JP3929153B2 - 結像光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系に関し、特に、偏心して配置された反射面により構成されたパワーを有する偏心光学系を用いた結像光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型の反射偏心光学系の周知なものとして、特開昭５９−８４２０１号のものがある。これは、シリンドリカル反射面による１次元受光レンズの発明であり、２次元の撮像はできない。また、特開昭６２−１４４１２７号のもは、上記発明の球面収差を低減するために、同一シリンドリカル面を２回反射に使うものである。また、特開昭６２−２０５５４７号においては、反射面の形状として非球面反射面を使うことを示しているが、反射面の形状には言及していない。
【０００３】
また、米国特許第３，８１０，２２１号、同第３，８３６，９３１号の２件は、何れもレフレックスカメラのファインダー光学系に回転対称非球面鏡と対称面を１面しか持たない面を持ったレンズ系を用いた例が示されている。ただし、対称面を１面しか持たない面は、観察虚像の傾きを補正する目的で利用されている。
【０００４】
また、特開平１−２５７８３４号（米国特許第５，２７４，４０６号）は、背面投影型テレビにおいて像歪みを補正するために対称面を１面しか持たない面を反射鏡に使用した例が示されているが、スクリーンへの投影には投影レンズ系が使われ、像歪みの補正に対称面を１面しか持たない面が使われている。
【０００５】
また、特開平７−３３３５５１号には、観察光学系としてアナモルフィック面とトーリック面を使用した裏面鏡タイプの偏心光学系の例が示されている。しかし、像歪みを含め収差の補正が不十分である。
【０００６】
以上の何れの先行技術も対称面を１面しか持たない面を使い、折り返し光路に裏面鏡として使用したものではない。
【０００７】
また、別な例として特開平９−２５８１０５号、特開平９−２５８１０６号、特開平９−２２２５６１号、特開平８−２９２３７２号、特開平８−２９２３６８号、特開平８−２４８４８１号のものがある。これらは、光路中で結像するものであり、光路が長くなり、小型の変倍光学系を構成することができない。
【０００８】
さらに、特開平９−２２２５６３号、特開平９−２１１３３０号、特開平９−２１１３３１号、特開平８−２９２３７１号のものがある。これらは、変倍ができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転対称な光学系では、屈折力を有する透過回転対称レンズに屈折力を負担させていたために、収差補正のために多くの構成要素を必要としていた。しかし、これら従来技術の偏心光学系では、結像された像の収差が良好に補正され、なおかつ、特に回転非対称なディストーションが良好に補正されていないと、結像された図形等が歪んで写ってしまい、正しい形状を記録することができなかった。
【００１０】
また、光学系を構成する屈折レンズが光軸を軸とした回転対称面で構成された回転対称光学系では、光路が直線になるために、光学系全体が光軸方向に長くなってしまい、装置が大型になってしまう問題があった。
【００１１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像を与える小型の偏心光学系を用いた結像光学系を提供することである。本発明のもう１つの目的は、このような偏心光学系を含む少なくとも２つのレンズ群からなる変倍光学系を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の結像光学系は、物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、前記第１群よりも像側に配置された回転対称光学系からなる第２群とを含み、
前記第２群よりも像側に配置された回転対称光学系からなる第３群と、前記第３群よりも像側に配置された偏心光学系からなる第４群と、前記第２群と第３群の間に配置された絞りからなる結像光学系であって、
前記偏心光学系が、光学面として３つ又は４つの光学面で形成されたプリズムを有し、
前記光学面は、面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面からなるか、あるいは、該回転非対称面形状の面と偏心配置された回転対称非球面からなり、
前記第１群と前記第２群、前記第２群と前記第３群、及び、前記第３群と前記第４群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成され、
前記物体の像を１回だけ形成することを特徴するものである。
【００２４】
まず、以下の説明において用いる座標系について説明する。物点中心を通り、絞り中心を通過し、像面中心に到達する光線を軸上主光線とし、光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交しかつ光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交しかつ前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とする。
また、光線の追跡方向は、物体から像面に向かう順光線追跡で説明する。
【００２５】
一般に、球面レンズでのみ構成された球面レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正しあい、全体として収差を少なくする構成になっている。一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには、非球面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自体を少なくするためである。
【００２６】
しかし、偏心した光学系においては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不可能である。
【００２７】
以下に、本発明の構成と作用について説明する。
基本的な本発明の構成は、物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、その第１群よりも像側に配置された少なくとも１枚のレンズを有する第２群とを含み、その偏心光学系が、偏心により発生する回転非対称な収差を補正する面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有することを特徴するものである。
【００２８】
回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正することは不可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに軸上でも発生する非点収差、コマ収差、がある。図２０は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲を、図２１は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上非点収差を、図２２は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を示す図である。本発明は、このような偏心により発生する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、前記回転非対称な収差を補正している。
【００２９】
偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する回転非対称な収差に、図２０に示したような回転非対称な像面湾曲がある。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡Ｍに入射した光線は、凹面鏡Ｍに当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡Ｍに当たって以降、像面までの後側焦点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。すると、図２０に示すように、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。このように回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより補正することができる。また上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。
【００３０】
次に、回転非対称な非点収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは軸上光線に対しても、図２１に示すような非点収差が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。
【００３１】
さらに、回転非対称なコマ収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図２２に示すようなコマ収差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変えることによって可能となる。
【００３２】
さらに、上記の基本的な本発明の構成においては、偏心光学系を折り曲げ光路で構成すると、反射面にパワーを持たせることが可能となり、透過型レンズを省略することが可能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより、光学系を小型に構成することが可能となる。
【００３３】
さらに、この偏心光学系に正又は負の光学系を少なくとも１群付加することにより、主点位置を物体側又は像側に突出させることが可能となる。つまり、少なくとも１つの光学系を付加することにより、より小型の結像光学系を構成することが可能となる。
【００３４】
本発明は、偏心光学系を構成する曲面としてその面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正する偏心光学系を有する第１群と、他に少なくとも１つの群を持つ結像光学系において、第１群と第２群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端へ変倍をすることを特徴とする結像光学系を含むものである。
【００３５】
本発明において、偏心光学系を有する第１群と他の少なくとも１つの群との間隔を変化させ変倍することにより、小型の変倍光学系を構成することが可能となる。
【００３６】
さらに好ましくは、この少なくとも１つの群間隔を変化させる群間隔変更手段は、レンズ群を軸上主光線の方向に移動させることにより群間隔を変化する群間隔変更手段により構成することが好ましい。また、少なくとも２つの群の一部又は全部を繰り出して、ピント調節を行うことが可能なことは言うまでもない。
【００３７】
上記の回転非対称面としては、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。
ここで、本発明で使用する自由曲面とは以下の式で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００３８】
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００３９】
球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
【００４０】
自由曲面項は、
ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００４１】
上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正することが可能となる。
【００４２】
上記定義式は１つの例として示したものであり、本発明の特徴は対称面を１面のみ有する回転非対称面で偏心により発生する回転非対称な収差を補正することが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
また、回転非対称面の対称面は、偏心光学系の各面の偏心方向である偏心面と略同一面内に配置されていることが望ましい。
【００４４】
回転非対称面は偏心して構成された光学系に配置され、偏心して配置された各面の偏心面と略同一の面を対称面となるような自由曲面とすることで、対称面を挟んで左右両側を対称にすることができ、収差補正と製作性を大幅に向上できる。
【００４５】
また、偏心光学系は全反射作用又は反射作用を有する反射面を備えていることが望ましい。反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾けて配置された全反射面で構成することにより高い反射率にすることが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜の形成された反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や半透過面、吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。
【００４６】
また、対称面を１面しか持たない回転非対称面を反射面に用いることが望ましい。自由曲面を反射面として構成することにより、収差補正上良い結果を得られる。反射面に回転非対称面を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲させることができるために、他の収差発生も少ない。つまり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に比べて収差の発生が少なくてすむ。
【００４７】
この場合、対称面を１面しか持たない回転非対称面を裏面鏡として用いることが望ましい。上記の反射面を裏面鏡で構成することにより、像面湾曲の発生を少なくすることができる。これは、同じ焦点距離の凹面鏡を構成する場合に、裏面鏡の方が屈折率の分曲率半径が大きくてすみ、特に像面湾曲収差の発生が少なくてすむからである。
【００４８】
また、上記偏心光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、その軸上主光線に対して回転非対称面が傾いて配置されていることが望ましい。軸上主光線に対して回転非対称面を傾けて配置することにより、偏心収差の補正を効果的に行うことが可能となる。特に反射面がパワーを持っているときは、他の面で発生する偏心によるコマ収差と偏心による非点収差の発生を補正することが可能となる。
【００４９】
本発明の光学系の回転非対称な面のパワーについて説明する。図２３に示すように、第１群Ｇ１を含む光学系Ｓの第１群Ｇ１の偏心方向をＹ軸方向に取った場合に、光学系Ｓの軸上主光線と平行なＹ−Ｚ面内の高さｄの光線を物体側から入射し、光学系Ｓから射出したその平行光と軸上主光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角ωのｔａｎを上記ｄで割った値をＹ方向の光学系全体のパワーＰｙとし、同様に定義してＸ方向の光学系全体のパワーＰｘとする。また、同様に、本発明による光学系Ｓの第ｎ群のＹ方向、Ｘ方向のパワーをそれぞれＰｎｙ，Ｐｎｘとする。Ｘ方向、Ｙ方向を区別しない場合のパワーはＰｎとする。
【００５０】
本発明においては、光学系全体のＸ方向のパワーＰｘとＹ方向のパワーＰｙの比をＰｘ／Ｐｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することが、収差補正上好ましい。上記条件式（１−１）の下限０．１と、上限１０を越えると、光学系全体の焦点距離がＸ方向とＹ方向で異なりすぎ、良好な像歪みを得ることが難しくなり、像が歪んでしまう。
【００５１】
さらに好ましくは、Ｐｘ／Ｐｙが、
０．５＜Ｐｘ／Ｐｙ＜２ ・・・（１−２）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５２】
さらに好ましくは、Ｐｘ／Ｐｙが、
０．８＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１．２ ・・・（１−３）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５３】
さらに、本発明において、光学系を４群以上からなる変倍光学系として構成する場合には、第２群と第３群のパワーＰ２とＰ３の比を以下の条件を満足することが重要である。
【００５４】
０．０１＜Ｐ２／Ｐ３＜１００ ・・・（２−１）
上記条件式（２−１）は第２群と第３群のパワーを相対的に規定するものであり、下限の０．０１を越えると、第２群のパワーが小さすぎ、上限の１００を越えると、第３群のパワーが大きすぎ、何れの場合も第２群又は第３群の変倍による移動量が大きくなりすぎ、光学系が大型になったり、大きな変倍比をとることが不可能になる。
【００５５】
さらに好ましくは、Ｐ２／Ｐ３が、
０．１＜Ｐ２／Ｐ３＜１０ ・・・（２−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５６】
さらに好ましくは、Ｐ２／Ｐ３が、
