JP4544939B2 - パノラマアタッチメント光学系 - Google Patents

Description

本発明は、パノラマアタッチメント光学系に関し、特に、３６０°の画角を有する全周カメラ又は全周プロジェクターに適したパノラマアタッチメント光学系に関するものである。

従来、撮像光学系と凸面鏡、回転楕円鏡、回転放物面鏡との組み合わせにより３６０°全方位（全周）の画像を得る光学系は特許文献１〜７等において提案されていた。また、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。
特開平１１−３３１６５４号公報 特開２００２−１６２５６７号公報 特開２００２−１９６４３８号公報 特開２００３−１６７１９５号公報 特許第２９２５５７３号公報 特開平１１−１８３６３７号公報 特開２００２−２３３４９４号公報

しかし、上記従来例何れのものも、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、光学系を天頂に向けて全周の撮像を行う場合、天頂方向からの有害なフレアー光が多く画像が悪化してしまう問題がある。さらに、物体側から順に正負のパワーを反射面に与えているので、全体として焦点距離が全長に対して長くなるテレフォトタイプになり、全長を短くできず、結果的に反射光学系が大型してしまう問題がある。

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）の画像を撮像したり、３６０°全方位（全周）に画像を投影するための小型でフレアー光が少なく解像力の良いパノラマアタッチメント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パノラマアタッチメント光学系は、正パワーを有する結像レンズの入射側又は正パワーを有する投影レンズの射出側に装着して３６０°全方位の画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位に投影するパノラマアタッチメント光学系であって、
中心軸の周りで回転対称な透明媒体からなり、少なくとも２面の内面反射面と少なくとも２面の屈折面を持ち、結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学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、結像レンズ又は投影レンズ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、及び、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少なくとも１回結像される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、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面、あるいは、多項式で表現した場合に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面とすることができる。

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何れへもの入射角が４５°以下であることが望ましい。

また、結像レンズ又は投影レンズと瞳を形成する開口が中心軸と同軸に配置されることが望ましい。

また、瞳を形成する開口の像である入射瞳位置とその開口の間の光路長をＡ、入射面と入射瞳位置の間の光路長をＢとするとき、
５＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（１）
を満足することが望ましい。

また、像面において、中心軸と含む面の方向をＹ方向、その面に直交する方向をＸ方向とし、パノラマアタッチメント光学系全系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離をそれぞれＦｘ、Ｆｙとするとき、
０．２＜Ｆｘ／Ｆｙ＜２．０ ・・・（２）
を満足することが望ましい。

以上の本発明によると、小型でフレアー光が少なく解像力の良い３６０°全方位（全周）の画像を得たり、３６０°全方位に画像を投影するためのパノラマアタッチメント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パノラマアタッチメント光学系について説明する。

図１は、後記する実施例１のパノラマアタッチメント光学系を結像レンズ（理想レンズ）の入射側に装着した状態で中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図であり、図２はパノラマアタッチメント光学系内の光路を示す平面図である。この図１、図２を用いて本発明のパノラマアタッチメント光学系を説明する。

本発明のパノラマアタッチメント光学系１０は、結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像を像面３０に結像させて撮像するためのものであり、このパノラマアタッチメント光学系１０は、中心軸１の周りで回転対称な透明媒体からなり、２面の内面反射面１２、１３と２面の屈折面１１、１４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を経てパノラマアタッチメント光学系１０の透明媒体内に入り、内面反射面１２、１３で順に反射されて射出面の屈折面１４を経てパノラマアタッチメント光学系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。パノラマアタッチメント光学系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、１４、内面反射面１２、１３も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。

そして、本発明のパノラマアタッチメント光学系１０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）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４Ｙ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 にを含む平面内（図２）でも少なくとも１回結像（図２の場合は、透明媒体内の位置４Ｘ近傍に１回結像）する構成となっている。このように、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌがパノラマアタッチメント光学系１０内で少なくとも１回結像するため、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）も、パノラマアタッチメント光学系１０内あるいはその近傍に結像されることになり（図１の場合は、透明媒体内の位置５近傍に結像されている。）、透明媒体内の光束径が絞られるため、パノラマアタッチメント光学系１０の有効径自体を小さくすることが可能となる。

