JPH11352403A - 結像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない光学素子の構成枚数で小型化、薄型化
された特にカメラに適した高性能な結像光学系。 【解決手段】 第１プリズム１０と第２プリズム２０と
を含み、第１プリズム１０は第２プリズム２０よりも物
体側に配置され、第１プリズム１０は、第１透過面１
１、第１反射面１２、第２反射面１３、第３反射面１
４、第２透過面１５を有し、第１透過面１１と第３反射
面１４、及び、第１反射面１２と第２透過面１５がそれ
ぞれ同一の面からなり、第２プリズム２０は入射面２１
と少なくとも１つの反射面２３と射出面２４とを有し、
第１プリズム１０及び第２プリズム２０は共に、少なく
とも１面ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反
射面を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関
し、その中でも特に、ビデオカメラやデジタルスチルカ
メラ等、小型の撮像素子を用いた光学装置用の反射面に
パワーを有する小型で高性能の偏心光学系に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラやデジタルスチルカ
メラ等用の結像光学系では、撮像素子の小型化に伴い、
光学系自身も小型軽量、低コスト化が求められている。

【０００３】しかし、一般の回転対称共軸光学系では、
光学系の厚みは光学素子を光軸方向に配列するため、そ
の小型化にも限界がある。また、同時に、回転対称な屈
折レンズを用いることにより発生する色収差を補正する
ために、レンズ枚数の増加は避けられず、低コスト化も
困難な状況である。そこで、最近では、特に色収差の発
生しない反射面にパワーを持たせ、光軸方向の光路を折
り畳むことで、小型化を図った光学系が提案されてい
る。

【０００４】特開平７−３３３５０５号のものは、偏心
した反射面にパワーを付けて光路を折り畳み、光学系の
厚みを小さくすることを提案しているが、実施例では、
構成する光学部材が５個と多い上、実際の光学性能が不
明である。また、その反射面の形状までは言及されてい
ない。

【０００５】また、特開平８−２９２３７１号、特開平
９−５６５０号、特開平９−９０２２９号のものでは、
プリズム１個あるいは複数のミラーを１つの部材として
ブロック化することで光路を折り畳み、その光学系内部
で像をリレーしながら最終像を形成する光学系が示され
ている。しかし、これらの例では、像をリレーするため
に反射の回数が多くなり、その面精度誤差、偏心精度誤
差が積算され転送されることから、個々の精度が厳しく
なり、コストアップにつながり好ましくない。また、同
時に、像をリレーするために光学系全体の体積も大きく
なり好ましくない。

【０００６】また、特開平９−２２２５６３号では、複
数のプリズムを用いた例を示しているが、像をリレーす
るために同様の理由からコストアップ、光学系の大型化
につながり好ましくない。また、特開平９−２１１３３
１号では、プリズム１個を用いて光路を折り畳み光学系
の小型化を図った例であるが、収差の補正が十分ではな
い。

【０００７】また、特開平８−２９２３６８号、特開平
８−２９２３７２号、特開平９−２２２５６１号、特開
平９−２５８１０５号、特開平９−２５８１０６号のも
のでは、何れもズームレンズの例である。しかし、これ
らの例も、プリズム内部で像をリレーしているために反
射の回数が多く、反射面の面精度誤差、偏心精度誤差が
積算され転送され好ましくない。同時に、光学系の大型
化も避けられず好ましくない。

【０００８】また、特開平１０−２０１９６号のもの
は、正負の２群ズームレンズの正の前群を、絞りを挟ん
で物体側に負のパワーのプリズムで、像側を正のパワー
のプリズムで構成した例である。また、負のプリズムと
正のプリズムから構成される正の前群を２つに分割し、
負正負の３群ズームレンズに構成した例も開示されてい
る。しかし、これらの例で用いられるプリズムは、２つ
の透過面、２つの反射面が独立の面であるためにそのス
ペースを確保する必要上、また同時に、撮像面がライカ
サイズのフィルムフォーマットと大きいため、プリズム
自体の大型化が避けられない。また、像側にテレセント
リックの構成でないため、ＣＣＤ等の撮像素子への対応
が難しい。また、何れのズームレンズの例も、プリズム
を移動させることで変倍を行っているため、全ての変倍
領域で性能を維持するために反射面の偏心精度が厳しく
なり、コスト高になるという問題を有している。

【０００９】また、特開平１０−６８８８４号のもの
は、２つのプリズムを用いた例を示しているが、途中に
中間像を結像させるため、面のパワーが強くなり収差補
正に限界があると共に、光学系の厚さにも限界がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般の屈折光学系で所
望の屈折力を得ようとすると、その境界面で光学素子の
色分散特性のために色収差が発生する。それを補正する
目的と、他の光線収差を補正するために、屈折光学系は
多くの構成要素を必要としてコスト高になるという問題
を有している。また、同時に、光路が光軸に沿って直線
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という問題があっ
た。

【００１１】そこで、従来技術で述べたような偏心した
反射面にパワーを付けたプリズムを用いた偏心光学系に
より、比較的小型、薄型で収差性能の良い結像光学系が
実現できるが、小型化、薄型化、高性能化の点では未だ
不十分である。

【００１２】本発明は従来技術のこのような現状に鑑み
てなされたものであり、その目的は、少ない光学素子の
構成枚数で小型化、薄型化された特にカメラに適した高
性能な結像光学系を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の結像光学系は、物体像を形成する結像光学系
において、前記結像光学系が第１プリズムと第２プリズ
ムとを含み、前記第１プリズムは第２プリズムよりも物
体側に配置され、前記第１プリズムは、物体からの光線
の通過する順に、第１透過面、第１反射面、第２反射
面、第３反射面、第２透過面を有し、前記第１透過面と
前記第３反射面、及び、前記第１反射面と前記第２透過
面がそれぞれ同一の面からなり、前記第２プリズムは入
射面と少なくとも１つの反射面と射出面とを有し、前記
第１プリズム及び前記第２プリズムは共に、少なくとも
１面ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反射面
を有することを特徴とするものである。

【００１４】この場合、光路中に中間像を形成すること
なしに物体像を像面に結像するように構成することが望
ましい。

【００１５】本発明のもう１つの結像光学系は、少なく
とも２つのプリズムを有し、光路中に中間像を形成する
ことなしに物体像を像面に結像する結像光学系におい
て、次の条件式を満たすことを特徴とするものである。 ０．３＜ｄ／Ｉｈ＜１０ ・・・（１） ただし、物体中心から絞り中心を通り像面中心に到る光
線を軸上主光線とするとき、ｄは光学系に入射する軸上
主光線の入射方向をＺ軸としたとき、光学系を構成する
全ての光学面、絞り面及び像面の有効面で画定される領
域のＺ方向の最大厚さ、Ｉｈは光学系の最大像高であ
る。

【００１６】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について順に説明する。上記目的を達成するため
の本発明の第１の結像光学系は、物体像を形成する結像
光学系において、前記結像光学系が第１プリズムと第２
プリズムとを含み、前記第１プリズムは第２プリズムよ
りも物体側に配置され、前記第１プリズムは、物体から
の光線の通過する順に、第１透過面、第１反射面、第２
反射面、第３反射面、第２透過面を有し、前記第１透過
面と前記第３反射面、及び、前記第１反射面と前記第２
透過面がそれぞれ同一の面からなり、前記第２プリズム
は入射面と少なくとも１つの反射面と射出面とを有し、
前記第１プリズム及び前記第２プリズムは共に、少なく
とも１面ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反
射面を有することを特徴とするものである。

【００１７】レンズのような屈折光学素子は、その境界
面に曲率を付けることにより始めてパワーを持たせるこ
とができる。そのため、レンズの境界面で光線が屈折す
る際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生
が避けられない。その結果、色収差を補正する目的で別
の屈折光学素子が付加されるのが一般的である。

【００１８】一方、ミラーやプリズム等のような反射光
学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色
収差の発生はなく、色収差を補正する目的だけのために
別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光
学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系
に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の
削減が可能である。

【００１９】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。

【００２０】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。

【００２１】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもた
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。

【００２２】また、結像光学系は、中心性能はもちろん
のこと周辺まで良好な結像性能を要求される。一般の共
軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号は絞りの前後
で反転するため、光学素子の絞りに対する対称性が崩れ
ることにより軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟
んで屈折面を配置することで絞りに対する対称性を十分
満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般的であ
る。

