(57)【要約】【課題】  広画角かつ小型でありながら高い結像性能を有する光学系を提供すること。【解決手段】  光学系１００は、拡大側から順に、第１群Ｇ１、開口絞りＳＴＯ、及び第２群Ｇ２を備え、第２群Ｇ２は、全反射面４２と、凹形状の反射面４３と、を含み、開口絞りＳＴＯを通過した拡大側からの光は、全反射面４２で全反射した後、反射面４３で反射されて全反射面４２を透過しており、反射面４３の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、全反射面４２と反射面４３の面頂点との間隔をＤ（ｍｍ）、とし、第１群Ｇ１の光軸と全反射面４２との交点と開口絞りＳＴＯの中心の全反射面４２に対する像点とを結ぶ線上において、Ｔ＝｜Ｒｍ｜−Ｄなる式で表される距離Ｔだけ交点から離れた基準点と反射面４３の曲率中心との距離をＳ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、｜Ｓ｜≦０．６ｆなる条件を満足する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、第１群、開口絞り、及び第２群を備える光学系であって、
前記第２群は、全反射面と、凹形状の反射面と、を含み、
前記開口絞りを通過した拡大側からの光は、前記全反射面で全反射した後、前記反射面で反射されて前記全反射面を透過しており、
前記反射面の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、前記全反射面と前記反射面の面頂点との間隔をＤ（ｍｍ）、とし、前記第１群の光軸と前記全反射面との交点と前記開口絞りの中心の前記全反射面に対する像点とを結ぶ線上において、
Ｔ＝｜Ｒｍ｜−Ｄ
なる式で表される距離Ｔだけ前記交点から離れた基準点と前記反射面の曲率中心との距離をＳ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、
｜Ｓ｜≦０．６ｆ
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記像点から前記基準点までの距離をＯ´Ｂ（ｍｍ）、前記像点から前記反射面の曲率中心までの距離をＯ´Ｃ（ｍｍ）、とするとき、
−０．４≦（Ｏ´Ｃ−Ｏ´Ｂ）／ｆ≦０．４
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記像点及び前記基準点を結ぶ線と前記像点及び前記反射面の曲率中心を結ぶ線とがなす角度をθ（ｄｅｇ．）とするとき、
θ≦２０
なる条件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】
前記開口絞りと前記反射面との間隔をＬｍ（ｍｍ）とするとき、
１．５≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦７
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１群は、拡大側に向かって凸形状の屈折面を含み、該屈折面の曲率半径をＲｌ（ｍｍ）、前記屈折面と前記開口絞りとの間隔をＬｌ（ｍｍ）、とするとき、
０．７≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記開口絞りと拡大側瞳との間隔をＬｐ（ｍｍ）とするとき、
−０．２≦Ｌｐ／ｆ≦０．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記第１群は、拡大側から順に配置された第１光学素子及び第２光学素子を有し、該第１光学素子及び第２光学素子は、互いに接合されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記第１光学素子及び第２光学素子の接合面は、拡大側に向かって凸形状であることを特徴とする請求項７に記載の光学系。
【請求項９】
前記第１光学素子のｄ線に対するアッベ数をνＡ、前記第２光学素子のｄ線に対するアッベ数をνＢ、とするとき、
νＡ＜νＢ
なる条件を満足することを特徴とする請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１光学素子のｄ線に対する屈折率をＮＡ、前記第２光学素子のｄ線に対する屈折率をＮＢ、とするとき、
ＮＡ＞ＮＢ
なる条件を満足することを特徴とする請求項８又は９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１群の光軸と、該光軸及び前記全反射面の交点における法線とは、互いに非平行であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光学系。
【請求項１２】
前記第１群は、光軸に対して回転対称であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学系。
【請求項１３】
物体を撮像する撮像素子と、該撮像素子の撮像面に前記物体を結像する光学系と、を備え、該光学系は請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光学系であることを特徴とする撮像装置。
【請求項１４】
物体の画像データを取得する撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部と、を備え、前記撮像装置は請求項１３に記載の撮像装置であることを特徴とする車載カメラシステム。
【請求項１５】
前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部を備えることを特徴とする請求項１４に記載の車載カメラシステム。
【請求項１６】
前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を備えることを特徴とする請求項１５に記載の車載カメラシステム。
【請求項１７】
前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の運転者に対して警報を発する警報装置を備えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の車載カメラシステム。
【請求項１８】
画像を表示する表示素子と、該表示素子の表示面を結像する光学系と、を備え、該光学系は請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光学系であることを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折面及び反射面を有する光学系に関し、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、車載カメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、ウェアラブルカメラ、医療用カメラ等の撮像装置や、プロジェクタ等の投影装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置や投影装置に用いられる光学系として、広画角かつ小型なものが求められている。特許文献１及び２には、全反射面及び内部反射面を有する反射屈折レンズを採用することで、広画角化及び小型化を図った光学系が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０７２６０号公報
