JP4585352B2 - 光学系 - Google Patents

Description

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

従来、反射屈折光学系を用いた３６０°全方位（全周）の画像を得る小型の光学系としては、１面の内面反射面と２面の屈折面（入射面と射出面）を持つ透明媒体を備え、中心軸の周りで回転対称な前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群とからなるものが特許文献１において知られている。
米国特許第３，５５２，８２０号明細書

しかし、上記従来例においては、入射瞳が入射面近傍に位置せず、かつ、入射面と反射面が兼用された１面からなるため、入射面の有効径が大きくなり、天頂方向あるいは地上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。

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、フレアー光の影響を受けず、小型で、収差が良好に補正されて解像力の良い、３６０°全方位（全周）の画角を有する画像を撮影したり、３６０°全方位（全周）画角に画像を投影するための光学系を提供することである。

上記目的を達成する本発明の光学系は、３６０°全方位の画角を有する画像を像面に結像させるか、像面に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する光学系であって、
中心軸の周りで回転対称な１面の反射面を含む前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群と、中心軸に同軸に配置された開口とを備えており、
前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は１面の内面反射面と第１透過面と第２透過面を持ち、
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、前記前群に入射した光束は、前記第１透過面を経て透明媒体内に入り、前記第１透過面と中心軸を挟んで反対側に配置されている前記内面反射面で反射され、前記第２透過面を経て前記透明媒体から外に出て、前記後群を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、かつ、中心軸を含む断面内と、その断面に対して直交しその光束の中心光線を含む断面内での入射瞳位置が異な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、中心軸を含む断面内の入射瞳は前記第１透過面近傍に位置し、中心軸を含む断面に対して直交する断面内の入射瞳は中心軸近傍に位置するようにすることが望ましい。

また、前記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ことが望ましい。

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

また、中心軸を含む断面内で前記前群により物体側に形成される絞りと共役な入射瞳近傍に、中心軸を含む断面内でのみ開口を制限するフレア絞りが配置されていることが望ましい。

また、前記後群は、回転対称の同軸屈折光学系からなることが望ましい。

また、前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦfy、その断面に対して直交する断面内の焦点距離をＦfxとするとき、
Ｆfx／Ｆfy＜０．９、又は、１．１＜Ｆfx／Ｆfy ・・・（１）
なる条件を満たすことが望ましい。

また、光学系全体の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦy 、その断面に対して直交する断面内の焦点距離をＦx とするとき、
Ｆx ／Ｆy ＜０．９８ ・・・（２）
なる条件を満たすことが望ましい。

また、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をＡ、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記前群の第１透過面までの光路長をＢとするとき、
５＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（３）
なる条件を満たすことが望ましい。

また、中心軸を含む断面内における入射瞳位置と中心軸の距離をＣ、全系の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦy とするとき、
０．１＜Ｃ／Ｆy ・・・（４）
なる条件を満たすことが望ましい。

また、前記開口の代わりに又は前記開口に加えて、前群の前記第１透過面の近傍に中心軸の周りで回転対称な輪帯状のスリット開口を備えていることが望ましい。

また、少なくとも前記反射面が中心軸を含む断面で切断されて中心軸の周りの画角が３６０°より狭く構成されていてもよい。

以上の本発明によると、フレアー光の影響を受けず、小型で収差が良好に補正されて解像力の良い３６０°全方位（全周）の画角を有する画像を得たり、３６０°全方位の画角に画像を投影するための光学系を得ることができる。

以下、実施例の基づいて本発明の光学系について説明する。

図１は、後記する実施例１の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図であり、図２は、その光学系内の光路を示す平面図である。これらの図１、図２を用いて本発明の光学系を説明する。なお、以下の説明は、結像光学系として説明するが、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。なお、図２（ａ）は方位角０°方向から入射する光路のみを示し、図２（ｂ）はそれに加えて±１０°方向から入射する光路を示す図である。

本発明の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と中心軸１の周りで回転対称な後群２０とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものである。

前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、１面の内面反射面１２と２面の透過面（入射面、射出面）１１、１３を持つものである。内面反射面１２と透過面１１、１３も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを有するでレンズ系等の同軸屈折光学系からなるものである。

そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１、第１透過面１１と中心軸１を挟んで反対側に配置されていて、第１透過面１１から入射した光束が入射する反射面１２、反射面１２で反射された光束が入射する第２透過面１３からなるものである。この前群１０の役割は、全周囲の画像から回転対称軸（中心軸）１に向かってくる光束を受けて任意の位置の円環状の空中像に変換する働きをするものである。そして、後群２０の役割は、その円環状の空中像を像面３０に位置する撮像素子の平面上に投影する働きをするものであり、また、前群１０で補正不足となる像面湾曲や非点収差を後群２０で相補うように補正するものである。

