JP5185744B2 - 光学系及びそれを用いた内視鏡 - 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。
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。
特許第３３８２６８３号公報
特許第３２１２７８４号公報
特公昭６２−５２８４２号公報
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。
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。
本発明の一実施形態にかかる光学系は、
中心軸に対して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備え、
中心軸周辺の物体を像面の周辺部分に結像する第１光路と、中心軸上の物体を像面の中心部分に結像する第２光路と、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光路上で、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内部反射面である第１反射面と、
前記第１光路上で、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内部反射面である第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、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする光学系。
０．８＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１）
ただし、
Ｆｔは第１光路の焦点距離、
Ｆｒは第２光路の焦点距離、
である。
中心軸に対して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備え、
中心軸周辺の物体を像面の周辺部分に結像する第１光路と、中心軸上の物体を像面の中心部分に結像する第２光路と、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光路上で、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内部反射面である第１反射面と、
前記第１光路上で、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内部反射面である第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、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする光学系。
０．８＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１）
ただし、
Ｆｔは第１光路の焦点距離、
Ｆｒは第２光路の焦点距離、
である。
また、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字状の前記第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。
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。
また、前記第１透過面と前記第２反射面の間に遮光部を設けたことを特徴とする。
また、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透過面より像面側の中心軸近傍に配置された第３透過面と、を有することを特徴とする。
また、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３透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出る第２光路を構成することを特徴とする。
また、前記透明媒体の屈折率は、１．６以上であることを特徴とする。
また、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
１．１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜１．８ ・・・（２）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｄは透明媒体の外径、
である。
１．１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜１．８ ・・・（２）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｄは透明媒体の外径、
である。
また、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．５＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜１．２ ・・・（３）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｌは開口から像面までの距離、
である。
０．５＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜１．２ ・・・（３）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｌは開口から像面までの距離、
である。
また、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする。
０．７＜Ｒ１／Ｒ２＜１．２ ・・・（４）
ただし、Ｒ１は第１反射面の曲率、
Ｒ２は第２反射面の曲率、
である。
０．７＜Ｒ１／Ｒ２＜１．２ ・・・（４）
ただし、Ｒ１は第１反射面の曲率、
Ｒ２は第２反射面の曲率、
である。
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。
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。
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。
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。
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Ｌｂ１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Ｃｂ２等である。
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Ｌｂ１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Ｃｂ２等である。
実施例１の光学系１は、中心軸２に対して回転対称な光学系において、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５側に配置され、屈折率が１より大きい透明媒体Ｌｂ１とを備え、中心軸２周辺の物体を像面の周辺部分に結像する第１光路Ａと、中心軸上の物体を像面の中心部分に結像する第２光路Ｂと、を有し、透明媒体Ｌｂ１は、第１光路Ａ上に、像面５側に凹面を向けた内部反射面を有し、以下の条件式（１）を満足することが重要である。
０．８＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１）
ただし、Ｆｔは第１光路の焦点距離、
Ｆｒは第２光路の焦点距離、
である。
０．８＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１）
ただし、Ｆｔは第１光路の焦点距離、
Ｆｒは第２光路の焦点距離、
である。
反射光路からなる第１光路Ａを用いることにより光学系１を小型にすることが可能となるが、反射面で光路が遮蔽される為、中心付近の物体を結像することが不可能となってしまう。そこで、本発明は中心付近を別な透過光路からなる第２光路Ｂを形成することにより、中心付近から広画角で連続な結像を可能にしたものである。
また、第１反射面２２と第２反射面２３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、焦点距離を短くして、広画角な結像が可能となったものである。
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。
また、本発明のように２つの光路Ａ，Ｂにより一つの撮像面に像を形成するとき、条件式（１）を満足するように構成することにより、２つの光路Ａ，Ｂの映像を滑らかに繋げることが可能となる。
さらに、以下の条件式（１’）を満足することが好ましい。
０．９＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１’）
０．９＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１’）
ここで、Ｆｔ、Ｆｒはそれぞれ透過光路の焦点距離Ｆｔと反射光路の焦点距離Ｆｒを入射画角θと像高ｈにより計算されるもので、本発明では
ｙ＝Ｆθ
