KR100414263B1 - 광학계, 광학소자 및 이를 구비한 광학장치 - Google Patents

광학계, 광학소자 및 이를 구비한 광학장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광학계는 개구조리개 및 상기 개구조리개의 상면쪽에 배치된 광학유닛을 지니고 있다. 상기 광학유닛은, 물체쪽으로부터 차례로, 상기 물체의 중간상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 1광학성분, 상기 물체의 중간상으로부터의 광에 의해 상기 개구조리개의 상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 2광학성분 및 상기 개구조리개의 상으로부터의 광에 의해 상기 물체의 2차상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 3광학성분으로 이루어져 있다. 또, 방위각 θ에서의 상기 제 1성분, 제 2성분 및 제 3성분의 초점거리를 각각 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ)라 할 때, 상기 각 초점거리는, 방위각범위 0 < θ < 2π에서 이하의 조건식:
fB1(θ) > 0,
fB2(θ) < 0,
fB3(θ) > 0
을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

광학계, 광학소자 및 이를 구비한 광학장치{OPTICAL SYSTEM, OPTICAL ELEMENT, AND OPTICAL DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 비데오카메라, 디지털카메라, 스틸비데오카메라, 복사기 등의 광학장치에 사용되는 광학소자에 관한 것으로, 특히, 곡면을 가진 복수의 반사면을 지닌 구조체에 있어 결상작용을 지닌 광학소자에 관한 것이다.
종래부터, 오목거울이나 볼록거울 등의 반사면을 이용한 미러광학계에 대해 각종 제안이 되어있다. 미러광학계의 예로서는, 소위 카세그레인(Cassegrain)식 반사망원경이 있으며, 이것은, 굴절렌즈로 구성되는 렌즈 전체길이가 긴 망원렌즈계의 광로를, 상대하는 2개의 반사경을 이용해서 절곡시킴으로써, 광학계 전체의 길이를 단축하는 것을 목적으로 구성되어 있다.
또, 망원경을 구성하는 대물렌즈에 있어서도, 마찬가지 이유 때문에, 카세그레인식이외에, 복수의 반사경을 이용해서 광학계의 전체 길이를 단축하는 형식이 다수 공지되어 있다.
이와 같이, 종래부터 렌즈 전체길이가 긴 촬상렌즈유닛의 렌즈 대신에 반사경을 이용함으로써, 효율좋게 광로를 절곡시키는 것만으로, 컴팩트한 미러광학계를 구성하고 있었다.
이들 반사형의 촬영광학계에 있어서, 필요한 광학성능을 얻기 위해서는, 각각의 광학부품을 정밀도 좋게 조립하는 것이 필요하다. 특히, 반사경의 상대위치정밀도의 오차는 광학성능에 강하게 영향을 주기 위해, 각 반사경의 위치 및 각도의 조정을 정밀하게 행하는 것이 중요하다.
이 문제를 해결하기 위한 한 가지 방법으로서, 복수의 반사경으로 이루어진 미러계를 1개의 블록으로 구성함으로써, 조립시에 생기는 광학부품의 조립오차를 회피하는 방법이 제안되어 있다.
예를 들면, 비공축광학계에 있어서, 기준축이라고 하는 개념을 도입해서 구성면을 비대칭 비구면으로 함으로써, 충분히 수차가 보정된 광학계를 구축가능하다는 것이, 일본국 공개특허공보 평9-5650호에 그 설계법이, 일본국 공개특허공보 평8-292371호, 평8-292372호, 평9-222561호 및 평9-258105호에 그 설계예가 개시되어 있다.
이러한 비공축광학계는, 축외(off-axial)광학계(상중심(또는 물체의 중심)과 동공중심을 통과하는 광선을 따른 기준축을 고려할 때, 구성면과 기준축사이의 교점에 있어서의 법선이 기준축상에 존재하지 않는 곡면(축외곡면)을 포함하는 광학계로 정의되는 광학계로서, 이 때의 기준축은 만곡된 형상임)라 불린다.
이들 축외광학계는, 각 구성면이 일반적으로 비공축으로 되어, 반사면이라도 가리워짐이 생기기 때문에, 반사면을 사용한 광학계의 구축이 용이해진다. 또, 광로의 돌림이 비교적 자유로워, 구성면을 일체성형수법으로 일체형의 광학계를 제작하는 것이 용이하다고 하는 특징을 지니고 있다.
도 15는 일본국 공개특허공보 평8-292371호에 개시되어 있는 반사광학계의일실시예를 표시한 개략도이다.
도 15에 있어서, (21)은 복수의 곡면반사면을 지닌 광학소자이며, 유리 등의 투명체로 구성되어 있다.
동 도면에 있어서, 물체(OB)로부터의 광속은 조리개(1)를 통과하여 반사형의 광학소자(21)에 입사된다. 광학소자(21)에서는, 광속이 제 1면(R1)에서 굴절, 제 2면(R2), 제 3면(R3), 제 4면(R4), 제 5면(R5) 및 제 6면(R6)에서 반사, 제 7면(R7)에서 굴절된 후, 광학소자(21)로부터 나간다(즉, 출사된다). 이 때, 광속은 제 2면(R2)부근의 중간 결상면상에 1차결상되고, 제 5면(R5)근방에 동공을 형성하고 있다. 그래서, 광학소자(21)로부터 나간 광속은 촬상면(CCD 등의 촬상매체의 촬상면)(4)상에 최종적으로 결상된다.
도 15의 종래예에 있어서는, 복수의 곡면 및/또는 평면으로 이루어진 반사면을 일체적으로 형성한 광학소자(21)를 이용해서 미러광학계를 구성함으로써, 해당 광학계 전체를 소형 구조로 구성하는 동시에, 그렇지 않으면 해당 미러광학계에 있어서 높을 경우가 있는 반사경의 배치정밀도(조립정밀도)를 완화시킬 수 있다.
또, 조리개(1)를 광학소자(21)의 물체쪽에 배치하고, 또, 해당 광학소자중에서 물체상을 적어도 1회 결상시키는 구성으로 함으로써, 광화각의 반사형 광학소자구성임에도 불구하고, 광학소자의 유효직경의 소형화를 도모하고, 그래서, 해당 광학소자를 구성하는 복수의 반사면에 적절한 광학파워(즉, 굴절력)를 부여하고, 각 광학소자(21)를 구성하는 반사면을 편심배치함으로써, 광학소자내의 광로를 소망의 형상으로 굴곡시켜, 해당 광학소자의 소정 방향의 전체 길이의 단축화를 달성하고있다.
도 15에 도시한 바와 같은 축외반사면을 5개 지닌 반사형 광학소자에 대해서 각 면의 역할을 도 16을 참조해서 설명한다. 반사형 광학소자(21)에 입사하는 광로순으로, 입사굴절면을 (R1), 축외반사면을 (R2)∼(R6), 출사굴절면을 (R7)이라 정의하고, 입사굴절면(R1)에서 축외반사면(R2)까지를 제 1성분(B1), 축외반사면(R3)에서 축외반사면(R5)까지를 제 2성분(B2), 그리고, 축외반사면(R6)에서 출사굴절면을 제 3성분(B3)이라 정의하자. 이것은, 5개의 축외반사면으로 이루어진 반사형 광학소자(21)를 3개의 광학성분으로 치환한 것을 의미한다. 제 1성분(B1)은 물체로부터의 입사광속을 중간결상시키는 역할을 하고, 제 2성분(B2)은 중간결상면으로부터의 광속을 동공에 결상시키는 역할을 하고, 제 3성분(B3)은 동공상면으로부터의 광속을 촬상면에 2차결상시키는 역할을 한다.
도 17은 도 15에 표시한 반사형 광학소자의 상면에서의 왜곡상태를, 도 18은 수차상태를 표시하고 있다. 도 17 및 도 18에 표시한 바와 같이, 왜곡 및 수차는 화면중심으로부터 멀어짐에 따라 커진다.
이 실시예를 도 16에 표시한 바와 같이 반사형 광학소자의 제 1성분(B1)에서 제 3성분(B3)까지의 3개의 성분으로 나눌 때, 이 제 1성분(B1)에서 제 3성분(B3)은 모두 양의 초점거리(양의 광학파워)를 지니고 있다.
일반적으로, 도 15에 표시한 광학소자의 경우에 있어서, 중간결상면의 크기가 크면, 즉, 도 16에서의 제 1성분(B1)의 초점거리가 길면, 중간결상면이후의 반사면의 유효직경이 커져, 광학소자의 크기를 소형화 하기가 곤란해진다. 또, 중간결상면의 크기가 너무 작으면, 즉, 제 1성분(B1)의 초점거리가 너무 짧으면, 중간결상면이후의 광학면에 의해 수차를 보정하는 일이 곤란해진다.
