JP6623010B2 - 撮像装置、光学機器及び電子機器、並びに撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、光学機器及び電子機器、並びに撮像装置の製造方法に関する。

近年、特定の撮像対象を検出したり、追尾したりすることが可能な撮像装置が提案されている。例えば、特許文献１には、不法侵入者を追尾するための追尾手段を備える監視カメラが開示されている。この監視カメラの追尾手段は、監視員の操作又は不審人物検出器からの入力に応じて監視カメラの撮像方向を制御する。

特開平１０−２２２７７３号公報

上記のように、撮像装置において、特定の撮像対象（例えば人間）を検出したり、追尾したりするためには、十分な解像力が必要である。例えば、特許文献１の監視カメラにおいて、監視員や不審人物検出器が不審人物を検出できる程度の解像力がなければ、追尾の誤作動や不審人物の見落とし等の問題が生じてしまう。

このような解像力不足に伴う問題を防止するために、撮像装置のレンズを解像力の高いレンズに置き換えることも可能である。しかし、このようなレンズを使用すれば高価になってしまう。一方、撮像装置の用途が決まっている場合、すべての撮像対象について解像力が高くなくても、その用途に応じて特定の撮像対象の認識精度に寄与する解像力だけ高ければよい場合がある。このような解像力は、レンズ自体を変更しなくても撮像装置の構成によって向上させることが可能である。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、特定の撮像対象の認識精度を向上させることができる撮像装置、光学機器及び電子機器、並びに撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置は、
固定焦点型の結像光学系と、
前記結像光学系より後方側に配置され前記結像光学系の光軸が撮像面を通る撮像素子と、
を備え、
前記撮像素子の撮像面上の光軸中心から離間した位置において、前記結像光学系を通過して前記撮像面上に投影される像のサジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力より高くなるように前記撮像素子の撮像面が配置され、撮像対象の縦方向に延びる線の認識精度を向上させている。

例えば、前記撮像面において、前記光軸中心から離間した位置における前記サジタル方向の解像力が極大を示す位置をサジタル方向焦点とし、前記タンジェンタル方向の解像力が極大を示す位置をタンジェンタル方向焦点とするとき、
前記撮像面は、前記タンジェンタル方向焦点より前記サジタル方向焦点に近い場所に位置し、
前記サジタル方向焦点と前記撮像面との隔たりは、前記サジタル方向焦点と前記タンジェンタル方向焦点との隔たりの半分未満であってもよい。

例えば、前記撮像素子の画素間隔をｄ（ｍｍ）とし、
前記サジタル方向の解像力を、前記撮像面において１／（９ｄ）（ｌｐ／ｍｍ）間隔でタンジェンタル方向に並びサジタル方向に伸びる黒色の複数の直線の像の白色の背景に対するコントラスト比として定義する場合、前記サジタル方向の解像力が５０％以上の値であってもよい。

例えば、さらに、前記撮像素子で撮像された光景の画像を取り込み、該光景の画像に含まれる前記撮像対象を認識する画像認識処理を行う制御部を備えていてもよい。

例えば、さらに、前記画像認識処理によって認識された撮像対象が撮像範囲の中央に写るように撮像方向を向ける駆動制御手段を備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明に係る光学機器（例えば、監視カメラなど）は、上記撮像装置を備える。

上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、上記撮像装置を備える。

上記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置の製造方法は、
前記撮像面上の光軸中心から離間した位置における前記サジタル方向焦点及び前記タンジェンタル方向焦点を測定する、焦点測定工程と、
前記撮像素子を前記結像光学系に対して相対的に移動させて、前記撮像面上の光軸中心から離間した位置において、前記サジタル方向の解像力が前記タンジェンタル方向の解像力よりも高い状態とする、解像力調整工程と、
を備える。

本発明によれば、特定の撮像対象の認識精度を向上させることができる。このことから、本発明の撮像装置は、例えば監視カメラ（追尾カメラも含む）などに好適に用いられる。

本発明の実施形態１に係る撮像装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る撮像装置の外観を示し、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は背面図である。 図２（Ａ）のＡ−Ａ線における部分断面矢視図である。 撮像装置によって撮像される画像の一例を示す模式図である。 結像光学系のＭＴＦ（解像力）曲線の一例を示すグラフである。 結像光学系のＭＴＦ（解像力）曲線の一例を示すグラフである。 撮像装置の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る撮像装置のブロック構成図である。 本発明の実施形態３に係るカメラの斜視図である。

以下、本発明の各実施形態に係る撮像装置について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係る撮像装置１０は、図１に示すように、レンズ１及びレンズ枠２を有する結像光学系６と、ベース（レンズ枠保持部材）３と、撮像素子４と、基板５と、３つの圧縮コイルばね８ｃ，８ｄ，８ｅと、３つのネジ７ｃ，７ｄ，７ｅと、を備える。この撮像装置１０は、組立後において図２に示すような外観を有する。

