JP4948612B2 - 光学系 - Google Patents

Description

本発明は、光学系に関し、特に、天頂付近の画像と３６０°全周画像とを同時に撮像したり、あるいは、天頂付近と３６０°全周に画像を投影することが可能な光学系に関し、例えば２２０°の全画角を有する全天カメラや全天プロジェクターに適した光学系に関するものである。

従来、１つの撮像素子を用いて天頂付近の画像と３６０°全周の画像を同時に撮影可能な光学系としては、３６０°全周の画像を取り込むのに凸面鏡又は双曲面ミラー等の回転体ミラーを用い、天頂付近の画像を取り込むのにこれら凸面鏡又は回転体ミラーの中心に開口を設けその中に配置したレンズ系を用い、取り込まれた３６０°全周の画像と天頂付近の画像とを共通のレンズ系を経て同一撮像面に同時に結像させるようにしたものが、特許文献１、特許文献２において知られていた。

特開２００２−３４１４０９号公報 特開２００２−３３９４３号公報

しかし、上記従来例何れのものも、３６０°全周の画像を取り込むのに１面の回転体ミラーしか用いていないため、解像力の良い画像を得ることはできなかった。

さらに、大きな回転体ミラーを用いなければならず、結果的に光学系全体が大型化してしまう問題があった。

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、天頂付近の画像と３６０°全周の画像を同時に撮影したり、逆に投影することが可能な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、天頂付近の画像を撮像する第１の光学系と、その第１の光学系を囲み、３６０°全周の画像を撮像する第２の光学系とを備えており、第１の光学系と第２の光学系とは、中心軸の周りで回転対称な形状に構成され、第１の光学系と第２の光学系は、結像光学系の場合は光線の進む順に、その像面側に瞳を形成する開口と結像レンズとを共有しており、その２つの光学系により形成される像を共通の像面で受けるように構成されており、第２の光学系は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を含み、その透明媒体は、少なくとも１面の内面反射面と、少なくとも２面の屈折面を持ち、かつ、少なくとも１面の内面反射面は対称面を持たない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面から構成されていることを特徴とするものである。

本発明のもう１の光学系は、天頂付近の画像を撮像する第１の光学系と、その第１の光学系を囲み、３６０°全周の画像を撮像する第２の光学系とを備えており、第１の光学系と第２の光学系とは、中心軸の周りで回転対称な形状に構成され、第１の光学系と第２の光学系は、投影光学系の場合は光線の進む順とは反対に、その像面側に瞳を形成する開口と結像レンズとを共有しており、その２つの光学系により形成される像を共通の像面で受
けるように構成されており、第２の光学系は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を含み、その透明媒体は、少なくとも１面の内面反射面と、少なくとも２面の屈折面を持ち、かつ、少なくとも１面の内面反射面は対称面を持たない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面から構成されていることを特徴とするものである。

これらの場合、前記第２の光学系の透明媒体の少なくとも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面から構成されていることが望ましい。

また、前記透明媒体は、２面の内面反射面と、少なくとも２面の屈折面を持つことが望ましい。

また、前記第２の光学系において、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、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は結像しないように構成されているものとすることができる。

また、前記第２の光学系において、遠方から入射する光束が前記透明媒体内で中心軸に対して片側のみに位置する前記内面反射面と前記屈折面を通るようにすることができる。

また、前記第２の光学系において、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ものとすることができる。

その場合、前記第２の光学系において、遠方から入射する光束が前記透明媒体内で中心軸に対して両側に位置する前記内面反射面と前記屈折面を通るようにすることができる。

また、前記第２の光学系において、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、前記第１の光学系は、中心軸の周りで回転対称な屈折光学系から構成されていることが望ましい。

その場合、前記第１の光学系の一部の屈折面は、前記第２の光学系の少なくとも１面の屈折面と兼用されていてもよい。

以上において、前記２つの光学系により形成される像が中心軸を挟んで全画角が１８０°を越える像とすることができる。

本発明においては、天頂付近の画像と３６０°全周の画像を同時に撮影したり、逆に投影することが可能で、解像力が良く、小型の光学系を提供することができる。

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。 本発明の光学系を構成する第１の光学系の実施例１１の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第１の光学系の実施例１２の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第１の光学系の実施例１３の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第１の光学系の実施例１４の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第１の光学系の実施例１５の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第１の光学系の実施例１６の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２１の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２２の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２３の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２４の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２５の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２６の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２７の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２８の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例２９の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例３０の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例３１の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の光学系を構成する第２の光学系の実施例３２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の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 本発明の実施例４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５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６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７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８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９の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 周囲の画像の例を示す図である。 図２８の周囲の画像を第１の光学系により撮像して得られる天頂近傍の画像の例を示す図である。 図２８の周囲の画像を第２の光学系により撮像して得られる地平線近傍の画像の例を示す図である。 図２８の周囲の画像を本発明の光学系により撮像して得られる画像の例を示す図である。 第１の光学系により撮像して得られる図２９の画像を座標変換して得られる画像を示す図である。 第２の光学系により撮像して得られる図３０の画像を座標変換して得られる画像を示す図である。 ３６０°全周の画像を示す図である。 第１の光学系により像面の中心部に結像される画像とその周辺に第２の光学系により結像される画像との配置関係を示す図である。 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。

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、本発明の後記の実施例１の光学系の中心軸（回転対称軸）に沿ってとった断面図であり、まず、この図に基づいて、本発明の光学系の基本構成を説明する。なお、図１では、天頂付近と３６０°全周を撮像する光学系として構成する場合は、上が地で下が天と逆になっているので、注意が必要である。

図１を参照にして、本発明の光学系は、天頂付近の画像を撮像する第１の光学系５０と、その第１の光学系５０を囲み、３６０°全周の画像を撮像する第２の光学系６０とを備えており、第１の光学系５０と第２の光学系６０とは、中心軸１の周りで回転対称な形状に構成され、第１の光学系５０と第２の光学系６０は、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、その像面側に瞳を形成する開口２１と結像レンズ２０とを共有しており、その２つの光学系により形成される像を共通の像面３０上に結像するように構成されている。そして、第２の光学系６０は、中心軸１の周りで回転対称な透明媒体１０を含み、その透明媒体１０は、少なくとも１面の内面反射面１２、１４、好ましくは２面以上の内面反射面と、少なくとも２面の屈折面１１、１３を持ち、かつ、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面から構成されているものである。

