光學元件、具有該光學元件的光學系統及應用該光學元件的內窺鏡的製作方法

2023-09-14 20:35:50

專利名稱：：光學元件、具有該光學元件的光學系統及應用該光學元件的內窺鏡的製作方法
技術領域：
：本發明涉及光學元件、具有該光學元件的光學系統及應用該光學元件的內窺鏡，尤其涉及具有將繞旋轉對稱軸的圖像在攝像元件上成像為圓環狀的圖像的功能的成像光學系統或者投影光學系統。
背景技術：
：專利文獻1是配置有折射光學系統、反射光學系統、成像光學系統，具有2個光路，且能夠對全景圖像以及軸方向圖像進行拍攝的攝像光學系統。另外，專利文獻2是同樣具有2個光路的內窺鏡。並且，專利文獻3是可觀察周圍全方位的內窺鏡，專利文獻4是可觀察周圍全方位的膠囊型內窺鏡。另外，專利文獻5是可同時對周圍全方位和前方進行拍攝的攝像裝置。並且，專利文獻6至專利文獻13是全方位的光學系統。專利文獻1:日本特表2003-042743號公報專利文獻2:美國專利公開2004-0254424號公報專利文獻3:日本特開昭60-42728號公報專利文獻4:日本特開2001-174713號公報專利文獻5:日本特開2002-341409號公報專利文獻6:美國專利第3505465號公報專利文獻7:美國專利第5854713號公報專利文獻8:美國專利第6115193號公報專利文獻9:美國專利第6175454號公報專利文獻10:美國專利第6356296號公報專利文獻ll:美國專利第6392687號公報專利文獻12:美國專利第6449103號公報專利文獻13:美國專利第6597520號公報6但是，無論是哪個專利文獻中記載的光學系統都不是小型的能得到解析度高的圖像的光學系統。
發明內容本發明是鑑於以往技術的這種狀況而完成的，其目的在於，提供能夠用簡單的結構在攝像單元上成像與中心軸大致垂直的方向上的全方位的圖像，且圖像畸變少、F-e特性好、小型、解析度高、便宜的光學元件，具有該光學元件的光學系統以及應用該光學元件的內窺鏡。達成上述目的本發明的光學元件的特徵在於，該光學元件在包含中心軸的剖面內以與中心軸垂直的方向為中心在單側具有大約90°的視場角，由繞中心軸旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質構成，所述透明介質具有第1透射面，其相對於所述中心軸配置在最外周；第1反射面，其配置為比第1透射面更靠近中心軸側；第2反射面，其配置為比所述第1反射面更靠近像面的相反側；第2透射面，其配置為比所述第2反射面更靠近像面側，並且該光學元件構成下述的大致Z字形狀的光路入射到所述透明介質的光束按照順光線追蹤的順序，經過所述第1透射面後進入所述透明介質內，在所述第1反射面被反射向像面的相反側，在所述第2反射面被反射向像面側，經過所述第2透射面後從所述透明介質向像面側射出到外部，相對於所述中心軸僅在單側構成所述光路。另外，光學元件的特徵在於，當所述光學元件的子午剖面的角倍率設為0"時，滿足0,01<Pw<0.5…(l)的條件。另外，當所述光學元件的子午剖面的角倍率設為P"時，滿足0.01<3<0.5的條件。另外，光學元件的特徵在於，所述光學元件由折射率大於等於1.5的透明介質構成。另外，光學元件的特徵在於，所述第1反射面以及所述第2反射面7中的至少l個具有全反射作用。另外，光學元件的特徵在於，所述第1反射面和所述第2反射面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。另外，光學元件的特徵在於，所述透明介質具有的面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使包含奇數次項的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。並且，達成上述目的的光學系統具有本發明的光學元件，其特徵在於，該光學系統具有前組；後組，其配置為比所述前組更靠近像面側；以及開口，其配置在所述前組和所述後組之間，所述光學元件配置在所述前組，形成以包圍所述中心軸的方式配置的物體的像，或者在從所述中心軸放射的方向上對物體的像進行投影。另外，光學系統的特徵在於，所述光學系統將中心軸周圍的圓環狀的物體的像形成在與中心軸垂直的平面內。另外，光學系統的特徵在於，所述第1反射面以及所述第2反射面配置為使凹面朝向所述開口側。另外，光學系統的特徵在於，所述第2透射面配置為使凹面朝向所述開口側。另外，光學系統的特徵在於，所述光學系統在光路中不形成中間像。另外，光學系統的特徵在於，所述光學元件相對於開口配置在像面的相反側。另外，光學系統的特徵在於，所述光學元件具有觀察所述光學元件正前方的直視光路和觀察與中心軸垂直的方向的側視光路，在同一平面內形成所述直視光路以及所述側視光路的像。另外，光學系統的特徵在於，當所述光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，滿足D/Dr<10…(3)的條件。另外，光學系統的特徵在於，所述光學元件的外徑D滿足formulaseeoriginaldocumentpage9的條件。並且，達成上述目的的本發明的特徵在於，本發明是應用了所述光學系統的內窺鏡。另外，達成上述目的本發明的光學元件的特徵在於，該光學元件在包含中心軸的剖面內以與中心軸垂直的方向為中心在單側具有大約90°視場角，由繞中心軸旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質構成，所述透明介質具有第1透射面，其相對於所述中心軸配置在最外周；第1反射面，其配置為比第1透射面更靠近中心軸側；第2反射面，其配置為比所述第1反射面更靠近像面側；第3反射面，其相對於所述第2反射面配置在像面的相反側；以及第2透射面，其配置為比所述第3反射面更靠近像面側，並且該光學元件構成下述的大致W字形狀的光路入射到所述透明介質的光束按照順光線追蹤的順序，經過所述第1透射面後進入所述透明介質內，在所述第1反射面被反射向像面側，在所述第2反射面被反射向像面側的相反側，在所述第3反射面被反射向像面側，經過所述第2透射面後從所述透明介質向像面側射出到外部，相對於所述中心軸僅在單側構成所述光路。另外，光學元件的特徵在於，當所述光學元件的子午剖面的角倍率設為後co時，滿足formulaseeoriginaldocumentpage9的條件。另外，光學元件的特徵在於，所述第2透射面的子午剖面的光焦度為負，當所述第2透射面的光焦度設為P2、中心主光線的子午剖面的光學系統整體的光焦度設為Pm時，滿足formulaseeoriginaldocumentpage9的條件。另外，光學元件的特徵在於，所述光學元件由折射率大於等於1.5的透明介質構成。另外，光學元件的特徵在於，所述第1反射面、所述第2反射面以及所述第3反射面中的至少1個具有全反射作用。另外，光學元件的特徵在於，所述第l反射面、所述第2反射面以及所述第3反射面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。另外，光學元件的特徵在於，所述透明介質具有的面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使包含奇數次項的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。