JPH1195106A - 光学素子及びそれを用いた光学系 - Google Patents
光学素子及びそれを用いた光学系Info
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- JPH1195106A JPH1195106A JP9269358A JP26935897A JPH1195106A JP H1195106 A JPH1195106 A JP H1195106A JP 9269358 A JP9269358 A JP 9269358A JP 26935897 A JP26935897 A JP 26935897A JP H1195106 A JPH1195106 A JP H1195106A
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0836—Catadioptric systems using more than three curved mirrors
- G02B17/0848—Catadioptric systems using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0896—Catadioptric systems with variable magnification or multiple imaging planes, including multispectral systems
Abstract
(57)【要約】
【課題】 オフアキシャル曲面を利用して、光学系全体
の小型化を図りつつ物体像を所定面上に形成することが
できる光学素子及びそれを用いた光学系を得ること。 【解決手段】 光束を入射面より入射させ、該入射面か
らの光束をオフアキシャル曲面より成る複数の反射面で
反射させて出射面より出射させる光学素子であって、該
入射面又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１
つは回折作用を有した面より成っていること。
の小型化を図りつつ物体像を所定面上に形成することが
できる光学素子及びそれを用いた光学系を得ること。 【解決手段】 光束を入射面より入射させ、該入射面か
らの光束をオフアキシャル曲面より成る複数の反射面で
反射させて出射面より出射させる光学素子であって、該
入射面又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１
つは回折作用を有した面より成っていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子及びそれ
を用いた光学系に関し、特に、物体面から像面にいたる
基準波長の光路（基準軸）が曲面と交わる点において面
法線が基準軸と一致しない平面ではない曲面｛オフアキ
シャル（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ）曲面｝を含む光学素子
（オフアキシャル光学素子）を用いて物体像を所定面上
に形成するようにしたビデオカメラやスチルカメラ、そ
して複写機等の光学系に好適なものである。
を用いた光学系に関し、特に、物体面から像面にいたる
基準波長の光路（基準軸）が曲面と交わる点において面
法線が基準軸と一致しない平面ではない曲面｛オフアキ
シャル（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ）曲面｝を含む光学素子
（オフアキシャル光学素子）を用いて物体像を所定面上
に形成するようにしたビデオカメラやスチルカメラ、そ
して複写機等の光学系に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、各面（レンズ面，反射面）の
回転対称軸である光軸のまわりに回転対称の屈折面また
は反射面を配置してなる共軸光学系が主として物体の像
を像面に結像する為の光学系として用いられてきた。し
かし最近、今までの共軸光学系の範疇に入らない物体面
から像面にいたる基準波長の光路（基準軸）が曲面と交
わる点において面法線が基準軸と一致しない平面ではな
い曲面（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ曲面）を含むオフアキシャ
ル光学系という新しい概念の光学系が、例えば第２０回
光学シンポジウム予稿集４９ページから５６ページにか
けて紹介されている。
回転対称軸である光軸のまわりに回転対称の屈折面また
は反射面を配置してなる共軸光学系が主として物体の像
を像面に結像する為の光学系として用いられてきた。し
かし最近、今までの共軸光学系の範疇に入らない物体面
から像面にいたる基準波長の光路（基準軸）が曲面と交
わる点において面法線が基準軸と一致しない平面ではな
い曲面（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ曲面）を含むオフアキシャ
ル光学系という新しい概念の光学系が、例えば第２０回
光学シンポジウム予稿集４９ページから５６ページにか
けて紹介されている。
【０００３】こうしたオフアキシャル光学系は、従来の
共軸光学系に対して、基準軸（共軸光学系の光軸に相
当）が折れ曲がった形で定義でき、従来の共軸光学系は
このオフアキシャル光学系の特殊な場合と考えることが
できる。このため、光学系の配置の自由度を増加させる
ことができるほか、光学系のバリエーションとしても共
軸光学系より多くなることが予想されている。
共軸光学系に対して、基準軸（共軸光学系の光軸に相
当）が折れ曲がった形で定義でき、従来の共軸光学系は
このオフアキシャル光学系の特殊な場合と考えることが
できる。このため、光学系の配置の自由度を増加させる
ことができるほか、光学系のバリエーションとしても共
軸光学系より多くなることが予想されている。
【０００４】一方、回折現象を利用した回折光学素子を
偏心光学系（一般に偏心とは「芯」である面の回転対称
軸が平行にシフトした場合やある点のまわりにティルト
した場合をさし、偏心光学系は一般には面を表わす式が
有効部の外の領域までも含めても回転対称軸を持たない
面で構成されるオフアキシャル光学系の特殊例になる）
に応用した例としては、ＵＳＰ４６６９８１０、ＵＳＰ
４７６３９９０、ＵＳＰ４７９９７６５などに示されて
いる航空機や自動車のヘッドアップッディスプレーのコ
ンバイナーに反射型ホログラムをつけた例などがある。
偏心光学系（一般に偏心とは「芯」である面の回転対称
軸が平行にシフトした場合やある点のまわりにティルト
した場合をさし、偏心光学系は一般には面を表わす式が
有効部の外の領域までも含めても回転対称軸を持たない
面で構成されるオフアキシャル光学系の特殊例になる）
に応用した例としては、ＵＳＰ４６６９８１０、ＵＳＰ
４７６３９９０、ＵＳＰ４７９９７６５などに示されて
いる航空機や自動車のヘッドアップッディスプレーのコ
ンバイナーに反射型ホログラムをつけた例などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た光学系（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系）に対しては、共
軸光学系では回転対称性のために考えなくてよかった回
転非対称の収差をとる必要が生じて来る。このために、
面形状の表現式を回転非対称な形状で表現する必要があ
り、面形状を回転対称な面等の簡単な面では構成するこ
とができなくなるという問題点がある。
た光学系（Ｏｆｆ−Ａｘｉａｌ光学系）に対しては、共
軸光学系では回転対称性のために考えなくてよかった回
転非対称の収差をとる必要が生じて来る。このために、
面形状の表現式を回転非対称な形状で表現する必要があ
り、面形状を回転対称な面等の簡単な面では構成するこ
とができなくなるという問題点がある。
【０００６】一方、面形状の式を回転非対称にとること
により１面あたりの面形状の係数として設計の自由度は
増加する。しかしながら、補正すべき非対称収差の数も
増えて来るので、収差補正に要する屈折並びに反射面の
数にも限度があり、収差補正には共軸系と同等程度の面
数が必要となる。この為、設計自由度の増加の割りには
面数の削減の効果としては小さいという問題点があっ
た。
により１面あたりの面形状の係数として設計の自由度は
増加する。しかしながら、補正すべき非対称収差の数も
増えて来るので、収差補正に要する屈折並びに反射面の
数にも限度があり、収差補正には共軸系と同等程度の面
数が必要となる。この為、設計自由度の増加の割りには
面数の削減の効果としては小さいという問題点があっ
た。
【０００７】また、上記引用例で紹介した航空機や自動
車のヘッドアップッディスプレーのコンバイナーに反射
型ホログラムをつけた例においては、いずれも観察光学
系であることや使われている面数が２面程度に限られて
いる。この為、これを結像光学系に応用しようとしても
面形状の制限もあり、色収差等の光学性能は必ずしも満
足のいくものではなかった。
車のヘッドアップッディスプレーのコンバイナーに反射
型ホログラムをつけた例においては、いずれも観察光学
系であることや使われている面数が２面程度に限られて
いる。この為、これを結像光学系に応用しようとしても
面形状の制限もあり、色収差等の光学性能は必ずしも満
足のいくものではなかった。
【０００８】また、上記自動車のヘッドアップッディス
プレーのコンバイナーに反射型ホログラムをつけた例に
おいては、回折作用を持っている面は事実上空間上に単
独で設置される形になっている。これを結像光学系に応
用しようとすれば、他の光学要素との設置位置合わせ等
光学調整をきちんとやっておかなければならないという
問題点があった。
プレーのコンバイナーに反射型ホログラムをつけた例に
おいては、回折作用を持っている面は事実上空間上に単
独で設置される形になっている。これを結像光学系に応
用しようとすれば、他の光学要素との設置位置合わせ等
光学調整をきちんとやっておかなければならないという
問題点があった。
【０００９】本発明は、オフアキシャル曲面より成る複
数の反射面と屈折面とを有する光学素子の少なくとも１
つの面に回折作用を持たせることにより物体像を所定面
に形成するときの収差補正上の設計の自由度を増し、又
光学系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能が容易に
得られる光学素子及びそれを用いた光学系の提供を目的
とする。
数の反射面と屈折面とを有する光学素子の少なくとも１
つの面に回折作用を持たせることにより物体像を所定面
に形成するときの収差補正上の設計の自由度を増し、又
光学系全体の小型化を図りつつ、高い光学性能が容易に
得られる光学素子及びそれを用いた光学系の提供を目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は、 (1-1) 光束を入射面より入射させ、該入射面からの光
束をオフアキシャル曲面より成る複数の反射面で反射さ
せて出射面より出射させる光学素子であって、該入射面
又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１つは回
折作用を有した面より成っていることを特徴としてい
る。 (1-2) 透明体の表面に、光束が屈折して入射する入射
面と、該入射光束を順次反射するオフアキシャル曲面を
有する複数の反射面と、該複数の反射面にて反射された
光束を屈折して射出する出射面を一体に形成した光学素
子であって、該入射面又は出射面又は複数の反射面のう
ち少なくとも１つは回折作用を有した面より成っている
ことを特徴としている。
束をオフアキシャル曲面より成る複数の反射面で反射さ
せて出射面より出射させる光学素子であって、該入射面
又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１つは回
折作用を有した面より成っていることを特徴としてい
る。 (1-2) 透明体の表面に、光束が屈折して入射する入射
面と、該入射光束を順次反射するオフアキシャル曲面を
有する複数の反射面と、該複数の反射面にて反射された
光束を屈折して射出する出射面を一体に形成した光学素
子であって、該入射面又は出射面又は複数の反射面のう
ち少なくとも１つは回折作用を有した面より成っている
ことを特徴としている。
【００１１】特に構成(1-1)又は(1-2)において、 (1-2-1) 前記回折作用を有した面は曲面であること。 (1-2-2) 前記回折作用を有した面は球面であること。 (1-2-3) 前記回折作用を有した面は回転対称非球面で
あること。 (1-2-4) 前記回折作用を有した面は非対称非球面であ
ること。 (1-2-5) 前記回折作用を有した面はホログラムタイプ
回折面であること。 (1-2-6) 前記回折作用を有した面はキノフォームタイ
プ回折面であること。 (1-2-7) 前記回折作用を有した面はバイナリータイプ
回折面であること。 (1-2-8) 前記回折作用を有した面は回転非対称な縞形
状を持った回折面であること。 (1-2-9) 前記回折作用を有した面の回折作用の次数に
より光路を複数に分割していること。 (1-2-10) 前記回折作用を有した面の回折作用の次数に
より異なる複数の焦点距離を有していること。 等を特徴としている。
あること。 (1-2-4) 前記回折作用を有した面は非対称非球面であ
ること。 (1-2-5) 前記回折作用を有した面はホログラムタイプ
回折面であること。 (1-2-6) 前記回折作用を有した面はキノフォームタイ
プ回折面であること。 (1-2-7) 前記回折作用を有した面はバイナリータイプ
回折面であること。 (1-2-8) 前記回折作用を有した面は回転非対称な縞形
状を持った回折面であること。 (1-2-9) 前記回折作用を有した面の回折作用の次数に
より光路を複数に分割していること。 (1-2-10) 前記回折作用を有した面の回折作用の次数に
より異なる複数の焦点距離を有していること。 等を特徴としている。
【００１２】本発明の光学系は、(2-1) 複数の光学要
素によって構成される光学系であって、構成(1-1)又は
(1-2)の光学素子を少なくとも１つ備えることを特徴と
している。
素によって構成される光学系であって、構成(1-1)又は
(1-2)の光学素子を少なくとも１つ備えることを特徴と
している。
【００１３】特に、 (2-1-1) 前記光学素子が移動することにより、全系の
焦点距離が変化すること。 (2-1-2) 前記光学素子は基準軸に沿って移動するこ
と。 (2-1-3) 共軸光学素子を備えること。 (2-1-4) 前記共軸光学素子が移動することにより、全
系の焦点距離が変化すること。 (2-1-5) 前記共軸光学素子は基準軸に沿って移動する
こと。 等を特徴としている。
焦点距離が変化すること。 (2-1-2) 前記光学素子は基準軸に沿って移動するこ
と。 (2-1-3) 共軸光学素子を備えること。 (2-1-4) 前記共軸光学素子が移動することにより、全
系の焦点距離が変化すること。 (2-1-5) 前記共軸光学素子は基準軸に沿って移動する
こと。 等を特徴としている。
【００１４】本発明の光学素子は、(3-1) 光束を入射
面より入射させ、該入射面からの光束を複数の反射面で
反射させて出射面より出射させる光学素子であって、該
入射面又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１
つは回転非対称な縞形状を持った回折作用を有した面よ
り成っていることを特徴としている。
面より入射させ、該入射面からの光束を複数の反射面で
反射させて出射面より出射させる光学素子であって、該
入射面又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１
つは回転非対称な縞形状を持った回折作用を有した面よ
り成っていることを特徴としている。
【００１５】本発明の光学系は、(4-1) 構成(3-1)の光
学素子を少なくとも１つ含み、物体像を所定面に形成し
ていることを特徴としている。
学素子を少なくとも１つ含み、物体像を所定面に形成し
ていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】実施形態の説明に入る前に、実施
形態の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項に
ついて説明する。後述する本実施形態は定性的なもので
あるが、これはホログラム等の回折作用を持つ光学素子
を光学系の内部に含む為に面形状によらず光路を自由に
設定できるという理由からである。
形態の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事項に
ついて説明する。後述する本実施形態は定性的なもので
あるが、これはホログラム等の回折作用を持つ光学素子
を光学系の内部に含む為に面形状によらず光路を自由に
設定できるという理由からである。
【００１７】図１８は本発明のオフアキシャル光学系の
構成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１８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。
構成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１８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。
【００１８】図１８において第１面R1は絞り、第２面R2
は第１面と共軸な屈折面、第３面R3は第２面R2に対して
チルトされた反射面、第４面R4、第５面R5は各々の前面
に対してシフト、チルトされた反射面、第６面R6は第５
面R5に対してシフト、チルトされた屈折面である。第２
面R2から第６面R6までの各々の面はガラス、プラスチッ
ク等の媒質で構成される一つの光学素子上に構成されて
おり、図１中では第１の光学素子B1としている。
は第１面と共軸な屈折面、第３面R3は第２面R2に対して
チルトされた反射面、第４面R4、第５面R5は各々の前面
に対してシフト、チルトされた反射面、第６面R6は第５
