(57)【要約】【課題】小型の孔から覗き見するのに好適で、従来の一体型の物理的レンズ絞りを必要としないレンズ構成体を提案すること。【解決手段】小型の孔から覗き見するのに好適で、従来の一体型の物理的レンズ絞りを必要としないレンズ構成体は、その設置位置が微妙な要注意事項となる程度が比較的少なくて済み、すなわち、孔の背後に後退させられているため、見破られる危険を低減するとともに迅速に取付けることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンホールから覗き見するのに好適で、従来の対物レンズを利用しなくて済む光収束接眼型レンズ装置を備えているレンズ構成体であって、前記レンズ構成体はその第１端を越えた先の対物空間の１点まで実質上の開口絞りを突出させるよう配置されており、前記第１端は、レンズ構成体において覗き見る対象に位置的に最も近接している側の端部であり、前記実質上の開口絞りは、一体型の物理的なレンズ絞りを装備していない前記レンズ構成体に入射してその中を通過する光線束を制限することを特徴とする、レンズ構成体。
【請求項２】
前記接眼型レンズ装置は正の屈折属性を有するように成形されたレンズ素子と、前記レンズ素子に後続して負の屈折属性を有するように成形されたレンズ素子とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ構成体。
【請求項３】
前記接眼型レンズ装置は正の屈折属性を有するように成形されたレンズ素子と、前記レンズ素子に後続してメニスカスレンズに成形されたレンズ素子とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ構成体。
【請求項４】
前記接眼型レンズ装置は2枚の正の屈折属性を有するように成形されたレンズ素子と、前記2枚のレンズ素子の間に配置された負の屈折属性を有するように成形されたレンズ素子とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ構成体。
【請求項５】
前記接眼型レンズ装置は、前記レンズ構成体において覗き見る対象に位置的に最も近接している側の端部である第１端に配置された、負の屈折属性を有するように成形されたメニスカスレンズ素子と、前記メニスカスレンズ素子に後続して配置された接合複レンズ素子と、レンズ構成体の第２端に配置されて正の屈折属性を有するように成形されたメニスカスレンズ素子とを備えており、前記第２端は、レンズ構成体において画像捕獲手段に位置的に最も近接している側の端部であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ構成体。
【請求項６】
前記接眼型レンズ装置は、前記レンズ構成体において覗き見る対象に位置的に最も近接している側の端部である第１端に配置された、接合複レンズ素子と、前記接合複レンズ素子に後続して配置された正の屈折属性を有するように成形されたレンズと、レンズ構成体の第２端に配置された接合3重レンズとを備えており、前記第２端は、レンズ構成体において画像捕獲手段に位置的に最も近接している側の端部であることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ構成体。
【請求項７】
前記レンズ構成体は、レンズ構成体で中を覗き見しようとするピンホールに関して割増し設計されており、レンズ構成体によって生成される画質が前記ピンホールの寸法、形状、および、質が微妙な要注意事項となる程度が比較的少なくなるように図ったことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のレンズ構成体。
【請求項８】
前記実質上の開口絞りの直径は、覗き見する前記ピンホールの直径の寸法の1倍から5倍の範囲に入ることを特徴とする、請求項７に記載のレンズ構成体。
【請求項９】
前記実質上の開口絞りの直径は、覗き見する前記ピンホールの直径の約1.5倍であることを特徴とする、請求項７に記載のレンズ構成体。
【請求項１０】
前記レンズ構成体の最適離隔距離は可能な限り大きくなるように設計されており、レンズ構成体の取付け不備が原因で生じる百分率誤差が比較的小さくて済むように図ったことを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載のレンズ構成体。
