JP2001066504A - 光学素子及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系全体の小型化を図りつつ、光学性能を
良好にした光学素子及びそれを用いた撮像装置を得るこ
と。 【解決手段】 曲率を有するオフアキシャル反射面を複
数有し、入射光束が該複数のオフアキシャル反射面で反
射を繰り返して射出するように構成された光学素子にお
いて、光束が該光学素子に入射した後の光路順に第一の
オフアキシャル反射面を面Ａ、第二のオフアキシャル反
射面を面Ｂ、該光学素子内で最後のオフアキシャル反射
面を面Ｄ、面Ｄの入射側の該オフアキシャル反射面を面
Ｃとし、光束が該光学素子に入射する入射面から面Ａま
でを第１群Ｂ１、面Ｂから面Ｃまでを第２群Ｂ２、面Ｄ
から光束が該光学素子から射出する射出面までを第３群
Ｂ３とし、アジムスθの時の第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、
第３群Ｂ３の焦点距離を各々ｆＢ１(θ)、ｆＢ２(θ)、
ｆＢ３(θ)を適切に設定したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ，デ
ジタルカメラ，スチールビデオカメラ，及び複写機等の
光学機器に用いられる光学素子及びそれを用いた撮像装
置に関し、特に曲率を有した複数の反射面を持つ結像作
用を有する光学素子を利用したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、凹面鏡や凸面鏡等の反射面を
利用したミラー光学系が種々と提案されている。ミラー
光学系として、所謂カセグレン式反射望遠鏡は屈折レン
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ことによ
り、光学系全長を短縮することを目的としたものであ
る。

【０００３】又、望遠鏡を構成する対物レンズ系におい
ても、同様な理由から、カセグレン式の他に、複数の反
射ミラーを用いて光学系の全長を短縮する形式が多数知
られている。

【０００４】この様に、従来よりレンズ全長の長い撮影
レンズのレンズの代わりに反射ミラーを用いることによ
り、効率良く光路を折りたたんで、コンパクトなミラー
光学系を得ている。

【０００５】これらの反射型の撮影光学系において、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となる。特に、反射ミラーの
相対位置精度の誤差は光学性能に強く影響する為、各反
射ミラーの位置及び角度の調整を精度良く行なうことが
重要となっている。

【０００６】この問題を解決する一つの方法として、複
数の反射鏡より成るミラー系を一つのブロックより構成
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。

【０００７】例えば、非共軸光学系において、基準軸と
いう概念を導入し構成面を非対称非球面にすることで、
十分収差が補正された光学系が構築可能であることが、
特開平９−５６５０号公報にその設計法が、特開平８−
２９２３７１号公報，特開平８−２９２３７２号公報
に、その設計例が示されている。

【０００８】こうした非共軸光学系はオフアキシャル光
学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
たとき、構成面の基準軸との交点における面法線が基準
軸上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系と
して定義される光学系で、このとき、基準軸は折れ曲が
った形状となる）と呼ばれる。

【０００９】このオフアキシャル光学系は、構成面が一
般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることが
ない為、反射面を使った光学系の構築がしやすい。又、
光路の引き回しが比較的自由に行なえる、構成面を一体
成形する手法で一体型の光学系を作りやすいという特徴
をも持っている。

【００１０】図１５は特開平８−２９２３７１号公報に
開示されている反射光学系の実施例の概略図である。

【００１１】図１５において、２１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。

【００１２】同図において、物体ＯＢからの光束は絞り
１を通過し、反射型の光学素子２１に入射する。光学素
子２１では第１面R1で屈折、第２面R2、第３面R3、第４
面R4、第5面R5、第６面R6で反射、第７面R7で屈折し、
光学素子２１を射出する。このとき、第２面R2付近の中
間結像面に１次結像し、第５面R5近傍に瞳を形成してい
る。そして、光学素子２１を射出した光束は撮像面（CC
D 等の撮像媒体の撮像面）４上に最終的に結像する。

【００１３】図１５では、複数の曲面や平面の反射面を
一体的に形成した光学素子２１を用い、ミラー光学系全
体の小型化を図りつつ、又ミラー光学系にありがちな反
射ミラーの配置精度（組立精度）を緩やかにしている。

【００１４】また、絞り１を光学素子２１の最も物体側
に配置し、且つ該光学素子の中で物体像を少なくとも１
回結像させる構成とすることにより、広画角の反射型の
光学素子でありながら、光学素子の有効径の縮小化を図
り、そして該光学素子を構成する複数の反射面に適切な
屈折力を与え、各光学素子２１を構成する反射面を偏心
配置することにより、光学素子内の光路を所望の形状に
屈曲し、該光学素子の所定方向の全長の短縮化を達成し
ている。

【００１５】図１５のようなオフアキシャル反射面が５
面からなる反射型の光学素子について各面の役割を図１
６を用いて説明する。反射型の光学素子２１に入射する
光路順に入射屈折面をR1、オフアキシャル反射面R2〜
6、射出屈折面R7とおく、そして入射屈折面R1〜オフア
キシャル反射面R2までを第１群Ｂ１、オフアキシャル反
射面R3〜R5までを第２群Ｂ２、オフアキシャル反射面R6
〜射出屈折面までを第３群Ｂ３とおく。つまり、オフア
キシャル反射面５面からなる反射型の光学素子２１を３
つのレンズ群で置き換えることになる。第１群Ｂ１〜第
３群Ｂ３の光学的役割は、第１群Ｂ１は入射光束を中間
結像し、第２群Ｂ２は中間結像面からの光束を瞳結像さ
せ、第３群Ｂ３は瞳からの光束を撮像面に２次結像させ
ることになる。

【００１６】こうした非共軸光学系はオフアキシャル光
学系(像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考え
た時、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸
上にない曲面（オフアキシャル曲面）を含む光学系とし
て定義される光学系で、この時、基準軸は折れ曲がった
形状となる)と呼ばれる。このオフアキシャル光学系
は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレ
が生じることがないため、反射面を使った光学系の構築
がしやすい。また、特開平8-292372号公報、特開平9-22
2561号公報、特開平9-258105号公報等にはそれら光学素
子を用いた変倍光学系が、特開平9-5650号公報にはその
設計法が示されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】図１５に示した特開平
08-292371号公報に開示されている反射型の光学素子の
実施例のディストーションの様子を図１７に、収差の様
子を図１８に示す。図１７、図１８から分かるように、
ディストーション、収差は、画面中心から離れるに従っ
て大きくなる。

【００１８】この実施例を図１６に示されているように
反射型の光学素子の第１群Ｂ１から第３群Ｂ３までの３
つの群に分けたとき、この第１群Ｂ１から第３群Ｂ３は
すべて正の焦点距離をもっている。

【００１９】一般に図１５に示す光学素子において、中
間結像面の大きさが大きいと、つまり、図１６での第１
群Ｂ１の焦点距離が長いと中間結像面以降の反射面の有
効径が大きくなり光学素子を小型化することが難しくな
る。また、中間結像面の大きさが小さすぎると、つまり
第１群Ｂ１の焦点距離が短すぎると中間結像面以降の光
学面で収差を補正する事が困難になる。

【００２０】本発明は、曲面や平面より成る反射面を複
数個、透明体の表面に形成した光学素子を用いて物体像
を所定面上に形成するとき、各面のパワー配置を適切に
することで光学性能を良好にし、また、入射面から中間
結像までの焦点距離を適切な値に設定する事により、広
画角の反射型の光学素子でありながら、光学素子の有効
径の縮小化を図った光学素子及びそれを用いた撮像装置
の提供を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の光学素
子は、曲率を有するオフアキシャル反射面を複数有し、
入射光束が該複数のオフアキシャル反射面で反射を繰り
返して射出するように構成された光学素子において、光
束が該光学素子に入射した後の光路順に第一のオフアキ
シャル反射面を面Ａ、第二のオフアキシャル反射面を面
Ｂ、該光学素子内で最後のオフアキシャル反射面を面
Ｄ、面Ｄの入射側の該オフアキシャル反射面を面Ｃと
し、光束が該光学素子に入射する入射面から面Ａまでを
第１群Ｂ１、面Ｂから面Ｃまでを第２群Ｂ２、面Ｄから
光束が該光学素子から射出する射出面までを第３群Ｂ３
とし、アジムスθの時の第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第３
群Ｂ３の焦点距離を各々ｆＢ１(θ)、ｆＢ２(θ)、ｆＢ
３(θ)としたとき、 ｆＢ１(θ)＞０、ｆＢ２(θ)＜０、ｆＢ３(θ)＞０
(０＜θ＜２π) の条件式を満足することを特徴としている。

