專利名稱：：光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及使視場(chǎng)角較大的部分的物體像在平面環(huán)帶狀的像面上成像的物鏡光學(xué)系統(tǒng)或攝像光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：以往，使用魚(yú)眼鏡頭等廣角光學(xué)系統(tǒng)來(lái)作為對(duì)視場(chǎng)角寬廣的周邊部進(jìn)行攝像的裝置。但是，進(jìn)行寬視場(chǎng)角的攝像會(huì)導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)量的增加，從而難以應(yīng)用到小型光學(xué)設(shè)備尤其是內(nèi)窺鏡和膠囊型內(nèi)窺鏡中。以往，在專利文獻(xiàn)1中提出了將膠囊型內(nèi)窺鏡前端的半球狀的透明罩的內(nèi)表面構(gòu)成為圓錐面、從而使觀察范圍變?yōu)閺V角的方案，然而其原理并不明確。另外，在專利文獻(xiàn)2中提出了將膠囊型內(nèi)窺鏡前端的透明罩前表面構(gòu)成為圓錐面的方案。但是其并非使用該透明罩來(lái)實(shí)現(xiàn)視場(chǎng)角的拓寬。日本特開(kāi)2001-174713號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]美國(guó)專利第5,604,531號(hào)說(shuō)明書(shū)
發(fā)明內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的這種狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以對(duì)攝影視場(chǎng)角寬廣的映像進(jìn)行攝像、小型、像差校正良好且分辨率良好的光學(xué)系統(tǒng)。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)是使圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面狀的物體面在與中心軸正交的平面的像面上成像的成像系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有折射元件，該折射元件由折射率大于1且具有第1透射面和第2透射面的透明介質(zhì)構(gòu)成，該第1透射面圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱并沿著上述物體面，該第2透射面圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，來(lái)自物體面的光束經(jīng)由上述折射元件在像面上成像，該光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，上述第2透射面將凹面朝向像面?zhèn)?，并且上述?透射面在偏離中心軸的位置上且在包含中心軸的剖面內(nèi)具有負(fù)放大率。這種情況下，優(yōu)選在中心軸與上述第2透射面相交的附近處，上述第2透射面的法線與中心軸形成有角度。另外，優(yōu)選上述第2透射面由圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的復(fù)曲面構(gòu)成。另外還可以構(gòu)成為，在中心軸與上述第1透射面相交的附近處，上述第1透射面的法線與中心軸形成有角度。另外，還可以構(gòu)成為，上述第2透射面由圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的球面構(gòu)成。另外，優(yōu)選在上述折射元件的像面?zhèn)染哂袊@中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且具有正放大率的后組，來(lái)自物體面的光束依次經(jīng)由上述折射元件與上述后組在像面上成像。另外，優(yōu)選在上述折射元件與上述后組之間或者在上述后組之中具有與中心軸同軸配置的開(kāi)口。另外，優(yōu)選不使用在像面上成像的物體像的中心軸的附近部分。另外還可以構(gòu)成為，對(duì)上述折射元件中產(chǎn)生的非點(diǎn)像差進(jìn)行校正的非球面隔著上述開(kāi)口配置在相反側(cè)。本發(fā)明包括具有上述光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡以及具有上述光學(xué)系統(tǒng)、將上述折射元件使用于圓頂形狀的透明罩。進(jìn)而，本發(fā)明還包括光學(xué)系統(tǒng)，其用作將配置于像面上的圖像投影到物體面上的光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)上述本發(fā)明，可以獲得一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能對(duì)攝影視場(chǎng)角寬廣的映像進(jìn)行攝像、小型、像差校正良好且分辨率良好的光學(xué)系統(tǒng)。圖1是沿著本發(fā)明實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)中心軸截取的剖面圖。