JPH11202205A - Optical element and optical system using the same - Google Patents

Optical element and optical system using the same

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Publication number
JPH11202205A
JPH11202205A JP10314069A JP31406998A JPH11202205A JP H11202205 A JPH11202205 A JP H11202205A JP 10314069 A JP10314069 A JP 10314069A JP 31406998 A JP31406998 A JP 31406998A JP H11202205 A JPH11202205 A JP H11202205A
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JP
Japan
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reflection
transparent body
optical element
light
optical
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Application number
JP10314069A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Akiyama
健志 秋山
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH11202205A publication Critical patent/JPH11202205A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an optical system to be more miniaturized by providing at least two of plural reflection areas with a common reflection plane and mutually crossing the optical paths of light determined in the plural reflection areas. SOLUTION: The optical element 10 forms a concave refraction plane R2 having negative refraction power, three reflection planes R3, R4 and R5 having positive or negative refraction power and concave refraction plane R6 having negative refraction power in the order of light beam passage from an object on its surface. Both two refraction planes R2 and R6 are composed of rotationally symmetric spherical surfaces and all the reflection planes R3-R5 are composed of anamorphic non-spherical surfaces symmetric only to a YZ plane. Light flux L1 from the object is made incident to the incident plane R2 of the optical element 10 after the quantity of incident light is regulated by an iris R1, reflected on the reflection planes R3-R5 and emitted from the emission plane R6 later and an image is formed through a low-pass filter and an infrared cut filter onto a final image forming plane R7.

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】本発明は光学素子及びそれを
有する光学系に関し、例えば透明体の表面に、入出射面
と複数の反射面を設けた光学素子及びそれを有した光学
系に関する。この光学素子や光学系は物体像を撮像素子
面上に形成するビデオカメラやスチールビデオカメラ、
そして複写機等の撮像装置に好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element and an optical system having the same. For example, the present invention relates to an optical element having an entrance / exit surface and a plurality of reflection surfaces provided on a surface of a transparent body, and an optical system having the same. These optical elements and optical systems are used for video cameras and still video cameras that form object images on the image sensor surface.
This is suitable for an image pickup apparatus such as a copying machine.

【0002】[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11は1
つの凹面鏡と1つの凸面鏡より成る、所謂ミラー光学系
の概略図である。
2. Description of the Related Art Conventionally, various photographing optical systems using a reflecting surface such as a concave mirror or a convex mirror have been proposed. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram of a so-called mirror optical system including one concave mirror and one convex mirror.

【0003】同図のミラー光学系において、物体からの
物体光束104は、凹面鏡101にて反射され、収束さ
れつつ物体側に向かい、凸面鏡102にて反射された
後、像面103に結像している。
In the mirror optical system shown in FIG. 1, an object light beam 104 from an object is reflected by a concave mirror 101, converges toward the object side, is reflected by a convex mirror 102, and forms an image on an image plane 103. ing.

【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たたむ事により、光学系全
長を短縮することを目的としている。
This mirror optical system is based on a so-called Cassegrain-type reflection telescope, and the optical path of a long-lens telephoto lens system composed of a refractive lens is folded by using two opposing reflection mirrors. The purpose is to reduce the overall length of the optical system.

【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。
[0005] For the same reason, in the objective lens system constituting the telescope, for the same reason, in addition to the Cassegrain type, there are known many types in which the entire length of the optical system is shortened by using a plurality of reflecting mirrors.

【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たたんで、コンパクトなミラー
光学系を得ている。
As described above, a compact mirror optical system is obtained by efficiently folding the optical path by using a reflecting mirror instead of a lens of a photographic lens having a longer overall lens length than before.

【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102によ
り物体光線の一部がケラレると言う問題点がある。この
問題点は物体光束104の通過領域中に凸面鏡102が
ある事に起因するものである。
However, a mirror optical system such as a Cassegrain-type reflection telescope generally has a problem that part of an object beam is vignetted by the convex mirror 102. This problem is caused by the presence of the convex mirror 102 in the area where the object light beam 104 passes.

【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104の通過領域を光学
系の他の部分が遮蔽することを避ける、即ち光束の主光
線を光軸105から離すミラー撮影光学系も提案されて
いる。
In order to solve this problem, the reflecting mirror is used eccentrically so as to prevent the passing area of the object light beam 104 from being blocked by other parts of the optical system, that is, the principal ray of the light beam is transmitted along the optical axis. A mirror photographing optical system separated from the mirror 105 has also been proposed.

【0009】図12は米国特許3,674,334 号の明細書に
開示されているミラー撮影光学系の概略図であり、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ケラレの問題を解決し
ている。
FIG. 12 is a schematic diagram of a mirror photographing optical system disclosed in the specification of US Pat. No. 3,674,334, in which the central axis of the reflecting mirror is decentered with respect to the optical axis so that the principal ray of the object light beam is emitted. The above problem of vignetting is solved away from the shaft.

【0010】同図のミラー光学系は光束の通過順に凹面
鏡111、凸面鏡113そして凹面鏡112があるが、
それらはそれぞれ図中二点破線で示す様に、もともと光
軸114に対して回転対称な反射ミラーである。このう
ち凹面鏡111は光軸114に対して紙面上側のみ、凸
面鏡113は光軸114に対して紙面下側のみ、凹面鏡
112は光軸114に対して紙面下側のみを使用する事
により、物体光束115の主光線116を光軸114か
ら離し、物体光束115のケラレを無くした光学系を構
成している。
The mirror optical system shown in FIG. 1 includes a concave mirror 111, a convex mirror 113, and a concave mirror 112 in the order in which light beams pass.
These are reflection mirrors which are originally rotationally symmetric with respect to the optical axis 114, as shown by two-dot broken lines in the figure. Of these, the concave mirror 111 uses only the upper side of the paper with respect to the optical axis 114, the convex mirror 113 uses only the lower side of the paper with respect to the optical axis 114, and the concave mirror 112 uses only the lower side of the paper with respect to the optical axis 114. The principal ray 116 is separated from the optical axis 114 to constitute an optical system in which vignetting of the object light beam 115 is eliminated.

【0011】図13は米国特許5,063,586 号の明細書に
開示されているミラー光学系の概略図である。同図のミ
ラー光学系は反射ミラーの中心軸自体を光軸に対して偏
心させて物体光束の主光線を光軸から離して上記の問題
を解決している。
FIG. 13 is a schematic diagram of a mirror optical system disclosed in the specification of US Pat. No. 5,063,586. The mirror optical system shown in the figure solves the above problem by decentering the central axis of the reflection mirror itself with respect to the optical axis and separating the principal ray of the object light beam from the optical axis.

【0012】同図において、被写体面121の垂直軸を
光軸127と定義した時に、光束の通過順に凸面鏡12
2・凹面鏡123・凸面鏡124そして凹面鏡125の
それぞれの反射面の中心座標及び中心軸(その反射面の
中心とその面の曲率中心とを結んだ軸)122a,12
3a,124a,125aは、光軸127に対して偏心
している。同図ではこのときの偏心量と各面の曲率半径
を適切に設定することにより、物体光束128の各反射
ミラーによるケラレを防止して、物体像を効率よく結像
面126に結像させている。
In FIG. 1, when the vertical axis of the object plane 121 is defined as an optical axis 127, the convex mirror 12
2. The central coordinates and central axes of the respective reflecting surfaces of the concave mirror 123, the convex mirror 124 and the concave mirror 125 (the axes connecting the center of the reflecting surface and the center of curvature of the surface) 122a, 12
3a, 124a and 125a are eccentric with respect to the optical axis 127. In this figure, by appropriately setting the amount of eccentricity and the radius of curvature of each surface at this time, vignetting of the object light beam 128 by each reflection mirror is prevented, and the object image is efficiently formed on the image forming surface 126. I have.

【0013】その他米国特許4,737,021 号の明細書や米
国特許4,265,510 号の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。
In the specifications of US Pat. No. 4,737,021 and the specification of US Pat. No. 4,265,510, a configuration in which a part of a reflection mirror rotationally symmetric with respect to the optical axis is used to avoid vignetting, or the center axis of the reflection mirror itself is used. There is disclosed a configuration in which the optical axis is decentered with respect to the optical axis to avoid vignetting.

【0014】図14は、米国特許5,309,276 号の明細書
に開示されている、反射面を4面使用した観察用のアフ
ォーカル光学系である。同図においては、物体からの光
束が第1ミラー201、第2ミラー202、そして第3
ミラー203で反射し、第1ミラー201の前を2回通
ってから、入射光と垂直に出射し、瞳205に結像する
ように、第3、第4ミラー203、204を配置してい
る。205には観察者の瞳が位置する。
FIG. 14 shows an afocal optical system for observation using four reflecting surfaces disclosed in the specification of US Pat. No. 5,309,276. In the figure, a light beam from an object is divided into a first mirror 201, a second mirror 202, and a third mirror 201.
The third and fourth mirrors 203 and 204 are arranged so that they are reflected by the mirror 203, pass twice before the first mirror 201, exit perpendicular to the incident light, and form an image on the pupil 205. . At 205, the pupil of the observer is located.

【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、例えばファインダー系等に使用さ
れるペンタゴナルダハプリズムやポロプリズム等の光学
プリズムがある。
Conventionally, an optical prism such as a pentagonal roof prism or a Porro prism used for a finder system or the like has a large number of reflecting surfaces as one block.

