JPH09222563A

JPH09222563A - 反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置

Info

Publication number: JPH09222563A
Application number: JP8054275A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kimura; 研一木村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-08-26
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: US20020003656A1; JP3761957B2; US6549332B2

Abstract

(57)【要約】【課題】曲面や平面の複数の内面反射面を透明体に一
体的に形成した光学素子を用いて撮像する際、光学素子
の入射面又は／及び射出面の曲率と物***置又は／及び
像点位置を適切に設定することにより全系の諸収差を良
好に補正し、特に色収差を高度に補正して結像性能を向
上した反射型の光学系及びそれを用いた撮像装置を得る
こと。【解決手段】物体からの光束を透明体の表面に形成し
た入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲面
より成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体の
射出面から射出させて像を形成する反射型の光学系にお
いて、該入射面の曲率半径を基準軸上で該入射面頂点か
ら物体までの距離に略等しく設定し、該射出面の曲率半
径を基準軸上で該射出面頂点から像までの距離に略等し
く設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型の光学系及び
それを用いた撮像装置に関し、特に複数の反射面を有す
る光学素子を用いて、物体像を所定面上に形成するビデ
オカメラやスチールビデオカメラの撮像光学系や観察光
学系等に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、屈折系の光学系を用いた撮像
・観察光学系が種々提案されている。これらの光学系に
おいては、可視光波長領域のうち基準波長に対する球面
収差やコマ収差・像面彎曲収差等を良く補正するととも
に、基準波長以外の波長に対しても同様に諸収差の補正
を行っている。特に屈折系ではガラス等の材質の屈折率
が波長により異なる、所謂分散がある為に、この分散特
性によって生ずる色収差の補正( 所謂色消し) を行って
結像性能を向上している。

【０００３】例えば、屈折レンズを用いた光学系におい
ては１枚のレンズで結像作用を持たせつつ色消しを行う
事は原理的に不可能であるため、屈折率と分散の異なる
レンズを複数枚組み合わせることで色収差の補正を行っ
ている。

【０００４】一方、従来より凹面鏡や凸面鏡等の反射面
を利用した撮影光学系も種々と提案されている。反射面
では色収差が原理的に発生しないことから、色収差が結
像性能に大きく影響する望遠鏡などに数多く応用されて
いる。

【０００５】図１７は１つの凹面鏡と１つの凸面鏡より
成る所謂ミラー光学系の概略図である。同図のミラー光
学系において、物体からの物体光束104 は、凹面鏡101
にて反射され、収束されつつ物体側に向かい、凸面鏡10
2 にて反射された後、像面103 に結像する。

【０００６】このミラー光学系は、所謂カセグレン式反
射望遠鏡の構成を基本としており、屈折レンズで構成さ
れるレンズ全長の長い望遠レンズ系の光路を相対する二
つの反射ミラーを用いて折りたたむ事により、光学系全
長を短縮するとともに、望遠レンズ特有の色収差をミラ
ー光学系を用いることで回避している。

【０００７】この様に、従来よりレンズ全長が長くなる
撮影レンズではレンズの代わりに反射ミラーを用いる事
により、効率よく光路を折りたたんで、コンパクトで色
収差の影響のないミラー光学系を得ている。しかしなが
ら反射系だけを用いた所謂カトプトリック光学系におい
ては、限られた面数やスペースの中で反射ミラーで発生
する収差をすべて補正するのは困難である。

【０００８】そこで、反射系と屈折系をうまく組み合わ
せて自由度を増し、全系で収差を補正した例もある。図
１８は、反射系と屈折系を組み合わせた所謂カタディオ
プトリック系の例である。図１８において物体からの物
体光束116 は、屈折レンズ111・112 で屈折作用を受けた
後、凹面鏡113 にて反射され、収束されつつ物体側に向
かい、凸面鏡114 にて反射された後、像面115 に結像す
る。屈折レンズ系は反射鏡で発生する収差を補正するよ
うに構成されている。

【０００９】しかしながら、屈折系は色収差をおさえる
ため、凸レンズ111・凹レンズ112 の組み合わせになって
いる。よって、反射系のみで効率よく光路を折りたたん
でコンパクトにしたものが、結局大口径の屈折レンズが
必要となってしまうため、大型化してしまう欠点があっ
た。

【００１０】また、構成部品点数が多くなるため、必要
な光学性能を得る為には、それぞれの光学部品を精度良
く組み立てることが必要であった。特に、反射ミラー相
互あるいは反射ミラーと屈折レンズとの相対位置精度が
厳しい為、各反射ミラーの位置及び角度の調整が必須で
あった。

【００１１】この問題を解決する一つの方法として、例
えばミラー系を一つのブロック化することにより、組立
時に生じる光学部品の組み込み誤差を回避する方法が提
案されている。

【００１２】従来、多数の反射面が一つのブロックにな
っているものとして、例えばファインダー系等に使用さ
れるペンタゴナルダハプリズムやポロプリズム等の光学
プリズムがある。

【００１３】これらのプリズムは、複数の反射面が一体
成形されている為に、各反射面の相対的な位置関係は精
度良く作られており、反射面相互の位置調整は不要とな
る。但し、これらのプリズムの主な機能は、光線の進行
方向を変化させることで像の反転を行うものであり、各
反射面は平面で構成されている場合が多い。

【００１４】これに対して、プリズムの反射面に曲率を
持たせた光学系も知られている。

【００１５】図１９は米国特許4,775,217 号明細書に開
示されている観察光学系の要部概略図である。この観察
光学系は外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表
示した表示画像を風景とオーバーラップして観察する光
学系である。

【００１６】この観察光学系では、情報表示体121 の表
示画像から射出する表示光束125 は面122 にて反射して
物体側に向かい、凹面より成るハーフミラー面123 に入
射する。そしてこのハーフミラー面123 にて反射した
後、表示光束125 は凹面123 の有する屈折力によりほぼ
平行な光束となり、面122 を屈折透過した後、表示画像
の拡大虚像を形成するとともに、観察者の瞳124 に入射
して表示画像を観察者に認識させている。

【００１７】一方、物体からの物体光束126 は反射面12
2 とほぼ平行な面127 に入射し、屈折して凹面のハーフ
ミラー面123 に至る。凹面123 には半透過膜が蒸着され
ており、物体光束126 の一部は凹面123 を透過し、面12
2 を屈折透過後、観察者の瞳124 に入射する。これによ
り観察者は外界の風景の中に表示画像をオーバーラップ
して視認する。

【００１８】図２０は特開平2-297516号公報に開示され
ている観察光学系の要部概略図である。この観察光学系
も外界の風景を観察すると共に、情報表示体に表示した
表示画像をオーバーラップして観察する光学系である。

【００１９】この観察光学系では、情報表示体130 から
射出した表示光束134 は、プリズムPaを構成する平面13
7 を透過しプリズムPaに入り放物面反射面131 に入射す
る。表示光束134 はこの反射面131 にて反射されて収束
光束となり焦点面136 に結像する。このとき反射面131
で反射された表示光束134 は、プリズムPaを構成する２
つの平行な平面137 と平面138 との間を全反射しながら
焦点面136 に到達しており、これによって光学系全体の
薄型化を達成している。

【００２０】次に焦点面136 から発散光として射出した
表示光束134 は、平面137 と平面138 の間を全反射しな
がら放物面より成るハーフミラー132 に入射し、このハ
ーフミラー面132 で反射されると同時にその屈折力によ
って表示画像の拡大虚像を形成すると共にほぼ平行な光
束となり、面137 を透過して観察者の瞳133 に入射し、
これにより表示画像を観察者に認識させている。

【００２１】一方、外界からの物体光束135 はプリズム
Pbを構成する面138bを透過し、放物面より成るハーフミ
ラー132 を透過し、面137 を透過して観察者の瞳133 に
入射する。観察者は外界の風景の中に表示画像をオーバ
ーラップして視認する。さらに、プリズムの反射面に
光学素子を用いた例として、例えば特開平5-12704 号公
報や特開平6-139612号公報等に開示されている光ピック
アップ用の光学ヘッドがある。これらは半導体レーザー
からの光をフレネル面やホログラム面にて反射させた
後、ディスク面に結像し、ディスクからの反射光をディ
テクターに導いている。

【００２２】ところが、以上述べた多数の反射面が一つ
のブロックになっている光学系においては、積極的にカ
タディオプトリック系を１つのブロックで構成して収差
補正を行っているわけではなく、特に分散特性を有する
ガラス等の媒質でブロックを構成するために入射・射出
面において生ずる色収差が問題となってくる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】前記米国特許4,775,21
7 号明細書、特開平2-297516号公報に開示されている観
察光学系は、いずれも観察者の瞳から離れて配置されて
いる情報表示体に表示されている表示画像を効率良く観
察者の瞳に伝達する為の瞳結像作用と光線の進行方向を
変化させることを主眼としており、曲率を持った反射面
にて積極的な収差補正を行う技術については直接的に開
示していない。

【００２４】また、反射・屈折系を積極的に組み合わせ
て全系の収差補正を行っているわけではなく、特に入射
・射出面において発生する色収差を補正する技術につい
ては直接的に開示されていない。

【００２５】又、特開平5-12704 号公報や特開平6-1396
12号公報等に開示されている光ピックアップ用の光学系
は、いずれも検知光学系の使用に限定されているため、
特にCCD 等の面積型の撮像素子を用いた撮像装置に対す
る結像性能を満足するものではなく、さらに使用波長帯
域が極めて狭く、撮影光学系の様に可視光領域にわたる
色収差は補正はなされていない。

【００２６】本発明は、曲面や平面の複数の内面反射面
を透明体に一体的に形成した光学素子を用いて撮像する
際、光学素子の入射面又は／及び射出面の曲率と物***
置又は／及び像点位置を適切に設定することにより全系
の諸収差を良好に補正し、特に色収差を高度に補正して
結像性能を向上した反射型の光学系及びそれを用いた撮
像装置の提供を目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型の光学系
は、（１−１）物体からの光束を透明体の表面に形成した
入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲面よ
り成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体の射
出面から射出させる反射型の光学系において、該入射面
の曲率半径を基準軸上で該入射面頂点から物体までの距
離に略等しく設定すること等を特徴としている。

