TWI384320B - Camera device - Google Patents

Description

攝像裝置

本發明係關於用於施行廣範圍之攝影之攝像裝置，適合適用於監視攝像機等之攝像裝置。

在監視攝像機等中，以高解像度廣範圍攝影為目的，施行使裝上望遠透鏡之攝像機掃描之方法(所謂水平及俯仰攝像機)。

如此使攝像機掃描之情形，係以點及線為中心轉動攝像機時，可改變攝像機方向而在水平方向(pan)及上下方向(tilt)，施行廣範圍攝影。

而，為形成廣範圍之影像或圖像，有人考慮採用貼合在各方向攝影所得之影像或圖像之方式。

但，如此使攝像機旋轉之情形，若不適當地選定旋轉之中心點及中心線，則有可能難以貼合，或發生不能攝影之死角。

作為監視攝像機，一旦發生死角，就不能充分達成監視之任務，故問題嚴重。

為了消除攝影之影像之死角，有必要以攝像機之光學系統之NP點(非視差點)為中心而使攝像機旋轉。

所謂NP點，被定義為：在通過攝像機之光學系統之孔徑光圈之中心之多數主光線中，選擇位於高斯區域之主光線，將延長此選擇之主光線之物方之直線成分而與前述光學系統之光軸相交之點。

使複數攝像機之光學系統之NP點(實像或反射鏡等反射之虛像)一致時，便可貼合複數攝像機所分別攝影之影像或圖像而不會發生視差(parallax)(例如參照專利文獻1及專利文獻2)。

而，如上所述，使攝像機旋轉之情形，以NP點為中心而使其旋轉時，即可貼合在各方向攝影之影像或圖像而不會發生視差。又，由於不發生視差，故也可使其不發生死角。

[專利文獻1]日本特開2003─162018號公報 [專利文獻2]日本特開2006─30664號公報

在一般之望遠透鏡中，NP點存在於攝像元件之後方之情形頗多，焦距愈長，愈希望望得遠時，位於最接近被照體側之透鏡(前透鏡鏡片)至NP點之距離會變得愈大。

如此，以NP點為中心而使由前透鏡鏡片至NP點之距離較大之攝像機旋轉時，可動部會變大，所佔有之面積也會變大。

又，基於防塵．防水或確保對人體之安全之目的，與其露出攝像機，不如利用樹脂或玻璃等透明物質構成之蓋構件覆蓋著攝像機之周圍較為理想。

而，以NP點為中心而使由前透鏡鏡片至NP點之距離較大之攝像機旋轉之情形，需要非常大之蓋構件。

再者，為獲得良好之畫質之圖像，有必要高精度地製作 蓋構件之厚度及光學特性，以便儘可能地防止光學特性劣化。

欲使此等獲得兼顧，會使蓋構件變得非常高昂，難以將監視攝像機確立作為商品。

為了解決上述之問題，在本發明中，提供可施行廣範圍之攝影，小型而可獲得良好畫質之攝像裝置。

本發明之攝像裝置係包含至少具有透鏡與孔徑光圈之光學系統，且在通過光學系統之孔徑光圈中心之主光線中，選擇位於高斯區域之主光線，將延長所選擇之主光線在物方之直線成分而與光學系統之光軸相交之點定義為NP點；設最被照體側之透鏡直徑為D，設最被照體側之透鏡之從透鏡面至NP點之距離為LN，在NP點位於比最被照體側之透鏡之透鏡面更後面之情形，定義為距離LN之值為正，在NP點位於比最被照體側之透鏡之透鏡面更前面之情形，定義為距離LN之值為負時，距離LN滿足：0≦LN≦D(1)。

依據上述本發明之攝像裝置之構成，藉由最被照體側之透鏡之透鏡面至NP點之距離LN滿足：0≦LN≦D(1)，在以NP點為中心而使攝像裝置之光學系統旋轉時，可較小構成比NP點更被照體側之可動部。藉此，可使含可動部之攝像裝置全體小型化。

