WO2009041332A1

WO2009041332A1 - 光学系及びそれを用いた内視鏡

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Publication number: WO2009041332A1
Application number: PCT/JP2008/066794
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Togino
Original assignee: Olympus Corp.
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2009-04-02
Also published as: JP2009080412A

Abstract

光学系及びそれを用いた内視鏡に関し、第１反射面２２と第２反射面２３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２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おり、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、第１透過面２１を経て透明媒体Ｌ内に入り、第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、第２反射面２３で像面５側に反射され、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の少なくとも第１反射面２２と第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。

Description

明細書

光学系及びそれを用いた内視鏡. 技術分野

[ 0 0 0 1 ]

本発明は光学系及びそれを用いた内視鏡に関し、特に、中心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。

背景技術

[ 0 0 0 2 ]

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。

〔特許文献 1〕 ·

特許第 3 3 8 2 6 8 3号公報

〔特許文献 2〕 .

特許第 3 2 1 2 7 8 4号公報

〔特許文献 3〕

特公昭 6 2— 5 2 8 4 2号公報発明の開示

[ 0 0 0 3 ]

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。

[ 0 0 0 4 ]

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。

[ 0 0 0 5 ] 上記目的を達成する本発明の光学系は、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、前記光学系は、前記中心軸上の物体側に配置された開口と、前記開口の像面側に配置され、屈折率が 1より大きい透明媒体とを有し、前記透明媒体は、前記開口近傍の前記中心軸上に配置された第 1透過面と、前記第 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、像面側に凹面を向けた第 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、前記第 1反射面と前記第 2反射面のうち少なくとも 1面は、中心軸上で不連続な曲面で構成されており、前記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字状の第 1光路を構成し、前記第 1光路の少なくとも前記第 1反射面と前記第 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。

[ 0 0 0 6 ]

前記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。

[ 0 0 0 7 ]

また、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、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。

[ 0 0 0 8 ]

また、前記第 1反射面は、全反射作用と、反射コ一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。

[ 0 0 0 9 ]

また、前記第 1透過面と前記第 2反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されていることを特徴とする。

[0 0 1 0]

また、前記第 1反射面と前記第 2透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする。

[0 0 1 1 ]

また、前記第 1反射面と前記第 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。

[0 0 1 2]

また、前記透明媒体の物体側及び/又は像面側に屈折体を配置したことを特徴とする。

[0 0 1 3]

また、最大像高を I max、前記透明媒体の外径を Dとするとき、

0. 5 <D/ (2 X 1 max) く 1 0 · · · ( 1 ) なる条件を満足することを特徴とする。

[0 0 1 4]

また、最大像高を I max、前記開口から前記像面までの距離を L oとするとき、

0 · 5 < L o / ( 2 X 1 max) < 1 0 · · ·

( 2 )

なる条件を満足することを特徴とする。

[0 0 1 5]

また、第 1反射面の曲率を R l、第 2反射面の曲率を R 2とするとき、

0. 2<R 1/R 2< 5 · · · ( 3 ) なる条件を満足することを特徴とする。 [ 0 0 1 6 ]

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。

[0 0 1 7 ]

以上の本発明の光学系においては、簡単な構成で異なる方向を観察又は異なる方向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。図面の簡単な説明

[ 0 0 1 8 ]

〔図 1〕

本発明の光学系の座標系を説明するための図である。

〔図 2〕

拡張回転自由曲面の原理を示す図である。

〔図 3〕

本発明の実施例 1の光学系の中心軸に沿ってとつた断面図である。

〔図 4〕

実施例 1の光学系全体の横収差図を示す図である。

〔図 5〕

実施例 1の光学系全体の画角に対する像髙を示す図である。

〔図 6〕

本発明の実施例 2の光学系の中心軸に沿ってとつた断面図である。

〔図 7〕

実施例 2の光学系全体の横収差図を示す図である。

〔図 8〕

実施例 2の光学系全体の画角に対する像髙を示す図である。

〔図 9〕

本発明の実施例 3の光学系の中心軸に沿ってとつた断面図である。 „

〔図 1 0〕

実施例 3の光学系全体の横収差図を示す図である。

〔図 1 1〕

実施例 3の光学系全体の画角に対する像高を示す図である。

〔図 1 2〕

本発明の実施例 4の光学系の中心軸に沿つてとつた断面図である。

〔図 1 3〕

実施例 4の光学系全体の横収差図を示す図である。

〔図 1 4〕

実施例 4の光学系全体の画角に対する像高を示す図である。

〔図 1 5〕

本発明の光学系の画像と撮像素子の配置例を示す図である。

〔図 1 6〕

本発明の光学系を内視鏡先端の撮影光学系として用いた例を示す図である。

〔図 1 7〕

本発明の光学系をカプセル内視鏡の撮影光学系として用いた例を示す図である。

〔図 1 8〕

本発明の光学系を自動車の撮影光学系として用いた例を示す図である。

〔図 1 9〕

本発明の光学系を投影装置の投影光学系-として用いた例を示す図である

〔図 2 0〕

本発明の光学系を屋外の被写体を撮影する撮影光学系として用いた例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

[ 0 0 1 9 ]

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。

[ 0 0 2 0 ]

