JP3113169B2 - 非点収差補正素子 - Google Patents

非点収差補正素子

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JP3113169B2 JP07098457A JP9845795A JP3113169B2 JP 3113169 B2 JP3113169 B2 JP 3113169B2 JP 07098457 A JP07098457 A JP 07098457A JP 9845795 A JP9845795 A JP 9845795A JP 3113169 B2 JP3113169 B2 JP 3113169B2
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    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/06Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the phase of light

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願発明は、非点収差が発生し得
る結像光学系において、非点収差を補正するために結像
レンズと結像面との間に配置される非点収差補正素子に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ラインセンサを用いる光学系
においては、結像レンズの製造誤差等により発生する非
点収差を、結像レンズと結像面との間に平行平面板を所
定の傾斜角で配置することにより補正する工夫がなされ
ている。これは、図6に示すように、結像光学系内に平
行平面板を傾斜させた状態で配置すると、T(タンジェ
ンシャル)像面をS(サジタル)像面に対してプラス方
向に補正することができる性質を利用したものである。
【0003】また、ラインセンサを用いる光学系におい
て非点収差を補正するための別の方法として、図7に示
すように、結像レンズと結像面との間にシリンダレンズ
を配置する方法も知られている。図示のようにシリンダ
凸レンズの場合には、T像面をS像面に対してマイナス
方向に補正することができ、一方、シリンダ凹レンズの
場合には、T像面をS像面に対してプラス方向に補正す
ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平行平
面板を用いた非点収差補正方法では、平行平面板を傾斜
させてもT像面をS像面に対してプラス方向にしか補正
することができない。これをマイナス方向にも補正でき
るようにするためには、図8に示すように、2枚の平行
平面板を直交配置する必要があるが、このようにした場
合には、非点収差を補正するために大きなスペースが必
要となる、という問題がある。
【0005】一方、シリンダレンズを用いた非点収差補
正方法では、発生する非点収差にバラツキがある場合に
は複数枚のシリンダレンズを用意しておく必要がある、
という問題がある。
【0006】本願発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、T像面をS像面に対してプラスマイ
ナス両方向に補正することができ、かつ発生する非点収
差にバラツキがある場合であっても非点収差補正を容易
に行うことができる非点収差補正素子を提供することを
目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明は、非点収差補
正素子の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を
図るようにしたものである。
【0008】たものである。すなわち、本願発明は、非
点収差が発生し得る結像光学系において、前記非点収差
を補正するために結像レンズと結像面との間で、結像光
学系の光軸から外れた位置に配置される非点収差補正素
子を前提とするものであって、本願第1の発明に係る非
点収差補正素子は、請求項1に記載したように、頂角が
等しい1対のくさび状プリズムを、全体として平行平面
板状の構造となるように、互いに逆向きで所定の空気間
隔をおいて対向配置してなるプリズムユニットから構成
されるとともに、該プリズムユニットの光軸が結像光学
