JP2006126322A - 光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３６０°全方位（全周）の画像３６０°全方位の画像であって上下方向に９０°以上の画角を有する画像を像面に結像させる光学系。
【解決手段】 リレー光学系と、正パワーを有する結像光学系２０とからなり、リレー光学系は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体１０を有し、透明媒体１０は、少なくとも１面の内面反射面１２と少なくとも２面の屈折面１１、１３を持ち、屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２で順に反射されて屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像光学系２０を経て像面３０の中心軸から外れた位置に結像し、内面反射面１２及び屈折面１１、１３は何れも中心軸１の周りで回転対称な形状を有し、遠方から入射する光束２は、中心軸１を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では結像しないように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学系に関し、特に、小型で解像力が良く、３６０°全方位の画像であって上下方向に９０°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位であって上下方向に９０°以上の画角に投影する全天カメラ、全天プロジェクターに適した光学系に関するものである。

従来、反射光学系を用いた３６０°全方位（全周）の画像を得る光学系としては、反射面を１面用いる特許文献１記載のようなものと、反射面を２面用いる特許文献２、３記載のようなもの、あるいは、商標「カメレオンアイ」（ソニー（株））として知られているものがある。
特許第２９２５５７３号公報 特開平１１−３３１６５４号公報 特開２００３−１６７１９５号公報

しかし、上記従来例何れのものも、撮像面に至るまで、中間像を結像するようには構成されていないため、リング状に結像される３６０°全方位の画像は、特許文献１記載のものの場合、天と地が逆転した鏡像となってしまう。

また、特許文献２、３記載のものにおいては、結像光学系の入射瞳の像も反射光学系中で結像していないため、反射光学系が大型してしまう問題がある。

さらに、「カメレオンアイ」の場合は、垂直な中心軸を挟んで両側に位置する反射面で順に反射させるため、入射側の反射面が画角を制限する作用をするので、垂直方向の画角を広くすることが容易ではなく、結果的に反射光学系が大型してしまう。

さらには、上記特許文献１〜３及び「カメレオンアイ」も含めて、従来の３６０°全方位（全周）の画像を得る光学系は何れも、上下方向の画角が７０°程度以下で、それより広角のものは存在していなかった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、３６０°全方位（全周）の画像３６０°全方位の画像であって上下方向に９０°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位であって上下方向に９０°以上の画角に投影するための小型で解像力の良い光学系を提供することである。

上記目的を達成する本発明の光学系は、３６０°全方位の画像であって上下方向に９０°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位であって上下方向に９０°以上の画角に投影する光学系であって、
リレー光学系と、結像系の場合は前記リレー光学系の射出側に配置され、投影系の場合は前記リレー光学系の入射側に配置された正パワーを有する結像光学系とからなり、
前記リレー光学系は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は、少なくとも１面の内面反射面と少なくとも２面の屈折面を持ち、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、内面反射面で順に反射されて射出面の屈折面を経て透明媒体から外に出て、前記結像光学系を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、
前記内面反射面及び前記屈折面は何れも中心軸の周りで回転対称な形状を有し、
かつ、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では結像しないように構成されていることを特徴とするものである。

この場合に、遠方から入射する光束は前記透明媒体内で中心軸に対して片側のみに位置する前記内面反射面と前記屈折面を通ることが望ましい。

また、前記結像光学系と入射瞳を形成する開口とが中心軸と同軸に配置されていることが望ましい。

また、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で１回結像され、かつ、１面乃至４面の内面反射面を有するものとすることができる。

また、前記リレー光学系は、前記透明媒体の入射面の入射側に中心軸を含む断面内で負パワーを有する中心軸の周りで回転対称な環状屈折体、環状反射体又は環状屈折反射体を備えていてもよい。

また、遠方から入射する中心光束の中心光線の前記内面反射面の中、入射角が４５°以下の面を少なくとも１面有することが望ましい。

また、少なくとも１面の内面反射面は対称面を持たない任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。

あるいは、少なくとも１面の内面反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。

本発明の光学系は、上下方向に１８０°の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位であって上下方向に１８０°の画角に投影するものとして構成することができる。

以上の本発明によると、小型で解像力の良い３６０°全方位（全周）の画像であって上下方向に９０°以上の画角を有する画像を得たり、３６０°全方位であって上下方向に９０°以上の画角に画像を投影するための光学系を得ることができる。

以下、実施例の基づいて本発明の光学系について説明する。

図１は、後記する実施例１の光学系を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図であり、図２はその光学系内の光路を示す平面図である。この図１、図２を用いて本発明の光学系を説明する。

本発明の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に９０°以上の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、この光学系５０は、リレー光学系と、その射出側に配置された絞り２１を含む結像レンズ２０とからなり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称な透明媒体１０を有し、その透明媒体１０は、少なくとも１面の内面反射面１２（図１の場合は１面）と少なくとも２面の屈折面１１、１３を持つものである。そして、中心軸１が垂直方向に向く場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２で順に反射されて（図１の場合は、内面反射面１２が１面であるから１回反射されて）射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。透明媒体１０は、中心軸１の周りで回転対称な形状であり、その屈折面１１、１３、内面反射面１２も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。

