JP2000047109A - 結像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない反射回数の反射面を用いて光路を折り
畳むことにより小型化、薄型化された高性能な結像光学
系。 【解決手段】 物体側の第１プリズム１０と像側の第２
プリズム２０を有し、中間像を形成しない結像系にて形
成され、第１プリズム１０、第２プリズム２０共、光束
を入射する第１面１１、２１と、その入射光束をプリズ
ム内で反射する第２面１２、２２と、その反射光束をプ
リズム内で反射する第３面１３、２３と、光束を外に射
出する第４面１４、２４とを有し、第２面と第３面の少
なくとも一方の面が光束にパワーを与え、偏心によって
発生する収差を補正する回転非対称な曲面形状を有し、
第２プリズム２０と全系によって形成された像３との間
に光束の結像作用に寄与する屈折力を与える光学素子が
配置されていない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関
し、その中でも特に、ビデオカメラやデジタルスチルカ
メラ、フィルムスキャナー、内視鏡等、小型の撮像素子
を用いた光学装置用の反射面にパワーを有する偏心光学
系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラやデジタルスチルカ
メラ、フィルムスキャナー、内視鏡等用の結像光学系で
は、撮像素子の小型化に伴い、光学系自身も小型軽量、
低コスト化が求められている。

【０００３】しかし、一般の回転対称共軸光学系では、
光学系の厚みは光学素子を光軸方向に配列するため、そ
の小型化にも限界がある。また、同時に、回転対称な屈
折レンズを用いることにより発生する色収差を補正する
ために、レンズ枚数の増加は避けられず、低コスト化も
困難な状況である。そこで、最近では、特に色収差の発
生しない反射面にパワーを持たせ、光軸方向の光路を折
り畳むことで、小型化を図った光学系が提案されてい
る。

【０００４】特開平７−３３３５０５号のものは、偏心
した反射面にパワーを付けて光路を折り畳み、光学系の
厚みを小さくすることを提案しているが、実施例では、
構成する光学部材が５個と多い上、実際の光学性能が不
明である。また、その反射面の形状までは言及されてい
ない。

【０００５】また、特開平８−２９２３７１号、特開平
９−５６５０号、特開平９−９０２２９号のものでは、
プリズム１個あるいは複数のミラーを１つの部材として
ブロック化することで光路を折り畳み、その光学系内部
で像をリレーしながら最終像を形成する光学系が示され
ている。しかし、これらの例では、像をリレーするため
に反射の回数が多くなり、その面精度誤差、偏心精度誤
差が積算され転送されることから、個々の精度が厳しく
なり、コストアップにつながり好ましくない。また、同
時に、像をリレーするために光学系全体の体積も大きく
なり好ましくない。

【０００６】また、特開平９−２２２５６３号では、複
数のプリズムを用いた例を示しているが、像をリレーす
るために同様の理由からコストアップ、光学系の大型化
につながり好ましくない。また、特開平９−２１１３３
１号では、プリズム１個を用いて光路を折り畳み光学系
の小型化を図った例であるが、収差の補正が十分ではな
い。

【０００７】また、特開平８−２９２３６８号、特開平
８−２９２３７２号、特開平９−２２２５６１号、特開
平９−２５８１０５号、特開平９−２５８１０６号のも
のでは、何れもズームレンズの例である。しかし、これ
らの例も、プリズム内部で像をリレーしているために反
射の回数が多く、反射面の面精度誤差、偏心精度誤差が
積算され転送され好ましくない。同時に、光学系の大型
化も避けられず好ましくない。

【０００８】また、特開平１０−２０１９６号のもの
は、正負の２群ズームレンズの正の前群を、絞りを挟ん
で物体側に負のパワーのプリズムで、像側を正のパワー
のプリズムで構成した例である。また、負のプリズムと
正のプリズムから構成される正の前群を２つに分割し、
負正負の３群ズームレンズに構成した例も開示されてい
る。しかし、これらの例で用いられるプリズムは、２つ
の透過面、２つの反射面が独立の面であるためにそのス
ペースを確保する必要上、また同時に、撮像面がライカ
サイズのフィルムフォーマットと大きいため、プリズム
自体の大型化が避けられない。また、像側にテレセント
リックの構成でないため、ＣＣＤ等の撮像素子への対応
が難しい。また、何れのズームレンズの例も、プリズム
を移動させることで変倍を行っているため、全ての変倍
領域で性能を維持するために反射面の偏心精度が厳しく
なり、コスト高になるという問題を有している。

【０００９】上記特開平１０−２０１９６号には、図１
７に示すように、第１透過面２１１、第１反射面２１
２、第２反射面２１３、第２透過面２１４からなる第１
プリズム２１０と、絞り２０２と、第１透過面２２１、
第１反射面２２２、第２反射面２２３、第２透過面２２
４からなる第１プリズム２１０と同様の第２プリズム２
２０と、屈折レンズ２０４と、像面２０３とからなる光
学系が開示されているが、第１プリズム２１０の入射主
光線ａと第１プリズム２１０の射出主光線ｂ（第２プリ
ズム２２０の入射主光線）と第２プリズム２１０の射出
主光線ｃとが略平行で略一直線状に位置するように形成
され、しかも第２プリズム２２０が直線的に第１プリズ
ム２１０の真裏に配置され、さらに、第２プリズム２２
０と像面２０３との間に屈折力を持ったレンズ２０４が
配置されるため、設計の自由度が大きな制約を受けると
共に、厚み方向への薄型化が困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般の屈折光学系で所
望の屈折力を得ようとすると、その境界面で光学素子の
色分散特性のために色収差が発生する。それを補正する
目的と、他の光線収差を補正するために、屈折光学系は
多くの構成要素を必要としてコスト高になるという問題
を有している。また、同時に、光路が光軸に沿って直線
になるために、光学系全体が光軸方向に長くなってしま
い、撮像装置が大型になってしまうという問題があっ
た。

【００１１】また、従来技術について述べたような偏心
光学系では、結像された像の収差が良好に補正され、な
おかつ、特に回転非対称なディストーションが良好に補
正されていないと、結像された図形等が歪んで写ってし
まい、正しい形状を再現することができないという問題
があった。

【００１２】さらに、偏心光学系に反射面を用いる場合
は、屈折面に比してその偏心誤差感度は２倍になり、反
射回数を増やせば増やすだけ偏心誤差が積算され転送さ
れる結果となり、反射面の面精度や偏心精度等の製作精
度、組み立て精度が厳しくなるという問題もあった。

【００１３】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、少ない光学素子
の構成枚数で高性能、低コストな結像光学系を提供する
ことである。

【００１４】また、本発明のもう１つの目的は、少ない
反射回数の反射面を用いて光路を折り畳むことにより小
型化、薄型化された高性能な結像光学系を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の結像光学系は、物体像を形成する全体として正の屈
折力を有する結像光学系において、前記結像光学系が屈
折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で
形成された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第
２プリズムは前記第１プリズムよりも像側に配置され、
かつ、中間像を形成しない結像系にて形成され、前記第
１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム内に入
射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射する第１
−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３面と、
光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有するよう
に構成されており、前記第１−２面と前記第１−３面の
少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を
有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする収差を
補正する回転非対称な面形状を有し、前記第２プリズム
が、物体側から順に、光束をプリズム内に入射する第２
−１面と、光束をプリズム内で反射する第２−２面と、
光束をプリズム内で反射する第２−３面と、光束をプリ
ズム外に射出する第２−４面とを有するように構成され
ており、前記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも
一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記
曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正する回
転非対称な面形状を有し、前記第２プリズムと全系によ
って形成された像との間に光束の結像作用に寄与する屈
折力を与える光学素子が配置されていないことを特徴と
するものである。

【００１６】上記目的を達成する本発明のもう１つの結
像光学系は、物体像を形成する全体として正の屈折力を
有する結像光学系において、前記結像光学系が屈折率
（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成
された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第２プ
リズムは前記第１プリズムよりも像側に配置され、か
つ、中間像を形成しない結像系にて形成され、前記第１
プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム内に入射
する第１−１面と、光束をプリズム内で反射する第１−
２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３面と、光
束をプリズム外に射出する第１−４面とを有するように
構成されており、前記第１−２面と前記第１−３面の少
なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有
し、前記曲面形状が偏心によって発生するする収差を補
正する回転非対称な面形状を有し、前記第２プリズム
が、物体側から順に、光束をプリズム内に入射する第２
−１面と、光束をプリズム内で反射する第２−２面と、
光束をプリズム内で反射する第２−３面と、光束をプリ
ズム外に射出する第２−４面とを有するように構成され
ており、前記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも
一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記
曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正する回
転非対称な面形状を有し、前記第１プリズムに入射した
光束の前記第１−１面から前記第１−２面に導かれる軸
上主光線及びその延長線に対して、前記第２プリズムの
前記第２−３面から前記第２−４面に導かれる軸上主光
線が、前記第１プリズムの第１−３面から前記第１−４
面に導かれる軸上主光線側に位置するように、前記第２
プリズムが構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１７】上記目的を達成する本発明のさらにもう１
つの結像光学系は、物体像を形成する全体として正の屈
折力を有する結像光学系において、前記結像光学系が屈
折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で
形成された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第
２プリズムは前記第１プリズムよりも像側に配置され、
かつ、中間像を形成しない結像系にて形成され、前記第
１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム内に入
射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射する第１
−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３面と、
光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有するよう
に構成されており、前記第１−２面と前記第１−３面の
少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を
有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする収差を
補正する回転非対称な面形状を有し、前記第２プリズム
が、物体側から順に、光束をプリズム内に入射する第２
−１面と、光束をプリズム内で反射する第２−２面と、
光束をプリズム内で反射する第２−３面と、光束をプリ
ズム外に射出する第２−４面とを有するように構成され
ており、前記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも
一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記
曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正する回
転非対称な面形状を有し、前記第１プリズムの第１−４
面と前記第２プリズムの第２−１面とが対向配置され、
前記第２プリズムの第２−３面を前記第１プリズムの第
１−２面と対向せず、かつ、前記第１−２面よりも前記
第１−４面に近い位置に配置することによって、前記第
１−１面と前記第１−２面と前記第２−３面と前記第２
−４面と像面とが、前記第１プリズムの入射軸上主光線
を延長した直線上に並列配置した構成とはならずに、前
記第１プリズムの入射軸上主光線を延長した直線からシ
フトした位置に前記第２−３面と前記第２−４面と像面
とが配置されるように構成さたことを特徴とするもので
ある。

【００１８】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について順に説明する。上記目的を達成するため
の本発明の第１の結像光学系は、屈折率（ｎ）が１．３
よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリ
ズムと第２プリズムを有し、第２プリズムは第１プリズ
ムよりも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結
像系にて形成されていることを特徴とする結像光学系で
ある。

【００１９】レンズのような屈折光学素子は、その境界
面に曲率を付けることにより始めてパワーを持たせるこ
とができる。そのため、レンズの境界面で光線が屈折す
る際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生
が避けられない。その結果、色収差を補正する目的で別
の屈折光学素子が付加されるのが一般的である。

【００２０】一方、ミラーやプリズム等のような反射光
学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色
収差の発生はなく、色収差を補正する目的だけのために
別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光
学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系
に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の
削減が可能である。

【００２１】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。

【００２２】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。

【００２３】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもた
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。

【００２４】また、結像光学系は、中心性能はもちろん
のこと周辺まで良好な結像性能を要求される。一般の共
軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号は絞りの前後
で反転するため、光学素子の絞りに対する対称性が崩れ
ることにより軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟
んで屈折面を配置することで絞りに対する対称性を十分
満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般的であ
る。

