JP2000019402A - 結像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない反射回数の反射面を用いて光路を折り
畳むことにより小型化、薄型化された高性能な結像光学
系。 【解決手段】 物体側の第１プリズム１０と像側の第２
プリズム２０を有し、中間像を形成せず、第１プリズム
の第１面１１は物体からの光束をプリズム内に入射さ
せ、第２面１２が第１面から入射した光束をプリズム内
で反射すると共に第３面で反射された光束をプリズム外
へ射出し、第３面１３は第２面で反射された光束を反射
し、第２面１２又は第３面１３は光束にパワーを与える
回転非対称な面形状を有し、第２プリズムは、少なくと
も１面のプリズム内で光束を反射する反射面２２を有
し、その反射面が光束にパワーを与え、偏心により発生
する収差を補正する回転非対称な面形状を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系に関
し、その中でも特に、ビデオカメラやデジタルスチルカ
メラ、フィルムスキャナー、内視鏡等、小型の撮像素子
を用いた光学装置用の反射面にパワーを有する偏心光学
系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラやデジタルスチルカ
メラ、フィルムスキャナー、内視鏡等用の結像光学系で
は、撮像素子の小型化に伴い、光学系自身も小型軽量、
低コスト化が求められている。

【０００３】しかし、一般の回転対称共軸光学系では、
光学系の厚みは光学素子を光軸方向に配列するため、そ
の小型化にも限界がある。また、同時に、回転対称な屈
折レンズを用いることにより発生する色収差を補正する
ために、レンズ枚数の増加は避けられず、低コスト化も
困難な状況である。そこで、最近では、特に色収差の発
生しない反射面にパワーを持たせ、光軸方向の光路を折
り畳むことで、小型化を図った光学系が提案されてい
る。

【０００４】特開平７−３３３５０５号のものは、偏心
した反射面にパワーを付けて光路を折り畳み、光学系の
厚みを小さくすることを提案しているが、実施例では、
構成する光学部材が５個と多い上、実際の光学性能が不
明である。また、その反射面の形状までは言及されてい
ない。

【０００５】また、特開平８−２９２３７１号、特開平
９−５６５０号、特開平９−９０２２９号のものでは、
プリズム１個あるいは複数のミラーを１つの部材として
ブロック化することで光路を折り畳み、その光学系内部
で像をリレーしながら最終像を形成する光学系が示され
ている。しかし、これらの例では、像をリレーするため
に反射の回数が多くなり、その面精度誤差、偏心精度誤
差が積算され転送されることから、個々の精度が厳しく
なり、コストアップにつながり好ましくない。また、同
時に、像をリレーするために光学系全体の体積も大きく
なり好ましくない。

【０００６】また、特開平９−２２２５６３号では、複
数のプリズムを用いた例を示しているが、像をリレーす
るために同様の理由からコストアップ、光学系の大型化
につながり好ましくない。また、特開平９−２１１３３
１号では、プリズム１個を用いて光路を折り畳み光学系
の小型化を図った例であるが、収差の補正が十分ではな
い。

【０００７】また、特開平８−２９２３６８号、特開平
８−２９２３７２号、特開平９−２２２５６１号、特開
平９−２５８１０５号、特開平９−２５８１０６号のも
のでは、何れもズームレンズの例である。しかし、これ
らの例も、プリズム内部で像をリレーしているために反
射の回数が多く、反射面の面精度誤差、偏心精度誤差が
積算され転送され好ましくない。同時に、光学系の大型
化も避けられず好ましくない。

【０００８】また、特開平１０−２０１９６号のもの
は、正負の２群ズームレンズの正の前群を、絞りを挟ん
で物体側に負のパワーのプリズムで、像側を正のパワー
のプリズムで構成した例である。また、負のプリズムと
正のプリズムから構成される正の前群を２つに分割し、
負正負の３群ズームレンズに構成した例も開示されてい
る。しかし、これらの例で用いられるプリズムは、２つ
の透過面、２つの反射面が独立の面であるためにそのス
ペースを確保する必要上、また同時に、撮像面がライカ
サイズのフィルムフォーマットと大きいため、プリズム
自体の大型化が避けられない。また、像側にテレセント
リックの構成でないため、ＣＣＤ等の撮像素子への対応
が難しい。また、何れのズームレンズの例も、プリズム
を移動させることで変倍を行っているため、全ての変倍
領域で性能を維持するために反射面の偏心精度が厳しく
なり、コスト高になるという問題を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一般の屈折光学系で所
望の屈折力を得ようとすると、その境界面で光学素子の
色分散特性のために色収差が発生する。それを補正する
目的と、他の光線収差を補正するために、屈折光学系は
多くの構成要素を必要としてコスト高になるという問題
を有している。また、同時に、光路が光軸に沿って直線
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という問題があっ
た。

【００１０】また、従来技術について述べたような偏心
光学系では、結像された像の収差が良好に補正され、な
おかつ、特に回転非対称なディストーションが良好に補
正されていないと、結像された図形等が歪んで写ってし
まい、正しい形状を再現することができないという問題
があった。

【００１１】さらに、偏心光学系に反射面を用いる場合
は、屈折面に比してその偏心誤差感度は２倍になり、反
射回数を増やせば増やすだけ偏心誤差が積算され転送さ
れる結果となり、反射面の面精度や偏心精度等の製作精
度、組み立て精度が厳しくなるという問題もあった。

【００１２】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、少ない光学素子
の構成枚数で高性能、低コストな結像光学系を提供する
ことである。

【００１３】また、本発明のもう１つの目的は、少ない
反射回数の反射面を用いて光路を折り畳むことにより小
型化、薄型化された高性能な結像光学系を提供すること
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の結像光学系は、物体像を形成する全体として正の屈
折力を有する結像光学系において、前記結像光学系が屈
折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で
形成された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第
２プリズムは前記第１プリズムよりも像側に配置され、
かつ、中間像を形成しない結像系にて形成され、前記第
１プリズムが、光束を透過又は反射させる光学作用面を
３面有し、その中の第１面は物体からの光束をプリズム
内に入射させ、第２面が前記第１面から入射した光束を
プリズム内で反射すると共に第３面で反射された光束を
プリズム外へ射出し、第３面は前記第２面で反射された
光束を反射するように構成されており、前記第２面と前
記第３面の少なくとも一方の面が光束にパワーを与える
曲面形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生する
収差を補正する回転非対称な面形状を有し、前記第２プ
リズムが、少なくとも１面のプリズム内で光束を反射す
る反射面を有し、前記反射面が光束にパワーを与え、か
つ、偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面
形状を有するように構成されていることを特徴とするも
のである。

【００１５】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について順に説明する。上記目的を達成するため
の本発明の第１の結像光学系は、屈折率（ｎ）が１．３
よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリ
ズムと第２プリズムを有し、第２プリズムは第１プリズ
ムよりも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結
像系にて形成されていることを特徴とする結像光学系で
ある。

【００１６】レンズのような屈折光学素子は、その境界
面に曲率を付けることにより始めてパワーを持たせるこ
とができる。そのため、レンズの境界面で光線が屈折す
る際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生
が避けられない。その結果、色収差を補正する目的で別
の屈折光学素子が付加されるのが一般的である。

【００１７】一方、ミラーやプリズム等のような反射光
学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色
収差の発生はなく、色収差を補正する目的だけのために
別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光
学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系
に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の
削減が可能である。

【００１８】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。

【００１９】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。

【００２０】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもた
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。

【００２１】また、結像光学系は、中心性能はもちろん
のこと周辺まで良好な結像性能を要求される。一般の共
軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号は絞りの前後
で反転するため、光学素子の絞りに対する対称性が崩れ
ることにより軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟
んで屈折面を配置することで絞りに対する対称性を十分
満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般的であ
る。

【００２２】そこで、本発明では、２つのプリズムを配
置し、絞りに対する対称性を十分考慮した構成をとるこ
とにより、中心ばかりでなく軸外収差も良好に補正する
ことを可能にしている。１つのプリズムのみの配置だ
と、絞りに対する非対称性が増し、軸外収差の劣化が避
けられない。

【００２３】本発明は、以上の理由から、第１プリズム
と第２プリズムを有し、第２プリズムは第１プリズムよ
りも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結像系
にて形成されている基本構成としたもので、さらに、像
側に略テレセントリックな結像光学系とすることが望ま
しい。

