WO2017010440A1 - 撮像装置、撮像光学系、撮像装置の製造方法および撮像方法 - Google Patents

撮像装置、撮像光学系、撮像装置の製造方法および撮像方法 Download PDF

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optical system
image
optical axis
imaging optical
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村山　徳雄
佐藤　進
大作 荒井
美砂 河村
茉理絵 下山
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Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus, an imaging optical system, an imaging apparatus manufacturing method, and an imaging method.
  • Imaging devices have also been installed in portable terminals and personal computers.
  • An imaging optical system (see, for example, Patent Document 1) used for an imaging apparatus such as a portable terminal is required to have high imaging performance as the pixels of the imaging element are miniaturized.
  • Such an imaging optical system is also required to be smaller in size as the mobile terminal and the like become thinner. For this reason, conventionally, there has been a demand for measures for improving the imaging performance by reducing the size of the imaging optical system.
  • An imaging apparatus includes: an imaging element including an imaging surface; an optical system that forms an image on the imaging surface in a range smaller than the imaging surface; and the optical axis direction of the optical system is changed.
  • a drive unit that drives an optical system, and the imaging device has a first image formed by the optical system in which the direction of the optical axis is set to a first direction, and the direction of the optical axis is the first direction.
  • the second image formed by the optical system set in two directions is imaged in different areas of the imaging surface.
  • An imaging optical system is an imaging optical system that forms an image on an imaging surface that is curved so that a concave surface faces the object side, and has a movable part including at least one lens, and the movable parts are the same
  • the imaging position according to the object point of the distance is movable relative to the imaging surface so that the imaging position moves along the concave surface.
  • Another imaging apparatus includes the imaging optical system and an imaging element that captures a subject image formed by the imaging optical system, and the imaging element is at least part of the imaging surface.
  • the field of view of the imaging optical system is smaller than the range of the effective light receiving surface.
  • An image pickup apparatus manufacturing method is an image pickup apparatus manufacturing method including the image pickup optical system and an image pickup element that picks up a subject image formed by the image pickup optical system. And an effective light receiving surface constituting at least a part of the imaging surface, and a field of view range of the imaging optical system is configured to be smaller than a range of the effective light receiving surface, With the movable part moved to a predetermined reference position, the image sensor is moved using an image captured and acquired by the image sensor, and a predetermined portion of the image sensor is on the optical axis of the imaging optical system. Adjust to position.
  • An imaging method is an imaging method using the imaging optical system and an imaging element that captures a subject image formed by the imaging optical system, wherein the imaging element is at least on the imaging surface.
  • An effective light receiving surface that forms a part and has an effective light receiving portion that can receive light from the imaging optical system, and the effective light receiving portion includes at least a first pixel and a second pixel,
  • the field-of-view range of the imaging optical system is configured to be smaller than the range of the effective light receiving surface, and the optical axis of the imaging optical system is moved to the first pixel and the first by moving the movable unit with respect to the imaging surface.
  • the image data when the optical axis of the imaging optical system is located in the area of the first pixel and the optical axis of the imaging optical system are positioned in at least one area of two pixels. When located in the area of the second pixel By combining the image data to output as one image data.
  • (A) shows the manufacturing method of the imaging device which concerns on 1st Embodiment
  • (b) is a flowchart which shows the detail of the test
  • (A) is a schematic diagram showing a first method for scanning a subject in the second embodiment
  • (b) is a schematic diagram showing a second method for scanning a subject. It is a schematic diagram which shows the 3rd method of scanning a to-be-photographed object.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating all aberrations related to Example 3 of the imaging optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fixed imaging device 10 that can be used as a surveillance camera, an endoscope, or the like.
  • the imaging device 10 is configured by housing a lens barrel 12 and a control unit 15 in an apparatus main body 11.
  • the lens barrel unit 12 is fixedly disposed on the lens barrel unit 12 so as to face the imaging optical system 20, the swinging drive unit 30 that swings the image capturing optical system 20 in the lens barrel unit 12, and the imaging optical system 20.
  • the imaging device 40 is provided.
  • the imaging optical system 20 forms an image of a subject (object) on the imaging surface 41 of the imaging device 40.
  • the imaging element 40 has a function of photoelectrically converting the image light of the subject imaged on the imaging surface 41 by the imaging optical system 20 to generate an imaging signal, and outputs the imaging signal to the control unit 15.
  • the imaging surface 41 has a shape curved in a spherical shape so that the concave surface faces the object side, and the imaging optical system 20 is configured to form a subject image on the curved imaging surface 41 in this way. That is, the imaging optical system 20 is configured to form a spherical image located on the same plane as the imaging surface 41 curved in a spherical shape.
  • the imaging surface 41 may be curved as much as a hemisphere.
  • the field-of-view range of the imaging optical system 20 is set to be smaller than the range of the imaging surface 41 of the imaging element 40. That is, the imaging device 10 is small and the imaging optical system 20 is also small, the field of view of the imaging optical system 20 is small, and the size of the subject image (field image) formed by the imaging optical system 20 is larger than that of the imaging surface 41. It is getting smaller.
  • the swing drive unit 30 swings the image pickup optical system 20 relative to the image pickup device 40 and moves the optical axis Z1 of the image pickup optical system 20 within the image pickup surface 41 of the image pickup device 40. That is, the swing drive unit 30 drives the imaging optical system 20 so that the direction of the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 changes.
  • the control unit 15 receives an imaging signal from the imaging device 40. Thereby, the control unit 15 receives the imaging signal from the imaging element 40 and performs various image processing to generate image data of the subject. The control unit 15 further outputs a drive signal to the oscillating drive unit 30 to perform drive control, which will be described later.
  • the control unit 15 is further electrically connected to an input / output unit 16 provided in the apparatus main body 11 and a storage unit 17 accommodated in the apparatus main body 11. Note that the storage unit 17 may be built in the imaging apparatus 10 or may be electrically connected by being inserted into the imaging apparatus 10 from the outside.
  • the input / output unit 16 is electrically connected to a user interface UI provided outside the imaging apparatus 10.
  • the input / output unit 16 receives an operation signal from the user interface UI corresponding to a user operation (such as an imaging operation) and transmits the operation signal to the control unit 15.
  • the control unit 15 outputs image data of the subject acquired by the imaging device 40 and created by the control unit 15 to the user interface UI. Thereby, the image of the subject imaged by the imaging device 10 can be displayed on the display unit of the user interface UI.
  • the storage unit 17 stores data necessary for the operation of the image sensor 40 and the swing drive unit 30 and the like, and image data of the subject acquired by the image sensor 40 and created by the control unit 15.
  • the storage unit 17 may be provided in an external device such as a server. In this case, the imaging device 10 and the storage unit 17 of the external device transmit and receive data using wireless communication or the like.
  • the imaging optical system 20 includes a movable lens 21, a field stop 25, and an aperture stop 26.
  • the movable lens 21 is composed of one cemented lens in which a positive lens 22 and a negative lens 23 are bonded in order from the object side.
  • the lenses included in the imaging optical system 20 are only the movable lens 21. 1 and 2 show the movable lens 21 in a simplified manner.
  • the field stop 25 is disposed on the image side of the movable lens 21 and sets the field range of the imaging optical system 20.
  • An aperture stop 26 for determining the brightness (F number) of the imaging optical system 20 is disposed in the vicinity of the movable lens 21 on the object side.
  • the image sensor 40 is composed of an image sensor such as a CCD or CMOS.
  • the image pickup device 40 is fixed and held by an image pickup device holding portion (not shown) provided in the lens barrel 12, but the fixed holding position of the image pickup device 40 can be adjusted by the image pickup device holding portion. .
  • the position adjustment will be described later.
  • the imaging element 40 is configured by arranging pixels (photoelectric conversion elements) constituting a CCD or a CMOS image sensor so as to be curved in a spherical shape with a concave surface facing the object side along the imaging surface 41.
  • FIG. 3 shows a configuration principle as an example of the image sensor 40.
  • the imaging element 40 according to this example includes a plurality of photoelectric conversion elements 45, 45,... Arranged in a two-dimensional matrix along the imaging surface 41, and each constitutes a pixel.
  • the photoelectric conversion elements 45, 45,... Constituting each pixel are, for example, in a plane orthogonal to the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 (however, in the plane that is the imaging plane 41 and is curved in a spherical shape).
  • M (m is a natural number of 2 or more) along a direction perpendicular to the paper surface (referred to as X1 direction), and n (n is 2) along a direction (referred to as Y1 direction) perpendicular to the X1 direction
  • X1 direction a direction perpendicular to the paper surface
  • Y1 direction a direction perpendicular to the X1 direction
  • the image sensor 40 includes an output unit 47 that outputs an image signal based on an electrical signal from a row of photoelectric conversion elements 45 arranged in the Y1 direction, and photoelectric conversion elements arranged in the X1 direction. And an output unit 48 that outputs an imaging signal based on the electric signal from the column, and takes out the electric signal from each photoelectric conversion element 45 to the output unit 46 in order. The signal taken out to the output unit 46 is sent to the control unit 15 for image processing.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration principle. Since the configuration and operation of the CCD image sensor and the CMOS image sensor are well known in the art, detailed description thereof will be omitted.
  • the swing drive unit 30 is for swinging the imaging optical system 20, and as shown in FIGS. 1 and 2, a lens holding unit 31, a first support unit 32, and second support units 33a and 33b. A first drive unit 35 and a second drive unit 36.
  • the lens holding unit 31 has a cylindrical space, and an aperture stop 26, a movable lens 21 and a field stop 25 constituting the imaging optical system 20 are arranged in this order along the optical axis from the object side as shown in the figure. Hold.
  • the lens holding portion 31 is formed in a cylindrical shape whose outer peripheral surface extends in a direction perpendicular to the paper surface (X1 direction), and this outer peripheral surface is indicated by an arrow A by a first support portion 32 having a cylindrical inner surface extending in the X1 direction.
  • the first support portion 32 is rotatably supported by the second support portions 33a and 33b with respect to the apparatus main body 21 as indicated by an arrow B.
  • the swing support of the lens holding portion 31 by the first support portion 32 is configured to be swingable about a swing center axis extending in the X1 direction through the point P1 on the optical axis Z1 of the imaging optical system 20.
  • the support of the first support portion 32 by the second support portions 33a and 33b is configured to be rotatable about a rotation center axis P2 extending in the Y1 direction (vertical direction) through the point P.
  • a gimbal mechanism is constituted by the swing support structure of the lens holding portion 31 by the first support portion 32 and the rotation support structure of the first support portion 32 by the second support portions 33a and 33b.
  • the position of the point P1 may be set at or near the position of the exit pupil of the imaging optical system 20. Or you may set to the position of the curvature center of the imaging surface 41 curved so that a concave surface may face the object side, or its vicinity.
  • the entire imaging optical system 20 (that is, the movable lens 21 is integrated with the field stop 25 and the aperture stop 26) passes through the swing center point P1. It can be swung as indicated by an arrow A around a swing axis extending in the X1 direction, and can be rotated as indicated by an arrow B around a rotation center axis P2 extending in the Y1 direction.
  • FIG. 2 shows a state in which the imaging optical system 20 is swung in the arrow A direction.
  • the first drive unit 35 that swings the lens holding unit 31 in the direction of arrow A with respect to the first support unit 32, and the second support units 33a and 33b.
  • a second drive unit 36 that rotates the first support unit 32 in the direction of arrow B is provided.
  • the first and second drive units 35 and 36 are constituted by, for example, servo motors, and are driven and controlled by receiving a drive signal from the control unit 15.
  • the imaging optical system 20 can be swung in two axes around the swing center point P1.
  • the optical axis Z1 of the image pickup optical system 20 moves within the image pickup surface 41 of the image pickup device 40, and the image pickup optical system 20
  • the image forming position due to is moved along the concave imaging surface 41.
  • the subject image formed by the imaging optical system 20 can be moved along the concave imaging surface 41, and the subject is scanned and imaged over a wider range than the field of view of the imaging optical system 20. can do.
  • uniaxial swinging may be performed using either the first drive unit 32 or the second drive unit 33.
  • the imaging device 10 of the present embodiment is a device that is reduced in size and weight, and the imaging optical system 20 is also reduced in size, and its visual field range is narrowed.
  • the subject image corresponding to the visual field range formed on the imaging surface 41 by the imaging optical system 20 has a small circular shape denoted by reference numeral A1.
  • the size of the subject image A1 corresponding to the visual field range (hereinafter referred to as the visual field image A1) is smaller than that of the imaging surface 41, and the narrow visual field range imaged on a part of the imaging surface 41 remains unchanged. Only image data can be obtained.
  • the imaging optical system 20 is oscillated up and down, left and right (vertical and horizontal directions) toward the subject by the oscillation drive unit 30 to displace the visual field range of the imaging optical system 20, and the subject is vertically and horizontally Scan to capture images.
  • the imaging optical system 20 is configured by the swing driving unit 30 so that the field-of-view image A1 (1,1) is formed at the upper left end of the imaging surface 41 by the imaging optical system 20. This image is taken by positioning.
  • the imaging optical system 20 is moved in the X1 direction so that a field image A1 (1,2) positioned on the right side is formed, and this image is captured.
  • a field image A1 (1,1, This image is picked up by moving so as to form 3).
  • the position of the field image is returned to the left end and moved downward (Y direction) to form a field image A1 (2, 1), and this image is captured.
  • the field image A1 (2, 3) at the right end is sequentially captured, and the position of the field image is returned to the left end and moved downward to form the field image A1 (3, 1). .
  • a subject image can be captured over the entire surface of the imaging surface 41, as can be seen from FIG.
  • a subject image in a large field range corresponding to the entire surface of the imaging surface 41 can be captured using the small imaging optical system 20 that only forms a small field image A1.
  • the reference position for displacing the visual field range of the imaging optical system 20 is constant, and a subject in a range wider than the visual field range of the imaging optical system 20 can be scanned and imaged with high accuracy.
  • the field image A1 is formed as a field image A1 (1, 1) at the upper left end with respect to the imaging surface 41 of the image sensor 40, and this is sequentially shifted to the right end in the right lateral direction (X1 direction). Until the image is picked up, and then moved downward (Y1 direction) to form a field image A1 (2, 3). Then, the field image A1 (2, 1) at the left end is picked up by sequentially moving in the left lateral direction, and the field image A1 (3, 1) is picked up by moving downward as it is.
  • the field image A1 (3, 3) is captured while sequentially moving in the right lateral direction, an image of the subject in the field range corresponding to the entire surface of the imaging surface 41 can be captured. At this time, a subject in a range wider than the visual field range of the imaging optical system 20 can be scanned and imaged at high speed.
  • a method of displacing the field image A1 in a direction rotating around the optical axis Z1 at a specific position of the imaging optical system 20 (hereinafter referred to as the ⁇ 1 direction for explanation). is there. That is, this is a method of scanning and imaging a subject around the optical axis at a specific position of the imaging optical system 20.
  • the specific position will be described as a position where the optical axis Z1 passes through the center of the image sensor 40.
  • a field image A1 formed by the imaging optical system 20 is captured by forming a field image A1 (1, 0) on the imaging surface 41 of the image sensor 40.
  • This is displaced in the ⁇ 1 direction (rotating direction), and sequentially moved as A1 (1, 1/2 * ⁇ ), A1 (1, ⁇ ), and A1 (1, 3/2 * ⁇ ) to capture an image.
  • the field image A1 is displaced in the R1 direction, and images are picked up by sequentially moving as A1 (2, 0) and A1 (2, 1/6 * ⁇ ). In this way, it is possible to capture an image of the subject in the field of view corresponding to the entire surface of the imaging surface 41.
  • the position of the field image A is not limited to the above. You may image in arbitrary positions, such as A1 (1, 1/4 * pi) and A1 (1, 1/6 * pi).
  • the subject may be scanned and imaged by moving along the ⁇ 1 direction while moving along the direction along the rotation radius (hereinafter referred to as R1 direction for the sake of explanation).
  • R1 direction for the sake of explanation.
  • a field image A1 formed by the imaging optical system 20 is captured by forming a field image A1 (2, ⁇ ) on the imaging surface 41 of the image sensor 40. This is displaced in the R1 direction, and sequentially moves as A1 (1, ⁇ ), A1 (1, 0), A1 (2, 0), and images are taken.
  • the field image A1 is displaced in the ⁇ 1 direction to capture A1 (2, 1/6 * ⁇ ), and the field image A1 (2, 7/6 * ⁇ ) is captured by sequentially moving in the R1 direction.
  • the visual field image A1 is displaced in the ⁇ 1 direction and sequentially moved in the R1 direction. In this way, an image of the subject in the field of view corresponding to the front surface of the imaging surface 41 can be captured.
  • the position of the field image A1 is not limited to the above. You may image in arbitrary positions, such as A1 (3/2, (pi)), A1 (0, 0), A1 (3/2, 0).
  • the imaging optical system 20 satisfies the condition represented by the following conditional expression (1).
  • L distance on the optical axis between the lens surface closest to the image side of the movable lens 21 and the field stop 25
  • BF distance on the optical axis between the lens surface closest to the image side of the movable lens 21 and the imaging surface 41.
  • Conditional expression (1) is a conditional expression for appropriately setting the position of the field stop 25.
  • the field stop 25 is disposed at a position closer to the image side than the middle of the image surface lens surface and the imaging surface 41 of the movable lens 21. High-accuracy imaging is possible.
  • the imaging optical system 20 satisfies the condition expressed by the following conditional expression (2).
