JP2001091834A - 偏心光学系 - Google Patents

偏心光学系

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JP2001091834A
JP2001091834A JP26381199A JP26381199A JP2001091834A JP 2001091834 A JP2001091834 A JP 2001091834A JP 26381199 A JP26381199 A JP 26381199A JP 26381199 A JP26381199 A JP 26381199A JP 2001091834 A JP2001091834 A JP 2001091834A
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Kokichi Kenno
孝吉 研野
Tetsuo Nagata
哲生 永田
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Olympus Corp
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対称面を持たない回転非対称面を３次元的に
配置して３次元偏心による偏心収差を補正した明るく小
型の偏心光学系を提供する。 【解決手段】 回転非対称面であって対称面を持たない
曲面からなり正パワーを有する光学面を少なくとも１面
含む偏心光学系１０において、入射面１１と少なくとも
３つの反射面１２〜１５と射出面１６とを備え、それら
入射面、反射面、射出面の光軸と交差する点の少なくと
も１つが同一平面内に存在しない偏心光学系。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は偏心光学系に関し、
特に、光学系が小型で、少なくとも３つの像形成に必要
な結像パワーを有する反射面が偏心して配置された偏心
光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、自由曲面等の回転非対称な曲面で
あって対称面を持たない曲面を３次元方向に偏心して配
置してなる光学系は、本出願人が特開平１０−１８６２
３７号において提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開平１０−１８６２
３７号のような従来の３次元偏心光学系では、反射面を
裏面鏡で構成する場合に、プリズムの入射面、反射面、
射出面の有効領域中の中心点あるいはその中の何れかの
点が１平面上に位置する配置となるために、各面の有効
径が干渉しあい、大きな反射面と透過面の自由な配置を
とることが不可能であった。
【０００４】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、対称面を持たな
い回転非対称面を３次元的に配置して３次元偏心による
偏心収差を補正した明るく小型の偏心光学系を提供する
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
明の偏心光学系は、回転非対称面であって対称面を持た
ない曲面からなり正パワーを有する光学面を少なくとも
１面含む偏心光学系において、入射面と少なくとも３つ
の反射面と射出面とを備え、それら入射面、反射面、射
出面の光軸と交差する点の少なくとも１つが同一平面内
に存在しないことを特徴とするものである。
【０００６】この場合に、その偏心光学系は入射面と少
なくとも３つの反射面と射出面とにより挟まれる空間が
屈折率が１より大きい媒体で満たされていることが望ま
しい。
【０００７】以下、上記の本発明の作用について説明す
る。
【０００８】本発明においては、回転非対称面を対称面
を持たない曲面から構成しているので、３次元的に偏心
した光学系により発生する回転非対称で対称面を持たな
い収差を補正することが可能になり、電子カメラの結像
光学系あるいは頭部装着型画像観察装置に用いられる接
眼光学系等に適した小型で収差の少ない偏心プリズム光
学系等を提供することが可能になる。
【０００９】以下に、本発明の構成と作用についてさら
に詳しく説明する。
【００１０】本発明の基本的な偏心光学系は、回転非対
称面であって対称面を持たない曲面からなり正パワーを
有する光学面を少なくとも１面含むことを特徴とするも
のである。
【００１１】偏心光学系を例えば頭部装着型の画像表示
装置の接眼光学系、あるいは、カメラ、内視鏡等の結像
光学系として用いる場合、デッドスペースをなくし、装
置全体をより小型化するためには、画像表示素子若しく
は結像面の位置、並びに、偏心光学系を構成する光学面
の配置位置を、装置内部でなるべくコンパクトに収まる
位置に配置する必要がある。そうなると、光学系は必然
的に３次元的に偏心した配置とならざるを得ず、回転非
対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補
正することは不可能であり、この３次元的な偏心により
発生する回転非対称な収差を補正する最良な面形状は回
転非対称面である。したがって、本発明の偏心光学系お
いては、対称面を持たない回転非対称な面であって正パ
ワーを有する面を光学系中に配置して結像と共にその回
転非対称な収差の補正を行っている。
【００１２】ここで、対称面を持たない回転非対称な面