レンズ１は凸型レンズである。図３に示すように、結像光学系６は、レンズ枠２の内部において光軸方向に２枚のレンズ１が重ねて配置されることによって構成される。ここでいう「結像光学系」は、レンズ（例えばレンズ１）を含む固定焦点型の結像光学系であって、光軸（例えば光軸Ｌ１）の一方側（前方側）の光景を光軸の他方側（後方側）において結像させる光学系を意味する。なお、組立後において、結像光学系６の光軸Ｌ１と撮像素子４の光軸Ｌ２はほぼ合致するような位置関係とする。

レンズ枠２は、円筒状に形成され、その外周面にはベース３に螺合して固定するための雄ねじが形成される。レンズ枠２は、例えば樹脂材料やアルミニウム等の金属材料から形成される。なお、熱かしめの方法により、レンズ１をレンズ枠２に固定することも可能である。この場合、レンズ枠２は、熱かしめに適した樹脂材料から形成されていることが好ましい。この熱かしめに適した樹脂材料は、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等が挙げられる。

ベース３は、レンズ枠２を保持する。ベース３は、後方からレンズ枠２が螺合される開口部３ｅが設けられたレンズ枠保持部３ｄを有する。ベース３における基板５側の端面３ｃには、基板５の位置を決めるための位置決め突起３ａ、３ｂ（図２（Ｂ）参照）と、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅが螺合される雌ねじ部（不図示）が設けられている。

ベース３は、例えば樹脂材料やアルミニウム等の金属材料から形成されている。樹脂材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）等が挙げられる。

撮像素子４は、結像光学系６の２つのレンズ１を通して撮像面４ａに結像された被写体像を撮像する。撮像素子４は、結像光学系６より光軸Ｌ１の後方側に配置され、光軸Ｌ１は撮像面４ａを通る。撮像面４ａは、撮像素子４のパッケージにおける外部からの光を取り込む部分に相当し、カラーフィルターアレイを有する。

撮像素子４は、結像光学系６を通して撮像面４ａに結像された被写体像を撮像するＣＣＤ（Charge-Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等の固体撮像素子を備える。撮像素子４の撮像面４ａは平坦であり、その光軸Ｌ２は撮像面４ａに対して垂直である。撮像素子４は、基板５に固定されている。撮像素子４は、導電部材（図示せず）を介して基板５に実装される。この導電部材としては、例えば半田等が挙げられる。撮像素子４の画素間隔は、４．２μｍである。

基板５は、撮像素子４で撮像された光景の画像を取り込む集積回路を有する。また、基板５は、図１に示すように、基板５の位置決め用の貫通孔５ａ、５ｂと、基板５をベース３に固定するためのネジ７ｃ，７ｄ，７ｅが挿通される貫通孔５ｃ，５ｄ，５ｅと、を有する。基板５は、図２（Ｂ）に示すように、２つの位置決め用の貫通孔５ａ，５ｂにベース３の位置決め突起３ａ，３ｂが嵌合された状態で、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅによりベース３の端面３ｃにネジ留めされる。なお、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅは、基板５の背面側から貫通孔５ｃ，５ｄ，５ｅ及び圧縮コイルばね８ｃ，８ｄ，８ｅを挿通させ、圧縮コイルばね８ｃ，８ｄ，８ｅの復元力に逆らってベース３の端面３ｃに螺合される。

圧縮コイルばね８ｃ，８ｂ，８ｅは、弾性部材であり、上記のようにネジ留めされた状態において自然長より圧縮方向に変位している状態となるような長さに設計される。圧縮コイルばね８ｃ，８ｂ，８ｅは、上記のようにネジ留めされた状態において、その復元力により、ベース３と基板５を離間させる方向に付勢する。ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅの螺合方向及び圧縮コイルばね８ｃ，８ｂ，８ｅの付勢方向は反対方向であるため、ベース３と基板５の間隔は、両者のバランスによって安定する。

ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅの先端部を、ベース３の端面３ｃにねじ込む量はそれぞれ調整される。例えば、光軸Ｌ１，Ｌ２を合わせる光軸合わせは、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅのねじ込み量同士の相対的な差異を調整し、結像光学系６に対する撮像素子４の撮像面４ａの傾きを変化させることによって行われる。

結像光学系６に対する撮像素子４の光軸方向距離を調整する解像力調整（フォーカス位置調整）は、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅのねじ込み量をそれぞれ変化させ、ベース３に固定されている結像光学系６と基板５に固定されている撮像素子４との間隔（光軸方向距離）を調整することによって行われる。