そして、本発明の光学系５０は、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌ（光束３Ｕは遠方の空側から入射する光束、３Ｌは遠方の地側から入射する光束）は、透明媒体１０内で中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２と屈折面１１、１３を通る。このように構成すると、透明媒体１０内を通る有効光束が特に一部の反射面で干渉されてケラレることを容易に避けることができ、中心軸１方向の観察画角を９０°以上と大きくとることが可能となる。

また、本発明の光学系５０は、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌを図１の回転対称軸１を含む断面内で少なくとも１回結像し（図１の場合は、透明媒体内の位置４近傍に１回結像し）、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図２）では結像しない構成となっている。中心軸１を含む断面面内及び中心軸１に直交する断面内共に１回結像させるには、中心軸１の両側を使う必要があるが、本発明の光学系５０は、透明媒体１０内で中心軸１に対して片側のみに位置する内面反射面１２と屈折面１１、１３を通るような構成となっている。このように、回転対称軸１を含む断面内で遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは少なくとも１回結像するため、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）も、透明媒体１０の第１面１１近傍に投影することが可能となり、リレー光学系を構成する透明媒体１０の有効径自体を小さくすることが可能となる。つまり、中心軸１を含む断面内でのみ結像レンズ２０の絞り２１の像を透明媒体１０の入射面１１近傍に投影するような構成にすると、この光学系５０の入射面１１の中心軸１を含む断面方向に関しては、原理的に画角を広くとっても有効径を小さくすることが可能となる。

さらに、光学系５０の入射瞳をリレー光学系の入射面１１近傍にリレーすることにより、リレー光学系の入射面１１を回転軸１方向に小さくすることが可能となり、像面３０の法線方向から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を少なくすることが可能となり、フレアーの少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。すなわち、中心軸１に直交する断面方向では円周状に広がり、中心軸１を含む断面方向ではスリット状のフレア絞りを配置することが可能となり、不要光をこのフレア絞りでカットすることが可能となる。

そして、本発明の光学系５０の透明媒体１０における各内面反射面１２は裏面鏡であるため、収差の発生量を少なくすることができる。

また、リレー光学系の透明媒体１０の入射面１１の入射側に、中心軸１を含む断面内で負パワーを有する中心軸の周りで回転対称な環状屈折体又は環状反射体又は環状屈折反射体を配置して、中心軸１に沿った上下方向の画角をさらに広げるようにすることも可能である（実施例５）。

なお、反射面では偏心収差が発生しやいので、内面反射面１２の中入射角が４５°以下の面を少なくとも１面有するようにすることにより、偏心収差の発生を少なくすることが可能となる（実施例１を除く）。

以下に、本発明の光学系の実施例１〜８を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図１に示すように、無限遠の物体面から透明媒体１０と理想レンズからなる結像レンズ２０を経て像面３０に至る順光線追跡の結果に基づくものである。

実施例１、６については、順光線追跡において、例えば図１に示すように、像面３０の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、回転対称軸（中心軸）１の光の進行方向に沿う方向とは反対方向をＺ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向と反対の方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

実施例２〜５については、順光線追跡において、例えば図３に示すように、像面３０の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、回転対称軸（中心軸）１の光の進行方向に沿う方向をＺ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向と反対の方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

実施例７、８については、順光線追跡において、例えば図１４に示すように、像面３０の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、回転対称軸（中心軸）１の光の進行方向に沿う方向をＺ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（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、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

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、面の曲率半径、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。

なお、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、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。各面の偏心は、上記のように、像面３０からの偏心量で表わす。

なお、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。

Ｚ＝（Ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］
＋ａＹ⁴ ＋ｂＹ⁶ ＋ｃＹ⁸ ＋ｄＹ¹⁰＋・・・
・・・（ａ）
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

トーリック面にはＸトーリック面とＹトーリック面があり、それぞれ以下の式により定義する。なお、面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がトーリック面の軸となる。面形状の原点に対してＸＹＺ直交座標系をとると、
Ｘトーリック面は、
Ｆ（Ｘ）＝Ｃｘ・Ｘ² ／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｃｘ² ・Ｘ² ｝^1/2 ］ ＋ａＸ⁴ ＋ｂＸ⁶ ＋ｃＸ⁸ ＋ｄＸ¹⁰・・・
Ｚ＝Ｆ（Ｘ）＋（１／２）Ｃｙ｛Ｙ² ＋Ｚ² −Ｆ（Ｘ）² ｝ ・・・（ｂ）
Ｚ軸方向のＹ軸方向曲率Ｃｙの中心を通ってＸ軸に平行な軸の周りで曲線Ｆ（Ｘ）を回転する。その結果、その面はＸ−Ｚ面内で非球面になり、Ｙ−Ｚ面内で円になる。

