JPH09329747A - Image forming optical system - Google Patents

Image forming optical system

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JPH09329747A
JPH09329747A JP8148929A JP14892996A JPH09329747A JP H09329747 A JPH09329747 A JP H09329747A JP 8148929 A JP8148929 A JP 8148929A JP 14892996 A JP14892996 A JP 14892996A JP H09329747 A JPH09329747 A JP H09329747A
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optical system
image
plane
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Kokichi Kenno
研野孝吉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact image forming optical system which is constituted so that a wide image pickup area is obtained, the aberration of a light beam is excellently corrected and image distortion is eliminate and whose number of optical parts is reduced, by folding back the optical path. SOLUTION: This image forming optical system is a pentagonal prism body 5 consistuted of a first surface 1, a second surface 2, a third surface 3 and a fourth surface 4. The first and the fourth surfaces 1 and 4 are the refraction surfaces, and the second and the third surfaces 2 and 3 are the reflection surfaces. Besides, the first surface 1 is constituted of the spherical surface and the second, the third and the fourth surfaces 2, 3 and 4 are constituted of the free curved surfaces. The light beam emitted from an object surface O arranged on the back surface of a cover glass 6 is made incident from the first surface 1 of the prism body 5 through the glass 6 and reflected on the second and the third surfaces 2 and 3 in turn. Besides, the reflected light is crossed to the light beam arriving at the second surface 2 from the first surface 1 and emitted outside the prism body 5 from the forth surface 4. Then, it arrives at an image surface I. The free curved surfaces 2-4 are the plane symmetric free curved surfaces which are provided with a rotation symmetric axis neither within the surface nor outside the surface thereof but are provided with only one symmetry plane.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関
し、特に、小型の反射偏心結像光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image forming optical system, and more particularly to a small reflective decentered image forming optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、小型の反射偏心光学系の周知なも
のとして、特開昭59−84201号のものは、シリン
ドリカル反射面による1次元受光レンズの発明であり、
2次元の撮像はできない。また、特開昭62−1441
27号のものは、上記の発明の球面収差を低減するため
に、同一シリンドリカル面を2回反射に使うものであ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a well-known compact decentering optical system, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-84201 discloses a one-dimensional light receiving lens having a cylindrical reflecting surface.
Two-dimensional imaging is not possible. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-1441
No. 27 uses the same cylindrical surface for twice reflection in order to reduce the spherical aberration of the above invention.

【0003】また、特開昭62−205547号のもの
は、反射面の形状として非球面反射を使うことを示して
いるが、反射面の形状には言及していない。さらに、米
国特許第3,810,221号及び米国特許第3,83
6,931号の2件は、何れもレフレックスカメラのフ
ァインダー光学系に回転対称非球面鏡と対称面を1面し
か持たない面を持ったレンズ系を用いた例を示してい
る。ただし、対称面を1面しか持たない面は、観察虚像
の傾きを補正する目的で利用されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-205547 discloses that an aspherical reflection is used as the shape of the reflecting surface, but does not mention the shape of the reflecting surface. Further, U.S. Pat. No. 3,810,221 and U.S. Pat.
No. 6,931 each show an example in which a finder optical system of a reflex camera uses a lens system having a rotationally symmetric aspherical mirror and a surface having only one plane of symmetry. However, a plane having only one plane of symmetry is used for correcting the inclination of the observed virtual image.

【0004】また、特開平1−257834号(米国特
許第5,274,406号)のものは、背面投影型テレ
ビにおいて、像歪みを補正するために、対称面を1面し
か持たない面を反射鏡に使用した例を示しているが、ス
クリーンへの投影には投影レンズ系が使われ、像歪みの
補正に対称面を1面しか持たない面が使われている。
[0004] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-257834 (US Pat. No. 5,274,406) discloses a rear projection television in which a plane having only one plane of symmetry is used to correct image distortion. Although an example in which the present invention is used for a reflecting mirror is shown, a projection lens system is used for projection onto a screen, and a plane having only one plane of symmetry is used for correcting image distortion.

【0005】また、特開平7−333551号には、観
察光学系としてアナモルフィック面とトーリック面を使
用した裏面鏡タイプの偏心光学系の例が示されている。
しかし、像歪みを含め収差の補正が不十分で撮像光学系
には使用できない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-333551 discloses an example of a back-mirror type decentered optical system using an anamorphic surface and a toric surface as an observation optical system.
However, it cannot be used for an imaging optical system because the correction of aberration including image distortion is insufficient.

【0006】以上の何れの先行技術も、対称面を1面し
か持たない面を使い、折り返し光路に裏面鏡として使用
したものではない。
[0006] None of the above-mentioned prior arts uses a surface having only one symmetrical surface, and does not use a backside mirror in the folded optical path.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来、結像光学系にお
いて、広い画角と収差が良好に補正された像歪みのない
光学系を構成するには、回転対称光学系ではレンズの構
成枚数が多くなり、大型で高価にならざるを得なかっ
た。
In the conventional imaging optical system, in order to construct an image distortion-free optical system in which a wide angle of view and aberration are favorably corrected, a rotationally symmetric optical system requires a number of lenses. It became large, large and expensive.

【0008】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い撮像領域が
とれ、かつ、光路を折り畳むことによって、光線収差が
良好に補正された像歪みのない小型で光学部品点数の少
ない結像光学系を提供することである。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to obtain an image in which a wide image pickup area can be taken and a ray aberration is favorably corrected by folding an optical path. An object of the present invention is to provide an imaging optical system which is compact without distortion and has a small number of optical components.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の結像光学系は、少なくとも偏心光学系を有し、物体
からの光を撮像素子面上に結像させる結像光学系におい
て、前記結像光学系が少なくとも1面の反射作用を有す
る反射面を備え、前記反射面の少なくとも1面の面形状
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有せず、しか
も、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面からなるこ
とを特徴とするものである。
An image forming optical system of the present invention which achieves the above object has at least a decentering optical system and is an image forming optical system for forming an image of light from an object on a surface of an image pickup device. The imaging optical system includes at least one reflecting surface having a reflecting action, and the surface shape of at least one of the reflecting surfaces does not have a rotational symmetry axis both in-plane and out-of-plane, and the symmetric surface It is characterized by comprising a plane-symmetric free-form surface having only one.

【0010】この反射面は、物体側から瞳中心を通り前
記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記
結像光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義
される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記
結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、
前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したと
きに、少なくとも以下の条件(A−1)、(B−1)の
何れかを満足することが望ましい。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RX、RYはそれぞれ前記反射面に前記軸上主
光線が当たる部分のX方向、Y方向の曲率である。
This reflecting surface is defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the image forming position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the image forming optical system. The optical axis is the Z axis, the axis that is orthogonal to the Z axis and that is within the decentered plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y axis,
When the axis orthogonal to the Z axis and the Y axis is defined as the X axis, it is desirable that at least one of the following conditions (A-1) and (B-1) is satisfied. | RX | <0.5 (1 / mm) (A-1) | RY | <0.5 (1 / mm) (B-1) where RX and RY are the reflection surfaces, respectively. Are the curvatures in the X and Y directions of the portion where the axial chief ray hits.

【0011】以下、本発明において上記の構成をとる理
由と作用について説明する。本発明において、対称面を
1面しか持たない面(以下、TFC面と呼ぶ。)を利用
したことについて、以下に詳しく説明する。
The reason why the above-mentioned configuration is adopted and the operation thereof will be described below. The use of a plane having only one plane of symmetry (hereinafter referred to as a TFC plane) in the present invention will be described in detail below.

【0012】まず、以下の説明において、用いる座標系
について説明する。物体側から瞳中心を通り結像位置中
心に到達する像中心の主光線が、偏心光学系の第1面に
交差するまでの直線によって定義される光軸をZ軸と
し、このZ軸と直交し、かつ、偏心光学系を構成する各
面の偏心面内の軸をY軸と定義し、上記光軸と直交し、
かつ、上記Y軸と直交する軸をX軸とする。また、光線
の追跡方向は、瞳位置から結像位置に向かう順追跡で説
明する。
First, the coordinate system used in the following description will be described. An optical axis defined by a straight line until a principal ray of the image center reaching the center of the imaging position from the object side through the pupil center and reaching the center of the imaging position is defined as a Z axis, and is orthogonal to the Z axis. And, the axis in the eccentric plane of each surface constituting the eccentric optical system is defined as the Y axis, orthogonal to the optical axis,
An axis orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. The ray tracing direction will be described in the order of tracing from the pupil position to the imaging position.

【0013】今までの収差補正について概観すると、 (1)一般に、少ない面数で収差を良好に補正するため
には、回転対称光学系においては、非球面が一般に用い
られる。同様に、反射光学系においても球面反射鏡で発
生する球面収差を放物面等の回転対称非球面を用いるこ
とにより発生させないようにしている。つまり、回転対
称光学系においては、回転対称非球面を用いることは周
知の事実である。
An overview of the aberration correction up to now is as follows. (1) Generally, in order to favorably correct aberrations with a small number of surfaces, an aspherical surface is generally used in a rotationally symmetric optical system. Similarly, in a reflective optical system, spherical aberration generated by a spherical reflecting mirror is prevented from being generated by using a rotationally symmetric aspheric surface such as a paraboloid. That is, it is a well-known fact that a rotationally symmetric aspherical surface is used in a rotationally symmetric optical system.

【0014】(2)また、マンジャン鏡(A.Mang
in,1876)のように、裏面反射鏡にすることによ
って球面収差の発生を少なくすることができることも周
知の事実である。
(2) In addition, the Mangin mirror (A. Mang
In, 1876), it is a well-known fact that the occurrence of spherical aberration can be reduced by using a back-surface reflecting mirror.

【0015】これは、裏面鏡の焦点距離fは、裏面鏡の
曲率半径rと媒質の屈折率nから、 f=−r/2n で表され、同じ焦点距離fを得ようとした場合に、例え
ば1.5の屈折率のガラスで裏面鏡にすると、表面鏡に
比べて曲率半径rが1.5倍大きくてすむ分、収差の発
生も少なくてすむからである。
This is because the focal length f of the rear surface mirror is represented by f = -r / 2n from the radius of curvature r of the rear surface mirror and the refractive index n of the medium, and when the same focal length f is obtained, This is because, for example, when the rear surface mirror is made of glass having a refractive index of 1.5, the radius of curvature r is 1.5 times larger than that of the front surface mirror, so that the occurrence of aberration is small.

【0016】(3)一方、偏心して配置された凹面鏡
は、偏心により反射鏡に光線が当たる部分での上述のY
軸方向の光線とX軸方向の光線との焦点位置がずれ、軸
上でも非点収差が発生する。
(3) On the other hand, the concave mirror arranged eccentrically has the above-mentioned Y at the portion where the light beam strikes the reflecting mirror due to the eccentricity.
The focal positions of the light beam in the axial direction and the light beam in the X-axis direction are shifted, and astigmatism also occurs on the axis.

【0017】この軸上の非点収差の発生をなくすために
は、本出願人の特願平6−211067号又は特願平6
−256676号に述べられているように、方向により
曲率の異なるアナモルフィック面又はトーリック面等が
用いられる。
In order to eliminate the occurrence of this astigmatism on the axis, Japanese Patent Application No. 6-211067 or Japanese Patent Application No. 6-211067 of the present applicant.
As described in -256676, an anamorphic surface or a toric surface having a different curvature depending on the direction is used.

【0018】(4)次に、像面歪曲について説明する。
凹面鏡と凸面鏡の配置が像面湾曲収差に良い効果を発揮
することは、本出願人の特願平5−264828号に詳
しく述べられており、傾いた凹面鏡が発生する収差につ
いては、特願平6−127453号等に述べられてい
る。また、特願平6−256676号でも、凹面鏡を2
枚で構成することによって像面湾曲を良好に補正するこ
とに成功している。
(4) Next, the image plane distortion will be described.
The fact that the arrangement of the concave mirror and the convex mirror exerts a good effect on the field curvature aberration is described in detail in Japanese Patent Application No. 5-264828 of the applicant of the present invention. No. 6-127453. In Japanese Patent Application No. 6-256676, a concave mirror is also used.
By using a single sheet, the field curvature can be successfully corrected.