【００２２】請求項２の発明の光学素子は、曲率を有す
るオフアキシャル反射面を複数有し、入射光束が該複数
のオフアキシャル反射面で反射を繰り返して射出するよ
うに構成された光学素子において、光束が該光学素子に
入射した後の光路順に第一のオフアキシャル反射面を面
Ａ、第二のオフアキシャル反射面を面Ｂ、該光学素子内
で最後のオフアキシャル反射面を面Ｄ、面Ｄの入射側の
該オフアキシャル反射面を面Ｃとし、光束が該光学素子
に入射する入射面から面Ａまでを第１群Ｂ１、面Ｂから
面Ｃまでを第２群Ｂ２、面Ｄから光束が該光学素子から
射出する射出面までを第３群Ｂ３とし、アジムスθの時
の第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第３群Ｂ３の焦点距離を各
々ｆＢ１(θ)、ｆＢ２(θ)、ｆＢ３(θ)、アジムスθの
時の該光学素子の焦点距離をｆ(θ）としたとき、 ｆＢ１(θ)＞０、ｆＢ２(θ)＞１０|ｆ(θ)|、ｆＢ３
(θ)＞０ (０＜θ＜２π) の条件式を満足することを特徴としている。

【００２３】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記光学素子は該オフアキシャル反射面を５面
以上有していることを特徴としている。

【００２４】請求項４の発明は請求項１，２又は３の発
明において、前記光学素子は、透明体の表面に屈折面よ
り成る入射面と屈折面より成る射出面、そして曲率を有
するオフアキシャル反射面を複数形成し、光束が入射面
から該透明体の内部へ入射し、該複数のオフアキシャル
反射面で反射を繰り返して射出面から射出するように構
成されていることを特徴としている。

【００２５】請求項５の発明は請求項４の発明におい
て、前記入射面と射出面は屈折力を有していることを特
徴としている。

【００２６】請求項６の発明は請求項４又は５の発明に
おいて、前記入射面と射出面は増透膜により被覆されて
いることを特徴としている。

【００２７】請求項７の発明は請求項５又は６の発明に
おいて、前記入射面、又は射出面は回転対称面であるこ
とを特徴としている。

【００２８】請求項８の発明は請求項５又は６の発明に
おいて、前記入射面、又は射出面は回転非対称面である
ことを特徴としている。

【００２９】請求項９の発明は請求項１，２又は３の発
明において、前記曲率を持った複数のオフアキシャル反
射面は表面反射鏡より成り、入射光束が該曲率を持った
複数のオフアキシャル反射面で反射を繰り返して射出す
るように構成されたことを特徴としている。

【００３０】請求項１０の発明は請求項１から９のいず
れか１項の発明において、前記光学素子は、物体からの
光束を前記オフアキシャル反射面の少なくとも一つで反
射させて、該光学素子内で１次結像させた後に残りのオ
フアキシャル反射面を介して射出するように構成したこ
とを特徴としている。

【００３１】請求項１１の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記光学素子において、光束が該光学素子に入射
する入射面から曲率を持った第一のオフアキシャル反射
面までを第１群Ｂ１としたとき、アジムスθの時の第１
群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１(θ)と該光学素子の焦点距離ｆ
(θ)が、 |ｆ(θ)|／２＜ｆＢ１(θ)＜２|ｆ(θ)| を満足することを特徴としている。

【００３２】請求項１２の発明は請求項１から１１のい
ずれか１項の発明において、入射瞳が、前記光学素子の
物体側より数えて第一のオフアキシャル反射面より物体
側に位置するように構成した事を特徴としている。

【００３３】請求項１３の発明は請求項１から１２のい
ずれか１項の発明において、前記光学素子は、その入射
面近傍に絞りを有していることを特徴としている。

【００３４】請求項１４の発明は請求項１から１３のい
ずれか１項の発明において、前記光学素子は入射する基
準軸と射出する基準軸が平行で且つ同方向を向いている
ことを特徴としている。

【００３５】請求項１５の発明は請求項１から１３のい
ずれか１項の発明において、前記光学素子は入射する基
準軸と射出する基準軸が平行で且つ逆方向を向いている
ことを特徴としている。

【００３６】請求項１６の発明は請求項１から１３のい
ずれか１項の発明において、前記光学素子は、入射する
基準軸と射出する基準軸の方向が直交していることを特
徴としている。

【００３７】請求項１７の発明は請求項１から１６のい
ずれか１項の発明において、前記曲率を有するオフアキ
シャル反射面は対向するように配置されている事を特徴
としている。

【００３８】請求項１８の発明は請求項１から１７のい
ずれか１項の発明において、前記曲率を有するオフアキ
シャル反射面はすべて対称面を１つだけ有する形状であ
ることを特徴としている。

【００３９】請求項１９の発明は請求項１７又は１８の
発明において、前記光学素子は、平面反射面を含み、該
平面反射面は前記曲率を有するオフアキシャル反射面と
は対向しないように配置されている事を特徴としてい
る。

【００４０】請求項２０の発明は請求項１から１９のい
ずれか１項の発明において、前記曲率を持ったオフアキ
シャル反射面は、高反射率特性を備えた金属をコーティ
ングして形成され、この反射面の表面に更に高透過率特
性を備えた保護膜をコーティングした事を特徴としてい
る。

【００４１】請求項２１の発明の光学系は請求項１から
２０のいずれか１項の光学素子を少なくとも一つ有し、
該光学素子のうち少なくとも１つは、射出する基準軸の
方向に平行に移動してフォーカシングすることを特徴と
している。

【００４２】請求項２２の発明の光学系は請求項１から
２０のいずれか１項に記載の光学素子を少なくとも一つ
有し、複数の光学ブロックで構成されている事を特徴と
している。

【００４３】請求項２３の発明は請求項２１又は２２の
発明において、前記光学素子は最も物体側に位置してい
る事を特徴としている。

【００４４】請求項２４の発明は請求項２１又は２２の
発明において、前記光学素子は最も像側に位置している
事を特徴としている。

【００４５】請求項２５の発明は請求項２２〜２４のい
ずれか１項の発明において、前記複数の光学ブロックを
介して物体の像を結像すると共に、該複数の光学ブロッ
クのうち、少なくとも２つの光学ブロックの相対的位置
を変化させることによりズーミングを行うことを特徴と
している。

【００４６】請求項２６の発明は請求項２５の発明にお
いて、前記光学素子を移動する事によりズーミングを行
う事を特徴としている。

【００４７】請求項２７の発明の撮像装置は請求項１〜
２０のいずれか１項の光学素子、又は、請求項２１から
２６のいずれか１項の光学系を有し、撮像媒体の撮像面
上に物体の像を結像することを特徴としている。

【００４８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例の説明に入る前
に、実施例の構成諸元の表し方及び実施例全体の共通事
項について説明する。図１４は本発明の光学系の構成デ
ータを定義する座標系の説明図である。本発明の実施例
では物体側から像面に進む１つの光線（図１４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。図１４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構
成されている。

【００４９】従って、図１４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されている。

【００５０】本発明の光学系はOff-Axial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、本発明の実施例においては先ず第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。

【００５１】そして、本発明の実施例においては、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、本実施例中の基
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。

【００５２】本発明の実施例においては、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射出瞳又は光学系の第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。

【００５３】つまり、本発明の実施例においては、基準
軸は第１面、即ち絞り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。

【００５４】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。

【００５５】本発明の各実施例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。 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１４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１４の紙面に
垂直な直線） また、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、本発明の構成データを表
示する実施例では第ｉ面の面形状をローカル座標系で表
わす。