【００２４】次に、像側に略テレセントリックという構
成に関して詳述する。前述したように、反射面は屈折面
に比べて偏心誤差感度が高いために、その影響をできる
だけ受け難い光学系の構成が望まれる。一般の共軸光学
系の場合、像側に略テレセントリックな構成は軸外主光
線が光軸と略平行となるために、デフォーカスさせても
像面上で軸外光線の位置は保たれるという性質を有す
る。そこで、本発明の結像光学系にもその性質を反映さ
せ、特に、偏心感度の比較的高い反射面を用いた光学系
のフォーカシングによる性能劣化を防ぐために、軸外光
線の位置精度が良好に保たれる像側に略テレセントリッ
クという構成をとることが望ましい。

【００２５】このような構成をとることにより、特にＣ
ＣＤ等の撮像素子を用いた撮像光学系にも最適である。
また、この構成をとることにより、ＣＯＳ４乗則の影響
が小さくなり、シェーディングを小さくすることも可能
である。

【００２６】以上説明したように、本発明の基本構成を
とることで、屈折光学系に比べ光学素子の構成枚数が少
なく、中心から周辺まで性能の良好な、小型の結像光学
系を得ることが可能である。

【００２７】ところで、本発明の第１プリズムは、光束
を透過又は反射させる光学作用面を３面有し、その中の
第１面は物体からの光束をプリズム内に入射させ、第２
面が第１面から入射した光束をプリズム内で反射すると
共に第３面で反射された光束をプリズム外へ射出し、第
３面は第２面で反射された光束を反射するように構成さ
れており、第２面と前記第３面の少なくとも一方の面が
光束にパワーを与える曲面形状を有し、その曲面形状が
偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形
状を有しているものである。

【００２８】ここで、物点中心を通り、絞り中心を通過
して像面中心に到達する光線を軸上主光線としたとき、
少なくとも１つの反射面が軸上主光線に対して偏心して
いないと、軸上主光線の入射光線と反射光線が同一の光
路をとることとなり、軸上主光線が光学系中で遮断され
てしまう。その結果、中心部が遮光された光束のみで像
を形成することになり、中心が暗くなったり、中心では
全く像を結ばなくなったりしてしまう。

【００２９】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対し偏心させることも当然可能である。また、パワー
を付けた反射面を軸上主光線に対して偏心させた場合、
本発明で用いられるプリズムを構成する面の中、少なく
とも１つの面は回転非対称な面であることが望ましい。
その中でも、特に、少なくとも１つの反射面を回転非対
称な面にすることが収差補正上は好ましい。

【００３０】その理由を以下に詳述する。まず、用いる
座標系、回転非対称な面について説明する。軸上主光線
が、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、
前記光軸と直交し、かつ、前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸
とする。光線の追跡方向は、物体から像面に向かう順光
線追跡で説明する。

【００３１】一般に、球面レンズでのみ構成された球面
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。

【００３２】一方、少ない面数で収差を良好に補正する
ためには、回転対称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。この偏心により発生する回転非対称な収差
は、歪曲収差、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。

【００３３】まず、回転非対称な像面湾曲について説明
する。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、
像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の
半分になる。すると、図１７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。このように、回転非対
称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可
能である。

【００３４】この傾いた像面湾曲をその発生源である凹
面鏡Ｍ自身で補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面
で構成し、この例ではＹ軸正の方向に対して曲率を強く
（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く
（屈折力を弱く）すれば、補正することができる。ま
た、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を、凹
面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない
構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。ま
た、回転非対称な面は、その面内及び面外共に回転対称
軸を有しない回転非対称面形状の面とすることが、自由
度が増え収差補正上は好ましい。

【００３５】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。上記説明と同様に、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１８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、上記説
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。

【００３６】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。上記説明と同様に、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１９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。

【００３７】また、本発明の結像光学系では、前述の反
射作用を有する少なくとも１つの面が軸上主光線に対し
偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可
能である。このような構成をとれば、その反射面にパワ
ーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補
正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを
緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることがで
きる。

【００３８】また、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定
義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【００３９】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。

【００４０】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ） である。

【００４１】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００４２】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、
Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ
₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０に
することによって可能である。

【００４３】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃ 、
Ｃ₅、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ
₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項
の係数を０にすることによって可能である。

【００４４】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。

【００４５】また、上記定義式（ａ）は、前述のように
１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向
上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

【００４６】さて、第１プリズムを前記のように第１反
射面と第２透過面を共有するタイプとすると、入射光線
を第１反射面で大きく屈曲させ、さらに第２反射面は少
ない屈曲角で第２透過面へと反射するために、光学系全
体の入射光軸に対して上下方向の厚さを薄くすることが
可能となる。

【００４７】また、第１プリズムを負の屈折力を持つプ
リズムにすることによって、広い撮像画角を得ることが
可能となる。これは、負のパワーにより広い画角の光線
を集束させ、第２プリズムで構成される第２群に光線を
入射するときに光束を収斂させることが可能となるから
であり、焦点距離の比較的短い光学系を構成する場合に
収差補正上好ましい構成である。

【００４８】このような構成のプリズムを第１プリズム
に用いる場合、さらに好ましくは、第１プリズムに入射
する光軸に対して第２反射面に対向する位置に第２プリ
ズムを配置することにより、光学的全体の上下方向の高
さを低くすることが可能となる。

【００４９】また、第１プリズムの第２面と第３面の両
方が光束にパワーを与え、かつ、偏心により発生する収
差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成す
ることができる。

【００５０】また、第１プリズムの第２面と第３面の少
なくとも一方の回転非対称な面形状を、唯一の対称面を
１面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成することが
できる。

【００５１】また、第１プリズムの第２面と第３面の両
方の回転非対称な面形状を、唯一の対称面を１面のみ有
する面対称自由曲面形状にて構成することができる。

【００５２】この場合に、第１プリズムの第２面の面対
称自由曲面の唯一の対称面と、第３面の面対称自由曲面
の唯一の対称面とが、同一面内に形成されるように、第
１プリズムを構成することができる。

【００５３】また、第１プリズムの第１面を、光束にパ
ワーを与え、かつ、偏心により発生する収差を補正する
回転非対称な面形状を有するように構成することもでき
る。偏心により発生する収差を補正するために、屈折面
にこのような面形状をとることは有効である。

【００５４】この場合に、第１プリズムの第１面の回転
非対称な面形状を、唯一の対称面を１面のみ有する面対
称自由曲面形状にて構成することができる。

【００５５】また、第２プリズム内に配置された回転非
対称な面形状を、唯一の対称面を１面のみ有する面対称
自由曲面形状にて構成することができる。

【００５６】その場合に、第１プリズムと第２プリズム
とが少なくとも１面ずつ唯一の対称面が同一平面上に配
置されるように構成することが望ましい また、本発明において、第１プリズムと第２プリズムの
間に瞳を配置し、その瞳と像面との間に第２プリズムを
配置して構成することが、対称性を高めて軸外収差も良
好に補正する上で有効である。その場合には、その瞳上
に絞りを配置することが望ましい。

【００５７】また、本発明において、第２プリズムは、
光束にパワーを与える曲面形状の反射面を２面以上有す
るように構成することができる。

【００５８】本発明において、第２プリズムとしては、
反射面と透過面とを兼用した入射面と、反射面と、射出
面の３つの光学作用面から構成されているものを用いる
ことができる。

【００５９】第２反射面と第１透過面とを共有するこの
プリズムタイプは、第２反射面で光線を大きく屈曲さ
せ、第１反射面は少ない屈曲角で光線を第２反射面へと
反射するために、プリズム光学系の入射光線方向の厚さ
を薄くすることが可能なものである。

【００６０】さらに好ましくは、第２プリズムの第１反
射面を正のパワーにすることにより、収差補正上良い結
果が得られる。これは、光線の屈曲角の小さい第１反射
面にパワーを与えることより、偏心収差の発生の少ない
面にパワーを与えることができるためである。さらに好
ましくは、第２反射面を負のパワーとすることにより、
第２プリズムの主点位置を物体側に出すことが可能とな
り、第２プリズムのバックフォーカスを短くすることが
可能となる。

