JP3332890B2 - Optical element and imaging device having the same - Google Patents
Optical element and imaging device having the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子及びそれを
備える撮像装置に関し、特に複数の反射面を有した光学
素子を用いて、物体像を所定面上に形成するようにした
光学系全体の小型化を図った、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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element and an image pickup apparatus having the same, and more particularly, to an optical system having an optical element having a plurality of reflecting surfaces to form an object image on a predetermined surface. It is suitable for a video camera, a still video camera, a copying machine, and the like, which are miniaturized.
【0002】[0002]
【従来の技術】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。図24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。2. Description of the Related Art Conventionally, various photographing optical systems using a reflecting surface such as a concave mirror or a convex mirror have been proposed. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram of a so-called mirror optical system including one concave mirror and one convex mirror.
【0003】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、像面
103に結像する。In the mirror optical system shown in FIG. 1, an object light beam 104 from an object is reflected by a concave mirror 101, converges toward the object side, is reflected by a convex mirror 102, and is reflected by an image plane.
Image at 103.
【0004】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。This mirror optical system is based on a so-called Cassegrain-type reflection telescope, and the optical path of a long-lens telephoto lens system composed of a refractive lens is folded by using two opposing reflection mirrors. The purpose is to shorten the entire length of the optical system.
【0005】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。[0005] For the same reason, in the objective lens system constituting the telescope, for the same reason, in addition to the Cassegrain type, there are known many types in which the entire length of the optical system is shortened by using a plurality of reflecting mirrors.
【0006】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。As described above, a compact mirror optical system is obtained by efficiently folding the optical path by using a reflecting mirror instead of a lens of a photographic lens having a longer overall lens length than before.
【0007】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。However, a mirror optical system such as a Cassegrain type reflection telescope generally has a problem that a part of the object beam is vignetted by the convex mirror 102. This problem is caused by the presence of the convex mirror 102 in the area where the object light beam 104 passes.
【0008】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
106を光軸105 から離すミラー光学系も提案されてい
る。In order to solve this problem, the reflecting mirror is used eccentrically so as to prevent the passing area of the object light beam 104 from being blocked by other parts of the optical system, ie, the principal ray of the light beam.
A mirror optical system that separates 106 from the optical axis 105 has also been proposed.
【0009】図25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て上記のケラレの
問題を解決している。FIG. 25 is a schematic diagram of a mirror optical system disclosed in US Pat. No. 3,674,334. The above vignetting is performed by using a part of a reflection mirror rotationally symmetric with respect to the optical axis. Solving the problem.
【0010】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。The mirror optical system shown in FIG. 1 includes a concave mirror 111, a convex mirror 113, and a concave mirror 112 in the order in which light beams pass, and they originally have an optical axis 114 as shown by two-dot broken lines in the figure.
This is a reflection mirror rotationally symmetric with respect to. Concave mirror
111 is used only on the upper side of the paper with respect to the optical axis 114, the convex mirror 113 is used only on the lower side of the paper with respect to the optical axis 114, and the concave mirror 112 is used only on the lower side of the paper with respect to the optical axis 114.
Is separated from the optical axis 114 to constitute an optical system in which vignetting of the object light beam 115 is eliminated.
【0011】図26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。FIG. 26 is a schematic view of a mirror optical system disclosed in US Pat. No. 5,063,586. The mirror optical system shown in the figure solves the above problem by decentering the central axis of the reflection mirror itself with respect to the optical axis and separating the principal ray of the object light beam from the optical axis.
【0012】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。In FIG. 1, when the vertical axis of the object plane 121 is defined as an optical axis 127, the center coordinates and the center axis of the respective reflecting surfaces of the convex mirror 122, concave mirror 123, convex mirror 124, and concave mirror 125 in the order of passage of the light flux The axes 122a, 123a, 124a and 125a connecting the center of the reflecting surface and the center of curvature of the surface are eccentric with respect to the optical axis 127. In this figure, by appropriately setting the amount of eccentricity and the radius of curvature of each surface at this time, vignetting of the object light beam 128 by each reflection mirror is prevented, and the object image is efficiently formed on the image forming surface 126. I have.
【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。In addition, US Pat. No. 4,737,021 and US Pat. No. 4,265,510 also disclose a configuration in which a part of a reflection mirror rotationally symmetric with respect to the optical axis is used to avoid vignetting, or the central axis of the reflection mirror is used as a light source. A configuration is disclosed in which the shaft is eccentric with respect to the shaft to avoid vignetting.
【0014】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。[0014] These reflection type photographing optical systems have a large number of constituent parts, and it is necessary to assemble each optical part with high accuracy in order to obtain necessary optical performance. In particular, since the relative position accuracy of the reflection mirrors is severe, it is necessary to adjust the positions and angles of the reflection mirrors.
【0015】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。As one method for solving this problem, a method has been proposed in which, for example, a mirror system is divided into one block to avoid errors in assembling optical components during assembly.
【0016】従来、多数の反射面が一つのブロックにな
っているものとして、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。Heretofore, optical prisms such as a pentagonal roof prism and a Porro prism used for a finder system or the like have been used as a single block having a large number of reflecting surfaces.
【0017】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。In these prisms, since a plurality of reflecting surfaces are integrally formed, the relative positional relationship between the reflecting surfaces is made with high accuracy, and it is not necessary to adjust the positions of the reflecting surfaces. However, the main function of these prisms is to reverse the image by changing the traveling direction of the light beam, and each reflecting surface is formed of a plane.
【0018】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。On the other hand, an optical system in which a reflecting surface of a prism has a curvature is also known.
【0019】図27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。FIG. 27 is a schematic view of a main part of an observation optical system disclosed in US Pat. No. 4,775,217. This observation optical system is an optical system for observing an external scenery and observing a display image displayed on an information display body while overlapping the scenery.
【0020】この観察光学系では、情報表示体141 の表
示画像から射出する表示光束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。In this observation optical system, the display light flux 145 emitted from the display image of the information display body 141 is reflected on the surface 142, goes to the object side, and enters the concave half mirror surface 143. After being reflected by the half mirror surface 143, the display light beam 145 becomes a substantially parallel light beam due to the refracting power of the concave surface 143. After refraction and transmission through the surface 142, an enlarged virtual image of the display image is formed and the observer's image is formed. The light enters the pupil 144 to make the viewer recognize the displayed image.
【0021】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。On the other hand, the object light beam 146 from the object is
The light enters a surface 147 substantially parallel to 2 and is refracted to reach a concave half mirror surface 143. A semi-transmissive film is deposited on the concave surface 143, and a part of the object light beam 146 transmits through the concave surface 143 and
After being refracted and transmitted through 2, the light enters the pupil 144 of the observer. Thus, the observer visually recognizes the display image in the outside scenery while overlapping.
【0022】図28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。FIG. 28 is a schematic view of a main part of an observation optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-279516. This observation optical system is also an optical system for observing an external scenery and observing a display image displayed on an information display body in an overlapping manner.
【0023】この観察光学系では、情報表示体150 から
射出した表示光束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。In this observation optical system, the display light beam 154 emitted from the information display body 150 is applied to the flat surface 15 forming the prism Pa.
7 and enters the prism Pa and enters the parabolic reflecting surface 151. The display light beam 154 is reflected by the reflection surface 151 to become a convergent light beam and forms an image on the focal plane 156. At this time, the reflective surface 151
The display light beam 154 reflected by the light source 2 forms the prism Pa
The light reaches the focal plane 156 while being totally reflected between the two parallel planes 157 and 158, thereby achieving a reduction in the thickness of the entire optical system.
【0024】次に焦点面156 から発散光として射出した
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。Next, the display light beam 154 emitted as divergent light from the focal plane 156 is incident on a parabolic half mirror 152 while being totally reflected between the planes 157 and 158, and is reflected on the half mirror plane 152. Simultaneously, the refracting power forms an enlarged virtual image of the display image and forms a substantially parallel light flux, which passes through the surface 157 and enters the observer's pupil 153,
This allows the viewer to recognize the display image.
【0025】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。On the other hand, the object light beam 155 from the outside
The light passes through a surface 158b constituting Pb, passes through a parabolic half mirror 152, passes through a surface 157, and enters the pupil 153 of the observer. The observer visually recognizes the displayed image in an overlapping manner in the outside scenery.
【0026】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。Further, as examples of using an optical element on the reflecting surface of a prism, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
There is an optical head for an optical pickup disclosed in Japanese Patent No. 139612 or the like. These devices reflect light from a semiconductor laser on a Fresnel surface or a hologram surface, form an image on a disk surface, and guide reflected light from the disk to a detector.
【0027】[0027]
【発明が解決しようとする課題】前記米国特許3,674,33
4 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。The above-mentioned US Pat. No. 3,674,33
No. 4, U.S. Pat.No. 5,063,586, U.S. Pat.
In each of the mirror optical systems having the eccentric mirror disclosed in the specification of Japanese Patent No. 265,510, each reflecting mirror is arranged with a different amount of eccentricity, so that the mounting structure of each reflecting mirror becomes very complicated and the mounting accuracy is reduced. It is very difficult to secure.
【0028】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、コスト或
は全体が大型化する傾向があった。The conventional reflection type photographing optical system has a configuration suitable for a so-called telephoto lens system having a long overall optical system and a small angle of view. In addition, when obtaining a photographing optical system that requires an angle of view of a standard lens to an angle of view of a wide-angle lens, the number of reflecting surfaces required for aberration correction increases, so higher component accuracy and higher assembly accuracy are required. And the cost or the whole tends to be large.
【0029】又、前記米国特許4,775,217 号明細書、特
開平2-297516号公報に開示されている観察光学系は、い
ずれも観察者の瞳から離れて配置されている情報表示体
に表示されている表示画像を 効率良く観察者の瞳に伝
達する為の瞳結像作用と光線の進行方向を変化させる事
を主眼としており、曲率を持った反射面にて積極的な収
差補正を行う技術については直接的に開示されていな
い。Further, the observation optical systems disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 4,775,217 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-279516 are all displayed on an information display which is arranged away from the pupil of the observer. Focusing on pupil imaging and changing the direction of travel of light to efficiently transmit the displayed image to the observer's pupil, and a technology for actively correcting aberrations with a reflective surface with curvature Is not disclosed directly.
【0030】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。Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-12704 and 6-1396
The optical systems for optical pickups disclosed in Japanese Patent Publication No. 12 and the like are all limited to the use of a detection optical system, and are not applicable to an imaging optical system, particularly to an imaging apparatus using an area-type imaging device such as a CCD. The image performance was not satisfactory.
【0031】本発明は、ミラー光学系全体の小型化を図
ることができ、又ミラー光学系にありがちな反射ミラー
の配置精度(組立精度)を緩やかにすることができる光
学素子及びそれを備える撮像装置の提供を目的とする。According to the present invention, there is provided an optical element capable of reducing the size of the entire mirror optical system and reducing the disposition accuracy (assembly accuracy) of the reflection mirror, which is often present in the mirror optical system, and an imaging device having the same. The purpose is to provide a device.
【0032】又、複数の反射面を有し、該複数の反射面
に適切な屈折力を与え、各反射面を偏心配置することに
より、光路を所望の形状に屈曲し、所定方向の全長の短
縮化を図った光学素子及びそれを備える撮像装置の提供
を目的とする。Further, by providing a plurality of reflecting surfaces, giving an appropriate refractive power to the plurality of reflecting surfaces, and eccentrically arranging each reflecting surface, the optical path is bent into a desired shape, and the entire length in the predetermined direction is reduced. It is an object of the present invention to provide an optical element which is shortened and an imaging device including the optical element.
【0033】[0033]
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の光学素
子は、像面の中心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光
学系の第1面の中心若しくは最終面の中心のいずれかを
通る光線の経路を基準軸とするとき、基準軸に対して傾
いた少なくとも3つの曲面反射面を有し、該曲面反射面
が一対の対称な面を定める対称面が1つしかない非球面
であり、素子内部に中間像を形成することを特徴として
いる。According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical element, comprising: a center of an image plane, a stop, an entrance pupil or an exit pupil, or a center of a first surface or a center of a final surface of an optical system. When the path of the light beam passing therethrough is used as a reference axis, the surface has at least three curved reflecting surfaces inclined with respect to the reference axis, and the curved reflecting surface is an aspheric surface having only one symmetric surface that defines a pair of symmetric surfaces. And an intermediate image is formed inside the element.
【0034】請求項2の発明は請求項1の発明におい
て、前記複数の曲面反射面はそれぞれ、各曲面反射面と
基準軸との交点を原点としたローカル座標系xyzを用
い、a,b,tを面形状を表わす係数とするとき、 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t) 〕1/2] とおいて z =A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 により規定されたものであることを特徴としている。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, each of the plurality of curved reflecting surfaces uses a local coordinate system xyz having an origin at an intersection between each curved reflecting surface and a reference axis, and a, b, a When t is a coefficient representing the surface shape, A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y · sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba)
・ Y ・ sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin
2 t} x 2 / (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ] and z = A / B + C 02 y 2 + C 20 x 2 + C 03 y 3 + C 21 x 2 y + C 04 y 4 + C 22 x 2 y 2 + C 40
It is characterized in that which is defined by x 4.
【0035】請求項3の発明は請求項1又は2の発明に
おいて、前記少なくとも3つの曲面反射面が光束を順次
偏向することを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the at least three curved reflecting surfaces sequentially deflect a light beam.
【0036】請求項4の発明は請求項1、2又は3の発
明において、曲面屈折面を有することを特徴としてい
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, a curved surface refraction surface is provided.
【0037】請求項5の発明は請求項1、2又は3の発
明において、前記曲面反射面は表面反射鏡の表面に設け
られていることを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect, the curved reflecting surface is provided on a surface of a surface reflecting mirror.
【0038】請求項6の発明は請求項1、2又は3の発
明において、前記曲面反射面は透明体の表面に設けられ
ていることを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect, the curved reflecting surface is provided on a surface of a transparent body.
【0039】請求項7の発明の光学系は、像面の中心
と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第1面の中
心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を
基準軸とするとき、基準軸に対して傾いた曲面反射面を
有し、且つ該曲面反射面が一対の対称な面を定める対称
面が1つしかない非球面である光学素子を2個有し、該
2個の光学素子の間に絞りを有し、該2個の光学素子の
内の物体側の光学素子は、該物体の中間像を形成すると
共に、前記絞りを該物体側の光学素子の光入射側から数
えて第1番目の曲面反射面の物体側に結像し、全体とし
て該基準軸に対して傾いた少なくとも3つの曲面反射面
を有していることを特徴としている。In the optical system according to the present invention, the path of the light beam passing through the center of the image plane and either the stop, the entrance pupil or the exit pupil, or the center of the first surface or the center of the last surface of the optical system is referred to. Two optical elements each having a curved reflecting surface inclined with respect to a reference axis when the axis is an axis, and the curved reflecting surface being an aspheric surface having only one symmetric surface defining a pair of symmetric surfaces. A stop between the two optical elements, wherein an optical element on the object side of the two optical elements forms an intermediate image of the object, and the stop is moved to the optical element on the object side. Is formed on the object side of the first curved reflecting surface counted from the light incident side, and has at least three curved reflecting surfaces inclined with respect to the reference axis as a whole.
