(57)【要約】【課題】  小型の光学素子を移動することにより連続的に画角を変化させることが可能な全方位撮像光学系又は投影光学系を提供する。【解決手段】  ３６０°全方位の画角を有する画像を像面５に結像させるか、像面５に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する前群Ｇｆと後群Ｇｂからなる光学系１であって、中心軸２を含む断面内では第１入射瞳Ｐ１が中心軸２から離れて位置し、中心軸２に直交した平面に投影した時には第２入射瞳Ｐ２が中心軸２上に位置し、遠方から入射する光束は、前群Ｇｆ及び後群Ｇｂを順に経て、像面５の中心軸２から外れた位置に円環状に結像する光学系１において、第１の入射瞳Ｐ１近傍に配置され、中心軸２に対して平行に移動することにより、中心軸２を含む断面内で撮影方向又は投影方向を可変とする画角可変手段としての画角可変素子Ａを有する。【選択図】図３
2011017824.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前群と後群からなる光学系であって、
前記中心軸を含む断面内では第１入射瞳が前記中心軸から離れて位置し、
前記中心軸に直交した平面に投影した時には第２入射瞳が前記中心軸上に位置し、
遠方から入射する光束は、前記前群及び前記後群を順に経て、前記像面の前記中心軸から外れた位置に円環状に結像する光学系において、
前記第１の入射瞳近傍に配置され、前記中心軸に対して平行に移動することにより、前記中心軸を含む断面内で撮影方向又は投影方向を可変とする画角可変手段を有することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記画角可変手段は、
前記中心軸に対して回転対称な円環状の形状をした光学素子であり、
前記中心軸を含む断面では所定のパワーを有し、
前記中心軸と直交する断面ではパワーを有さない
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記中心軸の周りで回転対称な少なくとも２面の反射面を持つ前群と、
前記中心軸の周りで回転対称な正パワーを有する後群と、
を備えており、
前記前群は、
結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、
遠方からの光束が入射する前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳と前記中心軸を挟んで反対側に配置されている第１反射面と、
前記第１反射面と前記中心軸に対して同じ側に配置される第２反射面と、
を含み、
前記第１反射面の中心光線と交差する位置は、前記第２反射面の中心光線と交差する位置より前記中心軸方向で前記後群側に位置しており、
前記中心軸方向で前記第１反射面の外周と前記第２反射面の外周の間に前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳が配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記中心軸の周りで回転対称な少なくとも２面の反射面を持つ前群と、
前記中心軸の周りで回転対称な正パワーを有する後群と、
を備えており、
前記前群は、
結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、
遠方からの光束が入射する前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳と前記中心軸を挟んで反対側に配置されている第１反射面と、
前記第１反射面と前記中心軸を挟んで反対側に配置される第２反射面と、
を含み、
前記第１反射面の中心光線と交差する位置は、前記第２反射面の中心光線と交差する位置より前記中心軸方向で前記後群側に位置しており、
前記中心軸方向で前記第１反射面の外周と前記第２反射面の外周の間に前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳が配置されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学系。
【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、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の光軸方向の画角を可変にした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）の画像を得る画角可変の光学系としては、特許文献１、２に開示されたような光学系が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０１４８０号公報
【特許文献２】特開平１０−５４９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、本発明者による先行技術であるが、全周の一部の方向を拡大して他の方向は縮小したり、任意の部分の上下方向の画角を変化させるものであり、全周の画角をすべての方向で任意の画角に可変するものではない。
【０００５】
また、特許文献２に記載された技術は、複数枚の反射面からなる全周光学系で、任意の反射面を移動又は変形することにより画角を変化させるものであるが、大きな反射面を移動する必要があり、構造が複雑で画角可変機構が複雑であった。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型の光学素子を移動することにより連続的に画角を変化させることが可能な全方位撮像光学系又は投影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前群と後群からなる光学系であって、前記中心軸を含む断面内では第１入射瞳が前記中心軸から離れて位置し、前記中心軸に直交した平面に投影した時には第２入射瞳が前記中心軸上に位置し、遠方から入射する光束は、前記前群及び前記後群を順に経て、前記像面の前記中心軸から外れた位置に円環状に結像する光学系において、前記第１の入射瞳近傍に配置され、前記中心軸に対して平行に移動することにより、前記中心軸を含む断面内で撮影方向又は投影方向を可変とする画角可変手段を有することを特徴とする。
