JP2007017600A - 撮像光学系、および撮像光学ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 小型（薄型）でありながら、高性能（高い解像力や高い収差補正能力等）を発揮できる光学系等を提供する。
【解決手段】 本発明の撮像光学系ＯＳは、少なくとも３個以上の複数の光学プリズム（例えば光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３）における光学プリズムを正のパワーを有するようにし、さらに、複数の光学プリズムにおける１個の光学プリズムの射出面と、残りの光学プリズムにおける少なくとも１個の光学プリズムの入射面とを対向配置させる。そして、この撮像光学系ＯＳは、光学プリズムＰＲ１〜３を通過する光線を、中間結像させないようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被写体像を撮像素子等で取り込む撮像装置に搭載される撮像光学系、および撮像光学ユニット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）等のデジタル機器には、画像を取り込むためのデジタルカメラ等（撮像装置）が内蔵されている。そして、このようなデジタル機器では、携帯性の観点から小型化が要望される一方、画像品質向上の観点から、撮像素子の高性能化も要望されている。

高性能化の一つとして、撮像素子が高画素化した場合、それに対応して撮像素子に被写体像を結像させる光学系（撮像光学系）の解像力等も向上する必要が生じる。例えば、ストレートタイプと呼ばれる光学系（共軸光学系）は、解像力等を高めるために、光学系自体を大型化したり、光学系を構成するレンズの枚数を増加させている。そのため、このような共軸光学系を採用したデジタル機器は、小型化および高性能化（高画素化）という両要望を同時に満たし難いといえる。したがって、共軸光学系と違い、小型でありながら解像力等の高い光学系の要望が極めて高まっている。

この要望に答えるべく、近年、共軸光学系と異なる偏芯光学系（例えば傾いた反射面を備える光学プリズムを用いた光学系；特許文献１〜４参照）が種々提案されている。
特開平１０−１１５２５号公報（図１参照） 特開平９−３２９７４７号公報（図１参照） 特開平１０−２０１９６号公報（図１参照） 特開平８−２９２３６８号公報（図４１参照）

特許文献１・２の光学系は、１個の光学プリズムを含んでいる。そして、この光学プリズムは、２面の透過面と２面の反射面との合計４面の光学作用面（光学面）を備えている。かかるような光学プリズムから成る光学系は、光学プリズムの個数を１個にしているため、光学系自体のサイズを小型にできる。しかしながら、この光学系は、光学作用面を比較的少ない４枚というシンプルな構成にしているため、解像力等の向上を図り難い。

なお、特許文献２の光学系では、入射面から第１番目の反射面までの軸上光線（第１軸上光線）と、第２番目の反射面から射出面までの軸上光線（第２軸上光線）とが、ほぼ垂直に交差している。このように交差が生じていることは、第２軸上光線の進むスペースが、入射面から第１番目の反射面の間に確保されていることになる。したがって、特許文献２の光学系は、十分な小型化（薄型化）を図れているとはいい難い。

また、特許文献３の光学系は、２面の透過面と２面の反射面との合計４面の光学作用面を備える光学プリズムを２個含んでいる（すなわち、光学作用面を合計８面有している）。そのため、光学作用面が比較的多くなり、解像力等の向上を図りやすい。しかしながら、２個の光学プリズムは、像面の法線方向に沿って、単純に並ぶように配置されている。そのため、特許文献３の光学系では、像面の法線方向における長さが、２個分の光学プリズムの厚みや光学プリズム間の間隔をそのまま反映することになる。したがって、特許文献３の光学系は、十分な小型化を図れているとはいい難い。

また、特許文献４の光学系は、３個の光学プリズムを含んでいる。そのため、光学作用面も増加し、被写体からの光線は反射面等で複数回反射できる。したがって、この特許文献４の光学系は、解像力等の向上を図りやすい。しかしながら、光線が複数回の反射を繰り返すために、光路長が過剰に長くなりやすい。そのため、特許文献４の光学系は、解像力等の向上を図りやすいものの、光学系自体のサイズが大型化しやすいというおそれを有する。

本発明は、上記の状況を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、高性能（高い解像力や高い収差補正能力等）を発揮できる光学系等を提供することにある。

本発明の撮像光学系は、物体側から像面側に向かう光線の通過する光学素子を複数備えている。そして、複数の光学素子における少なくとも１個の光学素子が偏芯した光学面を有するとともに、少なくとも１個の光学素子が正のパワーを有している。さらに、複数の光学素子における１個の光学素子の射出面と、残りの光学素子における少なくとも１個の光学素子の入射面とが対向配置されている。

そして、特に、本発明の撮像光学系は、少なくとも３個以上の光学素子を含むとともに、それらの光学素子を通過する光線が中間結像しないようになっている。

高性能化を実現するためには、光学作用面の増加、光学素子の増加が必要となる。しかしながら、単に光学作用面が増加すると、光学素子が大型化し、薄型化できなくなる。また、光学素子が単に増加すると、その光学素子のためのスペースが必要となり、薄型化が達成できない。したがって、高性能化を実現するためには、撮像光学系では、少なくとも３個の光学素子が必要となる。

また、本発明の撮像光学系は、偏芯した光学面（例えば反射面）を有している。そのため、撮像光学系内の光路が折り曲げ可能になる。光路が折り曲げられると、その光路は、共軸光学系等のように一方向に伸びない。したがって、本発明の撮像光学系は、薄型に設計できる。また、光路は共軸光学系等に比べて長くなることから、その長さを利用して高性能化も図れる。さらに、その長さを利用して製造誤差感度も抑制される。

しかしながら、一般的に、焦点距離に比べて光路長が長くなると、中間像が形成されなくてはならない。かかる中間像が形成されると、その中間像を像面にリレーする必要が生じる。このようなリレーを行う光学系では、リレーに要する正のパワーの影響で、像面湾曲が比較的大きく生じてしまう。かかるような像面湾曲が生じると、平面の結像面では、その結像面の中心位置と周辺位置とのピント位置が異なることになる。そのため、大きな性能劣化が生じてしまう。また、像面湾曲を補正のために、強い負の光学作用面を要する場合もある。かかる場合、この負の光学作用面に起因して、大きなコマ収差が発生する。そのため、撮像光学系が高性能になり得ない。

また、中間像を形成する撮像光学系では、加工による誤差の影響がリレーによって増幅されるため、却って精度管理が厳しくなり、実用化が困難になる。

したがって、以上の理由から高性能かつ小型で実用化しやすい撮像光学系を実現するためには、撮像光学系内の光路上に中間結像しないことが望ましい。

また、本発明の撮像光学系では、正のパワー（正パワー）を有する光学素子が、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
０．０１＜φｐ／φＡＬＬ＜１０．０ … 条件式（１）
ただし、
φｐ ：正のパワーを有する光学素子のパワー
φＡＬＬ：撮像光学系の全系のパワー
である。

この条件式（１）は、正のパワーを有する光学素子（正の光学素子）のパワーを規定する式である。詳説すると、この条件式（１）は、光学素子の正のパワーに基づいて、撮像光学系の薄型化と高性能とを実現するための範囲を規定している。

正のパワーを有する光学素子は、アンダーの像面湾曲を発生させる。これを十分に補正するためには、光学素子等に負のパワーを有する光学作用面（負の光学作用面）等が必要となる。しかし、正のパワーが適切ではなく、例えば強すぎると、その強さに対応して負のパワーも強くしなければならない。しかし、全系のパワーが正である必要より、負の光学作用面は、光線高さの低い絞り近辺に配置される。かかる場合、比較的強い負の光学作用面に起因して大きなコマ収差が生じ、撮像光学系の結像性能が著しく劣化してしまう。また、偏芯した撮像光学系ゆえに生じる偏芯非点収差も顕著に発生することから、さらに、撮像光学系の結像性能が低下する。かかるような事情から、正の光学素子のパワーが適切に設定されることが、高性能な撮像光学系の要件ともいえる。

すると、上記してきた理由から、条件式（１）の上限値を上回る場合、正の光学素子のパワーが強くなりすぎ、コマ収差、非点収差が発生する。そのため、撮像光学系の性能が劣化する。一方、条件式（１）の下限値を下回る場合、正の光学素子のパワーが弱くなりすぎ、全系に対する正の光学素子のパワー寄与が小さくなる。そのため、撮像光学系の薄型化が困難になる。したがって、条件式（１）の範囲内では、本発明は、コンパクトでありながら、収差発生を抑制した（高性能化した）撮像光学系になる。

