JP7404064B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光学系を有する撮像装置に関する。

全方位撮像やパノラマ撮像に、複数の光学系と該光学系ごとに設けられた撮像素子とを有し、これら複数の撮像撮像光学系により得られた複数の撮像画像を互いに繋ぎ合わせるステッチ処理を行う撮像装置が用いられる。特許文献１には、鏡面体を用いて複数の光学系のノーダルポイント（入射瞳）を近接させることにより、ステッチ処理により発生する繋ぎ目の不整合を低減する撮像装置が開示されている。

特開２００４－１８４８６２号公報

上記のような撮像装置において、高画質化および広画角化のために光学系および撮像素子の数を増やしたり各撮像素子のサイズを大きくしたりすると、隣り合う光学系や撮像素子が互いに干渉することを回避するために撮像装置が大型化したり、消費電力が増加したりするおそれがある。

本発明は、互いに繋ぎ合わせられる複数の撮像画像を得るための複数の光学系に対して使用する撮像素子の数を削減できるようにした撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての撮像装置は、複数の光学系を有する撮像装置であって、複数の光学系は、複数の光学系のそれぞれの最も物体側のレンズの光軸の延長線が互いに交差するように配置され、複数の光学系により形成される光学像を光電変換する複数の撮像素子を有する。複数の光学系はそれぞれ、負レンズ群と、該負レンズ群から光学系における最大の空気間隔をあけて該負レンズ群より像側に配置された正レンズ群と、最大の空気間隔の領域に複数の反射面とが配置されて構成される。複数の光学系は、互いに隣り合う２つの光学系を含む。複数の撮像素子は、上記２つの光学系に対して１つ設けられた撮像素子を含むことを特徴とする。

本発明によれば、互いに繋ぎ合わせられる複数の撮像画像を得るための複数の光学系に対して使用する撮像素子の数を削減することができる。また簡略な画像処理により複数の撮像画像を繋ぎ合わせる処理を行うことができる。

本発明の実施例１（数値例１）の撮像装置の光学構成を示す図。 実施例１における撮像素子上のイメージサークルを示す図。 本発明の実施例２（数値例２）の撮像装置の光学構成を示す図。 数値例２における撮像素子上のイメージサークルを示す図。 数値例１の光学系の無限遠合焦状態を示す断面図。 数値例１の光学系の無限遠合焦状態を示す収差図。 数値例２の光学系の無限遠合焦状態を示す断面図。 数値例２の光学系の無限遠合焦状態を示す収差図。 数値例３の光学系の無限遠合焦状態を示す断面図。 数値例３の光学系の無限遠合焦状態を示す収差図。 光学系の断面図。 複数の光学系の配置を示す図。 互いに隣り合う２つの光学系を示す図。 互いに隣り合う２つり光学系内の反射面を示す図。 互いに隣り合う２つの光学系のイメージサークルを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。後述する各実施例の撮像装置は、周方向において互いに異なる向きで配置された複数の光学系と、該複数の光学系のうち互いに隣り合う２つの光学系ごとに１つずつ設けられた撮像素子とを有し、複数の光学系を通して撮像された複数の撮像画像を繋ぎ合わせる。これにより、全方位画像やパノラマ画像等の広画角画像を得る。

撮像画像の繋ぎ合わせにはパターンマッチング等の画像合わせ手法を用いるが、複数の光学系のノーダルポイントが互いに異なると視差が発生して撮像画像の繋ぎ目でずれが生じる。また高画質化のために光学系の数を増やしたり撮像素子のサイズを大きくしたりすると、光学系間の干渉を避けるためにそれらの間隔を離す必要があり、この結果、ノーダルポイント間の距離が大きくなって撮像画像の繋ぎ合わせが困難となる。

ただし、図１１に示すように光学系５０に反射面ＲＰ１を含め、光学系５０の光軸（光路）を水平方向に対して直角に折り曲げることで、多数の光学系を用いてもノーダルポイント間の距離を短くすることが可能となる。以下の説明において、光学系（魚眼レンズ）の入射側の光軸が延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向に延びる光軸を反射面ＲＰ１により折り曲げる方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向に直交する図の紙面に垂直な方向をＺ方向とする。

図１２は、図１１に示した光学系５０を６（Ｎ）つ、同一平面（ＸＺ面）上に周方向に互いに異な向きで配置した撮像装置をＹ方向（上方）から見て示している。図１２において左下を向いた光学系を基準レンズとして、この基準レンズの光軸が延びる方向をＸ方向とする。