【００５６】また、第ｉ面のYZ面内でのチルト角は絶対
座標系のZ軸に対して紙面上方から見て反時計回り方向
を正とした角度θi（単位°）で表す。よって、本発明
の実施例では各面のローカル座標の原点は図１４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。 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面内において紙面上方から見て反時計回り方向
に角度θi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
において紙面上方から見て反時計回り方向に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。また、本
発明の実施例では光学系の断面図及び数値データを示
す。

【００５７】球面は以下の式で表される形状である：

【００５８】

【数１】

【００５９】また、本発明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 ＝C02y²+C20x²+C03y³+C21x²y+C04y⁴+C22x²y²+C40x^{4 +C}
05y⁵+C23x²y³+C41x⁴y+C06y⁶+C24x²y⁴+C42x⁴y²+C60x⁶ 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。

【００６０】C03 ＝C21 ＝t ＝0 さらに C02 ＝C20 C04＝C40 ＝ C22/2 C06＝C60 ＝C24/3 =C4
2/3 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。

【００６１】なお、本発明の各実施例においては水平半
画角uYとは図１４のYZ面内において第１面R1に入射する
光束の最大画角、垂直半画角uXとはXZ面内において第１
面R1に入射する光束の最大画角である。また、絞りの直
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。

【００６２】又、実施例の横収差図を示す。第１面R1へ
の垂直入射角、水平入射角が夫々(0,uY),(0,0),(0,-u
Y),(uX,uY),(uX,0),(uX,-uY)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。各実施例とも基本
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。

【００６３】図１は本発明の反射型の光学素子を用いた
撮像装置の実施形態１の要部斜視図であり、図２は図１
のYZ面内での要部断面図である。本実施例は水平画角4
3.8度、垂直画角33.55度の反射型の光学素子を示してお
り、図２には光路も図示している。

【００６４】図中、１０は光学素子、１は絞り、２は基
準軸、３はフィルター、４は撮像面であり、例えばＣＣ
Ｄが配置されている（尚、絞り１を光学素子１０の一要
素として取り扱っても良い）。光学素子１０のうち面R1
〜面R3で第１群Ｂ１、面R4〜面R6で第２群Ｂ２、面R7と
面R8で第３群Ｂ３を構成している。

【００６５】本実施形態では、光束が該光学素子に入射
した後の光路順に第一の該オフアキシャル反射面R3、第
ニの該オフアキシャル反射面R4、該光学素子内で最後の
該オフアキシャル反射面R7、面R7の光入射側のオフアキ
シャル反射面R6とし、光束が該光学素子に入射する入射
面からオフアキシャル反射面R3までを第１群Ｂ１とし、
オフアキシャル反射面R4からオフアキシャル反射面R6ま
でを第２群Ｂ２とし、オフアキシャル反射面R7から光束
が該光学素子から射出する射出面までを第３群Ｂ３とし
たとき、アジムスθの時の第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第
３群Ｂ３のそれぞれの焦点距離ｆＢ１（θ）、ｆＢ２
（θ）、ｆＢ３（θ）が以下の条件式を満足するように
している。

【００６６】ｆＢ１(θ)＞０、ｆＢ２(θ)＜０、ｆＢ３
(θ)＞０ (０＜θ＜２π) 又、アジムスθの時の第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１
（θ）と前記反射型の光学素子の焦点距離ｆ（θ）が以
下の条件式を満足するようにしている。

【００６７】|ｆ(θ)|／２＜ｆＢ１(θ)＜２|ｆ(θ)| 又、本実施例にかぎり、各面のティルトはXZ面内、XY面
内の２種類あるため、ローカル座標系の定義を変えてい
る。まず、第ｉ面のXZ面内でのチルト角をY 軸正方向か
らみて時計回り方向を正とした角度φｉ（単位degree）
で表し、XY面内でのチルト角をZ 軸正方向からみて反時
計回り方向を正とした角度θｉ（単位degree）で表す。
さらに、第ｉ面のローカル座標（x,y,z ）の各軸は絶対
座標系(X,Y,Z) に対して、まず原点を(Xi,Yi,Zi)に移動
した後に、XZ面内で角度φｉ傾け、最後にXY面内で角度
θｉ傾けたものとし具体的には以下のように設定するも
のとする。 原点(Xi,Yi,Zi) z：第１面の光軸方向であるZ方向に対しXZ面内で角度φ
ｉ、そしてXY面内で角度θｉ傾けた方向 y：z方向に対しYZ面内において反時計方向に90゜をなす
方向 x：反射面の頂点位置を原点とし、YZ面に対し垂直な方
向 本実施例の構成データは次のとおりである。

【００６８】 水平半画角 21.9 垂直半画角 16.8 絞り径 1.60 i Xi Yi Zi θi φi ωi Di Ndi νdi 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 2.500 1.000 絞り 1 0.000 0.000 2.500 0.000 0.000 0.000 3.700 1.530 55.8 屈折面 2 0.000 0.000 6.200 0.000 -45.000 0.000 7.397 1.530 55.8 反射面 3 -7.397 0.000 6.200 -90.000 -59.242 -90.000 9.995 1.530 55.8 反射面 4 -2.631 -8.785 6.200 -90.000 -71.044 -90.000 8.500 1.530 55.8 反射面 5 -10.419 -12.189 6.200 90.000 -87.280 90.000 7.700 1.530 55.8 反射面 6 -3.103 -14.590 6.200 90.000 -74.030 90.000 8.500 1.530 55.8 反射面 7 -8.555 -21.111 6.200 90.000 -64.947 90.000 5.300 1.530 55.8 反射面 8 -3.255 -21.111 6.200 0.000 -90.000 0.000 5.917 1.000 屈折面 i Xi Yi Zi θi φi ωi Di Ndi νdi Filter 2.663 -21.111 6.200 0.000 -90.000 0.000 1.060 1.544 70.6 屈折面 Filter 3.723 -21.111 6.200 0.000 -90.000 0.000 1.600 1.514 75 屈折面 Filter 5.323 -21.111 6.200 0.000 -90.000 0.000 0.800 1.516 屈折面 Filter 6.123 -21.111 6.200 0.000 -90.000 0.000 0.416 1.000 屈折面 像面 6.939 -21.111 6.2 0 90 0 1 非球面形状 R2面 C02=-3.87385e-02 C20= 4.08337e-02 C04= 7.49722e-03 C22=-2.54957e-03 C40=-5.35064e-03 C06=-4.97281e-04 C24=-4.50122e-04 C42= 7.58477e-04 c60= 4.23326e-04 R3面 C02= 2.55492e-02 C20= 3.37945e-02 C03=-1.14854e-04 C21=-4.08791e-04 C04= 7.73154e-06 C22= 3.48184e-05 C40= 1.01388e-05 R4面 C02= 1.61293e-02 C20= 4.12933e-02 C03=-1.38841e-03 C21=-3.47993e-03 C04= 4.42324e-05 C22= 4.83511e-04 C40=-6.31515e-04 R5面 C02= 2.31849e-02 C20= 3.52955e-02 C03=-5.28689e-05 C21=-4.51412e-04 C04= 1.02369e-04 C22= 2.14352e-04 C40= 6.38284e-05 R6面 C02= 3.45979e-02 C20= 8.08696e-02 C03= 3.33596e-03 C21= 3.14123e-03 C04= 5.23405e-04 C22= 2.82194e-03 C40= 1.94772e-03 R7面 C02= 3.17142e-02 C20= 4.06422e-02 C03= 1.74096e-04 C21= 1.22917e-04 C04= 5.65180e-05 C22= 1.87502e-04 C40= 1.10281e-04 R8面 C02= 4.85470e-02 C20= 6.40000e-02 C04= 1.16007e-03 C22= 1.84312e-03 C40= 5.25575e-04 C06=-4.76425e-06 C24=-1.09562e-05 C42= 5.60718e-06 c60= 6.86201e-07 ここで、第１群Ｂ１(面R1〜R3)、第２群Ｂ２(面R4〜R
6)、第３群Ｂ３(面R7〜R8)のそれぞれの焦点距離ｆＢ
１，ｆＢ２，ｆＢ３とこの反射型の光学素子１０の焦点
距離Ｆを、アジムス0°、45°、90°において、計算し
てみると以下のようになる。