【００２８】特に、（１−１−１）前記反射面は前記入射面に対して偏心
配置している。（１−１−２）前記光束は前記透明体の内部で中間結
像している。（１−１−３）前記入射面の曲率中心を該入射面に対
して前記物体側に設定する。（１−１−４）前記物体は別の光学系により前記入射
面の光射出側に形成される像であり、該入射面が凸面で
ある。（１−１−５）前記物体は別の光学系により前記入射
面の光入射側に形成される像であり、該入射面が凹面で
ある。こと等を特徴としている。

【００２９】更に、本発明の反射型の光学系は、（１−２）物体からの光束を透明体の表面に形成した
入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲面よ
り成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体の射
出面から射出させて像を形成する反射型の光学系におい
て、該射出面の曲率半径を基準軸上で該射出面頂点から
該像までの距離に略等しく設定すること等を特徴として
いる。

【００３０】特に、（１−２−１）前記反射面は前記入射面に対して偏心
配置している。（１−２−２）前記光束は前記透明体の内部で中間結
像している。（１−２−３）前記射出面の曲率中心を該射出面に対
して前記像側に設定する。（１−２−４）前記射出面は凹面であり、前記像は該
射出面の光射出側に形成する。（１−２−５）前記射出面が凸面であり、前記像は該
射出面の光入射側に形成する。こと等を特徴としている。

【００３１】更に本発明の反射型の光学系は、（１−３）物体からの光束を透明体の表面に形成した
入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲面よ
り成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体の射
出面から射出させて像を形成する反射型の光学系におい
て、該入射面の曲率半径を基準軸上で該入射面頂点から
物体までの距離に略等しく設定し、該射出面の曲率半径
を基準軸上で該射出面頂点から像までの距離に略等しく
設定すること等を特徴としている。

【００３２】特に、（１−３−１）前記反射面は前記入射面に対して偏心
配置している。（１−３−２）前記光束は前記透明体の内部で中間結
像している。（１−３−３）前記入射面の曲率中心を該入射面に対
して前記物体側に、前記射出面の曲率中心を該射出面に
対して前記像側に設定する。（１−３−４）前記入射面が略平面で、前記射出面が
凹面である。（１−３−５）前記入射面が略平面であり、前記射出
面が凸面であり、前記像は該射出面の光入射側に形成す
る。（１−３−６）前記物体は別の光学系により前記入射
面の光射出側に形成される像であり、前記入射面は凸面
であり、前記射出面は凹面である。（１−３−７）前記入射面が凹面で、前記射出面が凹
面である。（１−３−８）前記物体は別の光学系により前記入射
面の光射出側に形成される像であり、該入射面は凸面で
あり、前記射出面は凸面であり、前記光束は該射出面を
射出して該射出面の光入射側に像を形成する。（１−３−９）前記入射面が凹面であり、前記射出面
が略平面であり、前記像が略無限遠に形成される。（１−３−１０）前記物体は別の光学系により前記入
射面の光射出側に形成される像であり、前記入射面は凸
面であり、前記射出面は略平面であり、前記光束は該射
出面を射出して略無限遠に像を形成する。（１−３−１１）前記入射面は凹面であり、前記射出
面は凸面であり、前記像は該射出面の光入射側に形成す
る。（１−３−１２）（１−１）〜（１−３−１１）のい
ずれか１項に記載の反射型の光学系を複数個組み合わせ
て構成する。こと等を特徴としている。

【００３３】又、本発明の撮像装置は、（１−４）（１−１）〜（１−３−１２）のいずれか
１項に記載の反射型の光学系を有し、撮像媒体の撮像面
上に前記物体の像を結像すること等を特徴としている。

【００３４】

【実施形態】まず、本発明の色収差補正の原理を図２、
図３を用いて説明する。本発明では、同一媒質で構成さ
れた光学素子ブロックにおける入射面・射出面で発生す
る色収差の補正を効果的に行うものである。そこで、ま
ず色収差そのものを考察してみる。

【００３５】図２は１つの屈折面Ｒにおける物体Ｏの結
像説明図である。図中、一点鎖線は光軸であり、物体Ｏ
は屈折面Ｒから距離ｓのところにある。像Ｉは屈折面Ｒ
から距離ｓ’のところに形成される。入射瞳entpは屈折
面Ｒから距離ｔのところにあり、射出瞳extpは屈折面Ｒ
から距離ｔ’のところに形成される。屈折面Ｒ前後の媒
質の屈折率はN,N'である。

【００３６】まず、２本の近軸光線ｍ( 軸上光線) 、ｐ
( 軸外主光線) の追跡を行い、屈折面Ｒ上での高さをそ
れぞれh,h_bとする。なお、光線は図中左から右へ進むも
のとし、光線の進む方向を正とする。このとき、面Ｒが
球面でその曲率半径をr(曲率中心が面の頂点の右ならば
正) とすると、そこで発生する色収差は、例えば松居吉
哉著「レンズ設計法」によれば、色収差係数を用いて

【００３７】

【数１】と表すことができる。ただし、dN、dN' は前後の媒質の
基準波長の屈折率に対する色収差を計算する波長の屈折
率の偏差である。

【００３８】そこで、図３に示すような同一媒質で構成
された光学素子ブロックで同様な計算を行ってみる。図
３に示すように一点鎖線で示される光学系の光軸上にあ
る入射面R1と射出面Rkから構成される屈折率N の媒質で
構成された光学系を考える。まず入射瞳entpを面R1から
距離t₁の場所にあるとし、それに対応した射出瞳extpが
射出面Rkから距離t_k' の位置にできるとする。面R1から
距離s₁にある物体Ｏの結像を考える。物体Ｏは光学系を
射出後に射出面Rkから距離s_k' に像Ｉを形成する。

【００３９】２本の近軸光線ｍ( 軸上光線) 、ｐ( 軸外
主光線) を追跡する。軸上光線ｍは面R1に換算傾角a₁(<
0)・高さh₁で入射し、面Rkから換算傾角a_k'(>0) ・高さ
h_kで射出するものとし、一方軸外主光線ｐは面R1に換算
傾角a_b1(<0) ・高さh_b1 で入射し、面Rkから換算傾角a
_bk'(>0)・高さh_bk で射出するものとする。このとき、R
1、Rkが球面でその曲率半径がそれぞれr₁、r_kであった
とすると、入射面・射出面での色収差係数は、

【００４０】

【数２】となる。ここでs_k、t_kは面Rkで屈折される前の像点、射
出瞳の位置であるからそれを屈折後の位置s_k'、t_k' で書
き直すと、屈折の法則1/s'＝N/s+(1-N)/r から

【００４１】

【数３】となる。

【００４２】ここで、図３から分かる様に

【００４３】

【数４】である。ただし、b ＝a₁/a_k'は結像倍率である。さら
に、物体Ｏの大きさをy₁、像点の大きさをy_k' とし、ま
た入射瞳と射出瞳の結像関係を考えその大きさをそれぞ
れp₁・p_k'とする。この２つの結像関係の間にHelmholtz-
Lagrangeの不変量を考えると、

【００４４】

【数５】が得られる。（４）・（５）をそれぞれ（３）に
代入すると、

【００４５】

【数６】となり、この式により２種類の色収差を表す収差係数を
求めることができる。

【００４６】さらに、光学素子ブロックが物点から数え
て最初のブロックである場合には、光線追跡の初期値を

【００４７】

【数７】と表現することもできる。

【００４８】(6) 式または(7) 式から色収差を低減する
ためには入射側では、入射面R1の曲率半径r₁と入射面頂
点から物点までの光軸上の距離s₁を略等しくし、また、
射出側においても射出面Rkの曲率半径r_kと射出面頂点か
ら像点までの光軸上の距離s_k' を略等しくすることが効
果的であることが判る。

【００４９】また、曲率半径の符号を考慮すると(7) 式
から入射面R1の曲率中心と物点Ｏは入射面に対して同じ
側にあればよい。同様に、射出面Rkの曲率中心と像点Ｉ
は射出面に対して同じ側にあればよい。

【００５０】さらに、色収差を完全に補正するためには
(6) ・(7) 式でＬ＝Ｔ＝０がh₁、h_b1 、dN/Nにかかわらず成立すれば良いから、そ
れぞれ［］の中が０ならばよく、

【００５１】

【数８】を実現すれば良い。(8) ・(9) 式の連立方程式をr₁、r_k
について解くと r₁＝s₁ 〜(10) r_k＝s_k' 〜(11) が得られ、入射面・射出面総合での色収差を完全に補正
するためには入射面R1の曲率半径r₁と入射面頂点から物
点までの光軸上の距離s₁を略等しく、かつ、射出面Rkの
曲率半径r_kと射出面頂点から像点までの光軸上の距離
s_k' を略等しくすれば良い。

【００５２】同様に、曲率半径の符号を考慮すると、入
射面R1の曲率中心と物点Ｏは入射面に対して同じ側にあ
り、射出面Rkの曲率中心と像点Ｉは射出面に対して同じ
側にあればよい。

【００５３】なお、(10)・(11) 式は色収差を完全に０に
する解であるが、(6) 式または(7)式から分かる様に、
(1/r₁ −1/s₁) あるいは(1/r_k −1/s_k')が小さくなれば
良い。そこで、入射面は、そこを通過する軸上光線が平
行光若しくは発散光である場合には凹面、平行光若しく
は収束光である場合には凸面であれば良い。同様に、射
出面は、そこを通過する軸上光線が平行光若しくは発散
光である場合には凸面、平行光若しくは収束光である場
合には凹面であれば良い。

【００５４】実際のレンズ系であてはめてみると、図４
に示す様な所謂コンセントリック系において、その共通
の曲率中心に物点・像点を一致させると上で述べた条件
を満たす。しかし、この系では、結像系にはならない。
そこで、本発明では、入射・射出屈折面のあいだに曲面
の反射面を配置した所謂カタディオプトリック系とする
ことで、反射面と屈折面を積極的に組み合わせて、上記
の色収差補正の条件を満たした結像系を得ている。反射
面では色収差が原理的に発生しないことから、本発明で
は透明体の表面に光の入射面と射出面、そして曲面より
成る内面反射の反射面を設けた光学素子を用る。