此時，以NP點為中心而使攝像裝置之光學系統旋轉，藉此可貼合在各方向攝影之影像或圖像而不會發生視差及 死角，故可在低倍率至無限遠遠方間，拍攝廣範圍之影像或圖像而不會發生視差或死角。

又，在攝像裝置之被照體側，以防塵用等目的而設置透明之蓋構件之情形，此蓋構件小也就可以。

依據上述之本發明，可使含可動部之攝像裝置全體小型化，且設置透明之蓋構件之情形，此蓋構件小也就可以，故可謀求施行廣範圍之攝影之攝像裝置之小型化。

又，依據本發明，設置蓋構件之情形之蓋構件小即可，故即使為減少像差發生等之光學性能劣化而以蓋構件之材質為玻璃時，也可較廉價地進行量產。即，可使用光學性能高且廉價之蓋構件。

藉此，可以良好之畫質獲得光學性能之劣化少而廣範圍之影像或圖像。

因此，依據本發明，可實現可施行廣範圍之攝影，且獲得小型而良好之畫質之攝像裝置。

作為本發明之一實施型態，將攝像裝置之概略構成圖(要部之剖面圖)顯示於圖1。

此攝像裝置(攝像機)10係由被照體側依序配置最接近被照體側之透鏡(前透鏡鏡片)1、2片組之透鏡(貼合透鏡)2、孔徑光圈3、雙面皆為凸面之透鏡4、被照體側為凹面之透鏡5、以及攝像元件6所構成。

此等各零件1、2、3、4、5、6被收納於未圖示之攝像機 本體(鏡身)之內部。

作為攝像元件6，可使用CCD固體攝像元件、MOS固體攝像元件、CMOS固體攝像元件等各種固體攝像元件。

由被照體發出之光係通過透鏡前端部之最接近被照體側之透鏡(前透鏡鏡片)1，通過貼合透鏡2與孔徑光圈3，透鏡4、最接近攝像元件6側之透鏡5後，成像於攝像元件6。

最接近被照體側之前透鏡鏡片1之前方(圖1中左側)之空間稱為物方。

在通過孔徑光圈3之中心之光(主光線)中，接近於光學系統之光軸之位置(高斯區域)之主光線，且延長在物方之光線而與光軸相交之點定義為NP點7。

在本實施型態之攝像裝置10中，特別採用滿足前述之式(1)之構成。即，採用在D：前透鏡鏡片1之直徑LN：由前透鏡鏡片1之透鏡面至NP點7之距離時，採用滿足前述之式(1)之0≦LN≦D之構成。又，前透鏡鏡片1之「透鏡面」係指前透鏡鏡片1之被照體側之表面。

如圖1所示，顯然LN<D，可滿足式(1)。

作為本實施型態之攝像裝置10之設計條件，例如可構成畫面視角約11度之望遠透鏡之光學系統，並設定：前透鏡鏡片1之直徑D＝7.8 mm、由前透鏡鏡片1之透鏡面至攝像元件6之透鏡長度LA＝30.9 mm、由前透鏡鏡片1之透鏡面至NP點7之距離LN＝3.3 mm。

此時，LN<D，故滿足式(1)。

故本實施型態之攝像裝置10充分滿足式(1)之關係(0≦LN≦D)。

而，本實施型態之攝像裝置10係構成可以NP點7為中心旋轉驅動。

具體上，例如將透鏡1、2、4、5及孔徑光圈3等之光學系統與攝像元件6收容於鏡身等容器中，對容器設置驅動機構，可以NP點7為中心旋轉驅動此容器。

藉此，可旋轉驅動攝像裝置10而施行掃描，並可攝影廣範圍之影像或圖像。

又，基於防塵·防水或確保對人體之安全之目的，與其在攝像裝置10前透鏡鏡片1，不如在被照體側設置透明之蓋構件較為理想。

更理想為：蓋構件之材質採用玻璃，以減少蓋構件引起之光學性能劣化(像差發生等)。

蓋構件之形狀以對光學性能不造成影響之方式選定。例如採用以旋轉中心之NP點7為中心之球面。

依據上述本實施型態之攝像裝置10之構成，即使在使攝像裝置10旋轉掃描之情形，只要以NP點7為中心使光學系統(透鏡1、2、4、5及孔徑光圈3)旋轉，即可貼合在各方向攝影之影像或圖像而不會發生視差及死角。藉此，可在低倍率至無限遠遠方間，施行廣範圍之影像或圖像之攝影而不會發生視差及死角。