  • FN F number of the imaging optical system 20
  • YM maximum image height on the imaging surface 41 of the imaging device 40
  • SR the radius of curvature of the imaging surface 41 of the imaging device 40.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression when the resolution of the imaging optical system 20 is converted in the optical axis direction. By satisfying the condition expressed by the conditional expression (2), the resolution of the imaging optical system 20 is appropriately set, and high-accuracy imaging is possible.
  • the maximum image height on the imaging surface 41 of the imaging device 40 is that the imaging position according to the object point of the same distance by the imaging optical system 20 is the imaging surface 41 due to the oscillation of the imaging optical system 20 (movable lens 21). Is the maximum image height on the imaging surface 41 when moving along the.
  • Imaging by the imaging device 10 is performed in accordance with a predetermined remote operation by the user (imaging operation for an external user interface UI).
  • the control unit 15 controls the swing drive unit 30 and the imaging element 40, and the swing drive unit 30 and the imaging are controlled according to the control of the control unit 15.
  • Element 40 is activated.
  • the swing drive unit 30 moves the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 in a predetermined start direction. For example, as shown in FIG.
  • the optical axis Z of the imaging optical system 20 is moved in the first direction so that the field image A1 by the imaging optical system 20 moves to the upper left position on the imaging surface 41 of the imaging element 40.
  • the image pickup device 40 picks up the field image A1 (1, 1) by the image pickup optical system 20 moved in the first direction, and outputs the first image pickup signal to the control unit 15.
  • the imaging device 40 sends the imaging signal from the region (for example, the first region B1 (1, 1) in FIGS. 4A and 4B) to the control unit 15 included in the field image A1 (1, 1).
  • the control unit 15 outputs the first image data of the first region B1 (1, 1) based on the imaging signal and stores the first image data in the storage unit 17.
  • the swing drive unit 30 moves the optical axis Z of the imaging optical system 20 in the second direction so that the field image A1 moves along the imaging surface 41 in the right lateral direction (X1 direction) by a predetermined distance. Move. As a result, a field image A1 (1, 2) is formed on the imaging surface 41. At this time, the position setting is performed so that the field image A1 (1,2) partially overlaps the field image A1 (1,1) so that the subject image formed on the imaging surface 41 is not lost. Also good. The position may be set so that the first area B1 (1, 1) and the second area B1 (1, 2) partially overlap.
  • the image pickup device 40 outputs an image pickup signal from a region (for example, the second region B1 (1,2) in FIGS.
  • control unit 15 included in the field image A1 (1,2).
  • the control unit 15 outputs the second image data of the second region B1 (1,2) based on this imaging signal and stores it in the storage unit 17. From the above, the first image in the field image A1 (1,2) is stored. An image of the area B1 (1, 1) can be obtained, and the image data is stored in the storage unit 17.
  • the field image A1 (1,1) is handled.
  • the imaging signal is output from the first area B1 (1,1) to be output, and after output of the signal, the area C ((1) within the field image A1 (1,1) and outside the first area B1 (1,1)).
  • the imaging signal is not output. Therefore, a residual signal often exists in this region C (1).
  • the imaging signal is output as it is from the second region B1 (1,2) corresponding to the field image A1 (1,2), the field image A1 (1,1,2) in the second region B1 (1,2).
  • the control unit 15 outputs a signal existing in the second region B1 (1,2) and outputs the remaining signal. Erasing, that is, resetting the signal in the second area B1 (1, 2).
  • the control unit 15 outputs a signal present in the second region B1 (1, 2) and erases (resets) the remaining signal. .
  • the control unit 15 before storing the image pickup signal from the second region B1 (1,2) in the storage unit 17, the control unit 15 outputs a signal existing in the second region B1 (1,2) and erases the remaining signal. That is, the signal in the second area B1 (1, 2) is reset. At this time, the control unit 15 performs control so that the residual signal output from the image sensor 40 is not stored in the storage unit 17.
  • the optical axis Z of the imaging optical system 20 is moved in the first direction to output the imaging signal of the first area B1 (1, 1)
  • the optical axis Z is moved in the second direction and the second area B1.
  • the imaging optical system 20 is swung while the image formed by the imaging optical system 20 is formed on the imaging surface 41 during the output of the imaging signals (1, 2), the field image is moved on the imaging surface 41. Moving. Signals (charges) are accumulated in the image sensor 40 during this movement. Therefore, the accumulated signal becomes an afterimage signal, which may adversely affect the output of the imaging signal in the second region B1 (1,2).
  • the imaging signal is not output by the image sensor 40, and the afterimage signal accumulated in the second region B1 (1, 2) during the movement is output once and then reset.
  • the imaging signal of the second region B1 (1, 2) is output to the control unit 15.
  • the imaging optical system 20 may be provided with a shutter that blocks light, and the shutter is closed during the movement so that the field-of-view image is not formed on the imaging surface 41.
  • the present invention is not limited to this. Any time before the output of the imaging signal in the second region B1 (1, 2) may be performed. Further, a residual signal in a part of the second area B1 (1,2) may be output (erased or reset). In this case, a part of the field image A1 (1,1) and the second region B1 (1,2) is overlapped, that is, a region C (1). Further, after the imaging signal is output in the first area B1 (1, 1), and before the imaging signal is output in the second area B1 (1, 2), the entire imaging surface 41 is in each case. The remaining signal may be output (erase, reset).
  • the imaging device 40 receives the imaging signal of the second region B1 (1,2) included in the field-of-view image A1 (1,2) formed by the imaging optical system 20 in which the optical axis Z is moved in the second direction.
  • the control unit 15 causes the storage unit 17 to store the second image data based on the imaging signal.
  • imaging is performed at each position while sequentially moving the position of the visual field image A1, and the image data is stored in the storage unit 17.
  • the setting of the imaging position (direction of the optical axis Z) at this time is shown in FIG. 4A and is as described above.
  • the movement of the field image A1 by the swing drive unit 30 may be performed as shown in FIG. 4B described above or may be performed as shown in FIG. Other movements may be performed.
  • the signal output from the image sensor 40 at the time of reset need not be stored in the storage unit 17.
  • the control unit 15 uses the plurality of image data stored in the storage unit 17 to synthesize one image data obtained by connecting the subject images captured by the image sensor 40 vertically and horizontally. That is, the first image data based on the imaging signal of the first area and the second image data based on the imaging signal of the second area are connected to synthesize one image data.
  • One piece of image data may be synthesized by stitching together image data based on imaging signals from the first region to the nth region (n is an integer).
  • the control unit 15 causes the storage unit 17 to store the combined image data.
  • control unit 15 outputs the combined image data stored in the storage unit 17 to an external user interface UI via the input / output unit 16 in accordance with a user's remote operation or the like, and the user interface UI It can be displayed on the display unit.
  • the field-of-view image A1 of the imaging optical system 20 can be imaged while scanning over the entire imaging surface 41 of the imaging element 40, and the subject can be imaged in the field of view corresponding to the entire imaging surface 41.
  • only the image data before synthesis that is, the nth image data based on the imaging signal of the nth region may be displayed on the display unit.
  • control unit 15 uses a plurality of image data stored in the storage unit 17 to synthesize one image data obtained by joining the subject images captured by the image sensor 40 vertically and horizontally.
  • image data based on image pickup signals from the first area to the n-th area (n is an integer) is connected to synthesize one image data will be described as an example.
  • the counter value N for determining completion of n times is set to 1 in order to perform n times of imaging and storing of the imaging signal from the first area to the nth area (step ST10).
  • N 1, which is the first direction in this case
  • the field image A1 becomes a field image A1 (1, 1) located at the upper left corner.
  • the control unit 15 causes the image sensor 40 to output a residual signal from the first region (step ST12).
  • the process in step ST12 corresponds to the reset process described above.
  • control unit 15 When the reset process ends, the control unit 15 outputs an imaging signal of the first image captured by the imaging optical system 20 in which the optical axis Z is set in the first direction (step ST13). The control unit 15 causes the storage unit 17 to store the imaging signal from the first region output in this way (step ST14).
  • step ST15 it is determined whether or not the value of the counter value N is n (step ST15).
  • the process proceeds to step ST17, but the control contents in this step will be described later.
  • step ST16 1 is added to the value of the counter value N, and the process returns to step ST11.
  • the field image A1 becomes the field image A1 (1,2) on the right.
  • the control unit 15 causes the image sensor 40 to output a residual signal from the second region (step ST12).
  • the process in step ST12 also corresponds to the reset process described above.
  • the control unit 15 causes the control unit to output an imaging signal of the second image captured by the imaging optical system 20 in which the optical axis Z is set in the second direction (step ST13).
  • the control unit 15 stores the image pickup signal from the second region output in this way in the storage unit 17 (step ST14).
  • the control unit 15 connects the n imaging signals from the first region to the nth region stored in the storage unit 17 to generate one image data. Thereby, one image data over the entire surface of the imaging surface 41 of the imaging element 40 can be synthesized and formed. Then, as described above, the image data synthesized and formed in this way can be output to the user interface UI and displayed on the display unit.
  • the imaging method has been described with reference to FIG. 4A as an example, it can also be applied to other swinging cases.
  • the region for outputting the imaging signal or the region for outputting the afterimage signal differs depending on the manner of swinging.
  • the movable lens 21 moves relative to the imaging surface 41 so that the imaging position corresponding to the object point of the same distance moves along the concave imaging surface 41. It is comprised so that it may move relatively.
  • the movable lens 21 is configured so that the direction of the optical axis changes. Accordingly, even if the field of view of the imaging optical system 20 is narrowed in order to reduce the size of the imaging optical system 20 and improve imaging performance, a substantially wide field of view can be secured. Therefore, high imaging performance can be ensured by reducing the size of the imaging optical system 20 while ensuring a wide visual field range.
  • the relative rocking movement of the movable lens 21 with respect to the imaging surface 41 may be rocking around a point (swinging center point P1) on the optical axis Z1 of the imaging optical system 20. .
  • the lens included in the imaging optical system 20 may be only the movable lens 21. Thereby, the mechanism (swing drive unit 30) for swinging the movable lens 21 relative to the image sensor 40 (device main body 11) can be simplified.
  • the movable lens 21 may be configured to be swingable integrally with the field stop 25. Thereby, even if the movable lens 21 is swung, the field-of-view range of the imaging optical system 20 can always be kept in a certain range, so that the configuration of the imaging optical system 20 can be simplified.
  • the relative movement of the movable lens 21 with respect to the imaging surface 41 may be rocking about the position of the exit pupil of the imaging optical system 20 or the vicinity thereof.
  • the imaging position corresponding to the object point of the same distance moves along the concave imaging surface 41, so that the configuration of the imaging optical system 20 can be simplified.
  • the relative movement of the movable lens 21 with respect to the imaging surface 41 may be rocking about the position of the center of curvature of the imaging element 40 or the vicinity thereof. In this case, image data with little curvature of field can be obtained.
  • the position of the exit pupil and the position of the center of curvature of the image sensor 40 may be configured to match. Further, the center of oscillation may be different between infinite distance shooting and short distance shooting.
  • the imaging surface 41 may be curved in a spherical shape so that the concave surface faces the object side. Accordingly, the movable lens 21 can be swung in two axes around one point (swing center point P1) on the optical axis Z1 of the image pickup optical system 20, and therefore the movable lens 21 (image pickup optical system 20). It is possible to simplify the mechanism for swinging (swing drive unit 30).
  • the imaging optical system 20 Since the imaging optical system 20 is downsized, the field of view is smaller than the range of the effective light receiving surface 41 of the imaging device 40, but the imaging optical system 20 (movable lens 21) is moved relative to the imaging surface 41. By scanning the subject vertically and horizontally and capturing an image, a substantially wide field of view range is secured. Therefore, it is possible to reduce the imaging optical system 20 and the imaging device 10 and improve the imaging performance while ensuring a wide visual field range.
  • the movable lens 21 is moved relative to the imaging surface 41 so that the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 moves in the imaging surface 41.
  • the imaging element 40 includes first image data obtained by capturing a subject image in the first area (when imaging starts) with respect to the imaging surface 41 and the movable lens 21 after the movable lens 21 moves relative to the imaging surface 41. Second image data obtained by capturing a subject image in the second area is output. By synthesizing one image data using the first image data and the second image data, it is possible to obtain an image of a subject imaged in a substantially wide visual field range.
  • the imaging device 10 is generally manufactured through an assembly process (step ST110) and an inspection / adjustment process (step ST120). In the assembly process, each part of the imaging device 10 is manufactured and assembled. In the inspection / adjustment process, the imaging device 10 is inspected and adjusted.
  • step ST120 the mounting position of the image sensor 40 is adjusted.
  • the center position of the image sensor 40 is adjusted (step ST121).
  • the rocking drive unit 30 is activated by a predetermined setting operation on the user interface UI, and the imaging optical system 20 is moved to a predetermined reference position (for example, the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 is on the imaging surface 41 of the imaging device 40). Move to the center).
  • the image sensor 40 is operated by a predetermined setting operation, and an image of the subject is captured and acquired as a first test chart in a state where the imaging optical system 20 is moved to a predetermined reference position.
  • the image data (first test chart) of the captured subject is output to the external user interface UI via the input / output unit 16, and the image of the first test chart is displayed on the display unit of the user interface UI.
  • the image sensor 40 is moved in a direction perpendicular to the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 while viewing the image of the first test chart in which the reference mark is formed at a position corresponding to the optical axis Z1 of the imaging optical system 20. And adjust so that the reference mark is displayed at the center of the image.
  • the imaging element 40 is connected to the optical axis Z1 of the imaging optical system 20. It may be adjusted so that the reference mark is displayed at the four corners of the image by moving in the vertical direction.
  • step ST122 the inclination of the image sensor 40 is adjusted.
  • the image sensor 40 is operated by a predetermined setting operation with the above adjustment performed, and an image of the subject is captured and acquired as a second test chart.
  • the captured image data of the subject is output to the external user interface UI via the input / output unit 16, and the image of the second test chart is displayed on the display unit of the user interface UI.
  • the inclination of the image sensor 40 is adjusted using position information of a plurality of detection positions in the image of the second test chart displayed on the display unit of the user interface UI. For example, while viewing the image of the second test chart formed in the equilateral triangle, the inclination of the image sensor 40 is adjusted so that the second test chart in which the positions of the vertices of the equilateral triangle are evenly separated is displayed. .
  • the plurality of detection positions three detection positions (for example, the positions of the vertices of the triangle in the second test chart) that are separated by a predetermined distance that can determine the inclination of the image sensor 40 are set.
  • the second test chart is not limited to an equilateral triangle, and may be a regular polygon, for example, and corresponds to the tilt of the image sensor 40 (the tilt of the central axis of the image sensor 40 with respect to the optical axis Z1 of the image pickup optical system 20). Any shape that can determine the distortion of the image of the second test chart may be used.
  • the position of the vertex of the polygon in the second test chart is set as the plurality of detection positions. As the plurality of detection positions, the center position of the image of the second test chart and two peripheral positions separated by a predetermined distance from the center position may be set and can be changed as appropriate.
  • the center axis of the image sensor 40 can be accurately aligned with the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 moved to the predetermined reference position, the subject is then scanned and imaged with high accuracy. Is possible.
  • the plurality of detection positions are three or more detection positions different from each other. As a result, if the positions of the three points are known, the inclination of the image pickup device 40 can be obtained, and therefore it can be accurately determined whether the center axis of the image pickup device 40 is inclined with respect to the optical axis Z1 of the image pickup optical system 20.
  • the movable lens 21 captures a subject image at a predetermined first position with respect to the imaging surface 41, outputs first image data, and moves the movable lens 21 to the second position.
  • the movable lens 21 is configured to move the object image and output the second image data
  • the control unit 15 controls the swing drive unit 30 and the imaging element 40, and the swing drive unit 30 and the imaging are controlled according to the control of the control unit 15.
  • Element 40 is activated.
  • the swing drive unit 30 is a first pixel 45a (for example, a first pixel located at the upper left end in FIG. 3) that first transmits an electrical signal among the photoelectric conversion elements (pixels) 45, 45,.
  • the imaging optical system 20 is swung so that the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 is positioned within the area of one pixel 45a) (step ST201).
  • the image sensor 40 starts capturing a subject image (step ST202).
  • the swing drive unit 30 is the second electrical signal among the pixels 45, 45,... Of the image sensor 40 in accordance with the switching timing by the X direction switch 47 and the Y direction switch 48 of the image sensor 40.
  • the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 is sequentially positioned in the pixel area after the second pixel 45b (for example, the second pixel 45b adjacent to the right side of the first pixel 45a in FIG. 3).
  • the imaging optical system 20 is swung.
  • the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 is set to each pixel 45, 45,... (Effective light reception) in accordance with the switching timing by the X direction switch 47 and the Y direction switch 48 of the image sensor 40.
  • a scan in the X1 direction is performed on the surface 41) while moving one by one in the Y1 direction.
  • the output unit 46 of the image sensor 40 sequentially sends the image data in the area of each pixel 45 to the control unit 15 and is stored in the storage unit 17.
  • the control unit 15 combines these image data corresponding to each position, and obtains an image of the subject over the entire imaging surface 41.
  • the subject image is stored in the storage unit 17, and is output to an external user interface UI via the input / output unit 16 according to a user's remote operation or the like, and the subject image is displayed on the display unit of the user interface UI. Can do.
  • one image sensor 40 having a spherical concave surface is used, but the configuration of the image sensor 40 is not limited to this.
  • a plurality of imaging elements 80a, 80b, and 80c may be provided side by side in a spherical shape as in the imaging device 60 shown in FIG. Even if it does in this way, the effect similar to the case of 1st Embodiment can be acquired.
