JP4839013B2 - 光学系 - Google Patents
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Description
360°全方位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2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、中心軸に同軸に配置された開口とを備えており、
前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は第1透過面と第1反射面と第2反射面と第2透過面を持ち、
前記第1反射面は前記第1透過面より像面側に配置され、前記第2反射面は前記第1反射面より像面と反対側に配置され、前記第2透過面は前記第1透過面より像面側に配置されており、
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、前記前群に入射した光束は、前記第1透過面を経て透明媒体内に入り、中心軸を挟んで前記第1透過面と反対側に配置されている前記第1反射面で像面と反対側に反射され、中心軸に対して前記第1透過面と同じ側に配置されている前記第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断面内での入射瞳位置が異なるように構成され、
中心軸を含む断面に対して直交する断面内の入射瞳は中心軸に位置し、
中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をA、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記前群の第1透過面までの光路長をBとするとき、
5<|A/B| ・・・(4)
なる条件を満たすことを特徴とするものである。
1.5<H1/H2<100 ・・・(1)
なる条件を満たすことが望ましい。
0.5<H1/H2<10 ・・・(3)
なる条件を満たすことが望ましい。
0.1<C/|Ffy| ・・・(5)
なる条件を満たすことが望ましい。
0.05<|Pβ|<20 ・・・(6)
なる条件を満たすことが望ましい。
像面と反対側の上方を主に観察する場合(実施例1)は、
1.5<H1/H2<100 ・・・(1)
の条件を満たすことが好ましい。
0.01<H1/H2<5 ・・・(2)
の条件を満たすことが好ましい。
0.5<H1/H2<10 ・・・(3)
の条件を満たすことが好ましい。
像面と反対側の上方を主に観察する場合は、
2<H1/H2<10 ・・・(1−1)
の条件を満たすことが好ましい。
0.1<H1/H2<5 ・・・(2−1)
の条件を満たすことが好ましい。
1.5<H1/H2<4 ・・・(3−1)
の条件を満たすことが好ましい。
5<|A/B| ・・・(4)
なる条件を満足することが重要である。
20<|A/B| ・・・(4−1)
なる条件を満足することが好ましい。
0.1<C/|Ffy| ・・・(5)
なる条件を満足することが重要である。本条件式は、メリジオナル断面の入射瞳6Y位置とサジタル断面の入射瞳6Xの距離に関する条件で、下限の0.1を越えると、メリジオナル断面の入射瞳6Y位置が中心軸1(サジタル断面の入射瞳6X位置)に近づいてしまい、効果的なフレア絞りを配置することができなくなってしまう。
0.3<C/|Ffy| ・・・(5−1)
なる条件を満足することが好ましい。
0.05<|Pβ|<20 ・・・(6)
なる条件を満足することが好ましい。
0.1<|Pβ|<10 ・・・(6−1)
なる条件を満足することが好ましい。
Fx 2.598 2.371 -1.880
Fy 2.112 1.956 -2.459
Fx /Fy 1.230 1.212 0.765
Ffx -19.417 -16.393 11.249
Ffy -20.619 -23.364 13.316
Ffx/Ffy 0.942 0.702 0.845
A 137.118 147.657 101.085
B -0.012 -0.108 -0.059
|A/B| 11013.506 1370.0 1709.608
C 15.453 10.159 11.074
C/Ffy| 0.749 0.435 0.832
|P β| 5.618 4.098 1.757
H1 26.000 29.500 34.500
H2 5.000 29.000 13.000
H1/H2 5.200 1.017 2.654
。
+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。
水平画角 360°
垂直画角 90°(中心画角45°(仰角))
入射瞳径 2.2mm
像の大きさ φ2.22〜φ6.16mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 70°(中心画角35°(俯角))
入射瞳径 2.30mm
像の大きさ φ2.24〜φ5.93mm
である。
水平画角 360°
垂直画角 40°(中心画角0°(水平方向))
入射瞳径 1.60mm
像の大きさ φ2.37〜φ6.03mm
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 ERFS[1] 偏心(2) 1.7042 48.3
3 ERFS[2] (RE) 偏心(3) 1.7042 48.3
4 ERFS[3] (RE) 偏心(4) 1.7042 48.3
5 ASS[1] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 121.09 偏心(7) 1.7552 27.6
8 4.55 偏心(8) 1.6532 54.6
9 -6.05 偏心(9)
10 7.95 偏心(10) 1.7486 35.6
11 -4.65 偏心(11) 1.7353 28.4
12 -368.42 偏心(12)
像 面 ∞ 偏心(13)
ERFS[1]
RY 22.29
θ -7.70
R -15.45
C3 -4.1323 ×10-2
C4 6.7161 ×10-3
ERFS[2]
RY -24.08
θ -38.65
R 10.50
C3 -8.5996 ×10-4
C4 -1.0524 ×10-5
ERFS[3]
RY 8.89
θ -63.99
R -5.33
C3 -4.2137 ×10-3
C4 5.5428 ×10-5
ASS[1]
R -9.80
k 0.0000
a 1.0854 ×10-3
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z -15.44
