(57)【要約】【課題】  撮像装置や投影装置において、光量の損失を抑制しつつ、広画角化及び小型化を実現可能な光学系を提供すること。【解決手段】  拡大側から順に、第１群Ｇ１、開口絞りＳＴＯ、及び第２群Ｇ２を備える光学系１００であって、第２群Ｇ２は、全反射面５２と、凹形状の反射面５３と、を含み、開口絞りＳＴＯを通過した拡大側からの光は、全反射面５２で全反射した後、反射面５３で反射されて全反射面５２を透過しており、反射面５３の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、全反射面５２の曲率半径をＲｔ（ｍｍ）、とするとき、−０．６≦Ｒｍ／Ｒｔ≦０．６なる条件を満足する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大側から順に、第１群、開口絞り、及び第２群を備える光学系であって、
前記第２群は、全反射面と、凹形状の反射面と、を含み、
前記開口絞りを通過した拡大側からの光は、前記全反射面で全反射した後、前記反射面で反射されて前記全反射面を透過しており、
前記反射面の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、前記全反射面の曲率半径をＲｔ（ｍｍ）、とするとき、
−０．６≦Ｒｍ／Ｒｔ≦０．６
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記開口絞りと前記反射面との間隔をＬｍ（ｍｍ）とするとき、
２≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦７
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１群の光軸と前記全反射面との交点と、前記開口絞りの中心の前記全反射面に対する像点と、を結ぶ線から前記反射面の面頂点までの距離をＹｍ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、
｜Ｙｍ／ｆ｜≦１
なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項４】
前記反射面の面頂点及び曲率中心を結ぶ線と前記第１群の光軸とが成す角度をθα（ｄｅｇ）、前記反射面よりも縮小側に配置された第１透過面の面頂点及び曲率中心を結ぶ線と前記第１群の光軸とが成す角度をθβ（ｄｅｇ）、とするとき、
｜θα−θβ｜＜２０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記反射面よりも縮小側に配置された第１透過面に対する軸上光束の主光線の入射角をθγとするとき、
｜θγ｜＜１０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第１群は、拡大側に向かって凸形状の屈折面を含み、該屈折面の曲率半径をＲｌ（ｍｍ）、前記屈折面と前記開口絞りとの間隔をＬｌ（ｍｍ）、とするとき、
０．７≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記開口絞りと拡大側瞳との間隔をＬｐ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、
−０．２≦Ｌｐ／ｆ≦０．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記第１群は、拡大側から順に配置された第１光学素子及び第２光学素子を有し、該第１光学素子及び第２光学素子は、互いに接合されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記第１光学素子及び第２光学素子の接合面は、拡大側に向かって凸形状であることを特徴とする請求項８に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１光学素子のｄ線に対するアッベ数をνＡ、前記第２光学素子のｄ線に対するアッベ数をνＢ、とするとき、
νＡ＜νＢ
なる条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１光学素子のｄ線に対する屈折率をＮＡ、前記第２光学素子のｄ線に対する屈折率をＮＢ、とするとき、
ＮＡ＞ＮＢ
なる条件を満足することを特徴とする請求項９又は１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記第１群の光軸と、該光軸及び前記全反射面の交点における法線と、は互いに非平行であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光学系。
【請求項１３】
前記反射面は、前記開口絞りに最も近接した光学面であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の光学系。
【請求項１４】
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１３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１５】
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１４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１６】
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１５に記載の車載カメラシステム。
【請求項１７】
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１６に記載の車載カメラシステム。
【請求項１８】
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１６又は１７に記載の車載カメラシステム。
【請求項１９】
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１３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、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】
