JPH1054939A - 反射式画角変換光学装置及びこれを用いた光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の超広角レンズでは、コントラストの低
い赤外線撮像装置等に用いる場合、加工の難しい大口径
レンズを必要とした。また、反射式の光学装置では、狭
視野のものはあったが広視野のものはなかった。 【解決手段】 回転対称な反射面を有する、一次鏡８、
二次鏡１０、三次鏡３７とからなり、被写体からの入射
光を一次鏡８で反射させ、その反射光を一次鏡８に対向
配置した二次鏡１０で反射させ、さらにその反射光を二
次鏡１０に対向配置した三次鏡３７により視点に集光す
るように構成して、この一、二、三次鏡の位置や鏡面形
状を種々変化させて広視野を出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、映像装置等の画
角を変換する反射式画角変換光学装置及びこれを用いた
光学システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３９は例えば特公昭５０−３０４５７
号公報に示された従来の超広角（魚眼）レンズを示す断
面図であり、図において、１は図の左方向の被写体（図
示せず）からの入射光の光軸、２はその被写体からの入
射光を屈折させる屈折レンズである。この超広角レンズ
は屈折光学系で、一眼レフレックスカメラに取り付けら
れるもので、ライカ判対角線方向に１８０度の視野を写
すことができる。

【０００３】また、図４０は狭視野ではあるが反射鏡を
用いた光学系の例として、例えば「天文アマチュアのた
めの望遠鏡光学・反射編」（吉田正太郎著，１９８８
年，誠文堂新光社，５５ページ）に示されたカセグレン
式反射望遠鏡の反射鏡を示す断面図であり、図におい
て、３は一次鏡、４は複鏡、５は被写体からの入射光、
６は一次鏡３により反射された反射光の焦点、７はさら
に複鏡４により反射された反射光の焦点である。このカ
セグレン式反射望遠鏡では焦点７の結像面にできた結像
を見ることにより被写体を観測することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の超広角レンズは
以上のように構成されているので、コントラストの低い
赤外線撮像装置等に用いる場合、明るいレンズ、すなわ
ち大口径のレンズが必要になる。しかしながら、図３９
に示したような屈折光学系のレンズの大口径化には、ガ
ラスの均質性と強度という点に製造の難しさと、両面を
研磨しなくてはならないなどの加工の難しさ、また、こ
れらに伴う経費の増大などの問題が生じていた。

【０００５】また、図４０に示したよう望遠鏡光学にお
いては、この問題を一次鏡３，複鏡４等の反射鏡を用い
ることで解決しているが、図３９に示したような屈折光
学系、さらには広角光学系においては、未だ解決されて
いないなどの問題点があった。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、広角光学系においても反射
鏡を用いることで、強度を良好にすると共に加工が容易
な反射式画角変換光学装置を得ることを第一の目的とす
る。また、このような反射式画角変換光学装置を用いた
画像表示等の光学システムを得ることを第二の目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる反射式
画角変換光学装置においては、回転体面からなる反射面
を有し、被写体からの入射光を１次反射光として反射さ
せる一次鏡と、回転体面からなる反射面を有し一次鏡に
対向して一次鏡と同一中心軸上に配置され１次反射光を
２次反射光として反射させる二次鏡と、回転体面からな
る反射面を有し二次鏡に対向して一次鏡、二次鏡と同一
中心軸上に配置され２次反射光を３次反射光として反射
させ視点に集光する三次鏡を備えたものである。

【０００８】また、一次鏡は、中心軸に対して異なった
角度で同心円状に配置された複数の部分鏡より成る反射
面を有し、一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを
中心軸方向に摺動自在に支持したものである。また、一
次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを中心軸方向に
摺動自在に支持すると共に、この摺動によって中心軸と
被写体からの入射光とのなす角度と、中心軸と３次反射
光とのなす角度とが変化するように一次鏡、二次鏡、三
次鏡の反射面を成形したものである。

【０００９】さらに、一次鏡、二次鏡、三次鏡のいずれ
かが複数の鏡で構成され、この複数の鏡は支持部材によ
って回転自在に支持され、中心軸と被写体からの入射光
とのなす角度と、中心軸と３次反射光とのなす角度と
が、複数の鏡のいずれの鏡が選択されても異なるように
複数の鏡の反射面を成形したものである。また、一次
鏡、二次鏡、三次鏡のいずれかが複数の鏡で構成され、
この複数の鏡は支持部材によって摺動自在に支持され、
中心軸と被写体からの入射光とのなす角度と、中心軸と
３次反射光とのなす角度とが、複数の鏡のいずれの鏡が
選択されても異なるように複数の鏡の反射面を成形した
ものである。

【００１０】また、一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくと
も一つに被写体からの入射光を透過する透過部を設けた
ものである。さらにまた、透過部には、透過部を透過す
る光を屈折させるレンズを配置しているものである。

【００１１】また、被写体からの入射光を二次鏡または
三次鏡または視点に反射させるための反射面を有する回
転自在に支持された光路変更部を備えたものである。ま
た、光路変更部は、平面鏡であるものである。加えて、
光路変更部は、凸面鏡であるものである。

【００１２】また、光路変更部は、プリズムであるもの
である。また、光路変更部の反射面を、ハーフミラーと
したものである。また、光路変更部には、光路変更部を
回転させる駆動装置が備えられているものである。

【００１３】さらに、一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なく
とも一つを周方向に複数の部分鏡に分割すると共に、中
心軸と被写体からの入射光とのなす角度と、中心軸と３
次反射光とのなす角度とが、いずれの鏡を選択しても異
なるように部分鏡の反射面を成形したものである。ま
た、複数の部分鏡を有する鏡は中心軸を中心に回転駆動
されると共に、回転前の３次反射光を記憶し回転後の３
次反射光と合成する記憶合成部を備えたものである。

【００１４】また、一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくと
も一つを同心円状に複数の部分鏡に分割すると共に、中
心軸と被写体からの入射光とのなす角度と、中心軸と３
次反射光とのなす角度とがそれぞれ異なるように部分鏡
の反射面を成形したものである。加えて、一次鏡、二次
鏡、三次鏡の少なくとも一つを可とう性素材で成形し、
この可とう性素材で成形された鏡を駆動装置により変形
させるものである。

【００１５】また、一次鏡、二次鏡、三次鏡を覆うと共
に被写体からの入射光を透過するカバーを設け、このカ
バーの透過面は、被写体からの入射光に対して垂直にな
るように成形されたものである。また、一次鏡、二次
鏡、三次鏡の少なくとも一つを異なる形状の反射面を有
する鏡に交換自在としたものである。さらにまた、一次
鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを、ハーフミラー
としたものである。

【００１６】また、この発明に係わる光学システムにお
いては、反射式画角変換光学装置の視点に配置され、反
射式画角変換光学装置の集光する像を撮像するカメラを
備えたものである。また、反射式画角変換光学装置の視
点に配置され、反射式画角変換光学装置の集光する像を
投影する投影機を備えたものである。

【００１７】さらに、反射式画角変換光学装置の視点に
配置され、反射式画角変換光学装置の集光する像を撮像
する固体撮像素子を備えたものである。また、固体撮像
素子によって撮像された像を表示する表示装置を備えた
ものである。また、固体撮像素子によって撮像された像
を処理する画像処理装置と、この画像処理装置によって
処理された像を表示する処理画像表示装置を備えたもの
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の一実施の形態を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による反
射式画角変換光学装置を示す断面構成図である。図にお
いて、８は中心軸９について回転対称な形状の反射面を
有する一次鏡、１０はその一次鏡８と同一の中心軸９を
中心として回転対称な形状の反射面を有し、その一次鏡
８に対向配置された二次鏡、３７はその一次鏡８、二次
鏡１０と同一の中心軸９を中心として回転対称な形状の
反射面を有し、その二次鏡１０に対向配置された三次鏡
である。１２は被写体からの入射光、１１は一次鏡８、
二次鏡１０、三次鏡３７を支持すると共に、被写体から
の入射光１２を透過する支持部材としての透明カバー、
１３は一次鏡８により反射された１次反射光、１４は二
次鏡１０により反射された２次反射光、３８は三次鏡３
７により反射された３次反射光、１５は中心軸９を中心
に二次鏡１０に固定されたレンズ、１６はレンズ１５を
取り付けたＣＣＤカメラである。