Ｙトーリック面は、
Ｆ（Ｙ）＝Ｃｙ・Ｙ² ／［１＋｛１−（１＋ｋ）Ｃｙ² ・Ｙ² ｝^1/2 ］ ＋ａＹ⁴ ＋ｂＹ⁶ ＋ｃＹ⁸ ＋ｄＹ¹⁰・・・
Ｚ＝Ｆ（Ｙ）＋（１／２）Ｃｘ｛Ｘ² ＋Ｚ² −Ｆ（Ｙ）² ｝ ・・・（ｃ）
Ｚ軸方向のＸ軸方向曲率Ｃｘの中心を通ってＹ軸に平行な軸の周りで曲線Ｆ（Ｙ）を回転する。その結果、その面はＹ−Ｚ面内で非球面になり、Ｘ−Ｚ面内で円になる。

ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのズレ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、ｋは円錐係数、ａ、ｂ、ｃ、ｄは非球面係数である。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。

また、次の定義式（ｄ）でＹ回転自由曲面が定義される。

Ｒ（Ｙ）＝Ｃ₁ ＋Ｃ₂ Ｙ² ＋Ｃ₃ Ｙ² ＋Ｃ₄ Ｙ³ ＋Ｃ₅ Ｙ⁴ ＋Ｃ₆ Ｙ⁵ ＋Ｃ₇ Ｙ⁶
＋・・・・＋Ｃ₂₁Ｙ²⁰＋・・・・＋Ｃ_n+1 Ｙⁿ ＋・・・・
Ｚ＝±Ｒ（Ｙ）［１−｛Ｘ／Ｒ（Ｙ）｝² ］^1/2 ・・・（ｄ）
このＹ回転自由曲面は、Ｙ軸の周りで曲線Ｒ（Ｙ）を回転してできる回転対称面である。その結果、その面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｚ面内で半径｜Ｃ₁ ｜の円になる。

実施例１の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図１に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図２に示す。なお、図１のＹ−Ｚ断面図には像面３０に対してとる座標系を記入してある。以下、同じ。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１００°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が天頂に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる１面の内面反射面１２と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が天頂に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２で１回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２と屈折面１１、１３を通る。遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１２と屈折面１３の間の位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図２）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１上の位置５に結像している。

この実施例１の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １００°
入射瞳径 ０．５８ｍｍ
像の大きさ φ１．４８〜φ５．１７ｍｍ
である。

この実施例１は、リレー光学系の透明媒体１０を構成する面が３面１１、１２、１３なので、加工性が良い。回転対称軸１と直交する方向では、光学系のパワーがないので、回転対称軸１を含む面内でも無限遠の虚像を結像レンズ２０に伝達することが収差補正上好ましい。そこで、透明媒体１０の第１面１１は透過面で構成すると同時に、強い正のパワーを有することが好ましい。これにより、リレー光学系の透明媒体１０より物体側に、物体の回転対称軸方向の一次像を配置することが可能となり、他の面で無限遠の物体像を伝達することが容易になる。さらに、第２面である反射面１２は瞳をリレーすることが主な目的となり、この面で入射瞳５を第１面１１である透過面近傍に配置することが可能となる。そのためには、比較的強い正のパワーを有することが好ましい。第３面１３はリレー光学系の透明媒体１０中に形成された物体の一次像をアフォーカル（無限遠像）として結像レンズ２０に伝達するために正のパワーを有する透過面で構成することが、収差補正上好ましい。

実施例２の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図３に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図４に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１００°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が地下方向に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる内面反射面１２と、非球面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が地下方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と、内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図３の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１２近傍に位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図４）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１上の位置５に結像している。

この実施例２の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １００°
入射瞳径 ０．５７ｍｍ
像の大きさ φ２．６０〜φ５．９１ｍｍ
である。

この実施例２は、リレー光学系の透明媒体１０が２つの反射面を有する実施例である。２つの反射面の中、１つの反射面１４が回転対称軸１上に原点を持つ回転対称非球面で構成されている。本実施例も、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５を配置する構成であり、さらに、第２面１４である反射面で光路を約９０°折り曲げることにより、光学系を小型にすることに成功したものである。また、この反射面１２では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する瞳収差が発生しやすいために、比較的強い正のパワーを与えることができない。そのため、次の第３面１４の反射面に比較的大きなパワーを与えることが偏心収差を良好に保つために好ましい。その理由は、この第３面１４の反射面は光路の折り曲げ角が比較的小さいため、偏心収差の発生が少ないからである。また、物体の１次像は正のパワーを持つ第１面１１により、第２面１２である第１反射面近傍に結像する。この物体の１次像は第３面１４である第２反射面により無限遠に投影され、結像レンズ２０に伝達することにより、良好な収差補正を行うことが可能となる。

実施例３の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図５に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図６に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１４０°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、実施例２と同様に、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が地下方向に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる内面反射面１２と、非球面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が地下方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図５の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１２近傍に位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図６）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１上の位置５に結像している。

この実施例３の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １４０°
入射瞳径 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ２．７８〜φ５．８３ｍｍ
である。

