光学系统.pdf

本发明涉及一种结构简单、能对摄影视场角宽广的映像进行摄像、小型、像差校正良好且分辨率良好的光学系统，其是一种将围绕中心轴(1)旋转对称的凹面状的物体面(4)在与中心轴正交的平面的像面(5)上成像的成像系统，该光学系统具有折射元件(3)，该折射元件由具有围绕中心轴(1)旋转对称且沿着物体面(4)的第1透射面(31)和围绕中心轴(1)旋转对称的第2透射面(32)的、折射率大于1的透明介质构成，在该光学系统中，来自物体面(4)的光束经由折射元件(3)成像于像面(5)上，第2透射面(32)将凹面朝向像面(5)侧，在偏离中心轴(1)的位置上且在包含中心轴(1)的剖面内具有负放大率。

权利要求书
1.  一种光学系统，是使围绕中心轴旋转对称的凹面状的物体面在与中心轴正交的平面的像面上成像的成像系统，该光学系统具有折射元件，该折射元件由折射率大于1且具有第1透射面和第2透射面的透明介质构成，上述第1透射面围绕中心轴旋转对称并沿着上述物体面，上述第2透射面围绕中心轴旋转对称，来自物体面的光束经由上述折射元件在像面上成像，该光学系统的特征在于，
上述第2透射面的凹面朝向像面侧，并且上述第2透射面在偏离中心轴的位置上且在包含中心轴的剖面内具有负放大率。

2.  根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，在中心轴与上述第2透射面相交的附近处，上述第2透射面的法线与中心轴形成有角度。

3.  根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，上述光学系统在上述折射元件的像面侧具有围绕中心轴旋转对称且具有正放大率的后组，来自物体面的光束依次经由上述折射元件与上述后组在像面上成像。

4.  根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，在上述折射元件与上述后组之间或者在上述后组之中具有与中心轴同轴配置的开口。

5.  根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，不使用在像面上成像的物体像的中心轴的附近部分。

6.  根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，对上述折射元件中产生的非点像差进行校正的非球面隔着上述开口配置在相反侧。

7.  根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，上述第2透射面由围绕中心轴旋转对称的复曲面构成。

8.  根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，上述第2透射面由围绕中心轴旋转对称的复曲面构成。

9.  根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，在中心轴与上述第1透射面相交的附近处，上述第1透射面的法线与中心轴形成有角度。

10.  根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，在中心轴与上述第1透射面相交的附近处，上述第1透射面的法线与中心轴形成有角度。

11.  根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，上述第2透射面由围绕中心轴旋转对称的球面构成。

12.  根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，上述第2透射面由围绕中心轴旋转对称的球面构成。