なお、図１の実施例の場合、前群１０と後群２０の間に、絞りを構成する円形の開口５が中心軸１と同軸に配置されている。この中心軸上に配置された開口５が前群１０により逆投影されることにより入射瞳を形成するが、本発明の特徴は、この入射瞳をメリジオナル断面内では第１透過面（入射面）１１近傍にメリジオナル方向の入射瞳６Ｙとして配置しながら、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上にサジタル方向入射瞳６Ｘとして投影されることである。従来例（特許文献１）では、メリジオナル断面の入射瞳もサジタル断面内の入射瞳も共に中心軸上に配置されるために、有害光をカットするフレア絞りを有効に配置することができなかった。

なお、メリジオナル断面とサジタル断面は、図１０に示すように定義される。光学系の中心軸（回転対称軸）１と視野中心に至る中心光束の中心光線（主光線）２₀ とを含む断面がメリジオナル断面であり、そのメリジオナル断面に対して直交し中心光線（主光線）２₀ を含む断面がサジタル断面である。

本発明の光学系では、中心軸１の周りで回転させて反射面１２、屈折面１１、１３の形状を決める任意形状の線分の曲率と、その場合の中心軸１に対する回転の曲率とを独立して与えることにより、逆投影されたメリジオナル断面内の入射瞳６Ｙを前群１０の第１透過面１１近傍に配置するようにすることにより、前群１０内に入り込む不要光を大幅にカットすることが可能となり、フレアーを減らすことが可能となったものである。

一方、中心軸１と直交するサジタル断面においては、回転対称系なので、光束も回転対称に通過することになり、円環上の同じ像高の光束は回転中心である中心軸１上を常に通過する（図２（ｂ））。したがって、サジタル断面では、円周上の像面３０に到達する光束は中心軸１上を一旦通過してから像面３０に到達することになり、サジタル断面の絞りの逆投影された開口の像であるサジタル断面内の入射瞳６Ｘは中心軸１上に存在することとなる。

このような配置をとるために、前群１０は、メリジオナル断面とサジタル断面で曲率を自由にコントロールできる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面で構成することが重要である。さらに、前群１０では、偏心して配置されるパワーを有する面１１、１２で反射又は透過させるために、偏心収差が大きく発生する。これを補正するために、特に反射面１２は任意形状の線分に奇数次項等を用いた対称面を持たない任意形状の線分を回転させることにより得られる面形状を使用することが重要になる。

このような構成において、中心軸１をＹ軸とし、中心軸１を含む断面（図１）をＹ−Ｚ面とするとき、上記のように、メリジオナル断面内の入射瞳６Ｙを前群１０の第１透過面１１近傍に配置するようにすることにより、前群１０の有効径自体を小さくすることが可能となる。また、Ｙ方向にスリット状のフレア絞りをその入射瞳６Ｙ近傍に配置することが可能となり、不要光をこのフレア絞りでカットすることが可能となる。

フレアー絞りは、このような機械的なスリット状の絞りでも可能であるし、光学系の保護を目的としたケーシングや、光線の通過しない部分を黒く塗った中心軸１に同心の透明パイプ状のものでもよい。また、反射面１２の反射コーティング部分を併用したり、前群１０の光学的に不使用な領域を砂目処理したり、黒い塗料を塗布することで、併用することも可能である。

このように、中心軸１を含むメリジオナル断面内とその断面と直交するサジタル断面内での絞り５の逆投影位置を異ならせるため、本発明の光学系では、中心軸１を含むメリジオナル断面内（Ｙ−Ｚ方向）と中心軸１と直交するサジタル断面内（Ｘ−Ｚ方向）の前群１０の焦点距離を異ならせることが必要になる。

本発明の光学系の前群１０のメリジオナル断面内（Ｙ−Ｚ方向）とサジタル断面内（Ｘ−Ｚ方向）に画角中心に入射する光束２の主光線（中心光線）２₀ とそれに平行に微小距離（０．１ｍｍ）離れた従属光線とを追跡し、前群１０から射出したときの従属光線と主光線のなす角度から、前群１０のＸ−Ｚ方向の焦点距離Ｆfx、Ｙ−Ｚ方向の焦点距離Ｆfyを求める。メリジオナル断面内の入射瞳６Ｙを前群１０の第１透過面１１近傍に配置するためには、
Ｆfx／Ｆfy＜０．９、又は、１．１＜Ｆfx／Ｆfy ・・・（１）
なる条件を満足することが好ましい。

Ｆfx／Ｆfyが０．９から１．１の範囲にあると、メリジオナル断面内とサジタル断面内の焦点距離が略等しくなり、絞り５の逆投影位置を大きく異ならせることができなくなり、第１透過面１１の中心軸に沿った方向の大きさが大きくなってしまい、フレアー光に対して弱い光学系になってしまう。

