JP2002139669A - 結像光学系 - Google Patents

結像光学系

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JP2002139669A
JP2002139669A JP2001007198A JP2001007198A JP2002139669A JP 2002139669 A JP2002139669 A JP 2002139669A JP 2001007198 A JP2001007198 A JP 2001007198A JP 2001007198 A JP2001007198 A JP 2001007198A JP 2002139669 A JP2002139669 A JP 2002139669A
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optical system
image
eccentricity
axis
ffs
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Application number
JP2001007198A
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English (en)
Inventor
Kokichi Kenno
孝吉 研野
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の瞳位置を光軸に垂直方向に移動させ
る簡単な構成で、倍率の調整、結像位置の調整等を可能
にした結像光学系。 【解決手段】 球面収差、像面湾曲、非点収差、歪曲収
差、軸上色収差及び倍率色収差が略補正されていて、コ
マ収差が大きく発生してい結像光学系であり、瞳位置１
を光軸２と略垂直方向に移動させることにより焦点距
離、結像位置、結像倍率、主点位置の少なくとも何れか
１つを調節する結像光学系。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関す
ものであり、特に、レンズ等の結像光学素子を移動させ
ずに変倍又はフォーカスが可能な撮像光学系等の結像光
学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回転非対称面の光学素子を用いてフォー
カス調整をする例として、特公平６−５２３３５号のも
のが知られている。この場合は、２つの光学素子を組み
合わせて光軸に直交する方向へ移動してフォーカス調整
を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、光学素子を移動する空間的スペースを予
め確保する必要がある。また、この光学素子自体により
収差が発生する問題があり、光学的パラメータを大きく
変化させるために使用することはできなかった。
【０００４】一般的な変倍やフォーカス調整は、光学系
の中のいくつかの光学素子を光軸方向に移動させて行う
のが一般的である。しかし、この方法の欠点として、光
学素子を光軸に完全に平行に移動させることが難しく、
光学素子が傾いたり、偏心することにより像の劣化が起
き、特に、小型撮像素子の変倍光学系を構成することは
移動精度が非常に厳しくなり、不可能であった。
【０００５】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、光学系の瞳位置
を光軸に垂直方向に移動させる簡単な構成で、倍率の調
整、結像位置の調整等を可能にした結像光学系を提供す
ることである。
【０００６】
【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、球面収差、像面湾曲、非点収差、歪
曲収差、軸上色収差及び倍率色収差が略補正されてい
て、コマ収差が大きく発生していることを特徴とするも
のである。
【０００７】この場合に、瞳位置を光軸と略垂直方向に
移動させることにより焦点距離、結像位置、結像倍率、
主点位置の少なくとも何れか１つを調節することができ
る。
【０００８】なお、これらの調節は、少なくとも１つの
回転非対称面を備えた結像光学系において行うことがで
きる。
【０００９】また、中間像を結像する構成とし、その中
間像位置近傍に光偏向手段を配置して、中間像より後の
光学系部分に入射する光束の位置と方向を変化させるこ
とにより焦点距離、結像位置、結像倍率、主点位置の少
なくとも何れか１つを調節することができる。
【００１０】以下、本発明において上記構成をとった理
由と作用について説明する。
【００１１】図１は、球面収差、像面湾曲、非点収差、
歪曲収差、軸上色収差及び倍率色収差が略補正されてい
て、コマ収差が大きく発生している結像光学系Ｓの子午
切断面内での光線の様子を模式的に示す図である。コマ
収差が大きく発生しているので、物体Ｏから出た画角の
異なる光線、、は像面Ｉ上の入射位置が異なる。
したがって、この結像光学系Ｓの入射瞳の位置をＰ1 、
Ｐ2 、Ｐ3 と光軸（光軸は、入射瞳の中心を通り、像面
中心に達する軸上主光線で定義されるが、ここで言う光
軸は各入射瞳Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 の中心を通り、像面中心
に達する軸上主光線とする。）と略垂直方向に移動させ
ると、結像光学系Ｓを通る光線が、、と通過位置
及び角度が変化し、各々像面Ｉ上の異なる高さＨ1 、Ｈ
2 、Ｈ3に入射するので、物体Ｏの像面Ｉ上の結像倍率
は各々異なることになり、各入射瞳を構成する絞りを光
軸と略垂直方向に移動させることにより変倍できること
になる。同じ原理で、結像位置、主点位置も瞳位置を光
軸に略垂直方向に移動させることにより調節できる。な
お、瞳位置の移動方向は紙面にも垂直に移動可能なの
で、紙面内の移動で例えば変倍を、紙面に垂直な方向の
移動で例えばフォーカシングを行わせることが可能であ
る。
【００１２】なお、以上は本発明の結像光学系が収差の
点から変倍等が可能なことを説明したが、本発明は結像
光学系の有効面内での光学的パワーが面内で連続的に変
