KR100644189B1

KR100644189B1 - 광각 촬상 광학 시스템과 이것을 구비한 광각 촬상 장치,감시용 촬상 장치, 차재용 촬상 장치 및 투사 장치

Info

Publication number: KR100644189B1
Application number: KR1020047007307A
Authority: KR
Inventors: 마츠키다이자부로; 요시카와모토노부; 야마모토요시하루
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2006-11-10
Also published as: US7408703B2; KR20050044453A; JP4509559B2; WO2003042743A1; US20040264013A1; CN100478732C; CN1585907A; JPWO2003042743A1; EP1452899A1

Abstract

굴절 광학 시스템(3)과, 반사 광학 시스템과, 결상 광학 시스템(5)이 배치되고, 반사 광학 시스템은, 물체로부터의 광속을 직접 반사하는 제1 반사면(1)과, 제1 반사면(1)으로부터의 광속을 반사하는 제2 반사면(2)을 포함하며, 제1 반사면(1)과 제2 반사면(2)의 사이에, 물체로부터의 광속이 입사하는 개방부가 형성되고, 제2 반사면(2)에 형성되어 굴절 광학 시스템(3)에 입사한 광속을 투광하는 투광부(2a)와, 제1 반사면(1)에 형성되어 제2 반사면(2)으로부터의 광속 및 굴절 광학 시스템(3)으로부터의 광속을 결상 광학 시스템(5)에 입사시키는 개구(1a)를 구비하고 있다.

Description

광각 촬상 광학 시스템과 이것을 구비한 광각 촬상 장치, 감시용 촬상 장치, 차재용 촬상 장치 및 투사 장치{WIDE-ANGLE IMAGING OPTICAL SYSTEM, AND WIDE-ANGLE IMAGING DEVICE, MONITORING IMAGING DEVICE, ON-VEHICLE IMAGING DEVICE, AND PROJECTION DEVICE WITH THE WIDE-ANGLE IMAGING OPTICAL SYSTEM}

본 발명은, 반사면의 조합과 렌즈의 조합에 의해, 초광범위에 걸친 파노라마 화상을 촬상하는 광각 촬상 장치에 관한 것이다.

광범위에 걸친 물체의 상을 효율적으로 촬상하기 위해서, 광각 촬상 장치를 이용하여 이것을 실현하고자 하는 다양한 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 예를 들면, 어안 렌즈를 이용한 광각 카메라의 개발이 그 하나이다.

또, 반사식 화각 변환 광학 장치 및 이것을 이용한 광학 시스템(일본국 특개평 10-54939호 공보)에서는, 3장의 미러면을 대향 배치하여 미러면 형상을 다양하게 변화시켜서 광시야를 촬상하는 시스템의 제안이 이루어지고 있다. 다방향 화상 취입 장치(일본국 특개 2000-4383호 공보)에서는, 파노라마 화상 블록에서의 축부를 렌즈로서 사용하고, 정규 화상의 내측에 대면상을 형성하는 광학 시스템의 제안이 이루어지고 있다.

또한, 광시야 촬상 장치 및 광시야 촬상 표시 장치(일본국 특개 2001-94839 호 공보)에서는, 중앙에 관통구멍을 갖는 볼록형상의 주 미러에서 반사한 후, 또한 중앙에 관통구멍을 갖는 볼록형상의 부 미러에서 반사하여 촬상된 상과, 상기 부 미러 중앙의 관통구멍에 배치된 렌즈에서 촬상된 상을 표시하는 장치가 제안되어 있다. 파노라마 화상 장치(국제 공개 WO00/41024호 팜플렛)에서는, 볼록형의 쌍곡면의 반사기, 오목형의 타원면 또는 구면의 반사기, 릴레이 시스템, 및 이미지 센서에 의해, 실질적으로 평평하고 무비점수차인 화상 평면을 제공하기 위한 제안이 이루어지고 있다.

또, 최근에는 고체 촬상 소자와 같은 전기적 수광 소자가 사용되는 경우가 많고, 이 경우에는, 촬상 렌즈와 촬상 소자의 사이에, 촬영에 필요한 공간 주파수 성분 이상의 고주파 성분을 흐리게 하여 무아레(moire)를 제거하기 위한 광학적 로우패스 필터나, 전기적 감광체가 갖는 분광 감도를 보정하기 위한 근적외 커트 필터 등의 광학 부재를 배치하기 때문에, 비교적 긴 백 포커스가 필요해진다.

그러나 통상, 어안 렌즈 등을 이용한 광각 촬상 광학 시스템은, 대부분 렌즈를 필요로 하기 때문에, 광학 시스템의 중량이 증대하여, 장치가 대형이고 고가로 되어 버린다. 또, 색수차가 발생하는 등의 문제도 있고, 실제로는 특수한 촬영에 밖에 이용할 수 없다는 문제가 있었다.

반사식 화각 변환 광학 장치 및 이것을 이용한 광학 시스템(일본국 특개평 10-54939호 공보)에서는, 축방향 부근의 촬상에 대한 기재는 있지만, 이것에 대해서 여러 가지 수차의 보정을 행하기 위한 수단이 한정되어 있었다. 또한, 다방향 화상 취입 장치(일본국 특개 2000-4383호 공보)에서는, 물체측으로부터의 입사광 은, 주위 차광면에 도달하기 이전에 주위 투광면 및 회전체를 통과하는 구성이기 때문에, 회전체에 이용하는 투명 소재의 두께가 두꺼워지고, 투명 소재가 수지인 경우에는 온도 변화에 약하며, 또한 성형 시간이 걸린다고 하는 문제가 있었다. 또, 투명 소재가 유리인 경우에는, 특히 비구면 형상인 경우에는 유리 연마에 많은 비용이 든다고 하는 문제도 있었다.

또한, 광시야 촬상 장치 및 광시야 촬상 표시 장치(일본국 특개 2001-94839호 공보)에서는, 상기 주 미러에서 반사하고 또한 상기 부 미러에서 반사하여 촬상된 상과, 상기 부 미러에 배치된 상기 렌즈에서 촬상된 상을 동시에 촬상할 수 있지만, 광학 시스템은 볼록형상의 주 미러, 볼록형상의 부 미러, 오목렌즈로 구성되어 있고, 또한 촬상 소자와 부 미러의 사이에 마스터 렌즈가 필요하다. 이 경우에는, 광학 시스템의 구성 상 마스터 렌즈에 입사하는 F 넘버 광선이 높고, 또한 발산광이기 때문에, 마스터 렌즈가 거대하고 또한 복잡하게 된다는 문제가 있었다.

또한, 파노라마 화상 장치(국제 공개 WO00/41024호 팜플렛)에서는, 광학 시스템 내부에 중간상을 형성하기 위해서 릴레이 광학 시스템이 필요해지고, 광학 전체 길이가 길어지기 때문에, 장치가 대형화한다는 문제가 있었다.

또, 상기와 같이 전기적 수광 소자를 사용한 경우에는, 광학적 로우패스 필터나 근적외 커트 필터 등의 광학 부재를 배치할 수 있을 정도의 비교적 긴 백 포커스를 확보하고, 또한 충분한 수차 보정을 할 필요가 있지만, 그것을 위해서는, 비교적 많은 렌즈 매수가 필요하고, 렌즈 매수를 줄이기 위한 광학 설계가 과제였다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제를 해결하는 것으로, 간단한 구조로 수평 방향 화각이 최대 360도에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능하고, 또한 축방향 부근의 촬상도 가능하며, 또한 백 포커스가 비교적 길고 수차 보정도 양호하며 밝은 광각 촬상 광학 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템은, 굴절 광학 시스템과, 반사 광학 시스템과, 결상 광학 시스템을 구비하고, 공역(共役) 거리가 긴 측에서 볼 때, 상기 반사 광학 시스템, 상기 결상 광학 시스템의 순서로 배치된 제1 광학 시스템을 형성하고, 공역 거리가 긴 측에서 볼 때, 상기 굴절 광학 시스템, 상기 결상 광학 시스템의 순서로 배치된 제2 광학 시스템을 형성하며, 상기 반사 광학 시스템은 물체로부터의 광속을 직접 반사하는 제1 반사면과, 상기 제1 반사면으로부터의 광속을 반사하는 제2 반사면을 포함하고, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면의 사이에, 물체로부터의 광속이 입사하는 개방부가 형성되며, 상기 제2 반사면에 형성되어 상기 굴절 광학 시스템에 입사한 광속을 투광하는 투광부와, 상기 제1 반사면에 형성되어 상기 제2 반사면으로부터의 광속 및 상기 굴절 광학 시스템으로부터의 광속을 상기 결상 광학 시스템에 입사시키는 개구를 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 광각 촬상 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 포함하는 광각 촬상 장치에 있어서, 상기 결상 광학 시스템에서 결상된 상을 촬상하는 촬상 소자를 구비하고 있다.

또, 본 발명의 감시용 촬상 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 구비하고 있다.

또, 본 발명의 차재용 촬상 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 구비하고 있다.

또, 본 발명의 투사 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 구비하고 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 광각 촬상 장치의 개략 측면도,

도 3은, 도 2의 A화살표 방향에서 본 도면,

도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 광각 촬상 장치의 촬상 소자에 비춰지는 화상의 개략도,

도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 7은, 본 발명의 실시 형태 2의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 8은, 본 발명의 실시 형태 2의 또 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 9는, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 10은, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 광각 촬상 장치의 다른 예의 개략 단면도,

도 11은, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 12는, 본 발명의 실시 형태 4의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 13은, 본 발명의 실시 형태 5에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 14는, 본 발명의 실시 형태 5에 관한 광각 촬상 장치의 촬상 소자에 비춰지는 화상의 개략도,

도 15는, 본 발명의 실시 형태 6에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 16은, 본 발명의 실시 형태 6의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 17은, 본 발명의 실시 형태 7에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 18은, 본 발명의 실시 형태 8에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 19는, 본 발명의 실시 형태 9에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 20은, 본 발명의 실시 형태 9에 관한 광각 촬상 장치의 촬상 소자에 비춰지는 화상의 개략도,

도 21은, 본 발명의 실시 형태 10에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 22는, 본 발명의 실시 형태 11에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 23은, 본 발명의 실시 형태 12에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 24는, 본 발명의 실시 형태 12의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 25는, 본 발명의 실시 형태 13에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 26은, 본 발명의 실시 형태 14에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 27은, 본 발명의 실시 형태 15에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 28은, 본 발명의 실시 형태 16에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 29는, 본 발명의 실시 형태 17에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 30은, 본 발명의 실시 형태 17에 관한 광각 촬상 장치의 촬상 소자에 비춰지는 화상의 개략도,

도 31은, 본 발명의 실시 형태 17의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 단면도,

도 32는, 본 발명의 실시 형태 17의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 촬상 소자에 비춰지는 변배된 화상의 개략도,

도 33은, 본 발명의 실시 형태 18에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 34는, 본 발명의 실시 형태 18의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 35는, 본 발명의 실시 형태 18의 또 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 36a는, 본 발명의 실시예 1의 제1 광학 시스템의 구면수차를 도시하는 도면,

도 36b는, 본 발명의 실시예 1의 제1 광학 시스템의 비점수차를 도시하는 도면,

도 36c는, 본 발명의 실시예 1의 제1 광학 시스템의 왜곡수차를 도시하는 도면,

도 37a는, 본 발명의 실시예 1의 제2 광학 시스템의 구면수차를 도시하는 도면,

도 37b는, 본 발명의 실시예 1의 제2 광학 시스템의 비점수차를 도시하는 도면,

도 37c는, 본 발명의 실시예 1의 제2 광학 시스템의 왜곡수차를 도시하는 도면,

도 38a는, 본 발명의 실시예 2의 제1 광학 시스템의 구면수차를 도시하는 도면,

도 38b는, 본 발명의 실시예 2의 제1 광학 시스템의 비점수차를 도시하는 도면,

도 38c는, 본 발명의 실시예 2의 제1 광학 시스템의 왜곡수차를 도시하는 도면,

도 39a는, 본 발명의 실시예 2의 제2 광학 시스템의 구면수차를 도시하는 도면,

도 39b는, 본 발명의 실시예 2의 제2 광학 시스템의 비점수차를 도시하는 도면,

도 39c은, 본 발명의 실시예 2의 제2 광학 시스템의 왜곡수차를 도시하는 도면,

도 40a는, 본 발명의 실시예 3의 제1 광학 시스템의 구면수차를 도시하는 도면,

도 40b는, 본 발명의 실시예 3의 제1 광학 시스템의 비점수차를 도시하는 도면,

도 40c는, 본 발명의 실시예 3의 제1 광학 시스템의 왜곡수차를 도시하는 도면,

도 41a는, 본 발명의 실시예 3의 제2 광학 시스템의 구면수차를 도시하는 도면,

도 41b는, 본 발명의 실시예 3의 제2 광학 시스템의 비점수차를 도시하는 도면,

도 41c는, 본 발명의 실시예 3의 제2 광학 시스템의 왜곡수차를 도시하는 도면,

도 42는, 본 발명의 실시 형태 19에 관한 반사면 조합의 예의 개략 단면도,

도 43은, 본 발명의 실시 형태 20에 관한 광각 촬상 장치의 개략 사시도,

도 44는, Si₂AsTe₂의 광 투과 곡선을 도시하는 도면,

도 45는, 본 발명의 감시용 광각 촬상 장치의 일 실시 형태에 관한 개략도,

도 46은, 본 발명의 차재용 광각 촬상 장치의 일 실시 형태에 관한 개략도,

도 47은, 본 발명의 투사용 광각 촬상 장치의 일 실시 형태에 관한 개략도,

도 48은, 본 발명의 실시 형태 25에 관한 차재용 촬상 장치의 개략도,

도 49는, 본 발명의 실시 형태 25에 관한 차재용 촬상에서 장착 각도를 변화시킨 상태의 개략도,

도 50은, 본 발명의 실시 형태 26에 관한 차재용 촬상 장치에 관한 개략도,

도 51은, 본 발명의 실시 형태 26에 관한 차재용 촬상 장치의 광역 화상,

도 52는, 본 발명의 실시 형태 26에 관한 차재용 촬상 장치의 촬상 차량이 이동한 경우의 광역 화상이다.