この実施例３は、リレー光学系の透明媒体１０が２つの反射面を有する実施例である。２つの反射面の中、１つの反射面１４が回転対称軸１上に原点を持つ回転対称非球面で構成されている。本実施例も、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５を配置する構成であり、さらに、第２面１４である反射面で光路を約９０°折り曲げることにより、光学系を小型にすることに成功したものである。また、この反射面１２では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する瞳収差が発生しやすいために、比較的強い正のパワーを与えることができない。そのため、次の第３面１４の反射面に比較的大きなパワーを与えることが偏心収差を良好に保つために好ましい。その理由は、この第３面１４の反射面は光路の折り曲げ角が比較的小さいため、偏心収差の発生が少ないからである。また、物体の１次像は正のパワーを持つ第１面１１により、第２面１２である第１反射面近傍に結像する。この物体の１次像は第３面１４である第２反射面により無限遠に投影され、結像レンズ２０に伝達することにより、良好な収差補正を行うことが可能となる。

実施例４の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図７に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図８に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１００°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、実施例２と同様に、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が地下方向に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、１００°の画角の中心は、水平方向から下の４０°の方向に偏っているものである。リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる内面反射面１２と、非球面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が地下方向に向いている場合、水平方向から下の４０°の方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図７の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１２近傍に位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図８）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１上の位置５に結像している。

この実施例４の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １００°
入射瞳径 ０．７７ｍｍ
像の大きさ φ２．６６〜φ５．８６ｍｍ
である。

この実施例４は、リレー光学系の透明媒体１０が２つの反射面を有する実施例である。２つの反射面の中、１つの反射面１４が回転対称軸１上に原点を持つ回転対称非球面で構成されている。本実施例も、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５を配置する構成であり、さらに、第２面１４である反射面で光路を約９０°折り曲げることにより、光学系を小型にすることに成功したものである。また、この反射面１２では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する瞳収差が発生しやすいために、比較的強い正のパワーを与えることができない。そのため、次の第３面１４の反射面に比較的大きなパワーを与えることが偏心収差を良好に保つために好ましい。その理由は、この第３面１４の反射面は光路の折り曲げ角が比較的小さいため、偏心収差の発生が少ないからである。また、物体の１次像は正のパワーを持つ第１面１１により、第２面１２である第１反射面近傍に結像する。この物体の１次像は第３面１４である第２反射面により無限遠に投影され、結像レンズ２０に伝達することにより、良好な収差補正を行うことが可能となる。

実施例５の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図９に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図１０に示す。また、この実施例の面形状と光路を示す透視斜視図を図１１に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１８０°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置し、その周辺の物体側に１つのＹトーリックレンズ６０を付加したものである。このレンズ６０も中心軸１に対して回転対称な面６１と６２で構成されているレンズで、中心軸１に対して直交する方向にはパワーを有さなが、中心軸１を含む断面内では負のパワーを有することにより、上下方向の画角を１８０°と大きく取ることが可能となったものである。

この実施例の光学系５０において、像面３０が地下方向に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面３０に結像させるものである。リレー光学系は、上記のように、中心軸１の周りで回転対称なＹトーリック面の第１面６１と第２面６２からなるＹトーリックレンズ６０と、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる内面反射面１２と、非球面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０とからなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が地下方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は、Ｙトーリックレンズ６０の第１面６１と第２面６２を経て、透明媒体１０の入射面の屈折面１１から透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、リレー光学系内で、中心軸１に対して片側のみに位置する屈折面６１、６２と反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図９の回転対称軸１を含む断面図内の反射面１２近傍に位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図１０）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１近傍の位置５に結像している。

この実施例５の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １８０°
入射瞳径 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ２．６８〜φ５．６９ｍｍ
である。

この実施例５は、リレー光学系の透明媒体１０が２つの反射面を有する実施例である。２つの反射面の中、１つの反射面１４が回転対称軸１上に原点を持つ回転対称非球面で構成されている。本実施例も、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５を配置する構成であり、さらに、第２面１４である反射面で光路を約９０°折り曲げることにより、光学系を小型にすることに成功したものである。また、この反射面１２では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する瞳収差が発生しやすいために、比較的強い正のパワーを与えることができない。そのため、次の第３面１４の反射面に比較的大きなパワーを与えることが偏心収差を良好に保つために好ましい。その理由は、この第３面１４の反射面は光路の折り曲げ角が比較的小さいため、偏心収差の発生が少ないからである。また、物体の１次像は正のパワーを持つ第１面１１により、第２面１２である第１反射面近傍に結像する。この物体の１次像は第３面１４である第２反射面により無限遠に投影され、結像レンズ２０に伝達することにより、良好な収差補正を行うことが可能となる。

