JP3292051B2 - 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

変倍光学系及びそれを用いた撮像装置

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JP3292051B2 JP20890496A JP20890496A JP3292051B2 JP 3292051 B2 JP3292051 B2 JP 3292051B2 JP 20890496 A JP20890496 A JP 20890496A JP 20890496 A JP20890496 A JP 20890496A JP 3292051 B2 JP3292051 B2 JP 3292051B2
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    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は変倍光学系及びそれ
を用いた撮像装置に関し、特に偏心反射面を有した群を
変倍群として用いることにより変倍を行うビデオカメラ
やスチールビデオカメラ、そして複写機等に好適なもの
である。

【0002】

【従来の技術】変倍光学系として、従来より知られてい
るものとして、屈折レンズのみで構成した光学系があ
る。これらは、球面あるいは回転対称非球面の屈折レン
ズが、光軸に対して回転対称に配置されている。

【0003】また、従来より凹面鏡や凸面鏡等の反射面
を利用した撮影光学系が種々と提案されているし、反射
系と屈折系とを両方使用した光学系もカタディオプトリ
ック系としてよく知られている。

【0004】図27は1 つの凹面鏡と1 つの凸面鏡より成
る所謂ミラー光学系の概略図である。同図のミラー光学
系において、物体からの物体光束104 は、凹面鏡101 に
て反射され、収束されつつ物体側に向かい、凸面鏡102
にて反射された後、レンズ110 で屈折され、像面103 に
結像する。

【0005】このミラー光学系は、所謂カセグレン式反
射望遠鏡の構成を基本としており、屈折レンズで構成さ
れるレンズ全長の長い望遠レンズ系の光路を相対する二
つの反射ミラーを用いて折りたたむ事により、光学系全
長を短縮することを目的としたものである。

【0006】また、望遠鏡を構成する対物レンズ系にお
いても、同様な理由から、カセグレン式の他に、複数の
反射ミラーを用いて光学系の全長を短縮する形式が多数
知られている。

【0007】この様に、従来よりレンズ全長の長い撮影
レンズのレンズの代わりに反射ミラーを用いる事によ
り、効率よく光路を折りたたんで、コンパクトなミラー
光学系を得ている。

【0008】しかしながら、一般的にカセグレン式反射
望遠鏡等のミラー光学系においては、凸面鏡102 により
物体光線の一部がケラレると言う問題点がある。この問
題は物体光束104 の通過領域中に凸面鏡102 がある事に
起因するものである。

【0009】この問題点を解決する為に、反射ミラーを
偏心させて使用して、物体光束104の通過領域を光学系
の他の部分が遮蔽することを避ける、即ち光束の主光線
を光軸105 から離すミラー光学系も提案されている。

【0010】図28は米国特許3、674、334 号明細書に開示
されているミラー光学系の概略図であり、光軸に対して
回転対称な反射ミラーの一部を用いることによって上記
のケラレの問題を解決している。

【0011】同図のミラー光学系は光束の通過順に凹面
鏡111 、凸面鏡113 そして凹面鏡112 があるが、それら
はそれぞれ図中二点破線で示す様に、もともと光軸114
に対して回転対称な反射ミラーである。このうち凹面鏡
111 は光軸114 に対して紙面上側のみ、凸面鏡113 は光
軸114 に対して紙面下側のみ、凹面鏡112 は光軸114に
対して紙面下側のみを使用する事により、物体光束115
の主光線116 を光軸114 から離し、物体光束115 のケラ
レを無くした光学系を構成している。

【0012】図29は米国特許5,063,586 号明細書に開示
されているミラー光学系の概略図である。同図のミラー
光学系は反射ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心さ
せて物体光束の主光線を光軸から離して上記の問題を解
決している。同図において、被写体面121 の垂直軸を光
軸127 と定義した時に、光束の通過順に凸面鏡122 ・凹
面鏡123 ・凸面鏡124 そして凹面鏡125 のそれぞれの反
射面の中心座標及び中心軸(その反射面の中心とその面
の曲率中心とを結んだ軸)122a,123a,124a,125a は、光
軸127 に対して偏心している。同図ではこのときの偏心
量と各面の曲率半径を適切に設定することにより、物体
光束128 の各反射ミラーによるケラレを防止して、物体
像を効率よく結像面126 に結像させている。

【0013】その他米国特許4,737,021 号明細書や米国
特許4,265,510 号明細書にも光軸に対して回転対称な反
射ミラーの一部を用いてケラレを避ける構成、或は反射
ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心させてケラレを
避ける構成が開示されている。

【0014】ところで、反射鏡と屈折レンズとを両方使
用したカタディオプトリック光学系で、変倍機能を有し
たものとして例えば米国特許4,477,156 号明細書、米国
特許4,571,036 号明細書に開示されるディープスカイ望
遠鏡がある。これは、主鏡に放物面反射鏡を用い、エル
フレ接眼鏡を使って倍率を可変にしたものである。

【0015】また、上記ミラー光学系を構成する複数の
反射面を相対的に移動させることにより、撮影光学系の
結像倍率(焦点距離)を変化させる変倍光学系も知られ
ている。

【0016】例えば米国特許4,812,030 号明細書におい
ては、図27に示すカセグレン式反射望遠鏡の構成におい
て、凹面鏡101 から凸面鏡102 までの間隔と凸面鏡102
から像面103 までの間隔を相対的に変化させることによ
り撮影光学系の変倍を行う技術が開示されている。

【0017】図30は同公報に開示されている別の実施例
である。同図において、物体からの物体光束138 は第一
凹面鏡131 に入射してこの面で反射され収束光束となっ
て物体側に向かい第一凸面鏡132 に入射し、ここで結像
面側へ反射され略平行な光束となって第二凸面鏡134 に
入射し、この面で反射されて発散光束となって第二凹面
鏡135 に入射し、ここで反射されて収束光束となり像面
137 上に結像する。この構成において第一凹面鏡131 と
第一凸面鏡132 間の間隔を変化させるとともに、第二凸
面鏡134 と第二凹面鏡135 間の間隔を変化させてズーミ
ングを行いミラー光学系全系の焦点距離を変化させてい
る。

【0018】また、米国特許4,993,818 号明細書におい
ては、図27に示すカセグレン式反射望遠鏡にて結像した
像を後段に設けた別のミラー光学系にて二次結像し、こ
の二次結像用のミラー光学系の結像倍率を変化させるこ
とにより撮影系全体の変倍を行っている。

【0019】これらの反射型の撮影光学系は、構成部品
点数が多く、必要な光学性能を得る為には、それぞれの
光学部品を精度良く組み立てることが必要であった。特
に、反射ミラーの相対位置精度が厳しい為、各反射ミラ
ーの位置及び角度の調整が必須であった。

【0020】この問題を解決する一つの方法として、例
えばミラー系を一つのブロック化することにより、組立
時に生じる光学部品の組み込み誤差を回避する方法が提
案されている。

【0021】従来、多数の反射面が一つのブロックに構
成されているものとして、例えばファインダー系等に使
用されるペンタゴナルダハプリズムやポロプリズム等の
光学プリズムがある。これらのプリズムは、複数の反射
面が一体成形されている為に、各反射面の相対的な位置
関係は精度良く作られており、反射面相互の位置調整は
不要となる。但し、これらのプリズムの主な機能は、光
線の進行方向を変化させることで像の反転を行うもので
あり、各反射面は平面で構成されている。

【0022】これに対して、プリズムの反射面に曲率を
持たせた光学系も知られている。

【0023】図31は米国特許4,775,217 号明細書に開示
されている観察光学系の要部概略図である。この観察光
学系は外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示
した表示画像を風景とオーバーラップして観察する光学
系である。

【0024】この観察光学系では、情報表示体141 の表
示画像から出射する表示光束145 は面142 にて反射して
物体側に向かい、凹面より成るハーフミラー面143 に入
射する。そしてこのハーフミラー面143 にて反射した
後、表示光束145 は凹面143 の有する屈折力によりほぼ
平行な光束となり、面142 を屈折透過した後、表示画像
の拡大虚像を形成するとともに、観察者の瞳144 に入射
して表示画像を観察者に認識させている。

【0025】一方、物体からの物体光束146 は反射面14
2 とほぼ平行な面147 に入射し、屈折して凹面のハーフ
ミラー面143 に至る。凹面143 には半透過膜が蒸着され
ており、物体光束146 の一部は凹面143 を透過し、面14
2 を屈折透過後、観察者の瞳144 に入射する。これによ
り観察者は外界の風景の中に表示画像をオーバーラップ
して視認する。

【0026】図32は特開平2-297516号公報に開示されて
いる観察光学系の要部概略図である。この観察光学系も
外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示した表
示画像をオーバーラップして観察する光学系である。

【0027】この観察光学系では、情報表示体150 から
出射した表示光束154 は、プリズムPaを構成する平面15
7 を透過しプリズムPaに入り放物面反射面151 に入射す
る。表示光束154 はこの反射面151 にて反射されて収束
光束となり焦点面156 に結像する。このとき反射面151
で反射された表示光束154 は、プリズムPaを構成する2
つの平行な平面157 と平面158 との間を全反射しながら
焦点面156 に到達しており、これによって光学系全体の
薄型化を達成している。

【0028】次に焦点面156 から発散光として出射した
表示光束154 は、平面157 と平面158 の間を全反射しな
がら放物面より成るハーフミラー152 に入射し、このハ
ーフミラー面152 で反射されると同時にその屈折力によ
って表示画像の拡大虚像を形成すると共にほぼ平行な光
束となり、面157 を透過して観察者の瞳153 に入射し、
これにより表示画像を観察者に認識させている。