본 발명은, 제1 반사면과 제2 반사면을 포함하는 반사 광학 시스템과, 제1 반사면과 제2 반사면 사이의 개방부와, 제2 반사면에 형성된 투광부와, 제1 반사면에 형성된 개구를 구비함으로써, 수평 방향 화각이 최대 360도, 수직 방향 화각이 180도 정도의 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능해진다. 또, 주요 광학 시스템을 색수차가 발생하지 않는 반사면에서 형성할 수 있기 때문에, 설계의 공정수 및 제조 상의 제약도 적어지고, 소형, 경량, 염가로, 또한 밝은 광각 촬상 시스템을 실현할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 제1 광학 시스템과 상기 제2 광학 시스템은, 상기 결상 광학 시스템을 공용하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면 장치를 소형화할 수 있다.

또, 상기 광각 촬상 광학 시스템은, 내부에 중간상을 형성하지 않은 구성인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광각 촬상 광학 시스템이 릴레이 광학 시스템이 되지 않기 때문에, 광학 시스템의 전체 길이를 짧게 할 수 있고, 장치의 소형 화를 실현할 수 있다.

또, 상기 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fa, 상기 제2 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fb로 하면,

fa>0

fb>0

의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광각 촬상 광학 시스템이 릴레이 광학 시스템이 되지 않기 때문에, 광학 시스템의 전체 길이를 짧게 할 수 있고, 장치의 소형화를 실현할 수 있다. 즉, fa>0의 하한을 넘으면, 제1 광학 시스템 내부에 중간상을 형성하기 때문에, 제1 광학 시스템의 물체상은 정립상이 되고, 또한, 제1 광학 시스템은 릴레이 광학 시스템이 되기 때문에, 광학 전체 길이가 길어진다.

또, fb>0의 하한을 넘으면, 제2 광학 시스템 내부에 중간상을 형성하기 때문에, 제2 광학 시스템의 물체상은 정립상이 되고, 또한, 제2 광학 시스템은 릴레이 광학 시스템이 되기 때문에, 광학 전체 길이가 길어진다. 또, 이 때, 제1 광학 시스템에서 얻어지는 면상이 도립상인 경우에는, 불연속인 면상이 된다.

또, 상기 제2 반사면의 초점 거리를 f2, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면의 축 상 간격을 d로 하면,

f2≥d

의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 결상 광학 시스템에서의 수차보정이 용이해진다. 즉, f2≥d를 만족하지 않으면, 반사 광학 시스템 은 내부에 중간상을 형성하고, 결상 광학 시스템을 통과하는 광선의 편각이 커지기 때문에, 결상 광학 시스템에서의 수차보정이 곤란하게 된다. 또, 제1 광학 시스템에서 얻어지는 면상은 정립상이 되고, 제2 광학 시스템에서 얻어지는 면상이 도립상인 경우에는, 불연속인 면상이 된다.

또, 상기 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fa, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면의 합성 초점 거리를 f12로 하면,

｜f12/fa｜> 5

의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광학 시스템 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 즉, ｜f12/fa｜는 반사면이 이루는 어포컬 광학 시스템의 정도를 나타내고 있고, 하한을 넘으면, 제1 반사면과 제2 반사면의 합성 초점 거리는 작아지기 때문에, 어포컬 광학 시스템이 되지 않으며, 광각 촬상 광학 시스템의 내부에 중간상을 형성하여 릴레이 광학 시스템이 되므로, 광학 시스템 전체 길이가 길어진다.

또, 상기 제1 반사면의 곡률 반경을 r1,상기 제2 반사면의 곡률 반경을 r2로 하면,

r2>0

0.3<r1/r2<0.7

의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 소형으로 밝은 광학 시스템을 실현할 수 있다. 즉, r2>0의 하한을 넘으면, 제2 반사면은 물체로부터의 입사광에서 볼 때 오목면이 되고, 광선은 결상 광학 시스템에 발산광으로서 입사하기 때문에, 결상 광학 시스템 자체가 커져서, 촬상 장치도 커진다.

또, 0.3<r1/r2<0.7의 상한을 넘으면, 제2 반사면으로부터 개구에 입사하는 광선 각도가 커지기 때문에 결상 광학 시스템에서의 수차 보정이 곤란해지고, 또한 개구 효율도 감소하기 때문에, 주변부의 밝기를 확보할 수 없게 된다. 또, 하한을 넘으면, 제1 광학 시스템에서 이용하는 제2 반사면에서의 영역이 중심축 부근까지 차지하기 때문에 투광부의 영역이 좁아지고, 그 결과 제2 결상 광학 시스템으로부터의 광선이 통과하지 않아서 촬상할 수 없게 된다.

｜fb-fa｜/｜fa｜<0.5

의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 화상의 결핍이나 중복을 방지할 수 있다. 즉, ｜fb-fa｜/｜fa｜<0.5의 상한을 넘기면, 제1 광학 시스템과 제2 광학 시스템에서의 백 포커스량의 격차가 커지고, 양 광학 시스템에서의 결상 배율이 다르기 때문에, 제1 광학 시스템을 촬상한 원형의 고리형상 화상과 제2 광학 시스템을 촬상한 원형상 화상이 연속적이지 않게 되어, 화상이 결핍되거나 중복되거나 한다.

또, 무한 원물점(遠物点)으로부터 상기 결상 광학 시스템에 광속을 평행 입사시켰을 때의 상기 결상 광학 시스템의 공기 환산(空氣換算)에 의한 백 포커스량을 bf, 상기 결상 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fi로 하면,

1.2<bf/fi<1.8

의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광학 시스템 전체 길이를 짧게 할 수 있다. 즉, 1.2<bf/fi<1.8의 상한을 넘으면, 백 포커스량이 커지기 때문에 광학 시스템 전체 길이가 길어지고, 그 결과 장치가 커진다. 하한을 넘으면, 백 포커스량이 작아져서 광학 시스템을 구성할 수 없게 된다.

또, 상기 굴절 광학 시스템은, 물체측에서 볼 때, 음의 파워를 갖는 제1 군과 양의 파워를 갖는 제2 군의 순서로 배치된 2개의 렌즈군으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광각 촬상 광학 시스템은 도중에 중간상을 형성하지 않고, 밝은 광학 시스템을 실현할 수 있다.

또, 상기 제1 반사면의 형상, 및 상기 제2 반사면의 형상 중, 적어도 어느 하나는, 회전축 대칭 비구면인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 반사 광학 시스템 단독으로 발생하는 상면 만곡이나 비점수차를, 비구면 계수를 사용함으로써 정확하고 확실하게 보정할 수 있다.

또, 상기 제1 광학 시스템의 결상 배율과, 상기 제2 광학 시스템의 결상 배율이 모두 동일 부호인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제1 광학 시스템에서 얻어지는 화상이 정립상인 경우, 제2 광학 시스템에서 얻어지는 화상은 정립상이 되고, 또 제1 광학 시스템에서 얻어지는 화상이 도립상인 경우, 제2 광학 시스템에서 얻어지는 화상은 도립상이 되기 때문에, 연속적인 화상이 얻어진다.

또, 상기 제1 광학 시스템의 결상 배율과, 상기 제2 광학 시스템의 결상 배율이 모두 음인 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 광각 촬상 광학 시스템은 릴레이 광학 시스템이 되지 않고, 광학 시스템 전체 길이가 작아져서, 장치의 소형화 를 실현할 수 있다.

또, 상기 제1 반사면이 갖는 초점과, 상기 제2 반사면이 갖는 초점이 적어도 하나 일치하는 것이 바람직하다. 회전축 대상 비구면은 1개 또는 2개의 초점을 갖게 되지만, 이 구성에 의하면, 제1 반사면과 제2 반사면을 조합하여 이용함으로써, 주 광선을 초점 위치에 수속시킬 수 있다.

또, 상기 결상 광학 시스템의 내부, 또는 상기 결상 광학 시스템과 상기 제2 반사면의 사이에, 조리개를 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제2 반사면이 갖는 하나의 초점과, 조리개의 중심 위치를 일치시킬 수 있기 때문에, 주 광선을 조리개 위치에 수속시켜서 결상 광학 시스템에 의해 광선을 결상할 수 있다.

또, 상기 제2 반사면이 갖는 초점과, 상기 조리개의 중심 위치가 일치하는 것이 바람직하다.

또, 상기 개구의 주변 근방에 차광부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 반사면을 4회 이상 반사한 후에 상기 개구에 입사하여, 상기 결상 광학 시스템을 지나서 촬상되는 고스트 광을 제거할 수 있다.

또, 상기 차광부는, 상기 결상 광학 시스템을 유지하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 결상 광학 시스템을 유지하는 부재를 전용으로 설치할 필요가 없고, 차광부를 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 상기 결상 광학 시스템은, 상기 결상 광학 시스템에 입사하는 광속을 제한하는 후드를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제2 촬상 영역(굴절 광학 시스템으로 광속을 입사하는 영역)을 촬상한 원형상 화상과, 제1 촬상 영역(반사 광학 시스템에 광속을 입사하는 영역)을 촬상하여 원형상 화상의 외측에 형성된 원형의 고리형상 화상이, 촬상 소자에 의해서 중복하여 촬상되는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 결상 광학 시스템을 구성하는 렌즈는, 물체측에서 볼 때, 부 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈의 순서로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 적은 렌즈 매수로, 백 포커스가 비교적 길고, 또한 수차 성능도 양호하며 밝은 결상 광학 시스템을 실현할 수 있다.

또, 상기 결상 광학 시스템을 구성하는 렌즈는, 물체측에서 볼 때, 부 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈의 순서로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 적은 렌즈 매수로, 백 포커스가 비교적 길고, 또한 수차 성능도 양호하며 밝은 결상 광학 시스템을 실현할 수 있다.

또, 상기 굴절 광학 시스템은, 상기 굴절 광학 시스템에 입사하는 광속을 제한하는 후드를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제2 촬상 영역(굴절 광학 시스템으로 광속을 입사하는 영역)을 촬상한 원형상 화상과, 제1 촬상 영역(반사 광학 시스템에 광속을 입사하는 영역)을 촬상하여 원형상 화상의 외측에 형성된 원형의 고리형상 화상이, 촬상 소자에 의해서 중복하여 촬상되는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 제1 반사면은, 상기 결상 광학 시스템의 렌즈와 일체로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제조가 염가이고 또한 효율적으로 되며, 광각 촬상 광학 시스템에 필요해지는 광학 부품의 수를 줄일 수 있다. 또한, 반사 광학 시스템과 결상 광학 시스템의 광학 요소들의 광축 요소들의 광축 어긋남이 적고 진동에 강한 광학 시스템이 되기 때문에, 특히 차재용 광학 시스템으로 한 경우에는 고성능을 유지할 수 있다.

또, 상기 제1 반사면의 형상과, 상기 결상 광학 시스템의 렌즈 중 상기 개구에 대응하는 부분의 형상이 대략 동일한 것이 바람직하다.

