(57)【要約】【課題】  監視カメラ用として好適な、広範囲の物体を良好な解像度の映像として結像できる双曲面ミラーを用いた結像光学系を提供する。【解決手段】  双曲面ミラー１０１Ｍと複数のレンズからなるレンズ部１００Ｒとを有する結像光学系１００において、レンズ部１００Ｒの非点収差に関する収差係数をΣＩＩＩLとし、レンズ部１００Ｒのペッツバルに関する収差係数をΣＰLとし、双曲面ミラー１０１Ｍのペッツバルに関する収差係数をＰMとしたとき、  −０．１≦ΣＰL≦０．０１、−１≦（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰM≦０を満足するように構成する。【選択図】図２
2005091423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双曲面ミラーと複数のレンズからなるレンズ部とを有する結像光学系において、
前記レンズ部の非点収差に関する収差係数をΣＩＩＩLとし、前記レンズ部のペッツバルに関する収差係数をΣＰLとし、前記双曲面ミラーのペッツバルに関する収差係数をＰMとしたとき、
−０．１≦ΣＰL≦０．０１、−１≦（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰM≦０
を満足するように構成したことを特徴とする結像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は結像光学系に係り、特に監視カメラシステムの撮像装置に適用するのに好適な結像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、広い範囲の視覚情報を同時に入力できる装置の開発が盛んである。特に、監視カメラについて種々の研究がなされている。その中で、双曲面ミラーを用いて周囲３６０度の視野を撮影可能とした撮像システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１７に示すように、この従来の撮像システムにおける結像光学系１０においては、中心射影像を得るために、２葉双曲面の一方の双曲面形状を有する反射ミラー（双曲面ミラー１Ｍ）を用い、それと対向する他方の双曲面形状の焦点位置にカメラのレンズ（理想レンズ２Ｒ）のレンズ中心２を配置してある。この双曲面ミラー１Ｍを用いた全方位視覚系の結像光学系１０においては、撮影した画像を一般のカメラで直接とった画像に簡単に変換できる。さらに、この画像に対して、一般のカメラ出力画像と同様に、従来の画像処理技術を利用できるので、監視カメラ用として有効である。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９３９０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の従来の結像光学系１０は、双曲面ミラー１Ｍとテレビカメラのレンズ２Ｒとから構成されている。
以下、具体例について説明する。
双曲面ミラー１Ｍの頂点をＯとする（中心軸（光軸１Ｌ）との交点である。）。光軸１ＬをＺ軸とし、点ＯをＺ軸の原点とし、さらに光軸１Ｌからの距離をｒとすると、双曲面ミラー１Ｍ上の各点は、次の（１）式、（２）式で表される。
【０００６】
【数１】
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なお、Ｒは曲率半径を、ｋは円錐定数を表す。
ここで、Ｒ＝２１．７０ｍｍ、ｋ＝−２．３０４とする。
【０００７】
レンズ２Ｒは薄肉レンズより構成する。点Ｏと面２（レンズ中心）までの距離を−４１．８９ｍｍとする。レンズ２Ｒの焦点距離ｆを４．４５ｍｍ、収差係数を計算する便宜上平均的な光学ガラスの値から屈折率Ｎを−１．６５とする。
この結像光学系は、光軸１Ｌに対して画角ω＝５０度〜１００度までの物点を像点として取り込むものとする。ω＝１００度に対応して、Ｆナンバー（単に、Ｆという。）は２．２となる。
【０００８】
これらの数値は、図１８にまとめて示してある。なお、図１８において、面０は物点を示す。
この結像光学系１０について、ｆ＝１に規格化して、収差を計算した。収差の計算法は、例えば、「レンズ設計法」（松居  吉哉著、共立出版株式会社、１９７２年１１月初版）に従った。
【０００９】
収差の内、球面収差、コマ収差、歪曲については、特に影響が無いので示さない。
非点収差ＩＩＩ及びペッツバル和Ｐ（Ｐｅｔｚｖａｌ：単に、ペッツバルともいう。）の計算結果を示す。
これらは図１９に示してある。
非点収差ＩＩＩは、双曲面ミラー１Ｍ全体では、非球面項もあるので、０である。一方、レンズ２Ｒの面２においては、０．２２４７０となる。これは、レンズ２Ｒが薄肉レンズであるにも係らず、双曲面ミラー１Ｍと組み合わせることにより生じたものである。従って、結像光学系１０全体では、０．２２４７０となる。
【００１０】
図２０には、非点収差と像面湾曲の画角ω依存性を示してある。同図において、実線はサジタル像面（ＳＡで示す。）での、破線はタンジェンシャル像面（ＴＡで示す。）での値を示す。
ペッツバルＰは、Ｐ＝φ／Ｎで示される。φは部分系（各レンズ）のパワーであり、焦点距離ｆの逆数で示される。Ｎは屈折率である。
【００１１】
