JPH10333040A

JPH10333040A - 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JPH10333040A
Application number: JP14630697A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野孝吉; Katsuhiro Takada; 高田勝啓
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: JP3771993B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像
を与える小型の撮像光学系及びそれを用いた撮像装置。【解決手段】撮像素子面８上に物体像を形成するため
の撮像光学系であり、少なくとも瞳面１よりも像側に後
側光学群４を有し、後側光学群４は、物体中心を射出し
て瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線２と
するとき、その主光線に対して面全体が傾くように偏心
配置された少なくとも３つの面を備えたプリズム部材４
を有し、これら少なくとも３つの面は、透過作用を有す
る面５と、反射作用と透過作用とを共有し回転対称面形
状の曲面６と、反射作用を有し偏心により発生する回転
非対称な偏心収差を補正する回転非対称面形状の曲面７
とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像光学系及びそ
れを用いた撮像装置に関し、特に、形成する像が比較的
小さな撮像装置に最適な、少なくとも１つの像形成に必
要な結像パワーを有する反射面が偏心して配置された光
学系及び撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型の反射偏心光学系の従来の周知なも
のとして特開昭５９−８４２０１号のものがある。しか
し、これ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６２−１４４１２７号のものは、上記発明の球面収差
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号は、反
射面の形状として非球面反射面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、米国特許第３，８３６，９
３１号の２件には、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が示されている。
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（米国特許
第５，２７４，４０６号）には、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が示されているが、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。また、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ある。
なお、上記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用に裏面鏡として使用したもので
はない。

【０００５】また、特開平８−２９２３６８号、特開平
８−２９２３７１号、特開平８−２９２３７２号には、
何れも対称面を１面しか持たない面を反射面として用い
た撮像光学系（単焦点光学系、ズーム光学系）が示され
ている。しかし、回転非対称面を含む光学構成要素に入
射し射出するまで、若しくは、最も物体側の回転非対称
面から最も像側の回転非対称面に到る光路長が長く（途
中に１回結像する例有り。）、光学系が大型化するた
め、製造の困難な回転非対称面を用いるメリットがな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の回転対称な光学
系では、屈折力を有する透過回転対称レンズに屈折力を
負担させていたため、収差補正のために多くの構成要素
を必要としていた。しかし、これら従来技術の偏心光学
系では、結像された像の収差が良好に補正され、なおか
つ、特に回転非対称なディストーションが良好に補正さ
れていないと、結像された図形等が歪んで写ってしま
い、正しい形状を記録することができなかった。

【０００７】また、光学系を構成する屈折レンズが光軸
を軸とした回転対称面で構成された回転対称光学系で
は、光路が直線になるために光学系全体が光軸方向に長
くなってしまい、撮像装置が大型になってしまう問題が
あった。

【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、広い画角におい
ても明瞭で、歪みの少ない像を与える小型の撮像光学系
及びそれを用いた撮像装置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
明の撮像光学系は、撮像素子面上に物体像を形成するた
めの撮像光学系において、少なくとも瞳面よりも像側に
後側光学群を有し、前記後側光学群は、物体中心を射出
して瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線と
するとき、前記主光線に対して面全体が傾くように偏心
配置された少なくとも３つの面を備えた光学系を有し、
前記の少なくとも３つの面は、透過作用を有する面と、
反射作用と透過作用とを共有し回転対称面形状の曲面
と、反射作用を有し偏心により発生する回転非対称な偏
心収差を補正する回転非対称面形状の曲面とからなるこ
とを特徴とするものである。

【００１０】この場合、反射作用と透過作用とを共有す
る回転対称面形状の曲面が、全反射面又は半透過反射面
にて形成されていることが望ましい。また、反射作用面
がコーティングされたミラー面にて形成されていること
が望ましい。

【００１１】また、反射作用を有する面が、反射作用と
透過作用とを共有する面と対向配置され、かつ、軸上主
光線が光学系の入射面に到るまでの方向をＺ軸方向、面
の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成
する軸をＸ軸とするとき、光学系の入射面側から軸上主
光線とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光
学系から射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でな
す角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉ、ＮＡ’ｙｉをその平行光束
の幅ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／ｄを光学系のＹ方向のパ
ワーＰｙとし、プリズム部材の入射面から前記プリズム
部材の射出面までの軸上主光線の光路長をｐとすると
き、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことが望ましい。

【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。図５に示すように、物点中心を通り、
絞り１中心を通過し、像面８中心に到達する光線を軸上
主光線２とし、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、そのＺ軸と直交しか
つ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定
義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸とす
る。

【００１３】一般に、球面レンズのみで構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球
面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自
体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系に
おいては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転
対称光学系で補正することは不可能である。

【００１４】以下に、本発明の構成と作用について説明
する。回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な
収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正する
ことは不可能である。この偏心により発生する回転非対
称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも発生す
る非点収差、コマ収差がある。図６は偏心して配置され
た凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図７は偏心して配
置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、図８は偏心
して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を
示す図である。本発明は、上記のような偏心により発生
する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面
を光学系中に配置して、その回転非対称な収差を補正し
ている。

【００１５】偏心して配置された凹面鏡により発生する
回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例
えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線
は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡
に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、光線が当
たった部分の曲率の半分になる。すると、図６に示すよ
うに、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。この
ような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対
称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を
補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、こ
の例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を強
く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向（（図の下方向）
に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより補
正することができる。また、上記構成と同様な効果を持
つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置す
ることにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得る
ことが可能となる。

【００１６】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では軸上光線に対しても、図７に示すような非点収差が
発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明
と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の
曲率を適切に変えることによって可能となる。

【００１７】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図８に示すようなコマ収差
が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非
対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変え
ると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変える
ことによって可能となる。

【００１８】さらに、本発明の撮像光学系を折り曲げ光
路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせ
ることが可能となり、透過型レンズを省略することが可
能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより光学系
を小型に構成することが可能となる。

【００１９】また、その反射面は、臨界角を越えて光線
が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反
射面で構成することにより、高い反射率にすることが可
能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすこ
とが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニ
ウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又
は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面
で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有す
る場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。ま
た、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない
反射膜を形成する場合に有利となる。

【００２０】さらに好ましくは、反射面に回転非対称面
を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全
く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲
させることができるために、他の収差発生も少ない。つ
まり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に
比べて収差の発生が少なくてすむ。