０．５＜Ｐ２／Ｐ３＜２ ・・・（２−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５７】
さらに、本発明において、第１群と光学系全体のパワーの関係を規定する。ズームの状態のワイド端とテレ端において、ワイド端におけるＸ方向、Ｙ方向の光学系全体のパワーをそれぞれＰＷｘ，ＰＷｙ、テレ端におけるＸ方向、Ｙ方向の光学系全体のパワーをそれぞれＰＴｘ，ＰＴｙとするとき、
Ｐ１ｘ／ＰＷｘ，
Ｐ１ｙ／ＰＷｙ，
Ｐ１ｘ／ＰＴｘ，
Ｐ１ｙ／ＰＴｙ
の各条件Ｐ１／Ｐが、
−１００＜Ｐ１／Ｐ＜−０．０１ ・・・（３−１）
を満足することが重要である。この条件式（３−１）は、特に広画角の変倍光学系を構成する場合に重要であり、下限の−１００を越えると、第１群で発生する収差、特に像歪みが大きくなりすぎ、他の群で補正することが不可能になる。また、上限の−０．０１を越えると、第１群のパワーが弱くなりすぎ、ワイド端の光線の広がりを第１群で収束することが難しくなり、レンズ径が大きくなったり、第２群以降の光学系を構成することが不可能になる。
【００５８】
さらに好ましくは、
−１０＜Ｐ１／Ｐ＜−０．１ ・・・（３−２）
を満足することが重要であり、
さらに好ましくは、
−２＜Ｐ１／Ｐ＜−０．２ ・・・（３−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５９】
さらに、本発明において、光学系を４群からなる変倍光学系として構成する場合の、第４群のパワーＰ４と光学系全体のパワーＰの関係を次に規定する。
【００６０】
Ｐ４ｘ／ＰＷｘ，
Ｐ４ｙ／ＰＷｙ，
Ｐ４ｘ／ＰＴｘ，
Ｐ４ｙ／ＰＴｙ
の各条件Ｐ４／Ｐが、
０．０１＜Ｐ４／Ｐ＜１００ ・・・（４−１）
を満足することが重要である。この条件式（４−１）は、変倍光学系の全長を短くするのに必要な条件である。下限の０．０１を越えると、第１群で発生する収差、特に像面湾曲が大きくなりすぎ、他の群で補正することが不可能になる。また、上限の１００を越えると、第４群のパワーが弱くなりすぎ、第４群から像面までの光路長が長くなりすぎ、光学系を小型にすることが不可能になる。
【００６１】
さらに好ましくは、
０．１＜Ｐ４／Ｐ＜１０ ・・・（４−２）
を満足することが重要であり、
さらに好ましくは、
０．２＜Ｐ４／Ｐ＜２ ・・・（４−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００６２】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面のみから構成され、光線は第１の反射面で反射し、第１の反射面に入射するときと異なる方向に反射するものとすることができる。この第１面が軸上主光線に対して傾いて配置されていると、この面で反射するときに、偏心による偏心収差が発生する。この偏心収差を補正するには、その反射面を回転非対称面で構成することにより、初めて回転非対称な収差を良好に補正することが可能となる。回転非対称面で反射面を構成しないと、その回転非対称な収差の発生が大きく、解像力が落ちてしまう。さらに、前記各条件式（１−１）〜（４−３）を満足することにより、収差補正がより効果的になる。
【００６３】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、再び第１の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出するものとすることができる。このように、透過面を１面増やすことにより、光学系のペッツバール和を小さくすることができる。正のパワーの透過面と反射面では、両方で打ち消し合うようなペッツバール和になり、パワーを分散させてかつペッツバール和を小さくし、像面湾曲を補正することが可能となる。さらに好ましくは、第１の透過面と第１の反射面は、軸上主光線が通過又は反射する領域で同じ符号のパワーを持つことが、上述のように像面湾曲収差に対して良い結果を与える。
【００６４】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出するものとすることができる。前記の第１の透過面を光学系に入射する面と射出する面の２面に分割することにより、像面湾曲収差に更に良い結果を与える。また、第１の透過面が透過光に対して正のパワーを持つレンズである場合には、第１の反射面の光線の広がりを抑えることが可能となり、第１の反射面を小型にすることが可能である。また、光線を第１の透過面、第１の反射面、第２の透過面の順番に進むように構成することによって、第１の反射面を裏面鏡として構成することが可能となる。第１の反射面を裏面鏡で構成すると、表面鏡で構成するよりも更に像面湾曲収差に対して良い結果を得られる。さらに、第１の透過面と第２の透過面のどちらかまたは両方を第１の反射面と同じ符号のパワーを持たせることにより、像面湾曲は略完全に補正することが可能となる。
【００６５】
一方、第１の透過面と第２の透過面のパワーを略ゼロにすることにより、色収差に対して良い結果を得られる。これは、第１の反射面では、原理上色収差の発生がないため、色収差を他の面と補正し合う必要がない。そこで、第１の透過面と第２の透過面でも、色収差が発生しないようにパワーを略ゼロにすることで、全体の光学系で色収差の少ない光学系を構成することが可能となる。
【００６６】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射し、再び第１の透過面を透過するものとすることができる。偏心光学系を第１・第２の反射面と第１の透過面で構成すると、光軸を２つの反射面で折り曲げることができ、光学系を小型にすることが可能となる。また、反射回数が偶数回となることから、裏像にすることなく結像することができる。また、２つの反射面のパワーを変えることが可能となり、正負又は負正の組み合わせにして、主点位置を光学系の前に出したり後ろに出したりすることができる。これは、像面湾曲にも良い結果を与えることができる。さらに、２つの反射面を裏面鏡にすることで、像面湾曲をほとんどなくすことも可能である。
【００６７】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射し、第２の透過面を透過するものとすることができる。偏心光学系を第１・第２の反射面と第１・第２の透過面で構成すると、光軸を２つの反射面で折り曲げることができ、光学系を小型にできる。さらに、透過面が２つあることから、主点位置、像面湾曲に対してはより良い結果を得ることができる。さらに、２つの反射面を裏面鏡にすることで、より良い収差性能が得られる。
【００６８】
上記の第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成される場合、偏心光学系中を主光線が略交差するように反射面を配置することができる。このように偏心光学系を構成することにより、光学系を小型に構成することが可能となる。この構成により、物体面と像面を略垂直に配置することが可能となり、光学系と結像位置に配置される撮像素子を略平行に配置することが可能となり、高さの低い撮像光学系を構成することが可能となる。
【００６９】
また、その場合、偏心光学系中を主光線が略交差しないように反射面を配置することもできる。軸上主光路が偏心光学系の中を通過するときに交差しないように光学系を構成することにより、「Ｚ」字型の光路をとることが可能となる。すると、反射面での偏心角が小さく構成でき、偏心収差の発生を少なくできるので、偏心収差の補正上好ましい。また、物体から光学系までの光路と光学系から像面までの光路を略平行に配置することが可能となり、特に観察光学系や接眼光学系に使用する場合には、物体を観察する方向と光学系を通して観察する方向が同一方向となり、観察時に違和感がない。
【００７０】
そして、主光線が略交差しないように反射面を配置する場合に、偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面であるようにすることができる。第１透過面と第２反射面が同一面だと、形成する面は３面となり製作性が向上する。
【００７１】
また、第１の反射面と第２の透過面が同一の面であるようにすることもできる。第１反射面と第２透過面が同一面だと、形成する面は３面となり、同様に製作性が向上する。
【００７２】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第３の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射し、第３の反射面で反射し、第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出するようにすることができる。このように、偏心光学系を３つの反射面と２つの透過面で構成すると、さらに自由度が増し収差補正上好ましい。
【００７３】
この場合、偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面、偏心光学系の第１の反射面と第３の反射面が同一の面、あるいは、偏心光学系の第２の透過面と第２の反射面が同一の面であるようにすることができる。何れにおいても、少なくとも２つの面を同一面にすることによって製作性が向上する。
【００７４】
また、以上の何れかの結像光学系をカメラファインダー用の結像光学系に用いることができる。カメラファインダー光学系の結像光学系に回転非対称面を用いると、像歪みはもちろんのこと、色収差にも良い結果を得ることが可能となる。さらに好ましくは、回転非対称面を裏面鏡として用いることにより、収差の発生を少なくすることが可能となる。
【００７５】
また、以上の何れかの結像光学系をカメラファインダー用光学系に用いることができる。さらに好ましくは、カメラファインダー光学系の結像光学系と接眼光学系を回転非対称面で構成することにより、小型でかつ収差の少ないファインダー光学系を提供することが可能となる。さらに好ましくは、回転非対称面を裏面鏡として使用し、倒立プリズムの反射面を裏面鏡として構成することにより、部品点数の少ないファインダー光学系を提供することが可能となる。
【００７６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の結像光学系をズームレンズとして構成した場合の実施例１〜７について説明する。
まず、後記する実施例１〜４、６、７の構成パラメータにおける偏心面の座標の取り方は、例えば図１に示すように、基準面の中心を原点として、光軸を物体中心（図では省略）を出て絞り中心を通り像中心に到達する光線で定義し、偏心光学系（第１群Ｇ１、第４群Ｇ４（実施例３〜７））の第１面まで光軸に沿って進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し原点を通り光軸が偏心光学系によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し原点を通る方向をＸ軸方向とし、物点から光学系第１面に向かう方向をＺ軸の正方向、紙面表から裏に到る方向をＸ軸の正方向とする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は右手直交座標を構成する。そして、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の座標系の原点からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（自由曲面については、前記の（ａ）式のＺ軸、回転対称非球面については、以下の（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。なお、面番号は、光線の進行順に従っており、同軸部分に関しては、慣用に従い、その面の曲率半径、その面と次の面の面間隔、その面の後の屈折率とアッベ数を示してある。
【００７７】
また、後記する実施例５のについては、面番号は、光線の進行順に従っており、面の傾き量θ以外は、同軸系の慣用の表記に従っており、傾き量θが記載されている面については、その面を定義する式の中心軸のその面に入射する光軸からの回転量を表している。なお、傾き角は反時計回りの方向を正としている。
【００７８】
また、各面において、自由曲面は前記（ａ）式で表現される多項式面である。なお、定義式（ａ）のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００７９】
また、各面において、回転対称非球面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
ただし、ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）、Ｒは近軸曲率半径（頂点の曲率半径）、Ｋは円錐定数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係数である。
【００８０】
なお、後記する構成パラメータ中において、記載のない非球面に関する係数はゼロである。また、面と面の間の媒質の屈折率はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）の屈折率で表す。長さの単位はｍｍである。可変面間隔、パワーに関し、Ｗはワイド端、Ｓはスタンダード状態、Ｔはテレ端を表す。また、Ｐｘは光学系全体のＸ方向のパワー、Ｐｙは光学系全体のＹ方向のパワー、Ｐｎは第ｎ群のパワー、Ｐｎｘは第ｎ群のＸ方向のパワー、Ｐｎｙは第ｎ群のＹ方向のパワー、ＰＷｘは光学系全体のワイド端におけるＸ方向のパワー、ＰＷｙは光学系全体のワイド端におけるＹ方向のパワーとする。
【００８１】
また、自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｃ）により定義する。その定義式（ｃ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。
ただし、Ｄm （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００８２】
本発明において使用可能なその他の面の例として、次の定義式があげられる。
Ｚ＝ΣΣＣnmＸＹ
例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したとき、以下の式で表せる。
実施例１
この実施例１の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図１に示す。この実施例のズームレンズは、２群から構成され、第１群Ｇ１は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と像面の間隔は増加するように各群の移動が行われる。
【００８３】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凸レンズと、両凸レンズ、両凹レンズの接合レンズとからなる。絞りは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に第１群Ｇ１と一体に配置されている。
【００８４】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から１２面（像面）までの面頂位置は第６面からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００８５】
実施例２
この実施例２の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図２に示す。この実施例のズームレンズは、３群から構成され、第１群Ｇ１は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は増加するように、第３群Ｇ３と像面の間隔は減少するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１と像面の間は固定されている。
【００８６】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凸レンズと、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。絞りは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に第１群Ｇ１と一体に配置されている。
【００８７】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面（像面）までの面頂位置は第６面からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００８８】
実施例３
この実施例３の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図３に示す。この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は増加するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は減少するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１と像面の間は固定されている。
