JPH11125768A - 撮像光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結像光学系のみで得られる画角の像と付加光
学系を装着して得られる画角の像を同時に結像させるこ
とのできる撮像光学装置を提供する。 【解決手段】 物体側の第１の光軸１０４上に、結像光
学系１０１と、光束分割素子１０２と、負の光学パワー
を有する拡大光学系１０３とを順次配置する。結像光学
系１０１から射出される光束を、光束分割素子１０２に
より２光束に分割する。分割された１つの光束は、第２
の光軸１０５に沿ってそのまま結像する光束となり、分
割された他の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡
大光学系１０３に入射し、全系として結像光学系１０１
の焦点距離が拡大され画角の小さな結像する光束とな
る。分割された光束のそれぞれの結像位置に、第１の撮
像素子２０１と第２の撮像素子２０２を配置し、それぞ
れの結像する光束を、第１の撮像素子２０１と第２の撮
像素子２０２の上で画像として再生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１つの結像光学系
に光束分割素子と負の光学パワーを有する拡大光学系を
付加することにより、画角の異なる２つの画像を同時に
結像させることのできる撮像光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１つの結像光学系の焦点距離を変えて撮
像画角を変更する方法として、結像光学系の物体側に付
加光学系を装着する方法（特開平８−１２２６３６号公
報等）や結像光学系の像側に付加光学系を装着する方法
（特開平８−５９１２号公報、特開平８−１８４７５５
号公報等）がある。前者の特開平８−１２２６３６号公
報では、結像光学系の物体側にアフォーカル倍率０．４
程度のアフォーカル光学系を装着し、結像光学系の画角
を拡大している。後者の特開平８−５９１２号公報で
は、結像光学系の像側に正の光学パワーを有する付加光
学系を装着し、全系の焦点距離を縮小して画角を拡大し
ている。また、後者の特開平８−１８４７５５号公報で
は、結像光学系の像側に負の光学パワーを有する付加光
学系を装着し、全系の焦点距離を拡大して画角を縮小し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来例
は結像光学系に付加光学系を装着することで焦点距離を
変化させ画角を変え得るが、結像光学系のみで得られる
画角の像と付加光学系を装着して得られる画角の像を同
時に結像させることはできない。すなわち、どちらかの
状態の像しか結像させることができない。

【０００４】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、結像光学系のみで得
られる画角の像と付加光学系を装着して得られる画角の
像を同時に結像させることのできる撮像光学装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る撮像光学装置の構成は、第１の光軸上
に順次配置された結像光学系と光束分割素子と負の光学
パワーを有する拡大光学系とを少なくとも備えたことを
特徴とする。この撮像光学装置の構成によれば、異なる
２つの焦点距離の光学系による結像を同時に得ることが
できる。

【０００６】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、結像光学系から射出され、光束分割素子によ
り分割されて第２の光軸上で結像する光束を受光する第
１の撮像素子と、前記光束分割素子により分割されて拡
大光学系に入射し、前記拡大光学系から出射して第１の
光軸上で結像する光束を受光する第２の撮像素子とがさ
らに備わっているのが好ましい。この好ましい例によれ
ば、それぞれの結像する光束を、第１の撮像素子と第２
の撮像素子の上で画像として再生することができる。ま
た、この場合には、第１及び第２の撮像素子がＣＣＤ撮
像素子であるのが好ましい。この好ましい例によれば、
画像処理を電気的に容易に行うことができる。この場合
にはさらに、第１又は第２の撮像素子のいずれかが鏡像
型ＣＣＤ撮像素子であるのが好ましい。この好ましい例
によれば、反射作用を用いて光束分割素子が構成された
場合に、画像観察を容易に行うことができる。反射作用
を用いて光束分割素子が構成された場合、反射された分
割光束による像と拡大光学系から射出された光束による
像は互いに鏡像となるからである。また、この場合に
は、光束分割素子の光束分割強度比は、拡大光学系の焦
点距離の拡大倍率をｍとしたとき、第１の撮像素子に対
して１、第２の撮像素子に対してｍ² であるのが好まし
い。結像光学系のＦナンバをＦ１とすれば、第１の撮像
素子にはＦ１のＦナンバ光束が入射し、第２の撮像素子
には拡大光学系の焦点距離の拡大倍率ｍが掛かったｍ×
Ｆ１のＦナンバ光束が入射する。従って、光束分割素子
の光束分割強度比が第１の撮像素子に対して１、第２の
撮像素子に対してｍ² であれば、Ｆナンバの違いによる
それぞれの撮像素子上の像照度を略同一にすることがで
きる。また、この場合には、第２の撮像素子が第１の光
軸に沿って移動可能であるのが好ましい。物体距離が変
化したとき、結像位置が移動するが、第１の撮像素子上
の結像位置の移動量と第２の撮像素子上の結像位置の移
動量とは異なり、拡大光学系を通過した光束が結像する
第２の撮像素子上の結像位置の移動量の方が大きい。こ
の好ましい例によれば、物体距離が変化したとき、像の
ボケがより大きな第２の撮像素子を第１の光軸に沿って
移動させてフォーカス制御を行うことができるので、必
要な画像観察、画像処理が可能となる。また、この場合
には、結像光学系が第１の光軸に沿って移動可能である
のが好ましい。物体距離が変化したとき、結像位置が移
動する。この好ましい例によれば、結像光学系を第１の
光軸に沿って移動させ、必要に応じて第１の撮像素子に
フォーカス制御し、あるいは第２の撮像素子にフォーカ
ス制御し、あるいは第１及び第２の撮像素子に均等にボ
ケが生じる状態となるようにフォーカス制御を行うこと
ができるので、必要な画像観察、画像処理が可能とな
る。また、この場合には、結像光学系を構成するレンズ
群の一部が第１の光軸に沿って移動可能であるのが好ま
しい。この好ましい例によれば、移動すべき部分の大き
さと重量を結像光学系の全体を移動させる場合に比べて
小さくすることが可能となるので、移動のための機構等
を簡略化することができる。また、この場合には、拡大
光学系が第１の光軸に沿って移動可能であるのが好まし
い。物体距離が変化したとき、結像位置が移動するが、
第１の撮像素子上の結像位置の移動量と第２の撮像素子
上の結像位置の移動量とは異なり、拡大光学系を通過し
た光束が結像する第２の撮像素子上の結像位置の移動量
の方が大きい。この好ましい例によれば、物体距離が変
化したとき、像のボケがより大きな第２の撮像素子にフ
ォーカスを合わせるために拡大光学系を第１の光軸に沿
って移動させてフォーカス制御を行うことができるの
で、必要な画像観察、画像処理が可能となる。また、こ
の場合には、拡大光学系を構成するレンズ群の一部が第
１の光軸に沿って移動可能であるのが好ましい。この好
ましい例によれば、移動すべき部分の大きさと重量を拡
大光学系の全体を移動させる場合に比べて小さくするこ
とが可能となるので、移動のための機構等を簡略化する
ことができる。また、この場合には、結像光学系が第１
の光軸に沿って移動可能であり、拡大光学系が第１の光
軸に沿って移動可能であるのが好ましい。この好ましい
例によれば、第１の撮像素子に対しては結像光学系を第
１の光軸に沿って移動させてフォーカス制御を行い、第
２の撮像素子に対しては拡大光学系を第１の光軸に沿っ
て移動させてフォーカス制御を行うことにより、必要な
画像観察、画像処理が可能となる。また、この場合に
は、結像光学系を構成するレンズ群の一部が第１の光軸
に沿って移動可能であり、拡大光学系が第１の光軸に沿
って移動可能であるのが好ましい。この好ましい例によ
れば、移動すべき部分の大きさと重量を結像光学系の全
体を移動させる場合に比べて小さくすることが可能とな
るので、移動のための機構等を簡略化することができ
る。また、この場合には、結像光学系が第１の光軸に沿
って移動可能であり、拡大光学系を構成するレンズ群の
一部が第１の光軸に沿って移動可能であるのが好まし
い。この好ましい例によれば、移動すべき部分の大きさ
と重量を拡大光学系の全体を移動させる場合に比べて小
さくすることが可能となるので、移動のための機構等を
簡略化することができる。また、この場合には、結像光
学系を構成するレンズ群の一部が第１の光軸に沿って移
動可能であり、拡大光学系を構成するレンズ群の一部が
第１の光軸に沿って移動可能であるのが好ましい。この
好ましい例によれば、移動すべき部分の大きさと重量を
結像光学系の全体及び拡大光学系の全体を移動させる場
合に比べて小さくすることが可能となるので、移動のた
めの機構等を簡略化することができる。また、この場合
には、装置本体の移動を検出する加速度検出器がさらに
備わり、前記加速度検出器からの信号を受けて前記第１
及び第２の撮像素子の感度分布が変化するのが好まし
い。この好ましい例によれば、撮像光学装置の移動によ
る同一被写体の画像の照度変化による第１及び第２の撮
像素子からの画像信号の変化を補正することができるの
で、画像認識等の処理が容易となる。

