CN102057311B - 光学系统以及摄像装置 - Google Patents

Abstract

一种光学系统，该光学系统具备：主镜(11)，该主镜(11)中央具有开口部，且该主镜(11)的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状；二次反射镜(12)，对主镜(11)所反射的光进行二次反射，该二次反射镜(12)的形状是旋转对称的凹抛物面的一部分的形状；至少一片透镜，使二次反射镜(12)所反射的光成像；以及镜筒(14)，保持至少一片透镜，至少一片透镜的前主点的位置与二次反射镜(12)的焦点位置一致，至少一片透镜的光轴相对于凸抛物面以及凹抛物面的旋转轴倾斜。

Description

光学系统以及摄像装置

技术领域

本发明涉及能够进行广角拍摄的光学系统，尤其涉及具有单视点(single viewpoint)的光学系统。

背景技术

近些年，利用持续穿戴型装置来进行的“可穿戴计算(wearablecomputing)”这一想法被提倡。其中，以持续穿戴、持续拍摄为前提的相机(以下记述为“可穿戴相机(wearable camera)”)，能够原封不动地记录穿戴者的体验，可考虑用于多种多样的用途。

能够与人类的视野相匹敌的宽广的视角是这样的可穿戴相机必要的特性之一。作为用来得到这样宽广的视角的光学系统，以往利用采用了鱼眼透镜或凸面镜的光学系统。其中，尤其是采用抛物面镜或双曲面镜作为凸面镜的光学系统具有单视点的特性，即具有将反射光会聚于一点的特性。例如，专利文献1中公开了具有这样的单视点的全方位视觉传感器的结构。根据专利文献1所公开的结构，如图1所示，双叶双曲面中朝向一方的双曲面201的焦点202的光205，被反射向另一方的双曲面203的焦点204。因此，通过在双叶双曲面中的一方的双曲面201配置具有该双曲面201的形状的镜子，并在另一方的双曲面203的焦点204配置透镜来构成光学系统，能够得到保持单视点的像。另外，在透镜是由多片透镜构成的一组透镜的情况下，将这些透镜组的前主点(front principal point)的位置对准到另一方的双曲面203的焦点204的位置，从而能够得到同样的效果。

具备单视点的优点是被拍摄的图像的投影特性与一般的相机相同这一点。据此，能够得到这样的效果：能够对以此拍摄的图像适用基于一般的图像几何的图像处理，或能够将所拍摄的图像不失真地变换为一般的透视投影图像(perspective projection image)等。

专利文献1：日本特许第2939087号公报

专利文献2：日本特开2007-264402号公报

另一方面，小型化也是可穿戴相机的光学系统的重要的特性之一。专利文献1所记述的光学系统采用双曲面镜作为凸面镜，从几何学的特性来讲，镜子和透镜之间的距离取决于双曲面的曲率。为了缩短镜子和透镜之间的距离，需要增大双曲面的曲率，但是曲率增大则需要加大景深，否则图像变模糊。虽然能够通过缩小光圈(絞りを絞り込む)来减低模糊，但是其代价是图像变暗。

相对于此，有这样一种光学系统，其采用例如利用多次反射来使光程(光路)曲折以缩短镜子和透镜之间的实质性的距离的方法来实现小型化，专利文献2公开了这样的全方位光学系统。

然而，专利文献2所述的结构中，虽然在高度方向上使光程偏折，但是镜子的半径方向上的光程不变。因此，只能在高度方向上小型化。虽然通过在半径方向上也引入用于使光程偏折的新的镜子，从而能够很大地改善镜子的半径方向上的大小，但是，引入新的镜子，不仅使光学系统的设计变得困难，而且镜子的面数越增加则无误差地对其进行配置就变得困难，造成实用上的问题。

并且，一般认为，在水平方向上，人类的视场角约为200度左右。因此，为了得到这样的水平视野而利用凸面镜的情况下，如图2B所示，仅利用镜子的一部分311就已足够，以此代替如图2A所示的利用凸面镜301的全周。但是，透镜组13的光轴(optical axis)16的方向与凸面镜301的轴305的方向相同的情况下，如图2B所示，透镜组13的视角内出现未映出凸面镜的无用的摄像区域312。正如专利文献2所述的结构，即使是在进行多次反射的系统也存在同样的课题。

