JPH09329747A - 結像光学系 - Google Patents

結像光学系

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JPH09329747A
JPH09329747A JP8148929A JP14892996A JPH09329747A JP H09329747 A JPH09329747 A JP H09329747A JP 8148929 A JP8148929 A JP 8148929A JP 14892996 A JP14892996 A JP 14892996A JP H09329747 A JPH09329747 A JP H09329747A
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Kokichi Kenno
研野孝吉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い撮像領域がとれ、かつ、光路を折り畳む
ことによって、光線収差が良好に補正された像歪みのな
い小型で光学部品点数の少ない結像光学系。 【解決手段】 第1面1、第2面2、第3面3、第4面
4からなる五角プリズム状のプリズム体5であり、第1
面1と第4面4が屈折面、第2面2と第3面3が反射面
であり、第1面1は球面、第2面2、第3面3、第4面
4は自由曲面からなる。カバーガラス6の裏面に設けら
れた物体面Oからの光線は、カバーガラス6を経てプリ
ズム体5の第1面1から入射し、第2面2と第3面3で
順に反射され、反射光は第1面1から第2面2に到る光
線と交差して第4面4からプリズム体5の外へ射出し、
像面Iに到る。自由曲面2〜4はその面内及び面外共に
回転対称軸を有せず、しかも、対称面を1つのみ有する
面対称自由曲面である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関
し、特に、小型の反射偏心結像光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、小型の反射偏心光学系の周知なも
のとして、特開昭59−84201号のものは、シリン
ドリカル反射面による1次元受光レンズの発明であり、
2次元の撮像はできない。また、特開昭62−1441
27号のものは、上記の発明の球面収差を低減するため
に、同一シリンドリカル面を2回反射に使うものであ
る。
【0003】また、特開昭62−205547号のもの
は、反射面の形状として非球面反射を使うことを示して
いるが、反射面の形状には言及していない。さらに、米
国特許第3,810,221号及び米国特許第3,83
6,931号の2件は、何れもレフレックスカメラのフ
ァインダー光学系に回転対称非球面鏡と対称面を1面し
か持たない面を持ったレンズ系を用いた例を示してい
る。ただし、対称面を1面しか持たない面は、観察虚像
の傾きを補正する目的で利用されている。
【0004】また、特開平1−257834号(米国特
許第5,274,406号)のものは、背面投影型テレ
ビにおいて、像歪みを補正するために、対称面を1面し
か持たない面を反射鏡に使用した例を示しているが、ス
クリーンへの投影には投影レンズ系が使われ、像歪みの
補正に対称面を1面しか持たない面が使われている。
【0005】また、特開平7−333551号には、観
察光学系としてアナモルフィック面とトーリック面を使
用した裏面鏡タイプの偏心光学系の例が示されている。
しかし、像歪みを含め収差の補正が不十分で撮像光学系
には使用できない。
【0006】以上の何れの先行技術も、対称面を1面し
か持たない面を使い、折り返し光路に裏面鏡として使用
したものではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来、結像光学系にお
いて、広い画角と収差が良好に補正された像歪みのない
光学系を構成するには、回転対称光学系ではレンズの構
成枚数が多くなり、大型で高価にならざるを得なかっ
た。
【0008】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い撮像領域が
とれ、かつ、光路を折り畳むことによって、光線収差が
良好に補正された像歪みのない小型で光学部品点数の少
ない結像光学系を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の結像光学系は、少なくとも偏心光学系を有し、物体
からの光を撮像素子面上に結像させる結像光学系におい
て、前記結像光学系が少なくとも1面の反射作用を有す
る反射面を備え、前記反射面の少なくとも1面の面形状
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有せず、しか
も、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面からなるこ
とを特徴とするものである。
【0010】この反射面は、物体側から瞳中心を通り前
記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記
結像光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義
される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記
結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、
前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したと
きに、少なくとも以下の条件(A−1)、(B−1)の
何れかを満足することが望ましい。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RX、RYはそれぞれ前記反射面に前記軸上主
光線が当たる部分のX方向、Y方向の曲率である。
【0011】以下、本発明において上記の構成をとる理
由と作用について説明する。本発明において、対称面を
1面しか持たない面(以下、TFC面と呼ぶ。)を利用
したことについて、以下に詳しく説明する。
【0012】まず、以下の説明において、用いる座標系
について説明する。物体側から瞳中心を通り結像位置中
心に到達する像中心の主光線が、偏心光学系の第1面に
交差するまでの直線によって定義される光軸をZ軸と
し、このZ軸と直交し、かつ、偏心光学系を構成する各
面の偏心面内の軸をY軸と定義し、上記光軸と直交し、
かつ、上記Y軸と直交する軸をX軸とする。また、光線
の追跡方向は、瞳位置から結像位置に向かう順追跡で説
明する。
【0013】今までの収差補正について概観すると、 (1)一般に、少ない面数で収差を良好に補正するため
には、回転対称光学系においては、非球面が一般に用い
られる。同様に、反射光学系においても球面反射鏡で発
生する球面収差を放物面等の回転対称非球面を用いるこ
とにより発生させないようにしている。つまり、回転対
称光学系においては、回転対称非球面を用いることは周
知の事実である。
【0014】(2)また、マンジャン鏡(A.Mang
in,1876)のように、裏面反射鏡にすることによ
って球面収差の発生を少なくすることができることも周
知の事実である。
【0015】これは、裏面鏡の焦点距離fは、裏面鏡の
曲率半径rと媒質の屈折率nから、 f=−r/2n で表され、同じ焦点距離fを得ようとした場合に、例え
ば1.5の屈折率のガラスで裏面鏡にすると、表面鏡に
比べて曲率半径rが1.5倍大きくてすむ分、収差の発
生も少なくてすむからである。
【0016】(3)一方、偏心して配置された凹面鏡
は、偏心により反射鏡に光線が当たる部分での上述のY
軸方向の光線とX軸方向の光線との焦点位置がずれ、軸
上でも非点収差が発生する。
【0017】この軸上の非点収差の発生をなくすために
は、本出願人の特願平6−211067号又は特願平6
