(57)【要約】【課題】  ノイズ光の発生を抑え、負のディストーションを緩和した概ね１８０度以上の広角で被写体を取り込み可能な小型で簡易な反射型撮影光学系を提案すること。【解決手段】  反射型撮影光学系１００は、物体側に配置した第１反射鏡１と、結像レンズＩと、第１反射鏡１の反射光像を結像レンズＩに向けて反射するための第２反射鏡１２とを有し、第１反射鏡１の反射面１ａは、被写体の視界を概ね１８０度以上の広角で取り込むように物体側に凸の曲面形状、例えば双曲面筒からなり、物体面に対して傾斜配置され、第１反射鏡１に対する被写体光像の入射光軸Ｌと結像レンズＩのレンズ光軸Ｌ２が直交するように、各光学素子の配置関係を設定されている。屈曲反射鏡を対物面に用いることにより概ね１８０度以上の画角が得られ、歪曲のあまり気にならない収差の良好な画像を得ることが可能な小型で簡易な撮影光学系を得ることができる。【選択図】  図１
2005172970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側に配置した第１反射鏡と、
結像レンズと、
前記第１反射鏡の反射光像を前記結像レンズに向けて反射するための第２反射鏡とを有し、
前記第１反射鏡の反射面は、被写体の視界を広角に取り込むように物体側に凸の曲面形状とされ、物体面に対して傾斜配置されている反射型撮影光学系。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１反射鏡に対する被写体光像の入射光軸と前記結像レンズのレンズ光軸が直交している反射型撮影光学系。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１反射鏡の反射面は、双曲面、楕円面、放物面あるいはこれらの複合曲面である反射型撮影光学系。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記第１反射鏡の反射面は、被写体光像を少なくとも一方向において概ね１８０度以上の広角で取り込み可能な双曲面形状あるいは双曲面筒形状である反射型撮影光学系。
【請求項５】
結像レンズと、
前記結像レンズに正対し、当該結像レンズに向けて被写体光像を反射するための反射鏡とを有し、
前記反射鏡の反射面は、被写体の視界を広角に取り込むように物体側に凸の曲面形状とされている反射型撮影光学系。
【請求項６】
請求項５において、
前記反射鏡の反射面は、双曲面、楕円面、放物面あるいはこれらの複合曲面である反射型撮影光学系。
【請求項７】
請求項５において、
前記反射鏡の反射面は、被写体光像を少なくとも一方向において概ね１８０度以上の広角で取り込み可能な双曲面形状あるいは双曲面筒形状である反射型撮影光学系。
【請求項８】
結像レンズと、
前記結像レンズに向けて被写体光像を反射するための反射鏡とを有し、
前記反射鏡の反射面は、物体面に対して傾斜配置され、物体側に凹の曲面形状をしている反射型撮影光学系。
【請求項９】
請求項８において、
前記反射鏡の反射面は、被写体光像を少なくとも一方向において概ね９０度以上の角度で取り込み可能な凹曲面形状をしている反射型撮影光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子を用いた車載用カメラ、監視用カメラ、防犯カメラ等に使用される小型で簡易な撮影光学系に関するものである。特に、本発明は、視界が略１８０度の被写体を一度に撮影することのできる小型で簡易な撮影光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、略１８０度の被写体を撮影するための光学系として、超広角系のレンズや魚眼レンズなどが用いられている。また、これと類似した提案として、３６０度の視界を一度に撮影することのできるパノラマ撮影レンズが、下記の特許文献１、２などに開示されている。これらの特許文献では、パノラマ撮影レンズとして反射屈折光学レンズを採用している。
【０００３】
この反射屈折光学レンズは、凸状レンズからなり、その外周面には、３６０度の全周から側方の光を取り込むための環状入射面が形成され、この入射面と対向するように環状の第１反射面が形成され、さらに、レンズ内の中央部に第２反射面が形成された構成となっており、環状の入射面からの入射光線は第１反射面で反射されて第２反射面に向かうようになっている。また、第１反射面の中央部には、第２反射面と対向する位置に第２反射面からの光を透過する光射出面が形成されており、第２反射面で反射され当該光射出面から射出した光が、第１反射面の後方に配置されているリレーレンズを介して撮影素子に導かれるようになっている。
【特許文献１】特開昭５９−１９２２２０号公報
【特許文献２】特許第３３７７９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、レンズを用いて、左右の画角が概ね１８０度程度の画像を得ようとすると、魚眼レンズのようなものとなり、画面周辺部に向かうほどに負のディストーションが生じ画像が捉えにくい。また、色収差やコマ収差、非点収差などの補正が難しい。また、屈折反射光学系を用いる場合には、フレアやゴーストを除去するために複雑な形状となり製作に難点がある。
