(57)【要約】【課題】撮像光学系をより小型にして結像性能を高める。【解決手段】物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面Ｍ１に結像する撮像光学系２０であって、少なくとも１つのレンズを含む可動レンズ２１を有し、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Ｍ１に沿って移動するように、撮像面Ｍ１に対し相対的に揺動可能に構成される。【選択図】図１
2017021197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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ることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
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ることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
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ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像光学系。
【請求項５】
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することを特徴とする請求項４に記載の撮像光学系。
０．５＜Ｌ／ＢＦ＜１．０
但し、
Ｌ：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、
ＢＦ：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。
【請求項６】
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ることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撮像光学系。
【請求項７】
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することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像光学系。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項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。
【請求項９】
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することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
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することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
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することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
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することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１３】
以下の条件式を満足することを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の撮像装置。
０＜ＦＮ2×ｃｏｓ（ＹＭ／ＳＲ）＜１００
但し、
ＦＮ：前記撮像光学系のＦナンバー、
ＹＭ：前記撮像素子の前記撮像面での最大像高、
ＳＲ：前記撮像素子の前記撮像面の曲率半径。
【請求項１４】
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ることを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
請求項１から７のいずれか一項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。
【請求項１６】
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することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
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ることを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１から７のいずれか一項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像光学系、撮像装置、撮像装置の製造方法、および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。このように、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−６１４７６号公報
【発明の概要】
【０００４】
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。
【０００５】
また、本発明に係る撮像装置は、本発明に係る撮像光学系と、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。
【０００６】
また、本発明に係る撮像装置の製造方法は、本発明に係る撮像光学系と、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。
【０００７】
また、本発明に係る撮像方法は、本発明に係る撮像光学系と、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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図２】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。
【図３】撮像素子の模式図である。
【図４】（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。
【図５】被写体をスキャンする第３の方法を示す模式図である。
【図６】第１実施形態に係る撮像装置の製造方法（および、検査・調整工程の詳細）を示すフローチャートである。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】第２実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図１０】（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。
【図１１】被写体をスキャンする第３の方法を示す模式図である。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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実施形態の撮像光学系２０を備えた撮像装置１０について説明する。第１実施形態に係る撮像装置１０が図１に示されている。なお図１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１０の断面図である。撮像装置１０は、装置本体１１および鏡筒部１２と、鏡筒部１２に収容保持された撮像光学系２０と、撮像光学系２０を鏡筒部１２内で保持して揺動させることが可能な揺動駆動部３０と、鏡筒部１２に収容された撮像素子４０と、装置本体１１に収容された制御部１５とを主体に構成される。
【００１０】
撮像光学系２０は、被写体（物体）の像を撮像素子４０の撮像面Ｍ１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Ｍ１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１５等に出力する。なお、撮像面Ｍ１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２０の像面が撮像面Ｍ１に沿って湾曲して形成される。また、撮像光学系２０の視野範囲は、撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）の範囲よりも小さい範囲に設定される。揺動駆動部３０は、撮像光学系２０を撮像面Ｍ１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の有効受光面４１内で移動させることができるようになっている。
