JPH1020196A - 変倍光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系内の光路を所望の形状に屈曲しなが
ら、諸収差及び偏心収差を全変倍域にわたって良好に補
正し、全体として光学部品点数の少ない変倍光学系及び
それを用いた撮像装置を得ること。 【解決手段】 物体よりでて変倍光学系に入り、該変倍
光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
を基準軸光線として、該絞りと、該基準軸光線に対し傾
いて配置されたOff-Axial 反射面を有する少なくとも1
つのOff-Axial 光学素子と、該基準軸光線に対し回転対
称な面のみで構成する少なくとも1 つの共軸光学素子と
を有し、少なくとも1 つのOff-Axial 光学素子と少なく
とも1つの共軸光学素子の移動により変倍を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変倍光学系及びそれ
を用いた撮像装置に関し、特にOff-Axial 光学素子と共
軸光学素子を変倍群として用い、ビデオカメラやスチー
ルビデオカメラ、そして複写機等に好適なものである。

【０００２】

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

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

【０００４】図25は1 つの凹面鏡と1 つの凸面鏡より成
る所謂ミラー光学系の概略図である。同図のミラー光学
系において、物体からの物体光束104 は、凹面鏡101 に
て反射され、収束されつつ物体側に向かい、凸面鏡102
にて反射された後、レンズ110 で屈折され、像面103 に
結像する。

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

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

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

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

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

【００１０】図26は米国特許3、674、334 号明細書に開示
されているミラー光学系の概略図であり、光軸に対して
回転対称な反射ミラーの一部を用いることによって上記
のケラレの問題を解決している。

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

【００１２】図27は米国特許5,063,586 号明細書に開示
されているミラー光学系の概略図である。同図のミラー
光学系は反射ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心さ
せて物体光束の主光線を光軸から離して上記の問題を解
決している。同図において、被写体面121 の垂直軸を光
軸127 と定義した時に、光束の通過順に凸面鏡122 ・凹
面鏡123 ・凸面鏡124 そして凹面鏡125 のそれぞれの反
射面の中心座標及び中心軸（その反射面の中心とその面
の曲率中心とを結んだ軸）122a,123a,124a,125a は、光
軸127 に対して偏心している。同図ではこのときの偏心
量と各面の曲率半径を適切に設定することにより、物体
光束128 の各反射ミラーによるケラレを防止して、物体
像を効率よく結像面126 に結像させている。

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

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

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

【００１６】例えば米国特許4,812,030 号明細書におい
ては、図25に示すカセグレン式反射望遠鏡の構成におい
て、凹面鏡101 から凸面鏡102 までの間隔と凸面鏡102
から像面103 までの間隔を相対的に変化させることによ
り撮影光学系の変倍を行う技術が開示されている。

【００１７】図28は同公報に開示されている別の実施例
である。同図において、物体からの物体光束138 は第一
凹面鏡131 に入射してこの面で反射され収束光束となっ
て物体側に向かい第一凸面鏡132 に入射し、ここで結像
面側へ反射され略平行な光束となって第二凸面鏡134 に
入射し、この面で反射されて発散光束となって第二凹面
鏡135 に入射し、ここで反射されて収束光束となり像面
137 上に結像する。この構成において第一凹面鏡131 と
第一凸面鏡132 間の間隔を変化させるとともに、第二凸
面鏡134 と第二凹面鏡135 間の間隔を変化させてズーミ
ングを行いミラー光学系全系の焦点距離を変化させてい
る。

【００１８】また、米国特許4,993,818 号明細書におい
ては、図25に示すカセグレン式反射望遠鏡にて結像した
像を後段に設けた別のミラー光学系にて二次結像し、こ
の二次結像用のミラー光学系の結像倍率を変化させるこ
とにより撮影系全体の変倍を行っている。

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

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

【００２１】従来、多数の反射面が一つのブロックに構
成されているものとして、例えばファインダー系等に使
用されるペンタゴナルダハプリズムやポロプリズム等の
光学プリズムがある。これらのプリズムは、複数の反射
面が一体成形されている為に、各反射面の相対的な位置
関係は精度良く作られており、反射面相互の位置調整は
不要となる。但し、これらのプリズムの主な機能は、光
線の進行方向を変化させることで像の反転を行うもので
あり、各反射面は平面で構成されている。

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

【００２３】図29は米国特許4,775,217 号明細書に開示
されている観察光学系の要部概略図である。この観察光
学系は外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示
した表示画像を風景とオーバーラップして観察する光学
系である。

【００２４】この観察光学系では、情報表示体141 の表
示画像から出射する表示光束145 は面142 にて反射して
物体側に向かい、凹面より成るハーフミラー面143 に入
射する。そしてこのハーフミラー面143 にて反射した
後、表示光束145 は凹面143 の有する屈折力によりほぼ
平行な光束となり、面142 を屈折透過した後、表示画像
の拡大虚像を形成するとともに、観察者の瞳144 に入射
して表示画像を観察者に認識させている。

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

【００２６】図30は特開平2-297516号公報に開示されて
いる観察光学系の要部概略図である。この観察光学系も
外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示した表
示画像をオーバーラップして観察する光学系である。

【００２７】この観察光学系では、情報表示体150 から
出射した表示光束154 は、プリズムPaを構成する平面15
7 を透過しプリズムPaに入り放物面反射面151 に入射す
る。表示光束154 はこの反射面151 にて反射されて収束
光束となり焦点面156 に結像する。このとき反射面151
で反射された表示光束154 は、プリズムPaを構成する2
つの平行な平面157 と平面158 との間を全反射しながら
焦点面156 に到達しており、これによって光学系全体の
薄型化を達成している。

【００２８】次に焦点面156 から発散光として出射した
表示光束154 は、平面157 と平面158 の間を全反射しな
がら放物面より成るハーフミラー152 に入射し、このハ
ーフミラー面152 で反射されると同時にその屈折力によ
って表示画像の拡大虚像を形成すると共にほぼ平行な光
束となり、面157 を透過して観察者の瞳153 に入射し、
これにより表示画像を観察者に認識させている。

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

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

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】従来の屈折光学素子の
みの光学系は、色収差を補正するために凸レンズと凹レ
ンズを混在させている。一般にズーム系を構成する場
合、変倍の際一体となる群内で基本的な色収差補正を行
なうため、各群に凸レンズと凹レンズが混在している場
合が多い。よって、色収差補正を考慮するとズーム系で
は全体を構成するレンズ枚数を削減するには限界があ
る。

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

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

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

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

【００３６】又、前記米国特許4,775,217 号明細書に開
示されている観察光学系は、平面屈折面と凹面のハーフ
ミラー面によって小型の観察光学系を構成しているが、
情報表示体及び外界からの光束の射出面62は、この面を
情報表示体61からの光束の全反射面として使用する関係
上、この面に曲率を持たせることは困難であり、射出面
62において収差補正を行ってはいなかった。

【００３７】又、前記特開平2-297516号公報に開示され
ている観察光学系は、平面屈折面と放物面反射面と放物
面より成るハーフミラーによって小型の観察光学系を構
成しているが、外界からの物体光束の入射面及び射出面
は、その延長面上を情報表示体70からの光線を導く為の
全反射面として使用する関係上、それぞれの面に曲率を
持たせることは困難であり、入射面及び射出面において
収差補正を行ってはいなかった。