而，藉由滿足式(1)，NP點7為中心使攝像裝置10之光學 系統旋轉時，可縮小比NP點7更接近被照體側之可動部。

藉此，可使含可動部之攝像裝置10全體小型化。

又，在攝像裝置10之被照體側，以防塵用等之目的設置透明之蓋構件之情形，只要將此蓋構件形成較小即可，故可實現小型之水平及俯仰攝像機。

由於只要形成較小之之蓋構件即可，故即使為減少像差發生等之光學性能劣化而將蓋構件之材質使用玻璃時，也可較廉價地進行量產。即，可使用光學性能高且廉價之蓋構件。

其次，作為本發明之另一實施型態，將攝像元件之概略構成圖(要部之剖面圖)顯示於圖2。

圖2所示之攝像裝置20係採用在圖1所示之攝像裝置10之透鏡群1、2、4、5中再加入會聚透鏡8而由前述實施型態變焦成望遠之構成。

由被照體發出之光係通過透鏡前端部之最接近被照體側之透鏡(前透鏡鏡片)1，通過貼合透鏡2與孔徑光圈3，透鏡4、透鏡5而通過在最接近攝像元件6側具有變化焦距之作用之會聚透鏡8後，成像於攝像元件6。

在本實施型態之攝像裝置20中，也可採用滿足前述之式(1)之0≦LN≦D之構成。

如圖2所示，顯然LN<D，可滿足式(1)。

作為本實施型態之攝像裝置20之設計條件，例如可構成畫面視角約10度之望遠透鏡之光學系統，並與圖1所示之前面之實施型態之攝像裝置10(未加入會聚透鏡8之情形)大 致同樣地設定：前透鏡鏡片1之直徑D＝7.8 mm、由前透鏡鏡片1之透鏡面至攝像元件6之透鏡長度LA＝30.9 mm、由前透鏡鏡片1之透鏡面至NP點7之距離LN＝3.3 mm。

此時，LN<D，故滿足式(1)。

故本實施型態之攝像裝置20充分滿足式(1)之關係(0≦LN≦D)。

而，本實施型態之攝像裝置20係構成可以NP點7為中心旋轉驅動。

具體上，例如將透鏡1、2、4、5、8及孔徑光圈3等之光學系統與攝像元件6收容於鏡身等容器中，對容器設置驅動機構，可以NP點7為中心旋轉驅動此容器。

藉此，旋轉驅動攝像裝置20而施行掃描，攝影廣範圍之影像或圖像。

又，基於防塵．防水或確保對人體之安全之目的，與其在攝像裝置20前透鏡鏡片1，不如在被照體側設置透明之蓋構件較為理想。

更理想為：蓋構件之材質採用玻璃，以減少蓋構件引起之光學性能劣化(像差發生等)。

蓋構件之形狀以對光學性能不造成影響之方式選定。例如採用以旋轉中心之NP點7為中心之球面。

依據上述本實施型態之攝像裝置20之構成，即使在使攝像裝置20旋轉掃描之情形，只要以NP點7為中心使光學系統(透鏡1、2、4、5、8及孔徑光圈3)旋轉，即可貼合在各方向攝影之影像或圖像而不會發生視差及死角。藉此，可 在低倍率至無限遠遠方間，施行廣範圍之影像或圖像之攝影而不會發生視差及死角。

