JPH1123971A

JPH1123971A - 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JPH1123971A
Application number: JP9175765A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野孝吉; Katsuhiro Takada; 高田勝啓
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像
を与える小型の撮像光学系及びそれを用いた撮像装置。【解決手段】撮像素子面８上に物体像を形成するため
の撮像光学系であり、最も物体側の第１面５から最も像
側の最終面６の間の位置に瞳１が配置され、光学系４
は、物体中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達する
光線を軸上主光線２とするとき、その主光線２に対して
面全体が傾くように偏心配置された少なくとも１つの反
射作用面を有し、その反射作用面は、偏心により発生す
る回転非対称な偏心収差を補正する回転非対称面形状を
備え、物体像の回転非対称な収差を緩和させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像光学系及びそ
れを用いた撮像装置に関し、特に、形成する像が比較的
小さな撮像装置に最適な、少なくとも１つの像形成に必
要な結像パワーを有する反射面が偏心して配置された光
学系及び撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型の反射偏心光学系の従来の周知なも
のとして特開昭５９−８４２０１号のものがある。しか
し、これはシリンドリカル反射面による１次元受光レン
ズの発明であり、２次元の撮像はできない。また、特開
昭６２−１４４１２７号のものは、上記発明の球面収差
を低減するために、同一シリンドリカル面を２回反射に
使うものである。

【０００３】また、特開昭６２−２０５５４７号は、反
射面の形状として非球面反射面を使うことを示している
が、反射面の形状には言及していない。さらに、米国特
許第３，８１０，２２１号、米国特許第３，８３６，９
３１号の２件には、何れもレフレックスカメラのファイ
ンダー光学系に回転対称非球面鏡と対称面を１面しか持
たない面を持ったレンズ系を用いた例が示されている。
ただし、対称面を１面しか持たない面は、観察虚像の傾
きを補正する目的で利用されている。

【０００４】また、特開平１−２５７８３４（米国特許
第５，２７４，４０６号）には、背面投影型テレビにお
いて、像歪みを補正するために対称面を１面しか持たな
い面を反射鏡に使用した例が示されているが、スクリー
ンへの投影には投影レンズ系が使われ、像歪みの補正に
対称面を１面しか持たない面が使われている。また、観
察光学系として、アナモルフィック面とトーリック面を
使用した裏面鏡タイプの偏心光学系の例が示されてい
る。しかし、像歪みを含め収差の補正が不十分である。
なお、上記何れの先行技術も対称面を１面しか持たない
面を使い折り返し光路用に裏面鏡として使用したもので
はない。

【０００５】また、特開平８−２９２３６８号、特開平
８−２９２３７１号、特開平８−２９２３７２号には、
何れも対称面を１面しか持たない面を反射面として用い
た撮像光学系（単焦点光学系、ズーム光学系）が示され
ている。しかし、回転非対称面を含む光学構成要素に入
射し射出するまで、若しくは、最も物体側の回転非対称
面から最も像側の回転非対称面に到る光路長が長く（途
中に１回結像する例有り。）、光学系が大型化するた
め、製造の困難な回転非対称面を用いるメリットがな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転対称な光学
系では、屈折力を有する透過回転対称レンズに屈折力を
負担させていたため、収差補正のために多くの構成要素
を必要としていた。しかし、これら従来技術の偏心光学
系では、結像された像の収差が良好に補正され、なおか
つ、特に回転非対称なディストーションが良好に補正さ
れていないと、結像された図形等が歪んで写ってしま
い、正しい形状を記録することができなかった。

【０００７】また、光学系を構成する屈折レンズが光軸
を軸とした回転対称面で構成された回転対称光学系で
は、光路が直線になるために光学系全体が光軸方向に長
くなってしまい、撮像装置が大型になってしまう問題が
あった。

【０００８】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い画角におい
ても明瞭で、歪みの少ない像を与える小型の撮像光学系
及びそれを用いた撮像装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の撮像光学系は、撮像素子面上に物体像を形成するた
めの撮像光学系において、前記光学系を構成する最も物
体側の第１面から最も像側の最終面の間であってその第
１面と最終面の位置を含む何れかの位置に瞳が配置さ
れ、前記光学系は、物体中心を射出して瞳中心を通り像
中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記主光
線に対して面全体が傾くように偏心配置された少なくと
も１つの反射作用面を有し、前記反射作用面は、偏心に
より発生する回転非対称な偏心収差を補正する回転非対
称面形状を備え、前記物体像の回転非対称な収差を緩和
させることを特徴とするものである。

【００１０】この場合、その反射作用面を全反射面又は
半透過反射面にて形成し、透過作用と反射作用とを併せ
持つようにすることができる。また、コーティングされ
たミラー面にて形成することもできる。

【００１１】また、この光学系が少なくとも反射作用面
と対向配置された第２の反射作用面を有し、かつ、軸上
主光線が光学系の第１面に到るまでの方向をＺ軸方向、
面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構
成する軸をＸ軸とするとき、光学系の入射面側から軸上
主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、
光学系から射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内で
なす角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉ、そのＮＡ’ｙｉを平行光
束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／ｄを光学系のＹ方向の
パワーＰｙとし、軸上主光線が、光学系の最も物体側に
配置された回転非対称面を有する光学系構成要素に入射
してから、光学系の最も像側に配置された回転非対称面
を有する光学系構成要素を射出するまでの光路長をｐと
するとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことが望ましい。

【００１２】まず、以下の説明において用いる座標系に
ついて説明する。図１に示すように、物点中心を通り、
絞り１中心を通過し、像面８中心に到達する光線を軸上
主光線２とし、光学系４の第１面５に交差するまでの直
線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交
しかつ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸
と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と
する。

【００１３】一般に、球面レンズのみで構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球
面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自
体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系に
おいては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転
対称光学系で補正することは不可能である。

【００１４】以下に、本発明の構成と作用について説明
する。回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な
収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正する
ことは不可能である。この偏心により発生する回転非対
称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも発生す
る非点収差、コマ収差がある。図５は偏心して配置され
た凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図６は偏心して配
置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、図７は偏心
して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を
示す図である。本発明は、上記のような偏心により発生
する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面
を光学系中に配置して、その回転非対称な収差を補正し
ている。

【００１５】偏心して配置された凹面鏡により発生する
回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例
えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線
は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡
に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、光線が当
たった部分の曲率の半分になる。すると、図５に示すよ
うに、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。この
ような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対
称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を
補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、こ
の例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を強
く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向（（図の下方向）
に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより補
正することができる。また、上記構成と同様な効果を持
つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置す
ることにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得る
ことが可能となる。