【特許文献２】特開２００９−８０４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の光学系では、内部反射面の配置について十分に検討されておらず、高い結像性能が得られていなかった。
【０００５】
本発明は、広画角かつ小型でありながら高い結像性能を有する光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、拡大側から順に、第１群、開口絞り、及び第２群を備え、前記第２群は、全反射面と、凹形状の反射面と、を含み、前記開口絞りを通過した拡大側からの光は、前記全反射面で全反射した後、前記反射面で反射されて前記全反射面を透過しており、前記反射面の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、前記全反射面と前記反射面の面頂点との間隔をＤ（ｍｍ）、とし、前記第１群の光軸と前記全反射面との交点と前記開口絞りの中心の前記全反射面に対する像点とを結ぶ線上において、Ｔ＝｜Ｒｍ｜−Ｄなる式で表される距離Ｔだけ前記交点から離れた基準点と前記反射面の曲率中心との距離をＳ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、｜Ｓ｜≦０．６ｆなる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、広画角かつ小型でありながら高い結像性能を有する光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像装置の要部概略図。
【図２】実施例１に係る光学系の要部概略図。
【図３】実施例１に係る第４光学素子の構成を説明するための図。
【図４】実施例１に係る光学系の収差図。
【図５】本発明の実施例２に係る光学系の要部概略図。
【図６】実施例２に係る光学系の収差図。
【図７】本発明の実施例３に係る光学系の要部概略図。
【図８】実施例３に係る光学系の収差図。
【図９】本発明の実施例４に係る光学系の要部概略図。
【図１０】実施例４に係る光学系の収差図。
【図１１】本発明の実施形態に係る車載カメラシステムの機能ブロック図。
【図１２】本発明の実施形態に係る車両の要部概略図。
【図１３】実施形態に係る車載カメラシステムの動作例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る光学系１００を備える撮像装置１０００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。撮像装置１０００は、撮像光学系としての光学系１００、光学系１００の像面（縮小面）ＩＭＧの位置に配置される撮像面（受光面）を含む撮像素子１１０、ケーブル１２０、及び処理部１３０を備える。
【００１１】
撮像装置１０００において、光学系１００は、図１の左側に存在する不図示の被写体からの光束を集光し、撮像素子１１０の撮像面ＩＭＧに被写体を結像する。撮像素子１１０は、光学系１００により形成された被写体の像を光電変換し、電気信号を出力する。処理部１３０は、ケーブル１２０を介して伝送される撮像素子１１０からの電気信号を処理し、被写体の画像データを取得する。撮像素子１１０としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）を採用することができる。
【００１２】
図２は、光学系１００の光軸ＡＸ１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は、光束幅を制限する開口絞りＳＴＯと、開口絞りＳＴＯよりも物体側（拡大側）に配置された第１群Ｇ１と、開口絞りＳＴＯよりも像側（縮小側）に配置された第２群Ｇ２と、を備える。第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第３光学素子Ｌ３、第４光学素子Ｌ４、第５光学素子Ｌ５、及び第６光学素子ＣＧを有する。
【００１３】
第１光学素子Ｌ１は、結像に寄与する有効光束が通過する光学面として、物体側から順に第１面１１及び第２面１２を有するメニスカスレンズである。第１光学素子Ｌ１の第１面１１は、物体側に向かって凸形状の屈折面である。また、第２光学素子Ｌ２は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。
【００１４】
第３光学素子Ｌ３は両凸レンズ、第５光学素子Ｌ５は像側に凸面を向けた平凸レンズである。第４光学素子Ｌ４は、入射面である第１面４１、全反射面（反射透過面）である第２面４２、及び入射光に向かって凹形状の反射面である第３面４３、の３つの光学面を含む反射屈折レンズである。第４光学素子Ｌ４の第３面４３は、金属膜や誘電体多層膜などによって形成される内部反射面である。第６光学素子ＣＧは、ＩＲカットフィルタ等の光学フィルタであるが、必要に応じて、第６光学素子ＣＧとしてレンズ等を採用してもよい。
【００１５】
光学系１００において、第１光学素子Ｌ１乃至第４光学素子Ｌ４は互いに接合されている。そして、開口絞りＳＴＯは、第２光学素子Ｌ２の第２面２２と第３光学素子の第１面３１との接合面に配置され、開口部が設けられた遮光部材から成る。開口絞りＳＴＯの開口部は、短軸が３ｍｍ、長軸７．３ｍｍである楕円形状であり、長軸が水平方向（Ｘ方向）に一致し、短軸が垂直方向（Ｙ方向）に一致するように設けられている。
【００１６】
図２において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２を順に透過して、開口絞りＳＴＯに入射する。このとき、光束の一部は開口絞りＳＴＯの遮光部により遮光されるため、光束幅が制限されることになる。開口絞りＳＴＯの開口部を透過した光束は、第３光学素子Ｌ３を透過して、第４光学素子Ｌ４の第１面４１に入射する。
【００１７】
第４光学素子Ｌ４の第１面４１を透過して第４光学素子Ｌ４の第２面４２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面４２で全反射し、物体側に進行方向を変えて第４光学素子Ｌ４の第３面４３に到達する。第４光学素子Ｌ４の第３面４３により反射された光束は、再び第４光学素子Ｌ４の第２面４２に到達し、今度は全反射せずにこの面を透過する。そして、第５光学素子Ｌ５及び第６光学素子ＣＧを透過した光束は、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００１８】