からなる（等距離射影（equidistance projection））条件に則って、任意の画角において計算されたものである。
ｙ＝Ｆθ
からなる（等距離射影（equidistance projection））条件に則って、任意の画角において計算されたものである。
なおこれ以外に、立体射影（sterographic projection）
ｙ＝２ｆｔａｎ（θ／２）
等立体角射影（equisolid angle projection）
ｙ＝２f ｓｉｎ（θ／２）
正射影（orthogonal projection）
ｙ＝ｆｓｉｎθ
等の任意の式に則って、滑らかに二つの光路の焦点距離が変化することが望ましい。
ｙ＝２ｆｔａｎ（θ／２）
等立体角射影（equisolid angle projection）
ｙ＝２f ｓｉｎ（θ／２）
正射影（orthogonal projection）
ｙ＝ｆｓｉｎθ
等の任意の式に則って、滑らかに二つの光路の焦点距離が変化することが望ましい。
また、像高ｙは本発明では主光線高を用いているが、スポットダイヤグラムの重心を用いても良い。
さらに好ましくは、二つの光路が共存する像高では。
０．９５＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．０５ ・・・（１''）
なる条件式を満足することがさらに好ましい。
０．９５＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．０５ ・・・（１''）
なる条件式を満足することがさらに好ましい。
また、透明媒体Ｌｂ１は、開口Ｓ近傍の中心軸２上に配置された第１透過面２１と、第１透過面２１より像面５側に配置され、像面５側に凹面を向けた第１反射面２２と、第１反射面２２より像面と反対側に配置され、像面５５側に凹面を向けた第２反射面２３と、第２反射面２３より像面５側に配置された第２透過面２４と、を有することが重要である。
開口Ｓ近傍に第１透過面２１と第２反射面２３を配置することにより、第１透過面２１と第２反射面２３の干渉を少なくすることが可能となり、広い画角を確保することが可能となる。さらに、開口Ｓより像面５側に第１反射面２２を配置することにより、第１反射面２２と第２反射面２３の間で折り返し光路を形成することが可能となり、光学系１を小型に構成することが可能となる。
また、透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入り、第１反射面２２で像面と反対側に反射され、第２反射面２３で像面側に反射され、第２透過面２４を経て透明媒体Ｌｂ１から像面側に外へ出る略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ことが重要である。
まず、第１反射面２２と第２反射面２３の間の光路Ａ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Ａが跨ぐことは、サジタル断面で中間結像をすることを意味し、光路長が長くなってしまい、光学系の大型化を招いてしまう。
次に、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。また、開口Ｓから入射する光束が比較的低い（中心軸２に近い）うちに第１反射面２２に当てる事が可能となり、第１反射面２２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。
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１の全長を短く出来ることが特徴の光学系１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い、光学系１を小型にすることが不可能になってしまう。
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の軸上の開口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２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２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Ｓ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１の大型化を招くこととなってしまう。
また、第１反射面２２と第２透過面２４は、同一位置同一形状からなることが重要である。
第１反射面２２と第２透過面２４の使用領域をオーバーラップさせることが可能となり、より広画角な結像が可能となる。
また、第１透過面２１と第２反射面２３の間に遮光部を設けたことが重要である。
第１反射面２２と第２反射面２３の繰り返し反射によるフレアが発生しやすい為に、第１透過面２１と第２反射面２２の間の領域に遮光部を設けることが望ましい。
また、透明媒体Ｌｂ１は、開口Ｓ近傍の中心軸２上に配置された第１透過面２１と、第１透過面２１より像面５側の中心軸２近傍に配置された第３透過面２５と、を有することが重要である。
第３透過面２５は、第１反射面２２近傍に配置することにより、透過光路Ｂと反射光路Ａの干渉を最小にすることが可能となり、両光路Ａ，Ｂの像を滑らかに連続させることが可能となる。
また、透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入り、第３透過面２５を経て透明媒体Ｌｂ１から像面５側に外へ出る第２光路Ｂを構成することが重要である。
中心付近から広画角で連続な結像が可能となる。
また、透明媒体Ｌｂ１の屈折率は、１．６以上であることが重要である。
第１反射面２２での臨界角を小さくすることが可能となり、第１反射面２２での反射コーティングを行う領域が小さく出来る。これにより、透過光路Ｂの画角を小さくすることが可能となり。透過光路Ｂで発生しやすい像面湾曲の収差を小さく抑えることが可能となる。さらに好ましく、屈折率は１．７以上であることが望ましい。
また、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
１．１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜１．８ ・・・（２）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｄは透明媒体Ｌｂ１の外径、
である。
１．１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜１．８ ・・・（２）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｄは透明媒体Ｌｂ１の外径、
である。
条件式（２）の下限の１．１を下回ると、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。条件式（２）の上限の１．８を上回ると、光学系１の外径が大きくなりすぎ光学系１が大型になってしまう。
また、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．５＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜１．２ ・・・（３）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｌは開口から像面までの距離、
である。
０．５＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜１．２ ・・・（３）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｌは開口から像面までの距離、
である。
条件式（３）は、像高に対する光学系全長を規定するものである。条件式（３）の下限の０．５を下回ると、テレセン性が悪くなり、周辺光量不足を起こす。条件式（３）の上限の１．２を上回ると、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。
また、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする。
０．７＜Ｒ１／Ｒ２＜１．２ ・・・（４）
ただし、Ｒ１は第１反射面の曲率、
Ｒ２は第２反射面の曲率、
である。
０．７＜Ｒ１／Ｒ２＜１．２ ・・・（４）
ただし、Ｒ１は第１反射面の曲率、
Ｒ２は第２反射面の曲率、
である。
条件式（４）は、二つの反射面のパワーの比を規定しているものである。条件式（４）の下限の０．７を下回ると、第１反射面２２の曲率半径が小さくなり、第２反射面２３の正のパワーに比べて、第１反射面２２の負のパワーが大きくなるので、光学系の全長を短くすることが出来ない。条件式（４）の上限の１．２を上回ると、第２反射面２３の曲率が小さくなり第２反射面２３の正のパワーが大きくなるので、物体側に凸の像面湾曲が大きく発生する。
以下に、本発明の光学系の実施例１〜３を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。
座標系は、順光線追跡において、例えば図１に示すように、絞りと中心軸２と交差する点を偏心光学面の原点Ｏとし、中心軸２と直交する方向を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。
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。
