JP2005128286A - 超広角レンズ光学系及びそれを備えた撮像装置と表示装置 - Google Patents

超広角レンズ光学系及びそれを備えた撮像装置と表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 超広角レンズ系でバックフォーカスの長いレンズ構成であって、リレーレンズ系を備えた超広角レンズ光学系。
【解決手段】 物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群Ｏｂと、その対物レンズＯｂによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群Ｒｌにより構成され、一次結像面位置近傍に視野絞りＦＳを配し、以下の条件式を満たす超広角レンズ光学系。
ｈ／ｆo ＞１．８ ・・・（１−１）
ただし、ｆo ：対物レンズ群Ｏｂの焦点距離、
ｈ ：一次結像面におけるイメージサークル径（直径）、
である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超広角レンズ光学系に関し、特に、リレーレンズ系を備えた超広角レンズ光学系とそれを備えた撮像装置と表示装置に関するものである。
従来の技術
従来より、特許文献１、特許文献２、特許文献３にあげたような魚眼レンズとして、超広角レンズ系が多方面に使われている。
特開昭６２−３６６２２号公報 特開２００２−７２０８５号公報 特開平５−２７３４５９号公報
しかしながら、一眼レフカメラ等に用いられるクイックリターンミラー等の光路折り曲げ部材や、各種フィルター等を配置するためにバックフォーカスを確保すると、レンズの焦点距離に対してバックフォーカスが長くなり、物体側レンズ径が大きくなりすぎる等の課題があった。また、撮像面のイメージサークルが大きくなると、物体側レンズ径が大きくなりすぎる等の課題があった。また、光路折り曲げ部材を複数設け光学系のレイアウトの自由度を上げたり、レンズ群中に比較的広い空気間隔を設け、複数の光学系を効率良くレイアウトするのに適していないという課題がある。
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、超広角レンズ系でバックフォーカスの長いレンズ構成であって、リレーレンズ系を備えた超広角レンズ光学系と、それを備えた撮像装置、表示装置を提供することである。
上記目的を達成する本発明の第１の超広角レンズ光学系は、物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記一次結像面位置近傍に視野絞りを配し、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。
ｈ／ｆo ＞１．８ ・・・（１−１）
ただし、ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
ｈ ：前記一次結像面におけるイメージサークルの直径、
である。
本発明の第２の超広角レンズ光学系は、物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群と、そのリレーレンズ群による再結像面により構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。
ｈr ／｜ｆa ｜＞１．８ ・・・（１−２）
ただし、ｆa ：前記対物レンズ群とリレーレンズ群を合わせた全系の焦点距離、
ｈr ：前記再結像面におけるイメージサークルの直径、
である。
以上の本発明の第１及び第２の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
対物レンズ群による結像面をリレー光学系で再結像することにより、対物レンズ群のバックフォーカスを短く構成することができる。これにより、物体側のレンズ径をコンパクトにすることができる。条件式（１−１）や（１−２）でそれぞれの下限１．８を越えると、リレー光学系を用いなくてもバックフォーカスの確保と前玉径のコンパクト性の確保が容易となる。
好ましくは、それらの下限値は２．２以上、さらに好ましくは、２．４以上がよい。条件式（１−１）と（１−２）の上限の数値を示さないが、実質的画角が１８０°相当の数値であり、これを越えると構成が困難になる。なお、視野絞りの配置によりリレー光学系での不要光による画像劣化作用（ゴースト、フレアー等）を軽減することができる。
なお、対物レンズ群のバックフォーカスをＳkoとしたとき、条件式（２）を満足するように構成するのが好ましい。
４＞Ｓko／ｆo ≧０ ・・・（２）
この条件式の上限の４を越えると、リレー光学系を用いなくてもバックフォーカスの確保と前玉径のコンパクト性の確保が容易となる。下限の０を越えると、視野絞りの配置が困難になる。なお、Ｓko／ｆo ＝０となるときは、対物レンズ群の射出面上に一次結像面が配される構成となる。
さらには、条件式（２）の下限値を０．１、さらには０．５とすると、一次結像面近傍に配する視野枠を配するスペースの確保が容易となる。
また、条件式（２）の上限値を３、さらには２．５とすると、対物レンズの全長を小さくしやすく構成できる。
また、再結像面で視野範囲を決定する手段を有するようにすることにより、一次結像面に物理的な視野絞りを置く必要がなくなり好ましい。
また、特定の方向の視野を一次結像面の絞りで決定し、別の方向の視野を二次結像面（再結像面）で決定することにより、効率的に不要光をカットしたり、対物レンズのバックフォーカスの自由度が高まったり、再結像面に配置される撮像素子を効率的に用いることができ、好ましい。例えば略長方形の視野を有する場合、長辺方向を一次結像面の絞りで決定し、短辺方向を二次結像面で決定するようにすることができる。
本発明の第３の超広角レンズ光学系は、物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記リレーレンズ群は、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。
０．０５＜ｆo ／ｆr1＜１．２ ・・・（３）
ただし、ｆr1：前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の焦点距離、
ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
である。
以上の本発明の第３の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
条件式（３）は、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間にスペースを確保するための条件式である。その下限の０．０５を越えてリレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間にスペースを確保すると、後部レンズ群ＲＧ２へ入射する軸上光束径が大きくなりすぎる。上限の１．２を越えると、後部レンズ群ＲＧ２へ入射する軸外光束により後部レンズ群ＲＧ２の最も物体側の面の有効面積が大きくなりすぎ、好ましくない。
また、条件式（３）の下限値を０．０８、さらには０．１２とすることが好ましい。
若しくは、その上限値を０．７、さらには０．３とすることが好ましい。
本発明の第４の超広角レンズ光学系は、第１〜第３の超広角レンズ光学系において、前記対物レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を持つ前部レンズ群ＯＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＯＧ２により構成され、前記前部レンズ群ＯＧ１と後部レンズ群ＯＧ２の間に明るさ絞りが配置されていることを特徴とするものである。
以上の本発明の第４の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