【０００７】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、光束分割素子と結像位置との間に像反転光学
系がさらに備わっているのが好ましい。この好ましい例
によれば、反射作用を用いて光束分割素子が構成された
場合に、画像観察を容易に行うことができる。反射作用
を用いて光束分割素子が構成された場合、反射された分
割光束による像と拡大光学系から射出する光束による像
はそのままでは互いに鏡像となるが、光束分割素子と結
像位置との間に像反転光学系を設けることにより、それ
ぞれの結像する画像の方向を揃えることができるからで
ある。また、この場合には、像反転光学系が少なくとも
１つの反射鏡からなるのが好ましい。また、この場合に
は、像反転光学系が少なくとも１つのプリズムからなる
のが好ましい。

【０００８】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、光束分割素子が半透過鏡からなるのが好まし
い。

【０００９】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、光束分割素子が、半透過膜と、前記半透過膜
を挟持する一対のプリズムとからなるのが好ましい。結
像光学系と拡大光学系との間に光束分割素子を挿入する
には、結像光学系に相当なバックフォーカスが必要であ
るが、大きなバックフォーカスを確保した結像光学系を
実現することは、レンズ構成枚数の増加等を招き高コス
トになりやすい。しかし、一対のプリズムによって半透
過膜を狭持した構成の光束分割素子を用いれば、バック
フォーカスから光束分割素子が必要とする距離が光束分
割素子の機械的厚みをプリズムの屈折率で除した値とな
り、結像光学系に要求されるバックフォーカスを小さく
することができる。

【００１０】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、結像光学系が第１の光軸から略垂直方向に移
動可能であるのが好ましい。撮像光学装置が外部振動な
どによって振動したとき、得られる画像は流れたような
状態となる。この好ましい例によれば、結像光学系を第
１の光軸から略垂直方向に外部振動による画像の流れを
補正するように移動させることができるので、光軸調整
を行って正常な撮像画像を得ることができる。また、こ
の場合には、装置本体の移動を検出する加速度検出器
と、前記加速度検出器からの信号を受けて結像光学系を
移動させる駆動部とがさらに備わっているのが好まし
い。

【００１１】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、結像光学系を構成するレンズ群の一部のレン
ズ群が第１の光軸から略垂直方向に移動可能であるのが
好ましい。この好ましい例によれば、移動すべき部分の
大きさと重量を結像光学系の全体を移動させる場合に比
べて小さくすることが可能となるので、移動のための機
構等を簡略化することができる。また、この場合には、
装置本体の移動を検出する加速度検出器と、前記加速度
検出器からの信号を受けて結像光学系を構成するレンズ
群の一部のレンズ群を移動させる駆動部とがさらに備わ
っているのが好ましい。

【００１２】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、拡大光学系が第１の光軸から略垂直方向に移
動可能であるのが好ましい。撮像光学装置が外部振動な
どによって振動したとき、得られる画像は流れたような
状態となる。特に拡大光学系を透過した焦点距離の大き
い光束の方がその影響は大きい。この好ましい例によれ
ば、拡大光学系を第１の光軸から略垂直方向に外部振動
による画像の流れを補正するように移動させることがで
きるので、光軸調整を行って正常な撮像画像を得ること
ができる。また、この場合には、装置本体の移動を検出
する加速度検出器と、前記加速度検出器からの信号を受
けて拡大光学系を移動させる駆動部とがさらに備わって
いるのが好ましい。

【００１３】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、拡大光学系を構成するレンズ群の一部のレン
ズ群が第１の光軸から略垂直方向に移動可能であるのが
好ましい。この好ましい例によれば、移動すべき部分の
大きさと重量を拡大光学系の全体を移動させる場合に比
べて小さくすることが可能となるので、移動のための機
構等を簡略化することができる。また、この場合には、
装置本体の移動を検出する加速度検出器と、前記加速度
検出器からの信号を受けて拡大光学系を構成するレンズ
群の一部のレンズ群を移動させる駆動部とがさらに備わ
っているのが好ましい。

【００１４】また、前記本発明の撮像光学装置の構成に
おいては、結像光学系の前方の第１の光軸上に光軸調整
光学系がさらに備わっているのが好ましい。撮像光学装
置が外部振動などによって振動したとき、得られる画像
は流れたような状態となる。この好ましい例によれば、
光軸調整光学系により光軸調整を行って正常な撮像画像
を得ることができる。また、この場合には、光軸調整光
学系が可変頂角プリズムからなるのが好ましい。この好
ましい例によれば、可変頂角プリズムの頂角を変化させ
ることにより、光軸を調整することができる。また、こ
の場合には、光軸調整光学系がアフォーカル光学系であ
って、一部のレンズ群が第１の光軸から略垂直方向に移
動可能であるのが好ましい。この好ましい例によれば、
第１の光軸に平行に光軸調整光学系に入射した光線を、
射出時に第１の光軸から傾斜した射出光線とすることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。

【００１６】〈第１の実施の形態〉図１は本発明の第１
の実施の形態における撮像光学装置を示す概略構成図で
ある。図１に示すように、物体側には、第１の光軸１０
４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、負
の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置さ
れている。結像光学系１０１から射出された光束は、光
束分割素子１０２により２光束に分割される。分割され
た１つの光束は、第２の光軸１０５に沿ってそのまま結
像する光束となる。分割された他の１つの光束は、負の
光学パワーを有する拡大光学系１０３に入射し、全系と
して結像光学系１０１の焦点距離が拡大され画角の小さ
な結像する光束となる。このように、１つの結像光学系
１０１に光束分割素子１０２と負の光学パワーを有する
拡大光学系１０３を付加することにより、異なる２つの
焦点距離の光学系による結像を同時に得ることができ
る。

【００１７】図２は本発明の第１の実施の形態における
撮像光学装置の２つの結像位置にそれぞれ撮像素子を配
置した状態を示す概略構成図である。図２に示すよう
に、物体側には、第１の光軸１０４上に結像光学系１０
１と、光束分割素子１０２と、負の光学パワーを有する
拡大光学系１０３とが順次配置されている。結像光学系
１０１から射出された光束は、光束分割素子１０２によ
り２光束に分割される。分割された１つの光束は、第２
の光軸１０５に沿ってそのまま結像する光束となる。分
割された他の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡
大光学系１０３に入射し、全系として結像光学系１０１
の焦点距離が拡大され画角の小さな結像する光束とな
る。分割された光束のそれぞれの結像位置には、第１の
撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２が配置されてお
り、それぞれの結像する光束は、第１の撮像素子２０１
と第２の撮像素子２０２の上で画像として再生される。
れぞれの撮像素子２０１、２０２はＣＣＤ撮像素子であ
ることが、画像処理を電気的に容易に行うことができ望
ましい。

【００１８】結像光学系１０１からの射出光束は光束分
割素子１０２により分割されるが、反射作用を用いて光
束分割素子１０２が構成された場合、反射された分割光
束による像と拡大光学系１０３から射出された光束によ
る像は互いに鏡像となる。このため、第１の撮像素子２
０１又は第２の撮像素子２０２のいずれかが鏡像型ＣＣ
Ｄ撮像素子であることが、画像観察に関して望ましい。

