(57)【要約】屈折光学系（３）と、反射光学系と、結像光学系（５）とが配置され、反射光学系は、物体からの光束を直接反射する第１の反射面（１）と、第１の反射面（１）からの光束を反射する第２の反射面（２）とを含み、第１の反射面（１）と第２の反射面（２）との間に、物体からの光束が入射する開放部が形成され、第２の反射面（２）に形成され屈折光学系（３）に入射した光束を透光する透光部（２ａ）と、第１の反射面（１）に形成され第２の反射面（２）からの光束及び屈折光学系（３）からの光束を結像光学系（５）に入射させる開口（１ａ）とを備えている。
2003042743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折光学系と、反射光学系と、結像光学系とを備え、共役距離の長い側から見て、前記反射光学系、前記結像光学系の順に配置された第１光学系を形成し、共役距離の長い側から見て、前記屈折光学系、前記結像光学系の順に配置された第２光学系を形成し、
前記反射光学系は、物体からの光束を直接反射する第１の反射面と、前記第１の反射面からの光束を反射する第２の反射面とを含み、
前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に、物体からの光束が入射する開放部が形成され、
前記第２の反射面に形成され前記屈折光学系に入射した光束を透光する透光部と、
前記第１の反射面に形成され前記第２の反射面からの光束及び前記屈折光学系からの光束を前記結像光学系に入射させる開口とを備えたことを特徴とする広角撮像光学系。
【請求項２】
前記第１光学系と前記第２光学系とは、前記結像光学系を共用している請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項３】
前記広角撮像光学系は、内部に中間像を形成しない構成である請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項４】
前記第１光学系の合成焦点距離をｆａ、前記第２光学系の合成焦点距離をｆｂとすると、
ｆａ＞０
ｆｂ＞０
の関係を満足する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項５】
前記第２の反射面の焦点距離をｆ２、前記第１の反射面と前記第２の反射面との軸上間隔をｄとすると、
ｆ２≧ｄ
の関係を満足する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項６】
前記第１光学系の合成焦点距離をｆａ、前記第１の反射面と前記第２の反射面との合成焦点距離をｆ１２とすると、
｜ｆ１２／ｆａ｜＞５
の関係を満足する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項７】
前記第１の反射面の曲率半径をｒ１、前記第２の反射面の曲率半径をｒ２とすると、
ｒ２＞０
０．３＜ｒ１／ｒ２＜０．７
の関係を満足する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項８】
前記第１光学系の合成焦点距離をｆａ、前記第２光学系の合成焦点距離をｆｂとすると、
｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＜０．５
の関係を満足する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項９】
無限遠物点から前記結像光学系に光束を平行入射させたときの前記結像光学系の空気換算によるバックフォーカス量をｂｆ、前記結像光学系の合成焦点距離をｆｉとすると、
１．２＜ｂｆ／ｆｉ＜１．８
の関係を満足する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１０】
前記屈折光学系は、物体側から見て、負のパワーを持つ第１群と正のパワーを持つ第２群の順に配置された２つのレンズ群で構成されている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１１】
前記第１の反射面の形状、及び前記第２の反射面の形状のうち、少なくともいずれかは、回転軸対称非球面である請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１２】
前記第１光学系の結像倍率と、前記第２光学系の結像倍率とが共に同符号である請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１３】
前記第１光学系の結像倍率と、前記第２光学系の結像倍率とが共に負である請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１４】
前記第１の反射面の持つ焦点と、前記第２の反射面の持つ焦点とが少なくとも一つ一致する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１５】
前記結像光学系の内部、又は前記結像光学系と前記第２の反射面との間に、絞りを有する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１６】
前記第２の反射面の持つ焦点と、前記絞りの中心位置とが一致する請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１７】
前記開口の周辺近傍に遮光部が形成されている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１８】
前記遮光部は、前記結像光学系を保持している請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項１９】
前記結像光学系は、前記結像光学系に入射する光束を制限するフードを備えている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項２０】
前記結像光学系を構成するレンズは、物体側から見て、負レンズ、正レンズ、正レンズの順に配置されている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項２１】
前記結像光学系を構成するレンズは、物体側から見て、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズの順に配置されている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項２２】
前記屈折光学系は、前記屈折光学系に入射する光束を制限するフードを備えている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項２３】
前記第１の反射面は、前記結像光学系のレンズと一体になっている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項２４】
前記第１の反射面の形状と、前記結像光学系のレンズのうち前記開口に対応する部分の形状とが略同一である請求項２３に記載の広角撮像光学系。
【請求項２５】
前記第１の反射面の形状と、前記結像光学系のレンズのうち前記開口に対応する部分の形状とが異なっている請求項２３に記載の広角撮像光学系。
【請求項２６】
前記第２の反射面は、前記屈折光学系のレンズと一体になっている請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項２７】
前記第２の反射面の形状と、前記屈折光学系のレンズのうち前記透光部に対応する部分の形状とが略同一である請求項２６に記載の広角撮像光学系。
【請求項２８】
前記第２の反射面の形状と、前記屈折光学系のレンズのうち前記透光部に対応する部分の形状とが異なっている請求項２６に記載の広角撮像光学系。
【請求項２９】
前記結像光学系は、結像された光束を反射する第３の反射面を含んでいる請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項３０】
前記屈折光学系及び前記結像光学系は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明である請求項１に記載の広角撮像光学系。
【請求項３１】
請求項１から請求項３０のいずれかに記載の広角撮像光学系を含む広角撮像装置であって、前記結像光学系で結像された像を撮像する撮像素子を備えた広角撮像装置。
【請求項３２】
物体を分割して撮像できるように、前記広角撮像光学系が複数組配置され、前記撮像素子は、前記各広角撮像光学系に対応するように配置されている請求項３１に記載の広角撮像装置。
【請求項３３】
物体を分割して撮像できるように、前記広角撮像光学系が２組配置され、前記撮像素子は、前記各広角撮像光学系に対応するように配置されており、前記第１の反射面の曲率中心と前記第２の反射面の曲率中心とを結ぶ軸を中心軸とすると、前記中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記２組の広角撮像光学系が配置されている請求項３２に記載の広角撮像装置。
【請求項３４】
前記各広角撮像光学系に対応する前記撮像素子を、一つの撮像素子で共用している請求項３２に記載の広角撮像装置。
【請求項３５】
前記反射光学系へ光束を入射する領域を第１撮像領域、前記屈折光学系に光束を入射する領域を第２撮像領域とすると、
前記撮像素子によって撮像された画像は、前記第２撮像領域を撮像した円状画像と、前記第１撮像領域を撮像し、かつ前記円状画像の外側に形成された円環状画像とで形成され、
前記第１撮像領域と前記第２撮像領域とは互いに重複せず、かつ前記円状画像と前記円環状画像とは、連続して配置される請求項３１に記載の広角撮像装置。
【請求項３６】
前記開放部を囲む保護部材を備えた請求項３１に記載の広角撮像装置。
【請求項３７】
前記保護部材に、内面反射防止膜が形成されている請求項３６に記載の広角撮像装置。
【請求項３８】
前記保護部材は、略円錐台形形状であり、前記第１の反射面における内径と、前記第２の反射面における内径とが異なる請求項３６に記載の広角撮像装置。
【請求項３９】
前記屈折光学系及び前記結像光学系のいずれかは、ズーム機能を有している請求項３１に記載の広角撮像装置。
【請求項４０】
前記広角撮像装置は対象物に取り付け可能であり、かつ取り付け角度の調整が可能である請求項３１に記載の広角撮像装置。
【請求項４１】
動体検知機能を備えた請求項３１に記載の広角撮像装置。
【請求項４２】
請求項１から３０のいずれかに記載の広角撮像光学系を備えた監視用撮像装置。
【請求項４３】
請求項１から３０のいずれかに記載の広角撮像光学系を備えた車載用撮像装置。
【請求項４４】
請求項１から３０のいずれかに記載の広角撮像光学系を備えた投写装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、反射面の組み合わせとレンズの組み合わせにより、超広範囲に亘るパノラマ画像を撮像する広角撮像装置に関する。
背景技術
広範囲に亘る物体の像を効率良く撮像するために、広角撮像装置を用いてこれを実現しようという様々な研究及び開発がなされている。例えば、魚眼レンズを用いた広角カメラの開発がその１つである。
また、反射式画角変換光学装置及びこれを用いた光学システム（特開平１０−５４９３９号公報）では、３枚の鏡面を対向配置し鏡面形状を種々変化させて広視野を撮像するシステムの提案がなされている。多方向画像取込装置（特開２０００−４３８３号公報）では、パノラマ画像ブロックにおける軸部をレンズとして使用し、正規画像の内側に対面像を形成する光学系の提案がなされている。
