JP5030676B2 - 光学素子、それを備えた光学系及びそれを用いた内視鏡 - Google Patents
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Description
D<10mm
なる条件を満足することを特徴とする。
D/Dr<2
なる条件を満足することを特徴とする。
D<10mm ・・・(1)
なる条件を満足することが好ましい。
D/Dr<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) 60°〜120°
画角(直視) 0°〜60°
入射瞳径(側視) φ0.10mm
(直視) φ0.42mm
像の大きさ(側視) φ3.80〜φ4.96
(直視) φ2.88
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) 60°〜120°
画角(直視) 0°〜60°
入射瞳径(側視) φ0.13mm
(直視) φ0.68mm
像の大きさ(側視) φ3.87〜φ4.90
(直視) φ2.83
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。
その後、前群Gfと後群Gbの間に中心軸2に同軸に配置され絞りを構成する開口5を経て、後群Gbの第3群G3の負メニスカスレンズL4と正メニスカスレンズL5の接合レンズ内に中心軸2を挟んで反対側で共通第1透過面41を経て入り、接合面45を経て、共通第2透過面51から外に出て、第4群G4の負メニスカスレンズL6と両凸正レンズL7の接合レンズ内に共通第3透過面61を経て入り、接合面67を経て、共通第4透過面71から外に出て、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に結像する。
画角(側視) 60°〜120°
画角(直視) 0°〜60°
入射瞳径(側視) φ0.09mm
(直視) φ0.49mm
像の大きさ(側視) φ3.78〜φ4.94
(直視) φ2.96
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。
その後、前群Gfと後群Gbの間に中心軸2に同軸に配置され絞りを構成する開口5を経て、後群Gbの第3群G3の両凹負レンズL5と両凸正レンズL6の接合レンズ内に中心軸2を挟んで反対側で共通第1透過面51を経て入り、接合面56を経て、共通第2透過面61から外に出て、第4群G4の負メニスカスレンズL7と両凸正レンズL8の接合レンズ内に共通第3透過面71を経て入り、接合面78を経て、共通第4透過面81から外に出て、像面5の中心軸2から外れた半径方向の所定位置に結像する。
画角(側視) 60°〜120°
画角(直視) 0°〜60°
入射瞳径(側視) φ0.11mm
(直視) φ0.46mm
像の大きさ(側視) φ3.77〜φ4.94
(直視) φ2.97
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。
その後、前群Gfと後群Gbの間に中心軸2に同軸に配置され絞りを構成する開口5を経て、後群Gbの理想レンズL0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結像する。
画角(側視) 60°〜120°
画角(直視) 0°〜60°
入射瞳径(側視) φ0.08mm
(直視) φ0.37mm
像の大きさ(側視) φ3.74〜φ4.99
(直視) φ2.86
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 ∞ ∞ 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 ∞(絞り) 0.20 偏心(6)
6 -0.89 0.80 1.7440 44.8
7 -1.26 0.10
8 6.06 0.50 1.7502 33.2
9 3.02 1.60 1.5174 67.3
10 -3.73 0.10
11 3.78 2.20 1.4875 70.4
12 -2.99 0.50 1.7508 32.4
13 56.93 5.13
14 ∞ 0.40 1.5163 64.1
15 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ERFS[2]
RY 2.56
θ 31.22
R -2.33
ERFS[3]
RY 4.88
θ 2.88
R -1.71
ERFS[4]
RY 1.75
θ 40.71
R -1.14
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.03
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.04
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.22
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.38
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[6]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.77
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 ∞ ∞
1 ∞ 0.60 1.5163 64.1
2 1.50 1.76
3 ERFS[5] 偏心(7) 1.8348 42.7
4 ERFS[4] 偏心(5)
5 ∞(絞り) 0.20 偏心(6)
6 -0.89 0.80 1.7440 44.8
7 -1.26 0.10
8 6.06 0.50 1.7502 33.2
9 3.02 1.60 1.5174 67.3
10 -3.73 0.10
11 3.78 2.20 1.4875 70.4
12 -2.99 0.50 1.7508 32.4
13 56.93 5.13
14 ∞ 0.40 1.5163 64.1
15 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[5]
RY 5.00
θ 5.04
R -0.44
ERFS[4]
RY 1.75
θ 40.71
R -1.14
偏心(7)
X 0.00 Y 0.00 Z -1.33
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
X 0.00 Y 0.00 Z -0.38
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
X 0.00 Y 0.00 Z 1.77
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
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 ∞ ∞ 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 11.26(RE) 偏心(4) 1.8348 42.7
4 ASS[1] 偏心(3)
5 ∞(絞り) 0.10 偏心(5)