【００８９】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凸レンズと、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。第４群Ｇ４は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。絞りは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に第１群Ｇ１と一体に配置されている。
【００９０】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面（仮想面）までの面頂位置は第６面からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１５面から第１９面（像面）の偏心は第１４面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００９１】
実施例４
この実施例４の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図４に示す。この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第３群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は増加するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１と像面の間は固定されている。
【００９２】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３群Ｇ３は、両凹レンズからなる。第４群Ｇ３は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。絞りは、第２群Ｇ２の第１面上に配置されている。
【００９３】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面（仮想面）までの面頂位置は第６面（仮想面、基準面）からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１５面から第１９面（像面）の偏心は第１４面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００９４】
実施例５
この実施例５の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図５に示す。この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、絞りが第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に固定されている。ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増加するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、像面は固定されている。
【００９５】
第１群Ｇ１は、４面からなる偏心光学系からなり、自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凹レンズからなり、第３群Ｇ３は、両凸レンズからなる。第４群Ｇ４は、４面からなる偏心光学系からなり、自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。なお、第４群Ｇ４と像面の間にフィルター類が配置されている。
【００９６】
この実施例の撮像画角は、水平半画角２１．０°〜７．３°、垂直半画角１６．１°〜５．５°、入射瞳径２．３〜４．８ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、５０〜１５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第１面から第４面の面頂位置は軸上主光線に沿った面間隔によって定義され、第２面、第３面の偏心は軸上主光線に対する面を定義する式の中心軸の傾き角のみで与えられる。また、第１０面から第１３面の面頂位置は軸上主光線に沿った面間隔によって定義され、第１１面、第１２面の偏心は軸上主光線に対する面を定義する式の中心軸の傾き角のみで与えられる。
【００９７】
実施例６
この実施例６の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図６に示す。この実施例のズームレンズは、この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、絞りが第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に固定されている。ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増加するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、像面は固定されている。
【００９８】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凹レンズからなり、第３群Ｇ３は、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる。第４群Ｇ４は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。なお、第４群Ｇ４と像面の間にフィルター類が配置されている。
【００９９】
この実施例の撮像画角は、水平半画角２１．０°〜７．３°、垂直半画角１６．１°〜５．５°、入射瞳径２．９〜５．３ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、５０〜１５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１３面までの面頂位置は第６面（仮想面、基準面）からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１４面から第１６面の偏心は第１３面（この面の中心軸（前記（ａ）式のＺ軸）は第７面から第１３面までの軸上主光線の方向を向いている。）からの偏心量で表され、第１８面以降の面は第１３面からの偏心量により表される第１７面（仮想面、基準面）からの主光線の沿った面間隔のみによって表される。
【０１００】
実施例７
この実施例７の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図７に示す。この実施例のズームレンズは、この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、絞りが第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に固定されている。ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増加するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、像面は固定されている。
【０１０１】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。第３群Ｇ３は、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる。第４群Ｇ３は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。なお、第４群Ｇ４と像面の間にフィルター類が配置されている。
【０１０２】
この実施例の撮像画角は、水平半画角２６．３°〜９．４°、垂直半画角２０．３°〜７．１°、入射瞳径１．９〜３．７ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、３５〜１０５ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面までの面頂位置は第６面（仮想面、基準面）からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１６面から第１８面の偏心は第１５面（この面の中心軸（前記（ａ）式のＺ軸）は第７面から第１４面までの軸上主光線の方向を向いている。）からの偏心量で表され、第２０面以降の面は第１５面からの偏心量により表される第１９面（仮想面、基準面）からの主光線の沿った面間隔のみによって表される。
【０１０３】
以下、上記実施例１〜７の構成パラメータを示す。なお、自由曲面は“ＦＦＳ”で表す。
【０１０４】
【０１０５】
【０１０６】
【０１０７】
【０１０８】
【０１０９】
【０１１０】
次に、上記実施例１のワイド端、テレ端での横収差図をそれぞれ図８、図９に示す。また、上記実施例５のワイド端、テレ端での横収差図をそれぞれ図１０、図１１に示す。これらの横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。
【０１１１】
本発明は、以上の実施例に限らず、少なくとも物体側に第１群として回転非対称面で構成された偏心光学系が配置された結像光学系が含まれる。図１２〜図１５に、本発明に基づいて、物体側から、偏心光学系からなる第１群Ｇ１、屈折レンズからなる負の第２群Ｇ２、屈折レンズからなる正の第３群Ｇ３、偏心光学系からなる第４群Ｇ４からなる結像光学系のいくつかの例を示す。
【０１１２】
図１２の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は、物体からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第２透過面とからなるものであり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、回転非対称面Ａからなる偏心配置の反射面のみからなる。
【０１１３】
図１３の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は図１２の場合と同様であり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、第３群Ｇ３からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第１透過面とからなるものである。
【０１１４】
図１４の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は図１２の場合と同様であり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、第３群Ｇ３からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第２透過面とからなるものである。
【０１１５】
図１５の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は図１２の場合と同様であり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、第３群Ｇ３からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第２反射面と、第２反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第１透過面とからなるものである。
【０１１６】
ところで、本発明による回転非対称面形状の面を反射面として用いる場合、特に裏面鏡として用いる場合には、その反射面としては、臨界角以上の入射角を利用する全反射面以外に、図１６に示すように、ガラス、プラスチック等の透明体１１表面にアルミコート層１２を設けたもの（図の（ａ））、透明体１１表面に銀コート層１３を設けたもの（図の（ｂ））、透明体１１表面にアルミコート層１２を部分的に設けて半透過鏡としたもの（図の（ｂ））があるが、その外に、光学多層膜を設けて１００％反射するようにしたものあるいは半透過鏡としたもの等がある。
【０１１７】
また、本発明の結像光学系は、図１７に示すような撮影レンズ１４とファインダー１５と不図示の写真フィルムあるいはＣＣＤ等の撮像素子とからなるカメラ１６の撮影レンズ１４として用いることができる。さらには、ファインダー１５の対物レンズ又はリレーレンズとして用いることができる。さらには、第１群Ｇ１〜第３群Ｇ３を対物レンズとし、第４群Ｇ４を接眼レンズとするファインダー１５の光学系として用いることができる。
【０１１８】
図１８は、電子カメラの撮影レンズ２０として例えば実施例１の結像光学系を用いた例の構成を示す図であり、撮影レンズ２０の像面にＣＣＤ２１を配置して、被写体の像を映像信号に変換し、その映像信号を映像信号処理手段２２に入力させ、処理手段２２からの映像信号をＬＣＤ（液晶表示装置）２３に入力させることにより、被写体の像をＬＣＤ２３に表示させる。この表示像の拡大像は、偏心光学系からなる接眼プリズム２４により撮影者の眼に投影される。一方、その映像信号は、処理手段２２に接続された記録手段２５に記録されるようになっている。
【０１１９】
また、図１９は、図１７に示すようなカメラ１６のファインダー１５の対物レンズ３０として、本発明による４群Ｇ１〜Ｇ４構成の結像光学系を用いた例の構成を示す図であり、対物レンズ３０で結像された倒立中間像は像正立プリズム３１で正立され、接眼レンズ３２を経て拡大観察されるようになっている。
【０１２０】
以上の本発明の結像光学系は、例えば次のように構成することができる。
〔１〕 物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、前記第１群よりも像側に配置された少なくとも１枚のレンズを有する第２群とを含み、
前記偏心光学系が、偏心により発生する回転非対称な収差を補正する面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有することを特徴する結像光学系。
【０１２１】
〔２〕 上記〔１〕記載の結像光学系において、前記第１群が前記結像光学系中最も物体側に配置され、前記第２群が前記第１群に隣接する群として配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１２２】
〔３〕 上記〔１〕又は〔２〕記載の結像光学系において、前記第１群と前記第２群の間に明るさ絞りが配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１２３】
〔４〕 上記〔１〕から〔３〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第１群が全体として負のパワーを有する群にて構成され、前記第２群が全体として正のパワーを有する群にて構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２４】
〔５〕 上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第２群よりも像側に、少なくとも１枚のレンズを有する第３群が配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１２５】
〔６〕 上記〔５〕記載の結像光学系において、前記第３群が全体として正のパワーを有する群にて構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２６】
〔７〕 上記〔１〕から〔６〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第１群と前記第２群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２７】
〔８〕 上記〔５〕又は〔６〕記載の結像光学系において、前記第１群と前記第２群との群間隔及び前記第２群と前記第３群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２８】
〔９〕 上記〔７〕又は〔８〕記載の結像光学系において、広角端から望遠端への変倍に際し、少なくとも前記第２群を移動させることにより群間隔を変化させるように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２９】
〔１０〕 上記〔９〕記載の結像光学系において、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２群を前記第１群側へ移動させるように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１３０】
〔１１〕 上記〔５〕から〔１０〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第３群よりも像側に第４群が配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１３１】