また、本発明の撮像光学系では、複数の光学素子における少なくとも１個の光学素子が、光学面（光学作用面）として、光線の入射する入射面を１面、入射面からの光線を反射させる反射面を１面、および反射面からの光線を射出させる射出面を１面、の３面を有してもよい。かかるようなシンプル構造の（光学面の少ない）光学素子であれば、撮像光学系の小型化に大きく寄与できるためである。また、シンプル構造ゆえに、光学素子の加工が容易に行え、その上、コストダウンにも寄与できるためでもある。

なお、複数の光学素子における少なくとも１個の光学素子が、光学面として、光線の入射する入射面を１面、入射面からの光線を反射させる反射面を少なくとも１面（つまり、複数の反射面もあり得る）、および、反射面からの光線を射出させる射出面を１面、を有する場合であっても、十分に、撮像光学系の小型化（薄型化）に寄与できる場合もある。

また、本発明の撮像光学系では、光学素子の反射面が、偏芯配置されてもよい。反射面が偏芯配置されていることにより光路を折り曲げることが可能になり、光学素子、ひいては撮像光学系のサイズが小型になる。

なお、本発明のように偏芯した撮像光学系では、偏芯特有の収差が生じる。例えば、軸上でも非点収差が発生する。しかし、この非点収差を補正するには、光学作用面での水平方向と垂直方向とに対応する曲率半径を異ならせることにより、初めて可能になる。この状況は、軸上以外（例えば周辺部分）でも同様である。このような光学作用面を実現するためには、水平方向と垂直方向とに対応する曲率半径を任意に選択できる回転非対称な面が適している。したがって、偏芯特有の収差を補正するためには、回転非対称な光学作用面が少なくとも１面含まれていることが好ましい。

また、高性能化を実現するためには、光学作用面の多い方が有利である。そのため、光学素子の多い方が望ましい。しかしながら、光学素子が多いと、その配置のためのスペースが必要となり、薄型化には不利となる。高性能を達成し、なおかつ薄型化を図るためには３個の光学素子を含めた撮像光学系が望ましい。かかるような撮像光学系であれば、焦点距離に対する光路長も適切に設定しやすくなり、中間結像を避けることもできる。よって、より高性能な光学系が実現する。

また、本発明の撮像光学系では、複数の光学素子における少なくとも１個の光学素子が、樹脂で形成されてもよい。かかる構成であれば、回転非対称面や自由曲面等を容易に形成できるためである。また、樹脂であれば、回転非対称面等の作成と同時に、他の作用部分（例えば、コバ面等）も同時に成型（一体成型）することもできる。その結果、材料のコストも低く、加工のコストも安くできる。また、樹脂であるため、軽量化も可能である。なお、樹脂で形成されているとは、樹脂材料を母材としていることをいい、その表面に反射防止や表面硬度向上を目的としてコーティング処理を行った場合も含むものとする。

ところで、一般的に、樹脂は、温度変化に依存して屈折率を変化（光学的変移）させる。そのため、撮像光学系の光学素子に樹脂を使用した場合、温度変化に基づく屈折率変化のため、大きな像点移動が起こり得る。また、それにともない偏芯光学系では、軸上での非点隔差が拡大するという問題もある。さらには、屈折率変化にともなった諸収差の変動も大きく、性能低下の要因になる。

そこで、本発明の撮像光学系における光学素子の樹脂は、例えば、特開２００５―５５８５２号公報で開示されている材料が望ましい。この公報で開示されている樹脂材料とは、通常の樹脂材料に比べて、温度に依存した屈折率変化の比較的小さな材料である（特に、このような温度に依存した屈折率変化の小さい樹脂材料を、アサーマル樹脂と呼ぶ）。

アサーマル樹脂は、例えば、樹脂材料（母材）中に最大長３０ｎｍ以下の粒子（子材；例えば無機微粒子）を分散させたものである。例えば、アクリル樹脂に酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）を分散させたものが、アサーマル樹脂になり得る。このようなアーサマル樹脂で光学素子が形成されると、温度変化に依存した屈折率変化が小さくなるため、像点変動、非点隔差の増大、諸収差の変動が小さく抑えられる。

なお、特開２００５―５５８５２号公報で開示されている樹脂材料・無機微粒子の例において、屈折率ndを温度tで微分した場合のｄnd／ｄtの符号が示されている。そして、この樹脂材料のｄnd／ｄtの符号（第１性質）と、無機微粒子のｄnd／ｄtの符号（第２性質）とが異なるもの同士を混合させた例が示されている。この例のように、相異なる符号同士（異質なもの同士）の樹脂材料と無機微粒子とが混合した場合、互いの性質（樹脂の性質と無機微粒子の性質）を打ち消し合う。そのため、樹脂に分散させる無機微粒子の量は少なくてよい。

また、例えば、樹脂材料の性質（第１性質）を過剰に打ち消すことで、アサーマル樹脂に新たな性質が生じるようにもできる。例えば、樹脂材料、ひいてはアサーマル樹脂の線膨張係数が、比較的小さくなったりすることが新たな性質の一例として挙げられる。

ところで、ｄnd／ｄtの符号を同符号とする樹脂材料と無機微粒子とが混合された例もある。この例では、樹脂材料のｄnd／ｄtに比べて、無機微粒子のｄnd／ｄtの絶対値が小さければ、ｄnd／ｄtの符号が同符号であっても温度変化による屈折率変化は小さくなり、従来の樹脂材料を用いる場合に比べて、撮像光学系の像点位置の変化量を小さくできる。もちろん、相異なる符号同士の樹脂材料と無機微粒子とが混合した場合も、従来の樹脂材料を用いる場合に比べて、撮像光学系の像点位置の変化量を小さくできることはいうまでもない。

また、本発明の撮像光学系の場合、偏芯している光学系ゆえに、比較的大きな非点隔差が生じやすい。これを補正するためには、従来のパワー配分の調整だけでは限界があり、アサーマル樹脂を使う必要もある。

以上から理解できるように、非点隔差を小さく保てる高性能な偏芯光学系を実現するためには、本発明の撮像光学系のように、アサーマル樹脂を用いることが望ましい。

なお、上記してきた撮像光学系と、この撮像光学系からの光線を受光する撮像素子とを含む撮像光学ユニットが、小型かつ高性能化になっていることはいうまでもない。

本発明によれば、シンプルな光学素子を用いることから、薄型の撮像光学系が実現できる。さらに、本発明は、撮像光学系内で中間結像をしないために、高性能な（例えば加工誤差に起因する性能の少ない）撮像光学系になる。したがって、高性能で薄型な撮像光学系が実現する。

以下、本発明の構成・作用・効果を実際の例を用いて、さらに詳細に説明する。

［実施の形態１］
まず、本発明の光学系（撮像光学系）としては、多種多様な光学系が想定される。例えば、光学プリズムばかりを組み合わせた撮像光学系や、光学プリズムの他に反射ミラー（光学素子）やレンズ（光学素子）等を加えた撮像光学系である。そこで、下記では、種々想定される撮像光学系の例を４つ挙げて説明していく。なお、撮像光学系と、この撮像光学系からの光線を受光する撮像素子とを含むユニットを撮像光学ユニットと表現する。また、撮像光学系は、撮像素子に光学像を結像させている点から結像光学系と表現されてもよいし、偏芯した光学作用面を有する点から非軸光学系と表現されてもよい。

〔１．撮像光学ユニット（実施例１・実施例２）の構成について〕
図１（実施例１）・図２（実施例２）は、撮像光学ユニットＯＳＵの光学断面図を示している。これらの図１・図２に示すように、撮像光学ユニットＯＳＵは、撮像光学系ＯＳ（第１光学プリズムＰＲ１〜第３光学プリズムＰＲ３）と撮像素子ＳＲとを含んでいる。なお、光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３での各面（ｓｉ）および撮像素子ＳＲの像面（ｓｉ）を表現するため、物体側から像側（像面側）に至るまでの光線の入射順（ｉ番目；ｉ＝１、２、３、…）に応じて、番号を付すようにしている。また、自由曲面となっている面については、アスタリスク（＊）を付すようにしている。