【0029】一方、外界からの物体光束155 はプリズム
Pbを構成する面158bを透過し、放物面より成るハーフミ
ラー152 を透過し、面157 を透過して観察者の瞳153 に
入射する。観察者は外界の風景の中に表示画像をオーバ
ーラップして視認する。

【0030】さらに、プリズムの反射面に光学素子を用
いた例として、例えば特開平5-12704 号公報や特開平6-
139612号公報等に開示されている光ピックアップ用の光
学ヘッドがある。これらは半導体レーザーからの光をフ
レネル面やホログラム面にて反射させた後、ディスク面
に結像し、ディスクからの反射光をディテクターに導い
ている。

【0031】

【発明が解決しようとする課題】従来の屈折光学素子の
みで構成される光学系は、絞りが光学系の内部に配置さ
れ、しかも入射瞳が光学系の奥深くにある場合が多く、
絞りから見て最も物体側に位置する入射面までの間隔が
大きいほど、入射面の光線有効径は画角の拡大に伴って
大きくなってしまう問題点があった。

【0032】又、前記米国特許3、674、334 号明細書、米
国特許5,063,586 号明細書、米国特許4,265,510 号明細
書に開示されている偏心ミラーを有するミラー光学系
は、いずれも各反射ミラーを異なる偏心量にて配置して
おり、各反射ミラーの取り付け構造が非常に煩雑とな
り、また取り付け精度を確保する事が非常に難しいもの
となっている。

【0033】又、米国特許4,812,030 号明細書、米国特
許4,993,818 号明細書に開示されている変倍機能を有す
る撮影光学系は、いずれも反射ミラーや結像レンズなど
の構成部品点数が多く、必要な光学性能を得る為には、
それぞれの光学部品を精度良く組み立てる必要があっ
た。

【0034】また特に反射ミラーの相対位置精度が厳し
くなる為、各反射ミラーの位置及び角度の調整を行うこ
とが必要であった。

【0035】又、従来の反射型の撮影光学系は、光学系
全長が長く画角の小さい所謂望遠タイプのレンズ系に適
した構成となっている。そして、標準レンズの画角から
広角レンズの画角までを必要とする撮影光学系を得る場
合には収差補正上必要とされる反射面数が多くなる為、
更に高い部品精度、高い組立精度が必要となり、コスト
が高くなる或は全体が大型化する傾向があった。

【0036】又、前記米国特許4,775,217 号明細書に開
示されている観察光学系は、平面屈折面と凹面のハーフ
ミラー面によって小型の観察光学系を構成しているが、
情報表示体及び外界からの光束の射出面62は、この面を
情報表示体61からの光束の全反射面として使用する関係
上、この面に曲率を持たせることは困難であり、射出面
62において収差補正を行ってはいなかった。

【0037】又、前記特開平2-297516号公報に開示され
ている観察光学系は、平面屈折面と放物面反射面と放物
面より成るハーフミラーによって小型の観察光学系を構
成しているが、外界からの物体光束の入射面及び射出面
は、その延長面上を情報表示体70からの光線を導く為の
全反射面として使用する関係上、それぞれの面に曲率を
持たせることは困難であり、入射面及び射出面において
収差補正を行ってはいなかった。

【0038】又、特開平5-12704 号公報や特開平6-1396
12号公報等に開示されている光ピックアップ用の光学系
は、いずれも検知光学系の使用に限定されており、撮影
光学系、特にCCD 等の面積型の撮像素子を用いた撮像装
置に対する結像性能を満足するものではなかった。

【0039】本発明は、Off-Axial 光学素子の群を4 つ
有し、その内の2 群の相対的移動によって変倍を行い、
変倍に際して物体から最終像面までの光路長を変化させ
ながら最終結像面を空間的に固定して、広画角でありな
がら厚さが薄く、所定方向の全長が短く、偏心収差を全
変倍域にわたって良好に補正した高性能の変倍光学系及
びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

【0040】更に、 (1−1) 絞りを変倍光学系の物体側若しくは第1面
近傍に配置し、且つ該変倍光学系の中で物体像を複数回
結像させる構成とすることにより、広画角でありながら
変倍光学系の有効径を小さくし、薄型の変倍光学系とす
る。 (1−2) 各群に複数の反射面に適切な屈折力を与え
た光学素子を用いると共に該反射面を偏心配置すること
により、変倍光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該
変倍光学系の所定方向の全長を短縮する。 (1−3) 変倍光学系を構成する複数の光学素子を夫
々1つの透明体の表面に2つの屈折面と複数の反射面を
一体的に形成して構成し、各反射面を偏心配置すると共
に、各反射面に適切な屈折力を与えることにより、偏心
収差を全変倍域にわたって良好に補正する。 (1−4) 変倍群として1つの透明体の表面に2つの
屈折面と複数の曲面や平面の反射面を一体的に形成した
光学素子を用いることにより変倍光学系全体の小型化を
図りつつ、反射面を使用する際にありがちな反射面の厳
しい配置精度(組立精度)の問題を解決する。 (1−5) 第4 群に固定のOff-Axial 光学素子を設け
たので、一層収差補正が容易になると共に、撮像装置上
に配置する撮像光束の取り入れ口と撮像媒体の色々な配
置に柔軟に対応することができる。 等の少なくとも1つの効果を有する変倍光学系及びそれ
を用いた撮像装置の提供を目的とする。

【0041】

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の変倍光
学系は、物体より変倍光学系に入り、該変倍光学系内の
絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線を基準軸光
線とし、該変倍光学系の各面、各光学素子、各群に入射
する基準軸光線をその面、その光学素子、その群の入射
基準軸とし、各面、各光学素子、各群から射出する基準
軸光線をその面、その光学素子、その群の射出基準軸と
し、該入射基準軸と各面の交点を基準点、該入射基準
軸、射出基準軸において該基準軸光線が物体側から像面
に向って進む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸の方
向として、該絞りと、該基準軸光線に対し傾いて配置さ
れた複数のOff-Axial反射面を有するOff-Axial光学素子
を4つ有すると共に、物体からの光が、各Off-Axial光
学素子の有する複数のOff-Axial反射面で反射を繰り返
して各Off-Axial光学素子より射出し、順次4つのOff-A
xial光学素子を通過する変倍光学系であって、このうち
の少なくとも2つのOff-Axial光学素子の移動により変
倍を行ない、該基準軸に沿う物体側の所定の位置から該
最終像面までの光路長が変倍によって変化することを特
徴としている。

【0042】請求項2の発明は請求項1の発明におい
て、物体からの前記基準軸光線に沿って数えて第1のOf
f-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射出基準軸の方
向は同じであり、第2のOff-Axial 光学素子及び第3の
Off-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射出基準軸の
方向は180°異なっており、該第1のOff-Axial光学
素子と該第3のOff-Axial光学素子が移動して変倍を行
うことを特徴としている。請求項3の発明は請求項1の
発明において、物体からの前記基準軸光線に沿って数え
て第1のOff-Axial光学素子及び第2のOff-Axial光学素
子の入射基準軸の方向と射出基準軸の方向は同じであ
り、第3のOff-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射
出基準軸の方向は180°異なっており、該第1のOff-
Axial光学素子と該第3のOff-Axial光学素子が移動して
変倍を行うことを特徴としている。請求項4の発明は請
求項1の発明において、物体からの前記基準軸光線に沿
って数えて第1のOff-Axial光学素子及び第2のOff-Axi
al光学素子の入射基準軸の方向と射出基準軸の方向は同
じであり、第3のOff-Axial光学素子の入射基準軸の方
向と射出基準軸の方向は180°異なっており、該第2
のOff-Axial光学素子と該第3のOff-Axial光学素子が移
動して変倍を行うことを特徴としている。請求項5の発
明は請求項1から4のいずれか1項の発明において、前
記Off-Axial光学素子は透明体の表面に2面の屈折面と
1面以上のOff-Axial反射面を一体的に形成した光学素
子であることを特徴としている。請求項6の発明は請求
項5の発明において、前記絞りは前記基準軸光線に沿っ
て最も物体側のOff-Axial光学素子より物体側に位置す
ることを特徴としている。請求項7の発明は請求項6の
発明において、前記4つのOff-Axial光学素子のうち最
も前記最終像面側のOff-Axial光学素子は変倍に際し固
定であり、且つ入射基準軸と射出基準軸の方向が互いに
傾いていることを特徴としている。

【0043】請求項8の発明の撮像装置は、請求項1〜
7のいずれか1項に記載の変倍光学系を有し、撮像媒体
の撮像面上に前記物体の像を結像することを特徴として
いる。

【0044】

【発明の実施の形態】本発明の変倍光学系には通常の光
学系における光軸のごとき対称軸が存在しない。そこで
光学系中に "基準軸 "を設定して、この基準軸をベース
として光学系中の諸要素の構成を記述する。

【0045】先ず基準軸の定義を説明する。一般的には
物体面から像面にいたる基準となる基準波長の或る光線
の光路をその光学系における”基準軸”と定義する。こ
れだけでは基準となる光線が定まらないので、通常は以
下の2 つの原則のいずれかに則り基準軸光線を設定す
る。 (1) 光学系に部分的にでも対称性を有する軸が存在
し、収差のとりまとめが対称性よく行なうことができる
場合にはその対称性を有する軸上を通る光線を基準軸光
線とする。 (2) 光学系に一般的に対称軸が存在しない時、あるい
は部分的には対称軸が存在しても、収差のとりまとめが
対称性よく行なえない時には、物体面中心(被撮影、被
観察範囲の中心)から出て、光学系の指定される面の順
に光学系を通り、光学系内の絞り中心を通る光線、又は
光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
を基準軸光線と設定し、その光路を基準軸とする。