  • by reducing the size of each of the image sensors 80a, 80b, and 80c it is easy to make each of the curved configurations, and the manufacture of the image sensor is facilitated.
  • a large number of planar small image sensors may be arranged in a concave curved surface to form the image sensor 40 having a concave surface that is spherical as a whole.
  • Each imaging element 80a, 80b, 80c is formed with imaging surfaces 81a, 81b, 81c having photoelectric conversion elements 82a, 82b, 82c made of CCD, CMOS, etc. on the surface thereof.
  • the captured image light of the subject is photoelectrically converted by the photoelectric conversion elements 82 a, 82 b, 82 c to generate imaging data, which is sent to the control unit 15.
  • the inspection / adjustment step step ST120
  • the attachment positions of the image sensors 80a, 80b, 80c are individually inspected / adjusted, The same effect as in the case of the first embodiment can be obtained.
  • the imaging surface 41 is curved in a spherical shape so that the concave surface faces the object side.
  • the imaging surface 41 is not limited to this, and may be curved in an aspherical shape, for example. May be curved. That is, the imaging surface 41 can have various shapes that are curved so that the concave surface is directed toward the object side in the cross sections in both directions X1 and Y1 orthogonal to the direction along the optical axis Z1 of the imaging optical system 20. .
  • the imaging surface is curved so that the concave surface faces the object side in the cross section viewed from the first direction (X1 direction) and is not curved in the cross section viewed from the second direction (Y1 direction) (plane May be formed). That is, it may be formed in a cylindrical shape.
  • the image plane of the imaging optical system is curved so as to be concave toward the object side in the cross section viewed from the first direction, but is designed to approach a plane that is not curved in the cross section viewed from the second direction.
  • the relative movement of the movable lens with respect to the imaging surface is oscillating in the cross section viewed from the first direction, and is parallel in the cross section viewed from the second direction.
  • the swing driving unit 130 can also drive the imaging optical system in the optical axis direction of the imaging optical system or in a direction perpendicular to the optical axis.
  • the movable lens 21 is composed of a pair of cemented lenses in which a positive lens 22 and a negative lens 23 are bonded in order from the object side, but is not limited thereto.
  • it may be composed of a set of cemented lenses in which a negative lens and a positive lens are bonded in order from the object side.
  • the movable lens 21 is not limited to two lenses, and may be composed of three or more lenses.
  • the imaging optical system 20 may include a lens other than the movable lens 21 (for example, a fixed lens). Further, the movable lens 21 is not limited to a group of configurations, and may have a configuration of two or more groups.
  • the aperture stop 26 is configured to be swingable integrally with the movable lens 21, but is not limited to this, and the position of the aperture stop 26 on the optical axis Z ⁇ b> 1 is the swing center. When the position is set at or near the point P1, the aperture stop 26 does not have to swing.
  • the swing center point P1 is set on the optical axis Z1 of the imaging optical system 20, but is not limited to the optical axis Z1 of the imaging optical system 20 due to manufacturing errors or the like. Also included are those arranged at positions slightly off the 20 optical axes Z1.
  • the imaging device 10 is a fixed imaging device that can be used as a surveillance camera or the like.
  • the imaging device 10 is not limited to this.
  • the imaging device 10 can be used as an imaging device for an endoscope or portable. You may use as a camera mounted in a terminal etc., a digital still camera, a digital single-lens reflex camera, etc.
  • a camera mounted in a terminal etc. a digital still camera
  • a digital single-lens reflex camera etc.
  • wide-angle image data with a wide visual field range can be acquired without performing pan / tilt or the like to change the posture of the endoscope itself.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a fixed imaging device 110 that can be used as a surveillance camera or the like.
  • the imaging device 110 holds the apparatus main body 111 and the lens barrel portion 112, the imaging optical system 120 accommodated and held in the lens barrel portion 112, the image sensor 140 accommodated in the lens barrel portion 112, and the image sensor 140.
  • a swing drive unit 130 that can be swung and a control unit 115 housed in the apparatus main body 111 are mainly configured.
  • the imaging optical system 120 forms an image of a subject (object) on the imaging surface 141 of the imaging element 140.
  • the imaging element 140 photoelectrically converts light from the subject imaged on the imaging surface 141 by the imaging optical system 120, and outputs the subject image data to the control unit 115 or the like.
  • the swing driving unit 130 swings the image pickup device 140 including the image pickup surface 141 relative to the image pickup optical system 120 and moves the image pickup surface 141 of the image pickup device 140 along the image plane of the image pickup optical system 120. Can be done.
  • the image sensor 140 is configured using an image sensor such as a CCD or a CMOS.
  • An imaging surface 141 in which pixels (photoelectric converters) are two-dimensionally arranged is formed on the surface of the imaging element 140.
  • the imaging surface 141 is curved in a spherical shape so that the concave surface faces the object side, and the image plane of the imaging optical system 120 is curved along the imaging surface 141.
  • the range of the imaging surface 141 (effective light receiving surface) of the imaging element 140 is smaller than the field of view range of the imaging optical system 120. That is, the image sensor 140 that is smaller than the field image corresponding to the field range of the imaging optical system 120 is used.
  • the control unit 115 is electrically connected to the imaging element 140 and the swing driving unit 130, an input / output unit 116 provided outside the apparatus main body 111, and a storage unit 117 housed in the apparatus main body 111.
  • the input / output unit 116 is configured to be electrically connectable to a user interface UI provided outside the imaging device 110. Since the configuration and function of the input / output unit 116 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. However, the display unit of the user interface UI can display an image of the subject imaged by the imaging device 110. .
  • the storage unit 117 stores data necessary for the operation of the image sensor 140 and the like, and image data of the subject acquired and acquired by the image sensor 140.
  • the control unit 115 controls the image sensor 140, the swing drive unit 130, the input / output unit 116, the storage unit 117, and the like. In addition, the control unit 115 can perform various image processes on the image data of the subject imaged and acquired by the image sensor 140.
  • the imaging optical system 120 includes an imaging lens 121 and a field stop 125.
  • the imaging lens 121 includes, for example, a first positive lens 122 that is a single lens, a negative lens 123 that is a single lens, and a second positive lens 124 that is a single lens, which are arranged in order from the object side along the optical axis. Composed.
  • the image pickup device 140 can swing relative to the image pickup lens 121 by the swing driving unit 130. In the second embodiment, only the imaging lens 121 is a lens included in the imaging optical system 120.
  • the field stop 125 is disposed between the second positive lens 124 and the image sensor 140, and the field range of the image pickup optical system 120 is larger than the range of the image pickup surface 141 of the image sensor 140.
  • the field stop 125 is preferably disposed at a position closer to the image side than the middle between the lens surface closest to the image side of the imaging lens 121 and the imaging surface 141. Thereby, highly accurate imaging becomes possible.
  • an aperture stop (not shown) for determining the brightness (F number) of the imaging optical system 120 is omitted, for example, a lens frame that holds the imaging lens 121 functions as an aperture stop. Further, the aperture stop may be disposed in the vicinity of the object side of the imaging lens 121.
  • the swing drive unit 130 includes a sensor holding unit 131, a first drive unit 132, and a second drive unit 133.
  • the sensor holding unit 131 is configured to be capable of two-axis swinging while holding the image sensor 140 around the swing center point P2 set on the optical axis Z2 of the imaging optical system 120 using a guide mechanism or the like. Is done.
  • the first drive unit 132 and the second drive unit 133 are provided for the two-axis swing, and the image sensor 140 swings around the swing center point P2 with respect to the imaging lens 121 and the field stop 125. Is possible.
  • the imaging optical system 120 is configured so that an image formed by the imaging optical system 120 is formed along the concave surface that is a swing locus of the imaging surface 141 when the imaging element 140 is swung. ing.
  • the position of the swing center point P2 is set at or near the position of the exit pupil of the image pickup optical system 120, and the center of curvature of the concave surface that becomes the swing locus of the image pickup surface 141 when the image pickup device 140 is swung. Is set at or near the position.
  • the first drive unit 132 is configured using a servo motor or the like, and extends in a direction (referred to as the X2 direction) orthogonal to the direction along the optical axis Z2 of the imaging optical system 120 and orthogonal to the paper surface of FIG. Then, the sensor holding part 131 is swung together with the image sensor 140 around the first rocking axis passing through the rocking center point P2.
  • the second drive unit 133 is configured using a servo motor or the like, and, for example, extends in a direction orthogonal to the direction along the optical axis Z2 of the imaging optical system 120 and orthogonal to the X2 direction (referred to as Y2 direction).
  • the sensor holding unit 131 and the first drive unit 132 are swung together with the image sensor 140 about the second rocking axis passing through the moving center point P2.
  • the guide mechanism of the sensor holding unit 131 in the swing driving unit 130 is curved so that the spherical concave surface faces the object side, that is, the concave surface faces the object side in the cross section viewed from the X2 direction, and the Y1 direction.
  • the cross section viewed from the side is curved so that the concave surface faces the object side.
  • the imaging optical system 120 is configured such that the subject image by the imaging optical system 120 is formed so as to overlap with the spherical concave surface that is the swing locus of the imaging surface 141.
  • the imaging device 140 is oscillated by the oscillation drive unit 130 so that the imaging surface 141 of the imaging device 140 is two-dimensionally along a direction orthogonal to the direction along the optical axis Z2 of the imaging optical system 120. It is possible to take an image by scanning the subject vertically and horizontally.
  • the imaging surface 141 of the imaging device 140 is one frame from the left end to the right end in the X2 direction (range corresponding to one imaging surface) with respect to the field image A2 of the imaging optical system 120.
  • the imaging surface 141 of the imaging device 140 is moved frame by frame from the upper left corner to the right edge in the X2 direction with respect to the field image A2 of the imaging optical system 120, and is moved downward in the Y2 direction. It is also possible to perform a reciprocating scan in which the frame is moved one frame at a time and then moved to the left end in the X2 direction one frame at a time. In this case as well, a subject image that is imaged by the imaging optical system 120 and that is larger than the range of the imaging surface 141 of the imaging element 140 can be scanned and captured with high accuracy.
  • the method for scanning and imaging the subject is not limited to the above-described method, and the imaging device 140 is oscillated by the oscillation drive unit 130 so that the imaging surface 141 of the imaging device 140 is optically coupled to the optical axis of the imaging optical system 120.
  • the subject may be displaced in the direction of rotation about Z2 (hereinafter referred to as the ⁇ 2 direction for explanation), and the subject may be scanned around the optical axis and imaged.
  • the imaging surface 141 of the imaging device 140 is in a direction along the rotation radius of the imaging surface 141 of the imaging device 140 with respect to the field image A2 of the imaging optical system 120 (hereinafter R2 for explanation).
  • the object may be scanned around the optical axis and imaged by displacing along the ⁇ 2 direction while moving along the direction).
  • polar coordinates coordinates in the R2 direction and ⁇ 2 direction
  • imaging by the imaging device 110 is performed in accordance with a predetermined remote operation by the user (imaging operation for an external user interface UI).
  • the control unit 115 controls the swing driving unit 130 and the imaging element 140, and the swing driving unit 130 and the imaging are controlled according to the control of the control unit 115.
  • Element 140 is activated.
  • the image pickup surface 141 of the image pickup device 140 has a predetermined start position, for example, the image pickup surface 141 of the image pickup device 140 has a field image A2 of the image pickup optical system 120 as shown in FIG.
  • the image pickup device 140 is swung and stopped so as to be displaced to a position overlapping with one end in the X2 direction and Y2 direction (the upper left end in FIG. 12A).
  • the image sensor 140 captures a subject image in a start state (first state) in which the imaging surface 141 of the image sensor 140 is located at the start position, and sends image data (first image data) captured in the start state to the control unit 115. Output.
  • the swing driving unit 130 swings the image pickup surface 141 of the image pickup device 140 from the start position by a predetermined distance along the image plane of the image pickup optical system 120 in the X2 direction (one frame corresponding to the width of the image pickup surface 141).
  • the image sensor 140 is swung and stopped so as to be displaced to a rocking position, for example, a position moved one frame to the right from the position of the upper left end in FIG. Let The imaging element 140 captures a subject image formed on the imaging surface 141 at this position, and outputs image data (second image data) to the control unit 115.
  • the swing driving unit 130 performs the above-described vertical and horizontal scans to move the imaging surface 141 of the imaging device 140 frame by frame, and captures a subject image formed on the imaging surface 141 at that position each time.
  • the output of the image data (second image data) to the control unit 115 is repeated. In this way, until the imaging surface 141 of the imaging element 140 reaches the other end side in the X2 direction in the field image A2 of the imaging optical system 120, the imaging of the subject image formed by the imaging optical system 120 is performed by the imaging element 140. And the output of the image data is repeated.
  • the control unit 115 combines a plurality of pieces of image data obtained by scanning the image sensor 140 in the vertical and horizontal directions as described above, in a vertical and horizontal manner corresponding to the scan movement, and synthesizes one image data that becomes the entire image of the subject. This is stored in the storage unit 117.
  • the control unit 115 outputs the image data stored in the storage unit 117 to an external user interface UI via the input / output unit 116 in accordance with a user's remote operation or the like, and displays a subject on the display unit of the user interface UI. Display an image.
  • the imaging element 140 including the imaging surface 141 has an imaging position corresponding to an object point of the same distance by the imaging optical system 120 as the swing locus of the imaging surface 141. It is configured to be movable relative to the imaging lens 121 so as to move along the concave surface. Accordingly, a large range of subject images formed by the imaging optical system 120 can be captured using the small image sensor 140.
  • the swing driving unit 130 draws a spherical concave surface in which the swing locus of the imaging surface 141 faces the object side, and the center of this spherical surface is set at or near the exit pupil position of the imaging optical system 120. Therefore, an image formed by the image pickup optical system 120 can be picked up while suppressing curvature of field and the like, and high image forming performance can be obtained.
  • the imaging surface 141 is curved in a spherical shape so that the concave surface faces the object side. As a result, when the image pickup surface 141 is moved along the spherical surface, the image pickup device 140 only needs to be biaxially swung, and a mechanism for swinging the image pickup device 140 including the image pickup surface 141 (the swing drive unit 130). ) And control can be simplified.
  • the imaging surface 141 is curved in a spherical shape so that the concave surface is directed toward the object side.
  • the imaging surface 141 is not limited to this, and may be curved in an aspherical shape, for example. May be curved.
  • the imaging surface is formed so as to be curved so that the concave surface faces the object side in the cross section viewed from the first direction (X2 direction) and not to be curved (planar) in the cross section viewed from the second direction (Y2 direction). May be.
  • the relative movement of the imaging element with respect to the imaging lens is a swing in the cross section viewed from the first direction and a parallel movement in the cross section viewed from the second direction.
  • the imaging lens 121 is configured by three lenses, but is not limited thereto, and may be configured by, for example, two lenses or four or more lenses. Further, the imaging optical system 120 may be configured to include another lens other than the imaging lens 121.
  • the oscillation center point P2 is set on the optical axis Z2 of the image pickup optical system 120, but is disposed at a position slightly deviated from the optical axis Z2 of the image pickup optical system 120 due to a manufacturing error or the like. Sometimes.
  • the imaging device 110 is a fixed imaging device that can be used as a surveillance camera or the like.
  • the imaging device 110 is not limited to this.
  • the imaging device 110 can be used as an imaging device for an endoscope or portable. You may use as a camera mounted in a terminal etc., a digital still camera, a digital single-lens reflex camera, etc.
  • the swing drive unit swings the image sensor 140 with a desired swing locus according to the control of the control unit using a gimbal mechanism, an XYZ stage, or the like. It may be configured to be possible.
  • the swing drive unit can be set to the type of imaging optical system (image surface shape). Accordingly, the swing locus of the image sensor 140 can be switched.
  • first embodiment and the second embodiment may be combined. That is, both the imaging optical system and the imaging element may be driven. At this time, the imaging optical system and the imaging device may be moved in the same direction or may be moved in different directions. In this case, a small imaging device may be used. Further, the driving amount of the lens can be suppressed. Furthermore, the imaging device may be configured by appropriately combining the constituent elements of each embodiment.
  • FIG. 14 is a lens configuration diagram of the imaging optical system 20 according to the first example.
  • the imaging optical system 20 according to the first example includes a movable lens 21, a field stop 25, and an aperture stop 26.
  • the movable lens 21 is composed of a pair of cemented lenses in which a positive lens 22 and a negative lens 23 are bonded in order from the object side.
  • the field stop 25 is disposed on the image side with respect to the movable lens 21, and the field range of the imaging optical system 20 is smaller than the range of the imaging surface 41 (see FIG. 1) of the imaging device 40.
  • An aperture stop 26 for determining the brightness (F number) of the imaging optical system 20 is disposed in the vicinity of the object side of the movable lens 21.
  • Tables 1 to 3 are shown, which are values respectively showing specifications of the imaging optical system 20 according to the first to third examples.
  • the focal length f of the imaging optical system 20 the distance L on the optical axis between the lens surface closest to the image side of the movable lens 21 and the field stop 25, and the longest in the movable lens 21
  • the distance BF on the optical axis between the lens surface on the image side and the imaging surface 41 (image surface I), the F number FN of the imaging optical system 20, the maximum image height YM on the imaging surface 41 of the imaging device 40, the imaging device 40 shows the values of the curvature radius SR of the 40 imaging surfaces 41 (image surface I) and the maximum image height YO of the imaging optical system 20.
