JPH09258105A - 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広画角でありながら厚さが薄く、所定方向の
全長が短く、偏心収差を全変倍域に渡って良好に補正し
た高性能の変倍光学系及びそれを用いた撮像装置を得る
こと。 【解決手段】 物体側より固定群（第１群）と複数の変
倍群を配置し、該複数の変倍群の相対的移動により変倍
を行なう変倍光学系において、変倍群i の焦点距離を
f_i，該変倍群中での軸上光束の中間結像の回数をk とす
る時、各変倍群は条件式：f_i×(-1)^k ＞0 （k は 0以上
の整数）を満足し、絞り中心を通って最終像面の中心に
至る光線の経路を基準軸とするとき、各変倍群は入射・
射出基準軸がその面の基準点における法線に対して傾い
ている凹反射面を少なくとも一面有し、該凹反射面の入
射・射出基準軸を含む面内における断面形状は非対称な
形状である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

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

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

【０００４】図38は１つの凹面鏡と１つの凸面鏡より成
る所謂ミラー光学系の概略図である。同図のミラー光学
系において、物体からの物体光束104 は、凹面鏡101 に
て反射され、収束されつつ物体側に向かい、凸面鏡102
にて反射された後、レンズ110 で屈折され、像面103 に
結像する。

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

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

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

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

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

【００１０】図39は米国特許3、674、334 号明細書に開示
されているミラー光学系の概略図であり、光軸に対して
回転対称な反射ミラーの一部を用いることによって上記
のケラレの問題を解決している。

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

【００１２】図40は米国特許5,063,586 号明細書に開示
されているミラー光学系の概略図である。同図のミラー
光学系は反射ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心さ
せて物体光束の主光線を光軸から離して上記の問題を解
決している。同図において、被写体面121 の垂直軸を光
軸127 と定義した時に、光束の通過順に凸面鏡122 ・凹
面鏡123 ・凸面鏡124 そして凹面鏡125 のそれぞれの反
射面の中心座標及び中心軸（その反射面の中心とその面
の曲率中心とを結んだ軸）122a,123a,124a,125a は、光
軸127 に対して偏心している。同図ではこのときの偏心
量と各面の曲率半径を適切に設定することにより、物体
光束128 の各反射ミラーによるケラレを防止して、物体
像を効率よく結像面126 に結像させている。

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

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

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

【００１６】例えば米国特許4,812,030 号明細書におい
ては、図38に示すカセグレン式反射望遠鏡の構成におい
て、凹面鏡101 から凸面鏡102 までの間隔と凸面鏡102
から像面103 までの間隔を相対的に変化させることによ
り撮影光学系の変倍を行う技術が開示されている。

【００１７】図41は同公報に開示されている別の実施例
である。同図において、物体からの物体光束138 は第一
凹面鏡131 に入射してこの面で反射され収束光束となっ
て物体側に向かい第一凸面鏡132 に入射し、ここで結像
面側へ反射され略平行な光束となって第二凸面鏡134 に
入射し、この面で反射されて発散光束となって第二凹面
鏡135 に入射し、ここで反射されて収束光束となり像面
137 上に結像する。この構成において第一凹面鏡131 と
第一凸面鏡132 間の間隔を変化させるとともに、第二凸
面鏡134 と第二凹面鏡135 間の間隔を変化させてズーミ
ングを行い全系のミラー光学系の焦点距離を変化させて
いる。

【００１８】また、米国特許4,993,818 号明細書におい
ては、図38に示すカセグレン式反射望遠鏡にて結像した
像を後段に設けた別のミラー光学系にて二次結像し、こ
の二次結像用のミラー光学系の結像倍率を変化させるこ
とにより撮影系全体の変倍を行っている。

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

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

【００２１】従来、多数の反射面が一つのブロックにな
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。これらのプリズムは、複数の反射面が
一体成形されている為に、各反射面の相対的な位置関係
は精度良く作られており、反射面相互の位置調整は不要
となる。但し、これらのプリズムの主な機能は、光線の
進行方向を変化させることで像の反転を行うものであ
り、各反射面は平面で構成されている。

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

【００２３】図42は米国特許4,775,217 号明細書に開示
されている観察光学系の要部概略図である。この観察光
学系は外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示
した表示画像を風景とオーバーラップして観察する光学
系である。

【００２４】この観察光学系では、情報表示体141 の表
示画像から射出する表示光束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。

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

【００２６】図43は特開平2-297516号公報に開示されて
いる観察光学系の要部概略図である。この観察光学系も
外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示した表
示画像をオーバーラップして観察する光学系である。

【００２７】この観察光学系では、情報表示体150 から
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。

【００２８】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。

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

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

【００３１】

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

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

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

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

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

【００３６】又、前記米国特許4,775,217 号明細書に開
示されている観察光学系は、平面屈折面と凹面のハーフ
ミラー面によって小型の観察光学系を構成しているが、
情報表示体及び外界からの光束の射出面62は、この面を
情報表示体61からの光束の全反射面として使用する関係
上、この面に曲率を持たせることは困難であり、射出面
62において収差補正を行ってはいなかった。又、前記特
開平2-297516号公報に開示されている観察光学系は、平
面屈折面と放物面反射面と放物面より成るハーフミラー
によって小型の観察光学系を構成しているが、外界から
の物体光束の入射面及び射出面は、その延長面上を情報
表示体70からの光線を導く為の全反射面として使用する
関係上、それぞれの面に曲率を持たせることは困難であ
り、入射面及び射出面において収差補正を行ってはいな
かった。又、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。

【００３７】本発明は、物体側より固定群と複数の変倍
群を配置し、該複数の変倍群の相対的移動により変倍を
行う変倍光学系において、広画角でありながら厚さが薄
く、所定方向の全長が短く、偏心収差を全変倍域に渡っ
て良好に補正した高性能の変倍光学系及びそれを用いた
撮像装置の提供を目的とする。

【００３８】又、 （１−１） 絞りを変倍光学系の物体側若しくは第１面
近傍に配置し、且つ該変倍光学系の中で物体像を少なく
とも１回結像させる構成とすることにより、広画角であ
りながら変倍光学系の厚さを薄くする。 （１−２） 各群に複数の反射面に適切な屈折力を与え
た光学素子を用いると共に該反射面を偏心配置すること
により、変倍光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該
変倍光学系の所定方向の全長を短縮する。 （１−３） 変倍光学系を構成する複数の光学素子を複
数の反射面を一体的に形成して構成する際、各反射面を
偏心配置すると共に、各反射面に適切な屈折力を与える
ことにより、偏心収差を全変倍域に渡って良好に補正す
る。 （１−４） 変倍群として複数の曲面や平面の反射面を
一体的に形成した光学素子を用いることにより変倍光学
系全体の小型化を図りつつ、反射面を使用する際にあり
がちな反射面の厳しい配置精度（組立精度）の問題を解
決する。 等の少なくとも１つの効果を有する変倍光学系及びそれ
を用いた撮像装置の提供を目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明の変倍光学系は、 （２−１） 物体側より固定群（第１群）と複数の変倍
群を配置し、該複数の変倍群の相対的移動により変倍を
行なう変倍光学系において、変倍群i の焦点距離をf_i，
該変倍群中での軸上光束の中間結像の回数をk とする
時、各変倍群は条件式： f_i×(-1)^k ＞0 （k は 0以上の整数） を満足し、物体よりでて該変倍光学系に入り、該変倍光
学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線を
基準軸光線とし、該変倍光学系の各面又は各群に入射す
る基準軸光線をその面又はその群の入射基準軸、各面又
は各群から射出する基準軸光線をその面又はその群の射
出基準軸、該入射基準軸と各面の交点を基準点、該入射
基準軸、射出基準軸において該基準軸光線が物体側から
像面に向って進む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸
の方向とするとき、各変倍群は入射・射出基準軸がその
面の基準点における法線に対して傾いている凹反射面を
少なくとも一面有し、該凹反射面の入射・射出基準軸を
含む面内における断面形状は非対称な形状であること等
を特徴としている。

【００４０】特に、 （２−１−１） 前記変倍群中の最も物体側の面の入射
基準軸と最も像側の面の射出基準軸は互いに平行であ
り、該変倍群は該入射基準軸に平行に移動して変倍を行
なう。 （２−１−２） 前記凹反射面はその入射基準軸と射出
基準軸を含む平面(yz 平面）に対して面対称な形状であ
る。 （２−１−３） 前記第１群の物体側から数えて第１面
から変倍光学系の最終像面までの光路長は変倍に際して
変化する。 （２−１−４） 前記変倍群中の最も物体側の面の入射
基準軸の方向と最も像面側の面の射出基準軸の方向は18
0 ゜異なる。 （２−１−５） 前記複数の変倍群のうち少なくとも一
つの群の移動によりフォーカシングを行なう。 （２−１−６） 前記変倍群の数は２であり、各々の変
倍群は前記凹反射面を少なくとも３面有する。 （２−１−７） 前記変倍群はいずれも焦点距離が負で
あり、夫々の群中において軸上光束を１回中間結像して
いる。 （２−１−８） 前記変倍群は連続して光線を反射する
５面の反射面を有し、該反射面中の物体側から数えて第
１、３、５面は前記凹反射面である。 （２−１−９） 前記変倍群中の反射面間の面間隔は、
基準軸上で第(i-1) 反射面から第i 反射面までの面間隔
をD(i-1)、第i 反射面から第(i+1) 反射面までの面間隔
をDiとしたとき、条件式：

【００４１】

【数４】 を満たす。 （２−１−１０） 前記変倍群中の反射面は表面鏡であ
る。 （２−１−１１） 前記変倍群は一つの透明体の表面に
複数の内面反射面と光束の入射屈折面及び射出屈折面を
形成した光学素子を有する。 （２−１−１２） 変倍に際して前記２群で構成される
変倍群のうち物体側の変倍群の移動量をd1、像面側の変
倍群の移動量をd2、変倍光学系の第１面から最終像面ま
での光路長の広角端での値をL_W、望遠端での光路長の値
をL_Tとしたとき、条件式： L_T＝L_W＋2(d2−d1） を満たす。 （２−１−１３） 前記変倍群中の前記凹反射面におい
て、該面の前記基準点における入射・射出基準軸を含む
平面(yz 平面）内の該凹反射面の近軸領域の曲率半径を
R_y、該基準点と曲率半径R_yの曲率中心を含みyz平面に垂
直な平面（xz平面）内の近軸領域の曲率半径をR_x、入射
基準軸と射出基準軸のなす角度を２θとしたとき、条件
式：

【００４２】

【数５】 を満たす。 （２−１−１４） 前記変倍群中の連続して光線を反射
する反射面中の物体側から前記凹反射面ｉ・反射面(i+
1) ・前記凹反射面(i+2) の順に構成される部分系にお
いて、該凹反射面 i、(i+2) の夫々の前記基準点におけ
る入射・射出基準軸を含む平面（yz平面）内の近軸領域
の曲率半径を各々R_y,i、R_y,i+2としたとき、条件式：

【００４３】

【数６】 を満たすことを特徴とする請求項１４の変倍光学系。

【００４４】

【請求項１６】 前記２群で構成される変倍群におい
て、物体側の変倍群の最も物体側の面から像面側の変倍
群の最も像面側の面までの広角端での横倍率をβ_W とし
たとき、条件式： 0.5 ＜｜β_W ｜＜ 1.5 を満たす。 （２−１−１５） 前記２群で構成される変倍群間に変
倍に際し移動しない負の屈折力を有するレンズを配置し
た。 （２−１−１６） 前記第１群は透明体の表面に複数の
内面反射面と光束の入射屈折面及び射出屈折面を形成し
た光学素子を有する。 （２−１−１７） 前記第１群が有する前記光学素子の
最も物体側の面の入射基準軸の方向と最も像面側の面の
射出基準軸の方向が互いに90゜をなす。 （２−１−１８） 前記第１群が有する前記光学素子の
最も物体側の面の入射基準軸の方向と最も像面側の面の
射出基準軸の方向が同一方向である。 （２−１−１９） 前記第１群が有する前記光学素子よ
りも物体側に絞りを有する。 （２−１−２０） 前記絞りより物体側に負の屈折力を
有するレンズを配置した。 （２−１−２１） 前記第１群が有する前記光学素子の
前記入射屈折面又は前記射出屈折面のいずれかにおいて
該光学素子の屈折率と異なる屈折率を有するレンズを貼
り合わせている。 （２−１−２２） 前記第１群は入射・射出基準軸が夫
々の基準点における法線に対して傾いている複数の反射
面を有し、各々の反射面は表面鏡である。 （２−１−２３） 前記第１群中の複数の反射面より物
体側に絞りを配置した。 （２−１−２４） 前記第１群中の複数の反射面より物
体側に入射面の入射基準軸の方向と射出面の射出基準軸
の方向が90゜異なるプリズムを配置した。 （２−１−２５） 前記第１群中の複数の反射面より像
面側に正の屈折力を有するレンズを配置した。 こと等を特徴としている。

【００４５】又、本発明の撮像装置項は、 （２−２） (2-1) 〜(2-1-25)項のいずれか１項に記載
の変倍光学系を有し、撮像媒体の撮像面上に撮影被写体
の像を結像すること等を特徴としている。

【００４６】

【発明の実施の形態】本発明の変倍光学系は偏心反射面
を用いている所謂偏心光学系（Off-Axial 光学系）であ
る。このような偏心系では各面共通の光軸を有さない、
そのため近軸計算が一般的でないという問題がある。そ
こで、本発明では共軸系の光軸に相当する基準軸という
概念を導入し、この基準軸まわりに近軸理論を展開する
ことにより偏心光学系の設計を行なっている。以下、偏
心光学系（ここではOff-Axial光学系とも呼ぶ）の近軸
理論について説明する。

【００４７】《Off-Axial 光学系の近軸理論》 1.Off-Axial光学系と構成面の表現方法 1-1.Off-Axial光学系 従来多く用いられている共軸光学系に対し、Off-Axial
光学系とその骨組みとなる基準軸を以下の様に定義す
る。 ★基準軸の定義 一般的には物体面から像面にいたる基準となる基準波長
の或る光線の光路をその光学系における”基準軸”と定
義する。これだけでは基準となる光線が定まらないの
で、通常は以下の2 つの原則のいずれかに則り基準軸光
線を設定する。