【００１６】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では軸上光線に対しても、図６に示すような非点収差が
発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明
と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の
曲率を適切に変えることによって可能となる。

【００１７】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図７に示すようなコマ収差
が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非
対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変え
ると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変える
ことによって可能となる。

【００１８】さらに、本発明の撮像光学系を折り曲げ光
路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせ
ることが可能となり、透過型レンズを省略することが可
能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより光学系
を小型に構成することが可能となる。

【００１９】また、その反射面は、臨界角を越えて光線
が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反
射面で構成することにより、高い反射率にすることが可
能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすこ
とが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニ
ウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又
は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面
で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有す
る場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。ま
た、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない
反射膜を形成する場合に有利となる。

【００２０】さらに好ましくは、反射面に回転非対称面
を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全
く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲
させることができるために、他の収差発生も少ない。つ
まり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に
比べて収差の発生が少なくてすむ。

【００２１】また、本発明の撮像光学系のように、形成
される像が小さくなると、いわゆる係数倍の原理によっ
て、撮像光学系も小型にすることが図面上は可能だが、
実際の製造を考慮すると、撮像光学系をむやみに小型化
することは、レンズの縁の厚みや、中心の厚みが薄くな
ったり、レンズ径が小型になりすぎ、かえって製造コス
トの増大を招き好ましくない。一方、製造可能な大きさ
を保って光学系を構成すると、従来の屈折レンズによる
光学系では、光軸が直線であるために、パワーを持った
屈折面同士の間隔に空間的な無駄が生じる。そこで、反
射面を利用して光軸を空間的に折り返す構成にすれば、
比較的小さな空間を有効に利用して、結像に必要な光路
を確保することが可能となる。このとき、撮像光学系の
光路長を不要に長くすると、偏心させ光軸を折り返す構
成により、空間を有効に使う目的に反して大型化するば
かりではなく、形成する像に比較して、光路長が長くな
りすぎると、フィルムや撮像素子等、光学像を取り込む
部材を配置するために必要なバックフォーカスを確保す
ることが困難になる等の問題が生じる。

【００２２】本発明においては、折り曲げ光路を採用す
ると同時に、以下の条件を満足することにより、小型の
光学系を構成することに成功したものである。

【００２３】すなわち、本発明の撮像光学系において、
少なくとも反射作用面と対向配置された第２の反射作用
面を有し、かつ、軸上主光線が光学系の第１面に到るま
での方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、
Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、光学
系の入射面側から軸上主光線とＹ方向に微少量ｄ離れた
平行光束を入射させ、光学系から射出する側でその２つ
の光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉ、そ
のＮＡ’ｙｉを平行光束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／
ｄを光学系のＹ方向のパワーＰｙとし、軸上主光線が、
光学系の最も物体側に配置された回転非対称面を有する
光学系構成要素に入射してから、光学系の最も像側に配
置された回転非対称面を有する光学系構成要素を射出す
るまでの光路長をｐとするとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことが望ましい。

【００２４】まず、本発明において光学系のパワーにつ
いて定義する。図８に示すように、光学系４の偏心方向
をＹ軸方向に取った場合に、光学系４に軸上主光線２と
平行なＹ−Ｚ面内の微少高さｄの光線を物体側から入射
させ、光学系４から射出する側でその２つの光線のＹ−
Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉとし、ＮＡ’ｙｉ
／ｄをＹ方向の光学系４全体のパワーＰｙとし、同様
に、光学系４に軸上主光線２と平行なＸ−Ｚ面内の微少
高さｄの光線を物体側から入射させ、光学系４から射出
する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面に直交し射出した軸
上主光線を含む面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｘｉと
し、ＮＡ’ｘｉ／ｄをＸ方向の光学系４全体のパワーＰ
ｘとする。

【００２５】そして、軸上主光線が、光学系の最も物体
側に配置された回転非対称面を有する光学系構成要素に
入射してから、光学系の最も像側に配置された回転非対
称面を有する光学系構成要素を射出するまでの光路長を
ｐ（図８においては、両者は同じ一つの偏心プリズム光
学系４であるので、その中での軸上主光線２の光路長）
とすると、上記（１）式を満たすように構成することが
光学系を小型に構成する上で望ましい。

【００２６】さらに好ましくは、０．５＜ｐ×Ｐｙ＜５．０・・・（１）’ を満足するようにすると、小型なレンズ系を達成するこ
とができる。

【００２７】さらに好ましくは、０．５＜ｐ×Ｐｙ＜０．７・・・（１）” を満足するようにすると、より小型なレンズ系を達成す
ることができる。

【００２８】また、本発明の撮像光学系の回転非対称面
を有する光学系構成要素を第１・第２の反射作用面と第
１・第２の透過作用面で構成すると、光軸を２つの反射
作用面で折り曲げることができ、光学系を小型にでき
る。さらに、透過作用面が２つあることから、主点位
置、像面湾曲に対してはより良い結果を得ることができ
る。さらに、２つの反射面を裏面鏡にすることによりよ
り良い収差性能が得られる。

【００２９】また、絞りを最も物体側の第１面から最も
像側の最終面の間（第１面と最終面の位置を含む）の何
れかの位置に配置することにより、光学系を小型に構成
することが可能であると同時に、絞り部材の保護にも役
立つ。

【００３０】また、本発明の撮像光学系においては、偏
心した回転非対称面により偏心収差の補正が可能である
が、その物体側に光学部材を配置し、偏心した回転非対
称反射面と共に総合的な収差補正をするようにするとよ
い。そのとき、非対称収差を良好に補正するために、そ
の光学部材を偏心させると、均一な補正が可能になり好
ましい。

【００３１】本発明の撮像光学系においては、偏心した
回転非対称反射面を有する光学系構成要素の面数を減ら
したり、プリズムブロックでその反射面を有する光学系
構成要素を構成すると、絞りを物体側に出さないと光学
系が大型化する。そのとき、パワーが全て絞りに対し像
側に偏る。歪曲収差の補正のためには、負正両方のパワ
ーが必要になるが、負のパワーを強めすぎると、光学系
の大型化と、光路長の増大を招き、好ましくない。そこ
で、絞りの物体側に正レンズを配置し、歪曲収差を補正
させるとよい。また、偏心した回転非対称反射面を有す
る光学系構成要素をプリズムブロックで構成した場合等
は、透過面で発生する多少の色収差を補正することが困
難となるが、色収差の補正作用にも効果的である。特
に、非対称収差を補正するために、その正レンズを偏心
させるとさらによい。