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。
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。
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。
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。
また、拡張回転自由曲面ＥＲＦＳは、以下の定義で与えられる回転対称面である。
図２に示すように、まず、Ｙ−Ｚ座標面上で原点を通る下記の曲線（ｂ）が定められる
。
。
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。
＋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。
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。
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。
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。
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。
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の第１光路Ａの横収差図を図４、第２光路Ｂの横収差図を図５に示す。
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Ｌｂ１の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する面で構成した例である。
光学系１は、中心軸２に同軸に配置された開口Ｓと、開口Ｓの像面５側に配置されたレンズ群Ｇｂと、からなり、レンズ群Ｇｂは、第１レンズ群Ｇｂ１と第２レンズ群Ｇｂ２からなる。
第１レンズ群Ｇｂ１は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌｂ１からなる。透明媒体Ｌｂ１は、中心軸２上で球面からなる第１透過面としての第１群第１透過面２１と、第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され、負のパワーをもつトーリック面からなる第１反射面としての第１群第１反射面２２と、第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され、正のパワーをもつトーリック面からなる第２反射面としての第１群第２反射面２３と、第１群第２反射面２３より像面５側に配置され、負のパワーをもつトーリック面からなり、第１群第１反射面２２と同一位置同一形状からなる第２透過面としての第２透過面２４を有する。また、第１群第１透過面２１に対して像側に形成され、正のパワーをもつ球面からなる第３透過面としての第１群第３透過面２５をさらに有する。
第１群第１透過面２１と第１群第２反射面２３の間には遮光部４ｃが設けられている。
第２レンズ群Ｇｂ２は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きいカバーガラスＣｂ２からなる。カバーガラスＣｂ２は、平行平板からなり、第２群第１透過面３１と、第２群第１透過面３１に対して像側に形成される第２群第２透過面３２とを有する。
光学系１は、第１光路Ａ及び第２光路Ｂを形成する。
第１光路Ａにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌｂ１の物体側で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓを経て透明媒体Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、第１群第１透過面２１を経て入り、一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により、第１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、第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、第１群第２透過面２４を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る略Ｚ字状の光路を有する。その後、第２群カバーガラスＣｂ２の第２群第１透過面３１と第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。なお、第１光路Ａのうち、中心主光線が第１群第１反射面２２と第１群第３透過面２５の境界を通る光路については、一部が反射コーティングにより、第１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、他部が第１群第３透過面２５を通る２つの光路に分割され、像面５において同じ位置に結像される。
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌｂ１の物体側で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓを経て透明媒体Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、第１群第１透過面２１を経て入り、第１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る光路を有する。その後、第２群カバーガラスＣｂ２の第２群第１透過面３１と第２群第２透過面３２を経て、像面５の中心軸２上に結像する。
この実施例１の仕様は、
画角 0.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.40mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
画角 0.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.40mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
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の第１光路Ａの横収差図を図７、第２光路Ｂの横収差図を図８に示す。
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Ｌｂ１の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する面で構成した例である。
光学系１は、レンズ群Ｇｂと、レンズ群Ｇｂの物体側で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓとからなり、レンズ群Ｇｂは、第１レンズ群Ｇｂ１と第２レンズ群Ｇｂ２からなる。
第１レンズ群Ｇｂ１は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌｂ１からなる。透明媒体Ｌｂ１は、中心軸２上で球面からなる第１透過面としての第１群第１透過面２１と、第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され、負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる第１反射面としての第１群第１反射面２２と、第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され、正のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる第２反射面としての第１群第２反射面２３と、第１群第２反射面２３より像面５側に配置され、正のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなり、第１群第１反射面２２と同一位置同一形状からなる第２透過面としての第１群第２透過面２４を有する。また、第１群第１透過面２１に対して像側に形成され、正のパワーをもつ球面からなる第３透過面としての第１群第３透過面２５をさらに有する。
第１群第１透過面２１と第１群第２反射面２３の間には遮光部４ｃが設けられている。
第２レンズ群Ｇｂ２は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい第２群カバーガラスＣｂ２からなる。第２群カバーガラスＣｂ２は、平行平板からなり、第２群第１透過面３１と、第２群第１透過面３１に対して像側に形成される第２群第２透過面３２と
を有する。
を有する。
光学系１は、第１光路Ａ及び第２光路Ｂを形成する。
