WO2024004271A1 - 光学系、ステレオ光学系、ステレオ撮像装置、撮像装置および画像投写装置 - Google Patents

光学系、ステレオ光学系、ステレオ撮像装置、撮像装置および画像投写装置 Download PDF

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optical system
center
reduction
reflective surface
conjugate
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PCT/JP2023/006779
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卓也 今岡
裕昭 岡山
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/08—Stereoscopic photography by simultaneous recording
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/18—Stereoscopic photography by simultaneous viewing

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical system using a prism.
  • the present disclosure also relates to a stereo optical system and a stereo imaging device using such an optical system.
  • the present disclosure also relates to an imaging device and an image projection device using such an optical system.
  • Patent Document 1 discloses an imaging optical system including a prism in which an incident surface, a reflective surface, and an exit surface are integrated.
  • the present disclosure provides an optical system that can be manufactured with a small number of parts, has a smaller size and lower height, and can easily achieve a wider angle.
  • the present disclosure also provides a stereo optical system and a stereo imaging device using such an optical system.
  • the present disclosure also provides an imaging device and an image projection device using such an optical system.
  • One aspect of the present disclosure is an optical system having a reduction conjugate point on a reduction side and an expansion conjugate point on an expansion side that are optically conjugate with each other,
  • a prism having a first transmission surface located on the enlargement side, a second transmission surface located on the reduction side, and at least three reflection surfaces located on the optical path between the first transmission surface and the second transmission surface.
  • the prism has a meridional surface through which light rays reflected by the at least three reflective surfaces pass,
  • the at least three reflecting surfaces include a first reflecting surface and a second reflecting surface in order from the enlargement side to the reduction side, and a most reduction side reflecting surface located on the most reduction side, intermediate imaging positions having a conjugate relationship with the reduction conjugate point and the enlargement conjugate point, respectively, are positioned inside the prism;
  • the first reflective surface is provided in a region where a plurality of chief rays traveling inside the prism are converged.
  • a stereo optical system includes a plurality of the above optical systems, and each of the second transmission surfaces of the plurality of optical systems is arranged adjacent to each other.
  • a stereo imaging device includes the stereo optical system; It has a single imaging surface corresponding to the plurality of second transmission surfaces, and each optical image formed by the plurality of optical systems is received by a divided surface obtained by dividing the imaging surface to generate an electrical image signal. and an image sensor for converting into.
  • An imaging device includes the optical system described above and an imaging element that receives an optical image formed by the optical system and converts it into an electrical image signal.
  • An image projection device includes the above optical system and an image forming element that generates an image to be projected onto a screen via the optical system.
  • the optical system According to the optical system according to the present disclosure, it can be manufactured with a small number of parts, it can be made smaller and lower in height, and it can easily realize a wide angle.
  • FIG. 1(A) is an overall schematic diagram showing an example of a stereo optical system according to the present disclosure.
  • FIG. 1(B) is an overall schematic diagram showing an example of a stereo imaging device according to the present disclosure.
  • FIG. 9(A) is a schematic perspective view showing several light beams passing through a prism of the optical system according to Example 1.
  • FIG. 1(A) is an overall schematic diagram showing an example of a stereo optical system according to the present disclosure.
  • FIG. 1(B) is an overall schematic diagram showing an example of a stereo imaging device according to the present disclosure.
  • FIG. 9(B) is a schematic perspective view showing the three-dimensional shape of each transmission surface and each reflection surface of the prism.
  • FIG. 10(A) is a plan view showing the first reflective surface and the surrounding area.
  • Figure 10(B) is a cross-sectional view Explanatory diagram showing the definitions of angles ⁇ t1, ⁇ m2, ⁇ t2
  • a block diagram showing an example of an image projection device according to the present disclosure A block diagram showing an example of an imaging device according to the present disclosure
  • the optical system according to the present disclosure is used in an imaging device that collects light emitted from an object located on an extension line on the enlargement side and forms an optical image of the object on the imaging surface of an image sensor arranged on the reduction side. can.
  • the optical system according to the present disclosure can be used in a stereo optical system and a stereo imaging device for capturing a stereogram that allows images to be recognized as three-dimensional using binocular parallax.
  • FIG. 1(A) is an overall schematic diagram showing an example of a stereo optical system according to the present disclosure
  • FIG. 1(B) is an overall schematic diagram showing an example of a stereo imaging device according to the present disclosure
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a stereo optical system.
  • the stereo imaging device 1 includes a stereo optical system 10S including a free-form prism and an image sensor 20, and generally has two imaging windows 2L and 2R separated by a distance of a baseline length that produces binocular parallax.
  • the stereo optical system 10S is configured by integrating two left and right prisms 10L and 10R.
  • methods for integrating the prisms a) a method of bonding two prisms manufactured separately, b) a method of simultaneous integral molding using a mold, etc. can be adopted.
  • the left prism 10L is provided with a first transmission surface T1L, a first reflection surface M1L, a second reflection surface M2L, a third reflection surface M3L, a fourth reflection surface M4L, and a second transmission surface T2L.
  • the right prism 10R is provided with a first transmission surface T1R, a first reflection surface M1R, a second reflection surface M2R, a third reflection surface M3R, a fourth reflection surface M4R, and a second transmission surface T2R.
  • the two second transmitting surfaces T2L and T2R are arranged adjacent to each other, and behind the two second transmitting surfaces T2L and T2R there is a single imaging surface corresponding to the second transmitting surfaces T2L and T2R.
  • a single image sensor 20 is provided that receives each optical image from the two second transmission surfaces T2L and T2R using a dividing surface obtained by dividing the imaging surface. Note that, instead of the single image sensor 20, a plurality of image sensors having a single image sensor may be provided.
  • the light emitted from the object enters the photographing windows 2L and 2R, passes through the first transmission surfaces T1L and T1R, is reflected inside the prism, and exits from the second transmission surfaces T2L and T2R to cover the cover glass CG.
  • the image is formed on the imaging surface of the image sensor 20 via the. This imaging plane corresponds to the reduction conjugate point on the reduction side, and the object corresponds to the enlargement conjugate point on the enlargement side.
  • Embodiment 2 An optical system according to Embodiment 2 of the present disclosure will be described below using FIGS. 3 to 11.
  • FIG. 3 is a layout diagram showing the optical system 10 according to the first embodiment.
  • the optical system 10 corresponds to the prisms 10L and 10R shown in FIG. 2, respectively, and has an enlargement conjugate point (not shown, surface number S1) on the enlargement side located on the left side of the drawing, and a reduction conjugate point on the reduction side located on the right side of the drawing. It has a conjugate point CP (surface number S21) (for surface numbers S1, S21, etc., refer to numerical examples described later).
  • the image area on the conjugate plane including the reduction conjugate point CP is defined as a reduction side rectangular area having a longitudinal direction (X direction) and a transversal direction (Y direction). Further, the image area on the conjugate plane including the enlarged conjugate point is also defined as an enlarged rectangular area having a longitudinal direction and a lateral direction.
  • the rectangular area on the reduction side and the rectangular area on the enlargement side have an optically conjugate imaging relationship. The chief ray travels along an optical axis parallel to the normal direction of this rectangular area on the reduction side.
  • This rectangular area on the reduced side has an aspect ratio of, for example, 3:2, 4:3, 16:9, 16:10, 256:135, etc., and corresponds to the imaging area of an image sensor in the case of an imaging device. , corresponds to the image display area of the image forming element in the case of an image projection device.
  • This intermediate imaging position appears as a Y-direction intermediate image IMy on the meridional plane (YZ plane), and as an X-direction intermediate image IMx on the sagittal plane (XY plane).
  • YZ plane Y-direction intermediate image
  • XY plane X-direction intermediate image IMx on the sagittal plane
  • FIGS. 3, 5, and 7 only the Y-direction intermediate image IMy in the meridional plane is shown, and the X-direction intermediate image IMx in the sagittal plane is omitted.
  • the reflecting surface is curved, the reflection position of the light beam located within the meridional surface and the reflection position of the light beam located outside the meridional surface are shifted.
  • the optical system 10 includes a prism that can be made of a transparent medium, such as glass or synthetic resin, and a cover glass CG provided in front of the image sensor 20.
  • the cover glass CG is composed of a flat plate with zero optical power, and may be omitted.
