JP4493466B2 - 光学系 - Google Patents
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Description
リレー光学系と、結像系の場合は前記リレー光学系の射出側に配置され、投影系の場合は前記リレー光学系の入射側に配置された正パワーを有する結像光学系とからなり、
前記リレー光学系は、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、前記結像光学系を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、
前記内面反射面及び前記屈折面は何れも中心軸の周りで回転対称な形状を有し、
かつ、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも1回結像され、かつ、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は結像しないように構成されていることを特徴とするものである。
+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。
Xトーリック面は、
F(X)=Cx・X2 /[1+{1−(1+k)Cx2 ・X2 }1/2 ] +aX4 +bX6 +cX8 +dX10・・・
Z=F(X)+(1/2)Cy{Y2 +Z2 −F(X)2 } ・・・(b)
Z軸方向のY軸方向曲率Cyの中心を通ってX軸に平行な軸の周りで曲線F(X)を回転する。その結果、その面はX−Z面内で非球面になり、Y−Z面内で円になる。
F(Y)=Cy・Y2 /[1+{1−(1+k)Cy2 ・Y2 }1/2 ] +aY4 +bY6 +cY8 +dY10・・・
Z=F(Y)+(1/2)Cx{X2 +Z2 −F(Y)2 } ・・・(c)
Z軸方向のX軸方向曲率Cxの中心を通ってY軸に平行な軸の周りで曲線F(Y)を回転する。その結果、その面はY−Z面内で非球面になり、X−Z面内で円になる。
Rx=1/Cx,Ry=1/Cy
の関係にある。
+・・・・+C21Y20+・・・・+Cn+1 Yn +・・・・
Z=±R(Y)[1−{X/R(Y)}2 ]1/2 ・・・(d)
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。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.58mm
像の大きさ φ1.48〜φ5.17mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.57mm
像の大きさ φ2.60〜φ5.91mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 140°
入射瞳径 0.59mm
像の大きさ φ2.78〜φ5.83mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.77mm
像の大きさ φ2.66〜φ5.86mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 180°
入射瞳径 0.59mm
像の大きさ φ2.68〜φ5.69mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.60mm
像の大きさ φ2.41〜φ5.90mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.59mm
像の大きさ φ3.07〜φ5.27mm
である。
理想レンズ20の焦点距離 3.5mm
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.51mm
像の大きさ φ2.48〜φ6.11mm
である。
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(3) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(4)
5 ∞(絞り) 偏心(5)
6 IDL 偏心(6)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.9723 ×10+1 C2 8.2258 ×10-1 C3 8.7473 ×10-2
YRFS[2]
C1 -1.7674 ×10+1 C2 -8.2310 ×10-1 C3 -1.4348 ×10-2
C4 -1.8979 ×10-4
ASS[1]
R 0.03
k -1.7097 ×10+23
a 1.6024 ×10-5
偏心(1)
X 0.00 Y 29.71 Z 58.04
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 58.04
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 53.71
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z 33.07
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z 7.43
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.93
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)
6 ∞(絞り) 偏心(5)
7 IDL 偏心(6)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.4337 ×10+1 C3 1.7345 ×10-1
YRFS[2]
C1 -1.7494 ×10+1 C2 -1.0718 C3 -4.7660 ×10-2
C4 -2.6559 ×10-3
ASS[1]
R 106.95
k -1.0057
a 4.7505 ×10-6
ASS[2]
R 10.54
k -5.7542 ×10-1
a -1.4755 ×10-4
偏心(1)
X 0.00 Y 24.60 Z -17.73
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -17.73
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -37.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -27.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.32
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.82
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(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4)
6 ∞(絞り) 偏心(5)
7 IDL 偏心(6)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.2841 ×10+1 C3 2.6770 ×10-1
YRFS[2]
C1 -1.9109 ×10+1 C2 -1.0184 C3 -7.3021 ×10-2
C4 -5.8025 ×10-3
ASS[1]
R 174.58
k -7.4684 ×10-1
a 5.7868 ×10-6
ASS[2]
R 13.32
k -4.7483 ×10-1
a -8.2166 ×10-5
偏心(1)
X 0.00 Y 22.89 Z -21.71
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -21.71
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -41.94
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -31.94
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.22
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.72
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) 1.5163 64.1
3 YRFS[2] 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ASS[1] 偏心(4) 1.5163 64.1
5 ASS[2] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 IDL 偏心(7)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -3.0036 ×10+1 C2 -1.0949 C3 7.9127 ×10-1
YRFS[2]
C1 -2.3775 ×10+1 C2 -2.7477 C3 -3.4376 ×10-1
C4 -4.0871 ×10-2
ASS[1]
R 385.65
k -1.1152 ×10-1
a 3.5255 ×10-6
ASS[2]
R 14.97
k -4.6695 ×10-1
a -6.5941 ×10-5
偏心(1)
X 0.00 Y 30.27 Z -32.65
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -32.45
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.70
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -46.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -36.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.19
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.69
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 ∞ ∞
1 YTR[1] 偏心(1) 1.8830 40.7
2 YTR[2] 偏心(2)
3 YRFS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
2 YRFS[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
3 ASS[1] 偏心(4) 1.8830 40.7
4 ASS[2] 偏心(5)