さらに、広視野撮像装置及び広視野撮像表示装置（特開２００１−９４８３９号公報）では、中央に貫通孔を有する凸状の主鏡で反射した後、さらに中央に貫通孔を有する凸状の副鏡で反射して撮像された像と、前記副鏡の中央の貫通孔に配設されたレンズで撮像された像とを表示する装置が提案されている。パノラマ画像装置（国際公開ＷＯ００／４１０２４号パンフレット）では、凸型の双曲面の反射器、凹型の楕円面または球面の反射器、リレーシステム、及びイメージセンサにより、実質的に平らで無非点収差の画像平面を提供するための提案がなされている。
また、近年では固体撮像素子のような電気的受光素子が使用されることが多く、この場合は、撮像レンズと撮像素子との間に、撮影に必要な空間周波数成分以上の高周波成分をぼかしモアレを除去するための光学的ローパスフィルタや、電気的感光体の持つ分光感度を補正するための近赤外カットフィルタ等の光学部材を配置するため、比較的長いバックフォーカスが必要となる。
しかしながら通常、魚眼レンズ等を用いた広角撮像光学系は、多くのレンズを必要とするため、光学系の重量が増大し、装置が大型かつ高価になってしまう。さらに、色収差が発生する等の問題もあり、実際には特殊な撮影にしか利用できないという問題があった。
反射式画角変換光学装置及びこれを用いた光学システム（特開平１０−５４９３９号公報）では、軸方向付近の撮像についての記載はあるが、これに対して諸収差の補正を行うための手段が限られていた。さらに、多方向画像取込装置（特開２０００−４３８３号公報）では、物体側からの入射光は、周遮光面に至る以前に周透光面及び回転体を通過する構成であるため、回転体に用いる透明素材の肉厚が厚くなり、透明素材が樹脂の場合には温度変化に弱く、かつ成形時間がかかるという問題があった。また、透明素材がガラスの場合には、特に非球面形状の場合にはガラス研磨に多くの費用がかかるといった問題もあった。
さらに、広視野撮像装置及び広視野撮像表示装置（特開２００１−９４８３９号公報）では、前記主鏡で反射しさらに前記副鏡で反射して撮像された像と、前記副鏡に配設された前記レンズで撮像された像とを同時に撮像することができるが、光学系は凸状の主鏡、凸状の副鏡、凹レンズから構成されており、さらに撮像素子と副鏡との間にマスターレンズが必要である。この場合は、光学系の構成上マスターレンズに入射するＦナンバー光線が高く、かつ発散光であるため、マスターレンズが巨大かつ複雑になるという問題があった。
さらに、パノラマ画像装置（国際公開ＷＯ００／４１０２４号パンフレット）では、光学系内部に中間像を形成するためにリレー光学系が必要となり、光学全長が長くなるため、装置が大型化するという問題があった。
また、前記のように電気的受光素子を使用した場合は、光学的ローパスフィルタや近赤外カットフィルタ等の光学部材を配置できる程度の比較的長いバックフォーカスを確保し、かつ十分な収差補正をする必要があるが、このためには、比較的多くのレンズ枚数が必要であり、レンズ枚数を減らすための光学設計が課題であった。
発明の開示
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、簡単な構造で水平方向画角が最大３６０度に亘るパノラマ画像の撮像ができ、かつ軸方向付近の撮像も可能で、さらにバックフォーカスが比較的長く収差補正も良好で明るい広角撮像光学系を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明の広角撮像光学系は、屈折光学系と、反射光学系と、結像光学系とを備え、共役距離の長い側から見て、前記反射光学系、前記結像光学系の順に配置された第１光学系を形成し、共役距離の長い側から見て、前記屈折光学系、前記結像光学系の順に配置された第２光学系を形成し、前記反射光学系は、物体からの光束を直接反射する第１の反射面と、前記第１の反射面からの光束を反射する第２の反射面とを含み、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に、物体からの光束が入射する開放部が形成され、前記第２の反射面に形成され前記屈折光学系に入射した光束を透光する透光部と、前記第１の反射面に形成され前記第２の反射面からの光束及び前記屈折光学系からの光束を前記結像光学系に入射させる開口とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の広角撮像装置は、前記本発明の広角撮像光学系を含む広角撮像装置であって、前記結像光学系で結像された像を撮像する撮像素子を備えている。
また、本発明の監視用撮像装置は、前記本発明の広角撮像光学系を備えている。
また、本発明の車載用撮像装置は、前記本発明の広角撮像光学系を備えている。
また、本発明の投写装置は、前記本発明の広角撮像光学系を備えている。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、第１の反射面と第２の反射面とを含む反射光学系と、第１の反射面と第２の反射面との間の開放部と、第２の反射面に形成された透光部と、第１の反射面に形成された開口とを備えたことにより、水平方向画角が最大３６０度、垂直方向画角が１８０度程度の広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能となる。また、主要光学系を色収差が発生しない反射面で形成できるので、設計の工数及び製造上の制約も少なくなり、小型、軽量、安価で、かつ明るい広角撮像系を実現できる。
本発明においては、前記第１光学系と前記第２光学系とは、前記結像光学系を共用していることが好ましい。この構成によれば装置を小型化できる。
また、前記広角撮像光学系は、内部に中間像を形成しない構成であることが好ましい。この構成によれば、広角撮像光学系がリレー光学系とならないので、光学系の全長を短くでき、装置の小型化を実現できる。
また、前記第１光学系の合成焦点距離をｆａ、前記第２光学系の合成焦点距離をｆｂとすると、
ｆａ＞０
ｆｂ＞０
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、広角撮像光学系がリレー光学系とならないので、光学系の全長を短くでき、装置の小型化を実現できる。すなわち、ｆａ＞０の下限を超えると、第１光学系内部に中間像を形成するため、第１光学系の物体像は正立像となり、さらに、第１光学系はリレー光学系となるため、光学全長が長くなる。
また、ｆｂ＞０の下限を超えると、第２光学系内部に中間像を形成するため、第２光学系の物体像は正立像となり、さらに、第２光学系はリレー光学系となるため、光学全長が長くなる。また、このとき、第１光学系で得られる面像が倒立像の場合には、不連続な面像となる。
また、前記第２の反射面の焦点距離をｆ２、前記第１の反射面と前記第２の反射面との軸上間隔をｄとすると、
ｆ２≧ｄ
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、結像光学系における収差補正が容易になる。すなわち、ｆ２≧ｄを満足しないと、反射光学系は内部に中間像を形成し、結像光学系を通過する光線の偏角が大きくなるため、結像光学系における収差補正が困難になる。また、第１光学系で得られる面像は正立像となり、第２光学系で得られる面像が倒立像の場合には、不連続な面像となる。
また、前記第１光学系の合成焦点距離をｆａ、前記第１の反射面と前記第２の反射面との合成焦点距離をｆ１２とすると、
｜ｆ１２／ｆａ｜＞５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、光学系全長を短くできる。すなわち、｜ｆ１２／ｆａ｜は反射面がなすアフォーカル光学系の度合いを表しており、下限を超えると、第１の反射面と第２の反射面の合成焦点距離は小さくなるため、アフォーカル光学系とならず、広角撮像光学系の内部に中間像を形成してリレー光学系となるため、光学系全長が長くなる。
また、前記第１の反射面の曲率半径をｒ１、前記第２の反射面の曲率半径をｒ２とすると、
ｒ２＞０
０．３＜ｒ１／ｒ２＜０．７
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、小型で明るい光学系を実現できる。すなわち、ｒ２＞０の下限を超えると、第２の反射面は物体からの入射光から見て凸面となり、光線は結像光学系に発散光として入射するので、結像光学系自体が大きくなり、撮像装置も大きくなる。
また、０．３＜ｒ１／ｒ２＜０．７の上限を超えると、第２の反射面から開口に入射する光線角度が大きくなるため結像光学系における収差補正が困難となり、さらに開口効率も減少するため、周辺部の明るさが確保できなくなる。また、下限を超えると、第１光学系で用いる第２の反射面での領域が中心軸付近まで占めるため透光部の領域が狭くなり、その結果第２結像光学系からの光線が通らず撮像できなくなる。
また、前記第１光学系の合成焦点距離をｆａ、前記第２光学系の合成焦点距離をｆｂとすると、
｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＜０．５
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、画像の欠落や重複を防止できる。すなわち、｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＜０．５の上限を超えと、第１光学系と第２光学系でのバックフォーカス量の格差が大きくなり、両光学系における結像倍率が違うために、第１光学系を撮像した円環状画像と第２光学系を撮像した円状画像とが連続的でなくなり、画像が欠落したり重複したりする。
また、無限遠物点から前記結像光学系に光束を平行入射させたときの前記結像光学系の空気換算によるバックフォーカス量をｂｆ、前記結像光学系の合成焦点距離をｆｉとすると、
１．２＜ｂｆ／ｆｉ＜１．８
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、光学系全長を短くできる。すなわち、１．２＜ｂｆ／ｆｉ＜１．８の上限を超えると、バックフォーカス量が大きくなるため光学系全長が長くなり、その結果装置が大きくなる。下限を超えると、バックフォーカス量が小さくなり光学系が構成できなくなる。
また、前記屈折光学系は、物体側から見て、負のパワーを持つ第１群と正のパワーを持つ第２群の順に配置された２つのレンズ群で構成されていることが好ましい。この構成によれば、広角撮像光学系は途中で中間像を形成することがなく、明るい光学系を実現できる。
また、前記第１の反射面の形状、及び前記第２の反射面の形状のうち、少なくともいずれかは、回転軸対称非球面であることが好ましい。この構成によれば、反射光学系単独で発生する像面湾曲や非点収差を、非球面係数を使うことで的確に補正できる。
また、前記第１光学系の結像倍率と、前記第２光学系の結像倍率とが共に同符号であることが好ましい。この構成によれば、第１光学系で得られる画像が正立像の場合、第２光学系で得られる画像は正立像となり、また第１光学系で得られる画像が倒立像の場合、第２光学系で得られる画像は倒立像となるので、連続的な画像が得られる。
また、前記第１光学系の結像倍率と、前記第２光学系の結像倍率とが共に負であることが好ましい。この構成によれば、広角撮像光学系はリレー光学系とならず、光学系全長が小さくなり、装置の小型化が実現できる。
また、前記第１の反射面の持つ焦点と、前記第２の反射面の持つ焦点とが少なくとも一つ一致することが好ましい。回転軸対象非球面は一つ又は２つの焦点を持つことになるが、この構成によれば、第１の反射面と第２の反射面とを組み合わせて用いることで、主光線を焦点位置に収束させることができる。