このような構成により、小型で解像力の良い天頂付近の画像と３６０°全周の画像を同時に撮影したり、逆に投影することが可能な光学系を得ることができる。

特に、第２の光学系６０において、開口２１の像（入射瞳）５が透明媒体１０の入射面１１の近傍に結像するように、透明媒体１０の面形状、面間隔等を構成すると（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１０の回転対称軸１を含む断面内の光束径が絞られるため、第２の光学系６０の入射面１１の有効系を小さくすることが可能となり、光学系を小型にすることが可能となる。さらに、第２の光学系６０の入射面１１を小さくすることにより、不要な光線の光学系内への入射を防止することが可能となり、フレアーの少ない光学系を構成することに大変有効となる。

また、第１の光学系５０により形成される天頂方向の画像の周辺に、第２の光学系６０により結像される周辺の全周囲画像を１つの撮像素子上に形成することが可能となり、１つの撮像素子からの映像信号を処理することにより、後記の実施例では、全天の２２０°の範囲の画像を一度に取得することが可能となる。これは、カメラを複数台並べて取得した画像を画像処理で合成する手法に比べて、格段にシステムを簡素化することが可能となる。

なお、第１の光学系５０は、通常の軸対称な広角レンズ系からなり、中間像を結像しな
いもの、あるいは、途中で１回以上の中間像を結像するものであってもよい。第１の光学系５０は、第２の光学系６０と組み合わせるために、第２の光学系６０と光路が干渉しないようにすることが重要である。

本発明の光学系の実施例を説明する前に、第１の光学系５０の実施例、第２の光学系６０の実施例から説明する。それぞれ、第１の光学系の実施例１１〜１６、第２の光学系の実施例２１〜３２とする。これら光学系の構成パラメータは後記する。なお、これら実施例の構成パラメータは、例えば図２に示すように、無限遠の物体面からこれらの光学系を経て像面３０に至る順光線追跡の結果に基づくものである。

なお、第１の光学系の実施例１１〜１６中、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を光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光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、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、像面３０からの偏心量で表わす。

また、第２の光学系の実施例２１〜３２中の、実施例２１、２６については、順光線追跡において、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とは反対の方向をＺ軸正方向とし、図８（実施例２１）の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、実施例２１については、図８の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向と反対の方向をＹ軸正方向とし、実施例２６については、図１３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。また、実施例２２〜２５、２７〜３２については、例えば図９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９の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、実施例２２については、図９の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向と反対の方向をＹ軸正方向とし、実施例２３〜２５、２７〜３２については、例えば図１０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、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、像面３０からの偏心量で表わす。

なお、非球面は、上記の式（ａ）の定義式で与えられる回転対称非球面である。

また、次の定義式（ｂ）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 ・・・（ｂ）
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。

まず、第１の光学系の実施例１１〜１６について説明する。

図２に第１の光学系の実施例１１の中心軸１に沿ってとった断面図を示す。この第１の光学系の実施例１１は、物体（天頂）側から順に、平凹負レンズＬ１、絞り２１の像面（絞り投影面）２１’、両凸正レンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズＬ３、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５、それに、絞り（開口）２１、理想レンズで表された結像レンズ２０からなり、両凸正レンズＬ２と接合レンズＬ３の間に１回中間像を結像する。そして、正メニスカスレンズＬ５の像面側の面に非球面を用いている。なお、第２の光学系の実施例２２と組み合わせるために、構成パラメータ中の面番号１２（正メニスカスレンズＬ５の像面側の面）は、第２の光学系の実施例２２の射出面（屈折面）１３と同一形状としている。

この第１の光学系の実施例１１の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
画角（半画角） ７０°
入射瞳径 φ０．２４７ｍｍ
像高 ０．７９１ｍｍ
焦点距離 −０．７２５ｍｍ
である。なお、焦点距離のマイナスは、中間像を１回結像していることによる。

図３に第１の光学系の実施例１２の中心軸１に沿ってとった断面図を示す。この第１の光学系の実施例１２は、物体（天頂）側から順に、平凹負レンズＬ１、絞り２１の像面（絞り投影面）２１’、両凸正レンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズＬ３、両凸正レンズＬ４、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズＬ５、両凸正レンズＬ６、物体側に凸面を向けた正メニ
スカスレンズＬ７、それに、絞り（開口）２１、理想レンズで表された結像レンズ２０からなり、接合レンズＬ３の像側の面の位置近傍、接合レンズＬ５と両凸正レンズＬ６の間に２回中間像を結像する。そして、正メニスカスレンズＬ７の像面側の面に非球面を用いている。なお、第２の光学系の実施例２２と組み合わせるために、構成パラメータ中の面番号１７（正メニスカスレンズＬ７の像面側の面）は、第２の光学系の実施例２２の射出面（屈折面）１３と同一形状としている。

この第１の光学系の実施例１２の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
画角（半画角） ７０°
入射瞳径 φ０．２１８ｍｍ
像高 ０．９２０ｍｍ
焦点距離 ０．８８７ｍｍ
である。

図４に第１の光学系の実施例１３の中心軸１に沿ってとった断面図を示す。この第１の光学系の実施例１３は、物体（天頂）側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズＬ２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３、両凸正レンズＬ４、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５、それに、絞り（開口）２１、理想レンズで表された結像レンズ２０からなり、中間像は結像しない。そして、正メニスカスレンズＬ５の像面側の面に非球面を用いている。なお、第２の光学系の実施例２２と組み合わせるために、構成パラメータ中の面番号１１（正メニスカスレンズＬ５の像面側の面）は、第２の光学系の実施例２２の射出面（屈折面）１３と同一形状としている。

この第１の光学系の実施例１３の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
画角（半画角） ７０°
入射瞳径 φ０．５２６ｍｍ
像高 １．１９４ｍｍ
焦点距離 １．４９３ｍｍ
である。

図５に第１の光学系の実施例１４の中心軸１に沿ってとった断面図を示す。この第１の光学系の実施例１４は、物体（天頂）側から順に、平凹負レンズＬ１、絞り２１の像面（絞り投影面）２１’、両凸正レンズＬ２、両凸正レンズＬ３、両凸正レンズＬ４、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズＬ５、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズＬ６、両凸正レンズＬ７、それに、絞り（開口）２１、理想レンズで表された結像レンズ２０からなり、両凸正レンズＬ３中、接合レンズＬ５と接合レンズＬ６の間に２回中間像を結像する。なお、第２の光学系の実施例２４、２５、２７と組み合わせるために、第２の光学系の光路と干渉しないように、最終レンズＬ７と共有して用いる絞り２１の間隔を１０ｍｍとしている。

この第１の光学系の実施例１４の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
画角（半画角） ７０°
入射瞳径 φ０．２４９ｍｍ
像高 ０．７９５ｍｍ
焦点距離 ０．８５５ｍｍ
である。

