JP7210320B2 - ドームカバー、それを備える撮像装置及び撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、ドームカバー、それを備える撮像装置及び撮像システムに関する。

特許文献１には、２以上に分割された球形の一部分の形状を接続した球面形状のみでドームカバーを構成することにより、画質低下を抑制する監視カメラ装置が開示されている。特許文献２には、偏光フィルタまたは部分遮光フィルタを用いて、画質低下を抑制するドーム型カメラが開示されている。特許文献３には、ドームカバーとカメラ本体との間に補正光学系を設けることにより、画質低下を抑制するドームカメラが開示されている。特許文献４には、球面形状部から延長された端部形状のサジタル方向とメリディアン方向の屈折力を、球面形状部の屈折力と同一とすることにより、画質低下を抑制するドームカメラが開示されている。

特開２０１２－２０５３０７号公報 特開２０１２－１０３４５２号公報 特開２０１５－１８００４４号公報 米国特許第１０１０４２７４号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されているように球形の部分形状のドームカバーを２以上用いる構成では、ドームカバーを形成するための金型が少なくとも２つ以上必要となるとともに、各ドームカバーを接合する工程が必要である。特許文献２または特許文献３に開示された構成では、画質低下の抑制のための光学部材や、その光学部材をカメラ本体とは別に駆動させるための機構が必要である。

特許文献４に開示されたドームカメラでは、水平方向よりもさらに延長形状側にカメラ本体が傾斜した場合、カメラ本体の傾斜に伴い発生する非点収差が補正不足となり、画質低下を抑制する効果を十分に得ることができない。

そこで本発明は、簡易な構成で、画質の低下と光量低減の両方を抑制することが可能なドームカバー、撮像装置、及び撮像システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのドームカバーは、カメラを覆うためのドームカバーであって、球面形状部と非球面形状部とを有し、前記球面形状部と前記非球面形状部とは、前記ドームカバーの表面と裏面とのそれぞれにおいて互いに隣接する境界を有し、前記非球面形状部は、前記球面形状部の球面中心を含む回転軸の周りの回転に関して対称な形状を有し、前記回転軸を含む断面において、前記回転軸から前記非球面形状部までの距離は、前記境界から離れるに従って増大し、前記球面中心と前記表面における前記境界とを結ぶ線分と前記回転軸とがなす角度は９０度未満であり、前記球面形状部の焦点距離ｆｄおよび前記非球面形状部の焦点距離ｆｍは、所定の条件式を満足する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記ドームカバーと、前記ドームカバーに覆われたカメラとを有する。

本発明の他の側面としての撮像システムは、前記撮像装置と、前記撮像装置の制御を行う制御部とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、簡易な構成で、画質の低下と光量低減の両方を抑制することが可能なドームカバー、撮像装置、及び撮像システムを提供することができる。

実施例１における撮像装置の断面図である。 実施例１における撮像装置の状態の説明図である。 比較例における撮像装置の状態の説明図である。 各実施例におけるズームレンズの断面図である。 実施例１における撮像装置の断面図である。 比較例における撮像装置の断面図である。 比較例と実施例１におけるスポットダイアグラムである。 実施例２における撮像装置の断面図である。 実施例２におけるスポットダイアグラムである。 実施例３における撮像装置の断面図である。 実施例３におけるスポットダイアグラムである。 各実施例における撮像装置の構成図である。 各実施例における撮像装置の設置例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態における撮像装置１について説明する。図１は、実施例１における撮像装置１の断面図である。

撮像装置１は、光学系（撮像光学系、レンズ装置）と撮像素子（受光素子、撮像部）と光学系及び撮像素子を保持する筐体（保持部材）とを含むカメラ本体２０と、カメラ本体２０を覆うドームカバー１０とを備えて構成される。なお本実施形態において、光学系をレンズ装置としてカメラ側（撮像部）に対して着脱可能にしてもよい。

ドームカバー１０は、球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂとを有する。球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂは、ドームカバー１０の表面（外面）と裏面（内面）のそれぞれにおける境界点（任意の境界点）Ｐ１、Ｐ２で互いに隣接している。ここで境界点Ｐ１、Ｐ２は、曲率の向きや半径が変化する点、すなわち曲率の変化点である。非球面形状部１０ｂは、球面形状部１０ａの表面の球面中心ＯＤを含む回転軸Ｏに対して回転対称な形状を有する。回転軸Ｏから非球面形状部１０ｂまでの距離は、境界点Ｐ１、Ｐ２から離れるに従い増大する。球面中心ＯＤとドームカバー１０の表面における境界点Ｐ１とを結ぶ線分ＬＳ１と回転軸Ｏとがなす角度は９０度未満である。このような構成により、ドームカバー１０はアンダーカット部が無い形状となるため、金型を用いた熱可塑性樹脂による成形で一体的に形成することが可能であり、ドームカバー１０そのものを単一部品で構成することができる。

