專利名稱：光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及小型的分辨率好的應(yīng)用于將具有
360。全方位視場角的圖像成像在像面上、或以360。全方位視場角來投影 配置在像面上的圖像的全天空照相機(jī)、全天空投影儀等的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，作為使用了反射光學(xué)系統(tǒng)來獲得360°全方位(全周)圖像的 光學(xué)系統(tǒng)，公知有由前組和后組構(gòu)成的如專利文獻(xiàn)l、 2所公開的反射光 學(xué)系統(tǒng)，其中，所述前組由具有2個內(nèi)面反射面和2個透射面并且繞中 心軸旋轉(zhuǎn)對稱的透明介質(zhì)構(gòu)成，所述后組具有正屈光度并且繞中心軸旋 轉(zhuǎn)對稱。
〔專利文獻(xiàn)1〕美國專利第4566763號說明書
〔專利文獻(xiàn)2〕美國專利第5473474號說明書 但是，上述任意一個現(xiàn)有例在使光學(xué)系統(tǒng)朝向天頂來進(jìn)行全周攝像 時，都將包含中心軸在內(nèi)的剖面內(nèi)的入射光瞳配置在中心軸附近，因此 存在這樣的問題向光學(xué)系統(tǒng)的入射開口的有效直徑變大，從而入射到 光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的來自天頂方向的有害耀光(flare)較多，圖像產(chǎn)生惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于現(xiàn)有技術(shù)的這樣的問題點(diǎn)而完成的，其目的在于提 供一種用于對具有360°全方位(全周)視場角的圖像進(jìn)行拍攝或者按照 360°全方位(全周)視場角來對圖像進(jìn)行投影的小型的耀光較少的分辨 率良好的光學(xué)系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)將具有360。全方位視場角的 圖像成像在像面上，或者以360。全方位視場角對配置在像面上的圖像進(jìn)行投影，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)具有前組，其具有繞中心軸旋轉(zhuǎn)對 稱的至少2個反射面；以及后組，其繞中心軸旋轉(zhuǎn)對稱并且具有正屈光 度，在成像系統(tǒng)的情況下，所述前組按照光線的前進(jìn)順序依次包括第1
反射面和第2反射面，在投影系統(tǒng)的情況下，所述前組按照與光線的前 進(jìn)順序相反的順序依次包括第1反射面和第2反射面，所述第1反射面
隔著中心軸配置在與包含來自遠(yuǎn)方的光束入射的中心軸的剖面內(nèi)的入射
光瞳相反的一側(cè)，所述第2反射面相對于中心軸配置在與所述第1反射 面相同的一側(cè)，所述第1反射面的面中心位于中心軸方向上比所述第2 反射面的面中心更靠近所述后組側(cè)的位置上，在所述第1反射面的外周 與所述第2反射面的外周之間配置有包含中心軸的剖面內(nèi)的入射光瞳， 從遠(yuǎn)方入射的光束依次經(jīng)過所述前組和所述后組而成像在所述像面的偏 離中心軸的位置上，并且，在包含中心軸的剖面內(nèi)入射光瞳位于偏離中 心軸的位置上，在與包含中心軸的面正交并且包含該光束的中心光線的 平面內(nèi)入射光瞳位于中心軸上，所述后組由至少2組具有正屈光度的光 學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
在該情況下，優(yōu)選所述后組由旋轉(zhuǎn)對稱的同軸折射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。 并且，優(yōu)選所述第1反射面的子午剖面和弧矢剖面都具有正屈光度。 并且，優(yōu)選所述第2反射面的子午剖面和弧矢剖面都具有負(fù)屈光度。 并且，優(yōu)選所述光學(xué)系統(tǒng)具有開口，該開口與中心軸同軸地配置在
比所述前組更靠近像面?zhèn)鹊娜魏挝恢蒙稀?br> 并且，優(yōu)選至少1個反射面具有使不具有對稱面的任意形狀的線段
繞中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。
在該情況下，優(yōu)選至少1個反射面具有使包含奇數(shù)次項(xiàng)的任意形狀
的線段繞中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。
并且，優(yōu)選在包含中心軸的剖面內(nèi)，在入射光瞳附近配置有僅在包
含中心軸的剖面內(nèi)對開口進(jìn)行限制的耀光光圈。
并且，優(yōu)選所述光學(xué)系統(tǒng)具有中繼光學(xué)系統(tǒng)，在成像系統(tǒng)的情況下，
該中繼光學(xué)系統(tǒng)按照光線的前進(jìn)順序向第2像面中繼成像在所述像面上
的圖像，在投影系統(tǒng)的情況下，該中繼光學(xué)系統(tǒng)按照與光線的前進(jìn)順序
5相反的順序向第2像面中繼成像在所述像面上的圖像。
在該情況下，優(yōu)選在將所述中繼光學(xué)系統(tǒng)的背焦設(shè)為Fb、將由所述 中繼光學(xué)系統(tǒng)成的像的最大像高設(shè)為ho時，滿足如下條件
5<Fb/ho …(1)。
并且，優(yōu)選在將所述后組的焦距設(shè)為f。將由所述前組成的圓環(huán)狀的
像的最大像高設(shè)為h時，滿足如下條件
10o< I tan" (h/fr) I ... (2)。
根據(jù)以上的本發(fā)明，能夠獲得用于獲得不會受到耀光影響的小型且 對像差進(jìn)行了良好校正的分辨率優(yōu)良的具有360°全方位(全周)視場角 的圖像的光學(xué)系統(tǒng)，或者用于以360。全方位視場角對圖像進(jìn)行投影的光 學(xué)系統(tǒng)。


圖1是沿本發(fā)明實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸而取得的剖視圖。
圖2是示出本發(fā)明實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的俯視圖。
圖3是實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫向像差圖。
圖4是沿本發(fā)明實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸而取得的剖視圖。
圖5是示出本發(fā)明實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的俯視圖。
圖6是實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫向像差圖。
圖7是沿本發(fā)明實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)的中心軸而取得的剖視圖。
