JP2005172971A - 屈折反射複合光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズ光の発生を抑えて３６０度の被写体を取り込むことができる製作が容易で軽量な撮影光学系を提案すること。
【解決手段】 屈折反射複合光学系１００の対物レンズＩに入射した光束は、対物レンズＩを介して凹面反射鏡２に導かれ、その円環状反射面２ａで反射されて凸面反射鏡３に導かれる。凸面反射鏡３に導かれた反射光束はこの反射面３ａで反射され、光射出口としての円形開口部２ｃおよび開口絞り４を通過して結像レンズIIIに導かれ、結像レンズIIIを介して結像面５０に導かれて、対物レンズＩから取り込まれた３６０度の背景がドーナツ状にモニタ表示される。対物レンズは通常の光学レンズであり、凹面反射鏡、凸面反射鏡も既存の技術によって容易に製作可能である。反射屈折光学レンズを用いる場合とは異なり、不要光を取り除くための複雑な加工を必要とせず、製作、組み立てが容易である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、視界３６０度の環状の被写体を一度に撮影可能な監視用カメラ、防犯カメラ、全天カメラ等に使用される屈折反射複合光学系に関するものである。

従来において、３６０度の視界を一度に撮影できるパノラマ撮影レンズが提案されており、パノラマ撮影レンズとして反射屈折光学レンズが採用されている（特許文献１、２参照）。反射屈折光学レンズは、例えば、凸状レンズからなり、その外周面には、３６０度の全周から側方の光を取り込むための環状入射面が形成され、この入射面と対向するように環状の第１反射面が形成され、さらに、レンズ内の中央部に第２反射面が形成された構成となっており、環状の入射面からの入射光線は第１反射面で反射されて第２反射面に向かうようになっている。また、第１反射面の中央部には、第２反射面と対向する位置に第２反射面からの光を透過する光射出面が形成されており、第２反射面で反射され当該光射出面から射出した光が、第１反射面の後方に配置されているリレーレンズを介して撮影素子に導かれるようになっている。

また、透過屈折と反射とを１枚のレンズによって可能とするように構成された反射屈折レンズは、例えば特許文献３、４において提案されている。
特開昭５９−１９２２２０号公報 特許第３３７７９９５号公報 特開平９−６８６０４号公報 特開平１１−１７４３３１号公報

しかしながら、このような屈折面と反射面を一体化した構成の反射屈折光学レンズを撮影レンズとして用いる場合には、画像を形成するのに必要な光線の他に画像形成には不要な光線がノイズ光として発生し、フレアやゴーストとなって撮像素子に入射し、映像のコントラストを低下させるという問題がある。

また、反射屈折光学レンズは、屈折面と反射面が一体化された１枚のレンズとして構成されているので、屈折面および反射面が共に目標とする光学特性を備えた単一レンズを製造することが困難な場合がある。これらの光学特性を適切に設定できないと、映像形成に悪影響が発生してしまう。さらに、反射屈折光学レンズをガラスレンズとする場合には、かなりの重量となってしまうので、これが組み込まれたカメラの小型軽量化にとっては好ましくない。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、ノイズ光の発生を抑えて３６０度の被写体を取り込むことができ、製作が容易で軽い屈折反射複合光学系を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の屈折反射複合光学系は、
対物レンズ、凹面反射鏡、凸面反射鏡、および結像レンズを有し、
前記対物レンズは物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズであり、
前記凹面反射鏡は、物体側に凹面を向け、前記対物レンズの射出側に対向配置されており、
前記凸面反射鏡は、前記対物レンズ内または前記対物レンズの光軸近傍において前記凹面反射鏡に対向配置されており、
前記凹面反射鏡の光軸部分には、光射出口としての光透過部が設けられており、
前記対物レンズに入射した光線は、前記凹面反射鏡の環状反射面において反射して前記凸面反射鏡に導かれ、前記凸面反射鏡の反射面において反射した光線は、前記凹面反射鏡の前記光透過部を通過して前記結像レンズに導かれ、前記結像レンズによって撮像面に結像するように構成されていることを特徴としている。