【０００８】
また、前記画角可変手段は、前記中心軸に対して回転対称な円環状の形状をした光学素子であり、前記中心軸を含む断面では所定のパワーを有し、前記中心軸と直交する断面ではパワーを有さないことを特徴とする。
【０００９】
また、前記中心軸の周りで回転対称な少なくとも２面の反射面を持つ前群と、前記中心軸の周りで回転対称な正パワーを有する後群と、を備えており、前記前群は、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、遠方からの光束が入射する前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳と前記中心軸を挟んで反対側に配置されている第１反射面と、前記第１反射面と前記中心軸に対して同じ側に配置される第２反射面と、を含み、前記第１反射面の中心光線と交差する位置は、前記第２反射面の中心光線と交差する位置より前記中心軸方向で前記後群側に位置しており、前記中心軸方向で前記第１反射面の外周と前記第２反射面の外周の間に前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記中心軸の周りで回転対称な少なくとも２面の反射面を持つ前群と、前記中心軸の周りで回転対称な正パワーを有する後群と、を備えており、前記前群は、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、遠方からの光束が入射する前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳と前記中心軸を挟んで反対側に配置されている第１反射面と、前記第１反射面と前記中心軸を挟んで反対側に配置される第２反射面と、を含み、前記第１反射面の中心光線と交差する位置は、前記第２反射面の中心光線と交差する位置より前記中心軸方向で前記後群側に位置しており、前記中心軸方向で前記第１反射面の外周と前記第２反射面の外周の間に前記中心軸を含む断面内での前記第１入射瞳が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上の本発明の光学系においては、小型の光学素子を移動することにより連続的に画角を変化させることが可能な全方位撮像光学系又は投影光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光学系の座標系を説明するための図である。
【図２】拡張回転自由曲面の原理を示す図である。
【図３】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４】本発明の実施例１の光学系の平面図である。
【図５】本発明の実施例１の光学系の画角可変手段の移動の様子を示した図である。
【図６】実施例１の光学系の第１状態の横収差図を示す図である。
【図７】実施例１の光学系の第２状態の横収差図を示す図である。
【図８】実施例１の光学系の第３状態の横収差図を示す図である。
【図９】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１０】本発明の実施例２の光学系の平面図である。
【図１１】本発明の実施例２の光学系の画角可変手段の移動の様子を示した図である。
【図１２】実施例２の光学系の第１状態の横収差図を示す図である。
【図１３】実施例２の光学系の第２状態の横収差図を示す図である。
【図１４】実施例２の光学系の第３状態の横収差図を示す図である。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施例に基づいて本発明にかかる光学系について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の光学系である。
【００１５】
本実施形態では、３６０°全方位の画角を有する画像を像面５に結像させるか、像面５に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する前群Ｇｆと後群Ｇｂからなる光学系１であって、中心軸２を含む断面内では第１入射瞳Ｐ１が中心軸２から離れて位置し、中心軸２に直交した平面に投影した時には第２入射瞳Ｐ２が中心軸２上に位置し、遠方から入射する光束は、前群Ｇｆ及び後群Ｇｂを順に経て、像面５の中心軸２から外れた位置に円環状に結像する光学系１において、第１の入射瞳Ｐ１近傍に配置され、中心軸２に対して平行に移動することにより、中心軸２を含む断面内で撮影方向又は投影方向を可変とする画角可変手段としての画角可変素子Ａを有する。
【００１６】
本実施形態では、画角可変素子Ａを第１の入射瞳Ｐ１近傍に配置するので、画角可変素子Ａの光軸方向の大きさを小さくすることが可能となり、画角可変素子Ａを小型に構成することが可能となる、また、画角可変素子Ａを中心軸２に対して平行に移動させるので、画角可変素子Ａを移動させる図示しない移動機構を簡素化することが可能となる。
【００１７】
また、画角可変素子Ａは、中心軸２に対して回転対称な円環状の形状をした光学素子であるので、全周の映像を一度に均一に変換することが可能となる。
【００１８】
また、画角可変素子Ａは、中心軸２を含む断面では所定のパワーを有するので、前群Ｇｆに入射する光束を変化させることが可能となる。特に、負のパワーを有することが好ましい。負のパワーを有することにより、前群Ｇｆに入射する光束を絞ることが可能となり、中心軸２を含む断面での広画角化が可能となる。
【００１９】
また、画角可変素子Ａは、中心軸２に対して回転対称なので、中心軸２と直交する断面ではパワーを有さない。
【００２０】
また、中心軸２の周りで回転対称な少なくとも２面の反射面を持つ前群Ｇｆと、中心軸２の周りで回転対称な正パワーを有する後群Ｇｂと、を備えており、前群Ｇｆは、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、遠方からの光束が入射する中心軸２を含む断面内での第１入射瞳Ｐ１と中心軸２を挟んで反対側に配置されている第１反射面２２と、第１反射面２２と中心軸２に対して同じ側に配置される第２反射面２３と、を含み、第１反射面２１の中心光線と交差する位置は、第２反射面２３の中心光線と交差する位置より中心軸２方向で後群Ｇｂ側に位置しており、中心軸２方向で第１反射面２２の外周と第２反射面２３の外周の間に中心軸２を含む断面内での第１入射瞳Ｐ１が配置されているので、画角変換素子Ａが前群Ｇｆから大きく突出することのない構造とすることが可能となる。
