JP2001100101A - 撮像光学系 - Google Patents

撮像光学系

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JP2001100101A
JP2001100101A JP28103299A JP28103299A JP2001100101A JP 2001100101 A JP2001100101 A JP 2001100101A JP 28103299 A JP28103299 A JP 28103299A JP 28103299 A JP28103299 A JP 28103299A JP 2001100101 A JP2001100101 A JP 2001100101A
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optical system
optical element
imaging optical
rotationally asymmetric
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JP28103299A
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Toru Miyajima
徹 宮島
Kokichi Kenno
研野孝吉
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
    • G02B23/06—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors having a focussing action, e.g. parabolic mirror

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏心収差と共に色収差が補正され、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
学系を提供すること。 【解決手段】 互いに偏心して配置された撮像光学素子
１０及び回折光学素子２０で構成され、撮像光学素子１
０は、少なくとも３つの隣合って配置された光学面１１
〜１３からなり、その３つの光学面の中、少なくとも１
つは曲面で構成され、かつ、光学面間で少なくとも２回
以上の反射をする撮像光学系。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像光学系に関
し、特に、反射偏心撮像光学素子と回折光学素子からな
る撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】小型の反射偏心撮像光学系で、２次元撮
像が可能な従来の周知なものとして、特開平１０−３３
３０４０号のものがある。上記光学系は、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つ面を備えた光
学系を有し、反射作用と透過作用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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の反射偏心撮像光
学系において発生する色収差は、その光学系によってだ
けでは収差補正が十分できないため、撮像画像の画質低
下の原因となっていた。
【０００４】従来、共軸光学系においては、正レンズに
対して負レンズを組み合わせることにより色収差を補正
している。屈折型の正レンズに対して負レンズは、色収
差、像面湾曲共に補正することができる。しかし、反射
型の正レンズに対して負レンズは色収差は補正できる
が、像面湾曲が大きくなってしまう傾向を持つ。これ
は、屈折型の正レンズが負の像面湾曲を持つのに対し
て、反射型の正レンズは正の像面湾曲を持つためであ
る。
【０００５】また、従来の反射偏心接眼光学系は、比較
的焦点距離が長いため、小さな撮像素子に結像させる
と、撮影範囲が狭いものになってしまう。
【０００６】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたのもであり、その目的は、偏心収差と共に
色収差が補正され、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を提供することであ
る。
【０００７】
【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、互いに偏心して配置された撮像光学
素子及び回折光学素子で構成され、前記撮像光学素子
は、少なくとも３つの隣合って配置された光学面からな
り、前記の３つの光学面の中、少なくとも１つは曲面で
構成され、かつ、前記光学面間で少なくとも２回以上の
反射をすることを特徴とするものである。
【０００８】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について説明する。
【０００９】本発明の撮像光学系は、反射偏心撮像光学
素子とその物体側又は像面側に配置された回折光学素子
とからなることを特徴とする。
【００１０】回折光学素子は負の非常に強い分散（アッ
ベ数−３．４５）を持つため、正レンズに対して色収差
の補正ができ、かつ、ペッツバール和が０のため、像面
湾曲に対する影響がない。このため、反射型の正レンズ
である反射偏心撮像光学素子と回折光学素子とを組み合
わせて、像面湾曲を増大させずに色収差のみさらに補正
することができる。
【００１１】したがって、撮影範囲の広い反射偏心撮像
光学系に回折光学素子を組み込むことにより、像面湾曲
を大きくすることなく、色収差を補正し、広い画角にお
いても明瞭で歪みの少ない像を与えることができる。
【００１２】また、（光学系全体の焦点距離）／（回折
光学素子の焦点距離）の値をＦとするとき、 −１＜Ｆ＜１ ・・・（１） なる条件を満足することが好ましい。
【００１３】なお、ここで、偏心光学系の焦点距離は次
のように定義される。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。そ
して、このパワーＰｘ、Ｐｙの逆数をそれぞれ光学系全
体のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｆｙとする。そし
て、本発明においては、この両者を含めて（光学系全体
の焦点距離）とするが、後記の実施例においては、Ｆｙ
を（光学系全体の焦点距離）としている。
【００１４】この条件（１）は光学系全体と回折光学素
子の収差補正のバランスを決める条件であり、この上限
の１を越えると、回折光学素子の収差補正量が過剰とな