また、前記結像光学系の内部、又は前記結像光学系と前記第２の反射面との間に、絞りを有することが好ましい。この構成によれば、第２の反射面の持つ一つの焦点と、絞りの中心位置とを一致させることができるため、主光線を絞り位置に収束させて結像光学系により光線を結像することができる。
また、前記第２の反射面の持つ焦点と、前記絞りの中心位置とが一致することが好ましい。
また、前記開口の周辺近傍に遮光部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、反射面を４回以上反射した後に前記開口に入射し、前記結像光学系を経て撮像されるゴースト光を除去することができる。
また、前記遮光部は、前記結像光学系を保持していることが好ましい。この構成によれば、結像光学系を保持する部材を専用に設ける必要がなく、遮光部を効率的に用いることができる。
また、前記結像光学系は、前記結像光学系に入射する光束を制限するフードを備えていることが好ましい。この構成によれば、第２撮像領域（屈折光学系へ光束を入射する領域）を撮像した円状画像と、第１撮像領域（反射光学系に光束を入射する領域）を撮像し円状画像の外側に形成された円環状画像とが、撮像素子によって重複して撮像されることを防止することができる。
また、前記結像光学系を構成するレンズは、物体側から見て、負レンズ、正レンズ、正レンズの順に配置されていることが好ましい。この構成によれば、少ないレンズ枚数で、バックフォーカスが比較的長く、かつ収差性能も良好で明るい結像光学系が実現できる。
また、前記結像光学系を構成するレンズは、物体側から見て、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズの順に配置されていることが好ましい。この構成によれば、少ないレンズ枚数で、バックフォーカスが比較的長く、かつ収差性能も良好で明るい結像光学系が実現できる。
また、前記屈折光学系は、前記屈折光学系に入射する光束を制限するフードを備えていることが好ましい。この構成によれば、第２撮像領域（屈折光学系へ光束を入射する領域）を撮像した円状画像と、第１撮像領域（反射光学系に光束を入射する領域）を撮像し円状画像の外側に形成された円環状画像とが、撮像素子によって重複して撮像されることを防止することができる。
また、前記第１の反射面は、前記結像光学系のレンズと一体になっていることが好ましい。この構成によれば、製造が安価かつ効率的となり、広角撮像光学系に必要となる光学部品の数を省くことができる。さらに、反射光学系と結像光学系の光学要素同士の光軸要素同士の光軸ずれが少なく振動に強い光学系となるので、特に車載用光学系とした場合は高性能を保つことができる。
また、前記第１の反射面の形状と、前記結像光学系のレンズのうち前記開口に対応する部分の形状とが略同一であることが好ましい。
また、前記第１の反射面の形状と、前記結像光学系のレンズのうち前記開口に対応する部分の形状とが異なっていることが好ましい。この構成によれば、開口におけるレンズに、凸レンズや凹レンズと同様の効果が得ることができ、広角撮像光学系で発生する諸収差を的確に補正し、広範囲に亘り高画質な画像を得ることができる。
また、前記第２の反射面は、前記屈折光学系のレンズと一体になっていることが好ましい。この構成によれば、製造が安価かつ効率的となり、広角撮像光学系に必要となる光学部品の数を省くことができる。さらに、反射光学系と屈折光学系の光学要素同士の光軸要素同士の光軸ずれが少なく振動に強い光学系となるので、特に車載用光学系とした場合は高性能を保つことができる。さらに加えて、第１の反射面と結像光学系のレンズとの一体加工とあわせて用いれば、第１光学系で撮像される円環状画像と、第２光学系で撮像される円環状画像とが同じ中心点をさらに正確に共有できるため、正確な画像表示及び画像処理変換を行うことができる。
また、前記第２の反射面の形状と、前記屈折光学系のレンズのうち前記透光部に対応する部分の形状とが略同一であることが好ましい。この構成によれば、加工が容易になる。
また、前記第２の反射面の形状と、前記屈折光学系のレンズのうち前記透光部に対応する部分の形状とが異なっていることが好ましい。この構成によれば、透光部におけるレンズに、凸レンズや凹レンズと同様の効果が得ることができ、広角撮像光学系で発生する諸収差を的確に補正し、広範囲に亘り高画質な画像を得ることができる。
また、前記結像光学系は、結像された光束を反射する第３の反射面を含んでいることが好ましい。第３の反射面により、中心軸に対して光束を略直角方向に反射する配置とすることができ、広角撮像光学系は限られた空間内で光路長を大きくとることができる。
また、前記屈折光学系及び前記結像光学系は、１〜１０μｍまでを含む赤外波長域で透明であることが好ましい。この構成によれば、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で、屈折光学系及び結像光学系は光を透過するので、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で使用することができる。
本発明の広角撮像装置は、本発明の広角撮像光学系を含み、前記結像光学系で結像された像を撮像する撮像素子を備えているので、水平方向画角が最大３６０度、垂直方向画角が１８０度程度の広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能となる。また、主要光学系を色収差が発生しない反射面で形成できるので、設計の工数及び製造上の制約も少なくなり、小型、軽量、安価で、かつ明るい広角撮像装置を実現できる。
前記本発明の広角撮像装置においては、物体を分割して撮像できるように、前記広角撮像光学系が複数組配置され、前記撮像素子は、前記各広角撮像光学系に対応するように配置されていることが好ましい。この構成によれば、水平方向画角が最大３６０度の広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能であることに加えて、広角撮像光学系が１組の構成と比べて、垂直方向画角を大きくすることができる。
また、物体を分割して撮像できるように、前記広角撮像光学系が２組配置され、前記撮像素子は、前記各広角撮像光学系に対応するように配置されており、前記第１の反射面の曲率中心と前記第２の反射面の曲率中心とを結ぶ軸を中心軸とすると、前記中心軸と直交する軸に対して対称となるように、前記２組の広角撮像光学系が配置されていることが好ましい。
また、前記各広角撮像光学系に対応する前記撮像素子を、一つの撮像素子で共用していることが好ましい。この構成によれば、小型・軽量化に有利となる。
また、前記反射光学系へ光束を入射する領域を第１撮像領域、前記屈折光学系に光束を入射する領域を第２撮像領域とすると、
前記撮像素子によって撮像された画像は、前記第２撮像領域を撮像した円状画像と、前記第１撮像領域を撮像し、かつ前記円状画像の外側に形成された円環状画像とで形成され、
前記第１撮像領域と前記第２撮像領域とは互いに重複せず、かつ前記円状画像と前記円環状画像とは、連続して配置されることが好ましい。この構成によれば、撮像素子の有効領域を効率的に用いることができ、かつ画像に欠落や重複が無くなり正確な撮像が可能になる。
また、前記開放部を囲む保護部材を備えたことが好ましい。この構成によれば、容易かつ効果的に反射光学系を保護できる。
また、前記保護部材に、内面反射防止膜が形成されていることが好ましい。この構成によれば、容易かつ効果的に反射光学系を保護しつつ、保護部材で内面反射して正規光と同じ光路を辿るゴースト光を効果的に除去することができる。
また、前記保護部材は、略円錐台形形状であり、前記第１の反射面における内径と、前記第２の反射面における内径とが異なることが好ましい。この構成によれば、ゴースト光の反射角度を制御することができ、ゴースト光が正規光と同じ光路を辿ることを防止できる。
また、前記屈折光学系及び前記結像光学系のいずれかは、ズーム機能を有していることが好ましい。この構成によれば、軸方向付近の物体を拡大して撮像することが可能となる。
また、前記広角撮像装置は対象物に取り付け可能であり、かつ取り付け角度の調整が可能であることが好ましい。この構成によれば、撮像範囲を容易に変化させることができる。
また、動体検知機能を備えたことが好ましい。この構成によれば、動体を抽出することができるので、周囲の動作状況を的確に把握できる。
本発明の監視用撮像装置は、前記本発明の広角撮像光学系を備えているので、水平方向画角及び垂直方向画角が広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能となり、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域において、光を反射する材料を用いた反射面と、光を透過する材料を用いたレンズとを組み合わせた構成とすることにより、昼間、夜間を問わず超広範囲に亘る監視を行うことができる。
本発明の車載用撮像装置は、前記本発明の広角撮像光学系を備えているので、水平方向画角及び垂直方向画角が広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能となり、撮像した画像を車両内に設置された車載モニタに映し出すことにより、リアビューモニタ、フロントビューモニタ、又はサイドビューモニタ等として用いることができる。
本発明の投写装置は、前記本発明の広角撮像光学系を備えているので、超広範囲に亘り撮像した物体を、ビデオプロジェクタ等の投写装置を用いて投写することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施形態１に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。図２は要部側面図、図３は図２のＡ矢視図、図４は要部斜視図である。図１に示した広角撮像装置は、屈折光学系３と、第１の反射面１と第２と反射面２とで形成された反射光学系と、結像光学系５とを備えている。中心軸９は、第１の反射面１の曲率中心と第２の反射面２の曲率中心を結ぶ軸である。
本図に示した広角撮像装置の光学系は、第１光学系と第２光学系とで形成されている。第１光学系は、共役距離の長い側から見て、反射光学系、結像光学系５の順に配置された光学系であり、第２光学系は、共役距離の長い側から見て、屈折光学系３、結像光学系５の順に配置された光学系である。本図の例では、共役距離の長い側とは、像面（撮像素子７）と反対側である（以下の各図も同じ）。
第１の反射面１は、外部（物体）からの入射光８ｂ（第１撮像領域からの光束）から見て凸面であり、第２の反射面２は入射光８ｂから見て凹面である。結像光学系５を構成するレンズ６と第１の反射面１とは一体になっている。また、屈折光学系３を構成するレンズ４と第２の反射面２とは一体になっている。
外部（物体）からの入射光８ａ（第２撮像領域からの光束）は、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成され円状に開口した透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された円状の開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
第１の反射面１及び第２の反射面２は、それぞれ中心軸９に関して対称な回転非球面である。本実施形態では、第１の反射面１及び第２の反射面２は、それぞれ放物線を回転して得られた反射面である。
