JP2008040468A - 透過光学素子及びそれを用いた光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で撮影画角の広く、特に中心軸に対して主に垂直方向からくる映像を撮像できる、小型で収差が良好に補正された透過光学素子とそれを用いた光学系。
【解決手段】中心軸１の周りの物体６を中心軸１に直交する平面の像面７に結像させる結像系であって、中心軸１の周りで回転対称な前群３と、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを有する後群４とを備え、前群３は、中心軸１の周りで回転対称な透過面２１、２２を２面有する屈折率が１より大きな透明媒体からなる透過光学素子２を少なくとも１個備え、透過光学素子２の透過面２１、２２の少なくとも１面は、中心軸１と交差する近傍において、透過面２１、２２の法線が中心軸１と角度をなす形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過光学素子及びそれを用いた光学系に関し、特に画角の大きい部分の物体の像を平面の輪帯状の像面に結像させる対物光学系又は撮像光学系に関するものである。

従来、画角の広い周辺部を撮像する手段としては魚眼レンズ等の広角な光学系を用いていた。しかし、広画角の撮像を行うためには光学系の構成枚数が増えて、小型の光学機器、特に内視鏡やカプセル内視鏡に適用することはむずかしかった。

従来、特許文献１では、カプセル内視鏡の先端の半球状の透明カバーの内面を円錐面とすることで、観察範囲を広角にすることが提案されているが、その原理は明らかでない。また、特許文献２では、カプセル内視鏡の先端の透明カバー前面を円錐面とするものが提案されている。しかし、この透明カバーを利用して広画角化するものではない。
特開２００１−１７４７１３号公報 米国特許第５，６０４，５３１号明細書

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、簡単な構成で撮影画角の広く、特に中心軸に対して主に垂直方向からくる映像を撮像できる、小型で収差が良好に補正された透過光学素子とそれを用いた光学系を提供することである。

上記目的を達成する本発明の透過光学素子は、中心軸の周りで回転対称な透過面を２面有し、屈折率が１より大きな透明媒体からなる透過光学素子において、少なくとも１面の透過面は、中心軸と前記透過面が交差する近傍において、前記透過面の法線が中心軸と角度をなす形状を有することを特徴とするものである。

また、本発明の光学系は、中心軸の周りの物体を中心軸に直交する平面の像面に結像させる結像系であって、中心軸の周りで回転対称な前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群とを備え、前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透過面を２面有する屈折率が１より大きな透明媒体からなる透過光学素子を少なくとも１個備え、前記透過光学素子の前記透過面の少なくとも１面は、中心軸と交差する近傍において、前記透過面の法線が中心軸と角度をなす形状を有することを特徴とするものである。

この場合、前記透過光学素子と前記後群の間あるいは前記後群の中に中心軸に同軸に配置された開口を備えていることが望ましい。

また、前記透過光学素子の前記透過面は何れも前記開口に対して凹面を向けた面形状を有することが望ましい。

また、中心軸に沿った方向の画角中心から前記開口中心を通る光線を主光線とするとき、前記透過光学素子の第１の透過面に主光線が当たる点と第２の透過面に主光線が当たる点での２面の接線がなす角度をθ（°）とするとき、
１°＜θ＜９０° ・・・（１）
なる条件を満足することが望ましい。

また、前記前群の少なくとも最も物体側の前記透過光学素子は、中心軸上からの光線を遮光する遮光部材を備えていることが望ましい。

また、前記後群は中心軸と同心の回転対称光学系からなることが望ましい。

また、前記正パワーを有する後群は、前記前群により発生する倍率の色収差を補正するものであることが望ましい。

また、円筒状又は球状の３６０°全周の映像を前記像面に配置した２次元撮像素子に結像するものであることが望ましい。

また、中心軸と交差する近傍において法線が中心軸と角度をなす形状の前記透過面は、対称面を持たない任意形状の曲線を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。

また、中心軸と交差する近傍において法線が中心軸と角度をなす形状の前記透過面は、奇数次項を含む任意形状の曲線を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することが望ましい。

さらに、像面に配置された画像を物体面に投影する光学系として用いられる光学系も本発明に含まれる。

以上の本発明によると、簡単な構成で広画角な映像を撮像したり、投影することができる小型で収差が良好に補正されて解像力の良い透過光学素子とそれを用いた光学系を得ることができる。

以下、本発明の透過光学素子と光学系を実施例に基づいて説明する。

図１は、実施例１の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図である。なお、以下の説明は、中心軸１の周りで回転対称な物体面６の像を中心軸１に直交する平面の像面７に結像させる結像光学系として説明するが、光路を逆にとって像面７を物体面６に投影する投影光学系として用いることもできる。

まず、本発明の透過光学素子と光学系を図１の実施例１に基づいて説明する。図１の光学系は、中心軸１の周りで回転対称な形状の透過光学素子２を少なくとも１個備えた前群３と、前群３より像面７側に配置され、通常の回転対称光学系からなり、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４とからなり、前群３と後群４の間あるいは後群４内部に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなる。

前群３の構成要素である１個の透過光学素子２は、本実施例では、２つの透過面２１、２２共に、本発明に従って、中心軸１を含む断面（図１の面）において、中心軸１から離れた位置に任意の曲線を配置し、曲線を中心軸１の周りで回転させてできる拡張回転自由曲面で構成しており、何れの透過面２１、２２も中心軸１近傍において、透過面２１、２２の法線が中心軸１と角度をなす形状を有する。なお、拡張回転自由曲面については後記する。

前群３の透過光学素子２はこのように拡張回転自由曲面からなる少なくとも１面の透過面２１、２２を有し、かつ、中心軸１と交差する近傍においてその透過面２１、２２の法線が中心軸１と角度をなす形状を有するので、中心軸１を含む断面（メリジオナル断面）では、強い楔効果により中心軸１に対して周辺の像からの光束を後群４の前方（中心軸１に沿った方向）の像からの光束に変換する。後群４は前群３により画角の変換された前方の像（実像又は虚像）を像面７に輪帯状の像として投影する光学系として作用する。