近年、撮像装置や投影装置に用いられる光学系として、広画角でかつ小型なものが求められている。特許文献１には、物体側に凸面を向けたレンズと、凹形状の内部反射面を有する反射屈折レンズと、を有する光学系が記載されており、これにより広画角化を実現することができる。また、特許文献２には、複数の反射透過面を有する光学系が記載されており、これにより小型化を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３００９９４号公報
【特許文献２】特開２００５−３５２２７３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に記載の光学系では、内部反射面のパワーが大きいため、小型化しつつ各収差を良好に補正することが困難である。また、特許文献２に記載の光学系では、反射透過面としてシート状ビームスプリッタやハーフミラー等を採用しているため、その反射透過面により光量の損失が生じてしまう。
【０００５】
そこで本発明は、撮像装置や投影装置において、光量の損失を抑制しつつ、広画角化及び小型化を実現可能な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、拡大側から順に、第１群、開口絞り、及び第２群を備える光学系であって、前記第２群は、全反射面と、凹形状の反射面と、を含み、前記開口絞りを通過した拡大側からの光は、前記全反射面で全反射した後、前記反射面で反射されて前記全反射面を透過しており、前記反射面の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、前記全反射面の曲率半径をＲｔ（ｍｍ）、とするとき、−０．６≦Ｒｍ／Ｒｔ≦０．６なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像装置や投影装置において、光量の損失を抑制しつつ、広画角化及び小型化を実現可能な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に係る撮像装置の要部概略図。
【図２】実施例１に係る光学系の要部概略図。
【図３】実施例１に係る第５光学素子の構成を説明するための図。
【図４】実施例１に係る第２群の構成を説明するための図。
【図５】実施例１に係る光学系の収差図。
【図６】本発明の実施例２に係る光学系の要部概略図。
【図７】実施例２に係る光学系の収差図。
【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に係る光学系の収差図。
【図１０】本発明の実施例４に係る光学系の要部概略図。
【図１１】実施例４に係る光学系の収差図。
【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】本発明の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。
【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。
【００１０】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る光学系１００を備える撮像装置１０００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。撮像装置１０００は、撮像光学系としての光学系１００、光学系１００の像面（縮小面）ＩＭＧの位置に配置される撮像面（受光面）を含む撮像素子１１０、ケーブル１２０、及び処理部１３０を備える。
【００１１】
撮像装置１０００において、光学系１００は、図１の左側に存在する不図示の被写体からの光束を集光し、撮像素子１１０の撮像面ＩＭＧに被写体を結像する。撮像素子１１０は、光学系１００により形成された被写体の像を光電変換し、電気信号を出力する。処理部１３０は、ケーブル１２０を介して伝送される撮像素子１１０からの電気信号を処理し、被写体の画像データを取得する。撮像素子１１０としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）を採用することができる。
【００１２】
図２は、光学系１００の光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る光学系１００は、光束幅を制限する開口絞りＳＴＯと、開口絞りＳＴＯよりも物体側（拡大側）に配置された第１群Ｇ１と、開口絞りＳＴＯよりも像側（縮小側）に配置された第２群Ｇ２と、を備える。第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第４光学素子Ｌ４、第５光学素子Ｌ５、第６光学素子Ｌ６、及び第７光学素子ＣＧを有する。
【００１３】
第１光学素子Ｌ１は、結像に寄与する有効光束が通過する光学面として、第１面及び第２面を有する両凸レンズである。第１光学素子Ｌ１の第１面は、物体側に向かって凸形状の屈折面である。また、第２光学素子Ｌ２は両凹レンズであり、第３光学素子Ｌ３は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。
【００１４】
第４光学素子Ｌ４及び第６光学素子Ｌ６は両凸レンズである。第５光学素子Ｌ５は、入射面である第１面５１と、全反射面である第２面５２と、入射光に向かって凹形状の反射面である第３面５３と、の３つの光学面を含む反射屈折レンズである。第５光学素子Ｌ５の第３面５３は、金属膜や誘電体多層膜などによって形成される内部反射面である。第７光学素子ＣＧは、ＩＲカットフィルタ等の光学フィルタであるが、必要に応じて、第７光学素子ＣＧとしてレンズ等を採用してもよい。
【００１５】
光学系１００において、第１光学素子Ｌ１乃至第５光学素子Ｌ５は互いに接合されている。そして、開口絞りＳＴＯは、第３光学素子Ｌ３の第２面３２と第４光学素子の第１面４１との接合面に配置される、開口部が設けられた遮光部材から成る。開口絞りＳＴＯの開口部は、短軸が３０ｍｍ、長軸７６ｍｍである楕円形状であり、長軸が水平方向（Ｘ方向）に一致し、短軸が垂直方向（Ｙ方向）に一致するように設けられている。
【００１６】
図２において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を順に透過して、開口絞りＳＴＯに入射する。このとき、光束の一部は開口絞りＳＴＯの遮光部により遮光されるため、光束幅が制限されることになる。開口絞りＳＴＯの開口部を透過した光束は、第４光学素子Ｌ４を透過して、第５光学素子Ｌ５の第１面５１に入射する。
【００１７】