【0019】(5)また、像歪みについては、特開平5
−303056号に述べられているように、X軸方向、
Y軸方向の正負によって曲率が異なる面で構成すること
が良い結果を得る。また、用途が異なるが、背面投影テ
レビにおいて、特開平1−257834号では、本発明
で使用しているTFC面同様のフレネル反射面が使われ
ているが、その目的は台形の像歪みを補正するために、
投影光学系でスクリーンに実像を投影する際にその反射
面で反射し、このときに台形像歪みのみを補正する構成
で使われている。また、傾いた凹面鏡により発生する台
形や弓なりの像歪みに関しては、特開平5−30305
6号に述べられている。
(5) Regarding image distortion, see Japanese Patent Laid-Open No.
As described in US Pat.
A good result can be obtained by constructing a surface having different curvatures depending on the sign in the Y-axis direction. Although the application is different, a rear projection television uses a Fresnel reflection surface similar to the TFC surface used in the present invention in JP-A-1-257834, but the purpose is to correct trapezoidal image distortion. To do
When the real image is projected on the screen by the projection optical system, it is reflected by the reflecting surface, and at this time, it is used in a configuration that corrects only the trapezoidal image distortion. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-30305 discloses a trapezoidal or bow-shaped image distortion caused by an inclined concave mirror.
No. 6.

【0020】上記各発明で欠けている要素は、撮像光学
系又は結像光学系として十分な収差性能を、折り返し光
路の光学系を使い、かつ、上記の各構成の組み合わせで
収差を補正する試みがなされていなかことである。
The elements lacking in each of the above inventions are an attempt to correct aberrations with a combination of the above-mentioned configurations, using an optical system of a folding optical path, with sufficient aberration performance as an image pickup optical system or an image forming optical system. This is something that has not been done.

【0021】回転対称光学系による収差については、レ
ンズに入射する光線の挙動が回転軸である光軸からの高
さのみによって変化し、これによって収差が発生する。
これをいかに補正するかである。しかし、偏心光学系に
おいては、光線が面に当たる高さも位置も偏心方向の面
の上下で大きく異なってくる。つまり、回転対称性が全
くないのに、回転対称球面を基本に置いたシリンドリカ
ル面やトーリック面、アナモルフィック面では、この複
雑な光線の挙動に対応し収差補正をすることができなく
なってしまう。
Regarding the aberration caused by the rotationally symmetric optical system, the behavior of the light beam incident on the lens changes only by the height from the optical axis which is the rotation axis, and this causes the aberration.
How to correct this. However, in the decentered optical system, both the height and the position at which the light beam strikes the surface greatly differ between the upper and lower surfaces in the decentering direction. In other words, although there is no rotational symmetry at all, it becomes impossible to correct aberrations for cylindrical, toric, and anamorphic surfaces based on a rotationally symmetric spherical surface in response to the complex behavior of light rays. .

【0022】ここで、本発明において用いる自由曲面と
は以下の式で定義されるものである。 Z=C2 +C3 y+C4 x +C5 2 +C6 yx+C7 2 +C8 3 +C9 2 x+C10yx2 +C113 +C124 +C133 x+C142 2 +C15yx3 +C164 +C175 +C184 x+C193 2 +C202 3 +C21yx4 +C225 +C236 +C245 x+C254 2 +C263 3 +C272 4 +C28yx5 +C296 +C307 +C316 x+C325 2 +C334 3 +C343 4 +C352 5 +C36yx6 +C377 ・・・・・ ・・・・(a) 上式において、偏心方向をY方向とするとき、Xの奇数
次項は全て0である。
Here, the free-form surface used in the present invention is defined by the following equation. Z = C 2 + C 3 y + C 4 x + C 5 y 2 + C 6 yx + C 7 x 2 + C 8 y 3 + C 9 y 2 x + C 10 yx 2 + C 11 x 3 + C 12 y 4 + C 13 y 3 x + C 14 y 2 x 2 + C 15 yx 3 + C 16 x 4 + C 17 y 5 + C 18 y 4 x + C 19 y 3 x 2 + C 20 y 2 x 3 + C 21 yx 4 + C 22 x 5 + C 23 y 6 + C 24 y 5 x + C 25 y 4 x 2 + C 26 y 3 x 3 + C 27 y 2 x 4 + C 28 yx 5 + C 29 x 6 + C 30 y 7 + C 31 y 6 x + C 32 y 5 x 2 + C 33 y 4 x 3 + C 34 y 3 x 4 + C 35 y 2 x in 5 + C 36 yx 6 + C 37 x 7 ····· ···· (a) the above equation, when the eccentric direction and Y-direction, the odd order terms of X are all zero.

【0023】この定義式により、以下に説明する各収差
の補正を良好に補正することが可能となり、本発明のよ
うに傾いて配置された反射鏡により結像光学系として使
用できる程の屈折力(パワー)を付加することが可能と
なった。
With this defining equation, it becomes possible to satisfactorily correct the respective aberrations described below, and the refracting power that can be used as an image-forming optical system by the reflecting mirror that is inclined as in the present invention. It became possible to add (power).

【0024】まず、基準となる面は2乗の項の放物面を
元にしているので、球面収差が発生し難い。次に、Yの
奇数次項とXの奇数次項が存在するので、X軸の任意の
位置でY軸方向の傾きを与えることができる。
First, since the reference surface is based on the paraboloid of the squared term, spherical aberration is unlikely to occur. Next, since there are odd-order terms of Y and odd-order terms of X, inclination in the Y-axis direction can be given at an arbitrary position on the X-axis.

【0025】YとXのそれぞれに対して、奇数次と偶数
次が掛け合わさっているので、各軸の正負に対して自由
な曲率を与えることができる。
Since each of Y and X is multiplied by an odd number and an even number, it is possible to give a free curvature to the positive and negative of each axis.

【0026】以上のように様々な自由度があり、偏心し
て配置された反射面として使用した場合に、パワーを持
たせても、収差を十分に補正することがこの定義式を使
うことによって初めて可能となった。
As described above, when used as a reflecting surface that has various degrees of freedom and is eccentrically arranged, it is only by using this defining equation that aberration can be sufficiently corrected even if power is given. It has become possible.

【0027】この自由度が収差補正にいかに重要である
かを説明する。傾いてなおかつパワーを持った反射鏡の
場合には、回転非対称な像面湾曲が発生する。この像面
湾曲は、瞳を通過しX軸方向に広がりを持った光線は、
偏心して配置された反射鏡に当たって反射されるが、光
線が当たって以降の像面までの距離は、裏面鏡の焦点距
離の式 f=−r/2n に従い、光線が当たった部分の曲率rと屈折率nからr
/2nである。つまり、偏心して配置された凹面鏡の反
射後の光線の進む方向に対して、傾いた反射鏡と平行に
光軸に対して傾いて、なおかつ、反射鏡の曲率rのr/
2nの湾曲した像面を形成する。
How important this degree of freedom is for aberration correction will be described. In the case of a reflecting mirror that is tilted and has power, rotationally asymmetric field curvature occurs. This curvature of field is such that rays that pass through the pupil and have a spread in the X-axis direction are:
The light is reflected by an eccentrically arranged reflecting mirror and is reflected. The distance from the light beam to the image plane after the light beam strikes the curvature r of the portion hit by the light beam according to the formula f = −r / 2n of the focal length of the back mirror. Refractive index n to r
/ 2n. That is, it is inclined with respect to the optical axis in a direction parallel to the inclined reflecting mirror with respect to the traveling direction of the light beam reflected by the concave mirror disposed eccentrically, and the curvature r of the reflecting mirror is r / r.
A 2n curved image plane is formed.

【0028】自由曲面は、上述のように、Y軸の正負に
よって曲率を任意に変えることが可能なYの奇数次項を
持っているため、偏心して配置された凹面鏡で発生する
回転非対称な像面湾曲、特に像面の傾きを補正すること
に対して有効に作用する。
As described above, the free-form surface has an odd-order term of Y whose curvature can be arbitrarily changed depending on whether the Y-axis is positive or negative. Therefore, the rotationally asymmetric image plane generated by the eccentrically arranged concave mirror is formed. It works effectively for correcting the curvature, especially the inclination of the image plane.

【0029】次に、回転対称な像面湾曲について説明す
る。反射鏡により一般的に反射面に沿った像面湾曲が発
生する。本発明の場合は、上に述べたように、凹面鏡と
対をなした凸面鏡により像面湾曲を補正できる構成も可
能であるし、凹面を2面使用してそれぞれで発生する像
面湾曲を少なくする工夫をしている。しかし、従来の面
形状では面数も少ないために、完全には補正されない。
この補正し切れない像面湾曲を補正するためには、任意
の場所で任意の曲率を与えることができる自由曲面は収
差補正上好ましい。これは、Y軸の正負によって曲率を
Yの奇数次項とXの2乗以上の組み合わせにより可能と
なる。
Next, rotationally symmetric field curvature will be described. The reflecting mirror generally causes a curvature of field along the reflecting surface. In the case of the present invention, as described above, a configuration in which the curvature of field can be corrected by a convex mirror paired with a concave mirror is also possible, and the curvature of field generated by each of the two concave surfaces is reduced. It is devised to do. However, the conventional surface shape is not completely corrected because the number of surfaces is small.
In order to correct the field curvature that cannot be completely corrected, a free-form surface that can provide an arbitrary curvature at an arbitrary position is preferable for aberration correction. This is made possible by combining the curvature of the odd-order term of Y and the square of X or more according to the sign of the Y-axis.

【0030】さらに、任意の場所の非点収差の発生を少
なくするためには、X軸方向の曲率とY軸方向の曲率の
差を任意に変えることにより補正することが可能とな
る。これは、Xの2乗項とYの2乗項が独立に存在して
いることにより可能となる。
Further, in order to reduce the occurrence of astigmatism at an arbitrary place, it becomes possible to correct it by arbitrarily changing the difference between the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction. This is made possible by the fact that the square of X and the square of Y independently exist.

【0031】さらに好ましくは、光学部品製作性を考慮
すると、自由曲面は必要最低限にすることが望ましい。
そこで、少なくとも3つの面の中、1つの面を上記自由
曲面とし、他の面を平面もしくは球面又は偏心した回転
対称面にすることによって、製作性を上げることが可能
となる。
More preferably, in consideration of manufacturability of optical parts, it is desirable that the free-form surface is minimized.
Therefore, by making one of the at least three surfaces a free-form surface and the other surface a flat surface, a spherical surface, or an eccentric rotationally symmetric surface, manufacturability can be improved.

【0032】さらに好ましくは、以下の条件を満足する
ことによって、広画角で瞳径が大きく、かつ、収差補正
の良好に行われた結像光学系を提供することができる。
More preferably, by satisfying the following conditions, it is possible to provide an imaging optical system having a wide field angle, a large pupil diameter, and excellent aberration correction.

【0033】上述の定義に従って、X軸、Y軸、Z軸と
するとき、瞳位置中心を射出し、像を形成する結像光学
系に入射する光線の最大画角の光線が各面と交差する領
域を有効領域と定義し、次の表−1に示すような光線
〜を追跡する。
According to the above definition, when the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are set, the ray of the maximum angle of view of the ray that exits the pupil position center and enters the image forming optical system that forms an image intersects each surface. The area to be defined is defined as the effective area, and the rays ~ shown in Table 1 below are traced.

【0034】 [0034]

【0035】すなわち、画面中心の光軸方向の軸上主光
線をとし、上側中心画角の光線を、右上画角の光線
を、右中心画角の光線を、右下画角の光線を、下
側中心画角の光線をとする。これら光線〜が光学
系の各面に当たる部分の面形状を記述する式(Z軸を面
の軸として表した式、あるいは、その面を偏心がないと
して、Z=f(X,Y)の形式で表した式)の1次微分
と曲率の値を求める。つまり、1次微分は面の定義座標
に対する光線が当たる部分の傾きを表し、曲率は光線の
当たる部分の部分的曲率を表す。これは、光学系の各面
が偏心して配置された場合には、面形状を定義する座標
は任意の位置に定義でき、前記座標中心での曲率等を記
述しても、その部分を光線が通過していないことがあ
り、面形状を限定したことにならないためである。
That is, an axial chief ray in the optical axis direction at the center of the screen is taken as an upper central view angle ray, an upper right view angle ray, a right central view angle ray, and a lower right view angle ray. Let the ray at the lower center angle of view be. An expression describing the surface shape of the portion where these light rays hit each surface of the optical system (an expression expressing the Z axis as the axis of the surface, or assuming that the surface has no eccentricity, the form of Z = f (X, Y)) The values of the first derivative and the curvature of the equation (2) are obtained. In other words, the first derivative represents the inclination of the portion where the light beam strikes with respect to the definition coordinates of the surface, and the curvature represents the partial curvature of the portion where the light beam strikes. This is because, when each surface of the optical system is arranged eccentrically, the coordinates defining the surface shape can be defined at any position, and even if the curvature or the like at the coordinate center is described, the light ray This is because they may not pass through, and the surface shape is not limited.