而，藉由滿足式(1)，NP點7為中心使攝像裝置20之光學系統旋轉時，可縮小比NP點7更接近被照體側之可動部。

藉此，可使含可動部之攝像裝置20全體小型化。

又，在攝像裝置20之被照體側，以防塵用等之目的設置透明之蓋構件之情形，只要將此蓋構件形成較小即可，故可實現小型之水平及俯仰攝像機。

由於只要形成較小之之蓋構件即可，故即使為減少像差發生等之光學性能劣化而將蓋構件之材質使用玻璃時，也可較廉價地進行量產。即，可使用光學性能高且廉價之蓋構件。

又，如本實施型態之攝像裝置20般，在將本發明適用於具備可變化焦距之可變倍率光學系統之攝像裝置之情形，最好各焦距之距離LN之變化，即各焦距之NP點7之位置之變化在20 mm以內。

此係由於NP點7之位置之變化大時，在某焦距有發生視差及死角之虞之故。

藉本發明之攝像裝置構成水平及俯仰攝像機之情形，最接近被照體側之前透鏡鏡片之透鏡面至NP點之距離LN之值愈接近於0，只要以前透鏡鏡片附近為中心使攝像機旋轉即可，故可縮小蓋構件。

在此，說明滿足式(1)時，只要形成較小之蓋構件即可，可實現小型之水平及俯仰攝像機之情形。

具體上，分別列舉滿足式(1)之LN＝0.5 D之情形及LN＝D之情形、以及不滿足式(1)之LN＝2 D之情形作為比較對照，而比較顯示攝像裝置之構成。

(a)LN＝0.5 D之情形 圖3係表示LN＝0.5 D之情形之攝像裝置之一例之概略構成圖。在圖3中，與圖1及圖2相比，簡化光學系統之顯示，顯示前透鏡鏡片11、最後段之透鏡13及攝像元件14。覆蓋透鏡群11、13而設有筒狀之透鏡鏡身15。

而，NP點12係在前透鏡鏡片11之直徑為D時，位於與前透鏡鏡片11之透鏡面之距離LN＝0.5 D之位置。

圖4係表示以NP點12為中心由水平向上下各45度旋轉圖3之透鏡鏡身15之狀態。

覆蓋透鏡鏡身15之周圍而構成攝像機框體17，在此攝像機框體17之前方(被照體側)，設有透明之蓋構件16。攝像機框體17係構成可施行透鏡鏡身15之上下各45度之旋轉。

圖4所示之情形，一般認為透明之蓋構件16之孔徑部尺寸C對前透鏡鏡片11之直徑D，以設定為C＝1.6×D之程度較為適當。

在通常之監視攝像機等中，前透鏡鏡片之直徑D以30~60 mm之情形為多。

故透明之蓋構件16之孔徑部尺寸C大概50~100 mm程度。

期望減少像差發生等之光學性能劣化之情形，將透明之蓋構件16之材質使用玻璃較為有效。

而，如上所述，若蓋構件16之孔徑部尺寸C為50~100 mm程度，則即使材質使用玻璃，也可較廉價地量產蓋構件16。

又，在使透鏡鏡身15旋轉45以上之情形，蓋構件16之直徑也不會變得那麼大，容易實現。

(b)LN＝D之情形 圖5係表示LN＝D之情形之攝像裝置之一例之概略構成圖。在圖5中，與圖3同樣地，簡化光學系統之顯示，顯示前透鏡鏡片21、最後段之透鏡23及攝像元件24。覆蓋透鏡群21、23而設有筒狀之透鏡鏡身25。

而，NP點22係在前透鏡鏡片21之直徑為D時，位於與前透鏡鏡片21之透鏡面之距離LN＝D之位置。

圖6係表示以NP點22為中心由水平向上下各45度旋轉圖5之透鏡鏡身25之狀態。

覆蓋透鏡鏡身25之周圍而構成攝像機框體27，在此攝像機框體27之前方(被照體側)，設有透明之蓋構件26。攝像機框體27係構成可施行透鏡鏡身25之上下各45度之旋轉。