【００１９】次に動作について説明する。広角度に存在
する被写体より到達した入射光１２は一次鏡８により１
次反射光１３として二次鏡１０へ反射され、また、その
１次反射光１３は二次鏡１０により２次反射光１３とし
て三次鏡３７へ反射され、そして、その２次反射光１３
を三次鏡３７により３次反射光３８としてレンズ１５に
集光する。この時、三次鏡３７により集光された像をレ
ンズ１５を介してＣＣＤカメラ１６により撮像すること
で画像を得ることができる。

【００２０】次に反射鏡の設計方法について説明する。
一次鏡８および二次鏡１０の形状は以下のように設計す
る。一次鏡８、二次鏡１０、三次鏡３７は回転対称であ
るからその断面形状を決定すれば形状が決定する。図２
は二次鏡１０の設計方法を説明するための説明図であ
り、図において、原点をＯとし、横軸をｘ軸、縦軸をｙ
軸とする。１７は視点であり、位置をＺo と示す。この
視点１７はレンズ１５の位置である。また、Ｓ1 は二次
鏡１０の内周上の点、Ｓ2 は二次鏡１０の外周上の点、
Ｍ1 は一次鏡８の内周上の点、Ｚi は三次鏡３７に写っ
た仮想視点である。図３は一次鏡８の設計方法を説明す
るための説明図であり、図において、Ｐ1は一次鏡８の
反射面の点、Ｐ2 は二次鏡１０の反射面の点、θは入射
光１２の本装置への入射角、ξは２次反射光１４の三次
鏡３７への入射角、φは３次反射光３８のレンズ１５へ
の入射角である。

【００２１】ここでは次の条件を与えることで一次鏡８
を設計する。 「条件１」 視点１７の位置Ｚo （０，ｙ0 ） 「条件２」 三次鏡３７の反射面の断面形状 「条件３」 二次鏡１０の反射面の断面形状 「条件４」 一次鏡８の内周上の点Ｍ1 の位置 「条件５」 入射光１２の入射角θと２次反射光１４の
視点１７への入射角φの関係

【００２２】「条件２」の三次鏡３７の反射面の断面形
状は、ここでは簡単のため、直線ｙ＝ａｘ＋ｂとする。
しかし、必ずしも直線である必要はない。三次鏡３７の
反射面の断面形状が直線と決められたことにより、点Ｚ
i の座標は視点１７を断面形状の直線に対し線対称移動
することで求まる。すなわち、

【００２３】

【数１】

【００２４】「条件３」の二次鏡１０の反射面の断面形
状は任意に設定するのではなく、「条件５」と二次鏡１
０の外周上の点Ｓ2 に入射する１次反射光１３の傾きか
ら設定する。この１次反射光１３は一次鏡８の外周上の
点で反射された光であり、一次鏡８の外周上の点はこの
光路上に存在する。図２において、二次鏡１０の反射面
は点Ｓ1 では点Ｍ1 からくる１次反射光１３が点Ｚi 方
向へ反射されるような傾きをもち、点Ｓ2 では設定した
傾きの１次反射光１３が点Ｚi 方向へ反射されるような
傾きをもつ。以上の条件を満たす二次鏡１０の反射面の
形状・位置・大きさを設定する。ここでは、上記条件を
満たす二次鏡１０の反射面の断面形状をｙ＝ｆ2 （ｘ）
と表す。

【００２５】上記条件にそって一次鏡８を設計する。図
３において、一次鏡反射面の断面形状をｙ＝ｆ1 （ｘ）
と表す。まず、一次鏡８の反射面上の点Ｐ1 （Ｍx ，Ｍ
y ）における反射について考える。単位長さの入射光１
２のベクトルをＡベクトル、１次反射光１３のベクトル
をＢベクトル、法線ベクトルをＮ1 ベクトルとすると、
これらの成分は次式で表される。

【００２６】

【数２】

【００２７】ここで、ｆ1 ′（Ｍx ）はｆ1 （ｘ）のｘ
＝Ｍx における１階の導関数である。反射の法則によ
り、これらのベクトルには次の関係が成り立つ。

【００２８】

【数３】

【００２９】すなわち、

【００３０】

【数４】

【００３１】次に、二次鏡１０の反射面上の点Ｐ2 （Ｓ
x ，Ｓy ）における反射について考える。２次反射光１
４のベクトルをＣベクトル、法線ベクトルをＮ2 ベクト
ルとすると、これらの成分は次式で表される。

【００３２】

【数５】

【００３３】ここで、ｆ2 ′（Ｓx ）はｆ2 （ｘ）のｘ
＝Ｓx における１階の導関数である。反射の法則によ
り、これらのベクトルには次の関係が成り立つ。

【００３４】

【数６】

【００３５】すなわち、

【００３６】

【数７】

【００３７】また、Ｐ2 は二次鏡１０の反射面上にある
ことにより次の式が成り立つ。

【００３８】

【数８】

【００３９】ここで、Ｏ−Ｐ2 間の距離をＤとすると、

【００４０】

【数９】

【００４１】と表せ、これを、式（４），式（７），式
（８）に代入すると、それぞれ、

【００４２】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【００４３】となる。また、三次鏡３７の反射面が直線
であることより、ξとφには次の関係が成り立つ。

【００４４】

【数１３】

【００４５】ここで、φとθとの関係を一般的に次式の
ようにおく。

【００４６】

【数１４】

【００４７】式（１１）、式（１２）から一次鏡８の反
射面上のＰ1 の座標よりξを求め、続いて、式（１
３）、（１４）からξに対応するθを求める。これらの
数値を式（１０）に代入して点Ｍ1 より数値積分するこ
とにより、反射面の座標、すなわち、一次鏡８の反射面
の形状が決定する。

【００４８】次に、反射式画角変換光学装置の収差の計
算方法、すなわち、鏡面の動径方向と周方向の各曲率に
より生ずる線像の位置の求め方について述べる。図４は
鏡面の動径方向の曲率と周方向の曲率を示すための説明
図である。図において、１８は光線の反射点での鏡面の
法線、１９は中心軸９と入射光線１２を含む平面、２０
は法線１８を含み平面１９と垂直な平面、２１は平面１
９が鏡面と交わる曲線、２２は平面２０が鏡面と交わる
曲線である。ここで、曲線２１の曲率が鏡面の動径方向
の曲率、曲線２２の曲率が鏡面の周方向の曲率である。
図５は前掲の「天文アマチュアのための望遠鏡光学・反
射編」の１０４ページに示された線像を説明するための
説明図であり、図において、２３は線状の像、すなわち
線像である。本装置の場合、鏡面の動径方向と周方向の
曲率が異なり、平面１９内の像距離（鏡面と像の距離）
と平面２０内の像距離が異なることから、図５に示すよ
うに２つの線像２３が生じる。これら２つの線像の位置
を計算することで非点収差および像面の湾曲の評価が可
能となる。