본 발명의 목적은, 곡면 및/또는 평면으로 이루어진 복수의 반사면을 투명체의 표면에 형성할 때, 각 면의 파워배치를 적절하게 배치함으로써 광학성능을 우수하게 하고, 또, 입사면으로부터 중간결상까지의 초점거리를 적절한 값으로 설정함으로써, 광화각을 지니는 동시에 유효직경이 저감된 반사형의 광학소자를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 광학계는, 물체로부터의 광속에 의해 물체의 상을 형성하기 위하여,
개구조리개; 및
물체쪽으로부터 차례로,
상기 물체의 중간상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 1광학성분,
상기 물체의 중간상으로부터의 광에 의해 상기 개구조리개의 상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 2광학성분 및
상기 개구조리개의 상으로부터의 광에 의해 상기 물체의 2차상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 3광학성분으로 이루어진, 상기 개구조리개의 상쪽에 배치된 광학유닛을 구비한 광학계에 있어서,
상기 제 1성분, 제 2성분 및 제 3성분의 초점거리를 각각 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ), 상기 광학유닛의 방위각 θ에서의 전체초점거리를 f(θ)라 할 때, 상기 각 초점거리는, 방위각범위 0 < θ < 2π에서 이하의 조건식 A 또는 이하의 조건식 B:
조건식 A:
fB1(θ) > 0, fB2(θ) < 0 그리고 fB3(θ) > 0
조건식 B:
fB1(θ) > 0, fB2(θ) > 10│f(θ)│ 그리고 fB3(θ) > 0
를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의한 광학소자는,
입사광을 첫번째로 반사시키는 면 A로서의 곡면반사면, 상기 면 A에 의해 반사된 광을 또 반사시키는 면 B로서의 곡면반사면, 상기 입사광을 최종적으로 반사시키는 면 D로서의 곡면반사면 및 상기 면 D 바로 앞의 면 C로서의 곡면반사면으로 이루어진, 상기 입사광을 연속해서 반사시키는 복수의 곡면반사면으로 구성된 광학소자에 있어서,
상기 입사광의 광로순으로, 상기 면 A 이전을 제 1광학성분, 상기 면 B에서 면 C까지를 제 2광학성분 및 상기 면 D 이후를 제 3광학성분이라 하고, 상기 제 1성분, 제 2성분 및 제 3성분의 초점거리를 각각 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ), 상기 광학소자의 방위각 θ에서의 전체초점거리를 f(θ)라 할 때, 상기 각 초점거리는, 방위각범위 0 < θ < 2π에서 이하의 조건식 A 또는 이하의 조건식 B:
조건식 A:
fB1(θ) > 0, fB2(θ) < 0 그리고 fB3(θ) > 0
조건식 B:
fB1(θ) > 0, fB2(θ) > 10│f(θ)│ 그리고 fB3(θ) > 0
를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 광학장치는, 전술한 바와 같은 본 발명의 광학계 또는 광학소자를 구비하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태예 1에 있어서의 촬상장치의 주요부를 표시한 사시도
도 2는 본 발명의 실시형태예 1에 있어서의 촬상장치의 주요부를 표시한 단면도
도 3은 본 발명의 실시형태예 1에 있어서의 광학소자의 왜곡을 표시한 왜곡도
도 4는 본 발명의 실시형태예 1에 있어서의 광학소자의 횡수차를 표시한 횡수차도
도 5는 본 발명의 실시형태예 2에 있어서의 촬상장치의 YZ평면내에서의 광학단면도
도 6은 본 발명의 실시형태예 2에 있어서의 광학소자의 왜곡을 표시한 왜곡도
도 7은 본 발명의 실시형태예 2에 있어서의 광학소자의 횡수차를 표시한 횡수차도
도 8은 본 발명의 실시형태예 3에 있어서의 촬상장치의 YZ평면내에서의 광학단면도
도 9는 본 발명의 실시형태예 3에 있어서의 광학소자의 왜곡을 표시한 왜곡도
도 10은 본 발명의 실시형태예 3에 있어서의 광학소자의 횡수차를 표시한 횡수차도
도 11은 본 발명의 실시형태예 4에 있어서의 촬상장치의 YZ평면내에서의 광학단면도
도 12는 본 발명의 실시형태예 4에 있어서의 광학소자의 왜곡을 표시한 왜곡도
도 13은 본 발명의 실시형태예 4에 있어서의 광학소자의 횡수차를 표시한 횡수차도
도 14는 각 실시형태예에 있어서의 좌표계를 표시한 설명도
도 15는 종래의 반사형 광학소자의 YZ평면내에서의 광학단면도
도 16은 종래의 반사형 광학소자의 부분계를 표시한 설명도
도 17은 종래의 반사형 광학소자의 왜곡도
도 18은 종래의 반사형 광학소자의 횡수차를 표시한 횡수차도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
Ri, Rm, n: 면 Di: 기준축을 따른 면간극
Ndi: 굴절률 νdi: 압베수
1: 조리개 2: 기준축
3: 필터 4: 촬상면
10, 11, 12, 13: 광학소자
이하, 본 발명의 실시형태예를 설명하기 전에, 실시형태예의 구성제원을 표시하는 방법 및 실시형태예 전체에 공통인 사항에 대해서 설명한다. 도 14는 본 발명의 광학계의 구성데이터를 정의하는 죄표계를 설명하는 설명도이다. 본 발명의 각 실시형태예에 있어서는, 물체쪽으로부터 상면으로 진행하는 광선(도 14중의 일점쇄선으로 표시한 광선으로, 기준축광선이라 불림)을 따라서 제 i번째 위치에 위치하는 면을 제 i면이라 한다. 도 14에 있어서, 제 1면(R1)은 조리개, 제 2면(R2)은 제 1면과 공축인 굴절면, 제 3면(R3)은 제 2면(R2)에 대해서 경사진 반사면, 제 4면(R4) 및 제 5면(R5)은 각각의 선행면에 대해서 시프트 및 경사진 반사면, 제 6면(R6)은 제 5면(R5)에 대해서 시프트 및 경사진 굴절면이다. 제 2면(R2)에서 제 6면(R6)까지의 각각의 면은 유리, 플라스틱재료 등의 매질로 구성된 1개의 광학소자상에 형성되어 있다.
따라서, 도 14의 구성에서는, 도시하지 않은 물체면과 제 2면(R2)사이의 매질은 공기이고, 제 2면(R2)과 제 6면(R6)사이의 매질은 어떤 공통의 매질이며, 제 6면(R6)과 도시하지 않은 제 7면(R7)사이의 매질은 공기이다.
본 발명의 광학계는 축외광학계이므로, 광학계를 구성하는 각 면은 공통의 광축을 지니지 않는다. 그래서, 본 발명의 각 실시형태예에 있어서는, 먼저 제 1면의 광선유효직경의 중심을 원점으로 하는 절대좌표계를 설정한다.
또, 본 발명의 각 실시형태예에 있어서는, 제 1면의 광선유효직경의 중심점을 원점으로 함과 동시에, 원점과 최종결상면의 중심을 통과하는 광선(기준축광선)의 경로를 광학계의 기준축이라 정의하고 있다. 또한, 본 실시형태예중의 기준축은 방향(배향)을 지니고 있다. 그 방향은 기준축광선이 결상면을 향해 진행하는 방향이다.
본 발명의 실시형태예에 있어서는, 광학계의 기준축을 상기와 같이 설정하였으나, 광학계의 기준이 되는 축을 결정하는 방법은, 광학설계상, 수차의 취급상, 혹은 광학계를 구성하는 각 면형상을 표현하는 상에서 편리한 축을 채용하면 된다. 그러나, 일반적으로는 상면의 중심과, 조리개 또는 입사동공 또는 출사동공 또는 광학계의 제 1면의 중심 혹은 최종면의 중심의 어느 하나를 통과하는 광선의 광로를 광학계의 기준이 되는 기준축으로 설정한다.
즉, 본 발명의 실시형태예에 있어서는, 기준축은, 제 1면,즉 조리개면의 광선유효직경의 중심점(동공의 중심)을 통과해서, 최종결상면의 중심에 들어오는 광선(기준축광선)이 각 굴절면 및 반사면에 의해 굴절 및 반사되는 경로를 기준축으로 설정하고 있다. 또한, 각 면의 순번은 기준축광선이 굴절 및 반사되는 순번에 따라 정하고 있다.
따라서, 기준축은 이와 같이 해서 설정된 각 면의 순번을 따라서 굴절 혹은반사의 법칙에 따라 그 방향을 변화시키면서, 최종적으로 상면의 중심에 도달한다.
본 발명의 각 실시형태예의 광학계를 구성하는 경사면은 모두 기본적으로 동일면내에서 경사져 있으므로, 절대좌표계의 각 축은 다음과 같이 정의한다.
Z축: 원점을 통과해서 제 2면(R2)을 향하는 기준축
Y축: 원점을 통과해서, 경사면(즉, 도 14의 평면내)에서 Z축에 대해서 반시계방향으로 90°를 이루는 직선
X축: 원점을 통과해서, Z축 및 Y축의 각각에 수직인 직선(도 14의 평면에 대해 수직인 직선).