本実施例に係る光学系１００では、第１群Ｇ１において生じる正のペッツバール像面を、第２群Ｇ２における凹形状の反射面４３により負のペッツバール像面を発生させることで打ち消している。ただし、必要に応じて、反射面４３を凹形状とせずに、他の光学面によって負のペッツバール像面を発生させるようにしてもよい。
【００１９】
このとき、仮に光学系１００が反射面を１面しか有していないとした場合、その反射面よりも物体側に像面ＩＭＧが形成されてしまうため、各光学素子と像面ＩＭＧとの干渉を回避することが難しくなる。そこで、光学系１００では、開口絞りＳＴＯからの光を全反射面４２で全反射させてから反射面４３に入射させる構成を採ることで、像面ＩＭＧと光学素子との干渉を回避している。さらに、反射面４３に向けて光を偏向する手段として全反射面を採用することで、金属膜や誘電体多層膜などによって形成される透過反射面（ハーフミラー等）を採用する場合と比較して、光が反射される際の光量の損失を抑制することができる。
【００２０】
本実施例において、光軸ＡＸ１は、第１群Ｇ１における各光学面の中心（面頂点）を通る軸である。言い換えると、第１群Ｇ１が有する光学面の夫々の面頂点は、光軸ＡＸ１上に存在している。そして、本実施例に係る第１群Ｇ１は、回転対称系となっている。一方、第２群Ｇ２において、第３光学素子Ｌ３の各光学面及び第４光学素子Ｌ４の第１面４１の各面頂点は光軸ＡＸ１上に存在しているが、その他の光学面は夫々の面頂点が光軸ＡＸ１上からずれた偏心面である。そして、第４光学素子Ｌ４の第１面４１よりも像側の光学面は、光軸ＡＸ１に対して傾いて配置されている。
【００２１】
図３は、本実施例に係る光学系１００のうち、第３光学素子Ｌ３及び第４光学素子Ｌ４のみを抽出して示したものである。なお、図２に示したように、第４光学素子Ｌ４は、平凸レンズのうち、他の光学素子と重なる部分及び有効光束が通過しない不要な部分がカットされたものであるが、図３ではそのカットされた部分も含めて示している。
【００２２】
図３において、軸ＡＸ２は反射面４３の面頂点での法線であり、軸ＡＸ２の上にある点Ｃは反射面４３の曲率中心である。点Ｏは開口絞りＳＴＯの中心であり、点Ｏ´は全反射面４２に対する点Ｏの像点である。点Ａは、第１群の光軸ＡＸ１と全反射面４２との交点である。点Ｂは、点Ａと点Ｏ´とを結ぶ軸ＡＸ３上において、点Ａから距離Ｔだけ離れた点（基準点）である。
【００２３】
ここで、距離Ｔは、反射面４３の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、全反射面４２と反射面４３の面頂点との間隔をＤ（ｍｍ）、とするとき、Ｔ＝｜Ｒｍ｜−Ｄなる式で表される。なお、本実施例においては、特に断りがない限り「間隔」が「光軸上での間隔」を示すものとする。ただし、反射面４３のように面頂点が光軸ＡＸ１上に存在ない光学面については、その面頂点を通る法線上での間隔を本実施例での「間隔」とする。すなわち、間隔Ｄは、図３における間隔Ｌｂに相当し、全反射面４２及び反射面４３が偏心していない場合の、光軸ＡＸ１上における全反射面４２から反射面４３までの間隔と言い換えることができる。
【００２４】
図３に示すように、本実施例において、ＺＸ断面（第１断面）での画角（水平画角）は光軸ＡＸ１の両側に対称に設定されているのに対して、ＹＺ断面（第２断面）での画角（垂直画角）は光軸ＡＸ１に対して片側（図１の下側）にのみ設定されている。このように、ＹＺ断面内において、光学系１００の各光学面に光束を斜入射させることで、撮像素子１１０の撮像面が、光軸ＡＸ１に対して下側から光学系１００に入射する光束のみを受光するように構成することができる。これにより、撮像素子１１０を各光学素子や各光路と干渉しないように配置することができる。
【００２５】
また、図３に示すように、反射面４３における面頂点は光軸ＡＸ１に対して偏心している。すなわち、反射面４３の面頂点での法線（軸ＡＸ２）は光軸ＡＸ１に対して非平行となっている。このとき、軸ＡＸ２は、光軸ＡＸ１に対して−３２．５７°の角度を有している。同様に、全反射面４２の垂線も、光軸ＡＸ１に対して−３２．５７°の角度を有している。ただし、ここでは、基準となる軸に対して時計回りの方向に向かう角度を正とし、反時計回りの方向に向かう角度を負としている。
【００２６】
このように、第４光学素子Ｌ４における反射面４３を偏心させて配置することで、像面ＩＭＧの位置も偏心させることができる。これにより、各部材の配置の自由度を高めることができ、撮像素子と光路との干渉を回避しつつ全系を小型化すること可能になる。また、全反射面４２を光軸ＡＸ１に対して傾けて配置したことにより、開口絞りＳＴＯからの光の全反射面４２に対する入射角を大きくすることができる。これにより、光軸ＡＸ１に近い画角の光についても全反射させることができ、像面ＩＭＧにおける周辺部の光量の低下（コサイン４乗則）の影響を緩和することが可能になる。
【００２７】
しかし、第４光学素子Ｌ４の反射面４３を偏心させた場合、その偏心に起因して収差（偏心収差）が生じてしまう。ここで、図３に示すように全反射面４２が傾いている場合、全反射面４２で反射する光は光軸ＡＸ１に対して上方（＋Ｙ方向）に向かうため、反射面４３を光軸ＡＸ１に対して上方に配置する必要がある。一方、点Ｏ´は光軸ＡＸ１に対して下方（−Ｙ方向）に位置する。このとき、点Ｏを通り全反射面４２の点Ａで反射され反射面４３に向かう光は、点Ｏ´及び点Ａを通り反射面４３に向かう光と同等である。
【００２８】
よって、軸ＡＸ３の上における点Ｂの近傍に反射面４３の曲率中心Ｃを配置すれば、反射面４３を軸ＡＸ１に対して偏心させて配置した場合であっても、偏心収差の発生を抑制することができることになる。そこで、本実施例に係る光学系１００は、点Ｂと点Ｃとの距離をＳ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（１）を満足している。ただし、焦点距離ｆの符号は、光学系が正のパワーを有するときは正、負のパワーを有するときは負、となるものとする。
｜Ｓ｜≦０．６ｆ      （１）
【００２９】
具体的に、本実施例においては、Ｓ＝３．２８ｍｍ、ｆ＝１４．１３ｍｍであるため、０．６ｆ＝８．７８となり、条件式（１）を満足する。反射面４３の曲率中心Ｃの位置を、条件式（１）を満たすように適切に設定することで、広画角にわたって収差を良好に補正することが可能になる。条件式（１）の上限値を上回ると、点Ｃが点Ｂから大きく離れてしまい、偏心収差の発生を抑制することが困難になる。
【００３０】
また、点Ｏ´から点Ｂまでの距離をＯ´Ｂ（ｍｍ）、点Ｏ´から点Ｃまでの距離をＯ´Ｃ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−０．４≦（Ｏ´Ｃ−Ｏ´Ｂ）／ｆ≦０．４      （２）
【００３１】
