JPH1011525A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像
を与える撮像装置を提供する。 【解決手段】 開口１と、撮像素子６と、結像光学系７
とを有する撮像装置において、結像光学系７が、その面
内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状
の反射面３、４を有し、結像光学系の少なくとも１面の
反射面３、４が、 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜５ を満足する。ここで、ＣＸ２、ＣＹ２は、軸上主光線が
反射面３、４と交差する部分における、それぞれＸ軸と
その面の法線を含む面内での曲率、Ｙ軸とその面の法線
を含む面内での曲率である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置及び情報
再生装置に関し、特に、偏心して配置された反射面によ
り折り返し光路を形成した小型結像光学系に関する。

【０００２】また、本発明は、紙や樹脂フィルムや金属
シート等に光学的に読み取り可能に記録されたマルチメ
ディア情報を符号化した情報記録媒体を撮像装置に結像
させるための像読み取り装置及びそれを用いた情報再生
システムに関するものである。

【０００３】

【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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】ところで、音声や音楽等のオーディオ情報
を記録する媒体としては、磁気テープや光ディスクの他
にも様々な媒体が知られている。しかし、これらの媒体
は何れも大量に複製を作った場合でも単価はある程度高
価なものとなり、その保管にもある程度の空間を要す
る。また、このように音声を記録した媒体を遠隔地にい
る別の者に渡す場合には、誰かが直に持ってくるかある
いは郵送することになり、遠隔者の手に渡るまでに時間
がかかる。このような事情は、オーディオ情報以外の情
報、例えばカメラやビデオ機器等から得られる映像情報
や、パーソナルコンピューターやワードプロセッサ等か
ら得られるディジタルコードデータについても同様であ
る。

【０００９】本出願人はこのような事情に鑑み、特開平
６−２３１４６６号において、音声や音楽等のオーディ
オ情報、カメラやビデオ機器等から得られる映像情報、
パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等から得ら
れるディジタルコードデータ等の所謂マルチメディア情
報を紙や樹脂フィルムや金属シート等に光学的に読み取
り可能なコード情報（画像）、例えば符号化されたドッ
トパターンとして記録し、この記録された情報記録媒体
を読み取る際に、このドットパターンに照明光を照射
し、その反射光を光学的手段を用いて読み取り処理する
ことで、記録されているマルチメディア情報を再生する
と情報処理システムを提案している。

【００１０】この情報処理システムにおいては、マルチ
メディア情報は最も経済的な媒体と考えられる紙あるい
はこれと同等なシート状の媒体に記録される。これは媒
体の低コスト化、省スペース化にとって非常に有益であ
る。また、ドットパターンとして記録された情報はファ
ックスで簡単に送信することができる。これにより、遠
隔者への情報伝達が容易に行えるようになる。特にこれ
は音声情報にとって非常に意味があり、これまでは媒体
自体の受け渡しで行われていた音声情報の交換が、この
情報システムではファックスによって遠隔者とも瞬時に
容易に行える。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、光学系を構成する屈折レンズが光軸を軸
とした回転対称面で構成されている回転対称光学系であ
った。また、結像された実像の収差が良好に補正され、
なおかつ、ディストーションが良好に補正されていない
と、結像された図形等が歪んで写ってしまい、正しい形
状を記録することができなくなってしまう。さらに、光
路が直線になるために、光学系全体が光軸方向に長くな
ってしまい、撮像装置が大型になってしまう問題があっ
た。

【００１２】ところで、前記の特開平６−２３１４６６
号の情報再生装置の形態としてペン型の情報再生装置が
示されている（例えば、その図４１（Ｂ））。しかしな
がら、その第１の問題点としては、電気基板の実装上の
問題がある。情報再生装置内部のレイアウト（実装）に
関しては、図１７に示すように、画像処理部やデータ処
理部、及び、撮像素子等の電気回路が搭載される電気基
板９１、９１’は、ペンの長手方向にであって外装９０
に略平行に配置するのが、基板の数を少なくすることが
でき好ましい。しかし、その場合、撮像素子９２は情報
記録媒体１００に対し正対して配置する必要上、上記電
気基板９１に対し略直交して配置するので、基板９１、
９１’を共通化することが困難であり、実装の効率化、
コストの点で問題である。また、このような像読み取り
装置用の光学系９３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
にならざるを得ない。

【００１３】また、他の問題点として照明系の実装の問
題がある。情報記録媒体を照明するためにＬＥＤ等の光
源を用いて照明系を構成する場合、撮影光学系と機械的
干渉を避けて配置する必要上、照明むらが発生しやすく
なる。この問題の原因は、光学系の構成が実装に関し自
由度が低いためである。そのため、同様の問題は、ペン
型の情報再生装置に限らずその他の形態の情報再生シス
テムにおいても発生し得る。

【００１４】本発明は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、広い映像領域がとれ、か
つ、光路を屈曲させることによって小型で像歪みの少な
い小型で部品点数の少ない光学系を用いた撮像装置及び
情報再生装置を提供することである。

【００１５】本発明の別の目的は、簡易な構成でありな
がら、実装の自由度が高く、装置の小型化に有利な光学
系及びそれを用いた装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の撮像装置は、開口と、前記開口から入射した光束を
結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近傍に
配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、その
面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形
状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前記開
口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主光線
とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線の方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の反射
面が以下の条件を満足することを特徴とするものであ
る。 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜５ ・・・（１−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、前記軸上主光線が
前記反射面と交差する部分において、その面の形状を定
義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるＸ軸とそ
の面の法線を含む面内での曲率をＣＸ２とし、偏心方向
に当たるＹ軸とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ
２とする。

【００１７】本発明のもう１つの撮像装置は、開口と、
前記開口から入射した光束を結像させる結像光学系と、
その結像位置又はその近傍に配置された撮像素子とを有
し、前記結像光学系は、少なくとも２つの反射面からな
る折り返し光路を形成し、前記の少なくとも２つの反射
面の中、少なくとも１つの反射面は、その面内及び面外
共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状の反射面を
有することを特徴とするものである。

【００１８】本発明のさらにもう１つの撮像装置は、デ
ジタルコードデータを読み取るためにデジタルコードデ
ータに光を照射する光源と、開口と、前記開口から入射
したデジタルコードデータかの光束を結像させる結像光
学系と、その結像位置又はその近傍に配置された撮像素
子と、前記撮像素子により受光されたデジタルコードデ
ータの情報を再生情報に変換するデータ処理部と、前記
データ処理部で変換された再生情報を表示する再生装置
とを有し、前記結像光学系は、少なくとも２つの反射面
からなる折り返し光路を形成し、前記の少なくとも２つ
の反射面の中、少なくとも１つの反射面は、その面内及
び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状の反
射面を有することを特徴とする情報再生用のものであ
る。

【００１９】以下に、本発明において、上記のような構
成、特に、撮像装置の結像光学系において面対称自由曲
面を利用した構成をとる理由と作用について説明する。
一般に、少ない面数で収差を良好に補正するためには、
非球面等が用いられる。一般に、球面レンズ系では球面
で発生する球面収差とコマ収差、像面湾曲等の収差を他
の面で補正する構成になっている。そこで、この球面で
発生する各種収差自体を少なくするために、非球面が用
いられる。これは、１つの面で発生する各種収差の発生
を少なくし、収差補正を行う面を少なくし、全体の構成
面数を少なくするためである。

【００２０】しかし、本発明の撮像装置に用いる結像光
学系のように偏心して配置されている光学系において
は、従来の回転対称非球面では補正できない偏心による
収差が発生する。偏心により発生する収差は、コマ収
差、非点収差、像歪み、像面湾曲等がある。従来のもの
では、これらの収差を補正するためにトーリック面やア
ナモルフィック面等を使用した例はあるが、偏心により
発生する非点収差に重点が置かれ、広画角で小型であ
り、かつ、像歪みまで十分な収差補正が行われたものは
なかった。

【００２１】これらの収差を同時にしかも良好に補正す
ることは、トーリック面やアナモルフィック面、回転対
称非球面、球面では満足な結果を得られなかった。

【００２２】本発明は上記収差を同時にしかも良好に補
正するために、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を使用
したことを特徴としている。

