JPH08292371A - 反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents
反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置Info
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- JPH08292371A JPH08292371A JP7123238A JP12323895A JPH08292371A JP H08292371 A JPH08292371 A JP H08292371A JP 7123238 A JP7123238 A JP 7123238A JP 12323895 A JP12323895 A JP 12323895A JP H08292371 A JPH08292371 A JP H08292371A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ミラー光学系全体の小型化を図りつつ、又ミ
ラー光学系にありがちな反射ミラーの配置精度を緩やか
にした反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置を得る
こと。 【構成】 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
光学素子を用いて、物体からの光束を該入射面で入射さ
せた後に該反射面の少なくとも１つで反射させて該光学
素子内で１次結像させた後に、残りの反射面を介して該
射出面より射出させて所定面上に物体像を形成する際、
該光学素子の中の基準軸の長さの７０％以上が１つの平
面内にあるように各要素を設定したことを特徴とする反
射型の光学系。
ラー光学系にありがちな反射ミラーの配置精度を緩やか
にした反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置を得る
こと。 【構成】 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
光学素子を用いて、物体からの光束を該入射面で入射さ
せた後に該反射面の少なくとも１つで反射させて該光学
素子内で１次結像させた後に、残りの反射面を介して該
射出面より射出させて所定面上に物体像を形成する際、
該光学素子の中の基準軸の長さの７０％以上が１つの平
面内にあるように各要素を設定したことを特徴とする反
射型の光学系。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は反射型の光学系及びそれ
を用いた撮像装置に関し、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。
を用いた撮像装置に関し、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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
軸127 と定義した時に、光束の通過順に凸面鏡122 ・凹
面鏡123 ・凸面鏡124 そして凹面鏡125 のそれぞれの反
射面の中心座標及び中心軸（その反射面の中心とその面
の曲率中心とを結んだ軸）122a,123a,124a,125a は、光
軸127 に対して偏心している。同図ではこのときの偏心
量と各面の曲率半径を適切に設定することにより、物体
光束128 の各反射ミラーによるケラレを防止して、物体
像を効率よく結像面126 に結像させている。
【００１３】その他米国特許4,737,021 号明細書や米国
特許4,265,510 号明細書にも光軸に対して回転対称な反
射ミラーの一部を用いてケラレを避ける構成、或は反射
ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心させてケラレを
避ける構成が開示されている。
特許4,265,510 号明細書にも光軸に対して回転対称な反
射ミラーの一部を用いてケラレを避ける構成、或は反射
ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心させてケラレを
避ける構成が開示されている。
【００１４】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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
持たせた光学系も知られている。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００３１】本発明は、複数の曲面や平面の反射面を一
体的に形成した光学素子を複数用いて、ミラー光学系全
体の小型化を図りつつ、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）を緩やかにした反射型
の光学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とす
る。
体的に形成した光学素子を複数用いて、ミラー光学系全
体の小型化を図りつつ、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）を緩やかにした反射型
の光学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とす
る。
【００３２】また、絞りを光学系の最も物体側に配置
し、且つ該光学系の中で物体像を少なくとも１回結像さ
せる構成とすることにより、広画角の反射型の光学系で
ありながら、光学系の有効径の縮小化を図ること、そし
て該光学素子を構成する複数の反射面に適切な屈折力を
与え、各光学素子を構成する反射面を偏心配置すること
により、光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該光学
系の所定方向の全長の短縮化を図った反射型の光学系及
びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。
し、且つ該光学系の中で物体像を少なくとも１回結像さ
せる構成とすることにより、広画角の反射型の光学系で
ありながら、光学系の有効径の縮小化を図ること、そし
て該光学素子を構成する複数の反射面に適切な屈折力を
与え、各光学素子を構成する反射面を偏心配置すること
により、光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該光学
系の所定方向の全長の短縮化を図った反射型の光学系及
びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】本発明の反射型の光学系
は、 （１−１） 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
た光学素子を用いて、物体からの光束を該入射面で入射
させた後に該反射面の少なくとも１つで反射させて該光
学素子内で１次結像させた後に、残りの反射面を介して
該射出面より射出させて所定面上に物体像を形成する
際、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各要素を設定したこと等を特徴と
している。
は、 （１−１） 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
た光学素子を用いて、物体からの光束を該入射面で入射
させた後に該反射面の少なくとも１つで反射させて該光
学素子内で１次結像させた後に、残りの反射面を介して
該射出面より射出させて所定面上に物体像を形成する
際、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各要素を設定したこと等を特徴と
している。
【００３４】特に、 （１−１−１） 前記光学素子の入射面近傍に絞りを設
けた。 （１−１−２） 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有する。 （１−１−３） 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されている。 （１−１−４） 前記第１の曲面の反射面の形状は、該
反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベー
ス面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、該反射面の基準軸に対する面の傾きを
θ、基準軸に沿って測った前記絞りの中心と該反射面の
距離をd とする時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足する。 （１−１−５） 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の反射面より物体側に位
置するように各要素を設定した。 （１−１−６） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸が平行で且つ同方向を向いている。 （１−１−７） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸の方向が平行で且つ反対方向を向いている。 （１−１−８） 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交している。 （１−１−９） 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状である。 （１−１−１０） 前記入射面と射出面は屈折力を有し
ている。 （１−１−１１） 前記入射面は正の屈折力を有する。 （１−１−１２） 前記入射面は負の屈折力を有し、前
記射出面は正の屈折力を有している。 （１−１−１３） 前記入射面と射出面はいずれも負の
屈折力を有している。 （１−１−１４） 前記入射面と射出面はいずれも正の