化するように構成して、その使用領域を絞り（瞳）の光
軸に垂直な移動により選択して、他の光学素子を移動さ
せずに、倍率あるいは焦点距離、主点位置等の結像光学
系の光学パラメータを連続的あるいは不連続に調節する
ようにしたものであると説明することもできる。なお、
上記結像光学系の光学パラメータを不連続に調整する場
合の構成としては、１つの自由曲面として構成してもよ
いが、複数の自由曲面を並設配置した不連続自由曲面で
構成することも可能である（自由曲面については後で説
明する。）。
【００１３】ところで、図１からも明らかなように、結
像光学系Ｓの径内で入射瞳をＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 と移動さ
せるには、結像光学系Ｓの径が大きくなってしまう。こ
れを避けるためには、図２に示すように、光学系Ｓ’を
付加して物体Ｏの中間像面近傍に偏向ミラーＭを配置し
てその偏向ミラーＭで偏向角を変えることにより、図１
の入射瞳の移動と同じ効果得られ、同様に、偏向ミラー
Ｍの偏向角に応じて像面Ｉ上の異なる高さＨ1 、Ｈ2 、
Ｈ3 に光線、、が入射して異なる結像倍率で物体
Ｏの像を結像することになる。この場合も、結像位置、
主点位置も偏向ミラーＭの偏向角を変えることにより調
節できる。その回転軸を紙面に垂直と紙面内の両方に設
定することで、例えば変倍とフォーカシングを別々に行
わせることができる。
【００１４】なお、以上のように、瞳位置の光軸と略垂
直方向の移動により焦点距離、結像位置、結像倍率、主
点位置の少なくとも何れか１つを調節できる結像光学系
Ｓとしては、後記の実施例のように、少なくとも１つの
連続の回転非対称面を備えた屈折光学系、反射光学系、
反射屈折光学系において可能である。
【００１５】ここで、回転非対称面として、本発明では
代表的に自由曲面を使用するが、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。
【００１６】 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。
【００１７】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。
【００１８】自由曲面項は、 ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００１９】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。
【００２０】また、上記の回転非対称な曲面形状の面で
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Ｚｅｒｎｉｋ
ｅ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、ＲはＸ−Ｙ
面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｘ軸
から測った回転角で表せられる。
【００２１】 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。
【００２２】上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面
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。
【００２３】なお、自由曲面の他の定義式の例として、
次の定義式（ｃ）があげられる。
【００２４】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。
【００２５】 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、回転非対称面としては、アナモフィック面、トー
リック面を用いることもできる。
【００２６】本発明の上記のような結像光学系は、撮像
光学系、投影光学系、接眼光学系等に用いることができ
る。
【００２７】
【発明の実施形態】以下に、本発明の結像光学系の具体
的な実施例１〜４について説明する。
【００２８】実施例１〜４の構成パラメータは後記する
が、座標系は、順光線追跡で、図３に示するように、実
施例１〜３においては、軸上主光線２を、光学系の標準
状態（図３（ｂ））における入射瞳１の中心を垂直に通
り、像面３中心に至る光線で定義する。そして、順光線
追跡において、入射瞳１の中心を偏心光学系の偏心光学
面の原点として、軸上主光線２に沿う方向をＺ軸方向と
し、瞳１から光学系の第１面１１１に向かう方向をＺ軸
正方向とし、図の面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−
Ｚ平面に直交し、紙面の表から裏へ向かう方向を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、実施例４においては、図６に示する
ように、軸上主光線２を、光学系の偏向ミラー４の標準
状態における入射瞳（偏向ミラー４）の中心を垂直に通
り、像面３中心に至る光線で定義する。そして、順光線
追跡において、光学系の第１面４１１と軸上主光線２と
の交点を偏心光学系の偏心光学面の原点として、軸上主
光線２に沿う方向をＺ軸方向とし、光学系の第１面４１
１に入射する方向をＺ軸正方向とし、図の面をＹ−Ｚ平
面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の表から
裏へ向かう方向を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。
【００２９】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、非球面につい
ては、後記の（ｄ）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。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。なお、面の中心軸の
