JP7246966B2 - 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

ドームカバー、それを備える撮像装置及び撮像システム Download PDF

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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。
特開2012-205307号公報 特開2012-103452号公報 特開2015-180044号公報
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。
そこで本発明は、簡易な構成で、画質の低下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、前記表面における前記境界及び前記裏面における前記境界は前記カメラの撮影可能領域に含まれ、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、前記線分と前記回転軸に対して垂直な平面とがなす角度θr1および前記球面中心と前記裏面における前記境界とを結ぶ線分と前記平面とがなす角度θr2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2における撮像装置の断面図である。 比較例1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。 比較例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断面図である。 比較例1と実施例1におけるスポットダイアグラムである。 比較例2における撮像装置の断面図である。 実施例2における撮像装置の断面図である。 比較例2と実施例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。 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および図2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。図2は、実施例2における撮像装置1aの断面図である。図1の撮像装置1は、非球面形状部10bの表面および裏面の曲率半径R1Db、R2Dbがそれぞれ無限大∞であり、図2の撮像装置はある有限の曲率半径R1Db、R2Dbを有する点で、互いに異なる。撮像装置1、1aの他の構成は同一であるため、同一の構成に関しては、撮像装置1について説明する。
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。球面形状部10aにおいて、回転軸O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とを結ぶ線分LS1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。
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に対して垂直な平面S1とがなす角度をθr1(度)とする。球面中心ODとドームカバー10の裏面における境界点P2とを結ぶ線分LS2と平面S1とがなす角度をθr2(度)とする。このとき、以下の条件式(1)を満足する。
0.00<θr2-θr1<1.00 … (1)
条件式(1)は、ドームカバー10の非球面形状部10bにおける表面と裏面との相対角度を規定し、水平方向近傍のチルト領域において、2重像の現象を目立ちにくくするための条件である。そもそも2重像の現象とは、非球面形状部10bを、アンダーカット部が無いように、成形工程中の抜き取り方向に対して、所定の角度を設けているために発生する現象である。非球面形状部10bに、0度以上の前述の角度があると、物点からカメラ本体20に向かう光線に、前記角度に傾けた平行平板が挿入された際に発生するような光線オフセットが、非球面形状部10bのみに発生する。カメラ本体20へ入射する光束のうち、球面形状部10aには、前述のようなオフセットが無い。このため、球面形状部10aと非球面形状部10bの両方に入射光束がまたがる場合、光束の一部のみがオフセットされて像面上での結像点が2つ発生することにより、2重像の現象が生じる。
そこで本実施形態では、ドームカバー10の表面と裏面のそれぞれにおける非球面形状部10bと球面形状部10aとの境界点(曲率の向きや半径が変化する点、すなわち曲率の変化点)を、意図的に異ならせる。これにより、非球面形状部10bは表面と裏面との間において相対角度差を有し、非球面形状部10bを光束が通過する際に進行方向が変化する。2重像の現象となる光束のオフセット方向と、裏面から射出する際の進行方向が逆方向になるように表面と裏面との相対角度を規定することで、球面形状部10aの光束が結像する像点と非球面形状部10bの光束が結像する像点とを近接させることが可能となる。
条件式(1)の上限を超えると、相対角度が大きくなり過ぎ、光束が非球面形状部10bを通過する際に発生する進行方向の変化が大きくなり過ぎる。その結果、像面上での2つの結像点の位置関係が逆転し、2つの結像点の間隔が大きくなるため、好ましくない。一方、条件式(1)の下限を超えると、非球面形状部10bをアンダーカット部が無い形状とした際に発生する光線オフセットの方向と、表面と裏面との相対角度差で発生する像点移動の方向とが同一方向になる。その結果、2つの結像点の間隔が大きくなるため、好ましくない。
好ましくは、以下の条件式(1a)を満足する。
0.05<θr2-θr1<0.70 … (1a)
より好ましくは、以下の条件式(1b)を満足する。
0.09<θr2-θr1<0.30 … (1b)
本実施形態によれば、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、2重像の現象が目立ちにくい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。
実施例2及び実施例3の回転軸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。
好ましくは、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(2)を満足する。
0.40<|fm/fd|<1.80 … (2)
条件式(2)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、非点収差を適切に補正するための条件である。条件式(2)の上限を超えると、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が過剰に長くなり、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(2)の下限を超えると、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。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、断面に対し垂直な断面における合焦位置との差異が大きくなるため、画質が低下する。
条件式(2)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。
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、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い。
