TWI609197B - Reflection photography lens - Google Patents

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TWI609197B
TWI609197B TW102139713A TW102139713A TWI609197B TW I609197 B TWI609197 B TW I609197B TW 102139713 A TW102139713 A TW 102139713A TW 102139713 A TW102139713 A TW 102139713A TW I609197 B TWI609197 B TW I609197B
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Inventor
Yoshikazu Sugiyama
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Nikon Corp
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Description

反射攝影鏡頭
本發明係關於一種反射攝影鏡頭。
作為例如用於相機之反射攝影鏡頭，習知為有助於謀求兼顧色像差之良好修正與小型化的反射攝影鏡頭。先前之反射攝影鏡頭包含沿著直線形延伸之單一光軸而配置的凹面反射鏡與凸面反射鏡，關於光軸係旋轉對稱之光學系統(例如，參照專利文獻1)。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開平11-212132號公報
先前之反射攝影鏡頭，來自物體(拍攝物)之光束的中央部分藉由凸面反射鏡遮蔽後，以具有中央開口部之凹面反射鏡及凸面反射鏡依序反射，並經由凹面反射鏡之開口部而到達像面。結果，到達像面之成像光束的中央部分有缺損，因為對像面散焦(焦點位置偏差)導致在物體影像上容易發生環狀模糊。
本發明係鑑於前述問題而創者，其目的為提供一種不致因散焦而發生環狀模糊之反射攝影鏡頭。
根據本發明之第一樣態，反射攝影鏡頭係從物體側起依序具備第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡及第四反射鏡，且配置成來自物體之光藉由第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡及第四反射鏡依序反射後，在指定之像面形成物體影像，第一反射鏡至第四反射鏡具有旋轉不對稱的非球面形狀之反射面，關於包含藉由通過像面中心之法線而規定的第一基準軸，而垂直於像面之基準面對稱而構成，第一反射鏡之凹面朝向光之入射方向，第一反射鏡及第二反射鏡對於與第一基準軸正交之正交面傾斜於相同方向，第三反射鏡及第四反射鏡對正交面傾斜於與第一反射鏡相反方向，第二反射鏡及第三反射鏡在基準面內對第一反射鏡偏芯配置於相同側。
根據本發明之第二樣態，於第一樣態之反射攝影鏡頭中，將第一反射鏡之反射面與基準面的交叉曲線之中心曲率設為A11，係將包含通過第一反射鏡之反射面中心的法線，而與基準面正交之面與第一反射鏡之反射面的交叉曲線之中心曲率設為A12，將第二反射鏡之反射面與基準面之交叉曲線的中心曲率設為A21，將包含通過第二反射鏡之反射面中心的法線，而與基準面正交之面與第二反射鏡的反射面之交叉曲線的中心曲率設為A22時，宜滿足(A12-A11)×(A22-A21)>-0.00000005(1)之條件。
按照本發明之第三樣態，於第一或第二樣態之反射攝影鏡頭中，第一反射鏡的旋轉不對稱之非球面，將該非球面之切平面在原點上的法線方向設為z方向，將切平面與基準面之交叉線之方向設為y方向，將切 平面內與y方向正交的方向設為x方向，將非球面之z方向的下垂量設為s，將m及n設為包含0之自然數，將單項式xm．yn之係數設為C1(m,n)時，宜藉由以下公式(2)規定，且滿足以下之條件式(3)。
[數學式1]s=Σm．Σn{C1(m,n)．xm．yn} (2) -0.004<C1(2,0)-C1(0,2)<0.001 (3)
根據本發明之第四樣態，於第一至第三中任何一個樣態之反射攝影鏡頭中，第二反射鏡的旋轉不對稱之非球面，係將該非球面之切平面在原點上的法線方向設為z方向，將切平面與基準面之交叉線之方向設為y方向，將切平面內與y方向正交的方向設為x方向，將非球面之z方向的下垂量設為s，將m及n設為包含0之自然數，將單項式xm．yn之係數設為C2(m,n)時，宜藉由以下公式(4)規定，且滿足以下之條件式(5)。
[數學式2]s=Σm．Σn{C2(m,n)．xm．yn} (4) -0.01<C2(2,0)-C2(0,2)<0.01 (5)
根據本發明之第五樣態，於第一至第四中任何一個樣態之反射攝影鏡頭中，宜進一步具備對焦光學系統，對焦光學系統係具有至少1個活動透鏡，且用於進行物體對像面之對焦。
根據本發明之第六樣態，於第五樣態之反射攝影鏡頭中，對焦光學系統宜配置於第四反射鏡與像面之間的光程上。
根據本發明之第七樣態，於第五或第六樣態之反射攝影鏡頭中，對焦光學系統宜具有複數個透鏡，該複數個透鏡係可沿著與第一基準 軸平行之方向一體地移動。
根據本發明之第八樣態，於第一至第七中任何一個樣態之反射攝影鏡頭中，第一反射鏡至第四反射鏡宜配置成在物體之位置，形成與像面光學性共軛之面而定義的物體面係與像面平行。
根據本發明之第九樣態，於第一至第八中任何一個樣態之反射攝影鏡頭中，第一反射鏡至第四反射鏡宜配置成對第一反射鏡之反射面中心而與第一基準軸平行入射的光，係經過第二反射鏡、第三反射鏡及第四反射鏡垂直入射於像面中心。
本發明之反射攝影鏡頭，由於中央部分無缺損之實心剖面的光束形成物體影像，因此不致因散焦而發生環狀之模糊，而獲得鮮明之物體影像。
CM1‧‧‧第一反射鏡