並且，達成上述目的的光學系統具有本發明的光學元件，其特徵在於，該光學系統具有前組；後組，其配置為比所述前組更靠近像面側；以及開口，其配置在所述前組和所述後組之間，所述光學元件配置在所述前組，形成以包圍所述中心軸的方式配置的物體的像，或者在從所述中心軸放射的方向上對物體的像進行投影。另外，光學系統的特徵在於，所述光學系統將中心軸周圍的圓環狀的物體的像形成在與中心軸垂直的平面內。另外，光學系統的特徵在於，所述第l反射面、所述第2反射面以及所述第3反射面配置為使凸面朝向所述開口側。另外，光學系統的特徵在於，所述第2透射面配置為使凹面朝向所述開口側。另外，光學系統的特徵在於，所述光學系統在光路中不形成中間像。另外，光學系統的特徵在於，所述光學元件相對於開口配置在像面的相反側。另外，光學系統的特徵在於，當所述光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，滿足D/Dr<10…(3)的條件。另外，光學系統的特徵在於，所述光學元件的外徑D滿足D〈20mm…(4)的條件。並且，達成上述目的的本發明的特徵在於，本發明是應用了所述光學系統的內窺鏡。在上述的本發明的光學系統中，能夠得到小型的、良好地校正了像差、解析度高的光學系統，其能夠用簡單的結構觀察不同的方向或者在不同的方向上對圖像進行投影。圖1是用於說明本發明的實施例1至實施例3的光學系統的坐標系的圖。圖2是示出擴展旋轉自由曲面的原理的圖。圖3是沿著本發明的實施例1的光學系統的中心軸截取的剖面圖。圖4是示出實施例1的光學系統整體的橫像差圖的圖。圖5是示出實施例1的光學系統整體的F-6線圖的圖。圖6是沿著本發明的實施例2的光學系統的中心軸截取的剖面圖。圖7是示出實施例2的光學系統整體的側視光路的橫像差圖的圖。圖8是示出實施例2的光學系統整體的直視光路的橫像差圖的圖。圖9是示出實施例2的光學系統整體的F-0線圖的圖。圖10是沿著本發明的實施例3的光學系統的中心軸截取的剖面圖。圖11是示出實施例3的光學系統整體的橫像差圖的圖。圖12是示出實施例3的光學系統整體的F-e線圖的圖。圖13是示出其它實施例的圖。圖14是示出其它實施例的圖。圖15是用於說明本發明的實施例4或實施例5的光學系統的坐標系的圖。圖16是沿著本發明的實施例4的光學系統的中心軸截取的剖面圖。圖17是示出實施例4的光學系統整體的橫像差圖的圖。圖18是示出實施例4的光學系統整體的像高與視場角的關係的圖。圖19是沿著本發明的實施例5的光學系統的中心軸截取的剖面圖。圖20是示出實施例5的光學系統整體的橫像差圖的圖。ii圖21是示出實施例5的光學系統整體的像高與視場角的關係的圖。圖22是示出本發明的實施例1至實施例3的光學系統的圖像和攝像元件的配置示例的圖。圖23是示出本發明的實施例4或實施例5的光學系統的圖像和攝像元件的配置示例的圖。圖24是示出將本發明的光學系統用作內窺鏡前端的攝影光學系統的示例的圖。圖25是示出將本發明的實施例1至實施例3的光學系統用作膠囊型內窺鏡的攝影光學系統的示例的圖。圖26是示出將本發明的實施例4或實施例5的光學系統用作膠囊型內窺鏡的攝影光學系統的示例的圖。圖27是示出將本發明的光學系統用作汽車的攝影光學系統的示例的圖。圖28是示出將本發明的光學系統用作投影裝置的投影光學系統的示例的圖。圖29是示出將本發明的光學系統用作對室外的被攝體進行拍攝的攝影光學系統的示例的圖。具體實施例方式下面，根據實施例1實施例3，對本發明的光學元件以及具有該光學元件的光學系統進行說明。圖3是沿著後述的實施例1的光學系統1的中心軸(旋轉對稱軸)2截取的剖面圖。並且，下面作為成像光學系統進行說明，但是，也可以將光路逆轉用作投影光學系統。實施例1的光學系統1構成為包括由關於中心軸2旋轉對稱且具有負光焦度的前組Gf、開口S、以及具有正光焦度的後組Gb，以不會在光路中形成中間像的方式成像或對像進行投影。像面5附近的平行平面板是攝像元件的玻璃罩C等。另外，通過使前組Gf為負，後組Gb為正，由此成為所謂的反焦型，尤其是在期望得到較寬的觀察視場角時效果顯著。本發明的光學元件在包含中心軸2的剖面內以與中心軸2垂直的方向為中心在單側具有大約180。視場角，由繞中心軸2旋轉對稱的、折射率大於l的透明介質L1構成，透明介質L1具有第l透射面ll，其相對於中心軸2配置在最外周；第1反射面12，其配置為比第l透射面更靠近中心軸側；第2反射面13，其相對於第1反射面12配置在像面5的相反側；第2透射面14，其配置為比第2反射面13更靠近像面5側，並且入射到透明介質Ll的光束構成下述的大致Z字形狀的光路A:按照順光線追蹤的順序，經過第1透射面11後進入透明介質Ll內，在第1反射面12反射被向像面5的相反側，在第2反射面13被反射向像面5頂lj，經過第2透射面14後從透明介質Ll向像面5側射出到外部，相對於中心軸2僅在單側構成光路A。通過該結構，可在單側具有大約90。的大視場角，並且相對地減小光路A的入射到第1反射面12以及第2反射面13的入射角度，並能夠減少在反射面的偏心像差的發生。另外，僅在中心軸的單側構成光路A，由此光學元件內的光路不會跨越中心軸2，能夠使光學元件變薄。另外，優選當本發明的光學元件的子午剖面的角倍率設為e"時，輛足0.01<Pco<0.5…(l)的條件。該條件表示子午剖面上的縮小角倍率，當超過條件式(1)的下限時，本發明的光學元件承受的負擔增大，光學元件異常地大型化，需要折射率異常高的昂貴的玻璃。另外，'當超過條件(1)的上限時，將不再有光學元件的視場角縮小效果，入射到後組的視場角變寬，後組的負擔增大。還優選的是，滿足0.02<JPo)<0.2…(l-l)的條件。另外，當第2透射面14的近軸的光焦度設為P2、中心主光線的光學系統整體的子午剖面的光焦度設為Pm時，優選滿足13-10<P2/Pm<-l…(2)的條件。該條件式(2)表示第2透射面14佔整體的光焦度的比例，當超過條件式(2)的下限時，意味著第2透射面14的負光焦度強，可縮小角倍率，但是當變得過小時，在該面上產生過大的彗形像差和像散，不能用其它面進行校正。另外，當超過條件式(2)的上限時，第2透射面14的負光焦度變得過小，與條件式(1)相同，不能得到大的子午剖面的角倍率(增大縮小率)，後組的負擔增大，光學系統更加大型化。另外，通過使光學元件為折射率大於等於1.5的介質，由內部反射面構成具有反射作用的面，由此，與由反射面構成相比，減少了像差的發生。通過該結構，能夠構成小型、解析度高的光學系統，並且能夠將2個反射面構成為一體，對於組裝調整是優選的。還優選的是，由折射率大於等於1.7的介質構成。當提高折射率時，能夠相應地減小內部反射面的曲率(增大曲率半徑)，尤其是在如本發明這樣，構成為偏心光學系統的情況下，能夠減少偏心像差的發生，提高解析度。還優選的是，通過使折射率大於等於1.8，臨界角變成33度，尤其是能夠將第1反射面構成為全反射面，可以不進行反射塗層，因此，在加工上和光量的損失方面是優選的。另夕卜，通過使第1反射面12以及第2反射面13中的至少1個具有全反射作用，由此，無需安裝反射膜，因而在製造變得容易的同時，反射率也成為100%，能夠拍攝明亮的圖像。另外，第1反射面12以及第2反射面13中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，由此能夠校正視場角周邊部分的畸變，該擴展旋轉自由曲面是使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸2旋轉而形成的。