(57)【要約】【課題】  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、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面２１、凸形状の反射面である第２面２２、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第３面２３、及び屈折面である第４面２４を含む反射屈折素子２と、凹形状の反射面３１を含む反射部材３とを有し、拡大側からの光は、第１面２１、第２面２２、第３面２３、反射部材の反射面３１、第３面２３、第４面２４、を順に介して縮小側へ向かい、第２面２２及び第４面２４の曲率半径は互いに異なる。【選択図】  図１
2019028127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面、凸形状の反射面である第２面、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第３面、及び屈折面である第４面を含む反射屈折素子と、
凹形状の反射面を含む反射部材とを有し、
拡大側からの光は、前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記反射部材の反射面、前記第３面、前記第４面、を順に介して縮小側へ向かい、
前記第２面及び前記第４面の曲率半径は互いに異なることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記第２面は前記光の一部を遮光する遮光部を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記反射部材の反射面の曲率半径をＲｍ、前記第２面と前記反射部材の反射面との間隔をＬｍとするとき、
１．３≦Ｒｍ／｜Ｌｍ｜≦４．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記反射屈折素子のｄ線に対する屈折率をＮｐ、前記第３面と前記反射部材の反射面との間の媒質のｄ線に対する屈折率をＮｍとするとき、
０．４０≦Ｎｐ−Ｎｍ≦１．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第３面の曲率半径をＲ３、前記反射部材の反射面の曲率半径をＲｍとするとき、
０．８０≦Ｒ３／Ｒｍ≦２．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記光学系の全長をＬａ、全系の焦点距離をｆとするとき、
Ｌａ／ｆ≦３．２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光学系。
【請求項７】
前記第１面よりも拡大側に配置された負のパワーの第１光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記第１光学素子のｄ線に対する屈折率をＮ６、前記反射屈折素子のｄ線に対する屈折率をＮｐとするとき、
Ｎ６＜Ｎｐ
なる条件式を満足す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光学素子の縮小側の光学面の曲率半径をＲ６、該光学面と前記第２面との間隔をｄ６とするとき、
０．７０≦Ｒ６／ｄ６≦１．５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項７又は８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第４面よりも縮小側に配置された正のパワーの第２光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第２光学素子のｄ線に対する屈折率をＮ７、前記反射屈折素子のｄ線に対する屈折率をＮｐとするとき、
Ｎ７＜Ｎｐ
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記反射屈折素子のアッベ数をνｄｐ、前記第２光学素子のアッベ数をνｄ７とするとき、
νｄｐ＋１０≦νｄ７≦１００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記第４面は、拡大側に向かって凹形状の屈折面であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１４】
前記第１面及び前記第３面の曲率半径は互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１５】
前記第１面、前記第２面、前記第３面、及び前記第４面の夫々の曲率中心は、光軸上に存在することを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１６】
前記反射部材の反射面の曲率中心は、光軸上に存在することを特徴とする請求項１５に記載の光学系。
【請求項１７】
前記第３面と前記反射部材の反射面との間の媒質は空気であることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１８】
光軸に垂直な第１の方向における前記第２面の反射部の直径は、光軸及び前記第１の方向に垂直な第２の方向における前記反射部の直径よりも大きく、前記第１面の有効部は、前記第２の方向において光軸に対して一方の側にのみ配置されていることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の光学系。
【請求項１９】
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１８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２０】
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１９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２１】
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２０に記載の車載カメラシステム。
【請求項２２】
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２１に記載の車載カメラシステム。
【請求項２３】
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２１又は２２に記載の車載カメラシステム。