第５光学素子Ｌ５の第１面５１を透過して第５光学素子Ｌ５の第２面５２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面５２で全反射し、物体側に進行方向を変えて第５光学素子Ｌ５の第３面５３に到達する。第５光学素子Ｌ５の第３面５３により反射された光束は、再び第５光学素子Ｌ５の第２面５２に到達し、今度は全反射せずにこの面を透過する。そして、第６光学素子Ｌ６及び第７光学素子ＣＧを透過した光束は、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００１８】
本実施例に係る光学系１００では、第１群Ｇ１において生じる正のペッツバール像面を、第２群Ｇ２における凹形状の反射面５３により負のペッツバール像面を発生させることで打ち消している。このとき、仮に光学系１００が反射面を１面しか有していないとした場合、像面ＩＭＧが物体側に形成されてしまうため、撮像素子１１０を光学素子と干渉しないように配置することが難しくなる。
【００１９】
そこで、光学系１００では、開口絞りＳＴＯからの光を全反射面５２で全反射させてから反射面５３に入射させる構成を採ることで、像面ＩＭＧと光学素子との干渉を回避している。さらに、反射面５３に向けて光を偏向する手段として全反射面を採用することで、金属膜や誘電体多層膜などによって形成される透過反射面（ハーフミラー等）を採用する場合と比較して、光が反射される際の光量の損失を抑制することができる。
【００２０】
本実施例において、光軸ＡＸ１は、第１群Ｇ１における各光学面の中心（面頂点）を通る軸である。言い換えると、第１群Ｇ１が有する光学面の夫々の面頂点は、光軸ＡＸ１上に存在している。そして、本実施例に係る第１群Ｇ１は、回転対称系となっている。一方、第２群Ｇ２において、第４光学素子Ｌ４の各光学面及び第５光学素子Ｌ５の第１面５１の各面頂点は光軸ＡＸ１上に存在しているが、その他の光学面は、夫々の中心（面頂点）が光軸ＡＸ１上からずれた偏心面である。そして、第５光学素子Ｌ５の第１面５１よりも像側の光学面は、光軸ＡＸ１に対して傾いて配置されている。
【００２１】
図３は、本実施例に係る光学系１００のうち、第４光学素子Ｌ４及び第５光学素子Ｌ５のみを抽出して示したものである。なお、図２に示したように、第５光学素子Ｌ５は、平凸レンズのうち、他の光学素子と重なる部分及び有効光束が通過しない不要な部分がカットされたものであるが、図３ではそのカットされた部分も含めて示している。図３に示すように、第５光学素子Ｌ５の第３面５３の面頂点Ｐ１は光軸ＡＸ１に対して偏心している。そして、第５光学素子Ｌ５について、第３面５３の面頂点Ｐ１での法線、光軸ＡＸ１と第２面５２との交点Ｐ２での法線、の夫々は、光軸ＡＸ１に対して−２５．３６°の角度を有している。
【００２２】
このように、第２群Ｇ２における各光学素子を偏心させて配置することで、像面ＩＭＧの位置も偏心させることができるため、配置の自由度を高め、撮像素子と光路との干渉を回避すること可能になる。また、光軸ＡＸ１と全反射面５２の点Ｐ２での法線とが互いに非平行となるように、全反射面５２を傾けて配置したことにより、開口絞りＳＴＯからの光の全反射面５２に対する入射角を大きくすることができる。これにより、光軸ＡＸ１に近い画角の光についても全反射させることができ、像面ＩＭＧにおける周辺部の光量の低下（コサイン４乗則）の影響を緩和することが可能になる。
【００２３】
また、本実施例において、ＺＸ断面（第１断面）内での画角（水平画角）は光軸ＡＸ１の両側に対称に設定されているのに対して、ＹＺ断面（第２断面）内での画角（垂直画角）は光軸ＡＸ１に対して片側（図１の下側）にのみ設定されている。このように、ＹＺ断面内において、光学系１００の各光学面に光束を斜入射させることで、撮像素子１１０の撮像面が、光軸ＡＸ１に対して下側から光学系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。これにより、撮像素子１１０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。
【００２４】
ここで、本実施例に係る光学系１００は、反射面５３の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、全反射面５２の曲率半径をＲｔ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（１）を満足する。具体的には、全反射面５２は平面であるため、Ｒｍ／Ｒｔ＝０．００となる。全反射面５２及び反射面５３の曲率半径を、条件式（１）を満たすように適切に設定することで、広画角にわたり収差を良好に補正することが可能になる。
−０．６≦Ｒｍ／Ｒｔ≦０．６      （１）
【００２５】
条件式（１）の下限値を下回ると、全反射面５２の曲率が、入射光に向かって凹形状となる方向に大きくなり過ぎてしまい、第５光学素子Ｌ５の第１面５１からの光が、全反射面５２で全反射条件を満たすことが困難になる。これにより、反射面５３に入射する光が減少してしまい、光量の損失が生じ、かつ反射面５３による収差の補正が困難になる。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、全反射面５２の曲率が、入射光に向かって凸形状となる方向に大きくなり過ぎてしまい、全反射面５２で生じる正のペッツバール像面湾曲が大きくなる。その結果、負のペッツバール像面湾曲を大きく発生させるために、反射面５３のパワーを大きくしなくてはならず、反射面５３において他の収差が発生してしまう。
【００２６】
また、反射面５３と開口絞りＳＴＯとの間隔をＬｍ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。ただし、特に断りがない限り、「間隔」は「光軸上での間隔」を示すものとする。
２≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦７      （２）
【００２７】
反射面５３の形状及び開口絞りＳＴＯとの間隔を、条件式（２）を満たすように適切に設定することで、反射面５３で反射された光の全反射面５２に対する入射角を小さくすることができる。これにより、反射面５３で反射された光が全反射面５２で再び全反射されて光量の損失が生じることを抑制することが可能になる。なお、第２群Ｇ２が反射面を複数有する場合は、パワーが最も大きい反射面が条件式（２）を満たすことが望ましい。
【００２８】
条件式（２）の上限値を上回ると、開口絞りＳＴＯから反射面５３までの距離が短くなり、反射面５３で反射された光の全反射面５２に対する入射角が大きくなってしまう。このため、全反射面５２を透過せずに全反射してしまう光が増加し、光量の損失を抑制することが困難になる。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、第５光学素子Ｌ５の内部に像が形成されてしまい、撮像素子１１０を配置することが困難になる。
