JPH1039121A - 光学素子及びそれを用いた光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Off-Axial 光学素子において、不正入射光に
伴う有害なゴースト・フレア光が像面或は、後に続く光
学素子の入射面へ達することを防止する光学素子及びそ
れを用いた光学系を得ること。 【解決手段】 透明体の表面に、光束が屈折して入射す
る入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複
数の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈
折して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び／
又は該射出面近傍に開口部を有する遮光部材を設置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光学素子及びそれを
用いた光学系に関し、特にビデオカメラやスチールビデ
オカメラ、及び複写機等に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より凹面鏡や凸面鏡等の反射面を利
用した撮影光学系が種々と提案されている。図12は１つ
の凹面鏡と１つの凸面鏡より成る所謂ミラー光学系 (反
射光学系) の要部概略図である。

【０００３】同図のミラー光学系において、物体からの
物体光束124 は、凹面鏡121 にて反射され、収束されつ
つ物体側に向かい、凸面鏡122 にて反射された後、像面
123に結像する。

【０００４】このミラー光学系は、所謂カセグレン式反
射望遠鏡の構成を基本としており、屈折レンズで構成さ
れるレンズ全長の長い望遠レンズ系の光路を相対する二
つの反射ミラーを用いて折り曲げる事により、光学系全
長を短縮することを目的としたものである。

【０００５】また、望遠鏡を構成する対物レンズ系にお
いても、同様な理由から、カセグレン式の他に、複数の
反射ミラーを用いて光学系の全長を短縮する形式が多数
知られている。

【０００６】この様に、従来よりレンズ全長の長い撮影
レンズのレンズの代わりに反射ミラーを用いる事によ
り、効率よく光路を折り曲げて、コンパクトなミラー光
学系を得ている。

【０００７】しかしながら、一般的にカセグレン式反射
望遠鏡等のミラー光学系においては、凸面鏡122 により
物体光線の一部がケラレると言う問題点がある。この問
題は物体光束124 の通過領域中に凸面鏡122 がある事に
起因するものである。

【０００８】この問題点を解決する為に、反射ミラーを
偏心させて使用して、物体光束124の通過領域を光学系
の他の部分が遮蔽することを避ける、即ち光束の主光線
126を光軸125 から離すミラー光学系も提案されてい
る。

【０００９】図13は米国特許3、674、334 号明細書に開示
されているミラー光学系の要部概略図であり、物体光束
の主光線を光軸から離して上記のケラレの問題を解決し
ている。 同図のミラー光学系は光束の通過順に凹面鏡
131 、凸面鏡132 そして凹面鏡133 があるが、それらは
それぞれ図中二点破線で示す様に、もともと光軸134に
対して回転対称な反射ミラーである。このうち凹面鏡13
1 は光軸134 に対して紙面上側のみ、凸面鏡132 は光軸
134 に対して紙面下側のみ、凹面鏡133 は光軸134 に対
して紙面下側のみを使用する事により、物体光束135 の
主光線136 を光軸134 から離し、物体光束135 のケラレ
を無くした光学系を構成している。

【００１０】図14は米国特許5,063,586 号明細書に開示
されているミラー光学系の要部概略図である。同図のミ
ラー光学系は反射ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏
心させて物体光束の主光線を光軸から離して上記の問題
を解決している。

【００１１】同図において、被写体面141 の垂直軸を光
軸147 と定義した時に、光束の通過順に凸面鏡142 ・凹
面鏡143 ・凸面鏡144 そして凹面鏡145 のそれぞれの反
射面の中心座標及び中心軸（その反射面の中心とその面
の曲率中心とを結んだ軸）142A,143A,144A,145A は、光
軸147 に対して偏心している。同図ではこのときの偏心
量と各面の曲率半径を適切に設定することにより、物体
光束148 の各反射ミラーによるケラレを防止して、物体
像を効率よく結像面146 に結像させている。

【００１２】その他米国特許4,737,021 号明細書や米国
特許4,265,510 号明細書にも光軸に対して回転対称な反
射ミラーの一部を用いてケラレを避ける構成、或は反射
ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏心させてケラレを
避ける構成が開示されている。

【００１３】この様に、ミラー光学系を構成する各反射
ミラーを偏心させる事により、物体光線のケラレを防ぐ
ことが出来るが、各反射ミラーを異なる偏心量にて配置
しなければならず、各反射ミラーを取り付ける構造体が
複雑となり、また取り付け精度を確保する事が非常に厳
しいものとなる。

【００１４】この問題を解決する一つの方法として、例
えばミラー系を一つのブロック化することにより、組立
時に生じる光学部品の組み込み誤差を回避する方法が提
案されている。

