(57)【要約】【課題】  フレアー光の影響を受けず、小型で解像力の良い、３６０°全方位の画角を有する画像を撮影したり、３６０°全方位画角に画像を投影するための光学系。【解決手段】  中心軸１の周りで回転対称な２面の反射面と２面の透過面を含む前群１０と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群２０と、中心軸に同軸に配置された開口５とを備えており、前群に入射した光束は、第１透過面１１を経て中心軸に対して第１透過面と同じ側に配置されている第１反射面１２で像面と反対側に反射され、第１透過面とは反対側に配置されている第２反射面１３で像面側に反射され、第２反射面と同じ側に配置されている第２透過面１４を経て透明媒体から外に出て、後群２０を経て像面３０に結像し、中心軸１を含む断面内と、その断面に対して直交しその光束の中心光線２0 を含む断面内での入射瞳６Ｙ、６Ｘ位置が異なるように構成されている。【選択図】        図１
2006285002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３６０°全方位の画角を有する画像を像面に結像させるか、像面に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する光学系であって、
中心軸の周りで回転対称な２面の反射面を含む前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群と、中心軸に同軸に配置された開口とを備えており、
前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は第１透過面と第１反射面と第２反射面と第２透過面を持ち、
結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学系の場合は光線の進む順とは反対に、前記前群に入射した光束は、前記第１透過面を経て透明媒体内に入り、中心軸に対して前記第１透過面と同じ側に配置されている前記第１反射面で像面と反対側に反射され、中心軸を挟んで前記第１透過面とは反対側に配置されている前記第２反射面で像面側に反射され、中心軸に対して前記第２反射面と同じ側に配置されている前記第２透過面を経て前記透明媒体から外に出て、前記後群を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、かつ、中心軸を含む断面内と、その断面に対して直交しその光束の中心光線を含む断面内での入射瞳位置が異なるように構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項２】
中心軸を含む断面内の入射瞳は前記第１透過面近傍に位置し、中心軸を含む断面に対して直交する断面内の入射瞳は中心軸近傍に位置することを特徴とする請求項１記載の光学系。
【請求項３】
少なくとも１面の反射面は対称面を持たない任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光学系。
【請求項４】
少なくとも１面の反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光学系。
【請求項５】
中心軸を含む断面内で前記前群により物体側に形成される絞りと共役な入射瞳近傍に、中心軸を含む断面内でのみ開口を制限するフレア絞りが配置されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光学系。
【請求項６】
前記後群は、回転対称の同軸屈折光学系からなることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光学系。
【請求項７】
前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦfy、その断面に対して直交する断面内の焦点距離をＦfxとするとき、
Ｆfx／Ｆfy＜０．９５                                          ・・・（１）
１．０５＜Ｆfx／Ｆfy                                          ・・・（２）
なる条件の何れか一方を満足することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の光学系。
【請求項８】
中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をＡ、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記前群の第１透過面までの光路長をＢとするとき、
５＜｜Ａ／Ｂ｜                                                ・・・（３）
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の光学系。
【請求項９】
中心軸を含む断面内における入射瞳位置と中心軸の距離をＣ、前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦfyとするとき、
０．１＜Ｃ／Ｆfy                                              ・・・（４）
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の光学系。
【請求項１０】
中心軸を含む断面内における入射瞳に対する前記開口の倍率をＰβとするとき、
０．０５＜Ｐβ＜２０                                          ・・・（５）
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から９の何れか１項記載の光学系。
【請求項１１】
前記開口の代わりに又は前記開口に加えて、前群の前記第１透過面の近傍に中心軸の周りで回転対称な輪帯状のスリット開口を備えていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項記載の光学系。
【請求項１２】
少なくとも前記反射面が中心軸を含む断面で切断されて中心軸の周りの画角が３６０°より狭く構成されていることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に関し、特に、小型で解像力が良く、３６０°全方位の画角を有する画像を像面に結像させるか、像面に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する全天カメラ、全天プロジェクター等に適した光学系に関するものであ。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射屈折光学系を用いた３６０°全方位（全周）の画像を得る小型の光学系としては、２面の内面反射面と２面の屈折面（入射面と射出面）を持つ透明媒体を備え、中心軸の周りで回転対称な前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群とからなるものが特許文献１において知られている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０００８４２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来例においては、入射瞳が入射面近傍に位置せず、入射面の有効径が大きくなり、天頂方向あるいは地上からの有害なフレアー光が多く画像が悪化してしまう問題がある。また、入射面と第２反射面、第１反射面と射出面がそれぞれ同じ回転対称非球面からなるため、必ずしも収差が良好に補正されて解像力の良いものではなかった。
【０００４】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレアー光の影響を受けず、小型で、収差が良好に補正されて解像力の良い、３６０°全方位（全周）の画角を有する画像を撮影したり、３６０°全方位（全周）画角に画像を投影するための光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明の光学系は、３６０°全方位の画角を有する画像を像面に結像させるか、像面に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する光学系であって、
中心軸の周りで回転対称な２面の反射面を含む前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群と、中心軸に同軸に配置された開口とを備えており、
前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は第１透過面と第１反射面と第２反射面と第２透過面を持ち、