【0046】このようにして定義される基準軸は一般的
には折れ曲がっている形状となる。ここで、各面におい
て各面と基準軸光線との交点を各面の基準点とし、各面
の物体側の基準軸光線を入射基準軸、像側の基準軸光線
を射出基準軸とする。さらに、基準軸は方向(向き)を
持つこととし、その方向は基準軸光線が結像に際して進
行する方向とする。よって、入射、射出側に各々入射基
準軸方向、射出基準軸方向が存在する。このようにして
基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折若しくは反
射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像
面に到達する。なお、複数の面で構成された光学素子
(光学系)においては、その最も物体側の面へ入射する
基準軸光線をこの光学素子(光学系)の入射基準軸、最
も像側の面から射出する基準軸光線をこの光学素子(光
学系)の射出基準軸とする。又、これらの入射・射出基
準軸の方向の定義は面の場合と同じである。

【0047】図1 は本発明の変倍光学系の実施形態1 の
基本構成図である。図中、11は絞り、12は絞り11の開口
中心と最終結像面の中心を通る基準軸光線、13、14、1
5、16は各々基準軸光線12に対して傾いて配置された不
図示の反射面 (本明細書においては入射基準軸に対して
傾いて配置された反射面をOff-Axial 反射面と呼ぶこと
とする) を有する光学素子 (本明細書においてはOff-Ax
ial 反射面を有する光学素子をOff-Axial 光学素子と呼
ぶこととする) であり、基準軸光線にそって物体側から
順に第1 群13、第2 群14、第3 群15、第4 群16を配置し
ている。17は最終結像面(CCD等の撮像媒体の撮像面が位
置する) である。

【0048】基準軸光線12は絞り11の開口中心を通過し
Off-Axial 反射面により折れ曲がった光線として屈曲し
て最終結像面17の中心に至る。ここで、第1 群13及び第
4 群16は基準光線の入射方向と射出方向が同方向のOff-
Axial 光学素子、第2 群14及び第3 群15は逆方向のOff-
Axial 光学素子である。

【0049】図1 の構成において少なくとも2 群の移動
により変倍光学系を構成できる。本実施形態は第1 群1
3、第3 群15の移動により変倍を行なっている。絞り1
1、第2群14、第4 群16、最終結像面17は変倍に際して物
理的に固定である。よって、第1 群13の移動により絞り
11と第1 群13との間隔は広がり、第1 群13と第2 群14と
の間隔は狭まる。第3 群15の移動により第2 群14と第3
群15の間隔及び第3 群15と第4 群16の間隔は広がる。そ
して第3 群15の移動により絞り11から最終結像面17まで
の全系の光路長は長くなるように変化する。

【0050】図2 は実施形態1 を共軸系で表した説明図
である。図2 において広角端での各群間隔をe0W 、e
1W 、e2W 、e3W 、e4W 、望遠端での群間隔をe0T 、e1T
、e2T、e3T 、e4T 、第1 群13と第3 群15の各移動量を
d1、d3、とすると、 e0T=e0W+d1 e1T=e1W-d1 e2T=e2W+d3 e3T=e3W+d3 e4T=e4W である。よって、望遠端の全系光路長LTは広角端の全系
光路長LWを用いて以下の式で表される。

【0051】LT=LW+2・d3 よって、本実施形態は最終結像面17を物理的に固定とし
ながら、広角端から望遠端に向って全系光路長は長くな
るよう変化する。このように、第3 群として基準光線の
入・射出方向が180゜異なる光学素子を用いることにより
第2 群14、第4群16、最終結像面17を固定とし物理的に
は第1 、3 群の2 群移動としながら、光学配置的には図
2 に示すように3 群移動で像面位置可変の変倍光学系と
することが可能である。

【0052】さらに、本実施形態は絞り11を物体側に配
置し、光路中において中間結像させながら像を最終結像
面17にリレーしていくことにより全体を薄型の構成とし
ている。具体的には、第1 群13を前絞り型の対物系とし
て最終結像面17での広角端での像サイズ程度以下に中間
結像させる系とし、その後の系でこの像サイズを大きく
しないようにリレーしていくことで薄型の系としてい
る。

【0053】図3 は本実施形態の第1 群13の構成図であ
る。第1 群13は透明体の表面に2 つの屈折面と4 つの内
面反射面を一体的に形成している。図中、62、67は透明
体61の表面に形成した屈折面、63、64、65、66は透明体
61の表面に形成した内面反射面であり、表面は蒸着等の
方法により反射鏡加工を施している。図4 はこの第1群1
3の斜視図である。このように各反射面を一体的に構成
すると各面を独立に配置するよりも各面の相対的位置精
度が高まるため、位置、傾き等の調整が不要となる。ま
た、反射面を支持する部材が必要ないため部品点数が削
減できる。

【0054】絞り11を通過した光束は基準軸光線12に沿
って屈折面62から入射して内面反射面63、64、65、66で
反射を繰り返した後、屈折面67から射出する。その際反
射面64近傍に第1 の中間結像を形成している。よって、
絞り11、屈折面62、反射面63で構成される系がこの中間
結像面を像面とする前絞り型の対物系を構成している。

【0055】そして、反射面65、66により第1 の中間結
像を第2 の中間結像にリレーしている。このように絞り
の直後で中間像を形成してこれをリレーしていくことに
より本実施形態の第1 群13を薄型のOff-Axial 光学素子
としている。なお、ここで云う "薄型" とは図3 の紙面
に垂直な方向の厚さが薄いという意味である。

【0056】ここで、第1 群13においては屈折面62へ平
行光束を入射させた時、屈折面67からの射出光束は発散
光束となっている。よって、透明体61は正の屈折力を有
する凹反射面により像をコンパクトにリレーしながら全
体として負の屈折力を有する光学素子として機能してい
る。

【0057】さらに、図1 における第2 群14、第3 群1
5、第4 群16も第1 群13と同様に二つの屈折面と複数の
内部反射面を有する透明体で構成する。よって、図2 に
示す説明図では中間結像のない構成であるが、実際には
各群内で中間結像することによりコンパクトに像をリレ
ーしながら図2 に示す変倍作用を実現している。

【0058】更に、本実施形態は第2 群、第3 群に基準
光線の入射方向と射出方向が逆方向のOff-Axial 光学素
子を用いているので、変倍光学系への入射基準軸の方向
の全長が極めて小さい変倍光学系となっている。

【0059】図5 は本発明の変倍光学系の実施形態2 の
基本構成図である。本実施形態が実施形態1 と異なるの
は第2 群を基準軸の入射・射出方向が同じ光学素子に置
き換えた点である。本実施形態は変倍に際して第2 群が
固定であるために、共軸系で表すと実施形態1 と同様に
図2 のようになる。

【0060】図6 は本発明の変倍光学系の実施形態3 の
基本構成図である。本実施形態が実施形態2 と異なる点
は第4 群を入射基準軸と射出基準軸の方向が互いに傾い
ている光学素子で置き換えた点と、変倍に際し第2 群及
び第3 群を移動するようにした点である。

【0061】図7 は本実施形態を共軸系で表した説明図
である。図7 において広角端での各群間隔をe0W 、e
1W 、e2W 、e3W 、e4W 、望遠端での各群間隔をe0T 、e
1T 、e2 T 、e3T 、e4T 、第2 群の移動量をd1、第3 群
の移動量をd3とすると、 e0T=e0W e1T=e1W-d1 e2T=e2W+d1+d3 e3T=e3W+d3 e4T=e4W となる。よって、望遠端の全系光路長LT は広角端の全
系光路長LWを用いて以下の式で表される。

【0062】LT=LW+2・d3 よって、本実施形態は最終結像面17を物理的に固定とし
ながら、広角端から望遠端に向って全系光路長は長くな
るよう変化する。そして、物理的には第1 群、第4 群、
最終結像面17を固定とし第2 、3 群の2 群移動でありな
がら、光学配置的には第2 、3 、4 群の3 群移動で像面
位置可変の変倍光学系としている。

【0063】また、第4 群16は変倍に際し固定であるた
め本実施形態のように基準軸光線の入射方向と射出方向
が任意の角度を有するように構成することが可能であ
る。このようにすることで最終結像面17に配置する固体
撮像素子等の配置の自由度が高まり、例えばCCD を光学
系の撮影方向と異なる方向に配置することが可能とな
る。

【0064】数値実施形態の説明に入る前に、実施形態
の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項につい
て説明する。

【0065】図8 は本発明の光学系の構成データを定義
する座標系の説明図である。本発明の実施形態では物体
側から像面に進む1 つの光線(図8 中の一点鎖線で示す
もので基準軸光線と呼ぶ)に沿ってi番目の面を第i面
とする。

【0066】図8 において第1 面R1は絞り、第2 面R2は
第1 面と共軸な屈折面、第3 面R3は第2 面R2に対してチ
ルトされた反射面、第4 面R4、第5 面R5は各々の前面に
対してシフト、チルトされた反射面、第6 面R6は第5 面
R5に対してシフト、チルトされた屈折面である。第2 面
R2から第6 面R6までの各々の面はガラス、プラスチック
等の媒質で構成される一つの光学素子上に構成されてお
り、図8 中では第1 光学素子B1としている。

【0067】従って、図8 の構成では不図示の物体面か
ら第2 面R2までの媒質は空気、第2面R2から第6 面R6ま
ではある共通の媒質、第6 面R6から不図示の第7 面R7ま
での媒質は空気で構成している。

【0068】本発明の光学系はOff-Axial 光学系である
ため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていな
い。そこで、本発明の実施形態においては先ず絞りであ
る第1面の光線有効径の中心を原点とする絶対座標系を
設定する。本発明では絶対座標系の各軸を以下のように
定める。

【0069】Z軸:原点を通り第2 面R2に向かう基準軸 Y軸:原点を通りチルト面内(図8 の紙面内)でZ 軸に
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸:原点を通りZ、Y 各軸に垂直な直線(図8 の紙面に
垂直な直線) 又、光学系を構成する第i面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第i
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成データを表
示する数値実施形態では第i面の面形状をローカル座標
系で表わす。