【００４９】まず、回転体表面の曲率の計算法を示す。
図６に示すような回転体の表面を

【００５０】

【数１５】

【００５１】と表し、この表面上の点Ｐ＝（ｘp 、０、
ｚp ）での曲率を求めることにする。そのために、座標
系（ｘ、ｙ、ｚ）を回転して、点Ｐにおける接平面が新
たな座標系（ｘ1 、ｘ2 、ｘ3 ）での（ｘ1 、ｘ2 ）平
面と平行になるようにすれば、点Ｐにおいてこの回転体
表面の式のｘ3 をｘ1 で２階微分した値が動径方向の曲
率、ｘ2 で２階微分した値が周方向の曲率になるという
ことを利用する。曲率半径は曲率の逆数である。点Ｐに
おける接平面の傾きをψとおくと次の関係が得られる。

【００５２】

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【００５３】（ｘ、ｙ）平面を点Ｐにおける接平面に平
行な（ｘ1 、ｘ2 ）平面に変換するには、図７のように
ｘ、ｙ、ｚ軸をｙ軸まわりにψだけ回転すればよい。す
なわち、

【００５４】

【数１９】

【００５５】これを式（１５）に代入し、ｘ3 をｘ1 で
２階微分すると、

【００５６】

【数２０】

【００５７】となる。点Ｐではｘ＝ｘp 、ｙ＝０であ
り、かつ、式（１９）により

【００５８】

【数２１】

【００５９】だから、

【００６０】

【数２２】

【００６１】である。この式（２２）に式（１６）、式
（１８）を代入すると

【００６２】

【数２３】

【００６３】を得る。これが動径方向の曲率である。動
径方向の曲率半径ｒr はこの逆数であるから

【００６４】

【数２４】

【００６５】となる。

【００６６】同様に、式（１９）を式（１５）に代入
し、ｘ3 をｘ1 で２階微分すると

【００６７】

【数２５】

【００６８】となり、式（１９）により

【００６９】

【数２６】

【数２７】

【００７０】だから、前と同様に式（１６）を用いるこ
とにより

【００７１】

【数２８】

【００７２】を得る。これが周方向の曲率である。周方
向の曲率半径ｒc はこの逆数であるから、

【００７３】

【数２９】

【００７４】となる。

【００７５】次に、像距離の計算方法を示す。図８は、
像距離を説明するための説明図であり、（Ａ）は鏡面が
凹の場合、（Ｂ）は鏡面が凸の場合である。図におい
て、Ｔは見ようとする被写体の位置、Ｑは反射点、Ｆは
結ばれる像の位置、ｑは反射点Ｑから像の位置Ｆまでの
像距離、ｌは被写体Ｔから反射点Ｑまでの距離である。
ここで鏡の曲面（ここでは曲線）を

【００７６】

【数３０】

【００７７】と表し、Ｑx における１階と２階の導関数
を

【００７８】

【数３１】

【数３２】

【００７９】と表す。このとき、接線方向のベクトル、
法線ベクトル、曲率、曲率半径はそれぞれ、

【００８０】

【数３３】

【数３４】

【数３５】

【数３６】

【００８１】となる。反射光の傾きをｋとすると、反射
光線の方程式は

【００８２】

【数３７】

【００８３】となる。結ばれる像Ｆ＝（Ｆx 、Ｆy ）は
この直線上にあるから

【００８４】

【数３８】

【００８５】を満たす。さらに、結ばれる像Ｆの位置は
入射光を微少量移動させても変化しない。従って、式
（３８）をＱx で微分して

【００８６】

【数３９】

【００８７】すなわち、

【００８８】

【数４０】

【００８９】これを式（３５）に代入すると、

【００９０】

【数４１】

【００９１】となるから、反射点をＱ＝（Ｑx 、Ｑy ）
とおくと像距離ｑは次式で得られる。

【００９２】

【数４２】

【００９３】ところで、反射光方向のベクトルは、法線
方向のベクトル（―α、１）をγだけ回転すれば得られ
る。すなわち、

【００９４】

【数４３】

【００９５】これから傾きｋが求まって

【００９６】

【数４４】

【００９７】また、

【００９８】

【数４５】

【数４６】

【００９９】となる。式（４４）のｋをＱx で微分する
ためには、αとγをＱx の関数とみなければならない。
まずαについては定義から

【０１００】

【数４７】

【０１０１】である。つぎに、γについての表現を得る
ために反射点Ｑから被写体ＴへのベクトルをＬベクトル
とおく。

【０１０２】

【数４８】

【０１０３】そのときＬベクトルの接線方向への射影は
それぞれ

【０１０４】

【数４９】

【数５０】

【０１０５】となる。式（４９）、式（５０）を式（４
４）に代入すると

【０１０６】

【数５１】

【０１０７】を得る。Ｌx 、Ｌy のＱx による微分は式
（４８）の定義から

【０１０８】

【数５２】

【数５３】

【０１０９】となる。式（５２）、式（５３）を用いて
式（５１）をＱx で微分すると

【０１１０】

【数５４】

【０１１１】さらに、式（４５）、式（４６）、式（５
４）を式（４２）に代入すると

【０１１２】

【数５５】

【０１１３】を得る。これが光線の反射点Ｑから像の位
置Ｆまでの像距離ｑである。凸面鏡の場合ｑ＞０で像は
鏡面の裏側に、凹面鏡の場合ｑ＜０で像は鏡面の手前に
できる。ただし、凸面鏡の場合はｒ、κ＞０、凹面鏡の
場合はｒ、κ＜０、平面鏡の場合はｒ、κ＝０である。

【０１１４】最後に、上記回転体表面の曲率の計算法お
よび像距離の計算法を用いて、鏡面の動径方向と周方向
の各曲率により生じる線像２３の位置の計算法を述べ
る。図９は、鏡面の動径方向の曲率により生じる線像２
３の位置を示すための図であり、図において、２３ａは
一次鏡８の曲率により生じる線像、２３ｂは二次鏡１０
の曲率により生じる線像、２３ｅは三次鏡３７の曲率に
より生じる線像、Ｑm は一次鏡８の反射点、Ｑs は二次
鏡１０の反射点、Ｑt は三次鏡３７の反射点、ｑrmは反
射点Ｑm から線像２３ａまでの像距離、ｑrsは反射点Ｑ
m から線像２３ｂまでの距離、γm は動径方向における
入射光１２の一次鏡８への入射角、γs は動径方向にお
ける１次反射光１３の二次鏡１０への入射角、γt は動
径方向における２次反射光１４の三次鏡３７への入射
角、Ｅは見ようとする被写体の位置Ｔから反射点Ｑm ま
での距離、Ｈは反射点Ｑm から反射点Ｑs までの距離、
Ｊは反射点Ｑs から反射点Ｑt までの距離である。まず
鏡面の動径方向の曲率により生ずる線像２３の位置を求
める。一次鏡８の鏡面の動径方向の曲率半径ｒrmは式
（２４）より

【０１１５】

【数５６】

【０１１６】であるから、像距離ｑrmは式（５５）より

【０１１７】

【数５７】

【０１１８】となる。つぎに二次鏡１０への入射光線
は、距離（Ｈ＋ｑrm）だけ離れた光源から放射されたも
のとみなすことができる。よって、二次鏡１０の動径方
向の曲率半径ｒrsは式（２４）より

【０１１９】

【数５８】

【０１２０】であるから、像距離ｑrsは式（５５）より

【０１２１】

【数５９】

【０１２２】となる。つぎに三次鏡３７への入射光線
は、距離（Ｊ＋ｑrs）だけ離れた光源から放射されたも
のとみなすことができる。よって、三次鏡１０の反射面
の断面形状は直線であることから動径方向の曲率半径ｒ
rtは無限大∽であるから、像距離ｑrtは式（５５）より