圖8是在將該實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)連接到實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)
的像面?zhèn)鹊那闆r下，沿中心軸而取得的剖視圖。
圖9是實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)的橫向像差圖。
圖10是圖8的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫向像差圖。
圖11是用于說明子午剖面和弧矢(sagittal)剖面的定義的圖。
圖12是用于說明僅由2個反射面構(gòu)成的本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的前組的
構(gòu)成方法之一的圖。
圖13是用于示出使用本發(fā)明的全景(panorama)攝影光學(xué)系統(tǒng)來作
為內(nèi)窺鏡前端的攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖。圖14是用于示出在汽車的各角部和頭部的電極的頂部使用本發(fā)明的 全景攝影光學(xué)系統(tǒng)來作為攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖。
圖15是用于示出使用本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)來作為投影裝置的
投影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖。
圖16是用于示出通過本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)對室外的被攝體進(jìn) 行拍攝，并通過本發(fā)明的全景投影光學(xué)系統(tǒng)向室內(nèi)進(jìn)行投影顯示的例子 的圖。
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說明。
圖1是沿后述的實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)1而取 得的剖視圖，圖2是示出該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的俯視圖。使用這些圖l、 圖2來說明本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)。另外，以下說明是作為成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn) 行的說明，但是也可以用作使光路相反而以360°全方位(全周)對圖像 進(jìn)行投影的投影光學(xué)系統(tǒng)。另外，在圖2中除示出了從方位角0°方向入 射的光路之外，還示出了從±10°方向入射的光路。
本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的前組10和繞中心軸1旋 轉(zhuǎn)對稱的后組20構(gòu)成，從遠(yuǎn)方的物體輸入的光束2依次經(jīng)過前組10和 后組20而成像在與中心軸1垂直的像面30的偏離中心軸1的位置上。
前組10由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的第1反射面11和第2反射面12構(gòu) 成。并且，后組20由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的具有正屈光度的透鏡系統(tǒng)等 同軸折射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
在前組10中，第1反射面11的面中心(與中心軸1相交的點(diǎn))位 于中心軸1方向上比第2反射面12的面中心更靠近后組20偵ij，并且， 在第1反射面11的外周和第2反射面12的外周之間配置有包含中心軸1 的剖面(子午剖面)內(nèi)的入射光瞳6Y。
而且，從遠(yuǎn)方入射的光束2經(jīng)過子午剖面內(nèi)的入射光瞳6Y而進(jìn)入到 第1反射面11和第2反射面12之間，并被隔著中心軸1配置在與物體 相反的一側(cè)的第1反射面11反射到與像面30相反的一側(cè)，然后被隔著中心軸1配置在與物體相反的一側(cè)的第2反射面12反射到像面30側(cè)， 然后在設(shè)置于第1反射面11的中心的孔15附近，進(jìn)入到與中心軸1同 軸地配置在前組10和后組20之間的構(gòu)成光圈的圓形開口 5中，之后經(jīng) 過正屈光度的后組20而成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向上的 規(guī)定位置上。
這樣，前組10發(fā)揮如下作用接收從四周的圖像朝向旋轉(zhuǎn)對稱軸(中
心軸)l入射的光束，并轉(zhuǎn)換為圓環(huán)狀的空中像。而且，后組20發(fā)揮將 該圓環(huán)狀的空中像投影在位于像面30上的攝像元件的平面上的作用，并 且，能夠利用后組20來進(jìn)行校正，以對在前組10中沒有充分校正的像 面彎曲和非點(diǎn)像差進(jìn)行補(bǔ)償。
而且，通過利用前組10對配置在前組10和后組20之間的用于構(gòu)成 光圈的圓形開口5進(jìn)行逆投影，來形成入射光瞳，而本發(fā)明的特征在于， 在子午剖面內(nèi)的第1反射面11的外周與第2反射面12的外周之間，將 該入射光瞳配置為子午方向的入射光瞳6Y，與此同時在弧矢剖面內(nèi)的中 心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)l上，將該入射光瞳投影為弧矢方向的入射光瞳6X。
在現(xiàn)有例(專利文獻(xiàn)l)中，將子午剖面的入射光瞳和弧矢剖面內(nèi)的 入射光瞳都配置在中心軸上，因此不能有效地配置用于阻斷有害光的耀 光光圈。
在本發(fā)明中，為了防止有害耀光透過開口而進(jìn)入到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，僅 在子午剖面內(nèi)將入射光瞳6Y配置在第1反射面11的外周與第2反射面 12的外周之間，由此還能夠使用第1反射面11和第2反射面12的邊緣 來作為用于阻斷耀光的光圈，能夠大幅阻斷進(jìn)入到前組10內(nèi)的無用光， 從而能夠減少閃耀。
另外，如圖11所示的那樣來定義子午剖面和弧矢剖面。圖11 (a) 是示出本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的概略的光路的立體圖，圖11 (b)是示出像面 30上的視場角中心位置處的剖面的圖。即，包含光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋 轉(zhuǎn)對稱軸)l和作為到達(dá)視場角中心的中心光束的中心光線(主光線)20 的剖面為子午剖面，與該子午剖面正交且包含中心光線(主光線)2。的 剖面為弧矢剖面。
8可以通過將機(jī)械性的長條狀的光圈配置在子午剖面的入射光瞳6Y