として、本発明で使用する自由曲面とは以下の式で定義
されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸と
なる。
【００１３】 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。
【００１４】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。
【００１５】自由曲面項は、 ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００１６】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、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。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。したがって、本
発明で使用する自由曲面の少なくも１面は、Ｘの奇数次
項の少なくとも１項、Ｙの奇数次項の少なくとも１項は
０でないものとする。
【００１７】また、上記対称面を持たない回転非対称な
面である自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ
多項式により定義できる。この面の形状は以下の式
（ｂ）により定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅ
ｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。
【００１８】 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） ただし、Ｄm （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００１９】上記定義式は、対称面を持たない回転非対
称の例示のために示したものであり、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。
【００２０】また、本発明の偏心光学系は、少なくとも
３つの反射面を有するものである。入射面と射出面の間
に反射面が３面以上あると、入射面に入射する光軸と射
出面から出る光軸を略平行で同じ方向に進むようにしよ
うとする場合に、その面間の反射面の配置の自由度が高
まり、また、光路を引き回すことができるので、入射面
と射出面の有効領域を広くとることができると共に、偏
心光学系の体積を小さくでき、明るく小型の偏心光学系
を構成することが可能となる。
【００２１】また、入射面と少なくとも３つの反射面と
射出面とにより挟まれる空間が屈折率が１より大きい媒
体で満たされていることが望ましい。
【００２２】これらの反射面は、アルミニウム又は銀等
の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層
膜の形成された反射面で構成することが好ましい。金属
薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得る
ことが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長
選択性や半透過面、吸収の少ない反射膜を形成する場合
に有利となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の偏心光学系の数値
実施例１〜４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。
【００２４】実施例１〜４の各面の配置と光路を模式的
にそれぞれ図１〜図４に示す。これらの図においては、
図示を簡単化するために、光学系を構成する入射面、反
射面、射出面の各面を平面で表してある。また、それら
の有効領域も光軸近傍のみを示してある。ここで、光軸
とは、物体中心を射出し、絞り中心を通過し、結像面中
心に到達する光線を光軸とする。
【００２５】そして、各面の偏心は、基準面（後記の構
成パラメータの表中では（ＲＰ）で表記してある。）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、基準面の中心を通る光線方向（光軸方向）をＺ軸の
正方向とし、また、傾き角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、傾き角γの正はＺ軸の正
方向に対して時計回りを意味する。
【００２６】ここで、偏心量Ｘ，Ｙ，Ｚと、傾き角α，
β，γの取り方は、次のような順序で行う。すなわち、
図１４に示すように、最初に座標系のＸ，Ｙ，Ｚの平行
移動を行う。ここで、移動前の座標系を（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）、移動後の座標系を（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）で表して
ある。以後同じ。
【００２７】次に、新しい座標の回転α，β，γを順に
行う。まず、図１５（ａ）に示すように、Ｘ軸を中心に
Ｙ軸、Ｚ軸をαだけ回転する。その後、図（ａ）で回転
した座標のＹ軸を中心にＸ軸、Ｚ軸をβだけ回転する。
最後に、図（ｂ）で回転した座標のＺ軸を中心にＸ軸、
