JP2005257713A - Variable power optical system and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変倍光学系及びそれを用いた電子機器に関するものであり、特に、コンパクトな変倍光学系、及び、そのような変倍光学系を用いた電子機器に関する。この電子機器には、例えば、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末がある。 The present invention relates to a variable magnification optical system and an electronic apparatus using the same, and more particularly to a compact variable magnification optical system and an electronic apparatus using such a variable magnification optical system. Examples of the electronic apparatus include a digital camera, a video camera, a digital video unit, a personal computer, a mobile computer, a mobile phone, and an information portable terminal.
自由曲面プリズムで変倍撮像光学系を構成するものとして、特許文献1、特許文献2、特許文献3等のものが知られている。
しかし、特許文献1のものは、複数のプリズムを移動させることにより変倍する構成である。そのため、プリズムの移動空間を予め装置内に確保しておく必要があり、装置の大型化を招くことになる。また、プリズムを正確に直線移動させるための機構に精度が要求されるために、構造が複雑になりコストアップと組み立ての大きな妨げとなる。
However, the thing of
次に、特許文献2では、プリズムに対して開口を移動させ、光線の入射位置を変えて変倍を行っている。しかしながら、1 次像を形成する光学系のため、光学系が大型になる。また、開口に明るさ調整機能を持たせようと、移動機構に加えて開口径の大きさを変える機構が必要になる。その結果、機構が複雑化、大型化する。また、特許文献4には、反射面を回転させることで、光線の入射位置を変える構成も開示されている。この場合、反射面を設けるスペースが必要になるので、光学系が大型化する。
Next, in
特許文献3も、1 次像を形成する光学系のため、光学系が大型になる。また、1次像の位置を回転中心として、像側のプリズムを回転させて変倍を行っている。そのため、像側のプリズムの回転に伴う移動量が大きいので、装置の小型化の妨げになる。
Since
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな変倍光学系、及びそれを用いた電子機器を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to provide a compact variable power optical system and an electronic apparatus using the same.
本発明の変倍光学系は、絞りと、該絞りより物体側に少なくとも1面の光学機能面を有する光学素子を1つ以上備える変倍光学系であって、前記光学機能面の少なくとも1面は連続した面からなり、
遠方の物体に向かう方向ベクトルと絞りの中心を通り絞り面に垂直なベクトルとによって規定される平面を基準面としたとき、前記基準面と前記光学機能面が交わることで形成される交線の形状が、一端から他端に向かって少なくとも曲率半径が連続的に変化する形状となるように、前記光学機能面が構成され、
前記基準面内において前記光学機能面と接しない点を通り前記基準面に垂直な軸を回転軸としたとき、前記回転軸を中心にして、前記光学素子を回転させることを特徴とする。
A variable magnification optical system according to the present invention is a variable magnification optical system including a stop and one or more optical elements having at least one optical function surface on the object side of the stop, and at least one of the optical function surfaces. Consists of a continuous surface,
When a plane defined by a direction vector directed to a distant object and a vector passing through the center of the diaphragm and perpendicular to the diaphragm surface is used as a reference plane, an intersection line formed by the intersection of the reference plane and the optical functional surface The optical functional surface is configured such that the shape is a shape in which at least the radius of curvature continuously changes from one end to the other end,
The optical element is rotated around the rotation axis when an axis that passes through a point that does not contact the optical function surface in the reference plane and is perpendicular to the reference plane is a rotation axis.
また、変倍光学系は、前記光学機能面の少なくとも1面は反射面であることを特徴とする。 In the variable power optical system, at least one of the optical functional surfaces is a reflecting surface.
また、変倍光学系は、前記絞りより像側に、少なくとも1面の光学機能面を有する別の光学素子を1つ以上備え、前記別の光学素子の光学機能面の少なくとも1面は連続した面からなり、前記基準面と前記別の光学素子の光学機能面が交わることで形成される交線の形状が、一端から他端に向かって少なくとも断面方向の曲率半径が連続的に変化する形状となるように、前記別の光学素子の光学機能面が構成されていることを特徴とする。 The variable magnification optical system includes one or more other optical elements having at least one optical function surface on the image side from the stop, and at least one of the optical function surfaces of the another optical element is continuous. The shape of the line of intersection formed by intersecting the reference surface and the optical functional surface of the other optical element is such that the radius of curvature in the cross-sectional direction continuously changes from one end to the other end. The optical functional surface of the another optical element is configured so that
また、本発明の電子機器は、上記の変倍光学系と、その像側に配置された撮像素子とを備えていることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus including the above-described variable-power optical system and an image sensor disposed on the image side.
以下、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。 Hereinafter, the reason and effect | action which take the said structure in this invention are demonstrated.
本発明の変倍光学系は、反射面や屈折面からなる光学機能面を、絞りよりも物体側に、少なくとも1つ配置している。そして、その光学機能面を、その光学機能面から離れた点を中心に回転させるものである。このような構成により、光学機能面を通過(反射又は屈折)する光線(光束)の位置を変化させることができる。そして、これにより、変倍を行うようにしている。その結果、少ない光学素子数及び低コストで、変倍光学系を実現している。また、絞り位置は固定なので、絞りの機構が簡単になる。 In the variable magnification optical system of the present invention, at least one optical function surface including a reflecting surface and a refracting surface is disposed on the object side of the stop. Then, the optical function surface is rotated around a point away from the optical function surface. With such a configuration, it is possible to change the position of a light beam (flux) that passes (reflects or refracts) the optical functional surface. Thus, zooming is performed. As a result, a variable magnification optical system is realized with a small number of optical elements and low cost. Further, since the aperture position is fixed, the aperture mechanism is simplified.
より具体的に説明する。図1は、変倍光学系の構成を示す模式図である。この変倍光学系は、遠方の物体Oの像を、中間像を形成することなく像面3に形成する光学系である。ここで、この変倍光学系から遠方の物体(被写体)Oに向かう方向ベクトルをベクトルAとする。また、光学系の開口絞り2の中心を通り、絞り面に垂直な方向ベクトルをベクトルBとする。このベクトルAとベクトルBとによって1つの平面が規定されるので、本発明ではその面を基準面(Y−Z平面)とする。この基準面は、図1では紙面内にある。この変倍光学系は、この基準面に対して面対称に構成されている。
This will be described more specifically. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a variable magnification optical system. This variable magnification optical system is an optical system that forms an image of a distant object O on the
変倍光学系は、絞り2より物体側に、少なくとも1面の光学機能面を有する光学素子10を1つ以上備えている。図1の場合は、光学素子10は3つの光学機能面11、12、13を備えており、1つの反射プリズムを構成している。ただし、光学機能面は1面でもよく、あるいは4面以上でもよい。また、図1の場合は、光学機能面12は反射面として図示してあるが、必ずしも反射面でなくともよく、屈折面であってもよい。なお、図1の場合は、光学機能面11、13は屈折面である。
The variable magnification optical system includes one or more
この変倍光学系は、基準面に垂直な回転軸(中心軸)Sを中心にして、光学素子10を回転させるようになっている。すなわち、この変倍光学系は、回転によって、変倍を行おうとするものである。
The variable magnification optical system rotates the
光学機能面12は、次のような形状であることが好ましい。まず、光学機能面12は、連続した面で構成されていることが好ましい。連続した面とは、例えば、形状が滑らかに変化する面である。次に、光学機能面12は、曲率半径が異なる領域を含む面で構成されていることが好ましい。この点について説明する。基準面と光学機能面が交わることで、交線が形成される。この交線は、当然のことながら光学機能面12に含まれる。この交線の形状は、一端から他端に向かって、少なくとも曲率半径(図の面内での曲率半径)が連続的に変化する形状であるのが好ましい。すなわち、光学機能面12は、このような形状の交線を含む面で構成されていることが必要である。なお、光学系の焦点距離を連続的に変化させるためには、(1) 光学機能面12と交差する軸上主光線1の位置が、回転に伴って変化すること、(2) 交線に沿う方向において、光学機能面12の曲率半径が連続的に変化していること、が必要である。もちろん、基準面に垂直な方向の曲率半径も、同様に連続的に変化していることが望ましい。なお、軸上主光線とは、絞り2の中心を通り、像面3中心に達する光線である。
The
ここで、回転軸Sの位置としては、交線上にない点(基準面内においてその光学機能面12と接しない点)であることが必要である。このようにすると、光学素子10の回転に伴って、光学機能面12と交差する軸上主光線1の点が変化する。特に、回転軸Sの位置を交線から離れた位置にすると、光学機能面12と交差する軸上主光線1の点を大きく変化させることができる。その結果、変倍比を大きくすることが可能になる。
Here, the position of the rotation axis S needs to be a point that is not on the intersection line (a point that does not contact the
なお、基準面と光学機能面11とが交わることでも、交線が形成される。また、基準面と光学機能面13とが交わることでも、交線が形成される。回転軸Sは、これらの交線上に位置していても(光学機能面12以外の光学機能面11、13と接していても)、もちろんよい。なお、プリズムの内部あるいは、その近傍に回転軸Sがあれば、プリズムを回転させた時に、プリズムの移動量を小さくすることができる。
An intersection line is also formed when the reference surface and the
このように、1つの断面内において曲率半径が連続的に変化する形状の面としては、回転非対称面な面が考えられる。その代表的なものとして自由曲面が使用できるが、自由曲面とは以下の式で定義されるものである。この定義式のZ軸が自由曲面の軸となる。 As described above, a rotationally asymmetric surface can be considered as a surface having a shape in which the radius of curvature continuously changes in one cross section. A typical example is a free-form surface. The free-form surface is defined by the following equation. The Z axis of this defining formula is the axis of the free-form surface.
66
Z=cr2 /[1+√{1−(1+k)c2 r2 }]+Σ Cj Xm Yn
j=2
・・・(a)
ここで、(a)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面項である。
66
Z = cr 2 / [1 + √ {1− (1 + k) c 2 r 2 }] + ΣC j X m Y n
j = 2
... (a)
Here, the first term of the equation (a) is a spherical term, and the second term is a free-form surface term.
球面項中、
c:頂点の曲率
k:コーニック定数(円錐定数)
r=√(X2 +Y2 )
である。
In the spherical term,
c: curvature of vertex k: conic constant (conical constant)
r = √ (X 2 + Y 2 )
It is.
自由曲面項は、
66
Σ Cj Xm Yn
j=2
=C2 X+C3 Y
+C4 X2 +C5 XY+C6 Y2
+C7 X3 +C8 X2 Y+C9 XY2 +C10Y3
+C11X4 +C12X3 Y+C13X2 Y2 +C14XY3 +C15Y4
+C16X5 +C17X4 Y+C18X3 Y2 +C19X2 Y3 +C20XY4
+C21Y5
+C22X6 +C23X5 Y+C24X4 Y2 +C25X3 Y3 +C26X2 Y4
+C27XY5 +C28Y6
+C29X7 +C30X6 Y+C31X5 Y2 +C32X4 Y3 +C33X3 Y4
+C34X2 Y5 +C35XY6 +C36Y7
・・・・・・
ただし、Cj (jは2以上の整数)は係数である。
The free-form surface term is
66
ΣC j X m Y n
j = 2
= C 2 X + C 3 Y
+ C 4 X 2 + C 5 XY + C 6 Y 2
+ C 7 X 3 + C 8 X 2 Y + C 9 XY 2 + C 10 Y 3
+ C 11 X 4 + C 12 X 3 Y + C 13 X 2 Y 2 + C 14 XY 3 + C 15 Y 4
+ C 16 X 5 + C 17 X 4 Y + C 18 X 3 Y 2 + C 19 X 2 Y 3 + C 20 XY 4
+ C 21 Y 5
+ C 22 X 6 + C 23 X 5 Y + C 24 X 4 Y 2 + C 25 X 3 Y 3 + C 26 X 2 Y 4
+ C 27 XY 5 + C 28 Y 6
+ C 29 X 7 + C 30 X 6 Y + C 31 X 5 Y 2 + C 32 X 4 Y 3 + C 33 X 3 Y 4
+ C 34 X 2 Y 5 + C 35 XY 6 + C 36 Y 7
・ ・ ・ ・ ・ ・
However, C j (j is an integer of 2 or more) is a coefficient.
上記自由曲面は、一般的には、X−Z面、Y−Z面共に対称面を持つことはないが、Xの奇数次項を全て0にすることによって、Y−Z面と平行な対称面が1つだけ存在する自由曲面となる。また、Yの奇数次項を全て0にすることによって、X−Z面と平行な対称面が1つだけ存在する自由曲面となる。 In general, the free-form surface does not have a symmetric surface in both the XZ plane and the YZ plane, but by setting all odd-order terms of X to 0, the plane of symmetry is parallel to the YZ plane. Is a free-form surface with only one. Further, by setting all odd-numbered terms of Y to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the XZ plane is obtained.
また、上記の回転非対称な曲面形状の面である自由曲面の他の定義式として、Zernike多項式により定義できる。この面の形状は以下の式(b)により定義する。その定義式(b)のZ軸がZernike多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、X−Y面に対するZの軸の高さの極座標で定義され、RはX−Y面内のZ軸からの距離、AはZ軸回りの方位角で、X軸から測った回転角で表せられる。 Further, another defining formula of the free-form surface which is a surface of the rotationally asymmetric curved surface can be defined by a Zernike polynomial. The shape of this surface is defined by the following formula (b). The Z axis of the defining formula (b) is the axis of the Zernike polynomial. The definition of the rotationally asymmetric surface is defined by polar coordinates of the height of the Z axis with respect to the XY plane, R is the distance from the Z axis in the XY plane, A is the azimuth around the Z axis, and the X axis It is expressed by the rotation angle measured from.
x=R×cos(A)
y=R×sin(A)
Z=D2
+D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A)
+D5 R2 cos(2A)+D6 (R2 −1)+D7 R2 sin(2A)
+D8 R3 cos(3A) +D9 (3R3 −2R)cos(A)
+D10(3R3 −2R)sin(A)+D11R3 sin(3A)
+D12Recos(4A)+D13(4R4 −3R2 )cos(2A)
+D14(6R4 −6R2 +1)+D15(4R4 −3R2 )sin(2A)
+D16R4 sin(4A) +D17R5 cos(5A) +D18(5R5 −4R3 )cos(3A)
+D19(10R5 −12R3 +3R)cos(A)
+D20(10R5 −12R3 +3R)sin(A)
+D21(5R5 −4R3 )sin(3A) +D22R5 sin(5A)
+D23Rocos(6A)+D24(6R6 −5R4 )cos(4A)
+D25(15R6 −20R4 +6R2 )cos(2A)
+D26(20R6 −30R4 +12R2 −1)
+D27(15R6 −20R4 +6R2 )sin(2A)
+D28(6R6 −5R4 )sin(4A) +D29Rosin(6A)・・・・・
・・・(b)
ただし、Dm (mは2以上の整数)は係数である。なお、X軸方向に対称な光学系として設計するには、D4 ,D5 ,D6 、D10,D11,D12,D13,D14,D20,D21,D22…を利用する。
x = R × cos (A)
y = R × sin (A)
Z = D 2
+ D 3 Rcos (A) + D 4 Rsin (A)
+ D 5 R 2 cos (2A) + D 6 (R 2 −1) + D 7 R 2 sin (2A)
+ D 8 R 3 cos (3A) + D 9 (3R 3 −2R) cos (A)
+ D 10 (3R 3 -2R) sin (A) + D 11 R 3 sin (3A)
+ D 12 Recos (4A) + D 13 (4R 4 -3R 2 ) cos (2A)
+ D 14 (6R 4 -6R 2 +1) + D 15 (4R 4 -3R 2 ) sin (2A)
+ D 16 R 4 sin (4A ) + D 17
+ D 19 (10R 5 -12R 3 + 3R) cos (A)
+ D 20 (10R 5 -12R 3 + 3R) sin (A)
+ D 21 (5R 5 -4R 3 ) sin (3A) + D 22 R 5 sin (5A)
+ D 23 Rocos (6A) + D 24 (6R 6 -5R 4 ) cos (4A)
+ D 25 (15R 6 -20R 4 + 6R 2 ) cos (2A)
+ D 26 (20R 6 -30R 4 + 12R 2 -1)
+ D 27 (15R 6 -20R 4 + 6R 2 ) sin (2A)
+ D 28 (6R 6 -5R 4 ) sin (4A) + D 29 Rosin (6A)
... (b)
However, Dm (m is an integer greater than or equal to 2) is a coefficient. In order to design an optical system symmetrical in the X-axis direction, D 4 , D 5 , D 6 , D 10 , D 11 , D 12 , D 13 , D 14 , D 20 , D 21 , D 22 . Use.
