JP6594576B1 - Optical system, imaging apparatus and imaging system including the same - Google Patents

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Abstract

【課題】 スリットにおける光束の軌跡の湾曲を抑制することができる光学系、それを備える撮像装置及び撮像システムの提供。【解決手段】 物体側から像側へ順に配置された前群11、遮光部材4、後群12から成る光学系10であって、遮光部材4には、第1の方向に長い開口が設けられており、前群11は、非球面2,3を有し、第1の方向に平行な第1の断面においては開口上に物体を結像せず、第1の方向に垂直な第2の断面においては開口上に物体の中間像を形成しており、後群12は、第2の断面において開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光束に分光する回折面5を有し、第2の断面において複数の光束を互いに異なる位置に集光しており、第2の断面における非球面2,3のチルト角は、第1の方向において変化する。【選択図】 図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system capable of suppressing the bending of a locus of a light beam in a slit, and an imaging apparatus and an imaging system provided with the optical system. An optical system 10 includes a front group 11, a light shielding member 4, and a rear group 12 arranged in order from an object side to an image side. The light shielding member 4 is provided with a long opening in a first direction. The front group 11 has aspheric surfaces 2 and 3, and in the first cross section parallel to the first direction, an object is not imaged on the aperture, and the second group perpendicular to the first direction In the cross section, an intermediate image of the object is formed on the aperture, and the rear group 12 has a diffractive surface 5 that splits the light beam that has passed through the aperture in the second cross section into a plurality of light beams having different wavelengths. A plurality of light beams are condensed at different positions in the two cross sections, and the tilt angles of the aspherical surfaces 2 and 3 in the second cross section change in the first direction. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、物体からの光束を分光して画像情報を取得する撮像装置に用いられる光学系に関し、例えば製造業、農業、医療などの産業分野における検査や評価に好適なものである。   The present invention relates to an optical system used in an imaging apparatus that acquires image information by splitting a light beam from an object, and is suitable for inspection and evaluation in industrial fields such as manufacturing, agriculture, and medicine.

従来、被検物(物体)からの光束を互いに波長が異なる複数の光束に分光し、各光束を互いに異なる位置に集光する光学系が知られている。特許文献1には、物体からの光束を、シリンドリカルミラーによって一方向に長いスリット上に集光してから回折格子により分光する光学系が記載されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an optical system that splits a light beam from a test object (object) into a plurality of light beams having different wavelengths and condenses each light beam at different positions is known. Patent Document 1 describes an optical system in which a light beam from an object is condensed on a slit that is long in one direction by a cylindrical mirror and then dispersed by a diffraction grating.

米国特許第7199877号公報US Pat. No. 7,1998,877

ここで、特許文献1に記載の光学系について、スリットの長手方向を含む断面での広画角化を実現するために、その断面においてシリンドリカルミラーに曲率(パワー)を持たせることが考えられる。   Here, with respect to the optical system described in Patent Document 1, in order to realize a wide angle of view in a cross section including the longitudinal direction of the slit, it is conceivable that the cylindrical mirror has a curvature (power) in the cross section.

しかしながら、スリットの長手方向を含む断面においてシリンドリカルミラーに曲率を持たせた場合、シリンドリカルミラーにより反射された光束の軌跡がスリットの短手方向に湾曲してしまう。そのため、光束の一部がスリットを通過せずに遮光されてしまう可能性が生じる。   However, when the cylindrical mirror has a curvature in a cross section including the longitudinal direction of the slit, the locus of the light beam reflected by the cylindrical mirror is curved in the short direction of the slit. Therefore, there is a possibility that a part of the light beam is shielded without passing through the slit.

本発明は、スリットにおける光束の軌跡の湾曲を抑制することができる光学系、それを備える撮像装置及び撮像システムの提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical system that can suppress the curvature of the locus of a light beam in a slit, an imaging apparatus including the optical system, and an imaging system.

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成る光学系であって、前記遮光部材には、第1の方向に長い開口が設けられており、前記前群は、非球面を有し、前記第1の方向に平行な第1の断面においては前記開口上に物体を結像せず、前記第1の方向に垂直な第2の断面においては前記開口上に前記物体の中間像を形成しており、前記後群は、前記第2の断面において前記開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光束に分光する回折面を有し、前記第2の断面において前記複数の光束を互いに異なる位置に集光しており、前記第2の断面における前記非球面のチルト角は、前記第1の方向において変化することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an optical system according to one aspect of the present invention is an optical system including a front group, a light shielding member, and a rear group arranged in order from the object side to the image side. A long opening is provided in the first direction, the front group has an aspherical surface and does not form an object on the opening in a first cross section parallel to the first direction; In the second cross section perpendicular to the first direction, an intermediate image of the object is formed on the opening, and the rear group has the wavelength of light beams that have passed through the opening in the second cross section. A diffraction surface for splitting into a plurality of different light fluxes, the light fluxes are condensed at different positions in the second cross section, and a tilt angle of the aspherical surface in the second cross section It changes in the direction of 1.

本発明によれば、スリットにおける光束の軌跡の湾曲を抑制することができる光学系、それを備える撮像装置及び撮像システムの提供が可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical system which can suppress the curve of the locus | trajectory of the light beam in a slit, an imaging device provided with it, and an imaging system can be provided.

実施形態に係る光学系のXY断面における要部概略図。The principal part schematic in the XY cross section of the optical system which concerns on embodiment. 実施形態に係る光学系のZX断面における要部概略図。The principal part schematic in the ZX cross section of the optical system which concerns on embodiment. 実施形態に係る回折光学素子の要部概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a diffractive optical element according to an embodiment. チルト変化面による効果を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the effect by a tilt change surface. 実施形態に係るチルト変化面のチルト量及びチルト変化量を示す図。The figure which shows the tilt amount and tilt change amount of the tilt change surface which concern on embodiment. 実施形態に係る遮光部材の開口上におけるスポットダイヤグラムを示す図。The figure which shows the spot diagram on opening of the light shielding member which concerns on embodiment. 実施形態に係る第1,第2反射面の第2の断面における曲率半径を示す図。The figure which shows the curvature radius in the 2nd cross section of the 1st, 2nd reflective surface which concerns on embodiment. 実施形態に係る第3,第4反射面の第2の断面における曲率半径を示す図。The figure which shows the curvature radius in the 2nd cross section of the 3rd, 4th reflective surface which concerns on embodiment. 実施形態に係る第4反射面のzx断面での部分曲率を示す図。The figure which shows the partial curvature in the zx cross section of the 4th reflective surface which concerns on embodiment. 実施形態に係る異なる複数の波長の光束の集光状態を示す図。The figure which shows the condensing state of the light beam of a several different wavelength which concerns on embodiment. 比較例に係る異なる複数の波長の光束の集光状態を示す図。The figure which shows the condensing state of the light beam of a several different wavelength which concerns on a comparative example. 実施例1に係る光学系のMTFを示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an MTF of the optical system according to the first embodiment. 実施例2に係る光学系の要部概略図。FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a second embodiment. 実施例2に係る光学系のMTFを示す図。FIG. 6 is a diagram showing an MTF of an optical system according to Example 2. 実施例3に係る光学系の要部概略図。FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a third embodiment. 実施例3に係る光学系のMTFを示す図。FIG. 6 is a diagram showing an MTF of an optical system according to Example 3. 実施例4に係る光学系の要部概略図。FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of an optical system according to a fourth embodiment. 実施例4に係る光学系のMTFを示す図。FIG. 10 is a diagram showing an MTF of an optical system according to Example 4. 実施例5に係る遮光部材の開口上におけるスポットダイヤグラムを示す図。FIG. 10 is a diagram showing a spot diagram on an opening of a light shielding member according to Example 5; 実施形態に係る光学系の使用例1としての撮像システムの要部概略図。The principal part schematic of the imaging system as the usage example 1 of the optical system which concerns on embodiment. 実施形態に係る光学系の使用例2としての撮像システムの要部概略図。The principal part schematic of the imaging system as the usage example 2 of the optical system which concerns on embodiment.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing may be drawn on a different scale for the sake of convenience. Moreover, in each drawing, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.

以下の説明においては、絶対座標系としてXYZ座標系を定め、光学面ごとのローカル座標系としてxyz座標系を定めている。ローカル座標系において、x軸は各光学面の頂点(原点)における法線方向の軸(光軸)、y軸はY軸に平行かつ原点においてx軸と直交する軸、z軸はx軸及びy軸に直交する軸である。また、Y方向及びy方向を第1の方向(読取方向)、Z方向及びz方向を第2の方向(分光方向)、XY断面及びxy断面を第1の断面(読取断面)、ZX断面及びzx断面を第2の断面(分光断面)とも呼ぶ。   In the following description, an XYZ coordinate system is defined as an absolute coordinate system, and an xyz coordinate system is defined as a local coordinate system for each optical surface. In the local coordinate system, the x axis is the normal axis (optical axis) at the apex (origin) of each optical surface, the y axis is parallel to the Y axis and orthogonal to the x axis at the origin, the z axis is the x axis, and It is an axis orthogonal to the y-axis. Further, the Y direction and the y direction are the first direction (reading direction), the Z direction and the z direction are the second direction (spectral direction), the XY cross section and the xy cross section are the first cross section (read cross section), the ZX cross section, and The zx cross section is also referred to as a second cross section (spectral cross section).

図1及び図2は、本発明の実施形態に係る光学系10の要部概略図であり、図1は第1の断面を示し、図2は第2の断面を示している。なお、図1及び図2においては、各部材の光軸を含む断面での形状を示しており、図1では便宜的に各部材を同一の紙面内に示している。また、図1及び図2では、便宜的に回折面における回折格子を省略している。本実施形態では、YZ平面に平行な物体面におけるZ=0の近傍の位置に被検物が配置されており、光学系10の像面に撮像素子の受光面7が配置されているものとする。また、被検物は、太陽光などの白色光(複数の波長成分を有する光)により照明されているものとする。   1 and 2 are schematic views of a main part of an optical system 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a first cross section, and FIG. 2 shows a second cross section. 1 and 2 show the shape of each member in a cross section including the optical axis. In FIG. 1, each member is shown in the same sheet for convenience. In FIGS. 1 and 2, the diffraction grating on the diffraction surface is omitted for convenience. In the present embodiment, the test object is disposed at a position near Z = 0 on the object plane parallel to the YZ plane, and the light receiving surface 7 of the image sensor is disposed on the image plane of the optical system 10. To do. In addition, it is assumed that the test object is illuminated with white light (light having a plurality of wavelength components) such as sunlight.

本実施形態に係る光学系10は、物体側から像側へ順に配置された前群11、遮光部材(スリット部材)4、及び後群12で構成される。光学系10は、−X側に位置する不図示の被検物からの光束を集光することで、受光面(像面)7に被検物の像を形成している。前群11は、絞り1、第1反射面2、及び第2反射面3を有する。また、後群12は、第3反射面(回折面)5及び第4反射面6を有する。なお、受光面7の直前にはカバーガラスGが配置されているが、これは結像に寄与しないものとして扱う。   The optical system 10 according to the present embodiment includes a front group 11, a light shielding member (slit member) 4, and a rear group 12 arranged in order from the object side to the image side. The optical system 10 forms an image of the test object on the light receiving surface (image surface) 7 by collecting a light beam from a test object (not shown) located on the −X side. The front group 11 includes a diaphragm 1, a first reflection surface 2, and a second reflection surface 3. The rear group 12 has a third reflecting surface (diffraction surface) 5 and a fourth reflecting surface 6. Note that a cover glass G is disposed immediately before the light receiving surface 7, but this is treated as not contributing to image formation.

絞り1は、被検物からの光束の第2の方向における幅を規制するための部材であり、その開口面がX方向に垂直になるように配置されている。ただし、絞り1は光学系10の外部に設けられていてもよい。なお、図1及び図2に示すように、光学系10における光束の入射口(絞り1)と出射口(受光面7)を、各光学面を挟んで互いに反対側に配置することが望ましい。これにより、光学系10を撮像装置に適用した際に、被検物からの光束が撮像素子や配線等によって遮られることを回避し易くすることができる。   The diaphragm 1 is a member for regulating the width of the light beam from the test object in the second direction, and is arranged so that the opening surface thereof is perpendicular to the X direction. However, the diaphragm 1 may be provided outside the optical system 10. As shown in FIGS. 1 and 2, it is desirable that the light beam entrance (aperture 1) and the light exit (light receiving surface 7) in the optical system 10 be disposed on opposite sides of each optical surface. Thereby, when the optical system 10 is applied to an imaging device, it is possible to easily avoid that the light beam from the test object is blocked by the imaging element, wiring, or the like.

遮光部材4には、第1の方向に長い開口(スリット)が設けられている。遮光部材4は、光学系10の第2の断面における画角を制限して不要光を遮光しつつ、光束の第1の方向における幅を規制する絞りとしての役割を果たしている。なお、遮光部材4の開口の幅は、求められる光量や解像度などに応じて決定される。遮光部材4の開口の第2の方向における幅は、第1の方向における幅(数mm)よりも短く、数μm〜数100μmであることが望ましい。遮光部材4の開口の第2の方向における幅について、大き過ぎる場合は受光面7での解像度が低下してしまい、小さすぎる場合は結像に寄与する有効光束が遮光され易くなってしまうため、10μm以上0.2mm以下であることがより好ましい。   The light shielding member 4 is provided with a long opening (slit) in the first direction. The light shielding member 4 serves as a stop for restricting the width of the light beam in the first direction while restricting the angle of view in the second cross section of the optical system 10 to shield unnecessary light. Note that the width of the opening of the light shielding member 4 is determined according to the required light quantity, resolution, and the like. The width of the opening of the light shielding member 4 in the second direction is preferably shorter than the width (several mm) in the first direction and is several μm to several 100 μm. If the width of the opening of the light shielding member 4 in the second direction is too large, the resolution on the light receiving surface 7 is lowered, and if it is too small, the effective light beam contributing to image formation is easily shielded. More preferably, it is 10 μm or more and 0.2 mm or less.

絞り1及び遮光部材4における開口以外の領域は、少なくとも光学系10の使用波長帯域(設計波長帯域)の光が透過しない遮光面となっている。絞り1及び遮光部材4としては、板金に穴を開けたものや、ガラス板の表面にクロム蒸着を施したものなどを採用することができる。このような遮光部材4を採用することにより、光学系10は第1の方向に長いライン状の読取領域(被検領域)の像を形成することができる。   The region other than the aperture in the aperture stop 1 and the light shielding member 4 is a light shielding surface that does not transmit light in at least the use wavelength band (design wavelength band) of the optical system 10. As the diaphragm 1 and the light shielding member 4, it is possible to employ one having a hole in a sheet metal or one having a chromium vapor deposited on the surface of a glass plate. By adopting such a light shielding member 4, the optical system 10 can form an image of a linear reading region (test region) that is long in the first direction.

第1反射面2、第2反射面3、及び第4反射面6は、自由曲面形状を有するベース面に反射コーティングを施すことで得られる反射面である。各反射面のベース面は、ガラス、樹脂、金属などから成るブロック材を加工(切削、研磨、型によるモールド成形など)することによって形成される。反射コーティングは、使用波長帯域において十分なエネルギー効率(光利用効率)を実現することができる分光反射特性を有していることが望ましい。なお、ベース面が使用波長帯域において十分な反射率を有する場合は、反射コーティングを省略してもよい。   The 1st reflective surface 2, the 2nd reflective surface 3, and the 4th reflective surface 6 are reflective surfaces obtained by giving a reflective coating to the base surface which has a free-form surface shape. The base surface of each reflecting surface is formed by processing (cutting, polishing, molding with a mold, etc.) a block material made of glass, resin, metal or the like. The reflective coating desirably has a spectral reflection characteristic that can realize sufficient energy efficiency (light utilization efficiency) in the used wavelength band. When the base surface has a sufficient reflectance in the used wavelength band, the reflective coating may be omitted.

本実施形態において、第1反射面2、第2反射面3、及び第4反射面6の夫々は非球面であり、具体的には第1の断面と第2の断面とで曲率(パワー)が異なるアナモフィック光学面(アナモフィック反射面)である。これにより、第1の断面と第2の断面とで異なる光学的作用を生じさせることができる。特に、第1反射面2及び第2反射面3は、第2の断面におけるチルト角(チルト量)が第1の方向において変化するチルト変化面である。これにより、遮光部材4における軸上主光線及び最軸外主光線の入射位置を第2の方向において互いに近づけることができ、開口における光束の湾曲を抑制することが可能になる(詳細は後述)。なお、ここでのチルト角とは、各反射面のzx断面における頂点での法線のx軸(xy断面)に対する角度を示している。   In the present embodiment, each of the first reflecting surface 2, the second reflecting surface 3, and the fourth reflecting surface 6 is an aspherical surface, and specifically, the curvature (power) between the first cross section and the second cross section. Are different anamorphic optical surfaces (anamorphic reflecting surfaces). Thereby, different optical actions can be generated in the first cross section and the second cross section. In particular, the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 are tilt changing surfaces in which the tilt angle (tilt amount) in the second cross section changes in the first direction. Thereby, the incident positions of the axial principal ray and the most off-axis principal ray in the light shielding member 4 can be brought close to each other in the second direction, and the bending of the light flux in the opening can be suppressed (details will be described later). . Here, the tilt angle indicates an angle with respect to the x-axis (xy cross section) of the normal line at the vertex in the zx cross section of each reflecting surface.

なお、前群11は少なくとも一つのチルト変化面を有していればよく、例えば第1反射面2又は第2反射面3の何れか一方を球面としたりチルト変化面ではないアナモフィック反射面としたり、あるいは何れか一方を取り除いたりしてもよい。ただし、本発明の効果を容易に得るためには、第1反射面2又は第2反射面3の両方をチルト変化面とすることが望ましい。   The front group 11 only needs to have at least one tilt changing surface. For example, one of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is a spherical surface or an anamorphic reflecting surface that is not a tilt changing surface. Alternatively, either one of them may be removed. However, in order to easily obtain the effects of the present invention, it is desirable that both the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 be tilt change surfaces.

また、後群12は少なくとも一つの回折面を有していればよく、例えば回折面5のベース面をアナモフィック面とした上で、第4反射面6を球面としたり取り除いたりしてもよい。ただし、回折面5により生じる波長ごとに異なるコマ収差などを良好に補正するためには、後群12において回折面5以外にも光学面を設けることが望ましく、本実施形態のように回折面5の像側にアナモフィック光学面を配置することがより好ましい。なお、回折面5を前群11に設けた場合、一部の波長の光束しか遮光部材4の開口を通過できなくなってしまう。よって、回折面5は後群12に設けることが必要である。   The rear group 12 may have at least one diffractive surface. For example, the base surface of the diffractive surface 5 may be an anamorphic surface, and the fourth reflecting surface 6 may be a spherical surface or may be removed. However, in order to satisfactorily correct coma aberration and the like generated for each wavelength generated by the diffractive surface 5, it is desirable to provide an optical surface other than the diffractive surface 5 in the rear group 12, and the diffractive surface 5 as in the present embodiment. It is more preferable to dispose an anamorphic optical surface on the image side. When the diffractive surface 5 is provided in the front group 11, only a part of the light beams having a certain wavelength can pass through the opening of the light shielding member 4. Therefore, the diffractive surface 5 needs to be provided in the rear group 12.

