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CN112166363B - 摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统 - Google Patents

摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统 Download PDF

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CN112166363B CN201980035371.4A CN201980035371A CN112166363B CN 112166363 B CN112166363 B CN 112166363B CN 201980035371 A CN201980035371 A CN 201980035371A CN 112166363 B CN112166363 B CN 112166363B
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Abstract

摄像光学系统(IL)是具有成像在摄像元件(12)的像圈(Is)的光学系统。摄像光学系统具备：从物体侧向像面侧排列的多个透镜元件(L1～L8)；和配置于多个透镜元件之间的光圈(A)。多个透镜元件包含：在相互交叉的第1方向(X)与第2方向(Y)之间具有非对称的自由曲面的自由曲面透镜。至少2个自由曲面透镜配置在比光圈更靠物体侧。

Description

摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统
技术领域
本公开涉及摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统。
背景技术
专利文献1公开了通过长方形的图像传感器对全景图像进行拍摄的方法。专利文献1通过在鱼眼物镜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，使矩形的摄像元件成像矩形图像，能对全景图像进行拍摄。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2003/010599号
发明内容
发明要解决的课题
本公开提供能容易地扩展特定的方向上的视角的摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统。
用于解决课题的手段
本公开所涉及的摄像光学系统是具有成像在摄像元件的像圈的光学系统。摄像光学系统具备：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自由曲面透镜。至少2个自由曲面透镜配置在比光圈更靠物体侧。
本公开所涉及的摄像装置具备上述的摄像光学系统和摄像元件。摄像元件对通过摄像光学系统成像的像进行拍摄。摄像元件具有：与第1方向对应的第1边；和与第2方向对应且具有第1边以下的长度的第2边。
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。图像处理部对通过摄像装置的摄像元件摄像的图像执行图像处理。
发明的效果
根据本公开所涉及的摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统，能容易地扩展特定的方向上的视角。
附图说明
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。
图2是用于说明摄像系统中的摄像元件的图。
图3是表示实施例1所涉及的摄像光学系统的结构的透镜配置图。
图4是表示数值实施例1的摄像光学系统中的视角与像点的关系的散布图。
图5是表示数值实施例1中的摄像光学系统的面数据的图。
图6是表示数值实施例1中的摄像光学系统的各种数据的图。
图7是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第3个面的自由曲面数据的图。
图8是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
图9是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第5个面的自由曲面数据的图。
图10是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第6个面的自由曲面数据的图。
图11是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第9个面的非球面数据的图。
图12是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第10个面的非球面数据的图。
图13是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第15个面的自由曲面数据的图。
图14是表示数值实施例1的摄像光学系统中的第16个面的自由曲面数据的图。
图15是表示数值实施例1中的摄像光学系统的各像差的像差图。
图16是表示实施方式1的摄像光学系统中的诸条件的充足性的图表。
图17是用于说明摄像光学系统中的各条件的图。
图18是表示实施例2所涉及的摄像光学系统的结构的透镜配置图。
图19是表示数值实施例2中的摄像光学系统的面数据的图。
图20是表示数值实施例2中的摄像光学系统的各种数据的图。
图21是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第2个面的自由曲面数据的图。
图22是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第3个面的自由曲面数据的图。
图23是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
图24是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第5个面的自由曲面数据的图。
图25是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第6个面的自由曲面数据的图。
图26是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第7个面的非球面数据的图。
图27是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第8个面的非球面数据的图。
图28是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第13个面的自由曲面数据的图。
图29是表示数值实施例2的摄像光学系统中的第14个面的自由曲面数据的图。
图30是表示数值实施例2的摄像光学系统中的视角与像点的关系的散布图。
图31是表示数值实施例2中的摄像光学系统的各像差的像差图。
图32是表示实施例3所涉及的摄像光学系统的结构的透镜配置图。