圖2是表示實(shí)施例1的透明罩的半球狀內(nèi)表面(第2透射面)的變形例的剖面圖。圖3是實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。圖4是沿著本發(fā)明實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸截取的剖面圖。圖5是實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。圖6是沿著本發(fā)明實(shí)施例3的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸截取的剖面圖。圖7是表示實(shí)施例3的透明罩的外表面(第1透射面)的變形例的剖面圖。圖8是實(shí)施例3的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。圖9是沿著本發(fā)明實(shí)施例4的光學(xué)系統(tǒng)中心軸截取的剖面圖。圖10是實(shí)施例4的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。圖11是用于表示使用本發(fā)明的寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)作為內(nèi)窺鏡前端的攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖。圖12是用于表示使用本發(fā)明的寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)作為膠囊型內(nèi)窺鏡的攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖。具體實(shí)施例方式下面根據(jù)實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)。圖1是沿著實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖。并且在以下的說(shuō)明中，是作為將與膠囊內(nèi)窺鏡的圓頂形狀的透明罩(折射元件)3的半球狀外表面(第1透射面)31緊密接觸的曲面物體面4的像在像面5上成像的成像光學(xué)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，然而也可以用作將光路反轉(zhuǎn)、使平面的像面5投影到透明罩3的半球狀外表面31的曲面物體面4上的投影光學(xué)系統(tǒng)。首先，根據(jù)圖1的實(shí)施例1來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)。圖1的光學(xué)系統(tǒng)中，根據(jù)本發(fā)明，例如膠囊型內(nèi)窺鏡的膠囊的圓頂形狀的透明罩(由圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的折射率大于1的透明介質(zhì)構(gòu)成的折射元件)3內(nèi)側(cè)面(第2透射面)32是通過(guò)將凹面朝向像面5側(cè)、在偏離中心軸l的位置上且在包含中心軸1的剖面內(nèi)具有負(fù)放大率的面構(gòu)成的。具體而言，內(nèi)側(cè)面(第2透射面)32由如下的面構(gòu)成，即在包含中心軸1的剖面(圖1的面)中配置由在偏離中心軸的位置上具有中心的圓弧組成的曲6線，以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸來(lái)旋轉(zhuǎn)該曲線而得到的面。而且，通過(guò)透明罩3配置于像面5側(cè)的成像光學(xué)系統(tǒng)7是由圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的通常的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的。在成像光學(xué)系統(tǒng)7的透明罩3側(cè)或其內(nèi)部，與中心軸1同軸地配置有開(kāi)口光圈6。由于采取這種構(gòu)成，因此在子午剖面(包含中心軸1的剖面)中，透明罩3的內(nèi)側(cè)的第2透射面32具有負(fù)的折射力(放大率)，因而光束會(huì)在該第2透射面32上折射，在成像光學(xué)系統(tǒng)7上中繼由通常的圓頂形狀無(wú)法獲得的寬視場(chǎng)角的映像，能夠在與中心軸1垂直的平面狀的像面5上成像。由于弧矢剖面(與子午剖面正交且包含主光線2的剖面)上的第2透射面與中心軸為同心的面而不具備折射力，因此光束在第2透射面32上不會(huì)折射，而是入射到成像光學(xué)系統(tǒng)7，這樣可以在不改變方位角的情況下將中心軸1周圍的360°圓周方向上的光束成像在像面5上。進(jìn)而，由于中心軸1上的物點(diǎn)也成像于偏離像面5的中心軸的位置上，所以能夠進(jìn)行觀察。從第2透射面32的中心的尖頭部33發(fā)出的光束會(huì)在像面5的畫(huà)面中心處成像，因此，當(dāng)顯示在像面5上成像的圖像時(shí)，最好不顯示該部分的圖像。更為優(yōu)選的是，當(dāng)中心軸1上的尖頭部33(產(chǎn)生該尖頭部33的原因在于，其屬于以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧而獲得的面)在模具加工方面帶來(lái)問(wèn)題的情況下，如圖2(a)所示，也可以通過(guò)平滑的曲線將內(nèi)表面的中心部分34補(bǔ)充完整。