図６に第１の光学系の実施例１５の中心軸１に沿ってとった断面図を示す。この第１の光学系の実施例１５は、物体（天頂）側から順に、平凹負レンズＬ１、絞り２１の像面（絞り投影面）２１’、両凸正レンズＬ２、両凸正レンズと像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズＬ３、両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズＬ４、両凸正レンズＬ５、それに、絞り（開口）２１、理想レンズで表された結像レンズ２０からなり、接合レンズＬ３と接合レンズＬ４の間に１回中間像を結像する。なお、第２の光学系の実施例２９と組み合わせるために、第２の光学系の光路と干渉しないように、最終レンズＬ５と共有して用いる絞り２１の間隔を６ｍｍとしている。さらに、第２の光学系から第１の光学系が突出しないように、光学系の第１面から像面３０まので全長を２３ｍｍと短くしている。

この第１の光学系の実施例１５の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
画角（半画角） ７０°
入射瞳径 φ０．２９７ｍｍ
像高 ０．８９４ｍｍ
焦点距離 −０．９０６ｍｍ
である。なお、焦点距離のマイナスは、中間像を１回結像していることによる。

図７に第１の光学系の実施例１６の中心軸１に沿ってとった断面図を示す。この第１の光学系の実施例１６は、物体（天頂）側から順に、平凹負レンズＬ１、絞り２１の像面（絞り投影面）２１’、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２、両凸正レンズと両凹負レンズの接合レンズＬ３、像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４、両凸正レンズＬ５、それに、絞り（開口）２１、理想レンズで表された結像レンズ２０からなり、接合レンズＬ３と正メニスカスレンズＬ４の間に１回中間像を結像する。そして、両凸正レンズＬ５の像面側の面に非球面を用いている。なお、第２の光学系の実施例３１と組み合わせるために、第２の光学系の光路と干渉しないように、最終レンズＬ５を１５ｍｍの厚さとしている。さらに、最終レンズＬ５の最終面を第２の光学系と共有するために第２の光学系の射出面（屈折面）１３と同一形状としている。

この第１の光学系の実施例１６の仕様は、
理想レンズ２０の焦点距離 ３．５ｍｍ
画角（半画角） ７０°
入射瞳径 φ０．３４５ｍｍ
像高 ０．８９０ｍｍ
焦点距離 −１．０１１ｍｍ
である。なお、焦点距離のマイナスは、中間像を１回結像していることによる。

次に、第２の光学系の実施例２１〜３２について説明する。

第２の光学系の実施例２１の回転対称軸（中心軸）１を含むＹ−Ｚ断面図を図８に示す。なお、図８のＹ−Ｚ断面図には像面３０に対してとる座標系を記入してある。以下、同じ。

この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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１面の内面反射面１２と
Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２で１回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図８の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、屈折面１１近傍の位置５に結像している。

この実施例２１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 φ２．１０〜φ５．２３ｍｍ
である。

この実施例２１は、透明媒体１０を構成する面が３面１１、１２、１３なので、加工性が良い。回転対称軸１と直交する方向では、光学系のパワーがないので、回転対称軸１を含む面内でも無限遠の虚像を結像レンズ２０に伝達することが収差補正上好ましい。そこで、この光学系の第１面１１は透過面で構成すると同時に、強い正のパワーを有することが好ましい。これにより、透明媒体１０内より物体側に、物体の回転対称軸方向の一次像を配置することが可能となり、他の面で無限遠の物体像を伝達することが容易になる。さらに、第２面である反射面１２は瞳をリレーすることが主な目的となり、この面で入射瞳５を第１面１１である透過面近傍に配置することが可能となる。そのためには、比較的強い正のパワーを有することが好ましい。第３面１３は透明媒体１０中に形成された物体の一次像をアフォーカル（無限遠像）として結像レンズ２０に伝達するために正のパワーを有する透過面で構成することが、収差補正上好ましい。

第２の光学系の実施例２２の図８と同様の図を図９に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、像面３０を地上を見下ろす配置として、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内面反射面１２と、非球面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなるからなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、この光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図９の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（
入射瞳）は、屈折面１１近傍の位置５に結像している。

この実施例２２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 φ２．３３〜φ６．２５ｍｍ
である。

本実施例は、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５を配置する構成であり、さらに、第２面１２である反射面１２で光路を約９０°折り曲げることにより、光学系を小型にすることに成功したものである。また、この反射面１２では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する瞳収差が発生しやすいために、比較的強い正のパワーを与えることができない。そのため、次の第３面に当たる反射面１４に比較的大きなパワーを与えることが偏心収差を良好に保つために好ましい。その理由は、この第３面１４の反射面は光路の折り曲げ角が比較的小さいために、偏心収差の発生が少ないためである。また、物体の一次像は第１反射面１２近傍に配置することにより、第２反射面１４により無限遠に投影され、結像レンズ２０に伝達することにより良好な収差補正を行うことが可能となる。

第２の光学系の実施例２３の図８と同様の図を図１０に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、像面３０を天頂を見上げる配置として、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内面反射面１２と、非球面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなるからなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図２１の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０外の屈折面１１近傍の位置５に結像している。

この実施例２３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 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ２．５７〜φ５．９３ｍｍ
である。

本実施例は、透過面である第１面１１近傍に入射瞳５を配置する構成であり、さらに、第２面１２である反射面１２で光路を約９０°折り曲げることにより、光学系を小型にす
ることに成功したものである。また、この反射面１２では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する瞳収差が発生しやすいために、比較的強い正のパワーを与えることができない。そのため、次の第３面に当たる反射面１４に比較的大きなパワーを与えることが偏心収差を良好に保つために好ましい。その理由は、この第３面１４の反射面は光路の折り曲げ角が比較的小さいために、偏心収差の発生が少ないためである。また、物体の一次像は第１反射面１２近傍に配置することにより、第２反射面１４により無限遠に投影され、結像レンズ２０に伝達することにより良好な収差補正を行うことが可能となる。

第２の光学系の実施例２４の図８と同様の図を図１１に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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、１４と、Ｙ回転自由曲面からなるからなる入射面（屈折面）１１と射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図２３の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０内の反射面１２近傍の位置５に結像している。

この実施例２４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 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ２．９８〜φ５．１３ｍｍ
である。

第２の光学系の実施例２５の図８と同様の図を図１２に示す。この実施例は実施例２４に類似した光学系であるが、光路が透明媒体１０内で交差しない点で異なっている。

この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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、１４と、Ｙ回転自由曲面からなるからなる入射面（屈折面）１１と射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置
する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図２５の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０内の反射面１２近傍の位置５に結像している。

