JP2009080410A - Optical system and endoscope using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学系及びそれを用いた内視鏡に関し、特に、遠方の物点を広画角で観察する光路と近傍の物点を拡大して観察する光路の2つの光路を有し、1つの撮像素子に円環状及び円形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。 The present invention relates to an optical system and an endoscope using the same, and in particular, has two optical paths: an optical path for observing a distant object point with a wide angle of view and an optical path for magnifying and observing a nearby object point. The present invention relates to an imaging optical system or a projection optical system having a function of forming an image as an annular or circular image on one image sensor.
従来、二重焦点光学系として特許文献1及び特許文献2があった。また、2つの光路を有する光学系として特許文献3及び特許文献4があった。
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、広視野光路と拡大光路を備えたものではなかった。 However, none of the optical systems described in any of the patent documents has a small configuration and a wide-field optical path and an enlarged optical path.
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、ズーム機構等の複雑な機構無しで、簡単な構成で広い観察画角の光路と拡大光路の両方を有する光学系の両方の像を同時に1つの撮像素子上に撮像することが可能な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。 The present invention has been made in view of such a situation in the prior art, and its purpose is to provide both a wide observation field angle optical path and an enlarged optical path with a simple configuration without a complicated mechanism such as a zoom mechanism. It is an object to provide a small and inexpensive optical system capable of capturing both images of an optical system having the same image on a single image sensor and an endoscope using the same.
上記目的を達成する本発明の光学系は、前群と、正の屈折力を有する後群と、前記前群と前記後群の間に配置された開口とを有し、中心軸の周りに回転対称で、中間像を光路中に形成することなく像面に結像される二重焦点光学系において、前記前群は、2面以上の面形状で構成された二重焦点光学素子を少なくとも1つ有し、前記二重焦点光学素子は、少なくとも2つの異なる物点距離からの光路に対して、それぞれ同心に分割されている異なる回転対称な面形状の作用により、同一方向の異なる物点を同一平面上の異なる領域に結像することを特徴とする。 An optical system of the present invention that achieves the above object has a front group, a rear group having a positive refractive power, and an aperture disposed between the front group and the rear group, and is arranged around a central axis. In the bifocal optical system that is rotationally symmetric and forms an image on the image plane without forming an intermediate image in the optical path, the front group includes at least a bifocal optical element configured with two or more surface shapes. And the bifocal optical element has different object points in the same direction by the action of different rotationally symmetric surface shapes that are concentrically divided with respect to optical paths from at least two different object point distances. Are formed in different regions on the same plane.
また、前記二重焦点光学素子は、周辺部分の周辺光路と、中心部分の中心光路と、を有することを特徴とする。 The bifocal optical element has a peripheral optical path in a peripheral portion and a central optical path in a central portion.
また、前記周辺光路の画角は、前記中心光路の画角より大きいことを特徴とする。 The field angle of the peripheral optical path is larger than the field angle of the central optical path.
また、前記周辺光路と前記中心光路は、共通の開口を有することを特徴とする。 The peripheral optical path and the central optical path have a common opening.
また、前記周辺光路と前記中心光路は、前記後群において少なくとも1つの透過光学素子を共用することを特徴とする。 The peripheral optical path and the central optical path share at least one transmissive optical element in the rear group.
また、前記二重焦点光学素子の少なくとも1面は、トーリック面からなることを特徴とする。 Further, at least one surface of the bifocal optical element is a toric surface.
また、前記二重焦点光学素子の少なくとも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。 Further, at least one surface of the bifocal optical element is formed of an extended rotation free-form surface formed by rotating an arbitrary-shaped line segment having no symmetry plane around the central axis. .
また、前記二重焦点光学素子の少なくとも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。 Further, at least one surface of the bifocal optical element is constituted by an extended rotation free-form surface formed by rotating an arbitrary-shaped line segment including an odd-order term around the central axis.
また、前記二重焦点光学素子の周辺光路は、前記中心軸周辺に配置された第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、により形成されることを特徴とする。 The peripheral optical path of the bifocal optical element includes a first transmission surface disposed around the central axis, and a first transmission surface disposed on the image plane side with respect to the first transmission surface and having a concave surface facing the image plane side. A reflective surface, a second reflective surface disposed on the opposite side of the image surface from the first reflective surface, with a concave surface facing the image surface side, and a second transmission surface disposed on the image surface side of the second reflective surface It is formed by these.
また、前記周辺光路は、順光線追跡の順に、前記第1透過面を経て前記二重焦点光学素子内に入り、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透過面を経て前記二重焦点光学素子から像面側に外へ出る略Z字状の光路を構成することを特徴とする。 Further, the peripheral optical path enters the bifocal optical element through the first transmission surface in the order of forward ray tracing, and is reflected by the first reflection surface to the side opposite to the image surface, and the second reflection surface. A substantially Z-shaped optical path which is reflected to the image plane side and goes out from the bifocal optical element to the image plane side through the second transmission surface.
また、前記周辺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ることを特徴とする。 Further, at least a portion between the first reflecting surface and the second reflecting surface in the peripheral optical path is configured only on one side with respect to the central axis.
また、前記周辺光路は、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。 The peripheral optical path is characterized in that an intermediate image is not formed in the optical path, but is formed in an annular shape on the image plane.
また、前記中心光路は、透過面のみで構成されていることを特徴とする。 In addition, the central optical path is constituted only by a transmission surface.
また、前記二重焦点光学素子は、前記第1透過面の中心軸近傍に第3透過面を有し、前記二重焦点光学素子に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第3透過面を経て前記二重焦点光学素子内に入り、前記第2透過面を経て前記二重焦点光学素子から像面側に外へ出る中心光路を構成することを特徴とする。 The bifocal optical element has a third transmission surface in the vicinity of the central axis of the first transmission surface, and a light beam incident on the bifocal optical element is transmitted in the order of the third transmission in the order of forward ray tracing. A central optical path is formed which enters the bifocal optical element through a surface and exits from the bifocal optical element to the image plane side through the second transmission surface.
