專利名稱：光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請(qǐng)根據(jù)2006年6月9日在日本提出的日本專利申請(qǐng)第2006-160623號(hào)所主張的權(quán)利，在此結(jié)合其內(nèi)容作為參考。
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)，特別地涉及這樣的光學(xué)系統(tǒng)小型且分辨率好，適合于將具有360°全方位視場(chǎng)角的圖像成像在像面上或者將配置在像面上的圖像以360°全方位視場(chǎng)角進(jìn)行投影的全景照相機(jī)、全景投影機(jī)等。
背景技術(shù)：
迄今為止，作為使用反射光學(xué)系統(tǒng)的、能得到360°全方位(整周)的圖像的光學(xué)系統(tǒng)，如專利文獻(xiàn)1、2、3中公開那樣的反射光學(xué)系統(tǒng)已為公眾所知，該反射光學(xué)系統(tǒng)具有前組，其由具有兩個(gè)內(nèi)側(cè)反射面和兩個(gè)透射面的繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的透明介質(zhì)構(gòu)成；和后組，其繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且具有正屈光度。
專利文獻(xiàn)1美國(guó)專利第4,566,763號(hào)說(shuō)明書專利文獻(xiàn)2美國(guó)專利第5,473,474號(hào)說(shuō)明書專利文獻(xiàn)3美國(guó)專利第6,611,282號(hào)說(shuō)明書但是，上述現(xiàn)有例的任何一種都具有這樣的問題在將光學(xué)系統(tǒng)朝向頂棚進(jìn)行整周攝像的情況下，由于在包含中心軸的截面內(nèi)的入射瞳被配置在中心軸附近，因此入射面的朝向光學(xué)系統(tǒng)的有效直徑變大，來(lái)自頂棚方向的有害的眩光大量入射到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，導(dǎo)致圖像劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于現(xiàn)有技術(shù)的這些問題而完成的，其目的在于提供一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)小型、眩光少且分辨率好，既能用于對(duì)具有360°全方位(整周)視場(chǎng)角的圖像進(jìn)行攝影，又能以360°全方位(整周)視場(chǎng)角來(lái)投影圖像。
為達(dá)成上述目的的本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)是一種這樣的光學(xué)系統(tǒng)，其將具有360°全方位視場(chǎng)角的圖像成像在像面上，或者將配置在像面上的圖像以360°全方位的視場(chǎng)角進(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(duì)稱的至少2個(gè)反射面；和后組，其繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱并具有正屈光度，所述前組在光學(xué)系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)的情況下按光線的前進(jìn)順序，在光學(xué)系統(tǒng)作為投影系統(tǒng)的情況下按與光線前進(jìn)的順序相反的順序，包含第一反射面，該第一反射面在包含來(lái)自遠(yuǎn)方的光束入射的中心軸的截面內(nèi)，配置在隔著中心軸與入射瞳相反側(cè)；和第二反射面，其配置在隔著中心軸與所述第一反射面相反側(cè)，所述第一反射面的面中心位于在中心軸方向上比所述第二反射面的面中心靠近所述后組側(cè)，包含中心軸的截面內(nèi)的入射瞳配置在所述第一反射面的外周與所述第二反射面的外周之間，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，在包含中心軸的截面內(nèi)，入射瞳位于偏離中心軸的位置，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)選為，所述后組由旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的同軸折射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
此外優(yōu)選為，所述第一反射面的子午截面、弧矢截面都具有正屈光度。
此外優(yōu)選為，所述第二反射面的子午截面、弧矢截面都具有正屈光度。
此外優(yōu)選為，所述第一反射面和所述第二反射面中任何一個(gè)的子午截面、弧矢截面都具有正屈光度。
此外優(yōu)選為，該光學(xué)系統(tǒng)具有孔徑，該孔徑與中心軸同軸地配置在比所述前組靠近像面?zhèn)鹊娜魏我粋€(gè)位置上。
此外優(yōu)選為，至少1個(gè)反射面具有由不具有對(duì)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(duì)稱形狀。
在該情況下優(yōu)選為，至少1個(gè)反射面具有由包含奇次項(xiàng)的任意形狀的線段繞中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。
此外優(yōu)選為，在包含中心軸的截面內(nèi)，在入射瞳附近配置有只在包含中心軸的截面內(nèi)限制孔徑的眩光光闌。
此外優(yōu)選為，該光學(xué)系統(tǒng)具有中繼光學(xué)系統(tǒng)，該中繼光學(xué)系統(tǒng)在光學(xué)系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)的情況下按光線的前進(jìn)順序，在光學(xué)系統(tǒng)作為投影系統(tǒng)的情況下按與光線前進(jìn)的順序相反的順序，將反復(fù)成像在所述像面上的圖像中繼到第二像面上。
在此情況下，當(dāng)將所述中繼光學(xué)系統(tǒng)的后焦距設(shè)為Fb，將所述中繼光學(xué)系統(tǒng)成像的像的最大像高設(shè)為h0時(shí)，優(yōu)選滿足如下條件5＜Fb/h0…(1)。
此外，當(dāng)將所述后組的焦距設(shè)為fr，將由所述前組形成的圓環(huán)狀的像的最大像高設(shè)為h時(shí)，優(yōu)選滿足如下條件10°＜|tan-1(h/fr)|…(2)。
根據(jù)以上的本發(fā)明，可得到這樣的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)不會(huì)受到眩光的影響，既小型又可對(duì)像差良好地進(jìn)行校正使分辨率好，從而既可得到具有360°全方位(整周)的視場(chǎng)角的圖像，又可用于以360°全方位的視場(chǎng)角投影圖像。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，部分是顯而易見的，部分根據(jù)說(shuō)明書是顯而易見的。
因此，本發(fā)明包含其結(jié)構(gòu)特征，元件的組合，以及零部件的配置，它們將在以下進(jìn)行陳述和舉例說(shuō)明，發(fā)明的范圍將在權(quán)利要求書中提出。


圖1是沿本發(fā)明的實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸截取的剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的平面圖。
圖3是實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫像差圖。
圖4是沿本發(fā)明的實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸截取的剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的平面圖。
圖6是實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫像差圖。
圖7是沿本發(fā)明的實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)的中心軸截取的剖面圖。