同一平面上において周方向に６つの光学系を互いに異なる向きで配置する場合には、３６０°の全画角を６つの光学系により分割した撮像を行うためには、該６つの光学系の光軸同士がなす角を６０°（＝３６０°／Ｎ）とするとよい。この場合、６つの光学系を互いに同じ光学系とすることができる。また、６つの光学系がＹ方向において互いに異なる向きで配置されると、それらを通して取得される撮像画像間に視差が生じて撮像画像の繋ぎ目に不整合が生じるため、６つの光学系の入射側（最も物体側のレンズ群）の光軸およびその延長線は同一平面上にあり、該延長線が同一平面上で交差することが好ましく、さらに言えば一点で交差することが好ましい。

図１２に示すような配置の６つの光学系を反射面を用いずに構成すると、撮像素子の干渉を避けるために６つの光学系を互いに離す必要が生じ、この結果、前述したように撮像画像の繋ぎ合わせが困難になるとともに撮像装置全体が大型化する。反射面を用いることで、ノーダルポイント同士を近づけることができるとともに撮像装置を小型化することができる。ただし、光学系の数を増やすと撮像素子の数も多くなり、消費電力や発熱等の問題が生じる。また高画質化のために撮像素子のサイズを大きくすると、反射面を用いても光軸を曲げた先で撮像素子同士が干渉するために、結局、光学系間の間隔を広げる必要が生じる。

このため、各実施例の撮像装置では、図１３に示すように複数の光学系のうち周方向にて互いに隣り合う２つの光学系６０に対して１つの撮像素子を設け、該２つの光学系６０がそれぞれ同一の撮像素子上に像を形成するように、これら２つの光学系のそれぞれに複数の反射面を用いている。

この構成により、光学系の数に対して撮像素子の数を削減することができ、撮像装置の小型化が可能となる。なお、互いに隣り合う２つ光学系を一組とするときのＭ（＝Ｎ／２）組の光学系の全てに対して１つずつ撮像素子を設けることが望ましいが、Ｍ組の光学系のうち少なくとも１つの組の光学系に対して１つの撮像素子を設けてもよい。

また以下の説明において、図１４に示すように、１つの撮像素子および複数の反射面を有する２つの光学系６０のそれぞれにおける最も物体側のレンズ群の光軸の延長線（以下、２つの光学系のそれぞれの入射光軸という）同士がなす角度をθとする。このとき、各光学系に含まれる反射面が光学系６０の光軸を垂直方向に折り曲げるだけであると、図１５に示すように撮像素子上における２つの光学系のイメージサークルがともに、該イメージサークルの水平線と該水平線に直交する垂直線が撮像素子の長辺方向（水平方向）および短辺方向（垂直方向）の画素配列方向に対してθ／２だけずれるように回転する。イメージサークルの水平線とは、２つの光学系のそれぞれにおける最も物体側のレンズ面の頂点を結んだ直線である。そして、撮像画像を繋ぎ合わせる際には、それぞれの撮像画像の水平線を揃える必要があるため、イメージサークルの回転を補正する必要がある。

撮像画像の水平線が撮像素子の画素配列方向と平行でない（一致していない）場合に画像処理によってイメージサークルの回転を補正すると、撮像画像に対する補間処理が必要となるために画質が劣化し、補間処理のための演算時間も必要となる。補間処理を不要するためには、イメージサークルの水平線を撮像装置の画素配列方向と平行にする（一致させる）必要がある。

このため、各実施例の撮像装置では、互いに隣り合う２つの光学系のそれぞれに設けられた複数の反射面によって、該２つ光学系の角度θに応じて発生するイメージサークルの回転を補正するように光を反射させる（すなわち光軸を折り曲げる）。

図１は、実施例１（数値例１）の撮像装置においてＸＺ面上に周方向に互いに異な向きで配置された６つの光学系１０のうち互いに隣り合う２つの光学系１０をＹ方向上側から見て示している。実施例１では、各光学系１０は、３つの反射面ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３を有する。

反射面ＲＰ１は、光学系１０の光軸を２つの光学系１０の中間位置に向けてＺ方向に９０°の角度で折り曲げる。反射面ＲＰ２は、反射面ＲＰ１で折り曲げられた光軸を９０°－θ／２°の角度でＸＺ面内で（上記同一平面と平行な方向に）折り曲げる。反射面ＲＰ３は、反射面ＲＰ２で折り曲げられた光軸をＹ方向（上記同一平面に対して直交する成分を有する方向）に９０°の角度で折り曲げて不図示の撮像素子上に導く。この構成により、図２に示すように、２つの光学系１０が１つの撮像素子上に２つの光学像を形成する。