ここで、前記対物レンズの焦点距離をＦ、その物体側レンズ面の曲率半径をＲ１、その結像面側のレンズ面の曲率半径をＲ２、前記凹面反射鏡の反射面の曲率半径をＲ３としたとき、以下の条件式を満たすことが望ましい。

−２．０Ｆ＜Ｒ１＜−２．５Ｆ （Ａ）
−０．３２Ｆ＜Ｒ２＜−０．７５Ｆ （Ｂ）
−２４＜Ｒ３＜−１２ （Ｃ）

条件式（Ａ）を満足しない場合には最大斜光線が通らなくなり、その上限を超えると像面が劣化してしまうので好ましくない。条件式（Ｂ）の下限を下回ると光線が通り難くなり、上限を超えると画面にケラレが生ずるので好ましくない。条件式（Ｃ）の下限を下回ると画角の確保が維持できなくなるので好ましくない。

次に、本発明の屈折反射複合光学系では、対物レンズとして、負のパワーを有する２枚のメニスカスレンズからなるものを用いることもできる。この場合、その物体側メニスカスレンズの焦点距離をＦ１、結像面側メニスカスレンズの焦点距離をＦ２、物体側メニスカスレンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、その結像面側の曲率半径をＲ２、結像面側メニスカスレンズの結像面側の曲率半径をＲ４、前記凹面反射鏡の反射面の曲率半径をＲ５、前記凸面反射鏡の反射面の曲率半径をＲ６としたときに、下記の条件式を満足することが望ましい。

−０．８５Ｆ１＜Ｒ１＜−１．３５Ｆ１ （１）
−０．２８Ｆ１＜Ｒ２＜−０．５８Ｆ１ （２）
−０．３０Ｆ２＜Ｒ４＜−０．４４Ｆ２ （３）
−２０＜Ｒ５＜−１２ （４）
３２＜Ｒ６ （５）

条件式（１）の下限を下回ると対物レンズの口径が大きくなってしまい、上限を上回ると入射光線が取り込めなくなるので好ましくない。条件式（２）の下限を下回るとレンズの加工が難しくなり、上限を超えると画角が保持できなくなる。条件式（３）の下限を下回るとパワーが強くなりすぎて光線が取り込めなくなり、上限を上回るとレンズの口径が大きくなり好ましくない。条件式（４）の下限を下回ると像面が＋側に傾いてしまい、さらにミラーの口径も大きくなってしまうので好ましくない。また、その上限を上回ると画角が取れなくなってしまう。条件式（５）の下限を下回ると同様に画角が取れなくなってしまうので好ましくない。

以上説明したように、本発明の屈折反射複合光学系は、対物レンズとして、負のパワーを有するメニスカスレンズを１枚ないしは２枚使用し、これに凹面反射鏡および凸面反射鏡を組み合わせることにより３６０度の被写体を一度に映し出すようにしている。対物レンズは通常の光学レンズであり、凹面反射鏡および凸面反射鏡も既存の技術によって容易に製作可能なものである。

したがって、本発明の屈折反射複合光学系は、反射屈折光学レンズを用いる場合とは異なり、不要光を取り除くための複雑な加工を必要とせず、また、製作および組み立てが容易である。よって、本発明によれば、ノイズ光の発生を抑えて３６０度の被写体を取り込むことができる製作が容易で軽量な撮影光学系を実現できる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した屈折反射複合光学系の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施例１の屈折反射複合光学系を示す概略構成図である。屈折反射複合光学系１００は、物体側より光路順に結像面５０に向かって、物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスの対物レンズＩ、凹面反射鏡２、凸面反射鏡３、および結像レンズIIIを有している。対物レンズＩは物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズ１からなる。このメニスカスレンズ１の結像面側のレンズ面１ｂには凸面反射鏡３が貼り付けられており、この凸面反射鏡３は、その光軸がメニスカスレンズ１のレンズ光軸に一致し、反射面３ａが結像面側に向いた状態とされている。凹面反射鏡２は、物体側に凹面を向けた状態で対物レンズＩの射出側に対向配置されている。

この凹面反射鏡２の中心部分には、光軸を中心とする円形開口部２ｃが形成されており、これを取り囲む状態で凹状の円環状反射面２ａが形成されている。円形開口部２ｃの代わりに、円形の光透過部を形成してもよい。凹面反射鏡２の結像面側には開口絞り４が配置されている。結像レンズIIIは、多数枚のレンズ、本例では６枚のレンズ５〜１０から構成されている。

