JPH10333040A - Image pickup optical system and image pickup device using it - Google Patents

Image pickup optical system and image pickup device using it

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JPH10333040A
JPH10333040A JP14630697A JP14630697A JPH10333040A JP H10333040 A JPH10333040 A JP H10333040A JP 14630697 A JP14630697 A JP 14630697A JP 14630697 A JP14630697 A JP 14630697A JP H10333040 A JPH10333040 A JP H10333040A
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optical system
axis
plane
image
reflection
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Kokichi Kenno
研野孝吉
Katsuhiro Takada
高田勝啓
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact image pickup optical system in which a clear image whose distortion is reduced is provided even at a wide viewing angle and to provide an image pickup device using the system. SOLUTION: This image pickup optical system is for forming an object image on an image pickup element surface 8 and provided with a back-side optical group 4 at least on a more image side than a pupil surface 1. The back- side optical group 4 is provided with a prism member 4 having at least three surfaces arranged eccentrically so that the whole surfaces are inclined toward an axial main light beam 2 when a light beam emitting the center of an object, passing through the center of a pupil and reaching the center of an image is made as the axial main light beam 2. Then, at least these three surfaces are constituted of a surface 5 having a transmitting action, a rotation symmetric surface-shaped curved surface 6 having both of a reflecting action and the transmitting action and a rotation asymmetric surface-shaped curved surface 7 having the reflecting action and for correcting a rotation asymmetric eccentric aberration caused by the eccentricity.

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、撮像光学系及びそ
れを用いた撮像装置に関し、特に、形成する像が比較的
小さな撮像装置に最適な、少なくとも1つの像形成に必
要な結像パワーを有する反射面が偏心して配置された光
学系及び撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup optical system and an image pickup apparatus using the same, and more particularly, to an image pickup power necessary for at least one image formation which is optimal for an image pickup apparatus in which an image to be formed is relatively small. The present invention relates to an optical system and an imaging apparatus in which a reflection surface of the optical system is decentered.

【0002】[0002]

【従来の技術】小型の反射偏心光学系の従来の周知なも
のとして特開昭59−84201号のものがある。しか
し、これ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62−144127号のものは、上記発明の球面収差
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 A conventional well-known compact decentered optical system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-84201. However, this is an invention of a one-dimensional light receiving lens using a cylindrical reflecting surface, and two-dimensional imaging cannot be performed. Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-144127 uses the same cylindrical surface for two-time reflection in order to reduce the spherical aberration of the above invention.

【0003】また、特開昭62−205547号は、反
射面の形状として非球面反射面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、米国特許第3,836,9
31号の2件には、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が示されている。
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 reflecting surface 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.
In both cases of No. 31, there is shown an example in which a lens system having a rotationally symmetric aspherical mirror and a surface having only one plane of symmetry is used for a finder optical system of a reflex camera.
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(米国特許
第5,274,406号)には、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が示されているが、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。また、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ある。
なお、上記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用に裏面鏡として使用したもので
はない。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-257834 (US Pat. No. 5,274,406) discloses that a rear projection television has a reflecting mirror which has only one plane of symmetry in order to correct image distortion. Although an example of use 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. Also, an example of a rear-view mirror type decentered optical system using an anamorphic surface and a toric surface is shown as an observation optical system. However, correction of aberrations including image distortion is insufficient.
It should be noted that none of the above prior arts uses a surface having only one symmetric surface and uses it as a back mirror for a folded optical path.

【0005】また、特開平8−292368号、特開平
8−292371号、特開平8−292372号には、
何れも対称面を1面しか持たない面を反射面として用い
た撮像光学系(単焦点光学系、ズーム光学系)が示され
ている。しかし、回転非対称面を含む光学構成要素に入
射し射出するまで、若しくは、最も物体側の回転非対称
面から最も像側の回転非対称面に到る光路長が長く(途
中に1回結像する例有り。)、光学系が大型化するた
め、製造の困難な回転非対称面を用いるメリットがな
い。
[0005] Also, JP-A-8-292368, JP-A-8-292371 and JP-A-8-292372 disclose:
An imaging optical system (single focus optical system, zoom optical system) using a surface having only one symmetric surface as a reflecting surface is shown. However, the optical path length from the rotationally asymmetric surface on the most object side to the rotationally asymmetric surface on the most image side is long until the light enters and exits the optical component including the rotationally asymmetric surface (an example in which an image is formed once in the middle). Yes), there is no merit of using a rotationally asymmetric surface, which is difficult to manufacture, because the optical system becomes large.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の回転対称な光学
系では、屈折力を有する透過回転対称レンズに屈折力を
負担させていたため、収差補正のために多くの構成要素
を必要としていた。しかし、これら従来技術の偏心光学
系では、結像された像の収差が良好に補正され、なおか
つ、特に回転非対称な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かった。
In a conventional rotationally symmetric optical system, since a transmission rotationally symmetric lens having a refractive power bears a refractive power, many components are required for aberration correction. However, in these decentering optical systems of the prior art, if the aberration of the formed image is properly corrected, and especially if the rotationally asymmetric distortion is not properly corrected, the formed figure or the like is distorted. As a result, the correct shape could not be recorded.

【0007】また、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た回転対称光学系で
は、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。
In a rotationally symmetric optical system in which the refractive lens constituting the optical system is constituted by a rotationally symmetric surface about the optical axis, the optical system becomes long in the optical axis direction because the optical path is straight. As a result, there is a problem that the imaging device becomes large.

【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、広い画角におい
ても明瞭で、歪みの少ない像を与える小型の撮像光学系
及びそれを用いた撮像装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide a small-sized image pickup optical system which provides an image which is clear and has little distortion even at a wide angle of view, and uses the same. The purpose of the present invention is to provide an imaging device that has been used.

【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
明の撮像光学系は、撮像素子面上に物体像を形成するた
めの撮像光学系において、少なくとも瞳面よりも像側に
後側光学群を有し、前記後側光学群は、物体中心を射出
して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線と
するとき、前記主光線に対して面全体が傾くように偏心
配置された少なくとも3つの面を備えた光学系を有し、
前記の少なくとも3つの面は、透過作用を有する面と、
反射作用と透過作用とを共有し回転対称面形状の曲面
と、反射作用を有し偏心により発生する回転非対称な偏
心収差を補正する回転非対称面形状の曲面とからなるこ
とを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided an imaging optical system for forming an object image on an imaging element surface, wherein the imaging optical system has at least a rear optical element located closer to the image side than the pupil plane. The rear optical group has an eccentric so that the entire surface is inclined with respect to the principal ray when a ray exiting from the object center and passing through the center of the pupil and reaching the image center is defined as an axial principal ray. An optical system with at least three surfaces arranged,
The at least three surfaces have a permeable effect;
It consists of a curved surface with a rotationally symmetric surface shape that shares the reflection and transmission functions, and a curved surface with a rotationally asymmetric surface shape that has a reflection effect and corrects rotationally asymmetric eccentric aberration caused by eccentricity. is there.

【0010】この場合、反射作用と透過作用とを共有す
る回転対称面形状の曲面が、全反射面又は半透過反射面
にて形成されていることが望ましい。また、反射作用面
がコーティングされたミラー面にて形成されていること
が望ましい。
In this case, it is desirable that a curved surface having a rotationally symmetric surface shape that shares the reflection function and the transmission function is formed by a total reflection surface or a semi-transmission reflection surface. Further, it is desirable that the reflecting surface is formed by a coated mirror surface.

【0011】また、反射作用を有する面が、反射作用と
透過作用とを共有する面と対向配置され、かつ、軸上主
光線が光学系の入射面に到るまでの方向をZ軸方向、面
の偏心面内をY軸方向、Y軸、Z軸と直交座標系を構成
する軸をX軸とするとき、光学系の入射面側から軸上主
光線とY方向に微少量d離れた平行光束を入射させ、光
学系から射出する側でその2つの光線のY−Z面内でな
す角のsinをNA’yi、NA’yiをその平行光束
の幅dで割った値NA’yi/dを光学系のY方向のパ
ワーPyとし、プリズム部材の入射面から前記プリズム
部材の射出面までの軸上主光線の光路長をpとすると
き、 0.1<p×Py<8 ・・・(1) を満たすことが望ましい。
A surface having a reflecting action is disposed opposite to a face sharing a reflecting action and a transmitting action, and a direction in which an axial principal ray reaches an incident surface of the optical system is defined as a Z-axis direction. When the axis constituting the orthogonal coordinate system with the Y-axis direction, the Y-axis, and the Z-axis is defined as the X-axis within the eccentric plane of the surface, a small amount of d is separated from the incident surface side of the optical system in the Y direction with the axial principal ray. A value obtained by dividing the sin of the angle formed between the two light rays in the YZ plane by NA'yi and NA'yi by the width d of the parallel light beam on the side where the parallel light beam is incident and exiting from the optical system. If / d is the power Py in the Y direction of the optical system and p is the optical path length of the axial principal ray from the entrance surface of the prism member to the exit surface of the prism member, then 0.1 <p × Py <8 ·・ ・ It is desirable to satisfy (1).

【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。図5に示すように、物点中心を通り、
絞り1中心を通過し、像面8中心に到達する光線を軸上
主光線2とし、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、そのZ軸と直交しか
つ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定
義し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸をX軸とす
る。
First, a coordinate system used in the following description will be described. As shown in FIG.
A ray that passes through the center of the aperture 1 and reaches the center of the image plane 8 is defined as an axial principal ray 2, an optical axis defined by a straight line that intersects the first surface of the optical system is defined as a Z axis, and the Z axis is An axis that is orthogonal and within the eccentric plane of each surface constituting the imaging optical system is defined as a Y axis, and an axis that is orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is an X axis.

【0013】一般に、球面レンズのみで構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
一方、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。これは、球面で発生する各種収差自
体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系に
おいては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転
対称光学系で補正することは不可能である。
In general, in a spherical lens system composed of only spherical lenses, spherical aberration caused by a spherical surface and aberrations such as coma and curvature of field are mutually corrected on several planes, so that the aberration is reduced as a whole. Configuration.
On the other hand, an aspherical surface or the like is used to satisfactorily correct aberrations with a small number of surfaces. This is to reduce various aberrations generated on the spherical surface. However, in a decentered optical system, it is impossible to correct rotationally asymmetric aberration generated by decentering by a rotationally symmetric optical system.

【0014】以下に、本発明の構成と作用について説明
する。回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な
収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正する
ことは不可能である。この偏心により発生する回転非対
称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも発生す
る非点収差、コマ収差がある。図6は偏心して配置され
た凹面鏡Mにより発生する像面湾曲、図7は偏心して配
置された凹面鏡Mにより発生する非点収差、図8は偏心
して配置された凹面鏡Mにより発生する軸上コマ収差を
示す図である。本発明は、上記のような偏心により発生
する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面
を光学系中に配置して、その回転非対称な収差を補正し
ている。
The configuration and operation of the present invention will be described below. When the rotationally symmetric optical system is decentered, rotationally asymmetric aberration occurs, and it is impossible to correct this by only the rotationally symmetric optical system. Rotationally asymmetric aberrations caused by this eccentricity include image distortion, field curvature, and astigmatism and coma which also occur on the axis. FIG. 6 shows the field curvature generated by the concave mirror M arranged eccentrically, FIG. 7 shows the astigmatism generated by the concave mirror M arranged eccentrically, and FIG. 8 shows the axial coma generated by the concave mirror M arranged eccentrically. It is a figure showing an aberration. According to the present invention, a rotationally asymmetric surface is arranged in an optical system to correct the rotationally asymmetric aberration caused by the eccentricity as described above.

【0015】偏心して配置された凹面鏡により発生する
回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例
えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線
は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡
に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、光線が当
たった部分の曲率の半分になる。すると、図6に示すよ
うに、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。この
ような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対
称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を
補正するには、凹面鏡Mを回転非対称な面で構成し、こ
の例ではY軸正の方向(図の上方向)に対して曲率を強
く(屈折力を強く)し、Y軸負の方向((図の下方向)
に対して曲率を弱く(屈折力を弱く)することにより補
正することができる。また、上記構成と同様な効果を持
つ回転非対称な面を凹面鏡Mとは別に光学系中に配置す
ることにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得る
ことが可能となる。
The rotationally asymmetric aberration generated by the concave mirror disposed eccentrically includes rotationally asymmetric field curvature. For example, a light ray incident on a concave mirror decentered from an object point at infinity hits the concave mirror and is reflected and imaged.After the light ray hits the concave mirror, the rear focal length to the image plane is the curvature of the part hit by the light ray. Halve. Then, as shown in FIG. 6, an image plane inclined with respect to the axial principal ray is formed. Correction of such rotationally asymmetric field curvature has not been possible with rotationally symmetric optical systems. In order to correct the tilted curvature of field, the concave mirror M is constituted by a rotationally asymmetric surface. In this example, the curvature is increased (the refractive power is increased) in the positive Y-axis direction (upward in the figure). , Y axis negative direction ((downward in the figure)
Can be corrected by weakening the curvature (reducing the refractive power). Further, by arranging a rotationally asymmetric surface having the same effect as the above configuration in the optical system separately from the concave mirror M, a flat image surface can be obtained with a small number of components.