上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。 The above definition formula is shown for illustration of a rotationally asymmetric curved surface, and it goes without saying that the same effect can be obtained for any other definition formula.
なお、自由曲面の他の定義式の例として、次の定義式(c)があげられる。 In addition, the following definition formula (c) is mention | raise | lifted as an example of the other definition formula of a free-form surface.
Z=ΣΣCnmXY
例として、k=7(7次項)を考えると、展開したとき、以下の式で表せる。
Z = ΣΣC nm XY
As an example, when k = 7 (seventh order term) is considered, when expanded, it can be expressed by the following expression.
Z=C2
+C3 Y+C4 |X|
+C5 Y2 +C6 Y|X|+C7 X2
+C8 Y3 +C9 Y2 |X|+C10YX2 +C11|X3 |
+C12Y4 +C13Y3 |X|+C14Y2 X2 +C15Y|X3 |+C16X4
+C17Y5 +C18Y4 |X|+C19Y3 X2 +C20Y2 |X3 |
+C21YX4 +C22|X5 |
+C23Y6 +C24Y5 |X|+C25Y4 X2 +C26Y3 |X3 |
+C27Y2 X4 +C28Y|X5 |+C29X6
+C30Y7 +C31Y6 |X|+C32Y5 X2 +C33Y4 |X3 |
+C34Y3 X4 +C35Y2 |X5 |+C36YX6 +C37|X7 |
・・・(c)
なお、回転非対称面としては、アナモフィック面、トーリック面を用いることもできる。
Z = C 2
+ C 3 Y + C 4 | X |
+ C 5 Y 2 + C 6 Y | X | + C 7 X 2
+ C 8 Y 3 + C 9 Y 2 | X | + C 10 YX 2 + C 11 | X 3 |
+ C 12 Y 4 + C 13 Y 3 | X | + C 14 Y 2 X 2 + C 15 Y | X 3 | + C 16 X 4
+ C 17 Y 5 + C 18 Y 4 | X | + C 19 Y 3 X 2 + C 20 Y 2 | X 3 |
+ C 21 YX 4 + C 22 | X 5 |
+ C 23 Y 6 + C 24 Y 5 | X | + C 25 Y 4 X 2 + C 26 Y 3 | X 3 |
+ C 27 Y 2 X 4 + C 28 Y | X 5 | + C 29 X 6
+ C 30 Y 7 + C 31 Y 6 | X | + C 32 Y 5 X 2 + C 33 Y 4 | X 3 |
+ C 34 Y 3 X 4 + C 35 Y 2 | X 5 | + C 36 YX 6 + C 37 | X 7 |
... (c)
An anamorphic surface or a toric surface can be used as the rotationally asymmetric surface.
また、図1には示していないが、絞り2より像側に、少なくとも1面の光学機能面を有する別の光学素子を1つ以上設けてもよい。そして、その別の光学素子の少なくとも1つの光学機能面(以下、光学機能面Xとする。)は、連続した面からなるのがよい。そして、基準面と光学機能面Xによって形成される交線(以下、交線Xとする。)の形状が、一端から他端に向かって、少なくとも曲率半径が連続的に変化する形状となるように、光学機能面Xが構成されているのが望ましい。また、基準面に垂直な方向の曲率半径も、連続的に変化していることが望ましい。
Although not shown in FIG. 1, one or more other optical elements having at least one optical function surface may be provided on the image side from the
この別の光学素子としては、絞り2より物体側に配置する光学素子10と同様に、3つ以上の光学機能面を備えているものを用いることが望ましい。また、特に反射プリズムとして構成されている光学素子を用いることが望ましい。その光学機能面の数は、4面以上でもよい。また、その光学機能面は反射面でも屈折面でもよい。
As this other optical element, it is desirable to use an optical element having three or more optical functional surfaces, like the
そして、変倍の際に、別の光学素子を、回転軸S’を中心に回転させるようにすればよい。この時、光学素子10と連携して回転させるようにすることにより、変倍比をより大きくすることが可能になる。なお、回転軸S’は、基準面に垂直な軸である。また、回転軸S’の位置は、交線X上にない点である。
In zooming, another optical element may be rotated about the rotation axis S ′. At this time, it is possible to further increase the zoom ratio by rotating in cooperation with the
また、変倍光学系を、像面3が絞り2に対して固定されていない構成としてもよい。すなわち、絞り2の物体側にある光学素子(以下、光学素子Fとする。)及び絞り2の像側にある別の光学素子(以下、光学素子Rとする。)を回転させたときに、その回転と連携して像面3が移動するようにしてもよい。
The variable magnification optical system may be configured such that the
また、物体Oに面した第1面(図1では、光学機能面11)に入射する軸上主光線1が、固定になった状態でなくてもよい。例えば、、倍率の変化に応じて軸上主光線1が平行移動するように、変倍光学系を構成してもよい。
Further, the axial
また、絞りの直前に位置する光学機能面(以下、光学機能面Fとする。)と、絞りの直後に位置する光学機能面(以下、光学機能面Rとする。)とが、変倍の際に、絞りに対して互いに異なる向きに回転するように、結像光学系を構成することが望ましい。このような構成だと、軸上主光線は絞り中心を通る。よって、光学機能面Fに対する光学機能面Rの相対的な位置変化を、大きくとることができる。その結果、倍率の変化を大きくすることができる。 An optical function surface (hereinafter referred to as an optical function surface F) located immediately before the stop and an optical function surface (hereinafter referred to as an optical function surface R) located immediately after the stop are variable in magnification. At this time, it is desirable to configure the imaging optical system so as to rotate in different directions with respect to the stop. In such a configuration, the axial principal ray passes through the center of the stop. Therefore, the relative position change of the optical function surface R with respect to the optical function surface F can be greatly increased. As a result, the change in magnification can be increased.
また、絞光学素子Fが、少なくとも1面の反射面を有することが望ましい。 光学素子が回転するには、スペースが必要となる。そこで、光学素子Fが少なくとも1面の反射面を有することで、光線を折り返すことができる。すなわち、同じスペースを、複数回光線が通過するようにさせることが可能となる。よって、スペースの利用効率が上がり、光学系の小型化につながる。また、少なくとも1面の反射面を有することで、色収差等の発生を少なくできる。 Further, it is desirable that the aperture optical element F has at least one reflecting surface. A space is required for the optical element to rotate. Therefore, the optical element F has at least one reflecting surface, so that the light beam can be folded. That is, it becomes possible to allow the light to pass through the same space a plurality of times. Therefore, the space utilization efficiency increases, leading to a reduction in the size of the optical system. In addition, the occurrence of chromatic aberration and the like can be reduced by having at least one reflecting surface.
また、光学素子Fが、3面以上の面を有することが望ましい。光学素子Fが3面以上の面を有することで、光学素子内の光路長が長くなる。そのため、回転に伴う光学素子内の光路長の変化を大きくすることができる。その結果、より少ない光学素子数及びコンパクトな体積で、より大きな変倍効果を得ることができる。 Moreover, it is desirable that the optical element F has three or more surfaces. The optical path length in an optical element becomes long because the optical element F has three or more surfaces. Therefore, the change in the optical path length in the optical element accompanying the rotation can be increased. As a result, a larger zooming effect can be obtained with a smaller number of optical elements and a compact volume.
また、光学素子Fが3面以上の面を有することで、その光学素子の面を屈折面として利用できる。これらの面が屈折力を有していれば、回転に伴う光学素子内のパワー配置の変化を大きくすることができる。よって、より少ない光学素子数及びコンパクトな体積で、より大きな変倍効果を得ることができる。 Moreover, since the optical element F has three or more surfaces, the surface of the optical element can be used as a refractive surface. If these surfaces have refractive power, it is possible to increase the change in the power arrangement in the optical element accompanying the rotation. Therefore, a larger zooming effect can be obtained with a smaller number of optical elements and a compact volume.
また、光学素Fが少なくとも1面の回転非対称面を有することが望ましい。光学素子Fが回転すると、偏心収差が発生する。そこで、光学素子Fが少なくとも1面の回転非対称面を有することで、偏心収差の発生を光学素子F内で良好に抑制できる。 Further, it is desirable that the optical element F has at least one rotationally asymmetric surface. When the optical element F rotates, decentration aberration occurs. Accordingly, since the optical element F has at least one rotationally asymmetric surface, the occurrence of decentration aberration can be satisfactorily suppressed in the optical element F.
また、光学素子Fの変倍時の回転角が、以下の条件式を満たすことが望ましい。 In addition, it is desirable that the rotation angle of the optical element F during zooming satisfies the following conditional expression.
0°<θ<120° ・・・(1)
ただし、θ:光学素子の回転角である。
0 ° <θ <120 ° (1)
Where θ is the rotation angle of the optical element.
この条件式(1)を満たす回転角で光学素子が回転することで、光学素子F内での光路長の変化、及びパワー配置の変化を大きくすることができる。よって、より少ない光学素子数及びコンパクトな体積で、より大きな変倍効果を得ることができる。条件式(1)の上限の120°を越えると、光学素子Fから射出する光線の射出方向の変動が大きくなりすぎる。そのため、光学素子Fの射出側に位置する光学機能面の面積を、大きくせざるを得なくなる。その結果、光学系が全体的に大型化してしまうので、好ましくない。下限の0°を下回ると、光路を選択すること自体が不可能になる。そのため、光学的パラメーターを変化させることが不可能となる。 By rotating the optical element at a rotation angle that satisfies the conditional expression (1), the change in the optical path length and the change in the power arrangement in the optical element F can be increased. Therefore, a larger zooming effect can be obtained with a smaller number of optical elements and a compact volume. If the upper limit of 120 ° of conditional expression (1) is exceeded, the variation in the emission direction of the light emitted from the optical element F becomes too large. Therefore, the area of the optical function surface located on the exit side of the optical element F must be increased. As a result, the overall size of the optical system is increased, which is not preferable. Below the lower limit of 0 °, it becomes impossible to select the optical path itself. This makes it impossible to change the optical parameters.
あるいは、下記の条件式(1−1)を満足することが望ましい。 Alternatively, it is desirable that the following conditional expression (1-1) is satisfied.
5°<θ<90° ・・・(1−1)
条件式(1−1)の上限の90°を越えると、条件式(1)と同じような結果となる。下限の5°を下回ると、回転に伴う変倍効果はほとんど得られない。若しくは、変倍効果を得るには、光学機能面の形状の変形量を大きくしなくはならなくなる。そうすると、収差を抑制して性能を得るのが難しくなるので、好ましくない。
5 ° <θ <90 ° (1-1)
If the upper limit of 90 ° to the conditional expression (1-1) is exceeded, the same result as the conditional expression (1) is obtained. If the lower limit of 5 ° is not reached, the zooming effect accompanying rotation is hardly obtained. Alternatively, in order to obtain a zooming effect, the amount of deformation of the shape of the optical function surface must be increased. This is not preferable because it is difficult to suppress the aberration and obtain performance.
あるいは、下記の条件式(1−2)を満足することがより望ましい。 Alternatively, it is more desirable to satisfy the following conditional expression (1-2).
10°<θ<60° ・・・(1−2)
また、変倍比が下記の条件式を満たすことが望ましい。
10 ° <θ <60 ° (1-2)
Further, it is desirable that the zoom ratio satisfies the following conditional expression.
1.01<β<20 ・・・(2)
ただし、β:変倍比である。
1.01 <β <20 (2)
Where β is the zoom ratio.
条件式(2)を満たす変倍比で変倍することで、性能を保ったまま大きな変倍効果を得ることができる。条件式(2)の上限の20を越えると、必要な回転角が大きくなる。この場合、光学素子Fから射出する光線の射出方向の変動が大きくなりすぎる。そのため、光学素子Fの射出側に位置する光学機能面の面積を、大きくせざるを得なくなる。その結果、光学系が全体的に大型化してしまうので、好ましくない。あるいは、変倍比を実現するためには、光学機能面の形状の変形量を大きくせざるを得ない。この場合、収差を抑制して性能を得るのが難しくなり好ましくない。下限の1.01を下回ると、変倍比が小さくなるので、好ましくない。 By performing zooming at a zoom ratio that satisfies the conditional expression (2), a large zooming effect can be obtained while maintaining performance. If the upper limit of 20 to conditional expression (2) is exceeded, the required rotation angle becomes large. In this case, the variation in the emission direction of the light beam emitted from the optical element F becomes too large. Therefore, the area of the optical function surface located on the exit side of the optical element F must be increased. As a result, the overall size of the optical system is increased, which is not preferable. Alternatively, in order to realize the zoom ratio, the amount of deformation of the shape of the optical function surface must be increased. In this case, it is difficult to obtain performance by suppressing aberration, which is not preferable. If the lower limit of 1.01 is not reached, the zoom ratio becomes small, which is not preferable.
あるいは、下記の条件式(2−1)を満足することが望ましい。 Alternatively, it is desirable that the following conditional expression (2-1) is satisfied.
1.5<β<18 ・・・(2−1)
あるいは、下記の条件式(2−2)を満足することがより望ましい。
1.5 <β <18 (2-1)
Alternatively, it is more desirable to satisfy the following conditional expression (2-2).
1.8<β<16 ・・・(2−2)
また、下記の条件式を満たすことが望ましい。
1.8 <β <16 (2-2)
Moreover, it is desirable to satisfy the following conditional expressions.
0<νmax −νmin <100 ・・・(3)
ただし、νmax :光学系に含まれる光学素子の最大アッベ数、
νmin :光学系に含まれる光学素子の最小アッベ数、
である。
0 <ν max −ν min <100 (3)
Where ν max is the maximum Abbe number of the optical element included in the optical system,
ν min : the minimum Abbe number of the optical element included in the optical system,
It is.
条件式(3)を満たす光学素子(光学素子F及び光学素子R)を用いることで、光学系で発生する色収差を、より少ない光学素子数及びコンパクトな体積で良好に抑制することができる。条件式(3)の上限の100を越えると、資源が存在しない。下限の0を越えると、1種類の材料若しくは全く等しいアッベ数の材料で光学系を構成することになる。この場合、色収差の発生を良好に抑制することができないので、好ましくない。 By using optical elements (optical element F and optical element R) that satisfy the conditional expression (3), chromatic aberration generated in the optical system can be satisfactorily suppressed with a smaller number of optical elements and a compact volume. If the upper limit of 100 in conditional expression (3) is exceeded, no resource exists. When the lower limit of 0 is exceeded, the optical system is composed of one type of material or a material having an exactly the same Abbe number. In this case, the occurrence of chromatic aberration cannot be satisfactorily suppressed, which is not preferable.
あるいは、下記の条件式(3−1)を満足することが望ましい。 Alternatively, it is desirable that the following conditional expression (3-1) is satisfied.
5<νmax −νmin <100 ・・・(3−1)
条件式(3−1)の上限の100を越えると、資源が存在しない。下限の5を越えると、用いる光学材料のアッベ数の差が小さすぎるために、色収差の発生を良好に抑制することができず好ましくない。
5 <ν max −ν min <100 (3-1)
If the upper limit of 100 of the conditional expression (3-1) is exceeded, no resource exists. Exceeding the lower limit of 5 is not preferable because the difference in Abbe number of the optical material used is too small and the occurrence of chromatic aberration cannot be suppressed well.
あるいは、下記の条件式(3−2)を満足することがより望ましい。 Alternatively, it is more desirable to satisfy the following conditional expression (3-2).
10<νmax −νmin <100 ・・・(3−2)
また、本発明の電子機器は、以上のような変倍光学系と、その像側に配置された電子撮像素子とを備えている。上記の変倍光学系は、小型・コンパクトで低コストなものである。よって、このような変倍光学系を撮像光学系として電子機器に搭載すれば、これらの電子機器の小型化・低コスト化を図ることができる。なお、電子機器としては、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、携帯電話、情報携帯端末、電子内視鏡等がある。
10 <ν max −ν min <100 (3-2)
Further, an electronic apparatus according to the present invention includes the above-described variable magnification optical system and an electronic imaging device arranged on the image side. The above variable magnification optical system is small, compact, and low cost. Therefore, if such a variable magnification optical system is mounted on an electronic device as an imaging optical system, it is possible to reduce the size and cost of these electronic devices. Electronic devices include digital cameras, video cameras, digital video units, personal computers, mobile computers, mobile phones, portable information terminals, electronic endoscopes, and the like.