【００１５】従来、多数の反射面が一つのブロックにな
っているものとして、例えばペンタゴナルダハプリズム
やポロプリズム等のカメラのファインダー系に使用され
る光学プリズムや、撮影レンズからの光束を例えば赤色
・緑色・青色の三色光に分解し、各々の色光に基づいた
物体像を対応する撮像素子面上に結像させる、色分解プ
リズム等の光学プリズムがある。

【００１６】光学プリズムの代表的な例として、一眼レ
フレックスカメラに多く用いられるペンタゴナルダハプ
リズムの機能について図15の一眼レフカメラのファイン
ダーの断面図を用いて説明する。

【００１７】図15において、151 は撮影レンズ、152 は
クイックリターンミラー、153 はピント面、154 はコン
デンサーレンズ、155 はペンタゴナルダハプリズム、15
6 は接眼レンズ、157 は観察者の瞳、158 は光軸、159
は像面である。

【００１８】不図示の被写体からの光線は、撮影レンズ
151 を通過後、クイックリターンミラー152 にてカメラ
の上方向に反射され、像面159 と等価な位置にあるピン
ト面153 に結像する。

【００１９】ピント面153 の後方には、撮影レンズ151
の射出瞳を観察者の瞳157 に略結像する為のコンデンサ
ーレンズ154 が配置され、コンデンサーレンズ154 の後
方には、ピント面153 の物体像を正立正像にするペンタ
ゴナルダハプリズム155 が配置されている。

【００２０】ペンタゴナルダハプリズム155 の入射面15
5aに入射した物体光は、ダハ面155bにより物体像の左右
反転が行われた後、反射面155cにより観察者側に反射さ
れる。

【００２１】反射面155cにより観察者側に射出した物体
光は、ペンタゴナルダハプリズム155 の射出面155dを通
過後、接眼レンズ156 に至り、接眼レンズ156 の屈折力
により物体光を略平行光とした後、観察者の瞳157 に至
り、物体像が観察される事となる。

【００２２】ところで、ペンタゴナルダハプリズムに代
表される、これら光学プリズムの主な問題点として、有
効光線以外の位置及び角度からプリズムへ入射する、不
正入射光に伴う有害なゴースト光の発生頻度が高いこと
が上げられる。

【００２３】この様な構成のペンタゴナルダハプリズム
においては、例えば図15中矢印で示した様な有効光線と
異なる角度で入射したゴースト光は、ダハ面155b、反射
面155cの順に反射した後、入射面155aで全反射され、15
5dの下側から観察側に射出する。

【００２４】この様なゴースト光があると、正常な有効
光線と反射回数が異なる為に、上下が逆転した像が、観
察画面の下側に現れることになる。

【００２５】このゴースト光を除去する為に、ペンタゴ
ナルダハプリズム155 においては、通常遮光溝150 をペ
ンタゴナルダハプリズム155 の射出面205dに設けること
により、このゴースト光を除去している。

【００２６】また、入射面155aと射出面155dを除いたプ
リズム面全体を黒色ペイントで覆うことによりダハ面15
5b及び反射面155cに蒸着される反射膜を温度・湿度等の
環境変化から反射膜を保護し、さらにプリズム外部から
の光線に対する遮光をも行っている。

【００２７】これらのプリズムは、複数の反射面が一体
成形されている為に、各反射面の相対的な位置関係は精
度良く作られており、反射面相互の位置調整は不要とな
る。但し、これらのプリズムの主な機能は、光線の進行
方向を変化させることで像の反転を行うものであり、各
反射面は平面で構成されている。

【００２８】これに対して、プリズムの反射面に曲率を
持たせた光学系も知られている。

【００２９】図16は米国特許4,775,217 号明細書に開示
されている観察光学系の要部概略図である。この観察光
学系は外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示
した表示画像を風景とオーバーラップして観察する光学
系である。

【００３０】この観察光学系では、情報表示体161 の表
示画像から射出する表示光束165 は面162 にて反射して
物体側に向かい、凹面より成るハーフミラー面163 に入
射する。そしてこのハーフミラー面163 にて反射した
後、表示光束165 は凹面163 の有する屈折力によりほぼ
平行な光束となり、面162 を屈折透過した後、表示画像
の拡大虚像を形成するとともに、観察者の瞳164 に入射
して表示画像を観察者に認識させている。

【００３１】一方、物体からの物体光束166 は反射面16
2 とほぼ平行な面167 に入射し、屈折して凹面のハーフ
ミラー面163 に至る。凹面163 には半透過膜が蒸着され
ており、物体光束166 の一部は凹面163 を透過し、面16
2 を屈折透過後、観察者の瞳164 に入射する。これによ
り観察者は外界の風景の中に表示画像をオーバーラップ
して視認する。