広角レンズで画角を広げていくと、バックフォーカスを０以上にするにはレトロフォーカスタイプにするのが望ましい。また、明るさ絞りを対物レンズ群の前部レンズ群ＯＧ１と後部レンズ群ＯＧ２の間に配置することにより、後部レンズ群ＯＧ２の径を小さくできる。また、前部レンズ群ＯＧ１における光束を画角に従って分離することが容易になるため、超広角レンズ系で課題となる軸外収差の補正が容易になる。
また、対物レンズ群の後部レンズ群ＯＧ２とリレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１でその明るさ絞りの共役面をリレー光学系の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間に配置することが容易になり、好ましい。これにより、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の外径のバランスをとり、また、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２で軸外光束の収差補正を効率的に行うことができる。
また、対物レンズ系に物理的な明るさ絞りが配置されていることにより、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間に物理的絞りを配置する必要がなく、ここにミラー、プリズム、フィルター等を配置することが容易になる。
例えば、以下の本発明の第５の超広角レンズ光学系のように構成できる。
本発明の第５の超広角レンズ光学系は、第４の超広角レンズ光学系において、前記明るさ絞りの共役像位置が、前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間に位置することを特徴とするものである。
本発明の第６の超広角レンズ光学系は、第４、第５の超広角レンズ光学系において、前記対物レンズ群の前部レンズ群ＯＧ１は、対物側から順に、第１の負の屈折力を持つメニスカスレンズと第２の負の屈折力を持つメニスカスレンズと第３の正の屈折力を持つメニスカスレンズを有しており、前記対物レンズ群の後部レンズ群ＯＧ２は、正の屈折力を持つレンズと正の屈折力を持つ接合レンズを有していることを特徴とするものである。
以上の本発明の第６の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
以上のような構成により、少ない対物レンズ群の構成枚数で、特に前部レンズ群ＯＧ１では光線を緩やかに曲げつつ、また、後部レンズ群ＯＧ２の正の屈折力を持つレンズで軸上収差を整え、接合レンズと合わせてパワーを確保し、一次結像面上に結像させることができる。また、リレーレンズ群に対する光線の入射角を緩やかにすることができ、リレーレンズ群の外径をコンパクトにし、また、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１のパワーを緩くでき、少ない枚数で結像性能を確保するのに好ましい。
本発明の第７の超広角レンズ光学系は、物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズ群による一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記一次結像面位置近傍に視野絞りを配し、前記リレーレンズ群は、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成され、前記リレーレンズ群において、前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の空気間隔をｔ3 とし、前記対物レンズ群と前記リレーレンズ群を合わせた全系の焦点距離をｆa とするときに、
４＜ｔ3 ／｜ｆa ｜ ・・・（４）
を満たすことを特徴とするものである。
以上の本発明の第７の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
以上のような構成により、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の空気間隔を多くとることができ、ミラー等の反射部材をその位置に配置することができる。条件式（４）の下限の４を越えると、前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の空気間隔がとれなくなり、反射部材等を配置することができなくなる。
さらに好ましくは、
６＜ｔ3 ／｜ｆa ｜ ・・・（４−１）
としてもよい。
また、条件式（４）、（４−１）に上限値を設けて、ｔ3 ／｜ｆa ｜＜１００としてもよい。
この上限値の１００を越えると、レンズ全体の構成が大きくなりすぎる。
さらには、その上限値を３０としてもよい。
上述した発明の構成を複数同時に満足する構成としてもよい。例えば、以下の本発明の第８の超広角レンズ光学系のように構成できる。
本発明の第８の超広角レンズ光学系は、物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズ群による一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記一次結像面位置近傍に視野絞りを配し、前記リレーレンズ群は、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とするものである。
０．０５＜ｆo ／ｆr1＜１．２ ・・・（３）
４＜ｔ3 ／｜ｆa ｜ ・・・（４）
ただし、ｆr1：前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の焦点距離、
ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
ｔ3 ：前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の空気間隔、
ｆa ：前記対物レンズ群とリレーレンズ群を合わせた全系の焦点距離、
である。
以上の本発明の第８の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
このような条件式（３）を満足する構成により、条件式（４）を満足するものが容易に達成できる。なお、条件式（４）の上限は反射部材等の配置等に必要なスペースによって定まる。
本発明の第９の超広角レンズ光学系は、第３〜第８の超広角レンズ光学系において、前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の焦点距離をｆr1とし、前記リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２の焦点距離をｆr2とするときに、以下の条件式を満足することを特徴とするものである。
１＜ｆr2／ｆr1＜２ ・・・（５）
以上の本発明の第９の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
条件式（５）の下限の１を越えると、対物レンズ群の前部レンズ群ＯＧ１の第１レンズの外径が大きくなり、コンパクト性、コスト的に欠けることになる。また、条件式（５）の上限の２を越えると、レンズの加工性と諸収差の補正とのバランスがとり難くなる。
さらには、その下限値を１．１、さらには１．２とすることが好ましい。
若しくは、その上限値を１．７、さらには．５とすることが好ましい。
本発明の第１０の超広角レンズ光学系は、第１〜第９の超広角レンズ光学系において、前記リレーレンズ群のリレー倍率をαとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とするものである。
１＜α＜２ ・・・（６）
以上の本発明の第１０の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
条件式（６）の下限の１を越えると、対物レンズ群の径が大きくなり、特に対物レンズ群の前部レンズ群ＯＧ１の第１レンズの外径が大きくなりすぎてしまう。また、条件式（６）の上限の２を越えると、リレーレンズ群の負担が大きくなり、諸収差補正のバランスがとり難くなる。