この場合に、変倍光学系で形成された像の形状を電気的に補正する手段を、電子機器が備えるのが好ましい。上記の変倍光学系においては、回転非対称で倍率によって異なる形状の像歪みや色収差が発生しやすい。このような収差を光学系で良好に補正しようとすると、光学素子数が増え光学系が大型化する。そこで、光学系で補正し切れないこれらの収差を、電気的に補正するようにすることで、光学系をよりコンパクトにすることができる。 In this case, it is preferable that the electronic apparatus includes means for electrically correcting the shape of the image formed by the variable magnification optical system. In the above-described variable magnification optical system, image distortion and chromatic aberration that are rotationally asymmetric and have different shapes depending on the magnification are likely to occur. If such an aberration is to be corrected satisfactorily by the optical system, the number of optical elements increases and the optical system becomes larger. Therefore, the optical system can be made more compact by electrically correcting these aberrations that cannot be corrected by the optical system.
その補正としては、焦点距離毎に異なる補正パラメータをテーブルに用意しておいて、また、波長領域(色)毎に異なる補正パラメータを用意しておいて用いることが望ましい。 For the correction, it is desirable to prepare correction parameters that differ for each focal length in the table and prepare different correction parameters for each wavelength region (color).
本発明の変倍光学系及びそれを用いた電子機器によると、反射面や屈折面からなる光学機能面を絞りより物体側に少なくとも1つ配置して、その光学機能面をその光学機能面から離れた点を中心に回転させている。これにより、絞りを経て結像に寄与する光束の光学機能面通過(反射又は屈折)位置を変化させることによって、変倍を行うようにしている。その結果、少ない光学素子数及び低コストでコンパクトな変倍光学系、及びそれを用いた電子機器を提供することができる。 According to the variable magnification optical system and the electronic apparatus using the same according to the present invention, at least one optical functional surface including a reflective surface and a refractive surface is disposed on the object side from the stop, and the optical functional surface is separated from the optical functional surface. Rotating around a distant point. Thus, the magnification is changed by changing the position of the optical function surface passing (reflecting or refraction) of the light beam contributing to the image formation through the stop. As a result, it is possible to provide a compact variable magnification optical system with a small number of optical elements and low cost, and an electronic apparatus using the same.
以下に、本発明の変倍光学系(撮像光学系)の実施例について、図面を用いて説明する。 Embodiments of the variable power optical system (imaging optical system) of the present invention will be described below with reference to the drawings.
各実施例の構成パラメータにおいては、例えば図2の断面図に示すように、順光線追跡で、軸上主光線1を、光学系の最も物体側の第1面(図2では、カバーガラスCG1の第1面CG1a)に対して垂直に入射し、光学系の絞り2の中心を通り、像面3の中心に至る光線で定義する。そして、光学系の最も物体側の第1面(図2では、カバーガラスCG1の第1面CG1a)と広角端での軸上主光線1とが交差する位置を、偏心光学系の偏心光学面の原点としている。また、軸上主光線1に沿う方向をZ軸方向とし、物体から第1面に向かう方向をZ軸正方向とする。また、光軸が折り曲げられる平面をY−Z平面とし、原点を通りY−Z平面に直交する方向をX軸方向とする。そして、図2の紙面の表から裏へ向かう方向をX軸正方向とする。さらに、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をY軸とする。
For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the axial
後述の実施例1〜2では、このY−Z平面内で各面(光学機能面)の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面としている。 In Examples 1 and 2 to be described later, each surface (optical function surface) is decentered in the YZ plane, and the only symmetric surface of each rotationally asymmetric free-form surface is the YZ plane.
偏心面については、光学系の原点からその面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向のシフト量をそれぞれX,Y,Z)と、その面の中心軸(自由曲面については、前記の(a)式のZ軸)のX軸、Y軸、Z軸それぞれを中心とする傾き角(それぞれα,β,γ(°))とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はZ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα,β,γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのXYZ直交座標系を、まずX軸の周りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のY軸の周りで反時計回りにβ回転させると共に、1度回転した座標系もY軸の周りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その2度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のZ軸の周りで時計回りにγ回転させるものである。 For the decentered surface, the amount of decentering from the origin of the optical system to the top position of the surface (X, Y, and Z axis shift amounts X, Y, Z, respectively) and the center axis of the surface ( For free-form surfaces, inclination angles (α, β, γ (°), respectively) about the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the above-described (a) Z-axis) are given. In this case, positive α and β mean counterclockwise rotation with respect to the positive direction of each axis, and positive γ means clockwise rotation with respect to the positive direction of the Z axis. Note that the α, β, and γ rotations of the central axis of the surface are performed by first rotating the central axis of the surface and its XYZ orthogonal coordinate system by α counterclockwise around the X axis, and then rotating the rotation. The center axis of the surface is rotated β counterclockwise around the Y axis of the new coordinate system, and the coordinate system rotated once is also rotated β counterclockwise around the Y axis, and then 2 degrees The center axis of the rotated surface is rotated γ clockwise around the Z axis of the new coordinate system.
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面(光学機能面)のうち、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。 Further, among the optical action surfaces (optical functional surfaces) constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a subsequent surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given. The refractive index and Abbe number of the medium are given according to conventional methods.
図2(a)〜(c)は、本発明の実施例1に係る変倍光学系を示している。ここで、各図はそれぞれ光軸(軸上主光線)1に沿う断面図であって、広角端、中間状態、望遠端での配置と光路を示している。この実施例の光学系の広角端、中間状態、望遠端での横収差図を、それぞれ図3、図4、図5に示す。各収差図において、それぞれ(a)はX方向画角がゼロ、Y方向画角がゼロを通る主光線のY方向の横収差、(b)はX方向画角がゼロ、Y方向画角がゼロを通る主光線のX方向の横収差、(c)はX方向画角がゼロ、Y負方向最大画角を通る主光線のY方向の横収差、(d)はX方向画角がゼロ、Y負方向最大画角を通る主光線のX方向の横収差、(e)はX正方向最大画角、Y負方向最大画角を通る主光線のY方向の横収差、(f)はX正方向最大画角、Y負方向最大画角を通る主光線のX方向の横収差、(g)はX正方向最大画角、Y方向画角がゼロを通る主光線のY方向の横収差、(h)はX正方向最大画角、Y方向画角がゼロを通る主光線のX方向の横収差、(i)はX正方向最大画角、Y正方向最大画角を通る主光線のY方向の横収差、(j)はX正方向最大画角、Y正方向最大画角を通る主光線のX方向の横収差、(k)はX方向画角がゼロ、Y正方向最大画角を通る主光線のY方向の横収差、(l)はX方向画角がゼロ、Y正方向最大画角を通る主光線のX方向の横収差を示している。 2A to 2C show the variable magnification optical system according to Example 1 of the present invention. Here, each figure is a cross-sectional view along the optical axis (axial principal ray) 1 and shows the arrangement and optical path at the wide-angle end, the intermediate state, and the telephoto end. The lateral aberration diagrams of the optical system of this example at the wide-angle end, the intermediate state, and the telephoto end are shown in FIGS. 3, 4, and 5, respectively. In each aberration diagram, (a) is the lateral aberration in the Y direction of the principal ray through which the X direction field angle is zero and the Y direction field angle is zero, and (b) is the X direction field angle is zero and the Y direction field angle is zero. X-ray lateral aberration of the principal ray passing through zero, (c) X-direction angle of view is zero, Y-direction transverse aberration of principal ray passing through the Y negative maximum angle of view, and (d) is zero X-direction angle of view. , The transverse aberration in the X direction of the principal ray passing through the maximum Y negative field angle, (e) is the maximum field angle in the positive X direction, the lateral aberration in the Y direction of the principal ray passing through the maximum field angle in the negative Y direction, and (f) is X-direction lateral aberration of the principal ray that passes through the maximum field angle in the positive X direction and the maximum field angle in the negative Y direction, and (g) shows the transverse direction in the Y direction of the principal ray that passes through the maximum field angle in the positive X direction and zero in the Y direction. Aberration, (h) is X-direction maximum field angle, Y-direction lateral angle is X-direction lateral aberration of zero, and (i) is main X-direction maximum field angle and Y-positive maximum field angle. In the Y direction Aberration, (j) is X-direction maximum field angle, X-direction lateral aberration of principal ray passing through Y-direction maximum field angle, (k) is X-direction field angle is zero, Y-direction maximum field-angle main The lateral aberration in the Y direction of the light beam, (l), indicates the lateral aberration in the X direction of the principal ray passing through the X field angle of zero and the maximum Y positive field angle.
実施例1の変倍光学系は、物体側から順に、カバーガラスCG1と、前群の光学素子10と、開口絞り2と、後群の光学素子20と、カバーガラスCG2とを有している。図中、3は像面(撮像面)である。カバーガラスCG1、CG2は、平行平板状に形成されている。また、開口絞り2の位置は固定である。また、その開口径は、固定あるいは可変となっている。
The variable magnification optical system of Example 1 includes, in order from the object side, a cover glass CG1, a front group
光学素子10は、光学機能面として、入射面11、反射面12、反射面13及び射出面14とを有する。この光学素子10は偏心プリズムである。入射面11を経て入射した軸上主光線1は、反射面12で内部反射され、次いで反射面13で内部反射され、射出面14で屈折されて、光学素子10の外に射出する。また、光学素子10では、入射面11から反射面12に向かう軸上主光線1と反射面13から射出面14に向かう軸上主光線1とは、光学素子10内で交差している。すなわち、入射面11、反射面12、反射面13及び射出面14は、軸上主光線1が交差するように、それぞれ配置されている。ここで、X軸の正方向から見たとき、軸上主光線1は、光学素子10内で右回りに回転するように進む。
The
光学素子20は、光学機能面として、入射面21、反射面22、反射面23及び射出面24とを有する。この光学素子20も、偏心プリズムである。入射面21を経て入射した軸上主光線1は、反射面22で内部反射され、次いで反射面23で内部反射され、射出面24で屈折されて、光学素子20の外に射出する。入射面21から反射面22に向かう軸上主光線1と、反射面23から射出面24に向かう軸上主光線1とは、光学素子20内で交差している。すなわち、入射面21、反射面22、反射面23及び射出面24は、軸上主光線1が交差するように、それぞれ配置されている。ここで、X軸の正方向から見たとき、軸上主光線1は、光学素子20内で左回りに回転するように進む。これは、光学素子10とは逆の進み方である。
The
光学素子10の入射面11、反射面12、反射面13及び射出面14、光学素子20の入射面21、反射面22、反射面23及び射出面24は、何れも、自由曲面形状に形成されている。そして、これらの面は、回転非対称なパワーを有する。また、これらの面は、Y−Z面内で偏心している。
The
この実施例の変倍光学系において、遠方の物体の中心から出た軸上主光線1は、光学素子10、開口絞り2の中心、光学素子20及びカバーガラスCG2を経て、像面3にその物体の像を結像する。この実施例の変倍光学系において、像は像面3に形成されるだけで、その間に像(中間像)が形成されることはない。すなわち、結像面はただ一つである。
In the variable magnification optical system of this embodiment, the axial
また、変倍のために、本実施例では、光学素子10及び光学素子20を回転させている。ここで、回転方向は、X軸の正方向から見た時の方向である。また、回転軸は、いずれもY−Z面に垂直な軸である。光学素子10は、回転軸S1を中心にして、右回りに回転している。そして、それに伴って、光学素子20は、中心軸S2を中心にして、右回りに回転している。よって、本実施例の変倍光学系では、より大きな変倍比を実現することが可能となる。ここで、回転軸S1は、光学素子10の内部にある。また、中心軸S2は、光学素子20の内部にある。
In this embodiment, the
なお、変倍は、図2(a)の広角端から、同(b)の中間状態を経て、同(c)の望遠端へというように行われる。 The zooming is performed from the wide-angle end in FIG. 2A to the telephoto end in FIG. 2C through the intermediate state in FIG. 2B.
この実施例の変倍光学系では、光学素子10内と光学素子20内で、軸上主光線1がY−Z面内を進行する。そして、上記のように、相互に反対回りに進行するように、各反射面が配置されている。そのため、異なる変倍状態においても、偏心収差を相互に補償しあうことになるので、全体として収差を良好に補正できる。このように、本実施例の各面の配置は、収差補正上、より望まし配置となっている。
In the variable magnification optical system of this embodiment, the axial
ここで、実施例1の各光学作用面11〜14、21〜24を規定するために用いられる自由曲面の面の形状は、前記(a)式により定義される自由曲面であり、その定義式のZ軸が自由曲面の軸となる。偏心光学系のパワーと焦点距離の定義については、例えば米国特許第6,124,989号(特開2000−66105号)の図15に基づいて定義されるものである。なお、以上の自由曲面の面の形状、偏心光学系のパワーと焦点距離の定義については、以下の実施例においても同じである。 Here, the shape of the surface of the free-form surface used for defining each optical action surface 11-14, 21-24 of Example 1 is a free-form surface defined by the above-mentioned formula (a). The Z-axis is the axis of the free-form surface. The definition of the power and focal length of the decentered optical system is defined based on FIG. 15 of US Pat. No. 6,124,989 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-66105), for example. The definition of the surface of the free-form surface and the power and focal length of the decentered optical system are the same in the following embodiments.
この実施例の数値データは後記するが、その数値データ中、“FFS”は自由曲面、“REF”は反射面を示している。また、屈折率、アッベ数はd線のものである。これらは、以下の実施例の数値データにおいて共通である。 Numerical data of this embodiment will be described later. In the numerical data, “FFS” indicates a free-form surface and “REF” indicates a reflecting surface. The refractive index and Abbe number are those of the d line. These are common in the numerical data of the following embodiments.
この実施例では、変倍時に、光学素子10は、回転軸S1を中心に回転される。また、光学素子20は、中心軸S2を中心に回転される。そして、像面3の位置は、Y方向に偏心(シフト)する。なお、回転軸S1及び中心軸S2は、仮想面の面頂位置で示される平面中を通る。
In this embodiment, at the time of zooming, the
後記の数値データ中の偏心量において、面番号4〜7に関しては、面番号3の仮想面に対する偏心量を表している。また、面番号10〜13に関しては、面番号9の仮想面に対する偏心量を表している。また、その際、座標系は原点から平行移動したものとしている。その他の面に関しては、全て第1面(図2では、カバーガラスCG1の第1面CG1aに設定された原点)を基準とした偏心量で示してある。
In the amount of eccentricity in the numerical data described later, the
本実施例では、変倍に伴い、結像位置が同一面内で異なる。そこで、撮像素子として広い撮像範囲を持つ撮像素子を用いれている。このようにすれば、図6に示すように、図中の実線の範囲中の異なる領域に、像が形成される。よって、結像位置が異なっても、撮像素子の位置を固定させたまま撮像ができる。図6では、X方向に長い撮像範囲を持つ撮像素子を用いるものとしているが、図7に示すように、Y方向に長い撮像範囲を持つ撮像素子を用いるようにしてもよい。もちろん、変倍時に撮像素子をY方向に移動させるようにしてもよい。 In the present embodiment, the imaging position differs within the same plane as the magnification is changed. Therefore, an image sensor having a wide imaging range is used as the image sensor. In this way, as shown in FIG. 6, images are formed in different areas within the range of the solid line in the figure. Therefore, even if the imaging positions are different, it is possible to capture an image with the position of the image sensor fixed. In FIG. 6, an image sensor having a long imaging range in the X direction is used. However, as shown in FIG. 7, an image sensor having a long imaging range in the Y direction may be used. Of course, the image sensor may be moved in the Y direction during zooming.
また、本実施例では波長領域毎に異なる補正パラメータを用いて、電気的に像形状を補正するようにしている。これにより、非対称な像歪や色にじみを効果的に補正することができる。その結果、、好ましい像形状・画質を得ることができる。 In this embodiment, the image shape is electrically corrected by using different correction parameters for each wavelength region. Thereby, asymmetric image distortion and color blur can be effectively corrected. As a result, a preferable image shape and image quality can be obtained.
図8(a)〜(c)は、本発明の実施例2に係る変倍光学系を示している。ここで、各図はそれぞれ光軸(軸上主光線)1に沿う断面図であって、広角端、中間状態、望遠端での配置と光路を示している。この実施例の光学系の広角端、中間状態、望遠端での横収差図をそれぞれ図9、図10、図11に示す。各収差図における(a)〜(l)の意味は、図3〜図5と同様である。 FIGS. 8A to 8C show a variable magnification optical system according to Example 2 of the present invention. Here, each figure is a cross-sectional view along the optical axis (axial principal ray) 1 and shows the arrangement and optical path at the wide-angle end, the intermediate state, and the telephoto end. The lateral aberration diagrams at the wide-angle end, the intermediate state, and the telephoto end of the optical system of this example are shown in FIGS. 9, 10, and 11, respectively. The meanings of (a) to (l) in each aberration diagram are the same as those in FIGS.
