(57)【要約】【課題】少なくとも３方向の被写体を単一の撮像素子にて撮像すると共に、撮像する画角が大きく、かつ、コンパクト化しやすい複数方向撮像装置とそれを備えた車両。【解決手段】単一の撮像素子３０と、撮像素子３０の撮像面上に撮像方向の異なる少なくとも３つの像を形成するために並列配置された少なくとも３つの撮像光学系１０１、１０２、１０３を備え、３つの撮像光学系１０１、１０２、１０３の中、少なくとも２つの撮像光学系１０１、１０２は、並列配置されて並ぶ方向に対して交差する左右方向の各被写体からの軸上主光線を反射し、かつ、それぞれ凹面の曲面反射面を有する。【選択図】図４
2009204697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の撮像素子と、前記単一の撮像素子の撮像面上に撮像方向の異なる少なくとも３つの像を形成するために並列配置された少なくとも３つの撮像光学系を備え、
前記少なくとも３つの撮像光学系の中、少なくとも２つの撮像光学系は、前記並列配置されて並ぶ方向に対して交差する左右方向の各被写体からの光線を反射する凹面の曲面反射面を有することを特徴とする複数方向撮像装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの撮像光学系中の前記凹面の曲面反射面のそれぞれの形状は非回転対称の非球面形状であることを特徴とする請求項１記載の複数方向撮像装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの撮像光学系のそれぞれは、複数の反射面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の複数方向撮像装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの撮像光学系のそれぞれは、複数の曲面反射面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の複数方向撮像装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つの撮像光学系の前記複数の曲面反射面のそれぞれの形状は、非回転対称の非球面形状であることを特徴とする請求項４記載の複数方向撮像装置。
【請求項６】
前記少なくとも２つの撮像光学系のそれぞれは、前記複数の反射面を持つプリズムを有することを特徴とする請求項３から５の何れか１項記載の複数方向撮像装置。
【請求項７】
前記少なくとも２つの撮像光学系の前記プリズムの各々は、被写体側から像面への軸上主光線に沿って順に、透過作用を有する第１面、内部反射作用と透過作用を有する第２面、反射作用を有する第３面の３つの光学面を有し、屈折率が１．４５よりも大きい媒質で構成され、軸上主光線は、前記第１面を透過して媒質内部に入り、前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第２面を透過して媒質外に射出する反射光路をとることを特徴とする請求項６記載の複数方向撮像装置。
【請求項８】
前記少なくとも２つの撮像光学系の各々の前記プリズムの前記第１面の被写体側に明るさ絞りを配置したことを特徴とする請求項７記載の複数方向撮像装置。
【請求項９】
前記少なくとも２つの撮像光学系中の反射面は、前記少なくとも３つの撮像光学系が並列して並ぶ方向に対して軸上主光線を含む面が垂直となるように、軸上主光線に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の複数方向撮像装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの撮像光学系は同一形状の光学系であり、一方の撮像光学系に対して他方の撮像光学系は、撮像素子の撮像面に垂直な軸を対称軸として反転した配置となっていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項記載の複数方向撮像装置。
【請求項１１】
前記少なくとも３つの撮像光学系の中、少なくとも１つの撮像光学系は、前記少なくとも２つの撮像光学系の撮像方向の間の方向の被写体からの軸上主光線を反射し、かつ、凹面の曲面反射面を有することを特徴とする請求項請求項１から１０の何れか１項記載の複数方向撮像装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの撮像光学系は、前記撮像面に垂直な方向の被写体の像を撮像することを特徴とする請求項１１記載の複数方向撮像装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの撮像光学系は、撮像面の直前に配置され、前記曲面反射面を持つプリズムを含み、かつ、前記少なくとも２つの撮像光学系の何れかと同じ向きに配置され、かつ、光線を反射する反射面を備えることを特徴とする請求項１０記載の複数方向撮像装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの撮像光学系は、撮像面の直前に配置され、前記曲面反射面を持つプリズムを含み、かつ、前記少なくとも２つの撮像光学系の何れかと同じ向きに配置され、かつ、それに加えて被写体側に配置され光線を反射する反射部材を備え、
前記反射部材は、透過作用と内部反射作用を有する第４面、反射作用を有する第５面、透過作用を有する第６面を有し、前記軸上主光線は前記第４面を透過して媒質内部に入り、前記第５面で反射し、次いで前記第４面で反射し、次いで前記第６面を透過して媒質外に射出する反射光路をとることを特徴とする請求項１３記載の複数方向撮像装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの撮像光学系におけるプリズムは、被写体側から像面への軸上主光線に沿って順に、透過作用を有する第１面、内部反射作用と透過作用を有する第２面、反射作用を有する第３面の３つの光学面を有し、屈折率が１．４５よりも大きい媒質で構成され、前記軸上主光線は前記第１面を透過してプリズム内部に入り、前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第２面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとることを特徴とする請求項１３又は１４記載の複数方向撮像装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの撮像光学系とそれと同じ向きに配置された撮像光学系との間に異なる向きに配置された撮像光学系が配置されることを特徴とする請求項１３から１５の何れか１項記載の複数方向撮像装置。
【請求項１７】
前記少なくとも２つの撮像光学系による撮像視野と前記少なくとも１つの撮像光学系の撮像視野がつながることを特徴とする請求項１２から１４の何れか１項記載の複数方向撮像装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの撮像光学系は、前記撮像面に垂直な方向に対して前記並列配置された方向に傾いた方向の被写体からの像を形成することを特徴とする請求項１１記載の複数方向撮像装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの撮像光学系は、前記少なくとも２つの撮像光学系と同じ光学系を含み、かつ、前記少なくとも２つの撮像光学系とは異なる向きに配置されることを特徴とする請求項１８記載の複数方向撮像装置。
【請求項２０】
前記少なくとも３つの撮像光学系は、隣接する撮像光学系からの光線を遮光する遮光部材を間に挟んで配置されていることを特徴とする請求項１から１９の何れか項記載の複数方向撮像装置。
【請求項２１】
車体と、前記車体の前側部分に取り付けられた請求項１から２０の何れか１項記載の複数方向撮像装置とを備えたことを特徴とする車両。
【請求項２２】
車体と、前記車体の後側部分に取り付けられた請求項１から２０の何れか１項記載の複数方向撮像装置とを備えたことを特徴とする車両。
【請求項２３】
車体と、前記車体の左右両側部分に取り付けられ請求項１から２０の何れか１項記載の複数方向撮像装置とを備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数方向撮像装置及びそれを備えた車両に関し、特に、単一の撮像素子上に撮像方向の異なる複数の被写体を撮像可能な複数方向撮像装置と、それを備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３方向（左右両方向と下方向）を同時に観察可能な車載カメラとして、結像レンズの前方に１個又は２個のプリズムを取り付けて左右両方向と下方向の映像を同一撮像面に並べて撮像するものが知られている（特許文献１、２）。
