本发明专利技术涉及一种结构简单、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。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学系统，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。
技术介绍
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。日本特开2001-174713号公报 美国专利第5,604,531号说明书
技术实现思路
鉴于现有技术中的这种状况，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术还包括光学系统，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。根据上述本专利技术，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是沿着本专利技术实施例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是沿着本专利技术实施例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是沿着本专利技术实施例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是沿着本专利技术实施例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是用于表示使用本专利技术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是用于表示使用本专利技术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。具体实施例方式下面根据实施例来说明本专利技术的光学系统。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来说明本专利技术的光学系统。图1的光学 系统中，根据本专利技术，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l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6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縮小 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Rl 、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l.l<Rl/(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、 Rl/(R2+d)的值如下。实施例1实施例2实施例3实施例45.505.5020.002.602.602.602.502.601.001.001.501.001.531.535.001.53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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：研野孝吉，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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