屈折力を有している。 （１−１−１５） 前記入射面は正の屈折力を有し、前
記射出面は負の屈折力を有している。 （１−１−１６） 前記入射面と射出面は基準軸に対し
て回転対称な形状である。 （１−１−１７） 前記光学素子は、射出する基準軸に
平行に移動してフォーカシングする。 （１−１−１８） 前記光学素子の基準軸はすべて１つ
の平面上にある。 （１−１−１９） 前記光学素子は、基準軸と反射面の
交点における該反射面の法線が、該光学素子の基準軸の
７０％以上が存在する平面に対して傾いている反射面を
有している。 こと等を特徴としている。
けた。 （１−１−２） 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有する。 （１−１−３） 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されている。 （１−１−４） 前記第１の曲面の反射面の形状は、該
反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベー
ス面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、該反射面の基準軸に対する面の傾きを
θ、基準軸に沿って測った前記絞りの中心と該反射面の
距離をd とする時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足する。 （１−１−５） 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の反射面より物体側に位
置するように各要素を設定した。 （１−１−６） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸が平行で且つ同方向を向いている。 （１−１−７） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸の方向が平行で且つ反対方向を向いている。 （１−１−８） 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交している。 （１−１−９） 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状である。 （１−１−１０） 前記入射面と射出面は屈折力を有し
ている。 （１−１−１１） 前記入射面は正の屈折力を有する。 （１−１−１２） 前記入射面は負の屈折力を有し、前
記射出面は正の屈折力を有している。 （１−１−１３） 前記入射面と射出面はいずれも負の
屈折力を有している。 （１−１−１４） 前記入射面と射出面はいずれも正の
屈折力を有している。 （１−１−１５） 前記入射面は正の屈折力を有し、前
記射出面は負の屈折力を有している。 （１−１−１６） 前記入射面と射出面は基準軸に対し
て回転対称な形状である。 （１−１−１７） 前記光学素子は、射出する基準軸に
平行に移動してフォーカシングする。 （１−１−１８） 前記光学素子の基準軸はすべて１つ
の平面上にある。 （１−１−１９） 前記光学素子は、基準軸と反射面の
交点における該反射面の法線が、該光学素子の基準軸の
７０％以上が存在する平面に対して傾いている反射面を
有している。 こと等を特徴としている。
【００３５】更に、本発明の反射型の光学系は、 （１−２） 表面反射の曲面より成る反射面を少なくと
も３つ、基準軸が１つの平面上に位置し、且つ互いに対
向するように一体的に形成した光学素子を用いて、物体
からの光束を該３つの反射面のうち少なくとも１つで反
射させた後に物体像を結像させ、更に残りの反射面で再
び該物体像を所定面上に縮小して結像すること等を特徴
としている。
も３つ、基準軸が１つの平面上に位置し、且つ互いに対
向するように一体的に形成した光学素子を用いて、物体
からの光束を該３つの反射面のうち少なくとも１つで反
射させた後に物体像を結像させ、更に残りの反射面で再
び該物体像を所定面上に縮小して結像すること等を特徴
としている。
【００３６】特に、 （１−２−１） 前記光学素子の物体側に絞りを設け
た。 （１−２−２） 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有する。 （１−２−３） 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されている。 （１−２−４） 前記第１の曲面の反射面の形状は、該
反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベー
ス面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、該反射面の基準軸に対する面の傾きを
θ、基準軸に沿って測った前記絞りの中心と該反射面の
距離をd とする時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足する。 （１−２−５） 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の曲面の反射面より物体
側に位置するように各要素を設定した。 （１−２−６） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸が平行で且つ同方向を向いている。 （１−２−７） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸の方向が平行で且つ反対方向を向いている。 （１−２−８） 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交している。 （１−２−９） 前記光学素子の物体側及び／又は像側
に屈折光学系を設置している。 （１−２−１０） 前記光学素子を構成する曲面より成
る反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状である。 （１−２−１１） 前記光学素子は、射出する基準軸の
方向に平行に移動してフォーカシングする。 こと等を特徴としている。
た。 （１−２−２） 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有する。 （１−２−３） 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されている。 （１−２−４） 前記第１の曲面の反射面の形状は、該
反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベー
ス面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、該反射面の基準軸に対する面の傾きを
θ、基準軸に沿って測った前記絞りの中心と該反射面の
距離をd とする時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足する。 （１−２−５） 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の曲面の反射面より物体
側に位置するように各要素を設定した。 （１−２−６） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸が平行で且つ同方向を向いている。 （１−２−７） 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸の方向が平行で且つ反対方向を向いている。 （１−２−８） 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交している。 （１−２−９） 前記光学素子の物体側及び／又は像側
に屈折光学系を設置している。 （１−２−１０） 前記光学素子を構成する曲面より成
る反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状である。 （１−２−１１） 前記光学素子は、射出する基準軸の
方向に平行に移動してフォーカシングする。 こと等を特徴としている。
【００３７】更に、本発明の反射型の光学系は、 （１−３） 表面反射鏡より成る少なくとも３つの曲面
の反射面と、基準軸と反射面の交点における該反射面の
法線が該複数の反射面間の基準軸が存在する平面に対し
て傾いている反射面とを一体的に形成した光学素子を有
し、物体からの光束が該複数の反射面で反射を繰り返し
て射出して物体の像を結像する際に、物体からの光束が
該複数の反射面の間で物体像を一旦結像した後に再び物
体像を結像すること等を特徴としている。
の反射面と、基準軸と反射面の交点における該反射面の
法線が該複数の反射面間の基準軸が存在する平面に対し
て傾いている反射面とを一体的に形成した光学素子を有
し、物体からの光束が該複数の反射面で反射を繰り返し
て射出して物体の像を結像する際に、物体からの光束が
該複数の反射面の間で物体像を一旦結像した後に再び物
体像を結像すること等を特徴としている。
【００３８】特に、 （１−３−１） 前記光学素子の物体側に絞りを設け
た。 （１−３−２） 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有する。 （１−３−３） 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されている。 （１−３−４） 前記第１の曲面の反射面の形状は、該
反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベー
ス面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、該反射面の基準軸に対する面の傾きを
θ、基準軸に沿って測った前記絞りの中心と該反射面の
距離をd とする時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足する。 （１−３−５） 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の曲面の反射面より物体
