JP2022108802A - ステレオ光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な基線長を確保でき、広画角、小型で諸収差が良好に補正されたステレオ光学系を提供する。【解決手段】ステレオ光学系１００は、並列配置された２つの光学系１０１、１０２を有する。２つの光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の前群Ｌ１と、２つの反射面を含む中間群Ｌ２と、後群Ｌ３とを有し、２つの反射面による光路の折り曲げにより前群間の光軸間隔よりも後群間の光軸間隔が狭くなっている。中間群と後群のうち少なくとも一方が正の屈折力を有する。前群、中間群および後群のｄ線に対する焦点距離ｆ１、ｆ２およびｆ３と、光学系の焦点距離ｆは、－４．００≦ｆ１／ｆ≦－２．００および ０．５５≦|ｆ３／ｆ２|≦０．９０なる条件を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、立体視可能な映像（立体映像）の撮像に好適なステレオ光学系および撮像装置に関する。

立体映像を撮像により取得可能な撮像装置として、２つの光学系を互いに視差を持つように配置する撮像装置が用いられている。特許文献１には、２つの光学系（魚眼レンズ）を並列配置し、各魚眼レンズ内に２つの反射部材を配置して光路を折り曲げることで、２つの魚眼レンズ間の基線長を確保しつつ小型化されたステレオ光学系が開示されている。

特開２０２０－８６２９号公報

一般に、魚眼レンズのように広画角の光学系では、開口絞りより物体側に負の屈折力の前群が配置され、開口絞りより像側に正の屈折力の後群が配置される。このような光学構成では開口絞りに対して非対称のレンズ構成となるため、広画角化しつつ、非点収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正することが困難である。

また、特許文献１にて開示されたステレオ光学系では、２つの反射部材と開口絞りを含む中間群から物体側の前群までの距離と中間群から後群までの距離がそれぞれ長くなって光学系が大型化し易い。光学系を小型化するためには、各群の屈折力を強くすることが必要である。しかしながら、単純に各群の屈折力を強くすると、非点収差や像面湾曲等の諸収差を良好に補正しつつ広画角な光学系を得ることが困難である。

本発明は、十分な基線長を確保することができ、広画角かつ小型でありながらも諸収差が良好に補正されたステレオ光学系およびこれを備えた撮像装置を提供する。

本発明の一側面としてのステレオ光学系は、並列配置された２つの光学系を有する。２つの光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の前群と、２つの反射面を含む中間群と、後群とを有する。２つの反射面による光路の折り曲げにより、２つの光学系における前群間の光軸間隔よりも後群間の光軸間隔が狭くなっている。中間群と後群のうち少なくとも一方が正の屈折力を有する。前群、中間群および後群のｄ線に対する焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２およびｆ３とし、光学系の焦点距離をｆとするとき、
－４．００≦ｆ１／ｆ≦－２．００
０．５５≦|ｆ３／ｆ２|≦０．９０
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記ステレオ光学系を備えた撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、十分な基線長を確保することができ、広画角かつ小型でありながらも諸収差が良好に補正されたステレオ光学系を実現することができる。

実施例のステレオ光学系の水平断面図。 実施例のステレオ光学系により形成される光学像を示す図。 実施例１のステレオ光学系を構成する一方の光学系の水平断面図。 実施例１の収差図。 実施例２のステレオ光学系を構成する光学系の水平断面図。 実施例２の収差図。 実施例３のステレオ光学系を構成する光学系の水平断面図。 実施例３の収差図。 各実施例のステレオ光学系を備えた撮像装置の外観図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、図１～図４を用いて、後述する実施例１～３に共通する事項について説明する。各実施例のステレオ光学系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、放送用カメラ、監視用カメラ、銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置に用いられる。

図１は、実施例１のステレオ光学系１００の水平断面を示している。ステレオ光学系１００は、水平方向に並列配置された２つの光学系１０１、１０２を有する。各図において、左側が物体側（前側）、右側が像側（後方）である。光学系１０１、１０２は、後述する反射部材による光の反射方向を除いて同一の構成を有する。以下では、光学系１０１について説明する。

光学系１０１は、２つの反射面Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ有する第１反射部材１０３および第２反射部材１０５を有する。反射面Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ、光線を反射して光路を折り曲げる。第１反射部材１０３と第２反射部材１０５の間には、開放Ｆナンバー（Ｆｎｏ）の光束を決定（制限）する開口絞りＳＰが設けられている。像面ＩＰには、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面または銀塩フィルムのフィルム面が配置される。