α，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ
直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転さ
せ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ
軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転し
た座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次い
で、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新た
な座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるもので
ある。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】 Ｚ＝（ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］ ＋Ａｙ4 ＋Ｂｙ6 ＋Ｃｙ8 ＋Ｄｙ10＋…… ・・・（ｄ） 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。
【００３４】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。
【００３５】実施例１〜３は３．２×２．４ｍｍの撮像
素子を使い、各実施例共に瞳径は１．１５ｍｍで、 である。
【００３６】実施例１ 本実施例の変倍光学系は、図３に、広角端（ａ）、標準
状態（ｂ）、望遠端（ｃ）の断面図を示すように、回転
非対称な自由曲面で構成した３つの屈折型光学素子１１
〜１３から構成されており、屈折型光学素子１１からな
り、遠方物体の１次像（中間像）を形成する第１群と、
屈折型光学素子１２と１３とからなり、変倍を主に担う
第２群とから構成されている。
【００３７】光学系の入射側に配置された絞り１を光軸
２と垂直方向に移動することにより、変倍部として構成
されている第２群に入射する入射瞳をこれも光軸と垂直
方向に移動させることにより変倍を行う。
【００３８】第２群は第１群で形成された１次像を像面
３に投影する働きを持っているが、１次像からの射出主
光線傾角により投影倍率が変わる働きを持っている。
【００３９】すなわち、図３（ｂ）が標準状態であり、
そのときの入射瞳は１で、像面は３で示してある。図３
（ａ）は広角状態であり、図３（ｂ）の望遠状態より絞
り１を光軸２と垂直方向に下側に移動することにより変
倍している。そのときの入射瞳は１’で、像面は３’で
示してある。図３（ｃ）は望遠状態であり、図３（ｂ）
の望遠状態より絞り１を光軸２と垂直方向に上側に移動
することにより変倍している。そのときの入射瞳は１”
で、像面は３”で示してある。
【００４０】この実施例では、変倍に伴い像位置がずれ
るが、光学系全体を繰り出すか、像面３に配置される撮
像素子を移動してフォーカシングを行う。
【００４１】なお、図３中、屈折型光学素子１１の物体
側の面を１１１、像側の面を１１２、屈折型光学素子１
２の物体側の面を１２１、像側の面を１２２、屈折型光
学素子１３の物体側の面を１３１、像側の面を１３２で
表記してある。
【００４２】実施例２ 本実施例の変倍光学系は、図４に、広角端（ａ）、標準
状態（ｂ）、望遠端（ｃ）の断面図を示すように、回転
非対称な自由曲面で構成した３つの屈折型光学素子２１
〜２３から構成されており、屈折型光学素子２１からな
り、遠方物体の１次像（中間像）を形成する第１群と、
屈折型光学素子２２と２３とからなり、変倍を主に担う
第２群とから構成されている。
【００４３】本実施例では第２群に対する入射瞳の移動
のために、第１群による１次像（中間像）近傍に軸５を
中心に回転調節可能な偏向ミラー４を配置した例であ
る。
【００４４】この実施例の場合、光学系の入射側に配置
され光学系の入射瞳を規定する絞り１は固定され、像面
３も変倍に関わらず固定である。
【００４５】なお、図４中、屈折型光学素子２１の物体
側の面を２１１、像側の面を２１２、屈折型光学素子２
２の物体側の面を２２１、像側の面を２２２、屈折型光
学素子２３の物体側の面を２３１、像側の面を２３２で
表記してある。
【００４６】実施例３ 本実施例の変倍光学系は、図５に、広角端（ａ）、標準
状態（ｂ）、望遠端（ｃ）の断面図を示すように、回転
非対称な自由曲面で構成した２つの光学素子３１、３２
から構成されており、屈折型光学素子３１からなり、遠
方物体の１次像（中間像）を形成する第１群と、反射屈
折光学素子３２からなり、変倍を主に担う第２群とから
構成されている。
【００４７】本実施例も、第２群に対する入射瞳の移動
のために、第１群による１次像（中間像）近傍に軸５を
中心に回転調節可能な偏向ミラー４を配置した例であ
る。
【００４８】この実施例は変倍を主に担う第２群に偏心
プリズム３２を使用したもので、屈折面の第１面３２
１、内面反射面の第２面３２２、第３面３２３、屈折面
の第４面３２４からなり、各面３２１〜３２４が自由曲
面で構成されたプリズム３２を用いて、主なパワーを持
つ面を反射面で構成することが可能となるもので、収差
の発生が少なく鮮明な画像を結像することが可能となる
ものである。
【００４９】この実施例の場合も、光学系の入射側に配
置され光学系の入射瞳を規定する絞り１は固定され、像
面３も変倍に関わらず固定である。
【００５０】実施例４ 実施例４は３．２×２．４ｍｍの撮像素子を使い、瞳径
は１．１５ｍｍで、 垂直半画角 20.34 （°） 水平半画角 26.31 （°） 焦点距離 3.235（ｍｍ） Ｆナンバー 2.8 である。
【００５１】本実施例は像ぶれ補正（像面安定化）に偏
向ミラーを用いた例であり、図６に偏向ミラー４が標準
状態にある場合の断面図を示す。この実施例において
は、負パワーの偏心プリズム４１と正パワーの偏心プリ
ズム４２とで結像光学系を構成し、その２つの偏心プリ
ズム４１、４２間に軸５を中心に回転調節可能な偏向ミ
ラー４を配置してあり、偏向ミラー４は光学系の瞳位置