【００３２】また、特に画角の広い広角レンズを構成す
るとき、焦点距離が短くなるので、バックフォーカスの
確保が困難になる。そのときは、物体側から順に負正の
パワーを配置するいわゆるレトロフォーカスタイプを採
用するのがよい。しかも、負のパワーを強め、負群と正
群の間隔をできるだけ開けるのがよい。ところが、負の
パワーを偏心した回転非対称面に持たせると、偏心収差
が余りに大きくなり、補正するのが困難になり、特にコ
マの非対称性を補正するのが困難である。

【００３３】そこで、物体側に凹レンズを配置し、負の
パワーは通常の屈折レンズに持たせ、負群と正群の間隔
を開けて配置し、かつ、光軸を折り返してコンパクトに
まとめるとよい。

【００３４】また、偏心した回転非対称反射面を有する
光学系構成要素を単一ブロックで構成し、絞りを設ける
場合には、ブロックの物体側の面上に絞りを設けること
が、ブロックの大型化を招かず好ましい。このとき、絞
りの保護手段を兼ねた光学パワーが略ゼロの光学部材を
物体側に配置するのがよい。また、その他の効果とし
て、電子撮像素子を用いる場合には、面内の領域を分割
し、領域毎に面に微少量の傾きを付け、光の進行方向を
微少量変える機能を持たせる等の方法により、光学的ロ
ーパスフィルター機能を持たせると、バックフォーカス
の短縮化に効果的である。

【００３５】ところで、偏心した回転非対称反射面を有
する光学系構成要素の第１反射作用面と第２透過作用面
を同一面とすると、形成する面が３面となり、製作性が
向上する。

【００３６】また、第１反射作用面の反射に全反射を利
用するように構成すると、前述のように高い反射率が得
られ、光の損失を最低限に抑えられると共に、反射面と
透過面を同一にする際に製造が容易となる。

【００３７】また、前記のように、偏心した回転非対称
反射面を有する光学系構成要素を単一ブロックで構成し
て構成部材を減らすことにより、光学系の小型化、コス
トダウンが期待できる。

【００３８】また、回転非対称反射面を波長選択手段の
機能を有する光学材料の裏面鏡として構成し、その波長
選択手段はいわゆる赤外線カット機能を持ち、光学材料
中に含有されるＣｕＯのモル％ａが、以下の条件を満足
することが望ましい。

【００３９】ａ＜１・・・（４）いわゆる赤外線カットフィルター等は銅等の不純物を混
ぜることにより製造できるが、不純物が増えると波長選
択性の制御が困難になる等、不純物は少ない方が製造が
容易になる。また、銅等を多く含むガラスの耐性を向上
させるために、フッ素燐酸系のネットワークを用いるこ
とが一般的であるが、含有量を減らすことができれば、
耐性の高いネットワーク構造を採用することができ、有
効である。しかし、不純物を少なくすると、波長選択性
を確保するためには、フィルターの厚みを増やすしかな
く、スペース確保のため、レンズ系が大型化する問題が
あった。

【００４０】本発明のような光軸を折り返す光学系で
は、実際の厚みより長い光路長がとれるので、少ない不
純物の含有量で効果的な波長選択特性を達成できる。銅
の含有量は、設計された光学系の光路長に応じて調整す
るとよいが、特にＣｕＯのモル％をａとすると、ａ＜１・・・（４）を満足することが望ましい。

【００４１】さらには、１×１０^-5＜ａ＜１・・・（４）’ であることがより好ましい。

【００４２】また、１×１０^-5＜ａ＜０．５・・・（４）” であればなおよい。

【００４３】また、本発明の撮像光学系においては、偏
心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくと
も１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使
用することが望ましい。ここで、本発明で使用する自由
曲面とは、以下の式で定義されるものである。

【００４４】Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ｙ＋Ｃ₄ｘ＋Ｃ₅ｙ²＋Ｃ₆ｙｘ＋Ｃ₇ｘ² ＋Ｃ₈ｙ³＋Ｃ₉ｙ²ｘ＋Ｃ₁₀ｙｘ²＋Ｃ₁₁ｘ³ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴＋Ｃ₁₃ｙ³ｘ＋Ｃ₁₄ｙ²ｘ²＋Ｃ₁₅ｙｘ³＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵＋Ｃ₁₈ｙ⁴ｘ＋Ｃ₁₉ｙ³ｘ²＋Ｃ₂₀ｙ²ｘ³＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶＋Ｃ₂₄ｙ⁵ｘ＋Ｃ₂₅ｙ⁴ｘ²＋Ｃ₂₆ｙ³ｘ³＋Ｃ₂₇ｙ²ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙｘ⁵＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷＋Ｃ₃₁ｙ⁶ｘ＋Ｃ₃₂ｙ⁵ｘ²＋Ｃ₃₃ｙ⁴ｘ³＋Ｃ₃₄ｙ³ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ²ｘ⁵＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶＋Ｃ₃₇ｘ⁷ ・・・・・・・・（ａ）ただし、Ｃ_m（ｍは２以上の整数）は係数である。

【００４５】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではｘ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₄，Ｃ₆，Ｃ₉，
Ｃ₁₁，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₈，Ｃ₂₀，Ｃ₂₂，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ
₂₈，Ｃ₃₁，Ｃ₃₃，Ｃ₃₅，Ｃ₃₇，・・・の各項の係数を０
にすることによって可能である。

【００４６】また、ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、
Ｃ₃，Ｃ₆，Ｃ₈，Ｃ₁₀，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₇，Ｃ₁₉，Ｃ
₂₁，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ₂₈，Ｃ₃₀，Ｃ₃₂，Ｃ₃₄，Ｃ₃₆，・・
・の各項の係数を０にすることによって可能であり、ま
た、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上
することが可能となる。

【００４７】上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と
平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、
偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正す
ることが可能となる。

【００４８】上記定義式は、１つの例として示したもの
であり、本発明の特徴は対称面を１面のみ有する回転非
対称面で偏心により発生する回転非対称な収差を補正す
ることが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同
じ効果が得られることは言うまでもない。

