JP7154903B2 - レンズ装置およびそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置に関し、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ等の撮像装置に好適なものである。

バーチャルリアリティー等の臨場感の得られるコンテンツに用いられる映像を撮影するために、広角かつ立体撮影可能な撮像装置が求められている。

特許文献１には一つの撮像素子上に二つの光学系による光学像を形成させることで立体撮影を可能とした構成の撮像装置が記載されている。

特開２０１２－３０２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された撮像装置では、二つの光学系によるイメージサークルの内の一部のみを切り出して使用することで撮像面を効率的に利用して高画質な画像を得るという構成となっている。このため、特許文献１の撮像装置では、広画角な画像（映像）を取得ことは困難であった。

本発明は、一つの撮像素子上に像を形成可能な二つの光学系を有するレンズ装置において、広画角かつ高画質な画像を得ることを目的とする。

本発明のレンズ装置は、二つの光学系を有するレンズ装置であって、前記二つの光学系のそれぞれは、絞りを有し、前記二つの光学系のそれぞれは、絞りの光入射側と光出射側に少なくとも１面ずつ光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面を有し、前記二つの光学系による二つの像を一つの撮像素子上に形成することが可能であることを特徴とする。

本発明によれば、一つの撮像素子上に像を形成可能な二つの光学系を有するレンズ装置において、広画角かつ高画質な画像を得ることができる。

レンズ装置の要部断面図である。 一つの撮像素子上に二つの光学系によって形成されたイメージサークルを模式的に示した図である。 実施例１の光学系の断面図である。 実施例１の光学系の収差図である。 実施例２の光学系の断面図である。 実施例２の光学系の収差図である。 実施例３の光学系の断面図である。 実施例３の光学系の収差図である。 実施例４の光学系の断面図である。 実施例５の光学系の収差図である。 撮像装置の概略図である。

以下に、本発明のレンズ装置及びそれを有する撮像装置の実施例について、添付の図面に基づいて説明する。

［実施例１］
図１は、実施例１のレンズ装置の要部断面図である。

図１に示すように、本実施例のレンズ装置１００は二つの光学系１０１、１０２を有する。光学系１０１、１０２は不図示の筐体によって保持されている。本実施例において光学系１０１、１０２は後に述べる反射部材の反射方向を除いて同一であるため、以降の説明では代表として光学系１０１について述べる。

光学系１０１は、二つの反射部材１０３、１０５を有する。第１反射部材１０３は光路を折り曲げる反射面Ｒ１を有する。第２反射部材１０５は光路を折り曲げる反射面Ｒ２を有する。第１反射部材１０３と第２反射部材１０５の間には開口絞りＳＰが設けられている。

図１において、ＩＰは像面（近軸結像位置）である。像面ＩＰには、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子またはフィルムが配置される。

像面ＩＰには、光学系１０１、１０２によって像（光学像）が形成される。すなわち、本実施例のレンズ装置１００において、二つの光学系による二つの光学像は一つの撮像素子上に形成される。

図２（ａ）は、本実施例のレンズ装置１００の光学系１０１、１０２によって形成されるイメージサークルを模式的に示した図である。図２（ａ）に示した矩形領域は撮像素子の有効領域を表しており、楕円はイメージサークルを表している。図２（ａ）に示すように、本実施例の光学系１０１、１０２のイメージサークルの形状は、円ではなく楕円となっている。

図２（ａ）を図２（ｂ）、（ｃ）と比較して、本実施例のレンズ装置１００においてイメージサークルの形状を楕円としたことによる技術的効果を説明する。

二つの光学系による二つの像を一つの撮像素子で取得する場合を考える。撮像素子の縦横比率が１：２であれば、撮像素子を二つの正方領域に分け、各正方領域にそれぞれのイメージサークルを内接させることで画素を無駄なく画素を利用することができる。しかしながら、一般的な撮像素子の縦横比率は２：３や３：４である。この場合、図２（ｂ）のように二つの光学系のイメージサークル径をそれぞれ撮像素子の長辺の半分の長さとすると、撮像素子上に撮影に使用しない領域（図２（ｂ）の灰色で示した領域）が生じる。このため、撮像素子上の画素の一部が無駄になってしまう。一方、図２（ｃ）のように、二つの光学系のイメージサークル径をそれぞれ撮像素子の短辺と等しくすると、撮像素子の画素の利用効率は向上するが、水平方向の画角が減じられてしまう。このため、十分に広画角な画像（映像）を取得できなくなってしまう。

このため本実施例では一つの矩形の撮像素子の長辺に平行な方向に二つの光学系１０１，１０２によるイメージサークルを並べて配置し、それぞれのイメージサークルを楕円形状としている。これにより、二つのイメージサークルを一つの矩形の撮像素子内に収めることができ、さらに撮像素子の画素の利用効率を高めることができる。結果として、広画角で高画質な画像（映像）を取得することが可能となる。