結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学系の場合は光線の進む順とは反対に、前記前群に入射した光束は、前記第１透過面を経て透明媒体内に入り、中心軸に対して前記第１透過面と同じ側に配置されている前記第１反射面で像面と反対側に反射され、中心軸を挟んで前記第１透過面とは反対側に配置されている前記第２反射面で像面側に反射され、中心軸に対して前記第２反射面と同じ側に配置されている前記第２透過面を経て前記透明媒体から外に出て、前記後群を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、かつ、中心軸を含む断面内と、その断面に対して直交しその光束の中心光線を含む断面内での入射瞳位置が異なるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
この場合、中心軸を含む断面内の入射瞳は前記第１透過面近傍に位置し、中心軸を含む断面に対して直交する断面内の入射瞳は中心軸近傍に位置するようにすることが望ましい。
【０００７】
また、少なくとも１面の反射面は対称面を持たない任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。
【０００８】
また、少なくとも１面の反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。
【０００９】
また、中心軸を含む断面内で前記前群により物体側に形成される絞りと共役な入射瞳近傍に、中心軸を含む断面内でのみ開口を制限するフレア絞りが配置されていることが望ましい。
【００１０】
また、前記後群は、回転対称の同軸屈折光学系からなることが望ましい。
【００１１】
また、前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦfy、その断面に対して直交する断面内の焦点距離をＦfxとするとき、
Ｆfx／Ｆfy＜０．９５                                          ・・・（１）
１．０５＜Ｆfx／Ｆfy                                          ・・・（２）
なる条件の何れか一方を満足することが望ましい。
【００１２】
また、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をＡ、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記前群の第１透過面までの光路長をＢとするとき、
５＜｜Ａ／Ｂ｜                                                ・・・（３）
なる条件を満たすことが望ましい。
【００１３】
また、中心軸を含む断面内における入射瞳位置と中心軸の距離をＣ、前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦfyとするとき、
０．１＜Ｃ／Ｆfy                                              ・・・（４）
なる条件を満たすことが望ましい。
【００１４】
また、中心軸を含む断面内における入射瞳に対する前記開口の倍率をＰβとするとき、
０．０５＜Ｐβ＜２０                                          ・・・（５）
なる条件を満たすことが望ましい。
【００１５】
また、前記開口の代わりに又は前記開口に加えて、前群の前記第１透過面の近傍に中心軸の周りで回転対称な輪帯状のスリット開口を備えていることが望ましい。
【００１６】
また、少なくとも前記反射面が中心軸を含む断面で切断されて中心軸の周りの画角が３６０°より狭く構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上の本発明によると、フレアー光の影響を受けず、小型で収差が良好に補正されて解像力の良い３６０°全方位（全周）の画角を有する画像を得たり、３６０°全方位の画角に画像を投影するための光学系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、実施例の基づいて本発明の光学系について説明する。
【００１９】
図１は、後記する実施例１の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図であり、図２は、その光学系内の光路を示す平面図である。これらの図１、図２を用いて本発明の光学系を説明する。なお、以下の説明は、結像光学系として説明するが、光路を逆にとって３６０°全方位（全周）に画像を投影する投影光学系として用いることもできる。なお、図２（ａ）は方位角０°方向から入射する光路のみを示し、図２（ｂ）はそれに加えて±１０°方向から入射する光路を示す図である。
【００２０】
本発明の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と中心軸１の周りで回転対称な後群２０とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものである。
【００２１】
前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、２面の内面反射面１２、１３と２面の透過面（入射面、射出面）１１、１４を持つものである。内面反射面１２、１３と透過面１１、１４も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを有するでレンズ系等の同軸屈折光学系からなるものである（図１の実施例では、後群２０は正パワーの理想レンズを用いるものとしている。）。
【００２２】
そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１、中心軸１に対して第１透過面１１と同じ側に配置されていて、第１透過面１１から入射して像面側に進む光束が入射する第１反射面１２、中心軸１を挟んで第１透過面１１と反対側に配置されていて、第１反射面１２で像面と反対側に反射された光束が入射する第２反射面１３、中心軸１に対して第２反射面１３と同じ側に配置されていて、第２反射面１３で像面側に反射された光束が入射する第２透過面１４からなるものである。この前群１０の役割は、全周囲の画像から回転対称軸（中心軸）１に向かってくる光束を受けて任意の位置の円環状の空中像に変換する働きをするものである。そして、後群２０の役割は、その円環状の空中像を像面３０に位置する撮像素子の平面上に投影する働きをするものであり、また、前群１０で補正不足となる像面湾曲や非点収差を後群２０で相補うように補正することも可能なものである。
【００２３】
なお、図１の実施例の場合、前群１０と後群２０の間に、絞りを構成する円形の開口５が中心軸１と同軸に配置されている。この中心軸上に配置された開口５が前群１０により逆投影されることにより入射瞳を形成するが、本発明の特徴は、この入射瞳をメリジオナル断面内では第１透過面（入射面）１１近傍にメリジオナル方向の入射瞳６Ｙとして配置しながら、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上にサジタル方向入射瞳６Ｘとして投影されることである。従来例（特許文献１）では、メリジオナル断面の入射瞳もサジタル断面内の入射瞳も共に中心軸上に配置されるために、有害光をカットするフレア絞りを有効に配置することができなかった。
【００２４】
なお、メリジオナル断面とサジタル断面は、図１３に示すように定義される。図１３（ａ）は本発明の光学系の概略の光路を示す斜視図、（ｂ）は像面３０上での画角中心位置での断面を示す図である。すなわち、光学系の中心軸（回転対称軸）１と画角中心に至る中心光束の中心光線（主光線）２0 とを含む断面がメリジオナル断面であり、そのメリジオナル断面に対して直交し中心光線（主光線）２0 を含む断面がサジタル断面である。
【００２５】
本発明の光学系では、中心軸１の周りで回転させて反射面１２、１３、屈折面１１、１４の形状を決める任意形状の線分の曲率と、その場合の中心軸１に対する回転の曲率とを独立して与えることにより、逆投影されたメリジオナル断面内の入射瞳６Ｙを前群１０の第１透過面１１近傍に配置するようにすることにより、前群１０内に入り込む不要光を大幅にカットすることが可能となり、フレアーを減らすことが可能となったものである。
【００２６】
一方、中心軸１と直交するサジタル断面においては、回転対称系なので、光束も回転対称に通過することになり、円環上の同じ像高の光束は回転中心である中心軸１上を常に通過する（図２（ｂ））。したがって、サジタル断面では、円周上の像面３０に到達する光束は中心軸１上を一旦通過してから像面３０に到達することになり、サジタル断面の絞りの逆投影された開口の像であるサジタル断面内の入射瞳６Ｘは中心軸１上に存在することとなる。
【００２７】
このような配置をとるために、前群１０は、メリジオナル断面とサジタル断面で曲率を自由にコントロールできる任意形状の線分を中心軸１の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有する面で構成することが重要である。さらに、前群１０では、偏心して配置されるパワーを有する面１１〜１４で反射又は透過させるために、偏心収差が大きく発生する。これを補正するために、特に反射面１２、１３は任意形状の線分に奇数次項等を用いた対称面を持たない任意形状の線分を回転させることにより得られる面形状を使用することが重要になる。