图33是表示数值实施例3中的摄像光学系统的面数据的图。
图34是表示数值实施例3中的摄像光学系统的各种数据的图。
图35是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第2个面的非球面数据的图。
图36是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第3个面的自由曲面数据的图。
图37是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第4个面的自由曲面数据的图。
图38是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第5个面的自由曲面数据的图。
图39是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第6个面的自由曲面数据的图。
图40是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第15个面的非球面数据的图。
图41是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第17个面的自由曲面数据的图。
图42是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第18个面的自由曲面数据的图。
图43是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第19个面的自由曲面数据的图。
图44是表示数值实施例3的摄像光学系统中的第20个面的自由曲面数据的图。
图45是表示数值实施例3的摄像光学系统中的视角与像点的关系的散布图。
图46是表示数值实施例3中的摄像光学系统的各像差的像差图。
具体实施方式
以下适当参考附图来详细说明实施方式。但有省略必要以上的详细的说明的情况。例如，有省略已经广为人知的事项的详细说明、或对实质相同的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变得冗长，使本领域技术人员的理解容易。
另外，申请人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下的说明，并不意在由这些来限定权利要求书的范围记载的主题。
(实施方式1)
以下使用附图来说明本公开所涉及的摄像光学系统、摄像装置以及摄像系统的实施方式1。
1.关于摄像系统
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。
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。摄像装置11具备摄像光学系统IL和摄像元件12。摄像装置11是对将各种物体作为被摄体的图像进行拍摄的装置，例如构成各种摄像机。图像处理部13可以装入摄像机等。以下将摄像装置11中的摄像光学系统IL的光轴D1的方向设为Z方向，将与Z方向正交的水平方向设为X方向，将与Z、X方向正交的垂直方向设为Y方向。
摄像光学系统IL将从摄像装置11的外部入射的光取入，将基于取入的光的像圈(image circle)等的像成像。摄像光学系统IL例如包括折射光学系统。关于摄像光学系统IL的细节，之后叙述。以下如图1所示那样，将摄像光学系统IL中的+Z侧设为像面侧，将-Z侧设为物体侧。
摄像元件12例如是CCD或CMOS图像传感器。摄像元件12具有以等间隔二维配置多个像素的摄像面。配置摄像元件12，使得在摄像装置11中摄像面位于摄像光学系统IL的像面。摄像元件12对经由摄像光学系统IL成像在摄像面的像进行拍摄，生成表示摄像图像的图像信号。
图像处理部13基于来自摄像元件12的图像信号来对摄像装置11的摄像图像进行给定的图像处理。图像处理例如是伽马补正以及失真补正等。图像处理部13例如包括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包括被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可以包括CPU、MPU、GPU、DSP、FPGA或ASIC等。
在本实施方式的摄像系统10中，摄像元件12的摄像面例如构成为矩形。使用图2来说明摄像元件12的摄像面。
图2例示摄像元件12的摄像面为长方形的情况。摄像元件12具有规定摄像面的长边Dx以及短边Dy。在图2的示例中，长边Dx与短边Dy正交，且比短边Dy大。配置摄像元件12，使得长边Dx与X方向平行，短边Dy与Y方向平行。以下有将X方向称作长边方向、将Y方向称作长边方向的情况。
在图2中例示摄像光学系统IL形成的像圈Is与摄像面的位置关系。本实施方式的像圈Is是从圆形变形为椭圆等的形状，具有长径Ix以及短径Iy。在图2的示例中，长径Ix与短径Iy正交，且比短径Iy大。摄像光学系统IL与摄像元件12的长边Dx以及短边Dy对应地配置，使得像圈Is的长径Ix与X方向平行，短径Iy与Y方向平行。在本实施方式中，X方向是第1方向的一例，Y方向是第2方向的一例。另外，长边Dx是第1边的一例，短边Dy是第2边的一例。
摄像光学系统IL的像圈Is例如有未包括在摄像元件12的摄像面的范围的部分。在图2的示例中，像圈Is的长径Ix比摄像元件12的长边Dx大。另外，像圈Is的短径Iy比摄像元件12的短边Dy大。摄像元件12对摄像面的范围内的基于像圈Is的图像进行拍摄。
在以上那样的摄像系统10中，本实施方式的摄像光学系统IL确保摄像元件12的摄像图像的分辨率，并且实现短边方向(即Y方向)上的视角的扩大。以下说明本实施方式的摄像光学系统IL的细节。
2.关于摄像光学系统
作为将本实施方式所涉及的摄像光学系统IL具体实施的一例，以下说明摄像光学系统IL的实施例1～3。
2-1.实施例1
使用图3～15来说明实施例1所涉及的摄像光学系统IL1。
图3是表示实施例1所涉及的摄像光学系统IL1的结构的透镜配置图。以下的各透镜配置图例如在摄像光学系统IL1的无限远对焦状态下表示各种透镜的配置。图3的(a)表示本实施例的摄像光学系统IL1的YZ截面中的透镜配置图。图3的(b)表示摄像光学系统IL1的XZ截面中的透镜配置图。YZ截面以及XZ截面分别是沿着摄像光学系统IL1的光轴D1的虚拟的截面。
在图3的(a)中，附有记号“*”以及“●”的曲面表示是自由曲面。自由曲面是相对于光轴D1旋转非对称的曲面。例如记号“*”的自由曲面是后述的XY多项式面(参考式(E2))，记号“●”的自由曲面是后述的变形非球面(参考式(E1))。另外，在图3的(b)中省略各种附图标记。
本实施方式的摄像光学系统IL例如如图3的(a)、(b)所示那样，在X方向与Y方向之间具有多个非对称的自由曲面。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。
实施例1的摄像光学系统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，在摄像光学系统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D1排列。光圈A是孔径光阑。