또, 상기 제1 반사면의 형상과, 상기 결상 광학 시스템의 렌즈 중 상기 개구에 대응하는 부분의 형상이 다른 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 개구에서의 렌즈에, 볼록 렌즈나 오목 렌즈와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 광각 촬상 광학 시스템에서 발생하는 여러 가지 수차를 정확하고 확실하게 보정하여, 광범위에 걸쳐서 고화질의 화상을 얻을 수 있다.

또, 상기 제2 반사면은, 상기 굴절 광학 시스템의 렌즈와 일체로 되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 제조가 염가로 또한 효율적으로 되며, 광각 촬상 광학 시스템에 필요해지는 광학 부품의 수를 줄일 수 있다. 또한, 반사 광학 시스템과 굴절 광학 시스템의 광학 요소들의 광축 요소들의 광축 어긋남이 적고 진동에 강한 광학 시스템이 되기 때문에, 특히 차재용 광학 시스템으로 한 경우에는 고성능을 유지할 수 있다. 또한, 제1 반사면과 결상 광학 시스템의 렌즈의 일체 가공과 함께 이용하면, 제1 광학 시스템에서 촬상되는 원형의 고리형상 화상과, 제2 광학 시스템에서 촬상되는 원형의 고리형상 화상이 동일 중심점을 더욱 정확하게 공유할 수 있기 때문에, 정확한 화상 표시 및 화상 처리 변환을 행할 수 있다.

또, 상기 제2 반사면의 형상과, 상기 굴절 광학 시스템의 렌즈 중 상기 투광 부에 대응하는 부분의 형상이 대략 동일한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 가공이 용이해진다.

또, 상기 제2 반사면의 형상과, 상기 굴절 광학 시스템의 렌즈 중 상기 투광부에 대응하는 부분의 형상이 다른 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 투광부에서의 렌즈에, 볼록 렌즈나 오목 렌즈와 동일한 효과를 얻을 수 있고, 광각 촬상 광학 시스템에서 발생하는 여러 가지 수차를 정확하고 확실하게 보정하여, 광범위에 걸쳐서 고화질의 화상을 얻을 수 있다.

또, 상기 결상 광학 시스템은, 결상된 광속을 반사하는 제3 반사면을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 제3 반사면에 의해, 중심축에 대해서 광속을 대략 직각 방향으로 반사하는 배치로 할 수 있고, 광각 촬상 광학 시스템은 한정된 공간 내에서 광로 길이를 크게 취할 수 있다.

또, 상기 굴절 광학 시스템 및 상기 결상 광학 시스템은, 1∼10㎛까지를 포함하는 적외파장역에서 투명한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서, 굴절 광학 시스템 및 결상 광학 시스템은 광을 투과하기 때문에, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서 사용할 수 있다.

본 발명의 광각 촬상 장치는, 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 포함하고, 상기 결상 광학 시스템에서 결상된 상을 촬상하는 촬상 소자를 구비하고 있기 때문에, 수평 방향 화각이 최대 360도, 수직 방향 화각이 180도 정도인 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능해진다. 또, 주요 광학 시스템을 색수차가 발생하지 않는 반사면에서 형성할 수 있기 때문에, 설계의 공정수 및 제조 상의 제약도 적어지고, 소형, 경량, 염가로, 또한 밝은 광각 촬상 장치를 실현할 수 있다.

상기 본 발명의 광각 촬상 장치에서는, 물체를 분할하여 촬상할 수 있도록, 상기 광각 촬상 광학 시스템이 다수조 배치되고, 상기 촬상 소자는, 상기 각 광각 촬상 광학 시스템에 대응하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 수평 방향 화각이 최대 360도의 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능함과 더불어, 광각 촬상 광학 시스템이 1조인 구성과 비교하여, 수직 방향 화각을 크게 할 수 있다.

또, 물체를 분할하여 촬상할 수 있도록, 상기 광각 촬상 광학 시스템이 2조 배치되고, 상기 촬상 소자는, 상기 각 광각 촬상 광학 시스템에 대응하도록 배치되어 있으며, 상기 제1 반사면의 곡률 중심과 상기 제2 반사면의 곡률 중심을 연결하는 축을 중심축으로 하면, 상기 중심축과 직교하는 축에 대해서 대칭이 되도록, 상기 2조의 광각 촬상 광학 시스템이 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 각 광각 촬상 광학 시스템에 대응하는 상기 촬상 소자를, 하나의 촬상 소자로 공용하고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 소형·경량화에 유리해진다.

또, 상기 반사 광학 시스템으로 광속을 입사하는 영역을 제1 촬상 영역, 상기 굴절 광학 시스템에 광속을 입사하는 영역을 제2 촬상 영역으로 하면,

상기 촬상 소자에 의해서 촬상된 화상은, 상기 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상과, 상기 제1 촬상 영역을 촬상하고, 또한 상기 원형상 화상의 외측에 형성 된 원형의 고리형상 화상으로 형성되며,

상기 제1 촬상 영역과 상기 제2 촬상 영역은 서로 중복되지 않고, 또한 상기 원형상 화상과 상기 원형의 고리형상 화상은, 연속하여 배치되는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 촬상 소자의 유효 영역을 효율적으로 이용할 수 있고, 또한 화상에 결핍이나 중복이 없어져서 정확한 촬상이 가능해진다.

또, 상기 개방부를 둘러싸는 보호 부재를 구비한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 용이하고 또한 효과적으로 반사 광학 시스템을 보호할 수 있다.

또, 상기 보호 부재에, 내면 반사 방지막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 용이하고 또한 효과적으로 반사 광학 시스템을 보호하면서, 보호 부재에서 내면 반사하여 정규광과 동일 광로를 거치는 고스트 광을 효과적으로 제거할 수 있다.

또, 상기 보호 부재는, 대략 원추 사다리꼴 형상이고, 상기 제1 반사면에서의 내경과, 상기 제2 반사면에서의 내경이 다른 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 고스트 광의 반사 각도를 제어할 수 있고, 고스트 광이 정규광과 동일 광로를 거치는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 굴절 광학 시스템 및 상기 결상 광학 시스템 중 어느 하나는, 줌 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 축방향 부근의 물체를 확대하여 촬상하는 것이 가능해진다.

또, 상기 광각 촬상 장치는 대상물에 장착 가능하고, 또한 장착 각도의 조정이 가능한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 촬상 범위를 용이하게 변화시킬 수 있다.

또, 동체 검지 기능을 구비한 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 동체를 추출할 수 있기 때문에, 주위의 동작 상황을 정확하고 확실하게 파악할 수 있다.

본 발명의 감시용 촬상 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 구비하고 있기 때문에, 수평 방향 화각 및 수직 방향 화각이 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능해져서, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서, 광을 반사하는 재료를 이용한 반사면과, 광을 투과하는 재료를 이용한 렌즈를 조합한 구성으로 함으로써, 대낮, 야간을 막론하고 초광범위에 걸친 감시를 행할 수 있다.

본 발명의 차재용 촬상 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 구비하고 있기 때문에, 수평 방향 화각 및 수직 방향 화각이 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능해지고, 촬상한 화상을 차량 내에 설치된 차재 모니터에 비춤으로써, 리어뷰 모니터, 프론트뷰 모니터, 또는 사이드뷰 모니터 등으로서 이용할 수 있다.

본 발명의 투사 장치는, 상기 본 발명의 광각 촬상 광학 시스템을 구비하고 있기 때문에, 초광범위에 걸쳐서 촬상한 물체를, 비디오 프로젝터 등의 투사 장치를 이용하여 투사 할 수 있다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1은, 실시 형태 1에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중 심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 도 2는 주요부 측면도, 도 3은 도 2의 A화살표 방향에서 본 도면, 도 4는 주요부 사시도이다. 도 1에 도시한 광각 촬상 장치는, 굴절 광학 시스템(3)과, 제1 반사면(1)과 제2 반사면(2)으로 형성된 반사 광학 시스템과, 결상 광학 시스템(5)을 구비하고 있다. 중심축(9)은, 제1 반사면(1)의 곡률 중심과 제2 반사면(2)의 곡률 중심을 연결하는 축이다.

본 도면에 도시한 광각 촬상 장치의 광학 시스템은, 제1 광학 시스템과 제2 광학 시스템으로 형성되어 있다. 제1 광학 시스템은, 공역 거리가 긴 측에서 볼 때, 반사 광학 시스템, 결상 광학 시스템(5)의 순서로 배치된 광학 시스템이고, 제2 광학 시스템은, 공역 거리가 긴 측에서 볼 때, 굴절 광학 시스템(3), 결상 광학 시스템(5)의 순서로 배치된 광학 시스템이다. 본 도면의 예에서는, 공역 거리가 긴 측이란, 상면(촬상 소자(7))과 반대측이다(이하의 각 도면도 동일).

제1 반사면(1)은, 외부(물체)로부터의 입사광(8b)(제1 촬상 영역으로부터의 광속)에서 볼 때 볼록면이고, 제2 반사면(2)은 입사광(8b)에서 본 오목면이다. 결상 광학 시스템(5)을 구성하는 렌즈(6)와 제1 반사면(1)은 일체로 되어 있다. 또, 굴절 광학 시스템(3)을 구성하는 렌즈(4)와 제2 반사면(2)은 일체로 되어 있다.

외부(물체)로부터의 입사광(8a)(제2 촬상 영역으로부터의 광속)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성되어 원형상으로 개구한 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 원형상의 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목 면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

제1 반사면(1) 및 제2 반사면(2)은, 각각 중심축(9)에 관해서 대칭인 회전 비구면이다. 본 실시 형태에서는, 제1 반사면(1) 및 제2 반사면(2)은, 각각 포물선을 회전하여 얻어진 반사면이다.

도 3에서, 점 a는 중심축(9)이 통과하는 점이고, 중심선(9a, 9b)은 점 a를 통과하여 서로 직교하는 선이다. 도 1 내지 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 반사면(1)과 제2 반사면(2)은, 중심축(9) 상을 소정 간격 떨어져서 배치되어 있다. 이 때문에, 제1 반사면(1)과 제2 반사면(2)의 사이에 중심축(9) 상의 점을 중심으로 한 원의 전체 둘레 방향으로 개방된 개방부가 형성되어 있다.

따라서, 도 3의 각도(θ)가 0∼360도 중 어느 하나의 위치에서도, 외부로부터의 입사광(8a, 8b)이 입사 가능하다. 한편, 도 1에서, 수직 방향 화각(α)을, 반시계 방향을 양으로 하면, 광각 촬상 광학 시스템이 제2 촬상 영역으로부터의 광속(8a)을 촬상하는 수직 방향 화각(α)은, 대략 -30∼30도의 범위이고, 제1 촬상 영역으로부터의 광속(8b)을 촬상하는 수직 방향 화각(α)은, 대략 30∼90도, 및 -30∼-90도의 범위이다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관한 광각 촬상 장치의 수평 방향 화각은 최대 360도, 수직 방향 화각은 최대 180도 정도가 된다.

도 5는, 도 1에 도시하는 광각 촬상 장치에 의해, 광범위에 걸쳐서 물체를 촬상하였을 때의 화상을 도시하는 도면이다. 촬상 소자(51) 상에는, 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상(52)과, 제1 촬상 영역을 촬상한 원형의 고리형상 화상(53)이 비춰지고, 제1 촬상 영역과 제2 촬상 영역의 촬상 범위가 연속되고 있기 때문에, 원형상 화상(52)과 원형의 고리형상 화상(53)은 1개의 연속적인 원형상의 화상을 형성하고 있다. 이 때문에, 촬상 소자(51)의 유효 영역을 효율적으로 이용할 수 있다. 이와 같이 촬상 화상의 형성은, 개구(1a), 투광부(2a)의 형상을 원형상으로 한 후에, 반사 광학 시스템의 반사면의 형상이나 반사면들의 배치, 굴절 광학 시스템(3) 및 결상 광학 시스템(5)의 렌즈 형상이나 렌즈들의 배치에 의해 가능해진다.

또, 제1 광학 시스템의 결상 배율과, 제2 광학 시스템의 결상 배율을 모두 동일 부호로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제1 광학 시스템에서 얻어지는 화상이 정립상인 경우, 제2 광학 시스템에서 얻어지는 화상은 정립상이 되고, 또 제1 광학 시스템에서 얻어지는 화상이 도립상인 경우, 제2 광학 시스템에서 얻어지는 화상은 도립상이 되기 때문에, 연속적인 화상이 얻어진다. 이 경우, 제1 광학 시스템의 결상 배율과, 제2 광학 시스템의 결상 배율이 모두 음인 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 광각 촬상 광학 시스템은 릴레이 광학 시스템이 되지 않고, 광학 시스템 전체 길이가 작아져서, 장치의 소형화를 실현할 수 있다. 이들은, 이하의 실시 형태에서도 동일하다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 주요 광학 시스템을 색수차가 발생하지 않는 반사면에서 형성할 수 있기 때문에, 설계의 공정수 및 제조 상의 제약도 적어지고, 소형, 경량, 염가로, 밝은 광각 촬상 장치를 실현할 수 있다. 또, 굴절 광학 시스템, 반사 광학 시스템을 구성하는 렌즈, 및 이것과 일체로 되어 있는 반 사면의 형상을 비구면으로 함으로써, 광학 시스템에서 발생하는 여러 가지 수차를 보정할 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 촬상 소자를 효율적으로 이용하면서, 초광범위(수평 방향 화각 : 최대 360도, 수직 방향 화각 : 최대 180도 정도)에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능해진다.