−256676号に述べられているように、方向により
曲率の異なるアナモルフィック面又はトーリック面等が
用いられる。
【0018】(4)次に、像面歪曲について説明する。
凹面鏡と凸面鏡の配置が像面湾曲収差に良い効果を発揮
することは、本出願人の特願平5−264828号に詳
しく述べられており、傾いた凹面鏡が発生する収差につ
いては、特願平6−127453号等に述べられてい
る。また、特願平6−256676号でも、凹面鏡を2
枚で構成することによって像面湾曲を良好に補正するこ
とに成功している。
【0019】(5)また、像歪みについては、特開平5
−303056号に述べられているように、X軸方向、
Y軸方向の正負によって曲率が異なる面で構成すること
が良い結果を得る。また、用途が異なるが、背面投影テ
レビにおいて、特開平1−257834号では、本発明
で使用しているTFC面同様のフレネル反射面が使われ
ているが、その目的は台形の像歪みを補正するために、
投影光学系でスクリーンに実像を投影する際にその反射
面で反射し、このときに台形像歪みのみを補正する構成
で使われている。また、傾いた凹面鏡により発生する台
形や弓なりの像歪みに関しては、特開平5−30305
6号に述べられている。
【0020】上記各発明で欠けている要素は、撮像光学
系又は結像光学系として十分な収差性能を、折り返し光
路の光学系を使い、かつ、上記の各構成の組み合わせで
収差を補正する試みがなされていなかことである。
【0021】回転対称光学系による収差については、レ
ンズに入射する光線の挙動が回転軸である光軸からの高
さのみによって変化し、これによって収差が発生する。
これをいかに補正するかである。しかし、偏心光学系に
おいては、光線が面に当たる高さも位置も偏心方向の面
の上下で大きく異なってくる。つまり、回転対称性が全
くないのに、回転対称球面を基本に置いたシリンドリカ
ル面やトーリック面、アナモルフィック面では、この複
雑な光線の挙動に対応し収差補正をすることができなく
なってしまう。
【0022】ここで、本発明において用いる自由曲面と
は以下の式で定義されるものである。 Z=C2 +C3 y+C4 x +C5 2 +C6 yx+C7 2 +C8 3 +C9 2 x+C10yx2 +C113 +C124 +C133 x+C142 2 +C15yx3 +C164 +C175 +C184 x+C193 2 +C202 3 +C21yx4 +C225 +C236 +C245 x+C254 2 +C263 3 +C272 4 +C28yx5 +C296 +C307 +C316 x+C325 2 +C334 3 +C343 4 +C352 5 +C36yx6 +C377 ・・・・・ ・・・・(a) 上式において、偏心方向をY方向とするとき、Xの奇数
次項は全て0である。
【0023】この定義式により、以下に説明する各収差
の補正を良好に補正することが可能となり、本発明のよ
うに傾いて配置された反射鏡により結像光学系として使
用できる程の屈折力(パワー)を付加することが可能と
なった。
【0024】まず、基準となる面は2乗の項の放物面を
元にしているので、球面収差が発生し難い。次に、Yの
奇数次項とXの奇数次項が存在するので、X軸の任意の
位置でY軸方向の傾きを与えることができる。
【0025】YとXのそれぞれに対して、奇数次と偶数
次が掛け合わさっているので、各軸の正負に対して自由
な曲率を与えることができる。
【0026】以上のように様々な自由度があり、偏心し
て配置された反射面として使用した場合に、パワーを持
たせても、収差を十分に補正することがこの定義式を使
うことによって初めて可能となった。
【0027】この自由度が収差補正にいかに重要である
かを説明する。傾いてなおかつパワーを持った反射鏡の
場合には、回転非対称な像面湾曲が発生する。この像面
湾曲は、瞳を通過しX軸方向に広がりを持った光線は、
偏心して配置された反射鏡に当たって反射されるが、光
線が当たって以降の像面までの距離は、裏面鏡の焦点距
離の式 f=−r/2n に従い、光線が当たった部分の曲率rと屈折率nからr
/2nである。つまり、偏心して配置された凹面鏡の反
射後の光線の進む方向に対して、傾いた反射鏡と平行に
光軸に対して傾いて、なおかつ、反射鏡の曲率rのr/
2nの湾曲した像面を形成する。
【0028】自由曲面は、上述のように、Y軸の正負に
よって曲率を任意に変えることが可能なYの奇数次項を
持っているため、偏心して配置された凹面鏡で発生する
回転非対称な像面湾曲、特に像面の傾きを補正すること
に対して有効に作用する。
【0029】次に、回転対称な像面湾曲について説明す
る。反射鏡により一般的に反射面に沿った像面湾曲が発
生する。本発明の場合は、上に述べたように、凹面鏡と
対をなした凸面鏡により像面湾曲を補正できる構成も可
能であるし、凹面を2面使用してそれぞれで発生する像
面湾曲を少なくする工夫をしている。しかし、従来の面
形状では面数も少ないために、完全には補正されない。
この補正し切れない像面湾曲を補正するためには、任意
の場所で任意の曲率を与えることができる自由曲面は収
差補正上好ましい。これは、Y軸の正負によって曲率を
Yの奇数次項とXの2乗以上の組み合わせにより可能と
なる。
【0030】さらに、任意の場所の非点収差の発生を少
なくするためには、X軸方向の曲率とY軸方向の曲率の
差を任意に変えることにより補正することが可能とな
る。これは、Xの2乗項とYの2乗項が独立に存在して
いることにより可能となる。
【0031】さらに好ましくは、光学部品製作性を考慮
すると、自由曲面は必要最低限にすることが望ましい。
そこで、少なくとも3つの面の中、1つの面を上記自由
曲面とし、他の面を平面もしくは球面又は偏心した回転
対称面にすることによって、製作性を上げることが可能
となる。
【0032】さらに好ましくは、以下の条件を満足する
ことによって、広画角で瞳径が大きく、かつ、収差補正
の良好に行われた結像光学系を提供することができる。
【0033】上述の定義に従って、X軸、Y軸、Z軸と
するとき、瞳位置中心を射出し、像を形成する結像光学
系に入射する光線の最大画角の光線が各面と交差する領
域を有効領域と定義し、次の表−1に示すような光線
〜を追跡する。
【0034】
【0035】すなわち、画面中心の光軸方向の軸上主光
線をとし、上側中心画角の光線を、右上画角の光線
を、右中心画角の光線を、右下画角の光線を、下
側中心画角の光線をとする。これら光線〜が光学
系の各面に当たる部分の面形状を記述する式(Z軸を面
の軸として表した式、あるいは、その面を偏心がないと
して、Z=f(X,Y)の形式で表した式)の1次微分
と曲率の値を求める。つまり、1次微分は面の定義座標
に対する光線が当たる部分の傾きを表し、曲率は光線の
当たる部分の部分的曲率を表す。これは、光学系の各面
が偏心して配置された場合には、面形状を定義する座標
は任意の位置に定義でき、前記座標中心での曲率等を記
述しても、その部分を光線が通過していないことがあ
り、面形状を限定したことにならないためである。
【0036】ところで、まず、TFC面の軸上主光線
が当たる位置のX方向の部分的曲率について説明する。
本発明において、面の部分的曲率を規定する意味は、い
くら収差が良好に補正されるTFC面であっても、余り
に面のパワーが大きすぎると、収差発生が大きくなりす
ぎ、他の面で補正することが不可能になるからである。
X方向の主光線が当たる部分の曲率をRXとすると、 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) なる条件を満足することが重要である。この偏心して配
置された反射面の曲率が上限の0.5を越えない場合に
は、対称面を1面しか持たない面で反射面を構成するこ
とによって、収差発生の少ない光学系を構成することが
可能となる。この上限0.5を越えている反射面では、
偏心による各種収差の発生が極めて大きくなり、他の面