〈１−１．撮像光学系について〉
撮像光学系ＯＳは、図１・図２に示すように、第１光学プリズムＰＲ１、第２光学プリズムＰＲ２、および第３光学プリズムＰＲ３を含んでいる。第１光学プリズムＰＲ１は、物体側からの光線が最初に通過する光学プリズムであり、第２光学プリズムＰＲ２は、第１光学プリズムＰＲ１からの射出光線が引き続き入射する光学プリズムである。第３光学プリズムＰＲ３は、第２光学プリズムからの射出光線を通過（透過）させて、像面（撮像素子ＳＲ）へと導く光学プリズムである。

《１−１−１．第１光学プリズムについて》
第１光学プリズムＰＲ１は、４つの光学作用面（ｓ２〜ｓ５）を有している。なお、グローバル座標を用いた設計上、第１面ｓ１は、ダミー面（基準面；各面頂点位置を表すための面）になっている。そのため、図１・図２では、物体側からの光線（光束）が、最初に入射する面であっても、第１面ｓ１とは表記されていない（カッコ書きで表示）。

したがって、物体側からの光線を最初に受けるとともに透過する面、すなわち、入射面は、図１・図２では、第２面ｓ２と表記されている。そして、第３面ｓ３は、第２面ｓ２を透過（通過）してきた光線を、第４面ｓ４に向けて反射させる反射面になっている。

第４面ｓ４は、第３面ｓ３によって反射されてきた光線（反射光線）を、第５面ｓ５に向けて反射させる反射面になっている。なお、図１・図２に示すように、第２面ｓ２および第４面ｓ４は、透過と反射との両機能を備えるＴＩＲ(Total Internal Reflection)面になっている。

そして、第５面ｓ５は、第４面ｓ４からの反射光線を、第２光学プリズムＰＲ２に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）となっている。なお、この第５面ｓ５と後述の第６面ｓ６とは、向かい合った配置関係（対向配置）になっている。

《１−１−２．第２光学プリズムについて》
一方、第２光学プリズムＰＲ２は、第１光学プリズムＰＲ１を通過してきた光線を第３光学プリズムＰＲ３へと導く光学プリズムである。また、この第２光学プリズムＰＲ２は、正のパワー〔収斂力（＋）；パワーは焦点距離の逆数で定義〕を有している。そして、この第２光学プリズムＰＲ２は、３つの光学作用面（ｓ６〜ｓ８）を有している。

第６面ｓ６は、第１光学プリズムＰＲ１からの光線を最初に受けるとともに透過する入射面（透過面）になっている。そして、第７面ｓ７は、第６面ｓ６を通過してきた光線（透過光線）を第８面ｓ８に向けて反射させる反射面になっている。さらに、第８面ｓ８は、第７面ｓ７からの光線（反射光線）を、第３光学プリズムＰＲ３に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。

なお、第７面ｓ７には、光学絞りＳＴ（例えば円形の絞り形状を有する光学絞り）が施されるようになっている。また、第８面ｓ８と後述の第９面ｓ９とは、対向配置になっている。

《１−１−３．第３光学プリズムについて》
第３光学プリズムＰＲ３は、第２光学プリズムＰＲ２を通過してきた光線を撮像素子ＳＲ（像面ｓ１２）へと導く光学プリズムである。なお、この第３光学プリズムＰＲ３は、実施例１の場合、正のパワー（＋）を有している。そして、この第３光学プリズムＰＲ３は、３つの光学作用面（ｓ９〜ｓ１１）を有している。

第９面ｓ９は、第２光学プリズムＰＲ２からの光線を最初に受けるとともに透過する入射面（透過面）になっている。そして、第１０面ｓ１０は、第９面ｓ９を通過してきた光線（透過光線）を第１１面ｓ１１に向けて反射させる反射面になっている。さらに、第１１面ｓ１１は、第１０面ｓ１０からの光線（反射光線）を、撮像素子ＳＲ（像面ｓ１２）に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。

《１−１−４．撮像素子について》
撮像素子ＳＲは、光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３を通過してきた光線（光像）を撮像面ｓ１２にて受光し、電気的信号（電子データ）に変換させるものである。例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）のエリアセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等が挙げられる。

なお、撮像光学ユニットＯＳＵを備える撮像装置（例えばデジタルカメラ）においては、撮像素子ＳＲによって変換された電子データに対して種々の処理等を施す処理部や、電子データ等を記憶する記憶部等が、備えられるようになっている。

〈１−２．コンストラクションデータについて〉
ここで、実施例１・実施例２の撮像光学ユニットＯＳＵにおけるコンストラクションデータについて、表１〜表８を用いて説明する。

これらの表１・表２での「ｓｉ」は、上記したように、物体側から数えた光線の入射順に応じたｉ番目の面を示している。「ｒｉ」は、各面（ｓｉ）における曲率半径［単位：ｍｍ］を示している。「Ｎｉ」・「υｉ」は、ｉ番目の面（ｓｉ）と、ｉ＋１番目の面（ｓｉ＋１）との間における軸上面間隔に位置する媒質が有するｄ線（５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率（Ｎｄ）・アッベ数（νｄ）を示している。

これらの表３・表４では、各面（ｓｉ）における「面頂点座標」および「回転角度」を示している。そして、面頂点座標（面データ；［単位：ｍｍ］）は、図３に示す右手系の直交座標(Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標)に基づいて表現されるようになっている〔Ｘ座標（Ｘ軸）；親指、Ｙ座標（Ｙ軸）；人差し指、Ｚ座標（Ｚ軸）；中指〕。

具体的には、物面中心と像面中心とを通る光線をベース光線と規定し、ベース光線と第１面ｓ１との交点を原点(０、０、０)としている。そして、Ｚ軸方向は、ベース光線が物面中心から第１面ｓ１に向かって原点を通過していく方向とし、その向きを〈正（正方向）〉としている。すると、Ｘ軸方向は、図１において紙面に対して垂直方向となり、紙面の裏面側に向く方向が〈正（正方向）〉となる。一方、Ｙ軸方向は、紙面に対して平行方向となり、紙面の上方に向く方向が〈正（正方向）〉となる。

また、回転角度（回転角度データ；［単位：°］）は、上記の右手系のＸＹＺ直交座標で定められた面頂点の座標位置（面頂点位置）を中心とした傾きによって表現されるようになっている。

具体的には、各面（ｓｉ）の面頂点を中心とする各方向（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）の軸回り回転角（Ｘ回転、Ｙ回転、Ｚ回転）で表現するようになっている。なお、Ｘ軸・Ｙ軸での正（正方向）に対して、反時計回りの方向が、正のＸ回転・正のＹ回転となっている。すなわち、回転角度が正方向（正）と規定されている。一方、Ｚ軸での正に対して、時計回りの方向が、正方向のＺ回転と規定されるようになっている。

これらの表５・表６は、各面の自由曲面係数を示している。自由曲面は、具体的には、面頂点を原点とするローカルな直交座標(ｘ、ｙ、ｚ)を用いた以下の定義式（１）で定義される。そこで、この表５・表６は、下記の定義式（１）に用いられる自由曲面係数を示すようにしたものである。

なお、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。

…定義式（１）

ただし、定義式（１）では、
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 ：自由曲面係数
であり、自由曲面項は以下の定義式（２）で表されるようになっている。

…定義式（２）

これらの表７・表８は、撮像光学系ＯＳの全系での焦点距離[単位；ｍｍ]、Ｆナンバー[Ｆｎｏ]、および光学絞りＳＴ（ただし円形の場合）の半径[単位；ｍｍ]を示している。また、表７・表８は、水平方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向）の半画角[単位；°]、および像面サイズの水平方向（長手の辺；長辺）および垂直方向（短手の辺；短辺）の長さ［単位；ｍｍ］も示している。