【０１２３】

【数６０】

【０１２４】となる。

【０１２５】同様に、鏡面の周方向の曲率により生じる
線像２３の位置を求める。図１０は鏡面の周方向の曲率
により生じる線像２３の位置の計算法を説明するための
説明図であり、図において、２３ｃは一次鏡８の曲率に
より生じる線像、２３ｄは二次鏡１０の曲率により生じ
る線像、２３f は三次鏡３７の曲率により生じる線像、
ｑcmは反射点Ｑm から線像２３ｃまでの像距離、ｑcsは
反射点Ｑs から線像２３ｄまでの距離、ｑctは反射点Ｑ
t から線像２３ｆまでの距離である。光線は周方向に対
して直行して入射しなければ視線方向に反射しないの
で、一次鏡・二次鏡に対する入射角は０度である。一次
鏡８の鏡面の周方向の曲率半径ｒcmは式（２９）より

【０１２６】

【数６１】

【０１２７】であるから、像距離ｑcmは式（５５）より

【０１２８】

【数６２】

【０１２９】となる。つぎに二次鏡１０への入射光線
は、距離（Ｈ＋ｑcm）だけ離れた光源から放射されたも
のとみなすことができる。よって、二次鏡１０の周方向
の曲率半径ｒcsは式（２９）より

【０１３０】

【数６３】

【０１３１】であるから、像距離ｑcsは式（５５）より

【０１３２】

【数６４】

【０１３３】となる。つぎに三次鏡３７への入射光線
は、距離（Ｊ＋ｑcs）だけ離れた光源から放射されたも
のとみなすことができる。よって、三次鏡３７の反射面
の断面形状の式のｘにおける１階の導関数は（ａ）であ
ることから、三次鏡３７の周方向の曲率半径ｒctは式
（２９）より

【０１３４】

【数６５】

【０１３５】であるから、像距離ｑctは式（５５）より

【０１３６】

【数６６】

【０１３７】となる。

【０１３８】実施の形態２．図１１はこの発明の実施の
形態２による反射式画角変換光学装置の設計方法を説明
するための説明図である。本実施の形態では、上記実施
の形態１において、式（１４）を次式のようにおくこと
により、射影方式を等距離射影にするものである。

【０１３９】

【数６７】

【０１４０】このように、上記実施の形態２によれば、
入射光１２の角度θに対して等間隔な画像である等距離
射影の画像が得られるので、天体観測における星の位置
の観測等に用いれば正確に観測することができ有効であ
る。

【０１４１】実施の形態３．本実施の形態では、上記実
施の形態１において、式（１４）を次式のようにおくこ
とにより、射影方式を等立体角射影にするものである。

【０１４２】

【数６８】

【０１４３】このように、上記実施の形態３によれば、
入射光１２の立体角に対して比例した面積に写る画像で
ある等立体角射影の画像が得られるので、天体観測にお
ける星の光度の観測等に用いれば正確に観測することが
でき、さらに、雲量等を面積比で観測することができ
る。

【０１４４】実施の形態４．また、上記実施の形態１に
おいて、式（１４）を次式のようにおくことにより、射
影方式を正射影にすることができる。

【０１４５】

【数６９】

【０１４６】実施の形態５．また、上記実施の形態１に
おいて、式（１４）を次式のようにおくことにより、射
影方式を立体射影にすることができる。

【０１４７】

【数７０】

【０１４８】実施の形態６．図１２はこの発明の実施の
形態６による反射式画角変換光学装置を示す断面図であ
る。図において、８ａは一次鏡であり、この一次鏡８ａ
は回転対称な形状で、中心軸９に対して異なった角度で
同心円状に配置された部分鏡８ａａ，８ａｂによって構
成されている。一次鏡８ａは支持部材（図示せず）によ
り中心軸９方向に摺動自在に支持されており、Ａまたは
Ｂの位置で固定するようになっている。２４ａは一次鏡
８ａがＡの位置にあるとき、部分鏡８ａａの反射による
視野、２４ｂは一次鏡８ａがＢの位置にあるとき、部分
鏡８ａｂの反射による視野を示す。従って、レンズ１５
を介したＣＣＤカメラ１６では、一次鏡８ａがＡの位置
にあるときは、部分鏡８ａａの反射により結ばれる像を
撮像することで得られる。また、一次鏡８ａがＢの位置
にあるときは、部分鏡８ａｂの反射により結ばれる像を
撮像することで得られ、２種類の画角を得ることができ
る。なお、一次鏡８ａを３つ以上の部分鏡で構成した
り、二次鏡、三次鏡を中心軸９方向に摺動させても良い
ことは言うまでもない。

【０１４９】実施の形態７．図１３はこの発明の実施の
形態７による反射式画角変換光学装置を示す断面図であ
る。図において、８ｂは一次鏡であり、この一次鏡８ｂ
は支持部材（図示せず）により、中心軸９の方向に摺動
自在に支持されている。また、一次鏡８ｂの反射面は、
中心軸９と入射光１２とのなす角度と、中心軸９と３次
反射光３８とのなす角度とが異なるように成形されてい
る。従って、一次鏡と二次鏡と三次鏡との間隔を調整す
ることにより、一次鏡への入射光の入射角度、二次鏡へ
の１次反射光の入射角度、三次鏡への２次反射光の入射
角度、視点への３次反射光の入射角度がそれぞれ変化
し、異なる広角度の入射光を視点に集光することがで
き、任意の画角を得ることができる。一次鏡８ｂはＡ−
Ｂ間で任意の位置で固定することができるので、ＣＣＤ
カメラ１６では、一次鏡８ｂの移動により視野２４を連
続的に変化させることができる。

【０１５０】実施の形態８．図１４はこの発明の実施の
形態８による反射式画角変換光学装置を示す断面図であ
る。図において、１０ａ，１０ｂは二次鏡であり、この
二次鏡１０ａ，１０ｂは支持部材１１ａにより、中心軸
９に対して垂直方向の回転軸（図示せず）を中心として
回転自在に支持されている。また、二次鏡１０ａ，１０
ｂの反射面は上記実施の形態７と同様に、中心軸９と入
射光１２とのなす角度と、中心軸９と３次反射光３８と
のなす角度とが異なるように成形されているため、異な
る広角度の入射光を視点に集光することができ、任意の
画角を得ることができる。

【０１５１】図１４（Ａ）の状態では二次鏡１０ａを用
いて広い視野２４を見ることができ、支持部材１１ａを
回転することで、図１４（ｂ）のように二次鏡１０ｂを
用いた視野（二次鏡１０ａを用いた時と異なる視野）２
４で見ることができる。即ち、２種類の画角を選択する
ことができる。また、二次鏡の数を３つ以上にして３種
類以上の画角に変換できる。さらに本実施の形態では、
二次鏡が複数枚の場合について説明したが、一次鏡、ま
たは三次鏡を複数枚にして回転させても同様の効果を得
られることは言うまでもない。

【０１５２】実施の形態９．図１５はこの発明の実施の
形態８による反射式画角変換光学装置を示す断面図であ
る。図において、１０ｃ、１０ｄは二次鏡であり、この
二次鏡１０ｃ、１０ｄは支持部材１１ｂにより、中心軸
９に対して垂直方向に摺動自在に支持されている。ま
た、二次鏡１０ａ，１０ｂの反射面は上記実施の形態７
と同様に、中心軸９と入射光１２とのなす角度と、中心
軸９と３次反射光３８とのなす角度とが異なるように成
形されているため、異なる広角度の入射光を視点に集光
することができ、任意の画角を得ることができる。

【０１５３】図１５（Ａ）の状態では二次鏡１０ｃを用
いて広い視野２４を見ることができ、支持部材１１ｂを
摺動させることで、図１５（Ｂ）のように二次鏡１０ｄ
を用いた視野（二次鏡１０ｃを用いた時と異なる視野）
２４で見ることができる。すなわち、２種類の画角を選
択することができる。また、二次鏡数を３つ以上にして
３種類以上の画角に変換できる。さらに、本実施の形態
では、二次鏡が複数枚の場合について説明したが、一次
鏡、または三次鏡を複数枚にして摺動させても同様の効
果を得られることは言うまでもない。