【００２８】
逆に、回転対称軸上に面頂を有する回転対称な非球面を用いて本発明の反射面１２、１３のような形状を実現するためには、非常に多くの高次項を使い多くの自由度を与えることが必要である。しかし、自由度が多すぎるために、画角や波長のサンプル点も非常に多くとる必要があり、結果として変数の動きが悪くなり好ましくない。
【００２９】
このような構成において、中心軸１をＹ軸とし、中心軸１を含む断面（図１）をＹ−Ｚ面とするとき、上記のように、メリジオナル断面内の入射瞳６Ｙを前群１０の第１透過面１１近傍に配置するようにすることにより、Ｙ方向にスリット状のフレア絞りをその入射瞳６Ｙ近傍に配置することが可能となり、不要光をこのフレア絞りでカットすることが可能となる。
【００３０】
フレアー絞りは、このような機械的なスリット状の絞りでも可能であるし、光学系の保護を目的としたケーシングや、光線の通過しない部分を黒く塗った中心軸１に同心の透明パイプ状のものでもよい。また、反射面１２の反射コーティング部分を併用したり、前群１０の光学的に不使用な領域を砂目処理したり、黒い塗料を塗布することで、併用することも可能である。
【００３１】
このように、中心軸１を含むメリジオナル断面内とその断面と直交するサジタル断面内での絞り５の逆投影位置を異ならせるため、本発明の光学系では、中心軸１を含むメリジオナル断面内（Ｙ−Ｚ方向）と中心軸１と直交するサジタル断面内（Ｘ−Ｚ方向）の前群１０の焦点距離を異ならせることが必要になる。
【００３２】
本発明の光学系の前群１０のメリジオナル断面内（Ｙ−Ｚ方向）とサジタル断面内（Ｘ−Ｚ方向）に画角中心に入射する光束２の主光線（中心光線）２0 とそれに平行に微小距離（０．１ｍｍ）離れた従属光線とを追跡し、前群１０から射出したときの従属光線と主光線のなす角度から、前群１０のＸ−Ｚ方向の焦点距離Ｆfx、Ｙ−Ｚ方向の焦点距離Ｆfyを求める。メリジオナル断面内の入射瞳６Ｙを前群１０の第１透過面１１近傍に配置するためには、
Ｆfx／Ｆfy＜０．９５                                          ・・・（１）
１．０５＜Ｆfx／Ｆfy                                          ・・・（２）
なる条件の何れか一方を満足することが好ましい。
【００３３】
条件式（１）の上限の０．９５を越えるか、条件式（２）の下限の１．０５を越えると、メリジオナル断面内とサジタル断面内の焦点距離が略等しくなり、絞り５の逆投影位置を大きく異ならせることができなくなり、第１透過面１１の中心軸に沿った方向の大きさが大きくなってしまい、フレアー光に対して弱い光学系になってしまう。
【００３４】
さらに好ましくは、
Ｆfx／Ｆfy＜０．９０                                      ・・・（１−１）
１．１＜Ｆfx／Ｆfy                                        ・・・（２−１）
なる条件の何れか一方を満足することがより好ましい。
【００３５】
本発明の光学系は、上記のように、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面）の入射瞳６Ｙが第１透過面１１近傍に投影されていることが特徴であり、ゴースト等を防ぐフレアー絞りを効果的に配置することが可能となる。これにより、光学系の入射面１１の有効領域をメリジオナル断面において小さくすることが可能となり、前群１０に入射する不要光を効果的に防ぐことが可能となり、根本的なフレアー対策に効果を発揮する。そのためには以下の条件式を満足することが重要である。
【００３６】
メリジオナル断面内において入射瞳６Ｙ位置から絞り５位置までの光路長をＡ、入射瞳６Ｙから前群１０の第１透過面１１までの光路長であって光線方向を正とした値をＢ、及び、それらの比をＡ／Ｂとする。Ａ／Ｂは、前群１０の入射面１１近傍に入射瞳６Ｙが配置されている度合いを表す。｜Ａ／Ｂ｜は、
５＜｜Ａ／Ｂ｜                                                ・・・（３）
なる条件を満足することが重要である。
【００３７】
条件式（３）の下限の５を越えると、入射瞳６Ｙが光学系第１面１１から離れてしまい。第１面１１の有効系が大きくなり、前群１０に入射する有害なフレアー光を効果的にカットすることができなくなる。この値が大きい程フレアー防止用のフレアー絞りを有効に働かせることが可能となる。
【００３８】
さらに好ましくは、
２０＜｜Ａ／Ｂ｜                                          ・・・（３−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３９】
また、メリジオナル断面の入射瞳６Ｙ位置とサジタル断面の入射瞳６Ｘが位置する回転中心軸１との間の距離をＣとし、前群１０のＹ−Ｚ方向（メリジオナル断面）の焦点距離Ｆfyとの比が、
０．１＜Ｃ／Ｆfy                                              ・・・（４）
なる条件を満足することが重要である。本条件式は、メリジオナル断面の入射瞳６Ｙ位置とサジタル断面の入射瞳６Ｘの距離に関する条件で、下限の０．１を越えると、メリジオナル断面の入射瞳６Ｙ位置が中心軸１（サジタル断面の入射瞳６Ｘ位置）に近づいてしまい、効果的なフレア絞りを配置することができなくなってしまう。
【００４０】
次に、メリジオナル断面のみで逆投影される開口５の像６Ｙの倍率を、入射瞳６Ｙ位置から開口５まで、相互に微小角度０．０１ラジアン（θ）傾けた光線を追跡することにより求め、これを瞳倍率Ｐβとすると、
０．０５＜Ｐβ＜２０                                          ・・・（５）
なる条件を満足することが好ましい。
【００４１】
この条件は、物体側の逆投影された開口の像６Ｙから中心軸１と同軸の開口５に投影される開口の像の投影倍率に関するものである。当然投影倍率Ｐβが１に近い程、物像間距離が最も短くなるが、前群１０と後群２０のバランスをとる上で、上記条件式（５）を満足することが重要であり、下限の０．０５を越えると、前群１０に入射する画角より後群２０に入射する画角が大きくなり、後群２０の収差補正の負担が大きくなり、好ましい収差補正のバランスがとれなくなる。また、上限の２０を越えると、後群２０の入射画角は小さくなるが、後群２０に入射する光束径が太くなり、後群２０の球面収差等の発生を補正することが難しくなる。さらに、前群１０に入射する画角が大きくなり、像面湾曲や非点収差等の負担がかかり、前群１０が大型化したり、収差補正の負担がかかりすぎ好ましくない。
【００４２】
さらに好ましくは、
０．１＜Ｐβ＜１０                                        ・・・（５−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００４３】
後記の実施例１〜３のＦx 、Ｆy 、Ｆx ／Ｆy 、Ｆfx、Ｆfy、Ｆfx／Ｆfy、Ａ、Ｂ、｜Ａ／Ｂ｜、Ｃ、Ｃ／Ｆfy、Ｐβは次のようになる。ただし、Ｆx は光学系全体のＹ−Ｚ方向の焦点距離、Ｆy は光学系全体のＹ−Ｚ方向の焦点距離である。
【００４４】
実施例１    実施例２    実施例３
Ｆx               -2.050      -2.094      -2.200
Ｆy               -2.289      -3.080      -2.496
Ｆx ／Ｆy          0.895       0.680       0.881
Ｆfx              11.455       3.712       4.421
Ｆfy              13.333       5.214       4.748
Ｆfx／Ｆfy         0.859       0.712       0.931
Ａ               112.254     126.926     138.398
Ｂ                -0.028      -0.007      -0.036
｜Ａ／Ｂ｜      3988.511   17058.582    3826.200
Ｃ                21.861      26.893      26.043
Ｃ／Ｆfy           1.640       5.158       5.485
Ｐβ               1.724       1.619       2.020
。
【００４５】
以下に、本発明の光学系の実施例１〜３を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図１に示すように、物体面から前群１０と後群２０を経て像面３０に至る順光線追跡の結果に基づくものである。
