JP5030675B2 - 光学系及びそれを用いた内視鏡 - Google Patents
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
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Description
また、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。
さらに、前記光学系を用いる内視鏡を特徴とする。
+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(側視) 89.5°〜135°
画角(直視) 0°〜60°
絞り径 φ0.5mm
像の大きさ(側視) φ2.00〜φ2.37
(直視) φ1.56
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6に示す。また、この実施例の光学系全体の側視光路の横収差図を図7、直視光路の横収差図を図8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(側視) 89.5°〜135°
画角(直視) 0°〜60°
絞り径 φ0.5mm
像の大きさ(側視) φ1.80〜φ2.57
(直視) φ1.54
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9に示す。また、この実施例の光学系全体の側視光路の横収差図を図10、直視光路の横収差図を図11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(側視) 89.5°〜135°
画角(直視) 0°〜60°
絞り径 φ0.5mm
像の大きさ(側視) φ1.87〜φ2.48
(直視) φ1.57
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12に示す。また、この実施例の光学系全体の側視光路の横収差図を図13、直視光路の横収差図を図14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(側視) 89°〜150°
画角(直視) 0°〜60°
絞り径 φ0.5mm
像の大きさ(側視) φ1.90〜φ2.41
(直視) φ1.57
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15に示す。また、この実施例の光学系全体の側視光路の横収差図を図16、直視光路の横収差図を図17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(側視) 89.5°〜135°
画角(直視) 0°〜60°
絞り径 φ0.5mm
像の大きさ(側視) φ1.80〜φ2.57
(直視) φ1.54
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“ASS”は非球面、“ERFS”は拡張回転自由曲面を、“RE”は反射面を示す。
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 10.00 10.00 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 ERFS[2] 偏心(3)
5 ∞ -0.50 偏心(5) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.35
7 -1.96 1.00 1.7292 54.7
8 -1.54 0.10
9 2.41 0.30 1.7529 27.7
10 1.25 1.60 1.6583 53.9
11 31.16 1.87
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ERFS[2]
RY 2.04
θ 54.52
R -1.66
ERFS[3]
RY 5.71
θ 18.97
R -1.86
偏心(1)
X 0.00 Y -9.24 Z 3.83
α 112.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 2.57
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 20.00 20.00
1 ∞ 1.00 1.5163 64.1
2 2.27 2.13
3 ERFS[3] 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ERFS[2] 偏心(3)
5 ∞ 0.50 偏心(5) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り)
7 -1.96 1.00 1.7292 54.7
8 -1.54 0.10
9 2.41 0.30 1.7529 27.7
10 1.25 1.60 1.6583 53.9
11 31.16 1.87
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[2]
RY 2.04
θ 54.52
R -1.66
ERFS[3]
RY 5.71
θ 18.97
R -1.86
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 2.57
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 10.00 10.00 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 ERFS[4] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.20
7 -2.18 1.00 1.7292 54.7
8 -1.32 0.10
9 3.43 0.30 1.7063 29.9
10 0.91 1.60 1.7038 48.4
11 21.69 1.61
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ERFS[2]
RY 4.75
θ 50.15
R -1.72
ERFS[3]
RY 5.62
θ 17.31
R -1.67
ERFS[4]
RY 1.45
θ 45.27
R -1.03
偏心(1)
X 0.00 Y -9.24 Z 3.83
α 112.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.97
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.63
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.83
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 20.00 20.00
1 ∞ 1.00 1.5163 64.1
2 3.47 2.25
3 ERFS[3] 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ERFS[4] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.20
7 -2.18 1.00 1.7292 54.7
8 -1.32 0.10
9 3.43 0.30 1.7063 29.9
10 0.91 1.60 1.7038 48.4
11 21.69 1.61
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[3]
RY 5.62
θ 17.31
R -1.67
ERFS[4]
RY 1.45
θ 45.27
R -1.03
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.63
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.83
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 10.00 10.00 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 ASS[1](RE) 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[2] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.20
7 -2.11 1.00 1.7292 54.7
8 -1.53 0.10
9 3.51 1.60 1.6204 60.3
10 -1.30 0.50 1.7552 27.6
11 -2.52 2.12
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ERFS[2]
RY 8.21
θ 41.24
R -2.36
ASS[1]
R 6.48
k 0.0000
ASS[2]
R 0.80
k 0.0000
偏心(1)
X 0.00 Y -9.24 Z 3.83
α 112.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.72
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.18
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.19
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 20.00 20.00
1 ∞ 1.00 1.5163 64.1
2 ∞ 1.22
3 ASS[1] 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[2] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.20
7 -2.11 1.00 1.7292 54.7
8 -1.53 0.10
9 3.51 1.60 1.6204 60.3
10 -1.30 0.50 1.7552 27.6
11 -2.52 2.12
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ASS[1]
R 6.48
k 0.0000
ASS[2]
R 0.80
k 0.0000
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.72
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.18