さらには、条件式の下限値を１．１、さらには１．２とすると、リレーレンズ群の倍率が確保でき、対物レンズ群の径を小さく構成しやすくなる。
若しくは、条件式の上限値を１．７、さらには１．５とするとより好ましい。
本発明の第１１の超広角レンズ光学系は、第３〜第１０の超広角レンズ光学系において、以下の条件式を満足することを特徴とするものである。
４＜ｆr2／ｆo ＜１５ ・・・（７）
ただし、ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
ｆr2：前記リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２の焦点距離、
である。
以上の本発明の第１１の超広角レンズ光学系において、上記の構成をとる理由と作用を説明する。
この条件式は全系のバックフォーカス（リレー光学系と再結像面の距離）を確保するものである。この条件式を満足することにより、リレー光学系と再結像面の間に、ミラーやプリズム、フィルター等を入れるスペースが確保できる。特に光路を折り曲げるスペースが確保でき、好ましい。
条件式（７）の下限の４を越えると、リレー光学系と再結像面のスペースが確保できなくなる。上限の１５を越えると、リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２の外形が大きくなり、好ましくない。
この条件式（７）は、条件式（３）と併用すると、さらに好ましい。
また、条件式（７）の下限値を６、さらには７．５とするとより好ましい。
若しくは、条件式（７）の上限値を１３、さらには１０とすることがより好ましい。
また、以上の超広角レンズ光学系及びその像側に配置された電子撮像素子を備えた撮像装置として構成することができる。また、それを用いた超広角の電子撮像装置として構成することもできる。さらに、その超広角レンズ光学系の像側に表示素子を配置して表示装置として構成することもできる。
以上の構成の本発明の超広角レンズ光学系によると、バックフォーカスが長いレンズ構成であって、レイアウトの自由度が高く、複数の光学系を効率良くレイアウト可能なリレーレンズ系を備えた超広角レンズ光学系が得られる。
以下、まず、本発明の超広角レンズ光学系の実施例１について説明する。実施例１の無限遠物点合焦時の光路展開図を図１に、その光軸に沿った断面図を図２に示す。
この実施例の超広角レンズ光学系は、図１、図２に示すように、物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群Ｏｂと、その対物レンズ群Ｏｂによる一次結像面に配置された視野絞りＦＳと、正の屈折力を持つリレーレンズ群Ｒｌにより構成され、対物レンズ群Ｏｂは、負の屈折力を持つ前部レンズ群ＯＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＯＧ２により構成され、前部レンズ群ＯＧ１と後部レンズ群ＯＧ２の間に明るさ絞りＳが配置され、リレーレンズ群Ｒｌは、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成されている。
また、この実施例においては、リレーレンズ群Ｒｌの前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間に光軸を９０°折り曲げる反射ミラーＭ１が配置され、また、その後部レンズ群ＲＧ２と像面Ｉの間に同じ平面内で同じ方向に光軸を９０°折り曲げる反射プリズムＭ２が配置されており、像面Ｉに入射する光軸は対物レンズ群Ｏｂに入射する光軸と平行で反対方向を向くように構成されている。なお、像面Ｉの直前には、ローパスフィルターとＩＲカットフィルターを兼ねるフィルターＦが配置されている。
そして、対物レンズ群Ｏｂの前部レンズ群ＯＧ１は、物体側に凸面を向けた２枚の負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとからなり、その後部レンズ群ＯＧ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズとからなる。また、リレーレンズ群Ｒｌの前部レンズ群ＲＧ１は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、両凸正レンズとからなり、その後部レンズ群ＲＧ２は、両凹負レンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、２枚の両凸正レンズとからなる。
もちろん、本実施例の反射ミラーＭ１と反射プリズムＭ２を省いて、図１に示すような光軸方向に長い超広角レンズ光学系として使用することもできる。また、反射ミラーＭ１を反射プリズムとしてもよい。この場合、リレーレンズ群Ｒｌの前部レンズ群ＲＧ１、後部レンズ群ＲＧ２の焦点距離は、反射面を境にした部分系で算出し、間隔ｔ3 は反射面を挟むパワーを持つ面間の空気換算長とする。
この実施例１の超広角レンズ光学系の数値データは下記に示すが、視野絞りＦＳの開口の形状は長方形で、その寸法は横方向（図２の面に沿う方向）×縦方向が、２．２ｍｍ×１．４８ｍｍであり、像面Ｉの寸法は、同じく横方向（図２の面に沿う方向）×縦方向が、２．７５ｍｍ×１．８４ｍｍであり、イメージサークルの直径は３．３３ｍｍある。
以下に、実施例１の数値データを示すが、記号は上記の外、ＦNOはＦナンバー、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。
実施例１
ｒ1 = 5.805 ｄ1 = 1 ｎd1 =1.883 νd1 =40.76
ｒ2 = 2.908 ｄ2 = 2.5
ｒ3 = 9.004 ｄ3 = 0.9 ｎd2 =1.7725 νd2 =49.6
ｒ4 = 1.89 ｄ4 = 1
ｒ5 = 4.002 ｄ5 = 1.2 ｎd3 =1.72825 νd3 =28.46
ｒ6 = 6.991 ｄ6 = 1.5
ｒ7 = ∞（開口絞り） ｄ7 = 1.5
ｒ8 = -4.021 ｄ8 = 0.9 ｎd4 =1.7725 νd4 =49.6
ｒ9 = -2.28 ｄ9 = 0.2
ｒ10= 3.771 ｄ10= 1.4 ｎd5 =1.72916 νd5 =54.68
ｒ11= -2.132 ｄ11= 1.4 ｎd6 =1.69895 νd6 =30.13
ｒ12= 29.857 ｄ12= 2.25
ｒ13= ∞（視野絞り） ｄ13= 2.25
ｒ14= -8.175 ｄ14= 1.55 ｎd7 =1.69895 νd7 =30.13
ｒ15= -4.16 ｄ15= 3.5
ｒ16= 13.083 ｄ16= 1.7 ｎd8 =1.58913 νd8 =61.14
ｒ17= -34.244 ｄ17= 5.5
ｒ18= ∞（反射面） ｄ18= 5
ｒ19= -171.745 ｄ19= 1.4 ｎd9 =1.78472 νd9 =25.68
ｒ20= 4.966 ｄ20= 1.6 ｎd10=1.72916 νd10=54.68
ｒ21= 8.754 ｄ21= 1
ｒ22= 49.792 ｄ22= 1.4 ｎd11=1.72916 νd11=54.68
ｒ23= -10.237 ｄ23= 0.02
ｒ24= 7.151 ｄ24= 1.7 ｎd12=1.58913 νd12=61.14
ｒ25= -78.839 ｄ25= 3.2
ｒ26= ∞ ｄ26= 3.5 ｎd13=1.51633 νd13=64.14
ｒ27= ∞（反射面） ｄ27= 3.5 ｎd14=1.51633 νd14=64.14
ｒ28= ∞ ｄ28= 2.5
ｒ29= ∞ ｄ29= 3 ｎd15=1.51633 νd15=64.14
ｒ30= ∞ ｄ30= 1.1578
ｒ31= ∞（像面）
ＦNO = 2.2742
ｈ = 2.65
ｈr = 3.3
ｆa =-1.35
ｆo = 1.09
Ｓko = 2.25
ｆr1 = 7.17
ｆr2 = 9.42
ｔ3 =10.5
ｈ／ｆo = 2.4
ｈr ／｜ｆa ｜= 2.4
Ｓko／ｆo = 2.1
ｆo ／ｆr1 = 0.15
ｔ3 ／｜ｆa ｜= 7.8
ｆr2／ｆr1 = 1.3
α = 1.24
ｆr2／ｆo = 8.6 。