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に沿つてとつた断面図である。なお、以下の説明は、結像光学系として説明するが、光路を逆にとつて投影光学系として用いることもできる。

[ 0 0 2 1 ]

本発明に係る光学系 1は、中心軸 2に対して回転対称で、開口 S と、透明媒体 L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一ガラス C b 2等である。

[ 0 0 2 2 ]

実施例 1の光学系 1は、中心軸 2を含む断面内で、中心軸 2の周りで回転対称に構成され、中心軸 2上の物体側に配置された開口 Sと、開口 Sの像面側に配置され、屈折率が 1より大きい透明媒体 Lとを有し、透明媒体 Lは、開口 S近傍の中心軸 2上に配置された第 1透過面としての後 1群第 1透過面 2 1 と、後 1群第 1透過面 2 1より像面側に配置され、像面側に凹面を向けた第 1反射面としての後 1群第 1反射面 2 2と、後 1群第 1反射面 2 2より像面と反対側に配置され、像面側に凹面を向けた第 2反射面としての後 1群第 2反射面 2 3 と、後 1群第 2反射面 2 3より像面側に配置された第 2透過面としての後 1群第 2透過面 2 4 と、を有し、後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3のうち少なくとも 1面は、中心軸 2上で不連続な曲面で構成されており、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 2 1 を経て透明媒体 L内に入り、後 1群第 1反射面 2 2で像面 5 と反対側に反射され、後 1群第 2反射面 2 3で像面 5側に反射され、後 1 群第 2透過面 2 4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 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3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。

[ 0 0 2 3 ] '

なお、後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3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もよい。

[ 0 0 2 4 ]

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 2 1、後 1群第 1反射面 2 2、後 1群第 2反射面 2 3、後 1群第 2透過面 2 4の順に配置され、後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3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。

[ 0 0 2 5 ]

開口 Sは物体側の後 1群第 1透過面 2 1近傍にあることが重要で、開口 Sを本発明の透明媒体 L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つてしまい、テレセン性が悪くなる。さらに、後 1 群第 1透過面 2 1 と後 1群第 2反射面 2 3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。

[ 0 0 2 6 ]

次に、後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3は像側に凹面を向けていることが重要である。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。 [ 0 0 2 7 ]

また、後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3の間の光路は中心軸 2を跨ぐことなく片側で構成されていることが重要である。中心軸 2と光路とが交差することは、サジタル断面で中間像を結像することを意味し、光路長が長くなり、光学系の大型化を招いてしまう。

[ 0 0 2 8 ]

また、 Z字光路になっていることが重要である。 Z字光路をとることにより、各面での反射角を小さくすることが可能となり、偏心収差の発生を少なくすることが可能となる。又、開口 Sから入射する光束が比較的低い（中心軸 2に近い）うちに後 1群第 1反射面 2 2に当てる事が可能となり、後 1群第 1反射面 2 2の強い負のパワーを持たせても、収差の発生を少なくすることが可能となる。

[ 0 0 2 9 ]

次に、光路途中で結像することが無いように構成することが重要である。光路途中で結像させると、光束径を小さくすることが可能であるが、本発明のように光学系の全長を短く出来ることが特徴の光学系においては、中間像を形成すると光学系 1の全長が長くなってしまレ光学系 1 を小型にすることが不可能になってしまう。

[ 0 0 3 0 ]

次に、中心軸 2周りの物点を中心軸 2 と 1回交差し反対側に結像するように構成することが重要である。物体からの光束は中心軸 2上の開口 Sを通過すると同時に中心軸 2 と 1回交差して、物体とは反対側に入射する。そこで、各反射面で反射され結像されるが、物体と中心軸 2を挟んで同一側に結像する構成をとると、結像されるまでにもう一度中心軸と交差する必要がある。サジタル断面では中心軸 2上の開口を通過した光,.,束が再び中心軸 2 と交差することは、開口 Sの像を作ることを意味し、短い光学系全長のなかで、開口 2の像を再結像すると射出瞳が像近傍に出来てしまい、テレセン性をよくすることが出来なくなってしまう。又、そのための余分なパワーを光路中に設ける必要が生じ、光学系の大型化を招くこととなってしまう。

[ 0 0 3 1 ]

次に、像面は円環状の平面の像面であることが重要である。又円環状の平面の像にすることにより、一つの平面の撮像素子又は表示素子により撮像又は投影することが可能となる。

[ 0 0 3 2 ]

さらに好ましくは、後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2反射面 2 3 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 2の周りで回転させて形成される回転対称な拡張回転自由曲面で構成することが重要である。偏心光学系で光学系を構成すると、必ず偏心収差が発生する。この偏心収差の発生を少なくしたり、小さく補正することが可能となる。

[ 0 0 3 3 ]

さらに好ましくは、奇数次項を含む任意形状の線分であることが望ましい。この奇数次項により周辺光路 Aの画面周辺部分の歪の補正や像面の傾きを補正することが可能となる。

[ 0 0 3 4 ]

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なり、像面湾曲などの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 2 2に当る光線の傾きが空気中より小さくなるので、広画角にも良い結果をもたらす。

[ 0 0 3 5 ]