〈１−３．収差図について〉
なお、図４（図４Ａ〜図４Ｆ）・図５（図５Ａ〜図５Ｆ）は、実施例１における撮像光学ユニットＯＳＵの横収差図である（なお、実施例２で、図４に対応する横収差は図６、図５に対応する横収差は図７になっている）。具体的には、図４はＸ方向(水平方向)での横収差、図５はＹ方向(垂直方向)での横収差を示している。これらの横収差図は、像面ＩＳ（図８参照）におけるローカルな直交座標(ｘ、ｙ)で表される像高［単位：ｍｍ］でのｄ線に対する横収差［単位；ｍｍ］を示している。

つまり、図４・図５の（Ａ）〜（Ｃ）は、像面ＩＳの中心を原点ｏとしたローカルな直交座標系（ｘ，ｙ）でのｘ方向の正側の３ヵ所｛像面ＩＳにおける一方の短辺での３ヵ所（円Ａ〜円Ｃの位置）｝に対応している。また、図４・図５の（Ｄ）〜（Ｆ）は、原点ｏを含むｙ方向の正負両側の３ヵ所｛像面ＩＳにおける中心を含みｙ方向に沿った３ヵ所（円Ｄ〜円Ｆの位置）｝に対応している。なお、図４〜図７の横収差図のスケールは、縦軸［−０．１０〜０．１０］、横軸［−１．０〜１．０］になっている。

〔２．本発明の種々の特徴について〕
以上のように、本発明の撮像光学系ＯＳは、物体側からの光線の通過する光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３を備えている（すなわち、光学プリズムの総数が、少なくとも３個以上になった撮像光学系ＯＳになっている）。このような構成であれば、少なくとも３個程度の適切な光学プリズムを含むことになるので、撮像光学系ＯＳのサイズが抑制される。また、少なくとも３個程度の適切な光学プリズムには適切な数の光学作用面（光学面）が形成できるので、高性能（高い収差補正能力や高い解像力等）を発揮し得る撮像光学系ＯＳが実現する。

また、本発明の撮像光学系ＯＳでは、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における少なくとも１個の光学プリズムが偏芯した光学作用面を有している（なお、光学プリズムが偏芯した光学面を少なくとも１面有していればよい）。なお、ここでの「偏芯」とは、直角プリズムのような４５°の反射面（光学作用面）のみで構成されたものではなく、種々の角度を有する光学作用面を含んでいることをいう。

このような撮像光学系（偏芯光学系）ＯＳの場合、物体側からの光線は、屈折・反射しながら像側（像面）に到達する。そのため、本発明の撮像光学系ＯＳは、ストレートタイプの光学系（共軸光学系）のように一方向に伸びるような構成にはなり得ない。つまり、本発明の撮像光学系ＯＳは、光路を折り曲げることにより、ストレートタイプの光学系に比べてサイズを小型・薄型にできる。

また、光線が屈折・反射しながら像面に到達することから、撮像光学系ＯＳ内の光路は、比較的長くなる。このように光路長が長くなると、撮像光学系ＯＳは、長い光路を利用して種々の収差を効果的に補正・抑制等できる。その上、このような撮像光学系ＯＳは、光学プリズム等において製造誤差が生じたとしても、比較的長い光路長のために、製造誤差による性能変化を小さく抑えることもできる。

また、本発明の撮像光学系ＯＳでは、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における少なくとも１個の光学プリズムが正のパワーを有している（なお、実施例１では光学プリズムＰＲ２・ＰＲ３、実施例２では光学プリズムＰＲ２が正のパワーを有している）。

なお、ここでのパワーは、水平方向（便宜的にｘ方向と称す）および垂直方向（便宜的にｙ方向と称す）の平均のパワーである｛すなわち互いに直交する方向（水平方向・垂直方向）同士のパワーの平均である｝。また、正のパワーを有する光学プリズム（正の光学プリズム）は、水平方向および垂直方向ともに、正のパワー（正パワー）を有している。そして、正の光学プリズムは、その光学プリズムにおける１つの光学作用面のみで正パワーを発揮するのではなく、１つの光学プリズムにおける複数の光学作用面を経ることで、正パワー（合成の正パワー）を発揮するようになっている。

例えば、光学プリズムでの１つの光学作用面のみで正パワーを発揮するように設計された場合、その光学作用面は、複数の光学作用面を経て合成の正パワーを発揮する光学プリズムでの光学作用面の一面に比べて、強い正パワーを要する。そのため、かかるような強い正パワーを発揮する光学作用面に起因して、比較的種々の収差が発生しやすくなる。特に、球面収差が大きくなったり、像面の倒れ等が顕著に発生したりする。

しかしながら、本発明の撮像光学系ＯＳでは、光線が１つの光学プリズム内における複数の光学作用面を経て、収斂するようになっている。そのため、本発明は、正パワーを複数面に分散して負担させることにより、各光学作用面でのパワーを弱くしている。その結果、本発明の撮像光学系ＯＳは、全系の収差発生を小さくできる。また、光学プリズム全体の合成パワーが正の場合に、負のパワーの光学作用面がその光学プリズムに設けられたときでも、収差を打ち消し合うことが可能になり、全体としての収差発生を抑制できる。

また、本発明の撮像光学系ＯＳでは、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における１個の光学プリズムの射出面と、残りの光学プリズムにおける少なくとも１個の光学プリズムの入射面とが対向配置している（なお、実施例１・２では、第５面ｓ５と第６面ｓ６とが対向配置し、さらに、第８面ｓ８と第９面ｓ９とが対向配置している）。このような対向配置であれば、隣り合う光学素子（ひいては撮像光学系全体）を小さく収容できるし、さらに、向かい合う面同士がほぼ平行になっていると、両面を極めて近づけた配置の撮像光学系ＯＳが実現する。その結果、本発明の撮像光学系ＯＳ自体のサイズが小型（コンパクト）になりやすい。

なお、上記の構成を維持した本発明では、撮像光学系ＯＳ内で、中間結像しない構成になっている。

上記したように、本発明の撮像光学系ＯＳは、物体側からの光線を、屈折・反射させ、像面に導く。構成にもよるが、一般的に、撮像光学系ＯＳ内の焦点距離に比べて光路長が極めて長いときに所望の焦点距離を得ようとすると、物体から像面に至るまでの中間で、光線が一旦結像し、その結像がリレーされなくてはならない。かかるような場合、リレーに要する正のパワーの影響のために、像面湾曲が大きくなりやすい。像面湾曲があると、平面状の結像面では、その結像面の中心位置と周辺位置とでピント位置が異なってくる。かかるようなピント位置の違いは、撮像光学系ＯＳの大きな性能劣化の原因になる。

また、像面湾曲を補正するために、強い負の光学作用面を要する場合もある。かかる場合、この負の光学作用面に起因して、大きなコマ収差が発生する。そのため、撮像光学系が高性能になり得ない。

さらに、中間像を形成する撮像光学系では、加工による誤差の影響がリレーによって増幅されるため、却って精度管理が厳しくなり、実用化が困難になる。したがって、以上の理由から高性能で実用化しやすい撮像光学系を実現するためには、撮像光学系内の光路上に中間結像しないことが望ましい。

また、中間像を光路中（物体側と像側との間）に形成させないようにするには、種々の方法がある。例えば、本発明の撮像光学系ＯＳのように、光学絞りＳＴを光路中に配設したり、光学プリズムの数を適切に設定して光路長自体を短くしたりする方法がある。したがって、本発明の撮像光学ＯＳにおいて、中間像を形成させることなく、像面のみに結像させる方法は、特に限定されるものではない。

ところで、上記したように、本発明の撮像光学系ＯＳでは、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における少なくとも１個の光学プリズムが正パワーを有している。このように、正パワーの光学プリズムが含まれている場合、撮像光学系ＯＳ（全系）におけるその正パワーの配分（パワー配分）を適切にする必要がある。

例えば、正パワーを有する光学プリズムが撮像光学系ＯＳ内に存在すると、正パワーに起因したアンダーの像面湾曲が発生する。このような像面湾曲を補正するためには、撮像光学系ＯＳ内に、正パワーに対応した負パワー（負パワーを有する光学作用面）が必要とされる。