図３において、点ａは中心軸９の通る点であり、中心線９ａ、９ｂは点ａを通り互いに直交する線である。図１〜３から分かるように、第１の反射面１と第２の反射面２とは、中心軸９上を所定間隔離れて配置されている。このため、第１の反射面１と第２の反射面２との間に中心軸９上の点を中心とした円の全周方向に開放した開放部が形成されている。
したがって、図３の角度θが０〜３６０度のいずれの位置においても、外部からの入射光８ａ、８ｂが入射可能である。一方、図１において、垂直方向画角αを、反時計方向を正とすると、広角撮像光学系が第２撮像領域からの光束８ａを撮像する垂直方向画角αは、およそ−３０〜３０度の範囲であり、第１撮像領域からの光束８ｂを撮像する垂直方向画角αは、およそ３０〜９０度、及び−３０〜−９０度の範囲である。このため、本実施形態に係る広角撮像装置の水平方向画角は最大３６０度、垂直方向画角は最大１８０度程度となる。
図５は、図１に示す広角撮像装置により、広範囲に亘り物体を撮像したときの画像を示す図である。撮像素子５１上には、第２撮像領域を撮像した円状画像５２と、第１撮像領域を撮像した円環状画像５３が映し出され、第１撮像領域と第２撮像領域の撮像範囲が連続しているため、円状画像５２と円環状画像５３は１つの連続的な円状の画像を形成している。このため、撮像素子５１の有効領域を効率的に用いることができる。このように撮像画像の形成は、開口１ａ、透光部２ａの形状を円状にした上で、反射光学系の反射面の形状や反射面同士の配置、屈折光学系３及び結像光学系５のレンズ形状やレンズ同士の配置により可能となる。
また、第１光学系の結像倍率と、第２光学系の結像倍率とが共に同符号とすることが好ましい。このことにより、第１光学系で得られる画像が正立像の場合、第２光学系で得られる画像は正立像となり、また第１光学系で得られる画像が倒立像の場合、第２光学系で得られる画像は倒立像となるので、連続的な画像が得られる。この場合、第１光学系の結像倍率と、第２光学系の結像倍率とが共に負であることがより好ましい。このことにより、広角撮像光学系はリレー光学系とならず、光学系全長が小さくなり、装置の小型化が実現できる。これらは、以下の実施形態でも同様である。
以上のように、本実施形態によれば、主要光学系を色収差が発生しない反射面で形成できるので、設計の工数及び製造上の制約も少なくなり、小型、軽量、安価で、明るい広角撮像装置を実現できる。また、屈折光学系、反射光学系を構成するレンズ、及びこれと一体になっている反射面の形状を非球面とすることにより、光学系で発生する諸収差を補正できる。さらに、図５に示したように、撮像素子を効率的に用いつつ、超広範囲（水平方向画角：最大３６０度、垂直方向画角：最大１８０度程度）に亘るパノラマ画像の撮像が可能となる。
なお、第１の反射面１及び第２の反射面２の回転非球面として、放物線を回転して得られる反射面の例で説明したが、円を含む楕円、又は双曲線を回転して得られる反射面でも良い。このことは、以下の各実施形態でも同様である。
また、詳細は以下の実施形態で説明するが、レンズ４、６は、各反射面と一体になった部分の形状と、透光部２ａ、開口１ａにおける形状とが、連続的に一体となっているが、透光部２ａ、開口１ａにおいて、凹凸を逆にする等、形状を変化させてもよい。
（実施の形態２）
図６、７は、実施形態２に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１〜５に示した実施形態１と同様であるが、結像光学系５を経て撮像素子７に至る光路中に、反射面が平面の第３の反射面６１がさらに配置されている構成が、実施形態１と異なる。
図６において、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、第３の反射面６１で一方向に反射され、撮像素子７で撮像される。外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、第３の反射面６１で一方向に反射され、撮像素子７で撮像される。このように第３の反射面６１を設けたことにより、光学系を中心軸９方向において、短くすることができるので、装置の小型化が図れる。
図７は、本実施形態の別の例に係る広角撮像装置の基本構成の概略図である。本図の構成は、結像光学系５において、反射面が平面の第３の反射面７１と撮像素子７との間に集光素子５ａが配置されている点が、図６の構成と異なる。図６の構成と同様に、第３の反射面７１を設けたことにより、装置を中心軸９方向において、短くすることができるので、装置の小型化が図れる。
図８に示した実施形態は、基本構成は図７と同様であるが、反射面が平面の第３の反射面８１は、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された光束を、中心軸９に対して略直角方向に反射する配置としている。このことにより、広角撮像装置の小型化が図れるとともに、広角撮像光学系は限られた空間内で光路長を大きくとることができる。
（実施の形態３）
図９は、実施形態３に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図６〜８に示した実施形態２と同様であり、第３の反射面の形状が曲面である構成が、実施形態２と異なる。
図９において、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、反射面が曲面の第３の反射面９１で一方向に反射され、さらに結像光学系５で結像され、撮像素子７で撮像される。外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、第３の反射面９１で一方向に反射され、さらに結像光学系５で結像され、撮像素子７で撮像される。第３の反射面９１の配置は、開口１ａを経た光束を、中心軸９に対して略直角方向に反射する配置としている。第３の反射面９１は曲面形状であり、シリンドリカル面やトーリック面を用いることができ、自由曲面を用いてもよい。自由曲面とは回転対称軸を持たない曲面のことである。
図１０の実施形態も、第３の反射面１０１は曲面形状であり、開口１ａを経た光束を、中心軸９に対して略直角方向に反射する配置としている。本図に示した実施形態は、第３の反射面１０１を、トーリック面又は自由曲面とすることにより、図９に示した実施形態に比べ、結像光学系のレンズ数を省いている。
本実施形態は、実施形態２と同様に、第３の反射面を設けたことにより、装置の小型化が図れるとともに、第３の反射面は、光束を略直角方向に反射する配置としているので、広角撮像光学系は限られた空間内で光路長を大きくとることができる。
（実施の形態４）
図１１は、実施形態４に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１〜５に示した実施形態１と同様であるが、反射面の形状と開口及び透光部に対応する部分の形状とが異なっている構成が実施形態１と異なる。
図１の構成では、第１の反射面１の形状と、開口１ａに対応する部分のレンズ１の形状が略同一であり、第２の反射面２の形状と、透光部２ａに対応する部分のレンズ４の形状が略同一である。
図１１に示した実施形態では、レンズ１１１についてみると、第１の反射面１と一体になっている部分は、物体側、像面側共に物体側に凸になっているのに対して、開口１ａにおいては、物体側、像面側共に物体側に凹になっている。また、レンズ１１２についてみると、第２の反射面２と一体になっている部分は、物体側、像面側共に物体側に凸になっているのに対して、透光部２ａにおいては、像面側は物体側に凹になっている。また、透光部２ａの物体側は物体側に凸になっているが、第２の反射面２と一体になっている部分と比べると、凸の程度が異なっている。
すなわち、図１１の構成では、第１の反射面１の形状と、開口１ａに対応する部分のレンズ１１１の形状が異なっており、第２の反射面２の形状と、透光部２ａに対応する部分のレンズ１１２の形状とが異なっている。
このような構成において、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。このように、透光部や開口部におけるレンズの基本断面形状を、反射面と一体になった部分の基本断面形状と異なる形状にすることにより、透光部や開口に専用の凸レンズや凹レンズを別個に配置したのと同様の効果が得られ、広角撮像光学系で発生する諸収差を的確に補正し、広範囲に亘り高画質な画像を得ることができる。
図１２は、本実施形態の別の例に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１〜５に示した実施形態１と同様であるが、第１の反射面１及び第２の反射面２は樹脂基板と一体になっており、透光部２ａ、開口１ａにそれぞれ樹脂基板とは別の専用のレンズを配置している構成が実施形態１と異なる。本実施形態においても、第１の反射面１の形状と、開口１ａに対応する部分のレンズの形状が異なっており、第２の反射面２の形状と、透光部２ａに対応する部分のレンズの形状とが異なっていることになる。
図１２において、第１の反射面１と第１の樹脂基板１１３とは一体になっており、第２の反射面２と第２の樹脂基板１１４とは一体になっている。外部からの入射光８ａは、レンズ３ａを含む屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２及び第２の樹脂基板１１４に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１及び樹脂基板１１３に形成された開口１ａを経て、レンズ５ｂを含む結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１及び樹脂基板１１３に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
このように、図１２の構成は、透光部２ａ、開口１ａにそれぞれ専用のレンズを配置できるので、屈折光学系３及び結像光学系５のレンズ配置を変えることにより、広角撮像光学系で発生する諸収差を的確に補正し、広範囲に亘り高画質な画像を得ることができる。
結像光学系５は、第１の反射面１及び樹脂基板１１３に形成された開口１ａに、当接させて保持することができ、開口１ａに狭持させて保持することもできる。また、同様に、屈折光学系３は、第２の反射面２及び第２の樹脂基板１１４に形成された透光部２ａに、当接させて保持することができ、開口１ａに狭持させて保持することもできる。これらの保持に接着剤等を用いてもよい。
なお、図１２の図示では、結像光学系５のレンズのうち、樹脂基板１１３に保持されているのはレンズ５ａのみであるが、各レンズを一体に固定しておけば、結像光学系５の全体を樹脂基板１１３に保持できる。
また、図１１〜１２の例では、各反射面の形状が、開口１ａ、透光部２ａの双方において異なる例で説明したが、いずれか一方のみが異なる構成でもよい。
（実施の形態５）
図１３は、実施形態５に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本実施形態は、図１に示した実施形態１に係る広角撮像光学系を２つ用い、これらを左右対称に配置した構成である。
なお、片側半分の広角撮像光学系については、図２〜４の図示は、本実施形態についても同様である。また、以下の各実施形態においても、図２〜４に相当する図示は省略しているが、反射面に関する図示は、図２〜４と同様である。
片側半分の広角撮像光学系の基本構成・作用は、それぞれ実施形態１と同様であり、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