13.  一种内窥镜，其特征在于，该内窥镜具有权利要求7至12中任一项所述的光学系统。

14.  一种胶囊型内窥镜，其特征在于，该胶囊型内窥镜具有权利要求7至12中任一项所述的光学系统，将上述折射元件用于圆顶形状的透明罩中。

15.  根据权利要求7至12中任一项所述的光学系统，其特征在于，该光学系统用作将配置于像面上的图像投影到物体面上的光学系统。

说明书光学系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及使视场角较大的部分的物体像在平面环带状的像面上成像的物镜光学系统或摄像光学系统。
背景技术
以往，使用鱼眼镜头等广角光学系统来作为对视场角宽广的周边部进行摄像的装置。但是，进行宽视场角的摄像会导致光学系统构成数量的增加，从而难以应用到小型光学设备尤其是内窥镜和胶囊型内窥镜中。
以往，在专利文献1中提出了将胶囊型内窥镜前端的半球状的透明罩的内表面构成为圆锥面、从而使观察范围变为广角的方案，然而其原理并不明确。另外，在专利文献2中提出了将胶囊型内窥镜前端的透明罩前表面构成为圆锥面的方案。但是其并非使用该透明罩来实现视场角的拓宽。
[专利文献1]日本特开2001-174713号公报
[专利文献2]美国专利第5,604,531号说明书
发明内容
鉴于现有技术中的这种状况，本发明的目的在于提供一种结构简单、可以对摄影视场角宽广的映像进行摄像、小型、像差校正良好且分辨率良好的光学系统。
为达成上述目的，本发明的光学系统是使围绕中心轴旋转对称的凹面状的物体面在与中心轴正交的平面的像面上成像的成像系统，该光学系统具有折射元件，该折射元件由折射率大于1且具有第1透射面和第2透射面的透明介质构成，该第1透射面围绕中心轴旋转对称并沿着上述物体面，该第2透射面围绕中心轴旋转对称，来自物体面的光束经由上述折射元件在像面上成像，该光学系统的特征在于，上述第2透射面将凹面朝向像面侧，并且上述第2透射面在偏离中心轴的位置上且在包含中心轴的剖面内具有负放大率。
这种情况下，优选在中心轴与上述第2透射面相交的附近处，上述第2透射面的法线与中心轴形成有角度。
另外，优选上述第2透射面由围绕中心轴旋转对称的复曲面构成。
另外还可以构成为，在中心轴与上述第1透射面相交的附近处，上述第1透射面的法线与中心轴形成有角度。
另外，还可以构成为，上述第2透射面由围绕中心轴旋转对称的球面构成。
另外，优选在上述折射元件的像面侧具有围绕中心轴旋转对称且具有正放大率的后组，来自物体面的光束依次经由上述折射元件与上述后组在像面上成像。
另外，优选在上述折射元件与上述后组之间或者在上述后组之中具有与中心轴同轴配置的开口。
另外，优选不使用在像面上成像的物体像的中心轴的附近部分。
另外还可以构成为，对上述折射元件中产生的非点像差进行校正的非球面隔着上述开口配置在相反侧。
本发明包括具有上述光学系统的内窥镜以及具有上述光学系统、将上述折射元件使用于圆顶形状的透明罩。
进而，本发明还包括光学系统，其用作将配置于像面上的图像投影到物体面上的光学系统。
根据上述本发明，可以获得一种结构简单、能对摄影视场角宽广的映像进行摄像、小型、像差校正良好且分辨率良好的光学系统。
附图说明
图1是沿着本发明实施例1的光学系统中心轴截取的剖面图。
图2是表示实施例1的透明罩的半球状内表面(第2透射面)的变形例的剖面图。
图3是实施例1的光学系统的横像差图。
图4是沿着本发明实施例2的光学系统的中心轴截取的剖面图。
图5是实施例2的光学系统的横像差图。
图6是沿着本发明实施例3的光学系统的中心轴截取的剖面图。
图7是表示实施例3的透明罩的外表面(第1透射面)的变形例的剖面图。
图8是实施例3的光学系统的横像差图。
图9是沿着本发明实施例4的光学系统中心轴截取的剖面图。
图10是实施例4的光学系统的横像差图。
图11是用于表示使用本发明的宽视场角摄影光学系统作为内窥镜前端的摄影光学系统的例子的图。
图12是用于表示使用本发明的宽视场角摄影光学系统作为胶囊型内窥镜的摄影光学系统的例子的图。
具体实施方式
下面根据实施例来说明本发明的光学系统。
图1是沿着实施例1的光学系统的中心轴(旋转对称轴)1截取的剖面图。并且在以下的说明中，是作为将与胶囊内窥镜的圆顶形状的透明罩(折射元件)3的半球状外表面(第1透射面)31紧密接触的曲面物体面4的像在像面5上成像的成像光学系统来进行说明的，然而也可以用作将光路反转、使平面的像面5投影到透明罩3的半球状外表面31的曲面物体面4上的投影光学系统。
首先，根据图1的实施例1来说明本发明的光学系统。图1的光学系统中，根据本发明，例如胶囊型内窥镜的胶囊的圆顶形状的透明罩(由围绕中心轴1旋转对称的折射率大于1的透明介质构成的折射元件)3内侧面(第2透射面)32是通过将凹面朝向像面5侧、在偏离中心轴1的位置上且在包含中心轴1的剖面内具有负放大率的面构成的。具体而言，内侧面(第2透射面)32由如下的面构成，即：在包含中心轴1的剖面(图1的面)中配置由在偏离中心轴的位置上具有中心的圆弧组成的曲线，以中心轴1为旋转对称轴来旋转该曲线而得到的面。
