JP5031631B2 - Optical system and endoscope using the same - Google Patents
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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。 The present invention relates to an optical system and an endoscope using the same, and more particularly to an imaging optical system or a projection optical system having a function of forming an image around a rotationally symmetric axis as an annular image on an image sensor. .
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。
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。 However, none of the optical systems described in any of the patent documents can obtain a high-angle image with a small configuration.
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。 The present invention has been made in view of such a situation of the prior art, and an object of the present invention is to allow a wide observation angle of view to be imaged on an image sensor with a simple configuration, and to be a small and inexpensive optical. A system and an endoscope using the system are provided.
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、前記後群第1反射面と前記後群第2反射面のうち少なくとも1面は、中心軸上で連続な曲面で構成されており、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、像面に円環状に結像されることを特徴とする。 An optical system of the present invention that achieves the above object includes a front group including at least one reflecting surface, a rear group, and an aperture disposed between the front group and the rear group, and includes a central axis. In an optical system that is rotationally symmetric about the central axis in a cross section, the rear group is disposed on the image plane side of the aperture and has a rear group transparent medium having a refractive index greater than 1, and the rear group transparent The medium is a rear group first transmission surface disposed on the central axis in the vicinity of the opening, and a rear group first material is disposed closer to the image plane side than the rear group first transmission surface and has a concave surface facing the image plane side. A reflective surface, a rear group second reflective surface disposed on the opposite side of the image surface from the rear group first reflective surface, with a concave surface facing the image surface side, and disposed on the image surface side from the rear group second reflective surface A rear group second transmitting surface, and at least one of the rear group first reflecting surface and the rear group second reflecting surface is formed by a continuous curved surface on a central axis. The light beam incident on the rear group transparent medium passes through the aperture in the order of forward ray tracing, enters the rear group transparent medium through the rear group first transmission surface, and then receives the rear group first reflection. Z is reflected to the opposite side of the image surface by the surface, reflected to the image surface side by the rear group second reflecting surface, and exits from the rear group transparent medium to the image surface side through the rear group second transmitting surface. A first optical path having a letter shape, and at least a portion between the rear group first reflecting surface and the rear group second reflecting surface of the first optical path is configured only on one side with respect to the central axis; An intermediate image is not formed in the optical path, but is formed in an annular shape on the image plane.
また、前記後群の第1反射面は球面であることを特徴とする。 In addition, the first reflecting surface of the rear group is a spherical surface.
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。 Further, the rear group first reflecting surface is configured to reflect by a total reflection action and a reflecting coating, and the reflecting coating is provided only in the vicinity of the central axis of the rear group first reflecting surface. And
また、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。 Further, the rear group first transmission surface and the rear group second reflection surface are arranged on the object side of the rear group transparent medium.
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。
Further, the rear group first transmission surface and the rear group second reflection surface have the same shape at the same position.
また、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。 Further, the rear group first reflecting surface and the rear group second transmitting surface are arranged on the image surface side of the rear group transparent medium.
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。 Further, the rear group first reflecting surface and the rear group second transmitting surface have the same shape at the same position.
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。 The front group includes a front group transparent medium having a refractive index rotationally symmetric about a central axis greater than 1, and the front group transparent medium includes a front group first transmission surface and the front group first transmission medium. From the front group first reflecting surface disposed on the image surface side from the surface, from the front group second reflecting surface disposed on the side opposite to the image surface from the front group first reflecting surface, and from the front group second reflecting surface A front group second transmission surface disposed on the image plane side, and a light beam incident on the front group transparent medium passes through the front group first transmission surface in the order of forward ray tracing, and the front group transparent medium After entering and intersecting the central axis, it is reflected on the opposite side of the image surface by the front group first reflecting surface, and is reflected on the image surface side by the front group second reflecting surface without intersecting the central axis. And an optical path that exits from the front group transparent medium to the image plane side through the front group second transmission surface.