【００２３】ここで、本発明の自由曲面とは、以下の式
で定義されるものである。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ｙ＋Ｃ₄ ｘ ＋Ｃ₅ ｙ² ＋Ｃ₆ ｙｘ＋Ｃ₇ ｘ² ＋Ｃ₈ ｙ³ ＋Ｃ₉ ｙ² ｘ＋Ｃ₁₀ｙｘ² ＋Ｃ₁₁ｘ³ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃ｙ³ ｘ＋Ｃ₁₄ｙ² ｘ² ＋Ｃ₁₅ｙｘ³ ＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈ｙ⁴ ｘ＋Ｃ₁₉ｙ³ ｘ² ＋Ｃ₂₀ｙ² ｘ³ ＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄ｙ⁵ ｘ＋Ｃ₂₅ｙ⁴ ｘ² ＋Ｃ₂₆ｙ³ ｘ³ ＋Ｃ₂₇ｙ² ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙｘ⁵ ＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁ｙ⁶ ｘ＋Ｃ₃₂ｙ⁵ ｘ² ＋Ｃ₃₃ｙ⁴ ｘ³ ＋Ｃ₃₄ｙ³ ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ² ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶ ＋Ｃ₃₇ｘ⁷ ・・・・・ ・・・・（ａ） このような自由曲面を少なくとも１面の反射作用を有す
る反射面として使うことにより、傾いた反射面、例えば
後記する実施例の第２面に、前記のように、偏心方向を
Ｙ軸、物体中心から開口中心に到る軸上主光線の方向を
Ｚ軸、Ｙ軸及びＺ軸と直交する軸をＸ軸とすると、Ｘ軸
上の任意の位置のＹ方向の傾きを任意に与えることがで
きる。これは偏心して配置された凹面鏡で発生する像歪
み、特に、Ｘ軸方向の像高により変化し、Ｙ軸方向に発
生する像歪みを補正することができる。つまり、結果と
して、水平線が弓なりになって観察される像歪みを良好
に補正することが可能となる。

【００２４】次に、偏心して配置された凹面鏡により発
生する台形の歪みについて説明する。この像歪みは、物
体面からの順追跡により説明すると、開口から射出した
Ｘ軸方向に広がりを持った光線は、偏心して配置された
第２面に当たって反射されるが、第２面のＹ軸正の方向
の光線とＹ軸負側の光線の光路長の違いによりＸ軸方向
の広がりが大きく異なってから第２面によって反射され
る。このため、Ｙ軸正方向の像の大きさとＹ軸負方向の
像の大きさが異なって結像され、結果として観察像が台
形の歪みを持ってしまうものである。

【００２５】この歪みに対しても、自由曲面を使うこと
によって補正することが可能となる。これは、自由曲面
が定義式（ａ）より明らかなように、Ｙ軸の正負によっ
てＸ軸方向に曲率を任意に変えることが可能なＹの奇数
次項とＸの偶数次項を持っているためである。

【００２６】次に、偏心して配置された凹面鏡により発
生する回転非対称な像面湾曲について説明する。この像
面湾曲は物体面からの順追跡により説明すると、開口か
ら射出したＸ軸方向に広がりを持った光線は、偏心して
配置された第２面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、光線が当たった部分の曲
率の半分である。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像面を形成す
る。自由曲面を使うことにより、Ｙ軸上の正負の方向に
対して任意の点のＸ軸とＹ軸方向の曲率を任意に与える
ことができる。これは自由曲面が定義式より明らかなよ
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である。これは、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。

【００２７】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。本発明の結像光学系の場合は、一般には上に述
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
補正できる構成になっているが、面数が少ないために完
全には補正されない。この補正しき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、その収差補正上好ましい。

【００２８】さらに、非点収差に対しては、Ｘ軸方向の
曲率とＹ軸方向の曲率の差を適切に変えることによって
可能となる。

【００２９】また、コマ収差に対しては、前記の弓なり
の像歪みと同じ考え方で、Ｘ軸上の任意の点のＹ方向の
傾きを任意に与えることで補正することができる。

【００３０】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２つの反射面の中の１つの反射面、
例えば第２面を上記自由曲面とし、他の面を平面若しく
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。

【００３１】結像光学系の開口と対向した反射面である
第２面は、他の面に比べて強い反射屈折力を持つため、
収差の発生を抑えたい場合に自由曲面が有効である。

【００３２】また、結像光学系から光線が射出するの屈
折面である第３面、反射面兼用の第１面等を自由曲面で
構成することによって、コマ収差の発生を抑えることが
できる。これは、第１面が反射面として作用する場合
に、軸上主光線に対して大きく傾いて配置されているた
めである。

【００３３】さらに、第３面を自由曲面にすることによ
って、像歪みの発生を補正することができる。これは、
第３面が結像位置に近接して配置されているために、他
の収差を悪化させることなく像歪みを補正するのに良い
結果を与えるためである。

【００３４】さらに、２つの面を自由曲面にすることに
よって、各収差はより一層補正できることは言うまでも
ない。例えば、第２面と第３面を自由曲面とすると、第
１面を平面とすることが可能となり、結像光学系を構成
する光学素子の製作性を向上できる。また、第１面は球
面でも回転対称非球面でも構成することが可能である。

【００３５】そして、本発明においては、上記の自由曲
面は少なくとも１面の反射作用を有する反射面に用いら
れ、その場合のその反射面の面形状を、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としている。これは、例えば図１
のように座標系をとった場合に、偏心して配置される面
の偏心方向を含む面であるＹ−Ｚ面が対称面となるよう
な自由曲面とすることで、結像面の像もそのＹ−Ｚ面が
対称面として両側で対称にすることができ、収差補正の
労力が大幅に削減できるためである。

【００３６】なお、本発明における反射作用を有する反
射面には、全反射面、ミラーコート面、半透過反射面等
の反射作用を有する全ての反射面が含まれる。

【００３７】さて、面形状は前記対称面を１面しか持た
ない回転対称軸を持たない自由曲面以外でも、偏心した
回転対称非球面、アナモルフィク面、シリンドリカル
面、トーリック面等でも、以下の条件を満足することに
よって広画角で、かつ、収差補正の行われた結像光学系
を提供することができる。

【００３８】また、以上のように、結像光学系の少なく
とも１面の反射面に対称面を１つのみ有する面対称自由
曲面を用いた場合に、さらに、以下の条件を満足するこ
とによって広画角で、かつ、収差補正の行われた結像光
学系を提供することができる。

【００３９】まず、上述の定義に従ってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸が決まったとき、開口中心を射出し、撮像素子に入射
する主光線の中、Ｘ方向画角ゼロ、Ｘ方向最大画角、Ｙ
正方向最大画角、Ｙ方向画角ゼロ、Ｙ負方向最大画角の
Ｘ方向、Ｙ方向の組み合わせにより、次の表−１のよう
に６つの主光線が定まる。

【００４０】

【００４１】すなわち、上記の表−１中に記載したよう
に、物体中心からの軸上主光線をとし、上側中心画角
の主光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主
光線を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光
線をとする。そして、これらの主光線〜が各面と
交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域で各面
の形状を定義する式（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）の面の各光線〜が当たる位置の
偏心方向に当たるＹ軸方向の傾きをＤＹ１〜ＤＹ６、そ
の方向の曲率をＣＹ１〜ＣＹ６とする。また、それと直
交するＸ軸方向の傾きをＤＸ１〜ＤＸ６、その方向の曲
率をＣＸ１〜ＣＸ６とする。

【００４２】まず、Ｙ軸方向を上下方向として、物体中
心からのＺ軸方向の軸上主光線が反射面と交差する部分
において、その面の形状を定義する式の面の偏心方向に
垂直な方向に当たるＸ軸とその面の法線を含む面内での
曲率をＣＸ２とし、偏心方向に当たるＹ軸とその面の法
線を含む面内での曲率をＣＹ２とするとき、ＣＸ２とＣ
Ｙ２の比をＣＸ２／ＣＹ２が、 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜５ ・・・（１−１） なる条件式を満足することが望ましい。

【００４３】これは、偏心して配置されている反射面で
非点収差の発生を少なくするために必要となる条件であ
る。球面の場合、ＣＸ２／ＣＹ２＝１となるが、偏心し
て配置された球面では、像歪みを始め、非点収差、コマ
収差等が大きく発生する。そのため、球面で偏心面を構
成すると、軸上において非点収差を完全に補正すること
が困難になり、非点収差が残留することになり、画面中
心においても鮮明な結像を得ることが難しくなる。これ
らを補正するためには、対称面を１面しか持たない面で
光学系中最も大きな反射屈折力を持つ反射面を構成し、
なおかつ、上記条件式（１−１）を満足することによ
り、始めて各収差が良好に補正され、しかも、軸上にお
いても非点収差のない結像を得ることが可能となる。条
件式（１−１）の上限の５と下限の１については、非点
収差が大きく発生しないための限界である。

【００４４】さらに好ましくは、 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜２ ・・・（１−２） なる条件を満足することが重要である。

【００４５】また、さらに好ましくは、 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜１．５ ・・・（１−３） なる条件を満足することが重要である。

【００４６】また、さらに好ましくは、 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜１．３５ ・・・（１−４） なる条件を満足することが重要である。

【００４７】上記条件式（１−２）〜（１−４）の上限
と下限の意味は、条件式（１−１）と同じである。さら
に好ましくは、少なくとも２つの反射面が共に上記条件
式（１−１）〜（１−４）を満足することが重要であ
る。

