带折射面和反射面的光学系统与图像拍摄装置和投影装置的制作方法

本发明涉及一种具有折射面和反射面的光学系统，并且适合于图像拍摄装置(比如数字静态照相机、数字摄像机、车载照相机、移动电话照相机、监视照相机、可穿戴照相机或医用照相机)和投影装置(比如投影仪)。
背景技术：
：作为用于图像拍摄装置或投影装置中的光学系统，通过使用反射面和折射面而减小尺寸的反射折射系统是已知的。日本专利申请公开no.2003-215458讨论了一种反射折射系统，在该反射折射系统中，设置两个反射折射元件，每个反射折射元件均包括反射面和折射面。此外，日本专利申请公开no.2003-177321讨论了包括两个折射元件、单个反射元件(后表面反光镜)和单个反射折射元件的反射折射系统。然而，根据日本专利申请公开no.2003-215458的反射折射系统只包括两个反射折射元件。因此，难以充分地校正各种类型的像差。此外，在根据日本专利申请公开no.2003-177321的反射折射系统中，折射元件需要被放置在反射元件的物体侧。因此，难以充分地减小整个系统的尺寸。技术实现要素：本发明旨在提供小型的但是具有高成像性能的光学系统。根据本发明的一方面，一种光学系统包括：第一光学元件，第一光学元件包括第一反射区，所述第一反射区具有朝向放大侧的凸形，第二光学元件，第二光学元件具有缩小侧表面，所述缩小侧表面具有朝向放大侧的凸形，以及第三光学元件，第三光学元件具有放大侧表面，所述放大侧表面具有朝向放大侧的凸形，其中，第二光学元件的缩小侧表面或第三光学元件的放大侧表面包括第二反射区，其中，第三光学元件包括具有正焦度(power)的折射区，并且其中，来自放大侧的光顺序地经由第一光学元件的折射区、所述第二反射区、所述第一反射区、第二光学元件的折射区和第三光学元件的折射区行进到缩小侧。从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清晰。附图说明图1a是根据本发明的第一示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(yz截面)。图1b是根据第一示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(从+y侧看)。图2是根据第一示例性实施例的光学系统的横向像差图。图3a是根据本发明的第二示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(yz截面)。图3b是根据本发明的第二示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(从+y侧看)。图4是根据第二示例性实施例的光学系统的横向像差图。图5a是根据本发明的第三示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(yz截面)。图5b是根据本发明的第三示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(从+y侧看)。图6是根据第三示例性实施例的光学系统的横向像差图。图7a是根据本发明的第四示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(yz截面)。图7b是根据本发明的第四示例性实施例的光学系统的主要部件的示意图(从+y侧看)。图8是根据第四示例性实施例的光学系统中的反射部分的主要部件的示意图。图9是根据第四示例性实施例的光学系统的横向像差图。图10是根据本发明的示例性实施例的车载照相机系统的功能框图。图11是根据示例性实施例的车辆的示意图。图12是示出根据示例性实施例的车载照相机系统的操作的例子的流程图。具体实施方式参照附图，下面将描述本发明的可取的示例性实施例。下面描述的本发明的每个实施例均可以单独实现，或者在必要时或在来自各个实施例的元件或特征的组合在单个实施例中有益的情况下，实现为多个实施例或其特征的组合。为方便起见，附图的大小可能不同于实际大小。此外，在附图中，类似的构件用相同的标号指定，并且任何重复的描述将被避免。在本示例性实施例中，“光学表面”是指折射面或反射面。“光轴”是指通过光学系统中的光学表面的中心(表面顶点)的轴。“距离”是指光轴上的表面距离。图1a是根据本发明的示例性实施例的光学系统100的主要部件的示意图，该示意图是沿着包括光轴a的yz截面(竖直截面)截取的。图1b是从y方向(竖直方向)上的+y侧看的光学系统100的主要部件的示意图。图1b示出y方向上的朝中心像高行进的射束。在图1a和1b中，左侧(-z侧)是放大侧，右侧(+z侧)是缩小侧。根据本示例性实施例的光学系统100是用于收集来自物体(对象)(未示出)的射束以形成该物体的像的成像光学系统，并且适用于图像拍摄装置或投影装置。在该光学系统用作图像拍摄光学系统的情况下，放大侧是该光学系统的物侧(或物体侧)，缩小侧是该光学系统的像侧(或像平面侧)。在该光学系统用作投影光学系统的情况下，放大侧是该光学系统的像侧，并且缩小侧是该光学系统的物侧。在光学系统100作为图像拍摄光学系统应用于图像拍摄装置的情况下，光学系统100的缩小平面是像平面，图像传感器(比如电荷耦合器件(ccd)传感器或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器)的成像表面(光接收表面)被放置在像平面的位置处。