CM2‧‧‧第二反射鏡
CM3‧‧‧第三反射鏡
CM4‧‧‧第四反射鏡
L1,L2,L3,L4‧‧‧透鏡
A11,A12,A21,A22‧‧‧中心曲率
AXa,AXb,AXc,AXd,AXe‧‧‧基準軸
IM‧‧‧像面
(x,y,z)‧‧‧局部座標系統
(X,Y,Z)‧‧‧整體座標系統
R11,R21,R31,R41‧‧‧入射面(凸面)
R12,R22,R32,R42‧‧‧射出面(凹面)
T11,T12,T21,T22‧‧‧切平面
θ01,θ02,θ03,θ04‧‧‧角度
δ‧‧‧傾斜角
△D1,△D2‧‧‧移動量
FS‧‧‧對焦光學系統
S1~S9‧‧‧像點
第一圖係概略顯示實施形態之各實施例的反射攝影鏡頭之基本構成圖。
第二圖係概略顯示第一實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。
第三圖係概略顯示第一實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。
第四圖係顯示第一實施例之歪曲像差圖。
第五圖係以點線圖顯示對第一實施例之e線的像差圖。
第六圖係顯示各實施例之點線圖中9個像點的位置圖。
第七圖係概略顯示第二實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。
第八圖係概略顯示第二實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。
第九圖係顯示第二實施例之歪曲像差圖。
第十圖係以點線圖顯示對第二實施例之e線的像差圖。
第十一圖係概略顯示第三實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。
第十二圖係概略顯示第三實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。
第十三圖係顯示第三實施例之歪曲像差圖。
第十四圖係以點線圖顯示對第三實施例之e線的像差圖。
第十五圖係概略顯示第四實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。
第十六圖係概略顯示第四實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。
第十七圖係顯示第四實施例之歪曲像差圖。
第十八圖係以點線圖顯示對第四實施例之e線的像差圖。
第十九圖係概略顯示第五實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。
第二十圖係概略顯示第五實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。
第二十一圖係顯示第五實施例之歪曲像差圖。
第二十二圖係以點線圖顯示對第五實施例之e線的像差圖。
第二十三圖係概略顯示第六實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。
第二十四圖係概略顯示第六實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。
第二十五圖係顯示第六實施例之歪曲像差圖。
第二十六圖係以點線圖顯示對第六實施例之e線的像差圖。
第二十七圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第二十八圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著XZ平面的剖面構成圖。
第二十九圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在第一距離對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第三十圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在第二距離對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第三十一圖係以點線圖顯示在第七實施例之無限遠對焦狀態下對e線的像差圖。
第三十二圖係以點線圖顯示在第七實施例之第一距離對焦狀態下對e線的像差圖。
第三十三圖係以點線圖顯示在第七實施例之第二距離對焦狀態下對e線的像差圖。
第三十四圖係以點線圖顯示在第七實施例之無限遠對焦狀態下對g線的像差圖。
第三十五圖係以點線圖顯示在第七實施例之第一距離對焦狀態下對g線的像差圖。
第三十六圖係以點線圖顯示在第七實施例之第二距離對焦狀態下對g線的像差圖。
第三十七圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第三十八圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著XZ平面的剖面構成圖。
第三十九圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在第一距離對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第四十圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在第二距離對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第四十一圖係以點線圖顯示在第八實施例之無限遠對焦狀態下對e線的像差圖。
第四十二圖係以點線圖顯示在第八實施例之第一距離對焦狀態下對e線的像差圖。
第四十三圖係以點線圖顯示在第八實施例之第二距離對焦狀態下對e線的像差圖。
第四十四圖係以點線圖顯示在第八實施例之無限遠對焦狀態下對g線的像差圖。