図２は、ステレオ光学系１００によって形成される光学像（イメージサークル）を模式的に示している。像面ＩＰ上には、光学系１０１、１０２のそれぞれにより形成された光学像ＩＣ１、ＩＣ２が形成される。像面ＩＰに単一の撮像素子の撮像面が配置されている場合には、互いに視差を有する２つの光学像を該撮像素子により撮像可能である。ただし、２つの光学系１０１、１０２により形成される２つの光学像をそれぞれ別の撮像素子により撮像してもよい。

図３は、光学系Ｌ０（１０１）の水平断面を示している。ＯＡは光学系Ｌ０の光軸（基準光線）を示している。光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に配置された、前群としての第１レンズ群Ｌ１と、中間群としての第２レンズ群Ｌ２と、後群としての第３レンズ群Ｌ３とを有する。第１レンズ群Ｌ１は、全体として負の屈折力を有する。第２レンズ群Ｌ２は、上述した反射面Ｒ１、Ｒ２（第１および第２反射部材１０３、１０５）と、それらの間に配置された開口絞りＳＰおよび正レンズとにより構成されている。第３レンズ群Ｌ３は、全体として正の屈折力を有する。上記反射面Ｒ１、Ｒ２による光路の折り曲げにより、図１に示すように、２つの光学系１０１、１０２の第３レンズ群Ｌ３間（後群間）の光軸間距離が第１レンズ群Ｌ１間（前群間）の光軸間距離よりも狭くなっている。

第３レンズ群Ｌ３と像面ＩＰとの間には、ローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等のガラスブロックＧＢが配置されている。

なお、本実施例では第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３が共に正の屈折力を有するが、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３はこれらのうち少なくとも一方が正の屈折力を有していればよい。

また、各実施例では、第２レンズ群Ｌ２において第１および第２反射部材ＰＲ１、ＰＲ２の間にレンズが配置されているが、第１反射部材ＰＲ１と第２反射部材ＰＲ２の入射面や出射面をレンズに代わる屈折面として形成してもよい。

図４は、実施例１の光学系Ｌ０の無限遠合焦状態での諸収差（球面収差、非点収差、歪曲および色収差）を示している。球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーを示し、実線はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する球面収差を、一点鎖線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差をそれぞれ示している。非点収差図において、実線ΔＳはサジタル像面を、破線ΔＭはメリディオナル像面を示している。歪曲収差はｄ線に対するものを示している。色収差図はｇ線における倍率色収差を示している。ωは光線追跡による半画角（°）である。

各実施例の光学系Ｌ０は、等角（等距離）射影方式を採用している。等角射影方式では、半像高をｙ、半画角をω、焦点距離をｆとするとき、ｙ＝ｆωで定義される。ただし、射影方式として、等立体角射影方式、立体射影方式等、様々な方式を採用してもよい。

以上説明したように、各実施例のステレオ光学系では、第１レンズ群Ｌ１に適切な負の屈折力を与えることで、広画角化と高い光学性能を実現している。

また、第２レンズ群Ｌ２における第１レンズ群側と第３レンズ群側にそれぞれ第１および第２反射部材１０３、１０５を配置することで、全体として小型でありながら大きな基線長を確保することを可能にしている。各実施例のような広角レンズでは、第１レンズ群と第３レンズ群を通過する光線の高さは第２レンズ群を通過する光線の高さよりも高くなる傾向がある。また、反射部材を２つ用いることで、大きな基線長を確保しつつ、ステレオ光学系が形成する２つの光学像を単一の撮像素子上に形成できる小型の構成とすることが可能になる。

さらに、第３レンズ群Ｌ３に適切な屈折力を与えることで、第１レンズ群Ｌ１で発生した主として軸外に関する収差を良好に補正することを可能としている。また、第２レンズ群Ｌ２で補正しきれなかった主として軸上に関する収差を第３レンズ群Ｌ３で補正することを可能としている。

以下、上述した光学構成において、十分な基線長を確保することができ、広画角かつ小型でありながらも諸収差を良好に補正するために満足すべき具体的な条件について説明する。

まず第１、２および３レンズ群Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３とし、光学系Ｌ０（全系）の焦点距離をｆとするとき、以下の条件式（１）、（２）を満足する必要がある。

－４．００≦ｆ１／ｆ≦－２．００ （１）
０．５５≦|ｆ３／ｆ２|≦０．９０ （２）
条件式（１）は、広画角化、小型化および高い光学性能を実現するための条件を示している。ｆ１／ｆが条件式（１）の下限値を下回るように全系の焦点距離に対して第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長くなりすぎると、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が弱くなりすぎて広画角かつ全系を小型にすることが困難になるため、好ましくない。また、ｆ１／ｆが条件式（１）の上限値を超えるように全系の焦点距離に対して第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が短くなりすぎると、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力が強くなりすぎて像面湾曲や非点収差等の諸収差を補正することが困難になるため、好ましくない。