【００２３】そこで、本発明では、２つのプリズムを配
置して対称性を十分考慮した構成を可能にし、中心ばか
りでなく軸外収差も良好に補正することを可能にしてい
る。１個のプリズムのみの配置の場合、絞りに対する非
対称性が増し、軸外収差の劣化が避けられない。

【００２４】そして、本発明では、物体側に配置する第
１プリズムを、第１透過面、第１反射面、第２反射面、
第３反射面、第２透過面を有し、第１透過面と第３反射
面、及び、第１反射面と第２透過面がそれぞれ同一の面
からなるものを用いて、光学系の小型化、薄型化、高性
能化を図っている。

【００２５】図１は、本発明の第１の結像光学系の代表
的な構成を示す光路図であり、この結像光学系は、物体
中心から絞り２中心を通り像面３中心に到る光線を軸上
主光線１とするとき、第１プリズム１０と第２プリズム
２０とを含み、第１プリズム１０は第２プリズム２０よ
りも物体側に配置され、第１プリズム１０は、物体から
の光線の通過する順に、第１透過面１１、第１反射面１
２、第２反射面１３、第３反射面１４、第２透過面１５
を有し、第１透過面１１と第３反射面１４、及び、第１
反射面１２と第２透過面１５がそれぞれ同一の面からな
り、第２プリズム２０は入射面２１と少なくとも１つの
反射面２２、２３と射出面２４とを有し、第１プリズム
１０及び前記第２プリズム２０は共に、少なくとも１面
ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反射面を有
し、中間像を形成することなしに物体像を像面３に結像
するものである。

【００２６】ここで、第１プリズム１０は、図１のよう
に、第１透過面１１を通って屈折して第１プリズム１０
内に入射した光を第１反射面１２で反射させ、その反射
光を第２反射面１３で反射させ、さらにその反射光を第
３反射面１４で反射させ、その反射光を第２透過面１５
で屈折して第１プリズム１０外に出すようにしているの
で、第１プリズム１０に入射してから外に出るまでの光
路長を大きくとることができる。したがって、光学系の
広角化、小型化のために第１プリズム１０を負パワー
（発散作用）、第２プリズム２０を正パワー（収斂作
用）とするレトロフォーカスタイプにする場合に、第１
プリズム１０中の主として負パワーを担う面である第１
反射面１２を絞り２からより遠くに離すと共に、その面
のパワーをより弱くすることが可能になり、光学系の小
型化と収差のより良好な補正が可能になる。

【００２７】ここで、物体中心から絞り中心を通り像面
中心に到る軸上主光線１で光軸を定義するとき、第１プ
リズム１０の形状として、第１透過面１１に入射する光
軸に対して、第１反射面１２で反射された光軸がなす角
度、第２反射面１３で反射された光軸がなす角度、第３
反射面１４で反射された光軸がなす角度が順に大きくな
るような形状であることが望ましい。このような配置に
すると、第１プリズム１０の第１面１１に入射した光線
がその背後で一周するような配置となり、上記のように
第１プリズム１０中の光路長を大きくとることができる
にも係わらず、第１プリズム１０の奥行き方向の厚さを
薄くでき、また、第１プリズム１０から出る光軸を第１
プリズム１０に入射する光軸に対して角度を持たせるこ
とができるので、光学系の奥行き方向の厚さを薄くする
ことができるようになる。

【００２８】また、第１プリズム１０と第２プリズム２
０との間に絞り２を配置して、像側に略テレセントリッ
クとすることが望ましい。このような構成にすると、２
つのプリズムが絞りを挟んで対称に配置され、中心ばか
りでなく軸外収差も良好に補正することが可能となる。

【００２９】次に、像側に略テレセントリックという構
成に関して詳述する。前述したように、反射面は屈折面
に比べて偏心誤差感度が高いために、その影響をできる
だけ受け難い光学系の構成が望まれる。一般の共軸光学
系の場合、像側に略テレセントリックな構成は軸外主光
線が光軸と略平行となるために、デフォーカスさせても
像面上で軸外光線の位置は保たれるという性質を有す
る。そこで、本発明の結像光学系にもその性質を反映さ
せ、特に、偏心感度の比較的高い反射面を用いた光学系
のフォーカシングによる性能劣化を防ぐために、軸外光
線の位置精度が良好に保たれる像側に略テレセントリッ
クという構成をとる。

【００３０】このような構成をとることにより、特にＣ
ＣＤ等の撮像素子を用いた撮像光学系にも最適である。
また、この構成をとることにより、ＣＯＳ４乗則の影響
が小さくなり、シェーディングを小さくすることも可能
である。

【００３１】なお、第１透過面１１と第３反射面１４、
及び、第１反射面１２と第２透過面１５がそれぞれ同一
の面からなるが、第１反射面１２及び第３反射面１４は
全反射面となるように構成することが望ましい。これら
の面が全反射条件を満たさなければ、反射作用と透過作
用を併せ持つことができず、プリズム自体の小型化が困
難になってしまう。

【００３２】また、全反射面以外の反射面は、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、誘電体多層膜の形成された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。これにより、プリズムの製作精度が
緩和された低コストな小型の結像光学系を得ることが可
能である。

【００３３】なお、第２プリズム２０としては、図１に
示すように、物体からの光線の通過する順に、第１透過
面２１、第１反射面２２、第２反射面２３、第２透過面
２４を有し、第１反射面２２と第２透過面２４が同一の
面からなるものとしてもよい。このような形状の第２プ
リズム２０を用いると、第１プリズム１０に入射する光
軸に対して角度を持って第１プリズム１０から出てきた
光軸を再び第１プリズム１０に入射する光軸と平行な方
向に向けることができ、光路を複雑に光路を折り畳む本
発明の結像光学系においても、像面３を入射光軸に対し
て略垂直に配置でき、従来の同心（共軸）光学系と同様
の感覚で装置内に像面を配置できるので、組立性が良
く、また、この結像光学系を用いるカメラ等をコンパク
ト化することができる。

【００３４】また、必要以上に反射の回数を増やすこと
は、各反射面での偏心誤差をそれだけ積算させる結果と
なるので望ましくなく、全系を通して中間像を形成する
ことなしに結像面は１つである結像光学系であることが
好ましい。中間像を形成し、その像をリレーして行く結
像光学系では、必要以上に反射の回数が増え、各面の製
造誤差が厳しくなりコストアップにつながってしまう。

【００３５】次に、絞りより物体側に発散作用のプリズ
ムを有し、像側に収斂作用のプリズムを有し、像側に略
テレセントリックとなっていることが望ましい。

【００３６】屈折光学素子を用いた結像光学系では、そ
の用途によってパワー配置が異なってくる。例えば画角
の狭い望遠系では、一般に、全系を正、負の望遠タイプ
として焦点距離に対して光学系の全長を小さくする構成
がとられている。また、画角の広い広角系では、全系を
負、正のレトロフォーカスタイプとすることで、焦点距
離に対しバックフォーカスを大きくとるような構成が一
般的である。

【００３７】特に、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた結像光
学系の場合、結像光学系と撮像素子との間に、モアレ除
去や赤外線の影響を排除するための光学的ローパスフィ
ルターや赤外カットフィルターを配置する必要がある。
そのため、これら光学部材を配置するスペースを確保す
るために、結像光学系の構成としてはレトロフォーカス
タイプをとることが望ましい。

【００３８】また、レトロフォーカスタイプの結像光学
系は、特に軸外収差の補正が重要であり、これは絞り位
置に大きく依存する。前述したように、一般の共軸光学
系の場合、光学素子の絞りに対する対称性が崩れること
により軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟んで同
符号の光学素子を配置することで、絞りに対する対称性
を十分満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般
的である。負、正のレトロフォーカスタイプの場合、そ
のパワー配置がそもそも非対称な構成のため、絞り位置
によって軸外収差の性能が大きく変化する。

【００３９】そこで、物体側の発散作用のプリズムと像
側の収斂作用のプリズムの間に絞りを配置することで、
パワー配置の非対称性に起因する軸外収差の劣化を最小
限に抑えることを可能にするものである。絞りを発散作
用のプリズムよりも物体側、あるいは、像側の収斂作用
のプリズムよりも像側に配置すると、さらに絞りに対す
る非対称性が増し、その補正が困難となる。

【００４０】また、本発明で用いられる第１プリズム、
第２プリズムそれぞれを構成する面の中、少なくとも１
面ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反射面に
することが収差補正上は好ましい。

【００４１】その理由を以下に詳述する。まず、用いる
座標系、回転非対称な面について説明する。軸上主光線
が、光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義
される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交し、かつ、撮像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、
前記光軸と直交し、かつ、前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸
とする。光線の追跡方向は、物体から像面に向かう順光
線追跡で説明する。