【００６９】 第１群Ｂ１，第２群Ｂ２，第３群Ｂ３のそれぞれの焦点
距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３が正、負、正と言う順番で
並んでいる。また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以上、２倍以下と言う
関係になっている。第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以下になると収差補正
がきわめて難しくなり、反対に焦点距離Ｆの大きさの２
倍以上になると中間結像面が大きくなり、中間結像面以
降の反射面の有効径の増大を招き、素子の小型化が難し
くなる。

【００７０】アジムス0°、45°、90°時の焦点距離を
示したが、アジムス0°〜2πの間でこの関係は保たれて
いる。

【００７１】図１，図２において、光学素子１０は複数
の曲面反射面を有するガラス等の透明体で構成してい
る。光学素子１０の表面には物体ＯＢからの光線の通過
順に、屈折力を有する屈折面（入射面）R1及び平面ミラ
ーR2・凹面鏡R3・凸面鏡R4・凹面鏡R5・凸反射面R6・凹
面鏡R7の五つの反射面及び正の屈折力を有する凸屈折面
（射出面）R8を形成している。なお、２つの屈折面R1，
R8はいずれも回転非対称の球面であり、すべての反射面
はYZ平面のみに対して対称な面である。また、図のフィ
ルター３はLPF（ローパスフィルター）、赤外カットフ
ィルター等で構成される。

【００７２】次に本実施例における光学素子１０の結像
作用を説明する。Z(-)方向から来た物体ＯＢからの光束
は、絞り（入射瞳）２により入射光量を規制された後、
光学素子１０の入射面R1に入射し、次いで平面反射面R2
で反射されてX(-)方向に偏向された後、面R3で反射され
て一旦結像し、次いで面R4,R5,R6,R7 で次々に反射して
行き、射出面R8からX(+)方向に射出し、フィルター３を
とおり撮像面４上に再結像する。

【００７３】物体光線は面R3と面R4との間で中間結像
し、瞳光線は、面R6と面R7との間で中間結像する。

【００７４】この様に光学素子１０は、入出射面による
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。

【００７５】本実施例の反射型の光学素子のディストー
ションの様子を図３に、横収差図を図４に示す。

【００７６】図を見れば分かるとおり、大きなディスト
ーションはなく、非対称なディストーションも少ない。
また、横収差においても微少であり、画面中心と画面の
角ともにバランス良く収差補正できている。

【００７７】これは、前述した第１群Ｂ１、第２群Ｂ
２、第３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３を適
切な構成したためである。第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第
３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３の符号が同
じで、大きさを似通った値にすると、光学系のバランス
上、収差補正が難しくなる。

【００７８】また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さを適切な値にしたため、光学素子１０の小型化と良好
な光学性能を両立している。

【００７９】本実施例では屈折面として回転非対称な形
状を有しているが、屈折面は回転対称でもかまわない。
なお、この屈折面は増透膜で被覆されている事が望まし
い。

【００８０】また、この反射型の光学素子の反射面は蒸
着等により成膜される。蒸着の場合は、二つの反射面群
(R3,R5,R7とR2,R4,R6)の片側を蒸着し、次の残りの反射
面群を蒸着するというプロセスをたどる。反射面の成膜
は蒸着に限らず、湿式の方法、たとえばメッキ等で行っ
てもかまわない。この場合は、二つの対向する反射面を
一度に成膜することができる。また、メッキ等で成膜し
た後に、高透過率特性を備えた保護膜を成膜してもよ
い。

【００８１】本実施例ではオフアキシャル反射面を裏面
反射面として用いいているが、表面反射境として用いて
もよい。

【００８２】本実施例では、オフアキシャル反射面を５
面用いているが、反射面は５面に限らない。ただし、収
差補正上、少なくとも５枚以上あることが望ましい。

【００８３】また、オフアキシャル反射面はある平面に
対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。

【００８４】この反射型の光学素子一つで撮像素子とし
て機能するが、この反射型の光学素子を少なくとも一つ
含み、複数の光学素子で撮像光学系を構成してもよい。
さらに、特開平8-292372号公報、特開平9-222561号公
報、特開平9-258105号公報で提案されているように、複
数の光学素子の相対位置を変化させて変倍光学系を構成
するようにしても良い。

【００８５】図５は本発明の反射型の光学素子を用いた
撮像装置の実施形態２の要部断面図である。

【００８６】同図において図１で示した要素と同一要素
には同符番を付している。１１は光学素子である。

【００８７】本実施形態では、光束が該光学素子に入射
した後の光路順に第一の該オフアキシャル反射面R2、第
ニの該オフアキシャル反射面R3、該光学素子内で最後の
該オフアキシャル反射面R6、面R6の光入射側のオフアキ
シャル反射面R5とし、光束が該光学素子に入射する入射
面R1からオフアキシャル反射面R2までを第１群Ｂ１と
し、オフアキシャル反射面R2からオフアキシャル反射面
R5までを第２群Ｂ２とし、オフアキシャル反射面R6から
光束が該光学素子から射出する射出面R7までを第３群Ｂ
３としたとき、アジムスθの時の第１群Ｂ１、第２群Ｂ
２、第３群Ｂ３のそれぞれの焦点距離ｆＢ１（θ）、ｆ
Ｂ２（θ）、ｆＢ３（θ）と該光学素子１１の焦点距離
ｆ（θ）が以下の条件式を満足するようにしている。

【００８８】ｆＢ１(θ)＞０、ｆＢ２(θ)＜１０｜ｆ
（θ）｜、ｆＢ３(θ)＞０ (０＜θ＜２π) 図５はYZ面内での断面図を示している。本実施例は水平
画角43.8度、垂直画角33.55度の反射型の光学素子を示
している。図５には光路も図示している。

【００８９】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。

【００９０】 水平半画角 21.9 垂直半画角 16.8 絞り径 2.25 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 0.00 0.00 0.00 2.50 1 絞り 1 0.00 2.50 0.00 8.61 1.53041 55.50 屈折面 2 0.00 11.11 27.95 10.00 1.53041 55.50 反射面 3 -8.28 5.50 17.01 8.88 1.53041 55.50 反射面 4 -11.59 13.74 -1.87 8.30 1.53041 55.50 反射面 5 -14.17 5.86 -15.87 8.68 1.53041 55.50 反射面 6 -20.81 11.45 -24.93 5.40 1.53041 55.50 反射面 7 -20.81 6.05 0.00 4.42 1 屈折面 Filter -20.81 1.63 0.00 1.89 1.54427 70.60 屈折面 Filter -20.81 -0.25 0.00 1.10 1.51400 75.00 屈折面 Filter -20.81 -1.35 0.00 0.80 1.51633 0.00 屈折面 Filter -20.81 -2.15 0.00 0.60 1 屈折面 像面 -20.81 -2.75 0.00 1 像面 球面形状 R 1面 r 4=-28.581 R 7面 r10= -8.244 非球面形状 R 2面 C02=-2.79654e-02 C20=-3.52817e-02 C03= 8.45358e-05 C21= 1.62935e-05 C04= 1.09163e-05 C22= 2.29474e-05 C40=-7.99153e-06 C05= 3.28771e-06 C23= 4.14164e-06 C41=-2.81135e-07 C06= 2.30226e-07 C24=-2.89993e-08 C42=-3.86130e-07 c60= 4.26026e-08 R 3面 C02=-1.52512e-02 C20=-3.32837e-02 C03= 1.17284e-03 C21= 7.53355e-04 C04=-1.74184e-04 C22= 6.85821e-05 C40=-1.07454e-04 C05=-6.59147e-05 C23=-2.53153e-04 C41=-1.82673e-05 C06= 2.29241e-05 C24= 8.97809e-06 C42=-1.49497e-04 c60= 1.24757e-04 R 4面 C02=-2.86447e-02 C20=-3.69342e-02 C03= 1.68338e-04 C21=-6.56488e-05 C04=-8.38998e-05 C22=-1.64956e-04 C40=-6.61334e-05 C05=-4.12487e-06 C23=-3.65721e-06 C41=-9.86438e-07 C06= 1.46460e-07 C24=-2.92710e-07 C42=-1.45737e-06 c60= 2.62185e-08 R 5面 C02=-4.01467e-02 C20=-8.41944e-02 C03=-1.52586e-03 C21=-4.48355e-03 C04=-7.68031e-04 C22=-2.38226e-03 C40=-1.49262e-03 C05=-7.67143e-05 C23=-3.07223e-04 C41=-2.44715e-04 C06=-2.25468e-05 C24=-1.27369e-04 C42=-1.54549e-04 c60=-9.66124e-06 R 6面 C02=-3.26890e-02 C20=-4.19835e-02 C03=-4.35024e-05 C21=-1.36502e-04 C04=-5.72196e-05 C22=-1.39349e-04 C40=-8.65519e-05 C05= 3.14850e-07 C23=-1.01009e-07 C41=-6.20082e-07 C06=-2.66103e-07 C24=-9.31756e-07 C42=-1.00842e-06 c60=-4.34372e-07 ここで、第１群Ｂ１(面R1〜R2)、第２群Ｂ２(面R3〜R
5)、第３群Ｂ３(面R6〜R7)のそれぞれの焦点距離ｆＢ
１，ｆＢ２，ｆＢ３とこの反射型の光学素子１１の焦点
距離Ｆを、アジムス0°、45°、90°において、計算し
てみると以下のようになる。