位置上來設(shè)置耀光光圈，也可以使用以保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)為目的的外殼或?qū)?光不通過的部分涂黑的透明管狀的部件來作為耀光光圈。并且，對于像
面30側(cè)(下側(cè))的光圈，合用第1反射面11的反射涂層部分；而對于 與像面30相反一側(cè)(上側(cè))的光圈，由于與第2反射面12之間存在較 大的未使用區(qū)域，因此可以通過砂目處理并涂布黑色涂料來進(jìn)行合用， 而并不是光學(xué)面。
另一方面，在弧矢剖面內(nèi)，前組10是將中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)l作 為中心軸的旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)，因此光束也旋轉(zhuǎn)對稱地通過，從而與圓環(huán)狀 的像的像高相同的光束始終通過作為旋轉(zhuǎn)中心的中心軸1 (圖2)。因此， 沿與中心軸1正交的方向照射并到達(dá)圓環(huán)狀的像的圓周上的光束一旦通 過中心軸1之后就會到達(dá)像面30，在弧矢剖面內(nèi)被逆投影的開口 5存在 于中心軸1上。
另外，如上所述，由于使開口 5在子午剖面內(nèi)和弧矢剖面內(nèi)的逆投 影位置不同，因此需要使前組IO在包含中心軸1的面內(nèi)(Y-Z方向)和 與中心軸l正交的面內(nèi)(X-Z方向)的焦距不同。
在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，獨(dú)立地賦予通過繞中心軸1旋轉(zhuǎn)來確定第1 反射面11和第2反射面12的形狀的任意形狀的線段在子午剖面中的曲 率、和該情況下的相對于中心軸1的旋轉(zhuǎn)曲率即弧矢剖面的曲率，由此 通過對開口 5進(jìn)行逆投影來將子午剖面內(nèi)的入射光瞳6Y配置在第1反射 面11的外周與第2反射面12的外周之間，從而能夠大幅阻斷進(jìn)入到前 組10內(nèi)的無用光，能夠減少閃耀。
另一方面，在與中心軸l正交的弧矢剖面中，由于是旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)， 因此光束也旋轉(zhuǎn)對稱地通過，從而圓環(huán)上的相同像高的光束始終通過作 為旋轉(zhuǎn)中心的中心軸1 (圖2)。因此，在弧矢剖面中，到達(dá)圓周上的像 面30的光束在通過中心軸1后到達(dá)像面30，弧矢剖面內(nèi)的對光圈逆投影 之后的開口 5的像即弧矢剖面內(nèi)的入射光瞳6X存在于中心軸1上。
由于采用這樣的配置，因此，前組10由通過使能夠在子午剖面和弧 矢剖面中自由控制曲率的任意形狀的線段繞中心軸1旋轉(zhuǎn)而形成的、具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的面構(gòu)成，這一點(diǎn)是很重要的。而且，在前組io中，由 于利用偏心配置的具有屈光度的面ll、 12進(jìn)行反射，因此產(chǎn)生較大的偏
心像差。為了對此進(jìn)行校正，尤其重要的是反射面ll、 12要使用通過 使任意形狀的線段中使用了奇數(shù)次項(xiàng)等的不具有對稱面的任意形狀的線 段旋轉(zhuǎn)而獲得的面形狀。
并且，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，在包含中心軸l的剖面(子午剖面
圖1)內(nèi)，經(jīng)過入射光瞳6Y而從遠(yuǎn)方入射的光束2、 3U、 3L (光束3U 是從遠(yuǎn)方的天空側(cè)入射的光束，3L是從遠(yuǎn)方的地面?zhèn)热肷涞墓馐?在前 組10內(nèi)成像1次，并且，在與包含中心軸1的面正交且包含該光束的中 心光線2o的平面(弧矢剖面圖2)內(nèi)，這些光束2、 3U、 3L成像在第 1反射面11和第2反射面12之間的位置4X上。
另外，在圖1的實(shí)施例1的情況中，前組10的第1反射面11和第2 反射面12之間的空間為空氣或者真空，但是也可以填充折射率大于1的 樹脂等透明介質(zhì)。在該情況下，在子午剖面內(nèi)的入射光瞳6Y位置附近和 孔15附近形成有透射面(入射面、射出面)。此情況下，可以得到更小 型并且對像差進(jìn)行了良好的校正的光學(xué)系統(tǒng)。
而且，為了確保像的亮度，優(yōu)選將后組20設(shè)置為明亮的光學(xué)系統(tǒng)， 為此優(yōu)選后組20由至少2組透鏡構(gòu)成。
進(jìn)一步優(yōu)選，為了對在后組20中產(chǎn)生的色像差進(jìn)行校正，期望2組 透鏡中的至少1組由接合透鏡構(gòu)成。
進(jìn)一步優(yōu)選，期望第1反射面11的無論是子午剖面還是弧矢剖面， 都在上下方向的視場角中心的主光線2o所照射的區(qū)域中具有正屈光度。 這是為了表現(xiàn)出使凹面朝向中心軸1側(cè)的形狀從而隔著中心軸1將入射 光瞳6Y投影到相反側(cè)所必需的。除此以外的形狀無法對入射光瞳進(jìn)行逆 投影。
進(jìn)一步優(yōu)選，在子午剖面和弧矢剖面中，使從入射光瞳6Y到與中心 軸1同軸的開口 5之間的光瞳成像次數(shù)相同是重要的。在像差校正方面 上優(yōu)選為，在子午剖面和弧矢剖面中使光瞳成像次數(shù)都為1次，由此來 減小光學(xué)面的負(fù)擔(dān)。雖然其間只要具有至少一個正屈光度部件即可，但
10是像本發(fā)明這樣，由于將子午面剖面的入射光瞳6Y配置在遠(yuǎn)離中心軸1 的不干涉其他光線的位置，因此需要使作為主屈光度部件的2個反射面 11、 12的主點(diǎn)位置盡量設(shè)置在物體側(cè)。為此，優(yōu)選使主點(diǎn)靠前的、所謂
為正負(fù)組合的遠(yuǎn)攝型(telephototype)的配置。由此，在能夠遠(yuǎn)離中心軸 1配置入射光瞳6Y的同時，能夠?qū)㈤_口 5配置在比較靠近前組10的位 置上。
進(jìn)一步優(yōu)選，期望第2反射面12的無論子午剖面還是弧矢剖面，都 在主光線2o所照射的區(qū)域中具有負(fù)屈光度。
作為耀光光圈，可以在第l反射面ll外周附近，尤其是緊靠第l反 射面11的前方，配置繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的帶狀的狹縫(slit)。
進(jìn)一步優(yōu)選采用這樣的結(jié)構(gòu)通過中繼光學(xué)系統(tǒng)(實(shí)施例3)向第2 像面中繼(投影)成像在像面30上的圖像，或者通過本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng) 進(jìn)一步投影由中繼光學(xué)系統(tǒng)投影的圖像。尤其，在如上下方向的視場角 為30。以上這樣的廣視場角的情況下，由前組10變換的圓環(huán)狀的影像相 對于后組20也成為廣視場角影像。這是為了確保前組10的有效區(qū)域所 必需的。因此，后組20需要成為前面光圈的廣視場角光學(xué)系統(tǒng)，很難取 得背焦。另一方面，在進(jìn)行高分辨率的投影或攝像的情況下， 一般釆用 將光線分割為RGB三原色的3板方式的結(jié)構(gòu)，需要配置色合成棱鏡和色 分解棱鏡，但是在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，不能獲得放入這些棱鏡光學(xué)系統(tǒng)的 背焦。