Ｙ軸をγだけ回転する。回転後の座標系（Ｘ’，Ｙ’，
Ｚ’）のＺ’軸がその面を定義する式のＺ軸となり、
Ｙ’軸がＹ軸となり、Ｚ’軸がＺ軸となる。
【００２８】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、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。
【００２９】また、各実施例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。
【００３０】なお、データの記載されていない非球面に
関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５
８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの
単位はｍｍである。
【００３１】以下の実施例１〜３は、焦点距離５ｍｍ、
水平画角５２．６２°、垂直４０．６８°で、３５ｍｍ
カメラ換算で３５ｍｍの焦点距離のレンズに相当する。
入射瞳径はφ１．１５５８ｍｍで、Ｆナンバーは４．
３、像高は２．４５１×１．８３８ｍｍである。実施例
４は、焦点距離６ｍｍ、水平画角５０．２２°、垂直３
８．３０°で、３５ｍｍカメラ換算で３７ｍｍの焦点距
離のレンズに相当する。入射瞳径はφ２．１４３ｍｍ
で、Ｆナンバーは２．８、像高は２．８１２×２．０８
３ｍｍである。また、実施例３と実施例４は光路中に中
間像を形成する光学系である。
【００３２】図１は実施例１の面配置と光軸を示す図で
あり、この偏心プリズム光学系１０は６つの曲面１１〜
１６からなるもので、第１面１１は入射面で、偏心プリ
ズムへの入射屈折面である。第２面１２〜第５面１５ま
では反射面で裏面鏡となっている。第６面１６は射出面
で、偏心プリズムからの射出屈折面である。
【００３３】物体からの光線は、第１面１１から入射
し、第２面１２から第５面１５で順に反射され、第６面
１６から射出して像面に結像する。
【００３４】光軸の進行方向については、第１面１１に
入射する光軸と第６面１６から射出する光軸は平行で同
じ方向に進むものであり、第２面１２で反射された光軸
から第５面１５に入射する光軸までは同じ平面内にあ
り、その平面の表側から第２面１２に入射する光軸が入
り、その平面の反対側から第５面１５で反射された光軸
が出る面配置となっている。
【００３５】図２は実施例２の面配置と光軸を示す図で
あり、この偏心プリズム光学系１０は６つの曲面１１〜
１６からなるもので、第１面１１は入射面で、偏心プリ
ズムへの入射屈折面である。第２面１２〜第５面１５ま
では反射面で裏面鏡となっている。第６面１６は射出面
で、偏心プリズムからの射出屈折面である。
【００３６】物体からの光線は、第１面１１から入射
し、第２面１２から第５面１５で順に反射され、第６面
１６から射出して像面に結像する。
【００３７】光軸の進行方向については、第１面１１に
入射する光軸と第６面１６から射出する光軸は平行で同
じ方向に進むものであり、第３面１３に入射する光軸と
第３面１３で反射された光軸を含む平面の表側から第２
面１２に入射する光軸が入り、第４面１４で反射され第
５面１５に入射する光軸はその平面の表側へ出て、第５
面１５で反射された光軸はその平面の表側に向けて進む
面配置となっており、さらに、第２面１２に入射する光
軸と第２面１２で反射された光軸を含む平面の一方の側
に第３面１３から第６面１６に至る光軸が存在する面配
置になっている。
【００３８】図３は実施例３の面配置と光軸を示す図で
あり、この偏心プリズム光学系１０は６つの曲面１１〜
１６からなるもので、第１面１１は入射面で、偏心プリ
ズムへの入射屈折面である。第２面１２〜第５面１５ま
では反射面で裏面鏡となっている。第６面１６は射出面
で、偏心プリズムからの射出屈折面である。
【００３９】物体からの光線は、第１面１１から入射
し、第２面１２から第５面１５で順に反射され、第６面
１６から射出して像面に結像する。
【００４０】光軸の進行方向については、第１面１１に
入射する光軸と第６面１６から射出する光軸は平行で同
じ方向に進むものであり、第３面１３に入射する光軸と
第３面１３で反射された光軸を含む平面の表側から第２
面１２に入射する光軸が入り、第４面１４で反射され第
５面１５に入射する光軸はその平面内を通って第３面１
３に入射する光軸と交差し、第５面１５で反射された光
軸はその平面の裏側に出る面配置となっており、さら
に、第２面１２に入射する光軸と第２面１２で反射され
た光軸を含む平面の一方の側に第４面１４に入射する光
軸が位置し、第４面１４で反射された光軸がその平面に
交差して他方の側に至って第５面１５に入射する面配置
になっている。
【００４１】図４は実施例４の面配置と光軸を示す図で
あり、この偏心プリズム光学系１０は８つの曲面１１〜
１８からなるもので、第１面１１は入射面で、偏心プリ
ズムへの入射屈折面である。第２面１２〜第７面１７ま
では反射面で裏面鏡となっている。第８面１８は射出面
で、偏心プリズムからの射出屈折面である。
【００４２】物体からの光線は、第１面１１から入射
し、第２面１２から第７面１７で順に反射され、第８面
１８から射出して像面に結像する。
【００４３】光軸の進行方向については、第１面１１に
入射する光軸と第８面１８から射出する光軸は平行で同
じ方向に進むものであり、第３面１３に入射する光軸と
第３面１３で反射された光軸で囲まれる平面と、第６面