  • the prism includes a first transmission surface T1 located on the enlargement side, a second transmission surface T2 located on the reduction side, and four transmission surfaces located on the optical path between the first transmission surface T1 and the second transmission surface T2. It has a first reflective surface M1, a second reflective surface M2, a third reflective surface M3, and a fourth reflective surface M4.
  • the first transmission surface T1 (surface number S1) has a free-form surface shape with a convex surface facing the enlargement side.
  • the first reflective surface M1 (surface number S4) has a substantially planar free-form surface shape with zero optical power.
  • the second reflective surface M2 (surface number S8) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the second reflective surface M2 is reflected.
  • the third reflective surface M3 (surface number S12) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the third reflective surface M3 is reflected.
  • the fourth reflective surface M4 (surface number S16) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the fourth reflective surface M4 is reflected.
  • the second transmission surface T2 (surface number S18) has a free-form surface shape with a convex surface facing the reduction side. In this embodiment, the fourth reflective surface M4 corresponds to the most reduced reflective surface.
  • FIG. 9(A) is a schematic perspective view showing several light beams passing through the prism of the optical system 10 according to Example 1.
  • FIG. 9(B) is a schematic perspective view showing the three-dimensional shape of each transmitting surface and each reflecting surface of the prism.
  • the imaging device the light emitted from the rectangular area on the enlarged side passes through the first transmission surface T1, is reflected in order from the first to fourth reflection surfaces M1 to M4, passes through the second transmission surface T2, and passes through the cover.
  • the light is collected by the image sensor 20 via the glass CG.
  • the first reflective surface M1 is provided in a region where a plurality of chief rays traveling inside the prism converge, and eliminates light traveling to the surrounding area of the first reflective surface M1. It can function as an aperture AS to utilize only the reflected light.
  • FIG. 4 is a lateral aberration diagram of the optical system 10 according to Example 1.
  • the three wavelengths used in the calculation are 656.2725 nm, 587.5618 nm, and 486.1327 nm. From these graphs, it can be seen that a clear light spot is obtained in the rectangular region on the reduction side (for example, the imaging surface), and excellent optical performance is exhibited.
  • FIG. 5 is a layout diagram showing the optical system 10 according to the second embodiment.
  • the optical system 10 corresponds to the prisms 10L and 10R shown in FIG. 2, respectively, and has an enlargement conjugate point (not shown, surface number S1) on the enlargement side located on the upper right side of the drawing, and a reduction conjugate point located on the lower right side of the drawing. It has a reduced conjugate point CP (surface number S21) on the side (for surface numbers S1, S21, etc., refer to numerical examples described later).
  • this optical system 10 has a configuration similar to that of Example 1, the explanation that overlaps with Example 1 may be omitted below.
  • This intermediate imaging position appears as a Y-direction intermediate image IMy on the meridional plane (YZ plane), and as an X-direction intermediate image IMx on the sagittal plane (XY plane).
  • the optical system 10 includes a prism made of a transparent medium and a cover glass CG.
  • the prism includes a first transmission surface T1 located on the enlargement side, a second transmission surface T2 located on the reduction side, and three third transmission surfaces located on the optical path between the first transmission surface T1 and the second transmission surface T2. It has one reflective surface M1, a second reflective surface M2, and a third reflective surface M3.
  • the first transmission surface T1 (surface number S1) has a free-form surface shape with a convex surface facing the enlargement side.
  • the first reflective surface M1 (surface number S4) has a substantially planar free-form surface shape with zero optical power.
  • the second reflective surface M2 (surface number S8) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the second reflective surface M2 is reflected.
  • the third reflective surface M3 (surface number S12) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the third reflective surface M3 is reflected.
  • the second transmission surface T2 (surface number S14) has a free-form surface shape with a convex surface facing the reduction side. In this embodiment, the third reflective surface M3 corresponds to the most reduced reflective surface.
  • the light emitted from the rectangular area on the enlarged side passes through the first transmission surface T1, is reflected in order from the first to third reflection surfaces M1 to M3, passes through the second transmission surface T2, and passes through the cover.
  • the light is collected by the image sensor 20 via the glass CG.
  • the first reflective surface M1 is provided in a region where a plurality of chief rays traveling inside the prism converge, and eliminates light traveling to the surrounding area of the first reflective surface M1. It can function as an aperture AS to utilize only the reflected light.
  • FIG. 6 is a lateral aberration diagram of the optical system 10 according to Example 2.
  • the normalized coordinates and wavelengths of each graph are the same as in Example 1. From these graphs, it can be seen that a clear light spot is obtained in the rectangular region on the reduction side (for example, the imaging surface), and excellent optical performance is exhibited.
  • FIG. 7 is a layout diagram showing the optical system 10 according to the third embodiment.
  • the optical system 10 corresponds to the prisms 10L and 10R shown in FIG. 2, respectively, and has an enlargement conjugate point (not shown, surface number S1) on the enlargement side located on the left side of the drawing, and a reduction conjugate point on the reduction side located on the right side of the drawing. It has a conjugate point CP (surface number S21) (for surface numbers S1, S21, etc., refer to numerical examples described later).
  • this optical system 10 has a configuration similar to that of Example 1, the explanation that overlaps with Example 1 may be omitted below.
  • intermediate imaging positions are located that are conjugate with the reduction conjugate point CP and the enlargement conjugate point, respectively.
  • This intermediate imaging position appears as a Y-direction intermediate image IMy on the meridional plane (YZ plane), and as an X-direction intermediate image IMx on the sagittal plane (XY plane).
  • the optical system 10 includes a prism made of a transparent medium and a cover glass CG.
  • the prism includes a first transmission surface T1 located on the enlargement side, a second transmission surface T2 located on the reduction side, and four transmission surfaces located on the optical path between the first transmission surface T1 and the second transmission surface T2. It has a first reflective surface M1, a second reflective surface M2, a third reflective surface M3, and a fourth reflective surface M4.
  • the first transmission surface T1 (surface number S1) has a free-form surface shape with a convex surface facing the enlargement side.
  • the first reflective surface M1 (surface number S4) has a substantially planar free-form surface shape with zero optical power.
  • the second reflective surface M2 (surface number S8) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the second reflective surface M2 is reflected.
  • the third reflective surface M3 (surface number S12) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the third reflective surface M3 is reflected.
  • the fourth reflective surface M4 (surface number S16) has a free-form surface shape with a concave surface facing the direction in which the light beam incident on the fourth reflective surface M4 is reflected.
  • the second transmission surface T2 (surface number S18) has a free-form surface shape with a convex surface facing the reduction side. In this embodiment, the fourth reflective surface M4 corresponds to the most reduced reflective surface.
  • the light emitted from the rectangular area on the enlarged side passes through the first transmission surface T1, is reflected in order from the first to fourth reflection surfaces M1 to M4, passes through the second transmission surface T2, and passes through the cover.
  • the light is collected by the image sensor 20 via the glass CG.
  • the first reflective surface M1 is provided in a region where a plurality of chief rays traveling inside the prism converge, and eliminates light traveling to the surrounding area of the first reflective surface M1. It can function as an aperture AS to utilize only the reflected light.
  • FIG. 8 is a lateral aberration diagram of the optical system 10 according to Example 3.
  • the normalized coordinates and wavelengths of each graph are the same as in Example 1. From these graphs, it can be seen that a clear light spot is obtained in the rectangular region on the reduction side (for example, the imaging surface), and excellent optical performance is exhibited.
  • the prism has a first transmission surface T1, a second transmission surface T2, a first to fourth reflection surface M1 to M4 (Examples 1 and 3), or a first to third reflection surface. Since the reflecting surfaces M1 to M3 (Example 2) are integrated, it is possible to reduce assembly adjustments between optical components and to reduce costs. Further, the optical surface having the power of a prism does not have an axis of rotational symmetry, that is, it is formed as a free-form surface with different curvatures on the X axis and Y axis perpendicular to the surface normal. By using a free-form surface that can define different curvatures on the X and Y axes for the optical surface of the prism, the degree of freedom for correcting distortion increases, and the optical system can be made smaller.
  • the optical system 10 is an optical system having a reduction conjugate point on the reduction side and an expansion conjugate point on the enlargement side that are optically conjugate with each other, A first transmission surface T1 located on the enlargement side, a second transmission surface T2 located on the reduction side, and at least three reflection surfaces located on the optical path between the first transmission surface T1 and the second transmission surface T2.