本実施例の光学系１０１は、イメージサークルを楕円形状とするために、光軸に垂直な二つの異なる方向で曲率の異なるレンズ面を少なくとも２面有して構成されている。光軸に垂直な二つの異なる方向で曲率の異なるレンズ面とは、例えばアナモフィック面やトーリック面がある。このようなレンズ面を２面以上設けたのは、光軸に垂直な二つの異なる方向で焦点距離を変えつつ、結像位置のずれを補正するためである。なお、光軸とは、光学系の中心軸を言う。このため、本実施例のように光学系１０１が反射部材を含む場合、光軸は光学系内で折れ曲がることになる。

本実施例のレンズ装置１００では、以上の構成により、一つの撮像素子上に像を形成可能としつつ、広画角かつ高画質な画像を取得可能としている。

次に、本実施例の光学系１０１について述べる。

図３は、本実施例の光学系１０１の断面図である。ただし、反射部材１０３、１０５により折り曲げられた光路は展開して示している。図３（ａ）はＸ－Ｙ断面の断面図であり、図３（ｂ）はＸ－Ｚ断面の断面図である。ここで、軸Ｘ，Ｙ，Ｚは図１における軸と対応している。すなわちＺ軸は光学系１０１と光学系１０２が並ぶ方向（光学系１０１と光学系１０２の最も物体側の面にそれぞれ入射する軸上光線に対して共に垂直な方向）の軸である。Ｘ軸は光学系１０１と光学系１０２の最も物体側の面に入射する軸上光線と平行な軸、Ｙ軸はＺ軸およびＸ軸に垂直な軸である。以下では、Ｚ軸に平行な方向を水平方向（第１の方向）、Ｙ軸に平行な方向を垂直方向（第２の方向）とも呼ぶ。なお、軸上光線とは光学系１０１において光軸上を通って像面に達する光線である。

本実施例の光学系１０１は、複数のレンズと反射部材１０３，１０５を有して構成されている。本実施例では、第１反射部材１０３と第２反射部材１０５は共にプリズムであるが、単なるミラーであっても良い。反射部材としてプリズムを用いる場合、光の入射面と出射面は平面であっても曲面であっても良い。

本実施例では、水平方向の長さが３６ｍｍ、垂直方向の長さが２４ｍｍの撮像素子（縦横比２：３）を用いる。このため、一つの光学系が使用できる撮像素子上のスペースは、水平方向の長さが１８ｍｍ、垂直方向の長さが２４ｍｍとなる。ここで、製造誤差による光軸ズレや、隣のレンズの漏れ光による像の干渉を考慮して、左右上下に０．２５ｍｍのスペースをとる。このため、一つの光学系のイメージサークルの水平方向の長さは１７．５ｍｍ、垂直方向の長さは２３．５ｍｍとなる。

また、本実施例の光学系１０１は、等角射影で最大画角が１８０°の魚眼レンズである。等角射影とは半像高をｙ、半画角をθ、焦点距離をｆとするとき、ｙ＝ｆθの関係が成立する射影方式である。

ここで、光学系１０１の水平方向の焦点距離をｆｚ、垂直方向の焦点距離をｆｙとすると、ｙ＝ｆθの関係式およびイメージサークルの大きさから、ｆｚ＝５．５７ｍｍ、ｆｙ＝７．４８ｍｍと求まる。すなわち、ｆｙとｆｚがこのような値となるように、光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面を導入すれば良い。

本実施例では、アナモフィック面を光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面ＡＳとして、第９面、第１６面、第２５面、第２７面の計４面に設けている。いずれのアナモフィック面も、水平方向と垂直方向で曲率が異なっている。

本実施例の光学系１０１では、物体側から第１反射部材１０３までを、物体側凸面の負メニスカスレンズ、物体側凸面の負メニスカスレンズ、両凹レンズ、両凹レンズと物体側凸面の正メニスカスレンズの接合レンズ、両凸レンズで構成している。第２負レンズの物体側に非球面を配置し、広角レンズで問題となる非点収差、歪曲を補正している。接合レンズの像側面にアナモフィック面を配置している。

また、第１反射部材１０３と第２反射部材１０５の間には、物体側から、物体側凸面の負メニスカスレンズと物体側凸面の正メニスカスレンズの接合レンズ、絞りＳＰを配置している。接合レンズの像側面はアナモフィック面としている。

また、第２反射部材１０５から像面までは、物体側から、両凸レンズと像側凸面の負メニスカスレンズの接合レンズ、両凸レンズ、物体側凸面の負メニスカスレンズ、像側凸面で物体側にアナモフィック非球面を有するレンズで構成している。物体側凸面の負メニスカスレンズの物体側面にもアナモフィック面を配置している。

