(57)【要約】【課題】  ３６０°全方位（全周）の画像を得たり、全方位に画像を投影するための小型で解像力の良いパノラマアタッチメント光学系。【解決手段】  結像レンズ２０の入射側に装着して３６０°全方位の画像を像面３０に結像させるパノラマアタッチメント光学系１０であり、１面以上の反射面１１、１２を持ち、反射面１１、１２で順に反射されて、結像レンズ２０を経て像面３０の中心軸から外れた位置に結像し、反射面１１、１２は何れも中心軸１の周りで回転対称な形状を有し、かつ、遠方から入射する光束は、中心軸１を含む断面内で少なくとも１回結像され、その断面に対して直交し、その光束の中心光線２0 を含む平面内では結像しない。【選択図】        図１
2006053219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正パワーを有する結像レンズの入射側又は正パワーを有する投影レンズの射出側に装着して３６０°全方位の画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位に投影するパノラマアタッチメント光学系であって、
少なくとも１面の反射面を持ち、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、前記反射面で順に反射されて、結像レンズ又は投影レンズを経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、
前記反射面は何れも中心軸の周りで回転対称な形状を有し、
かつ、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では結像しないように構成されていることを特徴とするパノラマアタッチメント光学系。
【請求項２】
遠方から入射する光束は中心軸に対して片側のみに位置する前記反射面で反射されることを特徴とする請求項１記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項３】
遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で１回結像され、かつ、１面乃至４面の反射面を有することを特徴とする請求項１又は２記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項４】
遠方から入射する中心光束の中心光線の前記反射面何れへもの入射角が４５°以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項５】
結像レンズ又は投影レンズと瞳を形成する開口が中心軸と同軸に配置されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項６】
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から５の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項７】
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５の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項８】
瞳を形成する開口の像である入射瞳位置とその開口の間の光路長をＡ、光路上最も物体側の反射面と入射瞳位置の間の光路長をＢとするとき、
３＜｜Ａ／Ｂ｜                                                ・・・（１）
を満足することを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
【請求項９】
像面において、中心軸を含む面の方向をＹ方向、その面に直交する方向をＸ方向とし、パノラマアタッチメント光学系全系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離をそれぞれＦｘ、Ｆｙとするとき、
０．２＜Ｆｘ／Ｆｙ＜２．０                                    ・・・（２）
を満足することを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パノラマアタッチメント光学系に関し、特に、３６０°の画角を有する全周カメラ又は全周プロジェクターに適したパノラマアタッチメント光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射光学系を用いた３６０°全方位（全周）の画像を得る光学系としては、反射面を１面用いる特許文献１記載のようなものと、反射面を２面用いる特許文献２、３記載のようなもの、あるいは、商標「カメレオンアイ」（ソニー（株））として知られているものがある。
【特許文献１】特許第２９２５５７３号公報
【特許文献２】特開平１１−３３１６５４号公報
【特許文献３】特開２００３−１６７１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来例何れのものも、撮像面に至るまで、中間像を結像するようには構成されていないため、リング状に結像される３６０°全方位の画像は、特許文献１記載のものの場合、天と地が逆転した鏡像となってしまう。
【０００４】
また、特許文献２、３記載のものにおいては、結像光学系の入射瞳の像も反射光学系中で結像していないため、反射光学系が大型してしまう問題がある。
【０００５】
さらに、「カメレオンアイ」の場合は、垂直な中心軸を挟んで両側に位置する反射面で順に反射させるため、入射側の反射面が画角を制限する作用をするので、垂直方向の画角を広くすることが容易ではなく、結果的に反射光学系が大型してしまう。
【０００６】
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、３６０°全方位（全周）の画像を撮像したり、３６０°全方位（全周）に画像を投影するための小型で解像力の良いパノラマアタッチメント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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明のパノラマアタッチメント光学系は、正パワーを有する結像レンズの入射側又は正パワーを有する投影レンズの射出側に装着して３６０°全方位の画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位に投影するパノラマアタッチメント光学系であって、
少なくとも１面の反射面を持ち、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、前記反射面で順に反射されて、結像レンズ又は投影レンズを経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、
前記反射面は何れも中心軸の周りで回転対称な形状を有し、
かつ、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では結像しないように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この場合、遠方から入射する光束は中心軸に対して片側のみに位置する反射面で反射されることが望ましい。
【０００９】
また、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で１回結像され、かつ、１面乃至４面の反射面を有することが望ましい。
【００１０】
また、遠方から入射する中心光束の中心光線の前記反射面何れへもの入射角が４５°以下であることが望ましい。
【００１１】