１６に入射する光軸と第６面１６で反射された光軸で囲
まれる平面とが交差することのない面配置になってい
る。
【００４４】以下に上記実施例１〜4 の構成パラメータ
を示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＳ”
は反射面、“ＲＰ”は基準面を示す。
【００４５】 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 ＦＦＳ（ＲＰ１） 1.5254 55.8 2 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(1) 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ（絞り面） 偏心(2) 1.5254 55.8 （ＲＳ） 4 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(4) 1.5254 55.8 6 ＦＦＳ 偏心(5) 7 ∞ （ＲＰ２） 1.00 偏心(5) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 3.1749×10-3 Ｃ6 2.0171×10-2 ＦＦＳ Ｃ4 5.1464×10-3 Ｃ5 -1.5386×10-3 Ｃ6 4.7117×10-3 Ｃ7 -1.4403×10-3 Ｃ8 4.1950×10-4 Ｃ9 -4.9966×10-4 Ｃ10 -5.1735×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -6.0434×10-4 Ｃ5 3.9485×10-4 Ｃ6 6.2732×10-3 Ｃ7 -1.5605×10-3 Ｃ8 8.1613×10-4 Ｃ9 -1.7475×10-3 Ｃ10 -1.9456×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -1.9748×10-2 Ｃ5 6.0908×10-3 Ｃ6 -1.3620×10-2 Ｃ7 -6.4377×10-4 Ｃ8 2.7612×10-4 Ｃ9 -1.6499×10-3 Ｃ10 1.5901×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -6.1278×10-3 Ｃ5 9.0012×10-3 Ｃ6 2.2363×10-2 Ｃ7 2.2421×10-4 Ｃ8 -5.1738×10-4 Ｃ9 1.0763×10-3 Ｃ10 3.1545×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -1.0867×10-1 Ｃ6 1.1900×10-1 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 2.00 α 45.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ -5.00 Ｚ 2.00 α 90.00 β -45.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 5.00 Ｙ -5.00 Ｚ 2.00 α 90.00 β 225.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 5.00 Ｙ 0.00 Ｚ 2.00 α -45.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 5.00 Ｙ 0.00 Ｚ 6.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【００４６】 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 ＦＦＳ（ＲＰ１） 1.5254 55.8 2 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(1) 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 55.8 4 ∞ （絞り面） 偏心(3) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(4) 1.5254 55.8 6 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(5) 1.5254 55.8 7 ＦＦＳ 偏心(6) 8 ∞ （ＲＰ２） 0.99 偏心(7) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 4.5929×10-2 Ｃ6 3.2340 ×10-2 ＦＦＳ Ｃ4 4.3617×10-2 Ｃ5 1.4401×10-2 Ｃ6 1.5845×10-2 Ｃ7 -1.6202×10-3 Ｃ8 -6.9140×10-4 Ｃ9 1.1917×10-3 Ｃ10 8.2412×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 2.0784×10-2 Ｃ5 1.5947×10-2 Ｃ6 6.6222×10-3 Ｃ7 -9.6845×10-5 Ｃ8 6.2450×10-5 Ｃ9 9.9200×10-4 Ｃ10 