(57)【要約】【課題】  物体からの光を平行光に変換する光学系について、全系を小型化しつつ良好な光学性能を実現すること。【解決手段】  物体からの光を平行光に変換する光学系１００であって、物体側から順に配置された、正又は負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２で構成され、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２は、光学系１００において最も広い間隔を空けて配置されており、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置された少なくとも一つの正レンズＧ１ｐ、少なくとも一つの負レンズＧ１ｎで構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光を平行光に変換する光学系であって、
物体側から順に配置された、正又は負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群で構成され、
前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、前記光学系において最も広い間隔を空けて配置されており、
前記第１レンズ群は、物体側から順に配置された少なくとも一つの正レンズ、少なくとも一つの負レンズで構成されることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第２レンズ群は、物体側から順に配置された少なくとも一つの負レンズ、少なくとも一つの正レンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ群において、前記少なくとも一つの正レンズの合成焦点距離をＦ１ｐ、前記少なくとも一つの負レンズの合成焦点距離をＦ１ｎとするとき、
−４．０＜Ｆ１ｐ／Ｆ１ｎ＜−０．２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項４】
前記光学系の焦点距離をＦ、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間に形成される空気レンズの焦点距離をＦａとするとき、
−１７＜Ｆ／Ｆａ＜−１．２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記光学系の焦点距離をＦ、前記第２レンズ群の焦点距離をＦ２とするとき、
０．５＜Ｆ／Ｆ２＜３．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第１レンズ群は、物体側から順に配置された正レンズ、負レンズで構成されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系。
【請求項７】
前記第２レンズ群は、物体側から順に配置された負レンズ、正レンズで構成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記第２レンズ群は、物体側から順に配置された負レンズ、正レンズ、正レンズで構成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学系と、該光学系を介して夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、該複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタとを備えることを特徴とする結像光学系。
【請求項１０】
前記複数のフィルタは、互いに異なる透過特性を有する第１及び第２のフィルタを含むことを特徴とする請求項９に記載の結像光学系。
【請求項１１】
前記光学系よりも物体側に配置され、物体の中間像を形成する光学部を備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の結像光学系。
【請求項１２】
前記物体の中間像の位置に配置される視野絞りを備えることを特徴とする請求項１１に記載の結像光学系。
【請求項１３】
前記視野絞りの開口部には、拡散部材が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の結像光学系。
【請求項１４】
請求項９乃至１３の何れか一項に記載の結像光学系と、該結像光学系からの光を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
前記撮像素子は、前記複数のレンズ部に対して共通であることを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
請求項９乃至１３の何れか一項に記載の結像光学系を備え、撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とするアクセサリ装置。
【請求項１７】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の光学系を備え、撮像装置に装着される光学装置に対して着脱可能であることを特徴とするアクセサリ装置。
【請求項１８】
前記光学装置は、前記光学系を介して夫々が物体の像を形成する複数のレンズ部と、該複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタとを備えることを特徴とする請求項１７に記載のアクセサリ装置。
【請求項１９】
前記光学装置は、前記撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のアクセサリ装置。
【請求項２０】
前記アクセサリ装置よりも物体側に配置されるレンズ装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１７乃至１９の何れか一項に記載のアクセサリ装置。
【請求項２１】