開口絞りＳＴＯの像点Ｏ´から反射面４３の曲率中心Ｃまでの距離を、条件式（２）を満たすように適切に設定することで、広画角にわたって収差を良好に補正可能になる。条件式（２）の上限値を上回ると、開口絞りＳＴＯから反射面４３までの間隔が長くなり、第４光学素子Ｌ４の内部に物体の像が形成されてしまい、撮像素子１１０を配置することが難しくなる可能性が生じる。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、反射面４３で反射された光の全反射面４２に対する入射角が大きくなり、全反射面４２を透過せずに全反射する光が増加してしまい、光量の損失を抑制することが難しくなる可能性が生じる。
【００３２】
さらに、以下の条件式（２´）を満足することがより好ましい。本実施例では、Ｏ´Ｃ＝２３．１６ｍｍ、Ｏ´Ｂ＝２３．６７ｍｍであるため、（Ｏ´Ｃ−Ｏ´Ｂ）／ｆ＝−０．０３６となり、条件式（２）及び（２´）を満足する。
−０．３≦（Ｏ´Ｃ−Ｏ´Ｂ）／ｆ≦０．３      （２´）
【００３３】
また、直線Ｏ´Ｂと直線Ｏ´Ｃとがなす角度をθ（ｄｅｇ．）とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
θ≦２０      （３）
【００３４】
開口絞りＳＴＯの像点Ｏ´に対する点Ｂ及び点Ｃの位置を、条件式（３）を満たすように適切に設定することで、広画角にわたって収差を良好に補正可能になる。条件式（３）の上限値を上回ると、反射面４３の曲率中心Ｃが点Ｂから大きく離れてしまい、偏心収差を良好に補正することが難しくなる可能性が生じる。
【００３５】
さらに、以下の条件式（２´）を満足することがより好ましい。本実施例では、θ＝７．９３°であるため、条件式（３）及び（３´）を満足する。
θ≦１５      （３´）
【００３６】
また、反射面４３と開口絞りＳＴＯとの間隔をＬｍ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
１．０≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦７      （４）
【００３７】
反射面４３の形状及び開口絞りＳＴＯとの間隔を、条件式（４）を満たすように適切に設定することで、反射面４３で反射された光の全反射面４２に対する入射角を小さくすることができる。これにより、反射面４３で反射された光が全反射面４２で再び全反射されて光量の損失が生じることを抑制することが可能になる。なお、第２群Ｇ２が反射面を複数有する場合は、パワーが最も大きい反射面が条件式（４）を満たすことが望ましい。
【００３８】
条件式（４）の上限値を上回ると、開口絞りＳＴＯから反射面４３までの間隔が短くなり、反射面４３で反射された光の全反射面４２に対する入射角が大きくなってしまう。このため、全反射面４２を透過せずに全反射してしまう光が増加し、光量の損失を抑制することが難しくなる可能性が生じる。一方、条件式（４）の下限値を下回ると、第４光学素子Ｌ４の内部に像が形成されてしまい、撮像素子１１０を配置することが難しくなる可能性が生じる。
【００３９】
さらに、以下の条件式（４´）を満足することがより好ましい。
１．５≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦４．２      （４´）
【００４０】
なお、図３に示したように、本実施例に係る反射面４３は偏心しており、その面頂点は光軸ＡＸ１上に存在していない。そこで、開口絞りＳＴＯと全反射面４２との光軸ＡＸ１上での間隔をＬａとし、反射面４３の面頂点を通る法線上での、全反射面４２と反射面４３との間隔をＬｂとするとき、開口絞りＳＴＯと反射面４３との間隔をＬｍ＝Ｌａ＋Ｌｂと定義する。本実施例では、Ｌａ＝８．７６０ｍｍ、Ｌｂ＝７．３７０ｍｍであり、Ｌｍ＝１６．１３０ｍｍであるため、｜Ｒｍ｜／Ｌｍ＝２．４６７となり、条件式（４）及び（４´）を満足する。
【００４１】
本実施例に係る光学系１００においては、第１光学素子Ｌ１が有する物体側に向かって凸形状の第１面１１（屈折面１１）を、開口絞りＳＴＯまでの間隔と曲率半径とが略等しい形状（点対称形状）とすることが望ましい。具体的に、図２に示す屈折面１１の曲率半径をＲｌ（ｍｍ）、屈折面１１と開口絞りＳＴＯとの間隔をＬｌ（ｍｍ）、とするとき、屈折面１１を以下の条件式（５）を満足する形状とすることが望ましい。
０．７≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．５      （５）
【００４２】
条件式（５）を満足することにより、簡易かつ小型な構成であっても、軸外収差を良好に補正することができる。条件式（５）の範囲を外れると、軸外収差の発生量が増加してしまい、良好な光学特性が得られなくなる可能性が生じる。このことについて、以下に説明する。
【００４３】
一般的に、光学系を設計する際は、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、及び倍率色収差などの軸外収差と、球面収差や軸上色収差などの軸上収差と、を補正することが求められる。しかし、通常の軸対称形状の屈折面を用いた場合、周辺画角（軸外）では軸外収差が大きく発生するため、光軸上（軸上）での光学性能が最も高くなり、それに対して周辺画角での光学性能は低下してしまう。
【００４４】
一方、点対称形状の屈折面は、光軸上から周辺画角にかけて略同等の形状を有するため、軸外収差の発生を抑え、周辺画角における光学性能の低下を抑制することができる。よって、点対称形状の屈折面を採用することで、補正すべき収差を球面収差、軸上色収差、ペッツバール像面などに限定することができるため、簡易な構成であっても諸収差を良好に補正することが可能になる。
【００４５】
このように、条件式（５）を満足する点対称形状の屈折面１１を採用することで、Ｆ値を小さくしつつ、広画角にわたって高解像度かつ小型な光学系を実現することができる。このとき、点対称形状の屈折面１１に起因して、第１群Ｇ１の結像面は湾曲してしまうが、第２群Ｇ２の反射面４３により平面形状の像面ＩＭＧを形成することが可能になる。よって、撮像装置１０００において、球面形状の撮像素子や導光手段を設ける必要が無くなるため、装置全体の小型化を実現することができる。
【００４６】
なお、第１群Ｇ１において、条件式（５）を満足する屈折面を複数設けてもよい。その場合にも、第１群Ｇ１における複数の屈折面のうち、少なくとも１つが条件式（５）を満たすように構成することで、本発明の効果を得ることができる。ただし、軸外収差を良好に補正するためには、本実施例のように、より開口絞りＳＴＯから離れた屈折面、あるいは隣接する媒質との屈折率差が大きい屈折面、すなわち最も物体側の屈折面を点対称形状とすることが望ましい。
【００４７】
さらに、以下の条件式（５´）を満足することがより好ましい。本実施例では、｜Ｒｌ｜／Ｌｌ＝１．２３７であるため、条件式（５）及び（５´）を満足する。
０．８≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．４７      （５´）
【００４８】