【0016】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。
In these prisms, since a plurality of reflecting surfaces are integrally formed, the relative positional relationship between the respective reflecting surfaces is made with high precision, and it is not necessary to adjust the positions of the reflecting surfaces. However, the main function of these prisms is to reverse the image by changing the traveling direction of the light beam, and each reflecting surface is formed of a plane.

【0017】これに対して、プリズムの反射面に曲率
(屈折力)を持たせた撮影光学系も知られている。
On the other hand, a photographing optical system in which a reflecting surface of a prism has a curvature (refractive power) is also known.

【0018】図15は米国特許4,775,217 号の明細書に
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して
いる。
FIG. 15 is a schematic view of a main part of an observation optical system disclosed in the specification of US Pat. No. 4,775,217. The observation optical system observes the scenery of the outside world and observes the display image displayed on the information display body while overlapping the scenery.

【0019】この観察光学系では、情報表示体141の
表示画像から射出する表示光束145は、プリズム体の
入射面148より入射し、面142にて反射して物体側
に向かい、ハーフミラーから成る凹面143に入射す
る。そしてこの凹面143にて反射した後、表示光束1
45は凹面143の有する屈折力によりほぼ平行な光束
となり、面142を屈折透過した後、観察者の瞳144
に入射して表示画像の拡大虚像を観察者に認識させてい
る。
In this observation optical system, the display light flux 145 emitted from the display image of the information display body 141 is incident from the incident surface 148 of the prism body, is reflected by the surface 142 and faces the object side, and is formed by a half mirror. The light enters the concave surface 143. After being reflected by the concave surface 143, the display light flux 1
45 is a substantially parallel light beam due to the refracting power of the concave surface 143, and after refracting and transmitting through the surface 142, the pupil 144 of the observer
To make the observer recognize the enlarged virtual image of the display image.

【0020】一方、物体からの物体光束146は反射面
142とほぼ平行な面147に入射し、屈折してハーフ
ミラーから成る凹面143に至る。凹面143には半透
過膜が蒸着されており、物体光束146の一部は凹面1
43を透過し、面142を屈折透過後、観察者の瞳14
4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している。
On the other hand, an object light beam 146 from the object enters a surface 147 substantially parallel to the reflection surface 142, and is refracted to reach a concave surface 143 formed by a half mirror. A semi-transmissive film is deposited on the concave surface 143, and a part of the object light beam 146 is
43 and refraction through surface 142, the pupil 14 of the observer
4 is incident. As a result, the observer visually recognizes the display image in the outside scenery while overlapping.

【0021】図16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している。
FIG. 16 is a schematic view of a main part of an observation optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-279516. This observation optical system also observes the scenery of the outside world and also observes the display image displayed on the information display body in an overlapping manner.

【0022】この観察光学系では、情報表示体150か
ら出射した表示光束154は、プリズムPaを構成する
平面157を透過し、プリズムPaに入り放物面より成
る反射面151に入射する。表示光束154はこの反射
面151にて反射されて収束光束となり焦点面156に
結像する。このとき反射面151で反射された表示光束
154は、プリズムPaを構成する2つの平行な平面1
57と平面158との間を全反射しながら焦点面156
に到達しており、これによって光学系全体の薄型化を達
成している。
In this observation optical system, the display light beam 154 emitted from the information display 150 passes through the plane 157 constituting the prism Pa, enters the prism Pa, and enters the reflecting surface 151 formed of a paraboloid. The display light beam 154 is reflected by the reflection surface 151 to become a convergent light beam and forms an image on the focal plane 156. At this time, the display light flux 154 reflected by the reflection surface 151 is divided into two parallel planes 1 constituting the prism Pa.
Focal plane 156 with total reflection between 57 and plane 158
, Thereby achieving a reduction in the thickness of the entire optical system.

【0023】次に焦点面156から発散光として出射し
た表示光束154は、平面157と平面158の間を全
反射しながら放物面より成るハーフミラー152に入射
し、このハーフミラー面152で反射されると同時に、
その屈折力によって表示画像の拡大虚像を形成すると共
にほぼ平行な光束となり、面157を透過して観察者の
瞳153に入射し、これにより表示画像を観察者に認識
させている。
Next, the display light beam 154 emitted as divergent light from the focal plane 156 is incident on a parabolic half mirror 152 while being totally reflected between the planes 157 and 158, and is reflected by the half mirror plane 152. At the same time
Due to the refractive power, an enlarged virtual image of the display image is formed, and the light flux becomes a substantially parallel light beam, passes through the surface 157 and enters the pupil 153 of the observer, thereby causing the observer to recognize the display image.

【0024】一方、外界からの物体光束155はプリズ
ムPbを構成する面158bを透過し、放物面より成る
ハーフミラー152を透過し、面157を透過して観察
者の瞳153に入射する。観察者は外界の風景の中に表
示画像をオーバーラップして視認している。
On the other hand, the object light beam 155 from the outside passes through the surface 158b constituting the prism Pb, passes through the half mirror 152 formed of a paraboloid, passes through the surface 157, and enters the pupil 153 of the observer. The observer visually recognizes the displayed image in an overlapping manner in the outside scenery.

【0025】さらに、プリズムの反射面に光学素子を用
いた例として、例えば特開平5-12704 号公報や特開平6-
139612号公報等に開示されている光ピックアップ用の光
学ヘッドがある。これらは半導体レーザーからの光をフ
レネル面やホログラム面にて反射させた後、ディスク面
に結像し、ディスクからの反射光をディテクターに導い
ている。
Further, as examples of using an optical element on the reflecting surface of a prism, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
There is an optical head for an optical pickup disclosed in Japanese Patent No. 139612 or the like. These devices reflect light from a semiconductor laser on a Fresnel surface or a hologram surface, form an image on a disk surface, and guide reflected light from the disk to a detector.

【0026】一方、本出願人は、図17に示すように、
複数の曲面反射鏡や平面の反射面を一体的に形成した光
学素子を用いて、ミラー光学系全体の小型化を図りつ
つ、又ミラー光学系にありがちな反射ミラーの配置精度
(組立精度)を緩やかにしたミラー光学系を提案してい
る。図17において、51は曲率を有した複数の曲面反
射面が一体に形成された光学素子の一例であり、51は
物体側より順に、凹屈折面R2、凹面鏡R3・凸面鏡R
4・凹面鏡R5・凸面鏡R6・凹面鏡R7の5つの反射
面、凸屈折面R8より成る光学素子であり、光学素子5
1に入射する基準軸の方向と光学素子51から出射する
基準軸の方向は略平行でかつ逆方向である。52は水晶
ローパスフィルターや赤外カットフィルター等の光学補
正板、53はCCD等の撮像素子面、54は光学素子5
1の物体側に配置された絞り、55は撮影光学系の基準
軸である。
On the other hand, as shown in FIG.
Using a plurality of curved reflecting mirrors and an optical element integrally formed with a flat reflecting surface, it is possible to reduce the size of the entire mirror optical system and to improve the arrangement accuracy (assembly accuracy) of the reflecting mirror that is common in mirror optical systems. A loosened mirror optical system is proposed. In FIG. 17, reference numeral 51 denotes an example of an optical element in which a plurality of curved reflecting surfaces having a curvature are integrally formed, and 51 denotes a concave refracting surface R2, a concave mirror R3, and a convex mirror R in order from the object side.
4. An optical element composed of five reflecting surfaces of concave mirror R5, convex mirror R6, and concave mirror R7, and a convex refracting surface R8.
The direction of the reference axis incident on 1 and the direction of the reference axis emerging from the optical element 51 are substantially parallel and opposite. 52 is an optical correction plate such as a quartz low-pass filter or an infrared cut filter, 53 is an imaging element surface such as a CCD, and 54 is an optical element 5
A diaphragm 55 disposed on the object side 1 is a reference axis of the photographing optical system.

【0027】図17における結像関係を説明すると、物
体からの光56は、絞り54により入射光量を規制され
た後、光学素子51の凹屈折面R2に入射する。
17, the light 56 from the object enters the concave refracting surface R2 of the optical element 51 after the amount of incident light is regulated by the stop 54.

【0028】凹屈折面R2に入射した光は、凹屈折面R
2のパワーにより物体光56を発散光とした後、凹面鏡
R3にて反射されるとともに、凹面鏡のパワーにより中
間結像面N1上に物体像を一次結像する。
The light incident on the concave refraction surface R2 is
After the object light 56 is diverged by the power of 2, the reflected light is reflected by the concave mirror R3, and the object image is primarily formed on the intermediate image plane N1 by the power of the concave mirror.

【0029】中間結像面N1に一次結像された物体光6
は、凸面鏡R4、凹面鏡R5、凸面鏡R6、凹面鏡R7
にて反射を繰り返しながら、それぞれの反射鏡の持つパ
ワーによる影響を受けつつ、凸屈折面R8に至り、凸屈
折面R8のパワーにて屈折された物体光6は、撮像素子
面3上に物体像を形成する。
The object light 6 primarily formed on the intermediate image forming plane N1
Are convex mirror R4, concave mirror R5, convex mirror R6, concave mirror R7
The object light 6 which reaches the convex refraction surface R8 while being affected by the power of each of the reflecting mirrors while being repeatedly reflected by the object mirror 6 is refracted by the power of the convex refraction surface R8. Form an image.

