JP2009053330A - Optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学系に関し、特に、反射光学系、反射屈折光学系であって、小型で簡単な構成で軸外の広い観察画角を撮像可能な結像光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system, and more particularly to an imaging optical system that is a reflective optical system and a catadioptric optical system and can capture a wide off-axis observation angle of view with a small and simple configuration.
従来、2面の球面鏡、放物面鏡、楕円面鏡を組み合わせて対物系としたりリレー光学系とすることはよく知られており、その応用例もある。 Conventionally, it is well known that an objective system or a relay optical system is formed by combining two spherical mirrors, a parabolic mirror, and an ellipsoidal mirror, and there is an application example thereof.
特許文献1に記載のものは、2枚の中央に開口を持つ凹面球面鏡を対向させ、その2つの反射面の間に2枚のレンズを配置してリレー光学系とするものである。
また、特許文献2に記載のものは、裏面鏡からなる2枚の中央に開口を持つ凹面球面鏡を対向させてなる対物系である。
しかし、特許文献1〜2等で知られている反射屈折光学系は、何れも軸上像を結像するためのものであり、軸外の広い画角の像を結像するものではなく、さらに大型になるものである。
However, the catadioptric optical systems known from
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射光学系、反射屈折光学系であって、小型で簡単な構成で軸外の広い観察画角を撮像可能な光学系を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation in the prior art, and an object thereof is a reflection optical system and a catadioptric optical system, which captures a wide off-axis observation angle of view with a small and simple configuration. It is to provide a possible optical system.
上記目的を達成する本発明の光学系は、光軸に対して回転対称な光学系であって、対向する2面の反射面を備え、前記反射面は各々は光軸を含む中心部に開口を備え、物体側反射面の開口を経て2面の反射面間に入射した光軸外の物体からの光束は、像面側反射面、前記物体側反射面の順に反射して、前記像面側反射面の開口を経て2面の反射面間から出て像面に結像する光学系であって、前記物体側反射面の開口を経て入射する光束と前記物体側反射面で反射されて前記像面側反射面の開口を経て出る光束とが光軸の片側のみで交差する光学系において、
物体の中間像を1回のみ前記2面の反射面の間に結像し、かつ、前記反射面の中少なくとも1面は光軸上で不連続な回転対称な曲面からなることを特徴とするものである。
An optical system of the present invention that achieves the above object is an optical system that is rotationally symmetric with respect to an optical axis, and includes two opposing reflecting surfaces, each of which opens at a central portion including the optical axis. A light beam from an object outside the optical axis that is incident between the two reflecting surfaces through the opening of the object-side reflecting surface is reflected in the order of the image-side reflecting surface and the object-side reflecting surface, and the image surface An optical system for forming an image on an image surface through an opening on the side reflecting surface and forming an image on an image surface, and is reflected by the light beam incident through the opening on the object side reflecting surface and the object side reflecting surface In the optical system in which the light beam emitted through the aperture of the image plane side reflecting surface intersects only on one side of the optical axis,
An intermediate image of an object is formed only once between the two reflecting surfaces, and at least one of the reflecting surfaces is formed of a rotationally symmetric curved surface that is discontinuous on the optical axis. Is.
この場合、前記2面の反射面間が透明媒質で満たされ、前記物体側反射面の開口近傍に回転対称な入射面、前記像面側反射面の開口近傍に回転対称な射出面を備えていることが望ましい。 In this case, a space between the two reflecting surfaces is filled with a transparent medium, and a rotationally symmetric incident surface is provided near the opening of the object-side reflecting surface, and a rotationally symmetric exit surface is provided near the opening of the image-side reflecting surface. It is desirable.
また、前記入射面、前記射出面の一方がそれぞれ前記物体側反射面、前記像面側反射面を構成する曲面と同一位置同一形状の曲面からなっていてもよい。 Further, one of the incident surface and the exit surface may be a curved surface having the same position and shape as the curved surface constituting the object-side reflecting surface and the image-side reflecting surface, respectively.