面R5に対してシフト、チルトされた屈折面である。第２
面R2から第６面R6までの各々の面はガラス、プラスチッ
ク等の媒質で構成される一つの光学素子上に構成されて
おり、図１中では第１の光学素子B1としている。
【００１９】従って、図１８の構成では不図示の物体面
から第２面R2までの媒質は空気、第２面R2から第６面R6
まではある共通の媒質、第６面R6から不図示の第７面R7
までの媒質は空気で構成している。
から第２面R2までの媒質は空気、第２面R2から第６面R6
まではある共通の媒質、第６面R6から不図示の第７面R7
までの媒質は空気で構成している。
【００２０】本発明の光学系はオフアキシャル光学系
（物体面から像面にいたる基準波長の光路（基準軸）が
曲面と交わる点において面法線が基準軸と一致しない平
面でない曲面（Ｏｆｆ Ａｘｉａｌ曲面）を含む光学
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。
（物体面から像面にいたる基準波長の光路（基準軸）が
曲面と交わる点において面法線が基準軸と一致しない平
面でない曲面（Ｏｆｆ Ａｘｉａｌ曲面）を含む光学
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。
【００２１】そして、本発明の実施形態においては、第
１面の光線有効径の中心点を原点とすると共に、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
光学系の基準軸と定義している。さらに、本実施形態中
の基準軸は方向（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である。
１面の光線有効径の中心点を原点とすると共に、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
光学系の基準軸と定義している。さらに、本実施形態中
の基準軸は方向（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である。
【００２２】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、収差の取り纏め上、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。しかし、一般的には像面の中
心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第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。
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、収差の取り纏め上、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。しかし、一般的には像面の中
心と、絞り又は入射瞳又は射出瞳又は光学系の第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。
【００２３】つまり、本発明の実施形態においては、基
準軸は第１面、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）が各屈
折面及び反射面によって屈折・反射する経路を基準軸に
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。
準軸は第１面、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）が各屈
折面及び反射面によって屈折・反射する経路を基準軸に
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。
【００２４】従って基準軸は設定された各面の順番に沿
って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化さ
せつつ、最終的に像面の中心に到達する。
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。
【００２５】本発明の各実施形態の光学系の構成面は、
簡単の為に構成する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、絶対座標系の各軸を以下
のように定める。
簡単の為に構成する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、絶対座標系の各軸を以下
のように定める。
【００２６】Z軸：原点を通り第２面R2に向かう基準軸 Y軸：原点を通りチルト面内（図１８の紙面内）でZ軸に
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸：原点を通りZ、Y各軸に垂直な直線（図１８の紙面に
垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成を表示する
実施形態では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表わ
す。
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸：原点を通りZ、Y各軸に垂直な直線（図１８の紙面に
垂直な直線） 又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、本発明の構成を表示する
実施形態では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表わ
す。
【００２７】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
うに設定する。
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
うに設定する。
【００２８】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 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。
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 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。
【００２９】ここで、球面は以下の式で表される形状で
ある：
ある：
【００３０】
【数１】 また、本発明の光学系は少なくとも回転非対称な非球面
を一面以上有し、その形状は以下の式により表す： 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+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y
2+C40x4上記曲面式はxに関して偶数次の項のみであるた
め、上記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面と
する面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされ
る場合はxz面に対して対称な形状を表す。
を一面以上有し、その形状は以下の式により表す： 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+C20x2+C03y3+C21x2y+C04y4+C22x2y
2+C40x4上記曲面式はxに関して偶数次の項のみであるた
め、上記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面と
する面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされ
る場合はxz面に対して対称な形状を表す。
【００３１】C03＝C21＝t＝0 さらに C02＝C20 C04＝C40＝C22/2 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。
を満たさない場合は非回転対称な形状である。
【００３２】つぎに以下の実施形態に含まれる光学系を
説明するにあたって共通の用語や作用について説明す
る。以下の実施形態で用いる回折作用を持った面（回折
格子面）は文字通り、境界となる面に位相レベルを変化
させる作用を付加し回折による偏向を起こすことができ
る面である。
説明するにあたって共通の用語や作用について説明す
る。以下の実施形態で用いる回折作用を持った面（回折
格子面）は文字通り、境界となる面に位相レベルを変化
させる作用を付加し回折による偏向を起こすことができ
る面である。
【００３３】そうした回折作用を持った面としては製法
による分類としてホログラムタイプ、キノフォームタイ
プに大別できる。ホログラムタイプの面とは一般的にコ
ヒーレントな物体光と参照光という２つの波面の干渉縞
として位相情報を記録したホログラムを持った面であ
り、位相情報を透過率の差として記録した振幅型と屈折
率の変化として記録した位相型がある。そして最近は計
算機によって干渉縞の形状を計算し、そのパターンを基
板上に描画したＣＧＨ（計算機ホログラム）も作られる
ようになってきているが、これは実際の２つの波面を干
渉させて作ったものではないが、思想は同じなのでホロ
グラムタイプの中に含めるものとする。
による分類としてホログラムタイプ、キノフォームタイ
プに大別できる。ホログラムタイプの面とは一般的にコ
ヒーレントな物体光と参照光という２つの波面の干渉縞
として位相情報を記録したホログラムを持った面であ
り、位相情報を透過率の差として記録した振幅型と屈折
率の変化として記録した位相型がある。そして最近は計
算機によって干渉縞の形状を計算し、そのパターンを基
板上に描画したＣＧＨ（計算機ホログラム）も作られる
ようになってきているが、これは実際の２つの波面を干
渉させて作ったものではないが、思想は同じなのでホロ
グラムタイプの中に含めるものとする。
【００３４】一方キノフォームタイプは、境界面に光の
通し方を変えた規則的な回折格子の微細な縞を描いてあ
り、これも光の通過部分と遮光部分とを繰り返した構造
を持つ振幅型（ゾーンプレート）と、１周期の位相変化
を境界面上における１つの山型構造の厚さの変化として
１本の縞とし、この構造を多数繰り返して特定の次数の
回折効率を高めた位相型（キノフォーム）とがある。
通し方を変えた規則的な回折格子の微細な縞を描いてあ
り、これも光の通過部分と遮光部分とを繰り返した構造
を持つ振幅型（ゾーンプレート）と、１周期の位相変化
を境界面上における１つの山型構造の厚さの変化として
１本の縞とし、この構造を多数繰り返して特定の次数の
回折効率を高めた位相型（キノフォーム）とがある。
【００３５】この位相型は１本ずつの縞を微細なバイト
等を使って加工（ブレーズ加工）した型を作り、その型
を使ってガラスやプラスチック等の光学材料にその形状
を転写させることができるので、同一のキノフォームを
安価に大量生産することができる。このキノフォームタ
イプのうち、その１周期分の山型構造を連続関数（図１
９（Ａ））として表現するのではなく図１９（Ｂ）に示
すような２の冪乗（２のＮ乗）段の階段状の形状として
近似し、その微細な階段構造を光リソグラフィーの手法
をＮ回繰り返してで形成することが最近よく行なわれて
いる。
等を使って加工（ブレーズ加工）した型を作り、その型
を使ってガラスやプラスチック等の光学材料にその形状
を転写させることができるので、同一のキノフォームを
安価に大量生産することができる。このキノフォームタ
イプのうち、その１周期分の山型構造を連続関数（図１
９（Ａ））として表現するのではなく図１９（Ｂ）に示
すような２の冪乗（２のＮ乗）段の階段状の形状として
近似し、その微細な階段構造を光リソグラフィーの手法
をＮ回繰り返してで形成することが最近よく行なわれて
いる。
【００３６】そうして作られたキノフォームは特にバイ
ナリータイプのキノフォーム、あるいは単にバイナリー
タイプの回折素子と呼ばれる。このバイナリータイプの
回折素子は、通常のキノフォームと同様に加工用の型を
光リソグラフィーの手法で作れば、その型を使ってガラ
スやプラスチック等の光学材料にその形状を転写させる
ことができるので、同一のバイナリータイプの回折素子
を安価に大量生産することができる。なお、光リソグラ
フィーの手法で作られるバイナリータイプ回折素子用の
型は、バイトなどを用いて加工した通常のキノフォーム
用型に比べて微細な構造を持たせることが容易であるた
め、バイナリータイプの回折素子はキノフォームタイプ
回折素子の主流となってきている。
ナリータイプのキノフォーム、あるいは単にバイナリー
タイプの回折素子と呼ばれる。このバイナリータイプの
回折素子は、通常のキノフォームと同様に加工用の型を
光リソグラフィーの手法で作れば、その型を使ってガラ
スやプラスチック等の光学材料にその形状を転写させる
ことができるので、同一のバイナリータイプの回折素子
を安価に大量生産することができる。なお、光リソグラ
フィーの手法で作られるバイナリータイプ回折素子用の
型は、バイトなどを用いて加工した通常のキノフォーム
用型に比べて微細な構造を持たせることが容易であるた
め、バイナリータイプの回折素子はキノフォームタイプ
回折素子の主流となってきている。
【００３７】次に本発明の各実施形態について説明す
る。図１は本発明の光学系の実施形態１の要部断面図で
あり、光路も図示している。Ｂ１は曲率を有する複数の
反射面が一体に形成された光学素子（オフアキシャル光
学素子）の一例である。光学素子Ｂ１は透明体の表面に
物体側からの基準軸光線Ｌａに沿って順に回折作用を有
する入射屈折面ｓｄ１と、凹面鏡ｓ２・凹面鏡ｓ３・凹
面鏡ｓ４・凹面鏡ｓ５の４つの反射面と射出屈折面ｓ６
を形成している。
る。図１は本発明の光学系の実施形態１の要部断面図で
あり、光路も図示している。Ｂ１は曲率を有する複数の
反射面が一体に形成された光学素子（オフアキシャル光
学素子）の一例である。光学素子Ｂ１は透明体の表面に
物体側からの基準軸光線Ｌａに沿って順に回折作用を有
する入射屈折面ｓｄ１と、凹面鏡ｓ２・凹面鏡ｓ３・凹
面鏡ｓ４・凹面鏡ｓ５の４つの反射面と射出屈折面ｓ６
を形成している。
【００３８】各反射面ｓ２〜ｓ５はオフアキシャル曲面
である。各屈折面及び各反射面はいずれも紙面（ＹＺ
面）に対して対称であり、従って基準軸は全てＹＺ面に
含まれる。そして光学素子Ｂ１の入射基準軸の方向と射
出基準軸の方向は平行でかつ同じ向きである。なお、各
反射面には反射膜を加工している。又、光学素子Ｂ１は
紙面に平行な２つの側面をもっている。
である。各屈折面及び各反射面はいずれも紙面（ＹＺ
面）に対して対称であり、従って基準軸は全てＹＺ面に
含まれる。そして光学素子Ｂ１の入射基準軸の方向と射
出基準軸の方向は平行でかつ同じ向きである。なお、各
反射面には反射膜を加工している。又、光学素子Ｂ１は
紙面に平行な２つの側面をもっている。
【００３９】ｉｍは最終像面であり、ＣＣＤ等の撮像素
子の撮像面が位置する。Ｐは光学素子Ｂ１の物体側に配
置された絞り、Ｌａは光学系の基準軸である。
子の撮像面が位置する。Ｐは光学素子Ｂ１の物体側に配
置された絞り、Ｌａは光学系の基準軸である。
【００４０】次に本実施形態における結像作用を説明す
る。無限遠にある物体からの光束Ｌｓは絞りＰにより入
射光量を規制された後、光学素子Ｂ１の入射屈折面ｓｄ
１に入射して屈折した後凹面鏡ｓ２に達する。
る。無限遠にある物体からの光束Ｌｓは絞りＰにより入
射光量を規制された後、光学素子Ｂ１の入射屈折面ｓｄ
１に入射して屈折した後凹面鏡ｓ２に達する。
【００４１】凹面鏡ｓ２は、物体光束Ｌｓを凹面鏡ｓ３
へ反射するとともに、凹面鏡ｓ２のパワーにより中間結
像面ＩＰ１上に物体像を一次結像する。
へ反射するとともに、凹面鏡ｓ２のパワーにより中間結
像面ＩＰ１上に物体像を一次結像する。
【００４２】このように、早い段階にて光学素子Ｂ１内
に物体像を結像することにより、絞りＰより像側に配置
された面の光線有効径の増大を抑制している。
に物体像を結像することにより、絞りＰより像側に配置
された面の光線有効径の増大を抑制している。
【００４３】中間結像面ＩＰ１に１次結像された物体光
束Ｌｓは凹面鏡ｓ３と凹面鏡ｓ４によって、中間結像面
ＩＰ２に再結像し、その後、凹面鏡ｓ５にて順次反射し
て、ここで屈折して光学素子Ｂ１から射出する。
束Ｌｓは凹面鏡ｓ３と凹面鏡ｓ４によって、中間結像面
ＩＰ２に再結像し、その後、凹面鏡ｓ５にて順次反射し
て、ここで屈折して光学素子Ｂ１から射出する。
【００４４】次いで物体光束Ｌｓは最終像面ｉｍ上に結
像する。このように、光学素子Ｂ１は、曲率を有する複
数の反射鏡による反射を繰り返しながら、所望の光学性
能をもち、全体として結像作用を有してＸ方向に極めて
薄いレンズユニットとして機能している。
像する。このように、光学素子Ｂ１は、曲率を有する複
数の反射鏡による反射を繰り返しながら、所望の光学性
能をもち、全体として結像作用を有してＸ方向に極めて
薄いレンズユニットとして機能している。
【００４５】又、本光学系においては、光学素子Ｂ１を
その入射基準軸Ｌａと平行な方向に移動してフォーカシ
ングを行う。
その入射基準軸Ｌａと平行な方向に移動してフォーカシ
ングを行う。
【００４６】又、図１は本発明の光学系の一例であっ
て、本発明の光学系としてはこの他に、例えば曲率を有
する複数の反射面が一体に形成された光学素子を複数個
配置し、複数の光学素子をそれぞれ移動して変倍（ズー
ミング）を行う変倍光学系がある。
て、本発明の光学系としてはこの他に、例えば曲率を有
する複数の反射面が一体に形成された光学素子を複数個
配置し、複数の光学素子をそれぞれ移動して変倍（ズー
ミング）を行う変倍光学系がある。
【００４７】なお、本発明の光学系はビデオカメラやス
チールビデオカメラ及び複写機等に組み込んで使用して
いる。
チールビデオカメラ及び複写機等に組み込んで使用して
いる。
【００４８】なお、本実施形態において屈折面ｓｄ１，