【００４８】(1） 光学系に部分的にでも対称性を有す
る軸が存在し、収差のとりまとめが対称性よく行なうこ
とができる場合にはその対称性を有する軸上を通る光線
を基準軸光線とする。 (2） 光学系に一般的に対称軸が存在しない時、あるい
は部分的には対称軸が存在しても、収差のとりまとめが
対称性よく行なえない時には、物体面中心（被撮影、被
観察範囲の中心）から出て、光学系の指定される面の順
に光学系を通り、光学系内の絞り中心を通る光線、又は
光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
を基準軸光線と設定し、その光路を基準軸とする。

【００４９】このようにして定義される基準軸は一般的
には折れ曲がっている形状となる。( 図32参照) ここで、各面において各面と基準軸光線との交点を各面
の基準点とし、各面の物体側の基準軸光線を入射基準
軸、像側の基準軸光線を射出基準軸とする。さらに、基
準軸は方向（向き）を持つこととし、その方向は基準軸
光線が結像に際して進行する方向とする。よって、入
射、射出側に各々入射基準軸方向、射出基準軸方向が存
在する。このようにして基準軸は設定された各面の順番
に沿って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変
化させつつ、最終的に像面に到達する。

【００５０】なお、複数の面で構成された光学素子（光
学系）においては、その最も物体側の面へ入射する基準
軸光線をこの光学素子（光学系）の入射基準軸、最も像
側の面から射出する基準軸光線をこの光学素子（光学
系）の射出基準軸とする。又、これらの入射・射出基準
軸の方向の定義は面の場合と同じである。

【００５１】★Off-Axial 光学系の定義 上記のように定義した基準軸が曲面と交わる点におい
て、面法線が基準軸と一致しない曲面(Off-Axial曲面)
を含む光学系をOff-Axial 光学系と定義し、その例を図
32に示す。( 但し、平面反射面によって基準軸が単純に
折れ曲がっている場合も面法線が基準軸と一致しない
が、その平面反射面は収差の対称性を損なわないので、
Off-Axial 光学系の対象から除外する。) この定義は共軸光学系の一部が大きく偏心した光学系も
含むが、一般的に非対称非球面の系では" 偏心" の"
心" の意味の対称性を持った点や線が存在しない。そこ
で、この近軸理論においては" 偏心" という言葉はあえ
て用いず、Off-Axial という言葉を用いることにする。

【００５２】1-2.Off-Axial 光学系の構成面に適した面
形状表現方法 Off-Axial光学系を構成する面は一般に対称性を持たな
い。対称性を持たない面の表現法としては展開の中心に
対する2 変数べき級数展開が最も一般的である。ここで
は展開の中心は面と基準軸との交点とし、その面形状を
表現するローカル座標系としては面法線にz 軸をあわせ
たものを用いる。そして形状を表わす式をz=f(x,y)の形
に表現する。その際その点での面法線が、面形状の変化
に伴っても変化しないように展開は2 次から始め、次式
のように表す。

【００５３】 z(x,y)=C₂₀x²+2C₁₁xy+C₀₂y² +D₃₀x³+3D₂₁x²y+3D₁₂xy²+D₀₃y³ +E₄₀x⁴+4E₃₁x³y+6E₂₂x²y²+4E₁₃xy³+E₀₄y⁴ +.......... ( 数式 1) このように基準点を中心に面法線を固定して展開する手
法を用いて構成面を定義しておけば、従来のOff-Axial
光学系の設計法とは異なり、図33に示すように光学配置
の骨組み( 基準軸の配置) を変えることなく面形状を変
化させることができる。また更に、2 次の展開係数も固
定して3 次以降の係数のみを変化させれば各アジムスで
の近軸量( 後述の (数式8)から (数式11) の結果参照)
を変えることなく収差補正のみを行なうこともできる。

【００５４】2. 折れ曲がった基準軸に沿った近軸展開
手法 図34に解析に用いた折れ曲がった基準軸に沿った近軸展
開の座標系とそこで用いる諸量を示す。反射は屈折率が
負の屈折と一般化できるので展開は屈折系で考えること
にする。この図において物体及び像の部分では基準軸に
沿ってローカル座標系がとられ、物体面、像面、入射瞳
面、射出瞳面を基準軸に垂直に図に示すように定義す
る。面形状は前項で述べたように面法線をz 軸とするロ
ーカル座標系で表現している。このとき物線ベクトル
ｂ、入射瞳上の高さベクトルｒを通る光線を考え、この
物線ベクトルｂ，高さベクトルｒが微小量として屈折の
法則をべき級数展開することを考える。その手順は次の
とおりである。

【００５５】i） 光線の方向ベクトルｓを図中の距離
s,物線ベクトルｂの絶対値b および物線ベクトルｂのア
ジムスξ（但し基準軸の屈折面をξ=0ととる）、距離t,
高さベクトルｒの絶対値r およびξ_r=ξ+ φ（高さベク
トルｒのアジムス; φは相対アジムス）を用いて表わ
す。 ii） i）で求めた始点ベクトルと方向ベクトルおよび
面形状の式を使って屈折面上の交点を求める。 iii) ii）の交点における面法線ベクトルｎをベクトル
解析の手法で求める。

【００５６】iv) iii)の結果と屈折の法則を用い、そ
の交点における屈折後の方向ベクトルｓ’を求める。 v) 屈折面上の位置と屈折後の方向ベクトルｓ’とが
わかったので距離s'，t'が与えられれば像線ベクトル
ｂ’、射出瞳上の高さベクトルｒ’が求まる。

【００５７】この手順による像線ベクトルｂ’の距離
b、高さベクトルの絶対値r の１次量までの展開結果を
(数式2)、(数式3)に示す。但しξ' は像面での像線の理
想アジムスでξ'=ξととられる。

【００５８】この結果において像線ベクトルｂ’は図35
に図示してあるように ｂ’= βｂ＋Δ‖＋Δ⊥ （数式 4） の形に成分に分解して表現してある。但しβｂ+ Δ‖は
アジムスξに対する平行成分ベクトル（βは後述の (数
式11) で決められる投影の横倍率）、Δ⊥は垂直成分ベ
クトルを表わす。

【００５９】3. Off-Axial 光学系での結像の式と屈折
の近軸量の導出 3-1 Off-Axial光学系での結像の式の導出 (数式2)と (数式3)の結果を使って近軸関係を求める場
合は物高b は0 とおいてよい。従ってΔ‖とΔ⊥の rの
１次の比例係数を調べればよいわけであるが、系の回転
非対称性のために近軸光線が基準軸に対してねじれの位
置にあることを反映して、これら２つの係数はアジムス
ξ依存を持ち一般的には同時に２つの係数を0 とするこ
とはできない。一般にこうした近軸光線が基準軸に対し
てねじれの位置にあるアナモルフィックな光学系では、
光路をアジムス断面に投影したΔ‖の係数=0により結像
共役関係式と近軸量を定義し、Δ⊥に対し、Δ‖の係数
=0の式から結像共役関係式を求めるとはいっても一般に
相対アジムスφ=0の光線（メリディオナル光線に対応）
とφ= π/2の光線（サジタル光線に対応）とでは結像位
置が異なる（いわゆる非点収差を持つ）ことをこの係数
の式は示している。

【００６０】この軸上の非点収差に対し本理論では相対
アジムスφ=0の場合の結像面を近軸像面と定義し、φ≠
0 の場合は軸上非点収差が残るとして理論を構築するこ
とにする。そうした像面の定義により投影された結像関
係式として： N'(cosθ'cosξ'cosξ+cosθsin ξ'sinξ)/(s'cosθ)-N(cos θ'sinξ'sinξ +cosθcos ξ'cosξ)/(s cosθ' )-2(N'cos θ'-Ncosθ){cos ξ'cosξC₀₂ +(cos θ'sinξ'cosξ+cosθcos ξ'sinξ)C₁₁ +cosθcos θ'sinξ'sinξC₂₀}/(cos θcos θ' ) ＝0 (数式 5) が求まるが、これはs 、s'をt 、t'に変えるだけで瞳面
の結像式となるので、従来の共軸系の一般拡張となる合
理的な定義であることがわかる。

【００６１】3-2 屈折面の近軸量の導出とガウシャンブ
ラケットによる屈折の式の表現 次にこの投影された結像関係式を従来の共軸系での結像
の式 (N'A)/s' −(ND)/s−Φ=0 (数式 6) と比較することを考える。

【００６２】ここでA 、D は

【００６３】

【数７】 で示される屈折のガウシャンブラケットの対角成分、Φ
はパワーを表わす( 但し成分のB=0, AD=１の場合) 。

【００６４】ただちにわかる通りこれら２つの式は全く
同じ形式をしているので、比較によりこの結像式に対応
するOff-Axial 屈折面の近軸量を決定することができ
る。つまり近軸光線を投影して考えれば共軸系の場合と
同様に各アジムス毎に近軸量の計算ができることにな
る。その結果のA 、D 、Φを (数式8)から (数式10) に
示す。

【００６５】

【数８】 また屈折面での投影の横倍率は β= α/ α' =Ns'D/(N's) (数式11) と与えられることも示すことができる。

【００６６】ここで (数式8)から (数式11) に示された
近軸量は従来の共軸系の近軸量の一般拡張になっている
ことは注目に値する。これはこれらの式に共軸、回転対
称の条件のθ= θ'=0 、C₁₁=0 、C₂₀=C₀₂=1/(2R)(Rは曲
率半径) を代入すれば共軸系の場合の式が得られること
で容易に確かめることができる。

【００６７】4. 近軸トレース 4-1 転送のガウシャンブラケット 以上のようにOff-Axial 系の各面においてガウシャンブ
ラケットを用いた手法で屈折の近軸量を定義できたが、
複数の面から構成される系においては面と面との間の転
送項を定義しておく必要がある。Off-Axial 系の場合も
簡単な幾何学的考察により、基準軸上に沿って長さd'を
定義すれば従来と同様に換算面間隔e'=d'/N'を用いて

【００６８】

【数９】 の形でガウシャンブラケットを使った表現ができること
がわかる。従ってOff-Axial 面が複数ある系においても
従来と同様にアジムス毎に近軸トレースが可能である。
つまりOff-Axial 光学系全体の骨組みも共軸系の場合と
同様に近軸的に解析できるわけである。

【００６９】4-2 近軸トレースの手法 3-2 で求まった屈折の式 h_i'= A_i・h_i (数式13) α_i'= Φ_i・h_i+D_i・α_i (数式14) と、4-1 で求まった転送の式 h_i+1=h_i'- e_i'・ α_i' (数式15) α_i+1=α_i' (数式16) を使えば共軸系の場合と同様の近軸トレースが可能であ
る。共軸系と違うのは屈折の式のA_iとD_iが一般に1 では
ないこととA_i、D_i、Φ_i がアジムス依存があることであ
る。従って各アジムスごとの近軸量を計算すれば近軸量
のアジムス依存性を調べることが可能である。

【００７０】以下にある与えられたるアジムスξに対す
る近軸トレース計算のフローを示す。

【００７１】i) s₁などの与えられた光学系のデータに
対し近軸追跡の初期値h₁、α₁(α₁=N₁h₁/s₁)を設定す
る。 ii) 屈折面での近軸量 A_i 、Φ_i 、 D_i を求める。 iii) 屈折の式を使って h_i'、α_i'を求める。また必要
があれば s_i 、 s_i'や屈折面での横倍率β_i を s_i =N_i・h_i/ α_i (数式17) s_i'=N_i'・h_i'/ α_i' (数式18) β_i = α_i/α_i' (数式19) を使って求める。 iv) 面番号i が最終面のものでなければ転送の式を用
いて h_i+1 、α_i+1を求める。 v) 面番号i が最終面の番号k になるまでii) からiv)
までを繰り返す。 vi) 以上の計算で求められた面番号i が最終面の番号k
でのh_k',α_k'が常に h_k'=Ah₁+B α₁ (数式20) α_k'= Φh₁+Dα₁ (数式21) を満たすように全系のガウシャンブラケットの成分A 、
B 、Φ、D を求める。

【００７２】vii) 求まった全系のA 、B 、Φ、D を用
いて焦点距離f 、主点位置H 、H'およびバックフォーカ
スs_k' を共軸系と同様の式 f=1/ Φ (数式22) Δ₁=(1-D)/Φ H=N₁Δ₁ (数式23) Δ_k'=(A-1)/ Φ H'=N_k' Δ_k' (数式24) s_k'=N_k'(f+Δ_k') (数式25) により求める。（図36参照: 図中、 Fは物体側焦点、H
は物体側主点、F'は像側焦点、H'は像側主点を表わす) viii) 全系の横倍率βを β= α₁/α_k' (数式26) により求める。

【００７３】5. 簡単な面での分析・確認 ここで簡単な面について求まった近軸理論の適用を考え
る。 ★Off-Axial 反射面 Off-Axial 反射面においてはθ=-θ' であるのでガウシ
ャンブラケットのA、D が1 と共軸系と同じになる。こ
の場合反射面のパワーは曲率のほかに入射角θおよびア
ジムスξに依存するアナモルフィックなものとなる。こ
こで更に曲率に比例する面形状の係数C₂₀ 、C₁₁ 、C₀₂
が C₁₁=0、 C₀₂=C₂₀ cos²θ (数式27) を満たす様に選ばれれば反射面のパワーがアジムスξに
依存しないようにすることができる。

【００７４】つまり、Off-Axial 反射面においてはx,y
方向の面形状の係数がC₁₁=0 、 C₀₂=C₂₀cos²θを満たす
ように選ぶことで近軸的には共軸回転対称系と同様な扱
いができるようになる。