ペッツバルＰは、双曲面ミラー１Ｍについては、面１において、０．０９２１５であり、非球面項はないので、全体で０．０９２１５である。レンズ２Ｒの面２においては、０．２２４７０である。結像光学系１０全体では、０．３１６８６となる。これは、像面湾曲が大きく発生していることを示す。
なお、非点収差ＩＩＩとペッツバルＰの和は、像面湾曲の球欠的成分（以下、単に球欠像面湾曲という。）を示す。図１９には、各項について示してある。結像光学系１０全体では０．５４１５６となる。
【００１２】
このように、結像光学系１０において、非点収差、ペッツバル、球欠像面湾曲の値が大きくなるのは、以下のように考えられる。
テレビカメラのレンズ２Ｒは、カメラ単体で使用する場合において、良好な撮像ができるように構成されている。すなわち、レンズ２Ｒを単独のレンズ部とすると、ペッツバル和も含めて、収差が小さくなるように構成されている。
【００１３】
しかし、レンズ２Ｒと負のパワーを持つ双曲面ミラー１Ｍとを組み合わせて結像光学系１０を構成すると、収差が増大する。特に、非点収差、ペッツバル和の値が大きくなり、大きな像面湾曲が発生する。この像面湾曲のため、撮像面全体で、フォーカスを同時に合わせることが困難となり、画角により光軸方向のピント位置がずれてしまい、一部の範囲しかフォーカスが合わなくなり、その結果、得られた映像の解像度が劣化し良好な撮像ができないという問題があった。
【００１４】
これに対して、レンズ部の絞りを絞り込む方法や、焦点距離の小さいレンズ部を使用することにより焦点深度を深くして、フォーカスボケを緩和することが考えられているが、これらによっては、画像が暗くなってしまい、監視用途として暗い場所での撮像ができなくなるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題を解決し、監視カメラ用として好適な、広範囲の物体を良好な解像度の映像として結像できる双曲面ミラーを用いた結像光学系を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための手段として、本発明は、双曲面ミラーと複数のレンズからなるレンズ部とを有する結像光学系において、
前記レンズ部の非点収差に関する収差係数をΣＩＩＩLとし、前記レンズ部のペッツバルに関する収差係数をΣＰLとし、前記双曲面ミラーのペッツバルに関する収差係数をＰMとしたとき、
−０．１≦ΣＰL≦０．０１、−１≦（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰM≦０
を満足するように構成したことを特徴とする結像光学系を提供しようとするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１記載の結像光学系は、レンズ部の非点収差に関する収差係数をΣＩＩＩLとし、前記レンズ部のペッツバルに関する収差係数をΣＰLとし、双曲面ミラーのペッツバルに関する収差係数をＰMとしたとき、
−０．１≦ΣＰL≦０．０１、−１≦（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰM≦０
を満足するように構成したことにより、監視カメラ用として好適な、広範囲の物体を良好な解像度の映像として結像できる双曲面ミラーを用いた結像光学系を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
まず、本発明の結像光学系が適用される、監視カメラ装置としての画像処理システムを説明する。
【００１９】
図１は、本発明の結像光学系を用いた撮像装置を利用して構成した画像処理システムの概略構成図である。
同図に示すように、画像処理システム２０は、後述する結像光学系１００（又は２００、又は３００）を備えた撮像装置となるカメラ（ビデオカメラなど）１１、このカメラ１１からの画像データを処理する画像データ処理部１２、この画像データ処理部１２で処理された画像を映し出すモニタ装置１３から構成されている。なお、画像データ処理部１２は、いわゆるＣＰＵやメモリ手段を有しており、カメラ１１から出力される画像データを用いて、様々な処理を行うが、例えば、結像光学系から取り込まれた画像を平面画像に変換する動作も行う。
【００２０】
結像光学系１００（２００，３００）はレンズ部１００Ｒ（２００Ｒ，３００Ｒ）と双曲面ミラー１０１Ｍ（２０１Ｍ，３０１Ｍ）とより構成される。レンズ部１００Ｒ（２００Ｒ，３００Ｒ）はカメラ１１に固定して取り付けられており、双曲面ミラー１０１Ｍ（２０１Ｍ、３０１Ｍ）は、図示しない支持部により、所定の配置でカメラ１１に固定されている。
次に、本発明の結像光学系の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図２は、本発明の結像光学系の実施例１を示す構成図である。
同図に示すように、本実施例１の結像光学系１００は、７枚の順に配置された第１レンズ１０１Ｒ乃至第７レンズ１０７Ｒ及び絞り１００Ｓより構成されたレンズ部１００Ｒと、双曲面ミラー１０１Ｍとから構成される。レンズ部１００Ｒに続いて配置された部材フィルター部１０８Ｒはカメラ内に設置されている。フィルター部１０８Ｒの面１１７にカメラ１１の撮像面が密着している。第１レンズ１０１Ｒは、双曲面ミラー１０１Ｍと対向して配置されている。レンズ部１００Ｒと双曲面ミラー１０１Ｍとは同一の光軸１００Ｌを有している。