また、前記二重焦点光学素子は、前記第2透過面の中心軸近傍に第3透過面を有し、前記二重焦点光学素子に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第1透過面を経て前記二重焦点光学素子内に入り、前記第3透過面を経て前記二重焦点光学素子から像面側に外へ出る中心光路を構成することを特徴とする。 Further, the bifocal optical element has a third transmission surface in the vicinity of the central axis of the second transmission surface, and a light beam incident on the bifocal optical element is the first transmission in the order of forward ray tracing. A central optical path is formed which enters the bifocal optical element through a surface and exits from the bifocal optical element to the image plane side through the third transmission surface.
また、前記二重焦点光学素子は、前記前群と前記後群に複数配置することを特徴とする。 Further, a plurality of the bifocal optical elements are arranged in the front group and the rear group.
また、最大像高をI、二重焦点素子の二重焦点面が物体側にある場合の二重焦点面から開口までの距離をd1とするとき、
0.5<d1/I<3 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする。
When the maximum image height is I, and the distance from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the object side is d1,
0.5 <d1 / I <3 (1)
It satisfies the following condition.
また、最大像高をI、二重焦点素子の二重焦点面が像面側にある場合の二重焦点面から開口までの距離をd2とするとき、
0.5<d2/I<5 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする。
When the maximum image height is I, and the distance from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the image plane side is d2,
0.5 <d2 / I <5 (1)
It satisfies the following condition.
また、最大像高をI、前記二重焦点光学素子の外径をDとするとき、
1<D/I<10 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする。
When the maximum image height is I and the outer diameter of the bifocal optical element is D,
1 <D / I <10 (3)
It satisfies the following condition.
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。 Furthermore, the present invention for achieving the above object is an endoscope using the optical system.
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。 In the optical system of the present invention described above, it is possible to obtain a small optical system with good resolving power with a well-corrected aberration capable of observing a wide angle of view or projecting an image at a wide angle of view with a simple configuration. it can.
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。 The optical system of the present invention will be described below based on examples.
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。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the central axis (rotation symmetry axis) 2 of the
本発明に係る光学系1は、中心軸2に対して回転対称で、前群Gfと、正の屈折力を有する後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間に配置された開口Sとを有し、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C等である。
The
実施例1の光学系1は、前群Gfと、正の屈折力を有する後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間に配置された開口Sとを有し、中心軸2の周りに回転対称で、中間像を光路中に形成することなく像面5に結像される二重焦点光学系において、前群Gfは、2面以上の面形状で構成された二重焦点光学素子Lfを少なくとも1つ有し、二重焦点光学素子Lfは、少なくとも2つの異なる物点距離からの光路に対して、それぞれ同心に分割されている異なる回転対称な面形状の作用により、同一方向の異なる物点を同一平面上の異なる領域に結像することが重要である。このような構成により、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。
The
また、二重焦点光学素子Lfは、周辺部分の周辺光路Aと、中心部分の中心光路Bと、を有することが望ましい。これにより、1つの撮像素子で周辺と中心の観察像を同時に観察することが可能となる。さらに好ましくは、中心光路と周辺光路の反射回数は、0,2,4の偶数回同士の組み合わせが好ましい。これにより、上下、左右の関係が2つの画像で回転中心軸を基準に一致する。これにより光学系の操作が容易になる。 Further, it is desirable that the bifocal optical element Lf has a peripheral optical path A in the peripheral portion and a central optical path B in the central portion. Accordingly, it is possible to simultaneously observe the peripheral and central observation images with one image sensor. More preferably, the number of reflections of the central optical path and the peripheral optical path is preferably a combination of an even number of 0, 2, and 4. As a result, the relationship between the upper and lower sides and the left and right coincides with the rotation center axis in the two images. This facilitates the operation of the optical system.
また、周辺光路Aの画角は、中心光路Bの画角より大きいことが重要である。周辺の広画角の観察光路で見たいところを探して、中心の拡大光学系で必要部分を拡大観察することにより、よく見ようとした時に必然的に画面中心に観察物体を持ってくる、自然な動作となる。 Further, it is important that the angle of view of the peripheral optical path A is larger than the angle of view of the central optical path B. By looking for a place you want to see in the surrounding wide-angle observation optical path and magnifying the necessary part with the central magnifying optical system, you will naturally bring the observation object to the center of the screen when you try to see it well. It becomes the operation.
また、周辺光路Aと中心光路Bは、共通の開口Sを有することが望ましい。開口Sを共用することにより、一つの絞りを可変にすることにより両光路を可変にすることが可能となる。また2本の光路を並列に配置する場合に比べて二つの光路のパララックスを小さくすることが可能となる。 Further, it is desirable that the peripheral optical path A and the central optical path B have a common opening S. By sharing the aperture S, both optical paths can be made variable by making one aperture variable. In addition, it is possible to reduce the parallax between the two optical paths as compared with the case where the two optical paths are arranged in parallel.
また、周辺光路Aと中心光路Bは、後群Gbにおいて少なくとも1つの透過光学素子を共用することが望ましい。少なくとも一つの透過光学素子を共用することにより両方の光路の結像作用を共用した光学素子で構成することが可能となり、光学系を小型に構成することが可能となる。 In addition, it is desirable that the peripheral optical path A and the central optical path B share at least one transmissive optical element in the rear group Gb. By sharing at least one transmission optical element, it is possible to configure with an optical element sharing the imaging action of both optical paths, and it is possible to configure the optical system in a small size.