また、前記光軸上で不連続な回転対称な曲面がトーリック面、あるいは、光軸を含む平面上で任意形状の曲線を光軸の周りで回転させて形成される回転自由曲面から構成することができる。 Further, the rotationally symmetric curved surface that is discontinuous on the optical axis is a toric surface or a rotationally free curved surface that is formed by rotating an arbitrary shape curve around the optical axis on a plane including the optical axis. Can do.
また、前記光軸上で不連続な回転対称な曲面が光軸を含む平面上で奇数次項を含む任意形状の曲線を光軸の周りで回転させて形成される回転自由曲面からなることが望ましい。 Further, it is desirable that the rotationally symmetric curved surface that is discontinuous on the optical axis is a free-form curved surface formed by rotating an arbitrary-shaped curve including an odd-order term on the plane including the optical axis around the optical axis. .
また、前記物体側反射面の開口前方の光軸近傍の物体からの光束が、前記入射面、前記射出面の順に通過して前記像面に結像されることもできる。 Further, a light beam from an object in the vicinity of the optical axis in front of the opening of the object-side reflecting surface may pass through the incident surface and the exit surface in this order to form an image on the image surface.
以上の本発明によると、小型で簡単な構成で軸外の広い観察画角を撮像可能な光学系を得ることができる。 According to the present invention described above, an optical system capable of capturing a wide off-axis observation angle of view with a small and simple configuration can be obtained.
以下、本発明の光学系を実施例に基づいて説明する。 The optical system of the present invention will be described below based on examples.
図1は、本発明の実施例1の光学系の光軸を含み光路を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing an optical path including the optical axis of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
本発明の光学系10は、光軸O−O’を中心として回転対称な光学系である。そして、対向する2面の反射面1、3を備えており、反射面1、3各々は光軸O−O’を含む中心部にそれぞれ開口2、4を備えている。このように、本発明の光学系10は、光軸O−O’を中心として回転対称であるので、製作性が良い。
The
この光学系10は、光軸O−O’の外の物体からの光束を入射させて像面5に結像するものであり、構成が上記のように回転対称であるため、光軸O−O’の外の光軸O−O’を中心とする360°全方位の軸外の物体の像を像面5に円環状に結像する。図1は特定方位の断面図であり、その方位における最内画角の光束を11i 、最外画角の光束を11o としている。
This
したがって、物体側反射面1の開口2を経て反射面1、3間に入射した光軸外の物体からの光束11i 、11o は、像面側反射面3、物体側反射面1の順に反射して、像面側反射面3の開口4を経て反射面1、3間から出て像面5に円環状の像を結像する。その際、物体側反射面1の開口2を経て入射する光束と物体側反射面1で反射されて像面側反射面3の開口4を経て出る光束とは、光軸O−O’の光学系10に入射する方位と反対側で交差するような光路をとって光学系10から射出する。このように、光軸外の物体からの光束11i 、11o が光軸O−O’の片側のみで交差するように構成することで、反射面1、3の開口2、4の外の領域を有効に使うことができ、光学系10が小型になり、諸収差の発生が少なくなる。
Therefore, the