また、光学系10において、光学面同士でパワーを分担することで収差の発生を抑制するためには、前群11及び後群12の全ての光学面をアナモフィック光学面とすることがより好ましい。前群11及び後群12の構成は上述したものに限らず、各群における光学面を増減させてもよい。ただし、全系の小型化と部品点数の削減を実現するためには、本実施形態のように前群11及び後群12の夫々を二つの反射面で構成することが望ましい。   Further, in the optical system 10, in order to suppress the occurrence of aberration by sharing power between the optical surfaces, it is more preferable that all the optical surfaces of the front group 11 and the rear group 12 are anamorphic optical surfaces. The configurations of the front group 11 and the rear group 12 are not limited to those described above, and the optical surfaces in each group may be increased or decreased. However, in order to realize downsizing of the entire system and reduction in the number of parts, it is desirable that each of the front group 11 and the rear group 12 is constituted by two reflecting surfaces as in this embodiment.

本実施形態においては、全ての光学面を反射面とすることで、光路を折り曲げて光学系10の小型化を実現しつつ、色収差の発生を抑制している。このとき、光学系10の小型化のためには、図2に示すように、前群11及び後群12の夫々において光路が交差するように(4の字になるように)各反射面を配置することが望ましい。なお、必要に応じて反射面を含む反射部材としてプリズムや内面反射ミラーを用いてもよいが、上述したように色収差の発生を抑制するためには、反射部材を外面反射ミラーとし、反射面が空気に隣接するように構成することが望ましい。また、必要に応じて少なくとも一つの光学面を屈折面(透過面)としてもよい。   In the present embodiment, since all the optical surfaces are reflecting surfaces, the optical path is bent to realize downsizing of the optical system 10 while suppressing the occurrence of chromatic aberration. At this time, in order to reduce the size of the optical system 10, as shown in FIG. 2, the reflecting surfaces are arranged so that the optical paths intersect in each of the front group 11 and the rear group 12 (so that it becomes a character of 4). It is desirable to arrange. If necessary, a prism or an internal reflection mirror may be used as a reflection member including a reflection surface. However, in order to suppress the occurrence of chromatic aberration as described above, the reflection member is an external reflection mirror, and the reflection surface is It is desirable to be configured to be adjacent to air. Further, if necessary, at least one optical surface may be a refractive surface (transmission surface).

ただし、特に後群12においては、不図示の保持部材や配線などが遮光部材4や受光面7の周りに配置されるため、屈折光学素子を配置するための十分なスペースを確保することが難しい。仮に十分なスペースを確保できたとしても、色収差を良好に補正するためには複数の屈折光学素子を配置することが必要になるため、全系が大型化してしまう。よって、少なくとも後群12に含まれる全ての光学面を反射面とすることが望ましい。さらに、前群11に含まれる全ての光学面を反射面とすることがより好ましい。   However, particularly in the rear group 12, since holding members and wirings (not shown) are arranged around the light shielding member 4 and the light receiving surface 7, it is difficult to secure a sufficient space for arranging the refractive optical element. . Even if a sufficient space can be secured, it is necessary to arrange a plurality of refractive optical elements in order to correct chromatic aberration satisfactorily, so that the entire system becomes large. Therefore, it is desirable that at least all optical surfaces included in the rear group 12 are reflective surfaces. Furthermore, it is more preferable that all the optical surfaces included in the front group 11 are reflecting surfaces.

図3は、本実施形態に係る回折面5を含む回折光学素子(反射光学素子)50の要部概略図であり、図3(a)は斜視図、図3(b)は正面図(+x方向から見た図)を示している。回折面5は、ベース面51と、ベース面51に設けられた回折格子52とで構成されている。なお、図3においては、便宜的に回折格子52のうち一部のみを拡大して示している。   3A and 3B are schematic views of a main part of a diffractive optical element (reflective optical element) 50 including the diffractive surface 5 according to the present embodiment, FIG. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a front view (+ x). Figure viewed from the direction). The diffraction surface 5 includes a base surface 51 and a diffraction grating 52 provided on the base surface 51. In FIG. 3, only a part of the diffraction grating 52 is shown enlarged for convenience.

回折面5におけるベース面51は、他の反射面と同様に自由曲面形状を有している。回折格子52は、サブミクロンからミクロンのオーダのピッチで配置された複数の格子(凸部)から成り、その各格子の高さもサブミクロンからミクロンのオーダとなっている。回折格子52としては、zx断面での形状が、階段形状、矩形凹凸形状、ブレーズ形状、SIN波形状であるものなどを採用することができる。回折格子52の形状は、求められる回折効率及び製造の容易性を考慮して選択される。   The base surface 51 in the diffractive surface 5 has a free-form surface shape like other reflective surfaces. The diffraction grating 52 is composed of a plurality of gratings (convex portions) arranged at a pitch on the order of submicron to micron, and the height of each grating is also on the order of submicron to micron. As the diffraction grating 52, one having a step shape, a rectangular uneven shape, a blazed shape, a SIN wave shape, or the like in the zx section can be adopted. The shape of the diffraction grating 52 is selected in consideration of the required diffraction efficiency and ease of manufacture.

本実施形態では回折効率の向上及び製造の容易化の両立が比較的容易であるブレーズ形状を採用している。ブレーズ形状の回折格子において、ベース面51に対してx方向に最も離れた部分を格子頂点、入射光を反射させる(回折させる)部分をブレーズ面(格子面)、ブレーズ面に隣接する回折に寄与しない部分を格子壁面と呼ぶ。本実施形態に係る回折面5は、受光面7の側(像側)にブレーズ面が向かい、物体側に格子壁面が向かうように配置されている。これにより、図2における受光面7の+Z側に短波長の光束が入射し、−Z側に長波長の光束が入射することになる。   In the present embodiment, a blazed shape is employed, in which it is relatively easy to improve both diffraction efficiency and ease of manufacture. In the blazed diffraction grating, the portion farthest in the x direction with respect to the base surface 51 is the lattice vertex, the portion that reflects (diffracts) incident light is the blazed surface (lattice surface), and contributes to diffraction adjacent to the blazed surface. The part which is not called is called a lattice wall surface. The diffractive surface 5 according to this embodiment is arranged so that the blaze surface faces the light receiving surface 7 side (image side) and the grating wall surface faces the object side. As a result, a short wavelength light beam enters the + Z side of the light receiving surface 7 in FIG. 2, and a long wavelength light beam enters the -Z side.

ベース面51は、上述した他の反射面と同様の方法で形成される。回折格子52は、ベース面51を切削や研磨などによって加工することで形成することができるが、ベース面51を形成する際に同時に回折格子52を形成してもよい。例えば、金型を構成する鏡面駒の表面に微細な凹凸構造を設け、その金型を用いたモールド成形によって回折格子52が設けられた回折光学素子50を製造してもよい。なお、回折効率を向上させるために、回折格子52の表面に反射コーティングを施してもよい。   The base surface 51 is formed by the same method as the other reflective surfaces described above. The diffraction grating 52 can be formed by processing the base surface 51 by cutting or polishing. However, the diffraction grating 52 may be formed at the same time when the base surface 51 is formed. For example, the diffractive optical element 50 in which a fine concavo-convex structure is provided on the surface of a mirror piece constituting the mold and the diffraction grating 52 is provided by molding using the mold may be manufactured. In order to improve the diffraction efficiency, a reflective coating may be applied to the surface of the diffraction grating 52.

また、図3(b)に示すように、zx断面での各格子の頂点に対応する複数の稜線が互いに平行になるように回折格子52を構成することが望ましい。さらに、回折格子52の各稜線の間隔を一定とすることがより好ましい。これにより、切削や研磨によるベース面51の加工を容易にすることができる。ただし、必要に応じて各稜線の間隔を非一定としてもよい。例えば、光学系10におけるより高度な収差補正を実現するために、z方向において各稜線の間隔を変化させてもよい。   Further, as shown in FIG. 3B, it is desirable to configure the diffraction grating 52 so that a plurality of ridge lines corresponding to the vertices of each grating in the zx section are parallel to each other. Furthermore, it is more preferable that the intervals between the ridge lines of the diffraction grating 52 be constant. Thereby, the process of the base surface 51 by cutting or grinding | polishing can be made easy. However, the intervals between the ridge lines may be non-constant if necessary. For example, in order to realize more advanced aberration correction in the optical system 10, the interval between the ridge lines may be changed in the z direction.

なお、他の反射面と同様に回折面5のベース面51も非球面とすることが望ましく、具体的にはxy断面とzx断面とで曲率が異なるアナモフィック面とすることが望ましい。これにより、他のアナモフィック光学面とともにパワーを分担することができるため、収差の補正が容易になる。本実施形態においては、回折面5のベース面51をアナモフィック面としているが、回折格子52の製造の容易性を重視して、ベース面51を平面や球面で構成してもよい。   As with the other reflecting surfaces, the base surface 51 of the diffractive surface 5 is preferably an aspheric surface, and specifically, an anamorphic surface having different curvatures in the xy section and the zx section. This makes it possible to share power with other anamorphic optical surfaces, thus facilitating correction of aberrations. In the present embodiment, the base surface 51 of the diffractive surface 5 is an anamorphic surface. However, the base surface 51 may be configured as a flat surface or a spherical surface in consideration of the ease of manufacturing the diffraction grating 52.

図1及び図2を用いて、光学系10の作用について説明する。   The operation of the optical system 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

被検物から出射した光束は、絞り1の開口を通過した後、第1反射面2及び第2反射面3で反射されて遮光部材4に到達する。このとき、前群11は、第1の断面(XY断面)においては遮光部材4の開口上に被検物を結像せず、第2の断面(ZX断面)においては遮光部材4の開口上に被検物の中間像を形成している。すなわち、前群11は第1の断面において焦点位置が物体面と一致しないように構成されている。これにより、遮光部材4の開口上には、第1の方向に長いライン状の中間像(線像)が形成されることになる。なお、ここでの「開口上」とは、厳密な開口の位置に限らず、開口の位置から光軸方向に微小に離れた開口の近傍(略開口上)も含むものとする。   The light beam emitted from the test object passes through the aperture of the diaphragm 1, is reflected by the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3, and reaches the light shielding member 4. At this time, the front group 11 does not image the test object on the opening of the light shielding member 4 in the first cross section (XY cross section), and on the opening of the light shielding member 4 in the second cross section (ZX cross section). An intermediate image of the test object is formed in That is, the front group 11 is configured such that the focal position does not coincide with the object plane in the first cross section. Thus, a line-shaped intermediate image (line image) that is long in the first direction is formed on the opening of the light shielding member 4. Here, “on the opening” is not limited to the exact position of the opening, but also includes the vicinity (substantially above the opening) of the opening slightly separated from the position of the opening in the optical axis direction.

遮光部材4の開口を通過した光束は、第2の断面において回折面5によって互いに波長が異なる複数の光束に分光される。このとき、回折面5における回折格子はz方向に配列された複数の格子(稜線)から成るため、回折面5に入射した光束はz方向においてのみ分光作用を受け、y方向においては分光作用を受けない。そして、回折面5からの複数の光束は、第4反射面6で反射されて像面に配置された受光面7に入射する。このとき、互いに波長が異なる複数の光束は、第2の断面において受光面7における互いに異なる位置に集光される。すなわち、本実施形態に係る光学系10によれば、受光面7に波長ごとの複数の像を形成することができるため、受光面7は波長ごとの複数の画像情報を取得することができる。   The light beam that has passed through the opening of the light shielding member 4 is split into a plurality of light beams having different wavelengths from each other by the diffraction surface 5 in the second cross section. At this time, since the diffraction grating on the diffraction surface 5 is composed of a plurality of gratings (ridge lines) arranged in the z direction, the light beam incident on the diffraction surface 5 is subjected to spectral action only in the z direction and spectral action in the y direction. I do not receive it. The plurality of light beams from the diffractive surface 5 are reflected by the fourth reflecting surface 6 and enter the light receiving surface 7 disposed on the image surface. At this time, a plurality of light beams having different wavelengths are condensed at different positions on the light receiving surface 7 in the second cross section. That is, according to the optical system 10 according to the present embodiment, since a plurality of images for each wavelength can be formed on the light receiving surface 7, the light receiving surface 7 can acquire a plurality of image information for each wavelength.

このように、本実施形態に係る光学系10は、読取方向を含む第1の断面と分光方向を含む第2の断面とで異なる光学的作用を生じている。具体的には、第1の断面では被検物を遮光部材4の開口上に一旦結像せずに受光面7に結像しているが、第2の断面では被検物を遮光部材4の開口上に一旦結像してから受光面7に再結像している。すなわち、第1の断面では被検物を1回結像する一方で、第2の断面では被検物を2回結像している。   As described above, the optical system 10 according to the present embodiment generates different optical effects in the first cross section including the reading direction and the second cross section including the spectral direction. Specifically, in the first cross section, the test object is imaged on the light receiving surface 7 without being imaged once on the opening of the light shielding member 4, but in the second cross section, the test object is imaged on the light shielding member 4. The image is once formed on the aperture and then re-imaged on the light receiving surface 7. That is, the test object is imaged once in the first cross section, while the test object is imaged twice in the second cross section.

この構成によれば、第1の断面においては遮光部材4の開口を通過する際の光束(開口に入射する光束)の収束状態が制限されないため、光学系10の設計自由度を向上させることができる。よって、前群11と後群12とでパワーを適切に分担して受光面7に被検物を結像することができ、諸収差の補正が容易になるため、広画角化(読取領域の広域化)と撮像画像の高精細化を両立することができる。   According to this configuration, since the convergence state of the light beam (light beam incident on the opening) passing through the opening of the light shielding member 4 is not limited in the first cross section, the degree of freedom in designing the optical system 10 can be improved. it can. Accordingly, the front group 11 and the rear group 12 can appropriately share the power to form an image of the test object on the light receiving surface 7, and various aberrations can be easily corrected. Wide area) and high definition of captured images.

具体的には、第1の断面における焦点位置が物体面と一致しないように前群11を構成することで、遮光部材4の開口を通過する際の光束を非平行光とすることができる。これにより、第1の断面における広画角化を実現することが容易になる。仮に、遮光部材4の開口を通過する際の光束が平行光である場合、光学系10を広画角化するためには後群12に多数の光学素子を配置することが必要になり、全系が大型化してしまう。本実施形態においては、遮光部材4の開口を通過する際の光束を発散光とすることで広画角化を実現しているが、必要に応じて遮光部材4の開口を通過する際の光束を収束光としてもよい。   Specifically, by configuring the front group 11 so that the focal position in the first cross section does not coincide with the object plane, the light beam passing through the opening of the light shielding member 4 can be made non-parallel light. Thereby, it becomes easy to realize a wide angle of view in the first cross section. If the light beam passing through the opening of the light shielding member 4 is parallel light, it is necessary to arrange a large number of optical elements in the rear group 12 in order to increase the angle of view of the optical system 10. The system becomes larger. In the present embodiment, a wide angle of view is realized by using a divergent light as a light beam passing through the opening of the light shielding member 4. However, a light beam passing through the opening of the light shielding member 4 as necessary. May be convergent light.

また、第1の断面においても遮光部材4の開口上に被検物を一旦結像する場合は、前群11及び後群12の夫々が単独で収差を補正しなくてはならない。よって、各光学面のパワーを大きくすることが必要になるなど、各光学面の設計自由度が低下し、光学系10の広画角化が難しくなる。一方、第2の断面においては、広画角化の必要がないため、遮光部材4の開口上に被検物を一旦結像することで高NA化が可能になる。   Further, in the first cross section, when the test object is once imaged on the opening of the light shielding member 4, each of the front group 11 and the rear group 12 must independently correct the aberration. Therefore, it is necessary to increase the power of each optical surface, for example, the degree of freedom in designing each optical surface is lowered, and it is difficult to increase the angle of view of the optical system 10. On the other hand, in the second cross section, since it is not necessary to widen the angle of view, it is possible to increase the NA by once imaging the test object on the opening of the light shielding member 4.

上述した構成において、前群11及び後群12の夫々は、第1の断面と第2の断面とで互いに異なるパワーを有することになる。この構成を実現するためには、前群11及び後群12の夫々にアナモフィック光学面を設けることが必要になる。このとき、前群11に含まれるアナモフィック光学面には、第2の断面だけでなく第1の断面にも積極的にパワーを持たせること(曲率の絶対値を0よりも大きくすること)が望ましい。そして、第1の断面において前群11のパワーの符号と後群12のパワーの符号とを互いに異ならせることがより好ましい。   In the configuration described above, each of the front group 11 and the rear group 12 has different powers in the first cross section and the second cross section. In order to realize this configuration, it is necessary to provide an anamorphic optical surface for each of the front group 11 and the rear group 12. At this time, the anamorphic optical surface included in the front group 11 should be positively given power not only to the second cross section but also to the first cross section (make the absolute value of curvature larger than 0). desirable. In the first cross section, it is more preferable that the power code of the front group 11 and the power code of the rear group 12 are different from each other.

具体的に、第2の断面においては、被検物を遮光部材4の開口上に一旦結像してから受光面7に再結像するために、前群11及び後群12に正のパワーを持たせる必要がある。一方、第1の断面では、被検物を遮光部材4の開口上に一旦結像する必要がないため、更なる広画角化を実現するために、前群11に負のパワーを持たせ、後群12に正のパワーを持たせることが望ましい。これにより、第1の断面においては光学系10がレトロフォーカスタイプになるため、全系の焦点距離が短くなり広画角化を実現することができる。ただし、被検物が光学系10から十分に離れている場合は、前群11に正のパワーを持たせ、後群12に負のパワーを持たせることで、光学系10を望遠光学系としてもよい。   Specifically, in the second cross section, a positive power is applied to the front group 11 and the rear group 12 in order to form an image once on the opening of the light shielding member 4 and then re-image the light receiving surface 7. It is necessary to have. On the other hand, in the first cross section, since it is not necessary to once form an image of the test object on the opening of the light shielding member 4, in order to realize a further wide angle of view, the front group 11 is given negative power. It is desirable to give the rear group 12 positive power. Thereby, since the optical system 10 becomes a retro focus type in the first cross section, the focal length of the entire system is shortened, and a wide angle of view can be realized. However, when the test object is sufficiently separated from the optical system 10, the optical system 10 is made a telephoto optical system by giving the front group 11 positive power and giving the rear group 12 negative power. Also good.