【００３８】又、特開平5-12704 号公報や特開平6-1396
12号公報等に開示されている光ピックアップ用の光学系
は、いずれも検知光学系の使用に限定されており、撮影
光学系、特にCCD 等の面積型の撮像素子を用いた撮像装
置に対する結像性能を満足するものではなかった。

【００３９】本発明は、Off-Axial 光学素子と、基準軸
光線に対し回転対称な面のみで構成される共軸光学素子
によって変倍を行い、光学系内の光路を所望の形状に屈
曲しながら、諸収差及び偏心収差を全変倍域にわたって
良好に補正し、全体として光学部品点数の少ない変倍光
学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

【００４０】更に、 （１−１） 複数の反射面に適切な屈折力を与えて、こ
れを偏心配置したOff-Axial 光学素子を用いることによ
り、変倍光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該変倍
光学系の所定方向の全長を短縮する。 （１−２） 1 つの透明体の表面に適切な屈折力を有す
る2 つの入・射出屈折面と、適切な屈折力を有し、基準
軸に対して偏心配置した複数の反射面を形成したOff-Ax
ial 光学素子を用いることにより、諸収差及び偏心収差
を全変倍域にわたって良好に補正する。 （１−３） 1 つの透明体の表面に2 つの屈折面と複数
の曲面や平面の反射面を一体的に形成したOff-Axial 光
学素子を用いることにより変倍光学系全体の小型化を図
りつつ、反射面を使用する際にありがちな反射面の厳し
い配置精度（組立精度）の問題を解決する。等の少なく
とも１つの効果を有する変倍光学系及びそれを用いた撮
像装置の提供を目的とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明の変倍光学系は、 （２−１） 物体よりでて変倍光学系に入り、該変倍光
学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線を
基準軸光線とし、該変倍光学系の各面、各光学素子、各
群に入射する基準軸光線をその面、光学素子、群の入射
基準軸とし、各面、各光学素子、各群から射出する基準
軸光線をその面、光学素子、群の射出基準軸とし、該入
射基準軸と各面の交点を基準点、該入射基準軸、射出基
準軸において該基準軸光線が物体側から像面に向って進
む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸の方向として、
該絞りと、該基準軸光線に対し傾いて配置されたOff-Ax
ial 反射面を有する少なくとも1 つのOff-Axial 光学素
子と、該基準軸光線に対し回転対称な面のみで構成する
少なくとも1 つの共軸光学素子とを有し、少なくとも1
つのOff-Axial 光学素子と少なくとも1 つの共軸光学素
子の移動により変倍を行なうこと等を特徴としている。

【００４２】特に、 （２−１−１） 前記Off-Axial 光学素子は透明体の表
面に2 面の屈折面と1 面以上のOff-Axial 反射面とを一
体的に形成した光学素子である。 （２−１−２） 前記基準軸光線に沿って前記絞りの直
前又は／及び直後に前記Off-Axial 光学素子を配置して
いる。 （２−１−３） 前記絞りが変倍に際して移動する前記
Off-Axial 光学素子と一体として移動する。 （２−１−４） 前記共軸光学素子は単レンズである。 （２−１−５） 前記絞りを通る基準軸光線の方向と変
倍に際して移動する前記共軸光学素子を通る基準軸光線
の方向とが直交若しくは傾いた関係にある。こと等を特
徴としている。

【００４３】更に、本発明の変倍光学系は、 （２−２） 物体よりでて変倍光学系に入り、該変倍光
学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線を
基準軸光線とし、該変倍光学系の各面、各光学素子、各
群に入射する基準軸光線をその面、光学素子、群の入射
基準軸とし、各面、各光学素子、各群から射出する基準
軸光線をその面、光学素子、群の射出基準軸とし、該入
射基準軸と各面の交点を基準点、該入射基準軸、射出基
準軸において該基準軸光線が物体側から像面に向って進
む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸の方向として、
該基準軸光線に沿って物体側から順に第1 Off-Axial 光
学素子、該絞り、第2Off-Axial 光学素子及び共軸光学
素子を配置し、このうちの少なくとも1 つのOff-Axial
光学素子と該共軸光学素子の移動により変倍を行なうこ
と等を特徴としている。

【００４４】特に、 （２−２−１） 前記第1 および第2 Off-Axial 光学素
子は透明体の表面に2 つの屈折面と2 つのOff-Axial 反
射面を一体的に形成した光学素子である。 （２−２−２） 前記第1 及び第2 Off-Axial 光学素子
の入射基準軸と射出基準軸の方向は夫々平行である。 （２−２−３） 前記第1 Off-Axial 光学素子、前記絞
り及び前記第2 Off-Axial 光学素子は変倍に際して一体
で移動する。 （２−２−４） 変倍に際し前記第1 光学素子、前記第
2 光学素子、前記共軸光学素子は夫々別々に移動する。 （２−２−５） 前記第1 及び第2 Off-Axial 光学素子
の入射基準軸と射出基準軸の方向は夫々直交しており、
該第1 Off-Axial 光学素子、前記絞り及び該第2Off-Axi
al 光学素子は変倍に際して一体で移動する。 （２−２−６） 前記共軸光学素子は凹レンズである。
こと等を特徴としている。

【００４５】又、本発明の撮像装置は、 （２−３） (2-1)〜(2-2-6) 項のいずれか１項に記載
の変倍光学系を有し、撮像媒体の撮像面上に前記物体の
像を結像すること等を特徴としている。

【００４６】

【発明の実施の形態】本発明の変倍光学系には通常の光
学系における光軸のごとき対称軸が存在しない。そこで
光学系中ニ"基準軸 "を設定して、この基準軸をベースと
して光学系中の諸要素の構成を記述する。

【００４７】先ず基準軸の定義を説明する。一般的には
物体面から像面にいたる基準となる基準波長の或る光線
の光路をその光学系における”基準軸”と定義する。こ
れだけでは基準となる光線が定まらないので、通常は以
下の2 つの原則のいずれかに則り基準軸光線を設定す
る。 (1） 光学系に部分的にでも対称性を有する軸が存在
し、収差のとりまとめが対称性よく行なうことができる
場合にはその対称性を有する軸上を通る光線を基準軸光
線とする。 (2） 光学系に一般的に対称軸が存在しない時、あるい
は部分的には対称軸が存在しても、収差のとりまとめが
対称性よく行なえない時には、物体面中心（被撮影、被
観察範囲の中心）から出て、光学系の指定される面の順
に光学系を通り、光学系内の絞り中心を通る光線、又は
光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
を基準軸光線と設定し、その光路を基準軸とする。