画角を変換する画角変換素子としての前群３の透過光学素子２は、中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる形状の略楔型の形状を中心軸１の周りで回転させて得られる形状であることが重要である。この楔型形状の屈折作用が中心軸１を回転中心として回転対称に配置されていることにより、中心軸１と略直交する方向からくる光束を後群４に無理なく導くことが可能となる。

一方、従来の魚眼レンズ等では、同様の強い負のメニスカス形状のレンズを第１面に配置して同様の効果を得ていたが、中心軸１上の結像性能が特に必要でない場合には、面の形状は中心軸１近傍で連続である必要はなく、不連続にした方が周辺の屈折作用が得やすくなる。

そこで、本実施例では、２つの透過面２１、２２共に中心軸１位置で不連続な面として構成している。

また、透過光学素子２の像側に中心軸と同軸の開口絞り５と正のパワーを有する光学系（後群４）を配置することにより、開口絞り５により制限された光束しか後群４に入射することがなく、コントラストの良い映像を撮像又は投影することが可能となる。

さらに好ましくは、コマ収差の発生を少なくするために、透過光学素子２の２つの透過面２１、２２を共に開口絞り５に対して凹面を向けた面形状に構成することが重要である。

さらに好ましくは、透過面２１、２２の中心軸１近傍の領域は、図４に示すように、相互に平行面２３、２４等の不連続な光学面とすることにより、中心軸１方向の映像も像面７に結像させて撮像することが可能となる。

さらに好ましくは、画角中心から開口絞り５中心を通る光線を主光線１０とするとき、最も物体側の透過光学素子２の第１透過面２１に主光線１０が当たる点と、第２透過面２２に主光線１０が当たる点での２面の接線がなす角度をθ（°）とするとき、
１°＜θ＜９０° ・・・（１）
なる条件を満足することが好ましい。

上記条件式（１）の下限の１°を越えると、透過光学素子２での画角の変換量が小さくなり、広い周辺視野を得ることができない。また、上限の９０°を越えると、画角の変換量が大きくなりすぎ、色収差の発生が大きくなり、他の面で補正できなくなる。

さらに望ましくは、このように変換角が大きく必要な場合は、本発明に基づく透過光学素子を２組以上用いることが好ましい。

さらに好ましくは、
１０°＜θ＜６０° ・・・（１−１）
なる条件を満足することが好ましい。

後記の実施例１〜７のθの値は次のようになる。

実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ 実施例７
θ 44.60° 45.79° 58.62° 34.215 ° 33.667 ° 30.962 ° 25.8923°
さらに好ましくは、正のパワーを有する後群４は、中心軸１と同心で回転対称な光学系により構成することにより、透過光学素子２を一般の光学系のアタッチメント光学系として使うことも可能となる。

さらに好ましくは、透過光学素子２は強い楔作用を有するために、分散の少ないガラス材料で製作することが望ましいしいが、分散の少ない（アッベ数の大きい）ガラスは屈折率も比較的低く、収差補正上透過光学素子２で発生する色収差が大きくなってしまう。このような場合、透過光学素子２で発生する色収差を後群４で補正することにより解像力を上げることが可能となる。また、透過光学素子２で主に発生する色収差は倍率の色収差なので、撮像光学系の場合は、電子的に撮像した画像の大きさを補正したり、投影光学系の場合は、表示素子上の映像の大きさを色毎に予め補正することによって、全体として色収差の少ない解像力の高い映像とすることが可能である。

さらに好ましくは、本実施例では、回転対称な面形状により楔効果を得ているが、これに限らず、ＨＯＥ、ＤＯＥ、不均質媒体、フレネルレンズ等の光線（電磁波）を屈曲させる作用を持つ透過面で実現でき、その際、屈折作用を中心軸１近傍で不連続に設定することが重要であり、入射する光線と中心軸１がなす角度を大から小に変換する作用を有する面であれば如何なる面でも可能である。

さらに、このような透過光学素子２と、中心軸１と同軸に配置された開口絞り５、同軸の正のパワーを有し集光作用のある後群４から構成されているものである。

さらに好ましくは、透過光学素子２の透過面２１、２２では、サジタル断面（メリジオナル断面に直交しかつ主光線１０を含む断面）とメリジオナル断面でパワーが異なる面となるので、非点収差が発生する。この発生した非点収差は回転対称な非点収差であるが、回転対称系で発生するような素直な非点収差ではない。そこで、この非点収差を補正する作用を持つ非球面を像面７近傍に配置することが望ましい。

さらに好ましくは、非点収差を補正する面は、サジタル断面とメリジオナル断面でパワーが異なる拡張回転自由曲面を像面付近に配置することが好ましい。

さらに、透過光学素子２の透過面２１、２２は、対称面を持たない任意形状の曲線を中心軸１の周りで回転させて形成される回転対称な面形状を使うことにより、画角周辺部分の歪みを補正することが可能となる。

さらに、前群３の少なくとも最も物体側の前記透過光学素子２は、中心軸１上からの光線を遮光する遮光部材を備えていることが望ましい。透過光学素子２の中心軸１上近傍には物体面６からの結像光は入射しないので、この位置を遮光部材で遮光することで、フレア光等の不要な光の光学系への入射を防止することができる。

さらに好ましくは、この曲線は奇数次項を含む任意形状の曲線であることが望ましい。この奇数次項により画角中心に対して上下非対称な形状を与えることが可能であり、収差補正上好ましい。

以下に、本発明の光学系の実施例１〜７をより詳しく説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例の構成パラメータは、例えば図１に示すように、物体面６から前群３と後群４を経て像面７に至る順光線追跡の結果に基づくものである。