しかし、正のパワーが適切ではなく、例えば強すぎると、その強さに対応して負のパワーも強くしなければならない。しかし、全系のパワーが正である必要より、負の光学作用面は、光線高さの低い絞り近辺に配置される。かかる場合、比較的強い負の光学作用面に起因して大きなコマ収差が生じ、撮像光学系の結像性能が著しく劣化してしまう。また、偏芯した撮像光学系ゆえに生じる偏芯非点収差も顕著に発生することから、さらに、撮像光学系の結像性能が低下する。かかるような事情から、正の光学素子のパワーが適切に設定されることが、高性能な撮像光学系の要件ともいえる。そこで、下記条件式（１）を満たすことが望ましい。

０．０１＜φｐ／φＡＬＬ＜１０．０ … 条件式（１）
ただし、
φｐ ：正のパワーを有する光学プリズム（正の光学プリズム）のパワー
φＡＬＬ：全系のパワー
である。

この条件式（１）は、正のパワーを有する光学素子（正の光学素子）のパワーを規定する式である。そして、この条件式（１）は、光学素子の正のパワーに基づいて、撮像光学系の薄型化と高性能とを実現するための範囲を規定している。

具体的には、条件式（１）の上限値を上回る場合、正の光学素子のパワーが強くなりすぎ、コマ収差、非点収差が発生する。そのため、撮像光学系の性能が劣化する。一方、条件式（１）の下限値を下回る場合、正の光学素子のパワーが弱くなりすぎ、全系に対する正の光学素子のパワー寄与が小さくなる。そのため、撮像光学系の薄型化が困難になる。したがって、条件式（１）の範囲内では、本発明は、コンパクトでありながら、収差発生を抑制した（高性能化した）撮像光学系になる。

また、本発明の撮像光学系ＯＳは偏芯光学系であることから、偏芯特有の収差（偏芯非点収差等）も生じる。つまり、本発明は、ストレートタイプの光学系に比べて、種々の収差が発生しやすい構造になっている。この点からも、正の光学プリズムが条件式（１）の範囲内で設計されていることが、高性能な撮像光学系ＯＳになるための要件ともいえる。

なお、条件式（１）の規定する条件範囲のなかでも、下記条件式（１ａ）の範囲を満たすほうが好ましい。
０．０５＜φｐ／φＡＬＬ＜３．０ … 条件式（１ａ）

また、実施例１・２を条件式（１）に対応させた結果は、下記のようになっている。
○実施例１…光学プリズムＰＲ２のφｐ／φＡＬＬ＝０．５９
光学プリズムＰＲ３のφｐ／φＡＬＬ＝０．７９
○実施例２…光学プリズムＰＲ２のφｐ／φＡＬＬ＝１．０１

ところで、本発明の撮像光学系ＯＳに用いられる光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３の形状は、特に限定されるものではない。しかし、シンプルな構造の（光学作用面の少ない）光学プリズムであれば、撮像光学系ＯＳの小型化に大きく寄与できる。なぜなら、光学プリズム内で何度も光線が反射するような構造であれば、過剰な数の反射面を備えることになり、光学プリズム自体のサイズが大型化するためである。

そこで、本発明の撮像光学系ＯＳでは、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における少なくとも１個の光学プリズムが、光線の入射する入射面を１面、入射面からの光線を反射させる反射面を１面、および反射面からの光線を射出させる射出面を１面、の３面を有する構造になっていると好ましい（実施例１・２では、光学プリズムＰＲ２・ＰＲ３が、上記の３面を備える形状になっている）。

なお、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における少なくとも１個の光学プリズムが、入射面を１面、反射面を少なくとも１面（つまり複数面あってもよい）、および、射出面を１面、有する構造であっても、十分に、撮像光学系ＯＳの小型化に寄与できる場合もある。

このようにシンプルな構造の光学プリズムであれば、光学プリズム自体のサイズが小型になり、ひいては、撮像光学系ＯＳも小型になる。また、シンプルな構造ゆえに、容易に製造でき、加工面・コスト面でも有利な撮像光学系ＯＳが実現する。その上、製造時の誤差の発生も抑制される。したがって、本発明は、製造誤差に起因する収差発生を抑制された撮像光学系ＯＳになる（製造誤差に強い撮像光学系ＯＳになる）。

また、このような光学プリズムを含む撮像光学系ＯＳは、シンプルな光学プリズムを基準として、他の光学プリズムを配設できる。そのため、光学プリズムの配設精度（位置精度）が向上する。その上、シンプルな光学プリズムを基準として、種々の性能評価等も可能になる。

ところで、本発明の撮像光学系ＯＳは偏芯光学系でもある。しかし、偏芯光学系を構成するために偏芯配置される光学作用面は、特に限定されるものではない。例えば、光学プリズムにおける入射面、反射面、および射出面のどの面が偏芯配置されてもよい。しかしながら、反射面は、必ず光線を屈折させる。そのため、光学プリズムの反射面が偏芯配置されていれば好ましい。そうすれば、偏芯配置と光線の反射とが相まって、種々の角度で光線が屈折するようになる。そのため、光学プリズム、ひいては撮像光学系ＯＳのサイズが小型になる。

なお、上記したように、偏芯した本発明の撮像光学系ＯＳでは、偏芯特有の収差が生じる。かかるような収差を効果的に補正するには、撮像光学系ＯＳ内に、回転非対称な光学作用面（回転非対称面）が含まれていることが好ましい。例えば、入射面、反射面、および射出面における少なくとも１面が、回転非対称面になっていればよい。

また、さらに効果的な収差補正を行うために、複数の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３における光学作用面において、少なくとも１面が自由曲面であってもよい。例えば、光学作用面における水平方向と垂直方向との形状を異なるようにした自由曲面があれば、偏芯光学系ゆえに発生する軸上の非点収差等も効果的に補正できるためである。

なお、実施例１・２では、３個の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３のみから構成された撮像光学系ＯＳ（撮像光学ユニットＯＳＵ）を例に挙げて説明してきた。しかし、本発明の撮像光学系ＯＳは、これに限定されるものではない。例えば、少なくとも３個の光学プリズムに加えて、他の小型の光学素子（例えば反射ミラー）を加えた撮像光学系ＯＳであってもよいし、光学プリズムが３個以上（例えば４個）であってもよい。

かかるような構成であっても、上記してきた発明の効果が十分に発揮されるためである。ただし、過剰な光学プリズムの数は、撮像光学系ＯＳの大型化につながるおそれがある。この点から、３個の光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３から成る撮像光学系ＯＳが好ましいともいえる。

また、本発明の撮像光学系ＯＳに含まれる光学プリズムの材質は、特に限定されるものではない。つまり、光学プリズムの材質は、ガラスであっても樹脂（プラスチック材料等）であってもよく、光学材料として用いられる材質であればよい。ただし、温度（熱）等による依存性の少ない材料が好ましい。そこで、光学プリズムに樹脂材料を用いる場合、本発明の撮像光学系ＯＳは、温度依存性の低い樹脂（アサーマル樹脂）を用いるようになっている。より詳説すると、光学プリズムは、温度による屈折率変化（光学的変移；アッベ数等の変化）の比較的少ないアサーマル樹脂を含むようになっている（なお、アサーマル樹脂は、光学プリズム内に部分的に含まれていても全体に含まれていてもよい）。また、特性の異なるアサーマル樹脂を混合させてもよい。こうすることにより、互いに温度による変化を打ち消し合う効果が得られるためである。

かかるような屈折率変化の少ない樹脂材料が光学プリズムに含まれると、撮像光学系ＯＳにおいて、温度変化に基づく屈折率変化に起因した像点位置の変化が抑制される。また、本発明の撮像光学系ＯＳは、偏芯した光学作用面を有している。そのため、軸上で、非点隔差等が生じやすい。しかし、屈折率変化の抑制された樹脂（アサーマル樹脂）から成る光学プリズムであれば、効果的に非点隔差等も抑制される。

なお、このようなアサーマル樹脂の一例として、樹脂（母材）内に最大長３０ｎｍ以下の粒子〔子材；例えば、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）〕を分散させたものが挙げられる（特開２００５−５５８５２号公報参照）。かかるような樹脂（混合樹脂）では、温度上昇に伴った樹脂による屈折率低下と、温度上昇に伴った粒子の屈折率上昇とが同時に発生する。そのため、両方の温度依存性（屈折率低下・屈折率上昇）が互いに相殺され、屈折率変化が起こりにくくなっている。