【0036】ところで、まず、TFC面の軸上主光線
が当たる位置のX方向の部分的曲率について説明する。
本発明において、面の部分的曲率を規定する意味は、い
くら収差が良好に補正されるTFC面であっても、余り
に面のパワーが大きすぎると、収差発生が大きくなりす
ぎ、他の面で補正することが不可能になるからである。
X方向の主光線が当たる部分の曲率をRXとすると、 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) なる条件を満足することが重要である。この偏心して配
置された反射面の曲率が上限の0.5を越えない場合に
は、対称面を1面しか持たない面で反射面を構成するこ
とによって、収差発生の少ない光学系を構成することが
可能となる。この上限0.5を越えている反射面では、
偏心による各種収差の発生が極めて大きくなり、他の面
で補正することが難しくなる。
First, the partial curvature in the X direction at the position where the axial principal ray of the TFC surface strikes will be described.
In the present invention, the meaning of defining the partial curvature of the surface means that even if the aberration of the TFC surface is sufficiently corrected, if the power of the surface is too large, the occurrence of the aberration will be too large, and This is because the correction becomes impossible.
Assuming that the curvature of the portion where the principal ray in the X direction falls is RX, it is important that the following condition is satisfied: | RX | <0.5 (1 / mm) (A-1) If the curvature of the eccentrically arranged reflecting surface does not exceed the upper limit of 0.5, the reflecting surface is formed by a surface having only one symmetric surface, thereby forming an optical system with less aberration. It becomes possible. On the reflecting surface exceeding this upper limit 0.5,
The occurrence of various aberrations due to the eccentricity becomes extremely large, and it becomes difficult to correct the aberration on other surfaces.

【0037】さらに好ましくは、 |RX|<0.1 (1/mm) ・・・(A−2) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
More preferably, when the condition of | RX | <0.1 (1 / mm) (A-2) is satisfied, the reflecting surface is constituted by a surface having only one plane of symmetry. That is important in order not to generate aberration due to decentering.

【0038】さらに好ましくは、 |RX|<0.05(1/mm) ・・・(A−3) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
More preferably, when the condition of | RX | <0.05 (1 / mm) (A-3) is satisfied, the reflecting surface is constituted by a surface having only one plane of symmetry. That is important in order not to generate aberration due to decentering.

【0039】次に、TFC面の軸上主光線が当たる位
置のY方向の部分的曲率について説明する。本発明にお
いて、面の部分的曲率を規定する意味は、いくら収差が
良好に補正されるTFC面であっても、余りに面のパワ
ーが大きすぎると、収差発生が大きくなりすぎ、他の面
で補正することが不可能になるからである。Y方向の主
光線が当たる部分の曲率をRYとすると、 |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) なる条件を満足することが重要である。この偏心して配
置された反射面の曲率が、上限の0.5を越えない場合
には、対称面を1面しか持たない面で反射面を構成する
ことによって、収差発生の少ない光学系を構成すること
が可能となる。この上限0.5を越えている反射面で
は、偏心による各種収差の発生が極めて大きくなり、他
の面で補正することが難しくなる。
Next, the partial curvature in the Y direction at the position where the axial principal ray of the TFC surface strikes will be described. In the present invention, the meaning of defining the partial curvature of the surface means that even if the aberration of the TFC surface is sufficiently corrected, if the power of the surface is too large, the occurrence of the aberration will be too large, and This is because the correction becomes impossible. Assuming that the curvature of the portion hit by the principal ray in the Y direction is RY, it is important to satisfy the following condition: | RY | <0.5 (1 / mm) (B-1) When the curvature of the eccentrically arranged reflecting surface does not exceed the upper limit of 0.5, the reflecting surface is formed by a surface having only one symmetric surface, thereby forming an optical system with less aberration. It is possible to do. On the reflecting surface exceeding the upper limit of 0.5, the occurrence of various aberrations due to eccentricity becomes extremely large, and it becomes difficult to correct the other surfaces.

【0040】さらに好ましくは、 |RY|<0.1 (1/mm) ・・・(B−2) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
More preferably, when the condition of | RY | <0.1 (1 / mm) ... (B-2) is satisfied, the reflecting surface is constituted by a surface having only one plane of symmetry. That is important in order not to generate aberration due to decentering.

【0041】さらに好ましくは、 |RY|<0.05(1/mm) ・・・(B−3) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
More preferably, when the condition of | RY | <0.05 (1 / mm) ... (B-3) is satisfied, the reflecting surface is constituted by a surface having only one plane of symmetry. That is important in order not to generate aberration due to decentering.

【0042】次に、反射面において、X軸方向の1回微
分の値DXが、瞳中心を通り、像面中心に達する主光線
が当たる位置の傾きDXaxisと曲率RXに対して、D
max1=MAX((DX−DXaxis)/RX)とすると
き、以下の条件を満足することが重要となる。
Next, on the reflecting surface, the value DX of the first derivative in the X-axis direction is D with respect to the inclination DX axis and the curvature RX at the position where the principal ray passing through the pupil center and reaching the image plane center strikes.
When X max1 = MAX ((DX−DX axis ) / RX), it is important to satisfy the following conditions.

【0043】 |DXmax1|<100.0 (mm) ・・・(1−1) この条件は、反射面のX方向の傾きを表し、上記条件式
の上限の100.0を越えると、各像高の主光線に対し
反射面の傾きが大きくなりすぎ、偏心による収差発生が
大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能にな
る。
| DX max1 | <100.0 (mm) (1-1) This condition represents the inclination of the reflecting surface in the X direction. When the upper limit of 100.0 in the above conditional expression is exceeded, The inclination of the reflecting surface becomes too large with respect to the principal ray of the image height, and aberrations due to decentering become too large, so that it becomes impossible to correct it on other surfaces.

【0044】さらに好ましくは、 |DXmax1|<10.0 (mm) ・・・(1−2) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression | DX max1 | <10.0 (mm) (1-2).

【0045】さらに好ましくは、 |DXmax1|<6.0 (mm) ・・・(1−3) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression | DX max1 | <6.0 (mm) ... (1-3).

【0046】上記条件式(1−1)〜(1−3)は共
に、広い画角において良好な観察像を得るために必要な
ものである。特に条件式(1−2)は10度以上の半画
角において重要となり、条件式(1−3)は15度以上
の半画角において満足することが好ましい。
All of the above conditional expressions (1-1) to (1-3) are necessary for obtaining a good observation image at a wide angle of view. Particularly, conditional expression (1-2) is important at a half angle of view of 10 degrees or more, and it is preferable that conditional expression (1-3) be satisfied at a half angle of view of 15 degrees or more.

【0047】次に、反射面において、面の偏心方向の傾
き、つまり、Y軸方向の1回微分の値DYが、瞳中心を
通り、像面中心に達する主光線が当たる位置の傾きD
axisと曲率RYに対して、DYmax2=MAX((DY
−DYaxis)/RY)とするとき、以下の条件を満足す
ることが重要となる。
Next, in the reflecting surface, the inclination in the eccentric direction of the surface, that is, the value DY of the one-time differential in the Y-axis direction passes through the pupil center and the inclination D of the position where the chief ray reaches the image plane center hits.
For the Y axis and the curvature RY, DY max2 = MAX ((DY
-DY axis ) / RY), it is important to satisfy the following conditions.

【0048】 |DYmax2|<100.0 (mm) ・・・(2−1) この条件は、反射面のY方向の傾きを表し、上記条件式
の上限の100.0を越えると、各像高の主光線に対し
反射面の傾きが大きくなりすぎ、偏心による収差発生が
大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能にな
る。
| DY max2 | <100.0 (mm) (2-1) This condition represents the tilt of the reflecting surface in the Y direction. When the upper limit of 100.0 in the above conditional expression is exceeded, The inclination of the reflecting surface becomes too large with respect to the principal ray of the image height, and aberrations due to decentering become too large, so that it becomes impossible to correct it on other surfaces.

【0049】さらに好ましくは、 |DYmax2|<10.0 (mm) ・・・(2−2) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression: | DY max2 | <10.0 (mm) (2-2).

【0050】さらに好ましくは、 |DYmax2|<6.0 (mm) ・・・(2−3) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression: | DY max2 | <6.0 (mm) ... (2-3).

【0051】上記条件式(2−1)〜(2−3)は共
に、広い画角において良好な観察像を得るために必要な
ものである。特に条件式(2−2)は10度以上の半画
角において重要となり、条件式(2−3)は15度以上
の半画角において満足することが好ましい。
All of the above conditional expressions (2-1) to (2-3) are necessary for obtaining a good observation image at a wide angle of view. Particularly, conditional expression (2-2) becomes important at a half angle of view of 10 degrees or more, and it is preferable that conditional expression (2-3) be satisfied at a half angle of view of 15 degrees or more.

【0052】次に、X方向の最大画角の主光線とが
偏心して配置された反射面に当たる位置でのX方向の傾
きと、X方向画角ゼロの主光線とがその反射面に当
たる位置でのX方向の傾きとの差それぞれを(DX4−
DX1)、(DX6−DX3)とし、その差をDX3
(DX4−DX1)−(DX6−DX3)とするとき、 |DX3 |<0.4 ・・・(3−1) なる条件を満足することが好ましい。
Next, the inclination in the X direction at the position where the principal ray having the maximum angle of view in the X direction strikes the reflecting surface that is eccentrically arranged, and the principal ray at the zero angle of view in the X direction strikes the reflecting surface. Of the difference in the X direction from (DX4-
DX1) and (DX6-DX3), and the difference is DX 3 =
When (DX4-DX1)-(DX6-DX3), it is preferable that the following condition is satisfied: | DX 3 | <0.4 (3-1)

【0053】上記条件式(3−1)は、X方向の周辺画
像のX方向の歪みを表している。この条件式の上限の
0.4を越えると、観察像の左右端がX軸方向に変化
し、台形の像歪みが大きくなり、他の面で補正すること
が不可能となり、歪んだ観察像になってしまう。
The conditional expression (3-1) represents the distortion in the X direction of the peripheral image in the X direction. If the upper limit of 0.4 of this conditional expression is exceeded, the left and right ends of the observation image change in the X-axis direction, and the image distortion of the trapezoid becomes large, making it impossible to correct the distortion on other surfaces. Become.

【0054】さらに好ましくは、 |DX3 |<0.2 ・・・(3−2) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
0度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
More preferably, it is preferable that the conditional expression | DX 3 | <0.2 (3-2) is satisfied. This is especially 1
This is important when observing an observation image with little image distortion when trying to secure a half angle of view of 0 degree or more.

【0055】さらに好ましくは、 |DX3 |<0.1 ・・・(3−3) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
5度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
It is more preferable that the conditional expression | DX 3 | <0.1 (3-3) is satisfied. This is especially 1
This is important when observing an observation image with little image distortion when trying to secure a half angle of view of 5 degrees or more.

【0056】さらに好ましくは、 |DX3 |<0.05 ・・・(3−4) これは、特に20度以上の半画角を確保しようとした場
合に、像歪みのほとんどない観察像を観察する場合に重
要となる。
More preferably, | DX 3 | <0.05 (3-4) This is because when an attempt is made to secure a half field angle of 20 degrees or more, an observed image with almost no image distortion is obtained. It becomes important when observing.

【0057】次に、X方向の最大画角の主光線とが
偏心して配置された反射面に当たる位置でのY方向の傾
きと、X方向画角ゼロの主光線とがその反射面に当
たる位置でのY方向の傾きとの差それぞれを(DY4−
DY1)、(DY6−DY3)とし、その差をDY4
(DY4−DY1)−(DY6−DY3)とするとき、 |DY4 |<0.4 ・・・(4−1) なる条件を満足することが好ましい。
Next, at the position where the principal ray with the maximum angle of view in the X direction hits the reflecting surface arranged decentered, and the principal ray with the X direction angle of view of zero hits the reflecting surface. Of the difference in the Y direction from (DY4-
DY1) and (DY6-DY3), and the difference is DY 4 =
(DY4-DY1) - When a (DY6-DY3), | DY 4 | < may satisfy 0.4 · (4-1) The condition.

【0058】上記条件式(4−1)は、X方向の周辺画
像のY方向の歪みを表している。この条件式の上限の
0.4を越えると、観察像の左右端がY軸方向に変化
し、周辺画像が弓なりになる像歪みが大きくなり、他の
面で補正することが不可能になり、歪んだ観察像になっ
てしまう。
The conditional expression (4-1) represents the distortion in the Y direction of the peripheral image in the X direction. If the upper limit of 0.4 of this conditional expression is exceeded, the left and right ends of the observed image change in the Y-axis direction, the image distortion that causes the peripheral image to be bowed becomes large, and it becomes impossible to correct on other surfaces. , Resulting in a distorted observation image.

【0059】さらに好ましくは、 |DY4 |<0.2 ・・・(4−2) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
0度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
More preferably, it is preferable that the conditional expression | DY 4 | <0.2 (4-2) is satisfied. This is especially 1
This is important when observing an observation image with little image distortion when trying to secure a half angle of view of 0 degree or more.