【００２５】そこで、本発明では、２つのプリズムを配
置し、絞りに対する対称性を十分考慮した構成をとるこ
とにより、中心ばかりでなく軸外収差も良好に補正する
ことを可能にしている。１つのプリズムのみの配置だ
と、絞りに対する非対称性が増し、軸外収差の劣化が避
けられない。

【００２６】本発明は、以上の理由から、第１プリズム
と第２プリズムを有し、第２プリズムは第１プリズムよ
りも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結像系
にて形成されている基本構成としたもので、さらに、像
側に略テレセントリックな結像光学系とすることが望ま
しい。

【００２７】次に、像側に略テレセントリックという構
成に関して詳述する。前述したように、反射面は屈折面
に比べて偏心誤差感度が高いために、その影響をできる
だけ受け難い光学系の構成が望まれる。一般の共軸光学
系の場合、像側に略テレセントリックな構成は軸外主光
線が光軸と略平行となるために、デフォーカスさせても
像面上で軸外光線の位置は保たれるという性質を有す
る。そこで、本発明の結像光学系にもその性質を反映さ
せ、特に、偏心感度の比較的高い反射面を用いた光学系
のフォーカシングによる性能劣化を防ぐために、軸外光
線の位置精度が良好に保たれる像側に略テレセントリッ
クという構成をとることが望ましい。

【００２８】このような構成をとることにより、特にＣ
ＣＤ等の撮像素子を用いた撮像光学系にも最適である。
また、この構成をとることにより、ＣＯＳ４乗則の影響
が小さくなり、シェーディングを小さくすることも可能
である。

【００２９】以上説明したように、本発明の基本構成を
とることで、屈折光学系に比べ光学素子の構成枚数が少
なく、中心から周辺まで性能の良好な、小型の結像光学
系を得ることが可能である。

【００３０】そして、本発明の結像光学系において、第
１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム内に入
射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射する第１
−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３面と、
光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有するよう
に構成されており、第１−２面と第１−３面の少なくと
も一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、そ
の曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正する
回転非対称な面形状を有し、第２プリズムが、物体側か
ら順に、光束をプリズム内に入射する第２−１面と、光
束をプリズム内で反射する第２−２面と、光束をプリズ
ム内で反射する第２−３面と、光束をプリズム外に射出
する第２−４面とを有するように構成されており、第２
−２面と第２−３面の少なくとも一方の面が光束にパワ
ーを与える曲面形状を有し、その曲面形状が偏心によっ
て発生するする収差を補正する回転非対称な面形状を有
しているものである。

【００３１】ここで、物点中心を通り、絞り中心を通過
して像面中心に到達する光線を軸上主光線としたとき、
各プリズムの少なくとも１つの反射面が軸上主光線に対
して偏心していないと、軸上主光線の入射光線と反射光
線が同一の光路をとることとなり、軸上主光線が光学系
中で遮断されてしまう。その結果、中心部が遮光された
光束のみで像を形成することになり、中心が暗くなった
り、中心では全く像を結ばなくなったりしてしまう。

【００３２】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対し偏心させることも当然可能である。また、パワー
を付けた反射面を軸上主光線に対して偏心させた場合、
本発明で用いられるプリズムを構成する面の中、少なく
とも１つの面は回転非対称な面であることが望ましい。
その中でも、特に、少なくとも１つの反射面を回転非対
称な面にすることが収差補正上は好ましい。

【００３３】その理由を以下に詳述する。まず、用いる
座標系、回転非対称な面について説明する。軸上主光線
が、光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義
される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交し、かつ、撮像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、
前記光軸と直交し、かつ、前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸
とする。光線の追跡方向は、物体から像面に向かう順光
線追跡で説明する。

【００３４】一般に、球面レンズでのみ構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。

【００３５】一方、少ない面数で収差を良好に補正する
ためには、回転対称非球面等が用いられる。これは、球
面で発生する各種収差自体を少なくするためである。し
かし、偏心した光学系においては、偏心により発生する
回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不
可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差
は、歪曲収差、像面湾曲、さらに、軸上でも発生する非
点収差、コマ収差がある。

【００３６】まず、回転非対称な像面湾曲について説明
する。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射
した光線は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線
が凹面鏡に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、
像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の
半分になる。すると、図１１に示すように、軸上主光線
に対して傾いた像面を形成する。このように、回転非対
称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可
能である。

【００３７】この傾いた像面湾曲をその発生源である凹
面鏡Ｍ自身で補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面
で構成し、この例ではＹ軸正の方向に対して曲率を強く
（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く
（屈折力を弱く）すれば、補正することができる。ま
た、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を、凹
面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない
構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。ま
た、回転非対称な面は、その面内及び面外共に回転対称
軸を有しない回転非対称面形状の面とすることが、自由
度が増え収差補正上は好ましい。

【００３８】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。上記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では、軸上光線に対しても図１２に示すような非点収差
が発生する。この非点収差を補正するためには、上記説
明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向
の曲率を適切に変えることによって可能となる。

【００３９】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。上記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図１３に示すようなコマ収
差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転
非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変
えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変え
ることによって可能となる。

【００４０】また、本発明の結像光学系では、前述の反
射作用を有する少なくとも１つの面が軸上主光線に対し
偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可
能である。このような構成をとれば、その反射面にパワ
ーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補
正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを
緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることがで
きる。

【００４１】また、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定
義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【００４２】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。

【００４３】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ） である。

【００４４】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００４５】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、
Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ
₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０に
することによって可能である。

【００４６】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃ 、
Ｃ₅、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ
₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項
の係数を０にすることによって可能である。

【００４７】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。

【００４８】また、上記定義式（ａ）は、前述のように
１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向
上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

【００４９】さて、第１プリズムを前記のように反射面
２面と透過面２面で構成すると、収差補正の自由度が高
くなり、収差の発生が少ない。さらに、２つの反射面の
相対的偏心が少ないので、この２つの反射面で発生する
収差が２つの反射面相互で補正し合い、収差発生が少な
い。さらに好ましくは、２つの反射面が異なる符号のパ
ワーを持つことにより、収差の相互の補正効果を大きく
することが可能となり、高い解像力を得ることが可能と
なる。

【００５０】また、第２プリズムとしては、第１プリズ
ムと同様に反射面２面と透過面２面で構成すると、収差
補正の自由度が高くなり、収差の発生が少ない。さら
に、２つの反射面の相対的偏心が少ないので、この２つ
の反射面で発生する収差が２つの反射面相互で補正し合
い、収差発生が少ない。さらに好ましくは、２つの反射
面が異なる符号のパワーを持つことにより、収差の相互
の補正効果を大きくすることが可能となり、高い解像力
を得ることが可能となる。

【００５１】さらに好ましくは、第１反射面と第２反射
面の光軸が反射する点における相対的偏心が少ない方
が、偏心収差の発生を少なくすることが可能となり、回
転非対称な収差の発生が少なくなる。

【００５２】また、本発明において、第２プリズムと全
系によって形成された像との間に光束の結像作用に寄与
する屈折力を与える光学素子を配置しないことが重要で
ある。

【００５３】プリズムを用いた結像光学系の厚み方向の
コンパクト化、特に、像を受光する素子がＣＣＤ等の電
子撮像素子の場合、ローパスフィルターや赤外カットフ
ィルター等を挿入する必要があり、それ以外のレンズ等
が第２プリズムと像面との間に介在すると、より厚みが
増すことになり、プリズム光学系によって光路を折り曲
げ、コンパクト化を図った本発明の効果が希薄化してし
まうため、望ましくない。

【００５４】また、本発明において、第１プリズムに入
射した光束の第１−１面から第２−１面に導かれる軸上
主光線及びその延長線に対して、第２プリズムの第２−
３面から第２−４面に導かれる軸上主光線が、第１プリ
ズムの第１−３面から第１−４面に導かれる軸上主光線
側に位置するように、第２プリズムが構成されているこ
とが望ましい。

【００５５】図１６に本発明による結像光学系の１つの
形態を示すが、第１プリズム１０に入射した光束の第１
−１面１１から第１−２面１２に導かれる軸上主光線ｆ
及びその延長線（破線）に対して、第２プリズム２０の
第２−３面２３から第２−４面２４に導かれる軸上主光
線ｈが、第１プリズム１０の第１−３面１３から第１−
４面１４に導かれる軸上主光線ｇ側に位置するように、
第２プリズム２０を構成することによって、第１プリズ
ム１０と第２プリズム２０と像位置３との配置位置関係
が、直線的な並列関係から、斜め（図１６では右上）に
シフトした配置関係にできるため、図１７のような直線
的な並列関係の配置に比べて薄型化が実現できる。特
に、結像光学系として広画角を実現する場合には、物体
側に配置される第１プリズム１０が、光束幅を確保する
ためにその入射面たる第１−１面１１の面の大きさと、
その入射光束を折り返すための反射面たる第１−２面１
２の面の大きさと、それら面の間隔とを共に大きく構成
しなければならず、第１プリズム１０が全体的に大きく
厚くなる（特に入射面に近い側でその構成が顕著に現れ
る。）。そのため、第２プリズム２０を直線的に並列配
置してしまうと、より厚くなる方向に第２プリズム２０
を配置するためのスペースが必要となり、コンパクト化
に反することから、第１プリズム１０の第１−１面１１
から第１−２面１２の構成部分に対して、上記のように
第２プリズム２０を斜めにシフトした配置関係に構成す
ることが、コンパクト化の上で非常に望ましくなる。

【００５６】また、本発明において、第１プリズムの第
１−４面と第２プリズムの第２−１面とが対向配置さ
れ、第２プリズムの第２−３面を第１プリズムの第１−
２面と対向せず、かつ、第１−２面よりも第１−４面に
近い位置に配置することによって、第１−１面と第１−
２面と第２−３面と第２−４面と像面とが、第１プリズ
ムの入射軸上主光線を延長した直線上に並列配置した構
成とはならずに、第１プリズムの入射軸上主光線を延長
した直線からシフトした位置に第２−３面と第２−４面
と像面とが配置されるように構成することが望ましい。

【００５７】図１６に示すように、第１プリズム１０の
第１−４面１４と第２プリズム２０の第２−１面２１と
が対向配置され、第２プリズム２０の第２−３面２３を
第１プリズムの第１−２面１２と対向せず、かつ、第１
−２面１２よりも第１−４面１４に近い位置に配置する
ことによって、第１−１面１１と第１−２面１２と第２
−３面２３と第２−４面２４と像面３とが、第１プリズ
ム１０の入射軸上主光線ａを延長した直線上に並列配置
した構成とはならずに、第１プリズム１０の入射軸上主
光線ａを延長した直線からシフトした位置に第２−３面
２３と第２−４面２４と像面３とが配置されるように構
成することによって、第１プリズム１０と第２プリズム
２０と像位置３との配置位置関係が、直線的な並列関係
から、斜め（図１６では右上）にシフトした配置関係に
できるため、図１７のような直線的な並列関係の配置に
比べて薄型化が実現できる。特に、結像光学系として広
画角を実現する場合には、物体側に配置される第１プリ
ズム１０が、光束幅を確保するためにその入射面たる第
１−１面１１の面の大きさと、その入射光束を折り返す
ための反射面たる第１−２面１２の面の大きさと、それ
ら面の間隔とを共に大きく構成しなければならず、第１
プリズム１０が全体的に大きく厚くなる（特に入射面に
近い側でその構成が顕著に現れる。）。そのため、第２
プリズム２０を直線的に並列配置してしまうと、より厚
くなる方向に第２プリズム２０を配置するためのスペー
スが必要となり、コンパクト化に反することから、第１
プリズム１０の第１−１面１１から第１−２面１２の構
成部分に対して、上記のように第２プリズム２０を斜め
にシフトした配置関係に構成することが、コンパクト化
の上で非常に望ましくなる。

