JP2000330025A - ルーバーを用いた結像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学装置用の特にプリズムを用いた小型の結
像光学系の光路中にルーバーを配置してゴーストやフレ
アの原因となる不要光を低減する。 【解決手段】 物体の像を結像する結像光学系であっ
て、特に、主光線に対する光学作用面として入射面、射
出面、反射面を有し、内部を屈折率が１より大きな透明
媒質で満たしたプリズム１０を含む結像光学系におい
て、物体から像面７に至る光路中の何れかの位置に光束
の入射角を制限するルーバー１が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルーバーを用いた
結像光学系に関し、特に、ルーバーを用いてゴーストや
フレアの原因となる不要光を低減したカメラ、デジタル
カメラ、内視鏡等の光学装置に用いられる結像光学系に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結像光学系には、ゴースト、フレアーが
発生する。例えば、必要な画角を越えて光学系に入射し
た光が光学系の縁肉部に当たり反射してゴーストが発生
する。これを防ぐためにフードを用いることが多いが、
装置が大型化する。また、本来透過作用をすべき面にて
一部反射する光もあるが、この光が像面に達するとゴー
ストあるいはフレアーが発生する。これを防ぐためにゴ
ーストの発生しやすい面にマルチコート等の反射防止膜
を施すことで解決するのが一般的であるが、高価とな
る。

【０００３】一方、最近は、光学系の小型化、薄型化の
ために、プリズム形状をした結像光学系が種々発明され
ているが、これらの光学系は、入射面、射出面、反射面
の配置が複雑であり、ゴースト、フレアーが起こりやす
いといった問題がある。先に述べたフードを用いれば、
ある程度解決できる光学系もあるが、小型化、薄型化を
特長としたプリズム形状の利点に反することとなり、好
ましくない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、カメラ、デジタルカメラ、内視鏡等の光学装置用の
特にプリズムを用いた小型の結像光学系の光路中にルー
バーを配置してゴーストやフレアの原因となる不要光を
低減することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のルーバーを用いた結像光学系は、物体の像を結像す
る結像光学系において、物体から像面に至る光路中の何
れかの位置に光束の入射角を制限するルーバーが配置さ
れていることを特徴とするものである。

【０００６】この場合に、結像光学系が主光線に対して
透過面と反射面を有するものとすることができ、その
際、結像光学系を、主光線に対する光学作用面として入
射面、射出面、反射面を有し、内部を屈折率が１より大
きな透明媒質で満たしたプリズムを含むものとすること
ができる。

【０００７】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について説明する：本発明の結像光学系は、物体
から像面に至る光路中の何れかの位置に光束の入射角を
制限するルーバーが配置されていることを特徴とするも
のである。ルーバーを光路中に配することで、光学系を
大型化させることなく、ゴーストやフレアーの原因とな
る不要光が光学系内部又は結像面上へ到達することを防
ぐことができる。

【０００８】ここで、ルーバー１とは、図３（ａ）、
（ｂ）に例示するように、透明フィルム２の中に微細な
遮光壁３が周期的に挟み込まれてなるもので、この遮光
壁３によりある入射角範囲以外の光は吸収されて射出で
きないものである。また、この遮光壁３の角度を変える
ことにより、最大透過の入射角を変えることができる。
図３（ａ）、（ｂ）のルーバー１の透過率分布をそれぞ
れ図４（ａ）、（ｂ）に示す。

【０００９】このようなルーバー１を偏心プリズム等か
らなる結像光学系の物体側あるいは像側に挿入すると、
物体から像面に至る光束はルーバー１により開口数が制
限され、例えば図４（ａ）の特性のルーバー１を結像光
学系の像側に用いた場合、臨界透過角度θ_t 以上の入射
角で入射した光はルーバー１を透過しないので、入射角
θ_t 以上の大きな入射角で像面に入射するゴーストやフ
レアーの原因となる不要光が除去される。

【００１０】ところで、本発明の結像光学系としては、
主光線に対して透過面と反射面を有するものであること
が望ましい。

【００１１】結像光学系に反射面を用いると、光学系全
体の小型化、薄型化には好適であるが、その反面、透過
面で起こる不要な反射光が、反射面を介して像面に導か
れる可能性が高くなり、透過面のみの光学系に比べてよ
り強度の高いゴースト、フレアーが発生する。そのた
め、ルーバーを用いることにより、大型化を防ぎつつ、
ゴースト、フレアーが除去できる。

【００１２】また、結像光学系が、主光線に対する光学
作用面として入射面、射出面、反射面を有し、内部を屈
折率が１より大きな透明媒質で満たしたプリズムを含む
ものであることが望ましい。

【００１３】プリズムは、光学系全体の小型化、薄型化
には好適であるが、その反面、入射面、射出面、反射面
の配置が複雑であり、ゴースト、フレアーが起こりやす
い。ルーバーを用いることにより、結像光学系の大型化
を防ぎつつ、ゴースト、フレアーが除去できる。

【００１４】この場合に、ルーバーをプリズムの入射面
若しくはそれよりも物体側に配することができる。

【００１５】ルーバーを像面から離れた位置に配するこ
とで、必要とする画角以上の不要光を遮ることができ
る。

【００１６】また、ルーバーを結像光学系の最も物体側
に配することができる。

【００１７】ルーバーを結像光学系の最も物体側に配す
ることで、必要とする画角以上の不要光を遮ることがで
きる。

【００１８】また、ルーバーをプリズムの射出面若しく
はそれよりも像側に配することができる。

【００１９】ルーバーを像面に近い位置に配すること
で、像面への正規の入射方向以外の不要光を遮ることが
できる。

【００２０】また、ルーバーを像面若しくはその近傍に
配することができる。

【００２１】ルーバーを像面若しくは像面近傍に配する
ことで、像面への正規の入射方向以外の不要光を遮るこ
とができる。ここで言う近傍とは、主光線に対してパワ
ーを与える面の中、最も像側の面から像面までの間のこ
とである。また、一度結像させた像をさらに他の光学系
により別の像面に導く場合は、最初の像面からその他の
光学系の最も入射側の面までの間も含むものである。