また、結像レンズ又は投影レンズと瞳を形成する開口が中心軸と同軸に配置することが望ましい。
【００１２】
また、少なくとも１面の反射面として、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面、あるいは、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面とすることができる。
【００１３】
また、瞳を形成する開口の像である入射瞳位置とその開口の間の光路長をＡ、光路上最も物体側の反射面と入射瞳位置の間の光路長をＢとするとき、
３＜｜Ａ／Ｂ｜                                                ・・・（１）
を満足することが望ましい。
【００１４】
また、像面において、中心軸と含む面の方向をＹ方向、その面に直交する方向をＸ方向とし、パノラマアタッチメント光学系全系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離をそれぞれＦｘ、Ｆｙとするとき、
０．２＜Ｆｘ／Ｆｙ＜２．０                                    ・・・（２）
を満足することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上の本発明によると、小型でフレアー光が少なく解像力の良い３６０°全方位（全周）の画像を得たり、３６０°全方位に画像を投影するためのパノラマアタッチメント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】
【００１６】
以下、実施例の基づいて本発明のパノラマアタッチメント光学系について説明する。
【００１７】
図１は、後記する実施例１のパノラマアタッチメント光学系を結像レンズ（理想レンズ）の入射側に装着した状態で中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図であり、図２はパノラマアタッチメント光学系内の光路を示す平面図である。この図１、図２を用いて本発明のパノラマアタッチメント光学系を説明する。
【００１８】
本発明のパノラマアタッチメント光学系１０は、結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、このパノラマアタッチメント光学系１０は、少なくとも１面の（図１の場合は２面）の中心軸１の周りで回転対称な反射面１１、１２を有するものである。そして、中心軸１が垂直方向に向く場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は反射面１１と反射面１２で順に反射されて（図１の場合は、反射面１１、１２が２面であるから２回反射されて）パノラマアタッチメント光学系１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面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。このように、パノラマアタッチメント光学系１０は、中心軸１の周りで回転対称な形状であり、その反射面１１、１２も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。
【００１９】
そして、本発明のパノラマアタッチメント光学系１０は、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）は、パノラマアタッチメント光学系１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面で反射される。このように構成すると、パノラマアタッチメント光学系１０内を通る有効光束が特に一部の反射面で干渉されてケラレることを容易に避けることができ、中心軸１方向の観察画角を大きくとることが可能となる。
【００２０】
また、本発明のパノラマアタッチメント光学系１０は、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌを図１の回転対称軸１を含む断面内で少なくとも１回結像し（図１の場合は、位置４近傍に１回結像し）、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２0 にを含む平面内（図２）では結像しない構成となっている。これは、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌが中心軸１に対して片側のみに位置する反射面を通る構成の結果であが、このように、回転対称軸１を含む断面内で遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは少なくとも１回結像するため、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）も、パノラマアタッチメント光学系１０内あるいはその近傍に結像されることになり（図１の場合は、反射面１１の物体側の位置５近傍に結像されている。）、パノラマアタッチメント光学系１０の回転対称軸１を含む断面内の光束径が絞られるため、パノラマアタッチメント光学系１０の有効径自体を小さくすることが可能となる。
【００２１】
さらに、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）を、パノラマアタッチメント光学系１０の第１反射面１１近傍に結像することが可能となり、パノラマアタッチメント光学系１０に主として回転対称軸１に沿った方向から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を少なくすることが可能となり、フレアーの少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。
【００２２】
なお、反射面１１、１２では偏心収差が発生しやいので、各反射面１１、１２への入射角は４５°以下となるようにするのが好ましい。
【００２３】
ここで、パノラマアタッチメント光学系１０における反射回数と、回転対称軸１を含む断面内での結像回数と、像面３０に結像される像との関係を説明しておく。図１の実施例のように、回転対称軸１を含む断面内での結像回数が１回又は奇数回の場合であって、反射回数が偶数の場合には、像面３０に結像される像は魚眼レンズで撮影した画像と反対に天頂方向が中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になる。結像回数が１回又は奇数回の場合であって、反射回数が１回又は奇数回の場合には、像面３０に結像される像は魚眼レンズで撮影した画像と同様に、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。結像回数が２回又は偶数回の場合であって、反射回数が偶数の場合には、像面３０に結像される像は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。結像回数が２回又は偶数回の場合であって、反射回数が１回又は奇数回の場合には、天頂方向が中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になる。したがって、特に、天頂方向が中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になる場合には、その画像を電子的に処理して、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に変換しないと、得られる画像は実際の全方位の画像の鏡像の画像となる。
【００２４】
ただし、以上の検討は、像面３０が天頂方向を見上げているときであり、例えば図３の実施例２のように像面３０が地上を見下ろす配置においては、像面３０の中心に対しての天頂方向と地平線の位置関係は逆になる。像面３０に結像される画像の正像、鏡像については変化はない。