【特許文献１】特開２０００−  ８９３０１号公報
【特許文献２】特開２００４−３４１５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の結像レンズの前方に反射プリズムを取り付けて左右２方向を撮像可能にするものは、いわば結像レンズの画角を左右に２等分し、その一方で左方向を、他方で右方向を撮像するものであり、左右方向の画角が狭いものとならざるを得ない。
【０００４】
また、結像光学系の前方に左右方向を見る為の反射プリズムを配置する構成の為に光学系が大きくなるとともに、反射プリズムを結像光学系とは別に配置するためにコスト的に不利である。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも３方向の被写体を単一の撮像素子にて撮像すると共に、撮像する画角が大きく、かつ、コンパクト化しやすい複数方向撮像装置とそれを備えた車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の複数方向撮像装置は、単一の撮像素子と、前記単一の撮像素子の撮像面上に撮像方向の異なる少なくとも３つの像を形成するために並列配置された少なくとも３つの撮像光学系を備え、
前記少なくとも３つの撮像光学系の中、少なくとも２つの撮像光学系は、前記並列配置されて並ぶ方向に対して交差する左右方向の各被写体からの光線を反射し、かつ、それぞれ凹面の曲面反射面を有することを特徴とするものである。
【０００７】
このように構成することで、３つ以上の並列配置された各撮像光学系に応じた被写体の像が単一の撮像素子の撮像面に並列して形成される。
【０００８】
このとき、像が並ぶ方向（例えば地面に対して垂直方向）に対して交差する左右方向（例えば水平方向）に広い画角の像が得られる。
【０００９】
そして、少なくとも２つの撮像光学系がそれら撮像光学系の並ぶ方向に対して交差する左右方向の撮像方向からの光線を反射する反射面を設けることで、広い画角を持つ左右方向からの光線を撮像面に導くことができるので、従来の課題を解決して、左右方向の画角が広い撮像装置が得られる。
【００１０】
例えば、この複数方向撮像装置を車載カメラに用いる場合、路面に対して水平の方向に広い画角を持つ左右それぞれの方向からの像を得ることが可能となる。
【００１１】
そして、軸上主光線を反射する反射面を凹面の曲面反射面とすることで、この反射面に正の光学パワーを持たすことができ、小型化することが可能になる。
【００１２】
また、各撮像光学系は撮像面の直前に配置するそれぞれに共通するレンズを有する構成とする等、部分的に共通部品を持つ構成としてもよい。
【００１３】
さらには、以下の何れかの構成とすることがより好ましい。
【００１４】
前記少なくとも２つの撮像光学系中の前記凹面の曲面反射面のそれぞれの形状は非回転対称の非球面形状である。
【００１５】
このように構成することで、回転対称の反射面に比べ、偏心反射による収差の低減に有利となる。例えば、回転対称の曲面反射面を軸上主光線に対して返信させると台形上の歪みが発生するが、非回転対称の形状とすれば台形上の歪みを補正でき、広視野ながら歪みの少ない画像が得られる。
【００１６】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系のそれぞれは、複数の反射面を有する。
【００１７】
このようにそれぞれの撮像光学系は、反射面を複数とすることで、光路を複数回反射するものとし、撮像光学系の小型化に有利となる。
【００１８】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系のそれぞれは、複数の曲面反射面を有する。
【００１９】
このようにそれぞれの撮像光学系の反射面を曲面反射面とすることで、偏心による収差の補正を行いやすくなり、撮像光学系の小型化に有利となる。
【００２０】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系の前記複数の曲面反射面のそれぞれの形状は、非回転対称の非球面形状である。
【００２１】
このように構成することで、設計自由度の確保ができ、偏心による収差を相殺する補正が一層行いやすくなり、小型化に有利となる。
【００２２】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系のそれぞれは、前記複数の反射面を持つプリズムで構成するとよい。
【００２３】
このように構成することで、複数の反射面の相対的な位置ズレを抑えやすくなり、製造誤差による収差の発生を軽減することができる。
【００２４】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系の前記プリズムの各々は、被写体側から像面への軸上主光線に沿って順に、透過作用を有する第１面、内部反射作用と透過作用を有する第２面、反射作用を有する第３面の３つの光学面を有し、屈折率が１．４５よりも大きい媒質で構成され、前記軸上主光線は、前記第１面を透過してプリズムに入射し、前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第２面を透過してプリズム外に射出する構成とすることが好ましい。
【００２５】
なお、軸上主光線は、各撮像光学系による像面の重心と各開口絞りの重心の双方を通る光線と定義する。
【００２６】
このように構成し、第２面である反射面を反射と透過の双方の機能を持たせることで、プリズム内の光路を確保しつつプリズムサイズを小さくすることができるので、各々の撮像光学系の小型化に有利となる。
【００２７】
そして、前記少なくとも２つの撮像光学系の各々の前記プリズムの前記第１面の被写体側に明るさ絞りを配置することが好ましい。
【００２８】
このように構成することで、明るさ絞りが軸上主光線を決める役目を果たし、画角の確保と像側テレセントリック性の確保、プリズムの小型化の両立することが可能になる。
【００２９】
なお、明るさ絞りは第１面の面上に黒塗りした塗料、第１面から離間した絞り部材（プリズムの保持枠と一体化したものでも可）等で構成できる。
【００３０】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系中の反射面は、前記少なくとも３つの撮像光学系が並列して並ぶ方向に対して軸上主光線を含む面が垂直となるように、軸上主光線に対して傾いて配置されていることが好ましい。
【００３１】
このように構成することで、例えば、少なくとも２つの撮像光学系で路面に水平な左右方向を撮像する場合、上下方向に並ぶ撮像光学系の軸上主光線を含む面を水平方向とするべく、各反射面の軸上主光線の入射位置での法線が水平方向の面内となるように各反射面を配置する。こうすることで、左右方向に広い画角の像が得られる。
【００３２】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系は同一形状の光学系であり、一方の撮像光学系に対して他方の撮像光学系は、撮像素子の撮像面に垂直な軸を対称軸として反転した配置とすることが好ましい。
【００３３】
このように構成することで、複数の撮像光学系の部品を同じ製造工程で作製できるので製造コストの低減に有利となる。
【００３４】
また、前記少なくとも３つの撮像光学系の中、少なくとも１つの撮像光学系は、前記少なくとも２つの撮像光学系の撮像方向の間の方向の被写体からの軸上主光線を反射し、かつ、凹面の曲面反射面を有するものとすることができる。
【００３５】
このように構成することで、少なくとも２つの撮像光学系が左右方向の各被写体を撮像する場合、上記の少なくとも１つの撮像光学系は前方、前方下側、前方上側等の被写体を撮像する。それにより、３つ以上の光学系で撮像方向を分担することで、撮像範囲の死角が少ない複数方向撮像装置となる。
【００３６】
この場合に、前記少なくとも１つの撮像光学系は、前記撮像面に垂直な方向の被写体の像を撮像するものとすることができる。
【００３７】
このように構成することで、少なくとも２つの撮像光学系により左右方向の被写体が撮像できると共に、撮像面に対して垂直の方向の被写体も撮像できる。
【００３８】
また、前記少なくとも１つの撮像光学系は、撮像面の直前に配置され、前記曲面反射面を持つプリズムを含み、かつ、前記少なくとも２つの撮像光学系の何れかと同じ向きに配置され、かつ、光線を反射する反射面を備えるものとすることができる。
【００３９】
このように構成して、偏心プリズムと反射面を用いることで前方の被写体を撮像するための光学系の厚みを薄くするレイアウトが可能となる。