또, 광학계를 구성하는 제 i면의 면형상을 표현하기 위해서는, 기준축과 제 i면이 서로 교차하는 점을 원점으로 하는 로컬좌표계를 설정하고, 절대좌표계의 의해서 그 면의 형상을 표현하는 것보다는 로컬좌표계에 의해 그 면의 형상을 표현하는 것이 그 형상을 인식하는 면에서 이해하기 쉬우므로, 본 발명의 구성데이터의 표시하는 각 실시형태예에서는 제 i면의 면형상을 로컬좌표계로 표현한다.
또한, YZ평면에서의 제 i면의 경사각은, 절대좌표계의 Z축에 대해서 도면의 평면상에서 반시계방향을 양의 방향으로 한 각도 θi(단위는 °)로 표현한다. 따라서, 본 발명의 실시형태예에서는, 각 면의 로컬좌표계의 원점은 도 14중의 YZ평면상에 있다. 또, XZ 및 XY평면내의 면의 편심은 없다. 또한, 제 i면의 로컬좌표(x, y, z)의 y축 및 z축은, 절대좌표계(X, Y, Z)에 대해서 YZ평면에서 각도 θi만큼 경사져 있고, 구체적으로는, 다음과 같이 설정된다.
z축: 로컬좌표계의 원점을 통과해서, 절대좌표계의 Z방향에 대해 YZ평면내에있어서 도면의 평면상에서 반시계방향으로 각도 θi를 이루는 직선
y축: 로컬좌표계의 원점을 통과해서, z방향에 대해 YZ평면내에서 도면의 평면상에서 반시계방향으로 90°를 이루는 직선
x축: 로컬좌표계의 원점을 통과해서 YZ평면에 수직인 직선.
또, Di는 제 i면과 제 (i+1)면의 로컬좌표계의 원점사이의 간격을 나타내는 스칼라량을 표시하고, Ndi 및 νdi는 각각 제 i면과 제 (i+1)면사이의 매질의 굴절률 및 압베수를 표시한다.
본 발명의 실시형태예에 있어서는, 광학계의 단면도 및 수치데이터를 표시한다.
구면은 이하의 식:
으로 표시되는 형상이다.
또한, 본 발명의 광학계는 적어도 회전비대칭인 비구면을 1개 이상 지니고, 그 형상은 이하의 식:
Z = CO2y2+ C20x2+ CO3y3+ C21x2y + CO4y4+ C22x2y2+ C40x4+ CO5y5+ C23x2y3+ C41x4y + C06y6+ C24x2y4+ X42x4y2+ C60x6
으로 표시된다.
상기 만곡면식은 x에 대해서 짝수차수의 항만을 지니므로, 해당 만곡면식으로 표시된 곡면은 yz평면만을 대칭면으로 하는 면대칭형상이다. 또, 이하의 조건:
C03 = C21 = C05 = C23 = C41 = 0
을 만족시킬 경우 xz평면에 대해 대칭인 형상을 표시한다. 또한, 이하의 조건:
C02 = C20, C04 = C40 = C22/2 그리고 C06 = C60 = C24/3 = C42/3
을 만족시킬 경우 회전대칭형상을 표시한다. 또, 이들 조건중 어느 하나라도 만족시키지 않을 경우 회전비대칭형상이다.
본 발명의 각 실시형태예에 있어서, 수평반화각 uY란 도 14의 YZ평면내에 있어 제 1면(R1)에 입사하는 광속의 최대화각이고, 수직반화각 uX란 XZ평면내에서 제 1면(R1)에 입사하는 광속의 최대화각이다. 또, 조리개의 직경은 조리개직경으로 표시되고 있다. 이것은 광학계의 밝기에 관계된다.
또, 각 실시형태예의 횡수차도를 표시한다. 횡수차는, 제 1면(R1)에의 수직방향 입사각도와 수평방향 입사각도가 각각 (0, uY), (0, 0), (0, -uY), (uX, uY), (uX, 0) 및 (uX, -uY)로 되는 입사각도의 광속에 대해서 표시한 것이다. 횡수차도에 있어서, 가로축은 입사광속의 높이를 표시하고, 세로축은 수차량을 표시한다. 각 실시형태예에 있어서, 기본적으로 각 면은 대칭면인 yz평면에 대해서 면대칭인 형상이기 때문에, 횡방향 수차그래프에 있어서, 수직화각의 음의 방향의 횡수차는 양의 방향의 것과 동일하므로, 도면의 간략화를 위해, 음의 방향의 횡수차는 해당 횡수차도로부터 생략하고 있다.
이하, 본 발명의 광학소자의 구체적인 실시형태예를 도면을 참조해서 상세히설명한다.
도 1은 본 발명의 반사형 광학소자를 사용한 촬상장치의 실시형태예 1의 주요부를 표시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 YZ평면내에서의 주요부의 단면도이다. 본 실시형태예는 수평화각 43.8°, 수직화각 33.55°의 반사형 광학소자를 표시하고 있고, 도 2에는 광로도 표시되어 있다.
이들 도면에 있어서, (10)은 광학소자, (1)은 조리개, (2)는 기준축, (3)은 광학필터, (4)는 촬상면으로, 예를 들면, CCD 등의 광전변환소자가 배치되어 있다(또, 조리개(1)를 광학소자(10)의 한 요소로서 취급해도 된다). 광학소자(10)중, 면 (R1) 내지 (R3)은 물체(OB)의 상을 중간결상시키는 제 1성분(B1)을, 면 (R4) 내지 (R6)은 중간결상화상으로부터(동공상으로부터)의 광속에 의해 조리개(1)의 상을 결상시키는 제 2성분(B2)을, 면(R7) 및 (R8)은 동공으로부터의 광속을 재집속시켜 촬상면상에 물체(OB)의 상을 결상시키는 제 3성분(B3)을 구성하고 있다.
본 실시형태예에서는, 광속이 해당 광학소자에 입사한 후의 광로순으로, 제 1의 해당 축외반사면(R3), 제 2의 축외반사면(R4), 해당 광학소자(10)내에서 최후의 축외반사면(R7), 면(R7)의 광입사쪽(즉, 면(R7)앞쪽)의 축외반사면(R6)으로 하고, 광속이 해당 광학소자(10)에 입사하는 입사면으로부터 축외반사면(R3)까지를 제 1성분(B1), 축외반사면(R4)으로부터 축외반사면(R6)까지를 제 2성분(B2), 축외반사면(R7)으로부터 광속이 해당 광학소자로부터 출사하는 출사면까지를 제 3성분(B3)이라 할 때, 방위각 θ에서의 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 각각의 초점거리 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ)는, 이하의 조건식[1]:
fB1(θ) > 0, fB2(θ) < 0 그리고 fB3(θ) > 0 (0 < θ < 2π) ...[1]
을 만족한다.
또, 방위각 θ에서의 제 1성분(B1)의 초점거리 fB1(θ)와 각각의 광학소자(10)의 전체초점거리 f(θ)는, 방위각범위 0 < θ < 2π에서 이하의 조건식[2]:
│f(θ)│／2 < fB1(θ) < 2│f(θ)│...[2]
를 만족한다.
본 실시형태예의 경우에 한해, 각 면의 경사는 XZ평면내에서의 경사와 XY평면내에서의 경사의 2종류이므로, 로컬좌표계의 정의를 변화시키고 있다. 먼저, XZ평면내에서의 경사각을 Y축의 양의 방향에 대해서 시계방향을 양의 방향으로 한 각도 Φi(단위는 도)로 표시하고, XY평면내에서의 경사각을 Z축의 양의 방향에 대해서 반시계방향을 양의 방향으로 한 각도 θi(단위는 도)로 표시한다. 또, 제 i면의 로컬좌표(x,y,z)의 각 축은 절대좌표계(X,Y,Z)에 대해서, 먼저 원점을 (Xi, Yi, Zi)로 이동한 후에, XZ평면내에서 각도 Φi만큼 경사지게 하고, 최후에 XY평면내에서 각도 θi 만큼 경사지게 하며, 구체적으로는, 각 축은 이하와 같이 설정한다:
원점(Xi,Yi,Zi)
z: 제 1면의 광축방향인 Z방향에 대해서 XZ평면내에서 각도 Φi, 그리고 XY평면내에서 각도 θi 경사진 방향
y: z방향에 대해서 YZ평면내에 있어서 반시계방향으로 90°를 이루는 방향
z: 반사면의 정점위치를 원점으로 하고, YZ평면에 대해서 수직인 방향.
본 실시형태예의 구성데이터는 하기 표 1에 표시한 바와 같다.