【００９１】 第１群Ｂ１、第２群Ｂ２，第３群Ｂ３のそれぞれの焦点
距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３が正、正、正と言う順番で
並んでいるが、第２群Ｂ２の焦点距離の大きさは焦点距
離Ｆの大きさの１０倍以上になっていて屈折力を少しし
か持たず、第１群Ｂ１と第２群Ｂ２の二つの単レンズで
構成していると考えることができる。

【００９２】また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以上、２倍以下と言う
関係になっている。第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以下になると収差補正
がきわめて難しくなり、反対に焦点距離Ｆの大きさの２
倍以上になると中間結像面が大きくなり、中間結像面以
降の反射面の有効径の増大を招き、光学素子の小型化が
難しくなる。

【００９３】アジムス0°、45°、90°時の焦点距離を
示したが、アジムス0°〜2πの間でこの関係は保たれて
いる。

【００９４】図５において、光学素子１１は複数の曲面
反射面を有するガラス等の透明体で構成している。光学
素子１1の表面には物体からの光線の通過順に、屈折力
を有する屈折面（入射面）R1・凹面鏡R2・凸面鏡R3・凹
面鏡R4・凸反射面R5・凹面鏡R6の五つの反射面及び正の
屈折力を有する凸屈折面（射出面）R7を形成している。
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平面のみに対して対称な面である。
また、図のフィルター３はLPF（ローパスフィルタ
ー）、赤外カットフィルター等で構成される。

【００９５】次に本実施形態の光学素子１１の結像作用
を説明する。物体ＯＢからの光束は、絞り（入射瞳）１
により入射光量を規制された後、光学素子１1の入射面R
1に入射し、次いで面R3で反射されて一旦結像し、次い
で面R4,R5,R6で次々に反射して行き、射出面R7から射出
し、フィルター３をとおり撮像面４上に再結像する。

【００９６】物体光線は面R2と面R3との間で中間結像
し、瞳光線は、面R5と面R6との間で中間結像する。

【００９７】この様に光学素子１1は、入出射面による
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。

【００９８】本実施形態の反射型の光学素子１１のディ
ストーションの様子を図６に、横収差図を図７に示す。

【００９９】図を見れば分かるとおり、大きなディスト
ーションはなく、非対称なディストーションも少ない。
また、横収差においても微少であり、画面中心と画面の
角ともにバランス良く収差補正できている。

【０１００】これは、前述した第１群Ｂ１、第２群Ｂ
２、第３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３を適
切な構成したためである。第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第
３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３の符号が同
じで、大きさを似通った値にすると、光学系のバランス
上、収差補正が難しくなる。

【０１０１】また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さを適切な値にしたため、光学素子１１の小型化と良好
な光学性能を両立している。

【０１０２】本実施例では屈折面として回転対称な形状
を有しているが、屈折面は回転対称でもかまわない。な
お、この屈折面は増透膜で被覆されている事が望まし
い。

【０１０３】また、この反射型の光学素子１１の反射面
は蒸着等により成膜される。蒸着の場合は、二つの反射
面群(R2,R4,R6とR3,R5)の片側を蒸着し、次の残りの反
射面群を蒸着するというプロセスをたどる。反射面の成
膜は蒸着に限らず、湿式の方法、たとえばメッキ等で行
ってもかまわない。この場合は、二つの対向する反射面
を一度に成膜することができる。また、メッキ等で成膜
した後に、高透過率特性を備えた保護膜を成膜してもよ
い。

【０１０４】本実施例ではオフアキシャル反射面を裏面
反射面として用いいているが、表面反射境として用いて
もよい。

【０１０５】本実施例では、オフアキシャル反射面を５
面用いているが、反射面は５面に限らない。ただし、収
差補正上、少なくとも５枚以上あることが望ましい。

【０１０６】また、オフアキシャル反射面はある平面に
対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。

【０１０７】また、フォーカシングするときは、この反
射型の光学素子を射出する基準軸２の方向に平行に移動
するか、撮像面を基準軸方向に平行移動すればよい。

【０１０８】この反射型の光学素子一つで撮像光学系と
して機能するが、この反射型の光学素子を少なくとも一
つ含んだ、複数の光学ブロックで撮像光学系を構成して
もよい。さらに、特開平8-292372号公報、特開平9-2225
61号公報、特開平9-258105号公報等で開示しているよう
に、複数の光学ブロックの相対位置を変化させて変倍光
学系を構成しても良い。

【０１０９】図８は本発明の反射型の光学素子を用いた
撮像装置の実施形態３の要部断面図である。

【０１１０】同図において図１で示した要素と同一要素
には同符番を付している。本実施形態における第１，第
２，第３群の焦点距離の条件は実施形態２と同様であ
る。

【０１１１】図８はYZ面内での断面図を示している。本
実施形態は水平画角38.13度、垂直画角29度の反射型の
光学素子を示している。図８には光路も図示している。

【０１１２】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。

【０１１３】 水平半画角 19.1 垂直半画角 14.5 絞り径 1.86 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 0.00 0.00 0.00 12.50 1 絞り 1 0.00 12.50 25.95 12.60 1 反射面 2 -9.91 4.72 13.01 11.40 1 反射面 3 -14.89 14.98 -3.87 10.80 1 反射面 4 -18.25 4.72 -15.87 11.40 1 反射面 5 -26.97 12.07 -24.93 13.78 1 反射面 Filter -26.97 -1.71 0.00 1.10 1.51400 75.00 屈折面 Filter -26.97 -2.81 0.00 0.80 1.51633 0.00 屈折面 Filter -26.97 -3.61 0.00 0.70 1 屈折面 像面 -26.97 -4.31 0.00 1 像面 非球面形状 R 1面 C02=-2.43377e-02 C20=-3.04342e-02 C03=-1.41833e-05 C21= 3.53900e-05 C04=-7.58548e-06 C22=-2.49021e-05 C40=-6.60722e-05 C05= 6.83264e-07 C23= 2.31293e-06 C41=-1.16052e-06 C06= 3.54072e-08 C24= 2.97453e-07 C42=-8.33015e-08 c60= 1.07188e-06 R 2面 C02=-1.61094e-02 C20=-3.24343e-02 C03= 4.15841e-04 C21= 1.28586e-03 C04=-9.36832e-05 C22=-3.26715e-04 C40=-1.88449e-04 C05=-1.47029e-05 C23=-5.92543e-05 C41=-3.61942e-05 C06= 4.83489e-07 C24=-3.30783e-06 C42= 4.81322e-05 c60= 1.28229e-04 R 3面 C02=-2.42806e-02 C20=-3.04738e-02 C03= 3.74870e-05 C21= 1.21272e-04 C04=-3.11398e-05 C22=-6.22976e-05 C40=-2.87943e-05 C05=-1.33361e-07 C23=-6.12938e-07 C41=-9.00990e-07 C06=-4.12543e-08 C24=-2.68418e-07 C42=-6.00586e-09 c60= 5.37663e-07 R 4面 C02=-3.67905e-02 C20=-6.58480e-02 C03=-1.12277e-03 C21=-6.72984e-04 C04=-4.48365e-04 C22=-9.25706e-04 C40=-5.79126e-04 C05=-2.72177e-05 C23=-1.38696e-04 C41=-2.12312e-05 C06=-1.81016e-06 C24=-6.12108e-05 C42= 9.31821e-05 c60= 2.09176e-04 R 5面 C02=-2.61280e-02 C20=-3.25786e-02 C03=-3.09157e-05 C21= 4.95680e-07 C04=-2.59131e-05 C22=-6.52950e-05 C40=-3.31477e-05 C05=-1.41352e-07 C23= 2.46472e-07 C41=-6.67446e-07 C06=-6.00774e-08 C24=-3.81916e-07 C42=-3.00944e-07 c60=-2.18913e-07 ここで、第１群Ｂ１(面R1)、第２群Ｂ２(面R2〜R4)、第
３群Ｂ３(面R5)のそれぞれの焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，
ｆＢ３とこの反射型の光学素子１２の焦点距離Ｆを、ア
ジムス0°、45°、90°において、計算してみると以下
のようになる。