そして、この実施例５では、透明媒体１０の物体側に１つのＹトーリックレンズ６０を付加したものである。このレンズ６０も、中心軸１に対して回転対称な面６１、６２で構成されているレンズで、中心軸１に対して直交する方向にはパワーを有さなが、中心軸１を含む断面内では負のパワーを有することにより、上下方向の画角を大きく取ることが可能となったものである。なお、Ｙトーリックレンズ６０を省いた場合、上下方向の画角は９０°である。

さらに好ましくは、このレンズ６０は中心軸１を含む断面内では物体側に凸面を向け負メニスカスレンズで構成することにより、像歪の発生を最小にすることが可能となり、その残りの像歪を他の面で補正することが可能となり、良好な収差補正が可能となる。

また、本実施例では、透明媒体１０の第３面１４である第２反射面、第４面１３である第２透過面を回転対称非球面で構成したが、この２つの面も、任意の曲線を回転することにより形成される回転自由曲面（Ｙ回転自由曲面）で置き換えることは容易である。

さらに、透明媒体１０の物体側には、１つのＹトーリックレンズ６０に限らず、２枚又は３枚のメニスカス形状のレンズで構成することにより、より像歪の発生を小さくすることが可能である。また、レンズに限らず、中心軸１に対して回転対称な反射面やプリズムにより光線を反射屈折させて任意の方向を撮像あるいは観察させることも容易である。

実施例６の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図１２に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図１３に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１００°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が天頂に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる３面の内面反射面１２、１４、１５と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４と内面反射面１５で順に３回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。透明媒体１０内の光路は、回転対称軸１を含む断面図内で１回転するように反射する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４、１５と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１２の回転対称軸１を含む断面図内で透明媒体１０内の入射面１１近傍位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図１３）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１上の位置５に結像している。

この実施例６の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １００°
入射瞳径 ０．６０ｍｍ
像の大きさ φ２．４１〜φ５．９０ｍｍ
である。

この実施例６は、リレー光学系の透明媒体１０が３つの反射面を有する実施例である。各反射面の反射角が４５°以下なので、各面にパワーを待たせることが可能となり、偏心収差の補正上好ましい。また、３つの反射面を正負正のパワー配置にして、一般的なトリプレットの配置をとることにより、その方向の像面湾曲（偏心によらない主光線周りの像面湾曲）を少なくすることが可能となる。さらに好ましくは、各反射面の反射角を略等しくすることにより、偏心収差の発生も少なくすることが可能となる。また、反射面で十分な収差補正が可能となるため、第５面１３に相当する射出面のパワーを小さくすることが可能となる。そのため、色収差が発生しやすい透過面に強いパワーを与えることがないので、収差補正上好ましい結果が生ずる。

実施例７の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図１４に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図１５に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１００°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が天頂に向いている場合、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地下方向が画像の内側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる４面の内面反射面１２、１４、１５、１６と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４と内面反射面１５と内面反射面１６で順にジグザグに４回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４、１５、１６と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１４の回転対称軸１を含む断面図内で反射面１２と反射面１４の間の位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図１５）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１上の位置５に結像している。

この実施例７の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １００°
入射瞳径 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ３．０７〜φ５．２７ｍｍ
である。

この実施例７は、リレー光学系の透明媒体１０が４つの反射面１２、１４、１５、１６で構成されている実施例である。この実施例においては、反射面が多いため、収差発生を少なくすることが可能となる。このリレー光学系の透明媒体１０の特に第２面１２である第１反射面と第３面１４である第２反射面の入射角を小さくし、これらの面に比較的強い正のパワーを与えていることを特徴としている。本実施例では、物体の一次像は反射面間に配置することにより一次像の形成を反射面で主に行うことが可能となり、第１面１１である入射面のパワーの負担が軽くなり、特に色収差の発生上好ましい。

実施例８の光学系５０を中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図を図１６に、この光学系５０内の光路を示す平面図を図１７に示す。

この実施例の光学系５０は、中心軸１の周囲の３６０°全方位の画像であって、中心軸１に沿った上下方向に１００°の画角を有する画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に透明媒体１０を配置して、像面３０が天頂に向いている場合、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地下方向が画像の内側の円になるような画像を像面３０に結像させるものであり、リレー光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる射出面（屈折面）１３と内面反射面１２とを兼用した面と、Ｙ回転自由曲面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系５０が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の屈折面１１を経て透明媒体１０内に入り、屈折面１３が兼ねる内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、反射面面１２が兼ねる射出面の屈折面１３を経て透明媒体１０から外に出て、結像レンズ２０の絞り２１を介して像面３０の中心軸１から外れた半径方向の所定位置に結像する。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１６の回転対称軸１を含む断面図内で入射面１１と反射面１２の間の位置４で１回結像し、その断面に対して直交し、中心光束２の中心光線２₀ を含む平面内（図１７）では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１近傍の外側の位置５に結像している。

この実施例８の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
水平画角 ３６０°
垂直画角 １００°
入射瞳径 ０．５１ｍｍ
像の大きさ φ２．４８〜φ６．１１ｍｍ
である。