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。 The front group includes a front group transparent medium having a refractive index rotationally symmetric about a central axis greater than 1, and the front group transparent medium includes a front group first transmission surface and the front group first transmission medium. From the front group first reflecting surface disposed on the image surface side from the surface, from the front group second reflecting surface disposed on the side opposite to the image surface from the front group first reflecting surface, and from the front group second reflecting surface A front group second transmission surface disposed on the image plane side, and a light beam incident on the front group transparent medium passes through the front group first transmission surface in the order of forward ray tracing, and the front group transparent medium After entering and intersecting the central axis, it is reflected to the opposite side of the image plane by the front group first reflecting surface, and after intersecting the central axis again, it is reflected to the image plane side by the front group second reflecting surface. And an optical path that exits from the front group transparent medium to the image plane side through the front group second transmission surface.
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。 The front group includes a front group transparent medium having a refractive index rotationally symmetric about a central axis greater than 1, and the front group transparent medium includes a front group first transmission surface and the front group first transmission medium. A front group first reflecting surface disposed on the opposite side of the image surface from the surface, and a front group second transmitting surface disposed on the image surface side from the front group first reflecting surface, and the front group transparent A light beam incident on the medium enters the front group transparent medium through the front group first transmission surface in the order of forward ray tracing, intersects the central axis, and then enters the image plane side on the front group first reflection surface. An optical path which is reflected and goes out from the front group transparent medium to the image surface side through the front group second transmission surface is formed.
また、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。
When the maximum image height is Imax and the outer diameter of the rear group is D,
0.5 <D / (2 × Imax) <10 (1)
It satisfies the following condition.
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。
When the maximum image height is Imax and the distance from the opening to the image plane is L,
0.5 <L / (2 × Imax) <10 (2)
It satisfies the following condition.
また、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。
Further, when the curvature of the rear group first reflecting surface is R1, and the curvature of the rear group second reflecting surface is R2,
0.2 <R1 / R2 <5 (3)
It satisfies the following condition.
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。 Furthermore, the present invention for achieving the above object is an endoscope using the optical system.
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。 In the optical system of the present invention described above, it is possible to obtain a small optical system with good resolving power with a well-corrected aberration capable of observing a wide angle of view or projecting an image at a wide angle of view with a simple configuration. it can.
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。 The optical system of the present invention will be described below based on examples.
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。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the central axis (rotation symmetry axis) 2 of the
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。像面5近傍の平行平板は撮像素子のカバーガラスC等である。
The
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、球面からなり、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、像面5に円環状に結像される。
The
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。
It is important that the aperture S is in the vicinity of the rear first group
次に、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、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、Z字光路になっていることが重要である。
Next, the rear first group first reflecting
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、光路途中で中間像を形成しない為に、光学系を小型にすることが可能である。
With this arrangement, a negative and positive power arrangement is made in order of the optical path from the object side, so that a so-called retrofocus configuration can be achieved, and a wide angle of view can be achieved. In addition, this arrangement makes it possible to arrange the principal point of the optical system on the object side, and to obtain an F-back. Furthermore, since an intermediate image is not formed in the middle of the optical path, the optical system can be reduced in size.
さらに、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、像面湾曲なので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。
Further, by disposing the reflecting surface between the transmitting surfaces, the reflecting surface is configured by the internal reflecting surface, and hence the occurrence of aberration can be reduced because of the field curvature. In addition, since the inclination of the light ray that strikes the rear first group first reflecting
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。
Further, the rear first group first reflecting
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。これにより相互の面での光線の干渉が減り、広い画角を確保することが可能となる。
Further, it is preferable that the rear first group
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。これにより透明媒体Lと像面5を短くすることが可能となり。光学系全長を短くすることが可能となる。
Further, it is preferable that the rear first group first reflecting
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。
Further, the rear first group second reflecting
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。
More preferably, the rear first group first reflecting
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。
More preferably, it is desirable that the rear first group
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。
Further, the front group Gf has a front group transparent medium Lf having a refractive index rotationally symmetric around the
また、前群Gf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。
The front group Gf includes a front group transparent medium Lf having a refractive index that is rotationally symmetric about the central axis and greater than 1. The front group transparent medium Lf includes the front group
, And enters the front group transparent medium Lf through the front group
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。
Further, the front group Gf has a front group transparent medium Lf having a refractive index rotationally symmetric around the
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。
When the maximum image height is Imax and the outer diameter of the transparent medium is D,
0.5 <D / (2 × Imax) <10 (1)
It is desirable to satisfy the following conditions.
