JP2017044722A

JP2017044722A - ステレオ撮像光学系および撮像装置

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Publication number: JP2017044722A
Application number: JP2015164571A
Authority: JP
Inventors: 薫江口; Kaoru Eguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2035-08-24
Also published as: JP6661301B2

Abstract

【課題】製造容易で小型なステレオ撮像光学系および撮像装置並びにこれに用いられる鏡筒、鏡筒部材を提供する。【解決手段】複数の反射面をそれぞれ備える第１の結像光学系と第２の結像光学系を有するステレオ撮像光学系であって、前記反射面が表面に形成された少なくとも一つの鏡筒部材を有し、前記第１の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つと前記第２の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つが同一の鏡筒部材の表面に形成されていることを特徴とするステレオ撮像光学系。【選択図】図１

Description

本発明は、監視カメラや車載カメラにおいて被写体までの距離を測定する、もしくは３次元形状取得カメラで形状を取得するために適して用いられる広角な結像光学系を有したステレオ撮像光学系および撮像装置に関する。

監視カメラや車載カメラ等に適用され得る広角レンズとしては、広い視野を確保しつつも、特に小型で低価格化を達成するべくレンズの構成枚数をできるだけ少なくした２群構成をなす種々のタイプのものが知られている。具体的には、物体側から順に配列された、負の屈折力を有する両凹レンズ、開口絞り、正の屈折力を有する両凸レンズからなり、両凹レンズ又は両凸レンズの少なくとも一面が非球面に形成された広角レンズが知られている（特許文献１）。

一方、非共軸光学系において、その設計法や焦点距離等の近軸量の計算方法が示されている（特許文献２、特許文献３）。これらの文献により、基準軸という概念を導入して、光学系の構成面を基準軸に対して非対称形状でかつ非球面にすることで、十分に収差が補正された光学系が構築可能であることが明らかになってきた。

こうした非共軸光学系は、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ（オフアキシャル）光学系と呼ばれる。このＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系は、像中心と瞳中心を通る光線が辿る経路を基準軸としたときに、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ曲面）を含む光学系として定義される。この場合、基準軸は折れ曲がった形状となる。

このＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることがないため、反射面を使った光学系の構築がし易い。また、光学系内で中間像を形成することにより、広画角でありながらコンパクトな光学系を構成することができる。さらに、前絞りの光学系でありながら、光路の引き回しが比較的自由に行なえるためにコンパクトな光学系が構成できる。

また、従来技術として、ステレオ画像から被写体距離を算出する手法が知られている（特許文献４）。

特開平９−１５９９１２号公報特開平９−５６５０号公報特開２００５−２４６９５号公報特開平８−１４８６１公報

特に車載カメラ用途においては、衝突防止のために小型軽量なカメラで前車との距離が把握できるシステムが望まれている。しかしながら、屈折光学系では、画面内の任意の点での距離算出精度を上げるために、明るいＦ値を維持したまま結像性能を向上させようとするとレンズ枚数が増えてしまう。すなわち、部品点数が増えるため、コストの上昇と、製造時の組み立て難易度が上がってしまうという課題があった。

また、上述した反射面を用いたＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）については、屈折光学系と比べて十分に収差が補正された光学系が構築し易い。しかし、面精度や偏心等の製造誤差に非常に敏感なことが多い。例えば、面形状に非対称な誤差が発生すると、像面全域に渡って像面内の直交する２方向でのピント位置ずれ、即ち非点隔差が発生する。これを、実際の製造時にメカ的な調整で取り除くことは困難であるという課題があった。

本発明の目的は、製造容易で小型なステレオ撮像光学系および撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るステレオ撮像光学系は、複数の反射面をそれぞれ備える第１の結像光学系と第２の結像光学系を有するステレオ撮像光学系であって、前記反射面が表面に形成された少なくとも一つの鏡筒部材を有し、前記第１の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つと前記第２の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つが同一の鏡筒部材の表面に形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る撮像装置は、上記ステレオ撮像光学系と前記第１の結像光学系の結像面に設けられる第１の撮像素子と、前記第２の結像光学系の結像面に設けられる第２の撮像素子を有することを特徴とする。

本発明によれば、製造容易で小型でかつ結像性能が高いステレオ撮像光学系および撮像装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るステレオ撮像光学系の断面図、および概略配置図である。第１の実施形態に係るステレオ撮像光学系のディストーションを示す図である。第１の実施形態に係るステレオ撮像光学系の横収差図である。第２の実施形態に係るステレオ撮像光学系の断面図、および概略配置図である。第２の実施形態に係るステレオ撮像光学系のディストーションを示す図である。第２の実施形態に係るステレオ撮像光学系の横収差図である。第３の実施形態に係るステレオ撮像光学系の断面図、および概略配置図である。第３の実施形態に係るステレオ撮像光学系のディストーションを示す図である。第３の実施形態に係るステレオ撮像光学系の横収差図である。第４の実施形態に係るステレオ撮像光学系の外観図である。第４の実施形態に係るステレオ撮像光学系の概略配置図である。座標定義の説明図である。横収差評価位置についての説明図である。数値実施例における撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２の対角長を示す図である。

以下、本発明の実施形態の詳細説明に入る前に、先ず各実施形態に共通する事項について本発明の概要と共に説明する。

（各実施形態に共通する事項）
１）光学座標系等の定義
図１２は、各実施形態のステレオ撮像光学系に用いられる結像光学系の構成データを定義する光学座標系の説明図である。各実施形態において、物体側（被写体側）から像側（撮像素子に形成される像面側）に向かって、不図示の物体面の中心から瞳（絞り）の中心を通って像面の中心に至る１つの光線を、中心主光線又は基準軸光線と定義する。この中心主光線又は基準軸光線を、図１２中に一点鎖線で示す。そして、中心主光線又は基準軸光線が辿る経路を基準軸と定義する。また、基準軸に沿って、物体側からｉ番目の面を第ｉ面Ｒｉとする。

図１２において、第１面Ｒ１は開口部ＳＰ（絞り面）、第２面Ｒ２は第１面Ｒ１に対してチルトした反射面、第３面Ｒ３、第４面Ｒ４は各々の前の面に対してシフト、チルトした反射面である。第２面Ｒ２から第４面Ｒ４までの各々の反射面は、後に詳述するように金属やガラス、プラスチック等の媒質で構成されるミラーである。

各実施形態のステレオ撮像光学系内の結像光学系はＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）であるため、結像光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていない。そこで、各実施形態においては、第１面Ｒ１の中心位置を原点位置とする光学座標系を設定する。

すなわち、第１面Ｒ１の中心である光学座標系の原点位置と最終結像面（撮像素子面）の中心位置とを通る光線（中心主光線又は基準軸光線）の辿る経路が基準軸である。さらに、基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は、中心主光線又は基準軸光線が結像に際して進行する方向である。

そして、以下の各実施形態では、中心主光線又は基準軸光線は、第１面Ｒ１の中心点（原点）を通り最終結像面の中心へ至るまでに、各屈折面および反射面によって屈折・反射する。各構成面の順番は、中心主光線又は基準軸光線が屈折・反射を受ける順番に設定している。このため、基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。

また、以下の各実施形態において、像側・物体側とは、基準軸の方向に対してどちら側であるかを意味している。

なお、本発明の各実施形態においては、結像光学系の基準となる基準軸を上記の様に設定したが、軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若しくは結像光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すれば良い。一般的には、像面の中心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は結像光学系の第１面Ｒ１や最終面の中心のいずれかを通る光線の辿る経路を基準軸に設定すると良い。

