WO2011077988A1 - Imaging optical system - Google Patents

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恵子 山田
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Abstract

An imaging optical system has at least three reflective surfaces as optical surfaces with power, and an intermediate image is formed in the optical system. Along the optical path, the reflective surface nearest the object and the reflective surface nearest the image are both concave, and at least one of the reflective surfaces has a non-rotationally symmetric shape having a single plane of symmetry, and the condition 1.1<L/F<3.0 is fulfilled (where L is the width of the effective region of the reflective surface nearest the image in the yz plane, and F is the width of the effective region of the reflective surface (S1) nearest the object in the yz plane).

Description

撮像光学系Imaging optical system
 本発明は反射面を有する撮像光学系に関するものであり、更に詳しくは、例えば赤外線(特に遠赤外線)で被写体の光学像を形成する撮像光学系、それを備えた撮像光学装置及び画像入力機能付きデジタル機器に関するものである。 The present invention relates to an imaging optical system having a reflecting surface, and more specifically, for example, an imaging optical system that forms an optical image of a subject with infrared rays (particularly far infrared rays), an imaging optical device including the imaging optical system, and an image input function It relates to digital equipment.
 赤外線を用いて結像を行う撮像光学系の研究が、従来より盛んになされている。例えば特許文献1では、反射面と屈折面を組み合わせた構成の撮像光学系が提案されており、赤外線用の撮像光学系に必要な明るいFナンバーを実現している。特許文献2では、反射面のみから成る撮像光学系が提案されており、光路内に中間像を有する構成となっている。特許文献3では、パワーを有する面を反射面のみで構成した撮像光学系が提案されている。また特許文献4では、赤外線を結像対象とするものではないが、反射面を用いて中間像を形成する撮像光学系が提案されている。 Research on imaging optical systems that perform imaging using infrared rays has been actively conducted. For example, Patent Document 1 proposes an imaging optical system having a configuration in which a reflective surface and a refractive surface are combined, and realizes a bright F number necessary for an infrared imaging optical system. Patent Document 2 proposes an imaging optical system consisting only of a reflecting surface, and has an intermediate image in the optical path. Patent Document 3 proposes an imaging optical system in which a surface having power is configured by only a reflecting surface. Patent Document 4 proposes an imaging optical system that forms an intermediate image using a reflecting surface, although infrared rays are not intended for imaging.
特開平10-206986号公報JP-A-10-206986 国際公開第2002/084364号International Publication No. 2002/084364 特開2009-180752号公報JP 2009-180752 A 特開2000-231060号公報JP 2000-2331060 A
 赤外領域では可視領域と比較して回折の影響が大きいので、結像したスポットを小さくするために撮像光学系のFナンバーを明るくする必要がある。特許文献1では、反射面と屈折面との組み合わせにより明るいFナンバーを実現しているが、赤外領域の波長に関して透過可能な材料は、Ge,Si,ZnS等に限られてしまう。それらの材料には、価格が高いという問題があり、加工が困難であるため製造可能な形状が限定されてしまうという問題もある。また、赤外領域を透過する材料はいずれも屈折率が2以上となっているため、光学面で光線が反射することによるゴーストの影響が大きいという問題もある。 Since the influence of diffraction is larger in the infrared region than in the visible region, it is necessary to brighten the F-number of the imaging optical system in order to reduce the imaged spot. In Patent Document 1, a bright F number is realized by a combination of a reflecting surface and a refracting surface. However, materials that can be transmitted with respect to wavelengths in the infrared region are limited to Ge, Si, ZnS, and the like. There is a problem that these materials are expensive, and there is also a problem that a shape that can be manufactured is limited because processing is difficult. In addition, since any material that transmits the infrared region has a refractive index of 2 or more, there is a problem that a ghost caused by reflection of light rays on the optical surface is large.