【００３２】図17は特開平2-297516号公報に開示されて
いる観察光学系の要部概略図である。この観察光学系も
外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示した表
示画像をオーバーラップして観察する光学系である。

【００３３】この観察光学系では、情報表示体170 から
出射した表示光束174 は、プリズムPaを構成する平面17
7 を透過しプリズムPaに入り放物面反射面171 に入射す
る。表示光束174 はこの反射面171 にて反射されて収束
光束となり焦点面176 に結像する。このとき反射面171
で反射された表示光束174 は、プリズムPaを構成する２
つの平行な平面177 と平面178 との間を全反射しながら
焦点面176 に到達しており、これによって光学系全体の
薄型化を達成している。

【００３４】次に焦点面176 から発散光として出射した
表示光束174 は、平面177 と平面178 の間を全反射しな
がら放物面より成るハーフミラー172 に入射し、このハ
ーフミラー面172 で反射されると同時にその屈折力によ
って表示画像の拡大虚像を形成すると共にほぼ平行な光
束となり、面177 を透過して観察者の瞳173 に入射し、
これにより表示画像を観察者に認識させている。

【００３５】一方、外界からの物体光束175 はプリズム
Pbを構成する面178bを透過し、放物面より成るハーフミ
ラー172 を透過し、面177 を透過して観察者の瞳173 に
入射する。観察者は外界の風景の中に表示画像をオーバ
ーラップして視認する。

【００３６】しかしながら、これらの反射面に曲率を持
たせた光学プリズムにおいても、ペンタゴナルダハプリ
ズムに見られるような、有効光線以外の位置及び角度か
らプリズムへ入射する、不正入射光に伴う有害なゴース
ト光が発生するおそれがある。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の観察光学
系は曲率を有する反射面を備えた光学プリズムを構成要
素としているが、これらにおいては不正入射光に伴う有
害なゴースト光を低減する技術については直接的に開示
していない。

【００３８】本発明は、透明体の表面に、光束が屈折し
て入射する入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を
有する複数の反射面と、該複数の反射面にて反射された
光束を屈折して射出する射出面を一体に形成した光学素
子において、該入射面及び／又は該射出面の近傍に遮光
部材又は遮光部を設けることによって不正入射光に伴う
有害なゴースト・フレア光が像面或は、後に続く光学素
子の入射面へ達することを防止する光学素子及びそれを
用いた光学系の提供を目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、 （１−１） 透明体の表面に、光束が屈折して入射する
入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複数
の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈折
して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び／又
は該射出面近傍に開口部を有する遮光部材を設置するこ
と等を特徴としている。

【００４０】特に、 （１−１−１） 前記開口部の形状は、それぞれ前記入
射面及び／又は前記射出面の光線有効部の形状と略等し
い。 （１−１−２） 前記開口部の形状は円形若しくは楕円
形である。。 （１−１−３） 前記開口部の形状は多角形である。。 （１−１−４） 前記遮光部材を前記光学素子を保持す
る保持部材上に設置する。 （１−１−５） 前記遮光部材を前記光学素子に形成す
る取付部を介して該光学素子に固定する。。 （１−１−６） 前記入射面及び/ 又は射出面の光線有
効部が突起するように段差部を設け、該段差部に前記遮
光部材を嵌合して設置する。こと等を特徴としている。

【００４１】更に、本発明の光学素子、 （１−２） 透明体の表面に、光束が屈折して入射する
入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複数
の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈折
して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び／又
は該射出面の略光線有効部を非塗装部としてそれ以外の
部分を黒色塗装して遮光部を形成していること等を特徴
としている。

【００４２】特に、 （１−２−１） 前記非塗装部の形状は、円形若しくは
楕円形である。 （１−２−２） 前記非塗装部の形状は、多角形であ
る。こと等を特徴としている。

【００４３】更に、本発明の光学素子、 （１−３） 透明体の表面に、光束が屈折して入射する
入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複数
の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈折
して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び／又
は該射出面の光線有効部が突起するように段差部を設
け、 該段差部を黒色塗装すること等を特徴としてい
る。

