JP2018198344A - レンズ装置、撮像ユニット及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量かつコンパクトで焦点深度の深いレンズ装置、撮像ユニット及び撮像装置を提供する。【解決手段】レンズ装置１０を構成する第１光学系２０及び第２光学系３０は、同じ光軸Ｌを有し、かつ、互いに異なる撮像特性を有する。第２光学系３０は、第１光学系２０と同軸上に配置可能な環状の光学系Ｘの一部で構成される。【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ装置、撮像ユニット及び撮像装置に係り、特に互いに撮像特性の異なる第１光学系及び第２光学系を備えたレンズ装置、及び、そのレンズ装置を使用して撮像特性の異なる２枚の画像を同時に撮像する撮像ユニット及び撮像装置に関する。

互いに撮像特性の異なる複数の光学系を組み合わせたレンズ装置を使用して、互いに撮像特性の異なる複数の画像を同時に撮像する撮像装置が知られている。たとえば、特許文献１及び２には、互いに焦点距離の異なる２つの光学系を同心状に組み合わせてレンズ装置を構成し、広角及び望遠の画像を同時に撮像する撮像装置が提案されている。

特開２０１５−１１９４５６号公報 特開２０１４−１７６０５６号公報

しかしながら、複数の光学系を同心状に組み合わせてレンズ装置を構成すると、使用するレンズの直径が大きくなり、レンズ装置が大型化するという欠点がある。また、使用するレンズの直径が大きくなると、その面精度を確保するために、使用するレンズの厚さが厚くなり、重量が増すという欠点がある。更に、使用するレンズの厚さが厚くなると、レンズを動かす際に大きな力が必要になるという欠点もある。また、使用する素材の量が増え、コスト高になるという欠点もある。

また、使用するレンズの直径が大きくなると、焦点深度が浅くなるという欠点もある。この場合、中央の光学系は、光束を外周から内周に向けて絞ることで解消できるが、外周の環状の光学系は、同様の方法で光束を絞っても解消できないという問題がある。

更に、環状の光学系は、いわゆる暈けがリング形状になり、被写体によっては、このリング状の暈けが好ましくないという欠点もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量かつコンパクトで焦点深度の深いレンズ装置、撮像ユニット及び撮像装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段は、次のとおりである。

（１）第１光学系と、第１光学系と異なる撮像特性を有し、かつ、第１光学系と同心状に配置可能な環状の光学系の一部で構成され、第１光学系と同じ光軸を有する第２光学系と、を備えたレンズ装置。

本態様によれば、レンズ装置が２つの光学系を備える。２つの光学系は、第１光学系及び第２光学系で構成される。第１光学系及び第２光学系は、互いに異なる撮像特性を有する。撮像特性が異なるとは、レンズとしての作用が異なるこという。たとえば、焦点距離や合焦距離が異なる場合などである。第２光学系は、第１光学系と同心状に配置可能な環状の光学系の一部で構成される。同心状に配置可能とは、同じ光軸上に配置できることをいう。第２光学系は、このように第１光学系と同軸上に配置できる環状の光学系の一部で構成される。ここで、環状の光学系の一部とは、環状の光学系の光軸を中心とした周方向の一部を意味する。すなわち、第２光学系は、環状の光学系の周方向の一部を光軸に沿って切り出したものとして構成される。このような構成のレンズ装置は、第２光学系が環状の光学系の一部で構成されるため、全体の構成を軽量かつコンパクトにできる。また、第２光学系を環状の光学系の一部で構成することにより、環状の光学系に比して焦点深度を深くできる。

（２）第２光学系は、光軸と直交する断面において、環状の光学系を扇状に切り出した形状を有する、上記（１）のレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系が、光軸と直交する断面において、環状の光学系を扇状に切り出した形状を有する。これにより、第２光学系を容易に製造できる。すなわち、環状の光学系を所望の中心角で扇状に切り出すだけなので、容易に製造できる。

（３）第２光学系は、光軸と直交する断面において、環状の光学系を扇状に切り出し、更に、外周部及び内周部を互いに平行に切り出した形状を有する、上記（２）のレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系が、光軸と直交する断面において、環状の光学系を扇状に切り出し、更に、外周部及び内周部を互いに平行に切り出した形状を有する。これにより、第２光学系を構成する個々の光学素子の保持が容易になる。

（４）第２光学系は、光軸と直交する断面において、環状の光学系から光軸を挟んで互いに平行な２本の直線で挟まれる領域を切り出した形状を有する、上記（１）のレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系が、光軸と直交する断面において、環状の光学系から光軸を挟んで互いに平行な２本の直線で挟まれる領域を切り出した形状を有する。これにより、第２光学系を構成する個々の光学素子の保持が容易になる。

（５）第２光学系は、光軸と直交する断面において、環状の光学系から光軸を挟んで互いに平行な２本の第１直線、及び、第１直線と直交し互いに平行な２本の第２直線で囲われる領域を切り出した形状を有する、上記（１）のレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系が、光軸と直交する断面において、環状の光学系から光軸を挟んで互いに平行な２本の第１直線、及び、第１直線と直交し互いに平行な２本の第２直線で囲われる領域を切り出した形状を有する。これにより、第２光学系を構成する個々の光学素子の形状が、矩形断面を有する形状となり、その保持が容易になる。

（６）第２光学系は、開口部の最大幅が前記環状の光学系の内径以下である、上記（１）から（５）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系の開口部の最大幅が、環状の光学系の内径以下とされる。これにより、環状の光学系に比して、焦点深度を深くできる。なお、開口部とは、光学系において光が通る部分をいう。したがって、光軸と直交する断面において、光を遮るものがない場合は、その断面の全体が開口部となる。光軸と直交する断面において、光学系の最大幅が環状の光学系の内径よりも大きい場合は、遮光部材等で光を遮り、環状の光学系の内径以下にする。これにより、環状の光学系に比して焦点深度を深くできる。

（７）第２光学系が、環状の反射光学系の一部で構成される、上記（１）から（６）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系が、環状の反射光学系の一部で構成される。これにより、第２光学系を望遠レンズで構成する場合に軽量かつコンパクトな構成にできる。

（８）第２光学系が、環状の屈折光学系の一部で構成される、上記（１）から（６）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系が、環状の屈折光学系の一部で構成される。屈折光学系とは、光学素子に鏡を含まない光学系であり、レンズの屈折のみで所望の撮像特性を実現する光学系である。

（９）第１光学系及び第２光学系は、互いに焦点距離が異なる、上記（１）から（８）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第１光学系及び第２光学系が、互いに焦点距離が異なる光学系で構成される。これにより、広角画像と望遠画像を同時に撮像できる。

（１０）第１光学系及び第２光学系は、互いに合焦距離が異なる、上記（１）から（８）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第１光学系及び第２光学系が、互いに合焦距離が異なる光学系で構成される。これにより、たとえば、近距離の被写体に合焦する画像及び遠距離の被写体に合焦する画像を同時に撮像できる。

（１１）第１光学系及び第２光学系は、互いに透過波長特性が異なる、上記（１）から（８）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第１光学系及び第２光学系が、互いに透過波長特性が異なる光学系で構成される。たとえば、第１光学系を可視光での撮像に適した光学系で構成し、第２光学系を赤外光での撮像に適した光学系で構成する。これにより、１つのレンズ装置で可視光画像及び赤外光画像の両方を撮像できる。

（１２）第１光学系を光軸に沿って移動させる第１光学系駆動部を更に備えた、上記（１）から（１１）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第１光学系を光軸に沿って移動させる第１光学系駆動部が備えられる。これにより、第１光学系の焦点調節ができる。

（１３）第２光学系を光軸に沿って移動させる第２光学系駆動部を更に備えた、上記（１）から（１２）のいずれかのレンズ装置。

本態様によれば、第２光学系を光軸に沿って移動させる第２光学系駆動部が備えられる。これにより、第２光学系の焦点調節ができる。

（１４）上記（１）から（１３）のいずれかのレンズ装置と、第１光学系を通過した光を選択的に受光する画素及び第２光学系を通過した光を選択的に受光する画素が規則的に二次元配列されたイメージセンサと、を備えた撮像ユニット。