撮像素子は、２つの光学像を撮像（光電変換）して撮像信号を画像処理部（画像処理手段）１０１に出力する。画像処理部１０１は、撮像装置内に設けられ、撮像信号に対して各種画像処理を行って２つの光学像に対応する２つの撮像画像を生成する。さらに画像処理部１０１は、他の４つの光学系により形成された光学像を撮像した２つの撮像素子からの撮像信号を用いて４つの撮像画像を生成し、全６つの撮像画像を繋ぎ合わせる処理を行って全方位画像を生成する。

なお、図２に括弧書きで示すように、撮像装置とは別に画像処理部１０１に相当する処理を実行可能なパーソナルコンピュータ１０２を画像処理装置として用い、撮像装置と画像処理装置により撮像システムを構成してもよい。

反射面ＲＰ２で光軸を９０°－θ／２°の角度で折り曲げることにより、２つの光学系１０の入射光軸同士がなす角度θにより発生するイメージサークルの回転を補正して、イメージサークルの水平線を撮像素子の画素配列方向（長辺方向）と一致させる。このようなイメージサークルの水平線の補正により、撮像画像の繋ぎ合わせ時に撮像画像の回転処理が不要となるため、回転処理による劣化がない撮像画像を繋ぎ合わせることができ、また回転処理の演算時間も不要となる。

本実施例においてイメージサークルの回転を反射面の反射角で補正する際に正確に９０°－θ／２°で補正する必要はなく、９０°－θ／２°±５°の範囲であればイメージサークルの回転は若干発生しても撮像画像の繋ぎ目の不整合を問題とならない程度に少なく抑えることができる。また、この範囲で発生するイメージサークルの回転を画像処理で補正しても、補間処理による劣化も軽微である。

なお、反射面の反射角を９０°－θ／２°±３°とすると、撮像画像の繋ぎ目の不整合がより目立たなくなるので、より好ましい。

また本実施例では反射面ＲＰ２のみでイメージサークルの回転を補正するが、２つの反射面ＲＰ１、ＲＰ２で補正してもよい。この場合、反射面ＲＰ３によって光軸をＹ方向に折り曲げなくても２つの光学系により形成される２つの光学像を１つの撮像素子上に形成することはできるが、ＸＺ面上でのレンズ厚が大きくなる。この結果、図示した２つの光学系に対して設けられた撮像素子とこれら２つの光学系に隣り合う不図示の光学系に対して設けられた撮像素子との干渉を避けるため、光学系を互いに離して配置する必要が生じ、撮像装置が大型化する。

図３は、実施例２（数値例２）の撮像装置においてＸＺ面上に周方向に互いに異なる向きで配置された６つの光学系２０のうち互いに隣り合う２つの光学系２０をＹ方向上側から見て示している。

実施例２では、各光学系２０は、２つの反射面ＲＰ１、ＲＰ２を有する。反射面ＲＰ１は、光学系２０の光軸を上記２つの光学系２０の中間位置に向けてＸＹ面内で（上記同一平面と平行な方向に）９０°＋θ／２°の角度で折り曲げる。反射面ＲＰ２は、反射面ＲＰ１で反射された光軸をＹ方向（上記同一平面に対して直交する成分を有する方向）に９０°の角度で折り曲げて不図示の撮像素子に導く。

この構成より、図４に示すように、２つの光学系２０が１つの撮像素子上に２つの光学像を形成する。反射面ＲＰ１により光軸を９０°＋θ／２°の角度で折り曲げることにより、２つの光学系２０の入射光軸同士がなす角度θにより発生するイメージサークルの回転を補正し、イメージサークルの水平線を撮像素子の画素配列方向（短辺方向）と一致させる。このため、本実施例では、撮像画像の繋ぎ合わせ時に撮像画像の回転処理は必要となるが、回転処理において補間処理は不要であるため、回転処理による劣化がない撮像画像を繋ぎ合わせることができる。

本実施例においてイメージサークルの回転を反射面の反射角で補正する際に正確に９０°＋θ／２°で補正する必要はなく、９０°＋θ／２°±５°の範囲であればイメージサークルの回転は若干発生しても撮像画像の繋ぎ目の不整合を問題とならない程度に少なく抑えることができる。また、この範囲で発生するイメージサークルの回転を画像処理で補正しても、補間処理による劣化も軽微である。

なお、反射面の反射角を９０°＋θ／２°±３°とすると、撮像画像の繋ぎ目の不整合がより目立たなくなるので、より好ましい。

以上説明したように、複数の光学系および複数の撮像素子を通して取得される撮像画像を繋が合わせて広画角の画像を得る撮像装置において、撮像素子の数を削減した小型の撮像装置を実現することができる。また簡略な画像処理により複数の撮像画像を繋ぎ合わせる処理を行うことができる。

