JP2019090996A - 光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステム - Google Patents

光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステム Download PDF

Info

Publication number
JP2019090996A
JP2019090996A JP2017221657A JP2017221657A JP2019090996A JP 2019090996 A JP2019090996 A JP 2019090996A JP 2017221657 A JP2017221657 A JP 2017221657A JP 2017221657 A JP2017221657 A JP 2017221657A JP 2019090996 A JP2019090996 A JP 2019090996A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
axis
center
angle
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017221657A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019090996A5 (ja
JP7086572B2 (ja
Inventor
薫 江口
Kaoru Eguchi
薫 江口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2017221657A priority Critical patent/JP7086572B2/ja
Priority to US16/185,095 priority patent/US10761406B2/en
Priority to CN201811342221.1A priority patent/CN109799514A/zh
Priority to EP18206156.4A priority patent/EP3486704A1/en
Publication of JP2019090996A publication Critical patent/JP2019090996A/ja
Publication of JP2019090996A5 publication Critical patent/JP2019090996A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7086572B2 publication Critical patent/JP7086572B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/17—Bodies with reflectors arranged in beam forming the photographic image, e.g. for reducing dimensions of camera
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0647—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors
    • G02B17/0663—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0836—Catadioptric systems using more than three curved mirrors
    • G02B17/0848—Catadioptric systems using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/008—Systems specially adapted to form image relays or chained systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/08—Stereoscopic photography by simultaneous recording
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Structure And Mechanism Of Cameras (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Cameras In General (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)