【００１１】
制御部１５には、撮像素子４０および揺動駆動部３０と、装置本体１１の外側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とが電気的に接続される。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と電気的に接続可能に構成される。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。また、入出力部１６は、撮像装置１０により撮像取得さ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に出力することができる。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画像表示を行うことができる。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た被写体の画像データを記憶する。制御部１５は、撮像素子４０、揺動駆動部３０、入出力部１６、記憶部１７等をそれぞれ制御する。また、制御部１５は、撮像素子４０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。
【００１２】
次に、撮像光学系２０、撮像素子４０、および揺動駆動部３０について説明する。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。なお、揺動駆動部３０により揺動可能な可動レンズ２１に含まれるレンズは、撮像光学系２０に含まれる全てのレンズである。また、図１〜図２において、図示を明瞭にするため、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の視野範囲を撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）の範囲よりも小さい範囲に制限する。なお、撮像光学系２０の視野範囲は、撮像素子４０の有効受光面４１における１画素分の領域以上の範囲で制限される。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。
【００１３】
撮像素子４０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。なお、撮像素子４０は、鏡筒部１２側に設けられた撮像素子保持部（図示せず）に取り付け保持され、当該撮像素子保持部において撮像素子４０の取り付け位置を調整可能に構成される。撮像素子４０には、有効受光面４１が形成されて撮像光学系２０からの光を受光可能な有効受光部４２が設けられる。有効受光面４１は、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲して形成される。本実施形態においては、撮像素子４０の有効受光面４１によって撮像面Ｍ１の全面が構成される。
【００１４】
有効受光部４２は、図３に示すように、有効受光面４１に沿って二次元的に配置された複数の画素４５，４５，…と、各画素４５，４５，…に設けられた光電変換器（図示せず）とを有して構成される。各画素４５，４５，…は、例えば、撮像光学系２０の光軸Ｚ１に沿った方向と直交する方向で図１の紙面に直交する方向（以降、説明のためＸ１方向と称する）に沿ってｍ個（ｍは２以上の自然数）、撮像光学系２０の光軸Ｚ１に沿った方向とＸ１方向との両方に直交する方向（以降、説明のため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。
【００１５】
図３に示すように、撮像素子４０には、光電変換器（図示せず）により各画素４５，４５，…で発生する電気信号に基づいた画像データを出力する出力部４６と、出力部４６に電気信号を送信する画素を、各画素４５，４５，…のうちいずれかに切り換えるＸ方向切換器４７およびＹ方向切換器４８とが設けられる。Ｘ方向切換器４７は、出力部４６に電気信号を送信する画素を、Ｘ１方向に並ぶ画素の列において、当該画素の列の一端（図３の左端）からＸ１方向に１画素ずつ順次切り換えることができる。Ｙ方向切換器４８は、Ｘ方向切換器４７により切り換えられる画素の列を、撮像素子４０の一端（図３の上端）からＹ１方向に１列ずつ順次切り換えることができる。なお、出力部４６による画像データの出力方法はこの限りでない。
【００１６】
揺動駆動部３０は、図１に示すように、レンズ保持部３１と、第１駆動部３２と、第２駆動部３３とを有して構成される。レンズ保持部３１は、撮像光学系２０を保持可能な筒状に形成される。レンズ保持部３１は、ジンバル機構等を用いて、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上に設定された揺動中心点Ｐ１を中心に、撮像光学系２０を保持した状態で２軸揺動可能に構成される。これにより、可動レンズ２１は、図１〜図２に示すように、視野絞り２５および開口絞り２６と一体的に、揺動中心点Ｐ１を中心に揺動可能に構成される。可動レンズ２１が視野絞り２５および開口絞り２６と一体的に揺動することで、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）内で移動し、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凹面状の撮像面Ｍ１に沿って移動する。
【００１７】
なお、揺動中心点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
される。また、揺動中心点Ｐ１の位置は、物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面Ｍ１の曲率中心の位置またはその近傍に設定される。
【００１８】
第１駆動部３２は、サーボモータ等を用いて構成され、例えば、揺動中心点Ｐ１を通ってＸ１方向に延びる第１の揺動軸を中心に、撮像光学系２０とともにレンズ保持部３１を揺動させる（図２を参照）。第２駆動部３３は、サーボモータ等を用いて構成され、例えば、揺動中心点Ｐ１を通ってＹ１方向に延びる第２の揺動軸を中心に、撮像光学系２０とともにレンズ保持部３１を揺動させる。揺動駆動部３０の第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。そのため、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）内で二次元的に移動可能となり、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凹面状の撮像面Ｍ１に沿って二次元的に移動可能となる。これにより、揺動駆動部３０により撮像光学系２０を揺動させることで、撮像光学系２０の視野範囲よりも広い範囲の被写体をスキャンして撮像することができる。また、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凹面状の撮像面Ｍ１に沿って移動するため、ブレ補正を行うこともできる。
【００１９】
本実施形態では、揺動駆動部３０により撮像光学系２０を揺動させて、撮像光学系２０の視野範囲を撮像光学系２０の光軸Ｚ１に沿った方向と直交する方向に沿って変位させ、被写体を縦横にスキャンして撮像可能に構成される。例えば、図４（ａ）に示すように、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１を撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）に対して、Ｙ１方向に沿って並列にずらしながら、Ｘ１方向に沿って一方向に変位させることで、被写体を縦横にスキャンして撮像可能に構成される。これにより、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になるため、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。
【００２０】
なお、図４（ｂ）に示すように、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１を撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）に対して、Ｙ１方向に沿って並列にずらしながら、Ｘ１方向と−Ｘ１方向とに沿って交互に、すなわち一方向と他方向とで交互に変位させるようにしてもよい。これにより、撮像光学系２０の視野範囲を最小限の変位量で変位させることができるため、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にスキャンして撮像することができる。
