透镜系统、摄像装置以及摄像系统的制作方法

1.本公开涉及透镜系统、摄像装置以及摄像系统。


背景技术：

2.专利文献1公开了通过长方形的图像传感器对全景图像摄像的方法。专利文献1通过在鱼眼物镜中使用圆环透镜，来使圆形图像成为矩形图像。由此，在长方形的图像传感器中，能使矩形的摄像元件成像矩形图像，来对全景图像进行摄像。
3.专利文献2公开了通过在变焦透镜中使用变形非球面来旋转非对称地扩大像的方法。
4.专利文献3公开了在车载摄像机等中使用的情况下完成不需要的部分的拍入少的超广角镜头的手法。通过使用相对于光轴非对称的变形镜头，能实现没有不需要的部分的拍入的超广角镜头。
5.专利文献4公开了有效活用矩形的摄像元件的感光面的区域并扩大光轴附近的中央部的被摄体来进行拍摄的方法。专利文献4通过使用相对于光轴非对称的自由曲面来使有效像圆从圆形成为矩形。由此，能有效活用矩形的摄像元件的感光面的区域，并扩大光轴附近的中央部的被摄体来进行拍摄。
6.先行技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：国际公开第2003/010599号
9.专利文献2：国际公开第2013/065391号
10.专利文献3：jp特开2010-276755号公报
11.专利文献4：国际公开第2018/230034号


技术实现要素：

12.发明要解决的课题
13.本公开提供能将像在一个方向上扩大的透镜系统、摄像装置以及摄像系统。
14.用于解决课题的手段
15.本公开所涉及的透镜系统具备：从物体侧向像面侧排列的多个透镜元件；和配置于多个透镜元件之间的光圈。多个透镜元件包括：在相互交叉的第1方向与第2方向之间具有非对称的自由曲面的多个自由曲面透镜。在比光圈更靠像面侧，配置至少1片自由曲面透镜。在比光圈更靠物体侧配置满足以下的条件式(1)的至少1片自由曲面透镜。
16.t1/t2＜0.8...(1)
17.在此，
18.t1：轴上光线的最大高度处的第1方向的透镜厚度
19.t2：轴上光线的最大高度处的第2方向的透镜厚度。
20.本公开所涉及的摄像装置具备：上述的透镜系统；和对由透镜系统成像的像进行
摄像的摄像元件。
21.本公开所涉及的摄像系统具备上述的摄像装置和图像处理部。图像处理部对由摄像装置的摄像元件摄像所得到的图像执行图像处理。
22.发明的效果
23.根据本公开所涉及的透镜系统、摄像装置以及摄像系统，能将像在一个方向上扩大。
附图说明
24.图1是表示本公开的实施方式1所涉及的摄像系统的结构的图。
25.图2是用于说明实施方式1中的摄像系统的透镜系统的功能的一例的图。
26.图3是表示实施例1所涉及的透镜系统的结构的透镜配置图。
27.图4是表示数值实施例1的透镜系统中的视角与像点的关系的散布图。
28.图5是表示数值实施例1中的透镜系统的面数据的图。
29.图6是表示数值实施例1中的透镜系统的各种数据的图。
30.图7是表示数值实施例1的透镜系统中的第1个面的自由曲面数据的图。
31.图8是表示数值实施例1的透镜系统中的第2个面的非球面数据的图。
32.图9是表示数值实施例1的透镜系统中的第3个面的非球面数据的图。
33.图10是表示数值实施例1的透镜系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
34.图11是表示数值实施例1的透镜系统中的第13个面的非球面数据的图。
35.图12是数值实施例1的透镜系统中的第14个面的自由曲面数据的图。
36.图13是表示数值实施例1的透镜系统中的第15个面的自由曲面数据的图。
37.图14是表示数值实施例1的透镜系统中的第16个面的自由曲面数据的图。
38.图15是表示数值实施例1中的透镜系统的诸像差的像差图。
39.图16a是表示实施方式1的透镜系统中的诸条件的充分性的图表。
40.图16b是表示图16a的比较例的图表。
41.图16c是表示实施方式1的像扩大率与条件式(1a)的关系的图。
42.图16d是表示实施方式1的像扩大率与条件式(1b)的关系的图。
43.图17是用于说明在透镜系统的诸条件下设为基准的高度的光线图。
44.图18是用于说明透镜系统的诸条件下的垂度量的图。
45.图19是例示数值实施例1的透镜系统中的相位方向与垂度量的关系的图。
46.图20是表示实施例2所涉及的透镜系统的结构的透镜配置图。
47.图21是表示数值实施例2中的透镜系统的面数据的图。
48.图22是表示数值实施例2中的透镜系统的各种数据的图。
49.图23是表示数值实施例2的透镜系统中的第1个面的自由曲面数据的图。
50.图24是表示数值实施例2的透镜系统中的第2个面的非球面数据的图。
51.图25是表示数值实施例2的透镜系统中的第3个面的非球面数据的图。
52.图26是表示数值实施例2的透镜系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
53.图27是表示数值实施例2的透镜系统中的第13个面的非球面数据的图。
54.图28是表示数值实施例2的透镜系统中的第14个面的自由曲面数据的图。
55.图29是表示数值实施例2的透镜系统中的第15个面的自由曲面数据的图。
56.图30是表示数值实施例2的透镜系统中的第16个面的自由曲面数据的图。
57.图31是表示数值实施例2的透镜系统中的视角与像点的关系的散布图。
58.图32是表示数值实施例2中的透镜系统的诸像差的像差图。
59.图33是例示数值实施例2的透镜系统中的相位方向与垂度量的关系的图。
60.图34是表示实施例3所涉及的透镜系统的结构的透镜配置图。
61.图35是表示数值实施例3中的透镜系统的面数据的图。
62.图36是表示数值实施例3中的透镜系统的各种数据的图。
63.图37是表示数值实施例3的透镜系统中的第1个面的自由曲面数据的图。
64.图38是表示数值实施例3的透镜系统中的第2个面的自由曲面数据的图。
65.图39是表示数值实施例3的透镜系统中的第5个面的非球面数据的图。
66.图40是表示数值实施例3的透镜系统中的第10个面的非球面数据的图。
67.图41是表示数值实施例3的透镜系统中的第12个面的自由曲面数据的图。
68.图42是表示数值实施例3的透镜系统中的第13个面的自由曲面数据的图。
69.图43是表示数值实施例3的透镜系统中的第14个面的自由曲面数据的图。
70.图44是表示数值实施例3的透镜系统中的第15个面的自由曲面数据的图。
71.图45是表示数值实施例3的透镜系统中的视角与像点的关系的散布图。
72.图46是表示数值实施例3中的透镜系统的诸像差的像差图。
73.图47是例示数值实施例3的透镜系统中的相位方向与垂度量的关系的图。
74.图48是表示实施例4所涉及的透镜系统的结构的透镜配置图。
75.图49是表示数值实施例4中的透镜系统的面数据的图。
76.图50是表示数值实施例4中的透镜系统的各种数据的图。
77.图51是表示数值实施例4的透镜系统中的第1个面的自由曲面数据的图。
78.图52是表示数值实施例4的透镜系统中的第2个面的自由曲面数据的图。
79.图53是表示数值实施例4的透镜系统中的第3个面的自由曲面数据的图。
80.图54是表示数值实施例4的透镜系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
81.图55是表示数值实施例4的透镜系统中的第9个面的自由曲面数据的图。
82.图56是表示数值实施例4的透镜系统中的第10个面的自由曲面数据的图。
83.图57是表示数值实施例4的透镜系统中的第13个面的自由曲面数据的图。
84.图58是表示数值实施例4的透镜系统中的第14个面的自由曲面数据的图。
85.图59是表示数值实施例4的透镜系统中的视角与像点的关系的散布图。
86.图60是表示数值实施例4中的透镜系统的诸像差的像差图。
87.图61是例示数值实施例4的透镜系统中的相位方向与垂度量的关系的图。
88.图62是表示实施例5所涉及的透镜系统的结构的透镜配置图。
89.图63是表示数值实施例5中的透镜系统的面数据的图。
90.图64是表示数值实施例5中的透镜系统的各种数据的图。
91.图65是表示数值实施例5的透镜系统中的第3个面的自由曲面数据的图。
92.图66是表示数值实施例5的透镜系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