Abstract

【課題】広角化と小型化を両立しつつ、歪曲を低減することが可能な光学系を提供する。【解決手段】物体の像を形成する光学系（Ｌ０）であって、拡大側から縮小側へ順に、開口絞り（ＳＰ）と第１反射面（Ｒ２）と第２反射面（Ｒ３）とを有し、開口絞りの開口中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線の経路を基準軸として、開口中心Ｐ、基準軸と前記第１反射面との交点Ｑ、基準軸と第２反射面との交点Ｒ、開口中心Ｐと交点Ｑとを結ぶ線分ＰＱと開口中心Ｐと交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとのなす角度（ｄｅｇ）∠ＱＰＲは所定の条件を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、広角な光学系に関する。
監視カメラや車載カメラ、ＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に適用される広角レンズとして、広い視野を確保しつつ、小型化を達成するべく構成枚数を少なくしたものが知られている。特許文献１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る広角レンズが記載されている。
特開平９−１５９９１２号公報
ところで、車載カメラやＵＡＶでは、画像から距離を測定し、その結果を用いて自車（または自機）を制御するようなセンシングに利用するため、広角化を図りつつ歪曲を低減させる必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されている屈折レンズで光学系を構成しようとすると、広角化と歪曲低減との両立は困難であり、これらを両立させるには多くのレンズ枚数が必要となり大型化してしまう。
そこで本発明は、広角化と小型化とを両立しつつ、歪曲を低減することが可能な光学系、撮像装置、測距装置、車載カメラシステム、および、投影装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての光学系は、物体の像を形成する光学系であって、拡大側から縮小側へ順に、開口絞りと第１反射面と第２反射面とを有し、前記開口絞りの開口中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線の経路を基準軸として、前記開口中心Ｐ、前記基準軸と前記第１反射面との交点Ｑ、前記基準軸と前記第２反射面との交点Ｒ、前記開口中心Ｐと前記交点Ｑとを結ぶ線分ＰＱと前記開口中心Ｐと前記交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとのなす角度（ｄｅｇ）∠ＱＰＲは所定の条件を満足する。
本発明の他の側面としての撮像装置は、前記光学系と、前記光学系により形成される像を受光する撮像素子とを有する。
本発明の他の側面としての測距装置は、物体の画像データを取得する前記撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部とを有する。
本発明の他の側面としての車載カメラシステムは、前記測距装置と、前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部とを有する。
本発明の他の側面としての投影装置は、光変調素子と、前記光学系とを有する。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲を低減することが可能な光学系、撮像装置、測距装置、車載カメラシステム、および、投影装置を提供することができる。
第１の実施形態における光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。 第１の実施形態における光学系のディストーションを示す図である。 第１の実施形態における光学系の横収差図である。 第２の実施形態における光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。 第２の実施形態における光学系のディストーションを示す図である。 第２の実施形態における光学系の横収差図である。 第３の実施形態における光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。 第３の実施形態における光学系のディストーションを示す図である。 第３の実施形態における光学系の横収差図である。 各実施形態における座標系の説明図である。 各実施形態における座標系の説明図である。 各実施形態における横収差の評価位置の説明図である。 各実施形態における光学系の説明図である。 第４の実施形態におけるステレオ光学系の断面図および撮像装置の概略配置図である。 第５の実施形態における車載カメラシステムの機能ブロック図である。 第５の実施形態における車両の要部概略図である。 第５の実施形態における車載カメラシステムの動作例を示すフローチャートである。 各実施形態における投影装置の構成図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、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１０は、各実施形態の光学系（ステレオ光学系）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結像面側）に向かって、不図示の物体面の中心から瞳（絞り：開口絞りＳＰ）の中心（開口中心）を通って像面の中心に至る一つの光線を、中心主光線または基準軸光線と定義する。なお、物体側は拡大共役側、像側は縮小共役側ということもできる。図１０において、中心主光線または基準軸光線を一点鎖線で示す。また、中心主光線また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１０において、第１面Ｒ１は光路上に配置された開口絞り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および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、金属、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。なお、第４面Ｒ４までに限定せず、第５面Ｒ５以降に反射面が続いてもよい。
各実施形態のステレオ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有しない。そこで各実施形態において、第１面Ｒ１の中心を原点とする結像光学系の絶対座標系を設定する。すなわち、第１面Ｒ１の中心である結像光学座標系の原点位置と光学的な最終結像面（縮小面）の中心位置とを通る光線（中心主光線または基準軸光線）の辿る経路が基準軸である。また、基準軸は方向（向き）を持っている。その方向は、中心主光線または基準軸光線が結像に際して進行する方向である。ここで「最終結像面」とは、結像光学系の光路の最後に存在する結像面であり、単に「結像面」または「像面」ともいう。最終結像面に撮像素子ＩＭＧ０を配置することで撮像を行う。最終結像面は光学的な面であり、直接撮像素子を意味するものではない。このため「最終結像面の中心」とは、「撮像素子ＩＭＧ０の中心」を意味するものではない。このため「最終結像面の中心」とは、「前記撮像素子ＩＭＧ０の中心」に限定するものではない。後述するように、光路の途中で実像を結ぶ結像面が存在する場合、その結像面を「中間結像面」と呼ぶ。単に「結像面」または「像面」との記述は、最終結像面のことを指す。
以下の各実施形態において、中心主光線または基準軸光線は、開口絞りＳＰの開口中心である第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および反射する。各構成面の順番は、中心主光線または基準軸光線が物体側（拡大共役側）から入射して屈折および反射を受ける順番に設定されている。このため、基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折または反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に最終結像面の中心に到達する。また、以下の各実施形態において、物体側（拡大共役側）および像側（縮小共役側）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。
なお各実施形態において、結像光学系の基準となる基準軸を前述のように設定しているが、軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、または、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よい。一般的には、像面の中心と、絞り、入射瞳、射出瞳、または、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よい。
以下の各実施形態において、結像光学系の絶対座標系の各軸は、以下のように定められる。すなわち、Ｚ軸は、原点と物体面中心を通る直線（物体側から開口絞りＳＰ（第１面Ｒ１）の中心（開口中心）を通る基準軸）であり、物体面から第１面Ｒ１に向かう方向を正の方向とする。Ｙ軸は、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゜をなす直線である。Ｘ軸は、原点を通り、Ｚ軸およびＹ軸のそれぞれに垂直な直線であり、図１０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、次のように表することにより理解が容易になる。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、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よい。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。すなわち、ｚ軸は、ローカル座標の原点を通る面法線である（正方向は図１０に示されている）。ｙ軸は、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゜をなす直線である。ｘ軸は、ローカル座標の原点を通り、ｙｚ面に対し垂直な直線であり、図１０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θｘｉ（単位「ｄｅｇ」）で表される。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θｙｉ（単位「ｄｅｇ」）で表される。また、第ｉ面のｘｙ面内でのチルト角は、ｙ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｚｉ（単位「ｄｅｇ」）で表される。ただし、通常、角度θｚｉは面の回転に相当し、以下の各実施形態においては存在しない。図１０は、これらの絶対座標系とローカル座標系との相互関係を表している。また図１０の各軸の矢印の方向は、各軸の正負の方向を表している。（＋）が正方向、（−）が負方向を表す。図１０において、絶対座標原点に斜めに入射している光線を軸外主光線として描いている。ＹＺ平面上における軸外主光線の入射角度をωｙとするとき、上から入射した軸上主光線を負、下から入射した軸上主光線を正の角度として入射角度の符号を定義する。図１０ではＹＺ平面上で描いているが、ＸＺ平面上での入射角度の符号は、図１１に示される。
図１１は、図１０で描いた座標系をＺ軸回りに時計回りに９０度回転させた図であり、Ｙ軸が紙面奥から手前に向かう方向が正である。このとき、ＸＺ平面上での軸外主光線の入射角度をＺ軸を基準としてωｘとするとき、上から入射した軸外主光線を負、下から入射した軸外主光線を正の角度として入射角度の符号を定義する。入射角度ωｘ、ωｙのうち一番外側（入射角度ωｘやωｙが最大の角度となる位置）に位置する光線がそれぞれＸＺ平面上とＹＺ平面上での光学系の最大画角を決めている光線である。
２）結像光学系の具体的表現
また各実施形態において、数値実施例として各構成面の数値データを示す。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。なお各実施形態において、原点間の媒質は空気である。Ｅ−Ｘは、１０−Ｘを表す。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するとき、以下の式（Ａ）で表される形状である。
また、以下の各実施形態の結像光学系は、回転非対称な形状（曲率）を有する面（自由曲面）を２面以上有し、その形状は以下の式（Ｂ）により表される。
式（Ｂ）で表される曲面式は、ｘに関して偶数次の項のみである。このため、式（Ｂ）で表される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。
３）反射光学系としてのあるべき姿
各実施形態における光学系は、以下のような考えに基づく。従来、車載カメラや監視カメラに用いられる光学系において、レンズを使用した透過型の光学系があった。そして、同じ光学系を二つ水平または垂直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形状を取得するなどのセンシングに利用する種々の装置が提案されている。また、回転非対称な形状（反射面の形状）を含む結像光学系を利用した小型で高画質な種々の光学系も提案されている。
例えば、ステレオ光学系を用いて精度良く距離を測定する、または３Ｄ形状を取得するには、結像性能を高めて高画質化することが必要となる。また、車載カメラや監視カメラでの距離測定などのセンシング用途では、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る。ここで、透過型のレンズ光学系でシステムを構成すると、レンズ枚数を増やせば広角で低歪曲な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ためコストが増大するとともに、大型化してしまう。または、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。
４）本発明の概要（回転非対称な形状を有する反射ミラー構成）
各実施形態では、光学系を、回転非対称な形状（曲率）を有した中空反射ミラー構成（中空ミラー構成）とする。これにより、色収差補正のためにレンズを増やす必要がなく、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。ここで中空ミラー構成とは、反射面が銀やアルミなど可視光領域など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、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をいう。このように各実施形態は、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、前述のように色収差が発生する原因となるため、好ましくない。
《第１の実施形態》
次に、本発明の第１の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態の光学系（反射光学系）Ｌ０の基本的な構成を説明する。光学系Ｌ０は、５面の反射面第ｉ面Ｒｉ（ｉは物体側から順に付与される面番号）と撮像素子ＩＭＧ０を備える結像光学系である。また、光学系Ｌ０は、最も物体側に開口絞りＳＰ（第１面Ｒ１）を有する。図１中には、開口絞りＳＰ、撮像素子ＩＭＧ０、光学系Ｌ０を表示している。なお、開口絞りＳＰに関し、図１では一つの光学素子面であるとし、Ｒ１という表記を括弧書きでしている。光学系Ｌ０が形成する最終結像面は、一つの撮像素子ＩＭＧ０面上に形成される。
図１は、本実施形態における光学系Ｌ０の配置（ＹＺ面）を示している。図１において、開口絞りＳＰから光を取り込み、光学系Ｌ０が有する反射面である第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６を通って、撮像素子ＩＭＧ０に結像する様子を示している。開口絞り（開口部）ＳＰの位置は、複数の反射面である第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６で構成されたＯｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系Ｌ０の入射瞳の位置に相当する。
図１において、光学系Ｌ０を構成する反射面第２面Ｒ２〜第６面Ｒ６は、いずれも回転非対称形状（自由曲面）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。光学系Ｌ０が構成する最終結像面の位置に撮像素子ＩＭＧ０が配置されている。
図２は、本実施形態（数値実施例１）におけるディストーションの様子を示す。図２において、横軸はＸ軸方向の像面上での座標値（Ｘ画角に相当）、縦軸はＹ軸方向の像面上での座標値（Ｙ画角に相当）を示す。また、ディストーションの無い理想格子（Ｐａｒａｘｉａｌ ＦＯＶ）と実際の光線追跡結果の格子（Ａｃｔｕａｌ ＦＯＶ）を重ねて描いている。ディストーションの大きい光学系の場合は格子がずれているのがわかりやすいが、本実施形態の結像光学系Ｌ１、Ｌ２はディストーションを非常によく低減することができるため、実際の格子は理想格子と実質的に区別が付かない。
図１２は、撮像素子ＩＭＧ０上における評価位置１、２、３、４、５を示す。図３は、評価位置１〜５における横収差図を示す。また、図３の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸またはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味している。評価光線の波長はｄ線である。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±０．０１２５ｍｍ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、本実施形態の構成に基づいて、本発明の特徴および奏する効果について説明する。前述のように、従来、小型で広角な結像光学系は種々開示されている。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いる。
しかしながら、結像光学系を有する撮像装置を介して映像を得て、その映像に基づいて距離情報や３Ｄ形状を取得する、または、被写体を認識する用途の場合、画面全領域について広角でありながら、高画質で低歪曲な映像取得が必要である。また、光学系を車載カメラや監視カメラに用いる場合、低照度の環境でも映像を取得する必要があるため、Ｆ値の明るい光学系が必要である。そこで、回転非対称な形状の自由曲面ミラーを利用した光学系を結像光学系に適用することにより、Ｆ値が明るく（具体的には画面中心付近のＦ値が２．０前後など）、高画質で低歪曲な映像が得られる結像光学系を容易に得ることができる。しかし、反射光学系でも広角化する（具体的にはＸＹどちらかの全画角が７０度を超える場合）場合、特に第１面と第二反射面が大型化してしまう。
そこで本実施形態では、開口絞りＳＰの開口中心と、第１面（第１反射面）Ｒ２および第２面（第２反射面）Ｒ３の下記の点を各頂点とする三角形において、その一つの角度を所定の範囲内に設定する。これにより、広角化しても全系の大型化を防ぐことができる。具体的には、図１３に示されるように、本実施形態の光学系Ｌ０は、物体側（拡大側）から像側（縮小側）へ光線が進む順に、開口絞りＳＰ、第１の曲率を有する反射面（第１面Ｒ２）、および、第二の曲率を有する反射面（第２面Ｒ３）を有する。開口絞りＳＰの開口中心（原点）をＰ、基準軸と第１面Ｒ２との交点（第１面Ｒ２のローカル原点）をＱ、基準軸と第２面Ｒ３との交点（第２面Ｒ３のローカル原点）をＲとする。開口中心Ｐと交点Ｑとを結ぶ線分ＰＱと、開口中心Ｐと交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとのなす角度（ｄｅｇ）を∠ＱＰＲとする。このとき本実施形態の光学系Ｌ０は、以下の条件式（１）を満足する。
９５＜∠ＱＰＲ＜１２０ … （１）
条件式（１）を満足することにより、次の３点についての効果を奏する。１点目は、第１面Ｒ２を小型化する効果がある。第１面Ｒ２を小型化するには、開口絞りＳＰと第１面Ｒ２との間隔を短くすればよい。第１面Ｒ２の大きさは、画角と、開口絞りＳＰと第１面Ｒ２との間隔のみでほとんど決定される（厳密には光束幅も決定要因のひとつだが、画角や間隔の方が寄与率は高いのでここでは無視する）。このため画角が先に決定されると、第１面Ｒ２の大きさを小さくするには、開口絞りＳＰと第１面Ｒ２との間隔を短くするしかない。しかし、開口絞りＳＰと第１面Ｒ２との間隔を短くし過ぎると、第１面Ｒ２から第二反射面Ｒ３へ向かう光束を開口絞りＳＰが遮ってしまうため、好ましくない。このため、開口絞りＳＰと第１面Ｒ２との間隔を短くすることが好ましい。
２点目は、第二反射面Ｒ３を小型化する効果がある。第二反射面Ｒ３を小型化するには、第１面Ｒ２の形状を凹面にする必要がある。逆に、第１面Ｒ２の形状を凸面にすると、第１面Ｒ２からの反射光線が発散し、第二反射面Ｒ３が巨大化してしまうため、好ましくない。また、第１面Ｒ２を凹面にすると、各画角光束のそれぞれが収斂し、中間結像面（中間像）Ｍを構成しつつ各画角光束同士も１点に集まるように収斂する構成となる。このため、第１面Ｒ２と第二反射面Ｒ３との間隔をある程度の距離だけ離すことにより、第二反射面Ｒ３の大きさを小さくすることができる。しかし、第１面Ｒ２と第二反射面Ｒ３との間隔を離しすぎると、Ｚ軸方向に大型化するため、好ましくない。
３点目は、第１面Ｒ２で発生する偏心収差を低減する効果がある。開口絞りＳＰから入射した光を第１面Ｒ２で反射させて、第二反射面Ｒ３に向けて射出する際、第１面Ｒ２での反射角を小さくすれば、画角光束ごとに発生する非対称な収差（偏心収差）を低減させることができる。このため、第１面Ｒ２の傾き角を小さくし、第二反射面Ｒ３をＺ軸に近づけるように構成することが好ましい。しかし、第二反射面Ｒ３をＺ軸に近づけ過ぎると、開口絞りＳＰに入射する最外画角光線を第二反射面Ｒ３で遮ってしまうため、好ましくない。このように、条件式（１）を満足すると、以上の３点の効果（小型化と高画質化）を達成することができるため、好ましい。
より好ましくは、条件式（１）は、以下の条件式（１ａ）を満足する。
９５＜∠ＱＰＲ＜１１０ … （１ａ）
更に好ましくは、条件式（１ａ）は、以下の条件式（１ｂ）を満足する。
９７＜∠ＱＰＲ＜１１０ … （１ｂ）
本実施形態の光学系Ｌ０は、以上のように構成されるが、より好ましくは、以下の条件のうち少なくとも一つを満足する。これによれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲などの像高ごとに異なる収差を低減することが可能な光学系を得ることができる。
光学系Ｌ０は、基準軸を折り曲げるために、回転非対称な形状（曲率）を有する反射面（自由曲面）を二つ以上有する。このような反射面を有することにより、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。また光学系Ｌ０は、第１面Ｒ１に配置された開口絞りＳＰの位置が入射瞳位置となる構成を有する。これにより、広角化しても各反射面が大型化しない。また、各反射面への入射光と反射光が同じ空間を共有できるため空間を有効に利用することができ、小型化が可能となる。なお、製造誤差等で入射瞳位置が厳密に開口絞りＳＰの位置にならなくても、本発明の効果が得られるため、多少のずれは許容される。
本実施形態の光学系Ｌ０は、ＹＺ平面内においてＺ軸を中心として±３５度の画角を有し、ＸＺ平面内においてＺ軸を中心として±１６．９度の画角を有する。また、第２面Ｒ２の反射面を第１反射面とし、続く反射面を第２反射面、第３反射面というように、基準軸に沿って物体側（拡大共役側）から順に回転非対称な形状を有する反射面に番号をつけたとする。このとき、この画角を維持しつつ画面全体に渡って高画質化を達成するため、第１反射面は正のパワーを有する深い凹面形状としている。
本実施形態では、全ての画角光束において第１面Ｒ２と最終反射面との間に中間結像面Ｍを有する。最終反射面とは、光学系Ｌ０が有する光学的な結像面へ入射する光線が直前に反射した反射面である。各実施形態では、第５反射面Ｒ６が最終反射面に相当する。中間結像面Ｍを有することで、画角が広い結像光学系であっても中間結像面Ｍ以降の光束について周辺画角の光線を基準軸上付近にまとめることが可能となり、反射面の面積を小さくすることができるため、好ましい。
より好ましくは、回転非対称な形状を有する複数の反射面のうち、最も物体側（拡大共役側）の反射面と基準軸上に沿って隣接する反射面との間に少なくとも一つの光束が中間結像点（中間像）を有することが好ましい。広い画角を有する結像光学系の場合、第１面Ｒ２の大きさが決まるパラメータとして画角の広さが大きく関係している。中間結像をせずに第２面Ｒ３へ導光させると、第２面Ｒ３も非常に大きくなってしまう。しかし第１面Ｒ２と第２面Ｒ３との間に中間結像点を有する構成にすると、広い画角であっても各画角の光線を狭い空間に集めることができるため、第２面Ｒ３以降の面積を小さくすることができるため、好ましい。本実施形態では、全ての画角光束において第１面Ｒ２と第２面Ｒ３との間に中間結像点を有する。また、中間結像面Ｍを第１面Ｒ２と第２面Ｒ３との間に有することが好ましい。一つの画角だけでなく全ての画角光線で中間結像をする中間結像面Ｍを有することで、第１面Ｒ２で反射した軸外の主光線を全て基準軸上光線付近にまとめることができる。このため、第１面Ｒ２と第２面Ｒ３との間の距離を短くしつつ第２面Ｒ３の反射面を小さくすることができる。これにより、３５度以上という広い画角であっても各反射面の小型化が達成できる。なお、中間結像面Ｍの位置は、図１に示される位置に限定されるものではない。また、後述する他の実施形態でも、同様に光学系Ｌ０内に中間結像面Ｍを有する。
好ましくは、本実施形態の光学系Ｌ０は、回転非対称な形状を有する中空反射ミラー構成（中空ミラー構成）である。これにより、色収差補正のためにレンズを増やす必要がなく、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することができる。
好ましくは、ＹＺ平面内において偶数番目の反射面での光線の反射方向と、奇数番目の反射面での光線の反射方向が、光線の進行方向から見て互いに逆向きになるように各回転非対称な形状を有する反射面を構成する。ここで、逆向きとは、１８０度互いに異なる場合に限定されるものではない。例えば、本実施形態の光学系Ｌ０の場合、第１面Ｒ２では光線入射後に基準軸に沿って右方向に反射しているのに対し、第２面Ｒ３では左方向に反射している。これにより、各反射面で発生する偏心収差をキャンセルすることが容易となり、画面全体に渡り高画質化が可能となる。
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。光学系Ｌ０において、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面上での半画角をωｙ（Ｙ軸方向の画角）、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面に垂直な断面上での半画角をωｘ（Ｘ軸方向の画角）とする。このとき、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
ωｙ＞ωｘ … （２）
これにより、Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ断面とその垂直方向とで小型化が可能となる。これは、光学系Ｌ０の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、光学系Ｌ０の用途が車載カメラである場合、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よいが、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（２）を満足し、Ｙ画角を水平画角と設定することにより、更なる小型化が達成できる。
本実施形態によれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲などの像高ごとに異なる収差を低減することが可能な光学系を提供することができる。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４を参照して、本実施形態の光学系Ｌ０の基本的な構成を説明する。図４は、本実施形態における光学系Ｌ０の配置（ＹＺ面）を示している。本実施形態の光学系Ｌ０は、ＹＺ平面内においてＺ軸を中心として±４０度の画角を有し、ＸＺ平面内においてＺ軸を中心として±２０度の画角を有する点で、第１の実施形態と異なる。
図５は、本実施形態（数値実施例２）におけるディストーションの様子を示す。図５において、横軸はＸ軸方向の像面上での座標値（Ｘ画角に相当）、縦軸はＹ軸方向の像面上での座標値（Ｙ画角に相当）を示す。また、ディストーションの無い理想格子（Ｐａｒａｘｉａｌ ＦＯＶ）と実際の光線追跡結果の格子（Ａｃｔｕａｌ ＦＯＶ）を重ねて描いている。図６は、評価位置１〜５における横収差図を示す。また、図６の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸またはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味している。評価光線の波長はｄ線である。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±０．０１２５ｍｍのスケールで描かれている。
本実施形態によれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲などの像高ごとに異なる収差を低減することが可能な光学系を提供することができる。
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７を参照して、本実施形態の光学系Ｌ０の基本的な構成を説明する。図７は、本実施形態における光学系Ｌ０の配置（ＹＺ面）を示している。本実施形態の光学系Ｌ０は、ＹＺ平面内においてＺ軸を中心として±４５度の画角を有し、ＸＺ平面内においてＺ軸を中心として±２３．４度の画角を有する点で、第１の実施形態と異なる。
図８は、本実施形態（数値実施例２）におけるディストーションの様子を示す。図８において、横軸はＸ軸方向の像面上での座標値（Ｘ画角に相当）、縦軸はＹ軸方向の像面上での座標値（Ｙ画角に相当）を示す。また、ディストーションの無い理想格子（Ｐａｒａｘｉａｌ ＦＯＶ）と実際の光線追跡結果の格子（Ａｃｔｕａｌ ＦＯＶ）を重ねて描いている。図９は、評価位置１〜５における横収差図を示す。また、図９の横収差図では、横軸を瞳面上でのＸ軸またはＹ軸とし、縦軸は像面上での収差量を意味している。評価光線の波長はｄ線である。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±０．０１２５ｍｍのスケールで描かれている。
本実施形態によれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲などの像高ごとに異なる収差を低減することが可能な光学系を提供することができる。
また各実施形態において、変形例として、ステレオ光学系Ｌ０の内部にゴミ等が入り込まないように、開口絞りＳＰの前後にカバーガラスを配置してもよい。また、撮像素子ＩＭＧ０よりも物体側（拡大共役側）にローパスフィルタや波長選択フィルタなどの各種フィルタ、またはカバーガラスを配置してもよい。以下、第１の実施形態〜３の実施形態にそれぞれ対応する数値実施例１〜３を示す。