這種情況下，當(dāng)顯示在像面5上成像的圖像時(shí)，需要放大中心部上沒(méi)有顯示的區(qū)域。進(jìn)而，通過(guò)對(duì)中心的沒(méi)有顯示的區(qū)域進(jìn)行圖像處理，從而易于顯示出十分平滑連續(xù)的映像。進(jìn)一步優(yōu)選的是，直徑朝向第2透射面32的周邊部的中心軸1縮小的部分被省略，如圖2(b)所示，通過(guò)將圓筒面35連接到最大直徑部分上，從而在對(duì)這種凹狀的第2透射面32進(jìn)行模具加工的方面十分適合。更為優(yōu)選的是，當(dāng)設(shè)子午剖面上的第1透射面31(曲面物體面4)的曲率半徑為Rl、第2透射面32的曲率半徑為R2、第1透射面31與第2透射面32之間的最小壁厚為d時(shí)，優(yōu)選滿足如下條件l.l<Rl/(R2+d)(1)。如果低于上述條件式(1)的下限1.1，則圓頂狀折射元件3所帶來(lái)的視場(chǎng)角的視場(chǎng)角變寬的效果會(huì)減小。后述實(shí)施例14的R1、R2、d、Rl/(R2+d)的值如下。實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)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為負(fù)、且弧矢剖面的放大率為0，因此會(huì)產(chǎn)生非點(diǎn)像差。優(yōu)選將校正該面上產(chǎn)生的非點(diǎn)像差的非球面隔著光圈6配置在像面5側(cè)上，以對(duì)該非點(diǎn)像差進(jìn)行校正。更為優(yōu)選的是，將該非球面配置在像面5附近，從而非點(diǎn)像差的校正能力得以提高。更為優(yōu)選的是，校正非點(diǎn)像差的面是通過(guò)弧矢面和子午面上放大率不同的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面構(gòu)成的，并配置在像面附近。并且后面將敘述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱自由曲面。此外，通過(guò)上述說(shuō)明可以明確，通過(guò)將圓頂狀的折射元件3安裝在內(nèi)窺鏡的前端部分上，從而可以形成寬視場(chǎng)角。進(jìn)而，如實(shí)施例1那樣，能夠使折射元件3的第1透射面31具有弧度，還能夠更為順暢地進(jìn)行內(nèi)窺鏡的插入。另外，將本發(fā)明圖1的光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于膠囊型內(nèi)窺鏡1中，將圓頂狀的折射元件3應(yīng)用于透明罩中，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小型膠囊且觀察視場(chǎng)角寬闊的膠囊型內(nèi)窺鏡。此外，由于中心軸1附近的像是雙重像，因此顯示在像面5上所成像的圖像時(shí)，優(yōu)選不顯示中心軸1附近的圖像。另外，本發(fā)明的上述那樣的光學(xué)系統(tǒng)的凹面狀物體面4的像在像面5上成像為環(huán)帶狀，在顯示像面5上所成像的圖像時(shí)不顯示中心軸1附近的圖像，因而成為易于觀察的映像。進(jìn)一步優(yōu)選的是，凹面狀物體面4的中心軸1附近的映像在成像于像面5上的環(huán)帶狀映像的內(nèi)周圓附近成像(物體面4外周的映像在環(huán)帶狀映像的外周成像。)。優(yōu)選通過(guò)圖像處理將該內(nèi)周的映像變形為中心點(diǎn)的映像進(jìn)行顯示。下面進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例14。后面將描述這些光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成參數(shù)。例如圖1所示，這些實(shí)施例的構(gòu)成參數(shù)基于從物體面4經(jīng)過(guò)透明罩3和成像光學(xué)系統(tǒng)7到達(dá)像面5的順光線追蹤的結(jié)果。例如圖1所示，坐標(biāo)系在順光線追蹤之中，以光圈面6中心為原點(diǎn)，設(shè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸(中心軸)1朝向像面5的方向?yàn)閆軸正方向，以圖l的紙面內(nèi)為Y-Z平面。而且以從圖1的面的紙面表面朝里面的方向?yàn)閄軸正方向，以X軸、Z軸和構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系的軸作為Y軸正方向。針對(duì)偏心面，賦予從定義了該面的坐標(biāo)系的上述光學(xué)系統(tǒng)的原點(diǎn)的中心起的偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z);以及對(duì)各面進(jìn)行定義的坐標(biāo)系的傾角(分別為(x、|3、Y(°))，該各面分別以定義在光學(xué)系統(tǒng)原點(diǎn)上的坐標(biāo)系的X軸、Y軸、Z軸為中心。