【００４９】また、本発明の撮像光学系が、第１の透過
作用面と、第１の反射作用面と、第２の反射作用面と、
第２の透過作用面とを有し、第１の反射作用面と前記第
２の反射作用面とが回転非対称面形状を有し、その少な
くとも１面が対称面を１つのみ有する面対称自由曲面か
らなっており、かつ、第１の反射作用面は第２の透過作
用面と共通の面からなる場合、この面に強いパワーを持
たせると、色収差の発生が大となる。また、第１の反射
作用面と第２の透過作用面として利用する領域がほぼ分
離できればよいが、そうすると本発明の光学系を構成す
るプリズムブロックの大型化を招くため、第１の反射作
用面と第２の透過作用面との重なりあう領域が増える。
そこで、第１の反射作用面での作用と第２の透過作用面
での作用を両立させるためには、強いパワーを持たせな
い方が、制御が容易である。すなわち、面対称自由曲面
の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に直交する方向
をＸ軸とし、軸上主光線の第１の反射作用面、第２の反
射作用面との交点近傍のＸ方向のパワーをそれぞれＰｘ
１、Ｐｘ２とするとき、｜Ｐｘ１｜＜｜Ｐｘ２｜・・・（５）であることが望ましい。

【００５０】さらには、１＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜２０・・・（６）を満足することが望ましい。この条件の上限値２０を越
えると、極度に第２の反射作用面のパワーが強くなり、
バックフォーカスが確保できなくなると共に、収差補正
のために面形状の複雑さが増し、好ましくない。さらに
は、１．１＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜１０・・・（６）’ を満足するとなおよい。

【００５１】さらには、２．０＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜５・・・（６）” を満足するとさらによい。

【００５２】また、軸上主光線の第２の透過作用面との
交点近傍のＸ方向のパワーをＰｘ３とするとき、｜Ｐｘ３／Ｐｘ２｜＜０．５・・・（７）であることが望ましい。ただし、第２の透過作用面の対
称面が複数若しくは無数にある場合は、第２の反射作用
面の唯一の対称面とのなす角が最も小さくなる面を第２
の透過作用面の対称面とする。すなわち、第２の透過作
用面に強いパワーを持たせると、歪曲収差と色収差の発
生が大となり、好ましくない。そこで、条件（７）を満
足することが望ましい。

【００５３】さらには、｜Ｐｘ３／Ｐｘ２｜＜０．２・・・（７）’ を満足するとなおよい。

【００５４】また、以上において、面対称自由曲面の唯
一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に直交する方向をＸ
軸とし、その面のＸ方向の最大画角主光線が当たる位置
での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光
線が前記面に当たる位置でのその面の法線のＹ−Ｚ面内
でのｔａｎの値との差をＤＹとするとき、０≦｜ＤＹ｜＜０．１・・・（８）なる条件を満足することが望ましい。

【００５５】この条件式は、例えば水平線を写したとき
に弓なりに湾曲してしまう弓なりな回転非対称な像歪み
に関するものである。図９（ａ）の斜視図、同図（ｂ）
のＹ−Ｚ面への投影図に示すように、Ｘ方向の最大画角
の主光線が回転非対称面Ａと交差する点におけるその回
転非対称面の法線ｎ’のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、
軸上主光線がその回転非対称面Ａと交差する点における
回転非対称面の法線ｎのＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との
差をＤＹとするとき、（８）の条件を満足することが重
要である。上記条件式の下限の０を越えると、弓なりな
像歪みを補正することができなくなる。また、上限の
０．１を越えると、弓なりな像歪みが補正過剰となり、
どちらの場合も像が弓なりに歪んでしまう。

【００５６】さらに好ましくは、０≦｜ＤＹ｜＜０．０１・・・（８）’ なる条件を満足することが好ましい。

【００５７】また、軸上主光線が光学系の第１面に到る
までの方向をＺ軸方向、面対称自由曲面の唯一の対称面
をＹ−Ｚ面とし、その面に直交する方向をＸ軸とし、Ｙ
正方向の最大画角の主光線とＹ負方向の最大画角の主光
線とがその面と当たる部分のＸ方向の曲率の差をＣｘ
ｎ、軸上主光線がその面と当たる部分のＸ方向のパワー
をＰｘｎとするとき、０≦｜Ｃｘｎ／Ｐｘｎ｜＜１０・・・（９）の条件を満足することが重要である。この条件式は、台
形に発生する像歪みに関するものである。上記条件式の
上限１０を越えると、台形歪みが大きく発生し、他の面
で補正することがが難しくなる。

【００５８】さらに好ましくは、０≦｜Ｃｘｎ／Ｐｘｎ｜＜１・・・（９）’ なる条件式を満足することが好ましい。

【００５９】また、回転非対称面は偏心して構成された
光学系に配置され、偏心して配置された各面の偏心面と
略同一の面が対称面となるような面対称自由曲面とする
ことで、対称面を挟んで左右両側を対称にすることがで
き、収差補正と製作性を大幅に向上させることができ
る。

【００６０】次に、Ｘ方向の光学系全体のパワーをＰｘ
とし、回転非対称な面の軸上主光線が当たる部分のＸ方
向のパワーをＰｘｎとするとき、０＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１００・・・（１０）なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の上限１００を越えると、回転非対称面のパワ
ーが光学系全体のパワーに比べて強くなりすぎ、強い屈
折力を回転非対称面が持ちすぎてしまい、この回転非対
称な面で発生する収差を他の面で補正できなくなる。ま
た、下限の０を越えると、回転非対称面のＸ軸方向のパ
ワーがなくなり、別の面としてＸ軸方向のパワーを配置
しなければならなくなり、必要な面数が増え、本発明で
回転非対称面を用いることによって光学系の小型化を図
ろうとする目的に反する。

【００６１】さらに好ましくは、０．０５＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１０・・・（１０）’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。

【００６２】また、Ｙ方向の光学系全体のパワーをＰｙ
とし、回転非対称な面の軸上主光線が当たる部分のＹ方
向のパワーＰｙｎとするとき、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１００・・・（１１）なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の下限０と上限１００のの意味は条件式（１
０）の場合と同様である。

【００６３】さらに好ましくは、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１０・・・（１１）’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。

【００６４】次に、上記光学系全体のＸ方向、Ｙ方向の
パワーをＰｘ、Ｐｙとするとき、０．３＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜２・・・（１２）なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の下限０．３と上限２を越えると、光学系全体
の焦点距離がＸ方向とＹ方向で異なりすぎ、良好な像歪
みを得ることが難しくなり、像が歪んでしまう。

【００６５】さらに好ましくは、０．８＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜１．２・・・（１２）’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。