【００２１】
また、中心軸２の周りで回転対称な少なくとも２面の反射面を持つ前群Ｇｆと、中心軸２の周りで回転対称な正パワーを有する後群Ｇｂと、を備えており、前群Ｇｆは、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、遠方からの光束が入射する中心軸２を含む断面内での第１入射瞳Ｐ１と中心軸２を挟んで反対側に配置されている第１反射面２２と、第１反射面２２と中心軸２を挟んで反対側に配置される第２反射面２３と、を含み、第１反射面２２の中心光線と交差する位置は、第２反射面２３の中心光線と交差する位置より中心軸２方向で後群Ｇｂ側に位置しており、中心軸２方向で第１反射面２２の外周と第２反射面２３の外周の間に中心軸２を含む断面内での第１入射瞳Ｐ１が配置されているので、画角変換素子Ａが前群Ｇｆから大きく突出することのない構造とすることが可能となる。
【００２２】
以下に、本発明にかかる光学系の実施例１及び実施例２を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。
【００２３】
座標系は、図１に示すように、図示しない物体面から光学系１に入射する主光線を延長した線と中心軸２が交差する点を光学系の原点Ｏとし、中心軸２の方向をＹ軸方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の像面５と反対の方向を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。
【００２４】
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１の原点Ｏ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１の原点Ｏ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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、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、基準面からの偏心量で表わす。なお、画角変換素子Ａは中心軸方向に移動可能なので、＊で示された画角変換素子Ａに関するＹ軸方向の偏心は、第１状態から第３状態までそれぞれ別に示す。
【００２７】
なお、非球面ＡＳＳは、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］
＋ａＹ4 ＋ｂＹ6 ＋ｃＹ8 ＋ｄＹ10＋・・・
・・・（ａ）
ただし、Ｚを軸とし、Ｙを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。
【００２８】
また、拡張回転自由曲面ＥＲＦＳは、以下の定義で与えられる回転対称面である。
【００２９】
図２に示すように、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。
【００３０】
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。
【００３１】
その曲線Ｆ（Ｙ）をＹ正方向に距離Ｒ（負のときはＹ負方向）だけ平行移動し、その後にＺ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。
【００３２】
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−Ｙ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。
【００３３】
この定義からＺ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。
【００３４】
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。
【００３５】
なお、Ｚ軸を中心軸に持つ円錐面は拡張回転自由曲面の１つとして与えられ、ＲＹ＝∞，Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 ，Ｃ5 ，…＝０とし、θ＝（円錐面の傾き角）、Ｒ＝（Ｘ−Ｚ面内での底面の半径）として与えられる。
【００３６】
実施例１の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図３、光学系１の平面図を図４、光学系１の画角変換素子Ａを移動させた図を図５に示す。また、この実施例の画角変換素子Ａを移動させた状態ごとの光学系全体の横収差図を図６〜図８に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、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。
【００３７】
光学系１は、前群Ｇｆと、後群Ｇｂと、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓとからなる。
【００３８】
前群Ｇｆは、第１の入射瞳Ｐ１近傍に配置され、中心軸２に対して回転対称な円環状の形状をした画角変換素子Ａと、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群透明媒体Ｌと、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなる前群第１レンズ成分Ｌｆ１と、両凸正レンズからなる前群第２レンズ成分Ｌｆ２と、を有する。
【００３９】
画角変換素子Ａは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等からなり、遠方の物体面からの光束が入射する拡張回転自由曲面からなる前群第１透過面１１と、前群第１透過面１１より中心軸２側に配置されていて、前群第１透過面１１から入射した光束が入射し前群透明媒体Ｌに向かって射出する拡張回転自由曲面からなる前群第１透過面１２と、を有する。
【００４０】