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。 When conditional expression (1) exceeds the lower limit, the telecentricity is deteriorated, and particularly when the image is picked up using an image pickup device such as a CCD, the peripheral light amount is insufficient. If the upper limit is exceeded, the outer diameter of the optical system becomes too large and the optical system becomes large.
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。
When the maximum image height is Imax and the distance from the opening to the image plane is L,
0.5 <L / (2 × Imax) <10 (2)
It is desirable to satisfy the following conditions.
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。 Conditional expression (2) defines the total length of the optical system with respect to the image height. If the lower limit is exceeded, the telecentricity also deteriorates and the peripheral light quantity is insufficient. If the upper limit is exceeded, the total length becomes too long, and a compact optical system cannot be constructed.
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。
When the curvature of the rear first group first reflecting
0.2 <R1 / R2 <5 (3)
It is desirable to satisfy the following conditions.
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。
Conditional expression (3) defines the ratio of the power of the two reflecting surfaces. When the lower limit is exceeded, the radius of curvature of the rear first group first reflecting
なお、すべての実施例は球面で構成されているが、通常の非球面で構成することも可能である。また物体側の平行平面は、光学系保護用のものであり。無くてもよい。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。 In addition, although all the embodiments are configured with spherical surfaces, they can also be configured with ordinary aspherical surfaces. The parallel plane on the object side is for protecting the optical system. There is no need. The parallel plane on the image side is for protecting the image sensor and may be omitted.
以下に、本発明の光学系の実施例1〜4を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。 Examples 1 to 4 of the optical system of the present invention will be described below. The configuration parameters of these optical systems will be described later.
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。
In the forward ray tracing, for example, as shown in FIG. 1, the coordinate system uses the point where the diaphragm surface S intersects the
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。
For the decentered surface, the decentering amount from the origin O of the
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。 Further, among the optical action surfaces constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a subsequent surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given, in addition, the curvature radius of the surface, The refractive index and Abbe number of the medium are given according to conventional methods.
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。 In addition, a term relating to an aspheric surface for which no data is described in the constituent parameters described later is zero. The refractive index and the Abbe number are shown for the d-line (wavelength 587.56 nm). The unit of length is mm. As described above, the eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the reference surface.
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。
The aspheric surface is a rotationally symmetric aspheric surface given by the following definition.
Z = (Y 2 / R) / [1+ {1- (1 + k)
+ AY 4 + bY 6 + cY 8 + dY 10 +...
... (a)
However, Z is taken as an axis, and Y is taken in a direction perpendicular to the axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, k is a conic constant, a, b, c, d,... Are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively. The Z axis of this defining formula is the axis of a rotationally symmetric aspherical surface.
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。 The extended rotation free-form surface is a rotationally symmetric surface given by the following definition.
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。 First, as shown in FIG. 2, the following curve (b) passing through the origin on the YZ coordinate plane is determined.
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。
Z = (Y 2 / RY) / [1+ {1- (
+ C 2 Y + C 3 Y 2 + C 4 Y 3 + C 5 Y 4 + C 6 Y 5 + C 7 Y 6
+ ··· + C 21 Y 20 + ··· + C n + 1 Y n + ····
... (b)
Next, a curve F (Y) obtained by rotating the curve (b) in the positive direction of the X-axis and turning it counterclockwise to be positive is determined. This curve F (Y) also passes through the origin on the YZ coordinate plane.
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。 The curve F (Y) is translated in the Y positive direction by a distance R (Y negative direction if negative), and then the rotationally symmetric surface is rotated by rotating the translated curve around the Z axis. Let it be a free-form surface.
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。 As a result, the extended rotation free-form surface becomes a free-form surface (free-form curve) in the YZ plane and a circle with a radius | R | in the XY plane.
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。 From this definition, the Z-axis becomes the axis of the extended rotation free-form surface (rotation symmetry axis).
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。 Where RY is the radius of curvature of the spherical term in the YZ section, C 1 is the conic constant, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 . Aspheric coefficient.
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。 A conical surface having the Z axis as the central axis is given as one of the extended rotation free-form surfaces, and RY = ∞, C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 ,... = 0, and θ = ( The inclination angle of the conical surface), R = (the radius of the bottom surface in the XZ plane).