【0060】さらに好ましくは、 |DY4 |<0.1 ・・・(4−3) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
5度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
More preferably, it is preferable that the conditional expression | DY 4 | <0.1 (4-3) is satisfied. This is especially 1
This is important when observing an observation image with little image distortion when trying to secure a half angle of view of 5 degrees or more.

【0061】さらに好ましくは、 |DY4 |<0.05 ・・・(4−4) これは、特に20度以上の半画角を確保しようとした場
合に、像歪みのほとんどない観察像を観察する場合に重
要となる。
More preferably, | DY 4 | <0.05 (4-4) This is because an observed image with almost no image distortion is obtained especially when trying to secure a half angle of view of 20 degrees or more. It becomes important when observing.

【0062】次に、画面中心のX方向の1回微分値DX
axisとX軸上のX方向最大画角の右端におけるX方向の
1回微分値DX5の差(DX5−DXaxis)をDXmax5
とするとき、反射面のDXmax5の値が、 |DXmax5|<0.5 ・・・(5−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, the one-time differential value DX in the X direction at the center of the screen
The difference (DX5−DX axis ) between the first derivative value DX5 in the X direction at the right end of the maximum angle of view in the X direction on the X axis and the X axis is DX max5
In this case, it is important that the value of DX max5 of the reflecting surface satisfies the following conditional expression: | DX max5 | <0.5 (5-1)

【0063】これは、画面中心を通る左右方向の直線、
例えば水平線等が弓なりに湾曲して観察される像歪みと
なる。この数値が上限の0.5を越えると、弓なりの像
歪みが下に凸に大きく発生し、他の面で補正することが
不可能となってしまう。
This is a straight line in the left-right direction passing through the center of the screen,
For example, a horizontal line or the like is curved in a bow shape, resulting in image distortion observed. If this numerical value exceeds the upper limit of 0.5, bow-shaped image distortion will be protruded largely downward, and it will be impossible to correct it on other surfaces.

【0064】さらに好ましくは、 |DXmax5|<0.1 ・・・(5−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に10度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(5−
1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression | DX max5 | <0.1 (5-2) is satisfied. Especially, in the case of a half angle of view exceeding 10 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy. Note that the upper limit is determined by the conditional expression (5-
Same as 1).

【0065】さらに好ましくは、 |DXmax5|<0.05 ・・・(5−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に15度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(5−
1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression | DX max5 | <0.05 (5-3). Especially, in the case of a half angle of view exceeding 15 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy. Note that the upper limit is determined by the conditional expression (5-
Same as 1).

【0066】さらに好ましくは、 |DXmax5|<0.02 ・・・(5−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に20度を
越える半画角の場合にはこの条件を満足することが重要
である。なお、上限については上記条件式(5−1)と
同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression | DX max5 | <0.02 (5-4) is satisfied. Especially, in the case of a half angle of view exceeding 20 degrees, this condition is satisfied. It is important to be satisfied. Note that the upper limit is the same as the conditional expression (5-1).

【0067】次に、画面中心のY方向の1回微分値DY
axisとX軸上のX方向最大画角の右端におけるY方向の
1回微分値DY5の差(DY5−DYaxis)をDYmax6
とするとき、反射面のDYmax6の値が、 |DYmax6|<0.5 ・・・(6−1) なる条件式を満足することが重要である。これは、画面
中心を通る左右方向の直線、例えば水平線等が弓なり湾
曲して観察される像歪みとなる。この数値が上限の0.
5を越えると、弓なりの像歪みが下に凸に大きく発生
し、他の面で補正することが不可能となってしまう。
Next, the one-time differential value DY in the Y direction of the screen center
The difference between the first derivative DY5 in the Y direction at the right end of the maximum angle of view in the X direction on the X axis and the X axis ( DY5 -DY axis ) is expressed as DY max6
In this case, it is important that the value of DY max6 of the reflecting surface satisfies the following conditional expression: | DY max6 | <0.5 (6-1) This is image distortion in which a straight line in the horizontal direction passing through the center of the screen, for example, a horizontal line or the like is bowed and curved and observed. This value is the upper limit of 0.
If it exceeds 5, bow-shaped image distortion will be generated convexly downward, and it will be impossible to correct it on other surfaces.

【0068】さらに好ましくは、 |DYmax6|<0.1 ・・・(6−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に10度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(6−
1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression | DY max6 | <0.1 (6-2) is satisfied. Especially, in the case of a half angle of view exceeding 10 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy. The upper limit is determined by the conditional expression (6-
Same as 1).

【0069】さらに好ましくは、 |DYmax6|<0.05 ・・・(6−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に15度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(6−
1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression | DY max6 | <0.05 (6-3) is satisfied. Especially, in the case of a half angle of view exceeding 15 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy. The upper limit is determined by the conditional expression (6-
Same as 1).

【0070】さらに好ましくは、 |DYmax6|<0.02 ・・・(6−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に20度を
越える半画角の場合にはこの条件を満足することが重要
である。なお、上限については上記条件式(6−1)と
同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression | DY max6 | <0.02 (6-4). Especially, in the case of a half angle of view exceeding 20 degrees, this condition should be satisfied. It is important to be satisfied. Note that the upper limit is the same as the conditional expression (6-1).

【0071】次に、TFC面のX方向の部分的曲率の有
効域内での最大値と最小値の差をDDXmax7とすると
き、以下の条件式を満たすことが重要である。
Next, when the difference between the maximum value and the minimum value within the effective region of the partial curvature of the TFC surface in the X direction is DDX max7 , it is important to satisfy the following conditional expression.

【0072】 DDXmax7<0.5 (1/mm) ・・・(7−1) この条件は、X軸方向に曲率が変化し難いことが像面湾
曲、特にX軸方向の像面湾曲を少なくするために重要で
あることを示す。偏心して配置された反射面のX方向の
曲率の差が上限の0.5を越えると、像面湾曲が大きく
なり、平坦な像面を得ることが難しくなる。
DDX max7 <0.5 (1 / mm) (7-1) Under this condition, curvature of field is difficult to change in the X-axis direction. Show that it is important to reduce. If the difference in the curvature in the X direction of the eccentrically arranged reflecting surface exceeds the upper limit of 0.5, the curvature of field increases, and it becomes difficult to obtain a flat image surface.

【0073】さらに好ましくは、 DDXmax7<0.1 (1/mm) ・・・(7−2) なる条件を満足すると、周辺まで良好に補正された像を
得ることが可能となる。
More preferably, if the condition of DDX max7 <0.1 (1 / mm) (7-2) is satisfied, it is possible to obtain an image in which the periphery is well corrected.

【0074】さらに好ましくは、 DDXmax7<0.05(1/mm) ・・・(7−3) なる条件を満足すると、周辺までさらに良好に補正され
た像を得ることが可能となる。
More preferably, if the condition of DDX max7 <0.05 (1 / mm) ... (7-3) is satisfied, it is possible to obtain an image that is corrected even better to the periphery.

【0075】次に、TFC面のY方向の部分的曲率の有
効域内での最大値と最小値の差をDDYmax8とすると
き、以下の条件式を満たすことが重要である。
Next, when the difference between the maximum value and the minimum value within the effective area of the partial curvature in the Y direction of the TFC surface is DDY max8 , it is important to satisfy the following conditional expression.

【0076】 DDYmax8<0.5 (1/mm) ・・・(8−1) この条件は、Y軸方向に曲率が変化し難いことが像面湾
曲、特にY軸方向の像面湾曲を少なくするために重要で
あることを示す。偏心して配置された反射面のY方向の
曲率の差が上限の0.5を越えると、像面湾曲が大きく
なり、平坦な像面を得ることが難しくなる。
DDY max8 <0.5 (1 / mm) (8-1) Under these conditions, it is difficult to change the curvature in the Y-axis direction. Show that it is important to reduce. If the difference in curvature in the Y direction between the eccentrically arranged reflecting surfaces exceeds the upper limit of 0.5, the curvature of field increases, and it becomes difficult to obtain a flat image surface.

【0077】さらに好ましくは、 DDYmax8<0.1 (1/mm) ・・・(8−2) なる条件を満足すると、周辺まで良好に補正された像を
得ることが可能となる。
More preferably, if the condition of DDY max8 <0.1 (1 / mm) (8-2) is satisfied, it is possible to obtain an image in which the periphery is well corrected.

【0078】さらに好ましくは、 DDYmax8<0.05(1/mm) ・・・(8−3) なる条件をともに満足すると、周辺までさらに良好に補
正された像を得ることが可能となる。
More preferably, if the conditions of DDY max8 <0.05 (1 / mm) ... (8-3) are both satisfied, it is possible to obtain an image with even better correction up to the periphery.

【0079】次に、有効面内の各光線が面に当たる位置
での|X方向の曲率/Y方向の曲率|=|DDXn|/
|DDYn|(nは主光線の番号〜に対応して1〜
6)をDDxy9 とするとき、反射面の有効領域全てでD
xy9 が、 0.01<DDxy9 <40 ・・・(9−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, the curvature in the X direction / the curvature in the Y direction at the position where each ray in the effective surface strikes the surface | = | DDXn | /
| DDYn | (where n is 1 to corresponding to the number of the principal ray)
When 6) is DD xy9 , D is the same in the entire effective area of the reflection surface.
It is important that D xy9 satisfies the following conditional expression: 0.01 <DD xy9 <40 (9-1).

【0080】これは、有効領域のX方向の結像位置とY
方向の結像位置の比に相当し、非点収差が良好に補正さ
れているための条件である。下限の0.01を越える
と、X方向の光線がY方向の光線に対して光学系側によ
り近く結像してしまい、非点収差の発生が大きくなる。
逆に、上限の40を越えると、X方向の光線がY方向の
光線に対して光学系より遠くに結像してしまい、非点収
差が逆に大きく発生してしまい、共に他の面で補正する
ことが不可能となってしまう。ただし、トーリック面等
のY軸とX軸の両方に対して対称性を持つ面の場合は本
条件内に入るが、コマ収差と像歪みの発生が大きくなっ
てしまう。
This is the image formation position in the X direction of the effective area and Y.
This is a condition for astigmatism being corrected satisfactorily, which corresponds to the ratio of the imaging positions in the directions. If the lower limit of 0.01 is exceeded, the light beam in the X direction forms an image closer to the optical system than the light beam in the Y direction, and astigmatism is more likely to occur.
Conversely, if the value exceeds the upper limit of 40, light rays in the X direction are imaged farther than the optical system with respect to light rays in the Y direction, and astigmatism is greatly generated. Correction becomes impossible. However, in the case of a surface having symmetry with respect to both the Y axis and the X axis, such as a toric surface, this condition is satisfied, but the occurrence of coma aberration and image distortion increases.

【0081】さらに好ましくは、 0.1<DDxy9 <20 ・・・(9−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important that the conditional expression 0.1 <DD xy9 <20 (9-2) is satisfied, and particularly in the case of a half angle of view exceeding 20 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy.

【0082】さらに好ましくは、 0.3<DDxy9 <10 ・・・(9−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important that the conditional expression of 0.3 <DD xy9 <10 (9-3) is satisfied. Especially, in the case of a half angle of view exceeding 25 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy.

【0083】さらに好ましくは、 0.5<DDxy9 <6 ・・・(9−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of 0.5 <DD xy9 <6 (9-4). Especially, in the case of a half angle of view exceeding 30 degrees, this condition is satisfied. Is important to satisfy.

【0084】[0084]

【発明の実施の形態】次に、本発明の結像光学系の実施
例1〜6について説明する。実施例1〜6の断面図をそ
れぞれ図1〜図6に示す。後記する数値データにおい
て、面番号は物体面から結像面に至る順追跡の順での光
学系を構成する面の番号で示してあるが、物体面と結像
面を入れ換えて逆追跡の面番号としても光学的に等価で
ある。また、面間隔は前の面と次の面の間の軸上主光線
に沿って測った長さを(ただし、反射後には符号が反転
する。)、偏心は入射軸上主光線に対する面の定義軸の
ティルト角(°)(反時計周りを正にとる。)を示す。
屈折率は実施例1〜3は波長660nmに対する値を、
実施例4〜6はd線に対する値を示す。なお、長さの単
位はmmである。
Embodiments 1 to 6 of the image forming optical system of the present invention will be described below. Cross-sectional views of Examples 1 to 6 are shown in FIGS. 1 to 6, respectively. In the numerical data described later, the surface number is shown as the number of the surface that constitutes the optical system in the order of the order tracking from the object plane to the image plane. The numbers are also optically equivalent. The surface interval is the length measured along the axial principal ray between the previous surface and the next surface (however, the sign is inverted after reflection), and the eccentricity is the distance of the surface relative to the incident axial principal ray. Indicates the tilt angle (°) of the definition axis (positive in the counterclockwise direction).
The refractive index of Examples 1 to 3 is a value for a wavelength of 660 nm,
Examples 4 to 6 show values for the d line. The unit of the length is mm.

