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技術 撮像光学系及びそれを用いた撮像装置

出願人 オリンパス株式会社
発明者 研野孝吉高田勝啓
出願日 1997年6月27日 (22年0ヶ月経過) 出願番号 1997-172168
公開日 1998年11月17日 (20年8ヶ月経過) 公開番号 1998-307260
状態 特許登録済
技術分野 レンズ鏡筒 レンズ系 スタジオ装置 スタジオ装置
主要キーワード 背面投影型テレビ 光学系構成要素 広画角レンズ レンズ構成要素 単一ブロック 折り返し光路 光学群 電気情報
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年11月17日)のものです。
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図面 (20)

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2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1つの反射作用面を有し、その反射作用面は、偏心により発生する回転非対称偏心収差補正する回転非対称面形状を備え、物体像の回転非対称な収差緩和させる。

概要

背景

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。

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3,836,931号の2件には、何れもレフレックスカメラファインダー光学系回転対称非球面鏡対称面を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。

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。

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入射射出するまで、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。

概要

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

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2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1つの反射作用面を有し、その反射作用面は、偏心により発生する回転非対称偏心収差を補正する回転非対称面形状を備え、物体像の回転非対称な収差を緩和させる。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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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1つの反射作用面を有し、前記反射作用面は、偏心により発生する回転非対称偏心収差補正する回転非対称面形状を備え、前記物体像の回転非対称な収差緩和させ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、前記反射作用面が全反射面又は半透過反射面にて形成され、透過作用反射作用とを併せ持つ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、前記後側光学群が少なくとも前記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、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、前記軸上主光線が、前記光学系の最も物体側に配置された前記回転非対称面を有する光学系構成要素に入射してから、前記光学系の最も像側に配置された前記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)を満たすことを特徴とする撮像光学系。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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3,836,931号の2件には、何れもレフレックスカメラファインダー光学系回転対称非球面鏡対称面を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入射射出するまで、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。

発明が解決しようとする課題

0006

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。

課題を解決するための手段

0009

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1つの反射作用面を有し、前記反射作用面は、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を備え、前記物体像の回転非対称な収差を緩和させることを特徴とするものである。

0010

この場合、その反射作用面を全反射面又は半透過反射面にて形成し、透過作用反射作用とを併せ持つようにすることができる。また、コーティングされたミラー面にて形成することもできる。

0011

また、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NA’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。

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21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22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23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24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22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23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24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NA’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25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25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Δθ、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、Py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
+C3 y+C4 x
+C5 y2 +C6 yx+C7 x2
+C8 y3 +C9 y2 x+C10yx2 +C11x3
+C12y4 +C13y3 x+C14y2 x2 +C15yx3 +C16x4
+C17y5 +C18y4 x+C19y3 x2 +C20y2 x3 +C21yx4
+C22x5
+C23y6 +C24y5 x+C25y4 x2 +C26y3 x3 +C27y2 x4
+C28yx5 +C29x6
+C30y7 +C31y6 x+C32y5 x2 +C33y4 x3 +C34y3 x4
+C35y2 x5 +C36yx6 +C37x7
・・・・・
・・・(a)
ただし、Cm (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,C28,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,C21,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

また、後側光学群が、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1の反射作用面と前記第2の反射作用面とが回転非対称面形状を有し、その少なくとも1面が対称面を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。

0054

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。

0055

さらには、
2.0<|Px2/Px1|<5 ・・・(6)”
を満足するとさらによい。

0056

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。ただし、第2の透過作用面の対称面が複数若しくは無数にある場合は、第2の反射作用面の唯一の対称面とのなす角が最も小さくなる面を第2の透過作用面の対称面とする。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。

0057

さらには、
|Px3/Px2|<0.2 ・・・(7)’
を満足するとなおよい。

0058

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。

0059

この条件式は、例えば水平線を写したときに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26(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。

0060

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。

0061

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Cxn、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。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

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(10)の場合と同様である。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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1の反射作用面と第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。

0075

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。

0076

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。

0077

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。

発明を実施するための最良の形態

0078

以下に、本発明の撮像光学系の実施例1〜8について説明する。各実施例の構成パラメータは後記するが、その各実施例の構成パラメータにおいては、図1に示すように、光学系の基準面と記載された1つの面(図1の場合は、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。

