專利名稱：光學(xué)系統(tǒng)以及攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠進(jìn)行廣角拍攝的光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及具有單視點(diǎn)(single viewpoint)的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年，利用持續(xù)穿戴型裝置來進(jìn)行的“可穿戴計(jì)算(wearable computing)” 這一想法被提倡。其中，以持續(xù)穿戴、持續(xù)拍攝為前提的相機(jī)(以下記述為“可穿戴相機(jī) (wearable camera) ”)，能夠原封不動(dòng)地記錄穿戴者的體驗(yàn)，可考慮用于多種多樣的用途。能夠與人類的視野相匹敵的寬廣的視角是這樣的可穿戴相機(jī)必要的特性之一。作 為用來得到這樣寬廣的視角的光學(xué)系統(tǒng)，以往利用采用了魚眼透鏡或凸面鏡的光學(xué)系統(tǒng)。 其中，尤其是采用拋物面鏡或雙曲面鏡作為凸面鏡的光學(xué)系統(tǒng)具有單視點(diǎn)的特性，即具有 將反射光會(huì)聚于一點(diǎn)的特性。例如，專利文獻(xiàn)1中公開了具有這樣的單視點(diǎn)的全方位視覺 傳感器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1所公開的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，雙葉雙曲面中朝向一方的雙曲 面201的焦點(diǎn)202的光205，被反射向另一方的雙曲面203的焦點(diǎn)204。因此，通過在雙葉 雙曲面中的一方的雙曲面201配置具有該雙曲面201的形狀的鏡子，并在另一方的雙曲面 203的焦點(diǎn)204配置透鏡來構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)，能夠得到保持單視點(diǎn)的像。另外，在透鏡是由多 片透鏡構(gòu)成的一組透鏡的情況下，將這些透鏡組的前主點(diǎn)(front principal point)的位 置對(duì)準(zhǔn)到另一方的雙曲面203的焦點(diǎn)204的位置，從而能夠得到同樣的效果。具備單視點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是被拍攝的圖像的投影特性與一般的相機(jī)相同這一點(diǎn)。據(jù) 此，能夠得到這樣的效果能夠?qū)σ源伺臄z的圖像適用基于一般的圖像幾何的圖像處理， 或能夠?qū)⑺臄z的圖像不失真地變換為一般的透視投影圖像(perspective projection image)等。專利文獻(xiàn)1 日本特許第四39087號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-264402號(hào)公報(bào)另一方面，小型化也是可穿戴相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)的重要的特性之一。專利文獻(xiàn)1所 記述的光學(xué)系統(tǒng)采用雙曲面鏡作為凸面鏡，從幾何學(xué)的特性來講，鏡子和透鏡之間的距離 取決于雙曲面的曲率。為了縮短鏡子和透鏡之間的距離，需要增大雙曲面的曲率，但是曲率 增大則需要加大景深，否則圖像變模糊。雖然能夠通過縮小光圈(絞D &絞>9込tr )來減 低模糊，但是其代價(jià)是圖像變暗。相對(duì)于此，有這樣一種光學(xué)系統(tǒng)，其采用例如利用多次反射來使光程(光路)曲折 以縮短鏡子和透鏡之間的實(shí)質(zhì)性的距離的方法來實(shí)現(xiàn)小型化，專利文獻(xiàn)2公開了這樣的全 方位光學(xué)系統(tǒng)。然而，專利文獻(xiàn)2所述的結(jié)構(gòu)中，雖然在高度方向上使光程偏折，但是鏡子的半徑 方向上的光程不變。因此，只能在高度方向上小型化。雖然通過在半徑方向上也引入用于 使光程偏折的新的鏡子，從而能夠很大地改善鏡子的半徑方向上的大小，但是，引入新的鏡 子，不僅使光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得困難，而且鏡子的面數(shù)越增加則無誤差地對(duì)其進(jìn)行配置就變得困難，造成實(shí)用上的問題。并且，一般認(rèn)為，在水平方向上，人類的視場(chǎng)角約為200度左右。