第四十五圖係以點線圖顯示在第八實施例之第一距離對焦狀態下對g線的像差圖。
第四十六圖係以點線圖顯示在第八實施例之第二距離對焦狀態下對g線的像差圖。
在實施形態中各實施例的具體說明之前，先說明本發明之反射攝影鏡頭的基本構成。本發明提出一種包含在可見光區域之g線(435.83nm)~C線(656.27nm)的波長範圍良好地修正色像差之具有無失真之高精細成像性能的反射攝影鏡頭。
具體而言，本發明之反射攝影鏡頭，係將來自物體之光藉由第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡及第四反射鏡依序反射後，在指定之像面形成物體影像。第一反射鏡至第四反射鏡具有旋轉不對稱之非球面形狀的反射面，關於包含藉由通過像面中心之法線而規定的第一基準軸，而垂直於像面之基準面對稱而構成。第一反射鏡係對光之入射方向朝向凹面。第一反射鏡及第二反射鏡對於與第一基準軸正交之正交面傾斜於相同方向，第三反射鏡及第四反射鏡對上述正交面傾斜於與第一反射鏡相反方向。第二反射鏡及第三反射鏡在基準面內對第一反射鏡偏芯配置於相同側。
本發明係以不產生成像光束之遮蔽的方式，而偏芯配置4個反射鏡。而後，為了修正因反射鏡之偏芯配置而發生的偏芯像差，係將4個反射鏡之反射面形成旋轉不對稱之非球面形狀。此處，使用具有旋轉不對稱之非球面形狀的反射面之4個反射鏡是為了獲得良好之物體影像。以下，說明本發明中藉由4個反射鏡構成反射攝影鏡頭之理由。
本發明之反射攝影鏡頭係優先考慮作為相機鏡頭之用途。此時，需要與通常折射光學系統同樣地形成倒立影像。著眼於形成倒立影像時，構成反射攝影鏡頭之反射鏡片數係限制於偶數片。換言之，藉由複數個反射鏡構成時，反射鏡之最小片數係2片，次少需要片數係4片。
另外，著眼於反射攝影鏡頭中之像差修正，尤其是僅著眼於球面像差之修正時，亦可為具有非球面形狀之反射面的1個反射鏡。但是，相機鏡頭之情況下，要求比較寬之視野。良好地進行像面彎曲之修正時，為了抑制所謂珀茲伐(Petzval)和，需要至少1個凸面鏡及至少1個凹面鏡。再者，涵蓋廣視野而良好地修正慧形像差時，構成反射攝影鏡頭之反射鏡片數兩片是不夠的。因此，本發明係藉由使用4個反射鏡，涵蓋廣視野實現各種像差(像散像差、慧形像差等)之良好修正。
本發明因為係假設色像差修正困難之望遠鏡頭，所以光學系統之焦點距離長，孔徑亦大。因此，本發明中最靠近物體側而配置之第一反射鏡朝向凹面光之入射方向。亦即，第一反射鏡具有正光能。如此，藉由在來自物體之光最初入射的第一反射鏡上賦予正光能，可縮小經過第一反射鏡之光束，並可抑制第一反射鏡後續之3個反射鏡的孔徑較小，進而可謀求光學系統之輕量化。
本發明之反射攝影鏡頭中為了避免同軸反射光學系統的缺失之成像光束的中心遮蔽，而偏芯配置4個反射鏡。具體而言，本發明中作為有利於慧形像差修正之偏芯配置，係採用第一反射鏡及第二反射鏡對於與第一基準軸正交之正交面傾斜於相同方向，第三反射鏡及第四反射鏡對上述正交面傾斜於與第一反射鏡相反方向，第二反射鏡及第三反射鏡在基 準面內對第一反射鏡偏芯配置於相同側之構成。
偏芯配置複數個反射鏡之構成中，會發生最低次之不對稱像差的像散像差。本發明中為了良好修正像散像差，宜將第一反射鏡及第二反射鏡之反射面的中心附近形成所謂複曲面(Toric)(在正交的兩個方向曲率半徑不同之面)。具體而言，為了良好修正因偏芯配置造成之像散像差，第一反射鏡及第二反射鏡宜滿足以下之條件式(1)。
(A12-A11)×(A22-A21)>-0.00000005 (1)
條件式(1)中，A11係第一反射鏡之反射面與基準面的交叉曲線之中心曲率，A21係第二反射鏡之反射面與基準面之交叉曲線的中心曲率。此外，A12係包含通過第一反射鏡之反射面中心的法線，而與基準面正交之面與第一反射鏡之反射面的交叉曲線之中心曲率，A22係包含通過第二反射鏡之反射面中心的法線，而與基準面正交之面與第二反射鏡的反射面之交叉曲線的中心曲率。
亦即，(A12-A11)係在第一反射鏡之中心彼此正交的二個方向之曲率差，(A22-A21)係在第二反射鏡之中心彼此正交的兩個方向之曲率差。滿足條件式(1)係指，在第一反射鏡中心之曲率差與在第二反射鏡中心之曲率差彼此具有相同符號，或是幾乎無曲率差。由於第一反射鏡與第二反射鏡之光的入射方向相反，因此曲率差之符號彼此相同情況下，分別為正負且達到相反之光能。因此，條件式(1)顯示第一反射鏡與第二反射鏡彼此抵銷像散成分，或是不相互增強的條件。換言之，顯示第一反射鏡之反射面與第二反射鏡之反射面彼此相互增強像散成分時，整個光學系統之像差修正會變困難。
例如，第一反射鏡及第二反射鏡均為凹面朝向物體側時，第一反射鏡具有正光能，第二反射鏡具有負光能。因此，藉由滿足條件式(1)，第一反射鏡與第二反射鏡可在彼此相抵銷之方向修正偏芯的像散像差。光學系統中，來自各種視野之光入射，偏芯造成像散像差之發生量亦依視野而異。條件式(1)表示複數個反射鏡彼此抵銷像差，並加以修正時的必要條件。另外，為了充分發揮上述效果，宜將條件式(1)之下限值設為-0.00000003。
本發明中為了良好修正像差，宜藉由以下公式(2)規定第一反射鏡之旋轉不對稱的非球面，且滿足以下條件式(3)。公式(2)係將第一反射鏡之旋轉不對稱的非球面之切平面在原點上的法線方向設為z方向，將切平面與基準面之交叉線方向設為y方向，將切平面內與y方向正交的方向設為x方向，將非球面之z方向的下垂量設為s，將m及n設為包含0之自然數，將單項式xm．yn之係數設為C1(m,n)。
[數學式3]s=Σm．Σn{C1(m,n)．xm．yn} (2) -0.004<C1(2,0)-C1(0,2)<0.001 (3)
降低條件式(3)之下限值時，因為發生大歪曲像差的傾向顯著，所以不適宜。另外，提高條件式(3)之上限值時，因為發生大之不對稱像差的傾向顯著，所以不適宜。另外，為了充分發揮上述效果，宜將條件式(3)之下限值設為-0.002。此外，為了充分發揮上述效果，宜將條件式(3)之上限值設為0.000173。
