光学系及びそれを用いた内視鏡
【課題】 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。
【解決手段】 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，Ｌｂを少なくとも１つ有し、二重焦点光学素子Ｌｆ，Ｌｂは、少なくとも２つの異なる物点距離からの光路Ａ，Ｂ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。
【解決手段】 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，Ｌｂを少なくとも１つ有し、二重焦点光学素子Ｌｆ，Ｌｂは、少なくとも２つの異なる物点距離からの光路Ａ，Ｂ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開平８−３２０４０１号公報
【特許文献２】特開平１１−２３８０９号公報
【特許文献３】米国特許公開２００４−０２５４４２４号公報
【特許文献４】国際特許公開２００３／０４２７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
光学系１は、周辺光路Ａ及び中心光路Ｂを形成する。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
光学系１は、周辺光路Ａ及び中心光路Ｂを形成する。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
光学系１は、周辺光路Ａ及び中心光路Ｂを形成する。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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 ∞
【０１０８】
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 ∞
【０１０９】
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 ∞
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の光学系の座標系を説明するための図である。
【図２】拡張回転自由曲面の原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図４】実施例１の光学系全体の周辺光路の横収差図を示す図である。
【図５】実施例１の光学系全体の中心光路の横収差図を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図７】実施例２の光学系全体の周辺光路の横収差図を示す図である。
【図８】実施例２の光学系全体の中心光路の横収差図を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１０】実施例３の光学系全体の周辺光路の横収差図を示す図である。
【図１１】実施例３の光学系全体の中心光路の横収差図を示す図である。
【図１２】本発明の光学系の画像と撮像素子の配置例を示す図である。
【図１３】本発明の光学系を内視鏡先端の撮影光学系として用いた例を示す図である。
【図１４】本発明の光学系をカプセル内視鏡の撮影光学系として用いた例を示す図である。
【図１５】本発明の光学系を自動車の撮影光学系として用いた例を示す図である。
【図１６】本発明の光学系を投影装置の投影光学系として用いた例を示す図である。
【図１７】本発明の光学系を屋外の被写体を撮影する撮影光学系として用いた例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…光学系
２…中心軸
３…物体面
５…像面
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特開平８−３２０４０１号公報
【特許文献２】特開平１１−２３８０９号公報
【特許文献３】米国特許公開２００４−０２５４４２４号公報
【特許文献４】国際特許公開２００３／０４２７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
光学系１は、周辺光路Ａ及び中心光路Ｂを形成する。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
光学系１は、周辺光路Ａ及び中心光路Ｂを形成する。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
光学系１は、周辺光路Ａ及び中心光路Ｂを形成する。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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 ∞
【０１０８】
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 ∞
【０１０９】
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 ∞
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の光学系の座標系を説明するための図である。
【図２】拡張回転自由曲面の原理を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図４】実施例１の光学系全体の周辺光路の横収差図を示す図である。
【図５】実施例１の光学系全体の中心光路の横収差図を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図７】実施例２の光学系全体の周辺光路の横収差図を示す図である。
【図８】実施例２の光学系全体の中心光路の横収差図を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１０】実施例３の光学系全体の周辺光路の横収差図を示す図である。
【図１１】実施例３の光学系全体の中心光路の横収差図を示す図である。
【図１２】本発明の光学系の画像と撮像素子の配置例を示す図である。
【図１３】本発明の光学系を内視鏡先端の撮影光学系として用いた例を示す図である。
【図１４】本発明の光学系をカプセル内視鏡の撮影光学系として用いた例を示す図である。
【図１５】本発明の光学系を自動車の撮影光学系として用いた例を示す図である。
【図１６】本発明の光学系を投影装置の投影光学系として用いた例を示す図である。
【図１７】本発明の光学系を屋外の被写体を撮影する撮影光学系として用いた例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１…光学系
２…中心軸
３…物体面
５…像面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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光学系。
【請求項２】
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請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
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請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
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請求項２又は請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
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請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の光学系。
【請求項６】
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請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項７】
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請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項８】
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請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項９】
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請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の光学系。
【請求項１０】
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請求項２乃至請求項９のいずれかに記載の光学系。
【請求項１１】
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、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２乃至請求項１０のいずれかに記載の光学系。
【請求項１２】
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請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の光学系。
【請求項１３】
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請求項２乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系。
【請求項１４】
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請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の光学系。
【請求項１５】
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請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の光学系。
【請求項１６】
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請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の光学系。
【請求項１７】
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１８】
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請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の光学系。
【請求項１９】
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請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の光学系。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
【請求項１】
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光学系。
【請求項２】
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請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
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請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
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請求項２又は請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
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請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の光学系。
【請求項６】
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請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項７】
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請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項８】
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請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項９】
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請求項２乃至請求項８のいずれかに記載の光学系。
【請求項１０】
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請求項２乃至請求項９のいずれかに記載の光学系。
【請求項１１】
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、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２乃至請求項１０のいずれかに記載の光学系。
【請求項１２】
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請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の光学系。
【請求項１３】
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請求項２乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系。
【請求項１４】
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請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の光学系。
【請求項１５】
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請求項９乃至請求項１３のいずれかに記載の光学系。
【請求項１６】
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請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の光学系。
【請求項１７】
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１８】
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請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の光学系。
【請求項１９】
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請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の光学系。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
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【図５】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−８０４１０（Ｐ２００９−８０４１０Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５１１００（Ｐ２００７−２５１１００）
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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