JP5025354B2 - 光学素子、それを備えた光学系及びそれを用いた内視鏡 - Google Patents
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Description
0.01<βω<0.5 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする。
−10<P2/Pm<−1 ・・・(2)
なる条件を満足することを特徴とする。
D/Dr<10 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする。
D<20mm ・・・(4)
なる条件を満足することを特徴とする。
0.01<βω<0.5 ・・・(1)
なる条件を満足することが好ましい、この条件はメリジオナル断面での縮小角倍率を表しており、条件式(1)の下限を超えると本発明の光学素子にかかる負担が大きくなってしまい、光学素子が異常に大型化したり、屈折率が異常に高い高価なガラスが必要になったりする。また、条件式(1)の上限を超えると光学素子の画角縮小効果が無くなり、後群に入射する画角が広くなってしまい後群の負担が大きくなる。
0.02<βω<0.2 ・・・(1−1)
なる条件を満足するとよい。
−10<P2/Pm<−1 ・・・(2)
なる条件を満足することが好ましい。この条件式(2)は全体のパワーに占める第2透過面14の占める割合を表しており、条件式(2)の下限を超えると第2透過面14の負のパワーが強くなることを意味し、角倍率を小さくすることが可能となるが、小さくしすぎるとこの面で発生するコマ収差や非点収差の発生が大きくなりすぎてしまい、他の面で補正することが不可能となる。また、条件式(2)の上限を超えると第2透過面14の負のパワーが小さくなりすぎ条件式(1)と同様にメリジオナル断面の角倍率を大きく(縮小率を大きく)取れず、後群の負担が大きくなり光学系が大型になってしまう。
D/Dr<10 ・・・(3)
なる条件を満足することが好ましい。
D/Dr<5 ・・・(3−1)
なる条件を満足することが好ましい。
D<20mm ・・・(4)
なる条件を満足することが好ましい。
D<10mm ・・・(4−1)
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。
+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。
画角 −89°〜89°
像の大きさ φ0.48〜φ2.37
Fナンバー 3.97
である。
画角(側視) −89°〜89°
(直視) 0°〜60°
像の大きさ(側視) φ0.87〜φ2.76
(直視) φ0.66
Fナンバー(側視) 4.26
(直視) 4.24
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10に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図11、画角に対する像高を表す図を図12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。
画角 −89°〜89°
像の大きさ φ0.44〜φ2.38
Fナンバー 5.9
である。
実施例1 実施例2 実施例3
βω 0.099 0.090 0.129
P2/Pm -3.022 -2.427 -3.932
D 7.000 7.000 8.000
Dr 2.366 2.756 2.381
D/Dr 2.959 2.528 3.360
である。
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] 偏心(2) 1.8348 42.7
2 ERFS[2](RE) 偏心(3) 1.8348 42.7
3 ERFS[3](RE) 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[1] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.35
7 2.82 0.30 1.8467 23.8
8 1.28 1.20 1.7440 44.8
9 -1.85 0.10
10 1.84 1.40 1.4971 69.3
11 -1.14 0.30 1.8467 23.8
12 20.09 0.50
13 ∞ 0.40 1.5163 64.1
14 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.50
ERFS[2]
RY 4.52
θ 39.68
R -2.18
ERFS[3]
RY 5.72
θ 10.80
R -1.62
ASS[1]
R 0.70
k -1.9423E-01
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 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 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.95
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.46
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
側視光路
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] 偏心(2) 1.8348 42.7
2 ERFS[2](RE) 偏心(3) 1.8348 42.7
3 ERFS[3](RE) 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[1] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.35
7 2.77 0.30 1.8467 23.8
8 1.39 1.20 1.7012 44.8
9 -1.79 0.10
10 2.01 1.40 1.4875 70.4
11 -1.25 0.30 1.8467 23.8
12 10.29 0.50
13 ∞ 0.40 1.5163 64.1
14 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.50
ERFS[2]
RY 3.88
θ 39.86
R -2.34
ERFS[3]
RY 5.61
θ 13.60
R -1.86
ASS[1]
R 0.87
k -1.8327E-01
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 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 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.64
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.13
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
直視光路
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 5.00 偏心(7) 1.8348 42.7
2 ASS[1] 偏心(5)
3 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
4 ∞(絞り) 0.35
5 2.82 0.30 1.8467 23.8
6 1.28 1.20 1.7440 44.8