【0070】また、第i面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i (単位°)で表す。よって、本発明の実施形態では各
面のローカル座標の原点は図8 中のYZ平面上にある。ま
たXZおよびXY面内での面のチルト、シフトはない。さら
に、第i面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標
系(X,Y,Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体
的には以下のように設定する。

【0071】z 軸:ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y 軸:ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x 軸:ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線 また、本発明の実施形態の光学系は複数の光学素子の移
動により全体の焦点距離を変化する(変倍をする)。本
発明の数値データを挙げた数値実施例では広角端(W) 、
望遠端(T) とこれらの中間位置(M) の三つの位置での光
学系断面図、数値データを示す。

【0072】ここで、図8 の光学素子においてYZ面内で
光学素子が移動すると各変倍位置で値が変わるのは各面
の位置を表すローカル座標の原点(Yi、Zi)であるが、
本実施形態では、変倍のために移動する光学素子がZ 方
向の移動の場合のみであり、座標値Ziを光学系が広角
端、中間、望遠端の状態の順にZi (W) 、Zi(M) 、Zi(T)
で表すこととする。

【0073】なお、各面の座標値は広角端での値を示
し、中間、望遠端では広角端との差で記述する。具体的
には広角端(W) に対する中間位置(M) 、望遠端(T) での
移動量を各々a,b とすれば、以下の式で表す。

【0074】Zi(M)=Zi(W)+a Zi(T)=Zi(W)+b なお、a,b の符号は各面がZ プラス方向に移動する場合
を正、Z マイナス方向に移動する場合を負としている。
また、この移動に伴い変化する面間隔Diは変数であり、
各変倍位置での値を別表にまとめて示す。

【0075】また、Diは第i面と第(i+1) 面のローカル
座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第
i面と第(i+1) 面間の媒質の屈折率とアッベ数である。
なお、絞りや最終結像面も1 つの平面として表示してい
る。

【0076】本発明の実施形態は球面及び回転非対称の
非球面を有している。その内の球面部分は球面形状とし
てその曲率半径Riを記している。曲率半径Riの符号は、
曲率中心がローカル座標のz 軸プラス方向にある場合を
プラスとし、z 軸マイナス方向にある場合をマイナスと
する。

【0077】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある。

【0078】

【数1】 また、本発明の光学系は少なくとも回転非対称な非球面
を一面以上有し、その形状は以下の式により表す。

【0079】A=(a+b)・(y2・cos2t+x2) B=2a・b・cos t[1+{(b-a)・y・sin t/(2a・b)}+〔1+{(b-a)・y
・sin t/(a・b)}-{y2/(a・b)}-{4a・b・cos2t+(a+b)2sin2t}x
2/(4a2b2cos2t) 〕1/2] として z = A/B + C02y2+ C11xy + C20x2+ C03y3+ C12xy2+ C
21x2y + C30x3+ C04y4+ C13xy3+ C22x2y2+ C31x3y + C
40x4+ C05y5+ C14xy4+ C23x2y3+ C32x3y2+ C41x4y + C
50x5+ C06y6+ C15xy5+ C24x2y4+ C33x3y3+ C42x4y2+ C
51x5y+ C60x6 上記曲面式において(A/B )は二次曲面形状を表してお
り、上記曲面式は二次曲面をベースとした回転非対称な
非球面形状を表すものである。ただし、本発明の実施形
態では上記曲面式において A/B=0 としている。これは平面ベースの回転非対称面を意味し
ている。具体的にはt の値に関わらず以下の条件が成り
立っている。

【0080】a =b =∞ また、本発明における回転非対称な各面の形状は、上記
曲面式のx に関する偶数次の項のみを使用し、奇数次の
項を0 とする事により、yz面を対称面とする面対称な形
状としている。よって、本発明の各回転非対称面では C11=C12=C30=C13=C31=C14=C32=C50=C15=C33=C51=0 が成り立っている。

【0081】また、水平半画角uYとは図8 のYZ面内にお
いて第1 面R1に入射する光束の最大画角、垂直半画角uX
とはXZ面内において第1 面R1に入射する光束の最大画角
である。

【0082】また、光学系の明るさを示すものとして入
射瞳の直径を入射瞳径として示す。また、像面上での有
効像範囲を像サイズとして示す。像サイズはローカル座
標のy方向のサイズを水平、 x方向のサイズを垂直とし
た矩形領域で表している。

【0083】また、数値実施例についてはその横収差図
を示す。横収差図は各数値実施例の広角端(W) 、中間位
置(M) 、望遠端(T) の状態について、絞りR1への水平入
射角、垂直入射角が夫々(uY,uX),(0,uX),(-uY,uX),(uY,
0),(0,0),(-uY, 0) となる入射角の光束の横収差を示
す。横収差図においては、横軸は瞳への入射高さを表
し、縦軸は収差量を表している。各数値実施例とも基本
的に各面がyz面を対称面とする面対称の形状となってい
る為、横収差図においても垂直画角のプラス、マイナス
方向は同一となるので、図の簡略化の為に、マイナス方
向の横収差図は省略している。

【0084】数値実施例を以下に示す。

【0085】[数値実施例1 ]数値実施例1 は実施形態1
の数値実施例であり、変倍比約2.8 倍の変倍光学系で
ある。図9 、10、11は夫々本実施例の広角端(w) 、中間
位置(M) 、望遠端(T)でのYZ面内の断面及び光路図であ
る。

【0086】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.3 19.0 9.8 垂直半画角 21.2 14.5 7.4 絞り径 1.30 1.40 2.40 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 変数 1 絞り 第1 光学素子B1 2 0.00 1.00 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 3 0.00 7.00 30.00 7.30 1.49171 57.40 反射面 4 -6.32 3.35 30.00 7.10 1.49171 57.40 反射面 5 -6.32 10.45 30.00 7.60 1.49171 57.40 反射面 6 -12.90 6.65 30.00 10.00 1.49171 57.40 反射面 7 -12.90 16.65 0.00 変数 1 屈折面 第2 光学素子B2 8 -12.90 20.02 0.00 5.00 1.49171 57.40 屈折面 9 -12.90 25.02 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 10 -5.98 21.02 -15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 11 -1.98 27.95 0.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 12 2.02 21.02 15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 13 8.95 25.02 30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 14 8.95 19.02 0.00 変数 1 屈折面 第3 光学素子B3 15 8.95 16.44 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 16 8.95 10.44 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 17 15.88 14.44 15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 18 19.88 7.51 0.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 19 23.88 14.44 -15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 20 30.81 10.44 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 21 30.81 16.44 0.00 変数 1 屈折面 第4 光学素子B4 22 30.81 18.44 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 23 30.81 24.44 30.00 7.00 1.49171 57.40 反射面 24 24.75 20.94 30.00 7.00 1.49171 57.40 反射面 25 24.75 27.94 30.00 7.00 1.49171 57.40 反射面 26 18.68 24.44 30.00 5.00 1.49171 57.40 反射面 27 18.68 29.44 0.00 5.03 1 屈折面 28 18.68 34.47 0.00 1 像面 広角端 中間 望遠端 D 1 1.00 2.23 3.77 D 7 3.37 2.14 0.60 D14 2.58 3.54 6.68 D21 2.00 2.96 6.10 D 1 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D 2 〜 7面 Zi(M) = Zi(W) + 1.23 Zi(T) = Zi(W) + 2.77 D 8 〜14面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D15 〜21面 Zi(M) = Zi(W) - 0.96 Zi(T) = Zi(W) - 4.10 D22 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 2 面 R2 = 8.000 R 7 面 R7 -10.000 R 8 面 R8 = -12.000 R14 面 R14= -14.930 R15 面 R15= 7.534 R21 面 R21= 30.000 R22 面 R22= -30.000 R27 面 R27= ∞ 非球面形状 R 3 面 C02=-1.84196e-02 C20=-7.49223e-02 C03= 1.75470e-03 C21=-1.57189e-03 C04= 5.94563e-05 C22=-3.98339e-04 C40= 1.37324e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 4 面 C02= 2.96556e-02 C20= 4.88503e-02 C03=-8.02943e-04 C21= 6.76734e-03 C04= 2.69022e-05 C22= 3.13422e-04 C40= 1.00396e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 5 面 C02=-2.95072e-02 C20=-2.15280e-02 C03= 6.05545e-04 C21=-4.24169e-03 C04=-4.53458e-06 C22= 2.86891e-04 C40= 8.98952e-06 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 6 面 C02= 5.05444e-02 C20= 3.03003e-02 C03=-1.20403e-03 C21= 1.08510e-03 C04= 1.95998e-04 C22=-4.03312e-05 C40= 4.87487e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 9 面 C02=-3.53929e-02 C20=-3.95966e-02 C03= 1.47857e-04 C21=-1.11417e-03 C04=-5.70566e-05 C22=-4.73975e-05 C40=-1.66378e-06 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R10 面 C02=-1.04617e-02 C20= 8.31457e-03 C03=-4.68325e-04 C21= 1.55415e-03 C04=-5.96913e-05 C22=-1.16354e-04 C40= 3.36215e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R11 面 C02=-2.03948e-02 C20=-3.51213e-02 C03= 3.46097e-04 C21=-1.85980e-03 C04=-6.63284e-05 C22=-4.09294e-06 C40=-1.51654e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R12 面 C02=-5.77779e-03 C20=-3.26663e-02 C03= 3.63091e-04 C21= 5.52393e-03 C04=-4.29821e-05 C22=-8.05821e-04 C40=-7.62500e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R13 面 C02=-2.47289e-02 C20=-4.17078e-02 C03= 1.21829e-04 C21=-4.61281e-04 C04=-3.09189e-05 C22=-1.55476e-04 C40=-1.06806e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R16 面 C02= 2.33599e-02 C20= 1.67701e-02 C03=-4.44927e-04 C21= 2.63999e-03 C04=-1.36296e-04 C22=-1.19234e-04 C40= 1.71385e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R17 面 C02= 7.18854e-03 C20= 1.16537e-02 C03= 4.42743e-04 C21=-1.51419e-03 C04= 2.16865e-05 C22=-4.49103e-04 C40= 3.10151e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R18 面 C02= 2.86558e-02 C20= 3.49337e-02 C03=-4.11197e-04 C21=-5.00430e-05 C04= 5.95332e-05 C22=-1.33638e-05 C40= 9.82073e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R19 面 C02= 1.98100e-02 C20= 8.13819e-02 C03=-3.04175e-04 C21=-1.45925e-02 C04= 1.76749e-04 C22=-3.46364e-04 C40= 1.23300e-03 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R20 面 C02= 2.04775e-02 C20= 3.55567e-02 C03=-3.42167e-04 C21=-6.98702e-04 C04= 1.36820e-05 C22=-2.14250e-05 C40= 4.80187e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R23 面 C02=-2.23268e-02 C20=-4.16684e-02 C03= 9.98918e-04 C21=-7.78619e-04 C04=-9.69924e-05 C22= 5.44433e-05 C40= 3.18729e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R24 面 C02= 6.96658e-03 C20= 4.97733e-02 C03=-1.63344e-03 C21= 5.97223e-03 C04= 2.33147e-05 C22=-2.69556e-04 C40=-2.85668e-03 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R25 面 C02=-1.31495e-02 C20=-2.32040e-02 C03= 2.20965e-03 C21=-1.26858e-03 C04= 1.56158e-04 C22= 1.60767e-04 C40=-9.20673e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R26 面 C02= 2.35321e-02 C20= 2.57337e-02 C03= 5.82591e-04 C21= 2.88621e-04 C04= 3.82361e-05 C22= 1.15892e-04 C40= 2.65866e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。第1 面
R1は絞り面である。B1は第1 光学素子であり、1 つの透
明体の表面に第2 面R2 (入射屈折面) と偏心した曲面の
内面反射面である第3 面R3〜第6 面R6と第7 面R7 (射出
屈折面) を形成している。B2は第2 光学素子であり、1
つの透明体の表面に第8 面R8 (入射屈折面) と偏心した
曲面の内面反射面である第9 面R9〜第13面R13 と第14面
R14(射出屈折面) を形成している。B3は第3 光学素子で
あり、1 つの透明体の表面に第15面R15(入射屈折面) と
偏心した曲面の内面反射面である第16面R16 〜第20面R2
0と第21面R21(射出屈折面) を形成している。B4は第4
光学素子であり、1 つの透明体の表面に第22面R22(入射
屈折面) と偏心した曲面の内面反射面である第23面R23
〜第26面R26 と第27面R27(射出屈折面) を形成してい
る。第28面R28 は最終像面であり、CCD 等の撮像媒体の
撮像面が位置する。