【００１９】図１、図２に示す光束分割素子１０２は半
透過鏡により構成することができる。半透過鏡は、ガラ
ス基板上にアルミ等の金属を数百オングストローム程度
蒸着したり、誘電体材料を多層蒸着することによって得
られる。

【００２０】さらに、光束分割素子１０２は、図７に示
すように、半透過膜７０１と、半透過膜７０１を狭持す
る一対のプリズム７０２、７０３とにより構成すること
が望ましい。結像光学系１０１と拡大光学系１０３との
間に光束分割素子１０２を挿入するには、結像光学系１
０１に相当なバックフォーカスが必要である。大きなバ
ックフォーカスを確保した結像光学系１０１を実現する
ことは、レンズ構成枚数の増加等を招き高コストになり
やすい。しかし、プリズム７０２、７０３によって半透
過膜７０１を狭持した光束分割素子１０２を用いれば、
バックフォーカスから光束分割素子１０２が必要とする
距離が光束分割素子１０２の機械的厚みをプリズム７０
２、７０３の屈折率で除した値となり、結像光学系１０
１に要求されるバックフォーカスを小さくすることがで
きる。

【００２１】光束分割素子１０２の光束分割強度比は、
拡大光学系１０３の焦点距離の拡大倍率をｍとしたと
き、第１の撮像素子２０１に対して１、第２の撮像素子
２０２に対してｍ² であることが望ましい。結像光学系
１０１のＦナンバをＦ１とすれば、第１の撮像素子２０
１にはＦ１のＦナンバ光束が入射し、第２の撮像素子２
０２には拡大光学系１０３の焦点距離の拡大倍率ｍが掛
かったｍ×Ｆ１のＦナンバ光束が入射する。従って、光
束分割素子１０２の光束分割強度比が第１の撮像素子２
０１に対して１、第２の撮像素子２０２に対してｍ² で
あれば、Ｆナンバの違いによるそれぞれの撮像素子２０
１、２０２上の像照度を略同一にすることができ、画像
観察、画像処理に関して望ましい。

【００２２】〈第２の実施の形態〉図３は本発明の第２
の実施の形態における撮像光学装置を示す概略構成図で
ある。図３に示すように、物体側には、第１の光軸１０
４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、負
の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置さ
れている。また、光束分割素子１０２を通る第２の光軸
１０５上には像反転光学系３０１が配置されている。結
像光学系１０１から射出された光束は、光束分割素子１
０２により２光束に分割される。分割された１つの光束
は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３０１に入
射した後、結像する光束となる。分割された他の１つの
光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に入
射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大さ
れ画角の小さな結像する光束となる。このように、１つ
の結像光学系に光束分割素子１０２と負の光学パワーを
有する拡大光学系１０３を付加することにより、異なる
２つの焦点距離の光学系による結像を同時に得ることが
できる。また、結像光学系１０１からの射出光束は光束
分割素子１０２により分割されるが、反射作用を用いて
光束分割素子１０２が構成された場合、反射された分割
光束による像と拡大光学系１０３から射出する光束によ
る像はそのままでは互いに鏡像となる。しかし、光束分
割素子１０２と結像位置との間に像反転光学系３０１を
設けることにより、それぞれの結像する画像の方向を揃
えることができる。

【００２３】図４は本発明の第２の実施の形態における
撮像光学装置の２つの結像位置にそれぞれ撮像素子を配
置した状態を示す概略構成図である。図４に示すよう
に、物体側には、第１の光軸１０４上に結像光学系１０
１と、光束分割素子１０２と、負の光学パワーを有する
拡大光学系１０３とが順次配置されている。また、光束
分割素子１０２を通る第２の光軸１０５上には像反転光
学系３０１が配置されている。結像光学系１０１から射
出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に分
割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０５
に沿って像反転光学系３０１に入射した後、結像する光
束となる。分割された他の１つの光束は、負の光学パワ
ーを有する拡大光学系１０３に入射し、全系として結像
光学系１０１の焦点距離が拡大され画角の小さな結像す
る光束となる。分割された光束のそれぞれの結像位置に
は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２が配
置されており、それぞれの結像する光束は、第１の撮像
素子２０１と第２の撮像素子２０２の上で画像として再
生される。それぞれの撮像素子２０１、２０２はＣＣＤ
撮像素子であることが、画像処理を電気的に容易に行う
ことができ望ましい。

【００２４】図５は１つの反射鏡５０１により構成され
た像反転光学系を示す斜視図である。図５に示すよう
に、像反転光学系３０１である反射鏡５０１に入射した
入射光線５０２は、反射鏡５０１の表面で反射されて反
射光線５０３となる。このとき、入射光線５０２と反射
光線５０３を含む入射光束と反射光束は鏡像関係を持
ち、反射作用を用いた光束分割素子１０２により分割さ
れた光束は、１つの反射鏡５０１により構成された像反
転光学系３０１により正像に復元される。尚、像反転光
学系３０１を構成する反射鏡５０１は、奇数回の反射を
生じれば鏡像を正像に復元することができるので、少な
くとも１つの反射鏡５０１により構成することができ
る。

【００２５】図６は１つの直角プリズムにより構成され
た像反転光学系を示す斜視図である。図６に示すよう
に、像反転光学系３０１である直角プリズム６０１に入
射した入射光線５０２は、直角プリズム６０１の斜面で
全反射されて反射光線５０３となる。このとき、入射光
線５０２と反射光線５０３を含む入射光束と反射光束は
鏡像関係を持ち、反射作用を用いた光束分割素子１０２
により分割された光束は、１つの直角プリズム６０１に
より構成された像反転光学系３０１により正像に復元さ
れる。尚、像反転光学系３０１を構成する直角プリズム
６０１は、奇数回の反射を生じれば鏡像を正像に復元す
ることができるので、少なくとも１つの直角プリズム６
０１により構成することができる。

【００２６】図３、図４に示す光束分割素子１０２は半
透過鏡により構成することができる。半透過鏡は、ガラ
ス基板上にアルミ等の金属を数百オングストローム程度
蒸着したり、誘電体材料を多層蒸着することによって得
られる。

【００２７】さらに、光束分割素子１０２は、図７に示
すように、半透過膜７０１と、半透過膜７０１を狭持す
る一対のプリズム７０２、７０３とにより構成すること
が望ましい。結像光学系１０１と拡大光学系１０３との
間に光束分割素子１０２を挿入するには、結像光学系１
０１に相当なバックフォーカスが必要である。大きなバ
ックフォーカスを確保した結像光学系１０１を実現する
ことは、レンズ構成枚数の増加等を招き高コストになり
やすい。しかし、プリズム７０２、７０３によって半透
過膜７０１を狭持した構成の光束分割素子１０２を用い
れば、バックフォーカスから光束分割素子１０２が必要
とする距離が光束分割素子１０２の機械的厚みをプリズ
ムの屈折率で除した値となり、結像光学系１０１に要求
されるバックフォーカスを小さくすることができる。

【００２８】光束分割素子１０２の光束分割強度比は、
拡大光学系１０３の焦点距離の拡大倍率をｍとしたと
き、第１の撮像素子２０１に対して１、第２の撮像素子
２０２に対してｍ² であることが望ましい。結像光学系
１０１のＦナンバをＦ１とすれば、第１の撮像素子２０
１にはＦ１のＦナンバ光束が入射し、第２の撮像素子２
０２には拡大光学系１０３の焦点距離の拡大倍率ｍが掛
かったｍ×Ｆ１のＦナンバ光束が入射する。従って、光
束分割素子１０２の光束分割強度比が第１の撮像素子２
０１に対して１、第２の撮像素子２０２に対してｍ² で
あれば、Ｆナンバの違いによるそれぞれの撮像素子２０
１、２０２上の像照度を略同一にすることができ、画像
観察、画像処理に関して望ましい。

