JP2016057456A - レンズ装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広角画像及び望遠画像を迅速かつ容易に取得できるレンズ装置、及びそのようなレンズ装置を備えた撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一の態様に係るレンズ装置は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなり、一方が広角光学系であり他方が望遠光学系である撮影光学系を備えるレンズ装置であって、広角光学系は中央部分が欠落した広角像を結像面に結像させ、望遠光学系は、中央部分に対応する望遠像を結像面に結像させる。斯かる態様のレンズ装置及びそのようなレンズ装置を備えた撮像装置によれば、同一の光軸上に配置された中央光学系及び環状光学系により広角画像及び望遠画像を迅速かつ容易に取得でき、画像間で視差が生じることもない。【選択図】 図４

Description

本発明はレンズ装置及び撮像装置に関し、特に広角画像及び望遠画像を取得できるレンズ装置、及びそのようなレンズ装置を備える撮像装置に関する。

近年、広角画像及び望遠画像を撮像することができる撮像装置が知られている（例えば、特許文献１−３を参照）。

特許文献１，２に記載のシステムは、いずれも広角画像を撮像する広角カメラと、電動雲台（パン・チルト装置）に搭載された望遠画像を撮像する望遠カメラとを備え、広角カメラにより撮像された広角画像から追尾対象の物体を検出し、検出した物体の広角画像における位置情報に基づいて電動雲台を回動制御し、望遠カメラにより物体を自動追尾して望遠撮像することを基本的な構成としている。

また、特許文献３に記載のシステムは、光軸が直交する広角光学系と望遠光学系とミラーで切り替えて、いずれかの光学系による光学像を共通の撮像素子上に結像させるようにしている。

一方、円形状または円環状の瞳領域を有する結像レンズを通過した被写体光を選択的に受光可能な受光素子により、空間周波数特性が異なる複数の画像を同時に取得できる撮像装置が知られている（特許文献４）。

また、焦点距離が異なるレンズを同心円状に組み合わせたレンズを用いた画像処理装置が知られている（特許文献５）。

さらに、複数の瞳領域がそれぞれ異なる焦点距離を有する多焦点レンズと瞳指向センサとを組み合わせた撮像装置において、複数の領域のうちの一の領域に対応させた遮光部材を用いて、他の領域を通過した光束の影響を除去するようにしたものが知られている（特許文献６）。

特開平１１−６９３４２号公報 特開２００６−３３２２４号公報 特開２００９−１２２３７９号公報 特開２０１２−２５３６７０号公報 特開２００７−３０６４０６号公報 ＷＯ２０１３／０２７５０７号公報

特許文献１，２に記載のシステムは、いずれも２台の独立した広角カメラと望遠カメラとを備えることを基本構成としているため、システムが高価になるとともに大型化してしまい、また広角画像と望遠画像とを同時に取得したい場合は２台のカメラ間で同期を取る必要がある。さらに、広角カメラと望遠カメラの光軸は共通ではなく、それぞれ撮像される広角画像と望遠画像とに視差が生じてしまう。

また特許文献３に記載のシステムは、広角光学系と望遠光学系とで光軸が異なり、またいずれかの光学系を選択的に用いるものである（両方の光学系を同時に使用することはできない）ため、広角光学系と望遠光学系とで撮影方向が同一の画像を同時に取得することはできなかった。

また、特許文献４に記載の撮像装置はフォーカス状態の異なる複数の画像（シャープな画像とソフトフォーカスな画像）を得るためのもので、広角画像及び望遠画像を得られるものではなかった。

さらに、特許文献５に記載の画像処理装置も、合焦状態が異なる画像が重畳された画像を画像処理することで、近距離から遠距離にわたって良好なフォーカス状態の画像を得ようとするもので、広角画像及び望遠画像を得られるものではなかった。

また、特許文献６に記載の撮像装置は多焦点レンズを用いたものであって広角画像及び望遠画像を得られるものではなく、また瞳指向センサを用いているためレンズ装置と当該レンズ装置が取り付けられる撮像装置本体との組み合わせに制約が生じてしまう。

このように、上述した特許文献１−６に記載されるような従来の技術では、広角画像及び望遠画像を同時に取得することは困難であり、仮に広角画像及び望遠画像を取得したとしても、切り替えて表示するのでは画像を同時に確認できないし、画像処理により重畳表示するのでは撮像装置に対する制約となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、広角画像及び望遠画像を迅速かつ容易に取得できるレンズ装置、及びそのようなレンズ装置を備えた撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の態様に係るレンズ装置は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなり、一方が広角光学系であり他方が望遠光学系である撮影光学系を備えるレンズ装置であって、広角光学系は中央部分が欠落した広角像を結像面に結像させ、望遠光学系は、中央部分に対応する望遠像を結像面に結像させる。