図2を用いて、回折面5によって光束が分光される様子を説明する。ここでは、被検物の1点から発された白色光束が、λ1[nm]、λ2[nm]、λ3[nm](λ2<λ1<λ3)の各波長の光束に分光される場合を考える。ただし、図2においては各光束のうち主光線及びマージナル光線のみを示している。   The manner in which the light beam is split by the diffractive surface 5 will be described with reference to FIG. Here, a case is considered in which a white light beam emitted from one point of the test object is split into light beams having respective wavelengths of λ1 [nm], λ2 [nm], and λ3 [nm] (λ2 <λ1 <λ3). . However, in FIG. 2, only the chief ray and the marginal ray are shown among the light beams.

被検物から発された白色光束における主光線L1P及びマージナル光線L1U,L1Lは、絞り1、第1反射面2、及び第2反射面3を介して遮光部材4の開口上にライン状の中間像を形成する。遮光部材4の開口を通過した主光線L2P及びマージナル光線L2U,L2Lは、回折面5によって、波長λ1の光線L3P,L3U,L3Lと、波長λ2の光線L4P,L4U,L4Lと、波長λ3の光線L5P,L5U,L5Lに分光される。そして、波長λ1、波長λ2、及びの波長λ3の各光線の夫々は、受光面7における第1の位置73、第2の位置74、及び第3の位置75に集光される。   The chief ray L1P and the marginal rays L1U and L1L in the white light beam emitted from the test object are line-shaped intermediately on the opening of the light shielding member 4 via the stop 1, the first reflecting surface 2, and the second reflecting surface 3. Form an image. The principal ray L2P and the marginal rays L2U, L2L that have passed through the opening of the light shielding member 4 are caused by the diffraction surface 5 to have rays L3P, L3U, L3L of wavelength λ1, rays L4P, L4U, L4L of wavelength λ2, and rays of wavelength λ3. Spectroscopy into L5P, L5U, and L5L. Then, each of the light beams having the wavelength λ1, the wavelength λ2, and the wavelength λ3 is condensed at the first position 73, the second position 74, and the third position 75 on the light receiving surface 7.

次に、第1反射面2及び第2反射面3の形状及び作用について詳細に説明する。   Next, the shapes and functions of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 will be described in detail.

図4は、反射面のチルト角の第1の方向における変化による効果を説明するための模式図である。図4では、軸上物点からの光束の主光線(軸上主光線)501及び最軸外物点からの光束の主光線(最軸外主光線)502,503が、反射面により反射されて遮光部材の開口401を通過するときの様子を示している。図4(a)ではチルト角が変化していない反射面510を示し、図4(b)では平面反射面に対してチルト角の変化を与えることで得られた反射面520を示している。また、図4(c)では、図4(a)の反射面510に図4(b)の反射面520と同様のチルト角の変化を与えることで得られた反射面530を示している。   FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the effect of the change in the tilt direction of the reflecting surface in the first direction. In FIG. 4, the principal ray (axial principal ray) 501 of the light beam from the on-axis object point and the principal rays (off-axis principal ray) 502 and 503 of the light beam from the most off-axis object point are reflected by the reflecting surface. The state when passing through the opening 401 of the light shielding member is shown. 4A shows the reflecting surface 510 whose tilt angle is not changed, and FIG. 4B shows the reflecting surface 520 obtained by changing the tilt angle with respect to the planar reflecting surface. FIG. 4C shows a reflecting surface 530 obtained by giving a change in tilt angle similar to that of the reflecting surface 520 in FIG. 4B to the reflecting surface 510 in FIG. 4A.

図4(a)に示すように、反射面510により反射された光線のうち、軸上主光線501はz方向において遮光部材の開口401の位置に入射している。一方、最軸外主光線502,503は、遮光部材の開口401からずれ量511だけ離れた位置(遮光面)に入射している。このように、反射面510がチルト変化面でない場合、反射面510により反射された各主光線の遮光部材に対する入射位置は、軸上と最軸外とで大きく異なってしまう。その結果、被検物からの光束の軌跡512がz方向において大きく湾曲し、軸外物点からの光束が開口401を通過できなくなってしまう。   As shown in FIG. 4A, among the light rays reflected by the reflecting surface 510, the axial principal ray 501 is incident on the position of the opening 401 of the light shielding member in the z direction. On the other hand, the most off-axis chief rays 502 and 503 are incident on a position (a light shielding surface) separated from the opening 401 of the light shielding member by a shift amount 511. As described above, when the reflection surface 510 is not a tilt change surface, the incident position of each principal ray reflected by the reflection surface 510 with respect to the light shielding member is greatly different between the on-axis and the off-axis. As a result, the locus 512 of the light beam from the test object is greatly curved in the z direction, and the light beam from the off-axis object point cannot pass through the opening 401.

なお、反射面が平面である場合、その平面反射面により反射された光束の軌跡はz方向において湾曲することはないため、軸上物点から最軸外物点にかけての各光線は開口401を通過することになる。一方、図4(b)に示すように、平面反射面のzx断面でのチルト角をy方向において連続的に変化させることにより、被検物からの光束の軌跡522を意図的にz方向において湾曲させることができる。   When the reflecting surface is a plane, the trajectory of the light beam reflected by the plane reflecting surface is not curved in the z direction, so that each ray from the on-axis object point to the most off-axis object point passes through the opening 401. Will pass. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the locus 522 of the light beam from the test object is intentionally changed in the z direction by continuously changing the tilt angle in the zx section of the plane reflecting surface in the y direction. Can be curved.

そこで、図4(c)に示すように、反射面510に対して反射面520と同様のチルト角の変化を与えることで、遮光部材における軸上主光線501及び最軸外主光線502,503の入射位置をz方向において互いに近づけることができる。これにより、最軸外主光線502,503の開口401に対するずれ量511を低減し、光束の軌跡532を開口401の形状に略一致させることができる。したがって、チルト変化面を用いることで、光束の一部が開口401を通過せずに遮光部材で遮光されてしまうことを防ぐことが可能になる。   Therefore, as shown in FIG. 4C, the same change in tilt angle as that of the reflection surface 520 is given to the reflection surface 510, whereby the axial principal ray 501 and the most off-axis principal rays 502, 503 in the light shielding member. Can be brought closer to each other in the z direction. As a result, the amount of deviation 511 of the most off-axis chief rays 502 and 503 with respect to the opening 401 can be reduced, and the locus 532 of the light beam can be substantially matched with the shape of the opening 401. Therefore, by using the tilt change surface, it is possible to prevent a part of the light beam from being blocked by the light blocking member without passing through the opening 401.

上述したように、本実施形態に係る第1反射面2及び第2反射面3はチルト変化面であるため、遮光部材4の開口における軸上主光線及び最軸外主光線の入射位置を第2の方向において互いに近づけることができる。これにより、開口における光束の湾曲を抑制し、軸上物点から最軸外物点にかけての各光線が開口を通過するように構成することができる。したがって、本実施形態に係る光学系10によれば、第1の断面において各反射面にパワーを持たせることで広画角化を実現しつつ、光束の一部が遮光部材4で遮光されることによる光学性能の劣化を抑制することが可能になる。   As described above, since the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 according to the present embodiment are tilt change surfaces, the incident positions of the axial principal ray and the most off-axis principal ray at the opening of the light shielding member 4 are set to the first positions. The two directions can be close to each other. Thereby, the curvature of the light beam in the opening can be suppressed, and each light beam from the on-axis object point to the off-axis object point can pass through the opening. Therefore, according to the optical system 10 according to the present embodiment, a part of the light beam is shielded by the light shielding member 4 while realizing a wide angle of view by giving power to each reflecting surface in the first cross section. It becomes possible to suppress deterioration of the optical performance due to this.

図5は、本実施形態に係る第1反射面2及び第2反射面3のチルト角とその変化量を示す。図5において、実線のグラフは第1反射面2を示し、破線のグラフは第2反射面3を示している。図5(a)において、横軸は各反射面のローカル座標系における原点に対するy方向での位置[mm]を示し、縦軸は各反射面のチルト角(チルト量)[deg]を示す。また、図5(b)において、横軸は各反射面のローカル座標系における原点に対するy方向での位置[mm]を示し、縦軸は各反射面のチルト角の変化量(チルト変化量)[deg/mm]を示す。チルト変化量は、チルト量の1階微分値に相当し、チルト量をTとするときdT/dyで表される。   FIG. 5 shows the tilt angles of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 according to this embodiment and the amount of change. In FIG. 5, the solid line graph indicates the first reflecting surface 2, and the broken line graph indicates the second reflecting surface 3. In FIG. 5A, the horizontal axis indicates the position [mm] in the y direction with respect to the origin in the local coordinate system of each reflection surface, and the vertical axis indicates the tilt angle (tilt amount) [deg] of each reflection surface. In FIG. 5B, the horizontal axis indicates the position [mm] in the y direction with respect to the origin in the local coordinate system of each reflective surface, and the vertical axis indicates the amount of change in tilt angle (tilt change amount) of each reflective surface. [Deg / mm] is shown. The tilt change amount corresponds to a first-order differential value of the tilt amount, and is expressed by dT / dy, where T is the tilt amount.

図5(a)に示すように、第1反射面2及び第2反射面3のチルト量は、y方向において変化しており、その変化はz軸に対して対称となっている。このとき、各反射面の設計及び製造を容易にするためには、図5(a)に示すように各反射面のチルト量を単調に(連続的に)変化させることが望ましい。各反射面のチルト量の変化が単調でない場合、各反射面に変曲点が生じてしまい、各反射面の製造が難しくなるだけでなく、その変曲点の近傍における波面収差が生じやすくなってしまう。   As shown in FIG. 5A, the tilt amounts of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 change in the y direction, and the change is symmetric with respect to the z axis. At this time, in order to facilitate the design and manufacture of each reflecting surface, it is desirable to change the tilt amount of each reflecting surface monotonously (continuously) as shown in FIG. If the change in the tilt amount of each reflecting surface is not monotonous, an inflection point is generated on each reflecting surface, which not only makes it difficult to manufacture each reflecting surface, but also tends to cause wavefront aberration near the inflection point. End up.

また、図5(b)に示すように、第1反射面2及び第2反射面3のチルト変化量は、同一物点に対して近い値になっている。このように、各チルト変化面における同一物点からの光束が通過する領域のチルト変化量を互いに近づけることで、同一物点からの光束の湾曲を良好に低減することができる。具体的に、第1反射面2及び第2反射面3における、同一物点からの光束が通過する領域のチルト変化量を各々|dT/dy|、|dT/dy|とするとき、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
1.00≦|dT/dy|/|dT/dy|≦1.50 ・・・(1)
Further, as shown in FIG. 5B, the tilt change amounts of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 are close to the same object point. Thus, by making the tilt change amounts of the regions through which light beams from the same object point pass on the respective tilt change planes close to each other, the curvature of the light beam from the same object point can be satisfactorily reduced. Specifically, when the tilt change amounts of the regions where the light beams from the same object point pass through the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 are | dT 1 / dy | and | dT 2 / dy | It is desirable to satisfy the following conditional expression (1).
1.00 ≦ | dT 1 / dy | / | dT 2 /dy|≦1.50 (1)

条件式(1)の上限値を上回ると、第1反射面2及び第2反射面3のチルト変化量の差が大きくなり過ぎてしまい、同一物点からの光束の湾曲を良好に低減することが難しくなる。なお、条件式(1)は、第1反射面2のチルト変化量が第2反射面3のチルト変化量以上である場合(|dT/dy|≧|dT/dy|)を前提としている。もしも第1反射面2のチルト変化量が第2反射面3のチルト変化量よりも小さい場合は、第1反射面2のチルト変化量を|dT/dy|、第2反射面3のチルト変化量を|dT/dy|と読み替えれば良い。 If the upper limit value of conditional expression (1) is exceeded, the difference in tilt change between the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 becomes too large, and the curvature of the light beam from the same object point can be satisfactorily reduced. Becomes difficult. Conditional expression (1) assumes that the tilt change amount of the first reflecting surface 2 is equal to or greater than the tilt change amount of the second reflecting surface 3 (| dT 1 / dy | ≧ | dT 2 / dy |). Yes. If the tilt change amount of the first reflecting surface 2 is smaller than the tilt change amount of the second reflecting surface 3, the tilt change amount of the first reflecting surface 2 is | dT 2 / dy | The amount of change may be read as | dT 1 / dy |.

本実施形態において、第1反射面2の軸上におけるチルト量と最軸外におけるチルト量の差は1degであり、第2反射面3の軸上におけるチルト量と最軸外におけるチルト量の差は0.4degである。また、第1反射面2及び第2反射面3における、最軸外物点からの光束が通過する領域のチルト変化量は各々0.26deg/mm及び0.20deg/mmであり、|dT/dy|/|dT/dy|=1.30となるため、条件式(1)を満足する。さらに、以下の条件式(1a)を満足することがより好ましい。
1.00≦|dT/dy|/|dT/dy|≦1.35 ・・・(1a)
In the present embodiment, the difference between the tilt amount on the axis of the first reflection surface 2 and the tilt amount outside the most axis is 1 deg, and the difference between the tilt amount on the axis of the second reflection surface 3 and the tilt amount outside the most axis. Is 0.4 deg. Further, the amount of tilt change in the region where the light beam from the most off-axis object point passes on the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is 0.26 deg / mm and 0.20 deg / mm, respectively, | dT 1 Since / dy | / | dT 2 /dy|=1.30, the conditional expression (1) is satisfied. Furthermore, it is more preferable that the following conditional expression (1a) is satisfied.
1.00 ≦ | dT 1 / dy | / | dT 2 /dy|≦1.35 (1a)

図6は、本実施形態に係る遮光部材4の開口上における、各物体高からの光束の分布(スポットダイヤグラム)を示す。図6において、横軸は遮光部材4の開口におけるz方向(短手方向)での位置[mm]を示し、縦軸は遮光部材4の開口におけるy方向(長手方向)での位置[mm]を示し、各点は遮光部材4の開口と光線との交点を示す。   FIG. 6 shows the distribution (spot diagram) of the light flux from each object height on the opening of the light shielding member 4 according to the present embodiment. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the position [mm] in the z direction (short direction) in the opening of the light shielding member 4, and the vertical axis indicates the position [mm] in the y direction (longitudinal direction) in the opening of the light shielding member 4. Each point represents an intersection of the opening of the light shielding member 4 and the light beam.

本実施形態に係る遮光部材4の開口のy方向における幅は3.6mmであるため、図6に示すように開口上での光束はy方向において3.6mm(±1.8)の範囲まで広がっている。そして、上述したように第1反射面2及び第2反射面3をチルト変化面とすることにより、光束の分布のz方向における湾曲が十分に低減されていることがわかる。このとき、遮光部材4の開口のz方向における幅は0.05mmであり、光束の径に対して十分に大きいため、光束はz方向においては遮光部材4で遮光されずに全て開口を通過していることがわかる。   Since the width of the opening of the light shielding member 4 according to the present embodiment in the y direction is 3.6 mm, the light flux on the opening reaches a range of 3.6 mm (± 1.8) in the y direction as shown in FIG. It has spread. As described above, it can be seen that the curvature in the z direction of the light flux distribution is sufficiently reduced by using the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 as tilt change surfaces. At this time, since the width of the opening of the light shielding member 4 in the z direction is 0.05 mm and sufficiently large with respect to the diameter of the light beam, the light beam passes through the opening without being shielded by the light shielding member 4 in the z direction. You can see that

以上、本実施形態に係る光学系10によれば、前群11にチルト変化面を設けることで、遮光部材4の開口における光束の軌跡の湾曲を抑制することができ、簡易な構成でありながら良好な光学性能を実現することが可能になる。   As described above, according to the optical system 10 according to the present embodiment, by providing the tilt change surface in the front group 11, it is possible to suppress the curvature of the locus of the light beam at the opening of the light shielding member 4. Good optical performance can be realized.

第1反射面2及び第2反射面3の少なくとも一方は、第2の断面における曲率半径が第1の方向における軸上位置と最軸外位置とで互いに異なる子線曲率変化面であることが望ましい。これにより、遮光部材4の開口における像面湾曲を良好に補正することができ、光束の一部が遮光部材4の遮光面で遮光されてしまうことを防ぐことが可能になる。一般的に、光学系を広画角化した場合は像面湾曲が顕著に生じるため、子線曲率変化面を採用することで広画角化が容易になる。このことについて以下で詳細に説明する。   At least one of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is a sub-curvature curvature changing surface in which the radius of curvature in the second cross section is different between the on-axis position and the most off-axis position in the first direction. desirable. Thereby, it is possible to satisfactorily correct the curvature of field at the opening of the light shielding member 4, and it is possible to prevent a part of the light beam from being blocked by the light shielding surface of the light shielding member 4. In general, when the optical system has a wide angle of view, field curvature is prominent. Therefore, it is easy to widen the angle of view by adopting a ray curvature changing surface. This will be described in detail below.

図7は、前群11における各反射面の第2の断面(zx断面)における曲率半径を示す図である。図7(a)及び図7(b)の夫々は、第1反射面2及び第2反射面3の曲率半径を示している。図7において、横軸は各反射面のローカル座標系における原点に対するy方向での位置[mm]を示し、縦軸は各反射面の第2の断面における曲率半径R[mm]を示す。 FIG. 7 is a diagram showing the radius of curvature in the second cross section (zx cross section) of each reflecting surface in the front group 11. 7A and 7B show the radii of curvature of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3, respectively. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the position [mm] in the y direction with respect to the origin in the local coordinate system of each reflecting surface, and the vertical axis indicates the curvature radius R z [mm] of the second cross section of each reflecting surface.

図7に示すように、本実施形態に係る第1反射面2及び第2反射面3は、何れも第2の断面における曲率半径が第1の方向における軸上位置と最軸外位置とで互いに異なる子線曲率変化面である。これにより、第2の断面において、遮光部材4の開口における軸上位置と最軸外位置とで光束の集光位置が光軸方向にずれるという像面湾曲を補正することができる。よって、例えば第2反射面3の最軸外位置で反射された光束が遮光部材4の開口の前後に集光されて、その一部が遮光部材4の遮光面で遮光されてしまうことを防ぐことが可能になる。   As shown in FIG. 7, the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 according to this embodiment both have a radius of curvature in the second cross section between the on-axis position and the most off-axis position in the first direction. It is a different surface curvature change surface. Thereby, in the second cross section, it is possible to correct the curvature of field that the converging position of the light flux is shifted in the optical axis direction between the on-axis position and the most off-axis position in the opening of the light shielding member 4. Therefore, for example, the light beam reflected at the most off-axis position of the second reflecting surface 3 is collected before and after the opening of the light shielding member 4, and a part thereof is prevented from being shielded by the light shielding surface of the light shielding member 4. It becomes possible.