【００２１】
また、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３０により撮像光学系２０を揺動させて、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１を撮像光学系２０の光軸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）に変位させ、被写体を光軸回りにスキャンして撮像可能に構成されてもよい。例えば、図５に示すように、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１を撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）に対して、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１の回転半径に沿った方向（以降、説明のためＲ１方向と称する）に沿って並列にずらしながら、θ１方向に沿って一方向に変位させることで、被写体を光軸回りにスキャンして撮像可能に構成されてもよい。これにより、撮像光学系２０の視野範囲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。
【００２２】
また、本実施形態において、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。
【００２３】
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Ｍ１との間の光軸上の距離。
【００２４】
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Ｍ１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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、本実施形態において、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。
【００２７】
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Ｍ１での最大像高、
ＳＲ：撮像素子４０の撮像面Ｍ１（有効受光面４１）の曲率半径。
【００２８】
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Ｍ１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Ｍ１に沿って移動する際の当該撮像面Ｍ１における最大の像高である。
【００２９】
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。
【００３０】
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が所定の開始位置、例えば、図４（ａ）に示すように、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１が撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）におけるＸ１方向およびＹ１方向の一端（図４（ａ）における左上端）に重なる位置に移動するように、撮像光学系２０を揺動させて停止させる。撮像素子４０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１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１５に出力する。
【００３１】
揺動駆動部３０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が開始位置から有効受光面４１に沿ってＸ１方向に所定の距離だけ揺動した揺動位置、例えば、図４（ａ）に示すように、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１が有効受光面４１におけるＸ１方向およびＹ１方向の一端からＸ１方向に変位して揺動前の視野範囲に隣接する（もしくは、一部が重なる）位置に移動するように、撮像光学系２０を揺動させて停止させる。撮像素子４０は、撮像光学系２０の
光軸Ｚ１が揺動位置に位置する揺動状態（第２状態）で被写体像を撮像し、揺動状態で撮像した画像データ（第２画像データ）を制御部１５に出力する。
【００３２】
揺動駆動部３０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が前述の揺動位置からさらにＸ１方向に所定の距離だけ揺動した揺動位置に移動するように、撮像光学系２０を揺動させて停止させる。撮像素子４０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が揺動位置に位置する揺動状態で被写体像を撮像し、揺動状態で撮像した画像データを制御部１５に出力する。撮像光学系２０の光軸Ｚ１が有効受光面４１のＸ１方向の他端側に達するまで、上述と同様にして、揺動駆動部３０による撮像光学系２０のＸ１方向への揺動と、撮像素子４０による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。
【００３３】
撮像光学系２０の光軸Ｚ１が有効受光面４１のＸ１方向の他端側に達すると、揺動駆動部３０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が開始位置から有効受光面４１に沿ってＹ１方向に所定の距離だけ揺動した揺動位置、例えば、図４（ａ）に示すように、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１が有効受光面４１におけるＸ１方向およびＹ１方向の一端からＹ１方向に変位して揺動前の視野範囲に隣接する（もしくは、一部が重なる）位置に移動するように、撮像光学系２０を揺動させて停止させる。撮像素子４０は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が揺動位置に位置する揺動状態で被写体像を撮像し、揺動状態で撮像した画像データを制御部１５に出力する。
【００３４】
そして、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が有効受光面４１のＸ１方向の他端側に達するまで、上述と同様にして、揺動駆動部３０による撮像光学系２０のＸ１方向への揺動と、撮像素子４０による被写体像の撮像および画像データの出力が繰り返され、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が有効受光面４１のＹ１方向の他端側に達するまで、揺動駆動部３０による撮像光学系２０のＹ１方向への揺動が繰り返される。
【００３５】
制御部１５は、撮像素子４０から出力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。制御部１５は、合成した被写体の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の表示部に被写体の画像を表示させることができる。このようにして、撮像光学系２０の視野範囲Ａ１を撮像素子４０の有効受光面４１（撮像面Ｍ１）に対して、Ｙ１方向に沿って並列にずらしながら、Ｘ１方向に沿って一方向に変位させることで、被写体を縦横にスキャンして撮像することができる。
【００３６】
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Ｍ１に沿って移動するように、撮像面Ｍ１に対し相対的に移動可能に構成される。これにより、撮像光学系２０をより小型にして結像性能を高めるために、撮像光学系２０の視野範囲が狭くなっても、可動レンズ２１を撮像面Ｍ１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をより小型にして結像性能を高めることが可能になる。
【００３７】
なお、可動レンズ２１の撮像面Ｍ１に対する相対的な移動は、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る。これにより、可動レンズ２１の相対移動範囲を最小限に抑えることができるため、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可能になる。
【００３８】
また、可動レンズ２１に含まれるレンズは、撮像光学系２０に含まれる全てのレンズで
