JP2005107404A - 広角撮像光学系、並びにそれを備えた広角撮像装置、監視用撮像装置、車載用撮像装置及び投写装置 - Google Patents

広角撮像光学系、並びにそれを備えた広角撮像装置、監視用撮像装置、車載用撮像装置及び投写装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 簡単な構成で、水平画角１８０°程度、垂直画角１００°程度の広範囲に亘る画像の撮像を行う。
【解決手段】 物体からの光束を直接反射する第１及び第２の反射面１、２と、第１の反射面１からの光束を反射する第３の反射面３と、第２の反射面２からの光束を反射する第４の反射面４とを含む反射光学系と、結像光学系７と、第１の反射面１と第２の反射面２との間に形成され、物体からの光束が入射する開放部と、第３及び第４の反射面３、４からの光束を結像光学系７に入射させるための開口１２ａとを備える。共役距離の長い側から順に、第１の反射面１から第３の反射面３を経て結像光学系７に至る光学系を第１撮像光学系、共役距離の長い側から順に、第２の反射面２から第４の反射面４を経て結像光学系７に至る光学系を第２撮像光学系としたとき、前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系とが前記結像光学系を共有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、広範囲に亘る画像を撮像することが可能な広角撮像装置に好適な広角撮像光学系、並びにそれを備えた広角撮像装置、監視用撮像装置、車載用撮像装置及び投写装置に関する。
広範囲に亘る物体の像を効率良く撮像するために、広角撮像装置を用いてこれを実現しようという様々な研究及び開発がなされている。例えば、その１つとして、魚眼レンズを用いた広角カメラの開発がある。
また、特許文献１には全周パノラマ画像構成方法及び装置が開示されており、当該特許文献１においては、撮像装置の撮像面に対向する位置にミラーを傾斜させて配置し、前記ミラーを撮像装置の光軸を回転軸として３６０度回転させてパノラマ画像を撮影する方法が提案されている。
また、特許文献２には全方位撮影装置が開示されている。全方位撮影装置においては、凸面鏡とカメラを透明な筒体で連結する必要があるが、当該特許文献２に開示された全方位撮影装置は、筒体の内面で反射した光が凸面鏡によってカメラレンズに集光され撮影されてしまうことを防止するために、凸面鏡の頂部に、先端側が凸面鏡の軸線延長上をカメラ方向に延出する筒体内面反射防止用の棒状体を設けることを特徴としている。
さらに、特許文献３には広角撮像装置が開示されており、当該特許文献３に開示された広角撮像装置は、回転対称体の回転中心軸周りで基準光軸方向の略±９０度の凸面形状の反射面を有する反射鏡により、略１８０度の範囲を撮影することを特徴としている。
特開平１１−４３７３号公報 特許第３０８６２０４号公報 特開２００２−１９６４３８号公報
しかし、通常、魚眼レンズ等を用いた広角撮像光学系は、多くのレンズを必要とするために、重量が増大すると共に、装置が大型かつ高価になってしまう。さらに、かかる広角撮像光学系は、色収差が発生する等の問題もあって、実際には特殊な撮影にしか利用することができない。
また、特許文献１に開示された全周パノラマ画像構成方法及び装置では、ミラー駆動用回転モータを用いて撮像用のミラーを回転させるために、装置が大型になり、一回のパノラマ撮影に長時間を要するといった問題があった。さらに、この装置は、全方位３６０度の範囲に亘る画像を撮影するものであるため、例えば１８０度程度の範囲の撮影で十分な場合には未使用画素が多くなってしまい、必要な画像の情報量が相対的に減少してしまうという問題点があった。
また、特許文献２に開示された全方位撮影装置では、筒体内面反射防止用の棒状体を設け必要があるために、構造が複雑化し、コストが高くなるという問題点があった。
さらに、特許文献３に開示された広角撮像装置では、回転対称体の回転中心軸に対して垂直方向の画角が制限されるため、反射面１つのみによる構成では、例えば画角１００°以上の撮像が困難であった。
また、光学的ローパスフィルタや近赤外カットフィルタ等の光学部材を配置できる程度の比較的長いバックフォーカスを確保し、かつ、十分な収差補正を行うためには、比較的多くのレンズ枚数が必要であり、レンズ枚数を減らすための光学設計が課題となっている。
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、簡単な構成で、水平画角１８０°程度、垂直画角１００°程度の広範囲に亘る画像の撮像を行うことができ、また、撮像素子の有効領域を効率的に用いることができ、さらに、バックフォーカスが長く収差補正も良好で明るい広角撮像光学系、並びにそれを備えた広角撮像装置、監視用撮像装置、車載用撮像装置及び投写装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る広角撮像光学系の第１の構成は、物体からの光束を直接反射する第１及び第２の反射面と、前記第１の反射面からの光束を反射する第３の反射面と、前記第２の反射面からの光束を反射する第４の反射面とを含む反射光学系と、
結像光学系と、
前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に形成され、物体からの光束が入射する開放部と、
前記第３及び第４の反射面からの光束を前記結像光学系に入射させるための開口とを備え、
共役距離の長い側から順に、前記第１の反射面から前記第３の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第１撮像光学系、共役距離の長い側から順に、前記第２の反射面から前記第４の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第２撮像光学系としたとき、前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系とが前記結像光学系を共有することを特徴とする。
この広角撮像光学系の第１の構成によれば、水平方向画角が１８０度程度、垂直方向画角が１００度程度の広範囲に亘る撮像が可能となる。また、主要光学系が色収差の発生しない反射面（第１〜第４の反射面）で形成されているので、設計の工数及び製造上の制約も少なくなり、小型、軽量で明るい広角撮像装置を安価に提供することができる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１の構成においては、前記第１の反射面の曲率中心と前記第２の反射面の曲率中心とを結ぶ軸を中心軸としたとき、
前記第１及び第２の反射面は前記中心軸に対して回転対称であり、
前記中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第１の反射面と前記第２の反射面が配置され、
同じく、前記中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第３の反射面と前記第４の反射面が配置され、かつ、