【００２２】また、結像光学系が明るさ絞りを有し、そ
の明るさ絞りとルーバーの面までの距離をＬ、結像光学
系全系の焦点距離をｆとしたときに、 ０≦Ｌ／ｆ≦０．１ ・・・（１） となる位置にルーバーを配することが望ましい。

【００２３】このように、条件式（１）を満たしてルー
バーを明るさ絞り近傍に配することで、ルーバーの径を
小さくすることができる。また、ルーバーの格子模様が
像面に結像しないので、良好な像が得られる。

【００２４】また、反射面がパワーを有することが望ま
しい。

【００２５】結像光学系の反射面にパワーを持たせた場
合には、結像光学系そのものをさらに小型化できる。

【００２６】ところで、結像光学系が入射面と射出面と
反射面を持つプリズムを含む場合、その反射面は偏心配
置となる。光軸に対して反射面を傾けると、その反射面
がパワーを持つ場合、回転非対称な偏心収差が発生して
しまう。したがって、プリズムを構成する反射面の中、
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
望ましい。そのように構成すれば、回転非対称な偏心収
差を補正することが可能になる。

【００２７】ここで偏心系の定義について説明する：ま
ず、用いる座標系、回転非対称な面について説明する。
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するとき、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、前
記Ｚ軸と直交し、かつ、プリズム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。また、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。

【００２８】また、本発明で用いる回転非対称面は、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。

【００２９】ここで、本発明で使用する自由曲面とは以
下の（ａ）式で定義されるものである。

【００３０】 Ｚ＝Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ ＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ² ＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³ ＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴ ＋Ｃ₂₁Ｙ⁵ ＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴ ＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴ ＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷ ・・・・・・ ・・・（ａ） 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、Ｃ
₁₄、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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】また、上記定義式は、１つの例として示し
たものであり、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ことができ、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。

【００３４】このような回転非対称面を用いることで偏
心収差を補正することが可能になるが、いくら回転非対
称面を用いても収差補正面が少ないとその性能には限界
がある。そのため、プリズムの反射面数を多く構成した
方が性能的に有利になる。

【００３５】また、本発明において、物体の像を結像す
る正規の主光線の光路順に、少なくともそれぞれ独立し
た反射面Ａ、反射面Ｂ、透過作用のみの射出面を介し像
面に至り、かつ、反射面Ａへの入射主光線と反射面Ｂか
らの反射主光線が交叉あるいは相互にねじれの関係とな
るようなものとすることができる。

【００３６】図１は後記の本発明の実施例１の結像光学
系のＹ−Ｚ断面図であり、この例の場合、１個の偏心プ
リズム１０から構成されている。図１（ａ）は正規の光
路を示しており、（ｂ）はゴーストとなる光路を示して
いる。この例について説明すると、プリズム１０は第１
面１１から第５面１５からなり、第１面１１は入射面、
第２面１２から第４面１４は独立した反射面、第５面１
５は透過作用のみの射出面であり、絞り５は入射面１１
の前方に配置されている。符号６は光軸（軸上主光
線）、符号７は像面を示す。本来、物体からの入射光
は、図１（ａ）に示す通り、絞り５を通って第１面１１
から入射し、反射面１２、反射面１３（反射面Ａ）、反
射面１４（反射面Ｂ）の順に反射して、射出面１５から
プリズム１０外に射出し、像面７に結像する。この際、
反射面１３への入射主光線と反射面１４からの反射主光
線は交叉するか（各面１１〜１５が図の面内でのみ偏心
している場合）あるいは相互にねじれの関係となる（面
１１〜１５の何れかが図の面内のみでなく、図に垂直な
方向にも偏心している場合）。このように、図１（ａ）
の正規光路の場合は、射出面１５を介さずに反射面１３
に入射し、反射面１４、透過作用のみの射出面１５を介
し像面７に至り像を結ぶ。しかしながら、図１（ｂ）の
ように、使用画角以上の入射光の一部８が、絞り５を通
って第１面１１から入射し、反射面１２で反射し、本来
透過作用のみの射出面１５にて反射し、反射面１３（反
射面Ａ）及び反射面１４（反射面Ｂ）によって像面７へ
と導かれてしまい、ゴーストやフレアーの原因となる。
そのため、このような必要な画角外のの不要光８を遮る
ルーバー１を用いることで（図１の場合は、結像光学系
１０の物体側に配置されている。）、ゴーストやフレア
ーの除去ができる。

【００３７】また、本発明において、物体の像を結像す
る正規の主光線の光路順に、入射面より入射し、少なく
とも反射と透過作用を有する反射透過兼用面にて反射
し、反射面にて反射し、前記反射透過兼用面の射出面を
透過して像面に至るようなものとすることができる。

【００３８】図２は後記の本発明の実施例２の結像光学
系のＹ−Ｚ断面図であり、この例の場合、１個の偏心プ
リズム１０から構成されている。図２（ａ）は正規の光
路を示しており、（ｂ）はゴーストとなる光路を示して
いる。この例について説明すると、プリズム１０は第１
面１１から第３面１３からなり、第１面１１は入射面、
第２面１２は反射と透過作用を有する反射透過兼用面、
第３面１３は反射面であり、絞り５は入射面１１の前方
に配置されている。符号６は光軸（軸上主光線）、符号
７は像面を示す。本来、物体からの入射光は、図２
（ａ）に示す通り、絞り５を通って第１面１１から入射
し、第２面１２で反射（好ましくは、全反射）し、反射
面１３にて反射後、今度は第２面１２を透過して像面７
に至り像を結ぶ。しかしながら、図２（ｂ）に示すよう
に、第２面１２を透過すべき光束の中、わずかながら反
射するものがある。この反射光がさらに反射面１３で反
射し、入射面１１で反射し、射出面１２を透過して像面
７へと導かれてしまい、ゴーストやフレアーが発生す
る。そのため、プリズム１０の射出面側に正規な角度以
外で像面７に向かう不要光８を遮るルーバー１を用いる
ことで、ゴーストやフレアーの除去ができる。