【０１５４】実施の形態１０．図１６はこの発明の実施
の形態１０による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、３７ａは三次鏡であり、この三次
鏡３７ａには入射光１２を透過する透過部２５を有して
いる。図１７は本実施の形態の装置より得られる画像で
あり、図において、２６は三次鏡３７ａにより反射され
た２次反射光１４による画像、２７は三次鏡３７ａの透
過部２５を直接透過した入射光１２による画像である。
従って、一次鏡８、二次鏡１０、三次鏡３７を介した広
角な像と、透過部２５を透過した直接の像を同時に見る
ことができる。

【０１５５】実施の形態１１．図１８はこの発明の実施
の形態１１による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、２８は三次鏡３７ｂの上部に設け
られた平面鏡、２４ａは平面鏡２８を介して見る像の視
野である。上記実施の形態１０と同様に、三次鏡３７ｂ
に入射光１２を透過する透過部２５を設け、平面鏡２８
を三次鏡３７ｂの透過部２５の下部に組み合わせれば、
図１８（Ａ）の状態では、図１７に示したように、一次
鏡８、二次鏡１０、三次鏡３７を介した広角な像と、平
面鏡２８を介した直接の像を同時に見ることができ、か
つ、図１８（Ｂ）の状態のように、平面鏡２８の位置と
角度を変えることで、視野２４ａの方向を変化させるこ
とができる。即ち、広角な像を見つつ、その見たい部分
のみを同時に拡大して見ることができる。

【０１５６】実施の形態１２．図１９はこの発明の実施
の形態１２による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、８ｃ、８ｄは一次鏡であり、この
一次鏡８ｃ、８ｄは中心軸９（図示せず）の周方向に２
分割されている。また、一次鏡８ｃ、８ｄは上記実施の
形態７と同様に、中心軸９と入射光１２とのなす角度
と、中心軸９と３次反射光３８とのなす角度とが異なる
ように成形されているため、分割された一次鏡の反射面
は、異なる複数種の広角度の入射光を視点に同時に集光
することができ、任意の画角が得られるようになってい
る。

【０１５７】また、図２０は本実施の形態の装置より得
られる画像であり、図において、２９は一次鏡８ｃによ
り得られる画像、３０は一次鏡８ｄにより得られる画像
である。この一次鏡８ｃ、８ｄの反射面の形状により、
中心軸９まわりの視野２４の被写体を２種類の画角で見
ることができる。また、一次鏡８ｃ、８ｄは回転駆動さ
れ、一次鏡８ｃ、８ｄを中心軸９まわりに１８０度回転
させる前と後との画像をそれぞれ記憶合成部に蓄えてお
き、後でそれらの画像を合成することで、それぞれの画
角の中心軸９まわり全周の画像を作り出すことができ
る。なお、本実施の形態では、一次鏡８を２分割した
が、３分割以上することにより３種類以上の画角で見る
ことができることや、二次鏡、または三次鏡を分割して
も同様な効果が得られることは言うまでもない。

【０１５８】実施の形態１３．図２１はこの発明の実施
の形態１３による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、８ｅは一次鏡であり、この一次鏡
８ｅは同心円状の２つの異なる部分鏡８ｅａ、８ｅｂに
分割されている。また、一次鏡（部分鏡）８ｅａ、８ｅ
ｂは上記実施の形態７と同様に、中心軸９と入射光１２
とのなす角度と、中心軸９と３次反射光３８とのなす角
度とが異なるように成形されているため、分割された一
次鏡の反射面は、異なる複数種の広角度の入射光を視点
に同時に集光することができ、任意の画角が得られるよ
うになっている。

【０１５９】また、図２２は本実施の形態の装置より得
られる画像であり、図において、３１は一次鏡８ｅａに
より得られる画像、３２は一次鏡８ｅｂにより得られる
画像である。この一次鏡８ｅａ，８ｅｂの反射面の形状
により、中心軸９まわりの２種類の視野２４の被写体を
同時に見ることができる。なお、本実施の形態では、一
次鏡８ｅを２分割したが、３分割以上することにより３
種類以上の画角で見ることができることや、二次鏡、ま
たは三次鏡を分割しても同様な効果が得られることは言
うまでもない。

【０１６０】実施の形態１４．図２３はこの発明の実施
の形態１４による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、８ｆは一次鏡であり、この一次鏡
８ｆは可とう性を有する素材で成形されている。また、
３３はアクチュエータ（駆動装置）であり、一次鏡８ｆ
の反射面裏側に取り付けられている。したがって、アク
チュエータ３３を駆動することにより一次鏡８ｆの反射
面は変形し、中心軸９と入射光１２との角度と、中心軸
９と３次反射光３８との角度との関係が変化することで
無限種類の画角を得ることができる。

【０１６１】実施の形態１５．図２４はこの発明の実施
の形態１５による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、１１は支持部材としての透明カバ
ーであり、この透明カバー１１は視点１７に集められる
すべての入射光１２に対し透明カバー１１の透過点での
接平面が垂直であるように成形されている。したがっ
て、入射光１２は透明カバー１１を透過するとき屈折し
ないので、入射光の入射角は変化しない。

【０１６２】実施の形態１６．図２５はこの発明の実施
の形態１６による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、８ｇは一次鏡であり、この一次鏡
８ｇの反射面は凹面形状を有している。したがって、得
られる画像は本装置の正面方向の被写体と側面方向の被
写体の写る位置が逆になる。すなわち、図２６に示すよ
うに、画像の中心部に入射角θが８０度の方向の被写体
が写り、画像の周辺部に入射角θが１０度の方向の被写
体が写る。

【０１６３】実施の形態１７．図２７はこの発明の実施
の形態１７による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、８ｈ、８ｉは一次鏡であり、この
一次鏡８ｈ、８ｉは鏡状の表面を持つ薄い素材でできて
いる。３４は一次鏡吸着板であり、この一次鏡吸着板３
４と一次鏡８ｈ、８ｉは外周部と内周部で接合されてい
る。また、３５はポンプ、３６は一次鏡吸着板３４とポ
ンプ３５をつなぐ管である。図２７（Ａ）の状態ではポ
ンプ３５から一次鏡吸着板３４に空気が送られて一次鏡
８ｈは膨らむために一次鏡８ｈの反射面は凸面形状にな
り、得られる画像は本装置の正面方向の対象は画面の中
央部に写り側面方向の被写体は画面の周辺部に写る。図
２７（Ｂ）の状態ではポンプ３５により一次鏡８ｉは一
次鏡吸着板３４に吸い付けられたために一次鏡８ｉの反
射面は凹面形状になり、得られる画像は上記実施の形態
と同様に本装置の正面方向の被写体は画面の周辺部に写
り側面方向の被写体は画面の中心部に写る。すなわち、
２種類の射影方式を切り替えることができる。

【０１６４】実施の形態１８．上記実施の形態１から１
７の支持部材，支持回転部材，支持移動部材または支持
回転駆動部材に支持された一次鏡および二次鏡および三
次鏡を着脱自在またはスライドさせることにより交換自
在にしてもよく、この場合、無限種類の画角を得ること
ができる。

【０１６５】実施の形態１９．図２８はこの発明の実施
の形態１９による反射式画角変換光学装置を示す断面図
である。図において、１５ｂは可視光用レンズ、１５ｃ
は赤外線用レンズ、１６ａは可視光用ＣＣＤカメラ、１
６ｂは赤外線用ＣＣＤカメラである。本発明の装置は可
視光の他、赤外線およびそれ以外の電磁波においても使
用することが可能であり、２次反射光１４の光路を回転
自在に支持された平面鏡２８を回転させて変えることで
可視光用ＣＣＤカメラ１６ａと赤外線用ＣＣＤカメラ１
６ｂを切り替えることができる。