前記結像光学系の光軸が前記中心軸と直交する軸に一致しているのが好ましい。また、この場合には、前記第１及び第２の反射面が前記中心軸に対して回転対称な非球面であるのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１の構成においては、前記第１及び第２の反射面は、前記中心軸周りでおよそ１８０度に亘って形成され、かつ、物体からの入射光から見て凸面であるのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１の構成においては、前記第３及び第４の反射面が同一素子内に形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、光学部品数を減らすことができるので、装置の小型軽量化、低コスト化を図ることができる。また、この場合には、前記素子の物体側の面に遮光部が形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、第１の反射面や第２の反射面を経由せずに結像光学系に直接入射しようとする物体からの入射光や不要光等を効率良く除去することができる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１の構成においては、前記開放部を囲むようにして、前記反射光学系を保護するための保護部材が配置されているのが好ましい。この好ましい例によれば、容易かつ効果的に反射光学系を保護することができる。また、この場合には、前記保護部材に遮光部が形成されているのが好ましい。この好ましい例によれば、入射光束の入射角度をある範囲内に制限し、第１の反射面や第２の反射面を経由せずに結像光学系に直接入射しようとする物体からの入射光や不要光等を除去することができる。また、この場合には、前記保護部材が内面反射防止構造を備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、第１の反射面や第２の反射面を経由せずに結像光学系に直接入射しようとする物体からの入射光や、ゴーストやフレアの原因となる不要光等を除去することができる。また、この場合には、前記第１及び第２の反射面を保持する保持部材を備え、当該保持部材が光反射防止構造を有しているのが好ましい。この好ましい例によれば、保護部材によって反射光学系を保護する場合に、保護部材の内面反射によって従来発生していたゴーストが、保持部材による光反射防止構造のために発生しなくなる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１の構成においては、前記結像光学系を保持する部材と、前記第１及び第２の反射面を保持する部材とを備え、両部材が一体成型されているのが好ましい。この好ましい例によれば、製造工程における加工コストを削減することができる。
また、本発明に係る広角撮像光学系の第２の構成は、物体からの光束を屈折させる第１及び第２のレンズ群を含む屈折光学系と、
前記第１のレンズ群からの光束を直接反射する第１の反射面と、前記第２のレンズ群からの光束を直接反射する第２の反射面とを含む反射光学系と、
結像光学系と、
前記第１及び第２の反射面からの光束を前記結像光学系に入射させるための開口とを備え、
共役距離の長い側から順に、前記第１のレンズ群から前記第１の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第１撮像光学系、共役距離の長い側から順に、前記第２のレンズ群から前記第２の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第２撮像光学系としたとき、前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系とが前記結像光学系を共有することを特徴とする。
この広角撮像光学系の第２の構成によれば、非常に広範囲に亘る撮像が可能となり、さらに小型、軽量で明るい広角撮像光学系を安価に提供することができる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第２の構成においては、前記第１及び第２のレンズ群に共通な光軸をレンズ中心軸としたとき、
前記第１及び第２のレンズ群は前記レンズ中心軸に対して回転対称であり、
前記レンズ中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群が配置され、
同じく、前記レンズ中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第１の反射面と前記第２の反射面が配置され、かつ、
前記結像光学系の光軸が前記レンズ中心軸と直交する軸に一致しているのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第２の構成においては、前記第１及び第２のレンズ群は、前記レンズ中心軸周りでおよそ１８０度に亘って配置されているのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第２の構成においては、前記第１及び第２の反射面が同一素子内に形成されているのが好ましい。また、この場合には、前記素子の物体側の面に遮光部が形成されているのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、前記第１撮像光学系の結像倍率と前記第２撮像光学系の結像倍率とが共に同符号であるのが好ましい。この好ましい例によれば、第１撮像光学系で得られる画像が正立像の場合には、第２撮像光学系で得られる画像は正立像となり、また、第１撮像光学系で得られる画像が倒立像の場合には、第２撮像光学系で得られる画像は倒立像となるので、撮像素子上での画像の重複が回避される。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、光学系内部に中間像を形成しないのが好ましい。この好ましい例によれば、広角撮像光学系がリレー光学系とならず、光学系全長が小さくなるので、装置の小型化を図ることができる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、前記結像光学系の内部に絞りを有するのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１の構成においては、前記第３の反射面と前記結像光学系との間、又は前記第４の反射面と前記結像光学系との間に、絞りを有するのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第２の構成においては、前記第１の反射面と前記結像光学系との間、又は前記第２の反射面と前記結像光学系との間に、絞りを有するのが好ましい。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、前記結像光学系に入射する不要な光をカットするための遮光手段を備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、第１の反射面や第２の反射面、あるいは第１のレンズ群や第２のレンズ群を経由せずに結像光学系に直接入射しようとする物体からの入射光や、ゴーストやフレアの原因となる不要光等を除去することができる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、前記結像光学系は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明であるのが好ましい。また、前記本発明の広角撮像光学系の第２の構成においては、前記屈折光学系は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明であるのが好ましい。これらの好ましい例によれば、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で、屈折光学系や結像光学系は光を透過するので、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で使用することができる。
また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、前記結像光学系は、物体側から順に配置された、負レンズの第１レンズと、正レンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズとからなるのが好ましい。また、前記本発明の広角撮像光学系の第１又は第２の構成においては、前記結像光学系は、物体側から順に配置された、負レンズの第１レンズと、正レンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズと、正レンズの第４レンズとからなるのが好ましい。これらの好ましい例によれば、少ないレンズ枚数で、バックフォーカスが比較的長く収差補正も良好で明るい結像光学系を実現することができる。