対物レンズＩに入射した光束は、対物レンズＩを介して凹面反射鏡２に導かれ、その円環状反射面２ａで反射されて凸面反射鏡３に導かれる。凸面反射鏡３に導かれた反射光束はこの反射面３ａで反射され、光射出口としての円形開口部２ｃおよび開口絞り４を通過して結像レンズIIIに導かれる。そして、結像レンズIIIを介して結像面５０に導かれる。結像面５０は受光素子の受光面であり、受光素子に入力された情報は、不図示の制御回路を経てモニタ上に表示される。対物レンズＩから取り込まれた３６０度の背景がドーナツ状にモニタ表示される。なお、結像レンズIIIとして、焦点距離Ｆ＝１１．５mmのものを使用している。

表１には、屈折反射複合光学系１００の各レンズ面のレンズデータを示す。

表において、ｉは物体側より数えたレンズ面の順番を表し、Ｒはレンズ面の曲率半径を表し、ｄはレンズ面間の距離を表し、Ｎｄは各レンズ面の屈折率を表し、νｄは各レンズのアッベ数を表す。なお、各記号の表示および意味は、後述の実施例２においても同様である。

図３（ａ）は屈折反射複合光学系１００の非点収差を示す収差図であり、図３（ｂ）はそのディストーションを示す収差図である。図中のＴはタンジェンシャル、Ｓはサジタルの像面を表している。これらの表示は、以下の実施例２においても同様である。

実施例１の屈折反射複合光学系１００は、次の条件式（Ａ）〜（Ｃ）を満足している。

−２．０Ｆ＜Ｒ１＜−２．５Ｆ （Ａ）
−０．３２Ｆ＜Ｒ２＜−０．７５Ｆ （Ｂ）
−２４＜Ｒ３＜−１２ （Ｃ）
ただし、 Ｆ：対物レンズＩの焦点距離（Ｆ＝−３５．８１２mm）
Ｒ１：対物レンズＩの物体側のレンズ面１ａの曲率半径
Ｒ２：対物レンズＩ結像面側のレンズ面１ｂの曲率半径
Ｒ３：凹面反射鏡２の反射面２ａの曲率半径

すなわち、Ｒ１は７１．６２５＜８０＜８９．５３１、Ｒ２は１１．４６＜１５＜２６．８６、Ｒ３は−２４＜−１５＜−１２となり、各条件式を満足している。

図２は実施例２の屈折反射複合光学系を示す概略構成図である。本例の屈折反射複合光学系２００の基本構成は実施例１の屈折反射複合光学系１００と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。

本例の屈折反射複合光学系２００では、対物レンズＩが、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する物体側メニスカスレンズ１１と、同じく物体側に凸面を向けた負のパワーを有する結像面側メニスカスレンズ１２から構成されている。結像面側メニスカスレンズ１２の結像面側のレンズ面１２ｂの中心部分に、対物レンズＩの光軸と一致させた状態で凸面反射鏡３が貼り合わされている。表２には、実施例２の屈折反射複合光学系２００のレンズデータを示す。

図４（ａ）は屈折反射複合光学系２００の非点収差を示す収差図であり、図４（ｂ）はそのディストーションを示す収差図である。

ここで、本例の屈折反射複合光学系２００は、以下の条件式（１）〜（５）を満足するものである。

−０．８５Ｆ１＜Ｒ１＜−１．３５Ｆ１ （１）
−０．２８Ｆ１＜Ｒ２＜−０．５８Ｆ１ （２）
−０．３０Ｆ２＜Ｒ４＜−０．４４Ｆ２ （３）
−２０＜Ｒ５＜−１２ （４）
３２＜Ｒ６ （５）
但し、Ｆ１：物体側メニスカスレンズ１１の焦点距離
（Ｆ１＝−５０．９１２mm）
Ｆ２：結像面側メニスカスレンズ１２の焦点距離（Ｆ２＝−３３．６１６mm）
Ｒ１：物体側メニスカスレンズ１１の物体側のレンズ面１１ａの曲率半径
Ｒ２：物体側メニスカスレンズ１１の結像面側のレンズ面１１ｂの曲率半径
Ｒ４：結像面側メニスカスレンズ１２の結像面側のレンズ面１２ｂの曲率半径
Ｒ５：凹面反射鏡２の反射面２ａの曲率半径
Ｒ６：凸面反射鏡３の反射面３ａの曲率半径