【００６１】また、本発明において、第２プリズムとし
ては、光束にパワーを与える反射面と、入射面と、射出
面の３つの光学作用面から構成されているものを用いる
ことができる。

【００６２】この場合は、反射回数が１回なので、特に
精度の要求される反射面が１面ですみ、製造上優位であ
る。

【００６３】さらに好ましくは、反射面に正のパワーを
持たせることが好ましい。反射面を正のパワーにする
と、透過面にパワーを付加するより収差発生が少なくて
すむ。

【００６４】また、本発明において、第２プリズムとし
ては、光束にパワーを与える２つの反射面と、入射面
と、射出面の４つの光学作用面から構成されているもの
を用いることができる。

【００６５】第２プリズムのこの形状は収差補正の自由
度が高くなり、収差の発生が少ない。さらに、２つの反
射面の相対的偏心が少ないので、この２つの反射面で発
生する収差が２つの反射面相互で補正し合い、収差発生
が少ない。さらに好ましくは、２つの反射面が異なる符
号のパワーを持つことにより、収差の相互の補正効果を
大きくすることが可能となり、高い解像力を得ることが
可能となる。

【００６６】さらに好ましくは、第１反射面と第２反射
面の光軸が反射する点における相対的偏心が少ない方
が、偏心収差の発生を少なくすることが可能となり、回
転非対称な収差の発生が少なくなる。

【００６７】また、本発明において、第２プリズムとし
ては、入射面と、反射面と透過面とを兼用する射出面
と、光束にパワーを与える反射面の３つの光学作用面か
ら構成されているものを用いることができる。

【００６８】これは第１プリズムと同様に形状であり、
第１反射面と第２透過面を共有するこのプリズムタイプ
は、第１反射面で大きく光線を屈曲させ、さらに第２反
射面は少ない屈曲角で光線を第２透過面へと反射するた
めに、光学系全体の入射光軸に対して上下方向の厚さを
薄くすることが可能となる。

【００６９】そして、屈曲角の少ない第２反射面に正の
パワーを持たせられるために、第２プリズムの主点位置
を像側に配置することができ、バックフォーカスを大き
く取ることが可能となり、フィルター等を結像面直前に
配置する場合に好ましい。

【００７０】また、本発明において、第２プリズムとし
ては、３つの反射面を備え、その内の１つの反射面が透
過面を兼用した入射面にて形成され、他の１つの反射面
が透過面を兼用した射出面にて形成されているものを用
いることができる。

【００７１】このプリズムは、３面で構成され、かつ、
３つの反射面を有するために、３回の反射面にパワーを
分散することが可能であり、収差発生を少なくすること
が可能である。また、光路がプリズム内で交差する構成
のために、単に光路を折り返す構造のプリズムに比較し
て光路長を長く取ることが可能である。

【００７２】このプリズムを第２プリズムとした場合に
は、屈曲角の小さい第２反射面に正のパワーを持たせら
れるために、第２プリズムの第２透過面から比較的光路
長の長い位置に主なパワーを持つ面を配置することが可
能となり、バックフォーカスを小さくすることが可能と
なる。

【００７３】なお、本発明のプリズム中の透過作用と反
射作用を併せ持つ光学作用面において、反射作用は全反
射によるものとすることが望ましい。全反射条件を満た
さなければ、反射作用と透過作用を併せ持つことができ
ず、プリズム自体の小型化が困難になってしまう。

【００７４】また、全反射面以外の反射面は、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、誘電体多層膜の形成された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。これにより、プリズムの製作精度が
緩和された低コストな小型の結像光学系を得ることが可
能である。

【００７５】ま、本発明において、絞りより物体側に発
散作用の第１プリズムを有し、像側に収斂作用の第２プ
リズムを有し、像側に略テレセントリックとなっている
ことが望ましい。

【００７６】屈折光学素子を用いた結像光学系では、そ
の用途によってパワー配置が異なってくる。例えば画角
の狭い望遠系では、一般に、全系を正、負の望遠タイプ
として焦点距離に対して光学系の全長を小さくする構成
がとられている。また、画角の広い広角系では、全系を
負、正のレトロフォーカスタイプとすることで、焦点距
離に対しバックフォーカスを大きくとるような構成が一
般的である。

【００７７】特に、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた結像光
学系の場合、結像光学系と撮像素子との間に、モアレ除
去や赤外線の影響を排除するための光学的ローパスフィ
ルターや赤外カットフィルターを配置する必要がある。
そのため、これら光学部材を配置するスペースを確保す
るために、結像光学系の構成としてはレトロフォーカス
タイプをとることが望ましい。

【００７８】また、レトロフォーカスタイプの結像光学
系は、特に軸外収差の補正が重要であり、これは絞り位
置に大きく依存する。前述したように、一般の共軸光学
系の場合、光学素子の絞りに対する対称性が崩れること
により軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟んで同
符号の光学素子を配置することで、絞りに対する対称性
を十分満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般
的である。負、正のレトロフォーカスタイプの場合、そ
のパワー配置がそもそも非対称な構成のため、絞り位置
によって軸外収差の性能が大きく変化する。

【００７９】そこで、物体側の発散作用の第１プリズム
と像側の収斂作用の第２プリズムの間に絞りを配置する
ことで、パワー配置の非対称性に起因する軸外収差の劣
化を最小限に抑えることを可能にするものである。絞り
を発散作用のプリズムよりも物体側、あるいは、像側の
収斂作用のプリズムよりも像側に配置すると、さらに絞
りに対する非対称性が増し、その補正が困難となる。

【００８０】また、この場合に、絞りより物体側に発散
作用の第１プリズムを有し、像側に収斂作用の第２プリ
ズムを有し、プリズムのみからなるものとすることがで
きる。

【００８１】そして、本発明の結像光学系においては、
全系を通して結像面は１つである結像光学系である。前
述したように反射面の偏心誤差感度は屈折面に比べて大
きく、プリズムのように１ブロックで構成された反射光
学部材は各面の面精度誤差、偏心誤差が積算されて転送
されるため、反射面数は少ない程製作精度は緩和され
る。したがって、必要以上に反射の回数を増やすことは
望ましくなく、例えば中間像を形成しその像をリレーし
て行く結像光学系では、必要以上に反射の回数が増え、
各面の製造誤差が厳しくなり、コストアップにつながっ
てしまう。

【００８２】また、本発明の結像光学系において、結像
光学系のフォーカシングは、全体繰り出しやプリズムを
１つだけ移動することにより可能なのは言うまでもない
が、最も像側の面から射出した軸上主光線の方向に結像
面を移動させることによりフォーカシングすることが可
能である。これにより、結像光学系が偏心することで物
体からの軸上主光線の入射方向と最も像側の面から射出
する軸上主光線の方向とが一致していなくても、フォー
カシングによる軸上主光線の入射側のずれを防ぐことが
できる。また、平行平面板を複数の楔状のプリズムに分
割し、それをＺ軸と垂直方向に移動させることでフォー
カシングすることも可能である。この場合も、結像光学
系の偏心にはよらずフォーカシングが可能である。

【００８３】また、本発明の結像光学系において、少な
くともプリズムの１つをプラスチック等のような有機材
料を用いて構成すれば、コストダウンが図れる。また、
アモルファスポリオレフィン等のような低吸湿材料を用
いれば、湿度変化に対しても結像性能の変化が少なくて
望ましい。

【００８４】また、本発明において、発散作用のプリズ
ムと収斂作用のプリズムを使うことによって、温度補償
をすることができる。特に、プリズムの材質にプラスチ
ックを用いた場合に問題になる、温度変化による焦点ず
れを防ぐためには、プリズムに異符号のパワーを持たせ
ることでそれが可能となる。

【００８５】また、本発明において、複数のプリズムは
光学作用を有さない面にそれぞれの相対的位置決め部を
設けていることが望ましい。特に、本発明のような反射
面にパワーを持たせたプリズムを複数配置する場合、そ
の相対的な位置精度のずれが性能劣化の原因となる。そ
こで、本発明では、プリズムの光学作用を有さない面に
相対的位置決め部を設けることで、位置精度の確保を行
い、所望の性能を確保することが可能となる。特に、そ
の位置決め部を用い、連結部材により複数のプリズムを
一体化すれば、組み立て調整が不要となり、さらに、コ
ストダウンが図られる。