同樣地，本發明中為了良好修正像差，宜藉由以下公式(4) 規定第二反射鏡之旋轉不對稱的非球面，且滿足以下之條件式(5)。公式(4)係將第二反射鏡之旋轉不對稱的非球面之切平面在原點上的法線方向設為z方向，將切平面與基準面之交叉線方向設為y方向，將在切平面內與y方向正交的方向設為x方向，將非球面之z方向的下垂量設為s，將m及n設為包含0之自然數，將單項式xm．yn之係數設為C2(m,n)。
[數學式4]s=Σm．Σn{C2(m,n)．xm．yn} (4) -0.01<C2(2,0)-C2(0,2)<0.01 (5)
與條件式(3)之情況同樣地，降低條件式(5)之下限值時，因為發生大的歪曲像差之傾向顯著，所以不適宜。另外，提高條件式(5)之上限值時，因為發生大的不對稱像差之傾向顯著，所以不適宜。另外，為了充分發揮上述效果，條件式(5)之下限值宜設為-0.005。此外，為了充分發揮上述效果，宜將條件式(5)之上限值設為0.004。
以下，依據附圖說明實施形態。第一圖係概略顯示實施形態之各實施例的反射攝影鏡頭之基本構成圖。各實施例之反射攝影鏡頭，係例如係用於相機之攝影鏡頭，且如第一圖所示，從物體側按光之入射順序具有第一反射鏡CM1、第二反射鏡CM2、第三反射鏡CM3、及第四反射鏡CM4。不過，第七實施例及第八實施例係在第四反射鏡CM4與像面IM之間的光程上附設對焦光學系統(參照第二七、三七圖等)。
第一圖中，基準軸AXa係連結在無限遠之物體中心與第一反射鏡CM1的中心(反射面之原點)之直線。基準軸AXb係連結第一反射鏡CM1之中心與第二反射鏡CM2之中心(反射面之原點)的直線。基準軸AXc 係連結第二反射鏡CM2之中心與第三反射鏡CM3之中心(反射面之原點)的直線。基準軸AXd係連結第三反射鏡CM3之中心與第四反射鏡CM4之中心(反射面之原點)的直線。基準軸AXe係藉由通過像面IM中心之法線規定的第一基準軸，且係連結第四反射鏡CM4之中心與像面IM中心的直線。
第一圖中作為整體座標系統(X,Y,Z)，係在垂直於第一圖之紙面的方向設定X軸，在沿著第一圖之紙面的鉛垂方向設定Y軸，在沿著第一圖之紙面的水平方向設定Z軸。各實施例中，基準軸AXa,AXc,AXe係沿著Z軸而朝水平方向延伸。全部基準軸AXa~Axe係沿著第一圖之紙面(YZ平面)分別以直線形延伸。亦即，基準軸AXa~AXe沿著YZ平面的剖面構成係交錯狀，而沿著XZ平面之剖面構成可看出係重疊成1條直線。像面IM係平行於XY面之平面，且物體面與像面IM係平行。以下，將包含基準軸AXa~AXe之平面(包含第一基準軸AXe，且垂直於像面IM之平面)亦即YZ平面作為基準面。
第一圖係分別設定第一反射鏡CM1~第四反射鏡CM4中之局部座標系統(x,y,z)。在第一反射鏡CM1之局部座標系統中，x軸設定成與X軸平行，yz平面設定成與YZ平面一致，y軸與使Y軸在順時鐘方向僅旋轉角度θ01而獲得的方向一致。亦即第一反射鏡CM1之局部座標系統的y軸與整體座標系統之Y軸形成的角度大小是θ01。在第二反射鏡CM2之局部座標系統中，x軸設定成與X軸平行，yz平面設定成與YZ平面一致，y軸與使Y軸在順時鐘方向僅旋轉角度θ02而獲得的方向一致。亦即，第二反射鏡CM2之局部座標系統的y軸與整體座標系統之Y軸形成的角度大小是θ02。
在第三反射鏡CM3之局部座標系統中，x軸設定成與X軸平 行，yz平面設定成與YZ平面一致，y軸與使Y軸在逆時鐘方向僅旋轉角度θ03而獲得的方向一致。亦即第三反射鏡CM3之局部座標系統的y軸與整體座標系統之Y軸形成的角度大小是θ03。在第四反射鏡CM4之局部座標系統中，x軸設定成與X軸平行，yz平面設定成與YZ平面一致，y軸與使Y軸在逆時鐘方向僅旋轉角度θ04程度而獲得的方向一致。亦即，第四反射鏡CM42之局部座標系統的y軸與整體座標系統之Y軸形成的角度大小是θ04。
各實施例中，角度之大小θ01、θ02、θ03及θ04彼此相同(或彼此大致相同)。第一反射鏡CM1之反射面係旋轉不對稱之非球面，且在基準面內及垂直於基準面之xz平面內，於物體側具有凹面之形狀。第二反射鏡CM2之反射面、第三反射鏡CM3之反射面、及第四反射鏡CM4之反射面係旋轉不對稱之非球面。
第一反射鏡CM1~第四反射鏡CM4採取偏芯配置，避免來自物體之光束的中央部分被遮蔽而可到達像面IM，進一步使中央部分無缺損之實心剖面的光束在像面IM上形成物體影像。第一反射鏡CM1~第四反射鏡CM4中之旋轉不對稱的非球面(亦即自由曲面)係藉由以下公式(a)來規定。公式(a)中，s係非球面在z方向之下垂量(單位：mm)，m及n係包含0之自然數，C(m,n)係單項式xm．yn之係數。
[數學式5]
[數學式3]s=Σm．Σn{C(m,n)．xm．yn} (a)
本實施形態的各實施例之反射攝影鏡頭不僅可兼顧像差之良好修正與小型化兩者，且中央部分無缺損之實心剖面的光束形成物體影 像。結果，不致因散焦而發生環狀模糊，可獲得自然之物體影像。
[第一實施例]
第二圖係概略顯示第一實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。第三圖係概略顯示第一實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。包含第一實施例之各實施例中可在第一反射鏡CM1之反射面的位置配置孔徑光闌。於第二圖及與此對應之第七圖、第十一圖、第十五圖、第十九圖、第二十三圖、第二十七圖、第二十九圖、第三十圖、第三十七圖、第三十九圖、第四十圖，為了圖式的清晰化，係顯示配置在假設透過第一反射鏡CM1之光的光程中之孔徑光闌。