【0040】請求項8の発明の撮像装置は、請求項1〜
6のいずれか1項の光学素子又は請求項7の光学系を備
えることを特徴としている。The image pickup apparatus according to the eighth aspect of the present invention is characterized in that:
An optical element according to claim 6 or an optical system according to claim 7 is provided.
【0041】請求項9の発明の像形成装置は、請求項1
〜6のいずれか1項の光学素子又は請求項7の光学系を
備えることを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the image forming apparatus according to the first aspect.
An optical element according to any one of claims 1 to 6, or an optical system according to claim 7 is provided.
【0042】請求項10の発明の光学系は、基準軸に対
して傾いた曲面反射面を有し、且つ該曲面反射面はa,b,
t を面形状を表す係数として、 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}x2 /(4a2b2cos2t) 〕1/2] とおいて z =A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4 により規定されたものである光学素子を2個有し、該2
個の光学素子の間に絞りを有し、該2個の光学素子の内
の物体側の光学素子は、該物体の中間像を形成すると共
に、前記絞りを該物体側の光学素子の前記曲面反射面の
物体側に結像することを特徴としている。The optical system according to the tenth aspect has a curved reflecting surface inclined with respect to the reference axis, and the curved reflecting surfaces are a, b, and b.
t as the coefficient representing the surface shape, A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y · sin t / ( 2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・ sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2 / (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ] and z = A / B + C 02 y 2 + C 20 x 2 + C 03 y 3 + C 21 x 2 y + C 04 y 4 + C 22 x 2 y 2 + C 40 x 4
An optical element on the object side of the two optical elements forms an intermediate image of the object, and the optical element on the curved surface of the optical element on the object side. An image is formed on the object side of the reflection surface.
【0043】請求項11の発明は請求項8,9又は10
の発明において、前記各光学素子が前記曲面反射面を複
数個有し、該複数個の曲面反射面が光束を順次偏向する
ことを特徴としている。The invention of claim 11 is the invention of claim 8, 9 or 10.
In the invention, each of the optical elements has a plurality of the curved reflecting surfaces, and the plurality of curved reflecting surfaces sequentially deflect a light beam.
【0044】請求項12の発明は請求項8,9,10又
は11の発明において、曲面屈折面を有することを特徴
としている。According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the eighth, ninth, tenth and eleventh aspects of the present invention, the twelfth aspect has a curved refracting surface.
【0045】請求項13の発明は請求項12の発明にお
いて、前記反射面は表面反射鏡の表面に設けられている
ことを特徴としている。According to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect, the reflecting surface is provided on a surface of a surface reflecting mirror.
【0046】請求項14の発明は請求項12の発明にお
いて、前記反射面は透明体の表面に設けられていること
を特徴としている。According to a fourteenth aspect, in the twelfth aspect, the reflection surface is provided on a surface of a transparent body.
【0047】請求項15の発明は請求項8,9又は10
の発明において、前記絞りを前記物体側の光学素子の物
体側に配したことを特徴としている。The invention of claim 15 is the invention of claim 8, 9 or 10.
In the invention, the stop is arranged on the object side of the optical element on the object side.
【0048】請求項16の発明の撮像装置は請求項1か
ら15のいずれか1項の光学系を備えることを特徴とし
ている。According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an imaging apparatus including the optical system according to any one of the first to fifteenth aspects.
【0049】請求項17の発明の像形成装置は請求項1
から15のいずれか1項の光学系を備えることを特徴と
している。The image forming apparatus according to the seventeenth aspect is the first aspect.
The optical system according to any one of (1) to (15) is provided.
【0050】[0050]
【発明の実施の形態】実施例の説明に入る前に、実施例
の構成諸元の表し方及び実施例全体の共通事項について
説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Prior to the description of the embodiments, the way of expressing the configuration data of the embodiments and the common items of the entire embodiments will be described.
【0051】図1は本発明の光学素子(以下「光学系」
ともいう。)の構成データを定義する座標系の説明図で
ある。本発明の実施例では物体側から像面に進む1つの
光線(図1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。FIG. 1 shows an optical element of the present invention (hereinafter referred to as “optical system”).
Also called. FIG. 4 is an explanatory diagram of a coordinate system that defines configuration data of FIG. In the embodiment of the present invention, the i-th surface is defined as the i-th surface along one light ray (shown by a dashed line in FIG. 1 and referred to as a reference axis light ray) traveling from the object side to the image plane.
【0052】図1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1中では光学素子10としている。In FIG. 1, a first surface R1 is a stop, a second surface R2 is a refracting surface coaxial with the first surface, a third surface R3 is a reflecting surface tilted with respect to the second surface R2, and a fourth surface R4. , A fifth surface R5 is a reflecting surface shifted and tilted with respect to each front surface, and a sixth surface R6 is a fifth surface
This is a refraction surface shifted and tilted with respect to R5. Second side
Each surface from R2 to the sixth surface R6 is formed on one optical element made of a medium such as glass, plastic or the like, and is shown as an optical element 10 in FIG.
【0053】従って、図1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。Therefore, in the configuration shown in FIG. 1, the medium from the object surface (not shown) to the second surface R2 is air, the medium from the second surface R2 to the sixth surface R6 is a common medium, and the medium from the sixth surface R6 to the second surface R6 is not shown. The medium up to the seventh surface R7 is composed of air.
【0054】本発明の光学系は偏心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、本発明の実施例においては先ず第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。Since the optical system of the present invention is a decentered optical system, the surfaces constituting the optical system do not have a common optical axis. Therefore, in the embodiment of the present invention, first, an absolute coordinate system having the origin at the center of the effective ray diameter on the first surface is set.
【0055】そして、本発明の実施例においては、第1
面の光線有効径の中心点を原点とすると共に、原点と最
終結像面の中心とを通る光線(基準軸光線)の経路を光
学系の基準軸と定義している。さらに、本実施例中の基
準軸は方向(向き)を持っている。その方向は基準軸光
線が結像に際して進行する方向である。In the embodiment of the present invention, the first
The center point of the effective ray diameter of the surface is defined as the origin, and the path of a light beam (reference axis light beam) passing through the origin and the center of the final imaging plane is defined as the reference axis of the optical system. Further, the reference axis in this embodiment has a direction (direction). The direction is the direction in which the reference axis ray travels during imaging.
【0056】本発明の実施例においては、光学系の基準
となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準と
なる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若し
くは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良
い軸を採用すれば良い。しかし、一般的には像面の中心
と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第1面の中
心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を
光学系の基準となる基準軸に設定する。In the embodiment of the present invention, the reference axis serving as the reference of the optical system is set as described above. However, how to determine the reference axis of the optical system depends on optical design, integration of aberrations, or optical system. It is only necessary to adopt an axis that is convenient for expressing each surface shape that constitutes. However, in general, the path of the light beam passing through the center of the image plane and either the stop, the entrance pupil or the exit pupil, or the center of the first surface or the center of the last surface of the optical system is referred to as a reference axis serving as a reference of the optical system. Set to.
【0057】つまり、本発明の実施例においては、基準
軸は第1面、即ち絞り面の光線有効径の中心点を通り、
最終結像面の中心へ至る光線(基準軸光線)が各屈折面
及び反射面によって屈折・反射する経路を基準軸に設定
している。各面の順番は基準軸光線が屈折・反射を受け
る順番に設定している。That is, in the embodiment of the present invention, the reference axis passes through the first surface, that is, the center point of the effective beam diameter of the stop surface.
The reference axis is set such that the light ray (reference axis light ray) reaching the center of the final imaging plane is refracted and reflected by each refraction surface and reflection surface. The order of each surface is set in the order in which the reference axis rays are refracted and reflected.
【0058】従っ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、最終的に像面の中心に到達する。Accordingly, the reference axis finally reaches the center of the image plane while changing its direction along the set order of each surface according to the law of refraction or reflection.
【0059】本発明の各実施例の光学系を構成するチル
ト面は基本的にすべてが同一面内でチルトしている。そ
こで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。The tilt surfaces constituting the optical system of each embodiment of the present invention are basically all tilted in the same plane. Therefore, each axis of the absolute coordinate system is determined as follows.
【0060】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1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1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
示する実施例では第i面の面形状をローカル座標系で表
わす。Z axis: Reference axis passing through the origin to the second surface R2 Y axis: Straight line passing through the origin and forming 90 ° counterclockwise with respect to the Z axis in the tilt plane (in the paper plane of FIG. 1) : Straight lines passing through the origin and perpendicular to each of the Z and Y axes (straight lines perpendicular to the plane of FIG. 1). Also, to express the surface shape of the i-th surface that constitutes the optical system, the shape of that surface in the absolute coordinate system , The reference axis and the i-th
The configuration data of the present invention is displayed because it is easier to understand the shape of the surface by setting the local coordinate system having the origin at the point where the surface intersects and expressing the surface shape of the surface in the local coordinate system. In the embodiment, the surface shape of the i-th surface is represented by a local coordinate system.
【0061】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、本発明の実施例では各面
のローカル座標の原点は図1中のYZ平面上にある。また
XZおよびXY面内での面の偏心はない。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。The tilt angle of the i-th surface in the YZ plane is an angle θ with the counterclockwise direction being positive with respect to the Z axis of the absolute coordinate system.
i (unit: °). Therefore, in the embodiment of the present invention, the origin of the local coordinates of each surface is on the YZ plane in FIG. Also
There is no plane eccentricity in the XZ and XY planes. Further, the y, z axes of the local coordinates (x, y, z) on the ith plane are inclined at an angle θi in the YZ plane with respect to the absolute coordinate system (X, Y, Z). Set as follows.
【0062】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、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。Z-axis: an angle θ that passes through the origin of the local coordinate system and is counterclockwise in the YZ plane with respect to the Z direction of the absolute coordinate system.
i-axis straight line y-axis: straight line passing through the origin of local coordinates and making 90 ° counterclockwise in the YZ plane with respect to z-direction x-axis: straight line passing through the origin of local coordinates and perpendicular to the YZ plane Di is a scalar quantity representing the distance between the origin of the local coordinates of the i-th surface and the (i + 1) -th surface, and Ndi and νdi are the i-th surface and (i + 1) -th surface.
+1) The refractive index and Abbe number of the medium between the surfaces.
【0063】また、本発明の実施例では光学系の断面図
及び数値データを示す。In the embodiments of the present invention, a sectional view of the optical system and numerical data are shown.
【0064】本発明の実施例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の符号は第1
面から像面に進む基準軸(図1中の一点鎖線)に沿って
曲率中心が第1面側にある場合をマイナス、結像面側に
ある場合をプラスとする。The embodiment of the present invention has a spherical surface and a rotationally asymmetric aspheric surface. Spherical portion of which I wrote the radius of curvature R i as a spherical shape. The sign of the radius of curvature R i is first
The case where the center of curvature is on the first surface side along the reference axis (dashed line in FIG. 1) that advances from the surface to the image surface is defined as minus, and the case where it is on the imaging surface side is defined as plus.
【0065】球面は以下の式で表される形状である:The spherical surface has a shape represented by the following equation:
【0066】[0066]
【数1】 (Equation 1)
【0067】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(但し、a,b,t は形状に関する計数である): 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}x2 /(4a2b2cos2t) 〕1/2] として z =A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40x4 上記曲面式はx に関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面とする面
対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合
はxz面に対して面対称な形状を表す。従って以下の条件
が満たされない場合は、xz面に対して面対称な形状とは
ならず、対称面はyz面の1面のみとなり、2面以上には
ならない。The optical system of the present invention has at least one rotationally asymmetric aspherical surface, and its shape is represented by the following equation (where a, b, and t are counts relating to the shape): A = ( a + b) ・ (y 2・ cos 2 t + x 2 ) B = 2a ・ b ・ cos t [1 + {(ba) ・ y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba ) ・ Y ・ sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2 / (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ] and z = A / B + C 02 y 2 + C 20 x 2 + C 03 y 3 + C 21 x 2 y + C 04 y 4 + C 22 x 2 y 2 + C 40 × 4 Since the above-mentioned curved surface equation has only even-order terms with respect to x, the curved surface defined by the above-mentioned curved surface expression has a plane-symmetric shape with the yz plane as a symmetric surface. Further, when the following condition is satisfied, the shape is plane-symmetric with respect to the xz plane. Therefore, if the following conditions are not satisfied, the shape will not be plane-symmetric with respect to the xz plane, and there will be only one plane of symmetry, the yz plane, and not more than two planes.
【0068】C03 =C21 =0 、 t =0 さらに C02 =C20 C04=C40 =C22/2 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。[0068] If the C 03 = C 21 = 0, t = 0 Furthermore C 02 = C 20 C 04 = C 40 = C 22/2 is satisfied represents a rotation-symmetrical shape. If the above conditions are not satisfied, the shape is non-rotationally symmetric.
【0069】なお、本発明の実施例においては、すべて
C02 =C20 =0 となっており、2次曲面の基本形状に高
次非対称非球面を加えて構成している。In the embodiments of the present invention,
C 02 = C 20 = 0, and is configured by adding a higher-order asymmetric aspherical surface to the basic shape of a quadratic surface.
【0070】なお、本発明の各実施例においては図1に
示すように、その第1面は絞りである。又、水平半画角
uYとは図1のYZ面内において絞りR1に入射する光束の最
大画角、垂直半画角uXとはXZ面内において絞りR1に入射
する光束の最大画角である。また、第1面である絞りR1
の直径を絞り径として示している。これは光学系の明る
さに関係する。なお、入射瞳は第1面に位置するため上
記絞り径は入射瞳径に等しい。In each embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the first surface is a stop. Also, horizontal half angle of view
u Y is the maximum angle of view of the light beam incident on the stop R1 in the YZ plane of FIG. 1, and the vertical half angle of view u X is the maximum angle of view of the light beam incident on the stop R1 in the XZ plane. Also, the stop R1 which is the first surface
Is shown as the aperture diameter. This is related to the brightness of the optical system. Since the entrance pupil is located on the first surface, the aperture diameter is equal to the entrance pupil diameter.
【0071】又、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。The effective image range on the image plane is shown as an image size. The image size is represented by a rectangular area in which the size in the y direction of the local coordinates is horizontal and the size in the x direction is vertical.
【0072】又、実施例には光学系のサイズを示してい
る。そのサイズは光線有効径によって定められるサイズ
である。The examples show the size of the optical system. The size is a size determined by the effective beam diameter.