또한, 제1 반사면(1) 및 제2 반사면(2)의 회전 비구면으로서, 포물선을 회전하여 얻어지는 반사면의 예로 설명하였지만, 원을 포함하는 타원, 또는 쌍곡선을 회전하여 얻어지는 반사면이어도 된다. 이것은, 이하의 각 실시 형태에서도 동일하다.

또, 상세한 것은 이하의 실시 형태에서 설명하지만, 렌즈(4, 6)는, 각 반사면과 일체로 된 부분의 형상과, 투광부(2a), 개구(1a)에서의 형상이 연속적으로 일체로 되어 있지만, 투광부(2a), 개구(1a)에서 요철을 거꾸로 하는 등, 형상을 변화시켜도 된다.

(실시 형태 2)

도 6, 7은, 실시 형태 2에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 1 내지 도 5에 도시한 실시 형태 1과 동일하지만, 결상 광학 시스템(5)을 지나서 촬상 소자(7)에 도달하는 광로 중에, 반사면이 평면인 제3 반사면(61)이 또한 배치되어 있는 구성이, 실시 형태 1과 다르다.

도 6에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 제3 반사면(61)에서 일방향으로 반사되어, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 제3 반사면(61)에서 일방향으로 반사되고, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 이와 같이 제3 반사면(61)을 설치함으로써, 광학 시스템을 중심축(9) 방향에서, 짧게 할 수 있기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

도 7은, 본 실시 형태의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이다. 본 도면의 구성은, 결상 광학 시스템(5)에서, 반사면이 평면인 제3 반사면(71)과 촬상 소자(7)의 사이에 집광 소자(5a)가 배치되어 있는 점이, 도 6의 구성과 다르다. 도 6의 구성과 동일하게, 제3 반사면(71)을 설치함으로써, 장치를 중심축(9) 방향에서, 짧게 할 수 있기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

도 8에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 7과 동일하지만, 반사면이 평면인 제3 반사면(81)은, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 광속을, 중심축(9)에 대해서 대략 직각 방향으로 반사하는 배치로 하고 있다. 이것에 의해, 광각 촬상 장치의 소형화를 도모할 수 있는 동시에, 광각 촬상 광학 시스템은 한정된 공간 내에서 광로 길이를 크게 취할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 9는, 실시 형태 3에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 6 내지 도 8에 도시한 실시 형태 2와 동일하고, 제3 반사면의 형상이 곡면인 구성이, 실시 형태 2와 다르다.

도 9에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 반사면이 곡면인 제3 반사면(91)에서 일방향으로 반사되고, 또한 결상 광학 시스템(5)에서 결상되어, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 제3 반사면(91)에서 일방향으로 반사되고, 또한 결상 광학 시스템(5)에서 결상되어, 촬상소자(7)에서 촬상된다. 제3 반사면(91)의 배치는, 개구(1a)를 지난 광속을, 중심축(9)에 대해서 대략 직각 방향으로 반사하는 배치로 하고 있다. 제3 반사면(91)은 곡면 형상이고, 실린드리컬면이나 토릭면을 이용할 수 있고, 자유곡면을 이용해도 된다. 자유곡면이란 회전 대칭축을 갖지 않는 곡면인 것이다.

도 10의 실시 형태도, 제3 반사면(101)은 곡면 형상이고, 개구(1a)를 지난 광속을, 중심축(9)에 대해서 대략 직각 방향으로 반사하는 배치로 하고 있다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 제3 반사면(101)을, 토릭면 또는 자유곡면으로 함으로써, 도 9에 도시한 실시 형태에 비해서, 결상 광학 시스템의 렌즈수를 줄이고 있다.

본 실시 형태는, 실시 형태 2와 동일하게, 제3 반사면을 설치함으로써, 장치 의 소형화를 도모할 수 있는 동시에, 제3 반사면은, 광속을 대략 직각 방향으로 반사하는 배치로 하고 있기 때문에, 광각 촬상 광학 시스템은 한정된 공간 내에서 광로 길이를 크게 취할 수 있다.

(실시 형태 4)

도 11은, 실시 형태 4에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 1 내지 도 5에 도시한 실시 형태 1과 동일하지만, 반사면의 형상과 개구 및 투광부에 대응하는 부분의 형상이 달라져 있는 구성이 실시 형태 1과 다르다.

도 1의 구성에서는, 제1 반사면(1)의 형상과, 개구(1a)에 대응하는 부분의 렌즈(6)의 형상이 대략 동일하고, 제2 반사면(2)의 형상과, 투광부(2a)에 대응하는 부분의 렌즈(4)의 형상이 대략 동일하다.

도 11에 도시한 실시 형태에서는, 렌즈(111)에 대해서 살펴보면, 제1 반사면(1)과 일체로 되어 있는 부분은, 물체측, 상면측 모두 물체측으로 볼록하게 되어 있는 것에 반해서, 개구(1a)에서는, 물체측, 상면측 모두 물체측으로 오목하게 되어 있다. 또, 렌즈(112)에 대해서 살펴보면, 제2 반사면(2)과 일체로 되어 있는 부분은, 물체측, 상면측 모두 물체측으로 볼록하게 되어 있는 것에 반해서, 투광부(2a)에서는 상면측은 물체측으로 오목하게 되어 있다. 또, 투광부(2a)의 물체측은 물체측으로 볼록하게 되어 있지만, 제2 반사면(2)과 일체로 되어 있는 부분과 비교하면, 볼록한 정도가 다르다.

즉, 도 11의 구성에서는, 제1 반사면(1)의 형상과, 개구(1a)에 대응하는 부분의 렌즈(111)의 형상이 다르고, 제2 반사면(2)의 형상과, 투광부(2a)에 대응하는 부분의 렌즈(112)의 형상이 다르다.

이와 같은 구성에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 이와 같이, 투광부나 개구부에서의 렌즈의 기본 단면 형상을, 반사면과 일체로 된 부분의 기본 단면 형상과 다른 형상으로 함으로써, 투광부나 개구에 전용의 볼록 렌즈나 오목 렌즈를 별개로 배치한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있고, 광각 촬상 광학 시스템에서 발생하는 여러 가지 수차를 정확하고 확실하게 보정하여, 광범위에 걸쳐서 고화질의 화상을 얻을 수 있다.

도 12는, 본 실시 형태의 다른 예에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 1 내지 도 5에 도시한 실시 형태 1과 동일하지만, 제1 반사면(1) 및 제2 반사면(2)은 수지 기판과 일체로 되어 있고, 투광부(2a), 개구(1a)에 각각 수지 기판과는 다른 전용의 렌즈를 배치하고 있는 구성이 실시 형태 1과 다르다. 본, 실시 형태에서도, 제1 반사면(1)의 형상과, 개구(1a)에 대응하는 부분의 렌즈의 형상이 다르고, 제2 반사면(2)의 형상과, 투광부(2a)에 대응하는 부분의 렌즈의 형상이 다르게 된다.

도 12에서, 제1 반사면(1)과 제1 수지 기판(113)은 일체로 되어 있고, 제2 반사면(2)과 제2 수지 기판(114)은 일체로 되어 있다. 외부로부터의 입사광(8a)은, 렌즈(3a)를 포함하는 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2) 및 제2 수지 기판(114)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1) 및 수지 기판(113)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 렌즈(5b)를 포함하는 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1) 및 수지 기판(113)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

이와 같이, 도 12의 구성은, 투광부(2a), 개구(1a)에 각각 전용의 렌즈를 배치할 수 있기 때문에, 굴절 광학 시스템(3) 및 결상 광학 시스템(5)의 렌즈 배치를 변화시킴으로써, 광각 촬상 광학 시스템에서 발생하는 여러 가지 수차를 정확하고 확실하게 보정하여, 광범위에 걸쳐서 고화질의 화상을 얻을 수 있다.

결상 광학 시스템(5)은, 제1 반사면(1) 및 수지 기판(113)에 형성된 개구(1a)에 접촉시켜서 유지할 수 있고, 개구(1a)의 사이에 끼워서 유지할 수도 있다. 또, 동일하게, 굴절 광학 시스템(3)은, 제2 반사면(2) 및 제2 수지 기판(114)에 형성된 투광부(2a)에 접촉시켜서 유지할 수 있고, 투광부(2a)의 사이에 끼워서 유지할 수도 있다. 이들의 유지에 접착제 등을 이용해도 된다.

또한, 도 12의 도시에서는, 결상 광학 시스템(5)의 렌즈 중, 수지 기판(113)에 유지되어 있는 것은 렌즈(5b) 뿐이지만, 각 렌즈를 일체로 고정해 두면, 결상 광학 시스템(5)의 전체를 수지 기판(113)에 유지할 수 있다.

또, 도 11 내지 도 12의 예에서는, 각 반사면의 형상이, 개구(1a), 투광부(2a)의 쌍방에서 다른 예로 설명하였지만, 어느 한쪽만이 다른 구성이어도 된다.

(실시 형태 5)

도 13은, 실시 형태 5에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 실시 형태는, 도 1에 도시한 실시 형태 1에 관한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용하고, 이들을 좌우 대칭으로 배치한 구성이다.

또한, 한쪽 반분의 광각 촬상 광학 시스템에 대해서는, 도 2 내지 도 4의 도시는, 본 실시 형태에 대해서도 동일하다. 또, 이하의 각 실시 형태에서도, 도 2 내지 도 4에 상당하는 도시는 생략하고 있지만, 반사면에 관한 도시는, 도 2 내지 도 4와 동일하다.

한쪽 반분의 광각 촬상 광학 시스템의 기본 구성·작용은, 각각 실시 형태 1과 동일하고, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된 다.

외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

여기에서, 실시 형태 1과 동일하게, 한쪽 반분의 광각 촬상 광학 시스템은, 수평 방향 화각이 최대 360도이고, 수직 방향 화각이 최대 180도이다. 도 13에서, 중심선(9c)은, 중심축(9)과 직교하는 선이고, 좌우 2개의 광각 촬상 광학 시스템은, 중심선(9c)에 관해서 좌우 대칭이다. 본 도면에서, 좌측 반분의 광각 촬상 광학 시스템의 수직 방향 화각은 180도 정도이고, 우측 반분의 광각 촬상 광학 시스템의 수직 방향 화각은 180도 정도이다. 즉, 본 실시 형태는 2개의 촬상 광학 시스템을 이용하여, 수직 방향 화각이 합계 360도인 광범위한 물체를 분할하여 촬상하게 된다.

도 14는, 도 13에 도시하는 광각 촬상 장치에 의해, 광범위에 걸쳐서 물체를 촬상하였을 때의 화상을 도시하는 도면이다. 제1 촬상 소자(131)에는, 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상(132), 제1 촬상 영역을 촬상한 원형의 고리형상 화상(133)이 비춰지고, 제1 촬상 영역의 촬상 범위와 제2 촬상 영역의 촬상 범위가 연속되어 있기 때문에, 원형상 화상(132)과 원형의 고리형상 화상(133)으로 1개의 연속적인 원형상의 화상을 형성하고 있다. 이 때문에, 촬상 소자(131)의 유효 영역을 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 동일하게, 제2 촬상 소자(134)에는, 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화 상(135)과, 제1 촬상 영역을 촬상한 원형의 고리형상 화상(136)이 비춰지고, 제1 촬상 영역의 촬상 범위와 제2 촬상 영역의 촬상 범위가 연속되어 있기 때문에, 원형상 화상(135)과 원형의 고리형상 화상(136)으로 1개의 연속적인 원형상의 화상을 형성하고 있다. 이 때문에, 촬상 소자(134)의 유효 영역을 효율적으로 이용할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태는, 수평 방향 화각이 최대 360도인 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능함과 더불어, 실시 형태 1에서는 수직 방향 화각은 최대 180도 정도인 것에 반하여, 본 실시 형태에서는 수직 방향 화각이 최대 360도인 촬상이 가능해진다.