本態様によれば、第１光学系及び第２光学系を備えたレンズ装置と、いわゆる指向性を有するイメージセンサと、を利用して、撮像特性の異なる２枚の画像を同時に撮像できる。

（１５）上記（１４）の撮像ユニットと、第１光学系を介して得られる第１画像の画像信号、及び、第２光学系を介して得られる第２画像の画像信号をイメージセンサから取得する画像信号取得部と、を備えた撮像装置。

本態様によれば、第１光学系及び第２光学系を備えたレンズ装置と、いわゆる指向性を有するイメージセンサと、を利用して、撮像特性の異なる２枚の画像を同時に撮像できる。

本発明によれば、軽量かつコンパクトで焦点深度の深いレンズ装置、及び、そのレンズ装置を備えた撮像ユニット及び撮像装置を提供できる。

撮像ユニットの概略構成を示す斜視図 撮像ユニットの概略構成を示す正面図 図２の３−３断面図 第１光学系の光線軌跡を示す図 第２光学系の構成を説明する斜視図 第２光学系の光線軌跡を示す断面図 第１光学系駆動部及び第２光学系駆動部の正面図 図７の８−８断面図 図７の９−９断面図 図７の１０−１０断面図 イメージセンサの受光の概念図 イメージセンサを構成する画素の概略構成を示す断面図 イメージセンサの第１画素及び第２画素の入射角感度特性を示す図 レンズ装置の第１の変形例を示す正面図 レンズ装置の第２の変形例を示す正面図 レンズの形状と、その光束の形状との関係を示す図 円環状のレンズにおいて、開口部の径を段階的に小さくした図 レンズ装置の第３の変形例を示す正面図 レンズ装置の第４の変形例を示す正面図 レンズ装置の第５の変形例を示す正面図 レンズ装置の第６の変形例を示す正面図 第２光学系の開口部を規制したレンズ装置の一例を示す正面図 第２光学系の外径及び内径の差が環状の光学系の内径よりも大きい場合の開口部の遮光例を示す図 第２光学系の開口部の遮光の他の一例を示す図 第２光学系の開口部の遮光の他の一例を示す図 第２光学系が屈折光学系で構成されたレンズ装置の概略構成を示す断面図 第１光学系が望遠レンズで構成され、第２光学系が広角レンズで構成されたレンズ装置の概略構成を示す断面図 互いに合焦距離の異なる光学系で第１光学系及び第２光学系が構成されたレンズ装置の概略構成を示す断面図 撮像装置のシステム構成を示すブロック図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

《撮像ユニットの構成》
図１は、撮像ユニットの概略構成を示す斜視図である。また、図２は、撮像ユニットの概略構成を示す正面図である。また、図３は、図２の３−３断面図である。

撮像ユニット１は、レンズ装置１０及びイメージセンサ１００を備えて構成される。撮像ユニット１は、レンズ装置１０を通った光をイメージセンサ１００で受け、電気信号に変換して出力する。

レンズ装置１０は、互いに同じ光軸Ｌを有する第１光学系２０及び第２光学系３０を備える。第１光学系２０及び第２光学系３０は、互いに撮像特性の異なる光学系で構成される。特に、本実施の形態では、第１光学系２０及び第２光学系３０が、互いに焦点距離の異なる光学系で構成され、第２光学系３０が第１光学系２０よりも焦点距離の長い光学系で構成される。レンズ装置１０の詳細については、後に詳述する。

イメージセンサ１００は、いわゆる指向性センサで構成される。指向性センサは、光の入射角に関して指向性を有する画素を規則的に二次元配列して構成される。本実施の形態のイメージセンサ１００は、第１光学系２０を通過した光を選択的に受光する画素、及び、第２光学系３０を通過した光を選択的に受光する画素を規則的に配列して構成される。第１光学系２０を通過した光を選択的に受光する画素を第１画素とし、第２光学系を通過した光を選択的に受光する画素を第２画素とすると、イメージセンサ１００は、第１画素の電気信号を取得することにより、第１光学系２０を介して得られる画像の画像信号を取得できる。また、第２画素の電気信号を取得することにより、第２光学系３０を介して得られる画像の画像信号を取得できる。イメージセンサ１００の詳細については、後に詳述する。

《レンズ装置》
レンズ装置１０は、互いに同じ光軸Ｌを有する第１光学系２０及び第２光学系３０を備える。第１光学系２０及び第２光学系３０は、互いに焦点距離の異なる光学系で構成される。特に、本実施の形態では、第１光学系２０が、焦点距離の短い広角レンズで構成され、第２光学系３０が、焦点距離の長い望遠レンズで構成される。

レンズ装置１０は、主として、第１光学系２０と、第２光学系３０と、共通レンズ４０と、第１光学系駆動部６０と（図７−８参照）、第２光学系駆動部８０と（図７、９−１０参照）、を備えて構成される。

〈第１光学系〉
図４は、第１光学系の光線軌跡を示す図である。

第１光学系２０は、焦点距離の短い広角レンズである。図３に示すように、第１光学系２０は、３群８枚のレンズで構成され、物体側から順に第１光学系第１レンズ群２０Ａ、第１光学系第２レンズ群２０Ｂ、第１光学系第３レンズ群２０Ｃが、光軸Ｌに沿って配置される。各エレメントの形状は円形である。

第１光学系第１レンズ群２０Ａは、４枚のレンズで構成される。第１光学系第１レンズ群２０Ａは、物体側から順に第１光学系第１レンズ２０ａ、第１光学系第２レンズ２０ｂ、第１光学系第３レンズ２０ｃ、及び、第１光学系第４レンズ２０ｄが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第１光学系第２レンズ群２０Ｂは、１枚のレンズで構成される。第１光学系第２レンズ群２０Ｂは、光軸Ｌ上に配置された第１光学系第５レンズ２０ｅで構成される。

第１光学系第３レンズ群２０Ｃは、３枚のレンズで構成される。第１光学系第３レンズ群２０Ｃは、物体側から順に第１光学系第６レンズ２０ｆ、第１光学系第７レンズ２０ｇ、及び、第１光学系第８レンズ２０ｈが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第１光学系２０に入射した光は、第１光学系第１レンズ群２０Ａ、第１光学系第２レンズ群２０Ｂ、第１光学系第３レンズ群２０Ｃを通過して共通レンズ４０に入射する。

〈第２光学系〉
第２光学系３０は、環状の光学系の一部で構成される。この環状の光学系は、第１光学系２０と同心状に配置可能に構成される。すなわち、第２光学系３０は、第１光学系２０と同心状に配置可能な環状の光学系の一部を光軸Ｌに沿って切り出したものとして構成される。

図５は、第２光学系の構成を説明する斜視図である。

同図において、二点破線で示す環状の光学系Ｘは、第１光学系２０と同心状に配置される光学系である。第２光学系３０は、この環状の光学系Ｘの周方向の一部を光軸に沿って切り出した光学系として構成される。したがって、その光軸は、第１光学系２０の光軸と同じである。

本実施の形態のレンズ装置１０では、環状の光学系Ｘを８等分割し、その１つを第２光学系３０として使用している。この場合、その光軸Ｌと直交する断面の形状は、中心角が４５°の扇形となり、（図２参照）、第２光学系３０を構成する各光学素子の形状も扇形となる。

図６は、第２光学系の光線軌跡を示す断面図である。

第２光学系３０は、焦点距離の長い望遠レンズである。第２光学系３０は、いわゆる反射光学系で構成され、第２光学系第１レンズ３０ａと、第２光学系第２レンズ３０ｂと、第２光学系第３レンズ３０ｃと、主鏡３０ｄと、副鏡３０ｅと、を備える。

第２光学系第１レンズ３０ａ、第２光学系第２レンズ３０ｂ及び第２光学系第３レンズ３０ｃは、環状のレンズの一部で構成され、物体側から第２光学系第１レンズ３０ａ、第２光学系第２レンズ３０ｂ及び第２光学系第３レンズ３０ｃの順で光軸Ｌに沿って配置される。

主鏡３０ｄは、第２光学系第３レンズ３０ｃの像面側の面に備えられる。主鏡３０ｄは、第２光学系第３レンズ３０ｃの像面側の面の全面に金属又は誘電体の膜をコーティングして、第２光学系第３レンズ３０ｃの像面側の面の全面に備えられる。