非球面形状部10bの回転軸を含む断面における屈折力は、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。すなわち、球面形状部10aの屈折力と同一ではなく、以下に記述する条件式を満足することで、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がチルトした際の非点収差を適切に補正することが可能となる。非点収差が、補正不足または過剰補正となる場合、回転軸を含む断面における合焦位置と、断面に対し垂直な断面における合焦位置との差異が大きくなることで、画質が低下する。
より好ましくは、以下の条件式(2a)を満足する。
1.12<|fm/fd|<1.50 … (2a)
更に好ましくは、以下の条件式(2b)を満足する。
1.20<|fm/fd|<1.30 … (2b)
実施例2及び実施例3によれば、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により、2重像の現象を目立ちにくくするとともに、非点収差を適切に補正することができる。
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、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3は比較例1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3(B)のような状態で撮影する場合がある。このような場合において、図5を参照して説明される比較例1および図8を参照して説明される比較例2のドームカバーを利用すると、前述のように非球面形状部で光線がオフセットされ、2重像の現象が発生する。
次に、図1および図2を参照して、本実施形態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、円弧の一部を回転軸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。なお、円弧の曲率半径R1Db、R2Dbは、図1に示されるように、無限大∞であってもよい。この場合、断面形状は直線となる。
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および図2において、角度θr1は、回転軸Oに垂直な面S1と、球面形状部10aの球面中心ODと表面における球面形状部10aと非球面形状部10bとの境界点P1とを結ぶ直線LS1とが成す角度である。角度θr2は、回転軸Oに垂直な面S1と、球面形状部10aの球面中心ODと裏面における球面形状部10aと非球面形状部10bとの境界点P2とを結ぶ直線LS2とが成す角度である。角度θr1、θr2は、回転軸Oに垂直な面S1よりも下側へ角度を成す場合、すなわち境界点P1、P2が面S1よりも球面形状部10a側にあるときをプラス(+)とする。
一方、角度θr1、θr2が面S1よりも上側へ角度を成す場合、すなわち角度θr1、θr2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θr1、θr2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θr1、θr2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6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6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、θr1、θr2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。
角度θr1、θr2の始点はともに、球面形状部10aの中心から水平方向に引かれた直線である。角度θr1、θr2の終点はそれぞれ、表面および裏面における球面形状部10aと非球面形状部10bとの境界点P1、P2である。角度θr1と角度θr2は互いに異なる角度である。本実施例では、角度θr2は、角度θr1よりも0.2度大きい。これにより、表面と裏面とで入射する光線を所望の角度だけ曲げることができ、2重像の発生を好適に抑制することが可能である。
図5は、実施例1に対する比較例(比較例1)としての撮像装置の断面図である。比較例1の撮像装置では、θr1=θr2となっており、両方を一括してθrと表記している。比較例1のその他の構成は、実施例1と同じである。図7は、比較例1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、比較例1と実施例1のズーム中間における、軸上の撮像面上でのスポットダイアグラムを比較した図を示している。
図7は、ズームレンズがズーム中間の状態を示す。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。スポット表示範囲は、図7の縦軸と横軸との交点を中心に、垂直方向と水平方向で、それぞれ±0.12mmの範囲で表示している。比較例1では、中心に形成しているスポットと、中心から上方向にずれて、縦長の形状で形成しているスポットの2つのスポットがある。スポットが2つあるということは、一つの物点に対して像点が2箇所に発生していることになり、2重像の現象が発生していることを示している。一方、実施例1では、円形のスポットと縦長の形状のスポットの両方が、縦軸と横軸の交点、すなわち解析範囲の中心に重なっている。これは、2重像の現象が発生しない状態であることを示している。
図9は、実施例2における撮像装置1aの断面図である。図11は、実施例3における撮像装置1bの断面図である。実施例1では、非球面形状部10bの断面が直線、すなわちR1Db=R2Db=∞である。一方、実施例2及び実施例3では、R1DbとR2Dbは互いに異なる値であり、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を制御することで、スポット形状が縦長になりにくくしている。また、角度θr1と角度θr2は互いに異なる角度である。実施例2及び実施例3において、角度θr2は、角度θr1よりも0.1度大きい。これにより、表面と裏面とで入射する光線を所望の角度だけ曲げることができ、2重像の発生を好適に抑制することが可能である。
図8は、実施例2に対する比較例(比較例2)としての撮像装置の断面図である。比較例2は、θr1=θr2となっており、両方を一括してθrと表記している。その他の構成は、実施例2と同じである。
図10は、比較例2と実施例2の像面IP上におけるスポットダイアグラムであり、ズームレンズは望遠端で、スポット表示範囲は、図の縦軸と横軸の交点を中心に、垂直方向と水平方向でそれぞれ±0.20mmの範囲で表示している。比較例2では、中心に形成しているスポットと、中心から上方向にずれているスポットの2つのスポットがある。一方、実施例2では、比較例2で発生していた2つのスポットが、解析範囲の中心に重なっている。
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、水平方向近傍のチルト領域において、2重像の現象が目立ちにくい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/r)/[1+{1-(1+K)(h/r)1/2]+A4・h+A6・h+A8・h+A10・h10+A12・h12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-」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、各実施例と各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。θr1、θr2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=∞
R2Db=∞
θr1=4.0度
θr2=4.2度
t=3.0mm