上記実施例１の無限遠にフォーカシングした場合の球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ）、倍率色収差（ｄ）を示す収差図を図３に示す。各収差図中、“ω”は半画角を示す。
本発明の超広角レンズ光学系は、上記の実施例のように、リレーレンズ群Ｒｌ（リレー光学系）が前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２に分かれており、その間に反射ミラー、反射プリズム、ＮＤフィルター、クイックリターンミラー、抜き差し可能なレンズ等の配置が可能となる。
また、リレー光学系の前部レンズ群ＲＧ１での主光線が略平行となるような光路とすることが容易となる。そのため、この対物レンズ群Ｏｂとリレーレンズ群Ｒｌの前部レンズ群ＲＧ１とで略アフォーカルな構成とすると、リレーレンズ群Ｒｌの前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２との間隔を適宜調整しても、得られる像への影響を少なくすることができる。
これらの特徴を利用すると、本発明の超広角レンズ光学系は、以下に説明するような装置に利用することが好ましい、
本発明は、例えば、ステレオ撮像装置、さらには、視差情報から距離情報を得るための測距装置、さらには、車載カメラに用いることができる。
これらにおいては、被写体側に向けた複数の入射面を持った対物光学系（対物レンズ群）を備える構成とする。つまり、各々の対物光学系を各々被写体側に向けて構成し、リレー光学系（リレーレンズ群）をそれぞれの対物光学系に対応させて設ける構成とする。あるいは、各々の対物光学系に続くリレー光学系を少なくとも一部共通の光学系としてもよい。
そして、リレー光学系の前群（前部レンズ群）と後群（後部レンズ群）との間に反射面を用いると、光学系全体を折り曲げて構成でき、入射光軸方向の全長（光学系の厚さ）を小さく構成することができる。
もちろん、反射面を光路中に複数配してもよく、それによりさらに小型化に有利となる。また、具体的な折り曲げ方として、リレー光学系の前群、後群間に反射面（反射ミラーや反射プリズム）を配し、光軸がお互いに近づく方向に折り曲げて薄型化することができる。
さらには、各々のリレー光学系の後群の後方に反射面を介して共通の撮像素子撮像面の異なる位置にそれぞれの光束を導くレイアウトとすると、同じ撮像素子で複数の画像を得ることも可能となる。それにより、撮像素子を別個に設ける場合に比べて、低コストで、かつ、映像信号のムラを抑えることができる。
具体例としては、対物光学系を２個用いて、各々の反射回数を２回として、ステレオ撮像を行うステレオ撮像装置がある。そして、対物光学系を魚眼レンズにて構成し、広視野を得るようにする。
例えば実施例１の構成の超広角レンズ光学系を２個用いて、ステレオ撮像装置を構成した場合の模式的斜視図を図４に、その透視正面図を図５に、左右の像面に共通に配置した共通撮像素子の正面図を図６に示す。ただし、図６においては、一方の光学系ＯＳＲ中の反射プリズムＭ２Ｒしか示しおらず、他の光学系ＯＳＬ中の反射プリズムＭ２Ｌは省いてある。
右光路用の超広角レンズ光学系をＯＳＲ、左光路用の超広角レンズ光学系をＯＳＬとし、それぞれの光軸を１Ｒ、１Ｌとし、また、超広角レンズ光学系ＯＳＲ、ＯＳＬを構成するそれぞれの要素を示す符号の後に、それぞれ“Ｒ”と“Ｌ”を付して区別する。
このステレオ撮像装置においては、被写体側に向けた２個の入射面を持った対物レンズ群ＯｂＲ、ＯｂＬを備える構成としている。つまり、各々の超広角レンズ光学系ＯＳＲ、ＯＳＬの対物レンズ群ＯｂＲ、ＯｂＬを各々の被写体側に向けて構成し、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬをそれぞれの対物レンズ群ＯｂＲ、ＯｂＬに対応させて設ける構成としている。
そして、それぞれの超広角レンズ光学系ＯＳＲ、ＯＳＬの反射ミラーＭ１Ｒ、Ｍ１Ｌで光軸１Ｒ、１Ｌを相互に平行で反対側から近づくように折り曲げ、その折り曲げられた光軸１Ｒ、１Ｌの方向を横方向とすると、縦方向に重ねて配置された反射プリズムＭ２Ｒ、Ｍ２Ｌで今度は光軸１Ｒ、１Ｌを相互に平行で上下に並んで同じ方向に進むように折り曲げている。そして、両光学系ＯＳＲ、ＯＳＬのフィルターＦを共通の１個のものとしている。
また、この例においては、撮像素子１０の長方形の撮像面１１の長辺方向を縦方向に配し（図６）、その撮像面１１の上下に並んで、相互に視差を持つ右光路用の超広角レンズ光学系ＯＳＲによる像面ＩＲと左光路用の超広角レンズ光学系ＯＳＬによる像面ＩＬとが形成されるように構成されている。そして上下に配される各々の反射プリズムＭ２Ｒ、Ｍ２Ｌから撮像面１１に対し垂直に光軸１Ｒ、１Ｌが入射する構成となっている。
このような配置により、単体の撮像素子１０を用いた場合でも、横方向、縦方向の双方において広視野を確保することができる。
このような光学系の配置は、特に横方向や手前の観察を必要とする車載カメラ、特に車体の後方を確認するための車載カメラ、監視カメラ等の光学系に適するものである。監視カメラとして用いる場合、全体を係数倍して（例えば、１／２インチＣＣＤ、基線長７０ｍｍ）使用することが好ましい。
各々の超広角レンズ光学系ＯＳＲ、ＯＳＬの光軸１Ｒ、１Ｌは、光路を展開した図１の状態で直線となり、撮影に寄与する光学系内の屈折面は光軸１Ｒ、１Ｌを中心として全て回転対称の形状となっている。反射面Ｍ１、Ｍ２による光軸１Ｒ、１Ｌの折り曲げ方は、各々の光学系ＯＳＲ、ＯＳＬで同一平面内において光軸が折り曲がる構成となっている（図２）。そして、各々の光軸１Ｒ、１Ｌを含む面同士は、撮像面１１上に形成される像のずらし量に対応して上下に平行にずらして位置する。具体的には、そのずれ量は、図６から明らかなように、０．９２ｍｍ×２＝１．８４ｍｍである。
そして、上記のように、撮像面１１直前の反射プリズムＭ２Ｒ、Ｍ２Ｌによってそれぞれの光軸を水平方向（撮像の短辺方向：横方向）に直角に折り曲げており、さらに、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬ内の反射ミラーＭ１Ｒ、Ｍ１Ｌで９０°折り曲げて入射面が被写体に向くようにしている。その結果、光学系ＯＳＲ、ＯＳＬを上方から見たときに、それぞれの光軸１Ｒ、１Ｌが「コ」の字状（同じ平面内で同方向に９０°２回反射する形状）となるように光学系が配置されている（図２）。
この実施例において、視野絞りＦＳ（図１、図２）は、各対物レンズ群ＯｂＲ、ＯｂＬによる中間像位置に配置され、撮像面の形状に合わせて横長の矩形をなしている。具体的には、横方向×縦方向が２．２ｍｍ×１．４８ｍｍである。
このように構成して、広い視野を得ながら、視差を持つ左右の像を単一の撮像素子１０上に結像させ、全体をコンパクトに構成している。
また、開口絞りを明るさに合わせて調節するオートアイリスとしてもよい。また、視野絞り（視野枠）ＦＳは撮像面上に投影される視差を持つ像が相互に一部で重なるような形状としてもよい。多少の像の重なりは、両画像の情報を電気的に比較することにより、どちらの光学系からの画像であるかは判断が可能である。したがって、複数の画像がオーバーラップした状態にて撮像することで、画像情報をより多く取り込むことが可能である。
また、本例の構成は、焦点距離が短いため、遠方から近距離に至るまで合焦精度を確保しているので、通常の使用ではフォーカシングを行う必要はない。本実施例にてより合焦範囲を確保するには、双方の光学系の一部又は全部を光軸１Ｒ、１Ｌ方向へ移動させる方法をとってもよいが、撮像素子１０のみを光軸１Ｒ、１Ｌ方向へ移動させてフォーカシングを行う構成とすると、移動する部材が単体ですむのでより好ましい。
上記の構成では、水平方向に略１２０°、垂直方向９０°の画角を持ち、略全視野範囲において視差のある像を得る構成としたものである。また、左右の入射光軸間距離を３８ｍｍとしたものである。
なお、撮像面１１上における撮像領域は、垂直方向３．６８ｍｍ、水平方向を２．７５ｍｍとしている。また、撮像面１１上への各々の光軸１Ｒ、１Ｌ入射位置が、撮像面１１を上下に均等に２分割したときのそれぞれの中心に位置するように構成し、撮像面１１上での光軸間距離が１．８４ｍｍとなる。撮像素子１０はＶＧＡであり、撮像面１１の画素ピッチは短辺方向（視差のある方向）で５．６μｍである。