在本实施例的摄像光学系统IL1中，最靠物体侧的第1透镜元件L1构成鱼眼透镜。本实施例的第1透镜元件L1是相对于光轴D1旋转对称的球面透镜。第1透镜元件L1例如具有负弯月形状，使凸面朝向物体侧配置。
在本实施例中，第2透镜元件L2是在物体侧和像面侧的两侧具有自由曲面的自由曲面透镜。另外，第3透镜元件L3是在两侧具有自由曲面的自由曲面透镜。在本实施例的摄像光学系统IL1中，通过第2以及第3透镜元件L2、L3而在比光圈A更靠物体侧设置4个自由曲面，2个自由曲面透镜相邻。
第4透镜元件L4例如是具有负弯月形状的球面透镜。第4透镜元件L4使凸面朝向像面侧而配置。第5透镜元件L5例如是非球面透镜，在两侧具有旋转对称的非球面。第5透镜元件L5例如具有负弯月形状，使凸面朝向像面侧而配置。在第5透镜元件L5与第6透镜元件L6之间配置光圈A。
第6透镜元件L6例如是具有双凸形状的球面透镜。第6透镜元件L6和第7透镜元件L7例如被接合。第7透镜元件L7例如是具有两凹形状的球面透镜。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。在本实施例的摄像光学系统IL1中，通过第8透镜元件L8来在比光圈A更靠像面侧设置自由曲面。
在以上那样构成的摄像光学系统IL1中，在比光圈A更靠物体侧配置作为自由曲面透镜的第2以及第3透镜元件L2、L3。通过基于各透镜元件L2、L3的多个自由曲面，将从外部入射到摄像光学系统IL1并在光圈A聚光的光线非对称地控制，能将摄像光学系统IL1取入光的视角在Y方向等特定的方向上扩大。另外，摄像光学系统IL1能通过取入的光线的非对称的控制来在像面得到将中央附近扩大了的像。使用图4来说明这样的摄像光学系统IL1的作用效果。
图4是表示本实施例的摄像光学系统IL1中的视角与像点P1的关系的散布图。在图4中，每隔摄像光学系统IL1的视角整体中的给定的角度幅度，就绘制入射的光在像面上成像的像点P1。该角度幅度设定为10°。另外，摄像光学系统IL1设定成无限远对焦状态。
图4的绘制基于在数值上实施了实施例1的摄像光学系统IL1的数值实施例1。关于摄像光学系统IL1的数值实施例1，之后叙述。在图4中，在以光轴D1的位置为原点的像面的XY平面例示第1象限的像点P1。本实施例的摄像光学系统IL1由于相对于X轴以及Y轴线对称，因此关于第2～第4象限也与图4同样。
根据图4，即使Y像高比X像高短，在本实施例的摄像光学系统IL1中，上述的每个角度幅度的像点P1沿着X轴的个数和沿着Y轴的个数双方都是10个。因而，达成了扩大Y方向上的视角。另外，像点P1间的间隔不管在X方向上还是在Y方向上，都是越接近于原点越大。即，在像面上，能在中央附近的给定范围的区域成像比端部扩大的像。
根据上述那样的像的中央扩大，摄像元件12的摄像面上的像素在中央附近被扩大的区域相对于其他区域被分配更多。因而，本实施方式的摄像装置11能确保宽的视角并在大致中央附近以高分辨率进行拍摄。根据图4，特别在Y方向上，像点P1间的间隔的变化显著。由此在本实施方式的摄像装置11中，能在对垂直方向上的大范围进行拍摄的同时，使垂直方向的中央附近成为高分辨率。
参考图5～15来说明与以上那样的实施例1的摄像光学系统IL1对应的数值实施例1。
图5是表示数值实施例1中的摄像光学系统IL1的面数据的图。图5的面数据对在摄像光学系统IL1中从物体侧起按顺序排列的各面s1～s16示出各个面的类型、mm单位的曲率半径r以及面间隔d、各透镜元件相对于d线的折射率nd以及阿贝数vd。面的类型包含球面、非球面、变形球面和XY多项式面。
图6是表示数值实施例1中的摄像光学系统IL1的各种数据的图。图6的各种数据表示本数值实施例的F值、垂直半视角、水平半视角、垂直像高和水平像高。各种像高的单位是“mm”，各半视角的单位是
Figure BDA0002798675670000092
图7是表示数值实施例1的摄像光学系统IL1中的第3个面s3的自由曲面数据的图。图7的自由曲面数据关于第2透镜元件L2的物体侧的面示出对作为自由曲面的变形球面进行规定的下式(E1)的各种系数。
[数学式1]
Figure BDA0002798675670000091
在上式(E1)中，CUX、CUY、AR、AP、BR、BP、CR、CP、DR、DP是系数。根据上式(E1)，规定设为对象的面上的(x，y)坐标的位置处的垂度(SAG)量z。在此，上式(E1)关于各坐标变量x、y具有仅以将x2和y2用上述的系数加权的加权和的形式进行依赖的规律性。即，变形非球面是在上式(E1)的规律性的范围内成为旋转非对称的自由曲面。
图8是表示数值实施例1的摄像光学系统IL1中的第4个面s4的自由曲面数据的图。图8的自由曲面数据对于第2透镜元件L2的像面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多项式如下式(E2)那样表征。
[数学式2]
Figure BDA0002798675670000101
在上式(E2)中，c是顶点曲率，K是圆锥常数，cj是系数。在上式(E2)的右边第2项中，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(E2)，比变形非球面的规律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。
图9、10分别是表示数值实施例1的摄像光学系统IL1中的第5、6个面s5、s6的自由曲面数据的图。图9、10的自由曲面数据分别对第3透镜元件L3的物体侧以及像面侧的面与图8同样地示出式(E2)的各种系数。
图11、12分别是表示数值实施例1的摄像光学系统IL1中的第9、10个面s9、s10的非球面数据的图。图11、12的各非球面数据分别对第5透镜元件L5的物体侧以及像面侧的面示出对非球面的形状进行规定的下式(E3)的各种系数。
[数学式3]
Figure BDA0002798675670000102
在上式(E3)中，h是径向的高度，K是圆锥常数，An是n阶非球面系数。在上式(E3)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(E3)，设为对象的面上的径向的高度h上的垂度量z被规定成旋转对称。
图13、14分别是表示数值实施例1的摄像光学系统IL1中的第15、16个面s15、s16的自由曲面数据的图。图13的自由曲面数据对第8透镜元件L8的物体侧的面与图7同样地示出式(E1)的各种系数。图14的自由曲面数据对第8透镜元件L8的像面侧的面与图8同样地示出式(E2)的各种系数。
图15是表示本实施例中的摄像光学系统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)表示摄像光学系统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”、X方向上的像散“AST-H”、以及对角方向上的像散“AST-D”。
图15的(a)～(d)的横轴分别以mm单位表征。图15的(a)的纵轴以瞳孔高度为基准。在图15的(a)中示出相对于d线、F线以及c线的球面像差的特性曲线。另外，图15的(b)～(d)的纵轴以半视角为基准。在图15的(b)～(d)中示出沿着X方向或Y方向和光轴D1的XZ截面或YZ所相关的像散的特性曲线。