【0016】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡M
では軸上光線に対しても、図7に示すような非点収差が
発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明
と同様に、回転非対称面のX軸方向の曲率とY軸方向の
曲率を適切に変えることによって可能となる。
Next, rotationally asymmetric astigmatism will be described. As described above, the eccentrically arranged concave mirror M
In this case, astigmatism as shown in FIG. This astigmatism can be corrected by appropriately changing the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction of the rotationally asymmetric surface, as described above.

【0017】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Mでは、軸上光線に対しても図8に示すようなコマ収差
が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非
対称面のX軸の原点から離れるに従って面の傾きを変え
ると共に、Y軸の正負によって面の傾きを適切に変える
ことによって可能となる。
Further, rotationally asymmetric coma will be described. Similarly to the above description, in the concave mirror M arranged eccentrically, coma as shown in FIG. To correct the coma aberration, the inclination of the surface can be changed as the distance from the origin of the X axis of the rotationally asymmetric surface increases, and the inclination of the surface can be appropriately changed depending on the sign of the Y axis.

【0018】さらに、本発明の撮像光学系を折り曲げ光
路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせ
ることが可能となり、透過型レンズを省略することが可
能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより光学系
を小型に構成することが可能となる。
Further, when the imaging optical system of the present invention is configured to have a bent optical path, it is possible to give power to the reflecting surface, and it is possible to omit the transmission type lens. Further, the optical system can be made compact by bending the optical path.

【0019】また、その反射面は、臨界角を越えて光線
が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反
射面で構成することにより、高い反射率にすることが可
能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすこ
とが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニ
ウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又
は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面
で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有す
る場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。ま
た、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない
反射膜を形成する場合に有利となる。
Further, the reflection surface can be made to have a high reflectivity by forming a total reflection surface inclined with respect to the light beam so that the light beam enters beyond the critical angle. In addition, it is possible to have both a reflecting action and a transmitting action. Further, it is preferable that the reflection surface is formed of a reflection surface having a metal thin film such as aluminum or silver formed on the surface, or a reflection surface or a semi-transmission reflection surface formed of a dielectric multilayer film. When the metal thin film has a reflecting action, it is possible to easily obtain a high reflectance. In the case of a dielectric reflection film, it is advantageous when a reflection film having low wavelength selectivity and low absorption is formed.

【0020】さらに好ましくは、反射面に回転非対称面
を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全
く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲
させることができるために、他の収差発生も少ない。つ
まり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に
比べて収差の発生が少なくてすむ。
More preferably, when a rotationally asymmetric surface is used for the reflecting surface, no chromatic aberration occurs at all, as compared with the case where the reflecting surface is used. Further, since the light beam can be bent even if the inclination of the surface is small, other aberrations are less likely to occur. That is, when the same refracting power is to be obtained, the occurrence of aberration is smaller on the reflecting surface than on the refracting surface.

【0021】また、本発明の撮像光学系のように、形成
される像が小さくなると、いわゆる係数倍の原理によっ
て、撮像光学系も小型にすることが図面上は可能だが、
実際の製造を考慮すると、撮像光学系をむやみに小型化
することは、レンズの縁の厚みや、中心の厚みが薄くな
ったり、レンズ径が小型になりすぎ、かえって製造コス
トの増大を招き好ましくない。一方、製造可能な大きさ
を保って光学系を構成すると、従来の屈折レンズによる
光学系では、光軸が直線であるために、パワーを持った
屈折面同士の間隔に空間的な無駄が生じる。そこで、反
射面を利用して光軸を空間的に折り返す構成にすれば、
比較的小さな空間を有効に利用して、結像に必要な光路
を確保することが可能となる。このとき、撮像光学系の
光路長を不要に長くすると、偏心させ光軸を折り返す構
成により、空間を有効に使う目的に反して大型化するば
かりではなく、形成する像に比較して、光路長が長くな
りすぎると、フィルムや撮像素子等、光学像を取り込む
部材を配置するために必要なバックフォーカスを確保す
ることが困難になる等の問題が生じる。
Further, as in the case of the image pickup optical system of the present invention, when the formed image is small, the image pickup optical system can be reduced in size according to the so-called coefficient multiplication principle in the drawing.
In consideration of actual manufacturing, it is preferable to reduce the size of the imaging optical system unnecessarily, because the thickness of the edge of the lens, the thickness at the center is reduced, and the lens diameter is too small, which rather increases the manufacturing cost and is preferable. Absent. On the other hand, if the optical system is configured with a manufacturable size, in the conventional optical system using a refractive lens, since the optical axis is straight, there is a spatial waste in the interval between the refractive surfaces having power. . Therefore, if the optical axis is spatially folded using the reflecting surface,
An optical path required for image formation can be secured by effectively using a relatively small space. At this time, if the optical path length of the imaging optical system is unnecessarily increased, the configuration is decentered and the optical axis is turned back, so that not only the size is increased against the purpose of effectively using the space, but also the optical path length is larger than the image to be formed. Is too long, there arises a problem that it becomes difficult to secure a back focus necessary for arranging a member for capturing an optical image, such as a film or an image sensor.

【0022】本発明においては、折り曲げ光路を採用す
ると同時に、以下の条件を満足することにより、小型の
光学系を構成することに成功したものである。
In the present invention, a folded optical path is employed, and at the same time, the following conditions are satisfied, whereby a small optical system is successfully constructed.

【0023】すなわち、本発明の撮像光学系において、
後側光学群が少なくとも反射作用面と対向配置された第
2の反射作用面を有し、かつ、軸上主光線が光学系の第
1面に到るまでの方向をZ軸方向、面の偏心面内をY軸
方向、Y軸、Z軸と直交座標系を構成する軸をX軸とす
るとき、光学系の入射面側から軸上主光線とY方向に微
少量d離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する
側でその2つの光線のY−Z面内でなす角のsinをN
A’yi、そのNA’yiを平行光束の幅dで割った値
NA’yi/dを光学系のY方向のパワーPyとし、軸
上主光線が、光学系の最も物体側に配置された回転非対
称面を有する光学系構成要素に入射してから、光学系の
最も像側に配置された回転非対称面を有する光学系構成
要素を射出するまでの光路長をpとするとき、 0.1<p×Py<8 ・・・(1) を満たすことが望ましい。
That is, in the imaging optical system of the present invention,
The rear optical group has at least a second reflecting surface arranged opposite to the reflecting surface, and the direction until the axial principal ray reaches the first surface of the optical system is defined as a Z-axis direction. Assuming that an axis constituting a rectangular coordinate system with the Y-axis direction, the Y-axis, and the Z-axis in the eccentric plane is the X-axis, a parallel light beam slightly separated by d in the Y-direction from the axial principal ray from the entrance surface side of the optical system. And the angle sin formed by the two rays in the YZ plane on the side exiting from the optical system is represented by N
A′yi, a value NA′yi / d obtained by dividing the NA′yi by the width d of the parallel light flux, is defined as the power Py in the Y direction of the optical system, and the axial principal ray is arranged closest to the object side of the optical system. When an optical path length from the time when the light enters the optical system component having the rotationally asymmetric surface to the time when the light passes through the optical system component having the rotationally asymmetric surface disposed closest to the image side of the optical system is p, 0.1 <P × Py <8 (1)

【0024】まず、本発明において光学系のパワーにつ
いて定義する。図9に示すように、光学系の偏心方向を
Y軸方向に取った場合に、光学系に軸上主光線2と平行
なY−Z面内の微少高さdの光線を物体側から入射さ
せ、光学系から射出する側でその2つの光線のY−Z面
内でなす角のsinをNA’yiとし、NA’yi/d
をY方向の光学系全体のパワーPyとし、同様に、光学
系に軸上主光線2と平行なX−Z面内の微少高さdの光
線を物体側から入射させ、光学系から射出する側でその
2つの光線のY−Z面に直交し射出した軸上主光線を含
む面内でなす角のsinをNA’xiとし、NA’xi
/dをX方向の光学系全体のパワーPxとする。
First, the power of the optical system is defined in the present invention. As shown in FIG. 9, when the eccentric direction of the optical system is set in the Y-axis direction, a light beam with a minute height d in the YZ plane parallel to the axial principal ray 2 is incident on the optical system from the object side. And the angle sin formed by the two light rays in the YZ plane on the side exiting from the optical system is defined as NA′yi, and NA′yi / d
Is the power Py of the entire optical system in the Y direction, and similarly, a light beam having a minute height d in the XZ plane parallel to the axial principal ray 2 is made incident on the optical system from the object side and emitted from the optical system. The angle sin formed in the plane including the on-axis principal ray orthogonal to the YZ plane of the two rays on the side is defined as NA′xi, and NA′xi
/ D is the power Px of the entire optical system in the X direction.

【0025】そして、軸上主光線が、光学系の最も物体
側に配置された回転非対称面を有する光学系構成要素に
入射してから、光学系の最も像側に配置された回転非対
称面を有する光学系構成要素を射出するまでの光路長を
p(図9においては、両者は同じ一つの偏心プリズム光
学系4であるので、その中での軸上主光線2の光路長)
とすると、上記(1)式を満たすように構成することが
光学系を小型に構成する上で望ましい。
Then, after the axial chief ray is incident on an optical system component having a rotationally asymmetric surface located closest to the object side of the optical system, a rotationally asymmetric surface located closest to the image side of the optical system is removed. The optical path length until the optical system component is emitted is p (in FIG. 9, since both are the same decentered prism optical system 4, the optical path length of the axial chief ray 2 therein).
Then, it is desirable to configure the optical system so as to satisfy the above equation (1) in order to reduce the size of the optical system.

【0026】さらに好ましくは、 0.5<p×Py<5.0 ・・・(1)’ を満足するようにすると、小型なレンズ系を達成するこ
とができる。
More preferably, if 0.5 <p × Py <5.0 (1) ′ is satisfied, a small lens system can be achieved.

【0027】さらに好ましくは、 0.5<p×Py<0.7 ・・・(1)” を満足するようにすると、より小型なレンズ系を達成す
ることができる。
More preferably, if 0.5 <p × Py <0.7 (1) ”is satisfied, a smaller lens system can be achieved.

【0028】また、本発明の撮像光学系の回転非対称面
を有する光学系構成要素を第1・第2の反射作用面と第
1・第2の透過作用面で構成すると、光軸を2つの反射
作用面で折り曲げることができ、光学系を小型にでき
る。さらに、透過作用面が2つあることから、主点位
置、像面湾曲に対してはより良い結果を得ることができ
る。さらに、2つの反射面を裏面鏡にすることによりよ
り良い収差性能が得られる。
Further, when the optical system component having a rotationally asymmetric surface of the image pickup optical system of the present invention is constituted by the first and second reflection operation surfaces and the first and second transmission operation surfaces, the optical axis becomes two. The optical system can be folded down on the reflecting surface, and the size of the optical system can be reduced. Furthermore, since there are two transmission surfaces, better results can be obtained for the principal point position and the field curvature. Further, better aberration performance can be obtained by using two reflecting surfaces as back mirrors.

【0029】ところで、瞳を物体側に出さないと、光学
系が大型化し、上記光路長pが大きくなりすぎる。又
は、バックフォーカスを確保することが困難になる。さ
らに、偏心した回転非対称面にパワーを頼りすぎると、
偏心により発生する非対称収差、特に偏心コマ収差を補
正することが困難になる。そこで、回転非対称面より物
体側に光学系を配置してパワーを分担させることも、光
学性能を向上させるために有効な手段である。
If the pupil is not projected to the object side, the size of the optical system becomes large, and the optical path length p becomes too large. Or, it becomes difficult to secure the back focus. Furthermore, if you rely too much on the eccentric rotationally asymmetric surface,
It becomes difficult to correct asymmetric aberrations caused by eccentricity, especially eccentric coma. Therefore, arranging the optical system on the object side from the rotationally asymmetric surface and sharing the power is also an effective means for improving the optical performance.

【0030】また、回転非対称面を有する光学系構成要
素の物体側に絞りを配置した場合等は、さらにその物体
側に光学部材を配置することにより、絞り部材の保護
や、反射面を表面鏡で構成する場合には、防塵等の対策
にも役立つ。
When a stop is disposed on the object side of an optical system component having a rotationally asymmetric surface, an optical member is further disposed on the object side to protect the stop member and to provide a reflecting surface with a surface mirror. In the case of the configuration, it is also useful for measures such as dust prevention.

【0031】また、本発明の撮像光学系においては、偏
心した回転非対称面により偏心収差の補正が可能である
が、その物体側に光学部材を配置し、偏心した回転非対
称反射面と共に総合的な収差補正をするようにするとよ
い。そのとき、非対称収差を良好に補正するために、そ
の光学部材を偏心させると、均一な補正が可能になり好
ましい。
Further, in the imaging optical system of the present invention, the eccentric aberration can be corrected by the decentered rotationally asymmetric surface. However, an optical member is arranged on the object side, and the eccentric rotationally asymmetric reflective surface and the decentered rotationally asymmetric reflective surface are integrated. It is preferable to correct aberration. At that time, it is preferable that the optical member be decentered in order to favorably correct the asymmetric aberration because uniform correction can be performed.

