JP2006113159A

JP2006113159A - 撮像光学系

Info

Publication number: JP2006113159A
Application number: JP2004298383A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Shimo; 光昭志茂; Satoshi Osawa; 聡大澤; Atsushi Ishihara; 淳石原; Kenji Konno; 賢治金野
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-04-27
Also published as: US20060077578A1; US7177104B2

Abstract

【課題】小型・薄型でありながら高画素の撮像素子に対応可能な高性能を有する撮像光学系を提供する。
【解決手段】撮像素子ＳＲの受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系である。第１光学ブロックＢ１は第１プリズムユニットＰ１と第１光学ユニットＵ１を有し、第２光学ブロックＢ２は第２プリズムユニットＰ２と第２光学ユニットＵ２を有する。第１プリズムユニットＰ１は曲面を全反射面Ｓ８として利用するとともに透過面Ｓ６としても利用し、第１光学ユニットＵ１は曲面Ｓ６の近傍に曲面Ｓ６と同一形状又は略同一形状の曲面Ｓ５を有する。第２プリズムユニットＰ２は曲面を全反射面Ｓ１４として利用するとともに透過面Ｓ１６としても利用し、第２光学ユニットＵ２は曲面Ｓ１６の近傍に曲面Ｓ１６と同一形状又は略同一形状の曲面Ｓ１７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像光学系に関するものであり、例えば、被写体の映像を撮像素子で取り込む画像入力機能付きデジタル機器に適した薄型の撮像光学系に関するものである。

近年、携帯電話機や携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)に、画像を取り込むためのデジタルスチルカメラやデジタルビデオユニットが内蔵されるようになってきている。これらのデジタル機器には携帯性を考慮した小型化が求められており、その一方で画像情報の高性能化も同時に求められている。画像情報の高性能化に関しては画像を取り込む撮像素子の高画素化が図られており、撮像素子の高画素化に伴い１つの画素を構成する素子の小型化も進められている。しかし、撮像素子全体の大型化は避けられないため、必要な像サイズが大きくなり、さらには高画素化に対応した高い解像力も必要になってきている。撮像光学系としては、ストレートタイプと呼ばれる共軸光学系が従来より用いられている。このタイプでの像サイズの大型化，高解像力化には、レンズ枚数の増加や全長の大型化が伴うことになる。これは携帯電話機やＰＤＡの小型化に反する方向といえる。したがって、ストレートタイプとは異なった小型化・薄型化が必要である。

ストレートタイプとは異なったタイプの撮像光学系として、反射面を有するプリズムを利用した光学系が知られている。このタイプでは、光路を反射面で折り曲げることにより撮像光学系の小型化・薄型化を図っている。光路の折り曲げには、１つのプリズム内で何度も反射を繰り返したり、複数のプリズムを配置して複数回の反射を行ったりする等の方法が用いられている。また、１つの面を全反射面と透過面とに兼用して光路を折り曲げるものも知られている(以下、この全反射と透過の両方について作用する面をＴＩＲ面と呼ぶ。)。その１つとして、小型化・薄型化のためにＴＩＲ面を曲面に利用した光学系が挙げられる。例えば、光路を稼ぐために２個のプリズムにＴＩＲ面を２面用いた結像光学系が特許文献１で提案されている。また、入射面から像面までの長さを短くして薄型にするために、２個のプリズムにＴＩＲ面を２面用いた結像光学系が特許文献２で提案されている。これらのように反射面と透過面の両方の機能を１つの曲面に持たせる構成には、光学系の小型化・薄型化の可能性がある。
特開２００１−１６６２０９号公報特開平１１−２７１６１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている光学構成では、入射面から像面までの全長が長くなってしまい、全長の短縮にＴＩＲ面を十分に活用することができない。また、特許文献２に記載されている光学構成では、プリズムが２個のみであるため高解像力化に限界がある。つまり、コンパクトなままで高性能化を達成しようとしても、ＴＩＲ面を単独で用いたりそれを構成するプリズムだけを用いたりする構成では限界がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、小型・薄型でありながら高画素の撮像素子に対応可能な高性能を有する撮像光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の撮像光学系は、撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系であって、曲面を有するプリズムユニットと、そのプリズムユニットとは異なる部材から成る光学ユニットと、を有する光学ブロックを複数備え、前記プリズムユニットが前記曲面を全反射面として利用するとともに透過面としても利用し、前記光学ユニットが前記曲面の近傍に前記曲面と同一形状又は略同一形状の曲面を有することを特徴とする。