本実施例では、４面のアナモフィック非球面を配置している。特に、最終レンズに用いているアナモフィック非球面は曲率差が大きく、最終レンズの水平方向の焦点距離は－１２５．３ｍｍ、垂直方向の焦点距離は４２．２ｍｍとしている。

なお、本実施例では光学系１０１の射影方式を等角射影としたが、他の射影方式であっても良い。また、イメージサークルの干渉等を考慮し、イメージサークルの上下左右に０．２５ｍｍのスペースを確保したが、スペースを設けるかどうか、また、スペースの量をいくらにするのかは任意に設定可能である。

本実施例のレンズ装置１００における二つの光学系１０１，１０２の最も物体側のレンズ面上における光軸の距離（基線長）は６１．９７ｍｍとなっている。

図４は、本実施例の光学系１０１の無限遠合焦時の収差図である。図４（ａ）は水平方向における収差図、図４（ｂ）は垂直方向における収差図、図４（ｃ）は水平方向に対して４５°の角度を成す斜め方向における収差図である。

各収差図においてＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角（°）である。球面収差図において、実線はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、破線はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）の球面収差を表している。非点収差図において実線（ΔＳ）はｄ線におけるサジタル像面、破線（ΔＭ）はｄ線におけるメリディオナル像面の非点収差を表している。歪曲収差図はｄ線の歪曲を示している。色収差図はｇ線の色収差を示している。これらは以降の収差図においても同様である。

次に、本実施例のレンズ装置１００が満足することが好ましい条件について述べる。

光学系１０１のイメージサークルは、本実施例のように、水平方向の長さよりも垂直方向の長さが長い形状であることが好ましい。すなわち、イメージサークルを垂直方向に拡大する（または水平方向に縮小する）ように、光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面ＡＳを配置することが好ましい。これによって、一般的な形状の一つの撮像素子上に二つの光学系１０１，１０２による像を形成させる場合に画素の利用効率を高めることができる。

また、光学系１０１は、アナモフィック面等の光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面を３面以上有して構成されていることが好ましい。これによって、収差補正上の自由度を向上させることができ、結果として斜め方向に対しても十分高い光学性能を得ることができる。

また、光学系１０１は絞りＳＰを有して構成され、絞りＳＰの光入射側と光出射側に少なくとも１面ずつ光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面を有することが好ましい。本実施例の光学系１０１では、絞りＳＰの前後に反射部材１０３，１０５が配置されており、反射部材に対して絞りの反対側にあるレンズでは、光軸に垂直な２つの方向で、軸外光線がレンズを通過する高さが異なる。そのため、このような位置に光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面を配置することで、二つの方向に対して独立して光学特性を制御することが容易にすることができる。

また、光学系１０１は、本実施例のように、光路を折り曲げる反射部材を少なくとも二つ有することが好ましい。

本実施例のレンズ装置１００は、一つの撮像素子に対して二つの光学系１０１，１０２を水平に並べた構成を備えており、これによって立体撮影が可能な構成となっている。

レンズ装置１００によって臨場感の高い立体画像（映像）を取得するには、撮影時の二つの光学系１０１，１０２の入射側の光軸の距離（基線長）を長くすることが好ましい。基線長が短すぎると、光学系１０１，１０２の間で視差がつかず、立体感が不十分となり得る。一般的に、人間の目の間隔は６０ｍｍ前後であり、高い臨場感のある映像を撮影するには、二つの光学系に人間の目の間隔に近い基線長を持たせるのが良い。

一方、本実施例のレンズ装置１００では、一つの撮像素子で二つの光学系１０１，１０２による像を取得するが、一般的な撮像素子の大きさは、６０ｍｍより大幅に小さい。そのため、撮像素子に対して、単純に光学系１０１，１０２を並べただけでは、基線長が不十分となり得る。そこで、図１に示すように、光路を少なくとも２回折り曲げることにより、二つの光学系１０１，１０２の基線長を長くすることが可能となる。その結果、十分な立体感を得られる画像（映像）を取得することが可能となり、高い臨場感を得ることができる。なお、反射部材としては、本実施例のプリズムであっても良いし、単なるミラーであっても良い。

なお、基線長が長すぎる場合には、視差がつきすぎて、影画像を観察する際、立体感が強調され、観察者に疲労を感じさせる可能性が高くなる。また、基線長と人間の目の間隔とのズレが大きくなるほど、人間の体感、経験に基づく立体感覚からのズレが大きくなり、違和感を生じてしまう。そのため、基線長は４０ｍｍ以上７０ｍｍ以下であることがより好ましい。

なお、光学系１０１において光路を折り曲げる反射部材を二つ設ける場合、この二つの反射部材は、２面の光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面の間に設けることが好ましい。前述のように、光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる非球面は各画角の光が分離した位置（光学系１０１のより物体側またはより像側）に配置することが好ましい。一方、反射部材を小型に構成するためには、反射部材を光線が集中する位置に配置することが好ましい。したがって、二つの反射部材と２面の非球面を上述のように配置することで、高い光学性能とレンズ装置１００の小型化を同時に達成することが可能となる。