また、本発明に基づいて、物体の中間像21を反射面1、3の間に1回結像するように構成している。中間像21を光学系10内に結像する構成とすると、物体側反射面1の開口2の像を像面側反射面3の開口4の近傍に結像させることが可能になり、光学系10内に有効径の大きな光束を有効に入射させ、光学系10から有効径の大きな光束を有効に取り出すことができ、明るい光学系が可能になる。中間像の結像回数をそれ以上に増やすと、光学系10が特に回転対称軸(光軸)方向に大型化し好ましくない。
Further, according to the present invention, the
また、反射面1、3の中少なくとも1面を光軸O−O’上で不連続な回転対称な曲面から構成する。光軸O−O’上で不連続な回転対称な曲面としては、トーリック面や、光軸O−O’を含む平面上で任意形状の曲線を光軸O−O’の周りで回転させて形成される回転自由曲面等から構成する。このような光軸O−O’上で不連続な回転対称な曲面は、回転対称軸(光軸)とその曲面が直交する制約を受けなくなるために、サジタル断面とメリジオナル断面の曲率を任意に設定することが可能となり、軸外の諸収差の発生を少なくすることが可能となる。
Further, at least one of the reflecting
また、反射面1、3間を屈折率が1より大きな透明媒質6で満たし、反射面1、3の開口2、4近傍にそれぞれ回転対称な入射面7、回転対称な射出面8を設けるようにすることが望ましい。このような屈折面の入射面7、射出面8を備えるようにすると、諸収差の発生をより少なくすることが可能となると共に、光学系10をより小型化できる。
Further, the space between the
また、入射面7、射出面8の一方がそれぞれ反射面1、3を構成する曲面と同一位置同一形状の曲面から構成することにより、製作性が向上する。さらに好ましくは、それを平面にすることで製作性が飛躍的に向上する。
Further, when one of the entrance surface 7 and the
また、像面側反射面3を物体側の開口2に凹面を向けた曲面で構成することが好ましい。このように構成すると、観察画角を広くとっても像面側反射面3で反射後の光束は光軸O−O’に略平行な光束となり、光学系の大型化を避けることができる。また、コマ収差の発生を小さくすることが可能となる。
In addition, it is preferable that the image-
また、光軸O−O’上で不連続な回転対称な曲面として、光軸O−O’を含む平面上で対称面を持たない任意形状の曲線を光軸O−O’の周りで回転させて形成される回転自由曲面とすることにより、特に観察画角の広い周辺光路の画角周辺部分の歪みを補正することが可能となる。 Further, an arbitrary-shaped curve having no symmetry plane on the plane including the optical axis OO ′ is rotated around the optical axis OO ′ as a discontinuous rotationally symmetric curved surface on the optical axis OO ′. By using the rotation free-form surface formed as described above, it becomes possible to correct distortion in the peripheral portion of the field angle of the peripheral optical path having a wide observation field angle.
さらに好ましくは、その曲線が奇数次項を含む任意形状の曲線であると、この奇数次項により周辺光路の画面周辺部分の歪をより補正することが可能となる。 More preferably, if the curve is a curve of an arbitrary shape including odd-order terms, the odd-order terms can further correct distortion in the peripheral portion of the screen of the peripheral optical path.
なお、反射面1、3間を屈折率が1より大きな透明媒質6で満たし、反射面1、3の開口2、4近傍にそれぞれ回転対称な入射面7、回転対称な射出面8を設けるようにすると、光軸O−O’近傍の画角では、入射面7の屈折面と射出面8の屈折面からなる屈折光学系(単レンズ)となるので、入射面7と射出面8に適切なパワーを与えることにより、近接拡大が可能となり、周辺観察(反射屈折光学系)と拡大観察(屈折光学系)とが1つの光学素子で可能となる(実施例4)。
The space between the
次に、本発明の光学系の実施例1〜4について説明する。 Next, Examples 1 to 4 of the optical system of the present invention will be described.