【０１１４】 第１群Ｂ１、第２群Ｂ２，第３群Ｂ３のそれぞれの焦点
距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３が正、正、正と言う順番で
並んでいるが、第２群Ｂ２の焦点距離ｆＢ２の大きさは
焦点距離Ｆの大きさの１０倍以上になっていて屈折力を
少ししか持たず、第１群Ｂ１と第２群Ｂ２の二つの単レ
ンズで構成すしていると考えることができる。

【０１１５】また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以上、２倍以下と言う
関係になっている。第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以下になると収差補正
がきわめて難しくなり、反対に焦点距離Ｆの大きさの２
倍以上になると中間結像面が大きくなり、中間結像面以
降の反射面の有効径の増大を招き、光学素子の小型化が
難しくなる。

【０１１６】アジムス0°、45°、90°時の焦点距離を
示したが、アジムス0°〜2πの間でこの関係は保たれて
いる。

【０１１７】図８において、光学素子１２は複数の曲面
をもった表面反射面を有し、対向する二つの反射面群
（反射面R1,R3,R5と反射面R2,R4）がぞれぞれ一体に形
成されている。なお、すべての反射面はYZ平面のみに対
して対称な面である。また、図のフィルター３はLPF
（ローパスフィルター）、赤外カットフィルター等で構
成される。

【０１１８】次に本実施形態の光学素子１２の結像作用
を説明する。物体ＯＢからの光束は、絞り（入射瞳）１
により入射光量を規制された後、光学素子１２の面R3で
反射されて一旦結像し、次いで面R4,R5,R6で次々に反射
して行き、フィルター３をとおり撮像面４上に再結像す
る。

【０１１９】物体光線は面R1と面R2との間で中間結像
し、瞳光線は、面R4と面R5との間で中間結像する。

【０１２０】この様に光学素子１２は、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。

【０１２１】本実施例の反射型の光学素子のディストー
ションの様子を図９に、横収差図を図１０に示す。

【０１２２】図を見れば分かるとおり、大きなディスト
ーションはなく、非対称なディストーションも少ない。
また、横収差においても微少であり、画面中心と画面の
角ともにバランス良く収差補正できている。

【０１２３】これは、前述した第１群Ｂ１、第２群Ｂ
２、第３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３を適
切な構成したためである。第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第
３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３の符号が同
じで、大きさを似通った値にすると、光学系のバランス
上、収差補正が難しくなる。

【０１２４】また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さを適切な値にしたため、光学素子１２の小型化と良好
な光学性能を両立している。

【０１２５】また、この反射型の光学素子の反射面は蒸
着等により成膜される。反射面の成膜は蒸着に限らず、
湿式の方法、たとえばメッキ等で行ってもかまわない。
また、メッキ等で成膜した後に、高透過率特性を備えた
保護膜を成膜してもよい。

【０１２６】本実施例では、オフアキシャル反射面を５
面用いているが、反射面は５面に限らない。ただし、収
差補正上、少なくとも５枚以上あることが望ましい。

【０１２７】また、オフアキシャル反射面はある平面に
対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。

【０１２８】この反射型の光学素子一つで撮像素子とし
て機能するが、この反射型の光学素子を少なくとも一つ
含み、複数の光学素子で撮像光学系を構成してもよい。

【０１２９】さらに、特開平8-292372号公報、特開平9-
222561号公報、特開平9-258105号公報等で提案されてい
るように、複数の光学素子の相対位置を変化させて変倍
光学系を構成しても良い。

【０１３０】図１１は本発明の反射型の光学素子を用い
た撮像装置の実施形態４の要部断面図である。

【０１３１】同図において図１で示した要素と同一要素
には同符合を付している。本実施形態における第１，第
２，第３群の焦点距離の条件は実施形態１と同様であ
る。

【０１３２】図１１はYZ面内での断面図を示している。
本実施形態は水平画角43.8度、垂直画角33.55度の反射
型の光学素子を示している。図１１には光路も図示して
いる。

【０１３３】本実施例の構成データは次のとおりであ
る。

【０１３４】 水平半画角 21.9 垂直半画角 16.8 絞り径 1.60 i Yi Zi θi Di Ndi νdi 0.00 0.00 0.00 2.50 1 絞り 1 0.00 2.50 0.00 7.80 1.53041 55.50 屈折面 2 0.00 10.30 24.00 9.00 1.53041 55.50 反射面 3 -6.69 4.28 16.00 8.90 1.53041 55.50 反射面 4 -9.14 12.83 7.00 8.50 1.53041 55.50 反射面 5 -13.39 5.47 6.00 8.50 1.53041 55.50 反射面 6 -16.02 13.55 13.00 9.00 1.53041 55.50 反射面 7 -22.27 7.08 22.00 6.50 1.53041 55.50 反射面 8 -22.27 13.58 0.00 6.81 1 屈折面 Filter -22.27 20.39 0.00 1.89 1.54427 70.60 屈折面 Filter -22.27 22.28 0.00 1.10 1.51400 75.00 屈折面 Filter -22.27 23.38 0.00 0.80 1.51633 0.00 屈折面 Filter -22.27 24.18 0.00 0.90 1 屈折面 像面 -22.27 25.08 0.00 1 像面 非球面形状 R 1面 C02= 2.37449e-02 C20=-2.84895e-02 C04= 1.26292e-04 C22=-6.43289e-03 C40=-2.97769e-04 C06= 6.51599e-05 C24= 6.20762e-04 C42= 7.06751e-04 c60=-1.61977e-04 R 2面 C02=-2.77090e-02 C20=-4.05133e-02 C03= 1.78011e-04 C21=-3.88537e-04 C04=-1.22407e-06 C22=-7.80418e-05 C40=-6.52602e-06 C05= 7.82028e-06 C23=-4.64287e-06 C41= 1.78229e-06 C06= 1.69100e-06 C24= 2.50989e-06 C42= 4.63060e-07 c60= 7.89361e-07 R 3面 C02=-2.75909e-02 C20=-6.77789e-02 C03= 1.10682e-03 C21=-6.45515e-03 C04= 1.04430e-03 C22=-1.03825e-03 C40=-1.63785e-03 C05=-8.62662e-05 C23=-5.30274e-04 C41=-1.20751e-04 C06=-4.95359e-05 C24=-6.67405e-05 C42=-1.21283e-04 c60= 6.02201e-04 R 4面 C02=-2.49976e-02 C20=-3.72289e-02 C03=-1.25382e-05 C21=-1.04626e-03 C04=-9.12934e-06 C22=-1.01933e-04 C40=-4.91831e-05 C05=-4.69154e-06 C23=-8.87025e-07 C41=-4.62077e-06 C06=-5.54290e-07 C24=-1.16917e-06 C42=-1.46230e-06 c60=-3.93653e-07 R 5面 C02=-1.37165e-02 C20=-2.17519e-02 C03=-5.19485e-04 C21=-5.75337e-03 C04=-8.33995e-06 C22=-5.91204e-04 C40= 5.97628e-05 C05=-3.36154e-05 C23=-2.29254e-05 C41= 7.13352e-06 C06=-7.52856e-06 C24=-4.62838e-05 C42=-3.79059e-05 c60=-6.57240e-06 R 6面 C02= 1.56082e-02 C20= 3.45280e-02 C03= 2.64677e-04 C21=-1.67735e-03 C04= 9.55706e-05 C22= 3.32216e-04 C40= 6.15339e-05 C05=-5.66446e-06 C23= 2.19835e-05 C41=-5.48106e-06 C06=-3.42558e-06 C24= 1.04297e-05 C42= 1.73024e-05 c60= 2.69594e-05 R 7面 C02= 2.72651e-02 C20= 3.34334e-02 C03=-3.78753e-05 C21=-5.32572e-05 C04= 3.28542e-05 C22= 9.79504e-05 C40= 2.95064e-05 C05=-4.67151e-07 C23=-1.14394e-06 C41= 1.72852e-06 C06=-3.91510e-08 C24= 8.43746e-08 C42=-8.08044e-08 c60= 8.17671e-08 R 8面 C02= 6.28023e-02 C20= 5.70363e-02 C04= 3.90020e-04 C22= 1.04312e-03 C40=-3.46795e-04 C06=-7.29227e-06 C24=-1.21909e-05 C42=-2.31395e-05 c60=-9.05139e-06 ここで、第１群Ｂ１(面R1〜R2)、第２群Ｂ２(面R3〜R
6)、第３群Ｂ３(面R7〜R8)のそれぞれの焦点距離ｆＢ
１，ｆＢ２，ｆＢ３とこの反射型の光学素子１３の焦点
距離Ｆを、アジムス0°、45°、90°において、計算し
てみると以下のようになる。