以下の各実施形態における結像光学系の光学座標系の各軸は、以下のように定める。

Ｚ軸：原点と物体面中心を通る直線。物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正とする。

Ｙ軸：原点を通り右手座標系の定義に従ってＺ軸に対して反時計回り方向に９０゜をなす直線。

Ｘ軸：原点を通りＺ、Ｙの各軸に垂直な直線。図１２の紙面奥に向かう方向を正とする。

また、光学系を構成する第ｉ面の面形状およびチルト角を表すには、次のように表した方が理解し易い。基準軸と第ｉ面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定する。そして、このローカル座標系でその面の面形状を表し、基準軸とローカル座標系のなす角度でチルト角を表すと良い。このため、第ｉ面の面形状は以下のローカル座標系で表す。

ｚ軸：ローカル座標の原点を通る面法線。

ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、右手座標系の定義に従ってｚ方向に対し反時計方向に９０゜をなす直線。

ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ｙｚ面に対し垂直な直線。図１２の紙面奥に向かう方向を正とする。

従って、第ｉ面のｙｚ面内でのチルト角は、ローカル座標系のｚ軸が基準軸に対してなす鋭角で、反時計回り方向を正とした角度θ_ｘｉ（単位°）で表す。また、第ｉ面のｘｚ面内でのチルト角は、基準軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ_ｙｉ（単位°）で表す。さらに、第ｉ面のｘｙ面内でのチルト角は、光学座標系のｙ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ_ｚｉ（単位°）で表す。ただし、通常、θ_ｚｉは面の回転に相当するもので、以下の各実施形態においては存在しない。

図１２は、これらの光学座標系、基準軸上座標系、ローカル座標系の相互関係を表している。また、図１２の各軸の矢印の方向が各軸の正の方向を表している。

２）結像光学系の具体的表現
また、後述する各実施形態では、数値実施例として各構成面の数値データを示す。ここで、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面とのローカル座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ｎｄｉ、νｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。後述する第１の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態では、面間の媒質を空気としている。第２の実施形態では、最も物体側に負レンズと正レンズからなる接合レンズが存在する例を示す。なお、Ｅ−Ｘは、１０^−Ｘを表す。

また、球面はＲｉを第ｉ面の曲率半径、ｘ、ｙを第ｉ面の各ローカル座標値とした時、以下の式で表される形状となる。

さらに、以下の各実施形態の結像光学系は、回転非対称な曲率を有した面を２面以上有し、その形状は以下の式により表す。

上記曲面式はｘに関して偶数次の項のみであるため、上記曲面式により規定される曲面はｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。

また、以下の条件が満たされる場合はｘｚ面に対して対称な形状を表す。

さらに、

が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件を満たさない場合は回転非対称な形状である。

３）ステレオ撮像光学系としてのあるべき姿
本発明の各実施形態に係るステレオ撮像光学系（被写体からの光束を夫々の結像面（第１および第２の結像面）に設けられる第１および第２の撮像素子に集光する第１および第２の結像光学系）は、以下のような考えに基づいて発明されたものである。

従来より車載カメラ用途での光学系において、レンズを使用した透過型の光学系があった。そして、同じ光学系を２つ水平に並べてステレオ視することで距離を測定する、もしくは、３Ｄ形状を取得するものも種々提案されている。また、回転非対称な反射面を含む結像光学系を利用した小型で高画質な撮像光学系も種々提案されている。

ステレオ撮像光学系を用いて精度良く距離を測定する、もしくは３Ｄ形状を取得するためには、結像性能を高めて高画質化することが必要となる。また、車載カメラでの距離測定用途では、周囲も広く捉える必要があるため、ある程度の広角化が必要であった。

そして、外部環境によって温度が上下変動しやすい車内環境において、温度変化によって結像性能に大きな変化が起きてしまうと、距離測定精度の劣化にもつながる。そのため、温度よる結像性能変化が少ないことが望まれていた。

また、単純な高感度化では、ノイズの影響などで可視光領域だけでは夜間の距離測定が困難であるため、可視光領域だけでなく近赤外光領域も撮像できることが望まれていた。ここでいう可視光領域とは、波長３８０ｎｍ〜７００ｎｍ程度、近赤外光領域は７００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度の波長領域を言う。そのためには回折限界の関係上、Ｆ２〜４程度の明るいＦ値を有する結像光学系が望まれていた。

ここで、透過型のレンズ光学系でステレオ撮像光学系を構成すると、レンズ枚数を増やせば広角でＦ値が明るい高画質なステレオ撮像光学系を組むことができる。しかしながら、部品点数が大幅に増えることからコストが増大する、もしくは製造誤差や組み立て誤差を抑える必要があるため、製造難易度が上がってしまう。更に、ステレオ視するために２つの光学系の位置を精度良く調整する必要もある。

ここで、透過型のレンズ光学系でなく、回転非対称な反射面をプリズム内に有する自由曲面プリズム光学系でステレオ撮像光学系を構成すると、複数の反射面を一体で構成できる。このことから、組み立て時の製造誤差による結像性能劣化を低減させることができる。しかしながら、自由曲面プリズムの場合、入射側の空気との界面、もしくは射出側の界面で色収差が発生してしまい、プリズムだけで可視光領域と赤外光領域の両方を高画質に維持することが難しい。

また、波長によってプリズム内の透過率が異なる、もしくは耐環境性においても温度変化によって光学系全体がひずむ可能性があり、プリズムを構成する材料が限定されてしまう。更には、光学系全体がプリズムであるため、重量が見かけ以上に重くなってしまう。

４）本発明の概要
本発明の各実施形態では、ステレオ撮像光学系を構成する第１の結像光学系と第２の結像光学系がそれぞれ複数の反射面を有し、反射面が表面に形成された少なくとも一つの鏡筒部材を有する。鏡筒部材の表面に反射面が形成された中空ミラー構成とすることで、色収差を補正する必要が無く、少ない部品点数でＦ値が明るく結像性能が高い状態を維持できる。また、鏡筒部材の表面に反射面が一体的に形成されるため、製造誤差による結像性能の劣化を低減できる。

ここで中空ミラー構成とは、反射面が銀などの可視光領域や赤外領域で反射率の高い材料が蒸着されたミラー構造になっており、前記反射面の入射側と射出側（反射側）が共に空気などの気体媒質もしくは真空であるような構成のことをいう。

よって、本発明の各実施形態は、プリズムなどの透明な固体内に光が伝播して固体内の壁面（または外界との境界部）で反射する構成ではない。プリズム等を使用すると、上述したように色収差が発生する原因となるため好ましくない。

本発明の各実施形態では、第１の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つと第２の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つが同一の鏡筒部材の表面に形成されている。同一の鏡筒部材により第１の結像光学系の少なくとも一部と第２の結像光学系の少なくとも一部を一体で構成することで、２つの結像光学系の位置合わせ誤差を低減することができる。

更には、本発明の各実施形態では、撮像素子を遠赤外光領域用（例えば波長３μｍ〜１７μｍなどのサーモグラフィ用途）のものに差し替えるだけで遠赤外光撮像も撮像可能になる。透過型のステレオ撮像光学系ではガラスなどのレンズ材料からゲルマニウムなどに変えなければならず、ステレオ撮像光学系の流用は不可能であった。しかし、本発明の各実施形態では、上述したような中空ミラー構成でステレオ撮像光学系を構成することで、可視光領域から遠赤外光領域まで同じステレオ撮像光学系で対応が可能になる。そして、可視光領域におけるステレオ撮像光学系を遠赤外光領域に流用できるため、製造コストも低く抑えられるというメリットもある。