近傍に配置することが望ましい。
【００５２】本実施例は第１群、第２群共に偏心プリズ
ム４１、４２を使用したもので、それぞれ屈折面の第１
面４１１、内面反射面の第２面４１２、第３面４１３、
屈折面の第４面４１４、屈折面の第１面４２１、内面反
射面の第２面４２２、第３面４２３、屈折面の第４面４
２４からなり、各面４１１〜４１４、４２１〜４２４が
自由曲面で構成されたプリズム４１、４２を用いて、主
なパワーを持つ面を反射面で構成することが可能となる
もので、収差の発生が少なく鮮明な画像を結像すること
が可能となるものである。
【００５３】なお、像面安定化は、光学系の揺れに応じ
て偏向ミラー４を回転させることにより、像面３での位
置が安定化して像ぶれが補正できるものである。
【００５４】以下に上記実施例１〜４の構成パラメータ
を示す。これらの表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳ
Ｓ”は非球面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。ま
た、偏心の蘭中のＹ、Ｚ、αの前に付加された“Ｗ”は
広角端、“Ｓ”は標準状態、“Ｔ”は望遠端を示し、そ
れらの状態でのＹ、Ｚ、αの値を示す。
【００５５】 （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） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(3) 4 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(5) 6 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(7) 像 面 ∞ 偏心(8) ＦＦＳ Ｃ4 6.9763×10-2 Ｃ6 7.0738×10-2 Ｃ8 -1.4579×10-3 Ｃ10 -1.3384×10-3 Ｃ11 -4.8120×10-5 Ｃ13 2.3469×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 -2.4705×10-3 Ｃ6 -3.0274×10-3 Ｃ8 -3.3515×10-5 Ｃ10 -7.4037×10-4 Ｃ11 -6.1791×10-5 Ｃ13 6.7597×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 1.0032×10-1 Ｃ6 5.0814×10-2 Ｃ8 -8.2932×10-3 Ｃ10 3.1329×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 3.2828×10-2 Ｃ6 -3.7727×10-2 Ｃ8 -6.2406×10-3 Ｃ10 -1.9863×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 1.6842×10-1 Ｃ6 1.3127×10-1 Ｃ8 2.7866×10-3 Ｃ10 1.1877×10-3 Ｃ11 1.9463×10-3 Ｃ13 3.1862×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -1.9454×10-2 Ｃ6 -1.2829×10-2 Ｃ8 -1.9226×10-2 Ｃ10 3.3786×10-3 Ｃ11 4.5133×10-3 Ｃ13 4.6130×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 変倍 ＹＷ -1.37 ＹＳ 0.00 ＹＴ 1.46 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 15.38 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 18.73 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 40.00 α -7.81 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 45.00 α -19.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 45.92 α -5.39 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 49.26 α -1.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 0.56 Ｚ 54.24 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 変倍 ＺＷ 53.17 ＺＳ 54.24 ＺＴ 55.75 。
【００５６】 （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 ∞（絞り面） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(3) 4 ∞ （ＲＥ） 偏心(4) 5 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 6 ＦＦＳ 偏心(6) 7 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ＦＦＳ Ｃ4 5.9209×10-2 Ｃ6 5.3177×10-2 Ｃ8 -6.4226×10-3 Ｃ10 -5.8708×10-3 Ｃ11 -7.6519×10-5 Ｃ13 7.0242×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -3.1345×10-2 Ｃ6 -3.2863×10-2 Ｃ8 2.3696×10-4 Ｃ10 -4.9922×10-3 Ｃ11 6.5377×10-5 Ｃ13 9.9807×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 