【0030】この様に光学素子51は、入出射面による
屈折と、曲率を有する複数の曲面反射鏡による反射を繰
り返しながら、所望の光学性能と全体として正のパワー
を有するレンズユニットとして機能している。
As described above, the optical element 51 functions as a lens unit having desired optical performance and a positive power as a whole while repeating refraction by the incident / exit surface and reflection by a plurality of curved reflecting mirrors having a curvature. I have.

【0031】又、この種のミラー光学系が特開平9-2581
04号公報にも開示されている。
This type of mirror optical system is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2581.
It is also disclosed in Japanese Patent Publication No. 04-2004.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、図17や上
記特開平9-258104号公報が示す光学素子や光学系の改良
に関するものであり、これらの光学素子よりも小型の光
学素子及びこれらの光学系よりも小型の光学系を提供す
ることを目的としている。
The present invention relates to an improvement of an optical element and an optical system shown in FIG. 17 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-258104, and an optical element smaller than these optical elements and It is an object of the present invention to provide an optical system smaller than the above optical system.

【0033】[0033]

【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、 (1-1) 光を順次反射する曲面より成る複数の反射領域を
有し、該複数の反射領域の内の少なくとも2つの反射領
域同士は共通の反射面を有しており、該複数の反射領域
が定める該光の光路(基準軸)は交差していることを特
徴としている。
An optical element according to the present invention comprises: (1-1) a plurality of reflection regions each having a curved surface for sequentially reflecting light, and at least two reflection regions among the plurality of reflection regions; Each has a common reflection surface, and the optical paths (reference axes) of the light defined by the plurality of reflection areas intersect.

【0034】特に、 (1-1-1) 前記複数の反射領域は透明体の表面に供給され
ており、該透明体のある領域から該透明体の内部に入射
した前記光が該複数の反射領域で順次反射して、該透明
体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域より出射し
ていること。 (1-1-2) 前記共通の反射面を有する前記2つの反射領域
の基準軸の位置は一致していること等を特徴としてい
る。
In particular, (1-1-1) the plurality of reflection areas are supplied to the surface of a transparent body, and the light incident on the inside of the transparent body from a certain area of the transparent body is reflected by the plurality of reflection areas. The light is sequentially reflected by the region, propagates inside the transparent body, and then exits from another region of the transparent body. (1-1-2) The reference axes of the two reflection areas having the common reflection surface coincide with each other.

【0035】(1-2) 光を順次反射する複数の反射領域を
有し、該複数の反射領域内の少なくとも2つの反射領域
同士は共通の反射面を有し該複数の反射領域が定める前
記光の光路(基準軸)は交差しており、該複数の反射領
域を成す各反射面は基準軸に対して傾いており、かつ、
それに関して対称な1対の面を定め得る対称面が無い、
又は1つ有する非球面より成っていることを特徴として
いる。
(1-2) a plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, wherein at least two of the plurality of reflection areas have a common reflection surface and are defined by the plurality of reflection areas; The optical paths (reference axes) of the light intersect with each other, each of the reflection surfaces forming the plurality of reflection areas is inclined with respect to the reference axis, and
There is no symmetry plane that can define a pair of planes symmetric about it,
Alternatively, it is characterized by being made up of one aspherical surface.

【0036】特に、 (1-2-1) 前記複数の反射領域は透明体の表面に供給され
ており、該透明体のある領域から該透明体の内部に入射
した前記光が該複数の反射領域で順次反射して、該透明
体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域より出射し
ていること。 (1-2-2) 前記共通の反射面を有する前記2つの反射領域
の基準軸の位置は一致していること。 (1-2-3) 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 であること。 (1-2-4) 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 に基づいて設計されていること等を特徴としている。
In particular, (1-2-1) the plurality of reflection areas are supplied to a surface of a transparent body, and the light incident on the inside of the transparent body from a certain area of the transparent body is reflected by the plurality of reflection areas. The light is sequentially reflected by the region, propagates inside the transparent body, and then exits from another region of the transparent body. (1-2-2) The positions of the reference axes of the two reflection regions having the common reflection surface are coincident. (1-2-3) The shape of the reflection surface of the reflection area is A = (a + b) ・ (y 2・ cos 2 t + x 2 ) B = 2a ・ b ・ cos t (1 + {(ba ) ・ Y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 +… C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Furthermore, C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2. (1-2-4) The shape of the reflection surface of the reflection area is A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba ) ・ Y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 + ... C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Further, it is characterized in that it is designed based on C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2.

【0037】本発明の光学系は、 (2-1) 構成(1-1) 又は(1-2) の光学素子を1つ又は複数
有していることを特徴としている。
The optical system of the present invention is characterized in that the optical system has (2-1) one or more optical elements of the constitution (1-1) or (1-2).

【0038】本発明の装置は、 (3-1) 構成(1-1) 又は(1-2) の光学素子を1つ又は複数
有していることを特徴としている。
The device of the present invention is characterized in that it has (3-1) one or more optical elements of the constitution (1-1) or (1-2).

【0039】特に、 (3-1-1) 前記光学素子が撮影、観察又は計測の為の光学
系の構成要素であることを特徴としている。
In particular, (3-1-1) the optical element is a component of an optical system for photographing, observing, or measuring.

【0040】本発明の光学素子は、 (4-1) 光を順次反射する複数の反射領域を有し、該複数
の反射領域はそれぞれ曲面より成り、該反射領域内の少
なくとも2個の反射領域同士は共通の反射面を有し、該
共通の反射面を有する該2個の反射領域での基準軸の位
置は互いに一致していることを特徴としている。
The optical element of the present invention comprises: (4-1) a plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, each of the plurality of reflection areas being a curved surface, and at least two reflection areas in the reflection area. They have a common reflecting surface, and the positions of the reference axes in the two reflecting regions having the common reflecting surface coincide with each other.

【0041】特に、 (4-1-1) 前記複数の反射領域は透明体の表面に供給され
ており、該透明体のある領域から該透明体の内部に入射
した前記光が該複数の反射領域で順次反射して、該透明
体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域より出射し
ていることを特徴としている。
In particular, (4-1-1) the plurality of reflection areas are supplied to the surface of a transparent body, and the light incident on the inside of the transparent body from a certain area of the transparent body is reflected by the plurality of reflection areas. It is characterized in that the light is sequentially reflected by a region, propagates inside the transparent body, and then exits from another region of the transparent body.

【0042】(4-2)光を順次反射する複数の反射領域を
有し、該反射領域の内の少なくとも2個の反射領域同士
は共通の反射面を有し、且つ該共通の反射面を有する該
2個の反射領域での基準軸の位置は互いに一致し、且つ
該複数の反射領域を成す各反射面は、基準軸に対して傾
いており、且つそれに関して対称な一対の面を定め得る
対称面が2以上無い非球面であることを特徴としてい
る。
(4-2) There are a plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, at least two of the reflection areas have a common reflection surface, and the common reflection surface is The positions of the reference axes in the two reflection regions have the same position, and each of the reflection surfaces forming the plurality of reflection regions is inclined with respect to the reference axis and defines a pair of surfaces symmetric with respect thereto. It is characterized in that it is an aspheric surface having no two or more symmetric planes.

【0043】特に、 (4-2-1) 前記複数の反射領域は透明体の表面に供給され
ており、該透明体のある領域から該透明体の内部に入射
した前記光が該複数の反射領域で順次反射して、該透明
体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域より出射し
ていること。 (4-2-2) 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 であること。 (4-2-3) 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 に基づいて設計されていること等を特徴としている。
In particular, (4-2-1) the plurality of reflection areas are supplied to the surface of a transparent body, and the light incident on the inside of the transparent body from a certain area of the transparent body is reflected by the plurality of reflection areas. The light is sequentially reflected by the region, propagates inside the transparent body, and then exits from another region of the transparent body. (4-2-2) The shape of the reflecting surface of the reflecting area is A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba ) ・ Y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 +… C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Furthermore, C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2. (4-2-3) The shape of the reflection surface of the reflection area is A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba ) ・ Y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 + ... C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Further, it is characterized in that it is designed based on C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2.

【0044】本発明の光学系は、 (5-1) 構成(4-1)又は(4-2)の光学素子を1つ又は複数有
していることを特徴としている。
The optical system according to the present invention is characterized in that (5-1) one or more optical elements having the configuration (4-1) or (4-2) are provided.

【0045】本発明の装置は、 (6-1) 構成(4-1)又は(4-2)の光学素子を1つ又は複数有
していることを特徴としている。
The apparatus of the present invention is characterized in that (6-1) one or more optical elements having the configuration (4-1) or (4-2) are provided.

【0046】特に、 (6-1-1) 前記光学素子が撮影、観察又は計測の為の光学
系の構成要素であることを特徴としている。
In particular, (6-1-1) the optical element is a component of an optical system for photographing, observing, or measuring.

【0047】[0047]

【発明の実施の形態】本発明の光学素子は、順次光を反
射する複数の反射領域を有し、前記複数の反射領域はそ
れぞれ曲面より成り、前記反射領域の内の少なくとも2
個の反射領域同士は共通の反射面を有し、且つ前記複数
の反射領域が定める前記光の光路(基準軸)は交差して
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical element according to the present invention has a plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, each of the plurality of reflection areas is formed of a curved surface, and at least two of the reflection areas are provided.
The plurality of reflection areas have a common reflection surface, and the optical paths (reference axes) of the light defined by the plurality of reflection areas intersect.