【００８６】また、本発明の結像光学系の入射面より物
体側にミラー等の反射光学部材を用いて、本発明の結像
光学系の偏心方向とは異なった向きに光路を折り畳むこ
とも可能である。これにより、さらに結像光学系のレイ
アウトの自由度が増え、結像光学装置全体の小型化が図
られる。

【００８７】また、本発明において、結像光学系をプリ
ズムのみから構成することも可能である。これにより部
品点数が減り、コストダウンが図られる。さらに、絞り
の前後で複数のプリズムを一体化し、１つのプリズムと
することも当然可能である。これにより、さらなるコス
トダウンが可能である。

【００８８】また、本発明において、第１プリズムと第
２プリズム以外に、その物体側、２つのプリズムの間、
あるいは、２つのプリズムの像側の何れかあるいは複数
の位置に他のレンズ（正レンズ、負レンズ）を構成要素
として含んでいてもよい。

【００８９】また、本発明の結像光学系は、明るい単焦
点レンズであることが可能である。また、２つのプリズ
ムの間隔、２つのプリズムの物体側、あるいは、像側に
単数あるいは複数の屈折光学系を組み合わせてズームレ
ンズ（変倍結像光学系）とすることもできる。

【００９０】また、本発明において、結像光学系の屈折
面、反射面を球面あるいは回転対称非球面で構成するこ
とも当然可能である。

【００９１】なお、本発明の以上の結像光学系を撮像装
置の撮像部に配置する場合、あるいは、その撮影装置が
カメラ機構を備えいる場合に、前群中に配置されたプリ
ズム部材を光学作用を持つ光学素子の中で最も物体側に
配置し、そのプリズム部材の入射面を光軸に対して偏心
して配置し、そのプリズム部材よりも物体側に光軸に対
して垂直に配置したカバー部材を配置する構成にするこ
とができ、また、前群中に配置されたプリズム部材が物
体側に光軸に対して偏心配置された入射面を備えるよう
に構成し、その入射面と空気間隔を挟んで光軸と同軸上
に配置されたパワーを有するカバーレンズをその入射面
よりも物体側に配置する構成にすることができる。

【００９２】このように、プリズム部材が最も物体側に
配置され、偏心入射面が撮影装置前面に備えられると、
被写体からは斜めに傾いた入射面が見えるため、被写体
からずれた位置を中心に撮影しているかのような違和感
を与えてしまうことになる。そこで、光軸に垂直なカバ
ー部材又はカバーレンズを配置して、一般の撮影装置と
同様、撮影する被写体に違和感を感じない撮影ができ
る。

【００９３】以上のような本発明の何れかの結像光学系
をファインダー対物光学系として配置し、さらに、その
ファインダー対物光学系によって形成された物体像を正
立正像させる像正立光学系と、接眼光学系とからファイ
ンダー光学系を構成することができる。

【００９４】また、そのファインダー光学系と、それと
併設された撮影用対物光学系とを備えてカメラ装置を構
成することができる。

【００９５】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像面上に
配置された撮像素子とを備えて撮像光学系を構成するこ
とができる。

【００９６】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系を撮影用対物光学系として配置し、その撮影用光
学系とは別の光路、又は、その撮影用対物光学系の光路
から分割された光路の何れかの中に配置されたファイン
ダー光学系を備えてカメラ装置を構成することができ
る。

【００９７】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像面上に
配置された撮像素子と、その撮像素子で受光された像情
報を記録する記録媒体と、その記録媒体又は撮像素子か
らの像情報を受けて観察像を形成する画像表示素子とを
備えて電子カメラ装置を構成することができる。

【００９８】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像を長軸
方向に沿って伝達する像伝達部材とを有する観察系と、
照明光源及びその照明光源からの照明光を前記長軸方向
に沿って伝達する照明光伝達部材を有する照明系とを備
えて内視鏡装置を構成することができる。

【００９９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の結像光学系の実施
例１〜５について説明する。なお、各実施例の構成パラ
メータは後に示す。各実施例において、図１に示すよう
に、軸上主光線１を物体中心を出て、絞り２の中心を通
り、像面３中心に到る光線で定義する。そして、軸上主
光線１と第１プリズム１０の入射面（第１面）１１、射
出面（第４面）１４、第２プリズム２０の入射面（第１
面）２１、射出面（第４面）２４との交点を通り、入射
面についてはその面に入射する軸上主光線１に垂直に、
射出面についてはその面から射出する軸上主光線１に垂
直に、それぞれ仮想面をとる。各仮想面の交点を、その
交点を通る光学面から次の仮想面（最後の仮想面につい
て像面）までの間の偏心光学面の原点として、軸上主光
線１（入射面の交点について定められた仮想面の場合
は、入射する軸上主光線１、射出面の交点について定め
られた仮想面の場合は、射出する軸上主光線１）に沿う
方向をＺ軸方向とし、軸上主光線１と第１プリズム１０
の入射面（第１面）１１との交点を通る第１仮想面に関
しては、軸上主光線１の進行方向に沿った方向をＺ軸正
方向とし、その他の仮想面については、第１仮想面から
その仮想面に到る光路中の反射回数が偶数回の場合には
軸上主光線１の進行方向に沿った方向をＺ軸正方向と
し、反射回数が奇数回の場合には軸上主光線１の進行方
向と反対方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を
含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直
交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をＸ軸正方向
とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸
とする。図１には、各仮想面と第１プリズム１０の入射
面１１の交点について定められた第１仮想面に関する座
標系とを図示してある。図２に以下については、これら
仮想面と座標系の図示は省く。

【０１００】実施例１〜５では、このＹ−Ｚ平面内で各
面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の
唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。

【０１０１】偏心面については、対応する座標系の原点
から、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心
軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面
については、後記の（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ
（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。

【０１０２】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面（仮想面を含む。）とそれに続く面
が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられて
おり、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従っ
て与えられている。

【０１０３】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が
自由曲面の軸となる。

【０１０４】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。 Ｚ＝（ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］ ＋Ａｙ⁴ ＋Ｂｙ⁶ ＋Ｃｙ⁸ ＋Ｄｙ¹⁰＋…… ・・・（ｂ） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそ
れぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

【０１０５】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面に関する項は０である。屈折率については、
ｄ線（波長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。

【０１０６】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｃ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
この面の形状は以下の式により定義する。その定義式の
Ｚ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定
義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回
りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。

【０１０７】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）cos(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶ −３０Ｒ⁴ ＋１２Ｒ² −１） ＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・ ・・・（ｃ） なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ
₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀０，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【０１０８】その他の面の例として、次の定義式（ｄ）
があげられる。 Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ｙ＋Ｃ₄ ｜ｘ｜ ＋Ｃ₅ ｙ² ＋Ｃ₆ ｙ｜ｘ｜＋Ｃ₇ ｘ² ＋Ｃ₈ ｙ³ ＋Ｃ₉ ｙ² ｜ｘ｜＋Ｃ₁₀ｙｘ² ＋Ｃ₁₁｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃ｙ³ ｜ｘ｜＋Ｃ₁₄ｙ² ｘ² ＋Ｃ₁₅ｙ｜ｘ³ ｜＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈ｙ⁴ ｜ｘ｜＋Ｃ₁₉ｙ³ ｘ² ＋Ｃ₂₀ｙ² ｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂｜ｘ⁵ ｜ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄ｙ⁵ ｜ｘ｜＋Ｃ₂₅ｙ⁴ ｘ² ＋Ｃ₂₆ｙ³ ｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₇ｙ² ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙ｜ｘ⁵ ｜＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁ｙ⁶ ｜ｘ｜＋Ｃ₃₂ｙ⁵ ｘ² ＋Ｃ₃₃ｙ⁴ ｜ｘ³ ｜ ＋Ｃ₃₄ｙ³ ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ² ｜ｘ⁵ ｜＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶ ＋Ｃ₃₇｜ｘ⁷ ｜ ・・・（ｄ） なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記（ｃ）式、
（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。

【０１０９】実施例１〜５は何れも、撮影画角が、水平
半画角２６．３°、垂直半画角２０．３°、像高は１．
６×１．２ｍｍであり、入射瞳径１．１５ｍｍ、Ｆナン
バー２．８であり、焦点距離は３．２４ｍｍで、３５ｍ
ｍ銀塩カメラに換算すると３５ｍｍに相当する。もちろ
ん、その他のサイズの場合でも適用できるのは言うまで
のない。また、本発明は、本発明の結像光学系を用いた
撮像光学系のみならず、その光学系を組み込んだ撮像装
置等も含むものである。