前群透明媒体Ｌは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等からなり、画角変換素子Ａからの光束が入射する拡張回転自由曲面からなる前群第３透過面２１と、前群第３透過面２１と中心軸２を挟んで反対側で前群第３透過面２１より像面５側に配置されていて、前群第３透過面２１から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第１反射面２２と、前群第１反射面２２と中心軸２に対して同じ側で前群第１反射面２２より像面５と反対側に配置され、前群第１反射面２２で反射された光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第２反射面２３と、後群Ｇｂに面していて、前群第２反射面２３で反射された光束が入射し非球面からなる前群第４透過面２４と、を有する。
【００４１】
後群Ｇｂは、両凸正レンズからなる後群第１レンズ成分Ｌｂ１と、物体側に凹面を向けた平凹レンズと像側に凸面を向けた平凸レンズの接合レンズからなる後群第２レンズ成分Ｌｂ２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズからなる後群第３レンズ成分Ｌｂ３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる後群第４レンズ成分Ｌｂ４と、を有する。
【００４２】
また、後群Ｇｂと像面５との間には、フィルタＦとプリズムＰが配置されている。
【００４３】
光学系１において、物体面から入射する光束は、画角変換素子Ａの前群第１透過面１１から入射し、前群第２透過面１２から出射する。画角変換素子Ａを出車した光束は、前群透明媒体Ｌの前群第２透過面２１を経て、中心軸２を横切って前群第３透過面２１と反対側の前群第１反射面２２で後群Ｇｂから離れるように反射されて、前群第１反射面２２と中心軸２に対して同じ側で後群Ｇｂからより離れた側に位置している前群第２反射面２３で後群Ｇｂ方向へ再度反射され、射出面の前群第４透過面２４を経て前群透明媒体Ｌから外に出る。前群透明媒体Ｌを出射した光束は、前群第１レンズ成分Ｌｆ１から前群第２レンズ成分Ｌｆ２を経て、前群Ｇｆから出射する。
【００４４】
その後、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓとを経て、後群第１レンズ成分Ｌｂ１から後群第４レンズ成分Ｌｂ４及びフィルタＦとプリズムＰを経て、像面５の中心軸２から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
【００４５】
なお、図３に示すように、中心軸２を含む断面内では第１入射瞳Ｐ１が中心軸２から離れて位置し、図４に示すように、中心軸２に直交した平面に投影した時には中心軸２上に第２入射瞳Ｐ２が位置する。
【００４６】
図５は、実施例１の光学系の画角可変素子Ａの移動の様子を示した図である。図５（ａ）は、画角可変素子Ａが像面から離れた位置にある第１の状態、図５（ｂ）は、画角可変素子Ａが中間位置にある第２の状態、図５（ｃ）は、画角可変素子Ａが像面に近い位置にある第３の状態である。図５（ｂ）及び図５（ｃ）の画角可変素子Ａに隣接して記載された矢印は、図５（ａ）に示した第１の状態から移動した方向を示している。
【００４７】
この実施例１の仕様は、
水平画角          360°
垂直画角           50°（上40°、下10°、中心15°）
中心画角         第１状態        第２状態        第３状態
10.0            15.00           20.00
第１入射瞳径        1.08mm
像の大きさ        φ1.10mm〜φ4.98mm
である。
【００４８】
実施例２の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図９、光学系１の平面図を図１０、光学系１の画角変換素子Ａを移動させた図を図１１に示す。また、この実施例の画角変換素子Ａを移動させた状態ごとの光学系全体の横収差図を図１２〜図１４に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、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。
【００４９】
光学系１は、前群Ｇｆと、後群Ｇｂと、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓとからなる。
【００５０】
前群Ｇｆは、第１の入射瞳Ｐ１近傍に配置され、中心軸２に対して回転対称な円環状の形状をした画角変換素子Ａと、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群透明媒体Ｌと、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなる前群第１レンズ成分Ｌｆ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる前群第２レンズ成分Ｌｆ２と、を有する。
【００５１】
画角変換素子Ａは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等からなり、遠方の物体面からの光束が入射する拡張回転自由曲面からなる前群第１透過面１１と、前群第１透過面１１より中心軸２側に配置されていて、前群第１透過面１１から入射した光束が入射し前群透明媒体Ｌに向かって射出する拡張回転自由曲面からなる前群第１透過面１２と、を有する。
【００５２】
前群透明媒体Ｌは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等からなり、画角変換素子Ａからの光束が入射する拡張回転自由曲面からなる前群第３透過面２１と、前群第３透過面２１と中心軸２を挟んで反対側で前群第３透過面２１より像面５側に配置されていて、前群第３透過面２１から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第１反射面２２と、前群第１反射面２２と中心軸２に対して同じ側で前群第１反射面２２より像面５と反対側に配置され、前群第１反射面２２で反射された光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第２反射面２３と、後群Ｇｂに面していて、前群第２反射面２３で反射された光束が入射し非球面からなる前群第４透過面２４と、を有する。