【0085】また、後記する数値データにおいて、自由
曲面の面の形状は、前記の式(a)により定義され、そ
のY軸とZ軸は図の紙面内にあり、このY−Z面が対称
面を1面しか持たない自由曲面の対称面となる。なお、
データの記載されていない次数に関する項は0である。
In the numerical data described later, the shape of the surface of the free-form surface is defined by the above equation (a), the Y axis and the Z axis of which are in the plane of the drawing, and the YZ plane is symmetrical. It is a symmetrical surface of a free-form surface that has only one surface. In addition,
The term relating to the order for which no data is described is zero.

【0086】さて、実施例1〜6は何れも、五角プリズ
ム状の屈折率が1より大きい媒質からなるプリズム体を
形成する4つの光学面の中の、2つの反射面を含む2な
いし3つの光学面を対称面を1面しか持たない自由曲面
で構成し、残りの2面ないし1面を球面で構成すること
によって、このプリズム体に結像性能を持たせたもので
ある。
In each of Examples 1 to 6, two to three of the four optical surfaces forming the prism body made of a pentagonal prism-shaped medium made of a medium having a refractive index larger than 1 including two reflecting surfaces are included. By forming the optical surface by a free-form surface having only one symmetrical surface and the remaining two surfaces or one surface by a spherical surface, the prism body is provided with image forming performance.

【0087】すなわち、実施例1、2は、それぞれ図
1、図2に断面を示すように、第1面1、第2面2、第
3面3、第4面4からなる五角プリズム状のプリズム体
5であり、第1面1と第4面4が屈折面、第2面2と第
3面3が反射面であり、第1面1は球面、第2面2、第
3面3、第4面4は自由曲面からなる。カバーガラス6
の裏面に設けられた物体面Oからの光線は、カバーガラ
ス6を経てプリズム体5の第1面1から入射し、第2面
2と第3面3で順に反射され、反射光は第1面1から第
2面2に到る光線と交差して第4面4からプリズム体5
の外へ射出し、像面Iに到る。これらの実施例は、水平
画角(紙面に垂直方向の画角)50度、垂直画角(紙面
内の画角)37度、共軸系に換算しての焦点距離6m
m、瞳径1.7857mmの結像光学系である。
In other words, the first and second embodiments are pentagonal prism-shaped having the first surface 1, the second surface 2, the third surface 3 and the fourth surface 4, as shown in the cross sections of FIGS. 1 and 2, respectively. It is a prism body 5, the first surface 1 and the fourth surface 4 are refracting surfaces, the second surface 2 and the third surface 3 are reflecting surfaces, the first surface 1 is a spherical surface, the second surface 2 and the third surface 3 The fourth surface 4 is a free-form surface. Cover glass 6
The light beam from the object surface O provided on the back surface of the prism body 5 is incident on the first surface 1 of the prism body 5 through the cover glass 6 and is reflected by the second surface 2 and the third surface 3 in order. The prism body 5 intersects with the light beam reaching the second surface 2 from the surface 1
To the image plane I. In these examples, the horizontal angle of view (the angle of view in the direction vertical to the paper surface) is 50 degrees, the vertical angle of view (the angle of view within the paper surface) is 37 degrees, and the focal length is 6 m when converted to the coaxial system.
m is an imaging optical system with a pupil diameter of 1.7857 mm.

【0088】実施例3は、図3に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面
1、第4面は球面、第2面2、第3面3は自由曲面から
なる。物体面Oからの光線は、プリズム体5の第1面1
から入射し、第2面2と第3面3で順に反射され、反射
光は第1面1から第2面2に到る光線と交差して第4面
4からプリズム体5の外へ射出し、カバーガラス6を経
てその裏面に設けられた像面Iに到る。この実施例は、
水平画角(紙面に垂直方向の画角)50度、垂直画角
(紙面内の画角)37度、共軸系に換算しての焦点距離
6mm、瞳径1.7857mmの結像光学系である。
The third embodiment is a pentagonal prism-shaped prism body 5 having a first surface 1, a second surface 2, a third surface 3 and a fourth surface 4, as shown in the cross section of FIG. The surfaces 1 and 4 are refracting surfaces, the second surface 2 and the third surface 3 are reflecting surfaces, the first surface 1 and the fourth surface are spherical surfaces, and the second surface 3 and the third surface 3 are free-form surfaces. Become. The light rays from the object plane O are reflected on the first surface 1 of the prism body 5.
From the second surface 2 and the third surface 3, and the reflected light intersects with the light beam from the first surface 1 to the second surface 2 and exits from the fourth surface 4 to the outside of the prism body 5. Then, the image reaches the image plane I provided on the back surface through the cover glass 6. This example is
An imaging optical system having a horizontal angle of view (angle of view in the direction perpendicular to the paper) of 50 degrees, a vertical angle of view (angle of view in the plane of the paper) of 37 degrees, a focal length of 6 mm in terms of a coaxial system, and a pupil diameter of 1.7857 mm. It is.

【0089】実施例4は、図4に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面1
は球面、第2面2、第3面3、第4面4は自由曲面から
なる。この光学系は投影光学系であり、無限遠からの物
体光は、プリズム体5の第1面1から入射し、第2面2
と第3面3で順に反射され、反射光は第1面1から第2
面2に到る光線と交差して第4面4からプリズム体5の
外へ射出し、カバーガラス6を経てその裏面に設けられ
た像面Iに到る。この実施例は、物体高X軸方向(紙面
に垂直方向)1.447mm、Y軸方向(紙面内の方
向)1.0915mm、物体側NA(開口数)0.03
57の投影光学である。
Example 4 is a pentagonal prism-shaped prism body 5 having a first surface 1, a second surface 2, a third surface 3 and a fourth surface 4, as shown in the cross section of FIG. The first surface 1 and the fourth surface 4 are refracting surfaces, and the second surface 2 and the third surface 3 are reflecting surfaces.
Is a spherical surface, the second surface 2, the third surface 3, and the fourth surface 4 are free-form surfaces. This optical system is a projection optical system, and object light from infinity enters from a first surface 1 of a prism body 5 and a second surface 2
And the third surface 3 in order, and the reflected light is reflected from the first surface 1
The light intersects with the light beam reaching the surface 2, exits from the fourth surface 4 to the outside of the prism body 5, passes through the cover glass 6, and reaches the image plane I provided on the back surface thereof. In this embodiment, the object height is 1.447 mm in the X-axis direction (perpendicular to the paper surface), 1.0915 mm in the Y-axis direction (direction in the paper surface), and the object-side NA (numerical aperture) is 0.03 mm.
57 is a projection optical system.

【0090】実施例5は、図5に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面
1、第2面2、第3面3は自由曲面、第4面4は球面か
らなる。この光学系は投影光学系であり、無限遠からの
物体光は、プリズム体5の第1面1から入射し、第2面
2と第3面3で順に反射され、反射光は第1面1から第
2面2に到る光線と交差して第4面4からプリズム体5
の外へ射出し、カバーガラス6を経てその裏面に設けら
れた像面Iに到る。この実施例は、物体高X軸方向(紙
面に垂直方向)1.447mm、Y軸方向(紙面内の方
向)1.0915mm、物体側NA(開口数)0.03
57の投影光学である。
The fifth embodiment is a pentagonal prism-shaped prism body 5 having a first surface 1, a second surface 2, a third surface 3 and a fourth surface 4, as shown in the cross section of FIG. The surfaces 1 and 4 are refracting surfaces, the second surface 2 and the third surface 3 are reflecting surfaces, the first surface 1, the second surface 2 and the third surface 3 are free-form surfaces, and the fourth surface 4 is a spherical surface. Consists of. This optical system is a projection optical system, and object light from infinity enters from a first surface 1 of a prism body 5 and is reflected by a second surface 2 and a third surface 3 in order. From the fourth surface 4 to the prism body 5
And reaches the image plane I provided on the back surface through the cover glass 6. In this embodiment, the object height is 1.447 mm in the X-axis direction (perpendicular to the paper surface), 1.0915 mm in the Y-axis direction (direction in the paper surface), and the object-side NA (numerical aperture) is 0.03 mm.
57 is a projection optical system.

【0091】実施例6は、図6に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面1
は球面、第2面2、第3面3、第4面4は自由曲面球面
からなる。この光学系は投影光学系であり、無限遠から
の物体光は、別体の絞りを経て、プリズム体5の第1面
1から入射し、第2面2と第3面3で順に反射され、反
射光は第1面1から第2面2に到る光線と交差して第4
面4からプリズム体5の外へ射出し、カバーガラス6を
経てその裏面に設けられた像面Iに到る。この実施例
は、物体高X軸方向(紙面に垂直方向)4.02mm、
Y軸方向(紙面内の方向)3.03mm、物体側NA
(開口数)0.0129の投影光学である。
The sixth embodiment is a pentagonal prism-shaped prism body 5 having a first surface 1, a second surface 2, a third surface 3 and a fourth surface 4, as shown in the cross section of FIG. The first surface 1 and the fourth surface 4 are refracting surfaces, and the second surface 2 and the third surface 3 are reflecting surfaces.
Is a spherical surface, and the second surface 2, the third surface 3, and the fourth surface 4 are free-form spherical surfaces. This optical system is a projection optical system, and object light from infinity passes through a separate stop, enters from the first surface 1 of the prism body 5, is reflected by the second surface 2 and the third surface 3 in order, The reflected light intersects with the light beam from the first surface 1 to the second surface 2 and
The light is emitted from the surface 4 to the outside of the prism body 5, reaches the image plane I provided on the back surface of the prism body 5 via the cover glass 6. In this embodiment, the object height is 4.02 mm in the X-axis direction (perpendicular to the paper),
3.03 mm in Y-axis direction (direction in the plane of the paper), NA on the object side
(Numerical aperture) 0.0129.

【0092】以下に、上記実施例1〜6の構成パラメー
タを示す。 実施例1 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ 2 1.51374 1 ∞ 0.1 2 5.14554 5 1.52246 3(反射面) 自由曲面(絞り) -4 22.5 ° 1.52246 4(反射面) 自由曲面 5 22.5 ° 1.52246 5 自由曲面 10 像 面 ∞ 10.85° 自由曲面 C5 -1.7259×10-27 -2.7401×10-28 1.1803×10-310 1.4324×10-312 5.2923×10-4 自由曲面 C5 2.4038×10-27 2.0287×10-28 1.8232×10-310 2.3734×10-312 -4.2358×10-514 -1.4306×10-316 -2.1648×10-417 -1.5709×10-519 2.5253×10-421 -9.0495×10-5 自由曲面 C5 2.0512×10-27 -6.8638×10-38 1.4451×10-210 1.1589×10-212 2.9399×10-314 -7.5491×10-416 6.6724×10-417 1.4057×10-419 -6.7043×10-521 -1.4187×10-4
The constituent parameters of Examples 1 to 6 are shown below. Example 1 Surface No. Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Object Surface ∞ 2 1.51374 1 ∞ 0.1 2 5.14554 5 1.52246 3 (Reflective Surface) Free Curved Surface (Aperture) -4 22.5 ° 1.52246 4 (Reflective Surface) Free Curved Surface 5 22.5 ° 1.52246 5 Free-form surface 10 Image surface ∞ 10.85 ° Free-form surface C 5 -1.7259 × 10 -2 C 7 -2.7401 × 10 -2 C 8 1.1803 × 10 -3 C 10 1.4324 × 10 -3 C 12 5.2923 × 10 -4 Free-form surface C 5 2.4038 × 10 -2 C 7 2.0287 × 10 -2 C 8 1.8232 × 10 -3 C 10 2.3734 × 10 -3 C 12 -4.2358 × 10 -5 C 14 -1.4306 × 10 -3 C 16 -2.1648 × 10 - 4 C 17 -1.5709 × 10 -5 C 19 2.5253 × 10 -4 C 21 -9.0495 × 10 -5 Free-form surface C 5 2.0 512 × 10 -2 C 7 -6.8638 × 10 -3 C 8 1.4451 × 10 -2 C 10 1.1589 × 10 -2 C 12 2.9399 × 10 -3 C 14 -7.5491 × 10 -4 C 16 6.6724 × 10 -4 C 17 1.4057 × 10 -4 C 19 -6.7043 × 10 -5 C 21 -1.4187 × 10 -4 .