【００２９】
さらに、以下の条件式（２´）を満足することがより好ましい。
２．３≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦５．１      （２´）
【００３０】
なお、図３に示したように、本実施例に係る反射面５３は偏心しており、その面頂点は光軸ＡＸ１上に存在していない。そこで、開口絞りＳＴＯと全反射面５２との光軸ＡＸ１上での間隔をＬａとし、反射面５３の面頂点Ｐ１を通る法線上での、全反射面５２と反射面５３との間隔をＬｂとするとき、開口絞りＳＴＯと反射面５３との間隔をＬｍ＝Ｌａ＋Ｌｂと定義する。本実施例では、Ｌａ＝８．５００ｍｍ、Ｌｂ＝９．８００ｍｍであり、Ｌｍ＝１８．３００ｍｍであるため、｜Ｒｍ｜／Ｌｍ＝２．３７３となり、条件式（２）及び（２´）を満足する。
【００３１】
光学系１００において、光軸ＡＸ１に対して偏心した光学面を設けた場合、その偏心に起因して収差（偏心収差）が発生する。ここで、第１群Ｇ１の光軸ＡＸ１と全反射面５２との交点Ｐ２と、開口絞りＳＴＯの中心の全反射面５２に対する像点Ｐ３と、を結ぶ線ＡＸ２から反射面５３の面頂点Ｐ１までの距離をＹｍ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とする。なお、像点Ｐ３は、全反射面５２に対して開口絞りＳＴＯの中心と対称な位置に形成される。このとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
｜Ｙｍ／ｆ｜≦１      （３）
【００３２】
条件式（３）を満足することで、反射面５３の面頂点Ｐ１を線ＡＸ２の近傍に配置することができ、反射面５３の偏心に起因する偏心収差の発生を抑制することができる。条件式（３）を満足しない場合、光が反射面５３及び全反射面５２を通過する際に発生する偏心収差の量が多くなり過ぎてしまい、光学系１００の結像性能が低下してしまう可能性が生じる。本実施例では、｜Ｙｍ／ｆ｜＝０．８１８であるため、条件式（３）を満足する。
【００３３】
図４は、本実施例に係る光学系１００のうち、第４光学素子Ｌ４、第５光学素子Ｌ５、及び第６光学素子Ｌ６のみを抽出して示したものである。図４に示すように、反射面５３の面頂点Ｐ１及び曲率中心Ｐ４を結ぶ線を軸ＡＸ３とし、反射面５３よりも像側に配置された第６光学素子Ｌ６の第２面６２（第１透過面）の面頂点Ｐ５及び曲率中心Ｐ６を結ぶ線をＡＸ４とする。そして、軸ＡＸ３と光軸ＡＸ１とが成す角度をθα（ｄｅｇ）、軸ＡＸ４と光軸ＡＸ１とが成す角度をθβ（ｄｅｇ）、とするとき、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
｜θα−θβ｜＜２０      （４）
【００３４】
条件式（４）を満足することで、収差補正能力の高い反射面５３及び第１透過面６２の夫々の軸ＡＸ３及び軸ＡＸ４の傾きを互いに近づけることができるため、偏心収差の発生を抑制することが可能になる。条件式（４）を満足しない場合、偏心収差の発生量が多くなり過ぎてしまい、光学系１００の結像性能が低下してしまう可能性が生じる。
【００３５】
さらに、以下の条件式（４´）を満足することがより好ましい。本実施例では、θα＝−２５．３５°、θβ＝−３０．０８°であり、｜θα−θβ｜＝４．７２°となるため、条件式（４）及び（４´）を満足する。
｜θα−θβ｜＜１０      （４´）
【００３６】
また、光軸ＡＸ１に対して平行となる光束（軸上光束）の主光線の第１透過面６２に対する入射角をθγとするとき、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
｜θγ｜＜１０      （５）
【００３７】
条件式（５）を満足することにより、軸上光束の主光線を第１透過面６２に対して垂直に近い入射角で入射させることができるため、偏心収差の発生を抑制することが可能になる。さらに、以下の条件式（５´）を満足することがより好ましい。本実施例では、｜θγ｜＝０．７２１°であるため、条件式（５）及び（５´）を満足する。
｜θγ｜＜５      （５´）
【００３８】
なお、反射面５３よりも像側に配置された透過面のうち少なくとも１つが条件式（４）や条件式（５）を満たすように構成すれば、本発明の効果を得ることができる。ただし、本実施例に係る第１透過面６２のように、反射面５３よりも像側に配置された透過面のうち最もパワーが大きい透過面が条件式（４）や条件式（５）を満たすように構成することが望ましい。
【００３９】
本実施例に係る光学系１００においては、第１光学素子Ｌ１が有する物体側に向かって凸形状の第１面１１（屈折面１１）を、開口絞りＳＴＯまでの距離と曲率半径とが略等しい形状（点対称形状）とすることが望ましい。具体的に、屈折面１１の曲率半径をＲｌ（ｍｍ）、屈折面１１と開口絞りＳＴＯとの間隔をＬｌ（ｍｍ）、とするとき、屈折面１１を以下の条件式（６）を満足する形状とすることが望ましい。
０．７≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．５      （６）
【００４０】
条件式（６）を満足することにより、簡易かつ小型な構成であっても、軸外収差を良好に補正することができる。条件式（６）の範囲を外れると、軸外収差の発生量が増加してしまい、良好な光学特性が得られなくなる可能性が生じる。このことについて、以下に説明する。
【００４１】
一般的に、光学系を設計する際は、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、及び倍率色収差などの軸外収差と、球面収差や軸上色収差などの軸上収差と、を補正することが求められる。しかし、通常の軸対称形状の屈折面を用いた場合、周辺画角（軸外）では軸外収差が大きく発生するため、光軸上（軸上）での光学性能が最も高くなり、それに対して周辺画角での光学性能は低下してしまう。
【００４２】
一方、点対称形状の屈折面は、光軸上から周辺画角にかけて略同等の形状を有するため、軸外収差の発生を抑え、周辺画角における光学性能の低下を抑制することができる。よって、点対称形状の屈折面を採用することで、補正すべき収差を球面収差、軸上色収差、ペッツバール像面などに限定することができるため、簡易な構成であっても諸収差を良好に補正することが可能になる。
【００４３】