副鏡３０ｅは、第２光学系第２レンズ３０ｂの像面側の面に備えられる。副鏡３０ｅは、第２光学系第２レンズ３０ｂの像面側の面の内周部分に金属又は誘電体の膜をコーティングして、第２光学系第２レンズ３０ｂの像面側の面の内周部分に備えられる。

第２光学系３０に入射した光は、第２光学系第１レンズ３０ａ、第２光学系第２レンズ３０ｂ、第２光学系第３レンズ３０ｃを通過して、主鏡３０ｄに入射する。主鏡３０ｄに入射した光は、主鏡３０ｄで反射し、第２光学系第３レンズ３０ｃを通って副鏡３０ｅに入射する。副鏡３０ｅに入射した光は、副鏡３０ｅで反射して、共通レンズ４０に入射する。

〈共通レンズ〉
共通レンズ４０は、第１光学系２０及び第２光学系３０で共用されるレンズであり、光軸Ｌ上の一定位置に配置される。共通レンズ４０は、イメージセンサ１００への光の入射角度を調整するレンズである。第１光学系２０及び第２光学系３０を通過した光は、それぞれ共通レンズ４０を介してイメージセンサ１００に入射する。

鏡筒１２には、この共通レンズ４０を光軸Ｌ上の一定位置で保持する共通レンズ保持枠４２が備えられる（図８参照）。

〈第１光学系駆動部〉
第１光学系駆動部６０は、第１光学系２０の全体を光軸Ｌに沿って前後移動させる。

図７は、第１光学系駆動部及び第２光学系駆動部の正面図である。図８は、図７の８−８断面図である。

図７及び図８に示すように、第１光学系駆動部６０は、第１光学系２０を光軸Ｌに沿ってガイドする第１光学系ガイド機構６２、及び、第１光学系２０を光軸Ｌに沿って前後移動させる第１光学系駆動機構６４を備える。

第１光学系ガイド機構６２は、第１光学系ガイドシャフト６６及び第１光学系ガイドスリーブ６８を備える。

第１光学系ガイドシャフト６６は、丸棒で構成される。第１光学系ガイドシャフト６６は、その両端をレンズ装置１０の鏡筒１２に備えられた第１光学系ガイドシャフト支持部１４に支持されて、光軸Ｌと平行に配置される。

第１光学系ガイドスリーブ６８は、第１光学系ガイドシャフト６６を挿入可能な筒体で構成される。第１光学系ガイドスリーブ６８は、第１光学系ガイドシャフト６６に装着されて、スライド自在に支持される。

第１光学系２０は、第１光学系第１レンズ群２０Ａを構成する各レンズ２０ａ〜２０ｄが、第１光学系第１レンズ枠７０Ａに保持される。また、第１光学系第２レンズ群２０Ｂを構成するレンズ２０ｅが、第１光学系第２レンズ枠７０Ｂに保持される。また、第１光学系第３レンズ群２０Ｃを構成する各レンズ２０ｆ〜２０ｈが、第１光学系第３レンズ枠７０Ｃに保持される。第１光学系第１レンズ枠７０Ａ、第１光学系第２レンズ枠７０Ｂ及び第１光学系第３レンズ枠７０Ｃは、それぞれ第１光学系ガイドスリーブ連結アーム６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃを介して第１光学系ガイドスリーブ６８に連結される。

第１光学系駆動機構６４は、第１光学系駆動ネジ棒７２、第１光学系駆動モータ７４、及び、第１光学系駆動ナット７６を備える。

第１光学系駆動ネジ棒７２は、その両端を鏡筒１２に備えられた第１光学系ネジ棒軸受部１５に回転自在に支持されて、光軸Ｌと平行に配置される。

第１光学系駆動モータ７４は、鏡筒１２に備えられる。第１光学系駆動モータ７４は、第１光学系駆動ネジ棒７２に連結される。第１光学系駆動ネジ棒７２は、この第１光学系駆動モータ７４に駆動されて回転する。

第１光学系駆動ナット７６は、第１光学系駆動ネジ棒７２にネジ結合される。第１光学系第１レンズ枠７０Ａ、第１光学系第２レンズ枠７０Ｂ及び第１光学系第３レンズ枠７０Ｃは、それぞれ第１光学系駆動ナット連結アーム７６Ａ、７６Ｂ、７６Ｃを介して第１光学系駆動ナット７６に連結される。

第１光学系駆動部６０は、以上のように構成される。本構成の第１光学系駆動部６０によれば、第１光学系駆動モータ７４を駆動すると、第１光学系駆動ナット７６が光軸Ｌに沿って前後移動する。この結果、第１光学系２０の全体が光軸Ｌに沿って前後移動する。

〈第２光学系駆動部〉
第２光学系駆動部８０は、第２光学系３０の全体を光軸Ｌに沿って前後移動させる。

図９は、図７の９−９断面図であり、図１０は、図７の１０−１０断面図である。

図７、図９及び図１０に示すように、第２光学系駆動部８０は、第２光学系３０を光軸Ｌに沿ってガイドする第２光学系ガイド機構８２、及び、第２光学系３０を光軸Ｌに沿って前後移動させる第２光学系駆動機構８４を備える。

第２光学系ガイド機構８２は、第２光学系ガイドシャフト８６及び第２光学系ガイドスリーブ８８を備える。

第２光学系ガイドシャフト８６は、丸棒で構成される。第２光学系ガイドシャフト８６は、その両端をレンズ装置１０の鏡筒１２に備えられた第２光学系ガイドシャフト支持部１６に支持されて、光軸Ｌと平行に配置される。

第２光学系ガイドスリーブ８８は、第２光学系ガイドシャフト８６を挿入可能な筒体で構成される。第２光学系ガイドスリーブ８８は、第２光学系ガイドシャフト８６に装着されて、スライド自在に支持される。

第２光学系３０は、第２光学系第１レンズ３０ａ及び第２光学系第２レンズ３０ｂが、第２光学系第１レンズ枠９０Ａに保持される。また、第２光学系第３レンズ３０ｃが、第２光学系第２レンズ枠９０Ｂに保持される。第２光学系第１レンズ枠９０Ａ及び第２光学系第２レンズ枠９０Ｂは、それぞれ第２光学系ガイドスリーブ連結アーム８８Ａ、８８Ｂを介して第２光学系ガイドスリーブ８８に連結される。

第２光学系駆動機構８４は、第２光学系駆動ネジ棒９２、第２光学系駆動モータ９４、及び、第２光学系駆動ナット９６を備える。

第２光学系駆動ネジ棒９２は、その両端を鏡筒１２に備えられた第２光学系ネジ棒軸受部１７に回転自在に支持されて、光軸Ｌと平行に配置される。

第２光学系駆動モータ９４は、鏡筒１２に備えられる。第２光学系駆動モータ９４は、第２光学系駆動ネジ棒９２に連結される。第２光学系駆動ネジ棒９２は、この第２光学系駆動モータ９４に駆動されて回転する。

第２光学系駆動ナット９６は、第２光学系駆動ネジ棒９２にネジ結合される。第２光学系第１レンズ枠９０Ａ及び第２光学系第２レンズ枠９０Ｂは、それぞれ第２光学系駆動ナット連結アーム９６Ａ、９６Ｂを介して第２光学系駆動ナット９６に連結される。

第２光学系駆動部８０は、以上のように構成される。本構成の第２光学系駆動部８０によれば、第２光学系駆動モータ９４を駆動すると、第２光学系駆動ナット９６が光軸Ｌに沿って前後移動する。この結果、第２光学系３０の全体が、光軸Ｌに沿って前後移動する。

《イメージセンサ》
図１１は、イメージセンサの受光の概念図である。

イメージセンサ１００は、いわゆる指向性センサで構成される。指向性センサとは、各画素が、光の入射角に関して指向性を有するイメージセンサである。

本実施の形態のイメージセンサ１００は、第１光学系２０を通過した光を選択的に受光する画素、及び、第２光学系３０を通過した光を選択的に受光する画素を二次元的に配列して構成される。第１光学系２０を通過した光を選択的に受光する画素を第１画素１１０Ａとし、第２光学系３０を通過した光を選択的に受光する画素を第２画素１１０Ｂとすると、第１画素１１０Ａ及び第２画素１１０Ｂは、交互に配置される。