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.19
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 10.00 10.00 偏心(1)
1 ERFS[1] 偏心(2) 1.8348 42.7
2 ASS[1](RE) 偏心(3) 1.8348 42.7
3 ASS[2](RE) 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[1] 偏心(3)
5 ∞ 0.50 偏心(5) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 2.28
7 7.24 1.40 1.7292 54.7
8 -3.73 0.10
9 4.26 0.30 1.7479 27.9
10 1.56 1.80 1.5311 66.1
11 -9.12 2.33
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ASS[1]
R 2.36
k 0.0000
ASS[2]
R 8.35
k 0.0000
偏心(1)
X 0.00 Y -8.67 Z 4.98
α 120.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.71
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.42
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.45
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.18
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 20.00 20.00
1 ∞ 1.00 1.5163 64.1
2 1.98 2.16
3 ASS[2] 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[1] 偏心(3)
5 ∞ 0.50 偏心(5) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 2.28
7 7.24 1.40 1.7292 54.7
8 -3.73 0.10
9 4.26 0.30 1.7479 27.9
10 1.56 1.80 1.5311 66.1
11 -9.12 2.33
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ASS[1]
R 2.36
k 0.0000
ASS[2]
R 8.35
k 0.0000
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.42
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.45
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 3.18
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 10.00 10.00 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 ERFS[4] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.48
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像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ERFS[2]
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ERFS[3]
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θ 50.66
R -1.16
偏心(1)
X 0.00 Y -9.24 Z 3.83
α 112.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.53
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.32
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 2.49
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 20.00 20.00
1 ∞ 1.00 1.5163 64.1
2 2.91 2.09
3 ERFS[5] 偏心(7) 1.8348 42.7
4 ERFS[4] 偏心(5)
5 ∞ 0.50 偏心(6) 1.5163 64.1
6 ∞(絞り) 0.48
7 -19.12 1.00 1.7292 54.7
8 -1.87 0.10
9 10.85 0.30 1.7552 27.6
10 1.03 1.60 1.7427 44.9
11 -8.15 1.91
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[4]
RY 1.50
θ 50.66
R -1.16
ERFS[5]
RY 4.09
θ 7.31
R -0.52
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.32
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 2.49
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[7]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.74
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
また、側視第1反射面22の中心主光線の当る位置を開口から回転対称軸方向に図った長さをd1、側視第2反射面23の中心主光線が当る位置を同様にd2とすると、
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
d1 2.11 1.36 0.59 3.26 1.96
d2 3.68 2.96 2.41 2.23 3.51
d1/d2 0.62 0.46 0.25 1.46 0.55
であることが好ましい。
d1>0 ・・・(1)
であることが好ましい。
d1/d2>0 ・・・(2)
なる条件を満足することが好ましい。
2…中心軸
3…側視物体面
4…直視物体面
5…像面
Claims (14)
- 中心軸に対して回転対称で、負のパワーを有する前群と、開口と、正のパワーを有する後群とからなり、像を形成又は投影する光学系において、
前記前群は、透過作用により前記中心軸上の物体を結像又は投影する直視光路と、前記光学系に対して側方にある全方位の物体を反射作用により結像又は投影する側視光路と、を合成する作用を有し、
第1透過面と、前記第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反射面に対して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、第3透過面と、前記第3透過面より像面側に配置された第4透過面と、を有する透明媒体を備え、
順光線追跡の順に、前記前群に入射する光束は、
前記側視光路では、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略Z字状の光路を有し、
前記直視光路では、前記第3透過面を経て前記透明媒体内に入り、前記第4透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出る光路を有し、
前記直視光路中及び前記側視光路中で中間像を形成しない
ことを特徴とする光学系。 - 前記第1反射面及び前記第2反射面は、前記開口側に凹面を向けて構成され、全方位画像のメリジオナル断面の画角の中心を中心画角とし、前記開口中心を通る光線を中心主光線とするとき、前記中心主光線が前記第1反射面に当たる位置が、前記開口に対して像面の反対側に配置されることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
- 前記第1反射面は、全反射作用を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学系。
- 前記第1反射面に対して像面の反対側に透過面を配置すること特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光学系。
- 前記第1反射面と前記第2透過面は、同一位置、同一面形状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4のいずれかに記載の光学系。
- 前記第1反射面と前記第4透過面は、同一位置、同一面形状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系。
- 前記第2反射面と前記第3透過面は、同一位置、同一面形状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系。
- 前記第1反射面から前記第2反射面への光路は、前記中心軸に対して発散する方向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。
- 前記第1透過面は、円柱又は円錐状の面であ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素子。
- 前記前群の備える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9のいずれかに記載の光学系。
- 前記前群の備え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10のいずれかに記載の光学系。
- 前記開口中心を通る光線を中心主光線とするとき、前記第1透過面に入る前記中心主光線が、前記中心軸に直交する線より像面側に傾斜され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。
- 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1乃至請求項12のいずれかに記載の光学系。
- 請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
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