WO2017150493A1 - 撮像装置及び投影装置 - Google Patents

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WO2017150493A1
WO2017150493A1 PCT/JP2017/007647 JP2017007647W WO2017150493A1 WO 2017150493 A1 WO2017150493 A1 WO 2017150493A1 JP 2017007647 W JP2017007647 W JP 2017007647W WO 2017150493 A1 WO2017150493 A1 WO 2017150493A1
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imaging
aperture stop
imaging device
optical
front group
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PCT/JP2017/007647
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鈴木　雅之
石原　圭一郎
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キヤノン株式会社
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    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present invention relates to an imaging apparatus and a projection apparatus, for example, an imaging apparatus such as a digital still camera, a digital video camera, a camera for a mobile phone, a surveillance camera, a wearable camera, a medical camera, or a projection apparatus such as a projector. It is.
  • an imaging apparatus such as a digital still camera, a digital video camera, a camera for a mobile phone, a surveillance camera, a wearable camera, a medical camera, or a projection apparatus such as a projector. It is.
  • Patent Document 1 describes an imaging device provided with a spherical lens.
  • a spherical lens With this spherical lens, on-axis aberrations such as spherical aberration and axial chromatic aberration can be favorably corrected while suppressing occurrence of off-axis aberrations such as coma aberration, astigmatism and lateral chromatic aberration. It becomes possible to realize a high resolution optical system over the angle of view.
  • Patent Document 2 describes a catadioptric optical system in which a plurality of refracting surfaces, an aperture stop of a reflection type, and a reflecting surface are integrated via a medium. It is possible to realize a compact optical system that can be corrected.
  • the imaging surface by the spherical lens described in Patent Document 1 is spherical
  • the imaging element or display element of a spherical shape or one end is spherical.
  • the light guide means etc. whose other end is a plane are needed. As a result, the entire apparatus becomes complicated and large, and the cost increases.
  • the aperture stop and the image plane are close to each other, and unnecessary light not blocked by the aperture stop may reach the image plane. Keratinization is difficult.
  • an object of the present invention is to provide a compact and wide angle of view imaging apparatus and projection apparatus.
  • An imaging device as one aspect of the present invention for achieving the above object is an imaging device including an imaging element for imaging an object, and an optical system for imaging the object on an imaging surface of the imaging element.
  • the optical system has a front group, an aperture stop, and a rear group in order from the object side, the front group includes a refractive surface convex toward the object side, and the rear group has a concave shape.
  • a reflecting surface is included, and the opening of the aperture stop is separated from the imaging device in a direction perpendicular to the optical axis of the front group, and is decentered on the opposite side to the imaging device with respect to the optical axis It is characterized by
  • FIG. 5 is a schematic view of a main part of an imaging device according to Comparative Example 1;
  • FIG. 10 is a schematic view of a main part of an imaging device according to Comparative Example 2;
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The principal part schematic of the imaging device which concerns on Example 1 of this invention.
  • FIG. 5 is a lateral aberration diagram of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a lateral aberration diagram of an optical system according to Example 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a lateral aberration diagram of an optical system according to Example 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a modified example of the imaging device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of an on-vehicle camera system according to an embodiment of the present invention.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The principal part schematic of the vehicle which concerns on embodiment of this invention. 6 is a flowchart showing an operation example of the on-vehicle camera system according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of a main part of an imaging device 1000 according to an embodiment of the present invention in a YZ cross section including an optical axis A.
  • the imaging apparatus 1000 includes an imaging element 200 for imaging an object (not shown), and an optical system 100 as an imaging optical system for imaging an object on an imaging surface IMG of the imaging element 200.
  • an imaging device 200 a solid-state imaging device (photoelectric conversion device) having a planar imaging surface such as a CCD sensor or a CMOS sensor can be employed.
  • the optical system 100 includes an aperture stop STO for limiting the light beam width, a front group G1 which is an optical element group disposed closer to the object than the aperture stop STO, and an optical element group disposed closer to the image than the aperture stop STO. And a rear group G2.
  • the front group G1 is a dioptric system consisting of an optical element L1 and an optical element L2
  • the rear group G2 is a catadioptric system consisting of an optical element L3.
  • the aperture stop STO is provided on the joint surface of the front group G1 and the rear group G2. In FIG. 1, the opening of the aperture stop STO is shown by a dotted line, and the light shielding portion is omitted.
  • the optical element L1 is a lens including a refracting surface 1a having a convex shape toward the object side (to the incident light), and the optical element L3 has a concave reflecting surface 3b toward the incident light.
  • It is a catadioptric lens containing
  • the optical system 100 can form an object on the imaging surface IMG in a planar shape while correcting various aberrations well. Therefore, in the imaging device 1000, a spherical imaging element and a light guiding unit can be used. There is no need to provide it, and the miniaturization of the entire apparatus can be realized.
  • the opening of the aperture stop STO is separated from the imaging element 200 in the direction (Y direction) perpendicular to the optical axis A, and with respect to the optical axis A of the front group G1. It is decentered on the opposite side to the imaging device 200.
  • the optical axis A is an axis passing through the center (face vertex) of each optical surface contributing to the image formation in the front group G1. That is, the aperture stop STO according to the present embodiment is arranged such that the center of the opening does not exist on the optical axis A. This is because, as shown in FIG. 1, when the image pickup device 200 is disposed on the same side ( ⁇ Z side) as the aperture stop STO with respect to the reflective surface 3b, the aperture stop is not decentered. This is because the STO and the imaging device 200 are close to each other.
  • the aperture of the aperture stop STO and the image sensor 200 can be sufficiently separated.
  • interference between the light beam around the opening and the imaging element 200 and unnecessary light not blocked by the light blocking portion of the aperture stop STO can be prevented from reaching the imaging surface IMG. Therefore, it is not necessary to increase (darken) the F-number or to reduce the size of the imaging surface IMG, so that it is possible to realize a wide angle of view of the imaging device 1000.
  • FIG. 2 is a schematic view of a main part of an imaging device according to Comparative Example 1.
  • the imaging device according to comparative example 1 replaces the rear group G2 of the optical system 100 according to the present embodiment with a dioptric system having a configuration symmetrical to that of the front group G1, and the imaging device 200 according to the present embodiment has a spherical shape. It is replaced with an imaging device having an imaging surface.
  • the imaging device according to Comparative Example 1 since the imaging device according to Comparative Example 1 does not have a concave reflecting surface, the imaging surface of the optical system is curved to be spherical. Therefore, an imaging element in which the imaging surface IMG is curved is required, and the entire apparatus becomes large.
  • FIG. 3 is a schematic view of a main part of an imaging device according to a second comparative example.
  • the imaging device according to comparative example 2 adopts the same configuration as the imaging device 1000 according to the present embodiment except that the opening of the aperture stop STO is not decentered.
  • the opening of the aperture stop STO is close to the imaging surface IMG, interference between the light beam around the opening and the imaging device can be avoided. It is difficult to realize a wide angle of view while reducing the F-number.
  • the opening of the aperture stop STO may be decentered by blocking a part of the opening.
  • the barycenter of the opening is the optical axis by providing the light blocking member OBS in a part (upper part) of the opening. It moves downward from A and becomes point B.
  • the angle of view is set so that the light flux obliquely enters each optical surface of the optical system 100 in the YZ cross section. Only the light beam incident on the optical system 100 from the opposite side to the imaging device 200 is used. Therefore, as shown in FIG. 5, the front group G1 may be configured to be omitted (cut) except for the effective part through which the effective light flux passes.
  • the front group G1 is composed of two optical elements
  • the rear group G2 is composed of one optical element, but the number of optical elements constituting each group is It is not limited to this.
  • the rear group G2 may be configured by one or more refractive optical elements (such as lenses) and one reflective optical element (such as mirrors).
  • the optical system 100 may be applied to a projection apparatus as a projection optical system.
  • the display surface of a display element such as a liquid crystal panel (spatial modulator) is disposed at the position of the imaging surface IMG.
  • the object side and the image side are reversed, the front group G1 is a rear group and the rear group G2 is a front group, and the light path is reverse. That is, a configuration can be adopted in which an image displayed on the display surface of the display element is projected (formed) on a projection surface such as a screen by an optical system.
  • Example 1 the imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.
  • FIG. 6 is a schematic view of the essential parts in the YZ cross section including the optical axis A of the imaging device 1100 according to the present embodiment.
  • the F value 2.0.
  • the front group G1 is a dioptric system including four lenses of a first optical element 1, a second optical element 2, a third optical element 3, and a fourth optical element 4.
  • Each of the second surface 3 b and the first surface 4 a of the fourth optical element 4 is bonded to each other.
  • the front group G1 is coaxial with the optical axis A.
  • the rear group G2 is a catadioptric optical system including three lenses of the fifth optical element 5, the sixth optical element 6, and the seventh optical element 7. .
  • the second surface 5b of the fifth optical element 5 and the first surface 6a of the sixth optical element 6 and the second surface 6b of the sixth optical element 6 and the first surface 7a of the seventh optical element 7 are bonded to each other ing.
  • the aperture stop STO is provided on the joint surface of the front group G1 and the rear group G2, and the opening thereof is decentered on the opposite side to the imaging surface IMG with respect to the optical axis A of the front group G1. .