【００２１】また、本発明の撮像光学系のように、形成
される像が小さくなると、いわゆる係数倍の原理によっ
て、撮像光学系も小型にすることが図面上は可能だが、
実際の製造を考慮すると、撮像光学系をむやみに小型化
することは、レンズの縁の厚みや、中心の厚みが薄くな
ったり、レンズ径が小型になりすぎ、かえって製造コス
トの増大を招き好ましくない。一方、製造可能な大きさ
を保って光学系を構成すると、従来の屈折レンズによる
光学系では、光軸が直線であるために、パワーを持った
屈折面同士の間隔に空間的な無駄が生じる。そこで、反
射面を利用して光軸を空間的に折り返す構成にすれば、
比較的小さな空間を有効に利用して、結像に必要な光路
を確保することが可能となる。このとき、撮像光学系の
光路長を不要に長くすると、偏心させ光軸を折り返す構
成により、空間を有効に使う目的に反して大型化するば
かりではなく、形成する像に比較して、光路長が長くな
りすぎると、フィルムや撮像素子等、光学像を取り込む
部材を配置するために必要なバックフォーカスを確保す
ることが困難になる等の問題が生じる。

【００２２】本発明においては、折り曲げ光路を採用す
ると同時に、以下の条件を満足することにより、小型の
光学系を構成することに成功したものである。

【００２３】すなわち、本発明の撮像光学系において、
後側光学群が少なくとも反射作用面と対向配置された第
２の反射作用面を有し、かつ、軸上主光線が光学系の第
１面に到るまでの方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸
方向、Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とす
るとき、光学系の入射面側から軸上主光線とＹ方向に微
少量ｄ離れた平行光束を入射させ、光学系から射出する
側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮ
Ａ’ｙｉ、そのＮＡ’ｙｉを平行光束の幅ｄで割った値
ＮＡ’ｙｉ／ｄを光学系のＹ方向のパワーＰｙとし、軸
上主光線が、光学系の最も物体側に配置された回転非対
称面を有する光学系構成要素に入射してから、光学系の
最も像側に配置された回転非対称面を有する光学系構成
要素を射出するまでの光路長をｐとするとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことが望ましい。

【００２４】まず、本発明において光学系のパワーにつ
いて定義する。図９に示すように、光学系の偏心方向を
Ｙ軸方向に取った場合に、光学系に軸上主光線２と平行
なＹ−Ｚ面内の微少高さｄの光線を物体側から入射さ
せ、光学系から射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面
内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉとし、ＮＡ’ｙｉ／ｄ
をＹ方向の光学系全体のパワーＰｙとし、同様に、光学
系に軸上主光線２と平行なＸ−Ｚ面内の微少高さｄの光
線を物体側から入射させ、光学系から射出する側でその
２つの光線のＹ−Ｚ面に直交し射出した軸上主光線を含
む面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｘｉとし、ＮＡ’ｘｉ
／ｄをＸ方向の光学系全体のパワーＰｘとする。

【００２５】そして、軸上主光線が、光学系の最も物体
側に配置された回転非対称面を有する光学系構成要素に
入射してから、光学系の最も像側に配置された回転非対
称面を有する光学系構成要素を射出するまでの光路長を
ｐ（図９においては、両者は同じ一つの偏心プリズム光
学系４であるので、その中での軸上主光線２の光路長）
とすると、上記（１）式を満たすように構成することが
光学系を小型に構成する上で望ましい。

【００２６】さらに好ましくは、０．５＜ｐ×Ｐｙ＜５．０・・・（１）’ を満足するようにすると、小型なレンズ系を達成するこ
とができる。

【００２７】さらに好ましくは、０．５＜ｐ×Ｐｙ＜０．７・・・（１）” を満足するようにすると、より小型なレンズ系を達成す
ることができる。

【００２８】また、本発明の撮像光学系の回転非対称面
を有する光学系構成要素を第１・第２の反射作用面と第
１・第２の透過作用面で構成すると、光軸を２つの反射
作用面で折り曲げることができ、光学系を小型にでき
る。さらに、透過作用面が２つあることから、主点位
置、像面湾曲に対してはより良い結果を得ることができ
る。さらに、２つの反射面を裏面鏡にすることによりよ
り良い収差性能が得られる。

【００２９】ところで、瞳を物体側に出さないと、光学
系が大型化し、上記光路長ｐが大きくなりすぎる。又
は、バックフォーカスを確保することが困難になる。さ
らに、偏心した回転非対称面にパワーを頼りすぎると、
偏心により発生する非対称収差、特に偏心コマ収差を補
正することが困難になる。そこで、回転非対称面より物
体側に光学系を配置してパワーを分担させることも、光
学性能を向上させるために有効な手段である。

【００３０】また、回転非対称面を有する光学系構成要
素の物体側に絞りを配置した場合等は、さらにその物体
側に光学部材を配置することにより、絞り部材の保護
や、反射面を表面鏡で構成する場合には、防塵等の対策
にも役立つ。

【００３１】また、本発明の撮像光学系においては、偏
心した回転非対称面により偏心収差の補正が可能である
が、その物体側に光学部材を配置し、偏心した回転非対
称反射面と共に総合的な収差補正をするようにするとよ
い。そのとき、非対称収差を良好に補正するために、そ
の光学部材を偏心させると、均一な補正が可能になり好
ましい。

【００３２】本発明の撮像光学系においては、偏心した
回転非対称反射面を有する光学系構成要素の面数を減ら
したり、プリズムブロックでその反射面を有する光学系
構成要素を構成すると、絞りを物体側に出さないと光学
系が大型化する。そのとき、パワーが全て絞りに対し像
側に偏る。歪曲収差の補正のためには、負正両方のパワ
ーが必要になるが、負のパワーを強めすぎると、光学系
の大型化と、光路長の増大を招き、好ましくない。そこ
で、絞りの物体側に正レンズを配置し、歪曲収差を補正
させるとよい。また、偏心した回転非対称反射面を有す
る光学系構成要素をプリズムブロックで構成した場合等
は、透過面で発生する多少の色収差を補正することが困
難となるが、色収差の補正作用にも効果的である。特
に、非対称収差を補正するために、その正レンズを偏心
させるとさらによい。

【００３３】また、特に画角の広い広角レンズを構成す
るとき、焦点距離が短くなるので、バックフォーカスの
確保が困難になる。そのときは、物体側から順に負正の
パワーを配置するいわゆるレトロフォーカスタイプを採
用するのがよい。しかも、負のパワーを強め、負群と正
群の間隔をできるだけ開けるのがよい。ところが、負の
パワーを偏心した回転非対称面に持たせると、偏心収差
が余りに大きくなり、補正するのが困難になり、特にコ
マの非対称性を補正するのが困難である。