本発明の第１の態様によれば、同一の光軸上に配置された中央光学系及び環状光学系により広角画像及び望遠画像（広角像の中央部分に望遠像が結像した画像）を迅速（同時に）かつ容易に（カメラの切替や同期を取るなどの手間もなく）取得でき、画像間で視差が生じることもない。

なお第１の態様及び以下に示す各態様において、レンズ装置は撮像装置本体に交換可能に取り付けられるものであってもよいし、固定的に取り付けられるものであってもよい。

本発明の第２の態様に係るレンズ装置は第１の態様において、広角像における中央部分の形状及び大きさと望遠像の形状及び大きさとが等しい。すなわち広角像の欠落部分の形状及び大きさが望遠画像の形状及び大きさと等しいので、欠落部分周辺での抜け（広角画像・望遠画像のいずれも結像していない部分）や重複（広角画像・望遠画像のいずれもが結像している部分）のない画像が得られる。

本発明の第３の態様に係るレンズ装置は第１または第２の態様において、広角光学系は中央光学系であり、広角像中の欠落した中央部分に対応する光束を遮光する第１の遮光部材を備える。第３の態様は、中央部分が欠落した広角像を得るための一態様（遮光で結像領域を調整）を規定したものである。

本発明の第４の態様に係るレンズ装置は第１または第２の態様において、広角光学系は環状光学系であり、中央光学系で遮光されることにより中央部分が欠落して広角像を結像面に結像させる。第４の態様は、中央部分が欠落した広角像を得るための他の態様を規定したものである。

本発明の第５の態様に係るレンズ装置は第１から第４の態様のいずれか一において、望遠光学系は、結像面に結像される望遠像のうちの周辺部分を遮光する第２の遮光部材を備える。第５の態様のような第２の遮光部材を備えることで、結像面に結像される望遠像のうちの周辺部分が遮光されるので、望遠像の周辺部分で望遠像と広角像とが重畳されて画質が劣化するのを防止することができる。第５の態様は、広角像の中央部分に合わせた望遠像を得るための一態様（遮光で結像領域を調整）を規定するものである。

本発明の第６の態様に係るレンズ装置は第１から第５の態様のいずれか一において、望遠光学系は、中央部分に対応する望遠像を結像面に結像させる画角を有する。第６の態様は広角像の中央部分に合わせた望遠像を得るための他の態様（光学系の画角で結像領域を調整）を規定するものである。

本発明の第７の態様に係るレンズ装置は第１から第６の態様のいずれか一において、望遠光学系は、結像面に結像される望遠像のうちの周辺部分を遮光するレンズフードを有する。

本発明の第８の態様に係るレンズ装置は第１から第７の態様のいずれか一において、環状光学系は光束を２回以上反射させる反射光学系を有する。第８の態様のような反射光学系を用いることで、環状光学系の光軸方向長さを短くすることができ、撮像装置を小型化することができる。

本発明の第９の態様に係るレンズ装置は第８の態様において、環状光学系は、反射光学系に入射した光束のうちの一部の反射を防止する反射防止部材を備える。このような反射防止部材によっても、環状光学系の結像領域（広角光学系の欠落部分、あるいはそれに対応した望遠光学系の結像領域）を設定することができる。

上記目的を達成するため、本発明の第１０の態様に係る撮像装置は、第１から第９のいずれか一に記載のレンズ装置と、レンズ装置が取り付けられる撮像装置本体と、を備える撮像装置であって、撮像装置本体は、２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する撮像素子であって、中央光学系及び環状光学系を介して入射する光束を受光する複数の画素を含む撮像素子と、撮像素子が受光した光束から、広角像の中央部分に望遠像が結像した像を示す画像を生成する画像生成部と、を有する。第１０の態様は、上述した各態様に係るレンズ装置を備える撮像装置を規定したもので、同一の光軸上に配置された中央光学系及び環状光学系により広角画像及び望遠画像（広角像の中央部分に望遠像が結像した画像）を迅速かつ容易に取得でき、画像間で視差が生じることもない。

なお第１０の態様では第１から第９の態様と同様に、レンズ装置は撮像装置本体に交換可能に取り付けられるものであってもよいし、固定的に取り付けられるものであってもよい。