因此，為了得到這 樣的水平視野而利用凸面鏡的情況下，如圖2B所示，僅利用鏡子的一部分311就已足夠，以 此代替如圖2A所示的利用凸面鏡301的全周。但是，透鏡組13的光軸(optical axis) 16 的方向與凸面鏡301的軸305的方向相同的情況下，如圖2B所示，透鏡組13的視角內(nèi)出現(xiàn) 未映出凸面鏡的無用的攝像區(qū)域312。正如專利文獻(xiàn)2所述的結(jié)構(gòu)，即使是在進(jìn)行多次反射 的系統(tǒng)也存在同樣的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述課題，目的在于提供一種小型光學(xué)系統(tǒng)，其能夠進(jìn)行廣角拍攝且 具有單視點(diǎn)，并且所拍攝的圖像中不出現(xiàn)無用的區(qū)域。本發(fā)明的某一個(gè)局面所涉及的光學(xué)系統(tǒng)，具備主鏡，該主鏡中央具有開口部，且 該主鏡的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸拋物面的一部分的形狀；二次反射鏡，對(duì)所述主鏡所反射的 光進(jìn)行二次反射，該二次反射鏡的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹拋物面的一部分的形狀；至少一片 透鏡，使所述二次反射鏡所反射的光成像；以及鏡筒，保持所述至少一片透鏡，所述至少一 片透鏡的前主點(diǎn)的位置與所述二次反射鏡的焦點(diǎn)位置一致，所述至少一片透鏡的光軸相對(duì) 于所述凸拋物面以及所述凹拋物面的旋轉(zhuǎn)軸傾斜。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，如圖3A所示，在透鏡組13 (至少一片透鏡)的光軸16與凸拋物面以 及凹拋物面的旋轉(zhuǎn)軸一致的情況下，透鏡組13的視角內(nèi)存在無用的攝像區(qū)域312，但是，通 過傾斜地配置透鏡組13的光軸16，如圖:3B所示，能夠使二次反射鏡12(中映出的主鏡11 的像)占滿透鏡組13的視角(能夠進(jìn)行這樣的拍攝)。圖3C以及圖3D分別是以圖3A以 及圖:3B所示的光學(xué)系統(tǒng)來得到的圖像的模式圖，很明顯，與圖3C相比，圖3D中未映出二次 反射鏡12的像的無用的區(qū)域小。另外，圖3D是模式圖，其似是將實(shí)際的圖像在上下方向 拉長(zhǎng)的圖，但是，實(shí)際上，能夠得到近似于半圓的圖像。并且，半圓中央部的施加了陰影線 (hatching)的部分是主鏡的開口部的圖像。這樣，主鏡11以及二次反射鏡12的形狀分別是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸拋物面以及凹拋物 面的一部分的形狀。因此，與以往的其形狀是凸拋物面以及凹拋物面的全部的形狀的光學(xué) 系統(tǒng)相比，能夠減小鏡子的半徑方向上的大小。因此，能夠提供一種小型光學(xué)系統(tǒng)，其可進(jìn) 行廣角拍攝且具有單視點(diǎn)，而且拍攝的圖像中不出現(xiàn)無用的區(qū)域。并且，也可以是，所述至少一片透鏡是包括兩片以上的透鏡的透鏡組，由所述透鏡 組構(gòu)成變焦鏡頭。并且，最好是，上述光學(xué)系統(tǒng)還具備移動(dòng)部，所述移動(dòng)部具有的構(gòu)造是用于使所述 鏡筒沿著所述透鏡組的光軸方向前后移動(dòng)的構(gòu)造，所述移動(dòng)部具有的構(gòu)造是用于，抵消因 所述透鏡組的變焦倍率的變更而引起的前主點(diǎn)的位置的變動(dòng)，且使所述鏡筒移動(dòng)到使所述 透鏡組的前主點(diǎn)的位置與所述二次反射鏡的焦點(diǎn)位置一致的位置的構(gòu)造。根據(jù)此構(gòu)成，在通過透鏡的變焦而得到放大像時(shí)也能夠固定前主點(diǎn)的位置，從而 能夠在變焦時(shí)也能獲得具有單視點(diǎn)的利處。并且，也可以是，所述透鏡組具有不會(huì)因變焦倍率的變更而引起前主點(diǎn)的移動(dòng)的 結(jié)構(gòu)。