這種情況下，正的a和卩表示相對(duì)于各軸的正方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，正的y表示相對(duì)于Z軸的正方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。并且，面的中心軸的a、(3、Y的旋轉(zhuǎn)方法是:首先使定義各面的坐標(biāo)系繞定義于光學(xué)系統(tǒng)原點(diǎn)上的坐標(biāo)系的X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(x，接著使繞該旋轉(zhuǎn)后的新坐標(biāo)系的Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(3，然后使繞該旋轉(zhuǎn)后的又一個(gè)新坐標(biāo)系的Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)Y。另外，在構(gòu)成各實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用面之中，在特定的面和與其連續(xù)的面構(gòu)成共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下被賦予面間隔，另外還按照慣用法來(lái)賦予面的曲率半徑、介質(zhì)的折射率、色散系數(shù)。并且，關(guān)于后述構(gòu)成參數(shù)中沒(méi)有記載數(shù)據(jù)的非球面的項(xiàng)為0。折射率、色散系數(shù)表述為相對(duì)于d線(波長(zhǎng)587.56nm)而言。長(zhǎng)度單位是mm。如上所述，各面的偏心是用從光圈面中心起的偏心量來(lái)表示的。并且，擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面是用如下的定義所賦予的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面。首先，在Y-Z坐標(biāo)面上確定通過(guò)原點(diǎn)的如下曲線(b)。Z=(Y2/RY)/[1+{1—(d+UYS/RY2}"2]9+....+C21Y20+....+Cn+lYn+(b)接著，確定使該曲線(b)朝向X軸正方向且以左旋轉(zhuǎn)為正旋轉(zhuǎn)了角度0(°)的曲線F(Y)。該曲線F(Y)也在Y-Z坐標(biāo)面上通過(guò)原點(diǎn)。將使該曲線F(Y)向Y正方向平行移動(dòng)距離R(為負(fù)時(shí)為Z負(fù)方向)，之后將該平行移動(dòng)的曲線繞Z軸旋轉(zhuǎn)而得的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面作為擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面。其結(jié)果，擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面在Y-Z面內(nèi)為自由曲面(自由曲線)，在X-Z平面內(nèi)成為半徑IRI的圓。根據(jù)該定義，Z軸成為擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面的軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)。這里，RY是Y-Z剖面的球面項(xiàng)的曲率半徑，Q是圓錐常數(shù)，C2、C3、C4、Cs等分別是l次、2次、3次、4次等的非球面系數(shù)。圖1表示沿著實(shí)施例1的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖。該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)包括由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且折射率大于1的透明介質(zhì)制造的折射元件(透明罩)3、圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的成像光學(xué)系統(tǒng)7、以及在折射元件3和成像光學(xué)系統(tǒng)7之間與中心軸1同軸配置的光圈6;折射元件3的第1透射面31由在中心軸1上具有中心的凸球面構(gòu)成；第2透射面32由在包含中心軸1的剖面中，以中心軸l為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧所構(gòu)成的曲線而獲得的凹狀復(fù)曲面(擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面)構(gòu)成，第2透射面32構(gòu)成為在第2透射面32與中心軸1相交的附近處，第2透射面32的法線與中心軸1形成有角度的形狀，第2透射面32具有朝向像面5方向的尖頭部33。而且，該光學(xué)系統(tǒng)的物體面4與半球狀的第1透射面31—致。成像光學(xué)系統(tǒng)7包括平凸正透鏡Ll和凸平正透鏡L2，光圈6配置在平凸正透鏡L1正前方。而且該光學(xué)系統(tǒng)的像面5與平行平板8的背面一致。