本発明のレンズ装置及び撮像装置によれば、広角画像及び望遠画像を迅速かつ容易に取得できる。

図１は、第一の実施形態に係る撮像装置（レンズ装置及び撮像装置本体）の外観斜視図である。 図２は、第一の実施形態に係るレンズ装置の正面図である。 図３は、第一の実施形態に係る撮像装置の主要構成を示すブロック図である。 図４は、第一の実施形態に係るレンズ装置の構成を示す断面図である。 図５は、第一の実施形態に係る撮像装置で取得される画像を説明するための図である。 図６は、第一の実施形態に係る撮像装置で取得される広角画像及び望遠画像の例を示す図である。 図７は、第一の実施形態に係る撮像装置で取得される画像の例を示す図である。 図８は、第一の実施形態に係る撮像装置で取得される画像の他の例を示す図である。 図９は、第一の実施形態に係るレンズ装置の構成の他の例を示す図である。 図１０は、第一の実施形態に係るレンズ装置の構成のさらに他の例を示す図である。 図１１は、他の実施形態に係るレンズ装置の構成を示す断面図である。

以下、添付図面に従って本発明に係るレンズ装置及び撮像装置の実施の形態について説明する。

＜第一の実施形態＞
＜撮像装置の外観＞
図１は、本発明の一の実施形態に係る撮像装置１００の外観を示す斜視図である。撮像装置１００は、撮像装置本体２００と、撮像装置本体２００に交換可能に装着されるレンズ装置３００と、から構成される。レンズ装置３００は、レンズ装置本体３０２と、第１の遮光部材３０４Ａ及び第２の遮光部材（レンズフード）３０４Ｂからなるフード３０４とから構成される。撮像装置本体２００とレンズ装置３００とは、撮像装置本体２００に備えられたマウント２４６と、マウント２４６に対応するレンズ装置３００側のマウント３４６（図３参照）と、が結合されることにより交換可能に装着される。また撮像装置本体２００の前面にはマウント２４６の他、フラッシュ２４０が設けられており、上面にはレリーズボタン２２０−１及び撮影モード設定用のダイヤル２２０−２が設けられている。

なお本実施の形態ではレンズ装置３００が撮像装置本体２００に交換可能に装着される場合について説明するが、本発明のレンズ装置及び撮像装置はレンズ装置が交換可能な場合に限定されるものではなく、レンズ装置が撮像装置本体に固定的に設けられていてもよい。

図２は、フード３０４の正面図である。レンズ装置３００の光軸Ｌを中心とした円形の領域に第１の遮光部材３０４Ａが設けられており、側面には円筒状の第２の遮光部材３０４Ｂが設けられている。第１の遮光部材３０４Ａと第２の遮光部材３０４Ｂの間の円環状の領域には透明な光学部材が設けられており、この光学部材を介して第１の遮光部材３０４Ａが第２の遮光部材３０４Ｂに固定される。

＜カメラの構成＞
図３は撮像装置１００の構成を示すブロック図である。撮像装置１００の動作は、撮像装置本体２００のメインＣＰＵ（Central Processing Unit）２１４及びレンズ装置３００のレンズＣＰＵ３４０によって統括制御されている。メインＣＰＵ２１４の動作に必要なプログラムやデータは撮像装置本体２００内のフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）２２６及びＲＯＭ２２８に記憶されており、レンズＣＰＵ３４０の動作に必要なプログラムやデータはレンズＣＰＵ３４０内のＲＯＭ３４４に記憶されており、またレンズＣＰＵ３４０の動作はＲＡＭ（Random Access Memory）３４２を用いて行われる。

撮像装置本体２００には、レリーズボタン２２０−１及びダイヤル２２０−２の他、再生ボタン、ＭＥＮＵ／ＯＫキー、十字キー、ＢＡＣＫキー等を含む操作部２２０が設けられており、ユーザは操作部２２０に含まれるボタンやキーを操作することにより、撮影／再生モードの選択、撮影開始、画像の選択・再生・消去、ズーム指示等の指示が可能になっている。操作部２２０からの信号はメインＣＰＵ２１４に入力され、メインＣＰＵ２１４は入力信号に基づいて撮像装置本体２００の各回路を制御すると共に、マウント２４６及びマウント通信部２５０を介してレンズ装置３００との間で信号を送受信する。

マウント２４６には端子２４７が設けられており、マウント３４６には端子３４７が設けられていて、レンズ装置３００を撮像装置本体２００に装着すると、対応する端子２４７と端子３４７とが接触して通信が可能となる。レンズ装置３００側では、マウント３４６，端子３４７，マウント通信部３５０を介して撮像装置本体２００との通信が行われる。