前記レンズ装置は、前記撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項２０に記載のアクセサリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体からの光を平行光に変換する光学系に関し、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置に用いられる光学系として、複数のレンズによって同一の物体（被写体）の複数の像を形成するものが知られている。このような光学系において、複数のレンズの光軸上に互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタを設けることで、互いに異なる複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得することが可能になる。
【０００３】
特許文献１には、複数のレンズ及び複数のフィルタよりも物体側に配置されたコリメータ光学系によって物体からの光を平行光に変換することで、物体の複数の像の間に視差が生じることを抑制した撮像装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９１０７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置では、コリメータ光学系を構成する複数のレンズの屈折力や配置が適切に設定されておらず、コリメータ光学系の全系を小型化しつつ良好な光学性能を実現することが困難である。
【０００６】
本発明は、物体からの光を平行光に変換する光学系について、全系を小型化しつつ良好な光学性能を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学系は、物体からの光を平行光に変換する光学系であって、物体側から順に配置された、正又は負の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群で構成され、前記第１レンズ群及び前記第２レンズ群は、前記光学系において最も広い間隔を空けて配置されており、前記第１レンズ群は、物体側から順に配置された少なくとも一つの正レンズ、少なくとも一つの負レンズで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、物体からの光を平行光に変換する光学系について、全系を小型化しつつ良好な光学性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る光学系の要部概略図。
【図２】実施形態に係る撮像システムの模式図。
【図３】実施例１に係る撮像システムの要部概略図。
【図４】実施例２に係る撮像システムの要部概略図。
【図５】実施例３に係る撮像システムの要部概略図。
【図６】実施例４に係る撮像システムの要部概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る光学系１００の光軸を含む断面（ＹＺ断面）における要部概略図である。本実施形態に係る光学系１００は、物体面１０１からの光を平行光に変換する光学系（コリメータ光学系）である。ただし、ここでの平行光とは、厳密な平行光に限らず、略平行光（弱発散光や弱収束光）を含むものとする。なお、図１では、光学系１００に比較的近い位置に配置された物体面１０１からの光を、後述する絞りアレイＳＡに導く様子を示している。
【００１２】
本実施形態に係る光学系１００は、物体側（−Ｚ側）から順に配置された正又は負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１及び正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２で構成されている。なお、第１レンズＧ１群及び第２レンズ群Ｇ２は、光学系１００において最も広い間隔を空けて配置されている。そして、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に配置された少なくとも一つの正レンズ、少なくとも一つの負レンズで構成されている。以下、第１レンズ群Ｇ１における少なくとも一つの正レンズをまとめて正レンズ部Ｇ１ｐと呼び、少なくとも一つの負レンズをまとめて負レンズ部Ｇ１ｎと呼ぶ。
【００１３】
このように、光学系１００における最も物体側に正レンズ部Ｇ１ｐを配置し、その像側（＋Ｚ側）に隣接して負レンズ部Ｇ１ｎを配置することにより、各レンズ部の屈折力の絶対値を大きくすることができる。これにより、第１レンズ群Ｇ１の長さを十分に短くしつつ、光学系１００の主点をより像側に位置させることができる。よって、光学系１００の全系を小型化しつつ、物体側における良好なテレセントリック性を実現することが可能になる。
【００１４】
また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置された負レンズ部（少なくとも一つの負レンズ）、正レンズ部（少なくとも一つの正レンズ）で構成されることが望ましい。この構成によれば、第１レンズ群Ｇ１からの発散光を負レンズ部で更に発散させ、その直後に正レンズ部によって発散度を小さくすることができる。これにより、第２レンズ群Ｇ２の長さを十分に短くしつつ、第１レンズ群Ｇ１からの発散光を平行光に変換することが可能になる。本実施形態に係る第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に配置された負レンズ部Ｇ２ｎ、正レンズ部Ｇ２ｐで構成されている。
【００１５】
また、本実施形態に係る光学系１００のように、第１レンズＧ１群及び第２レンズ群Ｇ２の夫々が正レンズ部及び負レンズ部の対を有する構成を採ることにより、各レンズ群における色収差を良好に補正することが可能になる。なお、光学系１００の更なる小型化のためには、第１レンズＧ１群を１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成することが望ましい。同様に、第２レンズＧ２群を１枚の正レンズと１枚の負レンズで構成することがより好ましい。