  • the fifth optical element 5 includes three optical surfaces of the first surface 5a, the second surface 5b, and the third surface 5c, and the first surface 5a and the third surface 5c are mutually different. It has different shapes.
  • the seventh optical element 7 is a catadioptric lens, and the second surface 7 b is a concave reflecting surface. That is, in the rear group G2, since the light path is folded back by the reflecting surface 7b, the light flux passes through each bonding surface twice.
  • the reflective surface 7 b can be formed by providing a reflective film such as a metal film or a dielectric multilayer film on the optical surface.
  • a light flux from an object enters the front group G1 from the convex first surface 1a toward the object side of the first optical element 1, and the first optical element 1, the first optical element 1, the first
  • the light beam passes through the second optical element 2, the third optical element 3 and the fourth optical element 4 in order, and enters the aperture stop STO.
  • the light flux width is limited.
  • the light beam having passed through the opening of the aperture stop STO is transmitted to the first surface 5a of the fifth optical element 5, the first surface 6a and the second surface 6b of the sixth optical element 6, and the first surface 7a of the seventh optical element 7.
  • the light beam reflected by the second surface 7 b of the seventh optical element 7 passes through the first surface 7 a of the seventh optical element 7, the second surface 6 b of the sixth optical element 6, and the first surface 6 a in this order.
  • the light is emitted from the third surface 5c of the fifth optical element 5 and collected on the imaging surface IMG having a planar shape.
  • the optical system 110 As described above, according to the optical system 110 according to the present embodiment, various aberrations are excellent by the front group G1 including the refractive surface 1a convex toward the object side and the rear group G2 including the reflective surface 7b concave.
  • the object can be imaged on the imaging surface IMG of the planar shape while correcting to. As a result, downsizing of the imaging device 1100 can be realized. Further, by making the aperture of the aperture stop STO eccentric to the side opposite to the imaging surface IMG with respect to the optical axis A, it is possible to realize a wide angle of view of the imaging device 1100.
  • the distance in the optical axis direction between the optical surface on the most object side in the front group G1 and the aperture stop STO is L1 (mm)
  • the distance in the optical axis direction between the aperture stop STO and the imaging surface IMG is L2 (mm)
  • conditional expression (1) When the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1), the optical surface closest to the object side approaches the aperture stop STO too much, which makes it difficult to correct the aberration. Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (1 ').
  • L2 / L1 0.0001. Therefore, conditional expressions (1) and (1 ′) are satisfied. L2 / L1 ⁇ 0.1 (1 ')
  • the refracting surface convex toward the object side of the front group G1 be shaped (point-symmetrical) so that the distance to the aperture stop STO and the radius of curvature are substantially equal.
  • the radius of curvature of the refracting surface is Rl (mm) and the distance between the refracting surface and the aperture stop STO is Ll (mm)
  • the distance between the refracting surface and the aperture stop STO is Ll (mm)
  • conditional expression (2) By satisfying conditional expression (2), off-axis aberrations can be corrected well even with a simple and compact configuration. If the range of the conditional expression (2) is exceeded, the amount of off-axis aberrations generated may increase, which may make it impossible to obtain good optical characteristics. This is explained below.
  • off-axis aberrations such as coma, astigmatism, curvature of field, distortion and lateral chromatic aberration, and on-axis aberrations such as spherical aberration and on-axis chromatic aberration are used. Correction is required.
  • off-axis a large off-axis aberration occurs at the peripheral angle of view (off-axis), so the optical performance on the optical axis (on-axis) becomes the highest. Therefore, the optical performance at the peripheral angle of view decreases.
  • the refracting surface having a point-symmetrical shape has substantially the same shape from the optical axis to the peripheral angle of view, it is possible to suppress the occurrence of off-axis aberration and to suppress the decrease in optical performance at the peripheral angle of view. Therefore, by adopting a point-symmetrical refracting surface, the aberration to be corrected can be limited to spherical aberration, axial chromatic aberration, Petzval image surface, etc., so that various aberrations can be made excellent even with a simple configuration. It becomes possible to correct.
  • the first surface 1a of the first optical element 1 satisfies the conditional expression (2), a high resolution and compact optical system is realized over a wide angle of view while reducing the F value. be able to.
  • the image forming surface of the front group G1 is curved due to the point-symmetrical refracting surface, by providing the concave reflecting surface 7b in the rear group G2 as in this embodiment, It is possible to form an image plane IMG having a planar shape.
  • a plurality of refracting surfaces which satisfy the conditional expression (2) may be provided. Also in that case, the effect of the present invention can be obtained by configuring at least one of the plurality of refractive surfaces in the front group G1 to satisfy the conditional expression (2).
  • the refractive surface further away from the aperture stop STO, or the refractive surface having a large difference in refractive index with the adjacent medium, ie, the most object side It is desirable to make the refracting surface point-symmetrical.
  • conditional expression (3) it is possible to satisfactorily correct the curvature of field while avoiding the interference between the imaging surface IMG and the optical path. If the upper limit value of the conditional expression (3) is exceeded, the curvature of field may be increased. If the lower limit value of the conditional expression (3) is not reached, the imaging surface IMG may interfere with the light path.
  • the rear group G2 has a plurality of reflecting surfaces, it is desirable that the reflecting surface with the largest power satisfies the conditional expression (3).
  • conditional expression (4) it is possible to reduce the aberration generated with the decentering of the aperture of the aperture stop STO. Outside the range of the conditional expression (4), as the decentering of the aperture of the aperture stop STO increases, the occurrence of asymmetric aberration increases, which may make it difficult to correct the aberration.
  • the first surface 1a of the first optical element 1 and the second surface 7b of the seventh optical element 7 are aspheric.
  • each of the aspheric surfaces in this embodiment has a rotationally symmetrical shape about the optical axis A, and is expressed by the following aspheric expression.
  • z is the sag amount (mm) in the optical axis direction of the aspheric shape
  • c is the curvature (1 / mm) on the optical axis A
  • K is the conical coefficient
  • h is the radial distance from the optical axis A ( mm)
  • A, B, C,... are aspheric coefficients of the fourth order term, the sixth order term, the eighth order term,.
  • the first term indicates the sag amount of the base spherical surface
  • the second and subsequent terms indicate the amount of sag of the aspheric surface component provided on the base spherical surface.
  • Tables 1 to 4 show the configuration of the optical system 110 according to the present embodiment.
  • Tables 1 to 4 the optical surfaces and the aperture stop STO which are joined to each other are represented as the same surface.
  • r is the paraxial radius of curvature (mm) of the surface
  • d is the surface distance (mm) from the surface to the next surface
  • Nd is the d-line of the medium between the surface and the next surface ( The refractive index for the wavelength 587.56 nm)
  • ⁇ d is the Abbe number for the d-line of the medium between the relevant surface and the next surface.
  • Tables 2 and 3 shows the aspheric coefficients of the refracting surface 1a (surface number 1) and the reflecting surface 7b (surface number 9).
  • Table 4 shows decentering data of the aperture stop STO (surface number 5) and the optical surface 5a (surface number 6).
  • X is the amount of eccentricity in the X direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1
  • Y is the amount of eccentricity in the Y direction perpendicular to the optical axis A in the paper surface in FIG. Z indicates the amount of eccentricity in the optical axis direction (Z direction), respectively.
  • both the aperture stop STO and the optical surface 5a are parallel decentered (shift decentered), they are not rotationally decentered (tilt decentered).
  • the unit of each eccentricity is mm.
  • FIG. 7 is an aberration diagram of the optical system 110 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows transverse aberration with respect to light of each wavelength of 656.2700 nm (C line), 587.5600 nm (d line), 486.1300 nm (F line), and 435.8350 nm (g line).
  • C line 656.2700 nm
  • d line 587.5600 nm
  • F line 486.1300 nm
  • 435.8350 nm g line.
  • various aberrations are well corrected.
  • Example 2 Hereinafter, an imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described in detail.
  • FIG. 8 is a schematic view of the essential parts in the YZ cross section including the optical axis A of the imaging device 1200 according to the present embodiment.
  • the F value 2.0.
  • the front group G1 in the optical system 120 is closer to the concentric to ensure optical performance at a wider angle of view. It has composition. Specifically, in the front group G1, when the maximum value is RMAX and the minimum value is RMIN among the absolute values of the curvature radius of the convex-shaped refracting surface in the front group G1, the following conditions are satisfied: It is comprised so that Formula (5) may be satisfied. 1 ⁇ RMAX / RMIN ⁇ 10 (5)
  • conditional expression (5) good optical performance can be obtained over a wide angle of view.
  • conditional expression (5) there is a possibility that off-axis aberrations such as coma and astigmatism will increase.
  • conditional expression 5 ' it is more preferable to satisfy the following conditional expression (5 ').
  • RMAX 42.47 mm
  • RMIN 15.29 mm
  • RMAX / RMIN 2.78, so that conditional expressions (5) and (5 ′) are satisfied. 1 ⁇ RMAX / RMIN ⁇ 5 (5 ′)
  • conditional expressions (1) and (1 ') are satisfied.
  • conditional expression (2) and (2 ') are satisfied because of
  • /Ll 0.947 for the refracting surface 1a, and conditional expression because of
  • /Lm 4.520 for the reflecting surface 7b. (3) and (3 ') are satisfied.
