JPH01119178A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、受光素子を２次元配置したＣＣＤイメージセ
ンサなどの受光素子アレーを有する撮像装置に関する。

Ｂ、従来の技術 この種の撮像装置は、目標物の空間情報を標本化するた
めに用いられ、目標物を結像するための光学系と、この
光学系の焦平面上に受光素子を２次元配置して成る受光
素子アレーとを備え、各受光素【は、黒子面を定義する
Ｘ−Ｙ平面内でＸ。

７両方向にそれぞれ等間隔のピッチで配置されている。

ここで、受光素子の配置ピッチとは、各受光素子の中心
間の距離である。したがって、目標物は等間隔に空間サ
ンプリングされる。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかし、光学系に歪曲収差がある場合１次のような問題
がある。

例えば光学系として超広角レンズを使用し、第７図に示
すように物体側に目標物１として正方形格子点０１□〜
Ｏｓｓ　（Ｏｉｊ）を置きこれをその超広角レンズ２で
焦平面上に結像させると、正方形格子点Ｏｉｊの各点は
、焦平面上で樽型に歪んだ配列の格子点Ｉ　１１〜工５
ｓ（Ｉｉｊ）として結像される。

したがって、Ｘ、Ｙ方向に等間隔ピッチで配置した各受
光素子からの光電変換信号で目標物上を記録すると歪み
のある記録となる。

また、受光素子アレーからの光電変換信号により目標物
をモニタＴＶなどに映像化する場合、モニタＴＶ系のデ
イスト−ジョンも含めて、ある程度光学系の歪曲収差を
電気的に補正できるが、例えば光学系が魚眼レンズのよ
うな超広画角となれば、電気的な補正にも限度がある。

本発明の目的は、結像光学系の歪曲収差を受光素子アレ
ーを構成する受光素子配置により補正するようにした撮
像装置を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 一実施例を示す第１図により説明すると１本発明に係る
撮像装置は、目標物１を結像するための光学系２と、該
光学系２の黒子面ＰＬ上に受光素子３を２次元配置して
成る受光素子アレー３０とを備え、受光素子アレー３０
による黒子面ＰＬ上での像空間サンプリングピッチを光
学系２の歪曲収差に相応させることにより解決される。

８０作用 目標物１が光学系２を介して黒子面ＰＬ上に結像される
とき、光学系２の歪曲収差により像が歪むが、像の空間
サンプリングピッチを、光学系２の歪曲収差に相応して
行なわれるようにしたので。

受光素子アレー３０からの電気信号中に歪曲収差に伴う
歪が含まれず、精度の高い記録が可能となる。

Ｆ、実施例 一第１の実施例− 第２図は本発明に係る撮像装置の一実施例の概略的構成
を示し、目標物１を超広角レンズ２によりその黒子面Ｐ
Ｌに結像させ、黒子面ＰＬ上の受光素子アレー３０で目
標物１の空間情報を電気信号として検出する。この受光
素子アレー３０は。

第１図に示すように受光素子３１□〜３６．（以下、代
表して３で示すこともある）を２次元配置して成る。超
広角レンズ２は、いわゆる樽型の歪曲収差を有しており
、その歪曲収差を光学的に補正するため、受光素子アレ
ー３０の配置ピッチ、換言すると像空間サンプリングピ
ッチは、黒子面ＰＬを定めるＸ−Ｙ平面のＸおよびＹ方
向において等間隔ピッチではなく、各受光素子３の画素
中心である点ｌ１ｊ（ｉ、ｊ＝１〜５）が結像光学系２
である超広角レンズ２の歪曲収差に相応した樽型に位置
するように定められている。

この結果、各受光素子３の中心をプロットして像側に形
成される樽型格子点Ｉｉｊは、光学系２により物体空間
で第１図に示すように正方形格子点Ｏ１ｊとして結像さ
れる。したがって、物体空間においてＸ、Ｙ方向に等間
隔でサンプリングされたことになり、光学系２の歪曲収
差が光学的に補正される。