【００３４】そこで、物体側に凹レンズを配置し、負の
パワーは通常の屈折レンズに持たせ、負群と正群の間隔
を開けて配置し、かつ、光軸を折り返してコンパクトに
まとめるとよい。

【００３５】また、偏心した回転非対称反射面を有する
光学系構成要素を単一ブロックで構成し、絞りを設ける
場合には、ブロックより物体側に絞りを設ける方が、ブ
ロックの大型化を招かず好ましい。このとき、絞りの保
護手段を兼ねた光学パワーが略ゼロの光学部材を物体側
に配置するのがよい。また、その他の効果として、電子
撮像素子を用いる場合には、面内の領域を分割し、領域
毎に面に微少量の傾きを付け、光の進行方向を微少量変
える機能を持たせる等の方法により、光学的ローパスフ
ィルター機能を持たせると、バックフォーカスの短縮化
に効果的である。

【００３６】ところで、偏心した回転非対称反射面を有
する光学系構成要素の物体側に配置する前側光学群に軸
上主光線が入射し射出する際の、その角度の変位量をΔ
θ、位置の変位量をΔｈとするとき、０．１°＜Δθ＜４５° ・・・（２）若しくは、０＜Δｈ×Ｐｙ＜１．０・・・（３）の少なくとも一方を満たすことが望ましい。ここで、Ｐ
ｙは光学系のＹ方向のパワーである。

【００３７】上記（２）、（３）式共に、下限値を越え
て小さな値を取ると、偏心させる意味がなくなる。ま
た、共に上限値を越えて大きな値を取ると、各部での偏
心収差が大きくなりすぎ、補正することが困難になる。

【００３８】さらに望ましくは、１°＜Δθ＜３０° ・・・（２）’ 若しくは、０．００５＜Δｈ×Ｐｙ＜０．５・・・（３）’ の少なくとも一方を満足することが望ましい。

【００３９】ところで、偏心した回転非対称反射面を有
する光学系構成要素の第１反射作用面と第２透過作用面
を同一面とすると、形成する面が３面となり、製作性が
向上する。

【００４０】また、第１反射作用面の反射に全反射を利
用するように構成すると、前述のように高い反射率が得
られ、光の損失を最低限に抑えられると共に、反射面と
透過面を同一にする際に製造が容易となる。

【００４１】また、前記のように、偏心した回転非対称
反射面を有する光学系構成要素を単一ブロックで構成し
て構成部材を減らすことにより、光学系の小型化、コス
トダウンが期待できる。

【００４２】また、回転非対称反射面を波長選択手段の
機能を有する光学材料の裏面鏡として構成し、その波長
選択手段はいわゆる赤外線カット機能を持ち、光学材料
中に含有されるＣｕＯのモル％ａが、以下の条件を満足
することが望ましい。

【００４３】ａ＜１・・・（４）いわゆる赤外線カットフィルター等は銅等の不純物を混
ぜることにより製造できるが、不純物が増えると波長選
択性の制御が困難になる等、不純物は少ない方が製造が
容易になる。また、銅等を多く含むガラスの耐性を向上
させるために、フッ素燐酸系のネットワークを用いるこ
とが一般的であるが、含有量を減らすことができれば、
耐性の高いネットワーク構造を採用することができ、有
効である。しかし、不純物を少なくすると、波長選択性
を確保するためには、フィルターの厚みを増やすしかな
く、スペース確保のため、レンズ系が大型化する問題が
あった。

【００４４】本発明のような光軸を折り返す光学系で
は、実際の厚みより長い光路長がとれるので、少ない不
純物の含有量で効果的な波長選択特性を達成できる。銅
の含有量は、設計された光学系の光路長に応じて調整す
るとよいが、特にＣｕＯのモル％をａとすると、ａ＜１・・・（４）を満足することが望ましい。

【００４５】さらには、１×１０^-5＜ａ＜１・・・（４）’ であることがより好ましい。

【００４６】また、１×１０^-5＜ａ＜０．５・・・（４）” であればなおよい。

【００４７】また、本発明の撮像光学系においては、偏
心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくと
も１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使
用することが望ましい。ここで、本発明で使用する自由
曲面とは、以下の式で定義されるものである。

【００４８】Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ｙ＋Ｃ₄ｘ＋Ｃ₅ｙ²＋Ｃ₆ｙｘ＋Ｃ₇ｘ² ＋Ｃ₈ｙ³＋Ｃ₉ｙ²ｘ＋Ｃ₁₀ｙｘ²＋Ｃ₁₁ｘ³ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴＋Ｃ₁₃ｙ³ｘ＋Ｃ₁₄ｙ²ｘ²＋Ｃ₁₅ｙｘ³＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵＋Ｃ₁₈ｙ⁴ｘ＋Ｃ₁₉ｙ³ｘ²＋Ｃ₂₀ｙ²ｘ³＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶＋Ｃ₂₄ｙ⁵ｘ＋Ｃ₂₅ｙ⁴ｘ²＋Ｃ₂₆ｙ³ｘ³＋Ｃ₂₇ｙ²ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙｘ⁵＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷＋Ｃ₃₁ｙ⁶ｘ＋Ｃ₃₂ｙ⁵ｘ²＋Ｃ₃₃ｙ⁴ｘ³＋Ｃ₃₄ｙ³ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ²ｘ⁵＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶＋Ｃ₃₇ｘ⁷ ・・・・・・・・（ａ）ただし、Ｃ_m（ｍは２以上の整数）は係数である。

【００４９】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではｘ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₄，Ｃ₆，Ｃ₉，
Ｃ₁₁，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₈，Ｃ₂₀，Ｃ₂₂，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ
₂₈，Ｃ₃₁，Ｃ₃₃，Ｃ₃₅，Ｃ₃₇，・・・の各項の係数を０
にすることによって可能である。

【００５０】また、ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、
Ｃ₃，Ｃ₆，Ｃ₈，Ｃ₁₀，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₇，Ｃ₁₉，Ｃ
₂₁，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ₂₈，Ｃ₃₀，Ｃ₃₂，Ｃ₃₄，Ｃ₃₆，・・
・の各項の係数を０にすることによって可能であり、ま
た、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上
することが可能となる。

【００５１】上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と
平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、
偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正す
ることが可能となる。

【００５２】上記定義式は、１つの例として示したもの
であり、本発明の特徴は対称面を１面のみ有する回転非
対称面で偏心により発生する回転非対称な収差を補正す
ることが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同
じ効果が得られることは言うまでもない。