【００１６】
ここで、第１レンズ群Ｇ１において、正レンズ部Ｇ１ｐの焦点距離（少なくとも一つの正レンズの合成焦点距離）をＦ１ｐ、負レンズ部Ｇ１ｎの焦点距離（少なくとも一つの負レンズの合成焦点距離）をＦ１ｎとする。このとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
−４．０＜Ｆ１ｐ／Ｆ１ｎ＜−０．２      （１）
【００１７】
条件式（１）を満足しない場合、正レンズ部Ｇ１ｐ及び負レンズ部Ｇ１ｎの一方の屈折力の絶対値が他方に対して大きくなり過ぎてしまい、光学系１００の物体側におけるより良好なテレセントリック性を実現することが難しくなる。さらに、以下の条件式（１ａ）及び（１ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
−３．５＜Ｆ１ｐ／Ｆ１ｎ＜−０．３      （１ａ）
−３．２＜Ｆ１ｐ／Ｆ１ｎ＜−０．４      （１ｂ）
【００１８】
また、光学系１００の（全系の）焦点距離をＦ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間に形成される空気レンズの焦点距離をＦａとするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−１７＜Ｆ／Ｆａ＜−１．２      （２）
【００１９】
条件式（２）の下限値を下回ると、空気レンズの屈折力の絶対値が大きくなり過ぎてしまい、光学系１００における諸収差の補正が難しくなるか、もしくは物体側におけるより良好なテレセントリック性を実現することが難しくなる。条件式（２）の上限値を上回ると、空気レンズの屈折力の絶対値が小さくなり過ぎてしまい、光学系１００の全長の更なる短縮が難しくなる。さらに、以下の条件式（２ａ）及び（２ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
−１５＜Ｆ／Ｆａ＜−１．３      （２ａ）
−１３＜Ｆ／Ｆａ＜−１．５      （２ｂ）
【００２０】
また、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をＦ２とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．５＜Ｆ／Ｆ２＜３．５      （３）
【００２１】
条件式（３）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力の絶対値が小さくなり過ぎてしまい、光学系１００の全長の更なる短縮が難しくなる。条件式（３）の上限値を上回ると、第２レンズ群Ｇ２の屈折力の絶対値が大きくなり過ぎてしまい、光学系１００における諸収差の補正が難しくなる。さらに、以下の条件式（３ａ）及び（３ｂ）を順に満たすことがより好ましい。
０．７＜Ｆ／Ｆ２＜３．２      （３ａ）
０．８＜Ｆ／Ｆ２＜３．０      （３ｂ）
【００２２】
以上、本実施形態に係る光学系１００によれば、全系を小型化しつつ良好な光学性能を実現することができる。特に、物体側における良好なテレセントリック性を得ることができるため、複数のレンズ部及び複数のフィルタを備える撮像装置システムに光学系１００を適用した場合に、良好な画像を取得することが可能になる。
【００２３】
［撮像システム］
図２は、本発明の実施形態に係る撮像システム１０００の模式図である。本実施形態に係る撮像システム１０００は、上述した光学系１００、光学系１００の像側に配置される光学装置２００、光学系１００の物体側に配置されるレンズ装置３００、及び撮像素子４０１を含む撮像装置４００を備えている。図２（ａ）は光学系１００及びレンズ装置３００の光軸（主光軸）を含む断面（ＹＺ断面）を示し、図２（ｂ）は絞りアレイＳＡを物体側から見たときの正面図を示す。なお、図２（ａ）では、光学系１００、光学装置２００、及びレンズ装置３００の夫々のレンズ構成を便宜的に省略している。
【００２４】
光学装置２００は、複数のレンズ部で構成されるレンズアレイＬＡ、複数のレンズ部の光軸上に配置される複数のフィルタで構成されるフィルタアレイＦＡ、及び複数のレンズ部の光軸上に配置される複数の開口絞りで構成される絞りアレイＳＡを備える。本実施形態においては、光学装置２００をアクセサリ装置として撮像装置４００に対して着脱可能な構成としている。これにより、光学装置２００を交換するだけで容易に異なる画像情報を取得することが可能になる。ただし、必要に応じて、光学装置２００と撮像素子４０１とを一体化して撮像装置を構成してもよい。
【００２５】
本実施形態に係る複数のレンズ部の夫々は、１枚以上のレンズで構成されており、夫々が光学系１００を介して物体を像面ＩＭＧ（撮像素子４０１の撮像面）に結像する。言い換えると、光学装置２００の像面ＩＭＧには、複数のレンズ部によって物体の複数の像（像アレイ）が形成される。すなわち、レンズアレイＬＡによれば、同一の物体の像を複製することができる。
【００２６】
なお、複数のレンズ部は、製造や配置を容易にするために一体的に形成されていてもよく、あるいは個別の位置調整（フォーカス調整）を可能にするために別体で形成されていてもよい。また、各レンズ部の全てが互いに同一形状のレンズ面を含んでいることが望ましい。これにより、各レンズ部の製造が容易になり、レンズアレイＬＡのコストを削減することができる。このとき、各レンズ部の形状を互いに同一にすることがより好ましいが、必要に応じて各レンズ部の形状を互いに異ならせてもよい。
【００２７】
本実施形態に係る複数のフィルタ（光学フィルタ）は、互いに異なる透過特性を有する二つ以上のフィルタを含んでいる。ここでの透過特性とは、透過させる光の波長帯域（透過波長域）、透過させる偏光の方向や種類（偏光状態）、入射光の強度に対する透過光の強度（透過率）などの、入射光の状態を変化させる光学特性のことである。フィルタアレイＦＡを互いに異なる透過特性を有する複数のフィルタで構成することにより、同一の物体に対して互いに異なる複数の画像情報を同時に取得することが可能になる。