93.图67是表示数值实施例5的透镜系统中的第11个面的自由曲面数据的图。
94.图68是表示数值实施例5的透镜系统中的第12个面的自由曲面数据的图。
95.图69是表示数值实施例5的透镜系统中的视角与像点的关系的散布图。
96.图70是表示数值实施例5中的透镜系统的诸像差的像差图。
97.图71是表示实施例6所涉及的透镜系统的结构的透镜配置图。
98.图72是表示数值实施例6中的透镜系统的面数据的图。
99.图73是表示数值实施例6中的透镜系统的各种数据的图。
100.图74是表示数值实施例6的透镜系统中的第3个面的自由曲面数据的图。
101.图75是表示数值实施例6的透镜系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
102.图76是表示数值实施例6的透镜系统中的第11个面的自由曲面数据的图。
103.图77是表示数值实施例6的透镜系统中的第12个面的自由曲面数据的图。
104.图78是表示数值实施例6的透镜系统中的视角与像点的关系的散布图。
105.图79是表示数值实施例6中的透镜系统的诸像差的像差图。
具体实施方式
106.以下适当参考附图来详细说明实施方式。但有省略必要以上详细的说明的情况。例如，有省略已经广为人知的事项的详细说明、或对实质的相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
107.另外，申请人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供了附图以及以下的说明，但并不意在由此限定权利要求书记载的主题。
108.(实施方式1)
109.以下使用附图来说明本公开所涉及的透镜系统、摄像装置以及摄像系统的实施方式1。
110.1.关于摄像系统
111.使用图1来说明本实施方式所涉及的摄像系统。图1是表示本实施方式所涉及的摄像系统10的结构的图。
112.本实施方式所涉及的摄像系统10例如如图1所示那样，具备摄像装置11和图像处理部13。本实施方式的摄像系统10例如能运用于车载摄像机或tof传感器等。虽未特别图示，但摄像系统10可以还包括控制红外光源以及发光的控制部等。
113.摄像装置11具备透镜系统il和摄像元件12。摄像装置11是对以各种物体为被摄体的图像进行摄像的装置，例如构成各种摄像机或图像传感器。图像处理部13可以装入摄像机等中。摄像装置10例如基于波长900nm以上的红外区域的光进行摄像动作。摄像装置10可以具有基于可见区域的光的摄像功能。以下，将摄像装置11中的透镜系统il的光轴d0的方向设为z方向，将与z方向正交的垂直方向设为y方向，将与z、y方向正交的水平方向设为x方向。y、x方向分别是本实施方式中的第1以及第2方向的一例。
114.透镜系统il将从摄像装置11的外部入射的光取入，成像基于所取入的光的像圈(image circle)等的像。透镜系统il例如由透过红外区域的光的各种透镜材料构成。各种透镜材料例如包含si、ga等。关于透镜系统il的细节之后叙述。以下如图1所示那样，将透镜系统il中的 z侧设为像面侧，将-z侧设为物体侧。
115.摄像元件12例如是cmos或ccd图像传感器元件。摄像元件12具有多个像素以等间
隔二维配置的摄像面。摄像元件12配制成在摄像装置11中摄像面位于透镜系统il的像面。摄像元件12经由透镜系统il对成像在摄像面的像进行摄像，生成表示摄像图像的摄像数据。摄像元件12具有与y方向对应的短边和与x方向对应的长边，设为矩形形状。
116.图像处理部13基于来自摄像元件12的摄像数据来对摄像装置11的摄像图像进行给定的图像处理。图像处理例如是伽马校正以及失真校正等。图像处理部13例如可以进行tof方式的距离运算来生成表示距离图像的图像数据。图像处理部13例如包含通过执行存放于内部存储器的程序来实现各种功能的cpu或mpu等。图像处理部13可以包含设计成实现所期望的功能的专用的硬件电路。图像处理部13可以包含cpu、mpu、gpu、dsp、fpga或asic等。
117.以上那样的本实施方式的摄像系统10例如能运用于在车载用途中探测外部环境等的用途。本实施方式的透镜系统il例如出于这样的探测用途的高精度化的观点，在摄像系统10中实现在特定的一个方向上扩大像的功能。使用图2来说明本实施方式的透镜系统il的功能的一例。
118.图2例示摄像系统10的探测范围20、透镜系统il的像圈21和摄像元件12的摄像面22。透镜系统il将来自外部的探测范围20的光取入，通过像圈21在摄像元件12的摄像面22成像。在摄像系统10中，基于在摄像面22上成像的图像的摄像数据来进行各种探测。
119.在本例中，摄像面22具有基于短边a和长边b的纵横比a/b。摄像元件12例如配置成短边a与y方向平行，长边b与x方向平行。本实施方式的透镜系统il的像圈21例如具有从圆形状形变成椭圆等的形状。像圈21可以具有未包括在摄像面22的范围中的部分。
120.图2所例示的探测范围20具有与摄像面22的纵横比a/b不同的纵横比a0/b0。探测范围20的纵横比a0/b0根据摄像系统10的运用用途中的各种要求来设定。上述那样的探测用途通过增加摄像数据中所含的探测范围20的信息量来提高探测精度。
121.为此，本实施方式的摄像系统10通过透镜系统il从探测范围20的纵横比a0/b0变换为摄像面22的纵横比a/b地成像在两个方向中的一个方向上被扩大的像。在图2的示例中，通过在摄像元件12的短边a的方向上扩大像，能将探测范围20的视角收在长边b的范围内，并在短边a的方向进行高分辨率化。
122.此外，在上述那样的探测用途中，考虑远方的探测范围20以及夜间等光量少的状况。在透镜系统il中，有使用长焦的视角、或使光圈值接近于开放的情况。在本实施方式中，提供即使是这样的情况也能实现像的一个方向扩大的透镜系统il。以下说明本实施方式的透镜系统il的详细。
123.2.关于透镜系统
124.作为具体实施本实施方式所涉及的透镜系统il的一例，以下说明透镜系统il的实施例1～6。
125.2-1.实施例1
126.使用图3～15来说明实施例1所涉及的透镜系统il1。
127.图3是表示实施例1所涉及的透镜系统il1的结构的透镜配置图。以下的各透镜配置图例如在透镜系统il1的无限远对焦状态下配置各种透镜的配置。图3的(a)表示本实施例的透镜系统il1的yz截面中的透镜配置图。图3的(b)表示透镜系统il1的xz截面中的透镜配置图。yz截面以及xz截面分别是沿着透镜系统il1的光轴d0的虚拟的截面。此外，例示透
镜系统il1所成像的像面s。
128.在图3的(a)中，标注有记号
“●”
的曲面表示是自由曲面。自由曲面是相对于光轴d0旋转非对称的曲面。此外，标注有记号
“△”
的曲面表示是旋转对称的非球面。另外，在图3的(b)中，省略各种附图标记。
129.本实施方式的透镜系统il例如如图3的(a)、(b)所示那样，具有多个在x方向与y方向之间非对称的自由曲面。以下将在物体侧和像面侧的至少一方具有自由曲面的透镜元件称作自由曲面透镜。
130.实施例1的透镜系统il1具备第1～第8透镜元件l1～l8和光圈a。如图3的(a)所示那样，在透镜系统il1中，第1～第8透镜元件l1～l8从物体侧向像面侧按顺序沿着光轴d0排列。光圈a是孔径光阑。
131.在本实施例的透镜系统il1中，最靠物体侧的第1透镜元件l1例如是在物体侧具有自由曲面的自由曲面透镜。例如第1透镜元件l1的自由曲面如图3的(a)所示那样，在y方向上在物体侧是凸状，如图3的(b)所示那样，在x方向上在像面侧是凸状。第1透镜元件l1的像面侧的面例如在像面侧是凸状的非球面。本实施例的第1透镜元件l1是在y方向上具有正的光焦度(即屈光力)、在x方向上具有负的光焦度的自由曲面透镜的一例。
132.第2透镜元件l2例如是在像面侧具有自由曲面的自由曲面透镜。第2透镜元件l2的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在y方向上比x方向强。第2透镜元件l2的物体侧的面例如是在像面侧凸状的非球面。
133.第3透镜元件l3例如是双凸状的球面透镜。第4透镜元件l4例如是正弯月形状，在物体侧为凸状的球面透镜。在第4透镜元件l4与第5透镜元件l5之间配置有光圈a。第5透镜元件l5例如是负弯月形状且在物体侧为凸状的球面透镜，与第6透镜元件l6接合。第6透镜元件l6例如是正弯月形状且在物体侧为凸状的球面透镜。