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.01 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y -14.07 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 4.02 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y -21.50 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y -22.70 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y -23.76 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y -24.76 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y -28.76 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y -28.86 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y -33.86 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y -34.86 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y -37.28 Z 0.00
α -90.00 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 ERFS[1] 偏心(2) 2.0033 28.3
3 ERFS[2] (RE) 偏心(3) 2.0033 28.3
4 ERFS[3] (RE) 偏心(4) 2.0033 28.3
5 ASS[1] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 -12.64 偏心(7) 1.6204 60.3
8 -6.08 偏心(8)
9 -87.51 偏心(9) 1.7412 28.2
10 4.64 偏心(10) 1.7440 44.8
11 -10.21 偏心(11)
12 8.56 偏心(12) 1.7552 27.6
13 -30.49 偏心(13) 1.6204 60.2
14 13.33 偏心(14)
像 面 ∞ 偏心(15)
ERFS[1]
RY 8.15
θ 39.39
R -10.16
C3 -1.7818 ×10-2
C4 -1.3639 ×10-2
ERFS[2]
RY -21.19
θ -1.45
R 9.94
C3 2.5612 ×10-3
C4 -1.3159 ×10-4
ERFS[3]
RY 8.56
θ -60.11
R -5.12
C3 -3.6883 ×10-3
C4 -1.4851 ×10-3
ASS[1]
R -14.64
k 0.0000
a 1.0087 ×10-3
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z -10.07
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y -0.06 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 15.20 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 27.89 Z 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y -0.16 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y -0.26 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y -2.47 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y -4.47 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y -4.57 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y -5.27 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y -8.77 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y -8.87 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y -13.87 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
X 0.00 Y -14.57 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
X 0.00 Y -16.57 Z 0.00
α -90.00 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 ERFS[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
3 ERFS[2] (RE) 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ERFS[3] (RE) 偏心(4) 1.5163 64.1
5 ASS[1] 偏心(5)
6 ∞(絞り) 偏心(6)
7 -12.80 偏心(7) 1.7552 27.6
8 3.84 偏心(8) 1.7440 44.8
9 -4.65 偏心(9)
10 6.92 偏心(10) 1.7515 31.5
11 -3.90 偏心(11) 1.7551 27.6
12 7.93 偏心(12)
像 面 ∞ 偏心(13)
ERFS[1]
RY 19.23
θ 37.36
R -11.07
C3 0.0000
C4 0.0000
ERFS[2]
RY -31.85
θ -16.14
R 13.05
C3 0.0000
C4 0.0000
ERFS[3]
RY -147.29
θ -74.57
R 7.85
C3 0.0000
C4 0.0000
ASS[1]
R -38.97
k 0.0000
a 5.3621 ×10-3
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z -11.09
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
X 0.00 Y 0.00 Z -11.07
α 37.36 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
X 0.00 Y 5.93 Z 13.05
α -16.14 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
X 0.00 Y 11.33 Z 7.85