圖8是將該實(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下沿中心軸截取的剖面圖。
圖9是實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。
圖10是圖8的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫像差圖。
圖11是用于說(shuō)明子午截面和弧矢截面的定義的圖。
圖12是用于說(shuō)明只由2個(gè)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是用于表示使用本發(fā)明所述的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)作為內(nèi)窺鏡前端的攝影光學(xué)系統(tǒng)的示例圖。
圖14是用于表示在汽車的各拐角和頭部的圓頂頂部使用本發(fā)明所述的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)作為攝影光學(xué)系統(tǒng)的示例圖。
圖15是用于表示使用本發(fā)明所述的全景投影光學(xué)系統(tǒng)作為投影裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)的示例圖。
圖16是用于表示經(jīng)由本發(fā)明所述的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)對(duì)室外的被攝體進(jìn)行攝影并在室內(nèi)通過本發(fā)明所述的全景投影光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行投影顯示的示例圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)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(duì)稱軸)截取的剖面圖，圖2是表示該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的平面圖。利用這些圖1、圖2，說(shuō)明本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)。并且，以下的說(shuō)明是作為成像光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明的，但也可以用作沿逆光路將圖像以360°全方位(整周)進(jìn)行投影的投影光學(xué)系統(tǒng)。并且，在圖2中，表示從方位角0°方向入射的光路以及從±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(duì)稱的前組10以及繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的后組20構(gòu)成，從遠(yuǎn)方物體入射的光束2，依次經(jīng)過前組10和后組20，成像在垂直中心軸1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(duì)稱的第一反射面11以及第二反射面12構(gòu)成。此外，后組20由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且具有正屈光度的透鏡系統(tǒng)等的同軸折射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
在前組10中，第一反射面11的面中心(與中心軸1相交的點(diǎn))在中心軸1方向上，位于比第二反射面12的面中心靠近后組20側(cè)，此外，包含中心軸1的截面(子午截面)內(nèi)的入射瞳6Y配置在第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間。
進(jìn)而，從遠(yuǎn)方入射的光束2，經(jīng)過子午截面內(nèi)的入射瞳6Y進(jìn)入第一反射面11與第二反射面12之間，由隔著中心軸1而配置在與物體相反側(cè)的第一反射面11，反射到像面30的相反側(cè)，由相對(duì)于中心軸1配置在物體側(cè)的第二反射面12反射到像面30側(cè)，經(jīng)過設(shè)置在第一反射面11中心的孔15，進(jìn)入與中心軸1同軸地配置在前組10與后組20之間并構(gòu)成光闌的圓形孔徑5中，然后經(jīng)過正屈光度的后組20，成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向的預(yù)定位置上。
這樣地，前組10的作用是接收從整個(gè)周圍的圖像向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸(中心軸)1射來(lái)的光束，并變換成圓環(huán)狀的中空像。進(jìn)而，后組20的作用是將該圓環(huán)狀的中空像投影到位于像面30上的攝像元件的平面上，此外，也可利用后組20對(duì)由前組10校正不足的像面彎曲或像散進(jìn)行校正。
進(jìn)而，配置在前組10與后組20之間且構(gòu)成光闌的圓形孔徑5，通過由前組10逆投影而形成入射瞳，但本發(fā)明的特征在于，在子午截面內(nèi)，可以將該入射瞳作為子午方向的入射瞳6Y配置在第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間，并且在弧矢截面內(nèi)，將該入射瞳作為弧矢方向的入射瞳6X投影在中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1上。
在現(xiàn)有例(專利文獻(xiàn)1)中，由于無(wú)論子午截面內(nèi)的入射瞳還是弧矢截面內(nèi)的入射瞳都被配置在中心軸上，因此不能有效地配置用于阻斷有害光的眩光光闌。
在本發(fā)明中，為了防止有害的眩光透過孔徑進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，只在子午截面內(nèi)將入射瞳6Y配置在第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間，從而可以將第一反射面11和第二反射面12的邊緣作為用于阻斷眩光的光闌使用，可以大幅度地阻斷進(jìn)入前組10內(nèi)的無(wú)用光，能夠減少眩光。
并且，子午截面和弧矢截面是如圖11所示那樣定義的。圖11(a)是表示本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的概略光路的立體圖，圖11(b)是表示在像面30上的視場(chǎng)角中心位置的截面的圖。亦即，子午截面是包含光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1和到達(dá)視場(chǎng)角中心的中心光束的中心光線(主光線)20的截面，而弧矢截面是與該子午截面正交并包含中心光線(主光線)20的截面。
還可以在子午截面的入射瞳6Y位置上配置機(jī)械性窄縫狀的光闌作為眩光光闌，也可以將以光學(xué)系統(tǒng)的保護(hù)為目的的殼體或?qū)⒐饩€不通過的部分涂黑的透明管狀的部件用作眩光光闌。此外，對(duì)于像面30側(cè)(下側(cè))的光闌，可以并用第一反射面11的反射涂層部分；對(duì)于像面30的相反側(cè)(上側(cè))的光闌，由于在與第二反射面12之間存在大量不使用區(qū)域，因此通過使該區(qū)域不形成為光學(xué)面，而進(jìn)行劃痕處理以及涂覆黑色涂料得以并用為光闌。
另一方面，在弧矢截面內(nèi)，由于前組10是以中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1作為中心軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱系統(tǒng)，因此光束也旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地通過，像高與圓環(huán)狀的像相同的光束始終通過作為旋轉(zhuǎn)中心的中心軸1上(圖2)。因此，到達(dá)照射到與中心軸1正交的方向的圓環(huán)狀的像的圓周上的光束一旦通過中心軸1上之后就到達(dá)像面30，在弧矢截面內(nèi)被逆投影的孔徑5存在于中心軸1上。
