光学系及びそれを用いた内視鏡
【課題】 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。
【解決手段】 第１透過面２１、第１反射面２２、第２反射面２３及び第２透過面２４は、球面からなり、透明媒体Ｌ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Ｌ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Ｌ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、像面に円環状に結像されることを特徴とする。
【解決手段】 第１透過面２１、第１反射面２２、第２反射面２３及び第２透過面２４は、球面からなり、透明媒体Ｌ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Ｌ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Ｌ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、像面に円環状に結像され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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特許第３３８２６８３号公報
【特許文献２】特許第３２１２７８４号公報
【特許文献３】特公昭６２−５２８４２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、高画角の映像を得ることはできなかった。
【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、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。
【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、中心軸を含む断面内で、前記中心軸の周りで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、を有し、前記第１透過面、前記第１反射面、前記第２反射面及び前記第２透過面は、曲面からなり、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。
【０００６】
また、前記第１反射面は、全反射作用と、反射コーティングにより反射するように構成され、前記反射コーティングは前記第１反射面の中心軸近傍のみに施されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記第１透過面と前記第２反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１透過面と前記第２反射面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１反射面と前記第２透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
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。
【００１１】
また、前記第１反射面の中心軸近傍に第３透過面を有し、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。
【００１２】
また、前記透明媒体の物体側及び／又は像面側にレンズを配置したことを特徴とする。
【００１３】
また、前記透明媒体は、異なる屈折率を有する第１透明媒体と第２透明媒体を接合したものから構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、最大像高をＩmax、前記透明媒体の外径をＤとするとき、
１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜５ ・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１５】
また、最大像高をＩmax、前記開口から前記像面までの距離をＬとするとき、
１＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜３ ・・・（２）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１６】
また、第１反射面の曲率をＲ１、第２反射面の曲率をＲ２とするとき、
０．２＜Ｒ１／Ｒ２＜３ ・・・（３）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、回転対称非球面からなることを特徴とする。
【００１８】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、球面からなることを特徴とする。
【００１９】
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】
【００２０】
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】
【００２１】
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。
【００２２】
図２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Ｌ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Ｃ等である。
【００２３】
実施例１の光学系１は、中心軸２を含む断面内で、中心軸２の周りで回転対称に構成され、中心軸２上の物体側に配置された開口Ｓと、開口Ｓの像面側に配置され、屈折率が１より大きい透明媒体Ｌとを有し、透明媒体Ｌは、開口Ｓ近傍の中心軸２上に配置された第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反射面としての後１群第１反射面２２と、後１群第１反射面２２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より像面側に配置された第２透過面としての後１群第２透過面２４と、を有し、後１群第１透過面２１、後１群第１反射面２２、後１群第２反射面２３及び後１群第２透過面２４は、球面からなり、透明媒体Ｌに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Ｓを通り、後１群第１透過面２１を経て透明媒体Ｌ内に入り、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Ｌから像面５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の少なくとも後１群第１反射面２２と後１群第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。
【００２４】
中心軸２上の物体側から光路順で、開口Ｓ及びその近傍に配置された後１群第１透過面２１、後１群第１反射面２２、後１群第２反射面２３、後１群第２透過面２４の順に配置され、後１群第１反射面２２と後１群第２反射面２３は共に像側に凹面を向け配置されていることが重要である。
【００２５】
開口Ｓは物体側の後１群第１透過面２１近傍にあることが重要で、開口Ｓを本発明の透明媒体Ｌの像側に配置すると、非点収差が大きく発生しフラットな像を形成することが出来なくなる。また、射出主光線傾角が大きくなってしまい、テレセン性が悪くなる。さらに、後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３の有効径の干渉が起き、画角を大きく取ることが出来なくなってしまう。
【００２６】
次に、後１群第１反射面２２と後１群第２反射面２３は像側に凹面を向け、さらに後１群第１反射面２２と後１群第２反射面２３の間の光路は回転対称軸を跨ぐことなく片側で構成され、Ｚ字光路になっていることが重要である。
【００２７】
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、広画角化が可能となる。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。さらに、光路途中で中間像を形成しない為に、光学系を小型にすることが可能である。
【００２８】
さらに、透過面の間に反射面を配置することにより、反射面を内部反射面で構成することにより、像面湾曲などの収差の発生を少なくすることが可能となる。また、後１群第１反射面２２に当る光線の傾きが空気中より小さくなりなるので、広画角にも良い結果をもたらす。
【００２９】
さらに、後１群第１反射面２２は画角の広い光線は全反射により反射するように構成し、画角中心付近の後１群第１反射面２２で全反射しない入射角の光線を反射させるように、後１群第１反射面２２の中心部に反射コーティング４ａすることが好ましい。これにより画角中心部の映像も撮像することが可能となる。さらに後１群第１反射面２２周辺部は全反射するために、この部分は反射コーティングを行わないことが望ましい。これにより中心部分の光線が光学系から射出するのを妨げることがなくなる。
【００３０】
さらに、後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は透明媒体Ｌの物体側に近接して配置することが好ましい。これにより相互の面での光線の干渉が減り、広い画角を確保することが可能となる。
【００３１】
さらに、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は透明媒体Ｌの像面５側に近接して配置することが好ましい。これにより透明媒体Ｌと像面５を短くすることが可能となり。光学系全長を短くすることが可能となる。
【００３２】
さらに、後１群第２反射面２３は周辺部に反射コーティング４ｂを行うことが望ましく、中心部分は後１群第１透過面２１又は開口Ｓを配置する関係から、反射コーティングしないことが望ましい。
【００３３】
さらに好ましくは、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４を同一場所、同一形状で構成することが好ましい。この構成により、後１群第１反射面２２に部分的に全反射を使うことが可能となり光学系の画角を広く取れる。