而且，通过透明罩3配置于像面5侧的成像光学系统7是由围绕中心轴1旋转对称的通常的光学系统构成的。在成像光学系统7的透明罩3侧或其内部，与中心轴1同轴地配置有开口光圈6。
由于采取这种构成，因此在子午剖面(包含中心轴1的剖面)中，透明罩3的内侧的第2透射面32具有负的折射力(放大率)，因而光束会在该第2透射面32上折射，在成像光学系统7上中继由通常的圆顶形状无法获得的宽视场角的映像，能够在与中心轴1垂直的平面状的像面5上成像。由于弧矢剖面(与子午剖面正交且包含主光线2的剖面)上的第2透射面与中心轴为同心的面而不具备折射力，因此光束在第2透射面32上不会折射，而是入射到成像光学系统7，这样可以在不改变方位角的情况下将中心轴1周围的360°圆周方向上的光束成像在像面5上。
进而，由于中心轴1上的物点也成像于偏离像面5的中心轴的位置上，所以能够进行观察。从第2透射面32的中心的尖头部33发出的光束会在像面5的画面中心处成像，因此，当显示在像面5上成像的图像时，最好不显示该部分的图像。
更为优选的是，当中心轴1上的尖头部33(产生该尖头部33的原因在于，其属于以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧而获得的面)在模具加工方面带来问题的情况下，如图2(a)所示，也可以通过平滑的曲线将内表面的中心部分34补充完整。这种情况下，当显示在像面5上成像的图像时，需要放大中心部上没有显示的区域。进而，通过对中心的没有显示的区域进行图像处理，从而易于显示出十分平滑连续的映像。
进一步优选的是，直径朝向第2透射面32的周边部的中心轴1缩小的部分被省略，如图2(b)所示，通过将圆筒面35连接到最大直径部分上，从而在对这种凹状的第2透射面32进行模具加工的方面十分适合。
更为优选的是，当设子午剖面上的第1透射面31(曲面物体面4)的曲率半径为R1、第2透射面32的曲率半径为R2、第1透射面31与第2透射面32之间的最小壁厚为d时，优选满足如下条件：
1.1<R1/(R2+d)              (1)。
如果低于上述条件式(1)的下限1.1，则圆顶状折射元件3所带来的视场角的视场角变宽的效果会减小。
后述实施例1～4的R1、R2、d、R1/(R2+d)的值如下。
            实施例1        实施例2        实施例3      实施例4
R1          5.50           5.50           20.00        2.60
R2          2.60           2.60           2.50         2.60
d           1.00           1.00           1.50         1.00
R1/(R2+d)   1.53           1.53           5.00         1.53
此外，由于第2透射面中子午剖面的放大率为负、且弧矢剖面的放大率为0，因此会产生非点像差。优选将校正该面上产生的非点像差的非球面隔着光圈6配置在像面5侧上，以对该非点像差进行校正。更为优选的是，将该非球面配置在像面5附近，从而非点像差的校正能力得以提高。
更为优选的是，校正非点像差的面是通过弧矢面和子午面上放大率不同的旋转对称自由曲面构成的，并配置在像面附近。并且后面将叙述旋转对称自由曲面。
此外，通过上述说明可以明确，通过将圆顶状的折射元件3安装在内窥镜的前端部分上，从而可以形成宽视场角。
进而，如实施例1那样，能够使折射元件3的第1透射面31具有弧度，还能够更为顺畅地进行内窥镜的插入。
另外，将本发明图1的光学系统应用于胶囊型内窥镜1中，将圆顶状的折射元件3应用于透明罩中，从而能够实现小型胶囊且观察视场角宽阔的胶囊型内窥镜。
此外，由于中心轴1附近的像是双重像，因此显示在像面5上所成像的图像时，优选不显示中心轴1附近的图像。
另外，本发明的上述那样的光学系统的凹面状物体面4的像在像面5上成像为环带状，在显示像面5上所成像的图像时不显示中心轴1附近的图像，因而成为易于观察的映像。
进一步优选的是，凹面状物体面4的中心轴1附近的映像在成像于像面5上的环带状映像的内周圆附近成像(物体面4外周的映像在环带状映像的外周成像。)。优选通过图像处理将该内周的映像变形为中心点的映像进行显示。
下面进一步详细说明本发明光学系统的实施例1～4。后面将描述这些光学系统的构成参数。例如图1所示，这些实施例的构成参数基于从物体面4经过透明罩3和成像光学系统7到达像面5的顺光线追踪的结果。