  • the prism has a meridional surface through which light rays reflected by the at least three reflective surfaces M1 to M4 pass,
  • the at least three reflecting surfaces include a first reflecting surface M1 and a second reflecting surface M2 in order from the enlargement side to the reduction side, and the most reduction side reflecting surfaces M3 and M4 located closest to the reduction side, intermediate imaging positions having a conjugate relationship with the reduction conjugate point CP and the enlargement conjugate point, respectively, are positioned inside the prism;
  • the first reflective surface M1 is provided in a region where a plurality of chief rays traveling inside the prism are converged.
  • the first reflective surface can function as an aperture of a diaphragm that adjusts the amount of light passing through the optical system. Therefore, it is possible to optimize the amount of light at the contracting conjugate point or the expanding conjugate point, and it is possible to prevent stray light and off-axis rays from passing through. Furthermore, since the prism has a plurality of transmitting surfaces and reflective surfaces integrated, it can be made low in height with a small number of members, it can be made smaller by making its effective diameter smaller, and it is also easier to make the prism wider.
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (1). -2.0 ⁇ rxm1/rym1 ⁇ 2.0...(1) here, rxm1: the x-direction partial radius of curvature at the position where the reference ray passing through the center of the first reflective surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the first reflective surface M1 rym1: the aforementioned A partial radius of curvature in the y direction at a position where the reference ray passing through the center of the first reflective surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the first reflective surface M1.
  • x direction the meridional surface y direction: a direction parallel to the meridional surface and the first reflective surface M1.
  • Equation (1) optimizes the relationship between the x-direction partial radius of curvature and the y-direction partial radius of curvature of the first reflective surface.
  • the reflective surface is inclined.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (1a). -1.0 ⁇ rxm1/rym1 ⁇ 1.0...(1a)
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (2). 0.0 ⁇ rxt1/ryt1 ⁇ 4.0...(2) here, rxt1: x-direction partial radius of curvature at the position where the reference ray passing through the center of the first reflecting surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the first transmitting surface T1 ryt1: the aforementioned Partial radius of curvature in the y direction at the position where the reference ray passing through the center of the first reflective surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the first transmission surface T1.
  • x direction the meridional surface y direction: a direction parallel to the meridional surface and the first transmission surface T1.
  • Equation (2) optimizes the relationship between the x-direction partial radius of curvature and the y-direction partial radius of curvature of the first transmission surface. For the reasons mentioned above, the first reflective surface is inclined. By satisfying equation (2), astigmatism occurring in the optical system can be suppressed. If the upper limit of equation (2) is exceeded or the lower limit is exceeded, astigmatism will worsen.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (2a). 2.0 ⁇ rxt1/ryt1 ⁇ 3.0...(2a)
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (3). -7.0 ⁇ rxt2/ryt2 ⁇ 0.0...(3) here, rxt2: the x-direction partial radius of curvature at the position where the reference ray passing through the center of the first reflecting surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the second transmitting surface T2 ryt2: the aforementioned Partial radius of curvature in the y direction at the position where the reference ray passing through the center of the first reflective surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the second transmission surface T2.x direction: the meridional surface y direction: a direction parallel to the meridional surface and the second transmission surface T2.
  • Equation (3) optimizes the relationship between the x-direction partial radius of curvature and the y-direction partial radius of curvature of the second transmission surface. For the reasons mentioned above, the first reflective surface is inclined. By satisfying equation (3), astigmatism occurring in the optical system can be suppressed. If the upper limit of equation (3) is exceeded or the lower limit is exceeded, astigmatism will worsen.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (3a). -5.0 ⁇ rxt2/ryt2 ⁇ -3.0...(3a)
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (4). 0.0 ⁇ rxm2/rym2 ⁇ 3.0...(4) here, rxm2: x-direction partial radius of curvature at the position where the reference ray passing through the center of the first reflective surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the second reflective surface M2 rym2: the aforementioned A partial radius of curvature in the y direction at a position where the reference ray passing through the center of the first reflecting surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the second reflecting surface M2.x direction: the meridional surface y direction: a direction parallel to the meridional surface and the second reflective surface M2.
  • Equation (4) optimizes the relationship between the x-direction partial radius of curvature and the y-direction partial radius of curvature of the second reflective surface. For the reasons mentioned above, the first reflective surface is inclined. By satisfying equation (4), astigmatism occurring in the optical system can be suppressed. If the upper limit of equation (4) is exceeded or the lower limit is exceeded, astigmatism will worsen.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (4a). 0.0 ⁇ rxm2/rym2 ⁇ 2.0...(4a)
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (5). 0.0 ⁇ rxms/ryms ⁇ 3.0...(5) here, rxms: x-direction partial radius of curvature at the position where the reference ray passing through the center of the first reflecting surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the most reduction side reflection surfaces M3 and M4 ryms: partial radius of curvature in the y direction at the position where the reference ray passing through the center of the first reflecting surface M1 and the center of the conjugate plane including the reduction conjugate point CP passes through the most reduction side reflection surfaces M3 and M4; x direction: a direction perpendicular to the meridional surface; y direction: a direction parallel to the meridional surface and the most reduced reflection surfaces M3 and M4.
  • Equation (5) optimizes the relationship between the partial radius of curvature in the x direction and the partial radius of curvature in the y direction of the reflection surface on the most reduced side. For the reasons mentioned above, the first reflective surface is inclined. By satisfying equation (5), astigmatism occurring in the optical system can be suppressed. If the upper limit of equation (5) is exceeded or the lower limit is exceeded, astigmatism will worsen.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (5a). 0.0 ⁇ rxms/ryms ⁇ 2.0...(5a)
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (6). 5.0 ⁇
  • Equation (6) optimizes the angle between the normal to the first transmission surface and the normal to the first reflection surface. If the lower limit of equation (6) is not reached, the surfaces will spatially interfere with each other. If the upper limit is exceeded, it becomes difficult to manufacture prisms.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (6a). 10.0 ⁇
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (7).
  • Equation (7) optimizes the angle between the normal to the first reflective surface and the normal to the second reflective surface. If the upper limit of equation (7) is exceeded, it becomes difficult to manufacture the prism.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (7a).
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (8). 10.0 ⁇
  • Equation (8) optimizes the angle between the normal to the most-reduced reflective surface and the normal to the second transmission surface. If the lower limit of equation (8) is not reached, the surfaces will spatially interfere with each other. If the upper limit is exceeded, it becomes difficult to manufacture prisms.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (8a). 15.0 ⁇
  • the optical system 10 may satisfy the following condition (9). 0.40 ⁇
  • Equation (9) optimizes the distance between the transmitting surface and the reflective surface.
  • the angle of incidence of off-axis rays on the reduction side increases.
  • the upper limit is exceeded, the size of the first transmission surface becomes too large.
  • optical system 10 may satisfy the following condition (9a). 0.50 ⁇
  • the first reflective surface M1 may have a reflectance of 80% or more, and the area surrounding the first reflective surface M1 may have a reflectance of less than 10%.
  • the intermediate imaging position may be between the second reflective surface M2 and the most reduced reflective surfaces M3 and M4.
  • the prism can be made smaller.
  • the first reflective surface M1 and the surrounding area may not be on the same plane.
  • the surrounding area may include a conical surface extending from the first reflective surface M1 to the opposite side of the first transmitting surface T1.
  • the surrounding area may be provided with a material or shape that absorbs or scatters light.
  • FIG. 10(A) is a plan view showing the first reflective surface and the surrounding area
  • FIG. 10(B) is a sectional view thereof.
  • the first reflective surface M1 is composed of, for example, a circular mirror
  • its surrounding area TP is provided with a function of eliminating ghost light.
  • a) the surrounding area TP has a shape that is not on the same plane as the first reflecting surface M1, for example, an inclined surface to scatter the light
  • b) the surrounding area TP has a shape that is not on the same plane as the first reflecting surface M1, and scatters the light.
  • a material or shape that absorbs or scatters light in the surrounding region TP including a conical surface, for example an inverted tapered conical surface or a pyramidal surface, extending on the opposite side of the transmission surface T1; c) a material or shape that absorbs or scatters light, for example, Black painting, providing grains (fine uneven shapes) to absorb or scatter light, etc. may be employed, and any one of these methods may be used, or two or more methods may be combined.
  • the free-form surface shape of the prism optical surface is defined by the following equation using a local orthogonal coordinate system (x, y, z) with the surface vertex as the origin.
  • z Sag amount on the plane parallel to the z-axis
  • c Curvature at the surface vertex
  • k Conic coefficient
  • C j Coefficient of the monomial x m y n (x ⁇ m y ⁇ n in the table).