수평반화각 21.9 수직반화각 16.8 조리개직경 1.60
i Xi Yi Zi θi φi ωi Di Ndi νdi
12345678 0.0000.0000.000-7.397-2.631-10.419-3.103-8.555-3.255 0.0000.0000.0000.000-8.785-12.189-14.590-21.111-21.111 0.0002.5006.2006.2006.2006.2006.2006.2006.200 0.0000.0000.000-90.000-90.00090.00090.00090.0000.000 0.0000.000-45.000-59.242-71.044-87.280-74.030-64.947-90.000 0.0000.0000.000-90.000-90.00090.00090.00090.0000.000 2.5003.7007.3979.9958.5007.7008.5005.3005.917 1.0001.5301.5301.5301.5301.5301.5301.5301.000 55.855.855.855.855.855.855.8 조리개굴절면반사면반사면반사면반사면반사면굴절면
필터필터필터필터상면 2.6633.7235.3236.1236.939 -21.111-21.111-21.111-21.111-21.111 6.2006.2006.2006.2006.2 0.0000.0000.0000.0000 -90.000-90.000-90.000-90.00090 0.0000.0000.0000.0000 1.0601.6000.8000.4161 1.5441.5141.5161.000 70.675 굴절면굴절면굴절면굴절면
비구면형상R2면C02 = -3.87385e-02 C20 = 4.08337e-02C04 = 7.49722e-03 C22 = -2.54957e-03 C40 = -5.35064e-03C06 = -4.97281e-04 C24 = -4.50122e-04 C42 = 7.58477e-04 c60 = 4.23326e-04R3면C02 = 2.55492e-02 C20 = 3.37945e-02C03 = -1.14854e-04 C21 = -4.08791e-04C04 = 7.73154e-06 C22 = 3.48184e-05 C40 = 1.01388e-05R4면C02 = 1.61293e-02 C20 = 4.12933e-02C03 = -1.38841e-03 C21 = -3.47993e-03C04 = 4.42324e-05 C22 = 4.83511e-04 C40 = -6.31515e-04R5면C02 = 2.31849e-02 C20 = 3.52955e-02C03 = -5.28689e-05 C21 = -4.51412e-04C04 = 1.02369e-04 C22 = 2.14352e-04 C40 = 6.38284e-05R6면C02 = 3.45979e-02 C20 = 8.08696e-02C03 = 3.33596e-03 C21 = 3.14123e-03C04 = 5.23405e-04 C22 = 2.82194e-03 C40 = 1.94772e-03R7면C02 = 3.17142e-02 C20 = 4.06422e-02C03 = 1.74096e-04 C21 = 1.22917e-04C04 = 5.65180e-05 C22 = 1.87502e-04 C40 = 1.10281e-04R8면C02 = 4.85470e-02 C20 = 6.40000e-02C04 = 1.16007e-03 C22 = 1.84312e-03 C40 = 5.25575e-04C06 = -4.76425e-06 C24 = -1.09562e-05 C42 = 5.60718e-06 c60= 6.86201e-07
여기서, 제 1성분(B1)(면 R1 내지 R3), 제 2성분(B2)(면 R4 내지 R6) 및 제3성분(B3)(면 R7 내지 R8) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)와 이 반사형 광학소자(10)의 전체초점거리(f)를 방위각 0°, 45°및 90°에서 계산해보면, 그 결과는 하기 표 2와 같이 된다.
초점거리＼방위각 0° 45° 90°
fB1fB2fB3f 5.13 5.57 6.05-6.81 -6.12 -6.834.98 4.86 4.75-4.5 -4.5 -4.5
본 실시형태예의 광학소자(10)에 있어서는, 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)가, 상기 식[1]을 만족하도록 양, 음 및 양의 순서로 배열되어 있다. 또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기는, 식[2]를 만족시키도록 광학소자(10)의 전체초점거리(f)의 크기의 1/2이상, 2배이하로 되는 관계로 되어 있다. 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기가 광학소자(10)의 초점거리(f)의 크기의 1/2이하이면, 수차보정이 매우 곤란해지고, 반대로, 광학소자(10)의 초점거리(f)의 2배이상으로 되면 중간결상면이 커져, 중간결상면이후의 반사면의 유효직경의 증대를 초래하여, 소자의 소형화가 곤란해진다.
상기 표에서는, 방위각 0°, 45°및 90°에서의 초점거리를 표시하였으나, 방위각 0°에서 2π사이에서 이 관계는 유지되고 있다.
도 1 및 도 2에 있어서, 광학소자(10)는 복수의 곡면반사면을 지닌 유리 등의 투명체로 구성되어 있다. 광학소자(10)의 표면에는, 물체(OB)로부터의 광선의 통과(즉, 광로)순으로, 굴절력을 지닌 굴절면(입사면)(R1), 평면미러(R2), 오목거울(R3), 볼록거울(R4), 오목거울(R5), 볼록반사면(R6) 및 오목거울(R7)의 5개의 반사면 및 양의 굴절력을 지닌 볼록굴절면(출사면)(R8)이 배열되어 있다. 또, 2개의 굴절면(R1), (R8)은 모두 회전비대칭인 비구면형상이며, 모든 반사면은 YZ평면에 대해서만 대칭인 비구면형상이다. 또한, 도면에서의 필터(3)는 광학 저역필터, 적외커트필터 등으로 구성된다.
다음에, 본 실시형태예에 있어서의 광학소자(10)의 결상작용을 설명한다. 물체(OB)쪽으로부터 Z(-)방향으로 진행하는 광속은, 조리개(입사동공)(1)에 의해 입사광량이 규제된 후, 광학소자(10)의 입사면(R1)에 입사하고, 이어서, 반사면(R2)에의해 반사되어 X(-)방향으로 편향된 후, 면(R3)에 의해 반사되어 일단 결상되고, 다음에, 면(R4), (R5), (R6) 및 (R7)에 의해 순차 반사되어, 출사면(R8)으로부터 X(+)방향으로 출사되고, 그 후, 필터(3)를 통과해서 촬상면(4)상에 재결상된다.
물체광선은 면(R3)과 면(R4)사이에서 중간결상되고, 동공광선은 면(R6)과 면(R7)사이에서 중간결상된다.
이상 설명한 바와 같이, 광학소자(10)는, 입출사면의 광학파워와, 그 중에서의 복수의 곡면반사경의 광학파워에 의해서, 소망의 광학성능을 지닌 전체로서 양의 굴절력을 지니는 렌즈유닛과 마찬가지로 기능하고 있다.
도 3은 본 실시형태예의 반사형 광학소자의 왜곡상태를 표시하고, 도 4는 횡수차도이다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 큰 왜곡은 없고, 비대칭인 왜곡도 적다, 또, 횡수차에 있어서도 미소하고, 화면중심과 모서리에서도 잘 보정되어 있다.
이것은, 전술한 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)를 상기 식[1]을 만족하도록 적절하게 구성하였기 때문이다. 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)의 부호가 동일하고, 크기를 유사한 값으로 하면, 광학계의 밸런스상, 수차보정이 곤란해진다.
또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기를 상기 식[2]를 만족하도록 적절한 값으로 설정하였기 때문에, 광학소자(10)의 소형화와 양호한 광학성능이 양립되고 있다.
본 실시형태예에 있어서는, 굴절면에 대해서 비구면을 채용하고 있으나, 굴절면은, 설계의 방식에 따라 회전대칭인 형상이어도 되고, 반사감소피막으로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
또, 이 반사형의 광학소자의 반사면은 금속 등의 증착에 의해 형성된다. 증착의 경우에는, 2개의 반사경군(R3, R5, R7과 R2, R4, R6)의 한쪽을 증착하고 나서, 나머지 반사경군에 증착한다고 하는 프로세스에 따라 행한다. 반사면상에의 퇴적은 증착에 한정되지 않고, 습식법, 예를 들면, 도금 등에 의해 행해도 된다. 이 경우는, 2개의 대향하는 반사면상에 동시에 퇴적시킬 수 있다. 또, 도금 등에 의해 퇴적한 후, 그 위에 고투과특성을 구비한 보호막을 퇴적시켜도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 광학소자의 이면반사면(광학소자안쪽의 내부반사면)의 형태로 이용하고 있으나, 표면반사경의 형태로 사용해도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 5개의 면 사용하고 있으나, 반사면은 5면으로 한정되지 않고, 수차보정상, 적어도 5면이상 사용하는 것이 바람직하다.
또, 축외반사면은 어느 평면(XY평면)에 대해서 대칭인 형상이지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
이 반사형의 광학소자 1개가 촬상소자로서 기능하나, 이 반사형의 광학소자를 적어도 1개 포함하는 복수의 광학소자로 촬상광학계를 구성해도 된다. 또한, 일본국 공개특허공보 평8-292372호, 평9-222561호 및 평9-258105호에 제안된 바와 같이, 복수의 광학소자의 상대위치를 변화시켜서 변배광학계를 구성하도록 해도 된다.
도 5는 본 발명의 반사형의 광학소자를 사용한 촬상장치의 실시형태예 2의 주요부를 표시한 단면도이다.
동 도면에 있어서, 도 1에 표시한 요소와 동일한 요소에는 마찬가지의 부호를 붙이고 있다. (11)은 광학소자이다.
