JP2006119164A

JP2006119164A - 撮像光学系

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Publication number: JP2006119164A
Application number: JP2004303712A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Shimo; 光昭志茂
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-05-11
Also published as: US20060083509A1

Abstract

【課題】安価・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。光学プリズムＰＲでは、物体側からの光線が入射面Ｓ１より入射し、曲面から成る反射面：第２面Ｓ２〜第４面Ｓ４で反射された後、射出面Ｓ５より射出する。第３面Ｓ３には光学絞りＳＴが配置されており、第２面Ｓ２〜第４面Ｓ４は偏芯配置された回転非対称な面である。
【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。例えば、全体の薄型化を図るために２個のプリズムを用いた撮像光学系が特許文献１で提案されている。また、コストダウンのためにプリズムを１個用いた撮像光学系が特許文献２で提案されている。
特開２００３−８４２００号公報特開平１１−２３９７１号公報

特許文献１に記載されている撮像光学系にはプリズムが２個用いられているため、コスト的に高いという問題がある。また、２個のプリズムの間に絞りが配置されているため、部品点数が増えることによるコストアップも招いてしまう。特許文献２に記載されている撮像光学系は、プリズム１個の構成であるためコストダウンに有利であり、絞りがプリズム内に配置されているため更なるコストダウンの可能性もある。しかし、ある程度薄型化はされているものの、更なる高画素化，高画角化への対応は十分でない。つまり、プリズム構成が適切な配置になっていないと、十分に薄型の構成にはならず、高い性能を維持することもできないのである。

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、安価・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、物体側からの光線が入射面より入射し、曲面から成る少なくとも３面の反射面で反射された後、射出面より射出する光学プリズムを少なくとも１個有し、前記反射面のうちのいずれか１面に光学絞りが配置されており、前記反射面のうちの少なくとも１面が偏芯配置された回転非対称な面であ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、前記光学プリズムを１個のみ有することを特徴とする。

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、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：プリズム面と光線との交点のうち、撮像素子の画面に対して垂直方向の位置が最も物体側にある交点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、前記曲面が自由曲面であることを特徴とする。

第５の発明の撮像光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記光学絞りが円形状とは異なる形状を有することを特徴とする。

第６の発明の撮像光学系は、上記第５の発明において、前記光学絞りが楕円形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、安価で非常に薄型でありながら高画素の撮像素子に対応可能な高い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４に、第１〜第４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４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に、単焦点レンズとして機能する光学プリズムＰＲを１個備えている。その光学プリズムＰＲの第３面Ｓ３には光学絞りＳＴが配置されており、光学プリズムＰＲの像側には平行平面板ＰＴ(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター；撮像素子ＳＲのカバーガラス等に相当する。)が配置されている。

第１〜第４の実施の形態の光学構成を光路順に説明する。撮像光学系の最も物体側の面である第１面Ｓ１は、光学プリズムＰＲの入射面である。第１面Ｓ１より入射した光線は、反射面である第２面Ｓ２で反射されて第３面Ｓ３に向かう。第３面Ｓ３は光学絞りＳＴを兼ねた反射面である。その絞り形状は、第１〜第３の実施の形態では円形であり、第４の実施の形態では楕円形である。第３，第４の実施の形態における面の配置及び形状は同じであるが、その絞り形状は上記のように異なっている。第３面Ｓ３で反射された光線は、第４面Ｓ４に向かって進み第４面Ｓ４で反射される。第４面Ｓ４で反射された光線は、第５面Ｓ５より射出する。第１面Ｓ１から第５面Ｓ５までは全て自由曲面である。第５面Ｓ５を射出した光線は、平行平面板ＰＴの第６面Ｓ６と第７面Ｓ７を透過した後、像面(第８面)Ｓ８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ればよく、それには反射面を利用するのが効果的である。しかしながら、反射面を適切に配置して光路を折り曲げないと、薄型化を達成することはできない。また、高性能化のために複数の光学プリズムを配置すると、かえって大型化を招いてしまう。このため、光学プリズムを用いて高性能化を達成するには、光学プリズムの入射面と射出面に加えて少なくとも３面の反射面を持つ、少なくとも１個の光学プリズムが必要である。そして、少なくとも３面の反射面のうち、少なくとも１面は偏芯配置されていることが望ましい。

光学プリズムの入射面と射出面では色収差が発生するが、高性能化のためには色収差の補正をできるだけ良くすることが重要である。反射面においては色収差が発生しないため、反射面のパワーを強くすることにより入射面と射出面のパワーを小さくすることができ、それによって全体の色収差を小さくすることができる。しかしながら、１つの反射面のパワーを強くするとコマ収差等が大きく発生するため、反射面のパワーを複数の面に分散する必要がある。したがって、光学プリズムには複数の反射面が必要となる。