【００２８】
フィルタアレイＦＡは、少なくとも透過特性が互いに異なる二つのフィルタ（第１及び第２のフィルタ）を含んでいればよい。言い換えると、透過特性が互いに同一である二つ以上のフィルタを含んでいてもよい。ただし、互いに異なる複数の画像情報を一回の撮像でより多く取得するためには、複数フィルタの全ての透過特性を互いに異ならせることが望ましい。また、複数フィルタＦＡの夫々は、必要に応じて複数の光学フィルタで構成されていてもよい。
【００２９】
例えば、互いに透過波長域の中心波長が異なる複数のフィルタ（バンドパスフィルタ）を用いることで、複数の波長帯域に対応する複数の画像情報を同時に取得することができる。このとき、撮像システム１０００を、一般的なカメラの波長帯域（ＲＧＢ）よりも多い４種類以上の波長帯域に対応する画像情報を取得することができるマルチスペクトルカメラとして構成することが望ましい。さらに、撮像システム１０００を、１００種類以上の波長帯域に対応する画像情報を取得することができるハイパースペクトルカメラとして構成することがより好ましい。なお、バンドパスフィルタの代わりに、入射光の波長を変換して射出する波長変換フィルタを用いてもよい。
【００３０】
あるいは、互いに種類が異なる複数の偏光フィルタを用いることで、複数の偏光状態に対応する複数の画像情報を同時に取得することができる。例えば、Ｘ方向（水平方向）、Ｙ方向（垂直方向）、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５°の方向、の夫々に平行な方向の直線偏光を透過させる三つの直線偏光フィルタと、円偏光を透過させる円偏光フィルタを用いる場合が考えられる。このように、入射光の偏光状態を変化させる複数の種類の偏光フィルタを用いることで、物体の偏光特性（ストークスパラメータ）や、物体の偏光状態の２次元分布などの偏光情報を取得することができる。
【００３１】
なお、透過特性の種類が異なる複数のフィルタでフィルタアレイＦＡを構成することで、波長情報、偏光情報、輝度情報、視差情報などの異なる種類の情報を同時に取得できるようにしてもよい。このとき、互いに異なる種類の複数のフィルタの夫々を、互いに異なるレンズ部の光軸上に配置した構成に限らず、同一の光軸上に配置した構成を採ってもよい。後者の場合、取得した画像情報を不図示の画像処理部によってフィルタリングすることで、異なる種類の画像情報に分離することができる。
【００３２】
本実施形態に係る複数の開口絞りの夫々は、開口が設けられた遮光部材で構成されており、物体側からの光の幅を制限することで対応する複数のレンズ部の夫々のＦ値（Ｆｎｏ）を決定している。図２（ｂ）に示すように、本実施形態においては一つの遮光部材に複数の開口ＳＡ１〜ＳＡ９を設けることで複数の開口絞りを一体的に形成しているが、必要に応じて複数の開口絞りの夫々を別体としてもよい。また、必要に応じて、絞りアレイＳＡを光学装置２００の外部に配置してもよい。
【００３３】
本実施形態に係る光学装置２００は、図２（ｂ）に示したように、９個のレンズ部と、各レンズ部の光軸ＡＸ１〜ＡＸ９上に配置される９個のフィルタ及び９個の開口絞りを備えている。すなわち、同一の光軸上に配置された各部材をまとめて一つの結像部であるとすると、光学装置２００は９個の結像部を備えていることになる。複数の結像部をまとめて結像部アレイとも呼ぶ。なお、結像部の数はこれに限られるものではなく、光学装置２００は少なくとも二つの結像部を備えていればよい。ただし、一回の撮像でより多くの画像情報を取得するためには、結像部を四つ以上設けることが望ましく、本実施形態のように結像部を九つ以上設けることがより好ましい。
【００３４】
物体側からの光は、絞りアレイＳＡ、フィルタアレイＦＡ、及びレンズアレイＬＡを順に介して像面ＩＭＧに到達する。このとき、像面ＩＭＧには、絞りアレイＳＡにおける各開口絞り及びフィルタアレイＦＡにおける各フィルタに応じた９個の像が形成される。なお、各部材の光軸方向（Ｚ方向）における配置の順番は、図２（ａ）に示したものに限られない。例えば、必要に応じて絞りアレイＳＡやフィルタアレイＦＡをレンズアレイＬＡの像側に配置してもよい。
【００３５】
光学装置２００の像面ＩＭＧの位置には、撮像素子４０１の撮像面（受光面）が配置される。このとき、撮像システム１０００の小型化のためには、各結像部に対して共通である単一の撮像素子を設けることが望ましい。ただし、必要に応じて、各結像部に対して個別に撮像素子を設けてもよい。また、装置全体の小型化のためには、撮像面の形状に合わせて各結像部を配置することが望ましい。具体的には、図２（ｂ）に示すように、ＸＹ断面において各結像部を正方配置することが望ましい。なお、撮像面が正方形でない場合は、各結像部の配置のアスペクト比などを変更してもよい。
【００３６】
複数の結像部を有する光学装置２００を用いる場合、各結像部に対する光の入射角の差によって物体の複数の像の間に視差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、光学装置２００の物体側に各結像部に対して共通の光学系１００を配置することで、各結像部に対する光の入射角の差を低減し、複数の像の間の視差の発生を抑制している。上述したように、光学系１００によれば、全系を小型化しつつ物体側における良好なテレセントリック性が得られるため、撮像システム１０００の全体の小型化と良好な画像の取得を実現することが可能になる。
【００３７】
本実施形態に係るレンズ装置３００は、１枚以上のレンズで構成され、物体の中間像を形成する結像光学系（光学部）を含んでいる。本実施形態においては、レンズ装置３００の像面（中間像面）と上述した光学系１００の物体面１０１とが一致するように構成されている。このように、光学系１００よりも物体側で物体を中間結像させる構成を採ることにより、中間像面の近傍に視野絞り１０２を配置することができる。これにより、光学装置２００における各結像部の視野を制限し、像面ＩＭＧにおいて複数の像が互いに重なり合うことを抑制することが可能になる。この場合、光学系１００及びレンズ装置３００は共に正の屈折力を有することになる。