【００２９】〈第３の実施の形態〉図８は本発明の第３
の実施の形態における撮像光学装置のフォーカス方法を
示す概略構成図である。図８に示すように、物体側に
は、第１の光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束分
割素子１０２と、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３とが順次配置されている。結像光学系１０１から射
出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に分
割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０５
に沿ってそのまま結像する光束となる。分割された他の
１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０
３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が
拡大され画角の小さな結像する光束となる。分割された
光束のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０１
であるＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２であるＣ
ＣＤ撮像素子が配置されており、それぞれの結像する光
束は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２の
上で画像として再生される。

【００３０】図９は本発明の第３の実施の形態における
他の撮像光学装置のフォーカス方法を示す概略構成図で
ある。図９に示すように、物体側には、第１の光軸１０
４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、負
の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置さ
れている。また、光束分割素子１０２を通る第２の光軸
１０５上には、像反転光学系３０１が配置されている。
結像光学系１０１から射出された光束は、光束分割素子
１０２により２光束に分割される。分割された１つの光
束は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３０１に
入射した後、結像する光束となる。分割された他の１つ
の光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に
入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大
され画角の小さな結像する光束となる。分割された光束
のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０１であ
るＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ
撮像素子が配置されており、それぞれの結像する光束
は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２の上
で画像として再生される。

【００３１】物体距離が変化したとき、結像位置が移動
するが、第１の撮像素子２０１上の結像位置の移動量と
第２の撮像素子２０２上の結像位置の移動量とは異な
り、拡大光学系１０３を通過した光束が結像する第２の
撮像素子２０２上の結像位置の移動量の方が大きい。こ
の場合、物体距離が変化したとき、像のボケがより大き
な第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子を矢印８
０１（図８）、９０１（図９）に示すように第１の光軸
１０４に沿って移動させてフォーカス制御することによ
り、必要な画像観察、画像処理が可能となる。

【００３２】〈第４の実施の形態〉図１０は本発明の第
４の実施の形態における撮像光学装置のフォーカス方法
を示す概略構成図である。図１０に示すように、物体側
には、第１の光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束
分割素子１０２と、負の光学パワーを有する拡大光学系
１０３とが順次配置されている。結像光学系１０１から
射出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に
分割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０
５に沿ってそのまま結像する光束となる。分割された他
の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離
が拡大され画角の小さな結像する光束となる。分割され
た光束のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０
１であるＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２である
ＣＣＤ撮像素子が配置されており、それぞれの結像する
光束は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２
の上で画像として再生される。

【００３３】図１１は本発明の第４の実施の形態におけ
る他の撮像光学装置のフォーカス方法を示す概略構成図
である。図１１に示すように、物体側には、第１の光軸
１０４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２
と、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次
配置されている。また、光束分割素子１０２を通る第２
の光軸１０５上には、像反転光学系３０１が配置されて
いる。結像光学系１０１から射出された光束は、光束分
割素子１０２により２光束に分割される。分割された１
つの光束は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３
０１に入射した後、結像する光束となる。分割された他
の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離
が拡大され画角の小さな結像する光束となる。分割され
た光束のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０
１であるＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２である
ＣＣＤ撮像素子が配置されており、それぞれの結像する
光束は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２
の上で画像として再生される。

【００３４】物体距離が変化したとき、結像位置が移動
する。この場合、結像光学系１０１を矢印１００１（図
１０）、１１０１（図１１）に示すように第１の光軸１
０４に沿って移動させ、必要に応じて第１の撮像素子２
０１であるＣＣＤ撮像素子にフォーカス制御し、あるい
は第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子にフォー
カス制御し、あるいは第１及び第２の撮像素子２０１、
２０２であるＣＣＤ撮像素子に均等にボケが生じる状態
にフォーカス制御することにより、必要な画像観察、画
像処理が可能となる。

【００３５】結像光学系１０１の全体を第１の光軸１０
４に沿って移動させる代わりに結像光学系１０１を構成
するレンズ群の一部を第１の光軸１０４に沿って移動さ
せても、第１又は第２の撮像素子２０１、２０２である
ＣＣＤ撮像素子に対しフォーカス制御を行うことができ
る。このようにすることにより、移動すべき部分の大き
さと重量を結像光学系１０１の全体を移動させる場合に
比べて小さくすることが可能となるので、移動のための
機構等を簡略化することができる。

【００３６】〈第５の実施の形態〉図１２は本発明の第
５の実施の形態における撮像光学装置のフォーカス方法
を示す概略構成図である。図１２に示すように、物体側
には、第１の光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束
分割素子１０２と、負の光学パワーを有する拡大光学系
１０３とが順次配置されている。結像光学系１０１から
射出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に
分割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０
５に沿ってそのまま結像する光束となる。分割された他
の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離
が拡大され画角の小さな結像する光束となる。分割され
た光束のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０
１であるＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２である
ＣＣＤ撮像素子が配置されており、それぞれの結像する
光束は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２
の上で画像として再生される。

【００３７】図１３は本発明の第５の実施の形態におけ
る撮像光学装置のフォーカス方法を示す概略構成図であ
る。図１３に示すように、物体側には、第１の光軸１０
４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、負
の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置さ
れている。また、光束分割素子１０２を通る第２の光軸
１０５上には、像反転光学系３０１が配置されている。
結像光学系１０１から射出された光束は、光束分割素子
１０２により２光束に分割される。分割された１つの光
束は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３０１に
入射した後、結像する光束となる。分割された他の１つ
の光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に
入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大
され画角の小さな結像する光束となる。分割された光束
のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０１であ
るＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ
撮像素子が配置されており、それぞれの結像する光束
は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２の上
で画像として再生される。

【００３８】物体距離が変化したとき、結像位置が移動
するが、第１の撮像素子２０１上の結像位置の移動量と
第２の撮像素子２０２上の結像位置の移動量とは異な
り、拡大光学系１０３を通過した光束が結像する第２の
撮像素子２０２上の結像位置の移動量の方が大きい。こ
の場合、物体距離が変化したとき、像のボケがより大き
な第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子にフォー
カスを合わせるために拡大光学系１０３を矢印１２０１
（図１２）、１３０１（図１３）に示すように第１の光
軸１０４に沿って移動させてフォーカス制御することに
より、必要な画像観察、画像処理が可能となる。

【００３９】拡大光学系１０３の全体を第１の光軸１０
４に沿って移動させる代わりに拡大光学系１０３を構成
するレンズ群の一部を第１の光軸１０４に沿って移動さ
せても、第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子に
対しフォーカス制御を行うことができる。このようにす
ることにより、移動すべき部分の大きさと重量を拡大光
学系１０３の全体を移動させる場合に比べて小さくする
ことが可能となるので、移動のための機構等を簡略化す
ることができる。

【００４０】〈第６の実施の形態〉図１４は本発明の第
６の実施の形態における撮像光学装置のフォーカス方法
を示す概略構成図である。図１４に示すように、物体側
には、第１の光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束
分割素子１０２と、負の光学パワーを有する拡大光学系
１０３とが順次配置されている。結像光学系１０１から
射出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に
分割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０
５に沿ってそのまま結像する光束となる。分割された他
の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離
が拡大され画角の小さな結像する光束となる。分割され
た光束のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０
１であるＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２である
ＣＣＤ撮像素子が配置されており、それぞれの結像する
光束は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２
の上で画像として再生される。

【００４１】図１５は本発明の第６の実施の形態におけ
る撮像光学装置のフォーカス方法を示す概略構成図であ
る。図１５に示すように、物体側には、第１の光軸１０
４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、負
の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置さ
れている。また、光束分割素子１０２を通る第２の光軸
１０５上には、像反転光学系３０１が配置されている。
結像光学系１０１から射出された光束は、光束分割素子
１０２により２光束に分割される。分割された１つの光
束は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３０１に
入射した後、結像する光束となる。分割された他の１つ
の光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に
入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大
され画角の小さな結像する光束となる。分割された光束
のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０１であ
るＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ
撮像素子が配置されており、それぞれの結像する光束
は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２の上
で画像として再生される。