【請求項１１】
前記レンズ構成体は物理的シャッターを組入れており、レンズ構成体の未使用時に人目に付くのを阻止するようにしたことを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のレンズ構成体。
【請求項１２】
前記レンズ構成体は1度から90度の範囲の特定の視野を提供するように最適化されていることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のレンズ構成体。
【請求項１３】
障壁に設けられたピンホールの背後に配置されると、前記障壁が物理的レンズ絞りとして作用するように、請求項１から請求項１２のいずれかに記載のレンズ構成体を使用することを含んでいる、画像を密かに得る方法。
【請求項１４】
前記レンズ構成体から前記ピンホールまでの間の距離は0.5mmから10mmの範囲に入ることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のレンズ構成体を組入れて監視を目的とした用途に付されることを特徴とする、ピンホールカメラ。
【請求項１６】
実質的に、添付の図面を参照しながら添付の明細書で説明されている内容を特徴とする、レンズ構成体。
【請求項１７】
実質的に、添付の明細書で説明されているような態様で画像を密かに得る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学レンズに関するものであり、特に、カメラ光学系のレンズに関連している。本発明はその用途が最も近いは、非常に小型の「ピンホール」カメラレンズが採用されているコンバート式監視カメラの分野である。
【背景技術】
【０００２】
ピンホールレンズは小型であるゆえに有用であり、ピンホールレンズの一典型例のレンズの直径はわずか数ミリメートルであり、効果的にレンズが隠蔽されて人目につかないようにすることができる。ピンホールカメラは、通例、壁の後ろ側、または、それ以外の障壁の背後に隠蔽され、「ピンホール」と称される小型の穴を障壁または壁に設けることで、密かに光景を見たり監視することができるようになっている。本明細書では、ピンホールは直径が2mm以下であると限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような周知のレンズの欠点は、光線を通過させてフィルムまたはセンサーもしくは人間の眼などのような画像捕獲手段上に当てることができるように光線束を制限するのに物理的絞りが必要となることである。上述のようなピンホールレンズについては、容認できる画質を提供したうえに蹴られを低減するのに、壁に設けられた孔の内側に物理的絞りが突出している必要があることが多く、見破られる危険がかなり高かった（図１を参照のこと）。使える画像を得るには、レンズから物理的絞りまでの距離も厳密に制御される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は先行技術の上記各種問題点を克服する手段として、レンズを通過する光線束を制限するのに従来の物理的絞りを必要としないレンズ構成体を提示している。これは、ピンホールそれ自体が、レンズに入射して通過することができる光線束を制限することで、従来の物理的絞りを必要としなくて済むようにした、ピンホールを通して覗き見するのに特に好適なレンズ構成体を製造することによって達成される。これを実施するにあたり、満足のゆく結果を得るためには従来の物理的絞りが使用される必要があると決めつけている、当該技術の拭い難い技術的先入観を、本発明は払拭している。
【０００５】
更に、周知のレンズ構成体においては、物理的絞りの位置は、達成される画質にとって重要である。物理的絞りをどのように移動させても、結果的に酷い光学収差と画像劣化を生じる。このような理由から、従来周知のシステムは、レンズ構成体と一体型の物理的絞りであって、その光学的位置が固定状態に維持されるようにしたものを採用している。本発明は、物理的絞りの位置が微妙な要注意事項となる程度が比較的少なくて済み、物理的絞りの機能をピンホールそれ自体が実施することができ、尚且つ、画質に顕著な損失を全く生じないレンズ構成体を提案している。よって、本発明は周知の実施例からは相当な発展を遂げているとともに、より簡易化し、レンズシステムに付随する経費を削減する。