また、二重焦点光学素子Lfの少なくとも1面は、トーリック面からなることが望ましい。トーリック面で構成することにより中心軸2と面の交点が直交するという一般の球面や非球面で受ける制約を受けなくなるために、サジタル断面とメリジオナル断面の曲率を任意に設定することが可能となると同時に、実施例1の第1反射面22のように、Z軸の正方向に開いた線形状をZ軸周りに回転するような面形状を定義でき、設計の自由度が飛躍的に高まる。
Moreover, it is desirable that at least one surface of the bifocal optical element Lf is a toric surface. By configuring with a toric surface, it is possible to arbitrarily set the curvature of the sagittal section and the meridional section because it is not subject to the restrictions imposed by a general spherical surface or aspherical surface where the intersection of the
また、二重焦点光学素子Lfの少なくとも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いることが望ましい。対称面を持たないことにより、特に観察画角の広い周辺光路の画角周辺部分の歪みを補正することが可能となる。
In addition, it is desirable that at least one surface of the bifocal optical element Lf is composed of an extended rotation free-form surface formed by rotating an arbitrarily shaped line segment having no symmetry plane around the
また、二重焦点光学素子Lfの少なくとも1面は、奇数次項を含む任意形状の線分を中心軸2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が望ましい。この奇数次項により周辺光路の画面周辺部分の歪をより補正することが可能となる。
In addition, it is desirable that at least one surface of the bifocal optical element Lf is composed of an extended rotation free-form surface formed by rotating an arbitrary-shaped line segment including an odd-order term around the
また、二重焦点光学素子Lfの周辺光路Aは、中心軸2周辺に配置された第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5と反対側に配置され、像面5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、により形成されることを特徴とする。
The peripheral optical path A of the bifocal optical element Lf includes a
また、周辺光路Aは、順光線追跡の順に、第1透過面21を経て二重焦点光学素子Lf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を経て二重焦点光学素子Lfから像面5側に外へ出る略Z字状の光路を構成することが望ましい。第1反射面22より物体側に透過面を配置することにより第1反射面22と第2反射面23を裏面鏡として構成することが可能となり、偏心収差の発生を小さくすることが可能となる。また、Z字状にすることにより、2つの反射面は向き合う構成となり、各反射面に入射する画角中心の中心光線の入射角度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。
Further, the peripheral optical path A enters the bifocal optical element Lf through the
また、周辺光路Aの少なくとも第1反射面22と第2反射面23の間の光路は、中心軸2に対して片側のみで構成されることが望ましい。これにより中心光路Bとの面の干渉が起きにくくなり、周辺光路Aの観察画角を広く取ることが可能となる。
Further, it is desirable that at least the optical path between the first reflecting surface 22 and the second reflecting
また、周辺光路Aは、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が望ましい。中間結像させると、光学系1の焦点距離等、自由度が上がるが光路長が長くなり、本発明のように非常に小型の光学系1を構成する場合には、好ましくない。
In addition, it is desirable that the peripheral optical path A is formed in an annular shape on the image plane without forming an intermediate image in the optical path. When the intermediate image is formed, the degree of freedom such as the focal length of the
また、中心光路Bは、透過面のみで構成されていることが望ましい。中心光路を透過面のみで構成することにより、二重焦点光学素子Lfを薄くすることが可能となり、特に回転対称軸方向に小型の光学系1を構成することが可能となる。
Further, it is desirable that the central optical path B is composed only of a transmission surface. By configuring the central optical path only with the transmission surface, the bifocal optical element Lf can be made thin, and in particular, the small
また、二重焦点光学素子Lfは、第1透過面21の中心軸2近傍に第3透過面26を有し、二重焦点光学素子Lfに入射する光束は、順光線追跡の順に、第3透過面26を経て二重焦点光学素子Lf内に入り、第2透過面22を経て二重焦点光学素子Lfから像面5側に外へ出る中心光路Bを構成することが望ましい。周辺光路Aと中心光路Bとで第2透過面22を共通して使用することができる。
The bifocal optical element Lf has a
また、二重焦点光学素子Lfは、第2透過面24の中心軸近傍に第4透過面27を有し、二重焦点光学素子Lfに入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第1透過面21を経て二重焦点光学素子Lf内に入り、第4透過面27を経て二重焦点光学素子Lfから像面5側に外へ出る中心光路Bを構成することが望ましい。周辺光路Aと中心光路Bとで第1透過面21を共通して使用することができる。
Further, the bifocal optical element Lf has a
また、二重焦点光学素子Lf,Lbは、前群Gfと後群Gbに複数配置することが望ましい。二重焦点光学素子Lfを、開口Sを挟んで、物体側と像側に配置することにより周辺光路Aの焦点位置と主点位置の両方の自由度が得られ、収差補正上好ましい。 In addition, it is desirable to place a plurality of the bifocal optical elements Lf and Lb in the front group Gf and the rear group Gb. By disposing the bifocal optical element Lf on the object side and the image side with the aperture S interposed therebetween, the degree of freedom of both the focal position and the principal point position of the peripheral optical path A can be obtained, which is preferable in terms of aberration correction.
また、最大像高をI、二重焦点素子の二重焦点面が物体側にある場合の二重焦点面から開口までの距離をd1とするとき、
0.5<d1/I<3 ・・・(1)
なる条件を満足することが望ましい。
When the maximum image height is I, and the distance from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the object side is d1,
0.5 <d1 / I <3 (1)
It is desirable to satisfy the following conditions.
上記条件式(1)の下限を超えると開口Sから二重焦点光学素子Lfまでの距離が短くなりすぎ、中心光路Bと周辺光路Aの分離が十分に行われないために、両方の光束が干渉し、結果として観察画角が広く取れない。又上限を超えると光学系1全体の中心軸2方向の長さが長くなってしまい。小型の光学系1を実現できない。
If the lower limit of the conditional expression (1) is exceeded, the distance from the aperture S to the bifocal optical element Lf becomes too short, and the central optical path B and the peripheral optical path A are not sufficiently separated. As a result, the viewing angle of view is not wide. If the upper limit is exceeded, the length of the entire
また、最大像高をI、二重焦点素子の二重焦点面が像面側にある場合の二重焦点面から開口までの距離をd2とするとき、
0.5<d2/I<5 ・・・(1)
なる条件を満足することが望ましい。
When the maximum image height is I, and the distance from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the image plane side is d2,
0.5 <d2 / I <5 (1)
It is desirable to satisfy the following conditions.