【００７５】特に図37に示すような基準軸が2 焦点を通
るOff-Axial 反射2 次曲面では一般にこの関係が満たさ
れている。このことはこの図の系の面頂点における曲率
を求めてやれば、あるいは後述する基準軸が2 焦点を通
るOff-Axial 反射2 次曲面の一般式 (数式28) をべき級
数に展開して (数式1)の形にして係数を比較することに
より、 C₀₂=(1/a+1/b)cosθ/4, C₂₀=(1/a+1/b)/(4cosθ), C₁₁
=0 が得られ容易に確かめることができる。またこの図の場
合においてはa,b を2 つの焦点と面頂点との距離とすれ
ば反射面のパワーは直観的に1/a+1/b と理解されるが、
このことも同時に (数式10) を使った計算にて確かめる
ことができる。

【００７６】なお、一般の球面式を級数展開したときの
二次の項の係数は曲率半径をR としたとき1/(2R)で表さ
れるから、 (数式1)における座標系においてxz面内での
近軸領域の曲率半径をR_x、yz面内での近軸領域の曲率半
径をR_yとすれば C₂₀＝1/(2R_x) C₀₂＝1/(2R_y) と表される。よって (数式27) より （R_x/ R_y)・(1/cos² θ）＝１ （数式28） なる関係を満たせば偏心反射面においてすべてのアジム
スでの焦点距離が一致する。

【００７７】★Off-Axial 屈折面 Off-Axial 屈折面は反射面のように簡単にはならない。
これはガウシャンブラケットの対角要素A 、D が1 では
ない(A=1/D≠1 なる逆数関係) ためである。しかしなが
らこのことも屈折面を平面にして考えれば理解可能であ
る。屈折面が平面の場合、屈折面のプリズム効果により
系はアジムス依存性を持った角倍率を持つが、これは一
般にガウシャンブラケットのD として表わされる。この
ことを念頭において考えれば一般のOff-Axial 屈折面の
ガウシャンブラケットの各成分はOff-Axial な屈折によ
るプリズム効果と曲面によって生じたパワー変化との複
合された項であると理解することができる。

【００７８】6. 設計への応用 以上述べてきたようにして構築されるOff-Axial 系の近
軸理論と近軸トレースの手法はOff-Axial 系の設計の際
に応用することができる。一般に倍率がアジムスに依存
しない等方的結像の場合、全系ではすべての近軸量がア
ジムス依存がないと考えられるので、設計は例えば次の
ような手順で行なえばよい。 i) 光学系を光路の干渉などを考慮しつつ、折れ曲がっ
た基準軸に沿って配置する。 ii) 次にガウシャンブラケットの手法を用いてアジム
ス毎に近軸トレースを行ない、全系の近軸量・像面位置
がアジムス依存を持たないように各面の曲率を決めてや
る。 このような近軸量のアジムス依存性に着目した設計手法
は今までになかった考え方であり、Off-Axial 系の設計
に大きな指針を与えるものである。以上がOff-Axial 光
学系に対する近軸理論およびそれを用いた光学系の骨組
みの設計方法についての解説である。以下、上記のOff-
Axial 光学系の近軸理論の定義に基づき本発明の実施形
態を説明する。

【００７９】なお、本発明の各実施形態中の非球面反射
面は前述のように面全体に対して対称性を持った点は存
在しないのでOff-Axial 面と呼ぶことが適切であるが、
ローカル座標の原点においては近軸的な曲率半径R_x,R_y
が演繹でき、その曲率中心は基準軸の上にはないので、
これから以後は”偏心”している面と呼ぶこととする。

【００８０】図 1は本発明の変倍光学系を共軸屈折系で
表した説明図である。図中、11は絞り、12は変倍に際し
固定で正の屈折力を有する第１群、13は第１群により形
成される中間像、14、15は各々相対的に移動することに
より変倍作用を行なう第２群、第３群、16は固体撮像素
子等が配置される最終結像面（最終像面）である。図１
(A),(B) は夫々広角端、望遠端の状態を表している。

【００８１】本変倍光学系の結像作用について述べる。
まず絞り11を通過した入射光束は第１群12により中間像
13を形成する。この中間像13を物点とし、第２、３群の
合成系は有限距離結像系として最終結像面に再度像を形
成する。ここで図１(B) に示すように第２、３群が相対
的に移動して合成系の結像倍率を変化させることにより
結像倍率が変化する。

【００８２】図 2は本発明の変倍光学系の実施形態１の
光学配置図である。図中、12、14、15は夫々変倍光学系
の第１、２、３群であり、各々複数の基準軸に対して傾
いた反射面を備えている。図 2では各群を摸式的に示し
ており反射面そのものは不図示である。一点鎖線は前記
基準軸光線を示しており不図示の反射面により各群内で
反射を繰り返し各群を経て最終結像面16の中心に至る。
このように本発明の変倍光学系は偏心反射面を有する群
で構成しており、共軸系で言うところの光軸が明確に存
在しない。よって、前述のように光学系の絞り中心を通
って最終結像面の中心に至る光線を基準軸光線として基
準軸を定義している。

【００８３】本発明の変倍光学系は第１群12の物体側若
しくは第１面近傍に絞りを配置し、第１群中に反射面を
用いて光束を集光させて第１群12を有効径が小さい薄型
の群としている。更に、第２群14、第３群15を偏心反射
面で構成することにより第１群12により形成された中間
像をコンパクトな構成でリレー（再結像）して、後記の
数値実施例に示すように広画角でありながら、薄型の変
倍光学系となってでいる。なお、図 2において光学系の
厚みは紙面に垂直な方向であり、この厚みが小さいとい
う意味で薄型という言葉を用いている。

【００８４】次に、図 2の変倍光学系の変倍作用を説明
する。図 2は変倍光学系が広角端の状態にある図であ
り、第２群14、第３群15は各々独立して図中、例えば矢
印の方向に移動することにより変倍を行なう。ここで、
第１群12、第２群14間の群間隔は広角端から望遠端に向
って狭まり、第３群15、像面16間の間隔は広がる。この
ように変倍作用にあづかる各群を変倍群と呼び、最も物
体側の変倍群から最も像側の変倍群までを変倍部と呼ぶ
ことにする。

【００８５】ここで第２群14の移動量をd1、第３群15の
移動量をd2、変倍光学系の物体側より数えて第１面から
最終結像面16までの光路長の広角端での値をL_W、望遠端
での値をL_Tとすると、変倍をしても最終結像面16が一定
位置に止まるためには図 2の構成において以下の条件式
が成り立つようにすれば良い。

【００８６】L_T＝L_W＋2(d2−d1） （条件式 1） この式においてd1、d2が等しくない場合、つまり第２群
14、第３群15の移動量が等しくない場合には全系の光路
長Ｌは変化する。本発明の変倍光学系では各変倍群の入
射基準軸の方向と射出基準軸の方向が180 ゜異なるよう
に構成して、組み合わせて条件式１を満たしている。こ
のようにすると、全系光路長を変化させて最終結像面16
は物理的に固定できるため電気配線等を施した撮像素子
を移動させる必要は無くなり、撮像装置の構成が簡単に
なる。

【００８７】なお、本発明の変倍光学系は中間結像を繰
り返して最終結像面に収差補正された像を形成してい
る。また、中間結像面間には瞳が存在する為、本発明の
変倍光学系は瞳結像を繰り返して最後に全系での射出瞳
を形成している。このような系でOff-Axial 歪曲収差を
補正するには、物体面から対称的に入射した各画角の主
光線が各瞳結像において対称性を維持しながら結像を繰
り返すことが好ましい。言い換えれば、物体像に関わる
像結像と瞳結像の両者を良好にリレーしていくことが必
要である。本発明では変倍群に夫々正の屈折力を有する
偏心した凹反射面を少なくとも３面配置した構成を基本
構成としてこの像結像と瞳結像を両立すると共に薄型を
実現している。

【００８８】ここで、本発明の変倍光学系は偏心反射面
を有するため、各種の偏心収差が発生する。この偏心収
差を変倍全域で補正するには各群内で補正するか、各群
同志でキャンセルすることが必要である。変倍群は変倍
に際し物点が移動するが、物点移動に関わらず偏心収差
を群内で補正するのは一般的に困難である。よって、本
発明の変倍群は前記の凹反射面の紙面内の断面形状を非
対称にする等により特定の物点に対して極力群内で偏心
収差を補正し、物点移動で発生する偏心収差変動は各群
間でキャンセルすることにより変倍全域に渡って偏心収
差の補正された変倍光学系としている。

【００８９】以下、本発明の変倍群の基本構成について
説明する。図 3は本発明の変倍光学系の変倍群の基本構
成を共軸屈折系で示した図である。図 3は物点から入射
した光束を平行光として射出する系である。図中、31は
変倍群の物体面、32、34は正の屈折力を有する面、33は
面32、34の合成系38における瞳面、35は面32、34の合成
系38による結像面である。36は正の屈折力を有する面で
結像面35からの光束を平行光とする。また37は面34、36
の合成系39により瞳33の像として形成される瞳面であ
る。ここで、面32、34、36の焦点距離が同じで各面の間
隔もすべて該焦点距離と同じであれば合成系38、39いず
れも等倍系で対称配置となる。この等倍結像系を繰り返
して配置すれば、ある一定の有効径内で像をリレーでき
るため薄型の系に適している。また、パワー面を対称配
置しているので軸外収差がキャンセル関係にあり、像結
像、瞳結像ともに良好にリレーできる。

【００９０】図 4は図 3と同じく本発明の変倍光学系の
変倍群の別の基本構成を共軸屈折系で示した図である
が、物体及び瞳の配置が図 3の逆になっているものであ
る。図中、41は瞳面、42は無限遠にある変倍群の物体面
からの平行光を結像する正の屈折力を有する面、43は面
41により形成される結像面、44、46は正の屈折力を有す
る面、45は面42、44の合成系48により形成される瞳面、
47は結像面43に対し面44、46の合成系49により形成され
る結像面である。図 4においても図 3と同様に面42、4
4、46の焦点距離が同じで各面の間隔もすべて該焦点距
離と同じであれば合成系48、49いずれも等倍系で対称配
置となり、像結像、瞳結像ともに良好にリレーできる。

【００９１】図 3、4 の系を各々図１の第２群14、第３
群15に適用すれば、第２、３群合成系において横倍率１
のリレー系が構成できる。全系を薄型とするにはこの状
態を広角端に適用すればよい。そして、変倍比をZ とす
れば望遠端での第２、３群合成系の横倍率をZ となるよ
うに移動すれば広角端での厚みを維持しながら変倍部が
構成できる。本発明の変倍光学系は基本的にこのような
パワー配置をもとに偏心反射面を組み合わせて構成して
いる。

【００９２】図 5は本発明の変倍光学系の変倍群の基本
構成の説明図である。この変倍群は図 3の構成を偏心反
射面で構成したものとなっている。図中、51は変倍群の
物体面、52、54は凹反射面、53は凹反射面52、54の合成
系における瞳、55は凹反射面52、54の合成系により形成
される中間結像面、56は凹反射面、57は凹反射面54、56
の合成系により形成される瞳面53の像としての瞳面であ
る。図中の一点鎖線は前述の基準軸光線であり、図 5
(A) は中心画角の物体光線の光路を、図 5(B) は瞳光線
（主光線）の光路を示している。なお、図 5において物
体面51、凹反射面52、瞳面53、凹反射面54、結像面55、
凹反射面56、瞳面57の各々の間隔は等しい。

【００９３】図 5において反射面の焦点距離は前述のよ
うに基準軸の入射角と基準軸と交わる点での曲率で決定
される。よって、ある焦点距離に対して入射角と曲率の
組み合わせは無数にある。しかし、反射面52、54および
反射面54、56による合成系において軸外収差をキャンセ
ルさせる為には形状そのものが対称性をもつことが好ま
しい。よって、反射面52、54、56は同じ曲率を有するの
が好ましい。そしてこのように各面の焦点距離を同じく
するためには各面への基準軸の入射角を図 5に示すよう
にすべて等しく、θ（入射基準軸と射出基準軸との角度
では２θ）としなければならない。

【００９４】しかし、このように構成すれば変倍群の入
射基準軸の方向と射出基準軸の方向が 180゜異なるよう
に構成できない。よって、これを変倍群として図 2中の
第２群14には適用できない。

【００９５】そこで、本発明の変倍光学系の変倍群では
図 5の３つの凹反射面間に折り返し反射面を挿入して反
射面を５面とすることにより、各凹反射面での入射角を
同じくしながら変倍群の入射基準軸の方向と射出基準軸
の方向を 180゜異なるようにしている。以下図 6を用い
て説明する。

【００９６】図 6は本発明の変倍光学系の変倍群の構成
図である。図中の一点鎖線は前述の基準軸であり、図 6
(A) は中心画角の物体光線の光路を、図 6(B) は瞳光線
（主光線）の光路を示している。図 6は図 5の凹反射面
52、54、56の間に折り返し平面反射面61、62を配置した
構成であり、パワー配置は図 5と同じである。つまり凹
反射面の曲率、基準軸の入射角は図 5と同じである。こ
こで、折り返し平面反射面61、62での基準軸の入射角を
各々φ₆₁、φ₆₂としたとき３θ＝φ₆₁＋φ₆₂なる関係を
満たせば、変倍群の入射基準軸の方向と射出基準軸の方
向が 180゜異なるようにすることができるため、図 2の
第２群14に適用可能である。

【００９７】同様に、図 6(A) の構成を瞳面57から物体
面51に光束が進むように逆に配置すれば、もう一つの変
倍群である図 2における第３群15に適用可能である。

【００９８】なお、変倍群の凹反射面（図 6では52、5
4、56）は基準軸が屈曲する面内（図6ではYZ面−紙面
内）の曲率半径R_yとこれに垂直で該凹反射面の基準点に
おける法線を含む面内の曲率半径R_xとが異なるようにす
るのが好ましい。凹反射面に対する基準軸の入射角をθ
とすれば、凹反射面においてこれら２面内での焦点距離
を一致させる為には前述の数式28が成り立つことが必要
である。