因此，優(yōu)選在使用中繼光學(xué)系統(tǒng)對1次像進(jìn)行中繼的同時，確保放 入色合成棱鏡和色分解棱鏡的空間的結(jié)構(gòu)。并且，通過任意選擇中繼光 學(xué)系統(tǒng)的倍率，前組10的大小的自由度也增加。
進(jìn)一步優(yōu)選，在將中繼光學(xué)系統(tǒng)的背焦設(shè)為Fb、將由中繼光學(xué)系統(tǒng) 成的像的最大像高設(shè)為h。時，滿足如下條件
5<Fb/ho …(1)。
在超過該條件式(1)的下限5時，無法獲得用于放入色合成棱鏡和 顏色分解棱鏡的空間。
進(jìn)一步優(yōu)選，在將后組20的焦距設(shè)為f"將由前組10成的圓環(huán)狀的像的最大像高設(shè)為h時，滿足如下條件
10。< I tan" (h/fr) i …(2)。
該條件與后組20的視場角有關(guān)，當(dāng)獲得較大的投影視場角時，由前 組10所變換的圓環(huán)狀的像的視場角也變大。因此，后組20的視場角也 需要變大，在超過該條件式(2)的下限10°時，無法獲得較大的拍攝視 場角。
另外，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，具有將包含中心軸1的剖面(子午 剖面)內(nèi)的入射光瞳6Y投影在第1反射面11附近的特征，從而能夠有 效地配置用于防止重影等的耀光光圈。由此，能夠在包含中心軸1的剖 面中減小光學(xué)系統(tǒng)的入射區(qū)域，能夠有效地防止入射到前組10的無用光， 能夠從根本上有效地發(fā)揮針對閃耀的措施。并且，為了在確保較大的拍 攝視場角的同時使光學(xué)系統(tǒng)小型化，需要將構(gòu)成光圈的圓形的開口 5配 置在前組10的附近，為此，重要的是滿足以下條件式。
優(yōu)選在包含中心軸1的剖面中，在將從入射光瞳6Y位置到中心軸1 為止的距離設(shè)為A、將沿著入射光瞳6Y與開口 5的中心軸所測量的距離 設(shè)為B、并且將它們的比設(shè)為IA7BI時，滿足如下條件-
0.1<|A/B|<5 …(3)。
當(dāng)超過該條件式(3)的下限0.1時，入射光瞳6Y靠近中心軸1，從 而耀光容易進(jìn)入到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)。當(dāng)超過上限5時，開口5與前組10的距 離過長，特別是第1反射面11將射出前組10的光線遮擋，無法獲得較 大的拍攝視場角。
進(jìn)一步優(yōu)選滿足以下條件
0.2<|A/B|<2 …(3-1)。
以下示出后述的實(shí)施例1 3的條件式(1) (3)的值。
實(shí)施例1實(shí)施例1實(shí)施例 Fb/h0 - - 8.58
I tan" (h/fr) I 25.40 16.71 -
A 16.06 13.89 -B 19.20 22.43 -
|A/B| 0.840.62 -
以下，對本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例1 3進(jìn)行更詳細(xì)的說明。后面 將敘述這些光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。例如如圖1所示，這些實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 參數(shù)是基于從物體面經(jīng)過前組10和后組20達(dá)到像面的順光線追蹤的結(jié) 果的參數(shù)。
坐標(biāo)系在順光線追蹤中，例如如圖1所示，將入射光瞳6Y投影到旋 轉(zhuǎn)對稱軸(中心軸)l上的位置作為偏心光學(xué)系統(tǒng)的偏心光學(xué)面的原點(diǎn)， 將離開旋轉(zhuǎn)對稱軸(中心軸)1的像面30的方向作為Y軸正方向，將圖 1的紙面內(nèi)作為Y-Z平面。并且，將與圖1的紙面內(nèi)的當(dāng)前所考慮的入射 光瞳6Y側(cè)相反的一側(cè)的方向作為Z軸正方向，將與Y軸、Z軸構(gòu)成右 手正交坐標(biāo)系的軸作為X軸正方向。
對偏心面賦予與定義該面的坐標(biāo)系的上述光學(xué)系統(tǒng)的原點(diǎn)中心的 偏心量(分別用X、 Y、 Z表示X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)，和對 分別將由光學(xué)系統(tǒng)的原點(diǎn)所定義的坐標(biāo)系的X軸、Y軸、Z軸作為中心 的各面進(jìn)行定義的坐標(biāo)系的傾角(分別為a， (3, Y (。))。在該情況下，a 和p為正意味著相對于各軸的正方向逆時針旋轉(zhuǎn)，Y為正意味著相對于Z 軸的正方向順時針旋轉(zhuǎn)。另外，面的中心軸的a，卩，y旋轉(zhuǎn)的方法如下 首先使定義各面的坐標(biāo)系繞著由光學(xué)系統(tǒng)的原點(diǎn)所定義的坐標(biāo)系的X軸 逆時針旋轉(zhuǎn)a，然后繞著該旋轉(zhuǎn)后的新的坐標(biāo)系的Y軸逆時針旋轉(zhuǎn)卩，然 后繞著該旋轉(zhuǎn)后的又一個新的坐標(biāo)系的Z軸順時針旋轉(zhuǎn)Y。
并且，在構(gòu)成各實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用面中，在特定的面和 與其接續(xù)的面構(gòu)成共軸光學(xué)系統(tǒng)時，賦予了面間隔，另外按照常用方法 賦予面的曲率半徑、介質(zhì)的折射率以及阿貝(Abbe)數(shù)。
另外，與沒有作為數(shù)據(jù)記載于后述的結(jié)構(gòu)參數(shù)中的非球面相關(guān)的項(xiàng) 為0。關(guān)于折射率和阿貝數(shù)，在表中記載了針對d線(波長為587.56nm) 的折射率和阿貝數(shù)。長度單位是mm。如上所述，利用與入射光瞳6Y投 影到旋轉(zhuǎn)對稱軸(中心軸)1上的位置的偏心量來表示各面的偏心。另外，非球面為由以下定義式給予的旋轉(zhuǎn)對稱非球面。
Z= (Y2/R) /[1+{1國(l+k) Y2/R2}1/2]
+aY4+ bY6+cY8 +dY10+...
...(a)。
其中，設(shè)Z為軸，取Y為與軸垂直的方向。這里，R為近軸曲率半 徑，k為圓錐常數(shù)，a、 b、 c、 d、…分別為4次、6次、8次、IO次的非 球面系數(shù)。該定義式的Z軸成為旋轉(zhuǎn)對稱非球面的軸。
并且，擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面為由以下定義所給予的旋轉(zhuǎn)對稱面。
首先，定義在Y-Z坐標(biāo)面上通過原點(diǎn)的下述曲線(b)。
Z= (Y2/RY) (Q+l) Y2/RY2}1/2〗
C2Y+ C3Y2+ C4Y3+ CV^十C6Y5+ C7Y6+...+ C21Y20+...+
Cn+1Yn+...