このとき、図7に示すように、第1反射面2及び第2反射面3の曲率半径を軸上位置から最軸外位置に向かって変化させることが望ましい。これにより、第1の方向における軸上位置から最軸外位置までの全域において、第2の断面での像面湾曲を良好に補正することができる。すなわち、軸上位置から最軸外位置までの全域において、光束の第2の断面での集光位置を遮光部材4の開口上に揃えることができる。このとき、図7に示すように、各反射面の曲率半径を単調に(連続的に)変化させることが望ましい。各反射面の曲率半径の変化が単調でない場合、各反射面に変曲点が生じてしまい、各反射面の製造が難しくなるだけでなく、その変曲点の近傍における波面収差が生じやすくなってしまう。   At this time, as shown in FIG. 7, it is desirable to change the curvature radii of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 from the on-axis position toward the most off-axis position. Thereby, the field curvature in the second cross section can be corrected well in the entire region from the on-axis position to the most off-axis position in the first direction. That is, the condensing position on the second cross section of the light beam can be aligned on the opening of the light shielding member 4 in the entire region from the on-axis position to the most off-axis position. At this time, as shown in FIG. 7, it is desirable to change the radius of curvature of each reflecting surface monotonously (continuously). If the change in the radius of curvature of each reflecting surface is not monotonous, an inflection point occurs on each reflecting surface, which not only makes it difficult to manufacture each reflecting surface, but also tends to cause wavefront aberration near the inflection point. End up.

遮光部材4の開口における像面湾曲を補正するためには、軸上位置と少なくとも一方の最軸外位置とで曲率半径を異ならせればよい。ただし、より良好に像面湾曲を補正するためには、本実施形態のように軸上位置と二つの(両端の)最軸外位置とで曲率半径を異ならせることが望ましい。このとき、軸上位置及び一方の最軸外位置の曲率半径の大小関係(変化の方向)と、軸上位置及び他方の最軸外位置の曲率半径の大小関係とは、互いに等しくすることが好ましい。すなわち、軸上位置での曲率半径に対して両方の最軸外位置での曲率半径を大きくするか、軸上位置での曲率半径に対して両方の最軸外位置での曲率半径を小さくすることが好ましい。   In order to correct the curvature of field at the opening of the light shielding member 4, the radius of curvature may be different between the on-axis position and at least one of the most off-axis positions. However, in order to correct the field curvature more satisfactorily, it is desirable to make the radius of curvature different between the on-axis position and the two (at both ends) off-axis positions as in this embodiment. At this time, the magnitude relationship (direction of change) of the curvature radius between the on-axis position and one of the most off-axis positions and the magnitude relation between the curvature radius of the on-axis position and the other most off-axis position can be equal to each other. preferable. That is, the radius of curvature at both off-axis positions is increased relative to the radius of curvature at the on-axis position, or the radius of curvature at both off-axis positions is decreased relative to the radius of curvature at the on-axis position. It is preferable.

なお、前群11は少なくとも一つの子線曲率変化面を有していればよく、例えば第1反射面2又は第2反射面3の何れか一方を球面としたり子線曲率変化面ではないアナモフィック光学面としたり、あるいは何れか一方を取り除いたりしてもよい。特に、前群11において第2の断面での曲率半径が最も小さい(パワーが最も大きい)光学面を子線曲率変化面とすることが望ましい。本実施形態においては、第1反射面2の曲率半径よりも第2反射面3の曲率半径の方が小さいため、少なくとも第2反射面3を子線曲率変化面とすることで容易に像面湾曲を補正することができる。ただし、本発明の効果を容易に得るためには、第1反射面2又は第2反射面3の両方を子線曲率変化面とすることが望ましい。   The front group 11 only needs to have at least one sub-linear curvature changing surface. For example, one of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is a spherical surface or is not an anamorphic surface that is not a concentric-line curvature changing surface. It may be an optical surface, or one of them may be removed. In particular, it is desirable that the optical surface having the smallest radius of curvature (the largest power) in the second cross section in the front group 11 be a subsurface curvature changing surface. In the present embodiment, since the radius of curvature of the second reflecting surface 3 is smaller than the radius of curvature of the first reflecting surface 2, at least the second reflecting surface 3 can be easily changed into a sub-curvature curvature changing surface. Curvature can be corrected. However, in order to easily obtain the effect of the present invention, it is desirable that both the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 be the surface curvature changing surfaces.

子線曲率変化面を複数設ける場合は、各反射面の曲率半径の大小に応じて曲率半径の変化量の大小を決定することが望ましい。本実施形態では、図7に示すように、曲率半径が大きい第1反射面2の曲率半径の変化量よりも、曲率半径が小さい第2反射面3の曲率半径の変化量の方が小さくなっている。そして、第2の断面において、第1反射面2の曲率半径が軸上位置から最軸外位置に向かって小さくなり、第2反射面3の曲率半径が軸上位置から最軸外位置に向かって大きくなっている。これにより、第1の方向における軸上位置から最軸外位置までの全域において、第2反射面3からの光束の第2の断面での集光位置を遮光部材4の開口の位置に略一致させることができる。ただし、各反射面の曲率半径の変化の仕方は、本実施形態に示したものに限られず、光学系の全系の設計に応じて決定することが望ましい。   In the case where a plurality of sub-curvature curvature changing surfaces are provided, it is desirable to determine the amount of change in the curvature radius according to the size of the curvature radius of each reflecting surface. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the amount of change in the radius of curvature of the second reflective surface 3 having a small curvature radius is smaller than the amount of change in the radius of curvature of the first reflective surface 2 having a large radius of curvature. ing. In the second cross section, the radius of curvature of the first reflecting surface 2 decreases from the on-axis position toward the most off-axis position, and the curvature radius of the second reflecting surface 3 increases from the on-axis position toward the most off-axis position. Is getting bigger. Thereby, the condensing position in the 2nd cross section of the light beam from the 2nd reflective surface 3 substantially corresponds to the position of the opening of the light shielding member 4 in the whole region from the on-axis position to the most off-axis position in the first direction. Can be made. However, the method of changing the radius of curvature of each reflecting surface is not limited to that shown in the present embodiment, and it is desirable to determine according to the design of the entire optical system.

図8は、図7と同様に後群12における各反射面の第2の断面における曲率半径を示したものである。図8(a)及び図8(b)の夫々は、第3反射面5のベース面及び第4反射面6の曲率半径を示している。図8に示すように、前群11だけでなく後群12にも子線曲率変化面を設けることで、受光面7における第2の断面での像面湾曲を補正することができる。本実施形態では、図8に示すように、第3反射面5及び第4反射面6の曲率半径を軸上位置から最軸外位置に向かって小さくなるように変化させている。   FIG. 8 shows the radius of curvature in the second cross section of each reflecting surface in the rear group 12 as in FIG. Each of FIG. 8A and FIG. 8B shows the curvature radius of the base surface of the third reflecting surface 5 and the fourth reflecting surface 6. As shown in FIG. 8, not only the front group 11 but also the rear group 12 is provided with a child-curvature changing surface, so that the field curvature in the second cross section of the light receiving surface 7 can be corrected. In this embodiment, as shown in FIG. 8, the curvature radii of the third reflecting surface 5 and the fourth reflecting surface 6 are changed so as to decrease from the on-axis position toward the most off-axis position.

図8(a)に示したように、第3反射面5のベース面の曲率半径が最軸外位置の近傍で大きくなっているが、この部分は結像に寄与しない部分(非有効領域)である。すなわち、第3反射面5のベース面の結像に寄与する部分(有効領域)の曲率半径については、軸上位置から最軸外位置に向かって単調に減少している。なお、前群11と同様に、各反射面の曲率半径の変化の仕方は、本実施形態に示したものに限られず、光学系の全系の設計に応じて決定することが望ましい。   As shown in FIG. 8A, the radius of curvature of the base surface of the third reflecting surface 5 is large in the vicinity of the most off-axis position, but this portion does not contribute to image formation (ineffective region). It is. That is, the radius of curvature of the portion (effective region) that contributes to the image formation on the base surface of the third reflecting surface 5 is monotonously decreased from the on-axis position toward the most off-axis position. As in the case of the front group 11, the method of changing the radius of curvature of each reflecting surface is not limited to that shown in the present embodiment, and it is desirable to determine according to the design of the entire optical system.

なお、本実施形態においては、図8(a)に示したように、第3反射面5のベース面の曲率半径を軸上位置と最軸外位置とで互いに異ならせることで、第3反射面5の屈折によるパワー(屈折パワー)を軸上位置と最軸外位置とで互いに異ならせている。一方で、第3反射面5の回折によるパワー(回折パワー)は、軸上位置と最軸外位置とで互いに等しくすることが望ましい。回折パワーが軸上位置と最軸外位置とで互いに異なる場合、軸上位置と最軸外位置とで分光性能が異なってしまい、良好な分光情報(画像情報)が得られなくなる可能性が生じる。本実施形態では、上述したように第3反射面5における回折格子がz方向に配列された複数の格子(稜線)から成るため、回折パワーが軸上位置と最軸外位置とで等しくなっている。ただし、ここでの「等しい」とは、厳密に一致する場合だけでなく、略一致する(略等しい)場合も含む。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8A, the third reflection surface 5 has a curvature radius of the base surface that is different between the on-axis position and the most off-axis position. The power (refractive power) due to refraction of the surface 5 is made different between the on-axis position and the most off-axis position. On the other hand, it is desirable that the power (diffraction power) by diffraction of the third reflecting surface 5 is equal to each other at the on-axis position and the most off-axis position. When the diffraction power is different between the on-axis position and the most off-axis position, the spectral performance differs between the on-axis position and the most off-axis position, and there is a possibility that good spectral information (image information) cannot be obtained. . In the present embodiment, as described above, since the diffraction grating on the third reflecting surface 5 is composed of a plurality of gratings (ridge lines) arranged in the z direction, the diffraction power is equal at the on-axis position and the most off-axis position. Yes. However, “equal” here includes not only exact matching but also substantially matching (substantially equal).

上述した特許文献1に記載の光学系では、レンズに対する各光束の入射角が互いに異なるため、波長ごとに異なるコマ収差が生じてしまう。このような波長ごとに異なるコマ収差を補正するためには、多数のレンズを用いる必要があり、光学系の構成が複雑になってしまう。よって、簡素な構成でありながら波長ごとに異なる収差を補正する光学系を実現するためには、第4反射面6の形状を工夫することが望ましい。このことについて詳細に説明する。   In the optical system described in Patent Document 1 described above, since the incident angles of the respective light beams with respect to the lens are different from each other, coma aberration that differs depending on the wavelength occurs. In order to correct such coma aberration that differs for each wavelength, it is necessary to use a large number of lenses, and the configuration of the optical system becomes complicated. Therefore, it is desirable to devise the shape of the fourth reflecting surface 6 in order to realize an optical system that corrects different aberrations for each wavelength while having a simple configuration. This will be described in detail.

図9は、第2の断面における第4反射面6の部分曲率(非球面量)を示している。図9において、横軸は第4反射面6のローカル座標系における原点に対するz方向での位置[mm]を示し、縦軸は第4反射面6の部分曲率1/R[1/mm]を示している。なお、Rは、第2の断面における第4反射面6の部分曲率半径である。また、図9において、実線、破線、一点鎖線の夫々は、ローカル座標系におけるy=0.0[mm]、y=−6.0[mm]、y=−10.0[mm]の各位置でのグラフを示している。 FIG. 9 shows the partial curvature (aspheric amount) of the fourth reflecting surface 6 in the second cross section. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the position [mm] in the z direction with respect to the origin of the fourth reflecting surface 6 in the local coordinate system, and the vertical axis indicates the partial curvature 1 / R z [1 / mm] of the fourth reflecting surface 6. Is shown. In addition, Rz is the partial curvature radius of the 4th reflective surface 6 in a 2nd cross section. In FIG. 9, the solid line, the broken line, and the alternate long and short dash line indicate y = 0.0 [mm], y = −6.0 [mm], and y = −10.0 [mm] in the local coordinate system, respectively. The graph in position is shown.

図9を見てわかるように、部分曲率1/Rは光軸(x軸)に対して−z側と+z側とで非対称である。具体的に、部分曲率1/Rは、+z側よりも−z側の方で大きくなっている。更に、部分曲率1/Rは、光軸に対して−z側と+z側とで異なる変化(非対称な変化)をしている。本実施形態において、部分曲率1/Rは、−z側においては軸外に向かうに従い大きくなり、+z側においては軸外に向かうに従い小さくなっている。また、部分曲率1/Rは、y=0[mm]の位置から離れるほど大きくなっている。 As can be seen from FIG. 9, the partial curvature 1 / R z is asymmetric on the −z side and the + z side with respect to the optical axis (x axis). Specifically, the partial curvature 1 / R z is larger on the −z side than on the + z side. Further, the partial curvature 1 / R z has different changes (asymmetric changes) on the −z side and the + z side with respect to the optical axis. In the present embodiment, the partial curvature 1 / Rz increases as it goes off-axis on the −z side, and decreases as it goes off-axis on the + z side. Further, the partial curvature 1 / Rz increases as the distance from the position of y = 0 [mm] increases.

図10は、本実施形態に係る異なる複数の波長の光束の、光軸を含む第2の断面(y=0[mm])における受光面7での集光状態を示している。図10(a)、図10(b)、図10(c)の夫々は、λ1=700nm、λ2=400nm、λ3=1000nmの各波長の光束の主光線及びマージナル光線が受光面7に至るまでの光路を示している。本実施形態においては、波長λ1=700nmの主光線が第4反射面6の光軸(x軸)上に入射するように設計している。なお、図10において、各波長の光線の符号は図2に示したものと同様であり、図2と同様に回折面5における回折格子を省略している。   FIG. 10 shows a light condensing state on the light receiving surface 7 in the second cross section (y = 0 [mm]) including the optical axis of light beams having different wavelengths according to the present embodiment. 10 (a), 10 (b), and 10 (c), the principal rays and the marginal rays of the light beams having the wavelengths of λ1 = 700 nm, λ2 = 400 nm, and λ3 = 1000 nm reach the light receiving surface 7, respectively. The optical path is shown. In the present embodiment, it is designed so that a chief ray having a wavelength λ1 = 700 nm is incident on the optical axis (x axis) of the fourth reflecting surface 6. In FIG. 10, the reference numerals of the light beams of the respective wavelengths are the same as those shown in FIG. 2, and the diffraction grating on the diffraction surface 5 is omitted as in FIG.

図10(a)、図10(b)、図10(c)の夫々に示すように、第4反射面6の光軸に対して+z側、すなわち回折面5のベース面の頂点54と同じ側(近い側)の曲率は、軸外に向かうに従い小さくなっている。一方、第4反射面6の光軸に対して−z側、すなわち回折面5のベース面の頂点54とは反対側(遠い側)の曲率は、軸外に向かうに従い大きくなっている。これにより、第4反射面6の+z側に入射するマージナル光線L3L及び第4反射面6の−z側に入射するマージナル光線L3Uの夫々が、主光線L3Pへ近づくよう反射される。図10を見てわかるように、何れの波長の光束についても、受光面7におけるコマ収差が良好に補正されている。   10 (a), 10 (b), and 10 (c), the + z side with respect to the optical axis of the fourth reflecting surface 6, that is, the same as the vertex 54 of the base surface of the diffractive surface 5 is used. The curvature on the side (near side) becomes smaller toward the off-axis. On the other hand, the curvature on the −z side with respect to the optical axis of the fourth reflecting surface 6, that is, on the side opposite to the apex 54 of the base surface of the diffractive surface 5 (the far side) increases toward the off-axis. Thereby, each of the marginal ray L3L incident on the + z side of the fourth reflection surface 6 and the marginal ray L3U incident on the −z side of the fourth reflection surface 6 is reflected so as to approach the principal ray L3P. As can be seen from FIG. 10, the coma aberration on the light receiving surface 7 is well corrected for the light flux of any wavelength.

ここで、本実施形態に係る第4反射面6の効果を説明するために、光学系10のうち第4反射面6のみを変更した比較例を考える。   Here, in order to explain the effect of the fourth reflecting surface 6 according to the present embodiment, a comparative example in which only the fourth reflecting surface 6 in the optical system 10 is changed will be considered.

比較例に係る第4反射面6は、本実施形態に係る第4反射面6の第2の断面の形状を表す表現式における非球面係数の一部をゼロにしたものである。具体的には、後述する式(数2)における非球面係数M01,M21,M41,M03,M23,M43,M05,M25,M45の値ゼロにしたものである。ただし、M01,M05,M25,M45の値は本実施形態においてもゼロである。これらの非球面係数は、第4反射面6の光軸に対する対称性に関するものである。すなわち、比較例に係る第4反射面6の部分曲率1/Rは、本実施形態とは異なり光軸に対して対象である。 The fourth reflecting surface 6 according to the comparative example is obtained by setting a part of the aspheric coefficient in the expression representing the shape of the second cross section of the fourth reflecting surface 6 according to the present embodiment to zero. Specifically, the values of aspherical coefficients M 01 , M 21 , M 41 , M 03 , M 23 , M 43 , M 05 , M 25 , and M 45 in formula (Equation 2) described later are set to zero. . However, the values of M 01 , M 05 , M 25 , and M 45 are zero in this embodiment. These aspheric coefficients relate to the symmetry of the fourth reflecting surface 6 with respect to the optical axis. That is, the partial curvature 1 / Rz of the fourth reflecting surface 6 according to the comparative example is a target with respect to the optical axis unlike the present embodiment.

図11は、比較例に係る異なる複数の波長の光束の、光軸を含む第2の断面における受光面7での集光状態を、図10と同様に示したものである。図11(a)、図11(b)、図11(c)の夫々は、λ1=700nm、λ2=400nm、λ3=1000nmの各波長の光束の主光線及びマージナル光線が受光面7に至るまでの光路を示している。図11(a)、図11(b)、図11(c)の夫々に示すように、比較例においては、受光面7における各波長の主光線及びマージナル光線の集光位置が一致しておらず、コマ収差が良好に補正されていない。   FIG. 11 shows the condensing state on the light receiving surface 7 in the second cross section including the optical axis of the light beams having different wavelengths according to the comparative example, as in FIG. 11 (a), 11 (b), and 11 (c), the principal rays and the marginal rays of the light beams having the wavelengths of λ1 = 700 nm, λ2 = 400 nm, and λ3 = 1000 nm reach the light receiving surface 7, respectively. The optical path is shown. As shown in FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C, in the comparative example, the condensed positions of the principal ray and the marginal ray at each wavelength on the light receiving surface 7 do not match. The coma is not corrected well.

このように、本実施形態では、第2の断面において、回折面5の像側に配置されたアナモフィック光学面を、光軸に対して一方の側の曲率が軸外に向かうに従い小さくなり、光軸に対して他方の側の曲率が軸外に向かうに従い大きくなるような形状としている。これにより、各波長の光束のマージナル光線を主光線に近づくように集光することができるため、波長ごとに異なるコマ収差を良好に補正することが可能になる。   Thus, in the present embodiment, in the second cross section, the anamorphic optical surface disposed on the image side of the diffractive surface 5 becomes smaller as the curvature on one side with respect to the optical axis goes off-axis, The shape is such that the curvature on the other side with respect to the shaft increases as it goes out of the shaft. Thereby, since the marginal ray of the light flux of each wavelength can be condensed so as to be close to the principal ray, it is possible to satisfactorily correct the coma aberration that differs for each wavelength.