実施例2の変倍光学系は、物体側から順に、カバーガラスCG1と、前群の光学素子10と、開口絞り2と、後群の光学素子20と、カバーガラスCG2とを有している。図中、3は像面(撮像面)である。カバーガラスCG1、CG2は、平行平板状に形成されている。また、開口絞り2の位置は固定である。また、その開口径は、固定あるいは可変となっている。
The variable magnification optical system of Example 2 includes, in order from the object side, a cover glass CG1, a front group
光学素子10は、光学機能面として、入射面11、反射面12、反射面13及び射出面14とを有する。この光学素子10は、偏心プリズムである。入射面11を経て入射した軸上主光線1は、反射面12で内部反射され、次いで反射面13で内部反射され、射出面14で屈折されて、光学素子10の外に射出する。また、光学素子10では、入射面11から反射面12に向かう軸上主光線1と反射面13から射出面14に向かう軸上主光線1とは、光学素子10内で交差している。すなわち、入射面11、反射面12、反射面13及び射出面14は、軸上主光線1が交差するように、それぞれ配置されている。ここで、X軸の正方向から見たとき、軸上主光線1は、光学素子10内で右回りに回転するように進む。
The
光学素子20は、光学機能面として、入射面21、反射面22、反射面23及び射出面24とを有する。この光学素子20も、偏心プリズムである。入射面21を経て入射した軸上主光線1は、反射面22で内部反射され、次いで反射面23で内部反射され、射出面24で屈折されて、光学素子20の外に射出する。入射面21から反射面22に向かう軸上主光線1と反射面23から射出面24に向かう軸上主光線1とは、光学素子20内で交差している。すなわち、入射面21、反射面22、反射面23及び射出面24は、軸上主光線1が交差するように、それぞれ配置されている。ここで、X軸の正方向から見たとき、軸上主光線1は、光学素子20内で左回りに回転するように進む。これは、光学素子10とは逆の進み方である。
The
光学素子10の入射面11、反射面12、反射面13及び射出面14、光学素子20の入射面21、反射面22、反射面23及び射出面24は、何れも、自由曲面形状に形成されている。そして、これらの面は、回転非対称なパワーを有する。また、これらの面は、Y−Z面内で偏心している。
The
この実施例の変倍光学系において、遠方の物体の中心から出た軸上主光線1は、光学素子10、開口絞り2の中心、光学素子20及びカバーガラスCG2を経て、像面3にその物体の像を結像する。この実施例の変倍光学系において、像は像面3に形成されるだけで、その間に像(中間像)が形成されることはない。すなわち、結像面はただ一つである。
In the variable magnification optical system of this embodiment, the axial
また、変倍のために、本実施例でも、光学素子10及び光学素子20を回転させている。ここで、回転方向は、X軸の正方向から見た時の方向である。また、回転軸は、いずれもY−Z面に垂直な軸である。光学素子10は、回転軸S1を中心にして、右回りに回転している。そして、それに伴って、光学素子20は、中心軸S2を中心にして、右回りに回転している。よって、本実施例の変倍光学系では、より大きな変倍比を実現することが可能となる。ここで、回転軸S1は、光学素子10の内部にある。また、中心軸S2は、光学素子20の外部にあるが、光学素子20の近傍に位置している。
Also, in this embodiment, the
なお、変倍は、図2(a)の広角端から、同(b)の中間状態を経て、同(c)の望遠端へというように行われる。 The zooming is performed from the wide-angle end in FIG. 2A to the telephoto end in FIG. 2C through the intermediate state in FIG. 2B.
この実施例の変倍光学系では、光学素子10内と光学素子20内で、軸上主光線1がY−Z面内を進行する。そして、上記のように、相互に反対回りに進行するように、各反射面が配置されている。そのため、異なる変倍状態においても、偏心収差を相互に補償しあうことになるので、全体として収差を良好に補正できる。このように、本実施例の各面の配置は、収差補正上、より望まし配置となっている。
In the variable magnification optical system of this embodiment, the axial
この実施例では、変倍時に、光学素子10は、回転軸S1を中心に回転される。また、光学素子20は、中心軸S2を中心に回転される。なお、回転軸S1及び中心軸S2は、仮想面の面頂位置で示される平面中を通る。
In this embodiment, at the time of zooming, the
後記の数値データ中の偏心量において、面番号4〜7に関しては、面番号3の仮想面に対する偏心量を表し、面番号10〜13に関しては、面番号9の仮想面に対する偏心量を表していおり、その際、座標系は原点から平行移動したものとしている。その他の面に関しては、全て第1面(図2では、カバーガラスCG1の第1面CG1aに設定された原点)を基準とした偏心量で示してある。
In the amount of eccentricity in the numerical data described later, the
なお、本実施例では、変倍に伴って結像位置は移動しない。 In this embodiment, the imaging position does not move with zooming.
また、本実施例では波長領域毎に異なる補正パラメータを用いて、電気的に像形状を補正するようにしている。これにより、非対称な像歪や色にじみを効果的に補正することができる。その結果、、好ましい像形状・画質を得ることができる。 In this embodiment, the image shape is electrically corrected by using different correction parameters for each wavelength region. Thereby, asymmetric image distortion and color blur can be effectively corrected. As a result, a preferable image shape and image quality can be obtained.
以下に、実施例1〜2の数値データを示す。 The numerical data of Examples 1-2 are shown below.
実施例1
広角端 中間状態 望遠端
入射瞳径 : 1.25 〜 1.63 〜 2.26
入射半画角[X] : 26.6°〜 16.1°〜 9.5°
入射半画角[Y] : 20.6°〜 12.2°〜 7.1°
焦点距離[X] : 3.5 〜 6.2 〜 10.6
焦点距離[Y] : 3.6 〜 6.2 〜 10.8
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 反射面
物体面 ∞ ∞
1 ∞ 偏心(1) 1.4950 65.0
2 ∞ 偏心(2)
3 ∞(仮想面・回転軸S1) 偏心(3)
4 FFS[1] 偏心(4) 1.6069 27.0
5 FFS[2] 偏心(5) 1.6069 27.0 REF
6 FFS[3] 偏心(6) 1.6069 27.0 REF
7 FFS[4] 偏心(7)
8 ∞(絞り面) 偏心(8)
9 ∞(仮想面・回転軸S2) 偏心(9)
10 FFS[5] 偏心(10) 1.5256 56.4
11 FFS[6] 偏心(11) 1.5256 56.4 REF
12 FFS[7] 偏心(12) 1.5256 56.4 REF
13 FFS[8] 偏心(13)
14 ∞ 偏心(14) 1.5163 64.1
15 ∞ 偏心(15)
像 面 ∞ 偏心(16)
FFS[1]
C4 4.1199 ×10-3 C6 1.6579 ×10-2 C8 -8.3836 ×10-3
C10 -6.6784 ×10-3 C11 -9.7981 ×10-4 C13 -4.9007 ×10-4
C15 -6.1790 ×10-4 C17 -1.3628 ×10-4 C19 -6.6807 ×10-6
C21 -9.1886 ×10-5 C22 -8.0055 ×10-6 C24 -7.2830 ×10-6
C26 1.0665 ×10-5 C28 -1.2506 ×10-6
FFS[2]
C4 8.0634 ×10-3 C6 4.2472 ×10-2 C8 -3.7988 ×10-3
C10 -6.9592 ×10-3 C11 -3.8963 ×10-4 C13 -3.3523 ×10-5
C15 -1.2394 ×10-4 C17 8.2006 ×10-6 C19 2.6962 ×10-5
C21 -3.6475 ×10-5 C22 2.1198 ×10-5 C24 -2.3662 ×10-5
C26 9.1054 ×10-6 C28 5.2718 ×10-5
FFS[3]
C4 -1.8610 ×10-2 C6 3.6558 ×10-2 C8 5.9500 ×10-3
C10 -1.6255 ×10-4 C11 -2.6417 ×10-4 C13 -1.1929 ×10-3
C15 1.7306 ×10-5 C17 2.0293 ×10-4 C19 1.9287 ×10-4
C21 5.5190 ×10-6 C22 -4.4072 ×10-6 C24 -3.6117 ×10-5
C26 -1.7387 ×10-5 C28 -9.9860 ×10-7
FFS[4]
C4 1.6475 ×10-2 C6 1.2591 ×10-1 C8 1.1965 ×10-2
C10 1.4529 ×10-2 C11 -1.0843 ×10-3 C13 -2.1214 ×10-3
C15 -3.2103 ×10-3 C17 1.1666 ×10-4 C19 -7.1671 ×10-4
C21 -7.9641 ×10-4 C22 -3.1475 ×10-5 C24 4.3413 ×10-5
C26 -5.4493 ×10-5 C28 -5.4977 ×10-5
FFS[5]
C4 6.2235 ×10-2 C6 -1.2737 ×10-1 C8 -2.2386 ×10-2
C10 -2.9728 ×10-2 C11 -1.4407 ×10-3 C13 -6.2840 ×10-3
C15 1.5064 ×10-3 C17 -7.8959 ×10-4 C19 -1.2080 ×10-3
C21 1.2138 ×10-3 C22 -3.5433 ×10-5 C24 -1.7885 ×10-4
C26 -8.9528 ×10-5 C28 1.3578 ×10-4
FFS[6]
C4 -2.8201 ×10-2 C6 -1.0644 ×10-2 C8 -1.6319 ×10-3
C10 -4.0777 ×10-3 C11 1.9865 ×10-4 C13 -1.7651 ×10-4
C15 -4.6771 ×10-5 C17 -9.9306 ×10-5 C19 -4.4615 ×10-5
C21 4.8739 ×10-5 C22 -1.1266 ×10-5 C24 -3.1473 ×10-5
C26 9.9422 ×10-6 C28 -3.5723 ×10-6
FFS[7]
C4 -1.7230 ×10-2 C6 -1.2568 ×10-3 C8 8.3942 ×10-3
C10 -2.2244 ×10-3 C11 -2.4421 ×10-4 C13 -1.7785 ×10-3
C15 -1.0150 ×10-4 C17 -4.7562 ×10-4 C19 5.2911 ×10-4
C21 1.4342 ×10-4 C22 -7.7146 ×10-5 C24 4.8956 ×10-6
C26 -8.8928 ×10-5 C28 -1.4534 ×10-5
FFS[8]
C4 -5.7194 ×10-3 C6 -1.5926 ×10-1 C8 4.0000 ×10-2
C10 -1.0419 ×10-1 C11 3.0000 ×10-3 C13 6.4694 ×10-2
C15 7.0466 ×10-2 C17 3.2443 ×10-3 C19 -2.1180 ×10-2
C21 -1.5618 ×10-2 C22 1.0000 ×10-3 C24 -5.5078 ×10-4
C26 2.3414 ×10-3 C28 1.2251 ×10-3
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y -2.63 Z 3.70
α (可変)β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 2.52 Z -3.10
α -1.53 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 3.60 Z 2.86
α 37.08 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y -2.76 Z 2.99
α 96.04 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 5.29 Z -1.72
α 90.03 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
X 0.00 Y 3.74 Z 4.43
α 95.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[9]
X 0.00 Y 9.35 Z 4.55
α (可変)β 0.00 γ 0.00
偏心[10]
X 0.00 Y -5.18 Z -0.73
α 101.89 β 0.00 γ 0.00
偏心[11]
X 0.00 Y -0.24 Z -0.02
α 76.29 β 0.00 γ 0.00
偏心[12]
X 0.00 Y -2.79 Z -3.30
α 29.86 β 0.00 γ 0.00
偏心[13]
X 0.00 Y -5.13 Z 2.53
α -18.08 β 0.00 γ 0.00
偏心[14]
X 0.00 Y 5.74 Z 8.07
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[15]
X 0.00 Y 5.74 Z 8.38
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[16]
X 0.00 Y (可変)Z 9.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
(可変偏心量)
広角端 中間状態 望遠端
偏心[3] α -8.24 -17.35 -25.59
偏心[9] α 5.21 -5.00 -18.08
偏心[16]Y 6.34 5.74 6.23 。
Example 1
Wide-angle end Intermediate state Telephoto end Entrance pupil diameter: 1.25 to 1.63 to 2.26
Incident half angle of view [X]: 26.6 °-16.1 °-9.5 °
Incident half angle of view [Y]: 20.6 °-12.2 °-7.1 °
Focal length [X]: 3.5 to 6.2 to 10.6
Focal length [Y]: 3.6 to 6.2 to 10.8
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Reflecting surface Object surface ∞ ∞
1 ∞ Eccentricity (1) 1.4950 65.0
2 ∞ Eccentricity (2)
3 ∞ (virtual plane / rotation axis S1) Eccentricity (3)
4 FFS [1] Eccentricity (4) 1.6069 27.0
5 FFS [2] Eccentricity (5) 1.6069 27.0 REF
6 FFS [3] Eccentricity (6) 1.6069 27.0 REF
7 FFS [4] Eccentricity (7)
8 ∞ (diaphragm surface) Eccentricity (8)
9 ∞ (virtual plane / rotation axis S2) Eccentricity (9)
10 FFS [5] Eccentricity (10) 1.5256 56.4
11 FFS [6] Eccentricity (11) 1.5256 56.4 REF
12 FFS [7] Eccentricity (12) 1.5256 56.4 REF
13 FFS [8] Eccentricity (13)
14 ∞ Eccentricity (14) 1.5163 64.1
15 ∞ Eccentricity (15)
Image plane ∞ Eccentricity (16)
FFS [1]
C 4 4.1199 × 10 -3 C 6 1.6579 × 10 -2 C 8 -8.3836 × 10 -3
C 10 -6.6784 × 10 -3 C 11 -9.7981 × 10 -4 C 13 -4.9007 × 10 -4
C 15 -6.1790 × 10 -4 C 17 -1.3628 × 10 -4 C 19 -6.6807 × 10 -6
C 21 -9.1886 × 10 -5 C 22 -8.0055 × 10 -6 C 24 -7.2830 × 10 -6
C 26 1.0665 × 10 -5 C 28 -1.2506 × 10 -6
FFS [2]
C 4 8.0634 × 10 -3 C 6 4.2472 × 10 -2 C 8 -3.7988 × 10 -3
C 10 -6.9592 × 10 -3 C 11 -3.8963 × 10 -4 C 13 -3.3523 × 10 -5
C 15 -1.2394 × 10 -4 C 17 8.2006 × 10 -6 C 19 2.6962 × 10 -5
C 21 -3.6475 × 10 -5 C 22 2.1198 × 10 -5 C 24 -2.3662 × 10 -5
C 26 9.1054 × 10 -6 C 28 5.2718 × 10 -5
FFS [3]
C 4 -1.8610 × 10 -2 C 6 3.6558 × 10 -2 C 8 5.9500 × 10 -3
C 10 -1.6255 × 10 -4 C 11 -2.6417 × 10 -4 C 13 -1.1929 × 10 -3
C 15 1.7306 × 10 -5 C 17 2.0293 × 10 -4 C 19 1.9287 × 10 -4
C 21 5.5 190 × 10 -6 C 22 -4.4072 × 10 -6 C 24 -3.6117 × 10 -5
C 26 -1.7387 × 10 -5 C 28 -9.9860 × 10 -7
FFS [4]
C 4 1.6475 × 10 -2 C 6 1.2591 × 10 -1 C 8 1.1965 × 10 -2
C 10 1.4529 × 10 -2 C 11 -1.0843 × 10 -3 C 13 -2.1214 × 10 -3
C 15 -3.2103 × 10 -3 C 17 1.1666 × 10 -4 C 19 -7.1671 × 10 -4
C 21 -7.9641 × 10 -4 C 22 -3.1475 × 10 -5 C 24 4.3413 × 10 -5
C 26 -5.4493 × 10 -5 C 28 -5.4977 × 10 -5
FFS [5]
C 4 6.2235 × 10 -2 C 6 -1.2737 × 10 -1 C 8 -2.2386 × 10 -2
C 10 -2.9728 × 10 -2 C 11 -1.4407 × 10 -3 C 13 -6.2840 × 10 -3
C 15 1.5064 × 10 -3 C 17 -7.8959 × 10 -4 C 19 -1.2080 × 10 -3
C 21 1.2138 × 10 -3 C 22 -3.5433 × 10 -5 C 24 -1.7885 × 10 -4
C 26 -8.9528 × 10 -5 C 28 1.3578 × 10 -4
FFS [6]
C 4 -2.8201 × 10 -2 C 6 -1.0644 × 10 -2 C 8 -1.6319 × 10 -3
C 10 -4.0777 × 10 -3 C 11 1.9865 × 10 -4 C 13 -1.7651 × 10 -4
C 15 -4.6771 × 10 -5 C 17 -9.9306 × 10 -5 C 19 -4.4615 × 10 -5
C 21 4.8739 × 10 -5 C 22 -1.1266 × 10 -5 C 24 -3.1473 × 10 -5
C 26 9.9422 × 10 -6 C 28 -3.5723 × 10 -6
FFS [7]
C 4 -1.7230 × 10 -2 C 6 -1.2568 × 10 -3 C 8 8.3942 × 10 -3
C 10 -2.2244 × 10 -3 C 11 -2.4421 × 10 -4 C 13 -1.7785 × 10 -3
C 15 -1.0 150 × 10 -4 C 17 -4.7562 × 10 -4 C 19 5.2911 × 10 -4
C 21 1.4342 × 10 -4 C 22 -7.7146 × 10 -5 C 24 4.8956 × 10 -6
C 26 -8.8928 × 10 -5 C 28 -1.4534 × 10 -5
FFS [8]
C 4 -5.7194 × 10 -3 C 6 -1.5926 × 10 -1 C 8 4.0000 × 10 -2
C 10 -1.0419 × 10 -1 C 11 3.0000 × 10 -3 C 13 6.4694 × 10 -2
C 15 7.0466 × 10 -2 C 17 3.2443 × 10 -3 C 19 -2.1180 × 10 -2
C 21 -1.5618 × 10 -2 C 22 1.0000 × 10 -3 C 24 -5.5078 × 10 -4
C 26 2.3414 × 10 -3 C 28 1.2251 × 10 -3
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y -2.63 Z 3.70
α (variable) β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 2.52 Z -3.10
α -1.53 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [5]
X 0.00 Y 3.60 Z 2.86
α 37.08 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [6]
X 0.00 Y -2.76 Z 2.99
α 96.04 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [7]
X 0.00 Y 5.29 Z -1.72
α 90.03 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [8]
X 0.00 Y 3.74 Z 4.43
α 95.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [9]
X 0.00 Y 9.35 Z 4.55
α (variable) β 0.00 γ 0.00
Eccentric [10]
X 0.00 Y -5.18 Z -0.73
α 101.89 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [11]
X 0.00 Y -0.24 Z -0.02
α 76.29 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [12]
X 0.00 Y -2.79 Z -3.30
α 29.86 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [13]
X 0.00 Y -5.13 Z 2.53
α -18.08 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [14]
X 0.00 Y 5.74 Z 8.07
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [15]
X 0.00 Y 5.74 Z 8.38
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [16]
X 0.00 Y (variable) Z 9.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
(Variable eccentricity)
Wide angle end Intermediate state Telephoto end eccentricity [3] α -8.24 -17.35 -25.59
Eccentric [9] α 5.21 -5.00 -18.08
Eccentric [16] Y 6.34 5.74 6.23.
