WO2016103446A1 - 光学系及びカプセル内視鏡 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical system and a capsule endoscope, and more particularly to an optical system and a capsule endoscope having a function of forming an image around a central axis as an annular image on an image plane.
- Patent Documents 1 to 4 are endoscopes that can observe all directions around the central axis of the imaging optical system.
- the present invention has been made in view of such a situation in the prior art, and an object of the present invention is to have a simple configuration, a wide angle of view in a plane including the central axis, image distortion can be reduced, and a small size. It is an object to provide an optical system and a capsule endoscope that can increase resolution.
- An optical system that achieves the above object is as follows.
- a first optical system having an angle of view of 90 ° or more on one side from the central axis and forming an image on a first image plane;
- a second optical system which is arranged symmetrically with respect to the surface perpendicular to the central axis and has a field angle of 90 ° or more on one side from the central axis and forms an image on a second image plane;
- the first optical system and the second optical system are respectively A first reflection surface having a rotationally symmetric shape around the central axis and reflecting light incident from a circumferential direction with respect to the central axis;
- a second reflecting surface disposed on the side opposite to the image plane with respect to the first reflecting surface, In the order of forward ray tracing, an optical path is formed in which light incident from the circumferential direction with respect to the central axis is reflected by the first reflecting surface to the opposite side of the image surface and reflected by the second reflecting surface to the image surface side.
- An optical system is A surface including a first central principal ray having an angle of view orthogonal to the central axis of the first optical system is defined as a first reference surface; A surface including a second central principal ray having an angle of view perpendicular to the central axis of the second optical system is defined as a second reference surface; Of the peripheral principal rays passing through the edge of the field angle, the first optical system first peripheral principal ray passing through the edge of the field angle formed from the first reference surface to the first image plane side, and the second reference. The second optical system first peripheral principal ray passing through the edge of the field angle formed on the second image plane side from the surface intersects.
- An optical system according to an embodiment of the present invention is Assuming that an angle of view formed on the first image plane side with respect to the first reference plane and an angle of view formed on the second image plane side with respect to the second reference plane are ⁇ 1, respectively, the following conditions are satisfied. Formula (1) is satisfied. 30 ° ⁇ 1 (1)
- An optical system is The distance between the first reference surface of the first optical system and the second reference surface of the second optical system is d (mm), When an angle of view formed on the first image plane side from the first reference plane and an angle of view formed on the second image plane side from the second reference plane are ⁇ 1 (°), the following conditional expression ( Satisfy 2). 1 ⁇ 1 / d ⁇ 5 (2)
- An optical system according to an embodiment of the present invention is An angle of view formed on the opposite side of the first image plane with respect to the first reference plane and an angle of view formed on the opposite side of the second image plane with respect to the second reference plane are represented by ⁇ 2. Then, the following conditional expression (3) is satisfied. 91 ° ⁇ 2 (3)
- An optical system is The first optical system and the second optical system are respectively Consisting of a transparent medium having a refractive index rotationally symmetric around the central axis greater than 1.
- the transparent medium includes a first transmission surface disposed on the outermost periphery with respect to the central axis, the first reflection surface disposed on the central axis side from the first transmission surface, the second reflection surface, A second transmission surface disposed on the image plane side with respect to the second reflection surface, The light beam incident on the transparent medium enters the transparent medium through the first transmission surface in the order of forward ray tracing, is reflected on the opposite side of the image surface by the first reflection surface, and is reflected by the second reflection surface.
- the optical path is configured only on one side with respect to the central axis,
- the first reflecting surface is disposed with a concave surface facing the image surface side, An angle of view of 100 ° or more on one side from the central axis.
- An optical system is The normal line of the first transmission surface of the first optical system at the position where the central principal ray in the first reference surface intersects the first transmission surface of the first optical system, and the first reference surface And the normal line of the first transmission surface of the second optical system at the position where the central principal ray in the second reference plane intersects the first transmission surface of the second optical system, respectively 2 If the angle formed with the reference plane is ⁇ 3, the following conditional expression (4) is satisfied. ⁇ 3 ⁇ 20 ° (4)
- the capsule endoscope of one embodiment according to the present invention is: A capsule endoscope that houses the optical system, A first imaging unit having a first imaging device disposed on the first image plane of the first optical system and the first optical system; A second imaging unit having a second imaging device disposed on the second image plane of the second optical system and the second optical system; A capsule containing the first imaging unit and the second imaging unit arranged symmetrically with respect to the same plane orthogonal to the central axis; It is characterized by providing.
- a capsule endoscope includes: When the distance between the first reference surface of the first optical system and the second reference surface of the second optical system is d and the outer diameter of the capsule is ⁇ , the following conditional expression (5) is satisfied. . 1 ⁇ d / ⁇ ⁇ 5 (5)
- optical system and the capsule endoscope according to the embodiment of the present invention described above have a simple configuration, have a wide angle of view in a plane including the central axis, can reduce image distortion, are small, and have high resolution. It becomes possible to do.
- FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the central axis of the optical system of Example 1.
- FIG. 3 shows lateral aberration diagrams of the whole optical system of Example 1.
- FIG. 3 shows lateral aberration diagrams of the whole optical system of Example 1.
- FIG. 6 is a sectional view taken along the central axis of the optical system of Example 2.
- FIG. 3 shows lateral aberration diagrams of the whole optical system of Example 2.
- FIG. 3 shows lateral aberration diagrams of the whole optical system of Example 2.
- 6 is a cross-sectional view taken along the central axis of the optical system of Example 3.
- FIG. 5 shows lateral aberration diagrams of the whole optical system of Example 3.
- FIG. 5 shows lateral aberration diagrams of the whole optical system of Example 3.
- FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the central axis C of the optical systems 11 and 21 and the capsule endoscope 1 of the present embodiment.
- the optical systems 11 and 21 of the present embodiment that achieve the above object have a field angle of 90 ° or more on one side from the central axis C, and the first optical system 11 that forms an image on the first image plane Im1, and the central axis C.
- a second optical system 21 that is arranged symmetrically with respect to the surface orthogonal to the first optical system 11 and has an angle of view of 90 ° or more on one side from the central axis C, and forms an image on the second image plane Im2.
- the optical systems 11 and 21 each have a rotationally symmetric shape around the central axis C, and reflect the light incident on the central axis C from the circumferential direction, and the first reflective surface r4.
- a surface including the first central principal ray Lc1 having an angle of view orthogonal to the central axis C of the first optical system 11 is defined as a first reference surface B1, and the second optical system 12 is used.
- a surface including the second central chief ray Lc2 having an angle of view orthogonal to the central axis C is defined as a second reference plane B2, and among the peripheral chief rays passing through the end of the angle of view, the first image plane Im1 extends from the first reference plane B1.
- the capsule endoscope 1 using the optical systems 11 and 21 of the present embodiment at least a part of the first imaging region T1 of the first imaging device 10 and the second imaging region T2 of the second imaging device 20 overlap. It is preferable.
- the optical systems 11 and 21 of the present embodiment also have an angle of view formed from the first reference plane B1 to the first image plane side Im1 and an angle of view formed from the second reference plane B2 to the second image plane Im2.
- Conditional expression (1) is a condition in which the first optical system 11 and the second optical system 21 secure a field of view at a near point in the direction of the first reference plane B1 and the second reference plane B2 around the central axis C. is there. If the lower limit of conditional expression (1) is not reached, the range that can be imaged by the first imaging device 10 and the second imaging device 20 decreases, and it becomes difficult to secure a visual field at a near point.
- the capsule endoscope 1 of the present embodiment may satisfy the following conditional expression (2). 1 ⁇ 1 / d ⁇ 5 (2)
- Conditional expression (2) is a condition for imaging a space close to the capsule 3. Below the lower limit, the non-imagingable area in the portion close to the capsule 3 increases on the plane orthogonal to the common central axis C of the optical systems 11 and 21. When the upper limit is exceeded, the non-imagingable area in the portion close to the capsule 3 on the central axis C increases.
- the optical systems 11 and 21 of the present embodiment have an angle of view formed on the opposite side of the first reference plane B1 from the first image plane Im1 and a second image plane Im2 with respect to the second reference plane B2. If the angle of view formed on the opposite side to ⁇ is ⁇ 2, it is preferable that the following conditional expression (3) is satisfied. 91 ° ⁇ 2 (3)
- Conditional expression (3) is a condition under which the first optical system 11 and the second optical system 21 secure a visual field at the near point in the direction of the central axis C. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, it is difficult to secure a field of view at the near point in the direction of the central axis C of the first optical system 11 and the second optical system 21.
- the first optical system 11 and the second optical system 21 are respectively composed of transparent media L11 and L21 having a rotationally symmetric refractive index greater than 1 around the central axis C.