また、光学系１０１の全画角をＡＶとしたとき、以下の条件式を満足することが好ましい。
１５０°＜ＡＶ＜１９０° （１）

式（１）はより高い臨場感の画像（映像）を得るために必要な光学系１０１の画角を規定するものである。条件式（１）の上限値を上回る場合、十分な画角の画像（映像）を取得することはできるが光学系が大型化してしまうため好ましくない。条件式（１）の下限値を下回る場合、画角が小さくなりすぎ、例えばレンズ装置１００を用いて得られた画像（映像）をヘッドマウントディスプレイで観察する際に周辺部に画像の無い領域が増加してしまう。この場合、高い臨場感が得られなくなるため好ましくない。

なお、条件式（１）の数値範囲は以下の条件式（１ａ）の範囲とすることがより好ましく、条件式（１ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
１５５°＜ＡＶ＜１８７° （１ａ）
１６０°＜ＡＶ＜１８５° （１ｂ）

また、光学系１０１の水平方向の焦点距離をｆｈ、垂直方向の焦点距離をｆｖとしたとき、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。ここで、水平方向の焦点距離とは、光学系１０１と光学系１０２の最も物体側の面にそれぞれ入射する軸上光線に対して共に垂直な方向での焦点距離である。また、水平方向の焦点距離とは、光学系１０１と光学系１０２の最も物体側の面にそれぞれ入射する軸上光線に垂直な直線と、該軸上光線と、に対して垂直な方向における焦点距離である。
０．５５＜ｆｈ／ｆｖ＜０．９０ （２）

条件式（２）の下限値を下回ると、垂直方向と水平方向の焦点距離差が大きくなり、斜め方向の光学性能を十分に高くすることが難しくなる。また、斜め方向の光学性能を高めるためには多数のアナモフィック面、トーリック面等が必要となってしまう。条件式（２）の上限値を超えると、イメージサークルが円形に近づきすぎ、撮像素子上の画素を十分有効に活用できなくなってしまう。

なお、条件式（２）の数値範囲は以下の条件式（２ａ）の範囲とすることがより好ましく、条件式（２ｂ）の範囲とすることがさらに好ましい。
０．６０＜ｆｈ／ｆｖ＜０．８８ （２ａ）
０．７０＜ｆｈ／ｆｖ＜０．８６ （２ｂ）

次に、光学系の構成を異ならせた他の実施例について述べる。

実施例２のレンズ装置は、実施例１と同様に、水平方向の長さが３６ｍｍ、垂直方向の長さが２４ｍｍの撮像素子（縦横比２：３）に対して用いられるものである。それゆえ、実施例２の光学系の焦点距離は、実施例１と同様に、ｆｚ＝５．５７ｍｍ、ｆｙ＝７．４８ｍｍである。

図５に、実施例２のレンズ装置における光学系１０１の断面図を示す。実施例２の光学系は、特に第２反射部材１０５から像面までの間の構成が実施例１と異なる。実施例２では、第２反射部材１０５から像面の間に、物体側から、両凸レンズと像側凸面の負メニスカスレンズの接合レンズ、両凸レンズ、物体側凸面の負メニスカスレンズ、二つのシリンドリカルレンズを配置している。物体側凸面の負メニスカスレンズの物体側面にアナモフィック面を配置している。

実施例１では、最終レンズに曲率差の大きなアナモフィック面を用いたが、一般に一つの面に曲率差の大きな面を成型するのは困難である。そのため、実施例２では、水平方向のみに曲率をもつシリンドリカル面と、垂直方向のみに曲率を持つシリンドリカル面の二つを用いた。アナモフィックレンズでは水平、垂直方向に対して一つの面で曲率差をつけることが可能であるためレンズ枚数を削減できるが、シリンドリカルレンズは加工が容易であるためコストを低減することができる。なお、シリンドリカルレンズを用いる場合はレンズ枚数が増加するため、アナモフィックレンズ、シリンドリカルレンズを使い分けることで設計自由度をより向上させることができる。実施例２では、アナモフィックレンズとシリンドリカルレンズを組み合わせたが、シリンドリカルレンズのみで実現することも可能である。

また、実施例２のレンズ装置における基線長は６１．９７ｍｍである。

なお、実施例２では二つのシリンドリカルレンズを接合しているが、分離しても良い。

図６は、実施例２の光学系１０１の無限遠合焦時の収差図である。図６（ａ）は水平方向における収差図、図６（ｂ）は垂直方向における収差図、図６（ｃ）は水平方向に対して４５°の角度を成す方向における収差図である。