系の光軸および非点収差補正の対象となる光線束の主光
線各々に対して所定角度傾斜して配置されてなる、こと
を特徴とするものであり、本願第2の発明に係る非点収
差補正素子は、請求項2に記載したように、上記プリズ
ムユニットと、このプリズムユニットの光軸を結像光学
系の光軸および非点収差補正の対象となる光線束の主光
線各々に対して傾斜調整可能に支持するプリズムユニッ
ト支持手段とからなる、ことを特徴とするものである。
【0009】上記「プリズムユニットの光軸」とは、プ
リズムユニットの光入射面の法線方向に延びる軸線を意
味するものである。
【0010】
【発明の作用効果】上記構成に示すように、本願発明に
係る非点収差補正素子は、頂角が等しい1対のくさび状
プリズムを互いに逆向きで所定の空気間隔をおいて対向
配置してなるプリズムユニットから構成されているの
で、次のような作用が得られる。
【0011】すなわち、上記プリズムユニットをその光
軸が結像光学系の光軸と平行になるように配置した場合
には、上記1対のくさび状プリズム間に形成されるエア
ギャップ平面が結像光学系の光軸直交面に対して傾斜し
た平面となるため、このプリズムユニットを透過した光
線束にはT像面がS像面に対してマイナス方向になる非
点収差が発生する。一方、上記プリズムユニットを、そ
の光軸が結像光学系の光軸と平行になるように配置した
状態から、上記エアギャップ平面が結像光学系の光軸と
直交する位置に近付く方向へ傾斜させた場合には、平行
平面板を傾斜したときと同様、プリズムユニットを透過
した光線束の非点収差はT像面がS像面に対してプラス
方向に補正される。したがって、プリズムユニットを、
その光軸が結像光学系の光軸と平行になるように配置し
た状態から、上記方向へある角度(以下「基準角度」と
いう。)だけ傾斜させれば非点収差は零になる。そし
て、プリズムユニットの傾斜角を上記基準角度より大き
くすれば、非点収差はT像面がS像面に対してプラス方
向に補正され、一方、プリズムユニットの傾斜角を上記
基準角度より小さくすれば、非点収差はT像面がS像面
に対してマイナス方向に補正されることとなる。
【0012】そこで、本願第1の発明のように、上記プ
リズムユニットを、その光軸が結像光学系の光軸に対し
て所定角度傾斜して配置されてなる構成とすれば、この
「所定角度」を適当に設定することにより、結像光学系
の光軸上における光線束の非点収差を零にすること、あ
るいはこの光線束に所望の非点収差を意識的に作り出す
ことができる。
【0013】また、上記プリズムユニットを、その光軸
が非点収差補正の対象となる光線束の主光線に対して所
定角度傾斜して配置されてなる構成とすれば、この「所
定角度」を適当に設定することにより、非点収差補正の
対象となる光線束の主光線が結像光学系の光軸上にある
か否かにかかわらず、この補正対象光線束の非点収差を
零にすること、あるいはこの光線束に所望の非点収差を
意識的に作り出すことができる。
【0014】さらに、本願第2の発明のように、上記プ
リズムユニットを、その光軸を結像光学系の光軸に対し
て傾斜可能に支持するプリズムユニット支持手段を備え
た構成とすれば、このプリズムユニット支持手段を用い
てプリズムユニットの光軸の傾斜角を適当に設定するこ
とにより、結像光学系の光軸上における光線束の非点収
差を零にすること、あるいはこの光線束に所望の非点収
差を意識的に作り出すことができる。
【0015】また、上記プリズムユニットを、その光軸
を非点収差補正の対象となる光線束の主光線に対して傾
斜可能に支持するプリズムユニット支持手段を備えた構
成とすれば、このプリズムユニット支持手段を用いてプ
リズムユニットの光軸の傾斜角を適当に設定することに
より、非点収差補正の対象となる光線束の主光線が結像
光学系の光軸上にあるか否かにかかわらず、この補正対
象光線束の非点収差を零にすること、あるいはこの光線
束に所望の非点収差を意識的に作り出すことができる。
【0016】以上のことから、本願発明によれば、レン
ズ設計において補正困難なもしくは残存する非点収差、
あるいはレンズ製造において製造誤差やレンズ偏心に起
因して発生する非点収差を無くす補正を、簡易かつコン
パクトな構成で容易に行うことができる。また、オート
フォーカス機構において(あるいは一般の位置検出のた
めに)意図的に非点収差を発生させようとする場合に