上記条件式(2)の下限を超えると開口Sから二重焦点光学素子Lfまでの距離が短くなりすぎ、中心光路Bと周辺光路Aの分離が十分に行われないために、両方の光束が干渉し、結果として観察画角が広く取れない。又上限を超えると光学系1全体の中心軸2方向の長さが長くなってしまい。小型の光学系1を実現できない。
If the lower limit of the conditional expression (2) is exceeded, the distance from the aperture S to the bifocal optical element Lf becomes too short, and the central optical path B and the peripheral optical path A are not sufficiently separated. As a result, the viewing angle of view is not wide. If the upper limit is exceeded, the length of the entire
また、最大像高をI、前記二重焦点光学素子の外径をDとするとき、
1<D/I<10 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする。
When the maximum image height is I and the outer diameter of the bifocal optical element is D,
1 <D / I <10 (3)
It satisfies the following condition.
上記条件式(3)の下限を超えると、中心光路Bと周辺光路Aの分離が十分に行われないために、両方の光束が干渉し、結果として観察画角が広く取れない。上限を超えると光学系1の外径が大きくなってしまい、細い光学系1を実現できない。
If the lower limit of the conditional expression (3) is exceeded, the central optical path B and the peripheral optical path A are not sufficiently separated, and both light beams interfere with each other, resulting in a wide observation angle of view. If the upper limit is exceeded, the outer diameter of the
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。 Furthermore, the present invention for achieving the above object is an endoscope using the optical system.
なお、すべての実施例はERFS面以外は球面で構成されているが、通常の非球面で構成することも可能である。また物体側の平行平面は、光学系保護用のものであり。無くてもよい。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。 In addition, although all the examples are configured by spherical surfaces other than the ERFS surface, they may be configured by normal aspherical surfaces. The parallel plane on the object side is for protecting the optical system. There is no need. The parallel plane on the image side is for protecting the image sensor and may be omitted.
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。 Examples 1 to 4 of the optical system of the present invention will be described below. The configuration parameters of these optical systems will be described later.
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。
In forward ray tracing, for example, as shown in FIG. 1, the coordinate system uses the point where the stop and the
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。
For the decentered surface, the decentering amount from the origin O of the
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。 Further, among the optical action surfaces constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a subsequent surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given, in addition, the curvature radius of the surface, The refractive index and Abbe number of the medium are given according to conventional methods.
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。 In addition, a term relating to an aspheric surface for which no data is described in the constituent parameters described later is zero. The refractive index and the Abbe number are shown for the d-line (wavelength 587.56 nm). The unit of length is mm. As described above, the eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the reference surface.
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。
The aspheric surface is a rotationally symmetric aspheric surface given by the following definition.
Z = (Y 2 / R) / [1+ {1- (1 + k)
+ AY 4 + bY 6 + cY 8 + dY 10 +...
... (a)
However, Z is taken as an axis, and Y is taken in a direction perpendicular to the axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, k is a conic constant, a, b, c, d,... Are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively. The Z axis of this defining formula is the axis of a rotationally symmetric aspherical surface.
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。 The extended rotation free-form surface is a rotationally symmetric surface given by the following definition.
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。 First, as shown in FIG. 2, the following curve (b) passing through the origin on the YZ coordinate plane is determined.
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。
Z = (Y 2 / RY) / [1+ {1- (
+ C 2 Y + C 3 Y 2 + C 4 Y 3 + C 5 Y 4 + C 6 Y 5 + C 7 Y 6
+ ··· + C 21 Y 20 + ··· + C n + 1 Y n + ····
... (b)
Next, a curve F (Y) obtained by rotating the curve (b) in the positive direction of the X-axis and turning it counterclockwise to be positive is determined. This curve F (Y) also passes through the origin on the YZ coordinate plane.
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。 The curve F (Y) is translated in the Y positive direction by a distance R (Y negative direction if negative), and then the rotationally symmetric surface is rotated by rotating the translated curve around the Z axis. Let it be a free-form surface.
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。 As a result, the extended rotation free-form surface becomes a free-form surface (free-form curve) in the YZ plane and a circle with a radius | R | in the XY plane.
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。 From this definition, the Z-axis becomes the axis of the extended rotation free-form surface (rotation symmetry axis).
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。 Where RY is the radius of curvature of the spherical term in the YZ section, C 1 is the conic constant, C 2 , C 3 , C 4 , C 5 . Aspheric coefficient.
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、RY=∞,C1 ,C2 ,C3 ,C4 ,C5 ,…=0とし、θ=(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。 A conical surface having the Z axis as the central axis is given as one of the extended rotation free-form surfaces, and RY = ∞, C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 ,... = 0, and θ = ( The inclination angle of the conical surface), R = (the radius of the bottom surface in the XZ plane).
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。 In addition, a term relating to an aspheric surface for which no data is described in the constituent parameters described later is zero. The refractive index and the Abbe number are shown for the d-line (wavelength 587.56 nm). The unit of length is mm. As described above, the eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the reference surface.