并且，為了使孔徑5的在子午截面內(nèi)和弧矢截面內(nèi)的逆投影位置如所述那樣錯(cuò)開，就需要使前組10在包含中心軸1的面內(nèi)(Y-Z方向)和在與中心軸1正交的面內(nèi)(X-Z方向)上的焦距不同。
在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，使任意線段繞中心軸1旋轉(zhuǎn)以確定第一反射面11和第二反射面12的形狀，該任意形狀的線段在子午截面內(nèi)的曲率以及在該情況下相對(duì)于中心軸1的旋轉(zhuǎn)曲率即弧矢截面的曲率被分別單獨(dú)地給定，從而孔徑5被逆投影并成像為1次像6Y′，通過將再次被逆投影而成像的子午截面內(nèi)的入射瞳6Y配置在第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間，從而可大幅度地阻斷進(jìn)入前組10的無(wú)用光，從而可以減少眩光。
另一方面，在與中心軸1正交的弧矢截面中，由于是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱系統(tǒng)，因此光束也旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地通過，圓環(huán)上的像高相同的光束始終2次通過作為旋轉(zhuǎn)中心的中心軸1上(圖2)。從而，在弧矢截面中，到達(dá)圓周上的像面30的光束在2次通過中心軸1上之后到達(dá)像面30，弧矢截面的光闌的被逆投影的孔徑5的像、即弧矢截面內(nèi)的入射瞳6X存在于中心軸1上(像6X′是第一次成像的孔徑5的像)。
為了進(jìn)行這樣的配置，重要的是前組10由下述的面構(gòu)成該面是使可在子午截面和弧矢截面上自由控制曲率的任意形狀的線段繞中心軸1旋轉(zhuǎn)形成的，并且具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀。進(jìn)而，在前組10中，由于其利用偏心配置的具有屈光度的面11、12進(jìn)行反射，因此產(chǎn)生大的偏心像差。為了將其校正，特別在任意形狀的線段中采用奇次項(xiàng)等的不具有對(duì)稱面的任意形狀的線段，通過使該線段旋轉(zhuǎn)得到面形狀，反射面11、12使用上述的面形狀變得重要。
此外，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，將從遠(yuǎn)方經(jīng)由入射瞳6Y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?，在包含中心軸1的截面(子午截面圖1)內(nèi)，1次成像在第一反射面11與第二反射面12之間的位置4Y1上，再次成像在第二反射面12與孔徑5之間的位置4Y2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20的平面(弧矢截面圖2)內(nèi)，1次成像在第一反射面11與第二反射面12之間的位置4X1上，再次成像在第二反射面12與孔徑5之間的位置4X2上。
而且，在圖1的實(shí)施例1的情況下，前組10的第一反射面11與第二反射面12之間的空間是空氣或真空，但也可以由折射率大于1的樹脂等透明介質(zhì)充填。在此情況下，在子午截面內(nèi)的入射瞳6Y位置附近和孔15附近形成透射面(入射面，射出面)。在該情況下，可得到更小型且可良好地校正像差的光學(xué)系統(tǒng)。
進(jìn)而，為了確保像的亮度，優(yōu)選使后組20成為明亮的光學(xué)系統(tǒng)，為此，后組20優(yōu)選至少由2組透鏡構(gòu)成。
進(jìn)而，為了校正在后組20產(chǎn)生的色差，優(yōu)選在2組透鏡中至少有1組由接合透鏡構(gòu)成。
進(jìn)而，優(yōu)選第一反射面11無(wú)論是子午截面還是弧矢截面在上下方向的視場(chǎng)角中心的主光線20照到的區(qū)域中具有正屈光度。這表示第一反射面11是使凹面朝向中心軸1側(cè)的形狀，這對(duì)于為了使入射瞳6Y隔著中心軸1投影到相反側(cè)是必要的。在除此以外的形狀中，不能逆投影入射瞳。
進(jìn)而優(yōu)選第二反射面12的子午截面和弧矢截面在主光線20照到的區(qū)域中都具有正屈光度。這是因?yàn)樵谛枰?次投影入射瞳6Y、6Y′的光學(xué)系統(tǒng)中在必要的結(jié)構(gòu)中，為了將配置在前組10和后組20之間的與中心軸1同軸的孔徑5由第二反射面12逆投影到第一反射面11與第二反射面12之間，子午截面與弧矢截面需要都是具有正屈光度的凹面形狀的緣故。任何一方或兩方的截面為負(fù)屈光度的話，都不能將入射瞳6Y′投影到第一反射面11與第二反射面12之間。
進(jìn)而，優(yōu)選使從入射瞳6Y、6X直到與中心軸同軸的孔徑5為止的光瞳成像次數(shù)，在子午截面和弧矢截面中相同，這點(diǎn)是重要的。在后述的實(shí)施例1、2中，由于在子午截面和弧矢截面中都是成像2次，處于其間的具有主要光學(xué)屈光度的反射面11、12雙方都必須是正屈光度。
作為眩光光闌，只要在第二反射面12的外周附近，配置繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的環(huán)帶狀的窄縫即可。
進(jìn)而，優(yōu)選具有如下的結(jié)構(gòu)將成像在像面30上的圖像通過中繼光學(xué)系統(tǒng)(實(shí)施例3)向第二像面進(jìn)行中繼(投影)，或者將由中繼光學(xué)系統(tǒng)投影的圖像由本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行投影。特別地，在上下方向的視場(chǎng)角為30°以上那樣的廣視場(chǎng)角的情況下，由前組10變換后的圓環(huán)狀的影像相對(duì)于后組20也成為廣視場(chǎng)角影像。這是因?yàn)閷?duì)確保前組10的有效區(qū)域是必要的緣故。因此，必須使后組20成為前光闌的廣視場(chǎng)角的光學(xué)系統(tǒng)，從而難以得到后焦距。另一方面，在進(jìn)行高分辨率投影或攝影的情況下，一般采用將光線分為RGB三基色的3片式結(jié)構(gòu)，需要配置顏色合成棱鏡或分色棱鏡，但本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不能得到將這樣的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)加入進(jìn)來(lái)的后焦距。
因此，優(yōu)選具有當(dāng)利用中繼光學(xué)系統(tǒng)中繼一次像的同時(shí)可確保放入顏色合成棱鏡或分色棱鏡的空間的結(jié)構(gòu)。此外，通過任意選擇中繼光學(xué)系統(tǒng)的倍率，也可以增加前組10的尺寸的自由度。
進(jìn)而，優(yōu)選為，當(dāng)將中繼光學(xué)系統(tǒng)的后焦距設(shè)為Fb，將由中繼光學(xué)系統(tǒng)所成的像的最大像高設(shè)為h0時(shí)，優(yōu)選滿足如下條件5＜Fb/h0…(1)。
當(dāng)超過該條件式(1)的下限5時(shí)，就不能確保加入顏色合成棱鏡或分色棱鏡的空間。
進(jìn)而，當(dāng)將后組20的焦距設(shè)為fr，由前組10所成的圓環(huán)狀的像的最大像高設(shè)為h時(shí)，優(yōu)選滿足如下條件10°＜|tan-1(h/fr)| …(2)。
該條件涉及后組20的視場(chǎng)角，當(dāng)擴(kuò)大投影視場(chǎng)角時(shí)，前組10變換的圓環(huán)狀的像的視場(chǎng)角也變寬。因此，也必須擴(kuò)大后組20的視場(chǎng)角，當(dāng)超過條件式(2)的下限的10°時(shí)，就不能擴(kuò)大攝影視場(chǎng)角。
但是，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，其特征在于，包含中心軸1的截面(子午截面)內(nèi)的入射瞳6Y，被投影到從中心軸1離開的第二反射面12附近。這就能夠有效地配置可防止重影的眩光光闌。從而，就可以使光學(xué)系統(tǒng)的入射區(qū)域在包含中心軸1的截面中減小，就可以有效地防止入射到前組10的無(wú)用光，對(duì)根本性的眩光對(duì)策發(fā)揮效果。此外，為了既確保廣攝影視場(chǎng)角又使光學(xué)系統(tǒng)小型化，就必須將構(gòu)成光闌的圓形孔徑5配置在前組10附近，因此滿足以下的條件就很重要。
