JP2001166209A - 結像光学系 - Google Patents
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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- H04N23/50—Constructional details
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- H04N23/63—Control of cameras or camera modules by using electronic viewfinders
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 少ない光学素子の構成枚数、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
型化された高性能で低コストな結像光学系。 【解決手段】 絞り1と像面3との間に第1プリズム1
0と第2プリズム20とを有し、第1プリズム10は、
入射面11と、第1反射面12と、第2反射面13と、
射出面14とから構成され、第1反射面12と射出面1
4とが同一面によって兼用され、第2プリズム20が、
入射面21と、第1反射面22と、第2反射面23と、
射出面24とから構成され、第2反射面23と入射面2
1とが同一面によって兼用されている結像光学系。
の反射面を用いて光路を折り畳むことにより小型化、薄
型化された高性能で低コストな結像光学系。 【解決手段】 絞り1と像面3との間に第1プリズム1
0と第2プリズム20とを有し、第1プリズム10は、
入射面11と、第1反射面12と、第2反射面13と、
射出面14とから構成され、第1反射面12と射出面1
4とが同一面によって兼用され、第2プリズム20が、
入射面21と、第1反射面22と、第2反射面23と、
射出面24とから構成され、第2反射面23と入射面2
1とが同一面によって兼用されている結像光学系。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
【0007】また、特開平9−211331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。
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。
【0008】また、プリズム光学系を2個用いて像をリ
レーすることなく結像作用を有する光学系としては、特
開平10−68887号のものがある。これは、対物レ
ンズにより形成された像を正立させるためにダハ面を有
しており、さらには、画角が非常に狭い設計例である。
また、偏心プリズム光学系はゴースト光(迷光)の予測
が難しく、設計段階でその発生を少なく抑える必要があ
る。特に、特開平10−68887号のように、最も像
面側の面を全反射面と射出面の共通にする場合、多少異
なる入射角で光線が入ってきたとき、そのまま全反射面
を抜けて、ゴースト光やフレアとして撮像面内に光が漏
れてしまう可能性がある。
レーすることなく結像作用を有する光学系としては、特
開平10−68887号のものがある。これは、対物レ
ンズにより形成された像を正立させるためにダハ面を有
しており、さらには、画角が非常に狭い設計例である。
また、偏心プリズム光学系はゴースト光(迷光)の予測
が難しく、設計段階でその発生を少なく抑える必要があ
る。特に、特開平10−68887号のように、最も像
面側の面を全反射面と射出面の共通にする場合、多少異
なる入射角で光線が入ってきたとき、そのまま全反射面
を抜けて、ゴースト光やフレアとして撮像面内に光が漏
れてしまう可能性がある。
【0009】同様に、開口絞りより物体側にプリズムを
使用する場合、軸外光線高が高いため、プリズムの有効
面の範囲は必然的に大きく、ゴースト光が発生しやすく
なる。
使用する場合、軸外光線高が高いため、プリズムの有効
面の範囲は必然的に大きく、ゴースト光が発生しやすく
なる。
【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。
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。
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。
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】また、近年の製造技術の発展により固体撮
像素子は年々小型高精細化が進み、現状では1画素の大
きさが数μm程度となっており、特にデジタルカメラ市
場に用いられるCCD等の撮像素子はメガピクセルのも
のが主流となりつつある。今後さらに高密度化が進むた
め、より高性能のレンズが必要とされ、プリズム1個の
みでは性能を確保することが難しくなってきている。
像素子は年々小型高精細化が進み、現状では1画素の大
きさが数μm程度となっており、特にデジタルカメラ市
場に用いられるCCD等の撮像素子はメガピクセルのも
のが主流となりつつある。今後さらに高密度化が進むた
め、より高性能のレンズが必要とされ、プリズム1個の
みでは性能を確保することが難しくなってきている。
【0014】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。
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。
【0015】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。
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。
【0016】
【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、物体像を形成する結像光学系におい
て、前記結像光学系が、少なくとも絞りを有し、前記絞
りと像面との間に少なくとも第1プリズムと第2プリズ
ムとを有し、前記第1プリズムが、物体側から順に、絞
りを通過した光束をプリズム内に入射させる第1プリズ
ム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を反射する
第1プリズム第1反射面と、前記第1プリズム第1反射
面で反射された反射光束を反射する第1プリズム第2反
射面と、前記第1プリズム第2反射面で反射された反射
光束をプリズム外に射出する第1プリズム射出面とから
構成され、前記第1プリズム第1反射面と前記第1プリ
ズム射出面とが同一面によって兼用され、前記第1プリ
ズム入射面から入射した光束は、前記第1プリズム射出
面に全反射臨界角を越えて入射することによって前記第
1プリズム第1反射面として反射作用を発生させるよう
に構成され、前記第2プリズムが、前記第1プリズム射
出面から射出された光束をプリズム内に入射させる第2
プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を反
射する第2プリズム第1反射面と、前記第2プリズム第
1反射面で反射された反射光束を反射する第2プリズム
第2反射面と、前記第2プリズム第2反射面で反射され
た反射光束をプリズム外に射出する第2プリズム射出面
とから構成され、前記第2プリズム第2反射面と前記第
2プリズム入射面とが同一面によって兼用され、前記第
2プリズム第1反射面から反射された光束は、前記第2
プリズム入射面に全反射臨界角を越えて入射することに
よって前記第2プリズム第2反射面として反射作用を発
生させるように構成されていることを特徴とするもので
ある。
明の結像光学系は、物体像を形成する結像光学系におい
て、前記結像光学系が、少なくとも絞りを有し、前記絞
りと像面との間に少なくとも第1プリズムと第2プリズ
ムとを有し、前記第1プリズムが、物体側から順に、絞
りを通過した光束をプリズム内に入射させる第1プリズ
ム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を反射する
第1プリズム第1反射面と、前記第1プリズム第1反射
面で反射された反射光束を反射する第1プリズム第2反
射面と、前記第1プリズム第2反射面で反射された反射
光束をプリズム外に射出する第1プリズム射出面とから
構成され、前記第1プリズム第1反射面と前記第1プリ
ズム射出面とが同一面によって兼用され、前記第1プリ
ズム入射面から入射した光束は、前記第1プリズム射出
面に全反射臨界角を越えて入射することによって前記第
1プリズム第1反射面として反射作用を発生させるよう
に構成され、前記第2プリズムが、前記第1プリズム射
出面から射出された光束をプリズム内に入射させる第2
プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を反
射する第2プリズム第1反射面と、前記第2プリズム第
1反射面で反射された反射光束を反射する第2プリズム
第2反射面と、前記第2プリズム第2反射面で反射され
た反射光束をプリズム外に射出する第2プリズム射出面
とから構成され、前記第2プリズム第2反射面と前記第
2プリズム入射面とが同一面によって兼用され、前記第
2プリズム第1反射面から反射された光束は、前記第2
プリズム入射面に全反射臨界角を越えて入射することに
よって前記第2プリズム第2反射面として反射作用を発
生させるように構成されていることを特徴とするもので
ある。
【0017】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。
と作用について順に説明する。
【0018】上記目的を達成するための本発明の結像光
学系は、物体像を形成する結像光学系において、少なく
とも絞りを有し、絞りと像面との間に少なくとも第1プ
リズムと第2プリズムとを有するものである。
学系は、物体像を形成する結像光学系において、少なく
とも絞りを有し、絞りと像面との間に少なくとも第1プ
リズムと第2プリズムとを有するものである。
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、絞りの像面側に2つ
のプリズムを配置し、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、軸外収差の劣化が避けられない。
のプリズムを配置し、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、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、絞りと像面と
の間に少なくとも第1プリズムと第2プリズムとを有す
る構成としている。このような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。
の間に少なくとも第1プリズムと第2プリズムとを有す
る構成としている。このような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。
【0027】ところで、本発明の第1プリズムは、物体
側から順に、絞りを通過した光束をプリズム内に入射さ
せる第1プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射
光束を反射する第1プリズム第1反射面と、第1プリズ
ム第1反射面で反射された反射光束を反射する第1プリ
ズム第2反射面と、第1プリズム第2反射面で反射され
た反射光束をプリズム外に射出する第1プリズム射出面
とから構成され、第1プリズム第1反射面と第1プリズ
ム射出面とが同一面によって兼用され、第1プリズム入
射面から入射した光束は、第1プリズム射出面に全反射
臨界角を越えて入射することによって第1プリズム第1
反射面として反射作用を発生させるように構成されてい
る。そして、少なくとも第1プリズム第2反射面が、偏
心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されて
いることが望ましい。
側から順に、絞りを通過した光束をプリズム内に入射さ
せる第1プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射
光束を反射する第1プリズム第1反射面と、第1プリズ
ム第1反射面で反射された反射光束を反射する第1プリ
ズム第2反射面と、第1プリズム第2反射面で反射され
た反射光束をプリズム外に射出する第1プリズム射出面
とから構成され、第1プリズム第1反射面と第1プリズ
ム射出面とが同一面によって兼用され、第1プリズム入
射面から入射した光束は、第1プリズム射出面に全反射
臨界角を越えて入射することによって第1プリズム第1
反射面として反射作用を発生させるように構成されてい
る。そして、少なくとも第1プリズム第2反射面が、偏
心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されて
いることが望ましい。
【0028】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(光軸)とし
たとき、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。
して像面中心に到達する光線を軸上主光線(光軸)とし
たとき、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。
【0029】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。
に対し偏心させることも当然可能である。
【0030】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、第1プリ
ズムのパワー(屈折力)の大部分を担う第1プリズム第
2反射面を回転対称軸を持たない回転非対称な面にする
ことが、回転非対称な偏心収差を補正する上で好まし
い。
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、第1プリ
ズムのパワー(屈折力)の大部分を担う第1プリズム第
2反射面を回転対称軸を持たない回転非対称な面にする