【００６６】また、本発明の撮像光学系において、光学
系の横収差が２００μｍ以下であることが望ましい。本
発明に光学系の横収差が２００μｍ以下であると、収差
を十分に無視することができ、良好な結像性能を得られ
るまた、本発明の撮像光学系の像歪みは２０％以下であ
ることが望ましい。本発明に光学系の像歪みが２０％以
下だと、収差を十分に無視することができ、良好な結像
性能を得られるなお、さらに好ましくは、第１の透過作
用面が透過光に対して正のパワーを持つレンズである場
合には、第１の反射作用面の光線の広がりを抑えること
が可能となり、第１の反射面を小型にすることが可能で
ある。

【００６７】また、光線を第１の透過作用面、第１の反
射作用面、第２の透過作用面の順番に進むように構成す
ることによって、第１の反射作用面を裏面鏡として構成
することが可能となる。第１の反射作用面を裏面鏡で構
成すると、表面鏡で構成するよりもさらに像面湾曲収差
に対して良い結果を得られる。

【００６８】さらに、第１の透過作用面と第２の透過作
用面のどちらか又は両方に第１の反射作用面と同じ符号
のパワーを持たせることにより、像面湾曲はほぼ完全に
補正することが可能となる。

【００６９】一方、第１の透過作用面と第２の透過作用
面のパワーを略０にすることにより、色収差に対して良
い結果を得られる。これは、第１の反射作用面では、原
理上色収差の発生がないため、色収差を他の面と補正し
合う必要がない。そこで、第１の透過作用面と第２の透
過作用面でも色収差が発生しないようにパワーをほぼ０
にすることで、全体の光学系で色収差の少ない光学系を
構成することが可能となる。

【００７０】さらに好ましくは、本発明の光学系を、物
体側から像側に向かって、少なくとも第１の透過作用面
と、第１の反射作用面と、第２の反射作用面と、第２の
透過作用面とで構成し、第１の反射作用面と第２の反射
作用面を回転非対称面形状にて構成する場合、２つの反
射作用面のパワーを変えることが可能となり、正負又は
負正の組み合わせにして、主点位置を光学系の前に出し
たり後ろに出したりすることができる。これは像面湾曲
にも良い結果を与えることができる。

【００７１】さらに、２つの反射作用面を裏面鏡にする
ことで、像面湾曲をほとんどなくすことも可能である。
特に、焦点距離に比較して大きなバックフォーカスが必
要な電子撮像光学系の場合には、物体側に負のパワーを
配置するか、第１反射作用面を負のパワーとするのがよ
い。しかし、後者でパワーを強くすると、歪曲収差の悪
化を招く。さらに、そのとき、第１反射作用面と第２透
過作用面が同一である場合には、透過作用面も負のパワ
ーが強くなり、色収差の悪化を招く。したがって、第１
反射作用面は、反射作用面として利用する領域は負、第
２透過作用面として利用する領域に近づく程パワーが弱
くなり、第２透過作用面としては弱いパワーになるよう
な形状が好ましい。なお、前者のように、物体側に負の
パワーを配置する場合には、第１反射作用面は弱い正若
しくは負のパワーで構成すればよい。

【００７２】また、本発明の撮像光学系を電子撮像素子
上に結像させる電子撮像装置の撮影レンズとして用いる
場合には、撮像装置の処理部において、光学系の歪曲収
差や倍率色収差の情報をメモリ等に予め保持しておき、
その情報をもとにデジタル画像処理技術を用いて補正す
る機能を備え、光学系で発生する歪曲収差や倍率色収差
を補正せしめると、光学系で補正すべき収差の許容量が
大きくなり、光学系に対する負担が軽減され、特に本発
明のような、少ないレンズ構成要素の数で光学性能を満
足する小型の撮影レンズを構成する際には、効果的であ
る。さらには、カメラの処理部として情報を保持しなく
ても、画像処理ソフトのデータとして、パソコン等の処
理装置にインストールし、装置上で画像処理を施すよう
に構成しても、同様の機能を持つことができることは言
うまでもない。

【００７３】なお、本発明は、以上のような撮像光学系
によって形成される物体像を受光するために配置された
撮像素子を有する撮像装置を含むものである。この場
合、その撮像素子は、撮像素子が受光した光を電気情報
に変換する作用を有する電子撮像素子にて形成すること
が望ましく、その電子撮像素子により受光した物体像を
観察するための観察手段を備えていることが望ましい。

【００７４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の撮像光学系の実
施例について説明する。この実施例の構成パラメータは
後記するが、その構成パラメータにおいては、図１に示
すように、第１面５の面頂位置を原点として、軸上主光
線２を物体中心（図では省略）を出て、絞り１の中心を
通る光線で定義し、物体中心から光学系の第１面５まで
軸上主光線２に沿って進む方向をＺ軸、このＺ軸と像面
８中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、Ｙ軸をＹ−Ｚ平面
内のＺ軸に直交する方向に取り、物点から光学系第１面
５に向かう方向をＺ軸の正方向とし、Ｙ軸の正方向を図
の上方向（第１反射面６で反射する方向）とする。そし
て、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸と
する。

【００７５】この実施例ではこのＹ−Ｚ平面内で各面の
偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一
の対称面をＹ−Ｚ面として構成している。そして、偏心
面については、その面の面頂位置の光学系の原点の中心
からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量（それぞ
れｘ、ｙ、ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面について
は、前記の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞ
れを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ（°））と
が与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれ
ぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ
軸の正方向に対しての時計回りを意味する。

【００７６】また、光学系を構成する光学面の中、特定
の面とそれに続く面が同軸系を構成する場合には面間隔
が与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数が
慣用法に従って与えられている。

【００７７】また、自由曲面の面の形状は前記の式
（ａ）により定義し、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸
となる。なお、データの記載されていない非球面に関す
る項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８
７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単
位はｍｍである。

【００７８】なお、自由曲面の他の定義式としてＺｅｒ
ｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｂ）
により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多
項式の軸となる。Ｘ＝Ｒ×cos(A) Ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃Ｒcos(A)＋Ｄ₄Ｒsin(A) ＋Ｄ₅Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆（Ｒ²−１）＋Ｄ₇Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈Ｒ³cos(3A) ＋Ｄ₉（３Ｒ³−２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³−２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴−３Ｒ²）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴−６Ｒ²＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴−３Ｒ²）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵−４Ｒ³）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵−４Ｒ³）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）cos(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）cos(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶−３０Ｒ⁴＋１２Ｒ²−１）＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）sin(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・・・・（ｂ）以下に、実施例について説明する。この実施例の軸上主
光線２を含むＹ−Ｚ断面図を図１に示す。図中、１は絞
り、２は軸上主光線、４は本発明による偏心プリズム光
学系、５は偏心プリズム光学系の第１面、６は第２面、
７は第３面であり、８は像面、９は赤外線カットフィル
ター、光学ローパスフィルター、カバーガラス等のフィ
ルター類である。なお、偏心プリズム光学系４の第１面
５は本発明の光学系の第１の透過（作用）面、第２面６
は第１の反射（作用）面と第２の透過（作用）面、第３
面７は第２の反射（作用）面を構成している。