第１光路Ａにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌｂ１の物体側で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓを経て透明媒体Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、第１群第１透過面２１を経て入り、一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により、第１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、第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、第１群第２透過面２４を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る略Ｚ字状の光路を有する。その後、第２群カバーガラスＣｂ２の第２群第１透過面３１と第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。なお、第１光路Ａのうち、中心主光線が第１群第１反射面２２と第１群第３透過面２５の境界を通る光路については、一部が反射コーティングにより、第１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、他部が第１群第３透過面２５を通る２つの光路に分割され、像面５において同じ位置に結像される。
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌｂ１の物体側で中心軸２に同軸に配置された開口Ｓを経て透明媒体Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、第１群第１透過面２１を経て入り、第１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る光路を有する。その後、第２群カバーガラスＣｂ２の第２群第１透過面３１と第２群第２透過面３２を経て、像面５の中心軸２上に結像する。
この実施例２の仕様は、
画角 0.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.40mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
画角 0.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.40mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
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の第１光路Ａの横収差図を図１０、第２光路Ｂの横収差図を図１１に示す。
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Ｌｂ１の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する面で構成した例である。
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。
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群カバーガラスＣｆからなる。前群カバーガラスＣｆは、平行平板からなり、前群第１透過面１１と、前群第１透過面１１に対して像側に形成される前群第２透過面１２とを有する。
なお、前群カバーガラスＣｆは、光学素子保護用のものであり、なくてもよい。
後１群Ｇｂ１は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌｂ１からなる。透明媒体Ｌｂ１は、中心軸２上で非球面からなる第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、負のパワーをもつ非球面からなる第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、正のパワーをもつ非球面からなり、後１群第１透過面２１と同一位置同一形状からなる第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５側に配置され
、正のパワーをもつ非球面からなり、後１群第１反射面２２と同一位置同一形状からなる第２透過面としての後１群第２透過面２４を有する。また、後１群第１透過面２１に対して像側に形成され、正のパワーをもつ第３透過面としての後１群第３透過面２５をさらに有する。
、正のパワーをもつ非球面からなり、後１群第１反射面２２と同一位置同一形状からなる第２透過面としての後１群第２透過面２４を有する。また、後１群第１透過面２１に対して像側に形成され、正のパワーをもつ第３透過面としての後１群第３透過面２５をさらに有する。
後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３の間には遮光部４ｃが設けられている。
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。
光学系１は、第１光路Ａ及び第２光路Ｂを形成する。第１光路Ａにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、前群カバーガラスＣｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群カバーガラスＣｆと透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、後１群第１透過面２１を経て入り、一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により、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を経て透明媒体Ｌｂ１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。なお、第１光路Ａのうち、中心主光線が後１群第１反射面２２と後１群第３透過面２５の境界を通る光路については、一部が反射コーティングにより、後１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、他部が後１群第３透過面２５を通る２つの光路に分割され、像面５において同じ位置に結像される。
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、前群カバーガラスＣｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群カバーガラスＣｆと透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る光路を有する。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上に結像する。
この実施例３の仕様は、
画角 20.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.40mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
画角 20.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.40mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
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の第１光路Ａの横収差図を図１３、第２光路Ｂの横収差図を図１４に示す。
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Ｌｂ１の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する面で構成した例である。
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。
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群第１透明媒体Ｌｆ１、前群第２透明媒体Ｌｆ２、及び、前群第３透明媒体Ｌｆ３からなる。前群第１透明媒
体Ｌｆ１は、像面と反対側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、前群第１透過面１１と、前群第１透過面１１に対して像側に形成される前群第２透過面１２とを有する。前群第２透明媒体Ｌｆ２は、像面と反対側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、前群第３透過面１３と、前群第３透過面１３に対して像側に形成される前群第４透過面１４とを有する。前群第３透明媒体Ｌｆ３は、像面と反対側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、前群第５透過面１５と、前群第５透過面１５に対して像側に形成される前群第６透過面１６とを有する。
体Ｌｆ１は、像面と反対側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、前群第１透過面１１と、前群第１透過面１１に対して像側に形成される前群第２透過面１２とを有する。前群第２透明媒体Ｌｆ２は、像面と反対側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、前群第３透過面１３と、前群第３透過面１３に対して像側に形成される前群第４透過面１４とを有する。前群第３透明媒体Ｌｆ３は、像面と反対側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、前群第５透過面１５と、前群第５透過面１５に対して像側に形成される前群第６透過面１６とを有する。
