JP2014174484A - 撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像システムの「温度変化に伴う画像の継ぎ合わせの不全」を有効に軽減する。
【解決手段】撮像システムは、結像光学系と、該結像光学系による結像光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像系Ａ、Ｂを有する撮像システムにおいて、基準温度からの温度変化に伴う結像光学系の倍率変動量と、各固体撮像素子の出力画像を繋ぎ合わせる繋ぎ位置の変動量が何れも、前記各固体撮像素子の３画素未満になるように、各結像光学系の光学特性と、前記結像光学系相互の位置関係と、前記各結像光学系を保持する鏡筒の材料とを調整したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の結像光学系と、それに対応する固体撮像素子を有する撮像システムに関する。

広角レンズまたは魚眼レンズを複数使用して、全天周（全天球）を一度に撮影する全天周型の撮影システムが知られている（特許文献１、２）。

従来、このような撮像システムに用いられる結像光学系のレンズ、プリズム等や、鏡筒には線膨張係数の高い材料を用いるのが一般的であった。

このように、結像光学系・鏡筒の材料として線膨張係数の高い材料を用いることには以下の如き意味がある。

撮像システムは、使用されるときの環境温度が基準温度（一般には２０℃）であるときを設計基準として設計、製造されている。

しかし、撮像システムが実際に使用されるときの環境温度、即ち「使用環境温度」は、撮像が行われる状況に応じて変化する。

つまり、撮像システムの使用環境温度が変化したときに、結像光学系による結像位置（ピント位置）の変化の向きと、鏡筒の熱変形による変化の向きとが同じ向きになる。

このため、結像位置と「鏡筒に保持された固体撮像素子の受光面位置」の、温度変化による乖離量が小さくなり、使用環境温度の変動の影響を小さくできる。

鏡筒の材料に線膨張係数の大きいものを用いて、使用環境温度の変化によるピント位置の変化を小さくすることは特許文献３に開示されている。

一方、一度に撮像された全天周の画像は、個々の結像光学系による画像を受光する固体撮像素子により信号化された画像信号を「継ぎ合わせる」ことにより得られる。

画像信号の継ぎ合わせは「継ぎ合わせのパラメータ」に従って行われるが、継ぎ合わせのパラメータは基準温度に対して定められている。

使用環境温度が基準温度から変化した場合、継ぎ合わせパラメータからのずれが生じ、このずれがある程度大きくなると、継ぎ合わせの部分で画質に影響が出る。

つまり、複数の画像は、互いに重畳した部分を持ち、その重畳した部分を利用して継ぎ合わせがなされる。
しかしながら、この重畳した部分の継ぎ合わせが上手く出来ていないと画質が劣化していると言える。

ここで、合成された全天周の画像を目視した場合、違和感を生じるのは「継ぎ合わせを行なう繋ぎ位置で３画素以上」のずれがある場合であることが統計的に確認されている。

このような「継ぎ合わせの不全」を抑制するには、鏡筒は「線膨張係数の小さい材料」で形成するのが良い。

上記のように、使用環境温度の変動の影響を小さくすることと、継ぎ合わせの不全を抑制することでは、鏡筒の材料として「好ましい材料」の線膨張係数の大小が逆である。

引用文献３に記載の撮像システムは複数の結像光学系と、それに対応する固体撮像素子を有するものではなく、ましてや「全天周型」ではない。

従って、上述したような「温度変化に伴う継ぎ合わせの不全」の問題は存在しない。

この発明は上述した事情を鑑み、複数の結像光学系と、それに対応する固体撮像素子を有する撮像システム、好適には全天周型の撮像システムの「温度変化に伴う画像の継ぎ合わせの不全」を有効に軽減することを課題とする。

この発明の撮像システムは、結像光学系と、該結像光学系による結像光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像系を２以上有する撮像システムにおいて、基準温度からの温度変化に伴う結像光学系の倍率変動量と、各固体撮像素子の出力画像を繋ぎ合わせる繋ぎ位置の変動量が何れも、前記各固体撮像素子の３画素未満になるように、各結像光学系の光学特性と、前記結像光学系相互の位置関係と、前記各結像光学系を保持する鏡筒の材料とを調整したことを特徴とする。