ここで、温度依存性による屈折率低下と温度依存性による屈折率上昇とによる相殺について、例を挙げて詳説する。温度に依存する屈折率の変化は、ローレンツ・ローレンツの式に基づいて屈折率ndを温度tで微分することにより、下記の屈折率温度変化式で表される。

… 屈折率温度変化式
ただし、
α ：線膨張係数
[Ｒ]：分子屈折
である。

そして、いくつかの樹脂（母材）・無機微粒子（子材）における屈折率温度変化式の値（温度変化Ａ＝ｄnd／ｄt）を求めると、下記の表９・表１０のようになる（なお、単位は［／℃］である）。

本発明の撮像光学系ＯＳの光学プリズムは、酸化ニオブを分散させた混合材料に限らず、上記の表９の樹脂に対して、表１０の無機微粒子を分散させた混合材料で構成されてもよい（例えばポリオレフィン系の樹脂に酸化アルミニウムを分散させた混合材料で構成されてもよい）。

すると、混合材料（混合樹脂）中には、Ａの符号（−）の樹脂と、Ａの符号（＋）の無機微粒子とが混在することになる。つまり、相反する符号の樹脂・無機微粒子が混合することになる。したがって、光学プリズムにおいて、温度上昇に伴った樹脂による屈折率低下（第１性質）と、温度上昇に伴った無機微粒子の屈折率上昇（第２性質）とが効果的に相殺されることがわかる。特に、かかる相殺が生じることから、樹脂に対する無機微粒子の比率が少なくとも、十分に光学プリズムの屈折率変化が抑制される。

また、混合材料（混合樹脂）中において、Ａの符号（−）の樹脂とＡの符号（＋）の無機微粒子との混合の割合が種々調整されることにより、混合樹脂が、Ａの符号（−）の樹脂や混合樹脂ではあるものの符号（−）のＡを有するものとは異なって、（＋）の符号Ａを有するようにもなり得る。また、そのような樹脂材料を光学系の一部に使用することにより、個々の光学素子における温度変化による影響を全系で打ち消すようにもできる。かかる場合、光学系全体での温度変化による像点移動、非点隔差の増大を小さくすることも可能になる。

また、樹脂（母材）に対する無機微粒子の分散量等が適宜調整されることで、アサーマル樹脂に新たな性質変化が生じる場合もある。例えば、無機微粒子（子材）を混合することによって、樹脂材料（母材）、ひいてはアサーマル樹脂の線膨張係数が比較的小さくなるというような性質変化は一例といえる。なお、かかるような性質変化や上記した温度依存による屈折率変化の小さくなる性質を生じさせる方法は、分散量の調整に限定されるものではない。例えば、無機微粒子の「Ａ」の絶対値（Ａの符号（＋））が比較的大きなものを、樹脂材料に分散させてもよい。また、かかるような「Ａ」の性質を備える他の材料（有機微粒子等）を分散させてもよい。

ところで、樹脂と無機微粒子とのＡの符号が同じであっても、温度変化にともなう光学プリズムの屈折率変化を小さくすることもできる。例えば、同符号であってもＡの絶対値が樹脂に比べて小さい無機粒子の場合、その無機微粒子を含む混同樹脂の屈折率変化は、例えば樹脂単独での屈折率変化に比べて小さくなる。つまり、無機粒子を含むことによって、混同樹脂は、樹脂単独等よりも温度変化に依存した屈折率変化を小さくできるようになっている。ただし、樹脂と異なるＡの符号を有する無機微粒子を分散させた方が、樹脂と同符号のＡを有する無機微粒子を分散させる場合に比べて、分散量を少なくできる。

〔４．その他の実施例について〕
ここで、上記してきた特徴を有し、それらの特徴に対応する作用効果を奏じる他の撮像光学ユニット（実施例３・４）について説明する。なお、実施例１・２で用いた部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。また、上記した条件式（１）に実施例３・実施例４の撮像光学ユニットＯＳＵを対応させた値は、下記のようになっている。
○実施例３…第１光学プリズムＰＲ１のφｐ／φＡＬＬ＝０．３３
第２光学プリズムＰＲ２のφｐ／φＡＬＬ＝０．２７
第３光学プリズムＰＲ３のφｐ／φＡＬＬ＝１．１８
○実施例４…第２光学プリズムＰＲ２のφｐ／φＡＬＬ＝０．３８
第３光学プリズムＰＲ３のφｐ／φＡＬＬ＝０．７２

〈４−１．実施例３の撮像光学ユニットについて（図９参照）〉
実施例３の撮像光学ユニットＯＳＵは、実施例１・２の撮像光学ユニットＯＳＵ同様に、光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３を有している。ただし、実施例３の撮像光学ユニットＯＳＵにおける撮像光学系ＯＳは、実施例１・２の撮像光学系ＯＳと異なり、正のパワー（＋）を発揮する光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３を含むようになっている。つまり、撮像光学系ＯＳの光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３の全てが、正のパワー（＋）を発揮するようになっている（なお、本発明は、全ての光学プリズムが正のパワーを有する撮像光学系に限定されるものではない）。

また、実施例３の撮像光学系ＯＳは、光学絞りＳＴを光学作用面に設けることなく、光学プリズムＰＲ１と光学プリズムＰＲ２との間に独立した光学絞りＳＴを介在させている。したがって、実施例３の撮像光学ユニットＯＳＵは、第１光学プリズムＰＲ１、光学絞りＳＴ、第２光学プリズムＰＲ２、第３光学プリズムＰＲ３、および撮像素子ＳＲを含んでいる。なお、光学絞りＳＴの配置位置は、光学プリズムの作用面上にも、光学プリズム同士の間にも配置可能になっている。つまり、光学絞りがどこに配置されていても、本発明を限定するものではない。

《第１光学プリズムについて》
第１光学プリズムＰＲ１は、４つの光学作用面（ｓ２〜ｓ５）を有している。なお、第１面ｓ１は、実施例１・２同様、ダミー面（基準面）になっている。したがって、物体側からの光線を最初に受けるとともに透過する面（入射面）は、図９では、第２面ｓ２と表記されている。そして、第３面ｓ３は、第２面ｓ２を透過（通過）してきた光線を、第４面ｓ４に向けて反射させる反射面になっている。

また、第４面ｓ４は、第３面ｓ３によって反射されてきた光線（反射光線）を、第５面ｓ５に向けて反射させる反射面になっている。なお、図９に示すように、第２面ｓ２および第４面ｓ４は、透過と反射との両機能を備えるＴＩＲ面になっている。

そして、第５面ｓ５は、第４面ｓ４からの反射光線を、第２光学プリズムＰＲ２に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。なお、この第５面ｓ５と後述の第６面ｓ６とは、対向配置になっている。

《光学絞りについて》
光学絞りＳＴは、円形等の絞り形状を有しており、第１光学プリズムＰＲ１の第５面ｓ５と第２光学プリズムＰＲ２の第７面ｓ７との間に位置するように設けられている。なお、この光学絞りＳＴは、光線の通過する第６面ｓ６とも称される。

《第２光学プリズムについて》
第２光学プリズムＰＲ２は、第１光学プリズムＰＲ１を通過するとともに、光学絞りＳＴによって一部遮光された光線を第３光学プリズムＰＲ３へと導く光学プリズムである。そして、この第２光学プリズムＰＲ２は、３つの光学作用面（ｓ７〜ｓ９）を有している。

第７面ｓ７は、第１光学プリズムＰＲ１からの光線を最初に受けるとともに透過する入射面（透過面）になっている。そして、第８面ｓ８は、第７面ｓ７を通過してきた光線（透過光線）を第９面ｓ９に向けて反射させる反射面になっている。さらに、第９面ｓ９は、第８面ｓ８からの光線（反射光線）を、第３光学プリズムＰＲ３に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。なお、第９面ｓ９と後述の第１０面ｓ１０とは、対向配置になっている。

《第３光学プリズムについて》
第３光学プリズムＰＲ３は、第２光学プリズムＰＲ２を通過してきた光線を撮像素子ＳＲ（像面ｓ１３）へと導く光学プリズムである。そして、この第３光学プリズムＰＲ３は、３つの光学作用面（ｓ１０〜ｓ１２）を有している。