同様に光学系全体のＸ−Ｚ方向の焦点距離Ｆx 、Ｙ−Ｚ方向の焦点距離Ｆy を求めると、光学系全体の焦点距離の比Ｆx ／Ｆy は、
Ｆx ／Ｆy ＜０．９８ ・・・（２）
なる条件を満足することが重要である。

さらに好ましくは、
Ｆx ／Ｆy ＜０．９５ ・・・（２−１）
なる条件を満足することが好ましい。

本発明の光学系は、上記のように、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面）の入射瞳６Ｙが第１透過面１１近傍に投影されていることが特徴であり、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。これにより、光学系の入射面１１の有効領域をメリジオナル断面において小さくすることが可能となり、前群１０に入射する不要光を効果的に防ぐことが可能となり、根本的なフレアー対策に効果を発揮する。そのためには以下の条件式を満足することが重要である。

メリジオナル断面内において入射瞳６Ｙ位置から絞り５位置までの光路長をＡ、入射瞳６Ｙから前群１０の第１透過面１１までの光路長であって光線方向を正とした値をＢ、及び、それらの比をＡ／Ｂとする。Ａ／Ｂは、前群１０の入射面１１近傍に入射瞳６Ｙが配置されている度合いを表す。｜Ａ／Ｂ｜は、
５＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（３）
なる条件を満足することが重要である。

条件式（３）の下限の５を越えると、入射瞳６Ｙが光学系第１面１１から離れてしまい。第１面１１の有効系が大きくなり、前群１０に入射する有害なフレアー光を効果的にカットすることができなくなる。この値が大きい程フレアー防止用のフレアー絞りを有効に働かせることが可能となる。

さらに好ましくは、
２０＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（３−１）
なる条件を満足することが好ましい。

また、メリジオナル断面の入射瞳６Ｙ位置とサジタル断面の入射瞳６Ｘが位置する回転中心軸１との間の距離をＣとし、全系の焦点距離Ｆy とすると、それらの比は、
０．１＜Ｃ／Ｆy ・・・（４）
なる条件を満足することが重要である。

本条件式（４）はメリジオナル断面の入射瞳位置とサジタル断面の入射瞳の距離に関する条件で、下限の０．１を越えると、メリジオナル断面の入射瞳位置が中心軸（サジタル断面の入射瞳位置）に近づいてしまい、効果的なフレア絞りを配置することができなくなってしまう。

次に、メリジオナル断面のみで逆投影される開口５の像６Ｙの倍率を、入射瞳６Ｙ位置から開口５まで、相互に微小角度０．０１ラジアン（θ）傾けた光線を追跡することにより求め、これを瞳倍率Ｐβとすると、
０．０５＜Ｐβ＜２０ ・・・（５）
なる条件を満足することが好ましい。

この条件は、物体側の逆投影された開口の像６Ｙから中心軸１と同軸の開口５に投影される開口の像の投影倍率に関するものである。当然投影倍率Ｐβが１に近い程、物像間距離が最も短くなるが、前群１０と後群２０のバランスをとる上で、上記条件式（５）を満足することが重要であり、下限の０．０５を越えると、前群１０に入射する画角より後群２０に入射する画角が大きくなり、後群２０の収差補正の負担が大きくなり、好ましい収差補正のバランスがとれなくなる。また、上限の２０を越えると、後群２０の入射画角は小さくなるが、後群２０に入射する光束径が太くなり、後群２０の球面収差等の発生を補正することが難しくなる。さらに、前群１０に入射する画角が大きくなり、像面湾曲や非点収差等の負担がかかり、前群１０が大型化したり、収差補正の負担がかかりすぎ好ましくない。

さらに好ましくは、
０．１＜Ｐβ＜１０ ・・・（５−１）
なる条件を満足することが好ましい。

後記の実施例１〜３のＦx 、Ｆy 、Ｆx ／Ｆy 、Ｆfx、Ｆfy、Ｆfx／Ｆfy、Ａ、Ｂ、｜Ａ／Ｂ｜、Ｃ、Ｃ／Ｆy 、Ｐβは次のようになる。

実施例１ 実施例２ 実施例３
Ｆx 2.069 2.089 2.090
Ｆy 2.455 2.543 2.306
Ｆx ／Ｆy 0.843 0.822 0.906
Ｆfx 31.348 -19.646 -200.000
Ｆfy 15.291 -53.476 50.505
Ｆfx／Ｆfy 2.050 0.367 -3.960
Ａ 81.214 71.828 90.826
Ｂ 0.030 0.066 -0.017
｜Ａ／Ｂ｜ 2676.780 1088.474 5346.765
Ｃ 6.614 10.222 9.541
Ｃ／Ｆy 2.691 4.019 4.137
Ｐβ 2.053 0.145 0.154
。