  • one prism optical surface has multiple surface numbers (for example, four surface numbers S4 to S7 for the first reflective surface M1), but these are coordinate transformations between global coordinates and local coordinates during numerical calculation. means the surface number used for Moreover, "decenter & return" in the table means coordinate transformation between global coordinates and local coordinates during numerical calculation.
  • Table 4 shows lens data regarding the optical system of Numerical Example 2 (corresponding to Example 2).
  • Table 5 shows the eccentricity type and ⁇ rotation amount of the prism optical surface.
  • Table 6 shows the free-form surface shape data of the prism optical surface.
  • Table 7 shows lens data regarding the optical system of Numerical Example 3 (corresponding to Example 3).
  • Table 8 shows the eccentricity type and ⁇ rotation amount of the prism optical surface.
  • Table 9 shows the free-form surface shape data of the prism optical surface.
  • Table 10 shows the corresponding values of each of formulas (1) to (9) in each numerical example 1 to 3.
  • Table 11 shows the numerical values of the variables in each of formulas (1) to (9) in each numerical example 1 to 3.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of an image projection device according to the present disclosure.
  • the image projection device 100 includes the optical system 10 disclosed in Embodiment 2, an image forming element 101, a light source 102, a control unit 110, and the like.
  • the image forming element 101 is composed of a liquid crystal, a DMD, etc., and generates an image to be projected onto the screen SR via the optical system 10.
  • the light source 102 is composed of an LED (light emitting diode), a laser, or the like, and supplies light to the image forming element 101.
  • the control unit 110 is composed of a CPU, an MPU, or the like, and controls the entire device and each component.
  • the optical system 10 may be configured as an interchangeable lens that can be detachably attached to the image projection device 100, or may be configured as a built-in lens that is integrated into the image projection device 100.
  • the above-described image projection device 100 can project a short focus and large screen with a small device using the optical system 10 according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of an imaging device according to the present disclosure.
  • the imaging device 200 includes the optical system 10 disclosed in Embodiment 2, an imaging element 201, a control unit 210, and the like.
  • the image sensor 201 is composed of a CCD (charge-coupled device) image sensor, a CMOS image sensor, etc., and receives an optical image of the object OBJ formed by the optical system 10 and converts it into an electrical image signal.
  • the control unit 110 is composed of a CPU, an MPU, or the like, and controls the entire device and each component.
  • the optical system 10 may be configured as an interchangeable lens that can be detachably attached to the imaging device 200, or may be configured as a built-in lens that is integrated into the imaging device 200.
  • the above-described imaging device 200 can perform short-focus and large-screen imaging with a small device. Further, by using a plurality of imaging devices 200, a stereo camera, a multi-angle camera, etc. can be realized.
  • the present disclosure is applicable to image projection devices such as projectors and head-up displays, and imaging devices such as digital still cameras, digital video cameras, surveillance cameras in surveillance systems, web cameras, and vehicle-mounted cameras.
  • imaging devices such as digital still cameras, digital video cameras, surveillance cameras in surveillance systems, web cameras, and vehicle-mounted cameras.
  • the present disclosure is applicable to optical systems that require high image quality, such as projectors, digital still camera systems, and digital video camera systems.

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Abstract

光学系１０は、互いに光学的に共役である縮小側の縮小共役点および拡大側の拡大共役点を有し、拡大側に位置する第１透過面Ｔ１、縮小側に位置する第２透過面Ｔ２、および該第１透過面Ｔ１と該第２透過面Ｔ２との間の光路上に位置する少なくとも３つの反射面Ｍ１～Ｍ４を有するプリズムを備える。少なくとも３つの反射面は、拡大側から縮小側に向けて順に第１反射面Ｍ１および第２反射面Ｍ２と、最も縮小側に位置する最縮小側反射面Ｍ４とを含む。縮小共役点ＣＰおよび拡大共役点とそれぞれ共役関係である中間結像位置がプリズムの内部に位置決めされる。第１反射面Ｍ１は、プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられる。

Description

光学系、ステレオ光学系、ステレオ撮像装置、撮像装置および画像投写装置
　本開示は、プリズムを用いた光学系に関する。また本開示は、こうした光学系を用いたステレオ光学系およびステレオ撮像装置に関する。また本開示は、こうした光学系を用いた撮像装置および画像投写装置に関する。
　特許文献１は、入射面、反射面および射出面が一体化したプリズムを備える結像光学系を開示する。
特開２０００－２３１０６０号公報
　本開示は、少ない部品点数で製作でき、小型化と低背化が図られ、広角化も容易に実現できる光学系を提供する。また本開示は、こうした光学系を用いたステレオ光学系およびステレオ撮像装置を提供する。また本開示は、こうした光学系を用いた撮像装置および画像投写装置を提供する。
　本開示の一態様は、互いに光学的に共役である縮小側の縮小共役点および拡大側の拡大共役点を有する光学系であって、
　拡大側に位置する第１透過面、縮小側に位置する第２透過面、および該第１透過面と該第２透過面との間の光路上に位置する少なくとも３つの反射面を有するプリズムを備え、
　前記プリズムは、前記少なくとも３つの反射面で反射した光線が通過するメリジオナル面を有し、