条件式（２）は、高い光学性能を実現するための条件を示している。|ｆ３／ｆ２|が条件式（２）の下限値を下回るように第２レンズ群Ｌ２の焦点距離に対して第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短くなりすぎると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなりすぎて像面湾曲や非点収差等の軸外収差が大きく発生する。この結果、高い光学性能を得ることが困難になるため、好ましくない。また、|ｆ３／ｆ２|が条件式（２）の上限値を超えるように第２レンズ群Ｌ２の焦点距離に対する第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長くなりすぎると、第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱くなりすぎる。この結果、第２レンズ群Ｌ３で補正しきれなかった球面収差やコマ収差等の軸上近辺の収差を補正して高い光学性能を得ることが困難になるため、好ましくない。

条件式（１）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
－３．８０≦ｆ１／ｆ≦－２．１０ （１ａ）
また、条件式（１）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
－３．５０≦ｆ１／ｆ≦－２．２０ （１ｂ）
条件式（２）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。

０．６０≦|ｆ３／ｆ２|≦０．８８ （２ａ）
また、条件式（２）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。

０．６５≦|ｆ３／ｆ２|≦０．８６ （２ｂ）
各実施例において、以下の条件を満足することが望ましい。

第２レンズ群Ｌ２において、第１反射部材１０３の反射面Ｒ１と第２反射部材１０５の反射面Ｒ２の間に設けられるレンズの屈折力は正とすることが望ましい。すなわち、第２レンズ群Ｌ２は正の屈折力を有することが望ましい。これにより、第１レンズ群Ｌ１のうち負レンズ群で発散させた光束を収斂させることができ、全系の小型化が容易になる。

また、第１レンズ群Ｌ１を構成するすべてのレンズのｄ線に対する屈折率をＮｄＢ１とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。

１．７０≦ＮｄＢ１≦２．２ （３）
条件式（３）は、諸収差を良好に補正して高い光学性能を得ることを容易にするための条件を示している。ＮｄＢ１が条件式（３）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｌ１のすべてのレンズのｄ線に対する屈折率が低くなりすぎて、球面収差や像面湾曲等の諸収差を補正することが困難になるため、好ましくない。また、ＮｄＢ１が条件式（３）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１のすべてのレンズのｄ線に対する屈折率が高くなりすぎて、各レンズを形成する硝材を製造することが困難になるため、好ましくない。しかも、全系における球面収差や像面湾曲等の緒収差の補正バランスが崩れるため、好ましくない。

条件式（３）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。

１．７５≦ＮｄＢ１≦２．２ （３ａ）
また、条件式（３）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
１．８０≦ＮｄＢ１≦２．２ （３ｂ）
また、第３レンズ群Ｌ２を構成するレンズのうち少なくとも１つのｄ線に対する屈折率をＮｄＢ３とするとき、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
１．７０≦ＮｄＢ３≦２．２０ （４）
条件式（４）は、諸収差を良好に補正して高い光学性能を得ることを容易にするための条件を示す。ＮｄＢ３が条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｌを構成する少なくとも１つのレンズのｄ線に対する屈折率が低くなりすぎて、非点収差や像面湾曲等の諸収差を補正することが困難になるため、好ましくない。また、ＮｄＢ３が条件式（４）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３を構成する少なくとも１つのレンズのｄ線に対する屈折率が高くなりすぎて、該レンズを構成する硝材を製造することが困難になるため、好ましくない。

条件式（４）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
１．７２≦ＮｄＢ３≦２．２ （４ａ）
また、条件式（４）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
１．７５≦ＮｄＢ３≦２．２ （４ｂ）
また、第２レンズ群Ｌ２において、開口絞りＳＰは２つの反射面Ｒ１、Ｒ２の間に配置することが望ましい。これにより、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の有効径がバランスよく小径化されて、全系を小型化することができる。

また、第１レンズ群Ｌ１における最も像側のレンズ面から開口絞りＳＰまでの光軸上の距離をＤ１ｓとし、光学系Ｌ０における最も物体側のレンズ面（第１面）から光学系Ｌ０における最も像側のレンズ面（最終面）までの光軸上の距離をＤ１ｋとする。このとき、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。