  • Tables 5 to 9 show the configuration of the optical system 120 according to this example.
  • FIG. 9 is an aberration diagram of the optical system 120 according to the present example, and corresponds to FIG.
  • various aberrations are well corrected.
  • FIG. 10 is a schematic view of the essential parts in the YZ cross section including the optical axis A of the imaging device 1300 according to the present embodiment.
  • the F value 1.8.
  • the imaging apparatus 1300 differs from the first embodiment and the second embodiment in that the optical system 130 is configured by two lenses of the first optical element 1 and the second optical element 2, and the first optical element The first and second optical elements 2 are shared by the front group G1 and the rear group G2.
  • the first optical element 1 is a lens having two optical surfaces, a first surface 1a and a second surface 1b, and the second optical element 2 has a first surface 2a, a second surface 2b, and a third surface 2c. It is a lens having three optical surfaces.
  • the second surface 1 b of the first optical element 1 and the first surface 2 a of the second optical element 2 are bonded to each other.
  • the second surface 2b of the second optical element 2 is a reflective surface, and an aperture stop STO is provided there. That is, the aperture of the aperture stop STO according to the present embodiment is a reflecting surface, and is decentered on the opposite side to the imaging surface IMG with respect to the optical axis A of the front group G1 as in the other embodiments. .
  • the lower part of the first surface 1a of the first optical element 1 is a refractive surface (refractive part) convex toward the object side, and the upper part is a reflective surface (reflective part) with a concave shape.
  • the reflecting portion of the first surface 1a of the first optical element 1 is configured to further reflect the light beam reflected by the opening of the aperture stop STO. That is, the light beam incident on the optical system 130 is reflected a total of two times at the aperture of the aperture stop STO and the first surface 1a of the first optical element 1, so the second surface 1b of the first optical element 1 and the second surface
  • the bonding surface of the optical element 2 with the first surface 2a is passed three times.
  • the second surface 2 b and the third surface 2 c of the second optical element 2 have shapes different from each other.
  • a light flux from an object enters the front group G1 from the refractive portion of the first surface 1a of the first optical element 1 and passes through the second surface 1b of the first optical element 1
  • the light is reflected by the aperture stop STO provided on the second surface 2 b of the second optical element 2.
  • the light beam reflected by the aperture of the aperture stop STO passes through the second surface 1 b of the first optical element 1 again, and is reflected by the reflective portion of the first surface 1 a of the first optical element 1.
  • the light beam reflected by the reflecting portion of the first surface 1 a of the first optical element 1 further passes through the second surface 1 b of the first optical element 1 and is emitted from the third surface 2 c of the second optical element 2.
  • the light is collected on the imaging surface IMG having a planar shape.
  • /Lm 3.679, which satisfies the conditional expressions (3) and (3 ′).
  • Tables 10 to 17 show the configuration of the optical system 130 according to this example.
  • the surface number 1 is the first surface 1a (refractive portion) of the first optical element 1
  • the surface numbers 2, 7 and 9 are the second surface 1b of the first optical element 1 and the first surface of the second optical element 2.
  • the surface 2a and the surface numbers 3 to 6 respectively indicate the second surface 2b of the second optical element 2 and the aperture stop STO.
  • the surface number 3 is a refracting surface component of the second surface 2b as the front group G1
  • the surface number 4 is an aperture stop STO
  • the surface number 5 is a second set to eliminate the influence of the eccentricity of the aperture stop STO.
  • the surface component of the two surfaces 2b and the surface number 6 indicate the reflection surface components of the second surface 2b.
  • the surface number 8 is the first surface 1a (reflecting portion) of the first optical element 1
  • the surface number 10 is the third surface 2c of the second optical element 2
  • the surface number 11 is an imaginary surface that coincides with the image surface. It shows.
  • the first surface 1a (surface number 1, 8) of the first optical element 1 and the third surface 2c (surface number 10) of the second optical element 2 are aspheric surfaces, and the other optical surfaces are spherical or planar. It is.
  • the second surface 2b (surface number 6) of the second optical element 2 and the third surface 2c (surface number 10) of the second optical element 2 are diffractive surfaces having diffraction characteristics, and the diffraction characteristics of each surface are It shows in Table 14 and Table 15. However, each diffractive surface gives a rotationally symmetric phase change centered on the surface vertex, and is expressed by the following polynomial.
  • “Return to designated surface” in Tables 10 and 17 indicates that the coordinates of the corresponding surface are decentered so as to return to the coordinates of the designated surface.
  • the opening of the aperture stop STO is decentered by ⁇ 0.2735 mm in the Y direction.
  • the surface component of the surface number 5 is decentered such that the coordinate system thereof matches the surface component of the surface number 3. That is, Tables 16 and 17 show that the coordinates of each optical surface on the image side of the aperture stop STO are not affected by the decentering of the aperture stop STO.
  • ⁇ , ⁇ , and ⁇ respectively indicate rotation angles (deg) when the X axis, Y axis, and Z axis are rotation axes.
  • the surface component of the surface number 11 is rotated by 0.5808 ° in the paper surface of FIG. 10, thereby suppressing the influence of the curvature of field. That is, the image plane (imaging plane IMG) is also rotated by 0.5808 ° along with the plane component of the plane number 11.
  • FIG. 11 is an aberration diagram of the optical system 130 according to the present example, and corresponds to FIG. 7.
  • various aberrations are well corrected.
  • the reflecting surface according to each of the above-described embodiments is a back surface reflecting surface formed by providing a reflecting film on the surface of the lens
  • the present invention is not limited thereto.
  • the reflecting surface is different from the lens.
  • An optical element such as a mirror
  • FIG. 12 shows a modification in which a reflective optical element (mirror) MR having a surface reflective surface MRa is provided instead of using the second surface 7b of the seventh optical element 7 in the imaging device 1100 according to the first embodiment as a reflective surface. It shows.
  • a reflective optical element (mirror) MR having a surface reflective surface MRa is provided instead of using the second surface 7b of the seventh optical element 7 in the imaging device 1100 according to the first embodiment as a reflective surface. It shows.
  • FIG. 12 shows a modification in which a reflective optical element (mirror) MR having a surface reflective surface MRa is provided instead of using the second surface 7b of the seventh optical element 7 in the imaging device 1100 according to the first embodiment as
  • the light beam that has passed through the aperture stop STO is not reflected by the surface 7b but is transmitted, and is reflected by the reflection surface MRa of the mirror MR.
  • the required surface accuracy of the reflective surface is reduced.
  • the optical system in each embodiment can be applied to the projection device as it is.
  • the object side (reduction side) and the image side (magnification side) in the imaging apparatus are reversed and the light path is reversed, so that the front group G1 becomes the rear group and the rear group G2 becomes the front group,
  • the entrance surface of each optical element is the exit surface, and the exit surface is the entrance surface.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of an on-vehicle camera 610 according to the present embodiment and an on-vehicle camera system (driving support apparatus) 600 including the on-vehicle camera 610.
  • the on-vehicle camera system 600 is a device that is installed in a vehicle such as a car and supports driving of the vehicle based on image information around the vehicle acquired by the on-vehicle camera 610.
  • FIG. 14 is a schematic view of a vehicle 700 equipped with an on-vehicle camera system 600. Although FIG. 14 shows the case where the imaging range 650 of the on-vehicle camera 610 is set in front of the vehicle 700, the imaging range 650 may be set in the rear of the vehicle 700.
  • the on-vehicle camera system 600 includes an on-vehicle camera 610, a vehicle information acquisition device 620, a control device (ECU: electronic control unit) 630, and an alarm device 640.
  • the on-vehicle camera 610 includes an imaging unit 601, an image processing unit 602, a parallax calculation unit 603, a distance calculation unit 604, and a collision determination unit 605.
  • the imaging unit 601 includes the optical system according to any one of the above-described embodiments and an imaging surface phase difference sensor.
  • corresponds to the image pick-up element 200 with which the imaging device 1000 which concerns on embodiment shown in FIG. 1 is provided, for example.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an operation example of the on-vehicle camera system 600 according to the present embodiment. Hereinafter, the operation of the on-vehicle camera system 600 will be described along the flowchart.
  • step S1 an object (subject) around the vehicle is imaged using the imaging unit 601, and a plurality of image data (parallax image data) are acquired.
  • the vehicle information acquisition device 620 acquires vehicle information.
  • the vehicle information is information including the vehicle speed of the vehicle, the yaw rate, the steering angle, and the like.
  • step S3 the image processing unit 602 performs image processing on a plurality of image data acquired by the imaging unit 601. Specifically, image feature analysis is performed to analyze feature amounts such as the amount and direction of edges in image data, and density values.
  • image feature analysis may be performed on each of the plurality of image data, or may be performed on only a part of the plurality of image data.
  • step S ⁇ b> 4 parallax (image shift) information between a plurality of image data acquired by the imaging unit 601 is calculated by the parallax calculation unit 603.
  • a known method such as an SSDA method or an area correlation method can be used as a method of calculating disparity information, and thus the description thereof will be omitted in this embodiment.
  • Steps S2, S3 and S4 may be processed in the order described above, or may be processed in parallel with each other.