본 실시형태예에서는, 광속이 해당 광학소자(11)에 입사한 후의 광로순으로, 제 1의 해당 축외반사면(R2), 제 2의 축외반사면(R3), 해당 광학소자(11)내에서 최후의 축외반사면(R6), 면(R6)의 광입사쪽의 축외반사면(R5)으로 하고, 광속이 해당 광학소자(11)에 입사하는 입사면(R1)으로부터 축외반사면(R2)까지를, 물체(OB)의 상을 중간결상시키는 제 1성분(B1), 축외반사면(R2)으로부터 축외반사면(R5)까지를, 중간결상화상으로부터(동공상으로부터)의 광에 의해 조리개(1)의 상을 결상시키는 제 2성분(B2), 축외반사면(R6)으로부터 광속이 해당 광학소자(11)로부터 출사하는 출사면(R7)까지를, 동공으로부터의 광을 재집속시켜 촬상면(4)상에물체(OB)의 상을 결상시키는 제 3성분(B3)이라 할 때, 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 각각의 초점거리 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ)와 상기 광학소자(11)의 방위각 θ에서의 전체초점거리 f(θ)는, 이하의 조건식[3]:
fB1(θ) > 0, fB2(θ) > 10│f(θ)│ 및 fB3(θ) > 0 (0 < θ < 2π) ...[3]
을 만족한다.
도 5는 YZ평면내에서의 주요부의 단면도이다. 본 실시형태예는 수평화각 43.8°, 수직화각 33.55°의 반사형 광학소자를 표시하고 있고, 도 5에는 광로도 표시되어 있다.
본 실시형태예의 구성데이터는 하기 표 3에 표시한 바와 같다.
수평반화각 21.9 수직반화각 16.8 조리개직경 2.25
i Yi Zi θi Di Ndi νdi
1234567 0.000.000.00-8.28-11.59-14.17-20.81-20.81 0.002.5011.115.5013.745.8611.456.05 0.000.0027.9517.01-1.87-15.87-24.930.00 2.508.6110.008.888.308.685.404.42 11.530411.530411.530411.530411.530411.530411 55.5055.5055.5055.5055.5055.50 조리개굴절면반사면반사면반사면반사면반사면굴절면
필터필터필터필터상면 -20.81-20.81-20.81-20.81-20.81 1.63-0.25-1.35-2.15-2.75 0.000.000.000.000.00 1.891.100.800.60 1.544271.514001.5163311 70.6075.000.00 굴절면굴절면굴절면굴절면상면
구면형상R1면 r 4= -28.581R7면 r10= -8.244
비구면형상R2면C02 = -2.79654e-02 C20 = -3.52817e-02C03 = 8.45358e-05 C21 = 1.62935e-05C04 = 1.09163e-05 C22 = 2.29474e-05 C40 = -7.99153e-06C05 = 3.28771e-06 C23 = 4.14164e-06 C41 = -2.81135e-07C06 = 2.30226e-07 C24 = -2.89993e-08 C42 = -3.86130e-07 c60 = 4.26026e-08R3면C02 = -1.52512e-02 C20 = -3.32837e-02C03 = 1.17284e-03 C21 = 7.53355e-04C04 = -1.74184e-04 C22 = 6.85821e-05 C40 = -1.07454e-04C05 = -6.59147e-05 C23 = -2.53153e-04 C41 = -1.82673e-05C06 = 2.29241e-05 C24 = 8.97809e-06 C42 = -1.49497e-04 c60 = 1.24757e-04R4면C02 = -2.86447e-02 C20 = -3.69342e-02C03 = 1.68338e-04 C21 = -6.56488e-05C04 = -8.38998e-05 C22 = -1.64956e-04 C40 = -6.61334e-05C05 = -4.12487e-06 C23 = -3.65721e-06 C41 = -9.86438e-07C06 = 1.46460e-07 C24 = -2.92710e-07 C42 = -1.45737e-06 c60 = 2.62185e-08R5면C02 = -4.01467e-02 C20 = -8.41944e-02C03 = -1.52586e-03 C21 = -4.48355e-03C04 = -7.68031e-04 C22 = -2.38226e-03 C40 = -1.49262e-03C05 = -7.67143e-05 C23 = -3.07223e-04 C41 = -2.44715e-04C06 = -2.25468e-05 C24 = -1.27369e-04 C42 = -1.54549e-04 c60 = -9.66124e-06R6면C02 = -3.26890e-02 C20 = -4.19835e-02C03 = -4.35024e-05 C21 = -1.36502e-04C04 = -5.72196e-05 C22 = -1.39349e-04 C40 = -8.65519e-05C05 = 3.14850e-07 C23 = -1.01009e-07 C41 = -6.20082e-07C06 = -2.66103e-07 C24 = -9.31756e-07 C42 = -1.00842e-06 c60 = -4.34372e-07
여기서, 제 1성분(B1)(면 R1 내지 R2), 제 2성분(B2)(면 R3 내지 R5) 및 제 3성분(B3)(면 R6 내지 R7) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)와 이 반사형 광학소자(11)의 전체초점거리(f)를 방위각 0°, 45°및 90°에서 계산해보면, 그 결과는 하기 표 4와 같이 된다.
초점거리＼방위각 0° 45° 90°
fB1fB2fB3f 5.12 5.19 5.2102.54 522.41 1484.84 4.67 4.51-4.5 -4.5 -4.5
제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)가, 양, 양 및 양의 순서로 배열되어 있으나, 제 2성분(B2)의 초점거리의 크기는, 식[3]을 만족시키도록 상기 초점거리(f)의 크기의 10배이상으로 되어 있기 때문에, 광학계는 적은 광학파워를 지닌다. 따라서, 해당 광학계는, 공축계의 경우, 제 1성분(B1)과 제 2성분(B2)의 2개의 단렌즈로 구성된 계와 마찬가지로 취급할 수 있다.
또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기는, 식[2]를 만족시키도록 초점거리(f)의 크기의 1/2이상, 2배이하로 되는 관계로 되어 있다. 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기가 초점거리(f)의 크기의 1/2이하이면, 수차보정이 매우 곤란해지고, 반대로, 초점거리(f)의 2배이상으로 되면 중간결상면이 커져, 중간결상면이후의 반사면의 유효직경의 증대를 초래하여, 소자의 소형화가 곤란해진다.
상기 표에서는, 방위각 0°, 45°및 90°에서의 초점거리를 표시하였으나,방위각 0°에서 2π사이에서 이 관계는 유지되고 있다.
도 5에 있어서, 광학소자(11)는 복수의 곡면반사면을 지닌 유리 등의 투명체로 구성되어 있다. 광학소자(11)의 표면에는, 물체로부터의 광선의 통과순으로, 굴절력을 지닌 굴절면(입사면)(R1)과, 오목거울(R2), 볼록거울(R3), 오목거울(R4), 볼록반사면(R5) 및 오목거울(R6)의 5개의 반사면과, 양의 굴절력의 볼록굴절면(출사면)(R7)이 배열되어 있다. 또, 2개의 굴절면은 모두 회전대칭인 구면형상이며, 모든 반사면은 YZ평면에 대해서만 대칭인 비구면형상이다.
다음에, 본 실시형태예에 있어서의 광학소자(11)의 결상작용을 설명한다. 물체(OB)쪽으로부터의 광속은, 조리개(입사동공)(1)에 의해 입사광량이 규제된 후, 광학소자(11)의 입사면(R1)에 입사하고, 이어서, 면(R2)에 의해 반사되어 일단 결상되고, 다음에, 면(R3), (R4), (R5) 및 (R6)에 의해 순차 반사되어, 출사면(R7)으로부터 출사되고, 그 후, 필터(3)를 통과해서 촬상면(4)상에 재결상된다.
물체광선은 면(R2)과 면(R3)사이에서 중간결상되고, 동공광선은 면(R5)과 면(R6)사이에서 중간결상된다.
이와 같이 해서, 광학소자(11)는, 입출사면의 광학파워와, 해당 소자 중에서의 복수의 곡면반사경의 광학파워에 의해서, 소망의 광학성능을 지닌 전체로서 양의 굴절력을 지니는 렌즈유닛과 마찬가지로 기능하고 있다.
도 6은 본 실시형태예의 반사형 광학소자(11)의 왜곡상태를 표시하고, 도 7은 횡수차도이다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 큰 왜곡은 없고, 비대칭인 왜곡도 적다,또, 횡수차에 있어서도 미소하고, 화면중심과 모서리에서도 밸런스 양호하게 보정되어 있다.
이것은, 전술한 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)를 상기 식[3]을 만족하도록 적절하게 구성하였기 때문이다. 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)의 부호가 동일하고, 크기를 유사한 값으로 하면, 광학계의 밸런스상, 수차보정이 곤란해진다.
또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기를 상기 식[2]를 만족하도록 적절한 값으로 설정하였기 때문에, 광학소자(11)의 소형화와 양호한 광학성능이 양립되고 있다.