由于采用這種構(gòu)成，因此在中心視場(chǎng)角(根據(jù)中心軸1測(cè)得的視場(chǎng)角)45°上范圍為_(kāi)9°~85°的視場(chǎng)角寬闊的物體面4的圖像經(jīng)過(guò)圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的折射元件3、光圈6和成像光學(xué)系統(tǒng)7，在與中心軸1垂直的平面狀的像面5上成像。該實(shí)施例1的規(guī)格為:視場(chǎng)角(半視場(chǎng)角)視場(chǎng)角范圍入射瞳孔直徑像的大小94°—9°~85°(中心視場(chǎng)角45°)0.27mmcp0.14cp1.69mm。圖3表示該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差。在該橫像差圖中，中央所示出的角度表示從中心軸1測(cè)得的視場(chǎng)角，表示該視場(chǎng)角上的Y方向(子午方向)與X方向(弧矢方向)的橫像差。以下也相同。圖4表示實(shí)施例2的沿著光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖。該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)是構(gòu)成3組成像光學(xué)系統(tǒng)7、將光圈6配置在成像光學(xué)系統(tǒng)7內(nèi)的例子，其包括由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且折射率大于1的透明介質(zhì)制造的透光元件(透明罩)3、圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的成像光學(xué)系統(tǒng)7、以及在成像光學(xué)系統(tǒng)7中與中心軸1同軸配置的光圈6;折射元件3的第1透射面31由在中心軸1上具有中心的凸球面構(gòu)成；第2透射面32由在包含中心軸1的剖面中，以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧所構(gòu)成的曲線而獲得的凹狀復(fù)曲面(擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面)構(gòu)成，第2透射面32構(gòu)成為在第2透射面32與中心軸1相交的附近處，第2透射面32的法線與中心軸1形成有角度的形狀，且第2透射面32具有朝向像面5方向的尖頭部33。而且，該光學(xué)系統(tǒng)的物體面4與半球狀的第1透射面31—致。成像光學(xué)系統(tǒng)7包括將凸面朝向物體側(cè)的凹凸透鏡Ll、平凸正透鏡L2和凸平正透鏡L3，光圈6配置在凹凸透鏡Ll和平凸正透鏡L2之間。而且該光學(xué)系統(tǒng)的像面5與平行平板8的背面一致。由于采用這種構(gòu)成，因此在中心視場(chǎng)角(從中心軸l測(cè)得的視場(chǎng)角)45°上范圍為一5°85°的視場(chǎng)角寬闊的物體面4的圖像經(jīng)過(guò)圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的折射元件3、光圈6和成像光學(xué)系統(tǒng)7，在與中心軸1垂直的ii平面狀的像面5上成像。該實(shí)施例2的規(guī)格為視場(chǎng)角(半視場(chǎng)角)90°視場(chǎng)角范圍一5°85°(中心視場(chǎng)角45°)入射瞳孔直徑0.21mm像的大小cp0.10cpl.54mm。圖5表示該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差。圖6表示沿著實(shí)施例3的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖。該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)是如下構(gòu)成的例子通過(guò)在包含中心軸1的剖面中，以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧所構(gòu)成的曲線而獲得的尖頭形狀的擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面來(lái)形成折射元件(透明罩)3的第1透射面31，通過(guò)在中心軸1上具有中心的凹球面構(gòu)成第2透射面32;該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)包括由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且折射率大于1的透明介質(zhì)制造的透光元件(透明罩)3、圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的成像光學(xué)系統(tǒng)7、以及在折射元件3和成像光學(xué)系統(tǒng)7之間與中心軸1同軸配置的光圈6;折射元件3的第1透射面31通過(guò)在包含中心軸1的剖面中，以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧所構(gòu)成的曲線而獲得的尖頭形狀的擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面構(gòu)成；第2透射面32通過(guò)在中心軸1上具有中心的凹球面構(gòu)成；第1透射面31形成為一種在第1透射面31與中心軸1相交的附近處，第1透射面31的法線與中心軸1形成有角度的形狀，在像面5的相反側(cè)具有尖頭部36。