【００４８】このようにして定義される基準軸は一般的
には折れ曲がっている形状となる。ここで、各面におい
て各面と基準軸光線との交点を各面の基準点とし、各面
の物体側の基準軸光線を入射基準軸、像側の基準軸光線
を射出基準軸とする。さらに、基準軸は方向（向き）を
持つこととし、その方向は基準軸光線が結像に際して進
行する方向とする。よって、入射、射出側に各々入射基
準軸方向、射出基準軸方向が存在する。このようにして
基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折若しくは反
射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像
面に到達する。なお、複数の面で構成された光学素子
（光学系）においては、その最も物体側の面へ入射する
基準軸光線をこの光学素子（光学系）の入射基準軸、最
も像側の面から射出する基準軸光線をこの光学素子（光
学系）の射出基準軸とする。又、これらの入射・射出基
準軸の方向の定義は面の場合と同じである。

【００４９】図1 は本発明の変倍光学系の実施形態1 の
基本構成図である。図中、11は絞り、12は絞り11の開口
中心と最終結像面の中心を通る基準軸光線、13、14は各
々基準軸光線12に対して傾いて配置された不図示の反射
面 (本明細書においては入射基準軸に対して傾いて配置
された反射面をOff-Axial 反射面と呼ぶこととする)を
有する光学素子 (本明細書においてはOff-Axial 反射面
を有する光学素子をOff-Axial 光学素子と呼ぶこととす
る) であり、基準軸光線にそって物体側から順に第1 光
学素子13、第2 光学素子14と配置している。

【００５０】さらに15は基準軸光線12を回転対称軸とす
る第3 光学素子 (共軸光学素子) 、16は像面である。本
実施形態の第1 光学素子13、絞り11、第2 光学素子14は
変倍に際して前群17として一体となって移動する。ま
た、第3 光学素子15は後群として移動する。

【００５１】ここで、前群17は正の屈折力を、後群15は
負の屈折力を有し、全体として正負の2 群ズームを構成
し、後群15が変倍作用を担い、前群17が像点移動を補正
して変倍光学系を構成している。

【００５２】そして、基準軸光線12は絞り11の開口中心
を通過して各面で屈折又は反射して最終結像面16の中心
に至る。本発明では共軸系の光軸に相当するものとして
基準軸光線を用いる。なお、本発明の実施形態は基準軸
光線を絞りの開口中心と像面の中心を通る光線として定
義しているが、光学系の有効光線を代表するものであれ
ばこのような定義に限定されない。

【００５３】図2 は第1 光学素子13の構成図であり、
又、図3 は第1 光学素子13の斜視図である。第1 光学素
子13は透明体の表面に二つの屈折面41、44と二つの反射
面42、43を形成している。なお、反射面42、43には蒸着
等の方法によりミラーを形成している。屈折面41は入射
面、42、43は屈折面44は射出面である。

【００５４】実施形態1 の前群17ではこのような光学素
子を絞り11を挟んで前後に対称的に配置している。この
ようにすると変倍全域に渡って絞り11を挟んで各画角の
主光線が対称的に導かれるため、偏心歪曲収差が互いに
キャンセルされる効果がある。これは前群17を1 つのOf
f-Axial 光学素子で構成した時に得難い効果である。
又、第1 光学素子13、第2 光学素子14のように複数の面
を一体構成とすると各面を独立に配置するよりも面の位
置精度が高まるため、位置、傾き等の調整が不要とな
る。また、反射面を支持する部材が不要であるため部品
点数が削減される。

【００５５】また、光学素子としての屈折力を主に反射
面に分担させることで、屈折面に自由度を持たせること
ができ、所望の屈折力を有しながら屈折面を色収差の発
生を抑える形状とすることが可能である。

【００５６】本実施形態は、このような光学素子を変倍
光学系に用いているので色収差補正のために一つの群内
に凸レンズと凹レンズを混在させる必要がなくなり、少
ない光学部品で変倍系を構成できる。

【００５７】本実施形態では、Off-Axial 光学素子と基
準軸に対して回転対称な面のみで構成される共軸光学素
子を用いることにより、全体として光学部品点数の少な
い変倍光学系を達成している。即ち、図1 の構成では前
群をOff-Axial 光学素子2 個、後群を凹レンズ1 枚、即
ち3 部品で変倍光学系を構成している。

【００５８】図4 は本発明の変倍光学系の実施形態2 の
基本構成図である。本実施形態は実施形態1 に対して前
群の構成が異なっている。図中、21は第1 光学素子、22
は第2 光学素子であり、夫々実施形態1 の第1 光学素子
13、第2 光学素子14に相当する。本実施形態でも第1 光
学素子21、絞り11、第2 光学素子22は2 群構成の変倍光
学系の前群17を構成しており、第3 光学素子15は変倍光
学系の後群を構成している。本実施形態の変倍方式は実
施形態1 と同じである。

【００５９】本実施形態の第1 光学素子21及び第2 光学
素子22は夫々基準軸光線の入射方向と出射方向が直交す
るように構成しているので、前群17において図中のz 方
向の寸法を小さくしており、この方向の全長は実施形態
1 よりも短くなる。なお、本実施形態の絞り11を通る基
準軸光線の方向と共軸光学素子である第3 光学素子15を
通る基準軸光線の方向は直交している。

【００６０】なお、基本的な光学配置は実施形態1 と同
じであり、絞り11を挟んで光学素子21、22を対称的に配
置して特に偏心歪曲収差を補正している。その他の効果
も実施形態1 と同じである。

【００６１】図5 は本発明の変倍光学系の実施形態3 の
基本構成図である。本実施形態の構成は実施形態1 と似
ているが、本実施形態は図1 の前群を分割して全体を3
群構成として、変倍に際して3 群を別々に移動する点が
異なっている。すなわち第1光学素子13を第1 群、絞り1
1と第2 光学素子14を第2 群31、第3 光学素子 (共軸光
学素子) 15を第3 群としている。このようにすると変倍
時の光学素子13、14の偏心収差変動を低減できるという
利点がある。

【００６２】本実施形態でも、Off-Axial 光学素子と基
準軸に対して回転対称な面のみで構成される共軸光学素
子を用いることにより、全体として光学部品点数の少な
い変倍光学系を達成している。即ち、図5 の構成ではOf
f-Axial 光学素子2 個、凹レンズ1 枚、即ち3 部品で3
群の変倍光学系を構成している。

【００６３】数値実施形態の説明に入る前に、数値実施
例の構成諸元の表し方及び数値実施例全体の共通事項に
ついて説明する。

【００６４】図6 は本発明の数値実施例の構成データを
定義する座標系の説明図である。本発明の数値実施例で
は物体側から像面に進む1 つの光線（図6 中の一点鎖線
で示すもので基準軸光線と呼ぶ）に沿ってｉ番目の面を
第ｉ面とする。

【００６５】図6 において第1 面R1は絞り、第2 面R2は
第1 面と共軸な屈折面、第3 面R3は第2 面R2に対してチ
ルトされた反射面、第4 面R4、第5 面R5は各々の前面に
対してシフト、チルトされた反射面、第6 面R6は第5 面
R5に対してシフト、チルトされた屈折面である。第2 面
R2から第6 面R6までの各々の面はガラス、プラスチック
等の媒質で構成される一つの光学素子上に構成されてお
り、図6 中では第1 光学素子B1としている。

【００６６】従って、図6 の構成では不図示の物体面か
ら第2 面R2までの媒質は空気、第2面R2から第6 面R6ま
ではある共通の媒質、第6 面R6から不図示の第7 面R7ま
での媒質は空気で構成している。