【００２２】
双曲面ミラー１０１Ｍの面１０１Ａは２葉双曲面の一方の面より構成されており、双曲面の焦点側とは反対側の表面には、入射光を反射するための反射部材が被覆されている。
光軸１００ＬをＺ軸とし、双曲面ミラー１０１Ｍの双曲面１０１Ａの頂点Ｏ１をＺ軸の原点とし、光軸１００Ｌからの距離をｒとすると、双曲面１０１Ａ上の各点は、上述した（１）式、（２）式で表される。
【００２３】
ここで、曲率半径Ｒは２２．４３ｍｍであり、円錐定数ｋは−２．３０４である。
また、双曲面１０１Ａの頂点Ｏ１とレンズ部１００Ｒの第１レンズ１０１Ｒの面１０１の頂点Ｐ１との距離は−３５．２４ｍｍである。
【００２４】
双曲面ミラー１０１Ｍには、光軸１００Ｌに対する画角ωが５０度から１００度の範囲の入射光が入射する。これらの入射光は、双曲面１０１Ａで反射されて、レンズ部１００Ｒに入射する。図２には、画角ωが５０度、６０度、７０度、８０度、９０度及び１００度である入射光Ｌ５０、Ｌ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０及びＬ１００を代表的に示してある。
【００２５】
次に、レンズ部１００Ｒについて説明する。
図３は、本発明の結像光学系の実施例１におけるレンズ部の構成図である。
レンズ部１００Ｒは、光軸１００Ｌが共通である、所定の間隔で配置された７枚の第１乃至第７レンズ１０１Ｒ〜１０７Ｒと、第３レンズ１０３Ｒと第４レンズ１０４Ｒの中間に配置された絞り１００Ｓとより構成される。双曲面ミラーとレンズ部を合成した光学系のＦナンバーＦは２．３である。焦点距離ｆは０．９５７ｍｍである。
【００２６】
第１レンズ１０１Ｒは、曲率半径Ｒが−１１．６７ｍｍである面１０１と曲率半径Ｒが−６．４４である面１０２とを有している。面１０１と面１０２との面間隔ｄは−１．４３ｍｍである。第１レンズ１０１Ｒの屈折率Ｎｄは１．７２０００であり、分散νｄは５０．２である。
なお、以下、面間隔ｄは２つの面の頂点間の間隔を示すものである。
【００２７】
第２レンズ１０２Ｒは、曲率半径Ｒが−１５．２０ｍｍである面１０３と曲率半径Ｒが−４．９８ｍｍである面１０４とを有している。面１０３と面１０４との面間隔ｄは−１．３３ｍｍである。第２レンズ１０２Ｒの屈折率Ｎｄは１．７２０００であり、分散νｄは５０．２である。
第１レンズ１０１Ｒの面１０２と第２レンズ１０２Ｒの面１０３との面間隔ｄは−３．８５ｍｍである。
【００２８】
第３レンズ１０３Ｒは、曲率半径Ｒが１３．１９ｍｍである面１０５と曲率半径Ｒが８．７４ｍｍである面１０６とを有している。面１０５と面１０６との面間隔ｄは−５．７３ｍｍである。第３レンズ１０３Ｒの屈折率Ｎｄは１．８０５１８であり、分散νｄは２５．４である。
第２レンズ１０２Ｒの面１０４と第３レンズ１０３Ｒの面１０５との面間隔ｄは−３．０７ｍｍである。
【００２９】
第３レンズ１０３Ｒの面１０６から面間隔ｄ＝−３．２０ｍｍの位置に絞り１００Ｓが配置してある。
絞り１００Ｓ（面１０７としてある）から面間隔ｄ＝−１．５２ｍｍの位置に、第４レンズ１０４Ｒの面１０８が配置してある。
【００３０】
第４レンズ１０４Ｒは、曲率半径Ｒが−５．７０ｍｍである面１０８と曲率半径Ｒが９．７０ｍｍである面１０９とを有している。面１０８と面１０９との面間隔ｄは−３．９６ｍｍである。第４レンズ１０４Ｒの屈折率Ｎｄは１．７４１００であり、分散νｄは５２．７である。
【００３１】
第５レンズ１０５Ｒは、曲率半径Ｒが７．２０ｍｍである面１１０と曲率半径Ｒが−４．６４ｍｍである面１１１とを有している。面１１０と面１１１との面間隔ｄは−１．２７ｍｍである。第５レンズ１０５Ｒの屈折率Ｎｄは１．８０５１８であり、分散νｄは２５．４である。
第４レンズ１０４Ｒの面１０９と第５レンズ１０５Ｒの面１１０との面間隔ｄは−０．２９ｍｍである。
【００３２】
第６レンズ１０６Ｒは、曲率半径Ｒが−３２．９３ｍｍである面１１２と曲率半径Ｒが１２．２８ｍｍである面１１３とを有している。面１１２と面１１３との面間隔ｄは−２．５５ｍｍである。第６レンズ１０６Ｒの屈折率Ｎｄは１．７７２５０であり、分散νｄは４９．６である。
第５レンズ１０５Ｒの面１１１と第６レンズ１０６Ｒの面１１２との面間隔ｄは−１．２３ｍｍである。
【００３３】
第７レンズ１０７Ｒは、曲率半径Ｒが−９．３８ｍｍである面１１４と曲率半径Ｒが−４５．９１ｍｍである面１１５とを有している。面１１４と面１１５との面間隔ｄは−２．６９ｍｍである。第７レンズ１０７Ｒの屈折率Ｎｄは１．７７２５０であり、分散νｄは４９．６である。
第６レンズ１０６Ｒの面１１３と第７レンズ１０７Ｒの面１１４との面間隔ｄは−０．２７ｍｍである。
以上、レンズ部１００Ｒの構成を説明した。
【００３４】
なお、レンズ部１００Ｒに続いて配置された部材フィルター部１０８Ｒはカメラ内に設置されている赤外カットフィルターや光学ローパスフィルターなどを総括した部材であり、曲率半径Ｒが無限大（すなわち平面）である面１１６と曲率半径Ｒが無限大である面１１７とを有している。面１１６と面１１７との面間隔ｄは−４．５５ｍｍである。フィルター部１０８Ｒの屈折率Ｎｄは１．５１６３３であり、分散νｄは６４．１である。
第７レンズ１０７Ｒの面１１５とフィルター部１０８Ｒの面１１６との面間隔ｄは−２．６６ｍｍである。
フィルター部１０８Ｒの面１１７はカメラの撮像面と一致する像面となる。