ここで、実施形態１と同様に、片側半分の広角撮像光学系は、水平方向画角が最大３６０度で、垂直方向画角が最大１８０度である。図１３において、中心線９ｃは、中心軸９と直交する線であり、左右２つの広角撮像光学系は、中心線９ｃに関して左右対称である。本図において、左側半分の広角撮像光学系の垂直方向画角は１８０度程度であり、右側半分の広角撮像光学系の垂直方向画角は１８０度程度である。すなわち、本実施形態は２つの撮像光学系を用いて、垂直方向画角が合計３６０度の広範囲の物体を分割して撮像していることになる。
図１４は、図１３に示す広角撮像装置により、広範囲に亘り物体を撮像したときの画像を示す図である。第１の撮像素子１３１には、第２撮像領域を撮像した円状画像１３２、第１撮像領域を撮像した円環状画像１３３が映し出され、第１撮像領域の撮像範囲と第２撮像領域の撮像範囲とが連続しているため、円状画像１３２と円環状画像１３３とで１つの連続的な円状の画像を形成している。このため、撮像素子１３１の有効領域を効率的に用いることができる。
また、同様に、第２の撮像素子１３４には、第２撮像領域を撮像した円状画像１３５と、第１撮像領域を撮像した円環状画像１３６が映し出され、第１撮像領域の撮像範囲と第２撮像領域の撮像範囲とが連続しているため、円状画像１３５と円環状画像１３６とで１つの連続的な円状の画像を形成している。このため、撮像素子１３４の有効領域を効率的に用いることができる。
以上のように、本実施形態は、水平方向画角が最大３６０度の広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能であることに加えて、実施形態１では垂直方向画角は最大１８０度程度であったのに対して、本実施形態では垂直方向画角が最大３６０度の撮像が可能になる。
（実施の形態６）
図１５、図１６は、実施形態６に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本実施形態は、図６、図７に示した実施形態２に係る広角撮像光学系を２つ用い、これらを左右対称に配置した構成である。片側半分の広角撮像光学系の基本構成・作用は、それぞれ実施形態２と同様である。
図１５に示した構成は、図６に示した広角撮像光学系を２つ用いたものである。図１５において、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、反射面が平面の第３の反射面６１で一方向に反射され、撮像素子７で撮像される。
外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、第３の反射面６１で一方向に反射され、撮像素子７で撮像される。
図１６に示した構成は、図７に示した広角撮像光学系を２つ用いたものである。図１６において、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、反射面が平面の第３の反射面７１で一方向に反射され、さらに結像光学系５で結像され、撮像素子７で撮像される。
外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、第３の反射面７１で一方向に反射され、さらに結像光学系５で結像され、撮像素子７で撮像される。
ここで、実施形態２と同様に、片側半分の広角撮像光学系は、水平方向画角が最大３６０度で、垂直方向画角が最大１８０度程度である。したがって、本実施形態においても、２つの広角撮像光学系を用いて、垂直方向画角が最大３６０度の撮像が可能になる。
（実施の形態７）
図１７は、実施形態７に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。基本構成は図１５、図１６に示した実施形態６と同様である。本図に示した実施形態は、図９に示した広角撮像光学系を２つ用いたものに相当し、第３の反射面の形状が曲面である構成が、実施形態６と異なる。第３の反射面９１の形状は、シリンドリカル面やトーリック面を用いることができ、自由曲面を用いてもよい。
本実施形態は、第３の反射面が平面の場合と同様に、光学系を中心軸９方向において、短くすることができるので、装置の小型化が図れる。また、第３の反射面の配置は、開口１ａを経た光束を、中心軸９に対して略直角方向に反射する配置としているので、広角撮像光学系は限られた空間内で光路長を大きくとることができる。
（実施の形態８）
図１８は、実施形態８に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は、図１７に示した実施の形態７と同様である。本図に示した実施形態は、図１０に示した広角撮像光学系を２つ用いたものに相当し、第３の反射面１０１を、トーリック面又は自由曲面とすることにより、結像光学系のレンズ数を省いている。このことにより、装置を軽量かつ安価なものとすることができる。
なお、実施形態５〜８において、図１、又は図６〜１０に示した実施形態に係る広角撮像光学系を２つ用いた例で説明したが、図１１〜１２に示した実施形態に係る広角撮像光学系を用いてもよい。
（実施の形態９）
図１９は、実施形態９に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、一対の第１の反射面及び第２の反射面を左右対称に配置した構成と、結像光学系で結像された後に第３の反射面がさらに配置されている構成は、図１６に示した前記実施の形態６と同様である。本実施形態は、左側半分の光学系と、右側半分の光学系とで、結像光学系におけるレンズ１８３と撮像素子１８４を共用している構成が前記実施の形態６と異なる。
左側半分の光学系に対応する平面の第３の反射面１８１と、右側半分の光学系に対応する平面の第３の反射面１８２とは、中心線９ｄに関して左右対称に配置されている。左右の各広角撮像光学系では、外部からの入射光８ａは屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａに入射する。外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａに入射する。
左側からの入射光は、第３の反射面１８１で一方向に反射され、右側からの入射光は、第３の反射面１８２で一方向に反射され、反射光はレンズ１８３で結像され撮像素子１８４で撮像される。
図２０は、図１９に示した広角撮像装置により、広範囲に亘り物体を撮像したときの画像を示す図である。撮像素子２０１上には、左側半分の光学系により第２撮像領域を撮像した円状画像２０２及び第１撮像領域を撮像した円環状画像２０３と、右側半分の光学系により第２撮像領域を撮像した円状画像２０４及び第１撮像領域を撮像した円環状画像２０５が映し出される。
第１撮像領域と第２撮像領域の撮像範囲とが連続しているため、円状画像２０２及び円環状画像２０３、円状画像２０４及び円環状画像２０５は、各々１つの連続的な円状の画像を形成している。このため、撮像素子２０１の有効領域を効率的に用いることができる。
本実施形態では、左右の光学系で、レンズ１８３及び撮像素子１８４を共用しているので、広角撮像装置は小型・軽量でかつ安価なものになる。
（実施の形態１０）
図２１は、実施形態１０に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本実施形態は、図１９に示した第３の反射面１８１及び第３の反射面１８２の代わりに、プリズム１９１を用いている構成が前記実施の形態９と異なる。
本実施形態では、左右の光学系で、プリズム１９１及びレンズ１８３及び撮像素子１８４を共用しているので、広角撮像装置はさらに小型・軽量でかつ安価なものになる。
なお、撮像画像に関しては、実施形態９において図２０を用いて説明は、本実施形態においても同様である。
（実施の形態１１）
図２２は、実施形態１１に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１〜図５に示した実施の形態１と同様であるが、広角撮像光学系における反射光学系を保護する部材として、円筒形状のカバー３２１が配置されている構成が実施形態１と異なる。カバー３２１は、例えば厚さ数ｍｍ程度の樹脂材料で形成される。
カバー３２１は、第１の反射面１と第２の反射面２との間の開放部を囲むように配置されている。このため、外部からの入射光８ｂは、カバー３２１を経て第１の反射面１に至ることになる。また、カバー３２１は、図１に示した広角撮像光学系に限らず、他の実施形態に係る広角撮像光学系に用いてもよい。
図２２において、外部からの入射光８ａは、屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。外部からの入射光８ｂは、カバー３２１で屈折され、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。このようにカバー３２１を設けたことにより、容易かつ効果的に反射光学系を保護することができる。
（実施の形態１２）
図２３、図２４は、実施形態１２に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。図２３に示した実施形態は、基本構成は図２２に示した実施形態と同様であるが、カバー３２１の内面に反射防止のコーティング４２１が施されている点が、図２２の構成と異なる。コーティング４２１は、ディッピング等の手法で形成することができる。
図２３の構成では、ゴースト光８ｃは、カバー３２１を通過し、カバー３２１内の空間に入射することになる。しかしながら、図２３の構成では、コーティング４２１により、内面反射を防止している。このため、ゴースト光８ｃが、破線で示したようなカバー３２１内に直接入射した正規光と同じ光路を通って、撮像素子７に達することも防止されることになる。
図２４に示した実施形態も、基本構成は図２２に示した実施形態と同様であるが、カバー３２１の端部が黒塗りされている点が、図２２の構成と異なる。図２４の構成では、ゴースト光８ｄは、カバー３２１の端部で遮光される。遮光されないとすると、入射したゴースト光８ｄは、カバー３２１で反射した後は、破線で示したようなカバー３２１内に直接入射した正規光と同じ光路を通って、撮像素子７に達してしまう。
また、カバー３２１内の空間に入射したゴースト光８ｅは、カバー３２１の内面側の端部で遮光される。遮光されないとすると、ゴースト光８ｅは、端部で反射した後は、さらに第１の反射面１で反射されることになり、第１の反射面１で反射後は、正規光と同じ光路を通って、撮像素子７に達してしまう。すなわち、ゴースト光８ｄ、８ｅのいずれについても、正規光の光路に途中から合流して、撮像素子７に達することは防止されることになる。
なお、カバー３２１の端部が黒塗りの例で説明したが、これに限るものではなく、端部に遮光部が形成されていればよく、例えば端部が遮光材料で形成されていてもよい。
また、広角撮像光学系の基本構成は、図１に示した例に限らず、他の実施形態に係る広角撮像光学系に用いてもよい。
（実施の形態１３）
図２５は、実施形態１３に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。図２５に示した構成は、本図に示した構成では、第１の反射面１の外径よりも、第２の反射面２の外径が小さい。第１の反射面１と第２の反射面２との間の開放部を囲むように配置されたカバー４４１は、外形形状が略円錐台形であり、内壁面、外壁面はテーパ状に形成されている。この略円錐台形のカバー４４１は、例えば厚さ数ｍｍ程度の樹脂製材料で形成される。
前記実施形態１２の構成は、コーティング４２１による内面反射防止で、ゴースト光が正規光と同し光路を辿ることを防止しているが、本実施形態の構成は、これをカバー４４１の形状で実現するものである。具体的には、図２５に示したように、カバー４４１内に入射したゴースト光８ｃは、カバー４４１の傾斜面で内面反射され、反射後のゴースト光８ｃは正規光と異なる光路を辿り、ゴーストの発生は防止されることになる。すなわち、本実施形態によれば、カバー４４１の形状により、ゴースト光８ｃの反射角度を調節できるので、コーティング等をすることなく、カバー４４１自体で、ゴーストの発生を防止できる。