以下に、本発明の光学系の実施例１〜３を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図１に示すように、物体面から前群１０と後群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。

座標系は、順光線追跡において、例えば図１に示すように、入射瞳６Ｙを回転対称軸（中心軸）１に投影した位置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の像面３０から離れる方向をＹ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の紙面内のいま考えている入射瞳６Ｙの側と反対側の方向をＺ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。

なお、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、入射瞳６Ｙを回転対称軸（中心軸）１に投影した位置からの偏心量で表わす。

なお、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。

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

また、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。

まず、Ｙ−Ｚ座標面上で原点を通る下記の曲線（ｂ）が定められる。

Ｚ＝（Ｙ² ／ＲＹ）／［１＋｛１−（Ｃ₁ ＋１）Ｙ² ／ＲＹ² ｝^{1 /2}］
Ｃ₂ Ｙ＋Ｃ₃ Ｙ² ＋Ｃ₄ Ｙ³ ＋Ｃ₅ Ｙ⁴ ＋Ｃ₆ Ｙ⁵ ＋Ｃ₇ Ｙ⁶
＋・・・・＋Ｃ₂₁Ｙ²⁰＋・・・・＋Ｃ_n+1 Ｙⁿ ＋・・・・
・・・（ｂ）
次いで、この曲線（ｂ）をＸ軸正方向を向いて左回りを正として角度θ（°）回転した曲線Ｆ（Ｙ）が定められる。この曲線Ｆ（Ｙ）もＹ−Ｚ座標面上で原点を通る。

その曲線Ｆ（Ｙ）をＺ正方向に距離Ｒ（負のときはＺ負方向）だけ平行移動し、その後にＹ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。

その結果、拡張回転自由曲面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｚ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。

この定義からＹ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。

ここで、ＲＹはＹ−Ｚ断面での球面項の曲率半径、Ｃ₁ は円錐定数、Ｃ₂ 、Ｃ₃ 、Ｃ₄ 、Ｃ₅ …はそれぞれ１次、２次、３次、４次…の非球面係数である。

そして、本発明の光学系においては、前群１０の少なくとも反射面１２は、このような拡張回転自由曲面であって、Ｙ−Ｚ断面で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することが望ましい。少なくとも反射面１２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の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１に、その光学系内の光路を示す平面図を図２に示す。なお、図２（ａ）は方位角０°方向から入射する光路のみを示し、図２（ｂ）はそれに加えて±１０°方向から入射する光路を示す図である。

この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と、中心軸１の周りで回転対称な後群２０と、前群１０と後群２０の間に中心軸１に同軸に配置された開口５とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものであり、中心軸１を垂直（上下方向）に設定した場合、例えば３６０°全方位（全周）の画角を有する画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が画像の内側の円になるような円環状の画像を像面３０に結像させるものである。

前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、１面の内面反射面１２と２面の透過面１１、１３を持つものである。内面反射面１２と透過面１１、１３も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４を含み２群からなるレンズ系からなる。

そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１と、第１透過面１１と中心軸１を挟んで反対側に配置されていて、第１透過面１１から入射した光束が入射する内面反射面１２と、後群２０に面していて、内面反射面１２で反射された光束が入射する第２透過面１３とからなり、第１透過面１１、内面反射面１２は拡張回転自由曲面面で構成されている。ただし、円錐定数は０である。また、第２透過面１３は中心軸１上に面頂を有する回転対称非球面で構成されている。

後群２０を構成するレンズ系は、前群１０側から順に、両凹負レンズＬ１と両凸正レンズＬ２の接合レンズと、両凸正レンズＬ３と前群１０側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４の接合レンズとからなる。

そして、中心軸１が垂直方向を向き、像面３０が天頂方向を向いた配置の場合、仰角２０°方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の第１透過面１１で屈折して前群１０の透明媒体内に入り、内面反射面１２に入射して後群２０側へ反射された光束は第２透過面１３で屈折して前群１０の透明媒体から外に出て、開口５を介して後群２０に入射し、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。

この実施例の光学系では、前群１０と後群２０の間に位置する開口（絞り）５が物体側に投影されてメリジオナル断面内では入射瞳６Ｙを第１透過面１２近傍に形成しており、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上に入射瞳６Ｘを形成している。

そして、この実施例の光学系では、入射瞳６Ｙを経て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、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面：図１）内では、第１透過面１１と内面反射面１２の間の内面反射面１２寄りの位置４Ｙに１回結像し、また、中心軸１を含む面に直交しその光束の中心光線２₀ を含む平面（サジタル断面：図２）内では内面反射面１２近傍の位置４Ｘに１回結像している。