【００３５】
なお、図４には、上述した結像光学系１００を構成する各面のパラメータ（曲率半径Ｒ、面間隔ｄ、屈折率Ｎｄ、分散νｄ）をまとめて表示してある。
なお、同図において、曲率半径Ｒは各面に対応したものであり、各レンズの上の欄の面には、そのレンズの面間隔ｄ、屈折率Ｎｄ及び分散νｄを示してあり、各レンズの下の欄の面には、そのレンズと次のレンズとの間（空気になっている。）の面間隔ｄ、及び空気の屈折率Ｎｄを示してある。
【００３６】
次に、この結像光学系１００について、ｆ＝１に規格化して、各面について、非点収差ＩＩＩ及ペッツバル和Ｐを上述したように計算した。その結果を図５に示してある。
なお、フィルター部１０８Ｒをレンズ部に含め計算した。
各面での収差係数については、煩雑であるので、簡単のため、ここでは説明しない。
【００３７】
双曲面ミラー１０１Ｍの全体では、非点収差ＩＩＩは０．００００９であり、ペッツバルＰは０．０８５３２であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は０．０８５４２であった。
一方、レンズ部１００Ｒの全体では、非点収差ＩＩＩは−０．００８２７であり、ペッツバルＰは−０．０２１３５であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は−０．０２９６２であった。
【００３８】
結像光学系１００全体では、非点収差ＩＩＩは−０．００８１８であり、ペッツバルＰは０．０６３９７であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は０．０５５８０であった。
なお、（レンズ系の（ＩＩＩ＋Ｐ））／（双曲面ミラーのＰ）は、−０．３４７となる。
なお、図６の収差図に非点収差と像面湾曲についての、画角依存性を示してある。同図において、実線はサジタル像面（ＳＡで示す。）での、破線はタンジェンシャル像面（ＴＡで示す。）での値を示す。
【００３９】
これらの収差係数は、上述した従来例の非点収差０．２２４７０、ペッツバル０．３１６８６、球欠像面湾曲０．５４１５６に対して大幅に改善されていることが分かる。
従来例の結像光学系を本実施例１の結像光学系１００と同様に実用可能な撮像ができる状態にするには、絞りを２段以上絞る必要があり、これはＦ２をＦ４にすることであり、その結果、像の明るさは１／４になってしまう。
【００４０】
本実施例１の結像光学系においては、撮像面での場所によるフォーカスズレを引き起こす非点収差、ペッツバル、球欠像面湾曲を小さな値としているので、画角が大きくなっても、解像度の劣化を引き起こすことなく、また、像の明るさを損なうこと無く、撮像する物点の映像をカメラの撮像面上に結像することができる。
【実施例２】
【００４１】
図７は、本発明の結像光学系の実施例２を示す構成図である。
同図に示すように、本実施例の結像光学系２００は、７枚の順に配置された第１レンズ２０１Ｒ乃至第７レンズ２０７Ｒ及び絞り２００Ｓより構成されたレンズ部２００Ｒと、双曲面ミラー２０１Ｍとから構成される。レンズ部２００Ｒに続いて配置された部材フィルター部２０８Ｒはカメラ内に設置されている。フィルター部２０８Ｒの面２１７にカメラ１１の撮像面が密着している。第１レンズ２０１Ｒは、双曲面ミラー２０１Ｍと対向して配置されている。レンズ部２００Ｒと双曲面ミラー２０１Ｍとは同一の光軸２００Ｌを有している。
【００４２】
双曲面ミラー２０１Ｍの面２０１Ａは２葉双曲面の一方の面より構成されており、双曲面の焦点側とは反対側の表面には、入射光を反射するための反射部材が被覆されている。
光軸２００ＬをＺ軸とし、双曲面ミラー２０１Ｍの双曲面２０１Ａの頂点Ｏ２をＺ軸の原点とし、光軸２００Ｌからの距離をｒとすると、双曲面２０１Ａ上の各点は、上述した（１）式、（２）式で表される。
【００４３】
ここで、曲率半径Ｒは１８．５２ｍｍであり、円錐定数ｋは−１．９９４である。
また、双曲面２０１Ａの頂点Ｏ２とレンズ部２００Ｒの第１レンズ２０１Ｒの面２０１の頂点Ｐ２との距離は−７５．０５ｍｍである。
【００４４】
双曲面ミラー２０１Ｍには、光軸２００Ｌに対する画角ωが５０度から１００度の範囲の入射光が入射する。これらの入射光は、双曲面２０１Ａで反射されて、レンズ部２００Ｒに入射する。図７には、画角ωが５０度、６０度、７０度、８０度、９０度及び１００度である入射光Ｌ５０、Ｌ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０及びＬ１００を代表的に示してある。
【００４５】
次に、レンズ部２００Ｒについて説明する。
図８は、本発明の結像光学系の実施例２におけるレンズ部の構成図である。
レンズ部２００Ｒは、光軸２００Ｌが共通である、所定の間隔で配置された７枚の第１乃至第７レンズ２０１Ｒ〜２０７Ｒと、第３レンズ２０３Ｒと第４レンズ２０４Ｒの中間に配置された絞り２００Ｓとより構成される。双曲面ミラーとレンズ部を合成した光学系のＦナンバーＦは２．５である。焦点距離ｆは０．７３９ｍｍである。
【００４６】
第１レンズ２０１Ｒは、曲率半径Ｒが−９．３５ｍｍである面２０１と曲率半径Ｒが−７．３８である面２０２とを有している。面２０１と面２０２との面間隔ｄは−１．４３ｍｍである。第１レンズ２０１Ｒの屈折率Ｎｄは１．７２０００であり、分散νｄは５０．２である。
