JP2009139480A - 光学系及びそれを用いた内視鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で広い観察画角を撮像素子上に撮像することが可能であり、小型で安価な光学系及びそれを用いた内視鏡を提供する。
【解決手段】後群透明媒体Lbに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Sを通り、後群第1透過面21を経て後群透明媒体Lb内に入り、後群第1反射面22で像面5と反対側に反射され、後群第2反射面23で像面5側に反射され、後群第2透過面24を経て後群透明媒体Lbから像面5側に外へ出る略Z字状の第1光路Aを構成し、第1光路Aの少なくとも後群第1反射面22と後群第2反射面23の間は、中心軸2に対して片側のみで構成され、第1光路A中に中間像が結像されることなく、中心軸2周りの物点を開口S近傍で中心軸2と1回交差して反対側に結像し、全体として像面5に円環状に結像され、後群Gbの反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な回転対称な面で構成されている。
【選択図】図3
【解決手段】後群透明媒体Lbに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Sを通り、後群第1透過面21を経て後群透明媒体Lb内に入り、後群第1反射面22で像面5と反対側に反射され、後群第2反射面23で像面5側に反射され、後群第2透過面24を経て後群透明媒体Lbから像面5側に外へ出る略Z字状の第1光路Aを構成し、第1光路Aの少なくとも後群第1反射面22と後群第2反射面23の間は、中心軸2に対して片側のみで構成され、第1光路A中に中間像が結像されることなく、中心軸2周りの物点を開口S近傍で中心軸2と1回交差して反対側に結像し、全体として像面5に円環状に結像され、後群Gbの反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な回転対称な面で構成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は光学系及びそれを用いた内視鏡に関し、特に、回転対称軸周りの映像を撮像素子に円環状の映像として結像する機能を有する結像光学系又は投影光学系に関するものである。
従来、2面の球面又は放物面鏡を組み合わせた光学系があった。
特許第3382683号公報
特許第3212784号公報
特公昭62−52842号公報
しかしながら、どの特許文献に記載された光学系も、小型な構成で、且つ、高画角の映像を得ることはできなかった。
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、簡単な構成で広い観察画角を撮像素子上に撮像することが可能であり、小型で安価な光学系及びそれを用いた内視鏡を提供することである。
上記目的を達成する本発明の光学系は、少なくとも1つの反射面を含む前群と、後群と、前記前群と前記後群の間に配置された開口とを有し、中心軸を含む断面内で、前記中心軸の周りで回転対称な光学系において、前記後群は、前記開口の像面側に配置され、屈折率が1より大きい後群透明媒体を有し、前記後群透明媒体は、前記開口近傍の前記中心軸上に配置された後群第1透過面と、前記後群第1透過面より像面側に配置され、像面側に凹面を向けた後群第1反射面と、前記後群第1反射面より像面と反対側に配置され、像面側に凹面を向けた後群第2反射面と、前記後群第2反射面より像面側に配置された後群第2透過面と、を有し、前記後群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記開口を通り、前記後群第1透過面を経て前記後群透明媒体内に入り、前記後群第1反射面で像面と反対側に反射され、前記後群第2反射面で像面側に反射され、前記後群第2透過面を経て前記後群透明媒体から像面側に外へ出る略Z字状の第1光路を構成し、前記第1光路の少なくとも前記後群第1反射面と前記後群第2反射面の間は、前記中心軸に対して片側のみで構成され、前記第1光路中に中間像が結像されることなく、前記中心軸周りの物点を前記開口近傍で前記中心軸と1回交差して反対側に結像し、全体として像面に円環状に結像され、前記後群の反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な回転対称な面で構成されていることを特徴とする。
また、前記後群の反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な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拡張回転自由曲面で構成されていることを特徴とする。
また、前記後群の反射面のうち少なくとも1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状される拡張回転自由曲面で構成されていることを特徴とする。
また、前記後群第1反射面は、全反射作用と、反射コーティングにより反射するように構成され、前記反射コーティングは前記後群第1反射面の中心軸近傍のみに施されていることを特徴とする。
また、前記後群第1透過面と前記後群第2反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されていることを特徴とする。
また、前記後群第1透過面と前記後群第2反射面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする。
また、前記後群第1反射面と前記後群第2透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする。
また、前記後群第1反射面と前記後群第2透過面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする。
また、前記前群は、中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体を有し、前記前群透明媒体は、前群第1透過面と、前記前群第1透過面より像面側に配置された前群第1反射面と、前記前群第1反射面より像面と反対側に配置された前群第2反射面と、前記前群第2反射面より像面側に配置された前群第2透過面と、を有し、前記前群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記前群第1透過面を経て前記前群透明媒体内に入り、中心軸と交差した後、前記前群第1反射面で像面と反対側に反射され、中心軸と交差することなく、前記前群第2反射面で像面側に反射され、前記前群第2透過面を経て前記前群透明媒体から像面側に外へ出る光路を構成することを特徴とする。
また、前記前群は、中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体を有し、前記前群透明媒体は、前群第1透過面と、前記前群第1透過面より像面側に配置された前群第1反射面と、前記前群第1反射面より像面と反対側に配置された前群第2反射面と、前記前群第2反射面より像面側に配置された前群第2透過面と、を有し、前記前群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記前群第1透過面を経て前記前群透明媒体内に入り、中心軸と交差した後、前記前群第1反射面で像面と反対側に反射され、再度中心軸と交差した後、前記前群第2反射面で像面側に反射され、前記前群第2透過面を経て前記前群透明媒体から像面側に外へ出る光路を構成することを特徴とする。
また、前記前群は、中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体を有し、前記前群透明媒体は、前群第1透過面と、前記前群第1透過面より像面と反対側に配置された前群第1反射面と、前記前群第1反射面より像面側に配置された前群第2透過面と、を有し、前記前群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記前群第1透過面を経て前記前群透明媒体内に入り、中心軸と交差した後、前記前群第1反射面で像面側に反射され、前記前群第2透過面を経て前記前群透明媒体から像面側に外へ出る光路を構成することを特徴とする。
また、最大像高をImax、後群の外径をDとするとき、
0.5<D/(2×Imax)<10 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする。
0.5<D/(2×Imax)<10 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする。
また、最大像高をImax、前記開口から前記像面までの距離をLとするとき、
0.5<L/(2×Imax)<10 ・・・(2)
なる条件を満足することを特徴とする。
0.5<L/(2×Imax)<10 ・・・(2)
なる条件を満足することを特徴とする。
また、第1反射面の曲率をR1、第2反射面の曲率をR2とするとき、
0.2<R1/R2<5 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする。
0.2<R1/R2<5 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする。
また、第1反射面の曲率をR1、第2反射面の曲率をR2とするとき、
0.5<R1/R2<2 ・・・(3)'
なる条件を満足することを特徴とする。
0.5<R1/R2<2 ・・・(3)'
なる条件を満足することを特徴とする。
さらに、上記目的を達成する本発明は、前記光学系を用いた内視鏡であることを特徴とする。
以上の本発明の光学系においては、簡単な構成で広い画角を観察又は広い画角に映像を投影することが可能な小型で収差が良好に補正された解像力の良い光学系を得ることができる。
以下、実施例に基づいて本発明の光学系について説明する。
図3は、後述する実施例1の光学系1の中心軸(回転対称軸)2に沿ってとった断面図である。なお、以下の説明は、結像光学系として説明するが、光路を逆にとって投影光学系として用いることもできる。