【００７９】そして、図示しない物体から出た光線は、
偏心プリズム光学系４の第１面５を透過して内部に入
り、第２面６で反射され、次いで第３面７で反射され、
今度は第２面６透過して偏心プリズム光学系４の外へ出
て、フィルター類９を介して像面８に物体像を結像す
る。なお、絞り１は第３面７の位置に設けられている。

【００８０】なお、像の大きさは約４×３ｍｍの１／４
インチサイズを想定して最適化したものであるが、もち
ろんその他のサイズ等の場合も、全体を係数倍すること
により適用できることは言うまでもない。この実施例の
仕様は、水平半画角２１．３２°、垂直半画角１６．３
１°、入射瞳径１．７８５ｍｍ、像の大きさ３．９０×
２．９３ｍｍである。この実施例は、撮像光学系を偏心
プリズム光学系４だけで構成した実施例である。

【００８１】本実施例は、１つの対称面を有する回転非
対称自由曲面を３面使用して構成した例であり、物体側
から、第１透過面５、第１反射面６、第２反射面７（絞
り１）、第２透過面６からなり、第１反射面と第２透過
面は同一の面６でなり、第１反射面は全反射を利用して
いるため、全体が３面と少ない面で構成されている。

【００８２】なお、後記の構成パラメータ中の偏心量
は、第１面からの偏心量として表しており、また、第６
面は仮想面である。第６面以降は赤外線カットフィルタ
ーや光学ローパスフィルター、カバーガラス等の各種光
学部材（フィルター類９）を表している。

【００８３】本実施例の各画角に対する横収差状況を図
２に、歪曲収差の状況を図３に示す。横収差を表す図２
において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画
角，垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横
収差図を示す（以下、同じ。）。図１の断面図や図２、
図３の収差図からも明らかなように、本実施例は、水平
画角が４２．６°と広いにもかかわらず、小さな１ブロ
ックからなる簡単な構成で、しかも良好な光学性能を達
成し得ている。

【００８４】以下、上記実施例の構成パラメータを示
す。面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9 2 自由曲面[2] 偏心(2) 1.8061 40.9 3 ∞（絞り）偏心(3) 1.8061 40.9 4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.8061 40.9 5 自由曲面[2] 偏心(2) 6 ∞ 0.00 偏心(4) 7 ∞ 1.00 1.5163 64.1 8 ∞ 0.40 1.5163 64.1 像面 ∞ 自由曲面[1] Ｃ₅ 4.1666×10^-2 Ｃ₇ 1.7130×10^-2 Ｃ₈ -7.8013×10^-3 Ｃ₁₀ -2.5957×10^-3 Ｃ₁₂ -9.0153×10^-4 Ｃ₁₄ -2.9032×10^-3 Ｃ₁₆ -2.1507×10^-3 Ｃ₁₉ 3.7243×10^-4 Ｃ₂₁ 1.8921×10^-4 Ｃ₂₅ -7.4923×10^-5 Ｃ₂₇ -1.0832×10^-4 自由曲面[2] Ｃ₅ 2.0410×10^-2 Ｃ₇ 1.2173×10^-2 Ｃ₈ -1.1783×10^-3 Ｃ₁₀ 5.8900×10^-4 Ｃ₁₂ -1.4882×10^-4 Ｃ₁₄ -3.6434×10^-4 Ｃ₁₆ -9.7276×10^-4 Ｃ₁₉ 3.5787×10^-4 Ｃ₂₁ 1.7767×10^-4 Ｃ₂₅ 2.5538×10^-4 Ｃ₂₇ 1.2916×10^-4 自由曲面[3] Ｃ₅ -3.9880×10^-2 Ｃ₇ -3.4769×10^-2 Ｃ₈ 2.5963×10^-4 Ｃ₁₀ 1.8126×10^-3 Ｃ₁₂ 1.0148×10^-4 Ｃ₁₄ -2.4042×10^-4 Ｃ₁₆ 2.7688×10^-4 Ｃ₁₇ -1.2753×10^-4 Ｃ₁₉ 1.3090×10^-4 Ｃ₂₁ -1.7726×10^-5 Ｃ₂₅ -9.7686×10^-4 Ｃ₂₇ -6.6247×10^-4 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 0.000 α 12.42 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.336 ｚ 3.430 α -35.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 3.020 ｚ 2.751 α 119.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ -0.999 ｚ 6.048 α -46.56 β 0.00 γ 0.00 。

【００８５】なお、上記実施例の各条件式（１）、
（５）〜（１２）に対する値は以下の表の通りである。
ただし、ＤＹ１、ＤＹ２は第１反射面６、第２反射面７
のＤＹ、Ｐｘ１、Ｐｘ２は第１反射面６、第２反射面７
のＰｘｎ、Ｐｙ１、Ｐｙ２は第１反射面６、第２反射面
７のＰｙｎ、Ｃｘ１、Ｃｘ２は第１反射面６、第２反射
面７のＣｘｎである。また、ＤＴｘ、ＤＴｙはそれぞれ
Ｘ方向、Ｙ方向の歪曲収差の最大値（％）である。

【００８６】

【００８７】なお、本発明は撮像光学系のみならず、そ
の光学系を組み込んだ撮像装置も含むものである。

【００８８】さて、以上のような本発明の撮像光学系
は、例えばＣＣＤを撮像素子とする小型ＴＶカメラのよ
うな撮像装置に用いられる。図４に本発明の撮像光学系
１０を、電子撮像素子としてＣＣＤ１１を用いた撮像装
置に組み込んだ構成の概念図を示す。この撮像装置にお
いて、物体像は撮像光学系１０により赤外線カットフィ
ルター、光学ローパスフィルター等のフィルター類９を
介して像面に配置されたＣＣＤ１１上に結像され、その
物体像はＣＣＤ１１によって映像信号に変換され、その
映像信号は処理手段１２により電子ファインダーとして
作用するＣＲＴ１３上に直接表示されると共に、撮像装
置に内蔵した記録媒体１４中に記録される。また、撮像
装置はマイク１５を備え、映像信号記録と同時に音声情
報記録も同様に行う。また、前記したように、処理手段
１２において、撮像光学系１０の歪曲収差や倍率色収差
の情報を記録媒体１４あるいは処理手段１２に付属した
メモリ等に予め保持しておき、その情報をもとにデジタ
ル画像処理技術を用いて光学系１０で発生する歪曲収差
や倍率色収差を補正するようにするともできる。