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全体の周辺光路の横収差図を図4、中心光路の横収差図を図5に示す。
A cross-sectional view taken along the
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、共通に使用することなくすべて異なる面で構成した例である。
In this embodiment, the transmission surface and the reflection surface of a transparent medium having a refractive index larger than 1 concentrically symmetric with respect to the
光学系1は、中心軸2の周りで回転対称な前群Gfと、中心軸2の周りで回転対称な後群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5とからなり、前群Gfは、前1群Gf1と前2群Gf2からなる。
The
前1群Gf1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1群第1透過面11と、前1群第1透過面11に対して像側に形成される前1群第2透過面12とを有する。
The front first group Gf1 is made of a front group cover glass Cf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
前2群Gf2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2群透明媒体Lf2からなる。前2群透明媒体Lf2は、中心軸を離れた周辺部でトーリック面からなる前2群周辺第1透過面21と、前2群周辺第1透過面21に対して像側に形成され、反射コーティング4aし、トーリック面からなる前2群周辺第1反射面22と、前2群周辺第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、トーリック面からなる前2群周辺第2反射面23と、前2群周辺第2反射面23より像面5側に配置され、球面からなる前2群周辺第2透過面24を有する。また、中心軸上で前群カバーガラスCfに対向して配置され、球面からなる前2群中心第1透過面26、前2群中心第1透過面26に対して像側に形成され、正のパワーをもち球面からなる前2群中心第2透過面27をさらに有する。
The front second group Gf2 is composed of a front second group transparent medium Lf2 having a refractive index rotationally symmetric around the
後群Gbは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズLb1と、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい両凸正レンズLb2と、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後群カバーガラスCbからなる。
The rear group Gb includes a positive meniscus lens Lb1 having a convex surface directed to the image plane side whose rotational refractive index is larger than 1 around the
正メニスカスレンズLb1は、後群第1透過面31と、後群第1透過面31に対して像側に形成される後群第2透過面32とを有する。両凸正レンズLb2は、後群第3透過面41と、後群第3透過面41に対して像側に形成される後群第4透過面42とを有する。後群カバーガラスCbは、平行平板からなり、後群第5透過面51と、後群第5透過面51に対して像側に形成される後群第6透過面52とを有する。
The positive meniscus lens Lb1 includes a rear group
光学系1は、周辺光路A及び中心光路Bを形成する。
The
周辺光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群カバーガラスCfの前1群第1透過面11と前1群第2透過面12とを経て前2群透明媒体Lf2内に入る。前2群透明媒体Lf2では、前2群周辺第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、前2群周辺第1反射面22で像面5と反対側に反射され、前2群周辺第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、前2群周辺第2透過面24を経て前2群透明媒体Lf2から外に出る略Z字状の光路を有する。その後、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とを経て後群Gb内に入る。後群Gbでは、正メニスカスレンズLb1に後群第1透過面31を経て入り、後群第2透過面32から外に出て、両凸正レンズLb2に後群第3透過面41を経て入り、後群第4透過面42から外に出て、後群カバーガラスCbに後群第5透過面51を経て入り、後群第6透過面52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円環状に結像する。
In the peripheral optical path A, the light beam incident from the
また、中心光路Bにおいて、前群カバーガラスCfの前1群第1透過面11と前1群第2透過面12とを経て前2群透明媒体Lf2内に入る。前2群透明媒体Lf2では、前2群中心第1透過面26を経て入り、前2群中心第2透過面27を経て前2群透明媒体Lf2から外に出る。その後、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とを経て後群Gb内に入る。後群Gbでは、正メニスカスレンズLb1に後群第1透過面31を経て入り、後群第2透過面32から外に出て、両凸正レンズLb2に後群第3透過面41を経て入り、後群第4透過面42から外に出て、後群カバーガラスCbに後群第5透過面51を経て入り、後群第6透過面52から外に出て、像面5の中心軸2上に結像する。
In the central optical path B, the light enters the front second group transparent medium Lf2 through the front first group
この実施例1の仕様は、
画角
周辺光路A 0.00°〜50.0°
中心光路B 0.00°〜5.00°
絞り径 φ0.20mm
像の大きさ
周辺光路A φ1.12〜φ1.90
中心光路B φ0.94
である。
The specification of this Example 1 is
Angle of view Ambient light path A 0.00 ° to 50.0 °
Central optical path B 0.00 ° ~ 5.00 °
Diaphragm diameter φ0.20mm
Image size Ambient light path A φ1.12 to φ1.90
Central optical path B φ0.94
It is.
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周辺光路の横収差図を図7、中心光路の横収差図を図8に示す。
A sectional view taken along the
光学系1は、中心軸2の周りで回転対称な前群Gfと、中心軸2の周りで回転対称な後群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5とからなり、前群Gfは、前1群Gf1と前2群Gf2からなる。
The
前1群Gf1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1群第1透過面11と、前1群第1透過面11に対して像側に形成される前1群第2透過面12とを有する。
The front first group Gf1 is made of a front group cover glass Cf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
前2群Gf2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2群透明媒体Lf2からなる。前2群透明媒体Lf2は、中心軸を離れた周辺部で拡張回転自由面からなる前2群周辺第1透過面21と、前2群周辺第1透過面21に対して像側に形成され、平面からなる前2群周辺第2透過面24を有する。
The front second group Gf2 is composed of a front second group transparent medium Lf2 having a refractive index rotationally symmetric around the
また、中心軸上で前群カバーガラスCfに対向して配置され、平面からなる前2群中心第1透過面26、前2群中心第1透過面26に対して像側に形成され、球面からなる前2群中心第2透過面27をさらに有する。
Further, it is disposed on the central axis so as to face the front group cover glass Cf, and is formed on the image side with respect to the front second group center
後群Gbは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい像面側に凸面を向けた平凸正レンズLb1と、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後群透明媒体Lb2と、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後群カバーガラスCbからなる。
The rear group Gb includes a plano-convex positive lens Lb1 having a convex surface directed toward the image plane whose rotational refractive index is greater than 1 around the
平凸正レンズLb1は、後群第1透過面31と、後群第1透過面31に対して像側に形成される後群第2透過面32とを有する。
The plano-convex positive lens Lb1 includes a rear group