【００４８】次に、反射面の傾きに関する条件式を示
す。本発明の特徴である反射面に光学系全体の中の主な
屈折力を与える本発明の偏心光学系では、偏心により発
生する回転非対称な像歪みの発生が問題となる。以下の
条件式は、特に台形になる像歪みの中でも台形の上辺と
底辺の長さを同じにするための条件である。この歪みを
補正するためには、各像位置毎に異なる傾きを反射面に
与えて、歪み収差を補正する必要があり、その量は反射
面の場所により微妙に異なる。しかし、次に述べる条件
式を満足することが重要である。この条件は、少なくと
も１つ以上の反射面のＸ方向最大画角の光線、の位
置でのＸ軸方向の傾きの差であるＤＸ４−ＤＸ６をＤＸ
n2とするとき、 −０．１＜ＤＸn2＜０ ・・・（２−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００４９】上記条件式（２−１）の上限の０と下限の
−０．１を越えると、有効領域内の面の傾きが偏心によ
り発生する像歪みの発生を補正し切れなくなり、回転対
称ではない歪みの発生が大きくなくなってしまう。

【００５０】さらに好ましくは、 −０．０５＜ＤＸn2＜０ ・・・（２−２） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。

【００５１】さらに好ましくは、 −０．０１＜ＤＸn2＜０ ・・・（２−３） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（２
−２）、（２−３）は共に、広い撮像画角において良好
な結像性能を得るために必要なものである。

【００５２】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式（２−１）〜（２−３）を満足する
ことが重要である。前記説明のように、偏心して配置さ
れた面は、その面に当たる光線高の違いにより、回転非
対称な像歪みが発生する。この像歪みを補正するには、
軸上主光線に対して偏心して配置された反射面の少なく
とも２つ以上が上記条件式を満足することが重要とな
る。

【００５３】さらに好ましくは、全ての偏心して配置さ
れた反射面で上記条件式（２−１）〜（２−３）を満足
することが好ましいのは、言うまでもない。

【００５４】次に、偏心により発生する非対称な像歪み
の発生をより少なくするための条件を説明する。次に述
べる条件式を満足することにより、水平方向の直線が弓
なりに結像する像歪みの発生を少なくすることがが可能
となる。この条件は、少なくとも１つ以上の反射面の物
体中心からのＺ軸方向の軸上主光線、画面右中心画角
の主光線が対象面と交差する部分において、面の形状
を定義する式の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の面の傾
きをＤＹ２、ＤＹ５とするとき、これらの差をＤＹ５−
ＤＹ２とするとき、 ０＜ＤＹ５−ＤＹ２＜０．１ ・・・（３−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００５５】上記条件式（３−１）の下限の０を越える
と、有効領域内の右中央部のＹ方向の傾きが少なくなり
すぎ、弓なりの像面湾曲の発生を補正し切れなくなる。
また上限の０．１を越えると、補正過剰になり、逆方向
に大きく発生してしまう。

【００５６】さらに好ましくは、 ０＜ＤＹ５−ＤＹ２＜０．０５ ・・・（３−２） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。

【００５７】さらに好ましくは、 ０＜ＤＹ５−ＤＹ２＜０．０１ ・・・（３−３） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（３
−２）、（３−３）は共に、広い撮像画角において良好
な像を得るために必要なものである。

【００５８】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式（３−１）〜（３−３）を満足する
ことが重要である。

【００５９】次に、結像光学系中の互いに偏心して配置
された２つの反射面の中、少なくとも１つの反射面が、
以下に述べる条件式を満足することが重要になる。これ
は、偏心して配置されたパワーを持つ面で発生する像面
湾曲を平坦にするために重要な条件である。

【００６０】光学系中の少なくとも１つの反射面の軸上
主光線が反射する部分のＸ方向の曲率ＣＸ２と、撮像
画角の最大光線、〜が当たる部分のＸ方向の曲率
ＣＸｎ（ｎは１、３〜６）とに関し、ＣＸ４−ＣＸ１、
ＣＸ５−ＣＸ２、ＣＸ６−ＣＸ３の各値をＣＸn4Ｍと
し、その全ての値が、 −０．１＜ＣＸn4Ｍ＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（４−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００６１】上記条件式の上限の０．１と下限の−０．
１を越えると、有効領域内の面の曲率が大きく異なりす
ぎ、結像光学系の中で反射屈折力を持つ面の有効域全体
の曲率が大きく変化しすぎてしまい、撮像画角全体で広
く平坦な像を撮像することができなくなってしまう。

【００６２】さらに好ましくは、 −０．０５＜ＣＸn4Ｍ＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（４−２） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。

【００６３】さらに好ましくは、 −０．０２＜ＣＸn4Ｍ＜０．０２ （１／ｍｍ） ・・・（４−３） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（４
−２）、（４−３）は共に、広い撮像画角において良好
な像を得るために必要なものである。

【００６４】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式（４−１）〜（４−３）を満足する
ことが重要である。

【００６５】次に、結像光学系中の互いに偏心して配置
された２つの反射面の中、少なくとも１つの反射面が、
以下に述べる条件式を満足することが重要になる。これ
は、偏心して配置されたパワーを持つ面で発生する像面
湾曲を平坦にするために重要な条件である。

【００６６】光学系中の少なくとも１つの反射面の軸上
主光線が反射する部分のＹ方向の曲率ＣＹ２と、撮像
画角の最大光線、〜が当たる部分のＹ方向の曲率
ＣＹｎ（ｎは１、３〜６）とに関し、ＣＹ４−ＣＹ１、
ＣＹ５−ＣＹ２、ＣＹ６−Ｃ７３の各値をＣＹn4Ｍと
し、その全ての値が、 −０．１＜ＣＹn4Ｍ＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００６７】上記条件式の上限の０．１と下限の−０．
１を越えると、有効領域内の面の曲率が大きく異なりす
ぎ、結像光学系の中で反射屈折力を持つ面の有効域全体
の曲率が大きく変化しすぎてしまい、撮像画角全体で広
く平坦な像を撮像することができなくなってしまう。

【００６８】さらに好ましくは、 −０．０１＜ＣＹn4Ｍ＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（５−２） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。

【００６９】さらに好ましくは、 −０．００５＜ＣＹn4Ｍ＜０．００５ （１／ｍｍ） ・・・（５−３） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（５
−２）、（５−３）は共に、広い撮像画角において良好
な像を得るために必要なものである。

【００７０】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式（５−１）〜（５−３）を満足する
ことが重要である。

【００７１】次に、結像光学系の中で特に強い反射屈折
力を持つ面では、さらに、以下に述べる条件式を満足す
ることが重要になる。これは、前記（３−１）の条件式
と同様に、偏心して配置された対称面を１面しか持たな
い面で発生する収差の全てをバランス良く補正すると共
に、撮像面の傾きを少なく配置するために重要な条件で
ある。特にこの条件式は、本発明の結像光学系のよう
に、偏心して配置された凹面鏡を２枚使用する光学系に
おいては、特に重要となる。

【００７２】光学系中の少なくとも１つの反射面で軸上
主光線が反射する部分のＸ方向の曲率ＣＸ２と、撮像
画角の最大光線、〜が当たる部分のＸ方向の曲率
ＣＸｎ（ｎは１、３〜６）とに関し、ＣＸ３−ＣＸ１、
ＣＸ６−ＣＸ４をＣＸn6Ｍとし、その全ての値が、 −０．１＜ＣＸn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（６−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００７３】上記条件式（６−１）の上限の０と下限の
−０．１を越えると、有効領域内の面の曲率が大きく異
なりすぎ、結像光学系の中で主な反射屈折力を持つ第２
面の有効域全体の曲率が大きく変化しすぎてしまい、撮
像画角全体で広く平坦な像を撮像することができなくな
ってしまう。

【００７４】さらに好ましくは、 −０．０２＜ＣＸn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（６−２） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。

【００７５】さらに好ましくは、 −０．０１＜ＣＸn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（６−３） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（６
−２）、（６−３）は共に、広い撮像画角において良好
な像を得るために必要なものである。

【００７６】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式（６−１）〜（６−３）を満足する
ことが重要である。

【００７７】次に、結像光学系の中で特に強い反射屈折
力を持つ面では、さらに以下に述べる条件式を満足する
ことが重要になる。これは、前記（６−１）の条件式と
同様に、偏心して配置された対称面を１面しか持たない
面で発生する収差の全てをバランス良く補正するために
重要な条件である。特に、この条件式は、本発明の結像
光学系のように、偏心して配置された凹面鏡を２枚使用
する光学系においては、特に重要となる。