【００４０】
また、前記少なくとも１つの撮像光学系は、撮像面の直前に配置され、前記曲面反射面を持つ偏心プリズムを含み、かつ、前記少なくとも２つの撮像光学系の何れかと同じ向きに配置され、かつ、それに加えて被写体側に配置され光線を反射する反射部材を備え、
前記反射部材は、透過作用と内部反射作用を有する第４面、反射作用を有する第５面、透過作用を有する第６面を有し、軸上主光線は前記第４面を透過して媒質内部に入り、前記第５面で反射し、次いで前記第４面で反射し、次いで前記第６面を透過して媒質外に射出する反射光路をとるものとすることができる。
【００４１】
このように被写体側に配置する反射部材の第４面に反射と透過の双方の機能を持たせることで、広い画角の光路を確保しつつ光学系の薄型化に有利となる。
【００４２】
また、前記少なくとも１つの撮像光学系における偏心プリズムは、被写体側から像面への軸上主光線に沿って順に、透過作用を有する第１面、内部反射作用と透過作用を有する第２面、反射作用を有する第３面の３つの光学面を有し、屈折率が１．４５よりも大きい媒質で構成され、前記軸上主光線は前記第１面を透過して媒質内部に入り、前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第２面を透過して媒質外に射出する反射光路をとるものとすることができる。
【００４３】
このように偏心プリズムの第２面である反射面に反射と透過の双方の機能を持たせることで、プリズム内の光路を確保しつつプリズムサイズを小さくできるので、撮像光学系の小型化に有利となる。
【００４４】
また、前記少なくとも１つの撮像光学系とそれと同じ向きに配置された撮像光学系との間に異なる向きに配置された撮像光学系が配置されることが望ましい。
【００４５】
このように構成することで、同じ向きに配置した撮像光学系同士の光路の干渉を低減し、撮像光学系が並列される方向での画角を確保しやすくなる。
【００４６】
また、前記少なくとも２つの撮像光学系による撮像視野と前記少なくとも１つの撮像光学系の撮像視野をつなげることが可能である。
【００４７】
このように構成することで、左方向、前方向、右方向での死角を低減した小型の撮像装置となる。
【００４８】
また、前記少なくとも１つの撮像光学系は、前記撮像面に垂直な方向に対して前記並列配置された方向に傾いた方向の被写体からの像を形成することができる。
【００４９】
このように構成することで、少なくとも２つの撮像光学系により左右方向の被写体が撮像できると共に、撮像面に対して前方上側及び／又は前方下側の被写体を撮像することができる。
【００５０】
また、前記少なくとも１つの撮像光学系は、前記少なくとも２つの撮像光学系と同じ光学系を含み、かつ、前記少なくとも２つの撮像光学系とは異なる向きに配置されることができる。
【００５１】
このように構成して、撮像光学系の部品を同じ製造工程で作製できるので金型等の製造コストの低減に有利となる。
【００５２】
また、前記少なくとも３つの撮像光学系は、隣接する撮像光学系からの光線を遮光する遮光部材を間に挟んで配置されていることが望ましい。
【００５３】
このように構成することで、各撮像光学系による像同士の干渉やフレア等を低減することができる。
【００５４】
そして、本発明は、車体と、その前側部分に取り付けられた前述の何れかの複数方向撮像装を備えた車両を含むものである。
【００５５】
このように構成することで、例えば、車両が駐車位置から道路に進入する際に周辺の状況を確認しやすくなる。また、ドライブレコーダー用の撮像装置としてもよい。
【００５６】
また、本発明は、車体と、その後側部分に取り付けられた前述の何れかの複数方向撮像装を備えた車両を含むものである。
【００５７】
このように構成することで、例えば、車両を後退により駐車位置に移動させる際に周辺の状況を確認しやすくなる。また、ドライブレコーダー用の撮像装置としてもよい。
【００５８】
また、本発明は、車体と、その左右両側部分に取り付けられた前述の何れかの複数方向撮像装を備えた車両を含むものである。
【００５９】
このように構成することで、例えば、車両の左右の死角の確認がしやすくなる。また、ドライブレコーダー用の撮像装置としてもよい。
【発明の効果】
【００６０】
以上のように、本発明により、少なくとも３方向の被写体を単一の撮像素子にて撮像すると共に、撮像する画角が大きく、かつ、コンパクトな複数方向撮像装置、及びそれを備えた車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、本発明の複数方向撮像装置の実施例１〜３について説明する。なお、各実施例の構成パラメータは後に示す。
【００６２】
まず、以下の実施例の説明で用いる座標系及び偏心面、自由曲面について説明する。
【００６３】
各実施例において、図１に示すように、軸上主光線１を物体（被写体）中心を出て、明るさ絞り２の中心を通り、像面３中心に到る光線で定義する（明るさ絞り２、像面３に上下左右対称性がない場合は、像面３の重心と明るさ絞り２の重心の双方を通る光線と定義する。）。そして、明るさ絞り２の中心（実施例１）あるいは最も物体側の光学面と軸上主光線１の交点（実施例２）を原点として、軸上主光線１の進む方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。
【００６４】
実施例１〜３では、このＹ−Ｚ平面内で各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。
【００６５】
偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面については、後記（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００６６】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００６７】
また、本発明で用いる自由曲面とは、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００６８】
Ｚ＝（ｒ2 ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）2 ｝］
66
＋Σ  Ｃj Ｘm Ｙn 
j=1 
・・・（ａ）
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００６９】
球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
【００７０】
自由曲面項は、
66
Σ  Ｃj Ｘm Ｙn 
j=1 
＝Ｃ1 
＋Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2 
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3 
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4 
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4 
＋Ｃ21Ｙ5 
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4 
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6 
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4 
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7 
・・・・・・
ただし、Ｃj （ｊは１以上の整数）は係数である。
【００７１】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ2 、Ｃ5 、Ｃ7 、Ｃ9 、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ29、Ｃ31、Ｃ33、Ｃ35・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００７２】
また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ3 、Ｃ5 、Ｃ8 、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ17、Ｃ19、Ｃ21、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ30、Ｃ32、Ｃ34、Ｃ36・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００７３】