【請求項２４】
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１８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】
撮像装置や投影装置に用いられる光学系として、反射面及び屈折面を用いることで小型化を図った反射屈折光学系が知られている。特許文献１には、裏面鏡部分及びレンズ部分を含む反射屈折部材と反射面を含む反射部材とを有する反射屈折光学系が開示されている。また、特許文献２には、複数の屈折面及び複数の反射面を含むプリズムから成る反射屈折光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１５４５８号公報
【特許文献２】特開２０００−０６６１０５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では、反射屈折部材の屈折面と反射面とが同一の面（同一の形状）であるため、各光学面の形状を適切に設計することが難しく、高い結像性能が得られていなかった。また、特許文献２では、全ての反射面がプリズムの内部で光を反射させるものであるため、コマ収差の補正が難しく、高い結像性能が得られていなかった。
【０００５】
本発明は、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、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面、凸形状の反射面である第２面、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第３面、及び屈折面である第４面を含む反射屈折素子と、凹形状の反射面を含む反射部材とを有し、拡大側からの光は、前記第１面、前記第２面、前記第３面、前記反射部材の反射面、前記第３面、前記第４面、を順に介して縮小側へ向かい、前記第２面及び前記第４面の曲率半径は互いに異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、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に係る光学系の要部概略図。
【図２】実施例１に係る反射部材の非球面形状を表す図。
【図３】実施例１に係る光学系の縦収差図。
【図４】実施例１に係る光学系の横収差図。
【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に係る光学系の縦収差図。
【図７】実施例２に係る光学系の横収差図。
【図８】本発明の実施例３に係る光学系の要部概略図。
【図９】実施例３に係る反射部材の非球面形状を表す図。
【図１０】実施例３に係る光学系の縦収差図。
【図１１】実施例３に係る光学系の横収差図。
【図１２】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１３】実施形態に係る車両の要部概略図。
【図１４】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。
【図１５】本発明の実施形態に係る測距光学系の要部概略図。
【図１６】実施形態に係る測距光学系の反射部の要部概略図。
【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。本実施形態において、「光学面」とは屈折面や反射面のことを指し、「光軸」とは光学系における各光学面の中心（面頂点）を通る軸を指し、「間隔」とは光軸上での面間隔のことを指すものとする。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る光学系１００の光軸１を含むＹＺ断面（垂直断面）における要部概略図であり、図１（ｂ）は、Ｙ方向（垂直方向）における＋Ｙ側から見たときの光学系１００の要部概略図である。ただし、図１（ｂ）では、Ｙ方向における中心像高に向かう光束を示している。また、図１では、左側（−Ｚ側）が拡大側であり、右側（＋Ｚ側）が縮小側である。本実施形態に係る光学系１００は、不図示の物体（被写体）からの光束を集光して物体の像を形成するための結像光学系であり、撮像装置や投影装置に適用可能なものである。
【００１１】
光学系１００が撮像光学系として撮像装置に適用される場合は、光学系１００の縮小面が像面となり、その位置にＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子の撮像面（受光面）が配置される。また、光学系１００が投影光学系として投影装置に適用される場合は、縮小面が物体面となり、そ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。すなわち、撮像光学系と投影光学系とでは、物体側と像側とが反転し、光路が逆向きになる。なお、以下の説明では、光学系１００が撮像装置に適用される場合を想定している。
【００１２】
本実施形態に係る光学系１００は、反射屈折素子としてのプリズム２と反射部材としてのミラー３とを有する反射屈折光学系である。プリズム２は、拡大側（物体側）から縮小側（像側）へ順に、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第１面２１、凸形状の反射面である第２面２２、拡大側に向かって凸形状の屈折面である第３面２３、及び屈折面である第４面２４を含む。また、ミラー３は、凹形状の反射面３１を含む。
【００１３】
拡大側からの光は、第１面２１、第２面２２、第３面２３、反射面３１、第３面２３、第４面２４、を順に介して縮小側へ向かい、撮像素子５の撮像面に入射する。このように、光学系１００は、第２面２２及び反射面３１の２つの反射面によって光路を折り畳むことにより小型化を実現している。そして、本実施形態に係る第２面２２及び第４面２４は、互いに異なる曲率半径を有している。このように、プリズム２の反射面及び屈折面の形状を互いに異ならせることにより、光学系１００を小型化しつつ諸収差を良好に補正することが可能になる。
【００１４】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る光学系１００について説明する。なお、本実施例に係る光学系１００は、上述した実施形態に係る光学系１００と同様の構成を採っているため、重複する説明を省略する。
【００１５】