  • the distance calculation unit 604 calculates distance information to the object captured by the imaging unit 601.
  • the distance information can be calculated based on the parallax information calculated by the parallax calculation unit 603, and the internal parameter and the external parameter of the imaging unit 601.
  • the distance information is information on the relative position to the object such as the distance to the object, the defocus amount, the image shift amount, etc., and the distance value of the object in the image is directly Or may indirectly represent information corresponding to the distance value.
  • step S6 the collision determination unit 605 determines whether the distance information calculated by the distance calculation unit 604 is included in the range of the preset distance set in advance. Thus, it is possible to determine whether an obstacle is present within the set distance around the vehicle and to determine the possibility of collision between the vehicle and the obstacle.
  • the collision determination unit 605 determines that there is a collision possibility when there is an obstacle within the set distance (step S7), and determines that there is no collision possibility when there is no obstacle within the set distance (step S8). ).
  • step S7 when the collision determination unit 605 determines that there is a collision possibility (step S7), the collision determination unit 605 notifies the control device 630 or the alarm device 640 of the determination result. At this time, control device 630 controls the vehicle based on the determination result of collision determination unit 605, and alarm device 640 issues an alarm based on the determination result of collision determination unit 605.
  • control device 630 performs control such as applying a brake to the vehicle, returning an accelerator, or generating a control signal for causing each wheel to generate a braking force to suppress an output of an engine or a motor.
  • the alarm device 640 sounds an alarm such as a sound to a user (driver) of the vehicle, displays alarm information on a screen of a car navigation system or the like, gives a vibration to a seat belt or steering wheel, etc. I do.
  • the vehicle-mounted camera system 600 which concerns on this embodiment, an obstacle can be detected effectively by said process, and it becomes possible to avoid the collision with a vehicle and an obstacle.
  • the optical system according to each of the above-described embodiments to the on-vehicle camera system 600, the entire on-vehicle camera 610 can be miniaturized to enhance the freedom of arrangement, and detection and collision determination of obstacles over a wide angle of view. It will be possible to do.
  • the configuration in which the on-vehicle camera 610 includes only one imaging unit 601 having an imaging surface phase difference sensor has been described.
  • the present invention is not limited thereto.
  • a stereo camera including two imaging units as the on-vehicle camera 610 May be adopted.
  • image data is simultaneously acquired by each of the two synchronized imaging units, and the same processing as described above is performed by using the two image data. be able to.
  • the difference between the imaging times of the two imaging units is known, it is not necessary to synchronize the two imaging units.
  • various embodiments can be considered for the calculation of distance information.
  • a pupil division type imaging device having a plurality of pixel units regularly arranged in a two-dimensional array is adopted as an imaging device of the imaging unit 601
  • one pixel unit is composed of a micro lens and a plurality of photoelectric conversion units, receives a pair of light beams passing through different areas in the pupil of the optical system, and makes a pair of image data It can be output from each photoelectric conversion unit.
  • the distance calculation unit 604 calculates image shift map data representing the distribution of the image shift amount.
  • the distance calculation unit 604 may further convert the image shift amount into a defocus amount, and generate defocus map data representing the distribution of the defocus amount (distribution on the two-dimensional plane of the captured image).
  • the distance calculation unit 604 may acquire distance map data of the distance to the object to be converted from the defocus amount.
  • the vertical angle of view of the optical system according to each embodiment is set to only one side with respect to the optical axis A. Therefore, when the optical system according to each embodiment is applied to the on-vehicle camera 610 and the on-vehicle camera 610 is installed in a vehicle, the optical axis A of the optical system should be arranged so as not to be parallel to the horizontal direction. Is desirable. For example, when the optical system 100 according to the embodiment shown in FIG. 1 is employed, the optical axis A is inclined upward with respect to the horizontal direction (Z direction), and the center of the vertical angle of view is arranged to approach the horizontal direction. Just do it.
  • the optical axis A may be arranged to be inclined downward with respect to the horizontal direction. Thereby, the imaging range of the on-vehicle camera 610 can be set appropriately.