【0032】本発明の撮像光学系においては、偏心した
回転非対称反射面を有する光学系構成要素の面数を減ら
したり、プリズムブロックでその反射面を有する光学系
構成要素を構成すると、絞りを物体側に出さないと光学
系が大型化する。そのとき、パワーが全て絞りに対し像
側に偏る。歪曲収差の補正のためには、負正両方のパワ
ーが必要になるが、負のパワーを強めすぎると、光学系
の大型化と、光路長の増大を招き、好ましくない。そこ
で、絞りの物体側に正レンズを配置し、歪曲収差を補正
させるとよい。また、偏心した回転非対称反射面を有す
る光学系構成要素をプリズムブロックで構成した場合等
は、透過面で発生する多少の色収差を補正することが困
難となるが、色収差の補正作用にも効果的である。特
に、非対称収差を補正するために、その正レンズを偏心
させるとさらによい。
In the image pickup optical system of the present invention, when the number of optical system components having a decentered rotationally asymmetric reflective surface is reduced, or when the optical system component having the reflective surface is formed by a prism block, the stop can be set to an object. Otherwise, the optical system will be large. At that time, all the powers are biased toward the image side with respect to the aperture. To correct distortion, both negative and positive powers are required. However, if the negative power is too high, the size of the optical system increases and the optical path length increases, which is not preferable. Therefore, it is preferable to dispose a positive lens on the object side of the stop to correct distortion. Further, when an optical system component having an eccentric rotationally asymmetric reflecting surface is constituted by a prism block, it is difficult to correct some chromatic aberration generated on the transmitting surface, but it is also effective in correcting chromatic aberration. It is. In particular, it is more preferable to decenter the positive lens in order to correct asymmetric aberration.

【0033】また、特に画角の広い広角レンズを構成す
るとき、焦点距離が短くなるので、バックフォーカスの
確保が困難になる。そのときは、物体側から順に負正の
パワーを配置するいわゆるレトロフォーカスタイプを採
用するのがよい。しかも、負のパワーを強め、負群と正
群の間隔をできるだけ開けるのがよい。ところが、負の
パワーを偏心した回転非対称面に持たせると、偏心収差
が余りに大きくなり、補正するのが困難になり、特にコ
マの非対称性を補正するのが困難である。
In particular, when a wide-angle lens having a wide angle of view is formed, the focal length becomes short, so that it is difficult to secure the back focus. In that case, it is preferable to adopt a so-called retrofocus type in which negative and positive powers are sequentially arranged from the object side. Moreover, it is better to increase the negative power and increase the interval between the negative group and the positive group as much as possible. However, if negative power is given to an eccentric rotationally asymmetric surface, eccentric aberration becomes too large and it is difficult to correct it, and it is particularly difficult to correct coma asymmetry.

【0034】そこで、物体側に凹レンズを配置し、負の
パワーは通常の屈折レンズに持たせ、負群と正群の間隔
を開けて配置し、かつ、光軸を折り返してコンパクトに
まとめるとよい。
Therefore, a concave lens should be placed on the object side, negative power should be given to a normal refracting lens, a negative group and a positive group should be spaced apart, and the optical axis should be folded back to make it compact. .

【0035】また、偏心した回転非対称反射面を有する
光学系構成要素を単一ブロックで構成し、絞りを設ける
場合には、ブロックより物体側に絞りを設ける方が、ブ
ロックの大型化を招かず好ましい。このとき、絞りの保
護手段を兼ねた光学パワーが略ゼロの光学部材を物体側
に配置するのがよい。また、その他の効果として、電子
撮像素子を用いる場合には、面内の領域を分割し、領域
毎に面に微少量の傾きを付け、光の進行方向を微少量変
える機能を持たせる等の方法により、光学的ローパスフ
ィルター機能を持たせると、バックフォーカスの短縮化
に効果的である。
When an optical system component having an eccentric rotationally asymmetric reflecting surface is constituted by a single block and a stop is provided, it is better to provide a stop on the object side of the block without increasing the size of the block. preferable. At this time, it is preferable to dispose an optical member having an optical power of approximately zero, which also serves as a stop protection means, on the object side. Further, as another effect, when an electronic image pickup device is used, a function of dividing an in-plane region, giving a slight inclination to the surface for each region, and changing a traveling direction of light by a small amount is provided. If an optical low-pass filter function is provided according to the method, it is effective to shorten the back focus.

【0036】ところで、偏心した回転非対称反射面を有
する光学系構成要素の物体側に配置する前側光学群に軸
上主光線が入射し射出する際の、その角度の変位量をΔ
θ、位置の変位量をΔhとするとき、 0.1°<Δθ<45° ・・・(2) 若しくは、 0<Δh×Py<1.0 ・・・(3) の少なくとも一方を満たすことが望ましい。ここで、P
yは光学系のY方向のパワーである。
When an axial principal ray enters and exits a front optical unit disposed on the object side of an optical system component having an eccentric rotationally asymmetric reflecting surface, the amount of angular displacement is Δ
When θ and the displacement amount of the position are Δh, at least one of 0.1 ° <Δθ <45 ° (2) or 0 <Δh × Py <1.0 (3) Is desirable. Where P
y is the power of the optical system in the Y direction.

【0037】上記(2)、(3)式共に、下限値を越え
て小さな値を取ると、偏心させる意味がなくなる。ま
た、共に上限値を越えて大きな値を取ると、各部での偏
心収差が大きくなりすぎ、補正することが困難になる。
If both equations (2) and (3) take a small value exceeding the lower limit, there is no point in eccentricity. If both values exceed the upper limit and take a large value, the eccentric aberration in each part becomes too large, and it becomes difficult to correct.

【0038】さらに望ましくは、 1°<Δθ<30° ・・・(2)’ 若しくは、 0.005<Δh×Py<0.5 ・・・(3)’ の少なくとも一方を満足することが望ましい。More preferably, at least one of 1 ° <Δθ <30 ° (2) ′ or 0.005 <Δh × Py <0.5 (3) ′ is satisfied. .

【0039】ところで、偏心した回転非対称反射面を有
する光学系構成要素の第1反射作用面と第2透過作用面
を同一面とすると、形成する面が3面となり、製作性が
向上する。
By the way, when the first reflecting surface and the second transmitting surface of the optical system component having the decentered rotationally asymmetric reflecting surface are the same, three surfaces are formed, and the manufacturability is improved.

【0040】また、第1反射作用面の反射に全反射を利
用するように構成すると、前述のように高い反射率が得
られ、光の損失を最低限に抑えられると共に、反射面と
透過面を同一にする際に製造が容易となる。
Further, when the first reflection surface is configured to utilize total reflection for reflection, a high reflectivity can be obtained as described above, light loss can be minimized, and the reflection surface and the transmission surface can be reduced. When they are the same, manufacturing becomes easy.

【0041】また、前記のように、偏心した回転非対称
反射面を有する光学系構成要素を単一ブロックで構成し
て構成部材を減らすことにより、光学系の小型化、コス
トダウンが期待できる。
Further, as described above, by forming the optical system components having the decentered rotationally asymmetric reflection surface in a single block and reducing the number of constituent members, it is possible to expect a reduction in the size and cost of the optical system.

【0042】また、回転非対称反射面を波長選択手段の
機能を有する光学材料の裏面鏡として構成し、その波長
選択手段はいわゆる赤外線カット機能を持ち、光学材料
中に含有されるCuOのモル%aが、以下の条件を満足
することが望ましい。
Further, the rotationally asymmetric reflecting surface is constituted as a back mirror of an optical material having a function of a wavelength selecting means, and the wavelength selecting means has a so-called infrared cut function, and has a mole% a of CuO contained in the optical material. However, it is desirable to satisfy the following conditions.

【0043】 a<1 ・・・(4) いわゆる赤外線カットフィルター等は銅等の不純物を混
ぜることにより製造できるが、不純物が増えると波長選
択性の制御が困難になる等、不純物は少ない方が製造が
容易になる。また、銅等を多く含むガラスの耐性を向上
させるために、フッ素燐酸系のネットワークを用いるこ
とが一般的であるが、含有量を減らすことができれば、
耐性の高いネットワーク構造を採用することができ、有
効である。しかし、不純物を少なくすると、波長選択性
を確保するためには、フィルターの厚みを増やすしかな
く、スペース確保のため、レンズ系が大型化する問題が
あった。
A <1 (4) A so-called infrared cut filter or the like can be manufactured by mixing impurities such as copper. However, it is difficult to control the wavelength selectivity as the impurities increase. Manufacturing becomes easier. Further, in order to improve the resistance of glass containing a large amount of copper and the like, it is common to use a fluorophosphoric acid-based network, but if the content can be reduced,
A highly resistant network structure can be adopted and is effective. However, if impurities are reduced, the thickness of the filter must be increased in order to ensure wavelength selectivity, and there is a problem that the lens system is enlarged in order to secure space.

【0044】本発明のような光軸を折り返す光学系で
は、実際の厚みより長い光路長がとれるので、少ない不
純物の含有量で効果的な波長選択特性を達成できる。銅
の含有量は、設計された光学系の光路長に応じて調整す
るとよいが、特にCuOのモル%をaとすると、 a<1 ・・・(4) を満足することが望ましい。
In an optical system that folds the optical axis as in the present invention, an optical path length longer than the actual thickness can be obtained, so that an effective wavelength selection characteristic can be achieved with a small impurity content. The content of copper may be adjusted according to the optical path length of the designed optical system. However, when a is defined as mol% of CuO, it is preferable that a <1 (4) is satisfied.

【0045】さらには、 1×10-5<a<1 ・・・(4)’ であることがより好ましい。It is more preferable that 1 × 10 −5 <a <1 (4) ′.

【0046】また、 1×10-5<a<0.5 ・・・(4)” であればなおよい。It is more preferable that 1 × 10 −5 <a <0.5 (4) ”.

【0047】また、本発明の撮像光学系においては、偏
心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくと
も1面は、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面を使
用することが望ましい。ここで、本発明で使用する自由
曲面とは、以下の式で定義されるものである。
In the image pickup optical system according to the present invention, it is preferable that at least one of the reflecting surfaces having an eccentric rotationally asymmetric surface is a plane-symmetric free-form surface having only one symmetric surface. Here, the free-form surface used in the present invention is defined by the following equation.

【0048】 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) ただし、Cm (mは2以上の整数)は係数である。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 5 + C 36 yx 6 + C 37 x 7 ····· ··· (a) provided that, C m (m is an integer of 2 or more) is a coefficient.

【0049】上記自由曲面は、一般的には、X−Z面、
Y−Z面共に対称面を持つことはないが、本発明ではx
の奇数次項を全て0にすることによって、Y−Z面と平
行な対称面が1つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式(a)においては、C4 ,C6 ,C9
11,C13,C15,C18,C20,C22,C24,C26,C
28,C31,C33,C35,C37,・・・の各項の係数を0
にすることによって可能である。
The free-form surface generally includes an XZ plane,
Although neither YZ plane has a plane of symmetry, in the present invention, x
By setting all the odd-order terms to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the YZ plane is obtained. For example, in the above definition formula (a), C 4 , C 6 , C 9 ,
C 11, C 13, C 15 , C 18, C 20, C 22, C 24, C 26, C
28, C 31, C 33, C 35, C 37, 0 the coefficients of each term of ...
Is possible.

【0050】また、yの奇数次項を全て0にすることに
よって、X−Z面と平行な対称面が1つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式(a)においては、
3,C6 ,C8 ,C10,C13,C15,C17,C19,C
21,C24,C26,C28,C30,C32,C34,C36,・・
・の各項の係数を0にすることによって可能であり、ま
た、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上
することが可能となる。
By setting all odd-numbered terms of y to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the XZ plane is obtained. For example, in the definition formula (a),
C 3 , C 6 , C 8 , C 10 , C 13 , C 15 , C 17 , C 19 , C
21, C 24, C 26, C 28, C 30, C 32, C 34, C 36, ··
It is possible by setting the coefficient of each term of 0 to 0, and it is possible to improve the manufacturability by having the above-mentioned plane of symmetry.

【0051】上記Y−Z面と平行な対称面、X−Z面と
平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、
偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正す
ることが可能となる。
By setting one of the symmetry plane parallel to the YZ plane and the symmetry plane parallel to the XZ plane as the symmetry plane,
It is possible to effectively correct rotationally asymmetric aberrations caused by eccentricity.

【0052】上記定義式は、1つの例として示したもの
であり、本発明の特徴は対称面を1面のみ有する回転非
対称面で偏心により発生する回転非対称な収差を補正す
ることが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同
じ効果が得られることは言うまでもない。
The above definition is shown as one example, and the feature of the present invention is to correct rotationally asymmetric aberrations caused by eccentricity on a rotationally asymmetric surface having only one symmetric surface. It goes without saying that the same effect can be obtained for any other defining formula.