第一實施例~第六實施例中，可在比第一反射鏡CM1靠近物體側，並以參考符號IP表示之位置配置作為保護玻璃之平行平面板。在以下之表(1)中揭示第一實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。表(1)之光學構件規格之欄中，面編號表示沿著光從無限遠之物體向像面IM行進的路徑之從物體側起的面順序。亦即，第一面係第一反射鏡CM1之反射面，第二面係第二反射鏡CM2之反射面，第三面係第三反射鏡CM3之反射面，第四面係第四反射鏡CM4之反射面，第五面係像面IM。
此外，在表(1)之光學構件規格之欄中，表示在各面之局部座標系統(x,y,z)的原點之X座標(單位：mm)、Y座標(單位：mm)、Z座標(單位：mm)、及y軸對Y軸之傾斜角δ(單位：度)。傾斜角δ為在對應之圖的紙面中，使Y軸朝逆時鐘方向僅旋轉銳角之方向與y軸一致情況下設為正值，使Y軸朝順時鐘方向僅旋轉銳角之方向與y軸一致情況下設為負值者。
因此，參照第一圖及第二圖時，在第一面之第一反射鏡CM1的反射面中之局部座標系統(x,y,z)的傾斜角δ係θ01，且取負值。在第二面之第二反射鏡CM2的反射面中之局部座標系統(x,y,z)的傾斜角δ係θ02，且取負值。在第三面之第三反射鏡CM3的反射面之局部座標系統(x,y,z)的傾斜角δ係θ03，且取正值。在第四面之第四反射鏡CM4的反射面中之局部座標系統(x,y,z)的傾斜角δ係θ04，且取正值。
表(1)之非球面資料欄係表示規定第一反射鏡CM1~第四反射鏡CM4中之旋轉不對稱的非球面(自由曲面)之公式(a)的各參數。另外，表(1)中之註記在以後的表(2)~表(8)中亦同。
A12=-0.00111196
A21=0.000174116
A22=-0.00127119
條件式(1)(A12-A11)×(A22-A21)=9.12373E-07
條件式(3)C1(2,0)-C1(0,2)=-0.00063
條件式(5)C2(2,0)-C2(0,2)=-0.00145
第四圖係顯示第一實施例之歪曲像差圖。第五圖係以點線圖顯示對第一實施例之e線的像差圖。第六圖係顯示各實施例之點線圖中9個像點的位置圖。各實施例係假設FX格式之數位相機，如第六圖所示，計算在36mm×24mm之矩形像面IM內的9個像點(視點)S1~S9之點。第五圖中單位標度之長度係0.1mm=100μm。第五圖之註記在對應之第十圖、第十四圖、第十八圖、第二十二圖、第二十六圖、第三十一圖~第三十六圖、第四十一圖~第四十六圖中亦同。e線(546.07nm)係本實施形態中之基準波長，g線係一般檢討可見光學系統時最短之波長，C線係一般檢討可見光學系統時最長之波長。
參照第四圖可知，第一實施例係良好地修正了歪曲像差。參照第五圖可知，第一實施例中，各像點S1~S9的點尺寸非常小，因此包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。再者，可知各像點S1~S9之點形狀成大致對稱，且不對稱之像差經過良好地修正。另外，關於第一實施例僅顯示e線之像差，由於光學系統僅藉由反射鏡構成，因此，當然無色像差。關於其他波長，由於亦形成與e線完全相同像差，因此省略關於其他波長之圖示。
[第二實施例]
第七圖係概略顯示第二實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。第八圖係概略顯示第二實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。以下之表(2)中揭示第二實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。
條件式(5)C2(2,0)-C2(0,2)=-0.00403
第九圖係顯示第二實施例之歪曲像差圖。第十圖係以點線圖顯示對第二實施例之e線的像差圖。參照第九圖可知，第二實施例之歪曲像差比第四圖之第一實施例的歪曲像差要大。著眼於條件式(3)及條件式(5)時，可知第二實施例之各條件式對應值比第一實施例之各條件對應值接近條件式(3)及條件式(5)範圍之界限值。換言之，可知本發明所示之條件式(3)及條件式(5)係賦予良好光學性能的條件。參照第十圖可知，第二實施例中，各像點S1~S9的點尺寸非常小，而包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。不過，可知第二實施例中，點尺寸也比第一實施例要差。另外，關於第二實施例，雖亦僅顯示e線之像差，不過由於光學系統僅藉由反射鏡構成，因此，當然無色像差。關於其他波長，由於亦形成與e線完全相同像差，因此省略關於其他波長之圖示。
[第三實施例]
第十一圖係概略顯示第三實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。第十二圖係概略顯示第三實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。以下之表(3)中揭示第三實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。
第十三圖係顯示第三實施例之歪曲像差圖。第十四圖係以點線圖顯示對第三實施例之e線的像差圖。參照第十三圖可知，第三實施例中歪曲像差經過良好地修正。參照第十四圖可知，第三實施例之各像點S1~S9的點尺寸非常小，因此包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。再者，可知各像點S1~S9之點形狀大致對稱，且不對稱之像差經過良好修正。另外，關於第三實施例，雖亦僅顯示e線之像差，不過由於光學系統僅藉由反射鏡構成，因此，當然無色像差。關於其他波長，由於亦形成與e線 完全相同像差，因此省略關於其他波長之圖示。
[第四實施例]