본 실시형태예에 있어서는, 굴절면에 대해서 회전대칭인 형상으로 하고 있으나, 굴절면은, 설계에 따라 회전비대칭인 형상이어도 되고, 반사감소피막으로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
또, 이 반사형 광학소자의 반사면은 금속 등의 증착에 의해 형성된다. 증착의 경우에는, 2개의 반사경군(R2, R4, R6과 R3, R5)의 한쪽을 증착하고 나서, 나머지 반사경군에 증착한다고 하는 프로세스에 따라 행한다. 반사면상에의 퇴적은 증착에 한정되지 않고, 습식법, 예를 들면, 도금 등에 의해 행해도 된다. 이 경우는, 2개의 대향하는 반사면상에 동시에 퇴적시킬 수 있다. 또, 도금 등에 의해 퇴적한 후, 그 위에 고투과특성을 구비한 보호막을 퇴적시켜도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 광학소자의 이면반사면의 형태로 이용하고 있으나, 표면반사경의 형태로 사용해도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 5개의 면 사용하고 있으나, 반사면은 5면으로 한정되지 않고, 수차보정상, 적어도 5면이상 사용하는 것이 바람직하다.
또, 축외반사면은 어느 평면(YZ평면)에 대해서만 대칭인 형상이지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
포커싱할 때는, 이 반사형 광학소자를 출사하는 기준축(2)의 방향에 평행하게 이동시키거나, 촬상면을 기준축방향으로 평행이동시키면 된다.
이 반사형의 광학소자 1개가 촬상소자로서 기능하나, 이 반사형의 광학소자를 적어도 1개 포함하는 복수의 광학블록으로 촬상광학계를 구성해도 된다. 또한, 일본국 공개특허공보 평8-292372호, 평9-222561호 및 평9-258105호에 제안된 바와 같이, 복수의 광학블록의 상대위치를 변화시켜서 변배광학계를 구성하도록 해도 된다.
도 8은 본 발명의 반사형 광학소자를 사용한 촬상장치의 실시형태예 3의 주요부를 표시한 단면도이다.
도 8에 있어서, 도 1에 표시한 요소와 동일한 요소에는 마찬가지의 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태예의 광학소자(12)에 있어서, 제 1, 제 2 및 제 3성분의 광학작용 및 초점거리의 조건식은 실시형태예 2의 경우와 마찬가지로 식[2] 및 식[3]을 만족한다.
도 8은 YZ평면내에서의 단면도이다. 본 실시형태예는 수평화각 38.13°, 수직화각 29°의 반사형 광학소자를 표시하고 있고, 도 8에는 광로도 표시되어 있다.
본 실시형태예의 구성데이터는 하기 표 5에 표시한 바와 같다.
수평반화각 19.1 수직반화각 14.5 조리개직경 1.86
i Yi Zi θi Di Ndi νdi
12345 0.000.00-9.91-14.89-18.25-26.97 0.0012.504.7214.984.7212.07 0.0025.9513.01-3.87-15.87-24.93 12.5012.6011.4010.8011.4013.78 111111 조리개반사면반사면반사면반사면반사면
필터필터필터상면 -26.97-26.97-26.97-26.97 -1.71-2.81-3.61-4.31 0.000.000.000.00 1.100.800.70 1.514001.5163311 75.000.00 굴절면굴절면굴절면상면
비구면형상R1면C02 = -2.43377e-02 C20 = -3.04342e-02C03 = -1.41833e-05 C21 = 3.53900e-05C04 = -7.58548e-06 C22 = -2.49021e-05 C40 = -6.60722e-05C05 = 6.83264e-07 C23 = 2.31293e-06 C41 = -1.16052e-06C06 = 3.54072e-08 C24 = 2.97453e-07 C42 = -8.33015e-08 c60 = 1.07188e-06R2면C02 = -1.61094e-02 C20 = -3.24343e-02C03 = 4.15841e-04 C21 = 1.28586e-03C04 = -9.36832e-05 C22 = -3.26715e-04 C40 = -1.88449e-04C05 = -1.47029e-05 C23 = -5.92543e-05 C41 = -3.61942e-05C06 = 4.83489e-07 C24 = -3.30783e-06 C42 = 4.81322e-05 c60 = 1.28229e-04R3면C02 = -2.42806e-02 C20 = -3.04738e-02C03 = 3.74870e-05 C21 = 1.21272e-04C04 = -3.11398e-05 C22 = -6.22976e-05 C40 = -2.87943e-05C05 = -1.33361e-07 C23 = -6.12938e-07 C41 = -9.00990e-07C06 = -4.12543e-08 C24 = -2.68418e-07 C42 = -6.00586e-09 c60 = 5.37663e-07R4면C02 = -3.67905e-02 C20 = -6.58480e-02C03 = -1.12277e-03 C21 = -6.72984e-04C04 = -4.48365e-04 C22 = -9.25706e-04 C40 = -5.79126e-04C05 = -2.72177e-05 C23 = -1.38696e-04 C41 = -2.12312e-05C06 = -1.81016e-06 C24 = -6.12108e-05 C42 = 9.31821e-05 c60 = 2.09176e-04R5면C02 = -2.61280e-02 C20 = -3.25786e-02C03 = -3.09157e-05 C21 = 4.95680e-07C04 = -2.59131e-05 C22 = -6.52950e-05 C40 = -3.31477e-05C05 = -1.41352e-07 C23 = 2.46472e-07 C41 = -6.67446e-07C06 = -6.00774e-08 C24 = -3.81916e-07 C42 = -3.00944e-07 c60 = -2.18913e-07
여기서, 제 1성분(B1)(면 R1), 제 2성분(B2)(면 R2 내지 R4) 및 제 3성분(B3)(면 R5) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)와 이 반사형 광학소자(12)의 전체초점거리(f)를 방위각 0°, 45°및 90°에서 계산해보면, 그 결과는 하기 표 6과 같이 된다.
초점거리＼방위각 0° 45° 90°
fB1fB2fB3f 9.42 918 9.13136.6 168.34 1318.68 8.57 8.64-5.22 -5.22 -5.22
제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)가, 양, 양 및 양의 순서로 배열되어 있으나, 제 2성분(B2)의 초점거리(fB2)의 크기는, 식[3]을 만족시키도록 상기 초점거리(f)의 크기의 10배이상으로 되어 있기 때문에, 광학계는 적은 광학파워를 지닌다. 따라서, 해당 광학계는, 공축계의 경우, 제 1성분(B1)과 제 2성분(B2)의 2개의 단렌즈로 구성된 계와 마찬가지로 취급할 수 있다.
또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기는, 식[2]를 만족시키도록 초점거리(f)의 크기의 1/2이상, 2배이하로 되는 관계로 되어 있다. 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기가 초점거리(f)의 크기의 1/2이하이면, 수차보정이 매우 곤란해지고, 반대로, 초점거리(f)의 2배이상으로 되면 중간결상면이 커져, 중간결상면이후의 반사면의 유효직경의 증대를 초래하여, 광학소자의 소형화가 곤란해진다.
상기 표에서는, 방위각 0°, 45°및 90°에서의 초점거리를 표시하였으나,방위각 0°에서 2π사이에서 이 관계는 유지되고 있다.
도 8에 있어서, 광학소자(12)는 복수의 곡면을 지닌 표면반사경을 지니고, 대향하는 2개의 반사경군(반사면 R1, R3, R5와 반사면 R2, R4)이 각각 일체로 형성되어 있다. 또, 모든 반사면은 YZ평면에 대해서만 대칭인 비구면형상이다.
다음에, 본 실시형태예에 있어서의 광학소자(12)의 결상작용을 설명한다. 물체(OB)쪽으로부터의 광속은, 조리개(입사동공)(1)에 의해 입사광량이 규제된 후, 광학소자(12)의 면(R1)에 의해 반사되어 일단 결상되고, 다음에, 면(R2), (R3), (R4) 및 (R5)에 의해 순차 반사되고, 그 후, 필터(3)를 통과해서 촬상면(4)상에 재결상된다.
물체광선은 면(R1)과 면(R2)사이에서 중간결상되고, 동공광선은 면(R4)과 면(R5)사이에서 중간결상된다.
이와 같이 해서, 광학소자(12)는, 복수의 곡면반사경의 광학파워에 의해서, 소망의 광학성능을 지닌 전체로서 양의 굴절력을 지니는 렌즈유닛과 마찬가지로 기능하고 있다.
도 9는 본 실시형태예의 반사형 광학소자의 왜곡상태를 표시하고, 도 10은 횡수차도이다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 큰 왜곡은 없고, 비대칭인 왜곡도 적다, 또, 횡수차에 있어서도 미소하고, 화면중심과 모서리에서도 밸런스 양호하게 보정되어 있다.
이것은, 전술한 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)를 상기 식[3]을 만족하도록 적절하게 구성하였기 때문이다. 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)의 부호가 동일하고, 크기를 유사한 값으로 하면, 광학계의 밸런스상, 수차보정이 곤란해진다.
또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기를 상기 식[2]를 만족하도록 적절한 값으로 설정하였기 때문에, 광학소자(12)의 소형화와 양호한 광학성능이 양립되고 있다.