【００４６】
座標系は、順光線追跡において、例えば図１に示すように、入射瞳６Ｙを回転対称軸（中心軸）１に投影した位置を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、回転対称軸（中心軸）１の像面３０から離れる方向をＹ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の紙面内のいま考えている入射瞳６Ｙの側と反対側の方向をＺ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。
【００４７】
偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００４８】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００４９】
なお、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、入射瞳６Ｙを回転対称軸（中心軸）１に投影した位置からの偏心量で表わす。
【００５０】
なお、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。
【００５１】
まず、Ｙ−Ｚ座標面上で原点を通る下記の曲線（ｂ）が定められる。
【００５２】
Ｚ＝（Ｙ2 ／ＲＹ）／［１＋｛１−（Ｃ1 ＋１）Ｙ2 ／ＲＹ2 ｝1 /2］
Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 Ｙ2 ＋Ｃ4 Ｙ3 ＋Ｃ5 Ｙ4 ＋Ｃ6 Ｙ5 ＋Ｃ7 Ｙ6 
＋・・・・＋Ｃ21Ｙ20＋・・・・＋Ｃn+1 Ｙn ＋・・・・
・・・（ｂ）
次いで、この曲線（ｂ）をＸ軸正方向を向いて左回りを正として角度θ（°）回転した曲線Ｆ（Ｙ）が定められる。この曲線Ｆ（Ｙ）もＹ−Ｚ座標面上で原点を通る。
【００５３】
その曲線Ｆ（Ｙ）をＺ正方向に距離Ｒ（負のときはＺ負方向）だけ平行移動し、その後にＹ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。
【００５４】
その結果、拡張回転自由曲面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｚ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。
【００５５】
この定義からＹ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。
【００５６】
ここで、ＲＹはＹ−Ｚ断面での球面項の曲率半径、Ｃ1 は円錐定数、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 、Ｃ5 …はそれぞれ１次、２次、３次、４次…の非球面係数である。
【００５７】
そして、本発明の光学系においては、前群１０の少なくとも１面の反射面は、このような拡張回転自由曲面であって、Ｙ−Ｚ断面で多項式で表現した場合に、少なくとも奇数次項を持ち対称面を持たない任意形状の線分を中心軸１の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有するものとすることが望ましい。少なくとも１面の反射面にこのような面形状を持たせることにより、反射光学系においては避けられない偏心収差を補正して解像力の良い光学系を提供することができると共に、その光学系の小型化が可能になる。
【００５８】
実施例１の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１に、その光学系内の光路を示す平面図を図２に示す。なお、図２（ａ）は方位角０°方向から入射する光路のみを示し、図２（ｂ）はそれに加えて±１０°方向から入射する光路を示す図である。
【００５９】
この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と、中心軸１の周りで回転対称な後群２０と、前群１０と後群２０の間に中心軸１に同軸に配置された開口５とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものであり、中心軸１を垂直（上下方向）に設定した場合、例えば３６０°全方位（全周）の画角を有する画像であって、天頂方向が画像の中心方向に向き、地平線が外側の円になるような円環状の画像を像面３０に結像させるものである。
【００６０】
前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、２面の内面反射面１２、１３と２面の透過面１１、１４を持つものである。内面反射面１２、１３と透過面１１、１４も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、この実施例の場合、正パワーの理想レンズからなるものとしている。
【００６１】
そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１と、中心軸１に対して第１透過面１１と同じ側に配置されていて、第１透過面１１から入射して像面側に進む光束が入射する第１反射面１２と、中心軸１を挟んで第１透過面１１と反対側に配置されていて、第１反射面１２で像面と反対側に反射された光束が入射する第２反射面１３と、中心軸１に対して第２反射面１３と同じ側に配置されていて、第２反射面１３で像面側に反射された光束が入射する第２透過面１４とからなり、何れの透過面１１、１４、反射面１２、１３も拡張回転自由曲面面で構成されている。ただし、円錐定数は０である。
【００６２】
そして、中心軸１が垂直方向を向き、像面３０が天頂方向を向いた配置の場合、仰角１０°方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の第１透過面１１で屈折して前群１０の透明媒体内に入り、第１反射面１２、第２反射面１３の順に反射された光束は第２透過面１４で屈折して前群１０の透明媒体から外に出て、開口５を介して後群２０に入射し、像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。
【００６３】
この実施例の光学系では、前群１０と後群２０の間に位置する開口（絞り）５が物体側に投影されてメリジオナル断面内では入射瞳６Ｙを第１透過面１２近傍に形成しており、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上に入射瞳６Ｘを形成している。
【００６４】
そして、この実施例の光学系では、入射瞳６Ｙを経て遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌ（光束３Ｕは遠方の空側から入射する光束、３Ｌは遠方の地側から入射する光束）を、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面：図１）内では、第１反射面１２と第２反射面１３の間の第２反射面１３寄りの位置４Ｙに１回結像し、また、中心軸１を含む面に直交しその光束の中心光線２0 を含む平面（サジタル断面：図２）内では、第２反射面と第２透過面１４の間の位置４Ｘに１回結像している。
【００６５】
この実施例１の仕様は、
水平画角                          ３６０°
垂直画角                            ４０°（中心画角１０°（仰角））
入射瞳径                        １．２２ｍｍ
像の大きさ        φ２．４９〜φ５．４７ｍｍ
である。
【００６６】
この実施例１の光学系は、第１透過面１１より像面３０側に第１反射面１２と第２透過面１４が、像面３０と反対側に第２反射面１３が配置されている。
【００６７】
実施例１の光学系は、像面３０を地面と平行に配置する構成においては、天空側を主に撮像する場合に使用すると好ましい。
【００６８】
図３に、この実施例の光学系全体の横収差を示す。この横収差図において、中央に示された角度は、垂直方向の画角を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。なお、画角正は俯角を、画角負は仰角を示す。以下、同じ。
【００６９】
図４は、この実施例の垂直方向のディストーションを示す図であり、■で結んだ曲線は、実施例１の光学系の垂直方向入射画角に対する像面３０での像高（中心軸１から半径方向の像高）をプロットしたグラフである。太い実線は、入射画角に対して像高が比例する場合（ＩＨ∝ｆ・θの場合。ここで、ＩＨ：像高、ｆ：焦点距離、θ：画角）を表している。以下、同じ。
【００７０】
実施例２の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図５に、その光学系内の図２と同様の光路を示す平面図を図６に示す。
【００７１】