【0048】又、本発明の他の光学素子は、順次光を反
射する複数の反射領域を有し、前記反射領域内の少なく
とも2個の反射領域同士は共通の反射面を有し、且つ前
記複数の反射領域が定める前記光の光路(基準軸)は交
差し、且つ前記複数の反射領域を成す各反射面は、基準
軸に対して傾いており、且つそれに関して対称な一対の
面を定め得る対称面が2以上無い(0か1かの意味)非
球面である。この非球面は、明細書本文の(1)式で表
わされ、、この(1)式に基いて設計されている。
Further, another optical element according to the present invention has a plurality of reflection regions for sequentially reflecting light, at least two reflection regions in the reflection region have a common reflection surface, and The optical paths (reference axes) of the light defined by the plurality of reflection regions intersect, and each reflection surface forming the plurality of reflection regions is inclined with respect to the reference axis and defines a pair of surfaces symmetric with respect thereto. An aspherical surface having no more than two symmetric planes (meaning 0 or 1). This aspherical surface is represented by equation (1) in the specification text, and is designed based on equation (1).

【0049】本発明の他の光学素子は、順次光を反射す
る複数の反射領域を有し、前記複数の反射領域はそれぞ
れ曲面より成り、前記反射領域内の少なくとも2個の反
射領域同士は共通の反射面を有し、前記共通の反射面を
有する前記2個の反射領域での基準軸の位置は互いに一
致している。
Another optical element according to the present invention has a plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, each of the plurality of reflection areas is formed of a curved surface, and at least two reflection areas in the reflection area are common to each other. And the positions of the reference axes in the two reflection regions having the common reflection surface coincide with each other.

【0050】本発明の他の光学素子は、順次光を反射す
る複数の反射領域を有し、前記反射領域の内の少なくと
も2個の反射領域同士は共通の反射面を有し、且つ前記
共通の反射面を有する前記2個の反射領域での基準軸の
位置は互いに一致し、且つ前記複数の反射領域を成す各
反射面は、基準軸に対して傾いており、且つそれに関し
て対称な一対の面を定め得る対称面が2以上無い(0か
1かの意味)非球面である。この非球面は、明細書本文
の(1)式で表わされ、この(1)式に基いて設計され
ている。
Another optical element according to the present invention has a plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, at least two of the reflection areas have a common reflection surface, and The positions of the reference axes in the two reflection regions having the reflection surfaces coincide with each other, and each of the reflection surfaces forming the plurality of reflection regions is inclined with respect to the reference axis, and is symmetric with respect to the reference axis. Is an aspherical surface having no more than two symmetry planes (meaning 0 or 1) that can define the surface of. This aspherical surface is represented by equation (1) in the specification text, and is designed based on equation (1).

【0051】上記各光学素子においては、前記複数の反
射領域が透明体の表面に供給されており、該透明体のあ
る領域から該透明体の内部に入射した前記光が前記複数
の反射領域によって順次反射して該透明体の内部を伝播
した後に該透明体の他の領域から出射する素子や、前記
複数の反射領域を定める複数の反射鏡(鏡の数は反射領
域の数より1個以上少ない)より成る中空構造の素子が
ある。
In each of the above optical elements, the plurality of reflection areas are supplied to the surface of a transparent body, and the light incident on the inside of the transparent body from a certain area of the transparent body is reflected by the plurality of reflection areas. An element that is sequentially reflected and propagates through the inside of the transparent body and then exits from another area of the transparent body, and a plurality of reflecting mirrors that define the plurality of reflecting areas (the number of mirrors is one or more than the number of reflecting areas) ) Having a hollow structure.

【0052】上記各光学素子においては、前記共通の反
射面を有する前記2個の反射領域での基準軸の位置は互
いに一致している形態と一致していない形態とがある。
In each of the above optical elements, there is a form in which the positions of the reference axes in the two reflection areas having the common reflection surface coincide with each other, and a form in which the reference axes do not coincide with each other.

【0053】本発明の光学系は、上記のいずれかの光学
素子を1つ又は複数個有する。
The optical system of the present invention has one or a plurality of the above optical elements.

【0054】本発明の装置は、上記のいずれかの光学素
子を1つ又は複数個有する。この装置においては、前記
光学素子が、例えば撮影、観察又は計測の為の光学系の
構成要素である。
The device of the present invention has one or more of the above optical elements. In this device, the optical element is a component of an optical system for photographing, observing, or measuring, for example.

【0055】本発明の光学素子を用いた光学系(撮影光
学系)の実施形態の説明に入る前に、本実施形態の光学
素子の構成諸元の表し方、及び実施形態全体の共通事項
について図10を用いて説明する。
Before describing the embodiment of the optical system (photographing optical system) using the optical element of the present invention, the description of the configuration of the optical element of the present embodiment and the common matters of the entire embodiment will be described. This will be described with reference to FIG.

【0056】図10は本発明の光学素子を用いた撮影光
学系(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10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。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a coordinate system that defines configuration data of a photographing optical system (optical system) using the optical element of the present invention. According to the embodiment of the present invention, 1 which advances from the object side to the image plane
The i-th surface along one light beam (shown by a dashed line in FIG. 10 and referred to as a reference axis light beam) is defined as an i-th surface.

【0057】図10において第1面R1は絞り、第2面
R2は第1面R1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
つの透明体の表面に構成されて、光学素子10を構成し
ている。
In FIG. 10, a first surface R1 is a stop, a second surface R2 is a refracting surface coaxial with the first surface R1, a third surface R3 is a reflecting surface tilted with respect to the second surface R2, and a fourth surface R4. R4 and the fifth surface R5 are reflection surfaces shifted and tilted with respect to the respective front surfaces, and the sixth surface R6 is a refraction surface shifted and tilted with respect to the fifth surface R5. Each surface from the second surface R2 to the sixth surface R6 is formed on the surface of one transparent body made of a medium such as glass or plastic, and forms the optical element 10.

【0058】図10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から不図示のレンズ面
又は反射面又は結像面等の第7面R7までの媒質は空気
で構成している。
In the configuration shown in FIG. 10, the second
The medium up to the surface R2 is air, the common medium from the second surface R2 to the sixth surface R6, the medium from the sixth surface R6 to the seventh surface R7 such as a lens surface or a reflecting surface or an image forming surface (not shown). Is composed of air.

【0059】本発明の撮影光学系は偏心光学系であるた
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第1面R1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。
Since the photographing optical system of the present invention is a decentered optical system, each surface constituting the optical system does not have a common optical axis.
Accordingly, in the embodiment of the present invention, first, an absolute coordinate system having the origin at the center of the effective beam diameter of the first surface R1 is set.

【0060】そして、本発明の実施形態においては、第
1面R1の光線有効径の中心点を原点TOとすると共
に、原点と最終結像面の中心とを通る光線(基準軸光
線)の経路を光学系の基準軸STと定義している。さら
に、本実施形態中の基準軸STは方向(向き)を持って
いる。その方向は基準軸光線が結像に際して進行する方
向が正である。
In the embodiment of the present invention, the center point of the effective beam diameter of the first surface R1 is set as the origin TO, and the path of the light beam (reference axis light beam) passing through the origin and the center of the final imaging plane. Is defined as the reference axis ST of the optical system. Further, the reference axis ST in the present embodiment has a direction (direction). The direction in which the reference axis ray travels during imaging is positive.

【0061】本発明の実施形態においては、光学系の基
準となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準
となる軸の決め方は光学設計上、収差の取りきめ上、若
しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の
良い軸を採用すれば良い。例えば、像面の中心と、入射
瞳又は出射瞳又は光学系の第1面の中心若しくは最終面
の中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準とな
る基準軸に設定するようにしてもよい。
In the embodiment of the present invention, the reference axis serving as the reference of the optical system is set as described above. However, the method of determining the reference axis of the optical system depends on the optical design, the aberration, or the optical axis. An axis that is convenient for expressing each surface configuration of the system may be used. For example, the path of a light ray passing through the center of the image plane and either the entrance pupil or the exit pupil or the center of the first surface or the center of the final surface of the optical system is set as a reference axis serving as a reference of the optical system. Is also good.

【0062】本発明の実施形態においては、基準軸は、
第1面R1、即ち絞り面の光線有効径の中心点を通り、
最終結像面の中心へ至る光線(基準軸光線)の各屈折面
及び反射面によって屈折・反射する経路に設定してい
る。各面の順番は基準軸光線が屈折・反射を受ける順番
に設定している。
In the embodiment of the present invention, the reference axis is
Passing through the first surface R1, that is, the center point of the effective beam diameter of the stop surface,
The path is set such that a ray (reference axis ray) reaching the center of the final image plane is refracted and reflected by each refraction surface and reflection surface. The order of each surface is set in the order in which the reference axis rays are refracted and reflected.

【0063】従って、絞り(面)の中心を通る基準軸は
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、最終的に像面の中心
に到達する。
Accordingly, the reference axis passing through the center of the stop (plane) finally reaches the center of the image plane while changing its direction along the set order of the planes according to the law of refraction or reflection.