另外，透明介質L1具有的面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，由此，能夠提供關於視場角中心上下非對稱的形狀，對於像差校正是優選的，該擴展旋轉自由曲面是使包含奇數次項的任意形狀的線段繞中心軸2旋轉而形成的。在該實施例中，具有反射作用的2個反射面都使凹面朝向開口S。由此，反射面的光焦度配置為負-正的配置，光學元件本身的反射面的光焦度配置為所謂的反焦型，容易得到寬視場角，並且能夠減少彗形像差的發生。另外，第2透射面優選為使凹面朝向開口側的、具有強的負光焦度的面。通過減小通過該面後從光學元件射出的視場角，由此能夠減小入射到後組的視場角，減輕後組進行像差校正的負擔，在整體上實現小型的、構成枚數少的光學系統。另外，通過將光學元件配置為比開口更靠近物體側，容易與後組取得平衡，對於光學系統的小型化和簡單化具有良好的結果。在開口附近，子午剖面的中心光線與視場角大的光線接近，因此當光學元件配置在開口附近時，不能得到高的角倍率，其它透鏡的負擔增大。另外，當光學元件配置在開口的像側時，很難通過比開口更靠近物體側的前組得到寬的視場角。圖6示出沿著後述的實施例2的光學系統1的中心軸(旋轉對稱軸)2截取的剖面圖。在該實施例中，除了與針對實施例l進行說明的內容相同的用於從中心軸觀察獲得側面的像的側視光路以外，還具有直視光路，該直視光路用於獲得通過光學元件的中心且沿著光學系統的中心軸的前面的像。這樣，當光學元件構成為可獲得側視光路A和直視光路B這2個光路時，由於其它光學元件也共用一部分，因此可減少光學元件的數量，並可構成小型的光學系統。另外，通過在同一平面上對兩個光路的圖像進行投影，可以用一個攝像元件同時對兩個圖像進行對焦來清晰地進行拍攝。還優選的是，當光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，滿足D/Dr<10…(3)的條件。當超過條件式(3)的上限時，相對於攝像元件，光學系統的外徑增大。對於攝像元件而言，某種程度上優選的尺寸取決於其價格和攝像元件的噪聲等。例如，在使用1/3英寸或l/4英寸等比較便宜且容易得到15的解析度高的攝像元件時，如果超過條件式(3)的上限，則不能緊湊地構成光學系統整體。還優選的是，滿足D/Dr<5…(3-l)的條件。還優選的是，光學元件的外徑D滿足D〈20mm...(4)的條件。尤其是在用作內窺鏡的攝像系統時，在減輕對被檢者的負擔的意義上，優選滿足條件(4)。還優選的是，滿足D<10mm…(4-1)的條件。下面，對本發明的光學系統的實施例1實施例3進行說明。這些光學系統的結構參數將在後面敘述。例如如圖1所示，坐標系在順光線追蹤中，將從物體面3朝向到第1面的中心主光線的延長線與中心軸2的交點設為偏心光學面的原點O，相對於中心軸2為物體面3的相反側的、與中心軸2垂直的方向設為Y軸正方向，圖1的紙平面設為Y-Z平面。並且，圖1的像面5側的方向設為Z軸正方向，與Y軸、Z軸構成右手直角坐標系的軸設為X軸正方向。^t偏心面賦予:距定義了該面的坐標系從的上述光學系統1的原點0之間的偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z)、以及對分別以定義在光學系統l的原點O的坐標系的X軸、Y軸、Z軸為中心的各面進行定義的坐標系的傾斜角(分別為cu|3、Y(°))。在該情況下，a和p的正是指相對於各個軸的正方向的逆時針，Y的正是指相對於Z軸的正方向順時針。並且，使面的中心軸的a、P、Y旋轉的方法是首先，使對各面進行定義的坐標系繞定義在光學系統的原點的坐標系的X軸逆時針旋轉a，接著，繞該旋轉後的新坐標系的Y軸逆時針旋轉p，接著，繞該旋轉後的另外的又一新坐標系的Z軸順時針旋轉y。另外，當構成各實施例的光學系統中的光學作用面中的、特定的面以及其後續的面構成共軸光學系統時，賦予面間隔，另外，按照常用方法賦予面的曲率半徑、介質的折射率、阿貝數。並且，與後述的結構參數中沒有記載數據的非球面有關的項為0。記載了與d線(波長587.56nm)對應的折射率、阿貝數。長度的單位是mm。如上所述，用從距基準面的偏心量表示各面的偏心。並且，非球面是由下述定義式賦予給出的旋轉對稱非球面。Z=(Y2/R)/[1+{1-(l+k)Y2/RM1/2]+aY4+bY6+cY8+dY1D+'',(a)其中，Z設為軸，Y取與軸垂直的方向。這裡，R為近軸曲率半徑，k是圓錐常數，a、b、c、d、...分別是4次、6次、8次、IO次的非球面係數。該定義式的Z軸是旋轉對稱非球面的軸。另外，擴展旋轉自由曲面是由下述定義給出賦予的旋轉對稱面。首先，如圖2所示，確定在Y-Z坐標面上通過原點的下述曲線(b)。Z-(Y2/RY)/[1+{1-(C!+l)Y2/RYM1/2]+C2Y+C3Y2+C4Y3+C5Y4+C6Y5+C7Y6++C21Y2°+,+Cn+1Y+.(b)接著，確定曲線F(Y)，該曲線F(Y)是將該曲線(b)朝向X軸正方向以左轉為正而轉動角度e(°)得到的。該曲線F(Y)也在Y-Z坐標面上也通過原點。將該曲線F(Y)向Y正方向平行移動距離R(為負時向Y負方向)，然後，將使該平行移動後的曲線繞Z軸旋轉而生成的旋轉對稱面作為是擴展旋轉自由曲面。其結果是，擴展旋轉自由曲面在Y-Z面內是自由曲面(自由曲線)，在X-Y面內是半徑為IRI的圓。根據該定義，Z軸是擴展旋轉自由曲面的軸(旋轉對稱軸)。17這裡，RY是Y-Z剖面上的球面項的曲率半徑，d是圓錐常數，C2、C3、C4、Cs…分別是l次、2次、3次、4次…的非球面係數。並且，假設具有Z軸作為中心軸的Z軸的圓錐面是擴展旋轉自由曲面的一種，RY=oo，d、C2、C3、C4、C5、■=，e=(圓錐面的傾斜角)，R=(X-Z面內的底面半徑)。另外，與後述的結構參數中沒有記載數據的非球面有關的項為0。對於折射率、阿貝數，記載了與d線(波長587.56nm)對應的折射率、阿貝數。長度的單位是mm。如上所述，用從距基準面的偏心量表示各面的偏心。圖3示出沿著實施例1的光學系統1的中心軸2截取的剖面圖。另外，圖4示出該實施例的光學系統整體的橫像差圖，圖5示出視場角與像高之間的關係。在該橫像差圖中，在中央所示的角度表示(水平方向視場角、垂直方向視場角)，表示該視場角時中的Y方向(子午方向)和X方向(弧矢方向)的橫像差。並且，對於水平方向視場角，負的視場角是指朝向Y軸正方向向右旋轉的角度，對於垂直方向視場角，負的視場角是指朝向X軸正方向向右旋轉的角度。以下相同。本實施例是這樣的示例，即與光學系統1的中心軸2同心地旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質的透射面以及反射面全部由不同的面構成，而不是在光路內共用。光學系統1構成為包括繞中心軸2旋轉對稱的前組Gf、繞中心軸2旋轉對稱的後組Gb、以及與中心軸2同軸地配置在前組Gf和後組Gb之間的開口S，後組Gb由第l組Gl和第2組G2構成。前組由繞中心軸2旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質Ll構成。透明介質L1具有第l透射面ll，其與物體面對置，配置在外側，由與中心軸2平行地形成的圓柱面構成；第1反射面12，其形成在透明介質Ll的內部，相對於第1透射面11配置在中心軸2側，由復曲面構成，且具有負光焦度；第2反射面13，其形成在透明介質L1的內部，相對於第1反射面12配置在像面5的相反側，由復曲面構成，且具有正光焦度；以及第2透射面14，其配置為比第2反射面13更靠近像面5側，由非球面構成，且具有負光焦度。