1.1544×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -9.1776×10-3 Ｃ5 -1.2572×10-2 Ｃ6 -5.1640×10-3 Ｃ7 -1.2099×10-3 Ｃ8 1.1907×10-3 Ｃ9 -7.8282×10-4 Ｃ10 6.3541×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 2.4246×10-2 Ｃ5 -5.6935×10-3 Ｃ6 1.8503×10-2 Ｃ7 3.6614×10-4 Ｃ8 -1.5208×10-6 Ｃ9 -3.3418×10-4 Ｃ10 1.5761×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 1.1769×10-1 Ｃ6 4.3534×10-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.00 α 31.77 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ -8.04 Ｚ 1.00 α 43.56 β -33.75 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 3.50 Ｙ -8.04 Ｚ 3.00 α 0.00 β -60.26 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 7.00 Ｙ -8.04 Ｚ 6.00 α 137.47 β 215.31 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 7.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.00 α -30.73 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 7.00 Ｙ 0.00 Ｚ 6.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 7.00 Ｙ 0.00 Ｚ 6.00 α 0.00 β 0.00 γ 98.48 。
【００４７】 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 ∞ （絞り面） （ＲＰ１） 2 ＦＦＳ 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(1) 1.5254 55.8 4 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 55.8 6 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(4) 1.5254 55.8 7 ＦＦＳ 偏心(5) 8 ∞ （ＲＰ２） 1.00 偏心(6) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -1.8375×10-2 Ｃ6 1.4033×10-1 ＦＦＳ Ｃ4 -2.2293×10-2 Ｃ5 2.1924×10-2 Ｃ6 -3.9952×10-2 Ｃ7 2.1019×10-3 Ｃ8 2.9617×10-3 Ｃ9 -6.2341×10-4 Ｃ10 2.2199×10-3 Ｃ11 -3.3318×10-5 Ｃ12 2.4098×10-4 Ｃ13 1.0247×10-3 Ｃ14 4.7818×10-4 Ｃ15 2.0648×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 3.4120×10-2 Ｃ5 -2.2426×10-2 Ｃ6 1.4133×10-2 Ｃ7 2.4639×10-3 Ｃ8 2.5496×10-3 Ｃ9 -8.7082×10-4 Ｃ10 6.0977×10-4 Ｃ11 -1.9401×10-4 Ｃ12 -3.0875×10-4 Ｃ13 1.1466×10-3 Ｃ14 -3.7110×10-4 Ｃ15 7.8889×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -5.0907×10-2 Ｃ5 -1.1834×10-2 Ｃ6 -4.1592×10-2 Ｃ7 1.4998×10-3 Ｃ8 8.6595×10-4 Ｃ9 7.5338×10-4 Ｃ10 1.2364×10-5 Ｃ11 1.5483×10-4 Ｃ12 1.4783×10-5 Ｃ13 -1.9973×10-4 Ｃ14 -6.9225×10-6 Ｃ15 -7.3612×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 3.3646×10-2 Ｃ5 5.5435×10-2 Ｃ6 2.4099×10-2 Ｃ7 1.7713×10-3 Ｃ8 -4.6530×10-3 Ｃ9 -1.9167×10-3 Ｃ10 -2.5902×10-3 Ｃ11 -2.0645×10-5 Ｃ12 -3.6449×10-4 Ｃ13 4.8859×10-4 Ｃ14 9.6423×10-4 Ｃ15 4.9063×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 1.3158×10-1 Ｃ6 -5.3652×10-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 4.00 α 20.10 β 18.97 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 4.00 Ｙ -4.00 Ｚ 0.00 α 24.20 β 42.37 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -4.00 Ｚ 4.00 α -24.20 β 42.37 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 4.