【００３４】
さらに好ましくは、後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３を同一場所、同一形状で構成することが望ましい。この構成により、加工性がよくなる。
【００３５】
さらに好ましくは、後１群第１反射面２２の中心軸近傍に後１群第３透過面２５を有し、透明媒体Ｌに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Ｓを通り、後１群第１透過面２１を経て透明媒体Ｌ内に入り、後１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌから像面５側に外へ出る第２光路Ｂを構成することにより、中心部分の映像も撮像することが可能となる。
【００３６】
また、透明媒体Ｌの物体側及び／又は像面側にレンズを配置することにより、画角を大きくすることができる。
【００３７】
また、透明媒体Ｌは、異なる屈折率を有する第１透明媒体と第２透明媒体を接合したものから構成されることにより、倍率色収差等を軽減することができる。
【００３８】
また、最大像高をＩmax、前記透明媒体の外径をＤとするとき、
１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜５ ・・・（１）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３９】
条件式（１）は、下限を超え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。上限を超えると光学系の外径が大きくなりすぎ光学系が大型になってしまう。
【００４０】
また、最大像高をＩmax、前記開口から前記像面までの距離をＬとするとき、
１＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜３ ・・・（２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００４１】
条件式（２）は、像高に対する光学系全長を規定するものであり、下限を超えるとやはりテレセン性が悪くなり周辺光量不足を起こす。上限を超え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。
【００４２】
また、後１群第１反射面２２の曲率をＲ１、後１群第２反射面２３の曲率をＲ２とするとき、
０．２＜Ｒ１／Ｒ２＜３ ・・・（３）
なる条件を満足することが望ましい。
【００４３】
条件式（３）は、二つの反射面のパワーの比を規定しているものであり、下限を超えると、後１群第１反射面２２の曲率半径が小さくなり、後１群第２反射面２３の正のパワーに比べて、後１群第１反射面２２の負のパワーが大きくなり光学系の全長を短くすることが出来ない。上限を超えると、後１群第２反射面２３の曲率が小さくなり後１群第２反射面２３の正のパワーが大きくなりすぎ、物体側に凸の像面湾曲が大きく発生する。
【００４４】
なお、すべての実施例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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。また、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。
【００４９】
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２に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図３に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。なお、マイナスの画角は、水平方向画角については、Ｙ軸正方向を向いて右回りの角度、垂直方向画角については、Ｘ軸正方向を向いて右回りの角度を意味する。以下、同じ。
【００５０】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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からなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４とを有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００５４】
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。
【００５５】
光学系１は、光路Ａを形成する。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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により像面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Ｌ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。
【００５６】
この実施例１の仕様は、
画角 20.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.79〜φ2.00
である。
【００５７】
実施例２−１の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図４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５に示す。
【００５８】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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からなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４とを有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００６２】
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。
【００６３】
光学系１は、光路Ａを形成する。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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、他部が全反射により像面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Ｌ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。
【００６４】
この実施例２−１の仕様は、
画角 20.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.92〜φ1.89
である。
【００６５】
実施例２−２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２光路Ｂの横収差図を図７に示す。なお、この実施例の光学系の第１光路Ａの横収差図は図５と同様である。
【００６６】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、正のパワーをもつ後１群第３透過面２５をさらに有する。
【００７０】
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３１とを有する。
【００７１】
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３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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌ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。
【００７２】
また、第２光路Ｂ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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌ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。
【００７３】
この実施例２−２の仕様は、
画角
第１光路Ａ 20.00〜60.0°
第２光路Ｂ 20°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ
第１光路Ａ φ0.92〜φ1.89
第２光路Ｂ φ0.90
である。
【００７４】
実施例３―１の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図８に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図９に示す。
【００７５】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成し、該透明媒体Ｌの前後に前群レンズＬｆ，後２群レンズＬｂ２を配置した例である。
【００７６】
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、第１群Ｇｂ１と第２群Ｇｂ２からなる。
【００７７】
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群レンズＬｆからなる。前群レンズＬｆは、物体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。
【００７８】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、一部を反射コーティング４ｂし、正のパワーをもつ後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４を有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００７９】