側に位置するように各要素を設定した。 （１−３−６） 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交している。 （１−３−７） 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状である。 こと等を特徴としている。
た。 （１−３−２） 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有する。 （１−３−３） 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されている。 （１−３−４） 前記第１の曲面の反射面の形状は、該
反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベー
ス面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、該反射面の基準軸に対する面の傾きを
θ、基準軸に沿って測った前記絞りの中心と該反射面の
距離をd とする時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足する。 （１−３−５） 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の曲面の反射面より物体
側に位置するように各要素を設定した。 （１−３−６） 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交している。 （１−３−７） 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状である。 こと等を特徴としている。
【００３９】又、本発明の撮像装置は、 （１−４） （１−１）〜（１−３−７）のいずれか１
項に記載の反射型の光学系を有し、撮像媒体の撮像面上
に前記物体の像を結像すること等を特徴としている。
項に記載の反射型の光学系を有し、撮像媒体の撮像面上
に前記物体の像を結像すること等を特徴としている。
【００４０】
【実施例】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。
の表し方及び実施例全体の共通事項について説明する。
【００４１】図１は本発明の光学系の構成データを定義
する座標系の説明図である。本発明の実施例では物体側
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。
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。
【００４２】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。
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。
【００４３】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。
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。
【００４４】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。
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。
【００４５】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。
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。
【００４６】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。
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。
【００４７】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。
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。
【００４８】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。
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。
【００４９】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。
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。
【００５０】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。
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。
【００５１】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。
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。
【００５２】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。
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。
【００５３】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。
及び数値データを示す。
【００５４】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。
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。
【００５５】球面は以下の式で表される形状である：
【００５６】
【数１】 また、本発明の光学系は少なくとも回転非対称な非球面
を一面以上有し、その形状は以下の式により表す： 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] として z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 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面に対して対称な形状を表す。
を一面以上有し、その形状は以下の式により表す： 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] として z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 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面に対して対称な形状を表す。
【００５７】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。
を満たさない場合は非回転対称な形状である。
【００５８】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。
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。
【００５９】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。
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。
【００６０】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。
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。
【００６１】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。
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。
【００６２】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。
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。
【００６３】以下、各実施例について説明する。
【００６４】［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。
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。
【００６５】
【外１】
【００６６】
【外２】 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１
０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。
子でありガラス等の透明体で構成している。光学素子１
０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。
【００６７】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。
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。
【００６８】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。
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。
【００６９】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。