【００２５】
以下に、本発明のパノラマアタッチメント光学系の実施例１〜５を説明する。これらパノラマアタッチメント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、無限遠の物体面からパノラマアタッチメント光学系１０と理想レンズからなる結像レンズ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。
【００２６】
そして、順光線追跡において、図１に示すように、像面３０の中心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の光の進行方向に沿う方向をＺ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の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向をＹ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、像面３０からの偏心量で表わす。
【００３０】
なお、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
【００３１】
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］
＋ａＹ4 ＋ｂＹ6 ＋ｃＹ8 ＋ｄＹ10＋・・・
・・・（ａ）
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００３２】
また、次の定義式（ｄ）でＹ回転自由曲面が定義される。
【００３３】
Ｒ（Ｙ）＝Ｃ1 ＋Ｃ2 Ｙ2 ＋Ｃ3 Ｙ2 ＋Ｃ4 Ｙ3 ＋Ｃ5 Ｙ4 ＋Ｃ6 Ｙ5 ＋Ｃ7 Ｙ6 
＋・・・・＋Ｃ21Ｙ20＋・・・・＋Ｃn+1 Ｙn ＋・・・・
Ｚ＝±Ｒ（Ｙ）［１−｛Ｘ／Ｒ（Ｙ）｝2 ］1/2                   ・・・（ｄ）
このＹ回転自由曲面は、Ｙ軸の周りで曲線Ｒ（Ｙ）を回転してできる回転対称面である。その結果、その面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｚ面内で半径｜Ｃ1 ｜の円になる。
【００３４】
実施例１のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図１に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図２に示す。
【００３５】
この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる反射面１１と、非球面からなる反射面１２とからなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０が天頂に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は第１反射面１１で上方へ反射され、次で第２反射面１２で下方へ反射されてパノラマアタッチメント光学系１０から出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面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。
【００３６】
そして、この実施例においては、パノラマアタッチメント光学系１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１１、１２で反射される。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２0 を含む平面内（図２）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、パノラマアタッチメント光学系１０の反射面１１の物体側の位置５近傍に結像している。
【００３７】
この実施例１の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離        ３．５ｍｍ
水平画角                        ３６０°
垂直画角                        ±２０°
入射瞳径                      ０．５９ｍｍ
像の大きさ      φ３．２７〜φ５．３３ｍｍ
である。
【００３８】
この実施例１においては、第１反射面１１を正パワーの回転自由曲面で構成することにより、大きく偏心した面でも偏心収差の発生を少なく抑えることに成功してる。第２反射面１２は瞳のリレーが主な目的で、結像レンズ２０の絞り２１を第１反射面１１近傍にリレーすることにより、第１反射面１１の有効径を小さくすることが可能となり、不要光がパノラマアタッチメント光学系１０内に入射するのを防ぐことが可能となる。
【００３９】
実施例２のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図３に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図４に示す。
【００４０】
この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は実施例１に類似したものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、この例の場合は、像面３０を地上を見下ろす配置として、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画像を像面３０に結像させるものであり、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる反射面１１と、非球面からなる反射面１２とからなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０が天頂に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は第１反射面１１で下方へ反射され、次で第２反射面１２で上方へ反射されてパノラマアタッチメント光学系１０から出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面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。
【００４１】
そして、この実施例においては、パノラマアタッチメント光学系１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１１、１２で反射される。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図３の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２0 を含む平面内（図４）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、パノラマアタッチメント光学系１０の反射面１１の物体側の位置５近傍に結像している。
【００４２】
この実施例２の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離        ３．５ｍｍ
水平画角                        ３６０°
垂直画角                        ±２０°
入射瞳径                      ０．５９ｍｍ
像の大きさ      φ３．０２〜φ５．６９ｍｍ
である。
【００４３】