第1組由凹面朝向像面5側的負凹凸透鏡L2與雙凸正透鏡L3的接合透鏡構成，具有第3透射面21;配置為比第3透射面21更靠近像面5側的接合面23;以及配置為比接合面23更靠近像面5側的第4透射面31。第2組由雙凸正透鏡L4與雙凹負透鏡L5的接合透鏡構成，第2組具有第5透射面41;配置為比第5透射面41更靠近像面5側的接合面45;以及配置為比接合面45更靠近像面5側的第6透射面51。光學系統1形成光路A。在光路A中，從光學系統1的物體面3入射的光束依次經過前組Gf和後組Gb，在與中心軸2垂直的像面5的、偏離中心軸2的外側圓環狀地形成圖像。作為光路A，具有下述大致Z字形狀的光路，g卩入射到光學系統l的光束經過第1透射面11後進入前組Gf的透明介質Ll內，在第1反射面12被反射向像面5的相反側，在第2反射面13被反射向像面5偵IJ，經過第2透射面14後從透明介質L1射出到外部。.然後，經過與中心軸2同軸地設置在前組Gf和後組Gb之間、且構成光圈的開口S，間隔著中心軸2在相反側經過第3透射面21進入後組Gb的第1組的負凹凸透鏡L2與雙凸正透鏡L3的接合透鏡內，經過接合面23，從第4透射面31射出到外部，經過第5透射面41進入第2組的雙凸正透鏡L4與雙凹負透鏡L5的接合透鏡內，經過接合面45，從第6透射面51射出到外部，在像面5的偏離中心軸2的半徑方向的規定位置處成像。該實施例l的規格為-視場角-89°89°像的尺寸小O.48小2.37F數值3.97圖6示出沿著實施例2的光學系統1的中心軸2截取的剖面圖。另外，圖7示出該實施例的光學系統整體的側視光路的橫像差圖，圖8示出直視光路的橫像差圖，圖9示出像高與視場角之間的關係的圖。本實施例是這樣的示例，即與光學系統1的中心軸2同心地旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質的透射面以及反射面全部由不同的面構成，而不是在側視光路內共用。光學系統1由繞中心軸2旋轉對稱的前組Gf、繞中心軸2旋轉對稱的後組Gb、以及與中心軸2同軸地配置在前組Gf和後組Gb之間的開口5構成，後組Gb由第l組Gl、第2組G2構成。前組Gf由繞中心軸2旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質Ll構成，是將側視光路A與直視光路B合成的光路合成光學系統。透明介質Ll具有側視第1透射面11，其與側視物體面3對置，配置在外側，且是與中心軸2平行的圓柱狀；側視第1反射面12，其形成在透明介質Ll的內部，形成在比側視第1透射面11更靠近中心軸2側的位置，由復曲面構成，且具有負光焦度；側視第2反射面13，其形成在透明介質Ll的內部，相對於側視第1反射面12配置在像面5的相反側，由復曲面構成，且具有正光焦度；以及側視第2透射面14，其配置為比側視第2反射面13更靠近像面5側，由非球面構成，且具有負光焦度。另外還具有直視第3透射面15，其由球面構成，具有正光焦度；以及直視第4透射面16，其配置為比直視第3透射面15更靠近像面5側，由非球面構成，具有負光焦度。並且，側視第2透射面14和直視第4透射面16是同一面。第1組由凹面朝向像面5側的負凹凸透鏡L2與雙凸正透鏡L3的接合透鏡構成，第1組具有第3透射面21、配置為比第3透射面21更靠近像面5側的接合面23、以及配置為比接合面23更靠近像面5側的第4透射面31。第2組由雙凸正透鏡L4與雙凹負透鏡L5的接合透鏡構成，第2組具有第5透射面41、配置為比第5透射面41更靠近像面5側的接合面45、以及配置為比接合面45更靠近像面5側的第6透射面51。光學系統1形成側視光路A和直視光路B。在側視光路A中，從光學系統1側面的側視物體面3入射的光束依次經過前組Gf與後組Gb，在與中心軸2垂直的像面5的、偏離中心軸2的外側圓環狀地形成圖像。另外，在直視光路B中，從光學系統1的中心軸2附近的直視物體面4入射的光束依次經過前組Gf和後組Gb，在與中心軸2垂直的像面5的、中心軸2附近圓形地形成圖像。作為側視光路A，具有下述大致Z字形狀的光路，即從光學系統l的側面入射的光束經過側視第1透射面11後進入前組Gf的透明介質Ll內，在側視第1反射面12被反射向像面5的相反側，在側視第2反射面13被反射向像面5側，經過側視第2透射面14後從透明介質Ll射出到外部。然後，經過與中心軸2同軸地設置在前組Gf和後組Gb之間、且構成光圈的開口S，間隔著中心軸2在相反側經過共同的第3透射面21進入後組Gb的第1組的負凹凸透鏡L2與雙凸正透鏡L3的接合透鏡內，經過接合面23，從共同的第4透射面31射出到外部，經過共同的第5透射面41進入第2組的雙凸正透鏡L4與雙凹負透鏡L5的接合透鏡內，經過接合面45，從共同的第6透射面51射出到外部，在像面5的偏離中心軸2的半徑方向的規定位置處成像。另外，作為直視光路B，入射到光學系統1的光束經過直視第1透射面15進入前組Gf的透明介質Ll內，經過配置為比直視第1透射面15更靠近像面5側的直視第2透射面16,從透明介質Ll射出到外部。然後經過與中心軸2同軸地設置在前組Gf和後組Gb之間、且構成光圈的開口S，間隔著中心軸2在相反側經過共同的第3透射面21進入後組Gb的第1組的負凹凸透鏡L2與雙凸正透鏡L3的接合透鏡內，經過接合面23，從共同的第4透射面31射出到外部，經過共同的第5透射面41進入第2組的雙凸正透鏡L4與雙凹負透鏡L5的接合透鏡內，經過接合面45，從共同的第6透射面51射出到外部，在像面5的中心軸2上成該實施例2的規格為視場角(側視)-89°89°(直視)0°60。像的尺寸(側視)小O.87)2.7621(直視)(|)0.66F數值(側視)4.26(直視)4.24圖10示出沿著實施例3的光學系統1的中心軸2截取的剖面圖。另外，圖11示出該實施例的光學系統整體的橫像差圖，圖12示出像高與視場角之間的關係的圖。在該橫像差圖中，中央所示的角度表示(水平方向視場角、垂直方向視場角)，表示該視場角時的Y方向(子午方向)和X方向(弧矢方向)的橫像差。並且，對於水平方向視場角，負的視場角是指朝向Y軸正方向右轉的角度，對於垂直方向視場角，負的視場角是指朝向X軸正方向右轉的角度。下面相同。本實施例是這樣的示例，即與光學系統1的中心軸2同心地旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質的透射面以及反射面全部由不同的面構成，而不是在光路內共用。光學系統l構成為包括繞中心軸2旋轉對稱的前組Gf、繞中心軸2旋轉對稱的後組Gb、以及與中心軸2同軸地配置在前組Gf和後組Gb之間的開口S，前組Gf由第1組G1和第2組G2構成，後組Gb由第3組G3和第4組G4構成。第1組由繞中心軸2旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質L1構成。透明介質L1具有第l透射面ll，其與物體面對置，配置在外側，且由與中心軸2平行地形成的的圓柱面構成；第1反射面12，其形成在透明介質L1的內部，相對於第1透射面11配置在中心軸2側，由擴展旋轉自由曲面構成，且具有負光焦度；第2反射面13，其形成在透明介質L1的內部，相對於第1反射面12配置在像面5的相反側，由擴展旋轉自由曲面構成，且具有正光焦度；以及第2透射面14，其配置為比第2反射面13更靠近像面5偵U，由非球面構成，且具有負光焦度。第2組由凸面朝向像面5側的正凹凸透鏡L2構成，第2組具有第3透射面21、配置為比第3透射面21更靠近像面5側的第4透射面31。