この実施例２５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 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ２．８３〜φ４．６４ｍｍ
である。

第２の光学系の実施例２６の図８と同様の図を図１３に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、例えば３６０°全方位（全周）の画像であって、像面３０を地上を見下ろす配置として、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、１４と、非球面からなる内面反射面１５と、Ｙ回転自由曲面からなるからなる入射面（屈折面）１１と、Ｙ回転自由曲面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４と内面反射面１５で順に３回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４、１５と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１３の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１近傍の位置５に結像している。

この実施例２６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 ０．６５ｍｍ
像の大きさ φ２．２４〜φ５．９０ｍｍ
である。

この実施例２６は、３つの反射面１２、１４、１５で構成されているものであり、反射面が多いため収差発生を少なくすることが可能となる。さらに好ましくは、３つの反射面１２、１４、１５は正、負、正の配置をとることにより、一般的なトリプレットの配置をとることになり、像面湾曲（偏心によらない主光線周りの像面湾曲）を少なくすることが可能となる。さらに好ましくは、透明媒体１０内で交差しているため、各反射面１２、１４、１５の反射角を略等しくすることにより、偏心収差の発生も少なくすることが可能となる。また、反射面で十分な収差補正が可能となるため、第５面に相当する透過面１２のパワーを小さくすることが可能となる。これは、色収差が発生しやすい透過面に強いパワ
ーを与えることがないので、収差補正上好ましい結果が生ずる。

第２の光学系の実施例２７の図８と同様の図を図１４に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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１面の内面反射面１２と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と内面反射面１４とを兼用した面と、Ｙ回転自由曲面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と屈折面１１が兼ねる内面反射面１４で順に２回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図１４の回転対称軸１を含む断面図内の屈折面１１近傍の位置４で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０のの屈折面１１より物体側の空中の位置５に結像している。

この実施例２７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 φ２．９４〜φ５．１８ｍｍ
である。

この実施例２７は、透明媒体１０の第１面である透過面１１と第３面である反射面１４を同一形状同一位置に配置した１つの面で兼用するものであり、反射面として作用する場合には臨界角を超えた角度で面に入射するように配置し、全反射作用を利用することにより、反射コーティングすることなく光線を反射するようにすることが可能となる。

第２の光学系の実施例２８の図８と同様の図を図１５に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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４面の内面反射面１２、１４、１５、１６と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、Ｙ回転自由曲面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、内面反射面１２と内面反射面１４と内面反射面１５と内面反射面１６で順に４回反射されて、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４、１５、１６と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する
光束２、３Ｕ、３Ｌは図１５の回転対称軸１を含む断面図内の位置４近傍で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１近傍の位置５に結像している。

この実施例２８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 ０．５９ｍｍ
像の大きさ φ３．０７〜φ５．６０ｍｍ
である。

この実施例２８は４つの反射面１２、１４、１５、１６で構成されている実施例である。本実施例では、物体の一次像は反射面間に配置することにより一次像の形成を反射面で主に行うことが可能となり、第１面である透過面１１のパワーの負担が軽くなり、特に色収差の発生上好ましい。また、特に各反射面を１２、１４、１５、１６を略平行に配置することが可能となり、本光学系を介さずに像面３０の垂線方向（天頂方向）を結像する別光学系を配置する本発明の場合に好ましい。

第２の光学系の実施例２９の図８と同様の図を図１６に示す。この実施例は内面反射面を２面有し、その中の１面が全反射面で透過面との兼用する意味で実施例２７と類似した光学系であり、この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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射出面（屈折面）１３と内面反射面１２とを兼用した面と、Ｙ回転自由曲面からなる内面反射面１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０内に入り、屈折面１３が兼ねる内面反射面１２と内面反射面１４で順に２回反射されて、反射面面１２が兼ねる射出面の屈折面１３を経て透明媒体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。

そして、この実施例においては、透明媒体１０内で、中心軸１に対して片側のみに位置する反射面１２、１４と屈折面１１、１３を通る。また、遠方から入射する光束２、３Ｕ、３Ｌは図３３の回転対称軸１を含む断面図内の位置４で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 を含む平面内では結像しない。また、結像レンズ２０の絞り２１の像（入射瞳）は、透明媒体１０の屈折面１１より物体側の空中の位置５に結像している。

この実施例２９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 φ２．６９〜φ６．１２ｍｍ
である。

第２の光学系の実施例３０の図８と同様の図を図１７に示す。この実施例の第２の光学
系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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、１４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）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０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１４で再度反射され、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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１４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、１４にＹ回転自由曲面を用いて偏心収差を補正している。

この実施例の第２の光学系において、透明媒体１０の天頂側の第２反射面１４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３０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。

第２の光学系の実施例３１の図８と同様の図を図１８に示す。この実施例の第２の光学系は、理想レンズからなる結像レンズ２０の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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、１４と、Ｙ回転自由曲面からなる入射面（屈折面）１１と、非球面からなる射出面（屈折面）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０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１４で再度反射され、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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１４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１４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、１４にＹ回転自由曲面を用いて偏心収差を補正している。

この実施例の第２の光学系において、透明媒体１０の天頂側の第２反射面１４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、１４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に対して透明媒体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３１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。

第２の光学系の実施例３２の図８と同様の図を図１９に示す。この実施例の第２の光学系は実施例３１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の入射側に回転対称の透明媒体１０を装着して、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、１４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）１３とからなる透明媒体１０からなる。そして、中心軸１が垂直方向に向き、光学系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を経て透明媒体１０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１４で再度反射され、射出面の屈折面１３を経て透明媒体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１４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１４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１４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、１４にＹ回転自由
曲面を用いて偏心収差を補正している。

この実施例の第２の光学系において、透明媒体１０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３２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１１〜１６、２１〜３２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、“ＡＳＳ”は非球面をそれぞれ示す。また、“ＩＤＬ”は理想レンズを示す。

［第１の光学系］
実施例１１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞ 0.70 1.4875 70.4
2 0.68 0.82
3 ∞（絞り投影面） 0.20
4 7.91 0.75 1.6317 58.1
5 -1.18 0.20
6 2.75 0.50 1.7502 33.2
7 1.01 1.00 1.5665 43.7
8 -2.75 3.83
9 -21.15 1.28 1.5163 64.1
10 -3.23 0.20
11 3.98 5.00 1.5163 64.1
12 ＡＳＳ[1] 3.52
13 ∞（絞り） 3.50
14 ＩＤＬ 4.36
像 面 ∞
ＡＳＳ[1]
Ｒ 5.64
ｋ 0.0000
ａ 1.0508 ×10^-2 。