後群透明媒体Lb2は、拡張回転自由曲面からなる後群周辺第3透過面41と、後群周辺第3透過面41に対して像側に形成され平面からなる後群周辺第4透過面42とを有する。また、中心軸上で球面からなる後群中心第3透過面46、後群中心第3透過面46に対して像側に形成され、中心軸上で平面からなる後群中心第4透過面47をさらに有する。
The rear group transparent medium Lb2 includes a rear group peripheral
後群カバーガラスCbは、平行平板からなり、後群第5透過面51と、後群第5透過面51に対して像側に形成される後群第6透過面52とを有する。
The rear group cover glass Cb is made of a parallel plate and includes a rear group
光学系1は、周辺光路A及び中心光路Bを形成する。
The
周辺光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群カバーガラスCfの前1群第1透過面11と前1群第2透過面12とを経て前2群透明媒体Lf2内に入る。前2群透明媒体Lf2では、前2群周辺第1透過面21を経て入り、前2群周辺第2透過面24を経て前2群透明媒体Lf2から外に出る。その後、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とを経て後群Gb内に入る。後群Gbでは、平凸正レンズLb1に後群第1透過面31を経て入り、後群第2透過面32から外に出て、後群透明媒体Lb2に後群周辺第3透過面41を経て入り、後群周辺第4透過面42から外に出て、後群カバーガラスCbに後群第5透過面51を経て入り、後群第6透過面52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円環状に結像する。
In the peripheral optical path A, the light beam incident from the
また、中心光路Bにおいて、前群カバーガラスCfの前1群第1透過面11と前1群第2透過面12とを経て前2群透明媒体Lf2内に入る。前2群透明媒体Lf2では、前2群中心第1透過面26を経て入り、前2群中心第2透過面27を経て前2群透明媒体Lf2から外に出る。その後、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とを経て後群Gb内に入る。後群Gbでは、平凸正レンズLb1に後群第1透過面31を経て入り、後群第2透過面32から外に出て、後群透明媒体Lb2に後群中心第3透過面46を経て入り、後群中心第4透過面47から外に出て、後群カバーガラスCbに後群第5透過面51を経て入り、後群第6透過面52から外に出て、像面5の中心軸2上に結像する。
In the central optical path B, the light enters the front second group transparent medium Lf2 through the front first group
この実施例2の仕様は、
画角
周辺光路A 3.44°〜50.23°
中心光路B 0.00°〜10.91°
絞り径 φ0.20mm
像の大きさ
周辺光路A φ0.98〜φ1.96
中心光路B φ0.77
である。
The specification of Example 2 is
Angle of view Ambient light path A 3.44 ° ~ 50.23 °
Central optical path B 0.00 ° ~ 10.91 °
Diaphragm diameter φ0.20mm
Image size Ambient light path A φ0.98 to φ1.96
Center optical path B φ0.77
It is.
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周辺光路の横収差図を図10、中心光路の横収差図を図11に示す。
A sectional view taken along the
光学系1は、中心軸2の周りで回転対称な前群Gfと、中心軸2の周りで回転対称な後群Gbと、前群Gfと後群Gbの間に中心軸2に同軸に配置された開口5とからなり、前群Gfは、前1群Gf1と前2群Gf2からなる。
The
前1群Gf1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1群第1透過面11と、前1群第1透過面11に対して像側に形成される前1群第2透過面12とを有する。
The front first group Gf1 is made of a front group cover glass Cf having a refractive index that is rotationally symmetric about the
前2群Gf2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2群透明媒体Lf2からなる。前2群透明媒体Lf2は、中心軸を離れた周辺部で拡張回転自由曲面からなる前2群周辺第1透過面21と、前2群周辺第1透過面21に対して像側に形成され、平面からなる前2群周辺第2透過面24を有する。
The front second group Gf2 is composed of a front second group transparent medium Lf2 having a refractive index rotationally symmetric around the
また、中心軸上で前群カバーガラスCfに対向して配置され、球面からなる前2群中心第1透過面26、前2群中心第1透過面26に対して像側に形成され、平面からなる前2群中心第2透過面27をさらに有する。
Further, it is disposed on the central axis so as to face the front group cover glass Cf, and is formed on the image side with respect to the front second group center
後群Gbは、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい像面側に凸面を向けた平凸正レンズLb1と、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後群透明媒体Lb2と、中心軸2の周りで回転対称な屈折率が1より大きい後群カバーガラスCbからなる。
The rear group Gb includes a plano-convex positive lens Lb1 having a convex surface directed toward the image plane whose rotational refractive index is greater than 1 around the
平凸正レンズLb1は、後群第1透過面31と、後群第1透過面31に対して像側に形成される後群第2透過面32とを有する。
The plano-convex positive lens Lb1 includes a rear group
後群透明媒体Lb2は、平面からなる後群周辺第3透過面41と、後群周辺第3透過面41に対して像側に形成され拡張回転自由曲面からなる後群周辺第4透過面42とを有する。また、中心軸上で平面からなる後群中心第3透過面46、後群中心第3透過面46に対して像側に形成され、中心軸上で球面からなる後群中心第4透過面47をさらに有する。
The rear group transparent medium Lb2 includes a rear group peripheral
後群カバーガラスCbは、平行平板からなり、後群第5透過面51と、後群第5透過面51に対して像側に形成される後群第6透過面52とを有する。
The rear group cover glass Cb is made of a parallel plate and includes a rear group
光学系1は、周辺光路A及び中心光路Bを形成する。
The
周辺光路Aにおいて、光学系1の物体面3から入射する光束は、前群カバーガラスCfの前1群第1透過面11と前1群第2透過面12とを経て前2群透明媒体Lf2内に入る。前2群透明媒体Lf2では、前2群周辺第1透過面21を経て入り、前2群周辺第2透過面24を経て前2群透明媒体Lf2から外に出る。その後、前群Gfと後群Gbの間に中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て後群Gb内に入る。後群Gbでは、平凸正レンズLb1に後群第1透過面31を経て入り、後群第2透過面32から外に出て、後群透明媒体Lb2に後群周辺第3透過面41を経て入り、後群周辺第4透過面42から外に出て、後群カバーガラスCbに後群第5透過面51を経て入り、後群第6透過面52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円環状に結像する。
In the peripheral optical path A, the light beam incident from the
また、中心光路Bにおいて、前群カバーガラスCfの前1群第1透過面11と前1群第2透過面12とを経て前2群透明媒体Lf2内に入る。前2群透明媒体Lf2では、前2群中心第1透過面26を経て入り、前2群中心第2透過面27を経て前2群透明媒体Lf2から外に出る。その後、前群Gfと後群Gbの間に中心軸2に同軸に配置された開口Sとを経て後群Gb内に入る。後群Gbでは、平凸正レンズLb1に後群第1透過面31を経て入り、後群第2透過面32から外に出て、後群透明媒体Lb2に後群中心第3透過面46を経て入り、後群中心第4透過面47から外に出て、後群カバーガラスCbに後群第5透過面51を経て入り、後群第6透過面52から外に出て、像面5の中心軸2上に結像する。
In the central optical path B, the light enters the front second group transparent medium Lf2 through the front first group
この実施例3の仕様は、
画角
周辺光路A 7.06°〜52.3°
中心光路B 0.00°〜9.35°
絞り径 φ0.20mm
像の大きさ
周辺光路A φ0.99〜φ1.89
中心光路B φ0.79
である。
The specification of this Example 3 is
Angle of view Ambient light path A 7.06 ° to 52.3 °
Central optical path B 0.00 ° ~ 9.35 °
Diaphragm diameter φ0.20mm
Image size Ambient light path A φ0.99 to φ1.89
Center optical path B φ0.79
It is.