134.第7透镜元件l7例如是在像面侧具有自由曲面的自由曲面透镜。第7透镜元件l7的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在y方向上比x方向强。第7透镜元件l7的物体侧的面例如是在像面侧为凸状的非球面。
135.第8透镜元件l8例如是在两侧具有自由曲面的自由曲面透镜。第8透镜元件l8的物体侧的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得正的光焦度在x方向上比在y方向上强。第8透镜元件l8的像面侧的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得例如负的光焦度在y方向上比x方向强。
136.以上那样构成的透镜系统il1在比光圈a更靠物体侧具有2片自由曲面透镜即第1以及第2透镜元件l1、l2，在比光圈a更靠像面侧具有2片自由曲面透镜即第7以及第8透镜元件l7、l8。通过源自这样的自由曲面透镜的多个自由曲面，将透镜系统il1从外部取入的光的光线控制成非对称，能将透镜系统il1进行成像的像在y方向等特定的方向上扩大。使用图4来说明这样的透镜系统il1的作用效果。
137.图4是表示本实施例的透镜系统il1中的视角与像点p1的关系的散布图。在图4中，按透镜系统il1的视角整体中的每给定的角度幅度绘制入射的光在像面上成像的像点p1。该角度幅度设定为5
°
。此外，透镜系统il1设定为无限远对焦状态。
138.图4的绘制基于在数值上实施了实施例1的透镜系统il1的数值实施例1。关于透镜系统il1的数值实施例1，之后叙述。在图4中，在将光轴d0的位置设为原点的像面的xy平面
中例示第1象限的像点p1。本实施例的透镜系统il1由于相对于x轴以及y为线对称，因此关于第2～第4象限也与图4同样。
139.根据图4，在本实施例的透镜系统il1中，在上述的每个角度幅度的像点p1中，沿着y轴的像点p1间的间隔比沿着x轴的像点p1间的间隔扩大。据此，本实施例的透镜系统il1能成像在y方向上被扩大的像。根据这样的像的扩大，摄像元件12的摄像面上的像素与x方向相比被更多地沿着y方向分配。因而，本实施方式的摄像装置11能摄像在y方向上高分辨率的摄像图像。
140.参考图5～15来说明与以上那样的实施例1的透镜系统il1对应的数值实施例1。
141.图5是表示数值实施例1中的透镜系统il1的面数据的图。图5的面数据关于在透镜系统il1中从物体侧起按顺序排列的各面s1～s15示出各个面的类型、mm单位的曲率半径r以及面间隔d、和各透镜元件相对于d线的折射率nd以及阿贝数vd。面的类型包括球面、非球面和作为自由曲面的一例的xy多项式面。面的类型可以包括变形非球面作为自由曲面的其他示例。
142.图6是表示数值实施例1中的透镜系统il1的各种数据的图。图6的各种数据示出本数值实施例的f值、垂直半视角、水平半视角、垂直半视角中的水平像高和水平半视角中的水平像高。各种像高的单位是“mm”，各半视角的单位是
“°”
。
143.图7是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第1个面s1的自由曲面数据的图。图7的自由曲面数据关于第1透镜元件l1的物体侧的面示出对作为自由曲面的xy多项式面进行规定的xy多项式的各种系数。xy多项式如次式(e1)那样表征。
144.[数学式1]
[0145][0146][0147]
在上式(e1)中，c是顶点曲率，k是圆锥常数，cj是系数。在上式(e1)的右边第2项，例如j是2以上且66以下的整数，取关于各j的总和。根据上式(e1)，比变形非球面的规则性更自由地规定设为对象的面上的(x、y)坐标的位置处的垂度量z。根据这样的xy多项式面，提高了自由曲面的形状自由度，例如能提升扩大摄像面22上的被摄体像的效果以及诸像差的校正效果。
[0148]
图8是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第2个面s2的非球面数据的图。图8的非球面数据关于第1透镜元件l1的像面侧的面示出规定非球面的形状的次式(e2)的各种系数。
[0149]
[数学式2]
[0150][0151]
在上式(e2)中，h是径向的高度，k是圆锥常数，an是n阶的非球面系数。在上式(e2)的右边第2项，例如n是4以上且20以下的偶数，取关于各n的总和。根据上式(e2)，设为对象
的面上的径向的高度h处的垂度量z被规定成旋转对称。
[0152]
图9是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第3个面s3的非球面数据的图。图9的非球面数据关于第2透镜元件l2的物体侧的面与图8同样地示出式(e2)的各种系数。
[0153]
图10是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第4个面s4的自由曲面数据的图。图10的自由曲面数据关于第2透镜元件l2的像面侧的面与图7同样地示出式(e1)的各种系数。
[0154]
图11是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第13个面s13的非球面数据的图。图11的非球面数据关于第7透镜元件l7的物体侧的面与图8同样地示出式(e2)的各种系数。
[0155]
图12是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第14个面s14的自由曲面数据的图。图12的自由曲面数据关于第7透镜元件l7的像面侧的面与图7同样地示出式(e1)的各种系数。
[0156]
图13、图14分别是表示数值实施例1的透镜系统il1中的第15、16个面s15、s16的自由曲面数据的图。图13、图14的自由曲面数据分别关于第8透镜元件l8的物体侧以及像面侧的面与图7同样地示出式(e1)的各种系数。
[0157]
图15是表示本实施例中的透镜系统il1的诸像差的像差图。以下的各像差图例示无限远对焦状态下的各种纵像差。图15的(a)表示透镜系统il1中的球面像差“sa”。图15的(b)、(c)、(d)分别表示y方向上的像散“ast-v”、对角方向上的像散“ast-d”、以及x方向上的像散“ast-h”。
[0158]
图15的(a)～(d)的横轴分别以mm为单位表征。图15的(a)的纵轴以瞳孔高度为基准。在图15的(a)中示出球面像差相对于波长940nm的近红外光的特性曲线。此外，图15的(b)～(d)的纵轴以半视角为基准。在图15的(b)～(d)中分别示出与沿着x方向或y方向和光轴d1的xz截面或yz截面相关的像散的特性曲线。
[0159]
另外，在本实施方式中，例如如图7、图10、图12～图14所示那样，在各自由曲面中仅使用x以及y的偶数项。据此，对角方向的像差“ast-d”等在第1～第4象限的任意象限中都相同。
[0160]
2-2.关于诸条件
[0161]
使用以上的透镜系统il1的数值实施例1，参考图16a～图19来说明本实施方式所涉及的透镜系统il所满足的各种条件。
[0162]
图16a是表示本实施方式的透镜系统il中的诸条件的充分性的图表。图16a所示的图表表示本实施方式的透镜系统il在各数值实施例1～6中分别满足下述的条件(1a)～(7)。图16b是表示图16a的比较例的图表。在图16b中，作为比较例，示出关于专利文献2的各实施例的计算结果。
[0163]
2-2-1.关于条件(1a)
[0164]
条件(1a)使比光圈a更靠物体侧的至少一片自由曲面透镜满足以下的条件式(1a)。
[0165]
t1/t2＜0.8...(1a)
[0166]
在此，t1是设为对象的自由曲面透镜的第1方向上的基准的高度(即，距光轴d0的距离)的部位的透镜厚度。t2是同自由曲面透镜的第2方向上的与上述相同的基准的高度的部位的透镜厚度。作为条件(1a)的基准的高度，采用在透镜系统il中轴上光线成为最大的高度。使用图17来说明轴上光线的最大高度。
[0167]
在图17的(a)、(b)中，在分别与图3的(a)、(b)同样的透镜配置下例示透镜系统il1中的轴上光线ax的光束。轴上光线ax从物体侧(-z侧)作为与光轴d0平行的光线入射到透镜系统il1，若在透镜间使光束的直径变化并通过透镜系统il1，则在像面s的中心聚光。