此外，在光学系统100作为投影光学系统应用于投影装置的情况下，缩小平面是物体平面，显示元件的显示表面(比如液晶面板(空间调制器))被放置在物体平面的位置处。即，在图像拍摄光学系统和投影光学系统之间，物体侧和像侧是反过来的，并且光路的方向是相反的。在以下描述中，假定光学系统100应用于图像拍摄装置的情况。根据本示例性实施例的光学系统100是反射折射系统，该反射折射系统具有第一光学元件g1、第二光学元件g2和第三光学元件g3。第一光学元件g1包括第一反射区g1m，该第一反射区g1m具有朝向放大侧(物体侧)的凸形。第二光学元件g2包括缩小侧表面，该缩小侧表面具有朝向放大侧的凸形。第三光学元件g3包括放大侧表面，该放大侧表面具有朝向放大侧的凸形。然后，第二光学元件g2的缩小侧表面包括第二反射区g2m。可替代地，第二反射区g2m可以不被设在第二光学元件g2的缩小侧表面上，而是被设在第三光学元件g3的放大侧表面上。此时，光从放大侧顺序地经由(或通过)第一光学元件g1的折射区g1t、第二反射区g2m、第一反射区g1m、第二光学元件g2的折射区g2t和第三光学元件g3的折射区g3t行进到缩小侧(像侧)，并且形成像平面img。如上所述，光学系统100包括第一反射区g1m和第二反射区g2m，第一反射区g1m是具有正焦度的反射面(凹形反射面)，第二反射区g2m是具有负焦度的反射面(凸形反射面)。因此，能够通过折叠光路来将光学系统100减小尺寸，并且还能够抑制像差的出现。在这种情况下，第一反射区g1m和第二反射区g2m的放置类似于施瓦茨席尔德(schwarzschild)光学系统的放置。因此，能够实现其光阑值(f数)小、并且明亮的光学系统。此外，在根据本示例性实施例的光学系统100中，包括凹形反射面的第一光学元件g1是反射折射元件。因此，能够通过抑制光学元件的数量的增加来减小整个系统的尺寸，并且还优异地校正像差。此外，根据本示例性实施例的第三光学元件g3包括具有正焦度的折射区g3t。因此，能够优异地校正像差，比如在第二光学元件g2的缩小侧表面上的折射区g2t中出现的彗差，第二光学元件g2具有第二反射区g2m，第二反射区g2m是凸形反射面。因此，即使在其中第一光学元件g1和第二光学元件g2是反射折射元件的小型配置中，也能够实现高成像性能。下面描述根据本发明的第一示例性实施例的光学系统100。根据本示例性实施例的光学系统100采用与根据以上示例性实施例的光学系统100的配置类似的配置，因此，不对其进行重复描述。光学系统100的规范值对应于下面描述的第一数值例子。根据本示例性实施例的光学系统100包括第一光学元件g1、第二光学元件g2和第三光学元件g3，第一光学元件g1包括具有正焦度的折射区g1t，第二光学元件g2包括具有负焦度的折射区g2t，第三光学元件g3包括具有正焦度的折射区g3t。此外，在第二光学元件g2的缩小侧表面上设置的第二反射区g2m用作孔径光阑。通过该配置，能够确保孔径光阑前面和后面的折射区的焦度布置的对称性，并且优异地校正各种类型的像差，比如倍率色差。具体地说，根据本示例性实施例的第一光学元件g1是其放大侧表面和缩小侧表面这两个表面都具有朝向放大侧的凸形的正弯月透镜，并且是具有折射区g1t和第一反射区g1m的反射折射元件(反射折射透镜)。根据本示例性实施例的第一反射区g1m是设在第一光学元件g1的缩小侧表面上的前表面反光镜，但是也可以是设在第一光学元件g1的放大侧表面上的后表面反光镜。然而，为了获得孔径光阑前面和后面的光折射次数的对称性以校正各种类型的像差，比如倍率色差，可取的是，第一反射区g1m应是前表面反光镜。根据本示例性实施例的第二光学元件g2是其放大侧表面和缩小侧表面这两个表面都具有朝向放大侧的凸形的负弯月透镜，并且是具有折射区g2t和第二反射区g2m的反射折射元件。此外，根据本示例性实施例的第三光学元件g3是具有正焦度的双凸透镜，并且是没有反射区的折射元件(折射透镜)。第一光学元件g1、第二光学元件g2和第三光学元件g3的形状不限于图1a和1b所示的那些，必要时，可以做适当的改变。然后，根据本示例性实施例的第二反射区g2m包括用于反射有助于成像的有效光的反射部分和用于阻挡除了有效光之外的光的光阻挡部分，并且用作孔径光阑。反射部分由反射膜(蒸镀膜)组成，光阻挡部分由光吸收构件组成。可替代地，如上所述，第二反射区g2m可以设在第三光学元件g3的放大侧表面上。在这种情况下，第二光学元件g2是折射元件，并且第三光学元件g3是反射折射元件。在第二反射区g2m设在第三光学元件g3的放大侧表面上的情况下，存在当光从第二光学元件g2的缩小侧表面发射时出现像差的可能性。因此，可取的是，如本示例性实施例中那样，在第二光学元件g2的缩小侧表面上设置第二反射区g2m。在第二反射区g2m设在第三光学元件g3的放大侧表面上的情况下，可取的是，接合(join)第二光学元件g2的缩小侧表面和第三光学元件g3的放大侧表面或者使各表面为非球面，以抑制以上像差的出现。来自物体(未示出)的光入射在第一光学元件g1的放大侧表面上，通过第一光学元件g1的缩小侧表面上的折射区g1t和第二光学元件g2的放大侧表面上的折射区g2t，并且被第二反射区g2m的反射部分反射。在这种情况下，该光的一部分被第二反射区g2m的光阻挡部分阻挡。