この発明の撮像システムでは、各固体撮像素子の出力画像を繋ぎ合わせる繋ぎ位置の変動量の総和が各固体撮像素子の３画素未満になる。

このため、継ぎ合わせにより合成された画像の違和感が軽減される。

全天周型の撮像システムを構成する２つの撮像系の例を示す図である。 全天周型の撮像システムを簡略化して示している。 撮像システムにおける温度変化の影響を説明するための図である。 条件（１）を説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
以下に実施の形態を説明する全天周型の撮像システムは、２つの撮像系を組み合わせたものである。

２つの撮像系とは、２つの結像光学系と、２つの個体撮像素子とを有するものである。

図１は、全天周型の撮像システムを構成する２つの撮像系の例を示している。
即ち、撮像システムを構成する２つの撮像系は、図に示す撮像系Ａと撮像系Ｂである。
これら撮像系Ａ、Ｂは同一仕様である。

２つの撮像系Ａ、Ｂは何れも「１８０度より広い画角を持つ結像光学系（以下「広角レンズ」とも言う。）と、広角レンズによる像を撮像する固体撮像素子」を有している。
固体撮像素子は２次元画像を撮像して画像信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等が挙げられる。以下では、固体撮像素子を「撮像センサ」とも称する。
固体撮像素子で変換された画像信号は「出力画像」として出力される。

撮像系Ａの広角レンズは、前群と、反射面と、後群とを有する。
「前群」はレンズＬＡ１〜ＬＡ３により構成され、「後群」はレンズＬＡ４〜ＬＡ７により構成される。符号ＰＡは「直角プリズム」を示す。

レンズＬＡ４の物体側には、開口絞りＳＡが配置されている。

撮像系Ｂの広角レンズは、前群と、反射面と、後群とを有する。
「前群」はレンズＬＢ１〜ＬＢ３により構成され、「後群」はレンズＬＢ４〜ＬＢ７により構成される。符号ＰＢは「直角プリズム」を示す。

レンズＬＢ４の物体側には、開口絞りＳＢが配置されている。

これら２個の広角レンズの「前群」は負の屈折力、「後群」は正の屈折力を持つ。

直角プリズムＰＡ、ＰＢと「反射面」については、後述する。

撮像系Ａの広角レンズの「前群を構成するレンズ」は、物体側から順に、以下の３枚を配してなる。
即ち、ガラス材料による負メニスカスレンズＬＡ１、プラスチック材料による負レンズＬＡ２、ガラス材料による負メニスカスレンズＬＡ３である。

後群を構成するレンズは、開口絞りＳＡ側から順に、以下の４枚を配してなる。
即ち、ガラス材料による両凸レンズＬＡ４、ガラス材料による「両凸レンズＬＡ５と両凹レンズＬＡ６の貼合わせレンズ」、プラスチック材料による両凸レンズＬＡ７である。

撮像系Ｂの広角レンズの「前群を構成するレンズ」は、物体側から順に、以下の３枚を配してなる。
即ち、ガラス材料による負メニスカスレンズＬＢ１、プラスチック材料による負レンズＬＢ２、ガラス材料による負メニスカスレンズＬＢ３である。

後群を構成するレンズは、開口絞りＳＢ側から順に、以下の４枚を配してなる。
即ち、ガラス材料による両凸レンズＬＢ４、ガラス材料による「両凸レンズＬＢ５と両凹レンズＬＢ６の貼合わせレンズ」、プラスチック材料による両凸レンズＬＢ７である。

これら撮像系Ａ、Ｂにおいて、プラスチック材料による、負レンズＬＡ２、ＬＢ２、両凸レンズＬＡ７、ＬＢ７は「両面が非球面」である。
そして、他のガラス材料による各レンズは球面レンズである。

各広角レンズにおける前側主点の位置は、レンズＬＡ２とＬＡ３の間、レンズＬＢ２とＬＢ３との間に設定される。

撮像系Ａ、Ｂの広角レンズにおける、前群の光軸と反射面との交点と前側主点との距離が図１における「ｄ１、ｄ２」である。

撮像系ＡとＢは同一仕様であるから、ｄ１＝ｄ２である。

直角プリズムＰＡ、ＰＢは「ｄ線の屈折率が１．８より大きい材質」で形成するのがよい。直角プリズムＰＡ、ＰＢは、前群からの光を後群に向かって「内部反射」させる。

従って、各広角レンズの結像光束の光路は直角プリズムＰＡ、ＰＢ内を通る。
プリズムの材料が上記の如き高屈折率であると、直角プリズム内の「光学的な光路長」が、実際の光路長より長くなり、光線を屈曲させる距離を広げることが出来る。