図1を参照にして実施例1の光学系を説明する。図1において、この実施例の光学系10は対向配置の2面の反射面1、3を備えており、反射面1、3間が屈折率が1より大きな透明媒質6で満たされており、反射面1、3の開口2、4近傍にそれぞれ屈折面の入射面7と射出面8を備えている。ここで、反射面1と反射面3は共に相互に凹面を向かい合わせた光軸O−O’上で不連続なトーリック面からなり、入射面7は物体側に凸の球面、射出面8は像面側に凸の球面からなる。そして、入射瞳を形成する絞り9が入射面7位置に配置され、その絞り9の像19が物体側反射面1から射出面8に到る光路中に結像され、射出瞳を開口4近傍に位置させている。また、遠方の物体の中間像21を入射面7から像面側反射面3に到る光路中に形成している。
The optical system of Example 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the
なお、光学系10の物体側に平行平板のカバーガラス15を備え、また、像面(撮像面)5の入射側にカバーガラス16を備えている。
A parallel
この実施例においては、図1に示すように、光軸O−O’外の遠方の物体からの光は、カバーガラス15、絞り9、入射面7、反射面3、反射面1、射出面8、カバーガラス16の順に通り、像面5に結像される。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, light from a distant object outside the optical axis OO ′ is transmitted from the
この実施例の構成パラメータは後記するが、図1に示すように、遠方の物体からカバーガラス15、絞り9、入射面7、反射面3、反射面1、射出面8、カバーガラス16、像面5に至る順光線追跡の結果に基づくものである。
The configuration parameters of this embodiment will be described later. As shown in FIG. 1, from a distant object, the
座標系は、順光線追跡において、絞り9の中心光線を原点として、光軸O−O’の像面5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の面の紙面の表から裏に向かう方向をX軸正方向とし、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をY軸正方向とする。
In the forward ray tracing, the coordinate system uses the central ray of the stop 9 as the origin, the
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、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。 In addition, when a specific surface and subsequent surfaces of the optical working surface constituting the optical system constitute a coaxial optical system, a surface interval is given. In addition, the curvature radius of the surface and the refractive index of the medium are given. , Abbe numbers are given according to idioms.
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、絞り面中心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 constituent parameters described later is zero. The refractive index and the Abbe number are shown for the d-line (wavelength 587.56 nm). The unit of length is mm. The eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the center of the diaphragm surface as described above.
なお、トーリック面を含む拡張回転自由曲面(回転自由曲面)は、以下の定義で与えられる回転対称面である。 The extended rotation free-form surface (rotation free-form surface) including the toric surface is a rotationally symmetric surface given by the following definition.
まず、Y−Z座標面上で原点を通る下記の曲線(b)が定められる。 First, the following curve (b) passing through the origin on the YZ coordinate plane is determined.
Z=(Y2 /RY)/[1+{1−(C1 +1)Y2 /RY2 }1 /2]
C2 Y+C3 Y2 +C4 Y3 +C5 Y4 +C6 Y5 +C7 Y6
+・・・・+C21Y20+・・・・+Cn+1 Yn +・・・・
・・・(b)
次いで、この曲線(b)をX軸正方向を向いて左回りを正として角度θ(°)回転した曲線F(Y)が定められる。この曲線F(Y)もY−Z座標面上で原点を通る。
Z = (Y 2 / RY) / [1+ {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 + ····
... (b)
Next, a curve F (Y) obtained by rotating the curve (b) in the positive direction of the X-axis and turning it counterclockwise to be positive is determined. This curve F (Y) also passes through the origin on the YZ coordinate plane.
その曲線F(Y)をY正方向に距離R(負のときはZ負方向)だけ平行移動し、その後にZ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。 The curve F (Y) is translated in the Y positive direction by a distance R (Z negative direction when negative), and then the rotationally symmetric surface formed by rotating the translated curve around the Z axis is expanded and rotated. Let it be a free-form surface.
その結果、拡張回転自由曲面はY−Z面内で自由曲面(自由曲線)になり、X−Y面内で半径|R|の円になる。 As a result, the extended rotation free-form surface becomes a free-form surface (free-form curve) in the YZ plane and a circle with a radius | R | in the XY plane.
この定義からZ軸が拡張回転自由曲面の軸(回転対称軸)となる。 From this definition, the Z-axis becomes the axis of the extended rotation free-form surface (rotation symmetry axis).
ここで、RYはY−Z断面での球面項の曲率半径、C1 は円錐定数、C2 、C3 、C4 、C5 …はそれぞれ1次、2次、3次、4次…の非球面係数である。なお、非球面係数C2 、C3 、C4 、C5 …が0の場合、トーリック面となり、その特別な場合が球面となる。 Where RY is the radius of curvature of the spherical term in the YZ section, C 1 is the conic constant, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 . Aspheric coefficient. When the aspheric coefficients C 2 , C 3 , C 4 , C 5 ... Are 0, a toric surface is obtained, and a special case is a spherical surface.