 一方、反射面のみで撮像光学系を構成した場合、屈折面のみで撮像光学系を構成した場合と比較して低コストにできるものの、光線と光学部材との干渉を防止しようとすると、Fナンバーの明るい撮像光学系を実現することが困難になる。例えば特許文献2では、中間像を形成する撮像光学系が提案されているが、反射面2面から成っているため、撮像画面上の長辺方向と短辺方向とでFナンバーが異なり、特に長辺方向のFナンバーが暗い構成となっている。 On the other hand, when the imaging optical system is configured with only the reflective surface, the cost can be reduced compared with the configuration where the imaging optical system is configured only with the refracting surface. It is difficult to realize a bright imaging optical system. For example, Patent Document 2 proposes an imaging optical system that forms an intermediate image. However, since the imaging optical system is composed of two reflecting surfaces, the F-number differs between the long side direction and the short side direction on the imaging screen. The F number in the long side direction is dark.
 特許文献3では、反射面3面から成り中間像を形成しない撮像光学系が提案されているが、Fナンバーが2以下の構成は実現できていない。特許文献4では、反射プリズムから成り可視光を用いて結像を行う撮像光学系が提案されており、光線の折りたたみによりコンパクトな構成を実現しているが、Fナンバーが明るくなった場合の構成については述べられていない。また、(特許文献4のような)反射プリズムを使う光学系では、反射光路で色収差が発生する。さらに、ゲルマニウム,シリコン等の材料で回転非対称な曲面を持つプリズムを製造するのは、加工難易度,コスト,透過率の面から困難である。 Patent Document 3 proposes an imaging optical system that includes three reflecting surfaces and does not form an intermediate image. However, a configuration with an F number of 2 or less cannot be realized. Patent Document 4 proposes an imaging optical system that includes a reflecting prism and forms an image using visible light, and realizes a compact configuration by folding light rays, but a configuration when the F-number becomes brighter. Is not mentioned. Further, in an optical system using a reflecting prism (such as Patent Document 4), chromatic aberration occurs in the reflected light path. Furthermore, it is difficult to manufacture a prism having a rotationally asymmetric curved surface using a material such as germanium or silicon from the viewpoint of processing difficulty, cost, and transmittance.
 本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、赤外線撮影に適した明るいFナンバーを有するとともに高性能かつコンパクトな反射型の撮像光学系,それを備えた撮像光学装置及びデジタル機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-performance and compact reflective imaging optical system having a bright F number suitable for infrared imaging and an imaging optical system having the same. It is to provide an apparatus and a digital device.
 上記目的を達成するために、第1の発明の撮像光学系は、パワーを有する光学面として少なくとも3面の反射面を有し、光学系内に中間像を有する結像光学系であって、光路に沿って最も物体側の反射面と最も像側の反射面が共に凹面であり、少なくとも1面の反射面が唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面であり、前記対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面とすると、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
1.1<L/F<3.0 …(1)
 ただし、
L:yz断面における最も像側の反射面の有効領域幅、
F:yz断面における最も物体側の反射面の有効領域幅、
である。
To achieve the above object, the imaging optical system of the first invention is an imaging optical system having at least three reflecting surfaces as optical surfaces having power, and having an intermediate image in the optical system, The reflection surface closest to the object side and the reflection surface closest to the image side along the optical path are both concave surfaces, and at least one reflection surface is a non-rotationally symmetric reflection surface having a single symmetry surface. When the yz plane in the orthogonal coordinate system (x, y, z) is satisfied, the following conditional expression (1) is satisfied.
1.1 <L / F <3.0 (1)
However,
L: effective area width of the most image-side reflecting surface in the yz section,
F: effective area width of the reflecting surface closest to the object in the yz section,
It is.
 第2の発明の撮像光学系は、上記第1の発明において、画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする。
0.3<Ro_y/Ri_y<0.8 …(2)
 ただし、
Ro_y:yz断面において最も物体側の反射面が画面中心主光線との交点で有するy方向の曲率、
Ri_y:yz断面において最も像側の反射面が画面中心主光線との交点で有するy方向の曲率、
である。
The imaging optical system according to a second aspect of the present invention is the imaging optical system according to the first aspect, wherein the principal ray incident on the center of the effective area of the screen is the screen center principal ray, the screen center principal ray exists on the yz plane, and Conditional expression (2) is satisfied.
0.3 <Ro_y / Ri_y <0.8 (2)
However,
Ro_y: curvature in the y direction that the most object-side reflecting surface in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
Ri_y: curvature in the y direction that the most image-side reflecting surface in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
It is.