この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と、中心軸１の周りで回転対称な後群２０と、前群１０と後群２０の間に中心軸１に同軸に配置された開口５とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものであり、中心軸１を垂直（上下方向）に設定した場合、例えば３６０°全方位（全周）の画角を有する画像であって、天頂方向が画像の中心方向に向き、地平線が外側の円になるような円環状の画像を像面３０に結像させるものである。
【００７２】
前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、２面の内面反射面１２、１３と２面の透過面１１、１４を持つものである。内面反射面１２、１３と透過面１１、１４も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、５枚のレンズＬ１〜Ｌ５を含み３群からなるレンズ系からなる。
【００７３】
そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１と、中心軸１に対して第１透過面１１と同じ側に配置されていて、第１透過面１１から入射して像面側に進む光束が入射する第１反射面１２と、中心軸１を挟んで第１透過面１１と反対側に配置されていて、第１反射面１２で像面と反対側に反射された光束が入射する第２反射面１３と、中心軸１に対して第２反射面１３と同じ側に配置されていて、第２反射面１３で像面側に反射された光束が入射する第２透過面１４とからなり、何れの透過面１１、１４、反射面１２、１３も拡張回転自由曲面面で構成されている。ただし、円錐定数は０である。
【００７４】
後群２０を構成するレンズ系は、前群１０側から順に、前群１０側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、前群１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と両凸正レンズＬ３の接合レンズと、両凸正レンズＬ４と前群１０側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５の接合レンズとからなる。
【００７５】
そして、中心軸１が垂直方向を向き、像面３０が天頂方向を向いた配置の場合、仰角２０°方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の第１透過面１１で屈折して前群１０の透明媒体内に入り、第１反射面１２、第２反射面１３の順に反射された光束は第２透過面１４で屈折して前群１０の透明媒体から外に出て、開口５を介して後群２０に入射し、像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。
【００７６】
この実施例の光学系では、前群１０と後群２０の間に位置する開口（絞り）５が物体側に投影されてメリジオナル断面内では入射瞳６Ｙを第１透過面１２近傍に形成しており、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上に入射瞳６Ｘを形成している。
【００７７】
そして、この実施例の光学系では、入射瞳６Ｙを経て遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌ（光束３Ｕは遠方の空側から入射する光束、３Ｌは遠方の地側から入射する光束）を、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面：図５）内では、第２反射面１３と第２透過面１４の間の位置４Ｙに１回結像し、また、中心軸１を含む面に直交しその光束の中心光線２0 を含む平面（サジタル断面：図６）内でも、第２反射面と第２透過面１４の間の位置４Ｘに１回結像している。
【００７８】
この実施例２の仕様は、
水平画角                          ３６０°
垂直画角                            ４０°（中心画角２０°（仰角））
入射瞳径                        ２．００ｍｍ
像の大きさ        φ６．０１〜φ２．０８ｍｍ
である。
【００７９】
この実施例２の光学系は、第１透過面１１より像面３０側に第１反射面１２が、像面３０と反対側に第２反射面１３が配置されている。
【００８０】
実施例２の光学系は、像面３０を地面と平行に配置する構成においては、天空側を主に撮像する場合に使用すると好ましい。
【００８１】
図７に、この実施例の光学系全体の横収差を示す。図８に、この実施例の垂直方向のディストーションを示す。
【００８２】
実施例３の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図８に、その光学系内の図２と同様の光路を示す平面図を図９に示す。
【００８３】
この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と、中心軸１の周りで回転対称な後群２０と、前群１０と後群２０の間に中心軸１に同軸に配置された開口５とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものであり、中心軸１を垂直（上下方向）に設定した場合、例えば３６０°全方位（全周）の画角を有する画像であって、天頂方向が画像の中心方向に向き、地平線が外側の円になるような円環状の画像を像面３０に結像させるものである。
【００８４】
前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、２面の内面反射面１２、１３と２面の透過面１１、１４を持つものである。内面反射面１２、１３と透過面１１、１４も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、５枚のレンズＬ１〜Ｌ５を含み３群からなるレンズ系からなる。
【００８５】
そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１と、中心軸１に対して第１透過面１１と同じ側に配置されていて、第１透過面１１から入射して像面側に進む光束が入射する第１反射面１２と、中心軸１を挟んで第１透過面１１と反対側に配置されていて、第１反射面１２で像面と反対側に反射された光束が入射する第２反射面１３と、中心軸１に対して第２反射面１３と同じ側に配置されていて、第２反射面１３で像面側に反射された光束が入射する第２透過面１４とからなり、何れの透過面１１、１４、反射面１２、１３も拡張回転自由曲面面で構成されている。ただし、円錐定数は０である。
【００８６】
後群２０を構成するレンズ系は、前群１０側から順に、両凸正レンズＬ１と、前群１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と両凸正レンズＬ３の接合レンズと、両凸正レンズＬ４と前群１０側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５の接合レンズとからなる。
【００８７】
そして、中心軸１が垂直方向を向き、像面３０が天頂方向を向いた配置の場合、仰角２５°方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の第１透過面１１で屈折して前群１０の透明媒体内に入り、第１反射面１２、第２反射面１３の順に反射された光束は第２透過面１４で屈折して前群１０の透明媒体から外に出て、開口５を介して後群２０に入射し、像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。
【００８８】
この実施例の光学系では、前群１０と後群２０の間に位置する開口（絞り）５が物体側に投影されてメリジオナル断面内では入射瞳６Ｙを第１透過面１２近傍に形成しており、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上に入射瞳６Ｘを形成している。
【００８９】
そして、この実施例の光学系では、入射瞳６Ｙを経て遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌ（光束３Ｕは遠方の空側から入射する光束、３Ｌは遠方の地側から入射する光束）を、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面：図５）内では、第２反射面１３と第２透過面１４の間の位置４Ｙに１回結像し、また、中心軸１を含む面に直交しその光束の中心光線２0 を含む平面（サジタル断面：図６）内でも、第２反射面と第２透過面１４の間の位置４Ｘに１回結像している。
【００９０】
この実施例３の仕様は、
水平画角                          ３６０°
垂直画角                            ５０°（中心画角２５°（仰角））
入射瞳径                        ２．４０ｍｍ
像の大きさ        φ５．９８〜φ１．９０ｍｍ
である。
【００９１】
この実施例２の光学系は、第１透過面１１より像面３０側に第１反射面１２と第２透過面１４が、像面３０と反対側に第２反射面１３が配置されている。
【００９２】