[0168]
轴上光线ax的高度如图17的(a)、(b)所示那样，对应于透镜系统il1中的位置以及方向而变化。在本例中，轴上光线ax如图17的(a)所示那样，在y方向(第1方向的一例)上的第1透镜元件l1的-z侧的面成为最大高度axrh。
[0169]
光圈a的f值越小，即光学系统越明亮，轴上光线ax的最大高度axrh越高。在明亮的光学系统中，由于所取入的光束变粗，因此光学设计的难度提高。为此，为了得到所期望的性能，考虑必须增加透镜片数或将光学系统大型化的情况。
[0170]
与此相对，根据条件(1a)，通过使自由曲面透镜的透镜厚度t1、t2在明亮的光学系统中变高的轴上光线的最大高度axrh处不均匀，即使是明亮的光学系统，也能得到在第1以及第2方向中的一方上使像扩大的性能。
[0171]
此外，使像在一个方向上扩大的比例即像扩大率m根据第1方向和第2方向的像高和视角决定，如次式(α)那样表征。
[0172]
m＝(y1/y2)
×
(θ2/θ1)...(α)
[0173]
在上式(α)中，θ1是第1方向的视角，θ2是第2方向的视角，y1、y2分别是第1以及第2方向的像高。各个视角θ1、θ2例如是半视角。在图16c例示像扩大率m与条件式(1a)的关系。图16c的纵轴是像扩大率，横轴是条件式(1a)左边的算出值。在此，
“●”
表示在本案的实施例中算出的数值，
“◇”
表示专利文献2的实施例中的数值。根据图16c明确了，在条件式(1a)的算出值为“0.8”前左右，在像扩大率m中产生断续的变化，通过满足条件(1a)，易于得到像扩大的效果。
[0174]
关于以上的条件(1a)，例如可以如次式(1aa)那样设置下限值。
[0175]
0.1＜t1/t2＜0.8...(1aa)
[0176]
若低于上式(1aa)的下限值，则第1方向的透镜厚度t1与第2方向的透镜厚度t2的差变得过大，认为制造变得困难。进而，不再能容许所谓的散光(astigmatism)、即在轴上子午线方向和矢状方向的焦点位置的偏离。若高于条件(1a)的上限值，则使像扩大的作用会减少，或者会成为暗的光学系统。或者，在维持使像扩大的作用和光学系统的明亮度的情况下，需要提高自由曲面透镜的折射率。这样一来，不再能容许像面弯曲或像散的产生。
[0177]
即，根据条件(1aa)，即使是明亮的光学系统，也能避免制造的困难化并将像在一个方向上扩大。这样的效果在透镜系统il满足次式(1ab)的情况下会更显著地得到。
[0178]
0.3＜t1/t2＜0.76...(1ab)
[0179]
在数值实施例1的透镜系统il1中，将第1方向设为y方向，将第2方向设为x方向，位于最靠物体侧的第1透镜元件l1满足条件(1a)等。由此，相对于第2方向而易于在第1方向上使像扩大，易于提升分辨率。
[0180]
此外，在数值实施例1的透镜系统il1中，第2透镜元件l2与上述相反地满足将第1方向设为x方向、将第2方向设为y方向的情况的条件(1a)等。该情况还能取代使方向逆转而用取各式(1a)～(1ab)的倒数的式子表征。
[0181]
2-2-2.关于条件(1b)
[0182]
另外，本实施方式的透镜系统il可以不是明亮的光学系统。本实施方式的透镜系
统il也可以取代其或在此基础上是长焦的光学系统。
[0183]
条件(1b)是透镜系统il中的比光圈a更靠物体侧的全部自由曲面透镜的自由曲面综合地满足下述的条件式(1b)。
[0184]
[数学式3]
[0185][0186]
在上式(1b)中，y2是第2方向的像高。θ1是第1方向的全视角。n是位于比光圈a更靠物体侧(即-z侧)的自由曲面的总数。k是指定比光圈a更靠-z侧的各自由曲面的编号，是1～n的整数。以下，编号k将总数n的自由曲面中最靠-z侧设为k＝1，向像面侧(即 z侧)升序地进行设定。
[0187]
上式(1b)右边的分子是关于比光圈a更靠-z侧的自由曲面透镜的各自由曲面的、下述的sg1k以及sg2k间的差分(sg1
k-sg2k)的总和的绝对值。
[0188]
sg1k＝sag1k×
δndk[0189]
sg2k＝sag2k×
δndk[0190]
在此，sag1k是第k个自由曲面中的在第1方向上设为基准的高度的部位的垂度量，表示该自由曲面中的短边侧的垂度量的代表的值。条件(1b)的设为基准的高度是“0.4
×
y1”，即，是第1方向的像高y1的40％。sag2k是第k个自由曲面中的长边侧的垂度量的代表值，是第2方向上的高度0.4
×
y1的部位的垂度量。δndk是从比第k个自由曲面更靠 z侧的折射率减去-z侧的折射率而得到的差分。
[0191]
sg1k表示与第k个自由曲面的第1方向的垂度量sag1k相应的透镜的yz截面中的光焦度的倾向。sg2k表示与同面的第2方向的垂度量sag2k相应的xz截面中的光焦度的倾向。关于sg1k、sg2k，使用图18来进行说明。
[0192]
图18例示在-z侧具有第k个自由曲面、在 z侧具有第(k 1)个自由曲面的透镜元件lk的yz截面。在图18中，例示透镜元件lk整体为两凸形状、在两面使正的光焦度产生的情况。在该情况下，透镜元件lk的-z侧的面的垂度量sag1k如图18所示那样是正的。此外，同面的 z侧的折射率是基于透镜元件lk的材料的折射率nk，-z侧的折射率是基于空气等的折射率n0。因而，同面的
±
z侧的折射率nk、n0间的差分δndk成为正，成为sg1k＝sag1k×
δndk＞0。
[0193]
此外，透镜元件lk的 z侧的面的垂度量sag1
k 1
如图18所示那样成为负。与此同时，同面的
±
z侧的折射率n0、nk间的差分δnd
k 1
也从δndk正负号翻转而成为负。因而，成为sg1
k 1
＝sag1
k 1
×
δnd
k 1
＞0。
[0194]
如以上那样，sg1k的正负不管对应的自由曲面是透镜元件lk的 z侧还是-z侧，都与yz截面中的光焦度的正负对应。关于与xz截面相关的sg2k的正负也是同样的。
[0195]
在此，在自由曲面中，对应于第1方向的垂度量sag1k与第2方向的垂度量sag2k的差异而产生sg1k与sg2k间的差分。在差分(sg1
k-sg2k)为负的情况下，对应的自由曲面具有在比透镜元件lk的xz截面更靠yz截面中、即比第2方向更靠第1方向上使光焦度向负增强的倾向。
[0196]
根据以上，若满足条件(1b)，比透镜系统il的光圈a更靠-z侧的自由曲面综合地在
第1以及第2方向当中一方增强光焦度。因而，根据条件(1b)，能在透镜系统il中得到在一个方向上被扩大的像。
[0197]
进而，条件(1b)将上述那样的差分(sg1
k-sg2k)的总和用第2方向的像高y2归一化，并导入第1方向的全视角θ1，从而意在全视角θ1比较小的长焦的光学系统。在长焦的光学系统中，需要使得光线的高度不会过于提高的控制，光学设计的难度提高。为此，为了得到所期望的性能，考虑招致透镜片数的增加以及光学系统的大型化的情况。与此相对，根据条件(1b)，即使是长焦的光学系统，也能得到使像在一个方向上扩大的性能。
[0198]
此外，在图16d例示像扩大率m与条件式(1b)的关系。图16d的纵轴是像扩大率m，横轴是条件式(1b)左边的算出值。在此，
“●”
表示在本案的实施例中算出的数值，
“◇”
表示专利文献2的实施例中的数值。根据图16d明确了，在条件式(1b)的算出值为“0.0075”左右，在像扩大率m产生断续的变化，通过满足条件(1b)，易于得到像扩大的效果。
[0199]
关于以上的条件(1b)，例如可以如次式(1ba)那样设置上限值。
[0200]
[数学式4]
[0201][0202]
若高于上式(1ba)的上限值，则考虑制造的困难化。在该情况下，也不再容许上述的所谓的散光。此外，若低于条件(1b)的下限值，则使像扩大的作用会减少，或者招致广角化。或者，在维持使像扩大的作用和光学系统的视角的情况下，需要使像在比光圈更靠像面侧的自由曲面透镜扩大。这样一来，不再能容许像面弯曲或像散的产生。
[0203]
即，根据条件(1ba)，即使是长焦的光学系统，也能避免制造的困难化并使像在一个方向上扩大。这样的效果在透镜系统il满足次式(1bb)的情况下能更加显著地得到。
[0204]
[数学式5]
[0205][0206]
2-2-3.关于条件(2)～(7)
[0207]