収差補正の観点から、光学絞りの位置は特に重要である。特に歪曲収差，コマ収差，倍率色収差の補正には、光学絞りの位置が重要である。そのなかでも歪曲収差の補正に関しては、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。また、光学絞りが撮像光学系の最も前に配置されていたり最も後ろに配置されていたりすると、収差補正が非常に困難となる。そのため、光学絞りを撮像光学系の内部に配置することが高性能化のためには望ましい。またコストについては、光学絞りを一つの部品として構成するより、反射面に光学絞りの機能を持たせる方が有利である。

撮像光学系が絞り面の前後にほぼ対称な構成の光学配置を持つと、上記収差等の補正に非常に有利となる。また、反射面の１つに絞り面を設けた場合、その前後に１面ずつの反射面があると収差補正に有利となる。このことから、反射面は少なくとも３面あることが望ましい。高性能化のためには光学絞りをはさんで反射面が位置することが望ましいが、この構成に限る必要はなく、光学絞りの機能を持つ反射面に対して適切なパワー配置の反射面、さらには屈折面の構成をとることにより、高性能化を達成することが可能である。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。

さらに、光学プリズムで光路を折り曲げる構成により薄型化を図ろうとすると、偏芯配置された面が必要となる。偏芯配置をとることにより、ストレート系には発生しない、光軸に非対称な収差が発生する。この非対称な収差を補正するためには、回転対称な面のみの構成では不十分であり、回転非対称な面による補正が必要である。このため各実施の形態では、偏芯配置された回転非対称な面を第２面Ｓ２〜第４面Ｓ４として用いている。

上記観点から、各実施の形態のように、物体側からの光線が入射面より入射し、曲面から成る少なくとも３面の反射面で反射された後、射出面より射出する光学プリズムを少なくとも１個有し、前記反射面のうちのいずれか１面に光学絞りが配置されており、前記反射面のうちの少なくとも１面が偏芯配置された回転非対称な面であることが好ましい。この構成により、撮像光学系を低コスト化・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。

光学絞りを有する反射面については、光学絞りの有効径内にのみ反射コートを施すのが望ましい。これにより、絞り有効径以外の光をカットすることが可能となり、部品点数を増やすことなく、安価な構成をとることが可能となる。また、光学絞りの有効径外の面を粗くして光を散乱させる構成にすれば、絞り有効径内のみの光を反射の対象にすることができる。さらに、絞り有効径内のみの光を反射させる他の方法としては、絞り有効径以外の部分を黒染処理して有効径外の光をカットする方法、絞り有効径以外の部分を化学処理して黒色化したり光を吸収させるようにしたりする方法が挙げられる。これらの方法を用いることによっても上記と同様の効果を得ることが可能である。

各実施の形態のように、撮像光学系が光学プリズムを１個のみ有する構成が好ましい。高性能化のために複数の光学プリズムを使用すれば、コストアップにつながるとともに大型化を招いてしまう。最も安価な構成は、光学プリズムが１個の構成である。さらに、光学プリズム１個の構成を採用すると、撮像光学系の薄型化にも有利となる。

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：プリズム面と光線との交点のうち、撮像素子の画面に対して垂直方向の位置が最も物体側にある交点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。第１〜第４の実施の形態では、後述する直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)において、第４面Ｓ４と光線との交点のうちＺ方向の位置が最も物体側にある交点から撮像素子ＳＲまでのＺ方向の長さをＤとしており、この長さＤが撮像光学系の実質的な厚さに相当する。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り、条件式(1)の条件範囲を外れるとその薄型化は不十分なものとなる。

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１面Ｓ１〜第５面Ｓ５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プリズムではプリズム面として自由曲面を用いることが好ましく、光学プリズムの反射面を構成する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、反射面として使用する曲面には軸非対称曲面(つまり自由曲面)を利用するのが更に好ましい。

第４の実施の形態では、光学絞りが円形状とは異なる形状を有している。光学系の明るさは、例えば軸対称光学系(共軸光学系)の場合、光軸を通る光線(軸上主光線)に対する周辺光線(マージナル光線)の像面上での入射角度で表される。主光線は、通常、光学絞りの中心を通る光線であり、マージナル光線は、光学絞りの周辺を通る光線である。共軸光学系の場合、通常は、マージナル光線が光軸に関して対称となるように円形の絞りが用いられる。しかしながら軸非対称な光学系においては、円形絞りを用いた場合、像面上でのマージナル光線の入射角度が、像面上での方向により異なることが多い。そのため、円形絞りを用いた場合、光学系の明るさが、像面上の方向により不均一となってしまうことがある。この方向による不均一さを無くして均等にするためには、光学絞りの形状を円形ではなく、全方向でのマージナル光線の入射角度がほぼ一定になるような絞り形状とするのが望ましい。