座標系は、順光線追跡において、例えば図１に示すように、主光線１０が物体面６と交差する点を回転対称軸（中心軸）１に投影した点（実施例１、２）、あるいは、主光線１０が透過光学素子２の第１の透過面２１と交差する点を回転対称軸（中心軸）１に投影した点（実施例３〜７）を偏心光学系の偏心光学面の原点とし、回転対称軸（中心軸）１の像面７から離れる方向をＹ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の紙面内のいま考えている物体側と反対側の方向をＺ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点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。

なお、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、上記光学系の原点からの偏心量で表わす。

なお、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、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＋・・・・＋Ｃ_n+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Ｚ正方向に距離Ｒ（負のときはＺ負方向）だけ平行移動し、その後にＹ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−Ｚ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。

この定義からＹ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。

そして、本発明の光学系においては、前群３の少なくとも１面の透過面は、このような拡張回転自由曲面とすることが望ましい。少なくとも１面の透過面にこのような面形状を持たせることにより、メリジオナル断面内で前群３に強い強い楔作用を持たせることができ、広画角な映像を撮影したり投影することができるようになる。

実施例１の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１に示す。

この実施例の光学系は、中心軸１の周りで回転対称で、屈折率が１より大きな透明媒体製の透過光学素子２からなる前群３と、前群３より像面７側に配置され、２群２枚からなるレンズ系からなり、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４とからなり、前群３と後群４の間に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなっており、透過光学素子２の第１透過面２１は、中心軸１を含む断面において、中心軸１から離れた位置に中心を持つ円弧からなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる尖がり形状の拡張回転自由曲面から形成し、第２透過面２２も同様に中心軸１から離れた位置に中心を持つ円弧からなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる尖がり形状の拡張回転自由曲面から形成し、第１透過面２１、第２透過面２２共に、開口絞り５に対して凹面を向けた面形状をしている。そして、何れの透過面２１、２２も中心軸１と透過面２１、２２が交差する近傍において、透過面２１、２２の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっていて、中心軸１を含む断面において、中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。

そして、この実施例においては、物体面６は、中心軸１と同心の外円筒面１１、内円筒面１２からなり、この実施例の光学系の保護用の透明円筒体８の外円筒面１１に一致している。

後群４は、平凸正レンズＬ１と、凸平正レンズＬ２とからなり、開口絞り５は平凸正レンズＬ１の直前に配置されている。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。

なお、この実施例において、透明円筒体８と平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、円筒状の物体面６の±４ｍｍの広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な透過光学素子２と絞り５と後群４のレンズ系を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例１の仕様は、
物体高 ±４ｍｍ
開口数（ＮＡ） ０．１
像の大きさ φ０．２６〜φ１．６４ｍｍ
である。

図２に、この実施例の光学系の横収差を示す。この横収差図において、中央に示された数字は、相対物体高を示し、その物体高における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。以下、実施例２も同じ。

また、図３に、この実施例のメリジオナル断面における物体高（ｍｍ）と像高（ｍｍ）の関係を図３に示す。図中、線形の直線は物体高と像高が線形の関係にある場合を示す。以下、実施例２も同じ。

実施例２の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図５に示す。

この実施例の光学系は、基本的には実施例１の光学系と同様であるが、透過光学素子２の中心に穴１３が設けられている光学系であり、中心軸１の周りで回転対称で、屈折率が１より大きな透明媒体製の透過光学素子２からなる前群３と、前群３より像面７側に配置され、２群２枚からなるレンズ系からなり、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４とからなり、前群３と後群４の間に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなっており、透過光学素子２の第１透過面２１は、中心軸１を含む断面において、中心軸１から離れた位置に中心を持つ円弧からなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる尖がり形状の拡張回転自由曲面から形成し、第２透過面２２も同様に中心軸１から離れた位置に中心を持つ円弧からなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる尖がり形状の拡張回転自由曲面から形成し、第１透過面２１、第２透過面２２共に、開口絞り５に対して凹面を向けた面形状をしている。そして、何れの透過面２１、２２も中心軸１と透過面２１、２２が交差する近傍において、透過面２１、２２の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっていて、中心軸１を含む断面において、中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。また、透過面２１と透過面２２は中心軸１近傍において交差し、中心軸１を中心とする穴１３が真ん中に形成されているものである。

そして、この実施例においては、物体面６は、中心軸１と同心の外円筒面１１、内円筒面１２からなり、この実施例の光学系の保護用の透明円筒体８の外円筒面１１に一致している。

後群４は、平凸正レンズＬ１と、凸平正レンズＬ２とからなり、開口絞り５は平凸正レンズＬ１の直前に配置されている。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。

なお、この実施例において、透明円筒体８と平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、円筒状の物体面６の±２ｍｍの広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な透過光学素子２と絞り５と後群４のレンズ系を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例２の仕様は、
物体高 ±２．００ｍｍ
開口数（ＮＡ） ０．０１
像の大きさ φ０．４５〜φ１．２６ｍｍ
である。

図６に、この実施例の光学系の図２と同様の横収差を示す。

また、図７に、この実施例のメリジオナル断面における物体高（ｍｍ）と像高（ｍｍ）の関係を示す。

この実施例において、透過光学素子２の第２の透過面２２は中心軸１と平行に配置され、かつ、中心軸１に直交する平面に対して面対称な形状に構成されている。

図８にこの実施例２の変形例の断面図を示す。中心軸１に直交する平面に対して面対称に本実施例の光学系を２つ配置し、その際、一方の光学系の透過光学素子２と他方の光学系の透過光学素子２’とを１つの共通の透過光学素子２０として構成し、その透過光学素子２０の中心軸１に沿う方向の上下にそれぞれの後群４、４’と像面７、７’を配置し、共通の透明円筒体８の外円筒面に一致して上下に並列して位置する物体面６、６’の画像をそれぞれの像面７、７’に結像させる実施例であり、広い物体面を同時に撮像可能にする実施例である。