０．２０≦Ｄ１ｓ／Ｄ１ｋ≦０．３５ （５）
条件式（５）は、光学系全体を小型化しつつ大きな基線長を確保することを容易にするための条件を示す。Ｄ１ｓ／Ｄ１ｋが条件式（５）の下限値を下回ると、光学系の第１面から最終面までの光軸上の距離に対して、第１レンズ群におる最も像側のレンズ面から開口絞りステップＳＰまでの光軸上の距離が小さくなりすぎる。この結果、第１反射部材１０３を配置して十分な基線長を確保することが困難になるため、好ましくない。また、Ｄ１ｓ／Ｄ１ｋが条件式（５）の上限値を超えると、光学系の第１面から最終面までの光軸上の距離に対して、第１レンズ群Ｌ１における最も像側のレンズ面から開口絞りＳＰまでの光軸上の距離が大きくなりすぎる。この結果、全系を小型化することが困難になるため、好ましくない。

条件式（５）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
０．２３≦Ｄ１ｓ／Ｄ１ｋ≦０．３２ （５ａ）
また、条件式（５）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
０．２７≦Ｄ１ｓ／Ｄ１ｋ≦０．３０ （５ｂ）
また、開口絞りＳＰから第３レンズ群Ｌ３における最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＤｓ３とし、光学系Ｌ０における第１面から最終面までの光軸上の距離をＤ１ｋとする。このとき、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。

０．１０≦Ｄｓ３／Ｄ１ｋ≦０．３５ （６）
条件式（６）は、全系を小型化しながら大きな基線長を確保することを容易にするための条件を示す。Ｄｓ３／Ｄ１ｋが条件式（６）の下限値を下回ると、光学系の第１面から最終面までの光軸上の距離に対して、開口絞りＳＰから第３レンズ群Ｌ３における最も物体側のレンズ面までの光軸上記の距離が小さくなりすぎる。この結果、第２反射部材１０５を配置して十分な基線長を確保することが困難になるため、好ましくない。Ｄｓ３／Ｄ１ｋが条件式（６）の上限値を超えると、光学系の第１面から最終面までの光軸上の距離に対して、開口絞りＳＰから第３レンズ群Ｌ３における最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離が大きくなりすぎる。この結果、全系を小型化することが困難になるため、好ましくない。

条件式（６）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
０．１５≦Ｄｓ３／Ｄ１ｋ≦０．３０ （６ａ）
また、条件式（６）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
０．１８≦Ｄｓ３／Ｄ１ｋ≦０．２８ （６ｂ）
また、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離ｆ１と第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３は、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。

－０．６０≦ｆ１／ｆ３≦－０．３５ （７）
条件式（７）は、全系を小型化しつつ高い光学性能を得ることを容易にするための条件を示す。ｆ１／ｆ３が条件式（７）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離に対して第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が長くなりすぎた、全系の小型化が困難になるため、好ましくない。ｆ１／ｆ３が条件式（７）の上限値を超えると、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離に対して第１レンズ群Ｌ１の焦点距離が短くなりすぎる。この結果、第１レンズ群Ｌ１で発生する像面湾曲や歪曲等の諸収差が大きくなり、高い光学性能を得ることが困難になるため、好ましくない。

条件式（７）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
－０．５６≦ｆ１／ｆ３≦－０．３８ （７ａ）
また、条件式（７）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
－０．５２≦ｆ１／ｆ３≦－０．４０ （７ｂ）
また、光線追跡による半画角ωは、以下の条件式（８）を満足することが望ましい。

９２．５°≦ω≦１２０．０° （８）
条件式（８）は画角に関する条件を示す。ωが条件式（８）の下限値を下回ると、画角が１８５°を超える広画角を達成することが困難になるため、好ましくない。また、ωが条件式（８）の上限値を超えると、第１レンズ群Ｌ１が大径化しすぎるため、好ましくない。

条件式（８）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
９４．０°≦ω≦１１５．０° （８ａ）
また、条件式（８）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
９４．５°≦ω≦１１０．０° （８ｂ）
また、２つの光学系１０１、１０２の最も物体側のレンズ面の面頂点間隔、言い換えれば２つの光学系１０１、１０２における第１レンズ群Ｌ１の光軸間の間隔（前群間の光軸間隔）である基線長をＤｉｎとする。また、２つの光学系１０１、１０２の最も像側のレンズ面の面頂点間隔、言い換えれば２つの光学系１０１、１０２における第３レンズ群Ｌ３間（後群間）の光軸間隔をＤｏｕｔとする。このとき、以下の条件式（９）を満足することが望ましい。
０．０５≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．５０ （９）
条件式（９）は、ステレオ光学系を小型化しつつ大きな基線長を得ることを容易にするための条件を示す。Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが条件式（９）の下限値を下回ると、最も像側のレンズ面の面頂点間隔に対して最も物体側のレンズ面の面頂点間隔が大きくなりすぎて、ステレオ光学系が大型化するため、好ましくない。また、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが条件式（９）の上限値を超えると、最も像側のレンズ面の面頂点間隔に対して最も物体側のレンズ面の面頂点間隔が小さくなりすぎた、大きな基線長を得ることが困難になるため、好ましくない。