【００８９】このような撮像装置において、本発明に基
づき撮像光学系１０の構成要素数の低減、小型化によ
り、装置としての小型化やコストダウンが達成できる。

【００９０】以上の本発明の撮像光学系及びそれを用い
た撮像装置は例えば次のように構成することができる。〔１〕撮像素子面上に物体像を形成するための撮像光
学系において、前記光学系を構成する最も物体側の第１
面から最も像側の最終面の間であってその第１面と最終
面の位置を含む何れかの位置に瞳が配置され、前記光学
系は、物体中心を射出して瞳中心を通り像中心に到達す
る光線を軸上主光線とするとき、前記主光線に対して面
全体が傾くように偏心配置された少なくとも１つの反射
作用面を有し、前記反射作用面は、偏心により発生する
回転非対称な偏心収差を補正する回転非対称面形状を備
え、前記物体像の回転非対称な収差を緩和させることを
特徴とする撮像光学系。

【００９１】〔２〕上記〔１〕において、前記反射作
用面が全反射面又は半透過反射面にて形成され、透過作
用と反射作用とを併せ持つことを特徴とする撮像光学
系。

【００９２】〔３〕上記〔１〕において、前記反射作
用面がコーティングされたミラー面にて形成されている
ことを特徴とする撮像光学系。

【００９３】〔４〕上記〔１〕において、前記光学系
が少なくとも前記反射作用面と対向配置された第２の反
射作用面を有し、かつ、前記軸上主光線が前記光学系の
第１面に到るまでの方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ
軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸と
するとき、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線と
Ｙ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、前記光学
系から射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす
角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光
束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方
向のパワーＰｙとし、前記軸上主光線が、前記光学系の
最も物体側に配置された前記回転非対称面を有する光学
系構成要素に入射してから、前記光学系の最も像側に配
置された前記回転非対称面を有する光学系構成要素を射
出するまでの光路長をｐとするとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【００９４】〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか１
項において、前記光学系が、物体側から像側に向かっ
て、少なくとも第１の透過作用面と、第１の反射作用面
と、第２の反射作用面と、第２の透過作用面とを有し、
かつ、前記第１の反射作用面と前記第２の反射作用面と
が偏心により発生する回転非対称な偏心収差を補正する
回転非対称面形状にて構成されていることを特徴とする
撮像光学系。

【００９５】〔６〕上記〔５〕において、前記瞳より
物体側に光学作用面を有する前側光学群を備えているこ
とを特徴とする撮像光学系。

【００９６】〔７〕上記〔５〕において、前記第１の
反射作用面と前記第２の透過作用面が同一面にて兼用さ
れている構成であることを特徴とする撮像光学系。

【００９７】〔８〕上記〔７〕において、前記軸上主
光線が、前記光学系中で、前記第１の反射作用面で全反
射され、その後に前記第１の反射作用面を透過すること
により、前記第２の透過作用面が前記第１の反射作用面
と兼用されている構成であることを特徴とする撮像光学
系。

【００９８】

〔９〕上記〔５〕、〔７〕又は〔８〕に
おいて、前記第１の透過作用面と前記第１の反射作用面
と前記第２の反射作用面と前記第２の透過作用面とが、
屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質にて形成
されたプリズム部材の光学作用面を形成していることを
特徴とする撮像光学系。

【００９９】〔１０〕上記

〔９〕において、前記プリ
ズム部材は一体成形された単体のブロックからなること
を特徴とする撮像光学系。

【０１００】〔１１〕上記〔１〕から〔１０〕の何れ
か１項において、前記光学系により形成される物体像の
赤外線成分をカットする作用を有する赤外線カットフィ
ルターが前記光学系中に配置されていることを特徴とす
る撮像光学系。

【０１０１】〔１２〕上記〔１〕から〔１０〕の何れ
か１項において、前記回転非対称面形状の反射作用面の
少なくとも１面は、特定の波長を透過又は遮断する作用
を有する波長選択光学部材の裏面鏡にて構成されている
ことを特徴とする撮像光学系。

【０１０２】〔１３〕上記〔１２〕において、前記波
長選択光学部材が赤外線カット作用を備えていることを
特徴とする撮像光学系。

【０１０３】〔１４〕上記

〔９〕又は〔１０〕におい
て、前記プリズム部材の媒質が赤外線カット作用を備え
ていることを特徴とする撮像光学系。

【０１０４】〔１５〕上記〔１４〕において、前記プ
リズム部材の媒質が以下の条件（４）を満足することを
特徴とする撮像光学系。ａ＜１・・・（４）ただし、は前記プリズム部材中に含有されるＣｕＯのモ
ル％である。

【０１０５】〔１６〕上記〔１５〕において、以下の
条件（４）’を満足することを特徴とする撮像光学系。

【０１０６】１×１０^-5＜ａ＜１・・・（４）’ 〔１７〕上記〔１〕から〔１６〕の何れか１項におい
て、前記回転非対称面形状を有する反射作用面の少なく
とも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面か
らなることを特徴とする撮像光学系。

【０１０７】〔１８〕上記〔１７〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に
直交する方向をＸ軸とし、前記軸上主光線の前記第１の
反射作用面、前記第２の反射作用面との交点近傍のＸ方
向のパワーをそれぞれＰｘ１、Ｐｘ２とするとき、｜Ｐｘ１｜＜｜Ｐｘ２｜・・・（５）であることを特徴とする撮像光学系。

【０１０８】〔１９〕上記〔１８〕において、１＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜２０・・・（６）であることを特徴とする撮像光学系。

【０１０９】〔２０〕上記〔１７〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に
直交する方向をＸ軸とし、前記軸上主光線の前記第２の
反射作用面との交点近傍のＸ方向のパワーをＰｘ２と
し、前記第２の透過作用面が少なくとも対称面を１つ有
する面対称曲面からなり、その対称面をＹ−Ｚ面とし、
その面に直交する方向をＸ軸とし、前記軸上主光線の前
記第２の透過作用面との交点近傍のＸ方向のパワーをＰ
ｘ３とするとき、｜Ｐｘ３／Ｐｘ２｜＜０．５・・・（７）であることを特徴とする撮像光学系。ただし、前記第２
の透過作用面の対称面が複数若しくは無数にある場合
は、前記第２の反射作用面の唯一の対称面とのなす角が
最も小さくなる面を前記第２の透過作用面の対称面とす
る。