【０１６６】実施の形態２０．なお、本発明の装置は、
上記実施の形態の視点１７の位置に投影機等を置くこと
により、より広いスクリーンへ投影することが可能とな
る。

【０１６７】実施の形態２１．図２９は、この発明の実
施の形態２１による反射式画角変換光学装置を示す断面
図である。図において、３９は三次鏡３７ｃの下部に設
けられた凸面鏡、２４ｂは凸面鏡３９を介して見る像の
視野である。この実施の形態２１は、実施の形態１１
（図１８）の平面鏡２８を凸面鏡３９に置き換えたもの
である。透過部２５を通して見る像の視野を凸面鏡３９
で反射させることで、より広い視野２４ｂにすることが
できる。

【０１６８】実施の形態２２．図３０は、この発明の実
施の形態２２による反射式画角変換光学装置を示す断面
図である。図において、４０は三次鏡３７ｄの下部に設
けられたプリズム、２４ｃはプリズム４０を介して見る
像の視野である。この実施の形態は、上記実施の形態１
１（図１８）の平面鏡２８をプリズム４０に置き換えた
ものである。プリズム４０を三次鏡３７ｄの透過部２５
の下部に組み合わせれば、図１７に示したように、一次
鏡８、二次鏡１０、三次鏡３７ｄを介した広角な像とプ
リズム４０を介した像を同時に見ることができ、かつ、
プリズム４０の位置と角度を変えることで、視野２４ｃ
の方向を変化させることができる。即ち、広角な像を見
つつ、その見たい部分のみを同時に拡大して見ることが
できる。

【０１６９】実施の形態２３．図３１は、この発明の実
施の形態２３による反射式画角変換光学装置を示す断面
図である。図において、４１は平面鏡２８に取り付けら
れた駆動装置、２４ｄは平面鏡２８を介して見る像の視
野である。実施の形態２３は、図１８の平面鏡２８に駆
動装置４１を取り付けたものである。平面鏡２８を駆動
装置４１で回転させることで視野２４ｄの方向を任意に
変化させることができる。

【０１７０】実施の形態２４．図３２は、この発明の実
施の形態２４による反射式画角変換光学装置を示す断面
図である。図において、４２は三次鏡３７ｅの下部に設
けられた凸レンズ、２４ｅは凸レンズ４２を介して見る
像の視野である。実施の形態２４は、図１６の透過部２
５に凸レンズ４２を設けたものである。透過部２５を通
して見る像の視野を凸レンズ４２を通すことで、視野２
４ｅの視野角を変更することができる。凸レンズ４２を
焦点距離の異なるレンズに変更したり、複数枚のレンズ
を組み合わせることで、任意の画角を得ることができ
る。

【０１７１】実施の形態２５．図３３は、この発明の実
施の形態２５による光学システムを示す図である。図に
おいて、４３は視点にレンズおよびＣＣＤカメラ１６を
設置した反射式画角変換光学装置、４４はＣＣＤカメラ
１６からの画像を表示する表示装置、４５はＣＣＤカメ
ラ１６からの画像を画像処理するための画像処理装置、
４６は画像処理装置４５からの画像を表示する表示装
置、４７は信号ケーブルである。図３４は、本実施の形
態による光学システムのＣＣＤカメラ１６より得られる
画像、すなわち表示装置４４の画像である。図３５は、
本実施の形態による光学システムの表示装置４６の画像
である。

【０１７２】例えば、反射式画角変換光学装置４３の視
野角を｛（全方位３６０度）×（水平線±２０度）｝と
したとき、ＣＣＤカメラ１６から得られる画像は、図３
４のように円環状で被写体の人の頭は内周側、足は外周
側に写る。図３４からもわかるように、どうしても被写
体は歪んで写ってしまう。このＣＣＤカメラ１６からの
画像を画像処理装置４５で画素を並び替えることで、図
３５に示す歪みのない画像に処理することができる。

【０１７３】実施の形態２６．図３６は、この発明の実
施の形態２６による光学システムを示す図である。図に
おいて、４８は反射式画角変換光学装置の視点に設けら
れた一眼レフカメラである。視点に一眼レフカメラ４８
を備えたので、広角度な画像を一眼レフカメラ４８で撮
像することができる。

【０１７４】実施の形態２７．図３７は、この発明の実
施の形態２７による反射式画角変換光学装置を示す断面
図である。図において、３７ｆはハーフミラーの三次鏡
である。なお、一次鏡８、二次鏡１０は図２９における
ものと同じものである。三次鏡３７ｆをハーフミラーに
したことで、一次鏡８、二次鏡１０、三次鏡３７ｆを介
した広角な像と三次鏡３７ｆの背後の像を同時に見るこ
とができる。なお、一次鏡８、二次鏡１０をハーフミラ
ーにすることもできる。

【０１７５】実施の形態２８．図３８は、この発明の実
施の形態２８による反射式画角変換光学装置を示す断面
図である。図において、２８ａはハーフミラーの平面鏡
である。実施の形態２８は、図１８の平面鏡２８をハー
フミラーにしたものである。平面鏡２８ａをハーフミラ
ーにしたことで、一次鏡８、二次鏡１０、三次鏡３７を
介した広角な像と、平面鏡２８ａに反射した像と、平面
鏡２８ａの背後の像を同時に見ることができる。なお、
図２９、３０、３１において、凸面鏡３９、プリズム４
０、平面鏡２８をハーフミラーにすることもできる。な
お、本発明の装置は上記実施の形態のＣＣＤカメラ１６
の位置に光源等を置くことにより投光機としても使用可
能である。

【０１７６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、回転体面からなる反射面を有し、被写体からの入射
光を１次反射光として反射させる一次鏡、回転体面から
なる反射面を有し一次鏡に対向して一次鏡と同一中心軸
上に配置され１次反射光を２次反射光として反射させる
二次鏡、回転体面からなる反射面を有し二次鏡に対向し
て一次鏡、二次鏡と同一中心軸上に配置され２次反射光
を３次反射光として反射させ視点に集光する三次鏡を備
えたので、広角度な入射光を視点に集光することがで
き、設計条件に応じて任意の画角を得ることができる。
また、反射鏡は金属等の材料で加工できるので、強度を
良好にできると共に加工が容易であり、さらに、色収差
や吸収もない反射式画角変換光学装置が得られる効果が
ある。

【０１７７】また、請求項２の発明によれば、一次鏡、
二次鏡、三次鏡のうち少なくとも一つを中心軸方向に摺
動自在に支持したので、一次鏡の複数の異なる部分鏡に
てそれぞれ反射される１次反射光の角度に応じて一次鏡
と二次鏡との間隔を調整することにより、異なる広角度
の入射光を視点に集光することができ、任意の画角を得
る効果がある。

【０１７８】また、請求項３の発明によれば、一次鏡、
二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを中心軸方向に摺動自
在に支持すると共に、この摺動によって中心軸と被写体
からの入射光とのなす角度と、中心軸と３次反射光との
なす角度とが変化するように一次鏡、二次鏡、三次鏡の
反射面の形状を成形したので、一次鏡と二次鏡と三次鏡
との間隔を調整することにより、一次鏡への入射光の入
射角度、二次鏡への１次反射光の入射角度、三次鏡への
２次反射光の入射角度、視点への３次反射光の入射角度
がそれぞれ変化し、異なる広角度の入射光を視点に集光
することができ、任意の画角を得ることができる。