本発明に係る光学系1は、中心軸2に対して回転対称で、少なくとも1つの反射面を含む前群Gfと、開口Sと、後群Gbとからなり、中間像を光路中に形成することなく像を形成又は投影する光学系1である。
実施例1の光学系1は、少なくとも1つの反射面を含む前群Gfと、後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間に配置された開口Sとを有し、中心軸2を含む断面内で、中心軸2の周りで回転対称な光学系1において、後群Gbは、開口Sの像面5側に配置され、屈折率が1より大きい後群透明媒体としての後1群透明媒体Lbを有し、後1群透明媒体Lbは、開口S近傍の中心軸2上に配置された後群第1透過面としての後1群第1透過面21と、後1群第1透過面21より像面側に配置され、像面側に凹面を向けた後群第1反射面としての後1群第1反射面22と、後1群第1反射面22より像面と反対側に配置され、像面側に凹面を向けた後群第2反射面としての後1群第2反射面23と、後1群第2反射面23より像面側に配置された後群第2透過面としての後1群第2透過面24と、を有し、後1群第1透過面21、後1群第1反射面22、後1群第2反射面23及び後1群第2透過面24は、曲面からなり、透明媒体Lに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Sを通り、後1群第1透過面21を経て透明媒体L内に入り、後1群第1反射面22で像面5と反対側に反射され、後1群第2反射面23で像面5側に反射され、後1群第2透過面24を経て透明媒体Lから像面5側に外へ出る略Z字状の第1光路Aを構成し、第1光路Aの少なくとも後1群第1反射面22と後1群第2反射面23の間は、中心軸2に対して片側のみで構成され、第1光路A中に中間像が結像されることなく、中心軸2周りの物点を開口S近傍で中心軸2と1回交差して反対側に結像し、全体として像面5に円環状に結像され、後群の反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な回転対称な面で構成されている。
中心軸2上の物体側から光路順で、開口S及びその近傍に配置された後1群第1透過面21、後1群第1反射面22、後1群第2反射面23、後1群第2透過面24の順に配置され、後1群第1反射面22と後1群第2反射面23は共に像側に凹面を向け配置されていることが重要である。
開口Sは物体側の後1群第1透過面21近傍にあることが重要で、開口Sを本発明の後1群透明媒体Lbの像側に配置すると、非点収差が大きく発生しフラットな像を形成することが出来なくなる。また、射出主光線傾角が大きくなってしまい、テレセン性が悪くなる。さらに、後1群第1透過面21と後1群第2反射面23の有効径の干渉が起き、画角を大きく取ることが出来なくなってしまう。
次に、透過面の間に反射面を配置することにより、反射面を内部反射面で構成することにより、像面湾曲などの収差の発生を少なくすることが可能となる。また、後1群第1反射面22に当る光線の傾きが空気中より小さくなりなるので、広画角にも良い結果をもたらす。
さらに、後1群第1反射面22と後1群第2反射面23は像側に凹面を向けていることが重要である。
この配置により物体側から光路順に負、正のパワー配置になり、所謂レトロフォーカス構成にすることが可能となり、広画角化が可能となる。また、この配置により光学系の主点を物体側に配置することが可能となり、Fバックを取ることが可能となる。
さらに、後1群第1反射面22と後1群第2反射面23の間の光路は回転対称軸を跨ぐことなく片側で構成されていることが重要である。
回転対称軸と光路が跨ぐことは、サジタル断面で中間結像することを意味し、光路長が長くなってしまい、光学系の大型化を招いてしまう。
さらに、Z字光路になっていることが重要である。
Z字光路をとることにより、各面での反射角を小さくすることが可能となり、偏心収差の発生を少なくすることが可能となる。また、開口から入射する光束が比較的低い(回転対称軸に近い)うちに後1群第1反射面22に当てる事が可能となり、後1群第1反射面22の強い負のパワーを持たせても、収差の発生を少なくすることが可能となる。
さらに、光路途中で中間像を形成しないように構成することが重要である。
光路途中で結像させると、光束径を小さくすることが可能であるが、本発明のように光学系の全長を短く出来ることが特徴の光学系においては、中間像を形成すると光学系の全長が長くなってしまい、光学系を小型にすることが不可能になってしまう。
また、中心軸2周りの物点を開口S近傍で中心軸2と1回交差して反対側に結像するように構成することが重要である。
物体からの光束は、中心軸2上の開口Sを通過すると同時に中心軸2と1回交差して、物体とは反対側に入射する。そこで、各反射面で反射され結像されるが、物体と中心軸2に対して同一側に結像する構成をとると、結像されるまでにもう一度中心軸2と交差する必要がある。サジタル断面では中心軸2上の開口Sを通過した光束が再び中心軸2と交差することは、開口Sの像を作ることを意味し、短い光学系全長のなかで、開口Sの像を再結像すると射出瞳が像近傍に出来てしまい、テレセン性をよくすることが出来なくなってしまう。また、そのための余分なパワーを光路中に設ける必要が生じ、光学系の大型化を招くこととなってしまう。
次に、像面5は円環状の平面の像面であることが重要である。
円環状の平面の像にすることにより、一つの平面の撮像素子又は表示素子により撮像又は投影することが可能となる。
また、後群Gbの反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な回転対称な面で構成することが重要である。
円環状に形成される像の大きさを任意にする自由度が増え、撮像光学系の場合には撮像素子を有効に使用することが可能となる。また、投影光学系の場合は表示素子の画素を有効に投影することが可能となる。
さらに好ましくは、後1群第1反射面22と後1群第2反射面23のうち少なくとも1面は、対称面を持たない任意形状の線分を中心軸2の周りで回転させて形成される回転対称な拡張回転自由曲面で構成することが重要である。
偏心光学系で光学系を構成すると、必ず偏心収差が発生する。この偏心収差の発生を少なくしたり、小さく補正することが可能となる。
さらに好ましくは、奇数次項を含む任意形状の線分であることが望ましい。
この奇数次項により周辺光路Aの画面周辺部分の歪の補正や像面の傾きを補正することが可能となる。
さらに、後1群第1反射面22は画角の広い光線は全反射により反射するように構成し、画角中心付近の後1群第1反射面22で全反射しない入射角の光線を反射させるように、後1群第1反射面22の中心部に反射コーティング4aすることが好ましい。これにより画角中心部の映像も撮像することが可能となる。さらに後1群第1反射面22周辺部は全反射するために、この部分は反射コーティングを行わないことが望ましい。これにより中心部分の光線が光学系から射出するのを妨げることがなくなる。
さらに、後1群第1透過面21と後1群第2反射面23は透明媒体Lの物体側に近接して配置することが好ましい。
光学系光路長を長く取りつつ全長を短くする為に必要な構成であり、Z字状の折り返し光路を長く取りつつ光学系の外径を小さくすることが可能となる。また、物体からの光束を後1群第2反射面23が邪魔することが少なくなり、広画角の光学系を構成することが可能となる。
さらに、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24は透明媒体Lの像面5側に近接して配置することが好ましい。
本構成も前記構成と同様に、光学系光路長を長く取りつつ全長を短くする為に必要な構成であり、Z字の折り返し光路を長く取りつつ光学系の外径を小さくすることが可能となる。また、光学系を射出して像面に向かう光束を後1群第1反射面22が邪魔することが少なくなり、円環状の撮像エリアを広く取ることが可能となる。
さらに、後1群第2反射面23は周辺部に反射コーティング4bを行うことが望ましく、中心部分は後1群第1透過面21又は開口Sを配置する関係から、反射コーティングしないことが望ましい。
さらに好ましくは、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24を同一場所、同一形状で構成することが好ましい。この構成により、後1群第1反射面22に部分的に全反射を使うことが可能となり光学系の画角を広く取れる。
さらに好ましくは、後1群第1透過面21と後1群第2反射面23を同一場所、同一形状で構成することが望ましい。この構成により、加工性がよくなる。
また、前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfを有し、前群透明媒体Lfは、光路順に、前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸2を挟んで反対側で像面5側に配置された前群第1反射面12と、前群第1反射面12と中心軸2に対して同じ側で前群第1反射面12より像面5と反対側に配置された前群第2反射面13と、前群第2反射面13より像面5側に配置された前群第2透過面14と、を有し、前群透明媒体Lfに入射する光束は、順光線追跡の順に、前群第1透過面11を経て前群透明媒体Lf内に入り、前群第1反射面12で像面5と反対側に反射され、前群第2反射面13で像面5側に反射され、前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから像面5側に外へ出る光路を構成することが好ましい。
また、前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfを有し、前群透明媒体Lfは、光路順に、前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸2を挟んで反対側で像面5側に配置された前群第1反射面12と、前群第1反射面12と中心軸2に対して反対側で前群第1反射面12より像面5と反対側に配置された前群第2反射面13と、前群第2反射面13より像面5側に配置された前群第2透過面14と、を有し、前群透明媒体Lfに入射する光束は、順光線追跡の順に、前群第1透過面11を経て前群透明媒体Lf内に入り、前群第1反射面12で像面5と反対側に反射され、前群第2反射面13で像面5側に反射され、前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから像面5側に外へ出る光路を構成することが好ましい。