回転軸Ｏを含む断面において、非球面形状部１０ｂの表面及び裏面は円弧（いわゆるトーリック面形状）である。ドームカバー１０の表面および裏面のそれぞれをトーリック面形状とすることで、回転軸Ｏに垂直な断面での非球面形状部１０ｂの焦点距離と、その断面と垂直な断面での非球面形状部１０ｂの焦点距離を、各々独立に設定することが可能となる。このため、円筒状または円錐状の延長形状である場合に生じていた延長形状のレンズ効果に起因する収差である非点収差を、適切に補正することができる。

回転軸Ｏを含む断面における球面形状部１０ａの焦点距離をｆｄ、非球面形状部１０ｂの焦点距離をｆｍとするとき、以下の条件式（１）を満足する。

１．１２＜｜ｆｍ／ｆｄ｜＜１．８０ … （１）
条件式（１）は、非球面形状部１０ｂの回転軸Ｏを含む断面における焦点距離ｆｍと、球面形状部１０ａの焦点距離ｆｄとの比を規定している。これは、ドームカバー１０の内部に配置されたカメラ本体２０の光束の大部分が非球面形状部１０ｂの領域内になるようにカメラ本体２０がチルト動作した際に、非点収差を適切に補正するための条件である。条件式（１）の上限を超えると、回転軸Ｏを含む断面における非球面形状部１０ｂの焦点距離ｆｍが過剰に長くなる、すなわち屈折力（パワー）が過剰に弱くなり、非点収差が補正不足となるため、好ましくない。一方、条件式（１）の下限を下回ると、回転軸Ｏを含む断面における非球面形状部１０ｂの焦点距離ｆｍが過剰に短くなり、非点収差が過剰補正となるため、好ましくない。

条件式（１）の値が１．０近傍の場合、カメラ本体２０を水平方向に向けた際には非点収差が補正される。一方、監視カメラでは、多くの場合、装置全体の小型化や、非球面形状部１０ｂの影響を低減するため、カメラ本体２０のパンチルト駆動の駆動中心は、球面形状部１０ａの中心よりも、球面形状部１０ａのドーム面側にオフセットしている。このため、カメラ本体２０を水平方向に向けた際に、カメラ本体２０の特に望遠域における有効光束の大半の光線が球面形状部１０ａを通過する。従って、カメラ本体２０を水平方向に向けた際に得られる解像性能に対して、球面形状部１０ａを通過した光線の結像状態のほうが、非球面形状部１０ｂを通過した光線の結像状態よりも影響が大きい。

また、カメラ本体２０の光軸が球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂとの境界付近を通過する程度のチルト角では、有効光束が球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂの両方を半分ずつ通過する状態となる。その結果、光学的に不連続な領域をまたいで２種類の光束が重なる結像状態となる。このような状況では、非球面形状部１０ｂの非点収差のみを適切に補正しても、球面形状部１０ａの影響が残存する。すなわち、カメラ本体２０を水平方向に向けた際や、カメラ本体２０の光軸が球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂとの境界付近を通過する程度のチルト角では、非球面形状部１０ｂによる非点収差を補正することによる画質低下を抑制する効果は小さい。非球面形状部１０ｂの影響により発生する非点収差を補正するには、カメラ本体２０を水平方向に向けた際よりも、カメラ本体２０の有効光束の大半の光線が非球面形状部１０ｂを通過する程度にカメラ本体２０をチルトした際に非点収差を補正することが好ましい。

カメラ本体２０の有効光束の大半の光線が非球面形状部１０ｂを通過する程度にカメラ本体２０をチルトした際には、カメラ本体２０の光軸に対して非球面形状部１０ｂが相対的に斜めに傾斜している。このため、カメラ本体２０が水平方向を向いている際よりも、ドームカバー１０における光路長が長くなる。回転軸Ｏを含む断面における非球面形状部１０ｂの屈折力は、チルトによる光路長の増加に対して、適正な屈折力を設定することが好ましいため、球面形状部１０ａの屈折力と同一ではなく、条件式（１）を満足することで、非点収差を適切に補正することができる。非点収差が補正不足または過剰補正となる場合、回転軸Ｏを含む断面における合焦位置と、その断面に対して垂直な面における合焦位置との差異が大きくなることにより、画質が低下する。

好ましくは、以下の条件式（１ａ）を満足する。

１．１５＜｜ｆｍ／ｆｄ｜＜１．５０ … （１ａ）
より好ましくは、以下の条件式（１ｂ）を満足する。

１．２０＜｜ｆｍ／ｆｄ｜＜１．３０ … （１ｂ）
以上の構成により、部品数が少なく、単純な構成でありながら、球面形状部からの延長形状部のチルト領域において、画質低下と光量低減の両方を抑制したドームカバー及びそれを備える撮像装置を提供することができる。