发明内容

本发明鉴于上述课题，目的在于提供一种小型光学系统，其能够进行广角拍摄且具有单视点，并且所拍摄的图像中不出现无用的区域。

本发明的某一个局面所涉及的光学系统，具备：主镜，该主镜中央具有开口部，且该主镜的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状；二次反射镜，对所述主镜所反射的光进行二次反射，该二次反射镜的形状是旋转对称的凹抛物面的一部分的形状；至少一片透镜，使所述二次反射镜所反射的光成像；以及镜筒，保持所述至少一片透镜，所述至少一片透镜的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致，所述至少一片透镜的光轴相对于所述凸抛物面以及所述凹抛物面的旋转轴倾斜。

根据此结构，如图3A所示，在透镜组13(至少一片透镜)的光轴16与凸抛物面以及凹抛物面的旋转轴一致的情况下，透镜组13的视角内存在无用的摄像区域312，但是，通过倾斜地配置透镜组13的光轴16，如图3B所示，能够使二次反射镜12(中映出的主镜11的像)占满透镜组13的视角(能够进行这样的拍摄)。图3C以及图3D分别是以图3A以及图3B所示的光学系统来得到的图像的模式图，很明显，与图3C相比，图3D中未映出二次反射镜12的像的无用的区域小。另外，图3D是模式图，其似是将实际的图像在上下方向拉长的图，但是，实际上，能够得到近似于半圆的图像。并且，半圆中央部的施加了阴影线(hatching)的部分是主镜的开口部的图像。

这样，主镜11以及二次反射镜12的形状分别是旋转对称的凸抛物面以及凹抛物面的一部分的形状。因此，与以往的其形状是凸抛物面以及凹抛物面的全部的形状的光学系统相比，能够减小镜子的半径方向上的大小。因此，能够提供一种小型光学系统，其可进行广角拍摄且具有单视点，而且拍摄的图像中不出现无用的区域。

并且，也可以是，所述至少一片透镜是包括两片以上的透镜的透镜组，由所述透镜组构成变焦镜头。

并且，最好是，上述光学系统还具备移动部，所述移动部具有的构造是用于使所述镜筒沿着所述透镜组的光轴方向前后移动的构造，所述移动部具有的构造是用于，抵消因所述透镜组的变焦倍率的变更而引起的前主点的位置的变动，且使所述镜筒移动到使所述透镜组的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致的位置的构造。

根据此构成，在通过透镜的变焦而得到放大像时也能够固定前主点的位置，从而能够在变焦时也能获得具有单视点的利处。

并且，也可以是，所述透镜组具有不会因变焦倍率的变更而引起前主点的移动的结构。

根据此够成，在通过透镜的变焦而得到放大像时也能够固定前主点的位置，从而能够在变焦时也能获得具有单视点的利处。

并且，也可以是，上述光学系统还具备常平机构，该常平机构支持所述镜筒，并能够使所述透镜组的光轴的方向在两个轴方向上旋转，所述常平机构的各方向上的旋转轴通过所述二次反射镜的焦点位置。