実施例３の光学系では、実施例１，２と異なり、水平方向の長さが２４ｍｍ、垂直方向の長さが１４ｍｍの撮像素子（縦横比９：１６）を用いる。このため、一つの光学系が使用できる撮像素子上のスペースは、水平方向の長さが１２ｍｍ、垂直方向の長さが１４ｍｍとなる。ここで、製造誤差による光軸ズレや、隣のレンズの漏れ光による像の干渉を考慮して、左右上下に０．２５ｍｍのスペースをとる。このため、一つの光学系のイメージサークルの水平方向の長さは１１．５ｍｍ、垂直方向の長さは１３．５ｍｍとなる。

また、実施例３の光学系は、等角射影で最大画角が１８０°の魚眼レンズである。したがって、ｙ＝ｆθの関係式およびイメージサークルの大きさから、本実施例の光学系の焦点距離は、ｆｚ＝３．６６ｍｍ、ｆｙ＝４．３０ｍｍと求まる。

図７に、実施例３のレンズ装置における光学系１０１の断面図を示す。実施例３の光学系１０１では、物体側から第１反射部材１０３までを、物体側凸面の負メニスカスレンズ、物体側凸面の負メニスカスレンズ、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズ、像側凸面の負メニスカスレンズ、両凸レンズで構成している。第２負レンズの物体側に非球面を配置し、広角レンズで問題となる非点収差、歪曲を補正している。また、接合レンズの物体側面と、第１反射部材１０３の物体側に配置される両凸レンズの物体側面をアナモフィック面としている。

また、実施例３の光学系１０１では、第１反射部材１０３と第２反射部材１０５の間に、物体側から、絞りＳＰ、物体側凸面の負メニスカスレンズと凸レンズの接合レンズを配置している。接合レンズの像側面をアナモフィック面としている。

また、実施例３の光学系では、第２反射素子から像面の間に、物体側から、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズ、両凸レンズ、物体側凸面の負メニスカスレンズ、像側凸面で物体側にアナモフィック面を有する正メニスカスレンズを配置している。接合レンズの物体側面に非球面を配置し、球面収差、コマ収差を良好に補正している。

また、実施例３のレンズ装置における基線長は５０．００ｍｍである。

図８は、実施例３の光学系１０１の無限遠合焦時の収差図である。図８（ａ）は水平方向における収差図、図８（ｂ）は垂直方向における収差図、図８（ｃ）は水平方向に対して４５°の角度を成す方向における収差図である。

実施例４のレンズ装置における光学系１０１の断面図を図９に示す。実施例４では、実施例１乃至３と異なり、反射部材としてプリズムではなくミラーを用いている。実施例４のレンズ装置で用いる撮像素子は実施例３と同様であるが、基線長はわずかに異なっており、４９．９６ｍｍである。

図１０は、実施例４の光学系１０１の無限遠合焦時の収差図である。図１０（ａ）は水平方向における収差図、図１０（ｂ）は垂直方向における収差図、図１０（ｃ）は水平方向に対して４５°の角度を成す方向における収差図である。

次に、実施例１乃至４の光学系に対応する数値実施例１乃至４を示す。各数値実施例は、無限遠合焦状態を表している。各数値実施例において、面番号は物体側から数えた際の光学面の順序である。ｒは物体側から数えて第ｉ番目（ｉは自然数）の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｎｄ、νｄは、レンズのｄ線に対する屈折率、アッベ数である。

また、各数値実施例において、非球面形状のレンズ面については、面番号の後に＊（アスタリスク）の符号を付加している。また、面データにおいて、アナモフィック面には曲率半径にＡＮＡ、シリンドリカル面には曲率半径にＣＹＬと示している。また、各非球面係数における「ｅ±Ｐ」は「×１０^±Ｐ」を意味している。

以下に、非球面形状の表現方法について述べる。

まず、方向に依って曲率が変化しない非球面（等高線が同心円となる非球面）について述べる。光軸方向における面頂点からの変位量をｘ、光軸方向に垂直な方向における光軸からの高さをｈ、近軸曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０とする。このとき、このような非球面形状は以下の式により表される。
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ａ４×ｈ^４＋Ａ６×ｈ^６＋Ａ８×ｈ^８＋Ａ１０×ｈ^１０

次に、アナモフィック面について述べる。アナモフィック面は、光軸をｘ、垂直方向をｙ、水平方向をｚとするとき、２次曲面ベースの一般非球面について、面相対座標系ｘ－ｙ平面、ｘ－ｚ平面両方に対して面対称ではあるが、常に回転対称とは限らない非球面である。あるいは、ｘ－ｙ平面に平行な面での曲面の切断面がｚの値によって変わる面である。このようなアナモフィック面は、以下の式で表すことができる。