また、本発明に係る広角撮像装置の構成は、前記本発明の広角撮像光学系と、前記結像光学系で結像された像を撮像する撮像素子とを備えていることを特徴とする。この広角撮像装置の構成によれば、前記本発明の広角撮像光学系を備えているので、広範囲に亘る撮像が可能となる。
前記本発明の広角撮像装置の構成においては、前記撮像素子が１つの撮像素子で共用されているのがこのましい。この好ましい例によれば、小型軽量化、低コスト化を実現することができる。
前記本発明の広角撮像装置は、対象物に取り付け可能であり、かつ、取付け角度の調整が可能であるのが好ましい。この好ましい例によれば、撮像範囲を容易に変化させることができる。
前記本発明の広角撮像装置は、動体検知機能を備えているのが好ましい。この好ましい例によれば、動体を抽出することができるので、周囲の動作状況を的確に把握することができる。
本発明に係る監視用撮像装置の構成は、前記本発明の広角撮像装置を備えていることを特徴とする。この監視用撮像装置の構成によれば、前記本発明の広角撮像装置を備えているので、水平方向画角及び垂直方向画角が広範囲に亘る撮像が可能となる。また、光を反射する材料を用いた反射面と、光を透過する材料を用いたレンズとを組み合わせた構成とすることにより、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域において、昼間、夜間を問わずに、広範囲に亘る監視を行うことができる。
本発明に係る車載用撮像装置の構成は、前記本発明の広角撮像装を備えていることを特徴とする。この車載用撮像装置の構成によれば、前記本発明の広角撮像装置を備えているので、水平方向画角及び垂直方向画角が広範囲に亘る撮像が可能となり、撮像した画像を車両内に設置した車載モニタに映し出すように構成することにより、リアビューモニタ、フロントビューモニタ、あるいはサイドビューモニタ等として用いることができる。その結果、周囲の交通をリアルタイムに把握することができるので、より安全で快適な運転が可能となる。
本発明に係る投写装置の構成は、前記本発明の広角撮像装を備えていることを特徴とする。この投写装置の構成によれば、前記本発明の広角撮像装置を備えているので、観測者にとって非常に広視野に亘るビデオプロジェクタを実現することができる。
本発明によれば、非常に広範囲に亘る撮像が可能となる。また、小型、軽量で明るい広角撮像光学系、並びにそれを備えた広角撮像装置、監視用撮像装置、車載用撮像装置及び投写装置を安価に提供することができる。
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。
［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広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。図２は図１の矢印Ａ方向から見た図、図３は図１から要部のみを取り出して示した斜視図である。
図１〜図３に示すように、本実施の形態の広角撮像装置は、反射光学系と、結像光学系７と、結像光学系７で結像された像を撮像する撮像素子８とを備えている。反射光学系は、物体からの光束を直接反射する第１及び第２の反射面１、２と、第１の反射面１からの光束を反射する第３の反射面３と、第２の反射面２からの光束を反射する第４の反射面４とにより構成されている。また、第３の反射面３と第４の反射面４は、１つのクロスプリズム１４内に形成されている。
第１の水平中心軸９は、第１の反射面１の曲率中心と第２の反射面２の曲率中心とを結ぶ軸である。また、垂直中心軸１０は、第１の水平中心軸９と直交する軸であり、結像光学系７の光軸でもある。図２における点ｃは、第１の水平中心軸９と垂直中心軸１０との交点であり、また、第１の水平中心軸９と垂直中心軸１０と第２の水平中心軸９ａは、点ｃを通り、互いに直交している。第１の反射面１と第２の反射面２は、第１の水平中心軸９上に所定の間隔をおいて、垂直中心軸１０に対して対称となるように配置されている。そして、クロスプリズム１４は、第１の水平中心軸９上で、かつ、第１の反射面１と第２の反射面２との中間位置である点ｃに配置されている。
第１の反射面１と第２の反射面２との間には、その上面が第１の水平中心軸９と第２の水平中心軸９ａとを含む平面と一致するように保持部材としての黒塗り筐体１２が配置されており、この黒塗り筐体１２の、クロスプリズム１４が位置する部分には、第３及び第４の反射面３、４からの光束を結像光学系７へ入射させるための開口１２ａが形成されている。また、開口１２ａには、結像光学系７に入射する不要な光をカットするためのフード１３が設けられている。また、図１〜図３に示すように、第１の反射面１と第２の反射面２との間には、第１の水平中心軸９上の点を中心として開放し、物体からの光束が入射する開放部が形成されている。従って、図２に示す第３及び第４の反射面３、４への光の入射角度θが０〜１８０度のいずれであっても、物体からの光ａ、ｂは入射可能である。そして、前記開放部を囲むようにして、反射光学系を保護するための保護部材１１が配置されている。この保護部材１１は、例えば、厚さ数ｍｍ程度の樹脂材料、例えば、アクリル樹脂で形成される。上記のように黒塗り筐体１２を配置することにより、本実施の形態のように、例えば、樹脂材料からなる保護部材１１によって反射光学系を保護する場合に、保護部材１１の内面反射によって従来発生していたゴーストが、黒塗り筐体１２によって光反射が防止されることにより、発生しなくなる。
ここで、共役距離の長い側から順に、第１の反射面１から第３の反射面３、結像光学系７を経て撮像素子８に至る光学系を『第１撮像光学系』、同じく共役距離の長い側から順に、第２の反射面２から第４の反射面４、結像光学系７を経て撮像素子８に至る光学系を『第２撮像光学系』とする。クロスプリズム１４の中心は、第１の水平中心軸９と垂直中心軸１０（結像光学系７の光軸）との交点である点ｃ（図２参照）に位置するため、第１撮像光学系における結像光学系７の光軸と、第２撮像光学系における結像光学系７の光軸とは一致している。すなわち、第１撮像光学系と第２撮像光学系とは結像光学系７を共有している。
第１撮像光学系の結像倍率と第２撮像光学系の結像倍率とは共に同符号であるのが望ましい。このことは以下の実施の形態においても言えることである。
絞りは、結像光学系７の内部、もしくは第３の反射面３と結像光学系７との間、又は第４の反射面４と結像光学系７との間にあるのが望ましい。
第１の反射面１は、物体からの入射光ａ（第１撮像光学系に入射する光束）から見て凸面であり、第２の反射面２は、物体からの入射光ｂ（第２撮像光学系に入射する光束）から見て凸面である。物体からの入射光ａは、第１の反射面１及びクロスプリズム１４内にある第３の反射面３で反射された後、結像光学系７で結像され、撮像素子８によって撮像される。また、物体からの入射光ｂは、第２の反射面２及びクロスプリズム１４内にある第４の反射面４で反射された後、結像光学系７で結像され、撮像素子８によって撮像される。
第１及び第２の反射面１、２は、それぞれ第１の水平中心軸９に対して回転対称な非球面（回転対称非球面）である。本実施の形態において、第１及び第２の反射面１、２は、それぞれ双曲線を回転して得られる反射面であって、第１の水平中心軸９周りでおよそ１８０度の範囲に亘って形成されている。
第３及び第４の反射面３、４は、垂直中心軸１０に対して対称となるように配置されている。