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。
【００７０】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。
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。
【００７１】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。
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。
【００７２】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。
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。
【００７３】本実施例の効果を説明する。
【００７４】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。
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。
【００７５】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。
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。
【００７６】これについて説明する。
【００７７】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。
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。
【００７８】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。
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。
【００７９】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。
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。
【００８０】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。
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。
【００８１】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。
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。
【００８２】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。
状条件の説明である。
【００８３】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。
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。
【００８４】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。
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。
【００８５】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。
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。
【００８６】本実施例には更に以下に記す効果がある。
【００８７】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。
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。
【００８８】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。
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。
【００８９】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。
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。
【００９０】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。
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。
【００９１】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。
(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。
【００９２】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。
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。
【００９３】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。
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。
【００９４】［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。
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。
【００９５】
【外３】
【００９６】
【外４】 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。
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。
【００９７】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。
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。
【００９８】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。
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。
【００９９】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。
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。
【０１００】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。
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。
【０１０１】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。
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。
【０１０２】また、本実施例の光学系の横収差図を図６
に示す。
に示す。
【０１０３】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。
施例１と同じ効果を有する。
【０１０４】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。
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。
【０１０５】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。
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。
【０１０６】［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。
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。
【０１０７】
【外５】
【０１０８】
【外６】 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。
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。
【０１０９】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。
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。
【０１１０】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。
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。
【０１１１】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。また、本
実施例の横収差図を図８に示す。
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。また、本
実施例の横収差図を図８に示す。
【０１１２】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。
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。
【０１１３】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。