【００５８】また、第１プリズムが、第１−１面と第１
−４面とを媒質を挟んで対向する位置に配置すると共
に、第１−２面と第１−３面とを媒質を挟んで対向する
位置に配置することによって、Ｚ字型の光路を形成する
ように構成すると共に、第２プリズムが、第２−１面と
第２−４面とを媒質を挟んで対向する位置に配置すると
共に、第２−２面と第２−３面とを媒質を挟んで対向す
る位置に配置することによって、Ｚ字型の光路を形成す
るように構成することが望ましい。

【００５９】第１プリズムと第２プリズムとを共に上記
のように各プリズム内の光路をＺ字型の光路（Ｚ字が鏡
像になった光路、ジクザク光路が鋭角だけでなく鈍角を
なして屈曲するものを含む。）にし、軸上主光線がプリ
ズム内で交差しないように構成することによって、第１
プリズムの第１−２面での反射における光線の入射出の
方向と第１−３面での反射における光線の入射出の方向
とが反対方向となり、また第２プリズムでも第２−２面
での反射における光線の入射出の方向と第２−３面での
反射における光線の入射出の方向とが反対方向となるた
め、収差補正が行いやすく、設計上・収差性能上共に望
ましい。

【００６０】また、第１プリズムを、プリズム内に光束
を入射出させる透過面たる第１−１面と第１−４面とを
隣接配置させず間に反射面を挟んだ位置関係に配置して
構成すると共に、第２プリズムを、プリズム内に光束を
入射出させる透過面たる第２−１面と第２−４面とを隣
接配置させず間に反射面を挟んだ位置関係に配置して構
成することが望ましい。

【００６１】第１プリズムと第２プリズムとを上記のよ
うに構成することにより、入射面と射出面とが隣接した
タイプのプリズムに比べ、プリズム内の反射角度を緩く
することができ、収差劣化を軽減でき、設計自由度が向
上する。なお、隣接とは、透過面や反射面の光学作用面
に注目した配置位置関係を示すものであり、上記の「間
に反射面を挟んだ位置関係」も同様であり、透過面と透
過面との間、透過面と反射面との間に光学作用を持たな
い面とり部やゴースト、フレアー防止のコート面等が介
在しても、その間に光学作用面がない場合も隣接の意味
に含まれる。

【００６２】また、第１プリズムの第１−１面から第１
−４面までの軸上主光線における光路長が、第２プリズ
ムの第２−１面から第２−４面までの軸上主光線におけ
る光路長よりも長くなるように形成されていることが望
ましい。

【００６３】このような構成とすることによって、第１
プリズムに対して第２プリズムの大きさを小さくでき、
広画角化に伴って第１プリズムを大きくしても、第２プ
リズムを小型化することによって、全体としてコンパク
ト化が実現できる。

【００６４】この場合に、第１プリズムと第２プリズム
とが以下の条件を満足するように構成することが望まし
い。０．１０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．８５
・・・（１）ただし、Ｌ１は第１プリズムの第
１−１面から第１−４面までの軸上主光線における光路
長、Ｌ２第２プリズムの第２−１面から第２−４面まで
の軸上主光線における光路長である。

【００６５】上記条件式（１）の下限の０．１０を越え
ると、第２プリズムが小さくなりすぎて生産が困難とな
るか、若しくは、第１プリズムが大きくなりすぎてコン
パクト化に反するため、望ましくない。また、上限の
０．８５を越えると、第１プリズムに対して十分なコン
パクト性を確保するための第２プリズムを構成すること
が困難になり望ましくない。

【００６６】より望ましくは、 ０．１０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．７０ ・・・（１−１） を満足することが好ましい。

【００６７】さらに望ましくは、 ０．２０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．７０ ・・・（１−２） を満足することが好ましい。

【００６８】さらに望ましくは、 ０．２０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．６０ ・・・（１−３） を満足することが好ましい。

【００６９】さらに望ましくは、 ０．２０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．５０ ・・・（１−４） を満足することが好ましい。

【００７０】さらに望ましくは、 ０．２０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．４０ ・・・（１−５） を満足することが好ましい。

【００７１】また、第１プリズムを負の屈折力を持つプ
リズムにすることによって、広い撮像画角を得ることが
可能となる。これは、負のパワーにより広い画角の光線
を集束させ、第２プリズムで構成される第２群に光線を
入射するときに光束を収斂させることが可能となるから
であり、焦点距離の比較的短い光学系を構成する場合に
収差補正上好ましい構成である。

【００７２】さらに好ましくは、第１プリズムの像側に
絞りを配置することにより、第１反射面が負のパワーを
持つ場合に、第１反射面を球面で近似した場合に、第１
反射面の曲率中心と絞り位置が略同一場所となり、コマ
収差の発生を原理的になくすことが可能となる。

【００７３】各プリズムの面の形状については、第１プ
リズムの第１−２面と第１−３面の両方が、光束にパワ
ーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非
対称な面形状を有するように構成されていることが望ま
しい。

【００７４】また、第２プリズムの第２−２面と第２−
３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生
する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように
構成されていることが望ましい。

【００７５】また、第１プリズムの第１−２面と第１−
３面の少なくとも一方の回転非対称な面形状が、唯一の
対称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成さ
れていることが望ましい。

【００７６】また、第２プリズムの第２−２面と第２−
３面の少なくとも一方の回転非対称な面形状が、唯一の
対称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成さ
れていることが望ましい。

【００７７】また、第１プリズムの第１−２面と第１−
３面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１
面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成されているこ
とが望ましい。

【００７８】また、第２プリズムの第２−２面と第２−
３面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１
面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成されているこ
とが望ましい。

【００７９】また、第１プリズムの第１−２面の面対称
自由曲面の唯一の対称面と、第１プリズムの第１−３面
の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同一面内に形成
されるように第１プリズムが構成されていることが望ま
しい。

【００８０】また、第２プリズムの第２−２面の面対称
自由曲面の唯一の対称面と、第２プリズムの第２−３面
の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同一面内に形成
されるように第２プリズムが構成されていることが望ま
しい。

【００８１】また、第１プリズムの第１−２面と第１−
３面の面対称自由曲面の唯一の対称面と、第２プリズム
の第２−２面と第２−３面の面対称自由曲面の唯一の対
称面とが、同一面内に形成されるように構成されている
ことが望ましい。

【００８２】また、第１プリズムの第１−１面又は第１
−４面の少なくとも一方の面が、光束にパワーを与えか
つ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形
状を有するように構成することが望ましい。偏心により
発生する収差を補正するために、屈折面にこのような面
形状をとることは有効である。

【００８３】また、第１プリズムの第１−１面又は第１
−４面の少なくとも一方の回転非対称な面形状が、唯一
の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成
されていることが望ましい。

【００８４】また、第２プリズムの第２−１面又は第２
−４面の少なくとも一方の面が、光束にパワーを与えか
つ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形
状を有するように構成することが望ましい。偏心により
発生する収差を補正するために、屈折面にこのような面
形状をとることは有効である。

【００８５】また、第２プリズムの第２−１面又は第２
−４面の少なくとも一方の回転非対称な面形状が、唯一
の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成
されていることが望ましい。

【００８６】また、本発明において、第１プリズムと第
２プリズムの間に瞳を配置し、その瞳と像面との間に第
２プリズムを配置して構成することが、対称性を高めて
軸外収差も良好に補正する上で有効である。その場合に
は、その瞳上に絞りを配置することが望ましい。

【００８７】また、本発明において、絞りより物体側に
発散作用の第１プリズムを有し、像側に収斂作用の第２
プリズムを有し、像側に略テレセントリックとなってい
ることが望ましい。

【００８８】屈折光学素子を用いた結像光学系では、そ
の用途によってパワー配置が異なってくる。例えば画角
の狭い望遠系では、一般に、全系を正、負の望遠タイプ
として焦点距離に対して光学系の全長を小さくする構成
がとられている。また、画角の広い広角系では、全系を
負、正のレトロフォーカスタイプとすることで、焦点距
離に対しバックフォーカスを大きくとるような構成が一
般的である。

【００８９】特に、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた結像光
学系の場合、結像光学系と撮像素子との間に、モアレ除
去や赤外線の影響を排除するための光学的ローパスフィ
ルターや赤外カットフィルターを配置する必要がある。
そのため、これら光学部材を配置するスペースを確保す
るために、結像光学系の構成としてはレトロフォーカス
タイプをとることが望ましい。

【００９０】また、レトロフォーカスタイプの結像光学
系は、特に軸外収差の補正が重要であり、これは絞り位
置に大きく依存する。前述したように、一般の共軸光学
系の場合、光学素子の絞りに対する対称性が崩れること
により軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟んで同
符号の光学素子を配置することで、絞りに対する対称性
を十分満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般
的である。負、正のレトロフォーカスタイプの場合、そ
のパワー配置がそもそも非対称な構成のため、絞り位置
によって軸外収差の性能が大きく変化する。

【００９１】そこで、物体側の発散作用の第１プリズム
と像側の収斂作用の第２プリズムの間に絞りを配置する
ことで、パワー配置の非対称性に起因する軸外収差の劣
化を最小限に抑えることを可能にするものである。絞り
を発散作用のプリズムよりも物体側、あるいは、像側の
収斂作用のプリズムよりも像側に配置すると、さらに絞
りに対する非対称性が増し、その補正が困難となる。

【００９２】また、この場合に、絞りより物体側に発散
作用の第１プリズムを有し、像側に収斂作用の第２プリ
ズムを有し、プリズムのみからなるものとすることがで
きる。

【００９３】そして、本発明の結像光学系においては、
全系を通して結像面は１つである結像光学系である。前
述したように反射面の偏心誤差感度は屈折面に比べて大
きく、プリズムのように１ブロックで構成された反射光
学部材は各面の面精度誤差、偏心誤差が積算されて転送
されるため、反射面数は少ない程製作精度は緩和され
る。したがって、必要以上に反射の回数を増やすことは
望ましくなく、例えば中間像を形成しその像をリレーし
て行く結像光学系では、必要以上に反射の回数が増え、
各面の製造誤差が厳しくなり、コストアップにつながっ
てしまう。

【００９４】また、第２プリズムの入射軸上主光線と射
出軸上主光線は相互に略平行なことが好ましい。これ
は、第２プリズムを光軸に沿って直線的に移動すること
によりフォーカシングを行うことが可能になるからであ
る。

【００９５】さて、ここで偏心光学系及び光学面のパワ
ーを定義する。図１５に示すように、偏心光学系Ｓの偏
心方向をＹ軸方向に取った場合に、偏心光学系Ｓの軸上
主光線と平行なＹ−Ｚ面内の微小な高さｄの光線を物体
側から入射し、偏心光学系Ｓから射出したその光線と軸
上主光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角をδｙと
し、δｙ／ｄをＹ方向の偏心光学系ＳのパワーＰｙ、偏
心光学系の軸上主光線と平行でＹ−Ｚ面と直交するＸ方
向の微小な高さｄの光線を物体側から入射し、偏心光学
系Ｓから射出したその光線と軸上主光線のＹ−Ｚ面に直
交する面であって軸上主光線を含む面に投影したときの
なす角をδｘとし、δｘ／ｄをＸ方向の偏心光学系Ｓの
パワーＰｘとする。同様に偏心光学系Ｓを構成する偏心
光学面ｎのＹ方向のパワーＰｙｎ、Ｘ方向のパワーＰｘ
ｎが定義される。

【００９６】さらに、これらのパワーの逆数がそれぞれ
偏心光学系のＹ方向の焦点距離Ｆｙ、偏心光学系のＸ方
向の焦点距離Ｆｘ、偏心光学面ｎのＹ方向の焦点距離Ｆ
ｙｎ、Ｘ方向の焦点距離Ｆｘｎと定義される。