光学系１００においては、開口絞りＳＴＯと入射瞳（拡大側瞳）とが互いに近接するように構成することが望ましい。具体的には、開口絞りＳＴＯと入射瞳との間隔をＬｐ（ｍｍ）とするとき、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
−０．４≦Ｌｐ／ｆ≦０．４      （６）
【００４９】
条件式（６）を満足することにより、点対称形状の屈折面１１に対して各画角の光線が垂直に近い角度で入射する、コンセントリックな構成とすることができるため、屈折面１１により収差を補正し易くすることが可能になる。条件式（６）の上限値を上回ると、コンセントリックな構成から離れてしまい、屈折面１１による効果が十分に得られなくなる可能性が生じる。本実施例では、Ｌｐ／ｆ＝０．１１５であるため、条件式（６）を満足する。
【００５０】
また、点対称形状の屈折面１１に起因する軸上収差を良好に補正するためには、屈折面１１よりも像側に、物体側に向かって凸形状の光学面を設けることが望ましい。そこで、本実施例では、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２との接合面（第２面１２及び第３面２１）を、物体側に向かって凸形状としている。さらに、この構成においては、物体側に配置される第１光学素子Ｌ１のｄ線に対するアッベ数をνＡ、像側に配置される第２光学素子Ｌ２のｄ線に対するアッベ数をνＢ、とするとき、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
νＡ＜νＢ      （７）
【００５１】
条件式（７）を満足することで、第１光学素子Ｌ１の屈折面１１で発生する軸上色収差を、それと逆符号の軸上色収差を発生させることで良好に補正することができる。本実施例では、νＡ＝１９．３、νＢ＝３２．２であるため、条件式（７）を満足する。
【００５２】
さらに、物体側に配置される第１光学素子Ｌ１のｄ線に対する屈折率をＮＡ、像側に配置される第２光学素子Ｌ２のｄ線に対する屈折率をＮＢ、とするとき、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
ＮＡ＞ＮＢ      （８）
【００５３】
条件式（８）を満足することで、第１光学素子Ｌ１の屈折面１１で発生する球面収差を、それと逆符号の球面収差を発生させることで良好に補正することができる。本実施例では、ＮＡ＝２．００３、ＮＢ＝１．６７３であるため、条件式（８）を満足する。
【００５４】
なお、光学系１００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１及び第４光学素子Ｌ４の第３面４３は非球面である。本実施例では、第１光学素子Ｌ１の第１面１１を非球面とすることで、第４光学素子Ｌ４の第３面４３やその他の光学面の非点対称成分で発生するコマ収差の補正を行っている。また、第４光学素子Ｌ４の第３面４３を非球面とすることで、この面の球面成分やその他の光学面の非点対称成分で発生する非点収差の補正を行っている。
【００５５】
ただし、本実施例における非球面形状の光学面の夫々は、光軸ＡＸ１を中心とした回転対称形状であり、以下の非球面式で表現される。
【００５６】
【数１】
2018189747.tif 000003
【００５７】
ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸ＡＸ１上における曲率（１／ｍｍ）、ｋは円錐係数、ｈは光軸ＡＸ１からの半径方向の間隔（ｍｍ）、Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の夫々は４次項，６次項，８次項，・・・の非球面係数、である。なお、この非球面式において、第１項はベース球面のサグ量を示しており、このベース球面の曲率半径はＲ＝１／ｃである。また、第２項以降の項は、ベース球面上に付与される非球面成分のサグ量を示している。
【００５８】
本実施例に対応する数値実施例１の各データを表１乃至表４に示す。なお、表１における円錐定数ｋ及び非球面係数Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の各数値について、「Ｅ＋Ｎ」は「×１０Ｎ」を意味し、「Ｅ−Ｎ」は「×１０−Ｎ」を意味している。
【００５９】
［数値実施例１］
【００６０】
【表１】
2018189747.tif 000004
【００６１】
【表２】
2018189747.tif 000005
【００６２】
【表３】
2018189747.tif 000006
【００６３】
表１は光学系１００における各光学面の面データであり、表１において、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数、を表す。ただし、面間隔は、光路に沿って像側に向かうときに正、物体側に向かうときに負、としている。表２は各光学面の面頂点の偏心データであり、表２において、ｘ、ｙ、ｚの夫々は、面番号１の光学面の面頂点を基準とした座標を表し、αはｘ軸周りの回転、βはｙ軸周りの回転、γはｚ軸周りの回転、を表す。
【００６４】
表３は撮像装置１０００の各種データであり、表３において、Ｆｎｏは光学系１００の絞り値（Ｆ値）を表す。表３に示すように、本実施例に係る撮像装置１０００は、全長が３１．８４ｍｍと小型な構成でありながら、ＺＸ断面でのＦ値（水平Ｆｎｏ）が１．２３と明るく、水平画角５０°（±２５°）、垂直画角３４．５°（０°〜３４．５°）の広い画角を有している。
【００６５】
図４は、本実施例に係る光学系１００の収差図である。図４では、垂直画角３４．５０°、１７．２５°、０．０００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図４から明らかなように、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）において諸収差が良好に補正されている。
【００６６】
以上、本実施例に係る光学系１００によれば、広画角かつ小型でありながら高い結像性能を実現することができる。
【００６７】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る光学系２００について説明する。本実施例に係る光学系２００において、上述した実施例１に係る光学系１００と同等の構成については説明を省略する。
【００６８】
図５は、本実施例に係る光学系２００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。光学系２００において、第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第４光学素子Ｌ４、第５光学素子Ｌ５、第６光学素子Ｌ６、及び第７光学素子ＣＧを有する。
【００６９】
第１光学素子Ｌ１は両凸レンズ、第２光学素子Ｌ２は両凹レンズ、第３光学素子Ｌ３は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。第５光学素子Ｌ５は、透過面である第１面５１と、全反射面である第２面５２と、凹形状の反射面である第３面５３と、を含む反射屈折レンズである。第４光学素子Ｌ４及び第６光学素子Ｌ６は、両凸レンズである。本実施例に係る各光学素子は互いに接合されており、開口絞りＳＴＯは第３光学素子Ｌ３と第４光学素子Ｌ４との接合面に配置されている。