さらに、後 1群第 1反射面 2 2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 2 2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 2 2の中心部に反射コーティング 4 a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 2 22周周辺辺部部はは全全反反射射すするるたためめにに、、ここのの部部分分はは反反射射ココーーテティィンンググをを行行わわなないいここととがが望望ままししいい。。ここれれにによよりり中中心心部部分分のの光光線線がが光光学学系系かからら射射出出すするるののをを妨妨げげるるここととががななくくななるる。。

[[ 00 00 33 66 ]]

ささららにに、、後後 11群群第第 11透透過過面面 22 11 とと後後 11群群第第 22反反射射面面 22 33はは透透明明媒媒体体 LLのの物物体体側側にに近近接接ししてて配配置置すするるここととがが好好ままししいい。。ここれれにによよりり相相互互のの面面ででのの光光線線のの干干渉渉がが減減りり、、広広いい画画角角をを確確保保すするるここととがが可可能能ととななるる。。

[[ 00 00 33 77 ]]

ささららにに、、後後 11群群第第 11反反射射面面 22 22 とと後後 11群群第第 22透透過過面面 22 44はは透透明明媒媒体体 LLのの像像面面 55側側にに近近接接ししてて配配置置すするるここととがが好好ままししいい。。ここれれにによよりり透透明明媒媒体体 LLとと像像面面 55をを短短くくすするるここととがが可可能能ととななりり。。光光学学系系全全長長をを短短くくすするるここととがが可可能能ととななるる。。

[[ 00 00 33 88 ]]..

ささららにに、、後後 11群群第第 22反反射射面面 22 33はは周周辺辺部部にに反反射射ココーーテティィンンググ 44 bbをを行行ううここととがが望望ままししくく、、中中心心部部分分はは後後 11群群第第 11透透過過面面 22 11又又はは開開口口 SSをを配配置置すするる関関係係かからら、、反反射射ココーーテティィンンググししなないいここととがが望望ままししいい。。

[[ 00 00 33 99 ]]

ささららにに好好ままししくくはは、、後後 11群群第第 11反反射射面面 22 22 とと後後 11群群第第 22透透過過面面 22 44 をを同同一一位位置置、、同同一一形形状状でで構構成成すするるここととがが好好ままししいい。。ここのの構構成成にによよりり、、後後 11群群第第 11反反射射面面 22 22にに部部分分的的にに全全反反射射をを使使ううここととがが可可能能ととななりり光光学学系系のの画画角角をを広広くく取取れれるる。。

[[ 00 00 44 00 ]]

ままたた、、透透明明媒媒体体 LLのの物物体体側側及及びび ZZ又又はは像像面面側側にに屈屈折折体体 RR ff ,, RR bbをを配配置置すするるここととにによよりり、、画画角角をを大大ききくくすするるここととががででききるる。。

[[ 00 00 44 11 ]]

ままたた、、最最大大像像高高をを II mmaaxx、、透透明明媒媒体体のの外外径径をを DDととすするるとときき、、

ななるる条条件件をを満満足足すするるここととがが望望ままししいい。。 [ 0 0 4 2 ]

条件式（ 1 ) は、下限を超えるとテレセン性が悪くなり特に C C D 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。

[ 0 0 4 3 ]

また、最大像高を I max、開口から像面までの距離を L oとするとき、 0. 5 < L o / ( 2 X I max) く 1 0 · ■ · ( 2 ) なる条件を満足することが望ましい。

[ 0 0 4 4 ]

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。

[ 0 0 4 5 ]

また、後 1群第 1反射面 2 2の曲率を R 1、後 1群第 2反射面 2 3 の曲率を R 2 とするとき、

0. 2 <R 1 /R 2 < 5 · · · ( 3 ) なる条件を満足することが望ましい。

[ 0 0 4 6 ]

条件式（ 3 ) は、二つの反射面のパヮ一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 2 2の曲率半径が小さくなり、後 1群第 2反射面 2 3の正のパワーに比べて、後 1群第 1反射面 2 2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 2 3の曲率が小さくなり後 1 群第 2反射面 2 3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。

[ 0 0 4 7 ] なお、物体側の平行平面は、光学系保護用のものであり。無ぐてもよい。像側の平行平面は撮像素子保護用のものであり、無くてもよい。

[ 0 0 4 8 ]

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。

[ 0 0 4 9 ]

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。

[ 0 0 5 0 ]

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， Υ， Ζ ) と、光学系 1の原点 Οに定義される座標系の X軸、 Υ軸、 Ζ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（それぞれひ， β , r (

° ) ) とが与えられている。その場合、 Q!と ^の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、ァの正は 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 , ァの回転のさせ方は、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 a回転させ、次に、その回転した新たな座標系の Υ軸の回りで反時計回りに j6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 r回転させるものである。

[ 0 0 5 1〕

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。 [ 0 0 5 2 ]

また、後記の構成パラメ一夕中にデ一夕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 5 8 7 . 5 6 n m) 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。

[ 0 0 5 3 ]

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}]

+ a Y⁴ + b Y⁶ + c Y^s + d Y¹⁰+ - · ·

• · · ( 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、 1 0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。

[ 0 0 5 4 ]

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。 '

[ 0 0 5 5 ]

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。

[ 0 0 5 6 ]