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。 In addition, a term relating to an aspheric surface for which no data is described in the constituent parameters described later is zero. The refractive index and the Abbe number are shown for the d-line (wavelength 587.56 nm). The unit of length is mm. As described above, the eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the reference surface.
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。
A cross-sectional view taken along the
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球面で構成し、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。
In this embodiment, the transmission surface and the reflection surface of the first group of transparent media Lb having a refractive index which is concentric and rotationally symmetric with respect to the
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。
The
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とからなる。
The front group Gf is composed of a front group transparent medium Lf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
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、負のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、正のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、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。
The rear first group Gb1 is composed of a rear first group transparent medium Lb whose refractive index rotationally symmetric about the
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。
The rear second group Gb2 is composed of a rear second group cover glass Cb2 having a rotationally symmetric refractive index greater than 1 around the
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から離れるように上方へ反射されて、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。
The
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。
Thereafter, the light enters the rear first group transparent medium Lb through the opening S disposed coaxially with the
この実施例1の仕様は、
全系の画角 50.00°〜360.0°
後群の画角 26.81°〜60.22°
入射瞳径 φ0.94mm
像の大きさ φ4.04mm〜φ7.83mm
である。
The specification of this Example 1 is
Angle of view of the entire system 50.00 ° to 360.0 °
Rear group angle of view 26.81 ° -60.22 °
Entrance pupil diameter 0.94mm
Image size φ4.04mm to φ7.83mm
It is.
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。
A sectional view taken along the
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。
In this embodiment, the transmission surface and the reflection surface of the rear group transparent medium Lb having a refractive index larger than 1 concentrically symmetric with respect to the
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。
The
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。
The front group Gf is composed of a front group transparent medium Lf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
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、負のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、正のパワーをもつ像面側に凹
面を向けた後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、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。
The rear first group Gb1 is composed of a rear first group transparent medium Lb whose refractive index rotationally symmetric about the
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。
The rear second group Gb2 is composed of a rear second group cover glass Cb2 having a rotationally symmetric refractive index greater than 1 around the
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から離れるように上方へ像面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。
The
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。
Thereafter, the light enters the rear first group transparent medium Lb through the opening S disposed coaxially with the
この実施例2の仕様は、
全系の画角 80.00°〜360°
後群の画角 22.92°〜58.29°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ3.58mm〜φ7.91mm
である。
The specification of Example 2 is
Angle of view of the entire system 80.00 ° to 360 °
Rear group angle of view 22.92 °-58.29 °
Entrance pupil diameter φ0.10mm
Image size φ3.58mm to φ7.91mm
It is.
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。
A sectional view taken along the
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。
In this embodiment, the transmission surface and the reflection surface of the rear group transparent medium Lb having a refractive index larger than 1 concentrically symmetric with respect to the
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。
The
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非球面からなる前群第2
透過面14とからなる。
The front group Gf is composed of a front group transparent medium Lf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
And a
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、負のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、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、負のパワーをもつ後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。
The rear group G1 is composed of a rear first group transparent medium Lb whose refractive index rotationally symmetric about the
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。
The
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。
Thereafter, the light enters the rear first group transparent medium Lb through the opening S disposed coaxially with the
この実施例3の仕様は、
全系の画角 60.00°×360°
後群の画角 13.52°〜52.56°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ2.44mm〜φ7.95mm
である。
The specification of this Example 3 is
Angle of view of entire system 60.00 ° × 360 °
Rear group angle of view 13.52 °-52.56 °
Rear group entrance pupil diameter φ1.00mm
Image size φ2.44mm to φ7.95mm
It is.
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。
A sectional view taken along the
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。
In this embodiment, the transmission surface and the reflection surface of the rear group transparent medium Lb having a refractive index larger than 1 concentrically symmetric with respect to the
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。
The
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1
2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非球面からなる前群第2透過面14とからなる。
The front group Gf is composed of a front group transparent medium Lf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
2 and the
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、負のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、正のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、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。
The rear first group Gb1 is composed of a rear first group transparent medium Lb whose refractive index rotationally symmetric about the
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。
The
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。
Thereafter, the light enters the rear first group transparent medium Lb through the opening S disposed coaxially with the
この実施例4の仕様は、
全系の画角 60.00°×360°
後群の画角 26.47°〜55.67°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ4.12mm〜φ7.66mm
である。
The specification of this Example 4 is
Angle of view of entire system 60.00 ° × 360 °
Rear group angle of view 26.47 °-55.67 °
Rear group entrance pupil diameter φ1.00mm
Image size φ4.12mm to φ7.66mm
It is.