（数値実施例１）
物体面から開口絞りＳＰまでの距離は無限大で、画角は、Ｘ：±16.9度、Ｙ：±35.0度である。焦点距離はＸ：4.39ｍｍ、Ｙ：4.39ｍｍである。像面サイズはｘ：2.665ｍｍ、ｙ：6.144ｍｍである。入射瞳（開口絞りＳＰ）は円形であり、その直径は2.2ｍｍである。基準軸上光束におけるＸ軸方向のＦ値は2.00、Ｙ軸方向のＦ値は1.99である。本実施形態の反射面は全て回転非対称面で構成されており、各反射面をＸＺ平面に射影すると矩形形状をなしている。回転非対称面形状は、式（Ｂ）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 19.50 0.00 0.00 絞り(P)
2(R2) 0.00 0.00 19.50 31.50 20.06 0.00 第１反射面(Q)
3(R3) 0.00 -20.30 -4.59 29.50 -32.39 0.00 第２反射面(R)
4(R4) 0.00 -32.61 22.22 28.50 23.25 0.00 第３反射面
5(R5) 0.00 -43.21 -4.23 27.50 -29.34 0.00 第４反射面
6(R6) 0.00 -59.70 17.78 27.90 18.42 0.00 第５反射面
像面 0.00 -59.70 -10.12 0.00 0.00 ＩＭＧ０