第１０面ｓ１０は、第２光学プリズムＰＲ２からの光線を最初に受けるとともに透過する入射面（透過面）になっている。そして、第１１面ｓ１１は、第１０面ｓ１０を通過してきた光線（透過光線）を第１２面ｓ１２に向けて反射させる反射面になっている。さらに、第１２面ｓ１２は、第１１面ｓ１１からの光線（反射光線）を、撮像素子ＳＲ（像面ｓ１３）に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。

〈実施例３のコンストラクションデータについて〉
ここで、実施例３の撮像光学ユニットＯＳＵにおけるコンストラクションデータについて、表１１〜表１４を用いて説明する。なお、表１１は表１と、表１２は表３と、表１３は表５と、表１４は表７と、同様の表現になっている。

〈実施例３の収差図について〉
なお、図１０（図１０Ａ〜図１０Ｆ）・図１１（図１１Ａ〜図１１Ｆ）は、実施例３における撮像光学ユニットＯＳＵの横収差図である。そして、これらの図１０・図１１は、図４・図５と同様の表現になっている。

〈４−２．実施例４の撮像光学ユニットについて（図１２参照）〉
実施例４の撮像光学ユニットＯＳＵは、実施例１〜３の撮像光学ユニットＯＳＵ同様に、光学プリズムＰＲ１〜ＰＲ３を有している。ただし、実施例４の撮像光学ユニットＯＳＵにおける撮像光学系ＯＳは、実施例１の撮像光学系ＯＳと同様に、正のパワー（＋）を発揮する第２光学プリズムＰＲ２・第３光学プリズムＰＲ３を含むようになっている。

また、実施例４の第１光学プリズムＰＲ１は、実施例１〜３の第１光学プリズムＰＲ１と異なり、入射面・反射面・射出面の３面のみしか有していない。また、実施例４の光学絞りＳＴは、実施例１・２同様、光学作用面に設けられるようになっている。したがって、実施例４の撮像光学ユニットＯＳＵは、第１光学プリズムＰＲ１、第２光学プリズムＰＲ２、第３光学プリズムＰＲ３、および撮像素子ＳＲを含んでいる。

《第１光学プリズムについて》
第１光学プリズムＰＲ１は、３つの光学作用面（ｓ２〜ｓ４）を有している。なお、第１面ｓ１は、実施例１〜３同様、ダミー面（基準面）になっている。したがって、物体側からの光線を最初に受けるとともに透過する面、すなわち、入射面は、図１２では、第２面ｓ２と表記されている。そして、第３面ｓ３は、第２面ｓ２を透過（通過）してきた光線を、第４面ｓ４に向けて反射させる反射面になっている。

また、第４面ｓ４は、第３面ｓ３によって反射されてきた光線（反射光線）を、第２光学プリズムＰＲ２に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）となっている。なお、この第４面ｓ４と後述の第５面ｓ５とは、対向配置になっている。

《第２光学プリズムについて》
第２光学プリズムＰＲ２は、第１光学プリズムＰＲ１を通過してきた光線を第３光学プリズムＰＲ３へと導く光学プリズムである。そして、この第２光学プリズムＰＲ２は、３つの光学作用面（ｓ５〜ｓ７）を有している。

第５面ｓ５は、第１光学プリズムＰＲ１からの光線を最初に受けるとともに透過する入射面（透過面）になっている。そして、第６面ｓ６は、第５面ｓ５を通過してきた光線（透過光線）を第７面ｓ７に向けて反射させる反射面になっている。さらに、第７面ｓ７は、第６面ｓ６からの光線（反射光線）を、第３光学プリズムＰＲ３に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。

なお、第６面ｓ６には、光学絞りＳＴが施されるようになっている。また、第７面ｓ７と後述の第８面ｓ８とは、対向配置になっている。

《第３光学プリズムについて》
第３光学プリズムＰＲ３は、第２光学プリズムＰＲ２を通過してきた光線を撮像素子ＳＲ（像面ｓ１１）へと導く光学プリズムである。そして、この第３光学プリズムＰＲ３は、３つの光学作用面（ｓ８〜ｓ１０）を有している。

第８面ｓ８は、第２光学プリズムＰＲ２からの光線を最初に受けるとともに透過する入射面（透過面）になっている。そして、第９面ｓ９は、第８面ｓ８を通過してきた光線（透過光線）を第１０面ｓ１０に向けて反射させる反射面になっている。さらに、第１０面ｓ１０は、第９面ｓ９からの光線（反射光線）を、撮像素子ＳＲ（像面ｓ１１）に向けて射出（透過）させる射出面（透過面）になっている。

〈実施例４のコンストラクションデータについて〉
ここで、実施例４の撮像光学ユニットＯＳＵにおけるコンストラクションデータについて、表１５〜表１８を用いて説明する。なお、表１５は表１と、表１６は表３と、表１７は表５と、表１８は表７と、同様の表現になっている。

〈実施例４の収差図について〉
なお、図１３（図１３Ａ〜図１３Ｆ）・図１４（図１４Ａ〜図１４Ｆ）は、実施例４における撮像光学ユニットＯＳＵの横収差図である。そして、これらの図１３・図１４は、図４・図５と同様の表現になっている。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

〔１．反射面の反射率について〕
例えば、撮像光学系ＯＳにおいて複数含まれる反射面の全てが、反射率８０％以上であることが好ましい。撮像光学系（全系）ＯＳの反射率は、各反射面の掛け算で求められるためである。しかし、別表現すると、撮像光学系ＯＳとして反射率を向上させるためには、複数含まれる反射面の少なくとも１面が反射率８０％以上であればよいともいえる。少なくとも１面でも反射率が８０％以上であれば、撮像光学系ＯＳの反射率の向上に大きく寄与するためである。

〔２．反射面の領域について〕
また、光学プリズムの反射面は、反射領域と吸収領域とを含むような構成でもよいし、反射領域と遮光領域とを含むような構成でもよい。あるいは、光学プリズムの反射面は、反射領域と透過領域とを含むような構成でもよい。つまり、光学プリズムの反射面が、反射領域と非反射領域（吸収領域、遮光領域、透過領域等）とを含むような構成でもよい。

かかる構成であれば、例えば反射面の非反射領域と、反射面の端部（エッジ）との位置を対応させることができる。すると、エッジでの反射に起因する迷光が起こり得ない。また、この反射面の非反射領域を、光学プリズムを撮像装置等に取り付けるための保持部分として機能させることもできる。

〈２−１．反射領域の特徴について〉
なお、反射面における反射領域にも、種々の特徴があってもよい。例えば反射領域が、鏡面状態でもよい。かかる構成であれば、反射領域上に、凹凸や波打ち形状（リップル）が存在しないことになる。そのため、反射領域上で、リップル等に起因した迷光が生じることなく、さらに反射効率も向上する。

また、反射コート等が施されることで、反射領域が形成されてもよい。かかるような構成であれば、所望の位置のみを反射領域として機能させることができる。例えば光学絞りＳＴ等の有効径内（有効範囲内）に対応する部分のみを反射領域にできる。

なお、反射領域に施される反射コートとしては、種々のコーティングが挙げられる。そこで、下記にいくつかのコーティングとその特徴について列挙する。
・アルミ蒸着のコーティング
かかるコーティングは、比較的高い反射率を発揮する。その上、比較的安価なコー ティングである。
・アルミ増反射のコーティング
かかるコーティングは、比較的高価ではあるがアルミ蒸着のコーティングよりも高 い反射率を発揮する。
・誘電体のコーティングおよび銀蒸着のコーティング
両コーティングとも、比較的高価ではあるが極めて高い反射率を発揮する。そのた め、光線が複数回の反射を繰り返す場合であっても、光量損失が抑制される。

すると、光学プリズムにおける全ての反射面がアルミ蒸着コーティング面で構成される場合、反射面形成のコストが抑えられ、ひいては光学プリズム自体のコストも抑制される。しかしながら、その光学プリズム全体の反射率は、他のコーティングの面（誘電体のコーティング面等）で構成される光学プリズムの反射率に比べて、低い反射率になってしまう。逆に、光学プリズムにおける全ての反射面が誘電体コーティング面で構成される場合、極めて高い反射率のために、光学プリズム全体の反射率は高くなる。しかしながら、高価なコーティングゆえに、光学プリズム自体のコストが上昇してしまう。