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。
A sectional view taken along the
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の前に前群反射体Rfを配置した例である。
In this embodiment, the transmission surface and the reflection surface of the rear group transparent medium Lb having a refractive index larger than 1 concentrically symmetric with respect to the
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、像面5側に凸の前群第1反射面12からなる。
The
The front group Gf includes a front group reflector Rf that is rotationally symmetric about the
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、負の
パワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、正のパワーをもつ像面側に凹面を向けた後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、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。
The rear first group Gb1 is composed of a rear first group transparent medium Lb whose refractive index rotationally symmetric about the
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11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。その後、前群透明媒体Lfと後1群透明媒体Lbの間に中心軸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。
The
この実施例5の仕様は、
全系の画角 60.00°(10±30°)×360°
後群の画角 29.59°〜49.38°
後群の入射瞳径 φ1.00mm
像の大きさ φ2.56mm〜φ3.92mm
である。
The specification of this Example 5 is
Angle of view of the entire system 60.00 ° (10 ± 30 °) x 360 °
Rear group angle of view 29.59 °-49.38 °
Rear group entrance pupil diameter φ1.00mm
Image size φ2.56mm to φ3.92mm
It is.
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 3.92 3.96 3.98 3.83 1.96
θmax 60.22 58.29 52.56 55.67 49.38
I min 2.02 1.78 1.22 2.06 1.28
θmin 26.81 22.92 13.52 26.47 29.59
F 0.057 0.061 0.071 0.061 0.034
D 24.80 21.60 25.20 20.40 12.00
L 9.600 7.800 13.000 6.20 4.20
D(2×Imax) 3.167 2.730 3.169 2.663 3.069
L(2×Imax) 1.226 0.986 1.635 0.809 1.074
R1 6.92 7.33 8.06 9.35 3.32
R2 8.10 8.15 8.95 8.89 4.13
R1/R2 0.85 0.90 0.90 1.05 0.81
である。
The maximum image height is Imax (mm), the minimum image height is Imin (mm), and the maximum field angle of the rear group Gr is θmax.
(Degrees), the minimum angle of view of the rear group Gr is θmin (degrees), and the focal length F = (Imax−Imin) / (θmax−
θmin), the outer diameter of the rear group Gr is D (mm), the total length of the rear group Gr excluding the parallel-plane protective glass is Ls (mm), the curvature of the rear group first reflecting
Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5
I max 3.92 3.96 3.98 3.83 1.96
θmax 60.22 58.29 52.56 55.67 49.38
I min 2.02 1.78 1.22 2.06 1.28
θmin 26.81 22.92 13.52 26.47 29.59
F 0.057 0.061 0.071 0.061 0.034
D 24.80 21.60 25.20 20.40 12.00
L 9.600 7.800 13.000 6.20 4.20
D (2 x Imax) 3.167 2.730 3.169 2.663 3.069
L (2 x Imax) 1.226 0.986 1.635 0.809 1.074
R1 6.92 7.33 8.06 9.35 3.32
R2 8.10 8.15 8.95 8.89 4.13
R1 / R2 0.85 0.90 0.90 1.05 0.81
It is.
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。
The configuration parameters of Examples 1 to 5 are shown below. In the table below, “RE” indicates a reflecting surface.