상기 반사형 광학소자의 반사면은 금속 등의 증착에 의해 형성된다. 반사면상에의 퇴적은 증착에 한정되지 않고, 습식법, 예를 들면, 도금 등에 의해 행해도 된다. 또, 도금 등에 의해 퇴적한 후, 그 위에 고투과특성을 구비한 보호막을 퇴적시켜도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 5개의 면 사용하고 있으나, 반사면은 5면으로 한정되지 않고, 수차보정상, 적어도 5면이상 사용하는 것이 바람직하다.
또, 축외반사면은 어느 평면(YZ평면)에 대해서만 대칭인 형상이지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
이 반사형 광학소자 1개가 촬상소자로서 기능하나, 이 반사형 광학소자를 적어도 1개 포함하는 복수의 광학소자로 촬상광학계를 구성해도 된다.
또한, 일본국 공개특허공보 평8-292372호, 평9-222561호 및 평9-258105호에 제안된 바와 같이, 복수의 광학소자의 상대위치를 변화시켜서 변배광학계를 구성하도록 해도 된다.
도 11은 본 발명의 반사형 광학소자를 사용한 촬상장치의 실시형태예 4의 주요부를 표시한 단면도이다.
도 11에 있어서, 도 1에 표시한 요소와 동일한 요소에는 마찬가지의 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태예에 있어서, 제 1, 제 2 및 제 3성분의 광학작용 및 초점거리의 조건식은 실시형태예 1의 경우와 마찬가지로 식[1] 및 식[2]를 만족한다.
도 11은 광학소자(13)의 YZ평면내에서의 주요부의 단면도이다. 본 실시형태예는 수평화각 43.8°, 수직화각 33.55°의 반사형 광학소자를 표시하고 있고, 도 11에는 광로도 표시되어 있다.
본 실시형태예의 구성데이터는 하기 표 7a 및 표 7b에 표시한 바와 같다.
수평반화각 21.9 수직반화각 16.8 조리개직경 1.60
i Yi Zi θi Di Ndi νdi
12345678 0.000.000.00-6.69-9.14-13.39-16.02-22.27-22.27 0.002.5010.304.2812.835.4713.557.0813.58 0.000.0024.0016.007.006.0013.0022.000.00 2.507.809.008.908.508.509.006.506.81 11.530411.530411.530411.530411.530411.530411.530411 55.5055.5055.5055.5055.5055.5055.50 조리개굴절면반사면반사면반사면반사면반사면반사면굴절면
필터필터필터필터상면 -22.27-22.27-22.27-22.27-22.27 20.3922.2823.3824.1825.08 0.000.000.000.000.00 1.891.100.800.90 1.544271.514001.5163311 70.6075.000.00 굴절면굴절면굴절면굴절면상면
비구면형상R1면C02 = 2.37449e-02 C20 = -2.84895e-02C04 = 1.26292e-04 C22 = -6.43289e-03 C40 = -2.97769e-04C06 = 6.51599e-05 C24 = 6.20762e-04 C42 = 7.06751e-04 c60 = -1.61977e-04R2면C02 = -2.77090e-02 C20 = -4.05133e-02C03 = 1.78011e-04 C21 = -3.88537e-04C04 = -1.22407e-06 C22 = -7.80418e-05 C40 = -6.52602e-06C05 = 7.82028e-06 C23 = -4.64287e-06 C41 = 1.78229e-06C06 = 1.69100e-06 C24 = 2.50989e-06 C42 = 4.63060e-07 c60 = 7.89361e-07R3면C02 = -2.75909e-02 C20 = -6.77789e-02C03 = 1.10682e-03 C21 = -6.45515e-03C04 = 1.04430e-03 C22 = -1.03825e-03 C40 = -1.63785e-03C05 = -8.62662e-05 C23 = -5.30274e-04 C41 = -1.20751e-04C06 = -4.95359e-05 C24 = -6.67405e-05 C42 = 1.21283e-04 c60 = 6.02201e-04R4면C02 = -2.49976e-02 C20 = -3.72289e-02C03 = -1.25382e-05 C21 = -1.04626e-03C04 = -9.12934e-06 C22 = -1.01933e-04 C40 = -4.91831e-05C05 = -4.69154e-06 C23 = -8.87025e-07 C41 = -4.62077e-06C06 = -5.54290e-07 C24 = -1.16917e-06 C42 = -1.46230e-06 c60 =-3.93653e-07R5면C02 = -1.37165e-02 C20 = -2.17519e-02C03 = -5.19485e-04 C21 = -5.75337e-03C04 = -8.33995e-06 C22 = -5.91204e-04 C40 = 5.97628e-05C05 = -3.36154e-05 C23 = -2.29254e-05 C41 = 7.13352e-06C06 = -7.52856e-06 C24 = -4.62838e-05 C42 = -3.79059e-05 c60 =-6.57240e-06R6면C02 = 1.56082e-02 C20 = 3.45280e-02C03 = 2.64677e-04 C21 = -1.67735e-03C04 = 9.55706e-05 C22 = 3.32216e-04 C40 = 6.15339e-05C05 = -5.66446e-06 C23 = 2.19835e-05 C41 = -5.48106e-06C06 = -3.42558e-06 C24 = 1.04297e-05 C42 = 1.73024e-05 c60 = 2.69594e-05R7면C02 = 2.72651e-02 C20 = 3.34334e-02C03 = -3.78753e-05 C21 = -5.32572e-05C04 = 3.28542e-05 C22 = 9.79504e-05 C40 = 2.95064e-05C05 = -4.67151e-07 C23 = -1.14394e-06 C41 = 1.72852e-06C06 = -3.91510e-08 C24 = 8.43746e-08 C42 = -8.08044e-08 c60 = 8.17671e-08R8면C02 = 6.28023e-02 C20 = 5.70363e-02C04 = 3.90020e-04 C22 = 1.04312e-03 C40 = -3.46795e-04C06 = -7.29227e-06 C24 = -1.21909e-05 C42 = -2.31395e-05 c60= -9.05139e-06
여기서, 제 1성분(B1)(면 R1 내지 R2), 제 2성분(B2)(면 R3 내지 R6) 및 제3성분(B3)(면 R7 내지 R8) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)와 이 반사형 광학소자(13)의 전체초점거리(f)를 방위각 0°, 45°및 90°에서 계산해보면, 그 결과는 하기 표 8과 같이 된다.
초점거리＼방위각 0° 45° 90°
fB1fB2fB3f 5.35 4.85 4.32-13.78 -10.69 -24.456.09 5.84 5.62-4.5 -4.49 -4.5
제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3) 각각의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)는, 상기 식[1]을 만족하도록 양, 음 및 양의 순서로 배열되어 있다. 또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기는, 식[2]를 만족시키도록 광학소자(13)의 전체초점거리(f)의 크기의 1/2이상, 2배이하로 되는 관계로 되어 있다. 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기가 광학소자(13)의 초점거리(f)의 크기의 1/2이하이면, 수차보정이 매우 곤란해지고, 반대로, 광학소자(13)의 초점거리(f)의 2배이상으로 되면 중간결상면이 커져, 중간결상면이후의 반사면의 유효직경의 증대를 초래하여, 소자의 소형화가 곤란해진다.
상기 표에서는, 방위각 0°, 45°및 90°에서의 초점거리를 표시하였으나, 방위각 0°에서 2π사이에서 이 관계는 유지되고 있다.
도 11에 있어서, 광학소자(13)는 복수의 곡면반사면을 지닌 유리 등의 투명체로 구성되어 있다. 광학소자(13)의 표면에는, 물체로부터의 광선의 통과순으로, 광학파워를 지닌 굴절면(입사면)(R1)과, 오목거울(R2), 볼록거울(R3), 오목거울(R4), 볼록반사면(R5), 볼록반사경(R6) 및 오목반사경(R7)의 6개의 반사면과 볼록굴절면(출사면)(R8)이 배열되어 있다. 또, 2개의 굴절면은 모두 회전비대칭인 비구면형상이며, 모든 반사면은 YZ평면에 대해서만 대칭인 형상이다.
다음에, 본 실시형태예에 있어서의 광학소자(13)의 결상작용을 설명한다. 물체(OB)쪽으로부터의 광속은, 조리개(입사동공)(1)에 의해 입사광량이 규제된 후, 광학소자(13)의 입사면(R1)에 입사하고, 이어서, 면(R2)에 의해 반사되어 일단 결상되고, 다음에, 면(R3), (R4), (R5), (R6) 및 (R7)에 의해 순차 반사되어, 출사면(R8)으로부터 출사되고, 그 후, 필터(3)를 통과해서 촬상면(4)상에 재결상된다.
물체광선은 면(R2)과 면(R3)사이에서 중간결상되고, 동공광선은 면(R5)과 면(R6)사이에서 중간결상된다.
이와 같이 해서, 광학소자(13)는, 입출사면의 광학파워와, 해당 소자중에서의 복수의 곡면반사경의 광학파워에 의해서, 소망의 광학성능을 지닌 전체로서 양의 굴절력을 지니는 렌즈유닛과 마찬가지로 기능하고 있다.