【００５５】図１は本発明の反射型の光学系の実施形態
１の要部概略図である。本実施形態の構成データを以下
に記す。

【００５６】［実施形態１］図１は本発明の実施形態１
の光学系の断面図である。図１には軸上光線・軸外光線
それぞれの光路を図示している。本実施形態の構成デー
タは次のとおりである。

【００５７】以上の構成データにおいてr_iは面Riの曲率半径、Diは第
ｉ面〜第ｉ＋１面までの間隔、Ndi 、νdiは第ｉ面と第
ｉ＋１面間の媒質の屈折率及びアッベ数である。

【００５８】図中、10は本発明の反射型の光学系であ
り、絞りR1、透明体の表面に入射面R2・射出面R5そして
２面の反射面R3,R4 を備えた光学素子より構成してい
る。図１において、物点Ｏからの軸上光線は、凹屈折面
R2から入射し、内面反射の凹面鏡R3にて反射され、収束
されつつ物体側に向かい、凸面鏡R4にて反射された後、
凹屈折面R5から射出し、像点Ｉに結像する。

【００５９】入射面R2は物体側に凹面を向けた球面でそ
の曲率中心は物点Ｏに一致しており、r₁=s₁ -D1であっ
て、(10)式を満足している。一方、射出面R4は像側に凹
面を向けた球面でその曲率中心は像点Ｉに一致してお
り、r₅=s_k'であって、(11)式を満足している。

【００６０】また、物点Ｏと入射面R2の曲率中心は入射
面に対して同じ側、像点Ｉと射出面R5の曲率中心も射出
面に対して同じ側になっている。

【００６１】なお、図１においては実物体・実像の結像
となっているが、虚物体（入射面に収束光線が入射す
る）・虚像（射出面から発散光線が射出する）の場合に
も対応する光学素子を容易に構成できる。

【００６２】なお、本実施形態においては、共軸球面系
であるので光軸が後述の基準軸となっており、入射基準
軸と射出基準軸は平行でその方向は同じである。

【００６３】実施形態１では、反射面・屈折面が同軸に
配置されているため、反射面R4によるケラレが生じ、入
射光束の有効利用ができない。また、同様な理由で光軸
から離れた物点からの光線もケラレ易いので、広画角が
必要とされる撮影系には適していない。また、反射面を
２面以上与えることも構造上難しく、この点から高度に
収差補正をすることが難しい。

【００６４】そこで、以下の実施形態では透明体の表面
に曲面の反射面を偏心配置すると共に、入射面・射出面
が色収差を発生しないように構成する。

【００６５】以下の実施形態の説明に入る前に、以下の
実施形態の構成諸元の表し方及び実施形態全体の共通事
項について説明する。

【００６６】図５は以下の実施形態の光学系の構成デー
タを定義する座標系の説明図である。以下の実施形態で
は物体側から像面に進む１つの光線（図５中の一点鎖線
で示すもので基準軸光線と呼ぶ）に沿ってｉ番目の面を
第ｉ面とする。

【００６７】図５において第１面R1は絞り、第２面R2は
第１面と共軸な屈折面、第３面R3は第２面R2に対してチ
ルトされた反射面、第４面R4、第５面R5は各々の前面に
対してシフト、チルトされた反射面、第６面R6は第５面
R5に対してシフト、チルトされた屈折面である。第２面
R2から第６面R6までの各々の面はガラス、プラスチック
等の媒質で構成される一つの光学素子上に形成されてお
り、図５中では光学素子10としている。

【００６８】従って、図５の構成では不図示の物体面か
ら第２面R2までの媒質は空気、第２面R2から第６面R6ま
ではある共通の媒質、第６面R6から不図示の第７面R7ま
での媒質は空気で構成している。

【００６９】以下の実施形態の光学系は偏心光学系であ
るため光学系を構成する各面は共通の光軸を持っていな
い。そこで、以下の実施形態においては先ず第１面の光
線有効径の中心を原点とする絶対座標系を設定する。

【００７０】そして、以下の実施形態においては、第１
面の光線有効径の中心点を原点とすると共に、原点と最
終結像面の中心とを通る光線（基準軸光線）の経路を光
学系の基準軸と定義している。さらに、その基準軸は方
向（向き）を持っている。その方向は基準軸光線が結像
に際して進行する方向である。基準軸は、光学系の外か
ら見た場合には光軸と同様な取り扱いができる。

【００７１】以下の実施形態においては、光学系の基準
となる基準軸を上記の様に設定したが、光学系の基準と
なる軸の決め方は光学設計上、収差の取り纏め上、若し
くは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良
い軸を採用すれば良い。しかし、一般的には像面の中心
と、絞り又は入射瞳又は出射瞳又は光学系の第１面の中
心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を
光学系の基準となる基準軸に設定する。

【００７２】つまり、以下の実施形態においては、基準
軸は第１面の光線有効径の中心点を通り、最終結像面の
中心へ至る光線（基準軸光線）が各屈折面及び反射面に
よって屈折・反射する経路を基準軸に設定している。各
面の順番は基準軸光線が屈折・反射を受ける順番に設定
している。

【００７３】従って基準軸は設定された各面の順番に沿
って屈折若しくは反射の法則に従ってその方向を変化さ
せつつ、最終的に像面の中心に到達する。

【００７４】以下の各実施形態の光学系を構成するチル
ト面は基本的にすべてが同一面内でチルトしている。そ
こで、絶対座標系の各軸を以下のように定める。

【００７５】Z軸：原点を通り第２面R2に向かう基準軸 Y軸：原点を通りチルト面内（図５の紙面内）でZ 軸に
対して反時計回りに90゜をなす直線 X軸：原点を通りZ、Y 各軸に垂直な直線（図５の紙面に
垂直な直線）又、光学系を構成する第ｉ面の面形状を表すには、絶対
座標系にてその面の形状を表記するより、基準軸と第ｉ
面が交差する点を原点とするローカル座標系を設定し
て、ローカル座標系でその面の面形状を表した方が形状
を認識する上で理解し易い為、以下の実施形態の構成デ
ータでは第ｉ面の面形状をローカル座標系で表わす。

【００７６】また、第ｉ面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ 軸に対して反時計回り方向を正とした角度θ
i （単位°）で表す。よって、以下の実施形態では各面
のローカル座標の原点は図５中のYZ平面上にある。また
XZおよびXY面内での面の偏心はない。さらに、第ｉ面の
ローカル座標(x,y,z) のy,z 軸は絶対座標系(X,Y,Z)に
対してYZ面内で角度θi 傾いており、具体的には以下の
ように設定する。

【００７７】z 軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座
標系のZ 方向に対しYZ面内において反時計方向に角度θ
i をなす直線 y 軸：ローカル座標の原点を通り、z 方向に対しYZ面内
において反時計方向に90゜をなす直線 x 軸：ローカル座標の原点を通り、YZ面に対し垂直な直
線また、Diは第ｉ面と第(i+1) 面のローカル座標の原点間
の間隔を表すスカラー量、Ndi 、νdiは第ｉ面と第
（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。

【００７８】また、以下の実施形態では光学系の断面図
及び数値データを示す。

【００７９】以下の実施形態は球面及び回転非対称の非
球面を有している。その内の球面部分は球面形状として
その曲率半径r_iを記している。実施形態の数値データに
おいては、曲率半径r_iの符号は、曲率中心がローカル座
標のz 軸プラス方向にある場合をプラスとし、z 軸マイ
ナス方向にある場合をマイナスとする。

【００８０】球面は以下の式で表される形状である：

【００８１】

【数９】また、以下の光学系は少なくとも回転非対称な非球面を
一面以上有し、その形状は以下の式により表す： z ＝C₀₂・y²+C₂₀・x²+C₀₃・y³+C₂₁・x²・y+C₀₄・y⁴+C₂₂・x²・y
²+C₄₀・x⁴ 上記曲面式はx に関して偶数次の項のみであるため、上
記曲面式により規定される曲面はyz面を対称面とする面
対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合
はxz面に対して対称な形状を表す。

【００８２】C₀₃ ＝C₂₁ ＝0 さらに C₀₂ ＝C₂₀ C₀₄＝C₄₀ ＝C₂₂/2 が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件
を満たさない場合は非回転対称な形状である。

【００８３】なお、以下の実施形態において実施形態４
以外は図５に示すように、その第１面R1は絞りである。
又、水平半画角u_Yとは図５のYZ面内において光学系の第
１面に入射する光束の最大画角、垂直半画角u_XとはXZ面
内において光学系の第１面に入射する光束の最大画角で
ある。また、第１面が絞りである場合はその直径を絞り
径として示している。これは光学系の明るさに関係す
る。その場合、入射瞳は第１面に位置するため上記絞り
径は入射瞳径に等しい。

【００８４】又、像面上での有効像範囲を像サイズとし
て示す。像サイズはローカル座標のy 方向のサイズを水
平、x 方向のサイズを垂直とした矩形領域で表してい
る。

【００８５】以下の実施形態の光学系は全て偏心光学系
であるので近軸理論に基づく焦点距離を直接計算する事
は困難である。そこで以下の実施形態においては以下の
定義による換算焦点距離f を用いる：

【００８６】

【数１０】又、構成データを挙げている実施形態についてはその横
収差図を示す。横収差図は各実施形態について、光学系
への水平入射角、垂直入射角が夫々(u_Y,u_X),(0,u_X),(-u
_Y,u_X),(u_Y,0),(0,0),(-u_Y,0)となる入射角の光束の横収
差を示す。横収差図においては、横軸は瞳への入射高さ
を表し、縦軸は収差量を表している。各実施形態とも基
本的に各面がyz面を対称面とする面対称の形状となって
いる為、横収差図においても垂直画角のプラス、マイナ
ス方向は同一となるので、図の簡略化の為に、マイナス
方向の横収差図は省略している。