【００９９】図 7は本発明の変倍光学系の実施形態１の
構成図である。図中、71、73、75、76、78、80は凹反射
面、72、74、77、79は折り返し反射面であり、反射面71
から反射面75までが第２群14、反射面76から反射面80ま
でが第３群15である。変倍群である第２群14、第３群15
はいずれも焦点距離ｆが負であり、いずれも夫々の変倍
群中で軸上光束が１回中間結像をしている。

【０１００】本発明においては、第i 変倍群の焦点距離
をf_i、該変倍群に平行な軸上光束を入射させた時の該変
倍群中での軸上光束の中間結像の回数をｋとするとき、
該変倍群は条件： f_i・(-1)^k＞0 （k は0 以上の整数） （条件式 2) を満たしている。変倍群がこの条件を満たせば、凹反射
面により中間像をコンパクトに折りたたんで像をリレー
でき、薄型の変倍部が構成できる。

【０１０１】本実施形態は非球面形状の凹反射面３面、
折り返し反射面２面で構成される２つの群の組み合わせ
で変倍部を構成している。これは図 2の構成において、
第２群14、第３群15を上記構成の反射面群としたもので
ある。

【０１０２】なお、結像面13、反射面71、72、73、74、
75の各々の面間隔は同じであり、さらに反射面76、77、
78、79、80、最終結像面16の各々の面間隔についても同
じである。すなわち前後の反射面の間にある反射面Riに
対してその物体側の面間隔をD(i-1)、像側の面間隔をDi
としたとき

【０１０３】

【数１０】 である。

【０１０４】なお、軸外収差を良好に補正するには凹反
射面71、73、75、76、78、80を基準軸が屈曲する面（YZ
面）において非対称な形状とするのが良い。

【０１０５】さて、図 7において最終結像面16の直前に
ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のガラス
部材を配置する為に、反射面80から結像面16までの間隔
をもっとあける、すなわちバックフォーカスを長くした
い場合がある。このためには中間結像面13から最終結像
面16まで複数回の等倍結像を繰り返す状態を全体的に崩
せば良い。そして、折り返し反射面72、74、77、79に適
当な曲率を持たせてパワー配置を各部でコントロールす
れば良い。このとき反射面72、74、77、79は凹反射面と
同様に基準軸が屈曲する面（YZ面）において非対称な形
状とすれば軸外収差補正に対して有効である。

【０１０６】このように、本発明中の変倍群では図 7に
おける凹反射面71、73、75、76、78、80を回転非対称な
非球面で構成し、変倍群の移動条件は前述の（条件式
1）を満たすものである。また各反射面の近軸領域の曲
率半径R_x,R_y は数式28の条件を中心として微小変形した
形状としており、具体的には

【０１０７】

【数１１】 の範囲にある。

【０１０８】本発明の変倍光学系においては、アジムス
による焦点距離変動が変倍全域にわたって全系で補正さ
れていなければならない。このためにはなるべく一つの
群中でこの焦点距離変動を補正し、補正不足分を変倍群
間でキャンセルするようにするのが良い。

【０１０９】（条件式 3）の上限、下限を越えるとアジ
ムスによる焦点距離変動が大きくなり、各群内での補正
が著しく不足するので、変倍全域で他の群によりキャン
セルすることが困難となる。

【０１１０】なお、このアジムスによる焦点距離変動の
補正は折り返し反射面72、74、77、79に適当な曲率を持
たせて行なうとさらに効果がある。また、折り返し反射
面72、74、77、79を入射出基準軸を含む面内で非対称な
非球面とすると軸外収差に関して補正効果がある。

【０１１１】また、反射面間隔を数式29から変化させて
パワー配置をコントロールして補正してもよい。本発明
の変倍光学系の反射面間間隔は以下の条件を満たす範囲
内で設定している。

【０１１２】

【数１２】 （条件式 4）の上限、下限を越えると図 7において隣接
する二つの凹反射面（例えば71と73）の合成系が像結像
あるいは瞳結像に関して等倍結像から大きく崩れ、二つ
の反射面同志での収差のキャンセル関係が崩れるため特
に軸外収差補正が困難となる。

【０１１３】また、図 7の変倍群中の夫々３つの凹反射
面の曲率半径は図 5において説明したように同じである
ことが望ましいが、このパワー配置をコントロールして
軸外収差の補正をしてもよい。本発明の変倍光学系では
各変倍群中の凹反射面i 、反射面(i+1) 、凹反射面(i+
2) の順に構成される部分系において、該凹反射面i ，
(i+2) の夫々の基準点における入射・射出基準軸を含む
平面内の近軸領域の曲率半径を各々R_y,i，R_y,i+2とした
とき、これらは以下の条件を満たす範囲内で設定されて
いる。

【０１１４】

【数１３】 （条件式 5）の上限、下限を越えると隣接する二つの凹
反射面（例えば71と73）の合成系が像結像あるいは瞳結
像に関して等倍結像から大きく崩れ、二つの反射面同志
での収差のキャンセル関係が崩れるため特に軸外収差補
正が困難となる。また、すべての変倍群で構成される変
倍部の広角端での横倍率を１近傍とすると変倍全域に渡
って薄型でかつ収差補正された系とすることができる。
図 7において最終結像面16における結像面サイズは変倍
中一定であるから、変倍比をZ とすれば中間結像面13で
の有効像サイズは広角端で望遠端のZ 倍となる。よっ
て、変倍群14、15中の面は基本的に広角端でその有効サ
イズが決定される。よって、広角端で変倍部全体での横
倍率を１以下にするのがよい。

【０１１５】また、前述のように各変倍群中で像結像と
瞳結像を良好にリレーしていくには基本的に等倍結像で
リレーしていくのが好ましい。このような事情から結
局、変倍部の広角端での倍率は１近傍が好ましい。しか
し、本発明ではバックフォーカスをのばすために、条件
式 3から 5に示す範囲で等倍結像を崩してパワー配置を
コントロールしている。これは、変倍部中の複数回の像
結像、瞳結像において各々等倍結像から収差補正できる
範囲内で変化させて調整しているものである。

【０１１６】よって、等倍結像から外れた一つの像結像
あるいは瞳結像を積算していった変倍部全体での横倍率
は１を中心にしてある範囲で設定されるものである。本
発明の変倍光学系の変倍部の広角端での横倍率は以下の
条件を満たしている。

【０１１７】 0.5 ＜｜β_W ｜＜ 1.5 （条件式 6） なお、偏心系の横倍率は (数式19) を用いて算出すれば
良い。また、以上の横倍率β_W は厳密には最も物体側の
変倍群の最も物体側の面から最も像面側の変倍群の最も
像面側の面までの範囲で計算される近軸値である。

【０１１８】ところで、本発明の変倍群における反射面
は反射前後の媒質が気体である表面鏡である場合と、１
つの透明体の表面に複数の内面反射面を形成した場合、
即ち気体以外の媒質で構成された透明体の内部で反射す
る場合のいずれでもよい。図7は前者の場合である。

【０１１９】また、図 8は実施形態１の別の構成図であ
り、後者の構成を採っている。図中、801 、802 は各々
ガラス、プラスチック等の透明体で構成された光学素子
であり、夫々は変倍群でもある。803 は中間結像面13か
らの光束が入射する光学素子801 の表面の屈折面、804
、805 、806 、807 、808 は光学素子801 の表面に形
成した反射膜を有する内面反射面、80９は光学素子801
から光束が射出する屈折面、810 は光学素子801 からの
光束が入射する光学素子802 の表面の屈折面、811 、81
2 、813 、814 、815 は光学素子802 の表面に形成した
反射膜を有する内面反射面、816 は光学素子802 から光
束が射出する屈折面である。

【０１２０】各々の反射面は基本的に図 7における反射
面と同じ考え方で設定している。ただし、各光学素子中
に形成される中間像および瞳の大きさは空気換算で図 7
と同じように設定すると、実際の光学素子中での大きさ
は屈折率の比で小さくなる為、図 7の構成に比べより薄
くできる。言い換えれば、同じ厚みでは特に瞳サイズを
大きくできるため光量を増やすことが可能である。よっ
て、明るい変倍光学系とするためには図 8に示す様に各
変倍群を１つの透明体の表面に２つの屈折面と複数の内
面反射面を形成して構成するのが良い。

【０１２１】なお、図 7、8 に示す変倍光学系において
第１、２、３群のいずれかを基準軸方向に移動すること
によりフォーカシングが可能である。至近物体に対して
第１群は物体側に（紙面左側に）、第２群は第１群から
離れる方向に（紙面右側に）、第３群は第２群から離れ
る方向に（紙面左側に）移動すればピント合わせが可能
である。特に、第２、３群は変倍に際して夫々の入射基
準軸に平行に移動する構成であるから、これをフォーカ
シング群とすれば変倍機構をそのまま使用してフォーカ
シングできるため部品点数削減の点から好ましい。この
とき、第２群あるいは第３群単独で行なってもよいし、
第２、３群ともに移動させて行なっても良い。

【０１２２】なお、光学素子801 、802 は透明材料から
各屈折面、反射面形状を削りだして製作してもよいし、
屈折面、反射面の反転形状を有する金型を用いて成形し
て製作してもよい。このようにして製作すると各面を独
立に配置するよりも面の位置精度が高まるため、位置、
傾き等の調整が不要となる。また、反射面を支持する部
材が必要ないため部品点数が削減される。

【０１２３】また、図 9に示す様に透明体の光学素子に
変倍移動用のガイドバーが入る穴をあけておけば光学素
子のみでユニットを構成できるため、通常レンズを保持
する鏡筒等の部材が必要なく一層の部品点数削減が図れ
る。

【０１２４】なお、このような部品点数削減のみに着目
するならば、図 7、8 における第１群12は中間結像面13
に像を形成する系であれば基本的に如何なるものでもよ
い。但し、本発明の目的にあるように薄型の系を構成す
るには前絞り構成である必要がある。あるいは絞り11と
共役な位置に絞りを配置して第１面近傍に入射瞳を形成
する必要がある。

【０１２５】また、第１群を偏心系とすれば、変倍群で
残存する偏心収差を第１群でキャンセルさせることがで
きるため、より偏心収差を低減した系とすることができ
る。後述の本発明の数値実施例では第１群中の或る光学
素子を偏心反射面４面乃至５面用いて構成し、全系で偏
心収差を良好に補正している。

【０１２６】数値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。

【０１２７】図10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10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。

【０１２８】図10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10中では第１光学素子B1としている。

【０１２９】従って、図10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。

【０１３０】本発明の光学系はOff-Axial 光学系である
ため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていな
い。そこで、本発明の実施例においては先ず絞りである
第1 面の光線有効径の中心を原点とする絶対座標系を設
定する。本発明では絶対座標系の各軸を以下のように定
める。

【０１３１】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10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10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。

【０１３２】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10中のYZ平面上にある。また
XZおよびXY面内での面のチルト、シフトはない。さら
に、第ｉ面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標
系(X,Y,Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体
的には以下のように設定する。

【０１３３】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。なお、絞り
や最終結像面も１つの平面として表示している。

【０１３４】また、本発明の実施例の光学系は複数の光
学素子の移動により全体の焦点距離を変化する（変倍を
する）。本発明の数値データを挙げた実施例では広角端
(W)、望遠端(T) とこれらの中間位置(M) の三つの位置
での光学系断面図、数値データを示す。

【０１３５】ここで、図10の光学素子においてYZ面内で
光学素子が移動すると各変倍位置で値が変わるのは各面
の位置を表すローカル座標の原点（Yi、Zi）であるが、
本実施例では、変倍のために移動する光学素子がZ 方向
の移動の場合のみであり、座標値Ziを光学系が広角端、
中間、望遠端の状態の順にZi (W) 、Zi(M) 、Zi(T)で表
すこととする。

【０１３６】なお、各面の座標値は広角端での値を示
し、中間、望遠端では広角端との差で記述する。具体的
には広角端(W) に対する中間位置(M) 、望遠端(T) での
移動量を各々a,b とすれば、以下の式で表す。

【０１３７】Zi(M)=Zi(W)+a Zi(T)=Zi(W)+b なお、a,b の符号は各面がZ プラス方向に移動する場合
を正、Z マイナス方向に移動する場合を負としている。
また、この移動に伴い変化する面間隔Diは変数であり、
各変倍位置での値を別表にまとめて示す。

【０１３８】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R_iを記している。曲率半径R_iの符号は、曲
率中心がローカル座標のz 軸プラス方向にある場合をプ
ラスとし、z 軸マイナス方向にある場合をマイナスとす
る。

【０１３９】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある。

【０１４０】

【数１４】 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、その形状は前述の (数式1)からx の奇
数次の項を削除し、各項にかかる２項分布係数を係数項
に組み込んだ形式として以下の式により表す。

【０１４１】 z ＝C₀₂y²+C₂₀x²+C₀₃y³+C₂₁x²y+C₀₄y⁴+C₂₂x²y²+C₄₀x⁴ 上記曲面式はx に関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面とする面
対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合
はxz面に対して対称な形状を表す。

【０１４２】C₀₃ ＝C₂₁ ＝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。

【０１４３】また、水平半画角u_Yとは図10のYZ面内にお
いて第１面R1に入射する光束の最大画角、垂直半画角u_X
とはXZ面内において第１面R1に入射する光束の最大画角
である。

【０１４４】また、光学系の明るさを示すものとして入
射瞳の直径を入射瞳径として示す。また、像面上での有
効像範囲を像サイズとして示す。像サイズはローカル座
標のy方向のサイズを水平、 x方向のサイズを垂直とし
た矩形領域で表している。

【０１４５】また、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の広角
端(W) 、中間位置(M) 、望遠端(T) の状態について、絞
りR1への水平入射角、垂直入射角が夫々(u_Y,u_X),(0,
u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0),(-u_Y, 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。

【０１４６】数値実施例を以下に示す。

【０１４７】［数値実施例１］図11、12、13は各々数値実
施例１のYZ面内での広角端、中間位置、望遠端での光学
断面図である。本数値実施例は変倍比約3 倍の変倍光学
系である。その構成データを以下に記す。