根據(jù)此夠成，在通過透鏡的變焦而得到放大像時(shí)也能夠固定前主點(diǎn)的位置，從而 能夠在變焦時(shí)也能獲得具有單視點(diǎn)的利處。并且，也可以是，上述光學(xué)系統(tǒng)還具備常平機(jī)構(gòu)，該常平機(jī)構(gòu)支持所述鏡筒，并能 夠使所述透鏡組的光軸的方向在兩個(gè)軸方向上旋轉(zhuǎn)，所述常平機(jī)構(gòu)的各方向上的旋轉(zhuǎn)軸通 過所述二次反射鏡的焦點(diǎn)位置。根據(jù)此構(gòu)成，能夠使透鏡組進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)一俯仰動(dòng)作(首振”動(dòng)作)時(shí)的旋轉(zhuǎn)中 心與透鏡組的前主點(diǎn)的位置一致，從而在水平旋轉(zhuǎn)一俯仰動(dòng)作時(shí)也能夠繼續(xù)保持單視點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種小型光學(xué)系統(tǒng)，其可進(jìn)行廣角拍攝且具有單視點(diǎn)，并且 拍攝的圖像中不出現(xiàn)無用的區(qū)域。


圖1是示出利用雙曲面鏡的反射鏡保持單視點(diǎn)的圖。圖2A是示出以往的光學(xué)系統(tǒng)中的鏡子的大小的模式圖。圖2B是示出為了確保前方視野而需要的鏡子的大小的模式圖。圖3A是示出有關(guān)光軸不傾斜的情況下的有效攝像區(qū)域的圖。圖;3B是示出通過使光軸傾斜來增加有效攝像區(qū)域的圖。圖3C是以圖3A所示的光學(xué)系統(tǒng)來獲得的圖像的模式圖。圖3D是以圖;3B所示的光學(xué)系統(tǒng)來獲得的圖像的模式圖。圖4是實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖5是示出利用凸拋物面鏡的反射鏡保持單視點(diǎn)的圖。圖6是示出利用凸拋物面鏡和凹拋物面鏡的反射鏡保持單視點(diǎn)的圖。圖7是示出由本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)來反射光線的圖。圖8是實(shí)施例2所涉及的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖9A是示出保持部件的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖9B是示出保持部件的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖10是示出實(shí)施例3所涉及的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖11是示出利用圖10所示的光學(xué)系統(tǒng)拍攝的停車場(chǎng)的圖像的圖。圖12A是在某一種副鏡的配置的情況下所拍攝的圖像的模式圖。圖12B是在另一種副鏡的配置的情況下所拍攝的圖像的模式圖。圖13是來自無限遠(yuǎn)的光線被2面拋物面鏡反射時(shí)的投影點(diǎn)的位置關(guān)系的模式圖。圖14是來自近處的物體的光線被2面拋物面鏡反射時(shí)的投影點(diǎn)的位置關(guān)系的模 式圖。圖15是示出變焦倍率與鏡筒的移動(dòng)量之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)表的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照

用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。(實(shí)施例1)首先，說明本發(fā)明的實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)。圖4是示出實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖4(a)、圖4(b)以及圖4(c)分別示出光學(xué)系統(tǒng)10的主視圖、右視圖以及俯視圖。光學(xué)系統(tǒng)10由主鏡11、二次反射鏡12、透鏡組13、鏡筒(lens barrel) 14以及臺(tái) 座15構(gòu)成。將鏡筒14安裝在臺(tái)座15上，使透鏡組13的光軸16相對(duì)于二次反射鏡12的 旋轉(zhuǎn)軸17傾斜。另外，最好是二次反射鏡12的旋轉(zhuǎn)軸17與主鏡11的旋轉(zhuǎn)軸平行。在此， 圖示的是兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸一致的情況。主鏡11將來自空間的光線朝向二次反射鏡12反射。主鏡11的中央具有開口部， 該主鏡11由旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸面的一部分構(gòu)成。作為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的面，例如有以式(1)被定義的 二次曲面。數(shù)1CT22 =-,…式(1)1 +V1-0 + ^)(^)c是曲面的曲率(curvature)，k是錐體常量(conic constant)，r是距二次曲面 中心軸的距離。