なお、以下、面間隔ｄは上述と同様２つの面の頂点間の間隔を示すものである。
【００４７】
第２レンズ２０２Ｒは、曲率半径Ｒが−１２．０６ｍｍである面２０３と曲率半径Ｒが−５．５９ｍｍである面２０４とを有している。面２０３と面２０４との面間隔ｄは−１．３３ｍｍである。第２レンズ２０２Ｒの屈折率Ｎｄは１．７２０００であり、分散νｄは５０．２である。
第１レンズ２０１Ｒの面２０２と第２レンズ２０２Ｒの面２０３との面間隔ｄは−３．８５ｍｍである。
【００４８】
第３レンズ２０３Ｒは、曲率半径Ｒが１５．５８ｍｍである面２０５と曲率半径Ｒが９．９７ｍｍである面２０６とを有している。面２０５と面２０６との面間隔ｄは−５．７３ｍｍである。第３レンズ２０３Ｒの屈折率Ｎｄは１．８０５１８であり、分散νｄは２５．４である。
第２レンズ２０２Ｒの面２０４と第３レンズ２０３Ｒの面２０５との面間隔ｄは−３．０７ｍｍである。
【００４９】
第３レンズ２０３Ｒの面２０６から面間隔ｄ＝−３．２０ｍｍの位置に絞り２００Ｓが配置してある。
絞り２００Ｓ（面２０７としてある）から面間隔ｄ＝−１．５２ｍｍの位置に、第４レンズ２０４Ｒの面２０８が配置してある。
【００５０】
第４レンズ２０４Ｒは、曲率半径Ｒが−５．４７ｍｍである面２０８と曲率半径Ｒが１０．７６ｍｍである面２０９とを有している。面２０８と面２０９との面間隔ｄは−３．９６ｍｍである。第４レンズ２０４Ｒの屈折率Ｎｄは１．７４１００であり、分散νｄは５２．７である。
【００５１】
第５レンズ２０５Ｒは、曲率半径Ｒが７．５７ｍｍである面２１０と曲率半径Ｒが−４．２４ｍｍである面２１１とを有している。面２１０と面２１１との面間隔ｄは−１．２７ｍｍである。第５レンズ２０５Ｒの屈折率Ｎｄは１．８０５１８であり、分散νｄは２５．４である。
第４レンズ２０４Ｒの面２０９と第５レンズ２０５Ｒの面２１０との面間隔ｄは−０．２９ｍｍである。
【００５２】
第６レンズ２０６Ｒは、曲率半径Ｒが−１３２．５７ｍｍである面２１２と曲率半径Ｒが１０．１０ｍｍである面２１３とを有している。面２１２と面２１３との面間隔ｄは−２．５５ｍｍである。第６レンズ２０６Ｒの屈折率Ｎｄは１．７７２５０であり、分散νｄは４９．６である。
第５レンズ２０５Ｒの面２１１と第６レンズ２０６Ｒの面２１２との面間隔ｄは−１．２３ｍｍである。
【００５３】
第７レンズ２０７Ｒは、曲率半径Ｒが−９．５４ｍｍである面２１４と曲率半径Ｒが−２５．７９ｍｍである面２１５とを有している。面２１４と面２１５との面間隔ｄは−２．６９ｍｍである。第７レンズ２０７Ｒの屈折率Ｎｄは１．７７２５０であり、分散νｄは４９．６である。
第６レンズ２０６Ｒの面２１３と第７レンズ２０７Ｒの面２１４との面間隔ｄは−０．２７ｍｍである。
以上、レンズ部２００Ｒの構成を説明した。
【００５４】
なお、レンズ部２００Ｒに続いて配置された部材フィルター部２０８Ｒはカメラ内に設置されている赤外カットフィルターや光学ローパスフィルターなどを総括した部材であり、曲率半径Ｒが無限大（すなわち平面）である面２１６と曲率半径Ｒが無限大である面２１７とを有している。面２１６と面２１７との面間隔ｄは−４．５５ｍｍである。フィルター部２０８Ｒの屈折率Ｎｄは１．５１６３３であり、分散νｄは６４．１である。
第７レンズ２０７Ｒの面２１５とフィルター部２０８Ｒの面２１６との面間隔ｄは−１．４２ｍｍである。
フィルター部２０８Ｒの面２１７はカメラの撮像面と一致する像面となる。
【００５５】
なお、図９には、上述した結像光学系２００を構成する各面のパラメータ（曲率半径Ｒ、面間隔ｄ、屈折率Ｎｄ、分散νｄ）をまとめて表示してある。
なお、同図において、曲率半径Ｒは各面に対応したものであり、各レンズの上の欄の面には、そのレンズの面間隔ｄ、屈折率Ｎｄ及び分散νｄを示してあり、各レンズの下の欄の面には、そのレンズと次のレンズとの間（空気になっている。）の面間隔ｄ、及び空気の屈折率Ｎｄを示してある。
【００５６】
次に、この結像光学系２００について、ｆ＝１に規格化して、各面について、非点収差ＩＩＩ及ペッツバル和Ｐを上述したように計算した。その結果を図１０に示してある。なお、フィルター部２０８Ｒをレンズ部に含め計算した。
各面での収差係数については、煩雑であるので、簡単のため、ここでは説明しない。
【００５７】
双曲面ミラー２０１Ｍの全体では、非点収差ＩＩＩは０．００８４４であり、ペッツバルＰは０．０７９８２であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は０．０８８２６であった。
一方、レンズ部２００Ｒの全体では、非点収差ＩＩＩは−０．０２０８０であり、ペッツバルＰは−０．００５４９であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は−０．０２６２９であった。
【００５８】
結像光学系２００全体では、非点収差ＩＩＩは−０．０１２３５であり、ペッツバルＰは０．０７４３２であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は０．０６１９７であった。
なお、（レンズ系の（ＩＩＩ＋Ｐ））／（双曲面ミラーのＰ）は、−０．３２９なる。