【０１４８】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.3 19.0 9.8 垂直半画角 21.2 14.5 7.4 絞り径 1.30 1.40 2.40 像サイズ 3.76×2.82mm i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 第１光学素子B1（凹レンズ） 1 0.00 0.00 0.00 0.66 1.51633 64.15 屈折面 2 0.00 0.66 0.00 2.00 1 屈折面 3 0.00 2.66 0.00 1.00 1 絞り 第２光学素子B2 4 0.00 3.66 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 5 0.00 9.66 30.00 7.40 1.49171 57.40 反射面 6 -6.41 5.96 30.00 7.00 1.49171 57.40 反射面 7 -6.41 12.96 30.00 7.40 1.49171 57.40 反射面 8 -12.82 9.26 30.00 10.00 1.49171 57.40 反射面 9 -12.82 19.26 0.00 変数 1 屈折面 第３光学素子B3 10 -12.82 23.32 0.00 5.00 1.49171 57.40 屈折面 11 -12.82 28.32 -30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 12 -5.89 24.32 -15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 13 -1.89 31.25 0.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 14 2.11 24.32 15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 15 9.04 28.32 30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 16 9.04 22.32 0.00 変数 1 屈折面 第４光学素子B4 17 9.04 19.92 0.00 6.00 1.49171 57.40 屈折面 18 9.04 13.92 30.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 19 15.97 17.92 15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 20 19.97 11.00 0.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 21 23.97 17.92 -15.00 8.00 1.49171 57.40 反射面 22 30.90 13.92 -30.00 6.00 1.49171 57.40 反射面 23 30.90 19.92 0.00 変数 1 屈折面 24 30.90 21.65 0.00 2.08 1.51400 70.00 フィルター 25 30.90 23.73 0.00 0.00 1 26 30.90 23.73 0.00 1.60 1.52000 74.00 フィルター 27 30.90 25.33 0.00 1.00 1 28 30.90 26.33 0.00 0.80 1.51633 64.15 カバーガラス 29 30.90 27.13 0.00 0.91 1 30 30.90 28.04 0.00 像面 広角端 中間 望遠端 D9 4.06 2.54 0.60 D16 2.40 2.72 5.34 D23 1.72 3.57 8.12 D1 〜9 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D10 〜16面 Zi(M) = Zi(W) - 1.53 Zi(T) = Zi(W) - 3.46 D17 〜23面 Zi(M) = Zi(W) - 1.84 Zi(T) = Zi(W) - 6.40 D24 〜30面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 1 面 R₁ = 6.168 R 2 面 R₂ = 3.604 R 4 面 R₄ = 8.000 R 9 面 R₉ = -8.094 R10 面 R₁₀= -14.301 R16 面 R₁₆= -14.930 R17 面 R₁₇= 7.534 R23 面 R₂₃= ∞ R24 面 R₂₄= ∞ R25 面 R₂₅= ∞ R26 面 R₂₆= ∞ R27 面 R₂₇= ∞ R28 面 R₂₈= ∞ R29 面 R₂₉= ∞ 非球面形状 R 5 面 C₀₂=-2.48795e-02 C₂₀=-6.93059e-02 C₀₃= 5.73301e-04 C₂₁=-1.68160e-03 C₀₄= 9.86673e-05 C₂₂=-2.62542e-04 C₄₀=-4.65288e-04 R 6 面 C₀₂= 2.57868e-02 C₂₀= 4.25914e-02 C₀₃=-1.22602e-03 C₂₁= 4.81265e-03 C₀₄= 2.82052e-05 C₂₂=-4.29430e-04 C₄₀=-3.48277e-04 R 7 面 C₀₂=-3.32169e-02 C₂₀=-2.79739e-02 C₀₃= 1.26172e-04 C₂₁=-4.74552e-03 C₀₄=-6.48835e-06 C₂₂= 3.07151e-04 C₄₀=-2.51179e-04 R 8 面 C₀₂= 5.18661e-02 C₂₀= 3.05881e-02 C₀₃=-7.39583e-04 C₂₁= 1.89622e-03 C₀₄= 3.23835e-04 C₂₂= 2.51407e-04 C₄₀=-2.30108e-05 R11 面 C₀₂=-3.36682e-02 C₂₀=-4.23355e-02 C₀₃=-3.58878e-05 C₂₁=-1.31841e-03 C₀₄=-4.76471e-05 C₂₂= 1.22212e-06 C₄₀=-1.38018e-04 R12 面 C₀₂=-8.45125e-03 C₂₀=-2.53367e-03 C₀₃=-1.24138e-03 C₂₁= 2.73698e-03 C₀₄=-2.30027e-04 C₂₂= 3.34562e-04 C₄₀=-2.12308e-04 R13 面 C₀₂=-2.14116e-02 C₂₀=-4.05649e-02 C₀₃= 7.57771e-04 C₂₁=-2.94840e-03 C₀₄=-1.10645e-04 C₂₂= 4.30439e-05 C₄₀=-1.13097e-04 R14 面 C₀₂=-3.32218e-03 C₂₀=-4.16062e-02 C₀₃=-1.88788e-04 C₂₁= 1.23956e-02 C₀₄= 1.17299e-05 C₂₂= 8.52794e-04 C₄₀= 7.74804e-04 R15 面 C₀₂=-2.41680e-02 C₂₀=-4.37423e-02 C₀₃=-5.81282e-05 C₂₁=-4.16500e-04 C₀₄=-3.44370e-05 C₂₂=-1.41119e-04 C₄₀=-9.40307e-05 R18 面 C₀₂= 2.51483e-02 C₂₀= 1.51580e-02 C₀₃=-4.43147e-04 C₂₁= 1.98560e-03 C₀₄=-2.88674e-05 C₂₂=-4.64797e-04 C₄₀=-2.21638e-04 R19 面 C₀₂= 1.59511e-02 C₂₀= 1.99007e-02 C₀₃= 2.33671e-04 C₂₁=-3.88447e-03 C₀₄= 1.42672e-04 C₂₂=-1.24441e-03 C₄₀=-2.62688e-04 R20 面 C₀₂= 3.09393e-02 C₂₀= 4.11529e-02 C₀₃=-1.45588e-04 C₂₁= 3.72684e-04 C₀₄= 5.42962e-05 C₂₂= 3.92704e-05 C₄₀= 7.42443e-05 R21 面 C₀₂= 2.01137e-02 C₂₀= 7.57535e-02 C₀₃= 1.37833e-04 C₂₁=-8.04032e-03 C₀₄= 1.60523e-04 C₂₂=-1.16036e-04 C₄₀= 1.84743e-03 R22 面 C₀₂= 1.94558e-02 C₂₀= 3.42531e-02 C₀₃=-3.77644e-04 C₂₁=-1.04434e-03 C₀₄= 2.05664e-05 C₂₂= 6.08001e-05 C₄₀= 9.48100e-05 本数値実施例の構成を説明する。B1は第１光学素子であ
り、第1 面R1及び第2面R2で構成する凹レンズである。
第3 面R3は絞り面である。B2は第２光学素子であり、１
つの透明体の表面に第4 面R4（入射屈折面）と偏心した
曲面の内面反射面である第5 面R5〜第8 面R8と第9 面R9
（射出屈折面）を形成している。B3は第３光学素子で１
つの透明体の表面に第10面R10 （入射屈折面）と偏心し
た曲面の内面反射面である第11面R11 〜第15面R15 と第
16面R16 （射出屈折面）を形成している。B4は第４光学
素子であり、１つの透明体の表面に第17面R17 （入射屈
折面）と偏心した曲面の内面反射面である第18面R18 〜
第22面R22 と第23面R23 （射出屈折面）を形成してい
る。

【０１４９】第24面R24 から第29面R29 まではフィルタ
ー、カバーガラス等のガラス部材の面である。そして第
30面R30 は最終像面であり、CCD 等の撮像媒体の撮像面
が位置する。

【０１５０】本数値実施例の各光学素子は３群に分かれ
て変倍光学系を構成している。即ち第１光学素子B1、絞
りR3、第２光学素子B2は第１群を構成し、第３光学素子
B3は第２群を、第４光学素子B4は第３群を構成し、第２
群と第３群は相対的位置を変化させて変倍を行う変倍群
である。そして各変倍群中で前記の中間像及び瞳像のリ
レーに効果的に作用している凹反射面はR11,R13,R15,R1
8,R20,R22 である。

【０１５１】以下、物体位置を無限遠としたときの結像
作用について述べる。まず、第１光学素子B1、絞りR3の
順に通過した光束は第２光学素子B2に入射する。第２光
学素子B2内では第4 面R4で屈折、第5 面R5、第6 面R6、
第7 面R7、第8 面R8で反射した後第9 面R9で屈折して第
２光学素子B2を射出する。このとき、第6 面近傍の中間
結像面に１次結像、第8 面R8から第9 面R9間に２次結像
する。また、第7 面R7、第8 面R8間に瞳を形成してい
る。

【０１５２】次に光束は第３光学素子B3に入射する。第
３光学素子B3内では第10面R10 で屈折、第11面R11 、第
12面R12 、第13面R13 、第14面R14 、第15面R15 で反
射、第16面R16 で屈折し、第３光学素子B3を射出する。
このとき、広角端では第２光学素子B2中の第12面R12 、
第13面R13 間に、望遠端では第13面R13 近傍に３次結像
面を形成している。また、広角端では第14面R14 、第15
面R15 間に、望遠端では第16面R16 近傍に瞳を形成して
いる。

【０１５３】次に光束は第４光学素子B4に入射する。第
４光学素子B4内では第17面R17 で屈折、第18面R18 、第
19面R19 、第20面R20 、第21面R21 、第22面R22 で反
射、第23面R23 で屈折し、第４光学素子B4を射出する。
このとき、広角端では第18面R18 、第19面R19 間に、望
遠端では第19面R19 近傍に４次結像面を形成している。
また、広角端では第22面R22 近傍に、望遠端では第22面
R22 から第23面R23 間に瞳を形成している。

【０１５４】そして、第４光学素子B4を射出した光束は
第24面R24 から第29面R29 を透過した後第30面R30 上に
５次結像面として最終的に結像する。

【０１５５】本数値実施例の第２光学素子B2は、入射基
準軸の方向と射出基準軸の方向とが同一方向になってい
る。又、第３光学素子B3および第４光学素子B4は、夫々
入射基準軸の方向と射出基準軸の方向とが180 °異なっ
ている。

【０１５６】次に、変倍動作に伴う各光学素子の移動に
ついて説明する。変倍に際して第１群である第１光学素
子B1、絞りR3、第２光学素子B2は固定であり、動かな
い。第３光学素子B3は広角端から望遠端に向って該光学
素子の入射基準軸に平行にZ マイナス方向に移動する。
又、第４光学素子B4は広角端から望遠端に向って該光学
素子の入射基準軸に平行にZ マイナス方向に移動する。

【０１５７】フィルター、カバーガラス及び最終像面で
ある第30面R30 は変倍に際して移動しない。なお、これ
らの平行平板類は屈折力を持たないので本明細書では光
学系を構成する群として考慮しない。

【０１５８】そして、広角端から望遠端に向っての変倍
に際して第２光学素子B2と第３光学素子B3との間隔は狭
まり、第３光学素子B3と第４光学素子B4との間隔は広が
り、第４光学素子B4と第24面R24 及び最終像面R30 との
間は広がる。

【０１５９】また、広角端から望遠端に向っての変倍に
際して第１面R1から最終像面R30 間の全系の光路長は長
くなる。

【０１６０】図14、15、16は各々本数値実施例の広角端
(W) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0),(-u_Y,0)の６
つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示して
いる。なお、各横収差図の横軸は各々入射瞳におけるY
方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【０１６１】本数値実施例では図から判るように各ズー
ム位置においてバランスの取れた収差補正が得られてい
る。

【０１６２】また、本数値実施例は像サイズ3.76x2.82m
m を前提として、光学系の厚さの寸法が7.6mm 程度とな
っている。よって、本数値実施例では各光学素子及び光
学系全体の厚さが小さいこと、及び各光学素子を板状の
透明体の側面に反射面を形成して構成できるので、１つ
の基板上に２つの光学素子を基板面に沿って移動する機
構をとれば、全体として薄型の変倍光学系を容易に構成
することができる。

【０１６３】なお、本数値実施例では複数の屈折面によ
り色収差が発生するが、各屈折面の曲率を適切に定める
ことにより変倍全域に渡って色収差補正を行なってい
る。特に絞りの直前に凹レンズを配置することにより第
４面R4で発生する軸上色収差を良好に補正している。

【０１６４】本数値実施例は図 8に示す実施形態１にお
いて、絞りより物体側に１つの凹レンズを設けたもので
ある。

【０１６５】［数値実施例２］図17、18、19は各々数値実
施例２のYZ面内での広角端、中間位置、望遠端での光学
断面図である。本数値実施例は変倍比約3 倍の変倍光学
系である。その構成データを以下に記す。