Z = (Y² /R Y) / [ 1 + { 1 一 (C , + 1 ) Y ² / R Y ² } ^{1 /2}〕 + C ₂ Y + C 3 Υ² + C 4 Υ³ + C 5 Υ⁴ + C₆ Υ⁵ + C₇ Υ⁶ + · · · · + C ₂₁Υ²⁰+ · · · · + C_n+] Υ^η + · · · ·

• · · (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。 [ 0 0 5 7 ]

その曲線 F (Y) を Υ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 Ζ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。

[ 0 0 5 8 ]

その結果、拡張回転自由曲面は Υ— Ζ面内で自由曲面（自由曲線）になり、ー¥面内で半径 1尺 | の円になる。

[ 0 0 5 9 ]

この定義から Ζ軸が拡張回転自由曲面の軸（中心軸）となる。

[ 0 0 6 0 ]

ここで、 R Υは Υ— Ζ断面での球面項の曲率半径、は円錐定数、 C₂ 、 C₃ 、 C₄ 、 C ₅ …はそれぞれ 1次、 2次、 3次、 4次…の非球面係数である。

[ 0 0 6 1 ]

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、 R Y =∞， C！ , C ₂ , C 3 , C ₄ , C ₅ , ··· = () とし、 = (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

[ 0 0 6 2 ]

また、後記の構成パラメ一夕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 5 8 7 . 5 6 n m) 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。

[ 0 0 6 3 ]

実施例 1の光学系 1の中心軸 2に沿ってとつた断面図を図 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、画角に対する像高を表す図を図 5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（メリジォナル方向）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。

[ 0 0 6 4 ]

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より大きい透明媒体の透過面及び反射面を、光路内で共通に使用することなくすベて異なる面で構成した例である。

[ 0 0 6 5 ]

光学系 1は、前群 G f と、後群 G bと、前群 G ί と後群 G b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 G bは、後 1群 G b 1 と後 2群 G b 2からなる。

[ 0 0 6 6 ]

前群 G ίは、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい前群カバーガラス C f からなる。前群カパ一ガラス C f は、平行平板からなり、前群第 1透過面 1 1 と、前群第 1透過面 1 1 に対して像側に形成される前群第 2透過面 1 2 とを有する。

[ 0 0 6 7 ]

後 1群 G b 1は、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい透明媒体 Lからなる。透明媒体 Lは、中心軸 2上で球面からなる後 1群第 1透過面 2 1 と、透明媒体 Lを反射コーティング 4 aし、後 1群第 1 透過面 2 1 に対して像側に形成され、拡張回転自由曲面からなり、負のパワーをもつ後 1群第 1反射面 2 2と、透明媒体 Lを反射コーティング 4 bし、後 1群第 1反射面 2 2に対して像面 5 と反対側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 2反射面 2 3 と、後 1群第 2反射面 2 3より像面 5側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 2透過面 2 4とを有する。

[ 0 0 6 8 ] 後 2群 G b 2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 C b 2からなる。後 2群カバーガラス C b 2は、平行平板からなり、後 2群第 1透過面 3 1 と、後 2群第 1透過面 3 1 に対して像側に形成される後 2群第 2透過面 3 2 とを有する。

[ 0 0 6 9 ]

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、前群カバ一ガラス C f の前群第 1透過面 1· 1 と前群第 2透過面 1 2 と、前群カバ一ガラス C f と透明媒体 Lの間で中心軸 2に同軸に配置された開口 Sとを経て、透明媒体 L内に入る。透明媒体 Lでは、後 1群第 1透過面 2 1 を経て入り、後 1群第 1反射面 2 2で反射コーティングにより像面 5 と反対側に反射され、後 1群第 2反射面 2 3で反射コーティングにより像面 5側に反射され、後 1群第 2透過面 2 4を経て透明媒体 L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 C b 2の後 2群第 1透過面 3 1 と後 2群第 2透過面 3 2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。

[ 0 0 7 0 ]

この実施例 1の仕様は、

画角 10. 00〜60. 0 °

入射瞳径 φ 0. 20M

像の大きさ 0. 1 1〜 2. 18

である。

[ 0 0 7 1 ]

実施例 2の光学系 1の中心軸 2に沿ってとつた断面図を図 6に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図 7、画角に対する像高を表す図を図 8に示す。

[ 0 0 7 2 ]

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より大きい透明媒体の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用するように構成した例である。

[ 0 0 7 3 ]

光学系 1は、中心軸 2に同軸に配置された開口 Sと、後 1群 G b 1 と後 2群 G b 2からなる。

[ 0 0 7 4 ]

後 1群 G b 1は、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい透明媒体 Lからなる。透明媒体 Lは、中心軸 2上で球面からなる後 1群第 1透過面 2 1 と、透明媒体 Lの中心軸付近を反射コーティング 4 aし、後 1群第 1透過面' 2 1に対して像側に形成され、拡張回転自由曲面からなり、負のパワーをもつ後 1群第 1反射面 2 2 と、透明媒体 Lを反射コーティング 4 bし、後 1群第 1反射面 2 2に対して像面 5 と反対側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 2反射面 2 3 と、後 1群第 2反射面 2 3より像面 5側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 2透過面 2 4とを有する。後 1群第 1反射面 2 2 と後 1群第 2透過面 2 4は、同一位置同一形状からなる。