実施例１２
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞ 0.70 1.6020 46.8
2 0.57 1.62
3 ∞（絞り投影面） 0.20
4 15.02 0.70 1.6482 55.4
5 -1.22 2.29
6 1.62 0.50 1.7552 27.6
7 0.95 1.00 1.5441 48.7
8 -3.09 2.90
9 2.15 0.70 1.5163 64.1
10 -23.22 0.38
11 2.46 0.74 1.7468 27.9
12 0.66 0.73 1.5914 61.9
13 -2.71 7.14
14 50.34 1.17 1.5163 64.1
15 -4.05 0.20
16 3.63 5.00 1.5163 64.1
17 ＡＳＳ[1] 3.52
18 ∞（絞り） 3.50
19 ＩＤＬ 4.36
像 面 ∞
ＡＳＳ[1]
Ｒ 5.64
ｋ 0.0000
ａ 1.0508 ×10^-2 。

実施例１３
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 30.00 1.00 1.6049 48.0
2 12.00 3.00
3 18.00 4.00 1.7552 27.6
4 50.00 1.00 1.5317 51.8
5 5.00 3.00
6 20.00 1.00 1.5163 64.1
7 3.00 5.00
8 15.00 1.50 1.5163 64.1
9 -15.00 0.50
10 5.00 5.00 1.5163 64.1
11 ＡＳＳ[1] 3.52
12 ∞（絞り） 3.50
13 ＩＤＬ 4.36
像 面 ∞
ＡＳＳ[1]
Ｒ 5.64
ｋ 0.0000
ａ 1.0508 ×10^-2 。

実施例１４
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞ 0.70 1.4875 70.4
2 0.47 1.29
3 ∞（絞り投影面） 0.20
4 5.74 0.70 1.6307 58.3
5 -1.10 0.97
6 2.02 2.58 1.6684 32.2
7 -2.31 1.83
8 2.44 0.70 1.6161 60.5
9 -3.68 0.20
10 2.67 0.70 1.7552 27.6
11 0.55 1.28 1.6204 60.3
12 -1.75 5.86
13 -20.84 0.70 1.7552 27.6
14 4.76 1.97 1.4875 70.4
15 -4.13 0.20
16 7.36 1.63 1.7130 47.5
17 -11.61 10.00
18 ∞（絞り） 3.50
19 ＩＤＬ 2.68 像 面 ∞ 。

実施例１５
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞ 0.70 1.6093 37.5
2 0.68 1.09
3 ∞（絞り投影面） 0.20
4 6.49 0.70 1.6302 58.4
5 -1.40 0.20
6 1.85 0.94 1.6136 60.7
7 -1.06 0.70 1.7552 27.6
8 -5.28 1.44
9 -1.98 0.70 1.7552 27.6
10 4.10 1.49 1.6204 60.3
11 -2.30 0.20
12 12.34 1.14 1.7357 45.5
13 -4.65 6.00
14 ∞（絞り） 3.50
15 ＩＤＬ 4.07
像 面 ∞ 。

実施例１６
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
2 3.00 0.89
3 ∞（絞り投影面） 0.54
4 -5.89 0.86 1.7440 44.8
5 -1.41 1.40
6 3.49 1.50 1.7440 44.8
7 -16.10 0.43 1.4875 70.4
8 2.26 1.97
9 -21.61 2.00 1.5163 64.1
10 -3.32 0.20
11 5.73 15.00 1.5163 64.1
12 ＡＳＳ[1] 0.00
13 ∞（絞り） 3.50
14 ＩＤＬ 3.79
像 面 ∞ 0.00
ＡＳＳ[1]
Ｒ -22.80
ｋ 0.0000
ａ -3.8350 ×10^-5 。