【００８７】［実施形態２］図６は本発明の実施形態２
の光学系のYZ面内での断面図である。本実施形態は水平
画角40.0度、垂直画角30.6度の撮影光学系である。図６
には光路も図示している。図７も実施形態２のYZ面内で
の断面図であり、軸上光線の光路を図示している。本実
施形態の構成データは次のとおりである。

【００８８】水平半画角 20.0 垂直半画角 15.3 絞り径 2.40 像サイズ水平4mm ×垂直3mm 換算焦点距離 5.37mm i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 4.00 1 絞り 2 0.00 4.00 0.00 8.00 1.51633 64.15 屈折面 3 0.00 12.00 18.00 9.72 1.51633 64.15 反射面 4 -5.71 4.14 3.00 9.33 1.51633 64.15 反射面 5 -10.38 12.22 -10.00 8.84 1.51633 64.15 反射面 6 -11.91 3.52 -18.00 8.91 1.51633 64.15 反射面 7 -18.32 9.70 -23.00 6.98 1.51633 64.15 反射面 8 -18.32 2.73 0.00 8.06 1 屈折面 9 -18.32 -5.33 -0.00 0.00 1 像面球面形状 R 2 面 r₂= ∞ R 8 面 r₈= -10.952 非球面形状 R 3 面 C₀₂=-3.07038e-02 C₂₀=-3.87628e-02 C₀₃= 1.83660e-04 C₂₁=-2.47678e-04 C₀₄= 1.82085e-05 C₂₂=-1.81479e-05 C₄₀=-9.91286e-06 R 4 面 C₀₂=-1.46712e-02 C₂₀=-8.04832e-02 C₀₃= 1.82943e-03 C₂₁=-2.88424e-03 C₀₄= 7.71058e-05 C₂₂=-8.94316e-04 C₄₀=-7.74679e-04 R 5 面 C₀₂=-1.54524e-02 C₂₀=-3.21031e-02 C₀₃= 6.71883e-04 C₂₁=-6.30965e-04 C₀₄=-4.48412e-05 C₂₂=-7.00525e-05 C₄₀=-5.65456e-05 R 6 面 C₀₂=-3.51167e-03 C₂₀=-1.84016e-02 C₀₃= 3.35568e-04 C₂₁=-3.04934e-03 C₀₄=-1.52491e-04 C₂₂=-2.38033e-04 C₄₀=-1.93476e-04 R 7 面 C₀₂=-2.08695e-02 C₂₀=-2.26946e-02 C₀₃= 9.05991e-05 C₂₁=-1.04282e-03 C₀₄=-4.51664e-05 C₂₂=-3.44033e-05 C₄₀=-3.07678e-05 図６において、10-1は光学素子であり、ガラス等の透明
体で構成していて複数の曲面反射面を有している。光学
素子10-1の表面には物体からの光線の通過順に、平面
（入射面）R2及び凹面鏡R3・反射面R4・凹面鏡R5・反射
面R6・凹面鏡R7の五つの反射面及び凹屈折面（射出面）
R8を形成している。R1は光学素子10-1の物体側に配置し
た絞り（入射瞳）、R9は最終結像面であり、CCD 等の撮
像素子（撮像媒体）の撮像面が位置する。絞りR1と光学
素子10-1は光学系10の一要素を構成している。11は光学
系の基準軸である。

【００８９】なお、２つの屈折面は平面と回転対称の球
面である。これは、色収差補正の条件を満たすと共に、
光学系を製作・評価する場合に基準軸を正確に測定でき
る様にするためである。また、屈折面を回転対称とする
ことで非対称な色収差の発生を低減させている。また、
すべての反射面はYZ平面に対して対称な面である。

【００９０】次に本実施形態における結像作用を説明す
る。物体からの光束１は、絞りR1により入射光量を規制
された後、光学素子10-1の入射面R2に入射し、面R3で反
射された後、面R3と面R4の間で一旦結像し、次いで面R
4,R5,R6,R7 で次々に反射して行き、射出面R8から射出
し、撮像素子の撮像面である最終結像面R9上に再結像す
る。R2から入射した光束は、内部で中間結像する。これ
は、光学系を薄型にするためで、絞りR1を出た軸外主光
線が大きく拡がらない内に収斂させ、光学系の広角化に
よる第１反射面R3以降の各面有効径の大型化を抑えてい
る。

【００９１】本実施形態では、入射出を含む基準軸はす
べて紙面内（YZ平面）に載っている。

【００９２】この様に光学素子10-1は、入射出面と、そ
の中での複数の曲面反射鏡によって、所望の光学性能を
有する全体として正の屈折力を有するレンズユニットと
して機能している。

【００９３】光学素子10-1を構成する各反射面は、入出
射する基準軸と反射面との交点における法線が、基準軸
の方向と一致しない所謂偏心反射面である。これは従来
のミラー光学系において発生するケラレを防止するとと
もに、これによってより自由な配置をとることができ、
スペース効率がよく、コンパクトで自由な形状の光学素
子を構成することができる。

【００９４】さらに各反射面の形状は直交する二つの面
(yz 面、xz面）内で屈折力が異なる対称面を１つだけ有
する面である。これは各反射面を偏心配置したことによ
って生じる偏心収差を押さえるためである。

【００９５】本実施形態の効果を説明する。本実施形態
においては、図７からわかるように、軸上光線が入射面
R2において、屈折作用を受けず直進している。これは、
入射面の曲率半径r₂を無限遠物体に対応させて無限大に
したことによる。一方、射出面R8においても、軸上光線
が殆ど屈折作用を受けていない。これは、射出面の曲率
半径r₈を射出面と像点の距離s_k' に略一致させたことに
よる。このように、入射面・射出面での色収差補正条件
を満たすことで効果的に屈折面で発生する色収差を補正
している。

【００９６】具体的には、入射面においては物体距離が
無限遠であり、入射面r₂＝（平面）となっているのでE=
0 となる。一方、射出面においては、射出面から像点ま
での距離s_k' ＝-D8 ＝-8.06 であり、最終面r₈＝-10.95
2 であるのでE'=0.18 となる。なお、曲率半径の符号は
像点と曲率中心が射出面R8のローカル座標軸z マイナス
方向にあるために負となっている。

【００９７】本実施形態の物体無限遠時の横収差図を図
８に示す。本実施形態はバランスの良い収差補正状態が
得られており、特に色収差については軸上色収差・倍率
色収差ともによく補正されている。

【００９８】本実施形態においては、近距離物体へのフ
ォーカシングは光学系全体を撮像素子の撮像面R9に対し
て移動させて行う。とくに本実施形態においては、光学
素子10-1に入射する基準軸の方向と光学素子10-1から出
射する基準軸の方向は平行でかつ逆方向であるため、光
学系全体を射出する基準軸の方向（Z 軸方向）に平行に
移動させることで、従来のレンズ系と同様にフォーカシ
ング動作を行うことができる。

【００９９】ここで、近距離物体へのフォーカシング時
に発生する色収差について述べる。前述した入射面・射
出面での色収差補正の条件(10)・(11)式は、厳密には特
定の像点・物点に関して成り立っているものである。特
に撮影光学系の場合で、本実施形態のごとく無限遠物体
に対応して色収差補正を行っている場合、物体距離を変
えフォーカシングを行うと(10)・(11)でのs₁,s_K'が変化
するために、補正条件からずれ、結果として近距離物体
においては色収差が発生する場合がある。そのため、本
実施形態を動作させる物体距離範囲に対応して入射面を
平面ではなく物体側に弱い凹面することが好ましい。同
様に、射出面においても物体無限遠時のバックフォーカ
スから定まる色収差補正のための曲率を少しゆるくする
ことが好ましい。

【０１００】［実施形態３］図９は本発明の実施形態３
の光学系のYZ面内での断面図である。本実施形態は、２
つの光学素子10-1,10-2 から成り立っている。本実施形
態は水平画角40.0度、垂直画角30.6度の撮影光学系であ
る。図９は光路も図示している。本実施形態の構成デー
タを以下に示す。