このような構成をさらに変形して、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬ内での光軸反射が鈍角（例えば略１５０°反射（図４〜図６では３６０°反射）となるように構成し、ステレオ撮影ができる領域（両方のＯＳＲ、ＯＳＬの画角が重なる範囲が略画角６０°）を確保しつつ、両方の水平方向の視野をさらに広視野化（水平方向全視野角略１８０°）した構成とするようにしてもよい。このように構成すると、例えば、両方の視野が重なる中心部において得られる像面の視差情報を測距等に用い、さらに、周辺では広い視野を監視することができるため、監視カメラや車載カメラ（後述）に用いるのにより適した光学系となる。
また、本発明の超広角レンズ光学系ＯＳＲ、ＯＳＬを直進系として構成し、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬの前部レンズ群ＲＧ１Ｒ、ＲＧ１Ｌと後部レンズ群ＲＧ２Ｒ、ＲＧ２Ｌの間を空気間隔とし、図７に平面図を示すように、それらの空間で両光学系ＯＳＲ、ＯＳＬを交差（例えば６０°にて交差）させて構成してもよい。その場合、装置の薄型化に有利となる。このような光学系は、上記のパノラマステレオカメラとして使用できる。
次に、本発明の超広角レンズ光学系における光線の折り曲げ方は、実施例１のように２回に限定されない。また、折り曲げ方向も実施例１のように同じ平面内での折り曲げに限定されない。例えば、各光路を３回の反射にて薄型に折り曲げる構成としてもよい。
例えば、本発明の超広角レンズ光学系を複数用いてステレオ撮影をする場合、その中の２つの光学系について、視差のある方向（仮に、左右方向とする。）に対物レンズ群を被写体に向けて配置し、反射ミラー等の反射部材を対物レンズ群内（例えば、負の前部レンズ群と正の後部レンズ群の間の絞り位置）、若しくは、対物レンズ群直後に配置し、入射光軸を含む面に対して略垂直の同方向（例えば、下方向）に光路を折り曲げるようにしてもよい。そして、リレーレンズ群内の空間に配した反射部材にて両方の光軸が互いに近づく方向に反射させ、撮像素子に近接して配置された別の反射面にて被写体側あるいは被写体とは反対側に光軸を折り曲げ、共通の撮像素子の異なる撮像面上に光軸を導く構成とすることができる。
このような例を図８の斜視図に示す。この場合は、左右の超広角レンズ光学系ＯＳＲ、ＯＳＬの対物レンズ群ＯｂＲ、ＯｂＬの直後に第１の反射部材Ｍ１Ｒ、Ｍ１Ｌを配置して下方向に光路を折り曲げ、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬの前部レンズ群ＲＧ１Ｒ、ＲＧ１Ｌと後部レンズ群ＲＧ２Ｒ、ＲＧ２Ｌの間に配した第２の反射部材Ｍ２Ｒ、Ｍ２Ｌにて両方の光軸が互いに近づく方向に反射させ、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬの直後に配置した第３の反射部材Ｍ３Ｒ、Ｍ３Ｌにて被写体とは反対側に光軸を折り曲げて、両光学系ＯＳＲ、ＯＳＬの光路に共通のフィルターＦを経て共通の撮像素子１０の撮像面の異なる位置にそれぞれの光軸１Ｒ、１Ｌを導く構成としている。このように光路を折り曲げることにより、より薄型のステレオ撮像装置を構成することができる。なお、図９に、図８のような光学系をカバー１４で覆ってステレオ撮像装置を構成する場合の分解斜視図を示す。図８の光学系は基板１２上に取り付けられ、基板１２は背面枠１３に搭載される。この背面枠１３に対して、左右の光学系ＯＳＲ、ＯＳＬに入射する窓１５Ｒ、１５Ｌが設けられたカバー１４を被せることでステレオ撮像装置が完成する。
なお、このようなステレオ撮像装置において、一方の撮像光学系を省略して単眼の薄型撮像装置とするようにしてももちろんよい。また、撮像素子は、同一基板上に併設して構成された複数の撮像素子を用いるようにしてもよい。
次の実施例を説明すると、本発明の超広角レンズ光学系におけるリレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間に透過と反射の双方を行う反射面（ミラーや反射プリズム等）を配し、その反射面の透過側と反射側それぞれにリレーレンズ群の後部レンズ群と撮像素子を配する構成としてもよい。このような構成により、複数の機能を持った光学系として構成することができる。そして、例えば、リレーレンズ群の後部レンズ群以降に双方とも撮像素子を配置し、一方では明るい被写体に対応した光学系となるようにし、他方は暗い被写体に対応した光学系となるように構成してもよい。このようにして、ダイナミックレンジの広い光学系として構成することができる。具体的な構成としては、一方の光路に光量を低減するための部材（例えば、ＮＤフィルター）を配置し、明るい被写体に対応するような構成としてもよい。また、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間に配される反射面の透過率と反射率の比が異なる構成として、ダイナミックレンジの広い光学系としてもよい。
そのような例としてスーパーラティチュードカメラの光路図を図１０に示す。この例は、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の直後にハーフミラーＨＭを配置し、その透過側と反射側に同じ構成のリレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２1 とＲＧ２2 、フィルターＦ1 とＦ2 、撮像素子１０1 、１０2 を配置して、それぞれの光路を経て同じ被写体の超広角の撮像を可能にし、ハーフミラーＨＭを、例えば、透過率７０％、反射率３０％のもので構成している。この構成で、共通の対物レンズ群Ｏｂ、視野絞りＦＳ、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１、及び、ハーフミラーＨＭ、リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２1 、フィルターＦ1 を経て撮像素子１０1 に至る光路で比較的暗い被写体を撮像し、共通の対物レンズ群Ｏｂ、視野絞りＦＳ、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１、及び、ハーフミラーＨＭ、リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２2 、フィルターＦ2 を経て撮像素子１０2 に至る光路で比較的明るい被写体を撮像することにより、透過側の光路を暗視用、反射側を明視用としており、このようにしてダイナミックレンジを拡大したスーパーラティチュードカメラが得られる。
この場合、無論、図１０のような一眼式でなく、図４〜図６のように、二眼式にしてステレオ画像を得たり、図７の場合のように、二眼式にしてより広い視野を撮像できるようにしてもよい。
また、他の実施例として、図１０のような共通の対物レンズ群を配置する構成において、リレーレンズ群の２つの後部レンズ群を異なる焦点距離のものとして、リレーレンズ群の倍率を両光路で相互に異なる構成としてもよい。そのようにして、一方の撮像素子では広い視野を撮像すると共に、他方の撮像素子では像中心部分を拡大して撮像するようにすることが可能となる。
したがって、このような構成の撮像装置を例えばステレオ車載カメラとして用いるようにすると、一方の光路では広角視野の像、他方の光路では望遠の像のステレオ画像が得られるように構成することができる。この構成で二眼式にして、例えば視差像を測距に用いる場合、測距性能の向上を図ることができる。
その二眼式にする場合に、図４〜図６の例のように光路を折り曲げ、広角の視差を持つ像を単一の撮像素子上に導くレイアウトとし、望遠の視差を持つ像を同様に光路を折り曲げて単一の別の撮像素子上に導くレイアウトとしてもよい。