而且，該光學(xué)系統(tǒng)的物體面4與尖頭形狀的第1透射面31—致。成像光學(xué)系統(tǒng)7包括平凸正透鏡Ll和凸平正透鏡L2，光圈6配置在平凸正透鏡Ll正前方。而且該光學(xué)系統(tǒng)的像面5與平行平板8的背面一致。由于采用這種構(gòu)成，因此在中心視場(chǎng)角(從中心軸1測(cè)得的視場(chǎng)角)45。上范圍為0°~89.5°的視場(chǎng)角寬闊的物體面4的圖像經(jīng)過(guò)圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的折射元件3、光圈6和成像光學(xué)系統(tǒng)7，在與中心軸1垂直的平面狀的像面5上成像。并且，在該實(shí)施例中，也可以通過(guò)圖7所示的平滑的曲線(曲面)37將第1透射面31的中心軸1上的尖頭部36(會(huì)產(chǎn)生該尖頭部36是因?yàn)?，其屬于以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧而獲得的面)補(bǔ)充完整。該實(shí)施例3的規(guī)格為視場(chǎng)角(半視場(chǎng)角)90°視場(chǎng)角范圍0°~89.5°(中心視場(chǎng)角45。)入射瞳孔直徑0.21mm像的大小(p0.00cp1.48mm。圖8表示該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差。圖9表示沿著實(shí)施例4的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)1截取的剖面圖。該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)是在與實(shí)施例1相同的構(gòu)成之中，尤其為了校正由折射元件3產(chǎn)生的非點(diǎn)像差等，對(duì)成像光學(xué)系統(tǒng)7的最終面導(dǎo)入了圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面的例子，其包括由繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且折射率大于1的透明介質(zhì)制造的透光元件(透明罩)3、圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的成像光學(xué)系統(tǒng)7、以及在折射元件3和成像光學(xué)系統(tǒng)7之間與中心軸1同軸配置的光圈6;折射元件3的第1透射面31通過(guò)在中心軸1上具有中心的凸球面構(gòu)成；第2透射面32通過(guò)在包含中心軸1的剖面中，以中心軸1為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)在偏離中心軸1的位置上具有中心的圓弧所構(gòu)成的曲線而獲得的凹狀復(fù)曲面(擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面)構(gòu)成，第2透射面32構(gòu)成為一種在第2透射面32與中心軸1相交的附近處，第2透射面32的法線與中心軸1形成有角度的形狀，且第2透射面32具有朝向像面5方向的尖頭部33。而且該光學(xué)系統(tǒng)的物體面4與半球狀的第1透射面31—致。成像光學(xué)系統(tǒng)7包括平凸正透鏡Ll和凸平正透鏡L2，凸平正透鏡L2的像面5側(cè)的面9通過(guò)擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由區(qū)面構(gòu)成。光圈6配置在平凸正透鏡Ll正前方。而且該光學(xué)系統(tǒng)的像面5與平行平板8的背面一致。13由于采用這種構(gòu)成，因此在中心視場(chǎng)角(根據(jù)中心軸1測(cè)得的視場(chǎng)角)45°上范圍為一9°~85°的視場(chǎng)角寬闊的物體面4的圖像經(jīng)過(guò)圍繞中心軸1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的折射元件3、光圈6和成像光學(xué)系統(tǒng)7，在與中心軸1垂直的平面狀的像面5上成像。該實(shí)施例4的規(guī)格為:視場(chǎng)角(半視場(chǎng)角)視場(chǎng)角范圍込94。入射瞳孔直fe像的大小一9°~85°(中心視場(chǎng)角45°)0.27mm(p0.17(p1.67mm。圖IO表示該實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的橫像差。下面表示出上述實(shí)施例14的構(gòu)成參數(shù)。并且，下面表中的"ERFS"表示擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面。