ある。これにより、可動レンズ２１を相対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。
【００３９】
また、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る。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。
【００４０】
また、可動レンズ２１の撮像面Ｍ１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る。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Ｍ１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。
【００４１】
また、撮像面Ｍ１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。
【００４２】
また、撮像光学系２０の視野範囲は、撮像素子４０の有効受光面４１の範囲よりも小さくなっている。これにより、可動レンズ２１を撮像面Ｍ１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をより小型にして結像性能を高めることが可能になる。
【００４３】
また、可動レンズ２１が撮像面Ｍ１に対し相対移動することにより、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が有効受光面４１内で移動するように構成される。これにより、撮像光学系２０の視野範囲を有効受光面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。
【００４４】
また、撮像素子４０は、可動レンズ２１が撮像面Ｍ１に対し相対移動する前の第１状態（開始状態）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Ｍ１に対し相対移動した後の第２状態（揺動状態）で被写体像を撮像した第２画像データとを出力するように構成される。これにより、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。
【００４５】
また、可動レンズ２１の撮像面Ｍ１に対する相対的な移動は、物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面Ｍ１の曲率中心の位置またはその近傍を中心とする揺動である。これにより、可動レンズ２１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。
【００４６】
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６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。
【００４７】
次に、検査・調整工程（ステップＳＴ１２０）の一部について説明する。検査・調整工程において、撮像素子４０の取り付け位置を調整する際、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の有効受光面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、前述のスキャンを行わずに、第１のテストチャートを被写体とする被写体の画像を撮像取得する。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１のテストチャートの画像が表示される。
【００４８】
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、撮像光学系２０の光軸Ｚ１上に撮像素子４０（有効受光面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。
【００４９】
次に、撮像素子４０の傾きを調整する（ステップＳＴ１２２）。このとき、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、前述のスキャンを行わずに、第２のテストチャートを被写体とする被写体の画像を撮像取得する。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。
【００５０】
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（すなわち、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。
【００５１】
なお、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。なおこの場合、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。また、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。
【００５２】
このように、第１実施形態に係る撮像装置１０の製造方法によれば、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、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。
【００５３】
なお、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。
【００５４】
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Ｍ１に対し相
対移動する前の第１状態（開始状態）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Ｍ１に対し相対移動した後の第２状態（揺動状態）で被写体像を撮像した第２画像データとを出力するように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、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）を揺動させてもよい。
【００５５】
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７を参照しながら説明する。上述の第１実施形態と同様、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）。
【００５６】
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。なお、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、Ｙ１方向に沿って並列にずれながら、Ｘ１方向に沿って一方向に移動する。
【００５７】
そして、撮像素子４０の出力部４６は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が第１画素４５ａの領域内に位置する際の（第１画素４５ａにおける）画像データと、撮像光学系２０の光軸Ｚ１が第２画素４５ｂ以降の画素の領域内に位置する際の（第２画素４５ｂ以降の画素における）各画像データとを合わせて、１つの画像データとして出力する（ステップＳＴ２０３）。このようにすれば、撮像素子４０による１度の撮像によって、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、被写体を高速にスキャンして撮像することが可能になる。
【００５８】
なおこの場合、制御部１５は、撮像素子４０から出力された被写体の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の表示部に被写体の画像を表示させることができる。
【００５９】
上述の第１実施形態において、撮像素子４０が一体で設けられ、撮像素子４０の有効受光面４１によって撮像面Ｍ１の全面が構成されているが、これに限られるものではない。例えば、図８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の湾曲量を小さくすることができるため、撮像素子の製造が容易となる。
【００６０】
なお、各撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃには、上述の第１実施形態と同様に、有効受
光面８１ａ，８１ｂ，８１ｃが形成されて撮像光学系２０からの光を受光可能な有効受光部８２ａ，８２ｂ，８２ｃが設けられる。各撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの有効受光面８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、物体側に凹面を向けるように球面状に湾曲して形成され、撮像面Ｍ１の一部を構成する。すなわち、各撮像素子８０ａ，８０ｂ，８０ｃの有効受光面８１ａ，８１ｂ，８１ｃが繋がって撮像面Ｍ１が形成される。