また、図１０の配置で、反射側又は透過側の一方の光路に撮像素子を配した撮像系とし、他方の光路中では撮像素子に換えて表示素子を配するようにしてもよい。この構成の場合は、本発明の超広角レンズ光学系に撮影レンズの機能と投影レンズの機能の双方を持たせることができる。
その場合に、例えば撮像素子で撮像した像の映像信号を処理手段を介して記憶手段に記憶させておき、その記憶手段からの映像情報を処理手段を介して読み出して表示素子に表示させ、照明手段で表示素子に表示された映像を照明しリレーレンズ群と対物レンズ群とを介して、スクリーン、壁、フロントガラス等に投影するように構成してもよい。
このような構成により、撮影した像がその場で臨場感のある像として投影観察ができる。
この場合に、対物レンズ群による撮影像の歪みは、表示像が撮影と光路を逆に進むことで補正がされるので、投影像の臨場感を得やすい。
また、この場合、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群との間に配される透過反射を行う光学素子としては、切り換えミラーを用いると、撮影側、投影側の光量損失が少なくなり、より好ましい。
また、表示像に、撮影像とその像に基づく画像処理データ、コンピュータグラフィックス等を重ね合わせて、表示素子にそのような合成像を表示して投影する構成としてもよい。
また、表示素子にパターンを表示して投影し、投影像を撮像素子でに受光して、透過反射を行う光学素子以降の光学系の歪み等の検知に用いることもできる。
図１１に、上記の反射側又は透過側の一方の光路に撮像素子を配し、他方の光路中では表示素子を配して撮影と投影を行う装置の構成を示す。この例において、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の直後に切り換えミラーＳＭを配置し、その透過側にリレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２1 とフィルターＦと撮像素子１０を配置し、切り換えミラーＳＭの反射側にリレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２2 と、表示素子としてのＬＣＤ（液晶表示素子）１８と、そのＬＣＤ１８を照明する光源１９と、その照明光をＬＣＤ１８に照射する照明レンズ２０とを配置し、撮像素子１０側の光路を撮像系とし、ＬＣＤ１８側の光路を投影系とする。そして、撮像系を経て撮像素子１０で撮像した像の映像信号を処理する処理手段１６が撮像素子１０に接続され、処理手段１６には記憶手段１７とＬＣＤ１８が接続されている。
このような構成により、切り換えミラーＳＭを外して、対物レンズ群Ｏｂ、視野絞りＦＳ、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１、リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２1 、フィルターＦを経て撮像素子１０で撮影された像が、処理手段１６を介して記憶手段１７に記憶される。そして、切り換えミラーＳＭを光路中に挿入して、例えば、記憶手段１７に記憶されている映像情報を処理手段１６を介してその場で読み出してＬＣＤ１８に表示させ、光源１９からのバックライトを照明レンズ２０でＬＣＤ１８背面に照射して、そのＬＣＤ１８に表示された映像をリレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２2 、切り換えミラーＳＭ、リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１、視野絞りＦＳ、対物レンズ群Ｏｂを経て、その場のスクリーン、壁、フロントガラス等に投影することにより、撮影した像がその場で臨場感のある像として投影観察することができる。また、その表示像に撮影像に基づく画像処理データ、コンピュータグラフィックス等を重ね合わせて合成像を表示するようにすることもできる。
ところで、本発明の超広角レンズ光学系は、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群との間隔を伸ばしても光学性能への影響が少ない構成とすることができる。そのため、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間の長さを調整可能とすることが好ましい。その前部レンズ群と後部レンズ群の間に、ＮＤフィルターや偏光フィルター、透過波長域を制限する波長フィルター、像を観察するための接眼光学系に光路を誘導するミラー等の光学部材を挿入可能に構成する。この場合に、挿入される光学部材に応じてリレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間の長さを調整するようにすればよい。
また、一対の本発明の超広角レンズ光学系を用い、各リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間に反射面を配置して光路を折り曲げ、ステレオ撮影を行うようにする場合、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間の間隔を調節し、所望の基線長にて視差のある像を得るようにすることが可能となる。この構成は、撮像面が固定されているようなステレオ撮像装置に適したものである。
実施例１の具体的な数値実施例において、この構成を採用する場合、双方の光学系のリレーレンズ群にてその前部レンズ群と後部レンズ群の間の間隔が可変の構成としてもよい。また、一方のみのの光学系のリレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群の間の間隔を調整できるようにして、入射光軸間間隔を変更できる構成としてもよい。
また、図４〜図６のようなステレオ撮像装置において、対物レンズ群Ｏｂの前部レンズ群ＯＧ１と後部レンズ群ＯＧ２（図２）の間の明るさ絞りＳが配される位置、撮像面近傍、リレーレンズ群Ｒｌの前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の何れかの位置に透過と反射を行う反射面を配し、その反射側若しくは透過側を測光光学系と測光用の受光素子を配する構成としてもよい。その場合の測光方式としては、複数の測光素子を用いて複数のエリアにて測光が可能な構成としてもよい。
また、本発明において、本発明の超広角レンズ光学系を３つ以上有する構成とし、各々の入射光軸を互いに異なる方向を向くように配置することで広視野角の撮像装置を構成することができる。例えば、リレーレンズ群で各々を光軸を折り曲げた複数の本発明の超広角レンズ光学系を、共通あるいは並列した撮像素子の撮像領域前方に配置して、各々の対物レンズ群の光軸がお互いに異なる方向の向くように配置するとよい。具体的には、水平画角が略１２０°の実施例１の超広角レンズ光学系を３つ用いる場合、光軸を１回だけ垂直方向に９０°折り曲げる超広角レンズ光学系の入射光軸を、それぞれ同一面（水平面）上で相互に１２０°なすように配置すれば、３６０°全周が撮像できる構成となる。そのため、監視カメラや車載カメラ等に適したものが得られる。また、撮像された画像を信号処理することで、３６０°パノラマ写真、パノラマ映像とすることも可能である。
無論、用いる本発明の超広角レンズ光学系の数は３つに限らず、各光学系を水平９０°毎に４本配置して、適宜ミラーで光軸を折り曲げて１つのＣＣＤ上に４つの画像を形成するようにしてもよい。この場合のオーバーラップする部分（画角が９０°以上の超広角のため）は電気的な画像合成により３６０°の撮像が可能な光学系を構成することができる。
また、本発明の超広角レンズ光学系は、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群との間に間隔を設けることが容易に行える。この間隔に光を３分割するプリズムを配する構成としてもよい。光路をプリズム配置位置で３分割し、そのプリズム以降にリレーレンズ群の後部レンズ群と各光路に対応する３原色何れかの色フィルターを配し、それぞれの像面上に撮像素子を配する。このように構成すると、色再現性の良好な所謂３板式撮像光学系として構成することができる。