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群レンズＬｂ２からなる。後２群レンズＬｂ２は、物体側に凹面を向けた平凹レンズからなり、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。
【００８０】
光学系１は、光路Ａを形成する。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、前群レンズＬｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群レンズＬｆと透明媒体Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により像面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Ｌから外に出る略Ｚ字状の光路を有する。その後、後２群レンズＬｂ２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。
【００８１】
この実施例３−１の仕様は、
画角 36.00〜90.0°
入射瞳径 φ0.08mm
像の大きさ φ0.97〜φ2.00
である。
【００８２】
実施例３−２の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図１０に示す。また、この実施例の光学系の第２光路Ｂの横収差図を図１１に示す。なお、この実施例の光学系の第１光路Ａの横収差図は図９と同様である。
【００８３】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００８４】
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。
【００８５】
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群レンズＬｆからなる。前群レンズＬｆは、物体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。
【００８６】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、一部を反射コーティング４ｂし、正のパワーをもつ後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、正のパワーをもつ後１群第３透過面２５をさらに有する。
【００８７】
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群レンズＬｂ２からなる。後２群レンズＬｂ２は、物体側に凹面を向けた平凹レンズからなり、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。
【００８８】
光学系１は、第１光路Ａ及び第２光路Ｂを形成する。
【００８９】
第１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、前群レンズＬｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群レンズＬｆと透明媒体Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌから外に出る略Ｚ字状の光路を有する。その後、後２群レンズＬｂ２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。
【００９０】
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面３から入射する光束は、前群レンズＬｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群レンズＬｆと透明媒体Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌから外に出る光路を有する。その後、後２群レンズＬｂ２の後２群第１透過面３１と後２群第１透過面３２を経て、像面５の中心軸２上に結像する。
【００９１】
この実施例３−２の仕様は、
画角
第１光路Ａ 36.00〜90.0°
第２光路Ｂ 36°
入射瞳径 φ0.08mm
像の大きさ
第１光路Ａ φ0.97〜φ2.00
第２光路Ｂ φ1.49
である。
【００９２】
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２光路の横収差図を図１３に示す。
【００９３】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、異なる屈折率を有する後１群第１透明媒体としての両凸正レンズＬａと後１群第２透明媒体としての両凹正レンズＬｂを接合した接合レンズからなり、中心軸２上で球面からなる後１群第１透過面２１と、透明媒体Ｌの一部を反射コーティング４ａし、後１群第１透過面２１に対して像側に形成され、負のパワーをもつ後１群第１反射面２２と、透明媒体Ｌを反射コーティング４ｂし、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、正のパワーをもつ後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４を有する。また、両凸正レンズＬａと両凹正レンズＬｂの接合面としての屈折面２０ａｂを有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００９７】
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３１とを有する。
【００９８】
光学系１は、光路Ａを形成する。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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、屈折面２０ａｂを経て、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により像面５と反対側に反射され、屈折面２０ａｂを経て、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、屈折面２０ａｂを経て、後１群第２透過面２４を経て透明媒体Ｌ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。
【００９９】
この実施例４の仕様は、
画角 25.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.20mm
像の大きさ φ0.88〜φ1.98
である。
【０１００】
また、最大像高をＩmax（mm）、最小像高をＩmin（mm）、後群Ｇｒの最大画角をθmax（度）、後群Ｇｒの最小画角をθmin（度）、焦点距離Ｆ（mm）＝（Ｉmax-Ｉmin）／（θmax−θmin）とし、後群Ｇｒの外径をＤ（mm）、平行平面の保護ガラスを除いた後群Ｇｒの全長をＬｓ（mm）、後群第１反射面２２の曲率をＲ１、後群第２反射面２３の曲率をＲ２とするとき、
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４
I max 1.00 0.95 1.00 0.99
θmax 60.00 60.00 66.76 60.00
I min 0.39 0.46 0.48 0.44
θmin 20.00 25.00 29.89 25.00
Ｆ 0.015 0.014 0.014 0.016
Ｄ 2.50 2.00 3.20 1.30
Ｌ 1.950 1.875 2.650 1.55
Ｄ（２×Ｉmax） 1.250 1.053 1.600 0.657
Ｌ（２×Ｉmax） 0.975 0.987 1.325 0.783
Ｒ１ 6.92 7.33 8.06 9.35
Ｒ２ 8.10 8.15 8.95 8.89
Ｒ１／Ｒ２ 0.85 0.90 0.90 1.05
である。
【０１０１】
以下に、上記実施例１〜４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。
【０１０２】
実施例１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.69 0.64 1.5163 64.1
5（ＲＥ） 1.50 -0.64 1.5163 64.1
6（ＲＥ） 1.69 0.64 1.5163 64.1
7 1.50 0.83
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０３】
実施例２−１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.92 0.69 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.92 -0.69 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.92 0.69 1.8348 42.7
7 1.92 0.51
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０４】
実施例２−２
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 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.92 0.69 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.92 -0.69 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.92 0.69 1.8348 42.7
7 1.92 0.51
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
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 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.92 0.69 1.8348 42.7
5 -1.25 0.51
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０５】
実施例３−１
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 2.61 0.50 1.5163 64.1