【００６１】
なおこの場合、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。またこの場合、撮像素子の数を多くして有効受光面を小さくすることにより、各撮像素子の有効受光面を平面状に形成することも可能である。
【００６２】
上述の第１実施形態において、撮像面Ｍ１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Ｍ１は、撮像光学系２０の光軸Ｚ１に沿った方向と直交する第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するとともに、撮像光学系２０の光軸Ｚ１に沿った方向と第１方向（Ｘ１方向）との両方に直交する第２方向（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ればよい。
【００６３】
また、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。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。
【００６４】
上述の第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く、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。また、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。また、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。
【００６５】
上述の第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。
【００６６】
上述の第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から外れた位置に配置されてもよい。
【００６７】
上述の第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、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られるようにしてもよい。
【００６８】
次に、第２実施形態の撮像光学系１２０を備えた撮像装置１１０について説明する。第
２実施形態に係る撮像装置１１０が図９に示されている。なお図９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。
【００６９】
撮像光学系１２０は、被写体（物体）の像を撮像素子１４０の撮像面Ｍ２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Ｍ２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Ｍ２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Ｍ２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。
【００７０】
なお、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Ｍ２が形成される。撮像面Ｍ２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Ｍ２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Ｍ２（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設定される。
【００７１】
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１１５に送信する。また、入出力部１１６は、撮像装置１１０により撮像取得さ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に出力することができる。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。
【００７２】
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。なお、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に構成されるが、この撮像レンズ１２１に含まれるレンズは、撮像光学系１２０に含まれる全てのレンズである。また、図９において、図示を明瞭にするため、撮像レンズ１２１を簡略化して示している。
【００７３】
視野絞り１２５は、例えば、第２正レンズ１２４と撮像素子１４０との間に配置され、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２の範囲よりも大きい範囲で、撮像光学系１２０の視野範囲を制限する。なお、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Ｍ２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。
【００７４】
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。これにより、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を中心に揺動可能に構成される。そして、撮像面Ｍ２を含む撮像素子１４０が揺動することで、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Ｍ２の揺動軌跡となる凹面に沿って移動する。
【００７５】
なお、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る。また、揺動中心点Ｐ２の位置は、物体側に凹面を向けるように湾曲した撮像面Ｍ２の曲率中心の位置またはその近傍に設定される。
【００７６】
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、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２に沿った方向と直交する方向で図９の紙面に直交する方向（以降、説明のためＸ２方向と称する）との両方に直交する方向（以降、説明のためＹ２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、Ｘ２方向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。なお、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。
【００７７】
揺動駆動部１３０の第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による同一距離の物点に応じた結像位置が、撮像面Ｍ２の揺動軌跡となる凹面に沿って二次元的に移動可能となる。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Ｍ２の範囲よりも広い範囲にわたる撮像光学系１２０の視野範囲の被写体をスキャンして撮像することができる。
【００７８】
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Ｍ２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変位させ、被写体を縦横にスキャンして撮像可能に構成される。例えば、図１０（ａ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２を撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２に対して、Ｙ２方向に沿って並列にずらしながら、Ｘ２方向に沿って一方向に変位させることで、被写体を縦横にスキャンして撮像可能に構成される。これにより、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２を変位させる際の基準位置が一定になるため、撮像面Ｍ２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。
【００７９】