また、その３つの撮像素子に代えて表示素子を配置すると、所謂３板式の投影光学系とすることができる。
また、光路中の異なるレンズ群間隔（例えば、リレーレンズ群の前部レンズ群と後部レンズ群との間、及び、その後部レンズ群以降）に２枚のダイクロイックミラーを配し、各々の光路にて別々の光学系を形成させ、３板撮影や３板投影を行う構成としてもよい。実施例１の具体的な数値実施例においては、各々の反射面をダイクロイックミラーとし、各光学系の最初の反射ミラーＭ１の透過側にリレーレンズ群の後部レンズ群と撮像素子を配し、第２の反射面（反射プリズムＭ２）をダイクロイックミラーとしてその透過側に撮像素子を配すると、各々の光学系において３板撮影が可能な光学系となり、より高精度のステレオ撮影光学系、測距装置、車載カメラ、監視カメラ等を構成することができる。
次に、図１２は、例えば上記の図４〜図６に示した実施例に係るステレオ撮像装置を適用したステレオ撮像システムの構成を示す図である。なお、このステレオ撮像システムは、車両に搭載された例として説明する。
すなわち、このステレオ撮像システムは、距離画像入力装置１００と、制御装置１０４、物体認識装置１０５、警告装置１０６、運転装置１０７、表示装置１０８、車速センサ１０９、測距レーダ１１０、照度センサ１１１、外部カメラ１１２、ＧＰＳ（全地球測位システム）１１３、ＶＩＣＳ（渋滞情報取得装置）１１４、及び、外部通信装置１１５から構成されるものである。
ここで、上記距離画像入力装置１００は、被写体４００を撮影する撮像素子１０２とこの撮像素子１０２の前方に取り付けられるステレオ撮像光学系１０１とを備えたステレオ撮像装置１１６と、被写体４００の距離画像２０５を計測する距離画像処理装置１０３と、から構成される。
ステレオ撮像装置１１６は、一般のビデオカメラ、デジタルスティルカメラ等と同様に、撮影絞り調整装置（図示せず）と、撮影フォーカス調整装置（図示せず）と、撮影シャッタ速度調整装置（図示せず）と、感度調整装置（図示せず）とを適宜備えている。
また、ステレオ撮像光学系１０１は、複数のミラー（１０１Ａ、１０１Ｂの対）からなる反射光学系２１１を有する。この反射光学系２１１は、撮像素子１０２の前方のフィルター群１０２Ａの前に取り付けられ、対物レンズ群１０１Ｃから入射した異なる視点からの被写体４００の像を一旦中間像を結像してリレーレンズ群１０１Ｄによりフィルター群１０２Ａを介して撮像素子１０２に結像することができるようになっている。
このようにしてステレオ撮像装置１１６で撮影された、すなわち、撮像素子１０２で捕らえたステレオ画像２０１は、図１２に示すように、距離画像処理装置１０３に供給される。そして、この距離画像処理装置１０３により処理されて三次元距離画像２０５となり、制御装置１０４及び物体認識装置１０５に出力される。
なお、「距離画像」という用語は、本明細書では、被写体画像のピクセルに距離情報を有する画像を意味している。
なお、図１２中の参照番号２１２は露出制御装置であり、この露出制御装置２１２は、ステレオ撮像装置１１６が備える上記撮影絞り調整装置、撮影フォーカス調整装置、撮影シャッタ、速度調整装置、及び、感度調整装置（何れも図示せず）に接続されている。また、この露出制御装置２１２は、制御装置１０４に接続されており、この制御装置１０４で、撮像素子１０２からの輝度情報により算出された露出値に応じて撮像装置１１６を制御する。
また、距離画像処理装置１０３には、上述したように、撮像素子１０２で撮像されたステレオ画像２０１が入力される。このステレオ画像２０１は、フレームメモリ２１３に入力され、デジタル画像２０２となる。
このフレームメモリ２１３の出力は、レクティフィケーション装置２１４に入力される。このレクティフィケーション装置２１４は、距離算出装置２１５に、左画像２０３及び右画像２０４を出力する。距離算出装置２１５は、距離画像出力２１６を通して物体認識装置１０５に、三次元距離画像２０５を出力する。また、制御装置１０４に対しても、二次元画像（ステレオ画像２０１）、距離画像２０５等も出力する。
なお、距離画像処理装置１０３には、キャリブレーション装置２１７が別途存在し、レクティフィケーション装置２１４に対してはレクティフィケーションパラメータを、距離算出装置２１５に対しては距離算出用パラメータを、物体認識装置１０５に対しては、物体認識用パラメータを出力する。
物体認識装置１０５は、入力された三次元距離画像２０５を利用して、その中にある物体あるいは物体領域を認識し、その結果である物体データ（図示せず）を出力する。
なお、距離画像処理装置１０３内の各装置は、計算機上のソフトウェアで実現してもよい。
制御装置１０４は、画像情報と車両情報を統括する役割を持っており、例えば、距離画像処理装置１０３で処理された結果を表示装置１０８に表示したり、距離画像処理装置１０３で得られた距離情報と車速センサ１０９等の情報とを分析して、警告装置１０６に警告を発生させたり、運転装置１０７を制御して運転者に安全運転を促すことができるようになっている。なお、警告装置１０６は、音声装置や振動装置等からなり、例えば、音声装置はスピーカ等からの音声、振動装置は運転席シートの振動により運転者に警告を発するものである。
このように、このステレオ撮像装置を用いたシステムによると、本発明に直接関係しないためその詳細説明は省略するが、本実施例に係るステレオ撮像装置１１６及び距離画像入力装置１００から得られた画像情報と各種センサ等から得られた車両情報とを統合することができ、表示装置１０８による画像情報の表示、警告装置１０６による警告、運転装置１０７の制御等により、運転者に安全走行を促すことができる。
例えば、前方の被写体に近づきすぎたときに注意を促す表示、警告、さらには運転装置１０７（例えばブレーキ）の制御を行うことができる。
若しくは、道路の分離帯を読み取って自動で運転を制御する等に用いることができる。
その他に、車外を観察し、前方や後方の走行車両、障害物、白線検知等に用いる他、車内の運転者、搭乗者の顔の位置、向きを検出し、脇見運転や居眠りの検知、エアバック点火時に、大人か子供かや顔の位置方向を判断し、安全にエアバッグを作動させるセンサとして利用することも可能である。
また、本発明によるステレオ撮像装置は、車載のステレオ撮像システムの他に、ロボット、鉄道、飛行機、船舶、監視カメラ、遠隔会議システム用カメラ等にも応用ができるものである。
なお、図１２のミラー１０１Ａ、１０１Ｂは、それぞれ図４〜図６の反射ミラーＭ１Ｒ、Ｍ１Ｌ、反射プリズムＭ２Ｒ、反射プリズムＭ２Ｌに対応し、対物レンズ群１０１Ｃは、対物レンズ群ＯｂＲ、ＯｂＬに対応し、リレーレンズ群１０１Ｄは、リレーレンズ群ＲｌＲ、ＲｌＬに対応し、フィルター群１０２ＡはフィルターＦに対応し、撮像素子１０２は、撮像素子１０に対応する。
本発明の実施例１の超広角レンズ光学系の無限遠物点合焦時の光路展開図である。 実施例１の超広角レンズ光学系の光軸に沿った断面図である。 実施例１の無限遠にフォーカシングした場合の球面収差（ａ）、非点収差（ｂ）、歪曲収差（ｃ）、倍率色収差（ｄ）を示す収差図である。 実施例１の構成の超広角レンズ光学系を２個用いてステレオ撮像装置を構成した場合の模式的斜視図である。 図４のステレオ撮像装置の透視正面図である。 図４のステレオ撮像装置の左右の像面に共通に配置した共通撮像素子の正面図である。 本発明の超広角レンズ光学系を用いたパノラマステレオカメラの１例の平面図である。 本発明の超広角レンズ光学系を用いたステレオ撮像装置の別の例の斜視図である。 図８のステレオ撮像装置の分解斜視図である。 本発明の超広角レンズ光学系を用いたスーパーラティチュードカメラの１例の光路図である。 本発明の超広角レンズ光学系を用いた撮影と投影を行う装置の１例の構成を示す図である。 本発明によるステレオ撮像装置を適用したステレオ撮像システムの構成を示す図である。
符号の説明
Ｏｂ、ＯｂＲ、ＯｂＬ…対物レンズ群
ＦＳ、ＦＳＲ、ＦＳＬ…視野絞り
Ｒｌ、ＲｌＲ、ＲｌＬ…リレーレンズ群
ＯＧ１、ＯＧ１Ｒ、ＯＧ１Ｌ…対物レンズ群の前部レンズ群
ＯＧ２、ＯＧ２Ｒ、ＯＧ２Ｌ…対物レンズ群の後部レンズ群
Ｓ、ＳＲ、ＳＬ…明るさ絞り
ＲＧ１、ＲＧ１Ｒ、ＲＧ１Ｌ…リレーレンズ群の前部レンズ群