【００９７】第１プリズムの第１−２面のパワーを全系
のパワーで割った値を、Ｘ方向については、Ｐｘｓ３／
全系Ｐｘ、Ｙ方向については、Ｐｙｓ３／全系Ｐｙ、第
１プリズムの第１−３面のパワーを全系のパワーで割っ
た値を、Ｘ方向については、Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ、Ｙ方
向については、Ｐｙｓ４／全系Ｐｙ、第２プリズムの第
２−２面のパワーを全系のパワーで割った値を、Ｘ方向
については、Ｐｘｓ１０／全系Ｐｘ、Ｙ方向について
は、Ｐｙｓ１０／全系Ｐｙ、とするとき、Ｐｘｓ３／全
系Ｐｘ、Ｐｙｓ３／全系Ｐｙは共に負であることが好ま
しい。第１プリズムの第１−２面が比較的強い負パワー
を持つことにより、広い画角の光線を光学系内で小さく
することが可能となり、プリズムの大きさを小型にする
ことが可能となる。また、第１−２面は、第１プリズム
中の反射面の中では最も物体側に配置されており、負と
正の光学系でレトロフォーカスタイプを構成する場合、
負群となる前群と正群となる後群の群間隔を長く取った
方が各群で発生する収差が少なくてすみ、光学系全体の
収差も少なくなる。したがって、第１プリズム中の最も
物体側に配置されている反射面である第１−２面の負パ
ワーを強くすることが望ましい。特に、偏心していない
光学系では全長が長くなってしまう問題があるが、本発
明のように偏心させた折り返し光路をとる光学系では、
光軸に沿った全長が長くなっても、光学系の大きさは小
さくできる。

【００９８】さらに好ましくは、 −２＜Ｐｘｓ３／全系Ｐｘ＜０ ・・・（２） −２＜Ｐｙｓ３／全系Ｐｙ＜０ ・・・（３） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限の−２を越えると、第１−２面の負
のパワーが強くなりすぎ、所定のパワーを全系で得よう
とする場合、他の正のパワーを持つ面の負担が大きくな
り、光学系全系として良好な収差補正状況を保てない。
また、上限の０を越えると、負のパワーが弱くなりす
ぎ、光束の収束作用が弱くなり、光学系全体が大きくな
ってしまう。

【００９９】さらに好ましくは、 −１＜Ｐｘｓ３／全系Ｐｘ＜−０．２ ・・・（２−１） −１＜Ｐｙｓ３／全系Ｐｙ＜−０．２ ・・・（３−１） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様である。

【０１００】さらに好ましくは、 −０．７＜Ｐｘｓ３／全系Ｐｘ＜−０．４ ・・・（２−２） −０．７＜Ｐｙｓ３／全系Ｐｙ＜−０．４ ・・・（３−２） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様である。

【０１０１】また、Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ、Ｐｙｓ４／全
系Ｐｙは共に正であることが好ましい。第１プリズムの
第１−３面が比較的強い正パワーを持つことにより、レ
トロフォーカスタイプの正の後群を構成することにな
る。また、第１−１面と第１−３面を同一位置、同一形
状で共有しない本発明の第１プリズムの場合は、第１−
１面と第１−３面を光学的に分離した異なった面として
構成できるために、第１−３面を強い正の反射面として
構成しても、偏心収差の発生が少なく構成できる。

【０１０２】さらに好ましくは、 ０＜Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ＜２ ・・・（４） ０＜Ｐｙｓ４／全系Ｐｙ＜２ ・・・（５） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
この条件の下限の０を越えると、第１−３面の正のパワ
ーが弱くなりすぎ、所定のパワーを全系で得ようとする
場合、他の正のパワーを持つ面の負担が大きくなり、光
学系全系として良好な収差補正状況を保てない。また、
上限の２を越えると、正のパワーが強くなりすぎ、この
面のパワー負担が大きくなりすぎ、偏心収差を始めこの
面で発生する収差が大きくなりすぎ、他の面で補正する
ことが不可能になる。

【０１０３】さらに好ましくは、 ０．１＜Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ＜１ ・・・（４−１） ０．１＜Ｐｙｓ４／全系Ｐｙ＜１ ・・・（５−１） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様である。

【０１０４】さらに好ましくは、 ０．３＜Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ＜０．８ ・・・（４−２） ０．３＜Ｐｙｓ４／全系Ｐｙ＜０．８ ・・・（５−２） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様である。

【０１０５】さらに、第１−２面と第１−３面の面間隔
を長く取ると、レトロフォーカスタイプを構成する場合
に光学系全体で発生する収差を少なくすることが可能と
なる。第１−２面と第１−３面の軸上主光線の光路長
（面間距離に屈折率を掛けたもの）をＳ３−Ｓ４とし、
光学系全体のＸ方向の焦点距離をＦｘとするとき、（Ｓ
３−Ｓ４）／Ｆｘは、 １＜（Ｓ３−Ｓ４）／Ｆｘ＜２０ ・・・（６） なる条件を満足することが好ましい。この条件は前記の
負と正のレトロフォーカスタイプの前群と後群の群間隔
に相当し、下限の１を越えて短くなると、それぞれの面
の負と正のパワーが強くなりすぎ、全体の収差補正が不
可能になる。また、上限の２０を越えると、第１−２面
と第１−３面の面間隔が大きくなりすぎ、光学系全体を
折り返し光路で構成しても大きくなってしまう。

【０１０６】さらに好ましくは、 ２＜（Ｓ３−Ｓ４）／Ｆｘ＜１５ ・・・（６−１） なる条件を満足することが好ましい。この条件の下限と
上限の意味は上記と同様である。

【０１０７】さらに好ましくは、 ３＜（Ｓ３−Ｓ４）／Ｆｘ＜９ ・・・（６−２） なる条件を満足することが好ましい。この条件の下限と
上限の意味は上記と同様である。

【０１０８】次に、第２プリズムの第２−２面のパワー
について説明する。この面は比較的絞り近くに配置され
るので、周辺像の収差を比較的悪化させることが少ない
ため、正のパワーを強く持たせることが可能となる。こ
のため、偏心量は多いが比較的強い正のパワーを持たせ
ることにより、良好な結像性能を得ることが可能とな
る。

【０１０９】さらに好ましくは、 ０＜Ｐｘｓ１０／全系Ｐｘ＜３ ・・・（７） ０＜Ｐｙｓ１０／全系Ｐｙ＜３ ・・・（８） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限の０を越えると、正のパワーが弱く
なりすぎ、他の偏心量の大きい面で正パワーを負担する
ことになり偏心収差の発生が大きくなり、良好に補正す
ることが不可能になる。また、上限の３を越えると、第
２−２面の正のパワーが強くなりすぎ、今度は第２−２
面で発生する収差が大きくなりすぎ、他の面で補正する
ことが困難になる。

【０１１０】さらに好ましくは、 ０．１＜Ｐｘｓ１０／全系Ｐｘ＜２ ・・・（７−１） ０．１＜Ｐｙｓ１０／全系Ｐｙ＜２ ・・・（８−１） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様である。

【０１１１】さらに好ましくは、 ０．２＜Ｐｘｓ１０／全系Ｐｘ＜１ ・・・（７−２） ０．２＜Ｐｙｓ１０／全系Ｐｙ＜１ ・・・（８−２） なる条件の少なくとも一方を満足することが好ましい。
これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様である。

【０１１２】次に、第１プリズムの第１−３面で反射す
る物体中心を射出し、絞り中心を通り、像中心に到達す
る軸上主光線の入射角（図１６にθで示しある。）が以
下の条件式を満足することが、光学系の光軸方向の厚さ
にを薄くするために必要である。第１プリズムの第１−
３面での軸上主光線の入射角をＳ４入射角とすると、 １０°＜Ｓ４入射角＜６０° ・・・（９） なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下
限の１０°を越えると、入射角が小さくなり、第２プリ
ズムと第１プリズムとが重なってしまい、第１プリズム
自体を構成することが不可能になる。また、上限の６０
°を越えると、偏心量が大きくなりすぎ、この面で発生
する偏心収差が大きく発生し、他の面で補正することが
不可能になる。

【０１１３】さらに好ましくは、 ２０°＜Ｓ４入射角＜５０° ・・・（９−１） なる条件を満足することが重要である。この条件につい
ては、上記条件式と同様の意味である。

【０１１４】さらに好ましくは、 ３０°＜Ｓ４入射角＜４０° ・・・（９−２） なる条件を満足することが重要である。この条件につい
ては、上記条件式と同様の意味である。

【０１１５】また、本発明の結像光学系において、結像
光学系のフォーカシングは、全体繰り出しやプリズムを
１つだけ移動することにより可能なのは言うまでもない
が、最も像側の面から射出した軸上主光線の方向に結像
面を移動させることによりフォーカシングすることが可
能である。これにより、結像光学系が偏心することで物
体からの軸上主光線の入射方向と最も像側の面から射出
する軸上主光線の方向とが一致していなくても、フォー
カシングによる軸上主光線の入射側のずれを防ぐことが
できる。また、平行平面板を複数の楔状のプリズムに分
割し、それをＺ軸と垂直方向に移動させることでフォー
カシングすることも可能である。この場合も、結像光学
系の偏心にはよらずフォーカシングが可能である。

【０１１６】また、本発明の結像光学系において、少な
くともプリズムの１つをプラスチック等のような有機材
料を用いて構成すれば、コストダウンが図れる。また、
アモルファスポリオレフィン等のような低吸湿材料を用
いれば、湿度変化に対しても結像性能の変化が少なくて
望ましい。

【０１１７】また、本発明において、発散作用のプリズ
ムと収斂作用のプリズムを使うことによって、温度補償
をすることができる。特に、プリズムの材質にプラスチ
ックを用いた場合に問題になる、温度変化による焦点ず
れを防ぐためには、プリズムに異符号のパワーを持たせ
ることでそれが可能となる。

【０１１８】また、本発明において、複数のプリズムは
光学作用を有さない面にそれぞれの相対的位置決め部を
設けていることが望ましい。特に、本発明のような反射
面にパワーを持たせたプリズムを複数配置する場合、そ
の相対的な位置精度のずれが性能劣化の原因となる。そ
こで、本発明では、プリズムの光学作用を有さない面に
相対的位置決め部を設けることで、位置精度の確保を行
い、所望の性能を確保することが可能となる。特に、そ
の位置決め部を用い、連結部材により複数のプリズムを
一体化すれば、組み立て調整が不要となり、さらに、コ
ストダウンが図られる。

【０１１９】また、本発明の結像光学系の入射面より物
体側にミラー等の反射光学部材を用いて、本発明の結像
光学系の偏心方向とは異なった向きに光路を折り畳むこ
とも可能である。これにより、さらに結像光学系のレイ
アウトの自由度が増え、結像光学装置全体の小型化が図
られる。

【０１２０】また、本発明において、結像光学系をプリ
ズムのみから構成することも可能である。これにより部
品点数が減り、コストダウンが図られる。さらに、絞り
の前後で複数のプリズムを一体化し、１つのプリズムと
することも当然可能である。これにより、さらなるコス
トダウンが可能である。

【０１２１】また、本発明において、第１プリズムと第
２プリズム以外に、その物体側、２つのプリズムの間、
あるいは、２つのプリズムの像側の何れかあるいは複数
の位置に他のレンズ（正レンズ、負レンズ）を構成要素
として含んでいてもよい。

【０１２２】また、本発明の結像光学系は、明るい単焦
点レンズであることが可能である。また、２つのプリズ
ムの間隔、２つのプリズムの物体側、あるいは、像側に
単数あるいは複数の屈折光学系を組み合わせてズームレ
ンズ（変倍結像光学系）とすることもできる。