ＹＺ平面上において、
点Ｐの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（0,0）
点Ｑの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（19.5,0）
点Ｒの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（-4.59,-20.30）
これより、角QPR（∠QPR）＝102.73度

回転非対称面データ
第2面(R2) 第1反射面
C20 = -1.4847E-02 C02 = -1.6783E-02 C21 = -4.1350E-05
C03 = -5.8521E-05 C40 = -4.6230E-06 C22 = -5.5233E-06
C04 = -2.3544E-06 C41 = -6.0173E-08 C23 = 1.6024E-08
C05 = 1.5496E-09 C60 = 5.8601E-08 C42 = -3.2293E-09
C24 = -4.4562E-09 C06 = -1.0096E-09 C60 = -1.6718E-09
C43 = -1.1855E-09 C25 = -2.9020E-10 C07 = -1.7441E-11
C80 = -6.3113E-10 C62 = -9.5298E-11 C44 = -4.9974E-11
C26 = -5.8622E-12 C08 = -6.2360E-13

第3面(R3) 第2反射面
C20 = -2.2454E-02 C02 = -1.1495E-02 C21 = 3.8945E-04
C03 = 3.0657E-04 C40 = 2.3488E-05 C22 = 6.2431E-06
C04 = 5.0360E-06 C41 = -4.9124E-07 C23 = -1.1334E-06
C05 = -5.2928E-07 C60 = 1.3174E-07 C42 = 4.9774E-08
C24 = 1.5413E-07 C06 = 3.9554E-08 C60 = 4.1917E-09
C43 = -1.5030E-10 C25 = -5.0084E-09 C07 = -1.5464E-09
C80 = -6.5087E-09 C62 = -8.2913E-10 C44 = -8.1950E-10
C26 = -1.7067E-10 C08 = 7.2010E-12

第4面(R4) 第3反射面
C20 = -1.4283E-02 C02 = -7.9537E-03 C21 = 1.5699E-05
C03 = 1.8987E-05 C40 = -2.9488E-06 C22 = -3.4117E-06
C04 = -9.0232E-07 C41 = 4.1836E-09 C23 = 1.9611E-10
C05 = -1.2034E-08 C60 = -1.0629E-09 C42 = -1.8933E-09
C24 = -3.0439E-10 C06 = -6.2336E-11 C60 = 2.3359E-11
C43 = 1.3252E-11 C25 = -8.9922E-13 C07 = -4.4635E-12
C80 = -1.7502E-12 C62 = -2.6360E-12 C44 = -2.6584E-12
C26 = -6.6980E-13 C08 = -8.5529E-14

第5面(R5) 第4反射面
C20 = -6.9546E-02 C02 = -7.0130E-03 C21 = -7.9528E-05
C03 = -6.1095E-05 C40 = -4.9306E-04 C22 = -1.1677E-04
C04 = -9.9848E-06 C41 = -1.0778E-05 C23 = -2.1794E-06
C05 = -1.9536E-07 C60 = -9.7639E-06 C42 = -2.8303E-06
C24 = -7.2772E-08 C06 = -3.1843E-09 C60 = 2.4989E-07
C43 = -2.0907E-07 C25 = -4.2851E-08 C07 = -1.6888E-09
C80 = -4.1440E-07 C62 = -1.3143E-07 C44 = -3.4457E-08
C26 = -4.2990E-09 C08 = -1.5217E-10

第6面(R6) 第5反射面
C20 = -1.7226E-02 C02 = -1.1635E-02 C21 = 3.3064E-05
C03 = 5.3845E-06 C40 = -5.2524E-06 C22 = -7.3041E-06
C04 = -2.1896E-06 C41 = 3.7005E-08 C23 = 4.8340E-08
C05 = 5.6947E-09 C60 = -3.1679E-09 C42 = -7.4372E-09
C24 = -3.8016E-09 C06 = -1.5773E-09 C60 = 6.3978E-11
C43 = -9.8550E-12 C25 = -1.1304E-10 C07 = -1.8788E-11
C80 = -3.8083E-12 C62 = -6.0111E-12 C44 = -2.3474E-12
C26 = 4.7502E-12 C08 = 6.5213E-12

各反射面の軸上光束における焦点距離データ
fix、fiyのiは第i反射面に相当する。
fixはＸ断面での焦点距離、fiyはＹ断面での焦点距離を表す。
fxはＸ断面での全系の焦点距離、fyはＹ断面での全系の焦点距離を表す。
f1x = 17.926 mm f1y = 13.993 mm
f2x = -13.185 mm f2y = -18.365 mm
f3x = 19.050 mm f3y = 28.880 mm
f4x = -4.124 mm f4y = -31.076 mm
f5x = 15.296 mm f5y = 20.386 mm
fx = 4.388 mm fy = 4.387 mm