【００３９】また、本発明において、ルーバーをプリズ
ムの射出側に配置する場合、結像光学系が絞りを有し、
絞り中心を通過し像面に至る物体の像を結像する全ての
正規の光線が、像面に対して９０°±２０°の範囲内で
入射するテレセントリック光学系であることが望まし
い。

【００４０】この場合は、正規な光束がテレセントリッ
クであるので、ルーバーを像面側に配することで、ゴー
ストやフレアーの除去ができる。

【００４１】また、本発明において、ルーバーをプリズ
ムの入射側に配置する場合、結像光学系の光軸に対す
る、ルーバーの臨界透過角度をθ_t 、結像に関与する光
線の中、プリズムへの光線の入射角度の最大値を
θ_max 、結像範囲外の画角から入射しゴースト、フレア
ーの原因となる光線であって、プリズムへの入射角度の
最小値をθ_Gminとすると、 θ_max ＜θ_t ＜θ_Gmin ・・・（２） を満たすことが望ましい。

【００４２】この条件式（２）を満たすことは、効果的
なゴースト、フレアーの低減に重要である。条件式
（２）の上限値を越えると、ゴースト、フレアーの除去
を主目的とした本発明の目的を達し得なくなってしま
う。下限値を越えると、画像の光線をケッてしまい、周
辺部が暗くなる、画像が映らない等、画像の質を著しく
劣化させてしまう。

【００４３】また、本発明において、ルーバーをプリズ
ムと像の間に配置する場合、結像光学系の光軸に対す
る、結像に関与する光線の中、プリズムから射出される
光線の角度の最大値をΦ_max 、ルーバーの臨界透過角度
をθ_t 、ゴースト、フレアーの原因となる光線であっ
て、ルーバーへの光線の入射角度の最小値をΦ_Gminとす
ると、 Φ_max ＜θ_t ＜Φ_Gmin ・・・（３） を満たすことが望ましい。

【００４４】この条件式（３）を満たすことは、効果的
なゴースト、フレアーの低減に重要である。条件式
（３）の下限値を越えると、結像に関与する光線をケル
ことになり、画像が全体あるいは部分的に暗くなった
り、映らなくなる等、画質を著しく劣化させてしまい、
実用上好ましくない。上限値を越えると、ルーバーを用
いた光学系の本来の目的である不要光の除去という主旨
から外れてしまう。

【００４５】また、本発明において、ルーバーをプリズ
ムと像の間に配置する場合、像面上での回折による１次
回折像と０次回折像との距離をｄとし、像面に配置され
た固体撮像素子の１画素のピッチをＰ_i とすると、 ０＜ｄ＜５Ｐ_i ・・・（４） を満たすことが望ましい。

【００４６】本発明では、ルーバーをプリズムと像の間
に配置する場合、ルーバーによるゴースト、フレアーの
低減と共に、ローパス効果を併せ持たせることができ
る。このローパス効果は、ルーバーの遮蔽板ピッチによ
り発生する回折を利用する。このようなローパス、ルー
バーの両機能を併せ持つ光学素子においては、条件式
（３）に加えて、条件式（４）を同時に満たすことが好
ましい。この条件式（４）の上限の５Ｐ_i を越えると、
映像が２重像となってしまい、非常に見難い映像になっ
てしまう。下限の０を越えると、ローパスフィルターの
物理的意味を持たなくなる。なお、実用面を考慮する
と、条件式（４）の下限は０．５Ｐ_i とするのが望まし
い。この下限０．５Ｐ_i を越えると、ローパス効果が弱
くなってしまう。

【００４７】この像面上での回折による１次回折像と０
次回折像との距離ｄの実用範囲としては、 １μｍ＜ｄ＜２０μｍ ・・・（５） を満たすのが好ましい。条件式（５）の下限の１μｍを
越えると、撮像素子の製造が困難になり、逆に上限の２
０μｍを越えると、撮像素子が大型化するか、若しく
は、撮像素子を小型に構成する場合に画質が劣化してし
まう。

【００４８】本発明は、以上のルーバーを用いた結像光
学系を用いた光学装置、カメラ、デジタルカメラ、内視
鏡、観察光学系を含むものである。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、まず本発明のルーバーを用
いた結像光学系の実施例１〜２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（ａ）、図２（ａ）に示すように、絞り５
の中心を結像光学系を構成する偏心プリズム１０の原点
として、軸上主光線１を物体中心（図では省略）を出
て、絞り５の中心を通る光線で定義する。物体中心から
光学系の第１面１１まで軸上主光線１に沿って進む方向
をＺ軸方向、このＺ軸と像面７中心を含む平面をＹ−Ｚ
平面とし、光線が光学系の面によって折り曲げられる面
内の方向で、かつ、Ｙ−Ｚ平面内のＺ軸に直交する方向
にＹ軸をとる。物点から光学系の第１面１１に向かう方
向をＺ軸の正方向とし、Ｙ軸の正方向を図の上方向にと
る。そして、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸
をＸ軸とする。

【００５０】実施例１〜２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。

【００５１】偏心面については、光学系の原点の中心か
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。

【００５２】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、球面の
曲率半径、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。

【００５３】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。

【００５４】なお、データの記載されていない自由曲面
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。

【００５５】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｂ）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。

【００５６】 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)・・・・・ ・・・（ｂ） 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。

【００５７】その他の面の例として、次の定義式（ｃ）
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。

【００５８】 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 ｜ ・・・（ｃ） 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（ｂ）式、
（ｃ）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。

【００５９】図１は、本発明の実施例１のプリズム１０
の前方にルーバー１を配置し、不要光を除去する例を示
す図であり、図１（ａ）は結像に関与する光学系の光路
を示したものであり、図１（ｂ）はその光学系において
結像以外の不要光８が像面に達する光路を示したもので
ある。