具体的に、本実施形態においては、第4反射面6を、光軸に対して回折面5のベース面の頂点と同じ側の曲率が軸外に向かうに従い小さくなり、光軸に対して回折面5のベース面の頂点とは反対側の曲率が軸外に向かうに従い大きくなるように構成している。なお、回折面5や第4反射面6による光束の偏向方向(各光学面の向き)に応じて、第4反射面6の光軸に対する両側の曲率の変化の仕方を本実施形態とは反対の関係になるように構成してもよい。ただし、第2の断面において遮光部材4から回折面5に至る光路と第4反射面6から受光面7に至る光路とが交差するように構成した方が全系の小型化に有利であるため、本実施形態のように構成することが望ましい。   Specifically, in the present embodiment, the curvature of the fourth reflecting surface 6 on the same side as the vertex of the base surface of the diffractive surface 5 with respect to the optical axis becomes smaller as it goes off-axis, and is diffracted with respect to the optical axis. The curvature of the surface 5 opposite to the vertex of the base surface is configured to increase as it goes off-axis. The method of changing the curvature of both sides with respect to the optical axis of the fourth reflecting surface 6 is opposite to that of the present embodiment in accordance with the direction of deflection of the light beam (direction of each optical surface) by the diffractive surface 5 and the fourth reflecting surface 6. You may comprise so that it may become the relationship of these. However, it is advantageous for downsizing the entire system that the optical path from the light shielding member 4 to the diffractive surface 5 and the optical path from the fourth reflecting surface 6 to the light receiving surface 7 intersect in the second cross section. It is desirable to configure as in the present embodiment.

ここで、本実施形態に係る光学系10のF値について説明する。本実施形態に係る光学系10のように、第1の断面と第2の断面とで求められる光学性能が異なる光学系の場合は、各断面におけるF値を適切に設定することが望ましい。具体的には、第1の断面と第2の断面とで光学系10の像側のF値を異ならせることが望ましい。   Here, the F value of the optical system 10 according to the present embodiment will be described. In the case of an optical system having different optical performances required for the first cross section and the second cross section, as in the optical system 10 according to the present embodiment, it is desirable to appropriately set the F value in each cross section. Specifically, it is desirable to make the F value on the image side of the optical system 10 different between the first cross section and the second cross section.

一般的に、光学系の像側のF値を大きくすることで、遮光部材4の開口における結像性能を向上させ、全系を小型化しつつ被写界深度を増大させることができるが、受光面7における光量が低下し、撮像素子から出力される信号のSN比が低下してしまう。そこで、光学系10の全系を小型化しつつ広画角化と受光面7における十分な光量の確保を両立するためには、第1の断面における像側のF値をF1、第2の断面における像側のF値をF2とするとき、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
1.00<F1/F2 ・・・(2)
In general, by increasing the F value on the image side of the optical system, the imaging performance at the aperture of the light shielding member 4 can be improved, and the depth of field can be increased while downsizing the entire system. The amount of light on the surface 7 decreases, and the SN ratio of the signal output from the image sensor decreases. Therefore, in order to achieve both a wide angle of view and a sufficient amount of light at the light receiving surface 7 while miniaturizing the entire system of the optical system 10, the F value on the image side in the first cross section is set to F1, the second cross section. It is desirable that the following conditional expression (2) is satisfied when the F value on the image side in F2 is F2.
1.00 <F1 / F2 (2)

条件式(2)は、第1の断面における像側のF値が第2の断面における像側のF値よりも大きいということを示している。条件式(2)を満たすことにより、第1の断面におけるF値が十分に大きく(暗く)なり、広画角化と諸収差の良好な補正を実現することができる。一方、第2の断面におけるF値は十分に小さく(明るく)なるため、受光面7における十分な光量の確保と解像度の向上を実現することができる。条件式(2)の下限値を下回る場合、全系を小型化しつつ、第1の断面における広画角化と受光面7における十分な光量の確保を両立することが難しくなるため好ましくない。   Conditional expression (2) indicates that the image-side F value in the first section is larger than the image-side F value in the second section. By satisfying conditional expression (2), the F value in the first cross section becomes sufficiently large (dark), and a wide angle of view and good correction of various aberrations can be realized. On the other hand, since the F value in the second cross section is sufficiently small (bright), it is possible to secure a sufficient amount of light on the light receiving surface 7 and improve the resolution. If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, it is difficult to achieve both a wide angle of view in the first cross section and securing a sufficient amount of light on the light receiving surface 7 while downsizing the entire system.

さらに、以下の条件式(2a)を満たすことが望ましい。条件式(2a)の上限値を上回る場合、第1の断面における像側のF値が大きくなり過ぎてしまい、受光面7の各画素において十分な光量を確保することが難しくなるため好ましくない。
1.00<F1/F2<4.50 ・・・(2a)
Furthermore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (2a). Exceeding the upper limit value of conditional expression (2a) is not preferable because the F value on the image side in the first cross section becomes too large and it becomes difficult to secure a sufficient amount of light in each pixel of the light receiving surface 7.
1.00 <F1 / F2 <4.50 (2a)

また、以下の条件式(2b),(2c)を順に満たすことがより好ましい。
1.00<F1/F2<2.00 ・・・(2b)
1.03<F1/F2<1.50 ・・・(2c)
It is more preferable to satisfy the following conditional expressions (2b) and (2c) in order.
1.00 <F1 / F2 <2.00 (2b)
1.03 <F1 / F2 <1.50 (2c)

一方、光学系の像側のF値を小さくすることで、受光面7における光量を向上させることができるが、収差補正が難しくなる。そのため、波長が異なる複数の光束を識別する能力(波長分解能)を向上させたり広画角化させたりするためには、光学素子の枚数を増加させることが必要になり全系が大型化してしまう。そこで、全系を小型化しつつ高い波長分解能と受光面7における十分な光量の確保を両立するためには、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
1.00<F2/F1 ・・・(3)
On the other hand, by reducing the F value on the image side of the optical system, the amount of light on the light receiving surface 7 can be improved, but aberration correction becomes difficult. Therefore, in order to improve the ability to distinguish a plurality of light beams having different wavelengths (wavelength resolution) or to widen the angle of view, it is necessary to increase the number of optical elements, which increases the size of the entire system. . Therefore, in order to achieve both high wavelength resolution and securing a sufficient amount of light at the light receiving surface 7 while downsizing the entire system, it is desirable to satisfy the following conditional expression (3).
1.00 <F2 / F1 (3)

条件式(3)は、第2の断面における像側のF値が第1の断面における像側のF値よりも大きいということを示している。条件式(3)を満たすことにより、第2の断面におけるF値が十分に大きく(暗く)なり、高い波長分解能を実現することができる。一方、第1の断面におけるF値は十分に小さく(明るく)なるため、受光面7における十分な光量の確保を実現することができる。条件式(3)の下限値を下回る場合、全系を小型化しつつ、第2の断面における高い波長分解能と受光面7における十分な光量の確保を両立することが難しくなるため好ましくない。   Conditional expression (3) indicates that the image-side F value in the second section is larger than the image-side F value in the first section. By satisfying conditional expression (3), the F value in the second cross section becomes sufficiently large (dark), and high wavelength resolution can be realized. On the other hand, since the F value in the first cross section is sufficiently small (bright), it is possible to secure a sufficient amount of light on the light receiving surface 7. If the lower limit of conditional expression (3) is not reached, it is difficult to achieve both high wavelength resolution in the second cross section and securing sufficient light quantity on the light receiving surface 7 while downsizing the entire system.

さらに、以下の条件式(3a)を満たすことが望ましい。条件式(3a)の上限値を上回る場合、第2の断面における像側のF値が大きくなり過ぎて、遮光部材4の開口において光束が回折限界を越えてしまう可能性が生じる。その場合、遮光部材4の開口を通過した光束の第2の方向における幅が大きくなってしまい、受光面7において良好な結像性能を得ることが難しくなるため好ましくない。
1.00<F2/F1<5.50 ・・・(3a)
Furthermore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (3a). When the upper limit value of conditional expression (3a) is exceeded, the F value on the image side in the second cross section becomes too large, and there is a possibility that the light beam exceeds the diffraction limit at the opening of the light shielding member 4. In this case, the width in the second direction of the light beam that has passed through the opening of the light shielding member 4 becomes large, and it is difficult to obtain good imaging performance on the light receiving surface 7, which is not preferable.
1.00 <F2 / F1 <5.50 (3a)

また、以下の条件式(3b)を満たすことがより好ましい。
1.00<F2/F1<2.00 ・・・(3b)
Moreover, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (3b).
1.00 <F2 / F1 <2.00 (3b)

なお、上述した条件式(2)又は(3)の何れを満足するように光学系10を構成するかについては、求められる性能に応じて選択すればよい。   In addition, what is necessary is just to select according to the performance calculated | required whether the optical system 10 is comprised so that either of conditional expression (2) or (3) mentioned above may be satisfied.

次に、各光学面のパワーについて詳細に説明する。   Next, the power of each optical surface will be described in detail.

本実施形態に係る光学系10は、第1の断面においてパワーを有する反射面を四つ備えることにより、第1の断面における広画角化と良好な光学性能を実現している。このとき、前群11において、第1反射面2及び第2反射面3の第1の断面でのパワーの符号を同一とすることが望ましい。これにより、各物体高からの光束の一部が遮光部材4の遮光面で遮光されてしまうことを抑制することができる。本実施例では、第1の断面において第1反射面2及び第2反射面3の夫々を凸面とし、夫々に負のパワーを持たせている。   The optical system 10 according to the present embodiment includes four reflecting surfaces having power in the first cross section, thereby realizing a wide angle of view and good optical performance in the first cross section. At this time, in the front group 11, it is desirable that the power signs in the first cross section of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 be the same. Thereby, it is possible to prevent a part of the light flux from each object height from being blocked by the light blocking surface of the light blocking member 4. In the present embodiment, each of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is a convex surface in the first cross section, and each has a negative power.

具体的に、第1反射面2が凸面である場合、軸上物体高からの光線(軸上光線)よりも、軸外物体高からの光線(軸外光線)の方がより像側で反射されることになる。よって、第1反射面2における軸外光線の反射点は、図2に示した軸上光線の反射点よりも−Z側に位置することになる。このとき、仮に第2反射面3が平面又は凹面である場合、軸外光線は軸上光線よりも+X側で反射されることになる。この場合、遮光部材4に対する軸上光線の入射位置が軸上光線の入射位置に対して第2の方向にずれてしまい、軸外光線の一部が開口を通過しなくなってしまう可能性が生じる。   Specifically, when the first reflecting surface 2 is a convex surface, the light beam from the off-axis object height (off-axis light beam) is reflected more on the image side than the light beam from the on-axis object height (axial light beam). Will be. Therefore, the reflection point of the off-axis light beam on the first reflection surface 2 is located on the −Z side with respect to the reflection point of the on-axis light beam shown in FIG. At this time, if the second reflecting surface 3 is a flat surface or a concave surface, the off-axis ray is reflected on the + X side with respect to the on-axis ray. In this case, the incident position of the axial ray with respect to the light shielding member 4 is shifted in the second direction with respect to the incident position of the axial ray, and a part of the off-axis ray may not pass through the opening. .

一方、本実施形態では、第2反射面3を第1反射面2と同様に凸面としているため、第2反射面3における軸外光線の反射点は軸上光線の反射点よりも像側(−X側)に位置することになる。すなわち、第1反射面2に起因する軸上光線及び軸外光線の反射点の位置のずれを、第2反射面3によって相殺することができる。これにより、軸上光線及び軸外光線の第2の方向における集光位置を近づけることができるため、各物体高からの光線の全てが遮光部材4の開口を通過するようにすることが可能になる。なお、第1反射面2及び第2反射面3の夫々を凹面とした場合も同様である。   On the other hand, in the present embodiment, since the second reflecting surface 3 is convex like the first reflecting surface 2, the reflection point of the off-axis light beam on the second reflection surface 3 is on the image side than the reflection point of the axial light beam ( -X side). That is, the displacement of the reflection point position of the on-axis ray and the off-axis ray caused by the first reflecting surface 2 can be canceled by the second reflecting surface 3. Thereby, since the condensing positions of the on-axis light beam and the off-axis light beam in the second direction can be brought closer, it is possible to allow all the light beams from each object height to pass through the opening of the light shielding member 4. Become. The same applies when each of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is a concave surface.

ここで、第1反射面2よりも第2反射面3の方が遮光部材4に近い位置に配置されているため、第2反射面3における軸上光線及び軸外光線の反射点の間隔は、第1反射面2における軸上光線及び軸外光線の反射点の間隔よりも小さくなる。よって、第1の断面において、第1反射面2のパワーに対して第2反射面3のパワーを極端に小さくすることは好ましくない。そこで、第1反射面2及び第2反射面3の夫々の第1の断面におけるパワーをφ1m及びφ2mとするとき、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.90<φ2m/φ1m ・・・(4)
Here, since the second reflecting surface 3 is disposed closer to the light shielding member 4 than the first reflecting surface 2, the interval between the reflection points of the on-axis rays and the off-axis rays on the second reflecting surface 3 is as follows. The distance between the reflection points of the on-axis ray and the off-axis ray on the first reflecting surface 2 becomes smaller. Therefore, in the first cross section, it is not preferable to make the power of the second reflecting surface 3 extremely small with respect to the power of the first reflecting surface 2. Accordingly, it is desirable that the following conditional expression (4) is satisfied when the power in the first cross section of each of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is φ1m and φ2m.
0.90 <φ2m / φ1m (4)

条件式(4)は、第1の断面における第2反射面3のパワーが第1反射面2のパワーの同程度以上であることを表している。条件式(4)を満たすことにより、上述したように軸上光線及び軸外光線の位置ずれを良好に補正することができる。   Conditional expression (4) represents that the power of the second reflecting surface 3 in the first cross section is equal to or higher than the power of the first reflecting surface 2. By satisfying conditional expression (4), it is possible to satisfactorily correct the positional deviation between the on-axis light beam and the off-axis light beam as described above.

さらに、以下の条件式(4a),(4b)を順に満たすことがより好ましい。条件式(4a),(4b)の上限値を上回る場合、第1の断面における第2反射面3のパワーが大きくなり過ぎてしまい、収差を良好に補正することが難しくなる可能性が生じる。また、第1の断面における前群11の主平面を物体側に配置して広画角化を実現することが難しくなる可能性が生じる。
0.90<φ2m/φ1m<15 ・・・(4a)
0.92<φ2m/φ1m<10 ・・・(4b)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (4a) and (4b) in order. When the upper limit value of conditional expressions (4a) and (4b) is exceeded, the power of the second reflecting surface 3 in the first cross section becomes too large, and it may be difficult to correct aberrations well. Further, there is a possibility that it is difficult to realize a wide angle of view by arranging the main plane of the front group 11 in the first cross section on the object side.
0.90 <φ2m / φ1m <15 (4a)
0.92 <φ2m / φ1m <10 (4b)

また、同様の理由で、後群12における第3反射面5及び第4反射面6についても、第1の断面でのパワーの符号を同一とすることが望ましい。これにより、遮光部材4の開口を通過した光束の受光面7における集光位置の第2の方向でのずれを抑制することができる。本実施例では、第1の断面において第3反射面5及び第4反射面6の夫々を凹面とし、夫々に正のパワーを持たせている。このとき、第3反射面5及び第4反射面6の夫々の第1の断面におけるパワーをφ3m及びφ4mとするとき、以下の条件式(5)を満足することが望ましく、条件式(5a),(5b)を順に満たすことがより好ましい。
1.0<φ3m/φ4m ・・・(5)
1.0<φ3m/φ4m<15 ・・・(5a)
1.5<φ3m/φ4m<8.0 ・・・(5b)
For the same reason, it is desirable that the third and fourth reflecting surfaces 5 and 6 in the rear group 12 have the same power sign in the first cross section. Thereby, the shift | offset | difference in the 2nd direction of the condensing position in the light-receiving surface 7 of the light beam which passed the opening of the light shielding member 4 can be suppressed. In the present embodiment, each of the third reflecting surface 5 and the fourth reflecting surface 6 is a concave surface in the first cross section, and each has a positive power. At this time, when the power in the first cross section of each of the third reflecting surface 5 and the fourth reflecting surface 6 is φ3m and φ4m, it is desirable that the following conditional expression (5) is satisfied, and the conditional expression (5a) , (5b) are more preferably satisfied in order.
1.0 <φ3m / φ4m (5)
1.0 <φ3m / φ4m <15 (5a)
1.5 <φ3m / φ4m <8.0 (5b)

ただし、前群11や後群12の各反射面のパワーの符号を同一とすることによる効果が得られるのは、特に上述したように前群11及び後群12の夫々において光路が交差するように各反射面を配置した場合である。前群11及び後群12の夫々において光路が交差しない場合、例えば各光路がZの字のようになる場合は、必要に応じて前群11や後群12の各反射面のパワーの符号を異ならせてもよい。   However, the effect obtained by making the signs of the powers of the reflecting surfaces of the front group 11 and the rear group 12 the same is that the optical paths of the front group 11 and the rear group 12 cross each other as described above. This is a case where each reflecting surface is arranged. When the optical paths do not intersect in each of the front group 11 and the rear group 12, for example, when each optical path is like a letter Z, the sign of the power of each reflecting surface of the front group 11 and the rear group 12 is set as necessary. It may be different.

なお、光学系10の小型化と低コスト化を実現するためには、光学系10を構成する光学素子の数を極力減らすことが望ましい。そこで、本実施形態では、第1の断面においてパワーを有する反射面を第1反射面2、第2反射面3、第3反射面5、及び第4反射面6のみとしている。すなわち、第1の断面において、前群11に含まれる反射面のうちパワーを有するのは第1反射面2及び第2反射面3のみであり、後群12に含まれる反射面のうちパワーを有するのは第3反射面5及び第4反射面6のみである。このように、良好な光学性能を得るために必要な最小限の反射面で光学系10を構成することで、全系の小型化を実現することができる。   In order to realize a reduction in size and cost of the optical system 10, it is desirable to reduce the number of optical elements constituting the optical system 10 as much as possible. Therefore, in the present embodiment, only the first reflecting surface 2, the second reflecting surface 3, the third reflecting surface 5, and the fourth reflecting surface 6 are the reflecting surfaces having power in the first cross section. That is, in the first cross section, only the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 have power among the reflecting surfaces included in the front group 11, and the power among the reflecting surfaces included in the rear group 12 is power. Only the third reflecting surface 5 and the fourth reflecting surface 6 are provided. In this way, the entire system can be downsized by configuring the optical system 10 with a minimum number of reflecting surfaces necessary for obtaining good optical performance.