図５、図７および図９はそれぞれ、数値例１、数値例２および数値例３の光学系の構成を示している。これらの図において、左側が物体側、右側が像側である。Ｌ１は第１レンズ群、Ｌ２は第２レンズ群を示す。ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面を示す。

ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置においては、像面には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）の撮像面が配置される。図５、図７および図８はそれぞれ、反射面（ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３）により折り曲げられた光路を展開して示している。数値例１、数値例２は反射面としてミラーを用いており、数値例３は反射面としてプリズムを用いている。

図６、図８および図１０はそれぞれ、数値例１、数値例２および数値例３の収差図である。ＦｎｏはＦナンバーであり、ωは半画角である。ｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇはｇ線（波長４３５．８ｎｍ）である。非点収差図においてでΔＭとΔＳはそれぞれ、ｄ線におけるメリディオナル像面とサジタル像面での非点収差を示している。歪曲収差はｄ線のものを示している。各実施例の光学系は、等角射影方式の光学系であり、歪曲収差図は等角射影方式における理想像高からのずれを表している。倍率色収差図は、ｇ線についての倍率色収差を示している。

以下、各数値例の具体的な構成について説明する。
（数値例１）
図５に示す数値例１の光学系１０は、物体側から像側に順に、該光学系１０において最大の空気間隔を挟んで配置された第１レンズ群（負レンズ群）Ｌ１と第２レンズ群（正レンズ群）Ｌ２とを有し、最大の空気間隔の領域に３つの反射面ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３が配置されている。第２レンズ群Ｌ２内には、開口絞りＳＰが配置されている。

本数値例の光学系１０は、全画角が１８０．０°、Ｆナンバーが４．０、イメージサークルの直径が１７．５ｍｍであり、２つの光学系がフルサイズの撮像素子上に２つの光学像を形成する。

本数値例では、水平周方向の３６０°の画角を６つの光学系により撮像するために、１つの光学系は６０°の画角を有すればよい。しかし、６つの光学系を通して取得された撮像画像を繋ぎ合わせるステッチ処理におけるパターンマッチングの精度を向上させるため、各光学系は６０°より広い画角を有する。

また６つの光学系を通して取得された６つの撮像画像のそれぞれの右半分の画像を切り出してこれらを繋ぎ合わせて右眼用の画像とし、同様に各光学系を通して取得された６つの撮像画像のそれぞれの左半分の画像を切り出してこれらを繋ぎ合わせて左眼用の画像とすることで、立体視可能な画像を提示することも可能である。このため、本数値例の光学系の画角は１８０°に設定されている。

各実施例（数値例）の光学系は、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆｎ、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆｐ、光学系全系の焦点距離をｆ、光学系において最大の空気間隔をＬとするとき、以下の式（１）、（２）の条件を満足している。
－０．２５≦ｆｎ／Ｌ≦－０．０５ （１）
１，８０≦ｆｐ／ｆ≦６．５０ （２）
式（１）の条件は、撮像装置の小型化に関する条件である。ｆｎ／Ｌが式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が大きすぎて像面湾曲や歪曲等の軸外収差が大きくなるため、好ましくない。収差補正のためにレンズの数を増加させると、隣り合う光学系とのノーダルポイント間の間隔が増大して撮像画像の繋ぎ合わせが困難となるため、好ましくない。ｆｎ／Ｌが式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が小さすぎて軸外光線を光軸近傍に収斂させることができず、反射面が大きくなり、その結果、反射面と第１レンズ群Ｌ１との干渉や反射面同士が干渉するため、好ましくない。

式（１）の範囲を以下のようにすると、より好ましい。
－０．２３≦ｆｎ／Ｌ≦－０．１０ （１ａ）
式（１）の範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
－０．２１≦ｆｎ／Ｌ≦－０．１２ （１ｂ）
式（２）の条件は、隣り合う２つの光学系が１つの撮像素子上に２つの光学像を形成するための条件である。ｆｐ／ｆが式（２）の上限値を上回ると、第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が小さすぎて第２レンズ群Ｌ２が大型化し、光学系同士の干渉が問題となるため、好ましくない。ｆｐ／ｆが式（２）の下限値を下回ると、第２レンズ群Ｌ２の正の屈折力が大きすぎるため、球面収差やコマ収差が大きくなって光学性能が低下するため、好ましくない。
式（２）の範囲を以下のようにすると、より好ましい。