 第3の発明の撮像光学系は、上記第1又は第2の発明において、前記非回転対称形状の反射面が、yz断面上の有効領域全体にわたって、x方向のパワーが正であり、y方向の曲率よりもx方向の曲率が大きいことを特徴とする。 The imaging optical system according to a third aspect of the present invention is the imaging optical system according to the first or second aspect, wherein the non-rotationally symmetric reflecting surface has a positive power in the x direction over the entire effective area on the yz cross section. It is characterized in that the curvature in the x direction is larger than the curvature.
 第4の発明の撮像光学系は、上記第1~第3のいずれか1つの発明において、前記非回転対称形状の反射面として、以下の条件式(3)を満足するものを少なくとも1面有することを特徴とする。
0<|Ry/Rx|<0.8 …(3)
 ただし、
Rx:yz断面における有効領域中心でのx方向の曲率、
Ry:yz断面における有効領域中心でのy方向の曲率、
である。
An imaging optical system according to a fourth aspect of the present invention includes the at least one surface satisfying the following conditional expression (3) as the non-rotationally symmetric reflecting surface in any one of the first to third aspects. It is characterized by that.
0 <| Ry / Rx | <0.8 (3)
However,
Rx: curvature in the x direction at the center of the effective region in the yz section,
Ry: curvature in the y direction at the center of the effective region in the yz section,
It is.
 第5の発明の撮像光学系は、上記第1~第4のいずれか1つの発明において、前記中間像の位置よりも像側の光路上にパワーを有する反射面が2面以上位置し、そのうち、像側から数えて2番目の反射面が前記非回転対称形状の反射面であり、yz断面において、最も像側の反射面の有効領域中心でのy方向のパワーが、像側から数えて2番目の反射面の有効領域中心でのy方向のパワーよりも強いことを特徴とする。 The imaging optical system according to a fifth aspect of the present invention is the imaging optical system according to any one of the first to fourth aspects, wherein two or more reflecting surfaces having power are positioned on the optical path closer to the image side than the position of the intermediate image. The second reflecting surface counted from the image side is the non-rotationally symmetric reflecting surface, and in the yz section, the power in the y direction at the center of the effective area of the reflecting surface closest to the image side is counted from the image side. It is characterized by being stronger than the power in the y direction at the center of the effective area of the second reflecting surface.
 第6の発明の撮像光学系は、上記第1~第5のいずれか1つの発明において、前記中間像が反射面との交点を持たないことを特徴とする。 An imaging optical system according to a sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the intermediate image does not have an intersection with a reflecting surface.
 第7の発明の撮像光学系は、上記第1~第6のいずれか1つの発明において、以下の条件式(4A)及び(4B)を満足することを特徴とする。
0.4<Dx1/Dx2<0.7 …(4A)
0.4<Dy1/Dy2<0.8 …(4B)
 ただし、
Dx1:中間像の物体側に隣り合って位置する反射面のx方向の最大有効領域幅、
Dx2:中間像の像側に隣り合って位置する反射面のx方向の最大有効領域幅、
Dy1:中間像の物体側に隣り合って位置する反射面のyz断面上での最大有効領域幅、Dy2:中間像の像側に隣り合って位置する反射面のyz断面上での最大有効領域幅、
である。
An imaging optical system according to a seventh invention is characterized in that, in any one of the first to sixth inventions, the following conditional expressions (4A) and (4B) are satisfied.
0.4 <Dx1 / Dx2 <0.7 (4A)
0.4 <Dy1 / Dy2 <0.8 (4B)
However,
Dx1: the maximum effective area width in the x direction of the reflecting surface located adjacent to the object side of the intermediate image,
Dx2: the maximum effective area width in the x direction of the reflecting surface located adjacent to the image side of the intermediate image,
Dy1: Maximum effective area width on the yz section of the reflecting surface located adjacent to the object side of the intermediate image, Dy2: Maximum effective area on the yz section of the reflecting surface located adjacent to the image side of the intermediate image width,
It is.