…(b)。
接下來，定義將朝X軸正方向左旋轉(zhuǎn)為正而使該曲線(b)旋轉(zhuǎn)角度 9 (°)得到的曲線F (Y)。該曲線F (Y)也在Y-Z坐標(biāo)面上通過原點(diǎn)。
把可以使該曲線F (Y)向Z正方向平行移動距離R(負(fù)時向Z負(fù)方 向)，之后使該平行移動后的曲線繞著Y軸旋轉(zhuǎn)而得到的旋轉(zhuǎn)對稱面設(shè)為 擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面。
其結(jié)果，擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面在Y-Z面內(nèi)成為自由曲面(自由曲線)， 并且在X—Z面內(nèi)成為半徑為IRI的圓。
根據(jù)該定義，Y軸成為擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面的軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)。
這里，RY為在Y-Z剖面中的球面項(xiàng)的曲率半徑，d為圓錐常數(shù)， C2、 C3、 C4、 C5…分別為l次、2次、3次、4次…的非球面系數(shù)。
而且，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，前組10的至少1個反射面是這種擴(kuò) 展旋轉(zhuǎn)自由曲面，當(dāng)在Y-Z剖面中利用多項(xiàng)式來表示時，期望該反射面 具有使至少具有奇數(shù)次項(xiàng)而不具有對稱面的任意形狀的線段繞著中心軸 1旋轉(zhuǎn)所形成的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。通過使至少1個反射面具有這樣的面形 狀，能夠提供對反射光學(xué)系統(tǒng)中無法避免的偏心像差進(jìn)行校正且分辨率 良好的光學(xué)系統(tǒng)，同時能夠?qū)崿F(xiàn)該光學(xué)系統(tǒng)的小型化。圖1示出了沿實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)1而取得
的剖視圖，圖2示出了表示該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的俯視圖。另外，在圖2 中除示出了從方位角0。方向入射的光路之外，還示出了從士10。方向入射 的光路。
該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的前組10、繞中心軸1 旋轉(zhuǎn)對稱的后組20以及與中心軸1同軸地配置在前組10和后組20之間 的開口 5構(gòu)成，從遠(yuǎn)方的物體輸入的光束2依次經(jīng)過前組10和后組20 而成像在與中心軸1垂直的像面30的偏離中心軸1的位置上。在將中心 軸1設(shè)定為垂直(上下方向)的情況下，例如具有360°全方位(全周) 視場角的、天頂方向朝向圖像的中心方向且地平線為外側(cè)的圓的圓環(huán)狀 的圖像成像在像面30上。
前組10由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的第1反射面11和第2反射面12構(gòu) 成。并且，后組20由透鏡系統(tǒng)構(gòu)成，該透鏡系統(tǒng)具有正屈光度，包括4 片透鏡L1 L5并由3組構(gòu)成。
前組10由第1反射面11和第2反射面12構(gòu)成，第1反射面11隔 著中心軸1配置在與物體側(cè)相反的一側(cè)，第2反射面12相對于中心軸1 配置在與第1反射面11相同的一側(cè)，第1反射面11配置為比第2反射 面12更靠近像面30側(cè)。
而且，從遠(yuǎn)方入射的光束2經(jīng)過第1反射面11的外周與第2反射面 12的外周之間的子午剖面內(nèi)的入射光瞳6Y而進(jìn)入到第1反射面11和第 2反射面12之間，并被隔著中心軸1配置在與入射光瞳6Y相反一側(cè)的 第1反射面11反射到與像面30相反的一側(cè)，然后被相對于中心軸1配 置在與第1反射面11相同側(cè)的第2反射面12反射到像面30頂ij，然后在 第1反射面11的中心的孔15附近，通過與中心軸1同軸地配置在前組 10和后組20之間的構(gòu)成光圈的圓形開口 5,接著經(jīng)過正屈光度的后組20 而成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向上的規(guī)定位置上。該前組10 的第1反射面11和第2反射面12由擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面構(gòu)成。其中，圓 錐常數(shù)為0。
構(gòu)成后組20的透鏡系統(tǒng)從前組10側(cè)起依次包括由雙凸正透鏡Ll 、雙凸正透鏡L2和雙凹負(fù)透鏡L3構(gòu)成的接合透鏡；以及由雙凸正透鏡L4 和凹面朝向前組10側(cè)的負(fù)凹凸透鏡(meniscus lens)L5構(gòu)成的接合透鏡。
而且，在使中心軸l朝向垂直方向，使像面30朝向天頂方向來進(jìn)行 配置的情況下，從仰角20。方向的遠(yuǎn)方入射的中心光束2依次被前組10 的第1反射面11、第2反射面12反射，通過第1反射面11的中心的孔 15和開口 5，然后經(jīng)過后組20而成像在像面30的偏離中心軸1的半徑 方向的規(guī)定位置上。
在該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，將位于前組10與后組20之間的開口 (光 圈)5投影到物體側(cè)，在子午剖面內(nèi)使入射光瞳6Y形成在前組10的第1 反射面11的外周與第2反射面12的外周之間，并且，在弧矢剖面內(nèi)在 中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)1上成像為像6X，從而在中心軸1上形成入射光 瞳6X。
而且，在該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，在包含中心軸1的剖面(子午剖 面圖1)內(nèi)，經(jīng)過入射光瞳6Y而從遠(yuǎn)方入射的光束2、 3U、 3L (光束 3U是從遠(yuǎn)方的天空側(cè)入射的光束，3L是從遠(yuǎn)方的地面?zhèn)热肷涞墓馐?成 像在第2反射面12附近的位置4Y上，并且，在與包含中心軸1的面正 交且包含該光束的中心光線2o的平面(弧矢剖面圖2)內(nèi)，這些光束2、 3U、 3L成像在第1反射面11和第2反射面12之間的位置4X上。
該實(shí)施例1的規(guī)格為
水平視場角 360°
垂直視場角 20° (中心視場角20° (仰角)) 入射光瞳直徑 0.92mm 像的大小 (D1.89 cD4.82mm
在該實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選在與地面平行地配置像面30的結(jié) 構(gòu)中，使用仰視天空側(cè)的視場角。
圖3示出了該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫向像差。在該橫向像差圖 中，示于中央的角度表示垂直方向的視場角，表示該視場角在Y方向(子 午方向)和X方向(弧矢方向)的橫向像差。其中，正視場角表示俯角， 負(fù)視場角表示仰角。以下同樣。圖4示出了沿實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)1而取得
的剖視圖，圖5示出了該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的俯視圖。另外，在圖5中 除示出了從方位角0。方向入射的光路之外，還示出了從±10°方向入射的光路。
本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)是利用折射率大于1的樹脂等透明介質(zhì)16來填 充前組10的第1反射面11與第2反射面12之間的空間的光學(xué)系統(tǒng)，該 光學(xué)系統(tǒng)由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的前組10、繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的后組 20以及與中心軸1同軸地配置在前組10和后組20之間的開口 5構(gòu)成， 從遠(yuǎn)方的物體輸入的光束2依次經(jīng)過前組10和后組20而成像在與中心 軸1垂直的像面30的偏離中心軸1的位置上，在將中心軸1設(shè)定為垂直 (上下方向)的情況下，例如具有360°全方位(全周)視場角的、天頂 方向朝向圖像的中心方向且地平線為外側(cè)的圓的圓環(huán)狀的圖像成像在像 面30上。