【０１６６】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 26.0 18.0 9.2 垂直半画角 20.0 13.6 6.9 絞り径 1.40 2.00 2.80 像サイズ 4.8×3.6mm i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 第１光学素子B1（凹レンズ） 1 0.00 0.00 0.00 1.00 1.49700 81.61 屈折面 2 0.00 1.00 0.00 3.00 1 屈折面 3 0.00 4.00 0.00 2.00 1 絞り 第２光学素子B2 4 0.00 6.00 0.00 13.00 1.58312 59.37 屈折面 5 0.00 19.00 34.00 9.00 1.58312 59.37 反射面 6 -8.34 15.63 19.00 9.00 1.58312 59.37 反射面 7 -12.84 23.42 0.00 9.00 1.58312 59.37 反射面 8 -17.34 15.63 -15.00 9.00 1.58312 59.37 反射面 9 -25.14 20.13 -30.00 12.00 1.58312 59.37 反射面 10 -25.14 8.13 0.00 0.00 1 屈折面 第３光学素子B3 10' -25.14 8.13 0.00 2.00 1.76181 26.51 屈折面 11 -25.14 6.13 0.00 変数 1 屈折面 第４光学素子B4 12 -25.14 -1.01 0.00 7.00 1.58312 59.37 屈折面 13 -25.14 -8.01 -32.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 14 -34.13 -3.63 -16.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 15 -39.43 -12.11 0.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 16 -44.73 -3.63 16.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 17 -53.71 -8.01 32.00 7.00 1.58312 59.37 反射面 18 -53.71 -1.01 0.00 変数 1 屈折面 第５光学素子B5 19 -53.71 3.78 0.00 8.00 1.58312 59.37 屈折面 20 -53.71 11.78 30.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 21 -62.37 6.78 15.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 22 -67.37 15.44 0.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 23 -72.37 6.78 -15.00 10.00 1.58312 59.37 反射面 24 -81.03 11.78 -30.00 7.00 1.58312 59.37 反射面 25 -81.03 4.78 0.00 変数 1 屈折面 26 -81.03 3.44 0.00 1.80 1.51633 64.15 フィルター 27 -81.03 1.64 0.00 0.00 1 28 -81.03 1.64 0.00 2.20 1.51633 64.15 フィルター 29 -81.03 -0.56 0.00 9.00 1 30 -81.03 -9.56 0.00 0.80 1.51633 64.15 カバーガラス 31 -81.03 -10.36 -0.00 1.00 1 32 -81.03 -11.36 最終結像面 広角端 中間 望遠端 D11 7.14 4.84 2.37 D18 4.79 4.67 8.64 D25 1.34 3.52 9.96 D 1 〜11面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D12 〜18面 Zi(M) = Zi(W) + 2.30 Zi(T) = Zi(W) + 4.77 D19 〜25面 Zi(M) = Zi(W) + 2.18 Zi(T) = Zi(W) + 8.61 D26 〜32面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 1 面 R₁ = ∞ R 2 面 R₂ = 10.000 R 4 面 R₄ = 10.000 R10 面 R₁₀= -8.400 R11 面 R₁₁= 43.931 R12 面 R₁₂= 10.000 R18 面 R₁₈= 10.577 R19 面 R₁₉= ∞ R25 面 R₂₅= ∞ R26 面 R₂₆= ∞ R27 面 R₂₇= ∞ R28 面 R₂₈= ∞ R29 面 R₂₉= ∞ R30 面 R₃₀= ∞ R31 面 R₃₁= ∞ 非球面形状 R 5 面 C₀₂=-2.72936e-02 C₂₀=-3.34457e-02 C₀₃= 2.09387e-04 C₂₁= 1.09608e-04 C₀₄= 3.65695e-05 C₂₂=-8.82752e-05 C₄₀=-2.30222e-07 R 6 面 C₀₂= 3.44322e-05 C₂₀=-3.97158e-02 C₀₃=-1.24585e-03 C₂₁=-7.55604e-03 C₀₄=-2.57973e-04 C₂₂=-8.79636e-04 C₄₀= 1.91328e-03 R 7 面 C₀₂=-2.70082e-02 C₂₀=-4.40194e-02 C₀₃=-6.33660e-05 C₂₁= 2.38734e-05 C₀₄=-1.64944e-05 C₂₂=-8.84975e-05 C₄₀=-8.88770e-05 R 8 面 C₀₂=-5.33009e-03 C₂₀=-4.59243e-02 C₀₃= 1.26419e-03 C₂₁= 5.93561e-03 C₀₄=-7.16610e-05 C₂₂=-2.67759e-04 C₄₀=-1.44607e-04 R 9 面 C₀₂=-1.87121e-02 C₂₀=-3.92180e-02 C₀₃= 4.37501e-04 C₂₁= 4.46436e-04 C₀₄=-4.98868e-05 C₂₂=-6.31610e-05 C₄₀=-5.60586e-05 R13 面 C₀₂= 2.34150e-02 C₂₀= 3.64057e-02 C₀₃= 1.02145e-04 C₂₁= 4.68498e-04 C₀₄= 2.92271e-05 C₂₂= 1.09843e-04 C₄₀= 6.77913e-05 R14 面 C₀₂=-6.97862e-04 C₂₀= 3.46717e-02 C₀₃= 1.79534e-04 C₂₁= 4.31674e-03 C₀₄= 3.30144e-05 C₂₂= 5.23135e-04 C₄₀= 7.90998e-04 R15 面 C₀₂= 1.60878e-02 C₂₀= 3.79592e-02 C₀₃= 2.34613e-04 C₂₁=-1.38600e-04 C₀₄= 4.98729e-06 C₂₂=-2.05181e-05 C₄₀= 1.89633e-05 R16 面 C₀₂= 3.52434e-03 C₂₀= 5.37197e-02 C₀₃=-4.89992e-05 C₂₁= 9.97199e-04 C₀₄= 2.31611e-05 C₂₂= 8.93152e-04 C₄₀=-7.89179e-04 R17 面 C₀₂= 1.99213e-02 C₂₀= 3.37854e-02 C₀₃= 3.28820e-05 C₂₁=-3.43089e-04 C₀₄= 6.26649e-06 C₂₂= 5.90309e-05 C₄₀= 2.48524e-05 R20 面 C₀₂=-1.63827e-02 C₂₀=-2.23970e-02 C₀₃= 2.88869e-04 C₂₁= 8.53595e-04 C₀₄=-1.85852e-06 C₂₂=-6.00163e-05 C₄₀=-9.69682e-05 R21 面 C₀₂=-1.52735e-02 C₂₀=-5.01525e-02 C₀₃= 6.27635e-04 C₂₁=-7.57356e-03 C₀₄= 1.68568e-05 C₂₂=-5.09136e-04 C₄₀=-1.70684e-03 R22 面 C₀₂=-1.86688e-02 C₂₀=-3.18271e-02 C₀₃= 6.79138e-05 C₂₁=-3.05799e-04 C₀₄=-2.00801e-05 C₂₂=-1.39814e-04 C₄₀=-6.11987e-05 R23 面 C₀₂=-1.26889e-02 C₂₀=-4.73700e-02 C₀₃=-1.42598e-04 C₂₁=-1.34375e-03 C₀₄=-5.42168e-05 C₂₂=-3.13011e-04 C₄₀=-4.55329e-04 R24 面 C₀₂=-1.65129e-02 C₂₀=-2.42770e-02 C₀₃=-9.19071e-05 C₂₁= 1.27830e-04 C₀₄=-9.52284e-06 C₂₂=-5.03070e-05 C₄₀=-1.25140e-05 本数値実施例の構成を説明する。B1は第１光学素子であ
り、第1 面R1及び第2面R2で構成する凹レンズである。
第3 面R3は絞り面である。B2は第２光学素子であり、１
つの透明体の表面に第4 面R4（入射屈折面）と偏心した
曲面の内面反射面である第5 面R5〜第9 面R9と第10面R1
0 （射出屈折面）を形成している。B3は第３光学素子で
あり、第10’面R10'及び第11面R11 で構成する凸レンズ
である。なお、第２光学素子B2と第３光学素子B3とは第
10面R10 と第10’面R10'とで接合している。

【０１６７】B4は第４光学素子であり、１つの透明体の
表面に第12面R12 （入射屈折面）と偏心した曲面の内面
反射面である第13面R13 〜第17面R17 と第18面R18 （射
出屈折面）を形成している。B5は第５光学素子であり、
１つの透明体の表面に第19面R19 （入射屈折面）と偏心
した曲面の内面反射面である第20面R20 〜第24面R24と
第25面R25 （射出屈折面）を形成している。

【０１６８】第26面R26 から第31面R31 まではフィルタ
ー、カバーガラス等のガラス部材の面である。そして第
32面R32 は最終像面であり、CCD 等の撮像媒体の撮像面
が位置する。

【０１６９】本数値実施例の各光学素子は３群に分かれ
て変倍光学系を構成している。即ち第１光学素子B1、絞
りR3、第２光学素子B2及び第３光学素子B3は第１群を構
成し、第４光学素子B4は第２群を、第５光学素子B5は第
３群を構成し、第２群と第３群は相対的位置を変化させ
て変倍を行う変倍群である。そして各変倍群中で前記の
中間像及び瞳像のリレーに効果的に作用している凹反射
面はR13,R15,R17,R20,R22,R24 である。

【０１７０】以下、物体位置を無限遠としたときの結像
作用について述べる。まず、第１光学素子B1、絞りR3の
順に通過した光束は第２光学素子B2に入射する。第２光
学素子B2内では第4 面R4で屈折、第5 面R5、第6 面R6、
第7 面R7、第8 面R8、第9 面R9で反射した後第10面R10
で屈折して第３光学素子B3に入射し、第11面R11 で屈折
して第３光学素子B3を射出する。このとき、光束は第6
面R6近傍に１次結像する。更に、第9 面R9と第10面R10
との間で２次結像する。また、第6 面R6、第7面R7間に
瞳を形成している。

【０１７１】次に光束は第４光学素子B4に入射する。第
４光学素子B4内では第12面R12 で屈折、第13面R13 、第
14面R14 、第15面R15 、第16面R16 、第17面R17 で反
射、第18面R18 で屈折し、第４光学素子B4を射出する。
このとき、広角端では第15面R15 近傍に、望遠端では第
15面R15 、第16面R16 間に３次結像面を形成している。
また、広角端では第16面R16 、第17面R17 間に、望遠端
では第18面R18 近傍に瞳を形成している。

【０１７２】次に光束は第５光学素子B5に入射する。第
５光学素子B5内では第19面R19 で屈折、第20面R20 、第
21面R21 、第22面R22 、第23面R23 、第24面R24 で反
射、第25面R25 で屈折し、第５光学素子B5を射出する。
このとき、広角端では第21面R21 近傍に、望遠端では第
21面R21 、第22面R22 間に４次結像面を形成している。
また、広角端では第24面R24 近傍に、望遠端では第25面
R25 近傍に瞳を形成している。

【０１７３】そして、第５光学素子B5を射出した光束は
第26面R26 から第31面R31 を透過した後第32面R32 上に
５次結像面として最終的に結像する。

【０１７４】本数値実施例の第２光学素子B2、第４光学
素子B4及び第５光学素子B5は夫々の入射基準軸の方向と
射出基準軸の方向が180 °異なっている。

【０１７５】次に、変倍動作に伴う各光学素子の移動に
ついて説明する。変倍に際して第１群である第１光学素
子B1、絞りR3、第２光学素子B2、第３光学素子B3は固定
であり、動かない。第４光学素子B4は広角端から望遠端
に向って該光学素子の入射基準軸と平行にZ プラス方向
に移動する。第５光学素子B5は広角端から望遠端に向っ
て該光学素子の入射基準軸に平行にZ プラス方向に移動
する。

【０１７６】フィルター、カバーガラス及び最終像面で
ある第32面R32 は変倍に際して移動しない。

【０１７７】広角端から望遠端に向っての変倍に際して
第３光学素子B3と第４光学素子B4との間隔は狭まり、第
４光学素子B4と第５光学素子B5との間隔は一旦狭まった
後広がり、第５光学素子B5と第26面R26 及び最終像面R3
2 との間は広がる。

【０１７８】また、広角端から望遠端に向っての変倍に
際して第1 面R1から最終像面R32 間の全系の光路長は一
旦短くなった後長くなる。

【０１７９】図20、21、22は夫々本数値実施例の広角端
(W) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0),(-u_Y,0)の６
つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示して
いる。なお、各横収差図の横軸は各々入射瞳におけるY
方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【０１８０】本数値実施例では図から判るように各ズー
ム位置においてバランスの取れた収差補正が得られてい
る。

【０１８１】なお、本数値実施例では複数の屈折面によ
り色収差が発生するが、各屈折面の曲率を適切に定める
ことにより変倍全域にわたって色収差補正を行なってい
る。特に絞りの直前に凹レンズを配置することにより第
４面R4で発生する軸上色収差を良好に補正している。ま
た、第２光学素子B2にこれと屈折率が異なるレンズ（第
３光学素子B3）を貼り合わせることにより倍率色収差を
良好に補正している。又、本数値実施例は像サイズ4.8x
3.6mm を前提として、光学系の厚さの寸法が10.0mm 程
度となっている。よって、本数値実施例では各光学素子
及び光学系全体の厚さが小さいこと、及び各光学素子を
板状の透明体の側面に反射面を形成して構成できるの
で、１つの基板上に２つの光学素子を基板面に沿って移
動する機構をとれば、全体として薄型の変倍光学系を容
易に構成することができる。

【０１８２】本数値実施例は図 8の実施形態１において
第１群を入射基準軸と射出基準軸が180 °異なる群で構
成し、絞りの物体側に１つの凹レンズを設けたものであ
る。なお、本数値実施例の基準軸は全てYZ面内に存在す
るが、固定群である第１群の中に基準軸光線を適切に反
射させる斜設反射面を設けることにより該変倍光学系へ
入射する基準軸の方向を任意の方向に設定できて、撮像
装置の構成の自由度を増すことが出来る。

【０１８３】図23は数値実施例２の第２光学素子B2をプ
リズム化して基準軸の方向を変える方法の説明図であ
る。図は数値実施例２の第２光学素子B2の第４面の直後
にX 軸に平行に入射する基準軸光線をZ 軸に平行な方向
に反射する反射面R4,1を設けたものである。このように
第２光学素子B2をプリズム化すれば固定群である第１群
を基準軸の入射方向と射出方向が90゜異なる群として構
成できる。このようにすると光線の入射方向の厚みを薄
くすることができるため、被写体から光束が入射する方
向に極めて薄い撮像装置を構成できる。

【０１８４】［数値実施例３］図24、25、26は各々数値実
施例３のYZ面内での広角端、中間位置、望遠端での光学
断面図である。本数値実施例は変倍比約3 倍の変倍光学
系である。その構成データを以下に記す。