【0073】又、構成データを挙げている実施例につい
てはその横収差図を示す。横収差図は各実施例につい
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。The lateral aberration chart is shown for the embodiment in which the configuration data is given. The lateral aberration diagram shows that for each embodiment, the horizontal angle of incidence and the vertical angle of incidence on the stop R1 are (u Y , u X ),
(0, u X), ( - u Y, u X), (u Y, 0), (0,0), (- u Y, 0) and showing lateral aberration of the light flux incident angle made. In the lateral aberration diagram, the horizontal axis represents the height of incidence on the pupil, and the vertical axis represents the amount of aberration. In each embodiment, since each surface is basically a plane-symmetrical shape with the yz plane as a plane of symmetry, the plus and minus directions of the vertical angle of view are the same even in the lateral aberration diagram, so that the drawing is simplified. For this reason, a lateral aberration diagram in the minus direction is omitted.
【0074】以下、各実施例について説明する。Hereinafter, each embodiment will be described.
【0075】[実施例1]図2、図3は本発明の実施例
1の光学系のYZ面内での断面図である。本実施例は水平
画角52.6度、垂直画角40.6度の撮影光学系である。図2
には光路も図示している。図3は瞳光線(軸外主光線)
の光路を図示している。本実施例の構成データは次のと
おりである。[Embodiment 1] FIGS. 2 and 3 are sectional views of an optical system according to Embodiment 1 of the present invention in the YZ plane. This embodiment is an imaging optical system having a horizontal angle of view of 52.6 degrees and a vertical angle of view of 40.6 degrees. FIG.
Also shows the optical path. Figure 3 shows the pupil ray (off-axis chief ray)
FIG. The configuration data of the present embodiment is as follows.
【0076】[0076]
【外1】 [Outside 1]
【0077】[0077]
【外2】 [Outside 2]
【0078】図2において、10は複数の曲面反射面を
有する光学素子でありガラス等の透明体で構成してい
る。光学素子10の表面には物体からの光線の通過順
に、負の屈折力を有する凹屈折面(入射面)R2及び凹面
鏡R3・反射面R4・反射面R5・凹面鏡R6の四つの反射面及
び正の屈折力を有する凸屈折面(射出面)R7を形成して
いる。R1は光学素子10の物体側に配置した絞り(入射
瞳)、3は水晶ローパスフィルターや赤外カットフィル
ター等の光学補正板、R10 は最終結像面であり、CCD 等
の撮像素子(撮像媒体)の撮像面が位置する。5は撮影
光学系の基準軸である。In FIG. 2, reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, in the order of passage of light rays from the object, there are a concave refracting surface (incident surface) R2 having negative refracting power and four reflecting surfaces of a concave mirror R3, a reflecting surface R4, a reflecting surface R5, and a concave mirror R6 and a positive reflecting surface. A convex refraction surface (exit surface) R7 having a refractive power of? R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10, 3 is an optical correction plate such as a quartz low-pass filter or an infrared cut filter, and R10 is a final image forming plane, and is an image pickup device such as a CCD. ) Is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0079】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称
な面である。The two refracting surfaces are both rotationally symmetric spherical surfaces, and all the reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0080】次に本実施例における結像作用を説明す
る。物体からの光束1は、絞りR1により入射光量を規制
された後、光学素子10の入射面R2に入射し、面R3,R4
で反射された後、面R4近傍で一旦結像し、次いで面R5,R
6 で次々に反射して行き、射出面R7から射出し、光学補
正板3を介して最終結像面R10 上に再結像する。物体光
線は面R4近傍で中間結像し、瞳光線は面R5と面R6との間
で中間結像する。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The luminous flux 1 from the object is incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop R1, and the surfaces R3, R4
After being reflected by, an image is once formed near the surface R4, and then the surfaces R5 and R
The light is reflected one after another at 6, exits from the exit surface R 7, and is re-imaged on the final imaging surface R 10 via the optical correction plate 3. The object ray forms an intermediate image near the surface R4, and the pupil ray forms an intermediate image between the surface R5 and the surface R6.
【0081】本実施例では、光学素子10に入射する基
準軸の方向とこれから射出する基準軸の方向は平行でか
つ同一方向である。また、入出射を含む基準軸はすべて
紙面内(YZ平面)に載っている。In the present embodiment, the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis emerging therefrom are parallel and the same direction. Further, the reference axes including the incoming and outgoing light are all placed in the plane of the paper (YZ plane).
【0082】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0083】本実施例においては、近距離物体へのフォ
ーカシングは光学系全体を撮像素子の撮像面R10 に対し
て移動させることで行う。とくに本実施例においては、
光学素子10に入射する基準軸の方向と光学系10から
射出する基準軸の方向は平行でかつ同一方向であるた
め、光学系全体を射出する基準軸の方向(Z 軸方向)に
平行に移動させる事で、従来のレンズ系と同様にフォー
カシング動作を行うことができる。In this embodiment, focusing on a short-distance object is performed by moving the entire optical system with respect to the imaging surface R10 of the imaging device. Particularly in this embodiment,
Since the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis exiting from the optical system 10 are parallel and the same direction, they move parallel to the direction of the reference axis exiting the entire optical system (Z-axis direction). By doing so, the focusing operation can be performed in the same manner as in the conventional lens system.
【0084】また、本実施例の光学系の横収差図を図4
に示す。本実施例はバランスの良い収差補正状態が得ら
れている。FIG. 4 is a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
Shown in In this embodiment, a well-balanced aberration correction state is obtained.
【0085】本実施例の効果を説明する。The effect of this embodiment will be described.
【0086】入射瞳が光学素子10の第1面R2近傍にあ
る本実施例の場合、とくに物体側から数えて第1の曲面
の反射面R3に収斂作用を与えていることが光学系の小型
化に寄与している。これは瞳光線(主光線)を入射面に
近い段階で中間結像させて光学系をさらに薄型にするた
めで、絞りR1を出た軸外主光線が大きく拡がらない内に
収斂させ、光学系の広角化による第1反射面R3以降の各
面有効径の大型化を抑えている。In the case of this embodiment in which the entrance pupil is located near the first surface R2 of the optical element 10, the convergence of the first curved reflecting surface R3, especially when counted from the object side, is given to the compact optical system. Has contributed. This is to make the optical system even thinner by forming an intermediate image of the pupil ray (principal ray) at a stage close to the entrance surface, and to converge the off-axis principal ray that has exited the stop R1 before it spreads greatly. The increase in the effective diameter of each surface after the first reflecting surface R3 due to the wide angle of the system is suppressed.
【0087】特に、図3に示すように第1反射面R3を反
射面からみた見かけの絞り中心6’(面R3への入射瞳)
と光学系内部の屈曲した基準軸が含まれるyz面上にある
仮想点8’を焦点とする回転楕円面としているので、軸
外主光線を内部の点8にほぼ無収差で結像させることが
でき、これによって光学素子10の薄型化が図れるとと
もに軸外の収差を初期段階で抑えている。In particular, as shown in FIG. 3, the apparent stop center 6 '(the entrance pupil to the surface R3) when the first reflecting surface R3 is viewed from the reflecting surface.
And an imaginary point 8 ′ on the yz plane containing the bent reference axis inside the optical system is used as the spheroidal surface with the focal point, so that the off-axis chief ray is imaged at the point 8 inside with almost no aberration. As a result, the thickness of the optical element 10 can be reduced, and off-axis aberrations can be suppressed at an initial stage.
【0088】これについて説明する。This will be described.
【0089】第1反射面R3のベース形状を表すa,b,t は
以下の条件を満たす事が望ましい a・b>0 (1) 0.9 < t/|θ| <1.5 (2) 0.9 <|a|/d <2.0 (3) 0.9 <|b|/d <2.0 (4) ただし、d は基準軸にそって測った絞りの中心から第1
反射面R3までの距離である。It is preferable that a, b, and t representing the base shape of the first reflecting surface R3 satisfy the following conditions: a · b> 0 (1) 0.9 <t / | θ | <1.5 (2) 0.9 <| a | / d <2.0 (3) 0.9 <| b | / d <2.0 (4) where d is the first from the center of the diaphragm measured along the reference axis.
This is the distance to the reflection surface R3.
【0090】条件式(1) は、ベース面形状の性質を規定
するものでこの値が正の場合にはyz平面内に2つの焦点
がある回転楕円面となり、一方の焦点から出た光をもう
一方の焦点に実像で、ほぼ無収差で結像させることがで
きる。a,b,t は楕円面の2つの焦点位置を表す。Conditional expression (1) defines the properties of the base surface shape. When this value is positive, the spheroid has two focal points in the yz plane, and the light emitted from one focal point is obtained. A real image can be formed at the other focus with almost no aberration. a, b, t represent two focal positions on the ellipsoid.
【0091】条件式(2) は、片方の焦点が第1反射面R3
から見たこの面の入射瞳6’になるための条件で条件式
(2) の上限・下限を外れると基準軸上に一方の焦点が乗
らず、軸外光線が内部の点で結像しないか、結像しても
収差の発生が大きくなってしまい良くない。Conditional expression (2) indicates that one focal point is the first reflecting surface R3.
From the condition that the entrance pupil 6 'of this surface becomes
If the upper and lower limits of (2) are not satisfied, one of the focal points does not fall on the reference axis, and off-axis rays do not form an image at an internal point, or even if the image is formed, aberrations become large, which is not good.
【0092】条件式(3) も同様で、上限・下限をはずれ
ると第1反射面R3と焦点との距離が第1反射面R3からこ
の面の入射瞳6’までの距離と大きく異なるためやは
り、軸外光線が内部の点で結像しないか、結像しても収
差の発生が大きくなってしまい良くない。The same holds true for conditional expression (3). If the upper and lower limits are deviated, the distance between the first reflecting surface R3 and the focal point is greatly different from the distance from the first reflecting surface R3 to the entrance pupil 6 'of this surface. In addition, off-axis rays do not form an image at an internal point, or even if an image is formed, the occurrence of aberration increases, which is not good.
【0093】条件式(4) は光学系の薄型化と収差補正を
両立させるための条件で、d をZ 方向の光学系の幅と考
え、それに比べて中間結像点の位置を規制するものであ
る。上限値をこえて、第一反射面R3の射出側の焦点が長
いと軸外光束がなかなか収束せず光学系を広画角化した
場合に軸外光束の拡がりによって光学系が大型化するの
で良くない。逆に、下限値をこえると第一反射面の屈折
力が強くなりすぎるため特に軸外で収差が発生するので
良くない。Conditional expression (4) is a condition for achieving both the reduction in thickness of the optical system and the correction of aberrations. The conditional expression (4) considers d as the width of the optical system in the Z direction, and restricts the position of the intermediate image point in comparison with d. It is. Beyond the upper limit, if the focal point on the exit side of the first reflecting surface R3 is long, the off-axis light beam does not easily converge and the optical system becomes large due to the spread of the off-axis light beam when the optical system is widened. Not good. Conversely, if the value exceeds the lower limit, the refractive power of the first reflecting surface becomes too strong, and aberration is generated particularly off-axis, which is not good.
【0094】以上が回転楕円面である第1反射面R3の形
状条件の説明である。The above is the description of the shape condition of the first reflecting surface R3 which is a spheroid.
【0095】本実施例においては、光学素子10の入射
面R2および射出面R7が屈折力(光学的パワー)を有して
いる。本実施例では入射面R2を軸外主光線についてコン
セントリックな凹面にすることで軸外諸収差の発生を低
減している。又、射出面R7は凸面に構成しており、これ
によりバックフォーカスが長くなりすぎるのを防止して
いる。一方、もし入射面R2を凸面にすると、軸外光線が
この面で収束するので、第一反射面R3が大きくなるのを
防止できる。In this embodiment, the entrance surface R2 and the exit surface R7 of the optical element 10 have a refractive power (optical power). In the present embodiment, the occurrence of various off-axis aberrations is reduced by making the incident surface R2 a concentric concave surface with respect to the off-axis principal ray. Further, the exit surface R7 is formed as a convex surface, thereby preventing the back focus from becoming too long. On the other hand, if the incident surface R2 is made convex, off-axis rays converge on this surface, so that the first reflecting surface R3 can be prevented from becoming large.
【0096】また、射出面R7の形状は、この面への軸外
主光線(瞳光線)をその入射角に応じて射出側(像側)
で略平行、つまりテレセントリックにするように決めて
いる。これは、CCD などの撮像素子を用いた場合には、
CCD のカラーフィルターと受光面とにギャップがあるた
め、撮像素子に対する入射角によって色分離性能が変化
するのを防止するのに有効である。光学系を像側にテレ
セントリックにすれば、軸上・軸外光束の主光線はとも
に光軸に略平行となり、CCD への入射角は全受光面にわ
たって略一定となる。Further, the shape of the exit surface R7 is such that the off-axis principal ray (pupil ray) to this surface is changed on the exit side (image side) in accordance with the angle of incidence.
Are determined to be almost parallel, that is, telecentric. This is because when using an image sensor such as a CCD,
Since there is a gap between the color filter of the CCD and the light receiving surface, it is effective to prevent the color separation performance from being changed by the incident angle to the image sensor. If the optical system is made telecentric on the image side, both the principal rays of the on-axis and off-axis light beams are substantially parallel to the optical axis, and the angle of incidence on the CCD is substantially constant over the entire light receiving surface.
【0097】さらに、本実施例においては反射面が対称
面を1つしか有していない面であるのに対して入出射面
の形状は基準軸に対して回転対称な形状である。これ
は、光学系を製作・評価する場合に基準軸を正確に測定
できる様にするためである。また、屈折面を回転対称と
することで非対称な色収差の発生を低減させることがで
きる。Further, in this embodiment, the reflecting surface is a surface having only one symmetric surface, whereas the shape of the input / output surface is rotationally symmetric with respect to the reference axis. This is to make it possible to accurately measure the reference axis when manufacturing and evaluating the optical system. Further, by making the refracting surface rotationally symmetric, it is possible to reduce the occurrence of asymmetric chromatic aberration.
【0098】本実施例には更に以下に記す効果がある。This embodiment has the following effects.
【0099】図28に示す従来の光学系では、入射側と
射出側の反射面は屈折力を有してはいるが、その間の反
射は単に光束を導くいわゆるライトガイドの役割しか果
たしていない。本実施例においては、屈折力を持った少
なくとも3つの反射面を一体に形成する事で、光軸を折
り曲げる機能と収差補正の機能を合わせ持つ、コンパク
トで自由な形状が達成できる性能の良い撮影光学系が得
られる。In the conventional optical system shown in FIG. 28, the reflection surfaces on the entrance side and the exit side have a refracting power, but the reflection between them merely serves as a so-called light guide for guiding a light beam. In the present embodiment, by forming at least three reflecting surfaces having a refractive power integrally, it is possible to obtain a compact and free shape having a function of bending the optical axis and a function of correcting aberration, and to achieve a high performance with a compact shape. An optical system is obtained.