図１２は、イメージセンサを構成する画素の概略構成を示す断面図である。

イメージセンサ１００の各画素は、光電変換素子１１２と、マイクロレンズ１１４と、遮光マスク１１６と、を備える。

光電変換素子１１２は、光を受け、受けた光の強さに比例した電荷を蓄積する。光電変換素子１１２は、たとえば、フォトダイオードで構成される。

マイクロレンズ１１４は、光電変換素子１１２の前方に配置される。マイクロレンズ１１４は、第１光学系２０及び第２光学系３０の瞳像を光電変換素子１１２に結像させる。

遮光マスク１１６は、マイクロレンズ１１４と光電変換素子１１２との間に配置される。遮光マスク１１６は、マイクロレンズ１１４を通過した光の一部を遮光する。第１画素１１０Ａの遮光マスク１１６は、中央に円形の開口を有し、第２光学系３０を通過した光を遮光する。また、第２画素１１０Ｂの遮光マスク１１６は、円環状の開口を有し、第１光学系２０を通過した光を遮光する。

以上のように構成されるイメージセンサ１００は、各画素が光の入射角に応じて異なる感度をもって構成される。すなわち、第１画素１１０Ａは、第１光学系２０を介して入射する光を高感度に受光し、第２画素１１０Ｂは、第２光学系３０を介して入射する光を高感度に受光する構成とされる。

図１３は、イメージセンサの第１画素及び第２画素の入射角感度特性を示す図である。

図１３において、横軸は、マイクロレンズを通して光電変換素子に入射する光の入射角を示しており、縦軸は光電変換素子の感度を示している。入射角は、光電変換素子の中心に垂直に入射する光を０°としている。

図１３において、符号Ｓ１が第１画素１１０Ａの入射角感度特性のグラフであり、符号Ｓ２が第２画素１１０Ｂの入射角感度特性のグラフである。

図１３に示すように、第１画素１１０Ａは、入射角の浅い光、すなわち、レンズ装置１０の中央部を通る光を高感度に受光し、第２画素１１０Ｂは、入射角の深い光、すなわち、レンズ装置１０の周辺を通る光を高感度に受光する。本実施の形態のレンズ装置１０は、中央に第１光学系２０が配置され、周辺に第２光学系３０が配置される。したがって、第１画素１１０Ａは、第１光学系２０を通る光を高感度に受光し、第２画素１１０Ｂは、第２光学系３０を通る光を高感度に受光する。

なお、図１３に示すように、２つのグラフＳ１及びＳ２に重なり合う領域Ｚがある場合、第１画素１１０Ａ及び第２画素１１０Ｂには混信が生じる。混信とは、第１光学系２０及び第２光学系３０の光が混じって受光されることをいう。この場合、第１画素１１０Ａでは、第２光学系３０からの光が一部混ざって受光され、第２画素１１０Ｂでは、第１光学系２０からの光が一部混ざって受光される。

混信が生じる場合は、混信が生じる領域の入射角の光が第１画素１１０Ａ及び第２画素１１０Ｂに入射しないように、第１光学系２０及び第２光学系３０の開口部を制限する。この場合、第１光学系２０及び第２光学系３０は、互いの境界が広がるように開口を制限する。これにより、混信の発生を防止できる。

イメージセンサ１００は、各画素に蓄積された電荷を読み出して、電気信号として出力する。第１画素１１０Ａに蓄積された電荷の電気信号を取得することにより、第１光学系２０を介して得られる画像の画像信号を取得でき、第２画素１１０Ｂに蓄積された電荷の電気信号を取得することにより、第２光学系３０を介して得られる画像の画像信号を取得できる。

なお、カラー画像を取得する場合には、各画素に所定のフィルタ配列でカラーフィルタが配置される。たとえば、赤（Ｒ：Ｒｅｄ）、緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂ：Ｂｌｕｅ）の３色からなるカラーフィルタがベイヤー配列で配置される。これにより、カラー画像を取得できる。

イメージセンサ１００は、たとえば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）で構成できる。

なお、上記の例では、第２画素１１０Ｂの遮光マスク１１６の開口形状を円環状としているが、第２光学系３０の開口形状に対応した開口形状としてもよい。

《撮像ユニットの作用》
本実施の形態の撮像ユニット１は、２つの光学系を備えたレンズ装置１０と、各画素が入射角指向性を有するイメージセンサ１００と、を備える。

〈レンズ装置の作用〉
レンズ装置１０は、広角の第１光学系２０、及び、望遠の第２光学系３０を備える。第１光学系２０及び第２光学系３０は、それぞれ独立して焦点調節される。

−第１光学系の焦点調節−
第１光学系２０を焦点調節する場合は、第１光学系２０の全体を光軸Ｌに沿って移動させる。第１光学系２０は、第１光学系駆動モータ７４を駆動することにより、全体が光軸Ｌに沿って前後移動する。これにより、第１光学系２０が焦点調整される。

−第２光学系の焦点調節−
第２光学系３０を焦点調節する場合は、第２光学系３０の全体を光軸Ｌに沿って移動させる。第２光学系３０は、第２光学系駆動モータ９４を駆動することにより、全体が光軸Ｌに沿って前後移動する。これにより、第２光学系３０が焦点調整される。

〈イメージセンサの作用〉
イメージセンサ１００は、第１光学系２０を通過した光を選択的に受光する第１画素１１０Ａ、及び、第２光学系３０を通過した光を選択的に受光する第２画素１１０Ｂを有する。

第１光学系２０を介してイメージセンサ１００の受光面上に結像された被写体の光学像は、第１画素１１０Ａで撮像される。したがって、第１画素１１０Ａからの電気信号を取得することにより、第１光学系２０で撮像される画像の画像信号を取得できる。

一方、第２光学系３０を介してイメージセンサ１００の受光面上に結像された被写体の光学像は、第２画素１１０Ｂで撮像される。したがって、第２画素１１０Ｂからの電気信号を取得することにより、第２光学系３０で撮像される画像の画像信号を取得できる。

このように、本実施の形態の撮像ユニット１によれば、広角及び望遠の２つの光学系を備えたレンズ装置１０と、各画素が入射角指向性を有するイメージセンサ１００と、を使用することにより、広角及び望遠の２つの画像を同時に撮像できる。

また、撮像ユニット１を構成するレンズ装置１０は、第２光学系３０が、環状の光学系の一部で構成されるため、全体の構成を軽量かつコンパクトにできる。特に、個々の光学素子を小型化できることにより、大幅な軽量化及び低コスト化が可能になる。すなわち、直径の大きな環状の光学系をそのまま使用した場合、その面精度を確保するために、光学素子の厚さを厚くする必要があるが、小型の光学素子を使用できることにより、光学素子の厚さを薄くできる。これにより、軽量化が可能になる。また、使用する素材量も少なくて済むので、製造コストも低減できる。また、個々の光学素子が軽量になることにより、その駆動に使用するエネルギも少なく済み、駆動部の小型化も可能になる。

また、第２光学系３０を環状の光学系の一部で構成することにより、焦点深度を深くできる。これにより、広範囲で鮮鋭度の高い画像を取得できる。

《レンズ装置の変形例》
レンズ装置を構成する第２光学系は、第１光学系と同心状に配置可能な環状の光学系の一部で構成される。上記実施の形態では、第１光学系２０と同心状に配置可能な円環状の光学系Ｘを８等分割し、その１つを用いて第２光学系３０を構成している。第２光学系の構成態様は、これに限定されるものではない。以下、第２光学系の構成態様を変えたレンズ装置について説明する。

〈レンズ装置の第１の変形例〉
図１４は、レンズ装置の第１の変形例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第１光学系２０と同心状に配置可能な円環状の光学系Ｘを４等分割した光学系で第２光学系３０を構成している。すなわち、円環状の光学系Ｘを４等分割し、その１つを第１光学系２０と同じ光軸上に配置することにより、レンズ装置１０を構成している。

このように、円環状の光学系Ｘを分割して、第２光学系３０を構成する場合、その分割数は特に限定されるものではない。

なお、本例のレンズ装置のように、環状の光学系を複数に等分割して、第２光学系を構成することにより、第２光学系の製造を容易にでき、かつ、低コスト化が図れる。すなわち、環状の光学系を複数に等分割して、第２光学系を構成する場合、第２光学系を構成する各光学素子は、環状の光学素子を直線的にカットするだけなので、各光学素子の製造を容易にできる。また、等分割することにより、１つの環状の光学素子から複数の光学素子を取り出すことができ、元となる光学素子を無駄なく利用できる。