〔１２〕 上記〔１１〕記載の結像光学系において、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第３群を前記第４群側へ移動させるように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１３２】
〔１３〕 物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、面の偏心面内をＹ軸方向、これと直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸と直交座標系を構成する軸をＺ軸とするとき、光学系全系の入射面側から前記主光線とＸ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＸ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｘとし、また、前記主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔１２〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１３３】
〔１４〕 前記第２群のパワーをＰ２、前記第３群のパワーをＰ２とするとき、
０．０１＜Ｐ２／Ｐ３＜１００ ・・・（２−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１１〕又は〔１２〕記載の結像光学系。
【０１３４】
〔１５〕 前記第１群の任意の方向のパワーをＰ１、光学系全体の任意の方向のパワーをＰとするとき、
−１００＜Ｐ１／Ｐ＜−０．０１ ・・・（３−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔１３〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１３５】
〔１６〕 前記第４群の任意の方向のパワーをＰ４、光学系全体の任意の方向のパワーをＰとするとき、
０．０１＜Ｐ４／Ｐ＜１００ ・・・（４−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１１〕又は〔１２〕記載の結像光学系。
【０１３６】
〔１７〕 偏心光学系を構成する曲面としてその面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正する第１及び第２の偏心光学系と、少なくとも２つの正又は負のレンズ群とからなることを特徴する結像光学系。
【０１３７】
〔１８〕 偏心光学系を構成する曲面としてその面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正する偏心光学系を有する２つの群と、他に少なくとも２つのレンズ群を持つ結像光学系において、前記４つの群の間隔の中少なくとも１つの群間隔を変化させることにより変倍をすることを特徴とする結像光学系。
【０１３８】
〔１９〕 前記２つの偏心光学系の中少なくとも一方の偏心光学系の回転非対称面は対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴とする上記〔１７〕又は〔１８〕記載の結像光学系。
【０１３９】
〔２０〕 前記回転非対称面の対称面は、偏心光学系の各面の偏心方向である偏心面と略同一面内に配置されていることを特徴とする上記〔１９〕記載の結像光学系。
【０１４０】
〔２１〕 前記偏心光学系は全反射作用又は反射作用を有する反射面を備えていることを特徴とする上記〔１９〕又は〔２０〕記載の結像光学系。
【０１４１】
〔２２〕 前記対称面を１面しか持たない回転非対称面を反射面に用いることを特徴とする上記〔２１〕記載の結像光学系。
【０１４２】
〔２３〕 前記対称面を１面しか持たない回転非対称面を裏面鏡として用いることを特徴とする上記〔２２〕記載の結像光学系。
【０１４３】
〔２４〕 前記偏心光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記軸上主光線に対して前記回転非対称面が傾いて配置されていることを特徴とする上記〔２３〕記載の結像光学系。
【０１４４】
〔２５〕 物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、面の偏心面内をＹ軸方向、これと直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸と直交座標系を構成する軸をＺ軸とするとき、光学系全系の入射面側から前記主光線とＸ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＸ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｘとし、また、前記主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１７〕から〔２４〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１４５】
〔２６〕 前記Ｐｘ／Ｐｙが、
０．５＜Ｐｘ／Ｐｙ＜２ ・・・（１−２）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔２５〕記載の結像光学系。
【０１４６】
〔２７〕 前記Ｐｘ／Ｐｙが、
０．８＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１．２ ・・・（１１−３）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔２６〕記載の結像光学系。
【０１４７】
〔２８〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面のみから構成され、光線は第１の反射面で反射し、第１の反射面に入射するときと異なる方向に反射することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１４８】
〔２９〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、再び前記第１の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１４９】
〔３０〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５０】
〔３１〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の反射面で反射し、再び前記第１の透過面を透過することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５１】
〔３２〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の反射面で反射し、前記第２の透過面を透過することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５２】
〔３３〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系中を主光線が略交差するように反射面が配置されていることを特徴とする上記〔３２〕記載の結像光学系。
【０１５３】
〔３４〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系中を主光線が略交差しないように反射面が配置されていることを特徴とする上記〔３２〕記載の結像光学系。
【０１５４】
〔３５〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３４〕記載の結像光学系。
【０１５５】
〔３６〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の反射面と第２の透過面が同一の面であることを特徴とする上記〔３４〕記載の結像光学系。
【０１５６】
〔３７〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第３の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の反射面で反射し、前記第３の反射面で反射し、前記第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５７】
〔３８〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３７〕記載の結像光学系。
【０１５８】
〔３９〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の反射面と第３の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３７〕記載の結像光学系。
【０１５９】
〔４０〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第２の透過面と第２の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３７〕記載の結像光学系。
【０１６０】
〔４１〕 前記結像光学系が、物体側から順に、第１の偏心光学系からなる第１群と、少なくとも１枚のレンズを含んだ第２群と、少なくとも１枚のレンズを含んだ第３群と、第２の偏心光学系からなる第４群とを有し、
少なくとも前記第２群又は前記第３群を移動することによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成されていることを特徴する上記〔１７〕から〔４０〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６１】
〔４２〕 前記第２群が全体として負のパワーを有することを特徴する上記〔４１〕記載の結像光学系。
【０１６２】
〔４３〕 前記第３群が全体として正のパワーを有することを特徴する上記〔４１〕又は〔４２〕記載の結像光学系。
【０１６３】
〔４４〕 前記第１の偏心光学系の回転非対称面と前記第２の偏心光学系の回転非対称面とが共に対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴する上記〔４１〕から〔４３〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６４】
〔４５〕 前記第１の偏心光学系の面対称自由曲面の対称面と前記第２の偏心光学系の面対称自由曲面の対称面とが共に略同一面内に配置されていることを特徴する上記〔４４〕記載の結像光学系。
【０１６５】
〔４６〕 前記広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２群を像側へ移動させると共に前記第３群を物体側へ移動させることを特徴する上記〔４１〕から〔４５〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６６】
〔４７〕 上記〔１〕から〔４６〕の何れか１項記載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物体像を受光する受光素子とを有することを特徴するカメラ装置。
【０１６７】
〔４８〕 上記〔１〕から〔４６〕の何れか１項記載の結像光学系をカメラのファインダーに備えたことを特徴するカメラ装置。
【０１６８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、回転対称な透過光学系に比べて小型で、偏心による収差の発生が少ない変倍光学系等の結像光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結像光学系をズームレンズとして構成した実施例１のワイド端での断面図である。
【図２】実施例２のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図３】実施例３のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図４】実施例４のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図５】実施例５のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図６】実施例６のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図７】実施例７のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図８】実施例１のワイド端での横収差図である。
【図９】実施例１のテレ端での横収差図である。
【図１０】実施例５のワイド端での横収差図である。
【図１１】実施例５のテレ端での横収差図である。
【図１２】本発明に基づく４群構成の結像光学系の１つの例の構成を示す図である。
【図１３】本発明に基づく４群構成の結像光学系の別の例の構成を示す図である。
【図１４】本発明に基づく４群構成の結像光学系の別の例の構成を示す図である。
【図１５】本発明に基づく４群構成の結像光学系の別の例の構成を示す図である。
【図１６】本発明において用いる偏心光学系の反射作用を持つ面の構成を例示するための図である。
【図１７】本発明の結像光学系を適用するカメラの概略の構成を示す斜視図である。
【図１８】電子カメラの撮影レンズとして本発明の結像光学系を用いた例の構成を示す図である。
【図１９】カメラのファインダーの対物レンズとして本発明による結像光学系を用いた例の構成を示す図である。
【図２０】偏心して配置された凹面鏡により発生する像面湾曲を示す図である。
【図２１】偏心して配置された凹面鏡により発生する軸上非点収差を示す図である。
【図２２】偏心して配置された凹面鏡により発生する軸上コマ収差を示す図である。
【図２３】本発明の光学系におけるパワーを説明するための図である。
【符号の説明】
Ｍ…凹面鏡
Ｓ…光学系
Ａ…回転非対称面
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
Ｇ４…第４群
１１…透明体
１２…アルミコート層
１３…銀コート層
１４…撮影レンズ
１５…ファインダー
１６…カメラ
２０…撮影レンズ
２１…ＣＣＤ
２２…映像信号処理手段
２３…ＬＣＤ（液晶表示装置）
２４…接眼プリズム
２５…記録手段
３０…ファインダー対物レンズ
３１…像正立プリズム
３２…接眼レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系に関し、特に、偏心して配置された反射面により構成されたパワーを有する偏心光学系を用いた結像光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型の反射偏心光学系の周知なものとして、特開昭５９−８４２０１号のものがある。これは、シリンドリカル反射面による１次元受光レンズの発明であり、２次元の撮像はできない。また、特開昭６２−１４４１２７号のもは、上記発明の球面収差を低減するために、同一シリンドリカル面を２回反射に使うものである。また、特開昭６２−２０５５４７号においては、反射面の形状として非球面反射面を使うことを示しているが、反射面の形状には言及していない。
【０００３】
また、米国特許第３，８１０，２２１号、同第３，８３６，９３１号の２件は、何れもレフレックスカメラのファインダー光学系に回転対称非球面鏡と対称面を１面しか持たない面を持ったレンズ系を用いた例が示されている。ただし、対称面を１面しか持たない面は、観察虚像の傾きを補正する目的で利用されている。
【０００４】
また、特開平１−２５７８３４号（米国特許第５，２７４，４０６号）は、背面投影型テレビにおいて像歪みを補正するために対称面を１面しか持たない面を反射鏡に使用した例が示されているが、スクリーンへの投影には投影レンズ系が使われ、像歪みの補正に対称面を１面しか持たない面が使われている。
【０００５】
また、特開平７−３３３５５１号には、観察光学系としてアナモルフィック面とトーリック面を使用した裏面鏡タイプの偏心光学系の例が示されている。しかし、像歪みを含め収差の補正が不十分である。
【０００６】
以上の何れの先行技術も対称面を１面しか持たない面を使い、折り返し光路に裏面鏡として使用したものではない。
【０００７】
また、別な例として特開平９−２５８１０５号、特開平９−２５８１０６号、特開平９−２２２５６１号、特開平８−２９２３７２号、特開平８−２９２３６８号、特開平８−２４８４８１号のものがある。これらは、光路中で結像するものであり、光路が長くなり、小型の変倍光学系を構成することができない。
【０００８】
さらに、特開平９−２２２５６３号、特開平９−２１１３３０号、特開平９−２１１３３１号、特開平８−２９２３７１号のものがある。これらは、変倍ができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転対称な光学系では、屈折力を有する透過回転対称レンズに屈折力を負担させていたために、収差補正のために多くの構成要素を必要としていた。しかし、これら従来技術の偏心光学系では、結像された像の収差が良好に補正され、なおかつ、特に回転非対称なディストーションが良好に補正されていないと、結像された図形等が歪んで写ってしまい、正しい形状を記録することができなかった。