なお、図２５に示した例に限らず、他の実施形態においても、第１の反射面の外径よりも、第２の反射面の外径が小さくして、略円錐台形のカバーを設けてもよい。
（実施の形態１４）
図２６は、実施形態１４に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１に示した実施形態と同様であるが、開口１ａの周辺近傍に遮光部１ｂが形成されている点が異なる。
ゴースト光８ｃは、反射面１、２で反射された後、再び反射面１に至ることになるが、この光線は遮光部１ｂで遮光されることになる。遮光部１ｂを設けていない構成では、ゴースト光８ｃは、破線で示したように、再び反射面１、２で反射された後、すなわち反射面で４回反射した後に、開口１ａに入射し、結像光学系５で結像され撮像素子７で撮像されることになる。
なお、本図の例では、反射面を４回反射して開口１ａに入射するゴースト光を遮光する例で説明したが、遮光対象のゴースト光は、反射面を４回以上反射した後に開口１ａに入射する光線であってもよい。
また、広角撮像光学系の基本構成は、図１に示した例に限らず、他の実施形態に係る広角撮像光学系に用いてもよい。
（実施の形態１５）
図２７は、実施形態１５に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１２に示した実施形態と同様であるが、本図の例では、結像光学系５を保持するレンズ鏡筒４６１が遮光部材を兼ねている。このため、別個に遮光部材を設ける必要はなく、レンズ鏡筒４６１を効率的に用いている。この構成では、ゴースト光８ｃは、反射面１、２で反射された後、レンズ鏡筒４６１で遮光されることになる。このことにより、ゴースト光が破線で示したように、正規光と同し光路を辿ることを防止している。
また、レンズ鏡筒４６１の先端部には、例えば黒塗りの遮光部材で形成されたフード４６２を設けてもよい。フード４６２を設けたことにより、結像光学系５に入射する光束を制限でき、迷光やフレアの原因となる画角外の不要光を除去できる。
また、フードの傾斜角と同程度の角度で入射する光線による反射光もあり得るが、フード表面を階段状の細かい段差構造にすることにより反射光を発散させることができる。
なお、フードを結像光学系５に設けた例で説明したが、レンズ３ａを含む屈折光学系にフードを設け、屈折光学系に入射する光束を制限するようにしてもよい。
また、広角撮像光学系の基本構成は、図１２に示した例に限らず、他の実施形態に係る広角撮像光学系に用いてもよい。
（実施の形態１６）
図２８は、本発明に係る広角撮像系を含むワイドコンバージョンレンズの一実施形態を示している。本図に示したワイドコンバージョンレンズは、図１に示した広角撮像光学系において、結像光学系５、及び撮像素子７に代えて、ビデオカメラやカメラ等の撮像装置３０１を配置したものである。このことにより、一度で広範囲に亘る撮像が可能となる。広角撮像光学系は、図１に示したものに限らず、他の実施形態に係る広角撮像光学系を用いてもよい。
（実施の形態１７）
図２９、図３１は、実施形態１７に係る広角撮像装置の基本構成の概略図であり、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当する。本図に示した実施形態は、基本構成は図１〜５に示した実施形態１と同様であるが、各反射面の形状と透光部２ａ及び開口１ａに対応する部分のレンズ形状とが異なっている構成、及び屈折光学系と結像光学系にズーム機能を有している構成が、実施形態１と異なる。透光部２ａ及び開口１ａに対応する部分のレンズ形状についての説明は、実施形態４と同様である。
図２９において、外部からの入射光８ａは、ズームレンズ３３３を含む屈折光学系３で屈折された後、第２の反射面２に形成された透光部２ａを経て、さらに第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、ズームレンズ３３４を含む結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。外部からの入射光８ｂは、第１の反射面１の凸面で反射され、第２の反射面２の凹面で反射された後、第１の反射面１に形成された開口１ａを経て、ズームレンズ３３４を含む結像光学系５で結像された後、撮像素子７で撮像される。
図３０は、図２９に示す広角撮像装置により、広範囲に亘り物体を撮像したときの画像を示す図である。撮像素子７には、第２撮像領域を撮像した円状画像３４１と、第１撮像領域を撮像した円環状画像３４２が映し出される。図３１では、図２９に示す広角撮像装置において、ズームレンズ３３４を物体側に移動させて変倍を行っている。
図３２は、図３１に示す広角撮像装置により、物体を撮像したときの画像を示す図である。撮像素子７には、第２撮像領域を変倍して撮像した円状画像３６１と、その外側に第１撮像領域を変倍して撮像した円環状画像３６２の一部が映し出される。このようにズームレンズを設けたことにより、中心軸付近の物体は撮像素子７の中心において拡大して撮像されるので、さらに詳細な画像が得られる。
（実施の形態１８）
図３３、図３４、及び図３５は、実施の形態１８に係る広角撮像装置の概略構成図である。これら各図の構成は、基本構成は図１〜５に示した実施形態１と同様であるが、詳細は後に説明するように、レンズ構成や反射面の形状が実施形態１と異なっている。各図において、添字のａｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、第１光学系の面番号、添字のｂｉ（ｉ＝１，２，３，…）は、第２光学系の面番号である。ｉの数字は、物体側から光束の進行順に増加している。ｒａｉ、ｒｂｉは各面の曲率半径、ｄａｉ、ｄｂｉは各面に対応するレンズ厚、又は空気間隔である。
本実施形態に係る反射面の形状は、非球面係数を含んだ回転対称非球面であり、光軸からの高さをｈ、面の曲率半径をＲ、Ａ２〜Ａ１０を非球面係数、Ｋを円錐係数とするとサグ量Ｚは下記の式（１）で表される。
式（１）
2003042743.tif 000003
本実施形態においては、反射光学系における第１の反射面は物体からの入射光から見て凸面、第２の反射面は物体からの入射光から見て凹面である。また、屈折光学系は物体側より順に、負のパワーを持つ第１群と、正のパワーを持つ第２群の２つのレンズ群より構成しており、広角撮像光学系は途中で中間像を形成することがなく、明るい光学系を実現できる。
また、絞り位置は、結像光学系の内部、又は結像光学系と第２の反射面との間に有することが好ましく、この構成によれば、第２の反射面の持つ一つの焦点と、絞りの中心位置とを一致させることができるため、主光線を絞り位置に収束させて結像光学系により光線を結像することができる。本実施形態では、絞り位置は第１の反射面の頂点に設定している。
結像光学系を構成するレンズは、物体側から見て、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズの順に配置されており、少ないレンズ枚数で、バックフォーカスが比較的長くでき、収差補正も良好で、明るい結像光学系が実現できる。結像光学系のレンズ構成は、物体側から見て、負レンズ、正レンズ、正レンズの順に配置したものでもよい。
また、最も像側のレンズと撮像素子７との間に挿入されている平板は、光学的ローパスフィルタ及び近赤外カットフィルタに相当する。また、本実施形態においても、第１の反射面１の形状と、開口１ａに対応する部分のレンズの形状が異なっており、第２の反射面の形状と、透光部２ａに対応する部分のレンズ形状とが異なっている。
図３３、３４に示した構成は、第１の反射面の外形よりも第２の反射面の外形が小さくなっており、反射光学系を保持かつ保護する部材として、図２５のようなテーパ状の円錐形カバーを配置する構成に相当する。図３５に示した構成は、第１の反射面の外形と第２の反射面の外形とがほぼ同じであるため、反射光学系を保持かつ保護する部材として、図２２のような円筒状カバーを配置する構成に相当する。
本実施形態において、下記の式（２）から（９）のすくなくともいずれかを満足していることが好ましい。
式（２）ｆａ＞０
式（３）ｆｂ＞０
式（４）ｆ２≧ｄ
式（５）｜ｆ１２／ｆａ｜＞５
式（６）ｒ２＞０
式（７）０．３＜ｒ１／ｒ２＜０．７
式（８）｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＜０．５
式（９）１．２＜ｂｆ／ｆ１＜１．８
式（２）において、ｆａは第１光学系の合成焦点距離であり、下限を超えると、第１光学系内部に中間像を形成するため、第１光学系の物体像は正立像となり、さらに、第１光学系はリレー光学系となるため、光学全長が長くなる。
式（３）において、ｆｂは第２光学系の合成焦点距離であり、下限を超えると、第２光学系内部に中間像を形成するため、第２光学系の物体像は正立像となり、さらに、第２光学系はリレー光学系となるため、光学全長が長くなる。また、このとき、第１光学系で得られる面像が倒立像の場合には、不連続な面像となる。
式（４）において、ｆ２は第２の反射面の焦点距離、ｄは第１の反射面と第２の反射面との軸上間隔であり、式（４）を満足しないと、反射光学系は内部に中間像を形成し、結像光学系を通過する光線の偏角が大きくなるため、結像光学系における収差補正が困難になる。また、第１光学系で得られる面像は正立像となり、第２光学系で得られる面像が倒立像の場合には、不連続な面像となる。
式（５）において、ｆａは第１光学系の合成焦点距離、ｆ１２は第１の反射面と第２の反射面の合成焦点距離であり、式（５）は反射面がなすアフォーカル光学系の度合いを表している。下限を超えると、第１の反射面と第２の反射面の合成焦点距離は小さくなるため、アフォーカル光学系とならず、広角撮像光学系の内部に中間像を形成してリレー光学系となるため、光学系全長が長くなる。
式（６）、（７）において、ｒ１は第１の反射面の曲率半径、ｒ２は第２の反射面の曲率半径を示しており、式（５）の下限を超えると、第２の反射面は物体からの入射光から見て凸面となり、光線は結像光学系に発散光として入射するので、結像光学系自体が大きくなり、撮像装置も大きくなる。
式（７）は、第１の反射面と第２の反射面との曲率半径の比を表している。式（７）の上限を超えると、第２の反射面から開口に入射する光線角度が大きくなるため結像光学系における収差補正が困難となり、さらに開口効率も減少するため、周辺部の明るさが確保できなくなる。また、式（７）の下限を超えると、第１光学系で用いる第２の反射面での領域がち中心軸付近まで占めるため透光部の領域が狭くなり、その結果第２結像光学系からの光線が通らず撮像できなくなる。
式（８）は、第１光学系の合成焦点距離と第２光学系の合成焦点距離との関係を表しており、両者の差を意味している。式（８）の上限を超えと、第１光学系と第２光学系でのバックフォーカス量の格差が大きくなり、両光学系における結像倍率が違うために、第１光学系を撮像した円環状画像と第２光学系を撮像した円状画像とが連続的でなくなり、画像が欠落したり重複したりする。
式（９）において、ｂｆは無限遠物点から結像光学系に光束を平行入射させたときの結像光学系の空気換算によるバックフォーカス量、ｆ１は結像光学系の合成焦点距離であり、式（９）の上限を超えると、バックフォーカス量が大きくなるため光学系全長が長くなり、その結果装置が大きくなる。式（９）の下限を超えると、バックフォーカス量が小さくなり光学系が構成できなくなる。