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。
【０１１４】［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。
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。
【０１１５】
【外７】
【０１１６】
【外８】 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。
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。
【０１１７】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。
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。
【０１１８】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。
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。
【０１１９】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。
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。
【０１２０】本実施例の横収差図を図１０に示す。
【０１２１】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。
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。
【０１２２】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。
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。
【０１２３】［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。
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。
【０１２４】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。
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。
【０１２５】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。
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。
【０１２６】
【外９】
【０１２７】
【外１０】 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。
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。
【０１２８】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。
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。
【０１２９】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。
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。
【０１３０】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。
し、瞳光線は、面R6と面R7との間で中間結像する。
【０１３１】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。
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。
【０１３２】本実施例の光学系の横収差図を図１３に示
す。
す。
【０１３３】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。
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。
【０１３４】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）。
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）。
【０１３５】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。
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。
【０１３６】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。
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。
【０１３７】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。
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。
【０１３８】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。
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。
【０１３９】［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。
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。
【０１４０】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。
る。
【０１４１】
【外１１】
【０１４２】
【外１２】 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６
０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。
成した中空のブロック（光学素子）である。光学素子６
０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。
【０１４３】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。
て対称な面である。
【０１４４】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。
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。
【０１４５】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。
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。
【０１４６】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。
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。
【０１４７】本実施例の光学系の横収差図を図１５に示
す。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。
す。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。
【０１４８】［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。
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。
【０１４９】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。
る。
【０１５０】
【外１３】
【０１５１】
【外１４】 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。
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。
【０１５２】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。
等は光学系７０の一要素を構成している。
【０１５３】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。
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。
【０１５４】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。
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。
【０１５５】本実施例の光学系の横収差図を図１７に示
す。
す。
【０１５６】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。
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。
【０１５７】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。
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。
【０１５８】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。