ｓ６をレンズ系より構成し、反射面ｓ２，ｓ３，ｓ４，
ｓ５をミラーより構成し、光学素子Ｂ１として中空の素
子より構成しても良い。これは以下の全ての実施形態に
おいても同様である。
ｓ６をレンズ系より構成し、反射面ｓ２，ｓ３，ｓ４，
ｓ５をミラーより構成し、光学素子Ｂ１として中空の素
子より構成しても良い。これは以下の全ての実施形態に
おいても同様である。
【００４９】本実施形態の光学素子Ｂ１においては反射
面ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５がオフアキシャル曲面（絞り
Ｐ中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光路が
形作る基準軸と交点における面法線が一致しない曲面）
である。
面ｓ２，ｓ３，ｓ４，ｓ５がオフアキシャル曲面（絞り
Ｐ中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光路が
形作る基準軸と交点における面法線が一致しない曲面）
である。
【００５０】オフアキシャル光学素子Ｂ１においては、
オフアキシャル面への光束の入射の非対称性のために一
般に軸上（基準軸上）の光線においても非点収差やコマ
収差といった非対称収差を持つ。こうした非対称収差を
とるためにオフアキシャル曲面は通常、非対称非球面を
用いている。しかし面数が少ない場合これらのオフアキ
シャル曲面だけではこの非対称収差をとりきれないこと
が多い。その場合、入射と射出の２つの屈折面もオフア
キシャル屈折面にしてこの非対称収差を軽減させるてい
る。
オフアキシャル面への光束の入射の非対称性のために一
般に軸上（基準軸上）の光線においても非点収差やコマ
収差といった非対称収差を持つ。こうした非対称収差を
とるためにオフアキシャル曲面は通常、非対称非球面を
用いている。しかし面数が少ない場合これらのオフアキ
シャル曲面だけではこの非対称収差をとりきれないこと
が多い。その場合、入射と射出の２つの屈折面もオフア
キシャル屈折面にしてこの非対称収差を軽減させるてい
る。
【００５１】本実施形態において、屈折面に非対称な収
差を発生させる回折作用を持たせればこの屈折面の面形
状を非対称な形状にしなくとも（たとえば製作しやすい
ばかりでなく、面形状測定の際の基準となる面としても
使える球面で）非対称収差を軽減でき面数も増やさずに
済むことができる。
差を発生させる回折作用を持たせればこの屈折面の面形
状を非対称な形状にしなくとも（たとえば製作しやすい
ばかりでなく、面形状測定の際の基準となる面としても
使える球面で）非対称収差を軽減でき面数も増やさずに
済むことができる。
【００５２】尚、本実施形態においてはそうした回折作
用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけて表示してい
る。これは以下全て同じである。
用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけて表示してい
る。これは以下全て同じである。
【００５３】図１には第１面の屈折面に回折作用をもた
せた実施形態なので第１面をｓｄ１のように表示してい
る。屈折面に非対称な収差を発生させる回折作用を持た
せるには入射面に回転非対称な形状の縞を持ったホログ
ラムをつける方法や、屈折面の形状の上にキノフォーム
を作りつける方法が適用可能である。
せた実施形態なので第１面をｓｄ１のように表示してい
る。屈折面に非対称な収差を発生させる回折作用を持た
せるには入射面に回転非対称な形状の縞を持ったホログ
ラムをつける方法や、屈折面の形状の上にキノフォーム
を作りつける方法が適用可能である。
【００５４】屈折面の形状の上にキノフォームを作りつ
ける方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する
方法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよ
うなバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。
ける方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する
方法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよ
うなバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。
【００５５】こうしたキノフォームタイプは大量にしか
も安価に作りたい場合には、微細なバイトを使ってブレ
ーズ化する方法やリソグラフィーの手法を使って型上に
あらかじめ縞を作りつけ、光学素子をガラスやプラスチ
ックで成形する時にその形を転写させて作ってもよい。
も安価に作りたい場合には、微細なバイトを使ってブレ
ーズ化する方法やリソグラフィーの手法を使って型上に
あらかじめ縞を作りつけ、光学素子をガラスやプラスチ
ックで成形する時にその形を転写させて作ってもよい。
【００５６】図２は本発明の光学系の実施形態２の要部
概略図である。本実施形態では有限距離にある物体面ｏ
ｂからの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈折面２面と
反射面５面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に
入射している。この光学素子Ｂ１においては反射面ｓ
２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６のほか屈折面ｓ７がオフア
キシャル曲面（絞りＰの中心と最終像面ｉｍの中心を通
る基準波長の光線の光路が形作る基準軸と交点における
面法線が一致しない曲面）である。
概略図である。本実施形態では有限距離にある物体面ｏ
ｂからの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈折面２面と
反射面５面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に
入射している。この光学素子Ｂ１においては反射面ｓ
２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６のほか屈折面ｓ７がオフア
キシャル曲面（絞りＰの中心と最終像面ｉｍの中心を通
る基準波長の光線の光路が形作る基準軸と交点における
面法線が一致しない曲面）である。
【００５７】この光学素子Ｂ１は実施形態１と同様なオ
フアキシャル光学素子である。そしてこれらの面で発生
する非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分に
ついては、入射屈折面と射出屈折面に回転非対称な回折
作用を持たせることによって補正しており、これは実施
形態１と同様である。
フアキシャル光学素子である。そしてこれらの面で発生
する非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分に
ついては、入射屈折面と射出屈折面に回転非対称な回折
作用を持たせることによって補正しており、これは実施
形態１と同様である。
【００５８】この実施形態においても、そうした回折作
用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ１、ｓｄ
７と表示してある。屈折面に非対称な収差を発生させる
回折作用を持たせるには入射面に回転非対称な形状の縞
を持ったホログラムをつける方法や、屈折面の形状の上
にキノフォームを作りつける方法が適用可能であり、こ
れは実施形態１と同様である。
用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ１、ｓｄ
７と表示してある。屈折面に非対称な収差を発生させる
回折作用を持たせるには入射面に回転非対称な形状の縞
を持ったホログラムをつける方法や、屈折面の形状の上
にキノフォームを作りつける方法が適用可能であり、こ
れは実施形態１と同様である。
【００５９】屈折面の形状の上にキノフォームを作りつ
ける方法としてのブレーズ化する手法やリソグラフィー
技術を用いてバイナリータイプにする手法、それを安価
に大量に製作する際に型を作って転写させる方法につい
ても実施形態１と同様である。
ける方法としてのブレーズ化する手法やリソグラフィー
技術を用いてバイナリータイプにする手法、それを安価
に大量に製作する際に型を作って転写させる方法につい
ても実施形態１と同様である。
【００６０】図３は本発明の光学系の実施形態３の要部
断面図である。本実施形態は実施形態１と同様に無限遠
にある物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈
折面２面と反射面４面から成り一体的に成形されたＢ１
光学素子に入射している。この光学素子Ｂ１においては
反射面ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５がオフアキシャル曲面
（絞りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線
の光路が形作る基準軸と交点における面法線が一致しな
い曲面）である。
断面図である。本実施形態は実施形態１と同様に無限遠
にある物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈
折面２面と反射面４面から成り一体的に成形されたＢ１
光学素子に入射している。この光学素子Ｂ１においては
反射面ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５がオフアキシャル曲面
（絞りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線
の光路が形作る基準軸と交点における面法線が一致しな
い曲面）である。
【００６１】この光学素子は実施形態１と同様オフアキ
シャル光学素子である。実施形態１とは、基準軸の光路
が交叉型になっている点で異なっている。こうした交叉
型のオフアキシャル光学素子は光路がコンパクトにでき
るという特徴を持っている。そしてこれらのオフアキシ
ャル面で発生する非対称収差のうち各面の形状で補正で
きない部分については、入射屈折面と射出屈折面に回転
非対称な回折作用を持たせることによって補正している
ことは実施形態１と同様である。
シャル光学素子である。実施形態１とは、基準軸の光路
が交叉型になっている点で異なっている。こうした交叉
型のオフアキシャル光学素子は光路がコンパクトにでき
るという特徴を持っている。そしてこれらのオフアキシ
ャル面で発生する非対称収差のうち各面の形状で補正で
きない部分については、入射屈折面と射出屈折面に回転
非対称な回折作用を持たせることによって補正している
ことは実施形態１と同様である。
【００６２】この実施形態の図においてもそうした回折
作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ１、ｓ
ｄ６と表示してある。屈折面に非対称な収差を発生させ
る回折作用を持たせるには入射面に回転非対称な形状の
縞を持ったホログラムをつける方法や、屈折面の形状の
上にキノフォームを作りつける方法が適用可能であり、
これは実施形態１と同様である。屈折面の形状の上にキ
ノフォームを作りつける方法としてのブレーズ化する手
法やリソグラフィー技術を用いてバイナリータイプにす
る手法、それを安価に大量に製作する際に型を作って転
写させる方法についても実施形態１と同様である。
作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ１、ｓ
ｄ６と表示してある。屈折面に非対称な収差を発生させ
る回折作用を持たせるには入射面に回転非対称な形状の
縞を持ったホログラムをつける方法や、屈折面の形状の
上にキノフォームを作りつける方法が適用可能であり、
これは実施形態１と同様である。屈折面の形状の上にキ
ノフォームを作りつける方法としてのブレーズ化する手
法やリソグラフィー技術を用いてバイナリータイプにす
る手法、それを安価に大量に製作する際に型を作って転
写させる方法についても実施形態１と同様である。
【００６３】図４は本発明の光学系の実施形態４の要部
断面図である。本実施形態の光学系は、オフアキシャル
光学素子（第１の光学素子）Ｂ１と通常の共軸光学素子
（第２の光学素子）ＬＥ１からなるハイブリッド光学系
である。この光学系は実施形態３と同様に無限遠にある
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈折面２
面と反射面４面から成り一体的に成形された第１の光学
素子Ｂ１に入射している。そしてこの第１の光学素子Ｂ
１においては反射面ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５がオフアキ
シャル曲面（絞りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準
波長の光線の光路が形作る基準軸と交点における面法線
が一致しない曲面）であるので、この光学素子Ｂ１は実
施形態３と同様オフアキシャル光学素子である。
断面図である。本実施形態の光学系は、オフアキシャル
光学素子（第１の光学素子）Ｂ１と通常の共軸光学素子
（第２の光学素子）ＬＥ１からなるハイブリッド光学系
である。この光学系は実施形態３と同様に無限遠にある
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈折面２
面と反射面４面から成り一体的に成形された第１の光学
素子Ｂ１に入射している。そしてこの第１の光学素子Ｂ
１においては反射面ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５がオフアキ
シャル曲面（絞りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準
波長の光線の光路が形作る基準軸と交点における面法線
が一致しない曲面）であるので、この光学素子Ｂ１は実
施形態３と同様オフアキシャル光学素子である。
【００６４】そしてこれらのオフアキシャル面で発生す
る非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分につ
いては、入射屈折面と射出屈折面に回転非対称な回折作
用を持たせることによって補正していることは実施形態
３と同様である。ただこの光学系においては、回転対称
な収差に対しては必ずしもこの第１の光学素子Ｂ１でと
れている必要はない。この実施形態３においては回転対
称な収差は第１の光学素子Ｂ１のほかに、面ｓ７、面ｓ
８からなる共軸である第２の光学素子ＬＥ１とからなる
全系でとられている。この実施形態の図においても回折
作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ１、ｓ
ｄ６と表示してある。
る非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分につ
いては、入射屈折面と射出屈折面に回転非対称な回折作
用を持たせることによって補正していることは実施形態
３と同様である。ただこの光学系においては、回転対称
な収差に対しては必ずしもこの第１の光学素子Ｂ１でと
れている必要はない。この実施形態３においては回転対
称な収差は第１の光学素子Ｂ１のほかに、面ｓ７、面ｓ
８からなる共軸である第２の光学素子ＬＥ１とからなる
全系でとられている。この実施形態の図においても回折
作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ１、ｓ
ｄ６と表示してある。
【００６５】屈折面に非対称な収差を発生させる回折作
用を持たせるには入射面に回転非対称な形状の縞を持っ
たホログラムをつける方法や、屈折面の形状の上にキノ
フォームを作りつける方法が適用可能であり、これは実
施形態１と同様である。屈折面の形状の上にキノフォー
ムを作りつける方法としてのブレーズ化する手法やリソ
グラフィー技術を用いてバイナリータイプにする手法、
それを安価に大量に製作する際に型を作って転写させる
方法についても実施形態１と同様である。
用を持たせるには入射面に回転非対称な形状の縞を持っ
たホログラムをつける方法や、屈折面の形状の上にキノ
フォームを作りつける方法が適用可能であり、これは実
施形態１と同様である。屈折面の形状の上にキノフォー
ムを作りつける方法としてのブレーズ化する手法やリソ
グラフィー技術を用いてバイナリータイプにする手法、
それを安価に大量に製作する際に型を作って転写させる
方法についても実施形態１と同様である。
【００６６】図５は本発明の光学系の実施形態５の要部
断面図、図６は図５の近軸屈折力配置の説明図である。
断面図、図６は図５の近軸屈折力配置の説明図である。
【００６７】本実施形態は２つのオフアキシャル光学素
子Ｂ１，Ｂ２を使った所謂二群型のズームレンズを示し
ている。そして屈折面に回折作用を持たせた面がズーム
レンズ内の移動群に配設されている場合を示している。
子Ｂ１，Ｂ２を使った所謂二群型のズームレンズを示し
ている。そして屈折面に回折作用を持たせた面がズーム
レンズ内の移動群に配設されている場合を示している。
【００６８】同図において、Ｂ１，Ｂ２は複数の曲面反
射面を有する第１及び第２の光学素子である。第１の光
学素子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓｄ１及び凹面
鏡ｓ２・凸面鏡ｓ３・凹面鏡ｓ４・凸面鏡ｓ５の四つの
オフアキシャル反射面及び凸屈折面ｓｄ６より成り、全
体として正の屈折力を有するレンズユニットである。そ
して、第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸の方向とこ
れから出射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向であ
る。
射面を有する第１及び第２の光学素子である。第１の光