なお、式（１）〜（９）は、図３３〜３５に示した構成に限らず、他の実施形態に係る構成に適用してもよい。
（実施例１）
実施例１は、図３３に示した広角撮像装置に係る実施例である。実施例１の第１光学系の焦点距離ｆａ（ｍｍ）、明るさＦｎｏ、撮像範囲（半画角）ω（°）は以下の通りである。
ｆａ＝１．００、Ｆｎｏ＝１．９４、ω＝３０〜９０°
実施例１の第１光学系の数値を以下の表１に示す。ｎｄ、νｄは、ｄ線における屈折率、アッベ数である（以下の各表においても同じ）。
2003042743.tif 000004
実施例１の第２光学系の焦点距離ｆａ（ｍｍ）、明るさＦｎｏ、撮像範囲（半画角）ω（°）は以下の通りである。
ｆａ＝０．７５、Ｆｎｏ＝１．９４、ω＝０〜３０°
実施例１の第２光学系の数値を以下の表２に示す。
2003042743.tif 000005
なお、本実施例は、第１光学系と第２光学系とで、結像光学系を共用しているので、表１におけるａ１０〜ａ１９の値と、表２におけるｂ１０〜ｂ１９の値とは同じである。このことは、以下の実施例２、３においても同様である。
実施例１の非球面係数及び円錐係数を以下に示す。前記のように、第１光学系と第２光学系とで、結像光学系を共用しているので、第ａ１６面、第ａ１７面の値はそれぞれ、第ｂ１６面、第ｂ１７面の値と同じである。このことは、以下の実施例２、３においても同様である。
2003042743.tif 000006
実施例１の前記各式（２）〜（９）の値を、以下に示す。
ｆａ＝１
ｆｂ＝０．７５
ｆ２≧ｄ（ｆ２＝１２．３  ｄ＝３．６８）
｜ｆ１２／ｆａ｜＝３４．４
ｒ２＝２４．６
ｒ１／ｒ２＝０．５２
｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＝０．２５
ｂｆ／ｆ１＝１．５９
実施例１の第１光学系の収差曲線図を図３６Ａ〜３６Ｃに、第２光系の収差曲線図を図３７Ａ〜３７Ｃに示す。図３６Ａ、３７Ａは球面収差（ｍｍ）を示しており、実線は波長５８７．６２ｎｍに対する値、ピッチの短い破線は波長４３５．８４ｎｍに対する値、ピッチの長い破線は波長６５６．２７ｎｍに対する値を示している。このことは、図３８Ａ、３９Ａ、４０Ａ、４１Ａについても同じである。
図３６Ｂ、３７Ｂは非点収差（ｍｍ）を示しており、実線はサジタル像面湾曲、破線はメリディオナル像面湾曲を示している。このことは、図３８Ｂ、３９Ｂ、４０Ｂ、４１Ｂについても同じである。図３６Ｃ、３７Ｃは、歪曲収差（％）を示しており、図３８Ｃ、３９Ｃ、４０Ｃ、４１Ｃについても同じである。
（実施例２）
実施例２は、図３４に示した広角撮像装置に係る実施例である。実施例２の第１光学系の焦点距離ｆａ（ｍｍ）、明るさＦｎｏ、撮像範囲（半画角）ω（°）は以下の通りである。
ｆａ＝１．００、Ｆｎｏ＝１．９７、ω＝３０〜９０°
実施例２の第１光学系の数値を以下の表３に示す。
2003042743.tif 000007
実施例２の第２光学系の焦点距離ｆｂ（ｍｍ）、明るさＦｎｏ、撮像範囲（半画角）ω（°）は以下の通りである。
ｆｂ＝０．８０、Ｆｎｏ＝１．９７、ω＝０〜３０°
実施例１の第２光学系の数値を以下の表４に示す。
2003042743.tif 000008
実施例２の非球面係数及び円錐係数を以下に示す。
2003042743.tif 000009
実施例１の前記各式（２）〜（９）の値を、以下に示す。
ｆａ＝１
ｆｂ＝０．８０
ｆ２≧ｄ（ｆ２＝１１．５  ｄ＝３．４）
｜ｆ１２／ｆａ｜＝２０．５
ｒ２＝２３．１
ｒ１／ｒ２＝０．４５
｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＝０．２０
ｂｆ／ｆ１＝１．３８
実施例１の第１光学系の収差曲線図を図３８Ａ〜３８Ｃに、第２光系の収差曲線図を図３９Ａ〜３９Ｃに示す。
（実施例３）
実施例３は、図３５に示した広角撮像装置に係る実施例である。実施例３の第１光学系の焦点距離ｆａ（ｍｍ）、明るさＦｎｏ、撮像範囲（半画角）ω（°）は以下の通りである。
ｆａ＝１．００、Ｆｎｏ＝２．００、ω＝２５〜９０°
実施例３の第１光学系の数値を以下の表５に示す。
2003042743.tif 000010
実施例３の第２光学系の焦点距離ｆｂ（ｍｍ）、明るさＦｎｏ、撮像範囲（半画角）ω（°）は以下の通りである。
ｆｂ＝０．８０、Ｆｎｏ＝２．００、ω＝０〜２５°
実施例１の第２光学系の数値を以下の表６に示す。
2003042743.tif 000011
実施例１の非球面係数及び円錐係数を以下に示す。
2003042743.tif 000012
実施例１の前記各式（２）〜（９）の値を、以下に示す。
ｆａ＝１
ｆｂ＝０．８０
ｆ２≧ｄ（ｆ２＝１４．３  ｄ＝１３．８）
｜ｆ１２／ｆａ｜＝１５．３
ｒ２＝２８．５
ｒ１／ｒ２＝０．４４
｜ｆｂ−ｆａ｜／｜ｆａ｜＝０．２０
ｂｆ／ｆ１＝１．３４
実施例１の第１光学系の収差曲線図を図４０Ａ〜４０Ｃに、第２光系の収差曲線図を図４１Ａ〜４１Ｃに示す。
（実施の形態１９）
図４２は、第１の反射面と第２の反射面との組み合わせを示したものである。本図は、中心軸９を含む平面で切断した断面図に相当し、結像光学系を構成するレンズ及びこれと一体になっている第１の反射面２２１、屈折光学系を構成するレンズ及びこれと一体になっている第２の反射面２２１のみを図示し、第３の反射面や撮像素子等の図示は省略している。
本図に示した構成は、第１の反射面２２１は物体側からの入射光から見て凸面であり、第２の反射面２２２は、物体側からの入射光から見て凹面である。本図では、左右２組の反射面を配置した例で示しているが、図１〜１２に示したような構成では、片側半分の構成が適用できる。
（実施の形態２０）
図４３は、実施形態２０に係る広角撮像装置の斜視図である。本実施形態は、前記実施形態５〜１０と同様に、２組の広角撮像光学系を有する実施形態である。図４３に示したように、第１の反射面２５１及び第２の反射面２５２は、第１の広角撮像光学系２５７に含まれており、第１の反射面２５４及び第２の反射面２５５は、第２の広角撮像光学系２５８に含まれている。
本図に示した実施形態は、第１の広角撮像光学系２５７の中心軸２５３と、第２の広角撮像光学系２５８の中心軸２５６は、１８０度を除く角度θで交差する例を示している。すなわち、本実施形態は、広角撮像光学系間で中心軸が異なる例を示しており、前記各実施形態はθ＝１８０度の例を示しており、広角撮像光学系間において中心軸を共用している。
なお、図４３では、中心軸同士が交点を持つ例を示したが、交点を持たない構成でも良い。また、前記実施形態５〜１０においても、本実施形態のように、中心軸同士が所定の角度θで交差する構成としても良く、交点を持たない構成としても良い。
（実施の形態２１）
図４４は、Ｓｉ−Ａｓ−Ｔｅ系ガラスであるＳｉ２ＡｓＴｅ２の光透過曲線を示す図である。本図から分かるように、Ｓｉ２ＡｓＴｅ２は、赤外波長域（１〜１０μｍ）で高い透過率を示している。また同様に、ゲルマニウム等も、赤外波長域において高い透過率を示す材料である。一方、例えば、ガラス基板上にＡｌとＭｇＦ２をコーティングした反射鏡では、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で、光を８５％以上反射することができる。
このことから、前記各実施形態において、例えばガラス基板状にＡｌとＭｇＦ２をコーティングした反射面と、例えばＳｉ２ＡｓＴｅ２やゲルマニウム等を用いたレンズで形成した屈折光学系及び結像光学系を組み合わせた構成とすることにより、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で、反射面は光を反射し、かつ屈折光学系及び結像光学系は光を透過するので、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で使用することができる。
（実施の形態２２）
図４５は、前記各実施形態に係る広角撮像装置のいずれかを含む監視用撮像システムの一実施形態を示している。監視用撮像装置２７１を、監視空間２７５に設置し、ケーブル２７４を用いてモニタ２７２、及び画像処理装置２７３に接続して使用する。撮影された画像を、画像処理装置２７３によりパノラマ画像に展開することで、リアルタイムで広範囲に亘る監視を行うことができる。また、画像処理装置２７３が記録媒体を兼ねることで、撮像した画像の保存を行いデータベースとして用いることもできる。
また、実施の形態１３のような反射面とレンズとの組み合わせとすれば、可視波長域から赤外波長域に亘る広い波長域で使用することができるので、昼間、夜間を問わず広範囲に亘る監視を行い、かつその様子を記録することが可能である。
（実施の形態２３）
図４６は、前記各実施形態に係る広角撮像装置のいずれかを含む車載用撮像システムの一実施形態を示している。車載用撮像装置２８１を車両の前方、後方、又はサイドミラー部分等に取り付けた場合、撮像したパノラマ画像を、車両２８２内に設置された車載モニタ２８３に映し出すことで、リアビューモニタ、フロントビューモニタ、又はサイドビューモニタ等になる。このことにより、周囲の交通をリアルタイムに把握でき、より安全で快適な運転が可能である。
（実施の形態２４）
図４７は、前記各実施形態に係る広角撮像装置のいずれかを含む投写システムの一実施形態を示している。本図に示した投写装置において、空間光変調素子２９２は、光学像を形成する液晶パネル等である。スクリーン２９４は、広角撮像光学系２９１で投写された映像のフォーカス面としてのスクリーンである。
光源２９３により照明される空間光変調素子２９２に形成された画像を、広角撮像光学系２９１によってスクリーン２９４に拡大投写することで、観測者２９５にとって、非常に広視野に亘るビデオプロジェクタが得られる。
（実施の形態２５）
実施の形態２５に係る広角撮像装置は、対象物に取付け可能であり、かつ取付け角度の調整が可能である。図４８、４９は、広角撮像装置を車載用撮像装置として用いた一実施形態を示している。これらの各図に示した例では、車載用撮像装置３７１は、車両３７３の後方側面部に取り付けられている。車載用撮像装置３７１の基本構成は、前記各実施形態に係る広角撮像装置を用いることができる。
図４８に示した例では、車載用撮像装置３７１は、中心軸が撮像対象である地面に対して略垂直になるよう車両３７３に取付けられている。図４９に示した例では、車載用撮像装置３８１は、中心軸が地面に対して傾斜するように、取り付け角度が変化している。このように、車載用撮像装置の車両３７３に対する取り付け角度を変化させることにより、撮像可能な範囲を、撮像範囲３７２（図４８）から撮像範囲３８２（図４９）へと変化させることができる。
また、車載用撮像装置の取り付け角度を変化させる可動手段を設け、車両３７３の内部から取り付け角度を制御できるようにすれば、撮像可能な範囲を容易に変化させることができ、周囲の状況を正確に把握することができる。
なお、本実施形態は、車載用撮像装置の例で説明したが、これに限るものではなく、例えば監視用撮像装置として用いてもよい。
（実施の形態２６）
図５０〜５２は、車載用撮像装置の一実施形態を示している。図５０において、車両３９３には、車載用撮像装置３９１を搭載している。符号３９２の指す斜線領域は撮像範囲を示している。車載用撮像装置３９１は、動体検知機能を搭載しており、装置自体の基本構成は、前記各実施形態に係る広角撮像装置を用いることができる。
図５１〜５２は、車載用撮像装置３９１の広域画像を示しており、車載用撮像装置３９１の撮像範囲３９２に車両３９４が入った場合、図５１に示したように、動体検知機能が作動し、車両３９４の画像が動体画像４０２として広域画像４０１上に現れる。