另外，在本实施方式中，例如如图7～10、13、14所示那样，在各自由曲面仅使用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象限均相同。
2-2.关于各条件
使用以上的摄像光学系统IL1的数值实施例1，参考图16、17来说明本实施方式所涉及的摄像光学系统IL所满足的各种条件。
图16是表示本实施方式的摄像光学系统IL中的各条件的充足性的图表。图16所示的图表示出本实施方式的摄像光学系统IL在各数值实施例1～3中分别满足下述的条件(1)～(7)。
条件(1)是摄像光学系统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全都满足下述的条件式(1)。根据比光圈A更靠物体侧的自由曲面透镜，易于对从摄像光学系统IL的外部聚光在光圈A的光线进行控制来设定非对称的视角。
[数学式4]
Figure BDA0002798675670000111
在上式(1)中，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)升序地设定。
上式(1)的左边是关于比光圈A更靠-Z侧的自由曲面透镜的各自由曲面的下述的PSk以及PLk间的差分(PSk-PLk)的总和。
PSk＝SSk×Δndk
PLk＝SLk×Δndk
在此，SSk是在第k个自由曲面中的Y方向上设为基准的高度YSH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性的值。高度YSH是摄像光学系统IL中的最短像高的50％，例如是图2的像圈Is的短径Iy的1/4。SLk是第k个自由曲面中的长边侧的垂度量的代表值，是X方向上的高度YSH的部位的垂度量。Δndk是从比第k个自由曲面更靠+Z侧的折射率减去比第k个自由曲面更靠-Z侧的折射率所得到的差分。
PSk表示与第k个自由曲面的短边侧的垂度量SSk相应的透镜的YZ截面中的光焦度(即折射力)的倾向。PLk表示与同面的长边侧的垂度量SLk相应的XZ截面中的光焦度的倾向。关于PSk、PLk，使用图17进行说明。
图17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17中例示透镜元件Lk整体上是双凸形状、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SSk如图17所示那样是正。另外，该面的+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，该面的±Z侧的折射率nk、n0间的差分Δndk成为正，成为PSk＝SSk×Δndk＞0。
另外，透镜元件Lk的+Z侧的面的垂度量SSk+1如图17所示那样成为负。与此同时，该面的±Z侧的折射率n0、nk间的差分Δndk+1也从Δndk正负号反转而成为负。因而，成为PSk+1＝SSk+1×Δndk+1＞0。
如以上那样，PSk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XZ截面所相关的PLk的正负也同样。
在此，在自由曲面中，对应于短边侧的垂度量SSk与长边侧的垂度量SLk的差异而产生PSk与PLk间的差分。在差分(PSk-PLk)为负的情况下，对应的自由曲面与透镜元件Lk的XZ截面相比，在YZ截面，即与长边侧相比在短边侧具有将光焦度向负增强的倾向。
根据以上，若满足条件式(1)，则摄像光学系统IL的比光圈A更靠-Z侧的自由曲面综合地与长边侧相比在短边侧将光焦度向负增强。因而，根据条件(1)，能在摄像光学系统IL中扩大短边侧的视角。
在图16示出条件式(1)的左边的计算结果。在图3的摄像光学系统IL1中，将第2透镜元件L2的-Z侧的面设为k＝1，延续至到第3透镜元件L3的+Z侧的面为止的N＝4来计算条件式(1)的左边的总和。如图16所示那样，关于条件(1)，实施例1的摄像光学系统IL1的计算结果“-0.0204”小于上式(1)的右边所示的上限值“0”。
若高于条件(1)的上限值，则短边侧的视角的扩大变得困难，或者会招致光学系统的大型化。实施例1的摄像光学系统IL1还满足将条件式(1)的上限值从“0”降低到“-0.01”的条件。将该条件在以下称作条件(1’)。根据条件(1’)，更易于扩展短边侧的视角，且能谋求光学系统的小型化。
条件(2)与条件(1)同样地，基于比光圈A更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和，由以下的条件式(2)规定。
∑N k＝1{(SSk-SLk)×Δndk}/CTL1＜-0.0002…(2)
在此，CTL1是摄像光学系统IL中成为最靠-Z侧的第1透镜元件L1的厚度。上式(2)的左边的总和在与条件式(1)同样的范围内计算。将上式(2)的左边的计算结果在图16示出。
若超过条件式(2)的上限值，则考虑变得难以控制像散，或招致光学系统的大型化。与此相对，根据图16所示的计算结果，例如实施例1的摄像光学系统IL1小于条件式(2)的上限值，满足条件(2)。进而，实施例1的摄像光学系统IL1还满足将条件式(2)的上限值降低到“-0.002”的条件。将该条件以下称作条件(2’)。根据条件(2’)，能变得易于控制摄像光学系统IL1的像散，或者变得易于将光学系统小型化。
条件(3)与条件(1)同样地，基于比光圈A更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和，通过以下的条件式(3)规定。
∑N k＝1{(SSk-SLk)×Δndk}/CTF＜-0.001…(3)
在此，CTF是在摄像光学系统IL中最靠-Z侧的自由曲面透镜的厚度，例如在实施例1的摄像光学系统IL1中是第2透镜元件L2的厚度。上式(3)的左边的总和在与条件式(1)同样的范围内计算。将上式(3)的左边的计算结果在图16示出。
若高于条件式(3)的上限值，则短边侧的视角就变得难以扩大，或会招致光学系统的大型化。与此相对，例如实施例1的摄像光学系统IL1如图16所示那样满足条件(3)。进而，实施例1的摄像光学系统IL1还满足将条件式(3)的上限值降低到“-0.01”的条件。将该条件以下称作条件(3’)。根据条件(3’)，能易于扩大摄像光学系统IL1的短边侧的视角，或易于将光学系统小型化。
另外，在实施例1的摄像光学系统IL1中，在比光圈A更靠-Z侧的k＝1～N的自由曲面的全部，(SSk-SLk)的正负号都是负。通过在k＝1～N的自由曲面之间使(SSk-SLk)的正负号相同，能在摄像光学系统IL1中使入射的光线慢慢弯曲，来抑制像差的产生。
条件(4)用以下的条件式(4)规定，其中该条件式(4)基于在摄像光学系统IL中最靠-Z侧的自由曲面透镜的两面所相关的总和、和在比光圈A更靠-Z侧中最靠+Z侧的自由曲面透镜的两面所相关的总和。
[数学式5]
Figure BDA0002798675670000141