〈レンズ装置の第２の変形例〉
図１５は、レンズ装置の第２の変形例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第１光学系２０と同心状に配置可能な円環状の光学系Ｘを扇状に切り出した光学系で第２光学系３０を構成している。

光軸と直交する断面の形状が扇状である点で上記実施の形態のレンズ装置と同じであるが、本例のレンズ装置１０では、第２光学系３０の幅Ｗが、環状の光学系Ｘの内径ｒと同じになるように切り出している。この幅Ｗは、第２光学系３０の幅が最大になる部分の幅である。第２光学系３０を扇状に切り出す場合、外周の絃の長さが、最大幅Ｗに相当する。したがって、この例では、外周の絃の長さが、円環状の光学系Ｘの内径ｒと同じになるように、第２光学系３０を切り出している。

このように、最大幅Ｗが、環状の光学系Ｘの内径ｒと同じになるように第２光学系３０を切り出すことにより、環状の光学系で第２光学系を構成する場合に比して、焦点深度を深くできる。この点について説明する。

図１６は、レンズの形状と、その光束の形状との関係を示す図である。同図（Ａ）は、円形のレンズの光束を示しており、同図（Ｂ）は、円環状のレンズの光束を示している。

一般的な円形のレンズＬ１、すなわち、円形の開口を有するレンズＬ１の場合、図１６（Ａ）に示すように、焦点近傍の光束は、中身の詰まった円錐を２つ向かい合わせにしたような形状となる。

一方、円環状のレンズＬ２、すなわち、円環状の開口を有するレンズＬ２では、図１６（Ｂ）に示すように、焦点近傍の光束は、中空の円錐を２つ向かい合わせにしたような形状となる。

レンズを通して得られる点像の暈けの大きさは、円錐の断面の大きさとなる。この円錐の断面の大きさは、レンズの開口の大きさと、焦点からのズレ量とに概ね比例する。

一般的な円形のレンズの場合、開口部の径を小さくすると、光束が絞り込まれ、光束を細長い円錐形状とすることができる。したがって、焦点位置からのズレ量が同じであっても、暈けの大きさを抑制できる。すなわち、焦点深度を深くする効果が得られる。

図１７は、円環状のレンズにおいて、開口部の径を段階的に小さくした図である。すなわち、円環状のレンズＬ２ａ〜Ｌ２ｃの外径を段階的に小さくした図である。同図（Ａ）に示すレンズＬ２ａの開口部が最も大きく、同図（Ｃ）に示すレンズＬ２ｂの開口部が最も小さい。

図１７に示すように、円環状のレンズＬ２ａ〜Ｌ２ｃの場合、開口部の径は、円環の内径よりも小さくすることができない。したがって、円環状のレンズの場合、円環の内径以下には、光束を細めることができない。

本例のレンズ装置１０は、図１５に示すように、第２光学系３０の最大幅Ｗが、環状の光学系Ｘの内径ｒと同じ長さで構成される。これにより、環状の光学系では実現し得ない深い焦点深度の光学系を構成できる。

本例では、第２光学系の最大幅を環状の光学系の内径と同じ長さにしているが、第２光学系の最大幅を環状の光学系の内径以下とすることにより、環状の光学系では実現し得ない深い焦点深度の光学系を構成できる。

一般に光学系は、開口が小さくなるに従って、光量が低下する。また、回折効果により解像度も低下する。したがって、第２光学系の開口のサイズについては、光量及び回折効果による解像度低下を考慮して決定することが好ましい。このうち光量の低下に関しては、使用するイメージセンサの感度との組み合わせで解消することが可能である。したがって、回折効果による解像度低下を起こさない範囲で第２光学系の開口のサイズを決定することが好ましい。一般に、絞り値がＦ３２以下になると、回折効果による解像度低下が顕著に現れるので、第２光学系の開口のサイズは、絞り値でＦ３２を下回らない範囲内とすることが好ましい。したがって、第２光学系は、最大幅が、環状の光学系の内径以下であり、かつ、絞り値でＦ３２を下回らない開口とすることが好ましい。

なお、一般に絞り値Ｆは、光学系の開口幅（レンズの口径）をＤ、焦点距離をｆとすると、Ｆ＝ｆ／Ｄにより求められる。

〈レンズ装置の第３の変形例〉
図１８は、レンズ装置の第３の変形例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第２光学系３０が、光軸Ｌと直交する断面において、環状の光学系Ｘを扇状に切り出し、更に、扇の外周部及び内周部を互いに平行に切り出した形状を有する。この場合、図１８に示すように、第２光学系３０の形状は、光軸Ｌと直交する断面において、台形となる。

このような構成の第２光学系３０は、各光学素子の外周部及び内周部が平面状に構成されるため、各光学素子を保持するための機構を簡素化できる。また、第２光学系駆動部の構造も簡素化できる。

本例の場合も、第２光学系３０は、その最大幅Ｗが環状の光学系Ｘの内径ｒ以下となるように構成することにより、焦点深度を深くできる。

〈レンズ装置の第４の変形例〉
図１９は、レンズ装置の第４の変形例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第２光学系３０が、光軸Ｌと直交する断面において、環状の光学系Ｘから光軸Ｌを挟んで互いに平行な２本の直線ｍ１、ｍ２で挟まれる領域を切り出した形状を有する。

本例の場合も、第２光学系３０は、その最大幅が環状の光学系の内径以下となるように構成することにより、焦点深度を深くできる。

〈レンズ装置の第５の変形例〉
図２０は、レンズ装置の第５の変形例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第２光学系３０が、光軸Ｌと直交する断面において、環状の光学系Ｘから光軸Ｌを挟んで互いに平行な２本の第１直線ｍ１、ｍ２、及び、第１直線ｍ１、ｍ２と直交し互いに平行な２本の第２直線ｎ１、ｎ２で囲われる領域を切り出した形状を有する。この場合、図２０に示すように、第２光学系３０の形状は、光軸Ｌと直交する断面において、矩形状となる。

このような構成の第２光学系３０は、各光学素子が矩形状となるため、各光学素子を保持するための機構を簡素化できる。また、第２光学系駆動部の構造も簡素化できる。

本例の場合も、第２光学系３０は、その最大幅が環状の光学系の内径以下となるように構成することにより、焦点深度を深くできる。

〈レンズ装置の第６の変形例〉
図２１は、レンズ装置の第６の変形例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第２光学系３０が、環状の光学系Ｘの一部を楕円形状に切り出した構造を有する。

本例の場合も、第２光学系３０は、その最大幅Ｗ、すなわち、楕円形の長径が環状の光学系Ｘの内径ｒ以下となるように構成することにより、焦点深度を深くできる。

なお、本例では、環状の光学系Ｘの一部を楕円形状に切り出す構成としているが、円形状に切り出す構成とすることもできる。また、多角形状に切り出す構成とすることもできる。

第２光学系３０を切り出す形状、すなわち、第２光学系３０の開口の形状については、元となる環状の光学系の収差等を考慮して決定することがより好ましい。すなわち、レンズの収差や屈折力等は、サジタル方向及びメリディオナル方向で異なるので、均等な方向の点像特性が得られるように切り出すことがより好ましい。

〈レンズ装置の第７の変形例〉
上記のように、第２光学系は、その最大幅を環状の光学系の内径以下とすることで、焦点深度を深くできる。このような効果は、第２光学系の開口部を規制することで得られる。すなわち、最大幅が環状の光学系の内径以下となるように、第２光学系の開口部を規制することでも、同様の効果が得られる。したがって、たとえば、第２光学系の最大幅が、環状の光学系の内径よりも大きい場合であっても、その開口部を規制することで、同様の効果が得られる。

なお、開口部とは、光学系において光が通る部分をいう。したがって、光軸と直交する断面において、光を遮るものがない場合は、その断面の全体が開口部となる。

図２２は、第２光学系の開口部を規制したレンズ装置の一例を示す正面図である。

本例のレンズ装置１０は、第１光学系２０と同心状に配置可能な円環状の光学系Ｘを４等分割し、その１つを第１光学系２０と同じ光軸上に配置することにより、第２光学系３０を構成している。そして、本例のレンズ装置１０では、第２光学系３０が、円環状の光学系Ｘの内径ｒよりも大きな幅Ｗ１を有している。