この実施例２においても、第１反射面１１を正パワーの回転自由曲面で構成することにより、大きく偏心した面でも偏心収差の発生を少なく抑えることに成功してる。第２反射面１２は瞳のリレーが主な目的で、結像レンズ２０の絞り２１を第１反射面１１近傍にリレーすることにより、第１反射面１１の有効径を小さくすることが可能となり、不要光がパノラマアタッチメント光学系１０内に入射するのを防ぐことが可能となる。
【００４４】
実施例３のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図５に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図６に示す。
【００４５】
この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は実施例１に類似したものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる２面の反射面１１、１２からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０が天頂に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は第１反射面１１で上方へ反射され、次で第２反射面１２で下方へ反射されてパノラマアタッチメント光学系１０から出て、第１反射面１１へ入射する光束を横切り、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面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。
【００４６】
そして、この実施例においては、パノラマアタッチメント光学系１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１１、１２で反射される。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図５の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１１の像側近傍の位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２0 を含む平面内（図６）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、パノラマアタッチメント光学系１０の反射面１１の物体側の位置５近傍に結像している。
【００４７】
この実施例３の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離        ３．５ｍｍ
水平画角                        ３６０°
垂直画角                        ±２０°
入射瞳径                      ０．５９ｍｍ
像の大きさ      φ３．６３〜φ４．６４ｍｍ
である。
【００４８】
実施例４のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図７に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図８に示す。
【００４９】
この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は実施例１に類似したものであるが、第１反射鏡１１を第２反射鏡１２に対して像面３０と反対側に配置したものである。この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる２面の反射面１１、１２からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０が天頂に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は第１反射面１１で下方へ反射され、次で第２反射面１２で下方へ反射されてパノラマアタッチメント光学系１０から出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面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。
【００５０】
そして、この実施例においては、パノラマアタッチメント光学系１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１１、１２で反射される。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図７の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１１の像側近傍の位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２0 を含む平面内（図８）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、パノラマアタッチメント光学系１０の反射面１１の物体側の位置５近傍に結像している。
【００５１】
この実施例４の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離        ３．５ｍｍ
水平画角                        ３６０°
垂直画角                        ±２０°
入射瞳径                      ０．５９ｍｍ
像の大きさ      φ３．４５〜φ４．３１ｍｍ
である。
【００５２】
実施例５のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図９に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図１０に示す。
【００５３】
この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が内側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる４面の反射面１１、１２、１３、１４からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０が天頂に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は第１反射面１１〜第４反射面１４で順にジグザグに下方へ反射されてパノラマアタッチメント光学系１０から出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面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。
【００５４】
そして、この実施例においては、パノラマアタッチメント光学系１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１１〜１４で反射される。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図９の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１１の像側近傍の位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２0 を含む平面内（図１０）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、パノラマアタッチメント光学系１０の反射面１１の物体側の位置５近傍に結像している。
【００５５】