1.8127×10-1 Ｃ6 1.0379×10-1 Ｃ8 -7.5340×10-3 Ｃ10 -6.5570×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 1.4784×10-1 Ｃ6 -1.4470×10-2 Ｃ8 -6.5292×10-4 Ｃ10 -2.8406×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 1.4831×10-1 Ｃ6 6.9016×10-2 Ｃ8 -1.5577×10-2 Ｃ10 -1.7133×10-3 Ｃ11 6.8491×10-4 Ｃ13 1.0030×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -3.0939×10-2 Ｃ6 -4.7516×10-2 Ｃ8 -3.0850×10-2 Ｃ10 -5.5518×10-3 Ｃ11 2.0075×10-3 Ｃ13 5.3172×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 15.15 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 20.70 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 30.00 α -39.29 β 0.00 γ 0.00 変倍 αＷ-39.29 αＳ-45.00 αＴ -50.29 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 9.78 Ｚ 30.00 α 76.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 14.53 Ｚ 30.00 α 78.08 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 20.16 Ｚ 30.00 α 51.54 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 24.76 Ｚ 30.00 α 68.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 29.11 Ｚ 31.72 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。
【００５７】 （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） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(3) 4 ∞ （ＲＥ） 偏心(4) 5 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 6 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(6) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(7) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ＦＦＳ Ｃ4 8.4415×10-2 Ｃ6 9.6518×10-2 Ｃ8 -5.8465×10-3 Ｃ10 -1.5448×10-4 Ｃ11 -2.1502×10-4 Ｃ13 -1.4826×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -4.4064×10-2 Ｃ6 -2.1382×10-2 Ｃ8 -2.2798×10-3 Ｃ10 1.8454×10-3 Ｃ11 -1.5216×10-4 Ｃ13 4.9834×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -1.3330×10-1 Ｃ6 -7.3889×10-2 Ｃ8 -1.2524×10-2 Ｃ10 -9.6175×10-3 Ｃ11 1.4225×10-3 Ｃ13 2.0965×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -1.6578×10-2 Ｃ6 -1.3634×10-2 Ｃ8 4.4119×10-4 Ｃ10 1.2479×10-4 Ｃ11 1.3689×10-6 Ｃ13 1.2541×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 8.9048×10-3 Ｃ6 7.4252×10-3 Ｃ8 3.8625×10-4 Ｃ10 -1.0577×10-5 Ｃ11 -1.2701×10-6 Ｃ13 1.7136×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 1.6011×10-1 Ｃ6 5.7598×10-2 Ｃ8 -1.0739×10-1 Ｃ10 -2.4942×10-2 Ｃ11 2.3486×10-2 Ｃ13 2.0045×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -18.19 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.81 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 11.81 α -45.00 β 0.00 γ 0.00 変倍 αＷ-35.10 αＳ-45.00 αＴ-54.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 5.00 Ｚ 11.81 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 20.00 Ｚ 11.81 α 67.50 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 10.00 Ｚ 1.81 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 10.00 Ｚ 21.81 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 10.00 Ｚ 23.81 α -180.00 β 0.00 γ 0.00 。