【0087】本数値実施例の各光学素子は夫々を1 つの
群とする4 群に分かれて変倍光学系を構成している。そ
して、第1 群B1と第3 群B3は夫々移動して変倍作用を行
う変倍群である 以下、物体位置を無限遠としたときの結像作用について
述べる。まず、絞りR1を通過した光束は第1 光学素子B1
に入射する。第1 光学素子B1では第2 面R2で屈折し、第
3 面R3から第6 面R6まで順次反射し、第7 面R7で屈折し
て、第1 光学素子B1を射出する。このとき、第4 面R4近
傍で1 次結像、第6 面R6から第7 面R7間に2 次結像す
る。また、第5 面R5近傍に瞳を形成している。

【0088】次に光束は第2 光学素子B2に入射する。第
2 光学素子B2では第8 面R8で屈折し、第9 面R9から第13
面R13 まで順次反射し、第14面R14 で屈折して、第2 光
学素子B2を射出する。このとき、広角端では第10面R10
と第11面R11 の間に、望遠端では第11面R11 近傍に3 次
結像面を形成する。また、第13面R13 、第14面R14 間に
瞳を形成する。

【0089】次に光束は第3 光学素子B3に入射する。第
3 光学素子B3では第15面R15 で屈折し、第16面R16 から
第20面R20 まで順次反射し、第21面R21 で屈折して、第
3 光学素子B3を射出する。このとき、広角端では第16面
R16 と第1 7 面R17 の間に、望遠端では第17面R17 近傍
に4 次結像面を形成する。また、広角端では第19面R19
近傍に瞳を形成する。

【0090】次に光束は第4 光学素子B4に入射する。第
4 光学素子B4では第22面R22 で屈折し、第23面R23 から
第26面R26 まで順次反射し、第27面R27 で屈折して、第
4 光学素子B4を射出する。このとき、第23面R23 と第24
面R24 の間に5 次結像面を形成する。また、広角端では
第25面R25 近傍に瞳を形成する。

【0091】そして、第4 光学素子B4を射出した光束は
第28面R28 上に6 次結像として最終的に結像する。

【0092】本数値実施例の第1 光学素子B1、第4 光学
素子B4は夫々入射基準軸の方向と射出基準軸の方向とが
同一方向になっているOff-Axial 光学素子である。又、
第2光学素子B2、第3 光学素子B3は夫々入射基準軸の方
向と射出基準軸の方向とが180 °異なっているOff-Axia
l 光学素子である。

【0093】次に、各光学素子の移動による変倍作用に
ついて説明する。変倍に際して絞りR1、第2 光学素子B
2、第4 光学素子B4、像面R28 は固定である。第1 光学
素子B1は広角端から望遠端に向ってZ プラス方向に移動
する。また、第3 光学素子B3は広角端から望遠端に向っ
てZ マイナス方向に移動する。そして、広角端から望遠
端に向っての変倍によって第1 光学素子B1と第2 光学素
子B2との間隔は狭まり、第2 光学素子B2と第3 光学素子
B3との間は広がり、第3 光学素子B3と第4 光学素子B4の
間は広がる。また、第1 面R1から第28面R28 までの全系
光路長は広角端から望遠端に向って長くなる。

【0094】図12、13、14は夫々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(uY,uX),(0,uX),(-uY,uX),(uY,0),(0,0,),(-uY,0) の
6 つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示し
ている。なお、各横収差図の横軸は夫々入射瞳における
Y 方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【0095】本実施例では図から判るように各状態とも
バランスの取れた収差補正が得られている。

【0096】又、本実施例は像サイズ3.76x2.82mm を前
提として、光学系の厚さの寸法が8.9mm 程度となってい
る。よって、本数値実施例では各光学素子及び光学系全
体の厚さが小さいこと、及び各光学素子を板状の透明体
の側面に反射面を形成して構成できるので、1 つの基板
上に2 つの光学素子を基板面に沿って移動する機構をと
れば、全体として薄型の変倍光学系を容易に構成するこ
とができる。

【0097】なお、本数値実施例では複数の屈折面によ
り色収差が発生するが、各屈折面の曲率を適切に定める
ことにより変倍全域に渡って色収差補正を行なってい
る。

【0098】[数値実施例2 ]数値実施例2 は実施形態2
の数値実施例であり、変倍比約2.8 倍の変倍光学系で
ある。図15、16、17は夫々本実施例の広角端(w) 、中間
位置(M) 、望遠端(T)でのYZ面内の断面及び光路図であ
る。