【００６０】この結像光学系のプリズム１０は、第１面
１１から第５面１５からなり、第１面１１は入射面、第
２面１２から第４面１４は独立した反射面、第５面１５
は透過作用のみの射出面であり、絞り５は入射面１１の
前方に配置されている。符号６は光軸（軸上主光線）、
符号７は像面を示す。本来、物体からの入射光は、図１
（ａ）に示す通り、絞り５を通って第１面１１から入射
し、反射面１２、反射面１３、反射面１４の順に反射し
て、射出面１５からプリズム１０外に射出し、像面７に
結像する。この際、反射面１３への入射主光線と反射面
１４からの反射主光線は交叉するか。しかしながら、使
用画角以上の入射光の一部８が、絞り５を通って第１面
１１から入射し、反射面１２で反射し、本来透過作用の
みの射出面１５にて反射し、反射面１３及び反射面１４
によって像面７へと導かれてしまい、ゴーストやフレア
ーの原因となる。この光学系では、Ｙ−Ｚ断面内におい
て不要光が像面に達しており、Ｙ−Ｚ断面内の光線の光
路に関して、式（２）の条件式を満たすルーバー１を絞
り５の物体側に配置している。本実施例の場合は、θ
_max ：１５°、θ_Gmin：２８°である。

【００６１】本実施例の光学系は、焦点距離５．４ｍ
ｍ、水平半画角２６．３°、垂直半画角１４．５°、Ｆ
ナンバー２．８であり、像面サイズ５．３８×４．０３
ｍｍの撮像素子を用いることを想定したものである。

【００６２】図２は、本発明の実施例２のプリズム１０
よりも像面７側にルーバー１を配置し、不要光を除去す
る例を示す図であり、図２（ａ）は結像に関与する光学
系の光路を示したものであり、図２（ｂ）はその光学系
において結像以外の不要光８が像面に達する光路を示し
たものである。

【００６３】この結像光学系のプリズム１０は、第１面
１１から第３面１３からなり、第１面１１は入射面、第
２面１２は反射と透過作用を有する反射透過兼用面、第
３面１３は反射面であり、絞り５は入射面１１の前方に
配置されている。符号６は光軸（軸上主光線）、符号７
は像面を示す。本来、物体からの入射光は、図２（ａ）
に示す通り、絞り５を通って第１面１１から入射し、第
２面１２で反射（好ましくは、全反射）し、反射面１３
にて反射後、今度は第２面１２を透過して像面７に至り
像を結ぶ。しかしながら、第２面１２を透過すべき光束
の中、わずかながら反射するものがある。この反射光が
さらに反射面１３で反射し、入射面１１で反射し、射出
面１２を透過して像面７へと導かれてしまい、ゴースト
やフレアーが発生する。この光学系では、Ｙ−Ｚ断面内
において不要光が像面に達しており、Ｙ−Ｚ断面内の光
線の光路に関して、式（３）の条件式を満たすルーバー
１をプリズム１０の射出面側に配置している。本実施例
の場合は、Φ_max ：１６°、Φ_Gmin：２８°である。ま
た、像面７に配置される撮像素子の１画素のピッチＰ_i
は３μｍであり、ルーバー１の回折作用による像面７上
での１次回折像と０次回折像との距離ｄが６μｍとなる
ように構成されている。

【００６４】本実施例の光学系は、焦点距離９．５ｍ
ｍ、水平半画角１４．５°、垂直半画角１０．９°、Ｆ
ナンバー２．８であり、像面サイズ４．９０×３．６７
ｍｍの撮像素子を用いることを想定したものである。

【００６５】以下に上記実施例１〜２の結像光路とゴー
スト、フレア光光路とを分けて構成パラメータを示す。
これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＬＳ”は反射
面を示す。

【００６６】 実施例１（結像光路） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り面） 2 -25.92 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(4) 1.5254 56.2 6 ∞ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＦＦＳ Ｃ₄ -4.2790×10^-3 Ｃ₆ -2.1512×10^-5 Ｃ₈ -3.9503×10^-4 Ｃ₁₀ -4.7529×10^-5 Ｃ₁₁ 7.9906×10^-5 Ｃ₁₃ 1.8547×10^-4 Ｃ₁₅ -3.3216×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.6473×10^-2 Ｃ₆ -1.8570×10^-2 Ｃ₈ 1.1690×10^-4 Ｃ₁₀ 2.9584×10^-4 Ｃ₁₁ 1.0690×10^-5 Ｃ₁₃ -1.8394×10^-4 Ｃ₁₅ 1.7583×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.3455×10^-2 Ｃ₆ 3.7734×10^-3 Ｃ₈ 6.5287×10^-4 Ｃ₁₀ 7.6336×10^-4 Ｃ₁₁ 4.2054×10^-5 Ｃ₁₃ -2.4741×10^-4 Ｃ₁₅ 1.2247×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.70 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 2.56 α 50.33 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -10.28 Ｚ 4.49 α -53.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -7.97 Ｚ -0.02 α -1.72 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -4.97 Ｚ 6.85 α 22.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -4.89 Ｚ 7.03 α 22.94 β 0.00 γ 0.00 。 実施例１（ゴースト、フレア光光路） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り面） 2 -25.92 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ∞ （ＲＬＳ） 偏心(5) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(4) 1.5254 56.2 7 ∞ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＦＦＳ Ｃ₄ -4.2790×10^-3 Ｃ₆ -2.1512×10^-5 Ｃ₈ -3.9503×10^-4 Ｃ₁₀ -4.7529×10^-5 Ｃ₁₁ 7.9906×10^-5 Ｃ₁₃ 1.8547×10^-4 Ｃ₁₅ -3.3216×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.6473×10^-2 Ｃ₆ -1.8570×10^-2 Ｃ₈ 1.1690×10^-4 Ｃ₁₀ 2.9584×10^-4 Ｃ₁₁ 1.0690×10^-5 Ｃ₁₃ -1.8394×10^-4 Ｃ₁₅ 1.7583×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.3455×10^-2 Ｃ₆ 3.7734×10^-3 Ｃ₈ 6.5287×10^-4 Ｃ₁₀ 7.6336×10^-4 Ｃ₁₁ 4.2054×10^-5 Ｃ₁₃ -2.4741×10^-4 Ｃ₁₅ 1.2247×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.70 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 2.56 α 50.33 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -10.28 Ｚ 4.49 α -53.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -7.97 Ｚ -0.02 α -1.72 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -4.97 Ｚ 6.85 α 22.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -4.89 Ｚ 7.03 α 22.94 β 0.00 γ 0.00 。