以下の実施例についても同様である。 The same applies to the following embodiments.
実施例1の仕様は、
画角 10.00°〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.46mm〜φ1.83mm
である。
The specification of Example 1 is
Angle of view 10.00 °-60.0 °
Entrance pupil diameter φ0.10mm
Image size φ0.46mm to φ1.83mm
It is.
図2に、この実施例の光学系の横収差を示す。この横収差図において、中央に示された角度は光軸O−O’からの画角であり、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. 2 shows the lateral aberration of the optical system of this example. In this lateral aberration diagram, the angle shown in the center is the angle of view from the optical axis O-O ', and shows lateral aberrations in the Y direction (meridional direction) and the X direction (sagittal direction). same as below.
図3を参照にして実施例2の光学系を説明する。図3において、この実施例の光学系10は対向配置の2面の反射面1、3を備えており、反射面1、3間が屈折率が1より大きな透明媒質6で満たされており、反射面1、3の開口2、4近傍にそれぞれ屈折面の入射面7と射出面8を備えている。ここで、反射面1と反射面3は共に相互に凹面を向かい合わせた光軸O−O’上で不連続な曲面からなり、反射面1はトーリック面、反射面3は拡張回転自由曲面(回転自由曲面)からなり、入射面7は物体側に凸の球面、射出面8は像面側に凸の球面からなる。そして、入射瞳を形成する絞り9が入射面7位置に配置され、その絞り9の像19が物体側反射面1から射出面8に到る光路中に結像され、射出瞳を開口4近傍に位置させている。また、遠方の物体の中間像21を入射面7から像面側反射面3に到る光路中に形成している。
The optical system of Example 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the
なお、光学系10の物体側に平行平板のカバーガラス15を備え、また、像面(撮像面)5の入射側にカバーガラス16を備えている。
A parallel
この実施例においては、図3に示すように、光軸O−O’外の遠方の物体からの光は、カバーガラス15、絞り9、入射面7、反射面3、反射面1、射出面8、カバーガラス16の順に通り、像面5に結像される。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, light from a distant object outside the optical axis OO ′ is transmitted from the
この実施例の実施例1と同様の構成パラメータを後記する。 Configuration parameters similar to those of the first embodiment will be described later.
実施例2の仕様は、
画角 10.00°〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.45mm〜φ1.82mm
である。
The specification of Example 2 is
Angle of view 10.00 °-60.0 °
Entrance pupil diameter φ0.10mm
Image size φ0.45mm to φ1.82mm
It is.
図4に、この実施例の光学系の図2と同様の横収差を示す。 FIG. 4 shows transverse aberration similar to that of FIG. 2 of the optical system of this example.
図5を参照にして実施例3の光学系を説明する。図5において、この実施例の光学系10は対向配置の2面の反射面1、3を備えており、反射面1、3間が屈折率が1より大きな透明媒質6で満たされており、反射面1、3の開口2、4近傍にそれぞれ屈折面の入射面7と射出面8を備えている。ここで、反射面1は平面、反射面3は反射面1に対して凹面を向かい合わせ、光軸O−O’上で不連続な拡張回転自由曲面(回転自由曲面)からなり、入射面7は反射面1の平面と同じ平面、射出面8は像面側に凸の球面からなる。そして、入射瞳を形成する絞り9が入射面7位置に配置され、その絞り9の像19が物体側反射面1から射出面8に到る光路中に結像され、射出瞳を開口4近傍に位置させている。また、遠方の物体の中間像21を像面側反射面3から物体側反射面1に到る光路中に形成している。
The optical system of Example 3 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the
なお、光学系10の物体側に平行平板のカバーガラス15を備え、また、像面(撮像面)5の入射側にカバーガラス16を備えている。
A parallel
この実施例においては、図5に示すように、光軸O−O’外の遠方の物体からの光は、カバーガラス15、絞り9、入射面7、反射面3、反射面1、射出面8、カバーガラス16の順に通り、像面5に結像される。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, light from a distant object outside the optical axis OO ′ is transmitted from the
この実施例の実施例1と同様の構成パラメータを後記する。 Configuration parameters similar to those of the first embodiment will be described later.