【0099】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.3 19.0 9.8 垂直半画角 21.2 14.5 7.4 絞り径 1.30 1.40 2.00 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 変数 1 絞り 第1 光学素子B1 2 0.00 1.00 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 3 0.00 7.00 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 4 -6.93 3.00 30.00 7.60 1.49171 57.40 反射面 5 -6.93 10.60 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 6 -13.86 6.60 30.00 10.00 1.49171 57.40 反射面 7 -13.86 16.60 0.00 変数 1 屈折面 第2 光学素子B2 8 -13.86 20.17 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 9 -13.86 26.17 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 10 -6.93 22.17 -30.00 7.60 1.49171 57.40 反射面 11 -6.93 29.77 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 12 -0.00 25.77 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 13 -0.00 31.77 0.00 変数 1 屈折面 第3 光学素子B3 14 0.00 34.43 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 15 0.00 40.43 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 16 -6.93 36.43 15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 17 -10.93 43.35 0.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 18 -14.93 36.43 -15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 19 -21.86 40.43 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 20 -21.86 34.43 0.00 変数 1 屈折面 第4 光学素子B4 21 -21.86 32.43 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 22 -21.86 26.43 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 23 -28.78 30.43 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 24 -28.78 22.43 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 25 -35.71 26.43 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 26 -35.71 20.43 0.00 5.00 1 屈折面 27 -35.71 15.43 -0.00 1 像面 広角端 中間 望遠端 D 1 1.00 2.05 3.42 D 7 3.57 2.51 1.15 D13 2.66 3.77 7.44 D20 2.00 3.11 6.78 D 1 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D 2 〜 7面 Zi(M) = Zi(W) + 1.05 Zi(T) = Zi(W) + 2.42 D 8 〜13面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D14 〜20面 Zi(M) = Zi(W) + 1.11 Zi(T) = Zi(W) + 4.78 D21 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 2 面 R2 = 10.000 R 7 面 R7 = -11.861 R 8 面 R8 = ∞ R13 面 R13= 11.204 R14 面 R14= -12.643 R20 面 R20= -20.000 R21 面 R21= 20.000 R26 面 R26= ∞ 非球面形状 R 3 面 C02=-1.83071e-02 C20=-7.81991e-02 C03= 1.00274e-03 C21=-1.73884e-03 C04=-7.10227e-05 C22=-1.86390e-04 C40=-6.72496e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 4 面 C02= 2.72381e-02 C21 4.26943e-02 C03=-8.82988e-04 C21= 4.59126e-03 C04= 6.66617e-05 C22= 3.76662e-04 C40= 2.96692e-06 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 5 面 C02=-2.62716e-02 C21-2.23830e-02 C03=-7.02940e-04 C21=-3.78295e-03 C04= 1.75029e-04 C22= 1.83213e-04 C40=-2.10922e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 6 面 C02= 4.77810e-02 C21 2.14543e-02 C03=-4.99909e-04 C21= 1.22101e-03 C04= 6.61869e-05 C22= 1.71877e-04 C40= 1.53875e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R 9 面 C02=-2.91763e-02 C21-4.66323e-02 C03=-1.52824e-04 C21=-1.57963e-03 C04=-2.19185e-05 C22=-8.52576e-05 C40=-1.19024e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R10 面 C02= 1.07794e-02 C21 3.10239e-02 C03= 4.67064e-04 C21= 3.84923e-03 C04=-8.60269e-05 C22= 1.94541e-05 C40= 8.55076e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R11 面 C02=-1.84959e-02 C21 9.83021e-03 C03= 3.03425e-03 C21= 1.19500e-02 C04=-5.45185e-04 C22=-9.59618e-04 C40=-8.76994e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R12 面 C02= 3.37233e-02 C21 4.08856e-02 C03=-2.14185e-04 C21=-3.66581e-04 C04= 7.32228e-05 C22= 7.19114e-05 C40= 8.78394e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R15 面 C02=-2.82647e-02 C21-1.88719e-02 C03=-3.23209e-04 C21= 3.46004e-03 C04=-8.76950e-05 C22=-5.09783e-04 C40= 2.25157e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R16 面 C02=-1.61193e-02 C21 1.33403e-02 C03=-1.12604e-03 C21=-2.03459e-03 C04=-1.75747e-04 C22= 6.62986e-04 C40=-1.98894e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R17 面 C02=-2.42244e-02 C21-2.55567e-02 C03=-3.43843e-04 C21= 2.07654e-03 C04=-6.04454e-06 C22= 4.97534e-05 C40= 3.19764e-06 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R18 面 C02=-1.26941e-02 C21-2.30778e-02 C03= 1.66627e-04 C21= 3.30409e-03 C04= 1.18111e-05 C22=-1.97257e-04 C40=-8.99205e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R19 面 C02=-1.30223e-02 C21-2.62924e-02 C03=-1.24818e-04 C21= 1.25527e-03 C04=-2.15363e-05 C22=-2.11593e-05 C40=-2.20810e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R22 面 C02= 1.87191e-02 C21 2.04438e-02 C03=-5.25072e-04 C21=-8.28561e-04 C04=-2.68362e-09 C22=-1.55911e-04 C40=-1.93543e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R23 面 C02=-8.56538e-03 C21-2.53293e-02 C03=-1.51347e-03 C21= 3.19719e-03 C04= 1.56411e-04 C22=-4.19337e-04 C40=-2.45001e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R24 面 C02= 4.67243e-03 C21 1.18004e-02 C03= 3.78642e-03 C21=-2.52538e-03 C04= 9.76088e-04 C22= 7.69723e-05 C40= 3.16269e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R25 面 C02=-2.84585e-02 C21-3.72900e-02 C03=-1.51587e-04 C21=-4.32620e-04 C04= 6.14674e-06 C22=-1.36123e-04 C40=-1.33663e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。第1 面
R1は絞り面である。B1は第1 光学素子であり、1 つの透
明体の表面に第2 面R2 (入射屈折面) と偏心した曲面の
内面反射面である第3 面R3〜第6 面R6と第7 面R7 (射出
屈折面) を形成している。B2は第2 光学素子であり、1
つの透明体の表面に第8 面R8 (入射屈折面) と偏心した
曲面の内面反射面である第9 面R9〜第12面R12 と第13面
R13(射出屈折面) を形成している。B3は第3 光学素子で
あり、1 つの透明体の表面に第14面R14(入射屈折面) と
偏心した曲面の内面反射面である第15面R15 〜第19面R1
9と第20面R20(射出屈折面) を形成している。B4は第4
光学素子であり、1 つの透明体の表面に第21面R21(入射
屈折面) と偏心した曲面の内面反射面である第22面R22
〜第25面R25 と第26面R26(射出屈折面) を形成してい
る。第27面R27 は最終像面であり、CCD 等の撮像媒体の
撮像面が位置する。

【0100】本数値実施例の各光学素子は夫々を1 つの
群とする4 群に分かれて変倍光学系を構成している。そ
して、第1 群B1と第3 群B3は夫々移動して変倍作用を行
う変倍群である以下、物体位置を無限遠としたときの結
像作用について述べる。まず、絞りR1を通過した光束は
第1 光学素子B1に入射する。第1 光学素子B1では第2 面
R2で屈折し、第3 面R3から第6 面R6まで順次反射し、第
7 面R7で屈折して、第1 光学素子B1を射出する。このと
き、第4 面R4近傍で1 次結像、第6 面R6から第7 面R7間
に2 次結像する。また、第5 面R5近傍に瞳を形成してい
る。

【0101】次に光束は第2 光学素子B2に入射する。第
2 光学素子B2では第8 面R8で屈折し、第9 面R9から第12
面R12 まで順次反射し、第13面R13 で屈折して、第2 光
学素子B2を射出する。このとき、広角端では第10面R10
と第11面R11 の間に、望遠端では第11面R11 近傍に3 次
結像面を形成する。また、第12面R12 近傍に瞳を形成す
る。

【0102】次に光束は第3 光学素子B3に入射する。第
3 光学素子B3では第14面R14 で屈折し、第15面R15 から
第19面R19 まで順次反射し、第20面R20 で屈折して、第
3 光学素子B3を射出する。このとき、広角端では第14面
R14 と第15面R15 の間に、望遠端では第15面R15 近傍に
4 次結像面を形成する。また、広角端では第18面R18近
傍に、望遠端では第17面R17 近傍に瞳を形成する。

【0103】次に光束は第4 光学素子B4に入射する。第
4 光学素子B4では第21面R21 で屈折し、第22面R22 から
第25面R25 まで順次反射し、第26面R26 で屈折して、第
4 光学素子B4を射出する。このとき、第23面R23 近傍に
5 次結像面を形成する。また、第24面R24 近傍に瞳を形
成する。

【0104】そして、第4 光学素子B4を射出した光束は
第27面R27 上に6 次結像として最終的に結像する。

【0105】本数値実施例の第1 光学素子B1、第2 光学
素子B2、第4 光学素子B4は夫々入射基準軸の方向と射出
基準軸の方向とが同一方向になっているOff-Axial 光学
素子である。又、第3 光学素子B3は入射基準軸の方向と
射出基準軸の方向とが180 °異なっているOff-Axial 光
学素子である。

【0106】次に、各光学素子の移動による変倍作用に
ついて説明する。変倍に際して絞りR1、第2 光学素子B
2、第4 光学素子B4、像面R27 は固定である。第1 光学
素子B1は広角端から望遠端に向ってZ プラス方向に移動
する。また、第3 光学素子B3は広角端から望遠端に向っ
てZ プラス方向に移動する。そして、広角端から望遠端
に向っての変倍によって第1 光学素子B1と第2 光学素子
B2との間隔は狭まり、第2 光学素子B2と第3 光学素子B3
との間は広がり、第3 光学素子B3と第4 光学素子B4の間
は広がる。また、第1 面R1から第27面R27 までの全系光
路長は広角端から望遠端に向って長くなる。

【0107】図18、19、20は夫々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(uY,uX),(0,uX),(-uY,uX),(uY,0),(0,0,),(-uY,0) の
6 つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示し
ている。なお、各横収差図の横軸は夫々入射瞳における
Y 方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【0108】本実施例では図から判るように各状態とも
バランスの取れた収差補正が得られている。

【0109】又、本実施例は像サイズ3.76x2.82mm を前
提として、光学系の厚さの寸法が6.6mm 程度となってい
る。よって、本数値実施例では各光学素子及び光学系全
体の厚さが小さいこと、及び各光学素子を板状の透明体
の側面に反射面を形成して構成できるので、1 つの基板
上に2 つの光学素子を基板面に沿って移動する機構をと
れば、全体として薄型の変倍光学系を容易に構成するこ
とができる。

【0110】なお、本数値実施例では複数の屈折面によ
り色収差が発生するが、各屈折面の曲率を適切に定める
ことにより変倍全域に渡って色収差補正を行なってい
る。

【0111】[数値実施例3 ]数値実施例3 は実施形態3
の数値実施例であり、変倍比約2.8 倍の変倍光学系で
ある。図21、22、23は夫々本実施例の広角端(w) 、中間
位置(M) 、望遠端(T)でのYZ面内の断面及び光路図であ
る。