【０１０１】水平半画角 20.0 垂直半画角 15.3 絞り径 2.40 像サイズ水平4mm ×垂直3mm 換算焦点距離 5.32mm i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 4.00 1 絞り (10-1) 2 0.00 4.00 0.00 8.00 1.51633 64.15 屈折面 3 0.00 12.00 18.00 9.72 1.51633 64.15 反射面 4 -5.71 4.14 3.00 9.33 1.51633 64.15 反射面 5 -10.38 12.22 -10.00 8.84 1.51633 64.15 反射面 6 -11.91 3.52 -18.00 8.91 1.51633 64.15 反射面 7 -18.32 9.70 -23.00 19.50 1.51633 64.15 反射面 8 -18.32 -9.80 0.00 2.79 1 屈折面 (10-2) 9 -18.32 -12.58 0.00 7.00 1.51633 64.15 屈折面 10 -18.32 -19.58 -28.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 11 -27.44 -13.43 -24.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 12 -28.97 -24.32 -12.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 13 -34.80 -15.00 0.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 14 -40.63 -24.32 16.00 10.00 1.51633 64.15 反射面 15 -40.63 -14.32 0.00 10.99 1 屈折面 16 -40.63 -3.33 -0.00 0.00 1 像面球面形状 R 2 面 r₂ =-552.940 R 8 面 r₈ = 9.454 R 9 面 r₉ = 12.087 R15 面 r₁₅= 10.967 非球面形状 R 3 面 C₀₂=-3.30513e-02 C₂₀=-4.11546e-02 C₀₃= 1.35386e-04 C₂₁=-3.45949e-04 C₀₄= 6.33281e-06 C₂₂=-6.71079e-05 C₄₀=-2.77244e-05 R 4 面 C₀₂=-2.65687e-02 C₂₀=-8.14436e-02 C₀₃= 2.30675e-03 C₂₁= 1.37463e-03 C₀₄=-1.14863e-05 C₂₂= 5.82949e-04 C₄₀=-7.81862e-05 R 5 面 C₀₂=-2.53347e-02 C₂₀=-3.59879e-02 C₀₃= 4.69566e-04 C₂₁= 1.58591e-04 C₀₄=-3.66462e-05 C₂₂=-7.23896e-05 C₄₀=-4.16183e-05 R 6 面 C₀₂=-7.70463e-03 C₂₀=-1.12822e-02 C₀₃= 1.42491e-03 C₂₁= 1.02846e-03 C₀₄=-2.65184e-04 C₂₂=-3.27737e-04 C₄₀=-7.38409e-05 R 7 面 C₀₂=-2.53531e-02 C₂₀=-1.70323e-02 C₀₃= 3.50655e-04 C₂₁=-6.36030e-04 C₀₄=-7.11854e-05 C₂₂=-9.99628e-05 C₄₀=-1.62659e-05 R10 面 C₀₂= 2.13066e-02 C₂₀= 2.33512e-02 C₀₃= 7.47353e-05 C₂₁=-1.16964e-03 C₀₄= 1.76555e-05 C₂₂= 1.19209e-04 C₄₀= 2.53072e-05 R11 面 C₀₂= 5.73294e-03 C₂₀= 1.17300e-02 C₀₃= 5.38313e-04 C₂₁= 1.15995e-03 C₀₄= 8.76678e-05 C₂₂=-2.77257e-04 C₄₀=-1.01760e-04 R12 面 C₀₂= 2.50561e-02 C₂₀= 3.19858e-02 C₀₃=-8.17616e-05 C₂₁=-8.65236e-04 C₀₄= 1.76580e-05 C₂₂= 2.51854e-05 C₄₀= 2.68929e-05 R13 面 C₀₂= 7.72528e-03 C₂₀= 1.47716e-02 C₀₃=-1.30043e-03 C₂₁= 2.49407e-03 C₀₄= 1.37907e-04 C₂₂=-6.38285e-04 C₄₀=-1.91814e-04 R14 面 C₀₂= 2.57400e-02 C₂₀= 3.08719e-02 C₀₃=-1.57711e-04 C₂₁=-9.45123e-04 C₀₄= 2.38627e-05 C₂₂=-3.12422e-05 C₄₀= 2.35376e-05 本実施形態の光学系10は絞りR1と２つの光学素子10-1,1
0-2 からなり、さらに光学素子10-1,10-2 はガラス等の
透明体で構成していて、複数の曲面反射面を有してい
る。光学素子10-1の表面には物体からの光線の通過順
に、弱い凹屈折面（入射面）R2及び凹面鏡R3・凸面鏡R4
・凹面鏡R5・反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面及び凸
屈折面（射出面）R8を形成している。一方、光学素子10
-2の表面には物体からの光線の通過順に、凹屈折面（入
射面）R9及び凹面鏡R10 ・反射面R11凹面鏡R12 ・反射
面R13 ・凹面鏡R14 の五つの反射面及び凹屈折面（射出
面）R15 を形成している。R1は光学素子10の物体側に配
置した絞り（入射瞳）、R16 は最終結像面であり、CCD
等の撮像素子の撮像面が位置する。11は撮影光学系の基
準軸である。

【０１０２】なお、各光学素子の屈折面はいずれも回転
対称の球面であり、すべての反射面はYZ平面に対して対
称な面である。

【０１０３】次に本実施形態の結像作用を説明する。物
体からの光束は、絞り（入射瞳）R1により入射光量を規
制された後、光学素子10-1の入射面R2に入射し、面R3で
反射された後、面R4近傍で一旦結像し、次いで面R4,R5,
R6,R7 で次々に反射して行き、面R7と面R8との間で再度
結像し、射出面R8から射出して二番目の光学素子10-2に
入射する。光学素子10-2の入射面R9に入射した光束は面
R10,R11 で反射された後、面R12 近傍で一旦結像した
後、面R12,R13,R14 で次々に反射し、射出面R15から射
出して最終結像面R16 上に結像する。

【０１０４】この様に本実施形態の光学系は、入射出面
による屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈
折力によって、所望の屈折力と光学性能を備える光学素
子を組み合わせ、全体として正の屈折力を有する光学系
として機能している。

【０１０５】また、本実施形態の横収差図を図１０に示
す。

【０１０６】本実施形態では、屈折力を有する２つの光
学素子を組み合わせることで全体として結像性能に優れ
た光学系を構成しているが、特に色収差に関しては、光
学素子単位で補正している。

【０１０７】即ち、光学素子10-1の入射面R2は無限遠物
体乃至近距離物体に対応して平面に近い弱い凹面(-552.
94) とすることでE₁=0.01 として色収差補正を効果的に
行っている。一方、射出面R8においては光学素子10-1の
像を虚像として結像点を素子内部( 反射面R7と射出面R8
の間|s₈'|=8.64) になる様に構成し、射出面R8を凸面r₈
=9.454にしてE₁'=0.05として曲率半径と射出面から像点
までの距離を略一致させている。その結果、軸上光線は
この射出面で殆ど屈折作用を受けず、入射面の条件とあ
いまって光学素子10-1単独で色収差補正がなされてい
る。

【０１０８】一方、２番目の光学素子10-2の入射面R9は
物体側に曲率中心を有する凹面でr₉=12.087 であり、こ
れに対する物体距離は11.43 であるのでE₂=0.03 とな
る。そして射出面R15 ではs₁₅'=10.99であり、射出面R
₁₅ は像点側に曲率中心を有する凹面でr₁₅=10.967であ
るのでE₂'=0.00となり、光学素子10-2単独で色収差の補
正がなされている。

【０１０９】以上述べたように本実施形態では夫々単独
で色収差が補正されている２つの光学素子を組み合わせ
て全系で効果的に色収差補正を行っている。

【０１１０】［実施形態４］図１１は本発明の実施形態
４の光学系のYZ面内での断面図である。本実施形態の光
学系10は絞りR1と２つの光学素子10-1,10-2 から成り立
っている。本実施形態は水平画角40.0度、垂直画角30.6
度の撮影光学系である。図１１は光路も図示している。
本実施形態の構成データを以下に示す。水平半画角 20.0 垂直半画角 15.3 絞り径 2.40 像サイズ水平4mm ×垂直3mm 換算焦点距離f 5.45mm i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 4.00 1 絞り (10-1) 2 0.00 4.00 0.00 8.00 1.51633 64.15 屈折面 3 0.00 12.00 18.00 9.72 1.51633 64.15 反射面 4 -5.71 4.14 3.00 9.33 1.51633 64.15 反射面 5 -10.38 12.22 -10.00 8.84 1.51633 64.15 反射面 6 -11.91 3.52 -18.00 8.91 1.51633 64.15 反射面 7 -18.32 9.70 -23.00 6.98 1.51633 64.15 反射面 8 -18.32 2.73 0.00 2.27 1 屈折面 (10-2) 9 -18.32 0.46 0.00 15.00 1.51633 64.15 屈折面 10 -18.32 -14.54 -28.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 11 -27.44 -8.39 -24.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 12 -28.97 -19.28 -12.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 13 -34.80 -9.95 0.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 14 -40.63 -19.28 16.00 10.00 1.51633 64.15 反射面 15 -40.63 -9.28 0.00 12.46 1 屈折面 16 -40.63 3.18 -0.00 0.00 1 像面球面形状 R 2 面 r₂ =-718.657 R 8 面 r₈ = -8.427 R 9 面 r₉ = -4.043 R15 面 r₁₅= 12.755 非球面形状 R 3 面 C₀₂=-3.26768e-02 C₂₀=-3.99255e-02 C₀₃= 2.30525e-05 C₂₁=-2.24196e-04 C₀₄= 1.28900e-07 C₂₂=-4.05503e-05 C₄₀=-2.43683e-05 R 4 面 C₀₂=-2.29750e-02 C₂₀=-1.07533e-01 C₀₃= 2.03115e-03 C₂₁=-5.57239e-03 C₀₄=-2.27345e-04 C₂₂=-1.42335e-03 C₄₀=-1.12200e-03 R 5 面 C₀₂=-1.90548e-02 C₂₀=-3.32535e-02 C₀₃= 7.44119e-04 C₂₁=-4.06775e-04 C₀₄=-4.58897e-06 C₂₂=-7.09493e-05 C₄₀=-6.28209e-05 R 6 面 C₀₂=-3.99117e-03 C₂₀=-1.61346e-02 C₀₃= 6.91142e-04 C₂₁=-1.45068e-03 C₀₄=-1.15772e-04 C₂₂=-1.23744e-04 C₄₀=-1.26165e-04 R 7 面 C₀₂=-2.30162e-02 C₂₀=-2.55168e-02 C₀₃= 2.32867e-04 C₂₁=-8.88810e-04 C₀₄=-6.40970e-05 C₂₂=-1.24550e-05 C₄₀= 1.01072e-05 R10 面 C₀₂= 2.17975e-02 C₂₀= 2.47466e-02 C₀₃= 9.97468e-05 C₂₁= 6.39996e-04 C₀₄=-4.72795e-05 C₂₂=-4.45879e-05 C₄₀=-2.17738e-05 R11 面 C₀₂=-1.04346e-03 C₂₀= 1.04628e-02 C₀₃= 1.21962e-03 C₂₁= 1.62194e-03 C₀₄= 9.87976e-05 C₂₂= 8.20826e-05 C₄₀=-2.13347e-05 R12 面 C₀₂= 2.57361e-02 C₂₀= 3.22622e-02 C₀₃=-5.94528e-05 C₂₁=-1.96348e-04 C₀₄= 2.82328e-05 C₂₂= 5.68232e-05 C₄₀= 3.16787e-05 R13 面 C₀₂= 1.83729e-02 C₂₀=-6.23117e-04 C₀₃=-2.49773e-03 C₂₁=-8.91999e-03 C₀₄=-4.47218e-04 C₂₂=-1.42817e-03 C₄₀=-1.19674e-03 R14 面 C₀₂= 2.78563e-02 C₂₀= 3.29901e-02 C₀₃=-1.99079e-04 C₂₁=-2.23795e-04 C₀₄= 3.24076e-05 C₂₂= 6.35580e-05 C₄₀= 3.28233e-05 本実施形態の光学系10は絞りR1と２つの光学素子10-1,1
0-2 からなり、光学素子10-1,10-2 はガラス等の透明体
で構成しており、その表面に複数の曲面反射面を備えて
いる。光学素子10-1の表面には物体からの光線の通過順
に、弱い凹屈折面（入射面）R2及び凹面鏡R3・凸面鏡R4
・凹面鏡R5・反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面及び凹
屈折面（射出面）R8を形成している。一方、光学素子10
-2の表面には物体からの光線の通過順に、凸屈折面（入
射面）R9及び凹面鏡R10 ・反射面R11 ・凹面鏡R12 ・凸
面鏡R13 ・凹面鏡R14 の五つの反射面及び凹屈折面（射
出面）R15 を形成している。R1は光学素子10の物体側に
配置した絞り（入射瞳）、R16 は最終結像面であり、CC
D 等の撮像素子の撮像面が位置する。11は撮影光学系の
基準軸である。