  • the optical performance on the axis is the highest, while the optical performance at the peripheral angle of view decreases, so that the light from the target object of interest is the axis in the optical system. It is more preferable to arrange so as to pass near the upper side. For example, when it is necessary to pay attention to a sign or an obstacle on a road by the on-vehicle camera 610, the optical performance at an angle of view below the ground (ground side) relative to the upper side (air side) with respect to the horizontal direction is enhanced. Is preferred.
  • the optical system 100 according to the first embodiment is adopted, the optical system 100 is temporarily turned upside down as described above, and then the optical axis A is inclined downward with respect to the horizontal direction. It may be disposed so that the angle of view of the lens faces downward.
  • the on-vehicle camera system 600 is applied for driving assistance (collision damage reduction), but the invention is not limited thereto.
  • the on-vehicle camera system 600 may be used for cruise control (including all vehicle speed tracking function) and automatic driving. It may apply.
  • the on-vehicle camera system 600 can be applied not only to a vehicle such as a host vehicle but also to a mobile object (mobile device) such as a ship, an aircraft, or an industrial robot.
  • the present invention can be applied not only to the on-vehicle camera 610 and the moving object according to the present embodiment, but also to devices that widely use object recognition, such as the Intelligent Transportation System (ITS).
  • ITS Intelligent Transportation System

Abstract

物体を撮像する撮像素子２００と、撮像素子２００の撮像面ＩＭＧに物体を結像する光学系１００と、を備える撮像装置１０００であって、光学系１００は、物体側から順に前群Ｇ１、開口絞りＳＴＯ、及び後群Ｇ２を有し、前群Ｇ１は、物体側に向かって凸形状の屈折面１ａを含み、後群は、凹形状の反射面３ｂを含み、開口絞りＳＴＯの開口部は、前群Ｇ１の光軸Ａに垂直な方向において撮像素子２００とは離間され、かつ光軸Ａに対して撮像素子２００とは反対側に偏心している。

Description

撮像装置及び投影装置
　本発明は、撮像装置及び投影装置に関し、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、ウェアラブルカメラ、医療用カメラ等の撮像装置や、プロジェクタ等の投影装置に好適なものである。
　近年、撮像装置や投影装置として、広画角にわたって高解像度でかつ小型なものが求められている。
　特許文献１には、球状レンズを備える撮像装置が記載されている。この球状レンズによれば、コマ収差、非点収差、倍率色収差などの軸外収差の発生を抑制しつつ、球面収差や軸上色収差などの軸上収差を良好に補正することができるため、広画角にわたり高解像度な光学系の実現が可能になる。
　また、特許文献２には、複数の屈折面と、反射型の開口絞りと、反射面と、が媒質を介して一体化された反射屈折光学系が記載されており、これにより収差を良好に補正することができる小型な光学系の実現が可能になる。
特開２０１３－２１０５４９号公報 特開２００４－３６１７７７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の球状レンズによる結像面は球面状となってしまうため、この球状レンズを撮像装置や投影装置に設ける場合、球面形状の撮像素子や表示素子、あるいは一端が球面でかつ他端が平面である導光手段などが必要となる。これにより、装置全体が複雑化及び大型化し、高コスト化してしまう。
　また、特許文献２に記載の光学系においては、開口絞りと像面とが近接しており、開口絞りで遮光されなかった不要光が像面に到達してしまう可能性があるため、広画角化が困難である。
　そこで本発明は、小型でかつ広画角な撮像装置及び投影装置を提供すること目的とする。
　上記目的を達成するための、本発明の一側面としての撮像装置は、物体を撮像する撮像素子と、該撮像素子の撮像面に前記物体を結像する光学系と、を備える撮像装置であって、前記光学系は、物体側から順に前群、開口絞り、及び後群を有し、前記前群は、物体側に向かって凸形状の屈折面を含み、前記後群は、凹形状の反射面を含み、前記開口絞りの開口部は、前記前群の光軸に垂直な方向において前記撮像素子とは離間され、かつ前記光軸に対して前記撮像素子とは反対側に偏心していることを特徴とする。
本発明の実施形態に係る撮像装置の要部概略図。 比較例１に係る撮像装置の要部概略図。 比較例２に係る撮像装置の要部概略図。 開口部が偏心した開口絞りの例を示す図。 実施形態に係る撮像装置の変形例を示す図。 本発明の実施例１に係る撮像装置の要部概略図。 本発明の実施例１に係る光学系の横収差図。 本発明の実施例２に係る撮像装置の要部概略図。 本発明の実施例２に係る光学系の横収差図。 本発明の実施例３に係る撮像装置の要部概略図。 本発明の実施例３に係る光学系の横収差図。 実施例１に係る撮像装置の変形例を示す図。 本発明の実施形態に係る車載カメラシステムの機能ブロック図。 本発明の実施形態に係る車両の要部概略図。 実施形態に係る車載カメラシステムの動作例を示すフローチャート。
　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１０００の、光軸Ａを含むＹＺ断面における要部概略図である。撮像装置１０００は、不図示の物体を撮像する撮像素子２００と、撮像素子２００の撮像面ＩＭＧに物体を結像する撮像光学系としての光学系１００と、を備える。撮像素子２００としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の、平面形状の撮像面を有する固体撮像素子（光電変換素子）を採用することができる。
　光学系１００は、光束幅を制限する開口絞りＳＴＯと、開口絞りＳＴＯよりも物体側に配置された光学素子群である前群Ｇ１と、開口絞りＳＴＯよりも像側に配置された光学素子群である後群Ｇ２と、から構成される。本実施形態において、前群Ｇ１は、光学素子Ｌ１及び光学素子Ｌ２から成る屈折光学系であり、後群Ｇ２は、光学素子Ｌ３から成る反射屈折光学系である。開口絞りＳＴＯは、前群Ｇ１と後群Ｇ２との接合面に設けられており、図１では、開口絞りＳＴＯの開口部を点線で示し、遮光部を省略している。
　本実施形態において、光学素子Ｌ１は、物体側に向かって（入射光に向かって）凸形状の屈折面１ａを含むレンズであり、光学素子Ｌ３は、入射光に向かって凹形状の反射面３ｂを含む反射屈折レンズである。この構成により、光学系１００は、諸収差を良好に補正しつつ、平面形状の撮像面ＩＭＧに物体を結像することができるため、撮像装置１０００において、球面形状の撮像素子や導光手段を設ける必要が無くなり、装置全体の小型化を実現することができる。
　そして、図１に示すように、開口絞りＳＴＯの開口部は、光軸Ａに垂直な方向（Ｙ方向）において撮像素子２００とは離間されており、かつ前群Ｇ１の光軸Ａに対して撮像素子２００とは反対側に偏心している。ただし、光軸Ａは、前群Ｇ１における結像に寄与する各光学面の中心（面頂点）を通る軸である。すなわち、本実施形態に係る開口絞りＳＴＯは、その開口部の中心が光軸Ａ上に存在しないように配置されている。これは、図１に示すように、反射面３ｂに対して開口絞りＳＴＯと同じ側（－Ｚ側）に撮像素子２００が配置される場合、開口絞りＳＴＯの開口部を偏心させないと、開口絞りＳＴＯ及び撮像素子２００が互いに近接してしまうためである。
　開口絞りＳＴＯの開口部を撮像素子２００から離れる方向に偏心させることにより、開口絞りＳＴＯの開口部と撮像素子２００とを十分に離間することができる。これにより、開口部の周辺の光線と撮像素子２００との干渉や、開口絞りＳＴＯの遮光部で遮光されなかった不要光が撮像面ＩＭＧに到達することを抑制することができる。よって、Ｆ値を大きく（暗く）したり、撮像面ＩＭＧのサイズを小さくしたりする必要がなくなるため、撮像装置１０００の広画角化を実現することが可能になる。
　図２は、比較例１に係る撮像装置の要部概略図である。比較例１に係る撮像装置は、本実施形態に係る光学系１００の後群Ｇ２を、前群Ｇ１と対称な構成の屈折光学系で置き換え、本実施形態に係る撮像素子２００を、球面形状の撮像面を有する撮像素子で置き換えたものである。図２に示す通り、比較例１に係る撮像装置は、凹形状の反射面を備えていないため、光学系の結像面が湾曲して球面形状となってしまう。そのため、撮像面ＩＭＧが湾曲した撮像素子が必要となり、装置全体が大型化してしまう。
　図３は、比較例２に係る撮像装置の要部概略図である。比較例２に係る撮像装置は、開口絞りＳＴＯの開口部が偏心していないという点以外は、本実施形態に係る撮像装置１０００と同様の構成を採っている。図３に示す通り、比較例２に係る撮像装置では、開口絞りＳＴＯの開口部と撮像面ＩＭＧとが近接しているため、開口部の周辺の光線と撮像素子との干渉を回避することが難しく、Ｆ値を小さくしつつ広画角化を実現することが困難である。
　開口絞りＳＴＯの開口部を偏心させるためには、開口絞りＳＴＯの遮光部を物理的に移動することに限られず、開口部の中心（重心）を前群Ｇ１の光軸Ａからずらしさえすればよい。例えば、所望のＦ値が確保できるのであれば、図４に示すように、開口部の一部を遮光することにより、開口絞りＳＴＯの開口部を偏心させてもよい。図４に示すように、開口部の中心が光軸Ａ上に存在する開口絞りＳＴＯに対して、開口部の一部（上部）に遮光部材ＯＢＳを設けることで、開口部の重心が光軸Ａから下方に移動して点Ｂとなっている。
　図１に示したように、本実施形態に係る撮像装置１０００では、ＹＺ断面内において、光学系１００の各光学面に光束が斜入射するように画角を設定し、光軸Ａに対して撮像素子２００とは反対側から光学系１００に入射する光束のみを使用している。よって、図５に示すように、前群Ｇ１を、有効光束が通過する有効部以外が省略（カット）された構成としてもよい。
　なお、本実施形態に係る光学系１００においては、前群Ｇ１が２つの光学素子で構成され、後群Ｇ２が１つの光学素子で構成されているが、各群を構成する光学素子の数はこれに限られるものではない。例えば、後群Ｇ２を、１以上の屈折光学素子（レンズなど）と１つの反射光学素子（ミラーなど）とにより構成してもよい。