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -20.10 β 18.97 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 4.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 4.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.00 α 0.00 β 0.00 γ 11.05 。
【００４８】 実施例４ 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） （ＲＰ１） 2 ＦＦＳ 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(1) 1.5254 55.8 4 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 55.8 6 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(4) 1.5254 55.8 7 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(5) 1.5254 55.8 8 ＦＦＳ（ＲＳ） 偏心(6) 1.5254 55.8 9 ∞ 偏心(7) 10 ∞ （ＲＰ２） 0.48 偏心(7) 11 ∞ 0.55 1.5230 55.0 12 ∞ 0.70 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 7.2564×10-2 Ｃ6 -2.9165×10-2 ＦＦＳ Ｃ4 -2.2246×10-2 Ｃ5 -6.9778×10-3 Ｃ6 -1.8133×10-2 Ｃ7 -1.4510×10-4 Ｃ8 -5.7940×10-3 Ｃ9 -7.5289×10-5 Ｃ10 1.3781×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 3.2080×10-2 Ｃ5 1.8755×10-3 Ｃ6 2.6992×10-2 Ｃ7 1.9288×10-4 Ｃ8 1.7004×10-3 Ｃ9 6.7255×10-5 Ｃ10 -2.5866×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 9.9382×10-3 Ｃ5 1.8698×10-2 Ｃ6 -4.7370×10-3 Ｃ7 -2.6072×10-4 Ｃ8 -1.2928×10-3 Ｃ9 -5.2521×10-5 Ｃ10 -2.0405×10-3 Ｃ12 8.0073×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 4.0039×10-3 Ｃ5 1.2534×10-2 Ｃ6 1.0658×10-2 Ｃ7 8.2823×10-5 Ｃ8 -6.6506×10-4 Ｃ9 -4.3071×10-6 Ｃ10 4.2022×10-4 Ｃ12 1.8872×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -2.1596×10-2 Ｃ5 6.0019×10-3 Ｃ6 -1.7510×10-2 Ｃ7 1.4740×10-4 Ｃ8 -5.2513×10-4 Ｃ9 7.9826×10-5 Ｃ10 3.3808×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 1.4717×10-3 Ｃ5 -7.2278×10-3 Ｃ6 4.3809×10-3 Ｃ7 2.2783×10-4 Ｃ8 2.1856×10-3 Ｃ9 4.5633×10-4 Ｃ10 -5.2986×10-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 7.00 α 23.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ -7.25 Ｚ 0.00 α 23.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -7.25 Ｚ 7.00 α 0.00 β 23.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 6.61 Ｙ -7.25 Ｚ 0.62 α 0.00 β 23.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 6.61 Ｙ -7.25 Ｚ 7.00 α -23.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 6.61 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -23.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 6.61 Ｙ 0.00 Ｚ 7.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【００４９】次に、上記実施例１の横収差図を図５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。