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。
【０１５９】［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。
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。
【０１６０】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。
る。
【０１６１】
【外１５】
【０１６２】
【外１６】 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。
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。
【０１６３】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。
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。
【０１６４】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。
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。
【０１６５】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。
は、面R5近傍で中間結像する。
【０１６６】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。
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。
【０１６７】本実施例の光学系の横収差図を図１９に示
す。
す。
【０１６８】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。
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。
【０１６９】［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。
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。
【０１７０】
【外１７】
【０１７１】
【外１８】 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。
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。
【０１７２】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。
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。
【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、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。
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。
【０１７４】本実施例の光学系の横収差図を図２１に示
す。
す。
【０１７５】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。
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。
【０１７６】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。
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。
【０１７７】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。
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。
【０１７８】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。
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。
【０１７９】［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。
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。
【０１８０】
【外１９】
【０１８１】
【外２０】 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。
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。
【０１８２】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。
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。
【０１８３】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。
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。
【０１８４】本実施例の光学系の横収差図を図２３に示
す。
す。
【０１８５】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。
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。
【０１８６】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。
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。
【０１８７】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。
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。
【０１８８】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。
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。
【０１８９】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。
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。
【０１９０】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。
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。
【０１９１】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。
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。
【０１９２】
【表１】 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。
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。
【０１９３】
【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、特に複数の曲面や平面の反射面を一体的に
形成した光学素子を用いてミラー光学系全体の小型化を
図りつつ、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）を緩やかにした反射型の光学系及び
それを用いた撮像装置を達成することができる。
ことにより、特に複数の曲面や平面の反射面を一体的に
形成した光学素子を用いてミラー光学系全体の小型化を
図りつつ、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）を緩やかにした反射型の光学系及び
それを用いた撮像装置を達成することができる。
【０１９４】また、絞りを光学系の最も物体側に配置
し、且つ該光学系の内部で物体及び瞳の像を少なくとも
１回結像させる構成とすることにより、広画角の反射型
の光学系でありながら、光学系の有効径の縮小化を図る
こと、そして該光学素子を構成する複数の反射面に適切
な屈折力を与え、光学素子を構成する反射面を偏心配置
することにより、光学系内の光路を所望の形状に屈曲
し、該光学系の所定方向の全長の短縮化を図った反射型
の光学系及びそれを用いた撮像装置を達成することがで
きる。
し、且つ該光学系の内部で物体及び瞳の像を少なくとも
１回結像させる構成とすることにより、広画角の反射型
の光学系でありながら、光学系の有効径の縮小化を図る
こと、そして該光学素子を構成する複数の反射面に適切
な屈折力を与え、光学素子を構成する反射面を偏心配置
することにより、光学系内の光路を所望の形状に屈曲
し、該光学系の所定方向の全長の短縮化を図った反射型
の光学系及びそれを用いた撮像装置を達成することがで
きる。