例如图1所示，坐标系在顺光线追踪之中，以光圈面6中心为原点，设旋转对称轴(中心轴)1朝向像面5的方向为Z轴正方向，以图1的纸面内为Y-Z平面。而且以从图1的面的纸面表面朝里面的方向为X轴正方向，以X轴、Z轴和构成右手正交坐标系的轴作为Y轴正方向。
针对偏心面，赋予：从定义了该面的坐标系的上述光学系统的原点的中心起的偏心量(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别为X、Y、Z)；以及对各面进行定义的坐标系的倾角(分别为α、β、γ(°))，该各面分别以定义在光学系统原点上的坐标系的X轴、Y轴、Z轴为中心。这种情况下，正的α和β表示相对于各轴的正方向逆时针旋转，正的γ表示相对于Z轴的正方向顺时针旋转。并且，面的中心轴的α、β、γ的旋转方法是：首先使定义各面的坐标系绕定义于光学系统原点上的坐标系的X轴逆时针旋转α，接着使绕该旋转后的新坐标系的Y轴逆时针旋转β，然后使绕该旋转后的又一个新坐标系的Z轴顺时针旋转γ。
另外，在构成各实施例的光学系统的光学作用面之中，在特定的面和与其连续的面构成共轴光学系统的情况下被赋予面间隔，另外还按照惯用法来赋予面的曲率半径、介质的折射率、色散系数。
并且，关于后述构成参数中没有记载数据的非球面的项为0。折射率、色散系数表述为相对于d线(波长587.56nm)而言。长度单位是mm。如上所述，各面的偏心是用从光圈面中心起的偏心量来表示的。
并且，扩张旋转自由曲面是用如下的定义所赋予的旋转对称面。
首先，在Y-Z坐标面上确定通过原点的如下曲线(b)。
Z＝(Y2/RY)/[1+{1—(C1+1)Y2/RY2}1/2]
C2Y+C3Y2+C4Y3+C5Y4+C6Y5+C7Y6
+....+C21Y20+....+Cn+1Yn+         (b)
接着，确定使该曲线(b)朝向X轴正方向且以左旋转为正旋转了角度θ(°)的曲线F(Y)。该曲线F(Y)也在Y-Z坐标面上通过原点。
将使该曲线F(Y)向Y正方向平行移动距离R(为负时为Z负方向)，之后将该平行移动的曲线绕Z轴旋转而得的旋转对称面作为扩张旋转自由曲面。
其结果，扩张旋转自由曲面在Y-Z面内为自由曲面(自由曲线)，在X-Z平面内成为半径|R|的圆。
根据该定义，Z轴成为扩张旋转自由曲面的轴(旋转对称轴)。
这里，RY是Y-Z剖面的球面项的曲率半径，C1是圆锥常数，C2、C3、C4、C5等分别是1次、2次、3次、4次等的非球面系数。
图1表示沿着实施例1的光学系统的中心轴(旋转对称轴)1截取的剖面图。
该实施例的光学系统包括由绕中心轴1旋转对称且折射率大于1的透明介质制造的折射元件(透明罩)3、围绕中心轴1旋转对称的成像光学系统7、以及在折射元件3和成像光学系统7之间与中心轴1同轴配置的光圈6；折射元件3的第1透射面31由在中心轴1上具有中心的凸球面构成；第2透射面32由在包含中心轴1的剖面中，以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧所构成的曲线而获得的凹状复曲面(扩张旋转自由区面)构成，第2透射面32构成为在第2透射面32与中心轴1相交的附近处，第2透射面32的法线与中心轴1形成有角度的形状，第2透射面32具有朝向像面5方向的尖头部33。而且，该光学系统的物体面4与半球状的第1透射面31一致。
成像光学系统7包括平凸正透镜L1和凸平正透镜L2，光圈6配置在平凸正透镜L1正前方。而且该光学系统的像面5与平行平板8的背面一致。
由于采用这种构成，因此在中心视场角(根据中心轴1测得的视场角)45°上范围为—9°～85°的视场角宽阔的物体面4的图像经过围绕中心轴1旋转对称的折射元件3、光圈6和成像光学系统7，在与中心轴1垂直的平面状的像面5上成像。
该实施例1的规格为：
视场角(半视场角)                  94°
视场角范围                        —9°～85°(中心视场角45°)
入射瞳孔直径                      0.27mm
像的大小                          。
图3表示该实施例的光学系统的横像差。在该横像差图中，中央所示出的角度表示从中心轴1测得的视场角，表示该视场角上的Y方向(子午方向)与X方向(弧矢方向)的横像差。以下也相同。
图4表示实施例2的沿着光学系统的中心轴(旋转对称轴)1截取的剖面图。
该实施例的光学系统是构成3组成像光学系统7、将光圈6配置在成像光学系统7内的例子，其包括由绕中心轴1旋转对称且折射率大于1的透明介质制造的透光元件(透明罩)3、围绕中心轴1旋转对称的成像光学系统7、以及在成像光学系统7中与中心轴1同轴配置的光圈6；折射元件3的第1透射面31由在中心轴1上具有中心的凸球面构成；第2透射面32由在包含中心轴1的剖面中，以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧所构成的曲线而获得的凹状复曲面(扩张旋转自由区面)构成，第2透射面32构成为在第2透射面32与中心轴1相交的附近处，第2透射面32的法线与中心轴1形成有角度的形状，且第2透射面32具有朝向像面5方向的尖头部33。而且，该光学系统的物体面4与半球状的第1透射面31一致。