例如，使錐體常量k為k = -1，就能得到拋物面，使k < -1就能得到雙曲 面。上述主鏡11的旋轉(zhuǎn)軸就是指上述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸面的旋轉(zhuǎn)軸。二次反射鏡12將來自主鏡11的反射光朝向透鏡組13反射。與主鏡11同樣，二 次反射鏡12由旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面的一部分構(gòu)成。該旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面也以上述式(1)被定義。 上述二次反射鏡12的旋轉(zhuǎn)軸就是指上述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面的旋轉(zhuǎn)軸。透鏡組13由塑膠或玻璃構(gòu)成，對(duì)二次反射鏡12所反射的光線進(jìn)行聚光。另外，圖 4中為了容易看到，將透鏡組13圖示為一片透鏡，但是作為本發(fā)明的實(shí)施例，透鏡的數(shù)量并 不限定于一片，也可以是兩片以上。鏡筒14以保持某種特定的條件的狀態(tài)來保持構(gòu)成透鏡組13的各個(gè)透鏡的位置關(guān)系。臺(tái)座15以保持某種特定的條件的狀態(tài)來保持主鏡11、二次反射鏡12以及鏡筒14 的位置關(guān)系。在此，說明用于使由二次反射鏡12反射的光在其焦點(diǎn)位置會(huì)聚在一點(diǎn)的條件。一般而言，為了以二次曲面構(gòu)成的反射鏡實(shí)現(xiàn)單視點(diǎn)，有利用雙曲面鏡的方法和 利用拋物面鏡的方法。專利文獻(xiàn)1公開了其中的利用雙曲面鏡的方法。如圖5所示，另一種利用拋物面鏡的方法利用這樣一種性質(zhì)，即朝向凸拋物面鏡 501的焦點(diǎn)502前進(jìn)的光線503A經(jīng)由凸拋物面鏡501反射后，成為與拋物面的旋轉(zhuǎn)軸504 平行的光線50;3B(以下記述為“平行光”)。作為用于使這樣的平行光5(X3B成像的透鏡，利 用焦闌透鏡(telecentric lens)(尤其是物體側(cè)的焦闌透鏡)505，以能夠?qū)ζ叫泄膺M(jìn)行聚 光。但是，其缺點(diǎn)是焦闌透鏡505 —般多為開口小的“暗的”透鏡，因此，整個(gè)透鏡容 易大型化，不利于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。對(duì)此，作為不使用焦闌透鏡505而進(jìn)行成像的方法，如圖6所示，有組合凸拋物面 鏡601和凹拋物面鏡602的方法。凸拋物面鏡602具有使平行光60 聚焦于凹拋物面鏡 602的焦點(diǎn)605的性質(zhì)。凹拋物面鏡602所反射的反射光603C已不再是平行光，能夠不必 利用焦闌透鏡505，而是利用普通的透鏡來聚光。也就是說，朝向凸拋物面鏡601的焦點(diǎn)604 前進(jìn)的光線603A被凸拋物面鏡601反射后成為平行光60;3B，轉(zhuǎn)而反射向凹拋物面鏡602的焦點(diǎn)605。在凹拋物面鏡602的焦點(diǎn)605配置普通的透鏡，就能夠?qū)Π紥佄锩骁R602所反射 的反射光603C進(jìn)行聚光。透鏡是多片透鏡組的情況下，通過將透鏡組配置為使透鏡組的前 主點(diǎn)與凹拋物面鏡602的焦點(diǎn)605的位置一致，使其能夠與單片透鏡時(shí)同樣地處理。這樣， 因?yàn)楸煌箳佄锩骁R601反射后朝向凹拋物面鏡602的光成為平行光60;3B，因此能夠變更凸 拋物面鏡601和凹拋物面鏡602之間的距離。圖7就是基于這些性質(zhì)來示出實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)的光線的反射情況。但 是，在此設(shè)定構(gòu)成主鏡11的曲面是凸拋物面的一部分，構(gòu)成二次反射鏡12的曲面是凹拋物 面的一部分。朝向主鏡11的焦點(diǎn)71的光線72A被主鏡11反射后變成平行光72B，并入射 到二次反射鏡12。接著，平行光72B被二次反射鏡12朝向其焦點(diǎn)反射，而被透鏡組13聚 光。另外，將透鏡組13配置在主鏡11的焦點(diǎn)71和透鏡組13的前主點(diǎn)一致的位置。另外，通過該光學(xué)系統(tǒng)，能夠取得如圖3D所示的主鏡11的像。