さらに、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）を、パノラマアタッチメント光学系１０の入射面１１近傍に結像することが可能となり、パノラマアタッチメント光学系１０に主として回転対称軸１に沿った上方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。

そして、本発明のパノラマアタッチメント光学系１０における内面反射面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。

なお、内面反射面１２、１３では偏心収差が発生しやいので、各内面反射面１２、１３への入射角は４５°以下となるようにするのが好ましい。

以下に、本発明のパノラマアタッチメント光学系の実施例１〜３を説明する。これらパノラマアタッチメント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パノラマアタッチメント光学系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。

そして、順光線追跡において、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、次の定義式（ａ）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 ・・・（ａ）
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。

そして、本発明のパノラマアタッチメント光学系１０においては、内面反射面１２、１３の少なくとも１面は、このようなＹ回転自由曲面であって、多項式で表現した場合に、少なくとも奇数次項を持ち対称面を持たない任意形状の線分を中心軸１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ものとしている。少なくとも１面の内面反射面にこのような面形状を持たせることにより、反射光学系においては避けられない偏心収差を補正して解像力の良いパノラマアタッチメント光学系を提供することができると共に、その光学系の小型化が可能になる。

実施例１のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図１に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図２に示す。

この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が中心から離れる方向に向き、地平線が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、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる２面の内面反射面１２、１３と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、球面からなる射出面（屈折面）１４とからなる透明媒体からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０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を経てパノラマアタッチメント光学系１０の透明媒体内に入り、中心軸１を横切って入射面１１と反対側の内面反射面１２で反射されて、入射面１１と同じ側の内面反射面１３で再度反射され、射出面の屈折面１３を経てパノラマアタッチメント光学系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。

この実施例においては、第２反射面１３を第１反射面１２と中心軸１を挟んで反対側に配置することにより、同じ大きさの場合光路全体が長くとれ、収差補正上好ましい。また、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５が位置しているため、第１面１１の有効径を小さくすることが可能となり、フレアー光の原因となる不要光の光学系内への入射を最小限にすることが可能となる。さらに、第１反射面１２への光線の入射角が小さくすることが可能となり、この面で発生する偏心収差を最小にすることが可能となる。

また、この実施例においては、入射面１１と２つの内面反射面１２、１３にＹ回転自由曲面を用いて偏心収差を補正している。

この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０において、透明媒体の天頂側の第２反射面１３とその間の非光学面に遮光吸収膜８を施すことにより、回転対称軸１に沿った天頂側から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を遮光することが可能となり、フレアーのより少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。

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 ±２０°
入射瞳径 ０．５７ｍｍ
像の大きさ φ３．１８〜φ５．３４ｍｍ
である。

実施例２のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図３に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図４に示す。

この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が画像の中心方向に向き、地平線が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、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる２面の内面反射面１２、１３と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、球面からなる射出面（屈折面）１４とからなる透明媒体からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０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を経てパノラマアタッチメント光学系１０の透明媒体内に入り、中心軸１を横切って入射面１１と反対側の内面反射面１２で上方へ反射されて、内面反射面１２と同じ側の内面反射面１３で再度反射され、射出面の屈折面１３を経てパノラマアタッチメント光学系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。

この実施例においては、第２反射面１３を透過面である入射面１１と中心軸１を挟んで反対側（第１反射面１２と同一側）に配置することにより、全体の光路長は短くなるが、第１反射面１２と第２反射面１３での光線の反射角を略同一に、しかも４５°以下にすることが可能となり、特に偏心収差の発生を少なくすることが可能となる。

また、この実施例においては、入射面１１と２つの内面反射面１２、１３にＹ回転自由曲面を用いて偏心収差を補正している。

この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０において、透明媒体の天頂側の第２反射面１３に遮光吸収膜８を施すことにより、回転対称軸１に沿った天頂側から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を遮光することが可能となり、フレアーのより少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。