- the transparent media L11 and L21 include a first transmission surface r3 disposed on the outermost periphery with respect to the central axis C, a first reflection surface r4 disposed on the central axis C side from the first transmission surface r3, and a first A second reflecting surface r5 disposed on the opposite side of the image surface Im1, Im2 from the reflecting surface r4, and a second transmitting surface r6 disposed on the image surface Im1, Im2 side from the second reflecting surface r5,
- the light beams incident on the transparent media L11 and L21 enter the transparent media L11 and L21 through the first transmission surface r3 in the order of forward ray tracing, and are reflected by the first reflection surface r4 to the opposite side to the image surfaces Im1 and Im2.
- a substantially Z-shaped optical path exiting from the transparent media L11, L21 to the image plane Im1, Im2 side through the transmission surface r6 is configured, and the optical path is configured only on one side with respect to the central axis C, and the first reflection surface It is preferable that r5 is disposed with the concave surface facing the image planes Im1 and Im2, and has an angle of view of 100 ° or more on one side from the central axis C.
- a fish-eye lens composed only of a transmission surface has a chromatic aberration in principle and the number of components increases, resulting in a large optical system.
- a convex mirror omnidirectional optical system composed of a paraboloid, but the curvature of the sagittal section and the meridional section was different on the paraboloid, and astigmatism was greatly generated in principle.
- the optical system is arranged with a one-side optical path of two reflections constituted by a back mirror, it is possible to correct the generation of astigmatism that cannot be corrected by one reflection with another reflection surface. It becomes.
- field curvature can be corrected, and high-resolution imaging is possible.
- the light flux incident from all directions can be obtained. It is possible to converge in a limited space and reflect toward the second reflecting surface.
- the second reflection surface r5 on the opposite side of the first reflection surface r4 from the image surfaces Im1 and Im2, the reflection angle at the second reflection surface r5 becomes small, and the second reflection surface r5 generates. It is possible to reduce the decentration aberration.
- the second reflecting surface r5 has a concave surface facing the image surfaces Im1 and Im2. By directing the concave surface toward the image planes Im1 and Im2, it is possible to obtain an effect of correcting the curvature of field generated on the first reflecting surface r4.
- the second reflecting surface r5 is configured by a conical surface having apexes on the image planes Im1, Im2 side, so that the second reflecting surface r5 is disposed on the center axis C side and on the image planes Im1, Im2 side from the first reflecting surface r4.
- a light beam can be efficiently guided in a space limited to the second transmission surface r6, and as a result, an imaging optical system having a small outer diameter can be configured.
- the first transmission surface r3 on the object side of the optical path and configuring the reflection optical path with a medium having a refractive index of 1 or more, it becomes possible to reduce the decentration aberration generated on the inclined reflection surface.
- first reflection surface r4 and the second transmission surface r6 are arranged in an annular shape adjacent to each other at a plane orthogonal to the central axis C.
- the first transmission surface is a surface with a convex surface facing the object side.
- a convex surface By using a convex surface, the occurrence of image distortion can be reduced.
- the optical systems 11 and 21 of the present embodiment have the first optical system 11 at the position where the central principal ray Lc1 in the first reference plane B1 intersects the first transmission surface r3 of the first optical system 11, respectively.
- Conditional expression (4) is a condition for the first transmission surface r3 to take in a light beam having an angle of view close to 170 ° on one side into the optical systems 11 and 21.
- it is necessary for taking in the first optical system first peripheral chief ray Le11 and the second optical system first peripheral chief ray Le21 from the image planes Im1, Im2. If the lower limit of conditional expression (4) is not reached, the first optical system first peripheral principal ray Le11 and the second optical system first peripheral principal ray Le21 from the image plane Im1, Im2 side cannot be captured, and as a result, the image plane Im1. , Im2 side angle of view becomes small, and an unobservable region occurs.
- the capsule endoscope 1 of the present embodiment is a capsule endoscope 1 that houses the optical systems 11 and 21, and is disposed on the first optical system 11 and the first image plane Im1 of the first optical system 11.
- a first image pickup unit 10 having a first image pickup device 12 and a second image pickup unit 20 having a second image pickup device 22 disposed on the second image plane Im2 of the second optical system 21 and the second optical system 21;
- the first imaging unit 10 and the capsule 3 that houses the second imaging unit 20 are provided symmetrically with respect to a plane orthogonal to the same central axis C.
- the distance between the first reference surface B1 of the first optical system 11 and the second reference surface B2 of the second optical system 21 is d, and the outer diameter of the capsule 3 is set. If ⁇ is satisfied, it is preferable that the following conditional expression (5) is satisfied. 1 ⁇ d / ⁇ ⁇ 5 (5)
- Conditional expression (5) is a conditional expression regarding the slenderness of the capsule 3. Below the lower limit, it becomes nearly spherical and the traveling direction of the capsule 3 becomes unstable. If the upper limit is exceeded, it becomes too long and it becomes difficult to pass through the bent portion in the intestinal tract.
- the capsule endoscope 1 of the present embodiment may satisfy the following conditional expression (6). 10 ⁇ d ⁇ 50 (6)
- Conditional expression (6) is a condition for providing the capsule endoscope 1 having a size easy to drink while mounting the first imaging unit 10, the second imaging unit 20, and a driving power source (not shown). Below the lower limit, there is no place to place the drive power supply. If the upper limit is exceeded, the capsule 3 becomes long and difficult to drink.
- Examples 1 to 3 of the first optical system 11 among the optical systems 11 and 12 of the present embodiment will be described.
- the second optical system 12 has the same configuration as the first optical system 11, and thus description thereof is omitted.
- the configuration parameters of these optical systems will be described later.
- FIG. 2 shows the coordinate system of the first optical system of the present embodiment.
- FIG. 3 shows a reference surface of the first optical system of the present embodiment.
- FIG. 4 shows a reference surface of the first optical system of the present embodiment.
- the coordinate system uses the point where the extension of the central principal ray Lc1 from the object plane toward the first surface r3 intersects the central axis C as the origin O of the decentered optical surface.
- the direction orthogonal to the central axis C opposite to the central axis C from the object plane is the Z-axis positive direction, and the inside of the plane of FIG. -Z plane.
- the direction opposite to the image plane Im1 in FIG. 2 is the X axis positive direction, and the Y axis, the Z axis, and the axis constituting the right-handed orthogonal coordinate system are the X axis positive direction.
- the direction orthogonal to the central axis C opposite to the central axis C from the object plane is defined as the Y-axis positive direction, and within the plane of FIG.
- the YZ plane is assumed.
- the direction opposite to the image plane Im1 in FIG. 2 is the X axis positive direction, and the Y axis, the Z axis, and the axis constituting the right-handed orthogonal coordinate system are the X axis positive direction.
- the amount of eccentricity from the origin O of the optical system 11 in the coordinate system in which the surface is defined (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction are X, Y, and Z, respectively) and the optical system 11.
- the inclination angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ (°), respectively) of the coordinate system defining the respective planes centered on the X axis, the Y axis, and the Z axis of the coordinate system defined by the origin O are given. .
- positive ⁇ and ⁇ mean counterclockwise rotation with respect to the positive direction of each axis
- positive ⁇ means clockwise rotation with respect to the positive direction of the Z axis.
- the ⁇ , ⁇ , and ⁇ rotations of the central axis of the surface are performed by rotating the coordinate system defining each surface counterclockwise around the X axis of the coordinate system defined at the origin of the optical system. Then rotate it around the Y axis of the new rotated coordinate system by ⁇ and then rotate it around the Z axis of another rotated new coordinate system by ⁇ . It is.
- 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.
- the term relating to the aspherical surface for which no data is described in the configuration 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.
- the eccentricity of each surface is expressed by the amount of eccentricity from the reference surface.
- the aspheric surface is a rotationally symmetric aspheric surface given by the following definition.
- Z (Y 2 / R) / [1+ ⁇ 1 ⁇ (1 + k) Y 2 / R 2 ⁇ 1/2 ] + AY 4 + bY 6 + cY 8 + dY 10 + (a)
- Z is taken as an axis
- Y is taken in a direction perpendicular to the axis.
- 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.
- the extended rotation free-form surface is a rotationally symmetric surface given by the following definition.
- Z (Y 2 / RY) / [1+ ⁇ 1 ⁇ (C 1 +1) Y 2 / RY 2 ⁇ 1/2 ] + 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)
- a curve F (Y) obtained by rotating the curve (b) in the positive direction of the X axis and turning it counterclockwise is defined as an angle ⁇ (°).
- This curve F (Y) also passes through the origin on the YZ coordinate plane.
- 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.
- the extended rotation free-form surface becomes a free-form surface (free-form curve) in the YZ plane and a circle with a radius
- the Z-axis becomes the axis of the extended rotation free-form surface (rotation symmetry axis).
- 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.
- FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along the central axis C of the first optical system 11 of the first embodiment.
- 7 and 8 show transverse aberration diagrams of the whole optical system of Example 1.