また、前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfを有し、前群透明媒体Lfは、光路順に、前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸2を挟んで反対側で像面5と反対側に配置された前群第1反射面12と、前群第1反射面12より像面5側に配置された前群第2透過面14と、を有し、前群透明媒体Lfに入射する光束は、順光線追跡の順に、前群第1透過面11を経て前群透明媒体Lf内に入り、前群第1反射面12で像面側に反射され、前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから像面5側に外へ出る光路を構成することが好ましい。
また、最大像高をImax、前記透明媒体の外径をDとするとき、
0.5<D/(2×Imax)<10 ・・・(1)
なる条件を満足することが望ましい。
0.5<D/(2×Imax)<10 ・・・(1)
なる条件を満足することが望ましい。
条件式(1)は、下限を超えるとテレセン性が悪くなり特にCCD等の撮像素子を利用して撮像する場合に周辺光量不足を起こす。上限を超えると光学系の外径が大きくなりすぎ光学系が大型になってしまう。
また、最大像高をImax、前記開口から前記像面までの距離をLとするとき、
0.5<L/(2×Imax)<10 ・・・(2)
なる条件を満足することが望ましい。
0.5<L/(2×Imax)<10 ・・・(2)
なる条件を満足することが望ましい。
条件式(2)は、像高に対する光学系全長を規定するものであり、下限を超えるとやはりテレセン性が悪くなり周辺光量不足を起こす。上限を超えると全長が長くなりすぎ、小型の光学系を構成することはできない。
また、後1群第1反射面22の曲率をR1、後1群第2反射面23の曲率をR2とするとき、
0.2<R1/R2<5 ・・・(3)
なる条件を満足することが望ましい。
0.2<R1/R2<5 ・・・(3)
なる条件を満足することが望ましい。
条件式(3)は、二つの反射面のパワーの比を規定しているものであり、下限を超えると、後1群第1反射面22の曲率半径が小さくなり、後1群第2反射面23の正のパワーに比べて、後1群第1反射面22の負のパワーが大きくなり光学系の全長を短くすることが出来ない。上限を超えると、後1群第2反射面23の曲率が小さくなり後1群第2反射面23の正のパワーが大きくなりすぎ、物体側に凸の像面湾曲が大きく発生する。
さらに、後1群第1反射面22の曲率をR1、後1群第2反射面23の曲率をR2とするとき、
0.5<R1/R2<2 ・・・(3)'
なる条件を満足することが望ましい。
0.5<R1/R2<2 ・・・(3)'
なる条件を満足することが望ましい。
なお、すべての実施例の球面で構成されている面は、非球面で構成することも可能である。また、像側の平行平面は撮像素子保護用のものであり、無くても良い。
以下に、本発明の光学系の実施例1〜5を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。
座標系は、順光線追跡において、例えば図1に示すように、絞り面Sが中心軸2と交差する点を偏心光学面の原点Oとし、中心軸2に直交する方向をY軸方向とし、図1の紙面内をY−Z平面とする。そして、図1の像面5側の方向をZ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。なお、Z軸の方向は、各実施例において異なるので、各実施例に対応した図の矢印Zに従うものとする。
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1の原点O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1の原点O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。
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。
また、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、基準面からの偏心量で表わす。
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。
Z=(Y2 /R)/[1+{1−(1+k)Y2 /R2 }1 /2]
+aY4 +bY6 +cY8 +dY10+・・・
・・・(a)
ただし、Zを軸とし、Yを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=(Y2 /R)/[1+{1−(1+k)Y2 /R2 }1 /2]
+aY4 +bY6 +cY8 +dY10+・・・
・・・(a)
ただし、Zを軸とし、Yを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。
また、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。
まず、図2に示すように、Y−Z座標面上で原点を通る下記の曲線(b)が定められる。
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。
+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。
その曲線F(Y)をY正方向に距離R(負のときはY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。
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。
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。
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、Z軸を中心軸に持つ円錐面は拡張回転自由曲面の1つとして与えられ、RY=∞,C1 ,C2 ,C3 ,C4 ,C5 ,…=0とし、θ=(円錐面の傾き角)、R=(X−Z面内での底面の半径)として与えられる。
実施例1の光学系1の中心軸2に沿ってとった断面図を図3に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図4に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、(水平方向画角、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。なお、マイナスの画角は、水平方向画角については、Y軸正方向を向いて右回りの角度、垂直方向画角については、X軸正方向を向いて右回りの角度を意味する。以下、同じ。
本実施例は、光学系1の中心軸2に同心に回転対称な屈折率が1より大きい後群透明媒体Lbの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する拡張回転自由曲面で構成し、該後群透明媒体Lbの前に前群反射体Rfを配置した例である。
光学系1は、前群Gfと、後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとからなる。
前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な前群反射体Rfからなる。前群反射体Rfは、非球面からなる像面5側に凸の前群第1反射面12を有する。
前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な前群反射体Rfからなる。前群反射体Rfは、非球面からなる像面5側に凸の前群第1反射面12を有する。
後1群Gb1は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後1群透明媒体Lbからなる。後1群透明媒体Lbは、中心軸2上で像面側に凹面を向けた非球面からなる後1群第1透過面21と、後1群第1透過面21に対して像側に形成され、一部を反射コーティング4aし、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第1反射面22と、後1群第1反射面22に対して像面5と反対側に配置され、反射コーティング4bし、像面側に凹面を向けた正のパワーをもつ非球面からなる後1群第2反射面23と、後1群第2反射面23より像面5側に配置され、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第2透過面24と、を有する。後1群第1透過面21と後1群第2反射面23は、同一位置同一形状からなり、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24は、同一位置同一形状からなる。
光学系1は、光路Aを形成する。光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群反射体Rfの前群第1反射面12と、前群反射体Rfと後1群透明媒体Lbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て、後1群透明媒体Lb内に入る。後1群透明媒体Lbでは、後1群第1透過面21を経て入り、後1群第1反射面22で一部が反射コーティング4a、一部が全反射により像面5と反対側に反射され、後1群第2反射面23で反射コーティング4bにより像面5側に反射され、後1群第2透過面24を経て後1群透明媒体Lbから外に出る略Z字状の光路を有する。その後、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
この実施例1の仕様は、
全系の画角 60.00°×360°
後群の画角 28.59°〜64.75°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ2.00mm〜φ3.74mm
である。
全系の画角 60.00°×360°
後群の画角 28.59°〜64.75°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ2.00mm〜φ3.74mm