【００４２】一般に、球面レンズでのみ構成された球面
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。

【００４３】一方、少ない面数で収差を良好に補正する
ためには、回転対称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。この偏心により発生する回転非対称な収差
は、歪曲収差、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。

【００４４】まず、回転非対称な像面湾曲について説明
する。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、
像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の
半分になる。すると、図１７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。このように、回転非対
称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可
能である。

【００４５】この傾いた像面湾曲をその発生源である凹
面鏡Ｍ自身で補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面
で構成し、この例ではＹ軸正の方向に対して曲率を強く
（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く
（屈折力を弱く）すれば、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。ま
た、回転非対称な面は、その面内及び面外共に回転対称
軸を有しない回転非対称面形状の面とすることが、自由
度が増え収差補正上は好ましい。

【００４６】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。上記説明と同様に、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１８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、上記説
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。

【００４７】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。上記説明と同様に、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１９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。

【００４８】また、本発明の結像光学系では、前述の反
射作用を有する少なくとも１つの面が軸上主光線に対し
偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可
能である。このような構成をとれば、その反射面にパワ
ーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補
正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを
緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることがで
きる。

【００４９】また、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定
義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【００５０】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。

【００５１】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ） である。

【００５２】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００５３】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、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、
Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ
₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０に
することによって可能である。

【００５４】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、上記定義式においては、Ｃ₃ 、
Ｃ₅、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ
₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、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る。

【００５５】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。

【００５６】また、上記定義式（ａ）は、前述のように
１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向
上させるということが特徴であり、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。

【００５７】なお、本発明の第１の結像光学系を変形し
て、図１の第１プリズム１０を第２プリズム２０の位置
に配置し、第１プリズムとしては、図１の第２プリズム
２０等のプリズムを配置し、それらのプリズムに共に、
少なくとも１面ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形
状の反射面を有するようにしてもよい。この場合も、中
間像を形成することなしに物体像を像面に結像するよう
にする。

【００５８】次に、本発明の第２の結像光学系は、図１
のような結像光学系を含めて、少なくとも２つのプリズ
ムを有し、光路中に中間像を形成することなしに物体像
を像面に結像する結像光学系において、次の条件式を満
たすことを特徴とする結像光学系である。 ０．３＜ｄ／Ｉｈ＜１０ ・・・（１） ただし、物体中心から絞り中心を通り像面中心に到る光
線を軸上主光線とするとき、ｄは光学系に入射する軸上
主光線の入射方向をＺ軸としたとき、光学系を構成する
全ての光学面、絞り面及び像面の有効面で画定される領
域のＺ方向の最大厚さ、Ｉｈは光学系の最大像高であ
る。

【００５９】上記条件式（１）は、図１に例示されるよ
うな２つのプリズム１０、２０を有し、光路中に中間像
を形成することなしに物体像を像面３に結像する結像光
学系の軸上主光線１が第１プリズム１０に入射する方向
をＺ軸としたときのＺ軸方向の厚さを規定する条件式で
あり、この条件式の上限の１０を越えると、この結像光
学系をカメラ等に組み込んだとき、Ｚ軸方向の厚さを薄
くできず、本発明の目的である薄型化が達成できなくな
る。また、下限の０．３を越えると、構成するプリズム
各々の大きさが小さくなりすぎ、各プリズム中で光路長
が十分にとれないため、所要のパワーを得るために反射
面の曲率が大きくなりすぎ、偏心収差を十分に補正でき
なくなる。

【００６０】さらに好ましくは、次の条件式を満たすこ
とが望ましい。 ０．３＜ｄ／Ｉｈ＜５ ・・・（２） 本発明の第２の結像光学系において、なお好ましくは、
２つのプリズムは間隔を空けて配置するのがよい。光学
系の収差の中、コマ収差や非点収差は周辺主光線高に関
係しているので、明るさ絞りの位置が重要であることは
よく知られている。そのため、明るさ絞りは性能上光学
系が絞りに対して対称になるような光路の中間付近に配
置するのが望ましい。しかしながら、プリズム光学系の
場合にはプリズム内で内面反射を行なうため、光路中に
他の部材を配置するのが難しい。本発明のように光学系
を複数のプリズムで構成した場合には、明るさ絞り等の
他の部材が配置できるように、そのプリズムの間隔を空
けておくのが望ましい。このような構成にすると、明る
さ絞りをその間隔に配置することができるので、光学系
の対称性が良くなり、特にコマ収差、非点収差が向上す
る。

【００６１】また、画素が規則的に配列された固体撮像
素子を用いる場合には、被写体にサンプリング周波数よ
りも高周波成分が含まれていると、モアレ縞が発生する
ことがよく知られている。そのため、従来から光学的ロ
ーパスフィルターを用いてそれを軽減しており、その配
置を固体撮像素子の直前にしたものが多かった。ところ
が、この配置では光学系の入射軸と射出軸が平行の場
合、光学系の厚さ方向を薄くすることには不向きであっ
た。プリズム光学系の場合、反射により光軸方向を大き
く変えれば、厚さ方向に大きくならないような位置、例
えば光路の中間部分にローパスフィルターを配置すれ
ば、光学系を薄く構成できる。しかしながら、前述した
ように、プリズム光学系の場合には光路中に他の部材を
配置することが難しい。しかし、本発明のように複数の
プリズムで構成する場合、そのプリズムの間隔を空けて
構成するのが好ましい。そうすれば、その間隔にローパ
スフィルターを配置することができるので、厚さ方向を
薄くすることが可能になる。また、そのとき、光学的ロ
ーパスフィルターは回折格子等の位相型ローパスフィル
ターにするのが性能上好ましい。

【００６２】上記の場合、２つのプリズムの聞隔ｄ₁ は
次の条件式を満たすのが望ましい。 ０．１＜ｄ₁ ／Ｉｈ＜２０ ・・・（３） ただし、ｄ₁ は２つのプリズム間の軸上主光線の長さで
ある。

【００６３】この条件式の下限の０．１を越えると、明
るさ絞りやローパスフィルターが配置できなくなり、上
限の２０を越えると、光学系が大型化してしまう。

【００６４】さらに好ましくは、次の条件式を満たすの
が望ましい。 ０．３＜ｄ₁ ／Ｉｈ＜１０ ・・・（４） また、本発明の第２の結像光学系において、なお好まし
くは、少なくとも１つのプリズムが次の条件式を満たす
のが望ましい。 ３０°＜θ₁ ＜１５０° ・・・（５） ただし、θ₁ はプリズムの入射軸上主光線（入射軸）に
対する射出軸上主光線（射出軸）のなす角度である。

【００６５】従来の無偏心光学系のように、入射軸と射
出軸とが平行に構成してあると、レンズ枚数を減らして
いってもカメラの厚さ方向を薄くするには限界があっ
た。そこで、反射を用いて光軸の方向を変化させれば、
その厚さ方向を薄くすることが可能になる。しかしなが
ら、本発明のように複数のプリズムを用いる場合には、
プリズムの入射軸と射出軸の角度が平行又はそれに近く
なっていると、プリズムを連結して光学系を構成したと
き、厚さ方向に大きくなって好ましくなかった。したが
って、少なくとも１つのプリズムの入射軸と射出軸のな
す角度θ₁ は、条件式（５）を満たすよう構成するのが
望ましい。

【００６６】この条件式の上限の１５０°、又は、下限
の３０°を越えると、プリズム光学系を用いてもカメラ
の厚さ方向が大きなってしまう。

【００６７】さらに好ましくは、次の条件式を満たすの
が望ましい。 ４５°＜θ₁ ＜１３５° ・・・（６） さらに好ましくは、次の条件式を満たすのが望ましい。

【００６８】 ４５°＜θ₁ ＜９０° ・・・（７） また、本発明の第２の結像光学系において、なお好まし
くは、少なくとも１面の反射面が次の条件式を満たして
いるのが望ましい。 ２５°＜θ₂ ＜８０° ・・・（８） ただし、θ₂ は反射面での軸上主光線の法線に対する反
射角である。