【０１７９】また、請求項４の発明によれば、一次鏡、
二次鏡、三次鏡のいずれかが複数の鏡によって構成され
ると共に、この複数の鏡は支持部材によって回転自在に
支持され、中心軸と入射光とのなす角度と中心軸と３次
反射光とのなす角度とが、複数の鏡のいずれの鏡が選択
されても異なるように複数の鏡の反射面の形状を成形す
るように構成したので、異なる広角度の入射光を視点に
集光することができ、任意の画角を得ることができる。

【０１８０】また、請求項５の発明によれば、一次鏡、
二次鏡、三次鏡のいずれかが複数の鏡によって構成され
ると共に、この複数の鏡は支持部材によって摺動自在に
支持され、中心軸と入射光とのなす角度と中心軸と３次
反射光とのなす角度とが、複数の鏡のいずれの鏡が選択
されても異なるように複数の鏡の反射面の形状を成形す
るように構成したので、異なる広角度の入射光を視点に
集光することができ、任意の画角を得ることができる。

【０１８１】また、請求項６の発明によれば、一次鏡、
二次鏡、三次鏡の少なくとも一つに被写体からの入射光
を透過する透過部を設けたので、反射鏡に反射された広
角な像と透過部を透過した直接な像とを同時に見ること
ができる。

【０１８２】さらにまた、請求項７の発明によれば、透
過部には、透過部を透過する光を屈折させるレンズを配
置しているので、透過部を透過した光がレンズにより屈
折され、任意の画角の画像を得ることができる。また、
請求項８の発明によれば、被写体からの入射光を二次鏡
または三次鏡または視点に反射させるための反射面を有
する回転自在に支持された光路変更部を備えたので、光
路変更部を回転させることで、透過部を透過させる入射
光の方向を変えることができる。

【０１８３】また、請求項９の発明によれば、光路変更
部は、平面鏡であるので、この平面鏡を通して直接な像
をみることができる。加えて、請求項１０の発明によれ
ば、光路変更部は、凸面鏡であるので、透過部を通して
見る視野をより広角なものにすることができる。

【０１８４】また、請求項１１の発明によれば、光路変
更部はプリズムであるので、プリズムの位置と角度を変
えることで、透過部を通す視野の方向を変化させること
ができる。また、請求項１２の発明によれば、光路変更
部の反射面を、ハーフミラーとしたので、反射面から得
られる像と、ハーフミラーを透過した像を同時に見るこ
とができる。また、請求項１３の発明によれば、光路変
更部には、光路変更部を回転させる駆動装置が備えられ
ているので、透過部を透過させる入射光の方向を変える
ことができる。

【０１８５】また、請求項１４の発明によれば、一次
鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを周方向に複数の
部分鏡に分割すると共に、中心軸と被写体からの入射光
とのなす角度と、中心軸と３次反射光とのなす角度と
が、いずれの鏡を選択しても異なるように部分鏡の反射
面を成形したので、部分鏡の反射面は、異なる複数種の
広角度の入射光を視点に同時に集光することができ、任
意の画角を得ることができる。

【０１８６】また、請求項１５の発明によれば、複数の
部分鏡を有する鏡は中心軸を中心に回転駆動されると共
に、回転前の３次反射光を記憶し回転後の３次反射光と
合成する記憶合成部を備えたので、複数種の各画角の入
射光を中心軸周り全域にわたって得ることができる。

【０１８７】また、請求項１６の発明によれば、一次
鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを同心円状に複数
の部分鏡に分割すると共に、中心軸と被写体からの入射
光とのなす角度と、前記中心軸と３次反射光とのなす角
度とがそれぞれ異なるように前記部分鏡の反射面を成形
したので、部分鏡の反射面は、異なる複数種の広角度の
入射光を視点に同時に集光することができ、任意の画角
を得ることができる。

【０１８８】また、請求項１７の発明によれば、一次
鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを可とう性素材で
成形し、この可とう性素材で成形された鏡を駆動装置に
より変形させるので、鏡の形状を無限に変化させること
ができ任意の画角を得ることができる。

【０１８９】また、請求項１８の発明によれば、一次
鏡、二次鏡、三次鏡を覆うと共に被写体からの入射光を
透過するカバーを設け、このカバーの透過面は、被写体
からの入射光に対して垂直になるように成形されている
ので、広角度な入射光を視点に集光することができ、設
計条件に応じて任意の画角を得ることができると共に、
入射光は支持部材を透過するとき屈折しないので入射光
の入射角は変化しない。

【０１９０】また、請求項１９の発明によれば、一次
鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを異なる形状の反
射面を有する鏡に交換自在としたので、無限種類の画角
を得ることができる。

【０１９１】さらにまた、請求項２０の発明によれば、
一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを、ハーフミ
ラーとしたので、反射鏡に反射された広角な像とハーフ
ミラーを透過した像を同時に見ることができる。また、
請求項２１の発明によれば、反射式画角変換光学装置の
視点に配置され、反射式画角変換光学装置の集光する像
を撮像するカメラを備えたので、広角度な像をカメラで
撮像することができる。

【０１９２】また、請求項２２の発明によれば、反射式
画角変換光学装置の視点に配置され、反射式画角変換光
学装置の集光する像を投影する投影機を備えたので、投
影機から投影する光を、三次鏡、二次鏡、一次鏡と次々
に反射させることで、広角度に光を投影することができ
る。さらに、請求項２３の発明によれば、反射式画角変
換光学装置の視点に配置され、反射式画角変換光学装置
の集光する像を撮像する固体撮像素子を備えたので、広
角度な像を固体撮像素子で撮像することができる。

【０１９３】また、請求項２４の発明によれば、固体撮
像素子によって撮像された像を表示する表示装置を備え
たので、固体撮像素子によって撮像された広角度な像を
表示することができる。また、請求項２５の発明によれ
ば、固体撮像素子によって撮像された像を処理する画像
処理装置と、この画像処理装置によって処理された像を
表示する処理画像表示装置を備えたので、固体撮像素子
によって撮像された広角度な像を画像処理し、処理済み
の画像を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置を示す断面構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図５】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図７】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図８】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図９】 この発明の実施の形態１による反射式画角変
換光学装置の設計方法を説明するための説明図である。

【図１０】 この発明の実施の形態１による反射式画角
変換光学装置の設計方法を説明するための説明図であ
る。

【図１１】 この発明の実施の形態２による反射式画角
変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１２】 この発明の実施の形態６による反射式画角
変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１３】 この発明の実施の形態７による反射式画角
変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１４】 この発明の実施の形態８による反射式画角
変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１５】 この発明の実施の形態９による反射式画角
変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１６】 この発明の実施の形態１０による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１７】 この発明の実施の形態１０の装置により得
られる画像を示す平面図である。

【図１８】 この発明の実施の形態１１による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図１９】 この発明の実施の形態１２による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２０】 この発明の実施の形態１２の装置により得
られる画像を示す平面図である。

【図２１】 この発明の実施の形態１３による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２２】 この発明の実施の形態１３の装置により得
られる画像を示す平面図である。

【図２３】 この発明の実施の形態１４による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２４】 この発明の実施の形態１５による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２５】 この発明の実施の形態１６による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２６】 この発明の実施の形態１６の装置により得
られる画像を示す平面図である。

【図２７】 この発明の実施の形態１７による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２８】 この発明の実施の形態１９による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図２９】 この発明の実施の形態２１による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図３０】 この発明の実施の形態２２による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図３１】 この発明の実施の形態２３による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図３２】 この発明の実施の形態２４による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図３３】 この発明の実施の形態２５による光学シス
テムを示す図である。