在此，上式(4)的中边中的分子的总和跨越最靠-Z侧的自由曲面透镜的-Z侧的面和+Z侧的面，各面通过i＝1、2指定。即，SSi是该自由曲面透镜中用i指定的面的Y方向上的高度YSH的部位的垂度量。同样地，SLi是该自由曲面透镜的第i个面的X方向上的相同高度YSH的部位的垂度量。例如在实施例1的摄像光学系统IL1中，SLi、SSi由第2透镜元件L2的各面规定。另外，在第i个面不是自由曲面的情况下，根据旋转对称性而成为SSi＝SLi，不贡献于上述的总和。
另外，上式(4)的中边中的分母的总和跨越在比光圈A更靠-Z侧中最靠+Z侧的自由曲面透镜的-Z侧的面和+Z侧的面，各面通过n＝1、2指定。SSn和SLn分别与上述同样地是在该自由曲面透镜用n指定的面的Y、X方向上的高度YSH的部位的垂度量。例如在实施例1中，SLn、SSn由第3透镜元件L3的各面规定。
关于条件式(4)，若低于下限值，则像散的控制变得困难，另一方面，若高于上限值，则短边侧的视角的扩大变得困难。与此相对，例如实施例1的摄像光学系统IL1如图16所示那样满足条件(4)。进而，实施例1的摄像光学系统IL1还满足将条件式(4)的下限值提高到“0.00”且将上限值降低到“2.00”的条件。以下将该条件称作条件(4’)。根据条件(4’)，能易于进行摄像光学系统IL1的像散的控制以及短边侧的视角扩大。
条件(5)用在摄像光学系统IL中最靠-Z侧的自由曲面、和在比光圈A更靠-Z侧中最靠+Z侧的自由曲面所相关的以下的条件式(5)规定。
[数学式6]
Figure BDA0002798675670000151
在此，SL1、SS1分别是最靠-Z侧的自由曲面在X、Y方向上的高度YSH的部位的垂度量。SLN、SSN分别是在比光圈A更靠-Z侧中最靠+Z侧的自由曲面的X、Y方向上的高度YSH的部位的垂度量。在实施例1的摄像光学系统IL1中，SL1、SS1由第2透镜元件L2的-Z侧的面规定，SEN、SSN由第3透镜元件L3的+Z侧的面规定。
关于条件式(5)，若低于下限值，就会招致光学系统的大型化，另一方面，若高于上限值，就变得难以扩大短边侧的视角。与此相对，根据图16所示的计算结果，例如实施例1的摄像光学系统IL1满足条件(5)。进而，实施例1的摄像光学系统IL1还满足将条件式(5)的下限值提高到“-6.00”且将上限值降低到“-2.00”的条件。以下将该条件称作条件(5’)。根据条件(5’)，能易于进行摄像光学系统IL1的小型化以及短边侧的视角扩大。
条件式(6)用摄像光学系统IL中的比光圈A更靠-Z侧的自由曲面透镜的折射率所相关的以下的条件式(6)规定。
1≤nd1/ndN＜1.3…(6)
在此，nd1是最靠-Z侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率。ndN是在比光圈A更靠-Z侧中最靠+Z侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率。例如，在实施例1中，nd1是第2透镜元件L2的折射率，ndN是第3透镜元件L3的折射率。
关于条件式(6)，若低于下限值，则像散的控制就变得困难，另一方面，若高于上限值，倍率色像差的控制就变得困难。与此相对，根据图16所示的计算结果，例如实施例1的摄像光学系统IL1满足条件(6)。由此能避免像散以及倍率色像差的控制变得困难的事态。
条件式(7)用在比光圈A更靠-Z侧中最靠+Z侧的自由曲面透镜的自由曲面透镜的折射率ndN所相关的以下的条件式(7)规定。
1.45＜ndN＜1.80…(7)
关于条件式(7)，若低于下限值，像面弯曲的控制就变得困难，若高于上限值，倍率色像差的控制就变得困难。与此相对，根据图16所示的计算结果，例如实施例1的摄像光学系统IL1满足条件(7)。进而，实施例1的摄像光学系统IL1还满足将条件式(7)的下限值提高到“1.50”且将上限值降低到“1.60”的条件。以下将该条件称作条件(7’)。根据条件(7’)，能易于进行像面弯曲以及倍率色像差的控制。
本实施方式所涉及的摄像光学系统IL并不限于上述的实施例1的摄像光学系统IL1，能以各种形态实施。例如在实施例1的摄像光学系统IL1中，比光圈A更靠物体侧的自由曲面透镜是2个，但在本实施方式的摄像光学系统IL中，3个以上的自由曲面透镜可以配置于比光圈A更靠物体侧。
2-3.实施例2
在实施例2中，对比光圈A更靠物体侧的自由曲面透镜为3个的摄像光学系统IL的一例进行说明。使用图18～31来说明实施例2的摄像光学系统IL2。
图18表示实施例2所涉及的摄像光学系统IL2的结构。图18(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地表示摄像光学系统IL2的透镜配置图。
实施例2的摄像光学系统IL2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。在本实施例的摄像光学系统IL2中，第1透镜元件L1包括在像面侧具有XY多项式面的自由曲面透镜。另外，第2以及第3透镜元件L2、L3包括在两面具有XY多项式面的自由曲面透镜。
在本实施例中，通过以上那样的第1～第3透镜元件L1～L3，来在比光圈A更靠物体侧设置总数N＝5的自由曲面，3个自由曲面透镜相邻。比光圈A更靠物体侧的k＝1～5的各自由曲面中的(SSk-SLk)的正负号在本实施例中是正。另外，最靠像面侧的第7透镜元件L7包括在两面具有XY多项式面的自由曲面透镜。将与实施例2的摄像光学系统IL2对应的数值实施例在图19～29示出。
图19是表示数值实施例2中的摄像光学系统IL2的面数据的图。图20是表示本实施例中的摄像光学系统IL2的各种数据的图。图19、20分别与数值实施例1的图5、6同样地表示各数据。
图21～25分别是表示本实施例的摄像光学系统IL2中的第2～6个面s2～s6的自由曲面数据的图。图21的自由曲面数据关于第1透镜元件L1的像面侧的面，与数值实施例1同样地示出式(E2)的各种系数。同样地，图22～25分别表示关于第2以及第3透镜元件L2、L3的两面的各自由曲面数据。
图26、27分别与图11、12同样地表示本实施例的摄像光学系统IL2中的第7、8个面s7、s8的非球面数据。图28、29分别与图14等同样地表示摄像光学系统IL2中的第13、14个面s13、s14的自由曲面数据。
基于以上的数值实施例2，在图30示出本实施例的摄像光学系统IL2中的视角与像点P2的关系。如图30所示那样，根据本实施例的摄像光学系统IL2，能与实施例1同样地扩大Y方向上的视角。
图31表示本实施例中的摄像光学系统IL2的各像差。图31的(a)、(b)、(c)、(d)分别与图15的(a)～(d)同样地表示本实施例中的摄像光学系统IL2的各像差图。
另外，本实施例的摄像光学系统IL2如图16所示那样满足上述的各条件(1)～(7)。进而，本实施例的摄像光学系统IL2还满足将条件(6)的下限值提高到“1.05”且将上限值降低到“1.2”的条件。以下将该条件称作条件(6’)。根据条件(6’)，能易于进行摄像光学系统IL2的像散以及倍率色像差的控制。
2-4.实施例3
使用图32～46来说明实施例3的摄像光学系统IL3。
图32表示实施例3所涉及的摄像光学系统IL3的结构。图32(a)、(b)分别与图3的(a)、(b)同样地表示摄像光学系统IL3的透镜配置图。