図９にこの実施例２の別の変形例の断面図を示す。この実施例は、この実施例の光学系の前群３と後群４の間に中心軸１に直交する平面鏡１４を配置して光路を折り返すようにし、透過光学素子２の中心に穴１３内に後群４と像面７を配置するようにして、全体の寸法をより小型にした実施例である。

実施例３の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１０に示す。

この実施例の光学系は、透過光学素子２の第１透過面２１を中心軸１上に中心を有する凸の球面で構成し、第２透過面２２のみを高次項を持つ曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる尖がり形状の拡張回転自由曲面から構成し、かつ、後群４を２群４枚のレンズ構成にした光学系であり、中心軸１の周りで回転対称で、屈折率が１より大きな透明媒体製の透過光学素子２からなる前群３と、前群３より像面７側に配置され、２群４枚からなるレンズ系からなり、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４とからなり、前群３と後群４の間に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなっており、透過光学素子２の第１透過面２１は、中心軸１上に中心を有し、Ｙ軸正方向に凸面を向けた球面で形成し、第２透過面２２は球面項にＹの３次項と４次項を加えてなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる尖がり形状の拡張回転自由曲面から形成し、第１透過面２１、第２透過面２２共に、開口絞り５に対して凹面を向けた面形状をしている。そして、第２透過面２２は中心軸１と交差する近傍において、その透過面２２の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっており、中心軸１を含む断面において、透過光学素子２は中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。

そして、この実施例においては、物体面６は−Ｚ軸方向無限遠に設定されている。

後群４は、平凹負レンズＬ１と両凸正レンズＬ２の接合レンズと、両凸正レンズＬ３と凹平負レンズＬ４の接合レンズとからなり、開口絞り５は平凹負レンズＬ１の直前に配置されている。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。なお、この実施例において、平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、無限遠の画角範囲６５°の広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な透過光学素子２と絞り５と後群４のレンズ系を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例３の仕様は、
画角範囲 ６５°（中心画角３２．５°）
入射瞳径 ０．１６ｍｍ
像の大きさ φ０．２０〜φ０．９１ｍｍ
である。

図１１に、この実施例の光学系の横収差を示す。この横収差図において、中央に示された角度は、中心軸１に直交する平面から測った画角を示し、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。以下、実施例４〜７も同じ。

また、図１２に、この実施例のメリジオナル断面における画角（°）と像高（ｍｍ）の関係を示す。図中、線形の直線は画角と像高が線形の関係にある場合を示す。以下、実施例４〜７も同じ。

なお、この実施例において、透過面２１、２２の中心軸１近傍の領域に、別の光学面、光学系を導入することにより、中心軸１方向の映像も像面７に結像させて撮像することが可能となり、より広い画角の映像を撮像することが可能となる。

実施例４の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１３に示す。

この実施例の光学系は、前群３として屈折率が１より大きな透明媒体製の２個の透過光学素子２₁ 、２₂ を用いるようにした光学系である。透過光学素子２₁ の第１透過面２１₁ 、第２透過面２２₁ 、透過光学素子２₂ の第１透過面２１₂ 、第２透過面２２₂ は何れも高次項を持たない球面項のみの曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる拡張回転自由曲面、すなわち、中心軸１を回転対称軸とするトーリック面から構成している。透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも主光線１０が入射する位置で中心軸１を含む断面内で物体側に凸面を向けた形状をしている。また、前群３より像面７側に配置され、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４は、４群７枚のレンズ構成となっている。そして、前群３と後群４の間に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されている。

そして、前群３の透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも中心軸１と交差する近傍において、それら透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっており、中心軸１を含む断面において、透過光学素子２₁ 、２₂ は中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。

そして、この実施例においては、物体面６は−Ｚ軸方向無限遠に設定されている。

後群４は、両凹負レンズＬ１と両凸正レンズＬ２の接合レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４との接合レンズと、両凸正レンズＬ５と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と両凸正レンズＬ７との接合レンズとからなり、開口絞り５は両凹負レンズＬ１の直前に配置されている。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。なお、この実施例において、平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、無限遠の画角範囲９０°の広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な前群３と絞り５と後群４を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例４の仕様は、
画角範囲 ９０°（中心画角０°）
入射瞳径 ０．１３１ｍｍ
像の大きさ φ０．２０４〜φ１．９８９ｍｍ
である。

図１４に、この実施例の光学系の横収差を示す。

また、図１５に、この実施例のメリジオナル断面における画角（°）と像高（ｍｍ）の関係を示す。

なお、この実施例において、物体側の透過光学素子２₁ の中心軸１近傍の領域に、中心軸１近傍からの光線を遮光する遮光部材２６を配置することにより、中心軸１近傍から発する不要な光が光学系へ入ってフレア等を発生させることを防止することができる。

実施例５の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１６に示す。

この実施例の光学系は、前群３として屈折率が１より大きな透明媒体製の２個の透過光学素子２₁ 、２₂ を用いるようにした光学系である。透過光学素子２₁ の第１透過面２１₁ 、第２透過面２２₁ 、透過光学素子２₂ の第１透過面２１₂ 、第２透過面２２₂ は何れも高次項を持たない球面項のみの曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる拡張回転自由曲面、すなわち、中心軸１を回転対称軸とするトーリック面から構成している。透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも主光線１０が入射する位置で中心軸１を含む断面内で物体側に凸面を向けた形状をしている。また、前群３より像面７側に配置され、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４は、６群９枚のレンズ構成となっている。そして、後群４内部に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなる。

そして、前群３の透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも中心軸１と交差する近傍において、それら透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっており、中心軸１を含む断面において、透過光学素子２₁ 、２₂ は中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。