図１において、第１撮像光学系における垂直方向画角αは、時計方向を正とすると、およそ０〜５０度の範囲にあり、第２撮像光学系における垂直方向画角βは、およそ０〜−５０度の範囲にある。このため、本実施の形態の広角撮像装置において、水平方向画角は１８０度程度、垂直方向画角は１００度程度になる。尚、本実施の形態においては、このように垂直方向画角を１００度程度としているが、これに限定されるものではない。
図４に、図１〜図３に示す広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す。図４に示すように、撮像素子８上には、第１撮像光学系によって撮像された半円環状画像４２と、第２撮像光学系によって撮像された半円環状画像４３とが映し出され、半円環状画像４２と半円環状画像４３とで１つの連続的な円環状の画像が形成されている。このため、撮像素子８の有効領域を効率的に用いることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、主要光学系が色収差の発生しない反射面（第１〜第４の反射面１〜４）で形成されているので、設計の工数及び製造上の制約も少なくなり、小型、軽量で明るい広角撮像装置を安価に提供することができる。また、屈折光学系を構成するレンズ及び反射光学系における反射面の形状を非球面とすることにより、光学系において発生する諸収差を補正することができる。さらに、撮像素子８を効率的に用いつつ、広範囲（水平方向画角：１８０度程度、垂直方向画角：１００度程度）に亘る撮像が可能となる。
尚、本実施の形態においては、水平方向画角、垂直方向画角を図１に示すように規定しているが、本実施の形態の水平方向画角を垂直方向画角とし、また、本実施の形態の垂直方向画角を水平方向画角としてもよい。
また、本実施の形態においては、第１及び第２の反射面１、２として、双曲線を回転して得られる反射面を例に挙げて説明したが、第１及び第２の反射面１、２は、円を含む楕円又は放物線を回転して得られる反射面であってもよい。また、第３及び第４の反射面３、４は、曲面形状であってもよく、さらには、シリンドリカル面やトーリック面とすることもでき、さらに自由曲面としてもよい。ここで、自由曲面とは、回転対称軸を有しない曲面のことである。このことは、以下の各実施の形態においても同様である。
また、本実施の形態の広角撮像光学系においては、光学系の内部に中間像を形成しないのが望ましい。このことは以下の実施の形態においても言えることである。
また、本実施の形態の広角撮像光学系においては、結像光学系７は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明であるのが望ましい。
［第２の実施の形態］
図５は本発明の第２の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。図６は図５の矢印Ｂ方向から見た図である。図５、図６に示すように、本実施の形態の広角撮像装置の基本構成は、図１〜図４に示した上記第１の実施の形態の広角撮像装置と同様であるが、クロスプリズム１４の代わりに直角プリズム５１が用いられている点、及び第１及び第２の反射面１、２が第１の水平中心軸９周りでおよそ１９０度に亘って形成されている（水平方向画角が１９０度程度）点で、上記第１の実施の形態の広角撮像装置と異なっている。
図５に示すように、物体からの入射光ａ（第１撮像光学系に入射する光束）は、第１の反射面１及び直角プリズム５１内にある第３の反射面３で反射された後、結像光学系７で結像され、撮像素子８によって撮像される。また、物体からの入射光ｂ（第２撮像光学系に入射する光束）は、第２の反射面２及び直角プリズム５１内にある第４の反射面４で反射された後、結像光学系７で結像され、撮像素子８によって撮像される。第１撮像光学系及び第２撮像光学系は、結像光学系７の光軸である垂直中心軸１０から偏心しているが、第１撮像光学系及び第２撮像光学系において発生する諸収差は、結像光学系７によって的確に補正されている。
図７は本実施の形態の他の例における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。図７に示す構成は、結像光学系７において偏心レンズ６２が配置されている点で、図５に示す構成と異なっている。第１撮像光学系及び第２撮像光学系は、結像光学系７の光軸である垂直中心軸１０から偏心しているが、偏心レンズ６２を配置したことにより、第１撮像光学系及び第２撮像光学系において発生する諸収差はさらに的確に補正されている。
図８に、図５〜図７に示す広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す。図８に示すように、撮像素子８上には、第１撮像光学系によって撮像された略半円環状画像８２と、第２撮像光学系によって撮像された略半円環状画像８３とが映し出され、略半円環状画像８２と略半円環状画像８３とでほぼ連続的な１つの半円環状画像が形成されている。このため、撮像素子８の有効領域を効率的に用いることができる。
尚、本実施形態においては、第１及び第２の反射面１、２が第１の水平中心軸９周りでおよそ１９０度に亘って形成されている場合を例に挙げて説明したが、上記第１の実施の形態と同様に、第１の水平中心軸９周りでおよそ１８０度に亘って形成されていてもよい。図９に、この構成を有する広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す。図９に示すように、撮像素子８上には、第１撮像光学系によって撮像された半円環状画像９２と、第２撮像光学系によって撮像された半円環状画像９３とが映し出され、半円環状画像９２と半円環状画像９３とでほぼ連続的な１つの円環状の画像が形成されている。このため、撮像素子８の有効領域を効率的に用いることができる。
また、本実施形態においては、水平方向画角が１９０度程度とされているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば１７０度程度としてもよい。
［第３の実施の形態］
図１０は本発明の第３の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。
図１０に示すように、本実施の形態の広角撮像装置は、屈折光学系と、反射光学系と、結像光学系７と、結像光学系７で結像された像を撮像する撮像素子８とを備えている。屈折光学系は、物体からの光束を屈折させる第１及び第２のレンズ群１０１、１０２によって構成されている。また、反射光学系は、第１のレンズ群１０１からの光束を直接反射する第１の反射面５と、第２のレンズ群１０２からの光束を直接反射する第２の反射面６とにより構成されている。尚、第１の反射面５と第２の反射面６は、直角プリズム１０３の面を利用して構成されている。
第１の水平中心軸９は、第１及び第２のレンズ群１０１、１０２に共通な光軸となっている（レンズ中心軸）。また、垂直中心軸１０は、第１の水平中心軸９上の第１のレンズ群１０１と第２のレンズ群１０２との中点において第１の水平中心軸９と直交する軸であり、結像光学系７の光軸でもある。そして、直角プリズム１０３の中心は、第１の水平中心軸９と垂直中心軸１０との交点に配置されており、第１の反射面５と第２の反射面６は、垂直中心軸１０に対して対称となるように配置されている。
ここで、共役距離の長い側から順に、第１のレンズ群１０１から第１の反射面５、結像光学系７を経て撮像素子８に至る光学系を『第１撮像光学系』、同じく共役距離の長い側から順に、第２のレンズ群１０２から第２の反射面６、結像光学系７を経て撮像素子８に至る光学系を『第２撮像光学系』とする。直角プリズム１０３の中心は、第１の水平中心軸９と垂直中心軸１０（結像光学系７の光軸）との交点に位置するため、第１撮像光学系における結像光学系７の光軸と、第２撮像光学系における結像光学系７の光軸とは一致している。すなわち、第１撮像光学系と第２撮像光学系とは結像光学系７を共有している。