ことが、回転非対称な偏心収差を補正する上で好まし
い。
【0031】ここで、回転対称軸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。
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。
【0032】 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。
項である。
【0033】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。
【0034】自由曲面項は、 ただし、Cj (jは2以上の整数)は係数である。
【0035】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。
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。
【0036】また、上記回転対称軸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、Zerni
ke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。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。
称な面である自由曲面の他の定義式として、Zerni
ke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。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。
【0037】 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。な
お、X軸方向に対称な光学系として設計するには、
D4 ,D5 ,D6 、D10,D11,D12,D13,D14,D
20,D21,D22…を利用する。
お、X軸方向に対称な光学系として設計するには、
D4 ,D5 ,D6 、D10,D11,D12,D13,D14,D
20,D21,D22…を利用する。
【0038】上記定義式は、回転対称軸を持たない回転
非対称面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。 なお、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。
非対称面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。 なお、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。
【0039】また、本発明の第2プリズムは、第1プリ
ズム射出面から射出された光束をプリズム内に入射させ
る第2プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射光
束を反射する第2プリズム第1反射面と、第2プリズム
第1反射面で反射された反射光束を反射する第2プリズ
ム第2反射面と、第2プリズム第2反射面で反射された
反射光束をプリズム外に射出する第2プリズム射出面と
から構成され、第2プリズム第2反射面と第2プリズム
入射面とが同一面によって兼用され、第2プリズム第1
反射面から反射された光束は、第2プリズム入射面に全
反射臨界角を越えて入射することによって第2プリズム
第2反射面として反射作用を発生させるように構成され
ている。そして、少なくとも第2プリズム第1反射面
が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成
されていることが、第1プリズムの場合と同様の理由で
望ましい。
ズム射出面から射出された光束をプリズム内に入射させ
る第2プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射光
束を反射する第2プリズム第1反射面と、第2プリズム
第1反射面で反射された反射光束を反射する第2プリズ
ム第2反射面と、第2プリズム第2反射面で反射された
反射光束をプリズム外に射出する第2プリズム射出面と
から構成され、第2プリズム第2反射面と第2プリズム
入射面とが同一面によって兼用され、第2プリズム第1
反射面から反射された光束は、第2プリズム入射面に全
反射臨界角を越えて入射することによって第2プリズム
第2反射面として反射作用を発生させるように構成され
ている。そして、少なくとも第2プリズム第1反射面
が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成
されていることが、第1プリズムの場合と同様の理由で
望ましい。
【0040】このような本発明の結像光学系において、
絞りの中心と像中心とを結ぶ光線を光軸とし、絞りから
第1プリズムと第2プリズムとを通過して折り返される
光軸が、略同一平面内に位置するように構成されている
ことが、設計及び製作上望ましい。
絞りの中心と像中心とを結ぶ光線を光軸とし、絞りから
第1プリズムと第2プリズムとを通過して折り返される
光軸が、略同一平面内に位置するように構成されている
ことが、設計及び製作上望ましい。
【0041】また、第1プリズムの折り返し光軸の含ま
れる平面における第1プリズム第2反射面の形状が光束
に負のパワーを与える反射面形状を有するように構成さ
れていると共に、第2プリズムの折り返し光軸の含まれ
る平面における第2プリズム第1反射面の形状が光束に
正のパワーを与える反射面形状を有するように構成され
ていることが望ましい。
れる平面における第1プリズム第2反射面の形状が光束
に負のパワーを与える反射面形状を有するように構成さ
れていると共に、第2プリズムの折り返し光軸の含まれ
る平面における第2プリズム第1反射面の形状が光束に
正のパワーを与える反射面形状を有するように構成され
ていることが望ましい。
【0042】本発明の第1プリズム、第2プリズムの形
状においては、第1プリズム第2反射面は第1プリズム
のパワーの大部分を担い、第2プリズム第1反射面は第
2プリズムのパワーの大部分を担う。したがって、第1
プリズム第2反射面の形状が光束に負のパワーを与える
反射面形状を有し、第2プリズム第1反射面の形状が光
束に正のパワーを与える反射面形状を有するような構成
とすることにより、光学系はレトロフォーカスタイプに
なり、フィルター等の光学素子を挿入するためのバック
フォーカスを確保することができるようになる。
状においては、第1プリズム第2反射面は第1プリズム
のパワーの大部分を担い、第2プリズム第1反射面は第
2プリズムのパワーの大部分を担う。したがって、第1
プリズム第2反射面の形状が光束に負のパワーを与える
反射面形状を有し、第2プリズム第1反射面の形状が光
束に正のパワーを与える反射面形状を有するような構成
とすることにより、光学系はレトロフォーカスタイプに
なり、フィルター等の光学素子を挿入するためのバック
フォーカスを確保することができるようになる。
【0043】ここで、本発明の結像光学系及びそれを構
成するプリズムのパワーを定義する。図13に示すよう
に、結像光学系Sの偏心方向をY軸方向に取った場合
に、結像光学系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、結像光学系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方向の結像光学
系SのパワーPy、結像光学系S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、結像光学系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方向の結像光学系SのパワーPxとする。同様に結像
光学系Sを構成する第1プリズム、第2プリズムのY方
向のパワーP1y,P2y、X方向のパワーP1x,P
2xが定義される。
成するプリズムのパワーを定義する。図13に示すよう
に、結像光学系Sの偏心方向をY軸方向に取った場合
に、結像光学系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、結像光学系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方向の結像光学
系SのパワーPy、結像光学系S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、結像光学系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方向の結像光学系SのパワーPxとする。同様に結像
光学系Sを構成する第1プリズム、第2プリズムのY方
向のパワーP1y,P2y、X方向のパワーP1x,P
2xが定義される。
【0044】さらに、結像光学系Sのパワーの逆数がそ
れぞれ結像光学系SのY方向の焦点距離Fy、結像光学
系SのX方向の焦点距離Fxと定義される。
れぞれ結像光学系SのY方向の焦点距離Fy、結像光学
系SのX方向の焦点距離Fxと定義される。
【0045】さて、全光学系の偏心方向がY軸方向で、
絞りの中心と像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面
とし、そのY−Z面と直交する方向をX方向とすると
き、第1プリズムのX方向、Y方向のパワーP1x,P
1y、第2プリズムのX方向、Y方向のパワーP2x,
P2y、全光学系の全体のX方向、Y方向のパワーP
x,Pyとすると、第1プリズムと第2プリズムとが、
以下の条件(1)、(2)を満足するように構成されて
いることが望ましい。
絞りの中心と像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面
とし、そのY−Z面と直交する方向をX方向とすると
き、第1プリズムのX方向、Y方向のパワーP1x,P
1y、第2プリズムのX方向、Y方向のパワーP2x,
P2y、全光学系の全体のX方向、Y方向のパワーP
x,Pyとすると、第1プリズムと第2プリズムとが、
以下の条件(1)、(2)を満足するように構成されて
いることが望ましい。
【0046】 P1x<P2x ・・・(1) P1y<P2y ・・・(2) 条件式(1)及び(2)は第1プリズムと第2プリズム
のパワー配分を規定したもので、第1プリズムが第2プ
リズムのパワーより大きくなると、バックフォーカスの
確保ができなくなり好ましくない。
のパワー配分を規定したもので、第1プリズムが第2プ
リズムのパワーより大きくなると、バックフォーカスの
確保ができなくなり好ましくない。
【0047】さらに、第1プリズムが大きなパワーを有
すると、第2プリズムは必然的に小さいパワー若しくは
負のパワーになってしまう。そのため、このパワー配置
ではテレセントリック性の確保が困難となり、CCD等
の撮像素子の色シェーディングが発生してしまい、好ま
しくない。
すると、第2プリズムは必然的に小さいパワー若しくは
負のパワーになってしまう。そのため、このパワー配置
ではテレセントリック性の確保が困難となり、CCD等
の撮像素子の色シェーディングが発生してしまい、好ま
しくない。
【0048】また、光軸とその第1プリズムから射出す
る点での面の法線とのなす角度をθ1、光軸とその第2
プリズムへ入射する点での面の法線とのなす角度をθ2
とするとき、第1プリズムと第2プリズムとが、以下の
条件(3)、(4)を満足するように構成されているこ
とが望ましい。ただし、θ1、θ2の定義は光線と法線
とのなす角度という意味で符号はないと考える。
る点での面の法線とのなす角度をθ1、光軸とその第2
プリズムへ入射する点での面の法線とのなす角度をθ2
とするとき、第1プリズムと第2プリズムとが、以下の
条件(3)、(4)を満足するように構成されているこ
とが望ましい。ただし、θ1、θ2の定義は光線と法線
とのなす角度という意味で符号はないと考える。
【0049】 0≦θ1≦25° ・・・(3) 0≦θ2≦25° ・・・(4) プリズムを2個以上使用する場合、通常の共軸光学系と
比較して各プリズムの相対的な位置出しが性能に大きく
影響を及ぼす。その影響をより少なくするためには、2
つのプリズムの基準となる光線(軸上主光線)の射出角
度及び入射角度を小さくすることが望ましい。上記各条
件式の上限の25°を越えると、2つのプリズムの組み
立て誤差による性能劣化が非常に大きくなり、好ましく
ない。
比較して各プリズムの相対的な位置出しが性能に大きく
影響を及ぼす。その影響をより少なくするためには、2
つのプリズムの基準となる光線(軸上主光線)の射出角
度及び入射角度を小さくすることが望ましい。上記各条
件式の上限の25°を越えると、2つのプリズムの組み
立て誤差による性能劣化が非常に大きくなり、好ましく
ない。
【0050】さらに好ましくは、 0≦θ1≦15° ・・・(5) 0≦θ2≦15° ・・・(6) を満たすように構成することがなお好ましい。
【0051】さらに好ましくは、 0≦θ1≦10° ・・・(7) 0≦θ2≦10° ・・・(8) の範囲を満たすようにすればさらに好ましい。
【0052】また、 −1.0<P1x/Px<1.0 ・・・(9) −1.0<P1y/Py<1.0 ・・・(10) を満足するように構成することが望ましい。
【0053】条件式(9)及び(10)は第1プリズム
のパワーを全体のパワーで規格化したものである。これ
らの条件式の上限の1.0を越えると、バックフォーカ
スが確保できず、IR(赤外線)カットフィルター及び
ローパスフィルター等のフィルター類を挿入することが
できなくなる。
のパワーを全体のパワーで規格化したものである。これ
らの条件式の上限の1.0を越えると、バックフォーカ
スが確保できず、IR(赤外線)カットフィルター及び
ローパスフィルター等のフィルター類を挿入することが
できなくなる。
【0054】逆に、下限の−1.0を越えると、第1プ
リズムの負パワーが大きくなり、それに合わせて第2プ
リズムのパワーを強くしなければならなくなり、結果的
にそれぞれの各面のパワーが強くなり、偏心収差が各面
で大きく発生し、好ましくない。また、第1プリズムは
絞りの像側にあり、負のパワーを大きくしすぎると、軸
外光線の角度が広がりすぎて2つのプリズムが大型化