好ましくは、境界点Ｐ１、Ｐ２における球面形状部１０ａの接平面と非球面形状部１０ｂの接平面は、同一面である。すなわち、球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂは、任意の境界点Ｐ１、Ｐ２のそれぞれにおいて、互いに同じ平面を有する。これにより、球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂが滑らかに接続され、境界点Ｐ１、Ｐ２での接続部が不連続な形状となったときに発生するフレアやゴーストの発生を抑制し、画質の低下を効果的に抑制することができる。

好ましくは、球面形状部１０ａにおける表面および裏面のそれぞれの球面中心ＯＤ（中心点）は、回転軸Ｏの上に配置されている。これにより、ドームカバー１０の球面形状部１０ａにおいて、表面と裏面との間隔、すなわちドームカバー１０の厚みが、回転軸Ｏと垂直な方向において一定となる。このため、カメラ本体２０が、回転軸Ｏと垂直な方向に回動した際に、ドームカバー１０の焦点距離が一定な状態を保つことができる。その結果、カメラ本体２０の回動に際し、フォーカス位置や画質の変化を効果的に抑制することができる。

好ましくは、非球面形状部１０ｂにおける表面と裏面のそれぞれの回転軸Ｏは、共通である（同一直線上に配置されている）。これにより、ドームカバー１０の非球面形状部において、表面と裏面との間隔、すなわちドームカバー１０の厚みが回転軸Ｏと垂直な方向において一定になる。このため、カメラ本体２０が回転軸Ｏと垂直な方向に回動した際に、ドームカバー１０の焦点距離が一定な状態を保つことができる。その結果、カメラ本体２０の回動に際し、フォーカス位置や画質の変化を効果的に抑制することができる。

好ましくは、ドームカバー１０の材料は、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂である。これにより、ドームカバー１０の形状を形成するための金型を製作し、熱可塑性樹脂を溶融、射出、固化するための射出成形工程を経ることで、ドームカバー１０の製作が可能となる。射出成形による製作が可能となることで、ドームカバー１０を一体部品として製作すると共に、同一条件下での連続成形で製作することになるため、品質のばらつきが発生しにくい環境でドームカバー１０を製作することができる。

各実施例によれば、以上のようにドームカバー１０を構成することで、部品数が少なく簡易な構成でありながら、水平方向近傍のチルト領域において、画質低下と光量低減の両方を抑制したドームカバーを得ることができる。

撮像装置１は、撮像光学系（ズームレンズ）２１により形成された光学像（被写体の像）を光電変換して画像データを出力する撮像素子２２を有する。撮像素子２２は、デジタル的に像を処理するため、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等である。

次に、図４を参照して、本実施形態における撮像光学系（ズームレンズ）２１の構成について説明する。図４は、ズームレンズ２１の断面図である。ズームレンズ２１は、物体側から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、絞りＳＰ、第３レンズ群Ｌ３、および、第４レンズ群Ｌ４を有する。Ｇはガラスブロックである。ＩＰは像面（結像面）であり、撮像素子２２の撮像面に相当する。ズームレンズ２１は、監視カメラ、デジタルカメラ、または、ビデオカメラ等の撮像装置に用いられるが、これらに限定されるものではない。

図４において、左側が被写体側（物体側）、右側が像側である。広角端と望遠端は、変倍用レンズ群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。広角端から望遠端における各レンズ群の移動は、図４中に示される矢印（実線）のような軌跡をとる。第４レンズ群Ｌ４の実線の曲線と点線の曲線は、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広角端から望遠端のズーム位置への、像面変動を補正するための移動軌跡である。望遠端のズーム位置において無限遠物体から近距離物体へフォーカシングを行う場合、図４中の矢印４ｃに示されるように第４レンズ群Ｌ４を移動させる。

絞りＳＰは、第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置されており、変倍に際し、第３レンズ群Ｌ３とともに不動である。絞りＳＰは、第３レンズ群Ｌ３の像側に配置されている。第３レンズ群Ｌ３が複数のレンズを備えて構成されている場合、絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３内に配置してもよい。また絞りＳＰは、独立に移動させる構成としてもよく、これにより変倍中の各ズーム位置で軸外マージナル光線をカットし、コマフレアを低減することで、より良好な光学性能を得ることができる。

第１レンズ群Ｌ１は、像側の面が凹でメニスカス形状の負レンズＧ１１と物体側の面が凸の正レンズＧ１２を接合した接合レンズ、物体側の面が凸の正レンズＧ１３、および、物体側の面が凸でメニスカス形状の正レンズＧ１４により構成されている。本実施形態では、３つの正レンズＧ１２、Ｇ１３、Ｇ１４を用いることにより、各レンズのレンズ面の屈折力を過剰に大きくせずに第１レンズ群Ｌ１が必要とする屈折力を得ることができる。このため、特に高変倍化した際に課題となりやすい、望遠端での球面収差、コマ収差、または、軸上色収差等を効果的に低減することができる。