【００５３】さて、一般に、偏心した回転非対称反射面
を有する光学系構成要素（偏心プリズム光学系）は研磨
により製作することは難しく、研削により１面ずつ形成
するか、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成
形により作製することになる。このとき、偏心プリズム
光学系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確
認する必要がある。このような３次元の回転非対称な形
状の測定には、一般的に３次元座標測定器が使用される
が、測定時間がかかり、現実的ではない。

【００５４】本発明では、偏心プリズム光学系４を構成
する少なくとも３つの面の中、少なくとも１面を回転対
称面で構成することが重要である。

【００５５】さらに好ましくは、最も有効面積が広く、
比較的収差の劣化が大きい瞳に近い側の透過作用と内部
反射作用を有する面を回転対称面として構成することに
より、面形状の出来上がり具合を簡単に短時間で評価す
ることが可能な偏心プリズム光学系を構成することに成
功したものである。

【００５６】また、後側光学群の偏心プリズム光学系
が、第１の透過作用面と、第１の反射作用面と、第２の
反射作用面と、第２の透過作用面とを有し、第２の反射
作用面が回転非対称面形状を有し、対称面を１つのみ有
する面対称自由曲面からなっており、かつ、第１の反射
作用面は第２の透過作用面と共通の面からなる場合、こ
の面に強いパワーを持たせると、色収差の発生が大とな
る。また、第１の反射作用面と第２の透過作用面として
利用する領域がほぼ分離できればよいが、そうすると後
側光学群を構成するプリズムブロックの大型化を招くた
め、第１の反射作用面と第２の透過作用面との重なりあ
う領域が増える。そこで、第１の反射作用面での作用と
第２の透過作用面での作用を両立させるためには、強い
パワーを持たせない方が、制御が容易である。すなわ
ち、面対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、そ
の面に直交する方向をＸ軸とし、軸上主光線の第１の反
射作用面、第２の反射作用面との交点近傍のＸ方向のパ
ワーをそれぞれＰｘ１、Ｐｘ２とするとき、｜Ｐｘ１｜＜｜Ｐｘ２｜・・・（５）であることが望ましい。

【００５７】さらには、１＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜２０・・・（６）を満足することが望ましい。この条件の上限値２０を越
えると、極度に第２の反射作用面のパワーが強くなり、
バックフォーカスが確保できなくなると共に、収差補正
のために面形状の複雑さが増し、好ましくない。さらに
は、１．１＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜１０・・・（６）’ を満足するとなおよい。

【００５８】さらには、２．０＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜５・・・（６）” を満足するとさらによい。

【００５９】また、軸上主光線の第２の透過作用面との
交点近傍のＸ方向のパワーをＰｘ３とするとき、｜Ｐｘ３／Ｐｘ２｜＜０．５・・・（７）であることが望ましい。すなわち、第２の透過作用面に
強いパワーを持たせると、歪曲収差と色収差の発生が大
となり、好ましくない。そこで、条件（７）を満足する
ことが望ましい。

【００６０】さらには、｜Ｐｘ３／Ｐｘ２｜＜０．２・・・（７）’ を満足するとなおよい。

【００６１】また、以上において、面対称自由曲面の唯
一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に直交する方向をＸ
軸とし、その面のＸ方向の最大画角主光線が当たる位置
での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光
線が前記面に当たる位置でのその面の法線のＹ−Ｚ面内
でのｔａｎの値との差をＤＹとするとき、０≦｜ＤＹ｜＜０．１・・・（８）なる条件を満足することが望ましい。

【００６２】この条件式は、例えば水平線を写したとき
に弓なりに湾曲してしまう弓なりな回転非対称な像歪み
に関するものである。図１０（ａ）の斜視図、同図
（ｂ）のＹ−Ｚ面への投影図に示すように、Ｘ方向の最
大画角の主光線が回転非対称面Ａと交差する点における
その回転非対称面の法線ｎ’のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの
値と、軸上主光線がその回転非対称面Ａと交差する点に
おける回転非対称面の法線ｎのＹ−Ｚ面内でのｔａｎの
値との差をＤＹとするとき、（８）の条件を満足するこ
とが重要である。上記条件式の下限の０を越えると、弓
なりな像歪みを補正することができなくなる。また、上
限の０．１を越えると、弓なりな像歪みが補正過剰とな
り、どちらの場合も像が弓なりに歪んでしまう。

【００６３】さらに好ましくは、０≦｜ＤＹ｜＜０．０１・・・（８）’ なる条件を満足することが好ましい。

【００６４】また、軸上主光線が光学系の第１面に到る
までの方向をＺ軸方向、面対称自由曲面の唯一の対称面
をＹ−Ｚ面とし、その面に直交する方向をＸ軸とし、Ｙ
正方向の最大画角の主光線とＹ負方向の最大画角の主光
線とがその面と当たる部分のＸ方向の曲率の差をＣｘ
ｎ、軸上主光線がその面と当たる部分のＸ方向のパワー
をＰｘｎとするとき、０≦｜Ｃｘｎ／Ｐｘｎ｜＜１０・・・（９）の条件を満足することが重要である。この条件式は、台
形に発生する像歪みに関するものである。上記条件式の
上限１０を越えると、台形歪みが大きく発生し、他の面
で補正することがが難しくなる。

【００６５】さらに好ましくは、０≦｜Ｃｘｎ／Ｐｘｎ｜＜１・・・（９）’ なる条件式を満足することが好ましい。

【００６６】また、回転非対称面は偏心して構成された
光学系に配置され、偏心して配置された各面の偏心面と
略同一の面が対称面となるような面対称自由曲面とする
ことで、対称面を挟んで左右両側を対称にすることがで
き、収差補正と製作性を大幅に向上させることができ
る。

【００６７】次に、Ｘ方向の光学系全体のパワーをＰｘ
とし、回転非対称な面の軸上主光線が当たる部分のＸ方
向のパワーをＰｘｎとするとき、０＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１００・・・（１０）なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の上限１００を越えると、回転非対称面のパワ
ーが光学系全体のパワーに比べて強くなりすぎ、強い屈
折力を回転非対称面が持ちすぎてしまい、この回転非対
称な面で発生する収差を他の面で補正できなくなる。ま
た、下限の０を越えると、回転非対称面のＸ軸方向のパ
ワーがなくなり、別の面としてＸ軸方向のパワーを配置
しなければならなくなり、必要な面数が増え、本発明で
回転非対称面を用いることによって光学系の小型化を図
ろうとする目的に反する。