【００４２】物体距離が変化したとき、結像位置が移動
するが、第１の撮像素子２０１上の結像位置の移動量と
第２の撮像素子２０２上の結像位置の移動量とは異な
る。第１の撮像素子２０１であるＣＣＤ撮像素子に対し
ては結像光学系１０１を矢印１４０１（図１４）、１５
０１（図１５）に示すように第１の光軸１０４に沿って
移動させてフォーカス制御を行い、第２の撮像素子２０
２であるＣＣＤ撮像素子に対しては拡大光学系１０３を
矢印１４０２（図１４）、１５０２（図１５）に示すよ
うに第１の光軸１０４に沿って移動させてフォーカス制
御を行うことにより、必要な画像観察、画像処理が可能
となる。

【００４３】結像光学系１０１の全体を第１の光軸１０
４に沿って移動させる代わりに結像光学系１０１を構成
するレンズ群の一部を第１の光軸１０４に沿って移動さ
せても、第１の撮像素子２０１であるＣＣＤ撮像素子に
対しフォーカス制御を行うことができる。同様に、拡大
光学系１０３の全体を第１の光軸１０４に沿って移動さ
せる代わりに拡大光学系１０３を構成するレンズ群の一
部を第１の光軸１０４に沿って移動させても、第２の撮
像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子に対しフォーカス制
御を行うことができる。このようにすることにより、移
動すべき部分の大きさと重量を結像光学系１０１の全体
あるいは拡大光学系１０３の全体を移動させる場合に比
べて小さくすることが可能となるので、移動のための機
構等を簡略化することができる。結像光学系１０１及び
拡大光学系１０３への光学系全体の移動とレンズ群の一
部の移動の適用は、自由に組み合わせることができる。
例えば、結像光学系１０１を構成するレンズ群の一部を
第１の光軸１０４に沿って移動させて第１の撮像素子２
０１であるＣＣＤ撮像素子に対しフォーカス制御を行
い、拡大光学系１０３を第１の光軸１０４に沿って移動
させて第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子に対
しフォーカス制御を行うことができる。また、結像光学
系１０１を第１の光軸１０４に沿って移動させて第１の
撮像素子２０１であるＣＣＤ撮像素子に対しフォーカス
制御を行い、拡大光学系１０３を構成するレンズ群の一
部を第１の光軸１０４に沿って移動させて第２の撮像素
子２０２であるＣＣＤ撮像素子に対しフォーカス制御を
行うことができる。また、結像光学系１０１を構成する
レンズ群の一部を第１の光軸１０４に沿って移動させて
第１の撮像素子２０１であるＣＣＤ撮像素子に対しフォ
ーカス制御を行い、拡大光学系１０３を構成するレンズ
群の一部を第１の光軸１０４に沿って移動させて第２の
撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像素子に対しフォーカス
制御を行うことができる。

【００４４】〈第７の実施の形態〉図１６は本発明の第
７の実施の形態における撮像光学装置の光軸調整方法を
示す概略構成図である。図１６に示すように、物体側に
は、第１の光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束分
割素子１０２と、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３とが順次配置されている。結像光学系１０１から射
出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に分
割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０５
に沿ってそのまま結像する光束となる。分割された他の
１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０
３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が
拡大され画角の小さな結像する光束となる。

【００４５】図１７は本発明の第７の実施の形態におけ
る他の撮像光学装置の光軸調整方法を示す概略構成図で
ある。図１７に示すように、物体側には、第１の光軸１
０４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、
負の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置
されている。また、光束分割素子１０２を通る第２の光
軸１０５上には、像反転光学系３０１が配置されてい
る。結像光学系１０１から射出された光束は、光束分割
素子１０２により２光束に分割される。分割された１つ
の光束は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３０
１に入射した後、結像する光束となる。分割された他の
１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０
３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が
拡大され画角の小さな結像する光束となる。

【００４６】撮像光学装置が外部振動などによって振動
したとき、得られる画像は流れたような状態となる。こ
の場合、結像光学系１０１を矢印１６０１（図１６）、
１７０１（図１７）に示すように第１の光軸１０４から
略垂直方向に外部振動による画像の流れを補正するよう
に移動させることにより、光軸調整を行って正常な撮像
画像を得ることができる。それには、撮像光学装置の移
動を検出する加速度検出器（図示せず）と、加速度検出
器からの信号を受けて光軸調整を行う駆動部（図示せ
ず）とを設ける必要がある。加速度検出器としてはジャ
イロセンサ等を用いることができ、駆動部としては電磁
駆動機構等を用いることができる。以上の構成により、
画振れ補正機能を有する撮像光学装置を実現することが
できる。

【００４７】結像光学系１０１の全体を第１の光軸１０
４から略垂直方向に移動させる代わりに結像光学系１０
１を構成するレンズ群の一部を第１の光軸１０４から略
垂直方向に移動させても、同様の効果が得られる。この
ようにすることにより、移動すべき部分の大きさと重量
を結像光学系１０１の全体を移動させる場合に比べて小
さくすることが可能となるので、移動のための機構等を
簡略化することができる。

【００４８】〈第８の実施の形態〉図１８は本発明の第
８の実施の形態における撮像光学装置の光軸調整方法を
示す概略構成図である。図１８に示すように、物体側に
は、第１の光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束分
割素子１０２と、負の光学パワーを有する拡大光学系１
０３とが順次配置されている。結像光学系１０１から射
出された光束は、光束分割素子１０２により２光束に分
割される。分割された１つの光束は、第２の光軸１０５
に沿ってそのまま結像する光束となる。分割された他の
１つの光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０
３に入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が
拡大され画角の小さな結像する光束となる。

【００４９】図１９は本発明の第８の実施の形態におけ
る他の撮像光学装置の光軸調整方法を示す概略構成図で
ある。図１９に示すように、物体側には、第１の光軸１
０４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０２と、
負の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順次配置
されている。また、光束分割素子１０２を通る第２の光
軸１０５上には像反転光学系３０１が配置されている。
結像光学系１０１から射出された光束は、光束分割素子
１０２により２光束に分割される。分割された１つの光
束は、第２の光軸１０５に沿って像反転光学系３０１に
入射した後、結像する光束となる。分割された他の１つ
の光束は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に
入射し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大
され画角の小さな結像する光束となる。

【００５０】撮像光学装置が外部振動などによって振動
したとき、得られる画像は流れたような状態となる。特
に拡大光学系１０３を透過した焦点距離の大きい光束の
方がその影響は大きい。この場合、拡大光学系１０３を
矢印１８０１（図１８）、１９０１（図１９）に示すよ
うに第１の光軸１０４から略垂直方向に外部振動による
画像の流れを補正するように移動させることにより、光
軸調整を行って正常な撮像画像を得ることができる。そ
れには、撮像光学装置の移動を検出する加速度検出器
（図示せず）と、加速度検出器からの信号を受けて光軸
調整を行う駆動部（図示せず）とを設ける必要がある。
加速度検出器としてはジャイロセンサ等を用いることが
でき、駆動部としては電磁駆動機構等を用いることがで
きる。以上の構成により、画振れ補正機能を有する撮像
光学装置を実現することができる。

【００５１】拡大光学系１０３の全体を第１の光軸１０
４から略垂直方向に移動させる代わりに拡大光学系１０
３を構成するレンズ群の一部を第１の光軸１０４から略
垂直方向に移動させても、同様の効果が得られる。この
ようにすることにより、移動すべき部分の大きさと重量
を拡大光学系１０３の全体を移動させる場合に比べて小
さくすることが可能となるので、移動のための機構等を
簡略化することができる。

【００５２】〈第９の実施の形態〉図２０は本発明の第
９の実施の形態における撮像光学装置を示す概略構成図
である。図２０に示すように、物体側には、第１の光軸
１０４上に光軸調整光学系２００１と、結像光学系１０
１と、光束分割素子１０２と、負の光学パワーを有する
拡大光学系１０３とが順次配置されている。結像光学系
１０１から射出された光束は、光束分割素子１０２によ
り２光束に分割される。分割された１つの光束は、第２
の光軸１０５に沿ってそのまま結像する光束となる。分
割された他の１つの光束は、負の光学パワーを有する拡
大光学系１０３に入射し、全系として結像光学系１０１
の焦点距離が拡大され画角の小さな結像する光束とな
る。このように、１つの結像光学系１０１に光束分割素
子１０２と負の光学パワーを有する拡大光学系１０３を
付加することにより、異なる２つの焦点距離の光学系に
よる結像を同時に得ることができる。