以上、撮像装置１０の機械的な構成及び解像力の調整方法について説明した。次に、撮像装置１０の解像力をどのような解像力に調整するかについて説明する。「解像力」とは像の質を表す指標であり、この値が大きい程、像のより細部を読み取る事ができる。しかし、解像力は定義の仕方によって異なる指標となる。そこで、まず、解像力の複数の定義と、それらの定義によって区別される各種解像力について説明する。

図４に示される画像ＩＭＧは、撮像装置１０によって撮像される画像の一例である。画像ＩＭＧの中央には撮像対象である人間Ｈが映し出されている。画像ＩＭＧの点Ｐｖは、像の中心であり、結像光学系６の光軸Ｌ１が撮像素子４の撮像面４ａと交わる点でもある。画像ＩＭＧは、横長であり、縦方向の長さは対角線の長さの半分（すなわち後述の像高５０％）に相当する。

画像ＩＭＧ上において直線ＬＲ１〜ＬＲ８と円ＣＣ１〜ＣＣ３とが点線で描かれている。直線ＬＲ１〜ＬＲ８は、点Ｐｖから画像ＩＭＧの縁の角及び中点に向かって放射状に延びる直線である。円ＣＣ１〜ＣＣ３は、点Ｐｖを中心とする同心円である。なお、直線ＬＲ１〜ＬＲ８及び円ＣＣ１〜ＣＣ３とは画像ＩＭＧ上におけるサジタル方向とタンジェンタル方向を説明するために示したものであり、実際の画像には含まれない。また、円ＣＣ１は像高１０％の位置に相当し、円ＣＣ２は像高３０％の位置に相当し、円ＣＣ３は像高５０％の位置に相当する（像高の詳細な定義については後述する）。

ここで、両矢印Ｓが示すように、直線ＬＲ１〜ＬＲ８に沿った方向を「サジタル方向」と称する。また、両矢印Ｔが示すように、円ＣＣ１〜ＣＣ３の接線方向を「タンジェンタル方向」と称する。なお、円ＣＣ１〜ＣＣ３及び直線ＬＲ１〜ＬＲ８はこれらの方向を説明するための線の代表例である。すなわち、直線ＬＲ１〜ＬＲ８とは異なる方向に延びる放射状の直線に沿った方向もサジタル方向であるし、円ＣＣ１〜ＣＣ３とは半径の異なる同心円の接線方向もタンジェンタル方向である。

光学結像系６で結像させた画像ＩＭＧは、像の中心を除けば、サジタル方向とタンジェンタル方向で解像力が異なる。また、フォーカス位置を変える事で、サジタル方向に延びる像のエッジがシャープとなったり、タンジェンタル方向に延びる像のエッジがシャープとなったりする。本来は、サジタル方向に延びる像のエッジ及びタンジェンタル方向に延びる像のエッジの両方がシャープな画像が得られれば最も好ましいが、そのようなレンズは非常に高価である。

ここで、サジタル方向に延びる線が認識しやすくなるような解像力を「サジタル方向の解像力」と称し、タンジェンタル方向に延びる線が認識しやすくなるような解像力を「タンジェンタル方向の解像力」と称する。なお、ここでいう「解像力」の詳細な定義については後述する。

図４の人間Ｈのように、人間は細長い形状をしていて、座っている時や立っている時などにおいて縦長に映る場合が多い。人間Ｈの形状は直線ＬＲ３，ＬＲ７に沿った縦長に近く、人間Ｈの外形を示す線は縦線に近い。

したがって、サジタル方向の解像力が高いほど、人間Ｈが認識しやすいように映る。特に、撮像者にとって図４のように撮像対象を縦長に映したい場合が横長に映したい場合より多いため、サジタル方向の解像力を高めることによって撮像対象の縦方向に延びる線の認識精度を向上させることが重要である。一方、人間Ｈの形状は円ＣＣ１〜ＣＣ３等に沿った形状ではない。すなわち、サジタル方向の解像力に比べればタンジェンタル方向の解像力は人間Ｈの認識しやすさに与える影響が少ない。そこで、後述するように、例えば人物の認識精度を向上させるために、撮像装置１０は、サジタル方向の解像力をタンジェンタル方向の解像力より高くなるようにフォーカス位置が調整される。

上述の図４で示しているようなことは、例えば監視カメラ用（追尾カメラ用も含む）として撮像装置１０を用いる際に要求される。不審者は、概ね建物等に侵入する際は立って移動（走って移動）すると考えられるため、撮像者は、横長に映したい場合より、図４のように撮像対象を縦長に映すことを求める傾向がある。図４のように写すことを達成するために、例えばサジタル方向の解像力を高めることによって撮像対象の縦方向に延びる線の認識精度を向上させることが重要である。