　前記少なくとも３つの反射面は、拡大側から縮小側に向けて順に第１反射面および第２反射面と、最も縮小側に位置する最縮小側反射面とを含み、
　前記縮小共役点および前記拡大共役点とそれぞれ共役関係である中間結像位置が、前記プリズムの内部に位置決めされ、
　前記第１反射面は、前記プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられる。
　本開示の他の態様に係るステレオ光学系は、上記光学系を複数有し、前記複数の光学系の前記第２透過面の各々が隣接して配置される。
　本開示の他の態様に係るステレオ撮像装置は、上記ステレオ光学系と、
　前記複数の第２透過面に対応する単一の撮像面を有し、前記複数の光学系が形成する各々の光学像を、前記撮像面を分割した分割面で受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える。
　また本開示の他の一態様に係る撮像装置は、上記光学系と、該光学系が形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える。
　また本開示の他の一態様に係る画像投写装置は、上記光学系と、該光学系を経由してスクリーンに投写する画像を生成する画像形成素子と、を備える。
　本開示に係る光学系によると、少ない部品点数で製作でき、小型化と低背化が図られ、広角化も容易に実現できる。
図１（Ａ）は、本開示に係るステレオ光学系の一例を示す全体概略図。図１（Ｂ）は、本開示に係るステレオ撮像装置の一例を示す全体概略図 ステレオ光学系の一例を示す平面図 実施例１に係る光学系を示す配置図 実施例１に係る光学系の横収差図 実施例２に係る光学系を示す配置図 実施例２に係る光学系の横収差図 実施例３に係る光学系を示す配置図 実施例３に係る光学系の横収差図 図９（Ａ）は、実施例１に係る光学系のプリズムを通過する幾つかの光束を示す概略斜視図。図９（Ｂ）は、プリズムの各透過面および各反射面の立体形状を示す概略斜視図 図１０（Ａ）は、第１反射面および周囲領域を示す平面図。図１０（Ｂ）は、その断面図 角度αｔ１、αｍ２、αｔ２の定義を示す説明図 本開示に係る画像投写装置の一例を示すブロック図 本開示に係る撮像装置の一例を示すブロック図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、あるいは実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものでない。
　以下に、本開示に係る光学系の各実施例について説明する。本開示に係る光学系は、拡大側の延長線上に位置する物体から放射される光を集光し、縮小側に配置された撮像素子の撮像面に物体の光学像を形成する撮像装置において利用できる。
　特に、本開示に係る光学系は、両眼視差を利用して画像を立体として認識できるステレオグラムを撮影するためのステレオ光学系およびステレオ撮像装置において利用できる。
　また、本開示に係る光学系は、拡大側の延長線上に図示しないスクリーンを配置して、縮小側に配置された画像形成素子（例えば、液晶やＤＭＤ）上の原画像を拡大してスクリーンに投写するために利用できる。ただし、被投写面はスクリーンに限定するものではない。住宅や店舗、または移動交通手段に用いられる車両や機内の壁や天井や床、窓なども被投写面に含む。
（実施形態１）
　図１（Ａ）は、本開示に係るステレオ光学系の一例を示す全体概略図であり、図１（Ｂ）は、本開示に係るステレオ撮像装置の一例を示す全体概略図である。図２は、ステレオ光学系の一例を示す平面図である。ステレオ撮像装置１は、自由曲面プリズムを含むステレオ光学系１０Ｓと、撮像素子２０とを備え、一般に、両眼視差を生じさせる基線長の距離だけ離れた２つの撮影窓２Ｌ，２Ｒを有する。
　ステレオ光学系１０Ｓは、左右２つのプリズム１０Ｌ，１０Ｒが一体化して構成される。プリズムの一体化手法として、ａ）別個に製作した２つのプリズムを接着する方法、ｂ）金型などで同時一体成形する方法、等が採用できる。
　一例として、左プリズム１０Ｌには、第１透過面Ｔ１Ｌ、第１反射面Ｍ１Ｌ、第２反射面Ｍ２Ｌ、第３反射面Ｍ３Ｌ、第４反射面Ｍ４Ｌ、第２透過面Ｔ２Ｌがそれぞれ設けられる。右プリズム１０Ｒには、第１透過面Ｔ１Ｒ、第１反射面Ｍ１Ｒ、第２反射面Ｍ２Ｒ、第３反射面Ｍ３Ｒ、第４反射面Ｍ４Ｒ、第２透過面Ｔ２Ｒがそれぞれ設けられる。２つの第２透過面Ｔ２Ｌ，Ｔ２Ｒは隣接して配置され、２つの第２透過面Ｔ２Ｌ，Ｔ２Ｒの後方には、第２透過面Ｔ２Ｌ，Ｔ２Ｒに対応する単一の撮像面を有し、２つの第２透過面Ｔ２Ｌ，Ｔ２Ｒからの各々の光学像を、撮像面を分割した分割面で受光する単一の撮像素子２０が設けられる。なお、単一の撮像素子２０の代わりに、単一の撮像面を有する複数の撮像素子を設けてもよい。
　物体から放射された光は、撮影窓２Ｌ，２Ｒにそれぞれ入射し、第１透過面Ｔ１Ｌ，Ｔ１Ｒを通過して、プリズム内部で反射し、第２透過面Ｔ２Ｌ，Ｔ２Ｒから出射してカバーガラスＣＧを経由して撮像素子２０の撮像面に結像される。この撮像面は縮小側の縮小共役点に対応し、物体は拡大側の拡大共役点に対応する。
　こうした２つのプリズム１０Ｌ，１０Ｒが一体化することによって、２つの光学系を取り付ける際の誤差によるにらみ角の変化を小さくすることができる。
（実施形態２）
　以下、図３～図１１を用いて本開示の実施形態２に係る光学系について説明する。
（実施例１）
　図３は、実施例１に係る光学系１０を示す配置図である。光学系１０は、図２に示すプリズム１０Ｌ，１０Ｒにそれぞれ対応しており、図面左側に位置する拡大側の拡大共役点（不図示、面番号Ｓ１）、および図面右側に位置する縮小側の縮小共役点ＣＰ（面番号Ｓ２１）を有する（面番号Ｓ１，Ｓ２１等は、後述する数値実施例を参照）。
　縮小共役点ＣＰを含む共役面での画像領域は、長手方向（Ｘ方向）及び短手方向（Ｙ方向）を有する縮小側矩形領域として定義される。また、拡大共役点を含む共役面での画像領域も長手方向及び短手方向を有する拡大側矩形領域として定義される。これらの縮小側矩形領域と拡大側矩形領域は、光学的に共役である結像関係を有する。主光線は、この縮小側矩形領域の法線方向と平行な光軸に沿って進行する。この縮小側矩形領域は、一例として、３：２，４：３，１６：９，１６：１０，２５６：１３５などのアスペクト比を有し、撮像装置の場合は撮像素子の撮像領域に相当し、画像投写装置の場合は画像形成素子の画像表示領域に相当する。
　光学系１０の内部には、縮小共役点ＣＰおよび拡大共役点とそれぞれ共役である中間結像位置が位置する。この中間結像位置は、メリジオナル面（ＹＺ面）ではＹ方向中間像ＩＭｙとして現れ、サジタル面（ＸＹ面）ではＸ方向中間像ＩＭｘとして現れる。図３、図５、図７では、メリジオナル面内のＹ方向中間像ＩＭｙだけを図示しており、サジタル面内のＸ方向中間像ＩＭｘは図示を省略している。また、反射面が湾曲している場合、メリジオナル面内に位置する光束の反射位置とメリジオナル面外に位置する光束の反射位置がシフトしている。
　光学系１０は、透明な媒質、例えば、ガラス、合成樹脂などで製作できるプリズムと、撮像素子２０の前方に設けられたカバーガラスＣＧとを含む。カバーガラスＣＧは、光学パワーがゼロである平板で構成され、省略してもよい。プリズムは、拡大側に位置する第１透過面Ｔ１と、縮小側に位置する第２透過面Ｔ２と、第１透過面Ｔ１と第２透過面Ｔ２との間の光路上に位置する４つの第１反射面Ｍ１、第２反射面Ｍ２、第３反射面Ｍ３および第４反射面Ｍ４とを有する。第１透過面Ｔ１（面番号Ｓ１）は、拡大側に凸面を向けた自由曲面形状を有する。第１反射面Ｍ１（面番号Ｓ４）は、光学パワーがゼロである実質的に平面の自由曲面形状を有する。第２反射面Ｍ２（面番号Ｓ８）は、第２反射面Ｍ２へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第３反射面Ｍ３（面番号Ｓ１２）は、第３反射面Ｍ３へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第４反射面Ｍ４（面番号Ｓ１６）は、第４反射面Ｍ４へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第２透過面Ｔ２（面番号Ｓ１８）は、縮小側に凸面を向けた自由曲面形状を有する。本実施例では、第４反射面Ｍ４が最縮小側反射面に相当する。
　図９（Ａ）は、実施例１に係る光学系１０のプリズムを通過する幾つかの光束を示す概略斜視図である。図９（Ｂ）は、プリズムの各透過面および各反射面の立体形状を示す概略斜視図である。撮像装置の場合、拡大側矩形領域から放射された光は、第１透過面Ｔ１を通過し、第１～第４反射面Ｍ１～Ｍ４で順に反射し、第２透過面Ｔ２を通過し、カバーガラスＣＧを経由して撮像素子２０で集光する。この場合、第１反射面Ｍ１は、プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられ、第１反射面Ｍ１の周囲領域に進行する光を排除し、第１反射面Ｍ１で反射した光だけを利用するための絞りＡＳとして機能することができる。
　図４は、実施例１に係る光学系１０の横収差図である。各グラフは、縮小共役点における第１矩形領域の正規化座標（Ｘ，Ｙ）＝（０，０），（０，１），（０，－１），（１，０），（１，１），（１，－１）にそれぞれ対応する。計算に用いた３つの波長は、６５６．２７２５ｎｍ，５８７．５６１８ｎｍ，４８６．１３２７ｎｍである。これらのグラフから、縮小側矩形領域（例えば、撮像面）において鮮明な光スポットが得られ、優れた光学性能を示すことが判る。
（実施例２）
　図５は、実施例２に係る光学系１０を示す配置図である。光学系１０は、図２に示すプリズム１０Ｌ，１０Ｒにそれぞれ対応しており、図面右上側に位置する拡大側の拡大共役点（不図示、面番号Ｓ１）、および図面右下側に位置する縮小側の縮小共役点ＣＰ（面番号Ｓ２１）を有する（面番号Ｓ１，Ｓ２１等は、後述する数値実施例を参照）。この光学系１０は、実施例１と同様な構成を有するが、以下、実施例１と重複する説明は省略することがある。
　光学系１０の内部には、縮小共役点ＣＰおよび拡大共役点とそれぞれ共役である中間結像位置が位置する。この中間結像位置は、メリジオナル面（ＹＺ面）ではＹ方向中間像ＩＭｙとして現れ、サジタル面（ＸＹ面）ではＸ方向中間像ＩＭｘとして現れる。
　光学系１０は、光学系１は、透明な媒質で形成されたプリズムと、カバーガラスＣＧとを含む。プリズムは、拡大側に位置する第１透過面Ｔ１と、縮小側に位置する第２透過面Ｔ２と、第１透過面Ｔ１と第２透過面Ｔ２との間の光路上に位置する３つの第１反射面Ｍ１、第２反射面Ｍ２および第３反射面Ｍ３とを有する。第１透過面Ｔ１（面番号Ｓ１）は、拡大側に凸面を向けた自由曲面形状を有する。第１反射面Ｍ１（面番号Ｓ４）は、光学パワーがゼロである実質的に平面の自由曲面形状を有する。第２反射面Ｍ２（面番号Ｓ８）は、第２反射面Ｍ２へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第３反射面Ｍ３（面番号Ｓ１２）は、第３反射面Ｍ３へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第２透過面Ｔ２（面番号Ｓ１４）は、縮小側に凸面を向けた自由曲面形状を有する。本実施例では、第３反射面Ｍ３が最縮小側反射面に相当する。
