JP2006154364A - Optical system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system for forming an omniazimuth image of 360° having ≥90° viewing angle in an up-and-down direction on an image plane, which is compact, whose aberration is satisfactorily corrected and which is excellent in resolving power. <P>SOLUTION: The optical system 50 is equipped with a front group 10 rotationally symmetric around a center axis 1 and including at least one reflection surface 12 or 14, a rear group 20 rotationally symmetric around the center axis 1 and having positive power, and an aperture 21 arranged coaxially with the rear group 20, and is constituted so that beams made incident on the front group 10 from a far place in the progressing order of a light beam pass through the front group 10 and the rear group 20 in order and form an image at a position deviated from the center axis 1 on an image surface 30, and the number of intermediate image forming times is made different between on a cross section including the center axis and a plane orthogonal to the cross section and including the center light beam of the beams. In the optical system 50, the front group 10 and the rear group 20 nearly compensate the aberration each other. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学系に関し、特に、小型で解像力が良く、360°全方位の画像であって上下方向に90°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を360°全方位であって上下方向に90°以上の画角に投影する全天カメラ、全天プロジェクターに適した光学系に関するものである。   The present invention relates to an optical system, and in particular, is small and has good resolution, and an image having a 360 ° omnidirectional image and an angle of view of 90 ° or more in the vertical direction is formed on an image plane or disposed on the image plane. The present invention relates to an all-sky camera and an optical system suitable for an all-sky projector that project an image with a 360 ° omnidirectional angle and a vertical angle of 90 ° or more.

従来、反射光学系を用いた360°全方位(全周)の画像を得る光学系としては、反射面を1面用いる特許文献1記載のようなものと、反射面を2面用いる特許文献2、3記載のようなもの、あるいは、商標「カメレオンアイ」(ソニー(株))として知られているものがある。
特許第2925573号公報 特開平11−331654号公報 特開2003−167195号公報
Conventionally, as an optical system for obtaining an image of 360 ° omnidirectional (entire circumference) using a reflective optical system, one as described in Patent Document 1 using one reflective surface and Patent Document 2 using two reflective surfaces. 3 or the one known as the trademark “Chameleon Eye” (Sony Corporation).
Japanese Patent No. 2925573 JP-A-11-331654 JP 2003-167195 A

しかし、上記従来例何れのものも、撮像面に至るまで、中間像を結像するようには構成されていないため、リング状に結像される360°全方位の画像は、特許文献1記載のものの場合、天と地が逆転した鏡像となってしまう。   However, since none of the conventional examples is configured to form an intermediate image until reaching the imaging surface, a 360 ° omnidirectional image formed in a ring shape is described in Patent Document 1. In the case of things, it becomes a mirror image with the heavens and the earth reversed.

また、特許文献2、3記載のものにおいては、結像光学系の入射瞳の像も反射光学系中で結像していないため、反射光学系が大型してしまう問題がある。   Moreover, in the thing of patent document 2, 3, since the image of the entrance pupil of an image formation optical system is not imaged in a reflection optical system, there exists a problem that a reflection optical system will enlarge.

さらに、「カメレオンアイ」の場合は、垂直な中心軸を挟んで両側に位置する反射面で順に反射させるため、入射側の反射面が画角を制限する作用をするので、垂直方向の画角を広くすることが容易ではなく、結果的に反射光学系が大型してしまう。   Furthermore, in the case of the “chameleon eye”, since the light is sequentially reflected by the reflecting surfaces located on both sides of the vertical center axis, the reflecting surface on the incident side acts to limit the angle of view. It is not easy to widen, and as a result, the reflective optical system becomes large.

さらには、上記特許文献1〜3及び「カメレオンアイ」も含めて、従来の360°全方位(全周)の画像を得る光学系は何れも、上下方向の画角が70°程度以下で、それより広角のものは存在していなかった。   Furthermore, including the above Patent Documents 1 to 3 and “Chameleon Eye”, all conventional optical systems for obtaining 360 ° omnidirectional (all circumference) images have an angle of view of about 70 ° or less in the vertical direction, There was no wider angle than that.

そして、これら従来例の光学系は何れも、像面での収差が良好に補正されているものではなかった。   In any of these conventional optical systems, the aberrations on the image plane are not corrected well.

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、360°全方位の画像であって上下方向に90°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を360°全方位であって上下方向に90°以上の画角に投影するための小型で収差が良好に補正されて解像力の良い光学系を提供することである。   The present invention has been made in view of these problems of the prior art, and its purpose is to tie an image having a 360 ° omnidirectional image and an angle of view of 90 ° or more in the vertical direction on the image plane. To provide an optical system having a good resolution with a small aberration and a good correction for projecting an image or an image arranged on the image plane at an angle of view of 360 ° in all directions and 90 ° or more in the vertical direction. It is.

上記目的を達成する本発明の光学系は、360°全方位の画像であって上下方向に90°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を360°全方位であって上下方向に90°以上の画角に投影する光学系であって、
中心軸の周りで回転対称な少なくとも1面の反射面を含む前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群と、前記後群と同軸に配置された開口とを備えており、
結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、遠方から前記前群に入射した光束は、前記前群と前記後群を順に経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、かつ、中心軸を含む断面内と、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内での中間結像回数が異なるように構成されており、
前記前群と前記後群とは互いに収差を略相補っていることを特徴とするものである。
The optical system of the present invention that achieves the above object forms an image having 360 ° in all directions and having an angle of view of 90 ° or more in the vertical direction on the image plane, or an image arranged on the image plane by 360. An optical system that projects an angle of view of 90 ° or more in all directions and vertically.
A front group including at least one reflecting surface rotationally symmetric about the central axis, a rear group rotationally symmetric about the central axis and having positive power, and an opening disposed coaxially with the rear group. And
In the case of an imaging system, the light beam that has entered the front group from a distance passes through the front group and the rear group in this order, as opposed to the order in which the light beam advances in the projection system. The image is formed at a position off the axis, and the number of intermediate imaging is different between the cross section including the central axis and the plane orthogonal to the cross section and including the central ray of the luminous flux. And
The front group and the rear group are substantially complementary to each other in aberration.

この場合に、前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は、少なくとも1面の内面反射面と少なくとも2面の屈折面を持ち、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、内面反射面で順に反射されて射出面の屈折面を経て透明媒体から外に出て、前記後群を経て像面の中心軸から外れた位置に結像するものとして構成することができる。   In this case, the front group has a transparent medium that is rotationally symmetric about a central axis, and the transparent medium has at least one inner reflection surface and at least two refracting surfaces. Is in the order in which the light beam travels, and in the case of a projection system, opposite to the order in which the light beam travels, enters the transparent medium through the refracting surface of the incident surface, is reflected in turn by the inner reflection surface, and passes through the refracting surface of the exit surface. Then, the light beam can be configured to form an image at a position deviating from the central axis of the image plane through the rear group.

また、遠方から入射する光束は前記前群内で中心軸に対して片側のみに位置する前記反射面を通ることが望ましい。   Further, it is desirable that the light beam incident from a distance passes through the reflecting surface located only on one side with respect to the central axis in the front group.

また、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で1回中間結像し、中心軸を含む断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では中間結像せず、かつ、前記前群は1面乃至4面の反射面を有することが望ましい。   In addition, a light beam incident from a distance forms an intermediate image once in a cross section including the central axis, is orthogonal to the cross section including the central axis, and does not form an intermediate image in a plane including the central ray of the light beam. The front group preferably has one to four reflecting surfaces.

また、前記後群は、回転対称の同軸屈折光学系からなることが望ましい。   The rear group is preferably composed of a rotationally symmetric coaxial refractive optical system.

また、前記後群のペッバール和をp、その焦点距離をfとするとき、
−2<p・f<−0.05 ・・・(1)
の条件を満たすことが望ましい。
Further, when the Pebbard sum of the rear group is p and its focal length is f,
-2 <p · f <−0.05 (1)
It is desirable to satisfy the following conditions.

また、中心軸を含む断面において、入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をA、入射瞳位置から前記前群の第1面までの光路長をBとするとき、
5<|A/B| ・・・(2)
の条件を満たすことが望ましい。
In the cross section including the central axis, when the optical path length from the entrance pupil position to the opening position is A, and the optical path length from the entrance pupil position to the first surface of the front group is B,
5 <| A / B | (2)
It is desirable to satisfy the following conditions.

また、前記前群は、遠方から入射する中心光束の中心光線の入射角が45°以下の反射面を少なくとも1面有することが望ましい。   Further, it is desirable that the front group has at least one reflecting surface having an incident angle of a central ray of a central light beam incident from a distance of 45 ° or less.

また、少なくとも1面の内面反射面は対称面を持たない任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。   Further, it is desirable that at least one inner reflection surface has a rotationally symmetric shape formed by rotating an arbitrary-shaped line segment having no symmetry plane around the central axis.

あるいは、少なくとも1面の内面反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。   Alternatively, it is desirable that at least one of the internal reflection surfaces has a rotationally symmetric shape formed by rotating an arbitrary-shaped line segment including an odd-order term around the central axis.

以上の本発明によると、小型で収差が良好に補正されて解像力の良い360°全方位(全周)の画像であって上下方向に90°以上の画角を有する画像を得たり、360°全方位であって上下方向に90°以上の画角に画像を投影するための光学系を得ることができる。   According to the present invention described above, it is possible to obtain a 360-degree omnidirectional (all-round) image having a good resolving power with a small aberration and having a field angle of 90 ° or more in the vertical direction. An optical system for projecting an image at an angle of view of 90 ° or more in all directions and in the vertical direction can be obtained.

以下、実施例の基づいて本発明の光学系について説明する。   The optical system of the present invention will be described below based on examples.

図1は、後記する実施例1の光学系を中心軸(回転対称軸)に沿ってとった断面図であり、図2はその光学系内の光路を示す平面図である。この図1、図2を用いて本発明の光学系を説明する。以下、本発明の光学系50を像面30への結像系として説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the central axis (rotation symmetry axis) of an optical system of Example 1 described later, and FIG. 2 is a plan view showing an optical path in the optical system. The optical system of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, the optical system 50 of the present invention will be described as an imaging system on the image plane 30.

本発明の光学系50は、中心軸1の周囲の360°全方位の画像であって、中心軸1に沿った上下方向に90°以上の画角を有する画像を像面30に結像させて撮像するためのものであり、この光学系50は、前群10、その射出側に配置された絞り21を含む後群20とからなり、前群10は、中心軸1の周りで回転対称な面形状をした少なくとも1面の反射面12、14を持つものである。また、後群20は、中心軸1の周りで回転対称で正パワーを有するものである。なお、図1の実施例1の場合、前群10は、中心軸1の周りで回転対称な形状の透明媒体19からなり、その透明媒体19は、少なくとも1面の内面反射面12、14(図1の場合は2面)と少なくとも2面の屈折面11、13を持つものである。透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称な形状であり、その屈折面11、13、内面反射面12、14も中心軸1の周りで回転対称な形状をしている。   The optical system 50 according to the present invention forms an image having an angle of view of 90 ° or more along the central axis 1 in the 360 ° omnidirectional image around the central axis 1 on the image plane 30. The optical system 50 includes a front group 10 and a rear group 20 including a diaphragm 21 disposed on the exit side thereof. The front group 10 is rotationally symmetric about the central axis 1. It has at least one reflecting surface 12, 14 having a simple surface shape. Further, the rear group 20 has a positive power with rotational symmetry around the central axis 1. 1, the front group 10 includes a transparent medium 19 having a rotationally symmetric shape around the central axis 1, and the transparent medium 19 includes at least one inner reflection surface 12, 14 ( In the case of FIG. 1, it has two surfaces) and at least two refracting surfaces 11 and 13. The transparent medium 19 has a rotationally symmetric shape around the central axis 1, and the refracting surfaces 11 and 13 and the inner reflecting surfaces 12 and 14 also have a rotationally symmetric shape around the central axis 1.

そして、中心軸1が垂直方向に向く場合、水平方向の遠方から入射する中心光束2は、この実施例の場合、前群10を構成する中心軸1の周りで回転対称な形状の透明媒体19の入射面の屈折面11を経て透明媒体19内に入り、内面反射面12、14で順に反射されて(図1の場合は、内面反射面12、14が2面であるから2回反射されて)射出面の屈折面13を経て透明媒体19から外に出る。   When the central axis 1 is oriented in the vertical direction, the central luminous flux 2 incident from a distance in the horizontal direction is, in this embodiment, a transparent medium 19 having a rotationally symmetric shape around the central axis 1 constituting the front group 10. 1 enters the transparent medium 19 through the refracting surface 11 of the incident surface and is sequentially reflected by the inner reflecting surfaces 12 and 14 (in the case of FIG. 1, since the inner reflecting surfaces 12 and 14 are two surfaces, they are reflected twice). And exits from the transparent medium 19 through the refracting surface 13 of the exit surface.

前群10から射出した光束は、後群20を構成する回転対称光学系、図1の実施例1の場合はレンズ系に入射し、その後群20の入射側、レンズ系中、あるいは射出側に配置された絞り21を介して像面30の中心軸1から外れた半径方向の所定位置に結像する。   The light beam emitted from the front group 10 enters the rotationally symmetric optical system constituting the rear group 20, in the case of Example 1 in FIG. 1, and then enters the lens system, and then enters the entrance side, the lens system, or the exit side of the group 20. An image is formed at a predetermined position in the radial direction away from the central axis 1 of the image plane 30 through the arranged stop 21.