【０１８５】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 26.0 18.0 9.2 垂直半画角 20.0 13.6 6.9 絞り径 1.40 2.00 2.80 像サイズ 4.8×3.6mm i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 1.00 1 絞り 第１光学素子B1（凸レンズ１） 2 0.00 1.00 0.00 8.00 1.58312 59.37 屈折面 3 0.00 9.00 0.00 6.00 1 屈折面 第２光学素子B2 4 0.00 15.00 30.00 9.00 1 反射面 5 -7.79 10.50 15.00 9.00 1 反射面 6 -12.29 18.29 -2.00 9.00 1 反射面 7 -16.24 10.21 -17.00 9.00 1 反射面 8 -24.03 14.71 -30.00 12.00 1 反射面 第３光学素子B3（凸レンズ２） 9 -24.03 2.71 0.00 1.00 1.76181 26.51 屈折面 10 -24.03 1.71 0.00 変数 1 屈折面 第４光学素子B4 11 -24.03 -17.72 -30.00 11.00 1 反射面 12 -33.56 -12.22 -15.00 11.00 1 反射面 13 -39.06 -21.75 0.00 11.00 1 反射面 14 -44.56 -12.22 15.00 11.00 1 反射面 15 -54.09 -17.72 30.00 変数 1 反射面 第５光学素子B5（凹レンズ） 16 -54.09 -3.29 0.00 0.70 1.51633 64.15 屈折面 17 -54.09 -2.59 0.00 変数 1 屈折面 第６光学素子B6 18 -54.09 6.30 30.00 11.00 1 反射面 19 -63.61 0.80 15.00 11.00 1 反射面 20 -69.11 10.32 0.00 11.00 1 反射面 21 -74.61 0.80 -15.00 11.00 1 反射面 22 -84.14 6.30 -30.00 変数 1 反射面 23 -84.14 -5.70 0.00 4.00 1.51633 64.15 フィルター 24 -84.14 -9.70 0.00 2.00 1 25 -84.14 -11.70 0.00 0.80 1.51633 64.15 カバーガラス 26 -84.14 -12.50 0.00 1.00 1 27 -84.14 -13.50 像面 広角端 中間 望遠端 D10 19.43 15.69 11.61 D15 12.50 9.26 5.72 D17 8.89 12.30 20.89 D22 10.39 13.34 20.78 D 1 〜10面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D11 〜15面 Zi(M) = Zi(W) + 3.74 Zi(T) = Zi(W) + 7.82 D16 〜17面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) D18 〜22面 Zi(M) = Zi(W) + 3.41 Zi(T) = Zi(W) + 12.00 D23 〜27面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 2 面 R₂ = ∞ R 3 面 R₃ = -10.000 R 9 面 R₉ = -50.000 R10 面 R₁₀= 36.000 R16 面 R₁₈= -70.000 R17 面 R₁₉= 70.000 R23 面 R₂₈= ∞ R24 面 R₂₉= ∞ R25 面 R₃₀= ∞ R26 面 R₃₁= ∞ 非球面形状 R 4 面 C₀₂=-2.57907e-02 C₂₀=-3.33716e-02 C₀₃=-4.87309e-05 C₂₁=-6.43446e-05 C₀₄=-5.55902e-06 C₂₂=-6.87550e-05 C₄₀=-3.54539e-05 R 5 面 C₀₂=-4.07727e-03 C₂₀=-4.83586e-02 C₀₃=-3.29050e-04 C₂₁=-1.08808e-03 C₀₄=-7.42806e-05 C₂₂=-1.42016e-04 C₄₀= 3.96524e-04 R 6 面 C₀₂=-2.32622e-02 C₂₀=-3.78820e-02 C₀₃=-1.21446e-05 C₂₁= 2.06307e-04 C₀₄=-2.33997e-05 C₂₂=-7.12505e-05 C₄₀=-6.10911e-05 R 7 面 C₀₂=-4.49711e-03 C₂₀=-3.61203e-02 C₀₃= 1.30552e-04 C₂₁= 2.06233e-03 C₀₄=-7.29751e-05 C₂₂=-4.25831e-04 C₄₀=-2.55054e-04 R 8 面 C₀₂=-2.27068e-02 C₂₀=-3.80000e-02 C₀₃= 5.79085e-06 C₂₁=-4.79760e-04 C₀₄=-2.60268e-05 C₂₂=-4.20210e-05 C₄₀=-1.22588e-05 R11 面 C₀₂= 2.23034e-02 C₂₀= 3.21256e-02 C₀₃= 2.42570e-05 C₂₁= 2.65078e-05 C₀₄= 1.57855e-05 C₂₂= 5.20198e-05 C₄₀= 4.21383e-05 R12 面 C₀₂= 4.47467e-03 C₂₀= 1.74256e-02 C₀₃=-2.20245e-04 C₂₁=-2.73590e-03 C₀₄= 1.90374e-05 C₂₂= 1.63565e-04 C₄₀= 1.29696e-04 R13 面 C₀₂= 1.15968e-02 C₂₀= 3.81521e-02 C₀₃= 1.48813e-04 C₂₁= 3.36024e-04 C₀₄= 2.46826e-05 C₂₂= 6.99720e-05 C₄₀= 5.08874e-05 R14 面 C₀₂= 2.46824e-03 C₂₀=-2.74990e-02 C₀₃= 4.17008e-05 C₂₁=-1.86558e-03 C₀₄= 6.61747e-06 C₂₂=-4.34716e-05 C₄₀= 1.17941e-04 R15 面 C₀₂= 1.61390e-02 C₂₀= 2.51656e-02 C₀₃= 9.88747e-05 C₂₁= 6.61330e-05 C₀₄= 1.20942e-05 C₂₂= 8.53843e-05 C₄₀= 4.30022e-06 R18 面 C₀₂=-1.64464e-02 C₂₀=-1.33934e-02 C₀₃= 1.55688e-04 C₂₁=-4.52421e-04 C₀₄= 1.63771e-05 C₂₂=-2.79819e-05 C₄₀= 1.18921e-05 R19 面 C₀₂=-8.21811e-03 C₂₀=-1.69071e-02 C₀₃= 4.30452e-05 C₂₁= 2.62997e-04 C₀₄=-4.90960e-05 C₂₂= 5.55031e-05 C₄₀= 4.52979e-05 R20 面 C₀₂=-1.86035e-02 C₂₀=-2.12277e-02 C₀₃=-1.09892e-04 C₂₁= 2.65234e-04 C₀₄=-2.09254e-05 C₂₂=-3.05974e-05 C₄₀=-9.75780e-06 R21 面 C₀₂=-9.99210e-03 C₂₀=-2.80526e-02 C₀₃=-1.56705e-04 C₂₁= 1.56578e-03 C₀₄=-4.35488e-05 C₂₂=-1.62275e-04 C₄₀=-1.34152e-04 R22 面 C₀₂=-1.65231e-02 C₂₀=-1.81685e-02 C₀₃=-6.45758e-05 C₂₁=-1.95699e-04 C₀₄=-5.30753e-06 C₂₂=-1.00370e-05 C₄₀=-3.67285e-05 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。第1 面
R1は絞り面である。B1は第１光学素子であり、第2 面R2
及び第3 面R3で構成する凸レンズである。B2は第２光学
素子であり、夫々表面鏡である第4 面R4、第5 面R5、第
6 面R6、第7 面R7、第8 面R8で構成している。B3は第３
光学素子であり、第9 面R9及び第10面R10 で構成する凸
レンズである。

【０１８６】B4は第４光学素子であり、夫々表面鏡であ
る第11面R11 〜第15面R15 で構成している。B5は第５光
学素子であり、第16面R16 及び第17面R17 で構成する凹
レンズである。B6は第６光学素子であり、夫々表面鏡で
ある第18面R18 〜第22面R22で構成している。

【０１８７】第23面R23 から第26面R26 まではフィルタ
ー、カバーガラス等のガラス部材の面である。そして第
27面R27 は最終像面であり、CCD 等の撮像媒体の撮像面
が位置する。

【０１８８】ここで第６光学素子B6中の反射面は一体で
移動できるように配置されている必要がある。そこでこ
れらは例えば図27に示すように一体成形部品としてい
る。また第４光学素子B4、第２光学素子B2についても一
体成形部品としている。

【０１８９】本数値実施例の各光学素子は４群に分かれ
て変倍光学系を構成している。即ち絞りR1，第１光学素
子B1、第２光学素子B2、第３光学素子B3は第１群を構成
し、第４光学素子B4は第２群を、第５光学素子B5は第３
群を，第６光学素子B6は第４群を構成し、このうち第２
群と第４群は相対的位置を変化させて変倍を行う変倍群
である。又、第３群は２つの変倍群の間に配置した負の
屈折力を有する固定レンズである。そして各変倍群で前
記の中間像及び瞳像のリレーに効果的に作用している凹
反射面はR11,R13,R15,R18,R20,R22 である。

【０１９０】以下、物体位置を無限遠としたときの結像
作用について述べる。まず、絞り、第１光学素子B1（凸
レンズ１）を通過した光束は第２光学素子B2に入射す
る。第２光学素子B2では第4 面R4から第8 面R8で順次反
射し第２光学素子B2を射出する。このとき、第4 面R4、
第5 面R5間で１次結像、第8 面R8から第9 面R9間に２次
結像する。また、第6 面R6、第7 面R7間に瞳を形成して
いる。

【０１９１】次に光束は第３光学素子B3（凸レンズ２）
を透過して第４光学素子B4に入射する。第４光学素子B4
では第11面R11 から第15面R15 で順次反射し第４光学素
子B4を射出する。このとき、広角端では第12面R12 、第
13面R13 間に、望遠端では第13面R13 、第14面R14 間に
３次結像面を形成している。

【０１９２】次に光束は第５光学素子B5（凹レンズ）を
透過して第６光学素子B6に入射する。第６光学素子B6で
は第18面R18 から第22面R22 で順次反射し第６光学素子
B6を射出する。このとき、広角端では第18面R18 、第19
面R19 間に、望遠端では第19面R19 近傍に４次結像面を
形成する。また、広角端では第21面R21 、第22面間に、
望遠端では第22面R22 、第23面R23 間に瞳を形成してい
る。

【０１９３】そして、第６光学素子B6を射出した光束は
第23面R23 から第26面R26 を透過した後第27面R27 上に
５次結像面として最終的に結像する。

【０１９４】本数値実施例の第２光学素子B2、第４光学
素子B4および第６光学素子B6はいずれも入射基準軸の方
向と射出基準軸の方向が180 °異なっている。

【０１９５】次に、各光学素子の移動による変倍作用に
ついて説明する。変倍に際して第１群である絞りR1、第
１光学素子B1、第２光学素子B2、第３光学素子B3は固定
である。第４光学素子B4は広角端から望遠端に向って該
光学素子の入射基準軸に平行にZ プラス方向に移動す
る。第５光学素子B5である凹レンズは移動しない。第６
光学素子B6は広角端から望遠端に向って該光学素子の入
射基準軸に平行にZ プラス方向に移動する。フィルタ
ー、カバーガラス、最終像面は変倍に際して移動しな
い。

【０１９６】そして、広角端から望遠端に向っての変倍
によって第３光学素子B3と第４光学素子B4との間隔は狭
まり、第４光学素子B4と第５光学素子B5の間は狭まり、
第５光学素子B5と第６光学素子B6との間は広がり、第６
光学素子B6と第23面R23 との間は広がる。

【０１９７】また、第１面R1から第27面R27 までの全系
光路長は広角端から望遠端に向っての変倍において一旦
短くなった後長くなる。

【０１９８】図28,29,30は各々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0),(-u_Y,0)の６
つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示して
いる。なお、各横収差図の横軸は各々入射瞳におけるY
方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【０１９９】本数値実施例では図から判るように各ズー
ム位置においてバランスの取れた収差補正が得られてい
る。

【０２００】また、本数値実施例では主として表面鏡を
使用しているのでこの部分では色収差の発生は無いが、
第１光学素子B1( 凸レンズ１) で発生する色収差のう
ち、軸上色収差は第５光学素子B5( 凹レンズ) で、倍率
色収差は第３光学素子B3( 凸レンズ２) で補正して変倍
全域に渡って色収差補正を行なっている。また、第３光
学素子B3（凸レンズ２）は第４光学素子B4の適切な位置
に瞳を形成するためのフィールドレンズとしても機能し
ている。

【０２０１】又、本数値実施例は像サイズ4.8x3.6mm を
前提として、光学系の厚さの寸法が12.8mm 程度となっ
ている。よって、本数値実施例では各光学素子及び光学
系全体の厚さが薄いこと、及び各光学素子内の反射面を
１つの板上に形成し、１つの基板上に変倍群である２つ
の光学素子を基板面に沿って移動する機構をとれば、全
体として薄型の変倍光学系を容易に構成することができ
る。

【０２０２】本数値実施例は図 7の実施形態１におい
て、第１群を入射基準軸と射出基準軸が180 °異なる群
とし、第２群14と第３群15との間に固定の凹レンズを配
置したものである。

【０２０３】なお、本数値実施例の基準軸は全てYZ面内
に存在するが、固定群である第１群の中に基準軸光線を
適切に反射させる斜設反射面を設けることにより該変倍
光学系へ入射する基準軸の方向をYZ面内以外の任意の方
向に設定できて、撮像装置の構成の自由度を増すことが
出来る。