り、また、下限の−１を越えると、収差補正量が不足と
なり、光学系で発生する色収差に対し回折光学素子で補
正する収差のバランスが崩れ、良好な収差補正を達成す
ることができなくなる。
【００１５】さらに好ましくは、 −０．１＜Ｆ＜０．１ ・・・（１−１） なる条件を満足することが好ましい。
【００１６】さらに好ましくは、 ０＜Ｆ＜０．１ ・・・（１−２） なる条件を満足することが好ましい。
【００１７】本発明の撮像光学系の撮像光学素子として
は、少なくとも３つの面で構成される空間が屈折率が１
より大きい透明媒質で満たされてなるプリズム部材から
構成することが現実的である。
【００１８】そして、その撮像光学素子を構成する曲面
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非
対称面形状を少なくとも１面有し、回転非対称面は全反
射作用又は反射作用を有し、物点中心を射出して、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、軸上主光線に対して回転非対称面が傾いて配置さ
れ、回転非対称面は、偏心により発生する回転非対称な
収差を回転非対称面形状で補正するものであり、撮像光
学素子の物体側又は像面側に回折光学素子が配置されて
いるものとすると、偏心収差、色収差共に良好に補正さ
れた撮像光学系を達成することができる。
【００１９】なお、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定
義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００２０】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。
【００２１】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ） である。
【００２２】自由曲面項は、 ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００２３】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、Ｃ2 、Ｃ5 、Ｃ7 、
Ｃ9 、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ
27、Ｃ29、Ｃ31、Ｃ33、Ｃ35・・・の各項の係数を０に
することによって可能である。
【００２４】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、上記定義式においては、Ｃ3 、
Ｃ5、Ｃ8 、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ17、Ｃ19、Ｃ21、Ｃ
23、Ｃ25、Ｃ27、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る。
【００２５】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作製をも向
上させることが可能となる。
【００２６】また、上記定義式（ａ）は、前述のように
１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作製も向
上させるということが特徴であり、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。
【００２７】ところで、前記のプリズム部材の１つの構
成としては、透過作用を有する第１面と、反射作用と透
過作用とを兼ねた第２面と、反射作用を有する第３面と
の３つの光学面からなり、物体からの光が、第１面を透
過して前記プリズム部材に入射し、第２面で反射され、
第３面で反射され、第２面を透過して前記プリズム部材
から射出するように構成されているものとすることがで
きる。
【００２８】
【発明実施の形態】以下、本発明の撮像光学系の実施例
１〜５について説明する。なお、各実施例の構成パラメ
ータは後に示す。
【００２９】各実施例において、図１に示すように、光
学系の面番号１の絞り面の中心を偏心光学系の原点とし
て、軸上主光線２を物体中心を出て、絞り１の中心を通
る光線で定義する。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軸方向、このＺ軸と像
面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、光線が光学系の面
によって折り曲げられる面内の方向で、かつ、Ｙ−Ｚ平
面内のＺ軸に直交する方向にＹ軸をとる。物点から光学
系の第１面に向かう方向をＺ軸の正方向とし、Ｙ軸の正
方向を図の上方向にとる。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。
【００３０】実施例１〜５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面としている。
【００３１】偏心面については、光学系の原点の中心か
ら、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸
（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面に
ついては、後記の（ｂ）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反時計回りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。
【００３２】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
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。
【００３３】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が
自由曲面の軸となる。
【００３４】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。
【００３５】 Ｚ＝（ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］ ＋Ａｙ4 ＋Ｂｙ6 ＋Ｃｙ8 ＋Ｄｙ10＋…… ・・・（ｂ） なお、データの記載されていない自由曲面、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。