【0053】さて、一般に、偏心した回転非対称反射面
を有する光学系構成要素(偏心プリズム光学系)は研磨
により製作することは難しく、研削により1面ずつ形成
するか、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成
形により作製することになる。このとき、偏心プリズム
光学系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確
認する必要がある。このような3次元の回転非対称な形
状の測定には、一般的に3次元座標測定器が使用される
が、測定時間がかかり、現実的ではない。
In general, it is difficult to manufacture an optical system component having an eccentric rotationally asymmetric reflecting surface (eccentric prism optical system) by polishing, and it is preferable to form one by one by grinding, injection molding of plastic or glass molding. It will be produced by molding. At this time, it is necessary to confirm whether the surface of the decentered prism optical system is formed in a predetermined shape. A three-dimensional coordinate measuring device is generally used for measuring such a three-dimensional rotationally asymmetric shape, but it takes a long measurement time and is not practical.

【0054】本発明では、偏心プリズム光学系4を構成
する少なくとも3つの面の中、少なくとも1面を回転対
称面で構成することが重要である。
In the present invention, it is important that at least one of the at least three surfaces constituting the decentered prism optical system 4 be a rotationally symmetric surface.

【0055】さらに好ましくは、最も有効面積が広く、
比較的収差の劣化が大きい瞳に近い側の透過作用と内部
反射作用を有する面を回転対称面として構成することに
より、面形状の出来上がり具合を簡単に短時間で評価す
ることが可能な偏心プリズム光学系を構成することに成
功したものである。
More preferably, the effective area is widest,
An eccentric prism that can easily evaluate the finished shape of the surface shape in a short time by configuring the surface having the transmission function and the internal reflection function on the side close to the pupil where the aberration degradation is relatively large as a rotationally symmetric surface The optical system has been successfully constructed.

【0056】また、後側光学群の偏心プリズム光学系
が、第1の透過作用面と、第1の反射作用面と、第2の
反射作用面と、第2の透過作用面とを有し、第2の反射
作用面が回転非対称面形状を有し、対称面を1つのみ有
する面対称自由曲面からなっており、かつ、第1の反射
作用面は第2の透過作用面と共通の面からなる場合、こ
の面に強いパワーを持たせると、色収差の発生が大とな
る。また、第1の反射作用面と第2の透過作用面として
利用する領域がほぼ分離できればよいが、そうすると後
側光学群を構成するプリズムブロックの大型化を招くた
め、第1の反射作用面と第2の透過作用面との重なりあ
う領域が増える。そこで、第1の反射作用面での作用と
第2の透過作用面での作用を両立させるためには、強い
パワーを持たせない方が、制御が容易である。すなわ
ち、面対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面とし、そ
の面に直交する方向をX軸とし、軸上主光線の第1の反
射作用面、第2の反射作用面との交点近傍のX方向のパ
ワーをそれぞれPx1、Px2とするとき、 |Px1|<|Px2| ・・・(5) であることが望ましい。
Further, the decentered prism optical system of the rear optical unit has a first transmitting surface, a first reflecting surface, a second reflecting surface, and a second transmitting surface. The second reflecting surface has a rotationally asymmetric surface shape, is a plane-symmetric free-form surface having only one symmetric surface, and the first reflecting surface is common to the second transmitting surface. In the case of a surface, if this surface is given a strong power, the occurrence of chromatic aberration becomes large. In addition, it is sufficient that the area used as the first reflection operation surface and the region used as the second transmission operation surface can be substantially separated. However, this causes an increase in the size of the prism block constituting the rear optical unit. The area that overlaps with the second transmission action surface increases. Therefore, in order to achieve both the operation on the first reflection operation surface and the operation on the second transmission operation surface, it is easier to control without giving a strong power. That is, the only plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surface is the YZ plane, the direction orthogonal to the plane is the X axis, and the intersection of the axial principal ray with the first and second reflection operation surfaces. When the powers in the nearby X direction are Px1 and Px2, respectively, it is desirable that | Px1 | <| Px2 | (5)

【0057】さらには、 1<|Px2/Px1|<20 ・・・(6) を満足することが望ましい。この条件の上限値20を越
えると、極度に第2の反射作用面のパワーが強くなり、
バックフォーカスが確保できなくなると共に、収差補正
のために面形状の複雑さが増し、好ましくない。さらに
は、 1.1<|Px2/Px1|<10 ・・・(6)’ を満足するとなおよい。
Further, it is desirable to satisfy the following condition: 1 <| Px2 / Px1 | <20 (6) If the upper limit of the condition 20 is exceeded, the power of the second reflecting surface becomes extremely strong,
Back focus cannot be ensured, and the complexity of the surface shape increases for aberration correction, which is not preferable. Further, it is more preferable to satisfy the following condition: 1.1 <| Px2 / Px1 | <10 (6) '.

【0058】さらには、 2.0<|Px2/Px1|<5 ・・・(6)” を満足するとさらによい。Further, it is more preferable to satisfy the following condition: 2.0 <| Px2 / Px1 | <5 (6) ".

【0059】また、軸上主光線の第2の透過作用面との
交点近傍のX方向のパワーをPx3とするとき、 |Px3/Px2|<0.5 ・・・(7) であることが望ましい。すなわち、第2の透過作用面に
強いパワーを持たせると、歪曲収差と色収差の発生が大
となり、好ましくない。そこで、条件(7)を満足する
ことが望ましい。
When the power in the X direction near the intersection of the axial principal ray with the second transmission action surface is Px3, the following expression may be satisfied: | Px3 / Px2 | <0.5 (7) desirable. That is, if the second transmission surface has a strong power, distortion and chromatic aberration are increased, which is not preferable. Therefore, it is desirable to satisfy the condition (7).

【0060】さらには、 |Px3/Px2|<0.2 ・・・(7)’ を満足するとなおよい。It is even more preferable to satisfy | Px3 / Px2 | <0.2 (7) '.

【0061】また、以上において、面対称自由曲面の唯
一の対称面をY−Z面とし、その面に直交する方向をX
軸とし、その面のX方向の最大画角主光線が当たる位置
での面の法線のY−Z面内でのtanの値と、軸上主光
線が前記面に当たる位置でのその面の法線のY−Z面内
でのtanの値との差をDYとするとき、 0≦|DY|<0.1 ・・・(8) なる条件を満足することが望ましい。
In the above description, the only plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surface is the YZ plane, and the direction orthogonal to the plane is X
Axis, and the value of tan in the YZ plane of the normal of the surface at the position where the maximum angle of view in the X direction of the surface hits, and the value of the surface at the position where the axial chief ray hits the surface Assuming that the difference from the value of tan in the YZ plane of the normal is DY, it is preferable to satisfy the following condition: 0 ≦ | DY | <0.1 (8)

【0062】この条件式は、例えば水平線を写したとき
に弓なりに湾曲してしまう弓なりな回転非対称な像歪み
に関するものである。図10(a)の斜視図、同図
(b)のY−Z面への投影図に示すように、X方向の最
大画角の主光線が回転非対称面Aと交差する点における
その回転非対称面の法線n’のY−Z面内でのtanの
値と、軸上主光線がその回転非対称面Aと交差する点に
おける回転非対称面の法線nのY−Z面内でのtanの
値との差をDYとするとき、(8)の条件を満足するこ
とが重要である。上記条件式の下限の0を越えると、弓
なりな像歪みを補正することができなくなる。また、上
限の0.1を越えると、弓なりな像歪みが補正過剰とな
り、どちらの場合も像が弓なりに歪んでしまう。
This conditional expression relates to, for example, a bow-shaped rotationally asymmetric image distortion that curves like a bow when a horizontal line is captured. As shown in the perspective view of FIG. 10A and the projection onto the YZ plane of FIG. 10B, the rotational asymmetry at the point where the principal ray having the maximum angle of view in the X direction intersects the rotationally asymmetric plane A is shown. The value of tan in the YZ plane of the normal n 'of the surface and the tan in the YZ plane of the normal n of the rotationally asymmetric surface at the point where the axial chief ray intersects the rotationally asymmetric surface A It is important that the condition (8) is satisfied when the difference from the value of is DY. Exceeding the lower limit of 0 to the above conditional expression makes it impossible to correct bow-shaped image distortion. If the upper limit of 0.1 is exceeded, bow-shaped image distortion will be overcorrected, and in both cases, the image will be bowed.

【0063】さらに好ましくは、 0≦|DY|<0.01 ・・・(8)’ なる条件を満足することが好ましい。More preferably, it is preferable to satisfy the following condition: 0 ≦ | DY | <0.01 (8) ′.

【0064】また、軸上主光線が光学系の第1面に到る
までの方向をZ軸方向、面対称自由曲面の唯一の対称面
をY−Z面とし、その面に直交する方向をX軸とし、Y
正方向の最大画角の主光線とY負方向の最大画角の主光
線とがその面と当たる部分のX方向の曲率の差をCx
n、軸上主光線がその面と当たる部分のX方向のパワー
をPxnとするとき、 0≦|Cxn/Pxn|<10 ・・・(9) の条件を満足することが重要である。この条件式は、台
形に発生する像歪みに関するものである。上記条件式の
上限10を越えると、台形歪みが大きく発生し、他の面
で補正することがが難しくなる。
The direction in which the axial principal ray reaches the first surface of the optical system is the Z-axis direction, the only symmetrical surface of the plane-symmetric free-form surface is the YZ plane, and the direction orthogonal to the surface is the YZ plane. X axis, Y
The difference in curvature in the X direction between the principal ray having the maximum principal angle of view in the positive direction and the principal ray having the maximum angle of view in the negative Y direction is represented by Cx.
n, where Pxn is the power in the X direction of the portion where the axial principal ray hits the surface, it is important to satisfy the following condition: 0 ≦ | Cxn / Pxn | <10 (9) This conditional expression relates to image distortion generated in a trapezoid. If the upper limit of the above conditional expression (10) is exceeded, trapezoidal distortion will occur significantly, making it difficult to correct on other surfaces.

【0065】さらに好ましくは、 0≦|Cxn/Pxn|<1 ・・・(9)’ なる条件式を満足することが好ましい。More preferably, it is preferable to satisfy the following condition: 0 ≦ | Cxn / Pxn | <1 (9) ′

【0066】また、回転非対称面は偏心して構成された
光学系に配置され、偏心して配置された各面の偏心面と
略同一の面が対称面となるような面対称自由曲面とする
ことで、対称面を挟んで左右両側を対称にすることがで
き、収差補正と製作性を大幅に向上させることができ
る。
The rotationally asymmetric surface is disposed in an optical system configured eccentrically, and is formed as a plane symmetric free-form surface such that a plane substantially identical to the eccentric surface of each eccentrically arranged surface becomes a symmetrical surface. The left and right sides can be made symmetrical with respect to the symmetry plane, so that aberration correction and manufacturability can be greatly improved.

【0067】次に、X方向の光学系全体のパワーをPx
とし、回転非対称な面の軸上主光線が当たる部分のX方
向のパワーをPxnとするとき、 0<|Pxn/Px|<100 ・・・(10) なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の上限100を越えると、回転非対称面のパワ
ーが光学系全体のパワーに比べて強くなりすぎ、強い屈
折力を回転非対称面が持ちすぎてしまい、この回転非対
称な面で発生する収差を他の面で補正できなくなる。ま
た、下限の0を越えると、回転非対称面のX軸方向のパ
ワーがなくなり、別の面としてX軸方向のパワーを配置
しなければならなくなり、必要な面数が増え、本発明で
回転非対称面を用いることによって光学系の小型化を図
ろうとする目的に反する。
Next, the power of the entire optical system in the X direction is represented by Px
When the power in the X direction of the portion of the rotationally asymmetric surface on which the axial chief ray hits is Pxn, the following conditional expression is satisfied: 0 <| Pxn / Px | <100 (10) It is preferable for correction. If the upper limit of the above conditional expression (100) is exceeded, the power of the rotationally asymmetric surface becomes too strong compared to the power of the entire optical system, and the rotationally asymmetric surface has too strong a refracting power. Cannot be corrected in other aspects. If the lower limit of 0 is exceeded, the power in the X-axis direction of the rotationally asymmetric surface is lost, and the power in the X-axis direction must be arranged as another surface, increasing the number of required surfaces. The use of the surface is contrary to the purpose of miniaturizing the optical system.

【0068】さらに好ましくは、 0.05<|Pxn/Px|<10 ・・・(10)’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。
More preferably, if the condition of 0.05 <| Pxn / Px | <10 (10) 'is satisfied, rotationally asymmetric aberration can be favorably corrected, which is preferable in terms of aberration correction.

【0069】また、Y方向の光学系全体のパワーをPy
とし、回転非対称な面の軸上主光線が当たる部分のY方
向のパワーPynとするとき、 0<|Pyn/Py|<100 ・・・(11) なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の下限0と上限100のの意味は条件式(1
0)の場合と同様である。
The power of the entire optical system in the Y direction is Py
Assuming that the power Pyn in the Y direction at the portion of the rotationally asymmetric surface on which the axial chief ray hits, the following conditional expression is satisfied: 0 <| Pyn / Py | <100 (11) Above. The meaning of the lower limit 0 and the upper limit 100 of the above conditional expression is determined by the conditional expression (1
0).