【００６９】従来から知られているように、光学系の全
長を余り小さくしすぎると、個々のレンズのパワー、曲
率が強くなり性能が低下してしまうため、焦点距離に対
してある程度の全長がなければならない。反射面を用い
て光路を折り畳むように構成しても同様で、全長に当た
る折り曲げ光路の長さ、すなわち光学的な光路長をある
程度確保しなければ、性能上不利になってしまう。光学
系の厚さを入射光軸に対して平行な方向の大きさとした
とき、反射光線が入射光軸に対し略平行に戻るように構
成してしまうと、厚さを薄くするには光路長を余り大き
くとることができず、光路長を大きくするには多くの反
射面を配置する必要がある。反射面は偏心誤差、面精度
誤差に対する性能劣化が屈折面に比して大きいので、余
り多くの反射面を配置してしまうと、製作精度上不利で
ある。したがって、少ない反射面で光路長を大きくする
には、入射光軸に対して光軸が大きな角度になるように
する必要がある。そのため、少なくとも１面の反射角θ
₂ は上記の条件式を満たすようにするのがよい。

【００７０】この条件式の上限の８０°を越えると、プ
リズム反射面の有効面が大きくなってしまい、プリズム
が大型化してしまい、下限の２５°を越えると、多くの
反射面を用いないと、高性能を達成できない。さらに好
ましくは、次の条件式を満たすのが望ましい。

【００７１】 ３０°＜θ₂ ＜６０° ・・・（９） また、このとき、絞りを挟んだ前後の２つの反射面がそ
れぞれこの条件式（８）を満たしているのが好ましい。
大きな角度で光線を曲げる場合には、偏心収差が発生し
やすいが、絞りに対して略対称にそのような反射面を配
置することにより、偏心収差をキャンセルすることがで
きるという利点がある。

【００７２】また、本発明の第２の結像光学系におい
て、なお好ましくは、屈折面が何れも次の条件式を満た
すのが望ましい。

【００７３】 ｜Ｉｈ／Ｒ｜＜０．５ ・・・（１０） ただし、Ｒは軸上主光線近傍での曲率半径である。ここ
で、屈折面がＺ＝ΣＣ_jＸ^m Ｙⁿ で表される自由曲面形
状からなる場合には、ＲはＸ² の係数Ｃ₄ 又はＹ² の係
数Ｃ₆ から定義されるＲ＝１／（２Ｃ₄ ）又はＲ＝１／
（２Ｃ₆ ）とする。

【００７４】光学系に屈折面があると、光線が屈折した
ときに色収差が発生するため、光学設計上問題になる。
一方、反射面では、パワーを有していても色収差が全く
発生しないという特徴があるので、反射プリズムを光学
系に用いると色収差の点で性能上好ましい。しかしなが
ら、本発明のように光学系を反射ブリズムで構成して
も、１つのプリズムには反射面の他に少なくとも入射
面、射出面の２つの屈折面を有している。したがって、
色収差の発生は免れない。そのため、パワーを反射面に
多く持たせ、屈折面のパワーを小さく構成するのが、色
収差補正上好ましい。そのため、屈折面の曲率半径Ｒは
上記の条件式を満たすのが望ましい。

【００７５】この条件式を越えると、屈折面で発生する
色収差量が大きくなりすぎて性能が低下してしまう。さ
らに好ましくは、次の条件式を満たすのが望ましい。

【００７６】 ｜Ｉｈ／Ｒ｜＜０．３ ・・・（１１） また、本発明の第２の結像光学系において、なお好まし
くは、少なくとも１面の屈折面が次の条件式を満たすの
が望ましい。 ３°＜φ＜６０° ・・・（１２） ただし、φは軸上主光線に対する屈折面の傾きである。

【００７７】偏心光学系では、共軸光学系では発生しな
い偏心収差が発生してしまう。その収差はパワーを持っ
た偏心面で発生しているので、偏心面を適切に組み合わ
せないとその収差は補正できない。そこで、偏心反射面
を組み合わせることが考えられるが、反射面は面形状誤
差、偏心誤差に対する性能劣化が大きいため、余り多く
の偏心反射面を配置してしまうと、製作上、性能上問題
がある。一方、偏心屈折面でもその偏心収差を補正する
ことができ、また、製作誤差に関しては反射面に比べて
性能劣化量が少ないという特徴がある。プリズムには入
射面と射出面に屈折面を有しているが、その屈折面によ
って偏心収差を補正させれば、光学系の偏心反射面数を
多くすることなく高性能な光学系を構成することができ
る。したがって、軸上主光線に対する屈折面の傾きφが
上記の条件式を満たすように偏心させるのが望ましい。

【００７８】この条件式の上限の６０°を越えると、屈
折面による偏心収差量が大きくなりすぎ、逆に性能が劣
化してしまい、また、下限の３°を越えると、屈折面に
よる偏心収差の補正量が少なくなって光学系全体の偏心
収差が残存してしまう。

【００７９】さらに好ましくは、次の条件式を満たすの
が望ましい。 ５°＜φ＜４５° ・・・（１３） なお、以上の条件式（１）〜（１３）は少なくとも何れ
か１つを単独で満足することが望ましいが、何れか２つ
以上の条件式を組み合わせて同時に満足することがより
望ましい。

【００８０】また、本発明の結像光学系は、必ずしも入
射軸と射出軸が平行である必要はなく、例えばカメラ内
の電気部材、鏡枠部材等のレイアウトに応じて最適な角
度に設定してもよい。しかしながら、組立の精度管理の
面から入射軸と射出軸の角度は平行又は垂直であるのが
最も好ましい。

【００８１】また、本発明の結像光学系において、フォ
ーカシングは、全体繰り出しやプリズムを１つだけ移動
することにより可能なのは言うまでもないが、最も像側
の面から射出した軸上主光線の方向に結像面を移動させ
ることによりフォーカシングすることが可能である。こ
れにより、結像光学系が偏心することで物体からの軸上
主光線の入射方向と最も像側の面から射出する軸上主光
線の方向とが一致していなくても、フォーカシングによ
る軸上主光線の入射側のずれを防ぐことができる。ま
た、平行平面板を複数の楔状のプリズムに分割し、それ
をＺ軸と垂直方向に移動させることでフォーカシングす
ることも可能である。この場合も、結像光学系の偏心に
はよらずフォーカシングが可能である。

【００８２】また、本発明の結像光学系において、少な
くともプリズムの１つをプラスチック等のような有機材
料を用いて構成すれば、コストダウンが図れる。また、
アモルファスポリオレフィン等のような低吸湿材料を用
いれば、湿度変化に対しても結像性能の変化が少なくて
望ましい。

【００８３】また、本発明の結像光学系において、発散
作用のプリズムと収斂作用のプリズムを使うことによっ
て、温度補償をすることができる。特に、プリズムの材
質にプラスチックを用いた場合に問題になる、温度変化
による焦点ずれを防ぐためには、プリズムに異符号のパ
ワーを持たせることでそれが可能となる。

【００８４】また、本発明において、本発明の結像光学
系の入射面より物体側にミラー等の反射光学部材を用い
て、本発明の結像光学系の偏心方向とは異なった向きに
光路を折り畳むことも可能である。これにより、さらに
結像光学系のレイアウトの自由度が増え、結像光学装置
全体の小型化が図られる。

【００８５】また、本発明において、結像光学系をプリ
ズムのみから構成することも可能である。これにより部
品点数が減り、コストダウンが図られる。さらに、絞り
の前後で複数のプリズムを一体化し、１つのプリズムと
することも当然可能である。これにより、さらなるコス
トダウンが可能である。

【００８６】また、本発明において、結像光学系の屈折
面、反射面の何れかを球面あるいは回転対称非球面で構
成することも当然可能である。

【００８７】なお、以上の本発明の結像光学系を撮影用
対物光学系として配置して撮影装置を構成することがで
きる。

【００８８】その場合に、撮影用対物光学系の像面上に
受光した像信号を電気信号に変換する撮像素子を配置す
ると共に、その電気信号から観察用の画像を形成する画
像表示素子を配置することもできる。

【００８９】また、以上の本発明の結像光学系を撮影光
学系とは別に設けられた観察光学系の対物光学系に配置
して撮影装置を構成することができる。

【００９０】また、本発明において、結像光学系の２つ
のプリズム中の第１プリズムの少なくとも１つの自由曲
面の唯一の対称面と、第２プリズムの少なくとも１つの
自由曲面の唯一の対称面とを略同１面上に構成すること
が望ましい。

【００９１】その場合、結像光学系が形成する像面上に
受光した像信号を電気信号に変換する撮像素子を配置す
ると共に、その撮像素子の撮像面が少なくとも４つの辺
からなる多角形を形成し、その中の対向する２つの辺に
対して上記の唯一の対称面が略平行となるように構成す
ることが望ましい。