《第１の実施形態》
次に、本発明の更なる具体的な構成例として、本発明の第１の実施形態のステレオ撮像光学系ＳＴＯの基本的な構成を説明する。図１（Ａ）に示すように、ステレオ撮像光学系ＳＴＯは、それぞれが複数の反射面を備える第１の結像光学系ＬＯ１と第２の結像光学系ＬＯ２を有する。第１、第２の結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２は、最も物体側に第１、第２の開口部ＳＰ１、ＳＰ２を有する。また、第１、第２の結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の結像面には、第１、第２の撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２が配置される。

ここで、ステレオ撮像光学系ＳＴＯの複数の反射面は、ステレオ撮像光学系ＳＴＯを構成する鏡筒部材Ｕ１または鏡筒部材Ｕ２の表面に形成されている。

図１（Ａ）は、本実施形態におけるステレオ撮像光学系ＳＴＯの内部の結像光学系の配置（ＹＺ面）を示したものである。図１（Ｂ）（Ｃ）は、本実施形態におけるステレオ撮像光学系ＳＴＯの外観の概略形状を示したものである。

図１（Ａ）において、２つの開口部ＳＰ１、ＳＰ２から光を取り込み、結像光学系ＬＯ１と結像光学系ＬＯ２が有する反射面第２面Ｒ２〜第８面Ｒ８を通って撮像素子ＩＭＧ１とＩＭＧ２に結像する様子を示している。開口部ＳＰ１、ＳＰ２の位置は、複数の反射面第２面Ｒ２〜第８面Ｒ８で構成されたＯｆｆ−Ａｘｉａｌ結像光学系ＬＯ１と結像光学系ＬＯ２の入射瞳の位置に相当する。

図１（Ａ）において、結像光学系ＬＯ１と結像光学系ＬＯ２を構成する反射面第２面Ｒ２〜第８面Ｒ８は、いずれも回転非対称形状を有し、前述したように基準軸が折れ曲がったＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）を構成している。

本実施形態の数値実施例におけるディストーションの様子を図２に、また図１３に示す像面ＩＭＧ１、ＩＭＧ２における１、２、３、４、５の評価位置での横収差図を図３に示す。また、図３の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸或いはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味しており、評価光線の波長はｄ線であり、ωは半画角である。全ての収差図では、後述する各数値実施例をｍｍ単位で表した場合、横収差０．０２５ｍｍのスケールで描かれている。

なお、本実施形態以降の各実施形態中、重複する説明は省略し、重複して用いられる符号の意味は断りのない限り共通のものとする。

次に、第１の実施形態の構成をもとに、本実施形態の特徴と奏する効果について説明する。上述したように、従来ステレオ撮像光学系を利用して、被写体とカメラとの距離や被写体同士の距離を取得する手法は種々開示されてきた。また、回転非対称な形状の自由曲面ミラーを利用した反射光学系を撮像装置に利用することで、小型化と結像性能の向上を両立した技術も種々開示されてきた。

しかしながら、反射光学系は上述のように製造誤差に敏感である。また、ステレオ撮像光学系を用いて撮影（撮像）後に２つの画像から距離を算出するためには、２つの結像光学系の配置精度も影響する。このように、反射光学系は小型化と結像性能の高性能化に有利である一方、１つの結像光学系の中の製造誤差敏感度が高いという課題と、２つの結像光学系を精度良くステレオ配置する必要があるという２つの課題が存在していた。

そこで、本実施形態では、図１（Ａ）に示すように第１の結像光学系ＬＯ１を構成する複数の反射面がステレオ撮像光学系ＳＴＯを構成する鏡筒部材Ｕ１もしくはＵ２の表面に形成される。即ち、第１の結像光学系ＬＯ１を構成する複数の反射面のうち、図中、上側の反射面Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７は鏡筒部材Ｕ１の表面に形成される。また、下側の反射面Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８は鏡筒部材Ｕ２の表面に形成される。

また、第２の結像光学系ＬＯ２を構成する複数の反射面がステレオ撮像光学系ＳＴＯを構成する鏡筒部材Ｕ１もしくはＵ２の表面に形成される。即ち、第２の結像光学系ＬＯ２を構成する複数の反射面のうち、図中、上側の反射面Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７は鏡筒部材Ｕ１の表面に形成される。また、下側の反射面Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８は鏡筒部材Ｕ２の表面に形成される。

こうすることで、例えば、第１の鏡筒部材Ｕ１をガラス材料、金属材料もしくは樹脂材料などのモールド成形ができる同一材料で一体的に構成した場合、１回の成形で鏡筒と（鏡筒に組み込まれた形で）反射面が完成する。このため、鏡筒に反射ミラーを組み込む工程が不要になり、ミラー間の位置調整工程の削減や組み立て誤差の低減につながるため製造がより容易になる。

より具体的には、鏡筒の材料として金属材料を用いる場合、金属自体が高い反射率を備えることから、鏡筒の一部領域として鏡筒に設けられる回転非対称な曲率を有する領域（金属材料領域）は反射膜を蒸着することなくそれ自体で反射面となる。また、鏡筒の材料として樹脂材料またはガラス材料を用いる場合、樹脂材料やガラス材料自体が高い反射率を備えないときには、鏡筒の一部領域として鏡筒に設けられる回転非対称な曲率を有する領域には反射膜が形成される。

また、本実施形態では、第１の鏡筒部材Ｕ１の表面には、第１および第２の結像光学系における反射面Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７が形成されている。また、第２の鏡筒部材Ｕ２の表面にも第１および第２の結像光学系における反射面Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８が形成されている。

こうすることで、２つの結像光学系同士の位置調整も無くすことができる。これらの構成により上記２つの課題を解決できる。

そして、第１の結像光学系ＬＯ１と第２の結像光学系ＬＯ２は、前記基準軸を折り曲げるために、回転非対称な曲率を有した反射面を複数有している。このような反射面を有することで、収差補正をより容易にすることができ、結像性能の向上が可能となる。

本実施形態の結像光学系は以上のように構成されるが、更に好ましくは、次に述べる条件のうち少なくとも１つを満足するように構成される。これによれば、高い結像性能を維持しつつ、更なる小型化や高い製造容易性を得ることができる。

ステレオ撮像光学系ＳＴＯを構成する鏡筒部材が１度の成形でできれば理想的であるが、現実的にはそのような製造は難しい。そこで、図１に示すように、鏡筒部材Ｕ１と鏡筒部材Ｕ２の少なくとも２つの鏡筒部材に分かれていると良い。例えば、物体側から順に数えた面番号が奇数になる反射面と偶数になる反射面のいずれか一方の反射面が鏡筒部材Ｕ１の表面に形成され、他方の反射面が鏡筒部材Ｕ２の表面に形成される。そして、図１（Ｂ）のように鏡筒部材Ｕ１を鏡筒部材Ｕ２に接着することでステレオ撮像光学系ＳＴＯが完成するような構成とする。

あるいは、図１（Ｃ）に示すように鏡筒部材Ｕ１の表面に全ての反射面が形成されており、遮光と強度維持のための鏡筒部材Ｕ２を鏡筒部材Ｕ１に接着することで、ステレオ撮像光学系ＳＴＯが完成するようにしても良い。