【００６７】 実施例２（結像光路） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り面） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ 偏心(2) 6 ∞ 1.60 偏心(4) 1.5163 64.1 7 ∞ 2.02 1.5163 64.1 8 ∞ 0.75 1.4875 70.2 9 ∞ 1.21 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -2.0221×10^-2 Ｃ₆ 1.3484×10^-3 Ｃ₁₀ -1.7013×10^-3 Ｃ₁₁ -1.3132×10^-4 Ｃ₁₃ -8.4459×10^-5 Ｃ₁₅ 1.3463×10^-4 Ｃ₁₇ 2.2832×10^-5 Ｃ₁₉ -1.1349×10^-4 Ｃ₂₁ -7.7263×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.6037×10^-5 Ｃ₆ 3.1918×10^-5 Ｃ₈ 1.5031×10^-4 Ｃ₁₀ 9.8923×10^-7 Ｃ₁₁ 7.1861×10^-6 Ｃ₁₃ 1.2396×10^-5 Ｃ₁₅ 2.2458×10^-5 Ｃ₁₇ 9.0568×10^-6 Ｃ₁₉ -3.3531×10^-6 Ｃ₂₁ -1.7864×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.1979×10^-2 Ｃ₆ 2.1856×10^-2 Ｃ₈ 1.4788×10^-4 Ｃ₁₀ 2.6100×10^-4 Ｃ₁₁ 2.2069×10^-5 Ｃ₁₃ 4.0424×10^-5 Ｃ₁₅ 2.9818×10^-5 Ｃ₁₇ 3.9497×10^-6 Ｃ₁₉ 1.8906×10^-6 Ｃ₂₁ 2.1576×10^-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.73 α 21.90 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.66 Ｚ 6.60 α -43.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 6.57 Ｚ 7.06 α -77.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -2.37 Ｚ 10.80 α -63.30 β 0.00 γ 0.00 。

【００６８】 実施例２（ゴースト、フレア光光路） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り面） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2 7 ＦＦＳ（ＲＬＳ） 偏心(1) 1.5254 56.2 8 ＦＦＳ 偏心(2) 9 ∞ 1.60 偏心(4) 1.5163 64.1 10 ∞ 2.02 1.5163 64.1 11 ∞ 0.75 1.4875 70.2 12 ∞ 1.21 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -2.0221×10^-2 Ｃ₆ 1.3484×10^-3 Ｃ₁₀ -1.7013×10^-3 Ｃ₁₁ -1.3132×10^-4 Ｃ₁₃ -8.4459×10^-5 Ｃ₁₅ 1.3463×10^-4 Ｃ₁₇ 2.2832×10^-5 Ｃ₁₉ -1.1349×10^-4 Ｃ₂₁ -7.7263×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.6037×10^-5 Ｃ₆ 3.1918×10^-5 Ｃ₈ 1.5031×10^-4 Ｃ₁₀ 9.8923×10^-7 Ｃ₁₁ 7.1861×10^-6 Ｃ₁₃ 1.2396×10^-5 Ｃ₁₅ 2.2458×10^-5 Ｃ₁₇ 9.0568×10^-6 Ｃ₁₉ -3.3531×10^-6 Ｃ₂₁ -1.7864×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.1979×10^-2 Ｃ₆ 2.1856×10^-2 Ｃ₈ 1.4788×10^-4 Ｃ₁₀ 2.6100×10^-4 Ｃ₁₁ 2.2069×10^-5 Ｃ₁₃ 4.0424×10^-5 Ｃ₁₅ 2.9818×10^-5 Ｃ₁₇ 3.9497×10^-6 Ｃ₁₉ 1.8906×10^-6 Ｃ₂₁ 2.1576×10^-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.73 α 21.90 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.66 Ｚ 6.60 α -43.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 6.57 Ｚ 7.06 α -77.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -2.37 Ｚ 10.80 α -63.30 β 0.00 γ 0.00 。

【００６９】なお、本発明において、偏心プリズム１０
等からなる結像光学系の物体側あるいは像側に挿入する
ルーバー１としては、図３に示すように、透明フィルム
２の中に微細な遮光壁３を１次元方向へ周期的に挟み込
んでなる１次元方向のルーバー１を配置し、例えば図１
のような配置の場合は、Ｙ−Ｚ面内の最大画角θ_max以
上の入射角のゴーストやフレアーの原因となる不要光を
除去するものとしたが、その面と直交するＸ−Ｚ面内の
最大画角θ_max 以上の入射光もゴーストやフレアーの原
因となることがある。そのような場合は、結像光学系の
物体側あるいは像側に挿入するルーバー１としては、図
３に示すような１次元方向の所定画角外の光を除去する
ルーバーを２枚用い、それらの除去方向が相互に直交す
るように組み合わせて用いるか、透明フィルムの中に微
細な遮光壁を直交する２次元方向へ周期的に挟み込んで
なる２次元方向のルーバーを用いることが望ましい。

【００７０】ところで、物体側あるいは像側にルーバー
１を配置して本発明の結像光学系として用いる偏心プリ
ズムとしては、上記の実施例１〜２のようなプリズム１
０に限られるものではない。図５〜図１２にその例を示
す。

【００７１】図５の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳（絞り）３１
を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズム
Ｐに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４に入
射して屈折されて、像面３６に結像する。図５の場合に
は、入射瞳３１近傍にルーバー１を挿入するものとして
いる。もちろん、第３面３４と像面３６の間に配置する
ようにしてもよい。

【００７２】図６の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
（絞り）３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折
してプリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第
３面３４で内部反射し、第４面３５に入射して屈折され
て、像面３６に結像する。図６の場合には、入射瞳３１
近傍にルーバー１を挿入するものとしている。もちろ
ん、第４面３５と像面３６の間に配置するようにしても
よい。

【００７３】図７の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
（絞り）３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折
してプリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第
３面３４に入射して全反射し、第４面３５に入射して内
部反射し、再び第３面３４に入射して今度は屈折され
て、像面３６に結像する。図７の場合には、第３面３４
と像面３６の間にルーバー１を挿入するものとしてい
る。もちろん、入射瞳３１近傍に配置するようにしても
よい。