２．００≦ｆｐ／ｆ≦６．００ （２ａ）
式（２）の範囲を以下のようにすると、さらに好ましい。
２．２０≦ｆｐ／ｆ≦５．５０ （２ｂ）
数値例１の光学系１０における各レンズ群の構成について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側に順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと、物体側に凸形状の負メニスカスレンズとを有する。最も物体側の負メニスカスレンズの像側に非球面を配置することで、像面湾曲を良好に補正できる。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側に順に、物体側に凸形状の正メニスカスレンズ、開口絞りＳＰ、両凸レンズと像側に凸形状の負メニスカスレンズとの接合レンズ、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズおよび両凸レンズを有する。両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズは、その最も像側の面に非球面を有することで、非点収差を良好に補正できる。また、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズおよび両凸レンズとしての最終レンズを有し、該最終レンズの像側の面を非球面とすることで、像面湾曲や歪曲を良好に補正することができる。

なお、前述したように反射面がプリズムの面である場合は、前述した最大の空気間隔は、プリズムを除いた屈折力を有する面間の最大の空気間隔である。

本数値例によれば、水平周方向にて互いに隣り合う２つの光学系のそれぞれが有する３つの反射面により、イメージサークルの水平線を撮像素子の画素配列方向（長辺方向）に一致させることができる。
（数値例２）
図７に示す数値例２の光学系２０は、物体側から像側に順に、該光学系２０において最大の空気間隔を挟んで配置された第１レンズ群（負レンズ群）Ｌ１と第２レンズ群（正レンズ群）Ｌ２とを有し、最大の空気間隔の領域に２つの反射面ＲＰ１、ＲＰ２が配置されている。第２レンズ群Ｌ２内には、開口絞りＳＰが配置されている。

本数値例の光学系２０は、全画角が１８０．０°、Ｆナンバーが４．０７、イメージサークルの直径が１７．５ｍｍであり、２つの光学系がフルサイズの撮像素子上に２つの光学像を形成する。本数値例でも、水平周方向の３６０°の画角を６つの光学系により撮像する。

数値例２の光学系２０における各レンズ群の構成について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側に順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凹レンズとを有する。最も物体側の負メニスカスレンズの像側に非球面を配置することで、像面湾曲を良好に補正できる。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側に順に、両凸レンズ、開口絞りＳＰ、物体側が凸面の正メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズ、両凸レンズと像側が凸面の負メニスカスレンズとの接合レンズを有する。像側が凸面の負メニスカスレンズの像側に非球面を設けることで、球面収差を良好に補正できる。さらに第２レンズ群Ｌ２は、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズおよび両凸レンズを有する。最終レンズとしての両凸レンズの像側の面を非球面とすることで、像面湾曲や歪曲を良好に補正することができる。

本数値例によれば、水平周方向にて互いに隣り合う２つの光学系のそれぞれが有する２つの反射面により、イメージサークルの水平線を撮像素子の画素配列方向（短辺方向）に一致させることができる。

図９は、実施例３（数値例３）の光学系３０を示している。数値例３の光学系３０は、物体側から像側に順に、該光学系３０において最大の空気間隔を挟んで配置された第１レンズ群（負レンズ群）Ｌ１と第２レンズ群（正レンズ群）Ｌ２とを有し、最大の空気間隔の領域に２つの反射面ＲＰ１、ＲＰ２がプリズムの面として配置されている。第２レンズ群Ｌ２内には、開口絞りＳＰが配置されている。

本数値例の光学系３０は、全画角が１５０．０°、Ｆナンバーが４．０、イメージサークルの直径が１７．５ｍｍであり、２つの光学系がフルサイズの撮像素子上に２つの光学像を形成する。

本数値例は、水平周方向の３６０°の画角を８つの光学系により撮像するため、各光学系３０の画角は数値例１、２に比べて狭い。また本数値例は、水平周方向にて互いに隣り合う２つの光学系のそれぞれが有する２つの反射面により、イメージサークルの水平線を撮像素子の画素配列方向（短辺方向）に一致させる。

本数値例では、８つの光学系３０のうち互いに隣り合う２つの光学系の入射光軸同士がなす角度θは４５°である。このため、各光学系３０の光軸をプリズムの反射面ＲＰ１で１１２．５°の角度で折り曲げ、反射面ＲＰ１で折り曲げられた光軸をＹ方向に９０°の角度で折り曲げて１つの撮像素子に導く。これにより、互いに隣り合う２つの光学系は１つの撮像素子上に２つの光学像を形成する。

数値例３の光学系３０における各レンズ群の構成について説明する。第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側に順に、物体側に凸形状の第１負メニスカスレンズと、物体側凸面の第２負メニスカスレンズを有する。第２負メニスカスレンズの像側に非球面を配置することで、像面湾曲を良好に補正することができる。