［第２の光学系］
実施例２１
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 ＡＳＳ[1] 偏心(5)
5 ∞（絞り） 偏心(6)
6 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -3.5383 ×10 Ｃ₂ 8.7111 ×10^-1 Ｃ₃ 1.7567 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.4169 ×10 Ｃ₂ -1.0078 Ｃ₃ -1.8279 ×10^-2
Ｃ₄ -2.8146 ×10^-4
ＡＳＳ[1]
Ｒ 0.03
ｋ -1.7097 ×10²³
ａ 2.1865 ×10^-5
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ 43.60
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 35.20 Ｚ 43.60
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 43.60
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 37.75
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 27.31
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 7.37
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 3.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２２
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(3) 1.5163 64.1
4 ＡＳＳ[1] 偏心(4) 1.5163 64.1
5 ＡＳＳ[2] 偏心(5)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -1.2852 ×10 Ｃ₃ 4.5019 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -6.2300 Ｃ₂ -8.6484 ×10^-1 Ｃ₃ -5.6275 ×10^-2
Ｃ₄ -4.3710 ×10^-3
ＡＳＳ[1]
Ｒ 30.63
ｋ -9.9408 ×10^-1
ａ 1.7365 ×10^-5
ＡＳＳ[2]
Ｒ 5.64
ｋ 0.0000
ａ 1.0508 ×10^-2
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -7.26
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 11.69 Ｚ -7.26
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.26
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -25.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -11.39
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.86
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -4.36
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２３
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(3) 1.5163 64.1
4 ＡＳＳ[1] 偏心(4) 1.5163 64.1
5 ＡＳＳ[2] 偏心(5)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.6070 ×10 Ｃ₃ 1.4404 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.2742 ×10 Ｃ₂ 9.7226 ×10^-1 Ｃ₃ -1.8719 ×10^-2
ＡＳＳ[1]
Ｒ 60.70
ｋ 0.0000
ａ 5.5059 ×10^-6
ＡＳＳ[2]
Ｒ 10.59
ｋ 0.0000
ａ -1.6602 ×10^-4
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -12.76
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -26.77 Ｚ -12.76
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -12.76
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -32.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -19.84
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.32
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.82
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２４
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(3) 1.5163 64.1
4 ＹＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.5163 64.1
5 ＹＲＦＳ[4] 偏心(5)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -3.0440 ×10 Ｃ₂ -5.3356 ×10^-16 Ｃ₃ 1.0000 ×10^-2
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.3822 ×10 Ｃ₂ 3.2869 ×10^-1 Ｃ₃ -5.0144 ×10^-2
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -2.7077 ×10 Ｃ₂ 1.0779 Ｃ₃ 4.5428 ×10^-2
Ｃ₄ 1.2867 ×10^-3
ＹＲＦＳ[4]
Ｃ₁ -1.7361 ×10 Ｃ₂ 1.3428 Ｃ₃ -1.2568 ×10^-1
Ｃ₄ 7.1725 ×10^-3
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -43.04
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -18.69 Ｚ -43.04
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -43.04
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -52.81
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -37.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２５
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 ＹＲＦＳ[4] 偏心(6)
6 ∞（絞り） 偏心(7)
7 ＩＤＬ 偏心(8)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -1.6405 ×10 Ｃ₂ 6.6473 ×10^-1 Ｃ₃ 2.0000 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.1082 ×10 Ｃ₂ -3.7446 ×10^-1 Ｃ₃ -7.7055 ×10^-2
Ｃ₄ 4.7531 ×10^-2
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -1.7643 ×10 Ｃ₂ 2.5415 ×10^-2 Ｃ₃ 1.1674 ×10^-2
Ｃ₄ 2.5568 ×10^-4
ＹＲＦＳ[4]
Ｃ₁ -1.4545 ×10 Ｃ₂ 1.1254 Ｃ₃ -8.0058 ×10^-2
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -47.29
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -12.73 Ｚ -47.29
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -47.29
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -46.14
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -37.34
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -32.71
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.08
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.58
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２６
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 ＡＳＳ[1] 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ＹＲＦＳ[4] 偏心(7)
7 ∞（絞り） 偏心(8)
8 ＩＤＬ 偏心(9)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.3906 ×10 Ｃ₂ 1.2749 ×10^-1 Ｃ₃ 2.3851 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -2.4035 Ｃ₂ 4.2282 ×10^-1 Ｃ₃ -2.1995 ×10^-2
Ｃ₄ 2.6644 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -1.2146 ×10 Ｃ₂ 2.2395 Ｃ₃ -1.5821 ×10^-1
Ｃ₄ 1.1353 ×10^-2
ＹＲＦＳ[4]
Ｃ₁ -2.6985 Ｃ₂ -1.3266 Ｃ₃ 6.2969 ×10^-2
ＡＳＳ[1]
Ｒ 42.83
ｋ -1.0252
ａ 2.1854 ×10^-6
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ 17.94
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -23.77 Ｚ 17.94
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 17.94
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 18.88
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 9.68
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 25.32
α -180.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 10.05
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.68
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[9]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 2.18
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２７
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[1] 偏心(3) 1.5163 64.1
5 ＹＲＦＳ[3] 偏心(5)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.0957 ×10 Ｃ₂ -1.4367 ×10^-1 Ｃ₃ -8.4858 ×10^-3
Ｃ₄ 3.1420 ×10^-4
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.8248 ×10 Ｃ₂ -7.4474 ×10^-1 Ｃ₃ -3.1827 ×10^-2
Ｃ₄ -5.1999 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -1.6800 ×10 Ｃ₂ 7.7566 ×10^-1 Ｃ₃ -7.4491 ×10^-2
Ｃ₄ 6.8835 ×10^-3
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -49.80
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -36.45 Ｚ -49.80
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -42.97
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -50.09
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -37.49
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.36
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.86
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

実施例２８
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 ＹＲＦＳ[4] 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ＹＲＦＳ[5] 偏心(7) 1.5163 64.1
7 ＹＲＦＳ[6] 偏心(8)
8 ∞（絞り） 偏心(9)
9 ＩＤＬ 偏心(10)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -3.0515 ×10 Ｃ₂ 1.5355 Ｃ₃ 2.0000 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -2.5421 ×10 Ｃ₂ -1.6454 ×10^-1 Ｃ₃ -1.6776 ×10^-2
Ｃ₄ 9.4176 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -3.0605 ×10 Ｃ₂ -2.1550 ×10^-1 Ｃ₃ -7.1384 ×10^-2
Ｃ₄ -7.6576 ×10^-3
ＹＲＦＳ[4]
Ｃ₁ -2.3115 ×10 Ｃ₂ -3.8354 ×10^-1 Ｃ₃ -1.4435 ×10^-2
Ｃ₄ -2.2044 ×10^-4
ＹＲＦＳ[5]
Ｃ₁ -2.9802 ×10 Ｃ₂ -1.0856 ×10^-1 Ｃ₃ 3.9619 ×10^-3
Ｃ₄ 8.1575 ×10^-5
ＹＲＦＳ[6]
Ｃ₁ -2.3262 ×10 Ｃ₂ 4.6529 ×10^-1 Ｃ₃ -1.1954 ×10^-2
Ｃ₇ -2.5168 ×10^-8
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -75.86
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -30.46 Ｚ -75.86
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -75.86
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -73.65
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -68.96
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -66.56
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -55.09
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -47.99
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[9]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.05
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[10]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２９
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 ＹＲＦＳ[2] 偏心(4)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.5486 ×10 Ｃ₂ 2.5415 ×10^-1 Ｃ₃ 1.5770 ×10^-1
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -9.8843 Ｃ₂ 1.3864 Ｃ₃ -3.8493 ×10^-2
Ｃ₅ 7.5808 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ -8.4191 Ｃ₂ 6.0188 Ｃ₃ 2.0124
Ｃ₄ 5.2928 ×10^-1
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ ∞ Ｚ -17.54
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -28.19 Ｚ -17.54
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -17.54
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -16.20
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -22.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.57
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -4.07
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例３０
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３１
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 ＡＳＳ[1] 偏心(6)
6 ∞（絞り） 偏心(6)
7 ＩＤＬ 偏心(7)
像 面 ∞
ＹＲＦＳ[1]
Ｃ₁ -2.0020 ×10⁺¹ Ｃ₂ 9.8828 ×10^-1 Ｃ₃ 2.6987 ×10^-2
Ｃ₄ 3.5206 ×10^-4
ＹＲＦＳ[2]
Ｃ₁ -1.9861 ×10⁺¹ Ｃ₂ -7.7597 ×10^-1 Ｃ₃ 3.2442 ×10^-2
Ｃ₄ -4.6428 ×10^-4
ＹＲＦＳ[3]
Ｃ₁ 8.3456 Ｃ₂ 9.0198 Ｃ₃ 2.1793
Ｃ₄ -2.8553 ×10^-1
ＡＳＳ[1]
Ｒ -22.80
ｋ 0.0000
ａ -3.8350 ×10^-5
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ -∞ Ｚ -25.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -7.70 Ｚ -25.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -25.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -12.97
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -31.97
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -7.29
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -3.79
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例３２
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 。

次に、以上のような実施例１１〜１６の第１の光学系５０と、実施例２１〜３２の第２の光学系６０とを組み合わせて、天頂方向を中心として全天の２２０°の範囲の画像を一度に取得することが可能となる本発明の光学系の実施例１〜９について説明する。