【００３８】
なお、光学系１００とフィルタアレイＦＡ及びレンズアレイＬＡとを一体化して一つの結像光学系としてもよい。このとき、結像光学系を構成する各部材を不図示の保持部材（筐体）によって一体的に保持し、アクセサリ装置として撮像装置４００に着脱可能な構成としてもよい。あるいは、結像光学系を撮像装置４００と一体的に構成してもよい。また、光学系１００を光学装置２００とは別体のアクセサリ装置（アダプタ装置）とし、光学装置２００に対して着脱可能な構成としてもよい。これにより、レンズ装置３００の構成に応じて光学系１００を交換することが可能になる。
【００３９】
また、レンズ装置３００を光学系１００及び光学装置２００と一体的に構成し、撮像装置４００に対して着脱可能なアクセサリ装置としてもよい。または、レンズ装置３００及び光学系１００を一体的に構成し、光学装置２００に対して着脱可能なレンズ装置としてもよい。あるいは、レンズ装置３００を光学系１００に対して着脱可能な構成としてもよい。レンズ装置３００を光学系１００に着脱可能な構成とすることで、レンズ装置３００の交換により撮像システム１０００の画角や光学性能などを容易に変更することが可能になる。
【００４０】
同様の理由で、視野絞り１０２についても、光学系１００と一体的に保持することで、アクセサリ装置としてレンズ装置３００に着脱可能な構成とすることが望ましい。このとき、視野絞り１０２の開口部に拡散部材（拡散板）を設けることがより好ましい。これにより、レンズ装置３００を交換することでレンズ装置３００のテレセントリック性やＦ値が変化した場合にも、光学装置２００の視野が欠けてしまうことを抑制することができる。ただし、この構成を採用した場合、視野絞り１０２の開口部に拡散部材を設けない構成と比較して、取得される画像情報の解像度が低下してしまう。よって、この構成を採用するかどうかは、求められる仕様によって選択することが望ましい。
【００４１】
図２に示した本実施形態に係る撮像システム１０００は、レンズ装置３００、視野絞り１０２と光学系１００、光学装置２００、及び撮像装置４００の夫々が互いに着脱可能な構成を採っている。すなわち、本実施形態では、視野絞り１０２と光学系１００、及び光学装置２００の夫々を、アダプタ装置及びアクセサリ装置としている。このような構成において、中間像面に対するテレセントリック性が良好である光学系１００を採用することで、レンズ装置３００を交換した際に有効光束のケラレの発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、各装置を互いに着脱可能とする場合、各部材を保持する保持部材（筐体）に対してマウント部（結合部）を設ければよい。各マウント部の形状は、互いに対応する形状とすればよい。また、各マウント部には、各装置を電気的に接続するための電気接点（端子）を設けることが好ましい。これにより、各装置は電気接点を介して互いに通信を行ったり電力を供受給したりすることが可能になる。さらに、各装置には、互いに情報を送受信するための通信部や、互いの接続を認識するための認識部を設けることがより好ましい。
【００４３】
このとき、撮像装置４００に対して着脱可能な交換レンズとしてのレンズ装置３００が、光学系１００に対して着脱可能である構成とすることが望ましい。すなわち、光学系１００を保持する保持部材の物体側に設けられるマウント部の形状を、レンズ装置３００に設けられるマウント部に対応し、かつ撮像装置４００に設けられるマウント部と同一の形状とすることが望ましい。これにより、一般的な撮像装置４００及びレンズ装置３００のペアに対して、光学系１００及び光学装置２００を装着するだけで、複数の画像情報を一回の撮像で同時に取得することができる撮像システムを容易に構成することが可能になる。
【００４４】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る撮像システム１０００について説明する。本実施例に係る撮像システム１０００において、上述した実施形態に係る撮像システム１０００と同等の構成については説明を省略する。
【００４５】
図３は、本実施例に係る撮像システム１０００の主光軸を含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係るレンズ装置３００について、焦点距離は５０ｍｍ、Ｆ値は１．８である。本実施例に係る視野絞り１０２の開口部には拡散部材１０３が設けられている。本実施例に係る光学系１００に対する有効光束の各主光線の角度は０．１度以下である。光学系１００は、拡散部材１０３により拡散された光（Ｆ値２．９に相当）を平行光に変換し、絞りアレイＳＡに対する各光線の入射角を１０度以下とするように構成されている。
【００４６】
本実施例に係る光学装置２００は、Ｘ方向において４個、Ｙ方向において３個配列された合計１２個の結像部を含んでいる。本実施例に係るフィルタアレイＦＡにおける全てのフィルタの透過波長域の中心波長は互いに異なっている。具体的に、各フィルタの透過波長域の幅は何れも５０ｎｍであり、各フィルタの透過波長域の中心波長は最短の４２５ｎｍから順に５０ｎｍ間隔で最長の９７５ｎｍまで大きくなっている。すなわち、本実施例に係る撮像システム１０００の使用波長領域は４００ｎｍ〜１０００ｎｍである。また、本実施例に係るレンズアレイＬＡにおける各レンズ部について、焦点距離は１９．６ｍｍ、Ｆ値は６．２である。
【００４７】
本実施例に係る第１レンズ群Ｇ１は、負の屈折力を有し、物体側から順に配置された正レンズＬ１と負レンズＬ２で構成されている。本実施例に係る第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有し、物体側から順に配置された負レンズＬ３と正レンズＬ４で構成されている。本実施例に係る光学系１００で生じる波面収差は、１００ｍλＲＭＳ以下であり、光学装置２００における各結像部の波面収差と合わせても２００ｍλＲＭＳ以下となるよう良好に補正されている。