また、この実施例においては、２つの内面反射面１２、１３のＹ方向のパワーを何れも正にすることにより、焦点距離を短くして高画角化が可能になる。また、同じ画角でも、像高を大きくとることが可能になったり、結像レンズ２０に対してパノラマアタッチメント光学系１０の主点を寄せることができ、光学系を小型化することができ、同時に、Ｙ方向の瞳のリレーが容易になり、高性能を出しやすくなる。

なお、Ｘ方向のパワーはＹ軸に対して回転対称なので、面の配置位置で決まってしまい、自由度が少ない。そのため、Ｙ方向のパワー配置がさらに重要になってくる。

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 ±２０°
入射瞳径 ０．５８ｍｍ
像の大きさ φ２．１４〜φ６．０２ｍｍ
である。

実施例３のパノラマアタッチメント光学系１０を結像レンズ（理想レンズ）２０の入射側に装着した状態で回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図５に、パノラマアタッチメント光学系１０内の光路を示す平面図を図６に示す。

この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０は実施例２に類似したものであり、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、天頂方向が画像の中心方向に向き、地平線が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、中心軸１の周りで回転対称で、Ｙ回転自由曲面からなる２面の内面反射面１２、１３と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、球面からなる射出面（屈折面）１４とからなる透明媒体からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、パノラマアタッチメント光学系１０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を経てパノラマアタッチメント光学系１０の透明媒体内に入り、中心軸１を横切って入射面１１と反対側の内面反射面１２で上方へ反射されて、内面反射面１２と同じ側の内面反射面１３で再度反射され、射出面の屈折面１３を経てパノラマアタッチメント光学系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。

この実施例においては、第２反射面１３を透過面である入射面１１と中心軸１を挟んで反対側（第１反射面１２と同一側）に配置することにより、全体の光路長は短くなるが、第１反射面１２と第２反射面１３での光線の反射角を略同一に、しかも４５°以下にすることが可能となり、特に偏心収差の発生を少なくすることが可能となる。さらに、第１面である透過面１１が第１反射面１２及び第２反射面１３より像面３０側に配置されるため、光学系の中心軸１方向の高さを低く抑えることが可能となる。

また、この実施例においては、入射面１１と２つの内面反射面１２、１３にＹ回転自由曲面を用いて偏心収差を補正している。

この実施例のパノラマアタッチメント光学系１０において、透明媒体の入射面１１より天頂側全てに遮光吸収膜８を施すことにより、回転対称軸１に沿った天頂側から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を遮光することが可能となり、フレアーのより少ない映像を観察（撮像）することが可能となる。

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 ±２０°
入射瞳径 ０．５２ｍｍ
像の大きさ φ２．１７〜φ５．０９ｍｍ
である。