このように、条件式（６）を満足する点対称形状の屈折面１１を採用することで、Ｆ値を小さくしつつ、広画角にわたって高解像度でかつ小型な光学系を実現することができる。このとき、点対称形状の屈折面１１に起因して、第１群Ｇ１の結像面は湾曲してしまうが、第２群Ｇ２の反射面５３により平面形状の像面ＩＭＧを形成することが可能になる。よって、撮像装置１０００において、球面形状の撮像素子や導光手段を設ける必要が無くなるため、装置全体の小型化を実現することができる。
【００４４】
なお、第１群Ｇ１において、条件式（６）を満足する屈折面を複数設けてもよい。その場合にも、第１群Ｇ１における複数の屈折面のうち、少なくとも１つが条件式（６）を満たすように構成することで、本発明の効果を得ることができる。ただし、軸外収差を良好に補正するためには、本実施例のように、より開口絞りＳＴＯから離れた屈折面、あるいは隣接する媒質との屈折率差が大きい屈折面、すなわち最も物体側の屈折面を点対称形状とすることが望ましい。
【００４５】
さらに、以下の条件式（６´）を満足することがより好ましい。本実施例では、｜Ｒｌ｜／Ｌｌ＝１．１７３であるため、条件式（６）及び（６´）を満足する。
０．８≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．３      （６´）
【００４６】
光学系１００においては、開口絞りＳＴＯと入射瞳（拡大側瞳）とが互いに近接するように構成することが望ましい。具体的には、開口絞りＳＴＯと入射瞳との間隔をＬｐ（ｍｍ）、全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。ただし、焦点距離は、光学系が正のパワーを有するときは正、負のパワーを有するときは負、となるものとする。
−０．２≦Ｌｐ／ｆ≦０．２      （７）
【００４７】
条件式（７）を満足することにより、点対称形状の屈折面１１に対して各画角の光線が垂直に近い角度で入射する、コンセントリックな構成とすることができるため、屈折面１１により収差を補正し易くすることが可能になる。条件式（８）の上限値を上回ると、コンセントリックな構成から離れてしまい、屈折面１１による効果が十分に得られなくなる。本実施例では、Ｌｐ／ｆ＝０．１１３であるため、条件式（７）を満足する。
【００４８】
また、点対称形状の屈折面１１に起因する軸上収差を良好に補正するためには、屈折面１１よりも像側に、物体側に向かって凸形状の光学面を設けることが望ましい。そこで、本実施例では、第２光学素子Ｌ２と第３光学素子Ｌ３との接合面（第２面２２及び第１面３１）を、物体側に向かって凸形状としている。さらに、この構成においては、物体側に配置される第２光学素子Ｌ２のｄ線に対するアッベ数をνＡ、像側に配置される第３光学素子Ｌ３のｄ線に対するアッベ数をνＢ、とするとき、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
νＡ＜νＢ      （８）
【００４９】
条件式（８）を満足することで、第１光学素子Ｌ１の屈折面１１で発生する軸上色収差を、それと逆符号の軸上色収差を発生させることで良好に補正することができる。本実施例では、νＡ＝２４．０、νＢ＝３５．３であるため、条件式（８）を満足する。
【００５０】
さらに、物体側に配置される第２光学素子Ｌ２のｄ線に対する屈折率をＮＡ、像側に配置される第３光学素子Ｌ３のｄ線に対する屈折率をＮＢ、とするとき、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
ＮＡ＞ＮＢ      （９）
【００５１】
条件式（９）を満足することで、第１光学素子Ｌ１の屈折面１１で発生する球面収差を、それと逆符号の球面収差を発生させることで良好に補正することができる。本実施例では、ＮＡ＝１．９２１、ＮＢ＝１．７４９であるため、条件式（９）を満足する。
【００５２】
なお、光学系１００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１及び第５光学素子Ｌ５の第３面５３は非球面である。本実施例では、第１光学素子Ｌ１の第１面１１を非球面とすることで、第５光学素子Ｌ５の第３面５３やその他の光学面の非点対称成分で発生するコマ収差の補正を行っている。また、第５光学素子Ｌ５の第３面５３を非球面とすることで、この面の球面成分やその他の光学面の非点対称成分で発生する非点収差の補正を行っている。
【００５３】
ただし、本実施例における非球面形状の光学面の夫々は、光軸ＡＸ１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。
【００５４】
【数１】
2017156711.tif 000003
【００５５】
ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸ＡＸ１上における曲率（１／ｍｍ）、ｋは円錐係数、ｈは光軸ＡＸ１からの半径方向の間隔（ｍｍ）、Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の夫々は４次項，６次項，８次項，・・・の非球面係数、である。なお、こ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を示している。
【００５６】
本実施例に対応する数値実施例１の各データを表１〜４に示す。
【００５７】
［数値実施例１］
【００５８】
【表１】
2017156711.tif 000004
【００５９】
【表２】
2017156711.tif 000005
【００６０】
【表３】
2017156711.tif 000006
【００６１】
【表４】
2017156711.tif 000007
【００６２】
表１は光学系１００における各光学面の面データであり、表１において、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、ｎｄはｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数、を表す。ただし、面間隔は、光路に沿って像側に向かうときに正、物体側に向かうときに負、としている。表２は各光学面の面頂点の偏心データであり、表２において、ｘ、ｙ、ｚの夫々は、面番号１の光学面の面頂点を基準とした座標を表し、αはｘ軸周りの回転、βはｙ軸周りの回転、γはｚ軸周りの回転、を表す。
【００６３】