学素子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓｄ１及び凹面
鏡ｓ２・凸面鏡ｓ３・凹面鏡ｓ４・凸面鏡ｓ５の四つの
オフアキシャル反射面及び凸屈折面ｓｄ６より成り、全
体として正の屈折力を有するレンズユニットである。そ
して、第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸の方向とこ
れから出射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向であ
る。
【００６９】この第１の光学素子Ｂ１では屈折面ｓｄ１
と屈折面ｓｄ６に回折作用を持たせて、この光学素子Ｂ
１で発生する回転対称な収差成分や回転非対称な収差成
分の補正作用を持たせている。
と屈折面ｓｄ６に回折作用を持たせて、この光学素子Ｂ
１で発生する回転対称な収差成分や回転非対称な収差成
分の補正作用を持たせている。
【００７０】第２の光学素子Ｂ２は物体側より凸屈折面
ｓ７及び凸面鏡ｓ８・凹面鏡ｓ９・凸面鏡ｓ１０・凹面
鏡ｓ１１の四つのオフアキシャル反射面及び凸屈折面ｓ
ｄ１２より成り、全体として正の屈折力を有するレンズ
ユニットである。そして第１の光学素子Ｂ１と同様に第
２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向とこれから出
射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向である。この
第２の光学素子Ｂ２では屈折面ｓｄ１２に回折作用を持
たせて、この光学素子Ｂ２で発生する回転対称な収差成
分や回転非対称な収差成分の補正作用を持たせている。
ｓ７及び凸面鏡ｓ８・凹面鏡ｓ９・凸面鏡ｓ１０・凹面
鏡ｓ１１の四つのオフアキシャル反射面及び凸屈折面ｓ
ｄ１２より成り、全体として正の屈折力を有するレンズ
ユニットである。そして第１の光学素子Ｂ１と同様に第
２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向とこれから出
射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向である。この
第２の光学素子Ｂ２では屈折面ｓｄ１２に回折作用を持
たせて、この光学素子Ｂ２で発生する回転対称な収差成
分や回転非対称な収差成分の補正作用を持たせている。
【００７１】ｌｐｆは平行平板よりなる光学補正板であ
り、水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等
である。また、ｉｍは撮像素子面であり、ＣＣＤ（撮像
媒体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物
体側に配置した絞りである。
り、水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等
である。また、ｉｍは撮像素子面であり、ＣＣＤ（撮像
媒体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物
体側に配置した絞りである。
【００７２】本実施形態の結像作用を説明する。物体か
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓｄ１を屈折および
回折して透過し、凹面鏡ｓ２、凸面鏡ｓ３、凹面鏡ｓ
４、凸面鏡ｓ５にて反射を繰り返し、それぞれの反射鏡
の持つパワーにより収束或は発散作用を受けて、凸屈折
面ｓｄ６に至り、ここで屈折および回折して第１の光学
素子Ｂ１から射出する。なお、第１の光学素子Ｂ１中で
は一旦物体の中間像を中間結像面（１次結像面）ＩＰ１
に形成している。
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓｄ１を屈折および
回折して透過し、凹面鏡ｓ２、凸面鏡ｓ３、凹面鏡ｓ
４、凸面鏡ｓ５にて反射を繰り返し、それぞれの反射鏡
の持つパワーにより収束或は発散作用を受けて、凸屈折
面ｓｄ６に至り、ここで屈折および回折して第１の光学
素子Ｂ１から射出する。なお、第１の光学素子Ｂ１中で
は一旦物体の中間像を中間結像面（１次結像面）ＩＰ１
に形成している。
【００７３】このように、一旦第１の光学素子Ｂ１内に
物体像を結像することは、絞りｐより像側に配置された
面の光線有効径の増大を抑制するのに有効である。１次
結像面ＩＰ１に一次結像した光束は、凸面鏡ｓ３、凹面
鏡ｓ４、凸面鏡ｓ５にて反射を繰り返し、それぞれの反
射鏡の持つパワーにより収束或は発散作用を受けて、凸
屈折面ｓｄ６に至り、ここで屈折および回折した光束は
２次結像面Ｃ（ＩＰ２）上に物体像を形成する。
物体像を結像することは、絞りｐより像側に配置された
面の光線有効径の増大を抑制するのに有効である。１次
結像面ＩＰ１に一次結像した光束は、凸面鏡ｓ３、凹面
鏡ｓ４、凸面鏡ｓ５にて反射を繰り返し、それぞれの反
射鏡の持つパワーにより収束或は発散作用を受けて、凸
屈折面ｓｄ６に至り、ここで屈折および回折した光束は
２次結像面Ｃ（ＩＰ２）上に物体像を形成する。
【００７４】この様に第１の光学素子Ｂ１は、入出射面
による屈折と、複数の曲面反射鏡による反射を繰り返し
て、所望の光学性能を備える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。この様に第１
の光学素子Ｂ１は、入出射面による屈折と、複数の曲面
反射鏡による反射を繰り返して、所望の光学性能を備え
る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。
による屈折と、複数の曲面反射鏡による反射を繰り返し
て、所望の光学性能を備える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。この様に第１
の光学素子Ｂ１は、入出射面による屈折と、複数の曲面
反射鏡による反射を繰り返して、所望の光学性能を備え
る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。
【００７５】次いで光束は、第２の光学素子Ｂ２の凸屈
折面ｓ７を透過した後、凸面鏡ｓ８、凹面鏡ｓ９、凸面
鏡ｓ１０、凹面鏡ｓ１１で反射を繰り返し、凸屈折面ｓ
ｄ１２を屈折および回折して第２の光学素子Ｂ２から射
出する。なお、第２の光学素子Ｂ２中でも一旦物体の中
間像を中間結像面ＩＰ３に形成している。
折面ｓ７を透過した後、凸面鏡ｓ８、凹面鏡ｓ９、凸面
鏡ｓ１０、凹面鏡ｓ１１で反射を繰り返し、凸屈折面ｓ
ｄ１２を屈折および回折して第２の光学素子Ｂ２から射
出する。なお、第２の光学素子Ｂ２中でも一旦物体の中
間像を中間結像面ＩＰ３に形成している。
【００７６】第２の光学素子Ｂ２から射出した光束は光
学補正板ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像す
る。この様に第２の光学素子Ｂ２は、第１の光学素子Ｂ
１が２次結像面Ｃ（ＩＰ２）上に形成した物体像を撮像
素子面ｉｍ上に再結像しており、第１の光学素子Ｂ１と
同様に、入出射面による屈折、回折と、複数の曲面反射
鏡による反射を繰り返して、所望の光学性能を備えた、
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。
学補正板ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像す
る。この様に第２の光学素子Ｂ２は、第１の光学素子Ｂ
１が２次結像面Ｃ（ＩＰ２）上に形成した物体像を撮像
素子面ｉｍ上に再結像しており、第１の光学素子Ｂ１と
同様に、入出射面による屈折、回折と、複数の曲面反射
鏡による反射を繰り返して、所望の光学性能を備えた、
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。
【００７７】本実施形態においては、第１の光学素子Ｂ
１及び第２の光学素子Ｂ２を結像面ｉｍに対して相対的
に移動することにより、最終結像位置ｉｍを変えずに光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させている（変倍或
はズーミングと称される動作である。）。
１及び第２の光学素子Ｂ２を結像面ｉｍに対して相対的
に移動することにより、最終結像位置ｉｍを変えずに光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させている（変倍或
はズーミングと称される動作である。）。
【００７８】本実施形態の変倍作用を図６によって説明
する。図６は実施形態５の各光学素子Ｂ１，Ｂ２を夫々
単一の薄肉レンズとし、光学系をその基準軸に対して展
開した光学配置図である。なお、図６（Ａ）は光学系が
広角端の状態（Ｗ）の配置図であり、図６（Ｂ）は望遠
端の状態（Ｔ）の配置図である。
する。図６は実施形態５の各光学素子Ｂ１，Ｂ２を夫々
単一の薄肉レンズとし、光学系をその基準軸に対して展
開した光学配置図である。なお、図６（Ａ）は光学系が
広角端の状態（Ｗ）の配置図であり、図６（Ｂ）は望遠
端の状態（Ｔ）の配置図である。
【００７９】同図において、第１の光学素子Ｂ１の焦点
距離をｆ１、第２の光学素子Ｂ２の焦点距離をｆ２とす
る。光学系が広角端の状態の場合、第２の光学素子Ｂ２
の前側焦点Ｆ２から第１の光学素子Ｂ１の像点までの距
離をｘＷ（−）、後側焦点Ｆ２’から結像面ｉｍまでの
距離をｘＷ’としたときに、ニュートンの結像公式 ｘＷ＊ｘＷ’＝−ｆ２＊ｆ２ が成り立っているならば、第２の光学素子Ｂ２の結像倍
率β２Ｗは、 β２Ｗ＝−（ｘＷ’＋ｆ２）／（−ｘＷ＋ｆ２） ＝ｆ２／ｘＷ ＝−ｘＷ’／ｆ２ となり、広角端の焦点距離ｆＷは、 ｆＷ＝ｆ１＊β２Ｗ ＝ｆ１＊ｆ２／ｘＷ となる。
距離をｆ１、第２の光学素子Ｂ２の焦点距離をｆ２とす
る。光学系が広角端の状態の場合、第２の光学素子Ｂ２
の前側焦点Ｆ２から第１の光学素子Ｂ１の像点までの距
離をｘＷ（−）、後側焦点Ｆ２’から結像面ｉｍまでの
距離をｘＷ’としたときに、ニュートンの結像公式 ｘＷ＊ｘＷ’＝−ｆ２＊ｆ２ が成り立っているならば、第２の光学素子Ｂ２の結像倍
率β２Ｗは、 β２Ｗ＝−（ｘＷ’＋ｆ２）／（−ｘＷ＋ｆ２） ＝ｆ２／ｘＷ ＝−ｘＷ’／ｆ２ となり、広角端の焦点距離ｆＷは、 ｆＷ＝ｆ１＊β２Ｗ ＝ｆ１＊ｆ２／ｘＷ となる。
【００８０】ここで、第２の光学素子Ｂ２がニュートン
の結像公式を満足しつつ移動し、第２の光学素子Ｂ２の
移動に伴う第２の光学素子Ｂ２の物点の位置変化を補正
する様に、第１の光学素子Ｂ１が移動することにより、
光学系は最終結像位置ｉｍを変えずに全体の焦点距離を
変化させている。
の結像公式を満足しつつ移動し、第２の光学素子Ｂ２の
移動に伴う第２の光学素子Ｂ２の物点の位置変化を補正
する様に、第１の光学素子Ｂ１が移動することにより、
光学系は最終結像位置ｉｍを変えずに全体の焦点距離を
変化させている。
【００８１】第２の光学素子Ｂ２がある一定量移動して
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へと変倍したとする。こ
の望遠端の状態の時、第２の光学素子Ｂ２の前側焦点Ｆ
２から第１の光学素子Ｂ１の像点までの距離をｘＴ
（−）、後側焦点Ｆ２’から結像面ｉｍまでの距離をｘ
Ｔ’とすると、第２の光学素子Ｂ２の結像倍率β２Ｔ
は、 β２Ｔ＝（ｘＴ’＋ｆ２）／（−ｘＴ＋ｆ２） ＝ｆ２／ｘＴ ＝−ｘＴ’／ｆ２ 望遠端の焦点距離ｆＴは、 ｆＴ＝ｆ１＊β２Ｔ ＝ｆ１＊ｆ２／ｘＴ となるので、光学系の変倍比Ｚは、 Ｚ＝ｆＴ／ｆＷ ＝ｘＷ／ｘＴ となる。
広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へと変倍したとする。こ
の望遠端の状態の時、第２の光学素子Ｂ２の前側焦点Ｆ
２から第１の光学素子Ｂ１の像点までの距離をｘＴ
（−）、後側焦点Ｆ２’から結像面ｉｍまでの距離をｘ
Ｔ’とすると、第２の光学素子Ｂ２の結像倍率β２Ｔ
は、 β２Ｔ＝（ｘＴ’＋ｆ２）／（−ｘＴ＋ｆ２） ＝ｆ２／ｘＴ ＝−ｘＴ’／ｆ２ 望遠端の焦点距離ｆＴは、 ｆＴ＝ｆ１＊β２Ｔ ＝ｆ１＊ｆ２／ｘＴ となるので、光学系の変倍比Ｚは、 Ｚ＝ｆＴ／ｆＷ ＝ｘＷ／ｘＴ となる。
【００８２】本実施形態では、第１の光学素子Ｂ１と第
２の光学素子Ｂ２の中間に中間結像面としての２次結像
面Ｃ（ＩＰ２）が存在するが、第１の光学素子Ｂ１若し
くは第２の光学素子Ｂ２の内部に中間結像面があっても
良い。この中間結像位置を物点として第２の光学素子Ｂ
２の結像関係が成り立っている。
２の光学素子Ｂ２の中間に中間結像面としての２次結像
面Ｃ（ＩＰ２）が存在するが、第１の光学素子Ｂ１若し
くは第２の光学素子Ｂ２の内部に中間結像面があっても
良い。この中間結像位置を物点として第２の光学素子Ｂ
２の結像関係が成り立っている。
【００８３】また、本実施形態の構成とは異なる、物体
側から順に全体として負の屈折力を有する光学素子とそ
の後方に正の屈折力を有する光学素子がある場合にも、
物体側から順に全体として正の屈折力を有する光学素子
とその後方に負の屈折力を有する光学素子がある場合に
も、各光学素子を相対的に移動することにより、撮影光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させることが出来
る。
側から順に全体として負の屈折力を有する光学素子とそ
の後方に正の屈折力を有する光学素子がある場合にも、
物体側から順に全体として正の屈折力を有する光学素子
とその後方に負の屈折力を有する光学素子がある場合に
も、各光学素子を相対的に移動することにより、撮影光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させることが出来
る。
【００８４】また、変倍時における光学素子の移動方向
は、広角端から望遠端への移動に際して各反射面の基準
軸の入射点位置を変えなければ、変倍時に生じる誤差を
最少限にとどめられるので、各光学素子Ｂ１，Ｂ２に入
射、出射する基準軸の方向を平行にするとともに、各光
学素子の移動も該光学素子に入射、出射する基準軸線上
に沿って平行に移動させるとよい。
は、広角端から望遠端への移動に際して各反射面の基準
軸の入射点位置を変えなければ、変倍時に生じる誤差を
最少限にとどめられるので、各光学素子Ｂ１，Ｂ２に入
射、出射する基準軸の方向を平行にするとともに、各光
学素子の移動も該光学素子に入射、出射する基準軸線上
に沿って平行に移動させるとよい。
【００８５】この場合、各光学素子に入射・出射する基
準軸方向が平行な光学素子を構成する場合、本実施形態
に示したように入射方向に対して出射方向を同方向とす
るか、次の実施形態に示すような反対方向とするかの二
種類のパターンが考えられる。
準軸方向が平行な光学素子を構成する場合、本実施形態
に示したように入射方向に対して出射方向を同方向とす
るか、次の実施形態に示すような反対方向とするかの二
種類のパターンが考えられる。
【００８６】入射方向に対して出射方向を同方向とした
場合、入射した基準軸と出射する基準軸の位置を所望の
位置にシフトすることが可能となる。又、入射方向に対
して出射方向を反対方向とした場合、光学素子の移動に
伴って入射側及び出射側の間隔が移動量と同一量変化す
る為に、全体として移動量の２倍分だけ光路長を変化さ
せることが可能となる。
場合、入射した基準軸と出射する基準軸の位置を所望の
位置にシフトすることが可能となる。又、入射方向に対
して出射方向を反対方向とした場合、光学素子の移動に
伴って入射側及び出射側の間隔が移動量と同一量変化す
る為に、全体として移動量の２倍分だけ光路長を変化さ
せることが可能となる。
【００８７】このようにオフアキシャル光学系を使った
ズーム光学系は上記２種類のパターンで構成することが
可能なので、光学配置上の自由度を増すことが出来る。
ズーム光学系は上記２種類のパターンで構成することが
可能なので、光学配置上の自由度を増すことが出来る。
【００８８】しかしながら、光学素子の移動方向は２つ
の光学素子への入射、出射する基準軸方向と平行である
必要はなく、例えば光学系へ入射する基準軸の方向と移
動光学素子の移動方向が、３０゜、４５゜、６０゜等の
ある角度をなしていても良い。
の光学素子への入射、出射する基準軸方向と平行である
必要はなく、例えば光学系へ入射する基準軸の方向と移
動光学素子の移動方向が、３０゜、４５゜、６０゜等の
ある角度をなしていても良い。
【００８９】図７は本発明の光学系の実施形態６の要部
概略図である。本実施形態は所謂二群型のズームレンズ
を示している。本実施形態は変倍時に移動する光学素子
Ｂ２の移動方向が最も物体側に配置された光学素子Ｂ１
の入射基準軸Ｌ１ａの方向にたいして平行でない場合を
示している。そして屈折面に回折作用を持たせた面がズ
ームレンズ内の固定群に配設されている場合を示してい
る。
概略図である。本実施形態は所謂二群型のズームレンズ
を示している。本実施形態は変倍時に移動する光学素子
Ｂ２の移動方向が最も物体側に配置された光学素子Ｂ１
の入射基準軸Ｌ１ａの方向にたいして平行でない場合を
示している。そして屈折面に回折作用を持たせた面がズ
ームレンズ内の固定群に配設されている場合を示してい
る。
【００９０】同図においてＢ１、Ｂ２は複数の曲面反射
面を有する第１、第２の光学素子である。第１の光学素
子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓｄ１及び凹面鏡ｓ
２・凸面鏡ｓ３・凹面鏡ｓ４・凹面鏡ｓ５の四つの反射
面及び凸屈折面ｓｄ６より成り、全体として正の屈折力
を有するレンズユニットでありズームの際は固定群とな
る。そして第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸Ｌ１ａ
の方向とこれから出射する基準軸Ｌａ２の方向が略４５
゜の傾きを持っている。そして屈折面ｓｄ１、ｓｄ６に
回折作用を持たせており、回折の自由度を用いて対称収
差や非対称収差の補正を行ない、構成面の数ができるだ
け少なくなるような構成となっている。
面を有する第１、第２の光学素子である。第１の光学素