【図３４】 この発明の実施の形態２５による光学シス
テムの反射式画角変換光学装置により得られる画像を示
す図である。

【図３５】 この発明の実施の形態２５による光学シス
テムの画像処理装置により得られる画像を示す図であ
る。

【図３６】 この発明の実施の形態２６による光学シス
テムを示す図である。

【図３７】 この発明の実施の形態２７による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図３８】 この発明の実施の形態２８による反射式画
角変換光学装置を示す断面構成図である。

【図３９】 従来の超広角レンズを示す断面図である。

【図４０】 従来の反射望遠鏡の反射鏡を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８
ｈ，８ｉ 一次鏡、９ 中心軸、１０，１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄ 二次鏡、１１ 透明カバー、１１
ａ，１１ｂ支持部材、１２ 入射光、１３ １次反射
光、１４ ２次反射光、１７ 視点、２５ 透過部、２
８ 平面鏡、３３ アクチュエータ、３５ ポンプ、３
７，３７ａ，３７ｂ 三次鏡、３８ ３次反射光 ３９ 凸面鏡、４０ プリズム、４１ 駆動装置、４２
凸レンズ、４３ 反射式画角変換光学装置、４４，４
６ 表示装置、４５ 画像処理装置、４７ 信号ケーブ
ル、４８ 一眼レフカメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 晃 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 吉河 章二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山田 克彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体面からなる反射面を有し、被写体
   からの入射光を１次反射光として反射させる一次鏡、回
   転体面からなる反射面を有し前記一次鏡に対向して前記
   一次鏡と同一中心軸上に配置され前記１次反射光を２次
   反射光として反射させる二次鏡、回転体面からなる反射
   面を有し前記二次鏡に対向して前記一次鏡、二次鏡と同
   一中心軸上に配置され前記２次反射光を３次反射光とし
   て反射させ視点に集光する三次鏡を備えたことを特徴と
   する反射式画角変換光学装置。
2. 【請求項２】 一次鏡は、中心軸に対して異なった角度
   で同心円状に配置された複数の部分鏡より成る反射面を
   有し、一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一つを前記
   中心軸方向に摺動自在に支持したことを特徴とする請求
   項１記載の反射式画角変換光学装置。
3. 【請求項３】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一
   つを中心軸方向に摺動自在に支持し中心軸と被写体から
   の入射光とのなす角度と、前記中心軸と３次反射光との
   なす角度とが異なるように前記一次鏡、二次鏡、三次鏡
   の反射面を成形したことを特徴とする請求項１記載の反
   射式画角変換光学装置。
4. 【請求項４】 一次鏡、二次鏡、三次鏡のいずれかが複
   数の鏡で構成され、この複数の鏡は支持部材によって回
   転自在に支持され、中心軸と被写体からの入射光とのな
   す角度と、前記中心軸と３次反射光とのなす角度とが、
   前記複数の鏡のいずれの鏡が選択されても異なるように
   前記複数の鏡の反射面を成形したことを特徴とする請求
   項１記載の反射式画角変換光学装置。
5. 【請求項５】 一次鏡、二次鏡、三次鏡のいずれかが複
   数の鏡で構成され、この複数の鏡は支持部材によって摺
   動自在に支持され、中心軸と被写体からの入射光とのな
   す角度と、前記中心軸と３次反射光とのなす角度とが、
   前記複数の鏡のいずれの鏡が選択されても異なるように
   前記複数の鏡の反射面を成形したことを特徴とする請求
   項１記載の反射式画角変換光学装置。
6. 【請求項６】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも一
   つに被写体からの入射光を透過する透過部を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の反射式画角変換光学装置。
7. 【請求項７】 透過部には、透過部を透過する光を屈折
   させるレンズを配置していることを特徴とする請求項６
   記載の反射式画角変換光学装置。
8. 【請求項８】 被写体からの入射光を二次鏡または三次
   鏡または視点に反射させるための反射面を有する回転自
   在に支持された光路変更部を備えたことを特徴とする請
   求項６または請求項７記載の反射式画角変換光学装置。
9. 【請求項９】 光路変更部は、平面鏡であることを特徴
   とする請求項８記載の反射式画角変換光学装置。
10. 【請求項１０】 光路変更部は、凸面鏡であることを特
    徴とする請求項８記載の反射式画角変換光学装置。
11. 【請求項１１】 光路変更部は、プリズムであることを
    特徴とする請求項８記載の反射式画角変換光学装置。
12. 【請求項１２】 光路変更部の反射面を、ハーフミラー
    としたことを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれ
    か一項記載の反射式画角変換光学装置。
13. 【請求項１３】 光路変更部には、光路変更部を回転さ
    せる駆動装置が備えられていることを特徴とする請求項
    ８〜請求項１２のいずれか一項記載の反射式画角変換光
    学装置。
14. 【請求項１４】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも
    一つを周方向に複数の部分鏡に分割すると共に、中心軸
    と被写体からの入射光とのなす角度と、前記中心軸と３
    次反射光とのなす角度とが、いずれの鏡を選択しても異
    なるように前記部分鏡の反射面を成形したことを特徴と
    する請求項１記載の反射式画角変換光学装置。
15. 【請求項１５】 複数の部分鏡を有する鏡は中心軸を中
    心に回転駆動されると共に、回転前の３次反射光を記憶
    し回転後の３次反射光と合成する記憶合成部を備えたこ
    とを特徴とする請求項１４記載の反射式画角変換光学装
    置。
16. 【請求項１６】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも
    一つを同心円状に複数の部分鏡に分割すると共に、中心
    軸と被写体からの入射光とのなす角度と、前記中心軸と
    ３次反射光とのなす角度とがそれぞれ異なるように前記
    部分鏡の反射面を成形したことを特徴とする請求項１記
    載の反射式画角変換光学装置。
17. 【請求項１７】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも
    一つを可とう性素材で成形し、この可とう性素材で成形
    された鏡を駆動装置により変形させることを特徴とする
    請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の反射式
    画角変換光学装置。
18. 【請求項１８】 一次鏡、二次鏡、三次鏡を覆うと共に
    被写体からの入射光を透過するカバーを設け、このカバ
    ーの透過面は、被写体からの入射光に対して垂直になる
    ように成形されたことを特徴とする請求項１から請求項
    １７のいずれか一項に記載の反射式画角変換光学装置。
19. 【請求項１９】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも
    一つを異なる形状の反射面を有する鏡に交換自在とした
    ことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか一
    項に記載の反射式画角変換光学装置。
20. 【請求項２０】 一次鏡、二次鏡、三次鏡の少なくとも
    一つを、ハーフミラーとしたことを特徴とする請求項１
    〜請求項１９のいずれか一項記載の反射式画角変換光学
    装置。
21. 【請求項２１】 請求項１〜請求項２０のいずれか一項
    記載の反射式画角変換光学装置、この反射式画角変換光
    学装置の視点に配置され、反射式画角変換光学装置の集
    光する像を撮像するカメラを備えたことを特徴とする光
    学システム。
22. 【請求項２２】 請求項１〜請求項２０のいずれか一項
    記載の反射式画角変換光学装置、この反射式画角変換光
    学装置の視点に配置され、反射式画角変換光学装置の集
    光する像を投影する投影機を備えたことを特徴とする光
    学システム。
23. 【請求項２３】 請求項１〜請求項２０のいずれか一項
    記載の反射式画角変換光学装置、この反射式画角変換光
    学装置の視点に配置され、反射式画角変換光学装置の集
    光する像を撮像する固体撮像素子を備えたことを特徴と
    する光学システム。
24. 【請求項２４】 固体撮像素子によって撮像された像を
    表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求項２３
    記載の光学システム。
25. 【請求項２５】 固体撮像素子によって撮像された像を
    処理する画像処理装置、この画像処理装置によって処理
    された像を表示する処理画像表示装置を備えたことを特
    徴とする請求項２３または請求項２４記載の光学システ
    ム。