第十五圖係概略顯示第四實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。第十六圖係概略顯示第四實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。以下之表(4)中揭示第四實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。
A22=-0.00414062
條件式(1)(A12-A11)×(A22-A21)=7.2584E-06
條件式(3)C1(2,0)-C1(0,2)=-0.00156
條件式(5)C2(2,0)-C2(0,2)=-0.00465
第十七圖係顯示第四實施例之歪曲像差圖。第十八圖係以點線圖顯示對第四實施例之e線的像差圖。參照第十七圖可知，雖然第四實施例之歪曲像差經過良好地修正，不過仍然比第一實施例之歪曲像差(第四圖)要大。此因，第四實施例中，條件式(3)及條件式(5)之條件式對應值仍比第一實施例接近條件式(3)及條件式(5)之範圍界限值。參照第十八圖可知，第四實施例中，各像點S1~S9的點尺寸非常小，因此包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。另外，關於第四實施例，雖亦僅顯示e線之像差，不過由於光學系統僅藉由反射鏡構成，因此，當然無色像差。關於其他波長，由於亦形成與e線完全相同像差，因此省略關於其他波長之圖示。
[第五實施例]
第十九圖係概略顯示第五實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。第二十圖係概略顯示第五實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。以下之表(5)中揭示第五實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。
第二十一圖係顯示第五實施例之歪曲像差圖。第二十二圖係以點線圖顯示對第五實施例之e線的像差圖。參照第二十一圖可知，第五實施例之歪曲像差經過良好地修正。參照第二十二圖可知，第五實施例中，各像點S1~S9的點尺寸非常小，因此包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。再者，可知各像點S1~S9之點形狀大致對稱，且不對稱之像差經過良好修正。另外，關於第五實施例，雖亦僅顯示e線之像差，不過由於 光學系統僅藉由反射鏡構成，因此，當然無色像差。關於其他波長，由於亦形成與e線完全相同像差，因此省略關於其他波長之圖示。
[第六實施例]
第二十三圖係概略顯示第六實施例之反射攝影鏡頭沿著YZ平面的剖面構成圖。第二十四圖係概略顯示第六實施例之反射攝影鏡頭沿著XZ平面的剖面構成圖。以下之表(6)中揭示第六實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。
A22=-0.00073073
條件式(1)(A12-A11)×(A22-A21)=1.3157E-07
條件式(3)C1(2,0)-C1(0,2)=-0.00027
條件式(5)C2(2,0)-C2(0,2)=-0.00049
第二十五圖係顯示第六實施例之歪曲像差圖。第二十六圖係以點線圖顯示對第六實施例之e線的像差圖。參照第二十五圖可知，第六實施例之歪曲像差經過良好地修正。參照第二十六圖可知，各像點S1~S9的點尺寸非常小，而包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。再者，可知各像點S1~S9之點形狀大致對稱，且不對稱之像差經過良好地修正。另外，關於第六實施例，雖亦僅顯示e線之像差，不過由於光學系統僅藉由反射鏡構成，因此，當然無色像差。關於其他波長，由於亦形成與e線完全相同像差，因此省略關於其他波長之圖示。
[第七實施例]
第二十七圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。第二十八圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著XZ平面的剖面構成圖。第二十九圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在第一距離對焦狀態(物體距離D=89505.0mm)下沿著YZ平面的剖面構成圖。第三十圖係概略顯示第七實施例之反射攝影鏡頭在第二距離對焦狀態(物體距離D=28858.5mm)下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第七實施例係在第四反射鏡CM4與像面IM之間的光程中， 附設有用於進行物體對像面IM對焦之對焦光學系統FS。對焦光學系統FS係藉由可沿著與第一基準軸AXe平行之Z方向一體移動的3個透鏡L1,L2,L3而構成。透鏡L1係在第四反射鏡CM4側朝向凸面R11，且在像面IM側朝向凹面R12的彎月透鏡。同樣地，透鏡L2,L3係在第四反射鏡CM4側朝向凸面R21,R31，且在像面IM側朝向凹面R22,R32之彎月透鏡。
透鏡L1、L2及L3係藉由彼此不同之光學材料形成。表(7)之玻璃材料資料欄中，nC表示光學材料對C線(波長：656.27nm)之折射率，nd表示光學材料對d線(波長：587.56nm)之折射率，ne表示光學材料對e線(基準波長：546.07nm)之折射率，nF表示光學材料對F線(波長：486.13nm)之折射率，ng表示光學材料對g線(波長：435.83nm)之折射率。第七實施例中，亦與第一實施例~第六實施例同樣地，可在比第一反射鏡CM1靠近物體側之必要位置配置作為保護玻璃之平行平面板。