各反射面の形状データ
矩形形状であるため、各Eaix,Eaiyの2倍の値が矩形の辺の長さに相当する。各辺の長さのうち長いほうを「長辺」、短いほうを「短辺」と呼ぶ。以降の数値実施例でも同様である。
なおEaix、Eaiyのiは第i反射面に相当する。
EaixはＸ断面での辺の長さの半分の値、EaiyはＹ断面での辺の長さの半分の値を表す。

Ea1x = 7.34mm Ea1y = 13.66mm
Ea2x = 5.69mm Ea2y = 7.30mm
Ea3x = 17.54mm Ea3y = 10.70mm
Ea4x = 3.05mm Ea4y = 5.41mm
Ea5x = 11.50mm Ea5y = 8.90mm

ωx =±16.9度
ωy =±35.0度

（数値実施例２）
物体面から開口絞りＳＰまでの距離は無限大で、画角は、Ｘ：±20.0度、Ｙ：±40.0度である。焦点距離はＸ：3.66ｍｍ、Ｙ：3.66ｍｍである。像面サイズはｘ：2.665ｍｍ、ｙ：6.144ｍｍである。入射瞳（開口絞りＳＰ）は円形であり、その直径は1.93ｍｍである。基準軸上光束におけるＸ軸方向のＦ値は1.90、Ｙ軸方向のＦ値は1.90である。本実施形態の反射面は全て回転非対称面で構成されており、各反射面をＸＺ平面に射影すると矩形形状をなしている。回転非対称面形状は、式（Ｂ）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 19.50 0.00 0.00 絞り(P)
2(R2) 0.00 0.00 19.50 31.50 19.00 0.00 第１反射面(Q)
3(R3) 0.00 -19.39 -5.32 29.50 -32.50 0.00 第２反射面(R)
4(R4) 0.00 -32.79 20.96 28.50 24.50 0.00 第３反射面
5(R5) 0.00 -43.46 -5.46 27.50 -29.50 0.00 第４反射面
6(R6) 0.00 -60.01 16.50 27.90 18.50 0.00 第５反射面
像面 0.00 -60.01 -11.40 0.00 0.00 ＩＭＧ０

ＹＺ平面上において、
点Ｐの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（0,0）
点Ｑの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（19.5,0）
点Ｒの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（-5.32,-19.39）
これより、角QPR（∠QPR）＝105.35度

回転非対称面データ
第2面(R2) 第1反射面
C20 = -1.6644E-02 C02 = -1.7099E-02 C21 = -3.7174E-05
C03 = -6.7259E-05 C40 = -5.9650E-06 C22 = -5.1984E-06
C04 = -2.6451E-06 C41 = 1.0825E-07 C23 = -1.9334E-08
C05 = -1.5673E-09 C60 = 4.5002E-08 C42 = 4.9278E-09
C24 = -2.8827E-09 C06 = -1.0893E-09 C60 = -5.9897E-10
C43 = 1.2658E-11 C25 = -7.6124E-11 C07 = -2.2000E-11
C80 = -3.0578E-10 C62 = -4.4718E-11 C44 = -5.7163E-12
C26 = -3.7996E-12 C08 = -7.0286E-13

第3面(R3) 第2反射面
C20 = -2.2656E-02 C02 = -1.1670E-02 C21 = 1.7920E-04
C03 = 3.3144E-04 C40 = 2.6431E-05 C22 = 1.5695E-05
C04 = 5.1364E-06 C41 = -5.5838E-06 C23 = -9.8032E-07
C05 = -5.6099E-07 C60 = -3.5854E-07 C42 = 7.0674E-08
C24 = 6.4581E-08 C06 = 3.7987E-08 C60 = 3.4014E-08
C43 = -1.7157E-08 C25 = -5.0583E-09 C07 = -2.1047E-09
C80 = -7.0103E-10 C62 = 6.0602E-10 C44 = 1.2289E-09
C26 = 1.7349E-10 C08 = 6.2989E-11

第4面(R4) 第3反射面
C20 = -1.4558E-02 C02 = -7.1439E-03 C21 = 1.2958E-05
C03 = 7.6386E-06 C40 = -3.1650E-06 C22 = -3.1525E-06
C04 = -8.1294E-07 C41 = -2.5194E-08 C23 = -1.5689E-09
C05 = -1.8696E-08 C60 = -1.6023E-09 C42 = -1.3623E-09
C24 = -4.8314E-10 C06 = -2.5898E-11 C60 = 4.1426E-11
C43 = -1.3412E-11 C25 = -2.5224E-11 C07 = -7.6565E-12
C80 = -1.6125E-12 C62 = -2.6735E-12 C44 = -9.2673E-13
C26 = 1.0376E-12 C08 = 5.9877E-13

第5面(R5) 第4反射面
C20 = -7.5751E-02 C02 = -6.4204E-03 C21 = -1.1052E-04
C03 = -1.3762E-04 C40 = -6.8899E-04 C22 = -1.3013E-04
C04 = -1.0185E-05 C41 = -4.6415E-05 C23 = -2.9804E-06
C05 = -2.7355E-07 C60 = -2.6485E-05 C42 = -7.0867E-07
C24 = -3.4204E-07 C06 = 3.1729E-09 C60 = 3.5636E-06
C43 = -7.7732E-07 C25 = -1.0325E-07 C07 = -3.6129E-09
C80 = -1.2775E-07 C62 = -6.2294E-07 C44 = -3.8090E-08
C26 = -7.0588E-09 C08 = -5.3924E-10

第6面(R6) 第5反射面
C20 = -1.7328E-02 C02 = -1.1851E-02 C21 = 3.2912E-05
C03 = 2.9059E-07 C40 = -5.4007E-06 C22 = -7.5346E-06
C04 = -2.1278E-06 C41 = 4.6282E-08 C23 = 2.2338E-08
C05 = -1.6590E-09 C60 = -4.1567E-09 C42 = -9.1879E-09
C24 = -5.2202E-09 C06 = -1.0507E-09 C60 = 1.3332E-11
C43 = 1.3382E-10 C25 = 2.4352E-10 C07 = 5.2061E-12
C80 = 1.8723E-12 C62 = 5.7239E-13 C44 = 8.7985E-12
C26 = -3.1432E-12 C08 = 1.6969E-12

各反射面の軸上光束における焦点距離データ
fix、fiyのiは第i反射面に相当する。
fixはＸ断面での焦点距離、fiyはＹ断面での焦点距離を表す。
fxはＸ断面での全系の焦点距離、fyはＹ断面での全系の焦点距離を表す。
f1x = 15.886 mm f1y = 13.824 mm
f2x = -13.083 mm f2y = -18.067 mm
f3x = 18.872 mm f3y = 31.844 mm
f4x = -3.792 mm f4y = -33.890 mm
f5x = 15.214 mm f5y = 20.006 mm
fx = 3.664 mm fy = 3.662 mm

各反射面の形状データ
矩形形状であるため、各Eaix,Eaiyの2倍の値が矩形の辺の長さに相当する。
なおEaix、Eaiyのiは第i反射面に相当する。
EaixはＸ断面での辺の長さの半分の値、EaiyはＹ断面での辺の長さの半分の値を表す。

Ea1x = 8.26mm Ea1y = 15.19mm
Ea2x = 5.16mm Ea2y = 7.96mm
Ea3x = 15.64mm Ea3y = 10.67mm
Ea4x = 1.98mm Ea4y = 5.16mm
Ea5x = 9.96mm Ea5y = 8.31mm

ωx =±20.0度
ωy =±40.0度

（数値実施例３）
物体面から開口絞りＳＰまでの距離は無限大で、画角は、Ｘ：±23.4度、Ｙ：±45.0度である。焦点距離はＸ：3.08ｍｍ、Ｙ：3.07ｍｍである。像面サイズはｘ：2.665ｍｍ、ｙ：6.144ｍｍである。入射瞳（開口絞りＳＰ）は円形であり、その直径は1.50ｍｍである。基準軸上光束におけるＸ軸方向のＦ値は2.05、Ｙ軸方向のＦ値は2.05である。本実施形態の反射面は全て回転非対称面で構成されており、各反射面をＸＺ平面に射影すると矩形形状をなしている。回転非対称面形状は、式（Ｂ）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 19.50 0.00 0.00 絞り(P)
2(R2) 0.00 0.00 19.50 32.50 22.00 0.00 第１反射面(Q)
3(R3) 0.00 -22.58 -3.88 28.00 -33.93 0.00 第２反射面(R)
4(R4) 0.00 -33.90 21.73 28.00 23.43 0.00 第３反射面
5(R5) 0.00 -44.84 -4.05 27.00 -29.43 0.00 第４反射面
6(R6) 0.00 -60.66 17.84 27.90 17.93 0.00 第５反射面
像面 0.00 -60.66 -10.06 0.00 0.00 ＩＭＧ０