この実施例１の仕様は、
水平画角 ３６０°
垂直画角 ４０°
入射瞳径 １．６１ｍｍ
像の大きさ φ５．９１〜φ２．５３ｍｍ
である。

この実施例１の光学系は、第１透過面１１より像面３０側に内面反射面１２が配置されており、像面３０を地面と平行に配置する構成においては、天空側を主に撮像する場合に使用すると好ましい。

本実施例の場合、内面反射面１２の入射角は透明媒体の臨界角を越えており、全反射するために特に反射コーティング等を設けなくともよい。

図３に、この実施例の光学系全体の横収差を示す。この横収差図において、中央に示された角度は、垂直方向の画角を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。なお、画角正は俯角を、画角負は仰角を示す。以下、同じ。

実施例２の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図４に、その光学系内の図２と同様の光路を示す平面図を図５に示す。

この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と、中心軸１の周りで回転対称な後群２０と、前群１０と後群２０の間に中心軸１に同軸に配置された開口５とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものであり、中心軸１を垂直（上下方向）に設定した場合、例えば３６０°全方位（全周）の画角を有する画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が画像の内側の円になるような円環状の画像を像面３０に結像させるものである。

前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、１面の内面反射面１２と２面の透過面１１、１３を持つものである。内面反射面１２と透過面１１、１３も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４を含み２群からなるレンズ系からなる。

そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１と、第１透過面１１と中心軸１を挟んで反対側に配置されていて、第１透過面１１から入射した光束が入射する内面反射面１２と、後群２０に面していて、内面反射面１２で反射された光束が入射する第２透過面１３とからなり、第１透過面１１、内面反射面１２は拡張回転自由曲面面で構成されている。ただし、円錐定数は０である。また、第２透過面１３は中心軸１上に面頂を有する回転対称非球面で構成されている。

後群２０を構成するレンズ系は、前群１０側から順に、前群１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸正レンズＬ２の接合レンズと、両凸正レンズＬ３と前群１０側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４の接合レンズとからなる。

そして、中心軸１が垂直方向を向き、像面３０が天頂方向を向いた配置の場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の第１透過面１１で屈折して前群１０の透明媒体内に入り、内面反射面１２に入射して後群２０側へ反射された光束は第２透過面１３で屈折して前群１０の透明媒体から外に出て、開口５を介して後群２０に入射し、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。

この実施例の光学系では、前群１０と後群２０の間に位置する開口（絞り）５が物体側に投影されてメリジオナル断面内では入射瞳６Ｙを第１透過面１２近傍に形成しており、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上に入射瞳６Ｘを形成している。

そして、この実施例の光学系では、入射瞳６Ｙを経て遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌを、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面：図４）内では、第１透過面１１と内面反射面１２の間の内面反射面１２寄りの位置４Ｙに１回結像し、また、中心軸１を含む面に直交しその光束の中心光線２₀ を含む平面（サジタル断面：図５）内では、内面反射面１２と第２透過面１３の間の内面反射面１２寄りの位置４Ｘに１回結像している。

この実施例２の仕様は、
水平画角 ３６０°
垂直画角 ６０°
入射瞳径 １．３８ｍｍ
像の大きさ φ５．８２〜φ１．３１ｍｍ
である。

この実施例２の光学系は、内面反射面１２より像面３０側に第１透過面１１が配置されており、像面３０を地面と平行に配置する構成においては、水平方向を中心にして地面側と天空側を撮像する場合に使用すると好ましい。

図６に、この実施例の光学系全体の図３と同様の横収差を示す。

実施例３の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図７に、その光学系内の図２と同様の光路を示す平面図を図８に示す。

この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な前群１０と、中心軸１の周りで回転対称な後群２０と、前群１０と後群２０の間に中心軸１に同軸に配置された開口５とからなり、遠方の物体から入射する光束２は、前群１０と後群２０を順に経て中心軸１に垂直な像面３０の中心軸１から外れた位置に結像するものであり、中心軸１を垂直（上下方向）に設定した場合、例えば３６０°全方位（全周）の画角を有する画像であって、天頂方向が画像の中心から離れる方向に向き、地平線が画像の内側の円になるような円環状の画像を像面３０に結像させるものである。

前群１０は、中心軸１の周りで回転対称な屈折率が１より大きい樹脂等の透明媒体からなり、１面の内面反射面１２と２面の透過面１１、１３を持つものである。内面反射面１２と透過面１１、１３も中心軸１の周りで回転対称な形状をしている。また、後群２０は、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４を含み２群からなるレンズ系からなる。