子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓｄ１及び凹面鏡ｓ
２・凸面鏡ｓ３・凹面鏡ｓ４・凹面鏡ｓ５の四つの反射
面及び凸屈折面ｓｄ６より成り、全体として正の屈折力
を有するレンズユニットでありズームの際は固定群とな
る。そして第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸Ｌ１ａ
の方向とこれから出射する基準軸Ｌａ２の方向が略４５
゜の傾きを持っている。そして屈折面ｓｄ１、ｓｄ６に
回折作用を持たせており、回折の自由度を用いて対称収
差や非対称収差の補正を行ない、構成面の数ができるだ
け少なくなるような構成となっている。
【００９１】第２の光学素子Ｂ２は物体側より凹屈折面
ｓｄ７及び凹面鏡ｓ８・凹面鏡ｓ９・凸面鏡ｓ１０・凹
面鏡ｓ１１・凹面鏡ｓ１２・凹面鏡ｓ１３の６つの反射
面及び凸屈折面ｓｄ１４より成り、全体として正の屈折
力を有するレンズユニットである。そして第２の光学素
子Ｂ２に入射する基準軸Ｌａ２の方向とこれから出射す
る基準軸Ｌａ３の方向が平行でかつ反対方向となってい
る。ｌｐｆは平行平板よりなる光学補正板であり、水晶
ローパスフィルターや赤外カットフィルター等である。
ｓｄ７及び凹面鏡ｓ８・凹面鏡ｓ９・凸面鏡ｓ１０・凹
面鏡ｓ１１・凹面鏡ｓ１２・凹面鏡ｓ１３の６つの反射
面及び凸屈折面ｓｄ１４より成り、全体として正の屈折
力を有するレンズユニットである。そして第２の光学素
子Ｂ２に入射する基準軸Ｌａ２の方向とこれから出射す
る基準軸Ｌａ３の方向が平行でかつ反対方向となってい
る。ｌｐｆは平行平板よりなる光学補正板であり、水晶
ローパスフィルターや赤外カットフィルター等である。
【００９２】ｉｍは撮像素子面であり、ＣＣＤ（撮像媒
体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物体
側に配置した絞りである。
体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物体
側に配置した絞りである。
【００９３】本実施形態の結像作用を説明する。物体か
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓｄ１を屈折および
回折して透過し、凹面鏡ｓ２、凸面鏡ｓ３、平面鏡ｓ
４、凹面鏡ｓ５にて反射を繰り返し、それぞれの反射鏡
の持つパワーにより収束或は発散作用を受けて、凸屈折
面ｓｄ６に至り、ここで屈折および回折した光束は中間
結像面ＩＰ１上に物体像を形成する。なお、第１の光学
素子Ｂ１中でも一旦物体の中間像を形成している。
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓｄ１を屈折および
回折して透過し、凹面鏡ｓ２、凸面鏡ｓ３、平面鏡ｓ
４、凹面鏡ｓ５にて反射を繰り返し、それぞれの反射鏡
の持つパワーにより収束或は発散作用を受けて、凸屈折
面ｓｄ６に至り、ここで屈折および回折した光束は中間
結像面ＩＰ１上に物体像を形成する。なお、第１の光学
素子Ｂ１中でも一旦物体の中間像を形成している。
【００９４】中間結像面ＩＰ１の物体像からの光束は、
第２の光学素子Ｂ２の凹屈折回折面ｓｄ７を透過した
後、凹面鏡ｓ８、凹面鏡ｓ９、凸面鏡ｓ１０、凹面鏡ｓ
１１、凹面鏡ｓ１２、凹面鏡ｓ１３を経て凸屈折回折面
ｓｄ８を屈折および回折して第２の光学素子Ｂ２から射
出する。なお、第２の光学素子Ｂ２中でも一旦物体の中
間像を形成している。
第２の光学素子Ｂ２の凹屈折回折面ｓｄ７を透過した
後、凹面鏡ｓ８、凹面鏡ｓ９、凸面鏡ｓ１０、凹面鏡ｓ
１１、凹面鏡ｓ１２、凹面鏡ｓ１３を経て凸屈折回折面
ｓｄ８を屈折および回折して第２の光学素子Ｂ２から射
出する。なお、第２の光学素子Ｂ２中でも一旦物体の中
間像を形成している。
【００９５】第２の光学素子Ｂ２から射出した光束は光
学補正板ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像す
る。
学補正板ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像す
る。
【００９６】本実施形態において、異なる物体距離に対
するフォーカシングは、第２の光学素子Ｂ２を移動させ
ることにより行っている。この時第２の光学素子Ｂ２の
移動は、第１の光学素子Ｂ１から出射する基準軸Ｌａ２
の方向に平行に移動するが、第１の光学素子Ｂ１の入射
する基準軸Ｌａ１の方向と出射する基準軸の方向は略４
５゜の傾きをなしている為、第１の光学素子Ｂ１の入射
する基準軸の方向に対して、第２の光学素子Ｂ２がフォ
ーカシングに際して移動する方向は略４５゜傾いている
こととなる。
するフォーカシングは、第２の光学素子Ｂ２を移動させ
ることにより行っている。この時第２の光学素子Ｂ２の
移動は、第１の光学素子Ｂ１から出射する基準軸Ｌａ２
の方向に平行に移動するが、第１の光学素子Ｂ１の入射
する基準軸Ｌａ１の方向と出射する基準軸の方向は略４
５゜の傾きをなしている為、第１の光学素子Ｂ１の入射
する基準軸の方向に対して、第２の光学素子Ｂ２がフォ
ーカシングに際して移動する方向は略４５゜傾いている
こととなる。
【００９７】従って第２の光学素子Ｂ２はフォーカシン
グに際してこれに入射、出射する基準軸Ｌａ２，Ｌａ３
の方向に対して平行に移動するものの、第１の光学素子
Ｂ１の入射する基準軸Ｌａ１の方向に対しては４５゜の
傾きをもって移動する。
グに際してこれに入射、出射する基準軸Ｌａ２，Ｌａ３
の方向に対して平行に移動するものの、第１の光学素子
Ｂ１の入射する基準軸Ｌａ１の方向に対しては４５゜の
傾きをもって移動する。
【００９８】又、本実施形態においても実施形態５と同
様に第１、第２の光学素子Ｂ１，Ｂ２が結像面ｉｍに対
して相対的に移動することにより、光学系の結像倍率を
変化させる。但し、各光学素子に入射、出射する基準軸
の方向と、各光学素子の移動方向が全て平行であった実
施形態５とは異なり、第１の光学素子Ｂ１に入射する基
準軸の方向と出射する基準軸の方向は４５°の傾きを為
しているので、変倍動作時に第１の光学素子Ｂ１から第
２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向を維持する為
に、第１の光学素子Ｂ１の移動方向を第２の光学素子Ｂ
２の入射基準軸の方向に対して平行に移動する。
様に第１、第２の光学素子Ｂ１，Ｂ２が結像面ｉｍに対
して相対的に移動することにより、光学系の結像倍率を
変化させる。但し、各光学素子に入射、出射する基準軸
の方向と、各光学素子の移動方向が全て平行であった実
施形態５とは異なり、第１の光学素子Ｂ１に入射する基
準軸の方向と出射する基準軸の方向は４５°の傾きを為
しているので、変倍動作時に第１の光学素子Ｂ１から第
２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向を維持する為
に、第１の光学素子Ｂ１の移動方向を第２の光学素子Ｂ
２の入射基準軸の方向に対して平行に移動する。
【００９９】図８は本発明の光学系の実施形態７の要部
概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の物体
面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、入出射面が平
面、反射面４面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ
１に入射している。この光学素子Ｂ１においては反射面
ｓｄ１，ｓ２、ｓｄ３、ｓ４がオフアキシャル曲面（絞
りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光
路が形作る基準軸と交点における面法線が一致しない曲
面）であるので、この光学素子Ｂ１はオフアキシャル光
学素子である。
概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の物体
面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、入出射面が平
面、反射面４面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ
１に入射している。この光学素子Ｂ１においては反射面
ｓｄ１，ｓ２、ｓｄ３、ｓ４がオフアキシャル曲面（絞
りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光
路が形作る基準軸と交点における面法線が一致しない曲
面）であるので、この光学素子Ｂ１はオフアキシャル光
学素子である。
【０１００】こうしたオフアキシャル光学素子において
は、オフアキシャル面への光束の入射の非対称性のため
に一般に軸上（基準軸上）の光線においても非点収差や
コマ収差といった非対称収差を持つ。こうした非対称収
差をとるためにオフアキシャル曲面は通常、非対称非球
面が用いられる。しかし面数が少ない場合これらのオフ
アキシャル曲面だけではこの非対称収差をとりきれない
ことが多い。そこでこれらの反射面に非対称な収差を発
生させる回折作用を持たせて、この反射面の面形状を非
対称な形状にしなくとも（たとえば製作しやすいばかり
でなく、面形状測定の際の基準となる面としても使える
球面で）非対称収差を軽減でき面数も増やさずに済むよ
うにしている。
は、オフアキシャル面への光束の入射の非対称性のため
に一般に軸上（基準軸上）の光線においても非点収差や
コマ収差といった非対称収差を持つ。こうした非対称収
差をとるためにオフアキシャル曲面は通常、非対称非球
面が用いられる。しかし面数が少ない場合これらのオフ
アキシャル曲面だけではこの非対称収差をとりきれない
ことが多い。そこでこれらの反射面に非対称な収差を発
生させる回折作用を持たせて、この反射面の面形状を非
対称な形状にしなくとも（たとえば製作しやすいばかり
でなく、面形状測定の際の基準となる面としても使える
球面で）非対称収差を軽減でき面数も増やさずに済むよ
うにしている。
【０１０１】本実施形態の図においてはそうした回折作
用を持たせた面には先の屈折面に回折作用を持たせた場
合と同様にｓｄなる記号をつけて表示している。図８は
第１面、第３面の反射面に回折作用をもたせた実施形態
なので第１面をｓｄ１、第３面をｓｄ３のように表示し
ている。反射面に非対称な収差を発生させる回折作用を
持たせるにはこれらの反射面に回転非対称な形状の縞を
持ったホログラムをつける方法や、反射面の形状の上に
キノフォームを作りつける方法が適用可能である。
用を持たせた面には先の屈折面に回折作用を持たせた場
合と同様にｓｄなる記号をつけて表示している。図８は
第１面、第３面の反射面に回折作用をもたせた実施形態
なので第１面をｓｄ１、第３面をｓｄ３のように表示し
ている。反射面に非対称な収差を発生させる回折作用を
持たせるにはこれらの反射面に回転非対称な形状の縞を
持ったホログラムをつける方法や、反射面の形状の上に
キノフォームを作りつける方法が適用可能である。
【０１０２】反射面の形状の上にキノフォームを作りつ
ける方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する
方法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよ
うなバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。
こうしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作り
たい場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞
を作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形す
る時にその形を転写させて作るようにしても良い。
ける方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する
方法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよ
うなバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。
こうしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作り
たい場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞
を作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形す
る時にその形を転写させて作るようにしても良い。
【０１０３】図９は本発明の光学系の実施形態８の要部
概略図である。本実施形態の光学系では、有限距離にあ
る物体面ｏｂからの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈
折面２面と反射面５面から成り一体的に成形された光学
素子Ｂ１に入射している。この光学素子Ｂ１においては
反射面ｓｄ２，ｓ３、ｓ４、ｓｄ５、ｓ６のほか屈折面
ｓｄ７がオフアキシャル曲面（絞りＰ中心と像面の中心
ｉｍを通る基準波長の光線の光路が形作る基準軸と交点
における面法線が一致しない曲面）であるので、この光
学素子は実施形態７と同様オフアキシャル光学素子であ
る。
概略図である。本実施形態の光学系では、有限距離にあ
る物体面ｏｂからの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、屈
折面２面と反射面５面から成り一体的に成形された光学
素子Ｂ１に入射している。この光学素子Ｂ１においては
反射面ｓｄ２，ｓ３、ｓ４、ｓｄ５、ｓ６のほか屈折面
ｓｄ７がオフアキシャル曲面（絞りＰ中心と像面の中心
ｉｍを通る基準波長の光線の光路が形作る基準軸と交点
における面法線が一致しない曲面）であるので、この光
学素子は実施形態７と同様オフアキシャル光学素子であ
る。
【０１０４】そしてこれらの面で発生する非対称収差の
うち各面の形状で補正できない部分については、幾つか
の反射面に回転非対称な回折作用を持たせることによっ
て補正していることは実施形態７と同様である。また、
回折作用を持たせる面は反射面だけである必要もないの
で、実施形態２の時と同様に射出屈折面にも回折作用を
持たせてある。この実施形態の図においてもそうした回
折作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ２、
ｓｄ５、ｓｄ７と表示してある。
うち各面の形状で補正できない部分については、幾つか
の反射面に回転非対称な回折作用を持たせることによっ
て補正していることは実施形態７と同様である。また、
回折作用を持たせる面は反射面だけである必要もないの
で、実施形態２の時と同様に射出屈折面にも回折作用を
持たせてある。この実施形態の図においてもそうした回
折作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ２、
ｓｄ５、ｓｄ７と表示してある。
【０１０５】反射面や屈折面に非対称な収差を発生させ
る回折作用を持たせるには回折作用を持たせる面に回転
非対称な形状の縞を持ったホログラムをつける方法や、
それら面の形状の上にキノフォームを作りつける方法が
適用可能であり、これは実施形態７と同様である。
る回折作用を持たせるには回折作用を持たせる面に回転
非対称な形状の縞を持ったホログラムをつける方法や、
それら面の形状の上にキノフォームを作りつける方法が
適用可能であり、これは実施形態７と同様である。
【０１０６】面の形状の上にキノフォームを作りつける
方法としてのブレーズ化する手法やリソグラフィー技術
を用いてバイナリータイプにする手法、それを安価に大
量に製作する際に型を作って転写させる方法についても
実施形態７と同様である。
方法としてのブレーズ化する手法やリソグラフィー技術
を用いてバイナリータイプにする手法、それを安価に大
量に製作する際に型を作って転写させる方法についても
実施形態７と同様である。
【０１０７】図１０は本発明の光学系の実施形態９の要
部概略図である。本実施形態の光学系では、実施形態７
と同様に無限遠にある物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを
通過した後、屈折面２面と反射面４面から成り一体的に
成形された光学素子Ｂ１に入射している。この光学素子
Ｂ１においては反射面ｓｄ２、ｓ３、ｓｄ４、ｓ５がオ
フアキシャル曲面（絞り中心と像面ｉｍの中心を通る基
準波長の光線の光路が形作る基準軸と交点における面法
線が一致しない曲面）であるので、この光学素子Ｂ１は
実施形態７と同様オフアキシャル光学素子である。
部概略図である。本実施形態の光学系では、実施形態７
と同様に無限遠にある物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを
通過した後、屈折面２面と反射面４面から成り一体的に
成形された光学素子Ｂ１に入射している。この光学素子
Ｂ１においては反射面ｓｄ２、ｓ３、ｓｄ４、ｓ５がオ
フアキシャル曲面（絞り中心と像面ｉｍの中心を通る基
準波長の光線の光路が形作る基準軸と交点における面法
線が一致しない曲面）であるので、この光学素子Ｂ１は
実施形態７と同様オフアキシャル光学素子である。
【０１０８】実施形態７とは、基準軸の光路が交叉型に
なっている点で異なっている。こうした交叉型のオフア
キシャル素子は光路がコンパクトにできるという特徴を
持っている。そしてこれらのオフアキシャル面で発生す
る非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分につ
いては、反射面ｓｄ２，ｓｄ４に回転非対称な回折作用
を持たせることによって補正していることは実施形態７
と同様である。この実施形態の図においてもそうした回
折作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ２、