【００４４】又、本発明の光学系は、 （１−４） (1-1)〜(1-3) 項のいずれか１項に記載の光
学素子を少なくとも１つ用いること等を特徴としてい
る。

【００４５】

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

【００４６】先ず基準軸の定義を説明する。一般的には
物体面から像面にいたる基準となる基準波長の或る光線
の光路をその光学系における "基準軸”と定義する。こ
れだけでは基準となる光線が定まらないので、通常は以
下の2 つの原則のいずれかに則り基準軸光線を設定す
る。 (1） 光学系に部分的にでも対称性を有する軸が存在
し、収差のとりまとめが対称性よく行なうことができる
場合にはその対称性を有する軸上を通る光線を基準軸光
線とする。 (2） 光学系に一般的に対称軸が存在しない時、あるい
は部分的には対称軸が存在しても、収差のとりまとめが
対称性よく行なえない時には、物体面中心（被撮影、被
観察範囲の中心）から出て、光学系の指定される面の順
に光学系を通り、光学系内の絞り中心を通る光線、又は
光学系内の絞り中心を通って最終像面の中心に至る光線
を基準軸光線と設定し、その光路を基準軸とする。

【００４７】このようにして定義される基準軸は一般的
には折れ曲がっている形状となる。ここで、各面におい
て各面と基準軸光線との交点を各面の基準点とし、各面
の物体側の基準軸光線を入射基準軸、像側の基準軸光線
を射出基準軸とする。さらに、基準軸は方向（向き）を
持つこととし、その方向は基準軸光線が結像に際して進
行する方向とする。よって、入射、射出側に各々入射基
準軸方向、射出基準軸方向が存在する。このようにして
基準軸は設定された各面の順番に沿って屈折若しくは反
射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像
面に到達する。なお、複数の面で構成された光学素子
（光学系）においては、その最も物体側の面へ入射する
基準軸光線をこの光学素子（光学系）の入射基準軸、最
も像側の面から射出する基準軸光線をこの光学素子（光
学系）の射出基準軸とする。又、これらの入射・射出基
準軸の方向の定義は面の場合と同じである。

【００４８】又、本明細書においては入射基準軸に対し
て傾いて配置された曲面の反射面をOff-Axial 反射面と
呼び、Off-Axial 反射面を有する光学素子をOff-Axial
光学素子と呼ぶこととする。

【００４９】実施形態の説明に入る前に、実施形態の構
成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項について説
明する。

【００５０】図11は本発明の光学系の構成データを定義
する座標系の説明図である。本発明の実施形態では物体
側から像面に進む1 つの光線（図11中の一点鎖線で示す
もので基準軸光線と呼ぶ）に沿ってi 番目の面を第i 面
とする。

【００５１】図11において第1 面R1は絞り、第2 面R2は
第１面と共軸な屈折面、第3 面R3は第2 面R2に対してチ
ルトされた反射面、第4 面R4、第5 面R5は各々の前面に
対してシフト、チルトされた反射面、第6 面R6は第5 面
R5に対してシフト、チルトされた屈折面である。第2 面
R2から第6 面R6までの各々の面はガラス、プラスチック
等の媒質で構成される一つの光学素子上に構成されてお
り、図11中では光学素子B1としている。従って、図11の
構成では不図示の物体面から第2 面R2までの媒質は空
気、第2面R2から第6 面R6まではある共通の媒質、第6
面R6から不図示の第7 面R7までの媒質は空気で構成して
いる。

【００５２】本発明の光学系はOff-Axial 光学素子を用
いた光学系であるため光学系を構成する各面は共通の光
軸を持っていない。そこで、本発明の実施形態において
は先ず絞りである第1 面の光線有効径の中心を原点とす
る絶対座標系を設定する。本発明では絶対座標系の各軸
を以下のように定める。

【００５３】Z軸：原点を通り第2 面R2に向かう基準軸 Y軸：原点を通りチルト面内（図11の紙面内）でZ 軸に
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸：原点を通りZ、Y 各軸に垂直な直線（図11の紙面に
垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成データを表
示する数値実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系
で表わす。

【００５４】また、第ｉ面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i （単位°）で表す。よって、本発明の実施形態では各
面のローカル座標の原点は図11中のYZ平面上にある。ま
たXZおよびXY面内での面のチルト、シフトはない。さら
に、第ｉ面のローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標
系(X,Y,Z) に対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体
的には以下のように設定する。

【００５５】z 軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y 軸：ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x 軸：ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線 また、Diは第ｉ面と第(i+1) 面のローカル座標の原点間
の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第ｉ面と第(i+
1) 面間の媒質の屈折率とアッベ数である。なお、絞り
や最終結像面も1 つの平面として表示している。

【００５６】本発明の実施形態は球面及び回転非対称の
非球面を有している。その内の球面部分は球面形状とし
てその曲率半径R_iを記している。曲率半径R_iの符号は、
第1面から像面に進む基準軸（図11中の一点鎖線）に沿
って曲率中心が第1 面側にある場合をマイナス、結像面
側にある場合をプラスとする。