このように第２光学系３０が円環状の光学系Ｘの内径ｒよりも大きな幅を有する場合は、第２光学系３０の開口部３２を規制する。すなわち、開口部３２の最大幅Ｗ２が、円環状の光学系Ｘの内径ｒ以下となるように、開口部３２を規制する。

図２２に示すように、本実施の形態のレンズ装置１０では、第２光学系３０を構成する光学素子の一部に遮光膜３４をコーティングしてマスクすることにより、第２光学系３０の開口部３２を規制している。そして、本実施の形態のレンズ装置１０では、第２光学系３０の開口部３２を周方向の両側を遮光膜３４でマスクすることにより、第２光学系３０の開口部３２の最大幅Ｗ２を環状の光学系Ｘの内径ｒと同じにしている。本構成の第２光学系３０の場合は、外周の絃の長さが最大幅となるので、この絃の長さが環状の光学系Ｘの内径ｒと同じになるようにしている。

このように、第２光学系自体のサイズが円環状の光学系の内径よりも大きい場合は、第２光学系の開口部３２を規制することにより、焦点深度を深くできる。

なお、本例では、光学素子の一部に遮光膜をコーティングして開口部を規制する構成としているが、開口部を規制する方法は、これに限定されるものではない。絞り等の遮光部材を光路上に設置して、開口部を規制する構成とすることもできる。

また、図２２に示す例は、扇状に形成された第２光学系の外周の絃の長さが、環状の光学系の内径よりも長い場合であるが、扇状に形成された第２光学系の外径及び内径の差が大きく、その対角線の長さが環状の光学系の内径よりも大きくなる場合は、第２光学系の開口部を径方向で遮光して、最大幅が環状の光学系の内径以下となるようにする。この場合、第１光学系２０との境界が広がるように、すなわち、径方向の内側から遮光することにより、指向性センサで構成されるイメージセンサで使用した場合に混信を効果的に抑制できる。

図２３は、第２光学系の外径及び内径の差が環状の光学系の内径よりも大きい場合の開口部の遮光例を示す図である。

同図に示すレンズ装置１０では、第２光学系３０の外径及び内径の差が大きく、その対角線の長さＷ１が、環状の光学系Ｘの内径ｒよりも大きい。このため、第２光学系３０を構成する光学素子の一部に遮光膜３４をコーティングして、開口部３２の最大幅Ｗ２が環状の光学系Ｘの内径ｒとなるように遮光している。特に、本例では、第１光学系２０との境界が広がるように、径方向の内側から外側に向かって遮光領域が拡大するように、第２光学系３０の開口部３２を遮光している。これにより、指向性センサで構成されるイメージセンサで使用した場合に混信を効果的に抑制できる。

なお、第２光学系３０の外周の絃の長さが環状の光学系の内径より大きく、かつ、対角線の長さも環状の光学系の内径より大きい場合は、周方向及び径方向の少なくとも一方から開口部３２を遮光して、開口部３２が環状の光学系の内径以下とする。

図２４は、第２光学系の開口部の遮光の他の一例を示す図である。

同図に示す例では、第２光学系３０の開口部３２を周方向及び径方向の双方から遮光して、開口部３２の最大幅Ｗ２が、環状の光学系Ｘの内径ｒ以下となるようにしている。特に、本例では、開口部３２の形状が矩形状となるように、第２光学系３０を構成する光学素子を遮光膜３４でコーティングして、開口部３２を規制している。

図２５は、第２光学系の開口部の遮光の他の一例を示す図である。

同図に示す例では、第２光学系３０の開口部３２が円形状となるように、第２光学系３０を構成する光学素子を遮光膜３４でコーティングして、開口部３２を規制している。このように、開口部３２の形状は、特に限定されるものではなく、種々の形態を採用できる。

〈レンズ装置の第８の変形例〉
上記実施の形態のレンズ装置では、第２光学系を反射光学系で構成しているが、第２光学系は屈折光学系で構成することもできる。

ここで、屈折光学系とは、構成要素に鏡を含まない光学系であり、レンズの屈折のみで所望の撮像特性を実現する光学系である。

図２６は、第２光学系が屈折光学系で構成されたレンズ装置の概略構成を示す断面図である。

同図に示すように、レンズ装置１０は、第１光学系１２０及び第２光学系１３０を備える。第１光学系１２０及び第２光学系１３０は、同じ光軸Ｌを有し、かつ、共に屈折光学系で構成される。

−第１光学系−
第１光学系１２０は、４群７枚の広角レンズで構成され、物体側から順に第１光学系第１レンズ群１２０Ａ、第１光学系第２レンズ群１２０Ｂ、第１光学系第３レンズ群１２０Ｃ、第１光学系第４レンズ群１２０Ｄが、光軸Ｌに沿って配置される。

第１光学系第１レンズ群１２０Ａは、２枚のレンズで構成される。第１光学系第１レンズ群１２０Ａは、物体側から順に第１光学系第１レンズ１２０ａ、第１光学系第２レンズ１２０ｂが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第１光学系第２レンズ群１２０Ｂは、１枚のレンズで構成される。第１光学系第２レンズ群１２０Ｂは、光軸Ｌ上に配置された第１光学系第３レンズ１２０ｃで構成される。

第１光学系第３レンズ群１２０Ｃは、２枚のレンズで構成される。第１光学系第３レンズ群１２０Ｃは、物体側から順に第１光学系第４レンズ１２０ｄ、第１光学系第５レンズ１２０ｅが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第１光学系第４レンズ群１２０Ｄは、２枚のレンズで構成される。第１光学系第４レンズ群１２０Ｄは、物体側から順に第１光学系第６レンズ１２０ｆ、第１光学系第７レンズ１２０ｇが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第１光学系１２０を構成する各レンズは、円形のレンズで構成される。

第１光学系１２０に入射した光は、第１光学系第１レンズ群１２０Ａ、第１光学系第２レンズ群１２０Ｂ、第１光学系第３レンズ群１２０Ｃ、第１光学系第４レンズ群１２０Ｄを通って、イメージセンサ１００に入射する。

−第２光学系−
第２光学系１３０が、２群５枚の望遠レンズで構成され、物体側から順に第２光学系第１レンズ群１３０Ａ、第２光学系第２レンズ群１３０Ｂが、光軸Ｌに沿って配置される。

第２光学系第１レンズ群１３０Ａは、３枚のレンズで構成される。第２光学系第１レンズ群１３０Ａは、物体側から順に第２光学系第１レンズ１３０ａ、第２光学系第２レンズ１３０ｂ、第２光学系第３レンズ１３０ｃが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第２光学系第２レンズ群１３０Ｂは、２枚のレンズで構成される。第２光学系第２レンズ群１３０Ｂは、物体側から順に第２光学系第４レンズ１３０ｄ、第２光学系第５レンズ１３０ｅが光軸Ｌに沿って配置されて構成される。

第２光学系１３０は、環状の屈折光学系の一部で構成される。本例のレンズ装置１０では、円環状の光学系を８等分割した１つで構成される。したがって、第２光学系１３０を構成する各レンズは、扇形状を有する。

第２光学系１３０に入射した光は、第２光学系第１レンズ群１３０Ａ、第２光学系第２レンズ群１３０Ｂを通って、イメージセンサ１００に入射する。

このように、第２光学系は、屈折光学系で構成することもできる。なお、図２６に示すレンズ構成は、一例であり、目的に応じたレンズ構成が採用される。

〈レンズ装置の第９の変形例〉
上記実施の形態のレンズ装置では、第１光学系を広角レンズで構成し、第２光学系を望遠レンズで構成しているが、その逆の構成とすることもできる。すなわち、第１光学系を焦点距離の長い望遠レンズで構成し、第２光学系を焦点距離の短い広角レンズで構成することもできる。

図２７は、第１光学系が望遠レンズで構成され、第２光学系が広角レンズで構成されたレンズ装置の概略構成を示す断面図である。

このレンズ装置１０は、第１光学系２２０、第２光学系２３０、及び、共通レンズ２４０を備える。第１光学系２２０及び第２光学系２３０は、同じ光軸Ｌを有し、かつ、共に屈折光学系で構成される。