も、簡易かつコンパクトな構成で容易にこれを行うこと
ができる。
【0017】本願発明に係る非点収差補正素子は、スポ
ットセンサやラインセンサ(1次元センサ)を用いた光
学系で用いることが最も効果的であるが、2次元センサ
を用いた光学系においても、瞳位置が比較的遠くにある
光学系であれば、効果的に用いることができる。
【0018】なお、本願発明に係る非点収差補正素子
は、頂角が等しい1対のくさび状プリズムを互いに逆向
きで所定の空気間隔をおいて対向配置してなるプリズム
ユニットから構成されているが、上記両くさび状プリズ
ムの平行度が正確に出ていなくてもプリズムユニットを
傾斜させることにより非点収差補正を行うことが可能で
あるため、空気間隔を精度良く平行に形成することは必
ずしも必要ではない。また、同様の理由で上記一対のく
さび状プリズムの頂角が精度よく等しくなっていること
も必ずしも必要ではない。
【0019】
【実施例】以下、図面を参照しながら本願発明の実施例
について説明する。
【0020】図1は、本願発明に係る非点収差補正素子
の一実施例を結像光学系と共に示す概要図である。
【0021】図1に示すように、この結像光学系は、結
像面12の前方に、凸レンズ14、凹レンズ16および
凸レンズ18からなる結像レンズ20が配されてなり、
この結像レンズ20と結像面12との間には、結像レン
ズ20を透過した光線束に発生する非点収差を補正する
ための非点収差補正素子としてプリズムユニット22が
配置されている。上記プリズムユニット22は、頂角が
等しい1対のくさび状プリズム22a、22bが互いに
上下逆向きで空気間隔dをおいて対向配置されてなって
いる。
【0022】図1に示すように、プリズムユニット22
は、上記結像光学系の光軸X0 から上方に外れた位置に
配置されており、図示しないプリズムユニット支持手段
により紙面に直交する軸線回りに回動可能に支持されて
いる。
【0023】このような構成において、プリズムユニッ
ト22をその光軸X1 がプリズムユニット22へ入射す
る光線束の主光線X2 と平行になるように配置した場合
には、1対のくさび状プリズム22a、22b間に形成
されるエアギャップ平面が主光線X2 と直交する平面に
対して傾斜した平面となるため、このプリズムユニット
22を透過した光線束にはT像面がS像面に対してマイ
ナス方向になる非点収差が発生する。一方、プリズムユ
ニット22を、その光軸X1 が上記主光線X2と平行に
なるように配置した状態から、上記エアギャップ平面が
上記主光線X2と直交する位置に近付く方向へ傾斜させ
た場合には、平行平面板を傾斜したときと同様、プリズ
ムユニット22を透過した光線束の非点収差はT像面が
S像面に対してプラス方向に補正される。したがって、
プリズムユニット22を上記の状態からある角度(基準
角度)だけ傾斜させれば、T像面がS像面と一致して非
点収差は零になる。そして、プリズムユニット22の傾
斜角を上記基準角度より大きくすれば、非点収差はT像
面がS像面に対してプラスになる方向に補正され、一
方、プリズムユニット22の傾斜角を上記基準角度より
小さくすれば、非点収差はT像面がS像面に対してマイ
ナスになる方向に補正されることとなる。
【0024】本実施例においては、図1(a)に示す傾
斜角度にあるときに、図3に示すようにT像面がS像面
と一致して(デフォーカス量が零となり)、プリズムユ
ニット22の非点収差が零になるものとする。
【0025】図2は、図1(a)に示す傾斜角度(「基
準角度」)にあるプリズムユニット22を拡大して示す
図である。
【0026】図2に示す例では、プリズムユニット22
の各くさび状プリズム22a,22bの頂角は15°、
その空気間隔dは0.5mmで、この空気間隔dは光入
射面Siに対して上部が前方側へ傾斜して形成されてい
る。また、プリズムユニット22の全厚は空気間隔dを
含めて5.4mmである。光入射面Siにおける光入射
点と結像面との距離は11mmである。プリズムユニッ
ト22へ入射する光線束の主光線X2 は、上記結像光学
系の光軸X0 と平行な軸線X0 ′と11°の交角をなし
ている。このとき、プリズムユニット22の光軸X
1 (光入射面Siの法線方向に延びる軸線)と入射光線
束の主光線X2 とのなす角θは、11°より小さい値と
なる。
【0027】プリズムユニット22は、図1(b)に示