である。
実施例2の光学系1の中心軸2に沿ってとった断面図を図5に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図6に示す。
本実施例は、光学系1の中心軸2に同心に回転対称な屈折率が1より大きい後1群透明媒体Lbの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する拡張回転自由曲面で構成し、該後1群透明媒体Lbの前群Gfとして前群透明媒体Lfを配置した例である。
光学系1は、前群Gfと、後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとからなり、後群Gbは、後1群Gb1と後2群Gb2からなる。
前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfからなる。前群透明媒体Lfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい樹脂等からなり、遠方からの光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸2を挟んで反対側で前群第1透過面11より像面5側に配置されていて、前群第1透過面11から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1反射面12と、前群第1反射面12と中心軸2に対して同じ側で前群第1反射面12より像面5と反対側に配置され、前群第1反射面12で反射された光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第2反射面13と、後群Gbに面していて、前群第2反射面13で反射された光束が入射し球面からなる前群第2透過面14と、を有する。
後1群Gb1は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後1群透明媒体Lbからなる。後1群透明媒体Lbは、中心軸2上で像面側に凹面を向けた球面からなる後1群第1透過面21と、後1群第1透過面21に対して像側に形成され、一部を反射コーティング4aし、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第1反射面22と、後1群第1反射面22に対して像面5と反対側に配置され、反射コーティング4bし、像面側に凹面を向けた正のパワーをもつ球面からなる後1群第2反射面23と、後1群第2反射面23より像面5側に配置され、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第2透過面24と、を有する。後1群第1透過面21と後1群第2反射面23は、同一位置同一形状からなり、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24は、同一位置同一形状からなる。
後2群Gb2は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後2群カバーガラスCb2からなる。後2群カバーガラスCb2は、平行平板からなり、後2群第1透過面31と、後2群第1透過面31に対して像側に形成される後2群第2透過面32とを有する。
光学系1は、光路Aを形成する。光学系1の物体面3から入射する光束は、前群透明媒体Lfの前群第1透過面11を経て、中心軸2を横切って前群第1透過面11と反対側の前群第1反射面12で後群Gbから離れるように反射されて、前群第1反射面12と中心軸2に対して同じ側で後群Gbからより離れた側に位置している前群第2反射面13で後群Gb方向へ再度反射され、射出面の前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから外に出る。
その後、前群透明媒体Lfと後1群透明媒体Lbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て後1群透明媒体Lb内に入る。後1群透明媒体Lbでは、後1群第1透過面21を経て入り、後1群第1反射面22で一部が反射コーティング4a、一部が全反射により像面5と反対側に反射され、後1群第2反射面23で反射コーティング4bにより像面5側に反射され、後1群第2透過面24を経て後1群透明媒体Lbから外に出る略Z字状の光路を有する。その後、後2群カバーガラスCb2の後2群第1透過面31と後2群第2透過面32を経て、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
この実施例2の仕様は、
全系の画角 50.00°×360°
後群の画角 25.22°〜61.94°
入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ3.87mm〜φ7.84mm
である。
全系の画角 50.00°×360°
後群の画角 25.22°〜61.94°
入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ3.87mm〜φ7.84mm
である。
実施例3の光学系1の中心軸2に沿ってとった断面図を図7に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図8に示す。
本実施例は、光学系1の中心軸2に同心に回転対称な屈折率が1より大きい後群透明媒体Lbの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する拡張回転自由曲面で構成し、該後群透明媒体Lbの前群Gfとして前群透明媒体Lfを配置した例である。
光学系1は、前群Gfと、後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとからなり、後群Gbは、第1群G1と第2群G2からなる。
前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfからなる。前群透明媒体Lfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい樹脂等からなり、遠方からの光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸2を挟んで反対側で前群第1透過面11より像面5側に配置されていて、前群第1透過面11から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1反射面12と、前群第1反射面12と中心軸1を挟んで反対側で前群第1反射面12より像面5と反対側に配置され、前群第1反射面12で反射された光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第2反射面13と、中心軸2上で後群Gbに面していて前群第2反射面13より像面5側に配置され、前群第2反射面13で反射された光束が入射し球面からなる前群第2透過面14とからなる。
後1群Gb1は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後1群透明媒体Lbからなる。後1群透明媒体Lbは、中心軸2上で像面側に凹面を向けた球面からなる後1群第1透過面21と、後1群第1透過面21に対して像側に形成され、一部を反射コーティング4aし、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第1反射面22と、後1群第1反射面22に対して像面5と反対側に配置され、反射コーティング4bし、像面側に凹面を向けた正のパワーをもつ球面からなる後1群第2反射面23と、後1群第2反射面23より像面5側に配置され、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第2透過面24と、を有する。後1群第1透過面21と後1群第2反射面23は、同一位置同一形状からなり、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24は、同一位置同一形状からなる。
後2群Gb2は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後2群カバーガラスCb2からなる。後2群カバーガラスCb2は、平行平板からなり、後2群第1透過面31と、後2群第1透過面31に対して像側に形成される後2群第2透過面32とを有する。
光学系1は、光路Aを形成する。光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群第1透過面11を経て前群透明媒体Lf内に入り、中心軸2を横切って前群第1透過面11と反対側の前群第1反射面12で後群Gbから離れるように像面5と反対側に反射され、前群第1反射面12と中心軸2に対して反対側で後群Gbからより離れた側に位置している前群第2反射面13で像面5側に反射され、射出面の前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから外に出る。
その後、前群透明媒体Lfと後1群透明媒体Lbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て、後1群透明媒体Lb内に入る。後1群透明媒体Lbでは、後1群第1透過面21を経て入り、後1群第1反射面22で一部が反射コーティング4a、他部が全反射により像面5と反対側に反射され、後1群第2反射面23で反射コーティング4bにより像面5側に反射され、後1群第2透過面24を経て後1群透明媒体Lbから外に出る略Z字状の光路を有する。その後、後2群カバーガラスCb2の後2群第1透過面31と後2群第2透過面32を経て、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
この実施例3の仕様は、
全系の画角 80.00°×360°
後群の画角 37.93°〜58.17°
入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ4.60mm〜φ7.20mm
である。
全系の画角 80.00°×360°
後群の画角 37.93°〜58.17°