【０１１１】なお、各光学素子の屈折面はいずれも回転
対称の球面であり、すべての反射面はYZ平面に対して対
称な対称面を一つだけ有する面である。

【０１１２】次に本実施形態の結像作用を説明する。物
体からの光束は、絞り（入射瞳）R1により入射光量を規
制された後、光学素子10-1の入射面R2に入射し、面R3で
反射された後、面R4近傍で一旦結像し、次いで面R4,R5,
R6,R7 で次々に反射して行き、射出面R8から射出して二
番目の光学素子10-2に入射する。光学素子10-2の入射面
R9に入射した光束は面R9とR10 との間で一旦結像し、面
R10,R11,R12 で反射された後、面R13 近傍で一旦結像し
た後、面R13,R14 で次々に反射し、射出面R15から射出
して最終結像面R16 上に結像する。

【０１１３】この様に光学系10は、入射出面による屈折
力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力によっ
て、所望の屈折力と光学性能を有する光学素子を複数組
み合わせ、全体として正の屈折力を有するレンズ系とし
て機能している。

【０１１４】また、本実施形態の横収差図を図１２に示
す。

【０１１５】本実施形態では、屈折力を有する２つの光
学素子を組み合わせて全体として結像性能に優れた光学
系を構成しているが、特に色収差に関しては、他の実施
形態と同様に光学素子単位で補正している。

【０１１６】即ち、光学素子10-1では、実施形態１と同
様に入射面R2においては無限遠物体乃至近距離物体に対
応して平面に近い弱い凹面(r₂=-718.657) とし、物体中
心点と曲率中心が同じ側になるようにし、前記色補正条
件の値E₁=0.01 として色収差補正を効果的に行ってい
る。又、射出面R8では光学素子10-1を射出する軸上光束
の像点と曲率中心が同じ側になるように凹面とし、曲率
半径r₈=-8.427 と像点距離s₈'=5.17から色補正条件の値
E₁'=0.41として色収差補正を効果的に行っている。

【０１１７】一方、２番目の光学素子10-2においては、
その入射面R9(r₉=-4.03)に対する物点はs₉=2.90 にあ
り、該入射面の曲率中心を物点と同じ側にして該面を凸
面とし前記色補正条件の値E₂=0.53 としている。射出面
R15 では、他の実施形態同様に光学素子10-2を射出する
軸上光束の像点と曲率中心が同じ側になるように凹面と
し、曲率半径r₁₅=12.755と射出面から像点までの距離s
₁₅'=12.46として色補正条件の値E₂'=0.01として色収差
補正を効果的に行っている。その結果、入射面の条件と
あいまって色収差補正が素子10-2単独でなされている。

【０１１８】以上のように本実施形態では単独で色収差
が補正されている２つの光学素子を組み合わせて全系で
の色収差補正を行っている。

【０１１９】以上述べた実施形態においては、物点と像
点とを互いに入れ換えても色収差補正の条件が成立する
ため、種々の光学系に適用可能である。

【０１２０】［実施形態５］図１３は本発明の実施形態
５の光学系のYZ面内での断面図である。本実施形態は等
倍結像を行う有限物体結像光学系である。図１３は光路
も図示している。本実施形態は他の実施形態と異なっ
て、絞りR9は最終面R8と像面R10 の間に設けている。そ
して基準軸は絞りR9の中心から結像面R10 の中心へ向か
う光線に沿って設けている。又、絶対座標系の原点は物
体平面と基準軸の交点に設けている。

【０１２１】本実施形態の構成データを以下に示す。

【０１２２】物体サイズ水平4mm ×垂直3mm 物体側NA 0.15(FNo 3.3 相当) 像サイズ水平4mm ×垂直3mm 換算焦点距離f 8.36mm i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 10.00 1 物体面 2 0.00 10.00 0.00 7.00 1.51633 64.15 屈折面 3 0.00 17.00 28.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 4 -9.12 10.85 24.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 5 -10.65 21.74 12.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 6 -16.48 12.41 0.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 7 -22.31 21.74 -16.00 10.00 1.51633 64.15 反射面 8 -22.31 11.74 0.00 4.15 1 屈折面 9 -22.31 7.59 0.00 7.80 1 絞り 10 -22.31 -0.21 0.00 0.00 1 像面球面形状 R 2 面 r₂= -12.533 R 8 面 r₈= -18.546 非球面形状 R 3 面 C₀₂=-2.11301e-02 C₂₀=-2.25191e-02 C₀₃= 7.85832e-05 C₂₁= 9.47005e-04 C₀₄= 7.74641e-07 C₂₂=-1.09338e-04 C₄₀=-2.28217e-05 R 4 面 C₀₂=-6.84044e-03 C₂₀=-1.13100e-02 C₀₃=-1.36540e-03 C₂₁=-2.57167e-03 C₀₄=-1.89804e-04 C₂₂= 1.01870e-04 C₄₀=-3.74081e-05 R 5 面 C₀₂=-2.75050e-02 C₂₀=-3.21814e-02 C₀₃= 3.57006e-06 C₂₁= 3.45061e-04 C₀₄=-2.73007e-05 C₂₂=-4.96141e-05 C₄₀=-2.77335e-05 R 6 面 C₀₂=-1.57952e-02 C₂₀=-6.94429e-03 C₀₃= 1.30589e-03 C₂₁=-5.93952e-03 C₀₄=-2.59129e-04 C₂₂= 1.11449e-03 C₄₀=-1.19082e-04 R 7 面 C₀₂=-2.63297e-02 C₂₀=-3.08134e-02 C₀₃= 2.34930e-04 C₂₁= 7.97596e-04 C₀₄=-3.55951e-05 C₂₂=-1.32532e-05 C₄₀=-2.97553e-05 図１３中、10-1は複数の曲面反射面を有する光学素子で
あり、ガラス等の透明体で構成している。光学素子10-1
の表面には有限距離物体R1からの光線の通過順に、凹屈
折面（入射面）R2及び凹面鏡R3・反射面R4・凹面鏡R5・
反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面及び凹屈折面（射出
面）R8を形成している。R9は絞りである。R10 は最終結
像面であり、CCD 等の撮像素子の撮像面が位置する。光
学素子10-1、絞りR9は光学系10の一要素を構成してい
る。なお、この光学系では、入射瞳は無限遠にある所謂
入射側テレセントリック光学系となっている。11は光学
系の基準軸である。

【０１２３】なお、２つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面に対して対称な面
である。

【０１２４】次に本実施形態における結像作用を説明す
る。物体R1からの光束は、光学素子10-1の入射面R2に入
射し、面R3,R4 で反射された後、面R4近傍で一旦結像
し、次いで面R5,R6,R7 で次々に反射して行き、射出面
R8から射出し、絞りR9を通過した後、最終結像面R10 上
に再結像する。

【０１２５】この様に光学素子10-1は、入射出面と、そ
の中での複数の曲面反射鏡による屈折力によって、所望
の光学性能を有する全体として正の屈折力を有するレン
ズユニットとして機能している。

【０１２６】また、本実施形態の光学系の横収差図を図
１４に示す。本実施形態に限り、横収差図においては横
軸は物体側のNAである。

【０１２７】本実施形態の入射面R2においては有限距離
(s₂=-10)の物体に対応して物点と曲率中心が同じ側にな
るように凹面とし、曲率半径(r₂=-12.533)と物体距離を
略一致させて、前記色補正条件の値E=0.20として色収差
補正を効果的に行っている。一方、射出面R8では軸上像
点と曲率中心が同じ側になるように凹面とし、さらに曲
率半径(r₈=-18.546)と射出面から像点までの距離(s₈'=D
₈+D₉=11.95) を略一致させ、E'=0.29 として色収差補正
を効果的に行っている。

【０１２８】［実施形態６］図１５は本発明の実施形態
６の光学系のYZ面内での断面図である。本実施形態の光
学系は絞りと３つの光学素子10-1,10-2,10-3から成り立
っている。本実施形態は水平画角40.0度、垂直画角30.6
度の撮影光学系である。図１５は光路も図示している。
本実施形態の構成データを以下に示す。