Ｒｙ，Ｒｚ：Ｙ、Ｚ方向の基準曲率半径
Ｋｙ、Ｋｚ：円錐定数
Ｃ１～Ｃ８、Ｃ１ｐ～Ｃ８ｐ：ｙ、ｚに係る非球面係数

次に、シリンドリカル面について述べる。水平方向、垂直方向で曲率を変える光学素子として、トーリック面があるが、トーリック面のうち、Ｙ方向または、Ｚ方向のうち１方向にのみ曲率を持たせた面がシリンドリカル面である。このような面の母線断面での座標系Ｘ，Ｙ，Ｚで母線式Ｘを表すと、以下のようになる。

Ｒ：母線方向の基準曲率半径
Ｋｙ：母線方向の円錐定数
Ｂ２～Ｂ１６：母線式Ｙに係る非球面係数

また、子線断面での座標系Ｘ、Ｙ、Ｚで子線式Ｓを表すと、以下のようになる。

ｒ：子線方向の基準曲率半径
Ｋｚ：子線方向の円錐定数
Ｄ２～Ｄ１６：子線式Ｚに係る非球面係数

母線式Ｘ、子線式Ｓを用いると、トーリック面は以下の式で表すことができる。
ｘ＝Ｘ＋Ｓｃｏｓθ
ｙ＝Ｙ－Ｓｓｉｎθ

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 32.469 1.75 2.00100 29.1 38.31
2 11.638 9.95 22.68
3* 41.489 0.95 1.85400 40.4 19.28
4 13.154 7.04 16.52
5 -21.899 1.00 1.69680 55.5 15.10
6 41.414 1.01 15.18
7 -285.328 0.80 1.84666 23.9 15.24
8 14.008 4.18 1.85025 30.1 15.89
9* ANA 0.21 16.29
10 47.107 3.56 2.00069 25.5 16.58
11 -27.234 1.00 16.70
12 ∞ 16.00 1.51633 64.1 15.51
13 ∞ 1.50 10.15
14 14.666 1.00 2.00069 25.5 9.01
15 13.132 1.84 1.55332 71.7 8.64
16* ANA 1.95 8.48
17(絞り) ∞ 1.00 8.26
18 ∞ 13.40 1.51633 64.1 8.13
19 ∞ 0.50 10.37
20* 18.737 3.92 1.58313 59.4 11.25
21 -9.708 1.50 1.80610 33.3 11.48
22 -199.058 0.10 12.56
23 38.792 3.36 1.43875 94.7 12.97
24 -19.630 0.15 13.40
25* ANA 0.75 1.85478 24.8 13.55
26 17.422 3.05 13.32
27* ANA 2.62 1.80400 46.6 13.54
28 -26.269 15.92 15.01
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.22996e-006 A 6=-1.02464e-007 A 8= 3.41693e-010 A10=-3.73367e-012

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.44196e-005 A 6= 1.93654e-007 A 8=-6.59703e-010 A10= 1.25172e-011

アナモフィック面データ
第9面
Ry = 7.68429e+001 Rz = 1.98978e+002 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第16面
Ry = 6.49486e+001 Rz = 2.22931e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第25面
Ry = 3.00175e+001 Rz = 2.99452e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第27面
Ry = -1.99087e+001 Rz = -1.10875e+002 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

各種データ
垂直方向 水平方向 斜め45°方向
焦点距離 7.44 5.57 6.61
Fナンバー 4.00 2.81 3.48
半画角 90° 90° 90°
半像高 11.75 8.75 10.38
レンズ全長 100.00 100.00 100.00
BF 15.92 15.92 15.92

［数値実施例２］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 30.884 1.75 2.00100 29.1 37.35
2 11.363 9.12 22.14
3* 31.829 0.95 1.85400 40.4 19.09
4 11.281 7.23 15.91
5 -20.245 1.00 1.72916 54.7 14.64
6 47.372 0.80 14.82
7 1825.982 0.80 1.84666 23.9 14.90
8 11.998 4.56 1.85025 30.1 15.57
9* ANA 0.89 15.95
10 50.335 3.56 2.00069 25.5 16.57
11 -26.276 0.99 16.71
12 ∞ 16.00 1.51633 64.1 15.50
13 ∞ 1.50 10.19
14 12.789 1.00 2.00100 29.1 9.24
15 10.258 2.08 1.55332 71.7 8.87
16* ANA 1.71 8.68
17(絞り) ∞ 1.00 8.46
18 ∞ 13.40 1.51633 64.1 8.32
19 ∞ 0.53 10.26
20* ANA 4.14 1.58313 59.4 10.98
21 -7.927 1.00 1.80610 33.3 11.28
22 -49.161 1.07 12.59
23 305.611 3.85 1.43875 94.7 13.52
24 -12.634 0.15 14.15
25* ANA 0.75 2.00100 29.1 14.14
26 27.122 2.29 13.95
27* CYL 1.18 1.80400 46.6 14.01
28 ∞ 1.30 1.80400 46.6 14.62
29* CYL 15.42 15.01
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.07333e-006 A 6=-4.82533e-008 A 8=-6.26578e-010 A10= 2.40628e-013