【００７８】光学系中の少なくとも１つの反射面で軸上
主光線が反射する部分のＹ方向の曲率ＣＹ２と、撮像
画角の最大光線、〜が当たる部分のＹ方向の曲率
ＣＸｎ（ｎは１、３〜６）とに関し、ＣＹ３−ＣＹ１、
ＣＹ６−ＣＹ４をＣＹn6Ｍとし、その全ての値が、 −０．１＜ＣＹn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（７−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００７９】上記条件式（６−１）の上限の０と下限の
−０．１を越えると、有効領域内の面の曲率が大きく異
なりすぎ、結像光学系の中で主な反射屈折力を持つ第２
面の有効域全体の曲率が大きく変化しすぎてしまい、撮
像画角全体で広く平坦な像を撮像することができなくな
ってしまう。

【００８０】さらに好ましくは、 −０．０２＜ＣＹn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（７−２） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。

【００８１】さらに好ましくは、 −０．０１＜ＣＹn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（７−３） なる条件式を満足することが重要であり、撮像画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（７
−２）、（７−３）は共に、広い撮像画角において良好
な像を得るために必要なものである。

【００８２】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式（７−１）〜（７−３）を満足する
ことが重要である。

【００８３】次に、２つの反射屈折力を有する面を開口
側から順にａ、ｂとするとき、その２つの反射面の物体
中心からの軸上主光線が当たる部分のＸ方向の曲率の比
であるＣＸ２ａ／ＣＸ２ｂをＣＸａｂとするとき、その
値が、 ０＜ＣＸａｂ ・・・（８−１） なる条件式を満足することが重要である。

【００８４】これは、２つの反射面で折り返し光路を形
成した場合に、この２つの反射面の反射パワーを規定し
たものである。本発明では、説明の都合上、物点から開
口に向かう軸上主光線の方向をＺ軸正の方向としている
ので、第１反射面と第２反射面は、共に開口に凹面を向
けた場合に曲率は正になるが、このとき第１反射面は入
射光線に対して凹面を向けた正のパワーを持った凹面鏡
になり、第２面は入射光線に対して凸面を向けた負のパ
ワーの凸面鏡になっている。つまり、本条件式は２つの
反射面が凹と凸面で構成されていることを規定してお
り、正と負のパワーを持つことが重要である。この条件
式の下限を越えると、正と負のパワー配置により補正さ
れる共軸光学系のペッツバール和に相当するものが大き
くなりすぎ、開口側に凸の像面湾曲が大きくなりすぎ、
他の面で補正することが不可能になる。

【００８５】さらに好ましくは、 ０．１＜ＣＸａｂ ・・・（８−２） なる条件式を満足することが重要であり、特に２０°を
越える撮像画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８６】さらに好ましくは、 ０．５＜ＣＸａｂ ・・・（８−３） なる条件式を満足することが重要であり、特に２５°を
越える撮像画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８７】さらに好ましくは、 ０．５＜ＣＸａｂ＜１０ ・・・（８−４） なる条件式を満足することが重要であり、特に３０°を
越える撮像画角の場合にはこの条件式を満足することが
重要である。なお、上限を越えると光学系全体として正
のパワーを持つことが不可能となり、結像光学系を構成
することができなくなる。

【００８８】次に、２つの反射屈折力を有する面を開口
側から順にａ、ｂとするとき、その２つの反射面の物体
中心からの軸上主光線が当たる部分のＹ方向の曲率の比
であるＣＹ２ａ／ＣＹ２ｂをＣＹａｂとするとき、その
値が、 ０＜ＣＹａｂ ・・・（９−１） なる条件式を満足することが重要である。

【００８９】これは、上記条件式（８−１）と同様に、
２つの反射面の反射パワーを規定したものである。本条
件式も（８−１）と同様に２つの反射面が凹と凸面で構
成されていることを規定しており、正と負のパワーを持
つことが重要である。この条件式の下限を越えると、正
と負のパワー配置により補正される共軸光学系のペッツ
バール和に相当するものが大きくなりすぎ、開口側に凸
の像面湾曲が大きくなりすぎ、他の面で補正することが
不可能になる。

【００９０】さらに好ましくは、 ０．１＜ＣＹａｂ ・・・（９−２） なる条件式を満足することが重要であり、特に２０°を
越える撮像画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００９１】さらに好ましくは、 ０．５＜ＣＹａｂ ・・・（９−３） なる条件式を満足することが重要であり、特に２５°を
越える撮像画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００９２】さらに好ましくは、 ０．５＜ＣＹａｂ＜１０ ・・・（９−４） なる条件式を満足することが重要であり、特に３０°を
越える撮像画角の場合にはこの条件式を満足することが
重要である。なお、上限を越えると光学系全体として正
のパワーを持つことが不可能となり、結像光学系を構成
することができなくなる。

【００９３】さらに好ましくは、上記条件式（８−１）
〜（８−４）と（９−１）〜（９−４）の両方を同時に
満足することが重要である。

【００９４】さて、以上の条件（１−１）から（９−
４）については、結像光学系を構成する何れかの反射面
の面形状を、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だ
けでなく、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない
アナモルフィック面で形成した場合にも、すなわち、そ
の面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面
形状にした何れの場合にも適用できる。

【００９５】また、以上の条件（１−１）から（９−
４）は、単独でも、また、任意の２つ以上の条件と組み
合わせても諸収差補正に有効なものであり、本発明は何
れの場合も予定しているものである。

【００９６】

【発明の実施の形態】以下に、まず、本発明の撮像装置
及び情報再生装置用の結像光学系の実施例１〜４につい
て説明する。後述する各実施例の構成パラメータにおい
ては、図１に示すように、結像光学系７の開口１を光学
系の原点として、光軸２を物体１０の中心と開口１の中
心（原点）とを通る光線で定義し、開口１から光軸２に
進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し開口１中心を通
り、光線が撮像光学系７によって折り曲げられる面内の
方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し開口１中心を通る
方向をＸ軸方向とし、開口１から撮像光学系７に向かう
方向をＺ軸の正方向、光軸２から撮像素子６の方向（図
の上側方向）をＹ軸の正方向、そして、これらＺ軸、Ｙ
軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。な
お、光線追跡は撮像光学系７の開口１の側を物体側とし
て、撮像素子６側を像面側とした順追跡により行ってい
る。

【００９７】そして、偏心量Ｙ，Ｚ、傾き量θが記載さ
れている面については、光学系の原点である開口１から
のずれ量及びＺ軸に対する傾き角を表している。なお、
傾き角は反時計回りの方向を正としている。なお、面間
隔については、Ｚ軸方向の間隔である。

【００９８】また、自由曲面の面の形状は前記の（ａ）
式により定義する。その定義式のＺ軸が自由曲面の軸と
なる。なお、データの記載されていない自由曲面に関す
る項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８
７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単
位はｍｍである。

【００９９】さて、以下の実施例１〜４の結像光学系７
は、何れも、第１面３、第２面４、第３面５の３つの面
からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされ
ており、物体１０から射出した光線は、光軸２に沿って
進み、第１面３を透過して、光軸２上に開口１と対向し
て偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射さ
れ、その反射光は、光軸２上に第２面４と開口１との間
に配置された第１面３で反射され、撮像素子６に対向し
て配置された透過面の第３面５から射出して撮像素子６
に入射し、撮像面上に結像する。なお、図中、１１はカ
バーガラスを示している。

【０１００】この実施例１〜４の光軸２を含むＹ−Ｚ断
面図をそれぞれ図１〜図４に示す。構成パラメータは後
記するが、実施例１〜４は、第１面３、第２面４、第３
面５何れも上式で定義される自由曲面である。実施例１
の撮像画角は、水平画角３９．４°、垂直画角３０．８
°、瞳径は１．２ｍｍであり、実施例２の撮像画角は、
水平画角４５．８°、垂直画角３６．２°、瞳径は１．
２ｍｍであり、実施例３、４の撮像画角は、水平画角３
７．８°、垂直画角２８．８°、瞳径は０．８７５ｍｍ
である。以下に、上記実施例１〜４の構成パラメータを
示す。

【０１０１】実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（物体面） 2 1.5163 64.1 ２ ∞ 1.23 ３ ∞（開口） ４ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） Ｙ 2.363 θ -4.77 ° Ｚ 0.766 ５ 自由曲面 1.5254 56.25 （第２面） （開口より） （反射面） Ｙ -0.350 θ -20.521 ° Ｚ 4.478 ６ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） （反射面） Ｙ 2.363 θ -4.77° Ｚ 0.766 ７ 自由曲面 （開口より） （第３面） Ｙ 4.213 θ 26.161 ° Ｚ 4.457 ８ ∞ （開口より） （撮像面） Ｙ 9.210 θ 2.532 ° Ｚ 14.270 自由曲面 Ｃ₅ -2.9527×10^-2 Ｃ₇ -4.8238×10^-2 Ｃ₈ 1.3305×10^-3 Ｃ₁₀ 2.4417×10^-3 自由曲面 Ｃ₅ -4.6876×10^-2 Ｃ₇ -5.4964×10^-2 Ｃ₈ 2.0115×10^-3 Ｃ₁₀ 2.3652×10^-3 自由曲面 Ｃ₅ -1.2504×10^-1 Ｃ₇ -1.1816×10^-1 。