この実施例５の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離        ３．５ｍｍ
水平画角                        ３６０°
垂直画角                        ±２０°
入射瞳径                      ０．５８ｍｍ
像の大きさ      φ３．２７〜φ４．７７ｍｍ
である。
【００５６】
以下に、上記実施例１〜５の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＡＳＳ”は非球面、“ＹＲＦＳ”はＹ回転自由曲面をそれぞれ示す。また、“ＩＤＬ”は理想レンズを示す。
【００５７】
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      ∞（物体面）                  偏心(1) 
1        ∞（入射瞳）                  偏心(2) 
2      ＹＲＦＳ[1]                     偏心(3) 
3      ＡＳＳ[1]                       偏心(4) 
4        ∞（絞り）                    偏心(5) 
5      ＩＤＬ                          偏心(6) 
像  面      ∞                            
ＹＲＦＳ[1] 
Ｃ1   -1.9613 ×10    Ｃ2    7.3620 ×10-1    Ｃ3   -7.1883 ×10-2
ＡＳＳ[1] 
Ｒ     133.81 
ｋ       0.0000 
ａ       2.6162 ×10-6
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ     -∞  Ｚ  -28.57  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -21.81  Ｚ  -28.57  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -28.57  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -59.38  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -6.89  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -3.39  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００５８】
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      ∞（物体面）                  偏心(1) 
1        ∞（入射瞳）                  偏心(2) 
2      ＹＲＦＳ[1]                     偏心(3) 
3      ＡＳＳ[1]                       偏心(4) 
4        ∞（絞り）                    偏心(5) 
5      ＩＤＬ                          偏心(6) 
像  面      ∞                            
ＹＲＦＳ[1] 
Ｃ1   -1.9855 ×10    Ｃ2   -1.0401           Ｃ3   -7.7743 ×10-2
Ｃ4   -5.8185 ×10-3 
ＡＳＳ[1] 
Ｒ    1103.97 
ｋ       1.6533 ×103 
ａ       1.0655 ×10-5
ｂ      -4.5671 ×10-9
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ      ∞  Ｚ  -15.01  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   23.17  Ｚ  -15.01  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -15.01  
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -41.28  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -6.98  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -3.48  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００５９】
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      ∞（物体面）                  偏心(1) 
1        ∞（入射瞳）                  偏心(2) 
3      ＹＲＦＳ[1]                     偏心(3) 
4      ＹＲＦＳ[2]                     偏心(4) 
7        ∞（絞り）                    偏心(5) 
8      ＩＤＬ                          偏心(6) 
像  面      ∞                            
ＹＲＦＳ[1] 
Ｃ1   -1.5158 ×10    Ｃ2    4.2156 ×10-1    Ｃ3   -1.5000 ×10-1 
ＹＲＦＳ[2] 
Ｃ1   -2.6972 ×10    Ｃ2    1.3221           Ｃ3    8.0135 ×10-2 
Ｃ4    4.7019 ×10-3 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ     -∞  Ｚ  -41.51  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -16.24  Ｚ  -41.51  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -41.51  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -53.62  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -6.90  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -3.40  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００６０】
実施例４
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞（物体面）                  偏心(1) 
1        ∞（入射瞳）                  偏心(2) 
3      ＹＲＦＳ[1]                     偏心(3) 
4      ＹＲＦＳ[2]                     偏心(4) 
7        ∞（絞り）                    偏心(5) 
8      ＩＤＬ                          偏心(6) 
像  面        ∞                          