【００９２】その場合に、その唯一の対称面は、撮像素
子の撮像面が上下若しくは左右対称となる位置に一致さ
せて配置することが望ましい。

【００９３】また、物体中心から絞り中心を通り像面中
心に到る軸上主光線で光軸を定義するとき、物体側から
第１のプリズム中の光軸の光路と、物体側から第２のプ
リズム中の光軸の光路とが共に、その唯一の対称面上に
形成されるように構成することができる。

【００９４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の結像光学系の実施
例１、２について説明する。なお、これら実施例の構成
パラメータは後に示す。実施例１、２において、図２、
図３に示すように、光学系の特定の面（面番号１の仮想
面と面番号７（実施例１）、８（実施例２）の絞り面）
の中心を偏心光学系の原点として、軸上主光線１を物体
中心を出て、絞り２の中心を通る光線で定義する。物体
中心から光学系の第１面まで軸上主光線１に沿って進む
方向をＺ軸方向、このＺ軸と像面中心を含む平面をＹ−
Ｚ平面とし、光線が光学系の面によって折り曲げられる
面内の方向で、かつ、Ｙ−Ｚ平面内のＺ軸に直交する方
向にＹ軸をとる。物点から光学系の第１面に向かう方向
をＺ軸の正方向とし、Ｙ軸の正方向を図の上方向にと
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。

【００９５】実施例１、２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面としている。

【００９６】偏心面については、光学系の原点の中心か
ら、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸
（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面に
ついては、後記の（ｂ）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反時計回りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。

【００９７】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
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。

【００９８】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が
自由曲面の軸となる。

【００９９】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。 Ｚ＝（ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］ ＋Ａｙ⁴ ＋Ｂｙ⁶ ＋Ｃｙ⁸ ＋Ｄｙ¹⁰＋…… ・・・（ｂ） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそ
れぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

【０１００】なお、データの記載されていない自由曲
面、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５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記して
ある。長さの単位はｍｍである。

【０１０１】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｃ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
この面の形状は以下の式により定義する。その定義式の
Ｚ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定
義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回
りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。

【０１０２】 Ｘ＝Ｒ×cos(A) Ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(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)・・・・・ ・・・（ｃ） なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ
₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀０，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【０１０３】その他の面の例として、次の定義式（ｄ）
があげられる。 Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ ｜Ｘ｜ ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ₇ Ｘ² ＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅Ｙ｜Ｘ³ ｜＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂｜Ｘ⁵ ｜ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ ｜Ｘ｜＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈Ｙ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ ｜Ｘ｜＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇｜Ｘ⁷ ｜ ・・・（ｄ） なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記（ｃ）式、
（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。

【０１０４】実施例１、２は、像の大きさが約２．５×
１．８ｍｍの１／３インチサイズの撮像素子を想定して
いる。もちろん、その他のサイズの場合でも適用できる
のは言うまでのない。また、本発明は、本発明の結像光
学系を用いた撮像光学系のみならず、その光学系を組み
込んだ撮像装置等も含むものである。

【０１０５】図２に実施例１の軸上主光線を含むＹ−Ｚ
断面図を示す。この実施例は、水平半画角２６．１°、
垂直半画角２０．２°、入射瞳径は１．７８ｍｍであ
り、撮像素子サイズは２．４５ｍｍ×１．８４ｍｍ、回
転対称光学系の焦点距離に換算すると焦点距離５ｍｍに
相当する。

【０１０６】この実施例１は、物体側から光の通る順
に、正パワーの第１透過面１１、負パワーの第１反射面
１２、第２反射面１３、正パワーの第３反射面１４、負
パワーの第２透過面１５からなる第１プリズム１０と、
絞り２と、負パワーの第１透過面２１、負パワーの第１
反射面２２、正パワーの第２反射面２３、負パワーの第
２透過面２４からなる第２プリズム２０と、光学的ロー
パスフィルター４と、イメージャー表面を保護するカバ
ーガラス５と、像面（イメージャー受光面）３を有し、
第１プリズム１０の第１透過面１１と第３反射面１４、
第１反射面１２と第２透過面１５、第２プリズム２０の
第１反射面２２と第２透過面２４をそれぞれ同一の透過
作用と反射作用を併せ持つ光学作用面としている。

【０１０７】また、後記の構成パラメータの第２面から
第７面までは偏心基準面１を基準とした偏心量を表して
おり、第８面から第１２面までは偏心基準面２を基準と
した偏心量を表している。また、像面３はＺ軸に対して
垂直である。

【０１０８】図３に実施例２の軸上主光線を含むＹ−Ｚ
断面図を示す。この実施例は、水平半画角２６．１°、
垂直半画角２０．２°、入射瞳径は１．７８ｍｍであ
り、撮像素子サイズは２．４５ｍｍ×１．８４ｍｍ、回
転対称光学系の焦点距離に換算すると焦点距離５ｍｍに
相当する。

【０１０９】この実施例２は、物体側から光の通る順
に、正パワーの第１透過面１１、負パワーの第１反射面
１２、正パワーの第２反射面１３、正パワーの第２透過
面１４からなる第１プリズム１０と、位相型の光学的ロ
ーパスフィルター４と、絞り２と、正パワーの第１透過
面２１、負パワーの第１反射面２２、正パワーの第２反
射面２３、負パワーの第２透過面２４からなる第２プリ
ズム２０と、イメージャー表面を保護するカバーガラス
５と、像面（イメージャー受光面）３を有し、第１プリ
ズム１０の第１透過面１１と第２反射面１３、第２プリ
ズム２０の第１反射面２２と第２透過面２４をそれぞれ
同一の透過作用と反射作用を併せ持つ光学作用面として
いる。

【０１１０】また、下記の構成パラメータの第２面から
第６面までは偏心基準面１を基準とした偏心量を表して
おり、第９面から第１３面までは偏心基準面２を基準と
した偏心量を表している。また、像面３はＺ軸に対して
垂直である。

【０１１１】以下、上記実施例１、２の構成パラメータ
を示す。ここで、自由曲面は“ＦＦＳ”で、回転対称非
球面は“ＡＡＳ”で示してある。 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（仮想面） （偏心基準面１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ（反射面） 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ（反射面） 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ（反射面） 偏心(1) 1.4924 57.6 6 ＦＦＳ 偏心(2) 7 ∞（絞り面） 偏心(4) （偏心基準面２） 8 -38.45 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ（反射面） 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ（反射面） 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(6) 12 ∞ 3.92 偏心(8) 1.5163 64.1 13 ∞ 1.60 （光学的ローパスフィルター） 14 ∞ 0.75 1.4875 70.2 15 ∞ 1.21 （カバーガラス） 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ 1.6583×10^-2 Ｃ₆ 1.0361×10^-2 Ｃ₈ -1.4529×10^-4 Ｃ₁₀ -1.3257×10^-4 Ｃ₁₁ -4.0244×10^-5 Ｃ₁₃ -2.5591×10^-5 Ｃ₁₅ 3.2999×10^-6 Ｃ₁₇ 3.0940×10^-6 Ｃ₁₉ -6.7426×10^-6 Ｃ₂₁ -1.5816×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.0040×10^-2 Ｃ₆ 1.1058×10^-2 Ｃ₈ 2.9636×10^-4 Ｃ₁₀ -3.1738×10^-4 Ｃ₁₁ -2.5492×10^-5 Ｃ₁₃ -9.1474×10^-5 Ｃ₁₅ 7.7860×10^-6 Ｃ₁₇ 1.8022×10^-6 Ｃ₁₉ 5.9581×10^-6 Ｃ₂₁ 3.2781×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.2925×10^-2 Ｃ₆ 5.5608×10^-3 Ｃ₈ 2.1288×10^-4 Ｃ₁₀ -9.6679×10^-4 Ｃ₁₁ -1.4102×10^-5 Ｃ₁₃ 9.1100×10^-5 Ｃ₁₅ -3.3157×10^-5 Ｃ₁₇ 8.0164×10^-6 Ｃ₁₉ -8.3721×10^-6 Ｃ₂₁ 5.6486×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.5649×10^-2 Ｃ₆ 1.1135×10^-2 Ｃ₈ -2.7875×10^-4 Ｃ₁₀ -4.3334×10^-7 Ｃ₁₁ -2.0002×10^-5 Ｃ₁₃ -5.1461×10^-5 Ｃ₁₅ -7.5060×10^-6 Ｃ₁₇ -4.6687×10^-6 Ｃ₁₉ 5.9301×10^-6 Ｃ₂₁ -1.8033×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.0956×10^-2 Ｃ₆ 2.6443×10^-2 Ｃ₈ 2.5954×10^-4 Ｃ₁₀ 2.3277×10^-4 Ｃ₁₁ 3.0230×10^-5 Ｃ₁₃ 4.6840×10^-5 Ｃ₁₅ 2.8241×10^-5 Ｃ₁₇ 9.1347×10^-8 Ｃ₁₉ 1.6835×10^-6 Ｃ₂₁ 1.0256×10^-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ -0.43 Ｚ 3.00 α 22.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.70 Ｚ 8.08 α 62.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -4.33 Ｚ 10.63 α -45.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 6.70 Ｚ 4.62 α 81.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.32 α 2.92 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.06 Ｚ 5.14 α -58.50 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 4.97 Ｚ 7.74 α -96.58 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -1.63 Ｚ 9.09 α -81.23 β 0.00 γ 0.00 。