そこで、本発明の撮像光学系ＯＳでは、光学プリズムの反射面として、上記のコーティングの反射面（アルミ蒸着コーティング面、アルミ増反射コーティング面、誘電体コーティング面、または銀蒸着コーティング面）が混在するようにしてもよい。かかるような構成であれば（例えば、４種の面から複数種を選択するような構成であれば）、コストを抑制させつつつも、反射率を向上させた光学プリズムが実現するためである。

〈２−２．非反射領域の特徴について〉
また、反射面における非反射領域（特に吸収領域・遮光領域）にも、種々の特徴があってもよい。例えば、非反射領域が、粗研削されることで形成されてもよい。粗研削は、例えばカーブジェネレータを利用する。そのため、比較的簡単に反射面の所望の領域が、非反射領域へと仕上げられる。また、粗研削自体のコストも安価というメリットもある。

また、非反射領域は、粗面加工されることで形成されてもよい。粗面加工は、例えば金型プレスによって行われる。具体的には、金型の一部を粗くしたプレス加工によって行われる。そのため、比較的簡単かつ安価に反射面の所望の領域が、非反射領域へと仕上げられる。なお、粗面加工は、粗い研磨（例えば研磨剤なしの研磨；仕上げなしの研磨）によって行われてもよい。

なお、例えば上記のような方法（粗研削、粗面加工）は、面表面を凹凸等にすることで、非反射領域を形成している。そこで、かかるような方法を用いる場合、反射面上から隆起した微少な片（隆起片；例えばピラミッドのような四角錐）の散点する非反射領域が形成されるようにしてもよい。つまり、光線を散乱させるような隆起片を複数備えた非反射領域が形成されてもよい。

このような非反射領域であれば、隆起片近傍で光線が減衰するので、迷光を抑制できるというメリットが生じる。ただし、隆起片を含むタイプの非反射領域の形成方法は、上記の方法（粗研削、粗面加工）に限定されるものではない。また、安価な金型プレス等で、隆起片を含む非反射領域を形成すれば、迷光対策用の別個の部材を設けることなく、光学プリズムを撮像光学系ＯＳに組みこむことができるというメリットもある。

ところで、以上のような非反射領域は、反射面に凹凸等の隆起を設けることで構成されている。しかし、非反射領域は、このようなタイプに限定されるものではない。例えば、反射面の一部を黒染することで、非反射領域が形成されてもよい。かかる場合、非反射領域の面自体に変形等が生じない。そのため、その非反射領域の面を、光学プリズムの取付位置基準として機能させることができる。

また、非反射領域は、有機溶剤による化学反応によって形成されてもよい。化学反応の場合、複数の反射面をまとめて有機溶剤に浸したり、有機溶剤を一度に複数の反射面に塗布したりできる。そのため、一度で多量の処理（生産）を行えるというメリットがある。また、光学プリズム材料の性質を変化させることで非反射領域が形成されているならば、上記同様、非反射領域の面自体に変形等が生じない。したがって、かかる場合、黒染による非反射領域同様の効果が奏じる。

〔３．好ましいコーティングについて〕
ところで、本発明のような撮像光学系ＯＳ（撮像光学ユニットＯＳＵ）では、種々の波長域の光線が入射している。そして、これら光線においては、光線を結像するという点で、不要な光線（例えば赤外線）も含まれている。しかしながら、ＣＣＤのような撮像素子ＳＲは、かかるような赤外線の波長域（長波長域）に対しても感度を有する。そのため、この赤外線に起因して、撮像素子ＳＲの受光面（撮像面）に悪影響が生じる場合がある。

そこで、本発明では、光学プリズムにおける面（透過面または反射面）のいずれかに、長波長域の光線を吸収するコーティングが施されてもよい。かかる構成であれば、例えば、撮像素子ＳＲの前にＩＲカットフィルタとして機能する平行平面板等を配置させる必要がなくなる。その結果、コスト抑制の図れた上、高性能な（例えば高解像力を発揮する）撮像光学系ＯＳが実現する。

〔４．光学絞りの形状について〕
また、光学絞りＳＴの形状についても、特に限定されるものではない。例えば、円形であっても楕円形であってもよい。また、多角形状や、非対称な形状の光学絞りＳＴであってもよい。

本発明の撮像光学系を含む撮像光学ユニット（実施例１）の光学断面図である。 本発明の撮像光学系を含む撮像光学ユニット（実施例２）の光学断面図である。 右手系ＸＹＺ座標の説明図である。 実施例１の撮像光学ユニットにおけるＸ方向での横収差図である。 実施例１の撮像光学ユニットにおけるＹ方向での横収差図である。 実施例２の撮像光学ユニットにおけるＸ方向での横収差図である。 実施例２の撮像光学ユニットにおけるＹ方向での横収差図である。 像面ＩＳにおけるローカルな直交座標の説明図である。 本発明の撮像光学系を含む撮像光学ユニット（実施例３）の光学断面図である。 実施例３の撮像光学ユニットにおけるＸ方向での横収差図である。 実施例３の撮像光学ユニットにおけるＹ方向での横収差図である。 本発明の撮像光学系を含む撮像光学ユニット（実施例４）の光学断面図である。 実施例４の撮像光学ユニットにおけるＸ方向での横収差図である。 実施例４の撮像光学ユニットにおけるＹ方向での横収差図である。

符号の説明

ＯＳ 撮像光学系（結像光学系）
ＯＳＵ 撮像光学ユニット
ＰＲ１ 第１光学プリズム（光学素子）
ＰＲ２ 第２光学プリズム（光学素子）
ＰＲ３ 第３光学プリズム（光学素子）
ＳＴ 光学絞り
ＳＲ 撮像素子
ＩＳ 像面
ｓｉ 光学作用面（光学面）
＊ 自由曲面

Claims (13)

1. 物体側から像面側に向かう光線の通過する光学素子を複数備え、
   複数の上記光学素子における少なくとも１個の光学素子が偏芯した光学面を有するとともに、少なくとも１個の光学素子が正のパワーを有しており、
   さらに、複数の光学素子における１個の光学素子の射出面と、残りの光学素子における少なくとも１個の光学素子の入射面とが対向配置された撮像光学系において、
   上記光学素子の総数は、少なくとも３個以上であり、
   上記光線が、中間結像しないことを特徴とする撮像光学系。
2. 上記の正のパワーを有する光学素子が、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系；
   ０．０１＜φｐ／φＡＬＬ＜１０．０ … 条件式（１）
   ただし、
   φｐ ：正のパワーを有する光学素子のパワー
   φＡＬＬ：撮像光学系の全系のパワー
   である。
3. 複数の上記光学素子における少なくとも１個の光学素子は、光学面として、
   上記光線の入射する入射面を１面、
   上記入射面からの光線を反射させる反射面を１面、および、
   上記反射面からの光線を射出させる射出面を１面、
   の３面を有していることを特徴とする請求項１または２の撮像光学系。
4. 複数の上記光学素子における少なくとも１個の光学素子は、光学面として、
   上記光線の入射する入射面を１面、
   上記入射面からの光線を反射させる反射面を少なくとも１面、および、
   上記反射面からの光線を射出させる射出面を１面、
   を有していることを特徴とする請求項１または２の撮像光学系。
5. 上記反射面が、偏芯配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の撮像光学系。
6. 上記の入射面、反射面、および射出面における少なくとも１面が回転非対称面になっていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の撮像光学系。
7. 複数の上記光学素子における光学面において、少なくとも１面が自由曲面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像光学系。
8. 上記光学素子の総数が３個であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像光学系。
9. 複数の上記光学素子における少なくとも１個の光学素子は、樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像光学系。
10. 上記樹脂は、温度に依存した光学的変移を抑制する特性を有していることを特徴とする請求項９に記載の撮像光学系。
11. 上記樹脂は、母材および子材を含んでおり、
    上記母材の有する第１性質が、上記子材の有する第２性質によって変質することで、上記光学的変移が抑制されていることを特徴とする請求項１０に記載の撮像光学系。
12. 上記光学的変移は、温度に依存した上記樹脂の屈折率変化であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像光学系。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の撮像光学系と、この撮像光学系からの光線を受光する撮像素子とを含む撮像光学ユニット。

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