ＲＧ２、ＲＧ２Ｒ、ＲＧ２Ｌ、ＲＧ２1 、ＲＧ２2 …リレーレンズ群の後部レンズ群
Ｍ１、Ｍ１Ｒ、Ｍ１Ｌ…反射ミラー（第１の反射部材）
Ｍ２、Ｍ２Ｒ、Ｍ２Ｌ…反射プリズム（第２の反射部材）
Ｍ３Ｒ、Ｍ３Ｌ…第３の反射部材
Ｆ、ＦＲ、ＦＬ、Ｆ1 、Ｆ2 …フィルター
Ｉ、ＩＲ、ＩＬ…像面
ＯＳＲ、ＯＳＬ…超広角レンズ光学系
ＨＭ…ハーフミラー
ＳＭ…切り換えミラー
１Ｒ、１Ｌ…光軸
１０、１０1 、１０2 …撮像素子
１１…撮像面
１２…基板
１３…背面枠
１４…カバー
１５Ｒ、１５Ｌ…窓
１６…処理手段
１７…記憶手段
１８…ＬＣＤ（液晶表示素子）
１９…光源
２０…照明レンズ
１００…距離画像入力装置
１０１…ステレオ撮像光学系
１０１Ａ、１０１Ｂ…ミラー
１０１Ｃ…対物レンズ群
１０１Ｄ…リレーレンズ群
１０２Ａ…フィルター群
１０２…撮像素子
１０３…距離画像処理装置
１０４…制御装置
１０５…物体認識装置
１０６…警告装置
１０７…運転装置
１０８…表示装置
１０９…車速センサ
１１０…測距レーダ
１１１…照度センサ
１１２…外部カメラ
１１３…ＧＰＳ（全地球測位システム）
１１４…ＶＩＣＳ（渋滞情報取得装置）
１１５…外部通信装置
１１６…ステレオ撮像装置
２０１…ステレオ画像
２０２…デジタル画像
２０３…左画像
２０４…右画像
２０５…三次元距離画像
２１１…反射光学系
２１２…露出制御装置
２１３…フレームメモリ
２１４…レクティフィケーション装置
２１５…距離算出装置
２１６…距離画像出力
２１７…キャリブレーション装置
４００…被写体

Claims (13)

  1. 物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記一次結像面位置近傍に視野絞りを配し、以下の条件式を満たすことを特徴とする超広角レンズ光学系。
    ｈ／ｆo ＞１．８ ・・・（１−１）
    ただし、ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
    ｈ ：前記一次結像面におけるイメージサークルの直径、
    である。
  2. 物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群と、そのリレーレンズ群による再結像面により構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする超広角レンズ光学系。
    ｈr ／｜ｆa ｜＞１．８ ・・・（１−２）
    ただし、ｆa ：前記対物レンズ群とリレーレンズ群を合わせた全系の焦点距離、
    ｈr ：前記再結像面におけるイメージサークルの直径、
    である。
  3. 物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズによる一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記リレーレンズ群は、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする超広角レンズ光学系。
    ０．０５＜ｆo ／ｆr1＜１．２ ・・・（３）
    ただし、ｆr1：前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の焦点距離、
    ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
    である。
  4. 請求項１〜３の何れか１項において、前記対物レンズ群は、物体側より順に、負の屈折力を持つ前部レンズ群ＯＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＯＧ２により構成され、前記前部レンズ群ＯＧ１と後部レンズ群ＯＧ２の間に明るさ絞りが配置されていることを特徴とする超広角レンズ光学系。
  5. 請求項４において、前記明るさ絞りの共役像位置が、前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間に位置することを特徴とする超広角レンズ系。
  6. 請求項４又は５において、前記対物レンズ群の前部レンズ群ＯＧ１は、対物側から順に、第１の負の屈折力を持つメニスカスレンズと第２の負の屈折力を持つメニスカスレンズと第３の正の屈折力を持つメニスカスレンズを有しており、前記対物レンズ群の後部レンズ群ＯＧ２は、正の屈折力を持つレンズと正の屈折力を持つ接合レンズを有していることを特徴とする超広角レンズ光学系。
  7. 物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズ群による一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記一次結像面位置近傍に視野絞りを配し、前記リレーレンズ群は、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成され、前記リレーレンズ群において、前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の空気間隔をｔ3 とし、前記対物レンズ群と前記リレーレンズ群を合わせた全系の焦点距離をｆa とするときに、
    ４＜ｔ3 ／｜ｆa ｜ ・・・（４）
    を満たすことを特徴とする超広角レンズ光学系。
  8. 物体側より順に、正の屈折力を持つ対物レンズ群と、その対物レンズ群による一次結像面と、正の屈折力を持つリレーレンズ群により構成され、前記一次結像面位置近傍に視野絞りを配し、前記リレーレンズ群は、正の屈折力を持つ前部レンズ群ＲＧ１と正の屈折力を持つ後部レンズ群ＲＧ２により構成され、以下の条件式を満たすことを特徴とする超広角レンズ光学系。
    ０．０５＜ｆo ／ｆr1＜１．２ ・・・（３）
    ４＜ｔ3 ／｜ｆa ｜ ・・・（４）
    ただし、ｆr1：前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の焦点距離、
    ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
    ｔ3 ：前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１と後部レンズ群ＲＧ２の間の空気間隔、
    ｆa ：前記対物レンズ群とリレーレンズ群を合わせた全系の焦点距離、
    である。
  9. 請求項３〜８の何れか１項において、前記リレーレンズ群の前部レンズ群ＲＧ１の焦点距離をｆr1とし、前記リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２の焦点距離をｆr2とするときに、以下の条件式を満足することを特徴とする超広角レンズ光学系。
    １＜ｆr2／ｆr1＜２ ・・・（５）
  10. 請求項１〜９の何れか１項において、前記リレーレンズ群のリレー倍率をαとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする超広角レンズ光学系。
    １＜α＜２ ・・・（６）
  11. 請求項３〜１０の何れか１項において、以下の条件式を満足することを特徴とする超広角レンズ光学系。
    ４＜ｆr2／ｆo ＜１５ ・・・（７）
    ただし、ｆo ：前記対物レンズ群の焦点距離、
    ｆr2：前記リレーレンズ群の後部レンズ群ＲＧ２の焦点距離、
    である。
  12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の超広角レンズ光学系及びその像側に配置された電子撮像素子を備えることを特徴とする撮像装置。
  13. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の超広角レンズ光学系及びその像側に配置された表示素子を備えることを特徴とする表示装置。
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