【００１０】
また、光学系を構成する屈折レンズが光軸を軸とした回転対称面で構成された回転対称光学系では、光路が直線になるために、光学系全体が光軸方向に長くなってしまい、装置が大型になってしまう問題があった。
【００１１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像を与える小型の偏心光学系を用いた結像光学系を提供することである。本発明のもう１つの目的は、このような偏心光学系を含む少なくとも２つのレンズ群からなる変倍光学系を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の結像光学系は、物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、前記第１群よりも像側に配置された回転対称光学系からなる第２群とを含み、
前記第２群よりも像側に配置された回転対称光学系からなる第３群と、前記第３群よりも像側に配置された偏心光学系からなる第４群と、前記第２群と第３群の間に配置された絞りからなる結像光学系であって、
前記偏心光学系が、光学面として３つ又は４つの光学面で形成されたプリズムを有し、
前記光学面は、面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面からなるか、あるいは、該回転非対称面形状の面と偏心配置された回転対称非球面からなり、
前記第１群と前記第２群、前記第２群と前記第３群、及び、前記第３群と前記第４群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成され、
前記物体の像を１回だけ形成することを特徴するものである。
【００２４】
まず、以下の説明において用いる座標系について説明する。物点中心を通り、絞り中心を通過し、像面中心に到達する光線を軸上主光線とし、光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交しかつ光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交しかつ前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とする。
また、光線の追跡方向は、物体から像面に向かう順光線追跡で説明する。
【００２５】
一般に、球面レンズでのみ構成された球面レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正しあい、全体として収差を少なくする構成になっている。一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには、非球面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自体を少なくするためである。
【００２６】
しかし、偏心した光学系においては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不可能である。
【００２７】
以下に、本発明の構成と作用について説明する。
基本的な本発明の構成は、物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、その第１群よりも像側に配置された少なくとも１枚のレンズを有する第２群とを含み、その偏心光学系が、偏心により発生する回転非対称な収差を補正する面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有することを特徴するものである。
【００２８】
回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正することは不可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに軸上でも発生する非点収差、コマ収差、がある。図２０は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲を、図２１は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上非点収差を、図２２は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を示す図である。本発明は、このような偏心により発生する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、前記回転非対称な収差を補正している。
【００２９】
偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する回転非対称な収差に、図２０に示したような回転非対称な像面湾曲がある。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡Ｍに入射した光線は、凹面鏡Ｍに当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡Ｍに当たって以降、像面までの後側焦点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。すると、図２０に示すように、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。このように回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより補正することができる。また上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。
【００３０】
次に、回転非対称な非点収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは軸上光線に対しても、図２１に示すような非点収差が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。
【００３１】
さらに、回転非対称なコマ収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図２２に示すようなコマ収差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変えることによって可能となる。
【００３２】
さらに、上記の基本的な本発明の構成においては、偏心光学系を折り曲げ光路で構成すると、反射面にパワーを持たせることが可能となり、透過型レンズを省略することが可能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより、光学系を小型に構成することが可能となる。
【００３３】
さらに、この偏心光学系に正又は負の光学系を少なくとも１群付加することにより、主点位置を物体側又は像側に突出させることが可能となる。つまり、少なくとも１つの光学系を付加することにより、より小型の結像光学系を構成することが可能となる。
【００３４】
本発明は、偏心光学系を構成する曲面としてその面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正する偏心光学系を有する第１群と、他に少なくとも１つの群を持つ結像光学系において、第１群と第２群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端へ変倍をすることを特徴とする結像光学系を含むものである。
【００３５】
本発明において、偏心光学系を有する第１群と他の少なくとも１つの群との間隔を変化させ変倍することにより、小型の変倍光学系を構成することが可能となる。
【００３６】
さらに好ましくは、この少なくとも１つの群間隔を変化させる群間隔変更手段は、レンズ群を軸上主光線の方向に移動させることにより群間隔を変化する群間隔変更手段により構成することが好ましい。また、少なくとも２つの群の一部又は全部を繰り出して、ピント調節を行うことが可能なことは言うまでもない。
【００３７】
上記の回転非対称面としては、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。
ここで、本発明で使用する自由曲面とは以下の式で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００３８】
【００３９】
球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
【００４０】
自由曲面項は、
【００４１】
上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正することが可能となる。
【００４２】
上記定義式は１つの例として示したものであり、本発明の特徴は対称面を１面のみ有する回転非対称面で偏心により発生する回転非対称な収差を補正することが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
また、回転非対称面の対称面は、偏心光学系の各面の偏心方向である偏心面と略同一面内に配置されていることが望ましい。
【００４４】
回転非対称面は偏心して構成された光学系に配置され、偏心して配置された各面の偏心面と略同一の面を対称面となるような自由曲面とすることで、対称面を挟んで左右両側を対称にすることができ、収差補正と製作性を大幅に向上できる。
【００４５】
また、偏心光学系は全反射作用又は反射作用を有する反射面を備えていることが望ましい。反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾けて配置された全反射面で構成することにより高い反射率にすることが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜の形成された反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や半透過面、吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。
【００４６】
また、対称面を１面しか持たない回転非対称面を反射面に用いることが望ましい。自由曲面を反射面として構成することにより、収差補正上良い結果を得られる。反射面に回転非対称面を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲させることができるために、他の収差発生も少ない。つまり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に比べて収差の発生が少なくてすむ。
【００４７】
この場合、対称面を１面しか持たない回転非対称面を裏面鏡として用いることが望ましい。上記の反射面を裏面鏡で構成することにより、像面湾曲の発生を少なくすることができる。これは、同じ焦点距離の凹面鏡を構成する場合に、裏面鏡の方が屈折率の分曲率半径が大きくてすみ、特に像面湾曲収差の発生が少なくてすむからである。
【００４８】
また、上記偏心光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、その軸上主光線に対して回転非対称面が傾いて配置されていることが望ましい。軸上主光線に対して回転非対称面を傾けて配置することにより、偏心収差の補正を効果的に行うことが可能となる。特に反射面がパワーを持っているときは、他の面で発生する偏心によるコマ収差と偏心による非点収差の発生を補正することが可能となる。
【００４９】
本発明の光学系の回転非対称な面のパワーについて説明する。図２３に示すように、第１群Ｇ１を含む光学系Ｓの第１群Ｇ１の偏心方向をＹ軸方向に取った場合に、光学系Ｓの軸上主光線と平行なＹ−Ｚ面内の高さｄの光線を物体側から入射し、光学系Ｓから射出したその平行光と軸上主光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角ωのｔａｎを上記ｄで割った値をＹ方向の光学系全体のパワーＰｙとし、同様に定義してＸ方向の光学系全体のパワーＰｘとする。また、同様に、本発明による光学系Ｓの第ｎ群のＹ方向、Ｘ方向のパワーをそれぞれＰｎｙ，Ｐｎｘとする。Ｘ方向、Ｙ方向を区別しない場合のパワーはＰｎとする。
【００５０】
本発明においては、光学系全体のＸ方向のパワーＰｘとＹ方向のパワーＰｙの比をＰｘ／Ｐｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することが、収差補正上好ましい。上記条件式（１−１）の下限０．１と、上限１０を越えると、光学系全体の焦点距離がＸ方向とＹ方向で異なりすぎ、良好な像歪みを得ることが難しくなり、像が歪んでしまう。
【００５１】
さらに好ましくは、Ｐｘ／Ｐｙが、
０．５＜Ｐｘ／Ｐｙ＜２ ・・・（１−２）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５２】
さらに好ましくは、Ｐｘ／Ｐｙが、
０．８＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１．２ ・・・（１−３）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５３】
さらに、本発明において、光学系を４群以上からなる変倍光学系として構成する場合には、第２群と第３群のパワーＰ２とＰ３の比を以下の条件を満足することが重要である。
【００５４】
０．０１＜Ｐ２／Ｐ３＜１００ ・・・（２−１）
上記条件式（２−１）は第２群と第３群のパワーを相対的に規定するものであり、下限の０．０１を越えると、第２群のパワーが小さすぎ、上限の１００を越えると、第３群のパワーが大きすぎ、何れの場合も第２群又は第３群の変倍による移動量が大きくなりすぎ、光学系が大型になったり、大きな変倍比をとることが不可能になる。
【００５５】
さらに好ましくは、Ｐ２／Ｐ３が、
０．１＜Ｐ２／Ｐ３＜１０ ・・・（２−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５６】
さらに好ましくは、Ｐ２／Ｐ３が、
０．５＜Ｐ２／Ｐ３＜２ ・・・（２−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５７】
さらに、本発明において、第１群と光学系全体のパワーの関係を規定する。ズームの状態のワイド端とテレ端において、ワイド端におけるＸ方向、Ｙ方向の光学系全体のパワーをそれぞれＰＷｘ，ＰＷｙ、テレ端におけるＸ方向、Ｙ方向の光学系全体のパワーをそれぞれＰＴｘ，ＰＴｙとするとき、
Ｐ１ｘ／ＰＷｘ，
Ｐ１ｙ／ＰＷｙ，
Ｐ１ｘ／ＰＴｘ，
Ｐ１ｙ／ＰＴｙ
の各条件Ｐ１／Ｐが、
−１００＜Ｐ１／Ｐ＜−０．０１ ・・・（３−１）
を満足することが重要である。この条件式（３−１）は、特に広画角の変倍光学系を構成する場合に重要であり、下限の−１００を越えると、第１群で発生する収差、特に像歪みが大きくなりすぎ、他の群で補正することが不可能になる。また、上限の−０．０１を越えると、第１群のパワーが弱くなりすぎ、ワイド端の光線の広がりを第１群で収束することが難しくなり、レンズ径が大きくなったり、第２群以降の光学系を構成することが不可能になる。
【００５８】
さらに好ましくは、
−１０＜Ｐ１／Ｐ＜−０．１ ・・・（３−２）
を満足することが重要であり、
さらに好ましくは、
−２＜Ｐ１／Ｐ＜−０．２ ・・・（３−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５９】
さらに、本発明において、光学系を４群からなる変倍光学系として構成する場合の、第４群のパワーＰ４と光学系全体のパワーＰの関係を次に規定する。
【００６０】
Ｐ４ｘ／ＰＷｘ，
Ｐ４ｙ／ＰＷｙ，
Ｐ４ｘ／ＰＴｘ，
Ｐ４ｙ／ＰＴｙ
の各条件Ｐ４／Ｐが、
０．０１＜Ｐ４／Ｐ＜１００ ・・・（４−１）
を満足することが重要である。この条件式（４−１）は、変倍光学系の全長を短くするのに必要な条件である。下限の０．０１を越えると、第１群で発生する収差、特に像面湾曲が大きくなりすぎ、他の群で補正することが不可能になる。また、上限の１００を越えると、第４群のパワーが弱くなりすぎ、第４群から像面までの光路長が長くなりすぎ、光学系を小型にすることが不可能になる。
【００６１】
さらに好ましくは、
０．１＜Ｐ４／Ｐ＜１０ ・・・（４−２）
を満足することが重要であり、
さらに好ましくは、
０．２＜Ｐ４／Ｐ＜２ ・・・（４−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００６２】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面のみから構成され、光線は第１の反射面で反射し、第１の反射面に入射するときと異なる方向に反射するものとすることができる。この第１面が軸上主光線に対して傾いて配置されていると、この面で反射するときに、偏心による偏心収差が発生する。この偏心収差を補正するには、その反射面を回転非対称面で構成することにより、初めて回転非対称な収差を良好に補正することが可能となる。回転非対称面で反射面を構成しないと、その回転非対称な収差の発生が大きく、解像力が落ちてしまう。さらに、前記各条件式（１−１）〜（４−３）を満足することにより、収差補正がより効果的になる。