【００６８】さらに好ましくは、０．０５＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１０・・・（１０）’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。

【００６９】また、Ｙ方向の光学系全体のパワーをＰｙ
とし、回転非対称な面の軸上主光線が当たる部分のＹ方
向のパワーＰｙｎとするとき、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１００・・・（１１）なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の下限０と上限１００のの意味は条件式（１
０）の場合と同様である。

【００７０】さらに好ましくは、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１０・・・（１１）’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。

【００７１】次に、上記光学系全体のＸ方向、Ｙ方向の
パワーをＰｘ、Ｐｙとするとき、０．３＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜２・・・（１２）なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。上
記条件式の下限０．３と上限２を越えると、光学系全体
の焦点距離がＸ方向とＹ方向で異なりすぎ、良好な像歪
みを得ることが難しくなり、像が歪んでしまう。

【００７２】さらに好ましくは、０．８＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜１．２・・・（１２）’ なる条件を満足すると、回転非対称な収差を良好に補正
でき、収差補正上好ましい。

【００７３】また、本発明の撮像光学系において、光学
系の横収差が２００μｍ以下であることが望ましい。本
発明に光学系の横収差が２００μｍ以下であると、収差
を十分に無視することができ、良好な結像性能を得られ
るまた、本発明の撮像光学系の像歪みは２０％以下であ
ることが望ましい。本発明に光学系の像歪みが２０％以
下だと、収差を十分に無視することができ、良好な結像
性能を得られるなお、さらに好ましくは、第１の透過作
用面が透過光に対して正のパワーを持つレンズである場
合には、第１の反射作用面の光線の広がりを抑えること
が可能となり、第１の反射面を小型にすることが可能で
ある。

【００７４】また、光線を第１の透過作用面、第１の反
射作用面、第２の透過作用面の順番に進むように構成す
ることによって、第１の反射作用面を裏面鏡として構成
することが可能となる。第１の反射作用面を裏面鏡で構
成すると、表面鏡で構成するよりもさらに像面湾曲収差
に対して良い結果を得られる。

【００７５】さらに、第１の透過作用面と第２の透過作
用面のどちらか又は両方に第１の反射作用面と同じ符号
のパワーを持たせることにより、像面湾曲はほぼ完全に
補正することが可能となる。

【００７６】一方、第１の透過作用面と第２の透過作用
面のパワーを略０にすることにより、色収差に対して良
い結果を得られる。これは、第１の反射作用面では、原
理上色収差の発生がないため、色収差を他の面と補正し
合う必要がない。そこで、第１の透過作用面と第２の透
過作用面でも色収差が発生しないようにパワーをほぼ０
にすることで、全体の光学系で色収差の少ない光学系を
構成することが可能となる。

【００７７】さらに好ましくは、後側光学群を、物体側
から像側に向かって、少なくとも第１の透過作用面と、
第１の反射作用面と、第２の反射作用面と、第２の透過
作用面とで構成し、第２の反射作用面を回転非対称面形
状にて構成する場合、２つの反射作用面のパワーを変え
ることが可能となり、正負又は負正の組み合わせにし
て、主点位置を光学系の前に出したり後ろに出したりす
ることができる。これは像面湾曲にも良い結果を与える
ことができる。

【００７８】さらに、２つの反射作用面を裏面鏡にする
ことで、像面湾曲をほとんどなくすことも可能である。
特に、焦点距離に比較して大きなバックフォーカスが必
要な電子撮像光学系の場合には、物体側に負のパワーを
配置するか、第１反射作用面を負のパワーとするのがよ
い。しかし、後者でパワーを強くすると、歪曲収差の悪
化を招く。さらに、そのとき、第１反射作用面と第２透
過作用面が同一である場合には、透過作用面も負のパワ
ーが強くなり、色収差の悪化を招く。したがって、第１
反射作用面は、反射作用面として利用する領域は負、第
２透過作用面として利用する領域に近づく程パワーが弱
くなり、第２透過作用面としては弱いパワーになるよう
な形状が好ましい。なお、前者のように、物体側に負の
パワーを配置する場合には、第１反射作用面は弱い正若
しくは負のパワーで構成すればよい。

【００７９】また、本発明の撮像光学系を電子撮像素子
上に結像させる電子撮像装置の撮影レンズとして用いる
場合には、撮像装置の処理部において、光学系の歪曲収
差や倍率色収差の情報をメモリ等に予め保持しておき、
その情報をもとにデジタル画像処理技術を用いて補正す
る機能を備え、光学系で発生する歪曲収差や倍率色収差
を補正せしめると、光学系で補正すべき収差の許容量が
大きくなり、光学系に対する負担が軽減され、特に本発
明のような、少ないレンズ構成要素の数で光学性能を満
足する小型の撮影レンズを構成する際には、効果的であ
る。さらには、カメラの処理部として情報を保持しなく
ても、画像処理ソフトのデータとして、パソコン等の処
理装置にインストールし、装置上で画像処理を施すよう
に構成しても、同様の機能を持つことができることは言
うまでもない。

【００８０】なお、本発明は、以上のような撮像光学系
によって形成される物体像を受光するために配置された
撮像素子を有する撮像装置を含むものである。この場
合、その撮像素子は、撮像素子が受光した光を電気情報
に変換する作用を有する電子撮像素子にて形成すること
が望ましく、その電子撮像素子により受光した物体像を
観察するための観察手段を備えていることが望ましい。

【００８１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の撮像光学系の実
施例１について説明する。実施例１の構成パラメータは
後記するが、その構成パラメータにおいては、図１に示
すように、絞り１の面を偏心面の原点として、軸上主光
線２を物体中心（図では省略）を出て、絞り１の中心を
通る光線で定義し、物体中心から光学系の第１面まで軸
上主光線２に沿って進む方向をＺ軸、このＺ軸と像面８
中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、Ｙ軸をＹ−Ｚ平面内
のＺ軸に直交する方向に取り、物点から光学系第１面に
向かう方向をＺ軸の正方向とし、Ｙ軸の正方向を図の上
方向（第１反射面６で反射する方向）とする。そして、
Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸とす
る。

【００８２】図１の実施例１では、このＹ−Ｚ平面内で
各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面
の唯一の対称面をＹ−Ｚ面として構成している。そし
て、偏心面については、その面の面頂位置の光学系の原
点の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量
（それぞれｘ、ｙ、ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面
については、前記の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸それぞれを中心とする傾き角（°）（それぞれα、
β、γ）とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、
γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。