【００５８】 （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 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 2 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(2) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.4924 57.6 4 ＡＳＳ 偏心(4) 6 ∞（絞り面） 偏心(5) 8 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(7) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(8) 1.4924 57.6 11 ＡＳＳ 偏心(9) 像 面 ∞ 偏心(10) ＡＳＳ Ｒ -45.86 Ｋ 0.0000 Ａ 5.4306×10-5 ＡＳＳ Ｒ 18.14 Ｋ 0.0000 Ａ -4.5681×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 1.7631×10-2 Ｃ6 1.8448×10-2 Ｃ10 1.1003×10-5 Ｃ13 -2.0306×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 3.1558×10-2 Ｃ6 2.6090×10-2 Ｃ8 -3.4293×10-4 Ｃ10 -2.3078×10-4 Ｃ11 -4.9711×10-5 Ｃ13 -9.6161×10-5 Ｃ15 -3.6824×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 1.8997×10-2 Ｃ6 9.2707×10-3 Ｃ8 -1.5057×10-4 Ｃ10 -9.3739×10-5 Ｃ11 -1.0497×10-5 Ｃ13 -1.0209×10-5 Ｃ15 -8.5542×10-7 ＦＦＳ Ｃ4 -4.4004×10-2 Ｃ6 -4.6212×10-2 Ｃ10 1.8555×10-3 Ｃ13 3.8854×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -1.5502×10-2 Ｃ6 -2.0141×10-2 Ｃ8 1.1780×10-4 Ｃ10 -1.7133×10-5 Ｃ11 5.4380×10-5 Ｃ13 1.0831×10-4 Ｃ15 -3.9708×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 2.8712×10-2 Ｃ6 1.2884×10-2 Ｃ8 -9.2918×10-4 Ｃ10 -9.4810×10-4 Ｃ11 5.4066×10-5 Ｃ13 1.1354×10-4 Ｃ15 -5.8089×10-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 11.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.31 Ｚ 4.54 α -36.52 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 10.44 Ｚ 2.19 α -25.85 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 12.46 Ｚ 6.48 α 32.02 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 15.55 Ｚ 14.17 α -23.12 β 0.00 γ 0.00 像面安定化：α，βが可変 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 17.09 Ｚ 13.55 α 106.37 β 0.00 γ 180.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 21.50 Ｚ 11.94 α 132.50 β 0.00 γ 180.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 20.05 Ｚ 15.04 α 178.83 β 0.00 γ 180.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 18.10 Ｚ 10.37 α -156.54 β 0.00 γ 180.00 偏心(10) Ｘ 0.00 Ｙ 17.71 Ｚ 9.45 α -157.64 β 0.00 γ 180.00 。
【００５９】上記実施例３の広角端、標準状態、望遠端
での横収差をそれぞれ図７、図８、図９に示す。これら
の横収差図において、括弧内に示された数字は（水平画
角，垂直画角）を表し、その画角における横収差を示
す。
【００６０】本発明においては、上記数値実施例のみに
こだわることなく、第１群で形成する１次像は実像だけ
でなく虚像の場合でもよい。さらには、実像の１次像を
形成する必要は必ずしも必要ではない。
【００６１】また、第１群は１つの光学素子で構成され
ているが、複数の光学素子で構成することも当然可能で
あるし、収差補正上はこの方が好ましい。
【００６２】また、本発明の目的は、光学素子の焦点距
離、倍率、主点位置、結像位置等のパラメータを変える
ことが目的であり、実施例と略同じ構成で、フォーカス
調整に本発明を用いることができることは言うまでもな
い。
【００６３】また、第１群は透過レンズで構成している
が、プリズム光学系でも構成することが可能である（実
施例３、４）。本発明では、便宜上第１群と第２群の２