物体からの入射光ａ（第１撮像光学系に入射する光束）は、第１のレンズ群１０１で屈折され、第１の反射面５で反射された後、結像光学系７で結像され、撮像素子８によって撮像される。また、物体からの入射光ｂ（第２撮像光学系に入射する光束）は、第２のレンズ群１０２で屈折され、第２の反射面６で反射された後、結像光学系７で結像され、撮像素子８によって撮像される。
絞りは、結像光学系７の内部、もしくは第１の反射面５と結像光学系７との間、又は第２の反射面６と結像光学系７との間にあるのが望ましい。
第１及び第２のレンズ群１０１、１０２は、それぞれ第１の水平中心軸９に対して回転対称な球面もしくは非球面である。尚、第１及び第２の反射面５、６は、曲面形状であってもよく、さらには、シリンドリカル面やトーリック面とすることもでき、さらに自由曲面としてもよい。
図１１に、図１０に示す広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す。図１１に示すように、撮像素子８上には、第１撮像光学系によって撮像された円状画像１１２と、第２撮像光学系によって撮像された円状画像１１３とが映し出され、２つの円状画像が形成されている。
図１２は本実施の形態の他の例における広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。
図１２に示すように、本構成においては、第１及び第２のレンズ群１２１、１２２が第１の水平中心軸９周りでおよそ１８０度の範囲に亘って配置されている（水平方向画角が１８０度程度）。さらに、第１及び第２の反射面５、６を含む光学部品として、クロスプリズム１２３が用いられている。
図１３に、図１２に示す広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す。図１３に示すように、撮像素子８上には、第１撮像光学系によって撮像された半円状画像１３２と、第２撮像光学系によって撮像された半円状画像１３３とが映し出され、半円状画像１３２と半円状画像１３３とでほぼ連続的な１つの円状画像が形成されている。このため、撮像素子８の有効領域を効率的に用いることができる。
尚、図１２に示す構成においては、水平方向画角が１８０度程度とされているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば１７０度程度もしくは１９０度程度としてもよい。
また、本実施の形態の広角撮像光学系においては、屈折光学系及び結像光学系７は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明であるのが望ましい。
［第４の実施の形態］
図１４は本発明の第４の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。図１４に示すように、本実施の形態の広角撮像装置の基本構成は、図１〜図４に示した上記第１の実施の形態の広角撮像装置と同様であるが、結像光学系７を保持するレンズ鏡筒と、第１の反射面１、第２の反射面２及び保護部材１１を保持する部材とを、一体成型加工して新たな保持部材１４１とした点で、上記第１の実施の形態の広角撮像装置と異なっている。このような構成とすることにより、製造工程における加工コストを削減することができる。
尚、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の広角撮像装置の構成を用いた場合を例に挙げて説明しているが、他の実施の形態の広角撮像装置の構成を用いてもよい。
［第５の実施の形態］
図１５は本発明の第５の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。
図１５に示すように、本実施の形態の広角撮像装置の基本構成は、図１〜図４に示した上記第１の実施の形態の広角撮像装置と同様であるが、保護部材１１の中心付近に例えば遮光部１５１を設けている点で、上記第１の実施の形態の広角撮像装置と異なっている。遮光部１５１は、保護部材１１の一部を直接黒塗りすることによって形成される。このような構成とすることにより、入射光束の入射角度をある範囲内に制限し、第１の反射面１や第２の反射面２を経由せずに結像光学系７に直接入射しようとする物体からの入射光や不要光等を除去することができる。
図１６は本実施の形態の他の例における広角撮像装置の基本構成を示す概略図であり、第１の水平中心軸９を含む平面で切断した断面図である。
図１６に示す広角撮像装置の基本構成は、図１〜図４に示した上記第１の実施の形態の広角撮像装置と同様であるが、第３の反射面３と第４の反射面４を含むクロスプリズムとして、保護部材１１側の面に遮光部１６１が設けられたクロスプリズム１６２を用いている点で、上記第１の実施の形態の広角撮像装置と異なっている。遮光部１６１は、クロスプリズム１６２にディッピング等の手法によって黒塗りコーティングを施すことにより形成される。このような構成とすることにより、第１の反射面１や第２の反射面２を経由せずに結像光学系７に直接入射しようとする物体からの入射光や不要光等を効率良く除去することができる。尚、本構成を図１５に示した構成と同時に用いれば、不要光等をさらに効率良く除去することが可能となる。
［第６の実施の形態］
図１７はＳｉ−Ａｓ−Ｔｅ系ガラスであるＳｉ2 ＡｓＴｅ2 の光透過曲線を示す図である。図１７から分かるように、Ｓｉ2 ＡｓＴｅ2 は、赤外波長域（１〜１０μｍ）で高い透過率を示している。また同様に、ゲルマニウム等も赤外波長域において高い透過率を示す材料である。一方、例えば、ガラス基板上にＡｌとＭｇＦ2 をコーティングして形成した反射面は、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で８５％以上の高い反射率を示す。
以上のことから、上記各実施の形態において、例えばガラス基板上にＡｌとＭｇＦ2 をコーティングして形成した反射面と、例えばＳｉ2 ＡｓＴｅ2 やゲルマニウム等を用いたレンズで形成した屈折光学系及び結像光学系７とを組み合わせた構成とすることにより、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で、反射面は光を反射し、かつ、屈折光学系及び結像光学系７は光を透過させるので、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で使用することのできる広角撮像装置を実現することができる。
［第７の実施の形態］
本実施の形態における広角撮像装置は、対象物に取り付けられ、かつ、取付け角度を調整することができるように構成されている。図１８、図１９は、広角撮像装置を車載用撮像装置として用いた場合の例を示している。これらの各図に示した例において、車載用撮像装置１９１は、車両１９３の後部に取り付けられている。車載用撮像装置１９１の基本構成は、上記各実施の形態における広角撮像装置と同じである。
図１８に示した例において、車載用撮像装置１９１は、中心軸が撮像対象である地面に対して略垂直となっている。一方、図２０に示した例において、車載用撮像装置１９１は、中心軸が撮像対象である地面に対して傾斜している。このように、車載用撮像装置１９１の車両１９３に対する取付け角度を変化させることにより、撮像可能な範囲を、やや狭い撮像範囲１９２（図１８）から広い撮像範囲２０２（図１９）へと変化させることができる。また、車載用撮像装置１９１の取付け角度を変化させることが可能な可動手段を設け、車両１９３の内部から車載用撮像装置１９１の取付け角度を制御できるようにすれば、撮像可能な範囲を容易に変化させることができ、周囲の状況を正確に把握することが可能となる。
尚、本実施の形態においては、広角撮像装置を車載用撮像装置として用いる場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこの用途に限定されるものではなく、例えば監視用撮像装置として用いることもできる。