被第二反射区g2m的反射部分反射的光通过第二光学元件g2的放大侧表面，并且被第一光学元件g1的缩小侧表面上的第一反射区g1m反射。被第一反射区g1m反射的光再次入射在第二光学元件g2的放大侧表面上，通过第二光学元件g2的折射区g2t和第三光学元件g3的折射区g3t，并且经由光学块cg形成像平面img，像平面img具有平面形状。光学块cg是与盖玻片或滤光器相对应的光学元件，并且没有焦度。如图1b所示，在x方向(水平方向)上，光学系统100相对于光轴a具有对称形状，来自放大侧的光相对于光轴a从两侧入射在第一光学元件g1上。即，在y方向上的每个位置处的zx截面(水平截面)中，光学系统100相对于光轴a具有对称形状。同时，同样地在图1a所示的竖直截面中，光学系统100相对于光轴a具有对称形状。然而，来自放大侧的光相对于光轴a仅从下侧(-y侧)入射在第一光学元件g1上，像平面img相对于光轴a形成在上侧(+y侧)。如上所述，光学系统100采用如下配置，在该配置中，在竖直截面中，光相对于光轴a仅从一侧入射在第一光学元件g1上，即，光倾斜地入射在每个光学表面上。此时，图像拍摄装置可以被配置为使得成像表面相对于光轴a在y方向上为偏心的，以仅接收从成像表面的相对于光轴a的相反侧入射在光学系统100上的射束。此外，投影装置可以被配置为使得显示表面相对于光轴a在y方向上为偏心的，以将来自显示表面的射束从显示表面的相对于光轴a的相反侧发射到光学系统100的外部。因此，能够通过折叠光路来减小光学系统100的尺寸，并且还将图像传感器或显示元件放置为不干扰光学元件或光路。根据本示例性实施例的光学系统100的包括光轴a的水平截面中的视角(水平视角)为50°。当通过使用光轴a作为参考(0°)、+x侧是正的、-x侧是负的时，水平视角中的角度θx的范围为-25°≤θx≤+25°。此外，光学系统100的包括光轴a的竖直截面中的视角(垂直视角)为29°。当通过使用入射在第一光学元件g1的放大侧表面上的射线之中的到达中心像高的射线(中心射线)作为参考(0°)、+y侧是正的、-y侧是负的时，垂直视角中的角度θy的范围为-14.5°≤θy≤+14.5°。中心射线和光轴a之间的角度为40°。在根据本示例性实施例的光学系统100中，水平视角在相对于光轴a的两侧是对称设置的，而垂直视角仅被设置在相对于光轴a的-y侧。那么，在光学系统100中，包括光轴并且垂直于水平截面的竖直截面(第二截面)中的视角小于包括光轴的水平截面(第一截面)中的视角。此外，根据本示例性实施例的光学系统100是其中所有光学表面的表面顶点和曲率中心都存在于光轴a上的同轴系统，并且也是其中所有光学表面都相对于光轴a具有旋转对称的形状的旋转对称系统。光学系统100因此是同轴系统和旋转对称系统，由此能够优异地校正水平截面和竖直截面中的每个中的各种类型的像差。在本示例性实施例中，第一光学元件g1和第二光学元件g2之间的介质是折射率小于第二光学元件g2的折射率的材料。因此，在第二光学元件g2的放大侧表面上，在相对于光轴a的下侧折射的光的折射角和在相对于光轴a的上侧折射的光的折射角可以是彼此相等的。因此，能够优异地校正彗差、倍率色差和畸变。第二光学元件g2的放大侧表面上的相对于光轴a的下侧的区域具有朝向从放大侧入射的光的凸形，因此，使通过远离光轴a的位置的光的折射大于通过光轴a附近的光的折射。因此，入射在第二光学元件g2的放大侧表面上的下侧的区域上的光束的角度是不均匀的，并且出现彗差、倍率色差和畸变。另一方面，第二光学元件g2的放大侧表面上的相对于光轴a的上侧的区域具有朝向发射到第一光学元件g1的凹形，因此使通过远离光轴a的位置的光的折射大于通过光轴a附近的光的折射。在第二光学元件g2的放大侧表面上的下侧的区域和上侧的区域之间的光路上，放置了第二反射区g2m。因此，射束中的射线的布置(离光轴a的距离是长、还是短)在当光入射在下侧的区域上时与当光从上侧的区域发射时之间是相反的。因此，在第二光学元件g2的放大侧表面上的上侧的区域中，根据本示例性实施例的光学系统100可以抵消在第二光学元件g2的放大侧表面上的下侧的区域中已出现的彗差、倍率色差和畸变。在这种情况下，为了在第二光学元件g2和介质之间生成足够的折射率差，可取的是使介质的折射率尽可能地小。具体地说，更可取的是，如本示例性实施例中那样，介质应是空气。可替代地，必要时，另一个光学元件可以被放置在第一光学元件g1和第二光学元件g2之间。然而，在这种情况下，可取的是，在第一光学元件g1和与第一光学元件g1相邻的光学元件之间放置具有小的折射率的介质，比如空气。如上所述，根据本示例性实施例的第二反射区g2m是具有凸形的反射面，并且还具有孔径光阑的功能。具有负焦度的第二反射区g2m因此是孔径光阑，由此可以减小对像场弯曲或像散的影响，并且还能够优异地校正球面像差。此外，第二反射区g2m具有负焦度，由此可以适当地确保第一反射区g1m和像平面img之间的距离，并且容易地避免光学系统100与图像传感器或显示元件之间的干扰。在本示例性实施例中，第二反射区g2m具有离光轴a越远、焦度越小的这样的非球面，由此能够更优异地校正球面像差。此外，根据本示例性实施例的第二反射区g2m的反射部分具有椭圆形状。那么，该椭圆形的长轴平行于水平截面，该椭圆形的短轴平行于竖直截面。换句话说，第二反射区g2m的反射部分的垂直于光轴a的第一方向(水平方向)上的直径大于反射部分的垂直于光轴a和第一方向的第二方向(竖直方向)上的直径。