 第8の発明の撮像光学系は、上記第1~第7のいずれか1つの発明において、yz断面において、物体側から数えて2番目の反射面で反射された光線が、前記最も物体側の反射面に物体側から入射する光線に対して接近する方向に折り曲げられていることを特徴とする。 The imaging optical system according to an eighth aspect of the present invention is the imaging optical system according to any one of the first to seventh aspects, wherein the light beam reflected by the second reflecting surface counting from the object side in the yz section is the most object side. The reflection surface is bent in a direction approaching a light beam incident from the object side.
 第9の発明の撮像光学系は、光学系内に中間像を有し、その中間像の位置よりも物体側に、唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面を2面以上有し、前記対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面とし、画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(5)を満足することを特徴とする。
0.3<Ro_x/Ro2_x<0.8 …(5)
 ただし、
Ro_x:yz断面において最も物体側の反射面が画面中心主光線との交点で有するx方向の曲率、
Ro2_x:yz断面において物体側から2番目の反射面が画面中心主光線との交点で有するx方向の曲率、
である。
The imaging optical system of the ninth invention has an intermediate image in the optical system, and has two or more non-rotationally symmetric reflecting surfaces having only one symmetry plane on the object side of the position of the intermediate image. If the plane of symmetry is the yz plane in the Cartesian coordinate system (x, y, z), and the principal ray incident on the center of the effective area of the screen is the screen center principal ray, the screen center principal ray exists on the yz plane. The following conditional expression (5) is satisfied.
0.3 <Ro_x / Ro2_x <0.8 (5)
However,
Ro_x: curvature in the x direction that the reflecting surface closest to the object side in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
Ro2_x: curvature in the x direction that the second reflecting surface from the object side in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
It is.
 第10の発明の撮像光学系は、上記第1~第9のいずれか1つの発明において、パワーを有する光学面として反射面のみを有することを特徴とする。 The imaging optical system according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to ninth aspects of the invention, the optical surface having power has only a reflecting surface.
 第11の発明の撮像光学系は、上記第1~第10のいずれか1つの発明において、パワーを有する光学面として4面の反射面のみを有し、物体側から2番目の反射面から3番目の反射面までの光路中に中間像が位置することを特徴とする。 An imaging optical system according to an eleventh aspect of the present invention is the optical system according to any one of the first to tenth aspects of the invention, having only four reflecting surfaces as optical surfaces having power, and three from the second reflecting surface from the object side. An intermediate image is located in the optical path to the second reflecting surface.
 第12の発明の撮像光学装置は、上記第1~第11のいずれか1つの発明に係る撮像光学系と、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記撮像光学系が設けられていることを特徴とする。 An imaging optical device according to a twelfth aspect of the invention is an imaging optical system according to any one of the first to eleventh aspects of the invention, an imaging element that converts an optical image formed on the light receiving surface into an electrical signal, The imaging optical system is provided so that an optical image of a subject is formed on the light receiving surface of the imaging device.
 第13の発明の撮像光学装置は、上記第12の発明において、前記撮像光学系が赤外線で被写体の光学像を形成することを特徴とする。 The imaging optical device according to a thirteenth invention is characterized in that, in the twelfth invention, the imaging optical system forms an optical image of a subject with infrared rays.
 第14の発明の撮像光学装置は、上記第13の発明において、前記赤外線の波長領域が5μm~11μmであることを特徴とする。 The imaging optical device according to a fourteenth invention is characterized in that, in the thirteenth invention, the infrared wavelength region is 5 μm to 11 μm.
 第15の発明のデジタル機器は、上記第12の発明に係る撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とする。 The digital apparatus according to the fifteenth aspect of the invention is characterized in that at least one of a still picture shooting and a moving picture shooting of a subject is added by including the imaging optical device according to the twelfth aspect of the invention.
 本発明によれば、反射面を効果的に用いた構成になっているため、赤外線撮影に適した明るいFナンバーを有するとともに高性能かつコンパクトな反射型の撮像光学系と、それを備えた撮像光学装置を実現することができる。そして、本発明に係る撮像光学装置をデジタルカメラ,車載カメラ等のデジタル機器に用いることによって、デジタル機器に対し高性能の赤外線画像入力機能をコンパクトに付加することが可能となる。 According to the present invention, since the reflection surface is effectively used, a high-performance and compact reflection-type imaging optical system having a bright F number suitable for infrared imaging, and imaging provided with the same An optical device can be realized. By using the imaging optical device according to the present invention in a digital device such as a digital camera or an in-vehicle camera, a high-performance infrared image input function can be added to the digital device in a compact manner.