［第８の実施の形態］
図２０は、上記第７の実施の形態と同様、広角撮像装置を車載用撮像装置として用いた場合の例を示している。図２０に示すように、車載用撮像装置２１１は、車両２１３の側部に取り付けられている。図２０中、２１２は撮像範囲を示しており、２１４は他の車両を示している。車載用撮像装置２１１は、動体検知機能を搭載しており、車載用撮像装置２１１自体としては、上記各実施の形態における広角撮像装置を用いることができる。
図２１、図２２に、車載用撮像装置２１１の広域画像を示す。車載用撮像装置２１１の撮像範囲２１２に他の車両２１４が入った場合には、車載用撮像装置２１１の動体検知機能が作動し、図２１に示すように、車両２１４の画像が動体画像２２２として広域画像２２１上に現れる。さらに他の車両２１４が移動した場合には、自動的に動体追跡が行われ、図２２に示すように、車両２１４の画像が動体画像２３２として広域画像２３１上に現れる。このように、車載用撮像装置２１１が動体検知機能を搭載していることにより、車両２１３の周囲の動きのある物体（この例では、他の車両２１４）を抽出して表示することができるので、観測者（この例では、車両２１３の運転手）の注意を喚起することができる。
尚、本実施の形態の構成を上記第７の実施の形態の構成と組み合わせて用いることにより、傾斜による撮像範囲可変機能及び動体検知機能を含む広角撮像システムを実現することができ、さらに高度な撮像を行うことが可能となる。
［第９の実施の形態］
図２３は、上記各実施の形態における広角撮像装置のいずれかを含む監視用撮像システムの一例を示している。図２３に示すように、監視空間２４５には監視用撮像装置２４１が設置されており、当該監視用撮像装置２４１は、ケーブル２４４を用いてモニタ２４２及び画像処理装置２４３に接続されている。そして、撮影された画像を、画像処理装置２４３によってパノラマ画像に展開することにより、リアルタイムで広範囲に亘る監視を行うことが可能となる。また、画像処理装置２４３が記録媒体を兼ねるように構成することにより、撮像した画像の保存を行って、データベースとして用いることもできる。また、監視用撮像装置２４１を上記第６の実施の形態のような反射面とレンズとの組合わせによって構成すれば、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で使用することができるので、昼間、夜間を問わずに、広範囲に亘る監視を行い、かつ、その様子を記録することが可能となる。
［第１０の実施の形態］
図２４は、上記各実施の形態における広角撮像装置のいずれかを含む車載用撮像システムの一例を示している。図２４に示すように、車両２５２には、その前部、後部、あるいはサイドミラー部分等に車載用撮像装置２５１が取り付けられている。そして、車載用撮像装置２５１によって撮像されたパノラマ画像を、車両２５２内に設置した車載モニタ２５３に映し出すように構成することにより、リアビューモニタ、フロントビューモニタ、あるいはサイドビューモニタ等として用いることができる。その結果、周囲の交通をリアルタイムに把握することができるので、より安全で快適な運転が可能となる。
［第１１の実施の形態］
図２５は、上記各実施の形態における広角撮像装置のいずれかを含む投写システムの一例を示している。図２５に示すように、本実施の形態における投写システムは、光源２６３と、光源２６３から放射される光によって照明されると共に、光学像を形成する空間光変調素子２６２と、空間光変調素子２６２上の光学像を投写する広角撮像光学系２６１とにより構成されている。ここで、空間光変調素子２６２としては、液晶パネル等が用いられている。尚、図２５中、２６４は広角撮像光学系２６１によって投写された映像のフォーカス面となるスクリーンを示している。
本実施の形態の投写システムにおいては、光源２６３によって照明される空間光変調素子２６２に形成された光学像が、広角撮像光学系２６１によってスクリーン２６４上に拡大投写される。従って、本実施の形態によれば、観測者２６５にとって非常に広視野に亘るビデオプロジェクタを実現することができる。
［第１２の実施の形態］
図２６は、本発明における広角撮像光学系を含むワイドコンバージョンレンズの一例を示している。図２６に示すワイドコンバージョンレンズは、図１に示した広角撮像光学系において、結像光学系７及び撮像素子８の代わりに、ビデオカメラやカメラ等の撮像装置２７１を配置したものである。この構成を用いれば、一度で広範囲に亘る撮像が可能となる。
尚、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態の広角撮像光学系を用いているが、他の実施の形態の広角撮像光学系を用いてもよい。
［第１３の実施の形態］
以下に、本発明の第１３の実施の形態における広角撮像光学系を、図面と数値実施例を参照しながら説明する。図２７、図２８は、それぞれ後述する数値実施例１、２に対応する広角撮像光学系を示す概略断面図である。図２７、図２８及び下記数値実施例１、２において、ｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）は面番号、ｒｉは物体側から光束の進行順に数えて第ｉ番目の光学要素の曲率半径、ｄｉは第ｉ番目の面間隔、ｎｄ及びνｄはｄ線における屈折率及びアッベ数、ｆは光学系の焦点距離、Ｆｎｏは明るさ、ωは撮像範囲をそれぞれ表している。また、Ａ２〜Ａ１０、Ｋは、それぞれ下記（数１）によって定義される非球面の非球面係数及び円錐定数である。
Figure 2005107404
 但し、上記（数１）中、ｈは項軸からの高さ、Ｚは非球面上の光軸からの高さがｈの点におけるサグ量、Ｒは面の曲率半径をそれぞれ表している。
いずれの数値実施例においても、反射光学系における第１及び第２の反射面は物体からの入射光から見て凸面であり、絞り位置は、クロスプリズム１４と結像光学系７との間に設定されている。また、最も像面側のレンズと撮像素子８との間に挿入されている厚みを有する平板は、光学的ローパスフィルタ及び近赤外カットフィルタに相当している。
（数値実施例１）
第１撮像光学系
ｆ＝1.00 Ｆno＝1.93 ω＝0〜＋50度
Ｎｏ ｒｉ ｄｉ ｎｄ νｄ
１ -7.646 16.10 MIRROR
２
３ ∞ 2.68 MIRROR
４
５ -2.468 1.34 1.84666 23.8 接合レンズ
６ 33.284 2.68 1.72916 54.7
７ -4.829 0.13
８ -8.040 2.01 1.72916 54.7
９ -5.925 0.13
１０ 6.503 2.01 1.52404 56.4
１１ 162.488 1.34
１２ ∞ 4.0 1.51680 64.2
１３ ∞

非球面係数及び円錐定数
第 １面 Ｋ＝−１．５
第１０面 Ａ４＝−７．３４６Ｅ−６ Ａ６＝−８．９４２Ｅ−６
Ａ８＝２．１０１Ｅ−６ Ａ１０＝−３．３７５Ｅ−８
Ｋ＝−０．９１１
第１１面 Ａ４＝１．２８４Ｅ−４ Ａ６＝−１．７６４Ｅ−５
Ａ８＝３．０４７Ｅ−６ Ａ１０＝−６．５６６Ｅ−８
Ｋ＝３０６．５７４

第２撮像光学系
ｆ＝1.00 Ｆno＝1.93 ω＝-50〜0度
Ｎｏ ｒｉ ｄｉ ｎｄ νｄ
１ MIRROR
２ 7.646 -16.10
３
４ ∞ 2.68 MIRROR
５ -2.468 1.34 1.84666 23.8 接合レンズ
６ 33.284 2.68 1.72916 54.7
７ -4.829 0.13
８ -8.040 2.01 1.72916 54.7
９ -5.925 0.13
１０ 6.503 2.01 1.52404 56.4
１１ 162.488 1.34
１２ ∞ 4.0 1.51680 64.2
１３ ∞

非球面係数及び円錐定数
第 １面 Ｋ＝−１．５
第１０面 Ａ４＝−７．３４６Ｅ−６ Ａ６＝−８．９４２Ｅ−６
Ａ８＝２．１０１Ｅ−６ Ａ１０＝−３．３７５Ｅ−８
Ｋ＝−０．９１１