具体地说，根据本示例性实施例的光学系统100的光阑值在水平方向(x方向)上为f＝1.2，在竖直方向(y方向)上为f＝3.0。即，根据本示例性实施例的光学系统100的光阑值在竖直截面中被设置为比水平截面中大(暗)，在竖直截面中，光学系统100的视角相对于光轴a是不对称的，在水平截面中，光学系统100的视角相对于光轴a是对称的。因此，能够改进水平截面中的明亮度和分辨率，并且还可以通过使竖直截面中的射束宽度变窄来促使避免干扰光路。因此，能够改进放置光学表面的自由度。第二反射区g2m的反射部分不限于椭圆形状，并且必要时，可以具有矩形形状。根据本示例性实施例的第一反射区g1m主要用于校正像场弯曲。一般来说，为了校正光学系统中的像场弯曲，该光学系统被设计为通过使正焦度和负焦度彼此偏移来使光学表面的匹兹阀(petzval)和小，以使得匹兹阀表面变为接近平整。相反，在根据本示例性实施例的光学系统100中，通过适当地设置第一光学元件g1的第一反射区g1m的弧矢量来对像场弯曲进行校正。下面对此进行详细描述。根据本示例性实施例的光学系统100作为整体具有正焦度。因此，当像形成在像屏幕img附近时，匹兹阀表面趋向于具有从光轴a越靠近外围部分、对于放大侧出现越大的位移的这样的弯曲形状。同时，第一反射区g1m具有凹形，即，从光轴a越靠近外围部分、对于缩小侧出现越大的位移的这样的形状。因此，从光轴a越靠近外围部分，第一反射区g1m和像平面img之间的距离越短。因此，在像高之间的光路差是由第一反射区g1m生成的情况下，能够优异地校正光学系统100中的像场弯曲。此外，第一反射区g1m是非球面，由此通过第一反射区g1m的非球面组件，能够校正在第一反射区g1m是球面的情况下不能被充分校正的像场弯曲。因此，能够改进设计第一反射区g1m的弧矢量的自由度。因此，能够更优异地校正像场弯曲。为了校正光学系统中的像场弯曲，一般来说，非球面被配置为使得焦度在外围部分中比在光轴上小。另一方面，在本示例性实施例中，不同于一般的光学系统，像场弯曲是用第一反射区g1m的弧矢量校正的。因此，第一反射区g1m的非球面量被设置为使得焦度在外围部分中比在光轴a上大。在本示例性实施例中，通过第一光学元件g1中的折射区g1t和第一反射区g1m，能够优异地校正如上所述的像差。在这种情况下，折射区g1t和第一反射区g1m被设置在单个光学元件中，由此与折射区g1t和第一反射区g1m被设置在彼此不同的光学元件中的情况相比，能够抑制光学元件的数量的增加和光学元件的相对布置中的错误的出现。那么，第一光学元件g1是其中凸面朝向放大侧的正弯月透镜，由此通过折射区g1t，在光学系统100具有广角的情况下也能够优异地校正倍率色差。如上所述，根据本示例性实施例的第三光学元件g3具有正焦度，从而优异地校正在第二光学元件g2的缩小侧表面上的折射区g2t中出现的各种类型的像差，比如彗差，第二光学元件g2的缩小侧表面具有第二反射区g2m，第二反射区g2m是凸形反射面。此时，可取的是，如本示例性实施例中那样，第三光学元件g3的缩小侧表面应具有朝向放大侧的凹形。放置在光学系统100中的缩小侧上的最远的光学表面(最后一个表面)是具有朝向放大侧的凹形的折射面，由此能够优异地校正不能通过其他光学表面充分校正的像场弯曲或像散。可替代地，必要时，第三光学元件g3的缩小侧表面可以具有朝向放大侧的凸形。然而，在这种情况下，可取的是，进一步在缩小侧上比第三光学元件g3更远处放置具有朝向放大侧的凹形的折射面。可取的是，应满足以下条件表达式(1)，在条件表达式(1)中，第一反射区g1m和第二反射区g2m之间存在的光学元件的总厚度为lg，包括第一反射区g1m的光学表面和包括第二反射区g2m的光学表面之间的距离为lm。在这种情况下，厚度指示光轴a上的厚度。在本示例性实施例中，第二光学元件g2的厚度为lg，第一光学元件g1的缩小侧表面和第二光学元件g2的缩小侧表面之间的距离为lm。0.3≤lg/lm≤0.95(1)如果lg/lm降至条件表达式(1)的下限以下，则光在第一反射区g1m和第二反射区g2m之间存在的折射面上的靠近光轴a的部分中被折射。因此，难以优异地校正倍率色差。此外，如果lg/lm超过条件表达式(1)的上限，则第一反射区g1m和第二反射区g2m之间存在的光学表面之间的距离变得太小。因此，不可能使光充分地折射，并且难以优异地校正倍率色差。此外，更可取的是，应满足以下条件表达式(1a)。0.32≤lg/lm≤0.90(1a)此外，可取的是，应满足以下条件表达式(2)，在条件表达式(2)中，包括第一反射区g1m的光学表面的曲率半径为rp，包括第二反射区g2m的光学表面的曲率半径为rn。在本示例性实施例中，第一光学元件g1的缩小侧表面的曲率半径为rp，第二光学元件g2的缩小侧表面的曲率半径为rn。0.7≤rp/rn≤1.3(2)在根据本示例性实施例的光学系统100中，为了抑制色差的出现，第一反射区g1m和第二反射区g2m具有相对大的焦度。因此，满足条件表达式(2)，在条件表达式(2)中，能够使光学系统100的匹兹阀和小以抑制像场弯曲的出现。如果rp/rn落到条件表达式(2)的范围之外，则光学系统100的匹兹阀和变大。因此，难以充分地抑制像场弯曲的出现。此外，更可取的是，应满足以下条件表达式(2a)。