　撮像装置の場合、拡大側矩形領域から放射された光は、第１透過面Ｔ１を通過し、第１～第３反射面Ｍ１～Ｍ３で順に反射し、第２透過面Ｔ２を通過し、カバーガラスＣＧを経由して撮像素子２０で集光する。この場合、第１反射面Ｍ１は、プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられ、第１反射面Ｍ１の周囲領域に進行する光を排除し、第１反射面Ｍ１で反射した光だけを利用するための絞りＡＳとして機能することができる。
　図６は、実施例２に係る光学系１０の横収差図である。各グラフの正規化座標および波長は、実施例１と同様である。これらのグラフから、縮小側矩形領域（例えば、撮像面）において鮮明な光スポットが得られ、優れた光学性能を示すことが判る。
（実施例３）
　図７は、実施例３に係る光学系１０を示す配置図である。光学系１０は、図２に示すプリズム１０Ｌ，１０Ｒにそれぞれ対応しており、図面左側に位置する拡大側の拡大共役点（不図示、面番号Ｓ１）、および図面右側に位置する縮小側の縮小共役点ＣＰ（面番号Ｓ２１）を有する（面番号Ｓ１，Ｓ２１等は、後述する数値実施例を参照）。この光学系１０は、実施例１と同様な構成を有するが、以下、実施例１と重複する説明は省略することがある。
　光学系１０の内部には、縮小共役点ＣＰおよび拡大共役点とそれぞれ共役である中間結像位置が位置する。この中間結像位置は、メリジオナル面（ＹＺ面）ではＹ方向中間像ＩＭｙとして現れ、サジタル面（ＸＹ面）ではＸ方向中間像ＩＭｘとして現れる。
　光学系１０は、光学系１は、透明な媒質で形成されたプリズムと、カバーガラスＣＧとを含む。プリズムは、拡大側に位置する第１透過面Ｔ１と、縮小側に位置する第２透過面Ｔ２と、第１透過面Ｔ１と第２透過面Ｔ２との間の光路上に位置する４つの第１反射面Ｍ１、第２反射面Ｍ２、第３反射面Ｍ３および第４反射面Ｍ４とを有する。第１透過面Ｔ１（面番号Ｓ１）は、拡大側に凸面を向けた自由曲面形状を有する。第１反射面Ｍ１（面番号Ｓ４）は、光学パワーがゼロである実質的に平面の自由曲面形状を有する。第２反射面Ｍ２（面番号Ｓ８）は、第２反射面Ｍ２へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第３反射面Ｍ３（面番号Ｓ１２）は、第３反射面Ｍ３へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第４反射面Ｍ４（面番号Ｓ１６）は、第４反射面Ｍ４へ入射する光線が反射する方向に凹面を向けた自由曲面形状を有する。第２透過面Ｔ２（面番号Ｓ１８）は、縮小側に凸面を向けた自由曲面形状を有する。本実施例では、第４反射面Ｍ４が最縮小側反射面に相当する。
　撮像装置の場合、拡大側矩形領域から放射された光は、第１透過面Ｔ１を通過し、第１～第４反射面Ｍ１～Ｍ４で順に反射し、第２透過面Ｔ２を通過し、カバーガラスＣＧを経由して撮像素子２０で集光する。この場合、第１反射面Ｍ１は、プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられ、第１反射面Ｍ１の周囲領域に進行する光を排除し、第１反射面Ｍ１で反射した光だけを利用するための絞りＡＳとして機能することができる。
　図８は、実施例３に係る光学系１０の横収差図である。各グラフの正規化座標および波長は、実施例１と同様である。これらのグラフから、縮小側矩形領域（例えば、撮像面）において鮮明な光スポットが得られ、優れた光学性能を示すことが判る。
　実施例１～３に係る光学系１０において、プリズムは、第１透過面Ｔ１、第２透過面Ｔ２、第１～第４反射面Ｍ１～Ｍ４（実施例１，３）または第１～第３反射面Ｍ１～Ｍ３（実施例２）を一体化しているため、光学部品間の組み立て調整を削減でき、コストを抑えることができる。また、プリズムのパワーを有する光学面は、回転対称となる軸を持たない、即ち、面法線に対して垂直なＸ軸とＹ軸で異なる曲率の自由曲面として形成される。Ｘ軸とＹ軸で異なる曲率を定義できる自由曲面をプリズムの光学面に用いることで、歪を良好に補正する自由度が高まるため、光学系の小型化が図られる。
　次に、本実施形態に係る光学系が満足し得る条件を説明する。なお、各実施例に係る光学系に関して複数の条件が規定されるが、これら複数の条件すべてを満足してもよく、あるいは個別の条件を満足することにより、それぞれ対応する効果が得られる。
　本実施形態に係る光学系１０は、互いに光学的に共役である縮小側の縮小共役点および拡大側の拡大共役点を有する光学系であって、
　拡大側に位置する第１透過面Ｔ１、縮小側に位置する第２透過面Ｔ２、および該第１透過面Ｔ１と該第２透過面Ｔ２との間の光路上に位置する少なくとも３つの反射面Ｍ１～Ｍ４を有するプリズムを備え、
　前記プリズムは、前記少なくとも３つの反射面Ｍ１～Ｍ４で反射した光線が通過するメリジオナル面を有し、
　前記少なくとも３つの反射面は、拡大側から縮小側に向けて順に第１反射面Ｍ１および第２反射面Ｍ２と、最も縮小側に位置する最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４とを含み、
　前記縮小共役点ＣＰおよび前記拡大共役点とそれぞれ共役関係である中間結像位置が、前記プリズムの内部に位置決めされ、
　前記第１反射面Ｍ１は、前記プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられる。
　こうした構成により、第１反射面は、光学系を通過する光の量を調整する絞りの開口として機能することができる。そのため縮小共役点または拡大共役点での光量の最適化が可能になり、迷光や軸外光線の通過を阻止できる。またプリズムは、複数の透過面および反射面を一体化しているため、少ない部材で低背化でき、有効径を小さくして小型化でき、更に広角化も容易になる。
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（１）を満足してもよい。
　　－２．０＜ｒｘｍ１／ｒｙｍ１＜２．０　…（１）
ここで、
　ｒｘｍ１：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面Ｍ１を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
　ｒｙｍ１：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面Ｍ１を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第１反射面Ｍ１に対して平行な方向
である。
　式（１）は、第１反射面のｘ方向部分曲率半径とｙ方向部分曲率半径の関係を最適化している。第１反射面から拡大側に位置する光学面（透過面または反射面を意味する、以下同様）と第１反射面から縮小側に位置する光学面とが空間的に干渉しないように、第１反射面は傾斜している。式（１）を満足することによって、光学系で発生する非点収差を抑制できる。式（１）の上限を超えたり、下限を下回ると、非点収差が悪化してしまう。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（１ａ）を満足してもよい。
　　－１．０＜ｒｘｍ１／ｒｙｍ１＜１．０　…（１ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（２）を満足してもよい。
　　０．０＜ｒｘｔ１／ｒｙｔ１＜４．０　…（２）
ここで、
　ｒｘｔ１：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１透過面Ｔ１を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
　ｒｙｔ１：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１透過面Ｔ１を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第１透過面Ｔ１に対して平行な方向
である。
　式（２）は、第１透過面のｘ方向部分曲率半径とｙ方向部分曲率半径の関係を最適化している。上述した理由により、第１反射面は傾斜している。式（２）を満足することによって、光学系で発生する非点収差を抑制できる。式（２）の上限を超えたり、下限を下回ると、非点収差が悪化してしまう。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（２ａ）を満足してもよい。
　　２．０＜ｒｘｔ１／ｒｙｔ１＜３．０　…（２ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（３）を満足してもよい。
　　－７．０＜ｒｘｔ２／ｒｙｔ２＜０．０　…（３）
ここで、
　ｒｘｔ２：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２透過面Ｔ２を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
　ｒｙｔ２：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２透過面Ｔ２を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第２透過面Ｔ２に対して平行な方向
である。
　式（３）は、第２透過面のｘ方向部分曲率半径とｙ方向部分曲率半径の関係を最適化している。上述した理由により、第１反射面は傾斜している。式（３）を満足することによって、光学系で発生する非点収差を抑制できる。式（３）の上限を超えたり、下限を下回ると、非点収差が悪化してしまう。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（３ａ）を満足してもよい。
　　－５．０＜ｒｘｔ２／ｒｙｔ２＜－３．０　…（３ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（４）を満足してもよい。
　　０．０＜ｒｘｍ２／ｒｙｍ２＜３．０　…（４）
ここで、
　ｒｘｍ２：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２反射面Ｍ２を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
　ｒｙｍ２：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２反射面Ｍ２を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第２反射面Ｍ２に対して平行な方向
である。
　式（４）は、第２反射面のｘ方向部分曲率半径とｙ方向部分曲率半径の関係を最適化している。上述した理由により、第１反射面は傾斜している。式（４）を満足することによって、光学系で発生する非点収差を抑制できる。式（４）の上限を超えたり、下限を下回ると、非点収差が悪化してしまう。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（４ａ）を満足してもよい。