0079

実施例1〜8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。

0080

また、各実施例の光学系を構成する光学面の中、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、媒質屈折率アッベ数慣用法に従って与えられている。

0081

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587.56nm)に対するものを表記してある。長さの単位はmmである。

0082

なお、自由曲面の他の定義式としてZernike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
+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)・・・・・
・・・(b)
以下に、実施例1〜8について説明する。実施例1〜8の軸上主光線2を含むY−Z断面図をそれぞれ図1図8に示す。各図中、1は絞り、2は軸上主光線、3は絞り1より物体側の前群、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。

0083

そして、図示しない物体から出た光線は、前群3を有する場合(実施例4〜6)は前群3を経て絞り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。

0084

なお、実施例1〜8は像の大きさは約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。

0085

実施例1
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図1に示す。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1.785mm、像の大きさ3.83×2.93mm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。

0086

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3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。

0087

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。

0088

そして、軸上主光線が各面と交差する点の近傍でのパワーは、偏心面内(Y)が、第1透過面から順に、0.183 、-1.497、2.654 、-0.275、それと直交する方向(X)が、順に、-0.483、-1.057、2.426 、-0.241であり、透過面のパワーを小さく、反射面のパワーを大きくとって、反射面で発生する収差が小さくなる点を有効に利用すると共に、透過面で発生する色収差の低減を図っている。また、巨視的に見れば、物体側から負正のレトロフォーカスタイプのパワー配置になっており、また、本実施例では、他の実施例と比較して、第1透過面のパワーを負に、若しくは、小さな正とし、第1反射面の負のパワー及び第2反射面の正のパワーを強めることにより、長いバックフォーカスを確保している。

0089

本実施例の各画角に対する横収差状況を図9に、歪曲収差の状況を図15に示す。横収差を表す図9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、同じ。)。図1の断面図や図9図15の収差図からも明らかなように、本実施例は、水平画角が42.6°と広いにもかかわらず、大きさが約8×6×6mmと小さな1ブロックからなる簡単な構成で、しかも良好な光学性能を達成し得ている。

0090

実施例2
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図2に示す。実施例2の仕様は、水平半画角21.32°、垂直半画角16.31°、入射瞳径1.785mm、像の大きさ3.90×2.89mm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。

0091

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。本実施例は実施例1と同様の構成であるが、第1透過面5のパワーを正に、また、第2反射面7の正のパワーを弱めることにより、歪曲収差の補正に重点を置いて設計した例である。本実施例の歪曲収差の状況を図16に示す。

0092

実施例3
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図3に示す。実施例3の仕様は、水平半画角29.12°、垂直半画角22.36°、入射瞳径1.350mm、像の大きさ4.02×3.02mm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。

0093

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。本実施例は実施例2と同様の構成であるが、各面のパワー配置を工夫することにより、35mmカメラ用に換算すれば、焦点距離約32mmと広画角を満足するように構成した例である。実施例2と比較して、各面のパワーを弱くし、収差の発生を抑制すると共に、自由曲面の高次項を導入することにより、収差補正の自由度を高めている。本実施例の各画角に対する横収差状況を図10に示す。この収差図からも明らかなように、わずか1つの光学系構成要素からなり、大きさが約8×8×6mmと小型でありながらも、高い光学性能を有する広画角レンズを達成している。

0094

実施例4
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図4に示す。実施例4の仕様は、水平半画角21.32°、垂直半画角16.31°、入射瞳径1.785mm、像の大きさ3.90×2.89mmである。この実施例は、絞り1より物体側に平行平面板からなる前群3を配置し、絞り1の後群として偏心プリズム光学系4を配置した実施例である。

0095

なお、構成パラメータは後記するが、偏心量は、第3面からの偏心量として表しており、また、第8面は仮想面である。この実施例では、偏心した回転非対称反射面を含む偏心プリズム光学系4の物体側に、絞り1と、さらに、保護ガラスを構成する前群3を設けている。前群3を単に保護ガラスとしてだけではなく、光学ローパス機能や波長選択機能、あるいは、NDフィルターを配置することにより光量を制御する機能等、様々な機能を付加することにより、空間の効率的な利用が可能である。

0096

実施例5
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図5に示す。実施例5の仕様は、水平半画角21.32°、垂直半画角16.31°、入射瞳径1.785mm、像の大きさ3.89×2.91mmである。この実施例は、絞り1より物体側に偏心した正レンズからなる前群3を配置し、絞り1の後群として偏心プリズム光学系4を配置した実施例である。