群構成で説明しているが、本発明では、光学素子の移動
を基本的には伴わない変倍又はフォーカス調整機構を採
用しているので、第１群、第２群等の分け方は、従来の
群間隔を変化させて変倍を行うズームレンズの群構成と
は異なる。
【００６４】なお、上記実施例は変倍と像ぶれ補正は別
に説明したが、複数のプリズム光学系を組み合わせて、
リレーされる瞳と像にそれぞれ反射鏡を配置して、変
倍、像ぶれ補正、フォーカスを３枚の反射鏡で別々に独
立して行うことも可能である。さらには、１つの反射鏡
の相互に直交する回転軸の周りでの回転調整により変
倍、像ぶれ補正、フォーカスの何れか２つを１つの反射
鏡で行うことも可能である。
【００６５】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。
【００６６】〔１〕 球面収差、像面湾曲、非点収差、
歪曲収差、軸上色収差及び倍率色収差が略補正されてい
て、コマ収差が大きく発生していることを特徴とする結
像光学系。
【００６７】〔２〕 瞳位置を光軸と略垂直方向に移動
させることにより焦点距離、結像位置、結像倍率、主点
位置の少なくとも何れか１つを調節することを特徴とす
る上記１記載の結像光学系。
【００６８】〔３〕 少なくとも１つの回転非対称面を
備えた結像光学系の瞳位置を光軸と垂直方向に移動させ
ることにより焦点距離を可変とすることを特徴とする結
像光学系。
【００６９】〔４〕 少なくとも１つの回転非対称面を
備えた結像光学系の瞳位置を光軸と垂直方向に移動させ
ることにより変倍をすることを特徴とする結像光学系。
【００７０】〔５〕 少なくとも１つの回転非対称面を
備えた結像光学系の瞳位置を光軸と垂直方向に移動させ
ることにより主点位置を可変とすることを特徴とする結
像光学系。
【００７１】〔６〕 瞳位置を光軸と垂直方向に移動さ
せるために、絞りを光軸と略垂直方向に移動する手段を
有することを特徴とする上記２から５の何れか１項記載
の結像光学系。
【００７２】〔７〕 瞳位置を光軸と垂直方向に移動さ
せるために、光偏向手段を有することを特徴とする上記
２から５の何れか１項記載の結像光学系。
【００７３】〔８〕 前記光偏向手段は１次結像位置近
傍に配置されていることを特徴とする上記７記載の結像
光学系。
【００７４】
〔９〕 少なくとも１つの回転非対称面を
備えた結像光学系の瞳位置近傍に光偏向手段を配置して
光偏向手段を調節することにより像ぶれ補正を行うこと
を特徴とする結像光学系。
【００７５】〔１０〕 撮像光学系として用いられるこ
とを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の結像光
学系。
【００７６】〔１１〕 投影光学系として用いられるこ
とを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の結像光
学系。
【００７７】〔１２〕 接眼光学系として用いられるこ
とを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の結像光
学系。
【００７８】
【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、光学系中の絞りあるいは反射鏡を動かす簡単
な構成で、倍率の調整、結像位置等の光学的パラメータ
の調整が可能な小型の結像光学系を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結像光学系において変倍等が可能な理
由を説明するための図である。
【図２】本発明において偏向ミラーの回転調整により変
倍等が可能な理由を説明するための図である。
【図３】実施例１の変倍光学系の広角端（ａ）、標準状
態（ｂ）、望遠端（ｃ）の断面図である。
【図４】実施例２の変倍光学系の広角端（ａ）、標準状
態（ｂ）、望遠端（ｃ）の断面図である。
【図５】実施例３の変倍光学系の広角端（ａ）、標準状
態（ｂ）、望遠端（ｃ）の断面図である。
【図６】実施例４の像ぶれ補正光学系の標準状態の断面
図である。
【図７】実施例３の広角端での横収差図である。
【図８】実施例３の標準状態での横収差図である。
【図９】実施例３の望遠端での横収差図である。
【符号の説明】
Ｓ…結像光学系 Ｏ…物体 Ｉ…像面 、、…光線 Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 …入射瞳 Ｈ1 、Ｈ2 、Ｈ3 …像高 Ｓ’…付加光学系 Ｍ…偏向ミラー １、１’、１”…入射瞳（絞り） ２…軸上主光線（光軸） ３、３’、３”…像面 ４…偏向ミラー ５…回転軸 １１、１２、１３…屈折型光学素子 １１１、１２１、１３１…物体側の面 １１２、１２２、１３２…像側の面 ２１、２２、２３…屈折型光学素子 ２１１、２２１、２３１…物体側の面 ２１２、２２２、２３２…像側の面 ３１…屈折型光学素子 ３２…反射屈折光学素子 ３１１…物体側の面 ３１２…像側の面 ３２１…第１面 ３２２…第２面 ３２３…第３面 ３２４…第４面 ４１、４２…偏心プリズム ４１１、４２１…第１面 ４１２、４２２…第２面 ４１３、４２３…第３面 ４１４、４２４…第４面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 球面収差、像面湾曲、非点収差、歪曲収
    差、軸上色収差及び倍率色収差が略補正されていて、コ
    マ収差が大きく発生していることを特徴とする結像光学
    系。
  2. 【請求項２】 瞳位置を光軸と略垂直方向に移動させる
    ことにより焦点距離、結像位置、結像倍率、主点位置の
    少なくとも何れか１つを調節することを特徴とする請求
    項１記載の結像光学系。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの回転非対称面を備えた
    結像光学系の瞳位置を光軸と垂直方向に移動させること
    により焦点距離を可変とすることを特徴とする結像光学
    系。
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