【００５３】撮像光学装置が外部振動などによって振動
したとき、得られる画像は流れたような状態となる。こ
の場合、結像光学系１０１の前方の第１の光軸１０４上
に光軸調整光学系２００１を設け、光軸調整光学系２０
０１により光軸調整を行って正常な撮像画像を得ること
ができる。

【００５４】図２２は可変頂角プリズムにより構成され
た光軸調整光学系を示す概略構成図である。図２２に示
すように、光軸調整光学系２００１は、２枚の平行平板
ガラス２２０１、２２０２と、その周囲を包むベローズ
２２０３と、平行平板ガラス２２０１、２２０２とベロ
ーズ２２０３とで囲まれた空間の中に封入された液体２
２０４とにより構成されている。少なくとも１枚の平行
平板ガラス２２０１又は２２０２は外周部に設けられた
駆動部（図示せず）により駆動され、図２３に示すよう
に２枚の平行平板ガラス２２０１、２２０２は互いに非
平行な状態となる。このとき、第１の光軸１０４に平行
に光軸調整光学系２００１に入射した光線は、射出時に
は第１の光軸１０４から傾斜した射出光線２３０１とな
る。すなわち、可変頂角プリズムからなる光軸調整光学
系２００１の頂角を変化させることにより、光軸を調整
することができる。従って、撮像光学装置が外部振動な
どによって振動したときでも、光軸調整光学系２００１
により光軸調整を行って正常な撮像画像を得ることがで
きる。

【００５５】図２４はアフォーカル光学系により構成さ
れた光軸調整光学系を示す概略構成図である。図２４に
示すように、光軸調整光学系２００１は、１組の負の光
学パワーを有するレンズ２４０１と正の光学パワーを有
するレンズ２４０２とにより構成されている。少なくと
も１枚のレンズ２４０１又は２４０２は外周部に設けら
れた駆動部（図示せず）により駆動され、図２５の矢印
２５０１に示すように第１の光軸１０４から略垂直方向
に移動される。このとき、第１の光軸１０４に平行に光
軸調整光学系２００１に入射した光線は、射出時には第
１の光軸１０４から傾斜した射出光線２３０１となる。
従って、撮像光学装置が外部振動などによって振動した
ときでも、光軸調整光学系２００１により光軸調整を行
って正常な撮像画像を得ることができる。

【００５６】これら光軸調整光学系２００１により光軸
調整するには、撮像光学装置の移動を検出する加速度検
出器（図示せず）と、加速度検出器からの信号を受けて
光軸調整光学系２００１を駆動する駆動部（図示せず）
とを設ける必要がある。加速度検出器としてはジャイロ
センサ等を用いることができ、駆動部としては電磁駆動
機構等を用いることができる。以上の構成により、画振
れ補正機能を有する撮像光学装置を実現することができ
る。

【００５７】〈第１０の実施の形態〉図２１は本発明の
第１０の実施の形態における撮像光学装置を示す概略構
成図である。図２１に示すように、物体側には、第１の
光軸１０４上に光軸調整光学系２００１と、結像光学系
１０１と、光束分割素子１０２と、負の光学パワーを有
する拡大光学系１０３とが順次配置されている。また、
光束分割素子１０２を通る第２の光軸１０５上には、像
反転光学系３０１が配置されている。結像光学系１０１
から射出された光束は、光束分割素子１０２により２光
束に分割される。分割された１つの光束は、第２の光軸
１０５に沿って像反転光学系３０１に入射した後、結像
する光束となる。分割された他の１つの光束は、負の光
学パワーを有する拡大光学系１０３に入射し、全系とし
て結像光学系１０１の焦点距離が拡大され画角の小さな
結像する光束となる。このように、１つの結像光学系に
光束分割素子１０２と負の光学パワーを有する拡大光学
系１０３を付加することにより、異なる２つの焦点距離
の光学系による結像を同時に得ることができる。

【００５８】撮像光学装置が外部振動などによって振動
したとき、得られる画像は流れたような状態となる。こ
の場合、光軸調整光学系２００１により光軸調整を行っ
て正常な撮像画像を得ることができる。それには、撮像
光学装置の移動を検出する加速度検出器（図示せず）
と、加速度検出器からの信号を受けて光軸調整光学系２
００１を駆動する駆動部（図示せず）とを設ける必要が
ある。加速度検出器としてはジャイロセンサ等を用いる
ことができ、駆動部としては電磁駆動機構等を用いるこ
とができる。以上の構成により、画振れ補正機能を有す
る撮像光学装置を実現することができる。

【００５９】図２２は可変頂角プリズムにより構成され
た光軸調整光学系を示す概略構成図である。図２２に示
すように、光軸調整光学系２００１は、２枚の平行平板
ガラス２２０１、２２０２と、その周囲を包むベローズ
２２０３と、平行平板ガラス２２０１、２２０２とベロ
ーズ２２０３とで囲まれた空間の中に封入された液体２
２０４とにより構成されている。少なくとも１枚の平行
平板ガラス２２０１又は２２０２は外周部に設けられた
駆動部（図示せず）により駆動され、図２３に示すよう
に２枚の平行平板ガラス２２０１、２２０２は互いに非
平行な状態となる。このとき、第１の光軸１０４に平行
に光軸調整光学系２００１に入射した光線は、射出時に
は第１の光軸１０４から傾斜した射出光線２３０１とな
る。すなわち、可変頂角プリズムからなる光軸調整光学
系２００１の頂角を変化させることにより、光軸を調整
することができる。従って、撮像光学装置が外部振動な
どによって振動したときでも、光軸調整光学系２００１
により光軸調整を行って正常な撮像画像を得ることがで
きる。

【００６０】図２４はアフォーカル光学系により構成さ
れた光軸調整光学系を示す概略構成図である。図２４に
示すように、光軸調整光学系２００１は、１組の負の光
学パワーを有するレンズ２４０１と正の光学パワーを有
するレンズ２４０２とにより構成されている。少なくと
も１枚のレンズ２４０１又は２４０２は外周部に設けら
れた駆動部（図示せず）により駆動され、図２５の矢印
２５０１に示すように第１の光軸１０４から略垂直方向
に移動される。このとき、第１の光軸１０４に平行に光
軸調整光学系２００１に入射した光線は、射出時には第
１の光軸１０４から傾斜した射出光線２３０１となる。
従って、撮像光学装置が外部振動などによって振動した
ときでも、光軸調整光学系２００１により光軸調整を行
って正常な撮像画像を得ることができる。

【００６１】〈第１１の実施の形態〉図２６は本発明の
第１１の実施の形態における撮像光学装置を示す概略構
成図である。図２６に示すように、物体側には、第１の
光軸１０４上に結像光学系１０１と、光束分割素子１０
２と、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３とが順
次配置されている。結像光学系１０１から射出された光
束は、光束分割素子１０２により２光束に分割される。
分割された１つの光束は、第２の光軸１０５に沿ってそ
のまま結像する光束となる。分割された他の１つの光束
は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に入射
し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大され
画角の小さな結像する光束となる。分割された光束のそ
れぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０１であるＣ
ＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２であるＣＣＤ撮像
素子が配置されており、それぞれの結像する光束は、第
１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２の上で画像
が再生される。撮像光学装置の移動を検出する加速度検
出器２６０１は、第１の画像処理器２６０２を介して第
１の撮像素子２０１に接続されていると共に、第２の画
像処理器２６０３を介して第２の撮像素子２０２に接続
されている。加速度検出器２６０１は、撮像光学装置の
移動を検出して信号を発生し、それぞれの撮像素子２０
１、２０２であるＣＣＤ撮像素子からの画像信号を処理
する第１及び第２の画像処理器２６０２、２６０３に信
号を印加する。