なお、図１（Ａ）のカバー部Ｖ１、Ｖ２は、組み立て時の誤差による結像性能劣化の敏感度が反射面ほどではないため、鏡筒部材Ｕ１、Ｕ２と別体としても構わない。

また、回転非対称な曲率を有した反射面のうち少なくとも１つは偏心して配置されていることが好ましい。そして、開口部ＳＰ１、ＳＰ２から撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２までの光路中に少なくとも１つの中間像を結像すること（中間結像面Ｍを有すること）が好ましい。こうすることで、反射面の大型化を防ぎつつ広画角化が可能になる。また、結像光学系のレイアウトの自由度が増し、空間を有効利用できるため、ステレオ撮像光学系ＳＴＯ全体の小型化にもつながる。そして、反射面の小型化は面形状を精度良く製造する上でも有効である。

なお、以下に示す他の実施形態でも、第１の結像光学系ＬＯ１と第２の結像光学系ＬＯ２内に中間結像面Ｍを有するが、中間結像面Ｍの位置は図１（Ａ）に示した位置に限るものではない。

また、第１の結像光学系ＬＯ１と第２の結像光学系ＬＯ２の相対的な位置関係において、撮像素子ＩＭＧ１とＩＭＧ２間の距離が開口部ＳＰ１とＳＰ２間の距離以下になるように配置していることが好ましい。これは、開口部ＳＰ１とＳＰ２の中心間距離をＤ、撮像素子ＩＭＧ１とＩＭＧ２の撮像面の中心間距離をｄとするとき、
ｄ≦Ｄ・・・（１）
を満たす（上記条件式を満足する）関係に相当する。図１（Ａ）においてもｄとＤの対応関係を記述した。こうすることで、小型化と基線長を長くすることが両立できるため、小型化しつつも距離測定精度の向上が見込まれる。

そして、第１の結像光学系ＬＯ１の光学座標系の原点位置（本実施形態では開口部ＳＰ１の中心）から第１の撮像素子の撮像面の中心までの基準軸上の長さをＯｄとする。このとき、
Ｄ＜Ｏｄ×２・・・（２）
を満たすことが好ましい。

これは、２つの結像光学系ＬＯ１とＬＯ２が対称に形成されているときに、２つの結像光学系ＬＯ１とＬＯ２の光路長和よりもステレオ撮像光学系ＳＴＯの基線長の方が短いことを意味する。こうすることで、空間を有効に利用できるレイアウトになり、効率的に小型化することができる。そして、条件式（２）を満たすと、反射面数が一定の場合は反射面間隔が長くなることをも意味する。そうすると、各反射面でのパワーを弱くすることができるため、製造誤差による結像性能劣化の敏感度を小さくすることができ、製造が容易になるため好ましい。

また、第１の結像光学系ＬＯ１と第２の結像光学系ＬＯ２は対称な光学系であることが好ましい。画角やＦナンバーが２つの光学系で異なると、距離を測定できる範囲が画角の狭い結像光学系で決まってしまう、もしくは被写界深度が異なると、距離測定精度が劣化してしまうため好ましくない。

ここで、基準軸が反射を繰り返す平面、すなわち折れ曲がった基準軸を含む平面（ＹＺ面）をＯｆｆ−Ａｘｉａｌ断面（オフアキシャル断面）と呼ぶ。結像光学系ＬＯ１とＬＯ２において、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面上での半画角（基準軸上の光線が複数の反射面によって反射を繰り返す断面に平行な方向における半画角）をω_Ｈとする。また、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面に垂直な断面上での半画角（基準軸上の光線が複数の反射面によって反射を繰り返す断面に垂直な方向における半画角）をω_Ｖとする。このとき、
ω_Ｖ＜ω_Ｈ・・・（３）
なる条件を満たしていることが好ましい。

こうすることで、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面と垂直方向で小型化が可能となる。これは、用途によって水平方向と垂直方向で同じ範囲が見えている必要がない場合に有用である。例えば、用途を車載カメラにした場合、周囲を監視する際に歩道や対向車など水平方向は広く見えた方が良いが、垂直方向は最低限信号機や道路標識が見えればよく、水平方向に比べて見る範囲を狭くしても支障がない。このような場合、条件式（３）に示すような関係を満たすことで、更なる小型化が達成できるため好ましい。

また、開口部ＳＰ１、ＳＰ２を楕円形（楕円開口部）にして、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面を短径方向、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面に垂直方向を長径方向とすることで、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面方向を小型化することが可能になる。以下の各実施形態でも、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面内方向とＯｆｆ−Ａｘｉａｌ断面に垂直方向とで開口径が異なるような構成としている。

楕円開口の長径方向と短径方向の比率については、明るさ（長径方向と短径方向の合成Ｆナンバー）と、結像光学系のサイズのトレードオフになるため、所望の仕様に合わせて設定すればよい。図１（Ｄ）に本実施形態のＸＹ面における入射瞳の概略形状を示す。Ｅｒが楕円開口の長径方向の開口直径、Ｅｏが楕円開口の短径方向の開口直径に相当する。以降の実施例についても楕円の概略形状は同じである。

また、撮像素子は可視光（波長３８０ｎｍ〜７００ｎｍ）の他、可視光とは異なる波長帯域の光（例えば１０００ｎｍ付近の近赤外領域）も受光し電気信号に変換可能なものであれば更に好ましい。本実施形態のように、屈折力（光学的パワー）を有する光学面を反射面だけで構成した結像光学系の場合、色収差が存在しないため、屈折光学系で構成した結像光学系よりも広い波長帯域で高い結像性能を維持することができる。よって、撮像素子の受光波長範囲が広ければ、可視光以外の情報も同時に取得することができる。このため、赤外カメラ装置を別途搭載したカメラシステムよりも全系のシステムの小型化が可能となるため好ましい。

そして、第１および第２の結像光学系（ＬＯ１およびＬＯ２）を保持する鏡筒は、撮像素子ＩＭＧ１やＩＭＧ２も保持可能な構成が好ましい。こうすることで鏡筒にそのまま撮像素子を固定できるようになり、組み立て工程の簡易化につながるため好ましい。

更に、図１４に示すように、本実施形態の数値実施例における撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２の対角長をＳｄとする。このとき、
３．０＜Ｄ／Ｓｄ＜５０．０・・・（４）
なる条件を満足することが好ましい。こうすることで距離測定に必要な基線長の維持と結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の全長の小型化を両立できるため好ましい。条件式（４）の上限値を超えてしまうと、撮像素子の大きさに比較して、全長が長くなりすぎてしまう。そうすると小型化ができなくなるため好ましくない。一方条件式（４）の下限値を超えてしまうと、小型化には有効であるが、基線長が短くなりすぎてしまう。そうすると、距離測定精度や３Ｄ形状取得精度が劣化してしまうため好ましくない。

また条件式（４）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

３．０＜Ｄ／Ｓｄ＜４０．０・・・（４ａ）
また条件式（４ａ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

４．５＜Ｄ／Ｓｄ＜４０．０・・・（４ｂ）
また条件式（４ｂ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

４．５＜Ｄ／Ｓｄ＜３０．０・・・（４ｃ）
そして、前記基線長Ｄと前記光学座標系の原点位置から結像面上の基準軸位置までの基準軸上の長さＯｄは、
０．１０＜Ｄ／（Ｏｄ×２）＜１．５０・・・（５）
なる条件を満足することが好ましい。こうすることで各結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の光路の全長の総和に対して、ステレオ撮像光学系全体を小型化しつつも基線長をある程度確保することで距離測定精度や３Ｄ形状取得精度を高精度に維持することができるため好ましい。