【０１０２】実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（物体面） 2 1.5163 64.1 ２ ∞ 0.823 ３ ∞（開口） ４ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） Ｙ 3.734 θ -3.569 ° Ｚ 0.997 ５ 自由曲面 1.5254 56.25 （第２面） （開口より） （反射面） Ｙ -0.619 θ -23.901 ° Ｚ 5.917 ６ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） （反射面） Ｙ 3.734 θ -3.569 ° Ｚ 0.997 ７ 自由曲面 （開口より）
（第３面）
Ｙ 6.151 θ 59.154 ° Ｚ 4.532 ８ ∞ （開口より） （撮像面） Ｙ 9.442 θ 6.673° Ｚ 13.965 自由曲面 Ｃ₅ -2.5028×10^-2 Ｃ₇ -4.8759×10^-2 Ｃ₈ 1.6355×10^-3 Ｃ₁₀ 2.8131×10^-3 自由曲面 Ｃ₅ -3.9920×10^-2 Ｃ₇ -4.8922×10^-2 Ｃ₈ 2.3119×10^-3 Ｃ₁₀ 2.4299×10^-3 自由曲面 Ｃ₅ -7.7079×10^-2 Ｃ₇ -9.2542×10^-2 Ｃ₈ 2.7353×10^-3 Ｃ₁₀ 3.1196×10^-3 。

【０１０３】実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（物体面） ∞ ２ ∞（開口） ３ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） Ｙ -8.833 θ 26.068 ° Ｚ 7.300 ４ 自由曲面 1.5254 56.25 （第２面） （開口より） （反射面） Ｙ 4.249 θ 5.868 ° Ｚ 7.754 ５ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） （反射面） Ｙ -8.833 θ 26.068 ° Ｚ 7.300 ６ 自由曲面 （開口より） （第３面） Ｙ 3.014 θ 96.730 ° Ｚ 7.696 ７ ∞ （開口より） （撮像面） Ｙ 5.116 θ 51.793 ° Ｚ 7.289 自由曲面 Ｃ₅ 2.0181×10^-2 Ｃ₇ -8.8163×10^-2 Ｃ₈ 6.0028×10^-4 Ｃ₁₀ 1.3118×10^-2 Ｃ₁₂ 5.4409×10^-5 Ｃ₁₄ -1.3941×10^-3 Ｃ₁₆ 1.0778×10^-3 Ｃ₁₇ -9.3095×10^-6 Ｃ₁₉ 6.7120×10^-5 Ｃ₂₁ -1.6643×10^-4 自由曲面 Ｃ₅ -5.8595×10^-2 Ｃ₇ -4.5514×10^-2 Ｃ₈ -4.4606×10^-3 Ｃ₁₀ -2.1234×10^-3 Ｃ₁₂ -8.9557×10^-4 Ｃ₁₄ -8.1709×10^-4 Ｃ₁₆ -1.2325×10^-4 Ｃ₁₇ -6.0121×10^-5 Ｃ₁₉ -1.9125×10^-5 Ｃ₂₁ 4.7085×10^-5 自由曲面 Ｃ₅ 4.5407×10^-1 Ｃ₇ 1.8185×10^-2 Ｃ₈ -1.3142×10^-1 Ｃ₁₀ 6.1294×10^-2 Ｃ₁₂ 9.2625×10^-3 Ｃ₁₄ -8.2125×10^-3 Ｃ₁₆ 1.0519×10^-2 。

【０１０４】実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角) １ ∞（物体面） ∞ ２ ∞（開口） ３ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） Ｙ 1.540 θ 19.053 ° Ｚ 1.634 ４ 自由曲面 1.5254 56.25 （第２面） （開口より） （反射面） Ｙ 0.337 θ -12.011 ° Ｚ 3.849 ５ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （開口より） （反射面） Ｙ 1.540 θ 19.053 ° Ｚ 1.634 ６ 自由曲面 （開口より） （第３面） Ｙ 3.545 θ 88.404 ° Ｚ 1.834 ７ ∞ （開口より） （撮像面） Ｙ 6.492 θ 62.548 ° Ｚ 4.314 自由曲面 Ｃ₅ -9.4313×10^-3 Ｃ₇ -1.2240×10^-2 Ｃ₈ 3.4467×10^-4 Ｃ₁₀ 1.6850×10^-3 Ｃ₁₂ -2.7559×10^-4 Ｃ₁₄ -7.4167×10^-4 Ｃ₁₆ 3.0621×10^-5 自由曲面 Ｃ₅ -3.1609×10^-2 Ｃ₇ -3.6090×10^-2 Ｃ₈ 1.1920×10^-3 Ｃ₁₀ 1.2018×10^-3 Ｃ₁₂ -4.2669×10^-4 Ｃ₁₄ -4.9528×10^-4 Ｃ₁₆ 1.8471×10^-4 自由曲面３ Ｃ₅ 6.7068×10^-3 Ｃ₇ 5.0952×10^-2 Ｃ₈ -4.1853×10^-3 Ｃ₁₀ 4.2567×10^-3 。

【０１０５】次に、上記実施例１、３の横収差図をそれ
ぞれ図５〜図６、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（Ｘ方向）画
角，垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横
収差を示す。

【０１０６】以下に、本発明の各実施例における前記条
件式（１−１）〜（９−１）に関するパラメータの値を
示す（条件式（１−１）から（７−１）は２面ある反射
面のそれぞれの値を示す。）。 。

【０１０７】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
は言うまでもない。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何れかの条件を満足する
ことにより、また、そのいくつかのものを満足すること
により、収差の非常に良く補正された撮像光学系を得ら
れることは言うまでもない。なお、偏心を無視した面の
定義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、何ら
の意味も持たない。

【０１０８】なお、後記の図９の実施例では、本発明の
実施例１の結像光学系の物点と像点を逆にして配置した
例である。これより、上記の本発明の数値実施例は、基
本となる概念と条件式を示したものであり、偏心方向や
物点を変え、また、係数倍をする等をして応用できるこ
とは自明である。

【０１０９】以上、本発明の特徴となる結像光学系の詳
細を説明した。以下に、これらの結像光学系を像読み取
り装置及びそれを用いた情報再生システムに組み込んだ
例を説明する。図９は、実施例１の光学系を物体面と像
面を逆にして本発明の像読み取り装置及びそれを用いた
情報再生システムに適用したものの断面図である。図
中、７は実施例１による光学系（プリズム体）、６は撮
像素子、１２が外装、１３は基板、２０は情報記録媒体
（被写体）、４０はペン型情報再生装置であり、図９に
示すように、１つの光学系（プリズム体）７に結像作用
及び光路を曲げる作用を同時に持たせ、撮像素子６をそ
の他の電気部品と共に同一の基板１３に実装することが
できる。

【０１１０】このように、本発明に基づく結像光学系を
用いることにより、実装効率が向上する。また、必要な
基板の数を減らせるので（図９の場合は、１個）、コス
ト低減を図ることができる。また、その他の作用とし
て、図示のように、情報記録媒体２０に対してペン型情
報再生装置４０を所定の角度傾けた構成にすることもで
きる。ペン型情報再生装置４０を操作するときは、図１
０に示すように、情報記録媒体２０の法線に対してペン
型情報再生装置４０を所定の角度θ傾けて使用する構成
の方が操作性が良い。

【０１１１】このように、本発明の光学系７の場合、光
路を折り曲げる角度に対する自由度が高く、実装上の効
果に加え、操作上の効果も得られる。なお、実際の情報
再生装置４０には、図９に示した部材以外のものも配置
されるが、説明を簡略化するために、主要部分のみを図
示した。このような像読み取り装置を用いた情報再生シ
ステムの詳細は後に説明する。

【０１１２】図９とは別の実施の形態として、情報記録
媒体２０を照明する照明光学系の光路と撮影光学系の光
路とを撮影光学部材７の中に重複して配置した本発明の
具体例を図１１、図１２に示す。これらの図に示すよう
に、撮影光学系を構成する光学部材７の撮影光路の有効
範囲内又は有効範囲外の部分に光源４４Ａからの照明光
を導く入射面を設け、撮影光路と重複した照明光路を形
成する。