实施例3的摄像光学系统IL3具备：与实施例1同样地按顺序配置的第1～第10透镜元件L1～L10；和配置于第5以及第6透镜元件L5、L6间的光圈A。在本实施例的摄像光学系统IL3中，最靠物体侧的第1透镜元件L1不是实施例1那样的鱼眼透镜，而是具有两凹形状。本实施例的第1透镜元件L1例如包括在像面侧具有非球面、旋转对称的非球面透镜。
在本实施例中，第2以及第3透镜元件L2、L3如图32(a)所示那样是在两面具有自由曲面的自由曲面透镜。
另外，第4透镜元件L4是具有双凸形状的球面透镜。第5透镜元件L5是具有正弯月形状的球面透镜，使凸面朝向物体侧而配置。第6透镜元件L6是具有双凸形状的球面透镜，与第7透镜元件L7接合。第7透镜元件L7是具有两凹形状的球面透镜。第8透镜元件L8是在物体侧具有非球面的非球面透镜。
在本实施例中，第9透镜元件L9是在两面具有自由曲面的自由曲面透镜。进而，第10透镜元件L10是在两面具有自由曲面的自由曲面透镜。将与实施例3的摄像光学系统IL3对应的数值实施例在图33～44示出。
图33是表示数值实施例3中的摄像光学系统IL3的面数据的图。图34是表示本实施例中的摄像光学系统IL3的各种数据的图。图33、34分别与数值实施例1的图5、6同样地表示各数据。
图35是表示本实施例的摄像光学系统IL3中的第2个面s2的非球面数据的图。图35的非球面数据关于第1透镜元件L1的像面侧的面，与数值实施例1同样地示出式(E3)的各种系数。
图36～39分别是表示本实施例的摄像光学系统IL3中的第3～6个面s3～s6的自由曲面数据的图。图36～39与数值实施例1同样地表示式(E2)的各种系数。
图40与图35同样地表示本实施例的摄像光学系统IL3中的第15个面s15的非球面数据。图41～44分别是表示摄像光学系统IL3中的第17～20个面s17～s20的自由曲面数据的图。图41～44分别与图36～39同样地表示关于第9以及第10透镜元件L9、L10的两面的各自由曲面数据。
基于以上的数值实施例3，在图45示出本实施例的摄像光学系统IL3中的视角与像点P3的关系。另外，图46表示本实施例中的摄像光学系统IL3的各像差。图46的(a)、(b)、(c)、(d)分别与图15的(a)～(d)同样地表示本实施例中的摄像光学系统IL3的各像差图。进而，本实施例的摄像光学系统IL3如图16所示那样满足上述的各条件(1)～(7)。如以上那样，根据本实施例的摄像光学系统IL3，也能与实施例1同样地易于扩大短边方向上的视角。
(其他实施方式)
如以上那样，作为本申请中公开的技术的例示，对实施方式1进行了说明。但本公开中的技术并不限定于此，还能运用在适宜进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式中。另外，还能将上述各实施方式中说明的各构成要素组合来做出新的实施方式。为此以下例示其他实施方式。
在上述的实施方式1中，在图2中例示了长方形的摄像面，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的摄像面可以是非长方形的各种矩形状，也可以部分被遮挡。另外，摄像元件12的摄像面也可以弯曲。对这样的摄像元件12，也能通过本实施方式的摄像光学系统IL而得到与实施方式1同样的效果。
例如，本实施方式的摄像元件12的长边Dx和短边Dy也可以不是正交，而是以各种角度交叉。另外，摄像元件12也可以取代具有长边Dx以及短边Dy而具有相同长度的两边。在本实施方式的摄像光学系统IL中，像圈Is的长径Ix和短径Iy的第1以及第2方向也可以不是相互正交，而是以各种角度交叉。另外，像圈Is中的第1以及第2方向的直径的长度也可以是相同的。像圈Is不一定非要是从圆形变形。
在上述的各实施方式中，作为自由曲面的一例而例示了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，例如也可以是环曲面。另外，本实施方式的摄像光学系统也可以在比光圈A更靠物体侧具备2个以上的非变形的自由曲面。非变形的自由曲面包含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没有对称面。
本实施方式的摄像系统10能运用在各种用途中，例如能运用在车载用途中。例如，也可以构成车载摄像机，使得摄像装置11对车辆等移动体的后方的场景进行拍摄。另外，作为车载摄像机的摄像装置11并不限于移动体的后方，也可以运用在对前方或侧方等的各种场景进行拍摄的用途。另外，摄像系统10并不限于车载用途，例如还能运用在对各种状况进行监视的监视摄像机中。
如上那样作为本公开中的技术的例示而说明了实施方式。为此提供附图以及详细的说明。
因此，在记载于附图以及详细的说明的构成要素中，不仅包含为了解决课题所必须的构成要素，还为了例示上述技术而能包含为了解决课题所非必须的构成要素。为此，不应因为这些非必须的构成要素记载于附图、详细的说明中而直接认定为这些非必须的构成要素是必须的。
另外，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的范围或其均等的范围内进行种种变更、置换、附加、省略等。
(方案的汇总)
以下例示本公开所涉及的各种方案。
本公开所涉及的第1方案是具有成像在摄像元件的像圈的摄像光学系统。摄像光学系统具备：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。多个透镜元件包含：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自由曲面透镜。至少2个自由曲面透镜配置在比光圈更靠物体侧。
根据以上的摄像光学系统，通过比光圈更靠物体侧的多个自由曲面透镜的各自由曲面，能易于扩展特定的方向上的视角。
在第2方案中，在第1方案的摄像光学系统的像圈中，第1方向的直径为第2方向的直径以上。摄像光学系统满足以下的条件式(1)，该条件式(1)基于比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和。
[数学式7]
Figure BDA0002798675670000211
在此，
N：比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜中的自由曲面的总数；
k：表示总数N的自由曲面中的各自由曲面的编号；
SLk：第k个自由曲面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSk：该自由曲面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去比该自由曲面更靠物体侧的折射率的所得到的差分；
YSH：最短像高的50％的高度。
由此，摄像光学系统的比光圈更靠物体侧的自由曲面综合地与第1方向相比在第2方向上使光焦度向负增强，能扩展第2方向上的视角。
在第3方案中，在第1方案的摄像光学系统的像圈中，第1方向的直径为第2方向的直径以上。摄像光学系统满足以下的条件式(2)，该条件式(2)基于比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和。
[数学式8]
Figure BDA0002798675670000212
在此，
N：比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜中的自由曲面的总数；