【０１１０】〔２１〕上記〔１７〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に
直交する方向をＸ軸とし、前記面のＸ方向の最大画角主
光線が当たる位置での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎ
の値と、前記軸上主光線が前記面に当たる位置での前記
面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＹとす
るとき、０≦｜ＤＹ｜＜０．１・・・（８）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１１】〔２２〕上記〔１７〕において、前記軸
上主光線が前記光学系の第１面に到るまでの方向をＺ軸
方向、前記面対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面と
し、その面に直交する方向をＸ軸とし、Ｙ正方向の最大
画角の主光線とＹ負方向の最大画角の主光線とが前記面
と当たる部分のＸ方向の曲率の差をＣｘｎ、軸上主光線
が前記面と当たる部分のＸ方向のパワーをＰｘｎとする
とき、０≦｜Ｃｘｎ／Ｐｘｎ｜＜１０・・・（９）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１２】〔２３〕上記〔１７〕から〔２２〕の何
れか１項において、前記光学系の有する偏心面の少なく
とも１面は、その偏心方向を含む面が前記対称面と略一
致するように偏心配置されていることを特徴とする撮像
光学系。

【０１１３】〔２４〕上記〔２３〕において、前記光
学系の有する全ての偏心面の偏心方向が全て同一面上に
あり、かつ、その偏心方向を含む面が前記対称面と略一
致するように形成されていることを特徴とする撮像光学
系。

【０１１４】〔２５〕上記〔２３〕又は〔２４〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＸ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面に直交し射出した軸上主光
線を含む面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｘｉ、前記Ｎ
Ａ’ｘｉを前記平行光束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｘｉ／
ｄを前記光学系のＸ方向のパワーＰｘとし、前記回転非
対称な面の前記軸上主光線が当たる部分のＸ方向のパワ
ーをＰｘｎとするとき、０＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１００・・・（１０）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１５】〔２６〕上記〔２５〕において、０．０５＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１０・・・（１０）’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１６】〔２７〕上記〔２３〕又は〔２４〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＹ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮ
Ａ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光束の幅ｄで割っ
た値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方向のパワーＰｙ
とし、前記回転非対称な面の前記軸上主光線が当たる部
分のＹ方向のパワーをＰｙｎとするとき、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１００・・・（１１）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１７】〔２８〕上記〔２７〕において、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１０・・・（１１）’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１８】〔２９〕上記〔２３〕又は〔２４〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＹ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮ
Ａ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光束の幅ｄで割っ
た値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方向のパワーＰｙ
とし、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線とＸ方
向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、前記光学系か
ら射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面に直交し射出
した軸上主光線を含む面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｘ
ｉ、前記ＮＡ’ｘｉを前記平行光束の幅ｄで割った値Ｎ
Ａ’ｘｉ／ｄを前記光学系のＸ方向のパワーＰｘとする
とき、０．３＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜２・・・（１２）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１９】〔３０〕上記〔２９〕において、０．８＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜１．２・・・（１２）’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１２０】〔３１〕上記〔１〕から〔３０〕の何れ
か１項において、前記光学系の横収差が２００μｍ以下
であることを特徴とする撮像光学系。

【０１２１】〔３２〕上記〔１〕から〔３０〕の何れ
か１項において、前記光学系の像歪みが２０％以下であ
ることを特徴とする撮像光学系。

【０１２２】〔３３〕上記〔１〕から〔３２〕の何れ
か１項において、前記光学系によって形成される物体像
を受光するために配置された撮像素子を有することを特
徴とする撮像装置。

【０１２３】〔３４〕上記〔３３〕において、前記撮
像素子が受光した光を電気情報に変換する作用を有する
電子撮像素子にて形成されていることを特徴とする撮像
装置。

【０１２４】〔３５〕上記〔３４〕において、前記電
子撮像素子により受光した物体像を観察するための観察
手段を備えていることを特徴とする撮像装置。

【０１２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、回転対称な透過光学系に比べて小型で収差の
発生が少ない撮像光学系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の撮像光学系の光軸を含む断面
図である。

【図２】実施例の横収差図である。

【図３】実施例の歪曲収差図である。

【図４】本発明の撮像光学系を撮像装置に組み込んだ構
成の概念図である。

【図５】偏心した反射面により発生する像面湾曲を説明
するための概念図である。

【図６】偏心した反射面により発生する非点収差を説明
するための概念図である。

【図７】偏心した反射面により発生するコマ収差を説明
するための概念図である。

【図８】本発明の撮像光学系のパワーを説明するための
図である。

【図９】本発明において用いるパラメータＤＹを説明す
るための図である。

【符号の説明】

１…絞り２…軸上主光線４…偏心プリズム光学系５…偏心プリズム光学系の第１面６…偏心プリズム光学系の第２面７…偏心プリズム光学系の第３面８…像面９…フィルター類１０…撮像光学系１１…ＣＣＤ１２…処理手段１３…ＣＲＴ１４…記録媒体１５…マイク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子面上に物体像を形成するための
撮像光学系において、前記光学系を構成する最も物体側
の第１面から最も像側の最終面の間であってその第１面
と最終面の位置を含む何れかの位置に瞳が配置され、前記光学系は、物体中心を射出して瞳中心を通り像中心
に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記主光線に
対して面全体が傾くように偏心配置された少なくとも１
つの反射作用面を有し、前記反射作用面は、偏心により発生する回転非対称な偏
心収差を補正する回転非対称面形状を備え、前記物体像
の回転非対称な収差を緩和させることを特徴とする撮像
光学系。
【請求項２】請求項１において、前記反射作用面が全
反射面又は半透過反射面にて形成され、透過作用と反射
作用とを併せ持つことを特徴とする撮像光学系。
【請求項３】請求項１において、前記反射作用面がコ
ーティングされたミラー面にて形成されていることを特
徴とする撮像光学系。
【請求項４】請求項１において、前記光学系が少なく
とも前記反射作用面と対向配置された第２の反射作用面
を有し、かつ、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に
到るまでの方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、
Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とすると
き、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線とＹ方向
に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、前記光学系から
射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓ
ｉｎをＮＡ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光束の幅
ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方向のパ
ワーＰｙとし、前記軸上主光線が、前記光学系の最も物
体側に配置された前記回転非対称面を有する光学系構成
要素に入射してから、前記光学系の最も像側に配置され
た前記回転非対称面を有する光学系構成要素を射出する
までの光路長をｐとするとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことを特徴とする撮像光学系。