実施例3の仕様は、
画角 10.00°〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.37mm〜φ1.87mm
である。
The specification of Example 3 is
Angle of view 10.00 °-60.0 °
Entrance pupil diameter φ0.10mm
Image size φ0.37mm to φ1.87mm
It is.
図6に、この実施例の光学系の図2と同様の横収差を示す。 FIG. 6 shows lateral aberrations similar to those in FIG. 2 of the optical system of this example.
図7を参照にして実施例4の光学系を説明する。図7において、この実施例の光学系10は対向配置の2面の反射面1、3を備えており、反射面1、3間が屈折率が1より大きな透明媒質6で満たされており、反射面1、3の開口2、4近傍にそれぞれ屈折面の入射面7と射出面8を備えている。ここで、反射面1は平面、反射面3は反射面1に対して凹面を向かい合わせ、光軸O−O’上で不連続な拡張回転自由曲面(回転自由曲面)からなり、入射面7は反射面1の平面と同じ平面、射出面8は像面側に凸の球面からなる。そして、入射瞳を形成する絞り9が入射面7位置に配置され、その絞り9の像19が物体側反射面1から射出面8に到る光路中に結像され、射出瞳を開口4近傍に位置させている。また、遠方の物体の中間像21を像面側反射面3から物体側反射面1に到る光路中に形成している。
The optical system of Example 4 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the
なお、光学系10の物体側に平行平板のカバーガラス15を備え、また、像面(撮像面)5の入射側にカバーガラス16を備えている。
A parallel
この実施例においては、図7に示すように、光軸O−O’外の遠方の物体からの光は、カバーガラス15、絞り9、入射面7、反射面3、反射面1、射出面8、カバーガラス16の順に通り、像面5に結像される。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, light from a distant object outside the optical axis OO ′ is transmitted from the
そして、この実施例においては、上記のように、光軸O−O’の外の遠方の物体からの像を像面5に円環状に結像する(周辺光路)以外に、光軸O−O’近傍に位置する近距離物体面20の像を、カバーガラス15、入射面7、射出面8、カバーガラス16の順に通り、像面5の中心近傍に結像する(中心光路)。すなわち、近距離物体面20に対しては、入射面7と射出面8で挟まれた透明媒質6が単レンズの作用をして近距離物体面20の像を像面に結像する。
In this embodiment, as described above, an image from a distant object outside the optical axis OO ′ is formed on the
この実施例の周辺光路と中心光路の構成パラメータは後記する。 The configuration parameters of the peripheral optical path and the central optical path in this embodiment will be described later.
実施例4の仕様は、
画角 (周辺光路) 10.00°〜60.0°
(中心光路) 5.00°
入射瞳径 (周辺光路) φ0.20mm
(中心光路) φ0.40mm
像の大きさ(周辺光路) φ0.37mm〜φ1.91mm
(中心光路) φ0.35mm
である。
The specification of Example 4 is
Angle of view (peripheral light path) 10.00 ° ~ 60.0 °
(Central optical path) 5.00 °
Entrance pupil diameter (peripheral optical path) φ0.20mm
(Center optical path) φ0.40mm
Image size (peripheral optical path) φ0.37mm to φ1.91mm
(Center optical path) φ0.35mm
It is.
図8、図9に、この実施例の光学系のそれぞれ周辺光路と中心光路の図2と同様の横収差を示す。 8 and 9 show lateral aberrations similar to those in FIG. 2 for the peripheral optical path and the central optical path, respectively, of the optical system of this example.
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“ERFS”は拡張回転自由曲面、“RS”は反射面を示す。 The configuration parameters of Examples 1 to 4 are shown below. In the table below, “ERFS” indicates an extended rotation free-form surface, and “RS” indicates a reflective surface.