【0064】本発明の各実施形態の光学系を構成するチ
ルトした反射面やチルトした屈折面などのチルト面は、
基本的に、すべてが同一面内でチルトしている。そこ
で、絶対座標系(X、Y、Z)の各軸を以下のように定
めている。
The tilt surfaces such as the tilted reflecting surface and the tilted refracting surface constituting the optical system of each embodiment of the present invention are as follows.
Basically, everything is tilted in the same plane. Therefore, each axis of the absolute coordinate system (X, Y, Z) is determined as follows.

【0065】Z軸:原点TOを通り第2面R2に向かう
基準軸 Y軸:原点TOを通りチルト面内(図1の紙面内)でX
軸に対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸:原点TOを通りZ、Y各軸に垂直な直線(図1の
紙面に垂直な直線)。
Z axis: Reference axis toward the second surface R2 through the origin TO Y axis: X in the tilt plane (in the paper plane of FIG. 1) through the origin TO
X-axis: A straight line that passes through the origin TO and is perpendicular to each of the Z and Y axes (a straight line that is perpendicular to the plane of FIG. 1).

【0066】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(X、Y、Z)にてその面の形状を
表記するより、基準軸ST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、本発明の光学系の構成データを表示する場合は第
i面の面形状をローカル座標系で表わしている。
In order to express the surface shape of the i-th surface constituting the optical system, the reference axis ST and the i-th surface can be expressed by expressing the shape of the surface in an absolute coordinate system (X, Y, Z). The configuration data of the optical system of the present invention is displayed because it is easier to understand the shape of the surface by setting the local coordinate system with the intersection as the origin and expressing the surface shape of the surface in the local coordinate system. In this case, the surface shape of the i-th surface is represented by a local coordinate system.

【0067】但し、本発明に於いては、ある面は有効領
域の一部で光束が複数回反射している。その際に、その
面において、1回目の反射のときの基準点と2回目以降
の反射のときの基準点とは必ずしも一致しない。つま
り、基準点とローカル座標系の原点とが一致しない場合
がある。
However, in the present invention, a certain surface reflects a light beam a plurality of times in a part of the effective area. At that time, the reference point for the first reflection does not always coincide with the reference point for the second and subsequent reflections on that surface. That is, the reference point may not coincide with the origin of the local coordinate system.

【0068】このような場合、光学系の構成データに
は、2回目以降の反射面も記述してあるが、それは1回
目の反射面と同一の面であることに注意して頂きたい。
In such a case, the configuration data of the optical system also describes the second and subsequent reflection surfaces, but it should be noted that this is the same surface as the first reflection surface.

【0069】また、第i面のYZ面内でのチルト角は絶
対座標系のZ軸に対して反時計回り方向を正とした角度
θi(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1中のYZ平面上にあ
る。またXZ面内およびXY面内での面の偏心はない。
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してい
る。
The tilt angle of the i-th surface in the YZ plane is represented by an angle θi (unit: °) with the counterclockwise direction being positive with respect to the Z axis of the absolute coordinate system. Therefore, in the embodiment of the present invention, the origin of the local coordinates of each surface is on the YZ plane in FIG. There is no eccentricity of the plane in the XZ plane and the XY plane.
Further, y, z of local coordinates (x, y, z) of the ith surface
The axis is inclined at an angle θi in the YZ plane with respect to the absolute coordinate system (X, Y, Z), and is specifically set as follows.

【0070】z軸:ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ方向に対しYZ面内において反時計方向に角度
θi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。
Z-axis: a straight line passing through the origin of the local coordinate system and forming an angle θi in the YZ plane in the YZ plane with respect to the Z direction of the absolute coordinate system. X-axis: A straight line that passes through the origin of local coordinates and is perpendicular to the YZ plane.

【0071】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。尚、絞りや最終結像面も1つの平面とし
て表示している。
Di is a scalar quantity representing the distance between the origins of the local coordinates of the i-th surface and the (i + 1) -th surface, Ndi,
νdi is the refractive index and Abbe number of the medium between the i-th surface and the (i + 1) -th surface. The aperture and the final image plane are also displayed as one plane.

【0072】尚、基準軸とローカル座標の原点とが一致
しない場合もあるが、このときはDiは意味がないので
示していない。
In some cases, the reference axis does not coincide with the origin of the local coordinates. In this case, Di is not shown because it has no meaning.

【0073】本発明の光学系のある実施形態は、少なく
とも1つの球面及び、1つ又は複数の回転非対称の非球
面を有している。その内の球面部分は球面形状としてそ
の曲率半径Riを記している。曲率半径Riの符号は第
1面から像面に進む基準軸(図1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している。
Certain embodiments of the optical system of the present invention have at least one spherical surface and one or more rotationally asymmetric aspheric surfaces. Among them, the spherical portion has a radius of curvature Ri as a spherical shape. The sign of the radius of curvature Ri is defined as minus when the center of curvature is on the first surface side along the reference axis (dashed line in FIG. 1) that advances from the first surface to the image surface, and is positive when the center of curvature is on the imaging surface side. I have.

【0074】球面は以下の式で表される形状である:The spherical surface has a shape represented by the following equation:

【0075】[0075]

【数1】 また、本発明における前記の回転非対称な非球面形状は
以下の(1)式により表現できる。尚、a ,b ,t は面
形状を表わす係数である。: 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 本発明における回転非対称な非球面の形状は、上記曲面
式のxに関する偶数次の項のみを使用して奇数次の項を
0とする事によりyz面のみを対称面とした面対称な形
状である。また、この時以下の条件が満たされる。
(Equation 1) Further, the rotationally asymmetric aspherical shape in the present invention can be expressed by the following equation (1). Here, a, b, and t are coefficients representing the surface shape. : A = (a + b) ・ (y 2・ cos 2 t + x 2 ) B = 2a ・ b ・ cos t [1 + {(ba) ・ y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ] The shape of the rotationally asymmetric aspherical surface in the present invention is a plane-symmetrical shape in which only the yz plane is a symmetric plane by setting only the odd-order terms to 0 using only the even-order terms related to x in the above-mentioned curved surface equation. is there. At this time, the following conditions are satisfied.

【0076】C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 又、本発明においては、対称面を全く有さない非球面を
用いることもできる。
C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Further, C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2 In the present invention, an aspherical surface having no plane of symmetry can be used.

【0077】なお、本発明の各実施形態においては、図
10の場合同様、その第1面は絞りである場合を示して
いる。又、水平半画角uYとは図10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uX
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の開口の直径を
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、このような光学系では入射瞳は第1面に位
置するため入射瞳径は上記絞り径に等しい。
In each of the embodiments of the present invention, as in the case of FIG. 10, the first surface is a stop. The horizontal half angle of view uY is the maximum angle of view of the light beam incident on the aperture stop R1 in the YZ plane of FIG.
Is the maximum angle of view of the light beam incident on the stop R1 in the XZ plane. Also, the diameter of the opening of the stop R1 as the first surface is shown as the stop diameter. This is related to the brightness of the optical system. In such an optical system, since the entrance pupil is located on the first surface, the entrance pupil diameter is equal to the stop diameter.

【0078】又、数値実施例において、有限距離の結像
に関するものは物体側数値開口(開口数)で明るさを示
している。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。
Further, in the numerical examples, the brightness related to the imaging at a finite distance is indicated by the numerical aperture on the object side (numerical aperture). Also, the effective image range on the image plane is shown as an image size. The image size is represented by a rectangular area in which the size of the local coordinate in the y direction is horizontal and the size in the x direction is vertical.

【0079】又、各実施形態には光学系のサイズを示し
ている。そのサイズは光線有効径によって定められるサ
イズである。
In each embodiment, the size of the optical system is shown. The size is a size determined by the effective beam diameter.

【0080】又、構成データを挙げている各実施形態に
ついてはその横収差図を示している。各実施形態につい
て、絞りR1への水平入射角、垂直入射角が夫々(u
Y、uX)、(0、uX)、(−uY、uX)、(u
Y、0)(0、0)、(−uY、0)となる光束のY方
向とX方向の横収差図を示す。横収差図においては、横
軸は瞳への入射高さを表し、縦軸は収差量を表してい
る。各実施形態とも基本的に各面がyz面を対称面とす
る面対称の形状となっている為、横収差図においても垂
直画角のプラス、マイナス方向は同一となるので、図の
簡略化の為に、マイナス方向の横収差図は省略してい
る。
Further, the lateral aberration chart is shown for each embodiment in which the configuration data is listed. In each embodiment, the horizontal angle of incidence and the vertical angle of incidence on the stop R1 are respectively (u
Y, uX), (0, uX), (−uY, uX), (u
FIG. 4 shows lateral aberration diagrams in the Y direction and the X direction of a light beam of (Y, 0) (0, 0) and (−uY, 0). In the lateral aberration diagram, the horizontal axis represents the height of incidence on the pupil, and the vertical axis represents the amount of aberration. In each embodiment, since each surface is basically a plane-symmetrical shape with the yz plane as a plane of symmetry, the plus and minus directions of the vertical angle of view are the same even in the lateral aberration diagram. For this reason, a lateral aberration diagram in the minus direction is omitted.

【0081】次に、本発明の光学素子及びそれを有する
光学系(撮影光学系)の各実施形態について説明する。
Next, each embodiment of the optical element of the present invention and an optical system (photographing optical system) having the same will be described.