【０１２３】また、本発明において、結像光学系の屈折
面、反射面を球面あるいは回転対称非球面で構成するこ
とも当然可能である。

【０１２４】なお、本発明の以上の結像光学系を撮像装
置の撮像部に配置する場合、あるいは、その撮影装置が
カメラ機構を備えいる場合に、前群中に配置されたプリ
ズム部材を光学作用を持つ光学素子の中で最も物体側に
配置し、そのプリズム部材の入射面を光軸に対して偏心
して配置し、そのプリズム部材よりも物体側に光軸に対
して垂直に配置したカバー部材を配置する構成にするこ
とができ、また、前群中に配置されたプリズム部材が物
体側に光軸に対して偏心配置された入射面を備えるよう
に構成し、その入射面と空気間隔を挟んで光軸と同軸上
に配置されたパワーを有するカバーレンズをその入射面
よりも物体側に配置する構成にすることができる。

【０１２５】このように、プリズム部材が最も物体側に
配置され、偏心入射面が撮影装置前面に備えられると、
被写体からは斜めに傾いた入射面が見えるため、被写体
からずれた位置を中心に撮影しているかのような違和感
を与えてしまうことになる。そこで、光軸に垂直なカバ
ー部材又はカバーレンズを配置して、一般の撮影装置と
同様、撮影する被写体に違和感を感じない撮影ができ
る。

【０１２６】以上のような本発明の何れかの結像光学系
をファインダー対物光学系として配置し、さらに、その
ファインダー対物光学系によって形成された物体像を正
立正像させる像正立光学系と、接眼光学系とからファイ
ンダー光学系を構成することができる。

【０１２７】また、そのファインダー光学系と、それと
併設された撮影用対物光学系とを備えてカメラ装置を構
成することができる。

【０１２８】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像面上に
配置された撮像素子とを備えて撮像光学系を構成するこ
とができる。

【０１２９】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系を撮影用対物光学系として配置し、その撮影用光
学系とは別の光路、又は、その撮影用対物光学系の光路
から分割された光路の何れかの中に配置されたファイン
ダー光学系を備えてカメラ装置を構成することができ
る。

【０１３０】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像面上に
配置された撮像素子と、その撮像素子で受光された像情
報を記録する記録媒体と、その記録媒体又は撮像素子か
らの像情報を受けて観察像を形成する画像表示素子とを
備えて電子カメラ装置を構成することができる。

【０１３１】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像を長軸
方向に沿って伝達する像伝達部材とを有する観察系と、
照明光源及びその照明光源からの照明光を前記長軸方向
に沿って伝達する照明光伝達部材を有する照明系とを備
えて内視鏡装置を構成することができる。

【０１３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の結像光学系の実施
例１〜３について説明する。なお、各実施例の構成パラ
メータは後に示す。各実施例において、図１に示すよう
に、軸上主光線１を物体中心を出て、絞り２の中心を通
り、像面３中心に到る光線で定義する。そして、軸上主
光線１と第１プリズム１０の入射面（第１面）１１、射
出面（第４面）１４、第２プリズム２０の入射面（第１
面）２１、射出面（第４面）２４との交点を通り、入射
面についてはその面に入射する軸上主光線１に垂直に、
射出面についてはその面から射出する軸上主光線１に垂
直に、それぞれ仮想面をとる。各仮想面の交点を、その
交点を通る光学面から次の仮想面（最後の仮想面につい
て像面）までの間の偏心光学面の原点として、軸上主光
線１（入射面の交点について定められた仮想面の場合
は、入射する軸上主光線１、射出面の交点について定め
られた仮想面の場合は、射出する軸上主光線１）に沿っ
て進む方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を含
む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交
し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をＸ軸正方向と
し、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸と
する。図１には、各仮想面と第１プリズム１０の入射面
１１の交点について定められた仮想面に関する座標系と
を図示してある。図２に以下については、これら仮想面
と座標系の図示は省く。

【０１３３】実施例１〜３では、このＹ−Ｚ平面内で各
面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の
唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。

【０１３４】偏心面については、対応する座標系の原点
から、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心
軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面
については、後記の（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ
（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。

【０１３５】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面（仮想面を含む。）とそれに続く面
が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられて
おり、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従っ
て与えられている。

【０１３６】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が
自由曲面の軸となる。

【０１３７】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。 Ｚ＝（ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］ ＋Ａｙ⁴ ＋Ｂｙ⁶ ＋Ｃｙ⁸ ＋Ｄｙ¹⁰＋…… ・・・（ｂ） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそ
れぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

【０１３８】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面に関する項は０である。屈折率については、
ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記して
ある。長さの単位はｍｍである。

【０１３９】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｃ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
この面の形状は以下の式により定義する。その定義式の
Ｚ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定
義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回
りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。

【０１４０】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）cos(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶ −３０Ｒ⁴ ＋１２Ｒ² −１） ＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・ ・・・（ｃ） なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ
₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀０，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【０１４１】その他の面の例として、次の定義式（ｄ）
があげられる。 Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ｙ＋Ｃ₄ ｜ｘ｜ ＋Ｃ₅ ｙ² ＋Ｃ₆ ｙ｜ｘ｜＋Ｃ₇ ｘ² ＋Ｃ₈ ｙ³ ＋Ｃ₉ ｙ² ｜ｘ｜＋Ｃ₁₀ｙｘ² ＋Ｃ₁₁｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃ｙ³ ｜ｘ｜＋Ｃ₁₄ｙ² ｘ² ＋Ｃ₁₅ｙ｜ｘ³ ｜＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈ｙ⁴ ｜ｘ｜＋Ｃ₁₉ｙ³ ｘ² ＋Ｃ₂₀ｙ² ｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂｜ｘ⁵ ｜ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄ｙ⁵ ｜ｘ｜＋Ｃ₂₅ｙ⁴ ｘ² ＋Ｃ₂₆ｙ³ ｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₇ｙ² ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙ｜ｘ⁵ ｜＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁ｙ⁶ ｜ｘ｜＋Ｃ₃₂ｙ⁵ ｘ² ＋Ｃ₃₃ｙ⁴ ｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₃₄ｙ³ ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ² ｜ｘ⁵ ｜＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶ ＋Ｃ₃₇｜ｘ⁷ ｜ ・・・（ｄ） なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記（ｃ）式、
（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。

【０１４２】さて、実施例１〜３の軸上主光線を含むＹ
−Ｚ断面図をそれぞれ図１〜図３に示す。これらの実施
例の構成パラメータは後記するが、自由曲面はＦＦＳ
で、非球面はＡＳＳで、仮想面はＨＲＰ（仮想基準面）
で示してある。

【０１４３】実施例１〜３の何れにおいても、物体側か
ら光の通る順に、第１プリズム１０、絞り２、第２プリ
ズム２０、像面（結像面）３からなり、第１プリズム１
０は第１面１１から第４面１４で構成され、その第１面
１１は第１透過面、第２面１２は第１反射面、第３面１
３は第２反射面、第４面１４は第２透過面であり、物体
からの光線は、第１透過面１１、第１反射面１２、第２
反射面１３、第２透過面１４の順に透過し、また、第２
プリズム２０は第１面２１から第４面２４で構成され、
その第１面２１は第１透過面、第２面２２は第１反射
面、第３面２３は第２反射面、第４面２４は第２透過面
であり、物体からの光線は、第１透過面２１、第１反射
面２２、第２反射面２３、第２透過面２４の順に透過す
る。

【０１４４】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面、第８面の面頂位置は第６面の仮
想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表
されており、第９面から第１３面までは第８面の仮想面
３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１３面
の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されている。

【０１４５】実施例１〜３は何れも、像高は１．６×
１．２ｍｍであり、Ｘ方向像高をＩｘ、Ｘ方向画角をθ
ｘとし、Ｉｘ＝Ｆｘ×ｔａｎθｘの式からＸ方向焦点距
離Ｆｘを換算した。実施例１は、水平半画角２６．３
°、垂直半画角２０．３°、入射瞳径１．１５ｍｍなの
で、Ｆナンバーは２．８となり、焦点距離Ｆｘは３．４
３ｍｍであり、銀塩カメラに換算すると、３５ｍｍに相
当する。

【０１４６】実施例２は、水平半画角３１．７°、垂直
半画角２４．９°、入射瞳径１．１５ｍｍなので、Ｆナ
ンバーは２．２５となり、焦点距離Ｆｘは２．６８ｍｍ
であり、銀塩カメラに換算すると、２８ｍｍに相当す
る。

【０１４７】実施例３は、水平半画角１９．１°、垂直
半画角１４．６°、入射瞳径１．１５ｍｍなので、Ｆナ
ンバーは４．０２となり、焦点距離Ｆｘは４．８３ｍｍ
であり、銀塩カメラに換算すると、５０ｍｍに相当す
る。

【０１４８】本発明の結像光学系は、もちろん、以上の
他のサイズの場合でも適用できるのは言うまでのない。
また、本発明は、本発明の結像光学系を用いた撮像光学
系のみならず、その光学系を組み込んだ撮像装置等も含
むものである。以下に上記実施例１〜３の構成パラメー
タを示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳ
Ｓ”は非球面、“ＨＲＰ”は仮想面を示す。