従って、前群・直角プリズム・後群における「前群と後群の間の光路長」を機械的な光路長よりも長く出来、広角レンズをコンパクトに構成できる。

また、光束径を絞る開口絞りＳＡ、ＳＢの近くに直角プリズムＰＡ、ＰＢを配置することにより、小さい直角プリズムを用いるができ、広角レンズ相互の間隔を小さくできる。

このように、直角プリズムＰＡ、ＰＢは、前群と後群の間に配置される。
広角レンズの前群は「１８０度より大きい広画角の光線を取り込む機能」をもち、後群は「結像画像の収差の補正」に効果的に機能する。

各広角レンズの後群の像側にそれぞれ、撮像センサが配置されている。図１において、符号ＩＳＡ、ＩＳＢは、これら撮像センサの撮像面を示す。
擦像面ＩＳＡ、ＩＳＢの広角レンズ側に、符号Ｆで示されているのは、撮像センサに用いられる各種フィルタおよびカバーガラスを示している。

さて、図１においては、直角プリズムＰＡ、ＰＢを分離させて描いているが、これは、各撮像系Ａ、Ｂの構成を明確に示すためである。

実際の撮像システムにおいては、各撮像系Ａ、Ｂの広角レンズの一部をなす直角プリズムＰＡ、ＰＢは、その斜面部を接している。

各広角レンズにおける「反射面」は、２個の広角レンズに共通化された反射膜であり、光学的に等価な２つの透明部材（直角プリズムＰＡ、ＰＢ）により挟持される。

即ち、直角プリズムＰＡ、ＰＢの斜面には反射膜が形成され、この反射膜が、直角プリズムＰＡ、ＰＢの斜面により挟まれる。

この状態で、反射膜、直角プリズムＰＡ、ＰＢは一体化され「２個の広角レンズに共通化された反射面部材」をなす。

そして、後述するように、反射面部材は、２個の広角レンズの「各前群および各後群を組み付ける共通の鏡筒」に保持される。

このような構成により、撮像系Ａ、Ｂは、入射光軸方向の幅を最も小さくできる。

このような構成による効果を説明する。
図２は、全天周型の撮像システムを簡略化して示している。
この撮像システムは、対物レンズ同士が逆向きになるように組み合せたものである。

即ち、図２において、符号Ａ１、Ｂ１は、２つの広角レンズの前群の「最も物体側のレンズ面（図１におけるレンズＬＡ１、ＬＢ１の物体側レンズ面）」を示している。

また、符号Ａ２、Ｂ２は２つの広角レンズの後群を簡略化して示し、符号ＳＮＡ、ＳＮＢは、撮像系Ａ、Ｂの固体撮像素子（撮像センサ）を示す。

符号ＰＡ、ＰＢは直角プリズム、符号ＲＦは「反射面」を示している。
符号ＬＭＡは、撮像系Ａの広角レンズに最大画角で入射する最大画角光線、符号ＬＭＢは、撮像系Ｂの広角レンズに最大画角で入射する最大画角光線である。

この最大画角光線ＬＭＡとＬＭＢの「交点」を点Ｐ、前群の最物体側面Ｂ１の光軸ＡＸとの交点位置Ｑを通り入射光軸に直交する平面と、点Ｐの間の距離をＲとする。

また、交点位置Ｑと、Ｐ点を通り光軸ＡＸに平行な面までの距離をＬとする。

さらに、最大画角光線ＬＭＡ、ＬＭＢの前群への入射位置の間の距離をＭとする。

この距離：Ｍを「最大画角間距離」と言う。

図から明らかなように「Ｐ点と、最大画角光線ＬＭＡ、ＬＭＢで囲まれた空間部分」は、撮像できない空間部分であり、この空間部分を「撮像不能空間部分」と称する。

撮像不能空間部分内にある物体から出た光は、２つの広角レンズの何れによっても、擦像光として取り込まれることがない。

撮像不能空間部分が大きいほど、全天球型の撮像システムとしては撮像できる情報が少なくなる。従って、撮像不能空間部分を小さくする工夫が必要になる。

撮像不能空間部分の大きさを特徴付けるものは、上述の距離：ＲとＬと最大画角間距離：Ｍである。
これ等の距離：Ｒ、Ｌ、Ｍの何れが大きくなっても、撮像不能空間部分は大きくなる。これ等の距離を小さくする方法を考えると、以下のようになる。