実施例１の光学系は、図１に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１１の光学系（図２）を用い、第２の光学系６０として実施例２２の光学系（図９）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置し、第２の光学系６０の透明媒体１０の射出面（屈折面）１３と第１の光学系５０の正メニスカスレンズＬ５の像面側の面とを兼用させている。なお、図１では、上が地で下が天と逆になっている。また、実施例２２の光学系は、図９の場合は、像面３０が地上を見下ろす配置としていたが、この場合は、天頂方向を見上げる配置にしている。そのため、像面３０では、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が像面３０に結像される。

この実施例１において、天頂を中心に半画角７０°の範囲の画像を第１の光学系５０が像面３０の中心に結像し、３６０°全周の水平線の上下２０°の範囲の画像を第２の光学系６０が像面３０の第１の光学系５０による画像の周りに結像する。したがって、天頂方向を中心として全天の２２０°の範囲の画像を一度に取得することができる。以下の実施例２〜９も同じである。

この実施例１では、第１の光学系５０は中間像を１回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例２の光学系は、図２０に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１２の光学系（図３）を用い、第２の光学系６０として実施例２２の光学系（図９）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置し、第２の光学系６０の透明媒体１０の射出面（屈折面）１３と第１の光学系５０の正メニスカスレンズＬ７の像面側の面とを兼用させている。なお、図２０では、上が地で下が天と逆になっている。また、実施例２２の光学系は、図９の場合は、像面３０が地上を見下ろす配置としていたが、この場合は、天頂方向を見上げる配置にしている。そのため、像面３０では、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が像面３０に結像される。

この実施例２では、第１の光学系５０は中間像を２回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例３の光学系は、図２１に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１３の光学系（図４）を用い、第２の光学系６０として実施例２２の光学系（図９）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置し、第２の光学系６０の透明媒体１０の射出面（屈折面）１３と第１の光学系５０の正メニスカスレンズＬ５の像面側の面とを兼用させている。なお、図２１では、上が地で下が天と逆になっている。また、実施例２２の光学系は、図９の場合は、像面３０が地上を見下ろす配置としていたが、この場合は、天頂方向を見上げる配置にしている。そのため、像面３０では、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が像面３０に結像される。

この実施例３では、第１の光学系５０は中間像を結像せず、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例４の光学系は、図２２に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１４の光学系（図５）を用い、第２の光学系６０として実施例２４の光学系（図１１）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置している。この実施例の第２の光学系６０は、像面３０が天頂方向を見上げる配置にしており、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が像面３０に結像される。

この実施例４では、第１の光学系５０は中間像を２回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例５の光学系は、図２３に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１４の光学系（図５）を用い、第２の光学系６０として実施例２５の光学系（図１２）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置している。この実施例の第２の光学系６０は、像面３０が天頂方向を見上げる配置にしており、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が像面３０に結像される。

この実施例５では、第１の光学系５０は中間像を２回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例６の光学系は、図２４に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１４の光学系（図５）を用い、第２の光学系６０として実施例２７の光学系（図１４）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を
囲むように第２の光学系６０を配置している。この実施例の第２の光学系６０は、像面３０が天頂方向を見上げる配置にしており、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が像面３０に結像される。

この実施例６では、第１の光学系５０は中間像を２回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例７の光学系は、図２５に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１５の光学系（図６）を用い、第２の光学系６０として実施例２９の光学系（図１６）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置している。この実施例の第２の光学系６０は、像面３０が天頂方向を見上げる配置にしており、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が像面３０に結像される。

この実施例７では、第１の光学系５０は中間像を１回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で２回反射を行っているものである。

実施例８の光学系は、図２６に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１６の光学系（図７）を用い、第２の光学系６０として実施例３１の光学系（図１８）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置し、第２の光学系６０の透明媒体１０の射出面（屈折面）１３と第１の光学系５０の両凸正レンズＬ５の像面側の面とを兼用させている。この実施例の第２の光学系６０は、像面３０が天頂方向を見上げる配置にしており、天頂方向が中心方向に向き、地平線が外側の円になるような画像が像面３０に結像される。

この実施例８では、第１の光学系５０は中間像を１回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の一方の側に入射して反対側で２回反射を行っているものである。

実施例９の光学系は、図２７に光学系の回転対称軸１に沿ってとった断面図を示すように、第１の光学系５０として実施例１２の光学系（図３）を用い、第２の光学系６０として実施例２１の光学系（図８）を用いて、回転対称軸１を中心に、第１の光学系５０を囲むように第２の光学系６０を配置している。この実施例の第２の光学系６０は、像面３０が天頂方向を見上げる配置にしており、天頂方向が中心方向に向き、地平線が外側の円になるような画像が像面３０に結像される。

この実施例９では、第１の光学系５０は中間像を１回結像しており、第２の光学系６０は中心軸１の片側に入射して同じ片側で１回反射を行っているものである。

なお、以上では、第２の光学系６０として、図１０（実施例２３）、図１３（実施例２６）、図１５（実施例２８）、図１７（実施例３０）、図１９（実施例３２）の光学系を用いた例は示していないが、これらの場合も、実施例１〜９と同様に、実施例１１〜１６の第１の光学系、あるいは、同様の光学系と組み合わせることにより、天頂方向を中心として全天の２２０°の範囲の画像を一度に取得することが可能となる光学系を構成することができる。

以下に、上記実施例２１〜２３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 第３反射面 第４反射面
２１ 60.647
２２ 40.855 9.934
２３ 44.194 13.766
２４ 18.195 10.755
２５ 32.758 54.742
２６ 20.432 22.586 17.606
２７ 32.489 60.989
２８ 32.772 29.955 38.778 53.570
２９ 49.275 22.905
３０ 4.690 30.280
３１ 20.728 25.135
３２ 18.477 43.011
。

ところで、本発明の光学系を天頂に向け周囲の画像、例えば図２８のような画像を撮像する場合の第１の光学系５０、第２の光学系６０を通して得られる画像について説明する。撮像して得られる画像は、第１の光学系５０により、図２９に示すような天頂近傍の画像が撮像される。また、第２の光学系６０により、図３０に示すような地平線近傍の画像が撮像される。

像面３０に配置した撮像素子上には、実施例毎に異なるが、例えば図３１に示すような中心部の第１の光学系５０による画像（図２９）と、その周辺の第２の光学系６０による画像（図３０）とが形成されることとなる。

これらの画像を、極座標系から直交座標系に座標変換することにより、第１の光学系５０による画像は図３２のようになり、第２の光学系６０による画像は図３３のようになり、それらの画像をつなぎ合わせることにより、図２８のような天頂方向を中心として全天の２２０°の範囲の画像が得られる。