さらに、車両３９４が移動した場合、自動的に動体追跡がなされ、図５２に示したように、車両３９４の画像が動体画像４１２として広域画像４１１上に現れる。このように動体検知機能を設けたことにより、周囲で動きのある物体を抽出して表示することができるので、より観測者に注意を喚起することができる。
なお、実施形態１７、実施形態２５、及び実施形態２６を組み合わせることで、ズーム機能、傾斜による撮像範囲可変機能、及び動体検知機能を含んだ広角撮像システムとして、さらに高度な撮像を実現することもできる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、第１の反射面と第２の反射面とを含む反射光学系と、第１の反射面と第２の反射面との間の開放部と、第２の反射面に形成された透光部と、第１の反射面に形成された開口とを備えたことにより、水平方向画角が最大３６０度、垂直方向画角が１８０度程度の広範囲に亘るパノラマ画像の撮像が可能となる。また、主要光学系を色収差が発生しない反射面で形成できるので、設計の工数及び製造上の制約も少なくなり、小型、軽量、安価で、かつ明るい広角撮像光学系を実現できる。このため、本発明に係る広角撮像光学系は、監視用撮像装置、車載用撮像装置、及び投写装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態１に係る広角撮像装置の概略断面図。
図２は、本発明の実施形態１に係る広角撮像装置の概略側面図。
図３は、図２のＡ矢視図。
図４は、本発明の実施形態１に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図５は、本発明の実施形態１に係る広角撮像装置の撮像素子に映し出される画像の概略図。
図６は、本発明の実施形態２に係る広角撮像装置の概略断面図。
図７は、本発明の実施形態２の別の例に係る広角撮像装置の概略断面図。
図８は、本発明の実施形態２のさらに別の例に係る広角撮像装置の概略断面図。
図９は、本発明の実施形態３に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１０は、本発明の実施の形態３に係る広角撮像装置の別の例の概略断面図。
図１１は、本発明の実施形態４に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１２は、本発明の実施形態４の別の例に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１３は、本発明の実施形態５に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１４は、本発明の実施形態５に係る広角撮像装置の撮像素子に映し出される画像の概略図。
図１５は、本発明の実施形態６に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１６は、本発明の実施形態６の別の例に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１７は、本発明の実施形態７に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１８は、本発明の実施形態８に係る広角撮像装置の概略断面図。
図１９は、本発明の実施形態９に係る広角撮像装置の概略断面図。
図２０は、本発明の実施の形態９に係る広角撮像装置の撮像素子に映し出される画像の概略図。
図２１は、本発明の実施形態１０に係る広角撮像装置の概略断面図。
図２２は、本発明の実施形態１１に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２３は、本発明の実施形態１２に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２４は、本発明の実施形態１２の別の例に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２５は、本発明の実施形態１３に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２６は、本発明の実施形態１４に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２７は、本発明の実施形態１５に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２８は、本発明の実施形態１６に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図２９は、本発明の実施形態１７に係る広角撮像装置の概略断面図。
図３０は、本発明の実施形態１７に係る広角撮像装置の撮像素子に映し出される画像の概略図。
図３１は、本発明の実施形態１７の別の例に係る広角撮像装置の概略断面図。
図３２は、本発明の実施形態１７の別の例に係る広角撮像装置の撮像素子に映し出される変倍された画像の概略図。
図３３は、本発明の実施形態１８に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図３４は、本発明の実施形態１８の別の例に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図３５は、本発明の実施形態１８のさらに別の例に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図３６Ａは、本発明の実施例１の第１光学系の球面収差を示す図。
図３６Ｂは、本発明の実施例１の第１光学系の非点収差を示す図。
図３６Ｃは、本発明の実施例１の第１光学系の歪曲収差を示す図。
図３７Ａは、本発明の実施例１の第２光学系の球面収差を示す図。
図３７Ｂは、本発明の実施例１の第２光学系の非点収差を示す図。
図３７Ｃは、本発明の実施例１の第２光学系の歪曲収差を示す図。
図３８Ａは、本発明の実施例２の第１光学系の球面収差を示す図。
図３８Ｂは、本発明の実施例２の第１光学系の非点収差を示す図。
図３８Ｃは、本発明の実施例２の第１光学系の歪曲収差を示す図。
図３９Ａは、本発明の実施例２の第２光学系の球面収差を示す図。
図３９Ｂは、本発明の実施例２の第２光学系の非点収差を示す図。
図３９Ｃは、本発明の実施例２の第２光学系の歪曲収差を示す図。
図４０Ａは、本発明の実施例３の第１光学系の球面収差を示す図。
図４０Ｂは、本発明の実施例３の第１光学系の非点収差を示す図。
図４０Ｃは、本発明の実施例３の第１光学系の歪曲収差を示す図。
図４１Ａは、本発明の実施例３の第２光学系の球面収差を示す図。
図４１Ｂは、本発明の実施例３の第２光学系の非点収差を示す図。
図４１Ｃは、本発明の実施例３の第２光学系の歪曲収差を示す図。
図４２は、本発明の実施形態１９に係る反射面の組み合わせの例の概略断面図。
図４３は、本発明の実施形態２０に係る広角撮像装置の概略斜視図。
図４４は、Ｓｉ２ＡｓＴｅ２の光透過曲線を示す図。
図４５は、本発明の監視用広角撮像装置の一実施形態に係る概略図。
図４６は、本発明の車載用広角撮像装置の一実施形態に係る概略図。
図４７は、本発明の投写用広角撮像装置の一実施形態に係る概略図。
図４８は、本発明の実施形態２５に係る車載用撮像装置の概略図。
図４９は、本発明の実施形態２５に係る車載用撮像において取り付け角度を変えた状態の概略図。
図５０は、本発明の実施形態２６に係る車載用撮像装置に係る概略図。
図５１は、本発明の実施形態２６に係る車載用撮像装置の広域画像。
図５２は、本発明の実施形態２６に係る車載用撮像装置の撮像車両が移動した場合の広域画像。
【図１】
2003042743.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
2003042743.tif 000016
【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】
2003042743.tif 000021
【図１０】
2003042743.tif 000022
【図１１】
2003042743.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
2003042743.tif 000025
【図１４】
2003042743.tif 000026
【図１５】
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【図１６】
2003042743.tif 000028
【図１７】
2003042743.tif 000029
【図１８】
2003042743.tif 000030
【図１９】
2003042743.tif 000031
【図２０】
2003042743.tif 000032
【図２１】
2003042743.tif 000033
【図２２】
2003042743.tif 000034
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2003042743.tif 000037
【図２６】
2003042743.tif 000038
【図２７】
2003042743.tif 000039
【図２８】
2003042743.tif 000040
【図２９】
2003042743.tif 000041
【図３０】
2003042743.tif 000042
【図３１】
2003042743.tif 000043
【図３２】
2003042743.tif 000044
【図３３】
2003042743.tif 000045
【図３４】
2003042743.tif 000046
【図３５】
2003042743.tif 000047
【図３６Ａ】
2003042743.tif 000048
【図３６Ｂ】
2003042743.tif 000049
【図３６Ｃ】
2003042743.tif 000050
【図３７Ａ】
2003042743.tif 000051
【図３７Ｂ】
2003042743.tif 000052
【図３７Ｃ】
2003042743.tif 000053
【図３８Ａ】
2003042743.tif 000054
【図３８Ｂ】
2003042743.tif 000055
【図３８Ｃ】
2003042743.tif 000056
【図３９Ａ】
2003042743.tif 000057
【図３９Ｂ】
2003042743.tif 000058
【図３９Ｃ】
2003042743.tif 000059
【図４０Ａ】
2003042743.tif 000060
【図４０Ｂ】
2003042743.tif 000061
【図４０Ｃ】
2003042743.tif 000062
【図４１Ａ】
2003042743.tif 000063
【図４１Ｂ】
2003042743.tif 000064
【図４１Ｃ】
2003042743.tif 000065
【図４２】
2003042743.tif 000066
【図４３】
2003042743.tif 000067
【図４４】
2003042743.tif 000068
【図４５】
2003042743.tif 000069
【図４６】
2003042743.tif 000070
【図４７】
2003042743.tif 000071
【図４８】
2003042743.tif 000072
【図４９】
2003042743.tif 000073
【図５０】
2003042743.tif 000074
【図５１】
2003042743.tif 000075
【図５２】
2003042743.tif 000076
【国際調査報告】
2003042743.tif 000077
2003042743.tif 000078