JP4648690B2 - 光学系 - Google Patents
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Description
中心軸の周りで回転対称な少なくとも1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、前記後群と同軸に配置された開口とを備えており、
結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学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、前記前群と前記後群を順に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、
前記前群と前記後群とは互いに収差を相補い、
遠方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に位置する前記反射面を通り、
結像光学系における入射瞳又は投影光学系における射出瞳が、前記光線の通る光路中にあって、
遠方から入射する光束は、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直交し、その光束の中心光線を含む平面内では中間結像せず、かつ、前記前群は1面乃至4面の反射面を有し、
中心軸を含む断面において、結像光学系における入射瞳又は投影光学系における射出瞳の位置から前記開口位置までの光路長をA、結像光学系における入射瞳又は投影光学系における射出瞳の位置から結像光学系における前記前群の入射面又は投影光学系における前記前群の射出面までの光路長をBとするとき、
5<|A/B| ・・・(2)
の条件を満たすことを特徴とするものである。
−2<p・f<−0.05 ・・・(1)
の条件を満たすことが望ましい。
ペッツバール和p -0.080 -0.074 -0.144 -0.140
焦点距離f 6.867 9.765 4.106 4.794
p・f -0.549 -0.723 -0.591 -0.671
ここで、p・fは、どの程度後群20の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、これを補正するための後群20が複雑になる。したがって、次の条件(1)を満たすことが望ましい。
この条件(1)の下限の−2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で相補うことが不可能になる。上限の−0.05を越えると、後群20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。
−1<p・f<−0.1 ・・・(1−2)
なる条件を満足することが好ましい。この条件の上限、下限の意味については、条件(1)と同様である。
A 99.149 105.208 115.372 60.982
B 0.171 0.003 0.105 -0.054
|A/B| 579.819 35069.333 1098.781 1129.296
本発明の光学系では、中心軸1を含む断面のみ入射瞳が物体側に投影されていることが特徴であり、より入射面11近傍に入射瞳を配置することにより、ゴースト等を防ぐフレアー絞りを効果的に配置することが可能となる。これにより、光学系の入射面11を中心軸1を含む断面において小さくすることが可能となり、前群10に入射する不要光を効果的に防ぐことが可能となり、根本的なフレアー対策に効果を発揮する。また、中心軸1を含む断面内の入射瞳を前群10の入射面11近傍に配置することにより、前群10の入射面11の有効面を中心軸1に沿った方向に関しては小さくすることが可能となり、反射面12、14との干渉がなくなり、中心軸1を含む断面での広画角化が可能となる。
この条件(2)の下限の5を越えると、入射瞳が光学系第1面11から離れてしまい、第1面11の有効系が大きくなり、画角をとれなくなったり、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<|A/B| ・・・(2−2)
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。
+・・・・+C21Y20+・・・・+Cn+1 Yn +・・・・
Z=±R(Y)[1−{X/R(Y)}2 ]1/2 ・・・(b)
このY回転自由曲面は、Y軸の周りで曲線R(Y)を回転してできる回転対称面である。その結果、その面はY−Z面内で自由曲面(自由曲線)になり、X−Z面内で半径|C1 |の円になる。
水平画角 360°
垂直画角 120°
入射瞳径 0.42mm
像の大きさ φ2.25〜φ5.87mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 140°
入射瞳径 0.24mm
像の大きさ φ2.10〜φ5.84mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 100°
入射瞳径 0.56mm
像の大きさ φ2.30〜φ6.07mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 120°
入射瞳径 0.47mm
像の大きさ φ2.23〜φ6.04mm
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 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4)
6 -12.80 偏心(5) 1.5535 64.4
7 6.87 偏心(6) 1.7371 37.2
8 -11.13 偏心(7)
9 ∞(絞り) 偏心(8)
10 -6.23 偏心(9) 1.7552 27.6
11 3.72 偏心(10) 1.7238 46.5
12 -5.78 偏心(11)
13 7.33 偏心(12) 1.6631 53.2
14 -74.62 偏心(13)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.2865 ×101 C3 3.1354 ×10-2
YRFS[2]
C1 -1.8440 ×101 C2 -1.1178 C3 -4.9449 ×10-2
C4 -2.3914 ×10-3
ASS[1]
R 85.33
k 6.5190
a 1.0007 ×10-5
b -6.7404 ×10-9
c 7.5861 ×10-13
ASS[2]
R 2.75
k -6.7874 ×10-1
a 4.9913 ×10-3
b -4.0209 ×10-4
c 7.5826 ×10-6
偏心(1)
X 0.00 Y -23.04 Z -22.53
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -22.53
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -45.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -35.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -24.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -23.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -20.41