そして、この実施例においては、物体面６は−Ｚ軸方向無限遠に設定されている。

後群４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、開口絞り５と、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３の接合レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５との接合レンズと、両凸正レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と両凹負レンズＬ８との接合レンズと、両凸正レンズＬ９とからなる。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。なお、この実施例において、平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、無限遠の画角範囲９０°の広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な前群３と後群４を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例５の仕様は、
画角範囲 ９０°（中心画角０°）
入射瞳径 ０．０８０ｍｍ
像の大きさ φ０．２４１〜φ２．０２４ｍｍ
である。

図１７に、この実施例の光学系の横収差を示す。

また、図１８に、この実施例のメリジオナル断面における画角（°）と像高（ｍｍ）の関係を示す。

なお、この実施例において、物体側の透過光学素子２₁ の中心軸１近傍の領域に、中心軸１近傍からの光線を遮光する遮光部材２６を配置することにより、中心軸１近傍から発する不要な光が光学系へ入ってフレア等を発生させることを防止することができる。

実施例６の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図１９に示す。

この実施例の光学系は、前群３として屈折率が１より大きな透明媒体製の２個の透過光学素子２₁ 、２₂ を用いるようにした光学系である。透過光学素子２₁ の第１透過面２１₁ 、第２透過面２２₁ 、透過光学素子２₂ の第１透過面２１₂ 、第２透過面２２₂ は何れも球面項に円錐定数とＹの３次項を加えてなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる拡張回転自由曲面から構成している。透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも主光線１０が入射する位置で中心軸１を含む断面内で物体側に凸面を向けた形状をしている。また、前群３より像面７側に配置され、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４は、６群１０枚のレンズ構成となっている。そして、後群４内部に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなる。

そして、前群３の透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも中心軸１と交差する近傍において、それら透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっており、中心軸１を含む断面において、透過光学素子２₁ 、２₂ は中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。

そして、この実施例においては、物体面６は−Ｚ軸方向無限遠に設定されている。

後群４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、開口絞り５と、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３の接合レンズと、両凸正レンズＬ４と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５との接合レンズと、両凸正レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ８との接合レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ９と像側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１０との接合レンズとからなる。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。なお、この実施例において、平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、無限遠の画角範囲９０°の広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な前群３と後群４を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例６の仕様は、
画角範囲 ９０°（中心画角０°）
入射瞳径 ０．０９７ｍｍ
像の大きさ φ０．１５６〜φ２．００９ｍｍ
である。

図２０に、この実施例の光学系の横収差を示す。

また、図２１に、この実施例のメリジオナル断面における画角（°）と像高（ｍｍ）の関係を示す。

なお、この実施例において、物体側の透過光学素子２₁ の中心軸１近傍の領域に、中心軸１近傍からの光線を遮光する遮光部材２６を配置することにより、中心軸１近傍から発する不要な光が光学系へ入ってフレア等を発生させることを防止することができる。

この実施例においては、球面項に円錐定数とＹの３次項を加えてなる曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる拡張回転自由曲面を透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ に使用している。特にＹの３次項は中心主光線主光線１０に対して上下で非対称な形状を現す項であり、像歪みの補正上好ましい結果を得ることが可能となっている。

実施例７の光学系の中心軸（回転対称軸）１に沿ってとった断面図を図２２に示す。

この実施例の光学系は、前群３として屈折率が１より大きな透明媒体製の２個の透過光学素子２₁ 、２₂ を用いるようにした光学系である。透過光学素子２₁ の第１透過面２１₁ 、第２透過面２２₁ 、透過光学素子２₂ の第１透過面２１₂ 、第２透過面２２₂ は何れも高次項を持たない球面項のみの曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる拡張回転自由曲面、すなわち、中心軸１を回転対称軸とするトーリック面から構成している。透過面２１₁ 、２２₁ 、２２₂ は何れも主光線１０が入射する位置で中心軸１を含む断面内で物体側に凸面を向けた形状をしている。また、透過面２１₂ 主光線１０が入射する位置で中心軸１を含む断面内で物体側に凹面を向けた形状をしている。また、前群３より像面７側に配置され、中心軸１の周りで回転対称で正パワーを持つ後群４は、６群９枚のレンズ構成となっている。そして、後群４内部に開口絞り５が中心軸１と同軸に配置されてなる。

そして、前群３の透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ は何れも中心軸１と交差する近傍において、それら透過面２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ の法線が中心軸１と角度をなすような形状になっており、中心軸１を含む断面において、透過光学素子２₁ 、２₂ は中心軸１から周辺に向かうにつれメリジオナル断面の厚さが厚くなる略楔型の形状をしている。

そして、この実施例においては、物体面６は−Ｚ軸方向無限遠に設定されている。

後群４は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、開口絞り５と、両凹負レンズＬ２と両凸正レンズＬ３の接合レンズと、両凸正レンズＬ４と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５との接合レンズと、両凸正レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ８との接合レンズと、両面共球面項のみの曲線を中心軸１を回転対称軸として回転させて得られる拡張回転自由曲面、すなわち、中心軸１を回転対称軸とするトーリック面からなる正パワーのレンズＬ９とからなる。そして、この光学系の像面７は平行平板９の裏面に一致している。なお、この実施例において、平行平板９は省いてもよい。

このような構成であるので、無限遠の画角範囲９０°の広い画角の物体の画像が、中心軸１の周りで回転対称な前群３と後群４を経て、中心軸１に垂直な平面状の像面７に輪帯状に結像される。

この実施例７の仕様は、
画角範囲 ９０°（中心画角０°）
入射瞳径 ０．０８３ｍｍ
像の大きさ φ０．２９３〜φ２．０４１ｍｍ
である。

図２３に、この実施例の光学系の横収差を示す。

また、図２４に、この実施例のメリジオナル断面における画角（°）と像高（ｍｍ）の関係を示す。

なお、この実施例において、物体側の透過光学素子２₁ の中心軸１近傍の領域に、中心軸１近傍からの光線を遮光する遮光部材２６を配置することにより、中心軸１近傍から発する不要な光が光学系へ入ってフレア等を発生させることを防止することができる。