本実施例に係る光学系１００は、プリズム２とミラー３とで構成される。プリズム２は、第１面２１、第２面２２、第３面２３、及び第４面２４の４つの光学面を含む反射屈折素子である。なお、本実施例に係る第２面２２は、結像に寄与する有効光を反射する反射部と、それ以外の光を遮光する遮光部とで構成されており、開口絞りの役割を果たしている。反射部は例えば反射膜（蒸着膜）により構成され、遮光部は例えば吸光部材により構成される。また、本実施例に係る第４面２４は、拡大側に向かって凹形状の屈折面である。
【００１６】
不図示の物体からの光束は、第１面２１からプリズム２の内部へ入射し、第２面２２の反射部で反射される。このとき、光の一部は第２面２２の遮光部により遮光される。第２面２２の反射部で反射された光は、第３面２３を透過して一旦プリズム２の外部へ出射し、ミラー３の反射面３１で反射される。そして、光は第３面２３から再びプリズム２の内部へ入射し、第４面２４から出射してカバーガラス４を透過し、平面形状の像面を形成する。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、Ｘ方向（水平方向）において光学系１００は光軸１に対して対称な形状であり、拡大側からの光は光軸１に対して両側からプリズム２に入射する。すなわち、Ｙ方向の各位置でのＺＸ断面（水平断面）において、光学系１００は光軸１に対して対称な形状である。一方、図１（ａ）に示す垂直断面においては、光学系１００は光軸１に対して非対称な形状であり、拡大側からの光は光軸１に対して下側（−Ｙ側）のみからプリズム２に入射し、光軸１に対して上側（＋Ｙ側）に像面が形成される。このように、光学系１００は、垂直断面において光が光軸１に対して一方の側のみからプリズム２に入射する構成、すなわち光が各光学面に斜入射する構成を採っている。
【００１８】
具体的に、垂直断面では、第１面２１の有効部（結像に寄与する部分）は光軸１に対して下側にのみ配置されており、第３面２３、第４面２４、及び反射面３１の有効面は光軸１に対して上側にのみ配置されている。また、第２面２２の反射部は、光軸１を挟んで上下に略対称となるように配置されている。すなわち、垂直断面においては、入射面である第１面２１から開口絞りまでが光軸１より下側に配置され、開口絞りから出射面である第４面２４までが光軸１より上側に配置されている。
【００１９】
このとき、撮像装置では、撮像面を光軸１に対してＹ方向に偏心させ、撮像面が光軸１に対して撮像面とは反対側から光学系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。また、投影装置では、表示面を光軸１に対してＹ方向に偏心させ、表示面からの光束が光軸１に対して表示面とは反対側から光学系１００の外部に出射するように構成することができる。これにより、光路を折り畳んで小型化を図りつつ、撮像素子や表示素子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。
【００２０】
本実施例に係る光学系１００の光軸１を含む水平断面での画角（水平画角）は５０°である。光軸１を基準（０°）として＋Ｘ側を正、−Ｘ側を負とするとき、水平画角内の角度θｘの範囲は−２５°≦θｘ≦＋２５°である。また、光学系１００の光軸１を含む垂直断面での画角（垂直画角）は３６°である。第１面２１に入射する光線のうち中心像高に到達するものを基準（０°）として＋Ｙ側を正、−Ｙ側を負とするとき、垂直画角内の角度θｙの範囲は−１８°≦θｙ≦＋１８°である。
【００２１】
本実施例に係る光学系１００では、水平画角が光軸１の両側に対称に設定されているのに対して、垂直画角は光軸１に対して−Ｙ側にのみ設定されている。そして、光学系１００では、光軸を含む水平断面（第１断面）での画角よりも、光軸を含み水平断面に垂直な垂直断面（第２断面）での画角の方が小さくなっている。
【００２２】
なお、本実施例に係る光学系１００は、全ての光学面の曲率中心が光軸１の上に存在する共軸系である。また、本実施例に係る光学系１００は、全ての光学面が光軸１に対して回転対称な形状である回転対称系となっている。ただし、図１（ａ）に示すように、各光学面は有効光が入射しない不要な部分がカットされた形状となっているが、そのベース面は回転対称な形状であり、ベース面の面頂点は光軸１の上に配置される。このように、光学系１００を共軸系かつ回転対称系とすることで、水平断面及び垂直断面の夫々で諸収差を良好に補正することができる。
【００２３】
表１に、本実施例に係る光学系１００の諸元値を示す。表１における面間隔ｄの値は、光路に沿って縮小側に向かうときに正、拡大側に向かうときに負としている。屈折率Ｎｄ及びアッベ数νｄの夫々は、ｄ線に対する屈折率及びアッベ数を示している。また、光学系１００の全長Ｌａは、光軸方向（Ｚ方向）において像面から最も離れた光学面と像面との間隔を指している。すなわち、本実施例においては、反射面３１と像面との間隔が光学系１００の全長である。なお、「Ｅ±Ｎ」は「×１０±Ｎ」を意味する。
【００２４】
【表１】
2019028127.tif 000003
【００２５】
本実施例において、非球面形状の各光学面は、光軸１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。
【００２６】
【数１】
2019028127.tif 000004
【００２７】
ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸１上における曲率（１／ｍｍ）、ｋは円錐定数（コーニック定数）、ｒは光軸１からの半径方向の距離（ｍｍ）、Ａ〜Ｇの夫々は４次項〜１６次項の非球面係数、である。上記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（非球面量）を示している。なお、本実施例では４次項〜１６次項の非球面係数を用いたが、１８次以上の項の非球面係数を用いてもよい。
【００２８】
本実施例においては、光学面が非球面形状である場合、ベース球面の曲率半径をその光学面の曲率半径としており、その曲率半径が後述する各条件式を満足している。ただし、ベース球面の曲率半径の特定が困難である場合は、非球面の近軸曲率半径を光学面の曲率半径としてもよい。
【００２９】
次に、本実施例に係るミラー３の反射面３１の特徴について説明する。
【００３０】
一般的に、光学系において像面湾曲を補正するためには、正のパワーと負のパワーとの打ち消し合いによって各光学面のペッツバール和を小さくし、ペッツバール像面が平面に近づくように光学設計が行われる。それに対して、本実施例に係る光学系１００では、ミラー３の反射面３１のサグ量を適切に設定することで像面湾曲を補正している。これについて、以下で詳細に説明する。
