件式（５）の下限を超えた場合は、光線がけられる状況となるので好ましくない。また、上限を超えた場合は、補正レンズ２ｎの有効径が大きくなりすぎるために、ドームカバー１を外しても十分に小型化できないため好ましくない。なお、条件式（３）〜（５）の数値範囲は、以下の範囲であればさらに好ましい。

−８５＜ｆｃｎ／ＯＡＬ＜−６５ ‥‥‥（３ａ）

０．５＜φｒｃ１／ＲＣ１＜０．７ ‥‥‥（５ａ）
実施例２において撮像系に装着されるドームカバーの焦点距離をｆｄｏとするとき、
０．９０＜ｆｄｏ／ｆｃｎ＜１．１０ ‥‥‥（６）
なる条件を満足するのが良い。これによればドームカバー１を撮影系３に装着したときに良好なる光学性能が容易に得られる。各実施例によれば、補正レンズ２を利用することによって、撮像系３にドームカバー１を装着したときのズーム比の変動やフォーカス可能な被写体距離の変動や光学性能の変動を良好に補正することができる。各実施例において、補正レンズ２はドームカバー１と同一の材料より構成するのが良い。補正レンズ２とドームカバー１を同一の材料よって構成することによって、温度変化による材料の屈折率や曲率の変化を低減することができる。ただし、ドームカバー１と補正レンズ２の線膨張係数が近ければ、必ずしも同一の材料でなくても良い。ドームカバー１は、透光性の透明樹脂材料が主に使用されており、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などを用途に応じて使用するのが良い。また、補正レンズ２に関してもこれらの材料を適宜選択するのが良い。

各実施例の補正レンズ２は透過波長の選択調整を行う手段を備えるのが良い。これは、監視カメラとして屋外で使用する場合に特に好適な構成である。例えば監視カメラの画面内に太陽光が映ると、絞り付近において発熱量が大きくなり周辺の鏡筒部材が熱変形して光学特性が変化してしまう。補正レンズ２が透過波長の選択調整を行う手段を備えることによって、光学特性の変化を低減することができる。各実施例では、熱線（赤外線）の透過を抑えるための熱線吸収フィルターに相当する役割を、状況に応じて補正レンズに持たせている。その際、補正レンズ２自体に熱線吸収の特性を持ったガラス材料を使用しても良いし、または補正レンズ２に熱線を反射させるような特性を持たせたコーティングを施しても良い。そのときの透過率に関しては、例えば以下のような条件を満たせば良い。

Ｔ７５０、Ｔ８００、Ｔ９００をそれぞれ波長７５０ｎｍ、波長８００ｎｍ、波長９００ｎｍにおける透過率とするとき、
Ｔ７５０ ＜ ６０％
Ｔ８００ ＜ ３０％
Ｔ９００ ＜ １０％
とするのが良い。このような光学材料は具体的に例えば、ＨＡ３０、ＨＡ５０（いずれもＨＯＹＡ（株）製）に相当するような、熱線を吸収する材料が適用できる。補正レンズ２は、少なくとも１面が非球面形状であるのが良い。これによれば、ドームカバー１の成形性による面精度やドームカバー１を着脱したことによる光学性能の変化を補正レンズ２のパワーを変えずに非球面係数で効果的に補正することができる。

次に、各実施例に対応する数値実施例１〜６を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間隔、Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。数値実施例１〜４の主レンズの最も像側の６つの面は光学ブロックＧに相当する平面である。また、数値実施例５、６の最も像側の５つの面はダミー面と、光学ブロックＧに相当する平面である。また、ｋ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは非球面係数である。非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ｂｈ^４＋Ｃｈ^６＋Ｄｈ^８＋Ｅｈ^１０
で表される。但しＲは近軸曲率半径である。また、例えば「Ｅ−Ｚ」の表示は「１０−^Ｚ」を意味する。前述の各条件式と各数値実施例との関係を（表６）に示す。