【００５０】なお、例示として、上記実施例３の第１面
１１から第６面１６の面形状を図６〜図１１の鳥瞰図に
示す。
【００５１】以上の実施例は反射面を４面以上用いたも
のであったが、本発明においては、３面の反射面を用い
ても偏心光学系を構成することができる。その例を図１
２に示す。図１２の偏心プリズム光学系１０は５つの曲
面１１〜１５からなるもので、第１面１１は入射面で、
偏心プリズムへの入射屈折面である。第２面１２〜第４
面１４までは反射面で裏面鏡となっている。第５面１５
は射出面で、偏心プリズムからの射出屈折面である。
【００５２】物体からの光線は、第１面１１から入射
し、第２面１２から第４面１４で順に反射され、第５面
１５から射出して像面に結像する。
【００５３】光軸の進行方向については、第１面１１に
入射する光軸と第５面１５から射出する光軸は平行で同
じ方向に進むものであり、第２面１２で反射された光軸
から第４面１４に入射する光軸までは同じ平面内にあ
り、その平面の表側から第２面１２に入射する光軸が入
り、その平面の反対側から第４面１４で反射された光軸
が出る面配置となっている。
【００５４】以上のような本発明の偏心光学系は、例え
ば図１３に示すような電子カメラの撮影用対物光学系２
８に用いることもできる。図１３中、（ａ）は前側から
見た電子カメラの斜視図、（ｂ）は後側から見た電子カ
メラの斜視図、（ｃ）は電子カメラの光学系を示す光路
図であり、電子カメラは、撮影用光路２２を有する撮影
光学系２１、ファインダー用光路２４を有するファイン
ダー光学系２３、シャッター２５、フラッシュ２６、液
晶表示モニター２７等を含み、ファインダー光学系２３
は、例えば対物光学系Ｏｂと、像反転光学系ＰＰと、接
眼光学系Ｏｃとからなり、視野を直視できるタイプにな
っている。なお、ファインダー光学系２３の対物光学系
Ｏｂの入射側には透明なファインダー窓カバー３１が配
置されている。
【００５５】また、撮影光学系２１は、本発明の偏心光
学系からなる撮影用対物光学系２８と、赤外線カットフ
ィルター等のフィルター２９と、撮影用対物光学系２８
の結像面に配置された電子撮像素子３０とからなり、こ
の電子撮像素子３０で撮像された被写体像あるいは記録
装置に記録された映像が液晶表示モニター２７に表示さ
れる。
【００５６】以上の本発明の偏心光学系は例えば次のよ
うに構成することができる。
【００５７】〔１〕 回転非対称面であって対称面を持
たない曲面からなり正パワーを有する光学面を少なくと
も１面含む偏心光学系において、入射面と少なくとも３
つの反射面と射出面とを備え、それら入射面、反射面、
射出面の光軸と交差する点の少なくとも１つが同一平面
内に存在しないことを特徴とする偏心光学系。
【００５８】〔２〕 前記偏心光学系は入射面と少なく
とも３つの反射面と射出面とにより挟まれる空間が屈折
率が１より大きい媒体で満たされていることを特徴とす
る上記１記載の偏心光学系。
【００５９】〔３〕 ４面以上の反射面を備えているこ
とを特徴とする上記１又は２記載の偏心光学系。
【００６０】〔４〕 入射面と４つの反射面と射出面と
を備え、その反射面を反射の順に第１から第４の反射面
とするとき、第１の反射面で反射された光軸から第４の
反射面に入射する光軸までの光軸は同じ平面内にあり、
その平面の表側から第１の反射面に入射する光軸が入
り、その平面の反対側から第４の反射面で反射された光
軸が出る面配置となっていることを特徴とする上記１か
ら３の何れか１項記載の偏心光学系。
【００６１】〔５〕 入射面と４つの反射面と射出面と
を備え、その反射面を反射の順に第１から第４の反射面
とするとき、第２の反射面に入射する光軸と第２の反射
面で反射された光軸を含む平面の表側から第１の反射面
に入射する光軸が入り、第３の反射面で反射され第４の
反射面に入射する光軸はその平面の表側へ出て、第４の
反射面で反射された光軸はその平面の表側に向けて進む
面配置となっており、かつ、第１の反射面に入射する光
軸と第１の反射面で反射された光軸を含む平面の一方の
側に第２の反射面から射出面に至る光軸が存在する面配
置になっていることを特徴とする上記１から３の何れか
１項記載の偏心光学系。
【００６２】〔６〕 入射面と４つの反射面と射出面と
を備え、その反射面を反射の順に第１から第４の反射面
とするとき、第２の反射面に入射する光軸と第２の反射
面で反射された光軸を含む平面の表側から第１の反射面
に入射する光軸が入り、第３の反射面で反射され第４の
反射面に入射する光軸はその平面内を通って第２の反射
面に入射する光軸と交差し、第４の反射面で反射された
光軸はその平面の裏側に出る面配置となっており、か
つ、第１の反射面に入射する光軸と第１の反射面で反射
された光軸を含む平面の一方の側に第３の反射面に入射