0097

なお、構成パラメータは後記するが、第2面以降の偏心量は、第1面からの偏心量として表わしている。第1面、第9面は仮想面である。本実施例は、偏心した回転非対称反射面を含む偏心プリズム光学系4の物体側に、絞り1と正レンズからなる前群3を配置して、歪曲収差及び倍率色収差の低減を図ったものである。さらに、絞り1に対して正レンズ3を偏心させ、画面内における収差の非対称性の低減も図っている。本実施例の各画角に対する横収差の状況を図11に、また歪曲収差の状況を図17に示す。これら収差図からも明らかなように、正レンズを配置して2つのレンズブロック3、4からなり、歪曲収差、倍率色収差の小さな小型の光学系が達成できる。

0098

実施例6
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図6に示す。実施例6の仕様は、水平半画角29.12°、垂直半画角22.36°、入射瞳径1.350mm、像の大きさ4.03×3.04mmである。この実施例は、絞り1より物体側に負レンズからなる前群3を配置し、絞り1の後群として偏心プリズム光学系4を配置した実施例である。

0099

なお、構成パラメータは後記するが、第4面以降の偏心量は、第3面からの偏心量として表わしている。第8面は仮想面である。本実施例は、偏心した回転非対称反射面の物体側に負レンズを配置して、レトロフォーカスタイプの負のパワーを物体側に出し、正のパワーとの間隔を開けることにより、回転非対称反射面のパワーの低減を図り、収差の非対称性を悪化させずに、広角化を達成した例である。本実施例の各画角に対する横収差の状況を図12に示す。この収差図からも明らかなように、実施例3と比較して、構成要素の数が増え、レンズが大型化する問題はあるものの、画面内の収差非対称性が改善されており、2つの光学系構成要素からなる簡単な構成でありながも、35mmカメラに換算して、焦点距離約32mmと広画角を達成し、良好な光学性能を達成している。
実施例7
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図7に示す。実施例7の仕様は、水平半画角21.32°、垂直半画角16.31°、入射瞳径1.785mm、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。

0100

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。本実施例の各画角に対する横収差状況を図13に、歪曲収差の状況を図18に示す。

0101

実施例8
この実施例の光軸を含むY−Z断面図を図8に示す。実施例8の仕様は、水平半画角21.32°、垂直半画角16.31°、入射瞳径1.785mm、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。

0102

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。本実施例の各画角に対する横収差状況を図14に、歪曲収差の状況を図19に示す。

0103

以下、上記実施例1〜8の構成パラメータを示す。

0104

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)
(基準面)
2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9
3 自由曲面[2] 偏心(2) 1.8061 40.9
4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.8061 40.9
5 自由曲面[2] 偏心(2)
6 ∞ 0.00 偏心(4)
7 ∞ 1.00 1.5163 64.1
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 1.3831×10-2 C7 -3.6090×10-2 C8 -7.3679×10-3
C10 1.5720×10-3
自由曲面[2]
C5 2.5299×10-2 C7 1.7622×10-2 C8 -8.4559×10-4
C10 2.4760×10-4
自由曲面[3]
C5 -4.4848×10-2 C7 -4.0459×10-2 C8 5.2867×10-4
C10 4.0114×10-4 C12 -1.0522×10-4 C14 -2.5073×10-4
C16 -1.0204×10-4 C17 1.2722×10-5 C19 2.1529×10-5
C21 4.3005×10-6
偏心(1)
x 0.000 y 0.000 z 0.803
α 15.34 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.333 z 3.551
α -40.74 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 3.101 z 3.473
α 109.99 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y -2.637 z 7.430
α -56.89 β 0.00 γ 0.00 。