次に各実施例の数値実施例について説明する。数値実施例１〜４は実施例１に対応している。数値実施例１〜４について、撮像系３は共通であり、ドームカバー１と補正レンズ２が数値実施例ごとに異なっている。各数値実施例について、撮像系３のみ、撮像系３とドームカバー１、撮像系３と補正レンズ２とドームカバー１のそれぞれの場合における焦点距離と倍率（ズーム比）を示した。例えば、数値実施例１において、撮像系３のみの広角端と望遠端における焦点距離はそれぞれ３．４０ｍｍ、１３４．４８ｍｍであって、ズーム比は３９．５５である。撮像系３にドームカバー１を装着したときの、広角端と望遠端における焦点距離はそれぞれ３．４２ｍｍ、１１３．７９ｍｍであって、ズーム比は３３．２７まで減少する。すなわち、撮像系３にドームカバー１を装着することによって望遠端の焦点距離が大きく影響されてズーム比が大幅に減少している。

そこで、数値実施例１においては、補正レンズ２を利用することによって、望遠端における焦点距離を１３７．７０ｍｍへ補正して、焦点距離およびズーム比を撮像系３のみの状態に近づけることができる。さらには、ドームカバー１を装着したことによるフォーカスずれの調整も省略することができる。数値実施例５、６は実施例２に対応している。数値実施例５、６において、撮像系３は共通であり、ドームカバー１と補正レンズ２が数値実施例ごとに異なっている。各数値実施例について、撮像系３のみ、撮像系３とドームカバー１、撮像系３と補正レンズ２の組み合わせによる焦点距離を記載している。例えば数値実施例５では撮像系３と補正レンズ２の望遠端における合成の焦点距離は１２３．０１である。撮像系３のみの焦点距離は１６５．６７である。撮像系３をドームカバー１に収納するときは補正レンズ２を外している。このときのドームカバー１と撮像系３の望遠端における合成の焦点距離は１２３．００である。このように、補正レンズ２を利用することによって、ドームカバーを装着していないとき（図４）とドームカバー１を装着したとき（図３）で撮像条件が同じになるようにしている。

以上のように、各実施例によれば、ドームカバーの装着によって変化した焦点距離等の光学性能の変化を低減することができる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１はドームカバー、２は補正レンズ、３は撮像系、２ｐ，２ｎは補正レンズ

Claims (7)

1. 撮像系と、該撮像系を収納する同心形状のドームカバーと、該撮像系と該ドームカバーとの間に補正レンズを有する撮像装置であって、
   該ドームカバーの焦点距離をｆｄｏ、該補正レンズの焦点距離をｆｃｐとするとき、
   −１．１０＜ｆｄｏ／ｆｃｐ＜−０．９０
   なる条件を満足することを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正レンズは、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズより構成され、前記ドームカバーの物体側および像面側の面の曲率半径を各々ＲＤ１，ＲＤ２、該補正レンズの物体側および像面側の面の曲率半径を各々ＲＣ１，ＲＣ２とするとき、
   −１０．０＜（ＲＤ１−ＲＤ２）／（ＲＣ１−ＲＣ２）＜−２．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１の撮像装置。
3. 物体側に補正レンズまたは同心円状のドームカバーが装着される撮像系を有する撮像装置であって、該撮像系はズーミングすることができ、該補正レンズの焦点距離をｆｃｎ、該補正レンズの物体側の面の曲率半径と光線透過有効径を各々Ｒｃ１、φｒｃ１、該撮像系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔ、該撮像系の全長をＯＡＬとするとき、
   −１００＜ｆｃｎ／ＯＡＬ＜−５０
   ０．３３＜φｒｃ１／ＲＣ１＜０．８９
   なる条件を満足することを特徴とする撮像装置。
4. 前記撮像系に装着されるドームカバーの焦点距離をｆｄｏとするとき、
   ０．９０＜ｆｄｏ／ｆｃｎ＜１．１０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項３の撮像装置。
5. 前記補正レンズと前記ドームカバーの材料は同じであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の撮像装置。
6. 前記補正レンズは、透過波長の選択調整を行う手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項の撮像装置。
7. 前記補正レンズの少なくとも１面は非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の撮像装置。