【００７０】
図５において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を順に透過して、開口絞りＳＴＯにより制限される。開口絞りＳＴＯを通過した光束は、第４光学素子Ｌ４の第１面４１及び第２面４２、第５光学素子Ｌ５の第１面５１を順に透過して、第５光学素子Ｌ５の第２面５２に到達する。
【００７１】
第５光学素子Ｌ５の第２面５２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面５２で全反射して物体側に進行方向を変え、再び第５光学素子Ｌ５の第１面５１を透過する。その後、第６光学素子Ｌ６及び第７光学素子ＣＧを順に透過し、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００７２】
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例２の各データを表４乃至表６に示す。
【００７３】
［数値実施例２］
【００７４】
【表４】
2018189747.tif 000007
【００７５】
【表５】
2018189747.tif 000008
【００７６】
【表６】
2018189747.tif 000009
【００７７】
表４に示すように、本実施例に係る光学系２００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１（面番号１）及び第５光学素子Ｌ５の第３面４３（面番号７）は、非球面である。そして、表６に示すように、本実施例に係る光学系２００は、全長が３８．１５ｍｍと小型な構成でありながら、水平Ｆ値が１．３９と明るく、水平画角±２５°、垂直画角８〜４２．５°の広い画角を有している。本実施例に係る光学系２００は、条件式（１）に関して、Ｓ＝４．８１ｍｍ、ｆ＝１７．１２ｍｍであるため、０．６ｆ＝１０．２７となり、条件式（１）を満足する。また、後述する表１３に示すように、本実施例に係る光学系２００は、上述した条件式（２）乃至（６）の全てを満足している。
【００７８】
なお、本実施例に係る第１群Ｇ１において、第２光学素子Ｌ２と第３光学素子Ｌ３との接合面は、物体側に向かって凸形状である。このとき、第３光学素子Ｌ３のアッベ数は第２光学素子Ｌ２のアッベ数よりも大きいため、光学素子の組合せが条件式（７）を満足する。また、第２光学素子Ｌ２の屈折率は第３光学素子Ｌ３の屈折率よりも高いため、各光学素子の組合せが条件式（８）を満足する。
【００７９】
図６は、本実施例に係る光学系２００の収差図である。図６では、垂直画角４２．５０°、２５．２５°、８．００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図６から明らかなように、可視波長域において諸収差が良好に補正されている。
【００８０】
［実施例３］
以下、本発明の実施例３に係る光学系３００について説明する。本実施例に係る光学系３００において、上述した実施例１に係る光学系１００と同等の構成については説明を省略する。
【００８１】
図７は、本実施例に係る光学系３００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。光学系３００において、第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第４光学素子Ｌ４、第５光学素子Ｌ５、第６光学素子Ｌ６、及び第７光学素子ＣＧを有する。
【００８２】
第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズ、第３光学素子Ｌ３は物体側に凸面を向けた平凸レンズである。第５光学素子Ｌ５は、透過面である第１面５１と、全反射面である第２面５２と、凹形状の反射面である第３面５３と、を含む反射屈折レンズである。第４光学素子Ｌ４は像側に凸面を向けた平凸レンズ、第６光学素子Ｌ６は、両凸レンズである。本実施例に係る各光学素子は互いに接合されており、開口絞りＳＴＯは第３光学素子Ｌ３と第４光学素子Ｌ４との接合面に配置されている。
【００８３】
図７において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を順に透過して、開口絞りＳＴＯにより制限される。開口絞りＳＴＯを通過した光束は、第４光学素子Ｌ４の第１面４１及び第２面４２、第５光学素子Ｌ５の第１面５１を順に透過して、第５光学素子Ｌ５の第２面５２に到達する。
【００８４】
第５光学素子Ｌ５の第２面５２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面５２で全反射して物体側に進行方向を変え、再び第５光学素子Ｌ５の第１面５１を透過する。その後、第６光学素子Ｌ６及び第７光学素子ＣＧを順に透過し、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００８５】
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例３の各データを表７乃至表９に示す。
【００８６】
［数値実施例３］
【００８７】
【表７】
2018189747.tif 000010
【００８８】
【表８】
2018189747.tif 000011
【００８９】
【表９】
2018189747.tif 000012
【００９０】
表７に示すように、本実施例に係る光学系３００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１（面番号１）及び第５光学素子Ｌ５の第３面５３（面番号７）は、非球面である。そして、表９に示すように、本実施例に係る光学系３００は、全長が４１．２０ｍｍと小型な構成でありながら、水平Ｆ値が１．５と明るく、水平画角５０．０°、垂直画角３４．５°の広い画角を有している。本実施例に係る光学系３００は、条件式（１）に関して、Ｓ＝１０．０９ｍｍ、ｆ＝１８．３５ｍｍであるため、０．６ｆ＝１１．０１となり、条件式（１）を満足する。また、後述する表１３に示すように、本実施例に係る光学系３００は、上述した条件式（２）乃至（６）の全てを満足している。なお、本実施例に係る第１群Ｇ１においては、物体側に向かって凸形状の接合面を有する第２光学素子Ｌ２及び第３光学素子Ｌ３が条件式（７）及び（８）を満足する。
【００９１】
図８は、本実施例に係る光学系３００の収差図である。図８では、垂直画角５２．５０°、３５．２５°、１８．００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図８から明らかなように、可視波長域において諸収差が良好に補正されている。
【００９２】
［実施例４］