2 0.34 0.20
3 ∞（絞り） 0.10
4 1.74 0.81 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.32 -0.81 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.74 0.81 1.8348 42.7
7 1.32 1.35
8 -1.81 0.40 1.7552 27.6
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０６】
実施例３−２
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 2.61 0.50 1.5163 64.1
2 0.34 0.20
3 ∞（絞り） 0.10
4 1.74 0.81 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.32 -0.81 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.74 0.81 1.8348 42.7
7 1.32 1.35
8 -1.81 0.40 1.7552 27.6
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
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 2.00 2.00
2 2.61 0.50 1.5163 64.1
3 0.34 0.20
4 ∞（絞り） 0.10
5 1.74 0.81 1.8348 42.7
6 -0.90 1.35
7 -1.81 0.40 1.7552 27.6
8 ∞ 0.10
像 面 ∞ 0.00
【０１０７】
実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.85 0.42 1.4875 70.4
5 -14.18 0.10 1.7440 44.8
6（ＲＥ） 3.23 -0.10 1.7440 44.8
7 -14.18 -0.42 1.4875 70.4
8（ＲＥ） 1.85 0.42 1.4875 70.4
9 -14.18 0.10 1.4875 70.4
10 3.23 0.53
11 ∞ 0.40 1.5163 64.1
12 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０８】
図１４は、本実施例の画像と撮像素子の配置例を示す。図１４（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１４（ｂ）は、画面比が４：３の撮像素子５０を使用し、第２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１４（ａ）と同様に上下方向の映像は使用しない場合を示す。図１４（ｃ）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。
【０１０９】
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１５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１５（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１５（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１５（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。
【０１１０】
図１６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の前群Ｇｆの第１透過面１１の前方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。
【０１１１】
図１５及び図１６に示すように、内視鏡に撮影光学系１０１を用いることにより、撮影光学系１０１の後方の画像を撮像観察することができ、従来と異なる角度から様々な部位を撮像観察することができる。
【０１１２】
図１７（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１７（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１７（ａ）に示したように、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、左右の画像が広く撮像でき、好ましい。
【０１１３】
また、図１８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。
【０１１４】
さらに、図１９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】
【０１１５】
【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】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３】実施例１の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図４】本発明の実施例２−１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図５】実施例２−１，２−２の光学系全体の第１光路の横収差図を示す図である。
【図６】本発明の実施例２−２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２−２の光学系全体の第２光路の横収差図を示す図である。
【図８】本発明の実施例３−１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図９】実施例３−１，３−２の光学系全体の第１光路の横収差図を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３−２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１１】実施例３−２の光学系全体の第２光路の横収差図を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１３】実施例４の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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】
【０１１６】
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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【特許文献１】特許第３３８２６８３号公報
【特許文献２】特許第３２１２７８４号公報
【特許文献３】特公昭６２−５２８４２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、高画角の映像を得ることはできなかった。
【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、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。
【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、中心軸を含む断面内で、前記中心軸の周りで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、を有し、前記第１透過面、前記第１反射面、前記第２反射面及び前記第２透過面は、曲面からなり、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。
【０００６】
また、前記第１反射面は、全反射作用と、反射コーティングにより反射するように構成され、前記反射コーティングは前記第１反射面の中心軸近傍のみに施されていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記第１透過面と前記第２反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１透過面と前記第２反射面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１反射面と前記第２透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
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。
【００１１】
また、前記第１反射面の中心軸近傍に第３透過面を有し、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。
【００１２】
また、前記透明媒体の物体側及び／又は像面側にレンズを配置したことを特徴とする。
【００１３】
また、前記透明媒体は、異なる屈折率を有する第１透明媒体と第２透明媒体を接合したものから構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、最大像高をＩmax、前記透明媒体の外径をＤとするとき、
１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜５ ・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１５】
また、最大像高をＩmax、前記開口から前記像面までの距離をＬとするとき、
１＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜３ ・・・（２）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１６】
また、第１反射面の曲率をＲ１、第２反射面の曲率をＲ２とするとき、
０．２＜Ｒ１／Ｒ２＜３ ・・・（３）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１７】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、回転対称非球面からなることを特徴とする。