【0082】図1、図2は本発明の光学素子を撮影光学
系に適用したときの実施形態1のYZ断面内での概略図
である。本実施形態1は水平半画角12.2度、垂直半
画角16.1度の撮影画角を有している。
FIGS. 1 and 2 are schematic views in the YZ section of Embodiment 1 when the optical element of the present invention is applied to a photographing optical system. The first embodiment has a shooting angle of view with a horizontal half angle of view of 12.2 degrees and a vertical half angle of view of 16.1 degrees.

【0083】図1、図2において、1は撮影光学系であ
る。10は複数の曲面反射面(裏面反射鏡)を有する光
学素子でありガラスやプラスチック等の透明体で構成し
ている。光学素子10は、その表面に物体からの光線の
通過順に、負の屈折力(=1/焦点距離)を有する凹面
屈折面(入射面)R2、及び反射面R3・反射面R4・
反射面R5の3つの正又は負の屈折力の反射面及び負の
屈折力を有する凹面屈折面(射出面)R6を形成してい
る。R1は光学素子10の物体側に配置した絞り(入射
瞳)である。ローパスフィルターや赤外カットフィルタ
ー等の光学補正板(光学ブロック)が射出面R6から最
終結像面R7との間に通常設けられるが、同図では図示
を省略している。
1 and 2, reference numeral 1 denotes a photographing optical system. Reference numeral 10 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces (back reflecting mirrors), which is made of a transparent material such as glass or plastic. The optical element 10 has a concave refracting surface (incident surface) R2 having a negative refractive power (= 1 / focal length), a reflecting surface R3, a reflecting surface R4,
The reflection surface R5 has three reflection surfaces having positive or negative refractive power and a concave refractive surface (exit surface) R6 having negative refractive power. R1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10. An optical correction plate (optical block) such as a low-pass filter or an infrared cut filter is usually provided between the exit surface R6 and the final image forming surface R7, but is not shown in FIG.

【0084】R7は最終結像面であり、CCD等の撮像
素子(撮像媒体)の撮像面が位置している。撮影光学系
1は光学素子10と光学ブロック(不図示)を有してい
る。11は撮影光学系1の基準軸である。
R7 is a final image forming plane on which an image pickup surface of an image pickup device (image pickup medium) such as a CCD is located. The photographing optical system 1 has an optical element 10 and an optical block (not shown). Reference numeral 11 denotes a reference axis of the photographing optical system 1.

【0085】光学素子10の2つの屈折面R2、R6は
いずれも回転対称の球面より、又、すべての反射面R3
〜R5はYZ平面に対してのみ対称なアナモフィックな
非球面より成っている。
Each of the two refraction surfaces R2 and R6 of the optical element 10 is formed of a rotationally symmetric spherical surface.
R5 is made of an anamorphic aspheric surface symmetric only with respect to the YZ plane.

【0086】反射面R3と反射面R5は、図2に示すよ
うに同一の曲面反射面100の一部より成り、互いの有
効反射領域の反射面が一部重複(共通)している。
As shown in FIG. 2, the reflecting surfaces R3 and R5 are composed of a part of the same curved reflecting surface 100, and the reflecting surfaces of the effective reflection areas are partially overlapped (common).

【0087】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L1は、絞りR1により入射光量を
規制された後、光学素子10の入射面R2に入射し、反
射面R3、R4、R5で反射された後、射出面R6から
射出し、不図示のローパスフィルター、赤外カットフィ
ルターを介して最終結像面R7上に結像する。
Next, the image forming operation in this embodiment will be described. The light beam L1 from the object enters the incident surface R2 of the optical element 10 after the amount of incident light is regulated by the stop R1, is reflected by the reflecting surfaces R3, R4, R5, and then exits from the exit surface R6. An image is formed on the final image plane R7 via the illustrated low-pass filter and infrared cut filter.

【0088】本実施形態では、光学素子10の入射面R
2に入射する基準軸11の方向と出射面R6から出射す
る基準軸の方向は異なっている。また、入出射を含む基
準軸はすべて紙面内(YZ平面)に載っている。
In the present embodiment, the entrance surface R of the optical element 10
2 is different from the direction of the reference axis 11 emitted from the exit surface R6. Further, the reference axes including the incoming and outgoing light are all on the plane of the paper (YZ plane).

【0089】この様に光学素子10は、入出射面による
屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力に
よって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折力
を有するレンズユニットとして機能している。
As described above, the optical element 10 is a lens unit having desired optical performance and having a positive refractive power as a whole by the refractive power of the entrance / exit surface and the refractive power of the plurality of curved reflecting mirrors therein. It is functioning.

【0090】そして撮影光学系1中の各面において、物
体面中心から出る光線のうち、撮影光学系1内に定義さ
れる絞りR1の中心を通る光線を基準軸光線とし、各面
に入射する基準軸光線をその面の入射基準軸、各面から
射出する基準光線をその面の射出基準軸とし、また該入
射・射出基準軸と各面の交点を基準点とするとき、各反
射面には、そこにおける入射・射出基準軸が基準点にお
ける法線に対して傾いているOff−Axial反射面
である。
In each surface in the photographing optical system 1, a light ray passing through the center of the stop R1 defined in the photographing optical system 1 among rays emitted from the center of the object plane is set as a reference axis light ray, and is incident on each surface. When the reference axis ray is the incident reference axis of the surface, the reference ray emitted from each surface is the emission reference axis of the surface, and when the intersection of the incident / emission reference axis and each surface is the reference point, Is an Off-Axial reflecting surface in which the incident / exit reference axis is inclined with respect to the normal at the reference point.

【0091】該光学素子10は透明体の表面に2面の屈
折面と2面以上のOff−Axial反射面が一体で形
成されたOff−Axial光学素子よりなっている。
The optical element 10 is an off-axial optical element in which two refracting surfaces and two or more off-axial reflecting surfaces are integrally formed on the surface of a transparent body.

【0092】各反射面は、直交する2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
するように前記(1)式を用いて設計されており、偏心
収差が少ない。
Each reflecting surface is composed of two orthogonal surfaces (YZ plane,
(XZ plane), it is designed using Equation (1) so that the refractive power is different and has only one plane of symmetry, and there is little decentering aberration.

【0093】本実施形態においては、近距離物体へのフ
ォーカシングは撮影光学系1全体を撮像素子の撮像面R
7に対して移動させることで行っている。
In this embodiment, focusing on a short-distance object is performed by moving the entire photographing optical system 1 to the image pickup surface R of the image pickup device.
7 by moving it.

【0094】図3に、本実施形態の物体無限遠時の撮影
光学系の横収差図を示す。収差図中、点線はc線、実線
はd線、一点鎖線はf線を表している。同図に示すよう
に、本実施形態によれば、バランスの良い収差補正状態
が得られている。
FIG. 3 shows a lateral aberration diagram of the photographing optical system of the present embodiment when the object is at infinity. In the aberration diagrams, the dotted line represents the c-line, the solid line represents the d-line, and the dashed line represents the f-line. As shown in the figure, according to the present embodiment, a well-balanced aberration correction state is obtained.

【0095】次に本実施形態の効果を説明する。Next, effects of the present embodiment will be described.

【0096】本実施形態では、反射面R3と反射面R5
が同一の面の一部である。つまり面R3,R5の面形状
を記述する関数式とローカル座標原点位置が同一(共
通)である。そして、それぞれの反射の際の有効反射領
域は、図2に示すように、互いに一部の領域が重なって
おり、そこの反射面が共通である。
In this embodiment, the reflecting surfaces R3 and R5
Are part of the same surface. That is, the function formula describing the surface shape of the surfaces R3 and R5 is the same (common) as the local coordinate origin position. As shown in FIG. 2, the effective reflection areas at the time of each reflection partially overlap each other, and have a common reflection surface.

【0097】本実施形態では、この光学素子1の有して
いる反射面枚数は2面であるが、任意の光線が光学素子
1に入射してから射出するまでの間の反射回数は3回で
ある。
In this embodiment, the number of reflection surfaces of the optical element 1 is two, but the number of reflections from the time when an arbitrary light ray enters the optical element 1 until the light ray exits is three. It is.

【0098】この様に光学素子1は、入射出面R2、R
6と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力によっ
て、全体として結像作用を有するレンズユニットとして
機能しており、反射面数の有効領域を重畳させることで
反射面を効率的に使用することで、小型の光学素子を達
成している。
As described above, the optical element 1 has the entrance and exit surfaces R2 and R2.
6 and the refracting power of a plurality of curved reflecting mirrors therein function as a lens unit having an image forming action as a whole. The effective use of the reflecting surface is achieved by superimposing the effective area of the number of reflecting surfaces. By doing so, a small optical element is achieved.

【0099】図4、図5各々は本発明の撮影光学系の実
施形態2のYZ断面内での概略図である。本実施形態は
物体側がテレセントリックな光学系であり、水平物高
1.3、垂直物高1.0の撮影範囲を有している。
FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams of the photographic optical system according to the second embodiment of the present invention in the YZ section. In the present embodiment, the object side is a telecentric optical system, and has a photographing range of a horizontal object height of 1.3 and a vertical object height of 1.0.