根据此构成，能够使透镜组进行水平旋转—俯仰动作(首振り動作)时的旋转中心与透镜组的前主点的位置一致，从而在水平旋转—俯仰动作时也能够继续保持单视点。

根据本发明，能够提供一种小型光学系统，其可进行广角拍摄且具有单视点，并且拍摄的图像中不出现无用的区域。

附图说明

图1是示出利用双曲面镜的反射镜保持单视点的图。

图2A是示出以往的光学系统中的镜子的大小的模式图。

图2B是示出为了确保前方视野而需要的镜子的大小的模式图。

图3A是示出有关光轴不倾斜的情况下的有效摄像区域的图。

图3B是示出通过使光轴倾斜来增加有效摄像区域的图。

图3C是以图3A所示的光学系统来获得的图像的模式图。

图3D是以图3B所示的光学系统来获得的图像的模式图。

图4是实施例1所涉及的光学系统的结构的模式图。

图5是示出利用凸抛物面镜的反射镜保持单视点的图。

图6是示出利用凸抛物面镜和凹抛物面镜的反射镜保持单视点的图。

图7是示出由本发明的实施例1所涉及的光学系统来反射光线的图。

图8是实施例2所涉及的光学系统的结构的模式图。

图9A是示出保持部件的结构的模式图。

图9B是示出保持部件的结构的模式图。

图10是示出实施例3所涉及的光学系统的结构的模式图。

图11是示出利用图10所示的光学系统拍摄的停车场的图像的图。

图12A是在某一种副镜的配置的情况下所拍摄的图像的模式图。

图12B是在另一种副镜的配置的情况下所拍摄的图像的模式图。

图13是来自无限远的光线被2面抛物面镜反射时的投影点的位置关系的模式图。

图14是来自近处的物体的光线被2面抛物面镜反射时的投影点的位置关系的模式图。

图15是示出变焦倍率与镜筒的移动量之间的关系的数据表的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的实施例。

(实施例1)

首先，说明本发明的实施例1所涉及的光学系统。

图4是示出实施例1所涉及的光学系统10的结构的模式图。图4(a)、图4(b)以及图4(c)分别示出光学系统10的主视图、右视图以及俯视图。

光学系统10由主镜11、二次反射镜12、透镜组13、镜筒(lens barrel)14以及台座15构成。将镜筒14安装在台座15上，使透镜组13的光轴16相对于二次反射镜12的旋转轴17倾斜。另外，最好是二次反射镜12的旋转轴17与主镜11的旋转轴平行。在此，图示的是两个旋转轴一致的情况。

主镜11将来自空间的光线朝向二次反射镜12反射。主镜11的中央具有开口部，该主镜11由旋转对称的凸面的一部分构成。作为旋转对称的面，例如有以式(1)被定义的二次曲面。

【数1】

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k){\left(\mathrm{cr}\right)}^2}}$ …式(1)

c是曲面的曲率(curvature)，k是锥体常量(conic constant)，r是距二次曲面中心轴的距离。例如，使锥体常量k为k＝-1，就能得到抛物面，使k＜-1就能得到双曲面。上述主镜11的旋转轴就是指上述旋转对称的凸面的旋转轴。

二次反射镜12将来自主镜11的反射光朝向透镜组13反射。与主镜11同样，二次反射镜12由旋转对称的凹面的一部分构成。该旋转对称的凹面也以上述式(1)被定义。上述二次反射镜12的旋转轴就是指上述旋转对称的凹面的旋转轴。

透镜组13由塑胶或玻璃构成，对二次反射镜12所反射的光线进行聚光。另外，图4中为了容易看到，将透镜组13图示为一片透镜，但是作为本发明的实施例，透镜的数量并不限定于一片，也可以是两片以上。

镜筒14以保持某种特定的条件的状态来保持构成透镜组13的各个透镜的位置关系。

台座15以保持某种特定的条件的状态来保持主镜11、二次反射镜12以及镜筒14的位置关系。

在此，说明用于使由二次反射镜12反射的光在其焦点位置会聚在一点的条件。

一般而言，为了以二次曲面构成的反射镜实现单视点，有利用双曲面镜的方法和利用抛物面镜的方法。专利文献1公开了其中的利用双曲面镜的方法。

如图5所示，另一种利用抛物面镜的方法利用这样一种性质，即：朝向凸抛物面镜501的焦点502前进的光线503A经由凸抛物面镜501反射后，成为与抛物面的旋转轴504平行的光线503B(以下记述为“平行光”)。作为用于使这样的平行光503B成像的透镜，利用焦阑透镜(telecentriclens)(尤其是物体侧的焦阑透镜)505，以能够对平行光进行聚光。