【００５３】
後群Ｇｂは、両凸正レンズからなる後群第１レンズ成分Ｌｂ１と、物体側に凹面を向けた平凹レンズと像側に凸面を向けた平凸レンズの接合レンズからなる後群第２レンズ成分Ｌｂ２と、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズからなる後群第３レンズ成分Ｌｂ３と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる後群第４レンズ成分Ｌｂ４と、を有する。
【００５４】
また、後群Ｇｂと像面５との間には、フィルタＦとプリズムＰが配置されている。
【００５５】
光学系１において、物体面から入射する光束は、画角変換素子Ａの前群第１透過面１１から入射し、前群第２透過面１２から出射する。画角変換素子Ａを出車した光束は、前群透明媒体Ｌの前群第２透過面２１を経て、中心軸２を横切って前群第３透過面２１と反対側の前群第１反射面２２で後群Ｇｂから離れるように反射されて、前群第１反射面２２と中心軸２に対して同じ側で後群Ｇｂからより離れた側に位置している前群第２反射面２３で後群Ｇｂ方向へ再度反射され、射出面の前群第４透過面２４を経て前群透明媒体Ｌから外に出る。前群透明媒体Ｌを出射した光束は、前群第１レンズ成分Ｌｆ１から前群第２レンズ成分Ｌｆ２を経て、前群Ｇｆから出射する。
【００５６】
その後、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓとを経て、後群第１レンズ成分Ｌｂ１から後群第４レンズ成分Ｌｂ４及びフィルタＦとプリズムＰを経て、像面５の中心軸２から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
【００５７】
なお、図９に示すように、中心軸２を含む断面内では第１入射瞳Ｐ１が中心軸２から離れて位置し、図１０に示すように、中心軸２に直交した平面に投影した時には中心軸２上に第２入射瞳Ｐ２が位置する。
【００５８】
図１１は、実施例１の光学系の画角可変素子Ａの移動の様子を示した図である。図１１（ａ）は、画角可変素子Ａが像面から離れた位置にある第１の状態、図１１（ｂ）は、画角可変素子Ａが中間位置にある第２の状態、図１１（ｃ）は、画角可変素子Ａが像面に近い位置にある第３の状態である。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）の画角可変素子Ａに隣接して記載された矢印は、図１１（ａ）に示した第１の状態から移動した方向を示している。
【００５９】
この実施例２の仕様は、
水平画角          360°
垂直画角           50°（上40°、下10°、中心15°）
中心画角         第１状態        第２状態        第３状態
0.00           15.00           30.00
第１入射瞳径        0.59mm
像の大きさ        φ1.10mm〜φ4.98mm
である。
【００６０】
以下に、上記実施例１及び実施例２の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の “ＲＥ”は反射面、“ＥＲＦＳ”は拡張回転自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面を示す。
【００６１】
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        ∞（第１入射瞳）        0.00  偏心(1) 
2        ∞（第２入射瞳）        0.00  偏心(2) 
3    ＥＲＦＳ[1]                 0.00  偏心(3)   1.5163    64.1
4    ＥＲＦＳ[2]                 0.00  偏心(4) 
5    ＥＲＦＳ[3]                 0.00  偏心(5)   1.5163    64.1
6    ＥＲＦＳ[4]（ＲＥ）         0.00  偏心(6)   1.5163    64.1
7    ＥＲＦＳ[5]（ＲＥ）         0.00  偏心(7)   1.5163    64.1
8    ＡＳＳ[1]                   6.00  偏心(8) 
9       -4.36                    1.00            1.6204    60.3
10        7.02                    3.50            1.5673    42.8
11       -8.73                    0.15
12       52.18                    2.50            1.5891    61.1
13      -13.62                    4.41
14        ∞（絞り）              1.06
15      104.53                    2.00            1.4875    70.2
16      -17.15                    0.80
17       -7.58                    1.50            1.6510    56.1
18        ∞                      2.50            1.5673    42.8
19       -8.45                    0.15
20       33.57                    1.00            1.8467    23.8
21        9.41                    3.00            1.4875    70.2
22      -16.29                    0.15
23       15.48                    3.00            1.5163    64.1