実施例2
広角端 中間状態 望遠端
入射瞳径 : 1.28 〜 1.49 〜 2.05
入射半画角[X] : 26.6°〜 16.1°〜 9.5°
入射半画角[Y] : 20.6°〜 12.2°〜 7.1°
焦点距離[X] : 3.5 〜 6.2 〜 10.2
焦点距離[Y] : 3.6 〜 6.2 〜 10.7
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 反射面
物体面 ∞ ∞
1 ∞ 偏心(1) 1.4950 65.0
2 ∞ 偏心(2)
3 ∞(仮想面・回転軸S1) 偏心(3)
4 FFS[1] 偏心(4) 1.6069 27.0
5 FFS[2] 偏心(5) 1.6069 27.0 REF
6 FFS[3] 偏心(6) 1.6069 27.0 REF
7 FFS[4] 偏心(7)
8 ∞(絞り面) 偏心(8)
9 ∞(仮想面・回転軸S2) 偏心(9)
10 FFS[5] 偏心(10) 1.5256 56.4
11 FFS[6] 偏心(11) 1.5256 56.4 REF
12 FFS[7] 偏心(12) 1.5256 56.4 REF
13 FFS[8] 偏心(13)
14 ∞ 偏心(14) 1.5163 64.1
15 ∞ 偏心(15)
像 面 ∞ 偏心(16)
FFS[1]
C4 1.3055 ×10-2 C6 1.7158 ×10-2 C8 -3.3085 ×10-3
C10 -1.2693 ×10-3 C11 -3.3452 ×10-4 C13 -2.7224 ×10-4
C15 3.2997 ×10-5 C17 -3.1454 ×10-5 C19 -1.1086 ×10-5
C21 7.3638 ×10-6 C22 -6.8410 ×10-7 C24 -4.7836 ×10-7
C26 5.9583 ×10-7 C28 6.0346 ×10-7
FFS[2]
C4 9.0685 ×10-3 C6 4.7493 ×10-2 C8 -2.5602 ×10-3
C10 -4.4964 ×10-3 C11 -2.9943 ×10-4 C13 -6.0927 ×10-5
C15 3.0623 ×10-4 C17 2.4440 ×10-5 C19 -6.0912 ×10-8
C21 -2.9859 ×10-5 C22 7.0423 ×10-6 C24 -2.6415 ×10-6
C26 -3.2025 ×10-6 C28 3.3034 ×10-6
FFS[3]
C4 -1.2835 ×10-2 C6 2.6766 ×10-2 C8 1.8145 ×10-3
C10 -1.6486 ×10-4 C11 -1.7716 ×10-5 C13 -2.3532 ×10-4
C15 5.3085 ×10-6 C17 6.3578 ×10-6 C19 2.1391 ×10-5
C21 1.1118 ×10-6 C22 9.5390 ×10-6 C24 -1.4798 ×10-6
C26 -1.1533 ×10-6 C28 -4.7863 ×10-8
FFS[4]
C4 -1.9619 ×10-2 C6 5.9100 ×10-2 C8 4.5013 ×10-3
C10 3.1570 ×10-3 C11 7.7245 ×10-4 C13 -4.5883 ×10-4
C15 -4.0660 ×10-4 C17 -4.6753 ×10-5 C19 1.4733 ×10-5
C21 5.9345 ×10-5 C22 2.4486 ×10-7 C24 -7.0868 ×10-6
C26 1.6459 ×10-5 C28 9.1560 ×10-6
FFS[5]
C4 4.2989 ×10-2 C6 -3.3188 ×10-2 C8 -5.4964 ×10-3
C10 -9.1914 ×10-3 C11 1.0796 ×10-3 C13 -3.6182 ×10-4
C15 3.5713 ×10-4 C17 -1.2943 ×10-4 C19 -3.2968 ×10-4
C21 -2.0586 ×10-5 C22 -3.8154 ×10-5 C24 -3.8740 ×10-5
C26 -4.8478 ×10-5 C28 -2.1636 ×10-5
FFS[6]
C4 -2.0836 ×10-2 C6 2.7763 ×10-3 C8 -1.1247 ×10-3
C10 -1.7864 ×10-3 C11 1.5683 ×10-4 C13 1.5867 ×10-4
C15 -1.2701 ×10-4 C17 -3.8900 ×10-5 C19 -6.8193 ×10-6
C21 6.1266 ×10-5 C22 -6.6793 ×10-6 C24 -2.2776 ×10-5
C26 -1.1595 ×10-5 C28 -7.1054 ×10-6
FFS[7]
C4 -1.3581 ×10-2 C6 1.9321 ×10-2 C8 5.5282 ×10-3
C10 -3.1081 ×10-4 C11 3.6371 ×10-5 C13 -5.6046 ×10-4
C15 -7.8799 ×10-5 C17 -8.2839 ×10-5 C19 2.3033 ×10-5
C21 4.4212 ×10-5 C22 -5.5188 ×10-5 C24 -3.8246 ×10-5
C26 -3.3481 ×10-5 C28 -1.7515 ×10-5
FFS[8]
C4 -1.0000 ×10-2 C6 -2.7063 ×10-1 C8 -3.4215 ×10-2
C10 -4.7806 ×10-2 C11 -1.0852 ×10-3 C13 6.6446 ×10-2
C15 7.1896 ×10-2 C17 4.4063 ×10-3 C19 -1.9200 ×10-2
C21 -1.8416 ×10-2 C22 1.0000 ×10-3 C24 -7.4672 ×10-4
C26 2.1747 ×10-3 C28 1.5095 ×10-3
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y -3.59 Z 7.95
α (可変)β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 1.77 Z -6.07
α -3.67 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 4.48 Z 3.79
α 37.88 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y -5.33 Z 2.56
α 91.28 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 6.75 Z -2.44
α 88.85 β 0.00 γ 0.00
偏心[8]
X 0.00 Y 5.37 Z 10.01
α 95.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[9]
X 0.00 Y 10.85 Z 13.20
α (可変)β 0.00 γ 0.00
偏心[10]
X 0.00 Y -5.30 Z -1.66
α 111.37 β 0.00 γ 0.00
偏心[11]
X 0.00 Y -0.30 Z -2.49
α 85.22 β 0.00 γ 0.00
偏心[12]
X 0.00 Y -3.88 Z -5.57
α 39.37 β 0.00 γ 0.00
偏心[13]
X 0.00 Y -4.11 Z 1.53
α -4.78 β 0.00 γ 0.00
偏心[14]
X 0.00 Y 8.39 Z 14.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[15]
X 0.00 Y 8.39 Z 14.84
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[16]
X 0.00 Y 8.39 Z 15.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
(可変偏心量)
広角端 中間状態 望遠端
偏心[3] α -17.24 -26.85 -40.46
偏心[9] α -9.26 -28.58 -42.09 。
Example 2
Wide-angle end Intermediate state Telephoto end Entrance pupil diameter: 1.28 to 1.49 to 2.05
Incident half angle of view [X]: 26.6 °-16.1 °-9.5 °
Incident half angle of view [Y]: 20.6 °-12.2 °-7.1 °
Focal length [X]: 3.5 to 6.2 to 10.2
Focal length [Y]: 3.6 to 6.2 to 10.7
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Reflecting surface Object surface ∞ ∞
1 ∞ Eccentricity (1) 1.4950 65.0
2 ∞ Eccentricity (2)
3 ∞ (virtual plane / rotation axis S1) Eccentricity (3)
4 FFS [1] Eccentricity (4) 1.6069 27.0
5 FFS [2] Eccentricity (5) 1.6069 27.0 REF
6 FFS [3] Eccentricity (6) 1.6069 27.0 REF
7 FFS [4] Eccentricity (7)
8 ∞ (diaphragm surface) Eccentricity (8)
9 ∞ (virtual plane / rotation axis S2) Eccentricity (9)
10 FFS [5] Eccentricity (10) 1.5256 56.4
11 FFS [6] Eccentricity (11) 1.5256 56.4 REF
12 FFS [7] Eccentricity (12) 1.5256 56.4 REF
13 FFS [8] Eccentricity (13)
14 ∞ Eccentricity (14) 1.5163 64.1
15 ∞ Eccentricity (15)
Image plane ∞ Eccentricity (16)
FFS [1]
C 4 1.3055 × 10 -2 C 6 1.7158 × 10 -2 C 8 -3.3085 × 10 -3
C 10 -1.2693 × 10 -3 C 11 -3.3452 × 10 -4 C 13 -2.7224 × 10 -4
C 15 3.2997 × 10 -5 C 17 -3.1454 × 10 -5 C 19 -1.1086 × 10 -5
C 21 7.3638 × 10 -6 C 22 -6.8410 × 10 -7 C 24 -4.7836 × 10 -7
C 26 5.9583 × 10 -7 C 28 6.0346 × 10 -7
FFS [2]
C 4 9.0685 × 10 -3 C 6 4.7493 × 10 -2 C 8 -2.5602 × 10 -3
C 10 -4.4964 × 10 -3 C 11 -2.9943 × 10 -4 C 13 -6.0927 × 10 -5
C 15 3.0623 × 10 -4 C 17 2.4440 × 10 -5 C 19 -6.0912 × 10 -8
C 21 -2.9859 × 10 -5 C 22 7.0423 × 10 -6 C 24 -2.6415 × 10 -6
C 26 -3.2025 × 10 -6 C 28 3.3034 × 10 -6
FFS [3]
C 4 -1.2835 × 10 -2 C 6 2.6766 × 10 -2 C 8 1.8145 × 10 -3
C 10 -1.6486 × 10 -4 C 11 -1.7716 × 10 -5 C 13 -2.3532 × 10 -4
C 15 5.3085 × 10 -6 C 17 6.3578 × 10 -6 C 19 2.1391 × 10 -5
C 21 1.1118 × 10 -6 C 22 9.5 390 × 10 -6 C 24 -1.4798 × 10 -6
C 26 -1.1533 × 10 -6 C 28 -4.7863 × 10 -8
FFS [4]
C 4 -1.9619 × 10 -2 C 6 5.9100 × 10 -2 C 8 4.5013 × 10 -3
C 10 3.1570 × 10 -3 C 11 7.7245 × 10 -4 C 13 -4.5883 × 10 -4
C 15 -4.0660 × 10 -4 C 17 -4.6753 × 10 -5 C 19 1.4733 × 10 -5
C 21 5.9345 × 10 -5 C 22 2.4486 × 10 -7 C 24 -7.0868 × 10 -6
C 26 1.6459 × 10 -5 C 28 9.1560 × 10 -6
FFS [5]
C 4 4.2989 × 10 -2 C 6 -3.3188 × 10 -2 C 8 -5.4964 × 10 -3
C 10 -9.1914 × 10 -3 C 11 1.0796 × 10 -3 C 13 -3.6182 × 10 -4
C 15 3.5713 × 10 -4 C 17 -1.2943 × 10 -4 C 19 -3.2968 × 10 -4
C 21 -2.0586 × 10 -5 C 22 -3.8154 × 10 -5 C 24 -3.8740 × 10 -5
C 26 -4.8478 × 10 -5 C 28 -2.1636 × 10 -5
FFS [6]
C 4 -2.0836 × 10 -2 C 6 2.7763 × 10 -3 C 8 -1.1247 × 10 -3
C 10 -1.7864 × 10 -3 C 11 1.5683 × 10 -4 C 13 1.5867 × 10 -4
C 15 -1.2701 × 10 -4 C 17 -3.8900 × 10 -5 C 19 -6.8193 × 10 -6
C 21 6.1266 × 10 -5 C 22 -6.6793 × 10 -6 C 24 -2.2776 × 10 -5
C 26 -1.1595 × 10 -5 C 28 -7.1054 × 10 -6
FFS [7]
C 4 -1.3581 × 10 -2 C 6 1.9321 × 10 -2 C 8 5.5282 × 10 -3
C 10 -3.1081 × 10 -4 C 11 3.6371 × 10 -5 C 13 -5.6046 × 10 -4
C 15 -7.8799 × 10 -5 C 17 -8.2839 × 10 -5 C 19 2.3033 × 10 -5
C 21 4.4212 × 10 -5 C 22 -5.5188 × 10 -5 C 24 -3.8246 × 10 -5
C 26 -3.3481 × 10 -5 C 28 -1.7515 × 10 -5
FFS [8]
C 4 -1.0000 × 10 -2 C 6 -2.7063 × 10 -1 C 8 -3.4215 × 10 -2
C 10 -4.7806 × 10 -2 C 11 -1.0852 × 10 -3 C 13 6.6446 × 10 -2
C 15 7.1896 × 10 -2 C 17 4.4063 × 10 -3 C 19 -1.9200 × 10 -2
C 21 -1.8416 × 10 -2 C 22 1.0000 × 10 -3 C 24 -7.4672 × 10 -4
C 26 2.1747 × 10 -3 C 28 1.5095 × 10 -3
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y -3.59 Z 7.95
α (variable) β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 1.77 Z -6.07
α -3.67 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [5]
X 0.00 Y 4.48 Z 3.79
α 37.88 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [6]
X 0.00 Y -5.33 Z 2.56
α 91.28 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [7]
X 0.00 Y 6.75 Z -2.44
α 88.85 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [8]
X 0.00 Y 5.37 Z 10.01
α 95.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [9]
X 0.00 Y 10.85 Z 13.20
α (variable) β 0.00 γ 0.00
Eccentric [10]
X 0.00 Y -5.30 Z -1.66
α 111.37 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [11]
X 0.00 Y -0.30 Z -2.49
α 85.22 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [12]
X 0.00 Y -3.88 Z -5.57
α 39.37 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [13]
X 0.00 Y -4.11 Z 1.53
α -4.78 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [14]
X 0.00 Y 8.39 Z 14.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [15]
X 0.00 Y 8.39 Z 14.84
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [16]
X 0.00 Y 8.39 Z 15.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
(Variable eccentricity)
Wide angle end Intermediate state Telephoto end eccentricity [3] α -17.24 -26.85 -40.46
Eccentric [9] α -9.26 -28.58 -42.09.