【００７４】図８の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳（絞り）３１
を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズム
Ｐに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４で内
部反射し、再び第１面３２に入射して今度は全反射し、
再び第２面３３に入射して今度は屈折されて、像面３６
に結像する。図８の場合には、第２面３３と像面３６の
間にルーバー１を挿入するものとしている。もちろん、
入射瞳３１近傍に配置するようにしてもよい。

【００７５】図９の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
（絞り）３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折
してプリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第
３面３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射
して内部反射し、第４面３５に入射して屈折されて、像
面３６に結像する。図９の場合には、第４面３５と像面
３６の間にルーバー１を挿入するものとしている。もち
ろん、入射瞳３１近傍に配置するようにしてもよい。

【００７６】図１０の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳（絞り）３１を通って入射した光は、第１面３２で
屈折してプリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射
し、第３面３４に入射して内部反射し、第２面３３に再
度入射して内部反射し、第４面３５に入射して内部反射
し、第２面３３に再度入射して今度は屈折されて、像面
３６に結像する。図１０の場合には、入射瞳３１近傍に
ルーバー１を挿入するものとしている。もちろん、第２
面３３と像面３６の間に配置するようにしてもよい。

【００７７】図１１の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳（絞り）
３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリ
ズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面
３２に入射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射
し、三たび第１面３２に入射して全反射し、第３面３４
に再度入射して今度は屈折されて、像面３６に結像す
る。図１１の場合には、第３面３４と像面３６の間にル
ーバー１を挿入するものとしている。もちろん、入射瞳
３１近傍に配置するようにしてもよい。

【００７８】図１２の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、再び第３面３４に入
射して内部反射し、四たび第１面３２に入射して今度は
屈折されて、像面３６に結像する。図１２の場合には、
入射瞳３１位置に絞り兼用のルーバー１’（図３のよう
なルーバー１を絞りの開口に設けてなるもの）を挿入す
るものとしている。もちろん、絞りとは別にその近傍に
ルーバー１を挿入するものとしてもよいし、第１面３２
と像面３６の間にルーバー１を配置するようにしてもよ
い。

【００７９】以上のような本発明によるルーバーを用い
た結像光学系は、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
装置や、物体像を観察光学系を通して観察する観察装置
に用いることが可能である。具体的には、銀塩カメラ、
デジタルカメラ、ＶＴＲカメラ、顕微鏡、頭部装着型画
像表示装置、内視鏡、プロジェクター等がある。以下
に、その実施形態を例示する。

【００８０】その一例として、まず、図１３に頭部装着
型で両眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した
状態を、図１４にその断面図を示す。この構成は、２個
の偏心プリズム１０、２０からなる観察光学系１００を
用いており、偏心プリズム１０は第１面１１から第４面
１４からなり、偏心プリズム２０は第１面２１から第３
面２３からなり、この観察光学系１００の像面に画像表
示素子１０１を配置して、偏心プリズム１０と偏心プリ
ズム２０の間にその中間像２５を形成し、偏心プリズム
２０でその中間像２５の像を略無限遠に結像している。
この観察光学系１００では、中間像２５を形成する偏心
プリズム１０の第１面１１と画像表示素子１０１の間に
ルーバー１を配置してゴーストやフレアの原因となる不
要光を除去している。

【００８１】そして、このような観察光学系１００と画
像表示素子１０１からなる組みを左右一対用意し、それ
らを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼で観
察できる据え付け型又は頭部装着型画像表示装置のよう
なポータブル型の画像表示装置１０２として構成されて
いる。

【００８２】すなわち、表示装置本体１０２には、前記
のような観察光学系１００が左右一対備えられ、それら
に対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子１
０１が配置されている。そして、表示装置本体１０２に
は、図１３に示すように、左右に連続して図示のような
側頭フレーム１０３が設けられ、表示装置本体１０２を
観察者の眼前に保持できるようになっている。なお、各
画像表示装置１０２の観察光学系１００の偏心プリズム
２０の第３面２３を保護するために、図１４に示すよう
に、観察光学系１００の射出瞳と第３面２３の間にカバ
ー部材９１が配置されている。このカバー部材９１とし
ては、平行平面板、正レンズあるいは負レンズの何れを
用いてもよい。

【００８３】また、側頭フレーム１０３にはスピーカ１
０４が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞く
ことができるようになっている。このようにスピーカ１
０４を有する表示装置本体１０２には、映像音声伝達コ
ード１０５を介してポータブルビデオカセット等の再生
装置１０６が接続されているので、観察者はこの再生装
置１０６を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保
持して、映像音響を楽しむことができるようになってい
る。図１３の符号１０７は再生装置１０６のスイッチ、
ボリューム等の調節部である。なお、表示装置本体１０
２の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵
させてある。

【００８４】なお、コード１０５は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。

【００８５】さらに、上記のような観察光学系を左右何
れか一方の眼前に配置した片眼用の頭部装着型画像表示
装置に用いてもよい。図１５にその片眼装着用の画像表
示装置を観察者頭部に装着（この場合は、左眼に装着）
した状態を示す。この構成では、観察光学系１００と画
像表示素子１０１からなる組み１つからなる表示装置本
体１０２が前フレーム１０８の対応する眼の前方位置に
取り付けられ、その前フレーム１０８には左右に連続し
て図示のような側頭フレーム１０３が設けられており、
表示装置本体１０２を観察者の片眼前に保持できるよう
になっている。その他の構成は図１３の場合と同様であ
り、説明は省く。

【００８６】また、図１６〜図１８は、本発明による結
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１６は電子カメラ４
０の外観を示す前方斜視図、図１７は同後方斜視図、図
１８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４
６、液晶表示モニター４７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４８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、ＣＣ
Ｄ４９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。

