JP4648757B2 - 光学系 - Google Patents
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Description
中心軸の周りで回転対称な2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、中心軸に対して入射側に位置する第1反射面で前記後群から離れる方向へ反射され、前記第1反射面で反射された光束は中心軸に対して前記第1反射面と同じ側に位置する第2反射面で前記後群に向かう方向へ反射され、前記前群を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、
前記前群は、中心軸方向に90°以上の画角を有し、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は前記第1反射面と前記第2反射面を構成する2面の内面反射面と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、遠方から前記前群に入射した光束は、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、前記第1反射面と前記第2反射面で順に反射され、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し、
前記前群より像面側の何れかの位置に中心軸と同軸に配置された開口を備えており、
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C、入射瞳位置から前記前群の前記入射面までの光路長を光線方向を正とした値をDとすると、
5<|C/D| ・・・(4)
の条件を満たし、
遠方の1つの方向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で反射屈折し、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しないことを特徴とするものである。
−100<Fx/Fy<−0.01 ・・・(5)
の条件を満たすことが望ましい。
−0.5<p×Fb<−0.01 ・・・(1)
の条件を満たすことが望ましい。
A/C<0.5 ・・・(2)
の条件を満たすことが望ましい。
5°<B<60° ・・・(3)
の条件を満たすことが望ましい。
0.05<Fx/Fb<10 ・・・(6)
−10<Fy/Fb<−0.05 ・・・(7)
の少なくとも何れか一方の条件を満足することが望ましい。
ペッツバール和p -0.041 -0.075 -0.065
焦点距離Fb 4.662 4.449 4.598
p×Fb -0.191 -0.334 -0.299
上記のp×Fbは、どの程度後群20は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、補正するための光学系が複雑になる。
上記条件式(1)の下限の−0.5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と相補うことが不可能になる。上限の−0.01を越えると、後群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。
A 14.149 7.450 13.198
B 29.018 26.509 27.304
C 104.943 98.579 98.984
D 0.024 0.006 0.154
A/C 0.135 0.076 0.133
|C/D| 4300.973 17855.272 643.097
上記のA/Cは、第1反射面12の中心軸1を含む断面内での有効径を定めるもので、以下の条件式を満足することが重要である。
上記条件式(2)の上限の0.5を越えると、第1反射面12が光学系の入射瞳位置から遠くに配置されることになり、第1反射面12の有効径が大きくなり、上下方向に広い画角をとることが困難になる。
A/C<0.2 ・・・(2−1)
を満たすことが望ましい。
5°<B<60° ・・・(3)
を満足することが重要である。
10°<B<45° ・・・(3−1)
を満たすことが望ましい。
5<|C/D| ・・・(4)
を満たすことが望ましい。この条件式(4)の下限の5を越えると、入射瞳6Yが光学系第1面11から離れてしまい。第1面11の有効径が大きくなり、画角がとれなくなったり、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。
10<|C/D| ・・・(4−1)
なる条件を満足することが好ましい。
実施例1 実施例2 実施例3
Fx 1.918 1.904 2.215
Fy -1.109 -0.822 -1.242
Fx/Fy -1.729 -2.317 -1.784
Fb 4.662 4.449 4.598
Fx/Fb 0.411 0.428 0.482
Fy/Fb -0.238 -0.185 -0.270
となる。ただし、Fbは後群20のみの焦点距離である。ここで、Fyは中心軸1を含む断面内の焦点距離、Fxはその断面に対して直交し遠方から入射する光束2の中心光線20 を含む平面内での焦点距離である。
−100<Fx/Fy<−0.01 ・・・(5)
なる条件を満足することが好ましい。
−10<Fx/Fy<−0.1 ・・・(5−1)
を満足することが好ましい。
0.05<Fx/Fb<10 ・・・(6)
−10<Fy/Fb<−0.05 ・・・(7)
なる条件を満足することが好ましい。
0.1<Fx/Fb<2 ・・・(6−1)
−2<Fy/Fb<−0.1 ・・・(7−1)
なる条件を満足することが好ましい。
+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。
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。
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.4mm
像の大きさ φ6.10〜φ2.14mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 160°
入射瞳径 0.4mm
像の大きさ φ5.84〜φ2.19mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 −30°〜+90°
入射瞳径 0.4mm
像の大きさ φ5.90〜φ1.67mm
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 ERFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ERFS[2] (RE) 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ERFS[3] (RE) 偏心(4) 1.8830 40.7
5 ERFS[4] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 -1.92 偏心(7) 1.7440 44.8
8 -2.70 偏心(8)
9 54.24 偏心(9) 1.5700 63.2
10 -3.07 偏心(10) 1.7552 27.6
11 -7.26 偏心(11)
12 7.68 偏心(12) 1.6204 60.3
13 -8.76 偏心(13) 1.7552 27.6
14 -26.01 偏心(14)
像 面 ∞ 偏心(15)
ERFS[1]
RY ∞
θ -8.38
R -33.63
C3 5.3282 ×10-3
ERFS[2]
RY ∞
θ -64.31
R -26.33
C3 -1.4921 ×10-2
C4 4.9327 ×10-4
C5 -1.1801 ×10-5
ERFS[3]
RY ∞
θ -94.18
R -11.77
C3 6.9723 ×10-3
C4 -4.1906 ×10-4
C5 -3.0294 ×10-5
ERFS[4]
RY ∞
θ -61.04
R -5.43
C3 -4.0235 ×10-3
C4 1.3177 ×10-3
C5 -8.4774 ×10-5
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z -33.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y -0.50 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 20.56 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 7.73 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y -4.74 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y -5.18 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y -7.18 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y -7.28 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y -10.78 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y -11.78 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y -11.88 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y -14.88 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y -15.88 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y -21.28 Z 0.00
α -90.00 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 ERFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ERFS[2] (RE) 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ERFS[3] (RE) 偏心(4) 1.8830 40.7
5 ASS[1] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 -1.99 偏心(7) 1.7440 44.8
8 -2.56 偏心(8)
9 31.44 偏心(9) 1.6204 60.3
10 -2.97 偏心(10) 1.7552 27.6
11 -8.13 偏心(11)
12 6.56 偏心(12) 1.6204 60.3
13 -6.25 偏心(13) 1.7552 27.6
14 -18.94 偏心(14)
像 面 ∞ 偏心(15)
ERFS[1]
RY ∞
θ -1.35
R -29.29
C3 5.0139 ×10-2
ERFS[2]
RY ∞
θ -58.40
R -25.35
C3 -2.2561 ×10-2
C4 1.0976 ×10-3