また上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。
【００７４】
また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００７５】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００７６】
図１は、実施例１の撮像装置の一方の光学系（左側被写体撮像光学系）の軸上主光線１を含むＹ−Ｚ断面図であり、この光学系は、明るさ絞り２より像側の偏心プリズム光学系１０と、像面３よりなり、像面３の前にはカバーガラス４が配置されている。カバーガラスの直前にローパスフィルターや赤外カットフィルターなどのフィルターを配置してもよい。偏心プリズム光学系１０は、入射面である透過作用を有する第１面１１と、反射作用と透過作用を兼ねた第２面１２と、反射作用を有する第３面１３とからなる屈折率が１．４５よりも大きい媒質で形成されており、明るさ絞り２を通った物体からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で全反射され、次いで第３面１３で反射され、今度は第２面１２を透過して偏心プリズム光学系１０の外へ出て、カバーガラス４を介して像面３に結像する。
【００７７】
そして、偏心プリズム光学系１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、パワーを持ち偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。
【００７８】
このように、撮像装置の光学系に、３面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム光学系１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない撮像光学系を構成することができる。
【００７９】
図２は、図１のような光学系を３つ用いた本実施例の撮像装置の光学系の上方向から見た透視図（図２は上の２つの光学系のみ図示）、図３は、その撮像装置の光学系の側面図（ただし、プリズム１０１、１０２については図示を簡略化してある。）、図４は、その撮像装置の光学系の斜め上から見た斜視図である。この撮像装置は、図１のような光学系であって同じ形状のプリズム１０１、１０２、１０３（ただし１０３は後述するように一部分を切除したもの）を用いており、一方の光学系１０１を他方の光学系１０２に対して像面３へ向かう軸上主光線１1 （像面３に垂直）の周りで１８０°回転させて、それぞれの光学系１０１、１０２のＹ−Ｚ面が平行で、かつ、両光学系１０１、１０２の像面３へ向かう軸上主光線１1 、１2 を含む平面がＹ−Ｚ面に垂直になるように、両光学系１０１、１０２を並列させて配置し、それぞれの光学系１０１、１０２によって像面３に結像される画像が１つの撮像素子３０上に並列して結像されるように構成したものである。
【００８０】
そして、光学系１０３のＹ−Ｚ面は、両光学系１０１、１０２のＹ−Ｚ面に対して直交し、光学系１０２、１０１、１０３の像面３へ向かうそれぞれの軸上主光線１2 、１1 、１3 が同一面となるように各光学系１０２、１０１、１０３が上から下の方向へ並列して配置され、それぞれの光学系１０２、１０１、１０３によって像面３に結像される画像が１つの撮像素子３０上に並列して結像されるように構成したものである。
【００８１】
なお、撮像光学系１０３の撮像面積は、撮像光学系１０１、１０２の半分の面積とし、光学系１０１、１０２の軸上主光線に対応する光線が、対応する撮像面の上端、つまり、光学系１０１に対応する撮像面との境界部分の位置となるように、撮像光学系１０３を配置している。
【００８２】
そのため、図３から明らかなように、撮像光学系１０３のプリズム１０（図１）は、撮影光学系１０１、１０２のプリズム１０の一部をカットした形状となっている。
【００８３】
撮像装置をこのように構成することで、一方の光学系１０１で左側の画像を、他方の光学系１０２で右側の画像を、さらに、もう一つの光学系１０３で前方下方の画像を同一撮像素子３０で同時に撮像観察可能な、例えば車載カメラとして使用することができる。
【００８４】
撮像素子３０の撮像面の分割は、例えば縦横比が略３：２の縦長の撮像面であれば、左右それぞれ縦横比略１：２、前方下方縦横比１：１の画面を上下に３つ並べて撮像することにより、水平、垂直方向の画角を広くとり、かつ、３つの方向の被写体を撮像することが可能である。
【００８５】
また、縦横比３：４の横長の撮像面であれば、左右それぞれ縦横比１：４、前方下方縦横比１：２の画面を上下に３つ並べて撮像することにより、水平画角を広くとり、かつ、３つの方向の被写体を撮像することが可能である。
【００８６】
また、本発明においては、このように３つ光学系１０１、１０２、１０３の偏心プリズム光学系１０として同一形状の偏心プリズム光学系を同一の撮像素子３０の撮像面に対して相互に１８０°（光学系１０１、１０２）及び９０°（光学系１０３）回転させて配置する構成にすることにより、部品を同じ製造工程で作製できるので金型等の製造コストの低減に有利となる。また、偏心プリズム光学系１０の保持は、光学系１０１、１０２、１０３を隣接させる必要性から、光学系１０１、１０２の長手方向に各プリズムを保持する突起等を配置することが好ましい。さらに、その短手方向に突起等の支持部分を形成する場合は、片側に形成し、突起のない側面同士を隣接させて支持することが好ましい。
【００８７】
そして、偏心プリズム光学系１０間のフレアー等の不要光を遮蔽するための遮光部材は、偏心プリズム光学系１０の側面に遮光塗料を塗布してもよいし、遮光のための遮光板等を偏心プリズム光学系１０側面間に挟んで３つの偏心プリズム光学系１０を隣接させてもよい。
【００８８】
なお、３つ光学系１０１、１０２、１０３の撮像面の直前に共通のレンズ等の光学素子を配置するように構成する等、部分的に共通部品を持つ構成としてもよい。
【００８９】
また、明るさ絞り２は、第１面１１から離間した絞り部材（プリズムの保持枠と一体化したものでも可）に限らず、第１面１１の面上に遮光塗料を塗布してもよい。
【００９０】
上記実施例１の光学系１０１、１０２、１０３の横収差図を図５と図６に示す。これらの横収差図において、括弧内に示された数字は（Ｘ方向画角、Ｙ方向画角）を表し、その画角における横収差を示す。以下、同じである。
【００９１】
なお、実施例１の光学系の仕様は、
画角            ３３．４°×６０．０°
入射瞳径        φ１．０ｍｍ
焦点距離        Ｙ−Ｚ面内  ２．６３ｍｍ
Ｘ−Ｚ面内  ２．７１ｍｍ
Ｆナンバー      Ｙ−Ｚ面内  ２．６３
Ｘ−Ｚ面内  ２．７１
である。
【００９２】
なお、前側下方撮像系１０３は、上述の通り半分の面積を使用する。
【００９３】
次に、図７は、実施例２の撮像装置の左右一方を撮像するための光学系１０１、１０２の軸上主光線１を含むＹ−Ｚ断面図であり、この光学系は、明るさ絞り２が最も物体側に配置され、絞り２より像側の偏心プリズム光学系１０と、像面３よりなり、像面３の前にはカバーガラス４が配置されている。ローパスフィルターや赤外カットフィルターを配置してもよい。偏心プリズム光学系１０は、入射面である透過作用を有する第１面１１と、反射作用と透過作用を兼ねた第２面１２と、反射作用を有する第３面１３とからなる屈折率が１．４５よりも大きい媒質で形成されており、明るさ絞り２を通った物体からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で全反射され、次いで第３面１３で反射され、今度は第２面１２を透過して偏心プリズム光学系１０の外へ出て、カバーガラス４を介して像面３に結像する。
【００９４】
図８は、実施例２の撮像装置の前方を撮像するための光学系１０３の軸上主光線１を含むＹ−Ｚ断面図であり、この光学系は、光学系１０１、１０２の偏心プリズム光学系１０と同様の偏心プリズム光学系１０と同様のカバーガラス４を明るさ絞り２より像側に備え、同様の反射光路をとり、明るさ絞り２よりも被写体側に２つの平面反射面を持つ反射部材としてのプリズム２０を備えている。反射部材としてのプリズム２０は、透過作用と内部反射作用を有する第４面２１、反射作用を有する第５面２２、透過作用を有する第６面２３を有し、軸上主光線１は第４面２１を透過して媒質内部に入り、第５面２２で反射し、次いで第４面２１で反射し、次いで第６面２３を透過して媒質外に射出する反射光路をとる。このプリズム２０の反射面及び透過面は何れも平面である。そして、軸上主光線１を含む面は、後続する偏心プリズム光学系１０の軸上主光線１を含む面と一致する。