表３は撮像装置１０００の各種データであり、表３において、Ｆｎｏは光学系１００の絞り値（Ｆ値）を表す。表３に示すように、本実施例に係る撮像装置１０００は、全長が３８．１５ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆ値がＦｎｏ＝１．３９と明るく、水平画角５０°（±２５°）、垂直画角３４．５°（８°〜４２．５°）の広い画角を有している。また、表４は、本実施例に係る撮像装置１０００における、条件式（１）〜（７）の値を表す。
【００６４】
図５は、本実施例に係る光学系１００の収差図である。図５では、垂直画角４２．５０°、２５．２５°、８．０００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図５から明らかなように、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）において諸収差が良好に補正されている。
【００６５】
以上、本実施例に係る光学系１００によれば、光量の損失を抑制しつつ、広画角化及び小型化を実現することができる。
【００６６】
［実施例２］
図６は、本発明の実施例２に係る光学系２００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。
【００６７】
光学系２００において、第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第４光学素子Ｌ４及び第５光学素子Ｌ５を有する。第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３の夫々は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。第４光学素子Ｌ４は、透過面である第１面４１及び第２面４２と、凹形状の反射面である第３面４３と、を含む反射屈折レンズである。第５光学素子Ｌ５は、入射光に凸面を向けた平凸レンズである。本実施例に係る各光学素子は互いに接合されており、開口絞りＳＴＯは第３光学素子Ｌ３と第４光学素子Ｌ４との接合面に配置されている。
【００６８】
図６において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を順に透過して、開口絞りＳＴＯにより制限される。開口絞りＳＴＯを通過した光束は、第４光学素子Ｌ４の第１面４１及び第２面４２、第５光学素子Ｌ５の第１面５１を順に透過して、第５光学素子Ｌ５の第２面５２（全反射面）に到達する。
【００６９】
第５光学素子Ｌ５の第２面５２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面５２で全反射して物体側に進行方向を変え、再び第５光学素子Ｌ５の第１面５１及び第４光学素子Ｌ４の第２面４２を透過する。その後、光束は第４光学素子Ｌ４の第３面４３で反射され、第４光学素子Ｌ４の第２面４２、第５光学素子Ｌ５の第１面５１及び第２面５２を順に透過し、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００７０】
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例２の各データを表５〜８に示す。
【００７１】
［数値実施例２］
【００７２】
【表５】
2017156711.tif 000008
【００７３】
【表６】
2017156711.tif 000009
【００７４】
【表７】
2017156711.tif 000010
【００７５】
【表８】
2017156711.tif 000011
【００７６】
表５に示すように、本実施例に係る光学系２００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１（面番号１）及び第４光学素子Ｌ４の第３面４３（面番号８）は、非球面である。そして、表７に示すように、本実施例に係る光学系２００は、全長が２８．２３ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆ値がＦｎｏ＝１．８と明るく、水平画角±３０°、垂直画角４０〜６３°の広い画角を有している。また、表８に示すように、本実施例に係る光学系２００は、上述した条件式（１）〜（７）の全てを満足している。
【００７７】
なお、本実施例に係る第１群Ｇ１において、第１光学素子Ｌ１と第２光学素子Ｌ２との接合面、及び第２光学素子Ｌ２と第３光学素子Ｌ３との接合面は、物体側に向かって凸形状である。このとき、第２光学素子Ｌ２のアッベ数は第１光学素子Ｌ１のアッベ数よりも大きく、第３光学素子Ｌ３のアッベ数は第２光学素子Ｌ２のアッベ数よりも大きいため、各光学素子の組合せが条件式（８）を満足する。また、第１光学素子Ｌ１の屈折率は第２光学素子Ｌ２の屈折率よりも高く、第２光学素子Ｌ２の屈折率は第３光学素子Ｌ３の屈折率よりも高いため、各光学素子の組合せが条件式（９）を満足する。
【００７８】
図７は、本実施例に係る光学系２００の収差図である。図７では、垂直画角６３．００°、５１．５０°、４０．００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図７から明らかなように、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）において諸収差が良好に補正されている。
【００７９】
［実施例３］
図８は、本発明の実施例３に係る光学系３００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。
【００８０】
光学系３００において、第１群Ｇ１は、物体側から順に、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を有し、第２群Ｇ２は、第３光学素子Ｌ３及び第４光学素子Ｌ４を有する。すなわち、本実施例では、第３光学素子Ｌ３の一部を第１群Ｇ１と第２群Ｇ２とで共有している。そして、本実施例に係る各光学素子は、互いに接合されている。
【００８１】
第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３の夫々は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。第３光学素子Ｌ３の第２面３２は、金属膜や誘電体多層膜などによって形成される内部反射面である。開口絞りＳＴＯは、第３光学素子Ｌ３の第２面３２の上に配置される、開口部が設けられた遮光部材から成る。また、第４光学素子Ｌ４は、透過面である第１面４１と、全反射面である第２面４２と、凹形状の反射面である第３面４３と、を含む反射屈折レンズである。