在包含中心軸1的截面中，當(dāng)將從入射瞳6Y位置起到中心軸1止的距離設(shè)定為A，將入射瞳6Y與孔徑5的沿中心軸1測(cè)得的距離設(shè)為B，以及將它們的比設(shè)為|A/B|時(shí)，優(yōu)選滿足如下條件
0.1＜|A/B|＜5…(3)。
當(dāng)超過條件式(3)的下限0.1時(shí)，入射瞳6Y接近中心軸，眩光就容易進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)。當(dāng)超過上限5時(shí)，孔徑5與前組10的距離就變得過長(zhǎng)，特別是在前組10射出的光線被第一反射面11遮斷，不能得到廣攝影視場(chǎng)角。
進(jìn)而，優(yōu)選滿足如下條件，0.2＜|A/B＜2…(3-1)。
以下，表示后述的實(shí)施例1～3的條件式(1)～(3)的值。
實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3Fb/h0- - 8.58|tan-1(h/fr)| 22.83 18.08 -A 15.44 15.44 -B 23.80 23.80 -|A/B| 0.65 0.65 -以下，對(duì)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例1～3更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。這些光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，將在后面記述。這些實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如像圖1所示，是根據(jù)從物體面經(jīng)由前組10和后組20到達(dá)像面30的順光線跟蹤的結(jié)果。
坐標(biāo)系在順光線跟蹤中，例如圖1所示，將入射瞳6Y投影到旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸(中心軸)1的位置，將該位置作為偏心光學(xué)系統(tǒng)的偏心光學(xué)面的原點(diǎn)，將從旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸(中心軸)1的離開像面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。進(jìn)而，將相對(duì)于圖1的紙面內(nèi)當(dāng)前正在考慮的入射瞳6Y一側(cè)的相反側(cè)的方向作為Z軸正方向，將與Y軸、Z軸一起構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系的軸作為X軸正方向。
對(duì)偏心面賦予如下量定義該面的坐標(biāo)系的從所述光學(xué)系統(tǒng)的原點(diǎn)的中心偏心的偏心量(將X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別設(shè)定為X、Y、Z)；和定義各面的坐標(biāo)系的傾角(分別為α、β、γ(°))，該各面以由光學(xué)系統(tǒng)原點(diǎn)定義的坐標(biāo)系的X軸、Y軸、Z軸為中心。在此情況下，α和β的正值指對(duì)各軸的正方向繞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，γ的正值是指對(duì)Z軸的正方向繞順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。并且，使面的中心軸旋轉(zhuǎn)α、β、γ的方法是將定義各面的坐標(biāo)系進(jìn)行如下動(dòng)作首先繞由光學(xué)系統(tǒng)原點(diǎn)定義的坐標(biāo)系的X軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)α，接著繞該旋轉(zhuǎn)后的新坐標(biāo)系的Y軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)β，然后繞該旋轉(zhuǎn)后的又一新坐標(biāo)系的Z軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)γ。
此外，構(gòu)成各實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用面中，在特定的面以及與其接續(xù)的面構(gòu)成共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下給定面間隔，除此之外，面的曲率半徑、介質(zhì)的折射率、阿貝數(shù)則是根據(jù)慣用的方法給定的。
并且，在后述的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，關(guān)于沒有記載數(shù)據(jù)的非球面的項(xiàng)是0。關(guān)于折射率、阿貝數(shù)，是表記為相對(duì)于d線(波長(zhǎng)587.56nm)的值。長(zhǎng)度的單位是mm。各面的偏心如上所述，利用從投影入射瞳6Y到旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸(中心軸)1上的位置的偏心量來(lái)表示。
并且，非球面是按以下的定義式給出的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面。
Z＝(Y2/R)/[1+{1-(1+k)Y2/R2}1/2]+aY4+bY6+cY8+dY10+……(a)此時(shí)，以Z作為軸，將Y取為與軸垂直的方向。此處，R是近軸曲率半徑、k是圓錐常數(shù)，a、b、c、d、…分別是4次、6次、8次、10次的非球面系數(shù)。該定義式的Z軸成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面的軸。
此外，擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面是由以下定義給出的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面。
首先，在Y-Z坐標(biāo)面上，確定通過原點(diǎn)的下述曲線(b)。
Z＝(Y2/RY)/[1+{1-(C1+1)Y2/RY2}1/2]+C2Y+C3Y2+C4Y3+C5Y4+C6Y5+C7Y6+…+C21Y20+…+Cn+1Yn+……(b)其次，確定以朝向X軸正方向繞左旋作為正而將該曲線(b)旋轉(zhuǎn)了角度θ(°)后的曲線F(Y)。該曲線F(Y)在Y-Z坐標(biāo)面上也通過原點(diǎn)。
將該曲線F(Y)沿Z正方向平行移動(dòng)距離R(負(fù)時(shí)沿Z負(fù)方向)，然后，使該平行移動(dòng)后的曲線繞Y軸旋轉(zhuǎn)，將所得到的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面作為擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面。
其結(jié)果是擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面在Y-Z面內(nèi)就成為自由曲面(自由曲線)，在X-Z面內(nèi)就成為半徑為|R|的圓。
根據(jù)該定義，Y軸就成為擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面的軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)。
此處，RY是在Y-Z截面內(nèi)的球面項(xiàng)的曲率半徑，C1是圓錐常數(shù)，C2、C3、C4、C5、…分別是1次、2次、3次、4次…的非球面系數(shù)。
進(jìn)而，在本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)中，前組10的至少1個(gè)反射面是這樣的擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面，對(duì)Y-Z截面，在用多項(xiàng)式表達(dá)的情況下，優(yōu)選具有將至少具有奇次項(xiàng)但不具有對(duì)稱面的任意形狀的線段，繞中心軸1旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀。通過使至少1個(gè)反射面具有這樣的面形狀，從而能夠在反射光學(xué)系統(tǒng)中校正不能避免的偏心像差來(lái)提供分辨率好的光學(xué)系統(tǒng)，并且可以使該光學(xué)系統(tǒng)小型化。