【００９５】
そして、各偏心プリズム光学系１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、パワーを持ち偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。
【００９６】
このように、この実施例の撮像装置の光学系１０１、１０２、１０３に、３面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム光学系１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない撮像光学系を構成することができる。
【００９７】
図９は、図７のような光学系を２つ、図８のような光学系を１つ用いた本実施例の撮像装置の光学系の上方向から見た透視図、図１０は、その撮像装置の光学系の側面図（ただし、プリズム１０１〜１０３については図示を簡略化してある。）、図１１は斜め下から見た斜視図である。
【００９８】
この撮像装置は、図７のような光学系であって同じもの２つ１０１、１０２を用いており、一方の光学系１０２を他方の光学系１０１に対して像面３へ向かう軸上主光線１2 （像面３に垂直）の周りで１８０°回転させて、それぞれの光学系１０１、１０２のＹ−Ｚ面が平行で、かつ、両光学系１０１、１０２の像面３へ向かう軸上主光線１1 、１2 を含む平面がＹ−Ｚ面に垂直になるように、両光学系１０１、１０２を並列させて配置し、それぞれの光学系１０１、１０２によって像面３に結像される画像が１つの撮像素子３０上に並列して結像されるように構成したものである。
【００９９】
そして、図８のような光学系１０３のＹ−Ｚ面が両光学系１０１．１０２のＹ−Ｚ面に対して平行であり、光学系１０１、１０２、１０３の像面３へ向かうそれぞれの軸上主光線１1 、１2 、１3 を含む面が同一面となるように各光学系１０３、１０２、１０１が上から下の方向へ並列して配置され、それぞれの光学系１０３、１０２、１０１によって像面３に結像される画像が１つの撮像素子３０上に並列して結像されるように構成したものである。
【０１００】
なお、撮像光学系１０３と１０１の偏心プリズム光学系１０は、同じ向きに配置されている。撮像面積は、撮像光学系１０１、１０２、１０３共に６０°以上の水平画角を持ち、それぞれの撮像視野が隣接するように撮像するようになっている。
【０１０１】
撮像装置をこのように構成することで、一方の光学系１０１で左側の画像を、他方の光学系１０２で右側の画像を、さらに、他方の光学系１０３で前方の画像を同一撮像素子３０で同時に撮像観察可能な例えば車載カメラとして使用することができる。
【０１０２】
撮像素子３０の撮像面の分割は、例えば縦横比が略３：４の横長の撮像面であれば、左右前方それぞれ縦横１：４の画面を上下に並べて撮像することにより、水平画角を広くとることが可能である。また、上下方向もある程度画角が必要な場合には、撮像素子３０を縦横４：３の縦長に配置して、左右それぞれ縦横１．３３：３の画面を上下に並べて撮像することが可能である。
【０１０３】
また、本発明においては、このように３つ光学系１０１、１０２、１０３を相互に１８０°回転させて並列配置する構成にすることにより、相互の視野角の干渉が低減できる。また、偏心プリズム光学系１０の保持は、光学系１０１、１０２、１０３を隣接させる必要性から、その長手方向にプリズム保持の突起等を配置することが好ましい。さらに、その短手方向に突起等の支持部分を形成する場合は、片側に形成し、突起のない側面同士を隣接させて支持することが好ましい。
【０１０４】
そして、偏心プリズム光学系１０間のフレアー等の不要光を遮蔽するための遮光部材は、偏心プリズム光学系１０の側面に遮光塗料を塗布してもよいし、遮光のための遮光板等を偏心プリズム光学系１０側面間に挟んで３つの偏心プリズム光学系１０を隣接させてもよい。
【０１０５】
上記実施例２の光学系１０１、１０２の横収差図を図１２に、上記実施例２の光学系１０３の横収差図を図１３に示す。
【０１０６】
なお、実施例２の光学系の仕様は、
画角            ３３．４°×６０．０°
入射瞳径        φ１．９ｍｍ
Ｆナンバー      Ｙ−Ｚ面内  ２．６３
Ｘ−Ｚ面内  ２．７１
画角            ２８°×６０°
入射瞳径        φ１．９ｍｍ
焦点距離        Ｙ−Ｚ面内  ５．３５ｍｍ
Ｘ−Ｚ面内  ５．４２ｍｍ
F ナンバー      Ｙ−Ｚ面内  ２．８２
Ｘ−Ｚ面内  ２．８５
である。
【０１０７】
図１４は、図１、図７の実施例の代わりに使用可能な実施例３の偏心プリズム光学系１０の図１と同様の断面図である。実施例１、２で例は、偏心プリズム光学系１０の材料としてガラスを用いたものであるが、ゼオネックス（商標）等のプラスチックを用いてもよい。プラスチックを用いると、曲面面形状の製造が容易となり、軽量化、小型化、低コスト化にも有利となる。取り付け部の成形も行いやすくなる。
【０１０８】
実施例３の構成パラメータは後記するが、偏心プリズム光学系１０の材料をゼオネックスにして設計した場合のプリズム単体の実施例である。なお、図１４の光学系において、図１の場合と同様に、偏心プリズム光学系１０は明るさ絞り２より像側に配置され、その像面３の前にはカバーガラス４が配置されている。カバーガラス４の直前にローパスフィルターや赤外カットフィルターなどのフィルターを配置してもよい。偏心プリズム光学系１０は、入射面である透過作用を有する第１面１１と、反射作用と透過作用を兼ねた第２面１２と、反射作用を有する第３面１３とから形成されており、明るさ絞り２を通った物体からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で全反射され、次いで第３面１３で反射され、今度は第２面１２を透過して偏心プリズム光学系１０の外へ出て、カバーガラス４を介して像面３に結像する。
【０１０９】
そして、この偏心プリズム光学系１０を前述の各実施例の偏心プリズム光学系１０に置き換えることが可能である。
【０１１０】
上記実施例３の偏心プリズム光学系１０の横収差図を図１５と図１６に示す。
【０１１１】
なお、上述のプリズム各種における反射と透過を行う面１２、２２は、有効光束が全反射条件を満たさない入射角となる領域に反射コートを施すことが、小型化や光量確保の点で好ましい。
【０１１２】
以下に上記実施例１〜３の構成パラメータを示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＳ”は反射面を示す。
【０１１３】
実施例２は正面方向を撮像する光学系１０３のデータを示す。左右方向を撮像する光学系のデータは、絞り面から後のデータとなる。
【０１１４】
なお、下記データ中、“E-0n（n は整数）”は“×10-n”を意味する。
実施例１
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞
1        ∞（絞り面）
2      ＦＦＳ[1]                       偏心(1)   1.8061    40.9
3      ＦＦＳ[2] （ＲＳ）              偏心(2)   1.8061    40.9
4      ＦＦＳ[3] （ＲＳ）              偏心(3)   1.8061    40.9
5      ＦＦＳ[2]                       偏心(2) 
6        ∞                            偏心(4)   1.5163    64.1
7        ∞                            偏心(5) 
像  面      ∞                            偏心(6) 
ＦＦＳ[1] 
Ｃ4    2.63589E-02    Ｃ6   -2.45467E-02
ＦＦＳ[2] 
Ｃ4    1.76822E-02    Ｃ6   -3.81278E-03    Ｃ8    4.79963E-04
Ｃ10  -6.36704E-04    Ｃ11   1.33469E-04    Ｃ13  -3.84617E-05
Ｃ15   1.33469E-04
ＦＦＳ[3] 
Ｃ4    6.17856E-02    Ｃ6    4.49467E-02    Ｃ8    7.49630E-04
Ｃ10  -1.69863E-03    Ｃ11   3.41790E-04    Ｃ13   3.08346E-04
Ｃ15   2.14444E-04