【００８３】また、実施例１の光学系を構成する光学面
の中、球面は曲率半径が与えられており、また、特定の
面とそれに続く面が同軸系を構成する場合には面間隔が
与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣
用法に従って与えられている。

【００８４】また、自由曲面の面の形状は前記の式
（ａ）により定義し、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸
となる。なお、データの記載されていない非球面に関す
る項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８
７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単
位はｍｍである。

【００８５】なお、自由曲面の他の定義式としてＺｅｒ
ｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｂ）
により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多
項式の軸となる。Ｘ＝Ｒ×cos(A) Ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃Ｒcos(A)＋Ｄ₄Ｒsin(A) ＋Ｄ₅Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆（Ｒ²−１）＋Ｄ₇Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈Ｒ³cos(3A) ＋Ｄ₉（３Ｒ³−２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³−２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴−３Ｒ²）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴−６Ｒ²＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴−３Ｒ²）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵−４Ｒ³）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵−４Ｒ³）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）cos(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）cos(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶−３０Ｒ⁴＋１２Ｒ²−１）＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）sin(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・・・・（ｂ）実施例１の軸上主光線２を含むＹ−Ｚ断面図を図１に示
す。図中、１は絞り、２は軸上主光線、４は絞り１より
像側の後群を構成する偏心プリズム光学系、５は偏心プ
リズム光学系の第１面、６は第２面、７は第３面であ
り、８は像面、９は赤外線カットフィルター、光学ロー
パスフィルター、カバーガラス等のフィルター類であ
る。なお、偏心プリズム光学系４の第１面５は後群の第
１の透過（作用）面、第２面６は第１の反射（作用）面
と第２の透過（作用）面、第３面７は第２の反射（作
用）面を構成している。なお、実施例１においては、絞
り１より物体側に前群は配置していない構成である。

【００８６】そして、図示しない物体から出た光線は、
絞り１の開口を通り、後群の偏心プリズム光学系４の第
１面５を透過して内部に入り、第２面６で反射され、次
いで第３面７で反射され、今度は第２面６透過して偏心
プリズム光学系４の外へ出て、フィルター類９を介して
像面８に物体像を結像する。

【００８７】なお、像の大きさは約４×３ｍｍの１／４
インチサイズを想定して最適化したものであるが、もち
ろんその他のサイズ等の場合も、全体を係数倍すること
により適用できることは言うまでもない。また、本発明
は撮像光学系のみならず、その光学系を組み込んだ撮像
装置も含むものである。

【００８８】実施例１の仕様は、水平半画角２１．３２
°、垂直半画角１６．３１°、入射瞳径２．０６１ｍ
ｍ、像の大きさ３．９０×２．９３ｍｍである。この実
施例は、絞り１より物体側に前群を有せず、撮像光学系
を偏心プリズム光学系４だけで構成した実施例である。

【００８９】本実施例は、１つの対称面を有する回転非
対称自由曲面を２面使用して構成した例であり、物体側
から、絞り１と、第１透過面５、第１反射面６、第２反
射面７、第２透過面６からなり、第１反射面と第２透過
面は同一の面６でなり、第１反射面は全反射を利用して
いるため、全体が３面と少ない面で構成されている。そ
して、この実施例において、第１反射面６（第２透過面
６）に回転対称な球面を用いており、他に回転対称非球
面を用いて構成することも可能である。

【００９０】なお、構成パラメータは後記するが、偏心
量は、第１面からの偏心量として表しており、また、第
６面は仮想面である。第７面以降は赤外線カットフィル
ターや光学ローパスフィルター、カバーガラス等の各種
光学部材（フィルター類９）を表している。

【００９１】本実施例の各画角に対する横収差状況を図
２に、歪曲収差の状況を図３に示す。横収差を表す図２
において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画
角，垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横
収差図を示す。以下、上記実施例１の構成パラメータを
示す。

【００９２】実施例１面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り） 2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9 3 25.588 偏心(2) 1.8061 40.9 4 自由曲面[2] 偏心(3) 1.8061 40.9 5 25.588 偏心(2) 6 ∞ 0.00 偏心(4) 7 ∞ 1.00 1.5163 64.1 8 ∞ ０．４０
１．５１６３６４．１像面 ∞ 自由曲面[1] Ｃ₅ -1.2542×10^-2 Ｃ₇ -4.2947×10^-2 Ｃ₁₀ 2.5821×10^-3 Ｃ₁₄ 6.6025×10^-3 Ｃ₁₉ -3.0926×10^-4 Ｃ₂₁ -6.0066×10^-4 自由曲面[2] Ｃ₅ -4.3080×10^-2 Ｃ₇ -4.2205×10^-2 Ｃ₈ 6.5283×10^-4 Ｃ₁₀ 2.0953×10^-4 Ｃ₁₂ -1.8831×10^-4 Ｃ₁₄ -1.1569×10^-4 Ｃ₁₆ -1.0976×10^-4 Ｃ₁₇ 2.0676×10^-5 Ｃ₁₉ 3.1183×10^-5 Ｃ₂₁ 1.7044×10^-5 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 1.768 α 14.63 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.318 ｚ 4.518 α -41.57 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 3.086 ｚ 4.506 α 109.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ -2.821 ｚ 8.493 α -54.38 β 0.00 γ 0.00 。

【００９３】なお、上記実施例の各条件式（１）、
（５）〜（１２）に関する値は以下の表の通りである。
だだし、球面である第１反射面６に関する値も一部示し
てある。ここで、ＤＹ１、ＤＹ２は第１反射面６、第２
反射面７のＤＹ、Ｐｘ１、Ｐｘ２は第１反射面６、第２
反射面７のＰｘｎ、Ｐｙ１、Ｐｙ２は第１反射面６、第
２反射面７のＰｙｎ、Ｃｘ１、Ｃｘ２は第１反射面６、
第２反射面７のＣｘｎである。また、ＤＴｘ、ＤＴｙは
それぞれＸ方向、Ｙ方向の歪曲収差の最大値（％）であ
る。