第１１面 Ａ４＝１．２８４Ｅ−４ Ａ６＝−１．７６４Ｅ−５
Ａ８＝３．０４７Ｅ−６ Ａ１０＝−６．５６６Ｅ−８
Ｋ＝３０６．５７４

（数値実施例２）
第１撮像光学系
ｆ＝1.00 Ｆno＝2.01 ω＝0〜＋50度
Ｎｏ ｒｉ ｄｉ ｎｄ νｄ
１ -7.890 16.61 MIRROR
２
３ ∞ 2.77 MIRROR
４
５ -3.447 1.38 1.84666 23.8 接合レンズ
６ 88.777 2.77 1.72916 54.7
７ -5.655 0.14
８ 7.072 2.77 1.52404 56.4
９ -7.178 1.38
１０ ∞ 4.0 1.51680 64.2
１１ ∞

非球面係数及び円錐定数
第１面 Ｋ＝−１．５
第８面 Ａ４＝−６．８５４Ｅ−４ Ａ６＝ ３．６８７Ｅ−６
Ａ８＝ ３．１７６Ｅ−６ Ａ１０＝−９．２１０Ｅ−８
Ｋ＝−１．２３６
第９面 Ａ４＝−１．２６６Ｅ−４ Ａ６＝−１．０８２Ｅ−４
Ａ８＝ １．０９６Ｅ−５ Ａ１０＝−２．６１４Ｅ−７
Ｋ＝−３．７２２

第２撮像光学系
ｆ＝1.00 Ｆno＝2.01 ω＝-50〜0度
Ｎｏ ｒｉ ｄｉ ｎｄ νｄ
１
２ -7.890 -16.61 MIRROR
３
４ ∞ 2.77 MIRROR
５ -3.447 1.38 1.84666 23.8 接合レンズ
６ 88.777 2.77 1.72916 54.7
７ -5.655 0.14
８ 7.072 2.77 1.52404 56.4
９ -7.178 1.38
１０ ∞ 4.0 1.51680 64.2
１１ ∞

非球面係数及び円錐定数
第１面 Ｋ＝−１．５
第８面 Ａ４＝−６．８５４Ｅ−４ Ａ６＝ ３．６８７Ｅ−６
Ａ８＝ ３．１７６Ｅ−６ Ａ１０＝−９．２１０Ｅ−８
Ｋ＝−１．２３６
第９面 Ａ４＝−１．２６６Ｅ−４ Ａ６＝−１．０８２Ｅ−４
Ａ８＝ １．０９６Ｅ−５ Ａ１０＝−２．６１４Ｅ−７
Ｋ＝−３．７２２

図２９に、上記数値実施例１における光学系の収差曲線図を示し、図３０に、上記数値実施例２における光学系の収差曲線図を示す。
本発明は、小型、軽量で明るい広角撮像光学系、並びにそれを備えた広角撮像装置、監視用撮像装置、車載用撮像装置及び投写装置に適用できる。
本発明の第１の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 図１の矢印Ａ方向から見た図である。 図１から要部のみを取り出して示した斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 図５の矢印Ｂ方向から見た図である。 本発明の第２の実施の形態の他の例における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態における広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態の他の例における広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態における広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す概略図である。 本発明の第３の実施の形態の他の例における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態の他の例における広角撮像装置を用いて広範囲に亘って物体を撮像したときの画像を示す概略図である。 本発明の第４の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 本発明の第５の実施の形態における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 本発明の第５の実施の形態の他の例における広角撮像装置の基本構成を示す概略断面図である。 本発明の第６の実施の形態におけるＳｉ2 ＡｓＴｅ2 の光透過曲線を示す図である。 本発明の第７の実施の形態における広角撮像装置を車載用撮像装置として用いた場合の構成を示す概略図である。 本発明の第７の実施の形態における広角撮像装置を車載用撮像装置として用いた場合の構成の他の態様を示す概略図である。 本発明の第８の実施の形態における広角撮像装置を車載用撮像装置として用いた場合の構成を示す概略図である。 本発明の第８の実施の形態における車載用撮像装置の広域画像の一例を示す概略図である。 本発明の第８の実施の形態における車載用撮像装置の広域画像の他の例を示す概略図である。 本発明の第９の実施の形態における監視用撮像システムを示す概略斜視図である。 本発明の第１０の実施の形態における車載用撮像システムを示す概略図である。 本発明の第１１の実施の形態における投写システムを示す概略図である。 本発明の第１２の実施の形態におけるワイドコンバージョンレンズを示す概略断面図である。 本発明の第１３の実施の形態における数値実施例１に対応する広角撮像光学系を示す概略断面図である。 本発明の第１３の実施の形態における数値実施例２に対応する広角撮像光学系を示す概略断面図である。 本発明の第１３の実施の形態における数値実施例１に対応する広角撮像光学系の収差曲線図である。 本発明の第１３の実施の形態における数値実施例２に対応する広角撮像光学系の収差曲線図である。
符号の説明
１、５ 第１の反射面
２、６ 第２の反射面
３ 第３の反射面
４ 第４の反射面
７ 結像光学系
８ 撮像素子
９ 第１の水平中心軸
９ａ 第２の水平中心軸
１０ 垂直中心軸
１１ 保護部材
１２ 黒塗り筐体
１２ａ 開口
１３ フード
１４、１２３、１６２ クロスプリズム
ａ 第１撮像光学系に入射する光束
ｂ 第２撮像光学系に入射する光束
ｃ 第１の水平中心軸と垂直中心軸との交点
４２ 第１撮像光学系によって撮像された半円環状画像
４３ 第２撮像光学系によって撮像された半円環状画像
５１、１０３ 直角プリズム
６２ 偏心レンズ
８２ 第１撮像光学系によって撮像された略半円環状画像
８３ 第２撮像光学系によって撮像された略半円環状画像
９２ 第１撮像光学系によって撮像された半円環状画像
９３ 第２撮像光学系によって撮像された半円環状画像
１０１、１２１ 第１のレンズ群
１０２、１２２ 第２のレンズ群
１１２ 第１撮像光学系によって撮像された円状画像
１１３ 第２撮像光学系によって撮像された円状画像
１３２ 第１撮像光学系によって撮像された半円状画像
１３３ 第２撮像光学系によって撮像された半円状画像
１４１ 保持部材
１５１、１６１ 遮光部
１９１、２０１、２５１ 車載用撮像装置
１９３、２０３、２１３、２１４、２５２ 車両
１９２ 車載用撮像装置の撮像範囲
２０２ 車載用撮像装置の撮像範囲
２１２ 車載用撮像装置の撮像範囲
２２１、２３１ 広域画像
２２２、２３２ 動体画像
２４１ 監視用撮像装置
２４２ モニタ
２４３ 画像処理装置
２４４ ケーブル
２４５ 監視空間
２５３ 車載モニタ
２６１ 広角撮像光学系
２６２ 空間変調素子
２６３ 光源
２６４ スクリーン
２６５ 観測者
２７１ 撮像装置

Claims (33)

  1. 物体からの光束を直接反射する第１及び第２の反射面と、前記第１の反射面からの光束を反射する第３の反射面と、前記第２の反射面からの光束を反射する第４の反射面とを含む反射光学系と、
    結像光学系と、
    前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に形成され、物体からの光束が入射する開放部と、
    前記第３及び第４の反射面からの光束を前記結像光学系に入射させるための開口とを備え、