- FIG. In this lateral aberration diagram the angle shown at the center indicates (horizontal field angle, vertical field angle), and the lateral aberrations in the Y direction (meridional direction) and X direction (sagittal direction) at that field angle.
- a negative field angle means a clockwise angle in the Y-axis positive direction for the horizontal field angle, and a clockwise angle in the X-axis positive direction for the vertical field angle.
- a negative field angle means a clockwise angle in the Y-axis positive direction for the horizontal field angle
- a clockwise angle in the X-axis positive direction for the vertical field angle The same applies to other embodiments.
- the optical system 11 of Example 1 includes a front group Gf rotationally symmetric about the central axis C, a rear group Gb rotationally symmetric about the central axis C, and a central axis C between the front group Gf and the rear group Gb. And an opening S arranged coaxially.
- the front group Gf is made of a transparent medium L11 having a refractive index that is rotationally symmetric about the central axis C and greater than 1.
- the transparent medium L11 includes a first transmission surface r3 disposed on the outermost periphery with respect to the center axis C, a first reflection surface r4 disposed on the center axis C side from the first transmission surface r3, and a first reflection surface r4. And a second reflecting surface r5 disposed on the opposite side of the first image surface Im1 and a second transmitting surface r6 disposed on the first image surface Im1 side of the second reflecting surface r5.
- the rear group Gb includes a positive meniscus lens L12 having a convex surface facing the image plane Im1 and a biconvex positive lens L13.
- the positive meniscus lens L12 includes a third transmission surface r9 and a fourth transmission surface r10 that is disposed on the image plane Im1 side with respect to the third transmission surface r9.
- the biconvex positive lens L13 has a fifth transmission surface r11 and a sixth transmission surface r12 disposed on the first image plane Im1 side with respect to the fifth transmission surface r11.
- the light beam incident on the capsule 3 passes through the capsule outer surface r1 and the capsule inner surface r2, and enters the transparent medium L11.
- the light beam enters the transparent medium L11 through the first transmission surface r3, is reflected by the first reflection surface r4 on the side opposite to the first image surface Im1, and is reflected by the second reflection surface r5 on the first image surface Im1 side.
- a substantially Z-shaped optical path that exits from the transparent medium L11 to the first image plane Im1 side through the second transmission surface r6 is formed.
- FIG. 9 shows a cross-sectional view taken along the central axis C of the first optical system 11 of the second embodiment.
- 10 and 11 show transverse aberration diagrams of the whole optical system of Example 2.
- the optical system 11 of Example 2 includes a front group Gf rotationally symmetric about the central axis C, a rear group Gb rotationally symmetric about the central axis C, and a central axis Cb between the front group Gf and the rear group Gb. And an opening S arranged coaxially.
- the front group Gf is made of a transparent medium L11 having a refractive index that is rotationally symmetric about the central axis C and greater than 1.
- the transparent medium L11 includes a first transmission surface r3 disposed on the outermost periphery with respect to the center axis C, a first reflection surface r4 disposed on the center axis C side from the first transmission surface r3, and a first reflection surface r4. And a second reflecting surface r5 disposed on the opposite side of the first image surface Im1 and a second transmitting surface r6 disposed on the first image surface Im1 side of the second reflecting surface r5.
- the rear group Gb includes a positive meniscus lens L12 having a convex surface facing the image plane Im1 and a biconvex positive lens L13.
- the positive meniscus lens L12 includes a third transmission surface r9 and a fourth transmission surface r10 that is disposed on the image plane Im1 side with respect to the third transmission surface r9.
- the biconvex positive lens L13 has a fifth transmission surface r11 and a sixth transmission surface r12 disposed on the first image plane Im1 side with respect to the fifth transmission surface r11.
- the light beam incident on the capsule 3 passes through the capsule outer surface r1 and the capsule inner surface r2, and enters the transparent medium L11.
- the light flux enters the transparent medium L11 via the first transmission surface r3 in the order of forward ray tracing, is reflected by the first reflection surface r4 to the side opposite to the first image surface Im1, and is reflected by the second reflection surface r5.
- a substantially Z-shaped optical path is formed that is reflected toward the surface Im1 and exits from the transparent medium L11 toward the first image surface Im1 through the second transmission surface r6.
- Example 2 The specification of Example 2 is Angle of view 159 ° (+ 60 ° to -99 °) Diaphragm diameter ⁇ 0.400mm Image size ⁇ 2.000mm It is.
- FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the central axis C of the first optical system 11 of Example 3.
- 13 and 14 are lateral aberration diagrams of the entire optical system of Example 3.
- FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the central axis C of the first optical system 11 of Example 3.
- 13 and 14 are lateral aberration diagrams of the entire optical system of Example 3.
- the optical system 11 of Example 3 includes a front group Gf rotationally symmetric about the central axis C, a rear group Gb rotationally symmetric about the central axis C, and a central axis C between the front group Gf and the rear group Gb. And an opening S arranged coaxially.
- the front group Gf is made of a transparent medium L11 having a refractive index that is rotationally symmetric about the central axis C and greater than 1.
- the transparent medium L11 includes a first transmission surface r3 disposed on the outermost periphery with respect to the center axis C, a first reflection surface r4 disposed on the center axis C side from the first transmission surface r3, and a first reflection surface r4. And a second reflecting surface r5 disposed on the opposite side of the first image surface Im1 and a second transmitting surface r6 disposed on the first image surface Im1 side of the second reflecting surface r5.
- the rear group Gb includes a positive meniscus lens L12 having a convex surface facing the image surface Im1, and a cemented lens of a biconvex positive lens L13 and a negative meniscus lens L14 having a convex surface facing the image surface Im1.
- the positive meniscus lens L12 includes a third transmission surface r9 and a fourth transmission surface r10 that is disposed on the image plane Im1 side with respect to the third transmission surface r9.
- the cemented lens of the biconvex positive lens L13 and the negative meniscus lens L14 includes a fifth transmission surface r11, a cemented surface r12 disposed on the first image plane Im1 side from the fifth transmission surface r11, and a first image from the cemented surface r12.
- a sixth transmission surface r13 is provided on the surface Im1 side.
- the light beam incident on the capsule 3 passes through the capsule outer surface r1 and the capsule inner surface r2, and enters the transparent medium L11.
- the light flux enters the transparent medium L11 via the first transmission surface r3 in the order of forward ray tracing, is reflected by the first reflection surface r4 to the side opposite to the first image surface Im1, and is reflected by the second reflection surface r5.
- a substantially Z-shaped optical path is formed that is reflected toward the surface Im1 and exits from the transparent medium L11 toward the first image surface Im1 through the second transmission surface r6.
- Example 1 Example 2
- Example 3 ⁇ 10 10 10 d 20 40 15 d / ⁇ 2 4 1.5 ⁇ 1 60 60 56 ⁇ 1 / d 3 1.5 3.733 ⁇ 2 97 99 97 ⁇ 3 11.230 16.941 21.147
- the transmission surface and the reflection surface of the transparent medium having a refractive index larger than 1 concentric with the central axis C of the first optical system 11 are designed as extended rotation free-form surfaces.
- the extended rotation free-form surface is orthogonal to the rotationally symmetric surface and does not use a high-order term, the configuration is equivalent to a spherical surface.
- the reflecting surface and the refracting surface of the front group Gf are designed with an extended rotation free-form surface that is formed by rotating a line segment of an arbitrary shape around the central axis C and does not have a top on the central axis C.
- each may be replaced with an arbitrary curved surface.
- the optical system of the present invention uses an equation that includes an odd-order term in an equation that defines a line segment having an arbitrary shape that forms a rotationally symmetric surface, so that the inclination of the image plane Im1 caused by decentering and the inverse of the stop S The pupil aberration at the time of projection is corrected.
- an image having an angle of view of 360 ° in all directions can be taken or projected. Is cut in a cross section including the central axis C to be a half, a third, a two third, etc., so that the angle of view around the central axis C is 180 °, 120 °, 240 °, etc. An image may be taken or projected.