【０１２９】水平半画角 20.0 垂直半画角 15.3 絞り径 1.00 像サイズ水平2.5mm ×垂直1.9mm 換算焦点距離f 3.30mm i Yi Zi θi Di Ndi νdi 1 0.00 0.00 0.00 4.00 1 絞り (10-1) 2 0.00 4.00 0.00 8.00 1.51633 64.15 屈折面 3 0.00 12.00 18.00 9.72 1.51633 64.15 反射面 4 -5.71 4.14 3.00 9.33 1.51633 64.15 反射面 5 -10.38 12.22 -10.00 8.84 1.51633 64.15 反射面 6 -11.91 3.52 -18.00 8.91 1.51633 64.15 反射面 7 -18.32 9.70 -23.00 6.98 1.51633 64.15 反射面 8 -18.32 2.73 0.00 2.27 1 屈折面 (10-2) 9 -18.32 0.46 0.00 15.00 1.51633 64.15 屈折面 10 -18.32 -14.54 -28.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 11 -27.44 -8.39 -24.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 12 -28.97 -19.28 -12.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 13 -34.80 -9.95 0.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 14 -40.63 -19.28 16.00 35.30 1.51633 64.15 反射面 15 -40.63 16.02 0.00 2.76 1 屈折面 (10-3) 16 -40.63 18.77 0.00 7.00 1.51633 64.15 屈折面 17 -40.63 25.77 28.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 18 -49.75 19.62 24.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 19 -51.28 30.52 12.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 20 -57.11 21.19 0.00 11.00 1.51633 64.15 反射面 21 -62.94 30.52 -16.00 10.00 1.51633 64.15 反射面 22 -62.94 20.52 0.00 8.69 1 屈折面 23 -62.94 11.83 -0.00 1 像面球面形状 R 2 面 r₂ =-718.657 R 8 面 r₈ = -8.427 R 9 面 r₉ = -4.043 R15 面 r₁₅= -12.755 R16 面 r₁₆= -12.533 R22 面 r₂₂= -18.546 非球面形状 R 3 面 C₀₂=-3.26768e-02 C₂₀=-3.99255e-02 C₀₃= 2.30525e-05 C₂₁=-2.24196e-04 C₀₄= 1.28900e-07 C₂₂=-4.05503e-05 C₄₀=-2.43683e-05 R 4 面 C₀₂=-2.29750e-02 C₂₀=-1.07533e-01 C₀₃= 2.03115e-03 C₂₁=-5.57239e-03 C₀₄=-2.27345e-04 C₂₂=-1.42335e-03 C₄₀=-1.12200e-03 R 5 面 C₀₂=-1.90548e-02 C₂₀=-3.32535e-02 C₀₃= 7.44119e-04 C₂₁=-4.06775e-04 C₀₄=-4.58897e-06 C₂₂=-7.09493e-05 C₄₀=-6.28209e-05 R 6 面 C₀₂=-3.99117e-03 C₂₀=-1.61346e-02 C₀₃= 6.91142e-04 C₂₁=-1.45068e-03 C₀₄=-1.15772e-04 C₂₂=-1.23744e-04 C₄₀=-1.26165e-04 R 7 面 C₀₂=-2.30162e-02 C₂₀=-2.55168e-02 C₀₃= 2.32867e-04 C₂₁=-8.88810e-04 C₀₄=-6.40970e-05 C₂₂=-1.24550e-05 C₄₀= 1.01072e-05 R10 面 C₀₂= 2.17975e-02 C₂₀= 2.47466e-02 C₀₃= 9.97468e-05 C₂₁= 6.39996e-04 C₀₄=-4.72795e-05 C₂₂=-4.45879e-05 C₄₀=-2.17738e-05 R11 面 C₀₂=-1.04346e-03 C₂₀= 1.04628e-02 C₀₃= 1.21962e-03 C₂₁= 1.62194e-03 C₀₄= 9.87976e-05 C₂₂= 8.20826e-05 C₄₀=-2.13347e-05 R12 面 C₀₂= 2.57361e-02 C₂₀= 3.22622e-02 C₀₃=-5.94528e-05 C₂₁=-1.96348e-04 C₀₄= 2.82328e-05 C₂₂= 5.68232e-05 C₄₀= 3.16787e-05 R13 面 C₀₂= 1.83729e-02 C₂₀=-6.23117e-04 C₀₃=-2.49773e-03 C₂₁=-8.91999e-03 C₀₄=-4.47218e-04 C₂₂=-1.42817e-03 C₄₀=-1.19674e-03 R14 面 C₀₂= 2.78563e-02 C₂₀= 3.29901e-02 C₀₃=-1.99079e-04 C₂₁=-2.23795e-04 C₀₄= 3.24076e-05 C₂₂= 6.35580e-05 C₄₀= 3.28233e-05 R17 面 C₀₂=-2.11301e-02 C₂₀=-2.25191e-02 C₀₃= 7.85832e-05 C₂₁= 9.47005e-04 C₀₄= 7.74641e-07 C₂₂=-1.09338e-04 C₄₀=-2.28217e-05 C₀₃=-1.36540e-03 C₂₁=-2.57167e-03 C₀₄=-1.89804e-04 C₂₂= 1.01870e-04 C₄₀=-3.74081e-05 R19 面 C₀₂=-2.75050e-02 C₂₀=-3.21814e-02 C₀₃= 3.57006e-06 C₂₁= 3.45061e-04 C₀₄=-2.73007e-05 C₂₂=-4.96141e-05 C₄₀=-2.77335e-05 R20 面 C₀₂=-1.57952e-02 C₂₀=-6.94429e-03 C₀₃= 1.30589e-03 C₂₁=-5.93952e-03 C₀₄=-2.59129e-04 C₂₂= 1.11449e-03 C₄₀=-1.19082e-04 R21 面 C₀₂=-2.63297e-02 C₂₀=-3.08134e-02 C₀₃= 2.34930e-04 C₂₁= 7.97596e-04 C₀₄=-3.55951e-05 C₂₂=-1.32532e-05 C₄₀=-2.97553e-05 本実施形態の光学系10は絞りR1と３つの光学素子10-1,1
0-2,10-2からなり、さらに各光学素子10-1,10-2,10-3は
ガラス等の透明体で構成しており、複数の曲面反射面を
備えている。

【０１３０】光学素子10-1の表面には物体からの光線の
通過順に、弱い凹屈折面（入射面）R2及び凹面鏡R3・凸
面鏡R4・凹面鏡R5・反射面R6・凹面鏡R7の五つの反射面
及び凹屈折面（射出面）R8を形成している。

【０１３１】又、光学素子10-2の表面には物体からの光
線の通過順に、凸屈折面（入射面）R9及び凹面鏡R10 ・
反射面R11 ・凹面鏡R12 ・反射面R13 ・凹面鏡R14 の五
つの反射面及び凹屈折面（射出面）R15 を形成してい
る。

【０１３２】更に、光学素子10-3の表面には物体からの
光線の通過順に、凹屈折面（入射面）R16 及び凹面鏡R1
7 ・反射面R18 ・凹面鏡R19 反射面R20 ・凹面鏡R21 の
五つの反射面及び凹屈折面（射出面）R22 を形成してい
る。

【０１３３】R1は光学素子10の物体側に配置した絞り
（入射瞳）、R23 は最終結像面であり、CCD 等の撮像素
子の撮像面が位置する。11は撮影光学系の基準軸であ
る。

【０１３４】なお、各光学素子の屈折面はいずれも回転
対称の球面であり、すべての反射面はYZ平面に対して対
称な面である。

【０１３５】次に本実施形態の結像作用を説明する。物
体からの光束は、絞り（入射瞳）R1により入射光量を規
制された後、光学素子10-1の入射面R2に入射し、面R3で
反射された後、面R4近傍で一旦結像し、次いで面R4,R5,
R6,R7 で次々に反射して行き、射出面R8から射出して二
番目の光学素子10-2に入射する。

【０１３６】光学素子10-2の入射面R9に入射した光束は
面R9とR10 との間で一旦結像し、面R10,R11,R12,R13,R1
4 と次々に反射される間、面R13 近傍と面R13,R14 間で
一旦結像した後、射出面R15 から射出して三番目の光学
素子10-3に入射する。

【０１３７】光学素子10-3の入射面R16 に入射した光束
は、面R17,R18 で反射された後、面R19 近傍で一旦結像
し、次いで面R19,R20,R21 で次々に反射して行き、射出
面R22 から射出し、最終結像面R23 上に最終的に結像す
る。

【０１３８】この様に光学系10は、入射出面による屈折
力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力によっ
て、所望の屈折力と光学性能を有する光学素子を３つ組
み合わせ、全体として正の屈折力を有するレンズ系とし
て機能している。

【０１３９】また、本実施形態の横収差図を図１６に示
す。

【０１４０】本実施形態では、屈折力を有する３つの光
学素子を組み合わせて全体として結像性能に優れた光学
系を構成しているが、特に色収差に関しては、他の実施
形態と同様光学素子単位で補正している。

【０１４１】光学素子10-1では、実施形態１と同様に入
射面R2においては無限遠物体乃至近距離物体に対応し平
面に近い弱い凹面とし、曲率半径r₂=-718.657 と物体距
離を略一致させ前記の色補正条件の値をE₁=0.00 として
いる。射出面R8では光学素子10-1から射出する軸上光束
の像点と曲率中心が同じ側になるように凹面とし、曲率
半径r₈=-8.427 と射出面から像点までの距離s₈'=5.17を
略一致させ、色補正条件の値をE₁'=0.25として色収差補
正を効果的に行っている。

【０１４２】一方、２番目の光学素子10-2においては、
光学素子10-1の軸上像点( 虚像) を物点と考え、入射面
R9を凸面にしてその曲率中心と物点とを同じ側にし、曲
率半径r₉=-4.043 と入射面から物点までの距離s₉=2.90
を略一致させ、色補正条件の値をE₂=0.32 としている。
射出面R15 では、内部にできた軸上虚像点と曲率中心を
同じ側にして凸面となし、曲率半径r₁₅=-12.755 と射出
面から虚像点までの距離s₁₅'=11.61を略一致させ、色補
正条件の値をE₂'=0.03として色収差補正を効果的に行っ
ている。

【０１４３】３番目の光学素子10-3では実施形態５と同
様で、入射面R16 においては光学素子10-2を射出する軸
上光束により形成される有限距離物体に対応して物点と
曲率中心が同じ側になるように凹面とし、曲率半径r₁₆=
-12.533 と入射面から物点までの距離s₁₆=8.85を略一致
させ、色補正条件の値をE₃=0.11 としている。一方、射
出面R22 では像点と曲率中心が同じ側になるようにやは
り凹面とし、さらに曲率半径r₂₂=-18.546 と射出面から
像点までの距離s₂₂'=8.69 を略一致させ、色補正条件の
値をE₃'=0.20として色収差補正を効果的に行っている。

【０１４４】本実施形態では以上述べたように、単独に
色収差が補正されている光学素子を３つ組み合わせて全
系での収差補正を効果的に行っている。

【０１４５】以上の各実施形態においては、入射面・射
出面が球面・平面で構成されている例を示したが、球面
をベースにした非球面やアナモフィック面等の一般の曲
面を用いた光学素子においても、先に述べた条件を満た
す様に光学系を設定すれば効果的に色収差の補正が行え
る。