【００１８】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、球面からなることを特徴とする。
【００１９】
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】
【００２０】
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】
【００２１】
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。
【００２２】
図２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Ｌ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Ｃ等である。
【００２３】
実施例１の光学系１は、中心軸２を含む断面内で、中心軸２の周りで回転対称に構成され、中心軸２上の物体側に配置された開口Ｓと、開口Ｓの像面側に配置され、屈折率が１より大きい透明媒体Ｌとを有し、透明媒体Ｌは、開口Ｓ近傍の中心軸２上に配置された第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反射面としての後１群第１反射面２２と、後１群第１反射面２２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より像面側に配置された第２透過面としての後１群第２透過面２４と、を有し、後１群第１透過面２１、後１群第１反射面２２、後１群第２反射面２３及び後１群第２透過面２４は、球面からなり、透明媒体Ｌに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Ｓを通り、後１群第１透過面２１を経て透明媒体Ｌ内に入り、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Ｌから像面５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の少なくとも後１群第１反射面２２と後１群第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。
【００２４】
中心軸２上の物体側から光路順で、開口Ｓ及びその近傍に配置された後１群第１透過面２１、後１群第１反射面２２、後１群第２反射面２３、後１群第２透過面２４の順に配置され、後１群第１反射面２２と後１群第２反射面２３は共に像側に凹面を向け配置されていることが重要である。
【００２５】
開口Ｓは物体側の後１群第１透過面２１近傍にあることが重要で、開口Ｓを本発明の透明媒体Ｌの像側に配置すると、非点収差が大きく発生しフラットな像を形成することが出来なくなる。また、射出主光線傾角が大きくなってしまい、テレセン性が悪くなる。さらに、後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３の有効径の干渉が起き、画角を大きく取ることが出来なくなってしまう。
【００２６】
次に、後１群第１反射面２２と後１群第２反射面２３は像側に凹面を向け、さらに後１群第１反射面２２と後１群第２反射面２３の間の光路は回転対称軸を跨ぐことなく片側で構成され、Ｚ字光路になっていることが重要である。
【００２７】
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、広画角化が可能となる。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。さらに、光路途中で中間像を形成しない為に、光学系を小型にすることが可能である。
【００２８】
さらに、透過面の間に反射面を配置することにより、反射面を内部反射面で構成することにより、像面湾曲などの収差の発生を少なくすることが可能となる。また、後１群第１反射面２２に当る光線の傾きが空気中より小さくなりなるので、広画角にも良い結果をもたらす。
【００２９】
さらに、後１群第１反射面２２は画角の広い光線は全反射により反射するように構成し、画角中心付近の後１群第１反射面２２で全反射しない入射角の光線を反射させるように、後１群第１反射面２２の中心部に反射コーティング４ａすることが好ましい。これにより画角中心部の映像も撮像することが可能となる。さらに後１群第１反射面２２周辺部は全反射するために、この部分は反射コーティングを行わないことが望ましい。これにより中心部分の光線が光学系から射出するのを妨げることがなくなる。
【００３０】
さらに、後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は透明媒体Ｌの物体側に近接して配置することが好ましい。これにより相互の面での光線の干渉が減り、広い画角を確保することが可能となる。
【００３１】
さらに、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は透明媒体Ｌの像面５側に近接して配置することが好ましい。これにより透明媒体Ｌと像面５を短くすることが可能となり。光学系全長を短くすることが可能となる。
【００３２】
さらに、後１群第２反射面２３は周辺部に反射コーティング４ｂを行うことが望ましく、中心部分は後１群第１透過面２１又は開口Ｓを配置する関係から、反射コーティングしないことが望ましい。
【００３３】
さらに好ましくは、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４を同一場所、同一形状で構成することが好ましい。この構成により、後１群第１反射面２２に部分的に全反射を使うことが可能となり光学系の画角を広く取れる。
【００３４】
さらに好ましくは、後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３を同一場所、同一形状で構成することが望ましい。この構成により、加工性がよくなる。
【００３５】
さらに好ましくは、後１群第１反射面２２の中心軸近傍に後１群第３透過面２５を有し、透明媒体Ｌに入射する光束は、順光線追跡の順に、開口Ｓを通り、後１群第１透過面２１を経て透明媒体Ｌ内に入り、後１群第３透過面２５を経て透明媒体Ｌから像面５側に外へ出る第２光路Ｂを構成することにより、中心部分の映像も撮像することが可能となる。
【００３６】
また、透明媒体Ｌの物体側及び／又は像面側にレンズを配置することにより、画角を大きくすることができる。
【００３７】
また、透明媒体Ｌは、異なる屈折率を有する第１透明媒体と第２透明媒体を接合したものから構成されることにより、倍率色収差等を軽減することができる。
【００３８】
また、最大像高をＩmax、前記透明媒体の外径をＤとするとき、
１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜５ ・・・（１）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３９】
条件式（１）は、下限を超え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。上限を超えると光学系の外径が大きくなりすぎ光学系が大型になってしまう。
【００４０】
また、最大像高をＩmax、前記開口から前記像面までの距離をＬとするとき、
１＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜３ ・・・（２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００４１】
条件式（２）は、像高に対する光学系全長を規定するものであり、下限を超えるとやはりテレセン性が悪くなり周辺光量不足を起こす。上限を超え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。
【００４２】
また、後１群第１反射面２２の曲率をＲ１、後１群第２反射面２３の曲率をＲ２とするとき、
０．２＜Ｒ１／Ｒ２＜３ ・・・（３）
なる条件を満足することが望ましい。
【００４３】
条件式（３）は、二つの反射面のパワーの比を規定しているものであり、下限を超えると、後１群第１反射面２２の曲率半径が小さくなり、後１群第２反射面２３の正のパワーに比べて、後１群第１反射面２２の負のパワーが大きくなり光学系の全長を短くすることが出来ない。上限を超えると、後１群第２反射面２３の曲率が小さくなり後１群第２反射面２３の正のパワーが大きくなりすぎ、物体側に凸の像面湾曲が大きく発生する。
【００４４】
なお、すべての実施例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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。また、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。
【００４９】
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２に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図３に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。なお、マイナスの画角は、水平方向画角については、Ｙ軸正方向を向いて右回りの角度、垂直方向画角については、Ｘ軸正方向を向いて右回りの角度を意味する。以下、同じ。
【００５０】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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からなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４とを有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００５４】
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。
【００５５】
光学系１は、光路Ａを形成する。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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により像面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Ｌ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。