【０００６】
従来の物理的絞りが無くて済むということは、カメラとレンズの構成体が障壁に設けられた孔から内側に突出せずに効果的に隠蔽されるということを意味する。実際、カメラ集成体はその全体が障壁に設けられた孔から後退させて設置することができ、懐中電灯を使ってレンズからの反射光がないか調べるといったような従来の方法で取付けたことが見破られる危険を相当に低減している。
【０００７】
よって、本発明は、ピンホールから覗き見するのに好適で、従来の対物レンズを利用しなくて済む光収束接眼型レンズ装置を備えているレンズ構成体を提示しており、レンズ構成体はその第１端を越えた先の対物空間の１点まで「実質上の」開口絞りを突出させる配置となっているが、この第１端は、レンズ構成体において覗き見る対象に位置的に最も近接している側の端部であり、実質上の開口絞りは、一体型の物理的なレンズ絞りを装備していないレンズ構成体に入射してその中を通過する光線束を制限することを特徴とする。
【０００８】
従来の接眼レンズでは、射出瞳は接眼レンズの背後に配置されて、光学系を出る光の量を制限していた。しかしながら、本発明においては、元の射出瞳がレンズの正面側に配置されて入射瞳として作用するとともに光学系に入射することのできる光の量を制限するように、接眼レンズの位置が逆にされている。
【０００９】
よって、本発明により提案されているレンズ構成体は、監視カメラで使用することができる点で有利である。
【００１０】
従来のレンズを利用して孔から対象を覗く場合、主たる問題点は、孔がレンズに較べてかなり小さい場合、レンズによって生成される画像が蹴られの影響を強く受けることである。更に、レンズ構成体を孔よりも背後に後退させてコンバート式の監視を行えるようにする必要がある場合、または、孔よりも背後に後退させる理由がレンズを孔に近寄せて当接させることができないからである場合、或いは、孔そのものが比較的深い場合は、上述のような蹴られは実質的に増大する。レンズ構成体が壁の背後から後退させられる距離は、本明細書中では「離隔距離」と呼び、レンズ構成体と覗き見されている対象に最も近接している側の孔の端部との間の距離と定義される。
【００１１】
本発明は先行技術に関する上述の各種問題点を解決するにあたり、光収束望遠鏡接眼レンズに類似している新規なレンズ構成体を利用しているが、類似していない点として、接眼レンズ配置を逆転させて、対象を覗き見する孔を設置する位置が、常態で眼が置かれる位置と一致するよう図っていることが挙げられる。
【００１２】
「対物域」において望遠鏡レンズ構成体の正面に在る物体に合焦させることができ、「画像域」においてレンズ構成体より背後で見ることができるように画像を生成するようにした望遠鏡が従来公知である。このような望遠鏡において使用される接眼レンズ装置は物理的なレンズ絞りを必要とはせず、というのも、このような装置は可能な限り大量の光を捕獲するように、常に対物レンズと連携して使用されるからである。対物レンズは、望遠鏡に入射することができる光線束を制限する物理的レンズ絞りを組入れており、よって、接眼レンズに入射する光を調節することができる。接眼レンズは焦点が固定されたレンズであって、物理的レンズ絞りによって定められた境界内で対象の実像を投射するものであるため、画像域内においては望遠鏡の背後でそこから或る距離だけ離隔した位置に射出瞳を形成している。この距離は、アイリリーフとして周知である。次に、対象を見るために、眼は射出瞳の位置に置かれる。この射出瞳を通過する光線のみが光学系を出ることができる。
【００１３】
このような接眼レンズ装置を逆転させることにより、射出瞳は或る種の「実質上の」開口絞りとなるが、接眼レンズ装置より前方の対物域の中まで「アイリリーフ」距離だけ突出させられる。それゆえ、このような実質上の開口絞りは、接眼レンズ装置に入射することができる光の量を制限するのである。本発明は、障壁に設けられたピンホールを通して覗き見をすることを目的としたこの種のレンズ構成体を利用するにあたり、「アイリリーフ」距離がレンズ構成体と見る対象に最も近接している側のピンホールの端部との間の距離（離隔距離）に凡そ等しくなることを確保する手段が採られる。このように、ピンホールそれ自体に入射する光線束ではなく光学系に入射する光線束を制限するのは、対物域の中まで前に突出している実質上の開口絞りであり、このようにして、レンズを利用してピンホールから覗き見する場合によく経験する蹴られに対処している。