実施例３の光学系は、像面３０を地面と平行に配置する構成においては、天空側を主に撮像する場合に使用すると好ましい。
【００９３】
図１１に、この実施例の光学系全体の横収差を示す。図１２に、この実施例の垂直方向のディストーションを示す。この実施例では、垂直方向のディストーションは比較的良く補正されている。
【００９４】
以下に、上記実施例１〜３の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＥＲＦＳ”は拡張回転自由曲面を示す。また、“ＩＤＬ”は理想レンズ、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。
【００９５】
実施例１
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞        
1        ∞（入射瞳面）                偏心(1) 
2      ＥＲＦＳ[1]                     偏心(2)   1.7440    44.8
3      ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ）            偏心(3)   1.7440    44.8
4      ＥＲＦＳ[3] （ＲＥ）            偏心(4)   1.7440    44.8
5      ＥＲＦＳ[4]                     偏心(5) 
6        ∞（絞り）                    偏心(6) 
7      ＩＤＬ                          偏心(7) 
像  面      ∞                            偏心(8) 
ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ    20.63 
θ     -51.33 
Ｒ     -21.89 
Ｃ3     -4.0940 ×10-2
Ｃ4      9.8180 ×10-3
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ  -107.74 
θ     -95.05 
Ｒ     -19.96 
Ｃ3     -1.4187 ×10-3
Ｃ4      8.3504 ×10-5
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ    98.43 
θ    -131.21 
Ｒ      13.88 
Ｃ3      3.4955 ×10-3
Ｃ4     -1.1113 ×10-4
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ    19.42 
θ     -80.46 
Ｒ      11.30 
Ｃ3     -2.6507 ×10-2
Ｃ4     -3.4125 ×10-4
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -21.86  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.01  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.07  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ   10.61  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -2.14  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ  -22.29  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(7) 
Ｘ    0.00  Ｙ  -25.79  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(8) 
Ｘ    0.00  Ｙ  -29.88  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００９６】
実施例２
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞        
1        ∞（入射瞳面）                偏心(1) 
2      ＥＲＦＳ[1]                     偏心(2)   1.6204    60.3
3      ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ）            偏心(3)   1.6204    60.3
4      ＥＲＦＳ[3] （ＲＥ）            偏心(4)   1.6204    60.3
5      ＥＲＦＳ[4]                     偏心(5) 
6        ∞（絞り）                    偏心(6) 
7      -94.51                          偏心(7)   1.6382    57.0
8       -6.85                          偏心(8) 
9        9.49                          偏心(9)   1.7552    27.6
10        3.90                          偏心(10)  1.6204    60.3
11      -21.13                          偏心(11)
12        8.11                          偏心(12)  1.6204    60.3
13       -3.96                          偏心(13)  1.6130    37.1
14      -11.53                          偏心(14)
像  面      ∞                            偏心(15)
ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ    19.40 
θ       8.31 
Ｒ     -26.90 
Ｃ3     -3.3542 ×10-3
Ｃ4      4.2315 ×10-4
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ   725.73 
θ     -79.61 
Ｒ     -23.09 
Ｃ3      4.2947 ×10-4
Ｃ4     -2.2746 ×10-7
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ    37.16 
θ    -136.69 
Ｒ      16.16 
Ｃ3     -3.6027 ×10-4
Ｃ4      2.1106 ×10-5
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ     3.40 
θ    -138.93 
Ｒ       2.51 
Ｃ3      5.7168 ×10-3
Ｃ4     -2.3772 ×10-3
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -26.89  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.58  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ   21.60  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.47  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -5.73  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(7) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -6.23  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(8) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -8.06  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(9) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -8.16  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(10)  