以上、撮像装置１０の解像力をどのような解像力にすることが好ましいかについて説明した。そこで、このような解像力を得るためにどのようなフォーカス位置に調整するべきかについて説明する。

図５及び図６は、結像光学系６のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）曲線の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、ＭＴＦ（解像力）を示し、横軸は、光軸方向における投影面の位置（基準位置をゼロとする相対的なフォーカス位置）であるデフォーカスを示す。ここで、ＭＴＦ曲線の理解のために、その測定方法等について説明する。

まず、ＭＴＦ（解像力）は、通常、白い背景の上に引かれた平行に等間隔で並ぶ黒い線の像が光学系を用いて投影面に投影された際の、投影像における白い部分と黒い部分のコントラスト比で表され、１００％が最大値である。このような方法で解像力を説明する場合には、一般に前提となる黒い線の間隔を特定する必要がある。

図５及び図６に示されるＭＴＦ（解像力）は、Trioptics社製ImageMaster HRを用いて、可視光の像で測定されたものであり、４２（lp/mm）（line pairs per mm）の間隔で並ぶべき黒い線の画像に対する、白い背景部分のコントラストの比で示されている。

なお、ＭＴＦ曲線を測定する際に用いる黒い線の間隔は４２（lp/mm）に限定されない。これよりも広い間隔の線に付いて測定しても構わない。ただし、撮像素子４の画素間隔に比して余りに広い間隔の線を選択すると、撮像素子４における画像の分解能にそぐわないＭＴＦ曲線しか得られない。逆に、余りに狭い間隔を選択する事も、結像光学系６に対して過剰な品質を要求する事になって好ましくない。

カラーで撮像する一般的な撮像素子には通常３画素×３画素を単位とするカラーフィルターアレイが用いられており、このフィルターによってカラー画像を作り出している。このようなカラーフィルターアレイとしては、Bayerフィルターがある。３画素×３画素の領域で移動平均を取りつつ、各画素に割り当て、赤、緑、青の値を決める。このため、画素間隔の２倍で並ぶ線をこの様な撮像素子で撮像しても、得られる画像は殆どコントラストを持たない。

そこで、撮像装置１０を得る目的でＭＴＦ曲線を測定する場合は、画素間隔の２倍よりも大きな間隔で並んだ黒い線の像を用いるべきである。他方で、画素間隔の９倍で並ぶ黒い線の像に対しては、十分なコントラストを示すので、この間隔を上限としてＭＴＦ曲線を測定する際の黒い線の像の間隔を選択し、妥当な特性を示す結像光学系６を選択すれば良い。

なお、撮像素子４の画素間隔は、４．２μｍである。したがって、画素間隔をｄ（mm）とすると、１／（９ｄ）の値は２６．４(lp/mm)となる。図５及び図６のＭＴＦ曲線は、これよりも間隔が狭い４２(lp/mm)において測定されている。但し、１／（２）すなわち画素間隔の２倍で並ぶ黒い線の像で測定された場合の値である１１９（lp/mm）よりは小さい。そして仮に２６．４(lp/mm)で同じ位置におけるＭＴＦ値を測定したならば、より大きな値が得られる。

以上、ＭＴＦ曲線の測定方法の説明をした。そこで、図５及び図６のＭＴＦ曲線の説明に戻る。以下の説明において、撮像素子４の撮像面４ａの対角線の長さの半分を「像高」と称する。これは、図４における画像ＩＭＧの対角線の長さの半分（例えばＬＲ２，ＬＲ４，ＬＲ６，ＬＲ８の長さ）に相当する。

図５において、曲線３１は、像の中心である点Ｐｖの位置（像高０％）における中心解像力を示している。曲線３２は、像の中心である点Ｐｖから像高７５％だけ離れた位置におけるタンジェンタル方向の解像力を示し、曲線３３は、像の中心である点Ｐｖから像高７５％だけ離れた位置におけるサジタル方向の解像力を示している。

像の中心である点Ｐｖの位置においてはサジタル方向とタンジェンタル方向の区別がなくなるので、サジタル方向の解像力及びタンジェンタル方向の解像力は中心解像力を表す曲線３１のみで表される。一方、像の中心である点Ｐｖ以外の位置においては、結像光学系６が有する収差によって、サジタル方向の解像力とタンジェンタル方向の解像力とで別々の曲線３２，３３となる。

ここで、撮像面４ａにおいて、点Ｐｖ（光軸中心）から離間した位置におけるサジタル方向の解像力が極大となるフォーカス位置を「サジタル方向焦点」と称し、タンジェンタル方向の解像力が極大となるフォーカス位置を「タンジェンタル方向焦点」と称する。像の中心である点Ｐｖ以外の位置においては、曲線３２，３３のように、サジタル方向焦点Ｐｓとタンジェンタル方向焦点Ｐｔとは異なる。すなわち、サジタル方向焦点Ｐｓに近づければ、タンジェンタル方向焦点Ｐｔから遠ざかる。そのため、サジタル方向の解像力とタンジェンタル方向の解像力は、一方を高くしようとすれば他方は低くなってしまうというトレードオフの関係にある。