そして、前群１０の透明媒体は、遠方からの光束２が入射する第１透過面１１と、第１透過面１１と中心軸１を挟んで反対側に配置されていて、第１透過面１１から入射した光束が入射する内面反射面１２と、後群２０に面していて、内面反射面１２で反射された光束が入射する第２透過面１３とからなり、第１透過面１１、内面反射面１２、第２透過面１３は何れも拡張回転自由曲面面で構成されている。ただし、円錐定数は０である。

後群２０を構成するレンズ系は、前群１０側から順に、前群１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と両凸正レンズＬ２の接合レンズと、前群１０側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と両凸正レンズＬ４の接合レンズとからなる。

そして、中心軸１が垂直方向を向き、像面３０が天頂方向を向いた配置の場合、水平方向の遠方から入射する中心光束２は入射面の第１透過面１１で屈折して前群１０の透明媒体内に入り、内面反射面１２に入射して後群２０側へ反射された光束は第２透過面１３で屈折して前群１０の透明媒体から外に出て、開口５を介して後群２０に入射し、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。

この実施例の光学系では、前群１０と後群２０の間に位置する開口（絞り）５が物体側に投影されてメリジオナル断面内では入射瞳６Ｙを第１透過面１２近傍に形成しており、サジタル断面内では中心軸（回転対称軸）１上に入射瞳６Ｘを形成している。

そして、この実施例の光学系では、入射瞳６Ｙを経て遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌを、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面：図７）内では、第１透過面１１と内面反射面１２の間の内面反射面１２寄りの位置４Ｙに１回結像し、また、中心軸１を含む面に直交しその光束の中心光線２₀ を含む平面（サジタル断面：図８）内では、内面反射面１２と第２透過面１３の間の内面反射面１２寄りの位置４Ｘに１回結像している。

この実施例３の仕様は、
水平画角 ３６０°
垂直画角 ６０°
入射瞳径 １．３９ｍｍ
像の大きさ φ５．７７〜φ１．４９ｍｍ
である。

この実施例３の光学系は、内面反射面１２より像面３０側に第１透過面１１が配置されており、像面３０を地面と平行に配置する構成においては、水平方向を中心にして地面側と天空側を撮像する場合に使用すると好ましい。

図９に、この実施例の光学系全体の図３と同様の横収差を示す。

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“ＡＳＳ”は非球面、“ＥＲＦＳ”は拡張回転自由曲面をそれぞれ示す。また、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。

実施例１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
3 ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ） 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ＡＳＳ[1] 偏心(4)
5 ∞（絞り） 偏心(5)
6 -13.35 偏心(6) 1.7042 36.8
7 4.42 偏心(7) 1.7449 42.5
8 -5.70 偏心(8)
9 6.09 偏心(9) 1.5920 61.7
10 -4.32 偏心(10) 1.7551 27.6
11 -33.01 偏心(11)
像 面 ∞ 偏心(12)
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 11.28
θ -13.05
Ｒ -6.61
Ｃ₃ 7.5951 ×10^-2
Ｃ₄ -1.2094 ×10^-2
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ -25.18
θ 28.94
Ｒ 9.21
Ｃ₃ 4.8977 ×10^-3
Ｃ₄ -2.0038 ×10^-4
ＡＳＳ[1]
Ｒ -9.71
ｋ 0.0000
ａ 2.4984 ×10^-3
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -6.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ -5.03 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -40.72 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -40.82 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ -42.85 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ -43.85 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ -46.85 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ -46.95 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ -50.45 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ -51.45 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ -53.74 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
3 ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ） 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ＡＳＳ[1] 偏心(4)
5 ∞（絞り） 偏心(5)
6 12.07 偏心(6) 1.7552 27.6
7 3.74 偏心(7) 1.5558 64.2
8 -5.95 偏心(8)
9 5.88 偏心(9) 1.5449 65.0
10 -5.82 偏心(10) 1.7552 27.6
11 -9.90 偏心(11)
像 面 ∞ 偏心(12)
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 12.87
θ 45.27
Ｒ -10.16
Ｃ₃ 2.6447 ×10^-2
Ｃ₄ 2.4127 ×10^-3
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ -24.08
θ 48.11
Ｒ 7.25
Ｃ₃ 4.1368 ×10^-3
Ｃ₄ -2.0725 ×10^-4
ＡＳＳ[1]
Ｒ -9.95
ｋ 0.0000
ａ 6.5034 ×10^-4
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -10.22
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 5.44 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -19.63 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -24.54 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ -25.49 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ -26.49 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ -29.99 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ -30.09 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ -34.09 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ -35.09 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ -37.09 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例３
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（入射瞳面） 偏心(1)
2 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ＥＲＦＳ[2] （ＲＥ） 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ＥＲＦＳ[3] 偏心(4)
5 ∞（絞り） 偏心(5)
6 22.99 偏心(6) 1.7315 28.6
7 3.75 偏心(7) 1.6204 60.3
8 -7.89 偏心(8)
9 6.21 偏心(9) 1.7380 45.3
10 4.00 偏心(10) 1.6820 50.8
11 -21.84 偏心(11)
像 面 ∞ 偏心(12)
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 4.28
θ 44.90
Ｒ -9.56
Ｃ₃ -5.8339 ×10^-2
Ｃ₄ 1.8370 ×10^-3
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 30.29
θ 53.53
Ｒ 5.83
Ｃ₃ -3.1777 ×10^-2
Ｃ₄ -4.3659 ×10^-4
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ 13.04
θ 103.17
Ｒ 3.00
Ｃ₃ -8.8867 ×10^-3
Ｃ₄ 2.0111 ×10^-3
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -9.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 6.52 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -20.95 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -27.43 Ｚ 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ -28.63 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ -29.63 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ -33.13 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ -33.23 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ -34.23 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ -38.23 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ -40.16 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。