【0100】本実施例においては、物体光線が位置7
で、又瞳光線が位置8でそれぞれ中間結像している。こ
のように本実施例では従来の撮影光学系に比べて入射面
に近い段階で夫々の光線を中間結像させることにより、
絞りR1より像側において物体光線・瞳光線で有効範囲の
きまる各面の大きさを抑制し、光学系の断面の大きさを
小さくすることに成功している。In the present embodiment, the object ray is shifted to the position 7
, And the pupil rays are intermediately imaged at the position 8 respectively. As described above, in the present embodiment, each light beam is intermediately imaged at a stage closer to the incident surface as compared with the conventional imaging optical system,
On the image side from the stop R1, the size of each surface where the effective range is determined by the object beam and the pupil beam is suppressed, and the size of the cross section of the optical system has been successfully reduced.
【0101】さらに、本実施例においては光学系内部で
屈曲している基準軸5は同一平面内、即ち図2の紙面内
に含まれている。これによって、物体光線・瞳光線の素
子内部での中間結像とあいまって紙面に垂直な方向(X
方向)の大きさを小さくしている。Further, in this embodiment, the reference axis 5 bent inside the optical system is included in the same plane, that is, in the plane of FIG. As a result, the direction (X
Direction) is reduced in size.
【0102】光学系を構成する各反射面は、入出射する
基準軸と反射面との交点における法線が、基準軸の方向
と一致しない所謂偏心反射面である。これは従来のミラ
ー光学系において発生するケラレを防止するとともに、
これによってより自由な配置をとることができ、スペー
ス効率がよく、コンパクトで自由な形状の光学素子を構
成することができる。Each of the reflecting surfaces constituting the optical system is a so-called eccentric reflecting surface in which the normal line at the intersection between the reference axis and the reflecting surface does not coincide with the direction of the reference axis. This prevents vignetting that occurs in conventional mirror optical systems,
As a result, a more flexible arrangement can be obtained, and a space-efficient optical element having a compact and free shape can be formed.
【0103】さらに各反射面の形状は直交する二つの面
(yz 面、xz面)内で曲率半径が異なる面である。これは
各反射面を偏心配置した事によって生じる偏心収差を押
さえるためであるが、さらにこの反射面を非対称な面と
する事により、諸収差を良好に補正し所望の光学性能を
達成している。The shape of each reflecting surface is two orthogonal surfaces.
These are planes with different radii of curvature within (yz plane, xz plane). This is to suppress the eccentric aberration caused by the eccentric arrangement of each reflecting surface. By making this reflecting surface asymmetrical, various aberrations are corrected well and desired optical performance is achieved. .
【0104】また,本実施例では絞りR1を入射面R2の直
前に配置している。従来の撮影光学系の場合、絞り(入
射瞳)を光学系の内部に配置する場合が多く、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。本実施例においては、絞り
R1を撮影光学系の物体側(光学系の光束入射側)に配置
することにより、光学系を広角化した時に生じる撮影光
学系の大型化を抑えている。In this embodiment, the stop R1 is arranged immediately before the entrance surface R2. In the case of a conventional photographing optical system, a stop (entrance pupil) is often arranged inside the optical system, and the larger the distance from the stop to the entrance surface located closest to the object side, the larger the effective beam diameter of the entrance surface. However, there is a problem that the size increases with an increase in the angle of view. In the present embodiment,
By arranging R1 on the object side of the photographing optical system (light beam incident side of the optical system), the enlargement of the photographing optical system that occurs when the optical system is widened is suppressed.
【0105】反射光学系の特徴として、各面の配置を組
み合わせることで入射する基準軸と射出する基準軸の方
向をさまざまに変化させることができる。As a feature of the reflection optical system, the directions of the reference axis to be incident and the reference axis to be emitted can be variously changed by combining the arrangement of the respective surfaces.
【0106】[実施例2]図5は本発明の実施例2の光
学系のYZ面内での断面図である。本実施例は水平画角6
3.4度、垂直画角49.6度の撮影光学系である。図5は光
路も図示している。本実施例の構成データを以下に示
す。[Embodiment 2] FIG. 5 is a sectional view of an optical system according to Embodiment 2 of the present invention in the YZ plane. This embodiment has a horizontal angle of view of 6
It is a shooting optical system with 3.4 degrees and a vertical angle of view of 49.6 degrees. FIG. 5 also illustrates the optical path. The configuration data of this embodiment is shown below.
【0107】[0107]
【外3】 [Outside 3]
【0108】[0108]
【外4】 [Outside 4]
【0109】図5中、10は複数の曲面反射面を有する
光学素子でありガラス等の透明体で構成している。光学
素子10の表面には物体からの光線の通過順に、負の屈
折力を有する凹屈折面(入射面)R2及び凹面鏡R3・凸面
鏡R4・凹面鏡R5・反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面及
び正の屈折力を有する凸屈折面(射出面)R8を形成して
いる。R1は光学素子10の物体側に配置した絞り、R9は
最終結像面であり、CCD 等の撮像素子の撮像面が位置す
る。5は撮影光学系の基準軸である。In FIG. 5, reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, there are five reflecting surfaces of a concave refracting surface (incident surface) R2 and a concave mirror R3, a convex mirror R4, a concave mirror R5, a reflecting surface R6, and a concave mirror R7 having negative refracting power in the order of passage of light rays from the object. And a convex refractive surface (exit surface) R8 having a positive refractive power. R1 is a stop arranged on the object side of the optical element 10, and R9 is a final image forming surface, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0110】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称
な面である。Each of the two refracting surfaces is a rotationally symmetric spherical surface, and all the reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0111】次に本実施例における結像作用を説明す
る。物体からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射
光量を規制された後、光学素子10の入射面R2に入射
し、面R3で反射された後、面R3とR4の間で一旦結像し、
次いで面R4,R5,R6,R7 で次々に反射して行き、射出面R8
から射出し、最終結像面R9上に再結像する。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The luminous flux 1 from the object is incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop (entrance pupil) R1, is reflected by the surface R3, and is once formed between the surfaces R3 and R4. Statue and
Next, the light is reflected on the surfaces R4, R5, R6, and R7 one after another, and
And re-images on the final imaging plane R9.
【0112】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having a desired optical performance and a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0113】本実施例では、光学素子10に入射する基
準軸の方向とこれから射出する基準軸の方向は平行でか
つ反対方向を向いている。又、入出射を含むすべての基
準軸は紙面(YZ平面)に載っている。In this embodiment, the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis emerging therefrom are parallel and opposite to each other. In addition, all reference axes including incident and outgoing light are on the paper surface (YZ plane).
【0114】本実施例においては、近距離物体へのフォ
ーカシングは光学系全体を撮像素子の撮像面R9に対して
移動させることで行う。とくに本実施例においては、光
学素子10に入射する基準軸の方向と光学系10から射
出する基準軸の方向は平行でであるため、光学系全体を
射出する基準軸の方向(Z 軸方向)に平行に移動させる
事で、従来のレンズ系と同様にフォーカシング動作を行
うことができる。In this embodiment, focusing on a short-distance object is performed by moving the entire optical system with respect to the imaging surface R9 of the imaging device. Particularly in this embodiment, since the direction of the reference axis entering the optical element 10 and the direction of the reference axis exiting from the optical system 10 are parallel, the direction of the reference axis exiting the entire optical system (Z-axis direction) , The focusing operation can be performed similarly to the conventional lens system.
【0115】また、本実施例の光学系の横収差図を図6
に示す。FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
Shown in
【0116】本実施例の効果を説明する。本実施例は実
施例1と同じ効果を有する。The effect of this embodiment will be described. This embodiment has the same effect as the first embodiment.
【0117】その他に本実施例では光学素子10の入出
射面はともに光学素子の片側に配置されているためX 方
向の薄型化とともに、Z 軸(+) 方向の全長の小さい光学
系を構成することができる。In addition, in the present embodiment, since both the input and output surfaces of the optical element 10 are arranged on one side of the optical element, the optical system can be made thinner in the X direction and also have a small overall length in the Z axis (+) direction. be able to.
【0118】本実施例は実施例1に比べて基準軸光線の
方向を反転させるために反射面を一面追加した構成とな
っているため、各面での屈折力と非対称収差の補正能力
の配分を適切に行うことで結像性能の向上や更なる広画
角化が達成できる。Since the present embodiment has a configuration in which one reflecting surface is added to reverse the direction of the reference axis light beam as compared with the first embodiment, the distribution of the refracting power and the ability to correct the asymmetric aberration on each surface. By appropriately performing the above, it is possible to improve the imaging performance and further widen the angle of view.
【0119】[実施例3]図7は本発明の実施例3の光
学系のYZ面内での断面図である。本実施例は水平画角4
0.0度、垂直画角52.0度の撮影光学系である。図7は光
路も図示している。本実施例の構成データを以下に示
す。[Embodiment 3] FIG. 7 is a sectional view in the YZ plane of an optical system according to Embodiment 3 of the present invention. This embodiment has a horizontal angle of view of 4
This is a photographic optical system with a 0.0 degree vertical angle of view of 52.0 degrees. FIG. 7 also illustrates the optical path. The configuration data of this embodiment is shown below.
【0120】[0120]
【外5】 [Outside 5]
【0121】[0121]
【外6】 [Outside 6]
【0122】図7中、10は複数の曲面反射面を有する
光学素子でありガラス等の透明体で構成している。光学
素子10の表面には物体からの光線の通過順に、正の屈
折力を有する凸屈折面(入射面)R2及び凹面鏡R3・凸面
鏡R4・凹面鏡R5・反射面R6・凹面鏡R7・凸面鏡R8の六つ
の反射面及び正の屈折力を有する凸屈折面(射出面)R9
を形成している。R1は光学素子10の物体側に配置した
絞り(入射瞳)、R10は最終結像面であり、CCD 等の撮
像素子の撮像面が位置する。5は撮影光学系の基準軸で
ある。In FIG. 7, reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, in order of passage of light rays from the object, there are six convex refracting surfaces (incident surfaces) R2, concave mirrors R3, convex mirrors R4, concave mirrors R5, reflecting surfaces R6, concave mirrors R7, and convex mirrors R8 having a positive refractive power. Reflection surface and convex refraction surface (exit surface) R9 having positive refractive power
Is formed. R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10, and R10 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0123】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称
な面である。Each of the two refracting surfaces is a rotationally symmetric spherical surface, and all the reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0124】次に本実施例の結像作用を説明する。物体
からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射光量を規
制された後、光学素子10の入射面R2に入射し、面R3で
反射された後、面R3とR4の間で一旦結像し、次いで面R
4,R5,R6,R7,R8で次々に反射して行き、射出面R9から射
出し、最終結像面R10 上に再結像する。Next, the image forming operation of this embodiment will be described. The luminous flux 1 from the object is incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop (entrance pupil) R1, is reflected by the surface R3, and is once formed between the surfaces R3 and R4. Image, then surface R
The light is sequentially reflected at 4, R5, R6, R7, and R8, exits from the exit surface R9, and is re-imaged on the final imaging surface R10.
【0125】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole by the refractive power of the input / output surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0126】また、本実施例の横収差図を図8に示す。FIG. 8 shows a lateral aberration diagram of the present embodiment.
【0127】本実施例では、光学素子10に入射する基
準軸の方向とこれから射出する基準軸の方向は直交して
いる。又、入出射を含むすべての基準軸は紙面(YZ平
面)に載っている。In this embodiment, the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis emerging therefrom are orthogonal to each other. In addition, all reference axes including incident and outgoing light are on the paper surface (YZ plane).
【0128】このように構成する事で、光学系のバック
フォーカスが占める部分やCCD などの撮像素子のパッケ
ージ・回路部分等の厚みをY 方向に纏めることが可能と
なるため、X 方向の薄型化とともに図7にD で示すZ 方
向の薄型化も達成できる。With this configuration, the thickness of the portion occupied by the back focus of the optical system and the package and circuit portion of the image sensor such as a CCD can be integrated in the Y direction, so that the thickness in the X direction can be reduced. At the same time, a reduction in thickness in the Z direction indicated by D in FIG. 7 can be achieved.
【0129】[実施例4]図9は本発明の実施例4の光
学系のYZ面内での断面図である。本実施例は水平画角6
3.4度、垂直画角49.6度の撮影光学系である。図9は光
路も図示している。本実施例の構成データを以下に示
す。[Embodiment 4] FIG. 9 is a sectional view of an optical system according to Embodiment 4 of the present invention in the YZ plane. This embodiment has a horizontal angle of view of 6
It is a shooting optical system with 3.4 degrees and a vertical angle of view of 49.6 degrees. FIG. 9 also illustrates the optical path. The configuration data of this embodiment is shown below.
【0130】[0130]
【外7】 [Outside 7]
【0131】[0131]
【外8】 [Outside 8]
【0132】図9中、10は複数の曲面反射面を有する
光学素子でありガラス等の透明体で構成している。光学
素子10の表面には物体からの光線の通過順に、負の屈
折力を有する凹屈折面(入射面)R2及び凹面鏡R3・凸面
鏡R4・凹面鏡R5・反射面R6の四つの反射面及び正の屈折
力を有する凸屈折面(射出面)R7を形成している。R1は
光学素子10の物体側に配置した絞り(入射瞳)、R8は
最終結像面であり、CCD 等の撮像素子の撮像面が位置す
る。5は撮影光学系の基準軸である。In FIG. 9, reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, in the order of passage of light rays from the object, four reflecting surfaces of a concave refracting surface (incident surface) R2 having a negative refracting power, a concave mirror R3, a convex mirror R4, a concave mirror R5, a reflecting surface R6, and a positive surface A convex refractive surface (exit surface) R7 having a refractive power is formed. R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10, and R8 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0133】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称
な面である。The two refracting surfaces are both rotationally symmetric spherical surfaces, and all the reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0134】次に本実施例の結像作用を説明する。物体
からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射光量を規
制された後、光学素子10の入射面R2に入射し、面R3で
反射された後、面R3とR4の間で一旦結像し、次いで面R
4,R5,R6で次々に反射して行き、射出面R7から射出し、
最終結像面R8上に再結像する。Next, the image forming operation of this embodiment will be described. The luminous flux 1 from the object is incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop (entrance pupil) R1, is reflected by the surface R3, and is once formed between the surfaces R3 and R4. Image, then surface R
4, R5, R6 reflected one after another, emitted from the exit surface R7,
The image is re-imaged on the final image plane R8.
【0135】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having desired optical performance and a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0136】本実施例の横収差図を図10に示す。FIG. 10 shows a lateral aberration diagram of the present embodiment.