如上述說明，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1，如圖3A所示，在透鏡組13的光軸16與主鏡 11以及二次反射鏡12的旋轉(zhuǎn)軸一致的情況下，透鏡組13的視角內(nèi)存在無用的攝像區(qū)域 312，但是通過配置為使透鏡組13的光軸16傾斜，如圖:3B所示，能夠獲得占滿透鏡組13的 視角的二次反射鏡12(中映出的主鏡11的像)。圖3C以及圖3D是分別示出通過以圖3A 以及圖:3B示出的光學(xué)系統(tǒng)來得到的圖像的模式圖，與圖3C相比，很明顯，圖3D中未映出二 次反射鏡12的無用的區(qū)域小。另外，圖3D是模式圖，雖然其似是將實(shí)際的圖像在上下方向 上拉長(zhǎng)的圖，但是，實(shí)際上能夠得到近似于半圓的圖像。并且，半圓中央部的施加了陰影線 的部分是主鏡11的開口部的圖像。并且，主鏡11以及二次反射鏡12的形狀分別是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸拋物面以及凹拋物 面的一部分的形狀。因此，與以往的其形狀是凸拋物面以及凹拋物面的全部的形狀的光學(xué) 系統(tǒng)相比，能夠減小鏡子的半徑方向上的大小。因此，能夠提供可進(jìn)行廣角拍攝且具有的單 視點(diǎn)而且小型化的光學(xué)系統(tǒng)。而且，比較圖3A所示的以往的光學(xué)系統(tǒng)和圖:3B所示的本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)可知， 通過使透鏡組13的光軸16傾斜，從而使映出整個(gè)二次反射鏡12所需要的透鏡組13的視 角變小。一般而言，透鏡的視角越大，即焦點(diǎn)距離越短，受周圍光量的降低等影響就越大，因 此視角變小，能夠相應(yīng)地減少其影響。(實(shí)施例2)本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的光學(xué)系統(tǒng)具有針對(duì)透鏡的變焦以及水平旋轉(zhuǎn)一俯仰 動(dòng)作也能夠保持單視點(diǎn)的機(jī)構(gòu)。以下，說明本發(fā)明的實(shí)施例2所涉及的光學(xué)系統(tǒng)。圖8是實(shí)施例2所涉及的光學(xué)系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖8(a)、圖8(b)以及圖 8(c)分別示出光學(xué)系統(tǒng)100的主視圖、右視圖以及俯視圖。光學(xué)系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)是在實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)10的基礎(chǔ)上追加了保持部 件20以及控制部30。保持部件20以及控制部30以外的結(jié)構(gòu)的功能與實(shí)施例1所涉及的 光學(xué)系統(tǒng)10同樣，因此以下僅說明與光學(xué)系統(tǒng)10不同的部分。保持部件20具有的功能是使鏡筒14能夠變更位置以及姿勢(shì)的狀態(tài)安裝于臺(tái)座15 上。保持部件20由移動(dòng)部21以及雙軸常平架22構(gòu)成。圖9A以及圖9B是示出保持部件20的結(jié)構(gòu)的模式圖，圖9A是沿著透鏡組13的光軸方向的保持部件20的截面圖，圖9B是從光軸方向上看保持部件20的圖。移動(dòng)部21具有使鏡筒14沿著透鏡組13的光軸方向前后移動(dòng)的功能。作為具體 的結(jié)構(gòu)可利用，例如，在鏡筒14的外側(cè)具備外筒和凸輪，使鏡筒14繞著凸鏡組13的光軸旋 轉(zhuǎn)，從而使鏡筒14前后移動(dòng)的結(jié)構(gòu)等。并且，在鏡筒14或外筒中的一方設(shè)置槽，在另一方 設(shè)置與該槽嵌合的突起部，從而使鏡筒14沿著光軸方向前后移動(dòng)。雙軸常平架22具有使鏡筒14能夠以特定的點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)保持鏡筒14的 功能。雙軸常平架22的旋轉(zhuǎn)中心被安裝為與二次反射鏡12的焦點(diǎn)位置一致。也就是說， 雙軸常平架22的各方向上的旋轉(zhuǎn)軸與二次反射鏡12的焦點(diǎn)位置一致，通過鏡筒14沿著透 鏡組13的光軸方向前后移動(dòng)，雙軸常平架22的各方向上的旋轉(zhuǎn)軸通過二次反射鏡12的焦 點(diǎn)位置?？刂撇?0由CPU、RAM、存儲(chǔ)有控制程序的ROM、以及按鍵等輸入單元等構(gòu)成。控制 部30，通過按照光學(xué)系統(tǒng)100的用戶的操作來變動(dòng)構(gòu)成透鏡組13的各透鏡的位置關(guān)系，來 進(jìn)行變焦。