ところで、実施例１〜３では、前群１０と後群２０の間に中心軸１と同軸に開口５を配置し、中心軸１を含む面内でこの開口５を物体側に逆に投影することにより、入射面１１近傍に中心軸１を含む面内での入射瞳６Ｙを形成するようにしているが、この開口５の代わりに、図１１〜図１３にそれぞれ実施例１〜３の変形例の中心軸１を含む断面図に示すように、中心軸１と同軸に円筒状のスリットあるいは輪帯状のスリット１５を入射瞳６Ｙの位置に配置するようにしてもよい。その場合は、スリット１５自体がフロント絞りの作用をして入射瞳６Ｙを形成する。さらに、前群１０と後群２０の間に配置した開口５とは別に、入射面１１近傍に、中心軸１の周りで回転対称な円筒状のスリットあるいは輪帯状のスリットからなるフレアー絞りを配置することが望ましい。なお、このようなフレアー絞りと入射瞳６Ｙを形成するスリット１５とを兼用させるようにしてもよい。

さらに、以上の実施例の光学系では、前群１０のさらに物体側にＹトーリックレンズを付加し、このＹトーリックレンズもＹ軸（中心軸１）に対して回転対称な面で構成されたレンズにし、このトーリックレンズはＸ方向にはパワーを持たせないで、一方、Ｙ方向（図１の断面内等）には負のパワーを持たせることにより、回転対称軸１を含む断面方向の画角を大きくとることが可能となる。さらに好ましくは、このトーリックレンズはＹ−Ｚ断面内では物体側に凸面を向け負のメニスカスレンズ形状に構成することにより、像歪の発生を最小にすることが可能となり、良好な収差補正が可能となる。

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

また、以上の実施例では、前群１０の反射面、屈折面をそれぞれ任意形状の線分を回転対称軸１の周りで回転することにより形成され回転対称軸１上に面頂を有さない拡張回転自由曲面で構成しているが、それぞれ任意の曲面に置き換えることは容易である。

また、本発明の光学系は、回転対称面を形成する任意形状の線分を定義する式に奇数次項を含むものを用いることにより、偏心により発生する像面の傾きや、絞りの逆投影時の瞳収差を補正している。

また、本発明の前群１０を構成する中心軸１の周りで回転対称な透明媒体はそのまま用いることにより、３６０°全方位の画角を有する画像を撮影したり投影できるが、その透明媒体を中心軸１を含む断面で切断して２分の１、３分の１、３分の２等にすることにより、中心軸１の周りの画角が１８０°、１２０°、２４０°等の画像を撮影したり投影するようにしてもよい。

以上、本発明の光学系を中心軸（回転対称軸）１を垂直方向に向けて天頂を含む３６０°全方位（全周）の画角の画像を得る撮像あるいは観察光学系として説明してきたが、本発明は撮影光学系、観察光学系に限定されず、光路を逆にとって天頂を含む３６０°全方位（全周）の画角に画像を投影する投影光学系として用いることもできる。また、内視鏡は管内観察装置の全周観察光学系として用いることもできる。

以下に、本発明の光学系の適用例として、パノラマ撮影光学系３１又はパノラマ投影光学系３２の使用例を説明する。図１４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１４（ａ）は、硬性内視鏡４１の先端３１に本発明によるパノラマ撮影光学系を取り付けて３６０°全方位の画像を撮像観察する例である。図１４（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。本発明によるパノラマ撮影光学系３１の前群１０の入射面１１の周囲には円周方向にスリット状に伸びる開口１６を有するケーシング等からなるフレア絞り１７が配置され、フレアー光が入射するのを防止している。また、図１４（ｃ）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を同様に取り付けて、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１５（ａ）は、自動車４８の各コーナやヘッド部のポールの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を示す図であり、図１５（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。本発明によるパノラマ撮影光学系３１の前群１０の入射面１１の周囲には円周方向にスリット状に伸びる開口１６を有するケーシング等からなるフレア絞り１７が配置され、フレアー光が入射するのを防止している。