ＹＺ平面上において、
点Ｐの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（0,0）
点Ｑの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（19.5,0）
点Ｒの座標は（Ｚ，Ｙ）＝（-3.88,-22.58）
これより、角QPR（∠QPR）＝99.75度

回転非対称面データ
第2面(R2) 第1反射面
C20 = -1.4893E-02 C02 = -1.6773E-02 C21 = -2.2032E-05
C03 = -6.3064E-05 C40 = -3.9874E-06 C22 = -4.1247E-06
C04 = -2.5589E-06 C41 = -2.2583E-07 C23 = 9.5766E-09
C05 = 5.8535E-09 C60 = 2.9040E-08 C42 = -1.1513E-08
C24 = -6.0773E-09 C06 = -1.5891E-09 C60 = -2.7303E-10
C43 = -8.1075E-10 C25 = -3.6056E-10 C07 = -5.6349E-11
C80 = -1.5748E-10 C62 = -3.5902E-12 C44 = -2.6040E-11
C26 = -8.6158E-12 C08 = -1.5657E-12

第3面(R3) 第2反射面
C20 = -2.1207E-02 C02 = -1.1724E-02 C21 = 1.9046E-04
C03 = 5.8517E-04 C40 = 2.2458E-05 C22 = 6.9866E-06
C04 = -2.5894E-06 C41 = 1.9805E-06 C23 = -1.6404E-07
C05 = -5.5183E-07 C60 = -9.0727E-08 C42 = -1.8299E-07
C24 = 1.3343E-07 C06 = 8.0509E-08 C60 = -1.7338E-08
C43 = 2.1474E-09 C25 = -9.0360E-09 C07 = -5.2043E-09
C80 = 2.3192E-10 C62 = 9.8905E-10 C44 = -4.5892E-10
C26 = 1.8556E-10 C08 = 1.2945E-10

第4面(R4) 第3反射面
C20 = -1.4596E-02 C02 = -6.3651E-03 C21 = -5.0062E-07
C03 = 7.2222E-05 C40 = -3.1747E-06 C22 = -3.0927E-06
C04 = 1.1602E-07 C41 = 9.1936E-09 C23 = 3.3507E-08
C05 = -2.4505E-08 C60 = -9.8566E-10 C42 = -2.8360E-09
C24 = 1.4682E-09 C06 = 1.0195E-09 C60 = -6.7513E-12
C43 = 1.0901E-11 C25 = -4.5804E-11 C07 = 2.3437E-11
C80 = -1.7633E-12 C62 = -2.1680E-12 C44 = -4.0944E-12
C26 = -3.4237E-12 C08 = -9.2380E-12

第5面(R5) 第4反射面
C20 = -9.6737E-02 C02 = -5.6896E-03 C21 = -8.0266E-04
C03 = -4.0620E-05 C40 = -1.5412E-03 C22 = -1.5134E-04
C04 = -9.1349E-06 C41 = -2.9410E-05 C23 = -3.2514E-06
C05 = -1.7053E-07 C60 = -1.1330E-05 C42 = -1.1138E-05
C24 = -4.5459E-07 C06 = -1.9445E-08 C60 = -5.4040E-06
C43 = -5.7356E-07 C25 = -4.6356E-08 C07 = -4.1675E-10
C80 = -5.9302E-06 C62 = -5.0713E-07 C44 = -4.5077E-08
C26 = -3.8366E-09 C08 = 7.3722E-11

第6面(R6) 第5反射面
C20 = -1.7904E-02 C02 = -1.2103E-02 C21 = 3.3582E-05
C03 = 1.6445E-05 C40 = -5.9231E-06 C22 = -7.9199E-06
C04 = -2.5663E-06 C41 = 3.6808E-08 C23 = 5.8116E-08
C05 = 1.6611E-08 C60 = -3.1696E-09 C42 = -7.8484E-09
C24 = -4.7197E-09 C06 = -7.9883E-10 C60 = 4.5740E-11
C43 = 8.6040E-11 C25 = -1.6527E-12 C07 = -3.5176E-12
C80 = -5.4449E-12 C62 = -1.0182E-11 C44 = -1.4323E-11
C26 = -5.1273E-12 C08 = -4.1201E-12

各反射面の軸上光束における焦点距離データ
fix、fiyのiは第i反射面に相当する。
fixはＸ断面での焦点距離、fiyはＹ断面での焦点距離を表す。
fxはＸ断面での全系の焦点距離、fyはＹ断面での全系の焦点距離を表す。
f1x = 18.105 mm f1y = 13.820 mm
f2x = -14.209 mm f2y = -17.693 mm
f3x = 18.668 mm f3y = 36.038 mm
f4x = -2.967 mm f4y = -38.272 mm
f5x = 14.676 mm f5y = 19.653 mm
fx = 3.080 mm fy = 3.071 mm

各反射面の形状データ
矩形形状であるため、各Eaix,Eaiyの2倍の値が矩形の辺の長さに相当する。
なおEaix、Eaiyのiは第i反射面に相当する。
EaixはＸ断面での辺の長さの半分の値、EaiyはＹ断面での辺の長さの半分の値を表す。

Ea1x = 9.59mm Ea1y = 17.19mm
Ea2x = 7.38mm Ea2y = 8.82mm
Ea3x = 19.05mm Ea3y = 8.98mm
Ea4x = 2.64mm Ea4y = 4.99mm
Ea5x = 14.72mm Ea5y = 8.74mm