【0093】実施例2 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ 2 1.51374 1 ∞ 3.2357 2 4.138 (絞り) 8.0000 1.52246 3(反射面) 自由曲面 -6.0000 22.5 ° 1.52246 4(反射面) 自由曲面 7.0000 22.5 ° 1.52246 5 自由曲面 9.7955 像 面 ∞ 6.57° 自由曲面 C5 -1.3741×10-27 -1.5219×10-28 4.1326×10-410 -1.1718×10-412 2.7049×10-414 4.1434×10-416 2.7833×10-417 -7.9413×10-619 -3.9758×10-621 -9.7917×10-6 自由曲面 C5 8.8248×10-37 1.2101×10-28 9.7701×10-410 3.0621×10-412 1.1704×10-414 5.0194×10-516 4.4158×10-517 -2.2647×10-519 -2.2923×10-521 -9.9488×10-6 自由曲面 C5 4.8179×10-27 5.8589×10-28 6.3509×10-310 2.1715×10-312 1.0285×10-3Example 2 Surface number Curvature radius Spacing Decentering Refractive index Object surface ∞ 2 1.51374 1 ∞ 3.2357 2 4.138 (Aperture) 8.0000 1.52246 3 (Reflecting surface) Free curved surface -6.0000 22.5 ° 1.52246 4 Free reflecting surface 7.0000 22.5 ° 1.52246 5 free curved 9.7955 plane ∞ 6.57 ° free curved surface C 5 -1.3741 × 10 -2 C 7 -1.5219 × 10 -2 C 8 4.1326 × 10 -4 C 10 -1.1718 × 10 -4 C 12 2.7049 × 10 - 4 C 14 4.1434 × 10 -4 C 16 2.7833 × 10 -4 C 17 -7.9413 × 10 -6 C 19 -3.9758 × 10 -6 C 21 -9.7917 × 10 -6 Free-form surface C 5 8.8 248 × 10 -3 C 7 1.2101 × 10 -2 C 8 9.7701 × 10 -4 C 10 3.062 1 × 10 -4 C 12 1.1704 × 10 -4 C 14 5.0194 × 10 -5 C 16 4.4158 × 10 -5 C 17 -2.2647 × 10 -5 C 19 -2.2923 × 10 -5 C 21 -9.9488 × 10 -6 free curved surface C 5 4.8179 × 10 -2 C 7 5.8589 × 10 -2 C 8 6.3509 × 10 -3 C 10 2.1715 × 10 -3 C 12 1.0285 × 10 - 3 .

【0094】実施例3 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ 22.1708 1 4.390 4.0000 1.52246 2(反射面) 自由曲面(絞り) -3.0000 1.52246 3(反射面) 自由曲面 4.0000 22.5 ° 1.52246 4 -42.808 1.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51374 像 面 ∞ -0.21° 自由曲面 C5 -4.4927×10-37 -5.0638×10-38 1.1087×10-410 6.7113×10-519 7.2815×10-3 自由曲面 C5 5.9327×10-37 7.3558×10-38 2.4745×10-410 2.6009×10-412 -1.0058×10-314 -1.0969×10-316 -1.3196×10-317 8.6909×10-519 2.2790×10-421 7.8089×10-523 1.0124×10-325 -1.4448×10-327 8.5070×10-429 6.4542×10-4Example 3 Surface number Curvature radius Spacing Decentering Refractive index Object surface ∞ 22.1708 1 4.390 4.0000 1.52246 2 (Reflecting surface) Free curved surface (Aperture) -3.0000 1.52246 3 (Reflecting surface) Free curved surface 4.0000 22.5 ° 1.52246 4 -42.808 1.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51374 image plane ∞ -0.21 ° free curved surface C 5 -4.4927 × 10 -3 C 7 -5.0638 × 10 -3 C 8 1.1087 × 10 -4 C 10 6.7113 × 10 -5 C 19 7.2815 × 10 - 3 Free-form surface C 5 5.9327 × 10 -3 C 7 7.3558 × 10 -3 C 8 2.4745 × 10 -4 C 10 2.6009 × 10 -4 C 12 -1.0058 × 10 -3 C 14 -1.0969 × 10 -3 C 16- 1.3196 × 10 -3 C 17 8.6909 × 10 -5 C 19 2.2790 × 10 -4 C 21 7.8089 × 10 -5 C 23 1.0124 × 10 -3 C 25 -1.4448 × 10 -3 C 27 8.5070 × 10 -4 C 29 6.4542 × 10 -4 .

【0095】実施例4 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ ∞ 1 -15.445 10.0000 1.5254 2(反射面) 自由曲面(絞り) -8.0000 1.5254 3(反射面) 自由曲面 10.0000 22.5 ° 1.5254 4 自由曲面 2.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51633 像 面 ∞ 自由曲面 C5 -2.1823×10-37 -7.2575×10-38 5.3928×10-5 C10 -2.2392×10-4 自由曲面 C5 1.3258×10-27 8.2532×10-38 1.1914×10-410 1.9741×10-412 -5.4958×10-514 -6.2520×10-516 2.9156×10-517 3.0366×10-519 7.1622×10-521 -1.7677×10-523 -2.2836×10-625 -1.0994×10-527 8.0997×10-629 -2.6965×10-530 -2.0544×10-632 6.4715×10-634 -1.1104×10-536 3.6881×10-6 自由曲面 C5 -1.3951×10-17 -1.8229×10-18 5.8170×10-410 3.6935×10-312 2.8695×10-314 6.2821×10-316 3.6956×10-317 4.3385×10-419 1.0779×10-421 -2.6104×10-423 -7.1825×10-525 -1.2960×10-427 -1.6079×10-429 -7.7523×10-530 -2.7657×10-532 1.5948×10-534 -1.3703×10-536 7.5755×10-6Example 4 Surface number Curvature radius Spacing Decentering Refractive index Object surface ∞ ∞ 1 -15.445 10.0000 1.5254 2 (Reflecting surface) Free curved surface (Aperture) -8.0000 1.5254 3 (Reflecting surface) Free curved surface 10.0000 22.5 ° 1.5254 4 Free curved surface 2.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51633 Image plane ∞ Free-form surface C 5 -2.1823 × 10 -3 C 7 -7.2575 × 10 -3 C 8 5.3928 × 10 -5 C 10 -2.2392 × 10 -4 Free-form surface C 5 1.3258 × 10 -2 C 7 8.2532 × 10 -3 C 8 1.1914 × 10 -4 C 10 1.9741 × 10 -4 C 12 -5.4958 × 10 -5 C 14 -6.2520 × 10 -5 C 16 2.9156 × 10 -5 C 17 3.0366 × 10 -5 C 19 7.1622 × 10 -5 C 21 -1.7677 × 10 -5 C 23 -2.2836 × 10 -6 C 25 -1.0994 × 10 -5 C 27 8.0997 × 10 -6 C 29 -2.6965 × 10 -5 C 30 -2.0544 x 10 -6 C 32 6.4715 x 10 -6 C 34 -1.1 104 x 10 -5 C 36 3.6881 x 10 -6 free-form surface C 5 -1.3951 x 10 -1 C 7 -1.8229 x 10 -1 C 8 5.8170 × 10 -4 C 10 3.6935 × 10 -3 C 12 2.8695 × 10 -3 C 14 6.2821 × 10 -3 C 16 3.6956 × 10 -3 C 17 4.3385 × 10 -4 C 19 1.0779 × 10 -4 C 21 -2.6 104 × 10 -4 C 23 -7.1825 × 10 -5 C 25 -1.2960 × 10 -4 C 27 -1.6079 × 10 -4 C 29 -7.7523 × 10 -5 C 30 -2.7657 × 10 -5 C 32 1.5948 × 10 -5 C 34 -1.3703 x 10 -5 C 36 7.5755 x 10 -6 .

【0096】実施例5 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ ∞ 1 自由曲面 12.0000 1.5254 2(反射面) 自由曲面(絞り) -8.0000 1.5254 3(反射面) 自由曲面 12.0000 22.5 ° 1.5254 4 -9.002 2.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51633 像 面 ∞ -4.49° 自由曲面 C5 1.5730×10-27 -7.8390×10-28 4.5149×10-410 2.9787×10-412 -5.5892×10-514 4.5865×10-416 3.1477×10-417 6.4385×10-619 -8.3800×10-5 C21 -1.0065×10-6 自由曲面 C5 3.2524×10-27 -1.0185×10-28 -1.7137×10-310 -6.8674×10-412 -3.9125×10-414 -5.1878×10-416 2.0601×10-5 自由曲面 C5 2.7073×10-27 1.3793×10-28 -3.6082×10-410 -3.8227×10-512 1.0380×10-514 -1.4753×10-416 -5.0446×10-517 -2.2375×10-619 -1.2995×10-521 3.1799×10-7Example 5 Surface number Curvature radius Spacing Decentering Refractive index Object plane ∞ ∞ 1 Free curved surface 12.0000 1.5254 2 (Reflective surface) Free curved surface (Aperture) -8.0000 1.5254 3 (Reflective surface) Free curved surface 12.0000 22.5 ° 1.5254 4 -9.002 2.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51633 Image plane ∞ -4.49 ° Free-form surface C 5 1.5730 × 10 -2 C 7 -7.8390 × 10 -2 C 8 4.5149 × 10 -4 C 10 2.9787 × 10 -4 C 12 -5.5892 × 10 -5 C 14 4.5865 × 10 -4 C 16 3.1477 × 10 -4 C 17 6.4385 × 10 -6 C 19 -8.3 800 × 10 -5 C 21 -1.0065 × 10 -6 Free-form surface C 5 3.2524 × 10 -2 C 7 -1.0185 x 10 -2 C 8 -1.7137 x 10 -3 C 10 -6.8 674 x 10 -4 C 12 -3.9 125 x 10 -4 C 14 -5.1878 x 10 -4 C 16 2.060 1 x 10 -5 free-form surface C 5 2.7073 × 10 -2 C 7 1.3793 × 10 -2 C 8 -3.6082 × 10 -4 C 10 -3.8227 × 10 -5 C 12 1.0380 × 10 -5 C 14 -1.4753 × 10 -4 C 16 -5.0446 × 10 -5 C 17 -2.2375 x 10 -6 C 19 -1.2995 x 10 -5 C 21 3.1799 x 10 -7 .

【0097】実施例6 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ (絞り) 1.0000 2 -4.932 12.0000 1.5254 3(反射面) 自由曲面 -8.0000 1.5254 4(反射面) 自由曲面 10.0000 22.5 ° 1.5254 5 自由曲面 2.0000 22.5 ° 6 ∞ 2.0000 1.51633 像 面 ∞ 自由曲面 C5 -7.2939×10-37 -1.4353×10-28 -3.5114×10-410 -3.3815×10-412 3.1703×10-514 -2.6397×10-516 3.2783×10-517 2.1756×10-619 5.8039×10-621 -5.2429×10-6 自由曲面 C5 1.7055×10-27 1.2235×10-28 -2.9021×10-510 -1.8169×10-412 3.4015×10-514 1.4158×10-5 C16 3.8495×10-517 1.1846×10-619 5.3599×10-621 -4.2183×10-6 自由曲面 C5 1.4365×10-27 -5.2713×10-28 -6.0365×10-410 -2.1749×10-312 1.0886×10-314 2.4072×10-316 1.1789×10-317 2.5576×10-419 1.4731×10-421 -2.1692×10-4Example 6 Surface number Curvature radius Spacing Decentering Refractive index Object plane ∞ ∞ 1 ∞ (Aperture) 1.0000 2 -4.932 12.0000 1.5254 3 (Reflecting surface) Free-form surface -8.0000 1.5254 4 (Reflecting surface) Free-form surface 10.0000 22.5 ° 1.5254 5 Free-form surface 2.0000 22.5 ° 6 ∞ 2.0000 1.51633 Image plane ∞ Free-form surface C 5 -7.2939 × 10 -3 C 7 -1.4353 × 10 -2 C 8 -3.5114 × 10 -4 C 10 -3.3815 × 10 -4 C 12 3.1703 × 10 -5 C 14 -2.6397 × 10 -5 C 16 3.2783 × 10 -5 C 17 2.1756 × 10 -6 C 19 5.8039 × 10 -6 C 21 -5.2429 × 10 -6 Free-form surface C 5 1.7055 × 10 -2 C 7 1.2235 × 10 -2 C 8 -2.9021 × 10 -5 C 10 -1.8169 × 10 -4 C 12 3.4015 × 10 -5 C 14 1.4158 × 10 -5 C 16 3.8495 × 10 -5 C 17 1.1846 × 10 - 6 C 19 5.3599 × 10 -6 C 21 -4.2 183 × 10 -6 Free-form surface C 5 1.4365 × 10 -2 C 7 -5.2713 × 10 -2 C 8 -6.0365 × 10 -4 C 10 -2.1749 × 10 -3 C 12 1.0886 × 10 -3 C 14 2.407 2 × 10 -3 C 16 1.1789 × 10 -3 C 17 2.5576 × 10 -4 C 19 1.4731 × 10 -4 C 21 -2.1692 × 10 -4 .