第3組由凹面朝向像面5側的負凹凸透鏡L3與雙凸正透鏡L4的接合透鏡構成，第3組具有第5透射面31、配置為比第5透射面31更靠第4組由雙凸正透鏡L5與雙凹負透鏡L6的接合透鏡構成，第4組具有第7透射面51、配置為比第7透射面51更靠近像面5側的接合面56、以及配置為比接合面56更靠近像面5側的第8透射面61。光學系統1形成光路A。在光路A中，從光學系統1的物體面3入射的光束依次經過前組Gf和後組Gb，在與中心軸2垂直的像面5的、偏離中心軸2的外側圓環狀地形成圖像。作為光路A，具有下述大致Z字形狀的光路，即入射到光學系統l的光束經過第l透射面ll後進入前組Gf的第1組的透明介質U內，在第1反射面12被反射向像面5的相反側，在第2反射面13被反射向像面5頂ij，經過第2透射面14後從透明介質L1射出到外部。接著，經過第3透射面21，進入第2組的正凹凸透鏡L2內，從第4透射面31射出到外部。然後，經過與中心軸2同軸地設置在前組Gf和後組Gb之間、且構成光圈的開口S，間隔著中心軸2在相反側經過第5透射面31進入後組Gb的第3組的負凹凸透鏡L3與雙凸正透鏡L4的接合透鏡內，經過接合面34，從第6透射面41射出到外部，經過第7透射面51進入第4組的雙凸正透鏡L5與雙凹負透鏡L6的接合透鏡內，經過接合面56，從第8透射面61射出到外部，在像面5的偏離中心軸2的半徑方向的規定位置處成像。該實施例3的規格為視場角-89°89。像的尺寸小O.44(|)2.38F數值5.9另外，當光學元件的子午剖面的角倍率設為Pco、具有第2透射作用的面的子午剖面的光焦度設為P2、中心主光線的子午剖面的光學系統整體的光焦度設為Pm、光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，如下所述。實施例i實施例2實施例30.0990,0900.129P2/Pm-3.022-2,427-3.932D7.0007.0008.000Dr2.3662.7562.381D/Dr2.9592.5283.360下面，示出上述實施例1實施例3的結構參數。並且，下面的表中的"ASS"表示非球面、"ERFS"表示擴展旋轉自由曲面、"RE"表示反射面。實施例1面序號曲率半徑面間隔偏心折射率阿貝數物體面偏心(1)1ERFS[l]偏心(2)1.834842.72ERFS[2](RE)偏心(3)1.834842.73ERFS[3](RE)偏心(4)1.834842.74ASS[l]偏心(5)50.50偏心(6)1.516364.1600(光i圏)0.3572.820.301.846723.881.281.201.744044.89-1.850.10101.841.401.497169.311-l.140.301.846723.81220.090.50130.401.516364.1140.10像面ooERFS[1]RYoo090.00R-3.50ERFS[2〕RY4.52039.68R-2.18ERFS[3]RY5.72010.80R-1.62ASS[1]R0.70k-1.9423E-01偏心[i]X0.00Y0.00Z0.00a90.00i80.00t0.00偏心[2]X0.00Y0.00Z0.00a0.00j60.00t0.00偏心[3]25X0.00Y0,00z0.00a0.00i60.00t0.00X偏心[4]0.00Y0.00z-2.95a0'00偏心[5]0.00T0.00X0.00Y0.00z-l.46a0.00]80.00T0.00X偏心[6]0.00Y0,00z-0,10a0.00i80.000.00實施例2側視光路面序號曲率半徑物體面00面間隔偏心偏心(1)折射率阿貝數1ERFS[l]偏心(2)1.834842.72ERFS[2](RE)偏心(3)1.834842.73ERFS[3](RE)偏心(4)1.834842.74ASS[l]偏心(5)5°°0.50偏心(6)1.516364.16w(光圈)0.3572.770.301.846723.881.391.201.701244.89-1.790.10102.011.401.487570,411—1.250.301.846723,8formulaseeoriginaldocumentpage27偏心[2]0.00Y0,00z0.000,000.00T0.00偏心[3]X0.00Y0.00z0.00a0.000.00T0.00偏心[4]X0.00Y0.00z-2.640.000.00T0.00偏心[5]X0.00Y0.00z-1.55a0,000.000.00偏心[6]X0.00Y0.00z0.130.000.00T0.00直視光路面序號曲率半徑面間隔偏心折射率阿貝數物體面oo偏心(1)i5.00偏心(7)1.834842.72ASS[l]偏心(5)30.50偏心(6)1.516364.14~(光E圏)0.3552.820,301.846723.861.281.201.744044.87-1.850.1081.841.401.497169.39-l.140.301.846723.81020.090.50281112像面RkXaXG！XX實施例3面序號物體面123450,0090.000.000.000.000.000.000.00曲率半徑0.40o.10ASS[1]0.70-l.9423E-01偏心[i]y0.00zi60.00t偏心[7]Y0.00Zi60.00t偏心[5]Y0.00Zi80.00y偏心[6]Y1.516364.1j60.000.00zt0.000.00-2.850.00-1.550.000.130.00折射率阿貝數ERFS[l]ERFS[2](RE)ERFS[3](RE)ASS[l]-1,45面間隔偏心00偏心(1)偏心(2)1.834842.7偏心(3)1.834842.7偏心(4)1.834842.7偏心(5)0.50偏心(6)1.516364.129tableseeoriginaldocumentpage30xxxxx0.90.0.0.0.0.偏心[i]00Y0.0000/30.00偏心[2]00Y0，0000jS0.00偏心[3]00YO，OO00i60.00偏心[4]ztZ丁z0.000.000，000.000.000,000.00Y0.00Z-3.730.00iS0.00丁0.00偏心[5]0.00Y0.00Z-1.770,00j80.00t0.00偏心[6]0.00Y0.00Z-0.710.00j80.00t0.00上面的實施例是用擴展旋轉自由曲面來設計與光學系統1的中心軸2同心地旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質的透射面以及反射面的示例，但是，在擴展旋轉自由曲面與旋轉對稱面垂直且不使用高次項的情況下，成為與球面等效的結構。並且，前組Gf的反射面和折射面分別利用使任意形狀的線段繞中心軸2旋轉而形成的且在中心軸2上不具有面頂的擴展旋轉自由曲面來設計，但也可以分別替換為任意的曲面。例如，第1透射面11必須形成在透明介質LI的外周部，但是其形狀也可以是圖13所示的復曲面，而不限定為圓柱面。另外，也可以是圖14所示的圓錐面。另外，本發明的光學系統使用在定義形成旋轉對稱面的任意形狀的線段的公式中包含奇數次項的線段，由此，校正因偏心產生的像面5的傾斜和逆向投影時的光圈的瞳孔像差。並且，直接使用構成本發明的前組Gf的繞中心軸2旋轉對稱的透明介質，由此，能夠對具有360。全方位視場角的圖像進行拍攝或投影，但也可以沿包含中心軸2的剖面將該透明介質切成二分之一、三分之一、三分之二等，由此對繞中心軸2的視場角為180。