そして、本発明の光学系50は、遠方から入射する光束2、3U、3L(中心軸1が垂直方向に向いている場合に、光束3Uは遠方の空側から入射する光束、3Lは遠方の地側から入射する光束)は、前群10内で中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12と屈折面11、13を通る。このように構成すると、前群10内を通る有効光束が特に一部の反射面で干渉されてケラレることを容易に避けることができ、中心軸1方向の観察画角を90°以上と大きくとることが可能となる。   The optical system 50 of the present invention has light beams 2, 3U and 3L incident from a distance (when the central axis 1 is oriented in the vertical direction, the light beam 3U is a light beam incident from a distant sky side, and 3L is a distant light beam. The light beam entering from the ground side) passes through the reflecting surface 12 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1 in the front group 10. With this configuration, it is possible to easily avoid the vignetting caused by the effective light beam passing through the front group 10 being particularly interfered by a part of the reflecting surfaces, and the observation angle of view in the direction of the central axis 1 is as large as 90 ° or more. It is possible to take.

なお、前群10に透明媒体19を用いず、少なくとも1面の反射面のみで構成してもよい。   Note that the front group 10 may be composed of at least one reflecting surface without using the transparent medium 19.

また、本発明の光学系50は、前群10において中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14と屈折面11、13を通る。このように、中心軸1に対して片側のみで前群10内の光路を構成すると、中心軸1に垂直な面内では、前群10の面11〜14は全て中心軸1に対して同心となり、中心軸1を含む平面に直交する面内ではパワーを持たないアフォーカル光学系となる。つまり、球面収差は別として原理的に結像させることは不可能である。そこで、面形状が任意に設定できる中心軸1を含む面内の面形状を設定することにより、中心軸1を含む面内でのみ中間像を1回以上結像すると共に、絞り21の像を前群10の第1面11近傍に投影する構成にしたものである。   Further, the optical system 50 of the present invention passes through the reflecting surfaces 12 and 14 and the refracting surfaces 11 and 13 that are located only on one side with respect to the central axis 1 in the front group 10. Thus, when the optical path in the front group 10 is configured only on one side with respect to the central axis 1, the surfaces 11 to 14 of the front group 10 are all concentric with the central axis 1 in a plane perpendicular to the central axis 1. Thus, an afocal optical system having no power in a plane orthogonal to the plane including the central axis 1 is obtained. That is, it is impossible in principle to form an image apart from spherical aberration. Therefore, by setting the surface shape in the plane including the central axis 1 where the surface shape can be arbitrarily set, an intermediate image is formed at least once only in the plane including the central axis 1, and the image of the stop 21 is formed. The projection is made in the vicinity of the first surface 11 of the front group 10.

すなわち、遠方から入射する光束2、3U、3Lを図1の回転対称軸1を含む断面内で少なくとも1回中間結像し(図1の場合は、透明媒体19内の位置4近傍に1回結像し)、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内(図2)では結像しない構成となっている。中心軸1を含む断面面内及び中心軸1に直交する断面内共に1回結像させるには、中心軸1の両側を使う必要があるが、本発明の光学系50は、前群10内で中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14を通るような構成となっている。このように、回転対称軸1を含む断面内で遠方から入射する光束2、3U、3Lは少なくとも1回結像するため、後群20中の絞り21の像(入射瞳)も、前群10の第1面11近傍に投影することが可能となり、前群10を構成する透明媒体19の有効径自体を小さくすることが可能となる。つまり、中心軸1を含む断面内でのみ後群20中の絞り21の像を前群10の第1面11近傍に投影するような構成にすると、この光学系50の入射面11の中心軸1を含む断面方向に関しては、原理的に画角を広くとっても有効径を小さくすることが可能となる。 That is, the light beams 2, 3U, 3L incident from a distance are imaged at least once in the cross section including the rotational symmetry axis 1 in FIG. 1 (in the case of FIG. 1, once in the vicinity of the position 4 in the transparent medium 19). imaged), perpendicular to its cross-section in a plane including the center ray 2 0 of the center light beam 2 (and has a configuration which is not imaged in Figure 2). It is necessary to use both sides of the central axis 1 in order to form an image once both in the cross-sectional plane including the central axis 1 and in the cross-section orthogonal to the central axis 1. Thus, it is configured to pass through the reflecting surfaces 12 and 14 located only on one side with respect to the central axis 1. Thus, since the light beams 2, 3U, 3L incident from a distance within the cross section including the rotational symmetry axis 1 are imaged at least once, the image of the diaphragm 21 (incidence pupil) in the rear group 20 is also the front group 10. It is possible to project near the first surface 11, and the effective diameter itself of the transparent medium 19 constituting the front group 10 can be reduced. That is, if the configuration is such that the image of the diaphragm 21 in the rear group 20 is projected in the vicinity of the first surface 11 of the front group 10 only within the cross section including the central axis 1, the central axis of the incident surface 11 of the optical system 50. Regarding the cross-sectional direction including 1, the effective diameter can be reduced even if the angle of view is wide in principle.

さらに、光学系50の入射瞳を前群10の入射面11近傍にリレーすることにより、前群10の入射面11を回転軸1方向に小さくすることが可能となり、像面30の法線方向から入射するフレアーやゴーストを形成する不要光を少なくすることが可能となり、フレアーの少ない映像を観察(撮像)することが可能となる。すなわち、中心軸1に直交する断面方向では円周状に広がり、中心軸1を含む断面方向ではスリット状のフレア絞りを配置することが可能となり、不要光をこのフレア絞りでカットすることが可能となる。   Furthermore, by relaying the entrance pupil of the optical system 50 in the vicinity of the entrance surface 11 of the front group 10, the entrance surface 11 of the front group 10 can be reduced in the direction of the rotation axis 1, and the normal direction of the image plane 30 Therefore, it becomes possible to reduce unnecessary light that forms flare and ghost incident from the light source, and it is possible to observe (capture) an image with little flare. That is, a cross-sectional direction perpendicular to the central axis 1 spreads out in a circumferential shape, and a slit-like flare stop can be arranged in the cross-sectional direction including the central axis 1, and unnecessary light can be cut by this flare stop. It becomes.

次に、本発明の光学系50における収差補正について説明する。本発明では、反射光学系あるいは反射屈折光学系からなる簡単な構成の前群10と回転対称の同軸光学系からなる後群20とからなり、前群10で発生する収差と後群で発生する収差20とを相互に補うように補正することにより、全体として良好な収差状態の光学系を得るものである。   Next, aberration correction in the optical system 50 of the present invention will be described. In the present invention, the front group 10 having a simple configuration including a reflection optical system or a catadioptric optical system and the rear group 20 including a rotationally symmetric coaxial optical system are generated. By correcting the aberration 20 so as to compensate for each other, an optical system having a favorable aberration state as a whole is obtained.

そして、ペッツバール和と像面湾曲、特に非点収差を最適にすることにより、メリジオナル(タンジェンシャル)像面とサジタル像面を前群10と後群20で相補うことにより、それぞれの群での負担が減り、簡単な構成で良好な収差性能を実現することが可能となるものである。   Then, by optimizing Petzval sum and curvature of field, particularly astigmatism, the meridional (tangential) image surface and the sagittal image surface are complemented by the front group 10 and the rear group 20, respectively. The burden is reduced, and it is possible to achieve good aberration performance with a simple configuration.

本発明の光学系50の前群10の役割は、全周囲から回転対称軸1に向かってくる映像を円環状の空中像に変換する働きをしている。後群20の役割は、この円環状の空中像を像面30の平面上に投影することである。   The role of the front group 10 of the optical system 50 of the present invention is to convert an image coming from the entire circumference toward the rotational symmetry axis 1 into an annular aerial image. The role of the rear group 20 is to project this annular aerial image onto the plane of the image plane 30.

ここで、後群20は正のパワーを持った投影光学系となり、さらに後群20の小型化のためには焦点距離が短く画角の広い投影光学系であることが要求される。しかし、一般的に焦点距離が短く広画角の投影光学系はペッツバール和が負になる場合が多い。本発明では、前群10に後群20で発生する負のペッツバール和を補正するような構成としている。   Here, the rear group 20 is a projection optical system having a positive power, and in order to further reduce the size of the rear group 20, it is required to be a projection optical system having a short focal length and a wide angle of view. However, in general, a projection optical system with a short focal length and a wide angle of view often has a negative Petzval sum. In the present invention, the negative Petzval sum generated in the rear group 20 in the front group 10 is corrected.

さらに好ましくは、前群10で発生する非点格差を比較的少なくする一方、光線の進む方向に凹面を向けた強い像面湾曲を発生させて、後群20で発生する像面湾曲と相補うように構成することが好ましい(実施例1、2)。   More preferably, the astigmatic difference generated in the front group 10 is relatively reduced, while a strong curvature of field with a concave surface in the light traveling direction is generated to complement the curvature of field generated in the rear group 20. (Examples 1 and 2) are preferable.

さらに、前群10で強い非点格差が発生する場合には、メリジオナルとサジタルの平均像面は比較的湾曲させずに、後群で発生する非点格差と相補うように構成することが望ましい(実施例3、4)。   Further, when a strong astigmatic difference occurs in the front group 10, it is desirable that the average image planes of the meridional and sagittal are made not to be relatively curved and complement the astigmatic difference generated in the rear group. (Examples 3 and 4).

以上のような構成により、全体として少ない構成枚数で、360°全方位の画像であって上下方向に90°以上の画角を有する画像を撮像したり投影可能な広画角のパノラマ光学系を構成することが可能となった。   With the above-described configuration, a panoramic optical system with a wide field angle capable of capturing and projecting 360 ° omnidirectional images having an angle of view of 90 ° or more in the vertical direction with a small number of components as a whole. It became possible to configure.

以下に、後記の実施例1〜4の後群20のペッバール和pと後群20の焦点距離fを示す。   Below, the Pebbard sum p of the rear group 20 of Examples 1-4 described later and the focal length f of the rear group 20 are shown.

実施例 1 2 3 4
ペッツバール和p -0.080 -0.074 -0.144 -0.140
焦点距離f 6.867 9.765 4.106 4.794
p・f -0.549 -0.723 -0.591 -0.671
ここで、p・fは、どの程度後群20のペッツバール和の補正を行うかを示しており、補正すればする程後群20の像面湾曲を小さくすることが可能となるが、これを補正するための後群20が複雑になる。したがって、次の条件(1)を満たすことが望ましい。
Example 1 2 3 4
Petzval sum p -0.080 -0.074 -0.144 -0.140
Focal length f 6.867 9.765 4.106 4.794
p ・ f -0.549 -0.723 -0.591 -0.671
Here, p · f indicates how much the Petzval sum of the rear group 20 is corrected. The more the correction is made, the smaller the field curvature of the rear group 20 can be corrected. Therefore, the rear group 20 becomes complicated. Therefore, it is desirable to satisfy the following condition (1).

−2<p・f<−0.05 ・・・(1)
この条件(1)の下限の−2を越えると、後群20のペッツバール和の発生が大きくなりすぎ、前群10で相補うことが不可能になる。上限の−0.05を越えると、後群20のペッツバール和の補正が過剰になり、後群20の構成が複雑になり、高価で大きな光学系になってしまう。
-2 <p · f <−0.05 (1)
If the lower limit of −2 of the condition (1) is exceeded, the Petzval sum of the rear group 20 becomes too large to be complemented by the front group 10. When the upper limit of −0.05 is exceeded, the Petzval sum correction of the rear group 20 becomes excessive, the configuration of the rear group 20 becomes complicated, and an expensive and large optical system is obtained.

さらに好ましくは、
−1<p・f<−0.1 ・・・(1−2)
なる条件を満足することが好ましい。この条件の上限、下限の意味については、条件(1)と同様である。
More preferably,
-1 <p · f <−0.1 (1-2)
It is preferable to satisfy the following conditions. The meaning of the upper limit and the lower limit of this condition is the same as in condition (1).

また、中心軸1を含む断面において、入射瞳位置から絞り21位置までの光路長をA、入射瞳位置から前群10の第1面(透過面)11までの光路長を光線方向を正とした値B、及び、それらの比を|A/B|とする。この|A/B|は、前群10の入射面11近傍に入射瞳が配置されている度合いを表す。後記の実施例1〜4のA、B、|A/B|の値を以下に示す。   In the cross section including the central axis 1, the optical path length from the entrance pupil position to the position of the stop 21 is A, and the optical path length from the entrance pupil position to the first surface (transmission surface) 11 of the front group 10 is positive in the ray direction. The obtained value B and the ratio thereof are defined as | A / B |. This | A / B | represents the degree to which the entrance pupil is arranged in the vicinity of the entrance surface 11 of the front group 10. The values of A, B, and | A / B | of Examples 1 to 4 described later are shown below.

実施例 1 2 3 4
A 99.149 105.208 115.372 60.982
B 0.171 0.003 0.105 -0.054
|A/B| 579.819 35069.333 1098.781 1129.296
本発明の光学系では、中心軸1を含む断面のみ入射瞳が物体側に投影されていることが特徴であり、より入射面11近傍に入射瞳を配置することにより、ゴースト等を防ぐフレアー絞りを効果的に配置することが可能となる。これにより、光学系の入射面11を中心軸1を含む断面において小さくすることが可能となり、前群10に入射する不要光を効果的に防ぐことが可能となり、根本的なフレアー対策に効果を発揮する。また、中心軸1を含む断面内の入射瞳を前群10の入射面11近傍に配置することにより、前群10の入射面11の有効面を中心軸1に沿った方向に関しては小さくすることが可能となり、反射面12、14との干渉がなくなり、中心軸1を含む断面での広画角化が可能となる。
Example 1 2 3 4
A 99.149 105.208 115.372 60.982
B 0.171 0.003 0.105 -0.054
| A / B | 579.819 35069.333 1098.781 1129.296
The optical system of the present invention is characterized in that the entrance pupil is projected on the object side only in the cross section including the central axis 1, and the flare stop prevents the ghost and the like by arranging the entrance pupil closer to the entrance surface 11. Can be arranged effectively. This makes it possible to reduce the incident surface 11 of the optical system in the cross section including the central axis 1, effectively preventing unnecessary light incident on the front group 10, and is effective for fundamental flare countermeasures. Demonstrate. In addition, by arranging the entrance pupil in the cross section including the central axis 1 in the vicinity of the entrance surface 11 of the front group 10, the effective surface of the entrance surface 11 of the front group 10 can be reduced in the direction along the central axis 1. Thus, interference with the reflecting surfaces 12 and 14 is eliminated, and a wide angle of view in a cross section including the central axis 1 can be achieved.