0.75≤rp/rn≤1.2(2a)此外，可取的是，应满足以下条件表达式(3)，在条件表达式(3)中，位于第一光学元件g1的缩小侧的折射面之中的最靠近第一光学元件g1的最靠近折射面的曲率半径为r1，所述最靠近折射面和包括第二反射区g2m的光学表面之间的距离为l1。在本示例性实施例中，第二光学元件g2的放大侧表面(例如，所述最靠近折射面)的曲率半径为r1，第二光学元件g2的放大侧表面和缩小侧表面之间的距离为l1。2.0≤r1/l1≤5.5(3)如果r1/l1降至条件表达式(3)的下限以下，则离轴射束在相对于第一光学元件g1的最靠近折射面(所述最靠近折射面相比第一光学元件g1在缩小侧上更远处)上的入射角变得太小，并且离轴射束的主射线没有被充分地折射。因此，当光学系统100具有广角时，有必要使第一光学元件g1大，因此，难以减小整个系统的尺寸。此外，如果r1/l1超过条件表达式(1)的上限，则离轴射束在相对于第一光学元件g1的最靠近折射面(所述最靠近折射面相比第一光学元件g1在缩小侧上更远处)上的入射角变得太大。因此，难以优异地校正倍率色差或像散。此外，更可取的是，应满足以下条件表达式(3)。2.5≤r1/l1≤5.0(3a)下面的表1示出了关于根据本示例性实施例的光学系统100的条件表达式的值。如表1所示，光学系统100满足所有上面的条件表达式。图2是根据本示例性实施例的光学系统100的横向像差图。图2示出了在光学系统100的五个视角处、在c线(656.3nm的波长)、d线(587.6nm的波长)、f线(486.1nm的波长)和g线(435.8nm的波长)中的每个处的横向像差。横向像差的数值单位为mm。从图2可以看出，彗差和倍率色差被优异地校正了。此外，光学系统100的孔径比(渐晕(vignetting))在所有视角处都为100％，因此，由于第二反射区g2m，机械渐晕没有出现。从而，实现了从轴上部分到离轴部分都明亮的光学系统。如上所述，基于根据本示例性实施例的光学系统100，可以实现小型的但是具有高成像性能的光学系统。下面描述根据本发明的第二示例性实施例的光学系统200。在根据本示例性实施例的光学系统200中，与根据第一示例性实施例的光学系统100的组件等同的组件在这里不被描述。光学系统200的规范值对应于下面描述的第二数值例子。图3a是根据本示例性实施例的光学系统200的主要部件沿着包括光轴a的yz截面的示意图。图3b是从y方向上的+y侧看的光学系统200的主要部件的示意图。根据本示例性实施例的光学系统200与根据第一示例性实施例的光学系统100的不同之处在于，第一反射区g1m被设置在第一光学元件g1的放大侧表面上，第二光学元件g2和第三光学元件g3接合在一起，第二反射区g2m被设置在该接合表面上。第一反射区g1m在本示例性实施例中是后表面反光镜，由此能够减小由于反射膜(蒸镀膜)的剥离或环境波动引起的劣化，并且改进对于环境的抵抗力。此外，第二光学元件g2和第三光学元件g3在本示例性实施例中是接合在一起的，由此能够抑制光学元件之间的界面处的全反射或像差的出现以及由于光学元件的相对移位而导致的成像性能的降低。在根据本示例性实施例的光学系统200中，水平视角为50°，垂直视角为29°，水平截面中的中心射线和光轴a之间的角度为35°，水平方向上的光阑值为1.4，竖直方向上的光阑值为2.7。此外，如下面的表1所示，光学系统200满足所有上面的条件表达式。图4是根据本示例性实施例的光学系统200的横向像差图。从图4可以看出，彗差和倍率色差被优异地校正。此外，光学系统200的孔径比在所有视角处都为100％。从而，实现从轴上部分到离轴部分都明亮的光学系统。下面描述根据本发明的第三示例性实施例的光学系统300。在根据本示例性实施例的光学系统300中，与根据第一示例性实施例的光学系统100的组件等同的组件在这里不被描述。光学系统300的规范值对应于下面描述的第三数值例子。图5a是根据本示例性实施例的光学系统300的主要部件沿着包括光轴a的yz截面的示意图。图5b是从y方向上的+y侧看的光学系统300的主要部件的示意图。根据本示例性实施例的光学系统300与根据第一示例性实施例的光学系统100的不同之处在于，第二反射区g2m被设置在第三光学元件g3的放大侧表面上。在根据本示例性实施例的光学系统300中，水平视角为50°，垂直视角为29°，水平截面中的中心射线和光轴a之间的角度为35°，水平方向上的光阑值为1.4，竖直方向上的光阑值为2.7。此外，如下面的表1所示，光学系统300满足所有上面的条件表达式。图6是根据本示例性实施例的光学系统300的横向像差图。从图6可以看出，彗差和倍率色差被优异地校正。此外，光学系统300的孔径比在所有视角处都为100％。从而，实现从轴上部分到离轴部分都明亮的光学系统。下面描述根据本发明的第四示例性实施例的光学系统400。在根据本示例性实施例的光学系统400中，与根据第一示例性实施例的光学系统100的组件等同的组件在这里不被描述。光学系统400的规范值对应于下面描述的第四数值例子。图7a是根据本示例性实施例的光学系统400的主要部件沿着包括光轴a的yz截面的示意图。图7b是从y方向上的+y侧看的光学系统400的主要部件的示意图。根据本示例性实施例的光学系统400与根据第一示例性实施例的光学系统100的不同之处在于，第四光学元件g4被放置在第一光学元件g1和第二光学元件g2之间，并且在第二反射区g2m中设置两个反射部分。