　また、光学系１００を投影光学系として投影装置に適用してもよい。この場合、撮像面ＩＭＧの位置に液晶パネル（空間変調器）等の表示素子の表示面が配置される。ただし、光学系１００が投影装置に適用される場合は、物体側と像側とが反転し、前群Ｇ１が後群、後群Ｇ２が前群となり、光路が逆向きになる。すなわち、表示素子の表示面に表示される画像を、光学系によりスクリーン等の投影面に投影（結像）させる構成を採ることができる。
　［実施例１］
  以下、本発明の実施例１に係る撮像装置について詳細に説明する。
　図６は、本実施例に係る撮像装置１１００の、光軸Ａを含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る光学系１１０について、全系の焦点距離はｆ＝２９．１３ｍｍ、ＺＸ断面内での画角はθｘ＝５４°（θｘ＝－２７°～＋２７°）、ＹＺ断面内での画角はθｙ＝３５°（θｙ＝＋８°～＋４３°）、Ｆ値はＦ＝２．０、である。
　光学系１１０において、前群Ｇ１は、第１光学素子１、第２光学素子２、第３光学素子３、及び第４光学素子４、の４つのレンズで構成される屈折光学系である。第１光学素子１の第２面１ｂ及び第２光学素子２の第１面２ａ、第２光学素子２の第２面２ｂ及び第３光学素子３の第１面３ａ、第３光学素子３の第２面３ｂ及び第４光学素子４の第１面４ａ、の夫々は互いに接合されている。前群Ｇ１は、その光軸Ａに関して共軸系となっている。
　また、本実施例に係る光学系１１０において、後群Ｇ２は、第５光学素子５、第６光学素子６、及び第７光学素子７の、３つのレンズから構成される反射屈折光学系である。第５光学素子５の第２面５ｂ及び第６光学素子６の第１面６ａ、第６光学素子６の第２面６ｂ及び第７光学素子７の第１面７ａ、の夫々は互いに接合されている。そして、開口絞りＳＴＯは、前群Ｇ１と後群Ｇ２との接合面に設けられており、その開口部は、前群Ｇ１の光軸Ａに対して撮像面ＩＭＧとは反対側に偏心している。
　本実施例において、第５光学素子５は、第１面５ａ、第２面５ｂ、及び第３面５ｃ、の３つの光学面を含んでおり、第１面５ａと第３面５ｃとは互いに異なる形状を有している。第７光学素子７は反射屈折レンズであり、その第２面７ｂは凹形状の反射面である。すなわち、後群Ｇ２では、反射面７ｂにより光路が折り返されるため、各接合面を光束が２回通過することになる。なお、反射面７ｂは、光学面に金属膜や誘電体多層膜などの反射膜を設けることで形成することができる。
　図６に示すように、不図示の物体からの光束は、第１光学素子１が有する物体側に向かって凸形状の第１面１ａより前群Ｇ１に入射し、第１光学素子１、第２光学素子２、第３光学素子３、及び第４光学素子４を順に通過して、開口絞りＳＴＯに入射する。このとき、光束の一部は開口絞りＳＴＯの遮光部により遮光されるため、光束幅が制限されることになる。
　開口絞りＳＴＯの開口部を通過した光束は、第５光学素子５の第１面５ａ、第６光学素子６の第１面６ａ及び第２面６ｂ、及び第７光学素子７の第１面７ａを順に通過して、第７光学素子７の第２面７ｂで反射される。そして、第７光学素子７の第２面７ｂで反射された光束は、第７光学素子７の第１面７ａ、第６光学素子６の第２面６ｂ及び第１面６ａを順に通過して、第５光学素子５の第３面５ｃから出射し、平面形状の撮像面ＩＭＧに集光される。
　このように、本実施例に係る光学系１１０によれば、物体側に向かって凸形状の屈折面１ａを含む前群Ｇ１及び凹形状の反射面７ｂを含む後群Ｇ２によって、諸収差を良好に補正しつつ、平面形状の撮像面ＩＭＧに物体を結像することができる。これにより、撮像装置１１００の小型化を実現することができる。また、開口絞りＳＴＯの開口部を光軸Ａに対して撮像面ＩＭＧとは反対側に偏心させたことにより、撮像装置１１００の広画角化を実現することが可能になる。
　ここで、前群Ｇ１における最も物体側の光学面と開口絞りＳＴＯとの光軸方向での距離をＬ１（ｍｍ）、開口絞りＳＴＯと撮像面ＩＭＧとの光軸方向での距離をＬ２（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。ただし、Ｌ１＞０、Ｌ２≧０である。
Ｌ２／Ｌ１＜０．３　　　（１）
　条件式（１）式の上限を上回ると、最も物体側の光学面が開口絞りＳＴＯに近づき過ぎてしまい、収差の補正が難しくなる。さらに、以下の条件式（１´）を満足することがより好ましい。本実施例では、屈折面１ａと開口絞りＳＴＯとの間隔はＬ１＝４５．１４９ｍｍ、開口絞りＳＴＯと撮像面ＩＭＧとの間隔はＬ２＝０．００４ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝０．０００１となるため、条件式（１）及び（１´）を満足する。
Ｌ２／Ｌ１＜０．１　　　（１´）
　また、前群Ｇ１が有する物体側に向かって凸形状の屈折面を、開口絞りＳＴＯまでの距離と曲率半径とが略等しい形状（点対称形状）とすることが望ましい。具体的には、屈折面の曲率半径をＲｌ（ｍｍ）、屈折面と開口絞りＳＴＯとの間隔をＬｌ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。ただし、特に断りがない限り、「間隔」は「光軸Ａ上での間隔」を示すものとする。
０．７≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．５　　　（２）
　条件式（２）を満足することにより、簡易かつ小型な構成であっても、軸外収差を良好に補正することができる。条件式（２）の範囲を外れると、軸外収差の発生量が増加してしまい、良好な光学特性が得られなくなる可能性が生じる。このことについて、以下に説明する。
　一般的に、光学系を設計する際は、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、及び倍率色収差などの軸外収差と、球面収差や軸上色収差などの軸上収差と、を補正することが求められる。しかし、通常の軸対称形状の屈折面を用いた場合、周辺画角（軸外）では軸外収差が大きく発生するため、光軸上（軸上）での光学性能が最も高くなり、それに対して周辺画角での光学性能は低下してしまう。
　一方、点対称形状の屈折面は、光軸上から周辺画角にかけて略同等の形状を有するため、軸外収差の発生を抑え、周辺画角における光学性能の低下を抑制することができる。よって、点対称形状の屈折面を採用することで、補正すべき収差を球面収差、軸上色収差、ペッツバール像面などに限定することができるため、簡易な構成であっても諸収差を良好に補正することが可能になる。
　本実施例では、第１光学素子１の第１面１ａが条件式（２）を満足しているため、Ｆ値を小さくしつつ、広画角にわたって高解像度でかつ小型な光学系を実現することができる。このとき、点対称形状の屈折面に起因して、前群Ｇ１の結像面は湾曲してしまうが、本実施例のように、後群Ｇ２に凹形状の反射面７ｂを設けることで、平面形状の像面ＩＭＧを形成することが可能になる。
　なお、前群Ｇ１において、条件式（２）を満足する屈折面を複数設けてもよい。その場合にも、前群Ｇ１における複数の屈折面のうち、少なくとも１つが条件式（２）を満たすように構成することで、本発明の効果を得ることができる。ただし、軸外収差を良好に補正するためには、本実施例のように、より開口絞りＳＴＯから離れた屈折面、あるいは隣接する媒質との屈折率差が大きい屈折面、すなわち最も物体側の屈折面を点対称形状とすることが望ましい。
　さらに、以下の条件式（２´）を満足することがより好ましい。本実施例では、第１光学素子１の第１面１ａについて、｜Ｒｌ｜／Ｌｌ＝０．９４７となるため、条件式（２）及び（２´）を満足する。
０．８≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．３　　　（２´）
　また、後群Ｇ２が有する凹形状の反射面について、曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、開口絞りＳＴＯとの間隔をＬｍ（ｍｍ）、とするとき、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
２≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦７　　　（３）
　条件式（３）を満足することにより、撮像面ＩＭＧと光路との干渉を回避しつつ、像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（３）の上限値を上回ると、像面湾曲量が増加してしまう可能性が生じる。また、条件式（３）の下限値を下回ると、撮像面ＩＭＧが光路と干渉してしまう可能性が生じる。なお、後群Ｇ２が反射面を複数有する場合は、パワーが最も大きい反射面が条件式（３）を満たすことが望ましい。
　さらに、以下の条件式（３´）を満足することがより好ましい。本実施例では、第７光学素子７の第２面７ｂについて、｜Ｒｍ｜／Ｌｍ＝４．５２０となるため、条件式（３）及び（３´）を満足する。
２．５≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦５　　　（３´）
　そして、前群Ｇ１が複数の屈折面を有する場合、そのうち、最も物体側の屈折面の曲率半径の絶対値をＲ１Ａ、開口絞りＳＴＯに最も近い屈折面の曲率半径の絶対値をＲ１Ｂ、とするとき、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０≦Ｒ１Ａ／Ｒ１Ｂ＜４　　　（４）
　条件式（４）を満足することにより、開口絞りＳＴＯの開口部の偏心に伴って発生する収差を低減することができる。条件式（４）の範囲を外れると、開口絞りＳＴＯの開口部の偏心が大きくなるに従い非対称収差の発生が大きくなり、収差の補正が難しくなる可能性が生じる。
　さらに、以下の条件式（４´）を満足することがより好ましい。本実施例では、前群Ｇ１において、最も物体側の屈折面１ａの曲率半径は４２．７５ｍｍ、開口絞りＳＴＯに最も近い屈折面３ｂ，４ａの曲率半径は１３．９４ｍｍであり、Ｒ１Ａ／Ｒ１Ｂ＝３．０６７となるため、条件式（４）及び（４´）を満足する。
０≦Ｒ１Ａ／Ｒ１Ｂ＜３．５　　　（４´）
　本実施例において、第１光学素子１の第１面１ａ及び第７光学素子７の第２面７ｂは非球面である。ただし、本実施例における非球面の夫々は、光軸Ａを中心とした回転対称形状であり、以下の非球面式で表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｚは非球面形状の光軸方向のサグ量（ｍｍ）、ｃは光軸Ａ上における曲率（１／ｍｍ）、Ｋは円錐係数、ｈは光軸Ａからの半径方向の間隔（ｍｍ）、Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の夫々は４次項，６次項，８次項，・・・の非球面係数、である。なお、この非球面式において、第１項はベース球面のサグ量を示しており、このベース球面の曲率半径はＲ＝１／ｃである。また、第２項以降の項は、ベース球面上に付与される非球面成分のサグ量を示している。
　表１～表４に、本実施例に係る光学系１１０の構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　なお、表１～表４においては、互いに接合された光学面及び開口絞りＳＴＯを同一面として表している。表１において、ｒは該当面の近軸曲率半径（ｍｍ）、ｄは該当面から次の面までの面間隔（ｍｍ）、Ｎｄは該当面と次の面との間の媒体のｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率、νｄは該当面と次の面との間の媒体のｄ線に対するアッべ数、である。表２及び表３の夫々は、屈折面１ａ（面番号１）及び反射面７ｂ（面番号９）の非球面係数を示している。
　また、表４は、開口絞りＳＴＯ（面番号５）及び光学面５ａ（面番号６）の偏心データを示している。表４において、Ｘは図１における紙面に垂直なＸ方向での偏心量、Ｙは図１における紙面内の光軸Ａに垂直なＹ方向での偏心量（図１での上向きが正）、Ｚは光軸方向（Ｚ方向）での偏心量、を夫々示している。本実施例では、開口絞りＳＴＯ及び光学面５ａの何れも、平行偏心（シフト偏心）しているが、回転偏心（チルト偏心）はしていない。なお、各偏心量の単位はｍｍである。