第２の発明の撮像光学系は、上記第１の発明において、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
Ｄ／Ｈ＜2.0 …(1)
ただし、
Ｈ：撮像素子の画面の短辺方向の長さ、
Ｄ：撮像光学系の最も物体側の面から撮像素子までの、撮像素子の画面に対して垂直方向の長さ、
である。

第３の発明の撮像光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記プリズムユニットの曲面が自由曲面であることを特徴とする。

第４の発明の撮像光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記複数の光学ブロックの間に光学絞りを有することを特徴とする。

第５の発明の撮像光学系は、上記第４の発明において、前記複数の光学ブロックの間に凹レンズを有することを特徴とする。

本発明によれば、小型・薄型でありながら高画素の撮像素子に対応可能な高性能を有する撮像光学系を実現することができる。そして、本発明に係る撮像光学系をデジタルカメラ，携帯情報端末等の機器に用いれば、これらの機器の高性能化，高機能化，コンパクト化，低コスト化等に寄与することができる。

以下、本発明に係る撮像光学系の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１，図２に、第１，第２の実施の形態の光学構成をそれぞれ光学断面で示す。図１，図２中、Ｓｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された面は物体側から数えてｉ番目の面(Ｓｉに＊印が付された面は自由曲面)である。各実施の形態の撮像光学系はいずれも、撮像素子{例えば、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)等の固体撮像素子}ＳＲの受光面上に物体(すなわち被写体)の光学像を形成するための単焦点レンズであり、第１，第２光学ブロックＢ１，Ｂ２を備えている。第１光学ブロックＢ１は、第１プリズムユニットＰ１と、その第１プリズムユニットＰ１とは異なる部材から成る第１光学ユニットＵ１を有しており、第２光学ブロックＢ２は、第２プリズムユニットＰ２と、その第２プリズムユニットＰ２とは異なる部材から成る第２光学ユニットＵ２を有している。また、第１，第２光学ブロックＢ１，Ｂ２間には光学絞りＳＴと凹レンズＬＮが配置されており、最も物体側には保護ガラスに相当する平行平面板ＰＴが配置されている。

第１，第２の実施の形態の光学構成を光路順に説明する。第１面Ｓ１は後述する各面頂点位置を表すためのダミー面(基準面)であり、撮像光学系の最も物体側の面は第２面Ｓ２である。撮像光学系に入射してきた光は、平行平面板ＰＴを透過した後、第１光学ブロックＢ１に入射する。第１光学ブロックＢ１を構成している第１光学ユニットＵ１は、入射面(第４面)Ｓ４と射出面(第５面)Ｓ５を１面づつ有している。第４面Ｓ４と第５面Ｓ５は共に自由曲面から成る透過面であり、第４面Ｓ４と第５面Ｓ５を透過した光は第１プリズムユニットＰ１に入射する。

第１光学ブロックＢ１を構成している第１プリズムユニットＰ１は全反射プリズムであり、第１光学ユニットＵ１の射出面Ｓ５を透過した光は、その射出面Ｓ５の近傍に配置されている入射面(第６面)Ｓ６を透過して第１プリズムユニットＰ１内に入る。第６面Ｓ６も自由曲面であり、第５面Ｓ５と第６面Ｓ６は同一形状(又は略同一形状)を成している。第６面Ｓ６を透過した光は、第１プリズムユニットＰ１の第７面Ｓ７で反射され、第８面Ｓ８に入射する。第７面Ｓ７は自由曲面から成る反射面であり、第８面Ｓ８は第５面Ｓ５と同一の面(つまりＴＩＲ面)である。第８面Ｓ８への入射光は、第８面Ｓ８での全反射作用により反射され、射出面(第９面)Ｓ９から第１プリズムユニットＰ１外へ射出する。したがって第１プリズムユニットＰ１では、同一の曲面Ｓ６，Ｓ８が透過面として利用されるとともに全反射面としても利用されることになる。