条件式（９）の数値範囲を下記のようにするとより好ましい。
０．２０≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．４０ （９ａ）
また、条件式（９）の数値範囲を下記のようにするとさらに好ましい。
０．２４≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．３５ （９ｂ）
以下、各実施例のステレオ光学系について、具体的な数値例とともに説明する。

図３に示す実施例１（数値例１）のステレオ光学系において、光学系Ｌ０は、焦点距離ｆが４．７７ｍｍ、ＦナンバーＦｎｏが２．８、半画角ωが１０５．０°の魚眼レンズである。光学系Ｌ０は、物体側から像側に順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２および正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３により構成されている。

第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、像側に凸形状の負メニスカスレンズ、像側に凸形状の正メニスカスレンズおよび像側に凸形状の正メニスカス非球面レンズより構成されている。この構成により、広画角化しつつ像面湾曲等の諸収差を良好に補正することができる。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側へ順に、第１レンズ群Ｌ１側に配置された反射面Ｒ１、開口絞りＳＰ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズおよび第３レンズ群Ｌ３側に配置された反射面Ｒ２により構成されている。この構成により、小型でありながらも大きな基線長を確保することができる。また、反射面Ｒ１、Ｒ２の間に開口絞りＳＰを配置することで、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の有効径をバランスよく小径化することができ、全系を小型化することができる。さらに反射面Ｒ１、Ｒ２の間に接合レンズを配置することで、球面収差や軸上色収差等の諸収差を良好に補正して高い光学性能を得ることができる。

第３レンズ群Ｌ３は、物体側から像側へ順に、両凸形状の正の非球面レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズおよび両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズにより構成されている。この構成により、倍率色収差や像面湾曲等の軸外収差を良好に補正して高い光学性能を得ることができる。

フォーカシングに際しては光学系Ｌ０の全体が移動する。これにより、フォーカシングに伴う収差変動を小さく抑えることができる。ただし、フォーカシングに際して光学系Ｌ０の一部のみを移動させてもよい。これらのことは、後述する他の実施例でも同じである。

実施例１において、最も像側のレンズ面の面頂点間隔Ｄｏｕｔは１８．５ｍｍである。この設定により、一般的なフルサイズ（横３６ｍｍ×縦２４ｍｍ）の単一の撮像素子によりステレオ光学系により形成される２つの光学像を撮像することができる。このとき、最も物体側のレンズ面の面頂点間隔（基線長）Ｄｉｎは、人間の平均的な目幅に近い６５ｍｍとなる。

図５に示す実施例２（数値例２）のステレオ光学系において、光学系Ｌ０は、焦点距離ｆが４．９９ｍｍ、ＦナンバーＦｎｏが２．８、半画角ωが１００．０°の魚眼レンズである。光学系Ｌ０は、物体側から像側に順に配置された、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２および正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３により構成されている。図６は、本実施例の光学系Ｌ０の無限遠合焦状態での諸収差を示している。

第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側に順に配置された、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、像側に凸形状の負メニスカスレンズ、像側に凸形状の正メニスカスレンズおよび像側に凸形状の正メニスカス非球面レンズにより構成されている。この構成により、広画角化と像面湾曲等の諸収差を補正することができる。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側に順に配置された、反射面Ｒ１、開口絞りＳＰ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズおよび反射面Ｒ２により構成されている。この構成により、小型でありながら、大きな基線長を確保することができる。しかも、反射面Ｒ１、Ｒ２の間に開口絞りＳＰを配置することで、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の有効径をバランスよく小径化することができ、全体として小型の光学系を得られる。さらに、反射面Ｒ１、Ｒ２の間に接合レンズを配置することで、球面収差や軸上色収差等の諸収差を良好に補正して高い光学性能を得ることができる。

第３レンズ群Ｌ３は、物体側から像側に順に、両凸形状の正の非球面レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズおよび両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズにより構成されている。この構成により、倍率色収差や像面湾曲等の軸外収差を良好に補正して高い光学性能を得ることができる。