【０１４６】ここで、各実施形態における色補正条件の
値E,E'を各群毎に表示する。

【０１４７】第１群第２群第３群入射面射出面入射面射出面入射面射出面実施形態１ 0.00 0.00 実施形態２ 0.00 0.18 実施形態３ 0.01 0.05 0.03 0.00 実施形態４ 0.01 0.41 0.53 0.01 実施形態５ 0.20 0.29 実施形態６ 0.00 0.25 0.32 0.03 0.11 0.20 本発明においては上記の色補正条件の値E,E'が0 になる
ことが理想的であるが、この値が0.7 より小さければ色
補正の効果が得られる。この値が0.7 より大きくなれば
色収差補正が十分でなく、結像性能が劣化する。そして
本明細書において”入射面の曲率半径を基準軸上で該入
射面頂点から物体までの距離に略等しく設定する”と
は、 0≦E ≦0.7 の範囲に設定することを意味し、”射
出面の曲率半径を基準軸上で該射出面頂点から像までの
距離に略等しく設定する”とは、 0≦E'≦0.7 の範囲に
設定することを意味する。

【０１４８】なお、実施形態１〜６はいずれも反射型の
光学系の実施形態であったが、これらの最終像面に撮像
媒体（例えばCCD)の撮像面を設け、この上に物体の像を
結像する様に構成することによって小型若しくは薄型の
撮像装置を構成することができる。

【０１４９】又、最終像を無限遠に結像させるようにす
れば、小型若しくは薄型の観察光学系として機能させる
ことができる。この場合の射出面は当然略平面が望まし
い。

【０１５０】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、曲面や平面
の複数の内面反射面を透明体に一体的に形成した光学素
子を用いて撮像する際、光学素子の入射面又は／及び射
出面の曲率と物***置又は／及び像点位置を適切に設定
することにより全系の諸収差を良好に補正し、特に色収
差を高度に補正して結像性能を向上した反射型の光学系
及びそれを用いた撮像装置を達成する。

【０１５１】特に、透明体の表面に光の入射面と該入射
面とは別個の射出面、そして曲面より成る内面反射の反
射面を設けた光学素子を用い、物体からの光束を入射面
を介して該透明体の中に入射させ、該反射面で反射させ
て該射出面より射出させて像を結像させる際、入射面の
曲率中心と前記物点とを入射面に対して同じ側とし、入
射面の曲率半径と入射面頂点から物点までの基準軸上の
距離を略等しくし、且つ／又は、射出面の曲率中心と前
記像とを射出面に対して同じ側とし、射出面の曲率半径
と該射出面頂点から像までの基準軸上の距離が略等しく
なる様に各要素を設定することで入射・射出面で生ずる
軸上色収差、倍率色収差を効果的に補正した高性能の反
射型の光学系及びそれを用いた撮像装置を達成する。

【０１５２】この他本発明によれば、（２−１）入射面から入射した光束を光学素子の内部で
中間結像させることで、絞りR1を通る軸外主光線を大き
く拡がらない内に収斂させ、光学系を薄型にできる。（２−２）入射光束・射出光束が発散光束であるか、
収束光束であるかに応じて入射面・射出面の形状を適切
に定めることにより、色収差を効果的に補正できる。（２−３）入射面に対して物点が光入射側にあるか、
光射出側にあるか及び射出面に対して像点が光入射側に
あるか、光射出側にあるかに応じて入射面・射出面の形
状を適切に定めることにより、色収差を効果的に補正で
きる。（２−４）遠距離物体乃至近距離物体に対応して入射
面を弱い凹面にすることで近距離物体での色収差の補正
ずれを低減することができる。（２−５）物点と像点とを互いに入れ換えても色収差
補正の条件が成立するので、種々の光学系に適用可能で
ある。（２−６）単独で色収差補正がなされた光学素子を複
数個組み合わせて光学系を構成することにより、多群構
成による広角化・高性能化や部分フォーカス化の際にも
色収差補正が非常に行い易い。等の少なくとも１つの効果を有する反射型の光学系及び
それを用いた撮像装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型の光学系の実施形態１の要部
概略図

【図２】１つの屈折面での本発明の原理説明図

【図３】２つの屈折面での本発明の原理説明図

【図４】コンセントリック系による本発明の原理説明
図

【図５】本発明の実施形態２〜６における座標系の説
明図

【図６】本発明の実施形態２の光学系のYZ面内の断面
図

【図７】本発明の実施形態２の光学系のYZ面内の断面
図軸上光線の光路を図示

【図８】実施形態２の横収差図

【図９】本発明の実施形態３の光学系のYZ面内の断面
図

【図１０】実施形態３の横収差図

【図１１】本発明の実施形態４の光学系のYZ面内の断
面図

【図１２】実施形態４の横収差図

【図１３】本発明の実施形態５の光学系のYZ面内の断
面図

【図１４】実施形態５の横収差図

【図１５】本発明の実施形態６の光学系のYZ面内の断
面図

【図１６】実施形態６の横収差図

【図１７】カセグレン式反射望遠鏡の基本構成図

【図１８】カタディオプトリック望遠鏡の基本構成図

【図１９】プリズム反射面に曲率を持った観察光学系
の構成図

【図２０】他のプリズム反射面に曲率を持った観察光
学系の構成図

【符号の説明】

10 光学系 10-1,10-2,10-3 光学素子 11 基準軸 Ri 面又は絞り Di 基準軸に沿った面間隔 Ndi 屈折率 νdi アッベ数 d フラウンホーファーのｄ線 g フラウンホーファーのｇ線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体からの光束を透明体の表面に形成し
た入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲面
より成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体の
射出面から射出させる反射型の光学系において、該入射面の曲率半径を基準軸上で該入射面頂点から物体
までの距離に略等しく設定することを特徴とする反射型
の光学系。
【請求項２】前記反射面は前記入射面に対して偏心配
置していることを特徴とする請求項１の反射型の光学
系。
【請求項３】前記光束は前記透明体の内部で中間結像
していることを特徴とする請求項１又は２の反射型の光
学系。
【請求項４】前記入射面の曲率中心を該入射面に対し
て前記物体側に設定することを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１項に記載の反射型の光学系。
【請求項５】前記物体は別の光学系により前記入射面
の光射出側に形成される像であり、該入射面が凸面であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
の反射型の光学系。
【請求項６】前記物体は別の光学系により前記入射面
の光入射側に形成される像であり、該入射面が凹面であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載
の反射型の光学系。
【請求項７】物体からの光束を透明体の表面に形成し
た入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲面
より成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体の
射出面から射出させて像を形成する反射型の光学系にお
いて、該射出面の曲率半径を基準軸上で該射出面頂点から該像
までの距離に略等しく設定することを特徴とする反射型
の光学系。
【請求項８】前記反射面は前記入射面に対して偏心配
置していることを特徴とする請求項７の反射型の光学
系。
【請求項９】前記光束は前記透明体の内部で中間結像
していることを特徴とする請求項７又は８の反射型の光
学系。
【請求項１０】前記射出面の曲率中心を該射出面に対
して前記像側に設定することを特徴とする請求項７〜９
のいずれか１項に記載の反射型の光学系。
【請求項１１】前記射出面は凹面であり、前記像は該
射出面の光射出側に形成することを特徴とする請求項７
〜１０のいずれか１項に記載の反射型の光学系。
【請求項１２】前記射出面が凸面であり、前記像は該
射出面の光入射側に形成することを特徴とする請求項７
〜１０のいずれか１項に記載の反射型の光学系。
【請求項１３】物体からの光束を透明体の表面に形成
した入射面より入射させて、該透明体の一部に設けた曲
面より成る内面反射の反射面で反射させた後に該透明体
の射出面から射出させて像を形成する反射型の光学系に
おいて、該入射面の曲率半径を基準軸上で該入射面頂点から物体
までの距離に略等しく設定し、該射出面の曲率半径を基
準軸上で該射出面頂点から像までの距離に略等しく設定
することを特徴とする反射型の光学系。
【請求項１４】前記反射面は前記入射面に対して偏心
配置していることを特徴とする請求項１３の反射型の光
学系。
【請求項１５】前記光束は前記透明体の内部で中間結
像していることを特徴とする請求項１３又は１４の反射
型の光学系。
【請求項１６】前記入射面の曲率中心を該入射面に対
して前記物体側に、前記射出面の曲率中心を該射出面に
対して前記像側に設定することを特徴とする請求項１３
〜１５のいずれか１項に記載の反射型の光学系。
【請求項１７】前記入射面が略平面で、前記射出面が
凹面であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれ
か１項に記載の反射型の光学系。
【請求項１８】前記入射面が略平面であり、前記射出
面が凸面であり、前記像は該射出面の光入射側に形成す
ることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に
記載の反射型の光学系。
【請求項１９】前記物体は別の光学系により前記入射
面の光射出側に形成される像であり、前記入射面は凸面
であり、前記射出面は凹面であることを特徴とする請求
項１３〜１５のいずれか１項に記載の反射型の光学系。
【請求項２０】前記入射面が凹面で、前記射出面が凹
面であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか
１項に記載の反射型の光学系。
【請求項２１】前記物体は別の光学系により前記入射
面の光射出側に形成される像であり、該入射面は凸面で
あり、前記射出面は凸面であり、前記光束は該射出面を
射出して該射出面の光入射側に像を形成することを特徴
とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の反射型
の光学系。
【請求項２２】前記入射面が凹面であり、前記射出面
が略平面であり、前記像が略無限遠に形成されることを
特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の反
射型の光学系。
【請求項２３】前記物体は別の光学系により前記入射
面の光射出側に形成される像であり、前記入射面は凸面
であり、前記射出面は略平面であり、前記光束は該射出
面を射出して略無限遠に像を形成することを特徴とする
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の反射型の光学
系。
【請求項２４】前記入射面は凹面であり、前記射出面
は凸面であり、前記像は該射出面の光入射側に形成する
ことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記
載の反射型の光学系。
【請求項２５】請求項１〜２４のいずれか１項に記載
の反射型の光学系を複数個組み合わせて構成することを
特徴とする反射型の光学系。
【請求項２６】請求項１〜２５のいずれか１項に記載
の反射型の光学系を有し、撮像媒体の撮像面上に前記物
体の像を結像することを特徴とする撮像装置。