【００１４】
本発明の要件である実質上の開口絞りを設けるために利用することができる接眼レンズ装置には、４つの基本種類がある。それらは、２枚の正の単レンズ素子を備えているラムスデン接眼レンズ、１枚の接合複レンズおよび１枚の単レンズを備えており、複レンズ面のクラウン側が単レンズに対面しているケルナー接眼レンズ、２枚の接合複レンズを備えている対称レンズであって、それぞれのクラウン側が互いに対面しているデラボーン接眼レンズ、および、強い両凸単レンズの前後両側に跨って２枚の接合複レンズが設置され、複レンズそれぞれのクラウン側が互いに対面して配置されたエルフレ接眼レンズである。しかしながら、いずれのレンズ装置であれ、上述のように実質上の開口絞りを設けることができるものを利用して、本発明によるレンズ構成体を作成することができることが分かる。
【００１５】
実際、現実の光学素子の選択は、所要の視野で決まる。例えば、狭い視野でよい場合は、ラムスデン接眼レンズの改変例を利用して、レンズ構成体の寸法を最小限にするのが有利であるが、より広角の視野が必要ならば、ケルナー接眼レンズまたはエルフレ接眼レンズがより適切である。
【００１６】
先行技術で使用されている接眼レンズ装置は独立使用する設計であったため、望遠鏡の対物レンズによって導入される収差を補償するのに収差を利用する設計にされていた。本発明は従来の対物レンズを使用しないため、そのような収差補償は必要ではなく、接眼レンズ装置を本発明で使用するのであれば使用前に改変する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来公知の監視カメラ（１）が障壁に設けられたピンホール（２）の背後に隠蔽され、物理的絞り（４）がピンホールの中まで突出するように配置されているのを例示した図である。
【図２】本発明によるレンズ構成体の一実施例が12度の視野に最適であり、障壁に設けられたピンホールの背後に配置されているのを例示した図である。
【図３】本発明によるレンズ構成体の一実施例が25度の視野に最適であり、障壁に設けられたピンホールの背後に配置されているのを例示した図である。
【図４】本発明によるレンズ構成体の一実施例が40度の視野に最適であり、障壁に設けられたピンホールの背後に配置されているのを例示した図である。
【図５】本発明によるレンズ構成体の一実施例が50度の視野に最適であり、障壁に設けられたピンホールの背後に配置されているのを例示した図である。
【図６】本発明によるレンズ構成体の一実施例が65度の視野に最適であり、障壁に設けられたピンホールの背後に配置されているのを例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
例証を挙げながら、尚且つ、本発明の概略を制限することなく、本発明によるレンズ構成体の製造に取組む多数の可能な方法をここで説明してゆく。後段の説明では、レンズ構成体の「第１端」は覗き見される物体に最も近接している端部と定義され、レンズ構成体の「第２端」は、第１端の反対側に位置し、画像捕獲手段に最も近接している端部のことである。
【００１９】
前述のように、本発明のよるレンズ構成体にどのような光学素子を採用するかの選択は、所望する視野で決まる。
【００２０】
わずか2個の光学素子を利用するだけで、約12度の視野を生じることができるが、その一方の光学素子はレンズ構成体の第１端に配置されて正の屈折属性を得るよう成形されたレンズであり、もう一方はレンズ構成体の第２端に配置されて負の屈折属性を得るよう成形されたレンズでであり、位置を逆転させた望遠接眼レンズであると説明することができる構成を呈している。この実施例の好ましい構成においては、第１の正の屈折属性に成形されたレンズは両凸状であり、第２の負の屈折属性に成形されたレンズは両凹状である。
【００２１】
このようなレンズ構成は、約1mm直径のピンホールの背後に約2.5mmの最適離隔距離を設けて作用する設計であるのが有用であり、好ましい実施例では、レンズ構成体の長さは5mmよりも短く、その有効焦点距離は約30mmであり、よって、F/30周辺で機能することになる。