第１プリズムユニットＰ１を射出した光は、光学絞り(第１０面)Ｓ１０を通過した後、凹レンズＬＮに入射する。そして、凹レンズＬＮの入射面(第１１面)Ｓ１１と射出面(第１２面)Ｓ１２を透過した後、第２光学ブロックＢ２に入射する。第２光学ブロックＢ２を構成している第２プリズムユニットＰ２は全反射プリズムであり、入射光は第１３面Ｓ１３から第２プリズムユニットＰ２内に入る。第１３面Ｓ１３から入射してきた光は、第１４面Ｓ１４での全反射作用により反射され、第１５面Ｓ１５に入射する。第１４面Ｓ１４と第１５面Ｓ１５は自由曲面から成る反射面であり、第１５面Ｓ１５で反射した光は、第１６面Ｓ１６に入射する。第１６面Ｓ１６は第１４面Ｓ１４と同一の面(つまりＴＩＲ面)である。第１５面Ｓ１５からの光は第１６面Ｓ１６を透過して、第２プリズムユニットＰ２外へ射出する。したがって、第２プリズムユニットＰ２では同一の曲面Ｓ１４，Ｓ１６が全反射面として利用されるとともに透過面としても利用されることになる。

第２プリズムユニットＰ２を射出した光は、第２光学ユニットＵ２に入射する。第２光学ブロックＢ２を構成している第２光学ユニットＵ２は、入射面(第１７面)Ｓ１７と射出面(第１８面)Ｓ１８を１面づつ有しており、その第１７面Ｓ１７と第１８面Ｓ１８は共に自由曲面から成る透過面である。第２光学ユニットＵ２の第１７面Ｓ１７は、第２プリズムユニットＰ２の射出面Ｓ１６の近傍に配置されており、第１６面Ｓ１６と第１７面Ｓ１７は同一形状(又は略同一形状)を成している。第１７面Ｓ１７を透過した光は、第１８面から第１光学ユニットＵ２外へ射出した後、像面(第１９面)Ｓ１９に到達して、撮像素子ＳＲの受光面上に被写体の光学像を形成する。形成された光学像は、撮像素子ＳＲによって電気的な信号に変換される。

光学系をコンパクト化・薄型化するには光路を折り曲げたり折り畳んだりすればよく、それには反射面を利用するのが効果的である。更なるコンパクト化のためには、１つの面を反射面として利用するだけではなく、それに透過面の機能も持たせると有利になる。つまり、ＴＩＲ面を用いて、それを全反射面として利用するとともに透過面としても利用するのが好ましい。また、コンパクトさを維持しながら使用像範囲を拡大するためには、反射面や屈折面のパワーを強くする必要がある。しかしながら、面のパワーを強くすると収差の発生量が大きくなり、その補正のために光路サイズがかえって増大し、光学系の大型化を招いてしまう。新たな面を追加することにより収差を補正することは可能であるが、ただ単に新たな面を追加すると光学系の大型化を招いてしまう。ＴＩＲ面の近傍にそれと同一又は略同一の形状を有する新たな面を配置すれば、大型化を最小限度に抑えながら高性能化を達成することができる。さらに、この新たな面を構成する光学部材の分散を変えれば、色収差を抑える機能を持たせることも可能である。また、上記のようにＴＩＲ面を有する光学部材を単独で用いるだけでは高性能化は不十分であり、複数用いることにより初めて高い解像力を得ることが可能となる。

したがって各実施の形態のように、曲面を有するプリズムユニットと、そのプリズムユニットとは異なる部材から成る光学ユニットと、を有する光学ブロックを複数備え、前記プリズムユニットが前記曲面を全反射面として利用するとともに透過面としても利用し、前記光学ユニットが前記曲面の近傍に前記曲面と同一形状又は略同一形状の曲面を有する構成にすることが好ましい。この構成により、撮像光学系を小型化・薄型化しながら高画素の撮像素子に対応可能な高性能化を達成することができる。