上記実施例1〜2における条件式(1)〜(3)の値を以下に示す。 The values of conditional expressions (1) to (3) in Examples 1 and 2 are shown below.
条件式(1) 条件式(2) 条件式(3)
プリズム10 プリズム20 X方向 Y方向
実施例1 17.4° 23.3° 3.0 3.0 29.4
実施例2 23.2° 32.8 2.9 3.0 29.4 。
Conditional expression (1) Conditional expression (2) Conditional expression (3)
Example 2 23.2 ° 32.8 2.9 3.0 29.4.
以上の実施例では、絞りの前後にそれぞれ1個の光学素子(偏心プリズム)を配置していたが、何れか一方あるいは両方に複数の光学素子(偏心プリズム)を配置してもよい。また、光学素子としてプリズム以外の素子、例えばミラーを配置してもよい。また、光学素子が偏心プリズムである場合、偏心プリズムとしては、図2、図8に示したような、内部反射回数が2回の偏心プリズムに限定されない。例えば、内部反射回数が1回以上の種々の偏心プリズムを用いることができる。 In the above embodiments, one optical element (eccentric prism) is arranged before and after the stop, but a plurality of optical elements (eccentric prisms) may be arranged on either one or both. Further, an element other than a prism, such as a mirror, may be disposed as the optical element. When the optical element is a decentered prism, the decentered prism is not limited to a decentered prism having two internal reflections as shown in FIGS. For example, various decentered prisms having one or more internal reflections can be used.
光学素子として利用できる偏心プリズムの例を、以下に示す。なお、何れも、順光線追跡を行った場合として説明する。すなわち、偏心プリズムPは、遠方に位置する物体を、瞳131を経て像面136に結像するプリズムとして説明する。しかしながら、これらの偏心プリズムPは、像面136側から光線が入射し、瞳131側に結像する偏心プリズムPとしても使用することができる。
Examples of decentered prisms that can be used as optical elements are shown below. In any case, description will be made assuming that forward ray tracing is performed. That is, the decentering prism P is described as a prism that forms an image of an object located far away on the
図12の場合は、偏心プリズムPは第1面132、第2面133、第3面133、第4面135からなる。入射瞳131を通って入射した光は、第1面132で屈折して偏心プリズムPに入射する。偏心プリズムPに入射した光は、第2面133で内部反射し、第3面134でZ字型の光路を形成するように内部反射する。更に、この光は、第4面135に入射して屈折されて、像面36に結像する。
In the case of FIG. 12, the decentered prism P includes a
図13の場合は、偏心プリズムPは第1面132、第2面133、第3面134、第4面135からなる。入射瞳131を通って入射した光は、第1面132で屈折して偏心プリズムPに入射する。偏心プリズムPに入射した光は、第2面133で内部反射し、第3面134に入射して全反射し、第4面135に入射して内部反射する。更に、この光は、再び第3面134に入射して今度は屈折されて、像面36に結像する。
In the case of FIG. 13, the decentered prism P includes a
図14の場合は、偏心プリズムPは第1面132、第2面133、第3面134、第4面135からなる。入射瞳131を通って入射した光は、第1面132で屈折して偏心プリズムPに入射する。偏心プリズムPに入射した光は、第2面133で内部反射し、第3面134に入射して内部反射し、第2面133に再度入射して内部反射する。更に、この光は、第4面135に入射して屈折されて、像面36に結像する。
In the case of FIG. 14, the decentered prism P includes a
図15の場合は、偏心プリズムPは第1面132、第2面133、第3面134、第4面135からなる。入射瞳131を通って入射した光は、第1面132で屈折して偏心プリズムPに入射する。偏心プリズムPに入射した光は、第2面133で内部反射し、第3面134に入射して内部反射する。続いて、この光は、第2面133に再度入射して内部反射し、第4面135に入射して内部反射する。更に、この光は、第2面133に再度入射して今度は屈折されて、像面36に結像する。
In the case of FIG. 15, the decentered prism P includes a
図16の場合は、偏心プリズムPは第1面132、第2面133、第3面134からなる。入射瞳131を通って入射した光は、第1面132で屈折して偏心プリズムPに入射する。偏心プリズムPに入射した光は、第2面133で内部反射し、再び第1面132に入射して今度は全反射する。続いて、この光は、第3面134で内部反射し、三たび第1面132に入射して全反射する。更に、この光は、第3面134に再度入射して今度は屈折されて、像面36に結像する。
In the case of FIG. 16, the decentered prism P includes a
図17の場合は、偏心プリズムPは第1面132、第2面133、第3面134からなる。入射瞳131を通って入射した光は、第1面132で屈折して偏心プリズムPに入射する。偏心プリズムPに入射した光は、第2面133で内部反射し、再び第1面132に入射して今度は全反射する。続いて、この光は、第3面134で内部反射し、三たび第1面132に入射して全反射する。更に、この光は、再び第3面134に入射して内部反射し、四たび第1面132に入射して今度は屈折されて、像面36に結像する。
In the case of FIG. 17, the decentered prism P includes a
さらには、後記の図18の偏心プリズム20のように、第1面21乃至第4面24からなり、プリズム内で3回の反射をするものであってもよい。あるいは、後記の図19の偏心プリズム20のように、第1面21乃至第3面23からなり、その第2面22が全反射面と射出面を兼用するプリズム内で2回の反射をするものであってもよい。あるいは、後記の図20の偏心プリズム20のように、第1面21乃至第3面23からなり、その第1面21が入射面と全反射面を兼用し、プリズム内で2回の反射をするものであってもよい。これらを、前群の光学素子(偏心プリズム)あるいは、後群の光学素子(偏心プリズム)として用いるようにすることもできる。
Furthermore, like the
以下の図18〜図21に、前記実施例1〜2の場合とは異なる光学素子(偏心プリズム)の組み合わせの本発明の変倍光学系の例を示す。ただし、数値データは省く。また、偏心プリズムを、単にプリズムと記載する。 FIGS. 18 to 21 below show examples of the variable magnification optical system of the present invention, which is a combination of optical elements (decentered prisms) different from those in the first and second embodiments. However, numerical data is omitted. Further, the eccentric prism is simply referred to as a prism.
図18の場合は、プリズム10は図2、図8の場合と同じである。また、プリズム20は、光学機能面として、第1面21乃至第4面24を有する。その第1面21は、入射面と第2反射面を兼用する兼用面、第2面22は第1反射面、第3面23は第3反射面、第4面24は射出面である。プリズム10及び絞り2を経た光は、入射面21を透過し、第1反射面22で反射され、今度は第1面21で全反射される。続いて、この光は、第3反射面23で内面反射され、射出面24を透過して像面3上に結像する。このプリズム20においては、プリズム中で、光線はM字型の光路を形成するように内部反射する。
In the case of FIG. 18, the
図19の場合は、プリズム10は、光学機能面として第1面11乃至第3面13を有する。その第1面11は入射面、第2面12は反射面、第3面13射出面である。物体からの光線は、入射面11を透過し、反射面12で反射され、第3面13で屈折されて、プリズム10の外に射出し、絞り2に入射する。また、プリズム20は、光学機能面として、第1面21乃至第3面23を有する。その第1面21は入射面、第2面22は第1反射面と射出面を兼用する兼用面、第3面23は第2反射面である。プリズム10及び絞り2を経た光線は、入射面21を透過し、第1反射面22で全反射され、第2反射面23で内面反射され、今度は第2面22を透過して像面3上に結像する。
In the case of FIG. 19, the
図20の場合は、プリズム10は図19のプリズム10と同じである。また、プリズム20は、光学機能面として、第1面21乃至第3面23を有する。その第1面21は入射面と第2反射面を兼用する兼用面、第2面22は第1反射面、第3面23は射出面である。前群のプリズム10及び絞り2を経た光線は、入射面21を透過し、第1反射面22で反射され、今度は第1面21で全反射され、射出面23を透過して像面3上に結像する。
In the case of FIG. 20, the
図21は、本発明の変倍光学系を構成する場合を示す図である。図21では、絞り2より前側に1つのプリズム10を、絞り2より後側に2つのプリズム20、20’を配置している。何れのプリズム10、20、20’も、プリズム内で1回の反射をするプリズムである。
FIG. 21 is a diagram showing a case where the variable magnification optical system of the present invention is configured. In FIG. 21, one
以上の図18〜図21何れの場合も、少なくともプリズム10を、変倍のために、Y−Z面に垂直な中心軸S1を中心にして回転させる。望ましくは、全てのプリズムを連携して回転させることが好ましい。
18 to 21 described above, at least the
また、実施例1〜2では光学素子の材料として樹脂材料を用いているが、代わりに有機無機複合材料を用いてもよい。本発明で利用可能な有機無機複合体について説明する。 Moreover, in Examples 1-2, although the resin material is used as a material of an optical element, you may use an organic inorganic composite material instead. The organic-inorganic composite usable in the present invention will be described.
有機無機複合体は、有機成分と無機成分とが分子レベル、若しくはナノスケールで混合複合化されたものである。その形態は、(1) 有機骨格からなる高分子マトリックスと無機骨格からなるマトリックスが相互に絡み合い、互いのマトリックスへ貫入された構造のもの、(2) 有機骨格からなる高分子マトリックス中に、ナノスケールの光の波長より十分小さな無機微粒子(いわゆるナノ粒子)が均一分散したもの、及び、(3) これらの複合構造になったものがある。有機成分と無機成分との間には、水素結合や分散力、クーロン力等の分子間力や、共有結合、イオン結合、π電子雲の相互作用による引力等、何らかの相互作用が働いている。有機無機複合体では、前述のように有機成分と無機成分が分子レベル、若しくは光の波長より小さなスケール領域で混合されている。このため、光の散乱に対する影響がほとんどなくなっており、透明体が得られる。また、マックスウェル方程式からも導かれるように、有機成分、無機成分それぞれの光学特性を反映した材料となる。よって、有機成分、無機成分の種類と存在量比率に応じて、種々の光学特性(屈折率、波長分散性)を発現するようになる。このことから、 有機成分と無機成分を任意の比率で配合することで、 種々の光学特性が得られるようになる。 The organic-inorganic composite is a composite in which an organic component and an inorganic component are mixed and combined at a molecular level or nanoscale. Its form is (1) a structure in which a polymer matrix composed of an organic skeleton and a matrix composed of an inorganic skeleton are entangled with each other and penetrated into each other's matrix. There are those in which inorganic fine particles (so-called nanoparticles) sufficiently smaller than the wavelength of light of the scale are uniformly dispersed, and (3) those having a composite structure of these. Some interaction acts between the organic component and the inorganic component, such as intermolecular forces such as hydrogen bonds, dispersion forces, and Coulomb forces, and attractive forces due to covalent bonds, ionic bonds, and π electron cloud interactions. In the organic-inorganic composite, as described above, the organic component and the inorganic component are mixed at a molecular level or a scale region smaller than the wavelength of light. For this reason, there is almost no influence on light scattering, and a transparent body can be obtained. Further, as derived from the Maxwell equation, the material reflects the optical characteristics of the organic component and the inorganic component. Therefore, various optical characteristics (refractive index, wavelength dispersion) are developed according to the types and abundance ratios of the organic component and the inorganic component. Therefore, various optical characteristics can be obtained by blending organic and inorganic components in any ratio.
以下の表1は、アクリレート樹脂(紫外線硬化型)とジルコニア(ZrO2 )ナノ粒子の有機無機複合体の組成例を示す。表2は、アクリレート樹脂とジルコニア(ZrO2 )/アルミナ(Al2 O3 )ナノ粒子の有機無機複合体の組成例を示す。表3は、アクリレート系樹脂とニオブ酸化物(Nb2 O5 )ナノ粒子の有機無機複合体の組成例を示す。表4は、アクリレート樹脂とジルコニウムアルコキシドとアルミナ(Al2 O3 )ナノ粒子の有機無機複合体の組成例を示す。 Table 1 below shows a composition example of an organic-inorganic composite of acrylate resin (ultraviolet curable) and zirconia (ZrO 2 ) nanoparticles. Table 2 shows a composition example of an organic-inorganic composite of an acrylate resin and zirconia (ZrO 2 ) / alumina (Al 2 O 3 ) nanoparticles. Table 3 shows a composition example of an organic-inorganic composite of acrylate resin and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) nanoparticles. Table 4 shows a composition example of an organic-inorganic composite of acrylate resin, zirconium alkoxide, and alumina (Al 2 O 3 ) nanoparticles.
表1
┌────┬────┬────┬────┬────┬────┬─────┐
│ジルコニ│nd │νd │nC │nF │ng │ 備考 │
│ア含有量│ │ │ │ │ │ │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0 │1.49236 │57.85664│1.48981 │1.49832 │1.50309 │アクリル │
│ │ │ │ │ │ │100 % │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.1 │1.579526│54.85037│1.57579 │1.586355│1.59311 │ │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.2 │1.662128│53.223 │1.657315│1.669756│1.678308│ │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.3 │1.740814│52.27971│1.735014│1.749184│1.759385│ │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.4 │1.816094│51.71726│1.809379│1.825159│1.836887│ │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.5 │1.888376│51.3837 │1.880807│1.898096│1.911249│ │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┴─────┘
。
Table 1
┌────┬────┬────┬┬────┬────┬────┬─────┐
│ zirconia │n d │ν d │n C │n F │n g │ Notes │
│A content│ │ │ │ │ │ │
├────┼────┼────┼┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0 │1.49236 │57.85664 │1.48981 │1.49832 │1.50309 │Acrylic │
│ │ │ │ │ │ │ 100% │
├────┼────┼────┼┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.1 │1.579526 │54.85037 │1.57579 │1.586355 │1.59311 │ │
├────┼────┼────┼┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.2 │1.662128 │53.223 │1.657315 │1.669756 │1.678308│ │
├────┼────┼────┼┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.3 │1.740814│52.27971│1.735014│1.749184│1.759385│ │
├────┼────┼────┼┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.4 │1.816094│51.71726│1.809379│1.825159│1.836887│ │
├────┼────┼────┼┼────┼────┼────┼─────┤
│ 0.5 │1.888376 │51.3837 │1.880807 │1.898096 │1.911249│ │
└────┴────┴────┴┴────┴────┴────┴─────┘
.
表2
┌───┬───┬────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│AlsO3 │ZrOs │nd │νd │nC │nF │ng │ 備考 │
│存在率│存在率│ │ │ │ │ │ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.1 │0.4 │1.831515│53.56672│1.824851│1.840374│1.851956│アクリレ│
│ │ │ │ │ │ │ │ート50%│
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.2 │0.3 │1.772832│56.58516│1.767125│1.780783│1.790701│ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.3 │0.2 │1.712138│60.97687│1.707449│1.719127│1.727275│ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.4 │0.1 │1.649213│67.85669│1.645609│1.655177│1.661429│ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.2 │0.2 │1.695632│58.32581│1.690903│1.702829│1.774891│ │
└───┴───┴────┴────┴────┴────┴────┴────┘
。
Table 2
┌───┬───┬────┬────┬────┬────┬┬────┬────┐
│AlsO 3 │ZrOs │n d │ν d │n C │n F │n g │ Notes │
│ presence rate │ presence rate │ │ │ │ │ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.1 │0.4 │1.831515│53.56672│1.824851│1.840374│1.851956│Acryl│
│ │ │ │ │ │ │ │50% │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.2 │0.3 │1.772832│56.58516│1.767125│1.780783│1.790701│ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.3 │0.2 │1.712138│60.97687│1.707449│1.719127│1.727275│ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.4 │0.1 │1.649213│67.85669│1.645609│1.655177│1.661429│ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.2 │0.2 │1.695632│58.32581│1.690903│1.702829│1.774891│ │
└───┴───┴────┴────┴────┴────┴┴────┴────┘
.