後１群Ｇｂ１は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌｂ１からなる。透明媒体Ｌｂ１は、中心軸２上で球面からなる第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、負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる第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、正のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる第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５側に配置され、正のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなり、後１群第１反射面２２と同一位置同一形状からなる第２透過面としての後１群第２透過面２４を有する。また、後１群第１透過面２１に対して像側に形成され、正のパワーをもつ球面からなる第３透過面としての後１群第３透過面２５をさらに有する。
後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３の間には遮光部４ｃが設けられている。
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。
第１光路Ａにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、前群第１透明媒体Ｌｆ１の前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群第２透明媒体Ｌｆ２の前群第３透過面１３と前群第４透過面１４と、前群第３透明媒体Ｌｆ３の前群第５透過面１５と前群第６透過面１６と、前群第３透明媒体Ｌｆ３と透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、後１群第１透過面２１を経て入り、一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により、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を経て透明媒体Ｌｂ１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。なお、第１光路Ａのうち、中心主光線が後１群第１反射面２２と後１群第３透過面２５の境界を通る光路については、一部が反射コーティングにより、後１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、他部が後１群第３透過面２５を通る２つの光路に分割され、像面５において同じ位置に結像される。
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、前群第１透明媒体Ｌｆ１の前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群第２透明媒体Ｌｆ２の前群第３透過面１３と前群第４透過面１４と、前群第３透明媒体Ｌｆ３の前群第５透過面１５と前群第６透過面１６と、前群第３透明媒体Ｌｆ３と透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る光路を有する。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上に結像する。
この実施例４の仕様は、
画角 0.00〜30.0°
入射瞳径 φ0.29mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
画角 0.00〜30.0°
入射瞳径 φ0.29mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
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の第１光路Ａの横収差図を図１６、第２光路Ｂの横収差図を図１７に示す。
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Ｌｂ１の透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する面で構成した例である。
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。
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群第１透明媒体Ｌｆ１からなる。前群第１透明媒体Ｌｆ１は、像面と反対側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなり、前群第１透過面１１と、前群第１透過面１１に対して像側に形成される前群第２透過面１２とを有する。
後１群Ｇｂ１は、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌｂ１からなる。透明媒体Ｌｂ１は、中心軸２上で球面からなる第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、負のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる第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、正のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなる第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５側に配置され、正のパワーをもつ拡張回転自由曲面からなり、後１群第１反射面２２と同一位置同一形状からなる第２透過面としての後１群第２透過面２４を有する。また、後１群第１透過面２１に対して像側に形成され、正のパワーをもつ球面からなる第３透過面としての後１群第３透過面２５をさらに有する。
後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３の間には遮光部４ｃが設けられている。
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。
第１光路Ａにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、前群第１透明媒体Ｌｆ１の前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群第１透明媒体Ｌｆ１と透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、後１群第１透過面２１を経て入り、一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により、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を経て透明媒体Ｌｂ１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。なお、第１光路Ａのうち、中心主光線が後１群第１反射面２２と後１群第３透過面２５の境界を通る光路については、一部が反射コーティングにより、後１群第１反射面２２で像面５と反対側に反射され、他部が後１群第３透過面２５を通る２つの光路に分割され、像面５において同じ位置に結像される。
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面から入射する光束は、前群第１透明媒体Ｌｆ１の前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群第１透明媒体Ｌｆ１と透明媒体Ｌｂ１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Ｌｂ１内に入る。透明媒体Ｌｂ１では、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌｂ１から外に出る光路を有する。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上に結像する。
この実施例５の仕様は、
画角 0.00〜30.0°
入射瞳径 φ0.52mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
画角 0.00〜30.0°
入射瞳径 φ0.52mm
像の大きさ φ0.00〜φ2.00
である。
なお、実施例１及び２の第２群カバーガラスＣｂ２、並びに、実施例３〜５の後２群カバーガラスＣｂ２は、撮像素子保護用のものであり、なくてもよい。さらに、透明媒体Ｌｂ１の物体側、像側にレンズ等の光学素子を付加してもよい。
また、最大像高をＩmax（mm）、後群Ｇｒの最大画角をθmax（度）、後群Ｇｒの外径をＤ（mm）、開口から像面までの距離Ｌ（mm）、第１反射面２２の曲率をＲ１、第２反射面２３の曲率をＲ２、第１光路の焦点距離をＦｔ、第２光路の焦点距離をＦｒ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 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