【０１１０】実施例１ 実施例１の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図を図１に示
す。この実施例の構成パラメータは後記するが、自由曲
面はＦＦＳで、非球面はＡＳＳで、仮想面はＨＲＰ（仮
想基準面）で示してあり、これ以外の実施例についても
同様である。実施例１は、物体側から光の通る順に、第
１プリズム１０、絞り２、第２プリズム２０、像面（結
像面）３からなり、第１プリズム１０は第１面１１から
第４面１４で構成され、その第１面１１は第１透過面、
第２面１２は第１反射面、第３面１３は第２反射面、第
４面１４は第２透過面であり、物体からの光線は、第１
透過面１１、第１反射面１２、第２反射面１３、第２透
過面１４の順に透過し、また、第２プリズム２０は第１
面２１から第４面２４で構成され、その第１面２１は第
１透過面、第２面２２は第１反射面、第３面２３は第２
反射面、第４面２４は第２透過面であり、物体からの光
線は、第１透過面２１、第１反射面２２、第２反射面２
３、第２透過面２４の順に透過する。そして、第１プリ
ズム１０の第１反射面１２と第２透過面１４、第２プリ
ズム２０の第１透過面２１と第２反射面２３をそれぞれ
透過作用と反射作用を併せ持つ同一の光学作用面として
いる。

【０１１１】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面、第８面の面頂位置は第６面の仮
想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表
されており、第９面から第１３面までは第８面の仮想面
３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１３面
の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されている。

【０１１２】実施例２ 実施例２の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図を図２に示
す。実施例２は、物体側から光の通る順に、第１プリズ
ム１０、絞り２、第２プリズム２０、像面（結像面）３
からなり、第１プリズム１０は第１面１１から第４面１
４で構成され、その第１面１１は第１透過面、第２面１
２は第１反射面、第３面１３は第２反射面、第４面１４
は第２透過面であり、物体からの光線は、第１透過面１
１、第１反射面１２、第２反射面１３、第２透過面１４
の順に透過し、また、第２プリズム２０は第１面２１か
ら第３面２３で構成され、その第１面２１は第１透過
面、第２面２２は第１反射面、第３面２３は第２透過面
であり、物体からの光線は、第１透過面２１、第１反射
面２２、第２透過面２３の順に透過する。そして、第１
プリズム１０の第１反射面１２と第２透過面１４を透過
作用と反射作用を併せ持つ同一の光学作用面としてい
る。

【０１１３】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面、第８面の面頂位置は第６面の仮
想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表
されており、第９面から第１２面までは第８面の仮想面
３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１２面
の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されている。

【０１１４】実施例３ 実施例３の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図を図３に示
す。実施例３は、物体側から光の通る順に、第１プリズ
ム１０、絞り２、第２プリズム２０、像面（結像面）３
からなり、第１プリズム１０は第１面１１から第４面１
４で構成され、その第１面１１は第１透過面、第２面１
２は第１反射面、第３面１３は第２反射面、第４面１４
は第２透過面であり、物体からの光線は、第１透過面１
１、第１反射面１２、第２反射面１３、第２透過面１４
の順に透過し、また、第２プリズム２０は第１面２１か
ら第４面２４で構成され、その第１面２１は第１透過
面、第２面２２は第１反射面、第３面２３は第２反射
面、第４面２４は第２透過面であり、物体からの光線
は、第１透過面２１、第１反射面２２、第２反射面２
３、第２透過面２４の順に透過する。そして、第１プリ
ズム１０の第１反射面１２と第２透過面１４を透過作用
と反射作用を併せ持つ同一の光学作用面としている。

【０１１５】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面、第８面の面頂位置は第６面の仮
想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表
されており、第９面から第１３面までは第８面の仮想面
３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１３面
の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されている。

【０１１６】実施例４ 実施例４の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図を図４に示
す。実施例４は、物体側から光の通る順に、第１プリズ
ム１０、絞り２、第２プリズム２０、像面（結像面）３
からなり、第１プリズム１０は第１面１１から第４面１
４で構成され、その第１面１１は第１透過面、第２面１
２は第１反射面、第３面１３は第２反射面、第４面１４
は第２透過面であり、物体からの光線は、第１透過面１
１、第１反射面１２、第２反射面１３、第２透過面１４
の順に透過し、また、第２プリズム２０は第１面２１か
ら第４面２４で構成され、その第１面２１は第１透過
面、第２面２２は第１反射面、第３面２３は第２反射
面、第４面２４は第２透過面であり、物体からの光線
は、第１透過面２１、第１反射面２２、第２反射面２
３、第２透過面２４の順に透過する。そして、第１プリ
ズム１０の第１反射面１２と第２透過面１４、第２プリ
ズム２０の第１反射面２２と第２透過面２４をそれぞれ
反射作用と透過作用を併せ持つ同一の光学作用面として
いる。

【０１１７】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面、第８面の面頂位置は第６面の仮
想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表
されており、第９面から第１３面までは第８面の仮想面
３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１３面
の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されている。

【０１１８】実施例５ 実施例５の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図を図５に示
す。実施例５は、物体側から光の通る順に、第１プリズ
ム１０、絞り２、第２プリズム２０、像面（結像面）３
からなり、第１プリズム１０は第１面１１から第４面１
４で構成され、その第１面１１は第１透過面、第２面１
２は第１反射面、第３面１３は第２反射面、第４面１４
は第２透過面であり、物体からの光線は、第１透過面１
１、第１反射面１２、第２反射面１３、第２透過面１４
の順に透過し、また、第２プリズム２０は第１面２１か
ら第５面２５で構成され、その第１面２１は第１透過
面、第２面２２は第１反射面、第３面２３は第２反射
面、第４面２４は第３反射面、第５面２５は第２透過面
であり、物体からの光線は、第１透過面２１、第１反射
面２２、第２反射面２３、第３反射面２４、第２透過面
２５の順に透過する。そして、第１プリズム１０の第１
反射面１２と第２透過面１４、第２プリズム２０の第１
透過面２１と第３反射面２４、第１反射面２２と第２透
過面２５をそれぞれ透過作用と反射作用を併せ持つ同一
の光学作用面としている。

【０１１９】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面、第８面の面頂位置は第６面の仮
想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによって表
されており、第９面から第１４面までは第８面の仮想面
３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１４面
の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されている。

【０１２０】以下に上記実施例１〜５の構成パラメータ
を示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳ
Ｓ”は非球面、“ＨＲＰ”は仮想面を示す。

【０１２１】 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 187.08 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(2) 6 ∞（ＨＲＰ２） 3.12 偏心(4) 7 ∞（絞り面） 1.12 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 12 32.37 偏心(7) 13 ∞（ＨＲＰ４） 1.83 偏心(8) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -2.3809×10^-3 Ｃ₆ 3.2334×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.8702×10^-2 Ｃ₆ -2.0254×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -3.9504×10^-3 Ｃ₆ 5.1588×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -4.0315×10^-2 Ｃ₆ -2.6088×10^-2 ＦＦＳ Ｃ₄ -3.9505×10^-3 Ｃ₆ 5.1587×10^-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 39.02 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.72 Ｚ 6.85 α -39.10 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 5.84 Ｚ 7.01 α -76.56 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 3.50 Ｚ 8.32 α -72.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -1.92 Ｚ -0.62 α -17.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -0.28 Ｚ 2.63 α 10.31 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -4.19 Ｚ 0.64 α -83.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -4.19 Ｚ 0.64 α -48.98 β 0.00 γ 0.00 。

【０１２２】 実施例２ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(2) 6 ∞（ＨＲＰ２） 0.79 偏心(4) 7 ∞（絞り面） 0.76 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(7) 12 ∞（ＨＲＰ４） 1.66 偏心(8) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ 1.3453×10^-2 Ｃ₆ -8.2513×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.8876×10^-3 Ｃ₆ -1.6029×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.8452×10^-3 Ｃ₆ -2.4788×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.2783×10^-2 Ｃ₆ 7.3318×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -4.6255×10^-2 Ｃ₆ -4.0306×10^-2 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.5719×10^-2 Ｃ₆ -4.2508×10^-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 9.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.47 Ｚ 8.79 α -53.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 5.59 Ｚ 10.59 α -89.43 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 2.67 Ｚ 11.69 α -78.28 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 32.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.70 Ｚ 3.47 α -8.20 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 2.07 Ｚ ０．８５ α −４６．９２ β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 2.07 Ｚ 0.85 α -17.65 β 0.00 γ 0.00 。