實(shí)施例1面號(hào)碼曲率半徑面間隔偏心折射率色散系數(shù)物體面5.50偏心(1)15.50偏心(1)1.516364.12ERFS[l]偏心(2)oo(光圈)0.034000.901.788047.3一l.OO0.1061.700.621.788047.37000.338000.401.516364.1像面ooERFS[l]RY2.60645.00R—3.1814<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>實(shí)施例4面號(hào)碼曲率半徑面間隔偏心折射率色散系數(shù)物體面5.50偏心(1)15.50偏心(1)1.516364.12ERFS[l]偏心(2)3oo(光圈)0.034oo0.901.788047.35一l.OO0.1061.701.788047.37ERFS[2]偏心(3)8oo0.40偏心(4)1.516364.1像面ooERFS[l]RY2.60645.00R—3.18ERFS[2]RY—6.480—5.06R0.54C4一2.2094xl0"偏心(1)X0.00Y0.00Z-5.50a0.00(30.00y0.00偏心(2)X0.00Y0.00Z—3.18a0.00(30.00y0.00偏心(3)X0.00Y0.00Z1.62A0.00p0.00y0.00偏心(4)X0.00Y0.00Z1.85A0.00p0.00y0.00另外，在上述實(shí)施例l、實(shí)施例2、實(shí)施例4中，在折射元件3的第2透射面32上使用了通過(guò)由圓弧所構(gòu)成的曲線繞中心軸1旋轉(zhuǎn)而獲得的面，然而也可以使用繞中心軸1旋轉(zhuǎn)具有高次項(xiàng)的圓弧狀曲線而獲得的擴(kuò)張旋轉(zhuǎn)自由曲面，進(jìn)而還易于置換為任意的曲面。另外，通過(guò)直接使用本發(fā)明的折射元件3，從而可以對(duì)具有36(T全方位的視場(chǎng)角的圖像進(jìn)行攝影或投影，然而也可以通過(guò)包含中心軸1的剖面來(lái)切斷該折射元件3使之成為2分之1、3分之1、3分之2等，從而可以對(duì)中心軸1周邊的視場(chǎng)角為180°、120°、24(T等的圖像進(jìn)行攝影或投影。并且，通過(guò)使上述數(shù)值實(shí)施例的數(shù)值為系數(shù)倍，從而可以構(gòu)成為獲得任意的像高度的光學(xué)系統(tǒng)。另外，在任意改變折射元件3的半球狀曲面物體面4的半徑的情況下，既能使像面5向中心軸1方向錯(cuò)開(kāi)再進(jìn)行聚焦，也能移動(dòng)成像光學(xué)系統(tǒng)7的局部或全部再進(jìn)行聚焦。下面作為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用例，說(shuō)明寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)41的使用例。圖11是用于表示使用本發(fā)明的寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)41作為內(nèi)窺鏡前端的攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖，圖ll(a)是將本發(fā)明的寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)41安裝在硬性內(nèi)窺鏡51的前端41上對(duì)36(T全方位的寬視場(chǎng)角圖像進(jìn)行攝像觀察的例子。圖ll(b)表示其前端的概要結(jié)構(gòu)。另外，圖11(c)是將本發(fā)明的寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)41同樣安裝在軟性電子內(nèi)窺鏡52的前端上，對(duì)所攝影的圖像進(jìn)行圖像處理來(lái)校正失真后顯示在顯示裝置53上的例子。圖12是用于表示使用本發(fā)明的寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)41作為膠囊型內(nèi)窺鏡54的攝影光學(xué)系統(tǒng)的例子的圖，其使用該寬視場(chǎng)角攝影光學(xué)系統(tǒng)41對(duì)與膠囊型內(nèi)窺鏡54的前端的半球狀透明罩(折射元件)3緊密接觸的腸壁等36(T全方位的寬視場(chǎng)角圖像進(jìn)行攝像觀察。工業(yè)上的可利用性根據(jù)上述本發(fā)明，可以獲得一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能對(duì)攝影視場(chǎng)角寬廣的映像進(jìn)行攝像或者攝影、小型、像差校正良好且分辨率良好的光學(xué)系統(tǒng)。權(quán)利要求1.一種光學(xué)系統(tǒng)，是使圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面狀的物體面在與中心軸正交的平面的像面上成像的成像系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有折射元件，該折射元件由折射率大于1且具有第1透射面和第2透射面的透明介質(zhì)構(gòu)成，上述第1透射面圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱并沿著上述物體面，上述第2透射面圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，來(lái)自物體面的光束經(jīng)由上述折射元件在像面上成像，該光學(xué)系統(tǒng)的特征在于，上述第2透射面的凹面朝向像面?zhèn)?