0105

実施例2
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 ∞(絞り)
(基準面)
2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.5400 59.4
3 自由曲面[2] 偏心(2) 1.5400 59.4
4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.5400 59.4
5 自由曲面[2] 偏心(2)
6 ∞ 0.00 偏心(4)
7 ∞ 1.50 1.5163 64.1
8 ∞ 0.75 1.5163 64.1
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 5.8068×10-2 C7 7.5553×10-2 C8 -1.9541×10-3
C10 -8.6638×10-3
自由曲面[2]
C5 6.1572×10-5 C7 1.3306×10-2 C8 -2.7595×10-4
C10 -3.0763×10-3
自由曲面[3]
C5 -2.3482×10-2 C7 -3.5660×10-2 C8 8.8353×10-4
C10 -1.8668×10-4 C12 2.6198×10-4 C14 1.0252×10-3
C16 1.5324×10-4 C17 2.1707×10-5 C19 9.1571×10-5
C21 5.3976×10-5
偏心(1)
x 0.000 y 0.000 z 0.807
α 22.84 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.437 z 3.825
α -37.89 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 3.630 z 3.491
α 116.17 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y 1.358 z 5.791
α -46.87 β 0.00 γ 0.00 。

0106

実施例3
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 ∞(絞り)
(基準面)
2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9
3 自由曲面[2] 偏心(2) 1.8061 40.9
4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.8061 40.9
5 自由曲面[2] 偏心(2)
6 ∞ 0.00 偏心(4)
7 ∞ 1.00 1.5163 64.1
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
9 ∞ 0.50
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 3.7924×10-2 C7 5.4447×10-2 C8 -2.0761×10-3
C10 -1.3115×10-2 C12 1.5630×10-3 C14 -2.5577×10-3
C16 3.8112×10-3 C17 -4.8199×10-4 C19 1.9456×10-3
自由曲面[2]
C5 6.4342×10-3 C7 2.6055×10-2 C8 -1.0043×10-3
C10 -6.9334×10-3 C12 3.6671×10-4 C14 -3.8133×10-3
C16 2.3354×10-3 C17 -8.2425×10-5 C19 7.3303×10-4
自由曲面[3]
C5 -3.4481×10-2 C7 -4.4610×10-2 C8 1.7095×10-4
C10 -2.9202×10-3 C12 -1.8844×10-5 C14 2.5151×10-3
C16 -5.8488×10-4 C17 -4.4293×10-5 C19 2.3318×10-5
C21 1.8061×10-4
偏心(1)
x 0.000 y 0.248 z 0.625
α 12.51 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.258 z 3.077
α -39.02 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 2.987 z 2.798
α 117.39 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y 0.939 z 5.127
α -41.84 β 0.00 γ 0.00 。

0107

実施例4
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 ∞ 1.50 1.5163 64.2
2 ∞ 0.75
3 ∞(絞り)
(基準面)
4 自由曲面[1] 偏心(1) 1.5400 59.4
5 自由曲面[2] 偏心(2) 1.5400 59.4
6 自由曲面[3] 偏心(3) 1.5400 59.4
7 自由曲面[2] 偏心(2)
8 ∞ 0.00 偏心(4)
9 ∞ 1.50 1.5163 64.2
10 ∞ 0.75 1.5163 64.2
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 5.5611×10-2 C7 7.3954×10-2 C8 -2.2062×10-3
C10 -9.3451×10-3
自由曲面[2]
C5 7.1877×10-4 C7 1.4712×10-2 C8 -3.4549×10-4
C10 -3.3241×10-3
自由曲面[3]
C5 -2.4606×10-2 C7 -3.6544×10-2 C8 7.8613×10-4
C10 -2.4000×10-4 C12 2.2952×10-4 C14 9.1669×10-4
C16 1.2169×10-4 C17 1.8425×10-5 C19 7.3383×10-5
C21 4.7013×10-5
偏心(1)
x 0.000 y 0.000 z 0.815
α 23.06 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.433 z 3.776
α -36.70 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 3.776 z 3.290
α 118.34 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y 1.487 z 5.797
α -44.31 β 0.00 γ 0.00 。