条件式（５）の上限値を超えてしまうと、結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の光路の全長に対して、基線長が長くなりすぎる。そうすると距離測定精度や３Ｄ形状取得精度の高精度化には有利であるが、装置全体が大型化してしまい、小型化できないため好ましくない。一方条件式（５）の下限値を超えてしまうと小型化には有効であるが、結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の光路の全長に対して、基線長が短くなりすぎてしまう。そうすると、距離測定精度や３Ｄ形状取得精度が劣化してしまうため好ましくない。

また条件式（５）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

０．１５＜Ｄ／（Ｏｄ×２）＜１．５０・・・（５ａ）
また条件式（５ａ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

０．１５＜Ｄ／（Ｏｄ×２）＜１．２０・・・（５ｂ）
また条件式（５ｂ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

０．２０＜Ｄ／（Ｏｄ×２）＜０．８０・・・（５ｃ）
そして、結像光学系ＬＯ１とＬＯ２は結合部α（図１（Ａ））で結合されていることが好ましい。結合部αは、第１の開口部と第１の結像光学系を構成する複数の反射面と第１の撮像素子のいずれかと、第２の開口部と第２の結像光学系を構成する複数の反射面と第２の撮像素子のいずれかとの間隔のうち最小の間隔である。結合部αの長さαｄが長すぎるとステレオ撮像光学系ＳＴＯの小型化が困難になり、長さαｄが短すぎると、結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２間での不要光のクロストークが生じてしまう。具体的には、
０．１＜αｄ／Ｓｄ＜３．０・・・（６）
なる条件を満足することが好ましい。

また条件式（６）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

０．１＜αｄ／Ｓｄ＜２．０・・・（６ａ）
また条件式（６ａ）は更に好ましくは次の如く設定するのが良い。

０．２＜αｄ／Ｓｄ＜２．０・・・（６ｂ）
各条件式の数値については後述する数値実施例の部分に記述する。

また、開口部ＳＰ１、ＳＰ２付近の位置に、撮像に必要な波長が透過する透過率特性を有したガラス等の透明材料で構成されるカバー部材を配置しても良い。こうすることで、結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２内にごみや埃の混入を防ぐことができるため好ましい。

以上の通り、本実施形態によれば、製造容易で小型でかつ結像性能が高いステレオ撮像光学系を提供することができる。

《第２の実施形態》
本実施形態のステレオ撮像光学系の基本的な構成を、図４を参照して説明する。本実施形態のステレオ撮像光学系は、隣り合う反射ミラー間の間隔を狭めることでより一層空間を有効に利用した点が第１の実施形態と異なる。また、開口部ＳＰ１、ＳＰ２付近（本実施形態では開口部ＳＰ１、ＳＰ２よりも物体側）に全体として正のパワーを有する負レンズと正レンズからなる接合レンズを配置した点が、第１の実施形態と異なる。この接合レンズは第１の鏡筒部材Ｕ１により保持されている。

本実施形態で、結像光学系ＬＯ１と結像光学系ＬＯ２にそれぞれ配置された接合レンズは、第１面Ｒ１〜第３面Ｒ３を構成し、球面形状である。また、結像光学系ＬＯ１と結像光学系ＬＯ２中の反射面第５面Ｒ５〜第１１面Ｒ１１は、いずれも回転非対称形状を有し、前述したように基準軸が折れ曲がったＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）を構成している。すなわち、本実施形態では、第１面Ｒ１から第３面Ｒ３が屈折面であり、第４面Ｒ４が開口部ＳＰ１、ＳＰ２であり、第５面Ｒ５から第１１面Ｒ１１までが反射面である。

このように、開口部ＳＰ１、ＳＰ２付近に正のパワーを有するレンズを配置することでレンズ径を小さくしつつ、第５面Ｒ５に入射する光束が収斂光束になるため、第５面Ｒ５の反射面のサイズを小さくできる。また、負レンズと正レンズの接合レンズとすることで、正レンズ１枚のみの場合よりも色収差を低減させることができる。

本実施形態の数値実施例におけるディストーションの様子を図５に、また図１３に示す像面ＩＭＧにおける１、２、３、４、５の評価位置での横収差図を図６に示す。ディストーションや横収差図の書式は、第１の実施形態と同じである。

また、本実施形態の場合のＯｄは、接合レンズの最も物体側の面（第１面Ｒ１）の頂点から結像面上の基準軸位置までの基準軸上の長さである。

《第３の実施形態》
本実施形態のステレオ撮像光学系の基本的な構成を、図７を参照して説明する。本実施形態のステレオ撮像光学系は、反射面のレイアウトと鏡筒部材の分け方が第１、第２の実施形態と異なる。本実施形態では、第１面Ｒ１が開口部ＳＰ１、ＳＰ２であり、第２面Ｒ２から第５面Ｒ５までが反射面である。図７において、結像光学系ＬＯ１と結像光学系ＬＯ２を構成する反射面Ｒ２〜Ｒ５は、いずれも回転非対称形状を有し、前述したように基準軸が折れ曲がったＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系（オフアキシャル光学系）を構成している。

本実施形態では、第１および第２の結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の反射面Ｒ５は鏡筒部材Ｕ１の表面に形成され、反射面Ｒ２、Ｒ４は鏡筒部材Ｕ２の表面に形成される。また、第１の結像光学系ＬＯ１の反射面Ｒ３は鏡筒部材Ｕ３の表面に形成され、第２の結像光学系ＬＯ２の反射面Ｒ３は鏡筒部材Ｕ４の表面に形成される。

このようにして、本実施形態の結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２を含むステレオ撮像光学系ＳＴＯは、鏡筒部材Ｕ１、鏡筒部材Ｕ２、鏡筒部材Ｕ３、鏡筒部材Ｕ４、そしてカバー部Ｖ１、Ｖ２から構成される。

本実施形態の数値実施例のディストーションの様子を図８に、また図１３に示す像面ＩＭＧにおける１、２、３、４、５の評価位置での横収差図を図９に示す。ディストーションや横収差図の書式は、第１の実施形態と同じである。

本実施形態では、第１の結像光学系ＬＯ１の光学座標系の原点位置（本実施形態では開口部ＳＰ１の基準軸位置）から結像面上の基準軸位置までの基準軸上の長さをＯｄとする。もしくは、第２の結像光学系ＬＯ２の光学座標系の原点位置（本実施形態では開口部ＳＰ２の基準軸位置）から結像面上の基準軸位置までの基準軸上の長さのことである。その他の点は、第１の実施形態と同様のため省略する。

《第４の実施形態》
本実施形態のステレオ撮像光学系の基本的な構成を、図１０を参照して説明する。本実施形態のステレオ撮像光学系ＳＴＯは、結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２の配置や鏡筒の分かれ方が第１の実施形態と異なる。本実施形態のステレオ撮像光学系ＳＴＯに対するユニット座標系（Ｘｕ，Ｙｕ，Ｚｕ）を、図１０に示すように定義する。

第１の実施形態ではＹｕ方向に結像光学系ＬＯ１、ＬＯ２を並べて配置したが、本実施形態ではＸｕ方向に重ねているところが異なる。図１１（Ａ）はその様子を図示しており、表示の都合上見易いように結像光学系ＬＯ１とＬＯ２は位置をＺｕ方向に相対的にずらして表示している。即ち、本実施形態では、結像光学系ＬＯ１とＬＯ２が全体的に大型化しない程度にＹｕ方向に距離βだけずらして配置される。そうすることで、より基線長を長くできるため、距離測定精度や３Ｄ形状取得精度向上につながり好ましい。

本実施形態では、結像光学系ＬＯ１の片面を構成する鏡筒部材Ｕ２と、結像光学系ＬＯ２の片面を構成する鏡筒部材Ｕ３と、結像光学系ＬＯ１とＬＯ２を一体として構成する鏡筒部材Ｕ１とを有する。