【０１１３】図１１の場合は、情報記録媒体２０側から
順に第３番目の面（図１の第２面４）の中の撮影光路の
有効範囲内の反射面をハーフミラー１４とし、光源４４
Ａからの照明光を導く補助レンズ、プリズム等の光学部
材１５を配置し、その近傍に光源４４Ａを配置する。こ
の補助レンズ、プリズム等の光学部材１５の光源４４Ａ
側の面から入射した光線は、ハーフミラー１４から撮影
光学系を構成する光学部材７に入射した後、撮影光路と
重複した光路を通り情報記録媒体２０を照明する。な
お、補助レンズ、プリズム等の光学部材１５の光源４４
Ａ側の面は凸面等でレンズ作用を持たせてあり、均一な
照明のために有利となっている。このように光路を重複
することで、装置の小型化が可能となる。また、情報記
録媒体２０を略正面から照明できるので、照明むらが発
生し難い。

【０１１４】また、図１２の場合は、情報記録媒体２０
側から順に第２番目の面（図１の第１面３）の中の撮影
光路の有効範囲以外の部分３’を用いて照明光路を構成
する。有効範囲以外の部分３’を用いるため、ハーフミ
ラーを設ける必要はなく、照明光路の入射面を撮影光学
系を構成する光学部材７と一体で構成することができ、
コストの点で有利である。

【０１１５】以上のように、各実施例で示した光学系を
像読み取り装置や情報再生システムに備えることで、情
報再生システム特有の問題点を解決することができる。
無論、適用する情報再生装置の形態はペン型に限らず他
の形態のものにも適用可能である。

【０１１６】以下に、上記のような像読み取り装置を用
いた情報再生システムについての詳細な説明を行う。よ
り詳細な説明は、特開平６−２３１４６６号公報にある
ので、ここでは具体的な構成と作用の概略のみ示すこと
とする。

【０１１７】以下、情報再生システムにかかる本発明の
実施例を説明するが、ここでは、マルチメディア情報の
中、音声、音楽等のオーディオ情報に関連する実施例に
ついて説明する。音声や音楽等のオーディオ情報を光学
的に読み取り可能なディジタル信号として紙に記録する
ためのオーディオ情報記録装置については、特開平６−
２３１４６６号の図に示されているので、説明は省略す
る。

【０１１８】この装置により、例えば図１３（Ａ）に示
すような書式で紙３０に記録される。すなわち、画像３
２や文字３４と一緒にディジタル信号化された音のデー
タが記録データ３６として印刷される。ここで、記録デ
ータ３６は複数のブロック３８から構成されており、各
ブロック３８は、マーカ３８Ａ、誤り訂正用符号３８
Ｂ、オーディオデータ３８Ｃ、ｘアドレスデータ３８
Ｄ、ｙアドレスデータ３８Ｅ及び誤り判定符号３８Ｆか
ら構成されている。

【０１１９】なお、マーカ３８Ａは同期信号としても機
能するもので、ＤＡＴのように通常は記録変調で出てこ
ないようなパターンを用いている。また、誤り訂正用符
号３８Ｂは、オーディオデータ３８Ｃの誤り訂正に用い
られているものである。オーディオデータ３８Ｃは、マ
イクロフォン又はオーディオ信号に対応するものであ
る。ｘアドレスデータ３８Ｄ及びｙアドレスデータ３８
Ｅは当該ブロック３８の位置を表すデータであり、誤り
判定符号３８Ｆは、これらｘアドレス、ｙアドレスの誤
り判定に用いられる。

【０１２０】このようなフォーマットの記録データ３６
は、「１」、「０」のデータを、例えばバーコードと同
様に、「１」を黒ドット有り、「０」を黒ドットなしと
いうようにしてプリンタシステム又は印刷用製版システ
ムによって印刷記録される。以下、このような記録デー
タをドットコードと称する。

【０１２１】図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示したよ
うな紙３０に記録された音のデータをペン型の情報再生
装置（情報再生システム）４０で読み出している場面を
示している。図９、図１１、図１２のようなペン型情報
再生装置４０でドットコード３６の上をなぞることによ
り、ドットコード３６を検出し、音に変換してイヤホン
等の音声出力器４２で聞くことができる。

【０１２２】図１４は本発明の１つの実施例における情
報再生装置４０のブロック構成図である。本実施例の情
報再生装置４０は、ヘッドホンやイヤホン等の音声出力
器４２以外の部分を携帯可能なペン型の１つの筐体（図
示せず）内に収納するものとする。もちろん、筐体内に
スピーカを内蔵するものとしてもよい。

【０１２３】検出部４４は、光源４４Ａ（図１１、図１
２）にて被写体である紙面上のドットコード３６を照明
し、反射光を読み取り光学系４４Ｂ（プリズム体７）及
び空間フィルタ（不図示）を介して、半導体エリアセン
サ等である撮像部４４Ｄ（撮像素子６）で画像として検
出し、プリアンプ４４Ｅにて増幅して出力する。

【０１２４】ここで、エリアセンサ４４Ｄの画素ピッチ
は、標本化定理により撮像面上のドットコード３６のド
ットピッチ以下に設定されている。さらに、撮像面上に
設置された空間フィルタもこの定理に基づいて撮像面上
のモアレ現像（エリアジング）を防ぐために挿入されて
いる。

【０１２５】上記のようにして検出部４４により検出さ
れた画像信号は、まず、Ａ／Ｄ変換器４６Ａでディジタ
ル信号に変換され、フレームメモリ４６Ｂ内に蓄えられ
る。このフレームメモリ４６Ｂは８ビットの階調を持っ
ている。

【０１２６】また、マーカ検出回路４６Ｃは、フレーム
メモリ４６Ｂに記憶された画像信号を特定の方向にスキ
ャンしてマーカ３８Ａを検出する。θ検出回路４６Ｄは
マーカ検出回路４６Ｃで検出した各マーカ３８Ａが撮像
面上のどのアドレス値に対応しているのかを検出して、
そのアドレス値からドットコードの配列方向に対する撮
像面の傾きθを演算する。

【０１２７】一方、レンズ収差情報メモリ４６Ｅには、
読み取り光学系の歪み補正を行うための上記検出部４４
の結像系４４Ｂに用いられている読み取り光学系の予め
測定された収差情報を記録してある。むろん、本発明の
光学系では収差が補正されているので、この処理も簡易
にすることができる。アドレス制御回路４６Ｆは、次に
フレームメモリ４６Ｂ内に蓄えられたデータを読み出す
際には、上記θ検出回路４６Ｄで演算された傾きθの値
とレンズ収差情報メモリ４６Ｅに記憶されているレンズ
収差情報とに従って読み出しアドレスをフレームメモリ
４６Ｂに与え、補間回路４６Ｇにてデータ補間を行いな
がらデータの配列方向への走査変換を行う。

【０１２８】走査変換を受けてフレームメモリ４６Ｂか
ら読み出されたドットコード３６は、次にラッチ４８Ａ
及びコンパレータ４８Ｂで構成された２値化回路４８に
て２値化される。この２値化を行う際の閾値は、閾値判
定回路５０にて画面毎若しくは画面内のブロック毎のヒ
ストグラムの値等を利用して決定される。すなわち、ド
ットコード３６上の染みや紙３０の歪み、内蔵クロック
の精度等に応じて閾値を決定する。この閾値判定回路５
０としては、例えば本出願人による特願平４−１３１０
５１号に開示されたニューラルネットワークを利用した
回路を使用するのが好ましい。

【０１２９】また、これと平行してフレームメモリ４６
Ｂから読み出されたドットコード３６は、ＰＬＬ回路５
２に入力され、再生データと同期したクロックパルスＣ
Ｋを発生する。このクロックパルスＣＫは、走査変換後
の２値化や復調、及び、後述するデータ列調整部５６内
の誤り判定回路５６Ａ、ｘ，ｙアドレス検出回路５６Ｂ
やメモリ部５６Ｃ等の基準クロックとして使用される。

【０１３０】２値化されたデータは、復調回路５４にて
復調され、データ列調整部５６内の誤り判定回路５６Ａ
と、ｘ，ｙアドレス検出回路５６Ｂに入力される。誤り
判定回路５６Ａは、ブロック３８内の誤り判定符号３８
Ｆを用いて、ｘ、ｙアドレスデータ３８Ｄ、３８Ｅに誤
りがないかどうかの判定を行う。誤りがない場合は、
ｘ，ｙアドレス検出回路５６Ａで検出したアドレスに従
って、オーディオデータ３８Ｃはオーディオデータ列調
整用のメモリ部５６Ｃには記録されない。

【０１３１】このデータ列調整部５６の目的は、上記走
査変換及びレンズ歪み補正部４６における走査変換の精
度（基準クロックの精度及び撮像素子のＳ／Ｎに左右さ
れる。）や紙の歪み等により、データ配列方向と走査変
換後の走査方向に生じた僅かなずれを補正することにあ
る。そして、それぞれのブロック３８内のｘ、ｙアドレ
ス３８Ｄ、３８Ｅに従ってデータ列調整用のメモリ部５
６Ｃに格納される。