【０００５】
一方、上記の特許文献に開示されているような、屈折面と反射面が一つの素材で一体化された構成の撮影レンズを用いる場合には、画像を形成するのに必要な光線のほかに、画像形成には不要な光線がノイズ光として発生し、フレアやゴーストとなって撮像素子に入射し、映像のコントラストが低下するという問題がある。また、反射屈折レンズの素材がガラスにより構成されている場合、その重量が嵩んで装置自身の重量が増加するという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、ノイズ光の発生を抑え、負のディストーションを緩和した広角で被写体を取り込み可能な小型で簡易な反射型撮影光学系を提案することにある。
【０００７】
また、本発明の課題は、ノイズ光の発生を抑え、負のディストーションを緩和した概ね１８０度以上の広角で被写体を取り込み可能な小型で簡易な反射型撮影光学系を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の第１の発明に係る反射型撮影光学系は、物体側に配置した第１反射鏡と、結像レンズと、前記第１反射鏡の反射光像を前記結像レンズに向けて反射するための第２反射鏡とを有し、前記第１反射鏡の反射面は、被写体の視界を広角に取り込むように物体側に凸の曲面形状とされ、物体面に対して傾斜配置されていることを特徴としている。ここで、前記第１反射鏡に対する被写体光像の入射光軸と前記結像レンズのレンズ光軸が直交するように、各光学素子の配置関係を設定することができる。また、前記第１反射鏡の反射面を、双曲面、楕円面、放物面あるいはこれらの複合曲面とすることができる。特に、前記第１反射鏡の反射面を、被写体光像を少なくとも一方向において概ね１８０度以上の広角で取り込み可能な双曲面形状あるいは双曲面筒形状とすることが望ましい。
【０００９】
本願の第２の発明に係る反射型撮影光学系は、結像レンズと、前記結像レンズに正対し、当該結像レンズに向けて被写体光像を反射するための反射鏡とを有し、前記反射鏡の反射面は、被写体の視界を広角に取り込むように物体側に凸の曲面形状とされていることを特徴としている。この場合においても、前記反射鏡の反射面として、双曲面、楕円面、放物面あるいはこれらの複合曲面を採用することができる。また、前記反射鏡の反射面として、被写体光像を少なくとも一方向において概ね１８０度以上の広角で取り込み可能な双曲面形状あるいは双曲面筒形状を採用することが望ましい。
【００１０】
次に、本願の第３の発明に係る反射型撮影光学系は、結像レンズと、前記結像レンズに向けて被写体光像を反射するための反射鏡とを有し、前記反射鏡の反射面は、物体面に対して傾斜配置され、物体側に凹の曲面形状をしていることを特徴としている。ここで、前記反射鏡の反射面を、被写体光像を少なくとも一方向において概ね９０度以上の角度で取り込み可能な凹曲面形状とすることが望ましい。
【００１１】
詳細に説明すると、本願の第１の発明では、物体側より光路順に結像面に向けて、第１反射鏡、第２反射鏡、結像レンズ、受光素子の順に配列されている。第１反射鏡の反射面は物体に対して傾けて取り付けられており、結像レンズの光軸に対し屈曲するように第２反射鏡によって傾斜配置されている。第１反射鏡の反射面は、例えば横方向に広角（例えば、略１８０度）となるように、物体側に凸面を向けた形状とされている。さらに、第１反射鏡の反射面によって映し出された映像を包括して受光素子面に結像させるための結像レンズが配置されている。
【００１２】
この場合、第１反射鏡自体を被写体に対して上方向あるいは下方向に略２２．５度傾け、第１反射鏡の反射面によって屈折された光軸に対して第２反射鏡を同様に略６７．５度傾斜させて、物体からの光軸を９０度屈折し、そこに結像レンズおよび撮像素子（受光面）を配置することができる。
【００１３】
また、本願の第２の発明では、物体側より光路順に向けて、反射鏡、結像レンズ、受光素子の順に配列されている。そして、反射鏡は物体面と正対し、受光面（結像面）もまた結像レンズを介して反射鏡と正対するように構成されている。すなわち、被写体の左右の背景が、略１８０度包含されるように形成された略双曲面筒反射鏡を、被写体に正対させて配置し、その光軸上にあって反射鏡の前面、すなわち、物体側に向かって、撮影レンズ、撮像素子（受光面）の順に光軸上に配置した構成とされている。
【００１４】
さらに、本願の第３の発明では、物体側より光路順に結像面に向けて、反射鏡、結像レンズ、受光素子の順に配列され、反射鏡の反射面は、物体に対し傾斜して取り付けられ、結像レンズは、入射光束の入射角に対応した反射角に応じて配置されている。この場合、反射鏡の反射面は大きな曲率を有し、物体側に凹面を向けた構成となっている。すなわち、物体の片側（１８０度の約半分）だけの被写体を映像に取り込もうとするもので、物体に対し反射鏡の反射面は、傾斜して取り付けられており、物体側に凹面を向けた構成となっており、物体からの入射光束が反射鏡の反射面で反射した光束の光軸上に結像レンズと撮像素子が配列されている。