すように上記「基準角度」から反時計回り方向に傾斜さ
せると、図4に示すようにT像面がS像面に対してマイ
ナス側(結像レンズ側ないしアンダー側)にデフォーカ
スし、一方、図1(c)に示すように上記「基準角度」
から時計回り方向に傾斜させると、図5に示すようにT
像面がS像面に対してプラス側(反結像レンズ側ないし
オーバー側)にデフォーカスする。
【0028】以上詳述したように、本実施例において
は、非点収差が発生し得る結像光学系において、非点収
差を補正するために結像レンズ20と結像面12との間
に配置される非点収差補正素子として、頂角が等しい1
対のくさび状プリズム22a、22bを互いに逆向きで
空気間隔dをおいて対向配置してなるプリズムユニット
22が用いられており、このプリズムユニット22は、
その光軸X1 が非点収差補正の対象となる光線束の主光
線X2 に対して傾斜可能に配置されているので、プリズ
ムユニット22の光軸X1 の傾斜角を適当に設定するこ
とにより、上記主光線X2 が結像光学系の光軸X0 上に
あるか否かにかかわらず、非点収差補正の対象となる光
線束の非点収差を零にすること、あるいはこの光線束に
所望の非点収差を意識的に作り出すことができる。
【0029】なお、図9は、本実施例に対応する従来例
を示す図であって、図9(a)は、プリズムユニット2
2に代えて平行平面板を配置することにより、T像面が
アンダーの結像レンズに対して非点収差を小さくする補
正をするようにしたものであり、図9(b)は、プリズ
ムユニット22に代えてシリンダレンズ(平凸レンズ)
を配置することにより、T像面がオーバーの結像レンズ
に対して非点収差を小さくする補正をするようにしたも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る非点収差補正素子の一実施例を
結像光学系と共に示す概要図
【図2】上記実施例におけるプリズムユニットを詳細に
示す拡大図
【図3】図1(a)の構成の作用を示すグラフ
【図4】図1(b)の構成の作用を示すグラフ
【図5】図1(c)の構成の作用を示すグラフ
【図6】非点収差補正素子の従来例を示す図
【図7】非点収差補正素子の従来例を示す図
【図8】非点収差補正素子の従来例を示す図
【図9】非点収差補正素子の従来例を示す、図1に対応
する図
【符号の説明】
12 結像面 14 凸レンズ 16 凹レンズ 18 凸レンズ 20 結像レンズ 22 プリズムユニット(非点収差補正素子) 22a、22b くさび状プリズム d 空気間隔 Si 光入射面 X0 結像光学系の光軸 X0 ′ 光軸X0 と平行な軸線 X1 プリズムユニットの光軸 X2 プリズムユニット入射光線束の主光線

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非点収差が発生し得る結像光学系におい
    て、前記非点収差を補正するために結像レンズと結像面
    との間で、結像光学系の光軸から外れた位置に配置され
    る非点収差補正素子であって、 頂角が等しい1対のくさび状プリズムを、全体として平
    行平面板状の構造となるように、互いに逆向きで所定の
    空気間隔をおいて対向配置してなるプリズムユニットか
    ら構成されるとともに、該プリズムユニットの光軸が結
    像光学系の光軸および非点収差補正の対象となる光線束
    の主光線各々に対して所定角度傾斜するように配置され
    てなる、ことを特徴とする非点収差補正素子。
  2. 【請求項2】 非点収差が発生し得る結像光学系におい
    て、前記非点収差を補正するために結像レンズと結像面
    との間で、結像光学系の光軸から外れた位置に配置され
    る非点収差補正素子であって、 頂角が等しい1対のくさび状プリズムを、全体として平
    行平面板状の構造となるように、互いに逆向きで所定の
    空気間隔をおいて対向配置してなるプリズムユニット
    と、このプリズムユニットの光軸を結像光学系の光軸お
    よび非点収差補正の対象となる光線束の主光線各々に対
    して傾斜調整可能に支持するプリズムユニット支持手段
    とからなる、ことを特徴とする非点収差補正素子。
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