【0070】さらに好ましくは、 0<|Pyn/Py|<10 ・・・(11)’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。
More preferably, if the condition of 0 <| Pyn / Py | <10 (11) ′ is satisfied, rotationally asymmetric aberration can be favorably corrected, which is preferable in terms of aberration correction.

【0071】次に、上記光学系全体のX方向、Y方向の
パワーをPx、Pyとするとき、 0.3<|Px/Py|<2 ・・・(12) なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の下限0.3と上限2を越えると、光学系全体
の焦点距離がX方向とY方向で異なりすぎ、良好な像歪
みを得ることが難しくなり、像が歪んでしまう。
Next, assuming that the powers of the entire optical system in the X and Y directions are Px and Py, the following conditional expression is satisfied: 0.3 <| Px / Py | <2 (12) Is preferable for aberration correction. If the lower limit of 0.3 and the upper limit of 2 in the above conditional expression are exceeded, the focal length of the entire optical system will be too different in the X and Y directions, making it difficult to obtain good image distortion and distorting the image.

【0072】さらに好ましくは、 0.8<|Px/Py|<1.2 ・・・(12)’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。
More preferably, satisfying the following condition: 0.8 <| Px / Py | <1.2 (12) ′ enables rotationally asymmetric aberrations to be favorably corrected, which is preferable in terms of aberration correction.

【0073】また、本発明の撮像光学系において、光学
系の横収差が200μm以下であることが望ましい。本
発明に光学系の横収差が200μm以下であると、収差
を十分に無視することができ、良好な結像性能を得られ
るまた、本発明の撮像光学系の像歪みは20%以下であ
ることが望ましい。本発明に光学系の像歪みが20%以
下だと、収差を十分に無視することができ、良好な結像
性能を得られるなお、さらに好ましくは、第1の透過作
用面が透過光に対して正のパワーを持つレンズである場
合には、第1の反射作用面の光線の広がりを抑えること
が可能となり、第1の反射面を小型にすることが可能で
ある。
Further, in the imaging optical system of the present invention, it is desirable that the lateral aberration of the optical system is 200 μm or less. In the present invention, when the lateral aberration of the optical system is 200 μm or less, the aberration can be sufficiently ignored, and good imaging performance can be obtained. Further, the image distortion of the imaging optical system of the present invention is 20% or less. It is desirable. In the present invention, when the image distortion of the optical system is 20% or less, the aberration can be sufficiently neglected, and good image forming performance can be obtained. In the case of a lens having positive power, the spread of light rays on the first reflecting surface can be suppressed, and the first reflecting surface can be reduced in size.

【0074】また、光線を第1の透過作用面、第1の反
射作用面、第2の透過作用面の順番に進むように構成す
ることによって、第1の反射作用面を裏面鏡として構成
することが可能となる。第1の反射作用面を裏面鏡で構
成すると、表面鏡で構成するよりもさらに像面湾曲収差
に対して良い結果を得られる。
Further, the first reflection function surface is configured as a back mirror by arranging the light beam to travel in the order of the first transmission function surface, the first reflection function surface, and the second transmission function surface. It becomes possible. When the first reflecting surface is constituted by a back mirror, better results can be obtained with respect to the field curvature aberration than by a front mirror.

【0075】さらに、第1の透過作用面と第2の透過作
用面のどちらか又は両方に第1の反射作用面と同じ符号
のパワーを持たせることにより、像面湾曲はほぼ完全に
補正することが可能となる。
Further, by giving one or both of the first transmission action surface and the second transmission action surface the power of the same sign as that of the first reflection action surface, the field curvature is almost completely corrected. It becomes possible.

【0076】一方、第1の透過作用面と第2の透過作用
面のパワーを略0にすることにより、色収差に対して良
い結果を得られる。これは、第1の反射作用面では、原
理上色収差の発生がないため、色収差を他の面と補正し
合う必要がない。そこで、第1の透過作用面と第2の透
過作用面でも色収差が発生しないようにパワーをほぼ0
にすることで、全体の光学系で色収差の少ない光学系を
構成することが可能となる。
On the other hand, by setting the powers of the first transmitting action surface and the second transmitting action surface to substantially zero, a good result can be obtained with respect to chromatic aberration. This is because, in principle, chromatic aberration does not occur on the first reflecting surface, so that it is not necessary to correct chromatic aberration with other surfaces. Therefore, the power is set to approximately 0 so that chromatic aberration does not occur on the first transmission operation surface and the second transmission operation surface.
By doing so, it is possible to configure an optical system with less chromatic aberration in the entire optical system.

【0077】さらに好ましくは、後側光学群を、物体側
から像側に向かって、少なくとも第1の透過作用面と、
第1の反射作用面と、第2の反射作用面と、第2の透過
作用面とで構成し、第2の反射作用面を回転非対称面形
状にて構成する場合、2つの反射作用面のパワーを変え
ることが可能となり、正負又は負正の組み合わせにし
て、主点位置を光学系の前に出したり後ろに出したりす
ることができる。これは像面湾曲にも良い結果を与える
ことができる。
More preferably, the rear optical unit includes at least a first transmissive surface from the object side to the image side,
When the first reflection operation surface, the second reflection operation surface, and the second transmission operation surface are formed, and the second reflection operation surface is formed in a rotationally asymmetric surface shape, the two reflection operation surfaces are formed. The power can be changed, and the principal point position can be set in front of or behind the optical system in a combination of positive and negative or negative and positive. This can also give good results for field curvature.

【0078】さらに、2つの反射作用面を裏面鏡にする
ことで、像面湾曲をほとんどなくすことも可能である。
特に、焦点距離に比較して大きなバックフォーカスが必
要な電子撮像光学系の場合には、物体側に負のパワーを
配置するか、第1反射作用面を負のパワーとするのがよ
い。しかし、後者でパワーを強くすると、歪曲収差の悪
化を招く。さらに、そのとき、第1反射作用面と第2透
過作用面が同一である場合には、透過作用面も負のパワ
ーが強くなり、色収差の悪化を招く。したがって、第1
反射作用面は、反射作用面として利用する領域は負、第
2透過作用面として利用する領域に近づく程パワーが弱
くなり、第2透過作用面としては弱いパワーになるよう
な形状が好ましい。なお、前者のように、物体側に負の
パワーを配置する場合には、第1反射作用面は弱い正若
しくは負のパワーで構成すればよい。
Further, by forming the two reflecting surfaces as back mirrors, it is possible to almost eliminate curvature of field.
In particular, in the case of an electronic imaging optical system that requires a large back focus compared to the focal length, it is preferable to arrange negative power on the object side or set the first reflecting surface to negative power. However, when the power is increased in the latter case, the distortion becomes worse. Further, at this time, if the first reflection operation surface and the second transmission operation surface are the same, the negative power of the transmission operation surface is also increased, which causes deterioration of chromatic aberration. Therefore, the first
The reflection action surface is preferably shaped such that the area used as the reflection action surface is negative, and the power becomes weaker as it approaches the area used as the second transmission action surface, and the power becomes weaker as the second transmission action surface. In the case where negative power is disposed on the object side as in the former case, the first reflecting surface may be configured with weak positive or negative power.

【0079】また、本発明の撮像光学系を電子撮像素子
上に結像させる電子撮像装置の撮影レンズとして用いる
場合には、撮像装置の処理部において、光学系の歪曲収
差や倍率色収差の情報をメモリ等に予め保持しておき、
その情報をもとにデジタル画像処理技術を用いて補正す
る機能を備え、光学系で発生する歪曲収差や倍率色収差
を補正せしめると、光学系で補正すべき収差の許容量が
大きくなり、光学系に対する負担が軽減され、特に本発
明のような、少ないレンズ構成要素の数で光学性能を満
足する小型の撮影レンズを構成する際には、効果的であ
る。さらには、カメラの処理部として情報を保持しなく
ても、画像処理ソフトのデータとして、パソコン等の処
理装置にインストールし、装置上で画像処理を施すよう
に構成しても、同様の機能を持つことができることは言
うまでもない。
When the image pickup optical system of the present invention is used as a photographing lens of an electronic image pickup device for forming an image on an electronic image pickup device, information of distortion and chromatic aberration of magnification of the optical system is processed in a processing section of the image pickup device. Pre-stored in memory etc.,
With the function of correcting using digital image processing technology based on that information, and correcting the distortion and chromatic aberration of magnification that occur in the optical system, the allowable amount of aberration to be corrected in the optical system increases, This is particularly effective when a small photographic lens that satisfies optical performance with a small number of lens components as in the present invention is used. Furthermore, even if the processing unit of the camera does not hold the information, it can be installed in a processing device such as a personal computer as data of image processing software and configured to perform image processing on the device, and the same function can be obtained. It goes without saying that you can have it.

【0080】なお、本発明は、以上のような撮像光学系
によって形成される物体像を受光するために配置された
撮像素子を有する撮像装置を含むものである。この場
合、その撮像素子は、撮像素子が受光した光を電気情報
に変換する作用を有する電子撮像素子にて形成すること
が望ましく、その電子撮像素子により受光した物体像を
観察するための観察手段を備えていることが望ましい。
The present invention includes an image pickup apparatus having an image pickup device arranged to receive an object image formed by the above-described image pickup optical system. In this case, it is preferable that the image sensor is formed by an electronic image sensor having a function of converting light received by the image sensor into electric information, and an observation unit for observing an object image received by the electronic image sensor. It is desirable to have.

【0081】[0081]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の撮像光学系の実
施例1について説明する。実施例1の構成パラメータは
後記するが、その構成パラメータにおいては、図1に示
すように、絞り1の面を偏心面の原点として、軸上主光
線2を物体中心(図では省略)を出て、絞り1の中心を
通る光線で定義し、物体中心から光学系の第1面まで軸
上主光線2に沿って進む方向をZ軸、このZ軸と像面8
中心を含む平面をY−Z平面とし、Y軸をY−Z平面内
のZ軸に直交する方向に取り、物点から光学系第1面に
向かう方向をZ軸の正方向とし、Y軸の正方向を図の上
方向(第1反射面6で反射する方向)とする。そして、
Y軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をX軸とす
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 of the imaging optical system according to the present invention will be described below. The configuration parameters of the first embodiment will be described later. In the configuration parameters, as shown in FIG. 1, the surface of the diaphragm 1 is set as the origin of the eccentric surface, and the axial principal ray 2 is set at the object center (omitted in the figure). A direction passing along the axial principal ray 2 from the center of the object to the first surface of the optical system is defined as a Z-axis.
A plane including the center is defined as a YZ plane, a Y axis is set in a direction orthogonal to the Z axis in the YZ plane, a direction from the object point to the first surface of the optical system is defined as a positive direction of the Z axis, and a Y axis is defined. Is defined as the upward direction in the drawing (the direction in which the light is reflected by the first reflecting surface 6). And
An axis constituting the right-handed orthogonal coordinate system with the Y axis and the Z axis is defined as an X axis.

【0082】図1の実施例1では、このY−Z平面内で
各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面
の唯一の対称面をY−Z面として構成している。そし
て、偏心面については、その面の面頂位置の光学系の原
点の中心からのX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の偏心量
(それぞれx、y、z)と、その面の中心軸(自由曲面
については、前記の(a)式のZ軸)のX軸、Y軸、Z
軸それぞれを中心とする傾き角(°)(それぞれα、
β、γ)とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、
γの正はZ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。
In the first embodiment shown in FIG. 1, each plane is decentered in the YZ plane, and the only symmetric plane of each rotationally asymmetric free-form surface is formed as the YZ plane. For the eccentric surface, the amount of eccentricity (x, y, z, respectively) in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction from the center of the origin of the optical system at the top of the surface, and the center of the surface X-axis, Y-axis, and Z-axis (for a free-form surface, the Z-axis in the above-described equation (a))
Angle of inclination (°) about each axis (α,
β, γ) are given. In this case, α and β
Is positive counterclockwise with respect to the positive direction of each axis,
Positive γ means clockwise with respect to the positive direction of the Z axis.

【0083】また、実施例1の光学系を構成する光学面
の中、球面は曲率半径が与えられており、また、特定の
面とそれに続く面が同軸系を構成する場合には面間隔が
与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣
用法に従って与えられている。
Among the optical surfaces constituting the optical system according to the first embodiment, the spherical surface has a radius of curvature, and when a specific surface and a surface following the specific surface constitute a coaxial system, the surface spacing is reduced. In addition, the refractive index and Abbe number of the medium are given according to a conventional method.

【0084】また、自由曲面の面の形状は前記の式
(a)により定義し、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非球面に関す
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。
The shape of the surface of the free-form surface is defined by the equation (a), and the Z axis of the definition expression is the axis of the free-form surface. Note that the term relating to the aspheric surface for which no data is described is zero. Regarding the refractive index, d-line (wavelength 58
7.56 nm). The unit of the length is mm.