第２レンズ群Ｌ２は、像側の面が凹でメニスカス形状の負レンズＧ２１、両面が凹の負レンズＧ２２、および、両面が凸の正レンズＧ２３と両面凹の負レンズＧ２４を接合した接合レンズにより構成されている。このレンズ構成により、広角端において像面湾曲の補正を、ズーム全域において倍率色収差の補正を、および、望遠端において球面収差の補正を効果的に行うことができる。

第３レンズ群Ｌ３は、両面が凸で両面が非球面形状の正レンズＧ３１、および、物体側面が凸で像側面が凹のメニスカス形状の負レンズＧ３２により構成されている。このレンズ構成により、広角端における球面収差の補正を効果的に行うことができる。

第４レンズ群Ｌ４は、両面が凸で物体側面が非球面形状の正レンズＧ４１と、物体側面が凹で像側面が凸のメニスカス形状の負レンズＧ４２とを接合した接合レンズにより構成されている。このレンズ構成により、フォーカシング時に発生する像面湾曲や非点収差の変動を低減することができる。

次に、図１２および図１３を参照して、本実施形態における撮像装置（ドーム型カメラ）１の構成について説明する。図１２は、撮像装置１の構成図である。図１３は、撮像装置１の設置例を示す図である。

図１２（Ａ）は、撮像装置１を真横から見たときの外観図である。図１２（Ａ）に示されるように、半球状のドームカバー１０がドーム型カメラの土台部材４０と連結部材４１とを介して連結されている。図１２（Ｂ）は、各部材が組み立てられた撮像装置１の内部を示す内観図である。図１２（Ｂ）に示されるように、カメラ本体２０は、ドームカバー１０の内部に、ドームカバー１０と干渉することなくコンパクトに内蔵されている。ドームカバー１０の内部において、カメラ本体２０がパン駆動およびチルト駆動のそれぞれを行うことができるように、駆動機構３１、３２からなるパンチルト駆動手段（駆動手段）３０がカメラ本体２０と連結している。図１２（Ｃ）は、撮像装置１の内部に組み込まれた各部品を説明するための分解図である。撮像装置１の土台部材４０に、カメラ本体２０がパン方向に回動するための駆動機構３２が組み込まれており、駆動機構３２およびカメラ本体２０をチルト方向に回動させるための駆動機構３１が連結している。このような構成により、カメラ本体２０がパン方向に回動する際の回動軸と、チルト方向に回動する際の回動軸とが図１に示されるようにカメラ本体２０の回動中心ＯＣで交わる。すなわちカメラ本体２０の回転中心（回動中心）は、回転軸Ｏの上に位置している。

図１３に示されるように、撮像装置１は、天井と土台とを連結することで設置され、半球状のドームカバー１０は、下方向を向くように設置される場合がある。このような設置環境において、特にカメラ本体２０の望遠端領域での遠距離撮影を行おうとすると、図２（Ｂ）のようなカメラ本体２０が斜め下方向を向いての利用機会よりも、図３（Ａ）のように水平方向近傍を向いての利用機会のほうが多くなる場合がある。図２は実施例１におけるカメラ本体２０の状態を示す図であり、図２（Ａ）はカメラ本体２０が水平よりも上側にチルトした状態、図２（Ｂ）はカメラ本体２０が水平よりも下側にチルトした状態を示す。図３は比較例におけるカメラ本体２０の状態を示す図であり、図３（Ａ）はカメラ本体２０が水平方向のチルト状態の場合、図３（Ｂ）はカメラ本体２０が水平よりも上側にチルトした状態を示す。

また、撮影すべき被写体がカメラ本体２０よりも高い位置にある場合、水平方向よりも取付け面である天井側へ、さらにチルト方向に回動した状態、すなわち図２（Ａ）や図３（Ｂ）のような状態で撮影する場合がある。カメラ本体２０よりも高い位置にある被写体を撮影する場合、カメラ本体２０の有効光束の大部分がドームカバー１０の非球面形状部１０ｂを通過するため、非球面形状部１０ｂにおける非点収差補正を行うことで、良好な光学性能を得ることができる。図２（Ａ）において、θｔは、カメラ本体２０の水平方向を基準としたチルト角度であり、水平方向から天井側へチルトしたときをプラス（＋）、下方向へチルトしたときをマイナス（－）とする。このような場合に、図３および図６を参照して説明されるような比較例のドームカバーを利用すると、円筒状または円錐状の延長形状のレンズ効果に起因する収差により、画質が低下する。