【００３１】
本実施例に係る光学系１００は、全体として正のパワーを有しているため、像面近傍に結像した際のペッツバール像面は、光軸１から周辺部へ向かうに従って拡大側に変位した湾曲形状となる傾向がある。一方、ミラー３の反射面３１は、凹形状、すなわち光軸１から周辺部へ向かうに従って縮小側に変位した形状であるため、反射面３１と像面との間隔は光軸１から周辺部へ向かうに従って短くなる。
【００３２】
よって、光学系１００が発生させた像面湾曲と、反射面３１のサグ量により生じた像高毎の光路差とを相殺することで、その像面湾曲を良好に補正することができる。さらに、反射面３１を非球面とすることで、反射面３１のサグ量の設計自由度を向上させることができ、像面湾曲をより良好に補正することが可能になる。
【００３３】
図２に、本実施例に係るミラー３の反射面３１の形状を示す。図２において、横軸は光軸に垂直な方向における面頂点からの距離、縦軸は光軸方向におけるサグ量（非球面量）を示しており、実線は反射面３１の形状、破線はベース球面の形状、点線は非球面成分のサグ量を示している。
【００３４】
図２に示すように、反射面３１のベース球面は、面頂点から周辺部へ向うに従ってサグ量が大きくなる形状である。これにより、上述したように像面湾曲を良好に補正することができる。また、ベース球面と同様に、非球面量も面頂点から周辺部へ向うに従って大きくなっている。これにより、ベース球面だけでは補正しきれない像面湾曲を補正することができ、反射面３１による像面湾曲の補正効果を向上させることが可能になる。
【００３５】
なお、光学系において発生した像面湾曲を補正するためには、光軸上と比較して周辺部の方でパワーが小さくなるように非球面を構成することが一般的である。一方、本実施例では、一般的な光学系とは異なり反射面３１のサグ量により像面湾曲を補正しているため、反射面３１の非球面量は光軸１上と比較して周辺部の方でパワーが大きくなるように設定されている。
【００３６】
ここで、ミラー３は、反射面３１の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、第２面２２（開口絞り）と反射面３１との間隔をＬｍ（ｍｍ）とするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
１．３≦Ｒｍ／｜Ｌｍ｜≦４．０・・・（１）
【００３７】
条件式（１）を満足することにより、像面に配置される撮像素子や表示素子と光路との干渉を回避しつつ、像面湾曲を良好に補正することが可能になる。条件式（１）の下限値を下回ると、像面に配置される撮像素子や表示素子が光路と干渉してしまう可能性が高くなる。また、条件式（１）の上限値を上回ると、像面湾曲の補正が不十分になり良好な結像性能を得ることが難しくなる。
【００３８】
更に、以下の条件式（１´）を満足することがより好ましい。本実施例においては、反射面３１の曲率半径の絶対値はＲｍ＝３６．６、第２面２２と反射面３１との間隔の絶対値は｜Ｌｍ｜＝２４．４、であり、Ｒｍ／｜Ｌｍ｜＝１．５０となるため、条件式（１）及び（１´）を満足する。
１．４≦Ｒｍ／｜Ｌｍ｜≦２．５・・・（１´）
【００３９】
次に、本実施例に係るプリズム２の各光学面の特徴について説明する。
【００４０】
上述したように、プリズム２の内部へ入射した光は、第３面２３から一旦プリズム２の外部へ出射してミラー３に向かう。ここで、本実施例では、第３面２３と反射面３１との間の媒質をプリズム２とは異なる材料とすることで、第３面２３とその媒質とに屈折率差を生じさせている。これにより、第３面２３から出射する光の屈折角を、第１面２１に入射する光の屈折角と同等にすることができ、コマ収差や倍率色収差を良好に補正することが可能になる。
【００４１】
具体的に、第１面２１は拡大側に向かって凸形状の屈折面であるため、第１面２１においては、光軸１の近傍を通過する光よりも、光軸１から離れた位置を通過する光の方が大きく屈折する。よって、第１面２１に入射する各光の角度は不均一になり、コマ収差が発生してしまう。一方、第３面２３も拡大側に向かって凸形状の屈折面であるため、第３面２３においても、光軸１の近傍を通過する光よりも、光軸１から離れた位置を通過する光の方が大きく屈折する。
【００４２】
ここで、第１面２１と第３面２３との間の光路には反射面である第２面２２が配置されているため、光束内の各光線の配置（光軸１からの距離の長短）は、第１面２１に入射する時と第３面２３から出射する時とで反対になる。よって、本実施例に係る光学系１００は、拡大側に向かって凸形状の第１面２１及び第３面２３を備えることで、第１面２１で発生したコマ収差や倍率色収差を第３面２３によってキャンセルすることができる。このとき、第１面２１及び第３面２３の曲率半径を互いに異ならせることにより、より良好に各収差を補正することが可能になる。
【００４３】
なお、プリズム２のｄ線に対する屈折率をＮｐ、第３面２３と反射面３１との間の媒質のｄ線に対する屈折率をＮｍとするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
０．４０≦Ｎｐ−Ｎｍ≦１．５・・・（２）
【００４４】
条件式（２）を満足することにより、プリズム２とそれに隣接する媒質との屈折率差を大きくし、第３面２３からプリズム２の外部へ出射する光の屈折角を大きくすることができるため、コマ収差の補正が容易になる。条件式（２）の下限値を下回ると、プリズム２とそれに隣接する媒質との屈折率差が小さくなり過ぎてしまい、コマ収差の補正が難しくなる。また、条件式（２）の上限値を上回ると、プリズム２とそれに隣接する媒質との屈折率差が大きくなり過ぎてしまい、他の収差の補正が難しくなる。
【００４５】
更に、以下の条件式（２´）を満足することがより望ましい。特に、空気の屈折率は１．００と非常に低いため、第３面２３と反射面３１との間の媒質を空気とすることがより好ましい。本実施例においては、第３面２３と反射面３１との間の媒質が空気であり、プリズム２の屈折率はＮｐ＝１．７７、プリズム２と空気との屈折率差はＮｐ−Ｎｍ＝０．７７であるため、条件式（２）及び（２´）を満足する。
０．５０≦Ｎｐ−Ｎｍ≦０．９０・・・（２´）
【００４６】
また、第３面２３を通過する光の屈折角は、水平断面よりも垂直断面の方が大きい。これにより、ミラー３で発生した非点収差を良好に補正することができる。なお、第３面２３の曲率半径をＲ３、反射面３１の曲率半径をＲｍとするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．８０≦Ｒ３／Ｒｍ≦２．０・・・（３）