そして、第１の実施形態と同様に、鏡筒部材Ｕ１の表面に反射面Ｒ３、Ｒ５、Ｒ７が形成されている。また、鏡筒部材Ｕ２と鏡筒部材Ｕ３の表面に反射面Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８が形成されている。

また、鏡筒部材Ｕ２と鏡筒部材Ｕ３をＹｕ方向（図１０）に距離βだけ相対的にずらしている（図１１（Ａ））。このため、開口部ＳＰ１、ＳＰ２の楕円の短径方向の軸ＡＸが揃うように、開口部ＳＰ１、ＳＰ２そして撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２を回転させて配置している。こうすることで、結像光学系ＬＯ１とＬＯ２をＸｕ方向に重ねた場合でも水平の合ったステレオ視が可能となる。

ここで、図１１（Ｂ）に示すのは本実施形態の変形例であり、距離β＝０とし、撮像素子ＩＭＧ１とＩＭＧ２間の距離と開口部ＳＰ１とＳＰ２間の距離を同じ距離にした例である。このようにすることで、最低限の基線長を維持しつつ、より小型化を達成できるため好ましい。

以上の通り、本実施形態によれば、製造容易で小型および軽量な結像光学系および撮像装置を提供することができる。

以下に、上述した第１乃至第４の実施形態に対応する数値実施例１乃至４を示す。

（数値実施例１）
物体面から開口部ＳＰ１、ＳＰ２までの距離は無限大で、画角は、ｘ：±20度、ｙ：±40度である。焦点距離はｘ：5.037ｍｍ、ｙ：3.534ｍｍである。像面サイズはｘ：3.6ｍｍ、ｙ：4.8ｍｍである。入射瞳径はＥｏ:1.0ｍｍ、Ｅｒ：2.0ｍｍである。本実施例の反射面は全て回転非対称面で構成されている。回転非対称面形状は第１の実施形態で示した式により与えられる。

面データ
面番号 Xi Yi Zi Di θxi θyi
1(SP) 0.00 0.00 0.00 8.51 0.00 0.00 絞り
2(R2) 0.00 0.00 8.51 10.00 14.49 0.00 反射面
3(R3) 0.00 -4.84 -0.24 15.00 -42.00 0.00 反射面
4(R4) 0.00 -17.14 8.36 16.00 46.00 0.00 反射面
5(R5) 0.00 -26.76 -4.42 15.00 -38.00 0.00 反射面
6(R6) 0.00 -36.20 7.23 14.00 38.00 0.00 反射面
7(R7) 0.00 -44.62 -3.95 17.00 -35.00 0.00 反射面
8(R8) 0.00 -53.89 10.30 17.50 25.00 0.00 反射面
像面 0.00 -59.00 -6.44 -39.45 0.00

回転非対称面データ
第2面
C₂₀ = -4.3869E-02 C₀₂ = -4.1827E-02 C₂₁ = -3.4125E-04
C₀₃ = -8.8032E-04 C₄₀ = -3.7856E-05 C₂₂ = -8.2541E-05
C₀₄ = -1.6463E-04 C₄₁ = 3.0014E-06 C₂₃ = -4.6700E-08
C₀₅ = -4.2411E-07 C₆₀ = -1.0431E-07 C₄₂ = -1.9843E-07
C₂₄ = -6.6127E-07 C₀₆ = 4.8084E-07

第3面
C₂₀ = -2.3740E-02 C₀₂ = -2.4368E-02 C₂₁ = 1.7622E-03
C₀₃ = 5.8677E-04 C₄₀ = 1.2200E-04 C₂₂ = 4.6065E-04
C₀₄ = -4.9268E-04 C₄₁ = -2.7880E-05 C₂₃ = -8.8763E-05
C₀₅ = -5.0651E-05 C₆₀ = 1.3632E-06 C₄₂ = -1.0560E-05
C₂₄ = 4.2522E-06 C₀₆ = 1.9363E-06

第4面
C₂₀ = 1.8541E-03 C₀₂ = -3.6875E-03 C₂₁ = 2.2686E-03
C₀₃ = -3.1075E-04 C₄₀ = 1.2488E-04 C₂₂ = 3.1779E-05
C₀₄ = -1.4102E-05 C₄₁ = 1.1743E-05 C₂₃ = -1.4212E-06
C₀₅ = 1.1584E-07 C₆₀ = 3.4205E-07 C₄₂ = 4.7139E-07
C₂₄ = -7.1675E-08 C₀₆ = 2.3529E-08

第5面
C₂₀ = 9.8323E-03 C₀₂ = 1.0636E-02 C₂₁ = 1.2754E-03
C₀₃ = -2.2670E-04 C₄₀ = 7.5215E-06 C₂₂ = -2.2311E-05
C₀₄ = -2.6631E-06 C₄₁ = 7.2752E-07 C₂₃ = 1.3484E-06
C₀₅ = -1.5488E-07 C₆₀ = 8.8763E-09 C₄₂ = 2.9625E-08
C₂₄ = -4.8850E-08 C₀₆ = 1.2589E-09

第6面
C₂₀ = -6.9915E-03 C₀₂ = 1.6563E-02 C₂₁ = 1.5237E-03
C₀₃ = -6.2611E-04 C₄₀ = 1.1710E-05 C₂₂ = 1.2367E-05
C₀₄ = 4.7929E-05 C₄₁ = 7.3576E-07 C₂₃ = 5.2673E-06
C₀₅ = 8.3185E-07 C₆₀ = -1.7492E-08 C₄₂ = 2.4955E-07
C₂₄ = 8.9700E-08 C₀₆ = -2.1974E-07

第7面
C₂₀ = -3.6429E-03 C₀₂ = 1.1157E-03 C₂₁ = 5.5813E-05
C₀₃ = -9.1500E-06 C₄₀ = -1.2252E-05 C₂₂ = 2.0069E-05
C₀₄ = -2.3172E-05 C₄₁ = -1.3145E-06 C₂₃ = -2.2113E-06
C₀₅ = -1.3773E-08 C₆₀ = -1.0558E-07 C₄₂ = 4.3553E-08
C₂₄ = 2.4969E-07 C₀₆ = -1.4647E-07

第8面
C₂₀ = -6.9890E-03 C₀₂ = -1.5332E-02 C₂₁ = -4.4602E-04
C₀₃ = 3.1568E-06 C₄₀ = -1.8619E-05 C₂₂ = 2.1667E-05
C₀₄ = -6.3927E-06 C₄₁ = 4.4032E-07 C₂₃ = -2.0847E-06
C₀₅ = 1.1322E-07 C₆₀ = -2.9870E-08 C₄₂ = -4.1341E-08
C₂₄ = 1.2417E-07 C₀₆ = -2.4008E-08

D＝130.0mm
d＝12.0mm
ω_Ｖ＝20度
ω_Ｈ＝40度
Sd＝6.0mm
Od＝113.01mm
αd＝2.0mm

（数値実施例２）
物体面から開口部ＳＰ１、ＳＰ２までの距離は無限大で、画角は、ｘ：±20度、ｙ：±40度である。焦点距離はｘ：5.141ｍｍ、ｙ：3.906ｍｍである。像面サイズはｘ：3.6ｍｍ、ｙ：4.8ｍｍである。入射瞳径はＥｏ:1.0ｍｍ、Ｅｒ：2.0ｍｍである。本実施例の屈折面は全て球面であり、反射面は全て回転非対称面で構成されている。回転非対称面形状は、第１の実施形態で示した式により与えられる。