次に、図１を参照して、実施例１におけるドームカバー１０の構造、および、ドームカバー１０とカメラ本体２０との位置関係を説明する。ドームカバー１０は、球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂとを有する。球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂは互いに隣接している。Ｒ１Ｄａは球面形状部１０ａの表面の曲率半径、Ｒ２Ｄａは球面形状部１０ａの裏面の曲率半径、ＯＤは球面形状部１０ａの表面および裏面の両方の球面中心である。Ｒ２Ｄａは非球面形状部１０ｂの表面の曲率半径、Ｒ２Ｄｂは非球面形状部１０ｂの裏面の曲率半径である。非球面形状部１０ｂは、円弧を回転軸Ｏを基準として回転させたトーリック面形状を有する。表面と裏面それぞれの円弧の曲率半径がＲ１Ｄｂ、Ｒ２Ｄｂに相当する。

カメラ本体２０は、図１２に示されるような駆動機構３１により、ドームカバー１０の内部において、回動中心ＯＣの回りにパン方向およびチルト方向に回動する。カメラ本体２０が、ドームカバー１０の球面部領域１０ａの範囲内の被写体を撮影する際に、球面中心ＯＤと回動中心ＯＣとが同一の位置にあると、カメラ本体２０が水平方向までチルト回動するよりも手前のチルト角度から、非球面形状部１０ｂの影響を受ける。このため回動中心ＯＣは、回転軸Ｏの上において、球面中心ＯＤよりもドームカバー１０の球面形状部１０ａに近い側へ距離ＬＯだけずらして配置される。これにより、非球面形状部１０ｂの影響を受けにくくすることができる。またドームカバー１０は、熱可塑性樹脂を材料として、金型を用いた射出成形により一度の成形工程で製造が可能となるように、ドームカバー１０の全体形状がアンダーカットの無いように構成されている。

図１において、θｂは、回転軸Ｏに対して垂直な面Ｓ１と、球面中心ＯＤとドームカバー１０の表面における境界点Ｐ１（Ｐ２）とを結ぶ線分ＬＳ１とがなす角度である。角度θｂは、回転軸Ｏに垂直な面Ｓ１よりも図１の下側へ角度を成した場合をプラス（＋）とする。角度θｂが面Ｓ１よりも図１の上側へ角度を成した場合、すなわちり角度θｂがマイナス（－）となる場合、ドームカバー１０がアンダーカット形状となるため、成形したドームカバー１０を金型から離型することが困難となる。また、角度θｂが０度であっても、ドームカバー１０を成形するために溶融した樹脂が金型内で固化する際の収縮により、金型からの離型が困難となる。そこで各実施例では、角度θｂがプラスの値を有する形状とすることで、アンダーカット形状にならないように構成している。

図５は、実施例１における撮像装置１の断面図であり、望遠端でのズームレンズが水平方向と真下方向のチルト状態を示している。図５において、ズームレンズの中心軸Ｚ１と非球面形状部１０ｂの回転軸Ｏとの交点Ａ１が、ズームレンズの回動中心となる。本実施例の撮像装置１は、ＬＯ、θｂとも、プラスとなるように構成されている。また、表面と裏面の両方の非球面形状部１０ｂは、周辺に行くに従い、非球面形状部１０ｂの回転軸Ｏから離れる形状となっており、球面形状部１０ａと、それに隣接する非球面形状部１０ｂの両方とも、境界点Ｐ１、Ｐ２を含めてアンダーカット形状になっていない。また、球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂとの境界点Ｐ１、Ｐ２では、球面形状部１０ａの接線と非球面形状部１０ｂの接線とが同一直線となるように構成されている。ドームカバー１０は、非球面形状部１０ｂの回転軸Ｏを軸として回転対称な形状を有する。このため、上記の構成により、任意の境界点Ｐ１、Ｐ２において、球面形状部１０ａと非球面形状部１０ｂの両方の接平面が同一面となる。

図６は、実施例１に対する比較例の断面図である。比較例は、非球面形状部１０ｂの曲率半径Ｒ１Ｄｂ、Ｒ２Ｄｂがいずれも無限大∞である点、すなわち非球面形状部１０ｂの断面が表面と裏面の両面において直線である点で、実施例１とは異なる。ズームレンズの構成やドームカバー１０の材質、球面形状部１０ａの曲率半径Ｒ１Ｄａ、Ｒ２Ｄａ、距離ＬＯ、および、角度θｂなどは、全て実施例１と同一である。ドームカバー１０が比較例のような構成であっても、成形品の観点からは、アンダーカット形状を持たないため、一体的にドームカバーを成形して金型からの離型が可能な形状である。しかし、ドームカバーを光学素子として考えた場合、図６の紙面方向の断面においては屈折力を有さない、すなわち光学的なパワーが０であるのに対し、それと垂直な断面では球面形状部１０ａと略同等の屈折力を有する。すなわち、図６の紙面方向の断面と、それと垂直な方向の断面とで、屈折力が異なる状態となる。その結果、円筒状または円錐状の延長形状のレンズ効果に起因する収差として映像に反映され、画質が低下する。