  • the first column is the lens surface number when counted from the object side
  • the second column R is the radius of curvature of the lens surface
  • the third column D is the lens surface number.
  • the curvature radius “ ⁇ ” indicates a plane
  • the refractive index nd 1.00000 of air is omitted from the description.
  • [Conditional Expression Corresponding Value] indicates the corresponding value of each conditional expression.
  • the focal length f, curvature radius R, and other length units listed in all of the following specifications are generally “mm”, but the optical system is the same even when proportionally enlarged or reduced. Since optical performance can be obtained, the present invention is not limited to this. In the specification values of the second to third embodiments described later, the same symbols as those of the present embodiment are used.
  • Table 1 below shows each item in the first embodiment.
  • the curvature radii R of the first surface to the fifth surface in Table 1 correspond to the symbols R1 to R5 attached to the first surface to the fifth surface in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating various aberrations of the imaging optical system 20 according to the first example.
  • FNO represents an F number
  • A represents a half angle of view.
  • the solid line shows the sagittal image plane
  • the broken line shows the meridional image plane.
  • the explanation of the aberration diagrams is the same in the other examples.
  • the imaging optical system 20 of the second embodiment has the same configuration as that of the imaging optical system 20 of the first embodiment shown in FIG. 14, and detailed description and illustration thereof are omitted.
  • Table 2 below shows each item in the second embodiment.
  • the curvature radii R of the first surface to the fifth surface in Table 2 correspond to the symbols R1 to R5 attached to the first surface to the fifth surface in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram of various aberrations of the imaging optical system 20 according to the second example. From the respective aberration diagrams, it can be seen that in the second example, various aberrations are satisfactorily corrected and the optical performance is excellent. As a result, by mounting the imaging optical system 20 of the second embodiment, excellent optical performance can be ensured also in the imaging apparatus 10.
  • the imaging optical system 20 of the third embodiment has the same configuration as that of the imaging optical system 20 of the first embodiment shown in FIG. 14, and detailed description and illustration thereof are omitted.
  • Table 3 below shows each item in the third example.
  • the curvature radii R of the first surface to the fifth surface in Table 3 correspond to the symbols R1 to R5 attached to the first surface to the fifth surface in FIG.
  • FIG. 17 is a diagram of various aberrations of the imaging optical system 20 according to the third example. From each aberration diagram, it can be seen that in the third example, various aberrations are satisfactorily corrected and the optical performance is excellent. As a result, by mounting the imaging optical system 20 of the third embodiment, excellent optical performance can be ensured also in the imaging apparatus 10.
  • the imaging optical system 20 having a smaller size and higher imaging performance while securing a wide visual field range, and the imaging apparatus 10 including the imaging optical system 20.
  • imaging optical system imaging apparatus, imaging apparatus manufacturing method, and imaging method according to the present embodiment may be as follows.
  • an imaging optical system an imaging optical system that forms an image on an imaging surface curved so that a concave surface is directed toward the object side, and has a movable part including at least one lens, and the movable part is an object of the same distance Some of them are movable relative to the imaging surface so that the imaging position corresponding to the point moves along the concave surface.
  • the relative movement between the movable part and the imaging surface may be rocking around a point on the optical axis of the imaging optical system.
  • the lenses included in the movable part may be all lenses included in the imaging optical system.
  • it may have a field stop that limits the field range of the imaging optical system, and the movable part may be swingable integrally with the field stop.
  • the field stop may be disposed on the image side with respect to the movable portion, and the following conditional expression may be satisfied.
  • L is a distance on the optical axis between the lens surface closest to the image side in the movable part and the field stop
  • BF is a distance between the lens surface closest to the image side in the movable part and the imaging surface. It is the distance on the optical axis between.
  • the relative movement between the movable part and the imaging surface may be a swing around the position of the exit pupil of the imaging optical system.
  • the imaging surface is curved so that a concave surface is directed toward the object side in a cross section viewed from a first direction orthogonal to the direction along the optical axis of the imaging optical system, and along the optical axis of the imaging optical system.
  • the concave surface may be curved toward the object side.
  • the image pickup apparatus includes the above-described image pickup optical system and an image pickup element that picks up a subject image formed by the image pickup optical system, and the image pickup element is at least one of the image pickup surfaces. And the field of view of the imaging optical system is smaller than the range of the effective light receiving surface.
  • the optical axis of the imaging optical system may move within the effective light receiving surface by the movement of the movable portion with respect to the imaging surface.
  • the image sensor includes first image data obtained by capturing the subject image in a first state before the movable portion moves with respect to the imaging surface, and after the movable portion moves with respect to the imaging surface. The second image data obtained by capturing the subject image in the second state may be output.
  • one image data may be synthesized using the first image data and the second image data.
  • the imaging device has an effective light receiving portion on which the effective light receiving surface is formed and can receive light from the imaging optical system, and the effective light receiving portion has at least a first pixel and a second pixel. Then, due to the movement of the movable part with respect to the imaging surface, the optical axis of the imaging optical system is positioned in at least one region of the first pixel and the second pixel, and the imaging element is Image data when the optical axis is located in the first pixel region and image data when the optical axis of the imaging optical system is located in the second pixel region are combined into one image data. May be output as Furthermore, the following conditional expressions are satisfied.
  • FN is the F number of the imaging optical system
  • YM is the maximum image height on the imaging surface of the imaging device
  • SR is the radius of curvature of the imaging surface of the imaging device.
  • the relative movement between the movable portion and the imaging surface is such that the movable portion swings with respect to the imaging surface around the position of the center of curvature of the imaging surface curved so that the concave surface faces the object side. It may be dynamic.
  • a manufacturing method of the imaging device including the above-described imaging optical system and an imaging element that captures a subject image formed by the imaging optical system.
  • the image sensor is moved using an image captured and acquired by the image sensor, and a predetermined portion of the image sensor is placed on the optical axis of the imaging optical system. Is configured to adjust to be positioned.
  • the tilt of the image sensor may be adjusted using information on a plurality of detection positions in an image captured and acquired by the image sensor. Further, the plurality of detection positions may be three or more different detection positions.
  • an imaging method an imaging method using the above-described imaging optical system and an imaging element that captures a subject image formed by the imaging optical system, wherein the imaging element is at least on the imaging surface.
  • An effective light receiving surface that forms a part and has an effective light receiving portion that can receive light from the imaging optical system, and the effective light receiving portion includes at least a first pixel and a second pixel,
  • the field-of-view range of the imaging optical system is configured to be smaller than the range of the effective light receiving surface, and the optical axis of the imaging optical system is moved to the first pixel and the first by moving the movable unit with respect to the imaging surface.
  • the image data when the optical axis of the imaging optical system is located in the area of the first pixel and the optical axis of the imaging optical system are positioned in at least one area of two pixels. When located in the area of the second pixel By combining the image data, configured to output as one image data.