如图7b所示，光学系统400采用光瞳在水平截面中被两个反射部分划分为两个部件的配置。因此，光学系统400可以用作距离测量光学系统。图8是光学系统400中的从z方向上的-z方向看的第二反射区g2m的反射部分的主要部件的示意图。在图8中，实线指示第二反射区g2m的反射部分，虚线指示有效区域，该有效区域对应于其中光学系统400中的像差被充分地校正并且获得高成像性能的部分。换句话说，当假定光学系统400不是用作距离测量光学系统、而是类似于第一示例性实施例那样用作正常的图像拍摄光学系统时，图8中的虚线指示反射部分。如图8所示，在光学系统400的第二反射区g2m中，设置相对于光轴a在x方向上偏心的两个反射部分201和202。基于这两个反射部分201和202，能够在水平截面中划分光学系统400中的光瞳。类似于第一示例性实施例，反射部分201和202每个均由反射膜形成。在光学系统400用作距离测量光学系统的情况下，在光学系统400的像平面img上放置图像传感器，该图像传感器能够以区别的方式光电地转换被反射部分201反射的射束所形成的对象的像和被反射部分202反射的射束所形成的对象的像。这样的图像传感器、光学系统400和下面描述的处理单元可以形成距离测量装置，比如车载照相机。当对象存在于光学系统400的焦平面上时，在光学系统400的像平面img上的两个划分的射束的像中不出现位置移位。然而，当对象存在于除了光学系统400的焦平面之外的位置处时，在两个划分的射束的像中出现位置移位。在这种情况下，各射束形成的像的位置移位对应于对象从焦平面的位移量。从而，获取各射束的像的位置移位量和位置移位的方向，由此能够测量离对象的距离。在光学系统400中，两个反射部分在x方向上是偏心的。可替代地，必要时，两个反射部分可以在y方向上是偏心的。然而，为了改进距离测量的准确性，可取的是，两个反射部分应在x方向上是偏心的。这是因为在图8中的虚线指示的有效区域中，水平方向上的相对于光轴a对称的光阑值小于竖直方向上的相对于光轴a不对称的光阑值。在根据本示例性实施例的光学系统400中，水平视角为50°，垂直视角为46°，水平截面中的中心射线和光轴a之间的角度为38°。此外，图8中的虚线指示的、第二反射区g2m的有效区域的光阑值在水平方向上为1.5，在竖直方向上为5.3。那么，如下面的表1所示，光学系统400满足所有上面的条件表达式。[表1]图9是根据本示例性实施例的光学系统400的横向像差图。从图9可以看出，彗差和倍率色差被优异地校正了。此外，光学系统400的孔径比在所有视角处都为100％。从而，实现从轴上部分到离轴部分都明亮的光学系统。小型的但是具有高成像性能的光学系统因此被应用于距离测量装置，由此能够减小整个装置的尺寸并且实现距离测量的高准确性。可替代地，根据本示例性实施例的光学系统400可以通过在图8中的虚线指示的整个有效区域中设置反射膜而被用作与根据第一示例性实施例至第三示例性实施例的光学系统类似的图像拍摄光学系统。同样地在这种情况下，可以获得与第一示例性实施例至第三示例性实施例的效果类似的效果。此外，根据第一示例性实施例至第三示例性实施例的光学系统中的每个均可以类似于根据本示例性实施例的光学系统400那样用作距离测量光学系统。在这种情况下，类似于光学系统400，光瞳可能够通过在根据第一示例性实施例至第三示例性实施例的光学系统中的每个的第二反射区g2m中设置两个反射部分而被划分。[数值例子]下面示出与根据第一示例性实施例至第四示例性实施例的光学系统相对应的第一数值例子至第四数值例子。在每个数值例子中，表面编号表示从放大侧起计数的光学表面的编号(i)，r表示第i光学表面(第i表面)的曲率半径(mm)，d表示第i表面和第(i+1)表面之间的距离(mm)。nd和νd分别表示第i表面和第(i+1)表面之间的介质在d线处的折射率和阿贝数。此外，fno表示光阑值，焦距的单位为mm。当方向沿着光路朝向缩小侧时，表面距离d是正的，当方向沿着光路朝向放大侧时，表面距离d是负的。“e±n”意指“×10±n”。在每个数值例子中，具有在其旁边具有“*”的表面编号的光学表面是非球面。在每个数值例子中，每个具有非球面形状的光学表面相对于光轴a具有旋转对称形状，并且用以下非球面表达式表示。在该非球面表达式中，z表示非球面形状的光轴方向上的弧矢量(mm)，c表示光轴a上的曲率(1/mm)，k表示锥形常数(圆锥常数)，h表示径向方向上离光轴a的距离(mm)，a至d表示四阶项非球面系数至十阶项非球面系数。在上面的非球面表达式中，第一项表示参考球面的弧矢量，参考球面的曲率半径为r＝1/c。此外，第二项及其后面的项每个均表示在参考球面上给定的非球面分量的弧矢量(非球面量)。在本示例性实施例中，使用四阶项非球面系数至十阶项非球面系数。可替代地，可以使用第十二阶项非球面系数或更高阶项非球面系数。在每个数值例子中，在光学表面具有非球面形状的情况下，参考球面的曲率半径是光学表面的曲率半径，光学表面的曲率半径满足上面的条件表达式。