【００１５】
本願発明の反射型撮影光学系が組み込まれる撮像装置では、結像位置に配したＣＣＤ等からなる撮像素子および制御回路が配置され、撮影画像は、撮像素子から電気信号に変換されてモニタ装置に映し出される。反射鏡の反射面には例えば、アルミニウム蒸着膜が形成されており、これによって反射されて撮像素子に導かれ映し出される映像は、光学系によって生じるような球面収差、色収差等を有しない。よって、結像レンズの収差補正も通常の補正で処理することが可能である。また、反射鏡の反射光が収斂するようになっているので、結像レンズ自身を超広角レンズとする必要がない。特に、こうした超広角レンズ特有の大きな負のディストーションや複雑な収差補正を行なうことも避けることができるという利点がある。
【００１６】
なお、反射鏡の反射面は双曲面筒（左右方向を双曲面とし、上下方向を平面ないしは曲面とするもの）、または回転双曲面とすることができる。また、結像レンズは、広角レンズないしは標準レンズとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
レンズを用いて左右の画角が概ね１８０度程度の画像を得ようとすると、魚眼レンズのようなものを用いる必要があり、画面周辺部に向かうほどに負のディストーションが生じ画像が捉えにくい。また、色収差やコマ収差、非点収差などの補正が難しい。一方、屈折反射光学系を用いる場合には、フレアやゴーストを除去するために複雑な形状となり製作に難点がある。
【００１８】
本発明では、物体側に反射鏡を配置した構成の反射型撮影光学系を用いており、反射鏡によって反射されて撮像素子に導かれて映し出される映像は、レンズによって生じるような球面収差、色収差等を有しない。よって、結像レンズの収差補正も通常の補正で処理することが可能である。また、反射鏡の反射光が収斂するようになっているので、結像レンズ自身を超広角レンズとする必要がない。特に、こうした超広角レンズ特有の大きな負のディストーションや複雑な収差補正を行なうことも避けることができるという利点がある。さらには、結像レンズの焦点距離を選択することにより所定の映像倍率を得ることができるという利点もある。
【００１９】
このように、本発明によれば、軽量であって、屈曲反射鏡を対物面に用いることにより概ね１８０度以上の画角が得られ、歪曲のあまり気にならない収差の良好な画像を得ることが可能な撮影光学系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した反射型撮影光学系の各実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本願の第１の発明に係る反射型撮影光学系を示す構成図であり、（Ａ）は光学系を上から見た場合の平面展開図であり、（Ｂ）は光学系を側面から見た場合の構成図である。反射型撮影光学系１００は、第１反射鏡１、第２反射鏡１２、結像レンズＩ、受光素子６によって構成されている。結像レンズＩは複数枚のレンズ、例えばレンズ２、３、４から構成されている。本例では、受光素子６と結像レンズＩの間にカバーガラス５が配置されている。左右１８０度の被写体からの入射光線８が第１反射鏡１の反射面１ａで反射された後、平面鏡である第２反射鏡１２を経て収束光となり結像レンズＩに入射して撮像素子６に結像する。
【００２２】
反射鏡１の反射面１ａは、物体側に凸の双曲面筒となっており、左右の画角が概ね１８０度となるようにしてある。また、反射面１ａは、物体からの光軸Ｌに対して上または下に６７．５度傾けてある。これにより光軸Ｌを４５度屈折させ、さらに、４５度屈折させた光軸Ｌ１に対して、第２反射鏡１２の平面反射面１２ａを同様に６７．５度傾けてある。この結果、第２反射鏡１２で屈折させた光軸Ｌ２が物体側からの光軸Ｌに対して９０度を成すようになっている。また、光軸Ｌ２に沿って、結像レンズＩおよび受光素子６が配列された構成となっている。
【００２３】
本例において、結像レンズＩはたとえば、Ｆナンバー２．８、ｆ＝２．２mmのものであり、受光素子６は例えば１／４インチサイズである。また、反射鏡１の材質はプラスチックであるが、ガラスでも良いことは当然である。さらに、反射面１ａにはアルミニウムの蒸着膜が形成されている。
【００２４】
なお、本例では、反射鏡１の傾きによって、上方向と下方向の倍率が異なるので、画像に上下のゆがみが生じることとなる。しかし、この現象を逆に利用することにより必要としない映像を縮小する側とし、必要とする映像の側を拡大させる効果を得ることができる。
【００２５】
表１Ａには、実施例１における各レンズ面の光学データを示し、表１Ｂには、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示してある。
【００２６】