本実施形態では、第1の断面において、第1反射面2及び第2反射面3の夫々に負のパワーを持たせることで前群11に負のパワーを持たせ、第3反射面5及び第4反射面6の夫々に正のパワーを持たせることで後群12に正のパワーを持たせている。これにより、上述したように、光学系10が第1の断面においてレトロフォーカスタイプになり、広画角化を実現することができる。   In the present embodiment, in the first cross section, the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 are each given negative power, thereby giving the front group 11 negative power, and the third reflecting surface 5 and By giving each of the fourth reflecting surfaces 6 positive power, the rear group 12 is given positive power. Thereby, as described above, the optical system 10 becomes a retrofocus type in the first cross section, and a wide angle of view can be realized.

また、第1反射面2及び第2反射面3の夫々の第2の断面におけるパワーをφ1s及びφ2sとするとき、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
φ1s/φ2s<1.0 ・・・(6)
Further, when the power in the second cross section of each of the first reflecting surface 2 and the second reflecting surface 3 is φ1s and φ2s, it is desirable that the following conditional expression (6) is satisfied.
φ1s / φ2s <1.0 (6)

条件式(6)は、第2の断面における第2反射面3のパワーが第1反射面2のパワーよりも大きいことを表している。条件式(6)を満たすことで、第2の断面において、よりパワーの大きい第2反射面3を中間結像位置である遮光部材4に近づけることができる。これにより、前群11の倍率を小さくして縮小系とすることが容易になり、被写界深度を大きくすることが可能になる。条件式(6)の上限値を上回る場合、より物体側に配置された第1反射面2が大きなパワーを持つことになり、前群11を縮小系とすることが難しくなる。   Conditional expression (6) represents that the power of the second reflecting surface 3 in the second cross section is larger than the power of the first reflecting surface 2. By satisfying conditional expression (6), it is possible to bring the second reflecting surface 3 having higher power closer to the light shielding member 4 that is the intermediate imaging position in the second section. As a result, it is easy to reduce the magnification of the front group 11 to obtain a reduction system, and it is possible to increase the depth of field. When exceeding the upper limit value of the conditional expression (6), the first reflecting surface 2 arranged on the object side has a large power, and it becomes difficult to make the front group 11 a reduction system.

さらに、以下の条件式(6a)を満たすことがより好ましい。条件式(6a)の下限値を下回る場合、第2の断面における第2反射面3のパワーが大きくなり過ぎてしまい、収差を良好に補正することが難しくなり、光束の一部が遮光部材4の開口を通過できなくなる可能性が生じる。
0.0<φ1s/φ2s<1.0 ・・・(6a)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (6a). When the lower limit value of conditional expression (6a) is not reached, the power of the second reflecting surface 3 in the second cross section becomes too large, making it difficult to correct aberrations favorably, and a part of the light beam is part of the light shielding member 4. There is a possibility that it becomes impossible to pass through the opening.
0.0 <φ1s / φ2s <1.0 (6a)

同様に、第3反射面5及び第4反射面6の夫々の第2の断面におけるパワーをφ3s及びφ4sとするとき、以下の条件式(7)を満足することが望ましい。
1.0<φ3s/φ4s ・・・(7)
Similarly, when the power in the second cross section of each of the third reflecting surface 5 and the fourth reflecting surface 6 is φ3s and φ4s, it is desirable that the following conditional expression (7) is satisfied.
1.0 <φ3s / φ4s (7)

受光面7に形成される像の第2の方向における幅は、遮光部材4の開口の第2の方向における幅によって決まる。このとき、受光面7に形成される像の幅が大きくなると、波長分解能(分光性能)が低下してしまうため望ましくない。そこで、後群12を縮小系とし、その倍率を小さくすることが望ましい。条件式(7)を満たすことで、後群12を縮小系とすることが容易になる。   The width of the image formed on the light receiving surface 7 in the second direction is determined by the width of the opening of the light shielding member 4 in the second direction. At this time, if the width of the image formed on the light receiving surface 7 is increased, the wavelength resolution (spectral performance) is lowered, which is not desirable. Therefore, it is desirable to use the rear group 12 as a reduction system and reduce the magnification. By satisfying conditional expression (7), the rear group 12 can be easily reduced.

さらに、以下の条件式(7a),(7b)を順に満たすことがより好ましい。条件式(7a),(7b)の下限値を下回ると、第2の断面において、第4反射面6に入射する光束の幅及び第4反射面6のパワーが大きくなり過ぎてしまい、受光面7における各波長の光束の集光位置を適切に制御することが難しくなる。一方、条件式(7a),(7b)の上限値を上回ると、第2の断面において、第4反射面6が平面に近づいてそのパワーが小さくなり過ぎてしまい、各波長の光束の光路長差を低減することが難しくなる。言い換えると、各波長の光束の集光位置の光軸方向におけるずれを低減することが難しくなる。
1.5<φ3s/φ4s<8.0 ・・・(7a)
2.0<φ3s/φ4s<5.0 ・・・(7b)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (7a) and (7b) in order. If the lower limit value of the conditional expressions (7a) and (7b) is not reached, the width of the light beam incident on the fourth reflecting surface 6 and the power of the fourth reflecting surface 6 become too large in the second section, and the light receiving surface. 7 becomes difficult to control appropriately the condensing position of the light flux of each wavelength. On the other hand, if the upper limit value of conditional expressions (7a) and (7b) is exceeded, the fourth reflecting surface 6 approaches the plane in the second cross section and its power becomes too small, and the optical path length of the light flux of each wavelength It becomes difficult to reduce the difference. In other words, it becomes difficult to reduce the shift in the optical axis direction of the condensing position of the light flux of each wavelength.
1.5 <φ3s / φ4s <8.0 (7a)
2.0 <φ3s / φ4s <5.0 (7b)

なお、本実施形態においては、回折面である第3反射面5のベース面をアナモフィック面としているため、第3反射面5の光軸周りの回転などの配置誤差が生じた場合、非点収差の発生や被写界深度の低下に繋がってしまう。特に、後群12において光束の広がりが最も大きいのは第3反射面5に入射するときであるため、第3反射面5の配置誤差による影響が顕著になる。そこで、以下の条件式(8)を満足することが望ましい。
0.5<φ3s/φ3m<2.0 ・・・(8)
In this embodiment, since the base surface of the third reflecting surface 5 that is a diffraction surface is an anamorphic surface, astigmatism occurs when an arrangement error such as rotation around the optical axis of the third reflecting surface 5 occurs. Will lead to a decrease in the depth of field and depth of field. In particular, in the rear group 12, the spread of the light flux is the largest when it enters the third reflecting surface 5, so that the influence of the arrangement error of the third reflecting surface 5 becomes significant. Therefore, it is desirable to satisfy the following conditional expression (8).
0.5 <φ3s / φ3m <2.0 (8)

条件式(8)は、第3反射面5の第1の断面及び第2の断面におけるパワーが大きく異ならないということを表している。条件式(8)を満たすことで、第3反射面5の配置誤差に起因する非点収差の発生や被写界深度の低下を抑制することができる。条件式(8)を満たさない場合、第3反射面5の第1の断面及び第2の断面におけるパワーの差が大きくなり過ぎてしまい、第3反射面5の配置誤差による影響を低減することが難しくなる。   Conditional expression (8) represents that the power in the first cross section and the second cross section of the third reflecting surface 5 is not significantly different. By satisfying conditional expression (8), it is possible to suppress the occurrence of astigmatism and a decrease in the depth of field due to the arrangement error of the third reflecting surface 5. When the conditional expression (8) is not satisfied, the power difference between the first cross section and the second cross section of the third reflecting surface 5 becomes too large, and the influence of the arrangement error of the third reflecting surface 5 is reduced. Becomes difficult.

さらに、以下の条件式(8a),(8b)を順に満たすことがより好ましい。
0.6<φ3s/φ3m<1.8 ・・・(8a)
0.8<φ3s/φ3m<1.3 ・・・(8b)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (8a) and (8b) in order.
0.6 <φ3s / φ3m <1.8 (8a)
0.8 <φ3s / φ3m <1.3 (8b)

また、第2の断面においては、第4反射面6に正のパワーを持たせることが望ましい。図2に示したように、第3反射面5から受光面7まで光線L4P,L5Pの光路長は、第3反射面5から受光面7まで光線L3Pの光路長よりも長くなっている。このとき、第2の断面において第4反射面6を凹面とすることで、第3反射面5からの各波長の光束の光路長差を容易に低減することができる。   In the second cross section, it is desirable to give the fourth reflecting surface 6 positive power. As shown in FIG. 2, the optical path lengths of the light beams L4P and L5P from the third reflecting surface 5 to the light receiving surface 7 are longer than the optical path length of the light beam L3P from the third reflecting surface 5 to the light receiving surface 7. At this time, by making the fourth reflection surface 6 concave in the second cross section, the optical path length difference of the light flux of each wavelength from the third reflection surface 5 can be easily reduced.

[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る光学系10について説明する。本実施例に係る光学系10は、上述した実施形態に係る光学系10と同等の構成を採っている。
[Example 1]
The optical system 10 according to Example 1 of the present invention will be described below. The optical system 10 according to the present example has the same configuration as the optical system 10 according to the above-described embodiment.

本実施例において、被検物から絞り1までの距離(物体距離)は300mm、読取領域の第1の方向における幅は300mm、第1の断面での画角は±24.17°である。また、本実施例において、使用波長帯域は400nm〜1000nmであり、受光面7における光束の結像領域(入射領域)の第2の方向での幅は2.7mmである。   In this embodiment, the distance (object distance) from the test object to the diaphragm 1 is 300 mm, the width of the reading area in the first direction is 300 mm, and the angle of view in the first cross section is ± 24.17 °. In the present embodiment, the wavelength band used is 400 nm to 1000 nm, and the width of the image forming area (incident area) of the light beam on the light receiving surface 7 in the second direction is 2.7 mm.

本実施例に係る前群11及び後群12の第1の断面での合成焦点距離は各々−16.27mm、28.30mmであり、前群11及び後群12の第2の断面での合成焦点距離は各々19.99mm、25.76mmである。このように、本実施例に係る光学系10は、第2の断面では中間を行うことで結像性能を向上させつつ、第1の断面ではレトロフォーカスタイプを採ることで広画角化(読取領域の広域化)を実現している。   The composite focal lengths in the first cross section of the front group 11 and the rear group 12 according to this example are -16.27 mm and 28.30 mm, respectively, and the composite focal lengths in the second cross section of the front group 11 and the rear group 12 are respectively. The focal lengths are 19.99 mm and 25.76 mm, respectively. As described above, the optical system 10 according to the present embodiment improves the imaging performance by performing the intermediate in the second cross section, while widening the angle of view (reading) by adopting the retrofocus type in the first cross section. Realization of wide area).

ここで、本実施例に係る光学系10の各光学面の面形状の表現式について説明する。なお、各光学面の面形状の表現式は後述のものに限られず、必要に応じて他の表現式を用いて各光学面を設計してもよい。   Here, the expression of the surface shape of each optical surface of the optical system 10 according to the present embodiment will be described. In addition, the expression of the surface shape of each optical surface is not limited to that described later, and each optical surface may be designed using another expression as necessary.

本実施例に係る第1反射面2、第2反射面3、第3反射面(回折面)5、及び第4反射面6の夫々のベース面の第1の断面での形状(母線形状)は、夫々のローカル座標系において以下の式で表される。   The shape (bus shape) of the first reflecting surface 2, the second reflecting surface 3, the third reflecting surface (diffraction surface) 5, and the fourth reflecting surface 6 in the first cross section of the first reflecting surface 2, the second reflecting surface 3, and the fourth reflecting surface 6 according to the present embodiment. Is expressed by the following expression in each local coordinate system.

Figure 0006594576
Figure 0006594576

但し、Rはxy断面での曲率半径(母線曲率半径)であり、K,B,B,Bはxy断面での非球面係数である。非球面係数B,B,Bについて、必要に応じてx軸の両側(−y側と+y側)で互いに数値を異ならせてもよい。これにより、母線形状をx軸に対してy方向に非対称な形状とすることができる。なお、本実施例では2次〜6次の非球面係数を用いているが、必要に応じてより高次の非球面係数を用いてもよい。 Here, R y is a radius of curvature (bus curvature radius) in the xy section, and K y , B 2 , B 4 , and B 6 are aspheric coefficients in the xy section. The numerical values of the aspheric coefficients B 2 , B 4 , and B 6 may be different from each other on both sides of the x axis (−y side and + y side) as necessary. As a result, the bus shape can be asymmetric in the y direction with respect to the x axis. In the present embodiment, secondary to sixth-order aspheric coefficients are used, but higher-order aspheric coefficients may be used as necessary.

また、本実施例に係る各光学面の夫々のベース面の、y方向における任意の位置の第2の断面での形状(子線形状)は、以下の式で表される。   In addition, the shape (sub-wire shape) in the second cross section at an arbitrary position in the y direction of each base surface of each optical surface according to the present embodiment is expressed by the following expression.

Figure 0006594576
Figure 0006594576

但し、K,Mjkはzx断面での非球面係数である。また、r´は、y方向において光軸からyだけ離れた位置におけるzx断面での曲率半径(子線曲率半径)であり、以下の式で表される。 However, K z and M jk are aspheric coefficients in the zx section. Further, r ′ is a radius of curvature (sub-wire curvature radius) in the zx section at a position separated by y from the optical axis in the y direction, and is represented by the following equation.

Figure 0006594576
Figure 0006594576

但し、rは光軸上での子線曲率半径であり、E,Eは子線変化係数である。式(数3)においてr=0である場合は、式(数2)の右辺の第1項はゼロとして扱うものとする。なお、子線変化係数E,Eについて、必要に応じて−y側と+y側で互いに数値を異ならせてもよい。これにより、子線形状の非球面量をy方向において非対称にすることができる。また、式(数3)は偶数項のみを含んでいるが、必要に応じて奇数項を加えてもよい。また、必要に応じてより高次の子線変化係数を用いてもよい。 Here, r is the radius of curvature of the strand on the optical axis, and E 2 and E 4 are the strand changing coefficients. When r = 0 in Expression (Expression 3), the first term on the right side of Expression (Expression 2) is treated as zero. Note that the numerical values of the child line change coefficients E 2 and E 4 may be different from each other on the −y side and the + y side, if necessary. As a result, the aspherical amount of the child wire shape can be made asymmetric in the y direction. Moreover, although the equation (Equation 3) includes only even terms, odd terms may be added as necessary. Further, a higher order strand change coefficient may be used as necessary.

なお、式(数2)におけるzの1次の項は、zx断面での光学面のチルト量(子線チルト量)に寄与する項である。よって、Mjkを−y側と+y側で互いに異なる数値とすることで、子線チルト量をy方向において非対称に変化させることができる。ただし、奇数項用いることで子線チルト量を非対称に変化させてもよい。また、式(数2)におけるzの2次の項は、光学面の子線曲率半径に寄与する項である。よって、各光学面の設計を簡単にするために、式(数3)ではなく式(数2)におけるzの2次の項のみを用いて光学面に子線曲率半径を与えてもよい。 Note that the first-order term of z in the equation (Equation 2) is a term that contributes to the tilt amount (child tilt amount) of the optical surface in the zx section. Therefore, by setting M jk to different values on the −y side and the + y side, it is possible to asymmetrically change the sub-line tilt amount in the y direction. However, the amount of sub-line tilt may be changed asymmetrically by using odd terms. In addition, the quadratic term of z in the equation (Equation 2) is a term that contributes to the radius of curvature of the optical surface. Therefore, in order to simplify the design of each optical surface, the subsurface curvature radius may be given to the optical surface using only the quadratic term of z in Expression (Expression 2) instead of Expression (Expression 3).

また、回折面5における回折格子の形状は、既知の回折光学理論に基づく位相関数で表されるものであれば、特に限定されるものではない。本実施例では、基本波長(設計波長)をλ[mm]、zx断面における位相係数をC1とするとき、回折面5における回折格子の形状を以下の位相関数φで定義している。但し、本実施形態では回折格子の回折次数が1であるとする。
φ=(2π/λ)×(C1×z)
The shape of the diffraction grating on the diffraction surface 5 is not particularly limited as long as it is expressed by a phase function based on a known diffractive optical theory. In this embodiment, when the fundamental wavelength (design wavelength) is λ [mm] and the phase coefficient in the zx section is C1, the shape of the diffraction grating on the diffraction surface 5 is defined by the following phase function φ. However, in this embodiment, it is assumed that the diffraction order of the diffraction grating is 1.
φ = (2π / λ) × (C1 × z)

なお、ここでの基本波長は、回折格子の高さを決めるための波長であり、被検物に対する照明光の分光特性、回折面5以外の反射面の分光反射率、受光面7を含む撮像素子の分光受光感度、要求される回折効率などに基づいて決定される。すなわち、基本波長は、受光面7による検知の際に重視したい波長に対応する。本実施例においては、基本波長λを542nmとすることで、使用波長帯域における可視域を重点的に観察できるようにしている。ただし、例えば基本波長を850nm程度とすることで近赤外域を重点的に観察できるようにしたり、基本波長を700nm程度とすることで可視域から近赤外域をバランス良く観察できるようにしたりしてもよい。   Note that the fundamental wavelength here is a wavelength for determining the height of the diffraction grating, the spectral characteristics of the illumination light with respect to the object to be examined, the spectral reflectance of the reflective surface other than the diffraction surface 5, and the imaging including the light receiving surface 7. It is determined based on the spectral light receiving sensitivity of the element, the required diffraction efficiency, and the like. In other words, the fundamental wavelength corresponds to a wavelength that is desired to be emphasized during detection by the light receiving surface 7. In this embodiment, by setting the fundamental wavelength λ to 542 nm, the visible range in the used wavelength band can be intensively observed. However, for example, by setting the fundamental wavelength to about 850 nm, the near infrared region can be intensively observed, or by setting the fundamental wavelength to about 700 nm, the near infrared region can be observed in a balanced manner from the visible region. Also good.

表1に、本実施例に係る光学系10の各光学面の頂点の位置、頂点における法線の方向、及び各断面での曲率半径を示す。表1において、各光学面の頂点の位置は絶対座標系における原点からの距離X,Y,Z[mm]で示し、法線(x軸)の方向は光軸を含むZX断面でのX軸に対する角度θ[deg]で示している。また、d[mm]は各光学面同士の間隔(面間隔)を示し、d´[mm]は各光学面における主光線の反射点同士の間隔を示し、R,Rの夫々は主光線の反射点におけるXY断面及びZX断面での曲率半径を示している。なお、各反射面の曲率半径の値が正のときは凹面を示し、負のときは凸面を示す。 Table 1 shows the position of the vertex of each optical surface of the optical system 10 according to the present embodiment, the direction of the normal line at the vertex, and the radius of curvature in each cross section. In Table 1, the position of the vertex of each optical surface is indicated by the distance X, Y, Z [mm] from the origin in the absolute coordinate system, and the direction of the normal line (x axis) is the X axis in the ZX section including the optical axis. Is represented by an angle θ [deg]. Further, d [mm] represents an interval (surface interval) between optical surfaces, d ′ [mm] represents an interval between reflection points of chief rays on each optical surface, and R y and R z are principal components. The curvature radii in the XY cross section and the ZX cross section at the reflection point of the light beam are shown. In addition, when the value of the radius of curvature of each reflecting surface is positive, it indicates a concave surface, and when it is negative, it indicates a convex surface.