【０１４９】 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＡＳＳ 偏心(4) 6 ∞（ＨＲＰ２） 0.70 偏心(5) 7 ∞（絞り面） 0.70 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＡＳＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(9) 13 ∞（ＨＲＰ４） 1.19 偏心(10) 像 面 ∞ ＡＳＳ Ｒ 18.51 Ｋ 0.0000 Ａ 5.4470×10^-5 ＡＳＳ Ｒ -44.40 Ｋ 0.0000 Ａ -2.4843×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.0178×10^-2 Ｃ₆ 2.1872×10^-2 Ｃ₈ -5.4200×10^-4 Ｃ₁₀ -3.3725×10^-4 Ｃ₁₁ 1.2009×10^-5 Ｃ₁₃ 1.8600×10^-4 Ｃ₁₅ 1.9492×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.7942×10^-2 Ｃ₆ 2.3972×10^-2 Ｃ₈ 2.1507×10^-4 Ｃ₁₀ -2.7784×10^-4 Ｃ₁₁ 8.0077×10^-5 Ｃ₁₃ 2.0906×10^-4 Ｃ₁₅ 2.6708×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.9165×10^-2 Ｃ₆ 2.0568×10^-2 Ｃ₈ 7.7047×10^-4 Ｃ₁₀ 2.6207×10^-5 Ｃ₁₁ 2.7557×10^-6 Ｃ₁₃ 4.3868×10^-5 Ｃ₁₅ 1.6806×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.6133×10^-2 Ｃ₆ -1.8692×10^-2 Ｃ₈ 4.1306×10^-3 Ｃ₁₀ -9.8269×10^-4 Ｃ₁₁ -1.3584×10^-4 Ｃ₁₃ -7.4991×10^-4 Ｃ₁₅ -6.4843×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 8.5536×10^-3 Ｃ₆ 2.0145×10^-3 Ｃ₈ 3.9785×10^-3 Ｃ₁₀ -5.3766×10^-3 Ｃ₁₁ -2.0824×10^-4 Ｃ₁₃ -2.1686×10^-3 Ｃ₁₅ 2.6820×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.0460×10^-2 Ｃ₆ 2.1655×10^-2 Ｃ₈ 3.2349×10^-3 Ｃ₁₀ 9.1861×10^-3 Ｃ₁₁ 3.8953×10^-3 Ｃ₁₃ -3.3305×10^-3 Ｃ₁₅ -1.1245×10^-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 18.82 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.88 Ｚ 7.94 α -25.83 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 13.53 Ｚ 0.03 α -24.02 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 14.21 Ｚ 3.87 α 28.81 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 14.21 Ｚ 3.87 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 18.04 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 0.21 Ｚ 1.98 α 38.05 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -2.42 Ｚ 1.02 α 33.16 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -2.52 Ｚ 2.52 α -11.20 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ 0.00 Ｙ -2.52 Ｚ 2.52 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５０】 実施例２ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＡＳＳ 偏心(4) 6 ∞（ＨＲＰ２） 0.70 偏心(5) 7 ∞（絞り面） 0.70 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＡＳＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(9) 13 ∞（ＨＲＰ４） 1.32 偏心(10) 像 面 ∞ ＡＳＳ Ｒ 13.72 Ｋ 0.0000 Ａ 1.5143×10^-4 ＡＳＳ Ｒ -49.30 Ｋ 0.0000 Ａ -6.8906×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.0167×10^-2 Ｃ₆ 2.6267×10^-2 Ｃ₈ -9.3469×10^-5 Ｃ₁₀ -3.3465×10^-4 Ｃ₁₁ 5.6556×10^-5 Ｃ₁₃ 1.5175×10^-4 Ｃ₁₅ 1.1802×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 4.0845×10^-2 Ｃ₆ 2.9567×10^-2 Ｃ₈ 1.3310×10^-3 Ｃ₁₀ 8.7243×10^-4 Ｃ₁₁ 1.3896×10^-4 Ｃ₁₃ 2.3589×10^-4 Ｃ₁₅ 2.2200×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.1470×10^-2 Ｃ₆ 2.0606×10^-2 Ｃ₈ 7.3799×10^-4 Ｃ₁₀ 2.2655×10^-4 Ｃ₁₁ 2.6257×10^-5 Ｃ₁₃ 4.7978×10^-5 Ｃ₁₅ 1.3089×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.7148×10^-2 Ｃ₆ -1.8293×10^-2 Ｃ₈ 3.6561×10^-3 Ｃ₁₀ 1.0605×10^-3 Ｃ₁₁ -2.0903×10^-4 Ｃ₁₃ -6.3119×10^-4 Ｃ₁₅ -1.7490×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.8383×10^-2 Ｃ₆ 9.2622×10^-3 Ｃ₈ 4.4759×10^-3 Ｃ₁₀ -1.0850×10^-4 Ｃ₁₁ -2.1917×10^-4 Ｃ₁₃ -2.0945×10^-3 Ｃ₁₅ -4.9421×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.8562×10^-2 Ｃ₆ 4.7704×10^-2 Ｃ₈ 2.1938×10^-2 Ｃ₁₀ 3.3161×10^-2 Ｃ₁₁ 6.7440×10^-3 Ｃ₁₃ 6.4516×10^-3 Ｃ₁₅ 4.4809×10^-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 36.03 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.61 Ｚ 7.07 α -21.08 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 14.40 Ｚ -1.90 α -23.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 14.96 Ｚ 2.00 α 24.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 14.96 Ｚ 2.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -0.56 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -0.01 Ｚ 2.02 α 33.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -2.79 Ｚ 0.82 α 30.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -2.93 Ｚ 2.32 α -16.16 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ 0.00 Ｙ -2.93 Ｚ 2.32 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５１】 実施例３ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＡＳＳ 偏心(4) 6 ∞（ＨＲＰ２） 0.70 偏心(5) 7 ∞（絞り面） 0.70 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＡＳＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(9) 13 ∞（ＨＲＰ４） 1.29 偏心(10) 像 面 ∞ ＡＳＳ Ｒ 10.06 Ｋ 0.0000 Ａ 2.0493×10^-4 ＡＳＳ Ｒ -41.44 Ｋ 0.0000 Ａ -8.5951×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.0237×10^-2 Ｃ₆ 2.7941×10^-2 Ｃ₈ -5.1263×10^-4 Ｃ₁₀ -3.6511×10^-4 Ｃ₁₁ 1.9208×10^-5 Ｃ₁₃ 7.9897×10^-5 Ｃ₁₅ 5.8517×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.2114×10^-2 Ｃ₆ 2.1533×10^-2 Ｃ₈ -2.0384×10^-5 Ｃ₁₀ -5.4470×10^-5 Ｃ₁₁ 3.4371×10^-5 Ｃ₁₃ 1.2104×10^-4 Ｃ₁₅ 9.3158×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.6489×10^-2 Ｃ₆ 2.0826×10^-2 Ｃ₈ 4.0654×10^-4 Ｃ₁₀ 1.5823×10^-4 Ｃ₁₁ 1.4454×10^-5 Ｃ₁₃ 4.3841×10^-5 Ｃ₁₅ 1.5172×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -3.3482×10^-2 Ｃ₆ -2.8600×10^-2 Ｃ₈ 1.2856×10^-3 Ｃ₁₀ 4.5852×10^-4 Ｃ₁₁ -1.9084×10^-4 Ｃ₁₃ -2.6030×10^-4 Ｃ₁₅ -1.2578×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -8.9153×10^-3 Ｃ₆ -1.6234×10^-2 Ｃ₈ 2.0114×10^-3 Ｃ₁₀ -3.7750×10^-4 Ｃ₁₁ -2.8507×10^-4 Ｃ₁₃ -9.8928×10^-5 Ｃ₁₅ -2.0361×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.6084×10^-2 Ｃ₆ -2.9487×10^-2 Ｃ₈ 8.9433×10^-3 Ｃ₁₀ 1.9472×10^-2 Ｃ₁₁ -6.0327×10^-4 Ｃ₁₃ 7.7508×10^-4 Ｃ₁₅ 1.2122×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 20.87 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.98 Ｚ 7.92 α -20.85 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 10.52 Ｚ -0.44 α -18.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 11.36 Ｚ 3.95 α 31.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 11.36 Ｚ 3.95 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 11.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 0.13 Ｚ 1.96 α 34.06 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -2.42 Ｚ 0.74 α 28.97 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -2.59 Ｚ 2.26 α -19.06 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ 0.00 Ｙ -2.59 Ｚ 2.26 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５２】次に、上記実施例１の横収差図を図４に示
す。この横収差図において、括弧内に示された数字は
（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、
その画角における横収差を示す。また、上記実施例１の
歪曲収差の状況を示す図を図５に示す。

【０１５３】次に、上記実施例１〜３の前記条件式
（２）〜（９）に関する値は次の通りである。

【０１５４】さて、以上のような本発明の結像光学系
は、物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムとい
った撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわ
けカメラに用いることができる。また、物体像を接眼レ
ンズを通して観察する観察装置、とりわけカメラのファ
インダー部の対物光学系としても用いることが可能であ
る。また、内視鏡等の小型の撮像素子を用いた光学装置
用の撮像光学系としても用いることができる。以下に、
その実施形態を例示する。

【０１５５】図６〜図８は、本発明の結像光学系を電子
カメラのファインダー部の対物光学系に組み込んだ構成
の概念図を示す。図６は電子カメラ４０の外観を示す前
方斜視図、図７は同後方斜視図、図８は電子カメラ４０
の構成を示す断面図である。電子カメラ４０は、この例
の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファ
インダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、
シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４
７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター
４５を押圧すると、それに連動して撮影用対物光学系４
８を通して撮影が行われる。撮影用対物光学系４８によ
って形成された物体像が、ローパスフィルター、赤外カ
ットフィルター等のフィルター５１を介してＣＣＤ４９
の撮像面５０上に形成される。このＣＣＤ４９で受光さ
れた物体像は、処理手段５２を介し、電子画像としてカ
メラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示され
る。また、この処理手段５２にはメモリ等が配置され、
撮影された電子画像を記録することもできる。なお、こ
のメモリは処理手段５２と別体に設けらてもよいし、フ
ロッピーディスク等により電子的に記録書込を行うよう
に構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フ
ィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

【０１５６】さらに、ファインダー用光路４４上には、
本発明による結像光学系をファインダー用対物光学系５
３として配置してある。この場合、カバー部材として負
のパワーを有するカバーレンズ５４を配置してファイン
ダー用対物光学系５３の一部とし、画角を拡大してい
る。なお、このカバーレンズ５４と結像光学系の絞り２
より物体側のプリズム１０とでファインダー用対物光学
系５３の前群を、結像光学系の絞り２より像側のプリズ
ム２０でファインダー用対物光学系５３の後群を構成し
ている。このファインダー用対物光学系５３によって形
成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５
の視野枠５７上に形成される。なお、視野枠５７は、ポ
ロプリズム５５の第１反射面５６と第２反射面５８との
間を分離し、その間に配置されている。このポリプリズ
ム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅ
に導く接眼光学系５９が配置されている。

【０１５７】このように構成されたカメラ４０は、ファ
インダー用対物光学系５３を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系５３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。

【０１５８】なお、図８の構成において、撮影用対物光
学系４８の構成については言及しなかったが、撮影用対
物光学系４８としては屈折型同軸光学系の他に、本発明
の２つのプリズム１０、２０からなる何れかのタイプの
結像光学系を用いることも当然可能である。

【０１５９】次に、図９は、本発明の結像光学系を電子
カメラ４０の撮影部の対物光学系４８に組み込んだ構成
の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路４２上に
配置された撮影用対物光学系４８として本発明による結
像光学系を用いている。この撮影用対物光学系により形
成された物体像は、ローパスフィルター、赤外カットフ
ィルター等のフィルター５１を介してＣＣＤ４９の撮像
面５０上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物
体像は、処理手段５２を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）
６０上に電子像として表示される。また、この処理手段
５２は、ＣＣＤ４９で撮影された物体像を電子情報とし
て記録する記録手段６１の制御も行う。ＬＣＤ６０に表
示された画像は、接眼光学系５９を介して観察者眼球Ｅ
に導かれる。この接眼光学系５９は、本発明の結像光学
系に用いられているものと類似の偏心プリズムからな
り、この例では、入射面６２と、反射面６３と、反射と
屈折の兼用面６４の３面から構成されている。また、２
つの反射作用を持った面６３、６４の中、少なくとも一
方の面、望ましくは両方の面が、光束にパワーを与え、
かつ、偏心収差を補正する唯一の対称面を持つ面対称自
由曲面にて構成されている。そして、この唯一の対称面
は、撮影用対物光学系４８のプリズム１０、２０が有す
る面対称自由曲面の唯一の対称面と略同一平面上に形成
されている。また、この撮影用対物光学系４８は他のレ
ンズ（正レンズ、負レンズ）を２つのプリズム１０、２
０の物体側、それらの間あるいは像側にその構成要素と
して含んでいてもよい。

【０１６０】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８を少ない光学部材で構成でき、高性能
・低コスト化が実現できると共に、光学系全体を同一平
面上に並べて配置できるため、この配置平面と垂直方向
の厚みの簿型化が実現できる。

【０１６１】なお、本例では、撮影用対物光学系４８の
カバー部材６５はとして、平行平面板を配置している
が、前例と同様に、パワーを持ったレンズを用いてもよ
い。

【０１６２】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
結像光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材
と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面
はプリズム１０の入射面となる。しかし、この入射面が
光軸に対して偏心配置されているため、この面がカメラ
前面に配置されてしまうと、被写体側から見た場合、カ
メラ４０の撮影中心が自分からずれているように錯覚し
てしまい（一般的なカメラ同様、入射面の垂直方向を撮
影していると感じるのが通常である。）、違和感を与え
てしまう。そこで、本例のように、結像光学系の最も物
体側の面が偏心面である場合には、カバー部材６５（又
は、カバーレンズ５４）を設けることが、被写体側から
見た場合に違和感を感じずに、既存のカメラと同じ感覚
で撮影を受けることができ望ましい。