  • Imaging device 20 Imaging optical system 21 Movable lens 22 Positive lens 23 Negative lens 25 Field stop 30 Oscillating drive unit 40 Imaging device 41 Imaging surface 42 Effective light receiving unit 60 Imaging device (variation) 80a to 80c Imaging device 81a to 81c Effective light receiving surface 81a to 81c Effective light receiving unit 110 Imaging device (first) 2 embodiment) 120 imaging optical system 121 imaging lens 122 first positive lens 123 negative lens 124 second positive lens 125 field stop 130 swing drive unit 140 imaging element 141 imaging surface

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Abstract

物体側に凹面を向けた撮像面（４１）が形成された撮像素子（４０）と、撮像面（４１）より小さい範囲で撮像面（４１）上に像を結像する撮像光学系（２０）と、撮像光学系の光軸Ｚの方向が変化するように撮像光学系（２０）を揺動駆動する搖動駆動部（３０）とを備えて撮像装置（１０）が構成される。撮像素子（４０）は、光軸Ｚの方向が第一方向に設定された撮像光学系（２０）によって結像される第一像と、光軸Ｚの方向が第二方向に設定された撮像光学系（２０）によって結像される第二像と、を撮像面（４１）の異なる領域で撮像する。

Description

撮像装置、撮像光学系、撮像装置の製造方法および撮像方法
　本発明は、撮像装置、撮像光学系、撮像装置の製造方法および撮像方法に関する。
　近年、携帯端末やパーソナルコンピュータ等にも、撮像装置が搭載されている。携帯端末等の撮像装置に用いられる撮像光学系（例えば、特許文献１を参照）には、撮像素子の画素の微細化に伴って、高い結像性能が要求される。また、このような撮像光学系には、携帯端末等の薄型化に伴って、より小型にすることも要求される。このため、従来から、撮像光学系をより小型にして結像性能を高めるための方策が求められている。
特開２０１３－６１４７６号公報
　本発明に係る撮像装置は、撮像面を備える撮像素子と、前記撮像面より小さい範囲で前記撮像面上に像を形成する光学系と、前記光学系の光軸の方向が変化するように前記光学系を駆動する駆動部と、を備え、前記撮像素子は、前記光軸の方向が第一方向に設定された前記光学系によって結像される第一像と、前記光軸の方向が第二方向に設定された前記光学系によって結像される第二像と、を前記撮像面の異なる領域で撮像する。
　本発明に係る撮像光学系は、物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面に結像する撮像光学系であって、少なくとも１つのレンズを含む可動部を有し、前記可動部は、同一距離の物点に応じた結像位置が前記凹面に沿って移動するように、前記撮像面と相対的に移動可能である。
　本発明に係るもう一つの撮像装置は、上記撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを有し、前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面を有し、前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなっている。
　本発明に係る撮像装置の製造方法は、上記撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを有した撮像装置の製造方法であって、前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面を有し、前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなるように構成されており、前記撮像面に対して前記可動部を所定の基準位置に移動させた状態で、前記撮像素子により撮像取得される画像を利用して前記撮像素子を移動させ、前記撮像光学系の光軸上に前記撮像素子の所定部分が位置するように調整する。
　本発明に係る撮像方法は、上記撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを用いた撮像方法であって、前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面が形成されて前記撮像光学系からの光を受光可能な有効受光部を有し、前記有効受光部は、少なくとも第１画素と第２画素とを有し、前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなるように構成されており、前記撮像面に対する前記可動部の移動により、前記撮像光学系の光軸を前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方の領域内に位置させ、前記撮像素子に、前記撮像光学系の光軸が前記第１画素の領域内に位置する際の画像データと、前記撮像光学系の光軸が前記第２画素の領域内に位置する際の画像データとを合わせて、１つの画像データとして出力させる。
第１実施形態に係る撮像装置の断面図である。 第１実施形態に係る撮像装置において撮像光学系を揺動させた状態を示す断面図である。 撮像素子の模式図である。 （ａ）は第１実施形態において被写体をスキャンする第１の方法を示す模式図であり、（ｂ）は被写体をスキャンする第２の方法を示す模式図である。 第１実施形態において被写体をスキャンする第１の方法を示す拡大した模式図である。 被写体をスキャンする第３の方法を示す模式図である。 画像データの合成行程を示すフローチャートである。 （ａ）は第１実施形態に係る撮像装置の製造方法を示し、（ｂ）はこの製造方法における検査・調整工程の詳細を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る撮像装置を用いた撮像方法を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る撮像装置の変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る撮像装置の断面図である。 （ａ）は第２実施形態において被写体をスキャンする第１の方法を示す模式図であり、（ｂ）は被写体をスキャンする第２の方法を示す模式図である。 被写体をスキャンする第３の方法を示す模式図である。 第１実施形態に係る撮像光学系の実施例を示すレンズ構成図である。 第１実施形態に係る撮像光学系の第１実施例に関する諸収差図である。 第１実施形態に係る撮像光学系の第２実施例に関する諸収差図である。 第１実施形態に係る撮像光学系の第３実施例に関する諸収差図である。
　以下、本願の好ましい実施形態について図を参照しながら説明する。まず、第１実施形態に係る撮像光学系２０を備えた撮像装置１０について、図１を参照して説明する。図１は、監視カメラや、内視鏡等として用いることが可能な固定型の撮像装置１０の断面図である。撮像装置１０は、装置本体１１に、鏡筒部１２および制御部１５等を収容して構成される。鏡筒部１２は、撮像光学系２０と、撮像光学系２０を鏡筒部１２内で揺動させる揺動駆動部３０と、撮像光学系２０と対向して鏡筒部１２に固定配置された撮像素子４０とを備えて構成される。
　撮像光学系２０は、被写体（物体）の像を撮像素子４０の撮像面４１上に結像させる。撮像素子４０は、撮像光学系２０により撮像面４１上に結像された被写体の像光を光電変換して撮像信号を生成する機能を有し、この撮像信号を制御部１５に出力する。撮像面４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲した形状であり、撮像光学系２０はこのように湾曲した撮像面４１上に被写体像を結像させるように構成されている。すなわち、撮像光学系２０は、球面状に湾曲した撮像面４１と同一面状に位置する球面状の像を形成するように構成されている。なお、撮像面４１は、半球程に湾曲していてもよい。撮像光学系２０の視野範囲は、撮像素子４０の撮像面４１の範囲よりも小さい範囲に設定されている。すなわち、撮像装置１０は小型で撮像光学系２０も小型であり、撮像光学系２０の視野範囲が小さく、撮像光学系２０により結像される被写体像（視野像）の大きさは撮像面４１より小さくなっている。揺動駆動部３０は、撮像光学系２０を撮像素子４０に対し相対的に揺動させ、撮像光学系２０の光軸Ｚ１を撮像素子４０の撮像面４１内で移動させる。すなわち、揺動駆動部３０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１の方向が変化するように撮像光学系２０を駆動する。
　制御部１５は、撮像素子４０から撮像信号を受ける。これにより、制御部１５は、撮像素子４０からの撮像信号を受けて種々の画像処理を行い被写体の画像データを生成する。制御部１５はさらに、揺動駆動部３０に駆動信号を出力してその駆動制御を行うが、その説明は後述する。制御部１５はさらに、装置本体１１に設けられた入出力部１６と、装置本体１１に収容された記憶部１７と電気的に接続されている。なお、記憶部１７は、撮像装置１０に内臓されていても良いし、外部から撮像装置１０に差し込むことで電気的に接続されてもよい。入出力部１６は、撮像装置１０の外部に設けられたユーザーインターフェースＵＩと電気的に接続されている。入出力部１６は、ユーザーの操作（撮像操作等）に応じたユーザーインターフェースＵＩからの操作信号を受信して制御部１５に送信する。制御部１５は、撮像素子４０により撮像取得されて制御部１５で作られた被写体の画像データをユーザーインターフェースＵＩに出力する。これにより、ユーザーインターフェースＵＩの表示部において、撮像装置１０により撮像された被写体の像を画像表示することができる。記憶部１７は、撮像素子４０および揺動駆動部３０等の作動に必要なデータや、撮像素子４０により撮像取得されて制御部１５で作られた被写体の画像データを記憶する。なお、記憶部１７はサーバ等の外部機器が備えていてもよい。この場合、無線通信等を利用して、撮像装置１０と外部機器の記憶部１７とは、データの送受信を行う。
　撮像光学系２０は、可動レンズ２１と、視野絞り２５と、開口絞り２６とを有して構成される。可動レンズ２１は、物体側から順に正レンズ２２と負レンズ２３とが貼り合わされた１つの接合レンズから構成される。本実施形態において、撮像光学系２０に含まれるレンズ類は可動レンズ２１のみである。なお、図１～図２においては、可動レンズ２１を簡略化して示している。視野絞り２５は、可動レンズ２１よりも像側に配置され、撮像光学系２０の視野範囲を設定する。撮像光学系２０の明るさ（Ｆナンバー）を決めるための開口絞り２６は、可動レンズ２１の物体側近傍に配置されている。
　撮像素子４０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーから構成される。撮像素子４０は、鏡筒部１２内に設けられた撮像素子保持部（図示せず）により固定保持されるが、撮像素子保持部により撮像素子４０の固定保持位置の調整が可能となっている。その位置調整については後述する。撮像素子４０は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサーを構成する画素（光電変換素子）を、撮像面４１に沿って物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲して配置して構成される。
　撮像素子４０の一例としての構成原理を図３に示す。この例に係る撮像素子４０は、撮像面４１に沿って二次元的にマトリクス配置された複数の光電変換素子４５，４５，…を有し、それぞれが画素を構成する。各画素を構成する光電変換素子４５，４５，…は、例えば、撮像光学系２０の光軸Ｚ１に直交する面内（但し、撮像面４１であり、球面状に湾曲する面内）において、図１の紙面に直交する方向（これをＸ１方向と称する）に沿ってｍ個（ｍは２以上の自然数）、Ｘ１方向に直交する方向（Ｙ１方向と称する）に沿ってｎ個（ｎは２以上の自然数）、マトリックス状に並んで配置される。
　図３に示すように、撮像素子４０には、Ｙ１方向に並んだ光電変換素子４５の列からの電気信号に基づいた撮像信号を出力する出力部４７と、Ｘ１方向に並んだ光電変換素子の列からの電気信号に基づいた撮像信号を出力する出力部４８とを備え、各光電変換素子４５からの電気信号を順番に出力部４６に取り出す。出力部４６に取り出された信号は制御部１５に送られて画像処理が行われる。なお、図３は構成原理の一例を示すもので、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサーの構成および作動は従来から良く知られているのでその詳細説明は省略する。
　揺動駆動部３０は撮像光学系２０を揺動駆動するためのもので、図１および図２に示すように、レンズ保持部３１と、第１支持部３２と、第２支持部３３ａ，３３ｂと、第１駆動部３５と、第２駆動部３６とを有して構成される。レンズ保持部３１は、円筒状空間を有し、ここに撮像光学系２０を構成する開口絞り２６、可動レンズ２１および視野絞り２５を図示のように光軸に沿って物体側から順に並んで配置保持する。レンズ保持部３１は外周面が紙面に垂直方向（Ｘ１方向）に延びる円筒状に形成され、この外周面がＸ１方向に延びる円筒状内面を有した第１支持部３２により、矢印Ａで示すように揺動自在に支持される。さらに、第１支持部３２は第２支持部３３ａ，３３ｂにより装置本体２１に対して矢印Ｂで示すように回転自在に支持される。第１支持部３２によるレンズ保持部３１の揺動支持は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上の点Ｐ１を通ってＸ１方向に延びる揺動中心軸を中心として揺動自在となるように構成されている。第２支持部３３ａ，３３ｂによる第１支持部３２の支持は、上記点Ｐを通ってＹ１方向（上下方向）に延びる回転中心軸Ｐ２を中心として回転自在となるように構成されている。このことから分かるように、第１支持部３２によるレンズ保持部３１の揺動支持構造および第２支持部３３ａ，３３ｂによる第１支持部３２の回転支持構造により、ジンバル機構が構成されている。
　なお、上記点Ｐ１の位置は、撮像光学系２０の射出瞳の位置またはその近傍に設定されてもよい。又は、物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面４１の曲率中心の位置またはその近傍に設定されてもよい。
　このようなジンバル機構により、図１～図２に示すように、撮像光学系２０全体が（すなわち、可動レンズ２１が視野絞り２５および開口絞り２６と一体的に）、揺動中心点Ｐ１を通りＸ１方向に延びる揺動軸を中心に矢印Ａで示すように揺動可能で、且つＹ１方向に延びる回転中心軸Ｐ２を中心に矢印Ｂで示すように回転可能となっている。例えば、図２には、撮像光学系２０が矢印Ａ方向に揺動した状態を示している。このような揺動を行わせるために、第１支持部３２に対してレンズ保持部３１を矢印Ａ方向に揺動駆動する第１駆動部３５と、第２支持部３３ａ，３３ｂに対して第１支持部３２を矢印Ｂ方向に回転駆動する第２駆動部３６とが設けられている。これら第１および第２駆動部３５，３６は、例えばサーボモータから構成され、制御部１５からの駆動信号を受けて駆動制御される。
　このようにジンバル機構を第１駆動部３２と第２駆動部３３とを組み合わせて作動させることで、揺動中心点Ｐ１を中心に、撮像光学系２０を２軸揺動させることができる。このようにして可動レンズ２１を視野絞り２５および開口絞り２６と一体的に揺動することで、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が撮像素子４０の撮像面４１内で移動し、撮像光学系２０による結像位置が凹面状の撮像面４１に沿って移動する。これにより、撮像光学系２０により結像される被写体像を凹面状の撮像面４１に沿って移動させることができ、撮像光学系２０の視野範囲よりも広い範囲に渡って被写体をスキャンして撮像することができる。よって、撮像光学系２０を小型化して視野範囲が狭い撮像装置を用いる場合でも、大きな被写体像を撮像可能である。このとき、撮像光学系２０により結像される同一距離の物点に位置する被写体の像が凹面状の撮像面４１に沿って移動することとなり、ブレの少ない画像を得ることができる。また、第１駆動部３２または第２駆動部３３のどちらか一方をもちいて、一軸揺動をさせてもよい。
　ところで、本実施形態の撮像装置１０は小型軽量化した装置で、撮像光学系２０も小型化しており、その視野範囲が狭くなっている。このため、例えば図４（ａ）に示すように、撮像光学系２０により撮像面４１上に形成される視野範囲に対応する被写体像は符号Ａ１で示す小さな円形状となる。図から分かるように視野範囲に対応する被写体像Ａ１（以下、視野像Ａ１と称する）の大きさは撮像面４１より小さく、このままでは、撮像面４１の一部に結像された狭い視野範囲の画像データが得られるだけである。このため、この撮像装置１０では、揺動駆動部３０により被写体に向かって上下左右（縦横方向）に撮像光学系２０を揺動させて、撮像光学系２０の視野範囲を変位させ、被写体を縦横にスキャンして撮像するようになっている。
　例えば、図４（ａ）に示すように、まず、撮像光学系２０により撮像面４１の左上端に視野像Ａ１(１、１)が形成されるように揺動駆動部３０により撮像光学系２０を位置させてこの像を撮像する。次に、その右横に位置する視野像Ａ１(１、２)が形成されるように撮像光学系２０をＸ１方向に移動させてこの像を撮像し、さらに右横の視野像Ａ１(１、３)を形成させるように移動させてこの像を撮像する。そして、視野像の位置を左端に戻すとともに下方（Ｙ方向）に移動させて視野像Ａ１(２、１)を形成させてこの像を撮像する。以下同様にして、右端の視野像Ａ１(２、３)まで順次撮像し、視野像の位置を左端に戻すとともに下方に移動させて視野像Ａ１(３、１)を形成させてこれを撮像する。そして右下端まで順次移動させて撮像すると、図４（ａ）から分かるように、撮像面４１の全面にわたって被写体像を撮像することができる。これにより、小さな視野像Ａ１を形成するだけの小さな撮像光学系２０を用いて、撮像面４１の全面に対応する大きな視野範囲での被写体像を撮像することができる。このとき、撮像光学系２０の視野範囲を変位させる際の基準位置が一定であり、撮像光学系２０の視野範囲よりも広い範囲の被写体を精度よくスキャンして撮像することができる。
　スキャンする順序は上記のものに限られず、図４（ｂ）において矢印で示すように移動させるスキャンなど、種々のものがある。図４（ｂ）では、視野像Ａ１を撮像素子４０の撮像面４１に対して、左上端部に視野像Ａ１(１、１)として形成し、これを右横方向（Ｘ１方向）に順次右端まで移動させて撮像し、次にそのまま下方向（Ｙ１方向）に移動して視野像Ａ１(２、３)を形成させて撮像する。そして左横方向に順次移動させて左端の視野像Ａ１(２、１)を撮像し、そのまま下方向に移動して視野像Ａ１(３、１)を撮像する。さらに右横方向に順次移動させながら撮像して、視野像Ａ１(３、３)を撮像すると撮像面４１の全面に対応する視野範囲での被写体の像を撮像することができる。このとき、撮像光学系２０の視野範囲よりも広い範囲の被写体を高速でスキャンして撮像することができる。
　被写体をスキャンして撮像する別の方法として、撮像光学系２０の特定位置における光軸Ｚ１を中心に回転する方向（以降、説明のためθ１方向と称する）に、視野像Ａ１を変位させる方法もある。すなわち、撮像光学系２０の特定位置における光軸回りに被写体をスキャンして撮像する方法である。例えば、特定位置は光軸Ｚ１が撮像素子４０の中心を通る位置として説明する。図６に示すように、撮像光学系２０により形成される視野像Ａ１を撮像素子４０の撮像面４１に対して、視野像Ａ１（１、０）を形成させて撮像する。これをθ１方向（回転する方向）に変位させ、Ａ１（１、1/2*π）、Ａ１（１、π）、Ａ１（１、3/2*π）と順次移動して撮像する。その後、Ｒ１方向に視野像Ａ１を変位させ、Ａ１（２、０）、Ａ１（２、1/6*π）と順次移動して撮像する。このようにすると撮像面４１の全面に対応する視野範囲での被写体の像を撮像することができる。なお、視野像Ａの位置は上記に限られない。Ａ１（１、1/4*π）、Ａ１（１、1/6*π）等、任意の位置で撮像してよい。
　または、回転半径に沿った方向（以降、説明のためＲ１方向と称する）に沿って移動させながら、θ１方向に沿って移動させることで、被写体をスキャンして撮像してもよい。例えば、図６に示すように、撮像光学系２０により形成される視野像Ａ１を撮像素子４０の撮像面４１に対して、視野像Ａ１（２、π）を形成させて撮像する。これをＲ１方向に変位させ、Ａ１（１、π）、Ａ１（１，０）、Ａ１（２，０）と順次移動して撮像する。その後、θ１方向に視野像Ａ１を変位させ、Ａ１（2、1/6*π）を撮像し、Ｒ１方向に順次移動させながら撮像して視野像Ａ１（２、7/6*π）を撮像する。その後、θ１方向に視野像Ａ１を変位させ、Ｒ１方向に順次移動させることを繰り返す。このようにすると撮像面４１の前面に対応する視野範囲での被写体の像を撮像することができる。なお、視野像Ａ１の位置は上記に限られない。Ａ１（3/2、π）、Ａ１（０、０）、Ａ１（3/2、０）等、任意の位置で撮像してよい。
　以上のようにＲ１方向とθ１方向とに移動させて撮像させる場合には、揺動駆動部３０により撮像光学系２０を揺動移動させて視野像Ａ１を変位させる座標パラメータとして極座標（Ｒ１方向およびθ１方向の座標）を用いて容易に設定することができるため、揺動駆動部３０により撮像光学系２０を揺動させるための制御を簡便に行うことができる。
　本実施形態において、撮像光学系２０は、次の条件式（１）で表される条件を満足することが好ましい。
　０．５＜Ｌ／ＢＦ＜１．０　…（１）
　但し、
　　Ｌ：可動レンズ２１における最も像側のレンズ面と視野絞り２５との間の光軸上の距離、
　ＢＦ：可動レンズ２１における最も像側のレンズ面と撮像面４１との間の光軸上の距離。