【０１９５】この他本発明によれば、 （２−１） 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。 （２−２） 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。 （２−３） 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。 （２−４） 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。 （２−５） 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。 （２−６） 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。 （２−７） 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。 （２−８） 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。 （２−９） 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。 （２−１０） 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。 （２−１１） 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。 （２−１２） 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。 （２−１３） 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。 （２−１４） 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。
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。 （２−２） 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。 （２−３） 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。 （２−４） 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。 （２−５） 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。 （２−６） 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。 （２−７） 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。 （２−８） 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。 （２−９） 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。 （２−１０） 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。 （２−１１） 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。 （２−１２） 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。 （２−１３） 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。 （２−１４） 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。
【０１９６】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つの効果を有した反射型の光学系及び
それを用いた撮像装置を達成することができる。
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つの効果を有した反射型の光学系及び
それを用いた撮像装置を達成することができる。
【図１】 本発明の実施例における座標系の説明図
【図２】 本発明の実施例１の光学系のYZ面内の断面図
【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
瞳光線の光路を図示
【図４】 実施例１の横収差図
【図５】 本発明の実施例２の光学系のYZ面内の断面図
【図６】 実施例２の横収差図
【図７】 本発明の実施例３の光学系のYZ面内の断面図
【図８】 実施例３の横収差図
【図９】 本発明の実施例４の光学系のYZ面内の断面図
【図１０】 実施例４の横収差図
【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
図及び側面図
【図１２】 実施例５の斜視図
【図１３】 実施例５の横収差図
【図１４】 本発明の実施例６の光学系のYZ面内の断面
図
図
【図１５】 実施例６の横収差図
【図１６】 本発明の実施例７の光学系のYZ面内の断面
図
図
【図１７】 実施例７の横収差図
【図１８】 本発明の実施例８の光学系のYZ面内の断面
図
図
【図１９】 実施例８の横収差図
【図２０】 本発明の実施例９の光学系のYZ面内の断面
図
図
【図２１】 実施例９の横収差図
【図２２】 本発明の実施例１０の光学系のYZ面内の断
面図
面図
【図２３】 実施例１０の横収差図
【図２４】 カセグレン式反射望遠鏡の基本構成図。
【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。
離しケラレを防止する第一の方法の説明図。
【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。
離しケラレを防止する第二の方法の説明図。
【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。
の構成図。
【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。
学系の構成図。
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関田 誠 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 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
Claims (41)
- 【請求項１】 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て、物体からの光束を該入射面で入
射させた後に該反射面の少なくとも１つで反射させて該
光学素子内で１次結像させた後に、残りの反射面を介し
て該射出面より射出させて所定面上に物体像を形成する
際、 該光学素子の中の基準軸の長さの７０％以上が１つの平
面内にあるように各要素を設定したことを特徴とする反
射型の光学系。 - 【請求項２】 前記光学素子の入射面近傍に絞りを設け
たことを特徴とする請求項１の反射型の光学系。 - 【請求項３】 前記光学素子の物体側から数えて第１の
曲面の反射面が収斂作用を有することを特徴とする請求
項２の反射型の光学系。 - 【請求項４】 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面で
構成されていることを特徴とする請求項３の反射型の光
学系。 - 【請求項５】 前記第１の曲面の反射面の形状は、 該反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベ
ース面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、 該反射面の基準軸に対する面の傾きをθ、基準軸に沿っ
て測った前記絞りの中心と該反射面の距離をd とする
時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足することを特徴とする請求項４の反射型の光学
系。 - 【請求項６】 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光学
素子の物体側より数えて第１の反射面より物体側に位置
するように各要素を設定したことを特徴とする請求項１
の反射型の光学系。 - 【請求項７】 前記光学素子は入射する基準軸と射出す
る基準軸が平行で且つ同方向を向いていることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射型の光学
系。 - 【請求項８】 前記光学素子は入射する基準軸と射出す
る基準軸の方向が平行で且つ反対方向を向いていること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射
型の光学系。 - 【請求項９】 前記光学素子は、入射する基準軸と射出
する基準軸の方向が直交していることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１０】 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状であること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の反射
型の光学系。 - 【請求項１１】 前記入射面と射出面は屈折力を有して
いることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に
記載の反射型の光学系。 - 【請求項１２】 前記入射面は正の屈折力を有すること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の反
射型の光学系。 - 【請求項１３】 前記入射面は負の屈折力を有し、前記
射出面は正の屈折力を有していることを特徴とする請求
項１〜１０のいずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１４】 前記入射面と射出面はいずれも負の屈
折力を有していることを特徴とする請求項１〜１０のい
ずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１５】 前記入射面と射出面はいずれも正の屈
折力を有していることを特徴とする請求項１〜１０のい
ずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１６】 前記入射面は正の屈折力を有し、前記