【００４７】
条件式（３）を満足するように第３面２３と反射面３１のパワーの比を適切に設定することで、反射面３１で発生した非点収差を第３面２３によりキャンセルすることがき、非点収差をより良好に補正することが可能になる。条件式（２）を満たさない場合、第３面２３のパワーが大きくなり過ぎるか小さくなり過ぎてしまい、非点収差の補正が難しくなる。
【００４８】
更に、以下の条件式（３´）を満足することがより望ましい。本実施例において、第３面２３の曲率半径はＲ３＝５５．９ｍｍであり、Ｒ３／Ｒｍ＝１．５３となるため、条件式（３）及び（３´）を満足する。
０．９０≦Ｒ３／Ｒｍ≦１．７・・・（３´）
【００４９】
本実施例に係る第２面２２は、上述したように凸形状の反射面であり、かつ開口絞りの機能を備えている。このように、負のパワーの反射面に開口絞りを設けることにより、像面湾曲や非点収差への影響を抑えつつ、球面収差を良好に補正することができる。また、第２面２２に負のパワーを持たせることによって、反射面３１と像面との間隔を適切に確保することができ、光学系１００と撮像素子５との干渉を回避することが容易になる。さらに、本実施例では、第２面２２を、光軸１から離れるに従ってパワーが小さくなる非球面とすることによって、球面収差をより良好に補正することを可能にしている。
【００５０】
なお、本実施例に係る第２面２２の反射部は楕円形状であり、その長軸は水平断面に平行、短軸は垂直断面に平行となっている。すなわち、第２面２２の反射部の光軸１に垂直な第１の方向（水平方向）の直径は、反射部の光軸１及び第１の方向に垂直な第２の方向（垂直方向）の直径よりも大きくなっている。具体的に、本実施例に係る光学系１００の絞り値（Ｆ値）は、水平方向（Ｘ方向）においてはＦ＝１．５、垂直方向（Ｙ方向）においてはＦ＝３．１である。
【００５１】
このように、本実施例に係る光学系１００の絞り値は、光学系１００の形状が光軸１に対して対称である水平方向よりも、光学系１００の形状が光軸１に対して非対称である垂直方向の方が大きく（暗く）なるように設定されている。これにより、水平方向において明るさと解像度を向上させつつ、垂直方向において光束幅を狭めて光路干渉を回避し易くすることができ、各光学面の配置の自由度を向上させることが可能になる。なお、第２面２２の反射部は楕円形状に限られるものではなく、必要に応じて矩形などにしてもよい。
【００５２】
本実施例に係る第４面２４は、上述したように拡大側に向かって凹形状の屈折面であり、かつ光学系１００において最も縮小側に配置された光学面（最終面）である。このように、光学系１００の最終面を拡大側に向かって凹形状の屈折面とすることで、第３面２３や反射面３１で補正しきれなかった像面湾曲や非点収差を良好に補正することができる。
【００５３】
また、本実施例に係るプリズム２は、上述したように第２面２２及び第４面２４の曲率半径を互いに異ならせることにより、光学面の数が少ない小型な構成であっても諸収差を良好に補正することができる。本実施例において、最終面である第４面２４は、光軸方向において第２面２２よりも縮小側に配置されている。これにより、第４面２４が光軸方向において第２面２２よりも拡大側に配置される場合と比較して、カバーガラス４や撮像素子５の配置自由度を高めることができる。
【００５４】
なお、光学系１００について、全長をＬａ、全系の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。条件式（４）を満足するように、光学系１００の焦点距離で正規化した全長を小さくすることにより、光学系１００の小型化を実現する事ができる。本実施例に係る光学系１００について、全長はＬａ＝３４．５ｍｍ、焦点距離はｆ＝１５．０ｍｍであり、Ｌａ／ｆ＝２．３０となるため、条件式（４）を満足する。
Ｌａ／ｆ≦３．２・・・（４）
【００５５】
表２に、本実施例に係る光学系１００についての各条件式の値を示す。
【００５６】
【表２】
2019028127.tif 000005
【００５７】
図３は、本実施例に係る光学系１００の縦収差図である。図３では、球面収差及び軸上色収差と、水平方向及び垂直方向における像面湾曲及び非点収差とを示している。ただし、図３における破線はＣ線（波長６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、一点鎖線はＦ線（波長４８６．１３ｎｍ）、二点鎖線はｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）、である。図３を見て分かる通り、球面収差は０．００２ｍｍ、軸上色収差（Ｃ線、ｄ線、Ｆ線、及びｇ線内の最大値と最小値の差）は０．０２８ｍｍであり、何れも良好に補正されている。また、水平方向での像面湾曲の最大値（絶対値）は０．００５ｍｍ、垂直方向での像面湾曲の最大値は０．００６ｍｍ、非点収差の最大値は０．０１１ｍｍであり、何れも良好に補正されている。
【００５８】
図４は、本実施例に係る光学系１００の横収差図である。図４では、光学系１００の５つの画角におけるＣ線、ｄ線、Ｆ線、及びｇ線に対する横収差を示している。図４を見て分かる通り、コマ収差や倍率色収差も良好に補正されている。さらに、全画角において開口率（ビネッティング）は１００％であり、第２面２２によるケラレが生じておらず、軸上から軸外にかけて明るい光学系が実現できていることがわかる。
【００５９】
以上、本実施例に係る光学系１００によれば、小型でありながら高い結像性能を有する光学系を実現することができる。
【００６０】
［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。
【００６１】
図５（ａ）は、本実施例に係る光学系２００の光軸１を含む垂直断面における要部概略図であり、図５（ｂ）は、Ｙ方向における＋Ｙ側から見たときの光学系２００の要部概略図である。本実施例に係る光学系２００は、全ての光学面が球面形状であるという点で実施例１に係る光学系１００とは異なる。
【００６２】
表３に、本実施例に係る光学系２００の諸元値を示す。
【００６３】
【表３】
2019028127.tif 000006
【００６４】
表３に示すように、本実施例に係る光学系２００は、実施例１に係る光学系１００よりも焦点距離が短い構成を採っている。一般的に、焦点距離が短くなると諸収差が補正し易くなるため、本実施例に係る光学系２００では全ての光学面を形成が容易な球面形状としている。これにより、プリズム２及びミラー３の製造を容易にし、かつ各光学面の配置誤差による結像性能の変動を抑制することができる。