第２レンズ群Ｌ２は、開口絞りＳＰ、両凸レンズ、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズ、両凸レンズと像側が凸面の負メニスカスレンズとの接合レンズ、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズおよび凸レンズを有する。最終レンズである凸レンズの像側を非球面とすることで、像面湾曲や歪曲を良好に補正することができる。

なお、本数値例のように反射面をプリズムの面で構成する場合は、前述した式（１）中のＬをプリズムの前後の屈折力を有する面間の間隔とする。

上記各数値例では、水平周方向３６０°の広視野画像を得る撮像装置として、６つ又は８つの光学系を用いる場合について説明したが、光学系の数はこれらに限定されず、より高画質化のために光学系の数を増やしてもよいし、水平周方向３６０°の広視野が必要でない場合には光学系の数を少なくしてもよい。

以下、数値例１～３の具体的な数値データを示す。各数値例において、ｉは物体側から数えた順番を示し、ｒｉはｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔（レンズ厚または空気間隔）を示す。ｎｄｉはｉ番目の光学部材の材料のｄ線における屈折率である。νｄｉはｉ番目の光学部材の材料のｄ線を基準としたアッベ数である。ＢＦはバックフォーカス（mm）を表す。「バックフォーカス」は、光学系の最終面（最も像側のレンズ面）から近軸像面までの光軸上の距離を空気換算長により表記したものとする。「レンズ全長」は、ズームレンズの最前面（最も物体側のレンズ面）から最終面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた長さである。

ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）で表される。

面番号に付された「＊」は、その面が非球面形状を有する面であることを意味する。非球面形状は、光軸方向をＸ軸、光軸と直交する方向をＨ軸、光の進行方向を正とし。Ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ４～Ａ１０を非球面係数とするとき、以下の式で表される。

非球面係数の「ｅ－ｘ」は１０^－ｘを意味する。

また、数値例１～３と前述した式（１）、(２)の条件と関係を表１にまとめて示す。
[数値例1]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 26.643 1.00 1.85400 40.4 29.12
2* 13.240 5.12 22.72
3 192.948 0.64 2.00069 25.5 17.03
4 7.875 7.94 12.53
5 (RP1) ∞ 11.98
6 (RP2) ∞ 9.00
7 (RP3) ∞ 4.99
8 15.073 1.25 2.00069 25.5 10.06
9 71.776 0.80 9.97
10(絞り) ∞ 0.50 9.98
11 72.256 2.94 1.48749 70.2 9.99
12 -10.465 0.80 2.00100 29.1 9.93
13 -17.270 0.50 10.24
14 24.183 2.99 1.48749 70.2 10.01
15 -14.602 0.50 9.63
16 -15.404 0.80 1.95375 32.3 9.16
17 8.306 2.38 1.59270 35.3 9.04
18 -29.904 0.15 9.22
19 10.744 3.68 1.49700 81.5 9.59
20 -8.165 0.80 1.85400 40.4 9.39
21* 61.534 4.52 9.68
22 9.822 3.82 1.43875 94.7 10.65
23 -10.355 0.80 2.00100 29.1 10.42
24 28.513 5.60 10.79
25 37.843 2.84 1.58313 59.4 15.00
26* -15.388 4.47 15.30
像面 ∞

非球面データ
第2面
K = 5.66334e-002 A 4=-9.14085e-006 A 6=-1.72836e-007 A 8= 1.21712e-009 A10=-3.53560e-011

第21面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.83484e-004 A 6=-1.49778e-006 A 8=-5.63221e-008 A10= 9.70871e-010

第26面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.56291e-004 A 6= 1.58376e-006 A 8=-1.30861e-008

各種データ
焦点距離 5.57
Fナンバー 4.00
半画角（°） 90.00
像高 8.75
レンズ全長 80.80
BF 4.47

入射瞳位置 9.60
射出瞳位置 -75.03
前側主点位置 14.78
後側主点位置 -1.10

レンズ群データ
群 始面 終面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 4 -5.82 6.76 4.58 -0.88
L2 8 26 27.16 35.66 14.94 -48.65

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -31.92
2 3 -8.22
3 8 18.86
4 11 18.97
5 12 -28.19
6 14 19.16
7 16 -5.57
8 17 11.23
9 19 9.98
10 20 -8.40
11 22 12.19
12 23 -7.51
13 25 19.14