【００６７】本発明の光学系はOff-Axial 光学系である
ため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていな
い。そこで、本発明の実施形態においては先ず絞りであ
る第1面の光線有効径の中心を原点とする絶対座標系を
設定する。本発明では絶対座標系の各軸を以下のように
定める。

【００６８】Z軸：原点を通り第2 面R2に向かう基準軸 Y軸：原点を通りチルト面内（図6 の紙面内）でZ 軸に
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸：原点を通りZ、Y 各軸に垂直な直線（図6 の紙面に
垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成データを表
示する数値実施形態では第ｉ面の面形状をローカル座標
系で表わす。

【００６９】また、第ｉ面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i （単位°）で表す。よって、本発明の実施形態では各
面のローカル座標の原点は図6 中のYZ平面上にある。ま
たXZおよびXY面内での面のチルト、シフトはない。さら
に、第ｉ面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標
系(X,Y,Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体
的には以下のように設定する。

【００７０】z 軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y 軸：ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x 軸：ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線 また、本発明の実施形態の光学系は複数の光学素子の移
動により全体の焦点距離を変化する（変倍をする）。本
発明の数値データを挙げた数値実施例では広角端(W) 、
望遠端(T) とこれらの中間位置(M) の三つの位置での光
学系断面図、数値データを示す。

【００７１】ここで、図6 の光学素子においてYZ面内で
光学素子が移動すると各変倍位置で値が変わるのは各面
の位置を表すローカル座標の原点（Yi、Zi）であるが、
本実施形態では、変倍のために移動する光学素子がZ 方
向の移動の場合のみであり、座標値Ziを光学系が広角
端、中間、望遠端の状態の順にZi (W) 、Zi(M) 、Zi
(T) で表すこととする。

【００７２】なお、各面の座標値は広角端での値を示
し、中間、望遠端では広角端との差で記述する。具体的
には広角端(W) に対する中間位置(M) 、望遠端(T) での
移動量を各々a,b とすれば、以下の式で表す。

【００７３】Zi(M)=Zi(W)+a Zi(T)=Zi(W)+b なお、a,b の符号は各面がZ プラス方向に移動する場合
を正、Z マイナス方向に移動する場合を負としている。
また、この移動に伴い変化する面間隔Diは変数であり、
各変倍位置での値を別表にまとめて示す。

【００７４】また、Diは第ｉ面と第(i+1) 面のローカル
座標の原点間の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第
ｉ面と第(i+1) 面間の媒質の屈折率とアッベ数である。
なお、絞りや最終結像面も1 つの平面として表示してい
る。

【００７５】本発明の実施形態は球面及び回転非対称の
非球面を有している。その内の球面部分は球面形状とし
てその曲率半径Riを記している。曲率半径Riの符号は、
曲率中心がローカル座標のz 軸プラス方向にある場合を
プラスとし、z 軸マイナス方向にある場合をマイナスと
する。

【００７６】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある。

【００７７】

【数１】 また、本発明の光学系は少なくとも回転非対称な非球面
を一面以上有し、その形状は以下の式により表す。

【００７８】A=(a+b)・(y²・cos²t+x²) B=2a・b・cos t[1+{(b-a)・y・sin t/(2a・b)}+〔1+{(b-a)・y
・sin t/(a・b)}-{y²/(a・b)}-{4a・b・cos²t+(a+b)²sin²t}x
²/(4a²b²cos²t) 〕^1/2] として z ＝ A/B + C₀₂y²+ C₁₁xy + C₂₀x²+ C₀₃y³+ C₁₂xy²+ C
₂₁x²y + C₃₀x³+ C₀₄y⁴+ C₁₃xy³+ C₂₂x²y²+ C₃₁x³y + C
₄₀x⁴+ C₀₅y⁵+ C₁₄xy⁴+ C₂₃x²y³+ C₃₂x³y²+ C₄₁x⁴y + C
₅₀x⁵+ C₀₆y⁶+ C₁₅xy⁵+ C₂₄x²y⁴+ C₃₃x³y³+ C₄₂x⁴y²+ C
₅₁x⁵y+ C₆₀x⁶ 上記曲面式において（A/B ）は二次曲面形状を表してお
り、上記曲面式は二次曲面をベースとした回転非対称な
非球面形状を表すものである。ただし、本発明の実施形
態では上記曲面式において A/B=0 としている。これは平面ベースの回転非対称面を意味し
ている。具体的にはt の値に関わらず以下の条件が成り
立っている。

【００７９】a ＝b ＝∞ また、本発明における回転非対称な各面の形状は、上記
曲面式のx に関する偶数次の項のみを使用し、奇数次の
項を0 とする事により、yz面を対称面とする面対称な形
状としている。よって、本発明の各回転非対称面では C₁₁=C₁₂=C₃₀=C₁₃=C₃₁=C₁₄=C₃₂=C₅₀=C₁₅=C₃₃=C₅₁=0 が成り立っている。

【００８０】また、水平半画角u_Yとは図6 のYZ面内にお
いて第1 面R1に入射する光束の最大画角、垂直半画角u_X
とはXZ面内において第1 面R1に入射する光束の最大画角
である。

【００８１】また、光学系の明るさを示すものとして入
射瞳の直径を入射瞳径として示す。また、像面上での有
効像範囲を像サイズとして示す。像サイズはローカル座
標のy方向のサイズを水平、 x方向のサイズを垂直とし
た矩形領域で表している。

【００８２】また、数値実施例についてはその横収差図
を示す。横収差図は各実施形態の広角端(W) 、中間位置
(M) 、望遠端(T) の状態について、絞りR1への水平入射
角、垂直入射角が夫々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,
0),(0,0),(-u_Y, 0) となる入射角の光束の横収差を示
す。横収差図においては、横軸は瞳への入射高さを表
し、縦軸は収差量を表している。各数値実施例とも基本
的に各面がyz面を対称面とする面対称の形状となってい
る為、横収差図においても垂直画角のプラス、マイナス
方向は同一となるので、図の簡略化の為に、マイナス方
向の横収差図は省略している。

【００８３】数値実施形態を以下に示す。

【００８４】[数値実施例1 ]本数値実施例は実施形態1
の数値実施例であり、変倍比約1.9 の変倍光学系であ
る。図7 、8 、9 は夫々本実施例の広角端(W) 、中間位
置(M) 、望遠端(T) での光学断面図及び光路図である。