表(7)之光學構件規格之欄中，面編號表示沿著光從無限遠之物體向像面IM行進的路徑之從物體側起的面順序。亦即，第一面係第一反射鏡CM1之反射面，第二面係第二反射鏡CM2之反射面，第三面係第三反射鏡CM3之反射面，第四面係第四反射鏡CM4之反射面，第五面係透鏡L1之入射面R11，第六面係透鏡L1之射出面R12，第七面係透鏡L2之入射面R21，第八面係透鏡L2之射出面R22，第九面係透鏡L3之入射面R31，第十面係透鏡L3之射出面R32，第十一面係像面IM。
此外，表(7)之光學構件規格之欄中，除了第一反射鏡CM1~第四反射鏡CM4的資料之外，還顯示有在無限遠對焦狀態下透鏡L1~L3之各面中心的X座標(單位：mm)、Y座標(單位：mm)、Z座標(單位： mm)、及傾斜角δ(單位：度)。透鏡L1~L3之傾斜角δ係0度，且對XY平面不會傾斜而以通常之姿勢配置。表(7)之透鏡面資料欄顯示透鏡L1~L3各面之曲率半徑(單位：mm)r。此處，將光之入射側朝向凸面的透鏡面之曲率半徑r設為正值。
表(7)之對焦光學系統的移動量之欄中，以無限遠對焦狀態下之對焦光學系統FS的位置作為基準，而顯示第一距離對焦狀態下之對焦光學系統FS從無限遠對焦狀態起的移動量△D1(單位：mm)及第二距離對焦狀態下之對焦光學系統FS從無限遠對焦狀態起的移動量△D2(單位：mm)。移動量△D1,△D2之值係在朝向像面IM移動時取正值。以下之表(7)中揭示第七實施例之反射攝影鏡頭的規格之值。另外，表(7)中之註記在表(8)中亦同樣。
A12=-0.0004111
A21=-0.00029008
A22=-0.0002909
條件式(1)(A12-A11)×(A22-A21)=1.1734E-10
條件式(3)C1(2,0)-C1(0,2)=-0.00014
條件式(5)C2(2,0)-C2(0,2)=-8.1877E-07
第三十一圖係以點線圖顯示在第七實施例之無限遠對焦狀態下對e線的像差圖。第三十二圖係以點線圖顯示在第七實施例之第一距離對焦狀態下對e線的像差圖。第三十三圖係以點線圖顯示在第七實施例之第二距離對焦狀態下對e線的像差圖。第三十四圖係以點線圖顯示在第七實施例之無限遠對焦狀態下對g線的像差圖。第三十五圖係以點線圖顯示在第七實施例之第一距離對焦狀態下對g線的像差圖。第三十六圖係以點線圖顯示在第七實施例之第二距離對焦狀態下對g線的像差圖。
參照第三十一圖~第三十六圖可知，第七實施例中，各像點S1~S9的點尺寸非常小，而包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。再者，可知各像點S1~S9之點形狀大致對稱，且不對稱之像差經過良好修正。此外，可知e線與g線顯示大致相同像差，且幾乎不發生色像差。
[第八實施例]
第三十七圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著YZ平面的剖面構成圖。第三十八圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在無限遠對焦狀態下沿著XZ平面的剖面構成圖。第三十九圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在第一距離對焦狀態(物體距 離D=89989.75mm)下沿著YZ平面的剖面構成圖。第四十圖係概略顯示第八實施例之反射攝影鏡頭在第二距離對焦狀態(物體距離D=29078.91mm)下沿著YZ平面的剖面構成圖。
第八實施例係在第四反射鏡CM4與像面IM之間的光程中，附設有用於進行物體對像面IM對焦之對焦光學系統FS及透鏡L4。對焦光學系統FS係藉由可沿著與第一基準軸AXe平行之Z方向一體移動的3個透鏡L1,L2,L3而構成。透鏡L1係在第四反射鏡CM4側朝向凸面R11，且在像面IM側朝向凹面R12的彎月透鏡。同樣地，透鏡L2,L3,L4係在第四反射鏡CM4側朝向凸面R21,R31,R41，且在像面IM側朝向凹面R22,R32,R42之彎月透鏡。
透鏡L1、L2及L3係藉由彼此不同之光學材料形成。透鏡L2及L4藉由彼此相同之光學材料形成。第八實施例中，亦與第一實施例~第七實施例同樣地，可在比第一反射鏡CM1靠近物體側之必要位置配置作為保護玻璃之平行平面板。
表(8)之光學構件規格之欄中，面編號表示沿著光從無限遠之物體向像面IM行進的路徑之從物體側起的面順序。亦即，第一面係第一反射鏡CM1之反射面，第二面係第二反射鏡CM2之反射面，第三面係第三反射鏡CM3之反射面，第四面係第四反射鏡CM4之反射面，第五面係透鏡L1之入射面R11，第六面係透鏡L1之射出面R12，第七面係透鏡L2之入射面R21，第八面係透鏡L2之射出面R22，第九面係透鏡L3之入射面R31，第十面係透鏡L3之射出面R32，第十一面係透鏡L4之入射面R41，第十二面係透鏡L4之射出面R42，第十三面係像面IM。以下之表(8)中揭示第八實施例之 反射攝影鏡頭的規格之值。
第四十一圖係以點線圖顯示在第八實施例之無限遠對焦狀態下對e線的像差圖。第四十二圖係以點線圖顯示在第八實施例之第一距離對焦狀態下對e線的像差圖。第四十三圖係以點線圖顯示在第八實施例之第二距離對焦狀態下對e線的像差圖。第四十四圖係以點線圖顯示在第八實施例之無限遠對焦狀態下對g線的像差圖。第四十五圖係以點線圖顯示在第八實施例之第一距離對焦狀態下對g線的像差圖。第四十六圖係以點線圖顯示在第八實施例之第二距離對焦狀態下對g線的像差圖。
參照第四十一圖~第四十六圖可知，第八實施例中亦與第七實施例同樣地，各像點S1~S9的點尺寸非常小，而包括整個像面IM之像差經過均勻且良好地修正。再者，可知各像點S1~S9之點形狀大致對稱，且不對稱之像差經過良好修正。此外，可知e線與g線顯示大致相同像差，且幾乎不會發生色像差。
如以上，本實施形態儘管係偏芯光學系統之旋轉不對稱的光學系統，不過仍可良好地抑制不對稱之像差的發生。此外，本實施形態中實現了對可見光波長帶之光，包括整個36mm×24mm之較寬影像面徹底減低色像差的光學系統。另外，藉由以樹脂形成反射鏡及折射構件(透鏡等)，可謀求輕量化。