【0098】次に、上記実施例2の横収差図を図7、図
8に示す。これらの横収差図において、括弧内に示され
た数字は(水平画角(紙面に垂直方向の画角),垂直画
角(紙面内の画角))を表し、その画角における横収差
を示す。実施例6の同様の横収差図を図9、図10に示
す。
Next, FIGS. 7 and 8 are lateral aberration diagrams of the second embodiment. In these lateral aberration diagrams, the numbers shown in parentheses represent (horizontal angle of view (angle of view in the direction perpendicular to the paper surface), vertical angle of view (angle of view in the paper surface)). Show. Similar lateral aberration diagrams of the sixth embodiment are shown in FIGS.

【0099】以下に、本発明の各実施例における前記条
件式(A−1)、(B−1)、(1−1)〜(9−1)
に関するパラメータの値を示す(条件式(9−1)以外
につては、上段が第1の反射面2、下段が第2の反射面
3に関する値を示し、条件式(9−1)については、上
段がそれぞれの反射面の最小値、下段が最大値を示
す。)。
The conditional expressions (A-1), (B-1), (1-1) to (9-1) in each example of the present invention will be described below.
The values of the parameters regarding (the conditional expression (9-1), the upper part shows the values for the first reflecting surface 2 and the lower part shows the values for the second reflecting surface 3, and regarding the conditional expression (9-1), , The upper row shows the minimum value of each reflective surface, and the lower row shows the maximum value.)

【0100】 [0100] .

【0101】以上の実施例では、前記定義式(a)の自
由曲面で構成したが、あらゆる定義の曲面が使えること
はいうまでもない。しかし、どのような定義式を用いよ
うとも、本発明に示されている条件式を単独で、あるい
は、組み合わせて満足しても、また、いくつかを満足す
ることでも、収差の非常に良く補正された結像光学系を
得られることはいうまでもない。なお、偏心を無視して
面を定義する座標系の中心で規定される面の曲率、面の
焦点距離等の従来の無偏心系で使われる条件式は、本発
明のように各面が大きく偏心して配置されている場合に
は、なんら意味を持たない。
In the above embodiments, the free-form surface of the above-mentioned definition formula (a) is used, but it goes without saying that a curved surface of any definition can be used. However, no matter what definition formula is used, aberrations can be corrected very well by satisfying the conditional expressions shown in the present invention alone or in combination, or by satisfying some of them. Needless to say, the obtained imaging optical system can be obtained. Note that the conditional expressions used in the conventional non-eccentric system such as the curvature of the surface defined by the center of the coordinate system that defines the surface ignoring the eccentricity and the focal length of the surface are large for each surface as in the present invention. If it is eccentric, it has no meaning.

【0102】以上の本発明の結像光学系は例えば次のよ
うに構成することができる。 〔1〕 少なくとも偏心光学系を有し、物体からの光を
撮像素子面上に結像させる結像光学系において、前記結
像光学系が少なくとも1面の反射作用を有する反射面を
備え、前記反射面の少なくとも1面の面形状が、その面
内及び面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を
1つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴とす
る結像光学系。
The above-described image forming optical system of the present invention can be constructed, for example, as follows. [1] In an image forming optical system having at least a decentering optical system and forming an image of light from an object on a surface of an image sensor, the image forming optical system includes at least one reflecting surface having a reflecting action, An image forming optical system, characterized in that at least one of the reflecting surfaces has a surface symmetry free-form surface having no rotational symmetry axis both inside and outside the surface and having only one symmetry surface. .

【0103】〔2〕 前記反射面が、物体側から瞳中心
を通り前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光
線が前記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によ
って定義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、か
つ、前記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY
軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定
義したときに、以下の条件(A−1)を満足することを
特徴とする上記〔1〕記載の結像光学系。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) ただし、RXは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
分のX方向の曲率である。
[2] The reflecting surface is defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial chief ray reaching the image forming position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the image forming optical system. The defined optical axis is the Z-axis, the axis orthogonal to the Z-axis and in the decentered plane of each of the surfaces forming the imaging optical system is Y.
When the axis is defined as an axis and the axis orthogonal to the Z axis and the Y axis is defined as the X axis, the following condition (A-1) is satisfied: . | RX | <0.5 (1 / mm) (A-1) where RX is the curvature in the X direction of the portion where the axial principal ray hits the reflection surface.

【0104】〔3〕 前記反射面が、物体側から瞳中心
を通り前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光
線が前記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によ
って定義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、か
つ、前記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY
軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定
義したときに、以下の条件(B−1)を満足することを
特徴とする上記〔1〕記載の結像光学系。 |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RYは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
分のY方向の曲率である。
[3] The reflecting surface is defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the image forming position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the image forming optical system. The defined optical axis is the Z-axis, the axis orthogonal to the Z-axis and in the decentered plane of each of the surfaces forming the imaging optical system is Y.
When the axis is defined as an axis and an axis orthogonal to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis, the following condition (B-1) is satisfied, and the imaging optical system according to the above [1]. . | RY | <0.5 (1 / mm) (B-1) where RY is the curvature in the Y direction of the portion where the axial principal ray hits the reflection surface.

【0105】〔4〕 前記反射面が、物体側から瞳中心
を通り前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光
線が前記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によ
って定義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、か
つ、前記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY
軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定
義したときに、以下の条件(A−1)及び(B−1)を
満足することを特徴とする上記〔1〕記載の結像光学
系。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RX、RYはそれぞれ前記反射面に前記軸上主
光線が当たる部分のX方向、Y方向の曲率である。
[4] The reflecting surface is defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the image forming position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the image forming optical system. The defined optical axis is the Z-axis, the axis orthogonal to the Z-axis and in the decentered plane of each of the surfaces forming the imaging optical system is Y.
The following conditions (A-1) and (B-1) are satisfied when the axis is defined as the X axis and the axis orthogonal to the Z axis and the Y axis is defined as the X axis [1]. The imaging optical system described. | RX | <0.5 (1 / mm) (A-1) | RY | <0.5 (1 / mm) (B-1) where RX and RY are the reflection surfaces, respectively. Are the curvatures in the X and Y directions of the portion where the axial chief ray hits.

【0106】〔5〕 前記反射面が以下の条件(A−
2)を満足する上記〔2〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RX|<0.1 ・・・(A−2)。
[5] The reflective surface has the following condition (A-
The imaging optical system according to the above [2] or [4], which satisfies 2). | RX | <0.1 ... (A-2).

【0107】〔6〕 前記反射面が以下の条件(A−
3)を満足する上記〔2〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RX|<0.05(1/mm) ・・・(A−3)。
[6] The reflective surface has the following condition (A-
The imaging optical system according to the above [2] or [4], which satisfies 3). | RX | <0.05 (1 / mm) (A-3).

【0108】〔7〕 前記反射面が以下の条件(B−
2)を満足する上記〔3〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RY|<0.1 (1/mm) ・・・(B−2)。
[7] The reflecting surface has the following condition (B-
The imaging optical system according to the above [3] or [4], which satisfies 2). | RY | <0.1 (1 / mm) (B-2).

【0109】〔8〕 前記反射面が以下の条件(B−
3)を満足する上記〔3〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RY|<0.05(1/mm) ・・・(B−3)。
[8] The reflecting surface has the following condition (B-
The imaging optical system according to the above [3] or [4], which satisfies 3). | RY | <0.05 (1 / mm) (B-3).

【0110】[0110]

〔9〕 前記面対称自由曲面の対称面が、
物体側から瞳中心を通り前記撮像素子の結像位置中心に
到達する軸上主光線が前記結像光学系の第1面に交差す
るまでの直線によって定義される光軸をZ軸とし、前記
Z軸と直交し、かつ、前記結像光学系を構成する各面の
偏心面内の軸をY軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交
する軸をX軸と定義したときに、Y−Z面若しくはそれ
と平行な面上に存在することを特徴とする上記〔1〕か
ら〔8〕の何れか1項記載の結像光学系。
[9] The plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surface is
An optical axis defined by a straight line until an axial chief ray reaching the image forming position center of the image sensor from the object side through the pupil center intersects the first surface of the image forming optical system is defined as a Z axis, and When the axis orthogonal to the Z axis and within the decentered plane of each surface forming the imaging optical system is defined as the Y axis, and the axis orthogonal to the Z axis and the Y axis is defined as the X axis, The imaging optical system according to any one of the above [1] to [8], which is present on a YZ plane or a plane parallel thereto.

【0111】〔10〕 前記反射面中で前記軸上主光線
が反射される領域のY−Z面内の反射屈折力、及び、Y
−Z面に垂直な面内の反射屈折力の少なくとも一方が正
であることを特徴とする上記〔2〕から
[10] Catadioptric power in the YZ plane of the area where the axial chief ray is reflected in the reflecting surface, and Y
From the above [2], characterized in that at least one of the catadioptric powers in the plane perpendicular to the -Z plane is positive.

〔9〕の何れか
1項記載の結像光学系。
The imaging optical system according to any one of [9].

【0112】〔11〕 前記反射面中で前記軸上主光線
が反射される領域のY−Z面内の反射屈折力、及び、Y
−Z面に垂直な面内の反射屈折力が共に正であることを
特徴とする上記〔2〕から
[11] Catadioptric power in the YZ plane of the area where the axial chief ray is reflected in the reflecting surface, and Y
From the above [2], the catadioptric powers in the plane perpendicular to the -Z plane are both positive

〔9〕の何れか1項記載の結
像光学系。
The imaging optical system according to any one of [9].

【0113】〔12〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔11〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DXmax1|<100.0 (mm) ・・・(1−1) ただし、DXmax1=MAX((DX−DXaxis)/R
X)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向と直交する方向に当たるX軸について面の形状を
定義する式を1回微分した値をそれぞれDXaxis、DX
1、DX4、DX5、DX6、DX3とするとき、DX
はDX1、DX4、DX5、DX6、DX3の値、RX
は前記反射面に前記軸上主光線が当たる部分のX方向の
曲率とする。
[12] An optical axis defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the imaging position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the imaging optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [11] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. | DX max1 | <100.0 (mm) (1-1) where DX max1 = MAX ((DX-DX axis ) / R
X), with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray at the center of the imaging screen, the chief ray at the upper central angle of view, the chief ray at the upper right angle of view, the chief ray at the right central angle of view, and the lower right angle of view. Is defined as the effective area, and the area where the principal ray of the lower central angle of view intersects the target surface is defined as the effective area. About the X-axis that is perpendicular to the eccentric direction of the surface of the portion where these six chief rays meet the target surface The values that are obtained by differentiating once the formulas that define the surface shape are DX axis and DX, respectively.
1, DX4, DX5, DX6, DX3, DX
Is the value of DX1, DX4, DX5, DX6, DX3, RX
Is the curvature in the X direction of the portion where the axial principal ray hits the reflecting surface.

【0114】〔13〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔12〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DYmax2|<100.0 (mm) ・・・(2−1) ただし、DYmax2=MAX((DY−DYaxis)/R
Y)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向に当たるY軸について面の形状を定義する式を1
回微分した値をそれぞれDYaxis、DY1、DY4、D
Y5、DY6、DY3とするとき、DYはDY1、DY
4、DY5、DY6、DY3の値、RYは前記反射面に
前記軸上主光線が当たる部分のY方向の曲率とする。
[13] Optical axis defined by a straight line from the object side through the center of the pupil to the axial principal ray reaching the center of the imaging position of the image sensor and crossing the first surface of the imaging optical system Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The image forming optical system according to any one of [1] to [12] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. | DY max2 | <100.0 (mm) (2-1) where DY max2 = MAX ((DY−DY axis ) / R
Y), where the Y-axis direction is the vertical direction, the axial principal ray at the center of the imaging screen, the principal ray at the upper center angle of view, the principal ray at the upper right angle of view, the principal ray at the right central angle of view, and the lower right angle of view. The area where the principal ray of the lower central angle of view intersects with the target surface is defined as an effective area, and the shape of the surface with respect to the Y-axis, which is the eccentric direction of the surface where the six principal rays meet the target surface, is defined. Expression to define 1
DY axis , DY1, DY4, D
When Y5, DY6, and DY3 are used, DY is DY1, DY
4, the values of DY5, DY6, and DY3, and RY are the curvature in the Y direction of the portion where the axial principal ray hits the reflection surface.