7 -1.85 0.10
8 1.84 1.40 1.4971 69.3
9 -1.14 0.30 1.8467 23.8
10 20.09 0.50
11 ∞ 0.40 1.5163 64.1
12 ∞ 0.10
像 面 ∞
ASS[1]
R 0.70
k -1.9423E-01
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.85
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.55
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.13
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
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] 偏心(2) 1.8348 42.7
2 ERFS[2](RE) 偏心(3) 1.8348 42.7
3 ERFS[3](RE) 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[1] 偏心(5)
5 -1.45 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 -1.21 0.10
7 ∞(絞り) 0.70
8 2.51 0.30 1.8467 23.8
9 1.50 0.80 1.5831 62.4
10 -2.32 1.47
11 2.02 1.60 1.6204 60.3
12 -1.38 0.30 1.8467 23.8
13 ∞ 0.31
14 ∞ 0.40 1.5163 64.1
15 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -4.00
ERFS[2]
RY 4.80
θ 40.86
R -2.38
C4 -1.2352E-02
ERFS[3]
RY 6.57
θ 12.25
R -1.84
C4 -3.4641E-03
ASS[1]
R 0.58
k -1.3453E-01
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 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 0.00 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.77
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.71
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
以上の実施例では、光学系1の中心軸2に同心に回転対称な屈折率が1より大きい透明媒体の透過面及び反射面を、拡張回転自由曲面で設計されている例であるが、拡張回転自由曲面が回転対称面と直交し、高次項を使用していない場合、球面と等価な構成となる。
2…中心軸
3…物体面
5…像面
Claims (17)
- 中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい透明媒体からなり、
前記透明媒体は、前記中心軸に対して最外周に配置された第1透過面と、第1透過面より中心軸側に配置された第1反射面と、前記第1反射面より像面と反対側に配置された第2反射面と、前記第2反射面より像面側に配置された第2透過面と、を有し、
前記透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第1透過面を経て前記透明媒体内に入り、前記第1反射面で像面と反対側に反射され、前記第2反射面で像面側に反射され、前記第2透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出るZ字状の光路を構成し、
前記光路は、前記中心軸に対して片側のみで構成され、
前記第1反射面及び前記第2反射面は、前記像面側に凹面を向けて配置される
ことを特徴とする光学素子。 - 前記光学素子のメリジオナル断面の角倍率をβωとするとき、
0.01<βω<0.5 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。 - 前記第2透過面のメリジオナル断面のパワーは負であり、前記第2透過面のパワーをP2、中心主光線のメリジオナル断面の光学系全体のパワーをPmとするとき、
−10<P2/Pm<−1 ・・・(2)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学素子。 - 前記光学素子は、屈折率1.5以上の透明媒質で構成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素子。
- 前記第1反射面及び前記第2反射面のうちの少なくとも1つは、全反射作用を有す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素子。
- 前記第1反射面と前記第2反射面のうち少なくとも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乃至請求項5のいずれかに記載の光学素子。
- 前記透明媒体の有する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乃至請求項6のいずれかに記載の光学素子。
- 前群と、前記前群より像面側に配置された後群と、前記前群と前記後群の間に配置された開口とを備え、前記光学素子は、前記前群に配置され、前記中心軸を囲むように配置された物体の像を形成し、あるいは前記中心軸から放射する方向に物体の像を投影す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素子を備えた光学系。
- 前記光学系は、中心軸の周囲の円環状の物体の像を中心軸と直交する平面内に形成することを特徴とする請求項8に記載の光学系。
- 前記第2透過面は、前記開口側に凹面を向けて配置されることを特徴とする請求項8乃至請求項9のいずれかに記載の光学系。
- 前記光学系は、光路中で中間像を形成しないことを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれかに記載の光学系。
- 前記光学素子は、開口に対して像面と反対側に配置されることを特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれかに記載の光学系。
- 前記光学素子は、前記光学素子直前を観察する直視光路と中心軸に対して側方を観察する側視光路とを有し、前記直視光路及び前記側視光路の像を同一平面内に結像することを特徴とする請求項8乃至請求項12のいずれかに記載の光学系。
- 前記光学素子の外径をD、像の外径をDrとするとき、
D/Dr<10 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする請求項8乃至請求項13のいずれかに記載の光学系。 - 前記光学素子の外径Dは、
D<20mm ・・・(4)
なる条件を満足することを特徴とする請求項14に記載の光学系。 - 前記第1反射面は負のパワーを有し、前記第2反射面は正のパワーを有することを特徴とする請求項8乃至請求項15のいずれかに記載の光学系。
- 請求項8乃至請求項16のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
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