【0085】なお、自由曲面の他の定義式としてZer
nike多項式がある。この面の形状は以下の式(b)
により定義する。その定義式のZ軸がZernike多
項式の軸となる。 X=R×cos(A) Y=R×sin(A) Z=D2 +D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A) +D5 2 cos(2A)+D6 (R2 −1)+D7 2 sin(2A) +D8 3 cos(3A) +D9 (3R3 −2R)cos(A) +D10(3R3 −2R)sin(A)+D113 sin(3A) +D124cos(4A)+D13(4R4 −3R2 )cos(2A) +D14(6R4 −6R2 +1)+D15(4R4 −3R2 )sin(2A) +D164 sin(4A) +D175 cos(5A) +D18(5R5 −4R3 )cos(3A) +D19(10R5 −12R3 +3R)cos(A) +D20(10R5 −12R3 +3R)sin(A) +D21(5R5 −4R3 )sin(3A) +D225 sin(5A) +D236cos(6A)+D24(6R6 −5R4 )cos(4A) +D25(15R6 −20R4 +6R2 )cos(2A) +D26(20R6 −30R4 +12R2 −1) +D27(15R6 −20R4 +6R2 )sin(2A) +D28(6R6 −5R4 )sin(4A) +D296sin(6A)・・・・・ ・・・(b) 実施例1の軸上主光線2を含むY−Z断面図を図1に示
す。図中、1は絞り、2は軸上主光線、4は絞り1より
像側の後群を構成する偏心プリズム光学系、5は偏心プ
リズム光学系の第1面、6は第2面、7は第3面であ
り、8は像面、9は赤外線カットフィルター、光学ロー
パスフィルター、カバーガラス等のフィルター類であ
る。なお、偏心プリズム光学系4の第1面5は後群の第
1の透過(作用)面、第2面6は第1の反射(作用)面
と第2の透過(作用)面、第3面7は第2の反射(作
用)面を構成している。なお、実施例1においては、絞
り1より物体側に前群は配置していない構成である。
As another definition of the free-form surface, Zer
There is a nice polynomial. The shape of this surface is given by the following equation (b)
Defined by The Z axis of the defining equation is the axis of the Zernike polynomial. X = R × cos (A) Y = R × sin (A) Z = D 2 + D 3 R cos (A) + D 4 R sin (A) + D 5 R 2 cos (2A) + D 6 (R 2 -1) + D 7 R 2 sin (2A) + D 8 R 3 cos (3A) + D 9 (3R 3 -2R) cos (A) + D 10 (3R 3 -2R) sin (A) + D 11 R 3 sin (3A) + D 12 R 4 cos (4A) + D 13 ( 4R 4 -3R 2) cos (2A) + D 14 (6R 4 -6R 2 +1) + D 15 (4R 4 -3R 2) sin (2A) + D 16 R 4 sin (4A) + D 17 R 5 cos (5A) + D 18 (5R 5 -4R 3) cos (3A) + D 19 (10R 5 -12R 3 + 3R) cos (A) + D 20 (10R 5 -12R 3 + 3R) sin (A) + D 21 ( 5R 5 -4R 3) sin (3A ) + D 22 R 5 sin (5A) + D 23 R 6 cos (6A) + D 24 (6R 6 -5R 4) cos (4A) + D 25 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) cos (2A) + D 26 ( 20R 6 -30R 4 + 12R 2 -1) + D 27 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) sin (2A) + D 28 (6R 6 −5R 4 ) sin (4A) + D 29 R 6 sin (6A) (b) FIG. 1 shows a YZ sectional view including the axial chief ray 2 of the first embodiment. In the figure, 1 is an aperture, 2 is an axial principal ray, 4 is an eccentric prism optical system constituting the rear group on the image side of the aperture 1, 5 is a first surface of the eccentric prism optical system, 6 is a second surface, 7 Denotes a third surface, 8 denotes an image surface, and 9 denotes filters such as an infrared cut filter, an optical low-pass filter, and a cover glass. The first surface 5 of the decentered prism optical system 4 has a first transmission (operation) surface of the rear unit, the second surface 6 has a first reflection (operation) surface and a second transmission (operation) surface, and a third surface. Surface 7 constitutes a second reflecting (working) surface. In the first embodiment, the front unit is not arranged on the object side of the stop 1.

【0086】そして、図示しない物体から出た光線は、
絞り1の開口を通り、後群の偏心プリズム光学系4の第
1面5を透過して内部に入り、第2面6で反射され、次
いで第3面7で反射され、今度は第2面6透過して偏心
プリズム光学系4の外へ出て、フィルター類9を介して
像面8に物体像を結像する。
Then, a light beam emitted from an object not shown is
The light passes through the first surface 5 of the decentered prism optical system 4 of the rear group, passes through the opening of the diaphragm 1, enters the inside, is reflected by the second surface 6, and then is reflected by the third surface 7, and this time the second surface The transmitted light 6 passes through the decentered prism optical system 4 to form an object image on an image plane 8 via filters 9.

【0087】なお、像の大きさは約4×3mmの1/4
インチサイズを想定して最適化したものであるが、もち
ろんその他のサイズ等の場合も、全体を係数倍すること
により適用できることは言うまでもない。また、本発明
は撮像光学系のみならず、その光学系を組み込んだ撮像
装置も含むものである。
The size of the image is 1 / of about 4 × 3 mm.
Although the size is optimized assuming the inch size, it goes without saying that other sizes can be applied by multiplying the whole by a coefficient. Further, the present invention includes not only an imaging optical system but also an imaging device incorporating the optical system.

【0088】実施例1の仕様は、水平半画角21.32
°、垂直半画角16.31°、入射瞳径2.061m
m、像の大きさ3.90×2.93mmである。この実
施例は、絞り1より物体側に前群を有せず、撮像光学系
を偏心プリズム光学系4だけで構成した実施例である。
The specifications of the first embodiment are based on a horizontal half angle of view of 21.32.
°, vertical half angle of view 16.31 °, entrance pupil diameter 2.061m
m, the size of the image is 3.90 × 2.93 mm. This embodiment has no front unit on the object side with respect to the stop 1, and is an embodiment in which the imaging optical system is constituted only by the eccentric prism optical system 4.

【0089】本実施例は、1つの対称面を有する回転非
対称自由曲面を2面使用して構成した例であり、物体側
から、絞り1と、第1透過面5、第1反射面6、第2反
射面7、第2透過面6からなり、第1反射面と第2透過
面は同一の面6でなり、第1反射面は全反射を利用して
いるため、全体が3面と少ない面で構成されている。そ
して、この実施例において、第1反射面6(第2透過面
6)に回転対称な球面を用いており、他に回転対称非球
面を用いて構成することも可能である。
This embodiment is an example in which two rotationally asymmetric free-form surfaces having one symmetric surface are used, and the stop 1, the first transmitting surface 5, the first reflecting surface 6, The first reflection surface and the second transmission surface are composed of the same surface 6, and the first reflection surface uses total reflection. It is composed of few faces. In this embodiment, a rotationally symmetric spherical surface is used for the first reflection surface 6 (second transmission surface 6), and it is also possible to use a rotationally symmetric aspheric surface.

【0090】なお、構成パラメータは後記するが、偏心
量は、第1面からの偏心量として表しており、また、第
6面は仮想面である。第7面以降は赤外線カットフィル
ターや光学ローパスフィルター、カバーガラス等の各種
光学部材(フィルター類9)を表している。
Although the constituent parameters will be described later, the amount of eccentricity is expressed as the amount of eccentricity from the first surface, and the sixth surface is a virtual surface. The seventh and subsequent surfaces represent various optical members (filters 9) such as an infrared cut filter, an optical low-pass filter, and a cover glass.

【0091】本実施例の各画角に対する横収差状況を図
2に、歪曲収差の状況を図3に示す。横収差を表す図2
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
収差図を示す。以下、上記実施例1の構成パラメータを
示す。
FIG. 2 shows the state of lateral aberration for each angle of view in this embodiment, and FIG. 3 shows the state of distortion. FIG. 2 showing lateral aberration
In the figure, the numbers in parentheses indicate (horizontal (X direction) angle of view, vertical (Y direction) angle of view), and show lateral aberration diagrams at the angle of view. Hereinafter, the configuration parameters of the first embodiment will be described.

【0092】 実施例1 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞(絞り) 2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9 3 25.588 偏心(2) 1.8061 40.9 4 自由曲面[2] 偏心(3) 1.8061 40.9 5 25.588 偏心(2) 6 ∞ 0.00 偏心(4) 7 ∞ 1.00 1.5163 64.1 8 ∞ 0.40
1.5163 64.1 像 面 ∞ 自由曲面[1] C5 -1.2542×10-27 -4.2947×10-210 2.5821×10-314 6.6025×10-319 -3.0926×10-421 -6.0066×10-4 自由曲面[2] C5 -4.3080×10-27 -4.2205×10-28 6.5283×10-410 2.0953×10-412 -1.8831×10-414 -1.1569×10-416 -1.0976×10-417 2.0676×10-519 3.1183×10-521 1.7044×10-5 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 1.768 α 14.63 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.318 z 4.518 α -41.57 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 3.086 z 4.506 α 109.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y -2.821 z 8.493 α -54.38 β 0.00 γ 0.00 。
Example 1 Surface Number Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ ∞ 1 ∞ (aperture) 2 Free-form surface [1] Eccentricity (1) 1.8061 40.9 3 25.588 Eccentricity (2) 1.8061 40.9 4 Free-form surface [2 ] Eccentricity (3) 1.8061 40.9 5 25.588 Eccentricity (2) 6 ∞ 0.00 Eccentricity (4) 7 ∞ 1.00 1.5163 64.1 8 0.4 0.40
1.5163 64.1 Image surface ∞ Free-form surface [1] C 5 -1.2542 × 10 -2 C 7 -4.2947 × 10 -2 C 10 2.5821 × 10 -3 C 14 6.6025 × 10 -3 C 19 -3.0926 × 10 -4 C 21 -6.0066 × 10 -4 Free-form surface [2] C 5 -4.3080 × 10 -2 C 7 -4.2205 × 10 -2 C 8 6.5283 × 10 -4 C 10 2.0953 × 10 -4 C 12 -1.8831 × 10 -4 C 14 -1.1569 × 10 -4 C 16 -1.0976 × 10 -4 C 17 2.0676 × 10 -5 C 19 3.1183 × 10 -5 C 21 1.7044 × 10 -5 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 1.768 α 14.63 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.318 z 4.518 α -41.57 β 0.00 γ eccentricity (3) x 0.000 y 3.086 z 4.506 α 109.22 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) x 0.000 y -2.821 z 8.493 α -54.38 β 0.00 γ 0.00.

【0093】なお、上記実施例の各条件式(1)、
(5)〜(12)に関する値は以下の表の通りである。
だだし、球面である第1反射面6に関する値も一部示し
てある。ここで、DY1、DY2は第1反射面6、第2
反射面7のDY、Px1、Px2は第1反射面6、第2
反射面7のPxn、Py1、Py2は第1反射面6、第
2反射面7のPyn、Cx1、Cx2は第1反射面6、
第2反射面7のCxnである。また、DTx、DTyは
それぞれX方向、Y方向の歪曲収差の最大値(%)であ
る。
It is to be noted that each of the conditional expressions (1) and
The values for (5) to (12) are as shown in the table below.
However, some values relating to the first reflecting surface 6 which is a spherical surface are also shown. Here, DY1 and DY2 are the first reflecting surface 6, the second
DY, Px1 and Px2 of the reflecting surface 7 are the first reflecting surface 6 and the second
Pxn, Py1, and Py2 of the reflection surface 7 are the first reflection surface 6, and Pyn, Cx1, and Cx2 of the second reflection surface 7 are the first reflection surface 6,
Cxn of the second reflection surface 7. DTx and DTy are the maximum values (%) of the distortion in the X and Y directions, respectively.

【0094】 [0094]

【0095】さて、以上のような本発明の撮像光学系
は、例えばCCDを撮像素子とする小型TVカメラのよ
うな撮像装置に用いられる。図4に本発明の撮像光学系
10を、電子撮像素子としてCCD11を用いた撮像装
置に組み込んだ構成の概念図を示す。この撮像装置にお
いて、物体像は撮像光学系10により赤外線カットフィ
ルター、光学ローパスフィルター等のフィルター類9を
介して像面に配置されたCCD11上に結像され、その
物体像はCCD11によって映像信号に変換され、その
映像信号は処理手段12により電子ファインダーとして
作用するCRT13上に直接表示されると共に、撮像装
置に内蔵した記録媒体14中に記録される。また、撮像
装置はマイク15を備え、映像信号記録と同時に音声情
報記録も同様に行う。また、前記したように、処理手段
12において、撮像光学系10の歪曲収差や倍率色収差
の情報を記録媒体14あるいは処理手段12に付属した
メモリ等に予め保持しておき、その情報をもとにデジタ
ル画像処理技術を用いて光学系10で発生する歪曲収差
や倍率色収差を補正するようにするともできる。
The imaging optical system of the present invention as described above is used for an imaging device such as a small TV camera using a CCD as an imaging device. FIG. 4 shows a conceptual diagram of a configuration in which the imaging optical system 10 of the present invention is incorporated in an imaging device using a CCD 11 as an electronic imaging device. In this imaging apparatus, an object image is formed by an imaging optical system 10 on a CCD 11 disposed on an image plane via filters 9 such as an infrared cut filter and an optical low-pass filter, and the object image is converted into a video signal by the CCD 11. The converted video signal is directly displayed on the CRT 13 acting as an electronic finder by the processing means 12, and is recorded in the recording medium 14 built in the imaging device. Further, the imaging device includes a microphone 15, and performs audio information recording simultaneously with video signal recording. Further, as described above, in the processing unit 12, information on the distortion and the chromatic aberration of magnification of the imaging optical system 10 is stored in the recording medium 14 or a memory attached to the processing unit 12 in advance, and based on the information, The distortion and the chromatic aberration of magnification generated in the optical system 10 may be corrected by using a digital image processing technique.