第４の実施の形態の場合、光学絞りが楕円形状を有している。ある面に関して対称な曲面(平面も含む。)により光学系が構成されている場合には、その面に関して光線の進み方は対称となる。ゆえに、対称な面方向とそれに対して垂直な方向とで異なる絞り径にすることにより、撮像光学系の明るさをそれぞれの方向に関係なくほぼ均一にすることができる。よって、撮像光学系がある面に関して対称であれば、その対称面の方向とそれに垂直な方向とに軸を持つ楕円形状の光学絞りを用いることにより、方向による撮像光学系の明るさの不均一性を少なくすることができる。

なお、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。

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、物体側からの光線が入射面より入射し、曲面から成る少なくとも３面の反射面で反射された後、射出面より射出する光学プリズムを少なくとも１個有し、前記反射面のうちのいずれか１面に光学絞りが配置されており、前記反射面のうちの少なくとも１面が偏芯配置された回転非対称な面であることを特徴とする撮像レンズ装置。

(U2) 前記光学プリズムを１個のみ有することを特徴とする上記(U1)記載の撮像レンズ装置。

(U3) 前記条件式(1)又は(1a)を満足す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) 前記曲面が自由曲面であ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) 前記光学絞りが円形状とは異なる形状を有することを特徴とする上記(U1)〜(U4)のいずれか１項に記載の撮像レンズ装置。

(U6) 前記光学絞りが楕円形状を有することを特徴とする上記(U5)記載の撮像レンズ装置。

(C1) 上記(U1)〜(U6)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)〜(U6)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１〜４は、前述した第１〜第４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４の実施の形態を表す光路図(図１〜図４)は、対応する実施例１〜４の光路，光学構成等をそれぞれ示している。

表１〜表１２に、実施例１〜４のコンストラクションデータを示す。表１，表４，表７，表１０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、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)をそれぞれ示している。

実施例１〜４における各面Ｓｉの配置は、表２，表５，表８，表１１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面中心から第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４)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４，表７，表１０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６，表９，表１２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)

表１３に、各実施例の全系の焦点距離ｆ(単位：ｍｍ)，Ｆナンバー(ＦＮＯ)をそれぞれ示す。また、光学絞りＳＴの直径(単位：ｍｍ)，半画角(単位：°)，撮像面のサイズ(単位：ｍｍ)，及び条件式対応値を示す。実施例４では光学絞りＳＴが楕円形状を成しており、Ｘ方向が短軸方向の絞り径、Ｙ方向が長軸方向の絞り径である。また、半画角と撮像面サイズにおいて、Ｘ方向は水平方向(画面の長辺方向)、Ｙ方向は垂直方向(画面の短辺方向)である。

図５〜図１２の(Ａ)〜(Ｆ)は実施例１〜４の横収差図であり、図５，図７，図９，図１１の(Ａ)〜(Ｆ)はＸ方向の横収差、図６，図８，図１０，図１２の(Ａ)〜(Ｆ)はＹ方向の横収差をそれぞれ示している。また、図５〜図１２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。第３の実施の形態(実施例３)の光路図。第４の実施の形態(実施例４)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。実施例３のＸ方向の横収差図。実施例３のＹ方向の横収差図。実施例４のＸ方向の横収差図。実施例４のＹ方向の横収差図。

符号の説明

ＰＲ光学プリズム
ＰＴ平行平面板
ＳＴ光学絞り
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、
物体側からの光線が入射面より入射し、曲面から成る少なくとも３面の反射面で反射された後、射出面より射出する光学プリズムを少なくとも１個有し、前記反射面のうちのいずれか１面に光学絞りが配置されており、前記反射面のうちの少なくとも１面が偏芯配置された回転非対称な面であることを特徴とする撮像光学系。
前記光学プリズムを１個のみ有することを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項１又は２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：プリズム面と光線との交点のうち、撮像素子の画面に対して垂直方向の位置が最も物体側にある交点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。
前記曲面が自由曲面であ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。
前記光学絞りが円形状とは異なる形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像光学系。
前記光学絞りが楕円形状を有することを特徴とする請求項５記載の撮像光学系。