【００３６】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｃ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
この面の形状は以下の式により定義する。その定義式の
Ｚ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定
義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回
りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。
【００３７】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ2 ＋Ｄ3 Ｒcos(A)＋Ｄ4 Ｒsin(A) ＋Ｄ5 Ｒ2 cos(2A)＋Ｄ6 （Ｒ2 −１）＋Ｄ7 Ｒ2 sin(2A) ＋Ｄ8 Ｒ3 cos(3A) ＋Ｄ9 （３Ｒ3 −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ10（３Ｒ3 −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ11Ｒ3 sin(3A) ＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）cos(2A) ＋Ｄ14（６Ｒ4 −６Ｒ2 ＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）sin(2A) ＋Ｄ16Ｒ4 sin(4A) ＋Ｄ17Ｒ5 cos(5A) ＋Ｄ18（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）cos(3A) ＋Ｄ19（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ20（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ21（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）sin(3A) ＋Ｄ22Ｒ5 sin(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)・・・・・ ・・・（ｃ） なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ
4 ，Ｄ5 ，Ｄ6 、Ｄ10０，Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14，Ｄ
20，Ｄ21，Ｄ22…を利用する。
【００３８】その他の面の例として、次の定義式（ｄ）
があげられる。
【００３９】Ｚ＝ΣΣＣnmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。
【００４０】 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 ｜Ｘ｜ ＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ7 Ｘ2 ＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 ｜Ｘ｜＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 ｜Ｘ｜＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15Ｙ｜Ｘ3 ｜＋Ｃ16Ｘ4 ＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 ｜Ｘ｜＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 ｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ21ＹＸ4 ＋Ｃ22｜Ｘ5 ｜ ＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 ｜Ｘ｜＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 ｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 ＋Ｃ28Ｙ｜Ｘ5 ｜＋Ｃ29Ｘ6 ＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 ｜Ｘ｜＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 ｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 ＋Ｃ35Ｙ2 ｜Ｘ5 ｜＋Ｃ36ＹＸ6 ＋Ｃ37｜Ｘ7 ｜ ・・・（ｄ） なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記（ｃ）式、
（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。
【００４１】また、回折光学素子に関しては、例えば
「光学系デザイナーのための小型光学エレメント」第
６、７章（オプトロニクス社刊）や「ＳＰＩＥ」第１２
６巻、ｐ．４６〜５３（１９７７）等に記載されてお
り、可視域でのアッべ数ν＝−３．４５３、部分分散比
θg,F ＝０．０３であり、その回折格子の間隔を自由に
変えることが可能なため、任意の非球面レンズ面と等価
に扱える。以下では、「ＳＰＩＥ」第１２６巻、ｐ．４
６〜５３（１９７７）に記載されている「ｕｌｔｒａ−
ｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄ」を用いている。
【００４２】図１〜図５にそれぞれ実施例１〜５の撮像
光学系の偏心方向の断面図を示す。各実施例の水平画角
は４３．７８°、垂直画角は３３．１６°、入射瞳径は
実施例１〜３、５は１．２５ｍｍ、実施例４は１．７５
ｍｍである。
【００４３】実施例１〜４は、それぞれ図１〜図４に示
すように、順光線追跡で、物体側から光の通る順に、絞
り１、偏心プリズム１０、回折光学素子２０、平行平板
３０、像面８からなり、偏心プリズム１０は、光線の通
る順に、入射屈折面の第１面１１と、全反射面と射出屈
折面を兼ねる第２面１２と、内部反射面の第３面１３と
からなり、回折光学素子２０はその入射側の面に回折面
２１が設けられている。
【００４４】実施例５は、図５に示すように、順光線追
跡で、物体側から光の通る順に、絞り１、回折光学素子
２０、偏心プリズム１０、平行平板３０、像面８からな