[数値実施例2]
LO=10.0mm
R1Da=65.0mm
R2Da=62.0mm
R1Db=403.0mm
R2Db=500.0mm
θr1=3.9度
θr2=4.0度
t=3.0mm

[数値実施例3]
LO=10.0mm
R1Da=64.9mm
R2Da=62.5mm
R1Db=275.0mm
R2Db=300.0mm
θr1=3.0度
θr2=3.2度
t=2.4mm

[比較例1]
LO=10.0mm
R1Da=65.0mm
R2Da=62.0mm
R1Db=∞
R2Db=∞
θr=4.0度
t=3.0mm

[比較例2]
LO=10.0mm
R1Da=65.0mm
R2Da=62.0mm
R1Db=403.0mm
R2Db=500.0mm
θr=4.0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) θr2-θr1

実施例1 0.2
実施例2 0.1
実施例3 0.2

条件式(2) |fm/fd|

実施例1 0.0
実施例2 0.988
実施例3 1.279

各実施例のドームカバーは、一体的に形成され、半球状の領域からの延長形状による、2重像の現象を目立ちにくくする構造を有する。このため、部品数が少なく、単純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、2重像の現象を目立ちにくくすることができる。その結果、各実施例によれば、簡易な構成で、画質の低下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、
    前記表面における前記境界及び前記裏面における前記境界は前記カメラの撮影可能領域に含まれ、
    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、
    前記線分と前記回転軸に対して垂直な平面とがなす角度をθr1(度)とし、前記球面中心と前記裏面における前記境界とを結ぶ線分と前記平面とがなす角度をθr2(度)として、
    0.00<θr2-θr1<1.00
    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. 前記境界における前記球面形状部の接平面と前記非球面形状部の接平面とは、共通であ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または2に記載のドームカバー。
  4. 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3のいずれか一項に記載のドームカバー。
  5. 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4のいずれか一項に記載のドームカバー。
  6. 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、円弧の形状を有し、
    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、
    0.40<|fm/fd|<1.80
    なる条件式を満足する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。
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