【0096】このような撮像装置において、本発明に基
づき撮像光学系10の構成要素数の低減、小型化によ
り、装置としての小型化やコストダウンが達成できる。
In such an image pickup apparatus, the number of components of the image pickup optical system 10 is reduced and the size of the image pickup optical system 10 is reduced according to the present invention, so that the apparatus can be reduced in size and cost.

【0097】以上の本発明の撮像光学系及びそれを用い
た撮像装置は例えば次のように構成することができる。 〔1〕 撮像素子面上に物体像を形成するための撮像光
学系において、少なくとも瞳面よりも像側に後側光学群
を有し、前記後側光学群は、物体中心を射出して瞳中心
を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、
前記主光線に対して面全体が傾くように偏心配置された
少なくとも3つの面を備えたプリズム部材を有し、前記
の少なくとも3つの面は、透過作用を有する面と、反射
作用と透過作用とを共有し回転対称面形状の曲面と、反
射作用を有し偏心により発生する回転非対称な偏心収差
を補正する回転非対称面形状の曲面とからなることを特
徴とする撮像光学系。
The above-described image pickup optical system of the present invention and an image pickup apparatus using the same can be constituted, for example, as follows. [1] In an imaging optical system for forming an object image on an imaging element surface, the imaging optical system has a rear optical unit at least on an image side of a pupil plane, and the rear optical unit emits a pupil by projecting an object center. When the ray that reaches the image center through the center is the axial chief ray,
A prism member having at least three surfaces eccentrically arranged so that the entire surface is inclined with respect to the principal ray, wherein the at least three surfaces have a surface having a transmission function, and a reflection function and a transmission function. An imaging optical system comprising: a curved surface having a rotationally symmetrical surface shape and a rotationally asymmetrical surface shape that has a reflecting action and corrects rotationally asymmetrical eccentric aberration caused by eccentricity.

【0098】〔2〕 上記〔1〕において、前記反射作
用と透過作用とを共有する回転対称面形状の曲面が、全
反射面又は半透過反射面にて形成されていることを特徴
とする撮像光学系。
[2] In the above item [1], the curved surface having a rotationally symmetric surface shape that shares the reflection function and the transmission function is formed by a total reflection surface or a semi-transmission reflection surface. Optical system.

【0099】〔3〕 上記〔1〕において、前記反射作
用面がコーティングされたミラー面にて形成されている
ことを特徴とする撮像光学系。
[3] The imaging optical system according to the above [1], wherein the reflecting surface is formed by a coated mirror surface.

【0100】〔4〕 上記〔1〕において、前記反射作
用を有する面が、前記反射作用と透過作用とを共有する
面と対向配置され、かつ、前記軸上主光線が前記光学系
の入射面に到るまでの方向をZ軸方向、面の偏心面内を
Y軸方向、Y軸、Z軸と直交座標系を構成する軸をX軸
とするとき、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線
とY方向に微少量d離れた平行光束を入射させ、前記光
学系から射出する側でその2つの光線のY−Z面内でな
す角のsinをNA’yi、前記NA’yiを前記平行
光束の幅dで割った値NA’yi/dを前記光学系のY
方向のパワーPyとし、前記プリズム部材の入射面から
前記プリズム部材の射出面までの前記軸上主光線の光路
長をpとするとき、 0.1<p×Py<8 ・・・(1) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
[4] In the above item [1], the surface having the reflection function is arranged to face the surface sharing the reflection function and the transmission function, and the axial principal ray is incident on the optical system. When the direction up to is the Z-axis direction, the eccentric plane of the surface is the Y-axis direction, the Y-axis, the axis constituting the orthogonal coordinate system with the Z-axis is the X-axis, from the incident surface side of the optical system, A parallel luminous flux slightly separated by d in the Y direction from the on-axis principal ray is made incident, and the angle sin formed by the two rays in the YZ plane on the side exiting from the optical system is NA′yi, NA′yi. The value NA′yi / d obtained by dividing yi by the width d of the parallel light flux is calculated as Y ′ of the optical system.
0.1 <p × Py <8 (1) where p is the optical power in the direction and p is the optical path length of the axial principal ray from the entrance surface of the prism member to the exit surface of the prism member. An imaging optical system characterized by satisfying the following.

【0101】〔5〕 上記〔1〕から〔4〕の何れか1
項において、前記プリズム部材が、屈折率1よりも大き
い媒質を挟んだ透過作用を有する第1面と、反射作用と
透過作用とを有する第2面と、反射作用を有する第3面
との3つの面からなり、物体からの光が、第1面に入射
し、第2面で反射され、第3面で反射され、第2面と透
過して射出するように構成されていることを特徴とする
撮像光学系。
[5] Any one of the above [1] to [4]
In the above item, the prism member is composed of a first surface having a transmission function sandwiching a medium having a refractive index of more than 1, a second surface having a reflection function and a transmission function, and a third surface having a reflection function. Light from an object is incident on the first surface, is reflected on the second surface, is reflected on the third surface, and is transmitted through the second surface and is emitted. Imaging optical system.

【0102】〔6〕 上記〔5〕において、前記プリズ
ム部材は一体成形された単体のブロックからなることを
特徴とする撮像光学系。
[6] The imaging optical system according to the above [5], wherein the prism member is formed as a single unitary block.

【0103】〔7〕 上記〔1〕から〔6〕の何れか1
項において、前記光学系により形成される物体像の赤外
線成分をカットする作用を有する赤外線カットフィルタ
ーが前記光学系中に配置されていることを特徴とする撮
像光学系。
[7] Any one of the above [1] to [6]
9. The imaging optical system according to item 1, wherein an infrared cut filter having an action of cutting an infrared component of an object image formed by the optical system is disposed in the optical system.

【0104】〔8〕 上記〔1〕から〔6〕の何れか1
項において、前記の反射作用を有する面の少なくとも1
面は、特定の波長を透過又は遮断する作用を有する波長
選択光学部材の裏面鏡にて構成されていることを特徴と
する撮像光学系。
[8] Any one of the above [1] to [6]
In the above item, at least one of the surfaces having the reflecting action described above.
An imaging optical system, wherein the surface is constituted by a back mirror of a wavelength selection optical member having an action of transmitting or blocking a specific wavelength.

【0105】[0105]

〔9〕 上記〔8〕において、前記波長選
択光学部材が赤外線カット作用を備えていることを特徴
とする撮像光学系。
[9] The imaging optical system according to the above [8], wherein the wavelength selection optical member has an infrared cut function.

【0106】〔10〕 上記〔6〕において、前記プリ
ズム部材の媒質が赤外線カット作用を備えていることを
特徴とする撮像光学系。
[10] The imaging optical system according to the above [6], wherein the medium of the prism member has an infrared cut function.

【0107】〔11〕 上記〔10〕において、前記プ
リズム部材の媒質が以下の条件(4)を満足することを
特徴とする撮像光学系。 a<1 ・・・(4) ただし、は前記プリズム部材中に含有されるCuOのモ
ル%である。
[11] The imaging optical system according to [10], wherein the medium of the prism member satisfies the following condition (4). a <1 (4) where is the mole% of CuO contained in the prism member.

【0108】〔12〕 上記〔11〕において、以下の
条件(4)’を満足することを特徴とする撮像光学系。
[12] The imaging optical system according to [11], wherein the following condition (4) ′ is satisfied.

【0109】 1×10-5<a<1 ・・・(4)’ 〔13〕 上記〔1〕から〔12〕の何れか1項におい
て、前記回転非対称面形状を有する反射作用面は、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
とする撮像光学系。
1 × 10 −5 <a <1 (4) ′ [13] In any one of the above items [1] to [12], the reflection action surface having the rotationally asymmetric surface shape is symmetric. An imaging optical system comprising a plane-symmetric free-form surface having only one surface.

【0110】〔14〕 上記〔13〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面とし、その面に
直交する方向をX軸とし、前記軸上主光線の前記第1の
反射作用面、前記第2の反射作用面との交点近傍のX方
向のパワーをそれぞれPx1、Px2とするとき、 |Px1|<|Px2| ・・・(5) であることを特徴とする撮像光学系。
[14] In the above [13], the only plane of symmetry of the plane symmetric free-form surface is the YZ plane, the direction orthogonal to the plane is the X axis, and the first principal axis of the axial principal ray is the first axis. | Px1 | <| Px2 | (5) where the powers in the X direction near the intersection with the reflection action surface and the second reflection action face are Px1 and Px2, respectively. Optical system.

【0111】〔15〕 上記〔14〕において、 1<|Px2/Px1|<20 ・・・(6) であることを特徴とする撮像光学系。[15] The imaging optical system according to the above [14], wherein 1 <| Px2 / Px1 | <20 (6).

【0112】〔16〕 上記〔13〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面とし、その面に
直交する方向をX軸とし、前記軸上主光線の前記第2の
反射作用面との交点近傍のX方向のパワーをPx2と
し、前記軸上主光線の前記第2の透過作用面との交点近
傍のX方向のパワーをPx3とするとき、 |Px3/Px2|<0.5 ・・・(7) であることを特徴とする撮像光学系。
[16] In the above [13], the only plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surface is the YZ plane, the direction orthogonal to the plane is the X axis, and the second axis of the axial principal ray is the second axis. When the power in the X direction near the intersection with the reflection action surface is Px2 and the power in the X direction near the intersection of the axial principal ray with the second transmission action surface is Px3, | Px3 / Px2 | < 0.5 (7) An imaging optical system, wherein:

【0113】〔17〕 上記〔13〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面とし、その面に
直交する方向をX軸とし、前記面のX方向の最大画角主
光線が当たる位置での面の法線のY−Z面内でのtan
の値と、前記軸上主光線が前記面に当たる位置での前記
面の法線のY−Z面内でのtanの値との差をDYとす
るとき、 0≦|DY|<0.1 ・・・(8) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
[17] In the above [13], the only plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surface is the YZ plane, the direction orthogonal to the plane is the X axis, and the maximum angle of view of the plane in the X direction is The tan in the YZ plane of the normal to the surface at the position where the ray hits
Is the difference between the value of tan and the value of tan in the YZ plane of the normal to the surface at the position where the on-axis chief ray hits the surface, where 0 ≦ | DY | <0.1 (8) An imaging optical system characterized by satisfying the following.

【0114】〔18〕 上記〔13〕において、前記軸
上主光線が前記光学系の第1面に到るまでの方向をZ軸
方向、前記面対称自由曲面の唯一の対称面をY−Z面と
し、その面に直交する方向をX軸とし、Y正方向の最大
画角の主光線とY負方向の最大画角の主光線とが前記面
と当たる部分のX方向の曲率の差をCxn、軸上主光線
が前記面と当たる部分のX方向のパワーをPxnとする
とき、 0≦|Cxn/Pxn|<10 ・・・(9) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
[18] In the above [13], the direction in which the axial chief ray reaches the first surface of the optical system is the Z-axis direction, and the only plane of symmetry of the plane-symmetric free-form surface is YZ. The direction orthogonal to the surface is defined as the X axis, and the difference between the curvature in the X direction of the portion where the principal ray having the maximum angle of view in the Y positive direction and the principal ray having the maximum angle of view in the Y negative direction is in contact with the surface. Cxn, where Pxn is the power in the X direction of the portion where the on-axis principal ray hits the surface, 0 ≦ | Cxn / Pxn | <10 (9).

【0115】〔19〕 上記〔13〕から〔18〕の何
れか1項において、前記プリズム部材の有する偏心面の
少なくとも1面は、その偏心方向を含む面が前記対称面
と略一致するように偏心配置されていることを特徴とす
る撮像光学系。
[19] In any one of the above items [13] to [18], at least one of the eccentric surfaces of the prism member may be such that a surface including the eccentric direction substantially coincides with the symmetric surface. An imaging optical system which is eccentrically arranged.