圖6所示之情形，一般認為透明之蓋構件26之孔徑部尺寸C對前透鏡鏡片21之直徑D，以設定為C＝2.3×D之程度較為適當。

在通常之監視攝像機等中，前透鏡鏡片21之直徑D以30~60 mm之情形為多，故透明之蓋構件26之孔徑部尺寸C大概70~140 mm程度。

若蓋構件26之孔徑部尺寸C為70~100 mm程度，則即使 材質使用玻璃，也可較廉價地量產。

另一方面，蓋構件26之孔徑部尺寸C為100 mm程度以上，尤其是隨著接近於140 mm，欲廉價且高精度地製作蓋便會徐徐變得困難。

在監視攝像機等中，如前所述，前透鏡鏡片21之直徑D以30~60 mm之情形為多，但其中，尤以比較小徑之30~50 mm之情形為多，故在LN＝＝D之情形，孔徑部尺寸C為70~100 mm程度之情形增多，故可廉價地製造高性能之透明之蓋構件26。

又，在使透鏡鏡身25旋轉45以上之情形，蓋構件26之直徑也不會變得那麼大，容易實現。

(c)LN＝2 D之情形 圖7係表示LN＝2 D之情形之攝像裝置之一例之概略構成圖。在圖7中，與圖3同樣地，簡化光學系統之顯示，顯示前透鏡鏡片31、最後段之透鏡33及攝像元件34。覆蓋透鏡群31、33而設有筒狀之透鏡鏡身35。

而，NP點32係在前透鏡鏡片31之直徑為D時，位於與前透鏡鏡片31之透鏡面之距離LN＝2×D之位置。

圖8係表示以NP點32為中心由水平向上下各45度旋轉圖7之透鏡鏡身35之狀態。

覆蓋透鏡鏡身35之周圍而構成攝像機框體37，在此攝像機框體37之前方(被照體側)，設有透明之蓋構件36。攝像機框體37係構成可施行透鏡鏡身35之上下各45度之旋轉。