k：表示总数N的自由曲面中的各自由曲面的编号；
SLk：第k个自由曲面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSk：该自由曲面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去比该自由曲面更靠物体侧的折射率所得到的差分；
CTL1：最靠物体侧的透镜元件的厚度。
由此，在将第2方向上的视角扩展时，能抑制像散，并避免光学系统的大型化。
在第4方案中，在第1方案的摄像光学系统的像圈中，第1方向的直径为第2方向的直径以上。摄像光学系统满足以下的条件式(3)，该条件式(3)基于比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和。
[数学式9]
Figure BDA0002798675670000221
在此，
N：比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜中的自由曲面的总数；
k：表示总数N的自由曲面中的各自由曲面的编号；
SLk：第k个自由曲面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSk：该自由曲面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去比该自由曲面更靠物体侧的折射率所得到的差分；
CTF：最靠物体侧的自由曲面透镜的厚度。
由此，避免光学系统的大型化并将第2方向上的视角扩展。
在第5方案中，在第1方案的摄像光学系统的像圈中，第1方向的直径为第2方向的直径以上。摄像光学系统满足以下的条件式(4)，该条件式(4)基于最靠物体侧的自由曲面透镜的两面所相关的总和、与在比光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面透镜的两面所相关的总和。
[数学式10]
Figure BDA0002798675670000231
在此，
i：表示最靠物体侧的自由曲面透镜的各面的编号；
SLi：最靠物体侧的自由曲面透镜的第i个面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSi：第i个面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndi：从比第i个面更靠像面侧的折射率减去比第i个面更靠物体侧的折射率所得到的差分；
n：表示最靠像面侧的自由曲面透镜的各面的编号
SLn：最靠像面侧的自由曲面透镜的第n个面在第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSn：第n个面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndn：从比第n个面更靠像面侧的折射率减去比第n个面更靠物体侧的折射率所得到的差分。
由此，能控制像散，并进行第2方向的视角扩大。
在第6方案中，在第1方案的摄像光学系统的像圈中，第1方向的直径为第2方向的直径以上。摄像光学系统满足以下的条件式(5)。
[数学式11]
Figure BDA0002798675670000241
在此，
SL1：最靠物体侧的自由曲面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SS1：最靠物体侧的自由曲面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δnd1：从比最靠物体侧的自由曲面更靠像面侧的折射率减去比最靠物体侧的自由曲面更靠物体侧的折射率所得到的差分；
SLN：在比光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSN：最靠像面侧的自由曲面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
ΔndN：从比最靠像面侧的自由曲面更靠像面侧的折射率减去比最靠像面侧的自由曲面更靠物体侧的折射率所得到的差分。
由此，能谋求光学系统的小型化，并进行第2方向的视角扩大。
在第7方案中，第1方案的摄像光学系统满足以下的条件式(6)。
1≤nd1/ndN＜1.3…(6)
在此，
nd1：最靠物体侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率；
ndN：在比光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率。
由此，能避免像散以及倍率色像差的控制变得困难的事态，并进行第2方向的视角扩大。
在第8方案中，第1方案的摄像光学系统满足以下的条件式(7)。
1.45＜ndN＜1.80…(7)
在此，
ndN：在比光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率。
由此，能避免像面弯曲以及倍率色像差的控制变得困难的事态，并进行第2方向的视角扩大。
在第9方案中，在第1方案的摄像光学系统中，比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜相互相邻。由此，变得易于控制光束的非对称分量的行为，能改善像面弯曲的非对称分量。
在第10方案中，在第1方案的摄像光学系统中，多个透镜元件包括：配置在比光圈更靠像面侧的自由曲面透镜。由此，能易于进行使例如像面的中央附近的分辨率提高这样的分辨率的控制。
在第11方案中，在第1方案的摄像光学系统中，最靠物体侧的透镜元件相对于光轴旋转对称。由此能简化摄像光学系统的制造工序。
在第12方案中，在第1方案的摄像光学系统中，在比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的全部自由曲面，(SSk-SLk)的正负号相同。在此，
k：表示比光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面中的各自由曲面的编号；
SLk：第k个自由曲面的第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSk：该自由曲面的第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去比该自由曲面更靠像面侧物体侧的折射率所得到的差分。
由此，在比光圈更靠物体侧的自由曲面将第2方向上的视角扩展时，将入射的光线慢慢弯曲，从而能抑制像差的产生。
第13方案是具备第1～第12方案的任一者的摄像光学系统和摄像元件的摄像装置。摄像元件对通过摄像光学系统成像的像进行拍摄。摄像元件具有：与第1方向对应的第1边；和与第2方向对应且具有第1边以下的长度的第2边。通过摄像光学系统，能易于扩展摄像装置的特定的方向上的视角。
第14方案是具备第13方案的摄像装置和图像处理部的摄像系统。图像处理部对通过摄像装置的摄像元件拍摄的图像执行图像处理。通过摄像光学系统，能易于在摄像系统中扩展特定的方向上的视角。
产业上的可利用性