前群10の各面の有効面が小さいことにより、光学系を小型に構成するためには、次の条件(2)を満たすことが望ましい。   It is desirable to satisfy the following condition (2) in order to make the optical system compact by making the effective surface of each surface of the front group 10 small.

5<|A/B| ・・・(2)
この条件(2)の下限の5を越えると、入射瞳が光学系第1面11から離れてしまい、第1面11の有効系が大きくなり、画角をとれなくなったり、有害なフレアー光が増える。この値が大きい程、フレアー防止用のフレアー絞りを有効に働かせることが可能となる。
5 <| A / B | (2)
If the lower limit of 5 of the condition (2) is exceeded, the entrance pupil moves away from the optical system first surface 11, the effective system of the first surface 11 becomes large, the angle of view cannot be taken, and harmful flare light is generated. Increase. The larger this value is, the more effectively the flare stop for preventing flare can work.

さらに好ましくは、
10<|A/B| ・・・(2−2)
なる条件を満足することが好ましい。
More preferably,
10 <| A / B | (2-2)
It is preferable to satisfy the following conditions.

なお、前群10の反射面では偏心収差が発生しやいので、反射面12、14の中入射角が45°以下の面を少なくとも1面有するようにすることにより、偏心収差の発生を少なくすることが可能となる。   In addition, since the decentering aberration is likely to occur on the reflecting surface of the front group 10, the occurrence of decentering aberration can be reduced by having at least one surface whose mid incident angle is 45 ° or less. It becomes possible to do.

以下に、本発明の光学系の実施例1〜4を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図1に示すように、無限遠の物体面から前群10と後群20を経て像面30に至る順光線追跡の結果に基づくものである。   Examples 1 to 4 of the optical system of the present invention will be described below. The configuration parameters of these optical systems will be described later. The configuration parameters of these embodiments are based on the result of tracking the normal ray from the object plane at infinity to the image plane 30 through the front group 10 and the rear group 20, as shown in FIG.

座標系は、順光線追跡において、例えば図1に示すように、像面30の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、回転対称軸(中心軸)1の光の進行方向に沿う方向をZ軸正方向とし、図1の紙面内をY−Z平面とする。そして、図1の紙面内の無限遠の物体面から光が進む方向をY軸正方向とし、Y軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をX軸正方向とする。   In forward ray tracing, for example, as shown in FIG. 1, the coordinate system uses the center of the image plane 30 as the origin of the decentered optical surface of the decentered optical system, and the direction along the traveling direction of light on the rotationally symmetric axis (center axis) 1. Is the positive direction of the Z axis, and the inside of the sheet of FIG. 1 is the YZ plane. A direction in which light travels from an infinitely distant object plane in FIG. 1 is a Y-axis positive direction, and an axis constituting the Y-axis and Z-axis and the right-handed orthogonal coordinate system is an X-axis positive direction.

偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向をそれぞれX,Y,Z)と、光学系の原点に定義される座標系のX軸、Y軸、Z軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角(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、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずX軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のY軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のZ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。   For the decentered surface, the amount of decentering from the center of the origin of the optical system in the coordinate system in which the surface is defined (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction are X, Y, and Z, respectively) and the optical system The inclination angles (α, β, γ (°), respectively) of the coordinate system defining each surface centered on the X axis, Y axis, and Z axis of the coordinate system defined at the origin 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 rotating the coordinate system defining each surface counterclockwise around the X axis of the coordinate system defined at the origin of the optical system. Then rotate it around the Y axis of the new rotated coordinate system by β and then rotate it around the Z axis of another rotated new coordinate system by γ. It is.

また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、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、面の曲率半径、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 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, in addition, the curvature radius of the surface, The refractive index and Abbe number of the medium are given according to conventional methods.

なお、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は0である。屈折率、アッベ数については、d線(波長587.56nm)に対するものを表記してある。長さの単位はmmである。各面の偏心は、上記のように、像面30からの偏心量で表わす。   It should be noted that a term relating to an aspheric surface for which no data is described in the configuration parameters described later is zero. About a refractive index and an Abbe number, the thing with respect to d line (wavelength 587.56nm) is described. The unit of length is mm. The eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the image surface 30 as described above.

なお、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。   The aspheric surface is a rotationally symmetric aspheric surface given by the following definition.

Z=(Y2 /R)/[1+{1−(1+k)Y2 /R2 1 /2
+aY4 +bY6 +cY8 +dY10+・・・
・・・(a)
ただし、Zを光の進行方向を正とした光軸(軸上主光線)とし、Yを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Rは近軸曲率半径、kは円錐定数、a、b、c、d、…はそれぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。この定義式のZ軸が回転対称非球面の軸となる。
Z = (Y 2 / R) / [1+ {1- (1 + k) Y 2 / R 2} 1/2]
+ AY 4 + bY 6 + cY 8 + dY 10 +...
... (a)
However, Z is an optical axis (axial principal ray) with the light traveling direction being positive, and Y is a direction perpendicular to the optical axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, k is a conic constant, a, b, c, d,... Are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively. The Z axis of this defining formula is the axis of a rotationally symmetric aspherical surface.

また、次の定義式(b)でY回転自由曲面が定義される。   Further, the Y-rotation free-form surface is defined by the following definition formula (b).

R(Y)=C1 +C2 Y+C3 2 +C4 3 +C5 4 +C6 5 +C7 6
+・・・・+C2120+・・・・+Cn+1 n +・・・・
Z=±R(Y)[1−{X/R(Y)}2 1/2 ・・・(b)
このY回転自由曲面は、Y軸の周りで曲線R(Y)を回転してできる回転対称面である。その結果、その面はY−Z面内で自由曲面(自由曲線)になり、X−Z面内で半径|C1 |の円になる。
R (Y) = C 1 + C 2 Y + C 3 Y 2 + C 4 Y 3 + C 5 Y 4 + C 6 Y 5 + C 7 Y 6
+ ··· + C 21 Y 20 + ··· + C n + 1 Y n + ····
Z = ± R (Y) [1- {X / R (Y)} 2 ] 1/2 (b)
This Y rotation free-form surface is a rotationally symmetric surface formed by rotating the curve R (Y) around the Y axis. As a result, the surface becomes a free-form surface (free-form curve) in the YZ plane and a circle with a radius | C 1 | in the XZ plane.

実施例1の光学系50を中心軸(回転対称軸)に沿ってとった断面図を図1に、この光学系50内の光路を示す平面図を図2に示す。なお、図1のY−Z断面図には像面30に対してとる座標系を記入してある。以下、同じ。   A cross-sectional view of the optical system 50 of the first embodiment taken along the central axis (rotation symmetry axis) is shown in FIG. 1, and a plan view showing an optical path in the optical system 50 is shown in FIG. In the YZ sectional view of FIG. 1, a coordinate system taken with respect to the image plane 30 is shown. same as below.

この実施例の光学系50は、中心軸1の周囲の360°全方位の画像であって、中心軸1に沿った上下方向に120°の画角を有する画像を像面30に結像させて撮像するためのものであり、正パワーを有する回転対称光学系のレンズ系からなる後群20の入射側に中心軸1の周りで回転対称な形状の透明媒体19からなる反射屈折光学系の前群10を配置して、像面30が天頂方向に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものであり、前群10は、中心軸1の周りで回転対称で、Y回転自由曲面からなる入射面(屈折面)11と、Y回転自由曲面からなる内面反射面12と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる内面反射面14と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる射出面(屈折面)13とからなる透明媒体19からなる。また、後群20は、中心軸1の周りで回転対称で、両凹負レンズL1と両凸正レンズL2の接合レンズと、絞り21と、両凹負レンズL3と両凸正レンズL4の接合レンズと、両凸正レンズL5とからなる3群5枚構成の正レンズ系からなる。そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束2は入射面の屈折面11を経て透明媒体19内に入り、内面反射面12と、内面反射面14で順に2回反射されて、射出面の屈折面13を経て透明媒体19から外に出て、後群20の回転対称レンズ系を介して像面30の中心軸1から外れた半径方向の所定位置に結像する。   The optical system 50 of this embodiment forms an image having a 360 ° omnidirectional image around the central axis 1 and having an angle of view of 120 ° in the vertical direction along the central axis 1 on the image plane 30. Of the catadioptric optical system comprising a transparent medium 19 having a rotationally symmetric shape around the central axis 1 on the incident side of the rear group 20 comprising a lens system of a rotationally symmetric optical system having positive power. When the front group 10 is arranged and the image plane 30 faces the zenith direction, an image is formed on the image plane 30 such that the underground direction is the center direction of the image and the zenith direction is a circle outside the image. The front group 10 is rotationally symmetric about the central axis 1, an incident surface (refractive surface) 11 made of a Y-rotation free-form surface, an inner reflection surface 12 made of a Y-rotation free-form surface, and a rotational symmetry axis. An inner surface reflecting surface 14 having an aspherical surface on 1 and a rotational symmetry axis 1 And a transparent medium 19 having an exit surface (refractive surface) 13 made of an aspheric surface having a top surface. The rear group 20 is rotationally symmetric about the central axis 1 and is a cemented lens of a biconcave negative lens L1 and a biconvex positive lens L2, a diaphragm 21, a biconcave negative lens L3, and a biconvex positive lens L4. It consists of a positive lens system having a three-group five-lens configuration including a lens and a biconvex positive lens L5. When the central axis 1 is oriented in the vertical direction and the image plane 30 is oriented in the zenith direction, the central light beam 2 incident from a distance in the horizontal direction enters the transparent medium 19 through the refractive surface 11 of the incident surface, and enters the inner surface. Reflected twice in order by the reflecting surface 12 and the inner reflecting surface 14, exits from the transparent medium 19 through the refracting surface 13 of the exit surface, and passes through the rotationally symmetric lens system of the rear group 20 to the center of the image surface 30. The image is formed at a predetermined position in the radial direction off the axis 1.

そして、この実施例においては、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図1の回転対称軸1を含む断面図内の反射面12と反射面14の間の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内(図2)では結像しない。また、後群20の絞り21の像は前群10の屈折面11近傍の位置5に結像し、入射瞳を形成している。 In this embodiment, the light passes through the reflecting surfaces 12 and 14 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1 in the transparent medium 19 of the front group 10. Further, the light beams 2, 3U, 3L incident from a distance form an image once at a position 4 between the reflecting surface 12 and the reflecting surface 14 in the sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. orthogonal, not focused in the plane (Figure 2) including the center ray 2 0 of the center light beam 2. Further, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 near the refractive surface 11 of the front group 10 to form an entrance pupil.

この実施例1の仕様は、
水平画角 360°
垂直画角 120°
入射瞳径 0.42mm
像の大きさ φ2.25〜φ5.87mm
である。
The specification of this Example 1 is
Horizontal field of view 360 °
Vertical angle of view 120 °
Entrance pupil diameter 0.42mm
Image size φ2.25 to φ5.87mm
It is.

この実施例1は、前群10の透明媒体19が2つの反射面を有する実施例である。透明媒体19の透過面である第1面11、反射面である第2面12をY回転自由曲面で構成し、反射面である第3面14、透過面である第4面13は、Z軸(中心軸1)上に面頂を有する回転対称軸非球面で構成されている。   The first embodiment is an embodiment in which the transparent medium 19 of the front group 10 has two reflecting surfaces. The first surface 11 that is the transmission surface of the transparent medium 19 and the second surface 12 that is the reflection surface are configured by a Y-rotation free-form surface, and the third surface 14 that is the reflection surface and the fourth surface 13 that is the transmission surface are Z It is composed of a rotationally symmetric axis aspherical surface having a top on the axis (center axis 1).

本実施例は、前群10の透過面である第1面11近傍に入射瞳を配置する構成であり、さらに、第2面である反射面12で光路を約90°折り曲げることにより、光路を折りたたみ、光学系を小型に構成している。また、第2面12では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する収差が発生しやすいため、この面に比較的強い正のパワーを与えることができない。一方、次の第3面14は比較的光線の入射角が小さいため、大きなパワーを与えても偏心収差の発生が少ない。また、物体の1次像は正のパワーを持つ第1面11と第2面12により、第2面12と第3面14の中間の位置4に結像する。この中間像は、第3面14で略無限遠に投影され、本実施例の特徴である第4面13により、図3に太い点線Mに示すようなメリジオナル虚像として前群10を射出する。一方、図2に示すようにサジタル像面Sも前群10射出後、第4面13近傍に形成される。   In this embodiment, the entrance pupil is arranged in the vicinity of the first surface 11 that is the transmission surface of the front group 10, and further, the optical path is bent by about 90 ° at the reflection surface 12 that is the second surface. Folding, optical system is made compact. In addition, since the optical path of the second surface 12 is greatly bent, aberrations caused by decentration are likely to occur, and thus relatively strong positive power cannot be applied to this surface. On the other hand, since the next third surface 14 has a relatively small incident angle of light, the occurrence of decentration aberrations is small even when a large power is applied. The primary image of the object is formed at a position 4 between the second surface 12 and the third surface 14 by the first surface 11 and the second surface 12 having positive power. This intermediate image is projected almost infinitely on the third surface 14, and the front group 10 is emitted as a meridional virtual image as shown by the thick dotted line M in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 2, the sagittal image plane S is also formed in the vicinity of the fourth surface 13 after exiting the front group 10.