条件(2)由基于第1方向上的像高y1以及轴上光线ax的最大高度axrh的以下的条件式(2)来规定。
[0208]
2＜axrh/y1＜5...(2)
[0209]
若低于上述的条件(2)的下限值，透镜系统il就会成为暗的光学系统，例如，不适于上述的探测用途等程度地光量不足。或者，像高y1若变得过高，就不再能容许像散或像面弯曲的产生。另一方面，若高于条件式(2)的上限值，光线高度就会变得过高，就变得难以校正球面像差以及彗形像差。根据条件(2)，能确保透镜系统il中的光量并校正像差。这样的效果在满足次式(2a)的情况下能更加显著地得到。
[0210]
25＜axrh/y1＜4(2a)
[0211]
条件(3)是与透镜系统il的光圈a相比在物体侧最靠物体侧的自由曲面透镜在物体侧的面具有满足以下的条件式(3)的自由曲面。
[0212]
0.005＜(fsag1-fsag2)/axrh＜0.015...(3)
[0213]
在上式(3)中，fsag1是第1方向上的轴上光线ax的高度axrh的部位的垂度量。
fsag2是第2方向上的轴上光线ax的高度axrh的部位的垂度量。
[0214]
若低于上述的条件(3)的下限值，则在第1方向与第2方向间性能差变小，使像在一个方向上扩大的作用会减少。或者，由于轴上光线ax的高度axrh变得过高而不再容许球面像差或彗形像差的产生。若高于条件(3)的上限值，则透镜系统il会成为暗的光学系统，例如不适于上述的探测用途程度地光量不足。或者，不再能容许上述的所谓的散光。
[0215]
根据条件(3)，能确保透镜系统il中的光量并使像在一个方向上扩大。这样的效果在满足次式(3a)的情况下能更加显著地得到。
[0216]
0.009＜(fsagl-fsag2)/axrh＜0.0014...(3a)
[0217]
条件(4)由基于第1方向的像高y1以及所述第2方向的像高y2的以下的条件式(4)来规定。
[0218]
1＜(y1/y2)
×
|tanθ2/tanθ1|＜4...(4)
[0219]
在上式(4)中，θ1是第1方向的视角，θ2是第2方向的视角。各个视角θ1、θ2例如是半视角。
[0220]
若低于上述的条件(4)的下限值，则在第1方向与第2方向间，性能差变小，使像在两个方向中的一个方向上扩大的作用会减少。或者，在维持使像扩大的作用的情况下，需要提高自由曲面透镜的折射率。这样一来，不再能容许像面弯曲或像散的产生。若高于条件(4)的上限值，像就会在剩下的一个方向上缩小，招致分辨率的降低。或者，若要维持分辨率，则不再能容许球面像差的产生。
[0221]
根据条件(4)，能避免分辨率的降低，并使像在一个方向上扩大。这样的效果在满足次式(4a)的情况下能更加显著地得到。
[0222]
2＜(y1/y2)
×
|tanθ2/tanθ1|＜3.5...(4a)
[0223]
条件(5)由基于透镜系统il的轴上光线ax的最大高度axrh的以下的条件式(5)来规定。
[0224]
0.050＜axrh/oal＜0.350...(5)
[0225]
在上式(5)中，oal是透镜系统il的光学全长。
[0226]
若低于上述的条件(5)的下限值，则透镜系统il会成为暗的光学系统，例如不适于上述的探测用途程度地光量不足。或者，若光学全长变得过长，则不再容许像面弯曲的产生。若高于条件(5)的上限值，则光线高度变得过高，变得难以校正球面像差以及彗形像差。根据条件(5)，能确保透镜系统il中的光量并校正像差。这样的效果在满足次式(5a)的情况下能更加显著地得到。
[0227]
0.100＜axrh/oal＜0.250...(5a)
[0228]
条件(6)通过以下的条件式(6)规定。
[0229]
0.30＜ffn/fbn＜3.00...(6)
[0230]
在上式(6)中，ffn是在透镜系统il中比光圈a更靠物体侧的自由曲面透镜的片数。fbn是比光圈a更靠像面侧的自由曲面透镜的片数。
[0231]
若低于上述的条件(6)的下限值，则由于在光圈a后自由曲面变多，因此，为了得到一个方向扩大的作用而增大透镜外径，招致尺寸以及成本的增加。进而，不再能容许像面弯曲或像散的产生。若高于条件(6)的上限值，则透镜系统il中的诸像差、特别是球面像差的校正变得困难。根据条件(6)，能避免尺寸以及成本的增加并校正诸像差。这样的效果在满
足次式(6a)的情况下能更加显著地得到。
[0232]
0.50＜ffn/fbn＜1.00...(6a)
[0233]
条件(7)与条件(1b)同样，基于与比光圈a更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面相关的总和，由以下的条件式(7)来规定。
[0234]
[数学式6]
[0235][0236]
上式(7)的总和在与条件式(1b)同样的范围内计算。sag1k是第k个自由曲面的第1方向上的高度为axrh的40％的部位的垂度量。sag2k是第k个自由曲面的第2方向上的高度为axrh的40％的部位的垂度量。
[0237]
若低于上述的条件(7)的下限值，则在第1方向与第2方向间，性能差变小，使像在一个方向上扩大的作用减少。或者，光线高度变得过高，变得难以校正球面像差以及彗形像差。若高于条件(7)的上限值，则透镜系统il会成为暗的光学系统，例如不适于上述的探测用途程度地光量不足。或者，不再能容许像面弯曲或像散地产生。根据条件(7)，能确保透镜系统il中的光量并进行像差的校正，并且使像在一个方向上扩大。这样的效果在满足次式(7a)的情况下能更加显著地得到。
[0238]
[数学式7]
[0239][0240]
2-2-4.关于进一步的条件
[0241]
本实施方式的透镜系统il可以在以上的诸条件的基础上满足以下的条件，或者取而代之满足以下的条件。
[0242]
本实施方式的透镜系统il也可使配置于比光圈a更靠像面侧的自由曲面透镜具有给定的基准高度处的垂度量在与第1以及第2方向不同的相位方向上有极值的自由曲面。在图19例示数值实施例1的透镜系统il1中的相位方向与垂度量的关系。
[0243]
在图19中例示数值实施例1的透镜系统il1中的第8透镜元件l8的像面侧的自由曲面的垂度量的图表g1。在图19的图表g1中，纵轴表示以轴上光线ax的最大高度axrh的50％为基准的高度的垂度量。横轴以“deg”表示光轴d0的周围的相位方向，0deg以及90deg与第1以及第2方向对应。根据图表g1，该自由曲面在第1以及第2方向以外的相位方向上有极值。通过这样的形状的自由度高的自由曲面，在第1方向与第2方向之间也易于得到扩大效果，像差校正的效果也提升。
[0244]
本实施方式的透镜系统il可以使透镜元件的片数为5片以上。由此，能合适地进行像差校正，能得到良好的成像性能。此外，本实施方式的透镜系统il可以使光圈a的f值比2.8小。由此，能得到明亮的光学系统，能提升上述的探测用途的性能。此外，本实施方式的透镜系统il可以构成为能成像波长900nm以上的光。由此，特别是夜间等，能避免对人的眼的影响并确保探测性能。
[0245]
在本实施方式中，透镜系统il中相互交叉的第1方向和第2方向可以正交。由此，例如易于活用摄像元件12等的矩形的传感器。此外，第1方向可以与摄像元件12的短边或垂直
方向对应，第2方向可以与摄像元件12的长边或水平方向对应。由此，易于利用在谋求将垂直方向上不需要的拍摄区除去、将中央部分在纵向上扩大这样的运用用途中。
[0246]
本实施方式所涉及的透镜系统il并不限定于上述的实施例1的透镜系统il1，能以各种形态实施。以下说明透镜系统il的实施例2～6。
[0247]
2-3.实施例2
[0248]
使用图20～图33来说明实施例2的透镜系统il2。
[0249]
图20表示实施例2所涉及的透镜系统il2的结构。图20的(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地表示透镜系统il2的透镜配置图。
[0250]
实施例2的透镜系统il2从与实施例1同样的结构变更各种透镜元件l1～l8的形状等。本实施例的透镜系统il2中的自由曲面透镜与实施例1同样，是比光圈a更靠物体侧的2片和比光圈a更靠像面侧的2片。在图21～图30示出与实施例2的透镜系统il2对应的数值实施例。
[0251]
图21是表示数值实施例2中的透镜系统il2的面数据的图。图22是表示本实施例中的透镜系统il2的各种数据的图。图21、图22分别与数值实施例1的图5、图6同样地示出各数据。