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 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 81.36 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 8.10 3.48 1.8348 42.7
7(RE) 6.92 -3.48 1.8348 42.7
8(RE) 8.10 3.48 1.8348 42.7
9 6.92 4.23
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 27.36
θ 53.19
R -10.91
ERFS[2]
RY -23.52
θ 37.63
R 7.93
C4 2.4445E-05
ERFS[3]
RY -56.42
θ -5.65
R 6.05
C4 8.0159E-05
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -9.64
α 75.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -12.56
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.71
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -13.93
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
Example 1
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞ Eccentricity (1)
1 ERFS [1] 0.00 Eccentricity (2) 1.8348 42.7
2 (RE) ERFS [2] 0.00 Eccentricity (3) 1.8348 42.7
3 (RE) ERFS [3] 0.00 Eccentricity (4) 1.8348 42.7
4 81.36 0.00 Eccentricity (5)
5 ∞ (Aperture) 0.00
6 8.10 3.48 1.8348 42.7
7 (RE) 6.92 -3.48 1.8348 42.7
8 (RE) 8.10 3.48 1.8348 42.7
9 6.92 4.23
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
Image plane ∞
ERFS [1]
RY 27.36
θ 53.19
R -10.91
ERFS [2]
RY -23.52
θ 37.63
R 7.93
C4 2.4445E-05
ERFS [3]
RY -56.42
θ -5.65
R 6.05
C4 8.0159E-05
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -9.64
α 75.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z -12.56
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.71
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 0.00 Z -13.93
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [5]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.00
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 -6.46 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.00
6 8.15 3.33 1.8348 42.7
7(RE) 7.33 -3.33 1.8348 42.7
8(RE) 8.15 3.33 1.8348 42.7
9 7.33 2.66
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -5.96
θ 72.36
R -9.56
ERFS[2]
RY -16.71
θ 50.86
R 7.55
C4 -2.4173E-04
ERFS[3]
RY 8.79
θ 31.80
R -6.39
C4 1.9000E-03
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -5.79
α 42.56 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -16.21
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -4.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -18.89
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
Example 2
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞ Eccentricity (1)
1 ERFS [1] 0.00 Eccentricity (2) 1.8348 42.7
2 (RE) ERFS [2] 0.00 Eccentricity (3) 1.8348 42.7
3 (RE) ERFS [3] 0.00 Eccentricity (4) 1.8348 42.7
4 -6.46 0.00 Eccentricity (5)
5 ∞ (Aperture) 0.00
6 8.15 3.33 1.8348 42.7
7 (RE) 7.33 -3.33 1.8348 42.7
8 (RE) 8.15 3.33 1.8348 42.7
9 7.33 2.66
10 ∞ 1.00 1.5163 64.1
11 ∞ 0.70
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -5.96
θ 72.36
R -9.56
ERFS [2]
RY -16.71
θ 50.86
R 7.55
C4 -2.4173E-04
ERFS [3]
RY 8.79
θ 31.80
R -6.39
C4 1.9000E-03
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -5.79
α 42.56 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z -16.21
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y 0.00 Z -4.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 0.00 Z -18.89
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
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)
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
3 -16.07 0.00 偏心(4)
4 ∞(絞り) 0.10
7 8.95 3.62 1.8348 42.7
8(RE) 8.06 -3.62 1.8348 42.7
9(RE) 8.95 3.62 1.8348 42.7
10 8.06 9.31
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -2685.93
θ -34.51
R -6.91
ERFS[2]
RY 14.47
θ -45.37
R 5.36
C4 -4.6617E-05
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -7.24
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -7.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -12.35
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
Example 3
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞ Eccentricity (1)
1 ERFS [1] 0.00 Eccentricity (2)
2 (RE) ERFS [2] 0.00 Eccentricity (3) 1.8348 42.7
3 -16.07 0.00 Eccentricity (4)
4 ∞ (Aperture) 0.10
7 8.95 3.62 1.8348 42.7
8 (RE) 8.06 -3.62 1.8348 42.7
9 (RE) 8.95 3.62 1.8348 42.7
10 8.06 9.31
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -2685.93
θ -34.51
R -6.91
ERFS [2]
RY 14.47
θ -45.37
R 5.36
C4 -4.6617E-05
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -7.24
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z -7.24
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y 0.00 Z -12.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
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) 2.0033 28.3
2(RE)ERFS[2] 0.00 偏心(3) 2.0033 28.3
3(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(4) 2.0033 28.3
4 ASS[1] 0.00 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.10
6 8.89 3.34 1.8348 42.7
7(RE) 9.35 -3.34 1.8348 42.7
8(RE) 8.89 3.34 1.8348 42.7
9 9.35 4.76
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 21.56
θ 88.06
R -7.74
ERFS[2]
RY -13.48
θ 87.67
R 8.55
C4 -1.5105E-04