[ 0 0 7 5 ]

後 2群 G b 2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群カバ一ガラス C b 2からなる。後 2群カバーガラス C b 2は、平行平板からなり、第 2群第 1透過面 3 1 と、後 2群第 1透過面 3 1 に対して像側に形成される後 2群第 2透過面 3 2 とを有する。

[ 0 0 7 6 ]

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、中心軸 2に同軸に配置された開口 Sを経て、透明媒体 L内に入る。透明媒体 Lでは、後 1群第 1透過面 2 1 を経て入り、後 1群第 1反射面 2 2で一部が反射コーティング 4 a、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 2 3で反射コーティングにより像面 5側に反射され、後 1群第 2透過面 2 4を経て透明媒体 L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 C b 2の後 2群第 1透過面 3 1 と後 2群第 2透過面 3 2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。

[ 0 0 7 7 ]

この実施例 2の仕様は、

画角 20. 00〜70. 0 °

入射瞳径 Φ 0. 10mm

像の大きさ ψ 0. 6 1〜 Φ 2. 00

でめる。

[ 0 0 7 8 ]

実施例 3の光学系 1の中心軸 2に沿ってとつた断面図を図 9に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図 1 0、画角に対する像高を表す図を図 1 1 に示す。

[ 0 0 7 9 ]

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より大きい透明媒体の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用するように構成した例である。

[ 0 0 8 0 ]

光学系 1は、前群 G f と、後群 G bと、前群 G f と後群 G b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 G bは、後 1群 G b 1 と後 2群 G b 2からなる。

[ 0 0 8 1 ]

前群 G f は、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい前群屈折体 R f からなる。屈折体 Rは、トーリック面からなる前群第 1透過面 1 1 と、第 1透過面 1 1 に対して像側に形成されるトーリック面からなる第 2透過面 1 2とを有する。

[ 0 0 8 2 ] 後 1群 G b 1は、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい透明媒体 Lからなる。透明媒体 Lは、中心軸 2上で球面からなる後 1群第 1透過面 2 1 と、透明媒体 Lの中心軸付近を反射コーティング 4 aし、後 1群第 1透過面 2 1 に対して像側に形成され、拡張回転自由曲面からなり、負のパワーをもつ後 1群第 1反射面 2 2 と、透明媒体 Lを反射コーティング 4 bし、後 1群第 1反射面 2 2に対して像面 5 と反対側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 2反射面 2 3 と、後 1群第 2反射面 2 3より像面 5側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 2透過面 2 4とを有する。後 1群第 1反射面 2 2 と後 1·群第 2透過面 2 4は、同一位置同一形状からなる。

[ 0 0 8 3 ]

後 2群 G b 2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群カバ一ガラス C b 2からなる。後 2群カバーガラス C b 2は、平行平板からなり、後 2群第 1透過面 3 1 と、後 2群第 1透過面 3 1 に対して像側に形成.される後 2群第 2透過面 3 2 とを有する。

[ 0 0 8 4 ]

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、前群屈折体 R f の前群第 1透過面 1 1 と前群第 2透過面 1 2 と、前群屈折体 R f と透明媒体 Lの間で中心軸 2に同軸に配置された開口 Sとを経て、透明媒体 L内に入る。透明媒体 Lでは、後 1群第 1透過面 2 1 を経て入り、後 1群第 1反射面 2 2で一部が反射コ一ティング 4 a、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 2 3で反射コーティングにより像面 5側に反射され、後 1 群第 2透過面 2 4を経て透明媒体 L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 C b 2の後 2群第 1透過面 3 1 と後 2群第 2透過面 3 2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。 [ 0 0 8 5 ]

この実施例 3の仕様は、

画角 0. 00〜70. 0 °

入射瞳径 0. 40mm

像の大きさ Φ 0. 60〜 Φ 1. 99

である。

[ 0 0 8 6 ]

実施例 4の光学系 1の中心軸 2に沿ってとつた断面図を図 1 2に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図 1 3、画角に対する像高を表す図を図 1 4に示す。

[ 0 0 8 7 ]

[ 0 0 8 8 ]

[ 0 0 8 9 ]

前群 G f は、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい前群屈折体 R f からなる。屈折体 Rは、トーリック面からなる前群第 1透過面 1 1 と、第 1透過面 1 1 に対して像側に形成されるトーリック面からなる第 2透過面 1 2 とを有する。

[ 0 0 9 0 ]

後 1群 G b 1は、中心軸 2の周りで回転対称な屈折率が 1より大きい透明媒体 Lからなる。透明媒体 Lは、中心軸 2上で球面からなる後 1群第 1透過面 2 1 と、透明媒体 Lの中心軸付近を反射コーティング 4 aし、後 1群第 1透過面 2 1 に対して像側に形成され、拡張回転自由曲面からなり、負のパワーをもつ後 1群第 1反射面 2 2 と、透明媒体 Lを反射コーティング 4 bし、後 1群第 1反射面 2 2に対して像面 5 と反対側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパヮ一をもつ後 1群第 2反射面 2 3と、後 1群第 2反射面 2 3より像面 5側に配置され、拡張回転自由曲面からなり、正のパワーをもつ後 1群第 ·2透過面 2 4とを有する。後 1群第 1反射面 2 2と後 1群第 2透過面 2 4は、同一位置同一形状からなる。