ωx =±23.4度
ωy =±45.0度
表１は、各数値実施例における条件式（１）、（３）に関する値を示す。第１の実施形態〜第３の実施形態の光学系Ｌ０は、監視カメラや車載カメラ、またはドローンに代表されるＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）のような無人航空機などに適用することが可能である。これにより、各実施形態によれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲などの像高ごとに異なる収差を低減することが可能な光学系を提供することができる。
《第４の実施形態》
次に、図１４を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。図１４は、第１の実施形態〜第３の実施形態の光学系Ｌ０を二つ用いて構成したステレオ光学系ＳＴの配置（ＹＺ面）を示している。図１４のステレオ光学系ＳＴでは、第１の実施形態の光学系Ｌ０を二つＹ軸方向に配列している。ただし、二つの光学系Ｌ０の配列方向はこれに限定されるものではない。
図１４に示されるように二つの光学系Ｌ０を配列すると、視差方向に画角が広いステレオ光学系ＳＴを構成することができる。これにより、広い範囲で距離情報を取得するなどのセンシングが可能となる。また、ステレオ光学系ＳＴとして用いられる二つの光学系Ｌ０は略同一の光学系であることが好ましい。画角やＦナンバーが二つの光学系で互いに異なると、距離測定や３Ｄ形状測定などのセンシングで使用する際に、センシング可能な範囲が画角の狭い光学系で決まってしまう。または、被写界深度が異なると測定精度が劣化してしまうため、好ましくない。
また本実施形態において、二つの光学系Ｌ０の結像面（縮小面）は、同一平面上にあることが好ましい。これにより、平面形状の従来の撮像素子を用いて２つの光学系Ｌ０から視差画像（２つの光学系Ｌ０のそれぞれにより形成される第１及び第２の像）を容易に得ることができる。なお、製造誤差等で二つの撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２の位置が厳密に同一平面上の位置にない場合でも、本発明の効果が得られるため、多少のずれは許容される。
図１４において、左側の光学系Ｌ０をＬ０（ＬＥＦＴ）、右側の光学系Ｌ０をＬ０（ＲＩＧＨＴ）とする。このとき、光学系Ｌ０（ＬＥＦＴ）は撮像素子ＩＭＧ１に結像している。また、光学系Ｌ０（ＲＩＧＨＴ）は撮像素子ＩＭＧ２に結像している。撮像素子ＩＭＧ１、ＩＭＧ２は同一平面上に位置しており、共通の基板Ｂａｓｅに固定されている。
本実施形態によれば、二つの光学系Ｌ０を用いてステレオ光学系を構成することにより、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲などの像高ごとに異なる収差を低減することが可能なステレオ光学系を提供することができる。
《第５の実施形態》
次に、第１の実施形態〜第３の実施形態の光学系Ｌ０、または、第４の実施形態のステレオ光学系ＳＴを備えた車載カメラ１０およびそれを備える車載カメラシステム（運転支援装置）６００について説明する。図１５は、車載カメラ１０および車載カメラシステム６００の構成図である。車載カメラシステム６００は、自動車等の車両に設置され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図１６は、車載カメラシステム６００を備える車両７００の概略図である。図１６においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７００の後方に設定してもよい。
図１５に示すように、車載カメラシステム６００は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警報装置４０と、を備える。また、車載カメラ１０は、撮像部１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離算出部４と、衝突判定部５とを備えている。画像処理部２、視差算出部３、距離算出部４、及び衝突判定部５で、処理部が構成されている。撮像部１は、上述した何れかの実施形態に係る光学系と撮像素子とを有する。ステレオ光学系の場合、左右二つの光学系Ｌ０と、二つの光学系Ｌ０のそれぞれに対応する二つの撮像素子とを含む。
図１７は、車載カメラシステム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載カメラシステム６００の動作を説明する。
まず、ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。続いてステップＳ２では、車両情報取得装置２０から車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。続いてステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。
続いてステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４は、上記の順番に処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。
続いてステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物との間隔情報（距離情報）を、距離算出部４によって算出する。すなわち距離算出部４は、複数の光学系を介してそれぞれ形成された複数の画像に基づいて被写体の距離情報を算出する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータ及び外部パラメータとに基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物との間隔、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。
続いてステップＳ６では、距離算出部４により算出された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ７）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ８）。
次に、衝突判定部５は、衝突可能性ありと判定した場合（ステップＳ７）、その判定結果を制御装置３０や警報装置４０に対して通知する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し、警報装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて警報を発する。
例えば、制御装置３０は、車両に対して、ブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警報装置４０は、車両のユーザ（運転者）に対して、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。
以上、本実施形態に係る車載カメラシステム６００によれば、上記の処理により、効果的に障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施形態に係る光学系を車載カメラシステム６００に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって障害物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。
なお、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。この場合、結像光学系がステレオ光学系を構成していなくても距離情報を算出可能である。瞳分割型の撮像素子において、一つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。
そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離算出部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離算出部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離算出部４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。
なお、本実施形態では、車載カメラシステム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限られず、車載カメラシステム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載カメラシステム６００は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。また、本実施形態に係る車載カメラ１０、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
なお各実施形態の光学系Ｌ０は、距離情報の取得、３Ｄ形状の計測、または、画像情報を用いて人物などの被写体を検出することが可能な撮像装置に適用されるが、これに限定されるものではない。各実施形態の光学系Ｌ０は、監視カメラや車載カメラだけでなく、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、または、ＵＡＶに搭載されるカメラなどの各種の撮像装置に適用することが可能である。
このように各実施形態において、開口絞りＳＰの開口中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線の経路を基準軸とするとき、複数の反射面のうち少なくとも一つの反射面に関して、基準軸との交点における面法線が基準軸に対して傾いている。そして、開口中心Ｐと交点Ｑとを結ぶ線分ＰＱと開口中心Ｐと交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとのなす角度∠ＱＰＲ（ｄｅｇ）は、所定の角度範囲内にある。各実施形態によれば、広角化と小型化を両立しつつ、歪曲を低減することが可能な光学系、撮像装置、測距装置、車載カメラシステム、および、投影装置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。
例えば、上述した各実施形態の光学系Ｌ０を投影光学系として利用し、投影装置に適用することもできる。図１８は、プロジェクタ（投影装置）１０００の構成図である。プロジェクタ１０００の光変調素子として、反射型液晶パネルが用いられている。図１８において、１００は光源、２００は照明光学系、３００は色分離合成光学系、および、４００は投影光学系（光学系Ｌ０）である。光源１００は、照明光学系２００に向けて光を出射する。照明光学系２００は、光源１００からの光を照明する。色分離合成光学系３００は、照明光学系２００からの照明光に対して色分離および色合成を行う。投射光学系４００は、色分離合成光学系３００からの合成光を投射する。
色分離合成光学系３００において、３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂは、それぞれ、赤用、緑用、青用の光変調素子（赤用、緑用、青用の反射型液晶パネル）を備えた反射型液晶パネルユニットである。３０２Ｒ、３０２Ｇ、３０２Ｂは、それぞれ、赤用、緑用、青用の波長板を備えた波長板ユニットである。なお本実施形態において、反射型液晶パネルユニット３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂのそれぞれに含まれる光変調素子は反射型液晶パネルであるが、これに限定されるものではない。例えば、光変調素子として透過型液晶パネルを用いてもよい。反射型液晶パネルの数に関わらず、単板式や３板式などのいずれのプロジェクタにも適用可能である。
光学系Ｌ０を投影光学系に適用する場合、光学系Ｌ０の縮小面の位置に液晶パネル（光変調素子、空間変調器）等の表示素子の表示面が配置される。ただし、光学系が投影装置に適用される場合、物体側と像側とが反転して光路が逆向きになる。すなわち、物体側に配置された表示素子の表示面（縮小面）に表示される画像を、光学系により像側に配置されたスクリーン等の投影面（拡大面）に投影（結像）させる構成を採ることができる。この場合にも、光学系を撮像装置に適用した場合と同様に、各実施形態における各条件式を満足することが望ましい。また、各実施形態の光学系を投影装置に適用する場合、光学系の縮小側に配置する照明系で光束（Ｆ値）が決定されるため、開口部としての開口絞りＳＰ（Ｒ１）を配置する必要はない。この場合、開口部の位置は射出瞳として定義される。
なお、各実施形態の光学系を撮像光学系として用いる場合、縮小面（縮小側共役面）は像面（撮像面）、拡大面（拡大側共役面）は物体面（被写体面）にそれぞれ相当する。また撮像光学系の場合、縮小側（縮小共役側）は像側、拡大側（拡大共役側）は物体側にそれぞれ相当する。一方、各実施形態の光学系を投影光学系として用いる場合、縮小面（縮小側共役面）は物体面（表示面）、拡大面（拡大側共役面）は像面（投射面）にそれぞれ相当する。また投影光学系の場合、縮小側（縮小共役側）は物体側（表示側）、拡大側（拡大共役側）は像側（投射側）にそれぞれ相当する。
Ｌ０ 光学系
Ｒ２ 第１反射面
Ｒ３ 第２反射面
ＳＰ 開口絞り

Claims (16)