上述した端子には例えば接地用端子、同期信号用端子、シリアル通信用端子、制御ステータス通信用端子、及び撮像装置本体２００のバッテリ２４２からレンズ装置３００の各部への電源供給用端子が含まれる。

撮影モードにおいて、被写体光はレンズ装置３００のレンズ群（後述）及び絞りＩを介して、撮像装置本体２００の撮像素子２０２（画像生成部）の受光面に結像される。撮像素子２０２としてはＭＯＳ（Metal-Oxide Semiconductor）型撮像素子（ＣＭＯＳ；Complementary Metal-Oxide Semiconductor等）の他、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）型のものを用いることができる。上記レンズ群に含まれる図示せぬフォーカスレンズ及び絞りＩは、レンズＣＰＵ３４０によって制御されるレンズ制御部３１０及び絞り制御部３３０によって駆動されて、フォーカス制御・絞り制御が行われる。

レンズ制御部３１０は、レンズＣＰＵ３４０からの指令に従い、図示せぬフォーカスレンズを光軸方向に進退動作させて被写体に合焦させる。絞り制御部３３０は、レンズＣＰＵ３４０からの指令に従い、絞りＩの絞り値を変更する。なお絞りＩに代えて、あるいはこれに加えて、光路中に可変ＮＤフィルタを挿入して広角像・望遠像の明るさを調節するようにしてもよい。

なお図３において、撮影光学系１２（中央光学系１３，環状光学系１４）の構成は簡略化して概念的に示している。

レリーズボタン２２０−１の第１段階の押下（半押し）があると、メインＣＰＵ２１４はＡＦ（Automatic Focus）及びＡＥ（Automatic Exposure）動作を開始させ、これに応じてＡ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換器２０４から出力される画像データがＡＥ／ＡＷＢ検出部２２４に取り込まれる。メインＣＰＵ２１４は、ＡＥ／ＡＷＢ（Automatic Exposure/Automatic White Balance）検出部２２４に入力されたＧ信号の積算値より被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、その結果に基づいて絞りＩの絞り値、撮像素子２０２での電荷蓄積時間（シャッタスピードに相当）、フラッシュ２４０の発光時間等を制御する。

ＡＦ検出部２２２は、コントラストＡＦ処理又は位相差ＡＦ処理を行う部分である。コントラストＡＦ処理を行う場合には、フォーカス領域内の画像データの高周波成分を積分して算出した、合焦状態を示すＡＦ評価値が極大となるようにレンズ鏡筒内の図示せぬフォーカスレンズを制御する。また、位相差ＡＦ処理を行う場合には、画像データのうちのフォーカス領域内の複数の位相差を持った画素を用いて算出した位相差データから求めたデフォーカス量が０になるように、レンズ制御部３１０を介してレンズ装置３００内の図示せぬフォーカスレンズを制御する。

ＡＥ動作及びＡＦ動作が終了し、レリーズボタン２２０−１の第２段階の押下（全押し）があると、フラッシュ制御部２３８を介した制御によりフラッシュ２４０が必要な時間発光する。また撮像素子制御部２０１から加えられる読み出し信号に基づいて、撮像素子２０２に蓄積された信号電荷が信号電荷に応じた電圧信号として読み出され、アナログ信号処理部２０３に加えられる。アナログ信号処理部２０３は、撮像素子２０２から出力された電圧信号に対して相関二重サンプリング処理により各画素のＲ、Ｇ、Ｂ信号をサンプリングホールドし、増幅した後Ａ／Ｄ変換器２０４に加える。Ａ／Ｄ変換器２０４は、順次入力するアナログのＲ、Ｇ、Ｂ信号をデジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換して画像入力コントローラ２０５に出力する。なお、撮像素子２０２がＭＯＳ型撮像素子である場合は、アナログ信号処理部２０３及びＡ／Ｄ変換器２０４は撮像素子２０２内に内蔵されている（即ち、撮像素子から直接デジタルの信号が出力される）ことが多く、また上記相関二重サンプリングは必要としない。

画像入力コントローラ２０５から出力された画像データはデジタル信号処理部２０６（画像生成部）に入力されてオフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲイン・コントロール処理、ガンマ補正処理、ＹＣ処理等の信号処理が行われ、ＶＲＡＭ（Video RAM）２３０への書き込み／読み出しを経て表示制御部２１０でエンコーディングされてモニター２１２に出力され、これにより被写体像がモニター２１２に表示される。