圖8所示之情形，一般認為透明之蓋構件36之孔徑部尺 寸C對前透鏡鏡片31之直徑D，以設定為C＝3.9×D之程度較為適當。

在通常之監視攝像機等中，前透鏡鏡片31之直徑D以30~60 mm之情形為多，故透明之蓋構件36之孔徑部尺寸C大概120~240 mm程度。

蓋構件36之孔徑部尺寸C為120 mm程度以上時，尤其是隨著接近於240 mm，蓋構件36之材質採用玻璃時，欲廉價且高精度地製作蓋非常困難。

另一方面，蓋構件36之材質採用廉價之樹脂時，蓋構件之表面或容易受傷，或光學特性變差而會劣化攝影所得之影像或圖像之質。

又，在使透鏡鏡身35旋轉45以上之情形，蓋構件之孔徑部尺寸C會進一步變大，增加實現之難度。

由以上，考慮實際之攝像元件之大小、及透鏡之大小等時，以滿足式(1)為宜。

又，在圖3~圖8所示之3種構成中，將透明之蓋構件16、26、36設於透鏡鏡身15、25、35之前方。

本發明之攝像裝置並不限定於如此設有透明之蓋構件之構成。

在此，將未設有透明之蓋構件之攝像裝置之一型態揭示於下：圖9係表示未設有透明之蓋構件之攝像裝置之一型態作為本發明之另一實施型態之概略構成圖。

如圖9所示，利用防水機殼43覆蓋在前透鏡鏡片(未圖 示)之附近，即在較前方(被照體側)設有NP點41之透鏡鏡身42之後方之可動部。

透鏡鏡身42係構成可以NP點41為中心而旋轉。

在本實施型態中，將進一步含有透鏡鏡身42之前方之可動部之虛線包圍之區域構成防水構造。

即，以防水折皺44連接透鏡鏡身42與防水機殼43之間，並將防水折皺44與透鏡鏡身42之連接部構成可防止水侵入之構造。

防水折皺44為可伸縮之構成。藉此，即使透鏡鏡身42以NP點41為中心而旋轉，防水折皺44也可隨著旋轉，故可達成對透鏡鏡身42與防水機殼43之間之部份之防水功能。

又，在透鏡與透鏡鏡身42之間之螺紋部份設有襯墊。

另外，例如，可在透鏡鏡身42之前面之前透鏡鏡片之前方之表面42A，設有透明之塑膠或平面玻璃等板材，而構成利用此板材防止水及污物·灰塵之進入。

如此，構成攝像裝置時，也可不需要圖3等所示之蓋構件本身。

本發明並不限定於上述各實施型態，可在不脫離本發明之要旨之範圍內，取得其他種種之構成。

1、11、21、31‧‧‧透鏡(前透鏡鏡片)

2、4、5、13、23、33‧‧‧透鏡

3‧‧‧孔徑光圈

6、14、24、34‧‧‧攝像元件

7、12、22、32、41‧‧‧NP點

8‧‧‧會聚透鏡

10、20‧‧‧攝像裝置(攝像機)

15、25、35、42‧‧‧透鏡鏡身

16、26、36‧‧‧蓋構件

17、27、37‧‧‧攝像機框體

43‧‧‧防水機殼

44‧‧‧防水折皺

圖1係本發明之一實施型態之攝像裝置之概略構成圖。

圖2係本發明之另一實施型態之攝像裝置之概略構成圖。

圖3係表示LN＝0.5 D之情形之攝像裝置之概略構成之 圖。

圖4係在NP點周圍旋轉圖3之透鏡鏡身之狀態之說明圖。

圖5係表示LN＝D之情形之攝像裝置之概略構成之圖。

圖6係在NP點周圍旋轉圖5之透鏡鏡身之狀態之說明圖。

圖7係表示LN＝2 D之情形之攝像裝置之概略構成之圖。

圖8係在NP點周圍旋轉圖7之透鏡鏡身之狀態之說明圖。

圖9係未設有蓋構件之攝像裝置之一型態之概略構成圖。

1‧‧‧透鏡(前透鏡鏡片)

2‧‧‧透鏡(貼合透鏡)

3‧‧‧孔徑光圈

4‧‧‧雙面皆為凸面之透鏡

5‧‧‧被照體側為凹面之透鏡

6‧‧‧攝像元件

7‧‧‧NP點

10‧‧‧攝像裝置(攝像機)

D‧‧‧前透鏡鏡片1之直徑

LN‧‧‧前透鏡鏡片之透鏡面至NP點之距離

LA‧‧‧前透鏡鏡片之透鏡面至攝像元件之透鏡長度

Claims (4)

1. 一種攝像裝置，其特徵在於：其係包含至少具有透鏡與孔徑光圈之光學系統，且在通過前述光學系統之前述孔徑光圈中心之主光線中，選擇位於高斯區域之主光線，將延長所選擇之主光線在物方之直線成分而與前述光學系統之光軸相交之點定義為NP點；設最被照體側之透鏡直徑為D，設前述最被照體側之透鏡之從透鏡面至前述NP點之距離為LN，在前述NP點位於比前述最被照體側之透鏡之前述透鏡面更後面之情形時，定義為距離LN之值為正，在前述NP點位於比前述最被照體側之透鏡之前述透鏡面更前面之情形時，定義為距離LN之值為負時，前述距離LN滿足：0≦LN≦D (1)；且其中構成為可使前述光學系統以前述NP點為中心而旋轉驅動。
2. 如請求項1之攝像裝置，其中作為前述光學系統，包含可改變焦距之可變倍率光學系統，各焦距之前述距離LN之變化為20 mm以內。
3. 如請求項1之攝像裝置，其中將透明之蓋構件設於比前述最被照體側之透鏡更為被照體側之處。
4. 如請求項4之攝像裝置，其中前述透明之蓋構件之材質係玻璃。