【0115】〔14〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔13〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DX3 |<0.4 ・・・(3−1) ただし、DX3 =(DX4−DX1)−(DX6−DX
3)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向と直交する方向に当たるX軸について面の形状を
定義する式を1回微分した値をそれぞれDXaxis、DX
1、DX4、DX5、DX6、DX3とする。
[14] An optical axis defined by a straight line until an axial chief ray that passes from the object side through the pupil center and reaches the imaging position center of the image sensor intersects the first surface of the imaging optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [13] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. | DX 3 | <0.4 (3-1) where DX 3 = (DX4-DX1)-(DX6-DX
3), with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray at the center of the imaging screen, the principal ray at the upper center angle of view, the principal ray at the upper right angle of view, the principal ray at the right central angle of view, and the lower right angle of view. The area where the principal ray of the lower central angle of view intersects with the target plane is defined as an effective area, and the X-axis, which is the direction in which these six principal rays are orthogonal to the eccentric direction of the surface of the portion corresponding to the target plane, is defined. DX axis and DX are the values obtained by differentiating the equation defining the shape of the surface once.
1, DX4, DX5, DX6, and DX3.

【0116】〔15〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔14〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DY4 |<0.4 ・・・(4−1) ただし、DY4 =(DY4−DY1)−(DY6−DY
3)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向に当たるY軸について面の形状を定義する式を1
回微分した値をそれぞれDYaxis、DY1、DY4、D
Y5、DY6、DY3とする。
[15] An optical axis defined by a straight line until an axial chief ray that passes through the center of the pupil from the object side and reaches the center of the image forming position of the image sensor intersects the first surface of the image forming optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [14] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. | DY 4 | <0.4 (4-1) where DY 4 = (DY4-DY1) − (DY6-DY
3) With the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray at the center of the imaging screen, the principal ray at the upper center angle of view, the principal ray at the upper right angle of view, the principal ray at the right central angle of view, and the lower right angle of view The area where the principal ray of the lower central angle of view intersects with the target surface is defined as an effective area, and the shape of the surface with respect to the Y-axis which is the eccentric direction of the surface where the six principal rays meet the target surface is defined. Expression to define 1
DY axis , DY1, DY4, D
Y5, DY6, and DY3.

【0117】〔16〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔15〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DXmax5|<0.5 ・・・(5−1) ただし、DXmax5=(DX5−DXaxis)であり、Y軸
方向を上下方向として、結像画面中心の軸上主光線、上
側中心画角の主光線、右上画角の主光線、右中心画角の
主光線、右下画角の主光線、下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、これら6つの
主光線が対象面と当たる部分の面の偏心方向と直交する
方向に当たるX軸について面の形状を定義する式を1回
微分した値をそれぞれDXaxis、DX1、DX4、DX
5、DX6、DX3とする。
[16] An optical axis defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the imaging position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the imaging optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [15] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. | DX max5 | <0.5 (5-1) where DX max5 = (DX5−DX axis ), where the Y-axis direction is the vertical direction, and the axial chief ray at the center of the imaging screen, the upper center The area where the principal ray at the angle of view, the principal ray at the upper right angle of view, the principal ray at the right central angle of view, the principal ray at the lower right angle of view, and the principal ray at the lower central angle of view intersects the target plane is defined as the effective area. DX axis , DX 1, DX 4, and DX 4 respectively denote the values obtained by differentiating once the equation defining the shape of the surface with respect to the X axis, which is a direction orthogonal to the eccentric direction of the surface of the portion where the six principal rays are the target surface.
5, DX6 and DX3.

【0118】〔17〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔16〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DYmax6|<0.5 ・・・(6−1) ただし、DYmax6=(DY5−DYaxis)であり、Y軸
方向を上下方向として、結像画面中心の軸上主光線、上
側中心画角の主光線、右上画角の主光線、右中心画角の
主光線、右下画角の主光線、下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、これら6つの
主光線が対象面と当たる部分の面の偏心方向に当たるY
軸について面の形状を定義する式を1回微分した値をそ
れぞれDYaxis、DY1、DY4、DY5、DY6、D
Y3とする。
[17] An optical axis defined by a straight line until an axial chief ray that passes through the center of the pupil from the object side and reaches the center of the image forming position of the image sensor intersects the first surface of the image forming optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [16] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. | DY max6 | <0.5 (6-1) where DY max6 = ( DY5 −DY axis ), where the Y-axis direction is the up-down direction and the axial chief ray at the center of the imaging screen, the upper center The area where the principal ray at the angle of view, the principal ray at the upper right angle of view, the principal ray at the right central angle of view, the principal ray at the lower right angle of view, and the principal ray at the lower central angle of view intersects the target plane is defined as the effective area. , Which are the eccentric directions of the surface of the portion where these six chief rays hit the target surface.
DY axis , DY 1, DY 4, DY 5, DY 6, D
Y3.

【0119】〔18〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔17〕の何れか1項記載の結像光学
系。 DDXmax7<0.5 (1/mm) ・・・(7−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心の軸
上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光線、
右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心画角
の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義し、
この有効領域内でのX方向の曲率の最大値と最小値の差
をDDXmax7とする。
[18] An optical axis defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the imaging position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the imaging optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The image forming optical system according to any one of [1] to [17] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. DDX max7 <0.5 (1 / mm) (7-1) where the Y-axis direction is the vertical direction, the axial principal ray at the center of the imaging screen, the principal ray at the upper center angle of view, and the upper right angle of view. Chief ray,
The area in which the chief ray at the right central angle of view, the chief ray at the lower right angle of view, and the chief ray at the lower central angle of view intersect with the target surface is defined as the effective area.
The difference between the maximum value and the minimum value of the curvature in the X direction within this effective area is defined as DDX max7 .

【0120】〔19〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔18〕の何れか1項記載の結像光学
系。 DDYmax8<0.5 (1/mm) ・・・(8−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心の軸
上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光線、
右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心画角
の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義し、
この有効領域内でのY方向の曲率の最大値と最小値の差
をDDYmax8とする。
[19] An optical axis defined by a straight line until an axial chief ray that passes through the center of the pupil from the object side and reaches the center of the image forming position of the image sensor intersects the first surface of the image forming optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [18] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. DDY max8 <0.5 (1 / mm) (8-1) where the Y-axis direction is the vertical direction, the axial principal ray at the center of the imaging screen, the principal ray at the upper center angle of view, and the upper right angle of view. Chief ray,
The area in which the chief ray at the right central angle of view, the chief ray at the lower right angle of view, and the chief ray at the lower central angle of view intersect with the target surface is defined as the effective area.
The difference between the maximum value and the minimum value of the curvature in the Y direction within this effective area is defined as DDY max8 .

【0121】〔20〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔19〕の何れか1項記載の結像光学
系。 0.01<DDxy9 <40 ・・・(9−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心の軸
上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光線、
右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心画角
の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義し、
これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏心方
向に直交するX軸についての面の形状を定義する式の曲
率をそれぞれDDX2、DDX1、DDX4、DDX
5、DDX6、DDX3とし、同じく面の偏心方向に当
たるY軸についての面の形状を定義する式の曲率をDD
Y2、DDY1、DDY4、DDY5、DDY6、DD
Y3とし、DDxy9 =|DDXn|/|DDYn|(n
は1〜6)とする。
[20] An optical axis defined by a straight line from the object side through the pupil center to the axial principal ray reaching the imaging position center of the image pickup device and intersecting the first surface of the imaging optical system. Is the Z-axis, the axis that is orthogonal to the Z-axis and that is within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y-axis, and the axis that is orthogonal to the Z-axis and the Y-axis is the X-axis. The imaging optical system according to any one of [1] to [19] above, wherein the reflecting surface satisfies the following condition. 0.01 <DD xy9 <40 (9-1) where the Y-axis direction is the vertical direction, the axial principal ray at the center of the imaging screen, the principal ray at the upper center angle of view, and the principal ray at the upper right angle of view. ,
The area in which the chief ray at the right central angle of view, the chief ray at the lower right angle of view, and the chief ray at the lower central angle of view intersect with the target surface is defined as the effective area.
The curvatures of the equations that define the shape of the surface about the X axis orthogonal to the eccentric direction of the surface where the six principal rays hit the target surface are DDX2, DDX1, DDX4, and DDX, respectively.
5, DDX6 and DDX3, and the curvature of the equation defining the shape of the surface with respect to the Y axis corresponding to the eccentric direction of the surface is DD.
Y2, DDY1, DDY4, DDY5, DDY6, DD
Y3, and DD xy9 = | DDXn | / | DDYn | (n
Is 1 to 6).

【0122】〔21〕 前記反射面が屈折率(n)が1
よりも大きい(n>1)媒質を有する裏面反射鏡から構
成されていることを特徴とする上記〔1〕から〔20〕
の何れか1項記載の結像光学系。
[21] The refractive index (n) of the reflecting surface is 1
[1] to [20], characterized in that it is composed of a rear surface reflecting mirror having a medium larger than (n> 1)
The imaging optical system according to any one of 1.

【0123】[0123]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面から
なる反射面を用いることにより、広い撮像領域がとれ、
かつ、光路を折り畳むことによって、光線収差が良好に
補正された像歪みのない小型で光学部品点数の少ない結
像光学系が得られる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a wide imaging area can be obtained by using a reflecting surface formed of a plane-symmetric free-form surface having only one symmetry surface.
Moreover, by folding the optical path, it is possible to obtain a compact image-forming optical system in which ray aberration is well corrected and which has no image distortion and a small number of optical components.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の結像光学系の実施例1の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of an image forming optical system according to the present invention.

【図2】本発明の結像光学系の実施例2の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the image forming optical system according to the present invention.

【図3】本発明の結像光学系の実施例3の断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of Example 3 of the imaging optical system of the present invention.

【図4】本発明の結像光学系の実施例4の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of Embodiment 4 of the imaging optical system of the present invention.

【図5】本発明の結像光学系の実施例5の断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view of Example 5 of the imaging optical system of the present invention.

【図6】本発明の結像光学系の実施例6の断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view of a sixth embodiment of the image forming optical system of the present invention.

【図7】本発明の実施例2の横収差図の一部を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a part of a lateral aberration diagram according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例2の横収差図の残りを示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing the rest of the lateral aberration diagram of Example 2 of the present invention.

【図9】本発明の実施例6の横収差図の一部を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a part of a lateral aberration diagram according to Example 6 of the present invention.

【図10】本発明の実施例6の横収差図の残りを示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing the rest of the lateral aberration diagrams for Example 6 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1面1 2…第1面2 3…第1面3 4…第1面4 5…プリズム体(結像光学系) 6…カバーガラス O…物体面 I…像面 1 ... 1st surface 1 2 ... 1st surface 2 3 ... 1st surface 3 4 ... 1st surface 4 5 ... Prism body (imaging optical system) 6 ... Cover glass O ... Object surface I ... Image surface

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも偏心光学系を有し、物体から
の光を撮像素子面上に結像させる結像光学系において、 前記結像光学系が少なくとも1面の反射作用を有する反
射面を備え、 前記反射面の少なくとも1面の面形状が、その面内及び
面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を1つの
み有する面対称自由曲面からなることを特徴とする結像
光学系。
1. An imaging optical system having at least a decentered optical system for forming an image of light from an object on a surface of an image pickup device, wherein the imaging optical system includes at least one reflecting surface having a reflecting action. An image forming method, characterized in that at least one of the reflecting surfaces has a surface shape which does not have an axis of rotational symmetry in-plane and out-of-plane and which is a plane-symmetric free-form surface having only one symmetry surface. Optical system.
【請求項2】 前記反射面が、物体側から瞳中心を通り
前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前
記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によって定
義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前
記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と
し、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義し
たときに、以下の条件(A−1)を満足することを特徴
とする請求項1記載の結像光学系。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) ただし、RXは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
分のX方向の曲率である。
2. The reflection surface is defined by a straight line until an axial chief ray that passes through the pupil center from the object side and reaches the imaging position center of the image sensor intersects the first surface of the imaging optical system. The optical axis that is defined as the Z axis is orthogonal to the Z axis, and the axis within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y axis, and is orthogonal to the Z axis and the Y axis. The imaging optical system according to claim 1, wherein the following condition (A-1) is satisfied when the axis is defined as the X axis. | RX | <0.5 (1 / mm) (A-1) where RX is the curvature in the X direction of the portion where the axial principal ray hits the reflection surface.
【請求項3】 前記反射面が、物体側から瞳中心を通り
前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前
記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によって定
義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前
記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と
し、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義し
たときに、以下の条件(B−1)を満足することを特徴
とする請求項1記載の結像光学系。 |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RYは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
分のY方向の曲率である。
3. The reflection surface is defined by a straight line until an axial chief ray reaching from the object side through the pupil center to the image forming position center of the image sensor intersects the first surface of the image forming optical system. The optical axis that is defined as the Z axis is orthogonal to the Z axis, and the axis within the eccentric plane of each surface that constitutes the imaging optical system is the Y axis, and is orthogonal to the Z axis and the Y axis. The image forming optical system according to claim 1, wherein the following condition (B-1) is satisfied when the axis is defined as the X axis. | RY | <0.5 (1 / mm) (B-1) where RY is the curvature in the Y direction of the portion where the axial principal ray hits the reflection surface.
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