成像光学系统7包括将凸面朝向物体侧的凹凸透镜L1、平凸正透镜L2和凸平正透镜L3，光圈6配置在凹凸透镜L1和平凸正透镜L2之间。而且该光学系统的像面5与平行平板8的背面一致。
由于采用这种构成，因此在中心视场角(从中心轴1测得的视场角)45°上范围为—5°～85°的视场角宽阔的物体面4的图像经过围绕中心轴1旋转对称的折射元件3、光圈6和成像光学系统7，在与中心轴1垂直的平面状的像面5上成像。
该实施例2的规格为：
视场角(半视场角)               90°
视场角范围                     —5°～85°(中心视场角45°)
入射瞳孔直径                   0.21mm
像的大小                       
图5表示该实施例的光学系统的横像差。
图6表示沿着实施例3的光学系统的中心轴(旋转对称轴)1截取的剖面图。
该实施例的光学系统是如下构成的例子：通过在包含中心轴1的剖面中，以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧所构成的曲线而获得的尖头形状的扩张旋转自由区面来形成折射元件(透明罩)3的第1透射面31，通过在中心轴1上具有中心的凹球面构成第2透射面32；该实施例的光学系统包括由绕中心轴1旋转对称且折射率大于1的透明介质制造的透光元件(透明罩)3、围绕中心轴1旋转对称的成像光学系统7、以及在折射元件3和成像光学系统7之间与中心轴1同轴配置的光圈6；折射元件3的第1透射面31通过在包含中心轴1的剖面中，以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧所构成的曲线而获得的尖头形状的扩张旋转自由区面构成；第2透射面32通过在中心轴1上具有中心的凹球面构成；第1透射面31形成为一种在第1透射面31与中心轴1相交的附近处，第1透射面31的法线与中心轴1形成有角度的形状，在像面5的相反侧具有尖头部36。而且，该光学系统的物体面4与尖头形状的第1透射面31一致。
成像光学系统7包括平凸正透镜L1和凸平正透镜L2，光圈6配置在平凸正透镜L1正前方。而且该光学系统的像面5与平行平板8的背面一致。
由于采用这种构成，因此在中心视场角(从中心轴1测得的视场角)45°上范围为0°～89.5°的视场角宽阔的物体面4的图像经过围绕中心轴1旋转对称的折射元件3、光圈6和成像光学系统7，在与中心轴1垂直的平面状的像面5上成像。
并且，在该实施例中，也可以通过图7所示的平滑的曲线(曲面)37将第1透射面31的中心轴1上的尖头部36(会产生该尖头部36是因为，其属于以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧而获得的面)补充完整。
该实施例3的规格为：
视场角(半视场角)              90°
视场角范围                    0°～89.5°(中心视场角45°)
入射瞳孔直径                  0.21mm
像的大小                      
图8表示该实施例的光学系统的横像差。
图9表示沿着实施例4的光学系统的中心轴(旋转对称轴)1截取的剖面图。
该实施例的光学系统是在与实施例1相同的构成之中，尤其为了校正由折射元件3产生的非点像差等，对成像光学系统7的最终面导入了围绕中心轴1旋转对称的扩张旋转自由区面的例子，其包括由绕中心轴1旋转对称且折射率大于1的透明介质制造的透光元件(透明罩)3、围绕中心轴1旋转对称的成像光学系统7、以及在折射元件3和成像光学系统7之间与中心轴1同轴配置的光圈6；折射元件3的第1透射面31通过在中心轴1上具有中心的凸球面构成；第2透射面32通过在包含中心轴1的剖面中，以中心轴1为旋转对称轴旋转在偏离中心轴1的位置上具有中心的圆弧所构成的曲线而获得的凹状复曲面(扩张旋转自由区面)构成，第2透射面32构成为一种在第2透射面32与中心轴1相交的附近处，第2透射面32的法线与中心轴1形成有角度的形状，且第2透射面32具有朝向像面5方向的尖头部33。而且该光学系统的物体面4与半球状的第1透射面31一致。
成像光学系统7包括平凸正透镜L1和凸平正透镜L2，凸平正透镜L2的像面5侧的面9通过扩张旋转自由区面构成。光圈6配置在平凸正透镜L1正前方。而且该光学系统的像面5与平行平板8的背面一致。
由于采用这种构成，因此在中心视场角(根据中心轴1测得的视场角)45°上范围为—9°～85°的视场角宽阔的物体面4的图像经过围绕中心轴1旋转对称的折射元件3、光圈6和成像光学系统7，在与中心轴1垂直的平面状的像面5上成像。