受光素子アレー３０からの信号の読み出しは、受光素子
３の型式に応じて適宜行なわれる。例えばＣＩＤイメー
ジセンサやＭＯＳイメージセンサのようにｘＹアドレス
方式の２次元受光素子アレーでは、各受光素子の読み出
しを走査レジスタによって行い、また例えば、ＣＣＤイ
メージセンサのような電荷蓄積素子による受光素子アレ
ーの場合には、読み出しクロック周波数を一定にして、
サンプリングの時間間隔を一定にすればよい。

−変形例− 歪曲収差などによる照度むらが問題となる場合には次の
ように対処できる。

目標物の大きさに対応する画角をθとするとき。

歪曲収差による像の大きさは理想像に対して近軸領域で
は。

Δ＝　ａ　ｔａｎ３θ ａは定数（＋５型の場合、負、糸巻型の場合、正）だけ
変化するから、光軸上の単位面積に対して、光軸から画
角θに対応しただけ離れた像の面積変化は、 （１＋　ａ　ｔａｎ３θ）２ で表わされる。従って、この面積変化分だけ光軸とその
周辺とでは照度が異なる。一方、この歪曲収差による照
度変化とは別に、屈折光学系ではいわゆるコサイン４乗
則による照度むらが知られている。すなわち、光軸から
外れるに従ってｃｏｓ４θ（θ：画角）に比例して照度
が低下する。そこで、歪曲収差とコサイン４乗則による
照度むらを解消するためには、光軸周辺の受光素子の受
光面積を増加させれば良い。すなわち、画角θの像にお
いて、光軸上の単位面積「１」が受光する光量と同じ光
量を受けるに必要な面積は、 となる。したがって、上述したように歪曲収差に相応し
て受光素子３の配置ピッチを定めるとともに、受光素子
３の受光面積を上記（１）式に基づいて定めれば、歪曲
収差の光学的補正と照度むらによる精度低下防止とを同
時に達成できる。

−第２の実施例− 第３図（ａ）、（ｂ）は、第２の実施例に係る受光素子
アレー４０とマスク５０とを示す。この受光素子アレー
４０は、正方形の受光素子４０１□〜４０ｓｓをモザイ
ク状に集合配置して成り、その受光面上の焦点深度内に
マスク５０が配置される。

マスク５０は開口５０１１〜５０．、（以下、代表して
５０で示すこともある）を有し、これら開口５０を介し
て目標物の光束が受光素子アレー４０で受光される。そ
れぞれの開口５０は同一面積の正方形とされ、第１の実
施例の受光素子３□１〜３□と同様に、結像光学系の歪
曲収差に相応した像空間サンプリングピッチで空間情報
を受光素子アレー４０がサンプリングするように、開口
５０の中心点のピッチが定められる。この例では、第１
図に示したと同時に開口中心点は樽型に配置されている
。

この実施例によっても、第１の実施例と同様にして結像
光学系２の歪曲収差を光学的に補正できる。加えて、マ
スク開口５０の配置を変えるだけで種々の歪曲収差を有
する結像光学系に適合した撮像装置を容易に構成できる
。

一応用例一 （１）　第４図は、目標物からの光束を赤外光と可視光
とに分離し、それぞれ個別の受光素子アレーで受光する
撮像装置の一例を示す。

結像光学系６１を通過した光束６２はダイクロイックミ
ラー６３で赤外光６４と可視光６５に分離され、赤外光
６４は、赤外光用受光素子アレー６６上で結像し、可視
光６５は、可視光用受光素子アレー６７上で結像する。

結像光学系６１の歪曲収差に相応して、赤外光用受光素
子アレー６６の素子配置ピッチは赤外光による色収差も
考慮して定められ、可視光用受光素子アレー６７の素子
配置ピッチは可視光による色収差も考慮して定められる
。結像光学系６１を第５図の様に反射光学系により構成
すれば、色収差を考慮する必要がなく、各アレー６６．
６７上の素子配列ピッチを等しく設定できる。