但是，其缺点是：焦阑透镜505一般多为开口小的“暗的”透镜，因此，整个透镜容易大型化，不利于整个光学系统的小型化。

对此，作为不使用焦阑透镜505而进行成像的方法，如图6所示，有组合凸抛物面镜601和凹抛物面镜602的方法。凸抛物面镜602具有使平行光603B聚焦于凹抛物面镜602的焦点605的性质。凹抛物面镜602所反射的反射光603C已不再是平行光，能够不必利用焦阑透镜505，而是利用普通的透镜来聚光。也就是说，朝向凸抛物面镜601的焦点604前进的光线603A被凸抛物面镜601反射后成为平行光603B，转而反射向凹抛物面镜602的焦点605。在凹抛物面镜602的焦点605配置普通的透镜，就能够对凹抛物面镜602所反射的反射光603C进行聚光。透镜是多片透镜组的情况下，通过将透镜组配置为使透镜组的前主点与凹抛物面镜602的焦点605的位置一致，使其能够与单片透镜时同样地处理。这样，因为被凸抛物面镜601反射后朝向凹抛物面镜602的光成为平行光603B，因此能够变更凸抛物面镜601和凹抛物面镜602之间的距离。

图7就是基于这些性质来示出实施例1所涉及的光学系统的光线的反射情况。但是，在此设定构成主镜11的曲面是凸抛物面的一部分，构成二次反射镜12的曲面是凹抛物面的一部分。朝向主镜11的焦点71的光线72A被主镜11反射后变成平行光72B，并入射到二次反射镜12。接着，平行光72B被二次反射镜12朝向其焦点反射，而被透镜组13聚光。另外，将透镜组13配置在主镜11的焦点71和透镜组13的前主点一致的位置。

另外，通过该光学系统，能够取得如图3D所示的主镜11的像。

如上述说明，根据本发明的实施例1，如图3A所示，在透镜组13的光轴16与主镜11以及二次反射镜12的旋转轴一致的情况下，透镜组13的视角内存在无用的摄像区域312，但是通过配置为使透镜组13的光轴16倾斜，如图3B所示，能够获得占满透镜组13的视角的二次反射镜12(中映出的主镜11的像)。图3C以及图3D是分别示出通过以图3A以及图3B示出的光学系统来得到的图像的模式图，与图3C相比，很明显，图3D中未映出二次反射镜12的无用的区域小。另外，图3D是模式图，虽然其似是将实际的图像在上下方向上拉长的图，但是，实际上能够得到近似于半圆的图像。并且，半圆中央部的施加了阴影线的部分是主镜11的开口部的图像。

并且，主镜11以及二次反射镜12的形状分别是旋转对称的凸抛物面以及凹抛物面的一部分的形状。因此，与以往的其形状是凸抛物面以及凹抛物面的全部的形状的光学系统相比，能够减小镜子的半径方向上的大小。因此，能够提供可进行广角拍摄且具有的单视点而且小型化的光学系统。

而且，比较图3A所示的以往的光学系统和图3B所示的本实施例的光学系统可知，通过使透镜组13的光轴16倾斜，从而使映出整个二次反射镜12所需要的透镜组13的视角变小。一般而言，透镜的视角越大，即焦点距离越短，受周围光量的降低等影响就越大，因此视角变小，能够相应地减少其影响。

(实施例2)

本发明的实施例2所涉及的光学系统具有针对透镜的变焦以及水平旋转—俯仰动作也能够保持单视点的机构。

以下，说明本发明的实施例2所涉及的光学系统。

图8是实施例2所涉及的光学系统100的结构的模式图。图8(a)、图8(b)以及图8(c)分别示出光学系统100的主视图、右视图以及俯视图。

光学系统100的结构是在实施例1所涉及的光学系统10的基础上追加了保持部件20以及控制部30。保持部件20以及控制部30以外的结构的功能与实施例1所涉及的光学系统10同样，因此以下仅说明与光学系统10不同的部分。

保持部件20具有的功能是使镜筒14能够变更位置以及姿势的状态安装于台座15上。保持部件20由移动部21以及双轴常平架22构成。

图9A以及图9B是示出保持部件20的结构的模式图，图9A是沿着透镜组13的光轴方向的保持部件20的截面图，图9B是从光轴方向上看保持部件20的图。

移动部21具有使镜筒14沿着透镜组13的光轴方向前后移动的功能。作为具体的结构可利用，例如，在镜筒14的外侧具备外筒和凸轮，使镜筒14绕着凸镜组13的光轴旋转，从而使镜筒14前后移动的结构等。并且，在镜筒14或外筒中的一方设置槽，在另一方设置与该槽嵌合的突起部，从而使镜筒14沿着光轴方向前后移动。