し、本発明の目的を達成できない。
リズムの負パワーが大きくなり、それに合わせて第2プ
リズムのパワーを強くしなければならなくなり、結果的
にそれぞれの各面のパワーが強くなり、偏心収差が各面
で大きく発生し、好ましくない。また、第1プリズムは
絞りの像側にあり、負のパワーを大きくしすぎると、軸
外光線の角度が広がりすぎて2つのプリズムが大型化
し、本発明の目的を達成できない。
【0055】また、 0<P2x/Px<3.0 ・・・(11) 0<P2y/Py<3.0 ・・・(12) を満足するように構成することが望ましい。
【0056】条件式(11)及び(12)は第2プリズ
ムのパワーを全体のパワーで規格化したものである。こ
れらの条件式の上限の3.0を越えると、第2プリズム
の各面のパワーが非常に強くなり、結果として収差補正
が困難となる。
ムのパワーを全体のパワーで規格化したものである。こ
れらの条件式の上限の3.0を越えると、第2プリズム
の各面のパワーが非常に強くなり、結果として収差補正
が困難となる。
【0057】これらの条件式の下限の0を越えると、全
体のパワーが第1プリズムに偏るため、バックフォーカ
スの確保が難しくなる。
体のパワーが第1プリズムに偏るため、バックフォーカ
スの確保が難しくなる。
【0058】なお、条件式(9)及び(10)について
は、 −0.5<P1x/Px<0.5 ・・・(13) −0.5<P1y/Py<0.5 ・・・(14) の範囲にすればなお好ましい。
は、 −0.5<P1x/Px<0.5 ・・・(13) −0.5<P1y/Py<0.5 ・・・(14) の範囲にすればなお好ましい。
【0059】また、条件式(11)及び(12)につい
ては、 0.5<P2x/Px<2.0 ・・・(15) 0.5<P2y/Py<2.0 ・・・(16) の範囲にすればなお好ましい。
ては、 0.5<P2x/Px<2.0 ・・・(15) 0.5<P2y/Py<2.0 ・・・(16) の範囲にすればなお好ましい。
【0060】さらには、条件式(9)及び(10)につ
いては、 −0.3<P1x/Px<0.2 ・・・(17) −0.3<P1y/Py<0.2 ・・・(18) の範囲にすればさらに好ましい。
いては、 −0.3<P1x/Px<0.2 ・・・(17) −0.3<P1y/Py<0.2 ・・・(18) の範囲にすればさらに好ましい。
【0061】さらに、条件式(11)及び(12)につ
いては、 1.0<P2x/Px<1.8 ・・・(19) 1.0<P2y/Py<1.8 ・・・(20) の範囲にすればさらに好ましい。
いては、 1.0<P2x/Px<1.8 ・・・(19) 1.0<P2y/Py<1.8 ・・・(20) の範囲にすればさらに好ましい。
【0062】ところで、本発明の結像光学系は、絞りを
通過し第1プリズム入射面に入射する光軸と第2プリズ
ム射出面から射出される光軸とが略平行になるように構
成することが望ましい。このように構成すると、フォー
カシングのために光学系を移動しても視野が変化するこ
とがない。
通過し第1プリズム入射面に入射する光軸と第2プリズ
ム射出面から射出される光軸とが略平行になるように構
成することが望ましい。このように構成すると、フォー
カシングのために光学系を移動しても視野が変化するこ
とがない。
【0063】また、第1プリズムと第2プリズムとを、
第1プリズム射出面と第2プリズム入射面とが対向配置
するように構成することが望ましい。この構成は、両プ
リズム間に反射鏡のような光軸を曲げる光学素子を配置
しな構成であり、光学系をコンパクトに構成することが
できる。
第1プリズム射出面と第2プリズム入射面とが対向配置
するように構成することが望ましい。この構成は、両プ
リズム間に反射鏡のような光軸を曲げる光学素子を配置
しな構成であり、光学系をコンパクトに構成することが
できる。
【0064】また、光学系全体の外形配置として、第1
プリズム入射面と第2プリズム射出面とが対向配置さ
れ、第1プリズム第2反射面と第2プリズム第1反射面
とが対向配置されるような構成とすることが望ましい。
このような外形配置にすると、光学系全体をコンパクト
に構成することができる。
プリズム入射面と第2プリズム射出面とが対向配置さ
れ、第1プリズム第2反射面と第2プリズム第1反射面
とが対向配置されるような構成とすることが望ましい。
このような外形配置にすると、光学系全体をコンパクト
に構成することができる。
【0065】また、絞りから第1プリズムと第2プリズ
ムとを通過して折り返される光軸が含まれる平面におけ
る、第1プリズム入射面の形状が物体側に凸面を向け光
束に正のパワーを与える面形状に構成されていると共
に、第2プリズム射出面の形状が略平面形状にて構成さ
れていることが望ましい。第1プリズム入射面の形状を
物体側に凸面を向け光束に正のパワーを与える面形状と
することにより、第1プリズム内で収差補正が行いやす
くなり、第1プリズムでの収差発生量を少なくでき好ま
しい。また、第2プリズム射出面の形状を略平面形状に
構成することにより、第2プリズムとその射出側に配置
されるフィルター類あるいはCCD等の撮像素子のカバ
ーガラスとを接着等により一体化しやすくなる。
ムとを通過して折り返される光軸が含まれる平面におけ
る、第1プリズム入射面の形状が物体側に凸面を向け光
束に正のパワーを与える面形状に構成されていると共
に、第2プリズム射出面の形状が略平面形状にて構成さ
れていることが望ましい。第1プリズム入射面の形状を
物体側に凸面を向け光束に正のパワーを与える面形状と
することにより、第1プリズム内で収差補正が行いやす
くなり、第1プリズムでの収差発生量を少なくでき好ま
しい。また、第2プリズム射出面の形状を略平面形状に
構成することにより、第2プリズムとその射出側に配置
されるフィルター類あるいはCCD等の撮像素子のカバ
ーガラスとを接着等により一体化しやすくなる。
【0066】なお、第1プリズムよりも物体側に、屈折
力を有するレンズ等の光学素子を配置することもでき
る。もちろん、第1プリズムと第2プリズムの間、ある
いは、第2プリズムの射出側にこのような光学素子を配
置してもよい。
力を有するレンズ等の光学素子を配置することもでき
る。もちろん、第1プリズムと第2プリズムの間、ある
いは、第2プリズムの射出側にこのような光学素子を配
置してもよい。
【0067】さて、以上のような本発明の結像光学系の
形成した像面上に受光面を配置した電子撮像素子と、映
像を表示する表示素子と、その電子撮像素子で受光され
た物体像を映像としてその表示素子に表示するための信
号処理を行なう信号処理回路とを有する電子撮像装置を
本発明に基づいて構成することができる。
形成した像面上に受光面を配置した電子撮像素子と、映
像を表示する表示素子と、その電子撮像素子で受光され
た物体像を映像としてその表示素子に表示するための信
号処理を行なう信号処理回路とを有する電子撮像装置を
本発明に基づいて構成することができる。
【0068】また、以上のような本発明の結像光学系
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子
によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と
を含み、結像光学系の絞りから電子撮像素子までの間隔
(D)が、25mm以下(D≦25mm)となるよう
に、第1プリズムと第2プリズムの内部で光路を折り曲
げ、かつ、第1プリズムと第2プリズムとを間隔Dが小
さくなる方向(Z軸方向)に近づけて配置し、さらに、
少なくとも10°以上の画角(ω≧10°)の光束を第
1プリズムと第2プリズムの内部で折り曲げて電子撮像
素子に導くために、間隔Dが3mm以上(D≧3mm)
となるように第1プリズムと第2プリズムとが構成され
ているコンパクトな撮影装置を本発明に基づいて構成す
ることができる。
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子
によって光電変換された電子信号を処理する処理手段と
を含み、結像光学系の絞りから電子撮像素子までの間隔
(D)が、25mm以下(D≦25mm)となるよう
に、第1プリズムと第2プリズムの内部で光路を折り曲
げ、かつ、第1プリズムと第2プリズムとを間隔Dが小
さくなる方向(Z軸方向)に近づけて配置し、さらに、
少なくとも10°以上の画角(ω≧10°)の光束を第
1プリズムと第2プリズムの内部で折り曲げて電子撮像
素子に導くために、間隔Dが3mm以上(D≧3mm)
となるように第1プリズムと第2プリズムとが構成され
ているコンパクトな撮影装置を本発明に基づいて構成す
ることができる。
【0069】ここで、絞りから電子撮像素子までの間隔
Dが25mm以下でないと、レンズからなる同軸光学系
に比較してより小型の結像光学系を構成することができ
ない。また、10°以上の画角(全画角で20°以上)
でないと、近接した被写体全体を撮像し難くなる。ま
た、その間隔Dが3mm以上ないと、光学系を構成する
ことが困難になると共に、現状の電子撮像素子を用いて
は十分な解像力を得ることが困難となる。
Dが25mm以下でないと、レンズからなる同軸光学系
に比較してより小型の結像光学系を構成することができ
ない。また、10°以上の画角(全画角で20°以上)
でないと、近接した被写体全体を撮像し難くなる。ま
た、その間隔Dが3mm以上ないと、光学系を構成する
ことが困難になると共に、現状の電子撮像素子を用いて
は十分な解像力を得ることが困難となる。
【0070】この場合に、上記間隔(D)が、15mm
以下(D≦15mm)となるように、第1プリズムと第
2プリズムの内部で光路を折り曲げ、かつ、第1プリズ
ムと第2プリズムとを前記間隔Dが小さくなる方向(Z
軸方向)に近づけて配置することがさらに望ましい。
以下(D≦15mm)となるように、第1プリズムと第
2プリズムの内部で光路を折り曲げ、かつ、第1プリズ
ムと第2プリズムとを前記間隔Dが小さくなる方向(Z
軸方向)に近づけて配置することがさらに望ましい。
【0071】また、以上のような本発明の結像光学系
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子
によって光電変換された電子信号を処理する処理手段
と、操作者がその処理手段に入力したい情報信号を入力
するための入力部と、その処理手段からの出力を表示す
る表示素子と、その処理手段からの出力を記録する記録
媒体とを含み、その処理手段は、結像光学系によって電
子撮像素子に受光された物体像を表示素子に表示するよ
うに構成されている情報処理装置を本発明に基づいて構
成することができる。
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子
によって光電変換された電子信号を処理する処理手段
と、操作者がその処理手段に入力したい情報信号を入力
するための入力部と、その処理手段からの出力を表示す
る表示素子と、その処理手段からの出力を記録する記録
媒体とを含み、その処理手段は、結像光学系によって電
子撮像素子に受光された物体像を表示素子に表示するよ
うに構成されている情報処理装置を本発明に基づいて構
成することができる。
【0072】この場合に、その入力部がキーボードにて
構成され、結像光学系と電子撮像素子とが表示素子の周
辺部又はキーボードの周辺部に内蔵されているパソコン
装置を本発明に基づいて構成することができる。
構成され、結像光学系と電子撮像素子とが表示素子の周
辺部又はキーボードの周辺部に内蔵されているパソコン
装置を本発明に基づいて構成することができる。
【0073】また、以上のような本発明の結像光学系
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、電話信号を送信及
び受信するためのアンテナと、電話番号等の信号を入力
するための入力部と、その電子撮像素子によって受光さ
れた物体像を送信可能な信号に変換する信号処理部とを
含んでいる電話装置を本発明に基づいて構成することが
できる。
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、電話信号を送信及
び受信するためのアンテナと、電話番号等の信号を入力
するための入力部と、その電子撮像素子によって受光さ
れた物体像を送信可能な信号に変換する信号処理部とを
含んでいる電話装置を本発明に基づいて構成することが
できる。
【0074】また、以上のような本発明の結像光学系
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、音声信号をバーコ
ード又はドット状の何れかに表示した被写体を照明する
照明部材と、電子撮像素子によって受光されたそのバー
コード又はドット状の何れかに表示した被写体から音声
認識を行う処理手段と、その認識された音声信号を音と
して操作者の耳に伝達する音発生部材とを含んでいる情
報再生装置を本発明に基づいて構成することができる。
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、音声信号をバーコ
ード又はドット状の何れかに表示した被写体を照明する
照明部材と、電子撮像素子によって受光されたそのバー
コード又はドット状の何れかに表示した被写体から音声
認識を行う処理手段と、その認識された音声信号を音と
して操作者の耳に伝達する音発生部材とを含んでいる情
報再生装置を本発明に基づいて構成することができる。
【0075】また、以上のような本発明の結像光学系
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子
によって光電変換された電子信号を処理する処理手段
と、その電子撮像素子で受光された物体像を観察可能に
表示する表示素子とを有し、電子撮像素子で受光された
物体像の像情報を記録するための記録部材を内蔵又は挿
脱するように構成され、その処理手段が、電子撮像素子
に受光された物体像を表示素子に表示する表示処理機能
と、電子撮像素子に受光された物体像を記録媒体に記録
する記録処理機能とを有する電子カメラ装置を本発明に
基づいて構成することができる。
と、その結像光学系によって形成された物体像を受光す
る位置に配置された電子撮像素子と、その電子撮像素子
によって光電変換された電子信号を処理する処理手段
と、その電子撮像素子で受光された物体像を観察可能に