(실시 형태 6)

도 15, 도 16은, 실시 형태 6에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 실시 형태는, 도 6, 도 7에 도시한 실시 형태 2에 관한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용하여, 이들을 좌우 대칭으로 배치한 구성이다. 한쪽 반분의 광각 촬상 광학 시스템의 기본 구성·작용은, 각각 실시 형태 2와 동일하다.

도 15에 도시한 구성은, 도 6에 도시한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용한 것이다. 도 15에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 반사면이 평면인 제3 반사면(61)에서 일방향으로 반사되어, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 제3 반사면(61)에서 일방향으로 반사되어, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

도 16에 도시한 구성은, 도 7에 도시한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용한 것이다. 도 16에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 반사면이 평면인 제3 반사면(71)에서 일방향으로 반사되고, 또한 결상 광학 시스템(5)에서 결상되어, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 제3 반사면(71)에서 일방향으로 반사되고, 또한 결상 광학 시스템(5)에서 결상되어, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

여기에서, 실시 형태 2와 동일하게, 한쪽 반분의 광각 촬상 광학 시스템은, 수평 방향 화각이 최대 360도이고, 수직 방향 화각이 최대 180도 정도이다. 따라서, 본 실시 형태에서도, 2개의 광각 촬상 광학 시스템을 이용하여, 수직 방향 화각이 최대 360도의 촬상인 가능해진다.

(실시 형태 7)

도 17은, 실시 형태 7에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중 심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 기본 구성은 도 15, 도 16에 도시한 실시 형태 6과 동일하다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 도 9에 도시한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용한 것에 상당하고, 제3 반사면의 형상이 곡면인 구성이, 실시 형태 6과 다르다. 제3 반사면(91)의 형상은, 실린드리컬면이나 토릭면을 이용할 수 있고, 자유곡면을 이용해도 된다.

본 실시 형태는, 제3 반사면이 평면인 경우와 동일하게, 광학 시스템을 중심축(9) 방향에서 짧게 할 수 있기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 제3 반사면의 배치는, 개구(1a)를 지난 광속을, 중심축(9)에 대해서 대략 직각 방향으로 반사하는 배치로 하고 있기 때문에, 광각 촬상 광학 시스템은 한정된 공간 내에서 광로 길이를 크게 취할 수 있다.

(실시 형태 8)

도 18은, 실시 형태 8에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 17에 도시한 실시 형태 7과 동일하다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 도 10에 도시한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용한 것에 상당하고, 제3 반사면(101)을 토릭면 또는 자유곡면으로 함으로써, 결상 광학 시스템의 렌즈수를 줄이고 있다. 이것에 의해, 장치를 경량 또한 염가인 것으로 할 수 있다.

또한, 실시 형태 5 내지 8에서, 도 1, 또는 도 6 내지 도 10에 도시한 실시 형태에 관한 광각 촬상 광학 시스템을 2개 이용한 예로 설명하였지만, 도 11 및 도 12에 도시한 실시 형태에 관한 광각 촬상 광학 시스템을 이용해도 된다.

(실시 형태 9)

도 19는, 실시 형태 9에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 한쌍의 제1 반사면 및 제2 반사면을 좌우 대칭으로 배치한 구성과, 결상 광학 시스템에서 결상된 후에 제3 반사면이 또한 배치되어 있는 구성은, 도 16에 도시한 상기 실시 형태 6과 동일하다. 본 실시 형태는, 좌측 반분의 광학 시스템과, 우측 반분의 광학 시스템에서, 결상 광학 시스템에서의 렌즈(183)와 촬상 소자(184)를 공용하고 있는 구성이 상기 실시 형태 6과 다르다.

좌측 반분의 광학 시스템에 대응하는 평면인 제3 반사면(181)과, 우측 반분의 광학 시스템에 대응하는 평면인 제3 반사면(182)은, 중심선(9d)에 관해서 좌우 대칭으로 배치되어 있다. 좌우의 각 광각 촬상 광학 시스템에서는, 외부로부터의 입사광(8a)은 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)에 입사한다. 외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)에 입사한다.

좌측으로부터의 입사광은, 제3 반사면(181)에서 일방향으로 반사되고, 우측으로부터의 입사광은, 제3 반사면(182)에서 일방향으로 반사되며, 반사광은 렌즈(183)에서 결상되어 촬상 소자(184)에서 촬상된다.

도 20은, 도 19에 도시한 광각 촬상 장치에 의해, 광범위에 걸쳐서 물체를 촬상하였을 때의 화상을 도시하는 도면이다. 촬상 소자(201) 상에는, 좌측 반분의 광학 시스템에 의해 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상(202) 및 제1 촬상 영역을 촬상한 원형의 고리형상 화상(203)과, 우측 반분의 광학 시스템에 의해 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상(204) 및 제1 촬상 영역을 촬상한 원형의 고리형상 화상(205)이 비춰진다.

제1 촬상 영역과 제2 촬상 영역의 촬상 범위가 연속되어 있기 때문에, 원형상 화상(202) 및 원형의 고리형상 화상(203), 원형상 화상(204) 및 원형의 고리형상 화상(205)은, 각각 1개의 연속적인 원형상의 화상을 형성하고 있다. 이 때문에, 촬상 소자(201)의 유효 영역을 효율적으로 이용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 좌우의 광학 시스템에서, 렌즈(183) 및 촬상 소자(184)를 공용하고 있기 때문에, 광각 촬상 장치는 소형·경량이고 또한 염가인 것이 된다.

(실시 형태 10)

도 21은, 실시 형태 10에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 실시 형태는, 도 19에 도시한 제3 반사면(181) 및 제3 반사면(182) 대신에, 프리즘(191)을 이용하고 있는 구성이 상기 실시 형태 9와 다르다.

본 실시 형태에서는, 좌우의 광학 시스템에서, 프리즘(191) 및 렌즈(183) 및 촬상 소자(184)를 공용하고 있기 때문에, 광각 촬상 장치는 더욱 소형·경량으로 또한 염가인 것이 된다.

또한, 촬상 화상에 관해서는, 실시 형태 9에서 도 20을 이용한 설명은, 본 실시 형태에서도 동일하다.

(실시 형태 11)

도 22는, 실시 형태 11에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 1 내지 도 5에 도시한 실시 형태 1과 동일하지만, 광각 촬상 광학 시스템에서의 반사 광학 시스템을 보호하는 부재로서, 원통 형상의 커버(321)가 배치되어 있는 구성이 실시 형태 1과 다르다. 커버(321)는, 예를 들면 두께 수 ㎜ 정도의 수지 재료로 형성된다.

커버(321)는, 제1 반사면(1)과 제2 반사면(2) 사이의 개방부를 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 때문에, 외부로부터의 입사광(8b)은, 커버(321)를 지나서 제1 반사면(1)에 도달하게 된다. 또, 커버(321)는, 도 1에 도시한 광각 촬상 광학 시스템에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에 관한 광각 촬상 광학 시스템에 이용해도 된다.

도 22에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 외부로부터의 입사광(8b)은, 커버(321)에서 굴절되고, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되어, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 이와 같이 커버(321)를 설치함으로써, 용이하고 또한 효과적으로 반사 광학 시스템을 보호할 수 있다.

(실시 형태 12)

도 23, 도 24는, 실시 형태 12에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 도 23에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 22에 도시한 실시 형태와 동일하지만, 커버(321)의 내면에 반사 방지의 코팅(421)이 형성되어 있는 점이, 도 22의 구성과 다르다. 코팅(421)은 딥핑 등의 수법으로 형성할 수 있다.

도 23의 구성에서는, 고스트 광(8c)은 커버(321)를 통과하여, 커버(321) 내의 공간에 입사하게 된다. 그러나, 도 23의 구성에서는, 코팅(421)에 의해, 내면 반사를 방지하고 있다. 이 때문에, 고스트 광(8c)이, 점선으로 도시한 바와 같은 커버(321) 내에 직접 입사한 정규광과 동일 광로를 통과하여, 촬상 소자(7)에 도달하는 것도 방지되게 된다.

도 24에 도시한 실시 형태도, 기본 구성은 도 22에 도시한 실시 형태와 동일하지만, 커버(321)의 단부가 검은색으로 칠해져 있는 점이, 도 22의 구성과 다르다. 도 24의 구성에서는, 고스트 광(8d)은, 커버(321)의 단부에서 차광된다. 차광되지 않게 하면, 입사한 고스트 광(8d)은, 커버(321)에서 반사된 후에는, 점선으로 도시한 바와 같은 커버(321) 내에 직접 입사한 정규광과 동일 광로를 통해서, 촬상 소자(7)에 도달하여 버린다.

또, 커버(321) 내의 공간에 입사한 고스트 광(8e)은, 커버(321)의 내면측의 단부에서 차광된다. 차광되지 않게 하면, 고스트 광(8e)은, 단부에서 반사된 후에 는, 또한 제1 반사면(1)에서 반사되게 되고, 제1 반사면(1)에서 반사 후에는, 정규광과 동일 광로를 통과하여, 촬상 소자(7)에 도달하여 버린다. 즉, 고스트 광(8d, 8e) 중 어느 하나에 대해서도, 정규광의 광로에 도중에서 합류하여, 촬상 소자(7)에 도달하는 것은 방지되게 된다.

또한, 커버(321)의 단부를 검은색으로 칠한 예로 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 단부에 차광부가 형성되어 있으면 되고, 예를 들면 단부가 차광 재료로 형성되어 있어도 된다.

또, 광각 촬상 광학 시스템의 기본 구성은, 도 1에 도시한 예에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에 관한 광각 촬상 광학 시스템에 이용해도 된다.

(실시 형태 13)

도 25는, 실시 형태 13에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 도 25에 도시한 구성은, 본 도면에 도시한 구성에서는, 제1 반사면(1)의 외경보다도, 제2 반사면(2)의 외경이 작다. 제1 반사면(1)과 제2 반사면(2) 사이의 개방부를 둘러싸도록 배치된 커버(441)는, 외형 형상이 대략 원추 사다리꼴이고, 내벽면, 외벽면은 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 이 대략 원추 사다리꼴의 커버(441)는, 예를 들면 두께 수㎜ 정도의 수지제 재료로 형성된다.

상기 실시 형태 12의 구성은, 코팅(421)에 의한 내면 반사 방지로, 고스트 광이 정규광과 동일 광로를 거치는 것을 방지하고 있지만, 본 실시 형태의 구성은, 이들을 커버(441)의 형상으로 실현하는 것이다. 구체적으로는, 도 25에 도시한 바 와 같이, 커버(441) 내에 입사한 고스트 광(8c)은, 커버(441)의 경사면에서 내면 반사되고, 반사 후의 고스트 광(8c)은 정규광과 다른 광로를 거쳐서, 고스트의 발생은 방지되게 된다. 즉, 본 실시 형태에 의하면, 커버(441)의 형상에 의해, 고스트 광(8c)의 반사 각도를 조절할 수 있기 때문에, 코팅 등을 하지 않고, 커버(441) 자체로, 고스트의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 도 25에 도시한 예에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에서도, 제1 반사면의 외경보다도, 제2 반사면의 외경을 작게 하고, 대략 원추 사다리꼴의 커버를 설치해도 된다.

(실시 형태 14)

도 26은, 실시 형태 14에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 1에 도시한 실시 형태와 동일하지만, 개구(1a)의 주변 근방에 차광부(1b)가 형성되어 있는 점이 다르다.

고스트 광(8c)은 반사면(1, 2)에서 반사된 후, 다시 반사면(1)에 도달하게 되지만, 이 광선은 차광부(1b)에서 차광되게 된다. 차광부(1b)를 설치하고 있지 않은 구성에서는, 고스트 광(8c)은, 점선으로 도시한 바와 같이, 다시 반사면(1, 2)에서 반사된 후, 즉 반사면에서 4회 반사된 후에, 개구(1a)에 입사하여, 결상 광학 시스템(5)에서 결상되어 촬상 소자(7)에서 촬상되게 된다.

또한, 본 도면의 예에서는, 반사면을 4회 반사하여 개구(1a)에 입사하는 고스트 광을 차광하는 예로 설명하였지만, 차광 대상인 고스트 광은, 반사면을 4회 이상 반사한 후에 개구(1a)에 입사하는 광선이어도 된다.

(실시 형태 15)

도 27은, 실시 형태 15에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 12에 도시한 실시 형태와 동일하지만, 본 도면의 예에서는, 결상 광학 시스템(5)를 유지하는 렌즈 경통(461)이 차광 부재를 겸하고 있다. 이 때문에, 별개로 차광 부재를 설치할 필요는 없고, 렌즈 경통(461)을 효율적으로 이용하고 있다. 이 구성에서는, 고스트 광(8c)은, 반사면(1, 2)에서 반사된 후, 렌즈 경통(461)에서 차단되게 된다. 이것에 의해, 고스트 광이 점선으로 도시한 바와 같이, 정규광과 동일 광로를 거치는 것을 방지하고 있다.