双轴常平架22具有使镜筒14能够以特定的点为中心旋转的状态保持镜筒14的功能。双轴常平架22的旋转中心被安装为与二次反射镜12的焦点位置一致。也就是说，双轴常平架22的各方向上的旋转轴与二次反射镜12的焦点位置一致，通过镜筒14沿着透镜组13的光轴方向前后移动，双轴常平架22的各方向上的旋转轴通过二次反射镜12的焦点位置。

控制部30由CPU、RAM、存储有控制程序的ROM、以及按键等输入单元等构成。控制部30，通过按照光学系统100的用户的操作来变动构成透镜组13的各透镜的位置关系，来进行变焦。并且，控制部30决定使镜筒14移动的量，使移动部21移动镜筒14。也就是说，控制部30移动镜筒14使透镜组13的前主点总是与二次反射镜12的焦点一致。

另外，镜筒14的移动量被预先规定，通过以下所述来算出。也就是说，预先测量因为变焦倍率的变化而引起的透镜组13的前主点位置的移动量，将用于抵消所测量出的前主点位置的移动量且使透镜组13的前主点的位置与二次反射镜12的焦点位置一致的透镜组13的移动量，作为镜筒14的移动量来算出。另外，通过调节移动部21的凸轮的开槽的方法，能够使变焦倍率与镜筒14的移动量联动。

另外，图8中的控制部30的位置只是一个例子而已，实际上可以安装在任意的位置。

如上述说明，根据本发明的实施例2，能够在实施例1中记述的效果的基础上，在通过透镜的变焦而得到放大像时也能够固定前主点的位置，从而能够在变焦时也能获得具有单视点的利处。

并且，能够使透镜组13进行水平旋转—俯仰动作时的旋转中心与透镜组13的前主点的位置一致，从而在水平旋转—俯仰动作时也能够继续保持单视点。

(实施例3)

本发明的实施例3所涉及的光学系统除了主镜之外还设置有多面副镜，并具有用于根据主镜和副镜各自的反射像来取得距离信息的机构。

以下说明本发明的实施例3所涉及的光学系统。

图10是示出实施例3所涉及的光学系统200的结构的模式图。图10(a)、图10(b)以及图10(c)分别示出光学系统200的主视图、右视图以及俯视图。

光学系统200在实施例1所涉及的光学系统10的基础上追加了副镜50而构成。副镜50以外的结构的功能与实施例1所涉及的光学系统10同样，因此以下仅说明与光学系统10不同的部分。

副镜50朝向二次反射镜12反射来自空间的光线。副镜50由以如式(1)被定义的二次曲面等旋转对称的凸面来构成。设置一面以上的副镜50，虽然图10中配置了2面副镜50，但是副镜的数量并不限定于本实施例中的数量。另外，副镜50的旋转轴最好是与主镜11的旋转轴一致。

图11中作为一个例子示出利用光学系统200来拍摄的停车场的图像。如图11所示，主镜11以及副镜50的投影像中分别映出汽车、附近的建筑物以及天空。

另外，设置副镜50时，最好设置成为在最终的投影像中不出现无用的区域。例如，图12A是将2面副镜配置成为在纵横比为4∶3的图像中映出2面副镜的情况下所拍摄的图像。该图像中包括主镜11的像11A和副镜50的像50A。可知在副镜50的图像中的半径是α的情况下，图像宽度是4α时副镜50之间互不重叠且最大。并且，如果考虑获得180°的水平视角的情况，则在主镜11的图像中的半径是2α的情况下，其中心位于图像的最靠下的位置时无用的区域最小。将此时的副镜50的中心A、B与主镜11的中心O形成的夹角设定为θ，则θ可用以下式(2)来求出。

【数2】

…式(2)

并且，如图12B所示，在横向较长的图像中该角度θ更大，相反，在纵向较长的图像中该角度θ更小。该图像中包括主镜11的像11A与副镜50的像50A。例如，如图12B所示，将副镜50配置成为在纵横比是2∶1的图像中不出现无用的区域，则θ＝90°。作为摄像系统利用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)以及CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)这样的固体摄像元件的情况下，图像的纵横比一般是4∶3、3∶2以及16∶9等，利用这样的纵横比的情况下，30°≤θ≤90°时，图像的无用的区域小。