5 ∞(絞り) 偏心(6)
6 IDL 偏心(7)
像 面 ∞
YTR[1]
Ry 9.18
Rx 30.79
k 0
YTR[2]
Ry 3.46
Rx 29.79
k 0.8017
a -0.7037 ×10-2
YRFS[1]
C1 -2.5538 ×10+1 C3 1.8955 ×10-1
YRFS[2]
C1 -1.6554 ×10+1 C2 -1.1178 C3 -3.7624 ×10-2
C4 -1.7562 ×10-3
ASS[1]
R 94.46
k -1.3506
a 3.5332 ×10-6
ASS[2]
R 10.05
k -6.2971 ×10-1
a -1.7299 ×10-4
偏心(1)
X 0.00 Y -30.79 Z -18.78
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y -29.79 Z -18.78
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -18.78
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -35.29
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -27.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.85
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
実施例6
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 IDL 偏心(8)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -1.8481 ×10+1 C2 2.1583 ×10-2 C3 4.1644 ×10-1
YRFS[2]
C1 -2.8376 C2 4.4709 ×10-1 C3 -2.6929 ×10-2
C4 6.9340 ×10-4 C5 -2.8236 ×10-5
YRFS[3]
C1 -1.0495 ×10+1 C2 2.9182 C3 -1.6455 ×10-1
C4 1.6290 ×10-2 C5 -3.6836 ×10-3
YRFS[4]
C1 -1.1550 ×10+1 C2 -3.1466 C3 1.9840 ×10-1
C5 -2.6353 ×10-3
YRFS[5]
C1 -3.1012 C2 -1.6609 C3 8.1094 ×10-2
偏心(1)
X 0.00 Y 18.63 Z 21.15
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 21.15
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 21.31
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z 12.93
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z 26.11
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z 11.87
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z 6.64
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z 3.14
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
実施例7
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) 1.8830 40.7
7 YRFS[6] 偏心(7)
8 ∞(絞り) 偏心(8)
9 IDL 偏心(9)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.6545 ×10+1 C2 3.3538 ×10-1 C3 2.0000 ×10-1
YRFS[2]
C1 -2.1215 ×10+1 C2 -4.8709 ×10-1 C3 -4.8016 ×10-2
C4 -1.4626 ×10-3
YRFS[3]
C1 -2.5299 ×10+1 C2 -3.6607 ×10-1 C3 -2.5770 ×10-2
C4 1.8160 ×10-3
YRFS[4]
C1 -1.7677 ×10+1 C2 -3.3880 ×10-1 C3 -1.4400 ×10-2
C4 -1.4774 ×10-4
YRFS[5]
C1 -2.4521 ×10+1 C2 -1.1520 ×10-3 C3 7.2965 ×10-4
C4 1.4207 ×10-5
YRFS[6]
C1 -1.9558 ×10+1 C2 1.4348 C3 -3.4742 ×10-2
C7 2.0651 ×10-5
偏心(1)
X 0.00 Y -26.51 Z -71.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -71.23
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -70.40
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -63.10
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -60.24
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -49.28
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -41.38
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.05
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
実施例8
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[2] 偏心(3)
7 ∞(絞り) 偏心(5)
8 IDL 偏心(6)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.8555 ×10+1 C2 1.4086 ×10-2 C3 1.6311 ×10-1
YRFS[2]
C1 -1.6939 ×10+1 C2 1.4135 C3 -4.1598 ×10-2
C5 1.9674 ×10-4
YRFS[3]
C1 -1.3717 ×10+1 C2 6.9108 C3 2.4425
C4 6.4626 ×10-1
偏心(1)
X 0.00 Y -29.09 Z -21.78
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -21.78
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -21.71
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -31.03
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
1 59.237
2 46.986 17.082
3 45.521 15.66
4 27.401 18.331
5 48.103 17.792
6 23.507 23.409 13.058
7 34.816 40.68 39.29 57.941
8 54.341 27.296
。
2…遠方から入射する中心光束
20 …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…入射瞳の結像位置
10…透明媒体
11…屈折面(入射面)
12、14、15、16…内面反射面
13…屈折面(射出面)
20…結像レンズ(理想レンズ)
21…結像レンズの絞り
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)
60…Yトーリックレンズ
61、62…Yトーリックレンズの回転対称な面
Claims (7)
- 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、
リレー光学系と、結像系の場合は前記リレー光学系の射出側に配置され、投影系の場合は前記リレー光学系の入射側に配置された正パワーを有する結像光学系とからなり、
前記リレー光学系は、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、前記結像光学系を経て像面の中心軸から外れた位置に結像し、
前記内面反射面及び前記屈折面は何れも中心軸の周りで回転対称な形状を有し、
前記結像光学系の開口の投影位置が、前記光線の通る光路中にあって、前記リレー光学系の入射面の近傍に位置するように構成されており、
かつ、遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で少なくとも1回結像され、かつ、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は結像しないように構成され、
遠方から入射する光束は前記透明媒体内で中心軸に対して片側のみに位置する前記内面反射面と前記屈折面を通るように構成されていることを特徴とする光学系。 - 前記結像光学系と入射瞳を形成する開口とが中心軸と同軸に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 遠方から入射する光束は、中心軸を含む断面内で1回結像され、かつ、1面乃至4面の内面反射面を有することを特徴とする請求項1又は2記載の光学系。
- 前記リレー光学系は、前記透明媒体の入射面の入射側に中心軸を含む断面内で負パワーを有する中心軸の周りで回転対称な環状屈折体、環状反射体又は環状屈折反射体を備えてい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。
- 遠方から入射する中心光束の中心光線の前記内面反射面の中、入射角が45°以下の面を少なくとも1面有することを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の光学系。
- 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5の何れか1項記載の光学系。
- 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5の何れか1項記載の光学系。
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