0108

実施例5
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 ∞
(基準面)
2 4.056 偏心(1) 1.5163 64.1
3 7.976 偏心(2)
4 ∞(絞り) 偏心(3)
5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5400 59.4
6 自由曲面[2] 偏心(5) 1.5400 59.4
7 自由曲面[3] 偏心(6) 1.5400 59.4
8 自由曲面[2] 偏心(5)
9 ∞ 0.00 偏心(7)
10 ∞ 1.50 1.5163 64.1
11 ∞ 0.75 1.5163 64.1
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 7.5879×10-2 C7 9.6598×10-2 C8 -6.2172×10-3
C10 -6.4546×10-3
自由曲面[2]
C5 3.9221×10-3 C7 1.6474×10-2 C8 -8.3043×10-4
C10 -8.6373×10-4
自由曲面[3]
C5 -2.1565×10-2 C7 -2.8660×10-2 C8 -4.4079×10-4
C10 5.4262×10-4 C12 5.6440×10-4 C14 1.2660×10-3
C16 1.1026×10-3 C17 -2.4581×10-5 C19 1.3297×10-4
C21 -5.9604×10-5
偏心(1)
x 0.000 y 0.780 z 0.409
α -19.47 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.470 z 1.210
α -19.47 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 0.019 z 1.879
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y 0.051 z 2.322
α -4.32 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
x 0.000 y 0.084 z 4.000
α -47.79 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
x 0.000 y 2.040 z 4.230
α 109.78 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
x 0.000 y 0.820 z 5.534
α -41.33 β 0.00 γ 0.00 。

0109

実施例6
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 6.318 1.00 1.4875 70.2
2 3.184 3.00
3 ∞(絞り)
(基準面)
4 自由曲面[1] 偏心(1) 1.5400 59.4
5 自由曲面[2] 偏心(2) 1.5400 59.4
6 自由曲面[3] 偏心(3) 1.5400 59.4
7 自由曲面[2] 偏心(2)
8 ∞ 0.00 偏心(4)
9 ∞ 1.50 1.5163 64.1
10 ∞ 0.75 1.5163 64.1
11 ∞ 0.50
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 2.1413×10-2 C7 3.7356×10-2 C8 2.0784×10-4
C10 -7.8354×10-3 C12 1.5668×10-5 C14 -1.3047×10-3
C16 1.2548×10-4 C17 -1.5018×10-4 C19 5.4717×10-4
自由曲面[2]
C5 8.8826×10-5 C7 8.7982×10-3 C8 3.7903×10-4
C10 -1.8466×10-3 C12 3.0293×10-5 C14 -3.2298×10-4
C16 2.6623×10-4 C17 -3.3556×10-6 C19 3.0087×10-5
自由曲面[3]
C5 -2.8297×10-2 C7 -3.6681×10-2 C8 6.7550×10-4
C10 -3.4843×10-4 C12 -2.7812×10-5 C14 4.3994×10-4
C16 -8.2182×10-5 C17 7.2013×10-6 C19 1.2980×10-6
C21 1.8223×10-5
偏心(1)
x 0.000 y 0.000 z 0.981
α 27.55 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.737 z 5.130
α -40.27 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 5.080 z 5.176
α 106.77 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y 0.936 z 7.637
α -64.38 β 0.00 γ 0.00 。

0110

実施例7
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 ∞(絞り)
(基準面)
2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.5638 60.7
3 自由曲面[2] 偏心(2) 1.5638 60.7
4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.5638 60.7
5 自由曲面[2] 偏心(2)
6 ∞ 0.00 偏心(4)
7 ∞ 1.00 1.5163 64.1
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 5.8550×10-2 C7 9.6408×10-2 C10 -7.7195×10-3
C14 -2.0262×10-3 C19 -1.6058×10-3 C21 -6.5159×10-4
C25 -1.8786×10-3 C27 1.8236×10-3
自由曲面[2]
C5 -1.0191×10-2 C7 5.7259×10-3 C8 -2.5994×10-4
C10 -2.8707×10-3 C12 -2.0828×10-4 C14 -8.9923×10-4
C16 -1.3406×10-4 C19 2.9458×10-5 C21 -1.9774×10-4
C25 -6.7794×10-6 C27 1.2814×10-5
自由曲面[3]
C5 -6.7777×10-3 C7 -2.7240×10-2 C8 1.1060×10-4
C10 -4.6180×10-4 C12 1.0032×10-3 C14 2.3164×10-3
C16 4.9903×10-4 C17 4.9167×10-5 C19 7.7573×10-5
C21 -4.3921×10-5 C23 2.6022×10-5 C25 2.2066×10-4
C27 1.3540×10-4 C29 3.4703×10-5
偏心(1)
x 0.000 y 0.000 z 0.294
α 18.01 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.368 z 3.470
α -37.18 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 2.894 z 3.068
α 113.64 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y 0.396 z 4.611
α −51.68 β 0.00 γ 0.00 。