【００２２】
本発明のこの実施例によるレンズ構成体は図２に例示されている。
【００２３】
2枚の光学素子しか備えていないレンズ構成体を利用することにより、約25度程度までの広角視野を達成することもできる。この実施例では、レンズ構成体はその第１端に、例えば、両凸レンズなどのような、１枚の正の屈折属性に成形されたレンズを備えており、その第２端には１枚の厚いメニスカスレンズが後続しているのが有利である。メニスカスレンズは視野平坦化部材として作用し、画像捕獲手段における画像平面をより平坦にすることにより画質を向上させる。メニスカスレンズはまた、どのような非点収差であれ、補正するのに役立つ。
【００２４】
このようなレンズ構成体は、約1mm直径のピンホールの背後に約4mmの最適離隔距離を設けて作用する設計であるのが有用であり、好ましい実施例では、レンズ構成体の長さは4mmよりも短く、その有効焦点距離は約14mmであり、よって、F/14周辺で機能することになる。
【００２５】
本発明のこの実施例によるレンズ構成体は図３に例示されている。
【００２６】
上述の２種類のレンズ構成体は位置を逆転させたラムスデン接眼レンズから進化したものとみなしても良く、所望の性能を達成するには何らかの改良を施す必要があるのが分かるが、というのも、ラムスデン接眼レンズは2枚の正の屈折属性に成形されたレンズしか備えていないからである。
【００２７】
先の実施例に較べて少しだけ複雑にしたレンズ構成体を利用することにより、約40度程度の広角視野を達成することができるが、このレンズ構成体は3枚の光学素子を備えており、そのうち2枚は正の屈折属性に成形された単レンズ素子であり、これら2枚の正レンズ素子の間に負の屈折属性に成形された1枚の単レンズ素子が配置されている。このような構成の好ましい実施例では、レンズ構成体はその第１端に１枚の両凸レンズが設けられており、この両凸レンズに後続して１枚の両凹レンズが設けられ、更に、その第２端には１枚の正の屈折属性に成形されたメニスカスレンズを備えている。これは、位置を逆転させたケルナー接眼レンズの進化型とみなしても良いが、ここでもまた、この実施例はケルナー接眼レンズの古典的様式から進展しており、というのも、通常の複レンズは2枚の単レンズに分かれているからである。これにより、中央の負レンズの他より傾斜のきつい凹面を利用して視野湾曲の問題を補正し、視野の釣り合いを取ることができるようにするとともに、この素子を一番背後の正レンズと組合せて使用することでも、収差を補正する作用を得ることができる。
【００２８】
このようなレンズ構成体は、通常は、約1mm直径のピンホールの背後に約2.5mmの最適離隔距離を設けて作用する設計であるのが有用であり、好ましい実施例では、レンズ構成体の長さは約5mmであり、その有効焦点距離は約8.5mmであり、よって、F/8.5周辺で機能することになる。
【００２９】
本発明のこの実施例によるレンズ構成体は図４に例示されている。
【００３０】
約50度程度の広角視野を達成するのに、1枚の接合複レンズの前後両側に跨って2枚の単レンズ素子が配置されたものを備えているレンズ構成体が採用される。このレンズ構成体は、位置を逆転させたケルナー接眼レンズの進化型であるとみなしても良いが、この場合、古典的様式から進展しており、1枚のメニスカスレンズ素子の形態を呈している視野平坦化部材を後部に付加している。これが有利であるのは、視野湾曲を補正するのに加えて収差の釣り合いを取るように作用するからである。この種のレンズ構成体の好ましい実施例は、その第１端に比較的厚い負の屈折属性に成形されたメニスカスレンズを備えて、離隔距離の制御を向上させるように図っており、これに後続して色消し複レンズを備えており、このレンズのクラウン側はレンズ構成体の第１端に対面して、残存している横色収差を補正するよう作用し、更にまた、第２端に正の屈折属性に成形されて視野平坦化部材として作用する単メニスカスレンズを備えて、画像平面においてより平坦な画像を得るように図っている。
【００３１】
このようなレンズ構成体は、約1mm直径のピンホールの背後に約3mmの最適離隔距離を設けて作用する設計であるのが有用であり、好ましい実施例では、レンズ構成体の長さは約9.5mmであり、その有効焦点距離は約6.5mmであり、よって、F/6.5周辺で機能することになる。