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    0.31
α    8.10  β    0.00  γ    0.00
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    1.80
α  -44.87  β    0.00  γ    0.00
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.70  Ｚ    2.04
α  -72.98  β    0.00  γ    0.00
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    3.85
α  120.00  β    0.00  γ    0.00
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.26  Ｚ    4.00
α  120.00  β    0.00  γ    0.00
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.29  Ｚ    4.02
α  120.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【０１１５】
実施例２
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞
1        ∞                                      1.8830    40.7
2        ∞（ＲＳ）                    偏心(1)   1.8830    40.7
3        ∞（ＲＳ）                              1.8830    40.7
4        ∞                            偏心(2) 
5        ∞（絞り面）                  偏心(2) 
6      ＦＦＳ[1]                       偏心(3)   1.5254    56.2
7      ＦＦＳ[2] （ＲＳ）              偏心(4)   1.5254    56.2
8      ＦＦＳ[3] （ＲＳ）              偏心(5)   1.5254    56.2
9      ＦＦＳ[2]                       偏心(4) 
10        ∞                            偏心(6)   1.5163    64.1
11        ∞                            偏心(7) 
像  面      ∞                            偏心(8) 
ＦＦＳ[1] 
Ｃ4    3.8526E-02     Ｃ6   -1.5190E-02     Ｃ8    2.3213E-03 
Ｃ10   1.2212E-03     Ｃ11  -9.6851E-04     Ｃ13  -8.8868E-03 
Ｃ15   4.2411E-04 
ＦＦＳ[2] 
Ｃ4    1.6687E-02     Ｃ6   -2.5943E-03     Ｃ8    1.7509E-03 
Ｃ10  -2.6184E-04     Ｃ11  -1.1342E-04     Ｃ13  -1.0013E-03 
Ｃ15   3.9246E-05     Ｃ17   1.5339E-04     Ｃ19   7.3966E-05 
Ｃ21  -2.6502E-06     Ｃ22  -9.2882E-05 
ＦＦＳ[3] 
Ｃ4    3.7531E-02     Ｃ6    2.6406E-02     Ｃ8    1.1735E-03 
Ｃ10  -4.4973E-04     Ｃ11   8.4195E-05     Ｃ13  -1.7993E-04 
Ｃ15   1.3866E-05     Ｃ17   2.3425E-05     Ｃ19  -3.1411E-05 
Ｃ21  -1.8940E-06     Ｃ22  -9.6268E-06 
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    6.00
α  -30.00  β    0.00  γ    0.00
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    1.00
α   60.00  β    0.00  γ    0.00
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.43  Ｚ    1.25
α   63.78  β    0.00  γ    0.00
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ    2.47  Ｚ    2.42
α    9.56  β    0.00  γ    0.00
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ    5.72  Ｚ   -1.38
α  -18.55  β    0.00  γ    0.00
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.12  Ｚ    4.53
α -180.00  β    0.00  γ    0.00
偏心(7) 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.12  Ｚ    5.23
α -180.00  β    0.00  γ    0.00
偏心(8) 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.12  Ｚ    5.33
α -180.00  β    0.00  γ    0.00                                          。
【０１１６】
実施例３
面番号    曲率半径                面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                      ∞
1        ∞（絞り面）
2      ＦＦＳ[1]                       偏心(1)   1.5254    56.2
3      ＦＦＳ[2] （ＲＳ）              偏心(2)   1.5254    56.2
4      ＦＦＳ[3] （ＲＳ）              偏心(3)   1.5254    56.2
5      ＦＦＳ[2]                       偏心(2)       
6        ∞                            偏心(4)   1.5163    64.1
7        ∞                            偏心(5) 
像  面      ∞                            偏心(6) 
ＦＦＳ[1] 
Ｃ4    2.9153E-02     Ｃ6   -3.3210E-02     Ｃ8   -1.1064E-02 
Ｃ10   3.2494E-03     Ｃ11  -7.9992E-04     Ｃ13  -6.5717E-03 
Ｃ15  -1.2360E-03     
ＦＦＳ[2] 
Ｃ4    1.4909E-02     Ｃ6   -7.3377E-03     Ｃ8    1.7999E-03 
Ｃ10   1.6023E-04     Ｃ11  -1.4746E-05     Ｃ13  -7.0329E-04 
Ｃ15  -9.6896E-06     Ｃ17   1.6670E-04     Ｃ19   4.3848E-05 
Ｃ21  -2.0032E-07     Ｃ22  -6.8432E-05       
ＦＦＳ[3] 
Ｃ4    3.7482E-02     Ｃ6    2.1789E-02     Ｃ8    7.6168E-04 
Ｃ10  -6.0560E-04     Ｃ11   1.5484E-04     Ｃ13  -1.5507E-04 
Ｃ15   7.1352E-06     Ｃ17   3.5597E-05     Ｃ19  -2.0547E-05 