도 12는 본 실시형태예의 반사형 광학소자의 왜곡상태를 표시하고, 도 13은 횡수차도이다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 큰 왜곡은 없고, 비대칭인 왜곡도 적다, 또, 횡수차에 있어서도 미소하고, 화면중심과 모서리에서도 밸런스 양호하게 보정되어 있다.
이것은, 전술한 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)를 상기 식[1]을 만족하도록 적절하게 구성하였기때문이다. 제 1성분(B1), 제 2성분(B2) 및 제 3성분(B3)의 초점거리(fB1), (fB2) 및 (fB3)의 부호가 동일하고, 크기를 유사한 값으로 하면, 광학계의 밸런스상, 수차보정이 곤란해진다.
또, 제 1성분(B1)의 초점거리(fB1)의 크기를 상기 식[2]를 만족하도록 적절한 값으로 설정하였기 때문에, 광학소자의 소형화와 양호한 광학성능이 양립되고 있다.
본 실시형태예에 있어서는, 굴절면에 대해서 회전비대칭인 비구면 형상을 채용하고 있으나, 굴절면은, 설계의 방식에 따라 회전대칭인 형상이어도 되고, 반사감소피막으로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
또, 이 반사형의 광학소자의 반사면은 금속 등의 증착에 의해 형성된다. 증착의 경우에는, 2개의 반사경군(R2, R4, R6과 R3, R5, R7)의 한쪽을 증착하고 나서, 나머지 반사경군에 증착한다고 하는 프로세스에 따라 행한다. 반사면상에의 퇴적은 증착에 한정되지 않고, 습식법, 예를 들면, 도금 등에 의해 행해도 된다. 이 경우는, 2개의 대향하는 반사면상에 동시에 퇴적시킬 수 있다. 또, 도금 등에 의해 퇴적한 후, 그 위에 고투과특성을 구비한 보호막을 퇴적시켜도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 광학소자의 이면반사면의 형태로 이용하고 있으나, 표면반사경의 형태로 사용해도 된다.
본 실시형태예에서는, 축외반사면을 6개의 면 사용하고 있으나, 반사면은 6면으로 한정되지 않고, 수차보정상, 적어도 5면이상 사용하는 것이 바람직하다.
또, 축외반사면은 어느 평면(YZ평면)에 대해서만 대칭인 형상이지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
이 반사형의 광학소자 1개가 촬상소자로서 기능하나, 이 반사형의 광학소자를 적어도 1개 포함하는 복수의 광학소자로 촬상광학계를 구성해도 된다. 또한, 일본국 공개특허공보 평8-292372호, 평9-222561호 및 평9-258105호에 제안된 바와 같이, 복수의 광학소자의 상대위치를 변화시켜서 변배광학계를 구성하도록 해도 된다.
본 발명에 의하면, 이상과 같이, 곡면 및/또는 평면으로 이루어진 복수의 반사면을 투명체상에 형성한 광학소자를 이용해서, 물체상을 소정 평면상에 형성할 때, 각 면의 파워배치를 적절하게 함으로써 광학성능을 우수하게 하고, 또, 입사면으로부터 중간결상까지의 초점거리를 적절한 값으로 설정함으로써, 광화각을 지니는 동시에 유효직경이 저감된 반사형의 광학소자 및 이러한 광학소자를 사용한 촬상장치를 달성하는 것이 가능하다.
그외, 본 발명에 의하면, 축외반사면을 복수개 지닌 광학소자를, 입사광을 중간결상시키는 부분, 중간결상면으로부터의 광을 동공면상에 결상시키는 부분 및 동공으로부터의 광을 촬상면상에 2차 결상시키는 부분의 3부분계로 분할하고, 각각의 부분의 초점거리를 적절한 관계로 규정함으로써, 광화각의 광학계로 이루어진 동시에, 광학계의 유효직경의 축소화를 도모한 광학소자 및 이것을 사용한 촬상장치를 달성하는 것이 가능하다.
또한, 중간결상부분의 초점거리의 크기를 적절한 값으로 설정하였기 때문에,광학소자의 소형화 및 우수한 광학성능을 양립시키는 것이 가능하다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (24)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 물체로부터의 광속에 의해 물체의 상을 형성하기 위하여,
    개구조리개와;
    물체쪽으로부터 차례로,
    상기 물체의 중간상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 1광학성분과,
    상기 물체의 중간상으로부터의 광에 의해 상기 개구조리개의 상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 2광학성분과,
    상기 개구조리개의 상으로부터의 광에 의해 상기 물체의 2차상을 결상시키는, 곡면반사면을 지닌 제 3광학성분과,
    로 이루어진, 상기 개구조리개의 상쪽에 배치된 광학유닛과;
    을 구비한 광학계에 있어서,
    상기 제 1성분, 제 2성분 및 제 3성분의 초점거리를 각각 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ), 상기 광학유닛의 방위각 θ에서의 전체초점거리를 f(θ)라 할 때, 상기 각 초점거리는, 방위각범위 0 ≤ θ < 2π에서 이하의 조건식:
    fB1(θ) > 0,
    fB2(θ) > 10│f(θ)│,
    fB3(θ) > 0,
    │f(θ)│／2 < fB1(θ) < 2│f(θ)│
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 광학유닛은, 내부반사경으로서 2개의 굴절면과 복수의 곡면반사면을 지닌 투명체인 것을 특징으로 하는 광학계.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 광학소자는 표면반사경으로서 복수의 곡면반사면을 지닌 것을 특징으로 하는 광학계.
  9. 삭제
  10. 제 6항에 있어서, 상기 반사굴절면의 적어도 한 면은, 하나의 대칭평면에 대해서만 대칭인 비구면형상인 것을 특징으로 하는 광학계.
  11. 입사광을 첫번째로 반사시키는 면 A로서의 곡면반사면, 상기 면 A에 의해 반사된 광을 또 반사시키는 면 B로서의 곡면반사면, 상기 입사광을 최종적으로 반사시키는 면 D로서의 곡면반사면 및 상기 면 D 바로 앞의 면 C로서의 곡면반사면으로 이루어진, 상기 입사광을 연속해서 반사시키는 복수의 곡면반사면으로 구성된 광학소자에 있어서,
    상기 입사광의 광로순으로, 상기 면 A 이전을 제 1광학성분, 상기 면 B에서 면 C까지를 제 2광학성분 및 상기 면 D 이후를 제 3광학성분이라 하고, 방위각 θ에서의 상기 제 1성분, 제 2성분 및 제 3성분의 초점거리를 각각 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ), 전체초점거리를 f(θ)라 할 때, 상기 각 초점거리는, 방위각범위 0 ≤ θ < 2π에서 이하의 조건식:
    fB1(θ) > 0,
    fB2(θ) < 0,
    fB3(θ) > 0,
    │f(θ)│／2 < fB1(θ) < 2│f(θ)│
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 광학소자는, 내부반사경으로서 2개의 굴절면과 복수의 곡면반사면을 지닌 투명체인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 광학소자는 표면반사경으로서 복수의 곡면반사면을 지닌 것을 특징으로 하는 광학소자.
  14. 삭제
  15. 제 11항에 있어서, 상기 반사굴절면의 적어도 한 면은, 하나의 대칭평면에 대해서만 대칭인 비구면형상인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  16. 입사광을 첫번째로 반사시키는 면 A로서의 곡면반사면, 상기 면 A에 의해 반사된 광을 또 반사시키는 면 B로서의 곡면반사면, 상기 입사광을 최종적으로 반사시키는 면 D로서의 곡면반사면 및 상기 면 D 바로 앞의 면 C로서의 곡면반사면으로 이루어진, 상기 입사광을 연속해서 반사시키는 복수의 곡면반사면으로 구성된 광학소자에 있어서,
    상기 입사광의 광로순으로, 상기 면 A 이전을 제 1광학성분, 상기 면 B에서 면 C까지를 제 2광학성분 및 상기 면 D 이후를 제 3광학성분이라 하고, 상기 제 1성분, 제 2성분 및 제 3성분의 초점거리를 각각 fB1(θ), fB2(θ) 및 fB3(θ), 상기 광학소자의 방위각 θ에서의 전체초점거리를 f(θ)라 할 때, 상기 각 초점거리는, 방위각범위 0 ≤ θ < 2π에서 이하의 조건식:
    fB1(θ) > 0,
    fB2(θ) > 10│f(θ)│,
    fB3(θ) > 0,
    │f(θ)│／2 < fB1(θ) < 2│f(θ)│
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학소자.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 광학소자는, 내부반사경으로서 2개의 굴절면과 복수의 곡면반사면을 지닌 투명체인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 광학소자는 표면반사경으로서 복수의 곡면반사면을 지닌 것을 특징으로 하는 광학소자.
  19. 삭제
  20. 제 16항에 있어서, 상기 반사굴절면의 적어도 한 면은, 하나의 대칭평면에 대해서만 대칭인 비구면형상인 것을 특징으로 하는 광학소자.
  21. 삭제
  22. 제 6항에 기재된 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  23. 제 11항에 기재된 광학소자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
  24. 제 16항에 기재된 광학소자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학장치.
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