で補正することが難しくなる。
【0037】さらに好ましくは、 |RX|<0.1 (1/mm) ・・・(A−2) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
【0038】さらに好ましくは、 |RX|<0.05(1/mm) ・・・(A−3) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
【0039】次に、TFC面の軸上主光線が当たる位
置のY方向の部分的曲率について説明する。本発明にお
いて、面の部分的曲率を規定する意味は、いくら収差が
良好に補正されるTFC面であっても、余りに面のパワ
ーが大きすぎると、収差発生が大きくなりすぎ、他の面
で補正することが不可能になるからである。Y方向の主
光線が当たる部分の曲率をRYとすると、 |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) なる条件を満足することが重要である。この偏心して配
置された反射面の曲率が、上限の0.5を越えない場合
には、対称面を1面しか持たない面で反射面を構成する
ことによって、収差発生の少ない光学系を構成すること
が可能となる。この上限0.5を越えている反射面で
は、偏心による各種収差の発生が極めて大きくなり、他
の面で補正することが難しくなる。
【0040】さらに好ましくは、 |RY|<0.1 (1/mm) ・・・(B−2) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
【0041】さらに好ましくは、 |RY|<0.05(1/mm) ・・・(B−3) なる条件を満足するときに、対称面を1面しか持たない
面で反射面を構成することが、偏心による収差を発生さ
せないために重要となる。
【0042】次に、反射面において、X軸方向の1回微
分の値DXが、瞳中心を通り、像面中心に達する主光線
が当たる位置の傾きDXaxisと曲率RXに対して、D
max1=MAX((DX−DXaxis)/RX)とすると
き、以下の条件を満足することが重要となる。
【0043】 |DXmax1|<100.0 (mm) ・・・(1−1) この条件は、反射面のX方向の傾きを表し、上記条件式
の上限の100.0を越えると、各像高の主光線に対し
反射面の傾きが大きくなりすぎ、偏心による収差発生が
大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能にな
る。
【0044】さらに好ましくは、 |DXmax1|<10.0 (mm) ・・・(1−2) なる条件式を満足することが重要である。
【0045】さらに好ましくは、 |DXmax1|<6.0 (mm) ・・・(1−3) なる条件式を満足することが重要である。
【0046】上記条件式(1−1)〜(1−3)は共
に、広い画角において良好な観察像を得るために必要な
ものである。特に条件式(1−2)は10度以上の半画
角において重要となり、条件式(1−3)は15度以上
の半画角において満足することが好ましい。
【0047】次に、反射面において、面の偏心方向の傾
き、つまり、Y軸方向の1回微分の値DYが、瞳中心を
通り、像面中心に達する主光線が当たる位置の傾きD
axisと曲率RYに対して、DYmax2=MAX((DY
−DYaxis)/RY)とするとき、以下の条件を満足す
ることが重要となる。
【0048】 |DYmax2|<100.0 (mm) ・・・(2−1) この条件は、反射面のY方向の傾きを表し、上記条件式
の上限の100.0を越えると、各像高の主光線に対し
反射面の傾きが大きくなりすぎ、偏心による収差発生が
大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能にな
る。
【0049】さらに好ましくは、 |DYmax2|<10.0 (mm) ・・・(2−2) なる条件式を満足することが重要である。
【0050】さらに好ましくは、 |DYmax2|<6.0 (mm) ・・・(2−3) なる条件式を満足することが重要である。
【0051】上記条件式(2−1)〜(2−3)は共
に、広い画角において良好な観察像を得るために必要な
ものである。特に条件式(2−2)は10度以上の半画
角において重要となり、条件式(2−3)は15度以上
の半画角において満足することが好ましい。
【0052】次に、X方向の最大画角の主光線とが
偏心して配置された反射面に当たる位置でのX方向の傾
きと、X方向画角ゼロの主光線とがその反射面に当
たる位置でのX方向の傾きとの差それぞれを(DX4−
DX1)、(DX6−DX3)とし、その差をDX3
(DX4−DX1)−(DX6−DX3)とするとき、 |DX3 |<0.4 ・・・(3−1) なる条件を満足することが好ましい。
【0053】上記条件式(3−1)は、X方向の周辺画
像のX方向の歪みを表している。この条件式の上限の
0.4を越えると、観察像の左右端がX軸方向に変化
し、台形の像歪みが大きくなり、他の面で補正すること
が不可能となり、歪んだ観察像になってしまう。
【0054】さらに好ましくは、 |DX3 |<0.2 ・・・(3−2) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
0度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
【0055】さらに好ましくは、 |DX3 |<0.1 ・・・(3−3) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
5度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
【0056】さらに好ましくは、 |DX3 |<0.05 ・・・(3−4) これは、特に20度以上の半画角を確保しようとした場
合に、像歪みのほとんどない観察像を観察する場合に重
要となる。
【0057】次に、X方向の最大画角の主光線とが
偏心して配置された反射面に当たる位置でのY方向の傾
きと、X方向画角ゼロの主光線とがその反射面に当
たる位置でのY方向の傾きとの差それぞれを(DY4−
DY1)、(DY6−DY3)とし、その差をDY4
(DY4−DY1)−(DY6−DY3)とするとき、 |DY4 |<0.4 ・・・(4−1) なる条件を満足することが好ましい。
【0058】上記条件式(4−1)は、X方向の周辺画
像のY方向の歪みを表している。この条件式の上限の
0.4を越えると、観察像の左右端がY軸方向に変化
し、周辺画像が弓なりになる像歪みが大きくなり、他の
面で補正することが不可能になり、歪んだ観察像になっ
てしまう。
【0059】さらに好ましくは、 |DY4 |<0.2 ・・・(4−2) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
0度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
【0060】さらに好ましくは、 |DY4 |<0.1 ・・・(4−3) なる条件式を満足することが好ましい。これは、特に1
5度以上の半画角を確保しようとした場合に、像歪みの
少ない観察像を観察する場合に重要となる。
【0061】さらに好ましくは、 |DY4 |<0.05 ・・・(4−4) これは、特に20度以上の半画角を確保しようとした場
合に、像歪みのほとんどない観察像を観察する場合に重
要となる。
【0062】次に、画面中心のX方向の1回微分値DX
axisとX軸上のX方向最大画角の右端におけるX方向の
1回微分値DX5の差(DX5−DXaxis)をDXmax5
とするとき、反射面のDXmax5の値が、 |DXmax5|<0.5 ・・・(5−1) なる条件式を満足することが重要である。
【0063】これは、画面中心を通る左右方向の直線、
例えば水平線等が弓なりに湾曲して観察される像歪みと
なる。この数値が上限の0.5を越えると、弓なりの像