【００６５】
また、以下の表４に示すように、本実施例に係る光学系２００は上述した各条件式を満足している。
【００６６】
【表４】
2019028127.tif 000007
【００６７】
図６は、本実施例に係る光学系２００の縦収差図である。球面収差は０．０１２ｍｍ、軸上色収差は０．０２５ｍｍ、水平方向での像面湾曲の最大値（絶対値）は０．００１ｍｍ、垂直方向での像面湾曲の最大値は０．０１３ｍｍ、非点収差の最大値は０．０１４ｍｍであり、何れも良好に補正されている。また、図７は、本実施例に係る光学系２００の横収差図である。図７を見て分かる通り、コマ収差や倍率色収差も良好に補正されている。さらに、全画角において開口率は１００％であり、軸上から軸外にかけて明るい光学系が実現できていることがわかる。
【００６８】
［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。
【００６９】
図８（ａ）は、本実施例に係る光学系３００の光軸１を含む垂直断面における要部概略図であり、図８（ｂ）は、Ｙ方向における＋Ｙ側から見たときの光学系３００の要部概略図である。本実施例に係る光学系３００は、プリズム２及びミラー３に加えて他の光学素子を有するという点で実施例１に係る光学系１００とは異なる。具体的に、本実施例に係る光学系３００は、プリズム２の第１面２１よりも拡大側に配置された第１レンズ６（第１光学素子）と、プリズム２の第４面２４よりも縮小側に配置された第２レンズ７（第２光学素子）とを有する。
【００７０】
不図示の物体からの光は、第１レンズ６の第１面６１に入射して第１レンズ６の第２面６２を透過し、プリズム２の第１面２１からプリズム２の内部へ入射する。第１面２１を透過した光は第２面２２の反射部で反射され、第３面２３を透過して一旦プリズム２の外部へ出射し、ミラー３の反射面３１で反射される。そして、光は第３面２３から再びプリズム２の内部へ入射し、第４面２４、第２レンズ７の第１面７１及び第２面７２、及びカバーガラス４を透過して平面形状の像面を形成する。
【００７１】
なお、第１レンズ６及び第２レンズ７はプリズム２と接合されており、第１レンズ６の第２面６２及びプリズム２の第１面２１、プリズム２の第４面２４及び第２レンズ７の第１面７１、の夫々が接合面となっている。このように、プリズム２と第１レンズ６及び第２レンズ７とを一体化することで、光学系３００を小型化し、かつ各光学素子の相対的な位置ずれを抑制することが可能になる。
【００７２】
表５に、本実施例に係る光学系３００の諸元値を示す。
【００７３】
【表５】
2019028127.tif 000008
【００７４】
図９に、本実施例に係るミラー３の反射面３１の形状を示す。図９に示すように、反射面３１のベース球面及び非球面成分は、面頂点から周辺部へ向うに従ってサグ量が大きくなる形状である。これにより、実施例１に係る反射面３１と同様に、像面湾曲を良好に補正することができる。
【００７５】
また、以下の表６に示すように、本実施例に係る光学系３００は上述した各条件式を満足している。
【００７６】
【表６】
2019028127.tif 000009
【００７７】
光学系３００においては、第１レンズ６の第１面６１が実施例１に係るプリズム２の第１面２１の役割を果たしており、この第１面６１に加えて、第１レンズ６の第２面６２との第１面２１との接合面によって球面収差を補正している。また、光学系３００においては、第２レンズの第２面７２が実施例１に係るプリズム２の第４面２４の役割を果たしており、この第２面７２に加えて、プリズム２の第４面２４と第２レンズ７の第１面７１との接合面によって軸上色収差を補正している。
【００７８】
このように、本実施例に係る光学系３００によれば、実施例１に係る光学系１００と比較して、より多くの光学面によって諸収差を補正することができるため、結像性能をさらに向上させることが可能になる。特に、光学系３００の水平方向の絞り値はＦ＝０．７９であり、実施例１に係る光学系１００と比較して非常に明るくなっている。
【００７９】
次に、本実施例に係る第１レンズ６の特徴について説明する。
【００８０】
第１レンズ６は、平面をベースとした非球面である第１面６１と、拡大側に向かって凸形状の球面である第２面６２とを含み、全体で負のパワーを有している。第１レンズ６は、有効光が入射しない不要な部分がカットされた形状となっており、光軸１に対して下側にのみ配置されている。ただし、第１レンズ６の第１面６１及び第２面６２は、他の光学面と同様に光軸１に対して回転対称な形状であり、その曲率中心は光軸１の上に存在している。
【００８１】
光学系３００において最も拡大側の光学面である第１面６１は、第２面６２よりも大きい曲率半径を有しており、プリズム２の第３面２３とコマ収差や倍率色収差をキャンセルし合っている。さらに、第１面６１を非球面とすることで、コマ収差をより良好に補正することができる。プリズム２との接合面である第２面６２は、プリズム２の第１面２１との接合を容易にするために、球面形状となっている。
【００８２】
ここで、第１レンズ６のｄ線に対する屈折率をＮ６とするとき、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
Ｎ６＜Ｎｐ・・・（５）
【００８３】
条件式（５）を満足することにより、接合面に負のパワーを持たせて球面収差を良好に補正することが可能になる。本実施例では、第１レンズ６の屈折率はＮ６＝１．５４、プリズム２の屈折率はＮｐ＝１．６９であり、条件式（５）を満足する。
【００８４】
また、第１レンズの第２面６２の曲率半径をＲ６、第２面６２とプリズム２の第２面２２との間隔をｄ６とするとき、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
０．７０≦Ｒ６／ｄ６≦１．５・・・（６）
【００８５】
条件式（６）を満足することにより、第１レンズ６の第２面６２の曲率中心が、プリズム２の開口絞りである第２面２２の近傍に配置され、第２面６２に対して各画角の光線が垂直に近い角度で入射するように構成することができる。このように、第１レンズ６の第２面６２をコンセントリックな面とすることで、コマ収差や非点収差などに影響を与えること無く、第２面６２によって球面収差を良好に補正することが可能になる。条件式（６）を満たさない場合、第２面６２がコンセントリックな面ではなくなってしまい、コマ収差や非点収差などに影響を与えること無く球面収差を補正することが難しくなる。
【００８６】