表3
┌───┬───┬────┬────┬────┬────┬────┐
│NbsO5 │AlsO3 │nd │νd │nC │nF │ng │
│含有量│含有量│ │ │ │ │ │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.1 │ 0 │1.589861│29.55772│1.584508│1.604464│1.617565│
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.2 │ 0 │1.681719│22.6091 │1.673857│1.70401 │1.724457│
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.3 │ 0 │1.768813│19.52321│1.758673│1.798053│1.8251 │
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.4 │ 0 │1.851815│17.80818│1.839583│1.887415│1.920475│
├───┼───┼────┼────┼────┼────┼────┤
│0.5 │ 0 │1.931253│16.73291│1.91708 │1.972734│2.011334│
└───┴───┴────┴────┴────┴────┴────┘
。
Table 3
┌───┬───┬────┬────┬────┬┬────┬────┐
│NbsO 5 │AlsO 3 │n d │ν d │n C │n F │n g │
│Content│Content│ │ │ │ │ │
├───┼───┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.1 │ 0 │1.589861│29.55772│1.584508│1.604464│1.617565│
├───┼───┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.2 │ 0 │1.681719 │22.6091 │1.673857 │1.70401 │1.724457│
├───┼───┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.3 │ 0 │1.768813 │19.52321 │1.758673 │1.798053 │1.8251 │
├───┼───┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.4 │ 0 │1.851815 │17.80818 │1.839583 │1.887415 │1.920475│
├───┼───┼────┼────┼────┼┼────┼────┤
│0.5 │ 0 │1.931253 │16.73291 │1.91708 │1.972734 │2.011334│
└───┴───┴────┴────┴────┴┴────┴────┘
.
表4
┌─────┬──────┬────┬────┬────┬────┐
│AlsOc(膜)│ジルコニアア│nd │νd │nC │nF │
│含有量 │ルコキシド │ │ │ │ │
├─────┼──────┼────┼────┼────┼────┤
│ 0 │ 0.3 │1.533113│58.39837│1.530205│1.539334│
├─────┼──────┼────┼────┼────┼────┤
│ 0.1 │ 0.27 │1.54737 │62.10192│1.544525│1.553339│
├─────┼──────┼────┼────┼────┼────┤
│ 0.2 │ 0.24 │1.561498│66.01481│1.558713│1.567219│
├─────┼──────┼────┼────┼────┼────┤
│ 0.3 │ 0.21 │1.575498│70.15415│1.572774│1.580977│
├─────┼──────┼────┼────┼────┼────┤
│ 0.4 │ 0.18 │1.589376│74.53905│1.586709│1.594616│
└─────┴──────┴────┴────┴────┴────┘
。
Table 4
┌─────┬──────┬────┬────┬┬────┬────┐
│AlsOc (film) │ zirconia A │n d │ν d │n C │n F │
│Content │Lucoxide │ │ │ │ │
├─────┼──────┼────┼────┼┼────┼────┤
│ 0 │ 0.3 │1.533113│58.39837│1.530205│1.539334│
├─────┼──────┼────┼────┼┼────┼────┤
│ 0.1 │ 0.27 │1.54737 │62.10192│1.544525│1.553339│
├─────┼──────┼────┼────┼┼────┼────┤
│ 0.2 │ 0.24 │1.561498│66.01481│1.558713│1.567219│
├─────┼──────┼────┼────┼┼────┼────┤
│ 0.3 │ 0.21 │1.575498│70.15415│1.572774│1.580977│
├─────┼──────┼────┼────┼┼────┼────┤
│ 0.4 │ 0.18 │1.589376│74.53905│1.586709│1.594616│
└─────┴──────┴────┴────┴┴────┴────┘
.
さて、以上のような本発明の変倍光学系を備えた電子機器について説明する。この電子機器には、撮影ユニットが用いられている。この撮影ユニットでは、上記変倍光学系で物体像を形成し、その像をCCDや銀塩フィルムといった撮像素子に受光させて撮影が行われる。この撮像ユニットは、小型の撮像素子を用いた光学装置、例えば内視鏡のの撮像光学系としても用いることができる。また、この撮像ユニットは、物体像を接眼レンズを通して観察する観察装置、とりわけカメラのファインダー部の対物光学系としても用いることが可能である。当然のことながら、この撮像ユニットは、カメラの撮像光学系として用いることもできる。 Now, an electronic apparatus provided with the variable magnification optical system of the present invention as described above will be described. A photographing unit is used for this electronic device. In this photographing unit, an object image is formed by the variable magnification optical system, and the image is picked up by an image sensor such as a CCD or a silver salt film. This imaging unit can also be used as an optical device using a small imaging device, for example, an imaging optical system of an endoscope. The imaging unit can also be used as an observation device for observing an object image through an eyepiece, particularly as an objective optical system of a camera finder. Of course, this imaging unit can also be used as an imaging optical system for a camera.
そして、電子機器には、デジタルカメラやビデオカメラ、デジタルビデオユニット、情報処理装置の例であるパーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話、情報携帯端末、電子内視鏡等がある。以下に、その実施形態を例示する。 Electronic devices include digital cameras, video cameras, digital video units, personal computers that are examples of information processing devices, mobile computers, telephones, especially mobile phones that are convenient to carry, portable information terminals, and electronic endoscopes. is there. The embodiment is illustrated below.
図22〜図24は、電子カメラのファインダー部の対物光学系に、本発明の光学系を組み込んだ構成の概念図を示す。図22は電子カメラ40の外観を示す前方斜視図、図23は同後方斜視図、図24は電子カメラ40の構成を示す断面図である。 22 to 24 are conceptual diagrams of configurations in which the optical system of the present invention is incorporated in the objective optical system of the finder portion of the electronic camera. 22 is a front perspective view showing the appearance of the electronic camera 40, FIG. 23 is a rear perspective view thereof, and FIG. 24 is a cross-sectional view showing the configuration of the electronic camera 40.
電子カメラ40は、この例の場合、撮影用光路42を有する撮影光学系41、ファインダー用光路44を有するファインダー光学系43、シャッター45、フラッシュ46、液晶表示モニター47等を含む。このような構成において、使用者が、カメラ40の上部に配置されたシャッター45を押圧すると、それに連動して撮影用対物光学系48を通して撮影が行われる。 In this example, the electronic camera 40 includes a photographing optical system 41 having a photographing optical path 42, a finder optical system 43 having a finder optical path 44, a shutter 45, a flash 46, a liquid crystal display monitor 47, and the like. In such a configuration, when the user presses the shutter 45 disposed on the upper part of the camera 40, photographing is performed through the photographing objective optical system 48 in conjunction therewith.
撮影用対物光学系48によって形成された物体像は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター51を介して、CCD49の撮像面50上に形成される。このCCD49で受光された物体像は、処理手段52を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター47に表示される。また、この処理手段52にはメモリ等が配置され、撮影された電子画像を記録することもできる。なお、このメモリは処理手段52と別体に設けらてもよいし、フロッピー(登録商標)ディスク等により電子的に記録書込を行うように構成してもよい。また、CCD49に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。
An object image formed by the photographic objective optical system 48 is formed on the imaging surface 50 of the
さらに、ファインダー用光路44上には、ファインダー用対物光学系53が配置されている。このファインダー用対物光学系53は、カバーレンズ54、前群のプリズム10、開口絞り2、後群のプリズム20、フォーカス用レンズ66からなる。ここでは、カバーレンズ54あるいは第1プリズム10から第2プリズム20までの光学系に、本発明による光学系を用いている。
Further, a finder objective optical system 53 is disposed on the finder optical path 44. The finder objective optical system 53 includes a
また、カバー部材として用いられているカバーレンズ54は、負のパワーを有するレンズであり、画角を拡大している。また、後群のプリズム20の後方には、フォーカス用レンズ66が配置されている。このフォーカス用レンズ66は光軸の前後方向へ位置調節可能になっており、ファインダー用対物光学系53のピント調節に用いられる。このファインダー用対物光学系53によって結像面67上に形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム55の視野枠57上に形成される。なお、視野枠57は、ポロプリズム55の第1反射面56と第2反射面58との間を分離し、その間に配置されている。このポリプリズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Eに導く接眼光学系59が配置されている。
Further, the
このように構成されたカメラ40は、撮影用対物光学系48と連動して変倍するファインダー用対物光学系53を、少ない光学部材で構成できる。そして、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学系53の光路自体を折り曲げて構成できる。そのため、カメラ内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。 The camera 40 configured in this way can configure the finder objective optical system 53 that changes magnification in conjunction with the photographic objective optical system 48 with a small number of optical members. Further, high performance and low cost can be realized, and the optical path itself of the objective optical system 53 can be bent. This increases the degree of freedom of arrangement inside the camera, which is advantageous in design.
なお、図22の構成において、撮影用対物光学系48の構成については言及しなかったが、撮影用対物光学系48としては屈折型同軸光学系を用いることができる。あるいは、本発明の変倍光学系、すなわち前群のプリズム10、及び後群のプリズム20を有する光学系を用いることも当然可能である。
In the configuration of FIG. 22, the configuration of the photographic objective optical system 48 is not mentioned, but a refractive coaxial optical system can be used as the photographic objective optical system 48. Alternatively, it is naturally possible to use the variable magnification optical system of the present invention, that is, an optical system having the
次に、図25は、電子カメラ40の撮影部の対物光学系48に、本発明の光学系を組み込んだ構成の概念図を示す。この場合は、撮影用光路42上に配置された撮影用対物光学系48に、前群のプリズム10、開口絞り2、後群のプリズム20からなる本発明による光学系を用いている。
Next, FIG. 25 shows a conceptual diagram of a configuration in which the optical system of the present invention is incorporated in the objective optical system 48 of the photographing unit of the electronic camera 40. In this case, an optical system according to the present invention comprising the
この撮影用対物光学系48により形成された物体像は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター51を介して、CCD49の撮像面50上に形成される。このCCD49で受光された物体像は、処理手段52を介し、液晶表示素子(LCD)60上に電子像として表示される。また、この処理手段52は、記録手段61の制御も行う。なお、記録手段61は、CCD49で撮影された物体像を電子情報として記録するためのものである。LCD60に表示された画像は、接眼光学系59を介して観察者眼球Eに導かれる。
The object image formed by the photographing objective optical system 48 is formed on the imaging surface 50 of the
この接眼光学系59は偏心プリズムからなり、この例では、入射面62と、反射面63と、反射と屈折の兼用面64の3面から構成されている。また、2つの反射作用を持った面63、64のうち、少なくとも一方の面、望ましくは両方の面が、光束にパワーを与え、かつ、偏心収差を補正する唯一の対称面を持つ面対称自由曲面にて構成されている。そして、この唯一の対称面は、撮影用対物光学系48のプリズム10、20が有する面対称自由曲面の唯一の対称面と略同一平面上に形成されている。また、この撮影用対物光学系48は他のレンズ(正レンズ、負レンズ)をプリズム10、20の物体側、プリズム間あるいは像側にその構成要素として含んでいてもよい。
The eyepiece optical system 59 is composed of a decentered prism. In this example, the eyepiece optical system 59 is composed of three surfaces: an
このように構成されたカメラ40は、撮影用対物光学系48を少ない光学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光学系全体を同一平面上に並べて配置できる。そのため、この配置平面と垂直方向の厚みの簿型化が実現できる。 In the camera 40 configured as described above, the photographing objective optical system 48 can be configured with a small number of optical members, so that high performance and low cost can be realized, and the entire optical system can be arranged on the same plane. Therefore, it is possible to realize a book shape having a thickness in a direction perpendicular to the arrangement plane.
なお、本例では、撮影用対物光学系48のカバー部材65はとして、平行平面板を配置しているが、前例と同様に、パワーを持ったレンズを用いてもよい。 In this example, a plane parallel plate is disposed as the cover member 65 of the photographing objective optical system 48, but a lens having power may be used as in the previous example.
ここで、カバー部材を設けずに、本発明の光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材と兼用することもできる。 Here, without providing the cover member, the surface disposed closest to the object side in the optical system of the present invention can also be used as the cover member.
次に、図26〜図28は、情報処理装置の一例であるパソコンに、本発明の光学系を内蔵した構成を示す概念図である。 Next, FIGS. 26 to 28 are conceptual diagrams showing a configuration in which the optical system of the present invention is built in a personal computer which is an example of an information processing apparatus.
図26はパソコン300のカバーを開いた前方斜視図、図27はパソコン300の撮影光学系303の断面図、図28は図26の状態の側面図である。図26〜図28に示されるように、パソコン300は、キーボード301と、情報処理手段や記録手段と、モニター302と、撮影光学系303とを有している。
26 is a front perspective view with the cover of the
ここで、キーボード301は、外部から繰作者が情報を入力するためのものである。また、情報処理手段や記録手段は、図示を省略している。モニター302は、情報を操作者に表示するためのものである。また、モニター302は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、CRTディスプレイ等であってよい。また、撮影光学系303は、操作者自身や周辺の像を撮影するためのものである。なお、撮影光学系303は、図中、モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に限られない。撮影光学系303は、例えば、モニター302の周囲や、キーボード301の周囲のどこであってもよい。
Here, the
この撮影光学系303は、撮影光路304上に、本発明の変倍光学系からなる対物光学系100と、像を受光する撮像素子チップ162とを有している。これらはパソコン300に内蔵されている。
The photographing
ここで、撮像素子チップ162上には、付加的にlRカットフィルター180が貼り付けられている。すなわち、撮像素子チップ162とlRカットフィルター180は、撮像ユニット160として一体に形成されている。そして、撮像ユニット160は、対物光学系100の鏡枠101の後端に、ワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっている。そのため、対物光学系100と撮像素子チップ162の中心合わせや、面間隔の調整が不要であり、組み立てが簡単となっている。また、鏡枠101の先端には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。
Here, an
撮像素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、パソコン300の処理手段に入力され、電子画像としてモニター302に表示される、図27には、その一例として、操作者の撮影された画像305が示されている。また、この画像305は、処理手段を経て外部に送信可能となる。よって、インターネットや電話を介して、遠隔地にいる通信相手に送信できる。これにより、通信相手のパソコンに、画像305を表示させることも可能である。
The object image received by the
次に、情報処理装置の他の例として電話、特に、その中でも持ち運びに便利な携帯電話に本発明の光学系を内蔵した例を図29に示す。 Next, as another example of the information processing apparatus, FIG. 29 shows an example in which the optical system of the present invention is incorporated in a telephone, in particular, a mobile phone that is convenient to carry.
図29(a)は携帯電話400の正面図、図29(b)は側面図、図29(c)は撮影光学系405の断面図である。図29(a)〜(c)に示されるように、携帯電話400は、マイク部401と、スピーカ部402と、入力ダイアル403と、モニター404と、撮影光学系405と、アンテナ406と、処理手段(図示せず)とを有している。
29A is a front view of the
ここで、マイク部401は、操作者の声を情報として入力するためのものである。スピーカ部402は、通話相手の声を出力するためのものである。入力ダイアル403は、操作者が情報を入力するためのものである。モニター404は、操作者自身や通話相手等の撮影像や、電話番号等の情報を表示するためのものである。また、モニター404は液晶表示素子である。アンテナ406は、通信電波の送信と受信を行うためのものである。処理手段は、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行うためのものである。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。
Here, the
この撮影光学系405は、本発明の変倍光学系からなる対物光学系100と、像を受光する撮像素子チップ162とを有している。ここで、対物光学系100は本発明の光学系が用いられており、撮影光路407上に配置されている。これらは、携帯電話400に内蔵されている。
The photographing
ここで、撮像素子チップ162上には、付加的にlRカットフィルター180が貼り付けられている。すなわち、撮像素子チップ162とlRカットフィルター180は、撮像ユニット160として一体に形成されている。そして、撮像ユニット160は、対物レンズ12の鏡枠13の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっている。そのため、対物レンズ12と撮像素子チップ162の中心合わせや、面間隔の調整が不要であり、組み立てが簡単となっている。また、鏡枠101の先端には、対物光学系100を保護するためのカバーガラス102が配置されている。
Here, an
撮影素子チップ162で受光された物体像は、端子166を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター404に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ162で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。
The object image received by the
次に、図30は、電子内視鏡の観察系の対物光学系82に、本発明による変倍光学系を組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、観察系の対物光学系82は、実施例1と同様の形態の変倍光学系を用いている。 Next, FIG. 30 shows a conceptual diagram of a configuration in which the variable magnification optical system according to the present invention is incorporated in the objective optical system 82 of the observation system of the electronic endoscope. In this example, the objective optical system 82 of the observation system uses a variable magnification optical system having the same form as that of the first embodiment.