【００６３】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、再び第１の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出するものとすることができる。このように、透過面を１面増やすことにより、光学系のペッツバール和を小さくすることができる。正のパワーの透過面と反射面では、両方で打ち消し合うようなペッツバール和になり、パワーを分散させてかつペッツバール和を小さくし、像面湾曲を補正することが可能となる。さらに好ましくは、第１の透過面と第１の反射面は、軸上主光線が通過又は反射する領域で同じ符号のパワーを持つことが、上述のように像面湾曲収差に対して良い結果を与える。
【００６４】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出するものとすることができる。前記の第１の透過面を光学系に入射する面と射出する面の２面に分割することにより、像面湾曲収差に更に良い結果を与える。また、第１の透過面が透過光に対して正のパワーを持つレンズである場合には、第１の反射面の光線の広がりを抑えることが可能となり、第１の反射面を小型にすることが可能である。また、光線を第１の透過面、第１の反射面、第２の透過面の順番に進むように構成することによって、第１の反射面を裏面鏡として構成することが可能となる。第１の反射面を裏面鏡で構成すると、表面鏡で構成するよりも更に像面湾曲収差に対して良い結果を得られる。さらに、第１の透過面と第２の透過面のどちらかまたは両方を第１の反射面と同じ符号のパワーを持たせることにより、像面湾曲は略完全に補正することが可能となる。
【００６５】
一方、第１の透過面と第２の透過面のパワーを略ゼロにすることにより、色収差に対して良い結果を得られる。これは、第１の反射面では、原理上色収差の発生がないため、色収差を他の面と補正し合う必要がない。そこで、第１の透過面と第２の透過面でも、色収差が発生しないようにパワーを略ゼロにすることで、全体の光学系で色収差の少ない光学系を構成することが可能となる。
【００６６】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射し、再び第１の透過面を透過するものとすることができる。偏心光学系を第１・第２の反射面と第１の透過面で構成すると、光軸を２つの反射面で折り曲げることができ、光学系を小型にすることが可能となる。また、反射回数が偶数回となることから、裏像にすることなく結像することができる。また、２つの反射面のパワーを変えることが可能となり、正負又は負正の組み合わせにして、主点位置を光学系の前に出したり後ろに出したりすることができる。これは、像面湾曲にも良い結果を与えることができる。さらに、２つの反射面を裏面鏡にすることで、像面湾曲をほとんどなくすことも可能である。
【００６７】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射し、第２の透過面を透過するものとすることができる。偏心光学系を第１・第２の反射面と第１・第２の透過面で構成すると、光軸を２つの反射面で折り曲げることができ、光学系を小型にできる。さらに、透過面が２つあることから、主点位置、像面湾曲に対してはより良い結果を得ることができる。さらに、２つの反射面を裏面鏡にすることで、より良い収差性能が得られる。
【００６８】
上記の第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成される場合、偏心光学系中を主光線が略交差するように反射面を配置することができる。このように偏心光学系を構成することにより、光学系を小型に構成することが可能となる。この構成により、物体面と像面を略垂直に配置することが可能となり、光学系と結像位置に配置される撮像素子を略平行に配置することが可能となり、高さの低い撮像光学系を構成することが可能となる。
【００６９】
また、その場合、偏心光学系中を主光線が略交差しないように反射面を配置することもできる。軸上主光路が偏心光学系の中を通過するときに交差しないように光学系を構成することにより、「Ｚ」字型の光路をとることが可能となる。すると、反射面での偏心角が小さく構成でき、偏心収差の発生を少なくできるので、偏心収差の補正上好ましい。また、物体から光学系までの光路と光学系から像面までの光路を略平行に配置することが可能となり、特に観察光学系や接眼光学系に使用する場合には、物体を観察する方向と光学系を通して観察する方向が同一方向となり、観察時に違和感がない。
【００７０】
そして、主光線が略交差しないように反射面を配置する場合に、偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面であるようにすることができる。第１透過面と第２反射面が同一面だと、形成する面は３面となり製作性が向上する。
【００７１】
また、第１の反射面と第２の透過面が同一の面であるようにすることもできる。第１反射面と第２透過面が同一面だと、形成する面は３面となり、同様に製作性が向上する。
【００７２】
また、偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第３の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、第１の反射面で反射し、第２の反射面で反射し、第３の反射面で反射し、第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出するようにすることができる。このように、偏心光学系を３つの反射面と２つの透過面で構成すると、さらに自由度が増し収差補正上好ましい。
【００７３】
この場合、偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面、偏心光学系の第１の反射面と第３の反射面が同一の面、あるいは、偏心光学系の第２の透過面と第２の反射面が同一の面であるようにすることができる。何れにおいても、少なくとも２つの面を同一面にすることによって製作性が向上する。
【００７４】
また、以上の何れかの結像光学系をカメラファインダー用の結像光学系に用いることができる。カメラファインダー光学系の結像光学系に回転非対称面を用いると、像歪みはもちろんのこと、色収差にも良い結果を得ることが可能となる。さらに好ましくは、回転非対称面を裏面鏡として用いることにより、収差の発生を少なくすることが可能となる。
【００７５】
また、以上の何れかの結像光学系をカメラファインダー用光学系に用いることができる。さらに好ましくは、カメラファインダー光学系の結像光学系と接眼光学系を回転非対称面で構成することにより、小型でかつ収差の少ないファインダー光学系を提供することが可能となる。さらに好ましくは、回転非対称面を裏面鏡として使用し、倒立プリズムの反射面を裏面鏡として構成することにより、部品点数の少ないファインダー光学系を提供することが可能となる。
【００７６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の結像光学系をズームレンズとして構成した場合の実施例１〜７について説明する。
まず、後記する実施例１〜４、６、７の構成パラメータにおける偏心面の座標の取り方は、例えば図１に示すように、基準面の中心を原点として、光軸を物体中心（図では省略）を出て絞り中心を通り像中心に到達する光線で定義し、偏心光学系（第１群Ｇ１、第４群Ｇ４（実施例３〜７））の第１面まで光軸に沿って進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し原点を通り光軸が偏心光学系によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し原点を通る方向をＸ軸方向とし、物点から光学系第１面に向かう方向をＺ軸の正方向、紙面表から裏に到る方向をＸ軸の正方向とする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は右手直交座標を構成する。そして、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の座標系の原点からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（自由曲面については、前記の（ａ）式のＺ軸、回転対称非球面については、以下の（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。なお、面番号は、光線の進行順に従っており、同軸部分に関しては、慣用に従い、その面の曲率半径、その面と次の面の面間隔、その面の後の屈折率とアッベ数を示してある。
【００７７】
また、後記する実施例５のについては、面番号は、光線の進行順に従っており、面の傾き量θ以外は、同軸系の慣用の表記に従っており、傾き量θが記載されている面については、その面を定義する式の中心軸のその面に入射する光軸からの回転量を表している。なお、傾き角は反時計回りの方向を正としている。
【００７８】
また、各面において、自由曲面は前記（ａ）式で表現される多項式面である。なお、定義式（ａ）のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００７９】
また、各面において、回転対称非球面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００８０】
なお、後記する構成パラメータ中において、記載のない非球面に関する係数はゼロである。また、面と面の間の媒質の屈折率はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）の屈折率で表す。長さの単位はｍｍである。可変面間隔、パワーに関し、Ｗはワイド端、Ｓはスタンダード状態、Ｔはテレ端を表す。また、Ｐｘは光学系全体のＸ方向のパワー、Ｐｙは光学系全体のＹ方向のパワー、Ｐｎは第ｎ群のパワー、Ｐｎｘは第ｎ群のＸ方向のパワー、Ｐｎｙは第ｎ群のＹ方向のパワー、ＰＷｘは光学系全体のワイド端におけるＸ方向のパワー、ＰＷｙは光学系全体のワイド端におけるＹ方向のパワーとする。
【００８１】
また、自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｃ）により定義する。その定義式（ｃ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。
【００８２】
本発明において使用可能なその他の面の例として、次の定義式があげられる。
Ｚ＝ΣΣＣnmＸＹ
例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したとき、以下の式で表せる。
この実施例１の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図１に示す。この実施例のズームレンズは、２群から構成され、第１群Ｇ１は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と像面の間隔は増加するように各群の移動が行われる。
【００８３】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凸レンズと、両凸レンズ、両凹レンズの接合レンズとからなる。絞りは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に第１群Ｇ１と一体に配置されている。
【００８４】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から１２面（像面）までの面頂位置は第６面からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００８５】
実施例２
この実施例２の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図２に示す。この実施例のズームレンズは、３群から構成され、第１群Ｇ１は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は増加するように、第３群Ｇ３と像面の間隔は減少するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１と像面の間は固定されている。
【００８６】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凸レンズと、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる。絞りは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に第１群Ｇ１と一体に配置されている。
【００８７】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面（像面）までの面頂位置は第６面からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００８８】
実施例３
この実施例３の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図３に示す。この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は増加するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は減少するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１と像面の間は固定されている。
【００８９】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凸レンズと、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。第４群Ｇ４は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。絞りは、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間に第１群Ｇ１と一体に配置されている。
【００９０】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面（仮想面）までの面頂位置は第６面からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１５面から第１９面（像面）の偏心は第１４面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００９１】
実施例４
この実施例４の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図４に示す。この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第３群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は減少するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は増加するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１と像面の間は固定されている。
【００９２】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズとからなる。第３群Ｇ３は、両凹レンズからなる。第４群Ｇ３は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。絞りは、第２群Ｇ２の第１面上に配置されている。
【００９３】
この実施例の撮像画角は、水平半画角３５．８°〜１３．９°、垂直半画角２８．４°〜１０．５°、入射瞳径１．２ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、２４〜５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面（仮想面）までの面頂位置は第６面（仮想面、基準面）からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１５面から第１９面（像面）の偏心は第１４面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。
【００９４】
実施例５
この実施例５の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図５に示す。この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、絞りが第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に固定されている。ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増加するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、像面は固定されている。