【００５７】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある。

【００５８】

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

【００５９】A=(a+b)・(y²・cos²t+x²) B=2a・b・cos t[1+{(b-a)・y・sin t/(2a・b)}+〔1+{(b-a)・y
・sin t/(a・b)}-{y²/(a・b)}-{4a・b・cos²t+(a+b)²sin²t}x
²/(4a²b²cos²t) 〕^1/2] として z ＝ A/B + C₀₂y²+ C₁₁xy + C₂₀x²+ C₀₃y³+ C₁₂xy²+ C
₂₁x²y + C₃₀x³+ C₀₄y⁴+ C₁₃xy³+ C₂₂x²y²+ C₃₁x³y + C
₄₀x⁴・・・・ 尚、本発明の数値実施例中の回転非対称な各面の形
状は上記曲面式において a=b=∞，t=0 とする平面ベース非球面であり、x に関する偶数次の項
のみを使用して奇数次の項を0 とすることにより、yz面
を対称面とする面対称な形状である。さらに以下の条件
が満たされる場合はxz面に対して対称な形状を表す。

【００６０】C₀₃ ＝C₂₁ ＝0 さらに C₀₂ ＝C₂₀ C₀₄＝C₄₀ ＝C₂₂/2 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。

【００６１】なお、本発明の各実施形態においては図11
に示すように、その第1 面は絞りである。又、水平半画
角u_Yとは図11のYZ面内において絞りR1に入射する光束の
最大画角、垂直半画角u_XとはXZ面内において絞りR1に入
射する光束の最大画角である。また、第1 面である絞り
R1の直径を絞り径として示している。これは光学系の明
るさに関係する。なお、入射瞳は第1 面に位置するため
上記絞り径は入射瞳径に等しい。

【００６２】又、像面上での有効像範囲を像サイズとし
て示す。像サイズはローカル座標のy 方向のサイズを水
平、x 方向のサイズを垂直とした矩形領域で表してい
る。

【００６３】図1 は本発明の光学素子の実施形態1 を用
いた光学系の要部概略図である。図には光路も図示して
いる。図中、B1は複数の曲面反射面を備えたOff-Axial
な光学素子でありガラス等の透明体で構成している。光
学素子B1の表面には物体からの光線の通過順に、平面
（入射面）R2及び凹面鏡R3・反射面R4・凹面鏡R5・反射
面R6・凹面鏡R7の五つの反射面及び凹屈折面（射出面）
R8を形成している。R1は光学素子B1の物体側に配置した
絞り（入射瞳）である。R9は最終像面であり、CCD 等の
撮像素子（撮像媒体）の撮像面が位置する。2 は本光学
系の基準軸であり、絞りR1の中心を通り、最終像面R9の
中心へ達する。又、3、4 は夫々遮光部である。

【００６４】なお、2 つの屈折面はいずれも回転対称の
球面あるいは平面である。これは、色収差補正の条件を
満たすと共に、光学系を製作・評価する場合に基準軸を
正確に設定できる様にするためである。また、屈折面を
回転対称とすることで非対称な色収差の発生をも低減さ
せることができる。また、すべての反射面はYZ平面に対
して対称な面である。

【００６５】次に本実施形態における結像作用を説明す
る。物体からの光束は、絞りR1により入射光量を規制さ
れた後、光学素子B1の入射面R2で屈折して入射し、面R3
で反射された後、面R3と面R4の間で一旦結像し、次いで
面R4,R5,R6,R7 と順次反射して行き、射出面R8を屈折し
て射出し、最終像面R9上に再結像する。

【００６６】以上のように面R2から入射した光束は、光
学素子B1内部で中間結像する。これは、光学系を紙面に
垂直な方向に薄型にするためで、絞りR1を出た軸外主光
線が大きく拡がらない内に収斂させ、光学系の広角化に
よる第1 反射面R3以降の各面有効径の増大を抑えてい
る。

【００６７】本実施形態の基準軸はすべて紙面（YZ平
面）に載っている。

【００６８】この様に光学素子B1は、入射出面と、その
中での複数の曲面反射鏡によって、所望の光学性能を達
成し、全体として結像作用を有するレンズユニットとし
て機能している。

【００６９】光学素子B1を構成する各反射面は、入出射
する基準軸と反射面との交点における法線が、基準軸と
一致しない所謂偏心反射面である。これは従来のミラー
光学系において発生するケラレを防止するとともに、こ
れによってより自由な配置をとることができ、スペース
効率がよく、コンパクトで自由な形状のOff-Axial 光学
素子を構成することができる。