【０１２３】 実施例３ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 67.95 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(2) 6 ∞（ＨＲＰ２） 1.00 偏心(4) 7 ∞（絞り面） 1.00 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＡＳＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(8) 13 ∞（ＨＲＰ４） 2.33 偏心(9) 像 面 ∞ ＡＳＳ Ｒ 23.11 Ｋ 0.0000 Ａ -3.5108×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.1724×10^-2 Ｃ₆ -1.7916×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.4625×10^-2 Ｃ₆ -2.4137×10^-2 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.1370×10^-2 Ｃ₆ -1.4068×10^-2 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.0820×10^-2 Ｃ₆ 2.1408×10^-2 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.5105×10^-2 Ｃ₆ 4.9343×10^-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 38.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 2.88 Ｚ 11.57 α -42.06 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 7.99 Ｚ 12.30 α -79.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 5.38 Ｚ 13.80 α -70.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 14.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.42 Ｚ 5.06 α -17.53 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 4.16 Ｚ 0.59 α -15.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Ｙ 4.74 Ｚ 4.57 α 34.63 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 4.74 Ｚ 4.57 α -6.82 β 0.00 γ 0.00 。

【０１２４】 実施例４ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 40.48 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(2) 6 ∞（ＨＲＰ２） 3.12 偏心(4) 7 ∞（絞り面） 0.70 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 12.11 偏心(5) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(6) 13 ∞（ＨＲＰ４） 5.00 偏心(8) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -4.5625×10^-3 Ｃ₆ 4.5402×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.7516×10^-2 Ｃ₆ -5.0048×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.0894×10^-2 Ｃ₆ 5.5128×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.6901×10^-2 Ｃ₆ 3.2000×10^-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -1.46 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ -0.06 Ｚ 7.06 α -57.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 7.23 Ｚ 10.31 α -99.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 2.18 Ｚ 10.68 α -100.93 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 22.62 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.24 Ｚ 1.81 α 60.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -3.37 Ｚ 3.35 α 92.80 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -1.01 Ｚ 4.09 α 77.81 β 0.00 γ 0.00 。

【０１２５】 実施例５ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（ＨＲＰ１） 2 94.61 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(2) 6 ∞（ＨＲＰ２） 4.01 偏心(4) 7 ∞（絞り面） 0.70 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(8) 1.4924 57.6 13 ＦＦＳ 偏心(6) 14 ∞（ＨＲＰ４） 1.16 偏心(9) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -2.0123×10^-3 Ｃ₆ 1.2182×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.6483×10^-2 Ｃ₆ -8.2183×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 8.5811×10^-3 Ｃ₆ 4.3592×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.3609×10^-3 Ｃ₆ -3.1335×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.9782×10^-2 Ｃ₆ 2.6081×10^-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 24.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.78 Ｚ 12.04 α -48.01 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 6.54 Ｚ 13.26 α -88.77 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 3.66 Ｚ 14.14 α -87.01 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -1.85 Ｚ 0.48 α 14.92 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.20 Ｚ 2.50 α 58.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -4.40 Ｚ 4.36 α 129.40 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -1.85 Ｚ 0.48 α 14.92 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 0.66 Ｚ 1.75 α -114.72 β 0.00 γ 0.00 。

【０１２６】次に、上記実施例１の横収差図を図６に示
す。この横収差図において、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を示す。

【０１２７】以上の実施例の本発明の結像光学系を構成
する第２プリズム２０としては、上記の実施例１〜５の
内部反射回数１回ないし３回のタイプのプリズムを用い
たが、本発明の結像光学系において第２プリズム２０と
して用いるプリズムはこれに限られるものではない。図
１２〜図１６にその例を示す。なお、何れも像面３６に
結像するプリズムＰとして説明するが、光路を逆にして
像面３６側から被写体からの光線が入射し、瞳３１側に
結像するプリズムＰとしても使用することができる。

【０１２８】図１２の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して全反射し、第４面３５に入射して内部反
射し、再び第３面３４に入射して今度は屈折されて、像
面３６に結像する。

【０１２９】図１３の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して
内部反射し、第４面３５に入射して屈折されて、像面３
６に結像する。

【０１３０】図１４の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して
内部反射し、第４面３５に入射して内部反射し、第２面
３３に再度入射して今度は屈折されて、像面３６に結像
する。

【０１３１】図１５の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、第３面３４に再度入
射して今度は屈折されて、像面３６に結像する。

【０１３２】図１６の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、再び第３面３４に入
射して内部反射し、四たび第１面３２に入射して今度は
屈折されて、像面３６に結像する。

【０１３３】さて、以上のような本発明の結像光学系
は、物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィルムとい
った撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置、とりわ
けカメラに用いることができる。また、物体像を接眼レ
ンズを通して観察する観察装置、とりわけカメラのファ
インダー部の対物光学系としても用いることが可能であ
る。また、内視鏡等の小型の撮像素子を用いた光学装置
用の撮像光学系としても用いることができる。以下に、
その実施形態を例示する。

【０１３４】図７〜図９は、本発明の結像光学系を電子
カメラのファインダー部の対物光学系に組み込んだ構成
の概念図を示す。図７は電子カメラ４０の外観を示す前
方斜視図、図８は同後方斜視図、図９は電子カメラ４０
の構成を示す断面図である。電子カメラ４０は、この例
の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファ
インダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、
シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４
７等を含み、カメラ４０の上部に配置されたシャッター
４５を押圧すると、それに連動して撮影用対物光学系４
８を通して撮影が行われる。撮影用対物光学系４８によ
って形成された物体像が、ローパスフィルター、赤外カ
ットフィルター等のフィルター５１を介してＣＣＤ４９
の撮像面５０上に形成される。このＣＣＤ４９で受光さ
れた物体像は、処理手段５２を介し、電子画像としてカ
メラ背面に設けられた液晶表示モニター４７に表示され
る。また、この処理手段５２にはメモリ等が配置され、
撮影された電子画像を記録することもできる。なお、こ
のメモリは処理手段５２と別体に設けらてもよいし、フ
ロッピーディスク等により電子的に記録書込を行うよう
に構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フ
ィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

【０１３５】さらに、ファインダー用光路４４上には、
例えば実施例４と同様の結像光学系をファインダー用対
物光学系５３として配置してある。この場合、カバー部
材として正のパワーを有するカバーレンズ５４を配置し
てファインダー用対物光学系５３の一部とし、画角を拡
大している。なお、このカバーレンズ５４と結像光学系
の絞り２より物体側のプリズム１０とでファインダー用
対物光学系５３の前群を、結像光学系の絞り２より像側
のプリズム２０でファインダー用対物光学系５３の後群
を構成している。このファインダー用対物光学系５３に
よって形成された物体像は、像正立部材であるポロプリ
ズム５５の視野枠５７上に形成される。なお、視野枠５
７は、ポロプリズム５５の第１反射面５６と第２反射面
５８との間を分離し、その間に配置されている。このポ
リプリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察
者眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。

【０１３６】このように構成されたカメラ４０は、ファ
インダー用対物光学系５３を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系５３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。

【０１３７】なお、図９の構成において、撮影用対物光
学系４８の構成については言及しなかったが、撮影用対
物光学系４８としては屈折型同軸光学系の他に、本発明
の２つのプリズム１０、２０からなる何れかのタイプの
結像光学系を用いることも当然可能である。