【００３２】
本発明のこの実施例によるレンズ構成体は図５に例示されている。
【００３３】
約65度程度の広角視野を達成するにあたっても、レンズ構成体の第１端に接合複レンズを設け、それに後続して、強い両凸レンズなどのような正の屈折属性に成形された単レンズを1枚設け、レンズ構成体の第２端に接合3重レンズを設ける構成が採用される。このような構成は、位置を逆転させたエルフレ接眼レンズを進化させたものであると言っても良いが、接合3重レンズを生成するのに最も後部の接合複レンズにもう1枚のレンズ素子を付加している点でエルフレレンズの古典的様式から進展している。これにより、横色収差の問題を補正することができるとともに、波長に伴う非点収差の変動も補正することができる。このような構成の好ましい実施例においては、レンズ構成体の第１端の接合複レンズは厚みのある負の屈折属性を持つように成形されたメニスカスレンズに形成するのが有利であり、このようなレンズはレンズ構成体の許容差を維持し、離隔距離を変化させるのに役立つ。
【００３４】
このようなレンズ構成体は、約1mm直径のピンホールの背後に約2mmの最適離隔距離を設けて作用する設計であるのが有用であり、好ましい実施例では、レンズ構成体の長さは約10mmであり、その有効焦点距離は約5mmであり、よって、F/5周辺で機能することになる。
【００３５】
本発明の上記のような実施例によるレンズ構成体は図６に例示されている。
【００３６】
上記以外にも、本発明によるレンズ構成体には多様な配置が考えられること、また、多様な異なる視野を達成することができることが分かる。本発明をうまく機能させるために維持される必要がある、従来公知の接眼レンズの唯一の要素は、レンズ構成体の前面に実質上の絞りを設けることである。
【００３７】
実際、レンズ構成体の正面に実質上の絞りを設けたおかげで、本発明は物理的レンズ絞りとしてピンホールを利用しなくても使える画像を生成することができる。これは、物理的レンズ絞りが無くても画像が得られることを意味している。
【００３８】
物理的絞りが従来のレンズ構成体から取外された場合、全方向から光がレンズに入射し、例えば、センサーまたはフィルムなどのような画像捕獲手段に過剰な量の光が伝播される結果となる。こうなると、画像捕獲手段は光の動的範囲に対処することができなくなり、画像解像度が劣悪となる。しかしながら、本発明はこれを克服するにあたり、実質上の開口絞りを光線束に通過させることで光線束を制限し、満足のゆく画像を形成することができるようにしている。
【００３９】
本発明によるレンズ構成体によって生成される画質は、孔を通して覗き見するのが目的ではない場合も、例えば、安全管理カメラなどのような多様な目的について容認できるレベルであり、物理的絞りを欠いていることで入射を許容される光のレベルが高くなるせいで、或る程度の画質損を生じはするものの、特にディジタルセンサーの分野における技術の進歩が今後もこのような問題をあまり重要とはならない程度に緩和してゆくことが分かる。
【００４０】
従来の一体型の物理的レンズ絞りを不要にすることができる新規なレンズ構成のおかげで、本発明は非常に小型で高品質の画像レンズを提供することができるが、このレンズは小さな孔を通して覗き見をするのに理想的なまでに好適である。更に、物理的レンズ絞りを欠いていることでレンズ構成体の複雑さを緩和し、従って、所要の構成部材の個数を低減することで、光学系に付随する経費を減じることができる。
【００４１】
しかしながら、従来のレンズ構成体では、上述のような蹴られに対処するために実質上の開口絞りを使用したとしても、孔から覗き見て良質の画像が得られるのは、ピンホールそれ自体が完全な円形で縁が平滑である場合で、尚且つ、孔が設けられている障壁が薄い場合に限られる。このような属性が適切に制御されなければ、結果として生じる画像は酷い劣化を免れない。
【００４２】