一方、後群20の像面30からの逆光線追跡により、後群20で発生する像面湾曲は図4に太い点線(メリジオナル像面)で示すようなものである。この後群20の逆光線追跡による後群20が補っている収差を図5に示す。この収差図中、“SA”は球面収差、“AS”は非点収差、“DT”は歪曲収差であり、球面収差の縦軸はFナンバーの相対値を、非点収差と歪曲収差の縦軸は像高を表す。以下、同じ。   On the other hand, the field curvature generated in the rear group 20 due to the backward ray tracing from the image plane 30 of the rear group 20 is as shown by a thick dotted line (meridional image plane) in FIG. FIG. 5 shows aberrations compensated by the rear group 20 by the backward ray tracing of the rear group 20. In this aberration diagram, “SA” is spherical aberration, “AS” is astigmatism, “DT” is distortion aberration, the vertical axis of spherical aberration is the relative value of F-number, and vertical length of astigmatism and distortion aberration. The axis represents the image height. same as below.

そして、図6に、この実施例の光学系50全体の横収差を示す。この横収差図において、中央に示された角度は、垂直方向の画角を示し、その画角におけるY方向(メリジオナル方向)とX方向(サジタル方向)の横収差を示す。以下、同じ。   FIG. 6 shows the lateral aberration of the entire optical system 50 of this example. In this lateral aberration diagram, the angle shown in the center indicates the vertical angle of view, and the lateral aberration in the Y direction (meridional direction) and X direction (sagittal direction) at that angle of view. same as below.

このように、本実施例では、前群10、後群20それぞれの負担を軽減するために、前群10と後群20で発生する収差、特に像面湾曲を相互に補う構成になっている。   As described above, in this embodiment, in order to reduce the burden on each of the front group 10 and the rear group 20, aberrations generated in the front group 10 and the rear group 20, in particular, field curvature are mutually compensated. .

実施例2の光学系50を中心軸(回転対称軸)に沿ってとった断面図を図7に、この光学系50内の光路を示す平面図を図8に示す。   FIG. 7 is a sectional view taken along the central axis (rotation symmetry axis) of the optical system 50 of Example 2, and FIG. 8 is a plan view showing the optical path in the optical system 50.

この実施例の光学系50は、中心軸1の周囲の360°全方位の画像であって、中心軸1に沿った上下方向に140°の画角を有する画像を像面30に結像させて撮像するためのものであり、正パワーを有する回転対称光学系のレンズ系からなる後群20の入射側に中心軸1に垂直な平面鏡22で光路を中心軸1方向に180°折り返して、中心軸1の周りで回転対称な形状の透明媒体19からなる反射屈折光学系の前群10を配置して、像面30が天頂方向に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものであり、前群10は、中心軸1の周りで回転対称で、Y回転自由曲面からなる入射面(屈折面)11と、Y回転自由曲面からなる内面反射面12と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる内面反射面14と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる内面反射面15と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる射出面(屈折面)13とからなる透明媒体19からなる。また、後群20は、透明媒体19の中心に中心軸1を中心にして穿たれた開口内に配置された絞り21と、中心軸1の周りで回転対称で、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL1と両凸正レンズL2の接合レンズと、両凸正レンズL3と両凹負レンズL4の接合レンズとからなる2群4枚構成の正レンズ系からなる。そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束2は入射面の屈折面11を経て透明媒体19内に入り、内面反射面12、内面反射面14、内面反射面15の順にジクザクに3回反射されて、射出面の屈折面13を経て透明媒体19から外に出て、平面鏡22で光路が180°折り返され、後群20の回転対称レンズ系を介して像面30の中心軸1から外れた半径方向の所定位置に結像する。   The optical system 50 of this embodiment forms an image of 360 ° omnidirectional around the central axis 1 and having an angle of view of 140 ° in the vertical direction along the central axis 1 on the image plane 30. The optical path is folded back 180 ° in the direction of the central axis 1 by a plane mirror 22 perpendicular to the central axis 1 on the incident side of the rear group 20 consisting of a rotationally symmetric optical lens system having positive power. When the front group 10 of the catadioptric optical system composed of the transparent medium 19 having a rotationally symmetric shape around the central axis 1 is arranged and the image plane 30 faces the zenith direction, the underground direction faces the center direction of the image. In this case, an image is formed on the image plane 30 such that the zenith direction is a circle outside the image, and the front group 10 is rotationally symmetric about the central axis 1 and is an entrance plane (Y-rotation free-form surface). Refracting surface) 11, an inner reflecting surface 12 made of a Y-rotation free-form surface, and a rotating pair An inner reflecting surface 14 made of an aspheric surface having a surface apex on the axis 1, an inner surface reflecting surface 15 made of an aspheric surface having a surface apex on the rotational symmetry axis 1, and an aspheric surface having a surface apex on the rotational symmetry axis 1. And a transparent medium 19 having an exit surface (refractive surface) 13. The rear group 20 is rotationally symmetric about the central axis 1 with a diaphragm 21 disposed in an opening formed around the central axis 1 at the center of the transparent medium 19, and has a convex surface directed toward the object side. The positive lens system has a two-group four-lens configuration including a cemented lens of a negative meniscus lens L1 and a biconvex positive lens L2, and a cemented lens of a biconvex positive lens L3 and a biconcave negative lens L4. When the central axis 1 is oriented in the vertical direction and the image plane 30 is oriented in the zenith direction, the central light beam 2 incident from a distance in the horizontal direction enters the transparent medium 19 through the refractive surface 11 of the incident surface, and enters the inner surface. The reflection surface 12, the internal reflection surface 14, and the internal reflection surface 15 are reflected in a zigzag manner three times, exit the transparent medium 19 via the refracting surface 13 of the exit surface, and the optical path is folded 180 ° by the plane mirror 22. An image is formed at a predetermined radial position away from the central axis 1 of the image plane 30 via the rotationally symmetric lens system of the rear group 20.

そして、この実施例においては、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14、15と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図7の回転対称軸1を含む断面図内の反射面14と反射面15の間の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内(図8)では結像しない。また、後群20の絞り21の像は前群10の屈折面11近傍の位置5に結像し、入射瞳を形成している。 In this embodiment, the light passes through the reflecting surfaces 12, 14, 15 and the refracting surfaces 11, 13 located only on one side with respect to the central axis 1 in the transparent medium 19 of the front group 10. Further, the light beams 2, 3U, 3L incident from a distance form an image once at a position 4 between the reflecting surface 14 and the reflecting surface 15 in the sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. orthogonal, not focused in the plane (Figure 8) containing the central ray 2 0 of the center light flux 2. Further, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 near the refractive surface 11 of the front group 10 to form an entrance pupil.

この実施例2の仕様は、
水平画角 360°
垂直画角 140°
入射瞳径 0.24mm
像の大きさ φ2.10〜φ5.84mm
である。
The specification of Example 2 is
Horizontal field of view 360 °
Vertical angle of view 140 °
Entrance pupil diameter 0.24mm
Image size φ2.10 to φ5.84mm
It is.

この実施例2は、前群10の透明媒体19が3つの反射面を有する実施例である。透明媒体19の透過面である第1面11、反射面である第2面12をY回転自由曲面で構成し、反射面である第3面14、第4面15、透過面である第5面13は、Z軸(中心軸1)上に面頂を有する回転対称軸非球面で構成されている。さらに、前群10射出後の光線を平面鏡22で折り返すことにより全体の高さを低くしたものである。   In the second embodiment, the transparent medium 19 of the front group 10 has three reflecting surfaces. The first surface 11 that is the transmission surface of the transparent medium 19 and the second surface 12 that is the reflection surface are configured by a Y-rotation free-form surface, and the third surface 14 and the fourth surface 15 that are the reflection surfaces, and the fifth surface that is the transmission surface. The surface 13 is constituted by a rotationally symmetric axis aspheric surface having a surface apex on the Z axis (center axis 1). Further, the entire height is lowered by folding back the light beam after being emitted from the front group 10 by the plane mirror 22.

本実施例も、前群10の透過面である第1面11近傍に入射瞳を配置する構成であり、さらに、第2面である反射面12で光路を約90°折り曲げることにより、光路を折りたたみ、光学系を小型に構成している。また、第2面12では光路が大きく曲がるために、偏心により発生する収差が発生しやすいため、この面に比較的強い正のパワーを与えることができない。一方、次の第3面14は比較的光線の入射角が小さいため、大きなパワーを与えても偏心収差の発生が少ない。この実施例の前群10も、図9に示すように、光線の進む方向に対して凹面を向けたメリジオナル像面Mを発生している。一方、図8に示すようにサジタル像面Sも前群10射出後、第5面13近傍に形成される。   In this embodiment, the entrance pupil is arranged in the vicinity of the first surface 11 that is the transmission surface of the front group 10, and further, the optical path is bent by about 90 ° at the reflection surface 12 that is the second surface. Folding, optical system is made compact. In addition, since the optical path of the second surface 12 is greatly bent, aberrations caused by decentration are likely to occur, and thus relatively strong positive power cannot be applied to this surface. On the other hand, since the next third surface 14 has a relatively small incident angle of light, the occurrence of decentration aberrations is small even when a large power is applied. As shown in FIG. 9, the front group 10 of this embodiment also generates a meridional image plane M having a concave surface in the light traveling direction. On the other hand, as shown in FIG. 8, the sagittal image surface S is also formed in the vicinity of the fifth surface 13 after exiting the front group 10.

一方、後群20の像面30からの逆光線追跡により、後群20で発生する像面湾曲は図10に太い点線(メリジオナル像面)で示すようなものである。この後群20の逆光線追跡による後群20が補っている収差を図11に示す。   On the other hand, the field curvature generated in the rear group 20 due to the backward ray tracing from the image plane 30 of the rear group 20 is as shown by a thick dotted line (meridional image plane) in FIG. FIG. 11 shows aberrations compensated by the rear group 20 by the backward ray tracing of the rear group 20.

そして、図12に、この実施例の光学系50全体の横収差を示す。   FIG. 12 shows the lateral aberration of the entire optical system 50 of this example.

このように、本実施例でも、前群10、後群20それぞれの負担を軽減するために、前群10と後群20で発生する収差、特に像面湾曲を相互に補う構成になっている。   Thus, also in this embodiment, in order to reduce the burden on each of the front group 10 and the rear group 20, aberrations generated in the front group 10 and the rear group 20, in particular, field curvature are mutually compensated. .

実施例3の光学系50を中心軸(回転対称軸)に沿ってとった断面図を図13に、この光学系50内の光路を示す平面図を図14に示す。   FIG. 13 is a sectional view taken along the central axis (rotation symmetry axis) of the optical system 50 of Example 3, and FIG. 14 is a plan view showing an optical path in the optical system 50.

この実施例の光学系50は、中心軸1の周囲の360°全方位の画像であって、中心軸1に沿った上下方向に100°の画角を有する画像を像面30に結像させて撮像するためのものであり、正パワーを有する回転対称光学系のレンズ系からなる後群20の入射側に中心軸1の周りで回転対称な形状の透明媒体19からなる反射屈折光学系の前群10を配置して、像面30が天頂方向に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものであり、前群10は、中心軸1の周りで回転対称で、何れもY回転自由曲面からなる入射面(屈折面)11と、内面反射面12と、内面反射面14と、内面反射面15と、射出面(屈折面)13とからなる透明媒体19からなる。また、後群20は、中心軸1の周りで回転対称で、絞り21と、両凹負レンズL1と両凸正レンズL2の接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL3と両凸正レンズL4の接合レンズと、両凸正レンズL5と両凹負レンズL6の接合レンズとからなる3群6枚構成の正レンズ系からなる。そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束2は入射面の屈折面11を経て透明媒体19内に入り、内面反射面12、内面反射面14、内面反射面15の順に光路が回転対称軸1を含む断面図内で1回転するように3回反射されて、射出面の屈折面13を経て透明媒体19から外に出て、後群20の回転対称レンズ系を介して像面30の中心軸1から外れた半径方向の所定位置に結像する。   The optical system 50 of this embodiment forms an image on the image plane 30 that is a 360 ° omnidirectional image around the central axis 1 and has an angle of view of 100 ° in the vertical direction along the central axis 1. Of the catadioptric optical system comprising a transparent medium 19 having a rotationally symmetric shape around the central axis 1 on the incident side of the rear group 20 comprising a lens system of a rotationally symmetric optical system having positive power. When the front group 10 is arranged and the image plane 30 faces the zenith direction, an image is formed on the image plane 30 such that the zenith direction is in the center of the image and the underground direction is a circle outside the image. The front group 10 is rotationally symmetric about the central axis 1, and all of them are an incident surface (refractive surface) 11, an inner reflecting surface 12, an inner reflecting surface 14, The transparent medium 19 is composed of a reflective surface 15 and an exit surface (refractive surface) 13. The rear group 20 is rotationally symmetric about the central axis 1, and includes a stop 21, a cemented lens of a biconcave negative lens L1 and a biconvex positive lens L2, a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side, and both The positive lens system has a three-group six-lens configuration including a cemented lens of a convex positive lens L4 and a cemented lens of a biconvex positive lens L5 and a biconcave negative lens L6. When the central axis 1 is oriented in the vertical direction and the image plane 30 is oriented in the zenith direction, the central light beam 2 incident from a distance in the horizontal direction enters the transparent medium 19 through the refractive surface 11 of the incident surface, and enters the inner surface. The light path is reflected three times in order of the reflecting surface 12, the inner reflecting surface 14, and the inner reflecting surface 15 so as to make one rotation in the cross-sectional view including the rotational symmetry axis 1, and passes from the transparent medium 19 through the refracting surface 13 of the exit surface. It goes outside and forms an image at a predetermined position in the radial direction away from the central axis 1 of the image plane 30 through the rotationally symmetric lens system of the rear group 20.

そして、この実施例においては、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14、15と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図13の回転対称軸1を含む断面図内の入射面11と反射面12の間の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内(図14)では結像しない。また、後群20の絞り21の像は前群10の屈折面11近傍の位置5に結像し、入射瞳を形成している。 In this embodiment, the light passes through the reflecting surfaces 12, 14, 15 and the refracting surfaces 11, 13 located only on one side with respect to the central axis 1 in the transparent medium 19 of the front group 10. Further, the light beams 2, 3U, and 3L incident from a distance form an image once at a position 4 between the incident surface 11 and the reflecting surface 12 in the cross-sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. orthogonal, not focused in the plane (14) including a center ray 2 0 of the center light beam 2. Further, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 near the refractive surface 11 of the front group 10 to form an entrance pupil.