面データ
面番号 Xi Yi Zi Di θxi θyi
1(R1) 0.00 0.00 0.00 0.10 0.00 0.00 屈折面
2(R2) 0.00 0.00 0.10 0.50 0.00 0.00 屈折面
3(R3) 0.00 0.00 0.60 0.30 0.00 0.00 屈折面
4(SP) 0.00 0.00 0.90 8.75 0.00 0.00 絞り
5(R5) 0.00 0.00 9.65 10.00 13.62 0.00 反射面
6(R6) 0.00 -4.58 0.76 10.00 -33.00 0.00 反射面
7(R7) 0.00 -10.84 8.56 10.50 22.00 0.00 反射面
8(R8) 0.00 -11.79 -1.90 11.50 -32.00 0.00 反射面
9(R9) 0.00 -21.63 4.06 12.50 38.00 0.00 反射面
10(R10) 0.00 -25.33 -7.88 13.00 -39.00 0.00 反射面
11(R11) 0.00 -36.68 -1.53 15.00 35.00 0.00 反射面
像面 0.00 -39.08 -16.33 -22.62 0.00

回転対称面（球面）データ
第1面
R1 = 11.000
Nd1 = 1.80000
νd1 = 29.8

第2面
R2 = 2.540
Nd2 = 1.64769
νd2 = 33.7

第3面
R3 = -30.000

回転非対称面データ
第5面
C₂₀ = -5.0969E-02 C₀₂ = -4.1243E-02 C₂₁ = -5.3649E-04
C₀₃ = -7.2246E-04 C₄₀ = -1.7140E-04 C₂₂ = -1.9679E-04
C₀₄ = -4.4895E-04 C₄₁ = -6.3791E-06 C₂₃ = -6.1061E-06
C₀₅ = 8.0118E-06 C₆₀ = 1.4017E-06 C₄₂ = -3.5990E-07
C₂₄ = -8.4577E-07 C₀₆ = 4.1800E-06

第6面
C₂₀ = -7.5293E-02 C₀₂ = -4.7146E-02 C₂₁ = -3.2272E-03
C₀₃ = 4.2519E-03 C₄₀ = -1.1678E-03 C₂₂ = 5.0381E-04
C₀₄ = -1.7156E-03 C₄₁ = -2.7783E-04 C₂₃ = -9.8775E-05
C₀₅ = 1.9814E-04 C₆₀ = -8.0862E-05 C₄₂ = -1.6956E-04
C₂₄ = -1.6706E-04 C₀₆ = -8.1387E-05

第7面
C₂₀ = -1.5244E-02 C₀₂ = -1.7240E-02 C₂₁ = 4.5725E-04
C₀₃ = -2.0331E-04 C₄₀ = -1.5889E-06 C₂₂ = 5.9336E-06
C₀₄ = -8.3894E-05 C₄₁ = 9.0414E-07 C₂₃ = -7.7816E-06
C₀₅ = -4.0386E-06 C₆₀ = -8.0813E-09 C₄₂ = -1.3439E-07
C₂₄ = -6.6998E-07 C₀₆ = -2.8186E-08

第8面
C₂₀ = 9.5350E-03 C₀₂ = 2.6542E-03 C₂₁ = 1.4014E-03
C₀₃ = -5.3744E-04 C₄₀ = -1.8998E-05 C₂₂ = 2.0609E-05
C₀₄ = -1.1697E-04 C₄₁ = 2.1181E-07 C₂₃ = 3.0020E-06
C₀₅ = -7.1519E-06 C₆₀ = -1.0379E-08 C₄₂ = 1.7227E-08
C₂₄ = 2.2932E-07 C₀₆ = -6.7725E-07

第9面
C₂₀ = -4.0909E-03 C₀₂ = 4.7487E-03 C₂₁ = 2.0379E-03
C₀₃ = -2.6956E-04 C₄₀ = -1.9919E-05 C₂₂ = 6.2788E-05
C₀₄ = -4.6328E-05 C₄₁ = -1.6873E-06 C₂₃ = -3.1482E-06
C₀₅ = 2.7175E-06 C₆₀ = -6.5891E-09 C₄₂ = -1.2154E-07
C₂₄ = -1.2457E-07 C₀₆ = 2.8098E-07

第10面
C₂₀ = -9.2407E-03 C₀₂ = 4.9648E-03 C₂₁ = 1.0413E-03
C₀₃ = 1.2610E-04 C₄₀ = -8.4390E-05 C₂₂ = -3.4532E-05
C₀₄ = -8.7857E-06 C₄₁ = 6.9568E-06 C₂₃ = 8.4359E-07
C₀₅ = 9.7433E-07 C₆₀ = -5.1432E-07 C₄₂ = -1.7306E-07
C₂₄ = -7.8572E-08 C₀₆ = -7.7926E-09

第11面
C₂₀ = -1.4684E-02 C₀₂ = -1.0805E-02 C₂₁ = -3.1454E-04
C₀₃ = 1.8511E-04 C₄₀ = -1.2639E-05 C₂₂ = 5.5947E-06
C₀₄ = -2.1845E-06 C₄₁ = -1.6372E-07 C₂₃ = -1.5060E-06
C₀₅ = 8.4211E-07 C₆₀ = -9.5998E-08 C₄₂ = 6.8816E-08
C₂₄ = 6.1045E-08 C₀₆ = -4.3012E-08

D＝94.0mm
d＝21.0mm
ω_Ｖ＝20度
ω_Ｈ＝40度
Sd＝6.0mm
Od＝92.15mm
αd＝5.0mm

（数値実施例３）
物体面から開口部ＳＰ１、ＳＰ２までの距離は無限大で、画角は、ｘ：±20度、ｙ：±30度である。焦点距離はｘ：5.081ｍｍ、ｙ：4.262ｍｍである。像面サイズはｘ：3.6ｍｍ、ｙ：4.8ｍｍである。入射瞳径はＥｏ:1.0ｍｍ、Ｅｒ：2.0ｍｍである。本実施例の反射面は、全て回転非対称面で構成されている。回転非対称面形状は、第１の実施形態で示した式により与えられる。

面データ
面番号 Xi Yi Zi Di θxi θyi
1(SP) 0.00 0.00 0.00 9.00 0.00 0.00 絞り
2(R2) 0.00 0.00 9.00 7.00 -23.00 0.00 反射面
3(R3) 0.00 5.04 4.14 20.00 -28.00 0.00 反射面
4(R4) 0.00 -14.53 -0.02 5.00 25.00 0.00 反射面
5(R5) 0.00 -10.59 -3.10 10.00 35.00 0.00 反射面
像面 0.00 -7.50 6.41 0.00 0.00

回転非対称面データ
第2面
C₂₀ = -2.9022E-02 C₀₂ = -3.4324E-02 C₂₁ = -2.3165E-04
C₀₃ = 1.1589E-04 C₄₀ = 2.2586E-05 C₂₂ = 1.7022E-04
C₀₄ = -9.9750E-05 C₄₁ = 8.1068E-06 C₂₃ = -2.2951E-05
C₀₅ = 5.8400E-06 C₆₀ = 2.6878E-08 C₄₂ = -3.7489E-06
C₂₄ = 5.0980E-07 C₀₆ = 2.9150E-07