ｓｄ４と表示してある。
なっている点で異なっている。こうした交叉型のオフア
キシャル素子は光路がコンパクトにできるという特徴を
持っている。そしてこれらのオフアキシャル面で発生す
る非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分につ
いては、反射面ｓｄ２，ｓｄ４に回転非対称な回折作用
を持たせることによって補正していることは実施形態７
と同様である。この実施形態の図においてもそうした回
折作用を持たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ２、
ｓｄ４と表示してある。
【０１０９】反射面に非対称な収差を発生させる回折作
用を持たせるにはそれらの面に回転非対称な形状の縞を
持ったホログラムをつける方法や、面の形状の上にキノ
フォームを作りつける方法が適用可能であり、これは実
施形態７と同様である。面の形状の上にキノフォームを
作りつける方法としてのブレーズ化する手法やリソグラ
フィー技術を用いてバイナリータイプにする手法、それ
を安価に大量に製作する際に型を作って転写させる方法
についても実施形態７と同様である。
用を持たせるにはそれらの面に回転非対称な形状の縞を
持ったホログラムをつける方法や、面の形状の上にキノ
フォームを作りつける方法が適用可能であり、これは実
施形態７と同様である。面の形状の上にキノフォームを
作りつける方法としてのブレーズ化する手法やリソグラ
フィー技術を用いてバイナリータイプにする手法、それ
を安価に大量に製作する際に型を作って転写させる方法
についても実施形態７と同様である。
【０１１０】図１１は本発明の光学系の実施形態１０の
要部概略図である。本実施形態の光学系は、オフアキシ
ャル光学素子Ｂ１と通常の共軸光学素子ＬＥ１からなる
ハイブリッド光学系である。この光学系をには実施形態
９と同様に無限遠にある物体面からの光束Ｌｓが絞りＰ
を通過した後、屈折面２面と反射面４から成り一体的に
成形された第１の光学素子Ｂ１に入射している。
要部概略図である。本実施形態の光学系は、オフアキシ
ャル光学素子Ｂ１と通常の共軸光学素子ＬＥ１からなる
ハイブリッド光学系である。この光学系をには実施形態
９と同様に無限遠にある物体面からの光束Ｌｓが絞りＰ
を通過した後、屈折面２面と反射面４から成り一体的に
成形された第１の光学素子Ｂ１に入射している。
【０１１１】そしてこの第１の光学素子Ｂ１においては
反射面ｓ２、ｓｄ３、ｓ４、ｓｄ５がオフアキシャル曲
面（絞りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光
線の光路が形作る基準軸と交点における面法線が一致し
ない曲面）であるので、この光学素子は実施形態９と同
様オフアキシャル光学素子である。
反射面ｓ２、ｓｄ３、ｓ４、ｓｄ５がオフアキシャル曲
面（絞りＰの中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光
線の光路が形作る基準軸と交点における面法線が一致し
ない曲面）であるので、この光学素子は実施形態９と同
様オフアキシャル光学素子である。
【０１１２】そしてこれらのオフアキシャル面で発生す
る非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分につ
いては、第３、第５面の反射面に回転非対称な回折作用
を持たせることによって補正していることは実施形態９
と同様である。ただこの光学系においては、回転対称な
収差に対しては必ずしもこの第１の光学素子Ｂ１でとれ
ている必要はない。この実施形態においては回転対称な
収差は第１の光学素子Ｂ１のほかに、面ｓ７、ｓ８から
なる共軸である第２の光学素子Ｌｅ１とからなる全系で
とられている。
る非対称収差のうち各面の形状で補正できない部分につ
いては、第３、第５面の反射面に回転非対称な回折作用
を持たせることによって補正していることは実施形態９
と同様である。ただこの光学系においては、回転対称な
収差に対しては必ずしもこの第１の光学素子Ｂ１でとれ
ている必要はない。この実施形態においては回転対称な
収差は第１の光学素子Ｂ１のほかに、面ｓ７、ｓ８から
なる共軸である第２の光学素子Ｌｅ１とからなる全系で
とられている。
【０１１３】この実施形態の図においても回折作用を持
たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ３、ｓｄ５と表
示してある。反射面に非対称な収差を発生させる回折作
用を持たせるにはそれらの面に回転非対称な形状の縞を
持ったホログラムをつける方法や、面の形状の上にキノ
フォームを作りつける方法が適用可能であり、実施形態
７と同様である。
たせた面にはｓｄなる記号をつけてｓｄ３、ｓｄ５と表
示してある。反射面に非対称な収差を発生させる回折作
用を持たせるにはそれらの面に回転非対称な形状の縞を
持ったホログラムをつける方法や、面の形状の上にキノ
フォームを作りつける方法が適用可能であり、実施形態
７と同様である。
【０１１４】面の形状の上にキノフォームを作りつける
方法としてのブレーズ化する手法やリソグラフィー技術
を用いてバイナリータイプにする手法、それを安価に大
量に製作する際に型を作って転写させる方法についても
実施形態７と同様である。
方法としてのブレーズ化する手法やリソグラフィー技術
を用いてバイナリータイプにする手法、それを安価に大
量に製作する際に型を作って転写させる方法についても
実施形態７と同様である。
【０１１５】図１２は本発明の光学系の実施形態１１の
要部概略図、図１３は図１２の近軸屈折力配置の説明図
である。本実施形態は２つのオフアキシャル光学素子Ｂ
１，Ｂ２を使った所謂二群型のズームレンズを示してい
る。そして反射面に回折作用を持たせた面がズームレン
ズ内の移動群に配設されている場合を示している。
要部概略図、図１３は図１２の近軸屈折力配置の説明図
である。本実施形態は２つのオフアキシャル光学素子Ｂ
１，Ｂ２を使った所謂二群型のズームレンズを示してい
る。そして反射面に回折作用を持たせた面がズームレン
ズ内の移動群に配設されている場合を示している。
【０１１６】同図において、Ｂ１、Ｂ２は複数の曲面反
射面を有する第１及び第２の光学素子である。第１の光
学素子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓ１及び凹面鏡
ｓｄ２・凸面鏡ｓ３・凹面鏡ｓｄ４・凸面鏡ｓ５の四つ
のオフアキシャル反射面及び凸屈折面ｓｄ６より成り、
全体として正の屈折力を有するレンズユニットである。
そして、第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸の方向と
これから出射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向で
ある。この第１の光学素子Ｂ１では反射面ｓｄ２と反射
面ｓｄ４および屈折面ｓｄ６に回折作用を持たせて、こ
の光学素子Ｂ１で発生する回転対称な収差成分や回転非
対称な収差成分の補正作用を持たせている。
射面を有する第１及び第２の光学素子である。第１の光
学素子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓ１及び凹面鏡
ｓｄ２・凸面鏡ｓ３・凹面鏡ｓｄ４・凸面鏡ｓ５の四つ
のオフアキシャル反射面及び凸屈折面ｓｄ６より成り、
全体として正の屈折力を有するレンズユニットである。
そして、第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸の方向と
これから出射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向で
ある。この第１の光学素子Ｂ１では反射面ｓｄ２と反射
面ｓｄ４および屈折面ｓｄ６に回折作用を持たせて、こ
の光学素子Ｂ１で発生する回転対称な収差成分や回転非
対称な収差成分の補正作用を持たせている。
【０１１７】第２の光学素子Ｂ２は物体側より凸屈折面
ｓ７及び凸面鏡ｓｄ８・凹面鏡ｓｄ９・凸面鏡ｓｄ１０
・凹面鏡ｓｄ１１の四つのオフアキシャル反射面及び凸
屈折面ｓ１２より成り、全体として正の屈折力を有する
レンズユニットである。そして第１の光学素子Ｂ１と同
様に第２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向とこれ
から出射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向であ
る。この第２の光学素子Ｂ２では反射面ｓｄ８、ｓｄ
９、ｓｄ１０、ｓｄ１１に回折作用を持たせて、この光
学素子Ｂ２で発生する回転対称な収差成分や回転非対称
な収差成分の補正作用を持たせている。
ｓ７及び凸面鏡ｓｄ８・凹面鏡ｓｄ９・凸面鏡ｓｄ１０
・凹面鏡ｓｄ１１の四つのオフアキシャル反射面及び凸
屈折面ｓ１２より成り、全体として正の屈折力を有する
レンズユニットである。そして第１の光学素子Ｂ１と同
様に第２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向とこれ
から出射する基準軸の方向が平行でかつ同一方向であ
る。この第２の光学素子Ｂ２では反射面ｓｄ８、ｓｄ
９、ｓｄ１０、ｓｄ１１に回折作用を持たせて、この光
学素子Ｂ２で発生する回転対称な収差成分や回転非対称
な収差成分の補正作用を持たせている。
【０１１８】ｌｐｆは平行平板よりなる光学補正板であ
り、水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等
である。また、ｉｍは撮像素子面であり、ＣＣＤ（撮像
媒体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物
体側に配置した絞りである。
り、水晶ローパスフィルターや赤外カットフィルター等
である。また、ｉｍは撮像素子面であり、ＣＣＤ（撮像
媒体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物
体側に配置した絞りである。
【０１１９】本実施形態の結像作用を説明する。物体か
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓ１を屈折して透過
し、凹面鏡ｓｄ２、凸面鏡ｓ３、凹面鏡ｓｄ４、凸面鏡
ｓ５にて反射（面ｓｄ２、ｓｄ４については回折作用も
受ける）を繰り返し、それぞれの反射鏡の持つパワーに
より収束或は発散作用を受けて、凸屈折面ｓｄ６に至
り、ここで屈折および回折して第１の光学素子Ｂ１から
射出する。なお、第１の光学素子Ｂ１中では一旦物体の
中間像ＩＰ１を中間結像面Ｎ１に形成している。
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓ１を屈折して透過
し、凹面鏡ｓｄ２、凸面鏡ｓ３、凹面鏡ｓｄ４、凸面鏡
ｓ５にて反射（面ｓｄ２、ｓｄ４については回折作用も
受ける）を繰り返し、それぞれの反射鏡の持つパワーに
より収束或は発散作用を受けて、凸屈折面ｓｄ６に至
り、ここで屈折および回折して第１の光学素子Ｂ１から
射出する。なお、第１の光学素子Ｂ１中では一旦物体の
中間像ＩＰ１を中間結像面Ｎ１に形成している。
【０１２０】このように、一旦第１の光学素子Ｂ１内に
物体像を結像することは、絞りｐより像側に配置された
面の光線有効径の増大を抑制するのに有効である。１次
結像面ＩＰ１に一次結像した光束は、凸面鏡ｓ３、凹面
鏡ｓｄ４、凸面鏡ｓ５にて反射（面ｓｄ４については回
折作用も受ける）を繰り返し、それぞれの反射鏡の持つ
パワーにより収束或は発散作用を受けて、凸屈折面ｓｄ
６に至り、ここで屈折および回折した光束は２次結像面
Ｃ（ＩＰ２）上に物体像を形成する。この様に第１の光
学素子Ｂ１は、入出射面による屈折と、複数の曲面反射
鏡による反射を繰り返して、所望の光学性能を備える全
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。この様に第１の光学素子Ｂ１は、入出射面に
よる屈折と、複数の曲面反射鏡による反射を繰り返し
て、所望の光学性能を備える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。
物体像を結像することは、絞りｐより像側に配置された
面の光線有効径の増大を抑制するのに有効である。１次
結像面ＩＰ１に一次結像した光束は、凸面鏡ｓ３、凹面
鏡ｓｄ４、凸面鏡ｓ５にて反射（面ｓｄ４については回
折作用も受ける）を繰り返し、それぞれの反射鏡の持つ
パワーにより収束或は発散作用を受けて、凸屈折面ｓｄ
６に至り、ここで屈折および回折した光束は２次結像面
Ｃ（ＩＰ２）上に物体像を形成する。この様に第１の光
学素子Ｂ１は、入出射面による屈折と、複数の曲面反射
鏡による反射を繰り返して、所望の光学性能を備える全
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。この様に第１の光学素子Ｂ１は、入出射面に
よる屈折と、複数の曲面反射鏡による反射を繰り返し
て、所望の光学性能を備える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。
【０１２１】次いで光束は、第２の光学素子Ｂ２の凸屈
折面ｓ７を透過した後、凸面鏡ｓｄ８、凹面鏡ｓｄ９、
凸面鏡ｓｄ１０、凹面鏡ｓｄ１１で反射および回折作用
をを繰り返し受け、凸屈折面ｓ１２を屈折して第２の光
学素子Ｂ２から射出する。なお、第２の光学素子Ｂ２中
でも一旦物体の中間像を中間結像面ＩＰ３に形成してい
る。第２の光学素子Ｂ２から射出した光束は光学補正板
ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像する。この様
に第２の光学素子Ｂ２は、第１の光学素子Ｂ１が２次結
像面Ｃ（ＩＰ２）上に形成した物体像を撮像素子面ｉｍ
上に再結像しており、第１の光学素子Ｂ１と同様に、入
出射面による屈折、回折と、複数の曲面反射鏡による反
射を繰り返して、所望の光学性能を備えた、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。
折面ｓ７を透過した後、凸面鏡ｓｄ８、凹面鏡ｓｄ９、
凸面鏡ｓｄ１０、凹面鏡ｓｄ１１で反射および回折作用
をを繰り返し受け、凸屈折面ｓ１２を屈折して第２の光
学素子Ｂ２から射出する。なお、第２の光学素子Ｂ２中
でも一旦物体の中間像を中間結像面ＩＰ３に形成してい
る。第２の光学素子Ｂ２から射出した光束は光学補正板
ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像する。この様
に第２の光学素子Ｂ２は、第１の光学素子Ｂ１が２次結
像面Ｃ（ＩＰ２）上に形成した物体像を撮像素子面ｉｍ
上に再結像しており、第１の光学素子Ｂ１と同様に、入
出射面による屈折、回折と、複数の曲面反射鏡による反
射を繰り返して、所望の光学性能を備えた、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。
【０１２２】本実施形態においては、第１の光学素子Ｂ
１及び第２の光学素子Ｂ２を結像面ｉｍに対して相対的
に移動することにより、最終結像位置ｉｍを変えずに光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させる。（変倍或は
ズーミングと称される動作である。） 本実施形態の変倍作用を図１３によって説明する。図１
３は実施形態１１の各光学素子Ｂ１，Ｂ２を夫々単一の
薄肉レンズとし、光学系をその基準軸に対して展開した
光学配置図である。なお、図１３（Ａ）は光学系が広角
端の状態（Ｗ）の配置図であり、図１３（Ｂ）は望遠端
の状態（Ｔ）の配置図である。
１及び第２の光学素子Ｂ２を結像面ｉｍに対して相対的
に移動することにより、最終結像位置ｉｍを変えずに光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させる。（変倍或は
ズーミングと称される動作である。） 本実施形態の変倍作用を図１３によって説明する。図１
３は実施形態１１の各光学素子Ｂ１，Ｂ２を夫々単一の
薄肉レンズとし、光学系をその基準軸に対して展開した
光学配置図である。なお、図１３（Ａ）は光学系が広角
端の状態（Ｗ）の配置図であり、図１３（Ｂ）は望遠端
の状態（Ｔ）の配置図である。
【０１２３】この図を使ったズームの原理および広角端
（Ｗ）や望遠端（Ｔ）での結像倍率や焦点距離の計算式
についての説明は実施形態５における、図６を使った説
明と全く同じなのでここでは省略する。
（Ｗ）や望遠端（Ｔ）での結像倍率や焦点距離の計算式
についての説明は実施形態５における、図６を使った説
明と全く同じなのでここでは省略する。
【０１２４】本実施形態では、第１の光学素子Ｂ１と第
２の光学素子Ｂ２の中間に中間結像面としての２次結像
面Ｃ（ＩＰ２）が存在するが、第１の光学素子Ｂ１若し
くは第２の光学素子Ｂ２の内部に中間結像面があっても
良い。この中間結像位置を物点として第２の光学素子Ｂ
２の結像関係が成り立っている。
２の光学素子Ｂ２の中間に中間結像面としての２次結像
面Ｃ（ＩＰ２）が存在するが、第１の光学素子Ｂ１若し
くは第２の光学素子Ｂ２の内部に中間結像面があっても
良い。この中間結像位置を物点として第２の光学素子Ｂ
２の結像関係が成り立っている。
【０１２５】また、本実施形態の構成とは異なる、物体
側から順に全体として負の屈折力を有する光学素子とそ
の後方に正の屈折力を有する光学素子がある場合にも、
物体側から順に全体として正の屈折力を有する光学素子
とその後方に負の屈折力を有する光学素子がある場合に
も、各光学素子を相対的に移動することにより、撮影光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させることが出来
る。
側から順に全体として負の屈折力を有する光学素子とそ
の後方に正の屈折力を有する光学素子がある場合にも、
物体側から順に全体として正の屈折力を有する光学素子
とその後方に負の屈折力を有する光学素子がある場合に
も、各光学素子を相対的に移動することにより、撮影光