する光軸が位置し、第３の反射面で反射された光軸がそ
の平面に交差して他方の側に至って第４の反射面に入射
する面配置になっていることを特徴とする上記１から３
の何れか１項記載の偏心光学系。
【００６３】〔７〕 入射面と６つの反射面と射出面と
を備え、その反射面を反射の順に第１から第６の反射面
とするとき、第２の反射面に入射する光軸と第２の反射
面で反射された光軸で囲まれる平面と、第５の反射面に
入射する光軸と第５の反射面で反射された光軸で囲まれ
る平面とが交差することのない面配置になっていること
を特徴とする上記１から３の何れか１項記載の偏心光学
系。
【００６４】〔８〕 入射面と３つの反射面と射出面と
を備え、その反射面を反射の順に第１から第３の反射面
とするとき、第２の反射面に入射する光軸と第２の反射
面で反射された光軸を含む平面の表側から第１の反射面
に入射する光軸が入り、第３の反射面で反射され射出面
に入射する光軸はその平面の裏側へ出る面配置になって
いることを特徴とする上記１又は２記載の偏心光学系。
【００６５】
〔９〕 入射面から射出面に至る光路中に
中間像を形成することのない結像光学系として構成され
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
の偏心光学系。
【００６６】〔１０〕 入射面から射出面に至る光路中
に中間像を形成する結像光学系として構成されているこ
とを特徴とする上記１から８の何れか１項記載の偏心光
学系。
【００６７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、対称面
を持たない回転非対称面を３次元的に配置して３次元偏
心による偏心収差を補正した明るく小型の偏心光学系を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の偏心光学系の各面の配置と
光路を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施例２の偏心光学系の各面の配置と
光路を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施例３の偏心光学系の各面の配置と
光路を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施例４の偏心光学系の各面の配置と
光路を模式的に示す図である。
【図５】実施例１の横収差図である。
【図６】実施例３の第１面の面形状を示す鳥瞰図であ
る。
【図７】実施例３の第２面の面形状を示す鳥瞰図であ
る。
【図８】実施例３の第３面の面形状を示す鳥瞰図であ
る。
【図９】実施例３の第４面の面形状を示す鳥瞰図であ
る。
【図１０】実施例３の第５面の面形状を示す鳥瞰図であ
る。
【図１１】実施例３の第６面の面形状を示す鳥瞰図であ
る。
【図１２】反射面を３面用いた本発明の偏心光学系の１
例の各面の配置と光路を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の偏心光学系を適用可能な電子カメラ
を説明するための図である。
【図１４】偏心量の取り方を説明するための図である。
【図１５】傾き角の取り方を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…偏心プリズム光学系 １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 １４…第４面 １５…第５面 １６…第６面 １７…第７面 １８…第８面 ２１…撮影光学系 ２２…撮影用光路 ２３…ファインダー光学系 ２４…ファインダー用光路 ２５…シャッター ２６…フラッシュ ２７…液晶表示モニター ２８…撮影用対物光学系 ２９…フィルター ３０…電子撮像素子 ３１…ファインダー窓カバー Ｏｂ…ファインダー光学系の対物光学系 ＰＰ…ファインダー光学系の像反転光学系 Ｏｃ…ファインダー光学系の接眼光学系

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転非対称面であって対称面を持たない
    曲面からなり正パワーを有する光学面を少なくとも１面
    含む偏心光学系において、入射面と少なくとも３つの反
    射面と射出面とを備え、それら入射面、反射面、射出面
    の光軸と交差する点の少なくとも１つが同一平面内に存
    在しないことを特徴とする偏心光学系。
  2. 【請求項２】 前記偏心光学系は入射面と少なくとも３
    つの反射面と射出面とにより挟まれる空間が屈折率が１
    より大きい媒体で満たされていることを特徴とする請求
    項１記載の偏心光学系。
  3. 【請求項３】 ４面以上の反射面を備えていることを特
    徴とする請求項１又は２記載の偏心光学系。
JP26381199A 1999-09-17 1999-09-17 偏心光学系 Pending JP2001091834A (ja)

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US09/540,537 US6222688B1 (en) 1999-09-17 2000-03-31 Decentered optical system

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