入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ4.60mm〜φ7.20mm
である。
実施例4の光学系1の中心軸2に沿ってとった断面図を図9に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図10に示す。
本実施例は、光学系1の中心軸2に同心に回転対称な屈折率が1より大きい後群透明媒体Lbの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成し、該後群透明媒体Lbの前群Gfとして前群透明媒体Lfを配置した例である。
光学系1は、前群Gfと、後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとからなる。
前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfからなる。前群透明媒体Lfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい樹脂等からなり、遠方からの光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸2を挟んで反対側で前群第1透過面11より像面5と反対側に配置されていて、前群第1透過面11から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1反射面12と、後群Gbに面していて中心軸2上で前群第1反射面12より像面5側に配置され、前群第1反射面12で反射された光束が入射し球面からなる前群第2透過面14とからなる。
後群G1は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後1群透明媒体Lbからなる。後1群透明媒体Lbは、中心軸2上で像面側に凹面を向けた球面からなる後1群第1透過面21と、後1群第1透過面21に対して像側に形成され、一部を反射コーティング4aし、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第1反射面22と、後1群第1反射面22に対して像面5と反対側に配置され、一部を反射コーティング4bし、像面側に凹面を向けた正のパワーをもつ球面からなる後1群第2反射面23と、後1群第2反射面23より像面5側に配置され、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる後1群第2透過面24を有する。後1群第1透過面21と後1群第2反射面23は、同一位置同一形状からなり、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24は、同一位置同一形状からなる。
光学系1は、光路Aを形成する。光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群第1透過面11を経て前群透明媒体Lf内に入り、中心軸2を横切って前群第1透過面11と反対側の前群第1反射面12で後群Gbに向かって下方へ像面5側に反射され、射出面の前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから外に出る。
その後、前群透明媒体Lfと後1群透明媒体Lbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て、後1群透明媒体Lb内に入る。後1群透明媒体Lbでは、後1群第1透過面21を経て入り、後1群第1反射面22で一部が反射コーティング4a、他部が全反射により像面5と反対側に反射され、後1群第2反射面23で反射コーティング4bにより像面5側に反射され、後1群第2透過面24を経て後1群透明媒体Lbから外に出る略Z字状の光路を有する。その後、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
この実施例4の仕様は、
全系の画角 40.00°×360°
後群の画角 24.45°〜58.38°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ3.58mm〜φ7.03mm
である。
全系の画角 40.00°×360°
後群の画角 24.45°〜58.38°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ3.58mm〜φ7.03mm
である。
実施例5の光学系1の中心軸2に沿ってとった断面図を図11に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図12に示す。
本実施例は、光学系1の中心軸2に同心に回転対称な屈折率が1より大きい後群透明媒体Lbの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成し、該後群透明媒体Lbの前に前群透明媒体Lfを配置した例である。
光学系1は、前群Gfと、後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとからなる。
前群Gfは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体Lfからなる。前群透明媒体Lfは、中心軸1の周りで回転対称な屈折率が1より大きい樹脂等からなり、遠方からの光束2が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1透過面11と、前群第1透過面11と中心軸1を挟んで反対側で前群第1透過面11より像面5と反対側に配置されていて、前群第1透過面11から入射した光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第1反射面12と、前群第1反射面12と中心軸1を挟んで反対側で前群第1反射面12より像面5と反対側に配置され、前群第1反射面12で反射された光束が入射し拡張回転自由曲面からなる前群第2反射面13と、後群Gbに面していて前群第2反射面12と中心軸2上で前群第2反射面13より像面5側に配置され、前群第2反射面13で反射された光束が入射し球面からなる前群第2透過面14とからなる。
後1群Gb1は、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後1群透明媒体Lbからなる。後1群透明媒体Lbは、中心軸2上で像面側に凹面を向けた球面からなる後1群第1透過面21と、後1群第1透過面21に対して像側に形成され、一部を反射コーティング4aし、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ後1群第1反射面22と、後1群第1反射面22に対して像面5と反対側に配置され、反射コーティング4bし、像面側に凹面を向けた正のパワーをもつ後1群第2反射面23と、後1群第2反射面23より像面5側に配置され、像面側に凹面を向けた負のパワーをもつ後1群第2透過面24とを有する。後1群第1透過面21と後1群第2反射面23は、同一位置同一形状からなり、後1群第1反射面22と後1群第2透過面24は、同一位置同一形状からなる。
光学系1は、光路Aを形成する。光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群第1透過面11を経て前群透明媒体Lf内に入り、中心軸2を横切って前群第1透過面11と反対側の前群第1反射面12で後群Gbから離れるように像面5と反対側に反射され、前群第1反射面12と中心軸2に対して反対側で後群Gbから離れた側に位置している前群第2反射面13で像面5側に反射され、射出面の前群第2透過面14を経て前群透明媒体Lfから外に出る。
その後、前群透明媒体Lfと後1群透明媒体Lbの間で中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て、後1群透明媒体Lb内に入る。後1群透明媒体Lbでは、後1群第1透過面21を経て入り、後1群第1反射面22で一部が反射コーティング4a、一部が全反射により像面5と反対側に反射され、後1群第2反射面23で反射コーティング4bにより像面5側に反射され、後1群第2透過面24を経て後1群透明媒体Lbから外に出る略Z字状の光路を有する。その後、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に円環状に結像する。
この実施例5の仕様は、
全系の画角 60.00°×360°
後群の画角 24.17°〜55.75°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ3.84mm〜φ7.53mm
である。
全系の画角 60.00°×360°
後群の画角 24.17°〜55.75°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ3.84mm〜φ7.53mm
である。
また、最大像高をImax(mm)、最小像高をImin(mm)、後群Grの最大画角をθmax(度)、後群Grの最小画角をθmin(度)、焦点距離F=(Imax-Imin)/(θmax−θmin)とし、後群Grの外径をD(mm)、平行平面の保護ガラスを除いた後群Grの全長をLs(mm)、後群第1反射面22の曲率をR1、後群第2反射面23の曲率をR2とするとき、
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
I max 1.87 3.92 3.54 3.51 3.77
θmax 64.75 61.94 58.17 58.38 55.75
I min 1.00 1.93 2.30 1.79 1.92
θmin 28.59 25.22 37.93 24.45 24.17
F 0.024 0.054 0.061 0.051 0.059
D 6.00 10.80 9.60 11.20 11.60
L 2.800 4.800 4.400 4.80 5.20
D(2×Imax) 1.604 1.378 1.356 1.594 1.540
L(2×Imax) 0.749 0.612 0.621 0.683 0.690
R1 2.54 2.54 9.11 6.12 6.65
R2 3.52 3.52 8.82 7.14 7.80