[0252]
图23是表示本实施例的透镜系统il2中的第1个面s1的自由曲面数据的图。该自由曲面数据关于第1透镜元件l1的物体侧的面与数值实施例1同样地示出式(e1)的各种系数。
[0253]
图24、图25为表示本实施例的透镜系统il2中的第2、3个面s2、s3的非球面数据的图。各非球面数据分别针对第1透镜元件l1的像面侧的面和第2透镜元件l2的物体侧的面与数值实施例1同样地示出式(e2)的各种系数。
[0254]
图26是表示本实施例的透镜系统il2中的第4个面s4的自由曲面数据的图。图26的自由曲面数据针对第2透镜元件l2的像面侧的面与数值实施例1同样地示出式(e1)的各种系数。
[0255]
图27是表示本实施例的透镜系统il2中的第13个面s13的非球面数据的图。该非球面数据针对第7透镜元件l7的物体侧的面与数值实施例1同样地示出式(e2)的各种系数。
[0256]
图28～图30是表示本实施例的透镜系统il2中的第14～16个面s14～s16的自由曲面数据的图。各自由曲面数据分别关于第7透镜元件l7的像面侧的面和第8透镜元件l8的两面与数值实施例1同样地示出式(e1)的各种系数。
[0257]
基于以上的数值实施例2，在图31示出本实施例的透镜系统il2中的视角与像点p2的关系。此外，图32表示本实施例中的透镜系统il2的诸像差。图32的(a)、(b)、(c)、(d)分别与图15的(a)～(d)同样地表示本实施例中的透镜系统il2的各像差图。
[0258]
图33例示数值实施例2的透镜系统il2中的相位方向与垂度量的关系。图33与图19同样地示出数值实施例2的透镜系统il2中的第8透镜元件l8的像面侧的自由曲面的垂度量的图表g2。根据本实施例的透镜系统il2，也与实施例1同样地能使像在一个方向上扩大。
[0259]
2-4.实施例3
[0260]
在实施例3中说明比光圈a更靠物体侧的自由曲面透镜为1片的透镜系统il的一例。使用图34～图47来说明实施例3的透镜系统il3。
[0261]
图34表示实施例3所涉及的透镜系统il3的结构。图34的(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地表示透镜系统il3的透镜配置图。
[0262]
实施例3的透镜系统il3具备：与实施例1同样地按顺序配置的第1～第8透镜元件l1～l8；和配置于第5以及第6透镜元件l5、l6间的光圈a。在本实施例的透镜系统il3中，比光圈a更靠物体侧的自由曲面透镜是第1透镜元件l1，比光圈a更靠像面侧的自由曲面透镜是第7以及第8透镜元件l7、l8。
[0263]
在本实施例中，第1透镜元件l1在两侧具有自由曲面。物体侧的自由曲面在y方向上在物体侧是凸状，在x方向上在像面侧是凸状。像面侧的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在y方向上比x方向强。
[0264]
第2透镜元件l2是双凹状的球面透镜，与第3透镜元件l3接合。第3透镜元件l3是双凸状，在物体侧具有球面，在像面侧具有非球面。第4透镜元件l4是双凸状的球面透镜，与第5透镜元件l5接合。第5透镜元件l5是双凹状的球面透镜。第6透镜元件l6是在物体侧具有凸状的负弯月形状，在物体侧具有非球面，在像面侧具有球面。
[0265]
第7透镜元件l7例如在两侧具有自由曲面。物体侧的自由曲面例如在x、y方向上在像面侧是凸状，以使得负的光焦度在x方向上比y方向强。像面侧的自由曲面在y方向上在物体侧是凸状，在x方向上在像面侧是凸状。
[0266]
第8透镜元件l8例如在两侧具有自由曲面。物体侧的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得正的光焦度在x方向上比y方向强。像面侧的自由曲面例如在x、y方向上在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在x方向上比y方向强。
[0267]
在图35～图44示出与实施例3的透镜系统il3对应的数值实施例。图35是表示数值实施例3中的透镜系统il3的面数据的图。图36是表示本实施例中的透镜系统il3的各种数据的图。图35、图36分别与数值实施例1的图5、图6同样地示出各数据。
[0268]
图37、图38是表示本实施例的透镜系统il3中的第1、2个面s1、s2的自由曲面数据的图。各自由曲面数据分别针对第1透镜元件l1的两侧的面与数值实施例1同样地示出式(刚)的各种系数。
[0269]
图39、图40是表示本实施例的透镜系统il3中的第5、第10个面s5、s10的非球面数据的图。各非球面数据分别针对第3透镜元件l3的像面侧的面和第6透镜元件l6的物体侧的面与数值实施例1同样地示出式(e2)的各种系数。
[0270]
图41～图44分别是表示透镜系统il3中的第12～15个面s12～s15的自由曲面数据的图。图41～图44与图37等同样地示出针对第7以及第8透镜元件l7、l8的两面的各自由曲面数据。
[0271]
基于以上的数值实施例3，在图45示出本实施例的透镜系统il3中的视角与像点p3的关系。此外，图46表示本实施例中的透镜系统il3的诸像差。图46的(a)、(b)、(c)、(d)分别与图15的(a)～(d)同样地示出本实施例中的透镜系统il3的各像差图。
[0272]
图47例示数值实施例3的透镜系统il3中的相位方向与垂度量的关系。图47与图19同样地示出数值实施例3的透镜系统il3中的第8透镜元件l8的像面侧的自由曲面的垂度量的图表g3。根据本实施例的透镜系统il3，也与上述各实施例同样地，能将像在一个方向上扩大。
[0273]
2-5.实施例4
[0274]
在实施例4中，说明不使用非球面的透镜系统il的一例。使用图48～图61来说明实施例4的透镜系统il4。
[0275]
图48表示实施例4所涉及的透镜系统il4的结构。图48的(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地示出透镜系统il4的透镜配置图。
[0276]
实施例4的透镜系统il4具备：与实施例1同样地按顺序配置的第1～第7透镜元件l1～l7；和配置于第4以及第5透镜元件l4、l5间的光圈a。在本实施例的透镜系统il4中，比光圈a更靠物体侧的自由曲面透镜是第1以及第2透镜元件l1、l2，比光圈a更靠像面侧的自由曲面透镜是第5以及第7透镜元件l5、l7。在本实施例中，上述的各自由曲面透镜分别在两侧具有自由曲面。
[0277]
在本实施例中，第1透镜元件l1的物体侧的自由曲面在y方向上在物体侧是凸状，在x方向上在像面侧是凸状。第1透镜元件l1的像面侧的自由曲面例如在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在x方向上比y方向强。第2透镜元件l2的物体侧的自由曲面例如在物体侧是凸状，以使得正的光焦度在x方向上比y方向强。第2透镜元件l2的像面侧的自由曲面例如在像面侧是凸状，以使得正的光焦度在x方向上比y方向强。
[0278]
第5透镜元件l5的物体侧的自由曲面例如在像面侧是凸状，以使得负的光焦度是y方向上比x方向强。第5透镜元件l5的像面侧的自由曲面例如在像面侧是凸状，以使得正的光焦度在x方向上比y方向强。第7透镜元件l7的物体侧的自由曲面例如在像面侧是凸状，以使得负的光焦度在y方向上比x方向强。第7透镜元件l7的像面侧的自由曲面例如在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在y方向上比x方向强。
[0279]
在图49～图58示出与实施例4的透镜系统il4对应的数值实施例。图49是表示数值实施例4中的透镜系统il4的面数据的图。图50是表示本实施例中的透镜系统il4的各种数据的图。图49、图50分别与数值实施例1的图5、图6同样地示出各数据。
[0280]
图51～图54是表示本实施例的透镜系统il4中的第1～4个面s1～s4的自由曲面数据的图。各自由曲面数据分别针对第1透镜元件l1的两侧的面以及第2透镜元件l2的两侧的面与数值实施例1同样地示出式(e1)的各种系数。
[0281]
图55～图58分别是表示透镜系统il4中的第9、10、13、14个面s9～s14的自由曲面数据的图。图55～图58与图51等同样地示出针对第5以及第7透镜元件l5、l7的两面的各自由曲面数据。