第１の方法は、距離：Ｌを小さくする方法である。この方法を単独で実行しようとすると、広角レンズの画角を大きくしなければならない。
第２の方法は、距離：Ｒを小さくすることである。

距離：ＲとＬとの間には、広角レンズの画角をθとして、
Ｌ＝−Ｒ・ｔａｎθ
の関係がある。

従って、Ｒが小さくなると、２つ広角レンズにより撮影される像が重なる距離：Ｌが短くなり、撮像不能空間部分も小さくなる。

距離：Ｒを小さくするには、最大画角間距離：Ｍを小さくするのがよい。

最大画角間距離：Ｍを小さくするには、撮像系Ａ、Ｂの２つの広角レンズに含まれる反射面を共通化するのが効果的である。

直角プリズムＰＡとＰＢの斜面で反射膜を挟み、直角プリズムＰＡ、ＰＢと共に一体化することにより、最大画角間距離：Ｍを小さくでき、距離：Ｒを小さくできる。

さて、上に実施の形態を説明した全天周型の撮像システムは、図２に示す如く一体化された２つの撮像系Ａ、Ｂが全体として単一の鏡筒で保持されている。

図３は、図１、図２に示した撮像システムにおける温度変化の影響を説明するための図である。

撮像システムは、基準温度を２０℃とし、基準温度：２０℃に対して±２０℃の範囲で良好に使用できるように設計・作製されている。

図３において、実線は「基準温度における状態」を示し、破線は「基準温度から温度が上昇したときの状態」を示している。

温度上昇に伴い、鏡筒を構成する材料が線膨張し、対物レンズＬＡ１、ＬＢ１の間が拡大する。即ち、前述の最大画角間距離：Ｍが増大する。

最大画角間距離：Ｍが増大すると、これら対物レンズＬＡ１、ＬＢ１の共通の光軸ＡＸに直交する方向における画角が変化することに成る。

図３は、最大画角間距離：Ｍの増大と共に、上記方向において１０００ｍｍだけ離れた物点Ｐ０に対して「画角のずれる様子」を示している。

説明中の実施の形態においては、全天周型の撮像システムは、２つの撮像素子を組み合わせてなる。

そして、Ｍ、θ、Ｙ、Ｌ、ｋ、ΔＴ、ｆ_ΔT、ｐの各量が、以下の条件（１）、（２）を満足する。

（１） arctan(1000/(M・k・ΔT+L))-arctan(1000/M))・Y/θ<3p
（２） Y・f_ΔT/f<3p 。

上記「Ｍ」は最大画角間距離、「θ」は結像光学系（広角レンズ）の最大半画角、「ｆ」は結像光学系の焦点距離、「Ｙ」は結像光学系の最大像高である。

「Ｒ」は、前述の「撮像システム中心部から対物レンズの頂点までの距離（図２参照）」である。

「Ｌ」は、「Ｒ」と半画角：θにより「（−Ｒ・ｔａｎθ）により定義される距離」である。

「ｋ」は、結像光学系の２以上のレンズを保持する鏡筒の線膨張係数であり単位は「１/℃」である。

「ΔＴ」は、基準温度（２０度）から「−２０＜ΔＴ＜２０℃の範囲内の温度変化量」で、単位は「℃」である。

「ｆ_ΔT」は、温度変化：ΔＴに伴って変化した焦点距離である。

上記「Ｍ、ｆ、Ｙ、Ｒ、Ｌ、ｆ_ΔT」は、何れも長さの次元を持ち、その単位は「ｍｍ」である。「θ」の単位は「度」である。

「ｐ」は、固体撮像素子の１画素の大きさである。

上記「Ｍ、ｆ、Ｙ、Ｒ、Ｌ、ｆ_ΔT」のうち、「ｆ、Ｙ、ｆ_ΔT」は、各結像光学系の光学特性である。また「Ｍ、Ｒ、Ｌ」は結像光学系相互の位置関係を定める。

「ｋ」は、各結像光学系を保持する鏡筒の材料により定まる。

条件（１）式の左辺は、温度変化に伴い上記「１０００ｍｍだけ離れた物点」に対する画角のずれ量であり、「繋ぎ位置の変動量」である。

条件（１）は、この「ずれ量」が、条件（１）の右辺の３Ｐ（固体撮像素子上の３画素の大きさ）よりも小さいことを表している。