【００５６】
この実施例１の仕様は、
画角 20.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.79〜φ2.00
である。
【００５７】
実施例２−１の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図４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５に示す。
【００５８】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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からなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４とを有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００６２】
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。
【００６３】
光学系１は、光路Ａを形成する。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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、他部が全反射により像面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Ｌ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。
【００６４】
この実施例２−１の仕様は、
画角 20.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ φ0.92〜φ1.89
である。
【００６５】
実施例２−２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２光路Ｂの横収差図を図７に示す。なお、この実施例の光学系の第１光路Ａの横収差図は図５と同様である。
【００６６】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、正のパワーをもつ後１群第３透過面２５をさらに有する。
【００７０】
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３１とを有する。
【００７１】
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３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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌ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。
【００７２】
また、第２光路Ｂ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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌ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。
【００７３】
この実施例２−２の仕様は、
画角
第１光路Ａ 20.00〜60.0°
第２光路Ｂ 20°
入射瞳径 φ0.10mm
像の大きさ
第１光路Ａ φ0.92〜φ1.89
第２光路Ｂ φ0.90
である。
【００７４】
実施例３―１の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図８に示す。また、この実施例の光学系全体の横収差図を図９に示す。
【００７５】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成し、該透明媒体Ｌの前後に前群レンズＬｆ，後２群レンズＬｂ２を配置した例である。
【００７６】
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、第１群Ｇｂ１と第２群Ｇｂ２からなる。
【００７７】
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群レンズＬｆからなる。前群レンズＬｆは、物体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。
【００７８】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、一部を反射コーティング４ｂし、正のパワーをもつ後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４を有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００７９】
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群レンズＬｂ２からなる。後２群レンズＬｂ２は、物体側に凹面を向けた平凹レンズからなり、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。
【００８０】
光学系１は、光路Ａを形成する。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、前群レンズＬｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群レンズＬｆと透明媒体Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により像面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Ｌから外に出る略Ｚ字状の光路を有する。その後、後２群レンズＬｂ２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。
【００８１】
この実施例３−１の仕様は、
画角 36.00〜90.0°
入射瞳径 φ0.08mm
像の大きさ φ0.97〜φ2.00
である。
【００８２】
実施例３−２の光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図１０に示す。また、この実施例の光学系の第２光路Ｂの横収差図を図１１に示す。なお、この実施例の光学系の第１光路Ａの横収差図は図９と同様である。
【００８３】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００８４】
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。
【００８５】
前群Ｇｆは、中心軸２の周りで回転対称な屈折率が１より大きい前群レンズＬｆからなる。前群レンズＬｆは、物体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。
【００８６】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、中心軸２上で球面からなる後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、一部を反射コーティング４ｂし、正のパワーをもつ後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、正のパワーをもつ後１群第３透過面２５をさらに有する。
【００８７】
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群レンズＬｂ２からなる。後２群レンズＬｂ２は、物体側に凹面を向けた平凹レンズからなり、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。
【００８８】
光学系１は、第１光路Ａ及び第２光路Ｂを形成する。
【００８９】
第１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、前群レンズＬｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群レンズＬｆと透明媒体Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌから外に出る略Ｚ字状の光路を有する。その後、後２群レンズＬｂ２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。
【００９０】
また、第２光路Ｂにおいて、光学系１の物体面３から入射する光束は、前群レンズＬｆの前群第１透過面１１と前群第２透過面１２と、前群レンズＬｆと透明媒体Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌ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Ｌから外に出る光路を有する。その後、後２群レンズＬｂ２の後２群第１透過面３１と後２群第１透過面３２を経て、像面５の中心軸２上に結像する。
【００９１】
この実施例３−２の仕様は、
画角
第１光路Ａ 36.00〜90.0°
第２光路Ｂ 36°
入射瞳径 φ0.08mm
像の大きさ
第１光路Ａ φ0.97〜φ2.00
第２光路Ｂ φ1.49
である。
【００９２】
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２光路の横収差図を図１３に示す。
【００９３】