り、偏心プリズム１０は、光線の通る順に、入射屈折面
の第１面１１と、全反射面と射出屈折面を兼ねる第２面
１２と、内部反射面の第３面１３とからなり、回折光学
素子２０はその入射側の面に回折面２１が設けられてい
る。
【００４５】以下に上記各実施例の構成パラメータを示
す。以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は
非球面、“ＤＯＥ”は回折面をそれぞれ示す。
【００４６】 （実施例１） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 120.00 1 ∞（絞り） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 4 ＦＦＳ 偏心(4) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(5) 1001.0681 -3.5 7 ∞ 偏心(5) 1.5254 55.8 8 ∞ 偏心(6) 9 ∞ 偏心(7) 1.5163 64.1 10 ∞ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ＡＳＳ Ｒ 168504.50 Ｋ -1.0000 Ａ 2.8577×10-7 Ｂ -2.0404×10-8 ＦＦＳ Ｃ4 3.2301×10-2 Ｃ6 3.2206×10-2 Ｃ8 -3.3921×10-3 Ｃ10 -2.7260×10-3 Ｃ11 7.3457×10-4 Ｃ13 -2.7483×10-4 Ｃ15 -1.5716×10-3 Ｃ17 3.9878×10-5 Ｃ19 1.2794×10-5 Ｃ21 6.1993×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 3.7647×10-3 Ｃ6 2.4601×10-3 Ｃ8 6.3843×10-4 Ｃ10 7.7978×10-4 Ｃ11 -3.0687×10-4 Ｃ13 -3.3674×10-4 Ｃ15 -1.2374×10-4 Ｃ17 3.9878×10-5 Ｃ19 1.2794×10-5 Ｃ21 6.1993×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 2.2145×10-2 Ｃ6 2.0516×10-2 Ｃ8 9.1268×10-4 Ｃ10 1.7447×10-3 Ｃ11 -2.0845×10-4 Ｃ13 -4.6441×10-4 Ｃ15 -1.9364×10-4 Ｃ17 3.9878×10-5 Ｃ19 1.2794×10-5 Ｃ21 6.1993×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.52 α 21.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.03 Ｚ 3.51 α -45.65 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 3.37 Ｚ 4.27 α -81.50 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -0.41 Ｚ 5.72 α -71.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -1.85 Ｚ 6.15 α -71.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -3.37 Ｚ 6.59 α -71.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -3.90 Ｚ 6.75 α -71.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -4.57 Ｚ 6.94 α -71.15 β 0.00 γ 0.00 。
【００４７】 （実施例２） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 100.00 1 ∞（絞り） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 4 ＦＦＳ 偏心(4) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(5) 1001.0681 -3.5 7 ∞ 偏心(5) 1.5254 55.8 8 ∞ 偏心(6) 9 ∞ 偏心(7) 1.5163 64.1 10 ∞ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ＡＳＳ Ｒ 167947.12 Ｋ -1.0000 Ａ 2.8355×10-7 Ｂ -2.0524×10-8 ＦＦＳ Ｃ4 3.2473×10-2 Ｃ6 3.2306×10-2 Ｃ8 -3.3937×10-3 Ｃ10 -2.7291×10-3 Ｃ11 7.6406×10-4 Ｃ13 -2.6269×10-4 Ｃ15 -1.5664×10-3 Ｃ17 4.0687×10-5 Ｃ19 1.2674×10-5 Ｃ21 6.1858×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 3.7240×10-3 Ｃ6 2.4489×10-3 Ｃ8 6.3565×10-4 Ｃ10 7.7892×10-4 Ｃ11 -3.0851×10-4 Ｃ13 -3.3678×10-4 Ｃ15 -1.2385×10-4 Ｃ17 4.0687×10-5 Ｃ19 1.2674×10-5 Ｃ21 6.1858×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 2.2177×10-2 Ｃ6 2.0535×10-2 Ｃ8 9.1218×10-4 Ｃ10 1.7442×10-3 Ｃ11 -2.0776×10-4 Ｃ13 -4.6357×10-4 Ｃ15 -1.9379×10-4 Ｃ17 4.0687×10-5 Ｃ19 1.2674×10-5 Ｃ21 6.1858×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.51 α 21.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.03 Ｚ 3.51 α -45.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 3.38 Ｚ 4.27 α -81.54 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -0.43 Ｚ 5.72 α -71.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -1.87 Ｚ 6.13 α -71.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -3.41 Ｚ 6.58 α -71.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -3.94 Ｚ 6.73 α -71.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -4.61 Ｚ 6.92 α -71.37 β 0.00 γ 0.00 。