ここで、図１１の収差図に非点収差と像面湾曲についての、画角依存性を示してある。同図において、実線はサジタル像面（ＳＡで示す。）での、破線はタンジェンシャル像面（ＴＡで示す。）での値を示す。
【００５９】
これらの収差係数は、上述した従来例の非点収差０．２２４７０、ペッツバル０．３１６８６、球欠像面湾曲０．５４１５６に対して大幅に改善されていることが分かる。
従来例の結像光学系を本実施例２の結像光学系２００と同様に実用可能な撮像ができる状態にするには、絞りを２段以上絞る必要があり、これはＦ２をＦ４にすることであり、その結果、像の明るさは１／４になってしまう。
【００６０】
本実施例２の結像光学系においては、撮像面での場所によるフォーカスズレを引き起こす非点収差、ペッツバル、球欠像面湾曲を小さな値としているので、画角が大きくなっても、解像度の劣化を引き起こすことなく、また、像の明るさを損なうこと無く、撮像する物点の映像をカメラの撮像面上に結像することができる。
【実施例３】
【００６１】
図１２は、本発明の結像光学系の実施例３を示す構成図である。
同図に示すように、実施例３の結像光学系３００は、６枚の順に配置された第１レンズ３０１Ｒ乃至第６レンズ３０６Ｒ及び絞り３００Ｓより構成されたレンズ部３００Ｒと、双曲面ミラー３０１Ｍとから構成される。レンズ部３００Ｒに続いて配置された部材フィルター部３０７Ｒはカメラ内に設置されている。フィルター部３０７Ｒの面３１５にカメラ１１の撮像面が密着している。第１レンズ３０１Ｒは、双曲面ミラー３０１Ｍと対向して配置されている。レンズ部３００Ｒと双曲面ミラー３０１Ｍとは同一の光軸３００Ｌを有している。
【００６２】
双曲面ミラー３０１Ｍの面３０１Ａは２葉双曲面の一方の面より構成されており、双曲面の焦点側とは反対側の表面には、入射光を反射するための反射部材が被覆されている。
光軸３００ＬをＺ軸とし、双曲面ミラー３０１Ｍの双曲面３０１Ａの頂点Ｏ３をＺ軸の原点とし、光軸３００Ｌからの距離をｒとすると、双曲面３０１Ａ上の各点は、次の（３）式、（４）式で表される。
【００６３】
【数２】
2005091423.tif 000004
ここで、曲率半径Ｒは２１．１３ｍｍであり、円錐定数ｋは−２．０９４である。各非球面係数はα4＝２．３０３８Ｅ−０８、α6＝４．５６６１０Ｅ−１２、α8＝４．０７６３３Ｅ−１５、α10＝−１．２２１４２Ｅ−１９、α12＝−６．８５８８１Ｅ−２２、α14＝−２．０６９６４Ｅ−２５、α16＝７．９２７５３Ｅ−２９である。
また、双曲面３０１Ａの頂点Ｏ３とレンズ部３００Ｒの第１レンズ３０１Ｒの面３０１の頂点Ｐ３との距離は−１３８．１５ｍｍである。
【００６４】
双曲面ミラー３０１Ｍには、光軸３００Ｌに対する画角ωが５０度から１００度の範囲の入射光が入射する。これらの入射光は、双曲面３０１Ａで反射されて、レンズ部３００Ｒに入射する。図１２には、画角ωが５０度、６０度、７０度、８０度、９０度及び１００度である入射光Ｌ５０、Ｌ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０及びＬ１００を代表的に示してある。
【００６５】
次に、レンズ部３００Ｒについて説明する。
図１３は、本発明の結像光学系の実施例３におけるレンズ部の構成図である。
レンズ部３００Ｒは、光軸３００Ｌが共通である、所定の間隔で配置された６枚の第１乃至第６レンズ３０１Ｒ〜３０６Ｒと、第２レンズ３０２Ｒと第３レンズ３０３Ｒの中間に配置された絞り３００Ｓとより構成される。双曲面ミラーとレンズ部を合成した光学系のＦナンバーＦは２．４である。焦点距離ｆは０．５５２ｍｍである。
【００６６】
第１レンズ３０１Ｒは、曲率半径Ｒが−１２．００ｍｍである面３０１と曲率半径Ｒが−５．８５である面３０２とを有している。面３０１と面３０２との面間隔ｄは−１．３３ｍｍである。第１レンズ３０１Ｒの屈折率Ｎｄは１．７２０００であり、分散νｄは５０．２である。
なお、以下、面間隔ｄは２つの面の頂点間の間隔を示すものである。
【００６７】
第２レンズ３０２Ｒは、曲率半径Ｒが２１．３９ｍｍである面３０３と曲率半径Ｒが１２．０５ｍｍである面３０４とを有している。面３０３と面３０４との面間隔ｄは−５．７３ｍｍである。第２レンズ３０２Ｒの屈折率Ｎｄは１．８０５１８であり、分散νｄは２５．４である。
第１レンズ３０１Ｒの面３０２と第２レンズ３０２Ｒの面３０３との面間隔ｄは−３．０７ｍｍである。
【００６８】
第２レンズ３０２Ｒの面３０４から面間隔ｄ＝−３．２０ｍｍの位置に絞り３００Ｓが配置してある。
絞り３００Ｓ（面３０５としてある）から面間隔ｄ＝−１．５２ｍｍの位置に、第３レンズ３０３Ｒの面３０６が配置してある。
【００６９】
第３レンズ３０３Ｒは、曲率半径Ｒが−５．５２ｍｍである面３０６と曲率半径Ｒが１０．９１ｍｍである面３０７とを有している。面３０６と面３０７との面間隔ｄは−３．９６ｍｍである。第３レンズ３０３Ｒの屈折率Ｎｄは１．７４１００であり、分散νｄは５２．７である。
【００７０】
第４レンズ３０４Ｒは、曲率半径Ｒが７．８５ｍｍである面３０８と曲率半径Ｒが−４．１７ｍｍである面３０９とを有している。面３０８と面３０９との面間隔ｄは−１．２７ｍｍである。第４レンズ３０４Ｒの屈折率Ｎｄは１．８０５１８であり、分散νｄは２５．４である。
第３レンズ３０３Ｒの面３０７と第４レンズ３０４Ｒの面３０８との面間隔ｄは−０．２９ｍｍである。
【００７１】