表示する表示素子とを有し、電子撮像素子で受光された
物体像の像情報を記録するための記録部材を内蔵又は挿
脱するように構成され、その処理手段が、電子撮像素子
に受光された物体像を表示素子に表示する表示処理機能
と、電子撮像素子に受光された物体像を記録媒体に記録
する記録処理機能とを有する電子カメラ装置を本発明に
基づいて構成することができる。
【0076】なお、これらの装置において、結像光学系
絞りとして装置の撮影窓を用いるように構成することが
できる。
絞りとして装置の撮影窓を用いるように構成することが
できる。
【0077】
【発明の実施の形態】以下、本発明の結像光学系の実施
例1、2について説明する。
例1、2について説明する。
【0078】実施例1、2の構成パラメータは下記に示
すが、面番号は、物体から絞り1を通り、像面3へ向う
順光線追跡の面番号として示してある。座標の取り方に
関しては、図1に示すように、軸上主光線2を、絞り1
の中心を通り、像面(撮像素子の撮像面)3中心に到る
光線で定義する。そして、軸上主光線2と絞り1の面の
交点を偏心光学面の原点として、軸上主光線2に沿う方
向をZ軸正方向とし、このZ軸と像面3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。
また、光軸は紙面のY−Z面内で折り曲げられるものと
する。
すが、面番号は、物体から絞り1を通り、像面3へ向う
順光線追跡の面番号として示してある。座標の取り方に
関しては、図1に示すように、軸上主光線2を、絞り1
の中心を通り、像面(撮像素子の撮像面)3中心に到る
光線で定義する。そして、軸上主光線2と絞り1の面の
交点を偏心光学面の原点として、軸上主光線2に沿う方
向をZ軸正方向とし、このZ軸と像面3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。
また、光軸は紙面のY−Z面内で折り曲げられるものと
する。
【0079】そして、後記する構成パラメータ中におい
て、各面の偏心面については、絞り1の中心について定
められた座標系の原点から、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(c)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。
て、各面の偏心面については、絞り1の中心について定
められた座標系の原点から、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(c)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。
【0080】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。
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。
【0081】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。
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。
【0082】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。
る回転対称非球面である。
【0083】 Z=(y2 /R)/[1+{1−(1+K)y2 /R2 }1 /2] +Ay4 +By6 +Cy8 +Dy10+…… ・・・(c) 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。
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。
【0084】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。
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。
【0085】また、自由曲面の他の定義式として、前記
の(b)式で与えられるZernike多項式がある。
の(b)式で与えられるZernike多項式がある。
【0086】その他の面の例として、次の定義式(d)
があげられる。
があげられる。
【0087】Z=ΣΣCnmXY 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。
き、以下の式で表せる。
【0088】 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(b)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。
曲面で面形状が表現されているが、上記(b)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。
【0089】実施例1は、撮像面のサイズが5.4mm
×4.0mmである。水平画角は46.9°、垂直画角
は35.6°、入射瞳径はφ2.12mmであり、Fナ
ンバー3.0相当である。この結像光学系は、図1に軸
上主光線を含むY−Z断面図を図1に示すように、物体
側から光の通る順に、絞り1、第1プリズム10、第2
プリズム20、撮像素子のカバーガラス4、像面(結像
面)3からなり、第1プリズム10は第1面11から第
4面14で構成され、その第1面11は入射面、第2面
12は第1反射面、第3面13は第2反射面、第4面1
4は射出面であり、絞り1を通過した物体からの光線
は、入射面11、第1反射面12、第2反射面13、射
出面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は入
射面、第2面22は第1反射面、第3面23は第2反射
面、第4面24は射出面であり、第1プリズム10から
の光線は、入射面21、第1反射面22、第2反射面2
3、射出面24の順に透過する。そして、第1プリズム
10の第1反射面12と射出面14、第2プリズム20
の入射面21と第2反射面23をそれぞれ透過作用と全
反射作用を併せ持つ同一の光学作用面としている。な
お、第2プリズム20の射出面24は平面である。
×4.0mmである。水平画角は46.9°、垂直画角
は35.6°、入射瞳径はφ2.12mmであり、Fナ
ンバー3.0相当である。この結像光学系は、図1に軸
上主光線を含むY−Z断面図を図1に示すように、物体
側から光の通る順に、絞り1、第1プリズム10、第2
プリズム20、撮像素子のカバーガラス4、像面(結像
面)3からなり、第1プリズム10は第1面11から第
4面14で構成され、その第1面11は入射面、第2面
12は第1反射面、第3面13は第2反射面、第4面1
4は射出面であり、絞り1を通過した物体からの光線
は、入射面11、第1反射面12、第2反射面13、射
出面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は入
射面、第2面22は第1反射面、第3面23は第2反射
面、第4面24は射出面であり、第1プリズム10から
の光線は、入射面21、第1反射面22、第2反射面2
3、射出面24の順に透過する。そして、第1プリズム
10の第1反射面12と射出面14、第2プリズム20
の入射面21と第2反射面23をそれぞれ透過作用と全
反射作用を併せ持つ同一の光学作用面としている。な
お、第2プリズム20の射出面24は平面である。
【0090】また、後記する構成パラメータの第2面か
ら第12面(像面)までは第1面の絞り1の面を基準と
した偏心量で表されている。
ら第12面(像面)までは第1面の絞り1の面を基準と
した偏心量で表されている。
【0091】実施例2は、撮像面のサイズが5.4mm
×4.0mmである。水平画角は65.4°、垂直画角
は51.0°、入射瞳径はφ1.41mmであり、Fナ
ンバー3.3相当である。この結像光学系は、図2に軸
上主光線を含むY−Z断面図を図1に示すように、物体
側から光の通る順に、第1面31が凹の非球面、第2面
32が凹の球面からなる回転対称負レンズ30、絞り
1、第1プリズム10、第2プリズム20、撮像素子の
カバーガラス4、像面(結像面)3からなり、第1プリ
ズム10は第1面11から第4面14で構成され、その
第1面11は入射面、第2面12は第1反射面、第3面
13は第2反射面、第4面14は射出面であり、負レン
ズ30と絞り1を通過した物体からの光線は、入射面1
1、第1反射面12、第2反射面13、射出面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は入射面、第2面
22は第1反射面、第3面23は第2反射面、第4面2
4は射出面であり、第1プリズム10からの光線は、入
射面21、第1反射面22、第2反射面23、射出面2
4の順に透過する。そして、第1プリズム10の第1反
射面12と射出面14、第2プリズム20の入射面21
と第2反射面23をそれぞれ透過作用と全反射作用を併
せ持つ同一の光学作用面としている。なお、第2プリズ
ム20の射出面24は平面である。
×4.0mmである。水平画角は65.4°、垂直画角
は51.0°、入射瞳径はφ1.41mmであり、Fナ
ンバー3.3相当である。この結像光学系は、図2に軸
上主光線を含むY−Z断面図を図1に示すように、物体
側から光の通る順に、第1面31が凹の非球面、第2面
32が凹の球面からなる回転対称負レンズ30、絞り
1、第1プリズム10、第2プリズム20、撮像素子の
カバーガラス4、像面(結像面)3からなり、第1プリ
ズム10は第1面11から第4面14で構成され、その
第1面11は入射面、第2面12は第1反射面、第3面
13は第2反射面、第4面14は射出面であり、負レン
ズ30と絞り1を通過した物体からの光線は、入射面1
1、第1反射面12、第2反射面13、射出面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は入射面、第2面
22は第1反射面、第3面23は第2反射面、第4面2
4は射出面であり、第1プリズム10からの光線は、入
射面21、第1反射面22、第2反射面23、射出面2
4の順に透過する。そして、第1プリズム10の第1反
射面12と射出面14、第2プリズム20の入射面21
と第2反射面23をそれぞれ透過作用と全反射作用を併
せ持つ同一の光学作用面としている。なお、第2プリズ
ム20の射出面24は平面である。
【0092】また、後記する構成パラメータの第1面か
ら第3面までは通常の同軸光学系の表記に従っており、
第4面から第14面(像面)までは第3面の絞り1の面
を基準とした偏心量で表されている。
ら第3面までは通常の同軸光学系の表記に従っており、
第4面から第14面(像面)までは第3面の絞り1の面
を基準とした偏心量で表されている。
【0093】以下に上記実施例1、2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”は非球面を示す。
を示す。これら表中の“FFS”は自由曲面、“AS
S”は非球面を示す。
【0094】 (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 ∞(絞り面) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 55.8 3 FFS 偏心(2) 1.5254 55.8 4 FFS 偏心(3) 1.5254 55.8 5 FFS 偏心(2) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 55.8 7 FFS 偏心(5) 1.5254 55.8 8 FFS 偏心(4) 1.5254 55.8 9 ∞ 偏心(6) 10 ∞ 偏心(7) 1.5163 64.1 11 ∞ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) FFS C4 5.4038×10-2 C6 1.8678×10-2 FFS C4 1.2719×10-3 C6 -2.0180×10-3 C8 6.9200×10-4 C10 -3.2115×10-4 C11 -1.7770×10-4 C13 9.7017×10-5 C15 -1.5867×10-5 FFS C4 -1.7204×10-2 C6 -1.1421×10-2 C8 2.6819×10-3 C10 -6.9701×10-4 C11 -3.2922×10-4 C13 1.9243×10-4 C15 -3.7214×10-5 FFS C4 -2.3174×10-2 C6 -4.5848×10-3 C8 -2.2925×10-4 C10 -5.4406×10-4 C11 1.7325×10-4 C13 -4.0761×10-6 C15 -3.7446×10-5 FFS C4 -4.5549×10-2 C6 -3.5862×10-2 C8 1.0022×10-3 C10 -3.1292×10-4 C11 -1.0085×10-4 C13 -1.7098×10-4 C15 -5.5848×10-6 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.20 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.00 Z 2.37 α -56.