以下、本発明の実施例４に係る光学系４００について説明する。本実施例に係る光学系４００において、上述した実施例１に係る光学系４００と同等の構成については説明を省略する。
【００９３】
図９は、本実施例に係る光学系４００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。光学系４００において、第１群Ｇ１は、物体側から順に第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第３光学素子Ｌ３、第４光学素子Ｌ４、第５光学素子Ｌ５、及び第６光学素子ＣＧを有する。
【００９４】
第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。第４光学素子Ｌ４は、透過面である第１面４１と、全反射面である第２面４２と、凹形状の反射面である第３面４３と、を含む反射屈折レンズである。第３光学素子Ｌ３及び第５光学素子Ｌ５は、両凸レンズである。本実施例に係る各光学素子は互いに接合されており、開口絞りＳＴＯは第２光学素子Ｌ２と第３光学素子Ｌ３との接合面に配置されている。
【００９５】
図９において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２を順に透過して、開口絞りＳＴＯにより制限される。開口絞りＳＴＯを通過した光束は、第３光学素子Ｌ３の第１面４１及び第２面４２、第４光学素子Ｌ４の第１面４１を順に透過して、第４光学素子Ｌ４の第２面４２に到達する。
【００９６】
第４光学素子Ｌ４の第２面４２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面４２で全反射して物体側に進行方向を変え、再び第４光学素子Ｌ４の第１面４１を透過する。その後、第５光学素子Ｌ５及び第６光学素子ＣＧを順に透過し、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００９７】
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例４の各データを表１０乃至表１２に示す。
【００９８】
［数値実施例４］
【００９９】
【表１０】
2018189747.tif 000013
【０１００】
【表１１】
2018189747.tif 000014
【０１０１】
【表１２】
2018189747.tif 000015
【０１０２】
表１０に示すように、本実施例に係る光学系４００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１（面番号１）及び第４光学素子Ｌ４の第３面４３（面番号６）は、非球面である。そして、表１２に示すように、本実施例に係る光学系４００は、全長が４６．２４ｍｍと小型な構成でありながら、水平Ｆ値が１．５と明るく、水平画角±２５°、垂直画角８〜４２．５°の広い画角を有している。本実施例に係る光学系４００は、条件式（１）に関して、Ｓ＝３．１７ｍｍ、ｆ＝１３．５４ｍｍであるため、０．６ｆ＝８．１２となり、条件式（１）を満足する。また、後述する表１３に示すように、本実施例に係る光学系４００は、上述した条件式（２）乃至（６）の全てを満足している。なお、本実施例に係る第１群Ｇ１においては、物体側に向かって凸形状の接合面を有する第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２が条件式（７）及び（８）を満足する。
【０１０３】
図１０は、本実施例に係る光学系４００の収差図である。図１０では、垂直画角４２．５０°、２５．２５°、８．００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図１０から明らかなように、可視波長域において諸収差が良好に補正されている。
【０１０４】
上述した各実施例に係る撮像装置における条件式（２）乃至（６）の値を、以下の表１３に示す。
【０１０５】
【表１３】
2018189747.tif 000016
【０１０６】
［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。
【０１０７】
上述した各実施例において、第２群Ｇ２における凹形状の反射面は、光学素子に反射膜を設けることで構成された内部反射面であるが、これに限られるものではない。例えば、内部反射面の代わりに、表面反射面を有する別の光学素子（ミラーなど）を設けてもよい。
【０１０８】
また、各実施例では、光学系を撮像光学系として撮像装置に適用した場合について説明したが、例えば、光学系を投影光学系として投影装置に適用してもよい。この場合、縮小面ＩＭＧの位置に液晶パネル（空間変調器）等の表示素子の表示面が配置される。ただし、光学系が投影装置に適用される場合は、物体側と像側とが反転して光路が逆向きになる。よって、縮小側が物体側、拡大側が像側、第１群Ｇ１が第２群Ｇ２、第２群Ｇ２が第１群Ｇ１、となり、各光学素子の入射面が出射面、出射面が入射面となる。
【０１０９】
すなわち、物体側に配置された表示素子の表示面（縮小面）に表示される画像を、光学系により像側に配置されたスクリーン等の投影面（拡大面）に投影（結像）させる構成を採ることができる。この場合にも、光学系を撮像装置に適用した場合と同様に、各実施例における各条件式を満足することが望ましい。なお、条件式（１）乃至（３）について、撮像光学系における像点Ｏ’は、投影光学系における開口絞りの中心の全反射面に対する虚物点に対応する。また、条件式（６）について、撮像光学系における開口絞りの入射瞳（拡大側瞳）は、投影光学系における開口絞りの射出瞳（縮小側瞳）に対応する。
【０１１０】
［車載カメラシステム］
図１１は、本実施形態に係る車載カメラ１０及びそれを備える車載カメラシステム（運転支援装置）６００の構成図である。車載カメラシステム６００は、自動車等の車両に設置され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図１２は、車載カメラシステム６００を備える車両７００の概略図である。図１２においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７００の後方に設定してもよい。
【０１１１】
図１１に示すように、車載カメラシステム６００は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警報装置４０と、を備える。また、車載カメラ１０は、撮像部１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離算出部４と、衝突判定部５と、を備えている。撮像部１は、上述した何れかの実施例に係る光学系と、撮像面位相差センサと、を有する。なお、本実施形態に係る撮像面位相差センサ及び画像処理部２は、例えば、図１に示した実施例１に係る撮像装置１０００が備える撮像素子１１０及び処理部１３０に対応する。
【０１１２】