并且，控制部30決定使鏡筒14移動(dòng)的量，使移動(dòng)部21移動(dòng)鏡筒14。也就是說， 控制部30移動(dòng)鏡筒14使透鏡組13的前主點(diǎn)總是與二次反射鏡12的焦點(diǎn)一致。另外，鏡筒14的移動(dòng)量被預(yù)先規(guī)定，通過以下所述來算出。也就是說，預(yù)先測(cè)量因 為變焦倍率的變化而引起的透鏡組13的前主點(diǎn)位置的移動(dòng)量，將用于抵消所測(cè)量出的前 主點(diǎn)位置的移動(dòng)量且使透鏡組13的前主點(diǎn)的位置與二次反射鏡12的焦點(diǎn)位置一致的透鏡 組13的移動(dòng)量，作為鏡筒14的移動(dòng)量來算出。另外，通過調(diào)節(jié)移動(dòng)部21的凸輪的開槽的 方法，能夠使變焦倍率與鏡筒14的移動(dòng)量聯(lián)動(dòng)。另外，圖8中的控制部30的位置只是一個(gè)例子而已，實(shí)際上可以安裝在任意的位置。如上述說明，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2，能夠在實(shí)施例1中記述的效果的基礎(chǔ)上，在 通過透鏡的變焦而得到放大像時(shí)也能夠固定前主點(diǎn)的位置，從而能夠在變焦時(shí)也能獲得具 有單視點(diǎn)的利處。并且，能夠使透鏡組13進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)一俯仰動(dòng)作時(shí)的旋轉(zhuǎn)中心與透鏡組13的前 主點(diǎn)的位置一致，從而在水平旋轉(zhuǎn)一俯仰動(dòng)作時(shí)也能夠繼續(xù)保持單視點(diǎn)。(實(shí)施例3)本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的光學(xué)系統(tǒng)除了主鏡之外還設(shè)置有多面副鏡，并具有用 于根據(jù)主鏡和副鏡各自的反射像來取得距離信息的機(jī)構(gòu)。以下說明本發(fā)明的實(shí)施例3所涉及的光學(xué)系統(tǒng)。圖10是示出實(shí)施例3所涉及的光學(xué)系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖10 (a)、圖10(b) 以及圖10(c)分別示出光學(xué)系統(tǒng)200的主視圖、右視圖以及俯視圖。光學(xué)系統(tǒng)200在實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)10的基礎(chǔ)上追加了副鏡50而構(gòu)成。 副鏡50以外的結(jié)構(gòu)的功能與實(shí)施例1所涉及的光學(xué)系統(tǒng)10同樣，因此以下僅說明與光學(xué) 系統(tǒng)10不同的部分。副鏡50朝向二次反射鏡12反射來自空間的光線。副鏡50由以如式(1)被定義 的二次曲面等旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸面來構(gòu)成。設(shè)置一面以上的副鏡50，雖然圖10中配置了 2面副 鏡50，但是副鏡的數(shù)量并不限定于本實(shí)施例中的數(shù)量。另外，副鏡50的旋轉(zhuǎn)軸最好是與主 鏡11的旋轉(zhuǎn)軸一致。
圖11中作為一個(gè)例子示出利用光學(xué)系統(tǒng)200來拍攝的停車場(chǎng)的圖像。如圖11所 示，主鏡11以及副鏡50的投影像中分別映出汽車、附近的建筑物以及天空。另外，設(shè)置副鏡50時(shí)，最好設(shè)置成為在最終的投影像中不出現(xiàn)無用的區(qū)域。例如， 圖12A是將2面副鏡配置成為在縱橫比為4 3的圖像中映出2面副鏡的情況下所拍攝的 圖像。該圖像中包括主鏡11的像IlA和副鏡50的像50A。可知在副鏡50的圖像中的半 徑是α的情況下，圖像寬度是4 α?xí)r副鏡50之間互不重疊且最大。并且，如果考慮獲得 180°的水平視角的情況，則在主鏡11的圖像中的半徑是2α的情況下，其中心位于圖像的 最靠下的位置時(shí)無用的區(qū)域最小。將此時(shí)的副鏡50的中心Α、Β與主鏡11的中心0形成的 夾角設(shè)定為θ，則θ可用以下式(2)來求出。數(shù)2