【００８５】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.2 21.6 14.4 垂直半画角 18.9 14.6 9.7 絞り径 8.00 8.00 8.00 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 第1 光学素子B1 1 0.00 0.00 0.00 16.00 1.51741 52.41 屈折面 2 0.00 16.00 30.00 20.00 1.51741 52.41 反射面 3 -17.32 6.00 30.00 16.00 1.51741 52.41 反射面 4 -17.32 22.00 0.00 2.00 1 屈折面 5 -17.32 24.00 0.00 2.00 1 絞り 第2 光学素子B2 6 -17.32 26.00 0.00 8.00 1.51741 52.41 屈折面 7 -17.32 40.00 -30.00 20.00 1.51741 52.41 反射面 8 0.00 30.00 -30.00 16.00 1.51741 52.41 反射面 9 0.00 46.00 0.00 変数 1 屈折面 第3 光学素子B3( 凹レンズ) 10 0.00 62.38 0.00 2.80 1.83480 42.72 屈折面 11 0.00 65.18 0.00 変数 1 屈折面 12 0.00 84.40 0.00 1 像面 広角端 中間 望遠端 D 9 16.38 11.60 5.58 D11 19.22 33.77 69.22 D 1 〜 9面 Zi(M) = Zi(W) - 9.76 Zi(T) = Zi(W) - 39.20 D10 〜11面 Zi(M) = Zi(W) - 14.55 Zi(T) = Zi(W) - 50.00 D12 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 1 面 R₁ = -70.000 R 4 面 R₄ = ∞ R 6 面 R₆ = ∞ R 9 面 R₉ = -30.024 R10 面 R₁₀= -34.943 R11 面 R₁₁= 262.245 非球面形状 R 2 面 C₀₂= 1.17370e-02 C₂₀= 6.60704e-03 C₀₃=-8.20960e-05 C₂₁= 3.17239e-05 C₀₄= 4.42532e-06 C₂₂= 1.70696e-05 C₄₀= 8.12432e-06 C₀₅=-1.95325e-07 C₂₃=-4.57659e-07 C₄₁= 5.28528e-08 C₀₆= 1.43266e-08 C₂₄= 5.50930e-08 C₄₂= 6.05424e-08 C₆₀= 2.85711e-08 R 3 面 C₀₂= 4.78752e-03 C₂₀= 6.08577e-03 C₀₃= 8.04000e-06 C₂₁=-2.48947e-05 C₀₄=-8.47604e-08 C₂₂= 5.58110e-06 C₄₀= 3.62312e-06 C₀₅= 3.57983e-09 C₂₃=-8.90555e-08 C₄₁=-1.93993e-08 C₀₆=-2.14023e-10 C₂₄= 2.72588e-09 C₄₂= 1.86232e-09 C₆₀= 5.94017e-09 R 7 面 C₀₂=-6.10763e-03 C₂₀= 6.78303e-04 C₀₃=-2.10107e-05 C₂₁=-2.95023e-05 C₀₄=-4.32906e-07 C₂₂= 5.68199e-06 C₄₀= 8.04608e-06 C₀₅=-6.44143e-09 C₂₃=-1.01568e-07 C₄₁=-1.36560e-07 C₀₆=-4.76639e-10 C₂₄= 2.17578e-09 C₄₂=-4.18606e-09 C₆₀=-7.66468e-09 R 8 面 C₀₂=-8.05505e-03 C₂₀= 2.18969e-03 C₀₃=-2.78436e-05 C₂₁=-1.86649e-05 C₀₄=-3.36701e-06 C₂₂= 6.81965e-06 C₄₀= 3.17321e-06 C₀₅= 2.21811e-08 C₂₃=-1.17535e-08 C₄₁= 1.52834e-08 C₀₆=-6.42291e-09 C₂₄= 1.70935e-09 C₄₂=-1.57102e-08 C₆₀=-8.28707e-09 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。B1は第
1 光学素子であり、1つの透明体の表面に第1 面R1 (凹
面の入射屈折面) と偏心した曲面の内面反射面である第
2 面R2、第3 面R3と第4 面R4 (平面の射出屈折面) を形
成している。なお、第2 面R2は凸反射面として作用す
る。第5 面R5は絞り面である。B2は第2 光学素子であ
り、1 つの透明体の表面に第6 面R6 (平面の入射屈折
面) と偏心した曲面の内面反射面である第7 面R7、第8
面R8と第9 面R9 (凸面の射出屈折面) を形成している。
なお、第8 面R8は凸反射面として作用する。B3は第3 光
学素子であり、第10面R10 と第11面R11 とで共軸の凹レ
ンズを形成している。第12面R12は最終像面であり、CCD
等の撮像媒体の撮像面が位置する。

【００８６】本数値実施例の第1 光学素子B1、絞りR5、
第2 光学素子B2は全体として正の屈折力を有し、一体と
なって移動する第1 群 (前群) を構成しており、第3 光
学素子B3は負の屈折力を有し、変倍に際して移動する第
2 群 (後群) を構成している。

【００８７】以下、物体位置を無限遠としたときの結像
作用について述べる。まず、物体からの光束は第1 光学
素子B1に入射する。第1 光学素子B1では第1 面R1で屈折
し、第2 面R2、第3 面R3で順次反射し、第4 面R4で屈折
して、第1 光学素子B1を射出する。

【００８８】次に光束は絞りである第5 面R5を通過した
後、第2 光学素子B2に入射する。第2 光学素子B2では第
6 面R6で屈折し、第7 面R7、第8 面R8で順次反射し、第
9 面R9で屈折して、第2 光学素子B2を射出する。

【００８９】次に光束は第3 光学素子B3に入射する。第
3 光学素子B3では第10面R10 、第11面R11 で屈折して、
第3 光学素子B3を射出する。

【００９０】そして、第3 光学素子B3を射出した光束は
第12面R12 上に最終的に結像する。

【００９１】本数値実施例の第1 光学素子B1、第2 光学
素子B2は夫々入射基準軸の方向と射出基準軸の方向とが
同一方向のOff-Axial 光学素子である。

【００９２】次に、各群の移動による変倍作用について
説明する。本数値実施例は物体側から順に正負の2 群で
構成された2 群ズームであり、変倍に際しては広角端か
ら望遠端に向って前群、後群共にZ マイナス方向に、且
つ両群の間隔が狭まるように移動する。

【００９３】図10、11、12は夫々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0,),(-u_Y,0) の
6 つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示し
ている。なお、各横収差図の横軸は夫々絞りR5における
Y 方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【００９４】本実施例では図から判るように各状態とも
バランスの取れた収差補正が得られている。

【００９５】なお、本実施例は像サイズ36x24mm を前提
としている。

【００９６】[数値実施例2 ]本数値実施例は実施形態2
の数値実施例であり、変倍比約1.9 の変倍光学系であ
る。図13、14、15は夫々本実施例の広角端(W) 、中間位
置(M) 、望遠端(T) での光学断面図及び光路図である。