【００８７】さらに、ファインダー用光路４４上には、
ファインダー用対物光学系５３が配置されており、この
ファインダー用対物光学系５３は、カバーレンズ５４、
絞り５、第１プリズム１０、第２プリズム２０、フォー
カス用レンズ９２からなり、絞り５から第２プリズム２
０までの結像光学系として第１プリズム１０と第２プリ
ズム２０からなる結像光学系を用いている。また、カバ
ー部材として用いられているカバーレンズ５４は、負の
パワーを有するレンズであり、画角を拡大している。ま
た、第２プリズム２０の後方に配置されているフォーカ
ス用レンズ９２は光軸の前後方向へ位置調節可能になっ
ており、ファインダー用対物光学系５３のピント調節に
用いられる。第１プリズム１０は第１面から第３面から
なり、第２プリズム２０は第１面から第４面からなり、
第１プリズム１０と第２プリズム２０の間に中間像２５
を形成し、第２プリズム２０でその中間像２５の像を結
像面９０に結像している。このファインダー用対物光学
系５３によって結像面９０上に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。そして、第１プリズム１０の物体側
で絞り５近傍にルーバー１が配置され、ゴーストやフレ
アの原因となる不要光を除去している。

【００８８】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。

【００８９】なお、図１８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
明のプリズムからなる結像光学系を用いることも当然可
能である。

【００９０】次に、図１９は、本発明による結像光学系
を電子カメラ４０の撮影部の対物光学系４８と接眼光学
系５９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４
８は、第１プリズム１０と第２プリズム２０からなる結
像光学系を用いている。第１プリズム１０は第１面から
第３面からなり、第２プリズム２０は第１面から第４面
からなり、第１プリズム１０と第２プリズム２０の間に
中間像２５を形成している。そして、その結像光学系の
第１プリズム１０と第２プリズム２０の間にルーバー１
が配置されており、また、第１プリズム１０と第２プリ
ズム２０の間と、第２プリズム２０とＣＣＤ４９の間に
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が配置されており、この撮影用対物光学系４８
により形成された物体像は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、Ｃ
ＣＤ４９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、第１プリズム１０と第２プ
リズム２０からなり、この第１プリズム１０による中間
像２５の近傍にもルーバー１が配置されている。なお、
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、２０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。

【００９１】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８、接眼光学系５９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。

【００９２】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。

【００９３】ここで、カバー部材を設けずに、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。

【００９４】次に、図２０は、本発明による結像光学系
を電子内視鏡の観察系の対物光学系８２、接眼光学系８
７に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、観
察系の対物光学系８２は第１プリズム１０と第２プリズ
ム２０からなる結像光学系を用いており、接眼光学系８
７も第１プリズム１０と第２プリズム２０からなる光学
系を用いている。何れも第１プリズム１０と第２プリズ
ム２０の間に中間像２５を形成しており、その中間像２
５の近傍にルーバー１が配置されている。この電子内視
鏡は、図２０（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７７と、例えば図１３に示した
ような頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ）７８と共に構
成されており、電子内視鏡７１の挿入部７９の先端部８
０と、その接眼部８１は、図２０（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８８を通って照明用対物光学系８
９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８５を介して、観察用対物光学
系８２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８３を介してＣＣＤ８４の撮像面上に形成され
る。さらに、この物体像は、ＣＣＤ８４によって映像信
号に変換され、その映像信号は、図２０（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。また、ＨＭＤ７８の画像表示
素子１０１（図１４）に表示されＨＭＤ７８の装着者に
表示される。同時に、ＣＣＤ８４によって変換された映
像信号は接眼部８１の液晶表示素子（ＬＣＤ）８６上に
電子像として表示され、その表示像は接眼光学系８７を
経て観察者眼球Ｅに導かれる。

【００９５】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、対物光学系８０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。

【００９６】以上の本発明のルーバーを用いた結像光学
系は例えば次のように構成することができる。

【００９７】〔１〕 物体の像を結像する結像光学系に
おいて、物体から像面に至る光路中の何れかの位置に光
束の入射角を制限するルーバーが配置されていることを
特徴とするルーバーを用いた結像光学系。

【００９８】〔２〕 前記結像光学系が主光線に対して
透過面と反射面を有するものであることを特徴とする上
記１記載のルーバーを用いた結像光学系。

【００９９】〔３〕 前記結像光学系が、主光線に対す
る光学作用面として入射面、射出面、反射面を有し、内
部を屈折率が１より大きな透明媒質で満たしたプリズム
を含むことを特徴とする上記２記載のルーバーを用いた
結像光学系。

【０１００】〔４〕 ルーバーをプリズムの入射面若し
くはそれよりも物体側に配したことを特徴とする上記３
記載のルーバーを用いた結像光学系。

【０１０１】〔５〕 ルーバーを結像光学系の最も物体
側に配したことを特徴とする上記１から４の何れか１項
記載のルーバーを用いた結像光学系。

【０１０２】〔６〕 ルーバーをプリズムの射出面若し
くはそれよりも像側に配したことを特徴とする上記３記
載のルーバーを用いた結像光学系。

【０１０３】〔７〕 ルーバーを像面若しくはその近傍
に配したことを特徴とする上記１から３、６の何れか１
項記載のルーバーを用いた結像光学系。

【０１０４】〔８〕 前記結像光学系が明るさ絞りを有
し、前記明るさ絞りとルーバーの面までの距離をＬ、結
像光学系全系の焦点距離をｆとしたときに、 ０≦Ｌ／ｆ≦０．１ ・・・（１） となる位置にルーバーを配したことを特徴とする上記１
から７の何れか１項記載のルーバーを用いた結像光学
系。

【０１０５】

〔９〕 前記反射面がパワーを有すること
を特徴とする上記２から８の何れか１項記載のルーバー
を用いた結像光学系。

【０１０６】〔１０〕 物体の像を結像する正規の主光
線の光路順に、少なくともそれぞれ独立した反射面Ａ、
反射面Ｂ、透過作用のみの射出面を介し像面に至り、か
つ、反射面Ａへの入射主光線と反射面Ｂからの反射主光
線が交叉あるいは相互にねじれの関係となることを特徴
とする上記２から９の何れか１項記載のルーバーを用い
た結像光学系。