条件（２）の左辺は、温度変化：ΔＴに伴う結像光学系（広角レンズ）の「倍率変動量」を表している。従って、条件（２）が満足されれば倍率変動量も３画素の大きさよりも小さい。

従って、条件（１）、（２）が満足されれば、「繋ぎ位置の変動量」も「倍率変動量」も各固体撮像素子の３画素未満になる。

換言すれば、条件（１）、（２）が満足されるように、各結像光学系の光学特性、相互の位置関係、鏡筒の材料と、を調整するのである。

条件（１）、（２）が満足されれば、２つの撮像系による撮像画像を継ぎ合わせたとき、温度変化があっても、画像の継ぎ目部分の「違和感」を有効に軽減できる。

「継ぎ合わされた画像の継ぎ目部分」の違和感をなくすには「Ｍ、ｆ、Ｙ、Ｒ、Ｌ、ｆ_ΔT、ｐ」が条件（１）、（２）に代えて、以下の条件（１Ａ）を満足するのが良い。

（１Ａ） arctan(1000/(M・k・ΔT+L))-arctan(1000/M))・Y/θ+Y・f_ΔT/f<3p
条件（１Ａ）は、「繋ぎ位置の変動量」と「倍率変動量」の総和が各固体撮像素子の３画素未満になる条件である。

条件（１Ａ）を満足させることにより、「継ぎ合わされた画像の継ぎ目部分」の違和感をなくすことができる。

以下、撮像系と結像光学系（広角レンズ）の具体的な例を挙げる。

結像光学系に関するデータは以下にあげるとおりである。

以下に挙げるデータは、図１に示した２つの撮像系Ａ、Ｂに関するものである。撮像系Ａ、Ｂは「同一仕様」であるから、以下のデータは各撮像系に共通である。

距離：ｄ１は、撮像系Ａの広角レンズの「入射瞳と直角プリズムＰＡの反射面との光軸上の距離」である。
距離：ｄ２は、撮像系Ｂの広角レンズの「入射瞳とプリズムＰＢの反射面との光軸上の距離」である。

以下において、ｆは全系の焦点距離、ＮｏはＦナンバ、ωは画角である。

「面番号」は、物体側から順次１〜２２とし、これらはレンズ面、プリズムの入・射出面および反射面、絞りの面、撮像センサのフィルタの面や撮像面を示す。

「ｒ」は、各面の曲率半径であり、非球面に合っては「近軸曲率半径」である。

「Ｄ」は面間隔、「Ｎｄ」はｄ線の屈折率、「νd」はアッベ数である。また物体距離は無限遠である。長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

「具体例」
ｆ＝０．７５、Ｎｏ＝２．１４、ω＝１９０度
面番号 ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
１ １７．１ １．２ １．８３４８０７ ４２．７２５３２４
２ ７．４ ２．２７
３＊ −１８０９ ０．８ １．５３１１３１ ５５．７５３８５８
４＊ ４．５８ ２
５ １７．１ ０．７ １．６３９９９９ ６０．０７８１２７
６ ２．５ １．６
７ ∞ ０．３
８ ∞ ５ １．８３４０００ ３７．１６０４８７
９ ∞ １．９２
１０ ∞(開口絞り) ０．１５
１１ ９３．２ １．０６ １．９２２８６０ １８．８９６９１２
１２ −６．５６ １．０
１３ ３．３７ １．８６ １．７５４９９８ ５２．３２１４３４
１４ −３ ０．７ １．９２２８６０ １８．８９６９１２
１５ ３ ０．３
１６＊ ２．７ １．９７ １．５３１１３１ ５５．７５３８５８
１７＊ −２．１９ ０．８
１８ ∞ ０．４ １．５１６３３０ ６４．１４２０２２
１９ ∞ ０
２０ ∞ ０．３ １．５１６３３０ ６４．１４２０２２
２１ ∞ ０．３
２２ 撮像面 。