【００９７】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.2 21.6 14.4 垂直半画角 18.9 14.6 9.7 絞り径 8.00 8.00 8.00 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 第1 光学素子B1 1 0.00 0.00 0.00 16.00 1.51741 52.41 屈折面 2 0.00 16.00 28.00 17.00 1.51741 52.41 反射面 3 -14.09 6.49 73.00 24.00 1.51741 52.41 反射面 4 9.91 6.49 90.00 2.00 1 屈折面 5 11.91 6.49 90.00 2.00 1 絞り 第2 光学素子B2 6 13.91 6.49 90.00 16.00 1.51741 52.41 屈折面 7 35.91 6.49 70.00 17.00 1.51741 52.41 反射面 8 22.88 -4.43 25.00 20.00 1.51741 52.41 反射面 9 22.88 15.57 0.00 変数 1 屈折面 第3 光学素子B3( 凹レンズ) 10 22.88 31.99 0.00 2.80 1.83480 42.72 屈折面 11 22.88 34.79 0.00 変数 1 屈折面 12 22.88 55.07 0.00 1 像面 広角端 中間 望遠端 D 9 16.43 11.93 6.30 D11 20.28 34.79 70.28 D 1 〜 9面 Zi(M) = Zi(W) - 10.01 Zi(T) = Zi(W) - 39.88 D10 〜11面 Zi(M) = Zi(W) - 14.51 Zi(T) = Zi(W) - 50.00 D12 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 1 面 R₁ = -60.000 R 4 面 R₄ = ∞ R 6 面 R₆ = ∞ R 9 面 R₉ = -35.226 R10 面 R₁₀= -42.989 R11 面 R₁₁= 94.318 非球面形状 R 2 面 C₀₂= 1.79244e-02 C₂₀=-1.52002e-04 C₀₃= 2.91478e-04 C₂₁=-4.53461e-05 C₀₄=-6.15025e-06 C₂₂=-2.99463e-06 C₄₀=-2.71165e-07 C₀₅= 1.04508e-06 C₂₃= 1.86002e-07 C₄₁=-1.48849e-08 C₀₆= 7.13288e-08 C₂₄= 8.65582e-09 C₄₂=-7.46787e-09 C₆₀= 6.59757e-09 R 3 面 C₀₂= 6.97073e-03 C₂₀=-9.56998e-04 C₀₃= 6.11813e-05 C₂₁=-4.53546e-05 C₀₄=-4.08851e-06 C₂₂=-1.86658e-06 C₄₀=-3.32310e-07 C₀₅= 3.03036e-07 C₂₃= 6.29105e-08 C₄₁= 2.53765e-08 C₀₆=-1.24765e-08 C₂₄=-3.65030e-09 C₄₂=-1.04366e-08 C₆₀= 1.64066e-08 R 7 面 C₀₂=-8.55985e-03 C₂₀=-2.21093e-03 C₀₃= 1.12454e-05 C₂₁=-3.52367e-05 C₀₄=-2.60229e-07 C₂₂=-1.96530e-06 C₄₀= 8.68966e-07 C₀₅=-1.79083e-09 C₂₃=-4.59509e-08 C₄₁=-1.05985e-08 C₀₆=-1.47512e-09 C₂₄=-3.24982e-09 C₄₂=-3.41218e-10 C₆₀=-1.94830e-09 R 8 面 C₀₂=-1.36422e-02 C₂₀= 1.92964e-03 C₀₃= 2.54697e-04 C₂₁=-6.64828e-05 C₀₄=-9.76231e-06 C₂₂=-3.77447e-06 C₄₀= 1.78974e-07 C₀₅= 4.48426e-07 C₂₃=-1.79772e-07 C₄₁= 7.87360e-10 C₀₆=-4.46303e-08 C₂₄=-9.64066e-09 C₄₂=-4.44809e-09 C₆₀=-3.30943e-09 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。B1は第
1 光学素子であり、1つの透明体の表面に第1 面R1 (凹
面の入射屈折面) と偏心した曲面の内面反射面である第
2 面R2、第3 面R3と第4 面R4 (平面の射出屈折面) を形
成している。なお、第2 面R2は凸反射面として作用す
る。第5 面R5は絞り面である。B2は第2 光学素子であ
り、1 つの透明体の表面に第6 面R6 (平面の入射屈折
面) と偏心した曲面の内面反射面である第7 面R7、第8
面R8と第9 面R9 (凸面の射出屈折面) を形成している。
なお、第8 面R8は凸反射面として作用する。B3は第3 光
学素子であり、第10面R10 と第11面R11 とで共軸の凹レ
ンズを形成している。第12面R12は最終像面であり、CCD
等の撮像媒体の撮像面が位置する。

【００９８】本数値実施例の第1 光学素子B1、絞りR5、
第2 光学素子B2は全体として正の屈折力を有し、一体と
なって移動する第1 群 (前群) を構成しており、第3 光
学素子B3は負の屈折力を有し、変倍に際して移動する第
2 群 (後群) を構成している以下、物体位置を無限遠と
したときの結像作用について述べる。まず、物体からの
光束は第1 光学素子B1に入射する。第1 光学素子B1では
第1 面R1で屈折し、第2 面R2、第3 面R3で順次反射し、
第4 面R4で屈折して、第1 光学素子B1を射出する。

【００９９】次に光束は絞りである第5 面R5を通過した
後、第2 光学素子B2に入射する。第2 光学素子B2では第
6 面R6で屈折し、第7 面R7、第8 面R8で順次反射し、第
9 面R9で屈折して、第2 光学素子B2を射出する。

【０１００】次に光束は第3 光学素子B3に入射する。第
3 光学素子B3では第10面R10 、第11面R11 で屈折して、
第3 光学素子B3を射出する。

【０１０１】そして、第3 光学素子B3を射出した光束は
第12面R12 上に最終的に結像する。

【０１０２】本数値実施例の第1 光学素子B1、第2 光学
素子B2は夫々入射基準軸の方向と射出基準軸の方向とが
直交するOff-Axial 光学素子である。

【０１０３】次に、各群の移動による変倍作用について
説明する。本数値実施例は物体側から順に正負の2 群で
構成された2 群ズームであり、変倍に際しては広角端か
ら望遠端に向って前群、後群共にZ マイナス方向に、且
つ両群の間隔が狭まるように移動する。

【０１０４】図16、17、18は夫々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0,),(-u_Y,0) の
6 つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示し
ている。なお、各横収差図の横軸は夫々絞りR5における
Y 方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【０１０５】本実施例では図から判るように各状態とも
バランスの取れた収差補正が得られている。

【０１０６】なお、本実施例は像サイズ36x24mm を前提
としている。

【０１０７】[数値実施例3 ]本数値実施例は実施形態3
の数値実施例であり、変倍比約1.9 の変倍光学系であ
る。図19、20、21は夫々本実施例の広角端(W) 、中間位
置(M) 、望遠端(T) での光学断面図及び光路図である。