(第一数值例子)表面数据表面编号rdndνd122.613.311.84723.82*22.993.15337.277.971.48770.24*29.37-7.971.48770.2537.27-3.156*22.993.15737.277.971.48770.28*29.370.15924.449.161.64258.410-43.130.8911∞1.001.51664.112∞1.00非球面系数表面编号kabcd2,60.000e+002.874e-06-2.575e-095.243e-11-9.892e-144,80.000e+001.797e-05-7.547e-086.649e-10-2.000e-12各种类型的数据焦距10.8fno(水平方向)1.2fno(竖直方向)3.0视角(水平方向)±25°视角(竖直方向)±14.5°(第二数值例子)表面数据非球面系数表面编号kabcd1,70.000e+004.063e-077.541e-10-2.563e-131.379e-154,100.000e+001.316e-051.835e-074.693e-11-4.645e-12各种类型的数据焦距10.7fno(水平方向)1.4fno(竖直方向)2.7视角(水平方向)±25°视角(竖直方向)±14.5°(第三数值例子)表面数据非球面系数表面编号kabcd2,80.000e+001.166e-061.600e-092.132e-129.631e-155,110.000e+002.304e-05-3.509e-072.323e-09-7.688e-12各种类型的数据焦距11fno(水平方向)1.4fno(竖直方向)3.1视角(水平方向)±25°视角(竖直方向)±14.5°(第四示例性实施例)表面数据表面编号rdndνd124.352.611.65258.62*25.924.89346.143.001.54147.2418.528.641.75747.85*30.72-8.641.75747.8618.52-3.001.54147.2746.14-4.898*25.924.89946.143.001.54147.21018.528.641.75747.811*30.720.711236.164.501.65258.613-58.250.0014∞1.001.51764.215∞1.00非球面系数表面编号kabcd2,80.000e+001.936e-061.954e-091.044e-11-8.875e-155,110.000e+001.368e-05-7.957e-086.694e-10-1.928e-12各种类型的数据焦距10.9fno(水平方向)1.5fno(竖直方向)5.3视角(水平方向)±25°视角(竖直方向)±23°[车载照相机系统]图10是示出根据本示例性实施例的车载照相机10的配置和包括车载照相机10的车载照相机系统(驾驶辅助装置)600的示图。车载照相机系统600是安装在车辆(比如汽车)中的、用于基于关于通过车载照相机10获取的车辆的周边的图像信息来辅助车辆的驾驶的装置。图11是示出包括车载照相机系统600的车辆700的示意图。图11示出车载照相机10的图像拍摄范围50被设置在车辆700的向前的方向上的情况。可替代地，图像拍摄范围50可以被设置在车辆700的向后的方向上。如图10所示，车载照相机系统600包括车载照相机10、车辆信息获取设备20、控制装置(电子控制单元(ecu))30和警报设备40。此外，车载照相机10包括图像拍摄单元1、图像处理单元2、视差计算单元3、距离计算单元4和碰撞确定单元5。图像处理单元2、视差计算单元3、距离计算单元4和碰撞确定单元5形成处理单元。图像拍摄单元1具有根据以上示例性实施例中的任何一个的光学系统和成像平面相位差传感器。图12是示出根据本示例性实施例的车载照相机系统600的操作的例子的流程图。根据该流程图，下面描述车载照相机系统600的操作。首先，在步骤s1中，使用图像拍摄单元1来拍摄车辆700周边的目标对象(对象)，并且获取多个图像数据项(视差图像数据)。此外，在步骤s2中，从车辆信息获取设备20获取车辆信息。车辆信息是包括车辆700的速度、偏航率(yawrate)和转向角的信息。在步骤s3中，图像处理单元2对图像拍摄单元1获取的多个图像数据项执行图像处理。具体地说，图像处理单元2执行图像特征分析以用于对特征量(比如图像数据中的边缘的量和方向以及图像数据的浓度值)进行分析。可以对所述多个图像数据项中的每一个执行该图像特征分析，或者可以仅对所述多个图像数据项中的一些执行该图像特征分析。在步骤s4中，视差计算单元3计算关于图像拍摄单元1获取的多个图像数据项之间的视差的视差(图像移位)信息。可以使用已知方法(比如顺序相似性检测算法(ssda)方法或面积相关法)作为用于计算视差信息的计算方法。因此，在本示例性实施例中不描述计算方法。步骤s2、s3和s4的处理可以按以上顺序执行，或者可以彼此并行地执行。在步骤s5中，距离计算单元4计算关于离图像拍摄单元1拍摄的目标对象的距离的距离信息。可以基于视差计算单元3计算的视差信息以及图像拍摄单元1的内部参数和外部参数来计算该距离信息。该距离信息是关于相对于目标对象的位置的信息，比如离目标对象的距离、散焦量、或图像移位量，并且可以直接地表示图像中的目标对象的距离值，或者可以间接地表示与距离值相对应的信息。然后，在步骤s6中，碰撞确定单元5确定距离计算单元4计算的距离信息是否被包括在预先设置的设置距离的范围中。因此，可以确定障碍物是否存在于车辆700周边的设置距离内，并且确定车辆700和障碍物之间的碰撞可能性。在障碍物存在于设置距离内(在步骤s6中为“是”)的情况下，然后在步骤s7中，碰撞确定单元5确定存在碰撞可能性。