歪みが下に凸に大きく発生し、他の面で補正することが
不可能となってしまう。
【0064】さらに好ましくは、 |DXmax5|<0.1 ・・・(5−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に10度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(5−
1)と同じである。
【0065】さらに好ましくは、 |DXmax5|<0.05 ・・・(5−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に15度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(5−
1)と同じである。
【0066】さらに好ましくは、 |DXmax5|<0.02 ・・・(5−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に20度を
越える半画角の場合にはこの条件を満足することが重要
である。なお、上限については上記条件式(5−1)と
同じである。
【0067】次に、画面中心のY方向の1回微分値DY
axisとX軸上のX方向最大画角の右端におけるY方向の
1回微分値DY5の差(DY5−DYaxis)をDYmax6
とするとき、反射面のDYmax6の値が、 |DYmax6|<0.5 ・・・(6−1) なる条件式を満足することが重要である。これは、画面
中心を通る左右方向の直線、例えば水平線等が弓なり湾
曲して観察される像歪みとなる。この数値が上限の0.
5を越えると、弓なりの像歪みが下に凸に大きく発生
し、他の面で補正することが不可能となってしまう。
【0068】さらに好ましくは、 |DYmax6|<0.1 ・・・(6−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に10度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(6−
1)と同じである。
【0069】さらに好ましくは、 |DYmax6|<0.05 ・・・(6−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に15度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。なお、上限については、上記条件式(6−
1)と同じである。
【0070】さらに好ましくは、 |DYmax6|<0.02 ・・・(6−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に20度を
越える半画角の場合にはこの条件を満足することが重要
である。なお、上限については上記条件式(6−1)と
同じである。
【0071】次に、TFC面のX方向の部分的曲率の有
効域内での最大値と最小値の差をDDXmax7とすると
き、以下の条件式を満たすことが重要である。
【0072】 DDXmax7<0.5 (1/mm) ・・・(7−1) この条件は、X軸方向に曲率が変化し難いことが像面湾
曲、特にX軸方向の像面湾曲を少なくするために重要で
あることを示す。偏心して配置された反射面のX方向の
曲率の差が上限の0.5を越えると、像面湾曲が大きく
なり、平坦な像面を得ることが難しくなる。
【0073】さらに好ましくは、 DDXmax7<0.1 (1/mm) ・・・(7−2) なる条件を満足すると、周辺まで良好に補正された像を
得ることが可能となる。
【0074】さらに好ましくは、 DDXmax7<0.05(1/mm) ・・・(7−3) なる条件を満足すると、周辺までさらに良好に補正され
た像を得ることが可能となる。
【0075】次に、TFC面のY方向の部分的曲率の有
効域内での最大値と最小値の差をDDYmax8とすると
き、以下の条件式を満たすことが重要である。
【0076】 DDYmax8<0.5 (1/mm) ・・・(8−1) この条件は、Y軸方向に曲率が変化し難いことが像面湾
曲、特にY軸方向の像面湾曲を少なくするために重要で
あることを示す。偏心して配置された反射面のY方向の
曲率の差が上限の0.5を越えると、像面湾曲が大きく
なり、平坦な像面を得ることが難しくなる。
【0077】さらに好ましくは、 DDYmax8<0.1 (1/mm) ・・・(8−2) なる条件を満足すると、周辺まで良好に補正された像を
得ることが可能となる。
【0078】さらに好ましくは、 DDYmax8<0.05(1/mm) ・・・(8−3) なる条件をともに満足すると、周辺までさらに良好に補
正された像を得ることが可能となる。
【0079】次に、有効面内の各光線が面に当たる位置
での|X方向の曲率/Y方向の曲率|=|DDXn|/
|DDYn|(nは主光線の番号〜に対応して1〜
6)をDDxy9 とするとき、反射面の有効領域全てでD
xy9 が、 0.01<DDxy9 <40 ・・・(9−1) なる条件式を満足することが重要である。
【0080】これは、有効領域のX方向の結像位置とY
方向の結像位置の比に相当し、非点収差が良好に補正さ
れているための条件である。下限の0.01を越える
と、X方向の光線がY方向の光線に対して光学系側によ
り近く結像してしまい、非点収差の発生が大きくなる。
逆に、上限の40を越えると、X方向の光線がY方向の
光線に対して光学系より遠くに結像してしまい、非点収
差が逆に大きく発生してしまい、共に他の面で補正する
ことが不可能となってしまう。ただし、トーリック面等
のY軸とX軸の両方に対して対称性を持つ面の場合は本
条件内に入るが、コマ収差と像歪みの発生が大きくなっ
てしまう。
【0081】さらに好ましくは、 0.1<DDxy9 <20 ・・・(9−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。
【0082】さらに好ましくは、 0.3<DDxy9 <10 ・・・(9−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。
【0083】さらに好ましくは、 0.5<DDxy9 <6 ・・・(9−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30度を
越える半画角の場合には、この条件を満足することが重
要である。
【0084】
【発明の実施の形態】次に、本発明の結像光学系の実施
例1〜6について説明する。実施例1〜6の断面図をそ
れぞれ図1〜図6に示す。後記する数値データにおい
て、面番号は物体面から結像面に至る順追跡の順での光
学系を構成する面の番号で示してあるが、物体面と結像
面を入れ換えて逆追跡の面番号としても光学的に等価で
ある。また、面間隔は前の面と次の面の間の軸上主光線
に沿って測った長さを(ただし、反射後には符号が反転
する。)、偏心は入射軸上主光線に対する面の定義軸の
ティルト角(°)(反時計周りを正にとる。)を示す。
屈折率は実施例1〜3は波長660nmに対する値を、
実施例4〜6はd線に対する値を示す。なお、長さの単
位はmmである。
【0085】また、後記する数値データにおいて、自由
曲面の面の形状は、前記の式(a)により定義され、そ
のY軸とZ軸は図の紙面内にあり、このY−Z面が対称
面を1面しか持たない自由曲面の対称面となる。なお、
データの記載されていない次数に関する項は0である。
【0086】さて、実施例1〜6は何れも、五角プリズ
ム状の屈折率が1より大きい媒質からなるプリズム体を
形成する4つの光学面の中の、2つの反射面を含む2な
いし3つの光学面を対称面を1面しか持たない自由曲面
で構成し、残りの2面ないし1面を球面で構成すること
によって、このプリズム体に結像性能を持たせたもので
ある。
【0087】すなわち、実施例1、2は、それぞれ図
1、図2に断面を示すように、第1面1、第2面2、第
3面3、第4面4からなる五角プリズム状のプリズム体