、120°、240。等的圖像進行拍攝或投影。另外，本發明的光學系統也可用作使中心軸(旋轉對稱軸)2朝向垂直方向，取得包含天頂在內的360。的全方位(全周)視場角的圖像的攝像或觀察光學系統。並且，本發明不限於攝影光學系統、觀察光學系統，也可將光路逆轉、用作以包含天頂在內的360。的全方位(全周)視場角對圖像進行投影的投影光學系統。並且，還可以用作內窺鏡的管內觀察裝置的全周觀察光學系統。接著，根據實施例4以及實施例5對本發明的光學元件以及具有該光學元件的光學系統進行說明。圖16是沿著後述的實施例4的光學系統1的中心軸(旋轉對稱軸)2截取的剖面圖。並且，下面作為成像光學系統進行說明，但也可以將光路逆轉用作投影光學系統。實施例4的光學系統1構成為包括由關於中心軸2旋轉對稱且具有負光焦度的前組Gf、開口S、以及具有正光焦度的後組Gb，以不會在光路中形成中間像的方式成像或對像進行投影。像面5附近的平行平面板是攝像元件的玻璃罩C等。另外，通過使前組Gf為負，後組Gb為正，由此成為所謂的反焦型，尤其是在期望得到寬的觀察視場角時有效。本發明的光學元件在包含中心軸2的剖面內以與中心軸2垂直的方向為中心在單側具有大約90。視場角，由繞中心軸2旋轉對稱的、折射率大於l的透明介質L1構成，透明介質L1具有第l透射面ll，其相對於中心軸2配置在暈外周；第1反射面12，其配置為比第l透射面更靠近中心軸側;第2反射面13，其相對於第1反射面12配置在像面5側；第3反射面14，其相對於第2反射面13配置在像面5的相反側；第2透射面15，其配置為比第3反射面14更靠近像面5側，並且該光學元件構成下述的大致W字形狀的光路A:按照順光線追蹤的順序，入射到透明介質Ll的光束經過第1透射面11後進入透明介質Ll內，在第1反射面12被反射向像面5側，在第2反射面13被反射向像面5的相反側，在第3反射面14被反射向像面5側，經過第2透射面15後從透明介質Ll向像面5側射出到外部，相對於中心軸2僅在單側構成光路A。通過該結構，可在單側具有大約90。的大視場角，並且使光路A的入射到第1反射面12、第2反射面13以及第3反射面14的入射角度較小，並能夠減少在反射面發生的偏心像差的發生。另外，僅在中心軸的單側構成光路A，由此光學元件內的光路不會跨越中心軸2，能夠使光學元件變薄o並且，優選當本發明的光學元件的子午剖面的角倍率設為e"時，滿足0.01<3co<0.5…(1)的條件。該條件表示子午剖面上的縮小角倍率，當超過條件式(1)的下限時，本發明的光學元件承受的負擔增大，光學元件異常地大型化，需要折射率異常高的昂貴的玻璃。另外，當超過條件(1)的上限時，將不再有光學元件的視場角縮小效果，入射到後組的視場角變寬，後組的負擔增大。還優選的是，滿足0.02<Pco<0.2…(l-1)的條件。另外，當第2透射面15的近軸的光焦度設為P2、中心主光線的光學系統整體的子午剖面的光焦度設為Pm時，優選滿足-10<P2/Pm<-1…(2)的條件。該條件式(2)表示第2透射面15佔整體的光焦度的比例，當超過條件式(2)的下限時，意味著第2透射面15的負光焦度強，可縮小角倍率，但是當變得過小時，在該面上產生過大的彗形像差和像散，不能用其它面進行校正。另外，當超過條件式(2)的上限時，第2透射面15的負光焦度變得過小，與條件式(1)相同，不能得到大的子午剖面的角倍率(增大縮小率)，後組的負擔增大，光學系統更加大型化。另外，通過使光學元件為折射率大於等於1.5的介質，由內部反射面構成具有反射作用的面，由此，與由反射面構成相比，減少了像差的發生。通過該結構，能夠構成小型、解析度高的光學系統，並且能夠將2個反射面構成為一體，對於組裝調整是優選的。還優選的是，由折射率大於等於1.7的介質構成。當提高折射率時，能夠相應地減小內部反射面的曲率(增大曲率半徑)，尤其是在如本發明這樣，構成為偏心光學系統的情況下，能夠減少偏心像差的發生，提高解析度。還優選的是，.通過使折射率大於等於1.8，臨界角變成33度，尤其是能夠將第1反射面構成為全反射面，可以不進行反射塗層，因此，在加工上和光量的損失方面是優選的。另外，通過使第1反射面12、第2反射面13以及第3反射面14中的至少1個具有全反射作用，由此，無需安裝反射膜，因而在製造變得容易的同時，反射率也成為100%，能夠拍攝明亮的圖像。另外，第1反射面12、第2反射面13以及第3反射面14中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，由此能夠校正視場角周邊部分的畸變，該擴展旋轉自由曲面是使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸2旋轉而形成的。另外，透明介質Ll具有的面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，由此，能夠提供關於視場角中心上下非對稱的形狀，對於像差校正是優選的，該擴展旋轉自由曲面是使包含奇數次項的任意形狀的線段繞中心軸2旋轉而形成的。在該實施例中，具有反射作用的3個反射面都使凹面朝向開口S。由此，反射面的光焦度配置為負-正-負，容易得到寬視場角，並且能夠減少彗形像差的發生。另外，第2透射面優選為使凹面朝向開口側的、具有強的負光焦度的面。通過減小通過該面後從光學元件射出的視場角，由此能夠減小入射到後組的視場角，減輕後組進行像差校正的負擔，在整體上實現小型的、構成枚數少的光學系統。另外，通過將光學元件配置為比開口更靠近物體側，容易與後組取得平衡，對於光學系統的小型化和簡單化具有良好的結果。在開口附近，子午剖面的中心光線與視場角大的光線接近，因此當光學元件配置在開口附近時，不能得到高的角倍率，其它透鏡的負擔增大。另外，當光學元件配置在開口的像側時，很難通過比開口更靠近物體側的前組得到寬AA化A口、J恍切用。還優選的是，當光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，滿足D/Dr<10…(3)的條件。當超過條件式(3)的上限時，相對於攝像元件，光學系統的外徑增大。對於攝像元件而言，某種程度上優選的尺寸取決於其價格和攝像元件的噪聲等。例如，在使用1/3英寸或1/4英寸等比較便宜且容易得到的解析度高的攝像元件時，如果超過條件式(3)的上限，則不能緊湊地構成光學系統整體。還優選的是，滿足D/Dr<5…(3-1)的條件。還優選的是，光學元件的外徑D滿足D〈20mra…(4)的條件。尤其是在用作內窺鏡的攝像系統時，在減輕對被檢者的負擔的意義上，優選滿足條件(4)。還優選的是，滿足35D8.06R一l.71RkFS〔2]FS[3]3-4偏心[i]0.00Y90.00i8偏心[2]0.00Y0.00j6偏心[3]ASS[1]243870E+00-10.000.00-3.500.00ZZ70.000.000.000.00X0.00Y-2.44z0.000,00j80，00丁0.00偏心[4]X0.00Y0,00z-2.55a0.00/30,00T0.00偏心[5]X0,00Y0.00z-O.74a0.00j60.00T0.00偏心[6]0.00Y0.00z-2.47a0.00j80,00T0.00偏心[7]X0.00Y0.00z-2.67a0.00jS0.00T0.00實施例5規光路面序號曲率半徑面間隔偏心折射率阿貝數物體面偏心(1)1ERFS[l]偏心(2)1.834842.72ERFS[2](RE)偏心(3)1.834842.73ERFS[3](RE)偏心(4)1.834842.74ASS[l](RE)偏心(5)1.834842.75-0.59偏心(6)6-1.03-0.30偏心(7)1.516364.17-1.16-0.108TO(光圈)-0.109—4.37-0.301.846723.810-l.15-0.80i.744044.8111.23-4.5112-3.47-1.40i.614836.9121.51-0.30i.846723.8135.76-2.0114-0.40i.516364.115oo-0.10像面OOERFS[1]RY6.2693.53R-3.50ERFS[2]RY2.50638.21R-2.60ERFS[3]RY5.956.60R-l.81ASS[1]R3.03k一l.3118E+0145XXXXXaXaXa0.0090.