表において、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Ｒはレンズ面の屈折率を表し、ｄはレンズ面間の距離を表し、Ｎｄは各レンズ面の屈折率を表し、νｄは各レンズのアッベ数を表す。また、番号ｉに星印が付してあるレンズ面は非球面である。
【００２７】
【表１Ａ】
2005172970.tif 000003
【００２８】
【表１Ｂ】
2005172970.tif 000004
【００２９】
レンズ面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＸ、光軸に直交する方向の高さをＨ、円錐係数をＫ、非球面係数をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、次式により表すことができる。
【００３０】
【数１】
2005172970.tif 000005
【００３１】
なお、各記号の意味および非球面形状を表す式は、後述の実施例２、３においても同様である。
【実施例２】
【００３２】
図２は、本願の第２の発明に係る反射型撮影光学系を上から見た場合の概略構成図であり、図１の各部分に対応する部位には同一符号を付してある。反射型撮影光学系２００は、反射鏡１１、結像レンズＩおよび受光素子６を有しており、結像レンズＩは例えば３枚のレンズ２、３、４から構成され、結像レンズＩと受光素子６の間にはカバーガラス５が配置されている。反射鏡１１の反射面１１ａは物体側に凸面を向けた双曲面筒で形成されており、物体に対して正対して取り付けられている。物体と反射鏡１１による光軸に対して、結像レンズＩと受光素子６からなる結像装置は、同軸上に反射鏡１１と正対させて取り付けられている。結像レンズＩは、Ｆナンバー２．８、ｆ＝２．２mmで、実施例１と同一である。
【００３３】
表２Ａ、表２Ｂには、実施例２に係わる光学データを示す。
【００３４】
【表２Ａ】
2005172970.tif 000006
【００３５】
【表２Ｂ】
2005172970.tif 000007
【００３６】
本例の反射型撮影光学系２００によって得られる画像は、中心部の像に比較し、周辺部の像が縮小されている以外は反射鏡による像の歪みも無く球面収差、色収差、コマ収差等の目立たない良好な画質となっている。
【実施例３】
【００３７】
図３は、本願の第３の発明に係る反射型撮影光学系を上から見た場合の概略構成図であり、図１における各部分に対応する部位には同一の符号を付してある。反射型撮影光学系３００は、反射鏡２１、結像レンズＩおよび受光素子６によって構成されている。反射鏡２１の反射面２１ａは、物体側に凹面を向けた非球面であり、物体に対して半画角（１８０度の片側半分）を取り込むように傾けて取り付けられている。物体からの入射光束８の光軸Ｌ２１は反射鏡２１の反射面２１ａにおいて屈折反射され、これにより形成される光軸Ｌ２２上に結像レンズＩと受光素子６による撮像装置が配置されている。
【００３８】
実施例３の構成では、反射鏡２１の反射面２１ａが物体に対して凹面を成しているので、反射鏡２１による映像が拡大されている。そのため、被写体の片側９０度が画面いっぱいに映し出される構造となっている。
【００３９】
表３Ａ、表３Ｂには、実施例３に係る光学データを示してある。
【００４０】
【表３Ａ】
2005172970.tif 000008
【００４１】
【表３Ｂ】
2005172970.tif 000009
【００４２】
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係わる実施例について説明してきたが、反射鏡の反射面の形状は双曲面の他、楕円面、放物面でもよい。また、反射面として、これらの曲面を複合化して得られる複合曲面を採用することもでき、反射面に非球面を採用して画面周辺部の倍率の拡大を図ることも可能である。さらに、長い焦点距離の結像レンズを用いることにより映像倍率を拡大することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の発明に係る反射型撮影光学系を示す図であり、（Ａ）はそれを上から見た場合の平面展開図であり、（Ｂ）は側方から見た場合の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の発明に係る反射型撮影光学系を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第３の発明に係る反射型撮影光学系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００、２００、３００  反射型撮影光学系
１、１１、２１    反射鏡
１ａ、１１ａ、２１ａ  反射面
１２  第２反射鏡
Ｉ  撮影レンズ
２、３、４  結像レンズを構成する各レンズ
５  カバーガラス
６  受光素子
８  入射光線
【図１】
2005172970.tif 000010
【図２】
2005172970.tif 000011
【図３】
2005172970.tif 000012