　なお、表１及び表４における「普通偏心」とは、該当面が偏心した場合にそれよりも像側の光学面も該当面の軸に固定された状態で偏心することを示している。具体的に、本実施例では、開口絞りＳＴＯの開口部をＹ方向において－１．３０９８ｍｍ偏心させている。そして、偏心した開口部に対して、直後の光学面５ａをＹ方向において＋１．３０９８ｍｍ偏心させている。すなわち、表４は、開口絞りＳＴＯのみが光軸Ａに対して偏心しており、それ以外の光学面は光軸Ａに対して偏心していないということを示している。
　図７は、本実施例に係る光学系１１０の収差図である。図７においては、６５６．２７００ｎｍ（Ｃ線）、５８７．５６００ｎｍ（ｄ線）、４８６．１３００ｎｍ（Ｆ線）、４３５．８３５０ｎｍ（ｇ線）、の各波長の光に関する横収差を示している。また、図７において、ＹＺ断面（メリディオナル面）では画角θｙ＝＋８°～＋４３°についての収差を示し、ＺＸ断面（サジタル面）では画角θｘ＝０°についての収差を示している。図７から明らかなように、諸収差が良好に補正されている。
　［実施例２］
  以下、本発明の実施例２に係る撮像装置について詳細に説明する。
　図８は、本実施例に係る撮像装置１２００の、光軸Ａを含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る光学系１２０について、全系の焦点距離はｆ＝２９．０８ｍｍ、ＺＸ断面内での画角はθｘ＝５４°（θｘ＝－２７°～＋２７°）、ＹＺ断面内での画角はθｙ＝３８°（θｙ＝＋１０°～＋４８°）、Ｆ値はＦ＝２．０、である。
　本実施例に係る撮像装置１２００では、実施例１に係る撮像装置１１００と比較して、より広画角での光学性能を確保するために、光学系１２０における前群Ｇ１をよりコンセントリックに近い構成としている。具体的に、光学系１２０は、前群Ｇ１において、物体側に向かって凸形状の屈折面の曲率半径の絶対値のうち、最大値をＲＭＡＸ、最小値をＲＭＩＮ、とするとき、以下の条件式（５）を満足するように構成されている。
１≦ＲＭＡＸ／ＲＭＩＮ＜１０　　　（５）
　条件式（５）を満足することにより、広画角にわたって良好な光学性能を得ることができる。条件式（５）の範囲を外れると、コマ収差や非点収差などの軸外収差が大きくなる可能性が生じる。さらに、以下の条件式（５´）を満足することがより好ましい。本実施例では、ＲＭＡＸ＝４２．４７ｍｍ、ＲＭＩＮ＝１５．２９ｍｍであり、ＲＭＡＸ／ＲＭＩＮ＝２．７８となるため、条件式（５）及び（５´）を満足する。
１≦ＲＭＡＸ／ＲＭＩＮ＜５　　　（５´）
　本実施例では、Ｌ１＝４９．３８３ｍｍ、Ｌ２＝０．００４ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝０．０００１となるため、条件式（１）及び（１´）を満足する。また、屈折面１ａについて｜Ｒｌ｜／Ｌｌ＝０．９４７となるため条件式（２）及び（２´）を満足し、反射面７ｂについて｜Ｒｍ｜／Ｌｍ＝４．５２０となるため条件式（３）及び（３´）を満足する。さらに、Ｒ１Ａ＝４２．４７ｍｍ、Ｒ１Ｂ＝１５．２９ｍｍであり、Ｒ１Ａ／Ｒ１Ｂ＝２．７８となるため、条件式（４）及び（４´）を満足する。
　表５～表９に、本実施例に係る光学系１２０の構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　表５に示すように、本実施例では、前群Ｇ１が有する屈折面の全ての曲率中心が、各屈折面に対して開口絞りＳＴＯの側に存在している。すなわち、前群Ｇ１が有する屈折面の全てが、物体側に向かって凸形状となっている。そして、第１光学素子１の第１面１ａ（面番号１）、第７光学素子７の第２面７ｂ（面番号９）及び第５光学素子５の第３面５ｃ（面番号１２）、の３つの光学面は非球面であり、それ以外の光学面は球面又は平面である。また、表９に示すように、実施例１と同様に本実施例においても、開口絞りＳＴＯ（面番号５）のみが光軸Ａに対して偏心している。
　図９は、本実施例に係る光学系１２０の収差図であり、図７に対応している。なお、図９において、ＹＺ断面（メリディオナル面）では画角θｙ＝＋１０°～＋４８°についての収差を示し、ＺＸ断面（サジタル面）では画角θｘ＝０°についての収差を示している。図９から明らかなように、諸収差が良好に補正されている。
　［実施例３］
  以下、本発明の実施例３に係る撮像装置について詳細に説明する。
　図１０は、本実施例に係る撮像装置１３００の、光軸Ａを含むＹＺ断面における要部概略図である。本実施例に係る光学系１３０について、全系の焦点距離はｆ＝０．９７９ｍｍ、ＺＸ断面内での画角はθｘ＝７２°（θｘ＝－３６°～＋３６°）、ＹＺ断面内での画角はθｙ＝４０°（θｙ＝＋１８°～＋５８°）、Ｆ値はＦ＝１．８、である。
　本実施例に係る撮像装置１３００は、実施例１及び実施例２とは異なり、光学系１３０が第１光学素子１及び第２光学素子２の２つのレンズで構成されており、第１光学素子１及び第２光学素子２の夫々が前群Ｇ１と後群Ｇ２とで共有されている。
　第１光学素子１は、第１面１ａ及び第２面１ｂの２つの光学面を有するレンズであり、第２光学素子２は、第１面２ａ、第２面２ｂ、及び第３面２ｃの３つの光学面を有するレンズである。第１光学素子１の第２面１ｂと第２光学素子２の第１面２ａとは、互いに接合されている。第２光学素子２の第２面２ｂは反射面であり、そこに開口絞りＳＴＯが設けられている。すなわち、本実施例に係る開口絞りＳＴＯの開口部は、反射面となっており、他の実施例と同様に前群Ｇ１の光軸Ａに対して撮像面ＩＭＧとは反対側に偏心している。
　また、第１光学素子１の第１面１ａについて、その下部は物体側に向かって凸形状の屈折面（屈折部）、その上部は凹形状の反射面（反射部）となっている。そして、第１光学素子１の第１面１ａの反射部は、開口絞りＳＴＯの開口部で反射された光束をさらに反射するように構成されている。すなわち、光学系１３０に入射した光束は、開口絞りＳＴＯの開口部及び第１光学素子１の第１面１ａにおいて合計２回反射されるため、第１光学素子１の第２面１ｂと第２光学素子２の第１面２ａとの接合面を３回通過することになる。なお、第２光学素子２の第２面２ｂと第３面２ｃとは互いに異なる形状を有している。
　図１０に示すように、不図示の物体からの光束は、第１光学素子１の第１面１ａの屈折部より前群Ｇ１に入射し、第１光学素子１の第２面１ｂを通過して、第２光学素子２の第２面２ｂに設けられた開口絞りＳＴＯで反射される。開口絞りＳＴＯの開口部で反射された光束は、再び第１光学素子１の第２面１ｂを通過して、第１光学素子１の第１面１ａの反射部で反射される。そして、第１光学素子１の第１面１ａの反射部で反射された光束は、さらに第１光学素子１の第２面１ｂを通過し、第２光学素子２の第３面２ｃから出射して、平面形状の撮像面ＩＭＧに集光される。
　本実施例では、Ｌ１＝１．１７９ｍｍ、Ｌ２＝０．０８６ｍｍであり、Ｌ２／Ｌ１＝０．０７３となるため、条件式（１）及び（１´）を満足する。また、第１光学素子１の第１面１ａの反射部について、｜Ｒｍ｜／Ｌｍ＝３．６７９となるため、条件式（３）及び（３´）を満足する。
　表１０～表１７に、本実施例に係る光学系１３０の構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
　表１０において、面番号１は第１光学素子１の第１面１ａ（屈折部）、面番号２，７，９は第１光学素子１の第２面１ｂ及び第２光学素子２の第１面２ａ、面番号３～６は第２光学素子２の第２面２ｂ及び開口絞りＳＴＯ、を夫々示している。具体的には、面番号３は前群Ｇ１としての第２面２ｂの屈折面成分、面番号４は開口絞りＳＴＯ、面番号５は開口絞りＳＴＯの偏心の影響を除くために設定された第２面２ｂの面成分、面番号６は第２面２ｂの反射面成分、を夫々示している。また、面番号８は第１光学素子１の第１面１ａ（反射部）、面番号１０は第２光学素子２の第３面２ｃ、面番号１１は像面と一致する仮想面、を夫々示している。
　そして、第１光学素子１の第１面１ａ（面番号１，８）及び第２光学素子２の第３面２ｃ（面番号１０）は非球面であり、それ以外の光学面は球面又は平面である。また、第２光学素子２の第２面２ｂ（面番号６）及び第２光学素子２の第３面２ｃ（面番号１０）は、回折特性を有する回折面であり、各面の回折特性を表１４及び表１５に示している。ただし、各回折面は、面頂点を中心とした回転対称な位相変化を与えるものであり、以下の多項式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　表１０及び表１７における「指定面へのリターン」とは、該当面の座標が指定した面の座標に戻るように偏心することを示している。具体的に、本実施例では、開口絞りＳＴＯの開口部をＹ方向において－０．２７３５ｍｍ偏心させている。そして、偏心した開口部に対して、面番号５の面成分をその座標系が面番号３の面成分に一致するように偏心させている。すなわち、表１６及び表１７は、開口絞りＳＴＯよりも像側の各光学面の座標が、開口絞りＳＴＯの偏心の影響を受けていないということを示している。
　なお、表１６において、α，β，γの夫々は、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を回転軸としたときの回転角（ｄｅｇ）を示している。表１６に示すように、面番号１１の面成分は、図１０における紙面内で０．５８０８°だけ回転しており、これにより像面湾曲の影響を抑制している。つまり、像面（撮像面ＩＭＧ）についても、面番号１１の面成分に付随して０．５８０８°回転していることになる。
　図１１は、本実施例に係る光学系１３０の収差図であり、図７に対応している。なお、図１１において、ＹＺ断面（メリディオナル面）では画角θｙ＝＋１８°～＋５８°についての収差を示し、ＺＸ断面（サジタル面）では画角θｘ＝０°についての収差を示している。図１１から明らかなように、諸収差が良好に補正されている。
　［変形例］
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。
　例えば、上述した各実施例に係る反射面は、レンズの表面に反射膜を設けることで形成された裏面反射面であるが、これに限られず、裏面反射面の代わりに、レンズとは別の表面反射面を有する光学素子（ミラーなど）を設けてもよい。図１２は、実施例１に係る撮像装置１１００における第７光学素子７の第２面７ｂを反射面とする代わりに、表面反射面ＭＲａを有する反射光学素子（ミラー）ＭＲを設けた変形例を示している。図１２の構成では、開口絞りＳＴＯを通過した光束は面７ｂでは反射されずに透過して、ミラーＭＲの反射面ＭＲａにて反射される。変形例の構成では、実施例１に係る構成と比較して、要求される反射面の面精度が低減される。
　また、各実施例において、全ての光学素子は互いに接合されているが、必要に応じて、互いに空気を隔てて各光学素子を配置する構成を採ってもよい。そして、各実施例における光学系を、そのまま投影装置に適用することができる。その場合、上述したように、撮像装置における物体側（縮小側）と像側（拡大側）とが反転して光路が逆向きになり、前群Ｇ１が後群、後Ｇ２が前群となり、各光学素子の入射面が出射面、出射面が入射面となる。この場合にも、光学系を撮像装置に適用した場合と同様に、各実施例における各条件式を満足することが望ましい。
　［車載カメラシステム］
  図１３は、本実施形態に係る車載カメラ６１０及びそれを備える車載カメラシステム（運転支援装置）６００の構成図である。車載カメラシステム６００は、自動車等の車両に設置され、車載カメラ６１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図１４は、車載カメラシステム６００を備える車両７００の概略図である。図１４においては、車載カメラ６１０の撮像範囲６５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲６５０を車両７００の後方に設定してもよい。