なお、図１０（ｂ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２を撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２に対して、Ｙ２方向に沿って並列にずらしながら、Ｘ２方向と−Ｘ２方向とに沿って交互に、すなわち一方向と他方向とで交互に変位させるようにしてもよい。これにより、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２を最小限の変位量で変位させることができるため、撮像面Ｍ２の範囲よりも広い範囲にわたる撮像光学系１２０の視野範囲の被写体を高速にスキャンして撮像することができる。
【００８０】
また、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Ｍ２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可能に構成されてもよい。例えば、図１１に示すように、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２を撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２に対して、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２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）に沿って並列にずらしながら、θ２方向に沿って一方向に変位させることで、被写体を光軸回りにスキャンして撮像可能に構成されてもよい。これにより、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２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）を用いて容易に設定す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。
【００８１】
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。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Ｍ２が所定の開始位置、例えば、図１０（ａ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＸ２方向およびＹ２方向の一端（図１０（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Ｍ２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。
【００８２】
揺動駆動部１３０は、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２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揺動した揺動位置、例えば、図１０（ａ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＸ２方向およびＹ２方向の一端からＸ２方向に揺動して揺動前の撮像面Ｍ２の範囲に隣接する（もしくは、一部が重なる）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Ｍ２が揺動位置に位置する揺動状態（第２状態）で被写体像を撮像し、揺動状態で撮像した画像データ（第２画像データ）を制御部１１５に出力する。
【００８３】
揺動駆動部１３０は、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が前述の揺動位置からさらにＸ２方向に所定の距離だけ揺動した揺動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Ｍ２が揺動位置に位置する揺動状態で被写体像を撮像し、揺動状態で撮像した画像データを制御部１１５に出力する。撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＸ２方向の他端側に達するまで、上述と同様にして、揺動駆動部１３０による撮像素子１４０のＸ２方向への揺動と、撮像素子１４０による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。
【００８４】
撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＸ２方向の他端側に達すると、揺動駆動部１３０は、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が開始位置から撮像光学系１２０の像面に沿ってＹ２方向に所定の距離だけ揺動した揺動位置、例えば、図１０（ａ）に示すように、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＸ２方向およびＹ２方向の一端からＹ２方向に沿って揺動して揺動前の撮像面Ｍ２の範囲に隣接する（もしくは、一部が重なる）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Ｍ２が揺動位置に位置する揺動状態で被写体像を撮像し、揺動状態で撮像した画像データを制御部１１５に出力する。
【００８５】
そして、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＸ２方向の他端側に達するまで、上述と同様にして、揺動駆動部１３０による撮像素子１４０のＸ２方向への揺動と、撮像素子１４０による被写体像の撮像および画像データの出力が繰り返され、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２が撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２におけるＹ２方向の他端側に達するまで、揺動駆動部１３０による撮像素子１４０のＹ２方向への揺動が繰り返される。
【００８６】
制御部１１５は、撮像素子１４０から出力された複数の画像データを用いて、撮像素子１４０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。制御部１１５は、合成した被写体の画像データを記憶部１１７に記憶させる、また、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ことができる。このようにして、撮像素子１４０の撮像面Ｍ２を撮像光学系１２０の視野範囲Ａ２に対して、Ｙ２方向に沿って並列にずらしながら、Ｘ２方向に沿って一方向に変位させることで、被写体を縦横にスキャンして撮像することができる。
【００８７】
以上説明したように、第２実施形態によれば、撮像面Ｍ２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Ｍ２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、撮像光学系１２０をより小型にして結像性能を高めるために、撮像光学系１２０の像面が湾曲しても、撮像光学系１２０の視野範囲よりも小さくして湾曲を抑えた撮像素子１４０を撮像レンズ１２１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１２０をより小型にして結像性能を高めることが可能になる。
【００８８】
なお、撮像素子１４０の撮像レンズ１２１に対する相対的な移動は、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２上にある点（揺動中心点Ｐ２）を中心とする揺動である。揺動することにより、撮像面Ｍ２を含む撮像素子１４０の相対移動範囲を最小限に抑えることができるため、広い視野範囲を確保しつつ、撮像光学系１２０をより小型にして結像性能を高めることが可能になる。
【００８９】
また、撮像レンズ１２１に含まれるレンズは、撮像光学系１２０に含まれる全てのレンズである。これにより、撮像面Ｍ２を含む撮像素子１４０を相対移動させるための機構（揺動駆動部１３０）を単純化することができる。
【００９０】
また、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を中心に揺動可能に構成される。これにより、撮像素子１４０を揺動させても、撮像光学系１２０の視野範囲を一定の範囲に保つことができるため、撮像光学系１２０の構成を単純化することができる。
【００９１】