【００７０】さらに各反射面の形状は直交する二つの面
(yz 面、xz面）内で屈折力が異なり且つ対称面を1 つだ
け有する面である。これは各反射面を偏心配置した事に
よって生じる偏心収差を押さえるためである。

【００７１】所で、入射面R2には遮光部3 を、射出面R8
には遮光部4 を設けている。これらの遮光部は有効光線
以外の位置及び角度から光学素子B1へ入射する、不正入
射光所謂ゴースト光を効果的にカットしている。

【００７２】図2 は実施形態1 の斜視図である。図に示
す様に、入射面R2・射出面R8の有効光線の透過部分 (光
線有効部) を非塗装部として、それ以外を例えば墨塗り
等の黒色塗装をすることで遮光部3・4 を形成している。

【００７３】図3 は実施形態1 を用いた光学系に発生す
るゴースト光の一例の説明図である。図3 では図1 と同
様な光学系であるが、入射面R2・射出面R8の外径を有効
径よりかなり大きめに設定している。そこで例えば、絞
りR1に対して最大画角を超えて斜めに入射した光線5 は
光学素子B1の入射面R2の光線有効部を外れた点から入射
し、上側面6 さらに、面R3、面R7、次いで下側面7 で反
射し、射出面R8から射出して最終像面R9に達する。この
光線5 は当然ながら正規の光路を通っていないため、ゴ
ーストとなる。もし、上側面6 を荒らして拡散面にした
としても上側面6 で散乱した光は必ず像面に達する事か
ら、やはりフレアーの原因となる。

【００７４】図3 からわかる様に、本発明の実施形態に
おいては、屈折力を有する反射面が比較的多いため、5
で示すゴースト光が反射の際にも屈折作用を受ける確率
が高い。その場合、平面での反射の場合に比べてゴース
ト・フレア光が像面において再結像し、非常に輝度の高
いものとなるおそれがある。一方、本実施形態の光学素
子では、反射面の配置の自由度を上げる目的で全反射面
は使わず、反射膜による反射を採用している。図17に示
す従来例では、面171,172以外での反射はすべて全反射
となっており、ゴースト・フレア光は全反射条件を満足
しない場合には、像面（観察者）に到達しない。ところ
が、本実施形態の如く反射膜での反射の場合には、原因
となる不要光が必ず反射するため、像面に達するゴース
ト・フレアの発生する確率が高くなる。

【００７５】そこで、本実施形態では図1 に示すように
入射面R2に遮光部3 を設けることで上側面6 や反射面に
光が到達しなくなり、ゴースト・フレアの原因を効果的
に取り除くことができる。

【００７６】さらに望ましくは射出面においても遮光部
4 を設けることで、最終像面に達するゴースト・フレア
ー光をさらに効果的にカットする事ができる。

【００７７】図4 は本発明の光学素子の実施形態2 の斜
視図である。実施形態1 のように遮光部として、屈折面
の表面に墨塗り等の塗装をする際には加工の性格上墨塗
りの領域については精度を要する。塗装が光線有効部に
はみ出ると、新たなフレアーの原因となったり、光量の
低下を招いてしまったりする。一方、塗装部分が小さく
なるとせっかくのゴースト・フレアー光カットの効果が
低減してしまう。

【００７８】本実施形態はこれを解消するもので、図4
に示すように、入射面・射出面の光線有効部を残して
(光線有効部が突起するように) 段差部8・9 を設け、該
段差部を黒色塗装してゴースト・フレアー光をカットし
ている。なお、ここで云う段差部とは突起している部分
の側壁及び側壁の底部に繋がる平面部分を云う。本実施
形態は塗装領域を正確に定める事ができる利点がある。

【００７９】図5 は本発明の光学素子の実施形態3 の斜
視図である。実施形態1、2 の遮光部は墨塗りで加工する
が、墨塗り等の塗装は大変な手間を要し、量産に不向き
であるため、複数の反射面を一体に形成してOff-Axial
光学素子を構成するメリットが半減する。本実施形態は
遮光部材として開口を有する別部材を精度良く作ったう
えで入射面・射出面の近傍に簡単に設置するものであ
る。

【００８０】本実施形態では、図5 に示すように光学素
子B1を保持部材10に突起部11を介して固定して保持して
いる。そして開口部を備えた遮光部材12A,12B を別部品
として精度良く作成し、保持部材10上の光学素子B1の光
束入射側に遮光部材12A を、光束射出側に遮光部材12B
を設置する。このようにすれば、光線有効部を精度良く
確保して、且つ効果的なゴースト・フレアー光のカット
ができる。