一方、距離ＬＯが０またはプラスの数値を有する場合、カメラ本体２０が水平方向を向いている際に、レンズの入射瞳径の半分以上は光線が球面形状部１０ａを通過した状態で、像面上で結像する光路をたどる。このため、カメラ本体２０が水平方向を向いている状態であれば、球面形状部１０ａを通過した光線は結像状態を維持するため、結像性能が維持される。

それに対し、図２（Ａ）や図３（Ｂ）のように、角度θｔがプラスの方向にカメラ本体２０がチルトした場合、チルト角に伴いレンズの入射瞳径のうち非球面形状部１０ｂを通過する光線が増大し、ある角度からは球面形状部１０ａを通過する光線よりも多くなる。このように、光線の大半が非球面形状部を通過するようになると、レンズ効果に起因する収差の影響が大きくなり、結像性能が低下する。

図７は、比較例と実施例１の像面ＩＰ上におけるスポットダイアグラムであり、ズームレンズが望遠端である状態を示している。ドームカバー１０の内部において、カメラ本体２０は、水平方向よりも、非球面形状部１０ｂに近い側へ傾斜している。すなわち角度θｔは、比較例と実施例１がともにプラス１５度の状態である。図７において、縦軸は図５および図６における紙面方向の軸、横軸は紙面方向と垂直の方向の軸を示す。縦軸と横軸の交点は、ズームレンズの中心軸上の点である。スポットダイアグラムは、物体としては点である被写体の、像面ＩＰ上における結像状態を表している。

監視カメラやビデオカメラの多くは、撮像素子面にピントを合わせるためのフォーカシングを行う際に、出力画面に対して水平方向のコントラストを検出し、コントラストが最大となるようにフォーカスレンズを駆動する。このため、比較例のように、２つの断面において異なる焦点距離を有する、いわゆるトーリックレンズやシリンダーレンズなどのレンズが光学系内に存在すると、出力画面内の縦線のみがフォーカシングされたような画像となる。すなわち、スポットダイアグラムでは、水平方向の幅が最小となるような位置にフォーカシングされることになり、図７の比較例のように、垂直方向に大きく伸びたようなスポットが撮像素子面上に形成される。一方、図７の実施例１は、比較例と同一条件において、水平方向の幅が最小となるような位置にフォーカシングした際のスポットダイアグラムである。比較例と比べると、スポットが垂直方向に伸びておらず、水平方向と同様に、適切に収差が補正されている。

次に、図８乃至図１１を参照して、実施例２および実施例３における撮像装置について説明する。図８は、実施例２における撮像装置の断面図である。図９は、実施例２におけるスポットダイアグラムである。図１０は、実施例３における撮像装置の断面図である。図１１は、実施例３におけるスポットダイアグラムである。図９および図１１はそれぞれ、実施例２および実施例３での、実施例１と同一条件におけるスポットダイアグラムである。実施例３において、Ｒ２Ｄｂ＝∞、すなわち回転軸Ｏを含む断面における裏面の非球面形状部１０ｂは、直線である。ただし、アンダーカット形状にはなっておらず、射出成形により一度の成形工程で、製造が可能な形状となっている。また、曲率半径Ｒ１Ｄｂを無限大∞でない円弧形状で構成することにより、実施例１および実施例２と同等に、水平方向と垂直方向の両方で収差が適切に補正されたスポットグラムが形成されている。

各実施例の撮像装置は、監視カメラに限定されるものではなく、ビデオカメラやデジタルカメラ等の他の撮像装置にも適用可能である。以上のように、各実施例によれば、部品数が少なく、単純な構成でありながら、球面形状部からの延長形状部のチルト領域において、画質低下と光量低減の両方を抑制したドームカバー及びそれを備える撮像装置を提供することができる。また各実施例のズームレンズにおいて、ガラスの形状や枚数は前述の例に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また各実施例において、一部のレンズおよびレンズ群を光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動させ、これにより手ぶれ等の振動に伴う像ブレを補正するように構成してもよい。また各実施例において、電気的な補正手段により、歪曲収差や色収差などを補正するように構成してもよい。また各実施例において、ドームカバーの構成や光学仕様（画角やＦｎｏ）は適宜変更可能である。

なお、各実施例のカメラ本体と、カメラ本体を制御する制御部とを含めた撮像システム（監視システム）を構成してもよい。この場合、制御部は、カメラ本体の回動（パンチルト駆動）を制御したり、ズームレンズのズーミング、フォーカシング、像ブレ補正などに際して各レンズ群が移動するように制御したりすることができる。このとき、制御部がカメラ本体と一体的に構成されている必要はなく、制御部をカメラ本体とは別体として構成してもよい。例えば、カメラ本体を駆動する駆動部に対して遠方に配置された制御部（制御装置）が、カメラ本体を制御するための制御信号（命令）を送る送信部を備える構成を採用してもよい。このような制御部によれば、カメラ本体を遠隔操作することができる。