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00偏心[l]Y-10.00偏心[2]Y偏心[3]Y偏心[4]Y偏心[5]Y偏心[6]Y偏心[7]Yi80.000.000,000.000.000.000.000.000,000.000.000.00zTz丁zTz7*zzTz0.000.000.000.00-0.030.00-2.940,00-O.670.00-2.870.00-3,180.000.00圖22表示實施例1實施例3的圖像和攝像元件的配置示例。圖22(a)是使用畫面比為16:9的攝像元件的示例。在不使用上下方向的圖像的情況下，優選使攝像元件50的尺寸與側視光路A的圖像Al的左右的位置一致。圖22(b)示出使用畫面比為4:3的攝像元件50，並使攝像元件50的尺寸與直視光路B中的圖像B1—致的示例，與圖22(a)相同，表示不使用上下方向的圖像的情況。圖22(c)是使用畫面比為4:3的攝像元件50，並使攝像元件50的尺寸與側視光路A中的圖像Al—致的示例。如果這樣地進行配置，則能夠全部拍攝側視光路A的圖像A1和直視光路B的圖像B1兩者。圖23表示實施例4以及實施例5的圖像和攝像元件的配置示例。圖23(a)是使用畫面比為16:9的攝像元件的示例。在不使用上下方向的圖像的情況下，優選使攝像元件50的尺寸與光路A的圖像Al的左右的位置一致。圖23(b)示出使用畫面比為4:3的攝像元件50，並與圖23(a)相同示出不使用上下方向的圖像的情況的示例。圖23(c)是使用畫面比為4:3的攝像元件50，並使攝像元件50的尺寸與光路A中的圖像A1—致的示例。如果這樣地進行配置，則能夠全部拍攝光路A的圖像A1。下面，作為本發明的光學系統1的應用示例，說明攝影光學系統101或投影光學系統102的應用示例。圖24是表示將本發明的攝影光學系統101用作內窺鏡前端的攝影光學系統的示例的圖，圖24(a)是在硬質內窺鏡110的前端101安裝本發明的攝影光學系統，拍攝觀察360°全方位的圖像的示例。圖24(b)表示其前端的結構概況。配置有由殼體等構成的眩光(Flare)光圈107，防止眩光入射，該殼體具有在本發明的全景攝影光學系統101的前組Gf的入射面11的周圍沿圓周方向延伸成狹縫狀的開口106。另外，圖24(c)是在軟質電子內窺鏡113的前端同樣安裝本發明的全景攝影光學系統101，對所拍攝的圖像實施圖像處理並校正畸變後，顯示在顯示裝置114上的示例。圖25是在膠囊內窺鏡120中安裝實施例1的攝影光學系統101，拍攝觀察360。全方位的圖像的示例。在殼體等上形成有眩光光圈107，防止眩光入射，該殼體具有:在本發明的攝影光學系統10f的側視光路A中的前組Gf的側視第1透射面11的周圍沿圓周方向延伸成狹縫狀的開口106、以及在直視光路B中的前組Gf的直視第1透射面15的前方呈圓形的開口106。圖26是在膠囊內窺鏡120中安裝實施例4的攝影光學系統101，拍攝觀察360。全方位的圖像的示例。在殼體等上形成有眩光光圈107，防止眩光入射，該殼體具有在本發明的攝影光學系統101的周圍沿圓周方向延伸的開口106。如圖24圖26所示，通過對內窺鏡使用攝影光學系統101，由此能夠拍攝觀察攝影光學系統101後方的圖像，能夠從與以往不同的角度拍攝觀察各種部位。圖27(a)是在汽車130的前方安裝本發明的攝影光學系統101作為攝影光學系統，對經由各個攝影光學系統101而拍攝的圖像實施圖像處理，並校正畸變後同時顯示在車內的顯示裝置上的示例的圖，圖27(b)是在汽車130的各個角部和頭部的杆(Pole)的頂部安裝多個本發明的攝影光學系統101作為攝影光學系統，對經由各個攝影光學系統101拍攝的圖像實施圖像處理，並校正畸變後同時地顯示在車內的顯示裝置上的示例的圖。該情況時，如圖27(a)所示，如果使攝像元件50的尺寸與側視光路A的圖像A1的左右的位置一致，則能夠拍攝較寬的左右圖像，因此是優選的。另外，圖28是將本發明的投影光學系統102用作投影裝置140的投影光學系統，在配置於其像面5的顯示元件上顯示全景圖像，通過投影光學系統102，在360°全方位配置的屏幕141上對360。的全方位圖像進行投影顯示的示例。並且，圖29表示下述示例，在建築物150的外部安裝使用了本發明的攝影光學系統101的攝影裝置151，在室內配置使用了本發明的攝影光學系統101的投影裝置151，並將其連接成通過電線152將由攝影裝置151拍攝的圖像發送給投影裝置140。在這種配置中，經由攝影光學系統101用攝影裝置151拍攝室外的360。全方位的被攝體P，把其圖像信號通過電線152發送給投影裝置140，在配置於像面的顯示元件上顯示其圖像，通過投影光學系統102在室內的壁面等上對被攝體P的圖像P'進行投影顯示。產業上的應用領域在本發明的光學系統中，能夠得到小型的、良好地校正了像差、解析度高的光學系統，其能夠用簡單的結構觀察不同的方向或者在不同的方向上對圖像進行投影。權利要求1.一種光學元件，其特徵在於，該光學元件在包含中心軸的剖面內以與中心軸垂直的方向為中心在單側具有大約90°的視場角，由繞中心軸旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質構成，所述透明介質具有第1透射面，其相對於所述中心軸配置在最外周；第1反射面，其配置為比第1透射面更靠近中心軸側；第2反射面，其配置為比所述第1反射面更靠近像面的相反側；第2透射面，其配置為比所述第2反射面更靠近像面側，並且該光學元件構成下述的大致Z字形狀的光路入射到所述透明介質的光束按照順光線追蹤的順序，經過所述第1透射面後進入所述透明介質內，在所述第1反射面被反射向像面的相反側，在所述第2反射面被反射向像面側，經過所述第2透射面後從所述透明介質向像面側射出到外部，相對於所述中心軸僅在單側構成所述光路。2.根據權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，當所述光學元件的子午剖面的角倍率設為P時，滿足OHco<0.5…(1)的條件。3.根據權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述第2透射面的子午剖面的光焦度為負，當所述第2透射面的光焦度設為P2、中心主光線的子午剖面的光學系統整體的光焦度設為Pm時，滿足-10<P2/Pm<-1…(2)的條件。4.根據權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述光學元件由折射率大於等於1.5的透明介質構成。5.