Ｃ21  -5.5367E-06     Ｃ22  -6.8122E-06     
偏心(1) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.93  Ｚ    0.40  
α    8.19  β    0.00  γ    0.00  
偏心(2) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.12  Ｚ    2.74  
α  -49.75  β    0.00  γ    0.00  
偏心(3) 
Ｘ    0.00  Ｙ    5.20  Ｚ    4.54  
α  -79.64  β    0.00  γ    0.00  
偏心(4) 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    7.09  
α  120.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(5) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.61  Ｚ    7.44  
α  120.00  β    0.00  γ    0.00  
偏心(6) 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.69  Ｚ    7.49  
α  120.00  β    0.00  γ    0.00                                        。
【０１１７】
以上のような左右と前方又は前方下方の３方向を同時に撮像可能な本発明の撮像装置１００は、図１７に示すように、例えば自動車Ｖの先端に取り付けて自動車のフロントモニターとして使用することができる。
【０１１８】
若しくは、自動車Ｖの後端や左右に取り付けて自動車のリアモニター、サイドモニターとして使用することも可能である。
【０１１９】
また、ドライブレコーダーの撮像用にも用いることができる。
【０１２０】
また、各実施例では、３方向を撮像するようにしたが、さらに撮像面の受光エリアを小分けにして４方向、５方向、１０方向等、任意に撮像できるようにしてもよい。
【０１２１】
次に、本発明の複数方向撮像装置及びそれを備えた車両について、いくつかの点の説明をする。
【０１２２】
（位置決め部）
プリズムには、組み立て時の位置決めに用いる指標や、プリズムを保持する枠への当接面、プリズムの有効面外に設けた取り付け用の突起部を設けてもよい。
【０１２３】
（フレア対策）
また、プリズムの透過面に反射防止コート、反射面に反射防止コートを設けるとよい。反射と透過を行う面はこのコート部分的に用いることで光量の確保に有利となる。具体的には、この面にて有効光束を透過させる部分は反射防止コートをし、透過光束の有効光束の領域外の全反射し難い所の反射部分は反射コートとするとよい。
【０１２４】
また、プリズムの面の中、有効光束を介する部分以外を砂ズリ面とし、その砂ズリした箇所を黒塗りすることで、不要な光線の影響を低減しやすくなる。
【０１２５】
プリズムの側面を黒塗りする他に、それぞれのプリズムの間に遮光板を挟むようにしてもよい。
【０１２６】
また、絞りの開口は、通常の円形以外に、楕円形、矩形、菱形、八角形等とできる。特に、長径方向と短径方向を持つ形状（楕円形、長方形、長方形の角を丸くした形状等）とすると、光量の確保とフレアになりやすい不要光の制限とをバランスさせやすくなる。絞りは、軸上主光線を含む面での絞りのサイズよりも、それと垂直の方向の絞りのサイズ、つまり、プリズムが積層される方向の絞りのサイズを小さくすると、明るさの確保と不要光の制限との両立を行いやすくなる。
【０１２７】
（パワーレスプリズムの変形）
実施例２の正面撮影用のパワーレスのプリズムに負のパワーを持たせ、もっと広角の撮影を行うようにしてもよい。その場合、得られる画像のそれぞれがオーバーラップする領域が大きくなるので、画像の合成や被写体の認識を行いやすくなる。
【０１２８】
各実施例における３方向を撮像する装置は、
１．視野を三つの方向に分けられるので広い視野の撮像が可能となる。
【０１２９】
２．魚眼レンズで広視野撮影する場合と比べても、撮像面上での像の歪みを抑えやすくなり、被写体の方向による情報量のムラを少なくでき、画像処理上も有利となる。
【０１３０】
３．装置全体を薄型化できる。
【０１３１】
４．本撮像装置の外観が通常のカメラ（例えば監視カメラ）とは違った外観となり、監視対象者へのストレスを軽減できる。
【０１３２】
５．製造上も光学部材と受光部材との組み付けが容易となり、安価にしやすい。
といったメリットを持つ。
【０１３３】
また、本発明の装置の用途として、
１．車載用途
２．監視・セキュリティー用途
３．その他多種の用途
に用いることができる。
【０１３４】
（車載用途）
車載用途の場合の例として、
１．死角の視認、２．障害物や人物等の認識、３．車線や標識の認識、４．車室内ドライバー等のモニター
等に利用できる。
【０１３５】
（死角の視認）
死角の視認に用いる場合、車両の前方、後方、左右の両側、前方のバンパー下等の撮像を行うことが考えられる。例えば、フロントガラスの左右のシャーシ部やサイドミラーによる死角を補うようにモニターすることが可能となる。
【０１３６】
本発明の実施例の撮像装置を車体の前方、後方、サイドミラーの外側等に設けることができる。
【０１３７】
車両の周辺の死角を補うように車両の前後、左右に装置を設けてもよい。
【０１３８】
また、一つの装置に複数の光学系を装着し、２７０°の撮像画角を確保すれば、車両の左前コーナーと右後コーナーの２箇所に配置するだけで車両の全周囲の死角をなくすことが可能となる。
【０１３９】
また、撮影した像の表示は車内のモニターに表示してもよいし、頭部装着型映像表示装置を用いてドライバーが死角部分の画像を認識するようにしてもよい。
【０１４０】
また、車両の内装に死角部分の像をプロジェクターで投影するようにしてもよい。
【０１４１】
車体の後方の確認に用いる場合、車両のなるべく高い位置に装置を設け斜め下方を広く撮影するようにすると、駐車時の後方の視認を行いやすくなる。
【０１４２】
また、車輪も含めて撮像し、車輪の状態をモニターし、車両の制御を行うようにしてもよい。
【０１４３】
車両の左右後方に装置を配置してリアクオーターを監視して後方への運転時の安全性を向上させることもできる。
【０１４４】
また、装置にステレオマイク等の指向性のあるマイクを組み込み、音声による情報も運転手に伝えるようにしてもよい。
【０１４５】
装置にスピーカーを組み込み車外若しくはドライバーに警告を発するようにしてもよい。
【０１４６】
この種の監視は、一般車両以外に、例えば死角が生じやすい工事車両に用いてもよい。
【０１４７】
本装置は薄型化できるので、車両本体内に埋め込んで装着し、スモークガラスやハーフミラーコートした透明カバーで覆う等、外観上の不自然さを解消できる。
【０１４８】
また、撮像装置で赤外線を撮像し、夜間や雨天時の視認性を向上させることも可能である。
【０１４９】
また、観察する視野の一つを路面に対して斜め上方の撮像するようにして、例えば進行方向の信号機の認識の使用することも可能である。このような機能を持たせる場合、本実施例の撮像装置をドアミラーに仕込み、垂直方向に長い撮像視野を確保する向きに配置するようにしてもよい。
【０１５０】
車両の下回りを監視する位置に本装置を配置してもよい。
【０１５１】
車両等に本装置を取り付けた場合に、車両の振動を抑えるようにゴム等の弾性のある部材を取り付けて、装置に与える衝撃を抑えることが好ましい。
【０１５２】
車両の振動による画像のブレをキャンセルするように画像処理を施したり、超音波モーター等でブレをキャンセルするように装置の向きを微動させてもよい。
【０１５３】
本実施例は、撮影画角を広角にでき、被写界深度が大きくできるので、プリズムと撮像素子を一体的に組むことが可能となる。
【０１５４】
もちろん、プリズムと撮像素子の距離を変化させてフォーカシングを行うようにしてもよい。撮影方向それぞれについて個別にフォーカシングが行えるように、各プリズムが独立して動くようにしてもよいし、フォーカシング時に移動するレンズや液晶レンズ等を各光学系に設けてもよい。
【０１５５】
何れかのプリズムが、移動により撮影方向を変えられるようにしてもよい。
【０１５６】
（障害物や人物等の認識）
障害物や人物の認識に用いる場合として、例えば、追突車両のナンバーの記録等のドライブレコーダー用途の撮像装置として、また、車間センサーとして用いることができる。また、車両の進行方向の凍結路面の認識や水溜りの認識により、車両の速度制御を自動で行うようにしてよい。