また、レリーズボタン２２０−１の全押しに応答してＡ／Ｄ変換器２０４から出力される画像データが画像入力コントローラ２０５からＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory；メモリ）２３２に入力され、一時的に記憶される。ＳＤＲＡＭ２３２への一時記憶後、デジタル信号処理部２０６におけるゲイン・コントロール処理、ガンマ補正処理、ＹＣ処理等の信号処理や圧縮・伸張処理部２０８でのJPEG(joint photographic experts group)形式への圧縮処理等を経て画像ファイルが生成され、その画像ファイルは、メディア制御部２３４により読み出されてメモリカード２３６に記録される。メモリカード２３６に記録された画像は、操作部２２０の再生ボタンを操作することによりモニター２１２で再生表示することができる。

またデジタル信号処理部２０６は、入力するデジタルの画素信号（ＲＧＢの点順次のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）に対して、ＲＧＢのモザイク画像の信号に対するデモザイク処理を行う。ここで、デモザイク処理とは、単板式の撮像素子２０２のカラーフィルタ配列に対応したＲＧＢのモザイク画像から画素毎に全ての色情報を算出する処理であり、同時化処理ともいう。例えば、後述するようにＲＧＢ３色のカラーフィルタを備える撮像素子２０２の場合、ＲＧＢからなるモザイク画像から画素毎にＲＧＢ全ての色情報を算出する処理である。

また、デジタル信号処理部２０６は、デモザイク処理されたＲＧＢの色情報（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）から輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成するＲＧＢ／ＹＣ変換等を行い、所定のフレームレートの広角画像及び望遠画像を示す動画記録用及び動画表示用の画像信号を生成する。

＜光学系の構成＞
図４は、撮像装置１００に適用された撮影光学系１２の第１の実施形態を示す断面図である。この撮影光学系１２は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系１３と、その周辺部の環状光学系１４とから構成されている。なお図４では、各光学系に入射する光束のうち図の上半分（光軸Ｌより上の方向）から入射するもののみ示し、図の下半分から入射するものは図示を省略している。

中央光学系１３は、第１レンズ１３ａ，第２レンズ１３ｂ，第３レンズ１３ｃ，第４レンズ１３ｄ，第５レンズ１３ｅ，第６レンズ１３ｆ，第７レンズ１３ｇ，第８レンズ１３ｈ，第９レンズ１３ｉ，第１０レンズ１３ｊ，第１１レンズ１３ｋ，共通レンズ１５ａ，及びカバーガラス１５ｂから構成された広角光学系であり、撮像素子２０２の結像面上に広角像を結像させる。中央光学系１３はまた、図示せぬフォーカスレンズを含んでおり、レンズ制御部３１０の制御によりフォーカスレンズが駆動されてフォーカス制御が行われる。

環状光学系１４は、第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、第３レンズ１４ｃ、反射光学系としての第１反射ミラー１４ｄ（第３レンズ１４ｃの撮像素子２０２側に設けられる）及び第２反射ミラー１４ｅ（第２レンズ１４ｂの撮像素子２０２側に設けられる）、共通レンズ１５ａ、及びカバーガラス１５ｂから構成された望遠光学系であり、撮像素子２０２の結像面上に望遠像を結像させる。第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、及び第３レンズ１４ｃを介して入射した光束は、第１反射ミラー１４ｄ及び第２反射ミラー１４ｅにより２回反射された後、共通レンズ１５ａを通過する。第１反射ミラー１４ｄ及び第２反射ミラー１４ｅで光束が折り返されることにより、焦点距離の長い望遠光学系の光軸方向の長さを短くしている。環状光学系１４はまた、中央光学系１３と同様に図示せぬフォーカスレンズを含んでおり、レンズ制御部３１０の制御によりフォーカスレンズが駆動されてフォーカス制御が行われる。

なお本実施の形態では環状光学系１４が反射光学系を備える態様について説明しているが、環状光学系１４の光軸方向長さが問題にならない場合は、反射光学系を省略してもよい。

＜撮像素子＞
撮像素子２０２は、２次元配列された複数の受光素子に所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設された、単板式の撮像素子である。撮像素子２０２のカラーフィルタは、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のカラーフィルタをベイヤ配列、ＧストライプＲ／Ｂ完全市松、Ｘ−Ｔｒａｎｓ（登録商標）配列、ハニカム配列等の配列パターンにより配設することができる。