また、最大像高をI(mm)、二重焦点素子の二重焦点面が物体側にある場合の二重焦点面から開口までの距離d1(mm)、二重焦点素子の二重焦点面が像側にある場合の二重焦点面から開口までの距離d2(mm)、二重焦点素子の外径をD(mm)とするとき、
実施例1 実施例2 実施例3
I 0.95 0.98 0.95
d1 3.95 3.20 4.60
d2 3.20 4.40
D(φ) 6.30 3.40 3.50
d1/I 0.95 0.98 0.95
d2/I 3.27 4.86
D/I 6.64 3.47 3.70
である。
Also, the maximum image height is I (mm), the distance d1 (mm) from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the object side, the bifocal plane of the bifocal element Is the distance d2 (mm) from the bifocal plane to the aperture when D is on the image side, and the outer diameter of the bifocal element is D (mm),
Example 1 Example 2 Example 3
I 0.95 0.98 0.95
d1 3.95 3.20 4.60
d2 3.20 4.40
D (φ) 6.30 3.40 3.50
d1 / I 0.95 0.98 0.95
d2 / I 3.27 4.86
D / I 6.64 3.47 3.70
It is.
以下に、上記実施例1〜3の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の “RE”は反射面を示す。 The configuration parameters of Examples 1 to 3 are shown below. In the table below, “RE” indicates a reflecting surface.
実施例1
周辺光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 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(RE)ERFS[3] 0.00 偏心(3) 1.8348 42.7
6 63.69 3.97 偏心(4)
7 ∞(絞り) 0.82
8 -5.75 0.60 1.7292 54.7
9 -1.58 0.10
10 3.86 1.00 1.8830 40.7
11 -13.93 0.87
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 1.46
θ -70.69
R 3.04
ERFS[2]
RY 0.98
θ -7.87
R 2.55
ERFS[3]
RY 4.05
θ 7.00
R 1.91
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.33
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.86
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.97
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
中心光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 4.05 1.09 1.8348 42.7
4 63.69 2.88
5 ∞(絞り) 0.82
6 -5.75 0.60 1.7292 54.7
7 -1.58 0.10
8 3.86 1.00 1.8830 40.7
9 -13.93 0.87
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.10
像 面 ∞
Example 1
Ambient optical path number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ERFS [1] 0.00 Eccentricity (1) 1.8348 42.7
4 (RE) ERFS [2] 0.00 Eccentricity (2) 1.8348 42.7
5 (RE) ERFS [3] 0.00 Eccentricity (3) 1.8348 42.7
6 63.69 3.97 Eccentricity (4)
7 ∞ (Aperture) 0.82
8 -5.75 0.60 1.7292 54.7
9 -1.58 0.10
10 3.86 1.00 1.8830 40.7
11 -13.93 0.87
12 ∞ 0.40 1.5163 64.1
13 ∞ 0.10
Image plane ∞
ERFS [1]
RY 1.46
θ -70.69
R 3.04
ERFS [2]
RY 0.98
θ -7.87
R 2.55
ERFS [3]
RY 4.05
θ 7.00
R 1.91
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.33
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.86
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [3]
X 0.00 Y 0.00 Z -3.97
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [4]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.87
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Central optical path number of curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 4.05 1.09 1.8348 42.7
4 63.69 2.88
5 ∞ (Aperture) 0.82
6 -5.75 0.60 1.7292 54.7
7 -1.58 0.10
8 3.86 1.00 1.8830 40.7
9 -13.93 0.87
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.10
Image plane ∞
実施例2
周辺光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ∞ 0.00 1.8348 42.7
4 ERFS[1] 2.09 偏心(1)
5 ∞(絞り) 0.10
6 ∞ 0.50 1.8348 42.7
7 -1.43 1.06
8 ERFS[2] 0.50 偏心(2) 1.8348 42.7
12 ∞ 0.10
13 ∞ 0.40 1.5163 64.1
14 ∞ 0.00
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 1.77
θ 4.09
R 0.88
C4 -1.1914E-01
ERFS[2]
RY 1.60
θ 16.77
R -0.62
C4 1.4142E-01
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
中心光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 4.10
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ∞ 0.50 1.8348 42.7
4 -5.47 1.59
5 ∞(絞り) 0.10
6 ∞ 0.50 1.8348 42.7
7 -1.43 1.06
8 3.04 0.50 1.8348 42.7
9 ∞ 0.10
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.00
像 面 ∞
Example 2
Ambient optical path number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ∞ 0.00 1.8348 42.7
4 ERFS [1] 2.09 Eccentricity (1)
5 ∞ (Aperture) 0.10
6 ∞ 0.50 1.8348 42.7
7 -1.43 1.06
8 ERFS [2] 0.50 Eccentricity (2) 1.8348 42.7
12 ∞ 0.10
13 ∞ 0.40 1.5163 64.1
14 ∞ 0.00
Image plane ∞
ERFS [1]
RY 1.77
θ 4.09
R 0.88
C4 -1.1914E-01
ERFS [2]
RY 1.60
θ 16.77
R -0.62
C4 1.4142E-01
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -1.69
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z 1.73
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Central optical path number of curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ 4.10
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ∞ 0.50 1.8348 42.7
4 -5.47 1.59
5 ∞ (Aperture) 0.10
6 ∞ 0.50 1.8348 42.7
7 -1.43 1.06
8 3.04 0.50 1.8348 42.7
9 ∞ 0.10
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.00
Image plane ∞
実施例3
周辺光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ERFS[1] 0.30 偏心(1) 1.8348 42.7
4 ∞ 2.00
5 ∞(絞り) 0.10
6 ∞ 0.40 1.8348 42.7
7 -1.44 1.00
8 ∞ 0.70 1.8348 42.7
8 ERFS[2] 0.03 偏心(2)
9 ∞ 0.40 1.5163 64.1
10 ∞ 0.00
像 面 ∞
ERFS[1]
RY -1.75
θ 2.71
R 1.08
C4 2.0639E-01
ERFS[2]
RY -3.60
θ -19.25
R -0.67
C4 -4.9770E-01
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.20
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 0.00 Z 2.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
中心光路
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 4.10
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 4.72 0.30 1.8348 42.7