【０１５７】
凍結路面や水溜りは、光線の入射角の輝度変化により認識することが考えられる。偏光フィルターを用いると、水溜りの認識がしやすくなる。
【０１５８】
また、１８０°前後の撮影画角を持つ本実施例の装置の複数を間隔を挟んで車両の前方に配置し、撮影する被写体の方向の全部又は一部をオーバーラップさせ、視差を持つ画像を得るようにし、測距機能を向上させてもよい。また、凍結路面や水溜りの検知もしやすくなる。
【０１５９】
また、複数台の車両に装置を取り付け、前後、左右の車両等で相互に情報を伝達し、進行先の渋滞、事故情報等のやり取りを行うようにしてもよい。
【０１６０】
車室内のモニターに用いる場合として、ドライバーのまぶた等を監視し、居眠り運転の監視を行い、警告を発するようにしてもよい。
【０１６１】
例えば、車室内のルームミラーよりもドライバー側にドライバーの顔と進行方向をモニターするように撮像装置を配置することも可能である。
【０１６２】
ルームミラーに装置を組み、車内若しくは車外を監視するようにしてもよい。
【０１６３】
車内を監視する場合、ルームミラーの反射面をハーフミラーとし、ハーフミラー越しにドライバー等の車内を監視するようにしてもよい。
【０１６４】
また、車外を監視する場合、半透明カバーをして車両の外側から見て目立たないようにしてもよい。
【０１６５】
また、ルームミラーと装置を一体とし、ドライバーがルームミラーを調整すると自然にドライバーの方向を監視するようにしてもよい。
【０１６６】
一方、外側を監視する場合は、ルームミラーの調整によらず、撮像方向が変わらないようにしてもよい。
【０１６７】
また、タクシーやバス、電車、航空機等の天井等に取り付け、客室、ドア付近、コクピット等の監視、画像の記録等により防犯カメラとして用いることができる。
【０１６８】
（監視・セキュリティー用途）
監視・セキュリティー用途としては、車両等の乗り物に限らず、交差点に設置して道路の監視を行ったり、駅のホームに設置してホームの監視を行うことも可能である。
【０１６９】
また、店舗内の監視、貨幣の自動預け払い機、自動販売機、遊技場の遊技機の監視、防犯用にも用いることが可能である。所望する方向の監視が可能となる。
【０１７０】
また、ホテルの部屋や玄関のドア若しくはその付近に本装置を設置し、ドアの外の様子を室内に表示すれば、広い視野の監視カメラ、防犯用ドアホンとなる。
【０１７１】
室内に設置して室内の監視に用いてもよい。
【０１７２】
また、略１８０°の視野を持たせた場合、例えば長い廊下やトンネル内の監視、工場内の製造ラインの監視のために用いることも可能である。対象物が近づく状態と遠ざかる状態とを撮像できる。
【０１７３】
また、外見上撮像装置が目立たないように隠し視野を設けたり、何かしらの隙間に設けてもよい。
【０１７４】
（その他の用途）
その他の用途を例示する。
【０１７５】
一方向に広い視野の像が得られるので、例えば、オートバイ等の運転者のヘルメットに装置を装着し、離れた位置からの映像の観察や、ドライプレコーダーとして使用できる。
【０１７６】
また、カメラ付き携帯電話等の携帯モジュール、トイカメラ、カプセル内視鏡、硬性内視鏡、在庫管理用のＰＯＳシステム、テレビ会議用のカメラシステム、パーソナルコンピューター、ロボットの目に組み込んで多方向の被写体の撮像を行うようにしてもよい。
【０１７７】
他にも、多方向の撮像により行うゲーム機の用途や、ボーリング場やゴルフ練習場でのプレイヤーのモニター用途、水面に浮かべて水中方向の魚影の状態を監視するモニター用途等多彩に利用できる。
【０１７８】
（スミア対策）
また、車載用途のように屋外の撮影に用いる場合、太陽光が撮像素子の撮像面に映りこみ、撮像する像にスミアが発生することが考えられる。このスミアを抑えるために撮像素子の一部に光量を低減するフィルター（ＮＤフィルター）を配置してもよい。
【０１７９】
このフィルターは液晶シャッターやフォトクロミック素子等を用いて透過率を可変にするようにしてもよい。
【０１８０】
また、各画面の上方側程透過率が小さいフィルターとしてもよい。
【０１８１】
また、撮像方向が下方ものには、ＮＤフィルターを設けない等、各画面毎にフィルターを換えてもよい。また、フィルターは撮像素子に限らす、各撮像光学系の入射窓に用いてもよい。それぞれの入射窓は目的に応じて異なるフィルター（例えば、可視光透過フィルター、赤外線透過フィルター等の制限域が異なるフィルター、透過率の異なるＮＤフィルター等）としてもよい。
【０１８２】
また、絞りを、入射する光の強さに対応して絞りの開口サイズが変化する可変絞りとしてもよい。撮像素子で受光した像の中、所定のダイナミックレンジをオーバーしたとき、その領域に対応する光学系の絞りを絞り込むようにするとよい。
【０１８３】
（水滴防止）
また、装置を保護するためのカバーを配することが好ましい。湿度による曇りや衝突物による傷防止に有利となる。
【０１８４】
カバーは撮像視野の光束がケラレないように形状にするとよい。
【０１８５】
例えば、半球よりも球体に近いカバーや、撮像方向それぞれにケラレが生じないように断面が台形状となるカバーとしてもよい。
【０１８６】
このカバーは撥水コートを施す、若しくは、表面を微細加工し、水滴が付き難くすることが好ましい。
【０１８７】
若しくは、水滴を膜状にするコートを施して光学的な影響を抑えることが好ましい。
【０１８８】
カバーに水滴が付いた場合、このカバーを超音波モーター等で振動させ水滴を振るい落とすようにしてもよい。
【０１８９】
また、装置全体を密封し、乾燥した空気、窒素を充填する、若しくは、シリカゲル等の乾燥剤を入れる等、装置内の水滴の発生を抑えることが好ましい。
【０１９０】
電熱線等のヒーターを施して結露を防止するようにしてもよい。
【０１９１】
撮像素子から発生する熱を結露防止に利用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の実施例１の撮像装置の一方の光学系の軸上主光線を含む断面図である。
【図２】図１のような光学系を３つ用いた実施例１の撮像装置の光学系の上方向から見た透視図である。
【図３】本発明の実施例１の撮像装置の光学系の側面図である。
【図４】本発明の実施例１の撮像装置の斜視図である。
【図５】実施例１の光学系の横収差図である。
【図６】実施例１の光学系の横収差図である。
【図７】本発明の実施例２の撮像装置の左右一方を撮像するための光学系の軸上主光線を含む断面図である。
【図８】本発明の実施例２の撮像装置の前方を撮像するための光学系の軸上主光線を含む断面図である。
【図９】図７の光学系と図８の光学系を用いた実施例２の撮像装置の光学系の上方向から見た透視図である。
【図１０】本発明の実施例２の撮像装置の光学系の側面図である。
【図１１】本発明の実施例２の撮像装置の斜視図である。
【図１２】実施例２の光学系の横収差図である。
【図１３】実施例２の光学系の横収差図である。
【図１４】本発明の実施例３の偏心プリズム光学系の図１と同様の断面図である。
【図１５】実施例３の偏心プリズム光学系の横収差図である。
【図１６】実施例３の偏心プリズム光学系の横収差図である。
【図１７】本発明の撮像装置を自動車のフロント両サイドモニターとして構成した場合を示す図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１、１1 、１2 、１3 …軸上主光線
２…明るさ絞り
３…像面
４…カバーガラス
１０…偏心プリズム光学系
１１…第１面
１２…第２面
１３…第３面
２０…プリズム
２１…第４面
２２…第５面
２３…第６面
３０…撮像素子
１００…光学装置（本発明）
１０１、１０２、１０３…光学系
Ｖ…自動車
【図１】
2009204697.tif 000003
【図２】
2009204697.tif 000004
【図３】
2009204697.tif 000005
【図４】
2009204697.tif 000006
【図５】
2009204697.tif 000007
【図６】
2009204697.tif 000008
【図７】
2009204697.tif 000009
【図８】
2009204697.tif 000010
【図９】
2009204697.tif 000011
【図１０】
2009204697.tif 000012
【図１１】
2009204697.tif 000013
【図１２】
2009204697.tif 000014
【図１３】
2009204697.tif 000015
【図１４】
2009204697.tif 000016
【図１５】
2009204697.tif 000017
【図１６】
2009204697.tif 000018
【図１７】
2009204697.tif 000019