，并且上述?透射面在偏離中心軸的位置上且在包含中心軸的剖面內(nèi)具有負(fù)放大率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在中心軸與上述第2透射面相交的附近處，上述第2透射面的法線與中心軸形成有角度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述光學(xué)系統(tǒng)在上述折射元件的像面?zhèn)染哂袊@中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且具有正放大率的后組，來(lái)自物體面的光束依次經(jīng)由上述折射元件與上述后組在像面上成像。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在上述折射元件與上述后組之間或者在上述后組之中具有與中心軸同軸配置的開(kāi)口。5，根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，不使用在像面上成像的物體像的中心軸的附近部分。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)上述折射元件中產(chǎn)生的非點(diǎn)像差進(jìn)行校正的非球面隔著上述開(kāi)口配置在相反側(cè)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第2透射面由圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的復(fù)曲面構(gòu)成。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第2透射面由圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的復(fù)曲面構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在中心軸與上述第1透射面相交的附近處，上述第1透射面的法線與中心軸形成有角度。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，在中心軸與上述第1透射面相交的附近處，上述第1透射面的法線與中心軸形成有角度。11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第2透射面由圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的球面構(gòu)成。12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，上述第2透射面由圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的球面構(gòu)成。13.—種內(nèi)窺鏡，其特征在于，該內(nèi)窺鏡具有權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)。14.一種膠囊型內(nèi)窺鏡，其特征在于，該膠囊型內(nèi)窺鏡具有權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，將上述折射元件用于圓頂形狀的透明15.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該光學(xué)系統(tǒng)用作將配置于像面上的圖像投影到物體面上的光學(xué)系統(tǒng)。全文摘要本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能對(duì)攝影視場(chǎng)角寬廣的映像進(jìn)行攝像、小型、像差校正良好且分辨率良好的光學(xué)系統(tǒng)，其是一種將圍繞中心軸(1)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹面狀的物體面(4)在與中心軸正交的平面的像面(5)上成像的成像系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)具有折射元件(3)，該折射元件由具有圍繞中心軸(1)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且沿著物體面(4)的第1透射面(31)和圍繞中心軸(1)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的第2透射面(32)的、折射率大于1的透明介質(zhì)構(gòu)成，在該光學(xué)系統(tǒng)中，來(lái)自物體面(4)的光束經(jīng)由折射元件(3)成像于像面(5)上，第2透射面(32)將凹面朝向像面(5)側(cè)，在偏離中心軸(1)的位置上且在包含中心軸(1)的剖面內(nèi)具有負(fù)放大率。文檔編號(hào)G02B13/06GK101484835SQ200780024970公開(kāi)日2009年7月15日申請(qǐng)日期2007年5月15日優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日發(fā)明者研野孝吉申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社