【００４８】 （実施例３） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 100.00 1 ∞（絞り） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 4 ＦＦＳ 偏心(4) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(5) 1001.0681 -3.5 7 ∞ 偏心(5) 1.5254 55.8 8 ∞ 偏心(6) 9 ∞ 偏心(7) 1.5163 64.1 10 ∞ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ＡＳＳ Ｒ 189993.46 Ｋ -1.0000 Ａ 1.5437×10-7 Ｂ -1.3824×10-8 ＦＦＳ Ｃ4 2.6894×10-2 Ｃ6 3.0340×10-2 Ｃ8 -2.7339×10-3 Ｃ10 -3.9117×10-3 Ｃ11 1.1504×10-3 Ｃ13 2.3711×10-4 Ｃ15 -1.7602×10-3 Ｃ17 3.8565×10-5 Ｃ19 2.2049×10-5 Ｃ21 7.4841×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 4.8731×10-3 Ｃ6 3.2135×10-3 Ｃ8 8.3515×10-4 Ｃ10 9.4504×10-4 Ｃ11 -2.6553×10-4 Ｃ13 -3.6616×10-4 Ｃ15 -1.5373×10-4 Ｃ17 3.8565×10-5 Ｃ19 2.2049×10-5 Ｃ21 7.4841×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 2.4041×10-2 Ｃ6 2.3470×10-2 Ｃ8 7.9647×10-4 Ｃ10 1.7022×10-3 Ｃ11 -1.8199×10-4 Ｃ13 -4.2777×10-4 Ｃ15 -2.1400×10-4 Ｃ17 3.8565×10-5 Ｃ19 2.2049×10-5 Ｃ21 7.4841×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.34 α 20.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -0.15 Ｚ 3.66 α -45.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 2.94 Ｚ 4.62 α -81.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 5.86 α -69.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -1.43 Ｚ 6.33 α -69.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -3.82 Ｚ 7.12 α -69.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -4.35 Ｚ 7.29 α -69.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -5.01 Ｚ 7.51 α -69.74 β 0.00 γ 0.00 。
【００４９】 （実施例４） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 120.00 1 ∞（絞り） 偏心(1) 2 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 55.8 3 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 4 ＦＦＳ 偏心(4) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(5) 1001.0681 -3.5 7 ∞ 偏心(5) 1.5254 55.8 8 ∞ 偏心(6) 9 ∞ 偏心(7) 1.5163 64.1 10 ∞ 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ＡＳＳ Ｒ 152047.24 Ｋ -1.0000 Ａ 1.6279×10-7 Ｂ -1.2207×10-8 ＦＦＳ Ｃ4 3.2450×10-2 Ｃ6 3.4473×10-2 Ｃ8 -2.0879×10-3 Ｃ10 -2.8230×10-3 Ｃ11 2.8411×10-4 Ｃ13 -2.4585×10-4 Ｃ15 -1.2350×10-3 Ｃ17 1.7504×10-5 Ｃ19 1.0950×10-5 Ｃ21 3.2640×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 4.8562×10-3 Ｃ6 1.9144×10-3 Ｃ8 8.7540×10-4 Ｃ10 8.3041×10-4 Ｃ11 -2.2038×10-4 Ｃ13 -2.4603×10-4 Ｃ15 -9.5128×10-5 Ｃ17 1.7504×10-5 Ｃ19 1.0950×10-5 Ｃ21 3.2640×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 2.3554×10-2 Ｃ6 2.2135×10-2 Ｃ8 7.4724×10-4 Ｃ10 1.3652×10-3 Ｃ11 -1.2422×10-4 Ｃ13 -2.7625×10-4 Ｃ15 -1.3568×10-4 Ｃ17 1.7504×10-5 Ｃ19 1.0950×10-5 Ｃ21 3.2640×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.82 α 19.