[ 0 0 9 1 ]

後 2群 G b 2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群カバ一ガラス C b 2からなる。後 2群カバーガラス C b 2は、平行平板からなり、後 2群第 1透過面 3 1 と、後 2群第 1透過面 3 1に対して像側に形成される後 2群第 2透過面 3 2とを有する。

[ 0 0 9 2 ]

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、前群屈折体 R f の前群第 1透過面 1 1 と前群第 2透過面 1 2 と、前群屈折体 R f と透明媒体 Lの間で中心軸 2に同軸に配置された開口 Sとを経て、透明媒体 L内に入る。透明媒体 Lでは、後 1群第 1透過面 2 1 を経て入り、後 1群第 1反射面 2 2で一部が反射コ —ティング 4 a、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 2 3で反射コーティングにより像面 5側に反射され、後 1 群第 2透過面 2 4を経て透明媒体 Lから外に出る略 Z字状の光路を有する。その後、後 2群カバ一ガラス C b 2の後 2群第 1透過面 3 1 と後 2群第 2透過面 3 2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。

[ 0 0 9 3 ]

この実施例 4の仕様は、

画角 60. 00〜120. 0 °

入射瞳径 Φ 0. 07mm 像の大きさ（ί> 0.78〜 Φ 1.99

である。

[ 0 0 9 4 ]

また、最大像高を I max (mra)、最小像高を I min (mm)、最大画角を ø max (度）、最小画角を Θ min (度）、焦点距離 F = ( I max- I min) / ( 0 max— 0 min)とし、光学系全体の外径を D (mm)、平行平面の保護ガラスを除いた光学系全長を L o (mm)、第 1反射面の曲率を R l 、第 2反射面の曲率を R 2 とするとき、

実施例 1 実施例 2 実施例 3 実施例 4

I max 1.09 1. 00 1.00 1.00

Θ max 60.00 70. 00 30.00 70.00

I min 0.06 0. 30 0.39 0.30

6> min 10.00 0. 10 -30.00 20.00

F 0.021 0. 010 0.010 0.014

D 6.400 3. 000 2.700 5.00

L 4.650 4. 250 3.500 2.30

D ( 2 x Imax) 2.932 1. 502 1.354 2.500

L o ( 2 X Imax) 2. 130 2. 128 1.755 1. 150

R 1 3. 16 2. 16 1. 17 2.24

R 2 3.88 2. 26 1.58 2.77

R 1 / R 2 0.81 0. 96 0.74 0.81 である。

[ 0 0 9 5 ]

以下に、上記実施例 1 〜 4の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の " A S S " は非球面、 " E R F S " は拡張回転自由曲面、 "R E " は反射面を示す。なお、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 5 8 7. 5 6 n m ) に対するものを表記してある。長さの単位は mmである。各面の偏心は像面からの偏心量で表わす。

[ 0 0 9 6 ]

実施例 1

面番号曲率半径面間隔偏、屈折率アッベ数物体面 oo 10. 00

1 oo 0. 50 64. 1

2 oo 0. 10

3 ∞ (絞り） 0. 00

5 E R F S [1] 0. 00 偏心（1) 42.7

6 E R F S [2] 0. 00 偏心 (2) 1. 8348 42.7

7 E R F S [3] 0. 00 偏心 (3)

8 oo 4. 16

9 O0 0. 40 64. 1

10 oo 0. 10

像面 oo

E R F S [1]

R Y 3. 16

Θ -37. 17

R 0. 41

C 4 -5. 0544E-02

E R F S [2]

R Y 3. 88

Θ -65. 60

R 2. 86

C 4 5. 5888E-03 C 5 5. 8997E-04

E R F S [3]

Y 1. 87 一 44. 02

1.97

1.1369E-01

偏心 [1]

X 0. 00 Y 0. 00 Ζ 1.23

0. 00 β 0. 00 r 0.00

偏心 [2]

X 0. 00 Υ 0. 00 Z 1.34

a 0. 00 β 0. 00 r 0.00

偏心 [3]

X 0. 00 Υ 0. 00 z 2.45

0. 00 β 0. 00 r 0.00

[0 0 9 7 ]

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 οο 10. 00

1 ∞ (絞り） 0. 00

2 -7.33 0. 00 1.8348 42.7

3 E R F S [1] 0. 00 偏心（1) 1.8348 42.7

4 E R F S [2] 0. 00 偏心（2〉 1.8348 42.7

5 E R F S [1] 0. 00 偏心（1)

6 οο 2. 87

7 οο 0. 40 1.5163 64.1

8 οο 0. 10

像面 οο

E R F S [1]

RY 2.24

Θ -15.03 0. 34

-3. 9400E-02 C 5 1. 0547E-01

E R F S [2]

2. 77

-33. 37

R 1. 30

C 4 9 . 6776E-03 C 5 7. 2508E-03

偏心 [ 1]

X 0. 00 Y 0. 00 Z 1. 05

0. 00 β 0. 00 r 0. 00

偏心 [2]

X 0. 00 Υ 1. 30 Z 0. 20

a 0. 00 β 0. 00 r 0. 00

[ 0 0 9 8 ] .