또, 렌즈 경통(461)의 선단부에는, 예를 들면 검은색으로 칠한 차광 부재로 형성된 후드(462)를 설치해도 된다. 후드(462)를 설치함으로써, 결상 광학 시스템(5)에 입사하는 광속을 제한할 수 있고, 미광이나 플레어의 원인이 되는 화각 외의 불필요 광을 제거할 수 있다.

또, 후드의 경사각과 동일 정도의 각도로 입사하는 광선에 의한 반사광도 있을 수 있지만, 후드 표면을 계단 형상의 미세한 단차 구조로 함으로써 반사광을 발산시킬 수 있다.

또한, 후드를 결상 광학 시스템(5)에 설치한 예로 설명하였지만, 렌즈(3a)를 포함하는 굴절 광학 시스템에 후드를 설치하고, 굴절 광학 시스템에 입사하는 광속을 제한하도록 해도 된다.

또, 광각 촬상 광학 시스템의 기본 구성은, 도 12에 도시한 예에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에 관한 광각 촬상 광학 시스템에 이용해도 된다.

(실시 형태 16)

도 28은, 본 발명에 관한 광각 촬상 시스템을 포함하는 와이드 컨버전 렌즈의 일 실시 형태를 도시하고 있다. 본 도면에 도시한 와이드 컨버전 렌즈는, 도 1에 도시한 광각 촬상 광학 시스템에서, 결상 광학 시스템(5), 및 촬상 소자(7) 대신에, 비디오 카메라나 카메라 등의 촬상 장치(301)를 배치한 것이다. 이것에 의해, 한번에 광범위에 걸친 촬상이 가능해진다. 광각 촬상 광학 시스템은, 도 1에 도시한 것에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에 관한 광각 촬상 광학 시스템을 이용해도 된다.

(실시 형태 17)

도 29, 도 31은, 실시 형태 17에 관한 광각 촬상 장치의 기본 구성의 개략도이고, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당한다. 본 도면에 도시한 실시 형태는, 기본 구성은 도 1 내지 도 5에 도시한 실시 형태 1과 동일하지만, 각 반사면의 형상과 투광부(2a) 및 개구(1a)에 대응하는 부분의 렌즈 형상이 다른 구성, 및 굴절 광학 시스템과 결상 광학 시스템에 줌 기능을 갖고 있는 구성이, 실시 형태 1과 다르다. 투광부(2a) 및 개구(1a)에 대응하는 부분의 렌즈 형상에 대한 설명은, 실시 형태 4와 동일하다.

도 29에서, 외부로부터의 입사광(8a)은, 줌 렌즈(333)를 포함하는 굴절 광학 시스템(3)에서 굴절된 후, 제2 반사면(2)에 형성된 투광부(2a)를 지나고, 또한 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 줌 렌즈(334)를 포함하는 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다. 외부로부터의 입사광(8b)은, 제1 반사면(1)의 볼록면에서 반사되고, 제2 반사면(2)의 오목면에서 반사된 후, 제1 반사면(1)에 형성된 개구(1a)를 지나서, 줌 렌즈(334)를 포함하는 결상 광학 시스템(5)에서 결상된 후, 촬상 소자(7)에서 촬상된다.

도 30은, 도 29에 도시하는 광각 촬상 장치에 의해, 광범위에 걸쳐서 물체를 촬상하였을 때의 화상을 도시하는 도면이다. 촬상 소자(7)에는, 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상(341)과, 제1 촬상 영역을 촬상한 원형의 고리형상 화상(342)이 비춰진다. 도 31에서는, 도 29에 도시하는 광각 촬상 장치에서, 줌 렌즈(334)를 물체측으로 이동시켜서 변배(變倍)를 행하고 있다.

도 32는, 도 31에 도시하는 광각 촬상 장치에 의해, 물체를 촬상하였을 때의 화상을 도시하는 도면이다. 촬상 소자(7)에는, 제2 촬상 영역을 변배하여 촬상한 원형상 화상(361)과, 그 외측에 제1 촬상 영역을 변배하여 촬상한 원형의 고리형상 화상(362)의 일부가 비춰진다. 이와 같이 줌 렌즈를 설치함으로써, 중심축 부근의 물체는 촬상 소자(7)의 중심에서 확대되어 촬상되기 때문에, 더욱 상세한 화상을 얻을 수 있다.

(실시 형태 18)

도 33, 도 34, 및 도 35는, 실시 형태 18에 관한 광각 촬상 장치의 개략 구 성도이다. 이들 각 도면의 구성은, 기본 구성은 도 1 내지 도 5에 도시한 실시 형태 1과 동일하지만, 상세한 것은 뒤에 설명하는 바와 같이, 렌즈 구성이나 반사면의 형상이 실시 형태 1과 다르다. 각 도면에서, 첨자인 ai(i = 1, 2, 3, …)는, 제1 광학 시스템의 면 번호, 첨자인 bi(i = 1, 2, 3, …)는, 제2 광학 시스템의 면 번호이다. i의 숫자는, 물체측으로부터 광속의 진행 순으로 증가하고 있다. rai, rbi는 각 면의 곡률 반경, dai, dbi는 각 면에 대응하는 렌즈 두께, 또는 공기 간격이다.

본 실시 형태에 관한 반사면의 형상은, 비구면 계수를 포함한 회전 대칭 비구면이고, 광축으로부터의 높이를 h, 면의 곡률 반경을 R, A2∼A10를 비구면 계수, K를 원추 계수로 하면 새그량(Z)은 하기의 식 (1)로 나타내어진다.

본 실시 형태에서는, 반사 광학 시스템에서의 제1 반사면은 물체로부터의 입사광에서 볼 때 오목면, 제2 반사면은 물체로부터의 입사광에서 볼 때 오목면이다. 또, 굴절 광학 시스템은 물체측으로부터 순서대로, 음의 파워를 갖는 제1군과, 양의 파워를 갖는 제2군의 2개의 렌즈군으로 구성되어 있고, 광각 촬상 광학 시스템은 도중에 중간상을 형성하지 않고, 밝은 광학 시스템을 실현할 수 있다.

또, 조리개 위치는, 결상 광학 시스템의 내부, 또는 결상 광학 시스템과 제2 반사면의 사이에 갖는 것이 바람직하고, 이 구성에 의하면, 제2 반사면이 갖는 하 나의 초점과, 조리개의 중심 위치를 일치시킬 수 있기 때문에, 주 광선을 조리개 위치에 수속(收束)시켜서 결상 광학 시스템에 의해 광선을 결상할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 조리개 위치는 제1 반사면의 정점에 설정하고 있다.

결상 광학 시스템을 구성하는 렌즈는, 물체측에서 볼 때, 부 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈의 순서로 배치되어 있고, 적은 렌즈 매수로, 백 포커스를 비교적 길게 할 수 있으며, 수차 보정도 양호하고, 밝은 결상 광학 시스템을 실현할 수 있다. 결상 광학 시스템의 렌즈 구성은, 물체측에서 볼 때, 부 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈의 순서로 배치한 것이어도 된다.

또, 가장 상(像)측의 렌즈와 촬상 소자(7)의 사이에 삽입되어 있는 평판은, 광학적 로우패스 필터 및 근적외 커트 필터에 상당한다. 또, 본 실시 형태에서도, 제1 반사면(1)의 형상과, 개구(1a)에 대응하는 부분의 렌즈의 형상이 다르고, 제2 반사면의 형상과, 투광부(2a)에 대응하는 부분의 렌즈 형상이 다르다.

도 33, 34에 도시한 구성은, 제1 반사면의 외형보다도 제2 반사면의 외형이 작게 되어 있고, 반사 광학 시스템을 유지 또한 보호하는 부재로서, 도 25와 같은 테이퍼 형상의 원추형 커버를 배치하는 구성에 상당한다. 도 35에 도시한 구성은, 제1 반사면의 외형과 제2 반사면의 외형이 거의 동일하기 때문에, 반사 광학 시스템을 유지 또한 보호하는 부재로서, 도 22와 같은 원통형상 커버를 배치하는 구성에 상당한다.

본 실시 형태에서, 하기의 식 (2)로부터 (9)의 적어도 어느 하나를 만족하고 있는 것이 바람직하다.

식 (2) fa>0

식 (3) fb>0

식 (4) f2≥d

식 (5) ｜f12/fa｜>5

식 (6) r2>0

식 (7) 0.3<r1/r2<0.7

식 (8) ｜fb-fa｜/｜fa｜<0.5

식 (9) 1.2<bf/fi<1.8

식 (2)에서, fa는 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리이고, 하한을 넘으면, 제1 광학 시스템 내부에 중간상을 형성하기 때문에, 제1 광학 시스템의 물체상은 정립상이 되고, 또한, 제1 광학 시스템은 릴레이 광학 시스템이 되기 때문에, 광학 전체 길이가 길어진다.

식 (3)에서, fb는 제2 광학 시스템의 합성 초점 거리이고, 하한을 넘으면, 제2 광학 시스템 내부에 중간상을 형성하기 때문에, 제2 광학 시스템의 물체상은 정립상이 되며, 또한, 제2 광학 시스템은 릴레이 광학 시스템이 되기 때문에, 광학 전체 길이가 길어진다. 또, 이 때, 제1 광학 시스템에서 얻어지는 면상이 도립상인 경우에는, 불연속인 면상이 된다.

식 (4)에서, f2는 제2 반사면의 초점 거리, d는 제1 반사면과 제2 반사면의 축 상 간격이고, 식 (4)를 만족하지 않으면, 반사 광학 시스템은 내부에 중간상을 형성하여, 결상 광학 시스템을 통과하는 광선의 편각이 커지기 때문에, 결상 광학 시스템에서의 수차 보정이 곤란해진다. 또, 제1 광학 시스템에서 얻어지는 면상은 정립상이 되고, 제2 광학 시스템에서 얻어지는 면상이 도립상인 경우에는, 불연속인 면상이 된다.

식 (5)에서, fa는 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리, f12는 제1 반사면과 제2 반사면의 합성 초점 거리이고, 식 (5)는 반사면이 이루는 어포컬(afocal) 광학 시스템의 정도를 나타내고 있다. 하한을 넘으면, 제1 반사면과 제2 반사면의 합성 초점 거리는 작아지기 때문에, 어포컬 광학 시스템이 되지 않고, 광각 촬상 광학 시스템의 내부에 중간상을 형성하여 릴레이 광학 시스템이 되므로, 광학 시스템 전체 길이가 길어진다.

식 (6), (7)에서, r1은 제1 반사면의 곡률 반경, r2는 제2 반사면의 곡률 반경을 나타내고 있고, 식 (6)의 하한을 넘으면, 제2 반사면은 물체로부터의 입사광에서 볼 때 볼록면이 되며, 광선은 결상 광학 시스템에 발산광으로서 입사하기 때문에, 결상 광학 시스템 자체가 커져서, 촬상 장치도 커진다.

식 (7)은, 제1 반사면과 제2 반사면의 곡률 반경의 비를 나타내고 있다. 식 (7)의 상한을 넘으면, 제2 반사면으로부터 개구에 입사하는 광선 각도가 커지기 때문에 결상 광학 시스템에서의 수차 보정이 곤란해지고, 또한 개구 효율도 감소하므로, 주변부의 밝기를 확보할 수 없게 된다. 또, 식 (7)의 하한을 넘으면, 제1 광학 시스템에서 이용하는 제2 반사면에서의 영역이 중심축 부근까지 차지하기 때문에 투광부의 영역이 좁아지고, 그 결과 제2 결상 광학 시스템으로부터의 광선이 통과하지 않아서 촬상할 수 없게 된다.

식 (8)은, 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리와 제2 광학 시스템의 합성 초점 거리의 관계를 나타내고 있고, 양자의 차이를 의미하고 있다. 식 (8)의 상한을 넘으면, 제1 광학 시스템과 제2 광학 시스템에서의 백 포커스량의 격차가 커지고, 양 광학 시스템에서의 결상 배율이 다르기 때문에, 제1 광학 시스템을 촬상한 원형의 고리형상 화상과 제2 광학 시스템을 촬상한 원형상 화상이 연속적이지 않게 되어, 화상이 결핍되거나 중복되거나 한다.

식 (9)에서, bf는 무한 원물점으로부터 결상 광학 시스템에 광속을 평행 입사시켰을 때의 결상 광학 시스템의 공기 환산에 의한 백 포커스량, fi는 결상 광학 시스템의 합성 초점 거리이고, 식 (9)의 상한을 넘으면, 백 포커스량이 커지기 때문에 광학 시스템 전체 길이가 길어져서, 그 결과 장치가 커진다. 식 (9)의 하한을 넘으면, 백 포커스량이 작아져서 광학 시스템을 구성할 수 없게 된다.