第1の実施の形態(実施例1)の光学構成を示す光路図。1 is an optical path diagram showing an optical configuration of a first embodiment (Example 1). 第2の実施の形態(実施例2)の光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure of 2nd Embodiment (Example 2). 第3の実施の形態(実施例3)の光学構成を示す光路図。The optical path figure which shows the optical structure of 3rd Embodiment (Example 3). 実施例1のスポットダイアグラム。2 is a spot diagram of Example 1. FIG. 実施例2のスポットダイアグラム。10 is a spot diagram of Example 2. FIG. 実施例3のスポットダイアグラム。FIG. 6 is a spot diagram of Example 3. FIG. 撮像光学装置を搭載したデジタル機器の概略構成例を模式的断面で示す図。The figure which shows the example of schematic structure of the digital device carrying an imaging optical device in a typical cross section.
 以下、本発明に係る撮像光学系,撮像光学装置,デジタル機器等を説明する。本発明に係る撮像光学系は、パワーを有する光学面として少なくとも3面の反射面を有し、光学系内に中間像を有する結像光学系であって、光路に沿って最も物体側の反射面と最も像側の反射面が共に凹面であり、少なくとも1面の反射面が唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面であり、前記対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面とすると、以下の条件式(1)を満足することを特徴としている(パワー:焦点距離の逆数で定義される量)。
1.1<L/F<3.0 …(1)
 ただし、
L:yz断面における最も像側の反射面の有効領域幅、
F:yz断面における最も物体側の反射面の有効領域幅、
である。
Hereinafter, an imaging optical system, an imaging optical device, a digital device, and the like according to the present invention will be described. An imaging optical system according to the present invention is an imaging optical system having at least three reflecting surfaces as optical surfaces having power, and having an intermediate image in the optical system, and is most reflective on the object side along the optical path. The surface and the most image-side reflecting surface are both concave, and at least one reflecting surface is a non-rotationally symmetric reflecting surface having a single symmetric surface. The symmetric surface is represented by an orthogonal coordinate system (x, y, z). Yz plane in (1)), the following conditional expression (1) is satisfied (power: an amount defined by the reciprocal of the focal length).
1.1 <L / F <3.0 (1)
However,
L: effective area width of the most image-side reflecting surface in the yz section,
F: effective area width of the reflecting surface closest to the object in the yz section,
It is.
 赤外線撮影に適した撮像光学系を構成する場合、屈折面を用いようとすると材料が限られてしまう。赤外領域で屈折作用の利用が可能な材料には、コスト及び加工難易度の増大、ゴーストの影響等の点で問題があるため、パワーを有する光学面としては少なくとも3面の反射面を用いることが好ましい。 When constructing an imaging optical system suitable for infrared imaging, the use of a refractive surface limits the materials. Materials that can be used for refraction in the infrared region have problems in terms of cost, increased processing difficulty, ghost effects, etc., so at least three reflective surfaces are used as optical surfaces having power. It is preferable.
 また、赤外領域では可視領域と比較して回折の影響が大きいため、Fナンバーを明るくする必要がある。例えば、赤外線の波長帯域が8~16μm、撮像素子の画素ピッチが20μmの場合を想定すると、Fナンバーは1~2程度の明るいものが必要となる。反射面で撮像光学系を構成すれば、波長の影響を受けず、幅広い波長帯域に対応することができる。しかし、光路の干渉を避けるためにバックフォーカスを長くする必要が生じる。バックフォーカスを長くするとコンパクト化が困難になるので、明るいFナンバーとコンパクトさとを両立させることが課題となる。 Also, since the influence of diffraction is larger in the infrared region than in the visible region, it is necessary to brighten the F number. For example, assuming that the infrared wavelength band is 8 to 16 μm and the pixel pitch of the image sensor is 20 μm, a bright F number of about 1 to 2 is required. If the imaging optical system is configured with a reflecting surface, it is not affected by the wavelength and can support a wide wavelength band. However, it is necessary to lengthen the back focus in order to avoid interference of the optical path. If the back focus is lengthened, it becomes difficult to make the system compact. Therefore, it becomes a problem to achieve both a bright F number and compactness.