θmax 60.00 60.00 60.00 30.00 30.00
Ｄ 3.20 3.04 3.04 2.70 2.90
Ｌ 1.88 1.98 2.00 4.30 3.35
Ｄ/(２×Ｉmax) 1.60 1.52 1.52 1.35 1.45
Ｌ/(２×Ｉmax) 0.94 0.99 1.00 2.15 1.68
Ｒ１ 3.14 3.10 2.01 4.62 5.44
Ｒ２ 2.53 2.40 1.58 2.92 3.54
Ｒ１/Ｒ２ 0.81 0.96 0.74 1.58 1.54
Ｆｔ 0.0167 0.0167 0.0167 0.0338 0.0333
Ｆｒ 0.0167 0.0167 0.0167 0.0328 0.0316
Ｆｔ/Ｆｒ 1.000 1.000 1.000 1.030 1.056
である。
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
I max 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
θmax 60.00 60.00 60.00 30.00 30.00
Ｄ 3.20 3.04 3.04 2.70 2.90
Ｌ 1.88 1.98 2.00 4.30 3.35
Ｄ/(２×Ｉmax) 1.60 1.52 1.52 1.35 1.45
Ｌ/(２×Ｉmax) 0.94 0.99 1.00 2.15 1.68
Ｒ１ 3.14 3.10 2.01 4.62 5.44
Ｒ２ 2.53 2.40 1.58 2.92 3.54
Ｒ１/Ｒ２ 0.81 0.96 0.74 1.58 1.54
Ｆｔ 0.0167 0.0167 0.0167 0.0338 0.0333
Ｆｒ 0.0167 0.0167 0.0167 0.0328 0.0316
Ｆｔ/Ｆｒ 1.000 1.000 1.000 1.030 1.056
である。
以下に、上記実施例１〜５の構成パラメータを示す。以下の表中の “ＲＥ”は反射面、“ＥＲＦＳ”は拡張回転自由曲面を示す。なお、実施例１の第３面、第４面及び第５面は、トーリック面であるが、表記上はＥＲＦＳで表記する。
実施例１
第１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 ∞（絞り） 0.00
2 2.53 0.00 1.8348 42.7
3（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1] 1.8348 42.7
4（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.00 偏心[2] 1.8348 42.7
5 ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1]
6 ∞ 0.40 偏心[3] 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 3.14
θ -12.75
Ｒ 0.40
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.53
θ -32.60
Ｒ 1.18
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.08
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.33
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
第２光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
3 ∞（絞り） 0.00
4 2.53 1.06 1.8348 42.7
5 -0.95 0.42
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
第１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 ∞（絞り） 0.00
2 2.53 0.00 1.8348 42.7
3（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1] 1.8348 42.7
4（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.00 偏心[2] 1.8348 42.7
5 ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1]
6 ∞ 0.40 偏心[3] 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 3.14
θ -12.75
Ｒ 0.40
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.53
θ -32.60
Ｒ 1.18
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.08
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.33
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
第２光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
3 ∞（絞り） 0.00
4 2.53 1.06 1.8348 42.7
5 -0.95 0.42
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
実施例２
第１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 ∞（絞り） 0.00
2 2.47 0.00 1.8348 42.7
3（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1] 1.8348 42.7
4（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.00 偏心[2] 1.8348 42.7
5 ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1]
6 ∞ 0.40 偏心[3] 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 3.10
θ -12.75
Ｒ 0.41
Ｃ4 -1.9566E-001 Ｃ5 7.7227E-002 Ｃ6 8.9927E-001
Ｃ7 -8.7636E-001
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.40
θ -32.32
Ｒ 1.13
Ｃ4 -4.1403E-002 Ｃ5 -4.2104E-002 Ｃ6 -2.1825E-003
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
第２光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
3 ∞（絞り） 0.00
4 2.47 1.08 1.8348 42.7
5 -0.97 0.40
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
第１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 ∞（絞り） 0.00
2 2.47 0.00 1.8348 42.7
3（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1] 1.8348 42.7
4（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.00 偏心[2] 1.8348 42.7
5 ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心[1]
6 ∞ 0.40 偏心[3] 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 3.10
θ -12.75
Ｒ 0.41
Ｃ4 -1.9566E-001 Ｃ5 7.7227E-002 Ｃ6 8.9927E-001
Ｃ7 -8.7636E-001
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.40
θ -32.32
Ｒ 1.13
Ｃ4 -4.1403E-002 Ｃ5 -4.2104E-002 Ｃ6 -2.1825E-003
偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.40
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.48
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
第２光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