射出面は負の屈折力を有していることを特徴とする請求
項１〜１０のいずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１７】 前記入射面と射出面は基準軸に対して
回転対称な形状であること事を特徴とする請求項１２〜
１６のいずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１８】 前記光学素子は、射出する基準軸に平
行に移動してフォーカシングすることを特徴とする請求
項１〜１７のいずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項１９】 前記光学素子の基準軸はすべて１つの
平面上にあることを特徴とする請求項１〜１８のいずれ
か１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項２０】 前記光学素子は、基準軸と反射面の交
点における該反射面の法線が、該光学素子の基準軸の７
０％以上が存在する平面に対して傾いている反射面を有
していることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１
項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項２１】 表面反射の曲面より成る反射面を少な
くとも３つ、基準軸が１つの平面上に位置し、且つ互い
に対向するように一体的に形成した光学素子を用いて、
物体からの光束を該３つの反射面のうち少なくとも１つ
で反射させた後に物体像を結像させ、更に残りの反射面
で再び該物体像を所定面上に縮小して結像することを特
徴とする反射型の光学系。 - 【請求項２２】 前記光学素子の物体側に絞りを設けた
ことを特徴とする請求項２１の反射型の光学系。 - 【請求項２３】 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有することを特徴とする請
求項２２の反射型の光学系。 - 【請求項２４】 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されていることを特徴とする請求項２３の反射型
の光学系。 - 【請求項２５】 前記第１の曲面の反射面の形状は、 該反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベ
ース面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、 該反射面の基準軸に対する面の傾きをθ、基準軸に沿っ
て測った前記絞りの中心と該反射面の距離をd とする
時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足することを特徴とする請求項２４の反射型の光学
系。 - 【請求項２６】 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の曲面の反射面より物体
側に位置するように各要素を設定したことを特徴とする
請求項２１の反射型の光学系。 - 【請求項２７】 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸が平行で且つ同方向を向いていることを特徴
とする請求項２１〜２６のいずれか１項に記載の反射型
の光学系。 - 【請求項２８】 前記光学素子は入射する基準軸と射出
する基準軸の方向が平行で且つ反対方向を向いているこ
とを特徴とする請求項２１〜２６のいずれか１項に記載
の反射型の光学系。 - 【請求項２９】 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交していることを特徴とする請
求項２１〜２６のいずれか１項に記載の反射型の光学
系。 - 【請求項３０】 前記光学素子の物体側及び／又は像側
に屈折光学系を設置していることを特徴とする請求項２
１〜２９のいずれか１項に記載の反射型の光学系。 - 【請求項３１】 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状であること
を特徴とする請求項２１〜３０のいずれか１項に記載の
反射型の光学系。 - 【請求項３２】 前記光学素子は、射出する基準軸の方
向に平行に移動してフォーカシングすることを特徴とす
る請求項２１〜３１のいずれか１項に記載の反射型の光
学系。 - 【請求項３３】 表面反射鏡より成る少なくとも３つの
曲面の反射面と、基準軸と反射面の交点における該反射
面の法線が該複数の反射面間の基準軸が存在する平面に
対して傾いている反射面とを一体的に形成した光学素子
を有し、 物体からの光束が該複数の反射面で反射を繰り返して射
出して物体の像を結像する際に、 物体からの光束が該複数の反射面の間で物体像を一旦結
像した後に再び物体像を結像することを特徴とする反射
型の光学系。 - 【請求項３４】 前記光学素子の物体側に絞りを設けた
ことを特徴とする請求項３３の反射型の光学系。 - 【請求項３５】 前記光学素子の物体側から数えて第１
の曲面の反射面が収斂作用を有することを特徴とする請
求項３４の反射型の光学系。 - 【請求項３６】 前記第１の曲面の反射面が回転楕円面
で構成されていることを特徴とする請求項３５の反射型
の光学系。 - 【請求項３７】 前記第１の曲面の反射面の形状は、 該反射面のローカル座標系ｘｙｚを用い、該反射面のベ
ース面の形状を表す係数をa,b,t 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)2sin
2t}x2/(4a2b2cos2t)〕1/2] とおいて z ＝A/B+C02y2+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y2+C40
x4 と表したとき、 該反射面の基準軸に対する面の傾きをθ、基準軸に沿っ
て測った前記絞りの中心と該反射面の距離をd とする
時、 a・b ＞0 0.9 ＜ t/|θ| ＜1.5 0.9 ＜a/d ＜2.0 0.9 ＜b/d ＜2.0 を満足することを特徴とする請求項３６の反射型の光学
系。 - 【請求項３８】 前記反射型の光学系の入射瞳が前記光
学素子の物体側より数えて第１の曲面の反射面より物体
側に位置するように各要素を設定したことを特徴とする
請求項３３の反射型の光学系。 - 【請求項３９】 前記光学素子は、入射する基準軸と射
出する基準軸の方向が直交していることを特徴とする請
求項３３〜３８のいずれか１項に記載のの反射型の光学
系。 - 【請求項４０】 前記光学素子を構成する曲面より成る
反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状であること
を特徴とする請求項３３〜３９のいずれか１項に記載の
の反射型の光学系。 - 【請求項４１】 請求項１〜４０のいずれか１項に記載
の反射型の光学系を有し、 撮像媒体の撮像面上に前記物体の像を結像することを特
徴とする撮像装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12323895A JP3320252B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置 |
| US08/606,824 US6166866A (en) | 1995-02-28 | 1996-02-26 | Reflecting type optical system |
| EP96102915A EP0730169B1 (en) | 1995-02-28 | 1996-02-27 | Reflecting type optical system |
| DE69618689T DE69618689T2 (de) | 1995-02-28 | 1996-02-27 | Optisches System mit reflektierenden Flächen |
| HK98113439A HK1012437A1 (en) | 1995-02-28 | 1998-12-15 | Reflecting type optical system |
| US09/612,290 US6366411B1 (en) | 1995-02-28 | 2000-07-07 | Reflecting type optical system |
| US10/043,305 US6785060B2 (en) | 1995-02-28 | 2002-01-14 | Reflecting type optical system |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12323895A JP3320252B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置 |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP12964699A Division JP3332890B2 (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | 光学素子及びそれを備える撮像装置 |
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Family
ID=14855623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12323895A Expired - Fee Related JP3320252B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-04-24 | 反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3320252B2 (ja) |
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