【０１６３】次に、図１０は、本発明の結像光学系を電
子内視鏡の観察系の対物光学系８０に組み込んだ構成の
概念図を示す。この電子内視鏡は、図１０（ａ）に示す
ように、電子内視鏡７１と、照明光を供給する光源装置
７２と、その電子内視鏡７１に対応する信号処理を行う
ビデオプロセッサ７３と、このビデオプロセッサ７３か
ら出力される映像信号を表示するモニター７４と、この
ビデオブロセッサ７３と接続され映像信号等に記録する
ＶＴＲデッキ７５、及び、ビデオディスク７６と、映像
信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ７
７と共に構成されており、電子内視鏡７１の挿入部７８
の先端部７９は、図１０（ｂ）に示すように構成されて
いる。光源装置７２から照明さた光束は、ライトガイド
ファイバー束８６を通って照明用対物光学系８５によ
り、観察部位を照明する。そして、この観察部位からの
光が、カバー部材８４を介して、観察用対物光学系８０
によって物体像として形成される。この物体像は、ロー
パスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター
８１を介してＣＣＤ８２の撮像面８３上に形成される。
さらに、この物体像は、ＣＣＤ８２によって映像信号に
変換され、その映像信号は、図１０（ａ）に示すビデオ
プロセッサ７３により、モニター７４上に直接表示され
ると共に、ＶＴＲデッキ７５、ビデオディスク７６中に
記録され、また、ビデオプリンタ７７から映像としてプ
リントアウトされる。

【０１６４】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、観察系の対物光学系８０の２つのプリズム１０、
２０が内視鏡の長軸方向に並ぶため、細径化を阻害する
ことなく上記効果を得ることができる。

【０１６５】次に、本発明による結像光学系をＣＣＤや
フィルター等の撮像素子前方に配置するときの望ましい
構成を図１４に示す。図中、偏心プリズムＰは、本発明
の結像光学系中に含まれる第２プリズムである。いま、
撮像素子の撮像面Ｃが、図のように四角形を形成すると
き、偏心プリズムＰに配置された面対称自由曲面の対称
面Ｄが、この撮像面Ｃの四角形を形成する辺の少なくと
も１つと平行になるように配置することが、美しい像形
成の上で望ましい。

【０１６６】さらに、この撮像面Ｃが正方形や長方形と
いった４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成されてい
る場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、撮像面Ｃの
互いに平行関係にある２辺に対して平行に配置され、よ
り望ましくは、この２辺の中間に配置され、この対称面
Ｄが撮像面Ｃを左右又は上下対称にする位置に一致して
いる構成であることが好ましい。このように構成すれ
ば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやすく、
量産性に効果的である。

【０１６７】さらに、偏心プリズムＰを構成する光学面
である第１面、第２面、第３面、第４面の中、複数の面
又は全ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面又
は全ての面の対称面が同一面Ｄ上に配置されるように構
成することが、設計上も、収差性能上も望ましい。そし
て、この対称面Ｄと撮像面Ｃとの関係は、上述と同様の
関係にあることが望ましい。

【０１６８】以上の本発明の結像光学系は、例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 物体像を形成する全体として正の屈折力を有す
る結像光学系において、前記結像光学系が屈折率（ｎ）
が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された
第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第２プリズム
は前記第１プリズムよりも像側に配置され、かつ、中間
像を形成しない結像系にて形成され、前記第１プリズム
が、物体側から順に、光束をプリズム内に入射する第１
−１面と、光束をプリズム内で反射する第１−２面と、
光束をプリズム内で反射する第１−３面と、光束をプリ
ズム外に射出する第１−４面とを有するように構成され
ており、前記第１−２面と前記第１−３面の少なくとも
一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記
曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正する回
転非対称な面形状を有し、前記第２プリズムが、物体側
から順に、光束をプリズム内に入射する第２−１面と、
光束をプリズム内で反射する第２−２面と、光束をプリ
ズム内で反射する第２−３面と、光束をプリズム外に射
出する第２−４面とを有するように構成されており、前
記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面が
光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形状が
偏心によって発生するする収差を補正する回転非対称な
面形状を有し、前記第２プリズムと全系によって形成さ
れた像との間に光束の結像作用に寄与する屈折力を与え
る光学素子が配置されていないことを特徴とする結像光
学系。 〔２〕 物体像を形成する全体として正の屈折力を有す
る結像光学系において、前記結像光学系が屈折率（ｎ）
が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された
第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第２プリズム
は前記第１プリズムよりも像側に配置され、かつ、中間
像を形成しない結像系にて形成され、前記第１プリズム
が、物体側から順に、光束をプリズム内に入射する第１
−１面と、光束をプリズム内で反射する第１−２面と、
光束をプリズム内で反射する第１−３面と、光束をプリ
ズム外に射出する第１−４面とを有するように構成され
ており、前記第１−２面と前記第１−３面の少なくとも
一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記
曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正する回
転非対称な面形状を有し、前記第２プリズムが、物体側
から順に、光束をプリズム内に入射する第２−１面と、
光束をプリズム内で反射する第２−２面と、光束をプリ
ズム内で反射する第２−３面と、光束をプリズム外に射
出する第２−４面とを有するように構成されており、前
記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面が
光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形状が
偏心によって発生するする収差を補正する回転非対称な
面形状を有し、前記第１プリズムに入射した光束の前記
第１−１面から前記第１−２面に導かれる軸上主光線及
びその延長線に対して、前記第２プリズムの前記第２−
３面から前記第２−４面に導かれる軸上主光線が、前記
第１プリズムの第１−３面から前記第１−４面に導かれ
る軸上主光線側に位置するように、前記第２プリズムが
構成されていることを特徴とする結像光学系。

【０１６９】〔３〕 物体像を形成する全体として正の
屈折力を有する結像光学系において、前記結像光学系が
屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質
で形成された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記
第２プリズムは前記第１プリズムよりも像側に配置さ
れ、かつ、中間像を形成しない結像系にて形成され、前
記第１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム内
に入射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射する
第１−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３面
と、光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有する
ように構成されており、前記第１−２面と前記第１−３
面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面形
状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする収
差を補正する回転非対称な面形状を有し、前記第２プリ
ズムが、物体側から順に、光束をプリズム内に入射する
第２−１面と、光束をプリズム内で反射する第２−２面
と、光束をプリズム内で反射する第２−３面と、光束を
プリズム外に射出する第２−４面とを有するように構成
されており、前記第２−２面と前記第２−３面の少なく
とも一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を有し、
前記曲面形状が偏心によって発生するする収差を補正す
る回転非対称な面形状を有し、前記第１プリズムの第１
−４面と前記第２プリズムの第２−１面とが対向配置さ
れ、前記第２プリズムの第２−３面を前記第１プリズム
の第１−２面と対向せず、かつ、前記第１−２面よりも
前記第１−４面に近い位置に配置することによって、前
記第１−１面と前記第１−２面と前記第２−３面と前記
第２−４面と像面とが、前記第１プリズムの入射軸上主
光線を延長した直線上に並列配置した構成とはならず
に、前記第１プリズムの入射軸上主光線を延長した直線
からシフトした位置に前記第２−３面と前記第２−４面
と像面とが配置されるように構成さたことを特徴とする
結像光学系。

【０１７０】〔４〕 前記第１プリズムが、前記第１−
１面と前記第１−４面とを前記媒質を挟んで対向する位
置に配置すると共に、前記第１−２面と前記第１−３面
とを前記媒質を挟んで対向する位置に配置することによ
って、Ｚ字型の光路を形成するように構成すると共に、
前記第２プリズムが、前記第２−１面と前記第２−４面
とを前記媒質を挟んで対向する位置に配置すると共に、
前記第２−２面と前記第２−３面とを前記媒質を挟んで
対向する位置に配置することによって、Ｚ字型の光路を
形成するように構成したことを特徴とする上記１から３
の何れか１項記載の結像光学系。

【０１７１】〔５〕 前記第１プリズムを、プリズム内
に光束を入射出させる透過面たる第１−１面と第１−４
面とを隣接配置させず間に反射面を挟んだ位置関係に配
置して構成すると共に、前記第２プリズムを、プリズム
内に光束を入射出させる透過面たる第２−１面と第２−
４面とを隣接配置させず間に反射面を挟んだ位置関係に
配置して構成したことを特徴とする上記１から３の何れ
か１項記載の結像光学系。

【０１７２】〔６〕 前記第１プリズムの前記第１−１
面から前記第１−４面までの軸上主光線における光路長
が、前記第２プリズムの前記第２−１面から前記第２−
４面までの軸上主光線における光路長よりも長くなるよ
うに形成されていることを特徴とする上記１から５の何
れか１項記載の結像光学系。

【０１７３】〔７〕 前記第１プリズムと前記第２プリ
ズムとが以下の条件を満足するように構成されているこ
とを特徴とする上記６記載の結像光学系。

【０１７４】０．１０＜Ｌ２／Ｌ１＜０．８５ただし、
Ｌ１は第１プリズムの第１−１面から第１−４面までの
軸上主光線における光路長、Ｌ２第２プリズムの第２−
１面から第２−４面までの軸上主光線における光路長で
ある。

【０１７５】〔８〕 前記第１プリズムの第１−２面と
第１−３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心によ
り発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有する
ように構成されていることを特徴とする上記１から７の
何れか１項記載の結像光学系。

【０１７６】

〔９〕 前記第２プリズムの第２−２面と
第２−３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心によ
り発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有する
ように構成されていることを特徴とする上記１から８の
何れか１項記載の結像光学系。

【０１７７】〔１０〕 前記第１プリズムの第１−２面
と第１−３面の少なくとも一方の回転非対称な面形状
が、唯一の対称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状
にて構成されていることを特徴とする上記１から９の何
れか１項記載の結像光学系。

【０１７８】〔１１〕 前記第２プリズムの第２−２面
と第２−３面の少なくとも一方の回転非対称な面形状
が、唯一の対称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状
にて構成されていることを特徴とする上記１から１０の
何れか１項記載の結像光学系。

【０１７９】〔１２〕 前記第１プリズムの第１−２面
と第１−３面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対
称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする上記８記載の結像光学系。

【０１８０】〔１３〕 前記第２プリズムの第２−２面
と第２−３面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対
称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする上記９記載の結像光学系。

【０１８１】〔１４〕 前記第１プリズムの第１−２面
の面対称自由曲面の唯一の対称面と、前記第１プリズム
の第１−３面の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同
一面内に形成されるように前記第１プリズムが構成され
ていることを特徴とする上記１２記載の結像光学系。

【０１８２】〔１５〕 前記第２プリズムの第２−２面
の面対称自由曲面の唯一の対称面と、前記第２プリズム
の第２−３面の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同
一面内に形成されるように前記第２プリズムが構成され
ていることを特徴とする上記１２又は１３記載の結像光
学系。

【０１８３】〔１６〕 前記第１プリズムの第１−２面
と第１−３面の面対称自由曲面の唯一の対称面と、前記
第２プリズムの第２−２面と第２−３面の面対称自由曲
面の唯一の対称面とが、同一面内に形成されるように構
成されていることを特徴とする上記１５記載の結像光学
系。

【０１８４】〔１７〕 前記第１プリズムの第１−１面
又は第１−４面の少なくとも一方の面が、光束にパワー
を与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対
称な面形状を有するように構成されていることを特徴と
する上記８から１５の何れか１項記載の結像光学系。

【０１８５】〔１８〕 前記第１プリズムの第１−１面
又は第１−４面の少なくとも一方の回転非対称な面形状
が、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状
にて構成されていることを特徴とする上記１７記載の結
像光学系。