또한, 식 (1) 내지 식 (9)는, 도 33 내지 도 35에 도시한 구성에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에 관한 구성에 적용해도 된다.

(실시예 1)

실시예 1은, 도 33에 도시한 광각 촬상 장치에 관한 실시예이다. 실시예 1의 제1 광학 시스템의 초점 거리(fa)(㎜), 밝기(Fno), 촬상 범위(반 화각)(ω)(°)는 이하와 같다.

fa=1.00, Fno=1.94, ω=30∼90°

실시예 1의 제1 광학 시스템의 수치를 이하의 표 1에 나타낸다. nd, νd는, d선에서의 굴절률, 아베수이다(이하의 각 표에서도 동일).

실시예 1의 제2 광학 시스템의 초점 거리(fb)(㎜), 밝기(Fno), 촬상 범위(반 화각)(ω)(°)는 이하와 같다.

fb=0.75, Fno=1.94, ω=0∼30°

실시예 1의 제2 광학 시스템의 수치를 이하의 표 2에 나타낸다.

또한, 본 실시예는, 제1 광학 시스템과 제2 광학 시스템에서, 결상 광학 시스템을 공용하고 있기 때문에, 표 1에서의 a10∼a19의 값과, 표 2에서의 b10∼b19의 값은 동일하다. 이것은, 이하의 실시예 2, 3에서도 동일하다.

실시예 1의 비구면 계수 및 원추 계수를 이하에 나타낸다. 상기와 같이, 제1 광학 시스템과 제2 광학 시스템에서, 결상 광학 시스템을 공용하고 있기 때문에, 제a16면, 제a17면의 값은 각각, 제b16면, 제b17면의 값과 동일하다. 이것은, 이하의 실시예 2, 3에서도 동일하다.

제a1면 A4=2.8000×10^-5, K=0.577

제a2면 A4=-3.000×10^-6, K=-0.478

제a16면 A4=-1.304×10^-3

A6=-3.388×10^-3

A8=4.371×10^-4

A10=-7.611×10^-5

K=-0.814

제a17면 A4=-1.214×10^-2

A6=6.983×10^-4

A8=-2.812×10^-4

A10=1.681×10^-5

K=7.287

실시예 1의 상기 각 식 (2) 내지 식 (9)의 값을, 이하에 나타낸다.

fa=1

fb=0.75

f2≥d(f2=12.3 d=3.68)

｜f12/fa｜=34.4

r2=24.6

r1/r2=0.52

｜fb-fa｜/｜fa｜= 0.25

bf/fi=1.59

실시예 1의 제1 광학 시스템의 수차 곡선도를 도 36a 내지 도 36c에, 제2 광학 시스템의 수차 곡선도를 도 37a 내지 도 37c에 도시한다. 도 36a, 37a는 구면 수차(㎜)를 나타내고 있고, 실선은 파장 587.62㎚에 대한 값, 피치가 짧은 점선은 파장 435.84㎚에 대한 값, 피치가 긴 점선은 파장 656.27㎚에 대한 값을 나타내고 있다. 이것은, 도 38a, 39a, 40a, 41a에 대해서도 동일하다.

도 36b, 37b는 비점수차(㎜)를 나타내고 있고, 실선은 새저틀(sagittal) 상면 만곡, 점선은 메리디오날(meridional) 상면 만곡을 나타내고 있다. 이것은, 도 38b, 39b, 40b, 41b에 대해서도 동일하다. 도 36c, 37c는, 왜곡수차(%)를 나타내고 있고, 도 38c, 39c, 40c, 41c에 대해서도 동일하다.

(실시예 2)

실시예 2는, 도 34에 도시한 광각 촬상 장치에 관한 실시예이다. 실시예 2의 제1 광학 시스템의 초점 거리(fa)(㎜), 밝기(Fno), 촬상 범위(반 화각)(ω)(°)는 이하와 같다.

fa=1.00, Fno=1.97, ω=30∼90°

실시예 2의 제1 광학 시스템의 수치를 이하의 표 3에 나타낸다.

실시예 2의 제2 광학 시스템의 초점 거리(fb)(㎜), 밝기(Fno), 촬상 범위(반 화각)ω(°)는 이하와 같다.

fb=0.80, Fno=1.97, ω=0∼30°

실시예 2의 제2 광학 시스템의 수치를 이하의 표 4에 나타낸다.

실시예 2의 비구면 계수 및 원추 계수를 이하에 나타낸다.

제a1면 A4=-1.101×10^-4

A6=-8.222×10^-7, K=4.553

제a2면 A4=-8.170×10^-5

A6=2.503×10^-6, K=8.574

제a16면 A4=2.231×10^-5

A6=-3.407×10^-3

A8=-1.506×10^-4

A10=4.315×10^-5

K=-0.294

제a17면 A4=-1.063×10^-2

A6=-2.140×10^-3

A8=-9.959×10^-5

A10=1.032×10^-4

K=149.704

실시예 2의 상기 각 식 (2) 내지 식 (9)의 값을, 이하에 나타낸다.

fa=1

fb=0.80

f2≥d(f2=11.5 d=3.4)

｜f12/fa｜=20.5

r2=23.1

r1/r2=0.45

｜fb-fa｜/｜fa｜= 0.20

bf/fi=1.38

실시예 2의 제1 광학 시스템의 수차 곡선도를 도 38a 내지 도 38c에, 제2 광학 시스템의 수차 곡선도를 도 39a 내지 도 39c에 도시한다.

(실시예 3)

실시예 3은, 도 35에 도시한 광각 촬상 장치에 관한 실시예이다. 실시예 3의 제1 광학 시스템의 초점 거리(fa)(㎜), 밝기(Fno), 촬상 범위(반 화각)(ω)(°)는 이하와 같다.

fa=1.00, Fno=2.00, ω= 25∼90°

실시예 3의 제1 광학 시스템의 수치를 이하의 표 5에 나타낸다.

실시예 3의 제2 광학 시스템의 초점 거리(fb)(㎜), 밝기(Fno), 촬상 범위(반 화각)(ω)(°)는 이하와 같다.

fb=0.80, Fno=2.00, ω=0∼25°

실시예 3의 제2 광학 시스템의 수치를 이하의 표 6에 나타낸다.

실시예 3의 비구면 계수 및 원추 계수를 이하에 나타낸다.

제a1면 A4=1.900×10^-5

A6=1.037×10^-7, K=0.271

제a2면 A4=-2.000×10^-6,

A6=-4.713×10^-9, K=-0.515

실시예 3의 상기 각 식 (2) 내지 식 (9)의 값을, 이하에 나타낸다.

fa=1

fb=0.80

f2≥d(f2=14.3 d=13.8)

｜f12/fa｜=15.3

r2=28.5

r1/r2=0.44

｜fb-fa｜/｜fa｜= 0.20

bf/fi=1.34

실시예 3의 제1 광학 시스템의 수차 곡선도를 도 40a 내지 도 40c에, 제2 광학 시스템의 수차 곡선도를 도 41a 내지 도 41c에 도시한다.

(실시 형태 19)

도 42는, 제1 반사면과 제2 반사면의 조합을 도시한 것이다. 본 도면은, 중심축(9)을 포함하는 평면으로 절단한 단면도에 상당하고, 결상 광학 시스템을 구성하는 렌즈 및 이것과 일체로 되어 있는 제1 반사면(221), 굴절 광학 시스템을 구성하는 렌즈 및 이것과 일체로 되어 있는 제2 반사면(222)만을 도시하며, 제3 반사면이나 촬상 소자 등의 도시는 생략하고 있다.

본 도면에 도시한 구성은, 제1 반사면(221)은 물체측으로부터의 입사광에서 볼 때 볼록면이고, 제2 반사면(222)은, 물체측으로부터의 입사광에서 볼 때 오목면이다. 본 도면에서는, 좌우 2조의 반사면을 배치한 예로 도시하고 있지만, 도 1 내지 도 12에 도시한 바와 같은 구성에서는, 한쪽 반분의 구성을 적용할 수 있다.

(실시 형태 20)

도 43은, 실시 형태 20에 관한 광각 촬상 장치의 사시도이다. 본 실시 형태는, 상기 실시 형태 5 내지 10과 동일하게, 2조의 광각 촬상 광학 시스템을 갖는 실시 형태이다. 도 43에 도시한 바와 같이, 제1 반사면(251) 및 제2 반사면(252)은, 제1 광각 촬상 광학 시스템(257)에 포함되어 있고, 제1 반사면(254) 및 제2 반사면(255)은, 제2 광각 촬상 광학 시스템(258)에 포함되어 있다.

본 도면에 도시한 실시 형태는, 제1 광각 촬상 광학 시스템(257)의 중심축(253)과, 제2 광각 촬상 광학 시스템(258)의 중심축(256)은, 180도를 제외한 각도(θ)로 교차하는 예를 도시하고 있다. 즉, 본 실시 형태는, 광각 촬상 광학 시스템 사이에서 중심축이 다른 예를 나타내고 있고, 상기 각 실시 형태는 θ=180도의 예를 나타내고 있으며, 광각 촬상 광학 시스템 사이에서 중심축을 공용하고 있다.

또한, 도 43에서는, 중심축들이 교점을 갖는 예를 도시하였지만, 교점을 갖지 않는 구성이어도 된다. 또, 상기 실시 형태 5 내지 10에서도, 본 실시 형태와 같이, 중심축들이 소정의 각도(θ)로 교차하는 구성으로 해도 되고, 교점을 갖지 않는 구성으로 해도 된다.

(실시 형태 21)

도 44는, Si-As-Te계 유리인 Si₂AsTe₂의 광투과 곡선을 도시하는 도면이다. 본 도면에서 알 수 있는 바와 같이, Si₂AsTe₂는, 적외파장역(1∼10㎛)에서 높은 투과율을 나타내고 있다. 또 동일하게, 게르마늄 등도, 적외파장역에서 높은 투과율 을 나타내는 재료이다. 한편, 예를 들면, 유리 기판 상에 Al과 MgF₂를 코팅한 반사 미러에서는, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서, 광을 85% 이상 반사할 수 있다.

이것으로부터, 상기 각 실시 형태에서, 예를 들면 유리 기판 형상에 Al과 MgF₂를 코팅한 반사면과, 예를 들면 Si₂AsTe₂나 게르마늄 등을 이용한 렌즈로 형성한 굴절 광학 시스템 및 결상 광학 시스템을 조합한 구성으로 함으로써, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서, 반사면은 광을 반사하고, 또한 굴절 광학 시스템 및 결상 광학 시스템은 광을 투과하기 때문에, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서 사용할 수 있다.

(실시 형태 22)

도 45는, 상기 각 실시 형태에 관한 광각 촬상 장치 중 어느 하나를 포함하는 감시용 촬상 시스템의 일 실시 형태를 도시하고 있다. 감시용 촬상 장치(271)를, 감시 공간(275)에 설치하고, 케이블(274)을 이용하여 모니터(272) 및 화상 처리 장치(273)에 접속하여 사용한다. 촬영된 화상을, 화상 처리 장치(273)에 의해 파노라마 화상으로 전개함으로써, 실시간으로 광범위에 걸친 감시를 행할 수 있다. 또, 화상 처리 장치(273)가 기록 매체를 겸함으로써, 촬상한 화상의 보존을 행하여 데이터베이스로서 이용할 수도 있다.

또, 실시 형태 13과 같은 반사면과 렌즈의 조합으로 하면, 가시파장역으로부터 적외파장역에 걸친 넓은 파장역에서 사용할 수 있기 때문에, 대낮, 야간을 막론 하고 광범위에 걸친 감시를 행하고, 또한 그 상황을 기록하는 것이 가능하다.

(실시 형태 23)

도 46은, 상기 각 실시 형태에 관한 광각 촬상 장치 중 어느 하나를 포함하는 차재용 촬상 시스템의 일 실시 형태를 도시하고 있다. 차재용 촬상 장치(281)를 차량의 전방, 후방, 또는 사이드 미러 부분 등에 장착한 경우, 촬상한 파노라마 화상을, 차량(282) 내에 설치된 차재 모니터(283)에 비춤으로써, 리어뷰 모니터, 프론트뷰 모니터 또는 사이드뷰 모니터 등이 된다. 이것에 의해, 주위의 교통을 실시간으로 파악할 수 있고, 보다 안전하고 쾌적한 운전이 가능하다.