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 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞(絞り) 0.00
4 1.29 1.8348 42.7
5 ERFS[1] (RE) 偏心(1) 1.8348 42.7
6 ERFS[2] (RE) 偏心(2) 1.8348 42.7
7 -1.20 1.00 偏心(3)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -4.07
θ 9.71
R 0.91
ERFS[2]
RY -84.83
θ -3.63
R 0.71
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.30
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
Example 1
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentric Refractive index Abbe number Object surface ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞ (Aperture) 0.00
4 1.29 1.8348 42.7
5 ERFS [1] (RE) Eccentricity (1) 1.8348 42.7
6 ERFS [2] (RE) Eccentricity (2) 1.8348 42.7
7 -1.20 1.00 Eccentricity (3)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -4.07
θ 9.71
R 0.91
ERFS [2]
RY -84.83
θ -3.63
R 0.71
Eccentricity (1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (3)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.30
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 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞(絞り) 0.00
4 1.31 1.8348 42.7
5 ERFS[1] (RE) 偏心(1) 1.8348 42.7
6 ERFS[2] (RE) 偏心(2) 1.8348 42.7
7 -1.19 1.02 偏心(3)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -3.98
θ 9.82
R 0.91
C4 -4.9130 ×10-4
C5 3.7986 ×10-3
ERFS[2]
RY -120.49
θ -3.41
R 0.70
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.23
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.30
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
Example 2
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentric Refractive index Abbe number Object surface ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞ (Aperture) 0.00
4 1.31 1.8348 42.7
5 ERFS [1] (RE) Eccentricity (1) 1.8348 42.7
6 ERFS [2] (RE) Eccentricity (2) 1.8348 42.7
7 -1.19 1.02 Eccentricity (3)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -3.98
θ 9.82
R 0.91
C 4 -4.9130 × 10 -4
C 5 3.7986 × 10 -3
ERFS [2]
RY -120.49
θ -3.41
R 0.70
Eccentricity (1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.23
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric (2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (3)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.30
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 ∞ 10.00
1 ∞ 5.00 1.5163 64.1
2 ∞ 0.10
3 ∞(絞り) 0.00 4 ∞ 1.8348 42.7
5 ERFS[1] (RE) 偏心(1) 1.8348 42.7
6 ∞ (RE) 1.8348 42.7
7 -0.93 1.64 偏心(2)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -3.98
θ 12.14
R 0.88
C4 3.0732 ×10-3
C5 6.3495 ×10-3
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.19
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
Example 3
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentric Refractive index Abbe number Object surface ∞ 10.00
1 ∞ 5.00 1.5163 64.1
2 ∞ 0.10
3 ∞ (Aperture) 0.00 4 ∞ 1.8348 42.7
5 ERFS [1] (RE) Eccentricity (1) 1.8348 42.7
6 ∞ (RE) 1.8348 42.7
7 -0.93 1.64 Eccentricity (2)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -3.98
θ 12.14
R 0.88
C 4 3.0732 × 10 -3
C 5 6.3495 × 10 -3
Eccentricity (1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.19
α 0.00 β 0.00 γ 0.00.
実施例4
(周辺光路)
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.10
3 ∞(絞り) 0.00 4 ∞ 1.8348 42.7
5 ERFS[1] (RE) 偏心(1) 1.8348 42.7
6 ∞ (RE) 1.8348 42.7
7 -0.93 1.64 偏心(2)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -3.98
θ 12.14
R 0.88
C4 3.0732 ×10-3
C5 6.3495 ×10-3
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.19
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
(中心光路)
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 0.10
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.10
3 ∞(絞り) 0.00
4 ∞ 3.19 1.8348 42.7
5 -0.93 1.64
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞ 。
Example 4
(Ambient light path)
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentric Refractive index Abbe number Object surface ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.10
3 ∞ (Aperture) 0.00 4 ∞ 1.8348 42.7
5 ERFS [1] (RE) Eccentricity (1) 1.8348 42.7
6 ∞ (RE) 1.8348 42.7
7 -0.93 1.64 Eccentricity (2)
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -3.98
θ 12.14
R 0.88
C 4 3.0732 × 10 -3
C 5 6.3495 × 10 -3
Eccentricity (1)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentricity (2)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.19
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
(Central optical path)
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentric Refractive index Abbe number Object surface ∞ 0.10
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.10
3 ∞ (Aperture) 0.00
4 ∞ 3.19 1.8348 42.7
5 -0.93 1.64
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
Image plane ∞.