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Abstract
【課題】 簡単な構成で、中心軸を含む面内では広い画角を有し、像歪を低減でき、小型で解像力を高くすることが可能な光学系及びカプセル内視鏡を提供する。 【解決手段】 光学系１１，２１は、中心軸Ｃから片側９０°以上の画角を有し、第１像面Ｉｍ１に結像する第１光学系１１と、中心軸Ｃに直交する面に対して第１光学系１１とは対称に配置され、中心軸Ｃから片側９０°以上の画角を有し、第２像面Ｉｍ２に結像する第２光学系２１と、を備え、光学系１１，２１は、それぞれ、中心軸Ｃの周りで回転対称な形状を有し、中心軸Ｃに対して周方向から入射した光を反射する第１反射面ｒ４と、第１反射面ｒ４に対して像面Ｉｍ１，Ｉｍ２とは反対側に配置された第２反射面ｒ５と、を備え、順光線追跡の順に、中心軸Ｃに対して周方向から入射した光を第１反射面ｒ４で像面Ｉｍ１，Ｉｍ２と反対側に反射され、第２反射面ｒ５で像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に反射される光路を構成することを特徴とする。
Description
本発明は光学系及びカプセル内視鏡に関し、特に、中心軸周りの映像を像面に円環状の映像として結像する機能を有する光学系及びカプセル内視鏡に関するものである。
撮像光学系の中心軸に対して周囲全方位を観察できる内視鏡として、特許文献１乃至４がある。
しかしながら、特許文献１から特許文献３に記載された光学系は、撮像光学系の中心軸の周囲を観察できるが、中心軸の周囲の観察における像歪を低減することについて考慮されていなかった。また、特許文献４に記載された光学系は、カプセル内視鏡の撮像光学系として広角レンズを用いているので、像歪の発生を低減することは困難であった。したがって、どの特許文献に記載された光学系も、撮像光学系の中心軸に対する前後方向及び周囲全方位を像歪が少ない状態で観察できるものではなかった。
本発明は、従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、中心軸を含む面内では広い画角を有し、像歪を低減でき、小型で解像力を高くすることが可能な光学系及びカプセル内視鏡を提供することである。
上記目的を達成する本発明にかかる一実施形態の光学系は、
中心軸から片側９０°以上の画角を有し、第１像面に結像する第１光学系と、
前記中心軸に直交する面に対して前記第１光学系とは対称に配置され、前記中心軸から片側９０°以上の画角を有し、第２像面に結像する第２光学系と、
を備え、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、
前記中心軸の周りで回転対称な形状を有し、前記中心軸に対して周方向から入射した光を反射する第１反射面と、
前記第１反射面に対して像面とは反対側に配置された第２反射面と、を備え、
順光線追跡の順に、前記中心軸に対して周方向から入射した光を前記第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る光路を構成する
ことを特徴とする。
中心軸から片側９０°以上の画角を有し、第１像面に結像する第１光学系と、
前記中心軸に直交する面に対して前記第１光学系とは対称に配置され、前記中心軸から片側９０°以上の画角を有し、第２像面に結像する第２光学系と、
を備え、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、
前記中心軸の周りで回転対称な形状を有し、前記中心軸に対して周方向から入射した光を反射する第１反射面と、
前記第１反射面に対して像面とは反対側に配置された第２反射面と、を備え、
順光線追跡の順に、前記中心軸に対して周方向から入射した光を前記第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る光路を構成する
ことを特徴とする。
また、本発明にかかる一実施形態の光学系は、
前記第１光学系の前記中心軸に直交する画角の第１中心主光線を含む面を第１基準面とし、
前記第２光学系の前記中心軸に直交する画角の第２中心主光線を含む面を第２基準面とし、
前記画角の端を通る周辺主光線のうち、前記第１基準面から前記第１像面側に形成される画角の端を通る第１光学系第１周辺主光線と、前記第２基準面から前記第２像面側に形成される画角の端を通る第２光学系第１周辺主光線と、が交差する。
前記第１光学系の前記中心軸に直交する画角の第１中心主光線を含む面を第１基準面とし、
前記第２光学系の前記中心軸に直交する画角の第２中心主光線を含む面を第２基準面とし、
前記画角の端を通る周辺主光線のうち、前記第１基準面から前記第１像面側に形成される画角の端を通る第１光学系第１周辺主光線と、前記第２基準面から前記第２像面側に形成される画角の端を通る第２光学系第１周辺主光線と、が交差する。
また、本発明にかかる一実施形態の光学系は、
前記第１基準面に対して前記第１像面側に形成される画角及び前記第２基準面に対して前記第２像面側に形成される画角をそれぞれθ１とすると、以下の条件式（１）を満足する。
３０° ＜ θ１ （１）
前記第１基準面に対して前記第１像面側に形成される画角及び前記第２基準面に対して前記第２像面側に形成される画角をそれぞれθ１とすると、以下の条件式（１）を満足する。
３０° ＜ θ１ （１）
また、本発明にかかる一実施形態の光学系は、
前記第１光学系の前記第１基準面と前記第２光学系の前記第２基準面との間の距離をｄ（mm）、
前記第１基準面から前記第１像面側に形成される画角及び前記第２基準面から前記第２像面側に形成される画角をθ１（°）とすると、以下の条件式（２）を満足する。
１ ＜ θ１／ｄ ＜ ５ （２）
前記第１光学系の前記第１基準面と前記第２光学系の前記第２基準面との間の距離をｄ（mm）、
前記第１基準面から前記第１像面側に形成される画角及び前記第２基準面から前記第２像面側に形成される画角をθ１（°）とすると、以下の条件式（２）を満足する。
１ ＜ θ１／ｄ ＜ ５ （２）
また、本発明にかかる一実施形態の光学系は、
前記第１基準面に対して前記第１像面とは反対側に形成される画角
及び
前記第２基準面に対して前記第２像面とは反対側に形成される画角
をθ２とすると、以下の条件式（３）を満足する。
９１° ＜ θ２ （３）
前記第１基準面に対して前記第１像面とは反対側に形成される画角
及び
前記第２基準面に対して前記第２像面とは反対側に形成される画角
をθ２とすると、以下の条件式（３）を満足する。
９１° ＜ θ２ （３）
また、本発明にかかる一実施形態の光学系は、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、
中心軸の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体からなり、
前記透明媒体は、前記中心軸に対して最外周に配置された第１透過面と、第１透過面より中心軸側に配置された前記第１反射面と、前記第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、
前記透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第１透過面を経て前記透明媒体内に入り、前記第１反射面で像面と反対側に反射され、前記第２反射面で像面側に反射され、前記第２透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成し、
前記光路は、前記中心軸に対して片側のみで構成され、
前記第１反射面は、前記像面側に凹面を向けて配置され、
前記中心軸から片側１００°以上の画角を有する。
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、
中心軸の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体からなり、
前記透明媒体は、前記中心軸に対して最外周に配置された第１透過面と、第１透過面より中心軸側に配置された前記第１反射面と、前記第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、
前記透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第１透過面を経て前記透明媒体内に入り、前記第１反射面で像面と反対側に反射され、前記第２反射面で像面側に反射され、前記第２透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成し、
前記光路は、前記中心軸に対して片側のみで構成され、
前記第１反射面は、前記像面側に凹面を向けて配置され、
前記中心軸から片側１００°以上の画角を有する。
また、本発明にかかる一実施形態の光学系は、
前記第１基準面内の中心主光線が前記第１光学系の前記第１透過面とそれぞれ交差する位置での前記第１光学系の前記第１透過面の法線と前記第１基準面とのなす角度
及び
前記第２基準面内の中心主光線が前記第２光学系の前記第１透過面とそれぞれ交差する位置での前記第２光学系の前記第１透過面の法線と前記第２基準面とのなす角度
をθ３とすると、以下の条件式（４）を満足する。
θ３ ＜ ２０° （４）
前記第１基準面内の中心主光線が前記第１光学系の前記第１透過面とそれぞれ交差する位置での前記第１光学系の前記第１透過面の法線と前記第１基準面とのなす角度
及び
前記第２基準面内の中心主光線が前記第２光学系の前記第１透過面とそれぞれ交差する位置での前記第２光学系の前記第１透過面の法線と前記第２基準面とのなす角度
をθ３とすると、以下の条件式（４）を満足する。
θ３ ＜ ２０° （４）
さらに、本発明にかかる一実施形態のカプセル内視鏡は、
前記光学系を収納するカプセル内視鏡であって、
前記第１光学系及び前記第１光学系の前記第１像面に配置される第１撮像素子を有する第１撮像部と、
前記第２光学系及び前記第２光学系の前記第２像面に配置される第２撮像素子を有する第２撮像部と、
同一の前記中心軸に直交する平面に対して対称に配置される前記第１撮像部と前記第２撮像部を収納するカプセルと、
を備える
ことを特徴とする。
前記光学系を収納するカプセル内視鏡であって、
前記第１光学系及び前記第１光学系の前記第１像面に配置される第１撮像素子を有する第１撮像部と、
前記第２光学系及び前記第２光学系の前記第２像面に配置される第２撮像素子を有する第２撮像部と、
同一の前記中心軸に直交する平面に対して対称に配置される前記第１撮像部と前記第２撮像部を収納するカプセルと、
を備える
ことを特徴とする。
また、本発明にかかる一実施形態のカプセル内視鏡は、
前記第１光学系の前記第１基準面と前記第２光学系の前記第２基準面との間の距離をｄ、カプセルの外径をφとすると、以下の条件式（５）を満足する。
１＜ ｄ／φ ＜ ５ （５）
前記第１光学系の前記第１基準面と前記第２光学系の前記第２基準面との間の距離をｄ、カプセルの外径をφとすると、以下の条件式（５）を満足する。