【０１３５】 第１群Ｂ１、第２群Ｂ２，第３群Ｂ３のそれぞれの焦点
距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３が正、負、正と言う順番で
並んでいる。また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以上、２倍以下と言う
関係になっている。第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さが焦点距離Ｆの大きさの１／２以下になると収差補正
がきわめて難しくなり、反対に焦点距離Ｆの大きさの２
倍以上になると中間結像面が大きくなり、中間結像面以
降の反射面の有効径の増大を招き、光学素子の小型化が
難しくなる。

【０１３６】アジムス0°、45°、90°時の焦点距離を
示したが、アジムス0°〜2πの間でこの関係は保たれて
いる。

【０１３７】図１１において、光学素子１３は複数の曲
面反射面を有するガラス等の透明体で構成している。光
学素子１３の表面には物体からの光線の通過順に、屈折
力を有する凸屈折面（入射面）R1、凹面鏡R2・凸面鏡R3
・凹面鏡R4・凸反射面R5・凸反面鏡R6・凹反面鏡R7の六
つの反射面及び凸屈折面（射出面）R8を形成している。
なお、２つの屈折面はいずれも回転非対称の球面であ
り、すべての反射面はYZ平面のみに対して対称な面であ
る。また、図のフィルター３はLPF（ローパスフィルタ
ー）、赤外カットフィルター等で構成される。

【０１３８】次に本実施形態の光学素子１３の結像作用
を説明する。物体ＯＢからの光束は、絞り（入射瞳）１
により入射光量を規制された後、光学素子１３の入射面
R1に入射し、面R2で反射されて一旦結像し、次いで面R
3,R4,R5,R6,R7で次々に反射して行き、射出面R8から射
出し、フィルター３をとおり撮像面４上に再結像する。

【０１３９】物体光線は面R2と面R3との間で中間結像
し、瞳光線は、面R5と面R6との間で中間結像する。

【０１４０】この様に光学素子１３は、入出射面による
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。

【０１４１】本実施形態の反射型の光学素子のディスト
ーションの様子を図１２に、横収差図を図１３に示す。

【０１４２】図を見れば分かるとおり、大きなディスト
ーションはなく、非対称なディストーションも少ない。
また、横収差においても微少であり、画面中心と画面の
角ともにバランス良く収差補正できている。

【０１４３】これは、前述した第１群Ｂ１、第２群Ｂ
２、第３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３を適
切な構成したためである。第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、第
３群Ｂ３の焦点距離ｆＢ１，ｆＢ２，ｆＢ３の符号が同
じで、大きさを似通った値にすると、光学系のバランス
上、収差補正が難しくなる。

【０１４４】また、第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１の大き
さを適切な値にしたため、光学素子の小型化と良好な光
学性能を両立している。

【０１４５】本実施形態では屈折面として回転非対称な
形状を有しているが、屈折面は回転対称でもかまわな
い。なお、この屈折面は増透膜で被覆されている事が望
ましい。

【０１４６】また、この反射型の光学素子の反射面は蒸
着等により成膜される。蒸着の場合は、二つの反射面群
(R2,R4,R6とR3,R5,R7)の片側を蒸着し、次の残りの反射
面群を蒸着するというプロセスをたどる。反射面の成膜
は蒸着に限らず、湿式の方法、たとえばメッキ等で行っ
てもかまわない。この場合は、二つの対向する反射面を
一度に成膜することができる。また、メッキ等で成膜し
た後に、高透過率特性を備えた保護膜を成膜してもよ
い。

【０１４７】本実施例ではオフアキシャル反射面を裏面
反射面として用いいているが、表面反射境として用いて
もよい。

【０１４８】本実施例では、オフアキシャル反射面を6
面用いているが、反射面は6面に限らない。ただし、収
差補正上、少なくとも５枚以上あることが望ましい。

【０１４９】また、オフアキシャル反射面はある平面に
対して対称な形状であるが、これに限った事ではない。

【０１５０】この反射型の光学素子一つで撮像素子とし
て機能するが、この反射型の光学素子を少なくとも一つ
含み、複数の光学素子で撮像光学系を構成してもよい。
さらに、特開平8-292372号公報、特開平9-222561号公
報、特開平9-258105号公報等で提案されているように、
複数の光学素子の相対位置を変化させて変倍光学系を構
成しても良い。

【０１５１】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、曲面や平
面より成る反射面を複数個、透明体の表面に形成した光
学素子を用いて物体像を所定面上に形成するとき、各面
のパワー配置を適切にすることで光学性能を良好にし、
また、入射面から中間結像までの焦点距離を適切な値に
設定する事により、広画角の反射型の光学素子でありな
がら、光学素子の有効径の縮小化を図った反射型の光学
素子及びそれを用いた撮像装置を達成することができ
る。

【０１５２】この他本発明によれば、オフアキシャル反
射面を複数持つ光学素子を入射光束を中間結像する部
分、中間結像面からの光束を瞳結像させる部分、瞳から
の光束を撮像面に２次結像させる部分の３部分系に分
け、それぞれの焦点距離を適切な関係に規定する事によ
り、広画角の光学系でありながら、光学系の有効径の縮
小化を図った光学素子及びそれを用いた撮像装置を達成
する事ができる。

【０１５３】さらに、中間結像をする部分の焦点距離の
大きさを適切な値にしたため、光学素子の小型化と良好
な光学性能を両立することができる。といった効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部斜視図

【図２】 本発明の実施形態１の要部断面図

【図３】 本発明の実施形態１のディストーションの図

【図４】 本発明の実施形態１の横収差図

【図５】 本発明の実施形態２のYZ面内での光学断面図

【図６】 本発明の実施形態２のディストーションの図

【図７】 本発明の実施形態２の横収差図

【図８】 本発明の実施形態３のYZ面内での光学断面図

【図９】 本発明の実施形態３のディストーションの図

【図１０】 本発明の実施形態３の横収差図

【図１１】 本発明の実施形態４のYZ面内での光学断面
図

【図１２】 本発明の実施形態４のディストーションの
図

【図１３】 本発明の実施形態４の横収差図

【図１４】 本発明の実施例における座標系の説明図

【図１５】 従来の反射型の光学素子のYZ面内での光学
断面図

【図１６】 従来の反射型の光学素子の部分系の説明図

【図１７】 従来の反射型の光学素子のディストーショ
ンの図

【図１８】 従来の反射型の光学素子の横収差図

【符号の説明】

Ri，Rm,n 面 Di 基準軸に沿った面間隔 Ndi 屈折率 νdi アッベ数 １ 絞り ２ 基準軸 ３ フィルター ４ 撮像面 １０，１１，１２，１３ 光学素子 ２１ 光学素子