【０１０８】 広角端 中間 望遠端 水平半画角 27.2 21.6 14.4 垂直半画角 18.9 14.6 9.7 絞り径 2.00 2.00 2.00 i Yi Zi(W) θi Di Ndi νdi 第1 光学素子B1 1 0.00 0.00 0.00 16.00 1.51741 52.41 屈折面 2 0.00 16.00 30.00 20.00 1.51741 52.41 反射面 3 -17.32 6.00 30.00 16.00 1.51741 52.41 反射面 4 -17.32 22.00 0.00 変数 1 屈折面 5 -17.32 24.00 0.00 2.00 1 絞り 第2 光学素子B2 6 -17.32 26.00 0.00 8.00 1.51741 52.41 屈折面 7 -17.32 40.00 -30.00 20.00 1.51741 52.41 反射面 8 0.00 30.00 -30.00 16.00 1.51741 52.41 反射面 9 0.00 46.00 0.00 変数 1 屈折面 第3 光学素子B3( 凹レンズ) 10 0.00 62.06 0.00 2.80 1.83480 42.72 屈折面 11 0.00 64.86 0.00 変数 1 屈折面 12 0.00 84.15 0.00 1 像面 広角端 中間 望遠端 D 4 2.00 3.58 2.17 D 9 16.06 11.16 5.20 D11 19.29 34.31 69.29 D 1 〜 4面 Zi(M) = Zi(W) - 11.70 Zi(T) = Zi(W) - 39.31 D 5 〜 9面 Zi(M) = Zi(W) - 10.12 Zi(T) = Zi(W) - 39.14 D10 〜11面 Zi(M) = Zi(W) - 15.02 Zi(T) = Zi(W) - 50.00 D12 面 Zi(M) = Zi(W) Zi(T) = Zi(W) 球面形状 R 1 面 R₁ = -70.000 R 4 面 R₄ =-1095.034 R 6 面 R₆ =1694.773 R 9 面 R₉ = -30.368 R10 面 R₁₀= -39.973 R11 面 R₁₁= 142.109 非球面形状 R 2 面 C₀₂= 1.14912e-02 C₂₀= 6.26525e-03 C₀₃=-4.77249e-05 C₂₁= 8.20929e-05 C₀₄= 4.10346e-06 C₂₂= 1.01293e-05 C₄₀= 8.27507e-06 C₀₅=-1.63961e-07 C₂₃=-7.02287e-08 C₄₁= 1.26644e-07 C₀₆= 2.44243e-08 C₂₄= 3.36166e-08 C₄₂= 4.61438e-08 C₆₀= 1.61883e-08 R 3 面 C₀₂= 4.89298e-03 C₂₀= 5.68104e-03 C₀₃= 1.68581e-05 C₂₁= 1.25831e-05 C₀₄=-2.55210e-08 C₂₂= 3.13563e-06 C₄₀= 3.87963e-06 C₀₅= 4.20901e-09 C₂₃=-2.17112e-08 C₄₁=-2.44966e-08 C₀₆= 8.49458e-10 C₂₄= 1.24354e-10 C₄₂= 1.62318e-09 C₆₀= 4.20862e-10 R 7 面 C₀₂=-5.69972e-03 C₂₀= 3.42455e-04 C₀₃=-1.25357e-05 C₂₁= 1.29391e-05 C₀₄=-3.47554e-07 C₂₂= 2.91471e-06 C₄₀= 7.06278e-06 C₀₅= 6.35559e-10 C₂₃=-5.06508e-08 C₄₁=-8.96749e-08 C₀₆=-7.42470e-10 C₂₄= 3.88298e-10 C₄₂=-6.12969e-09 C₆₀=-2.91694e-09 R 8 面 C₀₂=-7.33488e-03 C₂₀= 2.03905e-03 C₀₃=-9.78920e-07 C₂₁= 1.50942e-05 C₀₄=-2.79340e-06 C₂₂= 2.76445e-06 C₄₀= 2.81122e-06 C₀₅= 5.73943e-08 C₂₃=-6.48211e-09 C₄₁=-3.98591e-09 C₀₆=-6.05073e-09 C₂₄= 1.63517e-09 C₄₂=-1.14923e-08 C₆₀=-6.63843e-09 本数値実施例の構成を物体側から順に説明する。B1は第
1 光学素子であり、1つの透明体の表面に第1 面R1 (凹
面の入射屈折面) と偏心した曲面の内面反射面である第
2 面R2、第3 面R3と第4 面R4 (殆ど平面の射出屈折面)
を形成している。なお、第2 面R2は凸反射面として作用
する。第5 面R5は絞り面である。B2は第2 光学素子であ
り、1 つの透明体の表面に第6 面R6 (殆ど平面の入射屈
折面) と偏心した曲面の内面反射面である第7 面R7、第
8 面R8と第9 面R9 (凸面の射出屈折面) を形成してい
る。なお、第8 面R8は凸反射面として作用する。B3は第
3 光学素子であり、第10面R10 と第11面R11 とで共軸の
凹レンズを形成している。第12面R12 は最終像面であ
り、CCD 等の撮像媒体の撮像面が位置する。

【０１０９】本数値実施例の第1 光学素子B1第1 群を構
成しており、絞りR5、第2 光学素子B2は第2 群を構成し
ており、第3 光学素子B3は第3 群を構成している以下、
物体位置を無限遠としたときの結像作用について述べ
る。まず、物体からの光束は第1 光学素子B1に入射す
る。第1 光学素子B1では第1 面R1で屈折し、第2 面R2、
第3 面R3で順次反射し、第4 面R4で屈折して、第1 光学
素子B1を射出する。

【０１１０】次に光束は絞りである第5 面R5を通過した
後、第2 光学素子B2に入射する。第2 光学素子B2では第
6 面R6で屈折し、第7 面R7、第8 面R8で順次反射し、第
9 面R9で屈折して、第2 光学素子B2を射出する。

【０１１１】次に光束は第3 光学素子B3に入射する。第
3 光学素子B3では第10面R10 、第11面R11 で屈折して、
第3 光学素子B3を射出する。

【０１１２】そして、第3 光学素子B3を射出した光束は
第12面R12 上に最終的に結像する。

【０１１３】本数値実施例の第1 光学素子B1、第2 光学
素子B2は夫々入射基準軸の方向と射出基準軸の方向とが
同一方向のOff-Axial 光学素子である。

【０１１４】次に、各群の移動による変倍作用について
説明する。本数値実施例は3 群構成で3 群夫々が独立に
移動する3 群ズームである。変倍に際しては広角端から
望遠端に向かって全ての群がZ マイナス方向に移動す
る。その際、第1 群と第2 群の間隔は一旦広がった後狭
まり、又、第2 群と第3 群の間隔は狭まる。

【０１１５】図22、23、24は夫々本数値実施例の広角端
(w) 、中間位置(M) 、望遠端(T) での横収差図である。
これらの横収差図は本数値実施例への光束の入射角が各
々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0,),(-u_Y,0) の
6 つの光束について、Y 方向及びX 方向の横収差を示し
ている。なお、各横収差図の横軸は夫々絞りR5における
Y 方向、X 方向の入射光束の入射高さである。

【０１１６】本実施例では図から判るように各状態とも
バランスの取れた収差補正が得られている。

【０１１７】なお、本実施例は像サイズ36x24mm を前提
としている。

【０１１８】以上の各数値実施例は、Off-Axial 光学素
子と、基準軸光線に対し回転対称な面のみで構成される
共軸光学素子を用いることにより、全体として光学部品
点数の少ない変倍光学系を達成している。

【０１１９】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、Off-Axial
光学素子と、基準軸光線に対し回転対称な面のみで構成
される共軸光学素子によって変倍を行い、光学系内の光
路を所望の形状に屈曲しながら、諸収差及び偏心収差を
全変倍域にわたって良好に補正し、全体として光学部品
点数の少ない変倍光学系及びそれを用いた撮像装置を達
成する。