根據權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述第l反射面以及所述第2反射面中的至少1個具有全反射作用。6.根據權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述第l反射面和所述第2反射面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。7.根據權利要求1所述的光學元件，其特徵在於，所述透明介質具有的面中的至少r個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使包含奇數次項的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。8.—種光學系統，其具有權利要求1中所述的光學元件，其特徵在於，該光學系統具有前組；後組，其配置為比所述前組更靠近像面側；以及開口，其配置在所述前組和所述後組之間，所述光學元件配置在所述前組，形成以包圍所述中心軸的方式配置的物體的像，或者在從所述中心軸放射的方向上對物體的像進行投影。9.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，所述光學系統在與中心軸垂直的平面內形成中心軸周圍的圓環狀的物體的像。10.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，所述第l反射面以及所述第2反射面配置為使凹面朝向所述開口側。11.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，所述第2透射面配置為使凹面朝向所述開口側。12.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，所述光學系統在光路中不形成中間像。13.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，所述光學元件相對於開口配置在像面的相反側。14.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，所述光學元件具有觀察所述光學元件正前方的直視光路和觀察與中心軸垂直的方向的側視光路，在同一平面內形成所述直視光路以及所述側視光路的像。15.根據權利要求8所述的光學系統，其特徵在於，當所述光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，滿足D/Dr<10…(3)的條件。16.根據權利要求15所述的光學系統，其特徵在於，所述光學元件的外徑D滿足D<20mm...(4)的條件。17.—種內窺鏡，其應用了權利要求8中所述的光學系統。18.—種光學元件，其特徵在於，該光學元件在包含中心軸的剖面內以與中心軸垂直的方向為中心在單側具有大約90。視場角，由繞中心軸旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質構成，所述透明介質具有第1透射面，其相對於所述中心軸配置在最外周；第1反射面，其配置為比第1透射面更靠近中心軸側；第2反射面，其配置為比所述第l反^f面更靠近像面側；第3反射面，其相對於所述第2反射面配置在像面的相反側；以及第2透射面，其配置為比所述第3反射面更靠近像面側，並且該光學元件構成下述的大致W字形狀的光路入射到所述透明介質的光束按照順光線追蹤的順序，經過所述第l透射面後進入所述透明介質內，在所述第l反射面被反射向像面側，在所述第2反射面被反射向像面側的相反側，在所述第3反射面被反射向像面側，經過所述第2透射面後從所述透明介質向像面側射出到外部，相對於所述中心軸僅在單側構成所述光路。19.根據權利要求18所述的光學元件，其特徵在於，當所述光學元件的子午剖面的角倍率設為3"時，滿足formulaseeoriginaldocumentpage4的條件。20.根據權利要求18所述的光學元件，其特徵在於，所述第2透射面的子午剖面的光焦度為負，當所述第2透射面的光焦度設為P2、中心主光線的子午剖面的光學系統整體的光焦度設為Pm時，滿足formulaseeoriginaldocumentpage4的條件。21.根據權利要求18所述的光學元件，其特徵在於，所述光學元件由折射率大於等於1.5的透明介質構成。22.根據權利要求18所述的光學元件，其特徵在於，所述第l反射面、所述第2反射面以及所述第3反射面中的至少1個具有全反射作用。23.根據權利要求18所述的光學元件，其特徵在於，所述第l反射面、所述第2反射面以及所述第3反射面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使不具有對稱面的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。24.根據權利要求18所述的光學元件，其特徵在於，所述透明介質具有的面中的至少1個面由擴展旋轉自由曲面構成，該擴展旋轉自由曲面是使包含奇數次項的任意形狀的線段繞中心軸旋轉而形成的。25.—種光學系統，其具有權利要求18中所述的光學元件，其特徵在於，該光學系統具有前組；後組，其配置為比所述前組更靠近像面側；以及開口，其配置在所述前組和所述後組之間，所述光學元件配置在所述前組，形成以包幽所述中心軸的方式配置的物體的像，或者在從所述中心軸放射的方向上對物體的像進行投影。26.根據權利要求25所述的光學系統，其特徵在於，所述光學系統在與中心軸垂直的平面內形成中心軸周圍的圓環狀的物體的像。27.根據權利要求25所述的光學系統，其特徵在於，所述第l反射面、所述第2反射面以及所述第3反射面配置為使凸面朝向所述開口偵ij。28.根據權利要求25所述的光學系統，其特徵在於，所述第2透射面配置為使凹面朝向所述開口側。29.根據權利要求25所述的光學系統，其特徵在於，所述光學系統在光路中不形成中間像。30.根據權利要求25所述的光學系統，其特徵在於，所述光學元件相對於開口配置在像面的相反側。31.根據權利要求25所述的光學系統，其特徵在於，當所述光學元件的外徑設為D、像的外徑設為Dr時，滿足D/Dr<10...(3)的條件。32.根據權利要求31所述的光學系統，其特徵在於，所述光學元件的外徑D滿足D〈20mm…(4)的條件。33.—種內窺鏡，其應用了權利要求25中所述的光學系統。全文摘要一種光學元件，在包含中心軸(2)的剖面內以與中心軸(2)垂直的方向為中心在單側具有大約90°視場角，由繞中心軸(2)旋轉對稱的、折射率大於1的透明介質(L1)構成，透明介質(L1)具有第1透射面(11)，其相對於中心軸(2)配置在最外周；第1反射面(12)，其配置為比第1透射面(11)更靠近中心軸(2)側；第2反射面(13)，其配置為比第1反射面(12)更靠近像面(5)的相反側；第2透射面(14)，其配置為比第2反射面(13)更靠近像面(5)側，所述光學元件構成下述的大致Z字形狀的光路(A)入射到透明介質(L1)的光束按照順光線追蹤的順序經過第1透射面(11)、第1反射面(12)、第2反射面(13)、第2透射面(14)後向像面(5)側射出到外部，相對於中心軸(2)僅在單側構成光路(A)。文檔編號A61B1/00GK101688970SQ20088002410公開日2010年3月31日申請日期2008年7月8日優先權日2007年7月9日發明者研野孝吉申請人:奧林巴斯株式會社