更に、以下の条件式（６´）を満足することがより好ましい。本実施例においては、第２面６２の曲率半径はＲ６＝１６．６、第２面６２と第２面２２との間隔はｄ６＝１９．６、であり、Ｒ６／ｄ６＝０．８４７となるため、条件式（６）及び（６´）を満足する。
０．７０≦Ｒ６／ｄ６≦１．５・・・（６´）
【００８７】
次に、本実施例に係る第２レンズ７の特徴について説明する。
【００８８】
第２レンズ７は、拡大側に向かって凸形状の球面である第１面７１と、拡大側に向かって凸形状の球面をベースとした非球面である第２面７２とを含み、全体で正のパワーを有している。プリズム２との接合面である第２面７２は、プリズム２の第４面２４との接合を容易にするために、球面形状となっている。また、第２レンズ７は、有効光が入射しない不要な部分がカットされた形状となっており、光軸１に対して上側にのみ配置されている。ただし、第２レンズ７の第１面７１及び第２面７２は、他の光学面と同様に光軸１に対して回転対称な形状であり、その曲率中心は光軸１の上に存在している。
【００８９】
ここで、第２レンズ７のｄ線に対する屈折率をＮ７とするとき、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
Ｎ７＜Ｎｐ・・・（７）
【００９０】
条件式（７）を満足することにより、接合面に負のパワーを持たせて軸上色収差を良好に補正することが可能になる。本実施例では、第２レンズ７の屈折率はＮ７＝１．４９であるため、条件式（７）を満足する。
【００９１】
また、プリズム２のアッベ数をνｄｐ、第２レンズ７のアッベ数をνｄ７とするとき、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
νｄｐ＋１０≦νｄ７≦１００・・・（８）
【００９２】
条件式（８）を満足することにより、第２レンズ７のアッベ数をプリズム２のアッベ数よりも十分に大きくし、短波長の光よりも長波長の光の方を拡大側に集光させることができるため、軸上色収差を良好に補正することが可能になる。条件式（８）を満足しない場合、第２レンズ７によって軸上色収差を良好に補正することが難しくなる。本実施例において、プリズム２のアッベ数はνｄｐ＝５２．３、第２レンズ７のアッベ数はνｄ７＝７０．２、であるため、条件式（８）を満足する。
【００９３】
図１０は、本実施例に係る光学系３００の縦収差図である。球面収差は−０．００１ｍｍ、軸上色収差は０．００３ｍｍ、水平方向での像面湾曲の最大値は０．００１ｍｍ、垂直方向での像面湾曲の最大値（絶対値）は０．００４ｍｍ、非点収差の最大値は０．００４ｍｍであり、何れも良好に補正されている。また、図１１は、本実施例に係る光学系３００の横収差図である。図１１を見て分かる通り、コマ収差や倍率色収差も良好に補正されている。
【００９４】
［投影装置］
上述した各実施例に係る光学系を投影光学系として投影装置に適用する場合、光学系の縮小面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。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。
【００９５】
［車載カメラシステム］
図１２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１３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１３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。
【００９６】
図１２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１１と、画像処理部１２と、視差算出部１３と、距離算出部１４と、衝突判定部１５と、を備えている。画像処理部１２、視差算出部１３、距離算出部１４、及び衝突判定部１５で、処理部が構成されている。撮像部１１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は、例えば図１に示した撮像素子５に対応する。
【００９７】
図１４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。
【００９８】
まず、ステップＳ１では、撮像部１１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。
【００９９】
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。
【０１００】
ステップＳ３では、撮像部１１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１２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。
【０１０１】
ステップＳ４では、撮像部１１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１３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。
【０１０２】
ステップＳ５では、撮像部１１により撮像した対象物との間隔情報を、距離算出部１４によって算出する。距離情報は、視差算出部１３により算出された視差情報と、撮像部１１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、対象物との間隔、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。
【０１０３】
そして、ステップＳ６では、距離算出部１４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１５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１５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）。
【０１０４】
次に、衝突判定部１５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１５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１５での判定結果に基づいて警報を発する。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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１１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。