【０２０４】図31は数値実施例３の第１光学素子B1をプ
リズム化して基準軸の方向を変える方法の説明図であ
る。図は数値実施例３の第１光学素子B1の第２面R2の直
後にX軸に平行に入射する基準軸光線をZ 軸に平行な方
向に反射する反射面R2,1を設けたものである。このよう
に第１光学素子B1をプリズム化すれば固定群である第１
群を基準軸の入射方向と射出方向が90゜異なる群として
構成できる。このようにすると光線の入射方向の厚みを
薄くすることができるため、被写体から光束が入射する
方向に極めて薄い撮像装置を構成できる。なお、最後に
各数値実施例の各条件式に関する値を示す。なお、（条
件式 1、2）はすべての数値実施例について完全に成り立
っている。但し、（条件式 4）に関してはすべての数値
実施例の適合する反射面において1.0 であり、条件式内
である。以下、（条件式 3）、（条件式 5）、（条件式
6）について値を示す。 （条件式 3） 数値実施例１ 数値実施例２ 数値実施例３ R11 面 1.06 R13 面 0.89 R11 面 0.93 R13 面 0.70 R15 面 0.59 R13 面 0.41 R15 面 0.73 R17 面 0.81 R15 面 0.86 R18 面 2.21 R20 面 0.98 R18 面 1.64 R20 面 1.00 R22 面 0.78 R20 面 1.17 R22 面 0.75 R24 面 0.91 R22面 1.21 （条件式 5） 数値実施例１ 数値実施例２ 数値実施例３ R11 面/R13面 0.64 R13 面/R15面 0.69 R11 面/R13面 0.52 R13 面/R15面 1.13 R15 面/R17面 1.24 R13 面/R15面 1.39 R18 面/R20面 1.23 R20 面/R22面 1.14 R18 面/R20面 1.13 R20 面/R22面 0.63 R22 面/R24面 0.89 R20 面/R22面 0.89 （条件式 6） 数値実施例１ 数値実施例２ 数値実施例３ R10 面〜R23 面 1.04 R12 面〜R25 面 0.81 R11 面〜R22 面 0.68 以上の各数値実施例は、変倍群の中で物体像を少なくと
も１回結像させる構成となっているので、広画角であり
ながら変倍光学系の厚さが薄く、変倍群の中で偏心した
凹反射面を設けて変倍光学系内の光路を所望の形状に屈
曲して、該変倍光学系の所定方向の全長を短くし、該反
射面を入射・射出基準軸を含む面内において非対称な断
面形状とすること等により、偏心収差を全変倍域に渡っ
て良好に補正し、小型で高性能の変倍光学系となってい
る。

【０２０５】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、物体側より
固定群と複数の変倍群を配置し、該複数の変倍群の相対
的移動により変倍を行う変倍光学系において、広画角で
ありながら厚さが薄く、所定方向の全長が短く、偏心収
差を全変倍域に渡って良好に補正した高性能の変倍光学
系及びそれを用いた撮像装置を達成する。

【０２０６】又、 （３−１） 絞りを変倍光学系の物体側若しくは第１面
近傍に配置し、且つ該変倍光学系の中で物体像を少なく
とも１回結像させる構成とすることにより、広画角であ
りながら変倍光学系の厚さを薄くする。 （３−２） 各群に複数の反射面に適切な屈折力を与え
た光学素子を用いると共に該反射面を偏心配置すること
により、変倍光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該
変倍光学系の所定方向の全長を短縮する。 （３−３） 変倍光学系を構成する複数の光学素子を複
数の反射面を一体的に形成して構成する際、各反射面を
偏心配置すると共に、各反射面に適切な屈折力を与える
ことにより、偏心収差を全変倍域に渡って良好に補正す
る。 （３−４） 変倍群として複数の曲面や平面の反射面を
一体的に形成した光学素子を用いることにより変倍光学
系全体の小型化を図りつつ、反射面を使用する際にあり
がちな反射面の厳しい配置精度（組立精度）の問題を解
決する。等の少なくとも１つの効果を有する変倍光学系
及びそれを用いた撮像装置を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の変倍光学系を共軸屈折系で表した説
明図

【図２】 本発明の変倍光学系の実施形態１の光学配置
図

【図３】 本発明の変倍光学系の変倍群の基本構成を共
軸屈折系で示す説明図

【図４】 本発明の変倍光学系の変倍群の別の基本構成
を共軸屈折系で示す説明図

【図５】 本発明の変倍光学系の変倍群の基本構成の説
明図

【図６】 本発明の変倍光学系の変倍群の基本構成図

【図７】 本発明の変倍光学系の実施形態１の構成図

【図８】 実施形態１の別の構成図

【図９】 本発明の変倍光学系の１実施形態の要部斜視
図

【図１０】 本発明の数値実施例の座標系の説明図

【図１１】 本発明の変倍光学系の数値実施例１の広角
端での光学断面図

【図１２】 数値実施例１の中間位置での光学断面図

【図１３】 数値実施例１の望遠端での光学断面図

【図１４】 数値実施例１の広角端での横収差図

【図１５】 数値実施例１の中間位置での横収差図

【図１６】 数値実施例１の望遠端での横収差図

【図１７】 本発明の変倍光学系の数値実施例２の広角
端での光学断面図

【図１８】 数値実施例２の中間位置での光学断面図

【図１９】 数値実施例２の望遠端での光学断面図

【図２０】 数値実施例２の広角端での横収差図

【図２１】 数値実施例２の中間位置での横収差図

【図２２】 数値実施例２の望遠端での横収差図

【図２３】 数値実施例２の第２光学素子をプリズム化
して基準軸の方向を変える方法の説明図

【図２４】 本発明の変倍光学系の数値実施例３の広角
端での光学断面図

【図２５】 数値実施例３の中間位置での光学断面図

【図２６】 数値実施例３の望遠端での光学断面図

【図２７】 数値実施例３の変倍群の斜視図

【図２８】 数値実施例３の広角端での横収差図

【図２９】 数値実施例３の中間位置での横収差図

【図３０】 数値実施例３の望遠端での横収差図

【図３１】 数値実施例３の第１光学素子をプリズム化
して基準軸の方向を変える方法の説明図

【図３２】 Off-Axial 光学系の一例を示す図

【図３３】 本発明で用いているOff-Axial 光学系の基
準軸と面との交点を原点にした表現方法の説明図

【図３４】 折れ曲がった基準軸に沿った近軸展開の座
標系とそこで用いられている諸量の説明図

【図３５】 像点ベクトルの成分分解の説明図

【図３６】 Off-Axial 光学系の主点と焦点と焦点距離

【図３７】 基準軸が２焦点を通るOff-Axial 反射２次
曲面の一例の説明図

【図３８】 カセグレン式反射望遠鏡の基本構成図

【図３９】 ミラー光学系における主光線を光軸から離
しケラレを防止する第一の方法の説明図

【図４０】 ミラー光学系における主光線を光軸から離
しケラレを防止する第二の方法の説明図

【図４１】 従来の反射ミラーを用いた変倍光学系の概
念図

【図４２】 プリズム反射面に曲率を持たせた観察光学
系の概念図

【図４３】 他のプリズム反射面に曲率を持たせた観察
光学系の概念図

【符号の説明】

１１ 絞り １２ 第１群 １３ 中間結像面 １４ 第２群 １５ 第３群 １６ 像面 Bi 第ｉ光学素子 Ri 第ｉ面 R_i 第ｉ面の曲率半径 Di 第ｉ面間隔

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体側より固定群（第１群）と複数の変
   倍群を配置し、該複数の変倍群の相対的移動により変倍
   を行なう変倍光学系において、 変倍群i の焦点距離をf_i，該変倍群中での軸上光束の中
   間結像の回数をk とする時、各変倍群は条件式： f_i×(-1)^k ＞0 （k は 0以上の整数） を満足し、物体よりでて該変倍光学系に入り、該変倍光
   学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線を
   基準軸光線とし、該変倍光学系の各面又は各群に入射す
   る基準軸光線をその面又はその群の入射基準軸、各面又
   は各群から射出する基準軸光線をその面又はその群の射
   出基準軸、該入射基準軸と各面の交点を基準点、該入射
   基準軸、射出基準軸において該基準軸光線が物体側から
   像面に向って進む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸
   の方向とするとき、 各変倍群は入射・射出基準軸がその面の基準点における
   法線に対して傾いている凹反射面を少なくとも一面有
   し、該凹反射面の入射・射出基準軸を含む面内における
   断面形状は非対称な形状であることを特徴とする変倍光
   学系。
2. 【請求項２】 前記変倍群中の最も物体側の面の入射基
   準軸と最も像側の面の射出基準軸は互いに平行であり、
   該変倍群は該入射基準軸に平行に移動して変倍を行なう
   ことを特徴とする請求項１の変倍光学系。
3. 【請求項３】 前記凹反射面はその入射基準軸と射出基
   準軸を含む平面(yz平面）に対して面対称な形状である
   ことを特徴とする請求項２の変倍光学系。
4. 【請求項４】 前記第１群の物体側から数えて第１面か
   ら変倍光学系の最終像面までの光路長は変倍に際して変
   化することを特徴とする請求項３の変倍光学系。
5. 【請求項５】 前記変倍群中の最も物体側の面の入射基
   準軸の方向と最も像面側の面の射出基準軸の方向は180
   ゜異なることを特徴とする請求項４の変倍光学系。
6. 【請求項６】 前記複数の変倍群のうち少なくとも一つ
   の群の移動によりフォーカシングを行なうことを特徴と
   する請求項５の変倍光学系。
7. 【請求項７】 前記変倍群の数は２であり、各々の変倍
   群は前記凹反射面を少なくとも３面有することを特徴と
   する請求項５又は６の変倍光学系。
8. 【請求項８】 前記変倍群はいずれも焦点距離が負であ
   り、夫々の群中において軸上光束を１回中間結像してい
   ることを特徴とする請求項７の変倍光学系。
9. 【請求項９】 前記変倍群は連続して光線を反射する５
   面の反射面を有し、該反射面中の物体側から数えて第
   １、３、５面は前記凹反射面であることを特徴とする請
   求項８の変倍光学系。
10. 【請求項１０】 前記変倍群中の反射面間の面間隔は、
    基準軸上で第(i-1)反射面から第i 反射面までの面間隔
    をD(i-1)、第i 反射面から第(i+1) 反射面までの面間隔
    をDiとしたとき、条件式： 【数１】 を満たすことを特徴とする請求項９の変倍光学系。
11. 【請求項１１】 前記変倍群中の反射面は表面鏡である
    ことを特徴とする請求項９又は１０の変倍光学系。
12. 【請求項１２】 前記変倍群は一つの透明体の表面に複
    数の内面反射面と光束の入射屈折面及び射出屈折面を形
    成した光学素子を有することを特徴とする請求項９又は
    １０の変倍光学系。
13. 【請求項１３】 変倍に際して前記２群で構成される変
    倍群のうち物体側の変倍群の移動量をd1、像面側の変倍
    群の移動量をd2、変倍光学系の第１面から最終像面まで
    の光路長の広角端での値をL_W、望遠端での光路長の値を
    L_Tとしたとき、条件式： L_T＝L_W＋2(d2−d1） を満たすことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１
    項に記載の変倍光学系。
14. 【請求項１４】 前記変倍群中の前記凹反射面におい
    て、該面の前記基準点における入射・射出基準軸を含む
    平面(yz 平面）内の該凹反射面の近軸領域の曲率半径を
    R_y、該基準点と曲率半径R_yの曲率中心を含みyz平面に垂
    直な平面（xz平面）内の近軸領域の曲率半径をR_x、入射
    基準軸と射出基準軸のなす角度を２θとしたとき、条件
    式： 【数２】 を満たすことを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１
    項に記載の変倍光学系。
15. 【請求項１５】 前記変倍群中の連続して光線を反射す
    る反射面中の物体側から前記凹反射面ｉ・反射面(i+1)
    ・前記凹反射面(i+2) の順に構成される部分系におい
    て、 該凹反射面 i、(i+2) の夫々の前記基準点における入射
    ・射出基準軸を含む平面（yz平面）内の近軸領域の曲率
    半径を各々R_y,i、R_y,i+2としたとき、条件式： 【数３】 を満たすことを特徴とする請求項１４の変倍光学系。
16. 【請求項１６】 前記２群で構成される変倍群におい
    て、物体側の変倍群の最も物体側の面から像面側の変倍
    群の最も像面側の面までの広角端での横倍率をβ_W とし
    たとき、条件式： 0.5 ＜｜β_W ｜＜ 1.5 を満たすことを特徴とする請求項７〜１５のいずれか１
    項に記載の変倍光学系。
17. 【請求項１７】 前記２群で構成される変倍群間に変倍
    に際し移動しない負の屈折力を有するレンズを配置した
    ことを特徴とする請求項７〜１６のいずれか１項に記載
    の変倍光学系。
18. 【請求項１８】 前記第１群は透明体の表面に複数の内
    面反射面と光束の入射屈折面及び射出屈折面を形成した
    光学素子を有することを特徴とする請求項４〜１７のい
    ずれか１項に記載の変倍光学系。
19. 【請求項１９】 前記第１群が有する前記光学素子の最
    も物体側の面の入射基準軸の方向と最も像面側の面の射
    出基準軸の方向が互いに90゜をなすことを特徴とする請
    求項１８の変倍光学系。
20. 【請求項２０】 前記第１群が有する前記光学素子の最
    も物体側の面の入射基準軸の方向と最も像面側の面の射
    出基準軸の方向が同一方向であることを特徴とする請求
    項１８の変倍光学系。
21. 【請求項２１】 前記第１群が有する前記光学素子より
    も物体側に絞りを有することを特徴とする請求項１８〜
    ２０のいずれか１項に記載の変倍光学系。
22. 【請求項２２】 前記絞りより物体側に負の屈折力を有
    するレンズを配置したことを特徴とする請求項２１の変
    倍光学系。
23. 【請求項２３】 前記第１群が有する前記光学素子の前
    記入射屈折面又は前記射出屈折面のいずれかにおいて該
    光学素子の屈折率と異なる屈折率を有するレンズを貼り
    合わせていることを特徴とする請求項１８〜２２のいず
    れか１項に記載の変倍光学系。
24. 【請求項２４】 前記第１群は入射・射出基準軸が夫々
    の基準点における法線に対して傾いている複数の反射面
    を有し、各々の反射面は表面鏡であることを特徴とする
    請求項４〜１７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
25. 【請求項２５】 前記第１群中の複数の反射面より物体
    側に絞りを配置したことを特徴とする請求項２４の変倍
    光学系。
26. 【請求項２６】 前記第１群中の複数の反射面より物体
    側に入射面の入射基準軸の方向と射出面の射出基準軸の
    方向が90゜異なるプリズムを配置したことを特徴とする
    請求項２４又は２５の変倍光学系。
27. 【請求項２７】 前記第１群中の複数の反射面より像面
    側に正の屈折力を有するレンズを配置したことを特徴と
    する請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の変倍光学
    系。
28. 【請求項２８】 請求項１〜２７のいずれか１項に記載
    の変倍光学系を有し、撮像媒体の撮像面上に撮影被写体
    の像を結像することを特徴とする撮像装置。