前組10除了具有繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的第1反射面11和第2反射 面12之外，還具有朝向透明介質(zhì)16中進(jìn)行入射的第1透射面13和從透 明介質(zhì)16進(jìn)行射出的第2透射面14，第1透射面13和第2透射面14都 呈現(xiàn)為繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。并且，第1透射面13相對于中心軸 1配置在物體側(cè)；第1反射面11隔著中心軸1配置在與第1透射面13相 反一側(cè)，并且配置為比第1透射面13更靠近像面30側(cè)；第2反射面12 相對于中心軸1配置在與第1反射面相同一側(cè)，并且相對于第2反射面 12配置在像面30的相反側(cè)；第2投射面14配置在第1反射面11的中心 的孔15附近并且比第1投射面11靠近像面30側(cè)。
并且，后組20由透鏡系統(tǒng)構(gòu)成，該透鏡系統(tǒng)具有正屈光度，包括5 片透鏡L1 L5并由3組構(gòu)成。
而且，從遠(yuǎn)方入射的光束2經(jīng)過第1透射面13進(jìn)入到透明介質(zhì)16 內(nèi)，由隔著中心軸1配置在與第1透射面13相反一側(cè)的第1反射面11 反射到與像面30相反的一側(cè)，然后由相對于中心軸1配置在與第1反射 面11相同側(cè)的第2反射面12反射到像面30側(cè)，經(jīng)過第2透射面14從 透明介質(zhì)16向外射出，之后依次經(jīng)過與中心軸1同軸地配置在前組10
17和后組20之間的構(gòu)成光圈的圓形開口 5和正屈光度的后組20，從而成像 在像面30的偏離中心軸1的半徑方向上的規(guī)定位置上。該前組10的第1 反射面ll、第2反射面12和第1透射面13由擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面構(gòu)成。 其中，圓錐常數(shù)為O。并且，第2透射面14由在中心軸1上具有面頂?shù)?旋轉(zhuǎn)對稱非球面構(gòu)成。
構(gòu)成后組20的透鏡系統(tǒng)從前組10側(cè)起依次包括由凹面朝向前組 10側(cè)的負(fù)凹凸透鏡L1、雙凸正透鏡L2和凹面朝向前組IO側(cè)的負(fù)凹凸透 鏡L3構(gòu)成的接合透鏡；以及由雙凸正透鏡L4和雙凹負(fù)透鏡L5構(gòu)成的接 合透鏡。
而且，在使中心軸1朝向垂直方向，使像面30朝向天頂方向來進(jìn)行 配置的情況下，從仰角22.5。方向的遠(yuǎn)方入射的中心光束2被作為前組10 的入射面的第1透射面13折射而進(jìn)入到前組10的透明介質(zhì)16內(nèi)，被第 1反射面11、第2反射面12依次反射的光束由第2透射面14折射而從 前組10的透明介質(zhì)向外射出，進(jìn)而經(jīng)過開口 5向后組20入射，從而成 像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向上的規(guī)定位置上。
在該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，將位于前組10與后組20之間的開口 (光 圈)5投影到物體側(cè)，在子午剖面內(nèi)使入射光瞳6Y形成在前組10的第1 反射面11的外周與第2反射面12的外周之間，并且，在弧矢剖面內(nèi)在 中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)1上成像為像6X，從而在中心軸1上形成入射光 瞳6X。
而且，在該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，在包含中心軸1的剖面(子午剖 面圖4)內(nèi)，經(jīng)過入射光瞳6Y而從遠(yuǎn)方入射的光束2、 3U、 3L (光束 3U是從遠(yuǎn)方的天空側(cè)入射的光束，3L是從遠(yuǎn)方的地面?zhèn)热肷涞墓馐?成 像在第1反射面11附近的位置4Y上，并且，在與包含中心軸1的面正 交且包含該光束的中心光線2o的平面(弧矢剖面圖5) 內(nèi)，這些光束2、 3U、 3L成像在第1反射面11和第2反射面12之間的位置4X上。 該實(shí)施例2的規(guī)格為 水平視場角 360° 垂直視場角 45° (中心視場角22.5° (仰角))入射光瞳直徑 1.68mm 像的大小 02.42 <D5.43mm
在該實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)中，第1反射面11配置為比第1透射面13 更靠近像面30側(cè)，第2反射面12相對于第1反射面11配置在像面30 的相反側(cè)，第2投射面14配置為比第1透射面13更靠近像面30側(cè)。
該實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選在與地面平行地配置像面30的結(jié)構(gòu)中， 使用仰視天空側(cè)的視場角。
圖6示出了該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫向像差。 圖7示出了沿實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)的中心軸1而取得的剖視圖。 并且，圖8示出了在將該實(shí)施例的中繼光學(xué)系統(tǒng)連接到實(shí)施例2的光學(xué) 系統(tǒng)的像面30側(cè)的情況下，沿中心軸1而取得的剖視圖。
該實(shí)施例是將成像在實(shí)施例1 2等本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的像面30上 的圓環(huán)狀的像中繼到第2像面40上的中繼光學(xué)系統(tǒng)50的實(shí)施例(圖8 示出了在將該實(shí)施例的中繼光學(xué)系統(tǒng)50連接到實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的像 面30側(cè)的情況下的剖視圖)。該中繼光學(xué)系統(tǒng)50是由從像面30側(cè)起依 次排列的凹面朝向物體側(cè)的正凹凸透鏡L1、雙凹負(fù)透鏡L2、凹面朝向物 體側(cè)的正凹凸透鏡L3、雙凸正透鏡L4、雙凸正透鏡L5、雙凸正透鏡L6 和雙凹負(fù)透鏡L7的接合透鏡、以及雙凸正透鏡L8構(gòu)成的7組8片結(jié)構(gòu)， 并且在雙凸正透鏡L8和第2像面40之間(背焦)配置有色分解棱鏡P (在投影光學(xué)系統(tǒng)的情況下為色合成棱鏡)。 該實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)50的規(guī)格為 倍率 1.0 焦距 145.34mm 入射側(cè)NA 0.22 物體高 (D6.00mm 像大小 (D6.00mm 圖9示出了該實(shí)施例的中繼光學(xué)系統(tǒng)50的橫向像差，圖10示出了 在將該實(shí)施例的中繼光學(xué)系統(tǒng)50連接到實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的像面30 側(cè)的情況下的整體的橫向像差。以下示出了上述實(shí)施例1 3的結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，以下的表中的"ASS" 表示非球面，"ERFS"表示擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面。并且"RE"分別表示反射面。
實(shí)施例i
面編號曲率半徑 面間隔偏'"折射率f^J貝tfe
CO
1 > (入射光疃面)偏心(l)
2ERFS[l〗(RE)偏心(2)
3ERJFSK〗(RE)偏心(3〉