本公开所涉及的摄像系统能运用在各种摄像用途中，例如能运用在车载摄像机、监视摄像机、Web摄像机以及数字摄像机等中。另外，本公开所涉及的摄像光学系统也可以在更换透镜装置中被提供。

Claims (13)

1.一种摄像光学系统，具有成像在摄像元件的像圈，
所述摄像光学系统具备：
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自由曲面透镜，
至少2个自由曲面透镜配置在比所述光圈更靠物体侧，
在所述像圈中，所述第1方向的直径为所述第2方向的直径以上，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(1)，该条件式(1)基于比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和，
[数学式1]
Figure FDA0003695630810000011
其中，
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；
k：表示总数N的自由曲面中的各自由曲面的编号；
SLk：第k个自由曲面的所述第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSk：该自由曲面的所述第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndk：从比该自由曲面更靠像面侧的折射率减去比该自由曲面更靠物体侧的折射率所得到的差分；
YSH：最短像高的50％的高度。
2.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(2)，该条件式(2)基于比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和，
[数学式2]
Figure FDA0003695630810000021
其中，
CTL1：最靠物体侧的透镜元件的厚度。
3.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(3)，该条件式(3)基于比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的自由曲面所相关的总和，
[数学式3]
Figure FDA0003695630810000022
其中，
CTF：最靠物体侧的自由曲面透镜的厚度。
4.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(4)，该条件式(4)基于最靠物体侧的自由曲面透镜的两面所相关的总和、与在比所述光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面透镜的两面所相关的总和，
[数学式4]
Figure FDA0003695630810000023
其中，
i：表示所述最靠物体侧的自由曲面透镜的各面的编号；
SLi：所述最靠物体侧的自由曲面透镜的第i个面的所述第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSi：所述第i个面的所述第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndi：从比所述第i个面更靠像面侧的折射率减去比所述第i个面更靠物体侧的折射率所得到的差分；
n：表示所述最靠像面侧的自由曲面透镜的各面的编号；
SLn：所述最靠像面侧的自由曲面透镜的第n个面的所述第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSn：所述第n个面的所述第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δndn：从比所述第n个面更靠像面侧的折射率减去比所述第n个面更靠物体侧的折射率所得到的差分。
5.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(5)，
[数学式5]
Figure FDA0003695630810000031
其中，
SL1：最靠物体侧的自由曲面的所述第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SS1：所述最靠物体侧的自由曲面的所述第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
Δnd1：从比所述最靠物体侧的自由曲面更靠像面侧的折射率减去比所述最靠物体侧的自由曲面更靠物体侧折射率的差分；
SLN：在比所述光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面的所述第1方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
SSN：所述最靠像面侧的自由曲面的所述第2方向上的高度为最短像高的50％的部位的垂度量；
ΔndN：从比所述最靠像面侧的自由曲面更靠像面侧的折射率减去比所述最靠像面侧的自由曲面更靠物体侧的折射率所得到的差分。
6.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(6)，
1.05≤nd1/ndN＜1.2 …(6)
其中，
nd1：最靠物体侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率；
ndN：在比所述光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率。
7.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述摄像光学系统满足以下的条件式(7)，
1.45＜ndN＜1.80 …(7)
其中，
ndN：在比所述光圈更靠物体侧中最靠像面侧的自由曲面透镜相对于d线的折射率。
8.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜相互相邻。
9.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
所述多个透镜元件包括：配置在比所述光圈更靠像面侧的自由曲面透镜。
10.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
最靠物体侧的透镜元件相对于光轴旋转对称。
11.根据权利要求1所述的摄像光学系统，其中，
在比所述光圈更靠物体侧的自由曲面透镜的全部自由曲面中，(SSk-SLk)的正负号相同。
12.一种摄像装置，具备：
权利要求1～11中任一项所述的摄像光学系统；和
对通过所述摄像光学系统成像的像进行拍摄的摄像元件，
所述摄像元件具有：与所述第1方向对应的第1边；和与所述第2方向对应且具有所述第1边以下的长度的第2边。
13.一种摄像系统，具备：
权利要求12所述的摄像装置；和
对通过所述摄像装置的摄像元件拍摄的图像执行图像处理的图像处理部。
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