在圖1中表示沿實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖，在圖2中表示示出該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的平面圖。并且，在圖2中，表示從方位角0°方向入射的光路以及從±10°方向入射的光路。
該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)由如下部分構(gòu)成繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的前組10；繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的后組20；以及與中心軸1同軸配置在前組10與后組20之間的孔徑5。從遠(yuǎn)方物體入射的光束2，依次經(jīng)過前組10和后組20，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。當(dāng)將中心軸1設(shè)定為垂直(上下方向)的情況下，所成的像是具有例如360°全方位(整周)視場(chǎng)角的圖像，例如將頂棚方向朝圖像的中心方向且地平線成為外側(cè)的圓那樣的圓環(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(duì)稱的第一反射面11以及第二反射面12構(gòu)成。此外，后組20由包含4塊透鏡L1～L4且由2組構(gòu)成的具有正屈光度的透鏡構(gòu)成。
前組10由第一反射面11和第二反射面12構(gòu)成，第一反射面11配置在隔著中心軸1與物體側(cè)相反側(cè)，第二反射面12相對(duì)于中心軸1配置在物體側(cè)，第一反射面11配置在比第二反射面12靠近像面30側(cè)。
進(jìn)而，從遠(yuǎn)方入射的光束2，經(jīng)過第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間的子午截面內(nèi)的入射瞳6Y，進(jìn)入第一反射面11與第二反射面12之間，由配置在隔著中心軸1與入射瞳6Y相反側(cè)的第一反射面11反射到像面30的相反側(cè)，利用配置在相對(duì)于中心軸1與入射瞳6Y同側(cè)的第二反射面12反射到像面30側(cè)，通過第一反射面11的中心的孔15，在前組10與后組20之間依次經(jīng)過與中心軸1同軸配置并構(gòu)成光闌的圓形孔徑5以及具有正屈光度的后組20，成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向的預(yù)定位置上。該前組10的第一反射面11和第二反射面12由擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面構(gòu)成。此時(shí)，圓錐常數(shù)是0。
構(gòu)成后組20的透鏡系統(tǒng)從前組10側(cè)起依次由如下透鏡構(gòu)成使凸面朝向前組10側(cè)的負(fù)凹凸透鏡L1與雙凸正透鏡L2的接合透鏡；以及雙凸正透鏡L3與使凹面朝向前組10側(cè)的負(fù)凹凸透鏡L4的接合透鏡。
進(jìn)而，在使中心軸1朝向垂直方向、像面30朝向頂棚方向進(jìn)行配置的情況下，沿仰角30°方向從遠(yuǎn)方入射的中心光束2，按前組10的第一反射面11、第二反射面12的順序反射，通過第一反射面11的中心的孔15從前組10射出，經(jīng)由孔徑5入射到后組20，成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向的預(yù)定位置上。
在本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，位于前組10與后組20之間的孔徑(光闌)5被投影到物體側(cè)，在子午截面內(nèi)成像為1次像6Y′，使再次逆投影而成像的子午截面內(nèi)的入射瞳6Y形成在前組10的第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間，此外，在弧矢截面內(nèi)，在中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1上2次成像為像6X′、6X，將入射瞳6X形成在中心軸1上。
進(jìn)而，在本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，使經(jīng)過入射瞳6Y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?，在包含中心軸1的截面(子午截面圖1)內(nèi)，1次成像在第一反射面11與第二反射面12之間的位置4Y1上，再次成像在第二反射面12與孔徑5之間的位置4Y2上，并且在與包含中心軸1的面正交且在包含該光束的中心光線20的平面(弧矢截面圖2)內(nèi)，1次成像在第一反射面11與第二反射面12之間的位置4X1上，再次成像在第二反射面12與孔徑5之間的位置4X2上。
該實(shí)施例的技術(shù)規(guī)格是水平視場(chǎng)角360°垂直視場(chǎng)角30°(中心視場(chǎng)角30°(仰角))入射瞳直徑1.05mm像的大小 φ1.00～φ3.96mm本實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選為，在將像面30配置為與地面平行的結(jié)構(gòu)中，對(duì)仰視天空側(cè)的視場(chǎng)角進(jìn)行使用。
在圖3中表示本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫像差。在該橫像差圖中，在中央示出的角度，表示垂直方向的視場(chǎng)角，表示該視場(chǎng)角中的Y方向(子午方向)與X方向(弧矢方向)的橫像差。并且，正視場(chǎng)角表示俯角，負(fù)視場(chǎng)角表示仰角。以下相同。
在圖4中表示沿實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖，在圖5中表示示出該光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路的平面圖。并且，在圖5中表示從方位角0°方向入射的光路以及從±10°方向入射的光路。
本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)是在前組10的第一反射面11和第二反射面12之間的空間中，充填折射率比1大的樹脂等透明介質(zhì)16的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)由如下部分構(gòu)成繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的前組10；繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的后組20；以及與中心軸1同軸地配置在前組10與后組20之間的孔徑5。從遠(yuǎn)方物體入射的光束2，依次經(jīng)過前組10和后組20，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，所成的像是具有例如360°全方位(整周)視場(chǎng)角的圖像，例如將頂棚方向朝圖像的中心方向且地平線成為外側(cè)的圓那樣的圓環(huán)狀的圖像，成像在像面30上。
前組10除繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的第一反射面11和第二反射面12之外，還具有使光線入射到透明介質(zhì)16中的第一透射面13和使光線從透明介質(zhì)16射出的第二透射面14。第一透射面13、第二透射面14也具有繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的形狀。進(jìn)而，第一透射面13相對(duì)于對(duì)中心軸1配置在物體側(cè)，第一反射面11隔著中心軸1配置在第一透射面13的相反側(cè)，配置在比第一透射面13靠近像面30側(cè)，第二反射面12相對(duì)于中心軸1配置在與第一透射面13相同側(cè)，配置在比第一透射面13靠近像面30的相反側(cè)，第二透射面14配置在第一反射面11中心的孔15附近，配置在比第一透射面13更靠近像面30側(cè)。