また、カメラ本体を遠隔操作するためのコントローラーやボタンなどの操作部を制御部に設けることで、ユーザーの操作部への入力に応じてカメラ本体を制御する構成を採ってもよい。例えば、操作部として拡大ボタン及び縮小ボタンを設け、ユーザーが拡大ボタンを押したらズームレンズの倍率が大きくなり、ユーザーが縮小ボタンを押したらズームレンズの倍率が小さくなるように、制御部からカメラ本体の駆動部に信号を送信すればよい。

また、撮像システムは、カメラ本体のパンチルトに関する情報（回動状態）やズームレンズのズームに関する情報（移動状態）を表示する液晶パネルなどの表示部を有していてもよい。ズームレンズのズームに関する情報とは、例えばズーム倍率（ズーム状態）や各レンズ群の移動量（移動状態）である。この場合、表示部に示される情報を見ながら、操作部を介してユーザーがカメラ本体を遠隔操作することができる。このとき、例えばタッチパネルなどを採用することで表示部と操作部とを一体化してもよい。

次に、各実施例に対応する数値実施例を示す。まず、各実施例に用いているズームレンズ２１におけるドームカバー１０が無い状態での数値実施例を示す。各数値実施例において、物体側から像側へ順に面番号を示し、ｒは曲率半径、ｄは間隔、ｎｄ、ｖｄはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。「＊」は非球面を意味する。また各数値実施例において、最も像側の２面はガラスブロック（光学ブロック）Ｇに相当する平面である。

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］＋Ａ４・ｈ^４＋Ａ６・ｈ^６＋Ａ８・ｈ^８＋Ａ１０・ｈ^１０＋Ａ１２・ｈ^１２で表される。ここで、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。また、例えば「ｅ－Ｚ」の表示は「１０-^Ｚ」を意味する。画角に関しては、歪曲収差を考慮した撮影可能画角に関する半画角（ω）の数値である。

［ズームレンズ数値］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd
1 45.340 1.25 2.00069 25.5
2 30.070 5.85 1.49700 81.5
3 176.956 0.15
4 31.963 4.42 1.59522 67.7
5 197.840 0.10
6 26.575 2.12 1.59522 67.7
7 43.716 (可変)
8 49.443 0.45 2.00100 29.1
9 5.843 3.17
10 -18.179 0.40 1.91082 35.3
11 43.885 0.12
12 13.400 2.42 1.95906 17.5
13 -21.705 0.40 1.91082 35.3
14 46.734 (可変)
15(絞り) ∞ 1.00
16* 10.759 4.79 1.69350 53.2
17* -37.365 0.10
18 28.102 0.55 2.00100 29.1
19 10.770 (可変)
20* 16.499 3.98 1.55332 71.7
21 -12.410 0.50 1.94595 18.0
22 -17.197 (可変)
23 ∞ 3.00 1.51633 64.1
24 ∞ 1.00
像面 ∞

非球面データ
第16面
K =-1.03526e+000
A 5= 8.04291e-007 A 7= 5.49169e-008 A 9=-7.95157e-010 A11= 1.59096e-012

第17面
K =-1.56411e+001
A 5= 5.68090e-006 A 7=-5.19224e-008

第20面
K = 4.09148e-002 A 4=-6.34315e-005 A 6=-1.71996e-007 A 8=-2.89251e-010

各種データ
ズーム比 29.49
広角 中間 望遠
焦点距離 4.49 43.47 132.37
Fナンバー 1.44 2.74 4.60
画角 33.76 3.95 1.30
像高 3.00 3.00 3.00
レンズ全長 84.70 84.70 84.70
BF 14.18 21.62 6.84

d 7 0.60 20.77 25.20
d14 26.40 6.23 1.80
d19 11.75 4.31 19.09
d22 11.20 18.64 3.86

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 37.44
2 8 -5.71
3 15 27.79
4 20 18.24