　　０．０＜ｒｘｍ２／ｒｙｍ２＜２．０　…（４ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（５）を満足してもよい。
　　０．０＜ｒｘｍｓ／ｒｙｍｓ＜３．０　…（５）
ここで、
　ｒｘｍｓ：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
　ｒｙｍｓ：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４に対して平行な方向
である。
　式（５）は、最縮小側反射面のｘ方向部分曲率半径とｙ方向部分曲率半径の関係を最適化している。上述した理由により、第１反射面は傾斜している。式（５）を満足することによって、光学系で発生する非点収差を抑制できる。式（５）の上限を超えたり、下限を下回ると、非点収差が悪化してしまう。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（５ａ）を満足してもよい。
　　０．０＜ｒｘｍｓ／ｒｙｍｓ＜２．０　…（５ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（６）を満足してもよい。
　　５．０＜｜αｔ１｜＜３０．０　…（６）
ここで、
　αｔ１：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１透過面Ｔ１を通過する位置での前記第１透過面Ｔ１の法線ＮＴ１と、前記第１反射面Ｍ１を通過する位置での前記第１反射面Ｍ１の法線ＮＭ１とのなす角
である（各法線のなす角は、図１１参照）。
　式（６）は、第１透過面の法線と第１反射面の法線とのなす角を最適化している。式（６）の下限を下回ると、各面同士が空間的に干渉してしまう。上限を上回ると、プリズムの製造が困難になる。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（６ａ）を満足してもよい。
　　１０．０＜｜αｔ１｜＜２５．０　…（６ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（７）を満足してもよい。
　　｜αｍ２｜＜２．０　…（７）
ここで、
　αｍ２：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面Ｍ１を通過する位置での前記第１反射面Ｍ１の法線と、前記第２反射面Ｍ２を通過する位置での前記第２反射面Ｍ２の法線とのなす角
である（各法線のなす角は、図１１参照）。
　式（７）は、第１反射面の法線と第２反射面の法線とのなす角を最適化している。式（７）の上限を上回ると、プリズムの製造が困難になる。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（７ａ）を満足してもよい。
　　｜αｍ２｜＜１．０　…（７ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（８）を満足してもよい。
　　１０．０＜｜αｔ２｜＜３５．０　…（８）
ここで、
　αｔ２：前記第１反射面Ｍ１の中心と前記縮小共役点ＣＰを含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４を通過する位置での前記最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４の法線と、前記第２透過面Ｔ２を通過する位置での前記第２透過面Ｔ２の法線とのなす角
である（各法線のなす角は、図１１参照）。
　式（８）は、最縮小側反射面の法線と第２透過面の法線とのなす角を最適化している。式（８）の下限を下回ると、各面同士が空間的に干渉してしまう。上限を上回ると、プリズムの製造が困難になる。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（８ａ）を満足してもよい。
　　１５．０＜｜αｔ２｜＜３０．０　…（８ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（９）を満足してもよい。
　　０．４０＜｜ｔ１／ｔ２｜＜０．９０　…（９）
ここで、
　ｔ１：前記第１透過面Ｔ１と前記第１反射面Ｍ１との間の間隔
　ｔ２：前記第２透過面Ｔ２と前記再縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４との間隔
である。
　式（９）は、透過面と反射面との間の間隔を最適化している。式（９）の下限を下回ると、縮小側への軸外光線の入射角が大きくなる。上限を上回ると、第１透過面のサイズが大きくなりすぎる。
　さらに本実施形態に係る光学系１０は、以下の条件（９ａ）を満足してもよい。
　　０．５０＜｜ｔ１／ｔ２｜＜０．８０　…（９ａ）
　本実施形態に係る光学系１０は、前記第１反射面Ｍ１は８０％以上の反射率を有し、前記第１反射面Ｍ１の周囲領域は１０％未満の反射率を有してもよい。
　こうした構成により、第１反射面の周囲領域に進行するゴースト光を排除し、第１反射面で反射した光だけを利用することができる。
　本実施形態に係る光学系１０は、前記中間結像位置は、前記第２反射面Ｍ２と前記最縮小側反射面Ｍ３，Ｍ４との間にあってもよい。
　こうした構成により、プリズムの小型化が図られる。
　本実施形態に係る光学系１０は、前記第１反射面Ｍ１と前記周囲領域とは、同一平面でなくてもよい。
　こうした構成により、第１反射面の周囲領域に進行するゴースト光を効率的に排除できる。
　本実施形態に係る光学系１０は、前記周囲領域は、前記第１反射面Ｍ１から前記第１透過面Ｔ１の反対側に延びる錐面を含んでもよい。
　こうした構成により、第１反射面の周囲領域に進行するゴースト光を効率的に排除できる。
　本実施形態に係る光学系１０は、前記周囲領域には、光を吸収または散乱する材料または形状が設けられてもよい。
　こうした構成により、第１反射面の周囲領域に進行するゴースト光を効率的に排除できる。
　図１０（Ａ）は、第１反射面および周囲領域を示す平面図であり、図１０（Ｂ）は、その断面図である。第１反射面Ｍ１は、例えば、円形ミラーで構成され、その周囲領域ＴＰは、ゴースト光を排除する機能が設けられる。その手法として、例えば、ａ）周囲領域ＴＰは第１反射面Ｍ１と同一平面でない形状、例えば、傾斜面にして、光を散乱させる、ｂ）周囲領域ＴＰは、第１反射面Ｍ１から第１透過面Ｔ１の反対側に延びる錐面、例えば、逆テーパー状の円錐面または角錐面を含むようにして、光を散乱させる、ｃ）周囲領域ＴＰに、光を吸収または散乱する材料または形状、例えば、墨塗り、シボ（微細凹凸形状）を設けて光を吸収または散乱させる、等が採用でき、これらの手法のいずれか１つでもよく、２つ以上の手法を組み合わせてもよい。
　以下、実施例１～３に係る光学系の数値実施例を説明する。なお、各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位はすべて「°」である。また、各数値実施例において、曲率半径、面間隔、材質を示す。
　また、プリズム光学面の自由曲面形状は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を用いた次式で定義している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、
　ｚ：ｚ軸に平行な面のサグ量
　ｒ：半径方向の距離（＝√（ｘ２＋ｙ２））
　ｃ：面頂点における曲率
　ｋ：コーニック係数
　Ｃｊ：単項式ｘｍｙｎの係数（表中x^m y^n）の係数
である。
（数値実施例１）
　数値実施例１（実施例１に対応）の光学系について、レンズデータを表１に示す。プリズム光学面の偏心タイプおよびα回転量を表２に示す。プリズム光学面の自由曲面形状データを表３に示す。
　なお、１つのプリズム光学面につき複数の面番号（例えば、第１反射面Ｍ１では４つの面番号Ｓ４～Ｓ７）を有するが、これらは数値計算時のグローバル座標とローカル座標との間の座標変換に使用した面番号を意味する。また、表中の「ディセンター＆リターン」とは、数値計算時のグローバル座標とローカル座標との間の座標変換を意味する。また、図４、図６、図８に示した横収差図は、縮小側矩形領域での像高座標(x, y) = (0.000, 0.000), (0.000, 1.9445), (0.000, -1.9445), (1.9445, 0.000), (1.9445, 1.9445), (1.9445, -1.9445)にそれぞれ対応する。他の数値実施例についても同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
（数値実施例２）
　数値実施例２（実施例２に対応）の光学系について、レンズデータを表４に示す。プリズム光学面の偏心タイプおよびα回転量を表５に示す。プリズム光学面の自由曲面形状データを表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
（数値実施例３）
　数値実施例３（実施例３に対応）の光学系について、レンズデータを表７に示す。プリズム光学面の偏心タイプおよびα回転量を表８に示す。プリズム光学面の自由曲面形状データを表９に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　以下の表１０に、各数値実施例１～３における各式（１）～（９）の対応値をそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　以下の表１１に、各数値実施例１～３における各式（１）～（９）中の変数の数値をそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
（実施形態３）
　以下、図１２を用いて本開示の実施形態３を説明する。図１２は、本開示に係る画像投写装置の一例を示すブロック図である。画像投写装置１００は、実施形態２で開示した光学系１０と、画像形成素子１０１と、光源１０２と、制御部１１０などを備える。
　画像形成素子１０１は、液晶、ＤＭＤなどで構成され、光学系１０を経由してスクリーンＳＲに投写する画像を生成する。光源１０２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、レーザなどで構成され、画像形成素子１０１に光を供給する。制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどで構成され、装置全体および各コンポーネントを制御する。光学系１０は、画像投写装置１００に対して着脱自在に取付け可能な交換レンズとして構成してもよく、あるいは画像投写装置１００に一体化した組み込みレンズとして構成してもよい。
　以上の画像投写装置１００は、実施形態２に係る光学系１０により、小型な装置で短焦点かつ大画面の投写が可能になる。
（実施形態４）
　以下、図１３を用いて本開示の実施形態４を説明する。図１３は、本開示に係る撮像装置の一例を示すブロック図である。撮像装置２００は、実施形態２で開示した光学系１０と、撮像素子２０１と、制御部２１０などを備える。