【００９４】

【００９５】さて、以上のような本発明の撮像光学系
は、例えばＣＣＤを撮像素子とする小型ＴＶカメラのよ
うな撮像装置に用いられる。図４に本発明の撮像光学系
１０を、電子撮像素子としてＣＣＤ１１を用いた撮像装
置に組み込んだ構成の概念図を示す。この撮像装置にお
いて、物体像は撮像光学系１０により赤外線カットフィ
ルター、光学ローパスフィルター等のフィルター類９を
介して像面に配置されたＣＣＤ１１上に結像され、その
物体像はＣＣＤ１１によって映像信号に変換され、その
映像信号は処理手段１２により電子ファインダーとして
作用するＣＲＴ１３上に直接表示されると共に、撮像装
置に内蔵した記録媒体１４中に記録される。また、撮像
装置はマイク１５を備え、映像信号記録と同時に音声情
報記録も同様に行う。また、前記したように、処理手段
１２において、撮像光学系１０の歪曲収差や倍率色収差
の情報を記録媒体１４あるいは処理手段１２に付属した
メモリ等に予め保持しておき、その情報をもとにデジタ
ル画像処理技術を用いて光学系１０で発生する歪曲収差
や倍率色収差を補正するようにするともできる。

【００９６】このような撮像装置において、本発明に基
づき撮像光学系１０の構成要素数の低減、小型化によ
り、装置としての小型化やコストダウンが達成できる。

【００９７】以上の本発明の撮像光学系及びそれを用い
た撮像装置は例えば次のように構成することができる。〔１〕撮像素子面上に物体像を形成するための撮像光
学系において、少なくとも瞳面よりも像側に後側光学群
を有し、前記後側光学群は、物体中心を射出して瞳中心
を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、
前記主光線に対して面全体が傾くように偏心配置された
少なくとも３つの面を備えたプリズム部材を有し、前記
の少なくとも３つの面は、透過作用を有する面と、反射
作用と透過作用とを共有し回転対称面形状の曲面と、反
射作用を有し偏心により発生する回転非対称な偏心収差
を補正する回転非対称面形状の曲面とからなることを特
徴とする撮像光学系。

【００９８】〔２〕上記〔１〕において、前記反射作
用と透過作用とを共有する回転対称面形状の曲面が、全
反射面又は半透過反射面にて形成されていることを特徴
とする撮像光学系。

【００９９】〔３〕上記〔１〕において、前記反射作
用面がコーティングされたミラー面にて形成されている
ことを特徴とする撮像光学系。

【０１００】〔４〕上記〔１〕において、前記反射作
用を有する面が、前記反射作用と透過作用とを共有する
面と対向配置され、かつ、前記軸上主光線が前記光学系
の入射面に到るまでの方向をＺ軸方向、面の偏心面内を
Ｙ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸
とするとき、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線
とＹ方向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、前記光
学系から射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でな
す角のｓｉｎをＮＡ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行
光束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ
方向のパワーＰｙとし、前記プリズム部材の入射面から
前記プリズム部材の射出面までの前記軸上主光線の光路
長をｐとするとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１０１】〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか１
項において、前記プリズム部材が、屈折率１よりも大き
い媒質を挟んだ透過作用を有する第１面と、反射作用と
透過作用とを有する第２面と、反射作用を有する第３面
との３つの面からなり、物体からの光が、第１面に入射
し、第２面で反射され、第３面で反射され、第２面と透
過して射出するように構成されていることを特徴とする
撮像光学系。

【０１０２】〔６〕上記〔５〕において、前記プリズ
ム部材は一体成形された単体のブロックからなることを
特徴とする撮像光学系。

【０１０３】〔７〕上記〔１〕から〔６〕の何れか１
項において、前記光学系により形成される物体像の赤外
線成分をカットする作用を有する赤外線カットフィルタ
ーが前記光学系中に配置されていることを特徴とする撮
像光学系。

【０１０４】〔８〕上記〔１〕から〔６〕の何れか１
項において、前記の反射作用を有する面の少なくとも１
面は、特定の波長を透過又は遮断する作用を有する波長
選択光学部材の裏面鏡にて構成されていることを特徴と
する撮像光学系。

【０１０５】

〔９〕上記〔８〕において、前記波長選
択光学部材が赤外線カット作用を備えていることを特徴
とする撮像光学系。

【０１０６】〔１０〕上記〔６〕において、前記プリ
ズム部材の媒質が赤外線カット作用を備えていることを
特徴とする撮像光学系。

【０１０７】〔１１〕上記〔１０〕において、前記プ
リズム部材の媒質が以下の条件（４）を満足することを
特徴とする撮像光学系。ａ＜１・・・（４）ただし、は前記プリズム部材中に含有されるＣｕＯのモ
ル％である。

【０１０８】〔１２〕上記〔１１〕において、以下の
条件（４）’を満足することを特徴とする撮像光学系。

【０１０９】１×１０^-5＜ａ＜１・・・（４）’ 〔１３〕上記〔１〕から〔１２〕の何れか１項におい
て、前記回転非対称面形状を有する反射作用面は、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
とする撮像光学系。

【０１１０】〔１４〕上記〔１３〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に
直交する方向をＸ軸とし、前記軸上主光線の前記第１の
反射作用面、前記第２の反射作用面との交点近傍のＸ方
向のパワーをそれぞれＰｘ１、Ｐｘ２とするとき、｜Ｐｘ１｜＜｜Ｐｘ２｜・・・（５）であることを特徴とする撮像光学系。

【０１１１】〔１５〕上記〔１４〕において、１＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ１｜＜２０・・・（６）であることを特徴とする撮像光学系。

【０１１２】〔１６〕上記〔１３〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に
直交する方向をＸ軸とし、前記軸上主光線の前記第２の
反射作用面との交点近傍のＸ方向のパワーをＰｘ２と
し、前記軸上主光線の前記第２の透過作用面との交点近
傍のＸ方向のパワーをＰｘ３とするとき、｜Ｐｘ３／Ｐｘ２｜＜０．５・・・（７）であることを特徴とする撮像光学系。

【０１１３】〔１７〕上記〔１３〕において、前記面
対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面とし、その面に
直交する方向をＸ軸とし、前記面のＸ方向の最大画角主
光線が当たる位置での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎ
の値と、前記軸上主光線が前記面に当たる位置での前記
面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＹとす
るとき、０≦｜ＤＹ｜＜０．１・・・（８）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１４】〔１８〕上記〔１３〕において、前記軸
上主光線が前記光学系の第１面に到るまでの方向をＺ軸
方向、前記面対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面と
し、その面に直交する方向をＸ軸とし、Ｙ正方向の最大
画角の主光線とＹ負方向の最大画角の主光線とが前記面
と当たる部分のＸ方向の曲率の差をＣｘｎ、軸上主光線
が前記面と当たる部分のＸ方向のパワーをＰｘｎとする
とき、０≦｜Ｃｘｎ／Ｐｘｎ｜＜１０・・・（９）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１５】〔１９〕上記〔１３〕から〔１８〕の何
れか１項において、前記プリズム部材の有する偏心面の
少なくとも１面は、その偏心方向を含む面が前記対称面
と略一致するように偏心配置されていることを特徴とす
る撮像光学系。