ERFS[3]
RY 10.49
θ 43.16
R -6.45
C4 6.0876E-04
ASS[1]
R -12.90
k 0.0000
a 2.4853E-03
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -14.91
α 132.30 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -6.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -12.37
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -18.62
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
Example 4
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞ Eccentricity (1)
1 ERFS [1] 0.00 Eccentricity (2) 2.0033 28.3
2 (RE) ERFS [2] 0.00 Eccentricity (3) 2.0033 28.3
3 (RE) ERFS [3] 0.00 Eccentricity (4) 2.0033 28.3
4 ASS [1] 0.00 Eccentricity (5)
5 ∞ (Aperture) 0.10
6 8.89 3.34 1.8348 42.7
7 (RE) 9.35 -3.34 1.8348 42.7
8 (RE) 8.89 3.34 1.8348 42.7
9 9.35 4.76
Image plane ∞
ERFS [1]
RY 21.56
θ 88.06
R -7.74
ERFS [2]
RY -13.48
θ 87.67
R 8.55
C4 -1.5105E-04
ERFS [3]
RY 10.49
θ 43.16
R -6.45
C4 6.0876E-04
ASS [1]
R -12.90
k 0.0000
a 2.4853E-03
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -14.91
α 132.30 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z -6.96
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y 0.00 Z -12.37
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 0.00 Z -18.62
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.10
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(RE)-16.88 5.00
2 ∞(絞り) 0.10
3 4.13 1.74 1.8348 42.7
4(RE) 3.32 -1.74 1.8348 42.7
5(RE) 4.13 1.74 1.8348 42.7
6 3.32 2.52
像 面 ∞
Example 5
Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ ∞
1 (RE) -16.88 5.00
2 ∞ (Aperture) 0.10
3 4.13 1.74 1.8348 42.7
4 (RE) 3.32 -1.74 1.8348 42.7
5 (RE) 4.13 1.74 1.8348 42.7
6 3.32 2.52
Image plane ∞
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。
FIG. 13 shows an arrangement example of the image and the image sensor of the present embodiment. FIG. 13A shows an example in which an image sensor with a screen ratio of 16: 9 is used. When an image in the vertical direction is not used, it is preferable to match the size of the
Hereinafter, as an application example of the
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における前群Gfの第1透過面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。
FIG. 15 shows an example in which the photographing
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。
As shown in FIGS. 13 and 14, by using the imaging
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15(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。
In FIG. 16A, a photographing
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。
17 uses the projection
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。
Further, FIG. 18 shows that the photographing
1…光学系
2…中心軸
3…物体面(無限遠なので図示しない)
5…像面
DESCRIPTION OF
5. Image plane
Claims (14)
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7のいずれかに記載の光学系。 The front group includes a front group transparent medium having a refractive index that is rotationally symmetric about a central axis and having a refractive index greater than 1. The front group transparent medium includes a front group first transmission surface and a front group first transmission surface. A front group first reflecting surface disposed on the image surface side, a front group second reflecting surface disposed on the opposite side of the image surface from the front group first reflecting surface, and an image surface from the front group second reflecting surface A front group second transmission surface disposed on the side, and the light beam incident on the front group transparent medium passes through the front group first transmission surface and enters the front group transparent medium in the order of forward ray tracing. After entering and intersecting the central axis, the front group first reflecting surface is reflected to the opposite side of the image plane, and after intersecting the central axis again, the front group second reflecting surface is reflected to the image plane side, 8. The optical system according to claim 1, wherein an optical path that exits from the front group transparent medium to the image surface side through a front group second transmission surface is formed.
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10のいずれかに記載の光学系。 When the maximum image height is Imax and the outer diameter of the rear group is D,
0.5 <D / (2 × Imax) <10 (1)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
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11のいずれかに記載の光学系。 When the maximum image height is Imax and the distance from the aperture to the image plane is L,
0.5 <L / (2 × Imax) <10 (2)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
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12のいずれかに記載の光学系。 When the curvature of the rear group first reflecting surface is R1, and the curvature of the rear group second reflecting surface is R2,
0.2 <R1 / R2 <5 (3)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
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