撮像光学系の薄型化に関しては、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
Ｄ／Ｈ＜2.0 …(1)
ただし、
Ｈ：撮像素子の画面の短辺方向の長さ、
Ｄ：撮像光学系の最も物体側の面から撮像素子までの、撮像素子の画面に対して垂直方向の長さ、
である。

条件式(1)は、撮像光学系の薄型化に関して好ましい条件範囲を規定している。撮像素子の画素数が多くなれば、それだけ必要像範囲が大きくなり、それに伴って撮像光学系は大型化してしまう。この条件式(1)を満たすことによって、撮像光学系の薄型化を効果的に維持することが可能となる。条件式(1)の条件範囲を外れると、薄型化が不十分となり、ＴＩＲ面の効果及びその近傍に同一形状又は略同一形状の曲面を配した効果が不十分となる。

以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
Ｄ／Ｈ＜1.5 …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定しており、この条件式(1a)を満たすことにより更なる薄型化の達成が可能となる。

各実施の形態では、第４面Ｓ４〜第８面Ｓ８，第１４面Ｓ１４〜第１８面Ｓ１８が自由曲面から成っている。このように複数の反射面を有する光学系では光学面として自由曲面を用いることが好ましく、プリズムユニットの曲面は自由曲面であることが更に好ましい。光学系内で反射面を利用する場合には、非対称な収差の発生に注意する必要がある。光軸に対して入射角度４５度で平面ミラーが反射を行う場合、光軸に対して非対称な収差の発生は特に起こらない。しかしながらそれ以外の場合、特に軸ずらしというoff-axis系においてミラー(特に曲面ミラー)を使用する場合には、非対称な収差が発生することがある。この非対称な収差は軸対称曲面で十分に補正することができず、軸非対称曲面による補正が必要となる。そのため、曲面には自由曲面を用いるのが好ましく、反射面としても使用する曲面(各実施の形態ではＴＩＲ面Ｓ６，Ｓ８；Ｓ１４，Ｓ１６)には、軸非対称曲面(つまり自由曲面)を利用するのが更に好ましい。

各実施の形態では、第１，第２光学ブロックＢ１，Ｂ２間に光学絞りＳＴが配置されている。このように、複数の光学ブロックの間に光学絞りを有することが収差補正上好ましい。光学絞りの位置は、特に歪曲収差の補正と密接に関係している。光学絞りを撮像光学系の前に配置すれば、マイナスの歪曲が発生する傾向があり、光学絞りを撮像光学系の後ろに配置すれば、プラスの歪曲が発生する傾向がある。したがって、歪曲収差を適切に補正するためには、光学絞りを撮像光学系の中間に配置する方が有利である。特に、複数の反射プリズムが存在する場合には、その間に光学絞りを配置することにより、歪曲収差の補正を好適に行うことが可能となるだけでなく、倍率色収差，コマ収差の補正にも有利となる。なお、光学絞りのほかに、不要光をカットするための光束規制板等を必要に応じて配置してもよい。

各実施の形態では、第１，第２光学ブロックＢ１，Ｂ２間に凹レンズＬＮが配置されている。このように、複数の光学ブロックの間に凹レンズを有することが像面補正上好ましい。光学絞りが複数のプリズムの間に位置することより、その部分での光線高さは最も低くなる。このため、その付近に凹面を配置すれば凹面のパワーを強くすることができる。それによりペッツバールをマイナスへもっていくことが可能となり、像面の補正に有利となる。したがって、プリズムユニットと光学ユニットを有する複数の光学ブロックの間に凹レンズを配置するのが好ましい。

各実施の形態の撮像光学系には、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ面(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ面)が用いられているが、使用可能なレンズ面はこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ面，屈折作用と回折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ面等を用いてもよい。また、入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズを用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、屈折率分布の均一な均質素材レンズを用いることが好ましい。

各実施の形態の撮像光学系は、画像入力機能付きデジタル機器(例えばカメラ付き携帯電話)用の薄型撮像光学系としての使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像レンズ装置を構成することができる。撮像レンズ装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像光学系と、撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、で構成される。

撮像素子としては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられ、撮像光学系により形成された光学像は撮像素子により電気的な信号に変換される。撮像素子で生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されて、デジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。なお、撮像光学系と撮像素子との間には、光学フィルター(光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等)が必要に応じて配置される。