実施例２において、最も像側のレンズ面の面頂点間隔Ｄｏｕｔは１８．５ｍｍである。この設定により、一般的なフルサイズ（横３６ｍｍ×縦２４ｍｍ）の単一の撮像素子によりステレオ光学系により形成される２つの光学像を撮像することができる。このとき、最も物体側のレンズ面の面頂点間隔（基線長）Ｄｉｎは、人間の平均的な目幅に近い６３ｍｍとなる。

図７に示す実施例３（数値例３）のステレオ光学系において、光学系Ｌ０は、焦点距離ｆが５．１１ｍｍ、ＦナンバーＦｎｏが２．９１、半画角ωが９５．２°の魚眼レンズである。光学系Ｌ０は、負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２および正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３により構成されている。図８は、本実施例の光学系Ｌ０の無限遠合焦状態での諸収差を示している。

第１レンズ群Ｌ１は、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、両凹形状の負レンズおよび像側に凸形状の正メニスカスレンズより構成されている。この構成により、広画角化と像面湾曲等の諸収差の補正とを容易にしている。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側から像側に順に配置された、反射面Ｒ１、開口絞りＳＰ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズおよび反射面Ｒ２により構成されている。この構成により、小型でありながらも大きな基線長を確保することかできる。また、反射面Ｒ１、２の間に開口絞りＳＰを配置することで、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の有効径をバランスよく小径化することができ、全系が小型であるステレオ光学系を得ることができる。さらに、反射面Ｒ１、Ｒ２の間に接合レンズを配置することで、球面収差や軸上色収差等の諸収差の補正を容易にして、高い光学性能を得ることができる。

第３レンズ群Ｌ３は、物体側から像側へ順に配置された、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズおよび両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズとにより構成されている。この構成により、倍率色収差や像面湾曲等の軸外収差を良好に補正して、容易に高い光学性能を得ることができる。

実施例３において、最も像側のレンズ面の面頂点間隔Ｄｏｕｔは１８．５ｍｍである。この設定により、一般的なフルサイズ（横３６ｍｍ×縦２４ｍｍ）の単一の撮像素子によりステレオ光学系により形成される２つの光学像を撮像することができる。このとき、最も物体側のレンズ面の面頂点間隔（基線長）Ｄｉｎは、人間の平均的な目幅に近い６０ｍｍとなる。

以下、数値例１～３の具体的な数値データを示す。各数値例において、ｉは物体側から数えた面または光学部材の順番を示し、ｒはｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔を示す。また、ｎｄは第ｉ面と第ｉ＋１面間の光学材料のｄ線における屈折率であり、νｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面間の光学材料のｄ線を基準としたアッベ数である。

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

数値データには、第ｉ面の有効径（mm）も示している。ＢＦはバックフォーカス（mm）を表す。バックフォーカスは、光学系の最終面（最も像側のレンズ面）から近軸像面までの光軸上の距離を空気換算長により表記したものとする。レンズ全長は、光学系の最前面（最も物体側のレンズ面）から最終面までの光軸上の距離にバックフォーカスを加えた長さである。

面番号に付された「＊」は、その面が非球面であることを意味する。非球面の形状は、光軸方向をｘ軸、光軸に直交する方向をｈ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４，Ａ６，Ａ８を非球面係数とするとき、以下の式で表される。円錐定数および非球面係数の「ｅ－Ｚ」は×１０^-Ｚを意味する。

ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋Ａ４・ｈ^４＋Ａ６・ｈ^６＋Ａ８・ｈ^８
実施例（数値例）１～３における条件式（１）～（１０）の値を表１にまとめて示す。
［数値例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θ(°) 有効径
1 39.599 2.10 1.90043 37.4 46.27
2 13.205 9.00 25.68
3 31.760 1.00 1.95375 32.3 22.82
4 11.388 8.97 17.88
5 -12.544 0.95 1.81600 46.6 16.60
6 -37.460 1.71 17.84
7 -17.391 2.68 1.84666 23.8 17.94
8 -14.160 0.20 19.02
9* -21.888 2.35 1.88202 37.2 18.88
10 -15.223 7.85 19.46
11 ∞ 6.90 1.51633 64.1 12.71
12(反射面) ∞ -6.90 45.0 17.60
13 ∞ -5.00 8.78
14(絞り) ∞ -1.25 9.43
15 -38.102 -0.45 1.90043 37.4 9.63
16 -14.825 -3.35 1.53172 48.8 9.58
17 19.760 -0.20 9.77
18 ∞ -6.10 1.51633 64.1 9.67
19(反射面) ∞ 6.10 -45.0 15.55
20 ∞ 2.00 11.20
21 63.009 1.34 1.76450 49.1 12.41
22* -2089.595 0.20 12.63
23 21.844 4.06 1.43875 94.7 13.12
24 -21.621 0.20 13.30
25 274.552 0.85 1.83481 42.7 13.10
26 12.043 5.35 1.49700 81.5 12.82
27 -20.286 0.20 13.20
28 -31.128 0.75 1.90043 37.4 13.13
29 15.449 6.49 1.49700 81.5 13.58
30 -14.954 10.50 15.00
31(GB) ∞ 1.00 1.51633 64.1
32 ∞ 0.50
像面 ∞