    共役距離の長い側から順に、前記第１の反射面から前記第３の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第１撮像光学系、共役距離の長い側から順に、前記第２の反射面から前記第４の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第２撮像光学系としたとき、前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系とが前記結像光学系を共有することを特徴とする広角撮像光学系。
  2. 前記第１の反射面の曲率中心と前記第２の反射面の曲率中心とを結ぶ軸を中心軸としたとき、
    前記第１及び第２の反射面は前記中心軸に対して回転対称であり、
    前記中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第１の反射面と前記第２の反射面が配置され、
    同じく、前記中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第３の反射面と前記第４の反射面が配置され、かつ、
    前記結像光学系の光軸が前記中心軸と直交する軸に一致している請求項１に記載の広角撮像光学系。
  3. 前記第１及び第２の反射面が前記中心軸に対して回転対称な非球面である請求項２に記載の広角撮像光学系。
  4. 前記第１及び第２の反射面は、前記中心軸周りでおよそ１８０度に亘って形成され、かつ、物体からの入射光から見て凸面である請求項１〜３のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  5. 前記第３及び第４の反射面が同一素子内に形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  6. 前記素子の物体側の面に遮光部が形成された請求項５に記載の広角撮像光学系。
  7. 前記開放部を囲むようにして、前記反射光学系を保護するための保護部材が配置されている請求項１〜６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  8. 前記保護部材に遮光部が形成された請求項７に記載の広角撮像光学系。
  9. 前記保護部材が内面反射防止構造を備えた請求項７に記載の広角撮像光学系。
  10. 前記第１及び第２の反射面を保持する保持部材を備え、当該保持部材が光反射防止構造を有する請求項７に記載の広角撮像光学系。
  11. 前記結像光学系を保持する部材と、前記第１及び第２の反射面を保持する部材とを備え、両部材が一体成型された請求項１〜６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  12. 物体からの光束を屈折させる第１及び第２のレンズ群を含む屈折光学系と、
    前記第１のレンズ群からの光束を直接反射する第１の反射面と、前記第２のレンズ群からの光束を直接反射する第２の反射面とを含む反射光学系と、
    結像光学系と、
    前記第１及び第２の反射面からの光束を前記結像光学系に入射させるための開口とを備え、
    共役距離の長い側から順に、前記第１のレンズ群から前記第１の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第１撮像光学系、共役距離の長い側から順に、前記第２のレンズ群から前記第２の反射面を経て前記結像光学系に至る光学系を第２撮像光学系としたとき、前記第１撮像光学系と前記第２撮像光学系とが前記結像光学系を共有することを特徴とする広角撮像光学系。
  13. 前記第１及び第２のレンズ群に共通な光軸をレンズ中心軸としたとき、
    前記第１及び第２のレンズ群は前記レンズ中心軸に対して回転対称であり、
    前記レンズ中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群が配置され、
    同じく、前記レンズ中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記第１の反射面と前記第２の反射面が配置され、かつ、
    前記結像光学系の光軸が前記レンズ中心軸と直交する軸に一致している請求項１２に記載の広角撮像光学系。
  14. 前記第１及び第２のレンズ群は、前記レンズ中心軸周りでおよそ１８０度に亘って配置されている請求項１２又は１３に記載の広角撮像光学系。
  15. 前記第１及び第２の反射面が同一素子内に形成されている請求項１２〜１４のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  16. 前記素子の物体側の面に遮光部が形成された請求項１５に記載の広角撮像光学系。
  17. 前記第１撮像光学系の結像倍率と前記第２撮像光学系の結像倍率とが共に同符号である請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  18. 光学系内部に中間像を形成しない請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  19. 前記結像光学系の内部に絞りを有する請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  20. 前記第３の反射面と前記結像光学系との間、又は前記第４の反射面と前記結像光学系との間に、絞りを有する請求項１〜１１のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  21. 前記第１の反射面と前記結像光学系との間、又は前記第２の反射面と前記結像光学系との間に、絞りを有する請求項１２〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  22. 前記結像光学系に入射する不要な光をカットするための遮光手段を備えた請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  23. 前記結像光学系は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明である請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  24. 前記屈折光学系は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明である請求項１２〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  25. 前記結像光学系は、物体側から順に配置された、負レンズの第１レンズと、正レンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズとからなる請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  26. 前記結像光学系は、物体側から順に配置された、負レンズの第１レンズと、正レンズの第２レンズと、正レンズの第３レンズと、正レンズの第４レンズとからなる請求項１〜１６のいずれかに記載の広角撮像光学系。
  27. 請求項１〜２６のいずれかに記載の広角撮像光学系と、前記結像光学系で結像された像を撮像する撮像素子とを備えた広角撮像装置。
  28. 前記撮像素子が１つの撮像素子で共用されている請求項２７に記載の広角撮像装置。
  29. 対象物に取り付け可能であり、かつ、取付け角度の調整が可能である請求項２７又は２８に記載の広角撮像装置。
  30. 動体検知機能を備えた請求項２７〜２９のいずれかに記載の広角撮像装置。
  31. 請求項２７〜３０のいずれかに記載の広角撮像装置を備えた監視用撮像装置。
  32. 請求項２７〜３０のいずれかに記載の広角撮像装置を備えた車載用撮像装置。
  33. 請求項２７〜３０のいずれかに記載の広角撮像装置を備えた投写装置。
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