【０１１２】 実施例２ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（仮想面） （偏心基準面１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ（反射面） 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ（反射面） 偏心(1) 1.4924 57.6 5 ＡＳＳ 偏心(3) 6 ∞ 1.00 偏心(4) 1.4924 57.6 7 ∞ 0.50 （光学的ローパスフィルター） 8 ∞（絞り面） （偏心基準面２） 9 ＡＳＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ（反射面） 偏心(6) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ（反射面） 偏心(7) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(6) 13 ∞ 0.75 偏心(8) 1.4875 70.2 14 ∞ 1.21 （カバーガラス） 像 面 ∞ ＡＳＳ Ｒ -9.69 Ｋ 0.0000 Ａ 5.7365×10^-4 Ｂ -6.2259×10^-6 Ｃ 9.9952×10^-8 Ｄ -6.7329×10^-10 ＡＳＳ Ｒ 241.31 Ｋ 0.0000 Ａ -5.8239×10^-4 Ｂ 1.3867×10^-4 Ｃ -9.4417×10^-6 Ｄ 2.5524×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 7.9105×10^-3 Ｃ₆ 5.8456×10^-3 Ｃ₈ -8.2836×10^-6 Ｃ₁₀ -1.7361×10^-4 Ｃ₁₁ -2.5521×10^-6 Ｃ₁₃ -2.2102×10^-5 Ｃ₁₅ 1.3676×10^-5 Ｃ₁₇ 4.7297×10^-6 Ｃ₁₉ -5.5491×10^-7 Ｃ₂₁ -1.0642×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.1670×10^-2 Ｃ₆ 1.5926×10^-2 Ｃ₈ -6.3243×10^-5 Ｃ₁₀ -8.1559×10^-4 Ｃ₁₁ 3.2830×10^-6 Ｃ₁₃ -2.6658×10^-5 Ｃ₁₅ 1.6086×10^-4 Ｃ₁₇ 6.2610×10^-6 Ｃ₁₉ 6.8933×10^-7 Ｃ₂₁ -1.4004×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.4319×10^-2 Ｃ₆ 6.6299×10^-3 Ｃ₈ -8.7012×10^-5 Ｃ₁₀ 3.5430×10^-4 Ｃ₁₁ 2.2861×10^-5 Ｃ₁₃ 4.0481×10^-5 Ｃ₁₅ 1.1692×10^-4 Ｃ₁₇ 2.3745×10^-5 Ｃ₁₉ -2.3469×10^-5 Ｃ₂₁ -7.4046×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.4614×10^-2 Ｃ₆ 2.9441×10^-2 Ｃ₈ 2.6927×10^-4 Ｃ₁₀ 6.4034×10^-4 Ｃ₁₁ 4.4102×10^-5 Ｃ₁₃ 9.9462×10^-6 Ｃ₁₅ 2.5689×10^-4 Ｃ₁₇ 8.8311×10^-6 Ｃ₁₉ -1.6809×10^-7 Ｃ₂₁ 2.1963×10^-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 3.75 Ｚ 0.50 α 23.90 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.56 Ｚ 5.62 α -11.23 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 10.10 Ｚ 3.87 α 77.63 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 13.24 Ｚ 2.47 α 74.91 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -1.92 Ｚ 1.18 α 4.42 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.07 Ｚ 3.91 α -53.98 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 4.09 Ｚ 5.31 α -89.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -0.42 Ｚ 6.81 α -74.91 β 0.00 γ 0.00 。

【０１１３】次に、上記実施例１、２の横収差図を図
４、図５に示す。これらの横収差図において、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を示す。この収
差図において、下から上へ順に、画面中心、Ｙ軸上像高
の−約７０％の位置、Ｘ方向像高の約７０％でＹ方向像
高の−約７０％の位置、Ｘ軸上像高の約７０％の位置、
Ｘ方向像高の約７０％でＹ方向像高の約７０％の位置、
Ｙ軸上像高の約７０％の位置の横収差である。

【０１１４】また、上記実施例１、２の前記条件式
（１）、（３）、（８）、（１０）、（１２）の値を次
の表に示す。 注）先行例１：特開平１０−６８８８４号実施例１ 先行例２：特開平１０−６８８８４号実施例７ 条件式（１０）の自由曲面の場合、上段はＸ方向、下段はＹ方向。

【０１１５】以上の実施例の本発明の結像光学系を構成
する第１プリズム１０、第２プリズム２０としては、光
学面３面からなり、その中の１面又は２面が全反射作用
と透過作用とを兼用する面で構成された内部反射回数２
回又は３回のタイプのプリズムを用いたが、本発明の結
像光学系において用いるプリズムはこれに限られるもの
ではない。図６〜図１３にその例を示す。なお、何れも
像面３６に結像するプリズムＰとして説明するが、光路
を逆にして像面３６側から被写体からの光線が入射し、
瞳３１側に結像するプリズムＰとしても使用することが
できる。

【０１１６】図６の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリ
ズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４
に入射して内部反射し、第４面３５に入射して屈折され
て、像面３６に結像する。

【０１１７】図７の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリ
ズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４
に入射して全反射し、第４面３５に入射して内部反射
し、再び第３面３４に入射して今度は屈折されて、像面
３６に結像する。

【０１１８】図８の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリ
ズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４
に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して内部
反射し、第４面３５に入射して屈折されて、像面３６に
結像する。

【０１１９】図９の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリ
ズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４
に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して内部
反射し、第４面３５に入射して内部反射し、第２面３３
に再度入射して今度は屈折されて、像面３６に結像す
る。

【０１２０】図１０の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、第３面３４に再度入
射して今度は屈折されて、像面３６に結像する。

【０１２１】図１１の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、再び第３面３４に入
射して内部反射し、四たび第１面３２に入射して今度は
屈折されて、像面３６に結像する。

【０１２２】さて、以上のような本発明の結像光学系
は、物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムとい
った撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわ
けカメラに用いることができる。また、物体像を接眼レ
ンズを通して観察する観察装置、とりわけカメラのファ
インダー部の対物光学系としても用いることが可能であ
る。以下に、その実施形態を例示する。

【０１２３】図１２〜図１４は、本発明の結像光学系を
電子カメラのファインダー部の対物光学系に組み込んだ
構成の概念図を示す。図１２は電子カメラ４０の外観を
示す前方斜視図、図１３は同後方斜視図、図１４は電子
カメラ４０の構成を示す断面図である。電子カメラ４０
は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系
４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光
学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示
モニター４７等を含み、カメラ４０の上部に配置された
シャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影用対
物光学系４８を通して撮影が行われる。撮影用対物光学
系４８によって形成された物体像が、ローパスフィルタ
ー、赤外カットフィルター等のフィルター５１を介して
ＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成される。このＣＣＤ４
９で受光された物体像は、処理手段５２を介し、電子画
像としてカメラ背面に設けられた液晶表示モニター４７
に表示される。また、この処理手段５２にはメモリ等が
配置され、撮影された電子画像を記録することもでき
る。なお、このメモリは処理手段５２と別体に設けらて
もよいし、フロッピーディスク等により電子的に記録書
込を行うように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代
わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成し
てもよい。

【０１２４】さらに、ファインダー用光路４４上には、
例えば実施例１と同様の結像光学系をファインダー用対
物光学系５３として配置してある。この場合、カバー部
材として正のパワーを有するカバーレンズ５４を配置し
てファインダー用対物光学系５３の一部とし、画角を拡
大している。なお、このカバーレンズ５４と結像光学系
の絞り２より物体側のプリズム１０とでファインダー用
対物光学系５３の前群を、結像光学系の絞り２より像側
のプリズム２０でファインダー用対物光学系５３の後群
を構成している。このファインダー用対物光学系５３に
よって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリ
ズム５５の視野枠５７上に形成される。なお、視野枠５
７は、ポロプリズム５５の第１反射面５６と第２反射面
５８との間を分離し、その間に配置されている。このポ
リプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察
者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。