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 2.66 Z 3.48 α -85.96 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 0.86 Z 4.53 α -54.89 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y -1.17 Z 5.75 α -82.10 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 2.47 Z 9.70 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 2.47 Z 9.80 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 2.47 Z 10.35 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y 2.47 Z 11.05 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0095】 (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 ASS 2.00 1.5254 55.8 2 5.32 2.32 3 ∞(絞り面) 4 FFS 偏心(1) 1.5254 55.8 5 FFS 偏心(2) 1.5254 55.8 6 FFS 偏心(3) 1.5254 55.8 7 FFS 偏心(2) 8 FFS 偏心(4) 1.5254 55.8 9 FFS 偏心(5) 1.5254 55.8 10 FFS 偏心(4) 1.5254 55.8 11 ∞ 偏心(6) 12 ∞ 偏心(7) 1.5163 64.1 13 ∞ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ASS R -0.19 K -5.3042×1012 A 3.2263×10-4 B 9.4407×10-6 FFS C4 9.4601×10-2 C6 9.4063×10-2 FFS C4 7.0060×10-3 C6 3.4313×10-3 C8 4.4086×10-4 C10 4.1181×10-4 C11 3.8467×10-4 C13 -8.7750×10-6 C15 2.3939×10-5 FFS C4 -1.0899×10-2 C6 -1.1224×10-2 C8 2.4936×10-3 C10 2.7277×10-3 C11 1.4602×10-5 C13 -3.1706×10-4 C15 6.5358×10-5 FFS C4 -3.6243×10-2 C6 -1.6563×10-2 C8 -2.2006×10-3 C10 -1.5026×10-3 C11 2.4606×10-4 C13 -9.1150×10-5 C15 -6.4463×10-5 FFS C4 -5.0002×10-2 C6 -4.1129×10-2 C8 3.4936×10-4 C10 1.8044×10-4 C11 -1.1817×10-4 C13 -2.3358×10-4 C15 -4.8676×10-5 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.20 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.00 Z 2.31 α -57.89 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 2.75 Z 3.63 α -85.86 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 2.92 Z 7.96 α -55.39 β 0.00 γ 0.00 X 0.00 Y -1.28 Z 6.37 α -83.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 2.92 Z 11.20 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 2.92 Z 11.30 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 2.92 Z 11.85 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y 2.92 Z 12.55 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0096】次に、上記実施例1の横収差図を図3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。
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。
【0097】また、上記実施例1、2の前記条件式
(1)〜(20)に関する値は以下の通りである。
(1)〜(20)に関する値は以下の通りである。
【0098】 実施例1 実施例2 Fx 6.68mm 4.72mm Fy 6.50mm 4.62mm P1x -0.027 0.034 P1y -0.024 0.002 P2x 0.202 0.316 P2y 0.190 0.252 θ1 5.7 ° 5.4 ° θ2 6.3 ° 5.5 ° P1x/Px -0.181 0.159 P1y/Py -0.154 0.010 P2x/Px 1.348 1.493 P2y/Py 1.234 1.163 。
【0099】さて、以上のような本発明の結像光学系
は、CCDやCMOSセンサー等の電子撮像素子を用い
た各種撮影装置に用いることができる。以下に、その実
施形態を例示する。
は、CCDやCMOSセンサー等の電子撮像素子を用い
た各種撮影装置に用いることができる。以下に、その実
施形態を例示する。
【0100】図4〜図6は本発明の結像光学系を電子カ
メラの対物光学系に組み込んだ構成の概念図である。図
4は電子カメラ200の外観を示す前方斜視図、図5は
同後方斜視図、図6は電子カメラ200の構成を示す断
面図である。
メラの対物光学系に組み込んだ構成の概念図である。図
4は電子カメラ200の外観を示す前方斜視図、図5は
同後方斜視図、図6は電子カメラ200の構成を示す断
面図である。
【0101】電子カメラ200は、この例の場合、撮影
用光路201を有する撮影光学系202、ファインダー
用光路203を有するファインダー光学系204、シャ
ッター205、フラッシュ206、液晶表示モニター2
07等を含んでいる。そして、カメラ200の上部に配
置されたシャッター205を押圧すると、それに連動し
て撮影用対物光学系100として配置された本発明の結
像光学系を通して撮影が行われる。この撮影用対物光学
系によって形成された物体像が、IR(赤外線)カット
フィルター80を介してCCD等の撮像素子チップ62
上に形成される。
用光路201を有する撮影光学系202、ファインダー
用光路203を有するファインダー光学系204、シャ
ッター205、フラッシュ206、液晶表示モニター2
07等を含んでいる。そして、カメラ200の上部に配
置されたシャッター205を押圧すると、それに連動し
て撮影用対物光学系100として配置された本発明の結
像光学系を通して撮影が行われる。この撮影用対物光学
系によって形成された物体像が、IR(赤外線)カット
フィルター80を介してCCD等の撮像素子チップ62
上に形成される。
【0102】ここで、撮像素子チップ62上には付加的
にlRカットフィルター80が貼り付けられて撮像ユニ
ット60として一体に形成され、対物光学系100の鏡
枠101の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可
能になっているため、対物光学系100と撮像素子チッ
プ62の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立
が簡単となっており、カメラ装置の生産性を高め、コス
ト低下を実現できるという商業的メリットがあるように
構成されている。また、鏡枠101先端は、対物光学系
100の絞りとして機能している。
にlRカットフィルター80が貼り付けられて撮像ユニ
ット60として一体に形成され、対物光学系100の鏡
枠101の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可
能になっているため、対物光学系100と撮像素子チッ
プ62の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立
が簡単となっており、カメラ装置の生産性を高め、コス
ト低下を実現できるという商業的メリットがあるように
構成されている。また、鏡枠101先端は、対物光学系
100の絞りとして機能している。
【0103】そして、撮像素子チップ62で受光された
物体像は、端子66と電気的に接続された処理手段20
8を介して、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207に表示される。また、この処理手
段208は、撮像素子チップ62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209の制御も行う。
この記録手段209は、処理手段208に設けられたメ
モリーであってもよく、図示されるように、処理手段2
08と電気的に接続され、フロッピーディスクやスマー
トメディア等の磁気記録媒体に電子的に記録を書き込む
デバイスであってもよい。
物体像は、端子66と電気的に接続された処理手段20
8を介して、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207に表示される。また、この処理手
段208は、撮像素子チップ62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209の制御も行う。
この記録手段209は、処理手段208に設けられたメ
モリーであってもよく、図示されるように、処理手段2
08と電気的に接続され、フロッピーディスクやスマー
トメディア等の磁気記録媒体に電子的に記録を書き込む
デバイスであってもよい。
【0104】さらに、ファインダー用光路203を有す
るファインダー用光学系204は、ファインダー用対物
光学系210と、このファインダー用対物光学系210
で形成された物体像を正立させるポロプリズム211
と、物体像を観察者眼球Eに導く接眼レンズ212とを
備えている。ポロプリズム211は、前部分と後部分と
に分割され、その間に物体像が形成される面があり、そ
の面上に視野枠213が配置されている。このポロプリ
ズム211は、4つの反射面を有し、ファインダー用対
物光学系210で形成された物体像を正立正像させてい
る。
るファインダー用光学系204は、ファインダー用対物
光学系210と、このファインダー用対物光学系210
で形成された物体像を正立させるポロプリズム211
と、物体像を観察者眼球Eに導く接眼レンズ212とを
備えている。ポロプリズム211は、前部分と後部分と
に分割され、その間に物体像が形成される面があり、そ
の面上に視野枠213が配置されている。このポロプリ
ズム211は、4つの反射面を有し、ファインダー用対
物光学系210で形成された物体像を正立正像させてい
る。
【0105】また、このカメラ200は、部品を減ら
し、コンパクトにし、低コストにするために、ファイン
ダー光学系204が排除されてもよい。この場合、観察
者は、液晶表示モニター207を見ながら撮影する、次
に、図7〜図9は本発明の結像光学系を情報処理装置の
一例であるパソコンに内蔵した構成を示す概念図であ
る。
し、コンパクトにし、低コストにするために、ファイン
ダー光学系204が排除されてもよい。この場合、観察
者は、液晶表示モニター207を見ながら撮影する、次
に、図7〜図9は本発明の結像光学系を情報処理装置の
一例であるパソコンに内蔵した構成を示す概念図であ
る。
【0106】図7はパソコン300のカバーを開いた前
方斜視図、図8はパソコン300の撮影光学系303の
断面図、図9は図7の状態の側面図である。図7〜図9
に示されるように、パソコン300は、外部から繰作者
が情報を入力するためのキーボード301と、図示を省
略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示
するモニター302と、操作者自身や周辺の像を撮影す
るための撮影光学系303とを有している。ここで、モ
ニター302は、図示しないバックライトにより背面か
ら照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射
して表示する反射型液晶表示素子や、CRTディスプレ
イ等であってよい。また、図中、撮影光学系303は、
モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に
限らず、モニター302の周囲や、キーボード301の
周囲のどこであってもよい。
方斜視図、図8はパソコン300の撮影光学系303の
断面図、図9は図7の状態の側面図である。図7〜図9
に示されるように、パソコン300は、外部から繰作者
が情報を入力するためのキーボード301と、図示を省
略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示
するモニター302と、操作者自身や周辺の像を撮影す
るための撮影光学系303とを有している。ここで、モ
ニター302は、図示しないバックライトにより背面か
ら照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射
して表示する反射型液晶表示素子や、CRTディスプレ
イ等であってよい。また、図中、撮影光学系303は、
モニター302の右上に内蔵されているが、その場所に
限らず、モニター302の周囲や、キーボード301の
周囲のどこであってもよい。
【0107】この撮影光学系303は、撮影光路304
上に、本発明の結像光学系からなる対物光学系100
と、像を受光する撮像素子チップ62とを有している。
これらはパソコン300に内蔵されている。
上に、本発明の結像光学系からなる対物光学系100
と、像を受光する撮像素子チップ62とを有している。
これらはパソコン300に内蔵されている。
【0108】ここで、撮像素子チップ62上には付加的
にlRカットフィルター80が貼り付けられて撮像ユニ
ット60として一体に形成され、対物光学系100の鏡
枠101の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可
能になっているため、対物光学系100と撮像素子チッ
プ62の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立
が簡単となっている。また、鏡枠101先端は、対物光
学系100の絞りとして機能している。
にlRカットフィルター80が貼り付けられて撮像ユニ
ット60として一体に形成され、対物光学系100の鏡