図１６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１７は、建物４７の外部に本発明によるパノラマ撮影光学系３１を用いた撮影装置４９を取り付け、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系３２を用いた投影装置４４を配置し、撮影装置４９で撮像された映像を電線４６を介して投影装置４４に送るように接続している。このような配置において、屋外の３６０°全方位の被写体Ｏをパノラマ撮影光学系３１を経て撮影装置４９で撮影し、その映像信号を電線４６を介して投影装置４４に送り、像面に配置した表示素子にその映像を表示して、パノラマ投影光学系３２を通して屋内の壁面等に被写体Ｏの映像Ｏ’を投影表示するようにしている例である。

本発明の実施例１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の実施例１の光学系内の光路を示す平面図である。 実施例１の光学系全体の横収差図である。 本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の実施例２の光学系内の光路を示す平面図である。 実施例２の光学系全体の横収差図である。 本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の実施例３の光学系内の光路を示す平面図である。 実施例３の光学系全体の横収差図である。 メリジオナル断面とサジタル断面の定義を説明するための図である。 実施例１の変形例の中心軸を含む断面図である。 実施例２の変形例の中心軸を含む断面図である。 実施例３の変形例の中心軸を含む断面図である。 内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。 自動車の各コーナやヘッド部のポールの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（主光線）
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
４Ｘ…サジタル断面内での中間像結像位置
４Ｙ…メリジオナル断面内での中間像結像位置
５…開口（絞り）
６Ｘ…サジタル断面内での入射瞳
６Ｙ…メリジオナル断面内での入射瞳
１０…前群
１１…入射面（第１透過面）
１２…内面反射面
１３…射出面（第２透過面）
１５…円筒状のスリット又は輪帯状のスリット
１６…円周方向にスリット状に伸びる開口
１７…フレア絞り
２０…後群
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
Ｌ１〜Ｌ４…レンズ
Ｏ…被写体
Ｏ’…映像

Claims (10)

1. ３６０°全方位の画角を有する画像を像面に結像させるか、像面に配置された画像を３６０°全方位の画角に投影する光学系であって、
   中心軸の周りで回転対称な１面の反射面を含む前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群と、前記前群と前記後群の間に中心軸に同軸に配置された開口とを備えており、
   前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は前記反射面である１面の内面反射面と第１透過面と第２透過面を持ち、
   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、前記前群に入射した光束は、前記第１透過面を経て透明媒体内に入り、前記第１透過面と中心軸を挟んで反対側に配置されている前記内面反射面で反射され、前記第２透過面を経て前記透明媒体から外に出て、前記後群を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、かつ、中心軸を含む断面内と、その断面に対して直交しその光束の中心光線を含む断面内での入射瞳位置が異なるように構成されており、
   中心軸を含む断面内の入射瞳は前記第１透過面近傍に位置し、中心軸を含む断面に対して直交する断面内の入射瞳は中心軸近傍に位置することを特徴とする光学系。
2. 前記内面反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項１記載の光学系。
3. 前記中心軸を含む断面内の入射瞳近傍に、中心軸を含む断面内でのみ開口を制限するフレア絞りが配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学系。
4. 前記後群は、回転対称の同軸屈折光学系からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光学系。
5. 前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦfy、その断面に対して直交する断面内の焦点距離をＦfxとするとき、
   Ｆfx／Ｆfy＜０．９、又は、１．１＜Ｆfx／Ｆfy ・・・（１）
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光学系。
6. 光学系全体の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦy 、その断面に対して直交する断面内の焦点距離をＦx とするとき、
   Ｆx ／Ｆy ＜０．９８ ・・・（２）
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光学系。
7. 中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をＡ、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記前群の第１透過面までの光路長をＢとするとき、
   ５＜｜Ａ／Ｂ｜ ・・・（３）
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の光学系。
8. 中心軸を含む断面内における入射瞳位置と中心軸の距離をＣ、全系の中心軸を含む断面内の焦点距離をＦy とするとき、
   ０．１＜Ｃ／Ｆy ・・・（４）
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の光学系。
9. 前記フレア絞りは、中心軸の周りで回転対称な輪帯状のスリット開口であることを特徴とする請求項３記載の光学系。
10. 少なくとも前記反射面が中心軸を含む断面で切断されて中心軸の周りの画角が３６０°より狭く構成されていることを特徴とする請求項１から９の何れか１項記載の光学系。

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