【０１２５】このように構成されたカメラ４０は、ファ
インダー用対物光学系５３を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系５３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。

【０１２６】次に、図１５は、本発明の結像光学系を電
子カメラ４０の撮影部の対物光学系４８に組み込んだ構
成の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路４２と
平行に照明用光路６６が配置され、ランプ６７からの照
明光がミラー６８で略平行な光にされ、照明用カバー６
９を介して被写体を照明するようになっている。そし
て、撮影用光路４２上に配置された撮影用対物光学系４
８は、実施例１と同様の結像光学系を用いている。この
撮影用対物光学系により形成された物体像は、正レンズ
７０、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等の
フィルター５１を介してＣＣＤ４９の撮像面５０上に形
成される。この例の場合、撮影用対物光学系４８に正レ
ンズ７０を結像光学系の一部に配置してある。このＣＣ
Ｄ４９で受光された物体像は、処理手段５２を介し、液
晶表示素子（ＬＣＤ）６０上に電子像として表示され
る。また、この処理手段５２は、ＣＣＤ４９で撮影され
た物体像を電子情報として記録する記録手段６１の制御
も行う。ＬＣＤ６０に表示された画像は、接眼光学系５
９を介して観察者眼球Ｅに導かれる。この接眼光学系５
９は、本発明の結像光学系に用いられているものと同様
の形態を持つ偏心プリズムからなり、この例では、入射
面６２と、反射面６３と、反射と屈折の兼用面６４の３
面から構成されている。また、２つの反射作用を持った
面６３、６４の中、少なくとも一方の面、望ましくは両
方の面が、光束にパワーを与え、かつ、偏心収差を補正
する唯一の対称面を持つ面対称自由曲面にて構成されて
いる。そして、この唯一の対称面は、撮影用対物光学系
４８のプリズム１０、２０が有する面対称自由曲面の唯
一の対称面と略同一平面上に形成されている。また、こ
の撮影用対物光学系４８は他のレンズ（正レンズ、負レ
ンズ）をその構成要素として含んでいてもよく、本例で
は第２プリズム２０の像側に正レンズ７０を配してあ
る。

【０１２７】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８を少ない光学部材で構成でき、高性能
・低コスト化が実現できると共に、光学系全体を同一平
面上に並べて配置できるため、この配置平面と垂直方向
の厚みの簿型化が実現できる。

【０１２８】なお、本例では、撮影用対物光学系４８の
カバー部材６５はとして、平行平面板を配置している
が、前例と同様に、パワーを持ったレンズを用いてもよ
い。

【０１２９】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
結像光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材
と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面
はプリズム１０の入射面となる。しかし、この入射面が
光軸に対して偏心配置されているため、この面がカメラ
前面に配置されてしまうと、被写体側から見た場合、カ
メラ４０の撮影中心が自分からずれているように錯覚し
てしまい（一般的なカメラ同様、入射面の垂直方向を撮
影していると感じるのが通常である。）、違和感を与え
てしまう。そこで、本例のように、結像光学系の最も物
体側の面が偏心面である場合には、カバー部材６５（又
は、カバーレンズ５４）を設けることが、被写体側から
見た場合に違和感を感じずに、既存のカメラと同じ感覚
で撮影を受けることができ望ましい。

【０１３０】また、本発明による結像光学系をＣＣＤや
フィルター等の撮像素子前方に配置するときの望ましい
構成を図１６に示す。図中、偏心プリズムＰは、本発明
の結像光学系中に含まれるプリズムである。いま、撮像
素子の撮像面Ｃが、図のように四角形を形成するとき、
偏心プリズムＰに配置された面対称自由曲面の対称面Ｄ
が、この撮像面Ｃの四角形を形成する辺の少なくとも１
つと平行になるように配置することが、美しい像形成の
上で望ましい。

【０１３１】さらに、この撮像面Ｃが正方形や長方形と
いった４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成されてい
る場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、撮像面Ｃの
互いに平行関係にある２辺に対して平行に配置され、よ
り望ましくは、この２辺の中間に配置され、この対称面
Ｄが撮像面Ｃを左右又は上下対称にする位置に一致して
いる構成であることが好ましい。このように構成すれ
ば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやすく、
量産性に効果的である。

【０１３２】さらに、偏心プリズムＰを構成する光学面
である第１面、第２面、第３面等の中、複数の面又は全
ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面又は全て
の面の対称面が同一面Ｄ上に配置されるように構成する
ことが、設計上も、収差性能上も望ましい。そして、こ
の対称面Ｄと撮像面Ｃとの関係は、上述と同様の関係に
あることが望ましい。

【０１３３】以上の本発明の結像光学系は、例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 物体像を形成する結像光学系において、前記結
像光学系が第１プリズムと第２プリズムとを含み、前記
第１プリズムは第２プリズムよりも物体側に配置され、
前記第１プリズムは、物体からの光線の通過する順に、
第１透過面、第１反射面、第２反射面、第３反射面、第
２透過面を有し、前記第１透過面と前記第３反射面、及
び、前記第１反射面と前記第２透過面がそれぞれ同一の
面からなり、前記第２プリズムは入射面と少なくとも１
つの反射面と射出面とを有し、前記第１プリズム及び前
記第２プリズムは共に、少なくとも１面ずつ偏心収差を
補正する回転非対称な形状の反射面を有することを特徴
とする結像光学系。

【０１３４】〔２〕 物体中心から絞り中心を通り像面
中心に到る軸上主光線で光軸を定義するとき、前記第１
プリズムの形状が、前記第１透過面に入射する光軸に対
して、前記第１反射面で反射された光軸がなす角度、前
記第２反射面で反射された光軸がなす角度、前記第３反
射面で反射された光軸がなす角度が順に大きくなるよう
な形状であることを特徴とする上記１記載の結像光学
系。

【０１３５】〔３〕 前記第１プリズムと前記第２プリ
ズムとの間に絞りが配置され、像側に略テレセントリッ
クとなっていることを特徴とする上記１又は２記載の結
像光学系。

【０１３６】〔４〕 前記第１プリズムが発散作用を有
し、前記第２プリズムが収斂作用を有していることを特
徴とする上記１から３の何れか１項記載の結像光学系。

【０１３７】〔５〕 前記第１反射面及び前記第３反射
面が全反射面にて構成されていることを特徴とする上記
１から４の何れか１項記載の結像光学系。

【０１３８】〔６〕 前記第２プリズムが、物体からの
光線の通過する順に、第１透過面、第１反射面、第２反
射面、第２透過面を有し、前記第１反射面と前記第２透
過面が同一の面からなることを特徴とする上記１から５
の何れか１項記載の結像光学系。

【０１３９】〔７〕 前記回転非対称面は、唯一の対称
面を１面のみ備えた自由曲面にて形成されていることを
特徴とする上記１から６の何れか１項記載の結像光学
系。

【０１４０】〔８〕 前記第１プリズムの少なくとも１
つの自由曲面の唯一の対称面と、前記第２プリズムの少
なくとも１つの自由曲面の唯一の対称面とが略同１面上
に構成されていることを特徴とする上記７記載の結像光
学系。

【０１４１】

〔９〕 物体中心から絞り中心を通り像面
中心に到る軸上主光線で光軸を定義するとき、前記第１
プリズムの第１透過面に入射する光軸と、前記第２プリ
ズムの射出面から射出する光軸とが略平行となるように
構成されていることを特徴とする上記１から８の何れか
１項記載の結像光学系。

【０１４２】〔１０〕 物体像を形成する結像光学系に
おいて、前記結像光学系が第１プリズムと第２プリズム
とを含み、前記第１プリズムは第２プリズムよりも物体
側に配置され、前記第１プリズムは入射面と少なくとも
１つの反射面と射出面とを有し、前記第２プリズムは、
物体からの光線の通過する順に、第１透過面、第１反射
面、第２反射面、第３反射面、第２透過面を有し、前記
第１透過面と前記第３反射面、及び、前記第１反射面と
前記第２透過面がそれぞれ同一の面からなり、前記第１
プリズム及び前記第２プリズムは共に、少なくとも１面
ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反射面を有
することを特徴とする結像光学系。