【0100】図4、図5中、1は撮影光学系である。1
0は複数の曲面反射面を有する光学素子でありガラスや
プラスチック等の透明体で構成している。光学素子10
は、その表面に物体からの光線の通過順に、負の屈折力
を有する凹屈折面(入射面)R1及び反射面R2・反射
面R34・反射面R4の3つの正又は負の屈折力の反射
面、及び負の屈折力を有する凹面屈折面(射出面)R5
を形成している。R0は物体面、R8は最終結像面であ
り、CCD等の撮像素子の撮像面が位置する。
4 and 5, reference numeral 1 denotes a photographing optical system. 1
Reference numeral 0 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces, which is made of a transparent material such as glass or plastic. Optical element 10
Is a reflection of three positive or negative refractive powers of a concave refracting surface (incident surface) R1, a reflecting surface R2, a reflecting surface R34, and a reflecting surface R4 having negative refracting power on the surface in the order of passage of light rays from the object. Surface and concave refractive surface (exit surface) R5 having negative refractive power
Is formed. R0 is an object surface, R8 is a final image forming surface, and an image pickup surface of an image pickup device such as a CCD is located.

【0101】図4、図5において、物体側R0から来た
光線は、屈折面1で屈折され、順に反射面R2、反射面
R3、反射面R4で各々反射され、屈折面(出射面)R
5で屈折され、結像面R6に結像する。
4 and 5, a light ray coming from the object side R0 is refracted by the refraction surface 1, and is reflected by the reflection surface R2, the reflection surface R3, and the reflection surface R4, respectively.
The light is refracted at 5 and forms an image on an image plane R6.

【0102】本実施形態では、反射面R2と反射面R4
がそれぞれ同一の面の一部である。面R2と面R4の反
射の際の有効領域は、図5に示すように、互いに一部の
領域が重なっている。また、屈折面R1と反射面R3と
はそれぞれ同一の面の一部であるが、有効領域は、図5
のように互いには一部の領域が重なっている。
In this embodiment, the reflecting surfaces R2 and R4
Are part of the same surface. As shown in FIG. 5, the effective areas at the time of reflection of the surface R2 and the surface R4 partially overlap each other. Further, the refraction surface R1 and the reflection surface R3 are each a part of the same surface, but the effective area is as shown in FIG.
Some areas overlap with each other as shown in FIG.

【0103】また、本実施形態の撮影光学系の横収差図
を図6に示す。本実施形態に限り、横収差図においては
横軸は物体側数値開口(開口数)である。
FIG. 6 shows a lateral aberration diagram of the photographing optical system of the present embodiment. Only in the present embodiment, in the lateral aberration diagram, the horizontal axis is the object-side numerical aperture (numerical aperture).

【0104】図7、図8は本発明の撮影光学系の実施形
態3の光学系のYZ断面内での概略図である。本実施形
態3は水平半画角3度、垂直半画角4度の撮影画角を有
している。
FIGS. 7 and 8 are schematic views of the optical system according to the third embodiment of the present invention in the YZ section. The third embodiment has a shooting angle of view of a horizontal half angle of view of 3 degrees and a vertical half angle of view of 4 degrees.

【0105】図7、図8中、1は撮影光学系である。1
0は複数の曲面反射面(表面反射鏡)を有する光学素子
である。光学素子10は、物体からの光線の通過順に、
反射面R2及び反射面R3・反射面R4・反射面R5の
4つの正、又は負の屈折力の反射面を形成している。R
1は光学素子10の物体側に配置した絞り(入射瞳)、
R6は最終結像面である。
In FIGS. 7 and 8, reference numeral 1 denotes a photographing optical system. 1
Reference numeral 0 denotes an optical element having a plurality of curved reflecting surfaces (surface reflecting mirrors). The optical element 10 is arranged in the order of passage of light rays from the object.
The reflecting surface R2, the reflecting surface R3, the reflecting surface R4, and the reflecting surface R5 form four reflecting surfaces having positive or negative refractive power. R
1 is a stop (entrance pupil) arranged on the object side of the optical element 10,
R6 is a final image plane.

【0106】図7、図8において、物体側から来た光線
は、絞りR1を通り、反射面R2、R3、R4で反射さ
れ、結像面R6に結像する。本実施形態では、反射面R
2と反射面R5がそれぞれ同一の面の一部である。面R
2と面R5の反射の際の有効領域は、図8に示すよう
に、互いに一部の領域が重なっている。
In FIGS. 7 and 8, a light beam coming from the object side passes through the stop R1, is reflected by the reflecting surfaces R2, R3, R4, and forms an image on the image forming surface R6. In the present embodiment, the reflection surface R
2 and the reflection surface R5 are each part of the same surface. Surface R
As shown in FIG. 8, a part of the effective area at the time of reflection of the surface 2 and the area R5 overlaps each other.

【0107】また、本実施形態では、反射面R2の基準
点(基準軸(光線)入射位置)と反射面R5の基準点
(基準軸(光線)入射位置)とが一致している。つま
り、基準軸光線が、ある反射面上のある点に於て異なる
入射角度で2回反射される。
In this embodiment, the reference point (reference axis (light ray) incident position) of the reflecting surface R2 and the reference point (reference axis (light ray) incident position) of the reflecting surface R5 coincide. That is, the reference axis ray is reflected twice at a certain point on a certain reflection surface at different incident angles.

【0108】本実施形態では、この光学素子10の有し
ている反射面枚数は3面であるが、光線が光学素子10
に入射してから射出するまでの間の反射回数は4回であ
る。
In this embodiment, the number of reflecting surfaces of the optical element 10 is three,
The number of reflections from the time when the light is incident on the surface to the time when the light is emitted is four.

【0109】本実施形態の撮影光学系の横収差図を図9
に示す。図7,図8で示した光学系を図1,図2や図
4,図5の場合同様、ガラスやプラスチックの表面に反
射面を設けて、これを透明体の内部で光を伝播させる形
態とすることもできる。
FIG. 9 shows a lateral aberration diagram of the photographing optical system of this embodiment.
Shown in As in the case of FIGS. 1, 2, 4 and 5, the optical system shown in FIGS. 7 and 8 is provided with a reflecting surface on the surface of glass or plastic, and the light is propagated inside the transparent body. It can also be.

【0110】上記実施形態は同一領域で光束が2回反射
する反射面を有したOff−Axial光学素子を1つ
だけ用いて構成された光学系について示したが、本発明
の光学系はこれに限定されるものではない。例えば、o
ff axis光学素子を複数用いたり、off axi
s光学素子を通常の光学素子と組みあわせて光学系を構
成しても良い。
In the above-described embodiment, an optical system constituted by using only one Off-Axial optical element having a reflecting surface for reflecting a light beam twice in the same region has been described, but the optical system of the present invention is not limited to this. It is not limited. For example, o
The use of a plurality of off-axis optical elements, the off-axis
The optical system may be configured by combining the s optical element with a normal optical element.

【0111】又、本発明の光学素子は撮影光学系に限ら
ず、観察光学系や計測光学系等の各種の光学系に適用可
能である。
The optical element of the present invention is not limited to a photographing optical system, but can be applied to various optical systems such as an observation optical system and a measurement optical system.

【0112】次に本発明の各実施形態の数値実施例を示
す。
Next, numerical examples of each embodiment of the present invention will be described.

【0113】[0113]

【外1】 [Outside 1]

【0114】[0114]

【外2】 [Outside 2]

【0115】[0115]

【外3】 [Outside 3]

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明によれば、従来の図17や特開平
9-258104号公報に示す光学素子や光学系よりも小型の光
学素子及び光学系を得ることができる。
According to the present invention, according to the conventional FIG.
An optical element and an optical system smaller than the optical element and the optical system disclosed in JP-A-9-258104 can be obtained.

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

【図1】 本発明の実施形態1のYZの断面の概略図FIG. 1 is a schematic view of a YZ cross section according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施形態1のYZの断面の概略図FIG. 2 is a schematic diagram of a YZ cross section according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施形態1の横収差図FIG. 3 is a lateral aberration diagram according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施形態2のYZの断面の概略図FIG. 4 is a schematic diagram of a YZ cross section according to the second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施形態2のYZの断面の概略図FIG. 5 is a schematic diagram of a YZ cross section according to the second embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施形態2の横収差図FIG. 6 is a lateral aberration diagram according to the second embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施形態3のYZの断面の概略図FIG. 7 is a schematic diagram of a YZ cross section according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施形態3のYZの断面の概略図FIG. 8 is a schematic diagram of a YZ cross section according to a third embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施形態3の横収差図FIG. 9 is a lateral aberration diagram according to the third embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施形態における座標系の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of a coordinate system according to the embodiment of the present invention.

【図11】 従来のカセグレイン式反射望遠鏡の説明図FIG. 11 is an explanatory view of a conventional Cassegrain type reflection telescope.

【図12】 従来の反射型の光学系の要部概略図FIG. 12 is a schematic view of a main part of a conventional reflection type optical system.

【図13】 従来の反射型の光学系の要部概略図FIG. 13 is a schematic view of a main part of a conventional reflection type optical system.

【図14】 従来の反射型の光学系の要部概略図FIG. 14 is a schematic view of a main part of a conventional reflection type optical system.

【図15】 従来のプリズム反射面を有した反射型の光
学系の要部概略図
FIG. 15 is a schematic view of a main part of a conventional reflection type optical system having a prism reflection surface.