[数値例2]
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 32.384 1.00 1.85400 40.4 31.00
2* 12.197 6.42 22.41
3 -395.651 0.80 1.88300 40.8 18.64
4 8.947 16.30 13.89
5(RP1) ∞ 12.20
6(RP2) ∞ 4.50
7 326.989 0.89 1.59522 67.7 9.81
8 -41.091 0.80 9.89
9(絞り) ∞ 0.50 9.98
10 7.489 3.84 1.49700 81.5 10.18
11 83.915 3.65 9.15
12 -15.404 0.80 1.95375 32.3 6.81
13 6.516 1.67 1.80518 25.4 6.56
14 -35.537 0.15 6.54
15 9.768 4.00 1.49700 81.5 6.67
16 -5.033 0.80 1.85400 40.4 6.79
17* -23.149 5.74 7.45
18 10.322 3.34 1.43875 94.7 9.99
19 -10.452 0.80 2.00100 29.1 9.90
20 28.882 5.13 10.45
21 326.683 3.00 1.58313 59.4 14.80
22* -13.363 4.47 15.30
像面 ∞

非球面データ
第2面
K =-1.16416e+000 A 4= 7.37125e-005 A 6=-2.92217e-007 A 8= 6.55174e-009 A10=-4.66004e-011

第17面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.97087e-005 A 6=-5.08814e-006 A 8=-1.43019e-007 A10= 5.92727e-010

第22面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.55621e-005 A 6= 1.23089e-006 A 8=-4.82964e-009

各種データ
焦点距離 5.57
Fナンバー 4.07
半画角（°） 90.00
像高 8.75
レンズ全長 80.80
BF 4.47

入射瞳位置 9.72
射出瞳位置 -60.64
前側主点位置 14.82
後側主点位置 -1.10

レンズ群データ
群 始面 終面 距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 4 -5.82 8.22 4.71 -1.62
L2 7 22 25.19 35.11 11.09 -44.81

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -23.44
2 3 -9.90
3 7 61.38
4 10 16.27
5 12 -4.72
6 13 6.96
7 15 7.34
8 16 -7.69
9 18 12.45
10 19 -7.59
11 21 22.09

[数値例3]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 32.384 1.00 1.85400 40.4 24.14
2* 13.561 3.92 19.63
3 161.648 0.80 1.88300 40.8 16.54
4 8.087 3.89 12.39
5 ∞ 12.00 1.51633 64.1 11.98
6(RP1) ∞ 12.00 1.51633 64.1
7(RP2) ∞ 5.00 1.51633 64.1
8 ∞ 0.50 7.91
9(絞り) ∞ 0.50 8.05
10 8.746 3.19 1.49700 81.5 8.46
11 -88.652 3.96 8.07
12 -15.404 0.80 1.95375 32.3 6.82
13 7.105 1.82 1.80518 25.4 6.93
14 -24.210 0.15 7.03
15 10.033 2.73 1.49700 81.5 7.62
16 -8.482 0.80 1.85400 40.4 7.78
17* -19.842 9.26 8.20
18 9.971 4.00 1.43875 94.7 11.17
19 -11.085 0.80 2.00100 29.1 10.97
20 22.907 4.05 11.44
21 -12686.417 2.69 1.58313 59.4 14.68
22* -18.607 5.52 15.23
像面 ∞

非球面データ
第2面
K =-1.36080e+000 A 4= 3.93355e-005 A 6=-2.17148e-007 A 8=-2.67024e-009 A10= 6.66356e-012

第17面
K = 0.00000e+000 A 4= 9.46123e-005 A 6=-5.76222e-007 A 8=-1.33637e-008 A10=-1.91385e-010

第22面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.64361e-005 A 6= 7.49178e-007 A 8=-1.14787e-008

各種データ
焦点距離 6.69
Fナンバー 4.00
半画角（°） 75.00
像高 8.75
レンズ全長 79.37
BF 5.52

入射瞳位置 8.75
射出瞳位置 -34.36
前側主点位置 14.32
後側主点位置 -1.17

レンズ群データ
群 始面 終面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 4 -6.50 5.72 3.62 -0.90
L2 9 22 17.47 34.74 3.54 -29.92

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -28.01
2 3 -9.66
3 5 0.00
4 6 0.00
5 7 0.00
6 10 16.19
7 12 -5.01
8 13 7.00
9 15 9.72
10 16 -17.93
11 18 12.70
12 19 -7.38
13 21 31.95

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
ＲＲ１～ＲＲ３ 反射面

Claims (13)