【０１０８】
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１１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。
【０１０９】
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１４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１４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１４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。
【０１１０】
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。
【０１１１】
［測距装置］
以下、上述した各実施例に係る光学系を、測距光学系として車載カメラなどの測距装置に適用する場合について詳細に説明する。
【０１１２】
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１に対して片側にのみ設定されている。よって、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１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１に示した実施例１に係る光学系１００を採用する場合、光軸１を水平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１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。
【０１１３】
ただし、各実施例に係る光学系においては、軸上での結像性能が最も高く、それに対して周辺画角での結像性能は低下するため、注目する被写体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）の画角での結像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１を水平方向に対して下側に傾け、光軸１の近傍の画角が下側を向くように配置すればよい。
【０１１４】
図１５（ａ）は、実施例１に係る光学系１００を測距光学系１５０とした場合の、光軸１を含む垂直断面における要部概略図であり、図１５（ｂ）は、Ｙ方向における＋Ｙ側から見たときの測距光学系１５０の要部概略図である。図１５（ａ）に示すように、測距光学系１５０は、光軸１が水平方向に対して上側に傾いて、垂直画角の中心が水平方向に近づくように配置されている。また、図１５（ｂ）に示すように、測距光学系１５０は水平断面において瞳を二分割している。なお、測距光学系１５０の構成は、光軸１を傾けた点及び瞳を二分割した点以外は、実施例１に係る光学系１００と同様である。
【０１１５】
図１６は、Ｚ方向における−Ｚ側から見たときの第２面２２の反射部の要部概略図である。図１６において、実線は測距光学系１５０の第２面２２における反射部を示し、破線は実施例１に係る第２面２２における反射部を示している。図１６に示すように、測距光学系１５０の第２面２２には、光軸１に対してＸ方向に偏心した二つの反射部２０１，２０２が設けられている。この二つの反射部２０１，２０２によれば、測距光学系１５０の瞳を分割することができる。なお、反射部２０１，２０２は、実施例１と同様に反射膜などによって形成される。
【０１１６】
測距光学系１５０を採用する場合、その像面に配置される撮像素子５としては、反射部２０１を通過した光束が形成した被写体の像と、反射部２０２を通過した光束が形成した被写体の像とを区別して光電変換できるものが採用される。このような撮像素子５と、測距光学系１５０と、上述した処理部とによって、車載カメラなどの測距装置を構成することができる。
【０１１７】
被写体が測距光学系１５０の前側焦点面上にあるときは、測距光学系１５０の像面において、分割された二つの光束による像に位置ずれは発生しない。しかし、被写体が測距光学系１５０の前側焦点面以外の位置にあるときは、分割された二つの光束による像に位置ずれが発生する。このとき、各光束が形成する像の位置ずれは被写体の前側焦点面からの変位量に対応しているので、各光束による像の位置ずれ量及び位置ずれの方向を取得することで、被写体までの距離を測定することができる。
【０１１８】
また、測距光学系１５０の各光学面を上述した実施例１と同様に構成することで、諸収差を良好に補正することができ、高い測距精度を実現することが可能になる。このとき、測距光学系１５０の開口率は全画角において１００％となるため、この測距光学系１５０を測距装置に適用することで、全画角において安定した測距精度を確保することができる。ここでは実施例１に係る光学系１００を測距光学系とする場合について説明したが、実施例２又は３に記載の光学系を測距光学系としても同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
なお、測距光学系１５０では二つの反射部をＸ方向に偏心させているが、必要に応じてＹ方向に偏心させてもよい。ただし、測距精度を向上させるためには、二つの反射部をＸ方向に偏心させることが望ましい。これは、これは、二つの反射部を適用する前の光学系１００において、光軸１に対して非対称であるＹ方向における絞り値よりも、光軸１に対して対称であるＸ方向における絞り値の方が小さいためである。
【０１２０】
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。
【符号の説明】
【０１２１】
２  反射屈折素子
３  反射部材
２１  第１面
２２  第２面
２３  第３面
２４  第４面
３１  反射面
１００  光学系
【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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【図１５】
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【図１６】
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