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Ｌの透過面及び反射面を、光路内で一部共通に使用する球面で構成した例である。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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Ｌからなる。透明媒体Ｌは、異なる屈折率を有する後１群第１透明媒体としての両凸正レンズＬａと後１群第２透明媒体としての両凹正レンズＬｂを接合した接合レンズからなり、中心軸２上で球面からなる後１群第１透過面２１と、透明媒体Ｌの一部を反射コーティング４ａし、後１群第１透過面２１に対して像側に形成され、負のパワーをもつ後１群第１反射面２２と、透明媒体Ｌを反射コーティング４ｂし、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、正のパワーをもつ後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、正のパワーをもつ後１群第２透過面２４を有する。また、両凸正レンズＬａと両凹正レンズＬｂの接合面としての屈折面２０ａｂを有する。後１群第１透過面２１と後１群第２反射面２３は、同一位置同一形状からなり、後１群第１反射面２２と後１群第２透過面２４は、同一位置同一形状からなる。
【００９７】
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３１とを有する。
【００９８】
光学系１は、光路Ａを形成する。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Ｌ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Ｌ内に入る。透明媒体Ｌでは、後１群第１透過面２１を経て入り、屈折面２０ａｂを経て、後１群第１反射面２２で一部が反射コーティング４ａ、一部が全反射により像面５と反対側に反射され、屈折面２０ａｂを経て、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、屈折面２０ａｂを経て、後１群第２透過面２４を経て透明媒体Ｌ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。
【００９９】
この実施例４の仕様は、
画角 25.00〜60.0°
入射瞳径 φ0.20mm
像の大きさ φ0.88〜φ1.98
である。
【０１００】
また、最大像高をＩmax（mm）、最小像高をＩmin（mm）、後群Ｇｒの最大画角をθmax（度）、後群Ｇｒの最小画角をθmin（度）、焦点距離Ｆ（mm）＝（Ｉmax-Ｉmin）／（θmax−θmin）とし、後群Ｇｒの外径をＤ（mm）、平行平面の保護ガラスを除いた後群Ｇｒの全長をＬｓ（mm）、後群第１反射面２２の曲率をＲ１、後群第２反射面２３の曲率をＲ２とするとき、
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４
I max 1.00 0.95 1.00 0.99
θmax 60.00 60.00 66.76 60.00
I min 0.39 0.46 0.48 0.44
θmin 20.00 25.00 29.89 25.00
Ｆ 0.015 0.014 0.014 0.016
Ｄ 2.50 2.00 3.20 1.30
Ｌ 1.950 1.875 2.650 1.55
Ｄ（２×Ｉmax） 1.250 1.053 1.600 0.657
Ｌ（２×Ｉmax） 0.975 0.987 1.325 0.783
Ｒ１ 6.92 7.33 8.06 9.35
Ｒ２ 8.10 8.15 8.95 8.89
Ｒ１／Ｒ２ 0.85 0.90 0.90 1.05
である。
【０１０１】
以下に、上記実施例１〜４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。
【０１０２】
実施例１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.69 0.64 1.5163 64.1
5（ＲＥ） 1.50 -0.64 1.5163 64.1
6（ＲＥ） 1.69 0.64 1.5163 64.1
7 1.50 0.83
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０３】
実施例２−１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.92 0.69 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.92 -0.69 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.92 0.69 1.8348 42.7
7 1.92 0.51
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０４】
実施例２−２
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 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.92 0.69 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.92 -0.69 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.92 0.69 1.8348 42.7
7 1.92 0.51
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
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 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.92 0.69 1.8348 42.7
5 -1.25 0.51
6 ∞ 0.40 1.5163 64.1
7 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０５】
実施例３−１
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 2.61 0.50 1.5163 64.1
2 0.34 0.20
3 ∞（絞り） 0.10
4 1.74 0.81 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.32 -0.81 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.74 0.81 1.8348 42.7
7 1.32 1.35
8 -1.81 0.40 1.7552 27.6
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０６】
実施例３−２
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 2.61 0.50 1.5163 64.1
2 0.34 0.20
3 ∞（絞り） 0.10
4 1.74 0.81 1.8348 42.7
5（ＲＥ） 1.32 -0.81 1.8348 42.7
6（ＲＥ） 1.74 0.81 1.8348 42.7
7 1.32 1.35
8 -1.81 0.40 1.7552 27.6
9 ∞ 0.10
像 面 ∞
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 2.00 2.00
2 2.61 0.50 1.5163 64.1
3 0.34 0.20
4 ∞（絞り） 0.10
5 1.74 0.81 1.8348 42.7
6 -0.90 1.35
7 -1.81 0.40 1.7552 27.6
8 ∞ 0.10
像 面 ∞ 0.00
【０１０７】
実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 10.00
1 ∞ 0.50 1.5163 64.1
2 ∞ 0.20
3 ∞（絞り） 0.00
4 1.85 0.42 1.4875 70.4
5 -14.18 0.10 1.7440 44.8
6（ＲＥ） 3.23 -0.10 1.7440 44.8
7 -14.18 -0.42 1.4875 70.4
8（ＲＥ） 1.85 0.42 1.4875 70.4
9 -14.18 0.10 1.4875 70.4
10 3.23 0.53
11 ∞ 0.40 1.5163 64.1
12 ∞ 0.10
像 面 ∞
【０１０８】
図１４は、本実施例の画像と撮像素子の配置例を示す。図１４（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１４（ｂ）は、画面比が４：３の撮像素子５０を使用し、第２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１４（ａ）と同様に上下方向の映像は使用しない場合を示す。図１４（ｃ）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。
【０１０９】
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１５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１５（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１５（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１５（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。
【０１１０】
図１６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の前群Ｇｆの第１透過面１１の前方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。
【０１１１】
図１５及び図１６に示すように、内視鏡に撮影光学系１０１を用いることにより、撮影光学系１０１の後方の画像を撮像観察することができ、従来と異なる角度から様々な部位を撮像観察することができる。
【０１１２】
図１７（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１７（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１７（ａ）に示したように、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、左右の画像が広く撮像でき、好ましい。