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.47
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.59
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -12.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.34
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -8.89
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.39
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 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4) 1.8830 40.7
6 ASS[3] 偏心(5)
7 ∞(平面鏡) 偏心(6)
8 ∞(絞り) 偏心(7)
9 19.25 偏心(8) 1.7552 27.6
10 10.49 偏心(9) 1.5923 61.8
11 -15.29 偏心(10)
12 7.62 偏心(11) 1.6204 60.3
13 -9.32 偏心(12) 1.7552 27.6
14 36.05 偏心(13)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.7717 ×101 C3 -8.3660 ×10-2
YRFS[2]
C1 -2.3813 ×101 C2 -1.0215e+000 C3 -3.6588 ×10-2
C4 -1.5616 ×10-3
ASS[1]
R 102.30
k 6.5791
a 4.2764 ×10-6
b -4.9917 ×10-10
ASS[2]
R 29.45
k -5.4233 ×101
a -7.1709 ×10-7
ASS[3]
R -1.17
k -9.7882 ×10-1
a 1.6004 ×10-2
b -5.2502 ×10-4
偏心(1)
X 0.00 Y -27.72 Z -14.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.32
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -34.54
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -21.18
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -23.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -34.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -25.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -19.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -18.35
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -16.85
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -12.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -8.69
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 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(3) 1.8830 40.7
4 YRFS[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
5 YRFS[4] 偏心(5) 1.8830 40.7
6 YRFS[5] 偏心(6)
7 ∞(絞り) 偏心(7)
8 -10.74 偏心(8) 1.6734 31.9
9 18.25 偏心(9) 1.6148 60.6
10 -4.39 偏心(10)
11 12.68 偏心(11) 1.7450 30.9
12 4.48 偏心(12) 1.5579 64.1
13 -5.51 偏心(13)
14 6.36 偏心(14) 1.6066 60.8
15 -10.56 偏心(15) 1.7391 28.2
16 10.07 偏心(16)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -1.8145 ×101 C2 -2.1728 ×10-2 C3 4.6061 ×10-1
YRFS[2]
C1 -2.5490 C2 4.4716 ×10-1 C3 -2.6490 ×10-2
C4 4.2717 ×10-4 C5 -2.3061 ×10-5
YRFS[3]
C1 -1.0098 ×101 C2 2.9459 C3 -1.8459 ×10-1
C4 -2.2986 ×10-2 C5 4.3667 ×10-3
YRFS[4]
C1 -1.1005 ×101 C2 -3.3443 C3 2.7803 ×10-1
C4 -1.5113 ×10-2 C5 -2.6902 ×10-3
YRFS[5]
C1 -2.5742 C2 -1.6480 C3 9.0460 ×10-2
偏心(1)
X 0.00 Y -18.25 Z -26.21
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.21
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.05
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -17.43
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -31.34
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -16.48
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -11.52
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.60
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.50
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -7.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -4.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.90
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y 0.00 Z -1.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(16)
X 0.00 Y 0.00 Z -0.90
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 ∞ ∞