１＜ ｄ／φ ＜ ５ （５）
以上の本発明の一実施形態にかかる光学系及びカプセル内視鏡においては、簡単な構成で、中心軸を含む面内では広い画角を有し、像歪を低減でき、小型で解像力を高くすることが可能となる。
以下、実施例に基づいて本実施形態の光学系及びカプセル内視鏡について説明する。
図１は、本実施形態の光学系１１，２１及びカプセル内視鏡１の中心軸Ｃに沿ってとった断面図である。
上記目的を達成する本実施形態の光学系１１，２１は、中心軸Ｃから片側９０°以上の画角を有し、第１像面Ｉｍ１に結像する第１光学系１１と、中心軸Ｃに直交する面に対して第１光学系１１とは対称に配置され、中心軸Ｃから片側９０°以上の画角を有し、第２像面Ｉｍ２に結像する第２光学系２１と、を備え、光学系１１，２１は、それぞれ、中心軸Ｃの周りで回転対称な形状を有し、中心軸Ｃに対して周方向から入射した光を反射する第１反射面ｒ４と、第１反射面ｒ４に対して像面Ｉｍ１，Ｉｍ２とは反対側に配置された第２反射面ｒ５と、を備え、順光線追跡の順に、中心軸Ｃに対して周方向から入射した光を第１反射面ｒ４で像面Ｉｍ１，Ｉｍ２と反対側に反射され、第２反射面ｒ５で像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に反射される光路を構成する。
このような構成によって、簡単な構成で、中心軸を含む面内では片側９０°以上の広い画角を有し、像歪が少なくＦ－θ特性の良い小型で解像力が高く、安価に製造することが可能な光学系を提供することができる。
また、本実施形態の光学系１１，２１は、第１光学系１１の中心軸Ｃに直交する画角の第１中心主光線Ｌｃ１を含む面を第１基準面Ｂ１とし、第２光学系１２の中心軸Ｃに直交する画角の第２中心主光線Ｌｃ２を含む面を第２基準面Ｂ２とし、画角の端を通る周辺主光線のうち、第１基準面Ｂ１から第１像面Ｉｍ１側に形成される画角の端を通る第１光学系第１周辺主光線Ｌｅ１１と、第２基準面Ｂ２から第２像面Ｉｍ２側に形成される画角の端を通る第２光学系第１周辺主光線Ｌｅ２１と、が交差することが好ましい。
このような構成によって、中心軸Ｃと直交する方向では全方位の画像を第１像面Ｉｍ１及び第２像面Ｉｍ２上に結像することが可能となる。
すなわち、本実施形態の光学系１１，２１を用いたカプセル内視鏡１は、第１撮像装置１０の第１撮像領域Ｔ１と第２撮像装置２０の第２撮像領域Ｔ２の少なくとも一部が重なることが好ましい。
このような構成によって、中心軸Ｃと直交する方向では全方位の画像を第１撮像素子１２及び第２撮像素子２２に撮像することが可能となる。
また、本実施形態の光学系１１，２１は、第１基準面Ｂ１から第１像面側Ｉｍ１に形成される画角及び第２基準面Ｂ２から第２像面Ｉｍ２側に形成される画角をθ１とすると、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
３０° ＜ θ１ （１）
３０° ＜ θ１ （１）
条件式（１）は、第１光学系１１及び第２光学系２１が相互に中心軸Ｃの回りの第１基準面Ｂ１及び第２基準面Ｂ２方向の近点での視野を確保する条件である。条件式（１）の下限を下回ると、第１撮像装置１０及び第２撮像装置２０で撮像できる範囲が少なくなり、近点での視野を確保することが困難となる。
また、本実施形態のカプセル内視鏡１は、以下の条件式（２）を満足してもよい。
１ ＜ θ１／ｄ ＜ ５ （２）
１ ＜ θ１／ｄ ＜ ５ （２）
条件式（２）は、カプセル３に近い空間を撮像するための条件である。下限を下回ると、光学系１１，２１の共通の中心軸Ｃと直交する面で、カプセル３に近い部分での撮像不可能領域が多くなってしまう。上限を上回ると、中心軸Ｃ上で、カプセル３に近い部分での撮像不可能領域が多くなってしまう。
また、本実施形態の光学系１１，２１は、第１基準面Ｂ１に対して第１像面Ｉｍ１とは反対側に形成される画角及び第２基準面Ｂ２に対して第２像面Ｉｍ２とは反対側に形成される画角をθ２とすると、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
９１° ＜ θ２ （３）
９１° ＜ θ２ （３）
条件式（３）は、第１光学系１１及び第２光学系２１が相互に中心軸Ｃ方向の近点での視野を確保する条件である。条件式（３）の下限を下回ると、第１光学系１１及び第２光学系２１の中心軸Ｃ方向の近点での視野を確保することが困難となる。
また、本実施形態の光学系１１，２１では、第１光学系１１及び第２光学系２１は、それぞれ、中心軸Ｃの周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌ１１，Ｌ２１からなり、透明媒体Ｌ１１，Ｌ２１は、中心軸Ｃに対して最外周に配置された第１透過面ｒ３と、第１透過面ｒ３より中心軸Ｃ側に配置された第１反射面ｒ４と、第１反射面ｒ４より像面Ｉｍ１，Ｉｍ２と反対側に配置された第２反射面ｒ５と、第２反射面ｒ５より像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に配置された第２透過面ｒ６と、を有し、透明媒体Ｌ１１，Ｌ２１に入射する光束は、順光線追跡の順に、第１透過面ｒ３を経て透明媒体Ｌ１１，Ｌ２１内に入り、第１反射面ｒ４で像面Ｉｍ１，Ｉｍ２と反対側に反射され、第２反射面ｒ５で像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に反射され、第２透過面ｒ６を経て透明媒体Ｌ１１，Ｌ２１から像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成し、光路は、中心軸Ｃに対して片側のみで構成され、第１反射面ｒ５は、像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に凹面を向けて配置され、中心軸Ｃから片側１００°以上の画角を有することが好ましい。
従来、透過面のみで構成された魚眼レンズでは、原理的に色収差の発生があり、構成枚数が増えるので、大型の光学系となっていた。また、放物面で構成された凸面鏡の全方位光学系もあったが、放物面ではサジタル断面とメリジオナル断面の曲率が異なり、原理的に非点収差が大きく発生してしまうので、非点収差を小さくするために大型の放物面鏡とする必要があった。なお、放物面鏡を裏面鏡で構成すると、裏面鏡は媒質の屈折率があるために、表面鏡と異なり、放物面鏡の曲率が同じであっても収差発生が少ないメリットがあるが、依然大型の光学系であった。
本実施形態では、裏面鏡で構成された２回反射の片側光路で光学系を配置しているので、１回反射では補正できない非点収差の発生をもう一つの反射面で補正することが可能となる。また、像面湾曲も補正することが可能となり、高解像な撮像が可能となる。
また、中心軸Ｃに対して、最外周に配置された第１透過面ｒ３と、第１透過面より中心軸Ｃ側に第１反射面ｒ４を配置することにより、全方位から入射する光束を限られたスペースでコンパクトに収束して第２反射面に向けて反射することが可能となる。
ここで、中心軸Ｃを挟んで第１透過面ｒ３と第１反射面ｒ４を配置する光学系では、両面の干渉があり、広い画角を光学系内に取り込むことが困難である。そこで、第１反射面ｒ４の像面Ｉｍ１，Ｉｍ２とは反対側に第２反射面ｒ５を配置することにより、第２反射面ｒ５での反射角度が小さくなり、第２反射面ｒ５で発生する偏心収差を小さくすることが可能となる。
さらに好ましくは、第２反射面ｒ５は、像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に凹面を向けていることが好ましい。像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に凹面を向けることにより、第１反射面ｒ４で発生する像面湾曲を補正する効果を得ることが可能となる。
また、第２反射面ｒ５を像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に頂点を設けた円錐面で構成することにより、第１反射面ｒ４より中心軸Ｃ側、且つ、像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側に配置された第２透過面ｒ６に限られたスペースで効率よく光束を導くことができ、結果的に外径の小さい撮像光学系を構成することが可能となる。さらに、第１透過面ｒ３を光路の物体側に配置し、反射光路中を屈折率１以上の媒質で構成することにより、傾いた反射面で発生する偏心収差を小さくすることが可能となる。
また、第１反射面ｒ４と第２透過面ｒ６を中心軸Ｃと直交する面で隣接した輪環状に配置することが好ましい。このように配置することにより、第２透過面ｒ６前後の光束と第１反射面ｒ４との有効径の干渉を最小限にすることができ、光学系の外径を小さくすることが可能となる。
さらに、第１透過面は、物体側に凸面を向けた面で構成することが好ましい。凸面で構成することにより、像歪みの発生を少なくすることが可能となる。
また、本実施形態の光学系１１，２１は、第１基準面Ｂ１内の中心主光線Ｌｃ１が第１光学系１１の第１透過面ｒ３とそれぞれ交差する位置での第１光学系１１の第１透過面ｒ３の法線Ｎ１と第１基準面Ｂ１とのなす角度、及び、第２基準面Ｂ２内の中心主光線Ｌｃ２が第２光学系２１の第１透過面ｒ３とそれぞれ交差する位置での第２光学系２１の第１透過面ｒ３の法線Ｎ２と前記第２基準面とのなす角度をθ３とすると、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
θ３ ＜ ２０° （４）
θ３ ＜ ２０° （４）
条件式（４）は、第１透過面ｒ３は、片側１７０°近い画角の光線を光学系１１，２１内に取り込むための条件である。特に、像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側からの第１光学系第１周辺主光線Ｌｅ１１と第２光学系第１周辺主光線Ｌｅ２１を取り込むために必要である。条件式（４）の下限を下回ると、像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側からの第１光学系第１周辺主光線Ｌｅ１１と第２光学系第１周辺主光線Ｌｅ２１を取り込めなくなり、結果的に像面Ｉｍ１，Ｉｍ２側の画角が小さくなり、観察できない領域が発生してしまう。
さらに、本実施形態のカプセル内視鏡１は、光学系１１，２１を収納するカプセル内視鏡１であって、第１光学系１１及び第１光学系１１の第１像面Ｉｍ１に配置される第１撮像素子１２を有する第１撮像部１０と、第２光学系２１及び第２光学系２１の第２像面Ｉｍ２に配置される第２撮像素子２２を有する第２撮像部２０と、同一の中心軸Ｃに直交する平面に対して対称に配置される第１撮像部１０と第２撮像部２０を収納するカプセル３と、を備える。
このような構成によって、簡単な構成で、中心軸を含む面内では片側９０°以上の広い画角を有し、像歪が少なくＦ－θ特性の良い小型で解像力が高く、安価に製造することが可能なカプセル内視鏡１を提供することができる。