[0282]
基于以上的数值实施例4在图59示出本实施例的透镜系统il4中的视角与像点p4的关系。此外，图60表示本实施例中的透镜系统il4的诸像差。图60的(a)、(b)、(c)、(d)分别与图15的(a)～(d)同样地示出本实施例中的透镜系统il4的各像差图。
[0283]
图61例示数值实施例4的透镜系统il4中的相位方向与垂度量的关系。图61与图19同样地示出数值实施例4的透镜系统il4中的第7透镜元件l7的像面侧的自由曲面的垂度量的图表g4。根据本实施例的透镜系统il4，也与上述各实施例同样地，能将像在一个方向上扩大。
[0284]
2-6.实施例5
[0285]
在实施例5中说明能利用可见光的透镜系统il的一例。使用图62～图70来说明实施例5的透镜系统il5。
[0286]
图62表示实施例5所涉及的透镜系统il5的结构。图62的(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地示出透镜系统il5的透镜配置图。
[0287]
实施例5的透镜系统il5具备：与实施例1同样地按顺序配置的第1～第6透镜元件
l1～l6；和配置于第3以及第4透镜元件l3、l4间的光圈a。在本实施例的透镜系统il5中，比光圈a更靠物体侧的自由曲面透镜是第2透镜元件l2，比光圈a更靠像面侧的自由曲面透镜是第6透镜元件l6。在本实施例中，上述的各自由曲面透镜分别在两侧具有自由曲面。
[0288]
在本实施例中，第2透镜元件l2的物体侧的自由曲面在y方向上在物体侧是凸状，在x方向上在像面侧是凸状。第2透镜元件l2的像面侧的自由曲面例如在物体侧是凸状，以使得负的光焦度在x方向上比y方向强。
[0289]
第6透镜元件l6的物体侧的自由曲面例如在y方向上，在中央近旁在物体侧成为凸状，向周边部而曲率的朝向发生变化。上述自由曲面例如在x方向上在物体侧是凸状。第6透镜元件l6的像面侧的自由曲面例如在像面侧是凸状，以使得正的光焦度在y方向上比x方向强。
[0290]
在图63～图68示出与实施例5的透镜系统il5对应的数值实施例。图63是表示数值实施例5中的透镜系统il5的面数据的图。图64是表示本实施例中的透镜系统il5的各种数据的图。图63、64分别与数值实施例1的图5、图6同样地示出各数据。
[0291]
图65、图66是表示本实施例的透镜系统il5中的第3、4个面s3、s4的自由曲面数据的图。各自由曲面数据分别针对第2透镜元件l2的两侧的面示出规定作为自由曲面的变形非球面的次式(e3)的各种系数。
[0292]
[数学式8]
[0293][0294]
在上式(e3)中，cux、cuy、ar、ap、br、bp、cr、cp、dr、dp是系数。根据上式(e3)，规定了设为对象的面上的(x、y)坐标的位置处的垂度量z。在此，上式(e3)针对各坐标变量x、y具有仅以对x2和y2用上述的系数进行加权的加权和的形式而依存的规则性。即，变形非球面是在上式(e3)的规则性的范围内成为旋转非对称的自由曲面。
[0295]
图67、图68是表示本实施例的透镜系统il5中的第11、12个面s11、s12的自由曲面数据的图。各自由曲面数据分别针对第6透镜元件l6的两侧的面与上述同样地示出式(e3)的各种系数。
[0296]
基于以上的数值实施例5在图69示出本实施例的透镜系统il5中的视角与像点p5的关系。此外，图70表示本实施例中的透镜系统il5的诸像差。在图15的(a)中，除了与图15的(a)同样的近红外光以外，还示出针对波长656nm、587nm、486nm的可见光的球面像差的特性曲线。图70(b)、(c)、(d)分别与图15的(b)～(d)同样地示出本实施例中的透镜系统il5的各像差图。根据本实施例的透镜系统il5，也与上述各实施例同样地，能将像在一个方向上扩大。
[0297]
2-7.实施例6
[0298]
使用图71～图79来说明实施例6的透镜系统il6。
[0299]
图71表示实施例6所涉及的透镜系统il6的结构。图71的(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地示出透镜系统il2的透镜配置图。
[0300]
实施例6的透镜系统il6从与实施例5同样的结构变更各种透镜元件l1～l6的形状等。本实施例的透镜系统il6中的自由曲面透镜与实施例5同样，是比光圈a更靠物体侧的1片和比光圈a更靠像面侧的1片。在图72～图77示出与实施例6的透镜系统il6对应的数值实施例。
[0301]
图72是表示数值实施例6中的透镜系统il6的面数据的图。图73是表示本实施例中的透镜系统il6的各种数据的图。图72、73分别与数值实施例1的图5、图6同样地示出各数据。
[0302]
图74～图77是表示本实施例的透镜系统il6中的第3、4、11、12个面s3、s4、s11、s12的自由曲面数据的图。各自由曲面数据分别针对第2透镜元件l2的两侧的面以及第6透镜元件l6的两侧的面与数值实施例6同样地示出式(e3)的各种系数。
[0303]
基于以上的数值实施例6在图78示出本实施例的透镜系统il6中的视角与像点p6的关系。此外，图79表示本实施例中的透镜系统il6的诸像差。图79的(a)、(b)、(c)、(d)分别与图70的(a)～(d)同样地示出本实施例中的透镜系统il6的各像差图。根据本实施例的透镜系统il6，也与实施例5同样地，能将像在一个方向上扩大。
[0304]
(其他实施方式)
[0305]
如以上那样，作为本技术中公开的技术的例示，说明了实施方式1。但本公开中的技术并不限定于此，还能运用于进行了适宜变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，还能组合上述各实施方式中说明的各构成要素来做出新的实施方式。为此，以下例示其他实施方式。
[0306]
在上述的实施方式1中，在图2中例示了长方形的摄像面22，但摄像元件12的摄像面并不限于此。在本实施方式中，摄像元件12的摄像面也可以是并非长方形的各种矩形，还可以部分被遮蔽。此外，摄像元件12的摄像面也可以弯曲。对于这样的摄像元件12，也能通过本实施方式的透镜系统il得到与实施方式1同样的效果。
[0307]
例如，本实施方式的摄像元件12的长边b和短边a也可以不正交，可以以各种角度交叉。此外，摄像元件12可以取代长边b以及短边a而具有相同长度的二边。在本实施方式中，透镜系统il的第1以及第2方向也可以不相互正交，也可以以各种角度交叉。此外，像圈21中的第1以及第2方向的直径的长度可以不同，也可以相同。像圈21不一定非要是从圆形形变。
[0308]
在上述的各实施方式中，作为自由曲面的一例，例示了xy多项式面以及变形非球面。在本实施方式中，自由曲面并不限于上述，例如可以是复曲面。此外，本实施方式的透镜系统可以具备不是变形的自由曲面。不是变形的自由曲面包括xy多项式面，另一方面不含变形非球面。不是变形的自由曲面例如可以没有对称面。
[0309]
本实施方式的摄像系统10能运用于各种用途，例如能运用于车载用途。例如，摄像装置11可以构成车载摄像机，来对车辆等移动体的后方的场景进行摄像。此外，作为车载摄像机的摄像装置11并不限于移动体的后方，也可以运用于对前方或侧方等的各种场景进行摄像的用途。此外，摄像系统10并不限于车载用途，例如还能运用于监视各种状况的监视摄像机。
[0310]
如以上那样，作为本公开中的技术的例示，说明了实施方式。为此提供附图以及详细的说明。
[0311]
因此，在附图以及详细的说明中记载的构成要素中，不仅包括为了课题解决所必须的构成要素，还能为了例示上述技术而包括为了课题解决并不必须的构成要素。为此，通过将这些并非必须的构成要素记载于附图、详细的说明中，不应直接认定这些并非必须的构成要素是必须的。
[0312]
此外，上述的实施方式用于例示本公开中的技术，因此能在权利要求书或其等同的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
[0313]
(方式的汇总)
[0314]
以下例示本公开所涉及的各种方式。
[0315]