この実施例では、後群４にも拡張回転自由曲面を配置しており、特に非点収差の補正が可能となっている。

以上の実施例３〜７での物点は無限遠であるが、より近くの物点に対しては、像面７の位置を中心軸１方向にずらすことによって撮像可能なことは言うまでもない。

以下に、上記実施例１〜７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 ＥＲＦＳ[1] 偏心(1)
1 ＥＲＦＳ[1] 偏心(1) 1.5163 64.1
2 ＥＲＦＳ[2] 偏心(2)
3 ＥＲＦＳ[3] 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ＥＲＦＳ[4] 偏心(4)
5 ∞（絞り） 0.03 偏心(5)
5 ∞ 0.90 1.7880 47.3
6 -1.00 0.10
7 1.70 0.62 1.7880 47.3
8 ∞ 0.35
9 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.00
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1] ＲＹ ∞
θ 0.00
Ｒ -5.50
ＥＲＦＳ[2] ＲＹ ∞
θ 0.00
Ｒ -4.50
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ 12.22
θ -64.66
Ｒ -2.01
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ 5.23
θ -20.06
Ｒ -0.70
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.41 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -3.85 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -5.34 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。

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 ＥＲＦＳ[1]
1 ＥＲＦＳ[1] 偏心(1) 1.5163 64.1
2 ＥＲＦＳ[2] 偏心(2)
3 ＥＲＦＳ[3] 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ＥＲＦＳ[4] 偏心(4)
5 ∞（絞り） 0.03 偏心(5)
6 ∞ 0.90 1.7880 47.3
7 -1.00 0.10
8 1.70 0.62 1.7880 47.3
9 ∞ 0.29
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1] ＲＹ ∞
θ 0.00
Ｒ -5.50
ＥＲＦＳ[2] ＲＹ ∞
θ 0.00
Ｒ -4.50
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ 5.41
θ -45.79
Ｒ -3.17
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 19.38
θ 0.00
Ｒ -1.29
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ -1.13 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.48 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -4.95 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。

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 ∞ 偏心(1) 1 7.91 偏心(2) 1.5163 64.1
2 ＥＲＦＳ[1] 偏心(3)
3 ∞（絞り） 0.03 偏心(4)
4 ∞ 0.30 1.8052 25.4
5 0.99 0.60 1.4875 70.4
6 -0.69 0.10
7 1.04 0.80 1.7440 44.9
8 -0.84 0.30 1.8052 25.4
9 ∞ 0.16
10 ∞ 0.40 1.5163 64.1
11 ∞ 0.00
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 1.40
θ -20.82
Ｒ -0.73
Ｃ₄ 9.5407 ×10^-2
Ｃ₅ -1.6486 ×10^-2
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -∞
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.16 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ -1.06 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -3.05 Ｚ 0.00
α -90.00 β 0.00 γ 0.00 。

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 ∞ 偏心(1) 1 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
2 ＥＲＦＳ[2] 偏心(3)
3 ＥＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
4 ＥＲＦＳ[4] 偏心(5)
5 ∞（絞り） 0.030 偏心(6)
6 -2.779 0.200 1.6146 46.4
7 0.819 0.600 1.6234 59.7
8 -0.795 0.151
9 -7.419 0.800 1.6968 49.1
10 -0.802 0.300 1.8467 23.8
11 -3.004 0.050
12 3.700 0.800 1.4970 81.5
13 -3.058 0.050
14 2.429 0.300 1.8467 23.8
15 1.200 1.000 1.6414 56.5
16 -14.857 0.321
17 ∞ 0.400 1.5163 64.1
18 ∞ 0.000
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 2.812
θ -62.791
Ｒ -1.758
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 1.786
θ -28.577
Ｒ -1.002
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ 2.136
θ -70.230
Ｒ -0.450
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ 0.559
θ -43.461
Ｒ -0.302
偏心(1)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -∞
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(2)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(3)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.524 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(4)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.991 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(5)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.200 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(6)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.858 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000 。

5 ∞（絞り） 0.030 偏心(6)
6 -2.779 0.200 1.6146 46.4
7 0.819 0.600 1.6234 59.7
実施例５
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 偏心(1) 1 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
2 ＥＲＦＳ[2] 偏心(3) 3 ＥＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
4 ＥＲＦＳ[4] 偏心(5) 5 5.234 0.103 偏心(6) 1.4880 70.3
6 0.400 0.206 7 ∞（絞り） 0.100 8 -5.004 0.200 1.6302 47.6
9 1.206 0.600 1.6212 40.8
10 -0.757 0.290 11 -22.554 0.800 1.7050 47.8
12 -0.917 0.300 1.8467 23.8
13 -2.538 0.050 14 12.200 0.600 1.5011 63.1
15 -2.750 0.050 16 2.492 1.000 1.5966 60.8
17 -1.261 0.300 1.8467 23.8
18 1.982 0.267 19 1.838 1.000 1.4877 70.3
20 -2.787 0.100 21 ∞ 0.400 1.5163 64.1
22 ∞ 0.000
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 2.948
θ -60.333
Ｒ -1.843
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 2.061
θ -26.667
Ｒ -1.041
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ 1.684
θ -71.813
Ｒ -0.501
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ 0.432
θ -45.199
Ｒ -0.315
偏心(1)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -∞
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(2)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(3)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.536 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(4)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.951 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(5)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.213 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(6)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.600 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000 。