【0137】本実施例では、光学素子10に入射する基
準軸の方向とこれから射出する基準軸は約45゜の角度を
なしている。これは各反射面への光線の入射角が小さく
なる様に、各面での光線が干渉しない程度に基準軸を折
り曲げた結果、射出基準軸が入射基準軸に対して平行も
しくは垂直にならない例である。In this embodiment, the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the reference axis emerging therefrom form an angle of about 45 °. This is an example in which the reference axis is bent so that the light rays on each surface do not interfere with each other so that the incident angle of the light beam on each reflection surface becomes small, so that the emission reference axis is not parallel or perpendicular to the incident reference axis It is.
【0138】この場合でも、光学系全体のX 方向への薄
型化を維持するために、入射基準軸と射出基準軸を含む
基準軸光線はすべて同一平面(YZ 平面)上にある。Even in this case, all the reference axis rays including the incident reference axis and the exit reference axis are on the same plane (YZ plane) in order to keep the entire optical system thin in the X direction.
【0139】[実施例5]図11は本発明の実施例5の
光学系のXZ面の断面図及びその側面図である。図12は
実施例5の斜視図であり、光路も図示している。本実施
例は水平画角56.8度、垂直画角44度の撮影光学系であ
る。[Embodiment 5] FIG. 11 is a sectional view of an optical system according to Embodiment 5 of the present invention, taken along the XZ plane, and a side view thereof. FIG. 12 is a perspective view of the fifth embodiment, and also illustrates an optical path. This embodiment is an imaging optical system having a horizontal angle of view of 56.8 degrees and a vertical angle of view of 44 degrees.
【0140】本実施例にかぎり、各面のティルトはXZ面
内、XY面内の2種類あるため、ローカル座標系の定義を
変えている。まず、第i面のXZ面内でのチルト角をY 軸
正方向からみて時計回り方向を正とした角度φi(単位
degree)で表し、XY面内でのチルト角をZ 軸正方向から
みて反時計回り方向を正とした角度θi(単位degree)
で表す。さらに、第i面のローカル座標(x,y,z )の各
軸は絶対座標系(X,Y,Z) に対して、まず原点を(Xi,Yi,Z
i)に移動した後に、XZ面内で角度φi傾け、最後にXY面
内で角度θi傾けたものとし具体的には以下のように設
定するものとする。In the present embodiment, the definition of the local coordinate system is changed because there are two types of tilts on each plane, that is, an XZ plane and an XY plane. First, when the tilt angle of the i-th surface in the XZ plane is viewed from the positive direction of the Y-axis, an angle φi with the clockwise direction being positive (unit:
degree), the tilt angle in the XY plane as viewed from the positive direction of the Z-axis, with the counterclockwise direction as the positive angle θi (degrees)
Expressed by Further, each axis of the local coordinate (x, y, z) on the i-th surface is first set at the origin (Xi, Yi, Z) with respect to the absolute coordinate system (X, Y, Z).
After moving to i), it is assumed that it is inclined at an angle φi in the XZ plane and finally inclined at an angle θi in the XY plane. Specifically, the following settings are made.
【0141】原点(Xi,Yi,Zi) z :第1面の光軸方向であるZ 方向に対しXZ面内で角度
φi、そしてXY面内で角度θi傾けた方向 y :z 方向に対しYZ面内において反時計方向に90゜をな
す方向 x :反射面の頂点位置を原点とし、YZ面に対し垂直な方
向 本実施例の構成データは次のとおりである。Origin (Xi, Yi, Zi) z: Angle φi in the XZ plane with respect to the Z direction which is the optical axis direction of the first surface, and direction inclined at angle θi in the XY plane y: YZ with respect to the z direction A direction x that forms 90 ° in the plane counterclockwise in the plane: a direction perpendicular to the YZ plane with the vertex position of the reflection surface as the origin, configuration data of the present embodiment is as follows.
【0142】[0142]
【外9】 [Outside 9]
【0143】[0143]
【外10】 [Outside 10]
【0144】図11中、10は1つの平面反射面と複数
の曲面反射面を有する光学素子でありガラス等の透明体
で構成している。光学素子10の表面には物体からの光
線の通過順に、正の屈折力を有する凸屈折面(入射面)
R2及び平面反射面R3・凹面鏡R4・凸面鏡R5・凹面鏡R6・
反射面R7・凹面鏡R8の六つの反射面及び正の屈折力を有
する凸屈折面(射出面)R9を形成している。R1は光学素
子10の物体側に配置した絞り(入射瞳)、R10 は最終
結像面であり、CCD 等の撮像素子の撮像面が位置する。
5は撮影光学系の基準軸である。In FIG. 11, reference numeral 10 denotes an optical element having one flat reflecting surface and a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. A convex refractive surface (incident surface) having a positive refractive power is arranged on the surface of the optical element 10 in the order of passage of light rays from the object.
R2 and flat reflecting surface R3, concave mirror R4, convex mirror R5, concave mirror R6
Six reflecting surfaces of a reflecting surface R7 and a concave mirror R8 and a convex refracting surface (exit surface) R9 having a positive refractive power are formed. R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10, and R10 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located.
Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0145】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての曲面の反射面は対称面を1つだけ
有する面である。The two refracting surfaces are both rotationally symmetric spherical surfaces, and the reflecting surfaces of all the curved surfaces are surfaces having only one symmetric surface.
【0146】次に本実施例における結像作用を説明す
る。Z(-)方向から来た物体からの光束1は、絞り(入射
瞳)R1により入射光量を規制された後、光学素子10の
入射面R2に入射して収斂作用を受け、次いで平面反射面
R3で反射されてX(-)方向に偏向された後、面R4で反射さ
れて一旦結像し、次いで面R5,R6,R7,R8 で次々に反射し
て行き、射出面R9からX(+)方向に射出し、最終結像面R1
0 上に再結像する。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The luminous flux 1 from the object coming from the Z (-) direction is regulated by the stop (entrance pupil) R1 and then incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 to be subjected to a converging action, and then to a plane reflecting surface.
After being reflected by R3 and deflected in the X (-) direction, it is reflected by surface R4 to form an image once, then reflected by surfaces R5, R6, R7, R8 one after another, and exits from surface R9 to X ( (+) Direction, and the final image plane R1
Re-image on 0.
【0147】物体光線は面R4と面R5との間で中間結像
し、瞳光線は、面R6と面R7との間で中間結像する。The object ray forms an intermediate image between the plane R4 and the plane R5, and the pupil ray forms an intermediate image between the plane R6 and the plane R7.
【0148】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0149】本実施例の光学系の横収差図を図13に示
す。FIG. 13 shows a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
【0150】本実施例の場合、光学素子10の入射面R2
に比較的強い正の屈折力を持たせることで、軸上,軸外
の光束を集光させて平面反射面R3が大きくなるのを防止
し、ひいては光学系全体のさらなる薄型化を達成してい
る。In the case of this embodiment, the incident surface R2 of the optical element 10
Has a relatively strong positive refracting power, condensing on-axis and off-axis light beams to prevent the plane reflecting surface R3 from becoming large, and thus further reducing the overall thickness of the optical system. I have.
【0151】本実施例においては、入射基準軸(Z 軸)
に対して垂直な面(XY平面)内で反射面R3以降の基準軸
光線を屈曲させている。(光学素子10中の基準軸の長
さの略80% がXY平面に載っている)。In this embodiment, the incident reference axis (Z axis)
The reference axis ray after the reflection surface R3 is bent in a plane (XY plane) perpendicular to the plane. (Approximately 80% of the length of the reference axis in the optical element 10 is on the XY plane).
【0152】いままでの実施例においては入射基準軸、
射出基準軸を含むすべての基準軸がある平面(YZ面)に
含まれていたが、撮影光学系のレイアウトの関係上,入
射基準軸が該平面と平行ではない場合が好ましい場合が
ある。そこで本実施例の場合、他の実施例と同様に光学
系内の屈曲した基準軸が含まれる面と垂直な方向( この
場合はZ 軸方向)では薄型化が可能であることから、撮
影方向に対して薄型の撮影光学系が構成でき、カメラ等
に組み込む際の自由度が更に拡がる。In the above embodiments, the incident reference axis,
Although all the reference axes including the emission reference axis are included in a plane (YZ plane), it may be preferable that the incident reference axis is not parallel to the plane due to the layout of the imaging optical system. Therefore, in the case of the present embodiment, as in the other embodiments, the thickness can be reduced in the direction perpendicular to the plane including the bent reference axis in the optical system (in this case, the Z-axis direction). Therefore, a thin photographing optical system can be configured, and the degree of freedom in incorporating the optical system into a camera or the like is further expanded.
【0153】本実施例においては、入射基準軸(Z 軸)
に対して垂直な面(XY平面)内で殆どその他の基準軸光
線を屈曲させている。即ち本実施例では光学素子10中
の基準軸の長さの略80% がXY平面内に載るようにしてい
るが、これによって光学素子10のZ 方向の薄型化が達
成されている。In this embodiment, the incident reference axis (Z axis)
Almost all other reference axis rays are bent in a plane perpendicular to the plane (XY plane). That is, in the present embodiment, approximately 80% of the length of the reference axis in the optical element 10 is placed on the XY plane, whereby the thickness of the optical element 10 in the Z direction is reduced.
【0154】本実施例においては光学素子内の殆どの基
準軸が載っている平面に対して入射基準軸を垂直に配置
したが、射出基準軸を垂直にしてもよい。その際には、
射出面の直前に平面反射面を配置すれば良い。この場
合、殆どの基準軸が載っている平面に垂直な方向への薄
型化が達成できるとともに、撮像素子レイアウト上の自
由度が生まれる。In this embodiment, the incident reference axis is arranged perpendicular to the plane on which most of the reference axes in the optical element are mounted, but the emission reference axis may be perpendicular. In that case,
What is necessary is just to arrange | position a plane reflection surface just before an emission surface. In this case, the thickness can be reduced in the direction perpendicular to the plane on which most of the reference axes are mounted, and the degree of freedom in the layout of the imaging device is created.
【0155】さらに入射基準軸・射出基準軸ともに、殆
どの基準軸が載っている平面に対して垂直に配置するこ
とも可能であり、自由なレイアウトを取りつつ入出射光
軸を平行にすることで、従来のレンズ系と同様なフォー
カシング動作を行う事ができる。Further, it is possible to arrange both the incident reference axis and the emission reference axis perpendicular to the plane on which most of the reference axes are mounted, and to make the incoming and outgoing optical axes parallel while taking a free layout. A focusing operation similar to that of the conventional lens system can be performed.
【0156】[実施例6]図14は本発明の実施例6の
光学系のYZ面内の断面図である。本実施例は水平画角5
2.0度、垂直画角40.0度の撮影光学系である。図14に
は光路も図示している。これまでの実施例は、すべて透
明体の表面に屈折面や反射面が形成された光学素子を使
用していたが、複数の反射面を中空のブロックの内部に
表面鏡で構成しても良い。本実施例は中空ブロックの内
面に鏡面を設けて光学素子を構成した実施例である。[Embodiment 6] FIG. 14 is a sectional view in the YZ plane of an optical system according to Embodiment 6 of the present invention. This embodiment has a horizontal angle of view of 5
It is a shooting optical system with 2.0 degrees and vertical angle of view of 40.0 degrees. FIG. 14 also shows the optical path. In all of the embodiments described above, the optical element in which the refraction surface and the reflection surface are formed on the surface of the transparent body is used. However, a plurality of reflection surfaces may be configured by a surface mirror inside the hollow block. . This embodiment is an embodiment in which a mirror surface is provided on the inner surface of a hollow block to constitute an optical element.
【0157】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。The configuration data of this embodiment is as follows.
【0158】[0158]
【外11】 [Outside 11]
【0159】[0159]
【外12】 [Outside 12]
【0160】図14中、60は内部に複数の曲面より成
る反射面を形成した中空のブロック(光学素子)であ
る。光学素子60の内部表面には物体からの光線の通過
順に、凹面鏡R2・反射面R3・反射面R4・凹面鏡R5の四つ
の反射面を形成している。R1は光学素子60の物体側に
配置した絞り(入射瞳)、R6は最終結像面であり、CCD
等の撮像素子の撮像面が位置する。5は撮影光学系の基
準軸である。すべての基準軸は紙面(YZ平面)に載って
いる。In FIG. 14, reference numeral 60 denotes a hollow block (optical element) having a reflection surface formed of a plurality of curved surfaces formed therein. On the inner surface of the optical element 60, four reflecting surfaces of a concave mirror R2, a reflecting surface R3, a reflecting surface R4, and a concave mirror R5 are formed in the order of passage of light rays from the object. R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 60, R6 is a final image plane, and the CCD
The imaging surface of the imaging device is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system. All reference axes are on the paper (YZ plane).
【0161】なお、すべての反射面はYZ平面のみに対し
て対称な面である。It is to be noted that all reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0162】次に本実施例の結像作用を説明する。物体
からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射光量を規
制された後、光学素子60の部分に入射し、反射面R2で
反射された後、反射面R3近傍で一旦結像し、次いで面R
3,R4,R5で次々に反射して後、光学素子60の部分から
射出し、最終結像面R6上に再結像する。Next, the image forming operation of this embodiment will be described. The light flux 1 from the object is incident on the optical element 60 after the amount of incident light is regulated by the stop (entrance pupil) R1, is reflected by the reflection surface R2, and forms an image once near the reflection surface R3. Then face R
After being reflected one after another at R3 and R5, the light exits from the optical element 60 and is re-imaged on the final image plane R6.
【0163】物体光線は面R2と面R3との間で中間結像
し、最終結像面上に再び縮小結像する。瞳光線は面R3付
近で中間結像する。The object ray forms an intermediate image between the plane R2 and the plane R3, and forms a reduced image again on the final image plane. The pupil ray forms an intermediate image near the surface R3.
【0164】この様に光学素子60は、その中での複数
の曲面反射鏡による屈折力によって、所望の光学性能を
有する全体として正の屈折力を有するレンズユニットと
して機能している。As described above, the optical element 60 functions as a lens unit having a desired optical performance and a positive refractive power as a whole due to the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein.
【0165】本実施例の光学系の横収差図を図15に示
す。FIG. 15 shows a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
【0166】本実施例においては表面反射鏡のみを用い
ており、屈折面がないので色収差が発生しないという利
点がある。本実施例のように表面鏡を用いる場合には、
面相互の位置の誤差の発生を防ぐために、各反射面を一
体に形成する事が好ましい。In this embodiment, only the surface reflecting mirror is used, and there is an advantage that chromatic aberration does not occur because there is no refracting surface. When a surface mirror is used as in this embodiment,
In order to prevent the occurrence of an error in the position between the surfaces, it is preferable to form each reflecting surface integrally.