図１３は、本実施形態に係る車載カメラシステム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載カメラシステム６００の動作を説明する。
【０１１３】
まず、ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。
【０１１４】
また、ステップＳ２では、車両情報取得装置２０から車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。
【０１１５】
ステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。
【０１１６】
ステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４は、上記の順番に処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。
【０１１７】
ステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物までの距離情報を、距離算出部４によって算出する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータ及び外部パラメータと、に基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物までの距離、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。
【０１１８】
そして、ステップＳ６では、距離算出部４により算出された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ７）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ８）。
【０１１９】
次に、衝突判定部５は、衝突可能性ありと判定した場合（ステップＳ７）、その判定結果を制御装置３０や警報装置４０に対して通知する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し、警報装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて警報を発する。
【０１２０】
例えば、制御装置３０は、車両に対して、ブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警報装置４０は、車両のユーザ（運転者）に対して、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。
【０１２１】
以上、本実施形態に係る車載カメラシステム６００によれば、上記の処理により、効果的に障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例に係る光学系を車載カメラシステム６００に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって障害物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。
【０１２２】
ここで、本実施形態では、車載カメラ１０が撮像面位相差センサを有する撮像部１を１つのみ備える構成について説明したが、これに限られず、車載カメラ１０として撮像部を２つ備えるステレオカメラを採用してもよい。この場合、撮像面位相差センサを用いなくても、同期させた２つの撮像部の夫々によって画像データを同時に取得し、その２つの画像データを用いることで、上述したものと同様の処理を行うことができる。ただし、２つの撮像部による撮像時間の差異が既知であれば、２つの撮像部を同期させなくてもよい。
【０１２３】
なお、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。瞳分割型の撮像素子において、１つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。
【０１２４】
そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離算出部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離算出部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離算出部４は、デフォーカス量から変換される対象物までの距離の距離マップデータを取得してもよい。
【０１２５】
上述したように、各実施例に係る光学系の垂直画角は、光軸ＡＸ１に対して片側にのみ設定されている。よって、各実施例に係る光学系を車載カメラ１０に適用し、その車載カメラ１０を車両に設置する場合は、光学系の光軸ＡＸ１が水平方向に対して非平行となるように配置することが望ましい。例えば、図２に示した実施例１に係る光学系１００を採用する場合、光軸ＡＸ１を水平方向（Ｚ方向）に対して上側に傾け、垂直画角の中心が水平方向に近づくように配置すればよい。あるいは、光学系１００をＸ軸周りに１８０°回転（上下反転）させてから、光軸ＡＸ１が水平方向に対して下側に傾くように配置してもよい。これにより、車載カメラ１０の撮像範囲を適切に設定することができる。
【０１２６】
ただし、上述したように、光学系においては、軸上での光学性能が最も高く、それに対して周辺画角での光学性能は低下するため、注目する撮像対象物からの光が光学系における軸上付近を通過するように配置することがより好ましい。例えば、車載カメラ１０によって道路上の標識や障害物などに注目する必要がある場合は、水平方向に対して上側（空側）よりも下側（地面側）の画角での光学性能を高めることが好ましい。このとき、実施例１に係る光学系１００を採用する場合、上述したように光学系１００を一旦上下反転させてから、光軸ＡＸ１を水平方向に対して下側に傾け、光軸ＡＸ１の近傍の画角が下側を向くように配置すればよい。
【０１２７】
なお、本実施形態では、車載カメラシステム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限られず、車載カメラシステム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載カメラシステム６００は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。また、本実施形態に係る車載カメラ１０、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
４２  全反射面
４３  反射面
１００  光学系
Ｇ１  第１群
Ｇ２  第２群
ＳＴＯ  開口絞り
ＩＭＧ  像面
【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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