なお撮像素子２０２において、広角像が結像する受光セルと望遠像が結像する受光セルとでカラーフィルタ（光学フィルタ）の種類を変えてもよい。例えば広角像が結像する受光素子にはＲＧＢのカラーフィルタのいずれかを上記配列パターンのいずれかで配設し、望遠像が結像する受光素子には透明フィルタや白色フィルタ、あるいはＩＲフィルタ（可視光をカットし赤外光を透過させるフィルタ）を配設するようにしてもよい。これにより広角画像と望遠画像とで異なる波長により画像を取得することができる。なお、透明フィルタ及び白色フィルタは、赤波長域（Ｒ）の光、青波長域（Ｂ）の光及び緑波長域（Ｇ）の光のいずれも透過するフィルタである。透明フィルタは比較的高い光透過率（例えば７０％以上の光透過率）を有し、白色フィルタは透明フィルタよりも低い光透過率を有する。

なお撮像素子２０２は、図示せぬマイクロレンズを備えている。

＜フード＞
次に、レンズ装置３００に取り付けられるフード３０４について説明する。図１，２，４に示すように、フード３０４は第１の遮光部材３０４Ａ及び第２の遮光部材３０４Ｂを有する。

第１の遮光部材３０４Ａは中央光学系１３（広角光学系）に入射する光束を遮光する円形の部材であり、中央光学系１３の第１レンズ１３ａよりも被写体側（図３の左側）に離間して配設される。図４に示すように、中央光学系１３に入射する光束のうち光軸Ｌに平行な中央部分の光束１３Ｘ（図４中実線で示す；以下同じ）が第１の遮光部材３０４Ａにより遮光され、光軸Ｌに対し角度を持って入射する周辺部分の光束１３Ｙ（図４中点線で示す；以下同じ）は遮光されずに入射する。このような遮光の結果として、中央光学系１３により撮像素子２０２上に結像する広角像は中央部分が円形状に欠落することとなる。光軸Ｌに対しどの程度の角度を持った光束を遮光するかは、中央光学系１３及び環状光学系１４の撮影画角に応じて設定される。

一方、第２の遮光部材３０４Ｂは環状光学系１４（望遠光学系）の第１レンズ１４ａの外側に設けられた筒状の部材であり、図４に示すように環状光学系１４に入射する光束のうち光軸Ｌに対し平行な光束、及び光軸Ｌとなす角度が小さい光束１４Ｘ（図４中実線で示す；以下同じ）は遮光されずに入射し、光軸Ｌとなす角度が大きい光束１４Ｙ（図４中点線で示す；以下同じ）が第２の遮光部材３０４Ｂにより遮光される。このような遮光の結果として、撮像素子２０２上には、周辺部分が欠落した円形状の望遠像が結像する。なお中央光学系１３と環状光学系１４とは光軸が同一（光軸Ｌ）なので、広角像の欠落部分（中央部分）に望遠像が結像することとなる。

したがって、上記第１の遮光部材３０４Ａ及び第２の遮光部材３０４Ｂの位置や大きさを調節することにより、広角像が欠落する部分と望遠像が結像する部分との形状及び大きさを等しくすることができ、結像範囲の抜けや重複のない画像が得られる。このような第１の遮光部材３０４Ａ及び第２の遮光部材３０４Ｂの位置や形状・大きさは、広角・望遠光学系の撮影画角やレンズ径、及びそれら相対的な比率等の条件を考慮して設定することができる。

なお、透明な円形の部材を第２の遮光部材３０４Ｂの内側に嵌め込み、当該円形の部材の中央部分に遮光性を持たせて、この円形の部材を第１の遮光部材３０４Ａとすることができるが、本発明における遮光部材はこのような態様に限定されるものではない。

また、本実施の形態では第１の遮光部材３０４Ａ及び第２の遮光部材３０４Ｂにより遮光しこれにより結像範囲を調整する態様について説明しているが、本発明における遮光及びこれによる結像範囲の調整はこのような態様に限定されるものではない。例えば、第１の遮光部材３０４Ａ、及び環状光学系１４の画角の調整により結像範囲を十分調整できる場合（望遠像の画角が広角像の欠落部分に等しい場合）は、第２の遮光部材３０４Ｂは設けなくてもよい。また後述するように、環状光学系１４に対し反射防止部材を設けるようにしてもよい。

＜画像表示の例＞
次に、本実施の形態に係る撮像装置１００での画像取得・表示の具体的な例を説明する。図５は画像の欠落を説明するための画像の例であり、撮像光学系が全て広角光学系であると仮定した場合の広角画像ｉＷ０（被写体である山全体を撮影した画像）を示している。この仮想的な例では広角光学系が遮光部材等により遮光され画像の一部が欠落することがないので、広角画像ｉＷ０では撮像素子の全ての受光セルに広角像が結像している。なお図５中の点線ｉＦは、広角画像ｉＷ０の仮想的な欠落範囲（後述）を示している。