【0167】[実施例7]図16は本発明の実施例7の
光学系のYZ面内の断面図である。本実施例は水平画角5
2.0度、垂直画角40.0度の撮影光学系である。図16に
は光路も図示している。この実施例は、複数の表面反射
鏡を形成した中空のブロック(光学素子)と2つの屈折
レンズによって光学系を構成する例である。[Embodiment 7] FIG. 16 is a sectional view in the YZ plane of an optical system according to Embodiment 7 of the present invention. This embodiment has a horizontal angle of view of 5
It is a shooting optical system with 2.0 degrees and vertical angle of view of 40.0 degrees. FIG. 16 also shows the optical path. This embodiment is an example in which an optical system is configured by a hollow block (optical element) having a plurality of surface reflecting mirrors and two refraction lenses.
【0168】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。The configuration data of this embodiment is as follows.
【0169】[0169]
【外13】 [Outside 13]
【0170】[0170]
【外14】 [Outside 14]
【0171】図16中、60は内部に複数の曲面反射面
を形成した中空のブロック(光学素子)である。71、
72は夫々凸レンズ(屈折光学系)であり、夫々光学素
子60の入口及び出口に配置している。光学素子60の
内部表面には物体からの光線の通過順に、凹面鏡R4・凸
面鏡R5・凹面鏡R6・反射面R7の四つの反射面を形成して
いる。R1は凸レンズ71の物体側に配置した絞り(入射
瞳)、R10 は最終結像面であり、CCD 等の撮像素子の撮
像面が位置する。5は撮影光学系の基準軸である。すべ
ての基準軸は紙面(YZ平面)に載っている。In FIG. 16, reference numeral 60 denotes a hollow block (optical element) having a plurality of curved reflecting surfaces formed therein. 71,
Reference numeral 72 denotes a convex lens (refractive optical system), which is disposed at the entrance and exit of the optical element 60, respectively. On the inner surface of the optical element 60, four reflecting surfaces of a concave mirror R4, a convex mirror R5, a concave mirror R6, and a reflecting surface R7 are formed in the order of passage of light rays from the object. R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the convex lens 71, and R10 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system. All reference axes are on the paper (YZ plane).
【0172】なお、光学素子60、凸レンズ71、72
等は光学系70の一要素を構成している。The optical element 60, the convex lenses 71 and 72
These constitute one element of the optical system 70.
【0173】次に本実施例における結像作用を説明す
る。物体からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射
光量を規制された後、凸レンズ71の屈折面R2,R3 で屈
折して収斂し、光学素子70の部分に入射し、反射面R4
で反射された後、反射面R5近傍で一旦結像し、次いで面
R5,R6,R7で次々に反射した後、光学素子70の部分から
射出して凸レンズ72に入射し、屈折面R8,R9 で屈折し
た後、最終結像面R10 上に再結像する。物体光線は面R4
と面R5との間で中間結像し、次いで最終結像面R10 上に
縮小結像する。瞳光線は面R6と面R7との間で中間結像す
る。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The light flux 1 from the object is restricted by the stop (entrance pupil) R1 and then refracted by the refraction surfaces R2 and R3 of the convex lens 71, converges, enters the optical element 70, and enters the reflection surface R4.
After being reflected at the surface, an image is once formed near the reflecting surface R5 and then
After being sequentially reflected by R5, R6, and R7, the light exits from the optical element 70, enters the convex lens 72, is refracted by the refraction surfaces R8, R9, and is re-imaged on the final imaging surface R10. Object ray is surface R4
And the surface R5, and then form a reduced image on the final imaging surface R10. The pupil ray forms an intermediate image between the plane R6 and the plane R7.
【0174】この様に光学系70は、光学素子60中の
複数の曲面反射鏡による屈折力及び2つの凸レンズ7
1、72の屈折力によって、所望の光学性能を有する全
体として正の屈折力を有するレンズユニットとして機能
している。As described above, the optical system 70 has the refractive power of the plurality of curved mirrors in the optical element 60 and the two convex lenses 7.
With the refractive powers of 1, 72, the lens unit functions as a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole.
【0175】本実施例の光学系の横収差図を図17に示
す。FIG. 17 shows a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
【0176】本実施例では、中空鏡面を用いた光学素子
60の入射側・射出側にそれぞれ屈折系を配すること
で、空気中での反射では屈折率が小さい(=1.0)ことから
生ずる屈折力の不足を補っている。In this embodiment, the refraction system is disposed on each of the entrance side and the exit side of the optical element 60 using the hollow mirror surface, so that the refraction caused by the small refractive index (= 1.0) in the reflection in the air. It compensates for the lack of power.
【0177】また、表面反射鏡を使用するとその面へ付
着したゴミ等は撮影時に画面上のかげとして写り易い
が、本実施例では2つの凸レンズ71、72と光学素子
60を一体に形成することによりゴミ等の侵入を防止し
ている。Further, if a surface reflecting mirror is used, dust or the like adhering to the surface is likely to appear as a shadow on the screen during photographing. In this embodiment, however, the two convex lenses 71 and 72 and the optical element 60 are formed integrally. This prevents dust from entering.
【0178】また、本実施例では光学系の光入射側に凸
レンズを配して光線を収束させて、光学素子60の第一
反射面R4が大きくなるのを防止しており、又光学系の光
射出側にもやはり凸レンズ72を配することで屈折力を
補っている。Further, in this embodiment, a convex lens is arranged on the light incident side of the optical system to converge the light rays, thereby preventing the first reflecting surface R4 of the optical element 60 from becoming large. The refractive power is supplemented by arranging the convex lens 72 also on the light exit side.
【0179】[実施例8]図18は本発明の実施例8の
光学系のYZ面内の断面図である。本実施例は水平画角5
2.6度、垂直画角40.6度の撮影光学系である。図18に
は光路も図示している。[Eighth Embodiment] FIG. 18 is a sectional view of an optical system according to an eighth embodiment of the present invention in the YZ plane. This embodiment has a horizontal angle of view of 5
It is a photographic optical system with 2.6 degrees and a vertical angle of view of 40.6 degrees. FIG. 18 also shows the optical path.
【0180】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。The configuration data of this embodiment is as follows.
【0181】[0181]
【外15】 [Outside 15]
【0182】[0182]
【外16】 [Outside 16]
【0183】図18中、10は2つの屈折面と複数の曲
面反射面を有する光学素子でありガラス等の透明体で構
成している。光学素子10の表面には物体からの光線の
通過順に、負の屈折力を有する凹屈折面(入射面)R2及
び凹面鏡R3・反射面R4・反射面R5・凹面鏡R6の四つの反
射面及び負の屈折力を有する凹屈折面(射出面)R7を形
成している。R1は光学素子10の物体側に配置した絞り
(入射瞳)、R8は最終結像面であり、CCD 等の撮像素子
の撮像面が位置する。5は撮影光学系の基準軸である。
すべての基準軸は紙面(YZ 平面)に載っている。In FIG. 18, reference numeral 10 denotes an optical element having two refracting surfaces and a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, in the order of passage of light rays from the object, the four reflecting surfaces of the concave refracting surface (incident surface) R2 and the concave mirror R3, the reflecting surface R4, the reflecting surface R5, and the concave mirror R6 having negative refracting power and the negative reflecting surface. A concave refracting surface (exit surface) R7 having a refractive power of? R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10, and R8 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
All reference axes are on the paper (YZ plane).
【0184】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての面はYZ平面のみに対して対称な面
である。Each of the two refracting surfaces is a rotationally symmetric spherical surface, and all the surfaces are symmetrical only with respect to the YZ plane.
【0185】次に本実施例における結像作用を説明す
る。Z(-)方向から来た物体からの光束1は、絞り(入射
瞳)R1により入射光量を規制された後、光学素子10の
入射面R2に入射して発散作用を受け、次いで凹面鏡R3で
反射されて一旦結像し、次いで面R4,R5,R6で次々に反射
して行き、射出面R7から射出し、最終結像面R8上に再結
像する。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The luminous flux 1 from the object coming from the Z (-) direction is regulated by a stop (entrance pupil) R1 and then incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 to undergo a diverging action, and then by the concave mirror R3. The light is reflected and forms an image once, and then reflected one after another on the surfaces R4, R5, and R6, exits from the exit surface R7, and is re-imaged on the final imaging surface R8.
【0186】物体光線は面R4近傍で中間結像し、瞳光線
は、面R5近傍で中間結像する。The object ray forms an intermediate image near the plane R4, and the pupil ray forms an intermediate image near the plane R5.
【0187】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0188】本実施例の光学系の横収差図を図19に示
す。FIG. 19 shows a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
【0189】本実施例では入射面である面R2を球面の凹
屈折面にし、軸外主光線について物体側にコンセントリ
ックにして軸外諸収差の発生を低減している。又、射出
面である面R7も球面の凹屈折面として軸上光線について
像側にコンセントリックにすることで球面収差、軸上色
収差を抑えている。In this embodiment, the incidence surface R2 is a spherical concave refraction surface, and the off-axis principal ray is concentric on the object side to reduce the occurrence of various off-axis aberrations. Also, the surface R7, which is the exit surface, is a concave concave refracting surface, so that axial rays are concentric on the image side, thereby suppressing spherical aberration and axial chromatic aberration.
【0190】[実施例9]図20は本発明の実施例9の
光学系のYZ面内の断面図である。本実施例は水平画角6
3.4°、垂直画角49.6°の撮影光学系である。図20に
は光路も図示している。光学系の構成データは次のとお
りである。[Embodiment 9] FIG. 20 is a sectional view in the YZ plane of an optical system according to Embodiment 9 of the present invention. This embodiment has a horizontal angle of view of 6
This is a shooting optical system with a 3.4 ° vertical angle of view of 49.6 °. FIG. 20 also shows the optical path. The configuration data of the optical system is as follows.
【0191】[0191]
【外17】 [Outside 17]
【0192】[0192]
【外18】 [Outside 18]
【0193】図20中、10は複数の曲面反射面を有す
る光学素子でありガラス等の透明体で構成している。光
学素子10の表面には物体からの光線の通過順に、正の
屈折力を有する凸屈折面(入射面)R2及び凹面鏡R3・凸
面鏡R4・凹面鏡R5・反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面
及び正の屈折力を有する凸屈折面(射出面)R8を形成し
ている。R1は光学素子10の物体側に配置した絞り(入
射瞳)、R9は最終結像面であり、CCD 等の撮像素子の撮
像面が位置する。5は撮影光学系の基準軸である。In FIG. 20, reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, there are five reflecting surfaces of a convex refracting surface (incident surface) R2 and a concave mirror R3, a convex mirror R4, a concave mirror R5, a reflecting surface R6, and a concave mirror R7 having a positive refracting power in the order of passage of light rays from the object. And a convex refractive surface (exit surface) R8 having a positive refractive power. R1 is a stop (entrance pupil) disposed on the object side of the optical element 10, and R9 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0194】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称
な面である。Each of the two refracting surfaces is a rotationally symmetric spherical surface, and all the reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0195】次に本実施例における結像作用を説明す
る。物体からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射
光量を規制された後、光学素子10の入射面R2に入射
し、面R3で反射された後一旦結像し、次いで面R4,R5,R
6,R7 で次々に反射して行き、射出面R8から射出し、最
終結像面R9上に再結像する。物体光線は面R3と面R4との
間で中間結像し、瞳光線は面R6近傍で中間結像する。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The light flux 1 from the object is incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop (entrance pupil) R1, reflected by the surface R3, forms an image once, and then forms the surfaces R4 and R5. , R
The light is successively reflected at 6, R7, exits from the exit surface R8, and is re-imaged on the final imaging surface R9. The object ray forms an intermediate image between the plane R3 and the plane R4, and the pupil ray forms an intermediate image near the plane R6.
【0196】本実施例の光学系の横収差図を図21に示
す。FIG. 21 shows a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
【0197】本実施例では、光学素子10に入射する基
準軸の方向とこれから射出する基準軸の方向は平行でか
つ反対方向である。また、入出射を含む基準軸はすべて
紙面内(YZ平面)に載っている。In this embodiment, the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis emerging therefrom are parallel and opposite. Further, the reference axes including the incoming and outgoing light are all placed in the plane of the paper (YZ plane).
【0198】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having a desired optical performance and a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0199】本実施例においては、近距離物体へのフォ
ーカシングは光学系全体を撮像素子の撮像面R9に対して
移動させることで行う。とくに本実施例においては、光
学素子10に入射する基準軸の方向と光学系10から射
出する基準軸の方向は平行であるため、光学系全体を射
出する基準軸の方向(Z軸方向)に平行に移動させる事
で、従来のレンズ系と同様にフォーカシング動作を行う
ことができる。In this embodiment, focusing on a short-distance object is performed by moving the entire optical system with respect to the imaging surface R9 of the imaging device. In particular, in the present embodiment, since the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis exiting from the optical system 10 are parallel, the direction of the reference axis exiting the entire optical system (Z-axis direction). By moving the lens in parallel, a focusing operation can be performed in the same manner as in a conventional lens system.
【0200】本実施例では入射面である面R2を球面の凸
屈折面とすることにより、軸外主光線を収束させ広画角
とした場合に第一反射面R3の有効径が大きくなるのを防
止している。又射出面である面R8も球面の凸屈折面と
し、バックフォーカスが長くなりすぎるのを防止すると
ともに、軸外主光線が像側テレセントリックになる様に
軸外光線のコントロールを行っている。In the present embodiment, by making the surface R2, which is the entrance surface, a spherical convex refraction surface, the effective diameter of the first reflection surface R3 becomes large when the off-axis principal ray is converged to have a wide angle of view. Has been prevented. The exit surface R8 is also a spherical convex refraction surface to prevent the back focus from becoming too long, and to control the off-axis rays so that the off-axis chief rays become image-side telecentric.
【0201】[実施例10]図22は本発明の実施例1
0の光学系のYZ面内の断面図である。本実施例は水平画
角63.4°、垂直画角49.6°の撮影光学系である。図22
には光路も図示している。光学系の構成データは次のと
おりである。[Embodiment 10] FIG. 22 shows Embodiment 10 of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of the optical system No. 0 in the YZ plane. This embodiment is an imaging optical system having a horizontal angle of view of 63.4 ° and a vertical angle of view of 49.6 °. FIG.
Also shows the optical path. The configuration data of the optical system is as follows.