カメラの例としては、デジタルカメラ；ビデオカメラ；監視カメラ；車載カメラ；テレビ電話用カメラ；ドアホーン用カメラ；パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)，これらの周辺機器(マウス，スキャナー，プリンター等)，その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像レンズ装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像レンズ装置を搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。また、カメラ機能を実現する際には、必要に応じた形態で撮像レンズ装置を使用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像レンズ装置をカメラボディに対して着脱自在又は回動自在に構成してもよく、ユニット化した撮像レンズ装置を携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)に対して着脱自在又は回動自在に構成してもよい。

以上の説明から分かるように、上述した各実施の形態や後述する各実施例には以下の構成が含まれている。その構成により、良好な光学性能と低コストで薄型・コンパクトな撮像レンズ装置を実現することができ、カメラ，デジタル機器等への適用により、その高性能化，高機能化，低コスト化及びコンパクト化に寄与することができる。

(U1) 光学像を形成する撮像光学系と、その撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えた撮像レンズ装置であって、前記撮像光学系が、曲面を有するプリズムユニットと、そのプリズムユニットとは異なる部材から成る光学ユニットと、を有する光学ブロックを複数備え、前記プリズムユニットが前記曲面を全反射面として利用するとともに透過面としても利用し、前記光学ユニットが前記曲面の近傍に前記曲面と同一形状又は略同一形状の曲面を有することを特徴とする撮像レンズ装置。

(U2) 前記条件式(1)又は(1a)を満足することを特徴とする上記(U1)記載の撮像レンズ装置。

(U3) 前記プリズムユニットの曲面が自由曲面であることを特徴とする上記(U1)又は(U2)記載の撮像レンズ装置。

(U4) 前記複数の光学ブロックの間に光学絞りを有することを特徴とする上記(U1)〜(U3)のいずれか１項に記載の撮像レンズ装置。

(U5) 前記複数の光学ブロックの間に凹レンズを有することを特徴とする上記(U4)記載の撮像レンズ装置。

(C1) 上記(U1)〜(U5)のいずれか１項に記載の撮像レンズ装置を備え、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方に用いられることを特徴とするカメラ。

(C2) デジタルカメラ；ビデオカメラ；又は携帯電話，携帯情報端末，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，若しくはこれらの周辺機器に内蔵又は外付けされるカメラであることを特徴とする上記(C1)記載のカメラ。

(D1) 上記(U1)〜(U5)のいずれか１項に記載の撮像レンズ装置を備えることにより、被写体の静止画撮影，動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。

(D2) 携帯電話，携帯情報端末，パーソナルコンピュータ，モバイルコンピュータ，又はこれらの周辺機器であることを特徴とする上記(D1)記載のデジタル機器。

以下、本発明を実施した撮像光学系を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１，第２の実施の形態を表す光路図(図１，図２)は、対応する実施例１，２の光路，光学構成等をそれぞれ示している。

表１〜表８に実施例１，２のコンストラクションデータを示し、表９に実施例１，２の条件式対応値を示す。表１，表５中の基本的な光学構成(ｉ：面番号)において、Ｓｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面(Ｓ１はダミー面としての基準面に相当し、Ｓ２は撮像光学系の最も物体側の面に相当する。)、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は面Ｓｉの曲率半径(単位：ｍｍ)、Ｎｉ(ｉ＝１，２，３，．．．),νｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面Ｓｉと(ｉ＋１)番目の面Ｓｉ＋１との間の軸上面間隔に位置する光学材料のｄ線に対する屈折率(Ｎｄ),アッベ数(νｄ)をそれぞれ示しており、ｆ，ＦＮＯは全系の焦点距離(単位：ｍｍ)，Ｆナンバーをそれぞれ示している。また表１，表５中に、Ｘ方向(画面の長辺方向)，Ｙ方向(画面の短辺方向)の像サイズ(単位：ｍｍ)をあわせて示す。なお、Ｙ方向の像サイズ＝Ｈ／２である。