　条件式（１）は、視野絞り２５の位置を適切に設定するための条件式である。条件式（１）で表される条件を満足することで、可動レンズ２１における最も像側のレンズ面と撮像面４１との中間よりも像側の位置に、視野絞り２５が配置されるため、精度の高い撮像が可能になる。
　本実施形態の効果を良好に発揮するために、条件式（１）の下限値を０．６にすることが望ましい。一方、本実施形態の効果を良好に発揮するために、条件式（１）の上限値を０．９にすることが望ましい。
　また、本実施形態において、撮像光学系２０は、次の条件式（２）で表される条件を満足することが好ましい。
　０＜ＦＮ2×ｃｏｓ（ＹＭ／ＳＲ）＜１００　…（２）
　但し、
　ＦＮ：撮像光学系２０のＦナンバー、
　ＹＭ：撮像素子４０の撮像面４１での最大像高、
　ＳＲ：撮像素子４０の撮像面４１の曲率半径。
　条件式（２）は、撮像光学系２０の分解能を光軸方向に換算した場合の条件式である。条件式（２）で表される条件を満足することで、撮像光学系２０の分解能が適切に設定され、精度の高い撮像が可能になる。なお、撮像素子４０の撮像面４１での最大像高は、撮像光学系２０（可動レンズ２１）の揺動により、撮像光学系２０による同一距離の物点に応じた結像位置が撮像面４１に沿って移動する際の当該撮像面４１における最大の像高である。
　本実施形態の効果を良好に発揮するために、条件式（２）の上限値を６４にすることが望ましい。さらに、条件式（２）の上限値を２０にすることがより望ましい。
　次に、第１実施形態に係る撮像装置１０を用いた撮像方法について説明する。ユーザーによる所定の遠隔操作（外部のユーザーインターフェースＵＩに対する撮像操作）に応じて、撮像装置１０による撮像が行われる。このとき、記憶部１７に記憶された所定の制御プログラムに基づいて、制御部１５が揺動駆動部３０および撮像素子４０を制御し、制御部１５の制御に応じて揺動駆動部３０および撮像素子４０が作動する。まず、揺動駆動部３０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１を所定の開始方向に移動する。例えば、図４（ａ）に示すように、撮像光学系２０による視野像Ａ１が撮像素子４０の撮像面４１における左上端位置に移動するように、撮像光学系２０の光軸Ｚを第１方向に移動する。撮像素子４０は、この第１方向に移動された撮像光学系２０による視野像Ａ１(１、１)を撮像し、第１撮像信号を制御部１５に出力する。これにより、撮像素子４０は、視野像Ａ１(１、１)に含まれる領域（例えば、図４（ａ）（ｂ）の第１領域Ｂ１(１、１)からの撮像信号を制御部１５に出力する。制御部１５はこの撮像信号に基づく第１領域Ｂ１(１、１)の第１画像データを出力し、記憶部１７に記憶させる。
　次に、揺動駆動部３０は、視野像Ａ１が撮像面４１に沿って右横方向（Ｘ１方向）に所定の距離だけ移動するように、撮像光学系２０の光軸Ｚを第２方向に移動させる。これにより、視野像Ａ１(１、２)が撮像面４１上に形成される。このとき、撮像面４１上に形成される被写体像が欠けることがないように、視野像Ａ１(１、２)は視野像Ａ１(１、１)と一部重なるように位置設定が行われてもよい。第１領域Ｂ１（１、１）と第２領域Ｂ１（１、２）とが一部重なるように位置設定が行われてもよい。撮像素子４０は、この視野像Ａ１(１、２)に含まれる領域（例えば、図４（ａ）（ｂ）の第２領域Ｂ１(１、２)からの撮像信号を制御部１５に出力する。制御部１５は、この撮像信号に基づく第２領域Ｂ１(１、２)の第２画像データを出力し、記憶部１７に記憶させる。以上より、視野像Ａ１(1,2)における第１領域Ｂ１(１、１)の像を得ることができ、その画像データが記憶部１７に記憶される。
　ところで、図４（ａ）もしくは（ｂ）を拡大して示す図５を参照して説明すると、視野像Ａ１(１、１)の撮像を行うときにこの視野像Ａ１(１、１)に対応する第１領域Ｂ１(１、１)から撮像信号を出力するが、この信号出力後において視野像Ａ１(１、１)内であり且つ第１領域Ｂ１（１、１）外である領域Ｃ(１)については、撮像信号の出力がされない。そのため、この領域Ｃ(１)に残存信号が存在することが多い。その結果、視野像Ａ１(１、２)に対応する第２領域Ｂ１(１、２)からそのまま撮像信号を出力すると、第２領域Ｂ１(１、２)の内、視野像Ａ１(１、１)と重なる領域Ｃ(１)に存在する残存信号が加わり、この部分の画像データの輝度の均一性が損なわれるおそれがある。つまり、第２領域Ｂ１(１、２)のうち視野像Ａ１(１、１)と重なる領域Ｃ(１)の輝度が強くなってしまう恐れがある。そこで、撮像素子４０から第２領域Ｂ１（１、２）の撮像信号が出力される前に、制御部１５が第２領域Ｂ１(１、２)内に存在する信号を出力させて残存信号を消去、すなわち、第２領域Ｂ１(１、２)内の信号をリセットする。もしくは、撮像光学系２０の光軸Ｚが第２方向に移動される前に、制御部１５は第２領域Ｂ１（１、２）に存在する信号を出力して残存信号を消去（リセット）する。もしくは第２領域Ｂ１(１、２)からの撮像信号を記憶部１７に記憶させる前に、制御部１５が第２領域Ｂ１(１、２)内に存在する信号を出力させて残存信号を消去、すなわち、第２領域Ｂ１(１、２)内の信号をリセットする。このとき、制御部１５は、撮像素子４０から出力される残存信号を記憶部１７に記憶させない制御を行う。
　撮像光学系２０の光軸Ｚが第１方向に移動されて第１領域Ｂ１(１、１)の撮像信号の出力を行った後、光軸Ｚが第２方向に移動されて第２領域Ｂ１(１、２)の撮像信号の出力を行う間において、撮像光学系２０により形成される像を撮像面４１に形成したまま撮像光学系２０を揺動させると、視野像が撮像面４１上を移動する。この移動の間にも撮像素子４０には信号（電荷）が蓄積される。そのため、その蓄積された信号が残像信号となり、第２領域Ｂ１(１、２)の撮像信号の出力に悪影響を及ぼすことがある。このため、この移動の間は、撮像素子４０による撮像信号の出力は行わず、移動の間に第２領域Ｂ１(１、２)に蓄積された残像信号を一度出力してリセットし、その後に第２領域Ｂ１(１、２)の撮像信号を制御部１５に出力する。または、撮像光学系２０に光を遮断するシャッターを設け、移動の間はシャッターを閉じて、撮像面４１に視野像を形成させないようにしても良い。
　上述した第２領域内のリセットにおいては、第１領域Ｂ１(１、１)での撮像信号の出力を行った後、第２領域Ｂ１(１、２)で撮像信号の出力を行う前に、第２領域Ｂ１(１、２)の残存信号の出力（消去、リセット）を行うようにしているが、これに限られるものではない。第２領域Ｂ１(１、２)での撮像信号の出力を行う前であればいつでもよい。また、第２領域Ｂ１(１、２)のうち一部部分の領域の残存信号の出力（消去、リセット）をしてもよい。この場合の一部分は、視野像Ａ１(１、１)と第２領域Ｂ１(１、２)との重複部分、つまり領域Ｃ（１）が挙げられる。さらに、第１領域Ｂ１(１、１)での撮像信号の出力を行った後、第２領域Ｂ１(１、２)での撮像信号の出力を行う前に、その都度、撮像面４１全体にわたって残存信号の出力（消去、リセット）を行っても良い。
　その後、撮像素子４０は、光軸Ｚが第２方向に移動された撮像光学系２０により形成された視野像Ａ１(１、２)に含まれる第２領域Ｂ１(１、２)の撮像信号を制御部１５に出力する。制御部１５はこの撮像信号に基づく第２画像データを記憶部１７に記憶させる。以下同様にして、視野像Ａ１の位置を順次移動させながら各位置での撮像を行い、その画像データを記憶部１７に記憶して行く。このときの撮像位置（光軸Ｚの方向）の設定は、図４（ａ）に示されており、上述したとおりである。揺動駆動部３０による視野像Ａ１の移動は、上述した図４（ｂ）に示すように行っても良いし、図６に示すように行っても良い。それら以外の移動をしてもよい。いずれの場合でも、リセット時に撮像素子４０から出力される信号は記憶部１７に記憶させなくてよい。
　制御部１５は、記憶部１７に記憶された複数の画像データを用いて、撮像素子４０により撮像された被写体像を縦横に繋ぎ合わせた１つの画像データを合成する。すなわち、第１領域の撮像信号による第１画像データと第２領域の撮像信号による第２画像データとをつなぎ合わせて１つの画像データを合成する。第１領域から第ｎ領域（ｎは整数）の撮像信号による画像データをつなぎ合わせて１つの画像データを合成してもよい。制御部１５は、合成された画像データを記憶部１７に記憶させる。また、制御部１５は、ユーザーの遠隔操作等に応じて、記憶部１７に記憶された合成された画像データを、入出力部１６を介して外部のユーザーインターフェースＵＩに出力し、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に表示させることができる。このようにすると、撮像光学系２０の視野像Ａ１を撮像素子４０の撮像面４１の全面にわたってスキャンしながら撮像し、撮像面４１全体に対応する視野で被写体を撮像することができる。また、合成される前の画像データ、すなわち第ｎ領域の撮像信号による第ｎ画像データのみを表示部に表示させてもよい。
　上記説明の制御部１５の処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。上述のように制御部１５は記憶部１７に記憶された複数の画像データを用いて、撮像素子４０により撮像された被写体像を縦横に繋ぎ合わせた１つの画像データを合成するのであるが、ここでは第１領域から第ｎ領域（ｎは整数）の撮像信号による画像データをつなぎ合わせて１つの画像データを合成する場合を例にして説明する。
　このためには第１領域から第ｎ領域までｎ回の撮像および撮像信号の記憶を行うため、ｎ回の終了判断のためのカウンター値Ｎを１にセットする（ステップＳＴ１０）。そして制御部１５は、撮像光学系２０の光軸Ｚを第Ｎ方向（Ｎ＝１にセットされているのでこの場合には第１方向となる）に向ける（ステップＳＴ１１）。これにより、例えば、図４（ａ）に示すように視野像Ａ１が左上端に位置する視野像Ａ１(１、１)となる。制御部１５は、撮像素子４０に第１領域からの残存信号を出力させる（ステップＳＴ１２）。このステップＳＴ１２の処理は、上述したリセット処理に相当する。リセット処理が終了すると、制御部１５は、光軸Ｚが第１方向にセットされた撮像光学系２０によって撮像される第１像の撮像信号を出力させる（ステップＳＴ１３）。制御部１５はこのように出力された第１領域からの撮像信号を記憶部１７に記憶させる（ステップＳＴ１４）。
　次に、カウンター値Ｎの値がｎであるか否か判断し（ステップＳＴ１５）、この判断がＹＥＳのときにはステップＳＴ１７に進むがこのステップでの制御内容は後述する。一方、ステップＳＴ１５での判断がＮＯのときにはステップＳＴ１６に進み、カウンター値Ｎの値に１を加えてステップＳＴ１１に戻る。なお、上述の場合は、ステップＳＴ１５に来た時にはカウンター値Ｎ＝１であったので、ステップＳＴ１６でカウンター値Ｎ＝２としてステップＳＴ１１に進む。
　そしてステップＳＴ１１で制御部１５は、撮像光学系２０の光軸Ｚを第Ｎ方向（Ｎ＝２にセットされているのでこの場合には第２方向となる）に向ける。これにより視野像Ａ１が右隣の視野像Ａ１(１、２)となる。制御部１５は、撮像素子４０に第２領域からの残存信号を出力させる（ステップＳＴ１２）。このステップＳＴ１２の処理も、上述したリセット処理に相当する。リセット処理が終了すると、制御部１５は、光軸Ｚが第２方向にセットされた撮像光学系２０によって撮像される第２像の撮像信号を制御部に出力させる（ステップＳＴ１３）。制御部１５はこのように出力された第２領域からの撮像信号を記憶部１７に記憶させる（ステップＳＴ１４）。次にステップＳＴ１５でカウンター値Ｎがｎであるか否かの判断を行う。以下同様にして、カウンター値Ｎ＝ｎとなるまで、ステップＳＴ１１からステップＳＴ１４の作動が繰り返され、ステップＳＴ１５でＮ＝ｎとなったと判断されたときには、記憶部１７には、第１領域から第ｎ領域までのｎ個の撮像信号が記憶された状態となる。
　ステップＳＴ１５でＮ＝ｎとなったと判断されると、ステップＳＴ１７に進む。ここで制御部１５は記憶部１７に記憶された第１領域から第ｎ領域までのｎ個の撮像信号をつなぎ合わせて１つの画像データを生成する。これによって、撮像素子４０の撮像面４１の全面に亘る一つの画像データを合成形成することができる。そして、このように合成形成された画像データを上述したように、ユーザーインターフェースＵＩに出力して表示部に表示させたりすることができる。なお、上述の説明では、Ｎ＝１のときにも残像信号を出力させリセット処理を行ったが、Ｎ＝１のときにはリセット処理を行わなくても良い。残存信号がない可能性があるからである。
　なお、図４（a）を例に撮像方法を説明したが、他の揺動の場合にも適用できる。揺動の仕方によって、撮像信号を出力する領域又は残像信号を出力する領域は異なる。
　以上説明したように、第１実施形態によれば、可動レンズ２１は、同一距離の物点に応じた結像位置が凹面状の撮像面４１に沿って移動するように、撮像面４１に対し相対的に移動するように構成されている。可動レンズ２１は、光軸の方向が変化するように構成されている。これにより、撮像光学系２０を小型にして結像性能を高める等のために、撮像光学系２０の視野範囲を狭くしても、実質的に広い視野範囲を確保することができる。そのため、広い視野範囲を確保しつつ、撮像光学系２０を小型にして高い結像性能を確保できる。
　上述したように、可動レンズ２１の撮像面４１に対する相対的な揺動移動は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上にある点（揺動中心点Ｐ１）を中心とする揺動であってよい。これにより、可動レンズ２１をシンプルなものとしつつ、像面湾曲等の収差も小さく抑えることができ、広い視野範囲を確保しつつ、撮像光学系２０をより小型にして結像性能を高めることができる。
　撮像光学系２０に含まれるレンズは、可動レンズ２１のみでよい。これにより、可動レンズ２１を撮像素子４０（装置本体１１）に対して相対的に揺動移動させるための機構（揺動駆動部３０）を単純化することができる。
　可動レンズ２１は、視野絞り２５と一体的に揺動可能に構成されてよい。これにより、可動レンズ２１を揺動させても、撮像光学系２０の視野範囲を常に一定の範囲に保つことができるため、撮像光学系２０の構成を単純化することができる。
　可動レンズ２１の撮像面４１に対する相対的な移動は、撮像光学系２０の射出瞳の位置またはその近傍を中心とする揺動であってよい。これにより、可動レンズ２１を揺動させるだけで、同一距離の物点に応じた結像位置が凹面状の撮像面４１に沿って移動するため、撮像光学系２０の構成を単純化することができるとともに、各揺動位置で誤差のない画像データを得ることができる。
　また、可動レンズ２１の撮像面４１に対する相対的な移動は、撮像素子４０の湾曲の中心の位置又はその近傍を中心とする揺動であってよい。この場合、像面湾曲の少ない画像データを得ることができる。
　射出瞳の位置と撮像素子４０の湾曲中心の位置とが一致するように構成されていてもよい。また、無限遠撮影時と近距離撮影時とで、揺動の中心を異ならせてもよい。
　撮像面４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲していてよい。これにより、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上にある１点（揺動中心点Ｐ１）を中心に、可動レンズ２１を２軸揺動させることができるため、可動レンズ２１（撮像光学系２０）を揺動させるための機構（揺動駆動部３０）を単純化することができる。
　撮像光学系２０を小型化しているため、その視野範囲は、撮像素子４０の有効受光面４１の範囲よりも小さいが、撮像光学系２０（可動レンズ２１）を撮像面４１に対し相対移動させて、被写体を縦横にスキャンして撮像することで、実質的に広い視野範囲を確保している。そのため、広い視野範囲を確保しつつ、撮像光学系２０および撮像装置１０を小型にして結像性能を高めることが可能である。
　可動レンズ２１を撮像面４１に対し相対移動させて撮像光学系２０の光軸Ｚ１が撮像面４１内で移動するように構成されている。これにより、撮像光学系２０の視野範囲を撮像面４１内で変位させることができるため、被写体を縦横にスキャンして撮像することで、実質的に広い視野範囲を確保することができる。
　撮像素子４０は、可動レンズ２１が撮像面４１に対し（撮像開始するときの）第１領域で被写体像を撮像した第１画像データと、可動レンズ２１が撮像面４１に対し相対移動した後の第２領域で被写体像を撮像した第２画像データとを出力する。これら第１画像データと第２画像データとを用いて１つの画像データを合成することにより、実質的に広い視野範囲で撮像した被写体の画像を得ることができる。
　次に、第１実施形態に係る撮像装置１０の製造方法について、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照しながら説明する。撮像装置１０は、概略的には、組立工程（ステップＳＴ１１０）と、検査・調整工程（ステップＳＴ１２０）とを経て製造される。組立工程においては、撮像装置１０の各部品の作製および組立が行われる。検査・調整工程においては、撮像装置１０の検査および調整が行われる。
　検査・調整工程（ステップＳＴ１２０）においては図８（ｂ）に示すように、撮像素子４０の取り付け位置を調整する。まず、撮像素子４０の中心位置を調整する（ステップＳＴ１２１）。このとき、ユーザーインターフェースＵＩに対する所定の設定操作により揺動駆動部３０を作動させ、撮像光学系２０を所定の基準位置（例えば、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が撮像素子４０の撮像面４１の中央部に移動した位置）に移動させる。次に、所定の設定操作により撮像素子４０を作動させ、撮像光学系２０を所定の基準位置に移動させた状態で、被写体の画像を第１のテストチャートとして撮像取得する。撮像取得された被写体の画像データ（第１のテストチャート）は、入出力部１６を介して外部のユーザーインターフェースＵＩに出力され、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に第１のテストチャートの画像が表示される。
　そして、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に表示される第１のテストチャートの画像を見ながら、撮像素子４０を撮像光学系２０の光軸Ｚ１と垂直な方向に移動させる調整を行い、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上に撮像面４１の中心部分が位置するように調整する。例えば、撮像光学系２０の光軸Ｚ１と対応する位置に基準マークが形成された第１のテストチャートの画像を見ながら、撮像素子４０を撮像光学系２０の光軸Ｚ１と垂直な方向に移動させ、当該基準マークが画像の中心で表示されるように調整する。また例えば、撮像光学系２０の光軸Ｚ１から均等に離れた四隅の位置に基準マークが形成された第１のテストチャートの画像を見ながら、撮像素子４０を撮像光学系２０の光軸Ｚ１と垂直な方向に移動させ、当該基準マークが画像の四隅で表示されるように調整してもよい。
　次に、撮像素子４０の傾きを調整する（ステップＳＴ１２２）。これは、上記の調整を行った状態のままで、所定の設定操作により撮像素子４０を作動させ、被写体の画像を第２のテストチャートとして撮像取得する。撮像取得された被写体の画像データは、入出力部１６を介して外部のユーザーインターフェースＵＩに出力され、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に第２のテストチャートの画像が表示される。
　そして、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に表示される第２のテストチャートの画像における複数の検出位置の位置情報を利用して、撮像素子４０の傾きを調整する。例えば、正三角形に形成された第２のテストチャートの画像を見ながら、正三角形の頂点の位置が均等に離れた第２のテストチャートが表示されるように、撮像素子４０の傾きを調整する。この場合、複数の検出位置として、撮像素子４０の傾きを判別可能な所定距離だけ離れた、３つの検出位置（例えば、第２のテストチャートにおける三角形の頂点の位置）が設定される。
　第２のテストチャートは、正三角形に限らず、例えば正多角形であってもよく、撮像素子４０の傾き（撮像光学系２０の光軸Ｚ１に対する撮像素子４０の中心軸の傾き）に応じた第２のテストチャートの画像の歪みを判別可能な形状であればよい。この場合、複数の検出位置として、第２のテストチャートにおける多角形の頂点の位置が設定される。複数の検出位置として、第２のテストチャートの画像の中心位置と、当該中心位置から所定の距離だけ離れた２つの周辺位置とが設定されてもよく、適宜変更可能である。
　このようにして、所定の基準位置に移動した撮像光学系２０の光軸Ｚ１に、撮像素子４０の中心軸を精度よく合わせることができるため、この後、被写体を精度よくスキャンして撮像することが可能になる。
　複数の検出位置は、互いに異なる３つ以上の検出位置であることが好ましい。これにより、３点の位置が分かれば撮像素子４０の傾きが求まるので、撮像素子４０の中心軸が撮像光学系２０の光軸Ｚ１に対して傾いているか、精度よく判定することができる。
　上述の第１実施形態において、撮像素子４０は、可動レンズ２１が撮像面４１に対し所定の第１位置で被写体像を撮像して第１画像データを出力し、可動レンズ２１を第２位置に移動させて被写体像を撮像して第２画像データを出力するように構成されているが、この位置移動制御は種々のものがある。例えば、図３に示した撮像素子４０のＸ方向切換器４７およびＹ方向切換器４８による切り換えタイミングに合わせて、撮像素子４０の各画素４５，４５，…のうち電気信号を送信する画素４５の領域内に撮像光学系２０の光軸Ｚ１が位置するように、撮像光学系２０（可動レンズ２１）を揺動させる制御がある。