【００４８】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る撮像システム１０００について説明する。本実施例に係る撮像システム１０００において、上述した実施例１に係る撮像システム１０００と同等の構成については説明を省略する。
【００４９】
図４は、本実施例に係る撮像システム１０００の主光軸を含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る光学系１００に対する有効光束の各主光線の角度は２．２度以下である。光学系１００は、拡散部材１０３により拡散された光（Ｆ値６．２に相当）を平行光に変換し、絞りアレイＳＡに対する各光線の入射角を５．７度以下とするように構成されている。また、本実施例に係るレンズアレイＬＡにおける各レンズ部について、焦点距離は３３．６ｍｍ、Ｆ値は１０．０である。
【００５０】
本実施例に係る第１レンズ群Ｇ１は、負の屈折力を有し、物体側から順に配置された正レンズＬ１と負レンズＬ２で構成されている。本実施例に係る第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有し、物体側から順に配置された負レンズＬ３と正レンズＬ４と正レンズＬ５で構成されている。なお、負レンズＬ３と正レンズＬ４は互いに接合されている。本実施例に係る光学系１００で生じる波面収差は、１５０ｍλＲＭＳ以下であり、光学装置２００における各結像部の波面収差と合わせても２５０ｍλＲＭＳ以下となるよう良好に補正されている。
【００５１】
［実施例３］
以下、本発明の実施例３に係る撮像システム１０００について説明する。本実施例に係る撮像システム１０００において、上述した実施例１に係る撮像システム１０００と同等の構成については説明を省略する。
【００５２】
図５は、本実施例に係る撮像システム１０００の主光軸を含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る光学系１００に対する有効光束の各主光線の角度は８．８度以下である。光学系１００は、拡散部材１０３により拡散された光（Ｆ値２．０に相当）を平行光に変換し、絞りアレイＳＡに対する各光線の入射角を５．７度以下とするように構成されている。また、本実施例に係るレンズアレイＬＡにおける各レンズ部について、焦点距離は１７．２ｍｍ、Ｆ値は１２．０である。
【００５３】
本実施例に係る第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有し、物体側から順に配置された正レンズＬ１と負レンズＬ２で構成されている。本実施例に係る第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有し、物体側から順に配置された負レンズＬ３と正レンズＬ４と正レンズＬ５で構成されている。なお、負レンズＬ３と正レンズＬ４は互いに接合されている。本実施例に係る光学系１００で生じる波面収差は、２５０ｍλＲＭＳ以下であり、光学装置２００における各結像部の波面収差と合わせても３００ｍλＲＭＳ以下となるよう良好に補正されている。
【００５４】
［実施例４］
以下、本発明の実施例４に係る撮像システム１０００について説明する。本実施例に係る撮像システム１０００において、上述した実施例１に係る撮像システム１０００と同等の構成については説明を省略する。
【００５５】
図６は、本実施例に係る撮像システム１０００の主光軸を含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係るレンズ装置３００は、実施例１に係るレンズ装置３００の構成に対して、視野絞り１０２の物体側に隣接する１枚の正レンズを追加した構成を採っている。また、本実施例に係る視野絞り１０２の開口部には拡散部材が設けられていない。このように、視野絞り１０２の開口部に拡散部材を設けない構成においても、視野絞り１０２の直前にフィールドレンズとしての正レンズを配置することで、視野絞り１０２の開口部に拡散部材を設けた構成と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
本実施例に係る光学系１００に対する有効光束の各主光線の角度は０．１度以下である。光学系１００は、中間像面からの光（Ｆ値４．０に相当）を平行光に変換し、絞りアレイＳＡに対する各光線の入射角を５．７度以下とするように構成されている。また、本実施例に係るレンズアレイＬＡにおける各レンズ部について、焦点距離は３３．６ｍｍ、Ｆ値は１０．０である。
【００５７】
本実施例に係る第１レンズ群Ｇ１は、負の屈折力を有し、物体側から順に配置された正レンズＬ１と負レンズＬ２で構成されている。本実施例に係る第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有し、物体側から順に配置された負レンズＬ３と正レンズＬ４で構成されている。本実施例に係る光学系１００で生じる波面収差は、２００ｍλＲＭＳ以下であり、光学装置２００における各結像部の波面収差と合わせても３００ｍλＲＭＳ以下となるよう良好に補正されている。
【００５８】
［数値実施例］
以下、上述した実施例１乃至４に対応する数値実施例１乃至４を示す。各数値実施例において、面番号は物体側から像側に至る各光学面の順番である。ｒ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面の曲率半径を示し、ｄ［ｍｍ］は第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間隔を示す。また、Ｎｄ及びνｄは、第ｉ番目の光学面と第（ｉ＋１）番目の光学面の間の媒質（材料）の波長５８７．６ｎｍの光（ｄ線）に対する屈折率及びアッベ数を示す。