本公开所涉及的第1方式提供透镜系统，具备：从物体侧向像面侧排列的多个透镜元件；和配置于所述多个透镜元件之间的光圈。所述多个透镜元件包括：在相互交叉的第1方向与第2方向之间具有非对称的自由曲面的多个自由曲面透镜。在比所述光圈更靠像面侧配置至少1片自由曲面透镜。在比所述光圈更靠物体侧配置满足以下的条件式(1a)的至少1片自由曲面透镜。
[0316]
t1/t2＜0.8...(1a)
[0317]
在此，
[0318]
t1：轴上光线的最大高度处的所述第1方向的透镜厚度
[0319]
t2：轴上光线的最大高度处的所述第2方向的透镜厚度。
[0320]
根据以上的透镜系统，能根据条件式(1a)，在比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的第1方向和第2方向上设置垂度差，来将像在一个方向上扩大。例如，即使透镜系统是明亮的光学系统，也能实现这样的像的一个方向扩大。
[0321]
本公开所涉及的第1方式的透镜系统也可以取代上式(1a)或在此基础上，满足基于与比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面相关的总和的以下的条件式(1b)。
[0322]
[数学式9]
[0323][0324]
在此，
[0325]
n：比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜中的自由曲面的总数
[0326]
k：表示总数n的自由曲面中的各自由曲面的编号
[0327]
sag1k：第k个自由曲面的所述第1方向上的高度为所述第1方向的像高的40％的部位的垂度量
[0328]
sag2k：第k个自由曲面的所述第2方向上的高度为所述第1方向的像高的40％的部位的垂度量
[0329]
y2：所述第2方向的像高
[0330]
θ1：所述第1方向的全视角
[0331]
δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去物体侧的折射率所得到的差分。
[0332]
根据以上的透镜系统，能根据条件式(1b)，在比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜整体的第1方向和第2方向设置垂度差，来将像在一个方向上扩大。例如，即使透镜系统是长焦的光学系统，也能实现这样的像在一个方向扩大。
[0333]
在第2方式中，第1方式的透镜系统满足以下的条件式(2)。
[0334]
2＜axrh/y1＜5...(2)
[0335]
在此，
[0336]
axrh：轴上光线的最大高度
[0337]
y1：所述第1方向的像高。
[0338]
由此，能使透镜系统明亮并校正像差。
[0339]
在第3方式中，在第1或第2方式的透镜系统中，所述多个自由曲面透镜中的最靠物体侧的自由曲面透镜在物体侧具有满足以下的条件式(3)的自由曲面。
[0340]
0.005＜(fsag1-fsag2)/axrh＜0.015...(3)
[0341]
在此，
[0342]
fsag1：高度axrh处的所述第1方向的垂度量
[0343]
fsag2：高度axrh处的所述第2方向的垂度量
[0344]
axrh：轴上光线的最大高度。
[0345]
由此，能确保透镜系统的明亮度并将像在一个方向上扩大。
[0346]
在第4方式中，第1～第3中任一方式的透镜系统满足以下的条件式(4)。
[0347]
1＜(y1/y2)
×
|tanθ2/tanθ1|＜4...(4)
[0348]
在此，
[0349]
y1：所述第1方向的像高
[0350]
y2：所述第2方向的像高
[0351]
θ1：所述第1方向的视角
[0352]
θ2：所述第2方向的视角。
[0353]
由此，能避免分辨率的降低，且将像在一个方向上扩大。
[0354]
在第5方式中，第1～第4任一方式的透镜系统满足以下的条件式(5)。
[0355]
0.050＜axrh/oal＜0.350...(5)
[0356]
在此，
[0357]
axrh：轴上光线的最大高度
[0358]
oal：透镜系统的光学全长。
[0359]
由此，能确保透镜系统il的明亮度并校正像差。
[0360]
在第6方式中，第1～第5任一方式的透镜系统满足以下的条件式(6)。
[0361]
0.30＜ffn/fbn＜3.00...(6)
[0362]
在此，
[0363]
ffn：比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的片数
[0364]
fbn：比所述光圈更靠像面侧的自由曲面透镜的片数。
[0365]
由此，能避免透镜系统的大型化等并校正诸像差。
[0366]
在第7方式中，第1～第6任一方式的透镜系统满足基于与比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面相关的总和的以下的条件式(7)。
[0367]
[数学式10]
[0368][0369]
在此，
[0370]
n：比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜中的自由曲面的总数
[0371]
k：表示总数n的自由曲面中的各自由曲面的编号
[0372]
sag1k：第k个自由曲面的所述第1方向上的高度为axrh的40％的部位的垂度量
[0373]
sag2k：第k个自由曲面的所述第2方向上的高度为axrh的40％的部位的垂度量
[0374]
axrh：轴上光线的最大高度
[0375]
δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去物体侧的折射率所得到的差分。
[0376]
由此，确保透镜系统的明亮度并能校正像差，并且将像在一个方向上扩大。
[0377]
在第8方式中，在第1～第7任一方式的透镜系统中，最靠物体侧的自由曲面透镜满足所述条件式(1a)。即，在最靠物体侧的自由曲面透镜中，轴上光线的最大高度处的所述第1方向的透镜厚度比轴上光线的最大高度处的所述第2方向的透镜厚度的80％大。由此，在最靠物体侧控制高的光线，从而能易于得到像的一个方向扩大。
[0378]
在第9方式中，在第1～第8任一方式的透镜系统中，配置在比所述光圈更靠像面侧的自由曲面透镜具有轴上光线的最大高度的50％的高度处的垂度量在光轴的周围的相位方向且与所述第1以及第2方向不同的相位方向上有极值的自由曲面。由此，提高了形状的自由度，从而能在第1方向与第2方向之间也易于得到扩大效果，像差校正的效果也得以提升。
[0379]
在第10方式中，在第1～第9任一方式的透镜系统中，所述多个透镜元件的片数为5片以上。由此，能合适地校正诸像差，能提升成像性能。
[0380]
在第11方式中，在第1～第10任一方式的透镜系统中，所述光圈的f值比2.8小。由此，能得到明亮的光学系统，例如能提升基于摄像的探测性能。
[0381]
在第12方式中，在第1～第11任一方式的透镜系统中，所述多个自由曲面透镜包括：在所述第1方向上具有正的光焦度、在所述第2方向上具有负的光焦度的自由曲面透镜。由此，使像相对于第2方向更易于在第1方向上扩大，易于使分辨率提升。
[0382]
在第13方式中，在第1～第12任一方式的透镜系统中，所述第1方向和所述第2方向相互正交。由此，例如能易于活用矩形的摄像面等。
[0383]
在第14方式中，第1～第13任一方式的透镜系统构成为能成像波长900nm以上的光。由此，特别是夜间等，能避免对人的眼的影响并确保探测性能。
[0384]
第15方式提供摄像装置，具备：第1～第14任一方式的透镜系统；和对由所述透镜系统成像的像进行摄像的摄像元件。根据这样的摄像装置，能通过透镜系统将像在一个方向上扩大。
[0385]
在第16方式中，在第15方式的摄像装置中，所述摄像元件具有：与所述第1方向对应的短边；和与所述第2方向对应的长边。由此，例如易于用到在短边的方向上舍去不需要的拍摄区来使分辨率提升这样的用途中。
[0386]
第17方式提供一种摄像系统，具备：第15或第16方式的摄像装置；和对由所述摄像装置的摄像元件摄像的图像执行图像处理的图像处理部。根据这样的摄像系统，能通过摄像装置的透镜系统将像在一个方向上扩大。
[0387]
产业上的可利用性
[0388]
本公开所涉及的摄像系统能运用于各种摄像以及探测用途，例如能运用于车载摄像机、tof传感器、监视摄像机、web摄像机以及数字摄像机等。此外，本公开所涉及的透镜系
统也可以在交换透镜装置中被提供。