6 -1.59 2.00 1.7292 54.7
7 -2.02 0.10
8 4.80 1.00 1.8467 23.8
9 2.52 2.50 1.7440 44.8
10 -12.02 3.62
11 ∞ 0.40 1.5163 64.1
12 ∞ 0.10
像 面 ∞ 0.00
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ASS[1]
R 3.25
k -7.5002e-1
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.03
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.91
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.55
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 ∞ ∞
1 ∞ 0.80 1.7292 54.7
2 4.61 3.57
3 11.26 偏心(4) 1.8348 42.7
4 3.25 偏心(3)
5 ∞(絞り) 0.10 偏心(5)
6 -1.59 2.00 1.7292 54.7
7 -2.02 0.10
8 4.80 1.00 1.8467 23.8
9 2.52 2.50 1.7440 44.8
10 -12.02 3.62
11 ∞ 0.40 1.5163 64.1
12 ∞ 0.10
像 面 ∞ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.91
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.55
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
2 ASS[1](RE) 偏心(3) 1.5163 64.1
3 15.47(RE) 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ASS[1] 偏心(3)
5 -8.96 0.55 偏心(5) 1.4875 70.4
6 0.88 0.50
7 ∞(絞り) 0.50
8 -3.52 0.50 1.7552 27.6
9 -25.30 1.50 1.7440 44.8
10 -2.04 0.10
11 9.45 1.00 1.8467 23.8
12 2.95 2.50 1.6204 60.3
13 -5.81 8.41
14 ∞ 0.40 1.5163 64.1
15 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -3.00
ASS[1]
R 4.01
k -3.0163e-1
偏心(1)
X 0.00 Y -5.00 Z 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.03
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.78
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.37
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.16
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 ∞ ∞
1 8.69 0.80 1.5163 64.1
2 1.65 2.86
3 15.47 偏心(4) 1.8348 42.7
4 4.01 偏心(3)
5 -8.96 0.55 偏心(5) 1.4875 70.4
6 0.88 0.50
7 ∞(絞り) 0.50
8 -3.52 0.50 1.7552 27.6
9 -25.30 1.50 1.7440 44.8
10 -2.04 0.10
11 9.45 1.00 1.8467 23.8
12 2.95 2.50 1.6204 60.3
13 -5.81 8.41
14 ∞ 0.40 1.5163 64.1
15 ∞ 0.10
像 面 ∞
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.37
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.78
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.16
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
2 ASS[1](RE) 偏心(3) 1.5163 64.1
3 14.19(RE) 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ASS[1] 偏心(3)
5 -3.01 0.55 偏心(5) 1.4875 70.4
6 1.10 0.50
7 ∞(絞り) 0.50
8 -4.75 0.50 1.7209 29.1
9 43.27 1.50 1.7440 44.8
10 -2.26 0.10
11 16.57 1.00 1.8467 23.8
12 3.66 2.50 1.6204 60.3
13 -4.87 9.25
14 ∞ 0.40 1.5163 64.1
15 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -4.00
ASS[1]
R 4.40
k -7.3106e-1
偏心(1)
X 0.00 Y 0.00 Z 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.02
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.12
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.28
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.06
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 ∞ ∞
1 9.42 0.80 1.5163 64.1
2 2.13 2.35
3 -4.29 0.80 1.5163 64.1
4 -3.86 2.38
5 14.19 0.00 偏心(5) 1.8348 42.7
6 ASS[1] 0.00 偏心(4)
7 -3.01 0.55 偏心(6) 1.4875 70.4
8 1.10 0.50
9 ∞(絞り) 0.50
10 -4.75 0.50 1.7209 29.1
11 43.27 1.50 1.7440 44.8
12 -2.26 0.10
13 16.57 1.00 1.8467 23.8
14 3.66 2.50 1.6204 60.3
15 -4.87 9.25
16 ∞ 0.40 1.5163 64.1
17 ∞ 0.10
像 面 ∞
ASS[1]
R 4.40
k -7.3106e-1
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.28