【０１０７】〔１１〕 物体の像を結像する正規の主光
線の光路順に、入射面より入射し、少なくとも反射と透
過作用を有する反射透過兼用面にて反射し、反射面にて
反射し、前記反射透過兼用面の射出面を透過して像面に
至ることを特徴とする上記２から９の何れか１項記載の
ルーバーを用いた結像光学系。

【０１０８】〔１２〕 前記結像光学系が絞りを有し、
絞り中心を通過し像面に至る物体の像を結像する全ての
正規の光線が、像面に対して９０°±２０°の範囲内で
入射するテレセントリック光学系であることを特徴とす
る上記６から１１の何れか１項記載のルーバーを用いた
結像光学系。

【０１０９】〔１３〕 結像光学系の光軸に対する、ル
ーバーの臨界透過角度をθ_t 、結像に関与する光線の
中、プリズムへの光線の入射角度の最大値をθ_max 、結
像範囲外の画角から入射しゴースト、フレアーの原因と
なる光線であって、プリズムへの入射角度の最小値をθ
_Gminとすると、 θ_max ＜θ_t ＜θ_Gmin ・・・（２） を満たすことを特徴とする上記４又は５記載のルーバー
を用いた結像光学系。

【０１１０】〔１４〕 結像光学系の光軸に対する、結
像に関与する光線の中、プリズムから射出される光線の
角度の最大値をΦ_max 、ルーバーの臨界透過角度を
θ_t 、ゴースト、フレアーの原因となる光線であって、
ルーバーへの光線の入射角度の最小値をΦ_Gminとする
と、 Φ_max ＜θ_t ＜Φ_Gmin ・・・（３） を満たすことを特徴とする上記６又は７記載のルーバー
を用いた結像光学系。

【０１１１】〔１５〕 像面上での回折による１次回折
像と０次回折像との距離をｄとし、像面に配置された固
体撮像素子の１画素のピッチをＰ_i とすると、 ０＜ｄ＜５Ｐ_i ・・・（４） を満たすことを特徴とする上記６、７又は１４記載のル
ーバーを用いた結像光学系。

【０１１２】〔１６〕 前記上記１から１５の何れか１
項記載のルーバーを用いた結像光学系を用いたことを特
徴とする光学装置。

【０１１３】〔１７〕 前記上記１から１５の何れか１
項記載のルーバーを用いた結像光学系を用いたことを特
徴とするカメラ。

【０１１４】〔１８〕 前記上記１から１５の何れか１
項記載のルーバーを用いた結像光学系を用いたことを特
徴とするデジタルカメラ。

【０１１５】〔１９〕 前記上記１から１５の何れか１
項記載のルーバーを用いた結像光学系を用いたことを特
徴とする内視鏡。

【０１１６】〔２０〕 前記上記１から１５の何れか１
項記載のルーバーを用いた結像光学系を用いたことを特
徴とする観察光学系。

【０１１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては、結像光学系の物体から像面に至る光路中の
何れかの位置に光束の入射角を制限するルーバーが配置
されているので、光学系を大型化させることなく、ゴー
ストやフレアーの原因となる不要光が光学系内部又は結
像面上へ到達することを防ぐことができる。

【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】ルーバーの構成を説明するための図である。

【図４】図３のルーバーの透過率分布を示す図である。

【図５】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な偏
心プリズムの１例を示す図である。

【図６】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な偏
心プリズムの別の例を示す図である。

【図７】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な偏
心プリズムの別の例を示す図である。

【図８】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な偏
心プリズムの別の例を示す図である。

【図９】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な偏
心プリズムの別の例を示す図である。

【図１０】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な
偏心プリズムの別の例を示す図である。

【図１１】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な
偏心プリズムの別の例を示す図である。

【図１２】本発明の結像光学系のプリズムに適用可能な
偏心プリズムの別の例を示す図である。

【図１３】本発明の結像光学系を適用する頭部装着型で
両眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態
を示す図である。

【図１４】図１３の断面図である。

【図１５】本発明の結像光学系を適用する頭部装着型で
片眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態
を示す図である。

【図１６】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１７】図１６の電子カメラの後方斜視図である。

【図１８】図１６の電子カメラの１つの構成を示す断面
図である。

【図１９】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２０】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。

【符号の説明】

１…ルーバー １’…絞り兼用のルーバー ２…透明フィルム ３…遮光壁 ５…絞り ６…光軸（軸上主光線） ７…像面 ８…不要光 １０…偏心プリズム（第１プリズム） １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 １４…第４面 １５…第５面 ２０…偏心プリズム（第２プリズム） ２１…第１面 ２２…第２面 ２３…第３面 ２５…中間像 ３１…瞳（絞り） ３２…第１面 ３３…第２面 ３４…第３面 ３５…第４面 ３６…像面 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 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…頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ） ７９…挿入部 ８０…先端部 ８１…接眼部 ８２…観察用対物光学系 ８３…フィルター ８４…ＣＣＤ ８５…カバー部材 ８６…液晶表示素子（ＬＣＤ） ８７…接眼光学系 ８８…ライトガイドファイバー束 ８９…照明用対物光学系 ９０…結像面 ９１…カバー部材 ９２…フォーカス用レンズ １００…観察光学系 １０１…画像表示素子 １０２…画像表示装置（表示装置本体） １０３…側頭フレーム １０４…スピーカ １０５…映像音声伝達コード １０６…再生装置 １０７…調節部 １０８…前フレーム Ｅ…観察者眼球 Ｐ…偏心プリズム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の像を結像する結像光学系におい
   て、物体から像面に至る光路中の何れかの位置に光束の
   入射角を制限するルーバーが配置されていることを特徴
   とするルーバーを用いた結像光学系。
2. 【請求項２】 前記結像光学系が主光線に対して透過面
   と反射面を有するものであることを特徴とする請求項１
   記載のルーバーを用いた結像光学系。
3. 【請求項３】 前記結像光学系が、主光線に対する光学
   作用面として入射面、射出面、反射面を有し、内部を屈
   折率が１より大きな透明媒質で満たしたプリズムを含む
   ことを特徴とする請求項２記載のルーバーを用いた結像
   光学系。