この実施例3の仕様は、
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.56mm
像の大きさ φ2.30〜φ6.07mm
である。
The specification of this Example 3 is
Horizontal field of view 360 °
Vertical angle of view 100 °
Entrance pupil diameter 0.56mm
Image size φ2.30 to φ6.07mm
It is.

この実施例3は、前群10の透明媒体19が3つの反射面を有する実施例である。透明媒体19の透過面である第1面11、第5面13、反射面である第2面12、第3面14、第4面15はY回転自由曲面で構成されている。この3つの反射面12、14、15は正、負、正の配置を取ることにより、一般的なトリプレットの配置と同様に、像面湾曲は少なくすることが可能となる。さらに好ましくは、各反射面の反射角を略等しくすることにより、偏心収差の発生も少なくすることが可能となる。また、反射面で十分な収差補正が可能となるため、第5面13に相当する射出面のパワーを小さくすることが可能となる。そのため、色収差が発生しやすい透過面に強いパワーを与えることがないので、収差補正上好ましい結果が生ずる。   In the third embodiment, the transparent medium 19 of the front group 10 has three reflecting surfaces. The first surface 11 and the fifth surface 13 that are transmission surfaces of the transparent medium 19, the second surface 12 that is a reflection surface, the third surface 14, and the fourth surface 15 are configured by a Y-rotation free-form surface. By arranging these three reflecting surfaces 12, 14, and 15 in a positive, negative, and positive arrangement, the curvature of field can be reduced as in the general arrangement of triplets. More preferably, the occurrence of decentration aberrations can be reduced by making the reflection angles of the respective reflecting surfaces substantially equal. Moreover, since sufficient aberration correction is possible on the reflecting surface, the power of the exit surface corresponding to the fifth surface 13 can be reduced. For this reason, since a strong power is not given to a transmission surface where chromatic aberration is likely to occur, a preferable result is obtained in terms of aberration correction.

一方、後群20は、正パワーを持っている光学系なので負のペッバール和を持つ。そこで、本実施例では、特に後群20の非点収差を大きく発生させることにより(図17)、特に非点格差を相互に補う構成になっている。   On the other hand, the rear group 20 has a negative Pebbard sum because it is an optical system having positive power. Therefore, in this embodiment, particularly, astigmatism of the rear group 20 is generated largely (FIG. 17), so that the astigmatic difference is compensated mutually.

すなわち、図15にこの実施例の前群10のメリジオナル像面Mを示す。一方、この実施例の前群10のサジタル像面は無限遠に形成される。後群20の像面30からの逆光線追跡により、後群20で発生する像面湾曲は図16に太い点線(メリジオナル像面)で示すようなものである。この後群20の逆光線追跡による後群20が補っている収差を図17に示す。そして、図18に、この実施例の光学系50全体の横収差を示す。   That is, FIG. 15 shows the meridional image plane M of the front group 10 of this embodiment. On the other hand, the sagittal image plane of the front group 10 of this embodiment is formed at infinity. Due to the backward ray tracing from the image plane 30 of the rear group 20, the field curvature generated in the rear group 20 is as shown by a thick dotted line (meridional image plane) in FIG. FIG. 17 shows aberrations compensated by the rear group 20 by the backward ray tracing of the rear group 20. FIG. 18 shows the lateral aberration of the entire optical system 50 of this example.

このように、本実施例でも、前群10、後群20それぞれの負担を軽減するために、前群10と後群20で発生する収差、特に非点格差を相互に補う構成になっている。   As described above, in this embodiment, in order to reduce the burden on each of the front group 10 and the rear group 20, aberrations generated in the front group 10 and the rear group 20, particularly astigmatism, are mutually compensated. .

実施例4の光学系50を中心軸(回転対称軸)に沿ってとった断面図を図19に、この光学系50内の光路を示す平面図を図20に示す。   FIG. 19 is a sectional view taken along the central axis (rotation symmetry axis) of the optical system 50 of the fourth embodiment, and FIG. 20 is a plan view showing an optical path in the optical system 50.

この実施例の光学系50は、中心軸1の周囲の360°全方位の画像であって、中心軸1に沿った上下方向に120°の画角を有する画像を像面30に結像させて撮像するためのものであり、正パワーを有する回転対称光学系のレンズ系からなる後群20の入射側に中心軸1の周りで回転対称な形状の透明媒体19からなる反射屈折光学系の前群10を配置して、像面30が天頂方向に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものであり、前群10は、中心軸1の周りで回転対称で、Y回転自由曲面からなる入射面(屈折面)11と、Y回転自由曲面からなる内面反射面12と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる内面反射面14と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる内面反射面15と、回転対称軸1上に面頂を有する非球面からなる射出面(屈折面)13とからなる透明媒体19からなる。また、また、後群20は、中心軸1の周りで回転対称で、絞り21と、両凹負レンズL1と両凸正レンズL2の接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL3と両凸正レンズL4の接合レンズと、両凸正レンズL5と両凹負レンズL6の接合レンズとからなる3群6枚構成の正レンズ系からなる。そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂方向に向いている場合、水平方向の遠方から入射する中心光束2は入射面の屈折面11を経て透明媒体19内に入り、内面反射面12、内面反射面14、内面反射面15の順にジクザクに3回反射されて、射出面の屈折面13を経て透明媒体19から外に出て、後群20の回転対称レンズ系を介して像面30の中心軸1から外れた半径方向の所定位置に結像する。   The optical system 50 of this embodiment forms an image having a 360 ° omnidirectional image around the central axis 1 and having an angle of view of 120 ° in the vertical direction along the central axis 1 on the image plane 30. Of the catadioptric optical system comprising a transparent medium 19 having a rotationally symmetric shape around the central axis 1 on the incident side of the rear group 20 comprising a lens system of a rotationally symmetric optical system having positive power. When the front group 10 is arranged and the image plane 30 faces the zenith direction, an image is formed on the image plane 30 such that the zenith direction is in the center of the image and the underground direction is a circle outside the image. The front group 10 is rotationally symmetric about the central axis 1, an incident surface (refractive surface) 11 made of a Y-rotation free-form surface, an inner reflection surface 12 made of a Y-rotation free-form surface, and a rotational symmetry axis. An inner surface reflecting surface 14 having an aspherical surface on 1 and a rotational symmetry axis 1 The transparent medium 19 is composed of an inner reflection surface 15 made of an aspheric surface having a surface apex, and an exit surface (refractive surface) 13 made of an aspheric surface having the surface apex on the rotational symmetry axis 1. The rear group 20 is rotationally symmetric about the central axis 1, and includes a stop 21, a cemented lens of a biconcave negative lens L1 and a biconvex positive lens L2, and a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the object side. And a positive lens system having a three-group, six-element configuration including a cemented lens of a biconvex positive lens L4 and a cemented lens of a biconvex positive lens L5 and a biconcave negative lens L6. When the central axis 1 is oriented in the vertical direction and the image plane 30 is oriented in the zenith direction, the central light beam 2 incident from a distance in the horizontal direction enters the transparent medium 19 through the refractive surface 11 of the incident surface, and enters the inner surface. The reflection surface 12, the inner reflection surface 14, and the inner reflection surface 15 are reflected in a zigzag manner three times, exit the transparent medium 19 via the exit surface refracting surface 13, and pass through the rotationally symmetric lens system of the rear group 20. Thus, an image is formed at a predetermined position in the radial direction deviating from the central axis 1 of the image plane 30.

そして、この実施例においては、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14、15と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図19の回転対称軸1を含む断面図内の反射面14と反射面15の間の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内(図20)では結像しない。また、後群20の絞り21の像は前群10の屈折面11近傍の位置5に結像し、入射瞳を形成している。 In this embodiment, the light passes through the reflecting surfaces 12, 14, 15 and the refracting surfaces 11, 13 located only on one side with respect to the central axis 1 in the transparent medium 19 of the front group 10. Further, the light beams 2, 3U, 3L incident from a distance form an image once at a position 4 between the reflecting surface 14 and the reflecting surface 15 in the sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. orthogonal, not focused in the plane (FIG. 20) including the center ray 2 0 of the center light beam 2. Further, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 near the refractive surface 11 of the front group 10 to form an entrance pupil.

この実施例4の仕様は、
水平画角 360°
垂直画角 120°
入射瞳径 0.47mm
像の大きさ φ2.23〜φ6.04mm
である。
The specification of this Example 4 is
Horizontal field of view 360 °
Vertical angle of view 120 °
Entrance pupil diameter 0.47mm
Image size φ2.23 to φ6.04mm
It is.

この実施例4は、前群10の透明媒体19が3つの反射面を有する実施例である。透明媒体19の透過面である第1面11、反射面である第2面12をY回転自由曲面で構成し、反射面である第3面14、第4面15、透過面である第5面13は、Z軸(中心軸1)上に面頂を有する回転対称軸非球面で構成されている。   In the fourth embodiment, the transparent medium 19 of the front group 10 has three reflecting surfaces. The first surface 11 that is the transmission surface of the transparent medium 19 and the second surface 12 that is the reflection surface are configured by a Y-rotation free-form surface, and the third surface 14 and the fourth surface 15 that are the reflection surfaces, and the fifth surface that is the transmission surface. The surface 13 is constituted by a rotationally symmetric axis aspheric surface having a surface apex on the Z axis (center axis 1).

本実施例の後群20で非点収差は非常に大きく発生させ(図23)、メリジオナル像面は逆光線追跡で最大像高の光線は収束せずに略平行光になっている。これに相当するように、前群10が形成する虚像位置M(図21)も後群20の最大像高で略平行光束になっている。   In the rear group 20 of the present embodiment, astigmatism is very large (FIG. 23), and the meridional image plane is traced by the reverse ray, and the ray having the maximum image height is not converged but becomes substantially parallel light. Corresponding to this, the virtual image position M (FIG. 21) formed by the front group 10 is also a substantially parallel light beam at the maximum image height of the rear group 20.

すなわち、図21にこの実施例の前群10のメリジオナル像面Mを示す。一方、この実施例の前群10のサジタル像面Sは図20に示すように前群10射出後、第5面13近傍に形成される。後群20の像面30からの逆光線追跡により、後群20で発生する像面湾曲は図22に太い点線(メリジオナル像面)で示すようなものである。この後群20の逆光線追跡による後群20が補っている収差を図23に示す。そして、図24に、この実施例の光学系50全体の横収差を示す。   That is, FIG. 21 shows the meridional image plane M of the front group 10 of this embodiment. On the other hand, the sagittal image plane S of the front group 10 of this embodiment is formed in the vicinity of the fifth surface 13 after the front group 10 exits as shown in FIG. Due to the backward ray tracing from the image plane 30 of the rear group 20, the field curvature generated in the rear group 20 is as shown by a thick dotted line (meridional image plane) in FIG. FIG. 23 shows aberrations compensated by the rear group 20 by the backward ray tracing of the rear group 20. FIG. 24 shows the lateral aberration of the entire optical system 50 of this example.

このように、本実施例でも、前群10、後群20それぞれの負担を軽減するために、前群10と後群20で発生する収差、特に非点格差を相互に補う構成になっている。   As described above, in this embodiment, in order to reduce the burden on each of the front group 10 and the rear group 20, aberrations generated in the front group 10 and the rear group 20, particularly astigmatism, are mutually compensated. .

さらに、以上の実施例の光学系50では、前群10のさらに物体側にトーリックレンズを付加し、このトーリックレンズもZ軸(中心軸1)に対して回転対称な面で構成されたレンズにし、このトーリックレンズはX方向にはパワーを持たせないで、一方、Y方向(図1の断面内等)には負のパワーを持たせることにより、回転対称軸1を含む断面方向の画角を大きくとることが可能となる。さらに好ましくは、このトーリックレンズはY−Z断面内では物体側に凸面を向け負のメニスカスレンズ形状に構成することにより、像歪の発生を最小にすることが可能となり、良好な収差補正が可能となる。   Further, in the optical system 50 of the above embodiment, a toric lens is further added to the object side of the front group 10, and this toric lens is also a lens configured with a rotationally symmetric surface with respect to the Z axis (center axis 1). The toric lens does not have power in the X direction, while it has negative power in the Y direction (such as in the cross section of FIG. 1), so that the angle of view in the cross section including the rotationally symmetric axis 1 is increased. Can be made large. More preferably, the toric lens has a negative meniscus lens shape with a convex surface facing the object side in the YZ section, thereby minimizing the occurrence of image distortion and enabling good aberration correction. It becomes.

さらに、透明媒体19の物体側には、1つのトーリックレンズに限らず、2枚又は3枚のメニスカス形状のレンズで構成することにより、より像歪の発生を小さくすることが可能である。また、レンズに限らず、中心軸1に対して回転対称な反射面やプリズムにより光線を反射屈折させて任意の方向を撮像あるいは観察させることも容易である。   Furthermore, the object side of the transparent medium 19 is not limited to a single toric lens, and it is possible to further reduce the occurrence of image distortion by using two or three meniscus lenses. In addition to the lens, it is also easy to image or observe an arbitrary direction by reflecting and refracting the light beam with a reflection surface or prism that is rotationally symmetric with respect to the central axis 1.

また、以上の実施例では、前群10の反射面、屈折面をそれぞれ回転対称軸1上に面頂を有する回転対称非球面で構成したり、任意形状の線分を回転対称軸1の周りで回転することにより形成され回転対称軸1上に面頂を有さないY回転自由曲面で構成しているが、それぞれ任意の曲面に置き換えることは容易である。   In the above embodiment, the reflecting surface and the refracting surface of the front group 10 are each composed of a rotationally symmetric aspherical surface having a surface top on the rotationally symmetric axis 1, or a line segment having an arbitrary shape is formed around the rotationally symmetric axis 1 Is formed by a Y-rotation free-form surface that does not have a surface top on the rotational symmetry axis 1, but each can be easily replaced with an arbitrary surface.