【００６２】図２７は本発明の第１１の実施の形態にお
ける他の撮像光学装置を示す概略構成図である。図２７
に示すように、物体側には、第１の光軸１０４上に結像
光学系１０１と、光束分割素子１０２と、負の光学パワ
ーを有する拡大光学系１０３とが順次配置されている。
また、光束分割素子１０２を通る第２の光軸１０５上に
は、像反転光学系３０１が配置されている。結像光学系
１０１から射出された光束は、光束分割素子１０２によ
り２光束に分割される。分割された１つの光束は、第２
の光軸１０５に沿って像反転光学系３０１に入射した
後、結像する光束となる。分割された他の１つの光束
は、負の光学パワーを有する拡大光学系１０３に入射
し、全系として結像光学系１０１の焦点距離が拡大され
画角の小さな結像する光束となる。また、結像光学系１
０１からの射出光束は光束分割素子１０２により分割さ
れるが、反射作用を用いて光束分割素子１０２が構成さ
れた場合、反射された分割光束による像と拡大光学系１
０３から射出する光束による像はそのままでは互いに鏡
像となる。しかし、光束分割素子１０２と結像位置との
間に像反転光学系３０１を設けることにより、それぞれ
の結像する画像の方向を揃えることができる。分割され
た光束のそれぞれの結像位置には、第１の撮像素子２０
１であるＣＣＤ撮像素子と第２の撮像素子２０２である
ＣＣＤ撮像素子が配置されており、それぞれの結像する
光束は、第１の撮像素子２０１と第２の撮像素子２０２
の上で画像として再生される。撮像光学装置の移動を検
出する加速度検出器２６０１は、第１の画像処理器２６
０２を介して第１の撮像素子２０１に接続されていると
共に、第２の画像処理器２６０３を介して第２の撮像素
子２０２に接続されている。加速度検出器２６０１は撮
像光学装置の移動を検出して信号を発生し、それぞれの
撮像素子２０１、２０２であるＣＣＤ撮像素子からの画
像信号を処理する第１及び第２の画像処理器２６０２、
２６０３に信号を印加する。

【００６３】ここで、加速度検出器からの信号を用いて
画像処理を行なう方法について説明する。図２８
（ａ）、（ｂ）と図２９（ａ）、（ｂ）は、いわゆる手
振れ等による撮像光学装置の移動により生じる撮像素子
であるＣＣＤ撮像素子上での画像の位置変化と画像の照
度変化を示す図である。一般的に、光学系を介して結像
させるとき、図２８（ｂ）と図２９（ｂ）の像面照度比
特性に示すように、像面上での画像の照度は、光学系の
コサイン４乗則や口径食により第１あるいは第２の光軸
上で最も高く、撮像エリアの周辺に近づくに従って低下
する。図２８（ａ）に示す撮像エリア２８０１内にある
被写体の画像２８０２の照度は、同図（ｂ）に示す特性
に従ってＡとＢのそれぞれの特性値が掛かった値とな
る。図２９（ａ）に示すように、撮像光学系が移動し同
じ被写体の画像２８０２が撮像エリア２８０１の中心寄
りになった場合には、同図（ｂ）に示すように、画像２
８０２の照度は、Ａ’とＢ’のそれぞれの特性値が掛か
った値となる。同じ被写体を観察しているにもかかわら
ず、ＣＣＤ撮像素子からの情報が変化してしまい、画像
認識等にとってより困難な処理が要求されることとな
る。この場合、ＣＣＤ撮像素子からの画像信号を処理す
る画像処理器に撮像光学装置の移動を検出する加速度検
出器からの出力信号を印加し、画像信号の増幅特性を制
御することなどによって実質的にＣＣＤ撮像素子の感度
分布を変化させることにより、前記撮像光学装置の移動
による同一被写体の画像の照度変化によるＣＣＤ撮像素
子からの画像信号の変化を補正することができる。以上
の構成により、画像認識等の処理が容易となる。

【００６４】尚、第７〜第１１の実施の形態に記載の光
軸調整光学系２００１の駆動部に与える信号、あるいは
撮像素子であるＣＣＤ撮像素子の感度分布を変える信号
を発生させるには、撮像光学装置の移動を検出する加速
度検出器からの信号を用いるだけでなく、撮像素子であ
るＣＣＤ撮像素子から得られる画像信号を基に画像の動
きを検出し、その信号を用いることも可能である。

【００６５】〈第１２の実施の形態〉図３０は本発明の
撮像光学装置を用いた、車両情報を得る車両情報検出装
置の構成図である。客室前方に設けられたウインドウシ
ール３００２の上部には、ウインドウシール３００２を
通して前方の車両情報を検出するための撮像光学装置を
含んだ車両情報検出装置３００１が設けられている。車
両情報検出装置３００１は、同様にウインドシール３０
０２の上部に設けられている後方確認のための反射鏡の
裏側に一体化することができる。車両情報検出装置３０
０１から得られる画像は車両情報を含んでいる。車両情
報としては、例えば、自車の車線に対する位置情報や前
方の車両の走行状態情報等がある。撮像光学装置は２つ
の異なった焦点距離を有しており、図３１は撮像光学装
置の結像光学系の部分の焦点距離から得られる画像の例
であり、図３２は拡大光学系を含んだ部分の焦点距離か
ら得られる画像の例である。図３１に示す状態では、焦
点距離が小さいために画角の大きい範囲が撮像されるの
で、撮像エリア２８０１内に車線３１０１が撮像され、
自車の車線に対する位置情報が得られる。さらに、自車
の前方に車両３１０２が撮像され、前方の車両の存在情
報が得られる。図３２に示す状態では、焦点距離が大き
いために前方の車両３１０２が撮像エリア内２８０１に
より大きな画像として撮像されるので、車両情報として
距離情報を求める際の精度を高めることができる。この
画像を車両情報検出装置３００１を構成する画像処理装
置（図示せず）により、例えば撮像エリア２８０１の下
端から前方の車両３１０２の画像のタイヤの接地位置ま
での距離３２０１をＣＣＤ撮像素子の画素数で求めれ
ば、予め車両情報検出装置３００１を構成する撮像光学
装置が設けられている地面からの３次元的位置情報と併
せて自車から前方の車両３１０２までの距離を求めるこ
とが可能となり、前方の車両３１０２の走行状態情報を
得ることができる。このとき、撮像光学装置の移動を検
出する加速度検出器と光軸調整を行う駆動部とを有する
撮像光学装置を用いれば、車両の走行に伴う振動の影響
を抑制した画像が得られる。さらに、加速度検出器から
の信号でＣＣＤ撮像素子の感度分布を可変とすることに
より、前方の車両３１０２の画像照度を略均一にするこ
とができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結像光学系のみで得られる画角の像と付加光学系を装着
して得られる画角の像を同時に結像させることのできる
撮像光学装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における撮像光学装
置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における撮像光学装
置の２つの結像位置にそれぞれ撮像素子を配置した状態
を示す概略構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態における撮像光学装
置を示す概略構成図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における撮像光学装
置の２つの結像位置にそれぞれ撮像素子を配置した状態
を示す概略構成図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の撮像光学装置にお
ける１つの反射鏡により構成された像反転光学系を示す
斜視図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の撮像光学装置にお
ける１つの直角プリズムにより構成された像反転光学系
を示す斜視図である。

【図７】本発明の実施の形態の撮像光学装置における半
透過膜を狭持したプリズムから構成された光束分割素子
を示す概略構成図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態における撮像光学装
置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態における他の撮像光
学装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態における撮像光学
装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態における他の撮像
光学装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１２】本発明の第５の実施の形態における撮像光学
装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１３】本発明の第５の実施の形態における撮像光学
装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１４】本発明の第６の実施の形態における撮像光学
装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１５】本発明の第６の実施の形態における撮像光学
装置のフォーカス方法を示す概略構成図である。

【図１６】本発明の第７の実施の形態における撮像光学
装置の光軸調整方法を示す概略構成図である。

【図１７】本発明の第７の実施の形態における他の撮像
光学装置の光軸調整方法を示す概略構成図である。

【図１８】本発明の第８の実施の形態における撮像光学
装置の光軸調整方法を示す概略構成図である。

【図１９】本発明の第８の実施の形態における他の撮像
光学装置の光軸調整方法を示す概略構成図である。

【図２０】本発明の第９の実施の形態における撮像光学
装置を示す概略構成図である。

【図２１】本発明の第１０の実施の形態における撮像光
学装置を示す概略構成図である。

【図２２】本発明の第９及び第１０の実施の形態の撮像
光学装置における可変頂角プリズムにより構成された光
軸調整光学系を示す概略構成図である。

【図２３】本発明の第９及び第１０の実施の形態の撮像
光学装置における可変頂角プリズムにより構成された光
軸調整光学系を用いた光軸調整方法を示す概略構成図で
ある。