第１光学系２２０は、第１の画角αを有する望遠レンズで構成される。第１光学系２２０は、光軸Ｌに沿って像面側から第１光学系第１レンズ２２０ａ、第１光学系第２レンズ２２０ｂが配置されて構成される。第１光学系２２０を構成する各レンズは、円形状のレンズで構成される。

第２光学系２３０は、第２の画角βを有する広角レンズで構成される。第２光学系２３０は、光軸Ｌ上に配置された第２光学系第１レンズ２３０ａを有する。第２光学系第１レンズ２３０ｂは、環状のレンズの一部で構成される。本例のレンズ装置１０では、円環状のレンズを８等分割した１つで構成される。したがって、その外形は扇形状を有する。

共通レンズ２４０は、第１光学系２２０及び第２光学系２３０で共用されるレンズであり、光軸Ｌ上の一定位置に配置される。共通レンズ２４０は、イメージセンサ１００への光の入射角度を調整する。

第１光学系２２０及び第２光学系２３０を通過した光は、それぞれ共通レンズ２４０を介してイメージセンサ１００に入射する。

このように、レンズ装置は、第１光学系を望遠レンズ、第２光学系を広角レンズで構成することもできる。

〈レンズ装置の第１０の変形例〉
上記実施の形態のレンズ装置は、互いに焦点距離の異なる光学系によって第１光学系及び第２光学系を構成しているが、第１光学系及び第２光学系は、異なる撮像特性を備えていればよい。

図２８は、互いに合焦距離の異なる光学系で第１光学系及び第２光学系が構成されたレンズ装置の概略構成を示す断面図である。

このレンズ装置１０は、互いに合焦距離の異なる第１光学系３２０及び第２光学系３３０を備える。

第１光学系３２０は、近距離の被写体に合焦する光学系で構成され、第２光学系３３０は、遠距離の被写体に合焦する光学系で構成される。

第１光学系３２０を構成する光学素子は円形状を有する。第２光学系３３０を構成する光学素子は、第１光学系３２０と同心状に配置可能な光学系の一部で構成される。

このように、レンズ装置１０は、合焦距離の異なる光学系で第１光学系３２０及び第２光学系３３０を構成できる。この他、たとえば、互いに透過波長特性の異なる光学系によって第１光学系及び第２光学系を構成することもできる。たとえば、第１光学系は可視光による撮影に適した透過波長特性を有する光学系で構成し、第２光学系は赤外光による撮影に適した透過波長特性を有する光学系で構成する。これにより、第１光学系で可視光画像、第２光学系で赤外線画像を撮像できる。

〈レンズ装置のその他の変形例〉
上記のレンズ装置は、本発明の一例である。特に、各光学系のレンズ構成については、その光学系に要求される機能に応じて、適宜変更されるものである。

また、レンズ装置には、必要に応じて、フィルタ等の光学素子を含めることができる。たとえば、赤外線カットフィルタや、イメージセンサを保護するカバーガラスなどを配置することもできる。

《レンズ装置の製造方法》
第１光学系についは、一般的なレンズの製造方法と同じである。したがって、ここでは、第２光学系の製造方法について説明する。

円環状の光学系をｎ等分割した１つで第２光学系を構成する場合、第２光学系は、次のように製造する。

まず、第２光学系を構成する各光学素子について、円形の光学素子を製造する。次に、その円形の光学素子の中央に穴を開け、円環状に加工する。次に、円環状に加工された光学素子をカットして、ｎ等分割する。得られた光学素子を組み立てて、第２光学系を完成させる。

このように、円環状の光学系をｎ等分割した１つで第２光学系を構成する場合、１つの円形の光学素子から複数の光学素子を取得でき、1台あたりの製造コストを低減できる。

《撮像装置》
次に、上記撮像ユニットを備えた撮像装置について説明する。

〈撮像装置の構成〉
図２９は、撮像装置のシステム構成を示すブロック図である。

撮像装置４００は、主として、撮像ユニット１と、レンズ駆動制御部４０１と、イメージセンサ駆動制御部４０２と、アナログ信号処理部４０３と、デジタル信号処理部４０４と、表示部４０５と、内部メモリ４０６と、メディアインターフェース４０７と、システム制御部４０８と、操作部４０９と、を備えて構成される。

撮像ユニット１は、レンズ装置１０及びイメージセンサ１００を備えて構成される。ここでは、図１に示す構成の撮像ユニット１が使用されるものとする。

レンズ駆動制御部４０１は、システム制御部４０８からの指令に基づき、レンズ装置１０の駆動を制御する。レンズ駆動制御部４０１は、第１光学系２０の駆動を制御する第１光学系駆動制御部、及び、第２光学系３０の駆動を制御する第２光学系駆動制御部を備える。第１光学系駆動制御部は、システム制御部４０８からの指令に基づいて、第１光学系駆動部６０を制御し、第１光学系２０を光軸Ｌに沿って前後移動させる。第２光学系駆動制御部は、システム制御部４０８からの指令に基づいて、第２光学系駆動部８０を制御し、第２光学系３０を光軸Ｌに沿って前後移動させる。

イメージセンサ駆動制御部４０２は、システム制御部４０８からの指令に基づき、イメージセンサ１００の駆動を制御する。すなわち、イメージセンサ１００からの画像信号の読み出しを制御する。

アナログ信号処理部４０３は、イメージセンサ１００から出力される画素ごとのアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理を施した後、デジタル信号に変換して出力する。

デジタル信号処理部４０４は、画像信号取得部の一例である。デジタル信号処理部４０４は、デジタル信号に変換された画素ごとの画像信号を取り込み、所定の信号処理を施して、画像データを生成する。この際、デジタル信号処理部４０４は、イメージセンサ１００の第１画素１１０Ａの画像信号に基づいて、第１画像データを生成し、第２画素１１０Ｂの画像信号に基づいて、第２画像データを生成する。第１画像データは、第１光学系２０を介して撮像される広角画像の画像データであり、第２画像データは、第２光学系３０を介して撮像される望遠画像の画像データである。

表示部４０５は、たとえば、液晶モニタで構成され、撮像済みの画像や撮像中の画像（いわゆるライブビュー画像）を表示する。また、表示部４０５は、必要に応じてＧＵＩ（GUI: Graphical User Interface）として機能する。

内部メモリ４０６は、たとえば、ＲＡＭ（RAM: Random Access Memory）で構成され、ワークメモリとして機能する。

メディアインターフェース４０７は、システム制御部４０８から指令に基づいて、メモリーカード等の外部メモリ４１０に対して、データの読み書きを行う。

システム制御部４０８は、撮像装置全体の動作を統括制御する。システム制御部４０８は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Member）、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータで構成され、所定の制御プログラムを実行して、撮像装置４００の全体を制御する。制御に必要なプログラム及び各種データは、ＲＯＭに格納される。

操作部４０９は、電源ボタンやシャッターボタン等の各種操作ボタン、及び、その駆動回路を備えて構成される。操作部４０９の操作情報は、システム制御部４０８に入力される。システム制御部４０８は、操作部４０９からの操作情報に基づいて、各部を制御する。

〈撮像装置の作用〉
本実施の形態の撮像装置４００において、焦点合わせは手動で行われる。撮影者は、操作部４０９を介して、第１光学系２０及び第２光学系３０を個別に移動させ、所望の被写体に焦点を合わせる。

画像を記録するための撮像は、測光後に行われる。測光の指示は、シャッターボタンの半押しで行われる。測光が指示されると、システム制御部４０８は、イメージセンサ１００から得られる画像信号に基づいて、ＥＶ値（exposure value）を求め、露出を決定する。露出は、光学系ごとに決定する。

測光後、画像を記録するための撮像が実施される。画像を記録するための撮像の指示は、シャッターボタンの全押しで行われる。

記録用の撮像が指示されると、システム制御部４０８は、測光により求めた露出でイメージセンサ１００を露光させ、記録用の画像を撮像する。

撮像により得られた画素ごとの画像信号は、イメージセンサ１００からアナログ信号処理部４０３に出力される。アナログ信号処理部４０３は、イメージセンサ１００から出力された画素ごとの画像信号を取り込み、所定の信号処理を施した後、デジタル信号に変換して出力する。