此外，后組20由包含4塊透鏡L1～L4且由3組構(gòu)成的具有正屈光度的透鏡系構(gòu)成。
進(jìn)而，從遠(yuǎn)方入射的光束2，經(jīng)由第一透射面13進(jìn)入透明介質(zhì)16內(nèi)，由配置在隔著中心軸1與第一透射面13相反側(cè)的第一反射面11反射到像面30的相反側(cè)，由配置在相對(duì)于中心軸1與第一透射面13相同側(cè)的第二反射面12反射到像面30側(cè)，經(jīng)由第二透射面14從透明介質(zhì)16向外射出，依次經(jīng)過在前組10與后組20之間與中心軸1同軸配置且構(gòu)成光闌的圓形孔徑5以及正屈光度的后組20，成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向的預(yù)定位置上。該前組10的第一反射面11、第二反射面12以及第一透射面13是由擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面構(gòu)成的。
構(gòu)成后組20的透鏡系統(tǒng)，從前組10側(cè)起依次由如下透鏡構(gòu)成雙凸正透鏡L1；使凸面朝向前組10側(cè)的負(fù)凹凸透鏡L2與雙凸正透鏡L3的接合透鏡；以及雙凸正透鏡L4。
進(jìn)而，在使中心軸1朝向垂直方向、像面30朝向頂棚方向進(jìn)行配置的情況下，沿仰角22.5°方向從遠(yuǎn)方入射的中心光束2，由前組10的入射面的第一透射面13折射，進(jìn)入前組10的透明介質(zhì)16內(nèi)，依次被第一反射面11和第二反射面12反射的光束，由第二透射面14折射，從前組10的透明介質(zhì)射向外射出，經(jīng)由孔徑5入射到后組20，成像在像面30的偏離中心軸1的半徑方向的預(yù)定位置上。
在本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，位于前組10與后組20之間的開口(光闌)5被投影到物體側(cè)，在子午截面內(nèi)成像為1次像6Y′，使再次逆投影而成像的子午截面內(nèi)的入射瞳6Y形成在前組10的第一反射面11的外周與第二反射面12的外周之間的第一透射面13附近，此外，在弧矢截面內(nèi)，在中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1上2次成像為像6X′、6X，將入射瞳6X形成在中心軸1上。
進(jìn)而，在本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，使經(jīng)過入射瞳6Y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?，在包含中心軸1的截面(子午截面圖4)內(nèi)，1次成像在第一反射面11與第二反射面12之間的位置4Y1上，再次成像在第二反射面12與第二透射面14之間的位置4Y2上；此外在與包含中心軸1的面正交且包含該光束的中心光線20的平面(弧矢截面圖5)內(nèi)，1次成像在第一反射面11與第二反射面12之間的位置4X1上，再次成像在第二反射面12與第二透射面14之間的位置4X2上。
本實(shí)施例的技術(shù)規(guī)格是水平視場(chǎng)角360°垂直視場(chǎng)角45°(中心視場(chǎng)角22.5°(仰角))入射瞳直徑1.59mm像的大小 φ2.40～φ5.42mm在本實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)中，第一反射面11配置在比第一透射面13靠近像面30側(cè)，第二反射面12配置在比第一反射面11靠近像面30的相反側(cè)，第二透射面14配置在比第一透射面13靠近像面30側(cè)。
實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)選為，在將像面30配置為平行地面的結(jié)構(gòu)中，對(duì)仰視天空側(cè)的視場(chǎng)角進(jìn)行使用。
在圖6中，表示該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)整體的橫像差。
在圖7中表示沿實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)的中心軸1截取的剖面圖。此外，在圖8中表示將該實(shí)施例2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截取的剖面圖。
本實(shí)施例是中繼光學(xué)系統(tǒng)50的實(shí)施例，該中繼光學(xué)系統(tǒng)50將成像在實(shí)施例1～2等的本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的像面30上的圓環(huán)狀的像，中繼到第二像面40(在圖8中，表示將該實(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)的情況下的剖面圖)。該中繼光學(xué)系統(tǒng)50從像面30側(cè)起依次由如下透鏡構(gòu)成使凹面朝向物體側(cè)的正凹凸透鏡L1；雙凹負(fù)透鏡L2；使凹面朝向物體側(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與雙凹負(fù)透鏡L7的接合透鏡；以及雙凸正透鏡L8等7組8塊透鏡。在雙凸正透鏡L8與第二像面40之間(后焦距)，配置有分色棱鏡P(在投影光學(xué)系統(tǒng)的情況下是顏色合成棱鏡)。
本實(shí)施例3的中繼光學(xué)系統(tǒng)50的技術(shù)規(guī)格如下倍率1.0焦距145.34mm入射側(cè)NA(數(shù)值孔徑) 0.22物體高 φ6.00mm像的大小φ6.00mm在圖9中表示本實(shí)施例的中繼光學(xué)系統(tǒng)50的橫像差，在圖10中表示將本實(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像差。
以下，表示上述的實(shí)施例1～3的結(jié)構(gòu)參數(shù)。并且，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。此外，“RE”分別表示反射面。
實(shí)施例1表面號(hào) 曲率半徑 表面間隔位移和傾角反射率阿貝數(shù)對(duì)象∞∞平面1 ∞(入射瞳)(1)2 ERFS[1] (RE) (2)3 ERFS[2] (RE) (3)4 ∞(停止) (4)5 7.64 1.00 1.755227.66 3.00 3.00 1.666352.87 -17.900.108 5.09 4.00 1.659353.79 -4.00 1.00 1.755227.610 -10.662.06像 ∞
平面ERFS[1]RY -21.49θ -40.69R 11.06C31.2541×10-3C4-1.0828×10-4ERFS[2]RY 21.49θ -63.80R -7.89C34.0122×10-3C42.6203×10-4位移和傾角(1)X 0.00 Y 0.00 Z-15.44α 0.00 β0.00 γ 0.00位移和傾角(2)X 0.00 Y -15.41Z0.00α 0.00 β0.00 γ 0.00位移和傾角(3)X 0.00 Y 8.31 Z0.00α 0.00 β0.00 γ 0.00位移和傾角(4)X 0.00 Y -23.80Z0.00α -90.00 β0.00 γ 0.00實(shí)施例2表面號(hào) 曲率半徑 表面間隔 位移和傾角 反射率 阿貝數(shù)對(duì)象∞∞
平面1 ∞(入射瞳) (1)2 ERFS[1] (2)1.5247 56.23 ERFS[2] (RE) (3)1.5247 56.24 ERFS[3] (RE) (4)1.5247 56.25 ASS[1] (5)6 ∞(停止) 1.87(6)7 37.744.25 1.7725 49.68 -16.07 0.219 31.111.00 1.8467 23.8107.66 4.62 1.6230 58.111-21.58 0.201213.354.98 1.4970 81.513-17.20 4.01像∞平面ERFS[1]RY-14.88θ-52.59R -15.46C35.3125×10-2C4-9.1728×10-4ERFS[2]RY-27.05θ-27.52R 16.42C3-6.3001×10-4C43.2085×10-6ERFS[3]