以下に、上記実施例１〜３の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“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 ∞（物体面） 偏心(1)
1 ∞（入射瞳） 偏心(2)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(3) 1.5163 64.1
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(5) 1.5163 64.1
5 -42.01 偏心(6)
6 ∞（絞り） 偏心(7)
7 ＩＤＬ 偏心(8)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.3758 ×10⁺¹ Ｃ₂ 5.3748 ×10^-1 Ｃ3 -8.3939 ×10^-2
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ 2.3501 ×10⁺¹ Ｃ₂ 2.6380 ×10^-1 Ｃ3 -9.0150 ×10^-3
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -1.8844 ×10⁺¹ Ｃ₂ 1.1812 Ｃ3 -1.1301 ×10^-2
Ｃ₄ 1.4163 ×10^-3
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ -∞ Ｚ -53.96
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -21.11 Ｚ -53.96
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -53.96
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -45.56
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -60.52
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -30.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.63
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -4.13
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 ∞（物体面） 偏心(1)
1 ∞（入射瞳） 偏心(2)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(3) 1.5163 64.1
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(5) 1.5163 64.1
5 -24.31 偏心(6)
6 ∞（絞り） 偏心(7)
7 ＩＤＬ 偏心(8)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -1.7246 ×10⁺¹ Ｃ₂ 1.0027 Ｃ₃ 2.3632 ×10^-2
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ 1.9894 ×10⁺¹ Ｃ₂ 7.9862 ×10^-1 Ｃ₃ -3.2166 ×10^-2
Ｃ₄ 3.2172 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ 9.1330 Ｃ₂ 8.3697 Ｃ₃ 1.8056
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ -∞ Ｚ -27.35
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -6.81 Ｚ -27.35
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -27.35
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -15.80
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -34.39
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -11.57
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.33
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.83
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 ∞（物体面） 偏心(1)
1 ∞（入射瞳） 偏心(2)
2 ＹＲＦＳ[1] 偏心(3) 1.5163 64.1
3 ＹＲＦＳ[2] 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(5) 1.5163 64.1
5 -14.90 偏心(6)
6 ∞（絞り） 偏心(7)
7 ＩＤＬ 偏心(8)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.0818 ×10⁺¹ Ｃ₂ -1.0233 Ｃ₃ 2.1440 ×10^-2
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ 2.8934 ×10⁺¹ Ｃ₂ 1.6091 ×10^-2 Ｃ₃ -1.7026 ×10^-2
Ｃ₄ 1.5915 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ 7.1506 Ｃ₂ 1.9136 Ｃ₃ -4.7004 ×10^-2
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ -∞ Ｚ -8.63
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -4.47 Ｚ -8.63
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -8.63
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -24.37
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -32.04
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -8.63
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.20
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.70
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

以下に、上記実施例１〜３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
１ 4.690 30.280
２ 20.728 25.135
３ 18.477 43.011
。

ところで、本発明のパノラマアタッチメント光学系においては、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、パノラマアタッチメント光学系１０の入射面１１近傍に結像することにより、パノラマアタッチメント光学系１０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。

そこで、入射瞳位置５と結像レンズ２０の絞り２１の間の光路長（距離に屈折率を掛けたもの）をＡ、パノラマアタッチメント光学系１０の物体側の第１面１１と入射瞳位置５の間の光路長をＢとすると、
５＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（１）
の条件式を満足することが望ましい。

この条件式は、パノラマアタッチメント光学系１０の第１面１１の近傍に入射瞳５が配置されている度合いを表すものである。本発明では、より光学系の第面１１近傍に入射瞳５を位置させることにより、ゴースト等を防ぐフレアー絞りを効果的に配置することが可能となる。またさらに、第１面１１を小さくすることが可能となり、面の有効径がとれ、収差補正上好ましい。また、反射面数を増やしたり、Ｙ方向の画角を大きくとることが可能となる。条件式（１）の下限の５を越えると、入射瞳５が光学系第１面１１から離れすぎてしまい、第１面１１の有効系が大きくなり、Ｙ方向の画角を大きくとれなかたり、有害なフレアー光が増えることになる。

さらに好ましくは、
１０＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（１−１）
の条件式を満足することが望ましい。

上記実施例１〜３の｜Ａ／Ｂ｜の値を以下に示す。

実施例 ｜Ａ／Ｂ｜
１ 79.197
２ 10.054
３ 8.345
。

次に、パノラマアタッチメント光学系１０の全系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離をそれぞれＦｘ、Ｆｙとすると、
０．２＜Ｆｘ／Ｆｙ＜２．０ ・・・（２）
の条件式を満足することが望ましい。

この条件式（２）の下限の０．２を越えても、上限の２．０を越えても、パノラマアタッチメント光学系１０から伝達される物体の虚像の結像レンズ２０に対する位置がサジタル方向とメリジオナル方向で大きく異なり、非点収差が発生してしまう。これを回転対称な結像レンズ２０で補正することは容易ではなく大きな負担となり、好ましくない。