第５レンズ３０５Ｒは、曲率半径Ｒが−４１８．７０ｍｍである面３１０と曲率半径Ｒが１０．４９ｍｍである面３１１とを有している。面３１０と面３１１との面間隔ｄは−２．５５ｍｍである。第５レンズ３０５Ｒの屈折率Ｎｄは１．７７２５０であり、分散νｄは４９．６である。
第４レンズ３０４Ｒの面３０９と第５レンズ３０５Ｒの面３１０との面間隔ｄは−１．２３ｍｍである。
【００７２】
第６レンズ３０６Ｒは、曲率半径Ｒが−８．３５ｍｍである面３１２と曲率半径Ｒが−２９．４１ｍｍである面３１３とを有している。面３１２と面３１３との面間隔ｄは−２．６９ｍｍである。第６レンズ３０６Ｒの屈折率Ｎｄは１．７７２５０であり、分散νｄは４９．６である。
第５レンズ３０５Ｒの面３１１と第６レンズ３０６Ｒの面３１２との面間隔ｄは−０．２７ｍｍである。
以上、レンズ部３００Ｒの構成を説明した。
【００７３】
なお、レンズ部３００Ｒに続いて配置された部材フィルター部３０７Ｒはカメラ内に設置されている赤外カットフィルターや光学ローパスフィルターなどを総括した部材であり、曲率半径Ｒが無限大（すなわち平面）である面３１４と曲率半径Ｒが無限大である面３１５とを有している。面３１４と面３１５との面間隔ｄは−４．５５ｍｍである。フィルター部３０７Ｒの屈折率Ｎｄは１．５１６３３であり、分散νｄは６４．１である。
第６レンズ３０６Ｒの面３１３とフィルター部３０７Ｒの面３１４との面間隔ｄは−２．０６ｍｍである。
フィルター部３０７Ｒの面３１５はカメラの撮像面と一致する像面となる。
【００７４】
なお、図１４には、上述した結像光学系３００を構成する各面のパラメータ（曲率半径Ｒ、面間隔ｄ、屈折率Ｎｄ、分散νｄ）をまとめて表示してある。
なお、同図において、曲率半径Ｒは各面に対応したものであり、各レンズの上の欄の面には、そのレンズの面間隔ｄ、屈折率Ｎｄ及び分散νｄを示してあり、各レンズの下の欄の面には、そのレンズと次のレンズとの間（空気になっている。）の面間隔ｄ、及び空気の屈折率Ｎｄを示してある。
【００７５】
次に、この結像光学系３００について、ｆ＝１に規格化して、各面について、非点収差ＩＩＩ及ペッツバル和Ｐを上述したように計算した。その結果を図１５に示してある。なお、フィルター部３０７Ｒをレンズ部に含め計算した。
各面での収差係数については、煩雑であるので、簡単のため、ここでは説明しない。
【００７６】
双曲面ミラー３０１Ｍの全体では、非点収差ＩＩＩは０．００８８７であり、ペッツバルＰは０．０５２２３であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は０．０６１１０であった。
一方、レンズ部３００Ｒの全体では、非点収差ＩＩＩは−０．０２２０７であり、ペッツバルＰは０．００６４８であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は−０．０１５５９であった。
【００７７】
結像光学系３００全体では、非点収差ＩＩＩは−０．０１３２０であり、ペッツバルＰは０．０５８７１であり、球欠像面湾曲（ＩＩＩ＋Ｐ）は０．０４５５１であった。
なお、（レンズ系の（ＩＩＩ＋Ｐ））／（双曲面ミラーのＰ）は、−０．２９８となる。
ここで、図１６の収差図に非点収差と像面湾曲についての、画角依存性を示してある。同図において、実線はサジタル像面（ＳＡで示す。）での、破線はタンジェンシャル像面（ＴＡで示す。）での値を示す。
【００７８】
これらの収差係数は、上述した従来例の非点収差０．２２４７０、ペッツバル０．３１６８６、球欠像面湾曲０．５４１５６に対して大幅に改善されていることが分かる。
従来例の結像光学系を本実施例３の結像光学系３００と同様に実用可能な撮像ができる状態にするには、絞りを２段以上絞る必要があり、これはＦ２をＦ４にすることであり、その結果、像の明るさは１／４になってしまう。
【００７９】
本実施例３の結像光学系においては、撮像面での場所によるフォーカスズレを引き起こす非点収差、ペッツバル、球欠像面湾曲を小さな値としているので、画角が大きくなっても、解像度の劣化を引き起こすことなく、また、像の明るさを損なうこと無く、撮像する物点の映像をカメラの撮像面上に結像することができる。
【００８０】
以上の各実施例の結果を含めて、以下のことがいえる。
ここで、レンズ系各面におけるペッツバルに関する収差係数をＰL（Ｌはレンズ系におけるレンズの枚数をＮとするとＬ＝１〜Ｎ）、レンズ系各面における非点収差に関する収差係数をＩＩＩL（Ｌはレンズ系におけるレンズの枚数をＮとするとＬ＝１〜Ｎ）、双曲面ミラー面のペッツバルに関する収差係数をＰMとすると、双曲面ミラーと複数のレンズからなる全方位視覚系結像光学系としては、以下の各式
−０．１≦ΣＰL≦０．０１                        （５）
−１≦（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰM≦０              （６）
の条件式を満足する構成とすると、像面湾曲を抑制して、良好な解像度で明るい画像を得ることができる。なお、Σは、レンズ系の全レンズについての和を示す。
【００８１】