3 ∞（絞り） 0.00
4 2.47 1.08 1.8348 42.7
5 -0.97 0.40
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
実施例３
第１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 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 非球面[1] 0.98 1.8348 42.7
5（ＲＥ）非球面[2] -0.98 1.8348 42.7
6（ＲＥ）非球面[1] 0.98 1.8348 42.7
7 非球面[2] 0.40
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.01
k 0.0000E+000
a 2.2230E-003 b -5.1240E-003
非球面[2]
曲率半径 1.58
k 0.0000E+000
a -1.0751E-001 b -8.0830E-003
第２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 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 非球面[1] 1.01 1.8348 42.7
5 -1.04 0.37
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.01
k 0.0000E+000
a 2.2230E-003 b -5.1240E-003
第１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 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 非球面[1] 0.98 1.8348 42.7
5（ＲＥ）非球面[2] -0.98 1.8348 42.7
6（ＲＥ）非球面[1] 0.98 1.8348 42.7
7 非球面[2] 0.40
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.01
k 0.0000E+000
a 2.2230E-003 b -5.1240E-003
非球面[2]
曲率半径 1.58
k 0.0000E+000
a -1.0751E-001 b -8.0830E-003
第２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 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 非球面[1] 1.01 1.8348 42.7
5 -1.04 0.37
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
非球面[1]
曲率半径 2.01
k 0.0000E+000
a 2.2230E-003 b -5.1240E-003
実施例４
第１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 1.778 1.296 1.7552 27.6
2 0.751 0.199
3 0.752 0.458 1.6067 61.0
4 13.933 0.150
5 4.871 0.100 1.7552 27.6
6 1.301 0.100
7 ∞（絞り） 0.000
8 2.783 0.000 偏心(1) 1.8348 42.7
9（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.000 偏心(2) 1.8348 42.7
10（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.000 偏心(3) 1.8348 42.7
11 ＥＲＦＳ[1] 0.000 偏心(2)
12 ∞ 0.400 偏心(4) 1.5163 64.1
13 ∞ 0.100
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 4.621
θ -9.319
Ｒ 0.423
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.919
θ -23.679
Ｒ 0.907
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.100
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.873
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.310
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 1.395
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
第２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 1.778 1.296 1.7552 27.6
2 0.751 0.199
3 0.752 0.458 1.6067 61.0
4 13.933 0.150
5 4.871 0.100 1.7552 27.6
6 1.301 0.100
7 ∞（絞り） 0.100
8 2.783 0.696 1.8348 42.7
9 -1.358 0.499
10 ∞ 0.400 1.5163 64.1
11 ∞ 0.100
像 面 ∞
第１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 1.778 1.296 1.7552 27.6
2 0.751 0.199
3 0.752 0.458 1.6067 61.0
4 13.933 0.150
5 4.871 0.100 1.7552 27.6
6 1.301 0.100
7 ∞（絞り） 0.000
8 2.783 0.000 偏心(1) 1.8348 42.7
9（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.000 偏心(2) 1.8348 42.7
10（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.000 偏心(3) 1.8348 42.7
11 ＥＲＦＳ[1] 0.000 偏心(2)
12 ∞ 0.400 偏心(4) 1.5163 64.1
13 ∞ 0.100
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 4.621
θ -9.319
Ｒ 0.423
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.919
θ -23.679
Ｒ 0.907
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.100
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.873
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.310
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 1.395
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
第２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 1.778 1.296 1.7552 27.6
2 0.751 0.199
3 0.752 0.458 1.6067 61.0
4 13.933 0.150
5 4.871 0.100 1.7552 27.6
6 1.301 0.100
7 ∞（絞り） 0.100
8 2.783 0.696 1.8348 42.7
9 -1.358 0.499
10 ∞ 0.400 1.5163 64.1
11 ∞ 0.100
像 面 ∞
実施例５
第１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 1.456 1.500 1.7442 44.2
2 1.131 0.100
3 ∞（絞り） 0.000
4 2.204 0.00 偏心(1) 1.8348 42.7
5（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
6（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
7 ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心(2)
8 ∞ 0.400 偏心(4) 1.5163 64.1
9 ∞ 0.100
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 5.441
θ -13.906
Ｒ 0.463
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 3.541
θ -32.490
Ｒ 1.129
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.100