枠101の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可
能になっているため、対物光学系100と撮像素子チッ
プ62の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立
が簡単となっている。また、鏡枠101先端は、対物光
学系100の絞りとして機能している。
【0109】撮像素子チップ62で受光された物体像
は、端子66を介して、パソコン300の処理手段に入
力され、電子画像としてモニター302に表示される、
図8には、その一例として、操作者の撮影された画像3
05が示されている。また、この画像305は、処理手
段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から
通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
は、端子66を介して、パソコン300の処理手段に入
力され、電子画像としてモニター302に表示される、
図8には、その一例として、操作者の撮影された画像3
05が示されている。また、この画像305は、処理手
段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から
通信相手のパソコンに表示されることも可能である。
【0110】次に、情報処理装置の他の例として電話、
特に、その中でも持ち運びに便利な携帯電話に本発明の
結像光学系をを内蔵した例を図10に示す。
特に、その中でも持ち運びに便利な携帯電話に本発明の
結像光学系をを内蔵した例を図10に示す。
【0111】図10(a)は携帯電話400の正面図、
図10(b)は側面図、図10(c)は撮影光学系40
5の断面図である。図10(a)〜(c)に示されるよ
うに、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力
するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピー
カ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル4
03と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等
の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405
と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画
像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段
(図示せず)とを有している。ここで、モニター404
は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置
は、特にこれらに限られない。この撮影光学系405
は、撮影光路407上に配置された本発明の結像光学系
からなる対物光学系100と、像を受光する撮像素子チ
ップ62とを有している。これらは、携帯電話400に
内蔵されている。
図10(b)は側面図、図10(c)は撮影光学系40
5の断面図である。図10(a)〜(c)に示されるよ
うに、携帯電話400は、操作者の声を情報として入力
するマイク部401と、通話相手の声を出力するスピー
カ部402と、操作者が情報を入力する入力ダイアル4
03と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等
の情報を表示するモニター404と、撮影光学系405
と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ406と、画
像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段
(図示せず)とを有している。ここで、モニター404
は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置
は、特にこれらに限られない。この撮影光学系405
は、撮影光路407上に配置された本発明の結像光学系
からなる対物光学系100と、像を受光する撮像素子チ
ップ62とを有している。これらは、携帯電話400に
内蔵されている。
【0112】ここで、撮像素子チップ62上には付加的
にlRカットフィルター80が貼り付けられて撮像ユニ
ット60として一体に形成され、対物レンズ12の鏡枠
13の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能に
なっているため、対物レンズ12と撮像素子チップ62
の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単
となっている。また、鏡枠13の先端は、対物光学系1
00の絞りとして機能している。
にlRカットフィルター80が貼り付けられて撮像ユニ
ット60として一体に形成され、対物レンズ12の鏡枠
13の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能に
なっているため、対物レンズ12と撮像素子チップ62
の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単
となっている。また、鏡枠13の先端は、対物光学系1
00の絞りとして機能している。
【0113】撮影素子チップ62で受光された物体像
は、端子66を介して、図示していない処理手段に入力
され、電子画像としてモニター404に、又は、通信相
手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信
相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ62で受光
された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信
号処理機能が処理手段には含まれている。
は、端子66を介して、図示していない処理手段に入力
され、電子画像としてモニター404に、又は、通信相
手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信
相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ62で受光
された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信
号処理機能が処理手段には含まれている。
【0114】次に、図11〜図12に本発明の結像光学
系を用いた情報再生システムを示す。より詳細な説明は
特開平6−231466号に開示されているので、ここ
では省略する。ここで、マルチメディア情報の中でも、
特に、音声、音楽等のオーディオ情報に関連する実施例
について説明する。音声や音楽等のオーディオ情報を光
学的に読み取り可能なディジタル信号として紙に記録す
るためのオーディオ情報記録装置については特開平6−
231466号に示されている。
系を用いた情報再生システムを示す。より詳細な説明は
特開平6−231466号に開示されているので、ここ
では省略する。ここで、マルチメディア情報の中でも、
特に、音声、音楽等のオーディオ情報に関連する実施例
について説明する。音声や音楽等のオーディオ情報を光
学的に読み取り可能なディジタル信号として紙に記録す
るためのオーディオ情報記録装置については特開平6−
231466号に示されている。
【0115】この装置により、例えば図11(A)に示
すような書式で紙130に記録される。すなわち、画像
132や文字134と一緒にデジタル信号化された音の
データが記録データ136として印刷される。ここで、
記録データ136は複数のブロック138から構成され
ており、各ブロック138はマーカ138A、誤り訂正
用符号138B、オーディオデータ138C、xアドレ
スデータ138D、yアドレスデータ138E及び誤り
判定符号138Fから構成されている。
すような書式で紙130に記録される。すなわち、画像
132や文字134と一緒にデジタル信号化された音の
データが記録データ136として印刷される。ここで、
記録データ136は複数のブロック138から構成され
ており、各ブロック138はマーカ138A、誤り訂正
用符号138B、オーディオデータ138C、xアドレ
スデータ138D、yアドレスデータ138E及び誤り
判定符号138Fから構成されている。
【0116】なお、マーカ138Aは同期信号としても
機能するもので、DATのように通常は記録変調で出て
こないようなパターンを用いている。また、誤り訂正用
符号138Bはオーディオデータ138Cの誤り訂正に
用いられているものである。オーディオデータ138C
はマイクロフォン又はオーディオ信号に対応するもので
ある。xアドレスデータ138D及びyアドレスデータ
138Eは当該ブロック138の位置を表すデータであ
り、誤り判定符号138Fはこれらxアドレス、yアド
レスの誤り判定に用いられる。
機能するもので、DATのように通常は記録変調で出て
こないようなパターンを用いている。また、誤り訂正用
符号138Bはオーディオデータ138Cの誤り訂正に
用いられているものである。オーディオデータ138C
はマイクロフォン又はオーディオ信号に対応するもので
ある。xアドレスデータ138D及びyアドレスデータ
138Eは当該ブロック138の位置を表すデータであ
り、誤り判定符号138Fはこれらxアドレス、yアド
レスの誤り判定に用いられる。
【0117】このようなフォーマットの記録データ13
6は「1」、「0」のデータを例えはバーコードと同様
に「1」を黒ドット有り、「0」を黒ドットなしという
ようにしてプリンタシステム又は印刷用製版システムに
よって印刷記録される。以下、このような記録データを
ドットコードと称する。
6は「1」、「0」のデータを例えはバーコードと同様
に「1」を黒ドット有り、「0」を黒ドットなしという
ようにしてプリンタシステム又は印刷用製版システムに
よって印刷記録される。以下、このような記録データを
ドットコードと称する。
【0118】図11(B)は、図11(A)に示したよ
うな紙130に記録された音のデータをペン型の情報再
生装置(情報再生システム)140で読み出している場
面を示している。このようなペン型情報再生装置140
でドットコード136の上をなぞることにより、ドット
コード136を検出し、音に変換してイヤホン等の音声
出力器142で聞くことができる。
うな紙130に記録された音のデータをペン型の情報再
生装置(情報再生システム)140で読み出している場
面を示している。このようなペン型情報再生装置140
でドットコード136の上をなぞることにより、ドット
コード136を検出し、音に変換してイヤホン等の音声
出力器142で聞くことができる。
【0119】ここで、図12は、このペン型情報再生装
置140の内部構成を示した断面図である。このペン型
情報再生装置140は、電気回路部品501とそれを支
持する基板502とを備えた処理手段503とバッテリ
ー電池504とを有した後部500aと、撮影ユニット
60とLED等の光源505とを有した前部500bと
からなる。
置140の内部構成を示した断面図である。このペン型
情報再生装置140は、電気回路部品501とそれを支
持する基板502とを備えた処理手段503とバッテリ
ー電池504とを有した後部500aと、撮影ユニット
60とLED等の光源505とを有した前部500bと
からなる。
【0120】そして、この前部500aと後部500b
とはジョイント部506でジョイントされている。ここ
で、撮影ユニット60の構成は、図6等と同じであるた
め、説明は省略する。
とはジョイント部506でジョイントされている。ここ
で、撮影ユニット60の構成は、図6等と同じであるた
め、説明は省略する。
【0121】そして、このペン型情報再生装置140は
光源505からの照明光(図中、矢印にて例示する。)
によって照らされた情報記録媒体507を被写体として
対物光学系100が撮像素子チップ62上に被写体像を
形成する。そして、この像は電気信号に変換され、端子
66と接続線508によって電気的に接続とされた処理
手段503に入力される。そして、図11に示したよう
に、操作者にイヤホンやスピーカーによって音として聞
くことができる。
光源505からの照明光(図中、矢印にて例示する。)
によって照らされた情報記録媒体507を被写体として
対物光学系100が撮像素子チップ62上に被写体像を
形成する。そして、この像は電気信号に変換され、端子
66と接続線508によって電気的に接続とされた処理
手段503に入力される。そして、図11に示したよう
に、操作者にイヤホンやスピーカーによって音として聞
くことができる。
【0122】ここて、ペン型情報再生装置140が前部
500aと後部500bがジョイント部506を介して
分離可能にしているのは、撮影ユニット60の組み込み
や部品交換が容易に行えるようにするためである。
500aと後部500bがジョイント部506を介して
分離可能にしているのは、撮影ユニット60の組み込み
や部品交換が容易に行えるようにするためである。
【0123】また、この情報再生装置はペン型に限られ
るものではなく、様々な形状であってもよい。
るものではなく、様々な形状であってもよい。
【0124】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。
うに構成することができる。
【0125】〔1〕 物体像を形成する結像光学系にお
いて、前記結像光学系が、少なくとも絞りを有し、前記
絞りと像面との間に少なくとも第1プリズムと第2プリ
ズムとを有し、前記第1プリズムが、物体側から順に、
絞りを通過した光束をプリズム内に入射させる第1プリ
ズム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を反射す
る第1プリズム第1反射面と、前記第1プリズム第1反
射面で反射された反射光束を反射する第1プリズム第2
反射面と、前記第1プリズム第2反射面で反射された反
射光束をプリズム外に射出する第1プリズム射出面とか
ら構成され、前記第1プリズム第1反射面と前記第1プ