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具備主鏡，該主鏡中央具有開口部，且該主鏡的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸拋物面的一部分的形狀；二次反射鏡，對(duì)所述主鏡所反射的光進(jìn)行二次反射，該二次反射鏡的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱 的凹拋物面的一部分的形狀；至少一片透鏡，使所述二次反射鏡所反射的光成像；以及 鏡筒，保持所述至少一片透鏡，所述至少一片透鏡的前主點(diǎn)的位置與所述二次反射鏡的焦點(diǎn)位置一致， 所述至少一片透鏡的光軸相對(duì)于所述凸拋物面以及所述凹拋物面的旋轉(zhuǎn)軸傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述至少一片透鏡是包括兩片以上的透鏡的透鏡組， 由所述透鏡組構(gòu)成變焦鏡頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還具備移動(dòng)部，所述移動(dòng)部具有的構(gòu)造是用于使所述鏡筒沿著所述透鏡 組的光軸方向前后移動(dòng)的構(gòu)造，所述移動(dòng)部具有的構(gòu)造是用于，抵消因所述透鏡組的變焦倍率的變更而引起的前主點(diǎn) 的位置的變動(dòng)，且使所述鏡筒移動(dòng)到使所述透鏡組的前主點(diǎn)的位置與所述二次反射鏡的焦 點(diǎn)位置一致的位置的構(gòu)造。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述透鏡組具有不會(huì)因變焦倍率的變更而引起前主點(diǎn)的移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求4中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還具備常平機(jī)構(gòu)，該常平機(jī)構(gòu)支持所述鏡筒，并能夠使所述透鏡組的光 軸的方向在兩個(gè)軸方向上旋轉(zhuǎn)，所述常平機(jī)構(gòu)的各方向上的旋轉(zhuǎn)軸通過所述二次反射鏡的焦點(diǎn)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還具備一面以上的副鏡，該副鏡的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸拋物面形狀， 所述副鏡被配置成為，所述副鏡所反射的光被所述二次反射鏡二次反射后，通過所述 至少一片透鏡來成像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)， 所述副鏡的數(shù)量是兩面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)系統(tǒng)，在兩面所述副鏡的中心軸與所述主鏡的中心軸所形成的夾角是θ的情況下， 30° 彡 θ 彡 90°。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至權(quán)利要求8中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)， 所述主鏡和所述副鏡被成形為一體。
10.一種攝像裝置，具備權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)。
全文摘要
一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具備主鏡(11)，該主鏡(11)中央具有開口部，且該主鏡(11)的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凸拋物面的一部分的形狀；二次反射鏡(12)，對(duì)主鏡(11)所反射的光進(jìn)行二次反射，該二次反射鏡(12)的形狀是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹拋物面的一部分的形狀；至少一片透鏡，使二次反射鏡(12)所反射的光成像；以及鏡筒(14)，保持至少一片透鏡，至少一片透鏡的前主點(diǎn)的位置與二次反射鏡(12)的焦點(diǎn)位置一致，至少一片透鏡的光軸相對(duì)于凸拋物面以及凹拋物面的旋轉(zhuǎn)軸傾斜。
文檔編號(hào)G02B17/08GK102057311SQ20108000176
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月6日
發(fā)明者八木康史, 木村雅之 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社