この点、従来の撮像装置では、撮像素子の撮像面は、光学系のサジタル方向焦点とタンジェンタル方向焦点との中間付近に位置させている。かかる構成は、サジタル方向とタンジェンタル方向のいずれか一方の解像力を重視するのではなく、双方の解像力のバランスを取ることを意図するものである。

これに対して、本実施形態に係る撮像装置１０では、撮像素子４の撮像面４ａはタンジェンタル方向焦点Ｐｔよりもサジタル方向焦点Ｐｓに近いフォーカス位置に配置される。上述のように、サジタル方向の解像力の方がタンジェンタル方向の解像力よりも、撮像対象である人間Ｈの認識しやすさに与える影響が大きいからである。

ここで、図５のように、フォーカス位置がサジタル方向焦点Ｐｓに位置する場合、サジタル方向のＭＴＦ（解像力）は最も高くなる。しかし、完全に一致させる必要は無い。

例えば、サジタル方向焦点Ｐｓから＋０．０１５ｍｍの位置（デフォーカスが−０．０１ｍｍ）でも、５２％という比較的良好な解像力が得られる。また、サジタル方向焦点Ｐｓから−０．０１５ｍｍの位置（デフォーカスが−０．０４ｍｍ）でも、５２％という比較的良好な解像力が得られる。これらの位置は、いずれもタンジェンタル方向焦点Ｐｔよりサジタル方向焦点Ｐｓに近い位置である。

また、フォーカス位置がサジタル方向焦点Ｐｓから＋０．０１５ｍｍの位置であっても−０．０１５ｍｍの位置であっても、サジタル方向の解像力はタンジェンタル方向の解像力よりも大きい。ただし、サジタル方向焦点Ｐｓから−０．０１５ｍｍの位置の場合、サジタル方向焦点Ｐｓに対してタンジェンタル方向焦点Ｐｔの逆側であるため、サジタル方向焦点Ｐｓから＋０．０１５ｍｍの位置に比べてタンジェンタル方向の解像力が低下してしまう。しかし、タンジェンタル方向の解像力よりもサジタル方向の解像力が高い状態は維持されるため、この様な配置でもある程度は撮像対象（例えば人間Ｈ）を認識しやすい状態にすることができる。

このように、フォーカス位置が、サジタル方向焦点Ｐｓより左側（−側）に位置すると、タンジェンタル方向の解像力は更に低下し、サジタル方向の解像力も低下する。しかし、サジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力を上回る状態は変化しない。そのため、全体に解像力が低下しつつも、撮像対象（例えば人間Ｈ）を認識しやすい状態が維持される。

例えば、撮像装置１０を量産する場合、組み立て上の誤差によって、フォーカス位置の若干のずれも生じうる。そのような事が起こった場合でも、撮像装置１０はサジタル方向の解像力を優先した構成としているため、撮像対象の認識精度の著しい低下は避けられる。ただし、サジタル方向焦点Ｐｓより過度に左側（−側）に外れるのは好ましくない。そこで、撮像対象の認識精度の著しい低下を避けるため、サジタル方向焦点Ｐｓからのフォーカス位置のずれは、サジタル方向焦点Ｐｓとタンジェンタル方向焦点Ｐｔの間の隔たりＤｓｍの半分以下であることが好ましい。

図５は像の中心である点Ｐｖからの離間距離が像高７５％の位置におけるサジタル方向焦点Ｐｓとタンジェンタル方向焦点Ｐｔを示している。しかし、サジタル方向焦点Ｐｓとタンジェンタル方向焦点Ｐｔは、像の中心である点Ｐｖからの離間距離の大きさによって変化する。そこで、サジタル方向焦点Ｐｓ及びタンジェンタル方向焦点Ｐｔを測定する場合に、像の中心である点Ｐｖからの離間距離の大きさがどのような像高の位置であれば好ましいかを以下説明する。

図６の結像光学系６のＭＴＦ曲線のグラフには、像の中心である点Ｐｖの位置（像高０％）における中心解像力を示す曲線４１が示されている。また、曲線４２は、像の中心である点Ｐｖから像高３０％だけ離れた位置におけるサジタル方向の解像力を示し、曲線４３は、像の中心である点Ｐｖから像高５０％だけ離れた位置におけるサジタル方向の解像力を示している。