RY 18.15θ -53.66R -10.43C3-8.2358×10-4C41.9194×10-4ASS[1]R -10.73K 0.0000a 4.1563×10-4位移和傾角(1)X 0.00 Y 0.00 Z -15.46α 0.00 β 0.00 γ 0.00位移和傾角(2)X 0.00 Y 0.00 Z 0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00位移和傾角(3)X 0.00 Y -12.39 Z 0.00α 0.00 β 0.00γ 0.00位移和傾角(4)X 0.00 Y 5.58 Z -10.43α 0.00 β 0.00 γ 0.00位移和傾角(5)X 0.00 Y -25.63 Z 0.00α -90.00β 0.00 γ 0.00位移和傾角(6)X 0.00 Y -27.63 Z 0.00α -90.00β 0.00 γ 0.00實(shí)施例3
表面號(hào) 曲率半徑 表面間隔 位移和傾角反射率阿貝數(shù)對(duì)象 ∞ 9.98平面1-226.44 4.28 1.806140.92-14.90 12.393-7.825.00 1.806140.9443.701.735-26.37 4.18 1.569171.36-14.28 0.207291.23 7.00 1.569171.38-15.60 0.40920.706.26 1.497081.510 -50.27 0.2011 19.796.13 1.487570.212 -24.16 1.00 1.806140.913 12.8420.8314 54.775.40 1.691054.815 -30.58 2.0016 ∞ 20.00 1.516364.117 ∞ 8.08像 ∞平面在以上的實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)中，進(jìn)一步在前組10的物體側(cè)附加Y托力克(toric)透鏡，也使該Y托力克透鏡成為由相對(duì)于Y軸(中心軸1)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面構(gòu)成的透鏡，該托力克透鏡在X方向并不具有屈光度，而在Y方向(圖1的截面內(nèi)等)具有負(fù)屈光度，從而可加大包含旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸1的截面方向的視場(chǎng)角。進(jìn)而優(yōu)選為，通過使該托力克透鏡在Y-Z截面內(nèi)將凸面朝向物體側(cè)來(lái)構(gòu)成負(fù)的凹凸透鏡形狀，就能夠?qū)⑾褡冃蔚陌l(fā)生抑制到最小，能夠得到良好的像差校正。
進(jìn)而，在前組10的物體側(cè)，截面并不僅限于負(fù)凹凸透鏡形狀的1個(gè)Y托力克透鏡，通過由2個(gè)或3個(gè)凹凸形狀的透鏡構(gòu)成，就能夠進(jìn)一步減小像變形的發(fā)生。此外，并不僅限于透鏡，通過相對(duì)于中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的反射面或棱鏡使光線反射折射，使任意方向的攝影或觀察也容易進(jìn)行。
此外，在以上的實(shí)施例中，前組10的反射面、折射面是分別利用通過使任意形狀的線段繞對(duì)稱軸1旋轉(zhuǎn)而形成且在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸1上沒有光軸交點(diǎn)的擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)自由曲面構(gòu)成的，但也可以容易地分別置換為任意的曲面。
此外，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，由于在定義用于形成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面的任意形狀的線段的式中使用包含奇次項(xiàng)的式，從而可以校正由偏心發(fā)生的像面的傾斜，或校正光闌在逆投影時(shí)的光瞳像差。
此外，構(gòu)成本發(fā)明的前組10的、繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的透明介質(zhì)是通過不加改變地進(jìn)行使用的，從而可以對(duì)具有360°全方位視場(chǎng)角的圖像進(jìn)行攝影或投影，但也可以將該透明介質(zhì)沿包含中心軸1的截面切斷，通過使其為二分之一、三分之一、三分之二等，也可以對(duì)繞中心軸1的視場(chǎng)角為180°、120°、240°等的圖像進(jìn)行攝影或投影。
并且，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的前組10，在如實(shí)施例1所示那樣只由2塊反射面11、12構(gòu)成的情況下，這樣的前組10如圖12(b)所示，使第一反射面11、第二反射面12同心地形成在同一直徑的各圓筒體11′、12′的上端，使第一反射面11和第二反射面12相互面對(duì)，使一方的圓筒體11′上下翻轉(zhuǎn)，在具有與圓筒體11′、12′的外徑相同的內(nèi)徑的透明圓筒體19之中，從兩端插入圓筒體11′、12′，以維持預(yù)定的間隔的方式將圓筒體11′、12′相對(duì)于圓筒體19固定，從而可以簡(jiǎn)單地得到如圖12(a)所示那樣的前組10。
以上，對(duì)將本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)作為使中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1朝向垂直方向且得到包含頂棚的360°全方位(整周)視場(chǎng)角的圖像的攝像或觀察光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限于攝像光學(xué)系統(tǒng)、觀察光學(xué)系統(tǒng)，也可以用作使光路逆轉(zhuǎn)以包含頂棚的360°全方位(整周)視場(chǎng)角投影圖像的投影光學(xué)系統(tǒng)。此外，也可以將內(nèi)窺鏡用作為管內(nèi)觀察裝置的整周觀察光學(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(shuō)明全景攝像光學(xué)系統(tǒng)31或全景投影光學(xué)系統(tǒng)32的使用例。圖13是用于表示將本發(fā)明所述的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31用作內(nèi)窺鏡前端的攝影光學(xué)系統(tǒng)的示例圖。圖13(a)是在硬性內(nèi)窺鏡41的前端安裝本發(fā)明的全景攝像光學(xué)系統(tǒng)31拉拍攝觀察360°全方位的圖像的示例。在圖13(b)中表示其前端的概略結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的全景攝像光學(xué)系統(tǒng)31的前組10的入射瞳6Y的周圍配置眩光光闌27，該眩光光闌27由具有沿圓周方向伸展為窄縫狀的孔徑26的外殼等構(gòu)成，以防止眩光入射。此外，圖13(c)是在撓性電子內(nèi)窺鏡42的前端同樣地安裝本發(fā)明的全景攝像光學(xué)系統(tǒng)31，對(duì)攝影后的圖像施行圖像處理并校正變形后顯示在顯示裝置43上的示例。
圖14(a)是用于表示在汽車48的各拐角或頭部的圓頂頂部，安裝多個(gè)本發(fā)明的全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31作為攝影光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)經(jīng)由各全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31所拍攝的圖像施行圖像處理并校正變形，并且還在車內(nèi)的顯示裝置上顯示的示例圖，在圖14(b)中表示其前端的概略結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的全景攝像光學(xué)系統(tǒng)31的前組10的入射瞳6Y的周圍配置眩光光闌27，該眩光光闌27由具有沿圓周方向伸展為窄縫狀的開口26的外殼等構(gòu)成，以防止眩光入射。