上記実施例１〜３のＦｘ／Ｆｙの値を以下に示す。

実施例１ 実施例２ 実施例３
Ｆｘ／Ｆｙ 0.9749 0.6590 0.4139
さらに好ましくは、実施例２のように、少なくとも２つの内面反射面の一部はＹ方向のパワーを正にすることが好ましい。物体側から順に正負のパワー配置になるテレフォトタイプの場合は、焦点距離が長くなり高画角化には不向きな光学系になってしまう。また、同じ画角でも像高を大きくとることが難しくなったり、結像レンズ２０に対してパノラマアタッチメント光学系１０の主点が物体側に寄ってしまい、光学系が大きくなると同時に、Ｙ方向の瞳のリレーに負担がかかり、性能が出難い等の問題が発生する。

一方、Ｘ方向のパワーは、Ｙ軸に対して回転対称なので、面の配置位置で決まってしまい、自由度が少ない。そのため、さらにＹ方向のパワー配置が重要になってくる。

以下に、実施例１〜３の第１透過面と各反射面のＹ方向及びＸ方向のパワーを示す。

実施例１ 実施例２ 実施例３
Ｙパワー
第１透過面 -0.098 0.039 0.032
第１反射面 0.057 0.249 0.103
第２反射面 -0.106 119.929 -0.616

Ｘパワー
第１透過面 0.019 0.018 0.017
第２反射面 0.125 0.121 0.105
第３反射面 0.104 -0.040 -0.196
。

以上、本発明のパノラマアタッチメント光学系を、中心軸（回転対称軸）を垂直方向に向けて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アタッチメント光学系として用いることもできる。

以下に、本発明のパノラマアタッチメント光学系の適用例として、本発明のパノラマアタッチメント光学系を結像レンズの入射側又は投影レンズの射出側に装着して構成した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７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７（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７（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８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９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１０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のパノラマアタッチメント光学系を結像レンズの入射側に装着した状態の回転対称軸を含むＹ−Ｚ断面図である。 実施例１のパノラマアタッチメント光学系内の光路を示す平面図である。 本発明の実施例２のパノラマアタッチメント光学系の図１と同様の図である。 実施例２のパノラマアタッチメント光学系の図２と同様の図である。 本発明の実施例３のパノラマアタッチメント光学系の図１と同様の図である。 実施例３のパノラマアタッチメント光学系の図２と同様の図である。 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
８…遮光吸収膜
１０…パノラマアタッチメント光学系
１１…屈折面（入射面）
１２、１３…内面反射面
１４…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
３１…パノラマ撮影光学系
３２…パノラマ投影光学系
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
Ｏ…被写体
Ｏ’…被写体の像

Claims (6)

1. 正パワーを有する結像レンズの入射側又は正パワーを有する投影レンズの射出側に装着して３６０°全方位の画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を３６０°全方位に投影するパノラマアタッチメント光学系であって、
   中心軸の周りで回転対称な透明媒体からなり、少なくとも２面の内面反射面と少なくとも２面の屈折面を持ち、結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学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、結像レンズ又は投影レンズ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、及び、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少なくとも１回結像されるように構成され、
   瞳を形成する開口の像である入射瞳位置とその開口の間の光路長をＡ、入射面と入射瞳位置の間の光路長をＢとするとき、
   ５＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（１）
   を満足することを特徴とするパノラマアタッチメント光学系。
2. 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記載のパノラマアタッチメント光学系。
3. 少なくとも１面の内面反射面は、多項式で表現した場合に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記載のパノラマアタッチメント光学系。
4. 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何れへもの入射角が４５°以下であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
5. 結像レンズ又は投影レンズと瞳を形成する開口が中心軸と同軸に配置されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。
6. 像面において、中心軸と含む面の方向をＹ方向、その面に直交する方向をＸ方向とし、パノラマアタッチメント光学系全系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離をそれぞれＦｘ、Ｆｙとするとき、
   ０．２＜Ｆｘ／Ｆｙ＜２．０ ・・・（２）
   を満足することを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載のパノラマアタッチメント光学系。

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