【0116】〔20〕 上記〔19〕において、前記プ
リズム部材の有する全ての偏心面の偏心方向が全て同一
面上にあり、かつ、その偏心方向を含む面が前記対称面
と略一致するように形成されていることを特徴とする撮
像光学系。
[20] In the above [19], the eccentric directions of all the eccentric surfaces of the prism member are all on the same plane, and the plane including the eccentric directions substantially coincides with the symmetric plane. An imaging optical system characterized by being formed.

【0117】〔21〕 上記〔18〕又は〔19〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第1面に到るまで
の方向をZ軸方向、面の偏心面内をY軸方向、Y軸、Z
軸と直交座標系を構成する軸をX軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とX方向に微少量d
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその2つの光線のY−Z面に直交し射出した軸上主光
線を含む面内でなす角のsinをNA’xi、前記N
A’xiを前記平行光束の幅dで割った値NA’xi/
dを前記光学系のX方向のパワーPxとし、前記回転非
対称な面の前記軸上主光線が当たる部分のX方向のパワ
ーをPxnとするとき、 0<|Pxn/Px|<100 ・・・(10) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
[21] In the above [18] or [19], the direction in which the axial principal ray reaches the first surface of the optical system is the Z-axis direction, the eccentric plane is the Y-axis direction, Y axis, Z
When the axis constituting the orthogonal coordinate system with the axis is the X axis, the axis chief ray and the minute amount d in the X direction from the incident surface side of the optical system.
The divergent parallel light beam is incident, and the angle sin formed in the plane including the axial principal ray perpendicular to the YZ plane of the two rays on the side exiting from the optical system is defined as NA′xi, N
The value NA'xi / A'xi / A'xi divided by the width d of the parallel light flux
When d is the power Px in the X direction of the optical system and Pxn is the power in the X direction of the portion of the rotationally asymmetric surface that the axial chief ray impinges, 0 <| Pxn / Px | <100. (10) An imaging optical system characterized by satisfying the following.

【0118】〔22〕 上記〔21〕において、 0.05<|Pxn/Px|<10 ・・・(10)’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。[22] An imaging optical system according to [21], wherein the following condition is satisfied: 0.05 <| Pxn / Px | <10 (10) '.

【0119】〔23〕 上記〔18〕又は〔19〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第1面に到るまで
の方向をZ軸方向、面の偏心面内をY軸方向、Y軸、Z
軸と直交座標系を構成する軸をX軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とY方向に微少量d
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその2つの光線のY−Z面内でなす角のsinをN
A’yi、前記NA’yiを前記平行光束の幅dで割っ
た値NA’yi/dを前記光学系のY方向のパワーPy
とし、前記回転非対称な面の前記軸上主光線が当たる部
分のY方向のパワーをPynとするとき、 0<|Pyn/Py|<100 ・・・(11) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
[23] In the above item [18] or [19], the direction in which the axial principal ray reaches the first surface of the optical system is the Z-axis direction, the eccentric plane is the Y-axis direction, Y axis, Z
When the axis constituting the orthogonal coordinate system with the axis is the X axis, the axis chief ray and the minute amount d in the Y direction from the incident surface side of the optical system.
The sine of the angle formed between the two light rays in the YZ plane on the side where the separated parallel light beams are incident and emitted from the optical system is represented by N
A′yi, a value obtained by dividing the NA′yi by the width d of the parallel light flux, NA′yi / d is a power Py of the optical system in the Y direction.
When the power in the Y direction of the portion of the rotationally asymmetric surface where the axial principal ray falls is defined as Pyn, 0 <| Pyn / Py | <100 (11) is satisfied. Optical system.

【0120】〔24〕 上記〔23〕において、 0<|Pyn/Py|<10 ・・・(11)’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。[24] The imaging optical system according to [23], wherein 0 <| Pyn / Py | <10 (11) 'is satisfied.

【0121】〔25〕 上記〔19〕又は〔20〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第1面に到るまで
の方向をZ軸方向、面の偏心面内をY軸方向、Y軸、Z
軸と直交座標系を構成する軸をX軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とY方向に微少量d
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその2つの光線のY−Z面内でなす角のsinをN
A’yi、前記NA’yiを前記平行光束の幅dで割っ
た値NA’yi/dを前記光学系のY方向のパワーPy
とし、前記軸上主光線が前記光学系の第1面に到るまで
の方向をZ軸方向、面の偏心面内をY軸方向、Y軸、Z
軸と直交座標系を構成する軸をX軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とX方向に微少量d
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその2つの光線のY−Z面に直交し射出した軸上主光
線を含む面内でなす角のsinをNA’xi、前記N
A’xiを前記平行光束の幅dで割った値NA’xi/
dを前記光学系のX方向のパワーPxとするとき、 0.3<|Px/Py|<2 ・・・(12) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
[25] In the above-mentioned [19] or [20], the direction in which the axial principal ray reaches the first surface of the optical system is the Z-axis direction, the eccentric plane is the Y-axis direction, Y axis, Z
When the axis constituting the orthogonal coordinate system with the axis is the X axis, the axis chief ray and the minute amount d in the Y direction from the incident surface side of the optical system.
The sine of the angle formed between the two light rays in the YZ plane on the side where the separated parallel light beams are incident and emitted from the optical system is represented by N
A′yi, a value obtained by dividing the NA′yi by the width d of the parallel light flux, NA′yi / d is a power Py of the optical system in the Y direction.
The direction in which the axial principal ray reaches the first surface of the optical system is the Z-axis direction, the eccentric plane is the Y-axis direction, the Y-axis
When the axis constituting the orthogonal coordinate system with the axis is the X axis, the axis chief ray and the minute amount d in the X direction from the incident surface side of the optical system.
The divergent parallel light beam is incident, and the angle sin formed in the plane including the axial principal ray perpendicular to the YZ plane of the two rays on the side exiting from the optical system is defined as NA′xi, N
The value NA'xi / A'xi / A'xi divided by the width d of the parallel light flux
When d is the power Px in the X direction of the optical system, 0.3 <| Px / Py | <2 (12) is satisfied.

【0122】〔26〕 上記〔25〕において、 0.8<|Px/Py|<1.2 ・・・(12)’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。[26] An imaging optical system according to [25], wherein 0.8 <| Px / Py | <1.2 (12) 'is satisfied.

【0123】〔27〕 上記〔1〕から〔26〕の何れ
か1項において、前記光学系の横収差が200μm以下
であることを特徴とする撮像光学系。
[27] The imaging optical system according to any one of [1] to [26], wherein the optical system has a lateral aberration of 200 μm or less.

【0124】〔28〕 上記〔1〕から〔26〕の何れ
か1項において、前記光学系の像歪みが20%以下であ
ることを特徴とする撮像光学系。
[28] The imaging optical system according to any one of [1] to [26], wherein the image distortion of the optical system is 20% or less.

【0125】〔29〕 上記〔1〕から〔27〕の何れ
か1項において、前記光学系によって形成される物体像
を受光するために配置された撮像素子を有することを特
徴とする撮像装置。
[29] The imaging apparatus according to any one of [1] to [27], further including an imaging element arranged to receive an object image formed by the optical system.

【0126】〔30〕 上記〔29〕において、前記撮
像素子が受光した光を電気情報に変換する作用を有する
電子撮像素子にて形成されていることを特徴とする撮像
装置。
[30] The imaging apparatus according to [29], wherein the imaging apparatus is formed of an electronic imaging element having a function of converting light received by the imaging element into electrical information.

【0127】〔31〕 上記〔30〕において、前記電
子撮像素子により受光した物体像を観察するための観察
手段を備えていることを特徴とする撮像装置。
[31] The imaging apparatus according to [30], further comprising an observation unit for observing the object image received by the electronic imaging element.

【0128】[0128]

【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、回転対称な透過光学系に比べて小型で収差の
発生が少ない撮像光学系を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide an image pickup optical system which is small in size and generates less aberration as compared with a rotationally symmetric transmission optical system.

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

【図1】本発明の実施例1の撮像光学系の光軸を含む断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view including an optical axis of an imaging optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施例1の横収差図である。FIG. 2 is a lateral aberration diagram of the first embodiment.

【図3】実施例1の歪曲収差図である。FIG. 3 is a distortion diagram of the first embodiment.

【図4】本発明の撮像光学系を撮像装置に組み込んだ構
成の概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a configuration in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in an imaging device.

【図5】本発明における軸上主光線と座標系を説明する
ための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an axial principal ray and a coordinate system according to the present invention.

【図6】偏心した反射面により発生する像面湾曲を説明
するための概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining field curvature caused by an eccentric reflecting surface.

【図7】偏心した反射面により発生する非点収差を説明
するための概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining astigmatism generated by a decentered reflecting surface.

【図8】偏心した反射面により発生するコマ収差を説明
するための概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining coma generated by a decentered reflecting surface.

【図9】本発明の撮像光学系のパワーを説明するための
図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the power of the imaging optical system of the present invention.

【図10】本発明において用いるパラメータDYを説明
するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a parameter DY used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…絞り 2…軸上主光線 3…前群 4…後群(偏心プリズム光学系) 5…偏心プリズム光学系の第1面 6…偏心プリズム光学系の第2面 7…偏心プリズム光学系の第3面 8…像面 9…フィルター類 10…撮像光学系 11…CCD 12…処理手段 13…CRT 14…記録媒体 15…マイク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stop 2 ... On-axis principal ray 3 ... Front group 4 ... Rear group (eccentric prism optical system) 5 ... 1st surface of eccentric prism optical system 6 ... 2nd surface of eccentric prism optical system 7 ... eccentric prism optical system Third surface 8 ... Image surface 9 ... Filters 10 ... Imaging optical system 11 ... CCD 12 ... Processing means 13 ... CRT 14 ... Recording medium 15 ... Microphone

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 撮像素子面上に物体像を形成するための
撮像光学系において、 少なくとも瞳面よりも像側に後側光学群を有し、 前記後側光学群は、物体中心を射出して瞳中心を通り像
中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記主光
線に対して面全体が傾くように偏心配置された少なくと
も3つの面を備えたプリズム部材を有し、 前記の少なくとも3つの面は、透過作用を有する面と、
反射作用と透過作用とを共有し回転対称面形状の曲面
と、反射作用を有し偏心により発生する回転非対称な偏
心収差を補正する回転非対称面形状の曲面とからなるこ
とを特徴とする撮像光学系。
1. An imaging optical system for forming an object image on an imaging element surface, comprising: a rear optical group at least on an image side of a pupil plane; When a ray reaching the image center through the center of the pupil is defined as an axial principal ray, the prism member having at least three surfaces eccentrically arranged so that the entire surface is inclined with respect to the principal ray, At least three surfaces having a permeable effect;
An imaging optics characterized by comprising a curved surface having a rotationally symmetric surface shape that shares a reflection function and a transmission function, and a curved surface having a rotationally asymmetric surface shape having a reflection effect and correcting rotationally asymmetrical eccentric aberration caused by eccentricity. system.
【請求項2】 請求項1において、前記反射作用と透過
作用とを共有する回転対称面形状の曲面が、全反射面又
は半透過反射面にて形成されていることを特徴とする撮
像光学系。
2. The imaging optical system according to claim 1, wherein the curved surface having a rotationally symmetric surface shape that shares the reflection function and the transmission function is formed by a total reflection surface or a semi-transmission reflection surface. .
【請求項3】 請求項1において、前記反射作用面がコ
ーティングされたミラー面にて形成されていることを特
徴とする撮像光学系。
3. The imaging optical system according to claim 1, wherein said reflection surface is formed by a coated mirror surface.
【請求項4】 請求項1において、前記反射作用を有す
る面が、前記反射作用と透過作用とを共有する面と対向
配置され、かつ、前記軸上主光線が前記光学系の入射面
に到るまでの方向をZ軸方向、面の偏心面内をY軸方
向、Y軸、Z軸と直交座標系を構成する軸をX軸とする
とき、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線とY方
向に微少量d離れた平行光束を入射させ、前記光学系か
ら射出する側でその2つの光線のY−Z面内でなす角の
sinをNA’yi、前記NA’yiを前記平行光束の
幅dで割った値NA’yi/dを前記光学系のY方向の
パワーPyとし、前記プリズム部材の入射面から前記プ
リズム部材の射出面までの前記軸上主光線の光路長をp
とするとき、 0.1<p×Py<8 ・・・(1) を満たすことを特徴とする撮像光学系。
4. The optical system according to claim 1, wherein the surface having the reflection function is arranged to face a surface sharing the reflection function and the transmission function, and the axial chief ray reaches the incident surface of the optical system. When the axis of the optical system is X-axis, the Z-axis direction is the direction up to the axis, and the X-axis is the Y-axis direction within the eccentric plane of the surface, and the X-axis is the axis forming the orthogonal coordinate system with the Z-axis. A principal ray and a parallel light beam separated by a small amount d in the Y direction are made incident, and the angle sin formed by the two rays in the YZ plane on the exit side from the optical system is NA′yi, and the NA′yi is The value NA′yi / d divided by the width d of the parallel light flux is defined as the power Py in the Y direction of the optical system, and the optical path length of the axial principal ray from the entrance surface of the prism member to the exit surface of the prism member. To p
Where 0.1 <p × Py <8 (1).
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