「非球面」
上のデータで「＊」印を付した面（前群の第２レンズの両面、および、後群の最終レンズの両面）は非球面である。

非球面形状は、周知の次式で表される。

Ｘ＝ＣＨ²／[１＋√{１−(１＋Ｋ)Ｃ²Ｈ²}]
＋Ａ４・Ｈ⁴＋Ａ６・Ｈ⁶＋Ａ８・Ｈ⁸＋Ａ１０・Ｈ¹⁰＋Ａ１２・Ｈ¹²＋Ａ１４・Ｈ¹⁴
この式において、Ｃは近軸曲率半径の逆数(近軸曲率)、Ｈは光軸からの高さ、Ｋは円錐定数、Ａ１等は各次数の非球面係数、Ｘは光軸方向における非球面量である。
上記近軸曲率半径：ｒと円錐定数：Ｋ、非球面係数：Ａ１〜Ａ１４を与えて形状を特定する。

上記実施例の非球面データを以下に挙げる。

第３面
4ｔｈ：0.001612
6ｔｈ：-5.66534e-6
8ｔｈ：-1.99066e-7
10ｔｈ：3.69959e-10
12ｔｈ：6.47915e-12
第４面
4ｔｈ：-0.00211
6ｔｈ：1.66793e-4
8ｔｈ：9.34249e-6
10ｔｈ：-4.44101e-7
12ｔｈ：-2.96463e-10
第１６面
4ｔｈ：-0.006934
6ｔｈ：-1.10559e-3
8ｔｈ：5.33603e-4
10ｔｈ：-1.09372e-4
12ｔｈ：1.80753-5
14ｔｈ：-1.52252e-7
第１７面
4ｔｈ：0.041954
6ｔｈ：-2.99841e-3
8ｔｈ：-4.27219e-4
10ｔｈ：3.426519e-4
12ｔｈ：-7.19338e-6
14ｔｈ：-1.69417e-7 。

上記非球面の表記において例えば「-1.69417e-7」は「-1.69417×10-7」を意味する。
また、「４ｔｈ〜１４ｔｈ」は、それぞれ「Ａ４〜Ａ１４」である。

最大画角間距離：Ｍは１７．５ｍｍ、最大像高：Ｙは１．６ｍｍである。最大半画角：θ＝９５度である。焦点距離：ｆ＝０．７５ｍｍである。

図示されない鏡筒は「三菱エンジニアリングプラスチックス社製のＧＳ２０１０ＭＲ２（商品名 線膨張係数：ｋ＝５．４ｅ−５［／度］）」を材料として想定した。

上記広角レンズと鏡筒材料の具体例を用いて、条件（１）の左辺を計算した。
基準温度は上述の如く「２０℃」であり、ΔＴを±２０℃として計算を行った。

図４（ａ）に結果を示す。この図において、横軸は「鏡筒材料の線膨張係数」を表し、縦軸はずれ量を「画素数」で示している。

計算は、線膨張係数：ｋの値（ｋ＝１ｅ−５、ｋ＝５．４ｅ−５、ｋ＝１ｅ−４（/℃））の３点で行った。

図４（ａ）におけるグラフ線４−１は、温度が２０℃から２０℃上昇したとき、すなわち４０℃の計算値である。

グラフ線４−２は、２０℃から２０℃下降したとき、すなわち０℃の計算値である。

グラフ線４−１は、縦軸をｙ、横軸をｘとする直線の方程式「ｙ＝-6348.2ｘ＋2.1」上に乗っており、グラフ線４−２は方程式「ｙ＝5718.0ｘ-2.4」上に乗っている。

図４（ｂ）は、最大画角間距離：Ｍの変化による「継ぎ合わせ位置の変化」を示している。
図４（ｂ）において、横軸は鏡筒材料の線膨張係数：ｋ、縦軸は継ぎ合わせ位置のずれ量を画素基準で示している。