以下に、上記実施例1〜4の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ASS”は非球面、“YRFS”はY回転自由曲面をそれぞれ示す。
実施例1
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4)
6 -12.80 偏心(5) 1.5535 64.4
7 6.87 偏心(6) 1.7371 37.2
8 -11.13 偏心(7)
9 ∞(絞り) 偏心(8)
10 -6.23 偏心(9) 1.7552 27.6
11 3.72 偏心(10) 1.7238 46.5
12 -5.78 偏心(11)
13 7.33 偏心(12) 1.6631 53.2
14 -74.62 偏心(13)
像 面 ∞
YRFS[1]
1 -2.2865 ×101 3 3.1354 ×10-2
YRFS[2]
1 -1.8440 ×101 2 -1.1178 C3 -4.9449 ×10-2
4 -2.3914 ×10-3
ASS[1]
R 85.33
k 6.5190
a 1.0007 ×10-5
b -6.7404 ×10-9
c 7.5861 ×10-13
ASS[2]
R 2.75
k -6.7874 ×10-1
a 4.9913 ×10-3
b -4.0209 ×10-4
c 7.5826 ×10-6
偏心(1)
X 0.00 Y -23.04 Z -22.53
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -22.53
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -45.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -35.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -24.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -23.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -20.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.59
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -12.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -8.89
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.39
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
The configuration parameters of Examples 1 to 4 are shown below. In the table below, “ASS” indicates an aspheric surface, and “YRFS” indicates a Y-rotation free-form surface.
Example 1
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞
1 ∞ (entrance pupil plane) Eccentricity (1)
2 YRFS [1] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
3 YRFS [2] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
4 ASS [1] Eccentricity (3) 1.8830 40.7
5 ASS [2] Eccentricity (4)
6 -12.80 Eccentricity (5) 1.5535 64.4
7 6.87 Eccentricity (6) 1.7371 37.2
8 -11.13 Eccentricity (7)
9 ∞ (diaphragm) Eccentricity (8)
10 -6.23 Eccentricity (9) 1.7552 27.6
11 3.72 Eccentricity (10) 1.7238 46.5
12 -5.78 Eccentricity (11)
13 7.33 Eccentricity (12) 1.6631 53.2
14 -74.62 Eccentricity (13)
Image plane ∞
YRFS [1]
C 1 -2.2865 × 10 1 C 3 3.1354 × 10 -2
YRFS [2]
C 1 -1.8440 × 10 1 C 2 -1.1178 C 3 -4.9449 × 10 -2
C 4 -2.3914 × 10 -3
ASS [1]
R 85.33
k 6.5190
a 1.0007 × 10 -5
b -6.7404 × 10 -9
c 7.5861 × 10 -13
ASS [2]
R 2.75
k -6.7874 × 10 -1
a 4.9913 × 10 -3
b -4.0209 × 10 -4
c 7.5826 × 10 -6
Eccentricity (1)
X 0.00 Y -23.04 Z -22.53
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z -22.53
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (3)
X 0.00 Y 0.00 Z -45.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (4)
X 0.00 Y 0.00 Z -35.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (5)
X 0.00 Y 0.00 Z -24.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (6)
X 0.00 Y 0.00 Z -23.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (7)
X 0.00 Y 0.00 Z -20.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (8)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (9)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.59
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (10)
X 0.00 Y 0.00 Z -12.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (11)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (12)
X 0.00 Y 0.00 Z -8.89
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (13)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.39
α 0.00 β 0.00 γ 0.00.


実施例2
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4) 1.8830 40.7
6 ASS[3] 偏心(5)
7 ∞(平面鏡) 偏心(6)
8 ∞(絞り) 偏心(7)
9 19.25 偏心(8) 1.7552 27.6
10 10.49 偏心(9) 1.5923 61.8
11 -15.29 偏心(10)
12 7.62 偏心(11) 1.6204 60.3
13 -9.32 偏心(12) 1.7552 27.6
14 36.05 偏心(13)
像 面 ∞
YRFS[1]
1 -2.7717 ×101 3 -8.3660 ×10-2
YRFS[2]
1 -2.3813 ×101 2 -1.0215e+000 C3 -3.6588 ×10-2
4 -1.5616 ×10-3
ASS[1]
R 102.30
k 6.5791
a 4.2764 ×10-6
b -4.9917 ×10-10
ASS[2]
R 29.45
k -5.4233 ×101
a -7.1709 ×10-7
ASS[3]
R -1.17
k -9.7882 ×10-1
a 1.6004 ×10-2
b -5.2502 ×10-4
偏心(1)
X 0.00 Y -27.72 Z -14.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -34.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -21.18
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -23.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -34.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -25.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -19.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -18.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -16.85
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -12.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -8.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

Example 2
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞
1 ∞ (entrance pupil plane) Eccentricity (1)
2 YRFS [1] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
3 YRFS [2] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
4 ASS [1] Eccentricity (3) 1.8830 40.7
5 ASS [2] Eccentricity (4) 1.8830 40.7
6 ASS [3] Eccentricity (5)
7 ∞ (plane mirror) Eccentricity (6)
8 ∞ (diaphragm) Eccentricity (7)
9 19.25 Eccentricity (8) 1.7552 27.6
10 10.49 Eccentricity (9) 1.5923 61.8
11 -15.29 Eccentricity (10)
12 7.62 Eccentricity (11) 1.6 204 60.3
13 -9.32 Eccentricity (12) 1.7552 27.6
14 36.05 Eccentricity (13)
Image plane ∞
YRFS [1]
C 1 -2.7717 × 10 1 C 3 -8.3660 × 10 -2
YRFS [2]
C 1 -2.3813 × 10 1 C 2 -1.0215e + 000 C 3 -3.6588 × 10 -2
C 4 -1.5616 × 10 -3
ASS [1]
R 102.30
k 6.5791
a 4.2764 × 10 -6
b -4.9917 × 10 -10
ASS [2]
R 29.45
k -5.4233 × 10 1
a -7.1709 × 10 -7
ASS [3]
R -1.17
k -9.7882 × 10 -1
a 1.6004 × 10 -2
b -5.2502 × 10 -4
Eccentricity (1)
X 0.00 Y -27.72 Z -14.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (3)
X 0.00 Y 0.00 Z -34.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (4)
X 0.00 Y 0.00 Z -21.18
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (5)
X 0.00 Y 0.00 Z -23.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (6)
X 0.00 Y 0.00 Z -34.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (7)
X 0.00 Y 0.00 Z -25.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (8)
X 0.00 Y 0.00 Z -19.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (9)
X 0.00 Y 0.00 Z -18.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (10)
X 0.00 Y 0.00 Z -16.85
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (11)
X 0.00 Y 0.00 Z -12.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (12)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (13)
X 0.00 Y 0.00 Z -8.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00.


実施例3
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
4 YRFS[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
5 YRFS[4] 偏心(5) 1.8830 40.7
6 YRFS[5] 偏心(6)
7 ∞(絞り) 偏心(7)
8 -10.74 偏心(8) 1.6734 31.9
9 18.25 偏心(9) 1.6148 60.6
10 -4.39 偏心(10)
11 12.68 偏心(11) 1.7450 30.9
12 4.48 偏心(12) 1.5579 64.1
13 -5.51 偏心(13)
14 6.36 偏心(14) 1.6066 60.8
15 -10.56 偏心(15) 1.7391 28.2
16 10.07 偏心(16)
像 面 ∞
YRFS[1]
1 -1.8145 ×101 2 -2.1728 ×10-23 4.6061 ×10-1
YRFS[2]
1 -2.5490 C2 4.4716 ×10-13 -2.6490 ×10-2
4 4.2717 ×10-45 -2.3061 ×10-5
YRFS[3]
1 -1.0098 ×101 2 2.9459 C3 -1.8459 ×10-1
4 -2.2986 ×10-25 4.3667 ×10-3
YRFS[4]
1 -1.1005 ×101 2 -3.3443 C3 2.7803 ×10-1
4 -1.5113 ×10-25 -2.6902 ×10-3
YRFS[5]
1 -2.5742 C2 -1.6480 C3 9.0460 ×10-2
偏心(1)
X 0.00 Y -18.25 Z -26.21
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.21
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.05
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -17.43
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -31.34
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -16.48
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -11.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -4.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y 0.00 Z -1.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(16)
X 0.00 Y 0.00 Z -0.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

Example 3
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞
1 ∞ (entrance pupil plane) Eccentricity (1)
2 YRFS [1] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
3 YRFS [2] Eccentricity (3) 1.8830 40.7
4 YRFS [3] Eccentricity (4) 1.8830 40.7
5 YRFS [4] Eccentricity (5) 1.8830 40.7
6 YRFS [5] Eccentricity (6)
7 ∞ (aperture) Eccentricity (7)
8 -10.74 Eccentricity (8) 1.6734 31.9
9 18.25 Eccentricity (9) 1.6 148 60.6
10 -4.39 Eccentricity (10)
11 12.68 Eccentricity (11) 1.7 450 30.9
12 4.48 Eccentricity (12) 1.5579 64.1
13 -5.51 Eccentric (13)
14 6.36 Eccentricity (14) 1.6066 60.8
15 -10.56 Eccentricity (15) 1.7391 28.2
16 10.07 Eccentricity (16)
Image plane ∞
YRFS [1]
C 1 -1.8145 × 10 1 C 2 -2.1728 × 10 -2 C 3 4.6061 × 10 -1
YRFS [2]
C 1 -2.5490 C 2 4.4716 × 10 -1 C 3 -2.6490 × 10 -2
C 4 4.2717 × 10 -4 C 5 -2.3061 × 10 -5
YRFS [3]
C 1 -1.0098 × 10 1 C 2 2.9459 C 3 -1.8459 × 10 -1
C 4 -2.2986 × 10 -2 C 5 4.3667 × 10 -3
YRFS [4]
C 1 -1.1005 × 10 1 C 2 -3.3443 C 3 2.7803 × 10 -1
C 4 -1.5113 × 10 -2 C 5 -2.6902 × 10 -3
YRFS [5]
C 1 -2.5742 C 2 -1.6480 C 3 9.0460 × 10 -2
Eccentricity (1)
X 0.00 Y -18.25 Z -26.21
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.21
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (3)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.05
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (4)
X 0.00 Y 0.00 Z -17.43
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (5)
X 0.00 Y 0.00 Z -31.34
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (6)
X 0.00 Y 0.00 Z -16.48
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (7)
X 0.00 Y 0.00 Z -11.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (8)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (9)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (10)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (11)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (12)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (13)
X 0.00 Y 0.00 Z -4.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (14)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (15)
X 0.00 Y 0.00 Z -1.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (16)
X 0.00 Y 0.00 Z -0.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00.


実施例4
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4) 1.8830 40.7
6 ASS[3] 偏心(5)
7 ∞(絞り) 偏心(6)
8 -16.32 偏心(7) 1.5705 63.2
9 2.83 偏心(8) 1.5683 60.3
10 -4.13 偏心(9)
11 17.08 偏心(10) 1.7528 30.1
12 4.54 偏心(11) 1.5490 64.7
13 -9.92 偏心(12)
14 5.53 偏心(13) 1.5439 65.1
15 -6.42 偏心(14) 1.7552 27.6
16 20.69 偏心(15)
像 面 ∞
YRFS[1]
1 -2.6168 ×101 2 1.9755 ×10-14 3 -2.7605 ×10-1
YRFS[2]
1 -2.5214 ×101 2 -1.6049 C3 -9.0909 ×10-2
4 -1.1344 ×10-2
ASS[1]
R -79.22
k 7.2430
a 7.3060 ×10-7
b 7.5688 ×10-11
c -1.1964 ×10-12
ASS[2]
R -0.01
k -6.1962
a 1.7099 ×10-5
b -7.9121 ×10-7
c 6.4138 ×10-9
ASS[3]
R 0.82
k -1.5580
a -2.2457 ×10-3
b 6.7271 ×10-6
c 5.5428 ×10-7
偏心(1)
X 0.00 Y -26.11 Z -29.06
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -29.06
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -20.30
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -24.79
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.74
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -13.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.01
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

Example 4
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞
1 ∞ (entrance pupil plane) Eccentricity (1)
2 YRFS [1] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
3 YRFS [2] Eccentricity (2) 1.8830 40.7
4 ASS [1] Eccentricity (3) 1.8830 40.7
5 ASS [2] Eccentricity (4) 1.8830 40.7
6 ASS [3] Eccentricity (5)
7 ∞ (diaphragm) Eccentricity (6)
8 -16.32 Eccentricity (7) 1.5705 63.2
9 2.83 Eccentricity (8) 1.5683 60.3
10 -4.13 Eccentricity (9)
11 17.08 Eccentricity (10) 1.7528 30.1
12 4.54 Eccentricity (11) 1.5490 64.7
13 -9.92 Eccentric (12)
14 5.53 Eccentricity (13) 1.5439 65.1
15 -6.42 Eccentricity (14) 1.7552 27.6
16 20.69 Eccentricity (15)
Image plane ∞
YRFS [1]
C 1 -2.6168 × 10 1 C 2 1.9755 × 10 -14 C 3 -2.7605 × 10 -1
YRFS [2]
C 1 -2.5214 × 10 1 C 2 -1.6049 C 3 -9.0909 × 10 -2
C 4 -1.1344 × 10 -2
ASS [1]
R -79.22
k 7.2430
a 7.3060 × 10 -7
b 7.5688 × 10 -11
c -1.1964 × 10 -12
ASS [2]
R -0.01
k -6.1962
a 1.7099 × 10 -5
b -7.9121 × 10 -7
c 6.4138 × 10 -9
ASS [3]
R 0.82
k -1.5580
a -2.2457 × 10 -3
b 6.7271 × 10 -6
c 5.5428 × 10 -7
Eccentricity (1)
X 0.00 Y -26.11 Z -29.06
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z -29.06
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (3)
X 0.00 Y 0.00 Z -20.30
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (4)
X 0.00 Y 0.00 Z -24.79
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (5)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (6)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.74
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (7)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (8)
X 0.00 Y 0.00 Z -13.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (9)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (10)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (11)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (12)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (13)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (14)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (15)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.01
α 0.00 β 0.00 γ 0.00.