上述した図４の画像ＩＭＧのように、一般的な撮像装置の撮像画像は横長である場合が多く、像の中心である点Ｐｖから像高５０％の位置はほぼ縦方向の長さに匹敵する場合が多い。そのため、撮像対象（例えば人間Ｈ）が画像の中央に位置し、その全体が画像内に収まる程度で考えれば点Ｐｖから像高５０％の位置においてサジタル方向の解像力がタンジェンタル解像力より高いことが好ましい。

図６において、曲線４１が示す中心解像力が極大となる焦点Ｐにフォーカス位置を合わせると、曲線４２及び曲線４３が示す像高３０％及び像高５０％の位置におけるサジタル方向の解像力は低くなってしまう。特に像高５０％の位置におけるサジタル方向の解像力は、４０％程度まで低下するため撮像対象の認識しやすさに支障をきたす虞がある。

これに対し、像高４３が示す像高５０％の位置におけるサジタル解像力が極大となる焦点Ｐｓ１にフォーカス位置を合わせると、像高５０％の位置におけるサジタル方向の解像力を最も高くすることができ、像高３０％の位置におけるサジタル方向の解像力も極大となるサジタル方向焦点Ｐｓ２から離れていないため比較的高い状態を保つことができる。グラフから読み取れるようにいずれのサジタル方向の解像力も解像力５０％以上にすることができる。また、焦点Ｐｓ２から若干のフォーカス位置のずれが生じても、焦点Ｐｓ２の近辺では、曲線４２，４３の変化が小さいため、サジタル方向の解像力の低下を少なくすることができる。

以上より、像高５０％位置におけるサジタル方向焦点Ｐｓ２にフォーカス位置を合わせることが特に好ましい。しかし、像高３０％位置におけるサジタル方向焦点Ｐｓ１にフォーカス位置を合わせた場合であっても、像高５０％位置におけるサジタル方向の解像力は高いことがわかる。一方、像の中心である点Ｐｖ位置（離間がない位置）の場合、サジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力と同じであるため、サジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力を上回ることはありえない。

そこで、撮像素子４の撮像面４ａ上の光軸中心（すなわち点Ｐｖ位置）から離間した位置において、サジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力より高くなるように撮像素子４の撮像面４ａが配置されることが好ましい。そしてその離間距離は、上述のように像の中心である点Ｐｖから像高５０％以内の距離であることが好ましい。

ここで、像高５％未満だと撮像対象が小さすぎて認識できない場合があるため、像高５〜５０％の範囲においてサジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力より高くなるようにしてもよい。そして、上述のよう像高５０％位置におけるサジタル方向の解像力を重視するならば、その周辺領域である像高３０〜５０％の範囲においてサジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力より高くなっているようにしてもよい。一方、点Ｐｖからの離間距離が像高５０％より大きい位置においてはタンジェンタル方向の解像力がサジタル方向の解像力よりも高くなっていてもよい。この場合、撮像対象である人間Ｈが画像ＩＭＧの中央に位置しない場合であっても認識しやすくなる。

以上、撮像装置１０が調整されるべき好ましい解像力について説明した。次に、撮像装置１０の解像力が、かかる解像力となるようにするための解像力調整方法と製造方法について説明する。

図７のフローチャートに示すように、撮像装置１０は、光軸合わせ工程（ステップＳ１０１）、焦点測定工程（ステップＳ１０２）、解像力調整工程（ステップＳ１０３）、及び固定工程（ステップＳ１０４）を経て製造される。以下、各工程について具体的に説明する。

まず、光軸合わせ工程では、結像光学系６の光軸Ｌ１と撮像素子４の光軸Ｌ２とを合致させる（ステップＳ１０１）。光軸Ｌ１と光軸Ｌ２の傾きのずれは、例えば、図１に示すネジ７ｃ，７ｄ，７ｅのねじ込み量同士の相対的な差異を調整し、結像光学系６に対する撮像素子４の撮像面４ａの傾きを変化させることによって除去する。光軸Ｌ１と光軸Ｌ２の位置ずれは、光軸Ｌ１及び光軸Ｌ２に対して垂直な方向に撮像素子４を移動させることによって除去する。このような撮像素子４の移動による調整を可能とするために、撮像装置１０に調整機構を追加してもよい。

次に、焦点測定工程では、結像光学系６の焦点を測定する（ステップＳ１０２）。投影面に投影された像における光軸中心からの離間距離が、例えば像高５０％となる位置を焦点測定位置として選択し、その位置におけるサジタル方向焦点Ｐｓ２を計測する。

次に、解像力調整工程では、結像光学系６に対して撮像素子４を相対的に移動させて、フォーカス位置を調整する（ステップＳ１０３）。この工程は、例えば、図１に示すネジ７ｃ，７ｄ，７ｅのねじ込み量をそれぞれ等量ずつ変化させることによって行う。