更に、物理的障壁に設けられたピンホールを使用することで潜在的に画質を向上させることができる物理的絞りを提供することができるが、障壁はいかなる態様であれレンズには接続されていないせいで、この物理的絞に従来のレンズ構成体との併用の見込みがあるとすれば、その大半はレンズ設置の精度で決まる。よって、従来公知の光学系においては、レンズ構成体の離隔距離は、レンズ（単数または複数）が原因で生じる光学収差を最小限に抑えるように注意深く制御される必要がある。このような光学系においては、比較的僅かな離隔距離の変化によっても画質は劇的に劣化させられるため、レンズが不正確に取付けられていると、相当な程度の収差が生じる結果となり、その結果として生じる画像は使い物にならなくなる。
【００４３】
これは明らかに、簡単な穿孔の背後に迅速に光学装置を取付ける必要があることが多く、穿孔の縁の質が低劣になりがちな監視目的の応用例における主たる欠点である。
【００４４】
本発明は、実質上の開口絞りを使用することにより、更にまた、割増しレンズ設計を施すことで光学収差を緩和することにより、先行技術の各種問題点を克服しており、それにより、離隔距離の変動およびピンホール欠陥に対するレンズ光学系の許容差を増大させている。このような割増し設計は、障壁に設けられた開口よりも大きな実質上の開口絞りを突出させる目的で、レンズ構成体がより径の大きいレンズを採用することを含んでいる。
【００４５】
レンズ径を増大させた効果は、レンズの環状域のうち光軸に比較的近い部位を光線に通過させることで、光線が通過するレンズの曲率を低減し、従って、結果として生じる光学収差の数と規模を低減することである。本発明はあらゆる種類の収差を低減するように作用するが、特に、球面収差およびコマ収差を低減するのに効果的である。この割増し設計はレンズの有効作用域を拡大するが、これは、ピンホールから後方に離れる方向にレンズを移動させても、それで生じる収差をそれほど増大させず済むことを意味している。これにより、ピンホールに相関的なレンズの取付けまたはレンズの移動の不備が原因でカメラ光学系に問題が生じる程度を鈍らせ、従って、有用な画像を得る確率を高めている。そうなる理由として、レンズの径を大きくすることでレンズ構成体の最適離隔距離を増大させることにより、装置の取付け不備があった場合でもそれが原因で生じる百分率誤差を低減するせいであることが挙げられる。
【００４６】
レンズを最大限にピンホールに近接させても、レンズの増加領域は利用されず、得られる画像にも影響はない。しかしながら、曲率が低下した結果として、入射光の屈折率が低下するため、一連のレンズが相互に連携して所望の焦点を達成することが必要とされる。これに代わる例として、屈折率のもっと高い素材を利用するようにしてもよい。
【００４７】
これらレンズの割増し設計は、レンズ構成体を製造するにあたり、レンズ構成体において前方に突出させられた実質上の開口絞りの寸法が、レンズ構成体を使って中を覗き見るピンホールの寸法よりも大きくなるようにしたことを特徴とする。これは、レンズ構成体の取付け時の誤差が原因でピンホールが意図した寸法よりも大きくなっても、レンズはピンホールを通過する光を全部捕獲することができることを意味しており、または、レンズ構成体が理想の離隔距離に配置されていない場合も、同様に光を全部捕獲できることを意味している。
【００４８】
本発明によるレンズの割増し設計を採用することにより、有用な画像は0.5 mmから10 mmの間の離隔距離の範囲内で容易に達成することができる。離隔距離の変動に対する許容差の量は、実質上の開口絞りの寸法が増大するにつれて増え、この寸法を制限するのは空間の制約と経費のみである。
【００４９】
実質上の開口絞りの直径はピンホールの直径の1倍から5倍の範囲に入るように割増し設計されるのが有利である。好ましい実施例においては、実質上の開口絞りは、レンズ構成体で覗き見しようとしている孔の直径の少なくとも1.5倍の大きさである。
【００５０】
よって、本発明は、広範な障壁厚さに亘って効果的に作用するレンズ構成体であって、尚且つ、ピンホールの複数の異なる径に合わせるように容易に拡大または縮小することができるレンズ構成体を提案している。ピンホールの直径は2 mmより短いのが好ましいが、本発明はもっと大きい孔に適用することもできる。本発明のこのような実施例の用途の一例として、壁に設けられたピンホールの背後に密かに設置された監視カメラが挙げられる。
【００５１】
ここで、障壁に設けられたピンホールの背後に設置されるピンホールカメラにレンズ構成体が使用される、本発明の特定の実施例について、添付の図面を参照しながら説明してゆく。