　図１３に示すように、車載カメラシステム６００は、車載カメラ６１０と、車両情報取得装置６２０と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）６３０と、警報装置６４０と、を備える。また、車載カメラ６１０は、撮像部６０１と、画像処理部６０２と、視差算出部６０３と、距離算出部６０４と、衝突判定部６０５と、を備えている。撮像部６０１は、上述した何れかの実施例に係る光学系と、撮像面位相差センサと、を有する。なお、本実施形態に係る撮像面位相差センサは、例えば、図１に示した実施形態に係る撮像装置１０００が備える撮像素子２００に対応する。
　図１５は、本実施形態に係る車載カメラシステム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載カメラシステム６００の動作を説明する。
　まず、ステップＳ１では、撮像部６０１を用いて車両の周囲の対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。
　また、ステップＳ２では、車両情報取得装置６２０から車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。
　ステップＳ３では、撮像部６０１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部６０２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。
　ステップＳ４では、撮像部６０１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部６０３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４は、上記の順番に処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。
　ステップＳ５では、撮像部６０１により撮像した対象物までの距離情報を、距離算出部６０４によって算出する。距離情報は、視差算出部６０３により算出された視差情報と、撮像部６０１の内部パラメータ及び外部パラメータと、に基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物までの距離、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。
　そして、ステップＳ６では、距離算出部６０４により算出された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部６０５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部６０５は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ７）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ８）。
　次に、衝突判定部６０５は、衝突可能性ありと判定した場合（ステップＳ７）、その判定結果を制御装置６３０や警報装置６４０に対して通知する。このとき、制御装置６３０は、衝突判定部６０５での判定結果に基づいて車両を制御し、警報装置６４０は、衝突判定部６０５での判定結果に基づいて警報を発する。
　例えば、制御装置６３０は、車両に対して、ブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警報装置６４０は、車両のユーザ（運転者）に対して、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。
　以上、本実施形態に係る車載カメラシステム６００によれば、上記の処理により、効果的に障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施例に係る光学系を車載カメラシステム６００に適用することで、車載カメラ６１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって障害物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。
　ここで、本実施形態では、車載カメラ６１０が撮像面位相差センサを有する撮像部６０１を１つのみ備える構成について説明したが、これに限られず、車載カメラ６１０として撮像部を２つ備えるステレオカメラを採用してもよい。この場合、撮像面位相差センサを用いなくても、同期させた２つの撮像部の夫々によって画像データを同時に取得し、その２つの画像データを用いることで、上述したものと同様の処理を行うことができる。ただし、２つの撮像部による撮像時間の差異が既知であれば、２つの撮像部を同期させなくてもよい。
　なお、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部６０１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。瞳分割型の撮像素子において、１つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。
　そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離算出部６０４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離算出部６０４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離算出部６０４は、デフォーカス量から変換される対象物までの距離の距離マップデータを取得してもよい。
　上述したように、各実施例に係る光学系の垂直画角は、光軸Ａに対して片側にのみ設定されている。よって、各実施例に係る光学系を車載カメラ６１０に適用し、その車載カメラ６１０を車両に設置する場合は、光学系の光軸Ａが水平方向に対して非平行となるように配置することが望ましい。例えば、図１に示した実施形態に係る光学系１００を採用する場合、光軸Ａを水平方向（Ｚ方向）に対して上側に傾け、垂直画角の中心が水平方向に近づくように配置すればよい。あるいは、光学系１００をＸ軸周りに１８０°回転（上下反転）させてから、光軸Ａが水平方向に対して下側に傾くように配置してもよい。これにより、車載カメラ６１０の撮像範囲を適切に設定することができる。
　ただし、上述したように、光学系においては、軸上での光学性能が最も高く、それに対して周辺画角での光学性能は低下するため、注目する撮像対象物からの光が光学系における軸上付近を通過するように配置することがより好ましい。例えば、車載カメラ６１０によって道路上の標識や障害物などに注目する必要がある場合は、水平方向に対して上側（空側）よりも下側（地面側）の画角での光学性能を高めることが好ましい。このとき、実施例１に係る光学系１００を採用する場合、上述したように光学系１００を一旦上下反転させてから、光軸Ａを水平方向に対して下側に傾け、光軸Ａの近傍の画角が下側を向くように配置すればよい。
　なお、本実施形態では、車載カメラシステム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限られず、車載カメラシステム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載カメラシステム６００は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。また、本実施形態に係る車載カメラ６１０、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１６年３月４日提出の日本国特許出願特願２０１６－０４２６８５を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。
　１ａ　屈折面
　３ｂ　反射面
　１００　光学系
　２００　撮像素子
　１０００　撮像装置
　Ｇ１　前群
　Ｇ２　後群
　ＩＭＧ　撮像面
　ＳＴＯ　開口絞り

Claims (14)

  1. 　物体を撮像する撮像素子と、該撮像素子の撮像面に前記物体を結像する光学系と、を備える撮像装置であって、
      前記光学系は、物体側から順に前群、開口絞り、及び後群を有し、
      前記前群は、物体側に向かって凸形状の屈折面を含み、
      前記後群は、凹形状の反射面を含み、
      前記開口絞りの開口部は、前記前群の光軸に垂直な方向において前記撮像素子とは離間され、かつ前記光軸に対して前記撮像素子とは反対側に偏心していることを特徴とする撮像装置。
  2. 　前記屈折面の曲率半径をＲｌ（ｍｍ）、前記屈折面と前記開口絞りとの間隔をＬｌ（ｍｍ）、とするとき、
      ０．７≦｜Ｒｌ｜／Ｌｌ≦１．５
      なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 　前記反射面の曲率半径をＲｍ（ｍｍ）、前記開口絞りと前記反射面との間隔をＬｍ（ｍｍ）、とするとき、
      ２≦｜Ｒｍ｜／Ｌｍ≦７
      なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
  4. 　前記前群において、最も物体側の屈折面の曲率半径の絶対値をＲ１Ａ、前記開口絞りに最も近い屈折面の曲率半径の絶対値をＲ１Ｂ、とするとき、
      ０≦Ｒ１Ａ／Ｒ１Ｂ＜４
      なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
  5. 　前記前群において、物体側に向かって凸形状の屈折面の曲率半径の絶対値のうち、最大値をＲＭＡＸ、最小値をＲＭＩＮ、とするとき、
      １≦ＲＭＡＸ／ＲＭＩＮ＜１０
      なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
  6. 　前記前群が有する屈折面の全ては、物体側に向かって凸形状であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の撮像装置。
  7. 　前記前群は、共軸系であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の撮像装置。
  8. 　前記撮像面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の撮像装置。
  9. 　前記前群及び前記後群は、前記開口絞りを介して互いに接合されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の撮像装置。
  10. 　物体の画像データを取得する撮像装置と、該画像データに基づいて前記物体までの距離情報を取得する距離算出部と、を備え、前記撮像装置は請求項１乃至９の何れか１項に記載の撮像装置であることを特徴とする車載カメラシステム。
  11. 　前記距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部を備えることを特徴とする請求項１０に記載の車載カメラシステム。
  12. 　前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載の車載カメラシステム。
  13.   前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の運転者に対して警報を発する警報装置を備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車載カメラシステム。
  14. 　画像を表示する表示素子と、該表示素子の表示面を結像する光学系と、を備える投影装置であって、
      前記光学系は、物体側から順に前群、開口絞り、及び後群を有し、
      前記前群は、凹形状の反射面を含み、
      前記後群は、像側に向かって凸形状の屈折面を含み、
      前記開口絞りの開口部は、前記後群の光軸に垂直な方向において前記表示素子とは離間され、かつ前記光軸に対して前記表示素子とは反対側に偏心していることを特徴とする投影装置。
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