1. 複数の光学系を有する撮像装置であって、
   前記複数の光学系は、前記複数の光学系のそれぞれの最も物体側のレンズの光軸の延長線が互いに交差するように配置され、
   前記複数の光学系により形成される光学像を光電変換する複数の撮像素子を有し、
   前記複数の光学系はそれぞれ、負レンズ群と、該負レンズ群から前記光学系における最大の空気間隔をあけて該負レンズ群より像側に配置された正レンズ群と、前記最大の空気間隔の領域に複数の反射面とが配置されて構成されており、
   前記複数の光学系は、互いに隣り合う２つの光学系を含み、
   前記複数の撮像素子は、前記２つの光学系に対して１つ設けられた撮像素子を含むことを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の光学系は、前記２つの光学系を一組とするときにＭ組の光学系からなり、
   前記複数の撮像素子は、Ｍ個の撮像素子からなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記複数の光学系の数がＮであり、
   前記複数の光学系は、該複数の光学系の前記延長線同士がなす角度が３６０°／Ｎとなるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記複数の光学系のそれぞれの前記最も物体側のレンズの光軸が同一平面上にあり、
   前記複数の反射面は、前記２つの光学系における前記最も物体側のレンズ面の頂点を結ぶ直線が前記撮像素子における画素配列方向に平行となるように設けられていることを特徴する請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置。
5. 前記複数の反射面の数が２つであり、
   該２つの反射面をそれぞれ有する前記２つの光学系の前記延長線同士がなす角度がθであり、
   前記２つの反射面は、前記光学系の光軸を９０°＋θ／２°±５°の範囲で前記同一平面と平行な方向に折り曲げることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 複数の光学系を有する撮像装置であって、
   前記複数の光学系は、前記複数の光学系のそれぞれの最も物体側のレンズの光軸の延長線が互いに交差するように配置され、
   前記複数の光学系により形成される光学像を光電変換する複数の撮像素子を有し、
   前記複数の光学系のそれぞれの前記最も物体側のレンズの光軸が同一平面上にあり、
   前記複数の光学系は、互いに隣り合う２つの光学系を含み、
   前記２つの光学系それぞれにおいて配置された反射面の数は２つであり、
   該２つの反射面は、前記２つの光学系における前記最も物体側のレンズ面の頂点を結ぶ直線が前記撮像素子における画素配列方向に平行となるように設けられ、
   前記２つの光学系の前記延長線同士がなす角度がθであり、
   前記２つの反射面は、前記光学系の光軸を９０°＋θ／２°±５°の範囲で前記同一平面と平行な方向に折り曲げ、
   前記複数の撮像素子は、前記２つの光学系に対して１つ設けられた撮像素子を含むことを特徴とする撮像装置。
7. 前記複数の反射面の数が３つであり、
   該３つの反射面をそれぞれ有する前記２つの光学系の前記延長線同士がなす角度がθであり、
   前記３つの反射面は、前記光学系の光軸を９０°－θ／２°±５°の範囲で前記同一平面と平行な方向に折り曲げることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
8. 複数の光学系を有する撮像装置であって、
   前記複数の光学系は、前記複数の光学系のそれぞれの最も物体側のレンズの光軸の延長線が互いに交差するように配置され、
   前記複数の光学系により形成される光学像を光電変換する複数の撮像素子を有し、
   前記複数の光学系のそれぞれの前記最も物体側のレンズの光軸が同一平面上にあり、
   前記複数の光学系は、互いに隣り合う２つの光学系を含み、
   前記２つの光学系それぞれにおいて配置された反射面の数は３つであり、
   該３つの反射面は、前記２つの光学系における前記最も物体側のレンズ面の頂点を結ぶ直線が前記撮像素子における画素配列方向に平行となるように設けられ、
   前記複数の反射面の数が３つであり、
   前記２つの光学系の前記延長線同士がなす角度がθであり、
   前記３つの反射面は、前記光学系の光軸を９０°－θ／２°±５°の範囲で前記同一平面と平行な方向に折り曲げ、
   前記複数の撮像素子は、前記２つの光学系に対して１つ設けられた撮像素子を含むことを特徴とする撮像装置。
9. 前記反射面のうち１つは、前記光学系の光軸を前記同一平面に対して直交する成分を有する方向に光軸を折り曲げることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記負レンズ群の焦点距離をｆｎ、前記最大の空気間隔をＬとするとき、
    －０．２５≦ｆｎ／Ｌ≦－０．０５
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５、７のいずれか一項に記載の撮像装置。
11. 前記正レンズ群の焦点距離をｆｐ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
    １．８０≦ｆｐ／ｆ≦６．５０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５、７、１０のいずれか一項に記載の撮像装置。
12. 前記複数の光学系を通した前記撮像素子による撮像により生成された複数の撮像画像を繋ぎ合わせる処理を行う画像処理手段を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の撮像装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の撮像装置と、
    前記複数の光学系を通した前記撮像素子による撮像により生成された複数の撮像画像を繋ぎ合わせる処理を行う画像処理装置とを有することを特徴とする撮像システム。