5であり、第1面1と第4面4が屈折面、第2面2と第
3面3が反射面であり、第1面1は球面、第2面2、第
3面3、第4面4は自由曲面からなる。カバーガラス6
の裏面に設けられた物体面Oからの光線は、カバーガラ
ス6を経てプリズム体5の第1面1から入射し、第2面
2と第3面3で順に反射され、反射光は第1面1から第
2面2に到る光線と交差して第4面4からプリズム体5
の外へ射出し、像面Iに到る。これらの実施例は、水平
画角(紙面に垂直方向の画角)50度、垂直画角(紙面
内の画角)37度、共軸系に換算しての焦点距離6m
m、瞳径1.7857mmの結像光学系である。
【0088】実施例3は、図3に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面
1、第4面は球面、第2面2、第3面3は自由曲面から
なる。物体面Oからの光線は、プリズム体5の第1面1
から入射し、第2面2と第3面3で順に反射され、反射
光は第1面1から第2面2に到る光線と交差して第4面
4からプリズム体5の外へ射出し、カバーガラス6を経
てその裏面に設けられた像面Iに到る。この実施例は、
水平画角(紙面に垂直方向の画角)50度、垂直画角
(紙面内の画角)37度、共軸系に換算しての焦点距離
6mm、瞳径1.7857mmの結像光学系である。
【0089】実施例4は、図4に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面1
は球面、第2面2、第3面3、第4面4は自由曲面から
なる。この光学系は投影光学系であり、無限遠からの物
体光は、プリズム体5の第1面1から入射し、第2面2
と第3面3で順に反射され、反射光は第1面1から第2
面2に到る光線と交差して第4面4からプリズム体5の
外へ射出し、カバーガラス6を経てその裏面に設けられ
た像面Iに到る。この実施例は、物体高X軸方向(紙面
に垂直方向)1.447mm、Y軸方向(紙面内の方
向)1.0915mm、物体側NA(開口数)0.03
57の投影光学である。
【0090】実施例5は、図5に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面
1、第2面2、第3面3は自由曲面、第4面4は球面か
らなる。この光学系は投影光学系であり、無限遠からの
物体光は、プリズム体5の第1面1から入射し、第2面
2と第3面3で順に反射され、反射光は第1面1から第
2面2に到る光線と交差して第4面4からプリズム体5
の外へ射出し、カバーガラス6を経てその裏面に設けら
れた像面Iに到る。この実施例は、物体高X軸方向(紙
面に垂直方向)1.447mm、Y軸方向(紙面内の方
向)1.0915mm、物体側NA(開口数)0.03
57の投影光学である。
【0091】実施例6は、図6に断面を示すように、第
1面1、第2面2、第3面3、第4面4からなる五角プ
リズム状のプリズム体5であり、第1面1と第4面4が
屈折面、第2面2と第3面3が反射面であり、第1面1
は球面、第2面2、第3面3、第4面4は自由曲面球面
からなる。この光学系は投影光学系であり、無限遠から
の物体光は、別体の絞りを経て、プリズム体5の第1面
1から入射し、第2面2と第3面3で順に反射され、反
射光は第1面1から第2面2に到る光線と交差して第4
面4からプリズム体5の外へ射出し、カバーガラス6を
経てその裏面に設けられた像面Iに到る。この実施例
は、物体高X軸方向(紙面に垂直方向)4.02mm、
Y軸方向(紙面内の方向)3.03mm、物体側NA
(開口数)0.0129の投影光学である。
【0092】以下に、上記実施例1〜6の構成パラメー
タを示す。 実施例1 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ 2 1.51374 1 ∞ 0.1 2 5.14554 5 1.52246 3(反射面) 自由曲面(絞り) -4 22.5 ° 1.52246 4(反射面) 自由曲面 5 22.5 ° 1.52246 5 自由曲面 10 像 面 ∞ 10.85° 自由曲面 C5 -1.7259×10-27 -2.7401×10-28 1.1803×10-310 1.4324×10-312 5.2923×10-4 自由曲面 C5 2.4038×10-27 2.0287×10-28 1.8232×10-310 2.3734×10-312 -4.2358×10-514 -1.4306×10-316 -2.1648×10-417 -1.5709×10-519 2.5253×10-421 -9.0495×10-5 自由曲面 C5 2.0512×10-27 -6.8638×10-38 1.4451×10-210 1.1589×10-212 2.9399×10-314 -7.5491×10-416 6.6724×10-417 1.4057×10-419 -6.7043×10-521 -1.4187×10-4
【0093】実施例2 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ 2 1.51374 1 ∞ 3.2357 2 4.138 (絞り) 8.0000 1.52246 3(反射面) 自由曲面 -6.0000 22.5 ° 1.52246 4(反射面) 自由曲面 7.0000 22.5 ° 1.52246 5 自由曲面 9.7955 像 面 ∞ 6.57° 自由曲面 C5 -1.3741×10-27 -1.5219×10-28 4.1326×10-410 -1.1718×10-412 2.7049×10-414 4.1434×10-416 2.7833×10-417 -7.9413×10-619 -3.9758×10-621 -9.7917×10-6 自由曲面 C5 8.8248×10-37 1.2101×10-28 9.7701×10-410 3.0621×10-412 1.1704×10-414 5.0194×10-516 4.4158×10-517 -2.2647×10-519 -2.2923×10-521 -9.9488×10-6 自由曲面 C5 4.8179×10-27 5.8589×10-28 6.3509×10-310 2.1715×10-312 1.0285×10-3
【0094】実施例3 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ 22.1708 1 4.390 4.0000 1.52246 2(反射面) 自由曲面(絞り) -3.0000 1.52246 3(反射面) 自由曲面 4.0000 22.5 ° 1.52246 4 -42.808 1.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51374 像 面 ∞ -0.21° 自由曲面 C5 -4.4927×10-37 -5.0638×10-38 1.1087×10-410 6.7113×10-519 7.2815×10-3 自由曲面 C5 5.9327×10-37 7.3558×10-38 2.4745×10-410 2.6009×10-412 -1.0058×10-314 -1.0969×10-316 -1.3196×10-317 8.6909×10-519 2.2790×10-421 7.8089×10-523 1.0124×10-325 -1.4448×10-327 8.5070×10-429 6.4542×10-4