Figure 0006594576
Figure 0006594576

表2に、本実施例に係る光学系10の各光学面の面形状を示す。   Table 2 shows the surface shapes of the optical surfaces of the optical system 10 according to this example.

Figure 0006594576
Figure 0006594576

表3に、条件式(2)を満足する場合(実施例1a)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7のy方向及びz方向における径[mm]を示す。また、表4に、条件式(3)を満足する場合(実施例1b)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7のy方向及びz方向における径[mm]を示す。本実施例においては、絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の何れもが矩形である。   Table 3 shows the diameter [mm] in the y direction and the z direction of the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the light receiving surface 7 when the conditional expression (2) is satisfied (Example 1a). Table 4 shows the diameter [mm] in the y direction and the z direction of the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the light receiving surface 7 when the conditional expression (3) is satisfied (Example 1b). In the present embodiment, all of the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the light receiving surface 7 are rectangular.

Figure 0006594576
Figure 0006594576

Figure 0006594576
Figure 0006594576

図12は、本実施例に係る光学系10のMTF(Modulated Transfer Function)を示す。図12では、700nm(frq1),400nm(frq2),1000nm(frq3)の各波長に対するMTFを、読取領域における物体高[mm]がY=0,30,60,90,120,150である場合の夫々について示している。図12に示すように、受光面7を含む撮像素子の各波長に対する空間周波数[本/mm]は、27.8,41.7,55.6である。図12を見てわかるように、読取領域の全域にわたって収差が良好に補正され、焦点深度が十分に確保されている。   FIG. 12 shows an MTF (Modulated Transfer Function) of the optical system 10 according to the present embodiment. In FIG. 12, the MTF for each wavelength of 700 nm (frq1), 400 nm (frq2), and 1000 nm (frq3) is obtained when the object height [mm] in the reading region is Y = 0, 30, 60, 90, 120, 150. Shows about each of them. As shown in FIG. 12, the spatial frequency [lines / mm] for each wavelength of the imaging device including the light receiving surface 7 is 27.8, 41.7, 55.6. As can be seen from FIG. 12, the aberration is satisfactorily corrected over the entire reading region, and a sufficient depth of focus is ensured.

[実施例2]
以下、本発明の実施例2に係る光学系10について説明する。本実施例に係る光学系10において、上述した実施例1に係る光学系10と同等の構成については説明を省略する。
[Example 2]
Hereinafter, the optical system 10 according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In the optical system 10 according to the present embodiment, the description of the configuration equivalent to that of the optical system 10 according to Embodiment 1 described above is omitted.

図13は、本発明の実施形態に係る光学系10の要部概略図であり、図13(a)は第1の断面を示し、図13(b)は第2の断面を示している。本実施例に係る光学系10は、実施例1に係る光学系10に対して、絞り1から受光面7に至る光路長が短く、全系の更なる小型化を実現している。   FIGS. 13A and 13B are schematic views of a main part of the optical system 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 13A shows a first cross section, and FIG. 13B shows a second cross section. The optical system 10 according to the present embodiment has a shorter optical path length from the stop 1 to the light receiving surface 7 than the optical system 10 according to the first embodiment, thereby realizing further downsizing of the entire system.

本実施例において、被検物から絞り1までの距離は300mm、読取領域の第1の方向における幅は300mm、第1の断面での画角は±24.46°である。また、本実施例においては、使用波長帯域が400nm〜1000nmであり、受光面7における第2の方向での結像領域の幅は2.7mmである。本実施例に係る前群11及び後群12の第1の断面での合成焦点距離は各々−14.21mm、16.69mmであり、前群11及び後群12の第2の断面での合成焦点距離は各々19.33mm、11.01mmである。   In this embodiment, the distance from the test object to the diaphragm 1 is 300 mm, the width of the reading region in the first direction is 300 mm, and the angle of view in the first cross section is ± 24.46 °. In this embodiment, the used wavelength band is 400 nm to 1000 nm, and the width of the imaging region in the second direction on the light receiving surface 7 is 2.7 mm. The composite focal lengths in the first cross section of the front group 11 and the rear group 12 according to the present embodiment are respectively -14.21 mm and 16.69 mm, and the composite focal lengths in the second cross section of the front group 11 and the rear group 12 are respectively. The focal lengths are 19.33 mm and 11.01 mm, respectively.

実施例1と同様に、表5に本実施例に係る光学系10の各光学面の頂点の位置、頂点における法線の方向、及び各断面での曲率半径を示し、表6に各光学面の面形状を示す。また、表7に条件式(2)を満足する場合(実施例2a)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の径を示し、表4に条件式(3)を満足する場合(実施例2b)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の径を示す。   As in Example 1, Table 5 shows the position of the vertex of each optical surface of the optical system 10 according to this example, the direction of the normal at the vertex, and the radius of curvature at each cross section, and Table 6 shows each optical surface. The surface shape of is shown. Table 7 shows the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the diameter of the light receiving surface 7 when the conditional expression (2) is satisfied (Example 2a). Table 4 satisfies the conditional expression (3). In this case, the diameter of the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the diameter of the light receiving surface 7 in Example 2b is shown.

但し、第3反射面5の第2の断面における形状については、式(数1)で表される母線上の各位置での法線とx軸とが一致するように、位置ごとに異なるローカル座標系を定めた上で、上述の式(数2)で表している。なお、表5と表6とで曲率半径Rの値が一致していないのは、表5における曲率半径の値が第2の断面におけるチルト角を考慮したものであるためである。 However, as for the shape of the third reflecting surface 5 in the second cross section, the local line that differs from position to position so that the normal line at each position on the generatrix represented by the equation (Equation 1) matches the x axis. After defining the coordinate system, it is expressed by the above equation (Equation 2). The reason why the values of the curvature radii Ry do not match between Table 5 and Table 6 is that the values of the curvature radii in Table 5 take into account the tilt angle in the second cross section.

Figure 0006594576
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Figure 0006594576
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Figure 0006594576
Figure 0006594576

Figure 0006594576
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図14は、図12と同様に本実施例に係る光学系10のMTFを示したものである。図14を見てわかるように、読取領域の全域にわたって収差が良好に補正され、焦点深度が十分に確保されている。   FIG. 14 shows the MTF of the optical system 10 according to the present embodiment as in FIG. As can be seen from FIG. 14, the aberration is satisfactorily corrected over the entire reading region, and a sufficient depth of focus is ensured.

[実施例3]
以下、本発明の実施例3に係る光学系10について説明する。本実施例に係る光学系10において、上述した実施例1に係る光学系10と同等の構成については説明を省略する。
[Example 3]
The optical system 10 according to Example 3 of the present invention will be described below. In the optical system 10 according to the present embodiment, the description of the configuration equivalent to that of the optical system 10 according to Embodiment 1 described above is omitted.

図15は、本発明の実施形態に係る光学系10の要部概略図であり、図15(a)は第1の断面を示し、図15(b)は第2の断面を示している。本実施例に係る光学系10は、実施例1に係る光学系10に対して、射出側(像側)のFnoが小さい(明るい)構成となっている。具体的には、実施例1に係る光学系10の射出側のFnoが、第1及び第2の断面において各々4.7及び4.0であるのに対して、本実施例に係る光学系10の射出側のFnoは、第1及び第2の断面において各々4.1及び3.5となっている。   15A and 15B are schematic views of a main part of the optical system 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 15A shows the first cross section, and FIG. 15B shows the second cross section. The optical system 10 according to the present embodiment has a configuration in which the emission side (image side) Fno is smaller (brighter) than the optical system 10 according to the first embodiment. Specifically, the Fno on the emission side of the optical system 10 according to the first embodiment is 4.7 and 4.0 in the first and second cross sections, respectively, whereas the optical system according to the present embodiment. Fno on the exit side of 10 is 4.1 and 3.5 in the first and second cross sections, respectively.

本実施例において、被検物から絞り1までの距離は300mm、読取領域の第1の方向における幅は300mm、第1の断面での画角は±24.44°である。また、本実施例においては、使用波長帯域が400nm〜1000nmであり、受光面7における第2の方向での結像領域の幅は2.64mmである。本実施例に係る前群11及び後群12の第1の断面での合成焦点距離は各々−14.46mm、26.85mmであり、前群11及び後群12の第2の断面での合成焦点距離は各々19.34mm、24.98mmである。   In this embodiment, the distance from the test object to the diaphragm 1 is 300 mm, the width of the reading region in the first direction is 300 mm, and the angle of view in the first cross section is ± 24.44 °. In this embodiment, the wavelength band used is 400 nm to 1000 nm, and the width of the imaging region in the second direction on the light receiving surface 7 is 2.64 mm. The combined focal lengths in the first cross section of the front group 11 and the rear group 12 according to the present embodiment are -14.46 mm and 26.85 mm, respectively, and the combined focal lengths in the second cross section of the front group 11 and the rear group 12 are respectively. The focal lengths are 19.34 mm and 24.98 mm, respectively.

実施例1と同様に、表9に本実施例に係る光学系10の各光学面の頂点の位置、頂点における法線の方向、及び各断面での曲率半径を示し、表10に各光学面の面形状を示す。また、表11に条件式(2)を満足する場合(実施例3a)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の径を示し、表12に条件式(3)を満足する場合(実施例3b)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の径を示す。   As in Example 1, Table 9 shows the position of the vertex of each optical surface of the optical system 10 according to this example, the direction of the normal at the vertex, and the radius of curvature at each cross section. Table 10 shows each optical surface. The surface shape of is shown. Table 11 shows the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the diameter of the light receiving surface 7 when the conditional expression (2) is satisfied (Example 3a), and Table 12 satisfies the conditional expression (3). In this case, the diameter of the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the diameter of the light receiving surface 7 in Example 3b is shown.

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図16は、図12と同様に本実施例に係る光学系10のMTFを示したものである。図16を見てわかるように、読取領域の全域にわたって収差が良好に補正され、焦点深度が十分に確保されている。   FIG. 16 shows the MTF of the optical system 10 according to the present embodiment, similarly to FIG. As can be seen from FIG. 16, the aberration is satisfactorily corrected over the entire reading area, and a sufficient depth of focus is ensured.

[実施例4]
以下、本発明の実施例4に係る光学系10について説明する。本実施例に係る光学系10において、上述した実施例1に係る光学系10と同等の構成については説明を省略する。
[Example 4]
The optical system 10 according to Example 4 of the present invention will be described below. In the optical system 10 according to the present embodiment, the description of the configuration equivalent to that of the optical system 10 according to Embodiment 1 described above is omitted.

図17は、本発明の実施形態に係る光学系10の要部概略図であり、図17(a)は第1の断面を示し、図17(b)は第2の断面を示している。本実施例に係る光学系10は、実施例1に係る光学系10に対して、絞り1から受光面7に至る光路長が短く、全系の更なる小型化を実現している。   FIGS. 17A and 17B are schematic views of a main part of the optical system 10 according to the embodiment of the present invention. FIG. 17A shows a first cross section, and FIG. 17B shows a second cross section. The optical system 10 according to the present embodiment has a shorter optical path length from the stop 1 to the light receiving surface 7 than the optical system 10 according to the first embodiment, thereby realizing further downsizing of the entire system.

本実施例において、被検物から絞り1までの距離は300mm、読取領域の第1の方向における幅は300mm、第1の断面での画角は±24.49°である。また、本実施例においては、使用波長帯域が400nm〜1000nmであり、受光面7における第2の方向での結像領域の幅は2.37mmである。本実施例に係る前群11及び後群12の第1の断面での合成焦点距離は各々−13.23mm、16.78mmであり、前群11及び後群12の第2の断面での合成焦点距離は各々17.53mm、11.25mmである。   In this embodiment, the distance from the test object to the diaphragm 1 is 300 mm, the width of the reading region in the first direction is 300 mm, and the angle of view in the first section is ± 24.49 °. In this embodiment, the used wavelength band is 400 nm to 1000 nm, and the width of the imaging region in the second direction on the light receiving surface 7 is 2.37 mm. The composite focal lengths in the first cross section of the front group 11 and the rear group 12 according to the present embodiment are -13.23 mm and 16.78 mm, respectively, and the composite focal lengths in the second cross section of the front group 11 and the rear group 12 are respectively. The focal lengths are 17.53 mm and 11.25 mm, respectively.

実施例1と同様に、表13に本実施例に係る光学系10の各光学面の頂点の位置、頂点における法線の方向、及び各断面での曲率半径を示し、表14に各光学面の面形状を示す。また、表15に条件式(2)を満足する場合(実施例4a)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の径を示し、表16に条件式(3)を満足する場合(実施例4b)の絞り1の開口、遮光部材4の開口、及び受光面7の径を示す。なお、表13と表14とで曲率半径Rの値が一致していないのは、表13における曲率半径の値が第2の断面におけるチルト角を考慮したものであるためである。 As in Example 1, Table 13 shows the position of the vertex of each optical surface of the optical system 10 according to this example, the direction of the normal line at the vertex, and the radius of curvature at each cross section, and Table 14 shows each optical surface. The surface shape of is shown. Table 15 shows the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4 and the diameter of the light receiving surface 7 when the conditional expression (2) is satisfied (Example 4a), and Table 16 satisfies the conditional expression (3). In this case, the diameter of the aperture of the diaphragm 1, the aperture of the light shielding member 4, and the light receiving surface 7 in Example 4b is shown. The reason why the values of the curvature radii Ry do not match between Table 13 and Table 14 is that the values of the curvature radii in Table 13 take into account the tilt angle in the second cross section.

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なお、本実施例において、第1反射面2、第2反射面3、第3反射面5、及び第4反射面6の子線形状は、上述した式(数3)の代わりに以下の式を用いて表される。また、第3反射面5の子線形状については、実施例2と同様に母線上の位置ごとに異なるローカル座標系を定めた上で、上述の式(数2)で表している。
r´=r(1+E+E
In the present embodiment, the sub-wire shapes of the first reflecting surface 2, the second reflecting surface 3, the third reflecting surface 5, and the fourth reflecting surface 6 are the following formulas instead of the above formula (Equation 3). It is expressed using Further, the shape of the sub-line of the third reflecting surface 5 is expressed by the above formula (Equation 2) after defining a different local coordinate system for each position on the bus line as in the second embodiment.
r ′ = r (1 + E 2 y 2 + E 4 y 4 )

図18は、図12と同様に本実施例に係る光学系10のMTFを示したものである。図18を見てわかるように、読取領域の全域にわたって収差が良好に補正され、焦点深度が十分に確保されている。   FIG. 18 shows the MTF of the optical system 10 according to the present embodiment as in FIG. As can be seen from FIG. 18, the aberration is satisfactorily corrected over the entire reading region, and a sufficient depth of focus is ensured.

[実施例5]
以下、本発明の実施例5に係る光学系10について説明する。本実施例に係る光学系10は、第1反射面2のチルト角を第1の方向において変化させていないという点で、実施例1に係る光学系10とは異なる。本実施例に係る光学系10において、実施例1に係る光学系10と同等の構成については説明を省略する。
[Example 5]
The optical system 10 according to Example 5 of the present invention will be described below. The optical system 10 according to the present embodiment is different from the optical system 10 according to the first embodiment in that the tilt angle of the first reflecting surface 2 is not changed in the first direction. In the optical system 10 according to the present embodiment, the description of the same configuration as the optical system 10 according to the first embodiment is omitted.

本実施例に係る前群11及び後群12の第1の断面での合成焦点距離は各々−17.01mm、28.56mmであり、前群11及び後群12の第2の断面での合成焦点距離は各々19.31mm、25.91mmである。   The composite focal lengths in the first cross section of the front group 11 and the rear group 12 according to the present embodiment are −17.01 mm and 28.56 mm, respectively, and the composite focal lengths in the second cross section of the front group 11 and the rear group 12 are respectively. The focal lengths are 19.31 mm and 25.91 mm, respectively.

本実施例においては、第1反射面2について、上述の式(数2)におけるzの1次の項に対する非球面係数M01,M21,M41をゼロとすることにより、チルト角の変化をなくしている。これにより、第1反射面2の面形状を簡素化し、製造し易くすることができる。特に、第1反射面2をモールド成形により形成する場合は、金型の加工の難易度が低下するため、その加工に掛かる時間を大幅に短縮することが可能になる。 In the present embodiment, the tilt angle of the first reflecting surface 2 is changed by setting the aspherical coefficients M 01 , M 21 , and M 41 for the first-order term of z in the above equation (Equation 2) to zero. Is missing. Thereby, the surface shape of the 1st reflective surface 2 can be simplified and it can be made easy to manufacture. In particular, when the first reflective surface 2 is formed by molding, the degree of difficulty in processing the mold is reduced, so that the time required for the processing can be greatly shortened.

実施例1と同様に、表17に本実施例に係る光学系10の各光学面の頂点の位置、頂点における法線の方向、及び各断面での曲率半径を示し、表18に各光学面の面形状を示す。   As in Example 1, Table 17 shows the position of the vertex of each optical surface of the optical system 10 according to this example, the direction of the normal line at the vertex, and the radius of curvature at each cross section, and Table 18 shows each optical surface. The surface shape of is shown.

Figure 0006594576
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図19は、図5と同様に、本実施例に係る遮光部材4の開口上における各物体高からの光束の分布を示したものである。図19を見てわかるように、各物体高からの光束の分布のz方向における湾曲が十分に低減できていることがわかる。   FIG. 19 shows the distribution of the light flux from each object height on the opening of the light shielding member 4 according to the present embodiment, as in FIG. As can be seen from FIG. 19, it can be seen that the curvature in the z direction of the distribution of the light flux from each object height can be sufficiently reduced.

表19に、実施例1a〜4aに係る光学系10の、第1の断面における像側のF値F1、第2の断面における像側のF値F2、及び条件式(1)の値を示す。表19に示すように、何れの実施例においても条件式(1)が満たされている。また、表20に、実施例1b〜4bに係る光学系10の、第1の断面における像側のF値F1、第2の断面における像側のF値F2、及び条件式(2)の値を示す。表20に示すように、何れの実施例においても条件式(2)が満たされている。   Table 19 shows the image side F value F1 in the first cross section, the image side F value F2 in the second cross section, and the value of the conditional expression (1) of the optical system 10 according to Examples 1a to 4a. . As shown in Table 19, conditional expression (1) is satisfied in any of the examples. Table 20 shows the image side F value F1 in the first cross section, the image side F value F2 in the second cross section, and the value of the conditional expression (2) of the optical system 10 according to Examples 1b to 4b. Indicates. As shown in Table 20, conditional expression (2) is satisfied in any of the examples.

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表21に、各実施例に係る各反射面のパワーの値と上述した各条件式の値を示す。   Table 21 shows the power value of each reflecting surface according to each example and the value of each conditional expression described above.