ＹＲＦＳ[1] 
Ｃ1   -1.0747 ×10    Ｃ2   -5.6204 ×10-1    Ｃ3   -2.8892 ×10-1 
ＹＲＦＳ[2] 
Ｃ1   -1.7428 ×10    Ｃ2    1.1681 ×10-2    Ｃ3    1.1953 ×10-2 
Ｃ4    4.4706 ×10-4 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ     -∞  Ｚ  -48.09  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -11.48  Ｚ  -48.09  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -48.09  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -37.11  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -6.86  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -3.36  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００６１】
実施例５
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞（物体面）                  偏心(1) 
1        ∞（入射瞳）                  偏心(2) 
3      ＹＲＦＳ[1]                     偏心(3) 
4      ＹＲＦＳ[2]                     偏心(4) 
5      ＹＲＦＳ[3]                     偏心(5) 
6      ＹＲＦＳ[4]                     偏心(6) 
9        ∞（絞り）                    偏心(7) 
10      ＩＤＬ                          偏心(8) 
像  面        ∞                          
ＹＲＦＳ[1] 
Ｃ1   -2.5387 ×10    Ｃ2   -4.2956 ×10-1    Ｃ3   -7.2488 ×10-2 
ＹＲＦＳ[2] 
Ｃ1   -3.1628 ×10    Ｃ2   -1.5351 ×10-1    Ｃ3    1.1894 ×10-2 
ＹＲＦＳ[3] 
Ｃ1   -2.3677 ×10    Ｃ2   -2.7647 ×10-1    Ｃ3   -2.3826 ×10-3 
ＹＲＦＳ[4] 
Ｃ1   -3.1283 ×10    Ｃ2    1.8052 ×10-3    Ｃ3    3.8340 ×10-3 
Ｃ4    5.0028 ×10-5
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ     -∞  Ｚ  -85.79  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -25.96  Ｚ  -85.79  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -85.79  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -79.22  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -74.80  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ  -61.66  
α   90.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -6.94  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心[8] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   -3.44  
α    0.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【００６２】
以下に、上記実施例１〜５の遠方から入射する中心光束２の中心光線２0 の各内面反射面への入射角（°）を示す。
【００６３】
実施例      第１反射面    第２反射面    第３反射面    第４反射面
１          36.361         6.338
２          46.127        16.004
３          22.858         7.181
４          29.338        59.345
５          23.246        37.766        44.493        60.051
。
【００６４】
ところで、本発明のパノラマアタッチメント光学系においては、前記したように、Ｙ−Ｚ面内での結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）５を、パノラマアタッチメント光学系１０の第１反射面１１近傍に結像することにより、パノラマアタッチメント光学系１０に主として回転対称軸１に沿った方向から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を少なくすることが可能となり、フレアーの少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。
【００６５】
そこで、入射瞳位置５と結像レンズ２０の絞り２１の間の光路長（距離に屈折率を掛けたもの）をＡ、パノラマアタッチメント光学系１０の物体側の第１反射面１１と入射瞳位置５の間の光路長をＢとすると、
３＜｜Ａ／Ｂ｜                                                ・・・（１）
の条件式を満足することが望ましい。
【００６６】
この条件式は、パノラマアタッチメント光学系１０の第１反射面１１の近傍に入射瞳５が配置されている度合いを表すものである。本発明では、Ｙ−Ｚ面内でのみ絞り２１の像である入射瞳５が物体側に投影されており、より光学系の第１反射面１１近傍に入射瞳５を位置させることにより、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。またさらに、第１反射面１１を小さくすることが可能となり、面の有効径がとれ、収差補正上好ましい。また、反射面数を増やしたり、Ｙ方向の画角を大きくとることが可能となる。条件式（１）の下限の３を越えると、入射瞳５が光学系第１面１１から離れすぎてしまい、第１面１１の有効系が大きくなり、Ｙ方向の画角を大きくとれなかたり、有害なフレアー光が増えることになる。
【００６７】
さらに好ましくは、
１０＜｜Ａ／Ｂ｜                                          ・・・（１−１）
の条件式を満足することが望ましい。
【００６８】
上記実施例１〜５の｜Ａ／Ｂ｜の値を以下に示す。
【００６９】
実施例        ｜Ａ／Ｂ｜
１             38.859                                       
２             20.006                                       
３              5.224                                       