4oo(光圏)偏心(4)
57.562^501.711847.6
6-23,200,10
77.662L50! ■5U
8-4S6JLOO這0覽7
90.10
105,453.001.5鄉(xiāng)61.9
111.001.6378346
12-2a 241.00
像面CO
ERFSU〗
RY ，37
0老44
R11,53
Cs-1.娜8 xl0-2
8.7260 xl(T5
c5-2>鵬xl(T6RY-3L77
-85.06
R5.20
c3! 4294離2
c《4_7975 X妒
cs-2^4349 XIG-5
偏心(l)
XO.(X) Y 0.00Z-諸
0,00 0.000.00
偏心.(2)
X0,00 Y -10,04zo.oo
0.00
.僻心(3)
X0.00 Y 1.33z0,00
&0.00 jS 0.00o.oo
偏心(4)
0.00 Y -1470z固
a "SO. 00石0.00 7 0.00
實(shí)施例2
面編號曲率半徑 面間隔偏心折射率r^r貝數(shù)
oo
1CO (入射光瞳面)偏心(l)
2ERFSm偏'鄉(xiāng)1.5247
ERFS[23 (RE)偏心(s)56.2
4ERFS[3〗(RE)偏心(4)1.524756.2
ASS[l]偏心(5)
CO (光圈)L52偏心(6)
6.886,02忠.4
8-8.120,20<formula>formula see original document page 22</formula>偏心(l)
X睛Y0.00 Z
a o.oo /3 o:oo y
偏心(2〉 X0.00 Y0,00 Z a0,00 /90,00 7
偏心(3) X0.00 Y Z aO.OO ^0.00 y
偏心(4) X0.00 Y3 15 Z a0.000.00 y
偏心(5) X0.00 Y -2L83 Z
偏心(6〉 X0.00 Y -22.43 Z a "90.00 -0.00 r
實(shí)施例3
面線號曲率舉徑
1 -226>44
2 -14.90
3 -7.82
4 4&70
5 -浪37
6 -14.28
7 29L 23
8 -15.60
13_89
aoo
0.00 0.00
0.00
0.00
a oo aoo
0,00
aoo o,oo
折射率[i可貝數(shù)
1.8061 40.9
1.8061 肌g
L鵬l 71.3
L鄉(xiāng)l 71.3
面間隔偏心
請 4.28 1^39
L73 418 0'20 7,00 O.幼92(X706.261.497081.5
■50.270.20
1119.796,131.487570.2
12-2416LOOL8啦40.9
1312 8420.83
1454775.40通O548
15-30l58100
招CO20.00i.5163611
17CO
像面-CO
在以上實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，在比前組io更靠近物體側(cè)的位置還附
加有Y復(fù)曲面透鏡(toric lens)，該Y復(fù)曲面透鏡也釆用由相對于Y軸(中 心軸1)旋轉(zhuǎn)對稱的面構(gòu)成的透鏡，該復(fù)曲面透鏡在X方向上不具有屈 光度，另一方面在Y方向(圖l的剖面內(nèi)等)上具有負(fù)屈光度，由此能 夠獲得較大的包含旋轉(zhuǎn)對稱軸1的剖面方向上的視場角。進(jìn)一步優(yōu)選， 該復(fù)曲面透鏡在Y-Z剖面內(nèi)構(gòu)成為凸面朝向物體側(cè)的負(fù)凹凸透鏡形狀， 由此能夠使像失真的發(fā)生成為最小，能夠進(jìn)行良好的像差校正。
而且，在前組10的物體側(cè)不限于剖面為負(fù)凹凸透鏡形狀的1個Y復(fù) 曲面透鏡，通過利用2片或3片凹凸形狀的透鏡來構(gòu)成能夠進(jìn)一步減少 像失真的發(fā)生。并且，不限于透鏡，利用相對于中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱的反 射面或棱鏡來對光線進(jìn)行反射、折射也能夠容易地對任意方向進(jìn)行拍攝 或觀察。
并且，在以上實(shí)施例中，利用通過使任意形狀的線段繞旋轉(zhuǎn)對稱軸1 旋轉(zhuǎn)而形成的、在旋轉(zhuǎn)對稱軸1上不具有面頂?shù)臄U(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面來分 別構(gòu)成前組10的反射面、折射面，但是可以分別簡單地置換為任意的曲 面。
并且，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)在定義用于形成旋轉(zhuǎn)對稱面的任意形狀的 線段的式子中使用了包含奇數(shù)次項(xiàng)的式子，由此來對由偏心產(chǎn)生的像面 的傾斜、光圈的逆投影時的光瞳像差進(jìn)行校正。并且，通過原樣地使用構(gòu)成本發(fā)明的前組10的繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對稱
的透明介質(zhì)，能夠拍攝或投影具有360。全方位視場角的圖像，但也可以利 用包含中心軸1的剖面將該透明介質(zhì)截斷成為2分之1、 3分之1、以及 3分之2等，由此來拍攝或投影繞中心軸1的視場角為180°、 120°、以及 240。等的圖像。
另外，如實(shí)施例l所述，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的前組10只由2片反 射面11、 12構(gòu)成的情況下，如圖12 (b)所示，這樣的前組IO使第1反 射面ll、第2反射面12同心地形成在相同直徑的各圓筒體ir、 12，上， 將一個圓筒體ll'上下反轉(zhuǎn)以使第1反射面11與第2反射面12彼此相面 對，從內(nèi)徑與圓筒體ll'、 12'的外徑相同的透明圓筒體19的兩端將圓筒
體lr、i2'插入到該圓筒體19中，并以保持規(guī)定間隔的方式將圓筒體ir、
12'固定到圓筒體19上，由此能夠簡單地獲得圖12 (a)所示的前組IO。 以上，將本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)作為中心軸(旋轉(zhuǎn)對稱軸)1朝向垂直 方向的、用于獲得包含天頂?shù)?60°全方面(全周)視場角的圖像的攝像 或觀察光學(xué)系統(tǒng)而進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限于攝影光學(xué)系統(tǒng)、觀察 光學(xué)系統(tǒng)，也可以用作使光路相反、并以包含天頂?shù)?60。全方位(全周) 視場角來投影圖像的投影光學(xué)系統(tǒng)。并且，對于內(nèi)窺鏡而言，還可以用 作管內(nèi)觀察裝置的全周觀察光學(xué)系統(tǒng)。
以下，作為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用例，說明全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31 或全景投影光學(xué)系統(tǒng)32的使用例。圖13是用于示出使用本發(fā)明的全景 攝影光學(xué)系統(tǒng)31來作為內(nèi)窺鏡前端的攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖，圖13 (a)是將本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31安裝在硬性內(nèi)窺鏡41前端來對 360。全方位圖像進(jìn)行拍攝觀察的例子。圖13 (b)示出了其前端的概略結(jié) 構(gòu)。在本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31的前組10的入射光瞳6Y的周圍配 置有耀光光圈27以防止耀光的入射，該耀光光圈27由外殼等構(gòu)成，該 外殼具有沿圓周方向呈長條狀延伸的開口 26。并且，圖13 (c)是同樣 將本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31安裝在軟性電子內(nèi)窺鏡42的前端，并 通過對所拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理來校正失真從而在顯示裝置43上進(jìn)行 顯示的例子。