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[撮像装置及び撮像システム]
以下、上述した実施形態に係る光学系10の使用例としての撮像装置(分光読取装置)及び撮像システム(分光読取システム)について説明する。
[Imaging apparatus and imaging system]
Hereinafter, an imaging apparatus (spectral reading apparatus) and an imaging system (spectral reading system) as examples of use of the optical system 10 according to the above-described embodiment will be described.

図20及び図21は、本発明の実施形態に係る撮像システム100,200の要部概略図である。撮像システム100,200は、光学系10及び光学系10により形成された像を受光する撮像素子を有する撮像装置101,201と、各撮像装置及び被検物103,203の相対位置を変更する搬送部102,202とを備える。なお、各撮像システムは、撮像素子から得られる画像情報に基づいて画像を生成する画像処理部を有することが望ましい。画像処理部は、例えばCPUなどのプロセッサであり、各撮像装置の内部又は外部の何れに設けられていてもよい。   20 and 21 are schematic views of main parts of the imaging systems 100 and 200 according to the embodiment of the present invention. The imaging systems 100 and 200 are configured to change the relative positions of the imaging system 101 and 201 having an optical system 10 and an image sensor that receives an image formed by the optical system 10, and each imaging apparatus and the test objects 103 and 203. Sections 102 and 202. Each imaging system desirably has an image processing unit that generates an image based on image information obtained from the imaging element. The image processing unit is a processor such as a CPU, for example, and may be provided inside or outside each imaging apparatus.

撮像装置101,201によれば、第1の方向(Y方向)に長いライン状の読取領域104,204を1回撮像することで、複数の波長に対応する複数の画像情報(一次元画像)を取得することができる。このとき、各撮像装置を、一般的なカメラよりも多い4種類以上の波長に対応する画像情報を取得できるマルチスペクトルカメラとして構成することが望ましい。さらに、各撮像装置を、100種類以上の波長に対応する画像情報を取得できるハイパースペクトルカメラとして構成することがより好ましい。   According to the imaging devices 101 and 201, a plurality of pieces of image information (one-dimensional images) corresponding to a plurality of wavelengths are obtained by imaging the linear reading regions 104 and 204 that are long in the first direction (Y direction) once. Can be obtained. At this time, it is desirable to configure each imaging device as a multispectral camera that can acquire image information corresponding to four or more types of wavelengths more than a general camera. Furthermore, it is more preferable to configure each imaging device as a hyperspectral camera that can acquire image information corresponding to 100 or more wavelengths.

各撮像装置における撮像素子としては、CCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどを採用することができる。撮像素子は、可視光に限らず赤外光(近赤外光や遠赤外線光)などを光電変換できるように構成されていてもよい。具体的には、使用波長帯域に応じてInGaAsやInAsSbなどの材料を用いた撮像素子を採用してもよい。また、撮像素子の画素数は、読取方向及び分光方向において求められる分解能に基づいて決定することが望ましい。   A CCD (Charge Coupled Device) sensor, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, or the like can be used as an imaging element in each imaging apparatus. The imaging device may be configured to photoelectrically convert not only visible light but also infrared light (near infrared light or far infrared light). Specifically, an image sensor using a material such as InGaAs or InAsSb may be employed according to the wavelength band used. In addition, the number of pixels of the image sensor is desirably determined based on the resolution required in the reading direction and the spectral direction.

図20に示す通り、撮像システム100における搬送部102は、被検物103を第2の方向(Z方向)へ移動させる手段である。搬送部102としてはベルトコンベアなどを採用することができる。一方、図21に示す通り、撮像システム200における搬送部202は、撮像装置201を第2の方向へ移動させる手段である。搬送部202としては、マルチコプタ、飛行機、人工衛星等を採用することができる。搬送部202を用いることで、ベルトコンベアなどでは搬送できない大型の被検物や、移動が困難な被検物などに対しても、第2の方向における複数の位置での撮像を行うことができる。   As illustrated in FIG. 20, the transport unit 102 in the imaging system 100 is a unit that moves the test object 103 in the second direction (Z direction). A belt conveyor or the like can be employed as the transport unit 102. On the other hand, as illustrated in FIG. 21, the conveyance unit 202 in the imaging system 200 is a unit that moves the imaging device 201 in the second direction. As the transport unit 202, a multicopter, an airplane, an artificial satellite, or the like can be employed. By using the transport unit 202, it is possible to perform imaging at a plurality of positions in the second direction even for a large test object that cannot be transported by a belt conveyor or the like that is difficult to move. .

撮像システム100,200によれば、各搬送部に各撮像装置及び各被検物の相対位置を変更させながら、各撮像装置に読取領域を順次撮像させることで、第2の方向における複数の位置に対応する複数の画像情報を取得することができる。画像処理部によってこの複数の撮像画像の並び替えや演算処理などを行うことで、特定の波長に対応する二次元画像を生成することができる。なお、各画像情報は第1の方向における濃淡情報を表すため、第2の方向における特定の位置での波長ごとの濃淡情報に基づいて、画像処理部によりスペクトル分布(スペクトル情報)を生成してもよい。   According to the imaging systems 100 and 200, a plurality of positions in the second direction can be obtained by causing each imaging device to sequentially image the reading area while changing the relative position of each imaging device and each test object in each transport unit. A plurality of pieces of image information corresponding to can be acquired. A two-dimensional image corresponding to a specific wavelength can be generated by performing rearrangement or arithmetic processing of the plurality of captured images by the image processing unit. In addition, since each image information represents the grayscale information in the first direction, the image processing unit generates a spectral distribution (spectrum information) based on the grayscale information for each wavelength at a specific position in the second direction. Also good.

なお、各搬送部を、各撮像装置及び各被検物の両方を移動させるように構成してもよい。また、各搬送部によって各撮像装置と各被検物との光軸方向(X方向)における相対位置を調整することができるようにしてもよい。あるいは、光学系10の内部又は外部に駆動可能な光学部材(フォーカス部材)を配置し、その光学部材の位置を調整することで、被検物に対するフォーカシングを行うことができるようにしてもよい。   In addition, you may comprise each conveyance part so that both each imaging device and each test object may be moved. Moreover, you may enable it to adjust the relative position in the optical axis direction (X direction) of each imaging device and each test object by each conveyance part. Alternatively, an optical member (focusing member) that can be driven inside or outside the optical system 10 is arranged, and the position of the optical member may be adjusted so that the object can be focused.

[検査方法及び製造方法]
以下、上述した実施形態に係る光学系10を用いた物体(被検物)の検査方法及び物品の製造方法について説明する。光学系10は、例えば製造業や農業、医療などの産業分野における検査(評価)に好適なものである。
[Inspection method and manufacturing method]
Hereinafter, an object (test object) inspection method and article manufacturing method using the optical system 10 according to the above-described embodiment will be described. The optical system 10 is suitable for inspection (evaluation) in industrial fields such as manufacturing, agriculture, and medicine.

本実施形態に係る検査方法における第1のステップ(撮像ステップ)では、光学系10を介して物体を撮像することで物体の画像情報を取得する。このとき、上述したような撮像装置や撮像システムを用いることができる。すなわち、物体及び撮像装置の相対位置を変更させながら物体を撮像することで、物体の全体の画像情報を取得することができる。また、複数の物体の画像情報を順次(連続的に)取得することもできる。なお、第1のステップでは、光学系10から出射する複数の光束の波長の夫々に対応する複数の画像情報を取得してもよい。   In the first step (imaging step) in the inspection method according to the present embodiment, image information of an object is acquired by imaging the object via the optical system 10. At this time, an imaging apparatus or an imaging system as described above can be used. That is, it is possible to acquire image information of the entire object by imaging the object while changing the relative positions of the object and the imaging device. In addition, image information of a plurality of objects can be acquired sequentially (continuously). In the first step, a plurality of pieces of image information corresponding to the wavelengths of the plurality of light beams emitted from the optical system 10 may be acquired.

次の第2のステップ(検査ステップ)では、第1のステップで取得された画像情報に基づいて物体の検査を行う。このとき、例えばユーザ(検査者)が画像情報における異物やキズなどの有無を確認(判定)したり、制御部(画像処理部)により画像情報における異物やキズを検出してユーザに通知したりしてもよい。あるいは、異物やキズの有無の判定結果に応じて、後述する物品の製造装置を制御する制御部を採用してもよい。   In the next second step (inspection step), the object is inspected based on the image information acquired in the first step. At this time, for example, the user (inspector) confirms (determines) the presence or absence of foreign matter or scratches in the image information, or the control unit (image processing unit) detects the foreign matter or scratches in the image information and notifies the user. May be. Or you may employ | adopt the control part which controls the manufacturing apparatus of the articles | goods mentioned later according to the determination result of the presence or absence of a foreign material or a crack.

また、第2のステップでは、波長ごとの複数の画像情報を用いて取得された物体のスペクトル分布に基づいて物体の検査を行ってもよい。光学系10を介して取得された画像情報を用いることで、検査対象の物体の固有のスペクトル情報を検知することができ、これにより物体の成分を特定することが可能になる。例えば、画像処理部によりスペクトル分布ごとに着色などの強調を行った画像情報を生成し、その画像情報に基づいてユーザが検査を行ってもよい。   In the second step, the object may be inspected based on the spectral distribution of the object acquired using a plurality of pieces of image information for each wavelength. By using the image information acquired via the optical system 10, it is possible to detect unique spectral information of the object to be inspected, and thereby to identify the component of the object. For example, the image processing unit may generate image information in which coloring or the like is enhanced for each spectrum distribution, and the user may perform inspection based on the image information.

本実施形態に係る検査方法は、食品、医薬品、化粧品などの物品の製造方法に適用することができる。具体的には、物品を製造するための材料(物体)を上述した検査方法により検査し、検査された材料を用いて物品を製造することができる。例えば、上述した第2のステップにおいて材料に異物やキズがあると判定された場合、ユーザ(製造者)又は製造装置は、材料から異物を除去したり、異物やキズがある材料を廃棄したりすることができる。   The inspection method according to the present embodiment can be applied to a method for manufacturing an article such as a food, a medicine, or a cosmetic. Specifically, the material (object) for manufacturing the article can be inspected by the inspection method described above, and the article can be manufactured using the inspected material. For example, when it is determined in the second step that the material has foreign matter or scratches, the user (manufacturer) or the manufacturing apparatus removes the foreign matter from the material, or discards the foreign matter or scratched material. can do.

また、上記検査方法を製造装置の異常の検知に用いてもよい。例えば、製造装置の画像情報に基づいて異常の有無を判定し、その判定結果に応じて製造装置の駆動を停止させたり異常を修正したりしてもよい。   Moreover, you may use the said inspection method for the abnormality detection of a manufacturing apparatus. For example, the presence or absence of an abnormality may be determined based on the image information of the manufacturing apparatus, and the driving of the manufacturing apparatus may be stopped or the abnormality may be corrected according to the determination result.

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。   The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various combinations, modifications, and changes can be made within the scope of the gist.

2 第1反射面(第1の非球面)
3 第2反射面(第2の非球面)
4 遮光部材
5 第3反射面(回折面)
7 受光面(像面)
10 光学系
11 前群
12 後群
2 First reflecting surface (first aspherical surface)
3 Second reflecting surface (second aspherical surface)
4 light shielding member 5 third reflecting surface (diffraction surface)
7 Light receiving surface (image surface)
10 optical system 11 front group 12 rear group

Claims (20)

物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成る光学系であって、
前記遮光部材には、第1の方向に長い開口が設けられており、
前記前群は、非球面を有し、前記第1の方向に平行な第1の断面においては前記開口上に物体を結像せず、前記第1の方向に垂直な第2の断面においては前記開口上に前記物体の中間像を形成しており、
前記後群は、前記第2の断面において前記開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光束に分光する回折面を有し、前記第2の断面において前記複数の光束を互いに異なる位置に集光しており、
前記第2の断面における前記非球面のチルト角は、前記第1の方向において変化することを特徴とする光学系。
An optical system composed of a front group, a light shielding member, and a rear group arranged in order from the object side to the image side,
The light shielding member is provided with a long opening in the first direction,
The front group has an aspherical surface, and in the first cross section parallel to the first direction, the object is not imaged on the opening, and in the second cross section perpendicular to the first direction. Forming an intermediate image of the object on the aperture;
The rear group has a diffractive surface for splitting the light beam that has passed through the opening in the second cross section into a plurality of light beams having different wavelengths, and the plurality of light beams are collected at different positions in the second cross section. Light
The optical system according to claim 1, wherein a tilt angle of the aspheric surface in the second cross section changes in the first direction.
前記第2の断面における前記非球面のチルト角は、前記遮光部材における軸上主光線及び最軸外主光線の入射位置が前記第1の方向に垂直な第2の方向において互いに近づくように変化することを特徴とする請求項1に記載の光学系。   The tilt angle of the aspherical surface in the second cross section changes so that the incident positions of the axial principal ray and the most off-axis principal ray in the light shielding member approach each other in a second direction perpendicular to the first direction. The optical system according to claim 1. 前記第2の断面における前記非球面のチルト角は、前記第1の方向において単調に変化することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学系。   3. The optical system according to claim 1, wherein a tilt angle of the aspheric surface in the second cross section changes monotonously in the first direction. 4. 前記前群は、前記第2の断面におけるチルト角が前記第1の方向において変化する第1及び第2の非球面を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の光学系。   The said front group has the 1st and 2nd aspherical surface in which the tilt angle in the said 2nd cross section changes in the said 1st direction, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Optical system. 前記第1及び第2の非球面における、同一物点からの光束が通過する領域のチルト変化量を各々|dT/dy|、|dT/dy|とするとき、
1.00≦|dT/dy|/|dT/dy|≦1.50
なる条件を満足することを特徴とする請求項4に記載の光学系。
When the tilt change amounts of the first and second aspheric surfaces in the region where the light beam from the same object point passes are | dT 1 / dy | and | dT 2 / dy |
1.00 ≦ | dT 1 / dy | / | dT 2 /dy|≦1.50
The optical system according to claim 4, wherein the following condition is satisfied.
前記回折面のベース面は、非球面であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の光学系。   6. The optical system according to claim 1, wherein a base surface of the diffractive surface is an aspherical surface. 前記第1の断面において、前記前群は負のパワーを有し、前記後群は正のパワーを有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の光学系。   7. The optical system according to claim 1, wherein, in the first cross section, the front group has a negative power, and the rear group has a positive power. 8. 前記遮光部材は、前記物体からの光束の前記第1の方向における幅を規制することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein the light shielding member regulates a width of the light beam from the object in the first direction. 前記開口の前記第2の断面における幅は、0.2mm以下であることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の光学系。   The optical system according to any one of claims 1 to 8, wherein a width of the opening in the second cross section is 0.2 mm or less. 前記前群及び前記後群に含まれる全ての光学面は反射面であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の光学系。   The optical system according to claim 1, wherein all optical surfaces included in the front group and the rear group are reflecting surfaces. 請求項1乃至10の何れか一項に記載の光学系と、該光学系により形成された像を受光する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。   An imaging apparatus comprising: the optical system according to claim 1; and an imaging element that receives an image formed by the optical system. 請求項11に記載の撮像装置と、該撮像装置及び前記物体の相対位置を変更する搬送部とを備えることを特徴とする撮像システム。   An imaging system comprising: the imaging apparatus according to claim 11; and a transport unit that changes a relative position between the imaging apparatus and the object. 前記複数の光束に対応する波長ごとの画像情報を生成する画像処理部を備えることを特徴とする請求項12に記載の撮像システム。   The imaging system according to claim 12, further comprising an image processing unit that generates image information for each wavelength corresponding to the plurality of light beams. 光学系を介して物体を撮像することで該物体の画像情報を取得する第1のステップと、
前記画像情報に基づいて前記物体の検査を行うステップ第2のステップとを有し、
前記光学系は、物体側から像側へ順に配置された前群、遮光部材、後群から成り、
前記遮光部材には、第1の方向に長い開口が設けられており、
前記前群は、非球面を有し、前記第1の方向に平行な第1の断面においては前記開口上に物体を結像せず、前記第1の方向に垂直な第2の断面においては前記開口上に前記物体の中間像を形成しており、
前記後群は、前記第2の断面において前記開口を通過した光束を互いに波長が異なる複数の光束に分光する回折面を有し、前記第2の断面において前記複数の光束を互いに異なる位置に集光しており、
前記第2の断面における前記非球面のチルト角は、前記第1の方向において変化することを特徴とする検査方法。
A first step of acquiring image information of the object by imaging the object via an optical system;
And a second step of inspecting the object based on the image information,
The optical system is composed of a front group, a light shielding member, and a rear group arranged in order from the object side to the image side,
The light shielding member is provided with a long opening in the first direction,
The front group has an aspherical surface, and in the first cross section parallel to the first direction, the object is not imaged on the opening, and in the second cross section perpendicular to the first direction. Forming an intermediate image of the object on the aperture;
The rear group has a diffractive surface for splitting the light beam that has passed through the opening in the second cross section into a plurality of light beams having different wavelengths, and the plurality of light beams are collected at different positions in the second cross section. Light
The inspection method according to claim 1, wherein a tilt angle of the aspheric surface in the second cross section changes in the first direction.
前記第1のステップは、前記物体を前記第1の方向に垂直な方向へ移動させながら前記物体を撮像する工程を含むことを特徴とする請求項14に記載の検査方法。   The inspection method according to claim 14, wherein the first step includes a step of imaging the object while moving the object in a direction perpendicular to the first direction. 前記第1のステップは、前記複数の光束の波長の夫々に対応する複数の画像情報を取得する工程を含むことを特徴とする請求項14又は15に記載の検査方法。   16. The inspection method according to claim 14, wherein the first step includes a step of acquiring a plurality of pieces of image information corresponding to the wavelengths of the plurality of light beams. 前記第2のステップは、前記複数の画像情報を用いて取得された前記物体のスペクトル分布に基づいて前記物体の検査を行う工程を含むことを特徴とする請求項14乃至16の何れか一項に記載の検査方法。   17. The method according to claim 14, wherein the second step includes a step of inspecting the object based on a spectral distribution of the object acquired using the plurality of pieces of image information. Inspection method described in 1. 前記第2のステップは、前記物体における異物の有無を判定する工程を含むことを特徴とする請求項14乃至17の何れか一項に記載の検査方法。   The inspection method according to any one of claims 14 to 17, wherein the second step includes a step of determining the presence or absence of a foreign substance in the object. 請求項14乃至18の何れか一項に記載の検査方法により前記物体を検査するステップと、
該ステップにより検査された前記物体を用いて物品を製造するステップとを有することを特徴とする製造方法。
Inspecting the object by the inspection method according to any one of claims 14 to 18,
And a step of manufacturing an article using the object inspected in the step.
前記物品を製造するステップは、前記物体における異物を除去する工程を含むことを特徴とする請求項19に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 19, wherein the step of manufacturing the article includes a step of removing foreign substances in the object.
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