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.39729e-005 A 6=-2.19476e-007 A 8= 1.03158e-008 A10=-1.36032e-010

アナモフィック面データ
第9面
Ry = 6.71518e+001 Rz = 1.52064e+002 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第16面
Ry = 5.53025e+001 Rz = 2.27955e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第25面
Ry = 3.62715e+001 Rz = 5.60441e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

シリンドリカル面データ
第27面
Ry = -2.85985e+001 Ky = 0.00000e+000 b2 = 0.00000e+000 b4 = 0.00000e+000
Rz = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000 d2 = 0.00000e+000 d4 = 0.00000e+000


第29面
Ry = 0.00000e+000 Ky = 0.00000e+000 b2 = 0.00000e+000 b4 = 0.00000e+000
Rz = -4.80410e+001 Kz = 0.00000e+000 d2 = 0.00000e+000 d4 = 0.00000e+000

垂直方向 水平方向 斜め45°方向
焦点距離 7.44 5.57 6.59
Fナンバー 4.00 2.84 3.43
半画角 90° 90° 90°
半像高 11.75 8.75 10.35
レンズ全長 100.00 100.00 100.00
BF 15.42 15.42 15.42

［数値実施例３］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 22.368 1.01 2.00069 25.5 22.50
2 7.440 5.23 14.00
3* 88.279 0.55 1.88300 40.8 13.16
4 12.948 3.35 11.80
5* ANA 2.32 1.66565 35.6 10.35
6 -32.318 0.46 1.95375 32.3 9.66
7 11.873 1.82 8.96
8 -13.855 0.60 1.49700 81.5 8.95
9 -97.656 1.13 9.19
10* ANA 1.90 1.85478 24.8 9.57
11 -19.338 0.57 9.57
12 ∞ 9.19 1.51633 64.1 9.03
13 ∞ 5.58 6.28
14(絞り) ∞ 1.18 5.78
15 8.242 0.57 1.86501 42.0 6.04
16 6.103 1.78 1.55332 71.7 5.83
17* ANA 1.45 5.71
18 ∞ 7.70 1.51633 64.1 5.38
19 ∞ 0.28 6.68
20* 11.414 2.29 1.58313 59.4 7.00
21 -6.095 0.80 1.88300 40.8 7.02
22 42.134 0.10 7.53
23 10.769 2.31 1.43875 94.7 7.99
24 -13.767 0.15 8.14
25 29.747 0.60 1.85478 24.8 8.10
26 8.965 1.82 7.92
27* ANA 1.27 1.55332 71.7 8.13
28 -10.667 9.00 8.70
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.87079e-005 A 6= 1.19360e-006 A 8=-5.13558e-008 A10= 8.23504e-010 A12=-5.50361e-012

第20面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.50009e-004 A 6= 4.19879e-006 A 8=-3.30062e-007 A10= 8.71597e-009

アナモフィック面データ
第5面
Ry = 1.93881e+001 Rz = 3.05440e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第10面
Ry = 3.48218e+001 Rz = 2.87789e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第17面
Ry =-1.24783e+002 Rz = 1.03123e+003 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第27面
Ry =-1.46567e+001 Rz =-3.73717e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

各種データ
垂直方向 水平方向 斜め45°方向
焦点距離 4.30 3.66 4.00
Fナンバー 3.98 3.52 3.77
半画角 90° 90° 90°
半像高 6.75 5.75 6.27
レンズ全長 65.00 65.00 65.00
BF 9.00 9.00 9.00

［数値実施例４］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 22.133 1.01 2.00069 25.5 21.69
2 7.658 5.20 14.00
3* -541.567 0.55 1.88300 40.8 12.92
4 12.447 3.35 11.53
5* ANA 3.03 1.66565 35.6 10.21
6 -12.472 0.46 1.95375 32.3 9.52
7 14.268 2.21 8.96
8 -13.889 0.60 1.88300 40.8 8.98
9 -35.493 0.20 9.35
10* ANA 1.93 1.85478 24.8 9.61
11 -12.370 5.51 9.70
12 ∞ 11.07 6.91
13(絞り) ∞ 0.34 6.47
14 9.958 0.57 1.88300 40.8 6.60
15 6.570 2.01 1.55332 71.7 6.42
16* ANA 5.00 6.37
17 ∞ 5.18 6.01
18* 9.645 1.71 1.58313 59.4 8.05
19 -29.083 0.80 1.88300 40.8 8.02
20 9.637 0.07 7.90
21 8.520 2.59 1.43875 94.7 8.12
22 -13.699 0.14 8.26
23 50.144 0.60 1.85478 24.8 8.17
24 10.831 1.61 8.06
25* ANA 1.27 1.55332 71.7 8.22
26 -10.667 9.00 8.75
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.23635e-005 A 6=-2.64819e-006 A 8= 1.14414e-007 A10=-2.21145e-009 A12= 1.60687e-011