Ｘ    0.00  Ｙ   -9.16  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(11)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -12.66  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(12)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -12.76  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(13)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -17.26  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(14)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -18.26  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(15)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -20.26  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００９７】
実施例３
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞        
1        ∞（入射瞳面）                偏心(1) 
2      ＥＲＦＳ[1]                     偏心(2)   1.7094    47.8
3      ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ）            偏心(3)   1.7094    47.8
4      ＥＲＦＳ[3] （ＲＥ）            偏心(4)   1.7094    47.8
5      ＥＲＦＳ[4]                     偏心(5) 
6        ∞（絞り）                    偏心(6) 
7       20.06                          偏心(7)   1.7440    44.8
8       -9.04                          偏心(8) 
9       12.24                          偏心(9)   1.7552    27.6
10        3.52                          偏心(10)  1.6204    60.3
11      131.49                          偏心(11)
12     -  6.88                          偏心(12)  1.6204    60.3
13       -3.96                          偏心(13)  1.6417    34.3
14       -8.70                          偏心(14)
15        ∞                            偏心(15)
像  面                                                                                      ＥＲＦＳ[1] 
ＲＹ    17.87 
θ     -12.58 
Ｒ     -26.08 
Ｃ3      3.3414 ×10-3
Ｃ4      2.4862 ×10-3
ＥＲＦＳ[2] 
ＲＹ   303.04 
θ     -86.46 
Ｒ     -23.25 
Ｃ3      2.3982 ×10-4
Ｃ4      3.2943 ×10-5
ＥＲＦＳ[3] 
ＲＹ    40.44 
θ    -139.08 
Ｒ      18.30 
Ｃ3      3.2024 ×10-4
Ｃ4      2.0089 ×10-5
ＥＲＦＳ[4] 
ＲＹ     4.40 
θ    -141.26 
Ｒ       3.02 
Ｃ3      5.1460 ×10-2
Ｃ4     -4.1756 ×10-4
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -26.04  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.02  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.00  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ   20.05  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.74  Ｚ    0.00  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -9.04  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(7) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -9.14  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(8) 
Ｘ    0.00  Ｙ  -12.13  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(9) 
Ｘ    0.00  Ｙ  -12.23  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(10)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -12.63  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(11)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -15.63  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(12)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -15.73  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(13)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -20.23  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(14)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -20.93  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(15)  
Ｘ    0.00  Ｙ  -22.93  Ｚ    0.00  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００９８】
ところで、実施例１〜３では、前群１０と後群２０の間に中心軸１と同軸に開口５を配置し、中心軸１を含む面内でこの開口５を物体側に逆に投影することにより、入射面１１近傍に中心軸１を含む面内での入射瞳６Ｙを形成するようにしているが、この開口５の代わりに、図１４〜図１６にそれぞれ実施例１〜３の変形例の中心軸１を含む断面図に示すように、中心軸１と同軸に円筒状のスリットあるいは輪帯状のスリット１５を入射瞳６Ｙの位置に配置するようにしてもよい。その場合は、スリット１５自体がフロント絞りの作用をして入射瞳６Ｙを形成する。さらに、前群１０と後群２０の間に配置した開口５とは別に、入射面１１近傍に、中心軸１の周りで回転対称な円筒状のスリットあるいは輪帯状のスリットからなるフレアー絞りを配置することが望ましい。なお、このようなフレアー絞りと入射瞳６Ｙを形成するスリット１５とを兼用させるようにしてもよい。
【００９９】
さらに、以上の実施例の光学系では、前群１０のさらに物体側にＹトーリックレンズを付加し、このＹトーリックレンズもＹ軸（中心軸１）に対して回転対称な面で構成されたレンズにし、このトーリックレンズはＸ方向にはパワーを持たせないで、一方、Ｙ方向（図１の断面内等）には負のパワーを持たせることにより、回転対称軸１を含む断面方向の画角を大きくとることが可能となる。さらに好ましくは、このトーリックレンズはＹ−Ｚ断面内では物体側に凸面を向け負のメニスカスレンズ形状に構成することにより、像歪の発生を最小にすることが可能となり、良好な収差補正が可能となる。