α -74.57 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y -21.62 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y -22.12 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
X 0.00 Y -22.62 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
X 0.00 Y -23.62 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
X 0.00 Y -26.62 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
X 0.00 Y -26.72 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
X 0.00 Y -30.22 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
X 0.00 Y -31.22 Z 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
X 0.00 Y -34.50 Z 0.00
α -90.00 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(主光線)
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
4X1 、4X2 、4X…サジタル断面内での中間像結像位置
4Y1 、4Y2 、4Y…メリジオナル断面内での中間像結像位置
5…開口(絞り)
6X…サジタル断面内での入射瞳
6X’…サジタル断面内で1回目に結像された開口の像
6Y…メリジオナル断面内での入射瞳
6Y’…メリジオナル断面内で1回目に結像された開口の像
10…前群
11…入射面(第1透過面)
12…第1反射面
13…第2反射面
14…射出面(第2透過面)
15…円筒状のスリット又は輪帯状のスリット
16…円周方向にスリット状に伸びる開口
17…フレア絞り
20…後群
30…像面
31…パノラマ撮影光学系
32…パノラマ投影光学系
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
L1〜L5…レンズ
O…被写体
O’…映像
Claims (12)
- 360°全方位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2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、中心軸に同軸に配置された開口とを備えており、
前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透明媒体を有し、前記透明媒体は第1透過面と第1反射面と第2反射面と第2透過面を持ち、
前記第1反射面は前記第1透過面より像面側に配置され、前記第2反射面は前記第1反射面より像面と反対側に配置され、前記第2透過面は前記第1透過面より像面側に配置されており、
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、前記前群に入射した光束は、前記第1透過面を経て透明媒体内に入り、中心軸を挟んで前記第1透過面と反対側に配置されている前記第1反射面で像面と反対側に反射され、中心軸に対して前記第1透過面と同じ側に配置されている前記第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断面内での入射瞳位置が異なるように構成され、
中心軸を含む断面に対して直交する断面内の入射瞳は中心軸に位置し、
中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記開口位置までの光路長をA、中心軸を含む断面内における入射瞳位置から前記前群の第1透過面までの光路長をBとするとき、
5<|A/B| ・・・(4)
なる条件を満たすことを特徴とする光学系。 - 前記開口を前記光束の入射方向と逆方向へ投影した絞り像の結像回数を、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断面内とで同じになっていることを特徴とする請求項1記載の光学系。
- 少なくとも1面の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又は2記載の光学系。
- 少なくとも1面の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3の何れか1項記載の光学系。
- 中心軸を含む断面内で前記前群により物体側に形成される前記開口と共役な入射瞳に、中心軸を含む断面内でのみ光線を制限するフレア絞りが配置されてい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。
- 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から5の何れか1項記載の光学系。
- 前記前群の中心軸方向の像面と反対側の端から像面側の端までの高さをH1、像面と反対側の端からから中心軸を含む断面内の入射瞳までの高さをH2とするとき、
1.5<H1/H2<100 ・・・(1)
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1記載の光学系。 - 前記前群の中心軸方向の像面と反対側の端から像面側の端までの高さをH1、像面と反対側の端からから中心軸を含む断面内の入射瞳までの高さをH2とするとき、
0.5<H1/H2<10 ・・・(3)
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1記載の光学系。 - 中心軸を含む断面内における入射瞳位置と中心軸の距離をC、前記前群の中心軸を含む断面内の焦点距離をFfyとするとき、
0.1<C/|Ffy| ・・・(5)
なる条件を満たすことを特徴とする請求項1から8の何れか1項記載の光学系。 - 中心軸を含む断面内における入射瞳に対する前記開口の倍率をPβとするとき、
0.05<|Pβ|<20 ・・・(6)
なる条件を満たす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。 - 前記開口の代わりに又は前記開口に加えて、前群の前記第1透過面に中心軸の周りで回転対称な輪帯状のスリット開口を備えていることを特徴とする請求項1から10の何れか1項記載の光学系。
- 少なくとも前記反射面が中心軸を含む断面で切断されて中心軸の周りの画角が360°より狭く構成されていることを特徴とする請求項1から11の何れか1項記載の光学系。
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