24      127.92                    0.50
25        ∞                      3.50            1.5163    64.1
26        ∞                      5.00
27        ∞                     12.80            1.7015    41.2
28        ∞                      0.20
像  面      ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ -16.13
θ   -15.00
Ｒ   -18.00
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ   2.60
θ   -15.00
Ｒ   -17.00
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ   3.55
θ   -26.03
Ｒ   -14.14
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ -37.22
θ   -37.31
Ｒ    15.52
Ｃ3    8.7159E-004    Ｃ4   -4.4882E-005
ＥＲＦＳ[5]
ＲＹ  12.88
θ   -77.98
Ｒ     5.21
Ｃ3   -3.8207E-002    Ｃ4   -3.5876E-004
ＡＳＳ[1]
曲率半径      4.14
k  -1.5017E+000
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    3.62  Ｚ  -14.14
α  -15.00  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    *     Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
第１状態  第２状態  第３状態
Ｙ    5.12      4.82      4.44
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    *     Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
第１状態  第２状態  第３状態
Ｙ    5.12      4.82      4.44
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    3.62  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -7.60  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.53  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[8] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -10.49  Ｚ    0.00
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00
【００６２】
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        ∞（第１入射瞳）        0.00  偏心(1) 
2        ∞（第２入射瞳）        0.00  偏心(2) 
3    ＥＲＦＳ[1]                 0.00  偏心(3)   1.8830    40.7
4    ＥＲＦＳ[2]                 0.00  偏心(4) 
5    ＥＲＦＳ[3]                 0.00  偏心(5)   1.5163    64.1
6    ＥＲＦＳ[4]（ＲＥ）         0.00  偏心(6)   1.5163    64.1
7    ＥＲＦＳ[5]（ＲＥ）         0.00  偏心(7)   1.5163    64.1
8    ＡＳＳ[1]                   6.00  偏心(8) 
9       -4.69                    1.00            1.6204    60.3
10        7.85                    3.50            1.5673    42.8
11       -6.83                    0.15
12      -59.59                    2.50            1.5891    61.1
13      -10.90                    1.53
14      ∞（絞り）                2.77
15       88.91                    2.00            1.4875    70.2
16      -17.04                    0.80
17       -9.87                    1.50            1.6510    56.1
18        ∞                      2.50            1.5673    42.8
19      -14.06                    0.15
20      -47.30                    1.00            1.8467    23.8
21       17.99                    3.00            1.4875    70.2
22      -12.66                    0.15
23       10.08                    3.00            1.5163    64.1