また、赤外光用および可視光用受光素子アレー６６．６
７をそれぞれ例えば５×５の同一画素構成とすれば、両
アレー６６．６７の対応する受光素子からの光電変換信
号を互いに重畳させて映像化することにより、特別な画
像処理をすることなく目標物に対する温度情報を適確に
可視化できる。

（２）　第５図は、第４図に示した撮像装置と同様、赤
外画像と可視画像とを重畳させて映像化する撮像装置の
他の応用例を示す。

反射光学系を構成する主鏡７１と副Ｗｔ７２とにより中
間結像面ＩＰＬを作り、その後側に配置したダイクロイ
ックミラー７３で赤外光束７４と可視光束７５に分離し
、赤外光束７４は８〜１２μｍ用Ｇｅレンズ７６を用い
た結像光学系で赤外光用受光素子アレー７７上に、可視
光束７５は結像光学系７８により反射ミラー８０を介し
て可視光用受光素子アレー７９上に結像される。赤外光
用受光素子アレー７７の各受光素子は、反射光学系とＧ
ｅレンズ７６の歪曲収差およびＧｅレンズ７６の色収差
に相応したピッチで配置され、可視光用受光素子アレー
７９の各受光素子は反射光学系と結像光学系７８の歪曲
収差および結像光学系７８の色収差に相応したピッチで
配置される。

第５図の構成により、光学系の結像性能を、可視域およ
び赤外域において高めることが容易に可能となる。

（３）　　第６図は、例えば３〜５μｍ帯域と８〜１２
μｍ帯域の２波長帯を共有する光学系を用いた撮像装置
である。

すなわち、反射光学系を構成する主鏡８１と副鏡８２と
で中間結像面ＩＰＬを形成し、更にＧｅレンズ８３を通
った光束をダイクロイックミラー８４で８〜１２μ亀帯
域の光束８５と３〜５μｍ帯域の光束８６とに分離し、
８〜１２μｍ帯域の光束８５は直接に８〜１２μｍ用受
光素子アレー８７上に結像せしめ、３〜５μｍ帯域の光
束８６は波長コンペンセータ８８を介して３〜５μＩ用
受光素子アレー８９上に結像せしめる。

８〜１２μｍ用および３〜５μｍ用受光素子アレー８７
．８９の受光素子配置ピッチは、反射光学系とＧｅレン
ズ８３の歪曲収差およびＧｅレンズ８３の色収差を考慮
して定められる。なお、波長コンペンセータ８８は、Ｇ
ｅレンズ８３の結像性能が８〜１２μｍ帯域で最良とな
る様に設計されている為、３〜５μｍ帯域の光束の結像
性能を上げるために用いている。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、受光素子アレーを構成する各受光素子
の配置ピッチを結像光学系の歪曲収差に相応して定めた
ので、光学的に歪曲収差を補正できる。このため、特に
魚眼レンズのように電気的な歪曲収差補正が難しい超広
角結像光学系の結像性能の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は第１の実施例を説明するもので、
第１図が受光素子の配置ピッチを説明する図、第２図が
超広角レンズによる撮像装置の概念構成図である。 第３図（ａ）、（ｂ）は第２の実施例の受光素子アレー
を示し、（ａ）がマスクを設けた受光素子アレーの正面
図、（ｂ）がそのｂ−ｂ線断面図である。 第４図〜第６図は本発明に係る撮像装置を用いた３つの
応用例を示す構成図である。 第７図は従来の問題点を説明する図である。 １：目標物　　　　　　２：結像光学系３ｉｊ：’受光
素子　　３０，４０：受光素子アレー５０：マスク Ｉ　ｉｊ　：物体側の正方形格子点 Ｏｉｊ：像側の正方形格子点 特許出願人　　日本光学工業株式会社 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　目標物を結像するための光学系と、 該光学系の焦平面上に受光素子を２次元配置して成る受
   光素子アレーとを備えた撮像装置において、 前記受光素子アレーによる前記焦平面上での像空間サン
   プリングピッチを前記光学系の歪曲収差に相応させたこ
   とを特徴とする撮像装置。