とろで、本発明の光学系50において、前群10を構成する透明媒体19は、上記実施例1〜4のように、内面反射面を2面乃至3面に限定されず1面又は4面以上有していてもよい。また、その内面反射面は、屈折面11、13と兼用する全反射面でもよい。以下の図25〜図30に、前群10を構成する透明媒体19の他の例を示す。ただし、これらの図において、後群20のレンズ系は略号(両矢符)で示してあり、また、その構成パラメータは省く。   In the optical system 50 of the present invention, the transparent medium 19 constituting the front group 10 is not limited to two or three inner reflection surfaces as in the first to fourth embodiments, but one or four surfaces. You may have more. Further, the internal reflection surface may be a total reflection surface that also serves as the refractive surfaces 11 and 13. Other examples of the transparent medium 19 constituting the front group 10 are shown in FIGS. However, in these drawings, the lens system of the rear group 20 is indicated by an abbreviation (double arrow), and the configuration parameters thereof are omitted.

図25の光学系50の前群10を構成する透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称なY回転自由曲面等からなる1面の内面反射面12と入射面(屈折面)11と射出面(屈折面)13とからなる透明媒体であり、そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂に向いている場合、天頂方向が画像の中心方向に向き、地下方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものである。この例においても、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図25の回転対称軸1を含む断面図内の入射面11と反射面12の間の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内では結像しない。また、後群20の絞り21の像は前群10の屈折面11近傍の位置5に結像し、入射瞳を形成している。 A transparent medium 19 constituting the front group 10 of the optical system 50 in FIG. 25 includes a single inner reflection surface 12, an incidence surface (refractive surface) 11, and the like, which is a rotationally symmetric Y-rotation free-form surface around the central axis 1. When the central axis 1 is oriented vertically and the image plane 30 is oriented to the zenith, the zenith direction is directed to the center direction of the image and the underground direction is An image that forms a circle outside the image is formed on the image plane 30. Also in this example, the transparent medium 19 of the front group 10 passes through the reflecting surface 12 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1. Further, the light beams 2, 3U, and 3L incident from a distance form an image once at a position 4 between the incident surface 11 and the reflecting surface 12 in the sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. orthogonal, not imaged in a plane including a center ray 2 0 of the center light beam 2. Further, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 near the refractive surface 11 of the front group 10 to form an entrance pupil.

この図25の透明媒体19を構成する面が3面11、12、13なので、加工性が良い。回転対称軸1と直交する方向では、光学系のパワーがないので、回転対称軸1を含む面内でも無限遠の虚像を後群20に伝達することが収差補正上好ましい。そこで、前群10の第1面11は透過面で構成すると同時に、強い正のパワーを有することが好ましい。これにより、前群10より物体側に、物体の回転対称軸方向の一次像を配置することが可能となり、他の面で無限遠の物体像を伝達することが容易になる。さらに、第2面である反射面12は瞳をリレーすることが主な目的となり、この面で入射瞳を第1面11である透過面近傍に配置することが可能となる。そのためには、比較的強い正のパワーを有することが好ましい。第3面13は透明媒体19中に形成された物体の一次像をアフォーカル(無限遠像)として後群20に伝達するために正のパワーを有する透過面で構成することが、収差補正上好ましい。   Since the surfaces constituting the transparent medium 19 in FIG. 25 are the three surfaces 11, 12, and 13, workability is good. In the direction orthogonal to the rotational symmetry axis 1, there is no optical system power. Therefore, it is preferable for aberration correction to transmit an infinite virtual image to the rear group 20 even in the plane including the rotational symmetry axis 1. Therefore, it is preferable that the first surface 11 of the front group 10 is composed of a transmission surface and has a strong positive power. As a result, a primary image in the direction of the rotational symmetry axis of the object can be arranged on the object side from the front group 10, and it becomes easy to transmit an object image at infinity on the other surface. Further, the reflecting surface 12 which is the second surface has a main purpose of relaying the pupil, and the entrance pupil can be arranged in the vicinity of the transmitting surface which is the first surface 11 on this surface. For this purpose, it is preferable to have a relatively strong positive power. In order to correct aberrations, the third surface 13 is constituted by a transmission surface having a positive power in order to transmit the primary image of the object formed in the transparent medium 19 to the rear group 20 as an afocal (infinity image). preferable.

図26の光学系50の前群10を構成する透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称なY回転自由曲面等からなる2面の内面反射面12、14と、入射面(屈折面)11と射出面(屈折面)13とからなる透明媒体であり、そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものである。この例においても、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図26の回転対称軸1を含む断面図内の位置4近傍で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内では結像しない。この例では、後群20の絞り21の像は、前群10の透明媒体19内の反射面12近傍の位置5に結像している。 The transparent medium 19 constituting the front group 10 of the optical system 50 in FIG. 26 includes two inner reflecting surfaces 12 and 14 made of a Y-rotation free-form surface that is rotationally symmetric about the central axis 1 and an incident surface (refractive surface). ) 11 and an exit surface (refractive surface) 13, and when the central axis 1 is oriented vertically and the image plane 30 faces the zenith, the underground direction is oriented toward the center of the image, An image is formed on the image plane 30 such that the zenith direction is a circle outside the image. Also in this example, the transparent medium 19 of the front group 10 passes through the reflecting surfaces 12 and 14 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1. The light beams 2, 3U and 3L incident from a distance form an image once in the vicinity of position 4 in the cross-sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. No image is formed in a plane including 2 0 . In this example, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 in the vicinity of the reflecting surface 12 in the transparent medium 19 of the front group 10.

図27の光学系50の前群10を構成する透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称なY回転自由曲面等からなる2面の内面反射面12、14と、入射面(屈折面)11と射出面(屈折面)13とからなる透明媒体であり、そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものである。この例においても、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図27の回転対称軸1を含む断面図内の位置4近傍で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内では結像しない。この例では、後群20の絞り21の像は、前群10の透明媒体19内の反射面12近傍の位置5に結像している。 A transparent medium 19 constituting the front group 10 of the optical system 50 in FIG. 27 includes two inner reflecting surfaces 12 and 14 formed of a Y-rotation free-form surface that is rotationally symmetric around the central axis 1 and an incident surface (refractive surface). ) 11 and an exit surface (refractive surface) 13, and when the central axis 1 is oriented vertically and the image plane 30 faces the zenith, the underground direction is oriented toward the center of the image, An image is formed on the image plane 30 such that the zenith direction is a circle outside the image. Also in this example, the transparent medium 19 of the front group 10 passes through the reflecting surfaces 12 and 14 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1. In addition, the light beams 2, 3U, and 3L incident from a distance form an image once in the vicinity of the position 4 in the cross-sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. No image is formed in a plane including 2 0 . In this example, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 in the vicinity of the reflecting surface 12 in the transparent medium 19 of the front group 10.

図28の光学系50の前群10を構成する透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称なY回転自由曲面等からなる1面の内面反射面12と、入射面(屈折面)11と内面反射面14とを兼用した面と、射出面(屈折面)13とからなる透明媒体であり、そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものである。この例においても、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図28の回転対称軸1を含む断面図内の屈折面13近傍の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内では結像しない。また、後群20の絞り21の像は、前群10の透明媒体19の屈折面11より物体側の空中の位置5に結像している。 The transparent medium 19 constituting the front group 10 of the optical system 50 in FIG. 28 includes a single inner reflection surface 12 formed of a Y-rotation free-form surface that is rotationally symmetric about the central axis 1, and an incident surface (refractive surface) 11. When the center axis 1 is oriented in the vertical direction and the image plane 30 is directed to the zenith, An image is formed on the image plane 30 such that the direction is the central direction of the image and the zenith direction is a circle outside the image. Also in this example, the transparent medium 19 of the front group 10 passes through the reflecting surfaces 12 and 14 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1. Further, the light beams 2, 3U, and 3L incident from a distance form an image once at a position 4 near the refracting surface 13 in the sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. not imaged in a plane including a center ray 2 0 2. The image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 in the air on the object side of the refractive surface 11 of the transparent medium 19 of the front group 10.

この図28の透明媒体19の第1面である透過面11と第3面である反射面14を同一形状同一位置に配置した1つの面で兼用するものであり、反射面として作用する場合には臨界角を超えた角度で面に入射するように配置し、全反射作用を利用することにより、反射コーティングすることなく光線を反射するようにすることが可能となる。   When the transmission surface 11 as the first surface and the reflection surface 14 as the third surface of the transparent medium 19 in FIG. 28 are used as a single surface arranged at the same position in the same shape and act as a reflection surface. Is arranged so as to be incident on the surface at an angle exceeding the critical angle, and by utilizing the total reflection action, it becomes possible to reflect the light beam without performing the reflective coating.

図29の光学系50の前群10を構成する透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称なY回転自由曲面等からなる4面の内面反射面12、14、15、16と、入射面(屈折面)11と射出面(屈折面)13とからなる透明媒体であり、そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものである。この例においても、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14、15、16と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図29の回転対称軸1を含む断面図内の位置4近傍で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内では結像しない。また、後群20の絞り21の像は、前群10のの屈折面11近傍の位置5に結像している。 The transparent medium 19 constituting the front group 10 of the optical system 50 in FIG. 29 includes four internal reflection surfaces 12, 14, 15, 16 made of a Y-rotation free-form surface that is rotationally symmetric around the central axis 1, and the incidence. When the transparent medium is composed of a surface (refractive surface) 11 and an exit surface (refractive surface) 13, and the central axis 1 is oriented in the vertical direction and the image plane 30 is directed to the zenith, the underground direction is the center of the image. The image is formed on the image plane 30 such that the zenith direction is a circle outside the image. Also in this example, the light passes through the reflecting surfaces 12, 14, 15, 16 and the refracting surfaces 11, 13 located only on one side with respect to the central axis 1 in the transparent medium 19 of the front group 10. Further, the light beams 2, 3U, and 3L incident from a distance form an image once in the vicinity of the position 4 in the cross-sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. No image is formed in a plane including 2 0 . The image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 in the vicinity of the refractive surface 11 of the front group 10.

この図29の前群10は、4つの反射面12、14、15、16で構成されている例である。本例では、物体の一次像は反射面間に配置することにより一次像の形成を反射面で主に行うことが可能となり、第1面である透過面11のパワーの負担が軽くなり、特に色収差の発生上好ましい。また、特に各反射面12、14、15、16を略平行に配置することが可能となり、前群10の透明媒体19を介さずに像面30の垂線方向(天頂方向)を結像する別光学系を配置する場合に好ましい。   The front group 10 in FIG. 29 is an example configured with four reflecting surfaces 12, 14, 15, and 16. In this example, the primary image can be mainly formed on the reflecting surface by arranging the primary image of the object between the reflecting surfaces, and the power load on the transmitting surface 11 as the first surface is reduced. This is preferable for the occurrence of chromatic aberration. In particular, the reflecting surfaces 12, 14, 15, 16 can be arranged substantially in parallel, and the perpendicular direction (the zenith direction) of the image surface 30 is imaged without the transparent medium 19 of the front group 10. This is preferable when an optical system is arranged.

図30の光学系50の前群10を構成する透明媒体19は、中心軸1の周りで回転対称なY回転自由曲面等からなる入射面(屈折面)11と、1面の内面反射面14と、射出面(屈折面)13と内面反射面12とを兼用した面とからなる透明媒体であり、そして、中心軸1が垂直方向に向き、像面30が天頂に向いている場合、地下方向が画像の中心方向に向き、天頂方向が画像の外側の円になるような画像を像面30に結像させるものである。この例においても、前群10の透明媒体19内で、中心軸1に対して片側のみに位置する反射面12、14と屈折面11、13を通る。また、遠方から入射する光束2、3U、3Lは図30の回転対称軸1を含む断面図内の位置4で1回結像し、その断面に対して直交し、中心光束2の中心光線20 を含む平面内では結像しない。また、後群20の絞り21の像は、前群10の透明媒体19より物体側の空中の位置5に結像している。 A transparent medium 19 constituting the front group 10 of the optical system 50 in FIG. 30 includes an incident surface (refractive surface) 11 composed of a Y-rotation free-form surface that is rotationally symmetric about the central axis 1 and a single inner reflection surface 14. And a transparent medium composed of the exit surface (refractive surface) 13 and the internal reflection surface 12, and the central axis 1 is oriented vertically and the image plane 30 is oriented to the zenith, An image is formed on the image plane 30 such that the direction is the central direction of the image and the zenith direction is a circle outside the image. Also in this example, the transparent medium 19 of the front group 10 passes through the reflecting surfaces 12 and 14 and the refracting surfaces 11 and 13 located only on one side with respect to the central axis 1. Further, the light beams 2, 3U, and 3L incident from a distance form an image once at a position 4 in the cross-sectional view including the rotational symmetry axis 1 in FIG. No image is formed in a plane including zero . Further, the image of the diaphragm 21 of the rear group 20 is formed at a position 5 in the air on the object side of the transparent medium 19 of the front group 10.

以上、本発明の光学系を中心軸(回転対称軸)を垂直方向に向けて天頂を含む360°全方位(全周)の画像を得る撮像あるいは観察光学系として説明してきたが、本発明は撮影光学系、観察光学系に限定されず、光路を逆にとって天頂を含む360°全方位(全周)に画像を投影する投影光学系として用いることもできる。また、内視鏡は管内観察装置の全周観察光学系として用いることもできる。   The optical system of the present invention has been described above as an imaging or observation optical system that obtains 360 ° omnidirectional (all circumference) images including the zenith with the central axis (rotation symmetry axis) in the vertical direction. The projection optical system is not limited to the photographing optical system and the observation optical system, and can be used as a projection optical system that projects an image in 360 ° omnidirectional (all circumferences) including the zenith with the optical path reversed. The endoscope can also be used as an all-round observation optical system of an in-tube observation apparatus.