実施例６
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ 偏心(1) 1 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
2 ＥＲＦＳ[2] 偏心(3)
3 ＥＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
4 ＥＲＦＳ[4] 偏心(5)
5 2.908 0.200 偏心(6) 1.5163 64.1
6 0.387 0.200
7 ∞（絞り） 0.100
8 -4.520 0.200 1.6764 31.7
9 1.391 0.600 1.6436 37.5
10 -0.759 0.635
11 8.819 0.800 1.7412 45.0
12 -1.073 0.300 1.8467 23.8
13 -5.075 0.050
14 62.541 0.600 1.4970 81.5
15 -5.306 0.050
16 4.493 1.000 1.6750 51.6
17 -1.426 0.300 1.8467 23.8
18 -10.502 0.103
19 4.823 0.300 1.6014 40.1
20 1.121 1.200 1.6183 60.3
21 426.799 0.130
22 ∞ 0.400 1.5163 64.1
23 ∞ 0.000
像 面 ∞
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 2.889
θ -60.517
Ｒ -2.023
Ｃ₁ -1.8603 ×10^-2
Ｃ₄ -2.3444 ×10^-3
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 1.581
θ -29.554
Ｒ -1.084
Ｃ₁ -2.9790 ×10^-1
Ｃ₄ -7.2760 ×10^-2
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ 1.565
θ -72.421
Ｒ -0.525
Ｃ₁ -8.1208 ×10^-1
Ｃ₄ -1.2750 ×10^-3
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ 0.490
θ -45.951
Ｒ -0.361
Ｃ₁ 2.5646 ×10^-2
Ｃ₄ -2.7849 ×10^-1
偏心(1)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -∞
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(2)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(3)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.611 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(4)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.021 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(5)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.247 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(6)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.627 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000 。

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 ∞ 偏心(1) 1 ＥＲＦＳ[1] 偏心(2) 1.8830 40.7
2 ＥＲＦＳ[2] 偏心(3)
3 ＥＲＦＳ[3] 偏心(4) 1.8830 40.7
4 ＥＲＦＳ[4] 偏心(5)
5 3.542 0.326 偏心(6) 1.5025 62.2
6 0.368 0.159
7 ∞（絞り） 0.100
8 -1.448 0.200 1.6824 36.7
9 1.657 0.600 1.6709 34.6
10 -0.723 0.655
11 31.831 0.900 1.6758 49.9
12 -1.046 0.300 1.8467 23.8
13 -4.841 0.050
14 32.179 0.800 1.4878 70.2
15 -1.998 0.050
16 3.189 0.900 1.4955 65.7
17 -2.104 0.300 1.8467 23.8
18 -26.406 *0.676
19 ＥＲＦＳ[5] 偏心(7) 1.6426 37.1
20 ＥＲＦＳ[6] 偏心(8)
21 ∞ 0.400 1.5163 64.1
22 ∞ 0.000
像 面 ∞
（＊）１８面の面間隔0.676 は、１８面と２１面の面間隔
ＥＲＦＳ[1]
ＲＹ 3.636
θ -61.252
Ｒ -1.960
ＥＲＦＳ[2]
ＲＹ 3.583
θ -35.359
Ｒ -1.305
ＥＲＦＳ[3]
ＲＹ -8.819
θ -43.922
Ｒ -0.759
ＥＲＦＳ[4]
ＲＹ 0.929
θ -20.488
Ｒ -0.512
ＥＲＦＳ[5]
ＲＹ 3.544
θ -100.214
Ｒ 0.737
ＥＲＦＳ[6]
ＲＹ 1.293
θ - 89.033
Ｒ 0.676
偏心(1)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ -∞
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(2)
Ｘ 0.000 Ｙ 0.000 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(3)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.435 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(4)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.776 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(5)
Ｘ 0.000 Ｙ -0.966 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(6)
Ｘ 0.000 Ｙ -1.345 Ｚ 0.000
α -90.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(7)
Ｘ 0.000 Ｙ -7.368 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000
偏心(8)
Ｘ 0.000 Ｙ -8.209 Ｚ 0.000
α 0.000 β 0.000 γ 0.000 。

以上の実施例１、２では、透過光学素子２の第１透過面２１、第２透過面２２に円弧からなる曲線を中心軸１の周りで回転させて得られる面を用いていたが、実施例３の第２透過面２２と同様に、高次項を有する円弧状の曲線を中心軸１の周りで回転させて得られる拡張回転自由曲面を用いてもよく、さらには任意の曲面に置き換えることも容易である。同様に、実施例４、５、７では、透過光学素子２₁ 、２₂ の各２つの透過面に円弧からなる曲線を中心軸１の周りで回転させて得られる面を用いていたが、実施例６の透過光学素子２₁ 、２₂ と同様に、高次項を有する円弧状の曲線を中心軸１の周りで回転させて得られる拡張回転自由曲面を用いてもよく、さらには任意の曲面に置き換えることも容易である。

さらに、本発明の光学系では、前群３のさらに物体側に１つのＹトーリックレンズ（レンズ面が中心軸１を回転対称軸とするトーリック面からなるレンズ）を付加し、このレンズも中心軸１に対して回転対称な面で構成することが可能である。このレンズは、サジタル方向には同心円のパワーを有さないレンズとなり、メリジオナル断面では負のパワーを有するようにすることにより、メリジオナル断面方向の画角をより大きく取ることが可能となる。

さらに好ましくは、このレンズはメリジオナル断面では物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズで構成することにより、像歪の発生を最小にすることが可能となり、良好な収差補正が可能となる。

さらに、本発明の光学系物体側には、１つのメニスカス負レンズに限らず、２枚又は３枚のメニスカスレンズで配置することにより、より像歪の発生を小さくすることが可能である。

また、本発明の透過光学素子２、２₁ 、２₂ 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、その透過光学素子２を中心軸１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１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。