【００５９】
ただし、各数値実施例において、各光学面の面データをレンズ装置３００、光学系１００、及び光学装置２００に分けて示している。このとき、光学装置２００における各結像部の構成は互いに同一であるため、一つの結像部についての面データのみを示している。また、数値実施例２及び３において、レンズ装置３００に関する面データについては、数値実施例１のものと同じであるため省略している。
【００６０】
（数値実施例１）
レンズ装置３００
面番号    ｒ        ｄ       Ｎｄ     νｄ
1         49.66     3.50     1.744    44.8
2         239.14    0.15
3         20.62     3.50     1.744    44.8
4         33.19     2.89
5         66.68     1.50     1.673    32.1
6         16.18     7.05
7(絞り)   ∞        4.47
8         -17.61    1.00     1.699    30.1
9         46.50     6.00     1.744    44.8
10         -22.90    0.15
11         82.97     3.60     1.744    44.8
12         -57.56    39.90
光学系１００
面番号    ｒ        ｄ       Ｎｄ     νｄ
1         ∞        9.00
2         86.89     10.00    1.658    57.3
3         -28.68    3.46
4         -149.23   2.00     1.516    64.1
5         15.32     35.64
6         -421.03   3.00     1.755    27.5
7         50.51     1.89
8         68.89     9.00     1.620    60.3
9         -28.53    0.15
10(絞り)   ∞
光学装置２００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1(絞り)   ∞        1.00
2         ∞        1.00      1.516    64.1
3         ∞        1.20
4         7.00      3.38      1.670    47.2
5         -5.59     3.97      1.720    34.7
6         4.86      1.67
7         8.75      1.28      1.744    44.8
8         -1010.98  11.09
【００６１】
（数値実施例２）
光学系１００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1         ∞        5.00
2         30.30     12.00     1.740    28.3
3         -1780.11  17.00
4         -26.30    2.00      1.589    61.1
5         10.91     28.45
6         -22.49    1.00      1.738    32.3
7         ∞        8.00      1.487    70.2
8         -20.08    0.15
9         -341.44   7.00      1.620    60.3
10         -31.91    0.15
11(絞り)   ∞
光学装置２００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1(絞り)   ∞        2.00
2         ∞        1.00      1.516    64.1
3         ∞        2.00
4         8.58      3.00      1.569    56.4
5         -8.34     1.00      1.699    30.1
6         30.74     4.50
7         16.91     2.00      1.755    27.5
8         -11.60    1.60
9         -6.29     1.11      1.749    35.3
10         14.75     14.03
【００６２】
（数値実施例３）
光学系１００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1         ∞        10.00
2         -60.32    8.00      1.749    35.3
3         -28.74    0.15
4         19.82     2.00      1.487    70.2
5         15.30     21.75
6         -15.84    2.08      1.722    29.2
7         154.02    8.00      1.613    58.7
8         -20.68    0.15
9         -162.02   7.00      1.744    44.8
10         -33.54    0.15
11(絞り)   ∞