24      108.99                    0.50
25        ∞                      3.55            1.5163    64.1
26        ∞                      5.00
27        ∞                     12.80            1.7015    41.2
28        ∞                      0.20
像  面      ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ-104.50
θ   -11.17
Ｒ   -24.00
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 242.14
θ   -11.17
Ｒ   -23.00
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ  -6.19
θ   -28.68
Ｒ   -17.46
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ -32.13
θ   -38.18
Ｒ    14.85
Ｃ3   -2.3844E-004    Ｃ4   -5.2338E-005
ＥＲＦＳ[5]
ＲＹ  15.68
θ   -79.02
Ｒ     5.24
Ｃ3   -4.6484E-002    Ｃ4    4.8067E-005
ＡＳＳ[1]
曲率半径      4.02
k  -1.2858E+000
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    4.71  Ｚ  -17.46
α  -15.00  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    *     Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
第１状態    第２状態    第３状態
Ｙ   27.78        6.43      -14.11
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    *     Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
第１状態    第２状態    第３状態
Ｙ   27.78        6.43      -14.11
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ    4.71  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -6.80  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ    7.37  Ｚ    0.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[8] 
Ｘ    0.00  Ｙ  -11.84  Ｚ    0.00
α  -90.00  β    0.00  γ    0.00
【００６３】
このように、実施例１及び実施例２では、画角可変素子Ａを第１の入射瞳Ｐ１近傍に配置するので、画角可変素子Ａの光軸方向の大きさを小さくすることが可能となり、画角可変素子Ａを小型に構成することが可能となる、また、画角可変素子Ａを中心軸２に対して平行に移動させるので、画角可変素子Ａを移動させる図示しない移動機構を簡素化することが可能となる。
【００６４】
また、画角可変素子Ａは、中心軸２に対して回転対称な円環状の形状をした光学素子であるので、全周の映像を一度に均一に変換することが可能となる。
【００６５】
また、画角可変素子Ａは、中心軸２を含む断面では負のパワーを有するので、前群Ｇｆに入射する光束を絞ることが可能となり、中心軸２を含む断面での広画角化が可能となる。
【００６６】
なお、図１５は、実施例３を示す図である。実施例３の前群透明媒体Ｌは、図１５に示すように、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等からなり、画角変換素子Ａからの光束が入射する拡張回転自由曲面からなる前群第３透過面２１と、前群第３透過面２１と中心軸２を挟んで反対側で前群第３透過面２１より像面５側に配置されていて、前群第３透過面２１から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第１反射面２２と、前群第１反射面２２と中心軸２を挟んで反対側で前群第１反射面２２より像面５と反対側に配置され、前群第１反射面２２で反射された光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第２反射面２３と、後群Ｇｂに面していて、前群第２反射面２３で反射された光束が入射し非球面からなる前群第４透過面２４と、を有する構造としてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…光学系
２…中心軸
５…像面
Ａ…画角可変素子（画角可変手段）
Ｇｆ…前群
Ｇｂ…後群
Ｌ…透明媒体
Ｐ１…第１入射瞳
Ｐ２…第２入射瞳
Ｓ…開口
【図１】
2011017824.tif 000003
【図２】
2011017824.tif 000004
【図３】
2011017824.tif 000005
【図４】
2011017824.tif 000006
【図５】
2011017824.tif 000007
【図６】
2011017824.tif 000008
【図７】
2011017824.tif 000009
【図８】
2011017824.tif 000010
【図９】
2011017824.tif 000011
【図１０】
2011017824.tif 000012
【図１１】
2011017824.tif 000013
【図１２】
2011017824.tif 000014
【図１３】
2011017824.tif 000015
【図１４】
2011017824.tif 000016
【図１５】
2011017824.tif 000017