【００８２】
図８において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、及び第３光学素子Ｌ３を順に透過して、開口絞りＳＴＯにより制限される。開口絞りＳＴＯの開口部、すなわち第３光学素子Ｌ３の第２面３２で反射された光束は、第４光学素子Ｌ４の第１面４１を透過し、第４光学素子Ｌ４の第２面４２（全反射面）に到達する。第４光学素子Ｌ４の第２面４２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面４２で全反射した後、第３面４３で反射され、第２面４２を透過して平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００８３】
このように、本実施例に係る光学系３００は、開口絞りＳＴＯの開口部を反射面とし、光束を奇数回（３回）反射させる構成を採ることで、像面ＩＭＧを開口絞りＳＴＯよりも物体側に形成しているため、光軸方向における小型化を可能にしている。
【００８４】
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例３の各データを表９〜１２に示す。
【００８５】
［数値実施例３］
【００８６】
【表９】
2017156711.tif 000012
【００８７】
【表１０】
2017156711.tif 000013
【００８８】
【表１１】
2017156711.tif 000014
【００８９】
【表１２】
2017156711.tif 000015
【００９０】
表９に示すように、本実施例に係る光学系３００において、第１光学素子Ｌ１の第１面１１（面番号１）及び第４光学素子Ｌ４の第３面４３（面番号７）は、非球面である。そして、表１１に示すように、本実施例に係る光学系３００は、全長が６．４２ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆ値がＦｎｏ＝２．０と明るく、水平画角４０．０°、垂直画角３３．０°の広い画角を有している。また、表１２に示すように、本実施例に係る光学系３００は、上述した条件式（１）〜（７）の全てを満足している。なお、本実施例に係る第１群Ｇ１においては、物体側に向かって凸形状の接合面を有する第２光学素子Ｌ２及び第３光学素子Ｌ３が条件式（８）を満足する。
【００９１】
図９は、本実施例に係る光学系３００の収差図である。図９では、垂直画角８０．００°、６３．５０°、４７．００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図９から明らかなように、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）において諸収差が良好に補正されている。
【００９２】
［実施例４］
図１０は、本発明の実施例４に係る光学系４００の、光軸ＡＸ１を含むＹＺ断面における要部概略図である。
【００９３】
光学系４００において、第１群Ｇ１は、物体側から順に第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２を有し、第２群Ｇ２は、物体側から順に、第３光学素子Ｌ３、第４光学素子Ｌ４、及び第５光学素子ＣＧを有する。第１光学素子Ｌ１及び第２光学素子Ｌ２は、物体側に凸面を向けたメニスカスレンズである。第３光学素子Ｌ３は、透過面である第１面３１と、全反射面である第２面３２と、凹形状の反射面である第３面３３と、を含む反射屈折レンズである。また、第４光学素子Ｌ４はプリズムであり、第５光学素子ＣＧは光学フィルタである。開口絞りＳＴＯは、第２光学素子Ｌ２と第３光学素子Ｌ３との間に配置されている。
【００９４】
図１０において、不図示の物体からの光束は、第１光学素子Ｌ１、第２光学素子Ｌ２、開口絞りＳＴＯ、及び第３光学素子Ｌ３の第１面３１を順に通過して、第３光学素子Ｌ３の第２面３２（全反射面）に入射する。第３光学素子Ｌ３の第２面３２に入射する光束のうち、入射角が臨界角よりも大きい光束は、第２面３２で全反射して、第３面３３で反射され、再び第２面３２に到達する。そして、光束は第２面３２を透過し、第４光学素子Ｌ４及び第５光学素子ＣＧを順に通過した後、平面形状の像面ＩＭＧを形成する。
【００９５】
実施例１と同様に、本実施例に対応する数値実施例４の各データを表１３〜１６に示す。
【００９６】
［数値実施例４］
【００９７】
【表１３】
2017156711.tif 000016
【００９８】
【表１４】
2017156711.tif 000017
【００９９】
【表１５】
2017156711.tif 000018
【０１００】
【表１６】
2017156711.tif 000019
【０１０１】
表１３に示すように、本実施例に係る光学系４００において、第３光学素子Ｌ３の第１面３１（面番号６）及び第３光学素子Ｌ３の第３面３３（面番号８）は、非球面である。そして、表１５に示すように、本実施例に係る光学系３００は、全長が２０．４９ｍｍと小型な構成でありながら、Ｆ値がＦｎｏ＝２．０と明るく、水平画角±３０°、垂直画角１０〜３０°の広い画角を有している。また、表１６に示すように、本実施例に係る光学系４００は、上述した条件式（１）〜（５），（７）を満足している。
【０１０２】
図１１は、本実施例に係る光学系４００の収差図である。図１１では、垂直画角３０．００°、２０．００°、１０．００°における、６５６ｎｍ、５８７ｎｍ、４８６ｎｍ、４３５ｎｍ、の各波長の光に関する横収差を示している。図１１から明らかなように、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）において諸収差が良好に補正されている。
【０１０３】
［変形例］
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。
【０１０４】
上述した各実施例において、第２群Ｇ２における凹形状の反射面は、光学素子に反射膜を設けることで構成された内部反射面であるが、これに限られるものではない。例えば、内部反射面の代わりに、表面反射面を有する別の光学素子（ミラーなど）を設けてもよい。
【０１０５】
また、各実施例では、光学系を撮像光学系として撮像装置に適用した場合について説明したが、例えば、光学系を投影光学系として投影装置に適用してもよい。この場合、縮小面ＩＭＧ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。よって、縮小側が物体側、拡大側が像側、第１群Ｇ１が第２群Ｇ２、第２群Ｇ２が第１群Ｇ１、となり、各光学素子の入射面が出射面、出射面が入射面となる。