また、本実施形態のカプセル内視鏡１は、第１光学系１１の第１基準面Ｂ１と第２光学系２１の第２基準面Ｂ２との間の距離をｄ、カプセル３の外径をφとすると、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
１＜ ｄ／φ ＜ ５ （５）
１＜ ｄ／φ ＜ ５ （５）
条件式（５）は、カプセル３の細長さに関する条件式である。下限を下回ると、球形に近くなり、カプセル３の進行方向が不安定になる。上限を上回ると、細長くなりすぎ、腸管内の屈曲部を通過することが困難となる。
また、本実施形態のカプセル内視鏡１は、以下の条件式（６）を満足してもよい。
１０ ＜ ｄ ＜ ５０ （６）
１０ ＜ ｄ ＜ ５０ （６）
条件式（６）は、第１撮像部１０、第２撮像部２０、及び図示しない駆動用電源を搭載しつつ、飲みやすい大きさのカプセル内視鏡１を提供するための条件である。下限を下回ると、駆動用電源を配置する場所がなくなってしまう。上限を上回ると、カプセル３が長くなり、飲みにくくなってしまう。
以下に、本実施形態の光学系１１，１２のうち、第１光学系１１の実施例１～３を説明する。なお、第２光学系１２は、第１光学系１１と同じ構成であるので、説明は省略する。これら光学系の構成パラメータは後記する。
図２は、本実施形態の第１光学系の座標系を示す。図３は、本実施形態の第１光学系の基準面を示す。図４は、本実施形態の第１光学系の基準面を示す。
座標系は、順光線追跡において、例えば図２に示すように、物体面から第１面ｒ３に向かう中心主光線Ｌｃ１の延長が中心軸Ｃと交差する点を偏心光学面の原点Ｏとする。
図３に示すように、物体面から基準面Ｂ１までは、物体面とは中心軸Ｃに対して反対側の中心軸Ｃに直交する方向をＺ軸正方向とし、図３の紙面内をＹ－Ｚ平面とする。そして、図２の像面Ｉｍ１とは反対側の方向をＸ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。
図４に示すように、基準面Ｂ１から像面Ｉｍ１までは、物体面とは中心軸Ｃに対して反対側の中心軸Ｃに直交する方向をＹ軸正方向とし、図３の紙面内をＹ－Ｚ平面とする。そして、図２の像面Ｉｍ１とは反対側の方向をＸ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。
偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系１１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１１の原点Ｏに定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。
なお、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）Ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］
＋ａＹ4 ＋ｂＹ6 ＋ｃＹ8 ＋ｄＹ10＋・・・ （ａ）
ただし、Ｚを軸とし、Ｙを軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）Ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］
＋ａＹ4 ＋ｂＹ6 ＋ｃＹ8 ＋ｄＹ10＋・・・ （ａ）
ただし、Ｚを軸とし、Ｙを軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
また、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。まず、図５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。
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）
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。その曲線Ｆ（Ｙ）をＹ正方向に距離Ｒ（負のときはＹ負方向）だけ平行移動し、その後にＺ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。その結果、拡張回転自由曲面はＹ－Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ－Ｙ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。この定義からＺ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。
ここで、ＲＹはＹ－Ｚ断面での球面項の曲率半径、Ｃ1 は円錐定数、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 、Ｃ5 …はそれぞれ１次、２次、３次、４次…の非球面係数である。
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。
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。
図６は、実施例１の第１光学系１１の中心軸Ｃに沿ってとった断面図を示す。また、図７及び図８は、実施例１の光学系全体の横収差図を示す。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、他の実施例でも同じである。
実施例１の光学系１１は、中心軸Ｃの周りで回転対称な前群Ｇｆと、中心軸Ｃ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Ｃに同軸に配置された開口Ｓと、からなる。
前群Ｇｆは、中心軸Ｃの周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌ１１からなる。透明媒体Ｌ１１は、中心軸Ｃに対して最外周に配置された第１透過面ｒ３と、第１透過面ｒ３より中心軸Ｃ側に配置された第１反射面ｒ４と、第１反射面ｒ４より第１像面Ｉｍ１と反対側に配置された第２反射面ｒ５と、第２反射面ｒ５より第１像面Ｉｍ１側に配置された第２透過面ｒ６と、を有する。
後群Ｇｂは、像面Ｉｍ１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、からなる。正メニスカスレンズＬ１２は、第３透過面ｒ９と、第３透過面ｒ９より像面Ｉｍ１側に配置される第４透過面ｒ１０をもつ。両凸正レンズＬ１３は、第５透過面ｒ１１と、第５透過面ｒ１１より第１像面Ｉｍ１側に配置される第６透過面ｒ１２をもつ。
順光線追跡の順に、カプセル３に入射する光束は、カプセル外面ｒ１及びカプセル内面ｒ２を通過し、透明媒体Ｌ１１に入射する。光束は、第１透過面ｒ３を経て透明媒体Ｌ１１内に入り、第１反射面ｒ４で第１像面Ｉｍ１と反対側に反射され、第２反射面ｒ５で第１像面Ｉｍ１側に反射され、第２透過面ｒ６を経て透明媒体Ｌ１１から第１像面Ｉｍ１側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成する。
その後、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間に中心軸Ｃに同軸に配置され第１絞りＳ１を経て、後群Ｇｂの正メニスカスレンズＬ１２に第３透過面ｒ９を経て入り、第４透過面ｒ１０から外に出て、両凸正レンズＬ１３に第５透過面ｒ１１を経て入り、第６透過面ｒ１２から外に出て、第１像面Ｉｍ１の中心軸Ｃから外れた半径方向の所定位置に円環状に映像を形成する。
この実施例１の仕様は、
画角 １５７°（＋６０°～－９７°）
絞り径 φ０．４００ｍｍ
像の大きさ φ２．０００ｍｍ
である。
画角 １５７°（＋６０°～－９７°）
絞り径 φ０．４００ｍｍ
像の大きさ φ２．０００ｍｍ
である。
図９は、実施例２の第１光学系１１の中心軸Ｃに沿ってとった断面図を示す。また、図１０及び図１１は、実施例２の光学系全体の横収差図を示す。
実施例２の光学系１１は、中心軸Ｃの周りで回転対称な前群Ｇｆと、中心軸Ｃ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Ｃに同軸に配置された開口Ｓと、からなる。
前群Ｇｆは、中心軸Ｃの周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌ１１からなる。透明媒体Ｌ１１は、中心軸Ｃに対して最外周に配置された第１透過面ｒ３と、第１透過面ｒ３より中心軸Ｃ側に配置された第１反射面ｒ４と、第１反射面ｒ４より第１像面Ｉｍ１と反対側に配置された第２反射面ｒ５と、第２反射面ｒ５より第１像面Ｉｍ１側に配置された第２透過面ｒ６と、を有する。
後群Ｇｂは、像面Ｉｍ１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、からなる。正メニスカスレンズＬ１２は、第３透過面ｒ９と、第３透過面ｒ９より像面Ｉｍ１側に配置される第４透過面ｒ１０をもつ。両凸正レンズＬ１３は、第５透過面ｒ１１と、第５透過面ｒ１１より第１像面Ｉｍ１側に配置される第６透過面ｒ１２をもつ。
順光線追跡の順に、カプセル３に入射する光束は、カプセル外面ｒ１及びカプセル内面ｒ２を通過し、透明媒体Ｌ１１に入射する。光束は、順光線追跡の順に、第１透過面ｒ３を経て透明媒体Ｌ１１内に入り、第１反射面ｒ４で第１像面Ｉｍ１と反対側に反射され、第２反射面ｒ５で第１像面Ｉｍ１側に反射され、第２透過面ｒ６を経て透明媒体Ｌ１１から第１像面Ｉｍ１側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成する。
その後、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間に中心軸Ｃに同軸に配置され第１絞りＳ１を経て、後群Ｇｂの正メニスカスレンズＬ１２に第３透過面ｒ９を経て入り、第４透過面ｒ１０から外に出て、両凸正レンズＬ１３に第５透過面ｒ１１を経て入り、第６透過面ｒ１２から外に出て、第１像面Ｉｍ１の中心軸Ｃから外れた半径方向の所定位置に円環状に映像を形成する。
この実施例２の仕様は、
画角 １５９°（＋６０°～－９９°）
絞り径 φ０．４００ｍｍ
像の大きさ φ２．０００ｍｍ
である。
画角 １５９°（＋６０°～－９９°）
絞り径 φ０．４００ｍｍ
像の大きさ φ２．０００ｍｍ
である。
図１２は、実施例３の第１光学系１１の中心軸Ｃに沿ってとった断面図を示す。また、図１３及び図１４は、実施例３の光学系全体の横収差図を示す。
実施例３の光学系１１は、中心軸Ｃの周りで回転対称な前群Ｇｆと、中心軸Ｃ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Ｃに同軸に配置された開口Ｓと、からなる。