リズム射出面とが同一面によって兼用され、前記第1プ
リズム入射面から入射した光束は、前記第1プリズム射
出面に全反射臨界角を越えて入射することによって前記
第1プリズム第1反射面として反射作用を発生させるよ
うに構成され、前記第2プリズムが、前記第1プリズム
射出面から射出された光束をプリズム内に入射させる第
2プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を
反射する第2プリズム第1反射面と、前記第2プリズム
第1反射面で反射された反射光束を反射する第2プリズ
ム第2反射面と、前記第2プリズム第2反射面で反射さ
れた反射光束をプリズム外に射出する第2プリズム射出
面とから構成され、前記第2プリズム第2反射面と前記
第2プリズム入射面とが同一面によって兼用され、前記
第2プリズム第1反射面から反射された光束は、前記第
2プリズム入射面に全反射臨界角を越えて入射すること
によって前記第2プリズム第2反射面として反射作用を
発生させるように構成されていることを特徴とする結像
光学系。
いて、前記結像光学系が、少なくとも絞りを有し、前記
絞りと像面との間に少なくとも第1プリズムと第2プリ
ズムとを有し、前記第1プリズムが、物体側から順に、
絞りを通過した光束をプリズム内に入射させる第1プリ
ズム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を反射す
る第1プリズム第1反射面と、前記第1プリズム第1反
射面で反射された反射光束を反射する第1プリズム第2
反射面と、前記第1プリズム第2反射面で反射された反
射光束をプリズム外に射出する第1プリズム射出面とか
ら構成され、前記第1プリズム第1反射面と前記第1プ
リズム射出面とが同一面によって兼用され、前記第1プ
リズム入射面から入射した光束は、前記第1プリズム射
出面に全反射臨界角を越えて入射することによって前記
第1プリズム第1反射面として反射作用を発生させるよ
うに構成され、前記第2プリズムが、前記第1プリズム
射出面から射出された光束をプリズム内に入射させる第
2プリズム入射面と、プリズム内に入射した入射光束を
反射する第2プリズム第1反射面と、前記第2プリズム
第1反射面で反射された反射光束を反射する第2プリズ
ム第2反射面と、前記第2プリズム第2反射面で反射さ
れた反射光束をプリズム外に射出する第2プリズム射出
面とから構成され、前記第2プリズム第2反射面と前記
第2プリズム入射面とが同一面によって兼用され、前記
第2プリズム第1反射面から反射された光束は、前記第
2プリズム入射面に全反射臨界角を越えて入射すること
によって前記第2プリズム第2反射面として反射作用を
発生させるように構成されていることを特徴とする結像
光学系。
【0126】〔2〕 上記1において、前記絞りの中心
と前記像中心とを結ぶ光線を光軸とし、前記絞りから前
記第1プリズムと前記第2プリズムとを通過して折り返
される光軸が、略同一平面内に位置するように構成され
ていることを特徴とする結像光学系。
と前記像中心とを結ぶ光線を光軸とし、前記絞りから前
記第1プリズムと前記第2プリズムとを通過して折り返
される光軸が、略同一平面内に位置するように構成され
ていることを特徴とする結像光学系。
【0127】〔3〕 上記2において、前記第1プリズ
ムの折り返し光軸の含まれる平面における前記第1プリ
ズム第2反射面の形状が光束に負のパワーを与える反射
面形状を有するように構成されていると共に、前記第2
プリズムの折り返し光軸の含まれる平面における前記第
2プリズム第1反射面の形状が光束に正のパワーを与え
る反射面形状を有するように構成されていることを特徴
とする結像光学系。
ムの折り返し光軸の含まれる平面における前記第1プリ
ズム第2反射面の形状が光束に負のパワーを与える反射
面形状を有するように構成されていると共に、前記第2
プリズムの折り返し光軸の含まれる平面における前記第
2プリズム第1反射面の形状が光束に正のパワーを与え
る反射面形状を有するように構成されていることを特徴
とする結像光学系。
【0128】〔4〕 上記1〜3の何れか1項におい
て、前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、以下の
条件(1)、(2)を満足するように構成されているこ
とを特徴とする結像光学系。
て、前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、以下の
条件(1)、(2)を満足するように構成されているこ
とを特徴とする結像光学系。
【0129】 P1x<P2x ・・・(1) P1y<P2y ・・・(2) ただし、全光学系の偏心方向がY軸方向で、前記絞りの
中心と前記像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面と
し、そのY−Z面と直交する方向をX方向とするとき、
前記第1プリズムのX方向、Y方向のパワーをそれぞれ
P1x,P1y、前記第2プリズムのX方向、Y方向の
パワーをそれぞれP2x,P2y、全光学系の全体のX
方向、Y方向のパワーをそれぞれPx,Pyとする。
中心と前記像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面と
し、そのY−Z面と直交する方向をX方向とするとき、
前記第1プリズムのX方向、Y方向のパワーをそれぞれ
P1x,P1y、前記第2プリズムのX方向、Y方向の
パワーをそれぞれP2x,P2y、全光学系の全体のX
方向、Y方向のパワーをそれぞれPx,Pyとする。
【0130】〔5〕 上記1〜5の何れか1項におい
て、前記第1プリズムが以下の条件(9)、(10)を
満足するように構成されていることを特徴とする結像光
学系。
て、前記第1プリズムが以下の条件(9)、(10)を
満足するように構成されていることを特徴とする結像光
学系。
【0131】 −1.0<P1x/Px<1.0 ・・・(9) −1.0<P1y/Py<1.0 ・・・(10) ただし、全光学系の偏心方向がY軸方向で、前記絞りの
中心と前記像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面と
し、そのY−Z面と直交する方向をX方向とするとき、
前記第1プリズムのX方向、Y方向のパワーをそれぞれ
P1x,P1y、前記第2プリズムのX方向、Y方向の
パワーをそれぞれP2x,P2y、全光学系の全体のX
方向、Y方向のパワーをそれぞれPx,Pyとする。
中心と前記像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面と
し、そのY−Z面と直交する方向をX方向とするとき、
前記第1プリズムのX方向、Y方向のパワーをそれぞれ
P1x,P1y、前記第2プリズムのX方向、Y方向の
パワーをそれぞれP2x,P2y、全光学系の全体のX
方向、Y方向のパワーをそれぞれPx,Pyとする。
【0132】〔6〕 上記1〜5の何れか1項におい
て、前記第2プリズムが以下の条件(11)、(12)
を満足するように構成されていることを特徴とする結像
光学系。
て、前記第2プリズムが以下の条件(11)、(12)
を満足するように構成されていることを特徴とする結像
光学系。
【0133】 0<P2x/Px<3.0 ・・・(11) 0<P2y/Py<3.0 ・・・(12) ただし、全光学系の偏心方向がY軸方向で、前記絞りの
中心と前記像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面と
し、そのY−Z面と直交する方向をX方向とするとき、
前記第1プリズムのX方向、Y方向のパワーをそれぞれ
P1x,P1y、前記第2プリズムのX方向、Y方向の
パワーをそれぞれP2x,P2y、全光学系の全体のX
方向、Y方向のパワーをそれぞれPx,Pyとする。
中心と前記像中心とを結ぶ光線と平行な面をY−Z面と
し、そのY−Z面と直交する方向をX方向とするとき、
前記第1プリズムのX方向、Y方向のパワーをそれぞれ
P1x,P1y、前記第2プリズムのX方向、Y方向の
パワーをそれぞれP2x,P2y、全光学系の全体のX
方向、Y方向のパワーをそれぞれPx,Pyとする。
【0134】〔7〕 上記1〜6の何れか1項におい
て、前記絞りの中心と前記像中心とを結ぶ光線を光軸と
し、前記絞りを通過し前記第1プリズム入射面に入射す
る光軸と前記第2プリズム射出面から射出される光軸と
が、略平行に構成されていることを特徴とする結像光学
系。
て、前記絞りの中心と前記像中心とを結ぶ光線を光軸と
し、前記絞りを通過し前記第1プリズム入射面に入射す
る光軸と前記第2プリズム射出面から射出される光軸と
が、略平行に構成されていることを特徴とする結像光学
系。
【0135】〔8〕 上記1〜7の何れか1項におい
て、前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、前記第
1プリズム射出面と前記第2プリズム入射面とが対向配
置されるように構成されていることを特徴とする結像光
学系。
て、前記第1プリズムと前記第2プリズムとが、前記第
1プリズム射出面と前記第2プリズム入射面とが対向配
置されるように構成されていることを特徴とする結像光
学系。
【0136】
〔9〕 上記1〜8の何れか1項におい
て、前記第1プリズムと第2プリズムとが、以下の条件
(3)、(4)を満足するように構成されていることを
特徴とする結像光学系。
て、前記第1プリズムと第2プリズムとが、以下の条件
(3)、(4)を満足するように構成されていることを
特徴とする結像光学系。
【0137】 0≦θ1≦25° ・・・(3) 0≦θ2≦25° ・・・(4) ただし、前記絞りの中心と前記像中心とを結ぶ光線を光
軸とし、光軸とその第1プリズムから射出する点での面
の法線とのなす角度をθ1、光軸とその第2プリズムへ
入射する点での面の法線とのなす角度をθ2とする。
軸とし、光軸とその第1プリズムから射出する点での面
の法線とのなす角度をθ1、光軸とその第2プリズムへ
入射する点での面の法線とのなす角度をθ2とする。
【0138】〔10〕 上記1〜9の何れか1項におい
て、前記第1プリズム入射面と前記第2プリズム射出面
とが対向配置され、前記第1プリズム第2反射面と前記
第2プリズム第1反射面とが対向配置されるように構成
されていることを特徴とする結像光学系。
て、前記第1プリズム入射面と前記第2プリズム射出面
とが対向配置され、前記第1プリズム第2反射面と前記
第2プリズム第1反射面とが対向配置されるように構成
されていることを特徴とする結像光学系。
【0139】〔11〕 上記1〜10の何れか1項にお
いて、前記絞りの中心と前記像中心とを結ぶ光線を光軸
とし、前記絞りから前記第1プリズムと前記第2プリズ
ムとを通過して折り返される光軸が含まれる平面におけ
る、前記第1プリズム入射面の形状が物体側に凸面を向
け光束に正のパワーを与える面形状に構成されていると
共に、前記第2プリズム射出面の形状が略平面形状にて
構成されていることを特徴とする結像光学系。
いて、前記絞りの中心と前記像中心とを結ぶ光線を光軸
とし、前記絞りから前記第1プリズムと前記第2プリズ
ムとを通過して折り返される光軸が含まれる平面におけ
る、前記第1プリズム入射面の形状が物体側に凸面を向
け光束に正のパワーを与える面形状に構成されていると
共に、前記第2プリズム射出面の形状が略平面形状にて
構成されていることを特徴とする結像光学系。
【0140】〔12〕 上記1〜11の何れか1項にお
いて、前記第1プリズムの第1プリズム第2反射面が、
偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする結像光学系。
いて、前記第1プリズムの第1プリズム第2反射面が、
偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする結像光学系。
【0141】〔13〕 上記1〜12の何れか1項にお
いて、前記第2プリズムの第2プリズム第1反射面が、
偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする結像光学系。
いて、前記第2プリズムの第2プリズム第1反射面が、
偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする結像光学系。
【0142】〔14〕 上記1〜13の何れか1項にお
いて、前記第1プリズムよりも物体側に、屈折力を有す
る光学素子が配置されていることを特徴とする結像光学
系。
いて、前記第1プリズムよりも物体側に、屈折力を有す
る光学素子が配置されていることを特徴とする結像光学
系。
【0143】〔15〕 上記1〜14の何れか1項記載
の結像光学系の形成した像面上に受光面を配置した電子
撮像素子と、映像を表示する表示素子と、前記電子撮像
素子で受光された物体像を映像として前記表示素子に表
示するための信号処理を行なう信号処理回路とを有する
ことを特徴とする電子撮像装置。
の結像光学系の形成した像面上に受光面を配置した電子
撮像素子と、映像を表示する表示素子と、前記電子撮像
素子で受光された物体像を映像として前記表示素子に表
示するための信号処理を行なう信号処理回路とを有する
ことを特徴とする電子撮像装置。
【0144】〔16〕 上記1〜14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た物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記
電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理す
る処理手段とを含み、前記結像光学系の絞りから前記電
子撮像素子までの間隔(D)が、25mm以下(D≦2
5mm)となるように、前記第1プリズムと前記第2プ
リズムの内部で光路を折り曲げ、かつ、前記第1プリズ
ムと前記第2プリズムとを前記間隔Dが小さくなる方向
(Z軸方向)に近づけて配置し、さらに、少なくとも1
0°以上の画角(ω≦10°)の光束を前記第1プリズ
ムと前記第2プリズムの内部で折り曲げて前記電子撮像
素子に導くために、前記間隔Dが3mm以上(D≦3m
m)となるように前記第1プリズムと前記第2プリズム
とが構成されていることを特徴とするコンパクトな撮影
装置。