ここで、撮像素子４は、例えば像高５０％位置におけるタンジェンタル方向焦点よりもサジタル方向焦点Ｐｓ２に近いフォーカス位置に調整する。なお、上記の焦点測定工程において焦点測定位置は、光軸中心からの離間距離が像高の５０％である場所に限られるものではない。この例は、像高５０％位置におけるサジタル方向焦点Ｐｓ２に近い位置に解像力調整するための例として述べただけである。上述したように、５〜５０％像高の範囲や３０〜５０％像高の範囲の位置を焦点測定位置にしてもよい。

次に、固定工程では、解像力調整工程によって調整されたフォーカス位置に固定する（ステップＳ１０４）。すなわち、撮像素子４と結像光学系６が相対的に固定される。具体的には、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅのねじ込み量が維持されるように接着剤などで固定する。例えば図３を参照すると基板５とベース３の間において圧縮コイルばね８ｅに挿通されているネジ７ｅの露出部分がある。ここに接着剤を注入すればよい。なお、この固定工程は省略することも可能である。

（実施形態２）
以下、上記実施形態１の応用例である実施形態２を説明する。なお、実施形態１に係る撮像装置１０と同一の構成には共通の符号を付する。実施形態２に係る撮像装置２０は、図８に示すように、撮像部２１と制御部２２と出力部２３と記憶部２４と駆動部２５とを備える。

撮像部２１は、結像光学系６と撮像素子４とを備え、撮像装置２０の前方の光景を撮像する。なお、撮像部２１は、上記実施形態１の場合と同様に解像力が調整される。

制御部２２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される。制御部２２は、画像取得部２２１と画像認識処理部２２２と駆動制御部２２３とを備え、撮像装置２０全体の動作を制御する。画像取得部２２１は、撮像部２１で撮像された画像を取り込む。画像認識処理部２２２は画像取得部２２１によって取り込まれた画像から撮像対象を認識する画像認識処理を行う。駆動制御部２２３は、画像認識処理によって認識された撮像対象が撮像範囲の中央に位置するように駆動部２５の動作を制御し、撮像方向を制御する。なお、制御部２２は、実施形態１の基板５等に設ける。

出力部２３は、画像取得部２２１によって取り込まれた画像をユーザが見ることができるように表示装置等へ出力する。記憶部２４は、制御部２２が実行する各種プログラムや画像取得部２２１によって取り込まれた画像等を記憶する。駆動部２５は、駆動制御部２２２３によって制御され、撮像対象が中央に移るようにパン動作やチルト動作などを実行して撮像装置２０の撮像方向や位置を制御する。すなわち、駆動制御部２２３と駆動部２５は、撮像対象を追尾する機能を有する。

ここで、画像認識処理部２２２の具体的な認識方法は、周知技術を適用すればよい。例えば撮像対象の形状等に基づいて認識する周知技術を用いてもよい。駆動制御部２２３と駆動部２５の追尾機能も周知技術を適用すればよい。

以上のように構成された撮像装置２０によれば、撮像部２１の撮像対象の認識精度が高いため、制御部２２は駆動部２５に追尾を的確に実行させることができる。

（実施形態３）
以下、上記実施形態１及び２の応用例である実施形態３を説明する。実施形態３に係るカメラ１００（監視カメラ（追尾カメラも含む）など）は、図９に示すように、上記実施形態に係る撮像装置１０又は撮像装置２０が組み込まれている。このカメラ１００の用途としては、例えば、ある所定位置に固定されて用いられる監視カメラ（追尾カメラも含む）だけでなく、各種検査カメラ、ロボット用カメラ等が挙げられる。

（変形例）
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、種々の変形が可能である。以下、変形例を説明する。

実施形態１〜３において、結像光学系６は、レンズ１を１枚だけ備える構成としてもよいし、レンズ１を３枚以上備える構成としてもよい。また、レンズ１のレンズ面は、球面または平面で形成されても、非球面で形成されてもよい。レンズ面が球面または平面の場合、レンズ加工及び組立調整が容易になり、加工及び組立調整の誤差による光学性能の変化を防げるので好ましい。また、レンズ面が非球面の場合、非球面は、研削加工による非球面、ガラスを型で非球面形状に形成したガラスモールド非球面、ガラスの表面に樹脂を非球面形状に形成した複合型非球面のいずれの非球面でも構わない。

また、レンズ枠２は、外部の衝撃等により、レンズ１が外れないように構成されていればよい。そのため、レンズ枠２は上記実施形態のような円筒状に限らず、多角形の筒状体、有底円筒体、有底の多角形の筒状体等の形状が挙げられる。また、実施形態１では、圧縮コイルばね８ｃ，８ｂ，８ｅの代わりに、板ばねのような他の弾性部材によりベース３と基板５の間隔を安定させてもよい。