以下に、本発明の光学系の適用例として、広画角撮影光学系４１の使用例を説明する。図２５は、内視鏡先端の撮影光学系として本発明による広画角撮影光学系４１を用いた例を示すための図であり、図２５（ａ）は、硬性内視鏡５１の先端４１に本発明による広画角撮影光学系４１を取り付けて３６０°全方位の広画角画像を撮像観察する例である。図２５（ｂ）にその先端の概略の構成を示す。この例では、図８の共通の透過光学素子２０を用いて実施例２の光学系を２つ配置してなる光学系を用いており、硬性内視鏡５１の先端４１のカバーに３６０°全周にわたる窓２５を設け、その窓２５周辺の物体を像面７、７’に配置した撮像素子で撮像している。また、図２５（ｃ）は、軟性電子内視鏡５２の先端に本発明による広画角撮影光学系４１を同様に取り付けて、表示装置５３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。

図２６は、カプセル内視鏡５４の撮影光学系として本発明による広画角撮影光学系４１を用いた例を示すための図であり、カプセル内視鏡５４の側面の透明円筒体８に密接する腸壁等の３６０°全方位の広画角画像をこの広画角撮影光学系４１で撮像観察するものである。この例では、図８の共通の透過光学素子２０を用いて実施例２の光学系を２つ配置してなる光学系を用いており、透明円筒体８がカプセル内視鏡５４の側面の透明カバーを構成している。

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。 実施例１の光学系の横収差図である。 実施例１のメリジオナル断面における物体高と像高の関係を示す図である。 実施例１の透過光学素子の変形例を示す断面図である。 本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例２の光学系の横収差図である。 実施例２のメリジオナル断面における物体高と像高の関係を示す図である。 実施例２の変形例の断面図である。 実施例２の別の変形例の断面図である。 本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例３の光学系の横収差図である。 実施例３のメリジオナル断面における画角と像高の関係を示す図である。 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。 実施例４の光学系の横収差図である。 実施例４のメリジオナル断面における画角と像高の関係を示す図である。 本発明の実施例５の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例５の光学系の横収差図である。 実施例５のメリジオナル断面における画角と像高の関係を示す図である。 本発明の実施例６の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例６の光学系の横収差図である。 実施例６のメリジオナル断面における画角と像高の関係を示す図である。 本発明の実施例７の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。 実施例７の光学系の横収差図である。 実施例７のメリジオナル断面における画角と像高の関係を示す図である。 内視鏡先端の撮影光学系として本発明による広画角撮影光学系を用いた例を示すための図である。 カプセル内視鏡の撮影光学系として本発明による広画角撮影光学系を用いた例を示すための図である。

符号の説明

１…中心軸（回転対称軸）
２、２’、２₁ 、２₂ …透過光学素子
３…前群
４、４’…後群
５…開口絞り
６、６’…物体面
７、７’…像面
８…透明円筒体
９…平行平板
１０…主光線
１１…外円筒面
１２…内円筒面
１３…穴
２０…透過光学素子
２１、２２、２１₁ 、２２₁ 、２１₂ 、２２₂ …透過面
２３、２４…平行面
２５…窓
２６…遮光部材
４１…広画角撮影光学系（硬性内視鏡の先端）
５１…硬性内視鏡
５２…軟性電子内視鏡
５３…表示装置
５４…カプセル内視鏡
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０…レンズ

Claims (12)

1. 中心軸の周りで回転対称な透過面を２面有し、屈折率が１より大きな透明媒体からなる透過光学素子において、少なくとも１面の透過面は、中心軸と前記透過面が交差する近傍において、前記透過面の法線が中心軸と角度をなす形状を有することを特徴とする透過光学素子。
2. 中心軸の周りの物体を中心軸に直交する平面の像面に結像させる結像系であって、中心軸の周りで回転対称な前群と、中心軸の周りで回転対称で正パワーを有する後群とを備え、前記前群は、中心軸の周りで回転対称な透過面を２面有する屈折率が１より大きな透明媒体からなる透過光学素子を少なくとも１個備え、前記透過光学素子の前記透過面の少なくとも１面は、中心軸と交差する近傍において、前記透過面の法線が中心軸と角度をなす形状を有することを特徴とする光学系。
3. 前記前群と前記後群の間あるいは前記後群の中に中心軸に同軸に配置された開口を備えていることを特徴とする請求項２記載の光学系。
4. 前記透過光学素子の前記透過面は何れも前記開口に対して凹面を向けた面形状を有すること特徴とする請求項３記載の光学系。
5. 中心軸に沿った方向の画角中心から前記開口中心を通る光線を主光線とするとき、前記前群の最も物体側の前記透過光学素子の第１の透過面に主光線が当たる点と第２の透過面に主光線が当たる点での２面の接線がなす角度をθ（°）とするとき、
   １°＜θ＜９０° ・・・（１）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項３又は４記載の光学系。
6. 前記前群の少なくとも最も物体側の前記透過光学素子は、中心軸上からの光線を遮光する遮光部材を備えていることを特徴とする請求項２から５の何れか１項記載の光学系。
7. 前記後群は中心軸と同心の回転対称光学系からなることを特徴とする請求項２から６の何れか１項記載の光学系。
8. 前記正パワーを有する後群は、前記前群により発生する倍率の色収差を補正することを特徴とする請求項２から７の何れか１項記載の光学系。
9. 円筒状又は球状の３６０°全周の映像を前記像面に配置した２次元撮像素子に結像することを特徴とする請求項２から８の何れか１項記載の光学系。
10. 中心軸と交差する近傍において法線が中心軸と角度をなす形状の前記透過面は、対称面を持たない任意形状の曲線を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項２から９の何れか１項記載の光学系。
11. 中心軸と交差する近傍において法線が中心軸と角度をなす形状の前記透過面は、奇数次項を含む任意形状の曲線を中心軸の周りで回転させて形成される回転対称な形状を有することを特徴とする請求項２から１０の何れか１項記載の光学系。
12. 像面に配置された画像を物体面に投影する光学系として用いられることを特徴とする請求項２から１１の何れか１項記載の光学系。

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