在此，说明根据多面镜子的反射像来获得距离信息的方法。在此，各个镜子是抛物面镜。

如图13所示，考虑2面抛物面镜MA以及MB存在于空间中的情况。设定抛物面镜MA以及MB的曲率分别是C_A以及C_B。并且，设定在抛物面镜MA以及MB的顶点被投影在图像平面中的情况下的投影点的位置矢量分别是O_A以及O_B。

在此，考虑来自无限远的光线1201入射抛物面镜MA以及MB的情况。来自无线远的光线1201被看作是平行光，因此以焦阑透镜对这些抛物面镜MA以及MB进行拍摄的情况下，在图像中，朝向抛物面镜MA以及MB的光线被反射而分别被投影在图像平面中的点P_A以及P_B。此时，点P_A以及P_B的像素值相等或两者的位置关系中以下式(3)成立。

【数3】

$P_B=\frac{C_B}{C_A}(P_A-O_A)+O_B$ …式(3)

接着，如图14，设定在近处的地点存在物体1301。并且，设定该物体1301的位置在其像会被投影于点P_A的位置，该点P_A是来自无线远的光线1302被投影的点。此时，通过抛物面镜MB形成的该物体1301的像，是朝向抛物面镜MB的焦点前进的来自物体1301的光线1303被抛物面镜MB反射后在点P_B’被投影的像。因此，点P_A以及点P_B的像素值变为不同，可知被投影在点P_A以及点P_B的像不是因来自无线远的光线而形成的像，也就是说，物体1301在光学系统的近处。通过该方法能够得到距离信息，该距离信息是在以某一距离作为分界的情况下物体1301是否比该分界更近的信息。并且，将作为分界的距离定义为，在图像中的P_B与P_B’的距离恰好是1个像素时的距离。

另外，在此虽然说明了利用抛物面镜的情况，但是即使是其他形状的镜子，只要能够事先掌握来自无线远的光线被投影的位置关系，就能够同样地检测物体1301是否在近处。

可采用主镜11以及1面副镜50作为以上说明的抛物面镜MA以及MB，或采用2面副镜50作为以上说明的抛物面镜MA以及MB。

并且，在有3面以上的镜子的情况下，针对镜子的组合中的具有共同的视野的所有的组合，进行与上述对应的判断，并通过取其结果中的多数等方法来更稳定地求得距离信息。例如，能够通过利用光学系统200的主镜11以及2面副镜50这3面镜子来稳定地求得距离信息。

如上所述，根据本发明的实施例3，除了实施例1中记述的效果之外，还能够根据主镜11和副镜50的反射像来求得距离信息。

以上说明了本发明的实施例，但是本发明并不限定于上述内容，对于用于达成本发明的目的以及附带目的的各种形式也能够实施，例如也可以是以下情况。

例如，在实施例1～实施例3中，作为表示镜子的形状的式子举出了以式(1)表述的二次曲面，但是也可以利用以下式(4)所举出的所谓非球面形状。

【数4】

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k){\left(\mathrm{cr}\right)}^2}}+\mathrm{\α}{r}^2+\mathrm{\β}{r}^4+{\mathrm{\γr}}^6+\mathrm{\δ}{r}^8+\·\·\·$ …式(4)

在此，α、β、γ、δ……分别是非球面系数。

并且，也可以是，实施例2中，透镜组13的结构采用不因变焦而引起前主点的位置的变化的结构来取代利用移动部21。即使利用这样构成的透镜组，也能够得到固定透镜组13的前主点的位置这样的效果。专利文献3中公开了对于变焦镜头在保持固定前主点的位置的情况下使焦点变化的技术。通过利用该技术，能够制出不因变焦而使前主点的位置发生变化的结构。