【０１１６】〔２０〕上記〔１９〕において、前記プ
リズム部材の有する全ての偏心面の偏心方向が全て同一
面上にあり、かつ、その偏心方向を含む面が前記対称面
と略一致するように形成されていることを特徴とする撮
像光学系。

【０１１７】〔２１〕上記〔１８〕又は〔１９〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＸ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面に直交し射出した軸上主光
線を含む面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｘｉ、前記Ｎ
Ａ’ｘｉを前記平行光束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｘｉ／
ｄを前記光学系のＸ方向のパワーＰｘとし、前記回転非
対称な面の前記軸上主光線が当たる部分のＸ方向のパワ
ーをＰｘｎとするとき、０＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１００・・・（１０）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１８】〔２２〕上記〔２１〕において、０．０５＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１０・・・（１０）’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１１９】〔２３〕上記〔１８〕又は〔１９〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＹ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮ
Ａ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光束の幅ｄで割っ
た値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方向のパワーＰｙ
とし、前記回転非対称な面の前記軸上主光線が当たる部
分のＹ方向のパワーをＰｙｎとするとき、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１００・・・（１１）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１２０】〔２４〕上記〔２３〕において、０＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１０・・・（１１）’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１２１】〔２５〕上記〔１９〕又は〔２０〕にお
いて、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＹ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角のｓｉｎをＮ
Ａ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光束の幅ｄで割っ
た値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方向のパワーＰｙ
とし、前記軸上主光線が前記光学系の第１面に到るまで
の方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ
軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とするとき、前記光
学系の入射面側から前記軸上主光線とＸ方向に微少量ｄ
離れた平行光束を入射させ、前記光学系から射出する側
でその２つの光線のＹ−Ｚ面に直交し射出した軸上主光
線を含む面内でなす角のｓｉｎをＮＡ’ｘｉ、前記Ｎ
Ａ’ｘｉを前記平行光束の幅ｄで割った値ＮＡ’ｘｉ／
ｄを前記光学系のＸ方向のパワーＰｘとするとき、０．３＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜２・・・（１２）を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１２２】〔２６〕上記〔２５〕において、０．８＜｜Ｐｘ／Ｐｙ｜＜１．２・・・（１２）’ を満たすことを特徴とする撮像光学系。

【０１２３】〔２７〕上記〔１〕から〔２６〕の何れ
か１項において、前記光学系の横収差が２００μｍ以下
であることを特徴とする撮像光学系。

【０１２４】〔２８〕上記〔１〕から〔２６〕の何れ
か１項において、前記光学系の像歪みが２０％以下であ
ることを特徴とする撮像光学系。

【０１２５】〔２９〕上記〔１〕から〔２７〕の何れ
か１項において、前記光学系によって形成される物体像
を受光するために配置された撮像素子を有することを特
徴とする撮像装置。

【０１２６】〔３０〕上記〔２９〕において、前記撮
像素子が受光した光を電気情報に変換する作用を有する
電子撮像素子にて形成されていることを特徴とする撮像
装置。

【０１２７】〔３１〕上記〔３０〕において、前記電
子撮像素子により受光した物体像を観察するための観察
手段を備えていることを特徴とする撮像装置。

【０１２８】

【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、回転対称な透過光学系に比べて小型で収差の
発生が少ない撮像光学系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の撮像光学系の光軸を含む断
面図である。

【図２】実施例１の横収差図である。

【図３】実施例１の歪曲収差図である。

【図４】本発明の撮像光学系を撮像装置に組み込んだ構
成の概念図である。

【図５】本発明における軸上主光線と座標系を説明する
ための図である。

【図６】偏心した反射面により発生する像面湾曲を説明
するための概念図である。

【図７】偏心した反射面により発生する非点収差を説明
するための概念図である。

【図８】偏心した反射面により発生するコマ収差を説明
するための概念図である。

【図９】本発明の撮像光学系のパワーを説明するための
図である。

【図１０】本発明において用いるパラメータＤＹを説明
するための図である。

【符号の説明】

１…絞り２…軸上主光線３…前群４…後群（偏心プリズム光学系）５…偏心プリズム光学系の第１面６…偏心プリズム光学系の第２面７…偏心プリズム光学系の第３面８…像面９…フィルター類１０…撮像光学系１１…ＣＣＤ１２…処理手段１３…ＣＲＴ１４…記録媒体１５…マイク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子面上に物体像を形成するための
撮像光学系において、少なくとも瞳面よりも像側に後側光学群を有し、前記後側光学群は、物体中心を射出して瞳中心を通り像
中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記主光
線に対して面全体が傾くように偏心配置された少なくと
も３つの面を備えたプリズム部材を有し、前記の少なくとも３つの面は、透過作用を有する面と、
反射作用と透過作用とを共有し回転対称面形状の曲面
と、反射作用を有し偏心により発生する回転非対称な偏
心収差を補正する回転非対称面形状の曲面とからなるこ
とを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】請求項１において、前記反射作用と透過
作用とを共有する回転対称面形状の曲面が、全反射面又
は半透過反射面にて形成されていることを特徴とする撮
像光学系。
【請求項３】請求項１において、前記反射作用面がコ
ーティングされたミラー面にて形成されていることを特
徴とする撮像光学系。
【請求項４】請求項１において、前記反射作用を有す
る面が、前記反射作用と透過作用とを共有する面と対向
配置され、かつ、前記軸上主光線が前記光学系の入射面
に到るまでの方向をＺ軸方向、面の偏心面内をＹ軸方
向、Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とする
とき、前記光学系の入射面側から前記軸上主光線とＹ方
向に微少量ｄ離れた平行光束を入射させ、前記光学系か
ら射出する側でその２つの光線のＹ−Ｚ面内でなす角の
ｓｉｎをＮＡ’ｙｉ、前記ＮＡ’ｙｉを前記平行光束の
幅ｄで割った値ＮＡ’ｙｉ／ｄを前記光学系のＹ方向の
パワーＰｙとし、前記プリズム部材の入射面から前記プ
リズム部材の射出面までの前記軸上主光線の光路長をｐ
とするとき、０．１＜ｐ×Ｐｙ＜８・・・（１）を満たすことを特徴とする撮像光学系。