【０１３８】次に、図１０は、本発明の結像光学系を電
子カメラ４０の撮影部の対物光学系４８に組み込んだ構
成の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路４２上
に配置された撮影用対物光学系４８は、実施例５と同様
の結像光学系を用いている。この撮影用対物光学系によ
り形成された物体像は、ローパスフィルター、赤外カッ
トフィルター等のフィルター５１を介してＣＣＤ４９の
撮像面５０上に形成される。このＣＣＤ４９で受光され
た物体像は、処理手段５２を介し、液晶表示素子（ＬＣ
Ｄ）６０上に電子像として表示される。また、この処理
手段５２は、ＣＣＤ４９で撮影された物体像を電子情報
として記録する記録手段６１の制御も行う。ＬＣＤ６０
に表示された画像は、接眼光学系５９を介して観察者眼
球Ｅに導かれる。この接眼光学系５９は、本発明の結像
光学系に用いられているものと同様の形態を持つ偏心プ
リズムからなり、この例では、入射面６２と、反射面６
３と、反射と屈折の兼用面６４の３面から構成されてい
る。また、２つの反射作用を持った面６３、６４の中、
少なくとも一方の面、望ましくは両方の面が、光束にパ
ワーを与え、かつ、偏心収差を補正する唯一の対称面を
持つ面対称自由曲面にて構成されている。そして、この
唯一の対称面は、撮影用対物光学系４８のプリズム１
０、２０が有する面対称自由曲面の唯一の対称面と略同
一平面上に形成されている。また、この撮影用対物光学
系４８は他のレンズ（正レンズ、負レンズ）を２つのプ
リズム１０、２０の物体側、それらの間あるいは像側に
その構成要素として含んでいてもよい。

【０１３９】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８を少ない光学部材で構成でき、高性能
・低コスト化が実現できると共に、光学系全体を同一平
面上に並べて配置できるため、この配置平面と垂直方向
の厚みの簿型化が実現できる。

【０１４０】なお、本例では、撮影用対物光学系４８の
カバー部材６５はとして、平行平面板を配置している
が、前例と同様に、パワーを持ったレンズを用いてもよ
い。

【０１４１】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
結像光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材
と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面
はプリズム１０の入射面となる。しかし、この入射面が
光軸に対して偏心配置されているため、この面がカメラ
前面に配置されてしまうと、被写体側から見た場合、カ
メラ４０の撮影中心が自分からずれているように錯覚し
てしまい（一般的なカメラ同様、入射面の垂直方向を撮
影していると感じるのが通常である。）、違和感を与え
てしまう。そこで、本例のように、結像光学系の最も物
体側の面が偏心面である場合には、カバー部材６５（又
は、カバーレンズ５４）を設けることが、被写体側から
見た場合に違和感を感じずに、既存のカメラと同じ感覚
で撮影を受けることができ望ましい。

【０１４２】次に、図１１は、本発明の結像光学系を電
子内視鏡の観察系の対物光学系８０に組み込んだ構成の
概念図を示す。この例の場合、観察系の対物光学系８０
は、実施例３に示した結像光学系を用いている。この電
子内視鏡は、図１１（ａ）に示すように、電子内視鏡７
１と、照明光を供給する光源装置７２と、その電子内視
鏡７１に対応する信号処理を行うビデオプロセッサ７３
と、このビデオプロセッサ７３から出力される映像信号
を表示するモニター７４と、このビデオブロセッサ７３
と接続され映像信号等に記録するＶＴＲデッキ７５、及
び、ビデオディスク７６と、映像信号を映像としてプリ
ントアウトするビデオプリンタ７７と共に構成されてお
り、電子内視鏡７１の挿入部７８の先端部７９は、図１
１（ｂ）に示すように構成されている。光源装置７２か
ら照明さた光束は、ライトガイドファイバー束８６を通
って照明用対物光学系８５により、観察部位を照明す
る。そして、この観察部位からの光が、カバー部材８４
を介して、観察用対物光学系８０によって物体像として
形成される。この物体像は、ローパスフィルター、赤外
カットフィルター等のフィルター８１を介してＣＣＤ８
２の撮像面８３上に形成される。さらに、この物体像
は、ＣＣＤ８２によって映像信号に変換され、その映像
信号は、図１１（ａ）に示すビデオプロセッサ７３によ
り、モニター７４上に直接表示されると共に、ＶＴＲデ
ッキ７５、ビデオディスク７６中に記録され、また、ビ
デオプリンタ７７から映像としてプリントアウトされ
る。

【０１４３】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、観察系の対物光学系８０の２つのプリズム１０、
２０が内視鏡の長軸方向に並ぶため、細径化を阻害する
ことなく上記効果を得ることができる。

【０１４４】次に、本発明による結像光学系をＣＣＤや
フィルター等の撮像素子前方に配置するときの望ましい
構成を図２０に示す。図中、偏心プリズムＰは、本発明
の結像光学系中に含まれるプリズムである。いま、撮像
素子の撮像面Ｃが、図のように四角形を形成するとき、
偏心プリズムＰに配置された面対称自由曲面の対称面Ｄ
が、この撮像面Ｃの四角形を形成する辺の少なくとも１
つと平行になるように配置することが、美しい像形成の
上で望ましい。

【０１４５】さらに、この撮像面Ｃが正方形や長方形と
いった４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成されてい
る場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、撮像面Ｃの
互いに平行関係にある２辺に対して平行に配置され、よ
り望ましくは、この２辺の中間に配置され、この対称面
Ｄが撮像面Ｃを左右又は上下対称にする位置に一致して
いる構成であることが好ましい。このように構成すれ
ば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやすく、
量産性に効果的である。

【０１４６】さらに、偏心プリズムＰを構成する光学面
である第１面、第２面、第３面等の中、複数の面又は全
ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面又は全て
の面の対称面が同一面Ｄ上に配置されるように構成する
ことが、設計上も、収差性能上も望ましい。そして、こ
の対称面Ｄと撮像面Ｃとの関係は、上述と同様の関係に
あることが望ましい。

【０１４７】以上の本発明の結像光学系は、例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 物体像を形成する全体として正の屈折力を有す
る結像光学系において、前記結像光学系が屈折率（ｎ）
が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された
第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第２プリズム
は前記第１プリズムよりも像側に配置され、かつ、中間
像を形成しない結像系にて形成され、前記第１プリズム
が、光束を透過又は反射させる光学作用面を３面有し、
その中の第１面は物体からの光束をプリズム内に入射さ
せ、第２面が前記第１面から入射した光束をプリズム内
で反射すると共に第３面で反射された光束をプリズム外
へ射出し、第３面は前記第２面で反射された光束を反射
するように構成されており、前記第２面と前記第３面の
少なくとも一方の面が光束にパワーを与える曲面形状を
有し、前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補正
する回転非対称な面形状を有し、前記第２プリズムが、
少なくとも１面のプリズム内で光束を反射する反射面を
有し、前記反射面が光束にパワーを与え、かつ、偏心に
より発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有す
るように構成されていることを特徴とする結像光学系。

【０１４８】〔２〕 前記第１プリズムの第２面と第３
面の両方が光束にパワーを与え、かつ、偏心により発生
する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように
構成されていることを特徴とする上記１記載の結像光学
系。

【０１４９】〔３〕 前記第１プリズムの第２面と第３
面の少なくとも一方の回転非対称な面形状が、唯一の対
称面を１面のみ有する面対称自由曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする上記１記載の結像光学系。

【０１５０】〔４〕 前記第１プリズムの第２面と第３
面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面
のみ有する面対称自由曲面形状にて構成されていること
を特徴とする上記２記載の結像光学系。

【０１５１】〔５〕 前記第１プリズムの第２面の面対
称自由曲面の唯一の対称面と、前記第１プリズムの第３
面の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同一面内に形
成されるように前記第１プリズムが構成されていること
を特徴とする上記４記載の結像光学系。

【０１５２】〔６〕 前記第１プリズムの第１面が、光
束にパワーを与え、かつ、偏心により発生する収差を補
正する回転非対称な面形状を有するように構成されてい
ることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の結
像光学系。

【０１５３】〔７〕 前記第１プリズムの第１面の回転
非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有する面対
称自由曲面形状にて構成されていることを特徴とする上
記６記載の結像光学系。

【０１５４】〔８〕 前記第２プリズム内に配置された
回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有する
面対称自由曲面形状にて構成されていることを特徴とす
る上記１から７の何れか１項記載の結像光学系。

【０１５５】

〔９〕 前記第１プリズムと前記第２プリ
ズムとが少なくとも１面ずつ唯一の対称面が同一平面上
に配置されるように構成された面対称自由曲面を備てい
ることを特徴とする上記８記載の結像光学系。

【０１５６】〔１０〕 前記第１プリズムと前記第２プ
リズムの間に瞳を配置し、前記瞳と像面との間に前記第
２プリズムを配置して構成されたことを特徴とする上記
１から９の何れか１項記載の結像光学系。