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.12
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 0.06
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 ∞ ∞ 偏心(1)
1 ERFS[1] 偏心(2) 1.5163 64.1
2 ASS[1](RE) 偏心(3) 1.5163 64.1
3 ASS[2](RE) 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ASS[1] 偏心(3)
5 -3.66 0.55 偏心(5) 1.7440 44.8
6 -2.96 0.50
7 ∞(絞り) 3.00
8 理想レンズ 3.58
像 面 ∞
ERFS[1]
RY ∞
θ 90.00
R -4.00
ASS[1]
R 5.11
k 1.3753e+0
ASS[2]
R 13.09
k 0.0000
偏心[1]
X 0.00 Y -5.00 Z 0.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y -4.00 Z -0.04
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.64
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.17
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 ∞ ∞
1 205.85 0.80 1.5163 64.1
2 2.32 2.30
3 ASS[2](RE) 偏心(4) 1.5163 64.1
4 ASS[1] 偏心(3)
5 -3.66 0.55 偏心(5) 1.7440 44.8
6 -2.96 0.50
7 ∞(絞り) 3.00
8 理想レンズ 3.58
像 面 ∞
ASS[1]
R 5.11
k 1.3753e+0
ASS[2]
R 13.09
k 0.0000
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -0.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.17
α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
D 6.00 6.00 6.00 8.00 8.00
Dr 4.96 4.90 4.94 4.94 4.99
D/Dr 1.21 1.22 1.21 1.62 1.60 。
2…中心軸
3…側視物体面
4…直視物体面
5…像面
Claims (18)
- 中心軸の周りで回転対称な屈折率が1より大きい透明媒体からなり、
前記透明媒体は、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反射面より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、を有し、
前記透明媒体に入射する光束は、側視光路と直視光路とを有し、順光線追跡の順に、
前記側視光路は、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字状の光路を構成し、
前記直視光路は、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構成し、
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素子。 - 前記側視光路は、前記中心軸に対して片側のみで構成されることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記中心軸近傍に前記第2透過面を配置し、その周辺部に前記第1反射面及び前記第2反射面を配置し、最外周部に前記第1透過面を配置したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学素子。
- 前記第1反射面は、前記第2透過面と同一位置、同一形状の面であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の光学素子。
- 前記第1反射面は、前記第4透過面と同一位置、同一形状の面であ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素子。
- 前記第2反射面は、前記第3透過面と同一位置、同一形状の面であ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素子。
- 前記第1反射面及び前記第2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乃至請求項6のいずれかに記載の光学素子。
- 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7のいずれかに記載の光学素子。
- 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、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8のいずれかに記載の光学素子。
- 前記透明媒体の有す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素子。
- 前群と、前記前群より像面側に配置された後群と、前記前群と前記後群の間に配置された開口とを備え、前記光学素子は、前記前群に配置され、前記直視光路は、前記中心軸近傍の物点を撮像又は投影し、前記側視光路は、前記中心軸周辺の物点を撮像又は投影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素子を備えた光学系。
- 前記側視光路と前記直視光路は、前記光学素子の一部を共有使用し、前記直視光路の円形状の映像と、その外周の前記側視光路の円環状の映像を同一平面内に形成することを特徴とする請求項11に記載の光学系。
- 前記第2反射面は、前記開口側に凹面を向けて配置されることを特徴とする請求項11又は請求項12のいずれかに記載の光学系。
- 前記第1反射面は、前記開口側に凹面を向けて配置されることを特徴とする請求項11乃至請求項13のいずれかに記載の光学系。
- 前記光学素子の外形をDとするとき、
D<10mm
なる条件を満足することを特徴とする請求項11乃至請求項14のいずれかに記載の光学系。 - 前記側視光路の像の外形をDrとするとき、
D/Dr<2
なる条件を満足することを特徴とする請求項11乃至請求項15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16のいずれかに記載の光学系。
- 請求項11乃至請求項17のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
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