学系の焦点距離（結像倍率）を変化させることが出来
る。
【０１２６】また、変倍時における光学素子の移動方向
は、広角端から望遠端への移動に際して各反射面の基準
軸の入射点位置を変えなければ、変倍時に生じる誤差を
最少限にとどめられるので、各光学素子Ｂ１，Ｂ２に入
射、出射する基準軸の方向を平行にするとともに、各光
学素子の移動も該光学素子に入射、出射する基準軸線上
に沿って平行に移動させるとよい。
は、広角端から望遠端への移動に際して各反射面の基準
軸の入射点位置を変えなければ、変倍時に生じる誤差を
最少限にとどめられるので、各光学素子Ｂ１，Ｂ２に入
射、出射する基準軸の方向を平行にするとともに、各光
学素子の移動も該光学素子に入射、出射する基準軸線上
に沿って平行に移動させるとよい。
【０１２７】この場合、各光学素子に入射・出射する基
準軸方向が平行な光学素子を構成する場合、本実施形態
に示したように入射方向に対して出射方向を同方向とす
るか、次の実施形態に示すような反対方向とするかの二
種類のパターンが考えられる。入射方向に対して出射方
向を同方向とした場合、入射した基準軸と出射する基準
軸の位置を所望の位置にシフトすることが可能となる。
又、入射方向に対して出射方向を反対方向とした場合、
光学素子の移動に伴って入射側及び出射側の間隔が移動
量と同一量変化する為に、全体として移動量の２倍分だ
け光路長を変化させることが可能となる。
準軸方向が平行な光学素子を構成する場合、本実施形態
に示したように入射方向に対して出射方向を同方向とす
るか、次の実施形態に示すような反対方向とするかの二
種類のパターンが考えられる。入射方向に対して出射方
向を同方向とした場合、入射した基準軸と出射する基準
軸の位置を所望の位置にシフトすることが可能となる。
又、入射方向に対して出射方向を反対方向とした場合、
光学素子の移動に伴って入射側及び出射側の間隔が移動
量と同一量変化する為に、全体として移動量の２倍分だ
け光路長を変化させることが可能となる。
【０１２８】このようにオフアキシャル光学系を使った
ズーム光学系は上記２種類のパターンで構成することが
可能なので、光学配置上の自由度を増すことが出来る。
ズーム光学系は上記２種類のパターンで構成することが
可能なので、光学配置上の自由度を増すことが出来る。
【０１２９】しかしながら、光学素子の移動方向は２つ
の光学素子への入射、出射する基準軸方向と平行である
必要はなく、例えば光学系へ入射する基準軸の方向と移
動光学素子の移動方向が、３０゜、４５゜、６０゜等の
ある角度をなしていても良い。
の光学素子への入射、出射する基準軸方向と平行である
必要はなく、例えば光学系へ入射する基準軸の方向と移
動光学素子の移動方向が、３０゜、４５゜、６０゜等の
ある角度をなしていても良い。
【０１３０】図１４は本発明の光学系の実施形態１２の
要部概略図である。本実施形態は所謂二群型のズームレ
ンズを示している。本実施形態は変倍時に移動する光学
素子Ｂ２の移動方向が最も物体側に配置された光学素子
Ｂ１の入射基準軸Ｌａ１の方向にたいして平行でない場
合を示している。そして反射面に回折作用を持たせた面
がズームレンズ内の固定群に配設されている場合を示し
ている。
要部概略図である。本実施形態は所謂二群型のズームレ
ンズを示している。本実施形態は変倍時に移動する光学
素子Ｂ２の移動方向が最も物体側に配置された光学素子
Ｂ１の入射基準軸Ｌａ１の方向にたいして平行でない場
合を示している。そして反射面に回折作用を持たせた面
がズームレンズ内の固定群に配設されている場合を示し
ている。
【０１３１】同図においてＢ１、Ｂ２は複数の曲面反射
面を有する第１、第２の光学素子である。第１の光学素
子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓ１及び凹面鏡ｓｄ
２・凸面鏡ｓｄ３・凹面鏡ｓｄ４・凹面鏡ｓｄ５の四つ
の反射面及び凸屈折面ｓ６より成り、全体として正の屈
折力を有するレンズユニットでありズームの際は固定群
となる。そして第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸Ｌ
ａ１の方向とこれから出射する基準軸Ｌａ２の方向が略
４５゜の傾きを持っている。
面を有する第１、第２の光学素子である。第１の光学素
子Ｂ１は物体側より順に、凹屈折面ｓ１及び凹面鏡ｓｄ
２・凸面鏡ｓｄ３・凹面鏡ｓｄ４・凹面鏡ｓｄ５の四つ
の反射面及び凸屈折面ｓ６より成り、全体として正の屈
折力を有するレンズユニットでありズームの際は固定群
となる。そして第１の光学素子Ｂ１に入射する基準軸Ｌ
ａ１の方向とこれから出射する基準軸Ｌａ２の方向が略
４５゜の傾きを持っている。
【０１３２】そして反射面ｓｄ２、ｓｄ３、ｓｄ４、ｓ
ｄ５に回折作用を持たせており、回折の自由度を用いて
対称収差や非対称収差の補正を行ない、構成面の数がで
きるだけ少なくなるような構成となっている。第２の光
学素子Ｂ２は物体側より凹屈折面ｓ７及び凹面鏡ｓ８・
凹面鏡ｓｄ９・凸面鏡ｓ１０・凹面鏡ｓ１１・凹面鏡ｓ
ｄ１２・凹面鏡ｓ１３の６つの反射（ｓｄ９、ｓｄ１２
では回折作用も持たせてある）面及び凸屈折面ｓ１４よ
り成り、全体として正の屈折力を有するレンズユニット
である。そして第２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸Ｌ
ａ２の方向とこれから出射する基準軸Ｌａ３の方向が平
行でかつ反対方向となっている。ｌｐｆは平行平板より
なる光学補正板であり、水晶ローパスフィルターや赤外
カットフィルター等である。
ｄ５に回折作用を持たせており、回折の自由度を用いて
対称収差や非対称収差の補正を行ない、構成面の数がで
きるだけ少なくなるような構成となっている。第２の光
学素子Ｂ２は物体側より凹屈折面ｓ７及び凹面鏡ｓ８・
凹面鏡ｓｄ９・凸面鏡ｓ１０・凹面鏡ｓ１１・凹面鏡ｓ
ｄ１２・凹面鏡ｓ１３の６つの反射（ｓｄ９、ｓｄ１２
では回折作用も持たせてある）面及び凸屈折面ｓ１４よ
り成り、全体として正の屈折力を有するレンズユニット
である。そして第２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸Ｌ
ａ２の方向とこれから出射する基準軸Ｌａ３の方向が平
行でかつ反対方向となっている。ｌｐｆは平行平板より
なる光学補正板であり、水晶ローパスフィルターや赤外
カットフィルター等である。
【０１３３】ｉｍは撮像素子面であり、ＣＣＤ（撮像媒
体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物体
側に配置した絞りである。
体）等の撮像面である。ｐは第１の光学素子Ｂ１の物体
側に配置した絞りである。
【０１３４】本実施形態の結像作用を説明する。物体か
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓ１を屈折して透過
し、凹面鏡ｓｄ２、凸面鏡ｓｄ３、平面鏡ｓｄ４、凹面
鏡ｓｄ５にて反射および回折作用を繰り返し受け、それ
ぞれの反射鏡の持つパワーにより収束或は発散作用を受
けて、凸屈折面ｓ６に至り、ここで屈折した光束は中間
結像面ＩＰ１上に物体像を形成する。なお、第１の光学
素子Ｂ１中でも一旦物体の中間像を形成している。
らの光束Ｌｓは、絞りｐにより入射光量を規制された
後、第１の光学素子Ｂ１の凹屈折面ｓ１を屈折して透過
し、凹面鏡ｓｄ２、凸面鏡ｓｄ３、平面鏡ｓｄ４、凹面
鏡ｓｄ５にて反射および回折作用を繰り返し受け、それ
ぞれの反射鏡の持つパワーにより収束或は発散作用を受
けて、凸屈折面ｓ６に至り、ここで屈折した光束は中間
結像面ＩＰ１上に物体像を形成する。なお、第１の光学
素子Ｂ１中でも一旦物体の中間像を形成している。
【０１３５】中間結像面ＩＰ１の物体像からの光束は、
第２の光学素子Ｂ２の凹屈折回折面ｓ７を透過した後、
凹面鏡ｓ８、凹面鏡ｓｄ９、凸面鏡ｓ１０、凹面鏡ｓ１
１、凹面鏡ｓｄ１２、凹面鏡ｓ１３で反射作用（面ｓｄ
９、ｓｄ１２では回折作用も持たせてある）を受けた後
凸屈折面ｓ８を屈折して第２の光学素子Ｂ２から射出す
る。なお、第２の光学素子Ｂ２中でも一旦物体の中間像
を形成している。
第２の光学素子Ｂ２の凹屈折回折面ｓ７を透過した後、
凹面鏡ｓ８、凹面鏡ｓｄ９、凸面鏡ｓ１０、凹面鏡ｓ１
１、凹面鏡ｓｄ１２、凹面鏡ｓ１３で反射作用（面ｓｄ
９、ｓｄ１２では回折作用も持たせてある）を受けた後
凸屈折面ｓ８を屈折して第２の光学素子Ｂ２から射出す
る。なお、第２の光学素子Ｂ２中でも一旦物体の中間像
を形成している。
【０１３６】第２の光学素子Ｂ２から射出した光束は光
学補正板ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像す
る。
学補正板ｌｐｆを通過後、撮像素子面ｉｍ上に結像す
る。
【０１３７】本実施形態において、異なる物体距離に対
するフォーカシングは、第２の光学素子Ｂ２を移動させ
ることにより行っている。この時第２の光学素子Ｂ２の
移動は、第１の光学素子Ｂ１から出射する基準軸Ｌａ２
の方向に平行に移動するが、第１の光学素子Ｂ１の入射
する基準軸Ｌａ１の方向と出射する基準軸Ｌａ２の方向
は略４５゜の傾きをなしている為、第１の光学素子Ｂ１
の入射する基準軸Ｌａ１の方向に対して、第２の光学素
子Ｂ２がフォーカシングに際して移動する方向は略４５
゜傾いていることとなる。
するフォーカシングは、第２の光学素子Ｂ２を移動させ
ることにより行っている。この時第２の光学素子Ｂ２の
移動は、第１の光学素子Ｂ１から出射する基準軸Ｌａ２
の方向に平行に移動するが、第１の光学素子Ｂ１の入射
する基準軸Ｌａ１の方向と出射する基準軸Ｌａ２の方向
は略４５゜の傾きをなしている為、第１の光学素子Ｂ１
の入射する基準軸Ｌａ１の方向に対して、第２の光学素
子Ｂ２がフォーカシングに際して移動する方向は略４５
゜傾いていることとなる。
【０１３８】従って第２の光学素子Ｂ２はフォーカシン
グに際してこれに入射、出射する基準軸の方向に対して
平行に移動するものの、第１の光学素子Ｂ１の入射する
基準軸の方向に対しては４５゜の傾きをもって移動す
る。
グに際してこれに入射、出射する基準軸の方向に対して
平行に移動するものの、第１の光学素子Ｂ１の入射する
基準軸の方向に対しては４５゜の傾きをもって移動す
る。
【０１３９】又、本実施形態においても実施形態１１と
同様に第１、第２の光学素子Ｂ１，Ｂ２が結像面ｉｍに
対して相対的に移動することにより、光学系の結像倍率
を変化させる。但し、各光学素子に入射、出射する基準
軸の方向と、各光学素子の移動方向が全て平行であった
実施形態１１とは異なり、第１の光学素子Ｂ１に入射す
る基準軸の方向と出射する基準軸の方向は４５°の傾き
を為しているので、変倍動作時に第１の光学素子Ｂ１か
ら第２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向を維持す
る為に、第１の光学素子Ｂ１の移動方向を第２の光学素
子Ｂ２の入射基準軸の方向に対して平行に移動する。
同様に第１、第２の光学素子Ｂ１，Ｂ２が結像面ｉｍに
対して相対的に移動することにより、光学系の結像倍率
を変化させる。但し、各光学素子に入射、出射する基準
軸の方向と、各光学素子の移動方向が全て平行であった
実施形態１１とは異なり、第１の光学素子Ｂ１に入射す
る基準軸の方向と出射する基準軸の方向は４５°の傾き
を為しているので、変倍動作時に第１の光学素子Ｂ１か
ら第２の光学素子Ｂ２に入射する基準軸の方向を維持す
る為に、第１の光学素子Ｂ１の移動方向を第２の光学素
子Ｂ２の入射基準軸の方向に対して平行に移動する。
【０１４０】図１５は本発明の光学系の実施形態１３の
要部概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、反射面４
面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に入射して
いる。この光学素子Ｂ１においては反射面ｓ２、ｓ３、
ｓ４、ｓ５がオフアキシャル曲面（絞りＰの中心と像面
ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光路が形作る基準軸
と交点における面法線が一致しない曲面）であるので、
この光学素子はオフアキシャル光学素子である。
要部概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、反射面４
面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に入射して
いる。この光学素子Ｂ１においては反射面ｓ２、ｓ３、
ｓ４、ｓ５がオフアキシャル曲面（絞りＰの中心と像面
ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光路が形作る基準軸
と交点における面法線が一致しない曲面）であるので、
この光学素子はオフアキシャル光学素子である。
【０１４１】この実施形態ではこのオフアキシャル光学
素子の射出屈折面ｓｄ６に回折作用を持たせ、その回折
次数の違いによって多焦点光学系（この図は２焦点光学
系）を構成している。
素子の射出屈折面ｓｄ６に回折作用を持たせ、その回折
次数の違いによって多焦点光学系（この図は２焦点光学
系）を構成している。
【０１４２】この図において、射出面ｓｄ６で回折の次
数の違い（たとえば０次と１次回折光）により、光線は
その次数の回折効率に従って異なる像面（この図では像
面ｉｍ１、ｉｍ２の２つの像面）に結像する多焦点光学
系となっている。面に回折作用を持たせるにはこれらの
面に回転非対称な形状の縞を持ったホログラムをつける
方法や、面の形状の上にキノフォームを作りつける方法
が適用可能である。
数の違い（たとえば０次と１次回折光）により、光線は
その次数の回折効率に従って異なる像面（この図では像
面ｉｍ１、ｉｍ２の２つの像面）に結像する多焦点光学
系となっている。面に回折作用を持たせるにはこれらの
面に回転非対称な形状の縞を持ったホログラムをつける
方法や、面の形状の上にキノフォームを作りつける方法
が適用可能である。
【０１４３】面の形状の上にキノフォームを作りつける
方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよう
なバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。こ
うしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作りた
い場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方法
やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞を
作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形する
時にその形を転写させて作るようにしても良い。
方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよう
なバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。こ
うしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作りた
い場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方法
やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞を
作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形する
時にその形を転写させて作るようにしても良い。
【０１４４】その回折面を作成する場合、目的の次数の
回折効率を上げることができるように格子縞の形状を最
適化しておくことが望ましい。
回折効率を上げることができるように格子縞の形状を最
適化しておくことが望ましい。
【０１４５】図１６は本発明の光学系の実施形態１４の
要部概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、反射面４
面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に入射して
いる。この光学素子Ｂ１においては反射面ｓｄ２，ｓ
２、ｓ３、ｓ４、ｓ５がオフアキシャル曲面（絞りＰの
中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光路が形
作る基準軸と交点における面法線が一致しない曲面）で
あるので、この光学素子はオフアキシャル光学素子であ
る。
要部概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、反射面４
面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に入射して
いる。この光学素子Ｂ１においては反射面ｓｄ２，ｓ
２、ｓ３、ｓ４、ｓ５がオフアキシャル曲面（絞りＰの
中心と像面ｉｍの中心を通る基準波長の光線の光路が形
作る基準軸と交点における面法線が一致しない曲面）で
あるので、この光学素子はオフアキシャル光学素子であ
る。
【０１４６】この実施形態ではこのオフアキシャル素子
の１つの反射面ｓｄ２および射出屈折面ｓｄ６に回折作
用を持たせ、その回折次数の違いによって多焦点光学系
（この図では４焦点光学系）を構成している。
の１つの反射面ｓｄ２および射出屈折面ｓｄ６に回折作
用を持たせ、その回折次数の違いによって多焦点光学系
（この図では４焦点光学系）を構成している。
【０１４７】このように回折作用を持たして光束を分け
る面は屈折面だけでなく反射面も使うことができる。こ
の図において、面ｓｄ２および面ｓｄ６で回折の次数の
違い（たとえば０次と１次回折光）により、光線はその
次数の回折効率に従って異なる像面（この図では像面ｉ
ｍ１、ｉｍ２、ｉｍ３、ｉｍ４の４つの像面）に結像す
る多焦点光学系となっている。面に回折作用を持たせる
にはこれらの面に回転非対称な形状の縞を持ったホログ
ラムをつける方法や、面の形状の上にキノフォームを作