圖15是使用本發(fā)明的全景投影光學(xué)系統(tǒng)32作為投影裝置44的投影光學(xué)系統(tǒng)，將全景圖像顯示于在該像面上配置的顯示元件上，是通過全景投影光學(xué)系統(tǒng)32在360°全方位配置的屏幕45上投影顯示360°全方位圖像的示例。
圖16是這樣的示例在建筑物47的外部安裝了使用本發(fā)明所述的使用全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31的攝影裝置49，在室內(nèi)配置了使用本發(fā)明的全景投影光學(xué)系統(tǒng)32的投影裝置44，并且連接起來(lái)以便通過電線46將由攝影裝置49所拍攝的影像發(fā)送到投影裝置44上進(jìn)行投影顯示。它是這樣的示例在這樣的配置中，經(jīng)由全景攝影光學(xué)系統(tǒng)31由攝影裝置49對(duì)室外的360°全方位的被攝體O進(jìn)行攝影，將該影像信號(hào)通過電線46發(fā)送到投影裝置44上，將該影像顯示于配置在像面的顯示元件上，通過全景投影光學(xué)系統(tǒng)32將該被攝體O的映像O′投影顯示在室內(nèi)墻面等上。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將具有360°全方位視場(chǎng)角的圖像成像在像面上，或者將配置在像面上的圖像以360°全方位視場(chǎng)角進(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(duì)稱的至少2個(gè)反射面；和后組，其繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱并具有正屈光度，所述前組在光學(xué)系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)的情況下按光線前進(jìn)的順序，在光學(xué)系統(tǒng)作為投影系統(tǒng)的情況下按與光線前進(jìn)的順序相反的順序，包含第一反射面，該第一反射面在包含來(lái)自遠(yuǎn)方的光束入射的中心軸的截面內(nèi)，配置在隔著中心軸與入射瞳相反側(cè)；和第二反射面，其配置在隔著中心軸與所述第一反射面相反側(cè)，所述第一反射面的面中心位于在中心軸方向上比所述第二反射面的面中心靠近所述后組側(cè)，包含中心軸的截面內(nèi)的入射瞳配置在所述第一反射面的外周與所述第二反射面的外周之間，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，在包含中心軸的截面內(nèi)，入射瞳位于偏離中心軸的位置，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.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述后組由旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的同軸折射光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一反射面的子午截面、弧矢截面都具有正屈光度。
4.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二反射面的子午截面、弧矢截面都具有正屈光度。
5.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一反射面和所述第二反射面中任何一個(gè)的子午截面、弧矢截面都具有正屈光度。
6.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)具有孔徑，該孔徑與中心軸同軸地配置在比所述前組靠近像面?zhèn)鹊娜魏我粋€(gè)位置上。
7.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，至少1個(gè)反射面具有由不具有對(duì)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(duì)稱形狀。
8.如權(quán)利要求3中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，至少1個(gè)反射面具有由不具有對(duì)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(duì)稱形狀。
9.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，至少1個(gè)反射面具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，該旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀由包含奇次項(xiàng)的任意形狀的線段繞中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的。
10.如權(quán)利要求3中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，至少1個(gè)反射面具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，該旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀由包含奇次項(xiàng)的任意形狀的線段繞中心軸旋轉(zhuǎn)而形成的。
11.如權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在包含中心軸的截面內(nèi)，在入射瞳附近配置有只在包含中心軸的截面內(nèi)限制孔徑的眩光光闌。
12.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)具有中繼光學(xué)系統(tǒng)，該中繼光學(xué)系統(tǒng)在光學(xué)系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)的情況下按光線的前進(jìn)順序，在光學(xué)系統(tǒng)作為投影系統(tǒng)的情況下按與光線前進(jìn)的順序相反的順序，將成像在所述像面上的圖像中繼到第二像面上。
13.如權(quán)利要求12中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)將所述中繼光學(xué)系統(tǒng)的后焦距設(shè)為Fb，將所述中繼光學(xué)系統(tǒng)成像的像的最大像高設(shè)為h0時(shí)，滿足如下條件5＜Fb/h0…(1)。
14.如權(quán)利要求1中所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)將所述后組的焦距設(shè)為fr，將由所述前組形成的圓環(huán)狀的像的最大像高設(shè)為h時(shí)，滿足如下條件10°＜|tan-1(h/fr)|…(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)，其既小型、眩光少且分辨率好，既可用于對(duì)具有360°全方位(整周)視場(chǎng)角的圖像進(jìn)行攝影，又能以360°全方位(整周)視場(chǎng)角投影圖像。該光學(xué)系統(tǒng)具有具有繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的兩個(gè)反射面的前組；和繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱并具有正屈光度的后組。該前組包含有配置在入射瞳的相反側(cè)的第一反射面；和配置在第一反射面的相反側(cè)的第二反射面。包含中心軸的截面內(nèi)的入射瞳配置在第一反射面的外周與第二反射面的外周之間，從遠(yuǎn)方入射的光束依次經(jīng)過前組和后組而成像在像面的從中心軸偏離的位置，在包含中心軸的截面內(nèi)，入射瞳位于偏離中心軸的位置，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)，入射瞳位于中心軸上。后組至少由兩組構(gòu)成。
文檔編號(hào)G02B17/06GK101086550SQ20071010898
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者研野孝吉, 中村紳 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社