【０１３２】次に、検出部４４を手動で走査することに
より、紙３０の上の音声ドットコード３６をもれなくデ
ータ列調整用のメモリ部５６Ｃに格納することができ
る。

【０１３３】このようなデータ列調整部５６にてデータ
列が調整された音声ドットコードは、次に、上記ＰＬＬ
回路５２とは別の基準クロック発生回路５３により発生
した基準クロックＣＫ’に従い、データ列調整用にメモ
リ部５６Ｃから読み出される。そして、このときに、デ
・インタリーブ回路５８によりデ・インタリーブがかけ
られ、正式なデータ列に変換される。次に、ブロック３
８内の誤り訂正用符号３８Ｂを用いた誤り訂正が誤り訂
正回路６０にて行われる。そして、復号回路６２で圧縮
されたデータの復号が行われ、さらに、データ補間回路
６４にて誤り訂正不能なオーディオデータの補間が行わ
れる。その後、Ｄ／Ａ変換回路６６にてアナログのオー
ディオ信号に変換され、増幅器６８にて増幅され、音声
出力器（イヤホン、ヘッドホン、スピーカ等）４２にて
音に変換される。

【０１３４】以上のようにして、音声や音楽等のオーデ
ィオ情報を紙に記録できるようにし、また、再生装置を
小型の携帯型の装置としたことにより、プリントアウト
したものやそれをファクシミリ伝送したもの、あるい
は、印刷製版により本の形式で印刷されたものを何処で
も、また、何回でも聞くことができるようになる。

【０１３５】なお、上記のデータ列調整部５６内のデー
タ列調整用メモリ部５６Ｃは、半導体メモリに限らず、
フロッピーディスク、光ディスク等の他の記録媒体を利
用することが可能である。

【０１３６】本実施例は、このようにデジタルコードデ
ータを示したドットコード３６を、撮像素子たる撮像部
４４Ｄに結像させる結像光学系４４Ｂを有し、ドットコ
ード３６のパターンからデジタル情報を再生情報に変換
するデータ処理部（４６、４８、５０、５２、５４、５
６、５８、６０、６２、６４、６６等）を経て、再生装
置たるヘッドホン４２によって音声情報として再生し、
聴覚に対して表示を行っている。

【０１３７】上記のようにオーディオ情報を記録したも
のの応用例としては、種々のものが考えられる。例え
ば、一般用として、語学教材、楽譜、通信教育等の各種
のテキスト、商品仕様、修理等のマニュアル、外国語等
の辞書、百科事典、絵本等の書籍、商品カタログ、旅行
案内、ダイレクトメールや案内状、新聞、雑誌、チラ
シ、アルバム、祝電、葉書等が考えられる。また、業務
用としては、ＦＡＸ（ボイス及びファックス）業務指示
書、議事録、電子黒板、ＯＨＰ、身分証明書（声紋）、
名刺、電話用メモ、付箋紙、上質紙をロール状にしたサ
プライ商品（消耗品）等といったものが考えられる。

【０１３８】ここでは、記録された情報を、音声、音楽
等のオーディオ情報を例にあげて説明したが、本発明は
オーディオ情報に限らず、特開平６−２３１４６６号に
示されるように、カメラ、ビデオ等から得られる映像情
報及びパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等か
ら得られるディジタルコードデータ等を含めたいわゆる
マルチメディア情報を取り扱う装置であってもかまわな
い。

【０１３９】さらに、再生装置もスピーカやヘッドホン
に限らず、ＴＶやヘッドマウンテッドディスプレイ（Ｈ
ＭＤ）の映像表示又はプリンタを用いた印刷表示等であ
ってもよい。

【０１４０】次に、本発明の特徴となる結像光学系を撮
像装置に適用した例を説明する。

【０１４１】図１５は本発明の結像光学系を撮像装置に
使用した場合の概念図である。本発明による結像光学系
７の開口１の位置に絞り１６を配置し、さらに、絞り１
６の前部に光学系のカバー１７を配置し、この撮像装置
を使用しない場合にはカバー１７を閉じることもできる
ようにしてある。さらに、光路を折り曲げている本発明
の光学系７では、撮像装置の光軸方向の厚さを薄くする
ことが可能となり、記録媒体１８、例えば磁気記録装置
（フロッピーディスク）や記録素子（メモリーカード）
等を装置の裏側に取り付け、取外し可能に配置すること
ができる。

【０１４２】図１６は上記撮像装置の断面図である。光
学系７と撮像素子（ＣＣＤ）６と絞り１６の配置を示し
ている図である。その他の構成については省略してあ
る。

【０１４３】また、この実施例に限らず、開口１を通過
し、光学系７で正規の反射光路を通らずに撮像面に到達
するゴースト等を防ぐために、適切な場所にフレアー絞
り等を配置することが重要である。

【０１４４】以上の本発明の撮像装置及び情報再生装置
は例えば次のように構成することができる。 〔１〕 開口と、前記開口から入射した光束を結像させ
る結像光学系と、その結像位置又はその近傍に配置され
た撮像素子とを有し、前記結像光学系が、その面内及び
面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状の反射
面を少なくとも１面有し、物体中心から前記開口中心を
通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主光線とし、前
記物体中心から開口中心に到る軸上主光線の方向をＺ
軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際の折り
返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、
前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義したと
きに、前記の結像光学系の少なくとも１面の反射面が以
下の条件を満足することを特徴とする撮像装置。 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜５ ・・・（１−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、前記軸上主光線が
前記反射面と交差する部分において、その面の形状を定
義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるＸ軸とそ
の面の法線を含む面内での曲率をＣＸ２とし、偏心方向
に当たるＹ軸とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ
２とする。

【０１４５】〔２〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系は、
少なくとも２つの反射面からなる折り返し光路を形成
し、前記の少なくとも２つの反射面の中、少なくとも１
つの反射面は、その面内及び面外共に回転対称軸を有し
ない非回転対称面形状の反射面を有することを特徴とす
る撮像装置。

【０１４６】〔３〕 デジタルコードデータを読み取る
ためにデジタルコードデータに光を照射する光源と、開
口と、前記開口から入射したデジタルコードデータかの
光束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその
近傍に配置された撮像素子と、前記撮像素子により受光
されたデジタルコードデータの情報を再生情報に変換す
るデータ処理部と、前記データ処理部で変換された再生
情報を表示する再生装置とを有し、前記結像光学系は、
少なくとも２つの反射面からなる折り返し光路を形成
し、前記の少なくとも２つの反射面の中、少なくとも１
つの反射面は、その面内及び面外共に回転対称軸を有し
ない非回転対称面形状の反射面を有することを特徴とす
る情報再生用の撮像装置。

【０１４７】〔４〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前
記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主
光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線
の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射され
る際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方
向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と
定義したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の
反射面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 −０．１＜ＤＸn2＜０ ・・・（２−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、上側中心画角の主
光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主光線
を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光線を
とし、これらの各光線〜が前記反射面と交差する
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向に当たるＹ軸方向の傾きをＤＹ１〜ＤＹ６、それと直
交するＸ軸方向の傾きをＤＸ１〜ＤＸ６とし、ＤＸ４−
ＤＸ６をＤＸn2とする。

【０１４８】〔５〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前
記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主
光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線
の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射され
る際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方
向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と
定義したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の
反射面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 ０＜ＤＹ５−ＤＹ２＜０．１ ・・・（３−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、上側中心画角の主
光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主光線
を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光線を
とし、これらの各光線〜が前記反射面と交差する
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向に当たるＹ軸方向の傾きをＤＹ１〜ＤＹ６、それと直
交するＸ軸方向の傾きをＤＸ１〜ＤＸ６とする。

【０１４９】〔６〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前
記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主
光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線
の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射され
る際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方
向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と
定義したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の
反射面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 −０．１＜ＣＸn4Ｍ＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（４−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、上側中心画角の主
光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主光線
を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光線を
とし、これらの各光線〜が前記反射面と交差する
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向に垂直な方向に当たるＸ軸とその面の法線を含む面内
での曲率をＣＸ１〜ＣＸ６とし、偏心方向に当たるＹ軸
とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ１〜ＣＹ６と
し、ＣＸ４−ＣＸ１、ＣＸ５−ＣＸ２、ＣＸ６−ＣＸ３
の各値をＣＸn4Ｍとする。

【０１５０】〔７〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前
記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主
光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線
の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射され
る際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方
向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と
定義したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の
反射面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 −０．１＜ＣＹn4Ｍ＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、上側中心画角の主
光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主光線
を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光線を
とし、これらの各光線〜が前記反射面と交差する
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向に垂直な方向に当たるＸ軸とその面の法線を含む面内
での曲率をＣＸ１〜ＣＸ６とし、偏心方向に当たるＹ軸
とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ１〜ＣＹ６と
し、ＣＹ４−ＣＹ１、ＣＹ５−ＣＹ２、ＣＹ６−ＣＹ３
の各値をＣＹn4Ｍとする。