【図16】 従来のプリズム反射面を有した反射型の光
学系の要部概略図
FIG. 16 is a schematic view of a main part of a conventional reflection type optical system having a prism reflection surface.

【図17】 従来の反射型の光学系の要部概略図FIG. 17 is a schematic view of a main part of a conventional reflection type optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光学系 10 光学素子 Ri 反射面又は屈折面又は絞り Reference Signs List 1 optical system 10 optical element Ri reflecting surface or refracting surface or stop

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光を順次反射する曲面より成る複数の反
射領域を有し、該複数の反射領域の内の少なくとも2つ
の反射領域同士は共通の反射面を有しており、該複数の
反射領域が定める該光の光路は交差していることを特徴
とする光学素子。
A plurality of reflection regions each having a curved surface for sequentially reflecting light; at least two of the plurality of reflection regions have a common reflection surface; An optical element wherein the optical paths of the light defined by the regions intersect.
【請求項2】 前記複数の反射領域は透明体の表面に供
給されており、該透明体のある領域から該透明体の内部
に入射した前記光が該複数の反射領域で順次反射して、
該透明体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域より
出射していることを特徴とする請求項1の光学素子。
2. The method according to claim 1, wherein the plurality of reflection areas are provided on a surface of a transparent body, and the light incident on the inside of the transparent body from a certain area of the transparent body is sequentially reflected by the plurality of reflection areas,
2. The optical element according to claim 1, wherein the light is emitted from another region of the transparent body after propagating inside the transparent body.
【請求項3】 前記共通の反射面を有する前記2つの反
射領域の基準軸の位置は一致していることを特徴とする
請求項1又は2の光学素子。
3. The optical element according to claim 1, wherein the positions of the reference axes of the two reflection regions having the common reflection surface coincide with each other.
【請求項4】 光を順次反射する複数の反射領域を有
し、該複数の反射領域内の少なくとも2つの反射領域同
士は共通の反射面を有し該複数の反射領域が定める前記
光の光路は交差しており、該複数の反射領域を成す各反
射面は基準軸に対して傾いており、かつ、それに関して
対称な1対の面を定め得る対称面が無い、又は1つ有す
る非球面より成っていることを特徴とする光学素子。
4. A light path of the light having a plurality of reflection regions for sequentially reflecting light, wherein at least two reflection regions in the plurality of reflection regions have a common reflection surface and are defined by the plurality of reflection regions. Are intersecting, each reflecting surface forming the plurality of reflecting regions is inclined with respect to a reference axis, and there is no or one asymmetric surface which can define a pair of surfaces symmetric with respect thereto. An optical element characterized by comprising:
【請求項5】 前記複数の反射領域は透明体の表面に供
給されており、該透明体のある領域から該透明体の内部
に入射した前記光が該複数の反射領域で順次反射して、
該透明体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域より
出射していることを特徴とする請求項4の光学素子。
5. The plurality of reflection areas are provided on a surface of a transparent body, and the light incident from inside a certain area of the transparent body to the inside of the transparent body is sequentially reflected by the plurality of reflection areas,
The optical element according to claim 4, wherein the light is emitted from another area of the transparent body after propagating inside the transparent body.
【請求項6】 前記共通の反射面を有する前記2つの反
射領域の基準軸の位置は一致していることを特徴とする
請求項4又は5の光学素子。
6. The optical element according to claim 4, wherein the positions of the reference axes of the two reflection regions having the common reflection surface coincide with each other.
【請求項7】 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 であることを特徴とする請求項4,5又は6の光学素
子。
7. The shape of the reflection surface of the reflection area is A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 + ... C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 and C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2 Optical element.
【請求項8】 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 に基づいて設計されていることを特徴とする請求項4,
5又は6の光学素子。
8. The shape of the reflection surface of the reflection area is as follows: A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 + ... C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Further, the design is based on C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2. ,
The optical element of 5 or 6.
【請求項9】 請求項1から8のいずれか1項の光学素
子を1つ又は複数有することを特徴とする光学系。
9. An optical system comprising one or more optical elements according to claim 1. Description:
【請求項10】 請求項1から8のいずれか1項の光学
素子を1つ又は複数有することを特徴とする装置。
10. An apparatus comprising one or more optical elements according to claim 1. Description:
【請求項11】 前記光学素子が撮影、観察又は計測の
為の光学系の構成要素であることを特徴とする請求項1
0の装置。
11. The optical device according to claim 1, wherein the optical element is a component of an optical system for photographing, observing, or measuring.
0 device.
【請求項12】 光を順次反射する複数の反射領域を有
し、該複数の反射領域はそれぞれ曲面より成り、該反射
領域内の少なくとも2個の反射領域同士は共通の反射面
を有し、該共通の反射面を有する該2個の反射領域での
基準軸の位置は互いに一致していることを特徴とする光
学素子。
12. A plurality of reflection areas for sequentially reflecting light, the plurality of reflection areas each having a curved surface, and at least two reflection areas in the reflection area have a common reflection surface. An optical element, wherein the positions of reference axes in the two reflection areas having the common reflection surface coincide with each other.
【請求項13】 前記複数の反射領域は透明体の表面に
供給されており、該透明体のある領域から該透明体の内
部に入射した前記光が該複数の反射領域で順次反射し
て、該透明体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域
より出射していることを特徴とする請求項12の光学素
子。
13. The plurality of reflection areas are supplied to a surface of a transparent body, and the light incident from inside a certain area of the transparent body to the inside of the transparent body is sequentially reflected by the plurality of reflection areas, 13. The optical element according to claim 12, wherein the light is emitted from another region of the transparent body after propagating inside the transparent body.
【請求項14】 光を順次反射する複数の反射領域を有
し、該反射領域の内の少なくとも2個の反射領域同士は
共通の反射面を有し、且つ該共通の反射面を有する該2
個の反射領域での基準軸の位置は互いに一致し、且つ該
複数の反射領域を成す各反射面は、基準軸に対して傾い
ており、且つそれに関して対称な一対の面を定め得る対
称面が2以上無い非球面であることを特徴とする光学素
子。
14. A light emitting device comprising: a plurality of reflection regions for sequentially reflecting light; at least two of the reflection regions have a common reflection surface; and the two reflection regions have the common reflection surface.
The positions of the reference axes in the plurality of reflection regions coincide with each other, and each of the reflection surfaces forming the plurality of reflection regions is inclined with respect to the reference axis and can define a pair of surfaces symmetric with respect to the reference axis. Is an aspherical surface having no more than 2.
【請求項15】 前記複数の反射領域は透明体の表面に
供給されており、該透明体のある領域から該透明体の内
部に入射した前記光が該複数の反射領域で順次反射し
て、該透明体の内部を伝播した後に該透明体の他の領域
より出射していることを特徴とする請求項14の光学素
子。
15. The plurality of reflection areas are provided on a surface of a transparent body, and the light incident from inside a certain area of the transparent body to the inside of the transparent body is sequentially reflected by the plurality of reflection areas, 15. The optical element according to claim 14, wherein the light is emitted from another region of the transparent body after propagating inside the transparent body.
【請求項16】 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 であることを特徴とする請求項14又は15の光学素
子。
16. The shape of the reflection surface of the reflection area is: A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 + ... C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Further, C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2, wherein the optical element according to claim 14 or 15, .
【請求項17】 前記反射領域の反射面の形状は、 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}x2
/(4a2b2cos2t)]1/2] として、 z=A/B+C02y2+C11xy+C20x2+C03y3+C12xy2+C21x2y+C04y4+
C13xy3+C22x2y2+C31x3y+C40x4+ … C03 ≠C21 ≠t ≠0 さらに、 C02 ≠C20 C04≠C40 ≠C22/2 に基づいて設計されていることを特徴とする請求項14
又は15の光学素子。
17. The shape of the reflection surface of the reflection area is A = (a + b) · (y 2 · cos 2 t + x 2 ) B = 2a · b · cos t [1 + {(ba) · y ・ sin t / (2a ・ b)} + [1 + {(ba) ・ y ・
sin t / (a ・ b)}-{y 2 / (a ・ b)}-{4a ・ b ・ cos 2 t + (a + b) 2 sin 2 t} x 2
/ (4a 2 b 2 cos 2 t)] 1/2 ], z = A / B + C02y 2 + C11xy + C20x 2 + C03y 3 + C12xy 2 + C21x 2 y + C04y 4 +
C13xy 3 + C22x 2 y 2 + C31x 3 y + C40x 4 + ... C03 ≠ C21 ≠ t ≠ 0 Further, it is designed based on C02 ≠ C20 C04 ≠ C40 ≠ C22 / 2.
Or 15 optical elements.
【請求項18】 請求項12から17のいずれか1項の
光学素子を1つ又は複数有することを特徴とする光学
系。
18. An optical system comprising one or a plurality of optical elements according to claim 12.
【請求項19】 請求項12から17のいずれか1項の
光学素子を1つ又は複数有することを特徴とする装置。
19. An apparatus comprising one or more optical elements according to claim 12. Description:
【請求項20】 前記光学素子が撮影、観察又は計測の
為の光学系の構成要素であることを特徴とする請求項1
9の装置。
20. The optical device according to claim 1, wherein the optical element is a component of an optical system for photographing, observing, or measuring.
9 devices.
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