　そこで、第１実施形態に係る撮像装置１０を用いた第２の撮像方法について、図９を参照しながら説明する。この方法でも、ユーザーによる所定の遠隔操作に応じて、撮像装置１０による撮像が行われる。このとき、記憶部１７に記憶された所定の制御プログラムに基づいて、制御部１５が揺動駆動部３０および撮像素子４０を制御し、制御部１５の制御に応じて揺動駆動部３０および撮像素子４０が作動する。まず、揺動駆動部３０は、撮像素子４０の各光電変換素子（画素）４５，４５，…のうち最初に電気信号を送信する第１画素４５ａ（例えば、図３における左上端に位置する第１画素４５ａ）の領域内に撮像光学系２０の光軸Ｚ１が位置するように、撮像光学系２０を揺動させる（ステップＳＴ２０１）。
　次に、撮像素子４０は、被写体像の撮像を開始する（ステップＳＴ２０２）。このとき、揺動駆動部３０は、撮像素子４０のＸ方向切換器４７およびＹ方向切換器４８による切り換えタイミングに合わせて、撮像素子４０の各画素４５，４５，…のうち２番目に電気信号を送信する第２画素４５ｂ（例えば、図３における第１画素４５ａの右側に隣接する第２画素４５ｂ）以降の画素の領域内に順次、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が位置するように、撮像光学系２０を揺動させる。本例では、撮像素子４０のＸ方向切換器４７およびＹ方向切換器４８による切り換えタイミングに合わせて、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が、撮像素子４０の各画素４５，４５，…（有効受光面４１）に対して、Ｘ１方向のスキャンを、Ｙ１方向一つずつ移動させながら行う。
　このとき、撮像素子４０の出力部４６は、各画素４５の領域内での画像データを順次制御部１５に送り記憶部１７に記憶される。制御部１５はこれらの画像データを各位置に対応させて組み合わせ、撮像面４１の全面にわたる被写体の画像を得る。この被写体画像は記憶部１７に記憶され、ユーザーの遠隔操作等に応じて、入出力部１６を介して外部のユーザーインターフェースＵＩに出力し、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に被写体の画像を表示させることができる。
　第１実施形態において、球面状の凹曲面を有した一つの撮像素子４０が用いられているが、撮像素子４０の構成はこれに限られるものではない。例えば、図１０に示す撮像装置６０のように、複数の撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃが球面状に並んで設けられるようにしてもよい。このようにしても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、各撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃを小さくすることでそれぞれを湾曲構成とすることが容易であり、撮像素子の製造が容易となる。なお、多数の平面状の小さな撮像素子を凹曲面状に並べ、全体として球面状となる凹面を有した撮像素子４０を構成しても良い。
　各撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃには、その表面にＣＣＤ，ＣＭＯＳ等からなる光電変換素子８２ａ，８２ｂ，８２ｃを有した撮像面８１ａ，８１ｂ，８１ｃが形成されており、撮像光学系２０により形成された被写体の像光を光電変換素子８２ａ，８２ｂ，８２ｃにより光電変換して撮像データが生成され、これが制御部１５に送られる。この場合、上述の第１実施形態で述べた製造方法と同様にして、検査・調整工程（ステップＳＴ１２０）において、各撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの取り付け位置を個々に検査・調整することで、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
　第１実施形態において、撮像面４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲しているが、これに限られるものではなく、例えば、非球面状に湾曲してもよく、双曲面状に湾曲してもよい。すなわち、撮像面４１は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１に沿った方向と直交するＸ１およびＹ１の両方向の断面において物体側に凹面を向けるように湾曲する種々の形状とすることが可能である。
　上述に限らず、撮像面は、第１方向（Ｘ１方向）から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲し、第２方向（Ｙ１方向）から見た断面において湾曲しないように（平面状に）形成されてもよい。すなわち、シリンドリカルの形状に形成されてもよい。この場合、撮像光学系の像面は、第１方向から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲しているが、第２方向から見た断面において湾曲しない平面に近づくように設計される。また、可動レンズの撮像面に対する相対的な移動は、第１方向から見た断面において揺動となり、第２方向から見た断面において平行移動となる。揺動駆動部１３０は、撮像光学系の光軸方向や光軸と垂直な方向に、撮像光学系を駆動することもできる。
　第１実施形態において、可動レンズ２１は、物体側から順に正レンズ２２と負レンズ２３とが貼り合わされた１組の接合レンズから構成されているが、これに限られるものではない。例えば、物体側から順に負レンズと正レンズとが貼り合わされた１組の接合レンズから構成されてもよい。可動レンズ２１は、２枚のレンズに限らず、３枚以上のレンズから構成されてもよい。撮像光学系２０は、可動レンズ２１以外のレンズ（例えば、固定レンズ）を有して構成されてもよい。また、可動レンズ２１は、一群の構成に限られず、二群以上の構成であってもよい。
　第１実施形態において、開口絞り２６は、可動レンズ２１と一体的に揺動可能に構成されているが、これに限られるものではなく、開口絞り２６の光軸Ｚ１上の位置が揺動中心点Ｐ１の位置またはその近傍に設定される場合、開口絞り２６は揺動しなくてもよい。
　第１実施形態において、揺動中心点Ｐ１は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上に設定されているが、製造誤差等により、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上に限らず、撮像光学系２０の光軸Ｚ１から若干外れた位置に配置されるものも含む。
　第１実施形態において、撮像装置１０は、監視カメラ等として用いることが可能な固定型の撮像装置としているが、これに限られるものではなく、例えば、内視鏡の撮像装置として用いたり、携帯端末等に搭載されたカメラや、デジタルスチルカメラ、デジタル一眼レフカメラ等として用いたりしてもよい。例えば内視鏡に用いた場合、パンチルト等をして内視鏡自体の姿勢を変えなくても、視野範囲の広い広角な画像データを取得することができる。
　次に、第２実施形態の撮像光学系１２０を備えた撮像装置１１０について図１１を参照して説明する。図１１は、監視カメラ等として用いることが可能な固定型の撮像装置１１０の断面図である。撮像装置１１０は、装置本体１１１および鏡筒部１１２と、鏡筒部１１２に収容保持された撮像光学系１２０と、鏡筒部１１２に収容された撮像素子１４０と、撮像素子１４０を保持して揺動させることが可能な揺動駆動部１３０と、装置本体１１１に収容された制御部１１５とを主体に構成される。
　撮像光学系１２０は、被写体（物体）の像を撮像素子１４０の撮像面１４１上に結像させる。撮像素子１４０は、撮像光学系１２０により撮像面１４１上で結像した被写体からの光を光電変換し、被写体の画像データを制御部１１５等に出力する。揺動駆動部１３０は、撮像光学系１２０に対し撮像面１４１を含む撮像素子１４０を相対的に揺動させ、撮像素子１４０の撮像面１４１を撮像光学系１２０の像面に沿って移動させることができるようになっている。
　撮像素子１４０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサーを用いて構成される。撮像素子１４０の表面には、画素（光電変換器）が二次元的に配置された撮像面１４１が形成されている。撮像面１４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲しており、撮像光学系１２０の像面が撮像面１４１に沿って湾曲して形成される。本実施形態において、撮像素子１４０の撮像面１４１（有効受光面）の範囲は、撮像光学系１２０の視野範囲よりも小さい範囲になっている。すなわち、撮像光学系１２０の視野範囲に対応する視野像よりも小さな撮像素子１４０を用いている。
　制御部１１５には、撮像素子１４０および揺動駆動部１３０と、装置本体１１１の外側に設けられた入出力部１１６と、装置本体１１１に収容された記憶部１１７とが電気的に接続されている。入出力部１１６は、撮像装置１１０の外部に設けられたユーザーインターフェースＵＩと電気的に接続可能に構成される。入出力部１１６の構成、機能は、第１実施形態と同一であるのでその説明は省略するが、ユーザーインターフェースＵＩの表示部において、撮像装置１１０により撮像された被写体の画像表示を行うことができる。記憶部１１７は、撮像素子１４０等の作動に必要なデータや、撮像素子１４０により撮像取得された被写体の画像データを記憶する。制御部１１５は、撮像素子１４０、揺動駆動部１３０、入出力部１１６、記憶部１１７等をそれぞれ制御する。また、制御部１１５は、撮像素子１４０により撮像取得された被写体の画像データに対して種々の画像処理を行うことができる。
　次に、撮像光学系１２０および揺動駆動部１３０について説明する。撮像光学系１２０は、撮像レンズ１２１と、視野絞り１２５とを有して構成される。撮像レンズ１２１は、例えば、光軸に沿って物体側から順に並んだ、単レンズである第１正レンズ１２２と、単レンズである負レンズ１２３と、単レンズである第２正レンズ１２４とから構成される。揺動駆動部１３０により撮像素子１４０が撮像レンズ１２１に対し相対的に揺動可能である。実施形態２では、この撮像レンズ１２１のみが、撮像光学系１２０に含まれるレンズである。
　視野絞り１２５は、第２正レンズ１２４と撮像素子１４０との間に配置され、撮像光学系１２０の視野範囲は撮像素子１４０の撮像面１４１の範囲よりも大きい。視野絞り１２５は、撮像レンズ１２１における最も像側のレンズ面と撮像面１４１との中間よりも像側の位置に配置されることが好ましい。これにより、精度の高い撮像が可能になる。撮像光学系１２０の明るさ（Ｆナンバー）を決めるための開口絞り（図示せず）は、詳細な図示を省略するが、例えば、撮像レンズ１２１を保持するレンズ枠が開口絞りとして機能する。また、開口絞りは、撮像レンズ１２１の物体側近傍に配置されてもよい。
　揺動駆動部１３０は、センサ保持部１３１と、第１駆動部１３２と、第２駆動部１３３とを有して構成される。センサ保持部１３１は、ガイド機構等を用いて、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２上に設定された揺動中心点Ｐ２を中心に、撮像素子１４０を保持した状態で２軸揺動可能に構成される。この２軸揺動のために第１駆動部１３２および第２駆動部１３３を備えており、撮像素子１４０は、撮像レンズ１２１および視野絞り１２５に対して、揺動中心点Ｐ２を中心に揺動可能である。このように撮像素子１４０が揺動されるときの撮像面１４１の揺動軌跡となる凹面に沿って、撮像光学系１２０により結像される像が形成されるように撮像光学系１２０が構成されている。
　揺動中心点Ｐ２の位置は、撮像光学系１２０の射出瞳の位置またはその近傍に設定され、且つ、撮像素子１４０が揺動されるときの撮像面１４１の揺動軌跡となる凹面の曲率中心の位置またはその近傍に設定される。
　第１駆動部１３２は、サーボモータ等を用いて構成され、例えば、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２に沿った方向と直交するとともに図１１の紙面に直交する方向（Ｘ２方向と称する）に延びて揺動中心点Ｐ２を通る第１の揺動軸を中心に、撮像素子１４０とともにセンサ保持部１３１を揺動させる。第２駆動部１３３は、サーボモータ等を用いて構成され、例えば、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２に沿った方向と直交するとともにＸ２方向と直交する方向（Ｙ２方向と称する）に延びて揺動中心点Ｐ２を通る第２の揺動軸を中心に、撮像素子１４０とともにセンサ保持部１３１と第１駆動部１３２を揺動させる。揺動駆動部１３０におけるセンサ保持部１３１のガイド機構は、物体側に球面状の凹面を向けるように、すなわち、Ｘ２方向から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲するとともに、Ｙ１方向から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲している。
　このように揺動駆動部１３０を構成する第１駆動部１３２と第２駆動部１３３とを組み合わせて作動させることで、揺動中心点Ｐ２を中心に、撮像素子１４０を２軸揺動させることができる。そのため、撮像光学系１２０による被写体像が、撮像面１４１の揺動軌跡となる球面状の凹面に重なって形成されるように撮像光学系１２０が構成されている。これにより、揺動駆動部１３０により撮像素子１４０を揺動させることで、撮像面１４１の範囲よりも広い範囲にわたる撮像光学系１２０の視野範囲に対応する被写体像をスキャンして撮像することができる。
　本実施形態では、揺動駆動部１３０により撮像素子１４０を揺動させて、撮像素子１４０の撮像面１４１を撮像光学系１２０の光軸Ｚ２に沿った方向と直交する方向に沿って二次元的に変位させ、被写体を縦横にスキャンして撮像可能である。例えば、図１２（ａ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面１４１を撮像光学系１２０の視野像Ａ２に対して、Ｘ２方向に左端から右端に一コマ（一つの撮像面に対応する範囲）ずつ移動させ、左に戻してからＹ２方向の下方向に一コマ移動させた後、Ｘ２方向に左端から右端に一コマずつ移動させる制御を繰り返し、被写体を縦横にスキャンして撮像可能である。これにより、撮像光学系１２０により結像された、撮像素子１４０の撮像面１４１の範囲よりも大きな被写体像を精度よくスキャンして撮像することができる。
　図１２（ｂ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面１４１を撮像光学系１２０の視野像Ａ２に対して、左上端からＸ２方向に右端まで一コマずつ移動させ、そのままＹ２方向の下方向に一コマ移動させた後、Ｘ２方向に左端まで一コマずつ移動させるという、往復スキャンを行わせるようにしても良い。この場合も同様に、撮像光学系１２０により結像された、撮像素子１４０の撮像面１４１の範囲よりも大きな被写体像を精度よくスキャンして撮像することができる。
　被写体をスキャンして撮像する方法は、上述の方法に限られるものではなく、揺動駆動部１３０により撮像素子１４０を揺動させて、撮像素子１４０の撮像面１４１を撮像光学系１２０の光軸Ｚ２を中心に回転する方向（以降、説明のためθ２方向と称する）に変位させ、被写体を光軸回りにスキャンして撮像しても良い。例えば、図１３に示すように、撮像素子１４０の撮像面１４１を撮像光学系１２０の視野像Ａ２に対して、撮像素子１４０の撮像面１４１の回転半径に沿った方向（以降、説明のためＲ２方向と称する）に沿って移動させながら、θ２方向に沿って変位させることで、被写体を光軸回りにスキャンして撮像してもよい。これにより、撮像素子１４０の撮像面１４１を変位させる座標パラメータとして極座標（Ｒ２方向およびθ２方向の座標）を用い用いることができるため、揺動駆動部１３０により撮像素子１４０を揺動させるための制御を簡便に行うことができる。
　次に、第２実施形態に係る撮像装置１１０を用いた撮像方法について説明する。ここでもユーザーによる所定の遠隔操作（外部のユーザーインターフェースＵＩに対する撮像操作）に応じて、撮像装置１１０による撮像が行われる。このとき、記憶部１１７に記憶された所定の制御プログラムに基づいて、制御部１１５が揺動駆動部１３０および撮像素子１４０を制御し、制御部１１５の制御に応じて揺動駆動部１３０および撮像素子１４０が作動する。まず、揺動駆動部１３０は、撮像素子１４０の撮像面１４１が所定の開始位置、例えば、図１２（ａ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面１４１が撮像光学系１２０の視野像Ａ２におけるＸ２方向およびＹ２方向の一端（図１２（ａ）における左上端）に重なる位置に変位するように、撮像素子１４０を揺動させて停止させる。撮像素子１４０は、撮像素子１４０の撮像面１４１が開始位置に位置する開始状態（第１状態）で被写体像を撮像し、開始状態で撮像した画像データ（第１画像データ）を制御部１１５に出力する。
　揺動駆動部１３０は、撮像素子１４０の撮像面１４１が開始位置から撮像光学系１２０の像面に沿ってＸ２方向に所定の距離だけ（撮像面１４１の幅に当たる一コマ分だけ）揺動した揺動位置、例えば、図１２（ａ）における左上端の位置から右に一コマ移動した位置（このとき一部が重なる位置でも良い）に変位するように、撮像素子１４０を揺動させて停止させる。撮像素子１４０は、この位置で撮像面１４１に結像される被写体像を撮像し、画像データ（第２画像データ）を制御部１１５に出力する。
　以下、揺動駆動部１３０は、上述した縦横スキャンを行って一コマずつ撮像素子１４０の撮像面１４１を移動させ、その都度そのときの位置で撮像面１４１に結像される被写体像を撮像し、画像データ（第２画像データ）を制御部１１５に出力することを繰り返す。このようにして、撮像素子１４０の撮像面１４１が撮像光学系１２０の視野像Ａ２におけるＸ２方向の他端側に達するまで、撮像素子１４０により、撮像光学系１２０により結像された被写体像の撮像および画像データの出力が繰り返される。
　制御部１１５は、上記のように撮像素子１４０を縦横にスキャンして得られた複数の画像データをスキャン移動に対応して縦横に繋ぎ合わせて、被写体の全体像となる一つの画像データを合成し、これを記憶部１１７に記憶させる。制御部１１５は、ユーザーの遠隔操作等に応じて、記憶部１１７に記憶された画像データを、入出力部１１６を介して外部のユーザーインターフェースＵＩに出力し、ユーザーインターフェースＵＩの表示部に被写体の画像を表示させる。
　以上説明したように、第２実施形態によれば、撮像面１４１を含む撮像素子１４０は、撮像光学系１２０による同一距離の物点に応じた結像位置が、撮像面１４１の揺動軌跡となる凹面に沿って移動するように、撮像レンズ１２１に対し相対的に移動可能に構成される。これにより、小さな撮像素子１４０を用いて、撮像光学系１２０により結像される大きな範囲の被写体像を撮像することができる。このとき、揺動駆動部１３０により撮像面１４１の揺動軌跡が物体側に向いた球面状の凹面を描き、且つこの球面の中心が撮像光学系１２０の射出瞳の位置またはその近傍に設定されているため、撮像光学系１２０により結像される像を、像面湾曲等を抑えて撮像でき、高い結像性能を得ることができる。
　撮像面１４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲している。これにより、撮像面１４１を球面に沿って移動させる場合に、撮像素子１４０を２軸揺動させるだけでよく、撮像面１４１を含む撮像素子１４０を揺動させるための機構（揺動駆動部１３０）および制御を単純化することができる。
　第２実施形態において、撮像面１４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲しているが、これに限られるものではなく、例えば、非球面状に湾曲してもよく、双曲面状に湾曲してもよい。
　撮像面は、第１方向（Ｘ２方向）から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲し、第２方向（Ｙ２方向）から見た断面において湾曲しないように（平面状に）形成されてもよい。この場合、撮像素子の撮像レンズに対する相対的な移動は、第１方向から見た断面において揺動となり、第２方向から見た断面において平行移動となる。
　第２実施形態において、撮像レンズ１２１は、３枚のレンズから構成されているが、これに限られるものではなく、例えば、２枚のレンズや、４枚以上のレンズから構成されてもよい。また、撮像光学系１２０は、撮像レンズ１２１以外の別のレンズを有して構成されてもよい。
　第２実施形態において、揺動中心点Ｐ２は、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２上に設定されているが、製造誤差等により、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２から若干外れた位置に配置されることもある。
　第２実施形態において、撮像装置１１０は、監視カメラ等として用いることが可能な固定型の撮像装置としているが、これに限られるものではなく、例えば、内視鏡の撮像装置として用いたり、携帯端末等に搭載されたカメラや、デジタルスチルカメラ、デジタル一眼レフカメラ等として用いたりしてもよい。なお、撮像装置１１０がデジタル一眼レフカメラとして用いられる場合、揺動駆動部は、ジンバル機構およびＸＹＺステージ等を用いて、制御部の制御に応じて所望の揺動軌跡で撮像素子１４０を揺動可能に構成されてもよい。このようにすれば、交換可能な撮像光学系（交換レンズ）の種類に対応した制御プログラムを記憶部に記憶させることにより、揺動駆動部は、撮像光学系の種類（像面の形状）に応じて撮像素子１４０の揺動軌跡を切り換えることができる。
　また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、撮像光学系と撮像素子と両方を駆動してもよい。このとき、撮像光学系と撮像素子とを同じ方向へ動かしてもよいし、異なる方向へ動かしてもよい。この場合、小さい撮像装置でもよい。また、レンズの駆動量を抑えることができる。さらに、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて撮像装置を構成してもよい。