【0095】実施例4 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ ∞ 1 -15.445 10.0000 1.5254 2(反射面) 自由曲面(絞り) -8.0000 1.5254 3(反射面) 自由曲面 10.0000 22.5 ° 1.5254 4 自由曲面 2.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51633 像 面 ∞ 自由曲面 C5 -2.1823×10-37 -7.2575×10-38 5.3928×10-5 C10 -2.2392×10-4 自由曲面 C5 1.3258×10-27 8.2532×10-38 1.1914×10-410 1.9741×10-412 -5.4958×10-514 -6.2520×10-516 2.9156×10-517 3.0366×10-519 7.1622×10-521 -1.7677×10-523 -2.2836×10-625 -1.0994×10-527 8.0997×10-629 -2.6965×10-530 -2.0544×10-632 6.4715×10-634 -1.1104×10-536 3.6881×10-6 自由曲面 C5 -1.3951×10-17 -1.8229×10-18 5.8170×10-410 3.6935×10-312 2.8695×10-314 6.2821×10-316 3.6956×10-317 4.3385×10-419 1.0779×10-421 -2.6104×10-423 -7.1825×10-525 -1.2960×10-427 -1.6079×10-429 -7.7523×10-530 -2.7657×10-532 1.5948×10-534 -1.3703×10-536 7.5755×10-6
【0096】実施例5 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ ∞ 1 自由曲面 12.0000 1.5254 2(反射面) 自由曲面(絞り) -8.0000 1.5254 3(反射面) 自由曲面 12.0000 22.5 ° 1.5254 4 -9.002 2.0000 22.5 ° 5 ∞ 2.0000 1.51633 像 面 ∞ -4.49° 自由曲面 C5 1.5730×10-27 -7.8390×10-28 4.5149×10-410 2.9787×10-412 -5.5892×10-514 4.5865×10-416 3.1477×10-417 6.4385×10-619 -8.3800×10-5 C21 -1.0065×10-6 自由曲面 C5 3.2524×10-27 -1.0185×10-28 -1.7137×10-310 -6.8674×10-412 -3.9125×10-414 -5.1878×10-416 2.0601×10-5 自由曲面 C5 2.7073×10-27 1.3793×10-28 -3.6082×10-410 -3.8227×10-512 1.0380×10-514 -1.4753×10-416 -5.0446×10-517 -2.2375×10-619 -1.2995×10-521 3.1799×10-7
【0097】実施例6 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ (絞り) 1.0000 2 -4.932 12.0000 1.5254 3(反射面) 自由曲面 -8.0000 1.5254 4(反射面) 自由曲面 10.0000 22.5 ° 1.5254 5 自由曲面 2.0000 22.5 ° 6 ∞ 2.0000 1.51633 像 面 ∞ 自由曲面 C5 -7.2939×10-37 -1.4353×10-28 -3.5114×10-410 -3.3815×10-412 3.1703×10-514 -2.6397×10-516 3.2783×10-517 2.1756×10-619 5.8039×10-621 -5.2429×10-6 自由曲面 C5 1.7055×10-27 1.2235×10-28 -2.9021×10-510 -1.8169×10-412 3.4015×10-514 1.4158×10-5 C16 3.8495×10-517 1.1846×10-619 5.3599×10-621 -4.2183×10-6 自由曲面 C5 1.4365×10-27 -5.2713×10-28 -6.0365×10-410 -2.1749×10-312 1.0886×10-314 2.4072×10-316 1.1789×10-317 2.5576×10-419 1.4731×10-421 -2.1692×10-4
【0098】次に、上記実施例2の横収差図を図7、図
8に示す。これらの横収差図において、括弧内に示され
た数字は(水平画角(紙面に垂直方向の画角),垂直画
角(紙面内の画角))を表し、その画角における横収差
を示す。実施例6の同様の横収差図を図9、図10に示
す。
【0099】以下に、本発明の各実施例における前記条
件式(A−1)、(B−1)、(1−1)〜(9−1)
に関するパラメータの値を示す(条件式(9−1)以外
につては、上段が第1の反射面2、下段が第2の反射面
3に関する値を示し、条件式(9−1)については、上
段がそれぞれの反射面の最小値、下段が最大値を示
す。)。
【0100】
【0101】以上の実施例では、前記定義式(a)の自
由曲面で構成したが、あらゆる定義の曲面が使えること
はいうまでもない。しかし、どのような定義式を用いよ
うとも、本発明に示されている条件式を単独で、あるい
は、組み合わせて満足しても、また、いくつかを満足す
ることでも、収差の非常に良く補正された結像光学系を
得られることはいうまでもない。なお、偏心を無視して
面を定義する座標系の中心で規定される面の曲率、面の
焦点距離等の従来の無偏心系で使われる条件式は、本発
明のように各面が大きく偏心して配置されている場合に
は、なんら意味を持たない。
【0102】以上の本発明の結像光学系は例えば次のよ
うに構成することができる。 〔1〕 少なくとも偏心光学系を有し、物体からの光を
撮像素子面上に結像させる結像光学系において、前記結
像光学系が少なくとも1面の反射作用を有する反射面を
備え、前記反射面の少なくとも1面の面形状が、その面
内及び面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を
1つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴とす
る結像光学系。
【0103】〔2〕 前記反射面が、物体側から瞳中心
を通り前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光
線が前記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によ
って定義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、か
つ、前記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY
軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定
義したときに、以下の条件(A−1)を満足することを
特徴とする上記〔1〕記載の結像光学系。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) ただし、RXは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
分のX方向の曲率である。
【0104】〔3〕 前記反射面が、物体側から瞳中心
を通り前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光
線が前記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によ
って定義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、か
つ、前記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY
軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定