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲率を有するオフアキシャル反射面を複
   数有し、入射光束が該複数のオフアキシャル反射面で反
   射を繰り返して射出するように構成された光学素子にお
   いて、光束が該光学素子に入射した後の光路順に第一の
   オフアキシャル反射面を面Ａ、第二のオフアキシャル反
   射面を面Ｂ、該光学素子内で最後のオフアキシャル反射
   面を面Ｄ、面Ｄの入射側の該オフアキシャル反射面を面
   Ｃとし、光束が該光学素子に入射する入射面から面Ａま
   でを第１群Ｂ１、面Ｂから面Ｃまでを第２群Ｂ２、面Ｄ
   から光束が該光学素子から射出する射出面までを第３群
   Ｂ３とし、アジムスθの時の第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、
   第３群Ｂ３の焦点距離を各々ｆＢ１(θ)、ｆＢ２(θ)、
   ｆＢ３(θ)としたとき、 ｆＢ１(θ)＞０、ｆＢ２(θ)＜０、ｆＢ３(θ)＞０
   (０＜θ＜２π) の条件式を満足することを特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】 曲率を有するオフアキシャル反射面を複
   数有し、入射光束が該複数のオフアキシャル反射面で反
   射を繰り返して射出するように構成された光学素子にお
   いて、光束が該光学素子に入射した後の光路順に第一の
   オフアキシャル反射面を面Ａ、第二のオフアキシャル反
   射面を面Ｂ、該光学素子内で最後のオフアキシャル反射
   面を面Ｄ、面Ｄの入射側の該オフアキシャル反射面を面
   Ｃとし、光束が該光学素子に入射する入射面から面Ａま
   でを第１群Ｂ１、面Ｂから面Ｃまでを第２群Ｂ２、面Ｄ
   から光束が該光学素子から射出する射出面までを第３群
   Ｂ３とし、アジムスθの時の第１群Ｂ１、第２群Ｂ２、
   第３群Ｂ３の焦点距離を各々ｆＢ１(θ)、ｆＢ２(θ)、
   ｆＢ３(θ)、アジムスθの時の該光学素子の焦点距離を
   ｆ(θ）としたとき、 ｆＢ１(θ)＞０、ｆＢ２(θ)＞１０|ｆ(θ)|、ｆＢ３
   (θ)＞０ (０＜θ＜２π) の条件式を満足することを特徴とする光学素子。
3. 【請求項３】 前記光学素子は該オフアキシャル反射面
   を５面以上有していることを特徴とする請求項１又は２
   の光学素子。
4. 【請求項４】 前記光学素子は、透明体の表面に屈折面
   より成る入射面と屈折面より成る射出面、そして曲率を
   有するオフアキシャル反射面を複数形成し、光束が入射
   面から該透明体の内部へ入射し、該複数のオフアキシャ
   ル反射面で反射を繰り返して射出面から射出するように
   構成されていることを特徴とする請求項１，２又は３の
   光学素子。
5. 【請求項５】 前記入射面と射出面は屈折力を有してい
   ることを特徴とする請求項４の光学素子。
6. 【請求項６】 前記入射面と射出面は増透膜により被覆
   されていることを特徴とする請求項４又は５の光学素
   子。
7. 【請求項７】 前記入射面、又は射出面は回転対称面で
   あることを特徴とする請求項５又は６の光学素子。
8. 【請求項８】 前記入射面、又は射出面は回転非対称面
   であることを特徴とする請求項５又は６の光学素子。
9. 【請求項９】 前記曲率を持った複数のオフアキシャル
   反射面は表面反射鏡より成り、入射光束が該曲率を持っ
   た複数のオフアキシャル反射面で反射を繰り返して射出
   するように構成されたことを特徴とする請求項１，２又
   は３の光学素子。
10. 【請求項１０】 前記光学素子は、物体からの光束を前
    記オフアキシャル反射面の少なくとも一つで反射させ
    て、該光学素子内で１次結像させた後に残りのオフアキ
    シャル反射面を介して射出するように構成したことを特
    徴とする請求項１から９のいずれか１項の光学素子。
11. 【請求項１１】 前記光学素子において、光束が該光学
    素子に入射する入射面から曲率を持った第一のオフアキ
    シャル反射面までを第１群Ｂ１としたとき、アジムスθ
    の時の第１群Ｂ１の焦点距離ｆＢ１(θ)と該光学素子の
    焦点距離ｆ(θ)が、 |ｆ(θ)|／２＜ｆＢ１(θ)＜２|ｆ(θ)| を満足することを特徴とする請求項１０の光学素子。
12. 【請求項１２】 入射瞳が、前記光学素子の物体側より
    数えて第一のオフアキシャル反射面より物体側に位置す
    るように構成した事を特徴とする請求項１から１１のい
    ずれか１項の光学素子。
13. 【請求項１３】 前記光学素子は、その入射面近傍に絞
    りを有していることを特徴とする請求項１から１２のい
    ずれか１項の光学素子。
14. 【請求項１４】 前記光学素子は入射する基準軸と射出
    する基準軸が平行で且つ同方向を向いていることを特徴
    とする請求項１から１３のいずれか１項の光学素子。
15. 【請求項１５】 前記光学素子は入射する基準軸と射出
    する基準軸が平行で且つ逆方向を向いていることを特徴
    とする請求項１から１３のいずれか１項の光学素子。
16. 【請求項１６】 前記光学素子は、入射する基準軸と射
    出する基準軸の方向が直交していることを特徴とする請
    求項１から１３のいずれか１項の光学素子。
17. 【請求項１７】 前記曲率を有するオフアキシャル反射
    面は対向するように配置されている事を特徴とする請求
    項１〜１６のいずれか１項の光学素子。
18. 【請求項１８】 前記曲率を有するオフアキシャル反射
    面はすべて対称面を１つだけ有する形状であることを特
    徴とする請求項１〜１７のいずれか１項の光学素子。
19. 【請求項１９】 前記光学素子は、平面反射面を含み、
    該平面反射面は前記曲率を有するオフアキシャル反射面
    とは対向しないように配置されている事を特徴とする請
    求項１７又は１８の光学素子。
20. 【請求項２０】 前記曲率を持ったオフアキシャル反射
    面は、高反射率特性を備えた金属をコーティングして形
    成され、この反射面の表面に更に高透過率特性を備えた
    保護膜をコーティングした事を特徴とする請求項１から
    １９いずれか１項の光学素子。
21. 【請求項２１】 請求項１から２０のいずれか１項の光
    学素子を少なくとも一つ有し、該光学素子のうち少なく
    とも１つは、射出する基準軸の方向に平行に移動してフ
    ォーカシングすることを特徴とする光学系。
22. 【請求項２２】 請求項１から２０のいずれか１項に記
    載の光学素子を少なくとも一つ有し、複数の光学ブロッ
    クで構成されている事を特徴とする光学系。
23. 【請求項２３】 前記光学素子は最も物体側に位置して
    いる事を特徴とする請求項２１又は２２の光学系。
24. 【請求項２４】 前記光学素子は最も像側に位置してい
    る事を特徴とする請求項２１又は２２の光学系。
25. 【請求項２５】 前記複数の光学ブロックを介して物体
    の像を結像すると共に、該複数の光学ブロックのうち、
    少なくとも２つの光学ブロックの相対的位置を変化させ
    ることによりズーミングを行うことを特徴とする請求項
    ２２〜２４のいずれか１項の光学系。
26. 【請求項２６】 前記光学素子を移動する事によりズー
    ミングを行う事を特徴とする請求項２５の光学系。
27. 【請求項２７】 請求項１〜２０のいずれか１項の光学
    素子又は請求項２１〜２６のいずれか１項の光学系を有
    し、撮像媒体の撮像面上に物体の像を結像することを特
    徴とする撮像装置。