【0202】[0202]
【外19】 [Outside 19]
【0203】[0203]
【外20】 [Outside 20]
【0204】図22中、10は複数の曲面反射面を有す
る光学素子でありガラス等の透明体で構成している。光
学素子10の表面には物体からの光線の通過順に、正の
屈折力を有する凸屈折面(入射面)R2及び凹面鏡R3・反
射面R4・反射面R5・反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面
及び負の屈折力を有する凹屈折面(射出面)R8を形成し
ている。R1は光学素子10の物体側に配置した絞り(入
射瞳)、R9は最終結像面であり、CCD 等の撮像素子の撮
像面が位置する。5は撮影光学系の基準軸である。In FIG. 22, reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass. On the surface of the optical element 10, there are five convex refracting surfaces (incident surfaces) R2, concave mirrors R3, reflecting surfaces R4, reflecting surfaces R5, reflecting surfaces R6, and concave mirrors R7 having a positive refractive power in the order of passage of light rays from the object. A reflection surface and a concave refraction surface (exit surface) R8 having a negative refractive power are formed. R1 is a stop (entrance pupil) disposed on the object side of the optical element 10, and R9 is a final image forming plane, on which an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located. Reference numeral 5 denotes a reference axis of the photographing optical system.
【0205】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称
な面である。Each of the two refracting surfaces is a rotationally symmetric spherical surface, and all the reflecting surfaces are surfaces symmetric only with respect to the YZ plane.
【0206】次に本実施例における結像作用を説明す
る。物体からの光束1は、絞り(入射瞳)R1により入射
光量を規制された後、光学素子10の入射面R2に入射
し、面R3で反射された後一旦結像し、次いで面R4,R5,R
6,R7 で次々に反射して行き、射出面R8から射出し、最
終結像面R9上に再結像する。物体光線は面R3と面R4との
間で中間結像し、瞳光線は面R5と面R6の間で中間結像す
る。Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The light flux 1 from the object is incident on the entrance surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop (entrance pupil) R1, reflected by the surface R3, forms an image once, and then forms the surfaces R4 and R5. , R
The light is successively reflected at 6, R7, exits from the exit surface R8, and is re-imaged on the final imaging surface R9. The object ray forms an intermediate image between the plane R3 and the plane R4, and the pupil ray forms an intermediate image between the plane R5 and the plane R6.
【0207】本実施例の光学系の横収差図を図23に示
す。FIG. 23 shows a lateral aberration diagram of the optical system of this embodiment.
【0208】本実施例では、光学素子10に入射する基
準軸の方向とこれから射出する基準軸の方向は平行でか
つ反対方向である。また、入出射を含む基準軸はすべて
紙面内(YZ平面)に載っている。In this embodiment, the direction of the reference axis incident on the optical element 10 and the direction of the reference axis emerging therefrom are parallel and opposite. Further, the reference axes including the incoming and outgoing light are all placed in the plane of the paper (YZ plane).
【0209】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。As described above, the optical element 10 is formed as a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.
【0210】本実施例においては、近距離物体へのフォ
ーカシングは光学系全体を撮像素子の撮像面R9に対して
移動させることで行う。とくに本実施例においては、光
学素子10に入射する基準軸の方向と光学系10から射
出する基準軸の方向は平行であるため、光学系全体を射
出する基準軸の方向(Z 軸方向)に平行に移動させるこ
とで、従来のレンズ系と同様にフォーカシング動作を行
うことができる。In this embodiment, focusing on a short-distance object is performed by moving the entire optical system with respect to the imaging surface R9 of the imaging device. In particular, in this embodiment, since the direction of the reference axis entering the optical element 10 and the direction of the reference axis exiting from the optical system 10 are parallel, the direction of the reference axis exiting the entire optical system (Z-axis direction). By moving the lens in parallel, a focusing operation can be performed in the same manner as in a conventional lens system.
【0211】本実施例では入射面R2を球面の凸屈折面と
することにより、軸外主光線を収束させ広画角とした場
合に第一反射面R3の有効径が大きくなるのを防止してい
る。又射出面R8も球面の凹屈折面とし、軸上光線に対し
て長いバックフォーカスの確保、軸外光線に対しては像
側にテレセントリックになるような配置としている。In this embodiment, the entrance surface R2 is formed as a spherical convex refraction surface, thereby preventing the effective diameter of the first reflection surface R3 from increasing when the off-axis principal ray is converged to have a wide angle of view. ing. The exit surface R8 is also a spherical concave refraction surface, so that a long back focus is secured for on-axis rays, and the arrangement is such that off-axis rays are telecentric on the image side.
【0212】以上、本発明の各実施例を説明したが、本
発明を構成する光学素子は曲面より成る反射面を少なく
とも3つ有することを構成要件としている。これは従来
の例のように2つの曲面の偏心反射面では、軸上光束の
収差補正はできても軸外光束に対する収差補正は極めて
難しい。本発明では屈折力を持った少なくとも3つの偏
心反射面を使用することにより2次元像面の全面に対し
て良好に収差を補正している。Although the embodiments of the present invention have been described above, the optical element constituting the present invention is required to have at least three reflecting surfaces each having a curved surface. This is because with an eccentric reflecting surface having two curved surfaces as in the conventional example, it is extremely difficult to correct the aberration of the off-axis light beam even though the aberration of the axial light beam can be corrected. In the present invention, at least three eccentric reflecting surfaces having a refractive power are used, so that the aberration is favorably corrected over the entire surface of the two-dimensional image plane.
【0213】又、透明体の表面に光の入射面と射出面、
そして曲面より成る内面反射の反射面を少なくとも3つ
設けた光学素子を用いた実施例1〜5及び実施例8〜1
0においては、該光学素子の中の基準軸の長さの70% 以
上が1つの平面内にあるように構成している。具体的に
は実施例1〜4及び実施例8〜10では基準軸がすべて
1つの平面内にある。これによって本発明の反射型の光
学系は該平面に直交する方向について最も薄く構成でき
る。又、実施例5は殆どの基準軸が存在する平面に対し
て直交する方向から物体光束を入射させる例であるが、
この場合も70%以上の基準軸が1つの平面内にあるので
該平面に直交する方向についてごく薄い光学系を構成で
きる。なお、好ましくは、80% 以上の基準軸が1つの平
面内にあることが望ましい。Also, a light incident surface and a light emitting surface are provided on the surface of the transparent body.
Examples 1 to 5 and Examples 8 to 1 using an optical element provided with at least three reflection surfaces for internal reflection formed of curved surfaces
At 0, the optical element is configured such that 70% or more of the length of the reference axis in the optical element is in one plane. Specifically, in Examples 1 to 4 and Examples 8 to 10, the reference axes are all in one plane. Thereby, the reflection type optical system of the present invention can be configured to be thinnest in the direction perpendicular to the plane. The fifth embodiment is an example in which an object light beam is incident from a direction orthogonal to a plane where most of the reference axes exist.
Also in this case, since the reference axis of 70% or more is in one plane, an extremely thin optical system can be formed in a direction perpendicular to the plane. Preferably, 80% or more of the reference axes are in one plane.
【0214】次に物体側から数えて第1の曲面の反射面
についての条件式(1) 〜(4) に関する各実施例の値を以
下に記す。Next, the values of the conditional expressions (1) to (4) for the reflecting surface of the first curved surface counted from the object side in each embodiment are described below.
【0215】[0215]
【表1】 [Table 1]
【0216】なお、上記の実施例はすべて絞りが光学系
の最も物体側に位置していたが、本発明の実施例では光
学系の中に瞳が実際に結像するので、場合によっては該
結像位置を境に光学素子を2つに分け、その間に絞りを
設けても良い。この様にすると入射瞳は上記実施例のよ
うに光学系の最も物体側に形成されることになり、上記
実施例と等価の光学系となり、同じような効果が得られ
る。この時の入射瞳の位置としては物体からの光束が最
初に入射する光学素子の物体側から数えて第1の曲面の
反射面より物体側に形成すると以上の実施例と同じよう
な効果が得られる。In all of the above embodiments, the stop is located closest to the object side of the optical system. However, in the embodiment of the present invention, the pupil actually forms an image in the optical system. The optical element may be divided into two with the image forming position as a boundary, and an aperture may be provided therebetween. In this way, the entrance pupil is formed closest to the object side of the optical system as in the above-described embodiment, so that the optical system is equivalent to the above-described embodiment, and the same effect can be obtained. At this time, the same effect as in the above embodiment can be obtained by forming the entrance pupil at a position closer to the object side than the reflecting surface of the first curved surface, counting from the object side of the optical element where the light beam from the object first enters. Can be
【0217】[0219]
【発明の効果】本発明は以上のように各要素を設定する
ことにより、ミラー光学系全体の小型化を図ることがで
き、又ミラー光学系にありがちな反射ミラーの配置精度
(組立精度)を緩やかにすることができる光学素子及び
それを備える撮像装置の提供を目的とする。According to the present invention, the size of the entire mirror optical system can be reduced by setting each element as described above, and the arrangement accuracy (assembly accuracy) of the reflection mirror, which is common in the mirror optical system, can be improved. It is an object of the present invention to provide an optical element that can be moderated and an imaging device including the optical element.
【0218】又、複数の反射面を有し、該複数の反射面
に適切な屈折力を与え、各反射面を偏心配置することに
より、光路を所望の形状に屈曲し、所定方向の全長の短
縮化を図った光学素子及びそれを備える撮像装置を達成
することができる。Further, by having a plurality of reflecting surfaces, giving an appropriate refractive power to the plurality of reflecting surfaces, and eccentrically arranging the respective reflecting surfaces, the optical path is bent into a desired shape and the entire length in a predetermined direction is reduced. It is possible to achieve a shortened optical element and an imaging device including the same.
【0219】この他本発明によれば、 (ア−1) 絞りが光学素子の前側にある若しくは入射
瞳が光学素子の物体側より数えて第1の反射面より物体
側にある本発明の実施例の場合、とくに光学素子の第1
反射面に収斂作用を与えていることが光学系の小型化に
寄与している。これは瞳光線(主光線)を入射面に近い
段階で中間結像させて光学系をさらに薄型にするため
で、絞りR1を出た軸外主光線が大きく拡がらない内に収
斂させ、光学系の広角化による第1反射面R3以降の各面
有効径の大型化を抑えているのである。 (ア−2) 第1反射面を該反射面からみた見かけの絞
り中心(該反射面に対する入射瞳位置)と光学系内部の
屈曲した基準軸上にある点とを2つの焦点とする回転楕
円面とすれば、軸外主光線をほぼ無収差で内部結像させ
ることができ、これによって光学素子の薄型化が図れる
とともに軸外の収差の増大を初期段階で抑えている。 (ア−3) 本発明の実施例においては、光学素子の入
射面および射出面に屈折力を与えると格別の効果が発生
する。例えば入射面を軸外主光線についてコンセントリ
ックな凹面にすることで軸外諸収差の発生を低減でき
る。又、射出面を凸面で構成すれば、これによりバック
フォーカスが長くなりすぎるのを防止できる。一方、も
し入射面を凸面にすると、軸外光線がこの面で収束する
ので、第一反射面の有効径が大きくなるのを防止でき
る。 (ア−4) また、射出面の形状は、この面への軸外主
光線(瞳光線)をその入射角に応じて射出側(像側)で
略平行、つまりテレセントリックにするように決めても
良い。これは、CCD などの撮像素子を用いた場合には、
CCD のカラーフィルターとその撮像面とにギャップがあ
るため、撮像素子に対する入射角によって色分離性能が
変化するのを防止するのに有効である。光学系を像側に
テレセントリックにすれば、軸上・軸外光束の主光線は
ともに光軸に略平行となり、CCD への入射角は全受光面
にわたって略一定となるからである。 (ア−5) さらに、本発明の実施例においては反射面
の殆どが対称面を1つだけ有する面であるのに対して入
出射面の形状は基準軸に対して回転対称な形状である。
これによって光学系を製作・評価する場合に基準軸を正
確に測定できる。また、屈折面を回転対称とすることで
非対称な色収差の発生を低減させることができる。 (ア−6) 図28に示す従来の光学系では、入射側と
射出側の反射面は屈折力を有してはいるが、その間の反
射は単に光束を導くいわゆるライトガイドの役割しか果
たしていない。本発明の実施例においては、屈折力を持
った少なくとも3つの反射面を一体に形成する事で、光
軸を折り曲げる機能と2次元像面に対する収差補正の機
能を合わせ持つ、コンパクトで自由な形状が達成できる
性能の良い撮影光学系が得られる。 (ア−7) 本発明の実施例においては、物体光線と瞳
光線とがそれぞれ中間結像している。そして従来の撮影
光学系に比べて光学素子の入射面に近い段階で夫々の光
線を中間結像させることにより、絞りより像側における
各面の有効径の大きさを抑制し、光学系の断面の大きさ
を小さくすることに成功している。 (ア−8) さらに、本発明の実施例においては光学素
子内部で屈曲している基準軸は同一平面内、即ちYZ面内
に含まれている。これによって、物体光線・瞳光線の素
子内部での中間結像とあいまって紙面に垂直な方向(X
方向)の大きさを小さくしている。 (ア−9) 光学素子を構成する各反射面は、入出射す
る基準軸と反射面との交点における法線が、基準軸の方
向と一致しない所謂偏心反射面である。これは従来のミ
ラー光学系において発生するケラレを防止するととも
に、これによってより自由な配置をとることができ、ス
ペース効率がよく、コンパクトで自由な形状の光学素子
を構成することができる。 (ア−10) さらに各反射面の形状は直交する二つの
面(yz 面、xz面)内で曲率半径が異なる面である。これ
は各反射面を偏心配置した事によって生じる偏心収差を
押さえるためであるが、さらにこの反射面を非対称な面
とする事により、諸収差を良好に補正し所望の光学性能
を達成している。 (ア−11) 本発明では、内部がガラス等の透明体で
充填された光学素子で形成することによりモールド成型
が可能となり、量産性や低コスト化を達成できる。一
方、実施例として中空のブロックの内部に表面鏡を形成
した光学素子を使用すれば、光学系の軽量化や色収差の
低減を達成できる。 (ア−12) 本発明では絞りを光学素子の入射面の直
前に配置している若しくは入射瞳が光学素子の物体側よ
り数えて第1の反射面より物体側にある。従来の撮影光
学系の場合、絞りを光学系の内部に配置し、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。本実施例においては、絞り若しく
は入射瞳を光学素子の物体側(光学系の光束入射側)に
配置することにより、光学系を広角化した時に生じる撮
影光学系の大型化を抑えている。 (ア−13) 光学系に入射する基準軸の方向と射出す
る基準軸の方向を平行にすると、光学系全体を入出射基
準軸に平行に移動させることにより従来のレンズ系と同
様にフォーカシング動作を行うことができ、しかもその
時の撮影範囲の変化が生じない。 (ア−14) 反射光学系の特徴として、各面の配置を
組み合わせることで入射する基準軸と射出する基準軸の
方向をさまざまに変化させることができる。In addition, according to the present invention, (a-1) the practice of the present invention in which the stop is on the front side of the optical element or the entrance pupil is on the object side of the first reflecting surface counted from the object side of the optical element In the case of the example, the first
The convergence of the reflecting surface contributes to downsizing of the optical system. This is to make the optical system even thinner by forming an intermediate image of the pupil ray (principal ray) at a stage close to the entrance surface, and to converge the off-axis principal ray that has exited the stop R1 before it spreads greatly. This suppresses an increase in the effective diameter of each surface after the first reflecting surface R3 due to the wide angle of the system. (A-2) A spheroid whose two focal points are the apparent stop center (the entrance pupil position with respect to the reflecting surface) when the first reflecting surface is viewed from the reflecting surface and a point on the bent reference axis inside the optical system. With a plane, an off-axis chief ray can be imaged internally with almost no aberration, thereby reducing the thickness of the optical element and suppressing an increase in off-axis aberrations at an initial stage. (A-3) In the embodiment of the present invention, when a refracting power is given to the entrance surface and the exit surface of the optical element, a special effect is produced. For example, by making the incident surface a concentric concave surface with respect to the off-axis principal ray, the occurrence of various off-axis aberrations can be reduced. In addition, if the emission surface is formed as a convex surface, it is possible to prevent the back focus from becoming too long. On the other hand, if the incident surface is made convex, off-axis rays converge on this surface, so that the effective diameter of the first reflecting surface can be prevented from increasing. (A-4) Further, the shape of the exit surface is determined so that the off-axis principal ray (pupil ray) to this surface is substantially parallel, that is, telecentric on the exit side (image side) according to the angle of incidence. Is also good. This is because when using an image sensor such as a CCD,
Since there is a gap between the color filter of the CCD and its imaging surface, it is effective to prevent the color separation performance from being changed by the incident angle to the imaging device. If the optical system is made telecentric on the image side, the principal rays of the on-axis and off-axis light beams are both substantially parallel to the optical axis, and the angle of incidence on the CCD is substantially constant over the entire light receiving surface. (A-5) Further, in the embodiment of the present invention, most of the reflecting surfaces are surfaces having only one symmetric surface, whereas the shapes of the input and output surfaces are rotationally symmetric with respect to the reference axis. .