実施例１，２における各面Ｓｉの配置は、表２，表６中の面頂点座標と回転角度の各面データでそれぞれ特定される。面データは右手系の直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)に基づいて表現されており、その直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)では、物面中心と像面中心を通る光線をベース光線とし、ベース光線と第１面Ｓ１との交点を原点(０，０，０)とし、Ｚ軸方向をベース光線が物体中心から第１面Ｓ１の交点を通る方向とし、その向きを正としている。各光路図(図１，図２)において、Ｘ軸方向は紙面に対して垂直方向であり(紙面の裏面方向を正とし、紙面に向かって反時計回りをＸ回転の正とする。)、Ｙ軸方向はＸ軸とＺ軸により右手系をなす方向(紙面と平行)である。各面の面頂点位置は面頂点座標(Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標)で表されており(単位：ｍｍ)、その面の面頂点を中心とするＸ，Ｙ，Ｚの各方向の軸回り回転角度(Ｘ回転，Ｙ回転，Ｚ回転)で面の傾きが表されている(単位：°)。なお、Ｘ軸，Ｙ軸の正方向に対して反時計回りがそれぞれＸ回転，Ｙ回転の回転角度の正方向であり、Ｚ軸の正方向に対して時計回りがＺ回転の正方向である。

表１，表５中、＊印が付された面Ｓｉは自由曲面であり、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)を用いた以下の式(FS)で定義される。表３，表４，表７，表８に、各実施例の自由曲面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり(すべての自由曲面についてｋ＝０である。)、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０^-nである。

…(FS)

ただし、式(FS)中、
ｚ：高さｈの位置でのｚ軸方向の変位量(面頂点基準)、
ｈ：ｚ軸に対して垂直な方向の高さ(ｈ²＝ｘ²＋ｙ²)、
ｃ：近軸曲率(＝１／曲率半径)、
ｋ：円錐係数、
Ｃ_j：係数、
であり、自由曲面項は以下の式(FC)で表される。

…(FC)

図３，図４の(Ａ)〜(Ｆ)は実施例１の横収差図、図５，図６の(Ａ)〜(Ｆ)は実施例２の横収差図であり、図３，図５の(Ａ)〜(Ｆ)はＸ方向の横収差、図４，図６の(Ａ)〜(Ｆ)はＹ方向の横収差をそれぞれ示している。また、図３〜図６に示す各横収差図は、各図中のローカルな直交座標系(ｘ，ｙ)で表されている像高(単位：ｍｍ)でのｄ線に対する横収差(単位：ｍｍ)を示している。なお、収差図のスケールは、縦軸が−０．０５０〜０．０５０、横軸が−１．０〜１．０である。

第１の実施の形態(実施例１)の光路図。第２の実施の形態(実施例２)の光路図。実施例１のＸ方向の横収差図。実施例１のＹ方向の横収差図。実施例２のＸ方向の横収差図。実施例２のＹ方向の横収差図。

符号の説明

Ｂ１第１光学ブロック
Ｂ２第２光学ブロック
Ｕ１第１光学ユニット
Ｕ２第２光学ユニット
Ｐ１第１プリズムユニット
Ｐ２第２プリズムユニット
ＰＴ平行平面板
ＳＴ光学絞り
ＬＮ凹レンズ
ＳＲ撮像素子

Claims

撮像素子の受光面上に物体の光学像を形成するための撮像光学系であって、
曲面を有するプリズムユニットと、そのプリズムユニットとは異なる部材から成る光学ユニットと、を有する光学ブロックを複数備え、前記プリズムユニットが前記曲面を全反射面として利用するとともに透過面としても利用し、前記光学ユニットが前記曲面の近傍に前記曲面と同一形状又は略同一形状の曲面を有することを特徴とする撮像光学系。
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像光学系；
Ｄ／Ｈ＜2.0 …(1)
ただし、
Ｈ：撮像素子の画面の短辺方向の長さ、
Ｄ：撮像光学系の最も物体側の面から撮像素子までの、撮像素子の画面に対して垂直方向の長さ、
である。
前記プリズムユニットの曲面が自由曲面であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像光学系。
前記複数の光学ブロックの間に光学絞りを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像光学系。
前記複数の光学ブロックの間に凹レンズを有することを特徴とする請求項４記載の撮像光学系。