この実施例８は、リレー光学系の透明媒体１０の第２面１２である第１反射面と第４面１３である第２透過面を同一形状同一位置に配置した１つの面で兼用するものであり、反射面として作用する場合には臨界角を超えた角度で面に入射するように配置して全反射作用を利用することにより、コーティングすることなく光線を反射することが可能となる。これにより第２面１２である第１反射面の入射角が大きくなるために、第３面１４である第２反射面の入射角を小さくし、強い正のパワーをこの面に与えることが収差補正上好ましい。

なお、以上の実施例１〜４、６〜８において、実施例５のような１枚あるいは複数枚のＹトーリックレンズ６０を透明媒体１０の物体側に付加することによりさらに上下方向の画角を広げることもできる。

以下に、上記実施例１〜８の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＹＴＲ”はＹトーリック面、“ＡＳＳ”は非球面、“ＹＲＦＳ”はＹ回転自由曲面をそれぞれ示す。また、“ＩＤＬ”は理想レンズを示す。

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 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ＡＳＳ[1] 偏心(4)
5 ∞（絞り） 偏心(5)
6 ＩＤＬ 偏心(6)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.9723 ×10⁺¹ Ｃ₂ 8.2258 ×10^-1 Ｃ₃ 8.7473 ×10^-2
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.7674 ×10⁺¹ Ｃ₂ -8.2310 ×10^-1 Ｃ₃ -1.4348 ×10^-2
Ｃ₄ -1.8979 ×10^-4
ＡＳＳ[1]
Ｒ 0.03
ｋ -1.7097 ×10⁺²³
ａ 1.6024 ×10^-5
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 29.71 Ｚ 58.04
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 58.04
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 53.71
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 33.07
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 7.43
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 3.93
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

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 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ＡＳＳ[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ＡＳＳ[2] 偏心(4)
6 ∞（絞り） 偏心(5)
7 ＩＤＬ 偏心(6)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.4337 ×10⁺¹ Ｃ₃ 1.7345 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.7494 ×10⁺¹ Ｃ₂ -1.0718 Ｃ₃ -4.7660 ×10^-2
Ｃ₄ -2.6559 ×10^-3
ＡＳＳ[1]
Ｒ 106.95
ｋ -1.0057
ａ 4.7505 ×10^-6
ＡＳＳ[2]
Ｒ 10.54
ｋ -5.7542 ×10^-1
ａ -1.4755 ×10^-4
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.60 Ｚ -17.73
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -17.73
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -37.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -27.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.32
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.82
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