该实施例4的规格为：
视场角(半视场角)         94°
视场角范围               —9°～85°(中心视场角45°)
入射瞳孔直径             0.27mm
像的大小                 
图10表示该实施例的光学系统的横像差。
下面表示出上述实施例1～4的构成参数。并且，下面表中的“ERFS”表示扩张旋转自由曲面。
实施例1
面号码         曲率半径       面间隔       偏心       折射率       色散系数
物体面         5.50                        偏心(1)
1              5.50                        偏心(1)    1.5163       64.1
2              ERFS[1]                     偏心(2)
3              ∞(光圈)       0.03
4              ∞             0.90                    1.7880       47.3
5              —1.00         0.10
6              1.70           0.62                    1.7880       47.3
7              ∞             0.33
8              ∞             0.40                    1.5163       64.1
像面           ∞
ERFS[1]
RY   2.60
θ    45.00
R    —3.18
偏心(1)
X  0.00  Y    0.00   Z   —5.50
A  0.00  β    0.00   γ   0.00
         偏心(2)
X  0.00  Y    0.00   Z   -3.18
A  0.00  β    0.00   γ   0.00
实施例2
面号码      曲率半径    面间隔     偏心     折射率       色散系数
物体面      5.50                  偏心(1)
1           5.50                  偏心(1)  1.5163       64.1
2           ERFS[1]               偏心(2)
3           1.80        0.50      偏心(3)  1.6259       35.7
4           0.40        0.40
5           ∞(光圈)    0.03
6           ∞          0.90               1.7880       47.3
7           —1.00      0.10
8           1.70        0.70               1.7880       47.3
9           ∞          0.50
10          ∞          0.40               1.5163       64.1
像面        ∞
ERFS[1]
RY    3.00
θ     45.00
R     —3.18
偏心(1)
X  0.00  Y  0.00  Z  —5.50
A  0.00  β  0.00  γ  0.00
偏心(2)
X  0.00   Y   0.00  Z  —3.18
A  0.00   β   0.00  γ  0.00
          偏心(3)
X  0.00   Y   0.00  Z  -0.90
A  0.00   β   0.00  γ  0.00
实施例3
面号码       曲率半径     面间隔      偏心     折射率      色散系数
物体面       ERFS[1]                 偏心(1)
1            ERFS[1]                 偏心(1)  1.5163      64.1
2            2.50                    偏心(2)
3            ∞(光圈)     0.03
4            ∞           0.90                1.7880      47.3
5            —1.00       0.10
6            1.70         0.62                1.7880      47.3