ここで本実施の形態のように撮影光学系１２が中央光学系１３（広角光学系）と環状光学系１４（望遠光学系）とにより構成される場合、中央光学系１３に入射する光束の中央部分が上述したように第１の遮光部材３０４Ａにより遮光され、撮像素子２０２上では図６（ａ）に示す広角画像ｉＷ１の例のように中央部分ＣＡ（上記山の頂上付近）が欠落した像が結像する。

そして、この欠落した中央部分ＣＡには、図６（ｂ）に示す望遠画像ｉＴ１の例のように、環状光学系１４（望遠光学系）により望遠像が（広角像と同時に）結像する。したがって撮像素子２０２から得られる画像全体としては、図７の例のように、周辺部分が広角画像ｉＷ１で中央部分が望遠画像ｉＴ１である１つの画像が取得できる。

このように本実施の形態に係る撮像装置１００では、同一の光軸Ｌ上に配置された、広角光学系である中央光学系１３（第１の遮光部材３０４Ａを含む）及び望遠光学系である環状光学系１４（第２の遮光部材３０４Ｂを含む）により、複数回の撮影や光学系の切替等なしに、広角画像ｉＷ１及び望遠画像ｉＴ１を迅速かつ容易に取得することができる。これにより、広角画像ｉＷ１で撮影範囲全体の様子を観察しつつ、同時に望遠画像ｉＴ１で所望の被写体が大きく写った画像を得ることができる。また光軸Ｌが同一なので、画像間で視差が生じることもない。

なお図６，７に示す例において、広角画像ｉＷ１中で欠落する中央部分ＣＡが望遠画像ｉＴ１より大きいと、広角画像ｉＷ１中で中央部分ＣＡの境界付近が欠落して（中央部分ＣＡを望遠画像ｉＴ１で埋めきれず）非結像領域が生じ、逆に広角画像ｉＷ１中で欠落する中央部分ＣＡが望遠画像ｉＴ１より小さいと、広角画像ｉＷ１中で中央部分ＣＡの境界付近で広角画像ｉＷ１と望遠画像ｉＴ１とが重畳されて、その重畳部分は明るくかつコントラストが低下した画像となる。

本実施形態に係る撮像装置１００では、中央光学系１３及び環状光学系１４の撮影画角の大きさやその相対関係等の条件に応じて第１の遮光部材３０４Ａ及び第２の遮光部材３０４Ｂの位置や大きさを調節することにより、このような非結像領域や重畳部分の発生を防止することができる。

＜画像表示の他の例＞
図８は、本実施の形態に係る撮像装置１００による画像取得及び表示の他の例を示す図である。図８は、陸上競技用のトラックを競技者が走っている様子（例えば運動会）を示している。本実施の形態に係る撮像装置１００ではこのような状況において、競技全体の様子を広角画像ｉＷ２で取得しつつ所望の被写体（例えば自分の子供）の画像を望遠画像ｉＴ２で取得することができる。

＜反射防止部材の例＞
次に、反射防止部材を用いて結像範囲を調整する場合について説明する。図４に示す例では、フード状の第２の遮光部材３０４Ｂを設けることで環状光学系１４（望遠光学系）に入射する光束１４Ｙ（光軸Ｌに対し大きな角度を持って入射する光束）を遮光していたが、以下の例のように反射防止部材を用いることで同様の効果を得ることもできる。

図９は、環状光学系１４の第２反射ミラー１４ｅ（図４参照；図９では図示を省略）の一部に円環状の反射防止部材１４ｆを設けて、光束１４Ｙが反射しないようにした態様を示す図である。また図１０（ａ）は、第１反射ミラー１４ｄ（図４参照；図９では図示を省略）の一部に円環状の反射防止部材１４ｇ（反射防止領域）を設けて、光束１４Ｙが反射しないようにした態様を示す図である。また、図１０（ｂ）に示す態様のように、第３レンズ１４ｃの前面に円環状の反射防止部材１４ｈを設けて光束１４Ｙが反射しないようにしてもよい。なお、図９，１０では、環状光学系１４のうち第２レンズ１４ｂ，第３レンズ１４ｃ付近のレンズのみを示し、その他のレンズは図示を省略している。