  1. 物体の像を形成する光学系であって、
    拡大側から縮小側へ順に、開口絞りと、第１反射面と、第２反射面と、を有し、
    前記開口絞りの開口中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線の経路を基準軸として、前記開口中心をＰ、前記基準軸と前記第１反射面との交点をＱ、前記基準軸と前記第２反射面との交点をＲ、前記開口中心Ｐと前記交点Ｑとを結ぶ線分ＰＱと前記開口中心Ｐと前記交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとのなす角度（ｄｅｇ）を∠ＱＰＲとするとき、
    ９５＜∠ＱＰＲ＜１２０
    なる条件を満足することを特徴とする光学系。
  2. 前記第１反射面と前記第２反射面とを含む複数の反射面のうち少なくとも一つの反射面に関して、前記基準軸との交点における面法線が前記基準軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
  3. 前記複数の反射面のうち少なくとも二つは、回転非対称な形状を有することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
  4. 前記複数の反射面のうち最も拡大側の前記第１反射面と最も縮小側の反射面との間に、前記物体の中間像を形成することを特徴とする請求項２または３に記載の光学系。
  5. 前記複数の反射面のうち最も拡大側の前記第１反射面と前記基準軸に沿って隣接する前記第２反射面との間に、前記物体の中間像を形成することを特徴とする請求項２または４のいずれか１項に記載の光学系。
  6. 中空ミラー構成であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
  7. 前記複数の反射面のうち最も拡大側の前記第１反射面から数えて、偶数番目の反射面での光線の反射方向と、奇数番目の反射面での光線の反射方向とが、前記基準軸に沿った光線の進行方向から見て互いに逆向きであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
  8. 拡大側から前記開口絞りの前記開口中心を通る前記基準軸をＺ軸、前記拡大側から前記開口中心に向かう方向を正の方向、前記開口中心を通り右手座標系の定義に従って前記Ｚ軸に対して反時計回り方向に９０゜をなす直線をＹ軸、前記開口中心を通り前記Ｚ軸および前記Ｙ軸のそれぞれに垂直な直線をＸ軸、前記基準軸を含む平面をＹＺ面、前記光学系のＸ軸方向の画角をωｘ、Ｙ軸方向の画角をωｙとするとき、
    ωｙ＞ωｘ
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
  9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系を二つ備え、該二つの光学系の縮小面は同一平面上にあることを特徴とするステレオ光学系。
  10. 請求項９に記載のステレオ光学系と、
    前記二つの光学系により形成される像を受光する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。
  11. 前記光学系は、前記撮像素子の異なる領域に、相互に視差を有する第１及び第２の像を形成することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
  12. 物体の画像データを取得する請求項１０または１１に記載の撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部と、を有することを特徴とする測距装置。
  13. 請求項１２に記載の測距装置と、前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部と、を有することを特徴とする車載カメラシステム。
  14. 前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を有することを特徴とする請求項１３に記載の車載カメラシステム。
  15. 前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の運転者に対して警報を発する警報装置を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の車載カメラシステム。
  16. 光変調素子と、
    前記光変調素子からの光を投影する投影光学系と、を有し、
    前記投影光学系は、拡大側から縮小側へ順に、第１反射面と第２反射面とを有し、
    前記投影光学系の射出瞳の中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線の経路を基準軸として、前記射出瞳の中心をＰ、前記基準軸と前記第１反射面との交点をＱ、前記基準軸と前記第２反射面との交点をＲ、前記中心Ｐと前記交点Ｑとを結ぶ線分ＰＱと前記中心Ｐと前記交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとのなす角度（ｄｅｇ）を∠ＱＰＲとするとき、
    ９５＜∠ＱＰＲ＜１２０
    なる条件を満足することを特徴とする投影装置。
JP2017221657A 2017-11-17 2017-11-17 光学系、撮像装置、測距装置、車載システム、および移動装置 Active JP7086572B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017221657A JP7086572B2 (ja) 2017-11-17 2017-11-17 光学系、撮像装置、測距装置、車載システム、および移動装置
US16/185,095 US10761406B2 (en) 2017-11-17 2018-11-09 Optical system, image capturing apparatus, distance measuring apparatus, and vehicle-mounted system
CN201811342221.1A CN109799514A (zh) 2017-11-17 2018-11-13 光学系统、图像捕获装置、距离测量装置和车载系统
EP18206156.4A EP3486704A1 (en) 2017-11-17 2018-11-14 Optical system, image capturing apparatus, distance measuring apparatus, and vehicle-mounted system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017221657A JP7086572B2 (ja) 2017-11-17 2017-11-17 光学系、撮像装置、測距装置、車載システム、および移動装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019090996A true JP2019090996A (ja) 2019-06-13
JP2019090996A5 JP2019090996A5 (ja) 2020-12-24
JP7086572B2 JP7086572B2 (ja) 2022-06-20

Family

ID=64316344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017221657A Active JP7086572B2 (ja) 2017-11-17 2017-11-17 光学系、撮像装置、測距装置、車載システム、および移動装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10761406B2 (ja)
EP (1) EP3486704A1 (ja)
JP (1) JP7086572B2 (ja)
CN (1) CN109799514A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110471173A (zh) * 2019-08-05 2019-11-19 同济大学 一种带衍射面的四反中波红外取景器光学系统
CN111443473A (zh) * 2020-05-11 2020-07-24 杭州电子科技大学 一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10969578B2 (en) * 2019-03-11 2021-04-06 Raytheon Company Unobscured five-mirror afocal telescope
CN112327313B (zh) * 2020-01-14 2024-03-29 必虎嘉骁光电技术(重庆)有限公司 一种双筒测距仪
CN114764184B (zh) * 2021-01-15 2023-06-06 清华大学 成像光学系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005003804A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Olympus Corp 偏心光学系、送光装置、受光装置および光学システム
JP2005031449A (ja) * 2003-07-04 2005-02-03 Olympus Corp 偏心光学系、送光装置、受光装置および光学システム
JP2012042949A (ja) * 2010-08-11 2012-03-01 Media Lario Srl 少なくとも一つの非回転対称ミラーを備える３ミラー収差補正システム
JP2017044722A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 キヤノン株式会社 ステレオ撮像光学系および撮像装置
JP2017156714A (ja) * 2016-03-04 2017-09-07 キヤノン株式会社 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3677842B2 (ja) 1995-12-07 2005-08-03 コニカミノルタホールディングス株式会社 広角レンズ
KR100507789B1 (ko) 1999-02-10 2005-08-17 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 촬상용 반사형 고체 광학장치 및 이를 이용한 촬상 장치, 비디오 카메라 장치와 차 적재용 감시장치
JP4908853B2 (ja) 2006-01-18 2012-04-04 オリンパス株式会社 光学系
WO2011077988A1 (ja) 2009-12-23 2011-06-30 コニカミノルタオプト株式会社 撮像光学系
JP2018097189A (ja) 2016-12-14 2018-06-21 キヤノン株式会社 複眼撮像光学系および複眼撮像装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005003804A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Olympus Corp 偏心光学系、送光装置、受光装置および光学システム
JP2005031449A (ja) * 2003-07-04 2005-02-03 Olympus Corp 偏心光学系、送光装置、受光装置および光学システム
JP2012042949A (ja) * 2010-08-11 2012-03-01 Media Lario Srl 少なくとも一つの非回転対称ミラーを備える３ミラー収差補正システム
JP2017044722A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 キヤノン株式会社 ステレオ撮像光学系および撮像装置
JP2017156714A (ja) * 2016-03-04 2017-09-07 キヤノン株式会社 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110471173A (zh) * 2019-08-05 2019-11-19 同济大学 一种带衍射面的四反中波红外取景器光学系统
CN110471173B (zh) * 2019-08-05 2021-05-11 同济大学 一种带衍射面的四反中波红外取景器光学系统
CN111443473A (zh) * 2020-05-11 2020-07-24 杭州电子科技大学 一种用于移动终端的紧凑型离轴反射式摄远光学镜头

Also Published As

Publication number Publication date
US10761406B2 (en) 2020-09-01
CN109799514A (zh) 2019-05-24
EP3486704A1 (en) 2019-05-22
US20200026161A1 (en) 2020-01-23
JP7086572B2 (ja) 2022-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6746328B2 (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
WO2017150486A1 (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP7086572B2 (ja) 光学系、撮像装置、測距装置、車載システム、および移動装置
WO2017150493A1 (ja) 撮像装置及び投影装置
JP7005207B2 (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP2005128286A (ja) 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
JP6661301B2 (ja) ステレオ光学系および撮像装置
JP2019101181A (ja) 撮像装置
JP2019028127A (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP2022114764A (ja) 光学系、撮像装置、車載システムおよび移動装置
US6758570B2 (en) Reflective optical element, reflective optical system, image display system, and finder optical system
JP4527363B2 (ja) 車載カメラ装置
JP2021081663A (ja) 光学系及びそれを備える撮像装置
JP6983584B2 (ja) 撮像装置、それを備える測距装置及び車載カメラシステム
JP2019028128A (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
WO2017150492A1 (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP7379112B2 (ja) 光学系及びそれを備える撮像装置
JP2018189747A (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP2019090995A (ja) 光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステム
JP2021081662A (ja) 光学系及びそれを備える撮像装置
JP2019090987A (ja) 光学系、撮像装置、測距装置、および車載カメラシステム
JP2019045819A (ja) 光学系、それを備える撮像装置及び投影装置
JP2020003736A (ja) 撮像装置、それを備える移動装置及び測距装置
JP2021156917A (ja) 光学系、撮像装置、および車載システム
JP2004354435A (ja) ステレオ撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201110

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210831

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210831

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211028

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220314

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220608

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7086572

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151