【００８１】図6 は本発明の光学素子の実施形態4 の斜
視図である。本実施形態は遮光部材を別部材にて製作
し、光学素子B1そのものに装着・固定するものである。
遮光部材をそのまま光学素子B1に接着してもよいが、光
線有効部と正確にアライメントするために本実施形態に
おいては、光学素子B1の入射面R2近傍において予め嵌合
溝 (取付部) 13A,13A'を設けておき、遮光部材15A に設
けた嵌合部14A.14A'を嵌めこんで固定する。嵌合溝13A,
13A',13B,13B' の位置を入射面及び射出面に対して正確
に設定しておけば遮光部材15A,15B を正確に位置決めす
ることが可能となるため、光線有効部を精度良く確保し
て、効果的にゴースト・フレアー光をカットできる。

【００８２】図7 は本発明の光学素子の実施形態5 の斜
視図であり、遮光部材の位置決めを簡便にするものであ
る。本実施形態においては、遮光部材16A,16B は特別な
嵌合部を持たず、光学素子B1の入射面及び射出面の光線
有効部を残して (光線有効部が突起するように) 段差部
17A,17B を設け、ここに遮光部材16A,16B の開口部を直
接嵌めこむようにしている。本実施形態は、部品点数が
少なく、部品形状が単純で組立が容易な構造である。

【００８３】入射面・射出面の非塗装部若しくは遮光部
材に設けた開口部の形状は入射面・射出面の光線有効部
の形状と略等しくしているが、以上の各実施形態の光学
素子B1の光線有効部の形状は図8 に示す各面のスポット
ダイアグラムを見るとわかる様に必ずしも円形とはなら
ない。そこで、前記の非塗装部又は開口部の形状として
は光線有効部を完全にカバーする円形、若しくは楕円形
でも十分であるが、更に望ましくは、光線有効部の形状
に合わせて多角形とした方が良い。本明細書では、光線
有効部を完全にカバーしてなお且つ複数の点で該光線有
効部と接する形状を "略等しい形状" としている。 図
9 、図10はそれぞれ以上の各実施形態の光学素子B1の入
射面R2、射出面R8における遮光部の形状図である。図
中、多数の十字マークは有効光線の入射点を示すスポッ
トダイアグラムである。

【００８４】以上の各実施形態においては、1 つのOff-
Axial 光学素子を用いた撮影用の光学系を例に挙げた
が、以上のごときOff-Axial 光学素子を用いた観察光学
系、或はこのようなOff-Axial 光学素子を複数用いた光
学系においても各Off-Axial 光学素子をそれぞれ以上説
明したように構成すれば、全体として効果的にゴースト
・フレアのカットが可能である。次に、実施形態1 の光
学素子を用いた光学系の数値実施例を以下に示す。

【００８５】 ［数値実施例］ 水平半画角 20.0 垂直半画角 15.3 絞り径 2.40 像サイズ 水平4mm ×垂直3mm i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 4.00 1 絞り 光学素子B1 2 0.00 4.00 0.00 8.00 1.51633 64.15 屈折面 3 0.00 12.00 18.00 9.72 1.51633 64.15 反射面 4 -5.71 4.14 3.00 9.33 1.51633 64.15 反射面 5 -10.38 12.22 -10.00 8.84 1.51633 64.15 反射面 6 -11.91 3.52 -18.00 8.91 1.51633 64.15 反射面 7 -18.32 9.70 -23.00 6.98 1.51633 64.15 反射面 8 -18.32 2.73 0.00 8.06 1 屈折面 9 -18.32 -5.33 -0.00 0.00 1 像面 球面形状 R 2 面 R₂= ∞ R 8 面 R₈= -10.952 非球面形状 R 3 面 C₀₂=-3.07038e-02 C₂₀=-3.87628e-02 C₀₃= 1.83660e-04 C₂₁=-2.47678e-04 C₀₄= 1.82085e-05 C₂₂=-1.81479e-05 C₄₀=-9.91286e-06 R 4 面 C₀₂=-1.46712e-02 C₂₀=-8.04832e-02 C₀₃= 1.82943e-03 C₂₁=-2.88424e-03 C₀₄= 7.71058e-05 C₂₂=-8.94316e-04 C₄₀=-7.74679e-04 R 5 面 C₀₂=-1.54524e-02 C₂₀=-3.21031e-02 C₀₃= 6.71883e-04 C₂₁=-6.30965e-04 C₀₄=-4.48412e-05 C₂₂=-7.00525e-05 C₄₀=-5.65456e-05 R 6 面 C₀₂=-3.51167e-03 C₂₀=-1.84016e-02 C₀₃= 3.35568e-04 C₂₁=-3.04934e-03 C₀₄=-1.52491e-04 C₂₂=-2.38033e-04 C₄₀=-1.93476e-04 R 7 面 C₀₂=-2.08695e-02 C₂₀=-2.26946e-02 C₀₃= 9.05991e-05 C₂₁=-1.04282e-03 C₀₄=-4.51664e-05 C₂₂=-3.44033e-05 C₄₀=-3.07678e-05