【００５２】
後段の説明は本発明の特定の実施形態の具体例にすぎず、いかなる方法であれ本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことが分かる。
【実施例】
【００５３】
図５を参照すると、本発明によるレンズ構成体（１）は、壁（３）に穿たれた約1 mm径のピンホール（２）の背後で或る離隔距離（Ｓ）後方に設置されており、標的対象（４）の画像を捕獲することができるようにしている。入射光線（５）がレンズ構成体（１）を通過して光センサー（６）に合焦されているのが例示されている。レンズ構成体（１）は実質上の開口絞りを対物空間の中まで離隔距離（Ｓ）に等しい距離だけ前方に突出させるように最適化されることで、装置に入射する光線束を制限するとともに、ピンホール（２）が原因で生じる蹴られを低減している。
【００５４】
本発明のこの実施例についてのレンズ構成体からピンホール（２）までの間の通常の離隔距離（Ｓ）は約3mmであり、光学系の全長すなわち「投射距離」は約16.5mmである。しかしながら、離隔距離（Ｓ）は、実際には、画質の損失が顕著でなければ2mmから6mmの間のいずれの距離であってもよい。これはレンズの割増し設計のおかげであり、この割増し設計によると、レンズ構成体（１）において突出している実質上の開口絞りの寸法は、通常の離隔距離に置かれたレンズに必要な寸法の約1.5倍（すなわち、3mm）になる。
【００５５】
この実施例におけるレンズ構成体（１）は、50度の視野を設けるのに最適化されており、上述のように1枚の接合複レンズ素子（７）の前後両側に跨って2枚の単レンズ素子（８および９）が設けられており、見ようとしている物体に最も近い位置にある単レンズ（８）の一例としては負の屈折属性に成形されたメニスカスレンズが挙げられ、画像捕獲手段（９）に最も近い位置にある単レンズ（９）の一例としては正の屈折属性に成形されたメニスカスレンズが挙げられる。接合複レンズ（７）のクラウン側は第１のメニスカスレンズ（８）に対面している。レンズ構成体（１）は焦点距離が6.5mmであり、よって、レンズ構成体（１）は、1mmのピンホール（２）の背後に設置されると光学速度はF/6.5となる。ピンホール（２）または壁（３）が利用されなかったとしても、位置を逆転させた接眼レンズ配置によって設けられる実質上の開口絞りによって光線束が制限されるせいで、当然のことながらレンズ構成体はF/5からF/8の範囲で作用する。
【００５６】
本発明のこの実施例による装置の画像歪曲はわずか10％であり、80c/mmにおける解像度は約0.61MTFであることが実験で分かっている。
【００５７】
レンズの焦点面に光センサー（６）（この場合は、1/3インチのCCD）が設置され、静止画像または動画を記録することができる。このような画像は局所記録されるか、または、何らかの周知の方法で遠隔受信局に送信されるか、いずれでもよいが、例えば、このような遠隔受信局は監視中の建造物の外部に停車した車両内に設置されるとよい。
【００５８】
監視カメラが見破られる可能性を更に低減するために、レンズ構成体は物理的シャッターを更に備えており、このようなシャッターはカメラの未使用時には装置が人目に付くのを阻止するように配備することができる。このようなシャッターシステムは、逆反射を除去するために光センサー（６）の正面に配備されていてもよいし、または、装置の光学識別特性を完全に除去するために（すなわち、装置から放射される迷光を全て遮断するために）レンズ集成体全体の正面に取付けられてもよい。
【００５９】
ここまで説明してきたタイプのレンズは、特定の視野を供与するのに最適化されるのが有利である。1度から90度までの間の視野が実用的であり、複数の異なる状況および要件に備えて、或る光学距離のレンズがカメラシステムと一緒に準備されるのが有用である。
【００６０】
ピンホール式の監視カメラについては、12度から65度までの間の視野を設けるようにした光学距離のレンズが特に好適であることが分かっている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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