第18面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.29467e-004 A 6=-3.46300e-007 A 8=-1.21812e-007 A10= 7.38789e-010

アナモフィック面データ
第5面
Ry = 1.80168e+001 Rz = 2.79689e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第10面
Ry = 9.68203e+001 Rz = 6.42260e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000
-30.72407233039867 -36.35972406285578
第16面
Ry =-3.07241e+001 Rz =-3.63597e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

第25面
Ry =-1.53830e+001 Rz =-3.27992e+001 Ky = 0.00000e+000 Kz = 0.00000e+000
c1 = 0.00000e+000 c1p = 0.00000e+000 c2 = 0.00000e+000 c2p = 0.00000e+000

各種データ
垂直方向 水平方向 斜め45°方向
焦点距離 4.30 3.66 3.99
Fナンバー 3.98 3.66 3.91
半画角 90° 90° 90°
半像高 6.75 5.75 6.27
レンズ全長 66.01 66.01 66.01
BF 9.00 9.00 9.00

以下の表１に各実施例における種々の値を示す。

［撮像装置］
次に本発明の撮像装置の実施例について述べる。図１１は、本実施例の撮像装置（デジタルスチルカメラ）２００の概略図である。撮像装置２００は、一つの撮像素子２６０を有するカメラ本体２５０と、上述した実施例１乃至４のいずれかと同様である光学系２２０を備えるレンズ装置２１０を備える。レンズ装置２１０とカメラ本体２５０は一体に構成されていても良いし、着脱可能に構成されていても良い。なお、図１１には一つの光学系しか図示していないのは、奥行方向に二つの光学系が並んで配置されているためである。

レンズ装置２１０の二つの光学系によるイメージサークルは撮像素子２６０の撮像領域（画素が配置されている領域）内に収まるように設計されている。

本実施例の撮像装置２００は、レンズ装置２１０を有することによって、広画角かつ高画質な立体撮影が可能となっている。

なお、上述した各実施例のレンズ装置は、図１１に示したデジタルスチルカメラに限らず、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ等の種々の撮像装置に適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

１００ レンズ装置
１０１，１０２ 光学系
ＡＳ 光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面

Claims (10)

1. 二つの光学系を有するレンズ装置であって、
   前記二つの光学系のそれぞれは、絞りを有し、
   前記二つの光学系のそれぞれは、絞りの光入射側と光出射側に少なくとも１面ずつ光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面を有し、
   前記二つの光学系による二つの像を一つの撮像素子上に形成することが可能であることを特徴とするレンズ装置。
2. 二つの光学系を有するレンズ装置であって、
   前記二つの光学系のそれぞれは、光路を折り曲げる反射部材を少なくとも二つ有し、
   前記二つの光学系のそれぞれは、光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面を２面有し、
   前記反射部材は、前記光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なる２つのレンズ面の間に配置されており、
   前記二つの光学系による二つの像を一つの撮像素子上に形成することが可能であることを特徴とするレンズ装置。
3. 二つの光学系を有するレンズ装置であって、
   前記二つの光学系による二つの像を一つの撮像素子上に形成することが可能であり、
   前記二つの光学系のそれぞれは、光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面を２面有し、
   前記二つの光学系のそれぞれは、
   全画角をＡＶとしたとき、
   １５０°＜ＡＶ＜１９０°
   なる条件式を満足することを特徴とするレンズ装置。
4. 前記光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面は、アナモフィック面を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ装置。
5. 二つの光学系を有するレンズ装置であって、
   前記二つの光学系による二つの像を一つの撮像素子上に形成することが可能であり、
   前記二つの光学系のそれぞれは、光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるシリンドリカル面を２面有することを特徴とするレンズ装置。
6. 前記二つの方向は、前記二つの光学系のそれぞれの最も物体側の面に入射する軸上光線に対して共に垂直な第１の方向と、前記第１の方向および前記軸上光線に対して共に垂直である第２の方向であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ装置。
7. 前記二つの光学系のそれぞれは、
   前記光軸に垂直な二つの方向で曲率の異なるレンズ面を３面以上有することを特徴とする請求項１または６に記載のレンズ装置。
8. 前記二つの光学系のそれぞれは、
   前記二つの光学系のそれぞれの最も物体側の面に入射する軸上光線に対して共に垂直な第１の方向における焦点距離をｆｖ、前記第１の方向および前記軸上光線に対して共に垂直である第２の方向における焦点距離をｆｈとしたとき、
   ０．５５＜ｆｈ／ｆｖ＜０．９０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレンズ装置と、前記二つの光学系によって形成される光学像を撮像する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
10. 前記二つの光学系のイメージサークルは前記撮像素子の撮像領域に収まっていることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。

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