義したときに、以下の条件(B−1)を満足することを
特徴とする上記〔1〕記載の結像光学系。 |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RYは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
分のY方向の曲率である。
【0105】〔4〕 前記反射面が、物体側から瞳中心
を通り前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光
線が前記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によ
って定義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、か
つ、前記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY
軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定
義したときに、以下の条件(A−1)及び(B−1)を
満足することを特徴とする上記〔1〕記載の結像光学
系。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RX、RYはそれぞれ前記反射面に前記軸上主
光線が当たる部分のX方向、Y方向の曲率である。
【0106】〔5〕 前記反射面が以下の条件(A−
2)を満足する上記〔2〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RX|<0.1 ・・・(A−2)。
【0107】〔6〕 前記反射面が以下の条件(A−
3)を満足する上記〔2〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RX|<0.05(1/mm) ・・・(A−3)。
【0108】〔7〕 前記反射面が以下の条件(B−
2)を満足する上記〔3〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RY|<0.1 (1/mm) ・・・(B−2)。
【0109】〔8〕 前記反射面が以下の条件(B−
3)を満足する上記〔3〕又は〔4〕記載の結像光学
系。 |RY|<0.05(1/mm) ・・・(B−3)。
【0110】
〔9〕 前記面対称自由曲面の対称面が、
物体側から瞳中心を通り前記撮像素子の結像位置中心に
到達する軸上主光線が前記結像光学系の第1面に交差す
るまでの直線によって定義される光軸をZ軸とし、前記
Z軸と直交し、かつ、前記結像光学系を構成する各面の
偏心面内の軸をY軸とし、前記Z軸と前記Y軸とに直交
する軸をX軸と定義したときに、Y−Z面若しくはそれ
と平行な面上に存在することを特徴とする上記〔1〕か
ら〔8〕の何れか1項記載の結像光学系。
【0111】〔10〕 前記反射面中で前記軸上主光線
が反射される領域のY−Z面内の反射屈折力、及び、Y
−Z面に垂直な面内の反射屈折力の少なくとも一方が正
であることを特徴とする上記〔2〕から
〔9〕の何れか
1項記載の結像光学系。
【0112】〔11〕 前記反射面中で前記軸上主光線
が反射される領域のY−Z面内の反射屈折力、及び、Y
−Z面に垂直な面内の反射屈折力が共に正であることを
特徴とする上記〔2〕から
〔9〕の何れか1項記載の結
像光学系。
【0113】〔12〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔11〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DXmax1|<100.0 (mm) ・・・(1−1) ただし、DXmax1=MAX((DX−DXaxis)/R
X)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向と直交する方向に当たるX軸について面の形状を
定義する式を1回微分した値をそれぞれDXaxis、DX
1、DX4、DX5、DX6、DX3とするとき、DX
はDX1、DX4、DX5、DX6、DX3の値、RX
は前記反射面に前記軸上主光線が当たる部分のX方向の
曲率とする。
【0114】〔13〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔12〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DYmax2|<100.0 (mm) ・・・(2−1) ただし、DYmax2=MAX((DY−DYaxis)/R
Y)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向に当たるY軸について面の形状を定義する式を1
回微分した値をそれぞれDYaxis、DY1、DY4、D
Y5、DY6、DY3とするとき、DYはDY1、DY
4、DY5、DY6、DY3の値、RYは前記反射面に
前記軸上主光線が当たる部分のY方向の曲率とする。
【0115】〔14〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔13〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DX3 |<0.4 ・・・(3−1) ただし、DX3 =(DX4−DX1)−(DX6−DX
3)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向と直交する方向に当たるX軸について面の形状を
定義する式を1回微分した値をそれぞれDXaxis、DX
1、DX4、DX5、DX6、DX3とする。
【0116】〔15〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔14〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DY4 |<0.4 ・・・(4−1) ただし、DY4 =(DY4−DY1)−(DY6−DY
3)であり、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心
の軸上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光
線、右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心
画角の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義
し、これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏
心方向に当たるY軸について面の形状を定義する式を1
回微分した値をそれぞれDYaxis、DY1、DY4、D
Y5、DY6、DY3とする。
【0117】〔16〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔15〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DXmax5|<0.5 ・・・(5−1) ただし、DXmax5=(DX5−DXaxis)であり、Y軸
方向を上下方向として、結像画面中心の軸上主光線、上
側中心画角の主光線、右上画角の主光線、右中心画角の
主光線、右下画角の主光線、下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、これら6つの
主光線が対象面と当たる部分の面の偏心方向と直交する
方向に当たるX軸について面の形状を定義する式を1回
微分した値をそれぞれDXaxis、DX1、DX4、DX
5、DX6、DX3とする。
【0118】〔17〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔16〕の何れか1項記載の結像光学