R1/R2 0.72 0.72 1.03 0.86 0.85
である。
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
I max 1.87 3.92 3.54 3.51 3.77
θmax 64.75 61.94 58.17 58.38 55.75
I min 1.00 1.93 2.30 1.79 1.92
θmin 28.59 25.22 37.93 24.45 24.17
F 0.024 0.054 0.061 0.051 0.059
D 6.00 10.80 9.60 11.20 11.60
L 2.800 4.800 4.400 4.80 5.20
D(2×Imax) 1.604 1.378 1.356 1.594 1.540
L(2×Imax) 0.749 0.612 0.621 0.683 0.690
R1 2.54 2.54 9.11 6.12 6.65
R2 3.52 3.52 8.82 7.14 7.80
R1/R2 0.72 0.72 1.03 0.86 0.85
である。
以下に、上記実施例1〜5の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の “RE”は反射面を示す。
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1(RE)非球面[1] 0.00 偏心(2)
2 ∞(絞り) 0.00
3 非球面[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
4(RE)ERFS[1] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
5(RE)非球面[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
6 ERFS[1] 3.49 偏心(4)
像 面 ∞
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞ 偏心(1)
1(RE)非球面[1] 0.00 偏心(2)
2 ∞(絞り) 0.00
3 非球面[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
4(RE)ERFS[1] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
5(RE)非球面[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
6 ERFS[1] 3.49 偏心(4)
像 面 ∞
なお、像面に対する面間隔は、基準面(絞り面)からの間隔とする。
ERFS[1]
RY -2.54
θ -16.68
R -0.80
C4 2.7077E-002
非球面[1]
曲率半径 24.30
k -9.1220E+000
非球面[2]
曲率半径 -3.52
k 1.4073E-001
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 7.19
α 110.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 4.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.74
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
RY -2.54
θ -16.68
R -0.80
C4 2.7077E-002
非球面[1]
曲率半径 24.30
k -9.1220E+000
非球面[2]
曲率半径 -3.52
k 1.4073E-001
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 7.19
α 110.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 4.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.74
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
4 -18.83 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 8.08 0.00 1.8348 42.7
7(RE)ERFS[4] 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
8(RE) 8.08 0.00 1.8348 42.7
9 ERFS[4] 5.72
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
像 面 ∞
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
4 -18.83 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 8.08 0.00 1.8348 42.7
7(RE)ERFS[4] 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
8(RE) 8.08 0.00 1.8348 42.7
9 ERFS[4] 5.72
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
像 面 ∞
なお、第10面に対する面間隔は、基準面(絞り面)からの間隔とする。
ERFS[1]
RY 16.71
θ 49.59
R -10.48
ERFS[2]
RY -22.92
θ 36.92
R 8.16
C4 -2.5709E-004
ERFS[3]
RY -33.33
θ -4.84
R 6.10
C4 -2.9983E-003
ERFS[4]
RY 7.81
θ 10.99
R -1.41
C4 -2.9983E-003
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -10.53
α 75.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -13.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -14.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.45
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
RY 16.71
θ 49.59
R -10.48
ERFS[2]
RY -22.92
θ 36.92
R 8.16
C4 -2.5709E-004
ERFS[3]
RY -33.33
θ -4.84
R 6.10
C4 -2.9983E-003
ERFS[4]
RY 7.81
θ 10.99
R -1.41
C4 -2.9983E-003
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -10.53
α 75.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -13.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -14.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.45
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
4 -35.10 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 8.82 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
7(RE)ERFS[4] 0.00 偏心(7) 1.8348 42.7
8(RE) 8.82 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
9 ERFS[4] 7.48 偏心(7)
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
像 面 ∞
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
4 -35.10 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 8.82 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
7(RE)ERFS[4] 0.00 偏心(7) 1.8348 42.7
8(RE) 8.82 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
9 ERFS[4] 7.48 偏心(7)
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
像 面 ∞
なお、第10面に対する面間隔は、基準面(絞り面)からの間隔とする。
ERFS[1]
RY -6.52
θ 65.91
R -9.51
ERFS[2]
RY -17.99
θ 51.78
R 7.06
C4 -8.6892E-005
ERFS[3]
RY 6.10
θ 36.27
R -7.96
C4 -1.1833E-004
ERFS[4]
RY 9.11
θ -7.46
R 1.52
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -7.04
α 45.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -16.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -4.83
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -17.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.36