1 ∞(入射瞳面) 偏心(1)
2 YRFS[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
3 YRFS[2] 偏心(2) 1.8830 40.7
4 ASS[1] 偏心(3) 1.8830 40.7
5 ASS[2] 偏心(4) 1.8830 40.7
6 ASS[3] 偏心(5)
7 ∞(絞り) 偏心(6)
8 -16.32 偏心(7) 1.5705 63.2
9 2.83 偏心(8) 1.5683 60.3
10 -4.13 偏心(9)
11 17.08 偏心(10) 1.7528 30.1
12 4.54 偏心(11) 1.5490 64.7
13 -9.92 偏心(12)
14 5.53 偏心(13) 1.5439 65.1
15 -6.42 偏心(14) 1.7552 27.6
16 20.69 偏心(15)
像 面 ∞
YRFS[1]
C1 -2.6168 ×101 C2 1.9755 ×10-14 C3 -2.7605 ×10-1
YRFS[2]
C1 -2.5214 ×101 C2 -1.6049 C3 -9.0909 ×10-2
C4 -1.1344 ×10-2
ASS[1]
R -79.22
k 7.2430
a 7.3060 ×10-7
b 7.5688 ×10-11
c -1.1964 ×10-12
ASS[2]
R -0.01
k -6.1962
a 1.7099 ×10-5
b -7.9121 ×10-7
c 6.4138 ×10-9
ASS[3]
R 0.82
k -1.5580
a -2.2457 ×10-3
b 6.7271 ×10-6
c 5.5428 ×10-7
偏心(1)
X 0.00 Y -26.11 Z -29.06
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -29.06
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 0.00 Z -20.30
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 0.00 Z -24.79
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -26.98
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.74
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -14.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y 0.00 Z -13.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y 0.00 Z -9.11
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.61
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y 0.00 Z -6.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.51
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y 0.00 Z -3.01
α 0.00 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
4…光束の結像位置
5…絞りの像の結像位置
10…前群
11…屈折面(入射面)
12、14、15、16…内面反射面
13…屈折面(射出面)
19…透明媒体
20…後群
21…絞り
22…平面鏡
30…像面
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
50…光学系(本発明)
L1〜L6…レンズ
Claims (8)
- 360°全方位の画像であって上下方向に90°以上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°全方位であって上下方向に90°以上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少なくとも1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、前記後群と同軸に配置された開口とを備えており、
結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学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、前記前群と前記後群を順に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、
前記前群と前記後群とは互いに収差を相補い、
遠方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に位置する前記反射面を通り、
結像光学系における入射瞳又は投影光学系における射出瞳が、前記光線の通る光路中にあって、
遠方から入射する光束は、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直交し、その光束の中心光線を含む平面内では中間結像せず、かつ、前記前群は1面乃至4面の反射面を有し、
中心軸を含む断面において、結像光学系における入射瞳又は投影光学系における射出瞳の位置から前記開口位置までの光路長をA、結像光学系における入射瞳又は投影光学系における射出瞳の位置から結像光学系における前記前群の入射面又は投影光学系における前記前群の射出面までの光路長をBとするとき、
5<|A/B| ・・・(2)
の条件を満たすことを特徴とする光学系。 - 前記前群は、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、少なくとも1面の内面反射面と少なくとも2面の屈折面を持ち、結像光学系の場合は光線の進む順に、投影光学系の場合は光線の進む順とは反対に、入射面の屈折面を経て透明媒体内に入り、内面反射面で順に反射されて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す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又は請求項2に記載の光学系。
- 前記後群のペッバール和をp、その焦点距離をfとするとき、
−2<p・f<−0.05 ・・・(1)
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。 - 前記前群は、遠方から入射する中心光束の中心光線の入射角が45°以下の反射面を少なくとも1面有する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。
- 少なくとも1面の内面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5の何れか1項記載の光学系。
- 少なくとも1面の内面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6の何れか1項記載の光学系。
- 請求項1から7の何れか1項記載の光学系を備えたことを特徴とする内視鏡。
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