光学装置２００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1(絞り)   ∞        2.00
2         ∞        1.00      1.516    64.1
3         ∞        2.31
4         148.28    1.00      1.689    31.1
5         8.53      3.00      1.642    58.4
6         -10.91    17.05
【００６３】
（数値実施例４）
レンズ装置３００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1         49.66     3.50      1.744    44.8
2         239.14    0.15
3         20.62     3.50      1.744    44.8
4         33.19     2.89
5         66.68     1.50      1.673    32.1
6         16.18     7.05
7(絞り)   ∞        4.47
8         -17.61    1.00      1.699    30.1
9         46.50     6.00      1.744    44.8
10         -22.90    0.15
11         82.97     3.60      1.744    44.8
12         -57.56    28.13
13         76.19     6.00      1.516    64.1
14         -76.92    4.49
光学系１００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1         ∞        9.00
2         56.56     10.00     1.581    40.7
3         -28.95    8.33
4         -49.18    2.00      1.620    60.3
5         14.05     36.57
6         -584.61   3.00      1.755    27.5
7         48.17     1.94
8         65.96     9.00      1.620    60.3
9         -28.24    0.15
10(絞り)   ∞
光学装置２００
面番号    ｒ        ｄ        Ｎｄ     νｄ
1(絞り)   ∞        2.00
2         ∞        1.00      1.516    64.1
3         ∞        2.00
4         8.58      3.00      1.569    56.4
5         -8.34     1.00      1.699    30.1
6         30.74     4.50
7         16.91     2.00      1.755    27.5
8         -11.60    1.60
9         -6.29     1.11      1.749    35.3
10         14.75     14.03
【００６４】
表１に、各実施例（各数値実施例）における各条件式に関する数値を示す。表１に示すように、何れの実施例においても各条件式が満たされている。
【００６５】
【表１】
2020064165.tif 000003
【００６６】
［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
【００６７】
上述した実施形態においては、各結像部の夫々がレンズ部、フィルタ、及び開口絞りを含む構成について説明したが、必要に応じてフィルタや開口絞りを含まない結像部を設けても良い。例えば、一部の結像部によって物体からの光の輝度情報のみを取得したい場合は、その結像部にフィルタを設けない構成を採ってもよい。
【００６８】
撮像素子としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサのように可視光に対応したものに限らず、赤外光（近赤外光や遠赤外線光）などを光電変換できるように構成されていてもよい。例えば、使用波長帯域に応じてＩｎＧａＡｓやＩｎＡｓＳｂなどの材料を用いた撮像素子を採用してもよい。また、撮像素子の画素数は、撮像システムにおいて求められる分解能に基づいて決定することが望ましい。
【００６９】
また、撮像システムは、撮像素子から出力される画像情報に基づいて画像を生成する画像処理部を備えていてもよい。画像処理部は、例えばＣＰＵなどのプロセッサであり、各撮像装置の内部又は外部の何れに設けられていてもよい。例えば、各結像部により形成された互いに異なる波長帯域に対応する複数の像（複製像）を、撮像素子により光電変換することで複数の画像情報を生成し、それらを画像処理部により合成（重畳）することで、１枚のマルチスペクトル画像を得ることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１００  光学系
Ｇ１  第１レンズ群
Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ１ｐ  少なくとも一つの正レンズ
Ｇ１ｎ  少なくとも一つの負レンズ
【図１】
2020064165.tif 000004
【図２】
2020064165.tif 000005
【図３】
2020064165.tif 000006
【図４】
2020064165.tif 000007
【図５】
2020064165.tif 000008
【図６】
2020064165.tif 000009