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 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ＡＳＳ[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ＡＳＳ[2] 偏心(4)
6 ∞（絞り） 偏心(5)
7 ＩＤＬ 偏心(6)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.2841 ×10⁺¹ Ｃ₃ 2.6770 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.9109 ×10⁺¹ Ｃ₂ -1.0184 Ｃ₃ -7.3021 ×10^-2
Ｃ₄ -5.8025 ×10^-3
ＡＳＳ[1]
Ｒ 174.58
ｋ -7.4684 ×10^-1
ａ 5.7868 ×10^-6
ＡＳＳ[2]
Ｒ 13.32
ｋ -4.7483 ×10^-1
ａ -8.2166 ×10^-5
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 22.89 Ｚ -21.71
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -21.71
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -41.94
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -31.94
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.22
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.72
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ＡＳＳ[1] 偏心(4) 1.5163 64.1
5 ＡＳＳ[2] 偏心(5)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -3.0036 ×10⁺¹ Ｃ₂ -1.0949 Ｃ₃ 7.9127 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -2.3775 ×10⁺¹ Ｃ₂ -2.7477 Ｃ₃ -3.4376 ×10^-1
Ｃ₄ -4.0871 ×10^-2
ＡＳＳ[1]
Ｒ 385.65
ｋ -1.1152 ×10^-1
ａ 3.5255 ×10^-6
ＡＳＳ[2]
Ｒ 14.97
ｋ -4.6695 ×10^-1
ａ -6.5941 ×10^-5
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 30.27 Ｚ -32.65
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -32.45
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -26.70
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -46.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -36.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.19
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例５
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ＹＴＲ[1] 偏心(1) 1.8830 40.7
2 ＹＴＲ[2] 偏心(2)
3 ＹＲＦＳ[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
2 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
3 ＡＳＳ[1] 偏心(4) 1.8830 40.7
4 ＡＳＳ[2] 偏心(5)
5 ∞（絞り） 偏心(6)
6 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＴＲ[1]
Ｒｙ 9.18
Ｒｘ 30.79
ｋ 0
ＹＴＲ[2]
Ｒｙ 3.46
Ｒｘ 29.79
ｋ 0.8017
ａ -0.7037 ×10^-2
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.5538 ×10⁺¹ Ｃ₃ 1.8955 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.6554 ×10⁺¹ Ｃ₂ -1.1178 Ｃ₃ -3.7624 ×10^-2
Ｃ₄ -1.7562 ×10^-3
ＡＳＳ[1]
Ｒ 94.46
ｋ -1.3506
ａ 3.5332 ×10^-6
ＡＳＳ[2]
Ｒ 10.05
ｋ -6.2971 ×10^-1
ａ -1.7299 ×10^-4
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ -30.79 Ｚ -18.78
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ -29.79 Ｚ -18.78
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -18.78
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -35.29
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -27.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.85
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例６
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
5 ＹＲＦＳ[4] 偏心(5) 1.8830 40.7
6 ＹＲＦＳ[5] 偏心(6)
7 ∞（絞り） 偏心(7)
8 ＩＤＬ 偏心(8)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -1.8481 ×10⁺¹ Ｃ₂ 2.1583 ×10^-2 Ｃ₃ 4.1644 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -2.8376 Ｃ₂ 4.4709 ×10^-1 Ｃ₃ -2.6929 ×10^-2
Ｃ₄ 6.9340 ×10^-4 Ｃ₅ -2.8236 ×10^-5
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -1.0495 ×10⁺¹ Ｃ₂ 2.9182 Ｃ₃ -1.6455 ×10^-1
Ｃ₄ 1.6290 ×10^-2 Ｃ₅ -3.6836 ×10^-3
ＹＲＦＳ[4]
Ｃ₁ -1.1550 ×10⁺¹ Ｃ₂ -3.1466 Ｃ₃ 1.9840 ×10^-1
Ｃ₅ -2.6353 ×10^-3
ＹＲＦＳ[5]
Ｃ₁ -3.1012 Ｃ₂ -1.6609 Ｃ₃ 8.1094 ×10^-2
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 18.63 Ｚ 21.15
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 21.15
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 21.31
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 12.93
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 26.11
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 11.87
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 6.64
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 3.14
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例７
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
5 ＹＲＦＳ[4] 偏心(5) 1.8830 40.7
6 ＹＲＦＳ[5] 偏心(6) 1.8830 40.7
7 ＹＲＦＳ[6] 偏心(7)
8 ∞（絞り） 偏心(8)
9 ＩＤＬ 偏心(9)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.6545 ×10⁺¹ Ｃ₂ 3.3538 ×10^-1 Ｃ₃ 2.0000 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -2.1215 ×10⁺¹ Ｃ₂ -4.8709 ×10^-1 Ｃ₃ -4.8016 ×10^-2
Ｃ₄ -1.4626 ×10^-3
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -2.5299 ×10⁺¹ Ｃ₂ -3.6607 ×10^-1 Ｃ₃ -2.5770 ×10^-2
Ｃ₄ 1.8160 ×10^-3
ＹＲＦＳ[4]
Ｃ₁ -1.7677 ×10⁺¹ Ｃ₂ -3.3880 ×10^-1 Ｃ₃ -1.4400 ×10^-2
Ｃ₄ -1.4774 ×10^-4
ＹＲＦＳ[5]
Ｃ₁ -2.4521 ×10⁺¹ Ｃ₂ -1.1520 ×10^-3 Ｃ₃ 7.2965 ×10^-4
Ｃ₄ 1.4207 ×10^-5
ＹＲＦＳ[6]
Ｃ₁ -1.9558 ×10⁺¹ Ｃ₂ 1.4348 Ｃ₃ -3.4742 ×10^-2
Ｃ₇ 2.0651 ×10^-5
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ -26.51 Ｚ -71.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -71.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -70.40
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -63.10
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -60.24
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -49.28
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -41.38
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.05
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例８
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
5 ＹＲＦＳ[2] 偏心(3)
7 ∞（絞り） 偏心(5)
8 ＩＤＬ 偏心(6)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.8555 ×10⁺¹ Ｃ₂ 1.4086 ×10^-2 Ｃ₃ 1.6311 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.6939 ×10⁺¹ Ｃ₂ 1.4135 Ｃ₃ -4.1598 ×10^-2
Ｃ₅ 1.9674 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -1.3717 ×10⁺¹ Ｃ₂ 6.9108 Ｃ₃ 2.4425
Ｃ₄ 6.4626 ×10^-1
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ -29.09 Ｚ -21.78
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -21.78
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -21.71
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -31.03
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

以下に、上記実施例１〜８の遠方から入射する中心光束２の中心光線２₀ の各内面反射面への入射角（°）を示す。

実施例 第１反射面 第２反射面 第３反射面 第４反射面
１ 59.237
２ 46.986 17.082
３ 45.521 15.66
４ 27.401 18.331
５ 48.103 17.792
６ 23.507 23.409 13.058
７ 34.816 40.68 39.29 57.941
８ 54.341 27.296
。

ところで、本発明の光学系５０においては、前記したように、Ｙ−Ｚ面内での結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）５を、透明媒体１０の入射面１１近傍に結像することにより、光学系５０に主として回転対称軸１に沿った方向から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を少なくすることが可能となり、フレアーの少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。

以上、本発明の光学系を中心軸（回転対称軸）を垂直方向に向けて天頂を含む３６０°全方位（全周）の画像を得る撮像あるいは観察光学系として説明してきたが、本発明は撮影光学系、観察光学系に限定されず、光路を逆にとって天頂を含む３６０°全方位（全周）に画像を投影する投影光学系として用いることもできる。また、内視鏡は管内観察装置の全周観察光学系として用いることもできる。