4 ∞ 2.00
5 ∞(絞り) 0.10
6 ∞ 0.40 1.8348 42.7
7 -1.44 1.00
8 ∞ 0.70 1.8348 42.7
9 -1.65 0.03
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.00
像 面 ∞
Example 3
Ambient optical path number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ 6.70
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 ERFS [1] 0.30 Eccentricity (1) 1.8348 42.7
4 ∞ 2.00
5 ∞ (Aperture) 0.10
6 ∞ 0.40 1.8348 42.7
7 -1.44 1.00
8 ∞ 0.70 1.8348 42.7
8 ERFS [2] 0.03 Eccentricity (2)
9 ∞ 0.40 1.5163 64.1
10 ∞ 0.00
Image plane ∞
ERFS [1]
RY -1.75
θ 2.71
R 1.08
C4 2.0639E-01
ERFS [2]
RY -3.60
θ -19.25
R -0.67
C4 -4.9770E-01
Eccentric [1]
X 0.00 Y 0.00 Z -2.20
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Eccentric [2]
X 0.00 Y 0.00 Z 2.10
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
Central optical path number of curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object surface ∞ 4.10
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.05
3 4.72 0.30 1.8348 42.7
4 ∞ 2.00
5 ∞ (Aperture) 0.10
6 ∞ 0.40 1.8348 42.7
7 -1.44 1.00
8 ∞ 0.70 1.8348 42.7
9 -1.65 0.03
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.00
Image plane ∞
図12は、本実施例の画像と撮像素子の配置例を示す。図12(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、周辺光路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12(b)は、画面比が4:3の撮像素子50を使用し、中心光路Bでの画像B1に撮像素子50の大きさを合致させた例であり、図12(a)と同様に上下方向の映像は使用しない場合を示す。図12(c)は、画面比が4:3の撮像素子50を使用し、周辺光路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、周辺光路Aの画像A1と中心光路Bの画像B1の両方をすべて撮像することができる。
FIG. 12 shows an arrangement example of the image and the image sensor of the present embodiment. FIG. 12A shows an example in which an image sensor with a screen ratio of 16: 9 is used. When an image in the vertical direction is not used, it is preferable to match the size of the
以下に、本発明の光学系1の適用例として、撮影光学系101又は投影光学系102の使用例を説明する。図13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101を用いた例を示すための図であり、図13(a)は、硬性内視鏡110の先端101に本発明による撮影光学系を取り付けて画像を撮像観察する例である。図13(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101の入射面11の周囲には円周方向に伸びる開口106を有するケーシング等からなるフレア絞り107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13(c)は、軟性電子内視鏡113の先端に本発明によるパノラマ撮影光学系101を同様に取り付けて、表示装置114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。
Hereinafter, as an application example of the
図14は、カプセル内視鏡120に本発明による撮影光学系101を取り付けて360°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101の周辺光路Aにおける前群Gfの第1透過面11の周囲には円周方向に伸びる開口106を有するケーシング等に、フレア絞り107が形成され、フレア光が入射するのを防止している。
FIG. 14 shows an example in which the photographing
図15(a)は、自動車130の前方に撮影光学系として本発明による撮影光学系101を取り付けて、車内の表示装置に各撮影光学系101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り、図15(b)は、自動車130の各コーナやヘ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101を複数取り付けて、車内の表示装置に各撮影光学系101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15(a)に示したように、周辺光路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、左右の画像が広く撮像でき、好ましい。
FIG. 15 (a) shows an image obtained by attaching a photographic
また、図16は、投影装置140の投影光学系として本発明による投影光学系102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102を通して360°全方位に配置したスクリーン141に360°全方位画像を投影表示する例である。
16 uses the projection
さらに、図17は、建物150の外部に本発明による撮影光学系101を用いた撮影装置151を取り付け、屋内に本発明による撮影光学系101を用いた投影装置151を配置し、撮影装置151で撮像された映像を電線152を介して投影装置140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360°全方位の被写体Pを、撮影光学系101を経て撮影装置151で撮影し、その映像信号を電線152を介して投影装置140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102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。
Further, FIG. 17 shows that the photographing
1…光学系
2…中心軸
3…物体面
5…像面
DESCRIPTION OF
Claims (20)
0.5<d1/I<3 ・・・(1)
なる条件を満足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。 When the maximum image height is I, and the distance from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the object side is d1,
0.5 <d1 / I <3 (1)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
0.5<d2/I<5 ・・・(1)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項17のいずれかに記載の光学系。 When the maximum image height is I, and the distance from the bifocal plane to the aperture when the bifocal plane of the bifocal element is on the image plane side is d2,
0.5 <d2 / I <5 (1)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
1<D/I<10 ・・・(3)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項18のいずれかに記載の光学系。 When the maximum image height is I and the outer diameter of the bifocal optical element is D,
1 <D / I <10 (3)
The optical system according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007251100A JP2009080410A (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Optical system and endoscope using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007251100A JP2009080410A (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Optical system and endoscope using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009080410A true JP2009080410A (en) | 2009-04-16 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007251100A Pending JP2009080410A (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Optical system and endoscope using the same |
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-
2007
- 2007-09-27 JP JP2007251100A patent/JP2009080410A/en active Pending
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