非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.49519e-005 A 6=-2.75892e-008 A 8=-1.71304e-010

第22面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.30985e-005 A 6= 1.27585e-007 A 8=-1.47051e-009

各種データ

焦点距離 4.77
Ｆナンバー 2.80
半画角(°) 105.0
像高 8.75
レンズ全長 106.16
BF 11.66

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 -13.91 28.96 1.11 -39.88
L2 11 38.88 -10.25 17.67 -8.37
L3 21 33.03 19.44 6.30 -9.59

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -22.87
2 3 -19.07
3 5 -23.51
4 7 65.25
5 9 48.66
6 15 -27.20
7 16 16.48
8 21 80.03
9 23 25.49
10 25 -15.11
11 26 16.09
12 28 -11.38
13 29 16.46

[数値例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θ(°) 有効径
1 40.416 2.20 1.88100 40.1 43.90
2 12.438 9.53 24.16
3 62.468 1.05 1.95375 32.3 21.83
4 13.847 8.19 18.04
5 -12.415 1.00 1.81600 46.6 17.18
6 -21.150 1.23 18.43
7 -15.573 2.82 1.85478 24.8 18.49
8 -15.046 0.20 20.02
9* -24.848 2.60 1.88202 37.2 20.00
10 -15.967 10.87 20.59
11 ∞ 6.50 1.51633 64.1 12.00
12(反射面) ∞ -6.50 45.0 16.64
13 ∞ -3.93 9.01
14(絞り) ∞ -1.26 9.47
15 -61.434 -0.47 1.90043 37.4 9.64
16 -15.285 -3.39 1.56732 42.8 9.62
17 20.271 -0.20 9.88
18 ∞ -6.50 1.51633 64.1 9.81
19(反射面) ∞ 6.50 -45.0 6.67
20 ∞ 1.82 12.00
21 69.157 1.40 1.76450 49.1 13.14
22* -525.804 0.20 13.37
23 17.194 4.57 1.43875 94.7 14.06
24 -23.678 0.20 14.05
25 121.658 0.89 1.83481 42.7 13.63
26 10.245 5.48 1.53775 74.7 12.99
27 -28.806 0.20 13.13
28 -32.828 0.79 1.90043 37.4 13.08
29 12.667 6.83 1.53775 74.7 13.45
30 -16.339 10.50 14.91
31 ∞ 1.00 1.51633 64.1
32 ∞ 0.50
像面 ∞

非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.20088e-005 A 6=-2.13895e-008 A 8=-1.55620e-010

第22面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.46058e-005 A 6= 6.99324e-008 A 8= 7.64111e-011

各種データ

焦点距離 4.99
Ｆナンバー 2.80
半画角(°) 100.0
像高 8.75
レンズ全長 108.98
BF 11.66

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 -15.98 28.82 -0.55 -44.19
L2 11 47.05 -9.25 16.70 -8.23
L3 21 32.06 20.56 4.87 -11.73

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -21.17
2 3 -18.85
3 5 -38.83
4 7 150.00
5 9 44.53
6 15 -22.71
7 16 15.91
8 21 80.03
9 23 23.50
10 25 -13.45
11 26 14.78
12 28 -10.07
13 29 14.46

［数値例３］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd θ(°) 有効径
1 37.835 1.90 1.85150 40.8 37.77
2 10.876 5.96 21.04
3 17.413 1.05 2.00100 29.1 19.44
4 10.527 7.09 16.28
5 -14.039 0.85 1.83481 42.7 15.27
6 94.650 1.60 15.83
7 -122.590 3.83 1.90366 31.3 16.29
8 -15.687 6.90 16.79
9 ∞ 6.70 1.51633 64.1 10.75
10(反射面) ∞ -6.70 45.0 14.22
11 ∞ -2.05 7.75
12(絞り) ∞ -1.67 8.06
13 -31.669 -0.50 1.91082 35.3 8.36
14 -11.896 -2.98 1.54072 47.2 8.31
15 19.425 -0.15 8.53
16 ∞ -6.70 1.51633 64.1 8.49
17(反射面) ∞ 6.70 -45.0 17.01
18 ∞ 2.07 12.30
19 39.406 2.06 1.80809 22.8 13.94
20 -89.544 0.15 14.12
21 18.103 4.36 1.43700 95.1 14.41
22 -25.920 0.30 14.11
23 -146.187 0.75 2.00069 25.5 13.54
24 9.713 6.79 1.49700 81.6 12.88
25 -22.914 12.00 14.03
26 ∞ 1.00 1.51633 64.1
27 ∞ 0.50
像面 ∞