以下に、本発明の光学系の適用例として、パノラマ撮影光学系３１又はパノラマ投影光学系３２の使用例を説明する。図１８は、内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系３１を用いた例を示すための図であり、図１８（ａ）は、硬性内視鏡４１の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を取り付けて３６０°全方位の画像を撮像観察する例である。また、図１８（ｂ）は、軟性電子内視鏡４２の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を取り付けて、表示装置４３に撮影された画像を画像処理を施して歪みを補正して表示するようにした例である。

図１９は、自動車４８の各コーナや頂部に撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系３１を複数取り付けて、車内の表示装置に各パノラマ撮影光学系３１を経て撮影された画像を画像処理を施して歪みを補正して同時に表示するようにした例である。

図２０は、投影装置４４の投影光学系として本発明によるパノラマ投影光学系３２を用い、その像面に配置した表示素子にパノラマ画像を表示し、パノラマ投影光学系３２を通して３６０°全方位に配置したスクリーン４５に３６０°全方位画像を投影表示する例である。

図２１は、建物４７の外部に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を用いた撮影装置４９を取り付け、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系３２を用いた投影装置４４を配置し、撮影装置４９で撮像された映像を電線４６を介して投影装置４４に送るように接続している。このような配置において、屋外の３６０°全方位の被写体Ｏをパノラマ撮影光学系３１を経て撮影装置４９で撮影し、その映像信号を電線４６を介して投影装置４４に送り、像面に配置した表示素子にその映像を表示して、パノラマ投影光学系３２を通して屋内の壁面等に被写体Ｏの映像Ｏ’を投影表示するようにしている例である。

本発明の実施例１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例１の光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例２の光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例３の光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例４の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例４の光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例５の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例５の光学系内の光路を示す平面図である。 実施例５の光学系の面形状と光路を示す透視斜視図である。 本発明の実施例６の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例６の光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例７の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例７の光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例８の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例８の光学系内の光路を示す平面図である。 内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。 自動車の各コーナや頂部に撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。 投影装置の投影光学系として本発明によるパノラマ投影光学系を用いた例を示すための図である。 屋外の被写体を本発明によるパノラマ撮影光学系を経て撮影し、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系を通して投影表示する例を示すための図である。

符号の説明

１…中心軸（回転対称軸）
２…遠方から入射する中心光束
２₀ …中心光束の中心光線
３Ｕ…遠方の空側から入射する光束
３Ｌ…遠方の地側から入射する光束
４…光束の結像位置
５…入射瞳の結像位置
１０…透明媒体
１１…屈折面（入射面）
１２、１４、１５、１６…内面反射面
１３…屈折面（射出面）
２０…結像レンズ（理想レンズ）
２１…結像レンズの絞り
３０…像面
４１…硬性内視鏡
４２…軟性電子内視鏡
４３…表示装置
４４…投影装置
４５…スクリーン
４６…電線
４７…建物
４８…自動車
４９…撮影装置
５０…光学系（本発明）
６０…Ｙトーリックレンズ
６１、６２…Ｙトーリックレンズの回転対称な面

Claims (9)

1. ３６０°全方位の画像であって上下方向に９０°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位であって上下方向に９０°以上の画角に投影する光学系であって、
   リレー光学系と、結像系の場合は前記リレー光学系の射出側に配置され、投影系の場合は前記リレー光学系の入射側に配置された正パワーを有する結像光学系とからなり、
   前記リレー光学系は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は、少なくとも１面の内面反射面と少なくとも２面の屈折面を持ち、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、内面反射面で順に反射されて射出面の屈折面を経て透明媒体から外に出て、前記結像光学系を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、
   前記内面反射面及び前記屈折面は何れも中心軸の周りで回転対称な形状を有し、
   かつ、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では結像しないように構成されていることを特徴とする光学系。
2. 遠方から入射する光束は前記透明媒体内で中心軸に対して片側のみに位置する前記内面反射面と前記屈折面を通ることを特徴とする請求項１記載の光学系。
3. 前記結像光学系と入射瞳を形成する開口とが中心軸と同軸に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学系。
4. 遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で１回結像され、かつ、１面乃至４面の内面反射面を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光学系。
5. 前記リレー光学系は、前記透明媒体の入射面の入射側に中心軸を含む断面内で負パワーを有する中心軸の周りで回転対称な環状屈折体、環状反射体又は環状屈折反射体を備えていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光学系。
6. 遠方から入射する中心光束の中心光線の前記内面反射面の中、入射角が４５°以下の面を少なくとも１面有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光学系。
7. 少なくとも１面の内面反射面は対称面を持たない任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の光学系。
8. 少なくとも１面の内面反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の光学系。
9. 上下方向に１８０°の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位であって上下方向に１８０°の画角に投影することを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の光学系。

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