C5 -2.7142 ×10-5
ERFS[3]
RY ∞
θ -89.66
R -14.39
C3 1.0052 ×10-2
C4 -2.5545 ×10-4
C5 -1.1273 ×10-5
ASS[1]
R 2.60
k -4.5663
a 1.3088 ×10-5
b -5.3038 ×10-8
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z -29.29
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y -0.04 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 22.25 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 15.11 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y -7.53 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y -7.98 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y -9.48 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y -9.58 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y -12.58 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y -13.58 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y -13.68 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y -17.68 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y -18.68 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y -21.95 Z 0.00
α -90.00 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 ERFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 ERFS[2] (RE) 偏心(3) 1.8830 40.7
4 ERFS[3] (RE) 偏心(4) 1.8830 40.7
5 ASS[1] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 -1.99 偏心(7) 1.7415 45.0
8 -2.58 偏心(8)
9 -202.02 偏心(9) 1.6196 60.3
10 -2.86 偏心(10) 1.7552 27.6
11 -6.77 偏心(11)
12 7.39 偏心(12) 1.6204 60.3
13 -7.07 偏心(13) 1.7552 27.6
14 -18.56 偏心(14)
像 面 ∞ 偏心(15)
ERFS[1]
RY ∞
θ -10.49
R -30.32
C3 -1.3521 ×10-2
ERFS[2]
RY ∞
θ -71.19
R -23.88
C3 -1.7638 ×10-2
C4 4.4707 ×10-4
C5 -9.6689 ×10-6
ERFS[3]
RY ∞
θ -94.34
R -12.34
C3 6.8279 ×10-3
C4 -3.2798 ×10-5
C5 -4.4472 ×10-5
ASS[1]
R 3.44
k -4.7463
a -1.1832 ×10-4
b 2.2585 ×10-7
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z -30.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y -2.52 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 16.20 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 4.73 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y -12.08 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y -12.68 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y -14.18 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y -14.28 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y -17.28 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y -18.28 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y -18.38 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y -22.38 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y -23.38 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y -27.56 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。
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
4Y…中間像結像位置
5…開口(絞り)
6Y、6X…入射瞳
10…前群
11…第1透過面(入射面)
12…第1反射面(内面反射面)
13…第2反射面(内面反射面)
14…第2透過面(射出面)
15…円筒状のスリット又は輪帯状のスリット
20…後群
30…像面
31…パノラマ撮影光学系
32…パノラマ投影光学系
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
L1〜L5…レンズ
O…被写体
O’…映像
Claims (11)
- 360°全方位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2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、中心軸に対して入射側に位置する第1反射面で前記後群から離れる方向へ反射され、前記第1反射面で反射された光束は中心軸に対して前記第1反射面と同じ側に位置する第2反射面で前記後群に向かう方向へ反射され、前記前群を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、
前記前群は、中心軸方向に90°以上の画角を有し、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は前記第1反射面と前記第2反射面を構成する2面の内面反射面と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、遠方から前記前群に入射した光束は、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、前記第1反射面と前記第2反射面で順に反射され、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し、
前記前群より像面側の何れかの位置に中心軸と同軸に配置された開口を備えており、
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C、入射瞳位置から前記前群の前記入射面までの光路長を光線方向を正とした値をDとすると、
5<|C/D| ・・・(4)
の条件を満たし、
遠方の1つの方向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で反射屈折し、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しないことを特徴とする光学系。 - 前記前群の前記第1透過面の近傍に中心軸の周りで回転対称な輪帯状のスリット開口を備えていることを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 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又は2記載の光学系。
- 前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をFy、その断面に対して直交し遠方から入射する光束の中心光線を含む平面内の焦点距離をFxとするとき、
−100<Fx/Fy<−0.01 ・・・(5)
の条件を満たす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。 - 前記後群のペッバール和をp、焦点距離をFbとするとき、
−0.5<p×Fb<−0.01 ・・・(1)
の条件を満たす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。 - 中心軸を含む断面において、入射瞳位置から前記第1反射面までの光路長をA、入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をCとするとき、
A/C<0.5 ・・・(2)
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。 - 中心軸を含む断面において、前記第2反射面の入射角をB(°)とするとき、
5°<B<60° ・・・(3)
の条件を満たすことを特徴とする請求項1から6の何れか1項記載の光学系。 - 前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をFy、その断面に対して直交し遠方から入射する光束の中心光線を含む平面内の焦点距離をFx、前記後群の焦点距離をFbとするとき、
0.05<Fx/Fb<10 ・・・(6)
−10<Fy/Fb<−0.05 ・・・(7)
の少なくとも何れか一方の条件を満足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。 - 少なくとも1面の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8の何れか1項記載の光学系。
- 少なくとも1面の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9の何れか1項記載の光学系。
- 少なくとも前記反射面が中心軸を含む断面で切断されて中心軸の周りの画角が360°より狭く構成されていることを特徴とする請求項1から10の何れか1項記載の光学系。
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