【０１５７】〔１１〕 前記瞳上に絞りを配置したこと
を特徴とする上記１０記載の結像光学系。

【０１５８】〔１２〕 前記第２プリズムが、光束にパ
ワーを与える曲面形状の反射面を２面以上有するように
構成されていることを特徴とする上記１から１１の何れ
か１項記載の結像光学系。

【０１５９】〔１３〕 前記第２プリズムの光学作用面
が、反射面と透過面とを兼用した入射面と、反射面と、
射出面の３つの光学作用面から構成されていることを特
徴とする上記１から１１の何れか１項記載の結像光学
系。

【０１６０】〔１４〕 前記第２プリズムが、光束にパ
ワーを与える反射面と、入射面と、射出面の３つの光学
作用面から構成されていることを特徴とする上記１から
１１の何れか１項記載の結像光学系。

【０１６１】〔１５〕 前記第２プリズムが、光束にパ
ワーを与える２つの反射面と、入射面と、射出面の４つ
の光学作用面から構成されていることを特徴とする上記
１から１１の何れか１項記載の結像光学系。

【０１６２】〔１６〕 前記第２プリズムが、入射面
と、反射面と透過面とを兼用する射出面と、光束にパワ
ーを与える反射面の３つの光学作用面から構成されてい
ることを特徴とする上記１から１１の何れか１項記載の
結像光学系。

【０１６３】〔１７〕 前記第２プリズムが、３つの反
射面を備え、その内の１つの反射面が透過面を兼用した
入射面にて形成され、他の１つの反射面が透過面を兼用
した射出面にて形成されていることを特徴とする上記１
から１１の何れか１項記載の結像光学系。

【０１６４】〔１８〕 上記１から１７の何れか１項記
載の結像光学系をファインダー対物光学系として配置
し、さらに、前記ファインダー対物光学系によって形成
された物体像を正立正像させる像正立光学系と、接眼光
学系とから構成されていることを特徴とするファインダ
ー光学系。

【０１６５】〔１９〕 上記１８記載のファインダー光
学系と、前記ファインダー光学系と併設された撮影用対
物光学系とを備えて構成されていることを特徴とするカ
メラ装置。

【０１６６】〔２０〕 上記１から１７の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像面上に配置された撮像素子とを備えて構成されている
ことを特徴とする撮像光学系。

【０１６７】〔２１〕 上記１から１７の何れか１項記
載の結像光学系を撮影用対物光学系として配置し、前記
撮影用光学系とは別の光路、又は、前記撮影用対物光学
系の光路から分割された光路の何れかの中に配置された
ファインダー光学系を備えて構成されていることを特徴
とするカメラ装置。

【０１６８】〔２２〕 上記１から１７の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像面上に配置された撮像素子と、前記撮像素子で受光さ
れた像情報を記録する記録媒体と、前記記録媒体又は前
記撮像素子からの像情報を受けて観察像を形成する画像
表示素子とを備えて構成されていることを特徴とする電
子カメラ装置。

【０１６９】〔２３〕 上記１から１７の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像を長軸方向に沿って伝達する像伝達部材とを有する観
察系と、照明光源及び前記照明光源からの照明光を前記
長軸方向に沿って伝達する照明光伝達部材を有する照明
系とを備えて構成されていることを特徴とする内視鏡装
置。

【０１７０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、少ない光学素子の構成枚数で高性能、低コス
トな結像光学系を提供することができる。また、少ない
反射回数の反射面を用いて光路を折り畳むことにより小
型化、薄型化された高性能な結像光学系を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の結像光学系の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例２の結像光学系の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例３の結像光学系の断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例４の結像光学系の断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例５の結像光学系の断面図であ
る。

【図６】実施例１の結像光学系の横収差図である。

【図７】本発明の結像光学系を適用した電子カメラの外
観を示す前方斜視図である。

【図８】図７の電子カメラの後方斜視図である。

【図９】図７の電子カメラの構成を示す断面図である。

【図１０】本発明の結像光学系を適用した別の電子カメ
ラの概念図である。

【図１１】本発明の結像光学系を適用した電子内視鏡の
概念図である。

【図１２】本発明に適用可能な偏心プリズムの１例を示
す図である。

【図１３】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を
示す図である。

【図１４】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を
示す図である。

【図１５】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を
示す図である。

【図１６】本発明に適用可能な偏心プリズムの別の例を
示す図である。

【図１７】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１８】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１９】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２０】本発明による結像光学系を撮像素子前方に配
置するときの望ましい構成を示す図である。

【符号の説明】

１…軸上主光線 ２…絞り ３…像面 １０…第１プリズム １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 １４…第４面 ２０…第２プリズム ２１…第１面 ２２…第２面 ２３…第３面 ２４…第４面 ２５…第５面 ３１…瞳 ３２…第１面 ３３…第２面 ３４…第３面 ３５…第４面 ３６…像面 ４０…電子カメラ ４１…撮影光学系 ４２…撮影用光路 ４３…ファインダー光学系 ４４…ファインダー用光路 ４５…シャッター ４６…フラッシュ ４７…液晶表示モニター ４８…撮影用対物光学系 ４９…ＣＣＤ ５０…撮像面 ５１…フィルター ５２…処理手段 ５３…ファインダー用対物光学系 ５４…カバーレンズ ５５…ポロプリズム ５６…第１反射面 ５７…視野枠 ５８…第２反射面 ５９…接眼光学系 ６０…液晶表示素子（ＬＣＤ） ６１…記録手段 ６２…入射面 ６３…反射面 ６４…反射と屈折の兼用面 ６５…カバー部材 ７１…電子内視鏡 ７２…光源装置 ７３…ビデオプロセッサ ７４…モニター ７５…ＶＴＲデッキ ７６…ビデオディスク ７７…ビデオプリンタ ７８…挿入部 ７９…先端部 ８０…観察用対物光学系 ８１…フィルター ８２…ＣＣＤ ８３…撮像面 ８４…カバー部材 ８５…照明用対物光学系 ８６…ライトガイドファイバー束 Ｍ …凹面鏡 Ｐ …プリズム Ｅ …観察者眼球 Ｃ …撮像面 Ｄ …対称面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体像を形成する全体として正の屈折力
   を有する結像光学系において、 前記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい
   （ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プ
   リズムを有し、前記第２プリズムは前記第１プリズムよ
   りも像側に配置され、かつ、中間像を形成しない結像系
   にて形成され、 前記第１プリズムが、光束を透過又は反射させる光学作
   用面を３面有し、その中の第１面は物体からの光束をプ
   リズム内に入射させ、第２面が前記第１面から入射した
   光束をプリズム内で反射すると共に第３面で反射された
   光束をプリズム外へ射出し、第３面は前記第２面で反射
   された光束を反射するように構成されており、 前記第２面と前記第３面の少なくとも一方の面が光束に
   パワーを与える曲面形状を有し、 前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補正する回
   転非対称な面形状を有し、 前記第２プリズムが、少なくとも１面のプリズム内で光
   束を反射する反射面を有し、前記反射面が光束にパワー
   を与え、かつ、偏心により発生する収差を補正する回転
   非対称な面形状を有するように構成されていることを特
   徴とする結像光学系。
2. 【請求項２】 前記第２プリズムの光学作用面が、反射
   面と透過面とを兼用した入射面と、反射面と、射出面の
   ３つの光学作用面から構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の結像光学系。
3. 【請求項３】 前記第２プリズムが、光束にパワーを与
   える反射面と、入射面と、射出面の３つの光学作用面か
   ら構成されていることを特徴とする請求項１記載の結像
   光学系。
4. 【請求項４】 前記第２プリズムが、光束にパワーを与
   える２つの反射面と、入射面と、射出面の４つの光学作
   用面から構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の結像光学系。
5. 【請求項５】 前記第２プリズムが、入射面と、反射面
   と透過面とを兼用する射出面と、光束にパワーを与える
   反射面の３つの光学作用面から構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の結像光学系。
6. 【請求項６】 前記第２プリズムが、３つの反射面を備
   え、その内の１つの反射面が透過面を兼用した入射面に
   て形成され、他の１つの反射面が透過面を兼用した射出
   面にて形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   結像光学系。