前群Ｇｆは、中心軸Ｃの周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体Ｌ１１からなる。透明媒体Ｌ１１は、中心軸Ｃに対して最外周に配置された第１透過面ｒ３と、第１透過面ｒ３より中心軸Ｃ側に配置された第１反射面ｒ４と、第１反射面ｒ４より第１像面Ｉｍ１と反対側に配置された第２反射面ｒ５と、第２反射面ｒ５より第１像面Ｉｍ１側に配置された第２透過面ｒ６と、を有する。
後群Ｇｂは、像面Ｉｍ１側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と像面Ｉｍ１側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４の接合レンズ、からなる。正メニスカスレンズＬ１２は、第３透過面ｒ９と、第３透過面ｒ９より像面Ｉｍ１側に配置される第４透過面ｒ１０をもつ。両凸正レンズＬ１３と負メニスカスレンズＬ１４の接合レンズは、第５透過面ｒ１１と、第５透過面ｒ１１より第１像面Ｉｍ１側に配置される接合面ｒ１２と、接合面ｒ１２より第１像面Ｉｍ１側に配置される第６透過面ｒ１３をもつ。
順光線追跡の順に、カプセル３に入射する光束は、カプセル外面ｒ１及びカプセル内面ｒ２を通過し、透明媒体Ｌ１１に入射する。光束は、順光線追跡の順に、第１透過面ｒ３を経て透明媒体Ｌ１１内に入り、第１反射面ｒ４で第１像面Ｉｍ１と反対側に反射され、第２反射面ｒ５で第１像面Ｉｍ１側に反射され、第２透過面ｒ６を経て透明媒体Ｌ１１から第１像面Ｉｍ１側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成する。
その後、前群Ｇｆと後群Ｇｂの間に中心軸Ｃに同軸に配置され第１絞りＳ１を経て、後群Ｇｂの正メニスカスレンズＬ１２に第３透過面ｒ９を経て入り、第４透過面ｒ１０から外に出て、両凸正レンズＬ１３に第５透過面ｒ１１を経て入り、接合面ｒ１２を通過して、第６透過面ｒ１３から外に出て、第１像面Ｉｍ１の中心軸Ｃから外れた半径方向の所定位置に円環状に映像を形成する。
この実施例３の仕様は、
画角 １５３°（＋５５°～－９７°）
絞り径 φ０．４００ｍｍ
像の大きさ φ２．０００ｍｍ
である。
画角 １５３°（＋５５°～－９７°）
絞り径 φ０．４００ｍｍ
像の大きさ φ２．０００ｍｍ
である。
また、各条件式及びそれらに用いられる要素の値を示す。なお、φ及びｄの単位はｍｍ、θ１、θ２、及びθ３の単位は°である。
実施例１ 実施例２ 実施例３
φ 10 10 10
ｄ 20 40 15
ｄ／φ 2 4 1.5
θ１ 60 60 56
θ１／ｄ 3 1.5 3.733
θ２ 97 99 97
θ３ 11.230 16.941 21.147
実施例１ 実施例２ 実施例３
φ 10 10 10
ｄ 20 40 15
ｄ／φ 2 4 1.5
θ１ 60 60 56
θ１／ｄ 3 1.5 3.733
θ２ 97 99 97
θ３ 11.230 16.941 21.147
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“ＥＲＦＳ”は拡張回転自由曲面を示す。
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 ∞ 5.000
1 カプセル表面 1.000 1.5311 55.9
2 カプセル裏面 4.250
3 ERFS[1] 0.000 偏心(1) 1.5311 55.9
4 ERFS[2] 0.000 偏心(2) 1.5311 55.9
5 ERFS[3] 0.000 偏心(3) 1.5311 55.9
6 -7.577 0.000 偏心(4)
7 基準面 0.100 偏心(5)
8 絞り面 0.050
9 -0.576 0.600 1.5311 55.9
10 -0.700 0.050
11 4.882 0.600 1.5311 55.9
12 -2.023 3.434
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 4.441
ERFS[2]
RY 1.403
ERFS[3]
RY 260.143
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -1.538
α -11.231 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ -0.032 Ｚ -1.075
α -58.472 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 1.504 Ｚ -0.423
α -94.802 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.168 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[5]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 5.000
1 カプセル表面 1.000 1.5311 55.9
2 カプセル裏面 4.250
3 ERFS[1] 0.000 偏心(1) 1.5311 55.9
4 ERFS[2] 0.000 偏心(2) 1.5311 55.9
5 ERFS[3] 0.000 偏心(3) 1.5311 55.9
6 -7.577 0.000 偏心(4)
7 基準面 0.100 偏心(5)
8 絞り面 0.050
9 -0.576 0.600 1.5311 55.9
10 -0.700 0.050
11 4.882 0.600 1.5311 55.9
12 -2.023 3.434
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 4.441
ERFS[2]
RY 1.403
ERFS[3]
RY 260.143
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -1.538
α -11.231 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ -0.032 Ｚ -1.075
α -58.472 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 1.504 Ｚ -0.423
α -94.802 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.168 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[5]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 5.000
1 カプセル表面 1.000 1.5311 55.9
2 カプセル裏面 4.250
3 ERFS[1] 0.000 偏心(1) 1.8830 40.7
4 ERFS[2] 0.000 偏心(2) 1.8830 40.7
5 ERFS[3] 0.000 偏心(3) 1.8830 40.7
6 ∞ 0.000 偏心(4)
7 基準面 0.100 偏心(5)
8 絞り面 0.050
9 -0.589 0.600 1.8830 40.7
10 -0.934 0.050
11 7.788 0.600 1.8830 40.7
12 -2.273 3.560
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 4.340
ERFS[2]
RY 1.593
ERFS[3]
RY ∞
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -2.166
α -16.941 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ -0.144 Ｚ -1.152
α -58.383 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 1.875 Ｚ -0.469
α -93.246 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.090 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[5]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 5.000
1 カプセル表面 1.000 1.5311 55.9
2 カプセル裏面 4.250
3 ERFS[1] 0.000 偏心(1) 1.8830 40.7
4 ERFS[2] 0.000 偏心(2) 1.8830 40.7
5 ERFS[3] 0.000 偏心(3) 1.8830 40.7
6 ∞ 0.000 偏心(4)
7 基準面 0.100 偏心(5)
8 絞り面 0.050
9 -0.589 0.600 1.8830 40.7
10 -0.934 0.050
11 7.788 0.600 1.8830 40.7
12 -2.273 3.560
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 4.340
ERFS[2]
RY 1.593
ERFS[3]
RY ∞
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -2.166
α -16.941 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ -0.144 Ｚ -1.152
α -58.383 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 1.875 Ｚ -0.469
α -93.246 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.090 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[5]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
実施例３
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 5.000
1 ∞ 1.000 1.5311 55.9
2 ∞ 4.250
3 ERFS[1] 0.000 偏心(1) 1.8830 40.7
4 ERFS[2] 0.000 偏心(2) 1.8830 40.7
5 ERFS[3] 0.000 偏心(3) 1.8830 40.7
6 ∞ 0.000 偏心(4)
7 基準面 0.100 偏心(5)
8 絞り面 0.050
9 -0.717 0.600 1.8830 40.7
10 -1.004 0.050
11 4.056 1.000 1.8830 40.7
12 -3.168 0.600 1.4875 70.4
13 非球面[1] 2.586
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 6.688