【０１１３】
また、図１８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。
【０１１４】
さらに、図１９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】
【０１１５】
【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】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３】実施例１の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図４】本発明の実施例２−１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図５】実施例２−１，２−２の光学系全体の第１光路の横収差図を示す図である。
【図６】本発明の実施例２−２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２−２の光学系全体の第２光路の横収差図を示す図である。
【図８】本発明の実施例３−１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図９】実施例３−１，３−２の光学系全体の第１光路の横収差図を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３−２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１１】実施例３−２の光学系全体の第２光路の横収差図を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１３】実施例４の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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】
【０１１６】
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】
中心軸を含む断面内で、前記中心軸の周りで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、を有し、前記第１透過面、前記第１反射面、前記第２反射面及び前記第２透過面は、曲面からなり、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光学系。
【請求項２】
前記第１反射面は、全反射作用と、反射コーティングにより反射するように構成され、前記反射コーティングは前記第１反射面の中心軸近傍のみに施されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１透過面と前記第２反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されてい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。
【請求項４】
前記第１透過面と前記第２反射面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学系。
【請求項５】
前記第１反射面と前記第２透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学系。
【請求項６】
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乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項７】
前記第１反射面の中心軸近傍に第３透過面を有し、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１乃至請求項６のいずれかに記載の光学系。
【請求項８】
前記透明媒体の物体側及び／又は像面側にレンズを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光学系。
【請求項９】
前記透明媒体は、異なる屈折率を有する第１透明媒体と第２透明媒体を接合したものから構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光学系。
【請求項１０】
最大像高をＩmax、前記透明媒体の外径をＤとするとき、
１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜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９のいずれかに記載の光学系。
【請求項１１】
最大像高をＩmax、前記開口から前記像面までの距離をＬとするとき、
１＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜３ ・・・（２）
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１０のいずれかに記載の光学系。
【請求項１２】
第１反射面の曲率をＲ１、第２反射面の曲率をＲ２とするとき、
０．２＜Ｒ１／Ｒ２＜３ ・・・（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１１のいずれかに記載の光学系。
【請求項１３】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、回転対称非球面からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系。
【請求項１４】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、球面からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系を用いた内視鏡。
【請求項１】
中心軸を含む断面内で、前記中心軸の周りで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、を有し、前記第１透過面、前記第１反射面、前記第２反射面及び前記第２透過面は、曲面からなり、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光学系。
【請求項２】
前記第１反射面は、全反射作用と、反射コーティングにより反射するように構成され、前記反射コーティングは前記第１反射面の中心軸近傍のみに施されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１透過面と前記第２反射面は、前記透明媒体の物体側に配置されてい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。
【請求項４】
前記第１透過面と前記第２反射面は、同一位置同一形状からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学系。
【請求項５】
前記第１反射面と前記第２透過面は、前記透明媒体の像面側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学系。
【請求項６】
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乃至請求項５のいずれかに記載の光学系。
【請求項７】
前記第１反射面の中心軸近傍に第３透過面を有し、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１乃至請求項６のいずれかに記載の光学系。
【請求項８】
前記透明媒体の物体側及び／又は像面側にレンズを配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光学系。
【請求項９】
前記透明媒体は、異なる屈折率を有する第１透明媒体と第２透明媒体を接合したものから構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光学系。
【請求項１０】
最大像高をＩmax、前記透明媒体の外径をＤとするとき、
１＜Ｄ／（２×Ｉmax）＜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９のいずれかに記載の光学系。
【請求項１１】
最大像高をＩmax、前記開口から前記像面までの距離をＬとするとき、
１＜Ｌ／（２×Ｉmax）＜３ ・・・（２）
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１０のいずれかに記載の光学系。
【請求項１２】
第１反射面の曲率をＲ１、第２反射面の曲率をＲ２とするとき、
０．２＜Ｒ１／Ｒ２＜３ ・・・（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１１のいずれかに記載の光学系。
【請求項１３】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、回転対称非球面からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系。
【請求項１４】
前記第１反射面及び前記第２反射面は、球面からなることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光学系。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１２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１８】
【図１９】
【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１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−８０４１１（Ｐ２００９−８０４１１Ａ）
【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２００７−２５１１０１（Ｐ２００７−２５１１０１）
【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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