実施例 3

面番号曲率半径面間隔偏心屈折率ァッベ数物体面 CO 10. 00

1 E R F S [ 1] 0. 00 偏心（1) 1. 8348 42. 7

2 E R F S [2] 0. 00 偏心 (2)

3 ∞ (絞り） 0. 00

4 3. 59 0. 00 1. 8348 42. 7

5 E R F S [3] 0. 00 偏心 (3) 1. 8348 42. 7

6 E R F S [4] 0. 00 偏心（4) 42. 7

7 E R F S [3] 0. 00 偏心 (3)

8 O0 2. 12

9 oo 0. 40 64. 1

10 oo 0. 10

像面 O0 E R F S [1]

R Y -0.76

Θ 28.49

R -0.98

E R F S [2]

R Y -1.28

Θ 23.48

R -0.50

E R F S [3]

R Y 2.16

Θ -14.43

R 0.31

C4 -6.8178E-02 C 5 1.4695E- •01

E F S [4]

R Y 2.26

Θ -33.01

R 1.06

C4 3.9712E-03 C 5 9.6041E- ■03 偏心 [1]

X 0.00 Y 0. 00 Z -1.38 a 0.00 β 0. 00 r 0.00

偏心 [2]

X 0.00 Y 0. 00 z -0.61 a 0.00 β 0. 00 r 0.00

偏心 [3]

X 0.00 Υ 0. 00 z 0.85 a 0.00 β 0. 00 r 0.00

偏心 [4] X 0.00 Y 0.00 Ζ 0.20

0.00 β 0.00 r 0.00

[ 0 0 9 9 ]

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 E R F S [1] 0. 00 偏心（1) 1. 8348 42. 7

2 E R F S [2] 0. 00 偏心 (2)

3 ∞ (絞り） 0. 00

4 2.51 0. 00 1. 8348 42. 7

5 E R F S [3] 0. 00 偏心 (3) 1. 8348 42. 7

6 E R F S [4] 0. 00 偏心（4) 1. 8348 42. 7

7 E R F S [3] 0. 00 偏心 (3)

8 O0 2. 28

9 ∞ 0. 00 1. 5163 64. 1

10 oo 0. 00

像面 ∞

E R F S [1]

R Y 0.98

Θ 29.80

R -0.65

E R F S [2]

R Y 0.40

Θ 72.98

R -0.46

E R F S [3]

R Y 1.17

Θ -24.14 R 0. 30

C 4 4. 7714E-02

E R F S [4]

R Y 1. 58

Θ -49. 05

R 1. 03

C 4 1. 6401E-03

偏心 [ 1]

X 0. 00 Y 0. 00 ζ - 0. 60

0. 00 β 0. 00 r 0. 00

偏心 [2]

X 0. 00 Y 0. 00 ζ - 0. 48

0. 00 β 0. 00 r 0. 00

偏心 [3]

X 0. 00 Υ 0. 00 ζ 0. 73

a 0. 00 β 0. 00 r 0. 00

偏心 [4]

X 0. 00 Υ 0. 00 ζ 0. 47

0. 00 β 0. 00 r 0. 00

[ 0 1 0 0 ]

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。

[ 0 1 0 1 ]

また、前群 G f の反射面、屈折面をそれぞれ任意形状の線分を中心軸 2の周りで回転することにより形成され中心軸 2上に面頂を有さない拡張回転自由曲面で設計しているが、それぞれ任意の曲面に置き換えてもよい。

[ 0 1 0 2 ]

また、本発明の光学系は、回転対称面を形成する任意形状の線分を定義する式に奇数次項を含むものを用いることにより、偏心により発生する像面 5の傾きや、絞りの逆投影時の瞳収差を補正している。

[ 0 1 0 3 ]

また、本発明の前群 G f を構成する中心軸 2の周りで回転対称な透明媒体 Lはそのまま用いることにより、 3 6 0。全方位の画角を有する画像を撮影したり投影できるが、その透明媒体を中心軸 2を含む断面で切断して 2分の 1、 3分の 1、 3分の 2等にすることにより、中心軸 2の周りの画角が 1 8 0 °、 1 2 0 °、 2 4 0。等の画像を撮影したり投影するようにしてもよい。

[ 0 1 0 4 ]

また、本発明の光学系は、中心軸（回転対称軸） 2を垂直方向に向けて天頂を含む 3 6 0 °全方位（全周）の画角の画像を得る撮像あるいは観察光学系としてもよい。さらに、本発明は、撮影光学系、観察光学系に限定されず、光路を逆にとつて天頂を含む 3 6 0 °全方位（全周）の画角に画像を投影する投影光学系として用いることもできる。また、内視鏡は管内観察装置の全周観察光学系として用いることもできる。

[ 0 1 0 5 ]

図 1 5は、本実施例の画像と撮像素子の配置例を示す。図 1 5 ( a) は、画面比が 1 6 ： 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 A 1の左右の位置に撮像素子 5 0の大きさを合致させると好ましい。図 1 5 (b) は、画面比が 4 ： 3の撮像素子 5 0を使用し、図 1 5 ( a) と同様に上下方向の映像は使用しない場合を示す。図 1 5 ( c ) は、画面比が 4 ： 3の撮像素子 5 0 を使用し、光路 Aでの画像 A 1 に撮像素子 5 0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 A 1 をすベて撮像することができる。