りつける方法が適用可能である。
る面は屈折面だけでなく反射面も使うことができる。こ
の図において、面ｓｄ２および面ｓｄ６で回折の次数の
違い（たとえば０次と１次回折光）により、光線はその
次数の回折効率に従って異なる像面（この図では像面ｉ
ｍ１、ｉｍ２、ｉｍ３、ｉｍ４の４つの像面）に結像す
る多焦点光学系となっている。面に回折作用を持たせる
にはこれらの面に回転非対称な形状の縞を持ったホログ
ラムをつける方法や、面の形状の上にキノフォームを作
りつける方法が適用可能である。
【０１４８】面の形状の上にキノフォームを作りつける
方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよう
なバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。こ
うしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作りた
い場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方法
やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞を
作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形する
時にその形を転写させて作る様にしても良い。その回折
面を作成する場合、目的の次数の回折効率を上げること
ができるように格子縞の形状を最適化しておくことが望
ましい。
方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよう
なバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。こ
うしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作りた
い場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方法
やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞を
作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形する
時にその形を転写させて作る様にしても良い。その回折
面を作成する場合、目的の次数の回折効率を上げること
ができるように格子縞の形状を最適化しておくことが望
ましい。
【０１４９】図１７は本発明の光学系の実施形態１５の
要部概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、反射面４
面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に入射して
いる。この光学素子においては反射面ｓ２、ｓ３、ｓ
４、ｓ５がオフアキシャル曲面（絞りＰの中心と像面ｉ
ｍの中心を通る基準波長の光線の光路が形作る基準軸と
交点における面法線が一致しない曲面）であるので、こ
の光学素子Ｂ１はオフアキシャル光学素子である。この
実施形態ではこのオフアキシャル光学素子の射出屈折面
ｓｄ６に回折作用を持たせ、その回折次数の違いによっ
て多焦点光学系（この図は２点光学系）を構成してい
る。
要部概略図である。本実施形態の光学系では、無限遠の
物体面からの光束Ｌｓが絞りＰを通過した後、反射面４
面から成り一体的に成形された光学素子Ｂ１に入射して
いる。この光学素子においては反射面ｓ２、ｓ３、ｓ
４、ｓ５がオフアキシャル曲面（絞りＰの中心と像面ｉ
ｍの中心を通る基準波長の光線の光路が形作る基準軸と
交点における面法線が一致しない曲面）であるので、こ
の光学素子Ｂ１はオフアキシャル光学素子である。この
実施形態ではこのオフアキシャル光学素子の射出屈折面
ｓｄ６に回折作用を持たせ、その回折次数の違いによっ
て多焦点光学系（この図は２点光学系）を構成してい
る。
【０１５０】この図において、射出面ｓｄ６で回折の次
数の違い（たとえば０次と１次回折光）により、光線は
その次数の回折効率に従って異なる光路をとり、各々の
像面（この図では像面ｉｍ１、ｉｍ２の２つの像面）に
結像する多焦点光学系となっている。
数の違い（たとえば０次と１次回折光）により、光線は
その次数の回折効率に従って異なる光路をとり、各々の
像面（この図では像面ｉｍ１、ｉｍ２の２つの像面）に
結像する多焦点光学系となっている。
【０１５１】実施形態１３との違いは多数の像面（この
例では像面ｉｍ１とｉｍ２の２面）がおなじ軸上にな
く、分離して得られることである。回折においてはこの
ような軸はずし系にすることは面上の縞の形状を変える
ことによって可能となる。面に回折作用を持たせるには
これらの面に回転非対称な形状の縞を持ったホログラム
をつける方法や、面の形状の上にキノフォームを作りつ
ける方法が適用可能である。
例では像面ｉｍ１とｉｍ２の２面）がおなじ軸上にな
く、分離して得られることである。回折においてはこの
ような軸はずし系にすることは面上の縞の形状を変える
ことによって可能となる。面に回折作用を持たせるには
これらの面に回転非対称な形状の縞を持ったホログラム
をつける方法や、面の形状の上にキノフォームを作りつ
ける方法が適用可能である。
【０１５２】面の形状の上にキノフォームを作りつける
方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよう
なバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。こ
うしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作りた
い場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方法
やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞を
作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形する
時にその形を転写させて作るようにしても良い。その回
折面を作成する場合、目的の次数の回折効率を上げるこ
とができるように格子縞の形状を最適化しておくことが
望ましい。
方法としては微細なバイトを使ってブレーズ化する方
法、リソグラフィーの手法で図１９（Ｂ）に示したよう
なバイナリータイプの格子縞をつける方法等がある。こ
うしたキノフォームタイプは大量にしかも安価に作りた
い場合には、微細なバイトを使ってブレーズ化する方法
やリソグラフィーの手法を使って型上にあらかじめ縞を
作りつけ、光学素子をガラスやプラスチックで成形する
時にその形を転写させて作るようにしても良い。その回
折面を作成する場合、目的の次数の回折効率を上げるこ
とができるように格子縞の形状を最適化しておくことが
望ましい。
【０１５３】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、オフアキ
シャル曲面より成る複数の反射面と屈折面とを有する光
学素子の少なくとも１つの面に回折作用を持たせること
により物体像を所定面に形成するときの収差補正上の設
計の自由度を増し、又光学系全体の小型化を図りつつ、
高い光学性能が容易に得られる光学素子及びそれを用い
た光学系を達成することができる。
シャル曲面より成る複数の反射面と屈折面とを有する光
学素子の少なくとも１つの面に回折作用を持たせること
により物体像を所定面に形成するときの収差補正上の設
計の自由度を増し、又光学系全体の小型化を図りつつ、
高い光学性能が容易に得られる光学素子及びそれを用い
た光学系を達成することができる。
【０１５４】特に本発明によれば、オフアキシャル光学
系を構成するオフアキシャル光学素子の構成面（屈折面
反射面）に回折作用を持たせることにより、設計の自由
度を増加させることができ、少ない面数で収差補正が可
能になるため、設計上小型化、軽量化に効果がある。ま
た、回転非対称な収差の補正を回折作用に持たせること
により、ベースの面形状としては作りやすい回転対称面
にできるため、製作上作りやすくなるという効果もあ
る。
系を構成するオフアキシャル光学素子の構成面（屈折面
反射面）に回折作用を持たせることにより、設計の自由
度を増加させることができ、少ない面数で収差補正が可
能になるため、設計上小型化、軽量化に効果がある。ま
た、回転非対称な収差の補正を回折作用に持たせること
により、ベースの面形状としては作りやすい回転対称面
にできるため、製作上作りやすくなるという効果もあ
る。
【０１５５】また、物体面の像を像面に結像させるオフ
アキシャル光学素子中に回折作用を起こす面を入射面、
複数の曲率を有するオフアキシャル反射面、射出面の一
部あるいは全部に施すにしても、オフアキシャル面の成
形と同時に一体的に成形することができるので面形状と
同様に、回折作用を起こす面の相対的位置精度を上げる
ことができるという効果がある。
アキシャル光学素子中に回折作用を起こす面を入射面、
複数の曲率を有するオフアキシャル反射面、射出面の一
部あるいは全部に施すにしても、オフアキシャル面の成
形と同時に一体的に成形することができるので面形状と
同様に、回折作用を起こす面の相対的位置精度を上げる
ことができるという効果がある。
【０１５６】また、回折作用を持った面を含む複数のオ
フアキシャル素子の相対的位置を変化させることにより
コンパクトなズーム光学系を構成できるという効果もあ
る。また、回折作用を光束の分離に利用することにより
コンパクトな多焦点光学系を構成できるという効果もあ
る。
フアキシャル素子の相対的位置を変化させることにより
コンパクトなズーム光学系を構成できるという効果もあ
る。また、回折作用を光束の分離に利用することにより
コンパクトな多焦点光学系を構成できるという効果もあ
る。
【図１】本発明の光学系の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の光学系の実施形態２の要部概略図
【図３】本発明の光学系の実施形態３の要部概略図
【図４】本発明の光学系の実施形態４の要部概略図
【図５】本発明の光学系の実施形態５の要部概略図
【図６】図５の近軸屈折力配置の説明図
【図７】本発明の光学系の実施形態６の要部概略図
【図８】本発明の光学系の実施形態７の要部概略図
【図９】本発明の光学系の実施形態８の要部概略図
【図１０】本発明の光学系の実施形態９の要部概略図
【図１１】本発明の光学系の実施形態１０の要部概略図
【図１２】本発明の光学系の実施形態１１の要部概略図
【図１３】図１２の近軸屈折力配置の説明図
【図１４】本発明の光学系の実施形態１２の要部概略図
【図１５】本発明の光学系の実施形態１３の要部概略図
【図１６】本発明の光学系の実施形態１４の要部概略図
【図１７】本発明の光学系の実施形態１５の要部概略図
【図１８】本発明のオフアキシャル光学系を定義する座
標系および基準軸の概念的説明図
標系および基準軸の概念的説明図
【図１９】キノフォーム光学系、バイナリー光学系を説
明する概念図
明する概念図
ｓ１、ｓ２ 屈折面または反射面 ｓｄ１、ｓｄ２ 回折作用をも持たせた屈折面または
反射面 ｐ 絞り面 Ｉｐｆ 平行平板より成る光学補正板 ｏｂ 物体面 ｉｍ、ｉｍ１、ｉｍ２、ｉｍ３、ｉｍ４ 像面 Ｌａ 基準軸 Ｌｓ 光束 ＩＰ１，ＩＰ２ 中間結像面
反射面 ｐ 絞り面 Ｉｐｆ 平行平板より成る光学補正板 ｏｂ 物体面 ｉｍ、ｉｍ１、ｉｍ２、ｉｍ３、ｉｍ４ 像面 Ｌａ 基準軸 Ｌｓ 光束 ＩＰ１，ＩＰ２ 中間結像面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 健志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 難波 則廣 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 猿渡 浩 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 荒谷 道晴 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 木村 研一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内
Claims (20)
- 【請求項１】 光束を入射面より入射させ、該入射面か
らの光束をオフアキシャル曲面より成る複数の反射面で
反射させて出射面より出射させる光学素子であって、該
入射面又は出射面又は複数の反射面のうち少なくとも１
つは回折作用を有した面より成っていることを特徴とす
る光学素子。 - 【請求項２】 透明体の表面に、光束が屈折して入射す
る入射面と、該入射光束を順次反射するオフアキシャル
曲面を有する複数の反射面と、該複数の反射面にて反射
された光束を屈折して射出する出射面を一体に形成した
光学素子であって、該入射面又は出射面又は複数の反射
面のうち少なくとも１つは回折作用を有した面より成っ
ていることを特徴とする光学素子。 - 【請求項３】 前記回折作用を有した面は曲面であるこ
とを特徴とする請求項１又は２の光学素子。 - 【請求項４】 前記回折作用を有した面は球面であるこ
とを特徴とする請求項１又は２の光学素子。 - 【請求項５】 前記回折作用を有した面は回転対称非球
面であることを特徴とする請求項１又は２の光学素子。 - 【請求項６】 前記回折作用を有した面は非対称非球面
であることを特徴とする請求項１又は２の光学素子。 - 【請求項７】 前記回折作用を有した面はホログラムタ
イプ回折面であることを特徴とする請求項１又は２の光
学素子。 - 【請求項８】 前記回折作用を有した面はキノフォーム
タイプ回折面であることを特徴とする請求項１又は２の
光学素子。 - 【請求項９】 前記回折作用を有した面はバイナリータ
イプ回折面であることを特徴とする請求項１又は２の光
学素子。 - 【請求項１０】 前記回折作用を有した面は回転非対称
な縞形状を持った回折面であることを特徴とする請求項
１から９のいずれか１項記載の光学素子。 - 【請求項１１】 前記回折作用を有した面の回折作用の
次数により光路を複数に分割していることを特徴とする
請求項１から９のいずれか１項記載の光学素子。 - 【請求項１２】 前記回折作用を有した面の回折作用の
次数により異なる複数の焦点距離を有していることを特
徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の光学素
子。 - 【請求項１３】 複数の光学要素によって構成される光
学系であって、請求項１から１２いずれか１項記載の光
学素子を少なくとも１つ備えることを特徴とする光学
系。 - 【請求項１４】 前記光学素子が移動することにより、
全系の焦点距離が変化することを特徴とする請求項１３
の光学系。 - 【請求項１５】 前記光学素子は基準軸に沿って移動す
ることを特徴とする請求項１４の光学系。 - 【請求項１６】 共軸光学素子を備えることを特徴とす
る請求項１３の光学系。 - 【請求項１７】 前記共軸光学素子が移動することによ
り、全系の焦点距離が変化することを特徴とする請求項
１６の光学系。 - 【請求項１８】 前記共軸光学素子は基準軸に沿って移
動することを特徴とする請求項１７の光学系。 - 【請求項１９】 光束を入射面より入射させ、該入射面
からの光束を複数の反射面で反射させて出射面より出射
させる光学素子であって、該入射面又は出射面又は複数
の反射面のうち少なくとも１つは回転非対称な縞形状を
持った回折作用を有した面より成っていることを特徴と
する光学素子。 - 【請求項２０】 請求項１９の光学素子を少なくとも１
つ含み、物体像を所定面に形成していることを特徴とす
る光学系。
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|---|---|---|---|
| JP26935897A JP3535710B2 (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 光学素子及びそれを用いた光学系 |
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| DE69836459T DE69836459T2 (de) | 1997-09-16 | 1998-09-14 | Optisches Element und damit versehenes optisches System |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26935897A JP3535710B2 (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 光学素子及びそれを用いた光学系 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1195106A true JPH1195106A (ja) | 1999-04-09 |
| JP3535710B2 JP3535710B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=17471279
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26935897A Expired - Fee Related JP3535710B2 (ja) | 1997-09-16 | 1997-09-16 | 光学素子及びそれを用いた光学系 |
Country Status (4)
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| US (1) | US6351333B2 (ja) |
| EP (1) | EP0908750B1 (ja) |
| JP (1) | JP3535710B2 (ja) |
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