【０１８６】〔１９〕 前記第２プリズムの第２−１面
又は第２−４面の少なくとも一方の面が、光束にパワー
を与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対
称な面形状を有するように構成されていることを特徴と
する上記８から１８の何れか１項記載の結像光学系。

【０１８７】〔２０〕 前記第２プリズムの第２−１面
又は第２−４面の少なくとも一方の回転非対称な面形状
が、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状
にて構成されていることを特徴とする上記１９記載の結
像光学系。

【０１８８】〔２１〕 前記第１プリズムと前記第２プ
リズムの間に瞳を配置し、前記瞳と像面との間に前記第
２プリズムを配置して構成されていることを特徴とする
上記１から２０の何れか１項記載の結像光学系。

【０１８９】〔２２〕 前記瞳上に絞りを配置したこと
を特徴とする上記２１記載の結像光学系。

【０１９０】〔２３〕 前記第２プリズムの入射軸上主
光線と射出軸上主光線は相互に略平行であることを特徴
とする上記１から２１の何れか１項記載の結像光学系。

【０１９１】〔２４〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とするとき、第１
プリズムの第１−２面のパワーを全系のパワーで割った
値を、Ｘ方向については、Ｐｘｓ３／全系Ｐｘ、Ｙ方向
については、Ｐｙｓ３／全系Ｐｙとするとき、 −２＜Ｐｘｓ３／全系Ｐｘ＜０ ・・・（２） −２＜Ｐｙｓ３／全系Ｐｙ＜０ ・・・（３） なる条件の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２３の何れか１項記載の結像光学系。

【０１９２】〔２５〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とするとき、第１
プリズムの第１−３面のパワーを全系のパワーで割った
値を、Ｘ方向については、Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ、Ｙ方向
については、Ｐｙｓ４／全系Ｐｙとするとき、 ０＜Ｐｘｓ４／全系Ｐｘ＜２ ・・・（４） ０＜Ｐｙｓ４／全系Ｐｙ＜２ ・・・（５） なる条件の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２４の何れか１項記載の結像光学系。

【０１９３】〔２６〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とするとき、第１
プリズムの第１−２面と第１−３面の軸上主光線の光路
長（面間距離に屈折率を掛けたもの）をＳ３−Ｓ４と
し、光学系全体のＸ方向の焦点距離をＦｘとするとき、 １＜（Ｓ３−Ｓ４）／Ｆｘ＜２０ ・・・（６） なる条件を満足することを特徴とする上記１から２５の
何れか１項記載の結像光学系。

【０１９４】〔２７〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とするとき、第２
プリズムの第２−２面のパワーを全系のパワーで割った
値を、Ｘ方向については、Ｐｘｓ１０／全系Ｐｘ、Ｙ方
向については、Ｐｙｓ１０／全系Ｐｙとするとき、 ０＜Ｐｘｓ１０／全系Ｐｘ＜３ ・・・（７） ０＜Ｐｙｓ１０／全系Ｐｙ＜３ ・・・（８） なる条件の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２４の何れか１項記載の結像光学系。

【０１９５】〔２８〕 第１プリズムの第１−３面で反
射する軸上主光線の入射角をＳ４入射角とすると、 １０°＜Ｓ４入射角＜６０° ・・・（９） なる条件を満足することを特徴とする上記１から２７の
何れか１項記載の結像光学系。

【０１９６】〔２９〕 上記１から２８の何れか１項記
載の結像光学系をファインダー対物光学系として配置
し、さらに、前記ファインダー対物光学系によって形成
された物体像を正立正像させる像正立光学系と、接眼光
学系とから構成されていることを特徴とするファインダ
ー光学系。

【０１９７】〔３０〕 上記２９記載のファインダー光
学系と、前記ファインダー光学系と併設された撮影用対
物光学系とを備えて構成されていることを特徴とするカ
メラ装置。

【０１９８】〔３１〕 上記１から２８の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像面上に配置された撮像素子とを備えて構成されている
ことを特徴とする撮像光学系。

【０１９９】〔３２〕 上記１から２８の何れか１項記
載の結像光学系を撮影用対物光学系として配置し、前記
撮影用光学系とは別の光路、又は、前記撮影用対物光学
系の光路から分割された光路の何れかの中に配置された
ファインダー光学系を備えて構成されていることを特徴
とするカメラ装置。

【０２００】〔３３〕 上記１から２８の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像面上に配置された撮像素子と、前記撮像素子で受光さ
れた像情報を記録する記録媒体と、前記記録媒体又は前
記撮像素子からの像情報を受けて観察像を形成する画像
表示素子とを備えて構成されていることを特徴とする電
子カメラ装置。

【０２０１】〔３４〕 上記１から２８の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像を長軸方向に沿って伝達する像伝達部材とを有する観
察系と、照明光源及び前記照明光源からの照明光を前記
長軸方向に沿って伝達する照明光伝達部材を有する照明
系とを備えて構成されていることを特徴とする内視鏡装
置。

【０２０２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、少ない光学素子の構成枚数で高性能、低コス
トな結像光学系を提供することができる。また、少ない
反射回数の反射面を用いて光路を折り畳むことにより小
型化、薄型化された高性能な結像光学系を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の結像光学系の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例２の結像光学系の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例３の結像光学系の断面図であ
る。

【図４】実施例１の結像光学系の横収差図である。

【図５】実施例１の歪曲収差の状況を示す図である。

【図６】本発明の結像光学系を適用した電子カメラの外
観を示す前方斜視図である。

【図７】図６の電子カメラの後方斜視図である。

【図８】図６の電子カメラの構成を示す断面図である。

【図９】本発明の結像光学系を適用した別の電子カメラ
の概念図である。

【図１０】本発明の結像光学系を適用した電子内視鏡の
概念図である。

【図１１】偏心した反射面により発生する像面湾曲を説
明するための概念図である。

【図１２】偏心した反射面により発生する非点収差を説
明するための概念図である。

【図１３】偏心した反射面により発生するコマ収差を説
明するための概念図である。

【図１４】本発明による結像光学系を撮像素子前方に配
置するときの望ましい構成を示す図である。

【図１５】偏心光学系及び光学面のパワーの定義を説明
するための図である。

【図１６】本発明による結像光学系の１つの形態を示す
概念図である。

【図１７】従来の１つの結像光学系の概念図である。

【符号の説明】

１…軸上主光線 ２…絞り ３…像面 １０…第１プリズム １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 １４…第４面 ２０…第２プリズム ２１…第１面 ２２…第２面 ２３…第３面 ２４…第４面 ４０…電子カメラ ４１…撮影光学系 ４２…撮影用光路 ４３…ファインダー光学系 ４４…ファインダー用光路 ４５…シャッター ４６…フラッシュ ４７…液晶表示モニター ４８…撮影用対物光学系 ４９…ＣＣＤ ５０…撮像面 ５１…フィルター ５２…処理手段 ５３…ファインダー用対物光学系 ５４…カバーレンズ ５５…ポロプリズム ５６…第１反射面 ５７…視野枠 ５８…第２反射面 ５９…接眼光学系 ６０…液晶表示素子（ＬＣＤ） ６１…記録手段 ６２…入射面 ６３…反射面 ６４…反射と屈折の兼用面 ６５…カバー部材 ７１…電子内視鏡 ７２…光源装置 ７３…ビデオプロセッサ ７４…モニター ７５…ＶＴＲデッキ ７６…ビデオディスク ７７…ビデオプリンタ ７８…挿入部 ７９…先端部 ８０…観察用対物光学系 ８１…フィルター ８２…ＣＣＤ ８３…撮像面 ８４…カバー部材 ８５…照明用対物光学系 ８６…ライトガイドファイバー束 Ｍ …凹面鏡 Ｐ …プリズム Ｅ …観察者眼球 Ｃ …撮像面 Ｄ …対称面 ａ…第１プリズムの入射軸上主光線 ｆ…第１−１面から第１−２面に導かれる軸上主光線 ｇ…第１−３面から第１−４面に導かれる軸上主光線 ｈ…第２−３面から第２−４面に導かれる軸上主光線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体像を形成する全体として正の屈折力
   を有する結像光学系において、 前記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい
   （ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プ
   リズムを有し、前記第２プリズムは前記第１プリズムよ
   りも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結像系
   にて形成され、 前記第１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム
   内に入射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射す
   る第１−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３
   面と、光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有す
   るように構成されており、前記第１−２面と前記第１−
   ３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面
   形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする
   収差を補正する回転非対称な面形状を有し、 前記第２プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム
   内に入射する第２−１面と、光束をプリズム内で反射す
   る第２−２面と、光束をプリズム内で反射する第２−３
   面と、光束をプリズム外に射出する第２−４面とを有す
   るように構成されており、前記第２−２面と前記第２−
   ３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面
   形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする
   収差を補正する回転非対称な面形状を有し、 前記第２プリズムと全系によって形成された像との間に
   光束の結像作用に寄与する屈折力を与える光学素子が配
   置されていないことを特徴とする結像光学系。
2. 【請求項２】 物体像を形成する全体として正の屈折力
   を有する結像光学系において、 前記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい
   （ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プ
   リズムを有し、前記第２プリズムは前記第１プリズムよ
   りも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結像系
   にて形成され、 前記第１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム
   内に入射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射す
   る第１−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３
   面と、光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有す
   るように構成されており、前記第１−２面と前記第１−
   ３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面
   形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする
   収差を補正する回転非対称な面形状を有し、 前記第２プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム
   内に入射する第２−１面と、光束をプリズム内で反射す
   る第２−２面と、光束をプリズム内で反射する第２−３
   面と、光束をプリズム外に射出する第２−４面とを有す
   るように構成されており、前記第２−２面と前記第２−
   ３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面
   形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする
   収差を補正する回転非対称な面形状を有し、 前記第１プリズムに入射した光束の前記第１−１面から
   前記第１−２面に導かれる軸上主光線及びその延長線に
   対して、前記第２プリズムの前記第２−３面から前記第
   ２−４面に導かれる軸上主光線が、前記第１プリズムの
   第１−３面から前記第１−４面に導かれる軸上主光線側
   に位置するように、前記第２プリズムが構成されている
   ことを特徴とする結像光学系。
3. 【請求項３】 物体像を形成する全体として正の屈折力
   を有する結像光学系において、 前記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい
   （ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プ
   リズムを有し、前記第２プリズムは前記第１プリズムよ
   りも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結像系
   にて形成され、 前記第１プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム
   内に入射する第１−１面と、光束をプリズム内で反射す
   る第１−２面と、光束をプリズム内で反射する第１−３
   面と、光束をプリズム外に射出する第１−４面とを有す
   るように構成されており、前記第１−２面と前記第１−
   ３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面
   形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする
   収差を補正する回転非対称な面形状を有し、 前記第２プリズムが、物体側から順に、光束をプリズム
   内に入射する第２−１面と、光束をプリズム内で反射す
   る第２−２面と、光束をプリズム内で反射する第２−３
   面と、光束をプリズム外に射出する第２−４面とを有す
   るように構成されており、前記第２−２面と前記第２−
   ３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面
   形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生するする
   収差を補正する回転非対称な面形状を有し、 前記第１プリズムの第１−４面と前記第２プリズムの第
   ２−１面とが対向配置され、前記第２プリズムの第２−
   ３面を前記第１プリズムの第１−２面と対向せず、か
   つ、前記第１−２面よりも前記第１−４面に近い位置に
   配置することによって、前記第１−１面と前記第１−２
   面と前記第２−３面と前記第２−４面と像面とが、前記
   第１プリズムの入射軸上主光線を延長した直線上に並列
   配置した構成とはならずに、前記第１プリズムの入射軸
   上主光線を延長した直線からシフトした位置に前記第２
   −３面と前記第２−４面と像面とが配置されるように構
   成さたことを特徴とする結像光学系。