計算は、線膨張係数：ｋの値（ｋ＝１ｅ−５、ｋ＝５．４ｅ−５、ｋ＝１ｅ−４（/℃））の３点で行った。

図４（ｂ）におけるグラフ線４−３は、温度が２０℃から２０℃上昇したとき、すなわち４０℃の計算値である。

グラフ線４−４は、２０℃から２０℃下降したとき、すなわち０℃の計算値である。

グラフ線４−３は、縦軸をｙ、横軸をｘとする直線の方程式「ｙ＝160.56ｘ」上に乗っており、グラフ線４−２は方程式「ｙ＝-160.560ｘ」上に乗っている。

図のように、ΔＴ＝±２０℃の範囲において、上記線膨張係数：ｋの範囲：ｋ＝１ｅ−５〜１ｅ−４（/℃）では、条件（１）、（２）が満足されている。

従って、上記「三菱エンジニアリングプラスチックス社製のＧＳ２０１０ＭＲ２（商品名」は鏡筒の材料として適合している。

なお、上に説明した例では、２つの撮像例では、２つの撮像系が同一鏡筒に保持された例であるが、これら撮像系を別個に保持した場合にもこの発明の適用は可能である。

Ａ 撮像系
Ｂ 撮像系

特開２０１０−２７１６７５号公報 特許第３２９０９９３号公報 特開平０６‐１８６４６６

Claims (3)

1. 結像光学系と、該結像光学系による結像光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する撮像系を２以上有する撮像システムにおいて、
   基準温度からの温度変化に伴う結像光学系の倍率変動量と、各固体撮像素子の出力画像を繋ぎ合わせる繋ぎ位置の変動量が何れも、前記各固体撮像素子の３画素未満になるように、各結像光学系の光学特性と、前記結像光学系相互の位置関係と、前記各結像光学系を保持する鏡筒の材料とを調整したことを特徴とする撮像システム。
2. 請求項１記載の撮像システムにおいて、
   ９０度を超える半画角を有する結像光学系と、該結像光学系による結像光を画像信号に変換する固体撮像素子と、を有する同一仕様の撮像系を２つ、結像光学系の対物レンズ同士が逆向きになるように組み合わせ、
   ２つの撮像系の最大画角間距離：Ｍ（ｍｍ）、
   前記結像光学系の半画角：θ、
   前記結像光学系の焦点距離：ｆ（ｍｍ）、
   前記結像光学系の最大像高：Ｙ（ｍｍ）、
   撮像システム中心部から対物レンズの頂点までの距離：Ｒ（ｍｍ）と前記半画角：θにより（−Ｒ・ｔａｎθ）により定義される距離：Ｌ（ｍｍ）、
   結像光学系の２以上のレンズを保持する鏡筒の線膨張係数：ｋ（／℃）、
   撮像システムの温度が、基準温度から−２０℃＜ΔＴ＜２０℃の範囲内でΔＴだけ変化したときの前記結像光学系の焦点距離：ｆ_ΔＴ（ｍｍ）、
   前記固体撮像素子の１画素の大きさ：p
   が、条件：
   （１） arctan(1000/(M・k・ΔT+L))-arctan(1000/M))・Y/θ<3p
   （２） Y・f_ΔＴ/f<3p
   を満足することを特徴とする撮像システム。
3. 請求項２記載の撮像システムにおいて、
   ２つの撮像系の最大画角間距離：Ｍ（ｍｍ）、
   前記結像光学系の半画角：θ、
   前記結像光学系の焦点距離：ｆ（ｍｍ）、
   前記結像光学系の最大像高：Ｙ（ｍｍ）
   撮像システム中心部から対物レンズの頂点までの距離：Ｒ（ｍｍ）と前記半画角：θにより（−Ｒ・ｔａｎθ）により定義される距離：Ｌ（ｍｍ）、
   結像光学系の２以上のレンズを保持する鏡筒の線膨張係数：ｋ（／℃）、
   撮像システムの温度が、基準温度から−２０＜ΔＴ＜２０℃の範囲内でΔＴだけ変化したときの前記結像光学系の焦点距離：ｆ_ΔＴ（ｍｍ）、
   前記固体撮像素子の１画素の大きさ：ｐ
   が、条件：
   （１Ａ） arctan(1000/(M・k・ΔT+L))-arctan(1000/M))・Y/θ+Y・f_ΔT/f<3p
   を満足することを特徴とする撮像システム。

Images