以下に、本発明の光学系の適用例として、パノラマ撮影光学系31又はパノラマ投影光学系32の使用例を説明する。図31は、内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系31を用いた例を示すための図であり、図31(a)は、硬性内視鏡41の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系31を取り付けて360°全方位の画像を撮像観察する例である。また、図31(b)は、軟性電子内視鏡42の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系31を取り付けて、表示装置43に撮影された画像を画像処理を施して歪みを補正して表示するようにした例である。   Below, the usage example of the panorama imaging optical system 31 or the panorama projection optical system 32 is demonstrated as an application example of the optical system of this invention. FIG. 31 is a diagram for illustrating an example in which the panoramic imaging optical system 31 according to the present invention is used as the imaging optical system at the distal end of the endoscope. FIG. 31 (a) illustrates the present invention at the distal end of the rigid endoscope 41. This is an example in which a panoramic imaging optical system 31 is attached and 360 ° omnidirectional images are taken and observed. FIG. 31B shows a panoramic imaging optical system 31 according to the present invention attached to the tip of the flexible electronic endoscope 42, and the image captured on the display device 43 is subjected to image processing to be corrected and displayed. This is an example.

図32は、自動車48の各コーナや頂部に撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系31を複数取り付けて、車内の表示装置に各パノラマ撮影光学系31を経て撮影された画像を画像処理を施して歪みを補正して同時に表示するようにした例である。   In FIG. 32, a plurality of panoramic imaging optical systems 31 according to the present invention are attached to the corners and the top of an automobile 48 as imaging optical systems, and image processing is performed on images captured through the respective panoramic imaging optical systems 31 on a display device in a vehicle. This is an example in which distortion is corrected and displayed simultaneously.

図33は、投影装置44の投影光学系として本発明によるパノラマ投影光学系32を用い、その像面に配置した表示素子にパノラマ画像を表示し、パノラマ投影光学系32を通して360°全方位に配置したスクリーン45に360°全方位画像を投影表示する例である。   In FIG. 33, the panorama projection optical system 32 according to the present invention is used as the projection optical system of the projection device 44, a panorama image is displayed on the display element arranged on the image plane, and is arranged in all 360 ° directions through the panorama projection optical system 32. This is an example in which a 360 ° omnidirectional image is projected and displayed on the screen 45.

図34は、建物47の外部に本発明によるパノラマ撮影光学系31を用いた撮影装置49を取り付け、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系32を用いた投影装置44を配置し、撮影装置49で撮像された映像を電線46を介して投影装置44に送るように接続している。このような配置において、屋外の360°全方位の被写体Oをパノラマ撮影光学系31を経て撮影装置49で撮影し、その映像信号を電線46を介して投影装置44に送り、像面に配置した表示素子にその映像を表示して、パノラマ投影光学系32を通して屋内の壁面等に被写体Oの映像O’を投影表示するようにしている例である。   In FIG. 34, an imaging device 49 using the panoramic imaging optical system 31 according to the present invention is attached to the outside of a building 47, and a projection device 44 using the panoramic projection optical system 32 according to the present invention is disposed indoors. It connects so that the imaged image may be sent to the projection device 44 via the electric wire 46. In such an arrangement, a 360 ° omnidirectional outdoor subject O is photographed by the photographing device 49 via the panoramic photographing optical system 31, and the video signal is sent to the projecting device 44 via the electric wire 46 and arranged on the image plane. In this example, the image is displayed on the display element, and the image O ′ of the subject O is projected and displayed on an indoor wall surface or the like through the panorama projection optical system 32.

本発明の実施例1の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。It is sectional drawing taken along the central axis of the optical system of Example 1 of this invention. 実施例1の光学系内の光路を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an optical path in the optical system of Example 1. 実施例1の前群のみのY−Z断面の光線追跡図である。FIG. 3 is a ray tracing diagram of a YZ cross section of only a front group of Example 1. 実施例1の後群のみの逆光線追跡での像面湾曲を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating curvature of field in reverse ray tracing of only the rear group of Example 1. 実施例1の後群の収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram of the rear group of Example 1. 実施例1の光学系全体の横収差図である。2 is a transverse aberration diagram for the whole optical system of Example 1. FIG. 本発明の実施例2の光学系の図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 of the optical system of Example 2 of this invention. 実施例2の光学系の図2と同様の図である。3 is a diagram similar to FIG. 2 of the optical system of Example 2. FIG. 実施例2の前群のみの図3と同様の図である。FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 for only the front group of Example 2. 実施例2の後群のみの図4と同様の図である。FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 for only the rear group of Example 2. 実施例2の後群の図5と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 5 of the rear group of Example 2. 実施例2の光学系全体の図6と同様の図である。FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 of the entire optical system of Example 2. 本発明の実施例3の光学系の図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 of the optical system of Example 3 of this invention. 実施例3の光学系の図2と同様の図である。FIG. 6 is a diagram similar to FIG. 2 of the optical system of Example 3. 実施例3の前群のみの図3と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 3 for only the front group of Example 3. 実施例3の後群のみの図4と同様の図である。FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 for only the rear group of Example 3. 実施例3の後群の図5と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 5 of the rear group of Example 3. 実施例3の光学系全体の図6と同様の図である。FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 showing the entire optical system of Example 3. 本発明の実施例4の光学系の図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 of the optical system of Example 4 of this invention. 実施例4の光学系の図2と同様の図である。FIG. 6 is a diagram similar to FIG. 2 of the optical system of Example 4. 実施例4の前群のみの図3と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 3 for only the front group of Example 4. 実施例4の後群のみの図4と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 4 for only the rear group of Example 4. 実施例4の後群の図5と同様の図である。FIG. 6 is a view similar to FIG. 5 of the rear group of Example 4. 実施例4の光学系全体の図6と同様の図である。FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 showing the entire optical system of Example 4. 本発明の光学系の前群を構成する透明媒体の他の例を示す図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 which shows the other example of the transparent medium which comprises the front group of the optical system of this invention. 本発明の光学系の前群を構成する透明媒体の他の例を示す図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 which shows the other example of the transparent medium which comprises the front group of the optical system of this invention. 本発明の光学系の前群を構成する透明媒体の他の例を示す図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 which shows the other example of the transparent medium which comprises the front group of the optical system of this invention. 本発明の光学系の前群を構成する透明媒体の他の例を示す図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 which shows the other example of the transparent medium which comprises the front group of the optical system of this invention. 本発明の光学系の前群を構成する透明媒体の他の例を示す図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 which shows the other example of the transparent medium which comprises the front group of the optical system of this invention. 本発明の光学系の前群を構成する透明媒体の他の例を示す図1と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 1 which shows the other example of the transparent medium which comprises the front group of the optical system of this invention. 内視鏡先端の撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。It is a figure for showing the example which used the panorama imaging | photography optical system by this invention as an imaging | photography optical system of the endoscope front-end | tip. 自動車の各コーナや頂部に撮影光学系として本発明によるパノラマ撮影光学系を用いた例を示すための図である。It is a figure for showing the example using the panorama imaging optical system by the present invention as an imaging optical system in each corner and top of a car. 投影装置の投影光学系として本発明によるパノラマ投影光学系を用いた例を示すための図である。It is a figure for showing the example using the panorama projection optical system by this invention as a projection optical system of a projector. 屋外の被写体を本発明によるパノラマ撮影光学系を経て撮影し、屋内に本発明によるパノラマ投影光学系を通して投影表示する例を示すための図である。It is a figure for showing the example which image | photographs an outdoor to-be-photographed object via the panorama imaging | photography optical system by this invention, and is projected and displayed indoors through the panorama projection optical system by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…中心軸(回転対称軸)
2…遠方から入射する中心光束
0 …中心光束の中心光線
3U…遠方の空側から入射する光束
3L…遠方の地側から入射する光束
4…光束の結像位置
5…絞りの像の結像位置
10…前群
11…屈折面(入射面)
12、14、15、16…内面反射面
13…屈折面(射出面)
19…透明媒体
20…後群
21…絞り
22…平面鏡
30…像面
41…硬性内視鏡
42…軟性電子内視鏡
43…表示装置
44…投影装置
45…スクリーン
46…電線
47…建物
48…自動車
49…撮影装置
50…光学系(本発明)
L1〜L6…レンズ
1 ... Center axis (axis of rotational symmetry)
2. Central beam 2 0 incident from a distance 2 0 Central beam 3 U of a central beam 3 L of a beam incident from a far sky side 4 A beam 4 incident from a far ground side 5 Imaging position 5 of a beam Image position 10 ... front group 11 ... refracting surface (incident surface)
12, 14, 15, 16 ... inner reflective surface 13 ... refracting surface (exit surface)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Transparent medium 20 ... Rear group 21 ... Diaphragm 22 ... Plane mirror 30 ... Image plane 41 ... Hard endoscope 42 ... Flexible electronic endoscope 43 ... Display device 44 ... Projection device 45 ... Screen 46 ... Electric wire 47 ... Building 48 ... Automobile 49 ... Shooting device 50 ... Optical system (present invention)
L1-L6 ... Lens

Claims (10)

360°全方位の画像であって上下方向に90°以上の画角を有する画像を像面に結像させるか像面に配置された画像を360°全方位であって上下方向に90°以上の画角に投影する光学系であって、
中心軸の周りで回転対称な少なくとも1面の反射面を含む前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群と、前記後群と同軸に配置された開口とを備えており、
結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、遠方から前記前群に入射した光束は、前記前群と前記後群を順に経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、かつ、中心軸を含む断面内と、その断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内での中間結像回数が異なるように構成されており、
前記前群と前記後群とは互いに収差を略相補っていることを特徴とする光学系。
A 360 ° omnidirectional image having an angle of view of 90 ° or more in the vertical direction is formed on the image plane, or an image arranged on the image plane is 360 ° omnidirectional and 90 ° or more in the vertical direction. An optical system for projecting to the angle of view of
A front group including at least one reflecting surface rotationally symmetric about the central axis, a rear group rotationally symmetric about the central axis and having positive power, and an opening disposed coaxially with the rear group. And
In the case of an imaging system, the light beam that has entered the front group from a distance passes through the front group and the rear group in this order, as opposed to the order in which the light beam advances in the projection system. The image is formed at a position off the axis, and the number of intermediate imaging is different between the cross section including the central axis and the plane orthogonal to the cross section and including the central ray of the luminous flux. And
2. The optical system according to claim 1, wherein the front group and the rear group have substantially complementary aberrations.
前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は、少なくとも1面の内面反射面と少なくとも2面の屈折面を持ち、結像系の場合は光線の進む順に、投影系の場合は光線の進む順とは反対に、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、内面反射面で順に反射されて射出面の屈折面を経て透明媒体から外に出て、前記後群を経て像面の中心軸から外れた位置に結像することを特徴とする請求項1記載の光学系。 The front group includes a transparent medium that is rotationally symmetric about a central axis, and the transparent medium has at least one internal reflection surface and at least two refracting surfaces. In the case of a projection system, contrary to the order in which the light beam travels, the light enters the transparent medium through the refracting surface of the incident surface, is sequentially reflected by the inner reflecting surface, and exits from the transparent medium through the refracting surface of the exit surface. The optical system according to claim 1, wherein the optical system forms an image at a position deviating from the central axis of the image plane through the rear group. 遠方から入射する光束は前記前群内で中心軸に対して片側のみに位置する前記反射面を通ることを特徴とする請求項1又は2記載の光学系。 3. The optical system according to claim 1, wherein a light beam incident from a distance passes through the reflecting surface located only on one side with respect to a central axis in the front group. 遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で1回中間結像し、中心軸を含む断面に対して直交し、その光束の中心光線を含む平面内では中間結像せず、かつ、前記前群は1面乃至4面の反射面を有することを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の光学系。 A light beam incident from a distance forms an intermediate image once in a cross section including the central axis, is orthogonal to the cross section including the central axis, does not form an intermediate image in a plane including the central ray of the light beam, and The optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the front group has one to four reflecting surfaces. 前記後群は、回転対称の同軸屈折光学系からなることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の光学系。 The optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the rear group includes a rotationally symmetric coaxial refractive optical system. 前記後群のペッバール和をp、その焦点距離をfとするとき、
−2<p・f<−0.05 ・・・(1)
の条件を満たすことを特徴とする請求項1から5の何れか1項記載の光学系。
When the Pebbar sum of the rear group is p and its focal length is f,
-2 <p · f <−0.05 (1)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
中心軸を含む断面において、入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をA、入射瞳位置から前記前群の第1面までの光路長をBとするとき、
5<|A/B| ・・・(2)
の条件を満たすことを特徴とする請求項2から6の何れか1項記載の光学系。
In the cross section including the central axis, when the optical path length from the entrance pupil position to the aperture position is A, and the optical path length from the entrance pupil position to the first surface of the front group is B,
5 <| A / B | (2)
The optical system according to claim 2, wherein the following condition is satisfied.
前記前群は、遠方から入射する中心光束の中心光線の入射角が45°以下の反射面を少なくとも1面有することを特徴とする請求項1から7の何れか1項記載の光学系。 8. The optical system according to claim 1, wherein the front group has at least one reflecting surface having an incident angle of a central ray of a central light beam incident from a distance of 45 ° or less. 9. 少なくとも1面の内面反射面は対称面を持たない任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項1から7の何れか1項記載の光学系。 The at least one inner reflection surface has a rotationally symmetric shape formed by rotating an arbitrary-shaped line segment having no symmetry plane around the central axis. The optical system according to item. 少なくとも1面の内面反射面は奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項1から7の何れか1項記載の光学系。 The at least one inner reflection surface has a rotationally symmetric shape formed by rotating an arbitrary-shaped line segment including an odd-numbered term around a central axis. The optical system described.
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