　撮像素子２０１は、ＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどで構成され、光学系１０が形成する物体ＯＢＪの光学像を受光して電気的な画像信号に変換する。制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどで構成され、装置全体および各コンポーネントを制御する。光学系１０は、撮像装置２００に対して着脱自在に取付け可能な交換レンズとして構成してもよく、あるいは撮像装置２００に一体化した組み込みレンズとして構成してもよい。
　以上の撮像装置２００は、実施形態２に係る光学系１０により、小型な装置で短焦点かつ大画面の撮像が可能になる。また、複数の撮像装置２００を使用することによって、ステレオカメラ、マルチアングルカメラ等を実現できる。
　以上のように、本開示における技術の開示として、実施の形態を説明した。そのために添付図面および詳細な説明を提供した。
　したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面または詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須でるとの認定をするべきでない。
　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイなどの画像投写装置、およびデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視システムにおける監視カメラ、Ｗｅｂカメラ、車載カメラ等の撮像装置に適用可能である。特に本開示は、プロジェクタ、デジタルスチルカメラシステム、デジタルビデオカメラシステムといった高画質が要求される光学系に適用可能である。

Claims (19)

  1. 　互いに光学的に共役である縮小側の縮小共役点および拡大側の拡大共役点を有する光学系であって、
    　拡大側に位置する第１透過面、縮小側に位置する第２透過面、および該第１透過面と該第２透過面との間の光路上に位置する少なくとも３つの反射面を有するプリズムを備え、
    　前記プリズムは、前記少なくとも３つの反射面で反射した光線が通過するメリジオナル面を有し、
    　前記少なくとも３つの反射面は、拡大側から縮小側に向けて順に第１反射面および第２反射面と、最も縮小側に位置する最縮小側反射面とを含み、
    　前記縮小共役点および前記拡大共役点とそれぞれ共役関係である中間結像位置が、前記プリズムの内部に位置決めされ、
    　前記第１反射面は、前記プリズムの内部を進行する複数の主光線が集束する領域に設けられる、光学系。
  2. 　以下の条件（１）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　－２．０＜ｒｘｍ１／ｒｙｍ１＜２．０　…（１）
    ここで、
    　ｒｘｍ１：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
    　ｒｙｍ１：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
    　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
    　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第１反射面に対して平行な方向
    である。
  3. 　以下の条件（２）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　０．０＜ｒｘｔ１／ｒｙｔ１＜４．０　…（２）
    ここで、
    　ｒｘｔ１：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１透過面を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
    　ｒｙｔ１：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１透過面を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
    　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
    　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第１透過面に対して平行な方向
    である。
  4. 　以下の条件（３）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　－７．０＜ｒｘｔ２／ｒｙｔ２＜０．０　…（３）
    ここで、
    　ｒｘｔ２：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２透過面を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
    　ｒｙｔ２：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２透過面を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
    　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
    　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第２透過面に対して平行な方向
    である。
  5. 　以下の条件（４）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　０．０＜ｒｘｍ２／ｒｙｍ２＜３．０　…（４）
    ここで、
    　ｒｘｍ２：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２反射面を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
    　ｒｙｍ２：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第２反射面を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
    　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
    　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記第２反射面に対して平行な方向
    である。
  6. 　以下の条件（５）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　０．０＜ｒｘｍｓ／ｒｙｍｓ＜３．０　…（５）
    ここで、
    　ｒｘｍｓ：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記最縮小側反射面を通過する位置でのｘ方向部分曲率半径
    　ｒｙｍｓ：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記最縮小側反射面を通過する位置でのｙ方向部分曲率半径
    　ｘ方向：前記メリジオナル面に対して垂直な方向
    　ｙ方向：前記メリジオナル面および前記最縮小側反射面に対して平行な方向
    である。
  7. 　以下の条件（６）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　５．０＜｜αｔ１｜＜３０．０　…（６）
    ここで、
    　αｔ１：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１透過面を通過する位置での前記第１透過面の法線と、前記第１反射面を通過する位置での前記第１反射面の法線とのなす角
    である。
  8. 　以下の条件（７）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　｜αｍ２｜＜２．０　…（７）
    ここで、
    　αｍ２：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面を通過する位置での前記第１反射面の法線と、前記第２反射面を通過する位置での前記第２反射面の法線とのなす角
    である。
  9. 　以下の条件（８）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　１０．０＜｜αｔ２｜＜３５．０　…（８）
    ここで、
    　αｔ２：前記第１反射面の中心と前記縮小共役点を含む共役面の中心とを通過する基準光線が、前記第１反射面を通過する位置での前記第１反射面の法線と、前記第２反射面を通過する位置での前記第２反射面の法線とのなす角
    である。
  10. 　以下の条件（９）を満足する、請求項１に記載の光学系。
    　　０．４０＜｜ｔ１／ｔ２｜＜０．９０　…（９）
    ここで、
    　ｔ１：前記第１透過面と前記第１反射面との間の間隔
    　ｔ２：前記第２透過面と前記再縮小側反射面との間隔
    である。
  11. 　前記第１反射面は８０％以上の反射率を有し、前記第１反射面の周囲領域は１０％未満の反射率を有する、請求項１に記載の光学系。
  12. 　前記中間結像位置は、前記第２反射面と前記最縮小側反射面との間にある、請求項１に記載の光学系。
  13. 　前記第１反射面と前記周囲領域とは、同一平面でない、請求項１に記載の光学系。
  14. 　前記周囲領域は、前記第１反射面から前記第１透過面の反対側に延びる錐面を含む、請求項１３に記載の光学系。
  15. 　前記周囲領域には、光を吸収または散乱する材料または形状が設けられる、請求項１３に記載の光学系。
  16. 　請求項１～１５のいずれかに記載の光学系を複数有し、前記複数の光学系の前記第２透過面の各々が隣接して配置される、ステレオ光学系。
  17. 　請求項１６に記載のステレオ光学系と、
    　前記複数の第２透過面に対応する単一の撮像面を有し、前記複数の光学系が形成する各々の光学像を、前記撮像面を分割した分割面で受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備えるステレオ撮像装置。
  18. 　請求項１から１５のいずれかに記載の光学系と、
    　該光学系が形成する光学像を受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、を備える撮像装置。
  19. 　請求項１から１５のいずれかに記載の光学系と、
    　該光学系を経由してスクリーンに投写する画像を生成する画像形成素子と、を備える画像投写装置。
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