ERFS[2]
RY 2.443
ERFS[3]
RY ∞
非球面[1]
曲率半径 -3.239
k 1.0000e-9
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -2.990
α -21.147 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ -0.275 Ｚ -1.449
α -57.937 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 2.556 Ｚ -0.651
α -91.426 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.081 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[5]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 5.000
1 ∞ 1.000 1.5311 55.9
2 ∞ 4.250
3 ERFS[1] 0.000 偏心(1) 1.8830 40.7
4 ERFS[2] 0.000 偏心(2) 1.8830 40.7
5 ERFS[3] 0.000 偏心(3) 1.8830 40.7
6 ∞ 0.000 偏心(4)
7 基準面 0.100 偏心(5)
8 絞り面 0.050
9 -0.717 0.600 1.8830 40.7
10 -1.004 0.050
11 4.056 1.000 1.8830 40.7
12 -3.168 0.600 1.4875 70.4
13 非球面[1] 2.586
像 面 ∞
ERFS[1]
RY 6.688
ERFS[2]
RY 2.443
ERFS[3]
RY ∞
非球面[1]
曲率半径 -3.239
k 1.0000e-9
偏心[1]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -2.990
α -21.147 β 0.000 γ 0.000
偏心[2]
Ｘ 0.000 Ｙ -0.275 Ｚ -1.449
α -57.937 β 0.000 γ 0.000
偏心[3]
Ｘ 0.000 Ｙ 2.556 Ｚ -0.651
α -91.426 β 0.000 γ 0.000
偏心[4]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.081 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心[5]
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
以上の実施例では、第１光学系１１の中心軸Ｃ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、拡張回転自由曲面で設計されている例であるが、拡張回転自由曲面が回転対称面と直交し、高次項を使用していない場合、球面と等価な構成となる。
また、前群Ｇｆの反射面、屈折面をそれぞれ任意形状の線分を中心軸Ｃの周りで回転することにより形成され中心軸Ｃ上に面頂を有さない拡張回転自由曲面で設計しているが、それぞれ任意の曲面に置き換えてもよい。
また、本発明の光学系は、回転対称面を形成する任意形状の線分を定義する式に奇数次項を含むものを用いることにより、偏心により発生する像面Ｉｍ１の傾きや、絞りＳの逆投影時の瞳収差を補正している。
また、本実施形態の前群Ｇｆを構成する中心軸Ｃの周りで回転対称な透明媒体はそのまま用いることにより、３６０°全方位の画角を有する画像を撮影したり投影できるが、その透明媒体を中心軸Ｃを含む断面で切断して２分の１、３分の１、３分の２等にすることにより、中心軸Ｃの周りの画角が１８０°、１２０°、２４０°等の画像を撮影したり投影するようにしてもよい。
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
１…カプセル内視鏡
１０…第１撮像部
１１…第１光学系
１２…第１撮像素子
２０…第２撮像部
２１…第２光学系
２２…第２撮像素子
Ｉｍ１…第１像面
Ｉｍ２…第２像面
Ｂ１…第１基準面
Ｂ２…第２基準面
Ｌ１１…第１透明媒体
Ｌ２１…第２透明媒体
Ｌｃ１…第１中心主光線
Ｌｃ２…第２中心主光線
Ｃ…中心軸
１０…第１撮像部
１１…第１光学系
１２…第１撮像素子
２０…第２撮像部
２１…第２光学系
２２…第２撮像素子
Ｉｍ１…第１像面
Ｉｍ２…第２像面
Ｂ１…第１基準面
Ｂ２…第２基準面
Ｌ１１…第１透明媒体
Ｌ２１…第２透明媒体
Ｌｃ１…第１中心主光線
Ｌｃ２…第２中心主光線
Ｃ…中心軸
Claims (9)
- 中心軸から片側９０°以上の画角を有し、第１像面に結像する第１光学系と、
前記中心軸に直交する面に対して前記第１光学系とは対称に配置され、前記中心軸から片側９０°以上の画角を有し、第２像面に結像する第２光学系と、
を備え、
前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、
前記中心軸の周りで回転対称な形状を有し、前記中心軸に対して周方向から入射した光を反射する第１反射面と、
前記第１反射面に対して像面とは反対側に配置された第２反射面と、を備え、
順光線追跡の順に、前記中心軸に対して周方向から入射した光を前記第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る光路を構成する
ことを特徴とする光学系。 - 前記第１光学系の前記中心軸に直交する画角の第１中心主光線を含む面を第１基準面とし、
前記第２光学系の前記中心軸に直交する画角の第２中心主光線を含む面を第２基準面とし、
前記画角の端を通る周辺主光線のうち、前記第１基準面から前記第１像面側に形成される画角の端を通る第１光学系第１周辺主光線と、前記第２基準面から前記第２像面側に形成される画角の端を通る第２光学系第１周辺主光線と、が交差する
請求項１に記載の光学系。 - 前記第１基準面に対して前記第１像面側に形成される画角及び前記第２基準面に対して前記第２像面側に形成される画角をそれぞれθ１とすると、以下の条件式（１）を満足する
請求項１又は２に記載の光学系。
３０° ＜ θ１ （１） - 前記第１光学系の前記第１基準面と前記第２光学系の前記第２基準面との間の距離をｄ（mm）、
前記第１基準面から前記第１像面側に形成される画角及び前記第２基準面から前記第２像面側に形成される画角をθ１（°）とすると、以下の条件式（２）を満足する
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光学系。
１ ＜ θ１／ｄ ＜ ５ （２） - 前記第１基準面に対して前記第１像面とは反対側に形成される画角
及び
前記第２基準面に対して前記第２像面とは反対側に形成される画角
をθ２とすると、
以下の条件式（３）を満足する
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光学系。
９１° ＜ θ２ （３） - 前記第１光学系及び前記第２光学系は、それぞれ、
中心軸の周りで回転対称な屈折率が１より大きい透明媒体からなり、
前記透明媒体は、前記中心軸に対して最外周に配置された第１透過面と、第１透過面より中心軸側に配置された前記第１反射面と、前記第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、
前記透明媒体に入射する光束は、順光線追跡の順に、前記第１透過面を経て前記透明媒体内に入り、前記第１反射面で像面と反対側に反射され、前記第２反射面で像面側に反射され、前記第２透過面を経て前記透明媒体から像面側に外へ出る略Ｚ字状の光路を構成し、
前記光路は、前記中心軸に対して片側のみで構成され、
前記第１反射面は、前記像面側に凹面を向けて配置され、
前記中心軸から片側１００°以上の画角を有する
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光学系。 - 前記第１基準面内の中心主光線が前記第１光学系の前記第１透過面とそれぞれ交差する位置での前記第１光学系の前記第１透過面の法線と前記第１基準面とのなす角度
及び
前記第２基準面内の中心主光線が前記第２光学系の前記第１透過面とそれぞれ交差する位置での前記第２光学系の前記第１透過面の法線と前記第２基準面とのなす角度
をθ３とすると、以下の条件式（４）を満足する
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の光学系。
θ３ ＜ ２０° （４） - 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の光学系を収納するカプセル内視鏡であって、
前記第１光学系及び前記第１光学系の前記第１像面に配置される第１撮像素子を有する第１撮像部と、
前記第２光学系及び前記第２光学系の前記第２像面に配置される第２撮像素子を有する第２撮像部と、
同一の前記中心軸に直交する平面に対して対称に配置される前記第１撮像部と前記第２撮像部を収納するカプセルと、
を備える
ことを特徴とするカプセル内視鏡。 - 前記第１光学系の前記第１基準面と前記第２光学系の前記第２基準面との間の距離をｄ、カプセルの外径をφとすると、以下の条件式（５）を満足する
請求項８に記載のカプセル内視鏡。
１＜ ｄ／φ ＜ ５ （５）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/084510 WO2016103446A1 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 光学系及びカプセル内視鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/084510 WO2016103446A1 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 光学系及びカプセル内視鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016103446A1 true WO2016103446A1 (ja) | 2016-06-30 |
Family
ID=56149535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/084510 WO2016103446A1 (ja) | 2014-12-26 | 2014-12-26 | 光学系及びカプセル内視鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2016103446A1 (ja) |
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