の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記
電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理す
る処理手段とを含み、前記結像光学系の絞りから前記電
子撮像素子までの間隔(D)が、25mm以下(D≦2
5mm)となるように、前記第1プリズムと前記第2プ
リズムの内部で光路を折り曲げ、かつ、前記第1プリズ
ムと前記第2プリズムとを前記間隔Dが小さくなる方向
(Z軸方向)に近づけて配置し、さらに、少なくとも1
0°以上の画角(ω≦10°)の光束を前記第1プリズ
ムと前記第2プリズムの内部で折り曲げて前記電子撮像
素子に導くために、前記間隔Dが3mm以上(D≦3m
m)となるように前記第1プリズムと前記第2プリズム
とが構成されていることを特徴とするコンパクトな撮影
装置。
【0145】〔17〕 上記16において、前記結像光
学系の絞りから前記電子撮像素子までの間隔(D)が、
15mm以下(D≦15mm)となるように、前記第1
プリズムと前記第2プリズムの内部で光路を折り曲げ、
かつ、前記第1プリズムと前記第2プリズムとを前記間
隔Dが小さくなる方向(Z軸方向)に近づけて配置した
ことを特徴とするコンパクトな撮影装置。
学系の絞りから前記電子撮像素子までの間隔(D)が、
15mm以下(D≦15mm)となるように、前記第1
プリズムと前記第2プリズムの内部で光路を折り曲げ、
かつ、前記第1プリズムと前記第2プリズムとを前記間
隔Dが小さくなる方向(Z軸方向)に近づけて配置した
ことを特徴とするコンパクトな撮影装置。
【0146】〔18〕 上記1〜14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た物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記
電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理す
る処理手段と、操作者が前記処理手段に入力したい情報
信号を入力するための入力部と、前記処理手段からの出
力を表示する表示素子と、前記処理手段からの出力を記
録する記録媒体とを含み、前記処理手段は、前記結像光
学系によって前記電子撮像素子に受光された物体像を前
記表示素子に表示するように構成されていることを特徴
とする情報処理装置。
の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記
電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理す
る処理手段と、操作者が前記処理手段に入力したい情報
信号を入力するための入力部と、前記処理手段からの出
力を表示する表示素子と、前記処理手段からの出力を記
録する記録媒体とを含み、前記処理手段は、前記結像光
学系によって前記電子撮像素子に受光された物体像を前
記表示素子に表示するように構成されていることを特徴
とする情報処理装置。
【0147】〔19〕 上記18において、前記入力部
がキーボードにて構成され、前記結像光学系と前記電子
撮像素子とが前記表示素子の周辺部又は前記キーボード
の周辺部に内蔵されていることを特徴とするパソコン装
置。
がキーボードにて構成され、前記結像光学系と前記電子
撮像素子とが前記表示素子の周辺部又は前記キーボード
の周辺部に内蔵されていることを特徴とするパソコン装
置。
【0148】〔20〕 上記1〜14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た物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、電話
信号を送信及び受信するためのアンテナと、電話番号等
の信号を入力するための入力部と、前記電子撮像素子に
よって受光された物体像を送信可能な信号に変換する信
号処理部とを含んでいることを特徴とする電話装置。
の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、電話
信号を送信及び受信するためのアンテナと、電話番号等
の信号を入力するための入力部と、前記電子撮像素子に
よって受光された物体像を送信可能な信号に変換する信
号処理部とを含んでいることを特徴とする電話装置。
【0149】〔21〕 上記1〜14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た物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、音声
信号をバーコード又はドット状の何れかに表示した被写
体を照明する照明部材と、前記電子撮像素子によって受
光された前記バーコード又はドット状の何れかに表示し
た被写体から音声認識を行う処理手段と、その認識され
た音声信号を音として操作者の耳に伝達する音発生部材
とを含んでいることを特徴とする情報再生装置。
の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、音声
信号をバーコード又はドット状の何れかに表示した被写
体を照明する照明部材と、前記電子撮像素子によって受
光された前記バーコード又はドット状の何れかに表示し
た被写体から音声認識を行う処理手段と、その認識され
た音声信号を音として操作者の耳に伝達する音発生部材
とを含んでいることを特徴とする情報再生装置。
【0150】〔22〕 上記1〜14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た物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記
電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理す
る処理手段と、前記電子撮像素子で受光された物体像を
観察可能に表示する表示素子とを有し、前記電子撮像素
子で受光された物体像の像情報を記録するための記録部
材を内蔵又は挿脱するように構成され、前記処理手段
が、前記電子撮像素子に受光された物体像を前記表示素
子に表示する表示処理機能と、前記電子撮像素子に受光
された物体像を前記記録媒体に記録する記録処理機能と
を有することを特徴とする電子カメラ装置。
の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物
体像を受光する位置に配置された電子撮像素子と、前記
電子撮像素子によって光電変換された電子信号を処理す
る処理手段と、前記電子撮像素子で受光された物体像を
観察可能に表示する表示素子とを有し、前記電子撮像素
子で受光された物体像の像情報を記録するための記録部
材を内蔵又は挿脱するように構成され、前記処理手段
が、前記電子撮像素子に受光された物体像を前記表示素
子に表示する表示処理機能と、前記電子撮像素子に受光
された物体像を前記記録媒体に記録する記録処理機能と
を有することを特徴とする電子カメラ装置。
【0151】〔23〕 上記15〜22の何れか1項記
載の装置において、前記絞りが装置の撮影窓にて構成さ
れていることを特徴とする装置。
載の装置において、前記絞りが装置の撮影窓にて構成さ
れていることを特徴とする装置。
【0152】
【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。
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1】本発明の実施例1の結像光学系の断面図であ
る。
る。
【図2】本発明の実施例2の結像光学系の断面図であ
る。
る。
【図3】実施例1の結像光学系の横収差図である。
【図4】本発明の結像光学系が対物光学系として組み込
れた電子カメラの外観を示す前方斜視図である。
れた電子カメラの外観を示す前方斜視図である。
【図5】本発明の結像光学系が対物光学系として組み込
れた電子カメラの後方斜視図である。
れた電子カメラの後方斜視図である。
【図6】本発明の結像光学系が対物光学系として組み込
れた電子カメラの構成を示す断面図である。
れた電子カメラの構成を示す断面図である。
【図7】本発明の結像光学系が対物光学系として組み込
れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。
【図8】パソコンの撮影光学系の断面図である。
【図9】図8の状態の側面図である。
【図10】本発明の結像光学系が対物光学系として組み
込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断
面図である。
込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断
面図である。
【図11】本発明の結像光学系を適用する情報再生シス
テムにより再生される情報の形態を説明する図である。
テムにより再生される情報の形態を説明する図である。
【図12】本発明の結像光学系を用いたペン型情報再生
装置の内部構成を示した断面図である。
装置の内部構成を示した断面図である。
【図13】本発明の結像光学系におけるパワーと焦点距
離の定義を説明するための図である。
離の定義を説明するための図である。
S…結像光学系 E…観察者眼球 1…絞り 2…軸上主光線(光軸) 3…像面(撮像素子の撮像面) 4…撮像素子のカバーガラス 10…第1プリズム 11…第1プリズム第1面 12…第1プリズム第2面 13…第1プリズム第3面 14…第1プリズム第4面 20…第2プリズム 21…第2プリズム第1面 22…第2プリズム第2面 23…第2プリズム第3面 24…第2プリズム第4面 30…回転対称負レンズ 31…回転対称負レンズ第1面 32…回転対称負レンズ第2面 60…撮像ユニット 62…撮像素子チップ 66…端子 80…lRカットフィルター 100…対物光学系 101…鏡枠 130…紙 132…画像 134…文字 136…記録データ(ドットコード) 138…ブロック 138A…マーカ 138B…誤り訂正用符号 138C…オーディオデータ 138D…xアドレスデータ 138E…yアドレスデータ 138F…誤り判定符号 140…ペン型情報再生装置(情報再生システム) 142…音声出力器 200…電子カメラ 201…撮影用光路 202…撮影光学系 203…ファインダー用光路 204…ファインダー光学系 205…シャッター 206…フラッシュ 207…液晶表示モニター 208…処理手段 209…記録手段 210…ファインダー用対物光学系 211…ポロプリズム 212…接眼レンズ 213…視野枠 300…パソコン 301…キーボード 302…モニター 303…撮影光学系 304…撮影光路 305…画像 400…携帯電話 401…マイク部 402…スピーカ部 403…入力ダイアル 404…モニター 405…撮影光学系 406…アンテナ 407…撮影光路 500a…後部 500b…前部 501…電気回路部品 502…基板 503…処理手段 504…バッテリー電池 505…光源 506…ジョイント部 507…情報記録媒体 508…接続線
Claims (3)
- 【請求項1】 物体像を形成する結像光学系において、 前記結像光学系が、少なくとも絞りを有し、前記絞りと
像面との間に少なくとも第1プリズムと第2プリズムと
を有し、 前記第1プリズムが、物体側から順に、絞りを通過した
光束をプリズム内に入射させる第1プリズム入射面と、
プリズム内に入射した入射光束を反射する第1プリズム
第1反射面と、前記第1プリズム第1反射面で反射され
た反射光束を反射する第1プリズム第2反射面と、前記
第1プリズム第2反射面で反射された反射光束をプリズ
ム外に射出する第1プリズム射出面とから構成され、 前記第1プリズム第1反射面と前記第1プリズム射出面
とが同一面によって兼用され、前記第1プリズム入射面
から入射した光束は、前記第1プリズム射出面に全反射
臨界角を越えて入射することによって前記第1プリズム
第1反射面として反射作用を発生させるように構成さ
れ、 前記第2プリズムが、前記第1プリズム射出面から射出
された光束をプリズム内に入射させる第2プリズム入射
面と、プリズム内に入射した入射光束を反射する第2プ
リズム第1反射面と、前記第2プリズム第1反射面で反
射された反射光束を反射する第2プリズム第2反射面
と、前記第2プリズム第2反射面で反射された反射光束
をプリズム外に射出する第2プリズム射出面とから構成
され、 前記第2プリズム第2反射面と前記第2プリズム入射面
とが同一面によって兼用され、前記第2プリズム第1反
射面から反射された光束は、前記第2プリズム入射面に
全反射臨界角を越えて入射することによって前記第2プ
リズム第2反射面として反射作用を発生させるように構
成されていることを特徴とする結像光学系。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記絞りの中心と前記像中心とを結ぶ光線を光軸とし、
前記絞りから前記第1プリズムと前記第2プリズムとを
通過して折り返される光軸が、略同一平面内に位置する
ように構成されていることを特徴とする結像光学系。 - 【請求項3】 請求項2において、 前記第1プリズムの折り返し光軸の含まれる平面におけ
る前記第1プリズム第2反射面の形状が光束に負のパワ
ーを与える反射面形状を有するように構成されていると
共に、 前記第2プリズムの折り返し光軸の含まれる平面におけ
る前記第2プリズム第1反射面の形状が光束に正のパワ
ーを与える反射面形状を有するように構成されているこ
とを特徴とする結像光学系。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP34749999A JP2001166209A (ja) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | 結像光学系 |
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2000
- 2000-03-31 US US09/541,090 patent/US6876390B1/en not_active Expired - Lifetime
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