また、撮像面Ｍ２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、球面状（もしくは被写界深度内の非球面状）の撮像面Ｍ２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いため、撮像面Ｍ２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。なお、撮像面Ｍ２が、平面状であるか、（被写界深度外の）放物面状もしくは非球面状に湾曲している場合、撮像素子１４０を２軸揺動させるだけでは足りず、撮像素子１４０をより複雑な方向に移動させる必要があるため、撮像素子１４０を駆動するための機構および制御が複雑になる。
【００９２】
上述の第２実施形態において、撮像面Ｍ２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Ｍ２は、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２に沿った方向と直交する第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するとともに、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２に沿った方向と第１方向（Ｘ２方向）との両方に直交する第２方向（Ｙ２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ればよい。
【００９３】
また、上述に限らず、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、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。
【００９４】
上述の第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以外のレンズ（例えば、可動レンズ）を有して構成されてもよい。
【００９５】
上述の第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上に限らず、撮像光学系１２０の光軸Ｚ２から外れた位置に配置されてもよい。
【００９６】
上述の第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、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られるようにしてもよい。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。
【実施例】
【００９７】
（第１実施例）
以下、第１実施形態に係る撮像光学系２０の各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１２〜図１３および表１を用いて説明する。図１２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。
【００９８】
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の視野範囲を撮像素子４０の有効受光面４１（図１を参照）の範囲よりも小さい範囲に制限する。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る。
【００９９】
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Ｍ１（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Ｍ１での最大像高ＹＭ、撮像素子４０の撮像面Ｍ１（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。なお、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。また、［条件式対応値］には、各条件式の対応値を示す。
【０１００】
なお、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。また、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。
【０１０１】
下の表１に、第１実施例における各諸元を示す。なお、表１における第１面〜第５面の曲率半径Ｒは、図１２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。
【０１０２】
（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
【０１０３】
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。
【０１０４】
図１３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。また、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。また、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。以上、収差図の説明は他の実施例においても同様である。
【０１０５】
そして、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。
【０１０６】
（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１４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１２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。
【０１０７】
下の表２に、第２実施例における各諸元を示す。なお、表２における第１面〜第５面の曲率半径Ｒは、図１２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。
【０１０８】
（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
【０１０９】
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。
【０１１０】
図１４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。
【０１１１】
（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１５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１２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。
【０１１２】
下の表３に、第３実施例における各諸元を示す。なお、表３における第１面〜第５面の曲率半径Ｒは、図１２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。
【０１１３】
（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
【０１１４】
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。
【０１１５】
図１５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。
【０１１６】
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。
【符号の説明】
【０１１７】
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  有効受光面                        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
Ｍ１，Ｍ２  撮像面
【図１】
2017021197.tif 000003
【図２】
2017021197.tif 000004
【図３】
2017021197.tif 000005
【図４】
2017021197.tif 000006
【図５】
2017021197.tif 000007
【図６】
2017021197.tif 000008
【図７】
2017021197.tif 000009
【図８】
2017021197.tif 000010
【図９】
2017021197.tif 000011
【図１０】
2017021197.tif 000012
【図１１】
2017021197.tif 000013
【図１２】
2017021197.tif 000014
【図１３】
2017021197.tif 000015
【図１４】
2017021197.tif 000016
【図１５】
2017021197.tif 000017