【0112】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.3 14.6 9.8 垂直半画角 21.2 11.1 7.4 絞り径 1.30 1.40 2.00 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 1.00 1 絞り 第1 光学素子B1 2 0.00 1.00 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 3 0.00 7.00 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 4 -6.93 3.00 30.00 7.60 1.49171 57.40 反射面 5 -6.93 10.60 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 6 -13.86 6.60 30.00 10.00 1.49171 57.40 反射面 7 -13.86 16.60 0.00 変数 1 屈折面 第2 光学素子B2 8 -13.86 20.39 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 9 -13.86 26.39 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 10 -6.93 22.39 -30.00 7.60 1.49171 57.40 反射面 11 -6.93 29.99 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 12 -0.00 25.99 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 13 -0.00 31.99 0.00 変数 1 屈折面 第3 光学素子B3 14 0.00 34.81 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 15 0.00 40.81 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 16 -6.93 36.81 15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 17 -10.93 43.74 0.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 18 -14.93 36.81 -15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 19 -21.86 40.81 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 20 -21.86 34.81 0.00 変数 1 屈折面 第4 光学素子B4 21 -21.86 32.00 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 22 -21.86 26.00 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 23 -28.78 30.00 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 24 -28.78 22.00 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 25 -33.98 25.00 -60.00 変数 1 屈折面 26 -37.94 27.29 -60.00 1 像面 広角端 中間 望遠端 D 7 1.89 0.73 0.30 D13 1.41 3.09 4.34 D20 1.40 1.92 2.74 D25 4.57 4.57 4.57 D 1 〜 7面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D 8 〜13面 Zi(M) = Zi(W) - 1.16 Zi(T) = Zi(W) - 1.59 D14 〜20面 Zi(M) = Zi(W) + 0.52 Zi(T) = Zi(W) + 1.34 D21 〜25面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D26 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 2 面 R2 = 10.000 R 7 面 R7 = -11.861 R 8 面 R8 = -12.000 R13 面 R13= 19.270 R14 面 R14= -20.000 R20 面 R20= -30.000 R21 面 R21= 30.000 R25 面 R25= ∞ 非球面形状 R 3 面 C02=-2.18846e-02 C20=-7.94168e-02 C03= 1.01978e-03 C21= 3.29378e-04 C04=-4.69647e-05 C22=-4.58448e-04 C40=-1.24868e-03 C05=-9.09198e-07 C23=-6.44182e-05 C41= 1.11077e-04 C06= 4.04930e-06 C24= 2.72587e-05 C42=-4.20029e-07 C60=-3.03022e-05 R 4 面 C02= 3.22275e-02 C20= 5.21955e-02 C03=-6.04655e-04 C21= 4.46186e-03 C04=-1.15020e-04 C22= 6.08476e-04 C40= 2.64420e-04 C05=-1.06439e-05 C23=-4.07617e-05 C41=-3.25160e-05 C06= 6.18208e-06 C24= 5.34438e-06 C42=-4.37365e-05 C60=-9.37322e-06 R 5 面 C02=-3.88635e-02 C20=-3.17773e-02 C03=-1.67046e-03 C21=-2.75734e-03 C04= 3.74357e-04 C22= 4.19763e-04 C40= 2.73730e-04 C05= 4.44960e-05 C23=-1.04108e-05 C41=-2.86923e-05 C06=-9.68958e-06 C24= 1.27122e-05 C42=-1.60603e-05 C60= 5.57583e-07 R 6 面 C02= 4.35667e-02 C20= 1.45464e-02 C03= 1.09777e-05 C21=-6.12820e-04 C04= 1.92251e-05 C22= 8.81604e-04 C40= 2.79639e-04 C05= 1.28187e-05 C23= 9.01770e-05 C41=-3.20520e-05 C06= 1.31765e-06 C24=-4.14701e-06 C42=-3.51908e-05 C60= 4.49165e-06 R 9 面 C02=-2.96329e-02 C20=-3.47880e-02 C03=-3.39586e-04 C21= 7.15403e-05 C04=-3.99782e-05 C22=-1.02018e-05 C40=-2.38647e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R10 面 C02= 9.38533e-03 C20= 1.71831e-02 C03=-6.67242e-04 C21= 4.56851e-03 C04=-6.95988e-05 C22= 4.30907e-04 C40= 4.28384e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R11 面 C02= 1.71216e-02 C20=-2.52622e-02 C03=-5.81409e-04 C21=-7.76674e-03 C04= 2.37461e-04 C22= 2.48421e-03 C40= 1.78778e-03 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R12 面 C02= 3.06029e-02 C20= 4.70754e-02 C03=-3.57102e-04 C21=-7.07125e-04 C04= 4.10287e-05 C22= 9.61167e-05 C40= 1.10870e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R15 面 C02=-1.05575e-02 C20=-2.27289e-02 C03= 4.86561e-04 C21=-2.47862e-03 C04=-1.88144e-05 C22=-1.52285e-04 C40= 9.47294e-06 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R16 面 C02= 1.45977e-03 C20=-1.00930e-02 C03= 9.03605e-04 C21=-6.89431e-03 C04=-2.88191e-05 C22=-5.04296e-04 C40=-3.69386e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R17 面 C02=-2.74679e-02 C20=-2.92386e-02 C03= 6.81014e-04 C21=-9.36996e-04 C04= 6.06884e-05 C22=-2.30147e-04 C40=-5.11197e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R18 面 C02=-1.34864e-02 C20=-3.24542e-02 C03= 1.07936e-03 C21=-7.89441e-03 C04=-2.01719e-04 C22= 8.22386e-05 C40=-4.44303e-04 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R19 面 C02=-2.46824e-02 C20=-3.03638e-02 C03=-3.76515e-04 C21=-2.92059e-04 C04=-2.79991e-05 C22=-9.57774e-06 C40=-1.28312e-05 C05 = C23 = C41 = C06 = C24 = C42 = C60 = 0 R22 面 C02= 3.10568e-02 C20= 4.46377e-02 C03= 3.55258e-04 C21=-4.06985e-03 C04=-3.60232e-06 C22= 4.79342e-04 C40= 2.91431e-04 C05=-5.89183e-06 C23=-7.97724e-06 C41=-2.15362e-05 C06= 2.47486e-06 C24=-5.25575e-06 C42=-7.89891e-06 C60= 1.03848e-05 R23 面 C02= 1.77062e-04 C20=-1.45813e-03 C03=-2.06697e-03 C21= 1.20078e-02 C04=-5.30920e-04 C22= 6.81356e-04 C40=-1.17152e-03 C05= 1.95637e-04 C23= 5.04104e-04 C41=-7.36881e-04 C06= 1.50523e-04 C24= 6.78737e-04 C42= 1.17298e-04 C60= 1.11840e-04 R24 面 C02= 3.18419e-02 C20= 4.07594e-02 C03= 8.92227e-04 C21= 5.68836e-04 C04= 1.04165e-04 C22= 6.29017e-05 C40= 4.40747e-05 C05= 8.50762e-06 C23=-1.43990e-06 C41= 1.83610e-05 C06= 1.05981e-06 C24= 2.19115e-06 C42= 1.26129e-07 C60=-1.08684e-06 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。第1 面
R1は絞り面である。B1は第1 光学素子であり、1 つの透
明体の表面に第2 面R2 (入射屈折面) と偏心した曲面の
内面反射面である第3 面R3〜第6 面R6と第7 面R7 (射出
屈折面) を形成している。B2は第2 光学素子であり、1
つの透明体の表面に第8 面R8 (入射屈折面) と偏心した
曲面の内面反射面である第9 面R9〜第12面R12 と第13面
R13(射出屈折面) を形成している。B3は第3 光学素子で
あり、1 つの透明体の表面に第14面R14(入射屈折面) と
偏心した曲面の内面反射面である第15面R15 〜第19面R1
9と第20面R20(射出屈折面) を形成している。B4は第4
光学素子であり、1 つの透明体の表面に第21面R21(入射
屈折面) と偏心した曲面の内面反射面である第22面R22
〜第24面R24 と第25面R25(射出屈折面) を形成してい
る。第26面R26 は最終像面であり、CCD 等の撮像媒体の
撮像面が位置する。

【0113】本数値実施例の各光学素子は夫々を1 つの
群とする4 群に分かれて変倍光学系を構成している。そ
して、第2 群B2と第3 群B3は夫々移動して変倍作用を行
う変倍群である 以下、物体位置を無限遠としたときの結像作用について
述べる。まず、絞りR1を通過した光束は第1 光学素子B1
に入射する。第1 光学素子B1では第2 面R2で屈折し、第
3 面R3から第6 面R6まで順次反射し、第7 面R7で屈折し
て、第1 光学素子B1を射出する。このとき、第4 面R4近
傍で1 次結像、第6 面R6から第7 面R7間に2 次結像す
る。また、第5 面R5近傍に瞳を形成している。

【0114】次に光束は第2 光学素子B2に入射する。第
2 光学素子B2では第8 面R8で屈折し、第9 面R9から第12
面R12 まで順次反射し、第13面R13 で屈折して、第2 光
学素子B2を射出する。このとき、広角端では第10面R10
と第11面R11 の間に、望遠端では第11面R11 近傍に3 次
結像面を形成する。

【0115】次に光束は第3 光学素子B3に入射する。第
3 光学素子B3では第14面R14 で屈折し、第15面R15 から
第19面R19 まで順次反射し、第20面R20 で屈折して、第
3 光学素子B3を射出する。このとき、広角端では第16面
R16 近傍に、望遠端では第16面R16 と第17面R17 間に4
次結像面を形成する。また、第18面R18 近傍に瞳を形成
する。

【0116】次に光束は第4 光学素子B4に入射する。第
4 光学素子B4では第21面R21 で屈折し、第22面R22 から
第24面R24 まで順次反射し、第25面R25 で屈折して、第
4 光学素子B4を射出する。このとき、第22面R22 近傍に
5 次結像面を形成する。また、第23面R23 近傍に瞳を形
成する。

【0117】そして、第4 光学素子B4を射出した光束は
第26面R26 上に6 次結像として最終的に結像する。

【0118】本数値実施例の第1 光学素子B1、第2 光学
素子B2は夫々入射基準軸の方向と射出基準軸の方向とが
同一方向になっているOff-Axial 光学素子である。又、
第3光学素子B3は入射基準軸の方向と射出基準軸の方向
とが180 °異なっているOff-Axial 光学素子である。
又、第4 光学素子B4は入射基準軸の方向と射出基準軸の
方向とが約120 °異なっているOff-Axial 光学素子であ
る。