上述の（５）式は、非点収差を少なくして像面を平坦にするための条件式であり、双曲面ミラーにより発生する像面湾曲を補正するものである。ΣＰLが０．０１より大きくなると、比較的補正が容易である、双曲面ミラーを高次の非球面項を用いた非球面ミラーとして補正する場合でも、像面湾曲の補正が困難となり、好ましくない。一方、ΣＰLが−０．１よりも小さくなると、レンズ系による像面湾曲の補正が過剰となり、像面がレンズ系に向って凸状に湾曲して好ましくない。
【００８２】
上述の（６）式は、やはり、非点収差を少なくして像面を平坦にするための条件式であるが、双曲面ミラーにより生じる像面湾曲を補正するために、レンズ系の球欠像面湾曲に関する像面湾曲に関する収差係数を適切な値にするためのものである。（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰMが正の値となると、負の像面湾曲が増大し、双曲面ミラーにより発生する像面湾曲を補正するのが困難となり、好ましくない。一方、（ΣＩＩＩL＋ΣＰL）／ＰMが−１より小さくなると、レンズ系による像面湾曲の補正が過剰となり、正の球欠像面湾曲と正の非点収差の補正が困難となり、好ましくない。
双曲面ミラーとレンズ部からなる結像光学系を上記（５）及び（６）式を満たすように構成することにより、監視カメラ用として好適な、広い画角範囲の明るい映像を解像度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の結像光学系を用いた撮像装置を利用して構成した画像処理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の結像光学系の実施例１を示す構成図である。
【図３】本発明の結像光学系の実施例１におけるレンズ部の構成図である。
【図４】本発明の結像光学系の実施例１のパラメータを示す図である。
【図５】本発明の結像光学系の実施例１における収差係数を示す図である。
【図６】本発明の結像光学系の実施例１の非点収差を示すグラフ図である。
【図７】本発明の結像光学系の実施例２を示す構成図である。
【図８】本発明の結像光学系の実施例２におけるレンズ部の構成図である。
【図９】本発明の結像光学系の実施例２のパラメータを示す図である。
【図１０】本発明の結像光学系の実施例２における収差係数を示す図である。
【図１１】本発明の結像光学系の実施例２の非点収差を示すグラフ図である。
【図１２】本発明の結像光学系の実施例３を示す構成図である。
【図１３】本発明の結像光学系の実施例３におけるレンズ部の構成図である。
【図１４】本発明の結像光学系の実施例３のパラメータを示す図である。
【図１５】本発明の結像光学系の実施例３における収差係数を示す図である。
【図１６】本発明の結像光学系の実施例３の非点収差を示すグラフ図である。
【図１７】従来例の結像光学系を示す構成図である。
【図１８】従来例の結像光学系におけるレンズ部のパラメータを示す図である。
【図１９】従来例の結像光学系における収差係数を示す図である。
【図２０】従来例の結像光学系の非点収差を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…双曲面、１Ｍ…双曲面ミラー、１Ｌ…光軸、２…面（レンズ中心）、２Ｒ…理想レンズ、３…像面、１０…結像光学系、１１…カメラ、１２…画像データ処理部、１３…モニタ装置、２０…画像処理システム、１００…結像光学系、１００Ｌ…光軸、１００Ｒ…レンズ部、１００Ｓ…絞り、１０１Ａ…双曲面、１０１Ｍ…双曲面ミラー、１０１Ｒ…第１レンズ、１０２Ｒ…第２レンズ、１０３Ｒ…第３レンズ、１０４Ｒ…第４レンズ、１０５Ｒ…第５レンズ、１０６Ｒ…第６レンズ、１０７Ｒ…第７レンズ、１０８Ｒ…フィルター部、１０１〜１１７…面、２００…結像光学系、２００Ｌ…光軸、２００Ｒ…レンズ部、２００Ｓ…絞り、２０１Ａ…双曲面、２０１Ｍ…双曲面ミラー、２０１Ｒ…第１レンズ、２０２Ｒ…第２レンズ、２０３Ｒ…第３レンズ、２０４Ｒ…第４レンズ、２０５Ｒ…第５レンズ、２０６Ｒ…第６レンズ、２０７Ｒ…第７レンズ、２０８Ｒ…フィルター部、２０１〜２１７…面、３００…結像光学系、３００Ｌ…光軸、３００Ｒ…レンズ部、３００Ｓ…絞り、３０１Ａ…双曲面、３０１Ｍ…双曲面ミラー、３０１Ｒ…第１レンズ、３０２Ｒ…第２レンズ、３０３Ｒ…第３レンズ、３０４Ｒ…第４レンズ、３０５Ｒ…第５レンズ、３０６Ｒ…第６レンズ、３０７Ｒ…フィルター部、３０１〜３１５…面、Ｌ１…入射光、Ｌ２…入射光、Ｌ５０…入射光、Ｌ６０…入射光、Ｌ７０…入射光、Ｌ８０…入射光、Ｌ９０…入射光、Ｌ１００…入射光。
【図１】
2005091423.tif 000005
【図２】
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【図３】
2005091423.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005091423.tif 000011
【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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【図１７】
2005091423.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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