第3面
C₂₀ = 1.4027E-02 C₀₂ = -1.1903E-04 C₂₁ = -7.9665E-04
C₀₃ = -2.9224E-03 C₄₀ = 5.4131E-06 C₂₂ = -8.3118E-05
C₀₄ = 4.3614E-04 C₄₁ = -8.1909E-08 C₂₃ = 4.9785E-05
C₀₅ = 3.9710E-05 C₆₀ = 3.7996E-07 C₄₂ = -4.1703E-06
C₂₄ = -5.3675E-06 C₀₆ = -7.5526E-06

第4面
C₂₀ = -1.9784E-02 C₀₂ = -2.1337E-02 C₂₁ = -4.3184E-04
C₀₃ = 4.5177E-05 C₄₀ = 6.4395E-05 C₂₂ = 1.4942E-04
C₀₄ = -2.9872E-05 C₄₁ = -3.2194E-05 C₂₃ = -2.1870E-05
C₀₅ = 2.3290E-06 C₆₀ = -9.9196E-08 C₄₂ = 5.7944E-06
C₂₄ = 6.2313E-07 C₀₆ = 8.3017E-07

第5面
C₂₀ = 2.5506E-02 C₀₂ = 8.6691E-03 C₂₁ = 3.8228E-04
C₀₃ = 4.0033E-04 C₄₀ = 8.5048E-05 C₂₂ = 3.3772E-04
C₀₄ = -1.2191E-05 C₄₁ = -1.6195E-05 C₂₃ = 3.1420E-05
C₀₅ = -1.0146E-05 C₆₀ = -1.4193E-06 C₄₂ = -8.7896E-08
C₂₄ = -4.9093E-06 C₀₆ = 2.3095E-06

D＝36.8mm
d＝21.85mm
ω_Ｖ＝20度
ω_Ｈ＝30度
Sd＝6.0mm
Od＝51.0mm
αd＝7.0mm

（数値実施例４）
各結像光学系の仕様や面データと回転非対称面データは数値実施例１と同じであるため省略する。また、図１１（Ａ）に示す配置における各諸量は以下の通りである。

D＝69.0mm
d＝49.0mm
ω_Ｖ＝20度
ω_Ｈ＝40度
Sd＝6.0mm
Od＝113.01mm
αd＝1.0mm
βd＝10.0mm

そして図１１（Ｂ）に示す配置における各諸量は以下の通りである。
D＝59.0mm
d＝59.0mm
ω_Ｖ＝20度
ω_Ｈ＝40度
Sd＝6.0mm
Od＝113.01mm
αd＝1.0mm
βd＝0.0mm

表１に、本発明の各数値実施例における前記条件式に対応する諸量を示す。

このように、実施例１〜４のステレオ撮像光学系ＳＴＯをビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、製造容易な軽量で高い光学性能を有するステレオ撮像装置を実現できる。そして距離測定や３Ｄ形状取得などを高精度に行うことができる。したがって上記各実施例によれば、製造容易で小型および軽量なステレオ撮像光学系を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

ＬＯ１・・第１の結像光学系、ＬＯ２・・第２の結像光学系、Ｒ２〜Ｒ８・・反射面、ＳＰ１（Ｒ１）、ＳＰ２（Ｒ１）・・開口部、Ｕ・・鏡筒、Ｕ１・・第１の鏡筒部材、Ｕ２・・第２の鏡筒部材

Claims

複数の反射面をそれぞれ備える第１の結像光学系と第２の結像光学系を有するステレオ撮像光学系であって、
前記反射面が表面に形成された少なくとも一つの鏡筒部材を有し、
前記第１の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つと前記第２の結像光学系を構成する複数の反射面の少なくとも一つが同一の鏡筒部材の表面に形成されていることを特徴とするステレオ撮像光学系。
前記鏡筒部材は樹脂材料またはガラス材料で形成され、前記鏡筒部材の表面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステレオ撮像光学系。
前記鏡筒部材は金属材料で形成され、前記鏡筒部材の表面に反射面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステレオ撮像光学系。
前記第１の結像光学系を構成する複数の反射面と前記第２の結像光学系を構成する複数の反射面について物体側から数えた面番号が奇数または偶数となる反射面のうち、一方の反射面が形成された第１の鏡筒部材と、他方の反射面が形成された第２の鏡筒部材を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系。
前記第１の結像光学系を構成する複数の反射面と前記第２の結像光学系を構成する複数の反射面が形成された鏡筒部材を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系。
前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系のそれぞれは、屈折力を有する光学面として前記反射面のみを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系。
前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系のそれぞれは、正レンズを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系。
前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系のそれぞれは、負レンズと正レンズが接合された正の屈折力の接合レンズを有することを特徴とする請求項７に記載のステレオ撮像光学系。
前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系のそれぞれは中間像を結像することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系。
前記鏡筒部材の一つは前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系にそれぞれ光を入射させる第１の開口部と第２の開口部を備えており、前記第１および第２の開口部は楕円形であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のステレオ撮像光学系と、
前記第１の結像光学系の結像面に設けられる第１の撮像素子と、
前記第２の結像光学系の結像面に設けられる第２の撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子は、前記鏡筒部材に固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子は、可視光領域および近赤外領域で撮像可能であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の撮像装置。
前記鏡筒部材の一つは前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系にそれぞれ光を入射させる第１の開口部と第２の開口部を備えており、前記第１の開口部と前記第２の開口部の中心間距離をＤ、前記第１の撮像素子の撮像面と前記第２の撮像素子の撮像面の中心間距離をｄとするとき、
ｄ≦Ｄ
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記鏡筒部材の一つは前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系にそれぞれ光を入射させる第１の開口部と第２の開口部を備えており、前記第１の開口部と前記第２の開口部の中心間距離をＤ、前記第１の開口部の中心と前記第１の撮像素子の撮像面の中心を通る光線の経路を基準軸とし、前記第１の開口部の中心から前記第１の撮像素子の撮像面の中心までの基準軸上の長さをＯｄとするとき、
Ｄ＜Ｏｄ×２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記鏡筒部材の一つは前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系にそれぞれ光を入射させる第１の開口部と第２の開口部を備えており、前記第１の開口部と前記第２の開口部の中心間距離をＤ、
前記第１の開口部の中心と前記第１の撮像素子の撮像面の中心を通る光線の経路を基準軸とし、前記第１の開口部の中心から前記第１の撮像素子の撮像面の中心までの基準軸上の長さをＯｄとするとき、
０．１０＜Ｄ／（Ｏｄ×２）＜１．５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記鏡筒部材の一つは前記第１の結像光学系に光を入射させる第１の開口部を備えており、
前記第１の開口部の中心と前記第１の撮像素子の撮像面の中心を通る光線の経路を基準軸とし、前記基準軸上の光線が前記複数の反射面によって反射を繰り返す断面に平行な方向における半画角をω_Ｈ、前記断面に対して垂直な方向における半画角をω_Ｖとするとき、
ω_Ｖ＜ω_Ｈ
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記鏡筒部材の一つは前記第１の結像光学系と前記第２の結像光学系にそれぞれ光を入射させる第１の開口部と第２の開口部を備えており、前記第１の開口部と前記第２の開口部の中心間距離をＤ、前記第１の撮像素子と前記第２の撮像素子のそれぞれの対角長をＳｄとするとき、
３．０＜Ｄ／Ｓｄ＜５０．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記第１の開口部と前記第１の結像光学系を構成する複数の反射面と前記第１の撮像素子のいずれかと、前記第２の開口部と前記第２の結像光学系を構成する複数の反射面と前記第２の撮像素子のいずれかとの間隔のうち最小の間隔をαｄ、前記第１および第２の撮像素子の対角長をＳｄとするとき、
０．１＜αｄ／Ｓｄ＜３．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置。