[0 1 0 6 ]

以下に、本発明の光学系 1の適用例として、撮影光学系 1 0 1又は投影光学系 1 0 2の使用例を説明する。図 1 6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 1 0 1 を用いた例を示すための図であり、図 1 6 ( a ) は、硬性内視鏡 1 1 0の先端 1 1 0 aに本発明による撮影光学系を取り付けて 3 6 0 °全方位の画像を撮像観察する例である。図 1 6 (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 1 0 1の前群 G iの入射面 1 1の周囲には円周方向に伸びる開口 1 0 6 を有するケーシング等からなるフレア絞り 1 0 7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 1 6 ( c ) は、軟性電子内視鏡 1 1 3の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系 1 0 1 を同様に取り付けて、表示装置 1 1 4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。

[ 0 1 0 7 ]

図 1 7は、カプセル内視鏡 1 2 0に本発明による撮影光学系 1 0 1を取り付けて 3 6 0。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 1 0 1 の光路 Aにおける前群 G f の第 1透過面 1 1 の周囲には円周方向に伸びる開口 1 0 6を有するケーシング等に、フレア絞り 1 0 7が形成され、フレア光が入射するのを防止している。

[ 0 1 0 8 ]

図 1 6及び図 1 7に示すように、内視鏡に撮影光学系 1 0 1 を用いることにより、撮影光学系 1 0 1の周囲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。

[0 1 0 9 ]

図 1 8 ( a ) は、自動車 1 3 0の前方に撮影光学系として本発明による撮影光学系 1 0 1 を取り付けて、車内の表示装置に各撮影光学系 1 0 1 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 1

示するようにした例を示す図であり、図 1 8 ( b ) は、自動車 1 3 0の各コーナやへ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 1 0 1 を複数取り付けて、車内の表示装置に各撮影光学系 1 0 1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 1 8 ( a ) に示したように、光路 Aの画像 A 1の左右の位置に撮像素子 5 0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。

[ 0 1 1 0 ] ,

また、図 1 9は、投影装置 1 4 0の投影光学系として本発明による投影光学系 1 0 2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 1 0 2 を通して 3 6 0。全方位に配置したスクリーン 1 4 1 に 3 6 0。全方位画像を投影表示する例である。

[ 0 1 1 1 ]

さらに、図 2 0は、建物 1 5 0の外部に本発明による撮影光学系 1 0 1 を用いた撮影装置 1 5 1 を取り付け、屋内に本発明による撮影光学系 1 0 1 を用いた投影装置 1 5 1 を配置し、撮影装置 1 5 1で撮像された映像を電線 1 5 2を介して投影装置 1 4 0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 3 6 0 °全方位の被写体 Pを、撮影光学系 1 0 1 を経て撮影装置 1 5 1で撮影し、その映像信号を電線 1 5 2 を介して投影装置 1 4 0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 1 0 2 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。産業上の利用分野

[ 0 1 1 2 ]

以上の本発明の光学系においては、簡単な構成で異なる方向を観察又は異なる方向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。

Claims

請求の範囲

[ 1 ]

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、前記光学系は、前記中心軸上の物体側に配置された開口と、前記開口の像面側に配置され、屈折率が 1より大きい透明媒体とを有し、前記透明媒体は、前記開口近傍の前記中心軸上に配置された第 1透過面と、前記第 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、像面側に凹面を向けた第 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、前記第 1反射面と前記第 2反射面のうち少なくとも 1面は、中心軸上で不連続な曲面で構成されており、前記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字状の第 1光路を構成し、前記第 1光路の少なくとも前記第 1反射面と前記第 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光学系。

[ 2 ]

前記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 に記載の光学系。

[ 3 ]

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、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に記載の光学系。

[4]

前記第 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請求項 1に記載の光学系。

[5]

前記第 1透過面と前記第 2反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されていることを特徴とする請求項 1に記載の光学系。

[6]

前記第 1反射面と前記第 2透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする請求項 1に記載の光学系。

[ 7 ]

前記第 1反射面と前記第 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請求項 1に記載の光学系。

[ 8 ]

前記透明媒体の物体側及び又は像面側に屈折体を配置したことを特徴とする請求項 1に記載の光学系。

[ 9]

最大像高を I max、前記透明媒体の外径を Dとするとき、

0. 5 <D / ( 2 X 1 max) く 1 0 · · · ( 1 ) なる条件を満足することを特徴とする請求項 1に記載の光学系。

[ 1 0]

最大像高を I max、前記開口から前記像面までの距離を L oとするとさ、

0. 5 < L o / (2 X 1 max) く 1 0 · · ·

( 2)

なる条件を満足することを特徴とする請求項 1に記載の光学系。 [ 1 1 ]

第 1反射面の曲率を R l、第 2反射面の曲率を R 2 とするとき、 0. 2 <R 1 /R 2 < 5 · · · ( 3 ) なる条件を満足することを特徴とする請求項 1に記載の光学系。

[ 1.2 ]

請求項 1 に記載の光学系を用いた内視鏡。