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -0.43 Ｚ 4.42 α -46.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 3.56 Ｚ 5.88 α -81.80 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.39 Ｚ 7.22 α -69.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -1.04 Ｚ 7.69 α -69.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -3.05 Ｚ 8.34 α -69.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -3.58 Ｚ 8.51 α -69.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -4.24 Ｚ 8.72 α -69.47 β 0.00 γ 0.00 。
【００５０】 （実施例５） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 120.00 1 ∞（絞り） 偏心(1) 2 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(1) 1001.0681 -3.5 3 ∞ 偏心(1) 1.5254 55.8 4 ∞ 偏心(2) 5 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 6 ＦＦＳ 偏心(4) 1.5254 55.8 7 ＦＦＳ 偏心(5) 1.5254 55.8 8 ＦＦＳ 偏心(4) 9 ∞ 偏心(6) 1.5163 64.1 10 ∞ 偏心(7) 像 面 ∞ 偏心(8) ＡＳＳ Ｒ 187069.65 Ｋ -1.0000 Ａ -1.4405×10-7 Ｂ -4.6473×10-7 ＦＦＳ Ｃ4 4.1263×10-3 Ｃ6 1.1031×10-2 Ｃ8 -4.1889×10-3 Ｃ10 -6.3731×10-3 Ｃ11 1.5699×10-3 Ｃ13 1.5682×10-3 Ｃ15 -9.7577×10-4 Ｃ17 5.0556×10-5 Ｃ19 3.8368×10-5 Ｃ21 5.8074×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 8.9471×10-3 Ｃ6 5.3532×10-3 Ｃ8 -3.4269×10-4 Ｃ10 5.0180×10-4 Ｃ11 3.2151×10-5 Ｃ13 -3.5719×10-4 Ｃ15 -1.0965×10-4 Ｃ17 5.0556×10-5 Ｃ19 3.8368×10-5 Ｃ21 5.8074×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 2.8447×10-2 Ｃ6 2.7227×10-2 Ｃ8 -5.5674×10-5 Ｃ10 1.1471×10-3 Ｃ11 -2.2868×10-5 Ｃ13 -3.9218×10-4 Ｃ15 -1.2699×10-4 Ｃ17 5.0556×10-5 Ｃ19 3.8368×10-5 Ｃ21 5.8074×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.50 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 1.93 α 19.77 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -0.35 Ｚ 3.35 α -45.68 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 2.54 Ｚ 4.36 α -80.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -4.04 Ｚ 7.12 α -65.89 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -4.55 Ｚ 7.32 α -65.89 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -5.20 Ｚ 7.57 α -65.89 β 0.00 γ 0.00 。
【００５１】上記実施例１の各画角に対する横収差状況
を図６に、歪曲収差の状況を図７に示す。横収差を表す
図６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。
【００５２】なお、実施例１〜５の光学系全体の焦点距
離＝ｆ1 、回折光学素子２０の焦点距離＝ｆ2 、ｆ1 ／
ｆ2 ＝Ｆの値はそれぞれ次の通りである。
【００５３】
【００５４】なお、以上のような構成において、回折光
学素子２０の回折面２１を設ける基板にパワーを持たせ
るようにすることも可能である。
【００５５】また、回折光学素子２０の種類として、透
明部と不透明部を交互に配置した振幅変調型の回折面
や、高屈折率部と低屈折率部を交互に配置して屈折率差
による位相差にて回折作用を持たせた回折面、矩形状の
凹凸を交互に配置して厚みの差による位相差にて回折作
用を持たせた２レベルのバイナリー形状の回折面、キノ
フォームと呼ばれる、表面を鋸歯形状にして連続的な位
相差にて回折作用を持たせた回折面、キノフォームを４
レベル以上の階段形状に近似したバイナリー形状の回折
面等があげられる。
【００５６】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カメラある
いは電子カメラのような撮像装置に用いられる。図８に
本発明の撮像光学系４０を、電子撮像素子としてＣＣＤ
４２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、絞り１の前方にカバーガラ
ス４１あるいはパワーを持つレンズを配置して構成され
ており、物体像は撮像光学系４０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３
０（実施例１〜５の平行平板に対応）を介して像面に配
置されたＣＣＤ４２上に結像され、その物体像はＣＣＤ
４２によって映像信号に変換され、その映像信号は処理
手段４３により電子ファインダーとして作用するＬＣＤ
（液晶表示素子）４４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４５中に記録される。また、撮