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
RY -6.52
θ 65.91
R -9.51
ERFS[2]
RY -17.99
θ 51.78
R 7.06
C4 -8.6892E-005
ERFS[3]
RY 6.10
θ 36.27
R -7.96
C4 -1.1833E-004
ERFS[4]
RY 9.11
θ -7.46
R 1.52
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -7.04
α 45.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -16.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -4.83
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -17.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.36
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1
3 -10.32 0.00 偏心(4)
4 ∞(絞り) 0.10
7 -7.14 0.00 偏心(5) 1.8348 42.7
8(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
9(RE) -7.14 0.00 偏心(5) 1.8348 42.7
10 ERFS[3] 10.46 偏心(6)
像 面 ∞
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1
3 -10.32 0.00 偏心(4)
4 ∞(絞り) 0.10
7 -7.14 0.00 偏心(5) 1.8348 42.7
8(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
9(RE) -7.14 0.00 偏心(5) 1.8348 42.7
10 ERFS[3] 10.46 偏心(6)
像 面 ∞
なお、像面に対する面間隔は、基準面(絞り面)からの間隔とする。
ERFS[1]
RY-103.57
θ -37.90
R 7.54
ERFS[2]
RY -15.54
θ -47.84
R -6.27
C4 -1.3391E-005
ERFS[3]
RY -6.12
θ 12.22
R 1.28
C4 -6.8442E-004
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 7.28
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 7.28
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z 12.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.21
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
RY-103.57
θ -37.90
R 7.54
ERFS[2]
RY -15.54
θ -47.84
R -6.27
C4 -1.3391E-005
ERFS[3]
RY -6.12
θ 12.22
R 1.28
C4 -6.8442E-004
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 7.28
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 7.28
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z 12.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.21
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
実施例5
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
4 -8.90 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 7.80 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
7(RE)ERFS[4] 0.00 偏心(7) 1.8348 42.7
8(RE) 7.80 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
9 ERFS[4] 9.17 偏心(7)
像 面 ∞
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 1.8348 42.7
4 -8.90 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 7.80 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
7(RE)ERFS[4] 0.00 偏心(7) 1.8348 42.7
8(RE) 7.80 0.00 偏心(6) 1.8348 42.7
9 ERFS[4] 9.17 偏心(7)
像 面 ∞
なお、像面に対する面間隔は、基準面(絞り面)からの間隔とする。
ERFS[1]
RY 23.83
θ 86.23
R -6.34
ERFS[2]
RY -10.98
θ 89.44
R 7.00
C4 -7.3871E-006
ERFS[3]
RY 8.19
θ 44.74
R -5.11
C4 -1.0158E-005
ERFS[4]
RY 6.65
θ -12.28
R 1.40
C4 2.2383E-004
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -9.82
α 135.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -8.43
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -13.20
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
RY 23.83
θ 86.23
R -6.34
ERFS[2]
RY -10.98
θ 89.44
R 7.00
C4 -7.3871E-006
ERFS[3]
RY 8.19
θ 44.74
R -5.11
C4 -1.0158E-005
ERFS[4]
RY 6.65
θ -12.28
R 1.40
C4 2.2383E-004
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -9.82
α 135.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -8.43
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -13.20
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
図13は、本実施例の画像と撮像素子の配置例を示す。図13(a)は、画面比が16:9の撮像素子を使用した例である。上下方向の画像は使用しない場合、光路Aの画像A1の左右の位置に撮像素子50の大きさを合致させると好ましい。図13(b)は、画面比が4:3の撮像素子50を使用し、上下方向の映像は使用しない場合を示す。図13(c)は、画面比が4:3の撮像素子50を使用し、光路Aでの画像A1に撮像素子50の大きさを合致させた例である。このように、配置をすると、光路Aの画像A1をすべて撮像することができる。
以下に、本発明の光学系1の適用例として、撮影光学系101又は投影光学系102の使用例を説明する。図14は、内視鏡先端の撮影光学系として本発明による撮影光学系101を用いた例を示すための図であり、図14(a)は、硬性内視鏡110の先端101に本発明による撮影光学系を取り付けて画像を撮像観察する例である。図14(b)にその先端の概略の構成を示す。本発明によるパノラマ撮影光学系101の入射面11の周囲には円周方向に伸びる開口106を有するケーシング等からなるフレア絞り107が配置され、フレア光が入射するのを防止している。また、図14(c)は、軟性電子内視鏡113の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系101を同様に取り付けて、表示装置114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。
以下に、本発明の光学系1の適用例として、撮影光学系101又は投影光学系102の使用例を説明する。図14は、内視鏡先端の撮影光学系として本発明による撮影光学系101を用いた例を示すための図であり、図14(a)は、硬性内視鏡110の先端101に本発明による撮影光学系を取り付けて画像を撮像観察する例である。図14(b)にその先端の概略の構成を示す。本発明によるパノラマ撮影光学系101の入射面11の周囲には円周方向に伸びる開口106を有するケーシング等からなるフレア絞り107が配置され、フレア光が入射するのを防止している。また、図14(c)は、軟性電子内視鏡113の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系101を同様に取り付けて、表示装置114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。
図15は、カプセル内視鏡120に本発明による撮影光学系101を取り付けて360°全方位の画像を撮像観察する例である。本発明による撮影光学系101の光路Aに対応した円周方向に伸びる開口106を有するケーシング等には、前群Gfの前群第1反射面12の像面5と反対側にフレア絞り107が形成され、フレア光が入射するのを防止している。