【００９５】
第１群Ｇ１は、４面からなる偏心光学系からなり、自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凹レンズからなり、第３群Ｇ３は、両凸レンズからなる。第４群Ｇ４は、４面からなる偏心光学系からなり、自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。なお、第４群Ｇ４と像面の間にフィルター類が配置されている。
【００９６】
この実施例の撮像画角は、水平半画角２１．０°〜７．３°、垂直半画角１６．１°〜５．５°、入射瞳径２．３〜４．８ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、５０〜１５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第１面から第４面の面頂位置は軸上主光線に沿った面間隔によって定義され、第２面、第３面の偏心は軸上主光線に対する面を定義する式の中心軸の傾き角のみで与えられる。また、第１０面から第１３面の面頂位置は軸上主光線に沿った面間隔によって定義され、第１１面、第１２面の偏心は軸上主光線に対する面を定義する式の中心軸の傾き角のみで与えられる。
【００９７】
実施例６
この実施例６の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図６に示す。この実施例のズームレンズは、この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、絞りが第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に固定されている。ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増加するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、像面は固定されている。
【００９８】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、両凹レンズからなり、第３群Ｇ３は、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる。第４群Ｇ４は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。なお、第４群Ｇ４と像面の間にフィルター類が配置されている。
【００９９】
この実施例の撮像画角は、水平半画角２１．０°〜７．３°、垂直半画角１６．１°〜５．５°、入射瞳径２．９〜５．３ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、５０〜１５０ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１３面までの面頂位置は第６面（仮想面、基準面）からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１４面から第１６面の偏心は第１３面（この面の中心軸（前記（ａ）式のＺ軸）は第７面から第１３面までの軸上主光線の方向を向いている。）からの偏心量で表され、第１８面以降の面は第１３面からの偏心量により表される第１７面（仮想面、基準面）からの主光線の沿った面間隔のみによって表される。
【０１００】
実施例７
この実施例７の光軸を含むワイド端でのＹ−Ｚ断面図を図７に示す。この実施例のズームレンズは、この実施例のズームレンズは、４群から構成され、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４は回転非対称光学系（偏心光学系）、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は回転対称光学系からなり、絞りが第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間に固定されている。ワイド端からテレ端への変倍の際、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は増加するように、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔は減少するように、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は増加するように各群の移動が行われる。なお、第１群Ｇ１、第４群Ｇ４、像面は固定されている。
【０１０１】
第１群Ｇ１は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した回転対称の非球面からなる透過面の第１面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第２面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面であって第１面と共通の第３面と、偏心した自由曲面からなる透過面の第４面とからなる。第２群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる。第３群Ｇ３は、両凸レンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる。第４群Ｇ３は、３面からなる偏心光学系からなり、偏心した自由曲面からなる透過面の第１面と、偏心した回転対称の非球面からなる反射面の第２面と、偏心した自由曲面からなる反射面の第３面と、偏心した回転対称の非球面からなる透過面であって第２面と共通の第４面とからなる。なお、第４群Ｇ４と像面の間にフィルター類が配置されている。
【０１０２】
この実施例の撮像画角は、水平半画角２６．３°〜９．４°、垂直半画角２０．３°〜７．１°、入射瞳径１．９〜３．７ｍｍであり、像高は２．４５×１．８４ｍｍ、焦点距離は３５ｍｍの銀塩カメラに換算すると、３５〜１０５ｍｍに相当する。構成パラメータは後記するが、第２面から第５面の偏心は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表されている。また、第７面から第１４面までの面頂位置は第６面（仮想面、基準面）からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表され、第６面自体の面頂は第１面（仮想面、基準面）からの偏心量で表される。さらに、第１６面から第１８面の偏心は第１５面（この面の中心軸（前記（ａ）式のＺ軸）は第７面から第１４面までの軸上主光線の方向を向いている。）からの偏心量で表され、第２０面以降の面は第１５面からの偏心量により表される第１９面（仮想面、基準面）からの主光線の沿った面間隔のみによって表される。
【０１０３】
以下、上記実施例１〜７の構成パラメータを示す。なお、自由曲面は“ＦＦＳ”で表す。
次に、上記実施例１のワイド端、テレ端での横収差図をそれぞれ図８、図９に示す。また、上記実施例５のワイド端、テレ端での横収差図をそれぞれ図１０、図１１に示す。これらの横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。
【０１１１】
本発明は、以上の実施例に限らず、少なくとも物体側に第１群として回転非対称面で構成された偏心光学系が配置された結像光学系が含まれる。図１２〜図１５に、本発明に基づいて、物体側から、偏心光学系からなる第１群Ｇ１、屈折レンズからなる負の第２群Ｇ２、屈折レンズからなる正の第３群Ｇ３、偏心光学系からなる第４群Ｇ４からなる結像光学系のいくつかの例を示す。
【０１１２】
図１２の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は、物体からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第２透過面とからなるものであり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、回転非対称面Ａからなる偏心配置の反射面のみからなる。
【０１１３】
図１３の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は図１２の場合と同様であり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、第３群Ｇ３からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第１透過面とからなるものである。
【０１１４】
図１４の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は図１２の場合と同様であり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、第３群Ｇ３からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第２透過面とからなるものである。
【０１１５】
図１５の結像光学系においては、第１群Ｇ１の偏心光学系は図１２の場合と同様であり、第４群Ｇ４の偏心光学系は、第３群Ｇ３からの光が入射する第１透過面と、第１透過面から入射した光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第１反射面と、第１反射面で反射された光を反射する回転非対称面Ａからなる偏心配置の第２反射面と、第２反射面で反射された光を偏心光学系の外へ射出する第１透過面とからなるものである。
【０１１６】
ところで、本発明による回転非対称面形状の面を反射面として用いる場合、特に裏面鏡として用いる場合には、その反射面としては、臨界角以上の入射角を利用する全反射面以外に、図１６に示すように、ガラス、プラスチック等の透明体１１表面にアルミコート層１２を設けたもの（図の（ａ））、透明体１１表面に銀コート層１３を設けたもの（図の（ｂ））、透明体１１表面にアルミコート層１２を部分的に設けて半透過鏡としたもの（図の（ｂ））があるが、その外に、光学多層膜を設けて１００％反射するようにしたものあるいは半透過鏡としたもの等がある。
【０１１７】
また、本発明の結像光学系は、図１７に示すような撮影レンズ１４とファインダー１５と不図示の写真フィルムあるいはＣＣＤ等の撮像素子とからなるカメラ１６の撮影レンズ１４として用いることができる。さらには、ファインダー１５の対物レンズ又はリレーレンズとして用いることができる。さらには、第１群Ｇ１〜第３群Ｇ３を対物レンズとし、第４群Ｇ４を接眼レンズとするファインダー１５の光学系として用いることができる。
【０１１８】
図１８は、電子カメラの撮影レンズ２０として例えば実施例１の結像光学系を用いた例の構成を示す図であり、撮影レンズ２０の像面にＣＣＤ２１を配置して、被写体の像を映像信号に変換し、その映像信号を映像信号処理手段２２に入力させ、処理手段２２からの映像信号をＬＣＤ（液晶表示装置）２３に入力させることにより、被写体の像をＬＣＤ２３に表示させる。この表示像の拡大像は、偏心光学系からなる接眼プリズム２４により撮影者の眼に投影される。一方、その映像信号は、処理手段２２に接続された記録手段２５に記録されるようになっている。
【０１１９】
また、図１９は、図１７に示すようなカメラ１６のファインダー１５の対物レンズ３０として、本発明による４群Ｇ１〜Ｇ４構成の結像光学系を用いた例の構成を示す図であり、対物レンズ３０で結像された倒立中間像は像正立プリズム３１で正立され、接眼レンズ３２を経て拡大観察されるようになっている。
【０１２０】
以上の本発明の結像光学系は、例えば次のように構成することができる。
〔１〕 物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、前記第１群よりも像側に配置された少なくとも１枚のレンズを有する第２群とを含み、
前記偏心光学系が、偏心により発生する回転非対称な収差を補正する面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有することを特徴する結像光学系。
【０１２１】
〔２〕 上記〔１〕記載の結像光学系において、前記第１群が前記結像光学系中最も物体側に配置され、前記第２群が前記第１群に隣接する群として配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１２２】
〔３〕 上記〔１〕又は〔２〕記載の結像光学系において、前記第１群と前記第２群の間に明るさ絞りが配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１２３】
〔４〕 上記〔１〕から〔３〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第１群が全体として負のパワーを有する群にて構成され、前記第２群が全体として正のパワーを有する群にて構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２４】
〔５〕 上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第２群よりも像側に、少なくとも１枚のレンズを有する第３群が配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１２５】
〔６〕 上記〔５〕記載の結像光学系において、前記第３群が全体として正のパワーを有する群にて構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２６】
〔７〕 上記〔１〕から〔６〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第１群と前記第２群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２７】
〔８〕 上記〔５〕又は〔６〕記載の結像光学系において、前記第１群と前記第２群との群間隔及び前記第２群と前記第３群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２８】
〔９〕 上記〔７〕又は〔８〕記載の結像光学系において、広角端から望遠端への変倍に際し、少なくとも前記第２群を移動させることにより群間隔を変化させるように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１２９】
〔１０〕 上記〔９〕記載の結像光学系において、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２群を前記第１群側へ移動させるように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１３０】
〔１１〕 上記〔５〕から〔１０〕の何れか１項記載の結像光学系において、前記第３群よりも像側に第４群が配置されていることを特徴する結像光学系。
【０１３１】
〔１２〕 上記〔１１〕記載の結像光学系において、広角端から望遠端への変倍に際し、前記第３群を前記第４群側へ移動させるように構成されていることを特徴する結像光学系。
【０１３２】
〔１３〕 物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、面の偏心面内をＹ軸方向、これと直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸と直交座標系を構成する軸をＺ軸とするとき、光学系全系の入射面側から前記主光線とＸ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＸ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｘとし、また、前記主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔１２〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１３３】
〔１４〕 前記第２群のパワーをＰ２、前記第３群のパワーをＰ２とするとき、
０．０１＜Ｐ２／Ｐ３＜１００ ・・・（２−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１１〕又は〔１２〕記載の結像光学系。
【０１３４】
〔１５〕 前記第１群の任意の方向のパワーをＰ１、光学系全体の任意の方向のパワーをＰとするとき、
−１００＜Ｐ１／Ｐ＜−０．０１ ・・・（３−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔１３〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１３５】
〔１６〕 前記第４群の任意の方向のパワーをＰ４、光学系全体の任意の方向のパワーをＰとするとき、
０．０１＜Ｐ４／Ｐ＜１００ ・・・（４−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１１〕又は〔１２〕記載の結像光学系。
【０１３６】