Thereby, the reference axis can be accurately measured when manufacturing and evaluating the optical system. Further, by making the refracting surface rotationally symmetric, it is possible to reduce the occurrence of asymmetric chromatic aberration. (A-6) In the conventional optical system shown in FIG. 28, the reflection surfaces on the entrance side and the exit side have a refracting power, but the reflection between them merely plays a role of a so-called light guide for guiding a light beam. . In the embodiment of the present invention, by forming at least three reflecting surfaces having refractive power integrally, a compact and free shape having both a function of bending an optical axis and a function of correcting aberration with respect to a two-dimensional image plane is provided. A high-performance imaging optical system capable of achieving the above is obtained. (A-7) In the embodiment of the present invention, the object ray and the pupil ray are each formed into an intermediate image. Then, compared with the conventional photographing optical system, each ray is intermediately imaged at a stage closer to the entrance surface of the optical element, thereby suppressing the effective diameter of each surface on the image side from the stop, and the cross section of the optical system Has succeeded in reducing the size. (A-8) Further, in the embodiment of the present invention, the reference axis bent inside the optical element is included in the same plane, that is, in the YZ plane. As a result, the direction (X
Direction) is reduced in size. (A-9) Each of the reflecting surfaces constituting the optical element is a so-called eccentric reflecting surface in which the normal line at the intersection between the reference axis for input and output and the reflecting surface does not coincide with the direction of the reference axis. This prevents vignetting that occurs in the conventional mirror optical system, and allows a more flexible arrangement, thereby achieving a space-efficient, compact and free-form optical element. (A-10) Further, the shape of each reflecting surface is a surface having a different radius of curvature between two orthogonal surfaces (yz surface and xz surface). This is to suppress the eccentric aberration caused by the eccentric arrangement of each reflecting surface. By making this reflecting surface asymmetrical, various aberrations are corrected well and desired optical performance is achieved. . (A-11) In the present invention, molding can be performed by forming the inside with an optical element filled with a transparent body such as glass, and mass productivity and cost reduction can be achieved. On the other hand, if an optical element having a surface mirror formed inside a hollow block is used as an embodiment, the weight of the optical system can be reduced and the chromatic aberration can be reduced. (A-12) In the present invention, the stop is disposed immediately before the entrance surface of the optical element, or the entrance pupil is on the object side of the first reflection surface counted from the object side of the optical element. In the case of a conventional photographing optical system, the stop is arranged inside the optical system, and the entrance pupil is often located deep inside the optical system, and as the distance from the stop to the entrance surface closest to the object side is larger, However, there has been a problem that the effective beam diameter on the incident surface increases with an increase in the angle of view. In the present embodiment, the stop or the entrance pupil is arranged on the object side of the optical element (the light beam incident side of the optical system), thereby suppressing the enlargement of the photographing optical system that occurs when the optical system is widened. (A-13) When the direction of the reference axis entering the optical system and the direction of the reference axis exiting are made parallel, the entire optical system is moved in parallel to the input / output reference axis, thereby performing the focusing operation in the same manner as the conventional lens system. Can be performed, and the photographing range at that time does not change. (A-14) As a characteristic of the reflection optical system, the directions of the reference axis to be incident and the reference axis to be emitted can be variously changed by combining the arrangement of the respective surfaces.
【0220】即ち、本発明によれば入射基準軸の向きと
射出基準軸の向きの異なるさまざまな光学素子を構成で
きるので、撮影光学系を組み込むカメラ等の形態に合わ
せた自由度の高いレイアウトをとることが可能となる。
等の少なくとも1つの効果を有した光学素子及びそれを
備える撮像装置を達成することができる。That is, according to the present invention, various optical elements having different directions of the incident reference axis and the exit reference axis can be configured, so that a layout having a high degree of freedom according to the form of a camera incorporating a photographing optical system can be realized. It is possible to take.
Thus, an optical element having at least one effect and an imaging device including the same can be achieved.
【図1】 本発明の実施例における座標系の説明図FIG. 1 is an explanatory diagram of a coordinate system according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の実施例1の光学系のYZ面内の断面図FIG. 2 is a cross-sectional view in the YZ plane of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の実施例1の光学系のYZ面内の断面図
瞳光線の光路を図示FIG. 3 is a cross-sectional view in the YZ plane of the optical system according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 実施例1の横収差図FIG. 4 is a lateral aberration diagram of the first embodiment.
【図5】 本発明の実施例2の光学系のYZ面内の断面図FIG. 5 is a cross-sectional view in the YZ plane of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
【図6】 実施例2の横収差図FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the second embodiment.
【図7】 本発明の実施例3の光学系のYZ面内の断面図FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical system according to a third embodiment of the present invention in the YZ plane.
【図8】 実施例3の横収差図FIG. 8 is a lateral aberration diagram of the third embodiment.
【図9】 本発明の実施例4の光学系のYZ面内の断面図FIG. 9 is a sectional view of the optical system according to a fourth embodiment of the present invention in the YZ plane.
【図10】 実施例4の横収差図FIG. 10 is a lateral aberration diagram of the fourth embodiment.
【図11】 本発明の実施例5の光学系のYX面内の断面
図及び側面図FIG. 11 is a sectional view and a side view in the YX plane of an optical system according to a fifth embodiment of the present invention.
【図12】 実施例5の斜視図FIG. 12 is a perspective view of a fifth embodiment.
【図13】 実施例5の横収差図FIG. 13 is a lateral aberration diagram of the fifth embodiment.
【図14】 本発明の実施例6の光学系のYZ面内の断面
図FIG. 14 is a sectional view of an optical system according to a sixth embodiment of the present invention in the YZ plane.
【図15】 実施例6の横収差図FIG. 15 is a lateral aberration diagram of the sixth embodiment.
【図16】 本発明の実施例7の光学系のYZ面内の断面
図FIG. 16 is a sectional view of the optical system according to a seventh embodiment of the present invention in the YZ plane.
【図17】 実施例7の横収差図FIG. 17 is a lateral aberration diagram of the seventh embodiment.
【図18】 本発明の実施例8の光学系のYZ面内の断面
図FIG. 18 is a sectional view of the optical system according to Example 8 of the present invention in the YZ plane.
【図19】 実施例8の横収差図FIG. 19 is a lateral aberration diagram of the eighth embodiment.
【図20】 本発明の実施例9の光学系のYZ面内の断面
図FIG. 20 is a sectional view of an optical system according to a ninth embodiment of the present invention in the YZ plane.
【図21】 実施例9の横収差図FIG. 21 is a lateral aberration diagram of the ninth embodiment.
【図22】 本発明の実施例10の光学系のYZ面内の断
面図FIG. 22 is a sectional view of the optical system according to a tenth embodiment of the present invention in the YZ plane.
【図23】 実施例10の横収差図FIG. 23 is a lateral aberration diagram of the tenth embodiment.
【図24】 カセグレン式反射望遠鏡の基本構成図。FIG. 24 is a basic configuration diagram of a Cassegrain reflection telescope.
【図25】 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。FIG. 25 is an explanatory diagram of a first method of separating a principal ray from an optical axis and preventing vignetting in a mirror optical system.
【図26】 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。FIG. 26 is an explanatory diagram of a second method of separating a principal ray from an optical axis to prevent vignetting in a mirror optical system.
【図27】 プリズム反射面に曲率を持った観察光学系
の構成図。FIG. 27 is a configuration diagram of an observation optical system having a curvature on a prism reflection surface.
【図28】 他のプリズム反射面に曲率を持った観察光
学系の構成図。FIG. 28 is a configuration diagram of an observation optical system having a curvature on another prism reflection surface.
Ri 面 R1 絞り Di 基準軸に沿った面間隔 Ndi 屈折率 νdi アッベ数 Ri surface R1 Aperture Di Surface spacing along reference axis Ndi Refractive index νdi Abbe number
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 難波 則広 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 猿渡 浩 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 秋山 健志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 審査官 森内 正明 (56)参考文献 特開 平3−180810(JP,A) 特開 平2−297516(JP,A) 特開 平5−12704(JP,A) 特開 平6−139612(JP,A) 特開 平7−36959(JP,A) 特開 平7−5364(JP,A) 米国特許5063586(US,A) 米国特許3674334(US,A) 米国特許4775217(US,A) 米国特許4812030(US,A) 米国特許4993818(US,A) 米国特許5144476(US,A) 国際公開94/12905(WO,A1) (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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Norihiro Namba 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Hiroshi Saruwatari 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (72) Inventor Kenshi Akiyama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Examiner, Canon Inc. Masaaki Moriuchi (56) References JP-A-3-180810 (JP, A) JP-A-2 JP-A-297516 (JP, A) JP-A-5-12704 (JP, A) JP-A-6-139612 (JP, A) JP-A-7-36959 (JP, A) JP-A-7-5364 (JP, A) US Pat. No. 5,063,586 (US, A) US Pat. No. 3,674,334 (US, A) US Pat. No. 4,775,217 (US, A) US Pat. No. 4,812,030 (US, A) US Pat. No. 4,993,818 (US, A) US Pat. No. 5,144,476 (US, A) International public 94/12905 (WO, A1) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04
Claims (9)
瞳又は光学系の第1面の中心若しくは最終面の中心のい
ずれかを通る光線の経路を基準軸とするとき、基準軸に
対して傾いた少なくとも3つの曲面反射面を有し、該曲
面反射面が一対の対称な面を定める対称面が1つしかな
い非球面であり、素子内部に中間像を形成することを特
徴とする光学素子。1. A center of an image plane, a stop or an entrance pupil or an exit.
The center of the pupil or the first surface of the optical system or the center of the last surface
When the path of the light beam passing through the shift is set as a reference axis, the path has at least three curved reflecting surfaces inclined with respect to the reference axis, and the curved reflecting surface defines only one pair of symmetric surfaces.
An optical element having an aspheric surface and forming an intermediate image inside the element.
面反射面と基準軸との交点を原点としたローカル座標系
xyzを用い、a,b,tを面形状を表わす係数とすると
き、 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t) 〕1/2] とおいて z =A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 により規定されたものであることを特徴とする請求項1
の光学素子。2. The method according to claim 1, wherein each of the plurality of curved reflecting surfaces is a curved surface.
Local coordinate system with the origin at the intersection of the surface reflection surface and the reference axis
Using xyz, let a, b, t be coefficients representing the surface shape
Can, A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y · sin t / (2a · b)} + [ 1 + {(ba)
・ Y ・ sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin
2 t} x 2 / (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ] and z = A / B + C 02 y 2 + C 20 x 2 + C 03 y 3 + C 21 x 2 y + C 04 y 4 + C 22 x 2 y 2 + C 40
claim, characterized in that Ru der those defined by x 4 1
Optical element of.
を順次偏向することを特徴とする請求項1又は2の光学
素子。Wherein said at least three optical element according to claim 1 or 2 curved reflecting surface, characterized in that successively deflecting the light beam.
求項1,2又は3の光学素子。4. The optical element according to claim 1 , wherein said optical element has a curved refraction surface.
けられていることを特徴とする請求項1、2又は3の光
学素子。5. The optical element according to claim 1, 2 or 3, wherein the curved reflecting surface is provided on the surface of the surface mirror.
れていることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の
光学素子。6. The optical element according to claim 1, 2 or 3 wherein the curved reflecting surfaces, characterized in that provided on the surface of the transparent body.
瞳又は光学系の第1面の中心若しくは最終面の中心のい
ずれかを通る光線の経路を基準軸とするとき、基準軸に
対して傾いた曲面反射面を有し、且つ該曲面反射面が一
対の対称な面を定める対称面が1つしかない非球面であ
る光学素子を2個有し、該2個の光学素子の間に絞りを
有し、該2個の光学素子の内の物体側の光学素子は、該
物体の中間像を形成すると共に、前記絞りを該物体側の
光学素子の物体側から数えて第1番目の曲面反射面の物
体側に結像し、全体として該基準軸に対して傾いた少な
くとも3つの曲面反射面を有していることを特徴とする
光学系。7. A center of an image plane, an aperture or an entrance pupil or an exit.
The center of the pupil or the first surface of the optical system or the center of the last surface
When the reference axis the path of light rays through the Zureka have inclined curved reflecting surface with respect to the reference axis, and the curved surface reflecting surface has only one plane of symmetry defining a pair of symmetrical surfaces aspheric And an aperture between the two optical elements, wherein an optical element on the object side of the two optical elements forms an intermediate image of the object, The stop forms an image on the object side of the first curved reflecting surface , counting from the object side of the optical element on the object side.
Characterized by having at least three curved reflecting surfaces
Optical system .
又は請求項7の光学系を備えることを特徴とする撮像装
置。8. An optical element according to claim 1 , wherein:
An imaging apparatus comprising the optical system according to claim 7 .
又は請求項7の光学系を備えることを特徴とする像形成
装置。9. An optical element according to claim 1 ,
An image forming apparatus comprising the optical system according to claim 7 .
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