＜光学系の他の実施形態＞
次に、本発明に係る撮像装置に適用される撮影光学系の他の実施形態について説明する。

図１１は、撮影光学系の他の実施形態を示す断面図である。

この撮影光学系１１２は、それぞれ同一の光軸Ｌ２上に配置された中央部の中央光学系１１３とその周辺部の環状光学系１１４とから構成されている。

中央光学系１１３は、第１レンズ１１３ａ、第２レンズ１１３ｂ、及び共通レンズ１１５から構成された望遠光学系であり、画角αを有している。

環状光学系１１４は、レンズ１１４ａ及び共通レンズ１１５から構成された広角光学系であり、画角β（β＞α）を有し、中央光学系１１３よりも広角である。

この撮影光学系１１２は、図４に示した撮影光学系１２と比較すると、反射ミラーを使用しておらず、また、中央光学系１１３が望遠光学系であり、環状光学系１１４が広角光学系である点で相違する。また、撮影光学系１１２では、中央光学系１１３の第１レンズ１１３ａの外側に設けた円筒状の遮光部材１１３ｃ（レンズフード；第２の遮光部材）を設け、望遠像の周辺（図１１中で画角αより外側の角度から来る光束）が遮光されるようにしている。なお、環状光学系１１４（広角光学系）の中央部分が中央光学系１１３によって遮光されて広角像の中央部分が欠落するため、環状光学系１１４に対する遮光部材はなくてもよい。

［その他］
図４，１１等に示す撮影光学系では第１の光学系（中央光学系）の周辺部に設けられた第２の光学系を環状光学系としたが、これに限らず、光軸を中心とした同心円上に配設した複数の光学系により構成されたものでもよい。

また、図４に示した撮影光学系１２の反射ミラー型のレンズ構成のうちの反射ミラーは、凹面鏡や凸面鏡に限らず、平面鏡でもよく、また、反射ミラーの枚数も２枚に限らず、３枚以上設けるようにしてもよい。

また、本発明のレンズ装置及び撮像装置は上述した態様のように風景や人物を撮影するカメラに限定されるものではなく、車載カメラや内視鏡等にも適用できる。例えば車載カメラに適用する場合は、広角画像で車外の様子を観察しつつ、望遠画像で前の車を撮像して車間距離を求め運転支援システムに入力することができるし、内視鏡に適用する場合は、広角画像で臓器や組織全体の様子を観察しつつ望遠画像で関心対象（腫瘍・病変部分等）を詳細に観察することができる。

更にまた、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１００…撮像装置、２００…撮像装置本体、１２、１１２…撮影光学系、１３、１１３…中央光学系、１４、１１４…環状光学系、２０２…撮像素子、３００…レンズ装置、３０２…レンズ装置本体、３０４…フード、３０４Ａ…第１の遮光部材、３０４Ｂ…第２の遮光部材

Claims (10)

1. それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなり、一方が広角光学系であり他方が望遠光学系である撮影光学系を備えるレンズ装置であって、
   前記広角光学系は中央部分が欠落した広角像を結像面に結像させ、
   前記望遠光学系は、前記中央部分に対応する望遠像を前記結像面に結像させる、レンズ装置。
2. 前記広角像における前記中央部分の形状及び大きさと前記望遠像の形状及び大きさとが等しい、請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記広角光学系は前記中央光学系であり、前記広角像中の前記欠落した中央部分に対応する光束を遮光する第１の遮光部材を備える、請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 前記広角光学系は前記環状光学系であり、前記中央光学系で遮光されることにより前記中央部分が欠落して前記広角像を前記結像面に結像させる、請求項１または２に記載のレンズ装置。
5. 前記望遠光学系は、前記結像面に結像される望遠像のうちの周辺部分を遮光する第２の遮光部材を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記望遠光学系は、前記中央部分に対応する望遠像を前記結像面に結像させる画角を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 前記望遠光学系は、前記結像面に結像される望遠像のうちの周辺部分を遮光するレンズフードを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記環状光学系は光束を２回以上反射させる反射光学系を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 前記環状光学系は、前記反射光学系に入射した光束のうちの一部の反射を防止する反射防止部材を備える、請求項８に記載のレンズ装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置が取り付けられる撮像装置本体と、を備える撮像装置であって、
    前記撮像装置本体は、
    ２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する撮像素子であって、前記中央光学系及び前記環状光学系を介して入射する光束を受光する複数の画素を含む撮像素子と、
    前記撮像素子が受光した光束から、前記広角像の中央部分に前記望遠像が結像した像を示す画像を生成する画像生成部と、
    を有する撮像装置。

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