〔１７〕 偏心光学系を構成する曲面としてその面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正する第１及び第２の偏心光学系と、少なくとも２つの正又は負のレンズ群とからなることを特徴する結像光学系。
【０１３７】
〔１８〕 偏心光学系を構成する曲面としてその面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面を少なくとも１面有し、偏心により発生する回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正する偏心光学系を有する２つの群と、他に少なくとも２つのレンズ群を持つ結像光学系において、前記４つの群の間隔の中少なくとも１つの群間隔を変化させることにより変倍をすることを特徴とする結像光学系。
【０１３８】
〔１９〕 前記２つの偏心光学系の中少なくとも一方の偏心光学系の回転非対称面は対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴とする上記〔１７〕又は〔１８〕記載の結像光学系。
【０１３９】
〔２０〕 前記回転非対称面の対称面は、偏心光学系の各面の偏心方向である偏心面と略同一面内に配置されていることを特徴とする上記〔１９〕記載の結像光学系。
【０１４０】
〔２１〕 前記偏心光学系は全反射作用又は反射作用を有する反射面を備えていることを特徴とする上記〔１９〕又は〔２０〕記載の結像光学系。
【０１４１】
〔２２〕 前記対称面を１面しか持たない回転非対称面を反射面に用いることを特徴とする上記〔２１〕記載の結像光学系。
【０１４２】
〔２３〕 前記対称面を１面しか持たない回転非対称面を裏面鏡として用いることを特徴とする上記〔２２〕記載の結像光学系。
【０１４３】
〔２４〕 前記偏心光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記軸上主光線に対して前記回転非対称面が傾いて配置されていることを特徴とする上記〔２３〕記載の結像光学系。
【０１４４】
〔２５〕 物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、面の偏心面内をＹ軸方向、これと直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸と直交座標系を構成する軸をＺ軸とするとき、光学系全系の入射面側から前記主光線とＸ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＸ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｘとし、また、前記主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１７〕から〔２４〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１４５】
〔２６〕 前記Ｐｘ／Ｐｙが、
０．５＜Ｐｘ／Ｐｙ＜２ ・・・（１−２）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔２５〕記載の結像光学系。
【０１４６】
〔２７〕 前記Ｐｘ／Ｐｙが、
０．８＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１．２ ・・・（１１−３）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔２６〕記載の結像光学系。
【０１４７】
〔２８〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面のみから構成され、光線は第１の反射面で反射し、第１の反射面に入射するときと異なる方向に反射することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１４８】
〔２９〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、再び前記第１の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１４９】
〔３０〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５０】
〔３１〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の反射面で反射し、再び前記第１の透過面を透過することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５１】
〔３２〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の反射面で反射し、前記第２の透過面を透過することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５２】
〔３３〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系中を主光線が略交差するように反射面が配置されていることを特徴とする上記〔３２〕記載の結像光学系。
【０１５３】
〔３４〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系中を主光線が略交差しないように反射面が配置されていることを特徴とする上記〔３２〕記載の結像光学系。
【０１５４】
〔３５〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３４〕記載の結像光学系。
【０１５５】
〔３６〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の反射面と第２の透過面が同一の面であることを特徴とする上記〔３４〕記載の結像光学系。
【０１５６】
〔３７〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の面は、第１の反射面と、第２の反射面と、第３の反射面と、第１の透過面と、第２の透過面とから構成され、光線は第１の透過面から光学系に入射し、前記第１の反射面で反射し、前記第２の反射面で反射し、前記第３の反射面で反射し、前記第２の透過面を透過し、第１の透過面に入射するときと異なる方向に射出することを特徴とする上記〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１５７】
〔３８〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の透過面と第２の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３７〕記載の結像光学系。
【０１５８】
〔３９〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第１の反射面と第３の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３７〕記載の結像光学系。
【０１５９】
〔４０〕 前記の少なくとも１つの偏心光学系の第２の透過面と第２の反射面が同一の面であることを特徴とする上記〔３７〕記載の結像光学系。
【０１６０】
〔４１〕 前記結像光学系が、物体側から順に、第１の偏心光学系からなる第１群と、少なくとも１枚のレンズを含んだ第２群と、少なくとも１枚のレンズを含んだ第３群と、第２の偏心光学系からなる第４群とを有し、
少なくとも前記第２群又は前記第３群を移動することによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成されていることを特徴する上記〔１７〕から〔４０〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６１】
〔４２〕 前記第２群が全体として負のパワーを有することを特徴する上記〔４１〕記載の結像光学系。
【０１６２】
〔４３〕 前記第３群が全体として正のパワーを有することを特徴する上記〔４１〕又は〔４２〕記載の結像光学系。
【０１６３】
〔４４〕 前記第１の偏心光学系の回転非対称面と前記第２の偏心光学系の回転非対称面とが共に対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴する上記〔４１〕から〔４３〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６４】
〔４５〕 前記第１の偏心光学系の面対称自由曲面の対称面と前記第２の偏心光学系の面対称自由曲面の対称面とが共に略同一面内に配置されていることを特徴する上記〔４４〕記載の結像光学系。
【０１６５】
〔４６〕 前記広角端から望遠端への変倍に際し、前記第２群を像側へ移動させると共に前記第３群を物体側へ移動させることを特徴する上記〔４１〕から〔４５〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６６】
〔４７〕 上記〔１〕から〔４６〕の何れか１項記載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成された物体像を受光する受光素子とを有することを特徴するカメラ装置。
【０１６７】
〔４８〕 上記〔１〕から〔４６〕の何れか１項記載の結像光学系をカメラのファインダーに備えたことを特徴するカメラ装置。
【０１６８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、回転対称な透過光学系に比べて小型で、偏心による収差の発生が少ない変倍光学系等の結像光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結像光学系をズームレンズとして構成した実施例１のワイド端での断面図である。
【図２】実施例２のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図３】実施例３のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図４】実施例４のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図５】実施例５のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図６】実施例６のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図７】実施例７のズームレンズのワイド端での断面図である。
【図８】実施例１のワイド端での横収差図である。
【図９】実施例１のテレ端での横収差図である。
【図１０】実施例５のワイド端での横収差図である。
【図１１】実施例５のテレ端での横収差図である。
【図１２】本発明に基づく４群構成の結像光学系の１つの例の構成を示す図である。
【図１３】本発明に基づく４群構成の結像光学系の別の例の構成を示す図である。
【図１４】本発明に基づく４群構成の結像光学系の別の例の構成を示す図である。
【図１５】本発明に基づく４群構成の結像光学系の別の例の構成を示す図である。
【図１６】本発明において用いる偏心光学系の反射作用を持つ面の構成を例示するための図である。
【図１７】本発明の結像光学系を適用するカメラの概略の構成を示す斜視図である。
【図１８】電子カメラの撮影レンズとして本発明の結像光学系を用いた例の構成を示す図である。
【図１９】カメラのファインダーの対物レンズとして本発明による結像光学系を用いた例の構成を示す図である。
【図２０】偏心して配置された凹面鏡により発生する像面湾曲を示す図である。
【図２１】偏心して配置された凹面鏡により発生する軸上非点収差を示す図である。
【図２２】偏心して配置された凹面鏡により発生する軸上コマ収差を示す図である。
【図２３】本発明の光学系におけるパワーを説明するための図である。
【符号の説明】
Ｍ…凹面鏡
Ｓ…光学系
Ａ…回転非対称面
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
Ｇ４…第４群
１１…透明体
１２…アルミコート層
１３…銀コート層
１４…撮影レンズ
１５…ファインダー
１６…カメラ
２０…撮影レンズ
２１…ＣＣＤ
２２…映像信号処理手段
２３…ＬＣＤ（液晶表示装置）
２４…接眼プリズム
２５…記録手段
３０…ファインダー対物レンズ
３１…像正立プリズム
３２…接眼レンズ
Claims (11)
- 物体側に配置された偏心光学系からなる第１群と、前記第１群よりも像側に配置された回転対称光学系からなる第２群とを含み、
前記第２群よりも像側に配置された回転対称光学系からなる第３群と、前記第３群よりも像側に配置された偏心光学系からなる第４群と、前記第２群と第３群の間に配置された絞りからなる結像光学系であって、
前記偏心光学系が、光学面として３つ又は４つの光学面で形成されたプリズムを有し、
前記光学面は、面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状の面からなるか、あるいは、該回転非対称面形状の面と偏心配置された回転対称非球面からなり、
前記第１群と前記第２群、前記第２群と前記第３群、及び、前記第３群と前記第４群との群間隔を変化させることによって広角端から望遠端への変倍を行うように構成され、
前記物体の像を１回だけ形成することを特徴する結像光学系。 - 請求項１に記載の結像光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、面の偏心面内をＹ軸方向、これと直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸と直交座標系を構成する軸をＺ軸とするとき、光学系全系の入射面側から前記主光線とＸ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＸ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｘとし、また、前記主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する側で前記２つの光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角のｔａｎを前記平行光束の幅ｄで割った値をＰｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（１−１）
なる条件を満足することを特徴とする結像光学系。 - 請求項１又は２記載の結像光学系において、前記第１群の任意の方向のパワーをＰ１、光学系全体の任意の方向のパワーをＰとするとき、
−１００＜Ｐ１／Ｐ＜−０．０１ ・・・（３−１）
なる条件を満足することを特徴とする結像光学系。 - 請求項１から３の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第４群の任意の方向のパワーをＰ４、光学系全体の任意の方向のパワーをＰとするとき、
０．０１＜Ｐ４／Ｐ＜１００ ・・・（４−１）
なる条件を満足することを特徴とする結像光学系。 - 請求項１から４の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第２群は１枚乃至３枚の回転対称レンズからなることを特徴とする結像光学系。
- 請求項１から５の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第３群は１枚乃至２枚の回転対称レンズからなることを特徴とする結像光学系。
- 請求項１から６の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第１群は１つのプリズムのみからなることを特徴とする結像光学系。
- 請求項１から７の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第４群は１つのプリズムのみからなることを特徴とする結像光学系。
- 請求項７又は８の結像光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、
前記プリズムは、光線が入射する第１透過面、前記光線を反射する第１反射面、前記光線が射出する第２透過面を有し、
前記第１透過面から前記第１反射面に到る前記軸上主光線と、前記第１反射面から前記第２等透過面に到る前記軸上主光線が交差しないように、前記第１透過面、前記第１反射面及び前記第２透過面が配置されていることを特徴とする結像光学系。 - 請求項７又は８の結像光学系において、物点中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、
前記プリズムは、光線が入射する第１透過面、前記光線を反射する第１反射面、前記光線を反射する第２反射面、前記光線が射出する第２透過面を有し、
前記第１透過面から前記第１反射面に到る前記軸上主光線と、前記第２反射面から前記第２等透過面に到る前記軸上主光線が交差するように、前記第１透過面、前記第１反射面、前記第２反射面及び前記第２透過面が配置されていることを特徴とする結像光学系。 - 請求項１から１０の何れか１項に記載の結像光学系を備えるカメラ装置。
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