专利文献3：日本特公昭61-10047号公报

并且，实施例2中，取代采用凸轮作为移动部21，而采取在镜筒14的外侧具备外筒以将镜筒14以能够前后滑动的状态来保持的结构，并在控制部30的ROM中预先记录与变焦倍率对应的移动量，并通过在变更变焦倍率时参照这些来决定移动量这样的结构。图15是示出在控制部30的ROM中存储的数据表的一个例子的图。该数据表中变焦倍率和镜筒14的移动量被对应起来而记忆，例如，示出在变焦倍率是1.2倍的情况下镜筒14的移动量是2mm。

并且，在实施例3中，虽然主镜11和副镜50是不同的结构，但是也可以是，其结构是预先成形为一体而构成的结构。通过使其成为一体，来消除安装副镜50时出现的位置的偏移，从而能够减低所获得的距离信息的误差。

并且，实施例1～3均示出了仅以光学系统来构成的结构，但是也可以是，作为装配了这些实施例所记述的光学系统的摄影装置来实施。

应当被理解为本次公开的实施例在所有的方面都是举例，其并不受这些例子的限定。所意图的本发明的范围由权利要求书示出而并非由上述所的说明来示出，并且，与权利要求的范围等同的含义以及权利要求的范围内的所有的变更都被包括在内。

本发明作为能够抑制大小的同时获得宽广的视野并且即使在变焦、水平旋转—俯仰动作时也能够得到保持有单视点的特性的图像的光学系统有用，并且能够广泛适用于拍摄宽广的视野的设备。尤其是适合于使整个设备的大小保持小型的用途。

符号说明

10、100、200 光学系统

11 主镜

12 二次反射镜

13 透镜组

14 镜筒

15 台座

16 透镜组的光轴

17 二次反射镜的旋转轴

20 保持部件

21 移动部

22 双轴常平架

30 控制部

50 副镜

Claims (8)

1.一种光学系统，该光学系统具备：

主镜，该主镜中央具有开口部，且该主镜的形状是旋转对称的凸抛物面的一部分的形状；

二次反射镜，对所述主镜所反射的光进行二次反射，该二次反射镜的形状是旋转对称的凹抛物面的一部分的形状；

至少一片透镜，使所述二次反射镜所反射的光成像；

镜筒，保持所述至少一片透镜；以及

一面以上的副镜，每一面副镜的形状是旋转对称的凸抛物面形状，且每一面副镜与所述主镜是分体；

所述至少一片透镜的前主点的位置（i）与所述二次反射镜的焦点位置一致，并且（ii）位于所述主镜的所述凸抛物面以及所述二次反射镜的所述凹抛物面的旋转轴上，

所述至少一片透镜的光轴相对于所述凸抛物面以及所述凹抛物面的旋转轴倾斜，

所述副镜被配置成为，所述副镜所反射的光被所述二次反射镜二次反射后，通过所述至少一片透镜来成像；

所述主镜的所述凸抛物面的旋转轴与所述二次反射镜的所述凹抛物面的旋转轴一致，所述主镜的旋转轴与所述副镜的旋转轴不同。

2.根据权利要求1所述的光学系统，

所述至少一片透镜是包括两片以上的透镜的透镜组，

由所述透镜组构成变焦镜头。

3.根据权利要求2所述的光学系统，

所述光学系统还具备移动部，所述移动部具有的构造是用于使所述镜筒沿着所述透镜组的光轴方向前后移动的构造，

所述移动部具有的构造是用于，抵消因所述透镜组的变焦倍率的变更而引起的前主点的位置的变动，且使所述镜筒移动到使所述透镜组的前主点的位置与所述二次反射镜的焦点位置一致的位置的构造。

4.根据权利要求2所述的光学系统，

所述透镜组具有不会因变焦倍率的变更而引起前主点的移动的结构。

5.根据权利要求2所述的光学系统，

所述光学系统还具备常平机构，该常平机构支持所述镜筒，并能够使所述透镜组的光轴的方向在两个轴方向上旋转，

所述常平机构的各方向上的旋转轴通过所述二次反射镜的焦点位置。

6.根据权利要求1所述的光学系统，

所述副镜的数量是两面。

7.根据权利要求6所述的光学系统，

在两面所述副镜的中心轴与所述主镜的中心轴所形成的夹角是θ的情况下，30°≤θ≤90°。

8.一种摄像装置，

具备权利要求1所述的光学系统。

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