【０１５１】〔８〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前
記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主
光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線
の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射され
る際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方
向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と
定義したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の
反射面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 −０．１＜ＣＸn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（６−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、上側中心画角の主
光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主光線
を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光線を
とし、これらの各光線〜が前記反射面と交差する
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向に垂直な方向に当たるＸ軸とその面の法線を含む面内
での曲率をＣＸ１〜ＣＸ６とし、偏心方向に当たるＹ軸
とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ１〜ＣＹ６と
し、ＣＸ３−ＣＸ１、ＣＸ６−ＣＸ４の各値をＣＸn6Ｍ
とする。

【０１５２】

〔９〕 開口と、前記開口から入射した光
束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近
傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心から前
記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸上主
光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主光線
の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射され
る際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方
向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と
定義したときに、前記の結像光学系の少なくとも１面の
反射面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装
置。 −０．１＜ＣＹn6Ｍ＜０ （１／ｍｍ） ・・・（７−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、上側中心画角の主
光線を、右上画角の主光線を、右中心画角の主光線
を、右下画角の主光線を、下側中心画角の主光線を
とし、これらの各光線〜が前記反射面と交差する
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向に垂直な方向に当たるＸ軸とその面の法線を含む面内
での曲率をＣＸ１〜ＣＸ６とし、偏心方向に当たるＹ軸
とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ１〜ＣＹ６と
し、ＣＹ３−ＣＹ１、ＣＹ６−ＣＹ４の各値をＣＹn6Ｍ
とする。

【０１５３】〔１０〕 開口と、前記開口から入射した
光束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその
近傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心か
ら前記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸
上主光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主
光線の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射
される際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直
な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ
軸と定義したときに、前記の結像光学系中の２つの反射
面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装置。 ０＜ＣＸａｂ ・・・（８−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、前記軸上主光線が
前記２つの反射面と交差する部分において、それらの面
の形状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当た
るＸ軸とその面の法線を含む面内での曲率を開口側から
順にＣＸ２ａ、ＣＸｂとし、ＣＸ２ａ／ＣＸ２ｂをＣＸ
ａｂとする。

【０１５４】〔１１〕 開口と、前記開口から入射した
光束を結像させる結像光学系と、その結像位置又はその
近傍に配置された撮像素子とを有し、前記結像光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、物体中心か
ら前記開口中心を通り前記撮像素子中心に到る光線を軸
上主光線とし、前記物体中心から開口中心に到る軸上主
光線の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射
される際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直
な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ
軸と定義したときに、前記の結像光学系中の２つの反射
面が以下の条件を満足することを特徴とする撮像装置。 ０＜ＣＹａｂ ・・・（９−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、前記軸上主光線が
前記２つの反射面と交差する部分において、それらの面
の形状を定義する式の面の偏心方向に当たるＹ軸とその
面の法線を含む面内での曲率を開口側から順にＣＹ２
ａ、ＣＹｂとし、ＣＹ２ａ／ＣＹ２ｂをＣＸａｂとす
る。

【０１５５】

【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、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像
を与える撮像装置を提供することができる。また、本発
明によれば、簡易な構成であって、小型化された像読み
取り装置及びそれを用いた情報再生装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の撮像光学系を用いた撮像装
置の光学系の断面図である。

【図２】本発明の実施例２の撮像光学系を用いた撮像装
置の光学系の断面図である。

【図３】本発明の実施例３の撮像光学系を用いた撮像装
置の光学系の断面図である。

【図４】本発明の実施例４の撮像光学系を用いた撮像装
置の光学系の断面図である。

【図５】本発明の実施例１の撮像光学系の横収差図の一
部である。

【図６】本発明の実施例１の撮像光学系の横収差図の残
りの一部である。

【図７】本発明の実施例３の撮像光学系の横収差図の一
部である。

【図８】本発明の実施例３の撮像光学系の横収差図の残
りの一部である。

【図９】実施例１の光学系を適用した本発明のペン型情
報再生装置のの断面図である。

【図１０】情報記録媒体に対して傾けて使用するペン型
情報再生装置の操作性を説明するための図である。

【図１１】像読み取り装置の照明光学系の具体的配置の
１例を示す要部断面図である。

【図１２】照明光学系の具体的配置の別の例を示す要部
断面図である。

【図１３】ドットコード化したマルチメディア情報の１
例と情報再生装置の使用状況を示す図である。

【図１４】本発明に基づく１つの実施例の情報再生装置
のブロック構成図である。

【図１５】本発明による結像光学系を撮像装置に使用し
た場合の概念図である。

【図１６】図１５の撮像装置の断面図である。

【図１７】先の提案による像読み取り装置の断面図であ
る。

【符号の説明】 １…開口 ２…光軸 ３…第１面 ４…第２面 ５…第３面 ６…撮像素子 ７…結像光学系（プリズム体） ３’…結像光学系の有効範囲以外の部分 １０…物体 １１…カバーガラス １２…外装 １３…基板 １４…ハーフミラー １５…光学部材 １６…絞り １７…カバー １８…記録媒体 ２０…情報記録媒体（被写体） ３０…紙 ３２…画像 ３４…文字 ３６…記録データ（ドットコード） ３８…ブロック ３８Ａ…マーカ ３８Ｂ…誤り訂正用符号 ３８Ｃ…オーディオデータ ３８Ｄ…ｘアドレスデータ ３８Ｅ…ｙアドレスデータ ３８Ｆ…誤り判定符号 ４０…ペン型情報再生装置（情報再生システム） ４２…音声出力器 ４４…検出部 ４４Ａ…光源 ４４Ｂ…結像光学系（読み取り光学系） ４４Ｄ…撮像部 ４４Ｅ…プリアンプ ４６…走査変換及びレンズ歪み補正部 ４６Ａ…Ａ／Ｄ変換器 ４６Ｂ…フレームメモリ ４６Ｃ…マーカ検出回路 ４６Ｄ…θ検出回路 ４６Ｅ…レンズ収差情報メモリ ４６Ｆ…アドレス制御回路 ４６Ｇ…補間回路 ４８…２値化回路 ４８Ａ…ラッチ ４８Ｂ…コンパレータ ５０…閾値判定回路 ５２…ＰＬＬ回路 ５４…復調回路 ５６…データ列調整部 ５６Ａ…誤り判定回路 ５６Ｂ…ｘ，ｙアドレス検出回路 ５６Ｃ…メモリ部 ５３…基準クロック発生回路 ５８…デ・インタリーブ回路 ６０…誤り訂正回路 ６２…復号回路 ６４…データ補間回路 ６６…Ｄ／Ａ変換回路 ６８…増幅器 ＣＫ…クロックパルス ＣＫ’…基準クロック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口と、前記開口から入射した光束を結
   像させる結像光学系と、その結像位置又はその近傍に配
   置された撮像素子とを有し、 前記結像光学系が、その面内及び面外共に回転対称軸を
   有しない非回転対称面形状の反射面を少なくとも１面有
   し、 物体中心から前記開口中心を通り前記撮像素子中心に到
   る光線を軸上主光線とし、前記物体中心から開口中心に
   到る軸上主光線の方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反
   射面で反射される際の折り返し線分を含む平面内で前記
   Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直
   な方向をＸ軸と定義したときに、 前記の結像光学系の少なくとも１面の反射面が以下の条
   件を満足することを特徴とする撮像装置。 １＜ＣＸ２／ＣＹ２＜５ ・・・（１−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、前記軸上主光線が
   前記反射面と交差する部分において、その面の形状を定
   義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるＸ軸とそ
   の面の法線を含む面内での曲率をＣＸ２とし、偏心方向
   に当たるＹ軸とその面の法線を含む面内での曲率をＣＹ
   ２とする。
2. 【請求項２】 開口と、前記開口から入射した光束を結
   像させる結像光学系と、その結像位置又はその近傍に配
   置された撮像素子とを有し、 前記結像光学系は、少なくとも２つの反射面からなる折
   り返し光路を形成し、 前記の少なくとも２つの反射面の中、少なくとも１つの
   反射面は、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない
   非回転対称面形状の反射面を有することを特徴とする撮
   像装置。
3. 【請求項３】 デジタルコードデータを読み取るために
   デジタルコードデータに光を照射する光源と、開口と、
   前記開口から入射したデジタルコードデータかの光束を
   結像させる結像光学系と、その結像位置又はその近傍に
   配置された撮像素子と、前記撮像素子により受光された
   デジタルコードデータの情報を再生情報に変換するデー
   タ処理部と、前記データ処理部で変換された再生情報を
   表示する再生装置とを有し、 前記結像光学系は、少なくとも２つの反射面からなる折
   り返し光路を形成し、 前記の少なくとも２つの反射面の中、少なくとも１つの
   反射面は、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない
   非回転対称面形状の反射面を有することを特徴とする情
   報再生用の撮像装置。