在障碍物不存在于设置距离内(在步骤s6中为“否”)的情况下，然后在步骤s8中，碰撞确定单元5确定没有碰撞可能性。接着，在步骤s7中确定存在碰撞可能性的情况下，碰撞确定单元5向控制设备30和警报设备40通知确定结果。此时，基于碰撞确定单元5的确定结果，控制设备30控制车辆700。基于碰撞确定单元5的确定结果，警报设备40给予警报。例如，控制设备30执行控制以对车辆700应用刹车、使车辆700的油门返回、或产生用于在车辆700的每个轮中生成制动力的控制信号，以抑制车辆700的引擎或马达的输出。此外，警报设备40通过拉响警报(比如声音)、在汽车导航系统的屏幕上显示警报信息、或对座位安全带或转向轮给予振动来警告车辆70的使用者(驾驶者)。基于根据本示例性实施例的车载照相机系统600，能够通过以上处理来有效地检测障碍物并且避免车辆和障碍物之间的碰撞。具体地说，根据以上每个示例性实施例的光学系统被应用于车载照相机系统600，由此能够通过减小整个车载照相机10的尺寸来改进放置车载照相机10的自由度，并且还能够在宽视角上检测障碍物并且确定碰撞。在本示例性实施例中，已经给出了车载照相机10仅包括单个图像拍摄单元1的配置的描述，该图像拍摄单元1具有成像平面相位差传感器。然而，本发明不限于此。可替代地，包括两个图像拍摄单元的立体照相机可以用作车载照相机10。在这种情况下，所述两个图像拍摄单元是彼此同步的，并且同时获取多个图像数据项，由此即使在没有使用成像平面相位差传感器的情况下，也能够使用所述两个图像数据项来执行与上述处理类似的处理。然而，如果所述两个图像拍摄单元的图像拍摄时间之间的差值是已知的，则所述两个图像拍摄单元可能无需彼此同步。此外，作为距离信息的计算，各种示例性实施例是可能的。作为例子，描述光瞳划分型图像传感器用作图像拍摄单元1中包括的图像传感器的情况，该光瞳划分型图像传感器具有按二维阵列规律地布置的多个像素部分。在光瞳划分型图像传感器中，每个像素部分包括微透镜和多个光电转换单元。因此，光瞳划分型图像传感器可以接收通过光学系统的光瞳中的不同区域的一对射束，并且从每个光电转换单元输出一对图像数据项。然后，通过计算该对图像数据项之间的相关性来计算每个区域中的图像移位量。然后，距离计算单元4计算表示图像移位量的分布的图像移位映射数据。可替代地，距离计算单元4可以进一步将计算的图像移位量转换为散焦量，并且产生表示散焦量的分布(在拍摄的图像的二维平面上的分布)的散焦映射数据。此外，距离计算单元4可以获取表示从散焦量转换的离目标对象的距离的距离映射数据。在本示例性实施例中，车载照相机系统600被应用于驾驶辅助(碰撞损坏减轻)。然而，本发明不限于此。可替代地，车载照相机系统600可以被应用于巡航控制(包括使用全速跟踪功能的巡航控制)或自动驾驶。此外，车载照相机系统600不仅可以被应用于车辆，比如机动车，而且还可以被应用于移动体(移动装置)，比如船舶、航空器或工业机器人。此外，根据本示例性实施例的车载照相机10不仅可以被应用于移动体，而且还可以被应用于广泛地使用对象识别的设备，比如智能运输系统(its)。给出根据以上每个示例性实施例的光学系统作为距离测量光学系统应用于距离测量装置(比如车载照相机10)的情况的详细描述。如上所述，根据每个示例性实施例的光学系统的垂直视角相对于光轴a仅在一侧被设置。因此，在光学系统被应用于车载照相机10、并且车载照相机10被安装在车辆中的情况下，可取的是放置光学系统以使得光轴a不平行于水平方向。例如，在根据以上每个示例性实施例的光学系统用作距离测量光学系统的情况下，可取的是，光学系统应被放置为使得光轴a相对于水平方向向上倾斜，以使垂直视角的中心靠近水平方向。可替代地，每个光学系统被围绕x轴旋转180°(变得上下颠倒)，然后被放置为使得光轴a相对于水平方向向下倾斜。因此，能够适当地设置车载照相机10的图像拍摄范围。然而，在根据每个示例性实施例的光学系统中，成像性能在轴上部分中最高，而成像性能在周边视角处降低。因此，更可取的是，放置光学系统以使得来自受到关注的对象的光通过光学系统中的轴上部分的附近。例如，在车载照相机10需要关注道路上的指示牌或障碍物的情况下，可取的是，改进相对于水平方向而言的比上侧(天空侧)低的下侧(地面侧)的视角处的成像性能。在这种情况下，在采用根据每个示例性实施例的光学系统的情况下，那么如上所述，每个光学系统均可以被上下颠倒，然后被放置为使得光轴a相对于水平方向向下倾斜，以向下引导光轴a附近的视角。[投影装置]在根据以上每个示例性实施例的光学系统作为投影光学系统应用于投影装置的情况下，显示元件的显示表面(比如液晶面板(空间调制器))被放置在光学系统的缩小平面的位置处。然而，在光学系统被应用于投影装置的情况下，物体侧和像侧是反过来的，并且光路的方向是相反的。因此，可以采用如下配置，在该配置中，显示在放置于物体侧的显示元件的显示表面(缩小平面)上的像是通过光学系统投影(形成)在放置于像侧的投影平面(放大平面)(比如屏幕)上的。同样地在这种情况下，类似于光学系统被应用于图像拍摄装置的情况，可取的是，应满足示例性实施例中的条件表达式。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围要被给予最广泛的解释以便包含所有的这样的修改以及等同的结构和功能。当前第1页12