【０１２０】更に、 （３−１） 複数の反射面に適切な屈折力を与えて、こ
れを偏心配置したOff-Axial 光学素子を用いることによ
り、変倍光学系内の光路を所望の形状に屈曲し、該変倍
光学系の所定方向の全長を短縮する。 （３−２） 1 つの透明体の表面に適切な屈折力を有す
る2 つの入・射出屈折面と、適切な屈折力を有し、基準
軸に対して偏心配置した複数の反射面を形成したOff-Ax
ial 光学素子を用いることにより、諸収差及び偏心収差
を全変倍域にわたって良好に補正する。 （３−３） 1 つの透明体の表面に2 つの屈折面と複数
の曲面や平面の反射面を一体的に形成したOff-Axial 光
学素子を用いることにより変倍光学系全体の小型化を図
りつつ、反射面を使用する際にありがちな反射面の厳し
い配置精度（組立精度）の問題を解決する。等の少なく
とも１つの効果を有する変倍光学系及びそれを用いた撮
像装置を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の変倍光学系の実施形態1 の基本構成
図

【図２】 実施形態1 の第1 光学素子の構成図

【図３】 実施形態1 の第1 光学素子の斜視図

【図４】 本発明の変倍光学系の実施形態2 の基本構成
図

【図５】 本発明の変倍光学系の実施形態3 の基本構成
図

【図６】 本発明の数値実施例の座標系の説明図

【図７】 数値実施例1 の広角端での光学断面図

【図８】 数値実施例1 の中間位置での光学断面図

【図９】 数値実施例1 の望遠端での光学断面図

【図１０】 数値実施例1 の広角端での横収差図

【図１１】 数値実施例1 の中間位置での横収差図

【図１２】 数値実施例1 の望遠端での横収差図

【図１３】 数値実施例2 の広角端での光学断面図

【図１４】 数値実施例2 の中間位置での光学断面図

【図１５】 数値実施例2 の望遠端での光学断面図

【図１６】 数値実施例2 の広角端での横収差図

【図１７】 数値実施例2 の中間位置での横収差図

【図１８】 数値実施例2 の望遠端での横収差図

【図１９】 数値実施例3 の広角端での光学断面図

【図２０】 数値実施例3 の中間位置での光学断面図

【図２１】 数値実施例3 の望遠端での光学断面図

【図２２】 数値実施例3 の広角端での横収差図

【図２３】 数値実施例3 の中間位置での横収差図

【図２４】 数値実施例3 の望遠端での横収差図

【図２５】 カセグレン式反射望遠鏡の基本構成図

【図２６】 ミラー光学系における主光線を光軸から離
しケラレを防止する第一の方法の説明図

【図２７】 ミラー光学系における主光線を光軸から離
しケラレを防止する第二の方法の説明図

【図２８】 従来の反射ミラーを用いたズーム光学系の
概念図

【図２９】 プリズム反射面に曲率を持った観察光学系
の概念図

【図３０】 他のプリズム反射面に曲率を持った観察光
学系の概念図

【符号の説明】

11…絞り 12…基準軸光線 13、21 …第1 光学素子 14、22 …第2 光学素子 15…第3 光学素子（共軸光学素子） 16…最終像面 17、24 …前群 31…第2 群

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体よりでて変倍光学系に入り、該変倍
   光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
   を基準軸光線とし、該変倍光学系の各面、各光学素子、
   各群に入射する基準軸光線をその面、光学素子、群の入
   射基準軸とし、各面、各光学素子、各群から射出する基
   準軸光線をその面、光学素子、群の射出基準軸とし、該
   入射基準軸と各面の交点を基準点、該入射基準軸、射出
   基準軸において該基準軸光線が物体側から像面に向って
   進む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸の方向とし
   て、 該絞りと、該基準軸光線に対し傾いて配置されたOff-Ax
   ial 反射面を有する少なくとも1 つのOff-Axial 光学素
   子と、該基準軸光線に対し回転対称な面のみで構成する
   少なくとも1 つの共軸光学素子とを有し、 少なくとも1 つのOff-Axial 光学素子と少なくとも1 つ
   の共軸光学素子の移動により変倍を行なうことを特徴と
   する変倍光学系。
2. 【請求項２】 前記Off-Axial 光学素子は透明体の表面
   に2 面の屈折面と1面以上のOff-Axial 反射面とを一体
   的に形成した光学素子であることを特徴とする請求項１
   の変倍光学系。
3. 【請求項３】 前記基準軸光線に沿って前記絞りの直前
   又は／及び直後に前記Off-Axial 光学素子を配置してい
   ることを特徴とする請求項２の変倍光学系。
4. 【請求項４】 前記絞りが変倍に際して移動する前記Of
   f-Axial 光学素子と一体として移動することを特徴とす
   る請求項３の変倍光学系。
5. 【請求項５】 前記共軸光学素子は単レンズであること
   を特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の変倍
   光学系。
6. 【請求項６】 前記絞りを通る基準軸光線の方向と変倍
   に際して移動する前記共軸光学素子を通る基準軸光線の
   方向とが直交若しくは傾いた関係にあることを特徴とす
   る請求項４又は５の変倍光学系。
7. 【請求項７】 物体よりでて変倍光学系に入り、該変倍
   光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
   を基準軸光線とし、該変倍光学系の各面、各光学素子、
   各群に入射する基準軸光線をその面、光学素子、群の入
   射基準軸とし、各面、各光学素子、各群から射出する基
   準軸光線をその面、光学素子、群の射出基準軸とし、該
   入射基準軸と各面の交点を基準点、該入射基準軸、射出
   基準軸において該基準軸光線が物体側から像面に向って
   進む方向を入射基準軸の方向、射出基準軸の方向とし
   て、 該基準軸光線に沿って物体側から順に第1 Off-Axial 光
   学素子、該絞り、第2Off-Axial 光学素子及び共軸光学
   素子を配置し、このうちの少なくとも1 つのOff-Axial
   光学素子と該共軸光学素子の移動により変倍を行なうこ
   とを特徴とする変倍光学系。
8. 【請求項８】 前記第1 および第2 Off-Axial 光学素子
   は透明体の表面に2つの屈折面と2 つのOff-Axial 反射
   面を一体的に形成した光学素子であることを特徴とする
   請求項７の変倍光学系。
9. 【請求項９】 前記第1 及び第2 Off-Axial 光学素子の
   入射基準軸と射出基準軸の方向は夫々平行であることを
   特徴とする請求項８の変倍光学系。
10. 【請求項１０】 前記第1 Off-Axial 光学素子、前記絞
    り及び前記第2 Off-Axial 光学素子は変倍に際して一体
    で移動することを特徴とする請求項９の変倍光学系。
11. 【請求項１１】 変倍に際し前記第1 光学素子、前記第
    2 光学素子、前記共軸光学素子は夫々別々に移動するこ
    とを特徴とする請求項９の変倍光学系。
12. 【請求項１２】 前記第1 及び第2 Off-Axial 光学素子
    の入射基準軸と射出基準軸の方向は夫々直交しており、
    該第1 Off-Axial 光学素子、前記絞り及び該第2 Off-Ax
    ial 光学素子は変倍に際して一体で移動することを特徴
    とする請求項８の変倍光学系。
13. 【請求項１３】 前記共軸光学素子は凹レンズであるこ
    とを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の
    変倍光学系。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか１項に記載
    の変倍光学系を有し、撮像媒体の撮像面上に前記物体の
    像を結像することを特徴とする撮像装置。