【0119】次に、各光学素子の移動による変倍作用に
ついて説明する。変倍に際して絞りR1、第1 光学素子B
1、第4 光学素子B4、像面R26 は固定である。第2 光学
素子B2は広角端から望遠端に向ってZ マイナス方向に移
動する。また、第3 光学素子B3は広角端から望遠端に向
ってZ プラス方向に移動する。そして、広角端から望遠
端に向っての変倍によって第1 光学素子B1と第2 光学素
子B2との間隔は狭まり、第2 光学素子B2と第3 光学素子
B3との間は広がり、第3 光学素子B3と第4 光学素子B4の
間は広がる。また、第1 面R1から第26面R26 までの全系
光路長は広角端から望遠端に向って長くなる。

【0120】図24、25、26は夫々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(uY,uX),(0,uX),(-uY,uX),(uY,0),(0,0,),(-uY,0) の
6 つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示し
ている。なお、各横収差図の横軸は夫々入射瞳における
Y 方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【0121】本実施例では図から判るように各状態とも
バランスの取れた収差補正が得られている。

【0122】又、本実施例は像サイズ3.76x2.82mm を前
提として、光学系の厚さの寸法が7.7mm 程度となってい
る。よって、本数値実施例では各光学素子及び光学系全
体の厚さが小さいこと、及び各光学素子を板状の透明体
の側面に反射面を形成して構成できるので、1 つの基板
上に2 つの光学素子を基板面に沿って移動する機構をと
れば、全体として薄型の変倍光学系を容易に構成するこ
とができる。

【0123】なお、本数値実施例では複数の屈折面によ
り色収差が発生するが、各屈折面の曲率を適切に定める
ことにより変倍全域に渡って色収差補正を行なってい
る。

【0124】本発明の各数値実施例は2 群移動の変倍光
学系でありながら、光学配置的には3 群移動で絞りから
最終像面までの光路長が変倍によって変化すると云う構
成をとっているので収差補正の自由度が高まり、容易に
高性能の変倍光学系を達成できる。

【0125】又、第4 群に固定のOff-Axial 光学素子を
設けたので、一層収差補正が容易になると共に、撮像装
置上に配置する撮像光束の取り入れ口と撮像媒体の色々
な配置に柔軟に対応することができる。

【0126】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、Off-Axial
光学素子の群を4 つ有し、その内の2群の相対的移動に
よって変倍を行い、変倍に際して物体から最終像面まで
の光路長を変化させながら最終結像面を空間的に固定し
て、広画角でありながら厚さが薄く、所定方向の全長が
短く、偏心収差を全変倍域にわたって良好に補正した高
性能の変倍光学系及びそれを用いた撮像装置を達成す
る。

【0127】更に、 (3−1) 絞りを変倍光学系の物体側若しくは第1面
近傍に配置し、且つ該変倍光学系の中で物体像を複数回
結像させる構成とすることにより、広画角でありながら
変倍光学系の有効径を小さくし、薄型の変倍光学系とす
る。 (3−2) 各群に複数の反射面に適切な屈折力を与え
た光学素子を用いると共に該反射面を偏心配置すること
により、変倍光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該
変倍光学系の所定方向の全長を短縮する。 (3−3) 変倍光学系を構成する複数の光学素子を夫
々1つの透明体の表面に2つの屈折面と複数の反射面を
一体的に形成して構成し、各反射面を偏心配置すると共
に、各反射面に適切な屈折力を与えることにより、偏心
収差を全変倍域にわたって良好に補正する。 (3−4) 変倍群として1つの透明体の表面に2つの
屈折面と複数の曲面や平面の反射面を一体的に形成した
光学素子を用いることにより変倍光学系全体の小型化を
図りつつ、反射面を使用する際にありがちな反射面の厳
しい配置精度(組立精度)の問題を解決する。 (3−5) 第4 群に固定のOff-Axial 光学素子を設け
たので、一層収差補正が容易になると共に、撮像装置上
に配置する撮像光束の取り入れ口と撮像媒体の色々な配
置に柔軟に対応することができる。 等の少なくとも1つの効果を有する変倍光学系及びそれ
を用いた撮像装置を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図1】 本発明の変倍光学系の実施形態1 の基本構成

【図2】 実施形態1 を共軸系で表した説明図

【図3】 実施形態1 の第1 群の構成図

【図4】 実施形態1 の第1 群の斜視図

【図5】 本発明の変倍光学系の実施形態2 の基本構成

【図6】 本発明の変倍光学系の実施形態3 の基本構成

【図7】 実施形態3 を共軸系で表した説明図

【図8】 本発明の実施例の座標系を示す図

【図9】 数値実施例1 の広角端での光学断面図

【図10】 数値実施例1 の中間位置での光学断面図

【図11】 数値実施例1 の望遠端での光学断面図

【図12】 数値実施例1 の広角端での横収差図

【図13】 数値実施例1 の中間位置での横収差図

【図14】 数値実施例1 の望遠端での横収差図

【図15】 数値実施例2 の広角端での光学断面図

【図16】 数値実施例2 の中間位置での光学断面図

【図17】 数値実施例2 の望遠端での光学断面図

【図18】 数値実施例2 の広角端での横収差図

【図19】 数値実施例2 の中間位置での横収差図

【図20】 数値実施例2 の望遠端での横収差図

【図21】 数値実施例3 の広角端での光学断面図

【図22】 数値実施例3 の中間位置での光学断面図

【図23】 数値実施例3 の望遠端での光学断面図

【図24】 数値実施例3 の広角端での横収差図

【図25】 数値実施例3 の中間位置での横収差図

【図26】 数値実施例3 の望遠端での横収差図

【図27】 カセグレン式反射望遠鏡の基本構成図

【図28】 ミラー光学系における主光線を光軸から離
しケラレを防止する第一の方法の説明図

【図29】 ミラー光学系における主光線を光軸から離
しケラレを防止する第二の方法の説明図

【図30】 従来の反射ミラーを用いたズーム光学系の
概念図

【図31】 プリズム反射面に曲率を持った観察光学系
の概念図

【図32】 他のプリズム反射面に曲率を持った観察光
学系の概念図

【符号の説明】

11…絞り 12…基準軸光線 13…第1 群 14…第2 群 15…第3 群 16…第4 群 17…最終結像面

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−5364(JP,A) 米国特許5144476(US,A) 国際公開94/12905(WO,A1) Water E.Woehl,An all−reflective zoo m optical system f or the infrared,Op tical Engineering, 米国,Vol.20,No.3,p.450 −459 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体より変倍光学系に入り、該変倍光学
    系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線を基
    準軸光線とし、該変倍光学系の各面、各光学素子、各群
    に入射する基準軸光線をその面、その光学素子、その群
    の入射基準軸とし、各面、各光学素子、各群から射出す
    る基準軸光線をその面、その光学素子、その群の射出基
    準軸とし、該入射基準軸と各面の交点を基準点、該入射
    基準軸、射出基準軸において該基準軸光線が物体側から
    像面に向って進む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸
    の方向として、 該絞りと、該基準軸光線に対し傾いて配置された複数の
    Off-Axial反射面を有するOff-Axial光学素子を4つ有
    ると共に、物体からの光が、各Off-Axial光学素子の有
    する複数のOff-Axial反射面で反射を繰り返して各Off-A
    xial光学素子より射出し、順次4つのOff-Axial光学素
    子を通過する変倍光学系であって、 このうちの少なくとも2つのOff-Axial光学素子の移動
    により変倍を行ない、該基準軸に沿う物体側の所定の位
    置から該最終像面までの光路長が変倍によって変化する
    ことを特徴とする変倍光学系。
  2. 【請求項2】 物体からの前記基準軸光線に沿って数え
    て第1のOff-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射出
    基準軸の方向は同じであり、第2のOff-Axial 光学素子
    及び第3のOff-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射
    出基準軸の方向は180°異なっており、該第1のOff-
    Axial光学素子と該第3のOff-Axial光学素子が移動して
    変倍を行うことを特徴とする請求項1の変倍光学系。
  3. 【請求項3】 物体からの前記基準軸光線に沿って数え
    て第1のOff-Axial光学素子及び第2のOff-Axial光学素
    子の入射基準軸の方向と射出基準軸の方向は同じであ
    り、第3のOff-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射
    出基準軸の方向は180°異なっており、該第1のOff-
    Axial光学素子と該第3のOff-Axial光学素子が移動して
    変倍を行うことを特徴とする請求項1の変倍光学系。
  4. 【請求項4】 物体からの前記基準軸光線に沿って数え
    て第1のOff-Axial光学素子及び第2のOff-Axial光学素
    子の入射基準軸の方向と射出基準軸の方向は同じであ
    り、第3のOff-Axial光学素子の入射基準軸の方向と射
    出基準軸の方向は180°異なっており、該第2のOff-
    Axial光学素子と該第3のOff-Axial光学素子が移動して
    変倍を行うことを特徴とする請求項1の変倍光学系。
  5. 【請求項5】 前記Off-Axial光学素子は透明体の表面
    に2面の屈折面と1面以上のOff-Axial反射面を一体的
    に形成した光学素子であることを特徴とする請求項1〜
    4のいずれか1項に記載の変倍光学系。
  6. 【請求項6】 前記絞りは前記基準軸光線に沿って最も
    物体側のOff-Axial光学素子より物体側に位置すること
    を特徴とする請求項5の変倍光学系。
  7. 【請求項7】 前記4つのOff-Axial光学素子のうち最
    も前記最終像面側のOff-Axial光学素子は変倍に際し固
    定であり、且つ入射基準軸と射出基準軸の方向が互いに
    傾いていることを特徴とする請求項6の変倍光学系。
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の変
    倍光学系を有し、撮像媒体の撮像面上に前記物体の像を
    結像することを特徴とする撮像装置。
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