0111

実施例8
面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数
物体面∞ ∞
1 ∞(絞り)
(基準面)
2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.8061 40.9
3 自由曲面[2] 偏心(2) 1.8061 40.9
4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.8061 40.9
5 自由曲面[2] 偏心(2)
6 ∞ 0.00 偏心(4)
7 ∞ 1.00 1.5163 64.1
8 ∞ 0.40 1.5163 64.1
像 面 ∞
自由曲面[1]
C5 -5.4098×10-4 C7 -3.6662×10-2 C8 -3.9919×10-3
C10 4.2812×10-3 C12 -2.8547×10-4 C14 -9.5475×10-3
C16 -7.2133×10-4 C19 2.0159×10-3 C21 -1.2098×10-5
C25 6.1544×10-3 C27 5.3401×10-3
自由曲面[2]
C5 2.3890×10-2 C7 1.3102×10-2 C8 -1.4977×10-4
C10 2.0852×10-3 C12 3.4984×10-5 C14 -1.2395×10-3
C16 6.2888×10-5 C19 3.1597×10-4 C21 -4.5153×10-5
C25 1.0390×10-5 C27 1.7082×10-5
自由曲面[3]
C5 -4.5072×10-2 C7 -3.8407×10-2 C8 6.5075×10-4
C10 8.0919×10-4 C12 -1.4449×10-4 C14 5.5189×10-5
C16 -9.4637×10-5 C17 1.9342×10-5 C19 1.0230×10-4
C21 7.0738×10-6 C25 -1.7986×10-5 C27 -1.4899×10-6
偏心(1)
x 0.000 y 0.000 z 0.484
α 14.26 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
x 0.000 y 0.310 z 3.235
α -34.47 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
x 0.000 y 2.988 z 2.536
α 119.43 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
x 0.000 y -2.312 z 6.945
α -50.07 β 0.00 γ 0.00 。

0112

なお、各実施例の各条件式(1)〜(3)、(5)〜(12)に対する値は以下の表の通りである。ただし、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。

0113

ID=000003HE=225 WI=111 LX=0495 LY=0300
ID=000004 HE=125 WI=111 LX=0495 LY=0300

0114

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20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。

0115

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。

0116

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1つの反射作用面を有し、前記反射作用面は、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を備え、前記物体像の回転非対称な収差を緩和させることを特徴とする撮像光学系。

0117

〔2〕 上記〔1〕において、前記反射作用面が全反射面又は半透過反射面にて形成され、透過作用と反射作用とを併せ持つことを特徴とする撮像光学系。

0118

〔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。

0119

〔4〕 上記〔1〕において、前記後側光学群が少なくとも前記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、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、前記軸上主光線が、前記光学系の最も物体側に配置された前記回転非対称面を有する光学系構成要素に入射してから、前記光学系の最も像側に配置された前記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)
を満たすことを特徴とする撮像光学系。

0120

〔5〕 上記〔1〕から〔4〕の何れか1項において、前記後側光学群が、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の透過作用面とを有し、かつ、前記第1の反射作用面と前記第2の反射作用面とが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にて構成されていることを特徴とする撮像光学系。

0121

〔6〕 上記〔5〕において、前記瞳より物体側に光学作用面を有する前側光学群を備えていることを特徴とする撮像光学系。

0122

〔7〕 上記〔6〕において、前記前側光学群が反射作用面を含まない透過作用面のみからなる光学群であることを特徴とする撮像光学系。

0123

〔8〕 上記〔7〕において、前記前側光学群が前記軸上主光線を屈曲させる作用を持った光学素子を含んでいることを特徴とする撮像光学系。

0124

〔9〕 上記〔8〕において、前記光学素子が前記軸上主光線に対して偏心したレンズを含むことを特徴とする撮像光学系。

0125

〔10〕 上記〔9〕において、前記偏心したレンズがティルト偏心した正レンズからなることを特徴とする撮像光学系。

0126

〔11〕 上記〔6〕又は〔7〕において、前記前側光学群が少なくとも1枚の正レンズを有することを特徴とする撮像光学系。

0127

〔12〕 上記〔6〕、〔7〕又は〔11〕において、前記前側光学群が少なくとも1枚の負レンズを有することを特徴とする撮像光学系。

0128

〔13〕 上記〔6〕、〔7〕、〔11〕又は〔12〕において、前記前側光学群が少なくとも1枚の全体の光学パワーが略ゼロの光学素子(パワーレスレンズを含む)を有することを特徴とする撮像光学系。