以下、各実施例と比較例におけるドームカバーの数値実施例を示す。ＬＯは、ドームカバー１０の球面形状部１０ａの球面中心とカメラ本体２０の回動中心との間の、非球面形状部１０ｂの回転軸方向の距離である。Ｒ１Ｄａは、ドームカバー１０の表面における球面形状部１０ａの曲率半径である。Ｒ２Ｄａは、ドームカバー１０の裏面における球面形状部１０ｂの曲率半径である。Ｒ１Ｄｂは、ドームカバー１０の表面における非球面形状部１０ｂの回転軸を含む断面における曲率半径である。Ｒ２Ｄｂは、ドームカバー１０の裏面における非球面形状部１０ｂの回転軸を含む断面における曲率半径である。ただし、Ｒ１Ｄｂ＝∞、Ｒ２Ｄｂ＝∞は、ドームカバー１０の裏面における非球面形状部１０ｂの回転軸を含む断面において描かれる形状が直線であることを示す。θｂは、回転軸を含む任意の断面内での、回転軸に垂直な直線と球面形状部と非球面形状部との境界点と球面中心ＯＤとを結ぶ直線との成す角である。ｔは、非球面形状部１０ｂの回転軸上におけるドームカバー１０の表面と裏面との間隔である。

［数値実施例１］
ＬＯ＝１０．０ｍｍ
Ｒ１Ｄａ＝６５．０ｍｍ
Ｒ２Ｄａ＝６２．０ｍｍ
Ｒ１Ｄｂ＝４１３．０ｍｍ
Ｒ２Ｄｂ＝５００．０ｍｍ
θｂ＝４度
ｔ＝３．０ｍｍ

［数値実施例２］
ＬＯ＝１０．０ｍｍ
Ｒ１Ｄａ＝６４．９ｍｍ
Ｒ２Ｄａ＝６２．５ｍｍ
Ｒ１Ｄｂ＝２７５．０ｍｍ
Ｒ２Ｄｂ＝３００．０ｍｍ
θｂ＝３度
ｔ＝２．４ｍｍ

［数値実施例３］
ＬＯ＝１０．０ｍｍ
Ｒ１Ｄａ＝６５．０ｍｍ
Ｒ２Ｄａ＝６２．０ｍｍ
Ｒ１Ｄｂ＝２４５０．０ｍｍ
Ｒ２Ｄｂ＝∞
θｂ＝４度
ｔ＝３．０ｍｍ

［比較例］
ＬＯ＝１０．０ｍｍ
Ｒ１Ｄａ＝６５．０ｍｍ
Ｒ２Ｄａ＝６２．０ｍｍ
Ｒ１Ｄｂ＝∞
Ｒ２Ｄｂ＝∞
θｂ＝４度
ｔ＝３．０ｍｍ

各実施例における、条件式（１）の数値を示す。

条件式（１）｜ｆｍ／ｆｄ｜

実施例１ １．１３１
実施例２ １．２７９
実施例３ １．１５２

各実施例によれば、簡易な構成で、画質の低下と光量低減の両方を抑制することが可能なドームカバー、撮像装置、及び撮像システムを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０ ドームカバー
１０ａ 球面形状部
１０ｂ 非球面形状部

Claims (12)

1. カメラを覆うためのドームカバーであって、
   球面形状部と非球面形状部とを有し、
   前記球面形状部と前記非球面形状部とは、前記ドームカバーの表面と裏面とのそれぞれにおいて互いに隣接する境界を有し、
   前記非球面形状部は、前記球面形状部の球面中心を含む回転軸の周りの回転に関して対称な形状を有し、
   前記回転軸を含む断面において、
   前記回転軸から前記非球面形状部までの距離は、前記境界から離れるに従って増大し、
   前記球面中心と前記表面における前記境界とを結ぶ線分と前記回転軸とがなす角度は９０度未満であり、
   前記球面形状部の焦点距離をｆｄとし、前記非球面形状部の焦点距離をｆｍとして、
   １．１２＜｜ｆｍ／ｆｄ｜＜１．８０
   なる条件式を満足することを特徴とするドームカバー。
2. 前記断面において、前記非球面形状部の前記表面および前記裏面のそれぞれは、円弧の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のドームカバー。
3. 前記境界において、前記球面形状部の接平面と前記非球面形状部の接平面は、共通であることを特徴とする請求項１または２に記載のドームカバー。
4. 前記球面形状部における前記表面および前記裏面のそれぞれの前記球面中心は、前記回転軸の上に配されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のドームカバー。
5. 前記非球面形状部における前記表面および前記裏面のそれぞれの前記回転軸は、共通であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のドームカバー。
6. 前記ドームカバーの材料は、熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のドームカバー。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のドームカバーと、
   前記ドームカバーに覆われたカメラとを有することを特徴とする撮像装置。
8. 前記カメラを回動させる駆動手段を有し、
   前記カメラの回転中心は、前記回転軸の上に配されていることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 請求項７又は８に記載の撮像装置と、前記撮像装置の制御を行う制御部とを有することを特徴とする撮像システム。
10. 前記制御部は、前記撮像装置を制御するための制御信号を送信する送信部を有することを特徴とする請求項９に記載の撮像システム。
11. 前記制御部は、前記撮像装置を操作するための操作部を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の撮像システム。
12. 前記制御に関する情報を表示する表示部を有することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載の撮像システム。

Images