本発明において、さらに好ましくは、最大像高をImm、入射面7から射出面8までの距離dmmとするとき、
2<d/I<5 ・・・(1)
なる条件を満足することが望ましい。
In the present invention, more preferably, when the maximum image height is Imm and the distance dmm from the entrance surface 7 to the
2 <d / I <5 (1)
It is desirable to satisfy the following conditions.
上記条件式(1)は、下限の2を越えると、光学系10内で1回中間像21を結像するために必要な光路長を短くするために、各反射面1、3のパワーが強くなりすぎ、収差が大きく発生する。上限の5を越えると、光学系10が大きくなりすぎてしまい、小型の光学系を実現できない。
When the above conditional expression (1) exceeds the lower limit of 2, the power of the reflecting
上記実施例1〜4のI、d、d/Iの値は次の通りである。 The values of I, d, and d / I in Examples 1 to 4 are as follows.
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4
I 0.91 0.91 0.95 0.95
d 3.30 3.29 3.19 3.19
d/I 3.63 3.62 3.36 3.36 。
Example 1 Example 2 Example 3 Example 4
I 0.91 0.91 0.95 0.95
d 3.30 3.29 3.19 3.19
d / I 3.63 3.62 3.36 3.36.
以上のような本発明の光学系は、例えば管内観察装置、カプセル内視鏡、車載カメラ等の対物光学系あるいは投影光学系として使用可能である。 The optical system of the present invention as described above can be used as an objective optical system or a projection optical system such as an in-tube observation apparatus, a capsule endoscope, and an in-vehicle camera.
O−O’…光軸(回転対称軸)
1…物体側反射面
2…物体側反射面の開口
3…像面側反射面
4…像面側反射面の開口
5…像面
6…透明媒質
7…入射面
8…射出面
9…絞り
10…光学系(本発明)
11i …最内画角の光束
11o …最外画角の光束
15、16…カバーガラス
19…絞りの像
20…近距離物体面
21…光軸外物体の中間像
OO '... Optical axis (Axis of rotation symmetry)
DESCRIPTION OF
11 i ... Light flux of
Claims (7)
物体の中間像を1回のみ前記2面の反射面の間に結像し、かつ、前記反射面の中少なくとも1面は光軸上で不連続な回転対称な曲面からなることを特徴とする光学系。 An optical system that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and includes two opposing reflecting surfaces, each of the reflecting surfaces having an opening in the center including the optical axis, and passing through the opening of the object side reflecting surface. A light beam from an object outside the optical axis that is incident between the reflecting surfaces of the surfaces is reflected in the order of the image-side reflecting surface and the object-side reflecting surface, and passes through the opening of the image-side reflecting surface so that two reflecting surfaces are obtained. An optical system for forming an image on the image plane through the space, a light beam incident through the opening of the object side reflecting surface and a light beam reflected by the object side reflecting surface and exiting through the opening of the image side reflecting surface In an optical system where and intersect only on one side of the optical axis,
An intermediate image of an object is formed only once between the two reflecting surfaces, and at least one of the reflecting surfaces is formed of a rotationally symmetric curved surface that is discontinuous on the optical axis. Optical system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007218345A JP2009053330A (en) | 2007-08-24 | 2007-08-24 | Optical system |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007218345A Withdrawn JP2009053330A (en) | 2007-08-24 | 2007-08-24 | Optical system |
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