0129

〔14〕 上記〔8〕から〔10〕の何れか1項において、前記軸上主光線が前側光学群に入射し射出する際の角度の変位量をΔθとするとき、
0.1°<Δθ<45° ・・・(2)
を満たすことを特徴とする撮像光学系。

0130

〔15〕 上記〔8〕から〔10〕又は〔14〕の何れか1項において、前記軸上主光線が前側光学群に入射し射出する際の位置の変位量をΔh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とすると、
0<Δh×Py<1.0 ・・・(3)
を満たすことを特徴とする撮像光学系。

0131

〔16〕 上記〔5〕において、前記第1の反射作用面と前記第2の透過作用面が同一面にて兼用されている構成であることを特徴とする撮像光学系。

0132

〔17〕 上記〔16〕において、前記軸上主光線が、前記後側光学群中で、前記第1の反射作用面で全反射され、その後に前記第1の反射作用面を透過することにより、前記第2の透過作用面が前記第1の反射作用面と兼用されている構成であることを特徴とする撮像光学系。

0133

〔18〕 上記〔5〕、〔16〕又は〔17〕において、前記第1の透過作用面と前記第1の反射作用面と前記第2の反射作用面と前記第2の透過作用面とが、屈折率(n)が1よりも大きい(n>1)媒質にて形成されたプリズム部材の光学作用面を形成していることを特徴とする撮像光学系。

0134

〔19〕 上記〔18〕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。

0135

〔20〕 上記〔1〕から〔19〕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。

0136

〔21〕 上記〔1〕から〔19〕の何れか1項において、前記回転非対称面形状の反射作用面の少なくとも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。

0137

〔22〕 上記〔21〕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。

0138

〔23〕 上記〔18〕又は〔19〕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。

0139

〔24〕 上記〔23〕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。

0140

〔25〕 上記〔24〕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。

0141

1×10-5<a<1 ・・・(4)’
〔26〕 上記〔1〕から〔25〕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からなることを特徴とする撮像光学系。

0142

〔27〕 上記〔26〕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。

0143

〔28〕 上記〔27〕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。

0144

〔29〕 上記〔26〕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、前記第2の透過作用面が少なくとも対称面を1つ有する面対称曲面からなり、その対称面を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。ただし、前記第2の透過作用面の対称面が複数若しくは無数にある場合は、前記第2の反射作用面の唯一の対称面とのなす角が最も小さくなる面を前記第2の透過作用面の対称面とする。

0145

〔30〕 上記〔26〕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。

0146

〔31〕 上記〔26〕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。

0147

〔32〕 上記〔26〕から〔31〕の何れか1項において、前記光学系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。

0148

〔33〕 上記〔32〕において、前記光学系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。

0149

〔34〕 上記〔32〕又は〔33〕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NA’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。

0150

〔35〕 上記〔34〕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。

0151

〔36〕 上記〔32〕又は〔33〕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。

0152

〔37〕 上記〔36〕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。

0153

〔38〕 上記〔32〕又は〔33〕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NA’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。

0154

〔39〕 上記〔38〕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。

0155

〔40〕 上記〔1〕から〔39〕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。

0156

〔41〕 上記〔1〕から〔39〕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。

0157

〔42〕 上記〔1〕から〔41〕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。

0158

〔43〕 上記〔42〕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。

0159

〔44〕 上記〔43〕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。

発明の効果

0160

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

0161

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本発明の実施例2の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図3本発明の実施例3の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図4本発明の実施例4の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図5本発明の実施例5の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図6本発明の実施例6の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図7本発明の実施例7の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図8本発明の実施例8の撮像光学系の光軸を含む断面図である。
図9実施例1の横収差図である。
図10実施例3の横収差図である。
図11実施例5の横収差図である。
図12実施例6の横収差図である。
図13実施例7の横収差図である。
図14実施例8の横収差図である。
図15実施例1の歪曲収差図である。
図16実施例2の歪曲収差図である。
図17実施例5の歪曲収差図である。
図18実施例7の歪曲収差図である。
図19実施例8の歪曲収差図である。
図20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21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22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23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24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25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26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。

--

0162

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…CCD
12…処理手段
13…CRT
14…記録媒体
15…マイク

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