すなわち、Ｒ１は４３．２７５＜４９＜６８．７３、Ｒ２は１４．２５５＜１７＜２９．５３、Ｒ４は１０．０８５＜１３＜１４．７９、Ｒ５は−２０＜−１５＜−１２、Ｒ６は３２＜５０となり、各条件式を満足している。

本発明の実施例１の屈折反射複合光学系を示す構成図である。 本発明の実施例２の屈折反射複合光学系を示す構成図である。 実施例１の屈折反射複合光学系の収差図である。 実施例２の屈折反射複合光学系の収差図である。

符号の説明

Ｉ 対物レンズ
１ メニスカスレンズ
１１ 物体側メニスカスレンズ
１２ 結像面側メニスカスレンズ
１ａ、１１ａ 物体側のレンズ面
１ｂ、１１ｂ 結像面側のレンズ面
１２ｂ 結像面側のレンズ面
２ 凹面反射鏡
２ａ 反射面
２ｃ 光射出口としての開口部
３ 凸面反射鏡
３ａ 反射面
４ 絞り
III 結像レンズ
５、６、７、８、９、１０ 結像レンズの構成レンズ
５０ 結像面
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 対物レンズの各レンズ面の曲率半径
１００ 実施例１の屈折反射複合光学系
２００ 実施例２の屈折反射複合光学系

Claims (4)

1. 対物レンズ、凹面反射鏡、凸面反射鏡、および結像レンズを有し、
   前記対物レンズは物体側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズであり、
   前記凹面反射鏡は、物体側に凹面を向け、前記対物レンズの射出側に対向配置されており、
   前記凸面反射鏡は、前記対物レンズ内または前記対物レンズの光軸近傍において前記凹面反射鏡に対向配置されており、
   前記凹面反射鏡の光軸部分には、光射出口としての光透過部が設けられており、
   前記対物レンズに入射した光線は、前記凹面反射鏡の環状反射面において反射して前記凸面反射鏡に導かれ、前記凸面反射鏡の反射面において反射した光線は、前記凹面反射鏡の前記光透過部を通過して前記結像レンズに導かれ、前記結像レンズによって撮像面に結像するように構成されている屈折反射複合光学系。
2. 請求項１において、
   前記対物レンズの焦点距離をＦ、その物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１、その結像面側のレンズ面の曲率半径をＲ２、前記凹面反射鏡の反射面の曲率半径をＲ３としたとき、下記の条件を満たす屈折反射複合光学系。
   −２．０Ｆ＜Ｒ１＜−２．５Ｆ
   −０．３２Ｆ＜Ｒ２＜−０．７５Ｆ
   −２４＜Ｒ３＜−１２
3. 請求項１において、
   前記対物レンズは、物体側に凸面を向けた負のパワーを有する２枚のメニスカスレンズを備えている屈折反射複合光学系。
4. 請求項３において、
   前記対物レンズの物体側メニスカスレンズの焦点距離をＦ１、その結像面側メニスカスレンズの焦点距離をＦ２、前記物体側メニスカスレンズの物体側レンズ面の曲率半径をＲ１、その結像面側のレンズ面の曲率半径をＲ２、前記結像面側メニスカスレンズの結像面側のレンズ面の曲率半径をＲ４、前記凹面反射鏡の反射面の曲率半径をＲ５、前記凸面反射鏡の反射面の曲率半径をＲ６としたとき、下記の条件式を満たす屈折反射複合光学系。
   −０．８５Ｆ１＜Ｒ１＜−１．３５Ｆ１
   −０．２８Ｆ１＜Ｒ２＜−０．５８Ｆ１
   −０．３０Ｆ２＜Ｒ４＜−０．４４Ｆ２
   −２０＜Ｒ５＜−１２
   ３２＜Ｒ６

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