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.951
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.391
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 1.269
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
第２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 1.456 1.500 1.7442 44.2
2 1.131 0.100
3 ∞（絞り） 0.100
4 2.204 0.861 1.8348 42.7
5 -1.769 0.308
6 ∞ 0.400 1.5163 64.1
7 ∞ 0.100
像 面 ∞
第１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 1.456 1.500 1.7442 44.2
2 1.131 0.100
3 ∞（絞り） 0.000
4 2.204 0.00 偏心(1) 1.8348 42.7
5（ＲＥ）ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心(2) 1.8348 42.7
6（ＲＥ）ＥＲＦＳ[2] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
7 ＥＲＦＳ[1] 0.00 偏心(2)
8 ∞ 0.400 偏心(4) 1.5163 64.1
9 ∞ 0.100
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 5.441
θ -13.906
Ｒ 0.463
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 3.541
θ -32.490
Ｒ 1.129
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.100
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.951
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.391
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 1.269
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
第２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 1.456 1.500 1.7442 44.2
2 1.131 0.100
3 ∞（絞り） 0.100
4 2.204 0.861 1.8348 42.7
5 -1.769 0.308
6 ∞ 0.400 1.5163 64.1
7 ∞ 0.100
像 面 ∞
図１８は、本実施例の画像と撮像素子の配置例を示す。図１８（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、第１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１８（ｂ）は、画面比が４：３の撮像素子５０を使用し、第１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、第１光路Ａの画像Ａ１と第２光路Ｂの画像Ｂ１の両方をすべて撮像することができる。
図１９は、内視鏡に本発明による撮影光学系を適用した例である。図１９（ａ）では、硬性鏡１１０の先端部１０１に本発明による撮影光学系が配置されている。また、図１９（ｂ）では、軟性の内視鏡１１３の先端部１０１に本発明による撮影光学系が配置されている。
図２０は、カプセル内視鏡１２０に本発明による撮影光学系１を取り付けて３６０°全方位の画像を撮像観察する例である。カプセル内視鏡１２０を形成する筺体のうち、撮影光学系１の物体側は光線を透過させる透明部材からなる光線透過部１０６となっている。一方それ以外は非透明部材からなるケーシング部１０７となっている。筺体内に撮影光学系１が配置され、物体は像面５に結像する。
図２１は、自動車１３０の前方側部１０２に本発明による撮影光学系１を取り付けた例であり、撮影光学系１で取得された画像は、車内に表示される。
１…光学系
２…中心軸
５…像面
Ａ…第１光路
Ｂ…第２光路
開口…Ｓ
Ｌｂ１…透明媒体
２１…第１群第１透過面、後１群第１透過面（第１透過面）
２２…第１群第１反射面、後１群第１反射面（第１反射面）
２３…第１群第２反射面、後１群第２反射面（第２反射面）
２４…第１群第２透過面、後１群第２透過面（第２透過面）
２５…第１群第３透過面、後１群第３透過面（第３透過面）
２…中心軸
５…像面
Ａ…第１光路
Ｂ…第２光路
開口…Ｓ
Ｌｂ１…透明媒体
２１…第１群第１透過面、後１群第１透過面（第１透過面）
２２…第１群第１反射面、後１群第１反射面（第１反射面）
２３…第１群第２反射面、後１群第２反射面（第２反射面）
２４…第１群第２透過面、後１群第２透過面（第２透過面）
２５…第１群第３透過面、後１群第３透過面（第３透過面）
Claims (11)
- 中心軸に対して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備え、
中心軸周辺の物体を像面の周辺部分に結像する第１光路と、中心軸上の物体を像面の中心部分に結像する第２光路と、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光路上で、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内部反射面である第１反射面と、
前記第１光路上で、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内部反射面である第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、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする光学系。
０．８＜Ｆｔ／Ｆｒ＜１．２ ・・・（１）
ただし、
Ｆｔは第１光路の焦点距離、
Ｆｒは第２光路の焦点距離、
である。 - 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字状の前記第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
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。 - 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又は請求項２に記載の光学系。 - 前記第１透過面と前記第２反射面の間に遮光部を設けた
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系。 - 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透過面より像面側の中心軸近傍に配置された第３透過面と、を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の光学系。 - 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３透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出る第２光路を構成する
ことを特徴とする請求項５に記載の光学系。 - 前記透明媒体の屈折率は、１．６以上である
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系。 - 以下の条件式（２）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の光学系。
１．１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜１．８ ・・・（２）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｄは透明媒体の外径、
である。 - 以下の条件式（３）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の光学系。
０．５＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜１．２ ・・・（３）
ただし、Ｉmaxは最大像高、
Ｌは開口から像面までの距離、
である。 - 以下の条件式（４）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の光学系。
０．７＜Ｒ１／Ｒ２＜１．２ ・・・（４）
ただし、Ｒ１は第１反射面の曲率、
Ｒ２は第２反射面の曲率、
である。 - 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
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