系。 |DYmax6|<0.5 ・・・(6−1) ただし、DYmax6=(DY5−DYaxis)であり、Y軸
方向を上下方向として、結像画面中心の軸上主光線、上
側中心画角の主光線、右上画角の主光線、右中心画角の
主光線、右下画角の主光線、下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、これら6つの
主光線が対象面と当たる部分の面の偏心方向に当たるY
軸について面の形状を定義する式を1回微分した値をそ
れぞれDYaxis、DY1、DY4、DY5、DY6、D
Y3とする。
【0119】〔18〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔17〕の何れか1項記載の結像光学
系。 DDXmax7<0.5 (1/mm) ・・・(7−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心の軸
上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光線、
右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心画角
の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義し、
この有効領域内でのX方向の曲率の最大値と最小値の差
をDDXmax7とする。
【0120】〔19〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔18〕の何れか1項記載の結像光学
系。 DDYmax8<0.5 (1/mm) ・・・(8−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心の軸
上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光線、
右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心画角
の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義し、
この有効領域内でのY方向の曲率の最大値と最小値の差
をDDYmax8とする。
【0121】〔20〕 物体側から瞳中心を通り前記撮
像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前記結像
光学系の第1面に交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前記結像
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸とし、前記
Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義したとき
に、前記反射面が次の条件を満足することを特徴とする
上記〔1〕から〔19〕の何れか1項記載の結像光学
系。 0.01<DDxy9 <40 ・・・(9−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、結像画面中心の軸
上主光線、上側中心画角の主光線、右上画角の主光線、
右中心画角の主光線、右下画角の主光線、下側中心画角
の主光線が対象面と交差する領域を有効領域と定義し、
これら6つの主光線が対象面と当たる部分の面の偏心方
向に直交するX軸についての面の形状を定義する式の曲
率をそれぞれDDX2、DDX1、DDX4、DDX
5、DDX6、DDX3とし、同じく面の偏心方向に当
たるY軸についての面の形状を定義する式の曲率をDD
Y2、DDY1、DDY4、DDY5、DDY6、DD
Y3とし、DDxy9 =|DDXn|/|DDYn|(n
は1〜6)とする。
【0122】〔21〕 前記反射面が屈折率(n)が1
よりも大きい(n>1)媒質を有する裏面反射鏡から構
成されていることを特徴とする上記〔1〕から〔20〕
の何れか1項記載の結像光学系。
【0123】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面から
なる反射面を用いることにより、広い撮像領域がとれ、
かつ、光路を折り畳むことによって、光線収差が良好に
補正された像歪みのない小型で光学部品点数の少ない結
像光学系が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の結像光学系の実施例1の断面図であ
る。
【図2】本発明の結像光学系の実施例2の断面図であ
る。
【図3】本発明の結像光学系の実施例3の断面図であ
る。
【図4】本発明の結像光学系の実施例4の断面図であ
る。
【図5】本発明の結像光学系の実施例5の断面図であ
る。
【図6】本発明の結像光学系の実施例6の断面図であ
る。
【図7】本発明の実施例2の横収差図の一部を示す図で
ある。
【図8】本発明の実施例2の横収差図の残りを示す図で
ある。
【図9】本発明の実施例6の横収差図の一部を示す図で
ある。
【図10】本発明の実施例6の横収差図の残りを示す図
である。
【符号の説明】
1…第1面1 2…第1面2 3…第1面3 4…第1面4 5…プリズム体(結像光学系) 6…カバーガラス O…物体面 I…像面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも偏心光学系を有し、物体から
    の光を撮像素子面上に結像させる結像光学系において、 前記結像光学系が少なくとも1面の反射作用を有する反
    射面を備え、 前記反射面の少なくとも1面の面形状が、その面内及び
    面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を1つの
    み有する面対称自由曲面からなることを特徴とする結像
    光学系。
  2. 【請求項2】 前記反射面が、物体側から瞳中心を通り
    前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前
    記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によって定
    義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前
    記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と
    し、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義し
    たときに、以下の条件(A−1)を満足することを特徴
    とする請求項1記載の結像光学系。 |RX|<0.5 (1/mm) ・・・(A−1) ただし、RXは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
    分のX方向の曲率である。
  3. 【請求項3】 前記反射面が、物体側から瞳中心を通り
    前記撮像素子の結像位置中心に到達する軸上主光線が前
    記結像光学系の第1面に交差するまでの直線によって定
    義される光軸をZ軸とし、前記Z軸と直交し、かつ、前
    記結像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と
    し、前記Z軸と前記Y軸とに直交する軸をX軸と定義し
    たときに、以下の条件(B−1)を満足することを特徴
    とする請求項1記載の結像光学系。 |RY|<0.5 (1/mm) ・・・(B−1) ただし、RYは前記反射面に前記軸上主光線が当たる部
    分のY方向の曲率である。
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