実施形態１では、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅと圧縮コイルばね８ｃ，８ｂ，８ｅを用いて、光軸合わせや解像力調整を行って接着剤で固定している。しかし、このような構成及び製造方法に限られない。例えば、撮像装置１０は、ネジ７ｃ，７ｄ，７ｅと圧縮コイルばね８ｃ，８ｂ，８ｅの代わりに、接着剤を使用することによって光軸やフォーカス位置を仮固定して、光軸合わせや解像力調整が終わってから接着剤を硬化させることによって製造されてもよい。また、固定工程において、接着剤ではなく熱圧着による方法でフォーカス位置が固定されてもよい。

実施形態３では、撮像装置１０又は撮像装置２０が組み込まれたカメラ１００（監視カメラ等）の例について説明した。しかし、撮像装置１０又は撮像装置２０が組み込まれる光学機器はカメラに限定されるものではない。例えば、撮像装置１０又は撮像装置２０を搭載したパソコン等の電子機器であってもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１ レンズ
２ レンズ枠
３ ベース
４ 撮像素子
５ 基板（集積回路）
６ 結像光学系
７ｃ、７ｄ、７ｅ ネジ
８ｃ、８ｄ、８ｅ 圧縮コイルばね
１０、２０ 撮像装置
２１ 撮像部
２２ 制御部
２３ 出力部
２４ 記憶部
２５ 駆動部
２２１ 画像取得部
２２２ 画像認識処理部
２２３ 駆動制御部
１００ カメラ

Claims (11)

1. 固定焦点型の結像光学系と、
   前記結像光学系より後方側に配置され前記結像光学系の光軸が撮像面を通る撮像素子と、
   を備え、
   前記撮像面と前記結像光学系の光軸との交点を光軸中心とし、前記撮像面の対角線の長さの半分を像高とした場合に、前記撮像面が、前記撮像面の上の、前記光軸中心から離間した距離が前記像高の５０％以下である第１位置において、前記結像光学系を通過して前記撮像面の上に投影される像のサジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力よりも高い位置に、配置されている、撮像装置。
2. 前記光軸中心から離間した前記距離が前記像高の５％以上５０％以下である、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光軸中心から離間した前記距離が前記像高の３０％以上５０％以下である、請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記光軸中心から離間した位置におけるサジタル方向の解像力が極大を示す位置をサジタル方向焦点とし、前記光軸中心から離間した位置におけるタンジェンタル方向の解像力が極大を示す位置をタンジェンタル方向焦点とした場合に、
   前記撮像面は、前記撮像面の上の前記第１位置における前記タンジェンタル方向焦点よりも、前記撮像面の上の前記第１位置における前記サジタル方向焦点に近い位置に配置され、
   前記撮像面の上の前記第１位置における前記サジタル方向焦点と前記撮像面との隔たりは、前記撮像面の上の前記第１位置における前記サジタル方向焦点と前記撮像面の上の前記第１位置における前記タンジェンタル方向焦点との隔たりの半分未満である、請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子の画素間隔をｄ（ｍｍ）とし、
   サジタル方向の解像力を、前記撮像面において１／（９ｄ）（ｌｐ／ｍｍ）間隔でタンジェンタル方向に並びサジタル方向に伸びる黒色の複数の直線の像の白色の背景に対するコントラスト比として定義した場合に、前記撮像面の上の前記第１位置におけるサジタル方向の解像力が５０％以上の値である、請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記撮像面の上の、前記光軸中心から離間した距離が前記像高の５０％よりも大きい第２位置において、前記結像光学系を通過して前記撮像面の上に投影される像のタンジェンタル方向の解像力がサジタル方向の解像力よりも高い、請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. さらに、前記撮像素子で撮像された光景の画像を取り込み、該光景の画像に含まれる撮像対象を認識する画像認識処理を行う、制御部を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. さらに、前記画像認識処理によって認識された前記撮像対象が撮像範囲の中央に写るように撮像方向を向ける駆動制御手段を備える、請求項７に記載の撮像装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置を備える、光学機器。
10. 請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置を備える、電子機器。
11. 固定焦点型の結像光学系と、前記結像光学系より後方側に配置され前記結像光学系の光軸が撮像面を通る撮像素子と、を備える撮像装置の製造方法であって、
    前記撮像面と前記結像光学系の光軸との交点を光軸中心とし、前記撮像面の対角線の長さの半分を像高とした場合に、
    前記撮像素子を前記結像光学系に対して相対的に移動させて、前記撮像面の上の、前記光軸中心から離間した距離が前記像高の５０％以下である第１位置において、前記結像光学系を通過して前記撮像面の上に投影される像のサジタル方向の解像力がタンジェンタル方向の解像力よりも高い状態とする、解像力調整工程、
    を備える、撮像装置の製造方法。