25圖14 (a)是示出在汽車48的各角部和頭部的電極頂部安裝多個本 發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31來作為攝影光學(xué)系統(tǒng)、并對由各全景攝影光 學(xué)系統(tǒng)31拍攝的圖像進(jìn)行圖像處理來校正失真同時在車內(nèi)的顯示裝置上 進(jìn)行顯示的例子。圖14 (b)示出了其前端的概略結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的全景 攝影光學(xué)系統(tǒng)31的前組10的入射光瞳6Y的周圍配置有耀光光圈27以 防止耀光的入射，該耀光光圈27由外殼等構(gòu)成，該外殼具有沿圓周方向 呈長條狀延伸的開口26。
圖15是這樣的例子使用本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)32來作為投 影裝置44的投影光學(xué)系統(tǒng)，將全景圖像顯示在配置于其像面上的顯示元 件上，從而通過全景投影光學(xué)系統(tǒng)32將360。全方位圖像投影顯示在360° 全方位地配置的屏幕45上。
在圖16中，將使用了本發(fā)明的全景投影光學(xué)系統(tǒng)31的攝影裝置49 安裝在建筑物47的外部，將使用了本發(fā)明的全景投影光學(xué)系統(tǒng)32的攝 影裝置44配置在室內(nèi)，并采用經(jīng)由電線46將攝影裝置49所拍攝的影像 傳送給投影裝置44的方式來進(jìn)行連接。在這樣的配置中，示出了這樣的 例子通過全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31由攝影裝置49拍攝室外360。全方位被 攝體O，經(jīng)由電線46將其影像信號傳送給投影裝置44,將該影像顯示在 配置于像面上的顯示元件上，從而通過全景投影光學(xué)系統(tǒng)32將被攝體0 的影像O，投影顯示在室內(nèi)的壁面等上。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)以上的本發(fā)明，能夠獲得用于獲得不會受到耀光影響的小型且 對像差進(jìn)行了良好校正的分辨率優(yōu)良的具有360°全方位(全周)視場角 的圖像的光學(xué)系統(tǒng)，或者用于以360。全方位視場角對圖像進(jìn)行投影的光 學(xué)系統(tǒng)。
2權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)系統(tǒng)，其將具有360°全方位視場角的圖像成像在像面上，或者以360°全方位視場角對配置在像面上的圖像進(jìn)行投影，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)具有前組，其具有繞中心軸旋轉(zhuǎn)對稱的至少2個反射面；以及后組，其繞中心軸旋轉(zhuǎn)對稱并且具有正屈光度，在成像系統(tǒng)的情況下，所述前組按照光線的前進(jìn)順序依次包括第1反射面和第2反射面，在投影系統(tǒng)的情況下，所述前組按照與光線的前進(jìn)順序相反的順序依次包括第1反射面和第2反射面，所述第1反射面隔著中心軸配置在與包含來自遠(yuǎn)方的光束入射的中心軸的剖面內(nèi)的入射光瞳相反的一側(cè)，所述第2反射面相對于中心軸配置在與所述第1反射面相同的一側(cè)，所述第1反射面的面中心位于中心軸方向上比所述第2反射面的面中心更靠近所述后組側(cè)的位置上，在所述第1反射面的外周與所述第2反射面的外周之間配置有包含中心軸的剖面內(nèi)的入射光瞳，從遠(yuǎn)方入射的光束依次經(jīng)過所述前組和所述后組而成像在所述像面的偏離中心軸的位置上，并且，在包含中心軸的剖面內(nèi)入射光瞳位于偏離中心軸的位置上，在與包含中心軸的面正交并且包含該光束的中心光線的平面內(nèi)入射光瞳位于中心軸上，所述后組由至少2組具有正屈光度的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述后組由旋轉(zhuǎn)對稱的同軸折射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述第1反射面的子午剖面和弧矢剖面都具有正屈光度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述第2反射面的子午剖面和弧矢剖面都具有負(fù)屈光度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光學(xué)系統(tǒng)具有開口 ，該開口與中心軸同軸地配置在比所述前組更靠近像面?zhèn)鹊娜魏挝恢蒙稀?br> 6. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，至少1個反射面具有使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸旋 轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 至少1個反射面具有使包含奇數(shù)次項(xiàng)的任意形狀的線段繞中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 在包含中心軸的剖面內(nèi)，在入射光瞳附近配置有耀光光圈，該耀光光圈僅在包含中心軸的剖面內(nèi)對開口進(jìn)行限制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 在包含中心軸的剖面內(nèi)，在入射光瞳附近配置有耀光光圈，該耀光光圈僅在包含中心軸的剖面內(nèi)對開口進(jìn)行限制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 所述光學(xué)系統(tǒng)具有中繼光學(xué)系統(tǒng)，在成像系統(tǒng)的情況下，該中繼光學(xué)系統(tǒng)按照光線的前進(jìn)順序向第2像面中繼成像在所述像面上的圖像， 在投影系統(tǒng)的情況下，該中繼光學(xué)系統(tǒng)按照與光線的前進(jìn)順序相反的順 序向第2像面中繼成像在所述像面上的圖像。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于， 在將所述中繼光學(xué)系統(tǒng)的背焦設(shè)為Fb、將由所述中繼光學(xué)系統(tǒng)成的像的最大像高設(shè)為h。時，滿足如下條件5<Fb/h0 …(1)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在將所述后組的焦距設(shè)為f;、將由所述前組成的圓環(huán)狀的像的最大像高設(shè)為h時，滿足如下條件10。< I tan-1 (h/fr) I …(2)。
13. —種內(nèi)窺鏡，其特征在于，該內(nèi)窺鏡具有權(quán)利要求1 3中任一 項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于對具有360°全方位(全周)視場角的圖像進(jìn)行拍攝、或以360°全方位(全周)視場角對圖像進(jìn)行投影的小型的耀光少且分辨率好的光學(xué)系統(tǒng)，具有前組(10)和后組(20)，該前組(10)具有繞中心軸(1)旋轉(zhuǎn)對稱的2個反射面(11、12)，該后組(20)繞中心軸旋轉(zhuǎn)對稱并擁有正屈光度，包括配置在入射光瞳(6Y)相反側(cè)的第1反射面(11)和配置在第1反射面(11)相同側(cè)的第2反射面(12)，在第1反射面(11)的外周與第2反射面(12)的外周之間配置有包含中心軸的剖面內(nèi)的入射光瞳(6Y)，從遠(yuǎn)方入射的光束(2)依次經(jīng)過前組(10)和后組(20)成像在像面(30)的偏離中心軸的位置上，在包含中心軸的剖面內(nèi)，入射光瞳(6Y)位于偏離中心軸的位置上，在與包含中心軸的面正交且包含該光束的中心光線的平面內(nèi)，入射光瞳(6Y)位于中心軸上，后組(20)由至少2組構(gòu)成。
文檔編號G02B17/08GK101473261SQ20078002233
公開日2009年7月1日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者中村紳, 研野孝吉 申請人:奧林巴斯株式會社