【００８６】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、透明体の表
面に、光束が屈折して入射する入射面と、該入射光束を
順次反射する曲率を有する複数の反射面と、該複数の反
射面にて反射された光束を屈折して射出する射出面を一
体に形成した光学素子において、該入射面及び／又は該
射出面の近傍に遮光部材又は遮光部を設けることによっ
て不正入射光に伴う有害なゴースト・フレア光が像面或
は、後に続く光学素子の入射面へ達することを防止する
光学素子及びそれを用いた光学系を達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光学素子の実施形態1 を用いた光学
系の要部概略図

【図２】 実施形態１の斜視図

【図３】 実施形態1 を用いた光学系に発生するゴース
ト光の一例の説明図

【図４】 本発明の光学素子の実施形態2 の斜視図

【図５】 本発明の光学素子の実施形態3 の斜視図

【図６】 本発明の光学素子の実施形態4 の斜視図

【図７】 本発明の光学素子の実施形態5 の斜視図

【図８】 各実施形態の光学素子の各面の光線有効部を
説明する斜視図

【図９】 各実施形態の光学素子の入射面における遮光
部の形状図

【図１０】 各実施形態の光学素子の射出面における遮
光部の形状図

【図１１】 本発明の光学系の構成データを定義する座
標系の説明図

【図１２】 従来の反射光学系の要部概略図

【図１３】 他の反射光学系の要部概略図

【図１４】 他の反射光学系の要部概略図

【図１５】 一眼レフカメラのファインダー系の断面図

【図１６】 従来の観察光学系の要部概略図

【図１７】 他の観察光学系の要部概略図

【符号の説明】

B1 Off-Axial 反射面を有するOff-Axial な光学素子、 2 光学系の基準軸、 3 遮光部 4 遮光部 5 ゴースト光の一例 6、7 上側面、下側面 8,9、17A,17B 段差部 10 保持部材 12A,12B 遮光部材 13A,13A',14A,14A' 嵌合溝 14A,14A',14B,14B' 嵌合部 15A,15B 、16A,16B 遮光部材

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明体の表面に、光束が屈折して入射す
   る入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複
   数の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈
   折して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び／
   又は該射出面近傍に開口部を有する遮光部材を設置する
   ことを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】 前記開口部の形状は、それぞれ前記入射
   面及び／又は前記射出面の光線有効部の形状と略等しい
   ことを特徴とする請求項１の光学素子。
3. 【請求項３】 前記開口部の形状は円形若しくは楕円形
   であることを特徴とする請求項２の光学素子。
4. 【請求項４】 前記開口部の形状は多角形であることを
   特徴とする請求項２の光学素子。
5. 【請求項５】 前記遮光部材を前記光学素子を保持する
   保持部材上に設置することを特徴とする請求項２〜４の
   いずれか１項に記載の光学素子。
6. 【請求項６】 前記遮光部材を前記光学素子に形成する
   取付部を介して該光学素子に固定することを特徴とする
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 【請求項７】 前記入射面及び/ 又は射出面の光線有効
   部が突起するように段差部を設け、該段差部に前記遮光
   部材を嵌合して設置することを特徴とする請求項２〜４
   のいずれか1 項に記載の光学素子。
8. 【請求項８】 透明体の表面に、光束が屈折して入射す
   る入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する複
   数の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を屈
   折して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び／
   又は該射出面の略光線有効部を非塗装部としてそれ以外
   の部分を黒色塗装して遮光部を形成していることを特徴
   とする光学素子。
9. 【請求項９】 前記非塗装部の形状は、円形若しくは楕
   円形であることを特徴とする請求項８の光学素子。
10. 【請求項１０】 前記非塗装部の形状は、多角形である
    ことを特徴とする請求項８の光学素子。
11. 【請求項１１】 透明体の表面に、光束が屈折して入射
    する入射面と、該入射光束を順次反射する曲率を有する
    複数の反射面と、該複数の反射面にて反射された光束を
    屈折して射出する射出面を一体に形成し、該入射面及び
    ／又は該射出面の光線有効部が突起するように段差部を
    設け、 該段差部を黒色塗装することを特徴とする光学
    素子。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項に記載
    の光学素子を少なくとも１つ用いることを特徴とする光
    学系。