この電子内視鏡は、図30(a)に示すように、電子内視鏡71と、照明光を供給する光源装置72と、ビデオプロセッサ73と、モニター74と、VTRデッキ75、及び、ビデオディスク76と、ビデオプリンタ77と、頭部装着型画像表示装置(HMD)78と共に構成されている。ここで、ビデオプロセッサ73は、電子内視鏡71に対応する信号処理を行うためのものである。モニター74は、ビデオプロセッサ73から出力される映像信号を表示するためのものである。VTRデッキ75及びビデオディスク76は、ビデオブロセッサ73と接続され、映像信号等を記録するためのものである。ビデオプリンタ77は、映像信号を映像としてプリントアウトするためのものである。
As shown in FIG. 30A, this electronic endoscope includes an
電子内視鏡71の挿入部79の先端部80と、その接眼部81は、図30(b)に示すように構成されている。光源装置72から照明された光束は、ライトガイドファイバー束88を通って照明用対物光学系89により、観察部位を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバー部材85を介して、観察用対物光学系82によって物体像として形成される。この物体像は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター83を介してCCD84の撮像面上に形成される。さらに、この物体像は、CCD84によって映像信号に変換され、その映像信号は、図30(a)に示すビデオプロセッサ73により、モニター74上に直接表示される。
The
また、映像信号は、VTRデッキ75、ビデオディスク76中に記録される。あるいは、映像として、ビデオプリンタ77からプリントアウトされる。また、映像信号はHMD78の画像表示素子に表示され、HMD78の装着者に表示される。また、同時に、CCD84によって変換された映像信号は、接眼部81の液晶表示素子(LCD)86上に電子像として表示される。そして、その表示像は、本発明の光学系を用いた接眼光学系87を経て観察者眼球Eに導かれる。
The video signal is recorded in the VTR deck 75 and the video disc 76. Alternatively, the image is printed out from the video printer 77 as an image. The video signal is displayed on the image display element of the
このように構成された内視鏡は、少ない光学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できる。更に、対物光学系80が内視鏡の長軸方向に並ぶため、細径化を阻害することなく上記効果を得ることができる。
The endoscope configured as described above can be configured with a small number of optical members, and can realize high performance and low cost. Furthermore, since the objective
また、本発明の変倍光学系は投影光学系としても用いることができる。図31に、パソコン90と液晶プロジェクタ91とを組み合わせたプレゼンテーションシステムの概念図を示す。この図31において、液晶プロジェクタ91の投影光学系96に、本発明による変倍光学系を用いられている。この例の場合は、投影光学系96に、第1プリズム10、開口絞り2、第2プリズム20からなる本発明による光学系を用いている。
The variable magnification optical system of the present invention can also be used as a projection optical system. FIG. 31 shows a conceptual diagram of a presentation system in which a personal computer 90 and a liquid crystal projector 91 are combined. In FIG. 31, the variable magnification optical system according to the present invention is used for the projection optical system 96 of the liquid crystal projector 91. In this example, the optical system according to the present invention including the
同図において、パソコン90上で作成された画像・原稿データは、モニター出力から分岐して液晶プロジェクタ91の処理制御部98に出力される。液晶プロジェクタ91の処理制御部98では、この入力されたデータが処理され、液晶パネル(LCP)93に出力される。液晶パネル93では、この入力画像データに応じた画像が表示される。そして、光源92からの光は、液晶パネル93に表示した画像の階調によってその透過量が決定された後、液晶パネル93直前に配置したフィールドレンズ95と、本発明の光学系を構成する第1プリズム10、開口絞り2及び第2プリズム20と、正レンズのカバーレンズ94とからなる投影光学系96を介してスクリーン97に投影される。
In the figure, the image / document data created on the personal computer 90 is branched from the monitor output and output to the
このように構成されたプロジェクタは、少ない光学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、小型化が可能である。 The projector configured as described above can be configured with a small number of optical members, can achieve high performance and low cost, and can be downsized.
以上の本発明の変倍光学系及びそれを用いた電子機器は、例えば次のように構成することができる。 The variable power optical system of the present invention and the electronic apparatus using the same can be configured as follows, for example.
〔1〕 絞りと、該絞りより物体側に少なくとも1面の光学機能面を有する光学素子を1つ以上備える変倍光学系であって、
前記光学機能面の少なくとも1面は連続した面からなり、
遠方の物体に向かう方向ベクトルと絞りの中心を通り絞り面に垂直なベクトルとによって規定される平面を基準面としたとき、前記基準面と前記光学機能面が交わることで形成される交線の形状が、一端から他端に向かって少なくとも曲率半径が連続的に変化する形状となるように、前記光学機能面が構成され、
前記基準面内において前記光学機能面と接しない点を通り前記基準面に垂直な軸を回転軸としたとき、前記回転軸を中心にして、前記光学素子を回転させることを特徴とする変倍光学系。
[1] A variable power optical system comprising a stop and one or more optical elements having at least one optical function surface on the object side of the stop,
At least one of the optical functional surfaces is a continuous surface,
When a plane defined by a direction vector directed to a distant object and a vector passing through the center of the diaphragm and perpendicular to the diaphragm surface is used as a reference plane, an intersection line formed by the intersection of the reference plane and the optical functional surface The optical functional surface is configured such that the shape is a shape in which at least the radius of curvature continuously changes from one end to the other end,
A zooming mechanism characterized in that the optical element is rotated around the rotation axis when an axis perpendicular to the reference plane passing through a point not in contact with the optical function surface in the reference plane is a rotation axis. Optical system.
〔2〕 前記基準面と直交する方向の曲率半径が連続的に変化する形状に構成されていることを特徴とする上記1記載の変倍光学系。 [2] The variable power optical system as described in [1] above, wherein the curvature radius in a direction orthogonal to the reference plane is continuously changed.
〔3〕 前記の少なくとも1面の光学機能面は反射面であることを特徴とする上記1記載の変倍光学系。 [3] The variable power optical system as set forth in [1], wherein the at least one optical functional surface is a reflecting surface.
〔4〕 前記の少なくとも1面の光学機能面は屈折面であることを特徴とする上記1記載の変倍光学系。 [4] The variable magnification optical system as set forth in [1], wherein the at least one optical functional surface is a refractive surface.
〔5〕 前記絞りより像側に、少なくとも1面の光学機能面を有する別の光学素子を1つ以上備え、
前記別の光学素子の光学機能面の少なくとも1面は連続した面からなり、
前記基準面と前記別の光学素子の光学機能面が交わることで形成される交線の形状が、一端から他端に向かって少なくとも断面方向の曲率半径が連続的に変化する形状となるように、前記別の光学素子の光学機能面が構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の変倍光学系。
[5] One or more other optical elements having at least one optical function surface are provided on the image side of the stop,
At least one of the optical functional surfaces of the another optical element is a continuous surface;
The shape of the intersecting line formed by the intersection of the reference surface and the optical function surface of the other optical element is such that the radius of curvature at least in the cross-sectional direction continuously changes from one end to the other end. 3. The variable magnification optical system according to
〔6〕 前記基準面に直交する方向の曲率半径が連続的に変化する形状に構成されていることを特徴とする上記5記載の変倍光学系。 [6] The variable power optical system as described in 5 above, wherein the curvature radius in the direction orthogonal to the reference plane is continuously changed.
〔7〕 変倍の際に、前記絞りより像側に位置する前記別の光学素子を、前記基準面内において前記の少なくとも1面の光学機能面と接しない点を通り前記基準面に垂直な軸を中心にして、絞りより物体側の前記光学素子と連携して回転させることを特徴とする上記5又は6記載の変倍光学系。 [7] At the time of zooming, the other optical element located on the image side from the stop passes through a point that does not contact the optical function surface of the at least one surface in the reference surface and is perpendicular to the reference surface. 7. The variable power optical system as described in 5 or 6 above, wherein the optical system is rotated in cooperation with the optical element closer to the object side than the stop around the axis.
〔8〕 絞り直前の平面でない光学機能面と、絞り直後の平面でない光学機能面とが、変倍の際に、絞りに対して互いに異なる向きに回転することを特徴とする上記7記載の変倍光学系。 [8] The variable as described in 7 above, wherein the optical functional surface that is not a plane immediately before the diaphragm and the optical functional surface that is not a plane immediately after the diaphragm rotate in different directions with respect to the diaphragm during zooming. Double optical system.
〔9〕 絞りより物体側に配置された光学素子が少なくとも1面の反射面を有することを特徴とする上記1から8の何れか1項記載の変倍光学系。 [9] The variable magnification optical system according to any one of 1 to 8, wherein the optical element disposed on the object side of the stop has at least one reflecting surface.
〔10〕 絞りより物体側に配置された光学素子が3面以上の面を有することを特徴とする上記1から9の何れか1項記載の変倍光学系。 [10] The variable power optical system as described in any one of [1] to [9] above, wherein the optical element disposed on the object side of the stop has three or more surfaces.
〔11〕 絞りより物体側に配置された光学素子が少なくとも1面の回転非対称面を有することを特徴とする上記1から10の何れか1項記載の変倍光学系。 [11] The variable magnification optical system as described in any one of [1] to [10], wherein the optical element disposed on the object side of the stop has at least one rotationally asymmetric surface.
〔12〕 絞りより物体側に配置された光学素子の変倍時の回転角が、以下の条件式を満たすことを特徴とする上記1から11の何れか1項記載の変倍光学系。 [12] The variable power optical system as described in any one of 1 to 11 above, wherein a rotation angle at the time of zooming of the optical element disposed on the object side from the stop satisfies the following conditional expression.
0°<θ<120° ・・・(1)
ただし、θ:光学素子の回転角である。
0 ° <θ <120 ° (1)
Where θ is the rotation angle of the optical element.
〔13〕 変倍比が下記の条件式を満たすことを特徴とする上記1から12の何れか1項記載の変倍光学系。 [13] The zoom optical system according to any one of 1 to 12, wherein the zoom ratio satisfies the following conditional expression:
1.01<β<20 ・・・(2)
ただし、β:変倍比である。
1.01 <β <20 (2)
Where β is the zoom ratio.
〔14〕 下記の条件式を満たすことを特徴とする上記1から13の何れか1項記載の変倍光学系。 [14] The zoom optical system according to any one of 1 to 13, wherein the following conditional expression is satisfied.
0<νmax −νmin <100 ・・・(3)
ただし、νmax :光学系に含まれる光学素子の最大アッベ数、
νmin :光学系に含まれる光学素子の最小アッベ数、
である。
0 <ν max −ν min <100 (3)
Where ν max is the maximum Abbe number of the optical element included in the optical system,
ν min : the minimum Abbe number of the optical element included in the optical system,
It is.
〔15〕 結像面をただ1つ有することを特徴とする上記1から14の何れか1項記載の変倍光学系。 [15] The variable power optical system as set forth in any one of [1] to [14], which has only one imaging plane.
〔16〕 上記1から15の何れか1項記載の変倍光学系と、その像側に配置された撮像素子とを備えていることを特徴とする電子機器。 [16] An electronic apparatus comprising: the variable magnification optical system according to any one of 1 to 15 above; and an imaging device disposed on the image side thereof.
〔17〕 前記変倍光学系で形成された像の形状を電気的に補正する手段を備えていることを特徴とする上記16記載の電子機器。 [17] The electronic apparatus as set forth in [16], further comprising means for electrically correcting the shape of an image formed by the zoom optical system.
〔18〕 前記補正は焦点距離毎に異なるパラメータを用いることを特徴とする上記17記載の電子機器。 [18] The electronic device as described in 17 above, wherein the correction uses different parameters for each focal length.
〔19〕 前記補正は波長領域毎に異なるパラメータを用いることを特徴とする上記17又は18記載の電子機器。 [19] The electronic device as described in 17 or 18 above, wherein the correction uses different parameters for each wavelength region.
O…物体
S、S1、S2…回転軸
CG1…カバーガラス
CG1a…カバーガラスの第1面
CG1b…カバーガラスの第2面
CG2…カバーガラス
E…観察者眼球
1…軸上主光線
2…開口絞り
3…像面
10…光学素子(偏心プリズム、前群のプリズム)
11…光学機能面(第1面)
12…光学機能面(第2面)
13…光学機能面(第3面)
14…第4面
20…光学素子(偏心プリズム、後群のプリズム)
21…第1面
22…第2面
23…第3面
24…第4面
40…電子カメラ
41…撮影光学系
42…撮影用光路
43…ファインダー光学系
44…ファインダー用光路
45…シャッター
46…フラッシュ
47…液晶表示モニター
48…撮影用対物光学系
49…CCD
50…撮像面
51…フィルター
52…処理手段
53…ファインダー用対物光学系
54…カバーレンズ
55…ポロプリズム
56…第1反射面
57…視野枠
58…第2反射面
59…接眼光学系
60…液晶表示素子(LCD)
61…記録手段
62…入射面
63…反射面
64…反射と屈折の兼用面
65…カバー部材
66…フォーカス用レンズ
67…結像面
71…電子内視鏡
72…光源装置
73…ビデオプロセッサ
74…モニター
75…VTRデッキ
76…ビデオディスク
77…ビデオプリンタ
78…頭部装着型画像表示装置(HMD)
79…挿入部
80…先端部
81…接眼部
82…観察用対物光学系
83…フィルター
84…CCD
85…カバー部材
86…液晶表示素子(LCD)
87…接眼光学系
88…ライトガイドファイバー束
90…パソコン
91…液晶プロジェクタ
92…光源
93…LCP(液晶パネル)
94…カバーレンズ
95…フィールドレンズ
96…投影光学系
97…スクリーン
98…処理制御部
100…対物光学系
101…鏡枠
102…カバーガラス
160…撮像ユニット
162…撮像素子チップ
166…端子
180…lRカットフィルター
300…パソコン
301…キーボード
302…モニター
303…撮影光学系
304…撮影光路
305…画像
400…携帯電話
401…マイク部
402…スピーカ部
403…入力ダイアル
404…モニター
405…撮影光学系
406…アンテナ
407…撮影光路
O ... object S, S1, S2 ... rotation axis CG1 ... cover glass CG1a ... cover glass first surface CG1b ... cover glass second surface CG2 ... cover glass E ...
11: Optical function surface (first surface)
12: Optical function surface (second surface)
13. Optical function surface (third surface)
14: Fourth surface 20: Optical element (eccentric prism, rear group prism)
21 ... 1st surface 22 ...
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ...
61: Recording means 62 ...
79 ...
85 ...
87 ... Eyepiece optical system 88 ... Light guide fiber bundle 90 ... Personal computer 91 ... Liquid crystal projector 92 ... Light source 93 ... LCP (liquid crystal panel)
94 ...
Claims (4)
前記光学機能面の少なくとも1面は連続した面からなり、
遠方の物体に向かう方向ベクトルと絞りの中心を通り絞り面に垂直なベクトルとによって規定される平面を基準面としたとき、前記基準面と前記光学機能面が交わることで形成される交線の形状が、一端から他端に向かって少なくとも曲率半径が連続的に変化する形状となるように、前記光学機能面が構成され、
前記基準面内において前記光学機能面と接しない点を通り前記基準面に垂直な軸を回転軸としたとき、前記回転軸を中心にして、前記光学素子を回転させることを特徴とする変倍光学系。 A variable power optical system comprising a stop and one or more optical elements having at least one optical function surface on the object side of the stop,
At least one of the optical functional surfaces is a continuous surface,
When a plane defined by a direction vector directed to a distant object and a vector passing through the center of the diaphragm and perpendicular to the diaphragm surface is used as a reference plane, an intersection line formed by the intersection of the reference plane and the optical functional surface The optical functional surface is configured such that the shape is a shape in which at least the radius of curvature continuously changes from one end to the other end,
A zooming mechanism characterized in that the optical element is rotated around the rotation axis when an axis perpendicular to the reference plane passing through a point not in contact with the optical function surface in the reference plane is a rotation axis. Optical system.
前記別の光学素子の光学機能面の少なくとも1面は連続した面からなり、
前記基準面と前記別の光学素子の光学機能面が交わることで形成される交線の形状が、一端から他端に向かって少なくとも断面方向の曲率半径が連続的に変化する形状となるように、前記別の光学素子の光学機能面が構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の変倍光学系。 One or more other optical elements having at least one optical functional surface on the image side from the stop,
At least one of the optical functional surfaces of the another optical element is a continuous surface;
The shape of the intersecting line formed by the intersection of the reference surface and the optical function surface of the other optical element is such that the radius of curvature at least in the cross-sectional direction continuously changes from one end to the other end. 3. The variable magnification optical system according to claim 1, wherein an optical functional surface of the another optical element is configured.
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