像装置はマイク４６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、処理手段４３において、
撮像光学系４０の歪曲収差等の収差情報を記録媒体４５
あるいは処理手段４３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４０で発生する歪曲収差等の収差を補正するよ
うにすることもできる。
【００５７】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４０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。
【００５８】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。
【００５９】〔１〕 互いに偏心して配置された撮像光
学素子及び回折光学素子で構成され、前記撮像光学素子
は、少なくとも３つの隣合って配置された光学面からな
り、前記の３つの光学面の中、少なくとも１つは曲面で
構成され、かつ、前記光学面間で少なくとも２回以上の
反射をすることを特徴とする撮像光学系。
【００６０】〔２〕 前記撮像光学素子は、前記の少な
くとも３つの面で構成される空間が屈折率が１より大き
い透明媒質で満たされてなるプリズム部材から構成され
ていることを特徴とする上記１記載の撮像光学系。
【００６１】〔３〕 前記撮像光学素子を構成する曲面
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非
対称面形状を少なくとも１面有し、前記回転非対称面は
全反射作用又は反射作用を有し、物点中心を射出して、
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、前記軸上主光線に対して前記回転非対称面が傾い
て配置され、前記回転非対称面は、偏心により発生する
回転非対称な収差を前記回転非対称面形状で補正するも
のであり、前記撮像光学素子の物体側又は像面側に前記
回折光学素子が配置されていることを特徴とする上記１
又は２記載の撮像光学系。
【００６２】〔４〕 前記プリズム部材は、透過作用を
有する第１面と、反射作用と透過作用とを兼ねた第２面
と、反射作用を有する第３面との３つの光学面からな
り、物体からの光が、第１面を透過して前記プリズム部
材に入射し、第２面で反射され、第３面で反射され、第
２面を透過して前記プリズム部材から射出するように構
成されていることを特徴とする上記２又は３記載の撮像
光学系。
【００６３】〔５〕 （光学系全体の焦点距離）／（回
折光学素子の焦点距離）の値をＦとするとき、 −１＜Ｆ＜１ ・・・（１） なる条件を満足する上記１から４の何れか１項記載の撮
像光学系。
【００６４】〔６〕 上記５記載の光学系において、さ
らに、 −０．１＜Ｆ＜０．１ ・・・（１−１） なる条件を満足する撮像光学系。
【００６５】〔７〕 上記５記載の光学系において、さ
らに、 ０＜Ｆ＜０．１ ・・・（１−２） なる条件を満足する撮像光学系。
【００６６】〔８〕 上記１から７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。
【００６７】
〔９〕 上記８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。
【００６８】〔１０〕 上記９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。
【００６９】
【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、偏心反射光学系からなる撮像光学素子と回折
光学素子を組み合わせることにより、偏心収差と共に色
収差が補正され、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の撮像光学系の偏心方向の断
面図である。
【図２】本発明の実施例２の撮像光学系の偏心方向の断
面図である。
【図３】本発明の実施例３の撮像光学系の偏心方向の断
面図である。
【図４】本発明の実施例４の撮像光学系の偏心方向の断
面図である。
【図５】本発明の実施例５の撮像光学系の偏心方向の断
面図である。
【図６】実施例１の横収差図である。
【図７】実施例１の歪曲収差図である。
【図８】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９】本発明の撮像光学系の焦点距離を説明するため
の図である。
【符号の説明】
１…絞り ２…軸上主光線 ３…レンズ系 ４…偏心プリズム光学系 ８…像面 １０…偏心プリズム １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 ２０…回折光学素子 ２１…回折面 ３０…平行平板（フィルター類） ４０…撮像光学系 ４１…カバーガラス ４２…ＣＣＤ ４３…処理手段 ４４…ＬＣＤ（液晶表示素子） ４５…記録媒体 ４６…マイク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに偏心して配置された撮像光学素子
    及び回折光学素子で構成され、前記撮像光学素子は、少
    なくとも３つの隣合って配置された光学面からなり、前
    記の３つの光学面の中、少なくとも１つは曲面で構成さ
    れ、かつ、前記光学面間で少なくとも２回以上の反射を
    することを特徴とする撮像光学系。
  2. 【請求項２】 前記撮像光学素子は、前記の少なくとも
    ３つの面で構成される空間が屈折率が１より大きい透明
    媒質で満たされてなるプリズム部材から構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
  3. 【請求項３】 前記撮像光学素子を構成する曲面が、そ
    の面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面
    形状を少なくとも１面有し、前記回転非対称面は全反射
    作用又は反射作用を有し、物点中心を射出して、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、
    前記軸上主光線に対して前記回転非対称面が傾いて配置
    され、前記回転非対称面は、偏心により発生する回転非
    対称な収差を前記回転非対称面形状で補正するものであ
    り、前記撮像光学素子の物体側又は像面側に前記回折光
    学素子が配置されていることを特徴とする請求項１又は
    ２記載の撮像光学系。
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