(실시 형태 24)

도 47은, 상기 각 실시 형태에 관한 광각 촬상 장치 중 어느 하나를 포함하는 투사 시스템의 일 실시 형태를 도시하고 있다. 본 도면에 도시한 투사 장치에서, 공간 광변조 소자(292)는, 광학상을 형성하는 액정 패널 등이다. 스크린(294)은, 광각 촬상 광학 시스템(291)에서 투사된 영상의 포커스면으로서의 스크린이다.

광원(293)에 의해 조명되는 공간 광변조 소자(292)에 형성된 화상을, 광각 촬상 광학 시스템(291)에 의해서 스크린(294)에 확대 투사함으로써, 관측자(295)에 있어서, 대단히 광시야에 걸친 비디오 프로젝터를 얻을 수 있다.

(실시 형태 25)

실시 형태 25에 관한 광각 촬상 장치는, 대상물에 장착 가능하고, 또한 장착 각도의 조정이 가능하다. 도 48, 도 49는, 광각 촬상 장치를 차재용 촬상 장치로서 이용한 일 실시 형태를 도시하고 있다. 이들의 각 도면에 도시한 예에서는, 차 재용 촬상 장치(371)는, 차량(373)의 후방 측면부에 장착되어 있다. 차재용 촬상 장치(371)의 기본 구성은, 상기 각 실시 형태에 관한 광각 촬상 장치를 이용할 수 있다.

도 48에 도시한 예에서는, 차재용 촬상 장치(371)는, 중심축이 촬상 대상인 지면에 대해서 대략 수직이 되도록 차량(373)에 장착되어 있다. 도 49에 도시한 예에서는, 차재용 촬상 장치(381)는, 중심축이 지면에 대해서 경사지도록, 장착 각도가 변화하고 있다. 이와 같이, 차재용 촬상 장치의 차량(373)에 대한 장착 각도를 변화시킴으로써, 촬상 가능한 범위를, 촬상 범위(372)(도 48)로부터 촬상 범위(382)(도 49)로 변화시킬 수 있다.

또, 차재용 촬상 장치의 장착 각도를 변화시키는 가동 수단을 설치하고, 차량(373)의 내부로부터 장착 각도를 제어할 수 있도록 하면, 촬상 가능한 범위를 용이하게 변화시킬 수 있으며, 주위의 상황을 정확하게 파악할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는, 차재용 촬상 장치의 예로 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 감시용 촬상 장치로서 이용해도 된다.

(실시 형태 26)

도 50 내지 도 52는, 차재용 촬상 장치의 일 실시 형태를 도시하고 있다. 도 50에서, 차량(393)에는, 차재용 촬상 장치(391)를 탑재하고 있다. 부호 392가 가리키는 사선 영역은 촬상 범위를 나타내고 있다. 차재용 촬상 장치(391)는, 동체 검지 기능을 탑재하고 있고, 장치 자체의 기본 구성은, 상기 각 실시 형태에 관한 광각 촬상 장치를 이용할 수 있다.

도 51 내지 도 52는, 차재용 촬상 장치(391)의 광역 화상을 도시하고 있고, 차재용 촬상 장치(391)의 촬상 범위(392)에 차량(394)이 들어간 경우, 도 51에 도시한 바와 같이, 동체 검지 기능이 작동하여, 차량(394)의 화상이 동체 화상(402)으로서 광역 화상(401) 상에 나타난다.

또한, 차량(394)이 이동한 경우, 자동적으로 동체 추적이 이루어져서, 도 52에 도시한 바와 같이, 차량(394)의 화상이 동체 화상(412)으로서 광역 화상(411) 상에 나타난다. 이와 같이 동체 검지 기능을 설치함으로써, 주위에서 움직임이 있는 물체를 추출하여 표시할 수 있기 때문에, 보다 관측자에게 주의를 환기시킬 수 있다.

또한, 실시 형태 17, 실시 형태 25 및 실시 형태 26을 조합함으로써, 줌 기능, 경사에 의한 촬상 범위 가변 기능 및 동체 검지 기능을 포함한 광각 촬상 시스템으로서, 더욱 고도의 촬상을 실현할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 제1 반사면과 제2 반사면을 포함하는 반사 광학 시스템과, 제1 반사면과 제2 반사면 사이의 개방부와, 제2 반사면에 형성된 투광부와, 제1 반사면에 형성된 개구를 구비함으로써, 수평 방향 화각이 최대 360도, 수직 방향 화각이 180도 정도인 광범위에 걸친 파노라마 화상의 촬상이 가능해진다. 또, 주요 광학 시스템을 색수차가 발생하지 않는 반사면에서 형성할 수 있기 때문에, 설계의 공정수 및 제조 상의 제약도 적어지고, 소형, 경량, 염가이고, 또한 밝은 광각 촬상 광학 시스템을 실현할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 관한 광각 촬상 광학 시스템은, 감시용 촬상 장치, 차재용 촬상 장치 및 투사 장치에 유용하다.

Claims

굴절 광학 시스템과, 반사 광학 시스템과, 결상 광학 시스템을 구비하고, 공역 거리가 긴 측에서 볼 때, 상기 반사 광학 시스템, 상기 결상 광학 시스템의 순서로 배치된 제1 광학 시스템을 형성하고, 공역 거리가 긴 측에서 볼 때, 상기 굴절 광학 시스템, 상기 결상 광학 시스템의 순서로 배치된 제2 광학 시스템을 형성하며,

상기 반사 광학 시스템은, 물체로부터의 광속을 직접 반사하는 제1 반사면과, 상기 제1 반사면으로부터의 광속을 반사하는 제2 반사면을 포함하고,

상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면의 사이에, 물체로부터의 광속이 입사하는 개방부가 형성되고,

상기 제2 반사면에 형성되어 상기 굴절 광학 시스템에 입사한 광속을 투광 하는 투광부와,

상기 제1 반사면에 형성되어 상기 제2 반사면으로부터의 광속 및 상기 굴절 광학 시스템으로부터의 광속을 상기 결상 광학 시스템에 입사시키는 개구를 구비한 광각 촬상 광학 시스템으로서,

상기 광각 촬상 광학 시스템은, 내부에 중간상을 형성하지 않는 구성인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템과 상기 제2 광학 시스템은, 상기 결상 광학 시스템을 공용하고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fa, 상기 제2 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fb로 하면,

fa>0

fb>0

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 반사면의 초점 거리를 f2, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면의 축 상 간격을 d로 하면,

f2≥d

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fa, 상기 제1 반사면과 상기 제2 반사면의 합성 초점 거리를 f12로 하면,

｜f12/fa｜> 5

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 반사면의 곡률 반경을 r1, 상기 제2 반사면의 곡 률 반경을 r2로 하면,

r2>0

0.3<r1/r2<0.7

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fa, 상기 제2 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fb로 하면,

｜fb-fa｜/｜fa｜<0.5

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 무한 원물점으로부터 상기 결상 광학 시스템에 광속을 평행 입사시켰을 때의 상기 결상 광학 시스템의 공기 환산에 의한 백 포커스량을 bf, 상기 결상 광학 시스템의 합성 초점 거리를 fi로 하면,

1.2<bf/fi<1.8

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 굴절 광학 시스템은, 물체측에서 볼 때, 음의 파워를 갖는 제1군과 양의 파워를 갖는 제2군의 순서로 배치된 2개의 렌즈군으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 반사면의 형상, 및 상기 제2 반사면의 형상 중, 적어도 어느 하나는, 회전축 대칭 비구면인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템의 결상 배율과, 상기 제2 광학 시스템의 결상 배율이 모두 동일 부호인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 광학 시스템의 결상 배율과, 상기 제2 광학 시스템의 결상 배율이 모두 음인 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 반사면이 갖는 초점과, 상기 제2 반사면이 갖는 초점이 적어도 하나 일치하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결상 광학 시스템의 내부, 또는 상기 결상 광학 시스템과 상기 제2 반사면의 사이에, 조리개를 갖는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제15항에 있어서, 상기 제2 반사면이 갖는 초점과, 상기 조리개의 중심 위치가 일치하는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 개구의 주변 근방에 차광부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제17항에 있어서, 상기 차광부는, 상기 결상 광학 시스템을 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결상 광학 시스템은, 상기 결상 광학 시스템에 입사하는 광속을 제한하는 후드를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결상 광학 시스템을 구성하는 렌즈는, 물체측에서 볼 때, 부 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈의 순서로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결상 광학 시스템을 구성하는 렌즈는, 물체측에서 볼 때, 부 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈, 정 렌즈의 순서로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 굴절 광학 시스템은, 상기 굴절 광학 시스템에 입사하는 광속을 제한하는 후드를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시 스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 반사면은, 상기 결상 광학 시스템의 렌즈와 일체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제23항에 있어서, 상기 제1 반사면의 형상과, 상기 결상 광학 시스템의 렌즈 중 상기 개구에 대응하는 부분의 형상이 대략 동일한 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제23항에 있어서, 상기 제1 반사면의 형상과, 상기 결상 광학 시스템의 렌즈 중 상기 개구에 대응하는 부분의 형상이 다른 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제2 반사면은, 상기 굴절 광학 시스템의 렌즈와 일체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제26항에 있어서, 상기 제2 반사면의 형상과, 상기 굴절 광학 시스템의 렌즈 중 상기 투광부에 대응하는 부분의 형상이 대략 동일한 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제26항에 있어서, 상기 제2 반사면의 형상과, 상기 굴절 광학 시스템의 렌즈 중 상기 투광부에 대응하는 부분의 형상이 다른 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 결상 광학 시스템은, 결상된 광속을 반사하는 제3 반사면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 굴절 광학 시스템 및 상기 결상 광학 시스템은, 1∼10㎛까지를 포함하는 적외파장역에서 투명한 것을 특징으로 하는 광각 촬상 광학 시스템.
제1항, 제2항, 또는 제4항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 광각 촬상 광학 시스템을 포함하는 광각 촬상 장치에 있어서, 상기 결상 광학 시스템에서 결상된 상을 촬상하는 촬상 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제31항에 있어서, 물체를 분할하여 촬상할 수 있도록, 상기 광각 촬상 광학 시스템이 다수조 배치되고, 상기 촬상 소자는, 상기 각 광각 촬상 광학 시스템에 대응하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제32항에 있어서, 물체를 분할하여 촬상할 수 있도록, 상기 광각 촬상 광학 시스템이 2조 배치되고, 상기 촬상 소자는, 상기 각 광각 촬상 광학 시스템에 대응하도록 배치되어 있으며, 상기 제1 반사면의 곡률 중심과 상기 제2 반사면의 곡률 중심을 연결하는 축을 중심축으로 하면, 상기 중심축과 직교하는 축에 대해서 대칭이 되도록, 상기 2조의 광각 촬상 광학 시스템이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제32항에 있어서, 상기 각 광각 촬상 광학 시스템에 대응하는 상기 촬상 소자를, 하나의 촬상 소자로 공용하고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제31항에 있어서, 상기 반사 광학 시스템으로 광속을 입사하는 영역을 제1 촬상 영역, 상기 굴절 광학 시스템에 광속을 입사하는 영역을 제2 촬상 영역으로 하면,

상기 촬상 소자에 의해서 촬상된 화상은, 상기 제2 촬상 영역을 촬상한 원형상 화상과, 상기 제1 촬상 영역을 촬상하고, 또한 상기 원형상 화상의 외측에 형성된 원형의 고리형상 화상으로 형성되며,

상기 제1 촬상 영역과 상기 제2 촬상 영역은 서로 중복되지 않고, 또한 상기 원형상 화상과 상기 원형의 고리형상 화상은 연속하여 배치되는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제31항에 있어서, 상기 개방부를 둘러싸는 보호 부재를 구비한 것을 특징으 로 하는 광각 촬상 장치.
제36항에 있어서, 상기 보호 부재에, 내면 반사 방지막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제36항에 있어서, 상기 보호 부재는, 대략 원추 사다리꼴 형상이고, 상기 제1 반사면에서의 내경과, 상기 제2 반사면에서의 내경이 다른 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제31항에 있어서, 상기 굴절 광학 시스템 및 상기 결상 광학 시스템 중 어느 하나는, 줌 기능을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제31항에 있어서, 상기 광각 촬상 장치는 대상물에 장착 가능하고, 또한 장착 각도의 조정이 가능한 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제31항에 있어서, 동체 검지 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 광각 촬상 장치.
제1항, 제2항, 또는 제4항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 광각 촬상 광학 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 감시용 촬상 장치.
제1항, 제2항, 또는 제4항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 광각 촬상 광학 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 차재용 촬상 장치.
제1항, 제2항, 또는 제4항 내지 제30항 중 어느 한 항에 기재된 광각 촬상 광학 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 투사 장치.