另外，望遠鏡頭通常非常大，而小型化亦有利於限於搬運或收納之情況。本發明之情況，從顯示第一實施例之光程圖的第二圖亦可容易想像，反射鏡間之空間比折射光學系統寬，例如，在第二圖的第二反射鏡CM2與第三反射鏡CM3之間形成可分割之構造，或是形成彎曲構造，亦可形成在搬運時或收納時可進一步小型化之構造。
上述之說明係對例如用於相機的反射攝影鏡頭適用本發明。但是，並不限定於此，對於其他適當之影像機器同樣可適用本發明。
援用以下優先權基礎申請案之揭示內容，作為引文而納入本文中。
日本專利申請2012年第260424號(申請日期：2012年11月29日)
CM1‧‧‧第一反射鏡
CM2‧‧‧第二反射鏡
CM3‧‧‧第三反射鏡
CM4‧‧‧第四反射鏡
AXa,AXb,AXc,AXd,AXe‧‧‧基 準軸
(x,y,z)‧‧‧局部座標系統
(X,Y,Z)‧‧‧整體座標系統
IM‧‧‧像面

Claims (10)

  1. 一種相機用反射攝影鏡頭，係從物體側起依序具有第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、及用於進行對焦之對焦光學系統，且設置成來自物體之光藉由前述第一反射鏡、前述第二反射鏡、前述第三反射鏡及前述第四反射鏡依序反射，通過前述對焦光學系統後，在相機指定之像面形成物體影像，前述第一反射鏡至前述第四反射鏡具有旋轉不對稱的非球面形狀之反射面，關於包含藉由通過前述像面中心之法線而規定的第一基準軸，而垂直於前述像面之基準面對稱而構成，前述第一反射鏡之凹面朝向光之入射方向，前述第一反射鏡及前述第二反射鏡對於與前述第一基準軸正交之正交面傾斜於相同方向，前述第三反射鏡及前述第四反射鏡對前述正交面傾斜於與前述第一反射鏡相反方向，前述第二反射鏡及前述第三反射鏡在前述基準面內對前述第一反射鏡偏芯配置於相同側，其中前述對焦光學系統從物體側起依序具有：第一透鏡，係凸面朝向前述第四反射鏡側、凹面朝向前述像面側的彎月透鏡；第二透鏡，係凸面朝向前述第四反射鏡側、凹面朝向前述像面側的彎月透鏡；及第三透鏡，係凸面朝向前述第四反射鏡側、凹面朝向前述像面側的彎月透鏡。
  2. 如申請專利範圍第1項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述第一透鏡、前述第二透鏡及前述第三透鏡係藉由彼此不同之光學材料形成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述第一透 鏡、前述第二透鏡及前述第三透鏡相對於前述第一基準軸的傾斜角大約為零度。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述對焦光學系統係配置於前述第四反射鏡與前述像面之間的光程上。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述對焦光學系統具有複數個透鏡，該複數個透鏡係可沿著與前述第一基準軸平行之方向一體地移動。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中將前述第一反射鏡之反射面與前述基準面的交叉曲線之中心曲率設為A11，將包含通過前述第一反射鏡之反射面中心的法線，而與前述基準面正交之面與前述第一反射鏡之反射面的交叉曲線之中心曲率設為A12，將前述第二反射鏡之反射面與前述基準面之交叉曲線的中心曲率設為A21，將包含通過前述第二反射鏡之反射面中心的法線，而與前述基準面正交之面與前述第二反射鏡的反射面之交叉曲線的中心曲率設為A22時，係滿足(A12-A11)×(A22-A21)>-0.00000005 (1)之條件。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述第一反射鏡的旋轉不對稱之非球面，係將該非球面之切平面在原點上的法線方向設為z方向，將前述切平面與前述基準面之交叉線之方向設為y方向，將前述切平面內與y方向正交的方向設為x方向，將前述非球面之z方向的下垂量設為s，將m及n設為包含0之自然數，將單項式xm‧yn之係數設為C1(m,n)時，係藉由以下公式(2)規定，且滿足以下之條件式(3)。 [數學式1]s=Σm．Σn{C1(m,n)．xm．yn} (2) -0.004<C1(2,0)-C1(0,2)<0.001 (3)
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述第二反射鏡的旋轉不對稱之非球面，係將該非球面之切平面在原點上的法線方向設為z方向，將前述切平面與前述基準面之交叉線之方向設為y方向，將前述切平面內與y方向正交的方向設為x方向，將前述非球面之z方向的下垂量設為s，將m及n設為包含0之自然數，將單項式xm‧yn之係數設為C2(m,n)時，係藉由以下公式(4)規定，且滿足以下之條件式(5)。[數學式2]s=Σm．Σn{C2(m,n)．xm．yn} (4) -0.01<C2(2,0)-C2(0,2)<0.01 (5)
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述第一反射鏡至前述第四反射鏡係配置成在前述物體之位置，形成與前述像面光學性共軛之面而定義的物體面係與前述像面平行。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項之相機用反射攝影鏡頭，其中前述第一反射鏡至前述第四反射鏡係配置成對前述第一反射鏡之反射面中心而與前述第一基準軸平行入射的光，係經過前述第二反射鏡、前述第三反射鏡及前述第四反射鏡垂直入射於前述像面中心。
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