【０１４３】〔１１〕 光路中に中間像を形成すること
なしに物体像を像面に結像することを特徴とする上記１
から１０の何れか１項記載の結像光学系。

【０１４４】〔１２〕 少なくとも２つのプリズムを有
し、光路中に中間像を形成することなしに物体像を像面
に結像する結像光学系において、次の条件式を満たすこ
とを特徴とする結像光学系。 ０．３＜ｄ／Ｉｈ＜１０ ・・・（１） ただし、物体中心から絞り中心を通り像面中心に到る光
線を軸上主光線とするとき、ｄは光学系に入射する軸上
主光線の入射方向をＺ軸としたとき、光学系を構成する
全ての光学面、絞り面及び像面の有効面で画定される領
域のＺ方向の最大厚さ、Ｉｈは光学系の最大像高であ
る。

【０１４５】〔１３〕 次の条件式を満たすことを特徴
とする上記１２記載の結像光学系。 ０．３＜ｄ／Ｉｈ＜５ ・・・（２）。

【０１４６】〔１４〕 次の条件式を満たすことを特徴
とする上記１２又は１３記載の結像光学系。 ０．１＜ｄ₁ ／Ｉｈ＜２０ ・・・（３） ただし、ｄ₁ は２つのプリズム間の軸上主光線の長さで
ある。

【０１４７】〔１５〕 少なくとも１つのプリズムが次
の条件式を満たすことを特徴とする上記１２又は１３記
載の結像光学系。 ３０°＜θ₁ ＜１５０° ・・・（５） ただし、θ₁ はプリズムの入射軸上主光線（入射軸）に
対する射出軸上主光線（射出軸）のなす角度である。

【０１４８】〔１６〕 少なくとも１面の反射面が次の
条件式を満たすことを特徴とする上記１２又は１３記載
の結像光学系。 ２５°＜θ₂ ＜８０° ・・・（８） ただし、θ₂ は反射面での軸上主光線の法線に対する反
射角である。

【０１４９】〔１７〕 屈折面が何れも次の条件式を満
たすことを特徴とする上記１２又は１３記載の結像光学
系。 ｜Ｉｈ／Ｒ｜＜０．５ ・・・（１０） ただし、Ｒは軸上主光線近傍での曲率半径である。ここ
で、屈折面がＺ＝ΣＣ_jＸ^m Ｙⁿ で表される自由曲面形
状からなる場合には、ＲはＸ² の係数Ｃ₄ 又はＹ² の係
数Ｃ₆ から定義されるＲ＝１／（２Ｃ₄ ）又はＲ＝１／
（２Ｃ₆ ）とする。

【０１５０】〔１８〕 少なくとも１面の屈折面が次の
条件式を満たすことを特徴とする上記１２又は１３記載
の結像光学系。 ３°＜φ＜６０° ・・・（１２） ただし、φは軸上主光線に対する屈折面の傾きである。

【０１５１】〔１９〕 上記１から１８の何れか１項記
載の結像光学系を撮影用対物光学系として配置したこと
を特徴とする撮影装置。

【０１５２】〔２０〕 上記１９において、前記撮影用
対物光学系の像面上に受光した像信号を電気信号に変換
する撮像素子を配置すると共に、前記電気信号から観察
用の画像を形成する画像表示素子を配置したことを特徴
とする撮影装置。

【０１５３】〔２１〕 上記１から１８の何れか１項記
載の結像光学系を撮影光学系とは別に設けられた観察光
学系の対物光学系に配置したことを特徴とする撮影装
置。

【０１５４】〔２２〕 上記８において、前記結像光学
系が形成する像面上に受光した像信号を電気信号に変換
する撮像素子を配置すると共に、前記撮像素子の撮像面
が少なくとも４つの辺からなる多角形を形成し、その中
の対向する２つの辺に対して前記の唯一の対称面が略平
行となるように構成されたことを特徴とする撮影装置。

【０１５５】〔２３〕 上記２２において、前記の唯一
の対称面は、前記撮像素子の撮像面が上下若しくは左右
対称となる位置に一致させて配置されたことを特徴とす
る撮影装置。

【０１５６】〔２４〕 上記８、２２又は２３におい
て、物体中心から絞り中心を通り像面中心に到る軸上主
光線で光軸を定義するとき、物体側から第１のプリズム
中の光軸の光路と、物体側から第２のプリズム中の光軸
の光路とが共に、前記の唯一の対称面上に形成されるよ
うに構成したことを特徴とする撮影装置。

【０１５７】

【発明の効果】以上説明したように、また、各実施例か
ら明らかなように、本発明によれば、少ない光学素子の
構成枚数で少ない反射回数の反射面を用いて光路を折り
畳むことにより、小型化、薄型化された高性能な特にカ
メラに適した結像光学系を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の結像光学系の代表的な構成を示す光路
図である。

【図２】本発明の実施例１の結像光学系の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例２の結像光学系の断面図であ
る。

【図４】実施例１の結像光学系の横収差図である。

【図５】実施例２の結像光学系の横収差図である。

【図６】本発明に適用可能な偏心プリズムの１例を示す
図である。

【図７】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を示
す図である。

【図８】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を示
す図である。

【図９】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を示
す図である。

【図１０】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を
示す図である。

【図１１】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を
示す図である。

【図１２】本発明の結像光学系を適用した電子カメラの
外観を示す前方斜視図である。

【図１３】図１２の電子カメラの後方斜視図である。

【図１４】図１２の電子カメラの構成を示す断面図であ
る。

【図１５】本発明の結像光学系を適用した別の電子カメ
ラの概念図である。

【図１６】本発明による結像光学系を撮像素子前方に配
置するときの望ましい構成を示す図である。

【図１７】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１８】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１９】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。

【符号の説明】

１…軸上主光線 ２…絞り ３…像面 ４…光学的ローパスフィルター ５…カバーガラス １０…第１プリズム １１…第１透過面 １２…第１反射面 １３…第２反射面 １４…第３反射面（第２透過面：実施例２） １５…第２透過面 ２０…第２プリズム ２１…第１透過面 ２２…第１反射面 ２３…第２反射面 ２４…第２透過面 ３１…瞳 ３２…第１面 ３３…第２面 ３４…第３面 ３５…第４面 ３６…像面 ４０…電子カメラ ４１…撮影光学系 ４２…撮影用光路 ４３…ファインダー光学系 ４４…ファインダー用光路 ４５…シャッター ４６…フラッシュ ４７…液晶表示モニター ４８…撮影用対物光学系 ４９…ＣＣＤ ５０…撮像面 ５１…フィルター ５２…処理手段 ５３…ファインダー用対物光学系 ５４…カバーレンズ ５５…ポロプリズム ５６…第１反射面 ５７…視野枠 ５８…第２反射面 ５９…接眼光学系 ６０…液晶表示素子（ＬＣＤ） ６１…記録手段 ６２…入射面 ６３…反射面 ６４…反射と屈折の兼用面 ６５…カバー部材 ６６…照明用光路 ６７…ランプ ６８…ミラー ６９…照明用カバー ７０…正レンズ Ｍ …凹面鏡 Ｐ …プリズム Ｅ …観察者眼球 Ｃ …撮像面 Ｄ …対称面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体像を形成する結像光学系において、 前記結像光学系が第１プリズムと第２プリズムとを含
   み、 前記第１プリズムは第２プリズムよりも物体側に配置さ
   れ、 前記第１プリズムは、物体からの光線の通過する順に、
   第１透過面、第１反射面、第２反射面、第３反射面、第
   ２透過面を有し、前記第１透過面と前記第３反射面、及
   び、前記第１反射面と前記第２透過面がそれぞれ同一の
   面からなり、 前記第２プリズムは入射面と少なくとも１つの反射面と
   射出面とを有し、 前記第１プリズム及び前記第２プリズムは共に、少なく
   とも１面ずつ偏心収差を補正する回転非対称な形状の反
   射面を有することを特徴とする結像光学系。
2. 【請求項２】 光路中に中間像を形成することなしに物
   体像を像面に結像することを特徴とする請求項１記載の
   結像光学系。
3. 【請求項３】 少なくとも２つのプリズムを有し、光路
   中に中間像を形成することなしに物体像を像面に結像す
   る結像光学系において、次の条件式を満たすことを特徴
   とする結像光学系。 ０．３＜ｄ／Ｉｈ＜１０ ・・・（１） ただし、物体中心から絞り中心を通り像面中心に到る光
   線を軸上主光線とするとき、ｄは光学系に入射する軸上
   主光線の入射方向をＺ軸としたとき、光学系を構成する
   全ての光学面、絞り面及び像面の有効面で画定される領
   域のＺ方向の最大厚さ、Ｉｈは光学系の最大像高であ
   る。