7            ∞           0.23
8            ∞           0.40                1.5163      64.1
像面         ∞
ERFS[1]
RY   20.00
θ    45.00
R    —3.89
     偏心(1)
X   0.00   Y   0.00   Z   -3.89
A   0.00   β   0.00   γ   0.00
           偏心(2)
X   0.00   Y   0.00   Z   -4.50
A   0.00   β   0.00   γ   0.00
实施例4
面号码       曲率半径       面间隔        偏心      折射率      色散系数
物体面       5.50                        偏心(1)
1            5.50                        偏心(1)   1.5163      64.1
2            ERFS[1]                     偏心(2)
3            ∞(光圈)       0.03
4            ∞             0.90                   1.7880      47.3
5            —1.00         0.10
6            1.70                                  1.7880      47.3
7            ERFS[2]                     偏心(3)
8            ∞             0.40         偏心(4)   1.5163      64.1
像面         ∞
ERFS[1]
RY    2.60
θ     45.00
R     —3.18
ERFS[2]
RY   —6.48
θ    —5.06
R    0.54
C4   —2.2094×10-1
偏心(1)
X   0.00   Y   0.00   Z   -5.50
α   0.00   β   0.00   γ   0.00
           偏心(2)
X   0.00   Y   0.00   Z   -3.18
α   0.00   β   0.00   γ   0.00
           偏心(3)
X   0.00   Y   0.00   Z   1.62
A   0.00   β    0.00   γ   0.00
           偏心 (4)
X   0.00   Y    0.00   Z   1.85
A   0.00   β    0.00   γ   0.00
另外，在上述实施例1、实施例2、实施例4中，在折射元件3的第2透射面32上使用了通过由圆弧所构成的曲线绕中心轴1旋转而获得的面，然而也可以使用绕中心轴1旋转具有高次项的圆弧状曲线而获得的扩张旋转自由曲面，进而还易于置换为任意的曲面。
另外，通过直接使用本发明的折射元件3，从而可以对具有360°全方位的视场角的图像进行摄影或投影，然而也可以通过包含中心轴1的剖面来切断该折射元件3使之成为2分之1、3分之1、3分之2等，从而可以对中心轴1周边的视场角为180°、120°、240°等的图像进行摄影或投影。
并且，通过使上述数值实施例的数值为系数倍，从而可以构成为获得任意的像高度的光学系统。另外，在任意改变折射元件3的半球状曲面物体面4的半径的情况下，既能使像面5向中心轴1方向错开再进行聚焦，也能移动成像光学系统7的局部或全部再进行聚焦。
下面作为本发明光学系统的应用例，说明宽视场角摄影光学系统41的使用例。图11是用于表示使用本发明的宽视场角摄影光学系统41作为内窥镜前端的摄影光学系统的例子的图，图11(a)是将本发明的宽视场角摄影光学系统41安装在硬性内窥镜51的前端41上对360°全方位的宽视场角图像进行摄像观察的例子。图11(b)表示其前端的概要结构。另外，图11(c)是将本发明的宽视场角摄影光学系统41同样安装在软性电子内窥镜52的前端上，对所摄影的图像进行图像处理来校正失真后显示在显示装置53上的例子。
图12是用于表示使用本发明的宽视场角摄影光学系统41作为胶囊型内窥镜54的摄影光学系统的例子的图，其使用该宽视场角摄影光学系统41对与胶囊型内窥镜54的前端的半球状透明罩(折射元件)3紧密接触的肠壁等360°全方位的宽视场角图像进行摄像观察。
工业上的可利用性
根据上述本发明，可以获得一种结构简单、能对摄影视场角宽广的映像进行摄像或者摄影、小型、像差校正良好且分辨率良好的光学系统。