【０１０６】
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。なお、条件式（３）について、撮像光学系における像点Ｐ３は、投影光学系における開口絞りの中心の全反射面に対する虚物点に対応する。また、条件式（７）について、撮像光学系における開口絞りの入射瞳（拡大側瞳）は、投影光学系における開口絞りの射出瞳（縮小側瞳）に対応する。
【０１０７】
［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。
【０１０８】
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１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離算出部４と、衝突判定部５と、を備えている。撮像部１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及び画像処理部２は、例えば、図１に示した実施例１に係る撮像装置１０００が備える撮像素子１１０及び処理部１３０に対応する。
【０１０９】
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。
【０１１０】
まず、ステップＳ１では、撮像部１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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
ステップＳ３では、撮像部１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２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。
【０１１３】
ステップＳ４では、撮像部１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３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。
【０１１４】
ステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物までの距離情報を、距離算出部４によって算出する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１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、対象物までの距離、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。
【０１１５】
そして、ステップＳ６では、距離算出部４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５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５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）。
【０１１６】
次に、衝突判定部５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５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５での判定結果に基づいて警報を発する。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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１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。
【０１２０】
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１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。
【０１２１】
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４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４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４は、デフォーカス量から変換される対象物までの距離の距離マップデータを取得してもよい。
【０１２２】
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ＡＸ１に対して片側にのみ設定されている。よって、各実施例に係る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ＡＸ１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２に示した実施例１に係る光学系１００を採用する場合、光軸ＡＸ１を水平方向（Ｚ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ＡＸ１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。
【０１２３】
ただし、上述したように、光学系においては、軸上での光学性能が最も高く、それに対して周辺画角での光学性能は低下するため、注目する撮像対象物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）の画角での光学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ＡＸ１を水平方向に対して下側に傾け、光軸ＡＸ１の近傍の画角が下側を向くように配置すればよい。
【０１２４】
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。
【符号の説明】
【０１２５】
５２  全反射面
５３  反射面
１００  光学系
Ｇ１  第１群
Ｇ２  第２群
ＳＴＯ  開口絞り
ＩＭＧ  像面
【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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