【図２４】本発明の第９及び第１０の実施の形態の撮像
光学装置におけるアフォーカル光学系により構成された
光軸調整光学系を示す概略構成図である。

【図２５】本発明の第９及び第１０の実施の形態の撮像
光学装置におけるアフォーカル光学系により構成された
光軸調整光学系を用いた光軸調整方法を示す概略構成図
である。

【図２６】本発明の第１１の実施の形態における撮像光
学装置を示す概略構成図である。

【図２７】本発明の第１１の実施の形態における他の撮
像光学装置を示す概略構成図である。

【図２８】本発明の第１１の実施の形態における撮像光
学装置の移動により生じる撮像素子上での画像の位置変
化と画像の照度変化を示す図である。

【図２９】本発明の第１１の実施の形態における撮像光
学装置の移動により生じる撮像素子上での画像の位置変
化と画像の照度変化を示す図である。

【図３０】本発明の第１２の実施の形態における撮像光
学装置を用いた、車両情報を得る車両情報検出装置の構
成図である。

【図３１】本発明の第１２の実施の形態における撮像光
学装置の結像光学系の部分の焦点距離から得られる画像
を示す模式図である。

【図３２】本発明の第１２の実施の形態における撮像光
学装置の拡大光学系を含んだ部分の焦点距離から得られ
る画像を示す模式図である。

【符号の説明】 １０１ 結像光学系 １０２ 光束分割素子 １０３ 拡大光学系 １０４ 第１の光軸 １０５ 第２の光軸 ２０１ 第１の撮像素子 ２０２ 第２の撮像素子 ３０１ 像反転光学系 ２００１ 光軸調整光学系 ２６０１ 加速度検出器 ２６０２ 第１の画像処理器 ２６０３ 第２の画像処理器 ３００１ 車両情報検出装置

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光軸上に順次配置された結像光学
   系と光束分割素子と負の光学パワーを有する拡大光学系
   とを少なくとも備えた撮像光学装置。
2. 【請求項２】 結像光学系から射出され、光束分割素子
   により分割されて第２の光軸上で結像する光束を受光す
   る第１の撮像素子と、前記光束分割素子により分割され
   て拡大光学系に入射し、前記拡大光学系から出射して第
   １の光軸上で結像する光束を受光する第２の撮像素子と
   がさらに備わった請求項１に記載の撮像光学装置。
3. 【請求項３】 第１及び第２の撮像素子がＣＣＤ撮像素
   子である請求項２に記載の撮像光学装置。
4. 【請求項４】 第１又は第２の撮像素子のいずれかが鏡
   像型ＣＣＤ撮像素子である請求項３に記載の撮像光学装
   置。
5. 【請求項５】 光束分割素子と結像位置との間に像反転
   光学系がさらに備わった請求項１に記載の撮像光学装
   置。
6. 【請求項６】 像反転光学系が少なくとも１つの反射鏡
   からなる請求項５に記載の撮像光学装置。
7. 【請求項７】 像反転光学系が少なくとも１つのプリズ
   ムからなる請求項５に記載の撮像光学装置。
8. 【請求項８】 光束分割素子が半透過鏡からなる請求項
   １に記載の撮像光学装置。
9. 【請求項９】 光束分割素子が、半透過膜と、前記半透
   過膜を挟持する一対のプリズムとからなる請求項１に記
   載の撮像光学装置。
10. 【請求項１０】 光束分割素子の光束分割強度比は、拡
    大光学系の焦点距離の拡大倍率をｍとしたとき、第１の
    撮像素子に対して１、第２の撮像素子に対してｍ² であ
    る請求項２に記載の撮像光学装置。
11. 【請求項１１】 第２の撮像素子が第１の光軸に沿って
    移動可能である請求項２に記載の撮像光学装置。
12. 【請求項１２】 結像光学系が第１の光軸に沿って移動
    可能である請求項２に記載の撮像光学装置。
13. 【請求項１３】 結像光学系を構成するレンズ群の一部
    が第１の光軸に沿って移動可能である請求項２に記載の
    撮像光学装置。
14. 【請求項１４】 拡大光学系が第１の光軸に沿って移動
    可能である請求項２に記載の撮像光学装置。
15. 【請求項１５】 拡大光学系を構成するレンズ群の一部
    が第１の光軸に沿って移動可能である請求項２に記載の
    撮像光学装置。
16. 【請求項１６】 結像光学系が第１の光軸に沿って移動
    可能であり、拡大光学系が第１の光軸に沿って移動可能
    である請求項２に記載の撮像光学装置。
17. 【請求項１７】 結像光学系を構成するレンズ群の一部
    が第１の光軸に沿って移動可能であり、拡大光学系が第
    １の光軸に沿って移動可能である請求項２に記載の撮像
    光学装置。
18. 【請求項１８】 結像光学系が第１の光軸に沿って移動
    可能であり、拡大光学系を構成するレンズ群の一部が第
    １の光軸に沿って移動可能である請求項２に記載の撮像
    光学装置。
19. 【請求項１９】 結像光学系を構成するレンズ群の一部
    が第１の光軸に沿って移動可能であり、拡大光学系を構
    成するレンズ群の一部が第１の光軸に沿って移動可能で
    ある請求項２に記載の撮像光学装置。
20. 【請求項２０】 結像光学系が第１の光軸から略垂直方
    向に移動可能である請求項１に記載の撮像光学装置。
21. 【請求項２１】 装置本体の移動を検出する加速度検出
    器と、前記加速度検出器からの信号を受けて結像光学系
    を移動させる駆動部とがさらに備わった請求項２０に記
    載の撮像光学装置。
22. 【請求項２２】 結像光学系を構成するレンズ群の一部
    のレンズ群が第１の光軸から略垂直方向に移動可能であ
    る請求項１に記載の撮像光学装置。
23. 【請求項２３】 装置本体の移動を検出する加速度検出
    器と、前記加速度検出器からの信号を受けて結像光学系
    を構成するレンズ群の一部のレンズ群を移動させる駆動
    部とがさらに備わった請求項２２に記載の撮像光学装
    置。
24. 【請求項２４】 拡大光学系が第１の光軸から略垂直方
    向に移動可能である請求項１に記載の撮像光学装置。
25. 【請求項２５】 装置本体の移動を検出する加速度検出
    器と、前記加速度検出器からの信号を受けて拡大光学系
    を移動させる駆動部とがさらに備わった請求項２４に記
    載の撮像光学装置。
26. 【請求項２６】 拡大光学系を構成するレンズ群の一部
    のレンズ群が第１の光軸から略垂直方向に移動可能であ
    る請求項１に記載の撮像光学装置。
27. 【請求項２７】 装置本体の移動を検出する加速度検出
    器と、前記加速度検出器からの信号を受けて拡大光学系
    を構成するレンズ群の一部のレンズ群を移動させる駆動
    部とがさらに備わった請求項２６に記載の撮像光学装
    置。
28. 【請求項２８】 結像光学系の前方の第１の光軸上に光
    軸調整光学系がさらに備わった請求項１に記載の撮像光
    学装置。
29. 【請求項２９】 光軸調整光学系が可変頂角プリズムか
    らなる請求項２８に記載の撮像光学装置。
30. 【請求項３０】 光軸調整光学系がアフォーカル光学系
    であって、一部のレンズ群が第１の光軸から略垂直方向
    に移動可能である請求項２８に記載の撮像光学装置。
31. 【請求項３１】 装置本体の移動を検出する加速度検出
    器がさらに備わり、前記加速度検出器からの信号を受け
    て前記第１及び第２の撮像素子の感度分布が変化する請
    求項２に記載の撮像光学装置。