　（第１実施例）
　以下、第１実施形態に係る撮像光学系２０の実施例について添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態に係る撮像光学系２０の第１実施例について図１４～図１５および表１を用いて説明する。図１４は、第１実施例に係る撮像光学系２０のレンズ構成図である。第１実施例に係る撮像光学系２０は、可動レンズ２１と、視野絞り２５と、開口絞り２６とを有して構成される。
　可動レンズ２１は、物体側から順に正レンズ２２と負レンズ２３とが貼り合わされた１組の接合レンズから構成される。視野絞り２５は、可動レンズ２１よりも像側に配置され、撮像光学系２０の視野範囲は撮像素子４０の撮像面４１（図１を参照）の範囲よりも小さい範囲になっている。撮像光学系２０の明るさ（Ｆナンバー）を決めるための開口絞り２６は、可動レンズ２１の物体側近傍に配置される。
　以下に、表１～表３を示すが、これらは第１～第３実施例に係る撮像光学系２０の諸元の値をそれぞれ掲げた表である。各表の［全体諸元］には、撮像光学系２０の焦点距離ｆ、可動レンズ２１における最も像側のレンズ面と視野絞り２５との間の光軸上の距離Ｌ、可動レンズ２１における最も像側のレンズ面と撮像面４１（像面Ｉ）との間の光軸上の距離ＢＦ、撮像光学系２０のＦナンバーＦＮ、撮像素子４０の撮像面４１での最大像高ＹＭ、撮像素子４０の撮像面４１（像面Ｉ）の曲率半径ＳＲ、撮像光学系２０の最大像高ＹＯの値をそれぞれ示す。また、［レンズ諸元］において、第１カラム（面番号）は物体側から数えた際のレンズ面の番号を、第２カラムＲはレンズ面の曲率半径を、第３カラムＤはレンズ面の光軸上の間隔を、第４カラムｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、第５カラムνｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数をそれぞれ示している。曲率半径「∞」は平面を示し、空気の屈折率ｎｄ＝1.000000はその記載を省略している。［条件式対応値］には、各条件式の対応値を示す。
　以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、その他の長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。後述の第２～第３実施例の諸元値においても、本実施例と同様の符号を用いる。
　下の表１に、第１実施例における各諸元を示す。表１における第１面～第５面の曲率半径Ｒは、図１４における第１面～第５面に付した符号Ｒ１～Ｒ５に対応している。
（表１）
［全体諸元］
　ｆ　　　　5
　Ｌ　　　　2.4
　ＢＦ　　　3.75277
　ＦＮ　　　9
　ＹＭ　　　4.05
　ＳＲ　　　-5
　ＹＯ　　　1
［レンズ諸元］
　面番号　　　　Ｒ　　　　　Ｄ　　　　　ｎｄ　　　　νｄ
　物体面　　　　∞　　　　　∞
　　1　　 　　　∞　　　　0.0000　　　　　　　　　　　　（開口絞り）
　　2　　 　　3.3194　　　1.7000　　　1.658440　　　50.84
　　3　　　　-2.1131　　　0.5000　　　1.755200　　　27.57
　　4　　 　-14.8694　　　2.4000
　　5　　 　　　∞　　　　1.35277　　　　　　　 　　　　（視野絞り）
　像面　　 　-5.00000
［条件式対応値］
　条件式（１）　Ｌ／ＢＦ＝0.63953
　条件式（２）　ＦＮ2×ｃｏｓ（ＹＭ／ＳＲ）＝55.84937
　このように本実施例では、上記条件式（１）～（２）が全て満たされていることが分かる。
　図１５は、第１実施例に係る撮像光学系２０の諸収差図である。各収差図において、ＦＮＯはＦナンバーを、Ａは半画角をそれぞれ示す。各収差図において、ｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）、ｇはｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）、ＣはＣ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、ＦはＦ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）における収差をそれぞれ示す。非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以下、収差図の説明は他の実施例においても同様である。
　各収差図より、第１実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。その結果、第１実施例の撮像光学系２０を搭載することにより、撮像装置１０においても、優れた光学性能を確保することができる。
　（第２実施例）
　次に、第１実施形態に係る撮像光学系２０の第２実施例について図１６および表２を用いて説明する。第２実施例の撮像光学系２０は、図１４に示す第１実施例の撮像光学系２０と同様の構成であり、詳細な説明および図示を省略する。
　下の表２に、第２実施例における各諸元を示す。表２における第１面～第５面の曲率半径Ｒは、図１４における第１面～第５面に付した符号Ｒ１～Ｒ５に対応している。
（表２）
［全体諸元］
　ｆ　　　　5
　Ｌ　　　　2
　ＢＦ　　　3.75277
　ＦＮ　　　5
　ＹＭ　　　4.05
　ＳＲ　　　-5
　ＹＯ　　　1
［レンズ諸元］
　面番号　　　　Ｒ　　　　　Ｄ　　　　　ｎｄ　　　　νｄ
　物体面　　　　∞　　　　　∞
　　1　　 　　　∞　　　　0.0000　　　　　　　　　　　　（開口絞り）
　　2　　 　　3.3194　　　1.7000　　　1.658440　　　50.84
　　3　　　　-2.1131　　　0.5000　　　1.755200　　　27.57
　　4　　 　-14.8694　　　2.0000
　　5　　 　　　∞　　　　1.75277　　　　　　　 　　　　（視野絞り）
　像面　　 　-5.00000
［条件式対応値］
　条件式（１）　Ｌ／ＢＦ＝0.53294
　条件式（２）　ＦＮ2×ｃｏｓ（ＹＭ／ＳＲ）＝17.23746
　このように本実施例では、上記条件式（１）～（２）が全て満たされていることが分かる。
　図１６は、第２実施例に係る撮像光学系２０の諸収差図である。各収差図より、第２実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。その結果、第２実施例の撮像光学系２０を搭載することにより、撮像装置１０においても、優れた光学性能を確保することができる。
　（第３実施例）
　次に、第１実施形態に係る撮像光学系２０の第３実施例について図１７および表３を用いて説明する。第３実施例の撮像光学系２０は、図１４に示す第１実施例の撮像光学系２０と同様の構成であり、詳細な説明および図示を省略する。
　下の表３に、第３実施例における各諸元を示す。表３における第１面～第５面の曲率半径Ｒは、図１４における第１面～第５面に付した符号Ｒ１～Ｒ５に対応している。
（表３）
［全体諸元］
　ｆ　　　　5
　Ｌ　　　　3.65
　ＢＦ　　　3.75277
　ＦＮ　　　10
　ＹＭ　　　4.05
　ＳＲ　　　-10
　ＹＯ　　　1
［レンズ諸元］
　面番号　　　　Ｒ　　　　　Ｄ　　　　　ｎｄ　　　　νｄ
　物体面　　　　∞　　　　　∞
　　1　　 　　　∞　　　　0.0000　　　　　　　　　　　　（開口絞り）
　　2　　 　　3.3194　　　1.7000　　　1.658440　　　50.84
　　3　　　　-2.1131　　　0.5000　　　1.755200　　　27.57
　　4　　 　-14.8694　　　3.6500
　　5　　 　　　∞　　　　0.10277　　　　　　　 　　　　（視野絞り）
　像面　　　-10.00000
［条件式対応値］
　条件式（１）　Ｌ／ＢＦ＝0.97261
　条件式（２）　ＦＮ2×ｃｏｓ（ＹＭ／ＳＲ）＝91.91024
　このように本実施例では、上記条件式（１）～（２）が全て満たされていることが分かる。
　図１７は、第３実施例に係る撮像光学系２０の諸収差図である。各収差図より、第３実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた光学性能を有していることがわかる。その結果、第３実施例の撮像光学系２０を搭載することにより、撮像装置１０においても、優れた光学性能を確保することができる。
　以上、各実施例によれば、広い視野範囲を確保しつつ、より小型で高い結像性能を有した撮像光学系２０および、これを備えた撮像装置１０を実現することができる。
　なお、本件実施形態に係る撮像光学系、撮像装置、撮像装置の製造方法および撮像方法として以下のようなものでも良い。
　まず撮像光学系として、物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面に結像する撮像光学系であって、少なくとも１つのレンズを含む可動部を有し、前記可動部は、同一距離の物点に応じた結像位置が前記凹面に沿って移動するように、前記撮像面と相対的に移動可能であるものがある。
　なお、この撮像光学系において、前記可動部と前記撮像面との相対的な移動は、前記撮像光学系の光軸上にある点を中心とする揺動であってもよい。
　さらに、前記可動部に含まれるレンズは、前記撮像光学系に含まれる全てのレンズであってもよい。
　さらに、前記撮像光学系の視野範囲を制限する視野絞りを有し、前記可動部は、前記視野絞りと一体的に揺動可能であってもよい。
　さらに、前記視野絞りは、前記可動部よりも像側に配置され、以下の条件式を満足してもよい。
　　　０．５＜Ｌ／ＢＦ＜１．０
　但し、Ｌは、前記可動部における最も像側のレンズ面と前記視野絞りとの間の光軸上の距離であり、ＢＦは、前記可動部における最も像側のレンズ面と前記撮像面との間の光軸上の距離である。
　さらに、前記可動部と前記撮像面との相対的な移動は、前記撮像光学系の射出瞳の位置近傍を中心とする揺動であってもよい。
　さらに、前記撮像面は、前記撮像光学系の光軸に沿った方向と直交する第１方向から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲するとともに、前記撮像光学系の光軸に沿った方向と前記第１方向との両方に直交する第２方向から見た断面において物体側に凹面を向けるように湾曲してもよい。
　次に、撮像装置としては、上述の撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを有して構成され、前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面を有し、前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さい。
　なお、この撮像装置において、前記撮像面に対する前記可動部の移動により、前記撮像光学系の光軸が前記有効受光面内で移動してもよい。
　さらに、前記撮像素子は、前記撮像面に対して前記可動部が移動する前の第１状態で前記被写体像を撮像した第１画像データと、前記撮像面に対して前記可動部が移動した後の第２状態で前記被写体像を撮像した第２画像データとを出力してもよい。
　さらに、前記第１画像データと前記第２画像データとを用いて１つの画像データを合成してもよい。
　さらに、前記撮像素子は、前記有効受光面が形成されて前記撮像光学系からの光を受光可能な有効受光部を有し、前記有効受光部は、少なくとも第１画素と第２画素とを有し、前記撮像面に対する前記可動部の移動により、前記撮像光学系の光軸が前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方の領域内に位置し、前記撮像素子は、前記撮像光学系の光軸が前記第１画素の領域内に位置する際の画像データと、前記撮像光学系の光軸が前記第２画素の領域内に位置する際の画像データとを合わせて、１つの画像データとして出力してもよい。
　さらに、以下の条件式を満足する。
　　　０＜ＦＮ2×ｃｏｓ（ＹＭ／ＳＲ）＜１００
　但し、ＦＮは、前記撮像光学系のＦナンバーであり、ＹＭは、前記撮像素子の前記撮像面での最大像高であり、ＳＲは、前記撮像素子の前記撮像面の曲率半径であってもよい。
　さらに、前記可動部と前記撮像面との相対的な移動は、物体側に凹面を向けるように湾曲した前記撮像面の曲率中心の位置近傍を中心とする、前記撮像面に対する前記可動部の揺動であってもよい。
　次に、撮像装置の製造方法としては、上述の撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを有した撮像装置の製造方法であって、前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面を有し、前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなるように構成されており、前記撮像面に対して前記可動部を所定の基準位置に移動させた状態で、前記撮像素子により撮像取得される画像を利用して前記撮像素子を移動させ、前記撮像光学系の光軸上に前記撮像素子の所定部分が位置するように調整するように構成される。
　この製造方法において、前記撮像素子により撮像取得された画像における複数の検出位置の情報を利用して、前記撮像素子の傾きを調整してもよい。
　さらに、前記複数の検出位置は、互いに異なる３つ以上の検出位置であってもよい。
　次に撮像方法としては、上述の撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを用いた撮像方法であって、前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面が形成されて前記撮像光学系からの光を受光可能な有効受光部を有し、前記有効受光部は、少なくとも第１画素と第２画素とを有し、前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなるように構成されており、前記撮像面に対する前記可動部の移動により、前記撮像光学系の光軸を前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方の領域内に位置させ、前記撮像素子に、前記撮像光学系の光軸が前記第１画素の領域内に位置する際の画像データと、前記撮像光学系の光軸が前記第２画素の領域内に位置する際の画像データとを合わせて、１つの画像データとして出力させるように構成される。
　１０　撮像装置　　　　　　　　　　　２０　撮像光学系
　２１　可動レンズ　　　　　　　　　　２２　正レンズ　
　２３　負レンズ　　　　　　　　　　　２５　視野絞り
　３０　揺動駆動部　　　　　　　　　　４０　撮像素子
　４１　撮像面　　　　　　　　　　　　４２　有効受光部
　６０　撮像装置（変形例）　　　　　　８０ａ～８０ｃ　撮像素子
　８１ａ～８１ｃ　有効受光面　　　　　８１ａ～８１ｃ　有効受光部
１１０　撮像装置（第２実施形態）　　　１２０　撮像光学系
１２１　撮像レンズ　　　　　　　　　　１２２　第１正レンズ
１２３　負レンズ　　　　　　　　　　　１２４　第２正レンズ
１２５　視野絞り　　　　　　　　　　　１３０　揺動駆動部
１４０　撮像素子　　　　　　　　　　　１４１　撮像面

Claims (19)

  1. 　撮像面を備える撮像素子と、
    　前記撮像面より小さい範囲で前記撮像面上に像を形成する光学系と、
    　前記光学系の光軸の方向が変化するように前記光学系を駆動する駆動部と、を備え、
    　前記撮像素子は、前記光軸の方向が第一方向に設定された前記光学系によって結像される第一像と、前記光軸の方向が第二方向に設定された前記光学系によって結像される第二像と、を前記撮像面の異なる領域で撮像する撮像装置。
  2. 　前記駆動部は、前記第一方向に設定された前記光軸と前記第二方向に設定された前記光軸とが、交わるように前記光学系を駆動する請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記駆動部は、前記第一方向に設定された前記光軸と前記第二方向に設定された前記光軸とが、前記光学系の射出瞳の位置で交わるように前記光学系を駆動する請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
  4. 　前記撮像面は、被写体側に凹面を向けている面である請求項１から請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
  5. 　前記凹面は、球面の一部であり、
    　前記駆動部は、前記第一方向に設定された前記光軸と前記第二方向に設定された前記光軸とが、前記球面の中心で交わるように前記光学系を駆動する請求項４に記載の撮像装置。
  6. 　前記駆動部は、前記光学系の光軸の方向に前記光学系を駆動可能である請求項１から請求項５の何れか一項に記載の撮像装置。
  7. 　前記駆動部は、前記光学系が無限遠を撮像する場合と前記光学系が近距離を撮像する場合とで、前記第一方向に設定された前記光軸と前記第二方向に設定された前記光軸とが交わる位置を異ならせることが可能である請求項２から請求項６の何れか一項に記載の撮像装置。
  8. 　前記撮像素子は、前記撮像面の第一領域で撮像した前記第一像に関する第一画像情報と、前記撮像面の第二領域で撮像した前記第二像に関する第二画像情報と、を出力し、
    　前記第一画像情報と前記第二画像情報とに基づいて画像データを生成する画像処理部を備える請求項１から請求項７の何れか一項に記載の撮像装置。
  9. 　前記撮像素子は、前記第二領域で撮像した前記第二像に関する第二画像情報を二回以上出力し、
    　前記画像処理部は、二回目以降に出力された前記第二画像情報に基づいて前記画像データを生成する請求項８に記載の撮像装置。
  10. 　前記撮像素子は、第二領域に存在する信号を出力させてリセットし、前記第二領域で撮像した前記第二像に関する第二画像情報を出力し、
    　前記画像処理部は、前記第二画像情報に基づいて前記画像データを生成する請求項９に記載の撮像装置。
  11. 　前記第一領域及び前記第二領域は、前記駆動部による駆動量に基づく領域である請求項８から請求項１０の何れか一項に記載の撮像装置。
  12. 　前記撮像素子は、複数の画像情報を出力し、
    　前記画像処理部は、前記複数の画像情報に基づいて、１つの前記画像データを生成する請求項８から請求項１１の何れか一項に記載の撮像装置。
  13. 　前記撮像素子は、前記第一像を前記撮像面の前記第一領域で撮像し、前記第二像を前記撮像面の前記第一領域と異なる前記第二領域で撮像する請求項８から請求項１２の何れか一項に記載の撮像装置。
  14. 　前記駆動部は、前記光学系と前記撮像素子とを駆動することが可能である請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の撮像装置。
  15. 　複数の前記撮像素子を備え、
    　前記凹面は、複数の前記撮像素子によって形成される請求項４又は請求項５に記載の撮像装置。
  16. 　物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面に結像する撮像光学系であって、
    　少なくとも１つのレンズを含む可動部を有し、
    　前記可動部は、同一距離の物点に応じた結像位置が前記凹面に沿って移動するように、前記撮像面と相対的に移動可能であることを特徴とする撮像光学系。
  17. 　請求項１６に記載の撮像光学系と、
    　前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを有し、
    　前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面を有し、
    　前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さいことを特徴とする撮像装置。
  18. 　請求項１６に記載の撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを有した撮像装置の製造方法であって、
    　前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面を有し、
    　前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなるように構成されており、
    　前記撮像面に対して前記可動部を所定の基準位置に移動させた状態で、前記撮像素子により撮像取得される画像を利用して前記撮像素子を移動させ、
    　前記撮像光学系の光軸上に前記撮像素子の所定部分が位置するように調整することを特徴とする撮像装置の製造方法。
  19. 　請求項１６に記載の撮像光学系と、前記撮像光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子とを用いた撮像方法であって、
    　前記撮像素子は、前記撮像面の少なくとも一部を構成する有効受光面が形成されて前記撮像光学系からの光を受光可能な有効受光部を有し、
    　前記有効受光部は、少なくとも第１画素と第２画素とを有し、
    　前記撮像光学系の視野範囲は、前記有効受光面の範囲より小さくなるように構成されており、
    　前記撮像面に対する前記可動部の移動により、前記撮像光学系の光軸を前記第１画素および前記第２画素の少なくとも一方の領域内に位置させ、
    　前記撮像素子に、前記撮像光学系の光軸が前記第１画素の領域内に位置する際の画像データと、前記撮像光学系の光軸が前記第２画素の領域内に位置する際の画像データとを合わせて、１つの画像データとして出力させることを特徴とする撮像方法。
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