そのためには、第１の光学系５０の結像回数と第２の光学系６０の反射回数に応じて、極座標系を直交座標系に座標変換すると同時に、上下左右に像反転変換が行うことが重要である。

この関係は、第１の光学系５０を基準に考える。図３４に３６０°全周の画像を示す。図３４（ａ）に３６０°全周の画像７０と本発明の光学系７１、その像面の撮像素子７２との配置関係を示し、図３４（ｂ）に３６０°全周の画像７０を展開した画像を示す。

図３５（Ａ）〜（Ｈ）に、全周の画像７０が図３４（ｂ）のような場合に、第１の光学系５０により像面の中心部に結像される画像と、その周辺に第２の光学系６０により結像される画像との考えられる配置関係を示す。上記実施例１〜９と図３５の対応図、及び、第１の光学系５０の中間像結像回数、第２の光学系６０の絞り２１より物体側の光路が中心軸の片側か両側かの区別と、反射回数を以下に示す。

実施例 図３５ 第１の光学系 第２の光学系光路片側 第２の光学系光路両側
９ Ａ ２回結像 １回反射
２ Ｂ ２回結像 ２回反射
３ Ｂ ０回結像 ２回反射
４ Ｂ ２回結像 ２回反射
５ Ｂ ２回結像 ２回反射
６ Ｂ ２回結像 ２回反射
− Ｃ
１ Ｄ １回結像 ２回反射
− Ｅ
７ Ｆ １回結像 ２回反射
８ Ｇ １回結像 ２回反射
− Ｈ のようになるが、ＡとＧ、ＢとＨ、ＣとＥ、ＤとＦは像の中心に対して１８０°回転すると同じになるので、上の表は、

実施例 図３５ 第１の光学系 第２の光学系光路片側 第２の光学系光路両側
９ Ａ ２回結像 １回反射
８ Ａ １回結像 ２回反射
２ Ｂ ２回結像 ２回反射
３ Ｂ ０回結像 ２回反射
４ Ｂ ２回結像 ２回反射
５ Ｂ ２回結像 ２回反射
６ Ｂ ２回結像 ２回反射
− Ｃ
１ Ｄ １回結像 ２回反射
７ Ｄ １回結像 ２回反射
となる。

これにより、図３５（Ａ）の場合は、例えば上を基準に円周像を切り開いて展開するように、極座標を直交座標系に座標変換すればよい。

図３５（Ｂ）の場合は、さらに第２の光学系の円周像を上下反転することが必要である。

図３５（Ｃ）の場合は、第１の光学系の円周像を切り開く位置と第２の光学系の円周像を切り開く位置を円周上で１８０°ずらすことが必要になる。

図３５（Ｄ）の場合は、図３５（Ｃ）の場合に、さらに第２の光学系の円周像を上下反転することが必要になる。

以上、本発明の光学系を中心軸（回転対称軸）を垂直方向に向けて天頂を含む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、光路を逆にとって天頂を含む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３６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３６（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３６（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３７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３８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３９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。

本発明においては、天頂付近の画像と３６０°全周の画像を同時に撮影したり、逆に投影することが可能で、解像力が良く、小型の光学系を提供することができる。

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
１０…透明媒体
１１…屈折面（入射面）
１２、１４、１５、１６…内面反射面
１３…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
２１’…絞りの像面
３０…像面
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
５０…第１の光学系
６０…第２の光学系
７０…３６０°全周の画像
７１…本発明の光学系
７２…撮像素子
Ｏ…被写体
Ｏ’…被写体の像
Ｌ１…第１レンズ
Ｌ２…第２レンズ
Ｌ３…第３レンズ
Ｌ４…第４レンズ
Ｌ５…第５レンズ
Ｌ６…第６レンズ
Ｌ７…第７レンズ

Claims (15)

1. 天頂付近の画像を撮像する第１の光学系と、その第１の光学系を囲み、３６０°全周の画像を撮像する第２の光学系とを備えており、
   第１の光学系と第２の光学系とは、中心軸の周りで回転対称な形状に構成され、第１の光学系と第２の光学系は、光線の進む順に、その像面側に瞳を形成する開口と結像レンズとを共有しており、
   その２つの光学系により形成される像を共通の像面で受けるように構成されており、第２の光学系は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を含み、
   その透明媒体は、少なくとも１面の内面反射面と、少なくとも２面の屈折面を持ち、かつ、前記内面反射面のうち少なくとも１面は対称面を持たない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面から構成されており、前記内面反射面のうち少なくとも１面は正のパワーを有することを特徴とする光学系。
2. 記第２の光学系の中で第１の光学系と共有していない光学系は正のパワーを有し、
   前記第２の光学系において、前記第２の光学系の入射瞳が、光線が最初に入射する第１入射面の近傍にリレーされることを特徴とする請求項１記載の光学系。
3. 前記第２の光学系の透明媒体の少なくとも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面から構成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. 前記透明媒体は、２面の内面反射面と、少なくとも２面の屈折面を持つ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. 前記第２の光学系において、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも１回結像され、かつ、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は結像しないように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光学系。
6. 前記第２の光学系において、遠方から入射する光束が前記透明媒体内で中心軸に対して片側のみに位置する前記内面反射面と前記屈折面を通ることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光学系。
7. 前記第２の光学系において、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請求項１から４の何れか１項記載の光学系。
8. 前記第２の光学系において、遠方から入射する光束が前記透明媒体内で中心軸に対して両側に位置する前記内面反射面と前記屈折面を通ることを特徴とする請求項７記載の光学系。
9. 前記第２の光学系において、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８の何れか１項記載の光学系。
10. 前記第１の光学系は、中心軸の周りで回転対称な屈折光学系から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。
11. 前記第１の光学系の一部の屈折面は、前記第２の光学系の少なくとも１面の屈折面と兼用されていることを特徴とする請求項１０記載の光学系。
12. 前記２つの光学系により形成される像が中心軸を挟んで全画角が１８０°を越える像であることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項記載の光学系。
13. 像面に配置された画像を物体面に投影する光学系として用いられることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項記載の光学系。
14. 前記第１の光学系の中で、最も撮像する画像に近い表面が平面である請求項１から１２の何れか１項記載の光学系を有することを特徴とする内視鏡。
15. 請求項１から１２の何れか１項記載の光学系によって取得した画像を第１の光学系の結像回数と第２の光学系の反射回数に応じて座標変換すると共に像反転変換を行って、第１の光学系の画像と第２の光学系の画像をつなぎ合わせることを特徴とする画像処理方法。

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