図13及び図14に示すように、内視鏡に撮影光学系101を用いることにより、撮影光学系101の後方の画像を撮像観察することができ、従来と異なる角度から様々な部位を撮像観察することができる。
図16(a)は、自動車130の前方に撮影光学系として本発明による撮影光学系101を取り付けて、車内の表示装置に各撮影光学系101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を示す図であり、図16(b)は、自動車130の各コーナやヘッド部のポールの頂部に撮影光学系として本発明による撮影光学系101を複数取り付けて、車内の表示装置に各撮影光学系101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を示す図である。この場合、図13(a)に示したように、光路Aの画像A1の左右の位置に撮像素子50の大きさを合致させると、左右の画像が広く撮像でき、好ましい。
また、図17は、投影装置140の投影光学系として本発明による投影光学系102を用い、その像面5に配置した表示素子にパノラマ画像を表示し、投影光学系102を通して360°全方位に配置したスクリーン141に360°全方位画像を投影表示する例である。
さらに、図18は、建物150の外部に本発明による撮影光学系101を用いた撮影装置151を取り付け、屋内に本発明による撮影光学系101を用いた投影装置151を配置し、撮影装置151で撮像された映像を電線152を介して投影装置140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Pを、撮影光学系101を経て撮影装置151で撮影し、その映像信号を電線152を介して投影装置140に送り、像面に配置した表示素子にその映像を表示して、投影光学系102を通して屋内の壁面等に被写体Pの映像P'を投影表示するようにしている例である。
1…光学系
2…中心軸
5…像面
2…中心軸
5…像面
Claims (16)
- 少なくとも1つの反射面を含む前群と、後群と、前記前群と前記後群の間に配置された開口とを有し、中心軸を含む断面内で、前記中心軸の周りで回転対称な光学系において、前記後群は、前記開口の像面側に配置され、屈折率が1より大きい後群透明媒体を有し、前記後群透明媒体は、前記開口近傍の前記中心軸上に配置された後群第1透過面と、前記後群第1透過面より像面側に配置され、像面側に凹面を向けた後群第1反射面と、前記後群第1反射面より像面と反対側に配置され、像面側に凹面を向けた後群第2反射面と、前記後群第2反射面より像面側に配置された後群第2透過面と、を有し、前記後群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記開口を通り、前記後群第1透過面を経て前記後群透明媒体内に入り、前記後群第1反射面で像面と反対側に反射され、前記後群第2反射面で像面側に反射され、前記後群第2透過面を経て前記後群透明媒体から像面側に外へ出る略Z字状の第1光路を構成し、前記第1光路の少なくとも前記後群第1反射面と前記後群第2反射面の間は、前記中心軸に対して片側のみで構成され、前記第1光路中に中間像が結像されることなく、前記中心軸周りの物点を前記開口近傍で前記中心軸と1回交差して反対側に結像し、全体として像面に円環状に結像され、前記後群の反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な回転対称な面で構成されていることを特徴とする光学系。
- 前記後群の反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で不連続な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拡張回転自由曲面で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
- 前記後群の反射面のうち少なくとも1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状される拡張回転自由曲面で構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学系。
- 前記後群第1反射面は、全反射作用と、反射コーティングにより反射するように構成され、前記反射コーティングは前記後群第1反射面の中心軸近傍のみに施されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光学系。
- 前記後群第1透過面と前記後群第2反射面は、前記後群透明媒体の物体側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の光学系。
- 前記後群第1透過面と前記後群第2反射面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の光学系。
- 前記後群第1反射面と前記後群第2透過面は、前記後群透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光学系。
- 前記後群第1反射面と前記後群第2透過面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光学系。
- 前記前群は、中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体を有し、前記前群透明媒体は、前群第1透過面と、前記前群第1透過面より像面側に配置された前群第1反射面と、前記前群第1反射面より像面と反対側に配置された前群第2反射面と、前記前群第2反射面より像面側に配置された前群第2透過面と、を有し、前記前群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記前群第1透過面を経て前記前群透明媒体内に入り、中心軸と交差した後、前記前群第1反射面で像面と反対側に反射され、中心軸と交差することなく、前記前群第2反射面で像面側に反射され、前記前群第2透過面を経て前記前群透明媒体から像面側に外へ出る光路を構成することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の光学系。
- 前記前群は、中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体を有し、前記前群透明媒体は、前群第1透過面と、前記前群第1透過面より像面側に配置された前群第1反射面と、前記前群第1反射面より像面と反対側に配置された前群第2反射面と、前記前群第2反射面より像面側に配置された前群第2透過面と、を有し、前記前群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記前群第1透過面を経て前記前群透明媒体内に入り、中心軸と交差した後、前記前群第1反射面で像面と反対側に反射され、再度中心軸と交差した後、前記前群第2反射面で像面側に反射され、前記前群第2透過面を経て前記前群透明媒体から像面側に外へ出る光路を構成することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の光学系。
- 前記前群は、中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい前群透明媒体を有し、前記前群透明媒体は、前群第1透過面と、前記前群第1透過面より像面と反対側に配置された前群第1反射面と、前記前群第1反射面より像面側に配置された前群第2透過面と、を有し、前記前群透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記前群第1透過面を経て前記前群透明媒体内に入り、中心軸と交差した後、前記前群第1反射面で像面側に反射され、前記前群第2透過面を経て前記前群透明媒体から像面側に外へ出る光路を構成することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の光学系。
- 最大像高をImax、前記後群の外径をDとするとき、
0.5<D/(2×Imax)<10 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の光学系。 - 最大像高をImax、前記開口から前記像面までの距離をLとするとき、
0.5<L/(2×Imax)<10 ・・・(2)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の光学系。 - 後群第1反射面の曲率をR1、後群第2反射面の曲率をR2とするとき、
0.2<R1/R2<5 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の光学系。 - 後群第1反射面の曲率をR1、後群第2反射面の曲率をR2とするとき、
0.5<R1/R2<2 ・・・(3)'
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の光学系。 - 請求項1乃至請求項15のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
Priority Applications (2)
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Cited By (2)
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JP2012027430A (ja) * | 2010-05-18 | 2012-02-09 | Olympus Corp | 投影光学装置 |
CN111699429A (zh) * | 2018-02-01 | 2020-09-22 | 理光工业解决方案有限公司 | 投影光学系统及图像显示装置 |
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2007
- 2007-12-04 JP JP2007313633A patent/JP2009139480A/ja active Pending
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