４              8.787                                       
５             16.059                                       
。
【００７０】
次に、パノラマアタッチメント光学系１０の全系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離をそれぞれＦｘ、Ｆｙとすると、
０．２＜Ｆｘ／Ｆｙ＜２．０                                    ・・・（２）
の条件式を満足することが望ましい。
【００７１】
この条件式（２）の下限の０．２を越えても、上限の２．０を越えても、パノラマアタッチメント光学系１０から伝達される物体の虚像の結像レンズ２０に対する位置がサジタル方向とメリジオナル方向で大きく異なり、非点収差が発生してしまう。これを回転対称な結像レンズ２０で補正することは容易ではなく大きな負担となり、好ましくない。
【００７２】
上記実施例１〜５のＦｘ／Ｆｙの値を以下に示す。
【００７３】
実施例１    実施例２    実施例３    実施例４    実施例５
Ｆｘ／Ｆｙ   1.2217      1.7944      2.1064      2.3747      1.0526 
。
【００７４】
さらに好ましくは、実施例１〜２のように、少なくとも２つの反射面の一部はＹ方向のパワーを正にすることが好ましい。物体側から順に正負のパワー配置になるテレフォトタイプの場合は、焦点距離が長くなり高画角化には不向きな光学系になってしまう。また、同じ画角でも像高を大きくとることが難しくなったり、結像レンズ２０に対してパノラマアタッチメント光学系１０の主点が物体側に寄ってしまい、光学系が大きくなると同時に、Ｙ方向の瞳のリレーに負担がかかり、性能が出難い等の問題が発生する。
【００７５】
一方、Ｘ方向のパワーは、Ｙ軸に対して回転対称なので、面の配置位置で決まってしまい、自由度が少ない。そのため、さらにＹ方向のパワー配置が重要になってくる。
【００７６】
以下に、実施例１〜５の各反射面のＹ方向及びＸ方向のパワーを示す。
【００７７】
実施例１    実施例２    実施例３    実施例４    実施例５
Ｙ方向パワー
第１反射面   0.541       0.680       0.987       2.010       0.478
第２反射面   0.107       0.096       0.806       0.073       0.073
第３反射面                                                   0.015
第４反射面                                                   0.023
Ｘパワー
第１反射面  -0.125      -0.106      -0.184      -0.246      -0.110
第２反射面   0.044       0.038       0.068       0.174       0.095
第３反射面                                                  -0.123
第４反射面                                                   0.097
。
【００７８】
以上、本発明のパノラマアタッチメント光学系を、中心軸（回転対称軸）を垂直方向に向けて３６０°全方位（全周）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。また、内視鏡は管内観察装置のアタッチメント光学系として用いることもできる。
【００７９】
また、本発明のパノラマアタッチメント光学系は反射面で構成されており、屈折面を用いていないので、可視光のみならず、紫外、赤外、遠赤外の波長域、さらにはミリ波のような電磁波の領域にも適用可能である。また、走査光学系への応用も可能である。
【００８０】
以下に、本発明のパノラマアタッチメント光学系の適用例として、本発明のパノラマアタッチメント光学系を結像レンズの入射側又は投影レンズの射出側に装着して構成した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１１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１１（ａ）は、硬性内視鏡４１の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を取り付けて３６０°全方位の画像を撮像観察する例である。また、図１１（ｂ）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。
【００８１】
図１２は、自動車４８の各コーナや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である。
【００８２】
図１３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。
【００８３】
図１４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】
【００８４】
【図１】本発明の実施例１のパノラマアタッチメント光学系を結像レンズの入射側に装着した状態の回転対称軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図２】実施例１のパノラマアタッチメント光学系内の光路を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例２のパノラマアタッチメント光学系の図１と同様の図である。
【図４】実施例２のパノラマアタッチメント光学系の図２と同様の図である。
【図５】本発明の実施例３のパノラマアタッチメント光学系の図１と同様の図である。
【図６】実施例３のパノラマアタッチメント光学系の図２と同様の図である。
【図７】本発明の実施例４のパノラマアタッチメント光学系の図１と同様の図である。
【図８】実施例４のパノラマアタッチメント光学系の図２と同様の図である。
【図９】本発明の実施例５のパノラマアタッチメント光学系の図１と同様の図である。
【図１０】実施例５のパノラマアタッチメント光学系の図２と同様の図である。
【図１１】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１２】自動車の各コーナや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１３】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１４】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】
【００８５】
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
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
４…光束の結像位置
５…入射瞳の結像位置
１０…パノラマアタッチメント光学系
１１、１２、１３、１４…反射面
２０…結像レンズ（理想レンズ）
２１…結像レンズの絞り
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
Ｏ…被写体
Ｏ’…被写体の像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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