アナログ信号処理部４０３から出力された画素ごとの画像信号は、内部メモリ４０６に取り込まれ、その後、デジタル信号処理部４０４に送られる。デジタル信号処理部４０４は、得られた画像信号に所定の信号処理を施して、第１画像データ及び第２画像データを生成する。すなわち、イメージセンサ１００の第１画素１１０Ａの画像信号に基づいて第１画像データを生成し、第２画素１１０Ｂの画像信号に基づいて第２画像データを生成する。生成された第１画像データ及び第２画像データは、メディアインターフェース４０７を介して外部メモリ４１０に記録される。

このように、本実施の形態の撮像装置４００によれば、一回の撮像で広角及び望遠の２つの画像を撮像できる。

《撮像装置の変形例》
撮像装置は、単体のカメラとして構成することもできるが、他の機器に組み込むこともできる。たとえば、スマートフォンやタブレット型コンピュータ、ノート型コンピュータに組み込むこともできる。

また、撮像装置としての用途も特に限定されず、通常のカメラ用途の他、監視カメラや車載カメラなどの用途に用いることもできる。

また、第１画素の画像信号及び第２画素の画像信号を個別に読み出せる構成のイメージセンサを使用した場合、撮像装置は、第１画素の画像信号及び第２画素の画像信号を個別に読み出す構成とすることもできる。

１…撮像ユニット、１０…レンズ装置、１２…鏡筒、１４…第１光学系ガイドシャフト支持部、１５…第１光学系ネジ棒軸受部、１６…第２光学系ガイドシャフト支持部、１７…第２光学系ネジ棒軸受部、２０…第１光学系、２０Ａ…第１光学系第１レンズ群、２０Ｂ…第１光学系第２レンズ群、２０Ｃ…第１光学系第３レンズ群、２０ａ…第１光学系第１レンズ、２０ｂ…第１光学系第２レンズ、２０ｃ…第１光学系第３レンズ、２０ｄ…第１光学系第４レンズ、２０ｅ…第１光学系第５レンズ、２０ｆ…第１光学系第６レンズ、２０ｇ…第１光学系第７レンズ、２０ｈ…第１光学系第８レンズ、３０…第２光学系、３０ａ…第２光学系第１レンズ、３０ｂ…第２光学系第２レンズ、３０ｃ…第２光学系第３レンズ、３０ｄ…主鏡、３０ｅ…副鏡、３２…開口部、３４…遮光膜、４０…共通レンズ、４２…共通レンズ保持枠、６０…第１光学系駆動部、６２…第１光学系ガイド機構、６４…第１光学系駆動機構、６６…第１光学系ガイドシャフト、６８…第１光学系ガイドスリーブ、６８Ａ…第１光学系ガイドスリーブ連結アーム、６８Ｂ…第１光学系ガイドスリーブ連結アーム、６８Ｃ…第１光学系ガイドスリーブ連結アーム、７０Ａ…第１光学系第１レンズ枠、７０Ｂ…第１光学系第２レンズ枠、７０Ｃ…第１光学系第３レンズ枠、７２…第１光学系駆動ネジ棒、７４…第１光学系駆動モータ、７６…第１光学系駆動ナット、７６Ａ…第１光学系駆動ナット連結アーム、７６Ｂ…第１光学系駆動ナット連結アーム、７６Ｃ…第１光学系駆動ナット連結アーム、８０…第２光学系駆動部、８２…第２光学系ガイド機構、８４…第２光学系駆動機構、８６…第２光学系ガイドシャフト、８８…第２光学系ガイドスリーブ、８８Ａ…第２光学系ガイドスリーブ連結アーム、８８Ｂ…第２光学系ガイドスリーブ連結アーム、９０Ａ…第２光学系第１レンズ枠、９０Ｂ…第２光学系第２レンズ枠、９２…第２光学系駆動ネジ棒、９４…第２光学系駆動モータ、９６…第２光学系駆動ナット、９６Ａ…第２光学系駆動ナット連結アーム、９６Ｂ…第２光学系駆動ナット連結アーム、１００…イメージセンサ、１１０Ａ…第１画素、１１０Ｂ…第２画素、１１２…光電変換素子、１１４…マイクロレンズ、１１６…遮光マスク、１２０…第１光学系、１２０Ａ…第１光学系第１レンズ群、１２０Ｂ…第１光学系第２レンズ群、１２０Ｃ…第１光学系第３レンズ群、１２０Ｄ…第１光学系第４レンズ群、１２０ａ…第１光学系第１レンズ、１２０ｂ…第１光学系第２レンズ、１２０ｄ…第１光学系第４レンズ、１２０ｅ…第１光学系第５レンズ、１２０ｆ…第１光学系第６レンズ、１２０ｇ…第１光学系第７レンズ、１３０…第２光学系、１３０Ａ…第２光学系第１レンズ群、１３０Ｂ…第２光学系第２レンズ群、１３０ａ…第２光学系第１レンズ、１３０ｂ…第２光学系第２レンズ、１３０ｃ…第２光学系第３レンズ、１３０ｄ…第２光学系第４レンズ、１３０ｅ…第２光学系第５レンズ、２２０…第１光学系、２２０ａ…第１光学系第１レンズ、２２０ｂ…第１光学系第２レンズ、２３０…第２光学系、２３０ａ…第２光学系第１レンズ、２３０ｂ…第２光学系第１レンズ、２４０…共通レンズ、３２０…第１光学系、３３０…第２光学系、４００…撮像装置、４０１…レンズ駆動制御部、４０２…イメージセンサ駆動制御部、４０３…アナログ信号処理部、４０４…デジタル信号処理部、４０５…表示部、４０６…内部メモリ、４０７…メディアインターフェース、４０８…システム制御部、４０９…操作部、４１０…外部メモリ、Ｌ…光軸、Ｌ１…レンズ、Ｌ２…レンズ、Ｌ２ａ…レンズ、Ｌ２ｂ…レンズ、Ｘ…環状の光学系

Claims (15)

1. 第１光学系と、
   前記第１光学系と異なる撮像特性を有し、かつ、前記第１光学系と同心状に配置可能な環状の光学系の一部で構成され、前記第１光学系と同じ光軸を有する第２光学系と、
   を備えたレンズ装置。
2. 前記第２光学系は、前記光軸と直交する断面において、前記環状の光学系を扇状に切り出した形状を有する、
   請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記第２光学系は、前記光軸と直交する断面において、前記環状の光学系を扇状に切り出し、更に、外周部及び内周部を互いに平行に切り出した形状を有する、
   請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記第２光学系は、前記光軸と直交する断面において、前記環状の光学系から前記光軸を挟んで互いに平行な２本の直線で挟まれる領域を切り出した形状を有する、
   請求項１に記載のレンズ装置。
5. 前記第２光学系は、前記光軸と直交する断面において、前記環状の光学系から前記光軸を挟んで互いに平行な２本の第１直線、及び、前記第１直線と直交し互いに平行な２本の第２直線で囲われる領域を切り出した形状を有する、
   請求項１に記載のレンズ装置。
6. 前記第２光学系は、開口部の最大幅が前記環状の光学系の内径以下である、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズ装置。
7. 前記第２光学系が、環状の反射光学系の一部で構成される、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズ装置。
8. 前記第２光学系が、環状の屈折光学系の一部で構成される、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のレンズ装置。
9. 前記第１光学系及び前記第２光学系は、互いに焦点距離が異なる、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のレンズ装置。
10. 前記第１光学系及び前記第２光学系は、互いに合焦距離が異なる、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ装置。
11. 前記第１光学系及び前記第２光学系は、互いに透過波長特性が異なる、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のレンズ装置。
12. 前記第１光学系を光軸に沿って移動させる第１光学系駆動部を更に備えた、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載のレンズ装置。
13. 前記第２光学系を光軸に沿って移動させる第２光学系駆動部を更に備えた、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載のレンズ装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載のレンズ装置と、
    前記第１光学系を通過した光を選択的に受光する画素及び前記第２光学系を通過した光を選択的に受光する画素が規則的に二次元配列されたイメージセンサと、
    を備えた撮像ユニット。
15. 請求項１４の撮像ユニットと、
    前記第１光学系を介して得られる第１画像の画像信号、及び、前記第２光学系を介して得られる第２画像の画像信号を前記イメージセンサから取得する画像信号取得部と、
    を備えた撮像装置。

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