【０１００】
さらに、前群１０の物体側には、断面が負メニスカスレンズ形状の１つのＹトーリックレンズに限らず、２枚又は３枚のメニスカス形状のレンズで構成することにより、より像歪の発生を小さくすることが可能である。また、レンズに限らず、中心軸１に対して回転対称な反射面やプリズムにより光線を反射屈折させて任意の方向を撮像あるいは観察させることも容易である。
【０１０１】
また、以上の実施例では、前群１０の反射面、屈折面をそれぞれ任意形状の線分を回転対称軸１の周りで回転することにより形成され回転対称軸１上に面頂を有さない拡張回転自由曲面で構成しているが、それぞれ任意の曲面に置き換えることは容易である。
【０１０２】
また、本発明の光学系は、回転対称面を形成する任意形状の線分を定義する式に奇数次項を含むものを用いることにより、偏心により発生する像面の傾きや、絞りの逆投影時の瞳収差を補正している。
【０１０３】
また、本発明の前群１０を構成する中心軸１の周りで回転対称な透明媒体はそのまま用いることにより、３６０°全方位の画角を有する画像を撮影したり投影できるが、その透明媒体を中心軸１を含む断面で切断して２分の１、３分の１、３分の２等にすることにより、中心軸１の周りの画角が１８０°、１２０°、２４０°等の画像を撮影したり投影するようにしてもよい。
【０１０４】
以上、本発明の光学系を中心軸（回転対称軸）１を垂直方向に向けて天頂を含む３６０°全方位（全周）の画角の画像を得る撮像あるいは観察光学系として説明してきたが、本発明は撮影光学系、観察光学系に限定されず、光路を逆にとって天頂を含む３６０°全方位（全周）の画角に画像を投影する投影光学系として用いることもできる。また、内視鏡は管内観察装置の全周観察光学系として用いることもできる。
【０１０５】
以下に、本発明の光学系の適用例として、パノラマ撮影光学系３１又はパノラマ投影光学系３２の使用例を説明する。図１７は、内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系３１を用いた例を示すための図であり、図１７（ａ）は、硬性内視鏡４１の先端３１に本発明によるパノラマ撮影光学系を取り付けて３６０°全方位の画像を撮像観察する例である。図１７（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。本発明によるパノラマ撮影光学系３１の前群１０の入射面１１の周囲には円周方向にスリット状に伸びる開口１６を有するケーシング等からなるフレア絞り１７が配置され、フレアー光が入射するのを防止している。また、図１７（ｃ）は、軟性電子内視鏡４２の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を同様に取り付けて、表示装置４３に撮影された画像を画像処理を施して歪みを補正して表示するようにした例である。
【０１０６】
図１８（ａ）は、自動車４８の各コーナやヘッド部のポールの頂部に撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系３１を複数取り付けて、車内の表示装置に各パノラマ撮影光学系３１を経て撮影された画像を画像処理を施して歪みを補正して同時に表示するようにした例を示す図であり、図１８（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。本発明によるパノラマ撮影光学系３１の前群１０の入射面１１の周囲には円周方向にスリット状に伸びる開口１６を有するケーシング等からなるフレア絞り１７が配置され、フレアー光が入射するのを防止している。
【０１０７】
図１９は、投影装置４４の投影光学系として本発明によるパノラマ投影光学系３２を用い、その像面に配置した表示素子にパノラマ画像を表示し、パノラマ投影光学系３２を通して３６０°全方位に配置したスクリーン４５に３６０°全方位画像を投影表示する例である。
【０１０８】
図２０は、建物４７の外部に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を用いた撮影装置４９を取り付け、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系３２を用いた投影装置４４を配置し、撮影装置４９で撮像された映像を電線４６を介して投影装置４４に送るように接続している。このような配置において、屋外の３６０°全方位の被写体Ｏをパノラマ撮影光学系３１を経て撮影装置４９で撮影し、その映像信号を電線４６を介して投影装置４４に送り、像面に配置した表示素子にその映像を表示して、パノラマ投影光学系３２を通して屋内の壁面等に被写体Ｏの映像Ｏ’を投影表示するようにしている例である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施例１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図２】本発明の実施例１の光学系内の光路を示す平面図である。
【図３】実施例１の光学系全体の横収差図である。
【図４】実施例１の垂直方向のディストーションを示す図である。
【図５】本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図６】本発明の実施例２の光学系内の光路を示す平面図である。
【図７】実施例２の光学系全体の横収差図である。
【図８】実施例２の垂直方向のディストーションを示す図である。
【図９】本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１０】本発明の実施例３の光学系内の光路を示す平面図である。
【図１１】実施例３の光学系全体の横収差図である。
【図１２】実施例３の垂直方向のディストーションを示す図である。
【図１３】メリジオナル断面とサジタル断面の定義を説明するための図である。
【図１４】実施例１の変形例の中心軸を含む断面図である。
【図１５】実施例２の変形例の中心軸を含む断面図である。
【図１６】実施例３の変形例の中心軸を含む断面図である。
【図１７】内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。
【図１８】自動車の各コーナやヘッド部のポールの頂部に撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。
【図１９】投影装置の投影光学系として本発明によるパノラマ投影光学系を用いた例を示すための図である。
【図２０】屋外の被写体を本発明によるパノラマ撮影光学系を経て撮影し、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系を通して投影表示する例を示すための図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…中心軸（回転対称軸）
２…遠方から入射する中心光束
２0 …中心光束の中心光線（主光線）
３Ｕ…遠方の空側から入射する光束
３Ｌ…遠方の地側から入射する光束
４Ｘ…サジタル断面内での中間像結像位置
４Ｙ…メリジオナル断面内での中間像結像位置
５…開口（絞り）
６Ｘ…サジタル断面内での入射瞳
６Ｙ…メリジオナル断面内での入射瞳
１０…前群
１１…入射面（第１透過面）
１２…第１反射面
１３…第２反射面
１４…射出面（第２透過面）
１５…円筒状のスリット又は輪帯状のスリット
１６…円周方向にスリット状に伸びる開口
１７…フレア絞り
２０…後群
３０…像面
３１…パノラマ撮影光学系
３２…パノラマ投影光学系
４１…硬性内視鏡
４２…軟性電子内視鏡
４３…表示装置
４４…投影装置
４５…スクリーン
４６…電線
４７…建物
４８…自動車
４９…撮影装置
Ｌ１〜Ｌ５…レンズ
Ｏ…被写体
Ｏ’…映像
【図１】
2006285002.tif 000003
【図２】
2006285002.tif 000004
【図３】
2006285002.tif 000005
【図４】
2006285002.tif 000006
【図５】
2006285002.tif 000007
【図６】
2006285002.tif 000008
【図７】
2006285002.tif 000009
【図８】
2006285002.tif 000010
【図９】
2006285002.tif 000011
【図１０】
2006285002.tif 000012
【図１１】
2006285002.tif 000013
【図１２】
2006285002.tif 000014
【図１３】
2006285002.tif 000015
【図１４】
2006285002.tif 000016
【図１５】
2006285002.tif 000017
【図１６】
2006285002.tif 000018
【図１７】
2006285002.tif 000019
【図１８】
2006285002.tif 000020
【図１９】
2006285002.tif 000021
【図２０】
2006285002.tif 000022