各種データ

焦点距離 5.14
Ｆナンバー 2.91
半画角(°) 95.2
像高 8.55
レンズ全長 92.98
BF 13.16

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 -11.83 22.29 1.57 -23.85
L2 9 39.02 -7.35 14.64 -9.12
L3 19 27.96 14.41 1.44 -9.13

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -18.53
2 3 -28.79
3 5 -14.59
4 7 19.57
5 13 -21.17
6 14 14.12
7 19 34.11
8 21 25.15
9 23 -9.08
10 24 14.74

図９は、上記各実施例のステレオ光学系を撮像光学系として用いた撮像装置としてのデジタルスチルカメラを示している。２０はカメラ本体、２１は実施例１～５のいずれかのステレオ光学系によって構成された撮像光学系である。２２はカメラ本体２０に内蔵され、撮像光学系２１により形成された光学像（被写体像）を撮像するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子である。２３は撮像素子２２からの撮像信号を処理することで生成された画像データを記録する記録部であり、２４は画像データを表示する背面ディスプレイである。

各実施例のステレオ光学系を用いることで、小型で立体視が可能で、高い光学性能を有するカメラを得ることができる。

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

１００ ステレオ光学系
１０１、１０２ 光学系
Ｒ１，Ｒ２ 反射面
ＩＰ 像面
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群

Claims (14)

1. 並列配置された２つの光学系を有するステレオ光学系であって、
   前記２つの光学系はそれぞれ、物体側から像側へ順に配置された、負の屈折力の前群と、２つの反射面を含む中間群と、後群とを有し、
   前記２つの反射面による光路の折り曲げにより、前記２つの光学系における前記前群間の光軸間隔よりも前記後群間の光軸間隔が狭くなっており、
   前記中間群と前記後群のうち少なくとも一方が正の屈折力を有し、
   前記前群、前記中間群および前記後群のｄ線に対する焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２およびｆ３とし、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
   －４．００≦ｆ１／ｆ≦－２．００
   ０．５５≦|ｆ３／ｆ２|≦０．９０
   なる条件を満足することを特徴とするステレオ光学系。
2. 前記中間群と前記後群が共に正の屈折力を有することを特徴とする請求項１に記載のステレオ光学系。
3. 前記中間群における前記２つの反射面の間にレンズが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のステレオ光学系。
4. 前記中間群における前記２つの反射面の間に開口絞りが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のステレオ光学系。
5. 前記前群を構成するすべてのレンズのｄ線に対する屈折率をＮｄＢ１とするとき、
   １．７０≦ＮｄＢ１≦２．２０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のステレオ光学系。
6. 前記後群を構成するレンズのうち少なくとも１つのｄ線に対する屈折率をＮｄＢ３とするとき、
   １．７０≦ＮｄＢ３≦２．２０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のステレオ光学系。
7. 前記前群における最も像側のレンズ面から前記開口絞りまでの光軸上の距離をＤ１ｓ、前記光学系における最も物体側のレンズ面から前記光学系の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤ１ｋとするとき、
   ０．２０≦Ｄ１ｓ／Ｄ１ｋ≦０．３５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項６に記載のステレオ光学系。
8. 前記開口絞りから前記後群における最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＤｓ３、前記光学系における最も物体側のレンズ面から前記光学系の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＤ１ｋとするとき、
   ０．１０≦Ｄｓ３／Ｄ１ｋ≦０．３５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項６または７に記載のステレオ光学系。
9. 前記後群が正の屈折力を有し、
   －０．６０≦ｆ１／ｆ３≦－０．３５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のステレオ光学系。
10. ｄ線における半画角をωとするとき、
    ９２．５°≦ω≦１２０．０°
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のステレオ光学系。
11. 前記２つの光学系における前記前群間の光軸間隔をＤｉｎとし、前記後群間の光軸間隔をＤｏｕｔとするとき、
    ０．０５≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．５０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のステレオ光学系。
12. 前記中間群の最も物体側と最も像側には、反射面を有する反射部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステレオ光学系。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のステレオ光学系と、
    前記２つの光学系により形成される光学像を撮像する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
14. 前記２つの光学系は、単一の撮像素子上に前記光学像を形成することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。

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