 光学系内に中間像を有する構成にすると、光束幅が光学系内で一旦を縮小することになるため、明るさと光学系サイズの小型化との両立が可能となる。つまり、光学系内で中間像を形成するように一旦結像させる構成にすると、再結像時の自由度が増大するため、明るいFナンバーとコンパクトさとを両立させることが容易に可能となる。 When a configuration having an intermediate image in the optical system is used, the light flux width is once reduced in the optical system, so that both brightness and a reduction in the size of the optical system can be achieved. In other words, once the image is formed so as to form an intermediate image in the optical system, the degree of freedom at the time of re-imaging increases, so that it is possible to easily achieve both a bright F number and compactness.
 最も物体側の反射面を凹面にすると、撮像光学系に入射した光束の幅が入射開口近傍で縮小されることとなるため、光学系サイズの小型化を効果的に達成することができる。また、最も像側の反射面を凹面にすると、光線と光学部材(例えば、像面位置に配置される撮像素子の基板等)との干渉を防止しつつ、明るいFナンバーを実現することができる。 If the reflecting surface closest to the object side is concave, the width of the light beam incident on the imaging optical system is reduced in the vicinity of the entrance aperture, so that it is possible to effectively reduce the size of the optical system. Further, when the reflecting surface closest to the image side is concave, a bright F number can be realized while preventing interference between the light beam and the optical member (for example, the substrate of the image sensor disposed at the image surface position). .
 唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面を撮像光学系が備えることにより、光学系で発生する諸収差を良好に補正することが可能となる。唯一の対称面を有する非回転対称形状としては、自由曲面形状,アナモフィック面形状等が挙げられるが、反射面を利用した撮像光学系における収差補正の観点から、唯一の対称面を有する自由曲面形状の反射面を備えることが好ましい。例えば、最も物体側の反射面や最も像側の反射面では、自由曲面が像面湾曲の補正に有効である。また、パワーを有する光学面として反射面を4面のみ有する構成の場合、物体側から2番目の反射面に自由曲面を用いることが、非点収差の補正に有効である。 When the imaging optical system is provided with a non-rotationally symmetric reflecting surface having a single symmetric surface, various aberrations generated in the optical system can be favorably corrected. Examples of non-rotationally symmetric shapes with a single symmetric surface include free-form surface shapes and anamorphic surface shapes, but from the viewpoint of aberration correction in imaging optical systems using reflective surfaces, free-form surface shapes with a single symmetric surface It is preferable to provide a reflective surface. For example, on the most object-side reflecting surface and the most image-side reflecting surface, a free-form surface is effective for correcting field curvature. Further, in the case of a configuration having only four reflecting surfaces as optical surfaces having power, it is effective for correcting astigmatism to use a free curved surface as the second reflecting surface from the object side.
 条件式(1)は、最も物体側の反射面(第1反射面)と最も像側の反射面(最終反射面)との有効領域幅の比に関する好ましい条件範囲を規定している。有効領域幅F,Lは、例えば図7の光路図に示すように、非回転対称形状の反射面が有する唯一の対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面としたとき、yz断面における第1,第4反射面S1,S4の有効領域幅をそれぞれ表している。条件式(1)を満たすように中間像と画像との倍率を制限すると、Fナンバーを小さくすることが可能となる。有効領域幅Fの大きさは絞りSTと画角の大きさである程度決まってしまうので、条件式(1)の上限を越えることは、有効領域幅Lが大きくなることを意味する。したがって、条件式(1)の上限を越えると、光学系サイズの増大を招くことになる。逆に、条件式(1)の下限を越えると、像面と光束との干渉が発生したり、最も像側の反射面で発生する像面湾曲の補正が困難になる。 Conditional expression (1) defines a preferable condition range regarding the ratio of the effective area width between the most object-side reflecting surface (first reflecting surface) and the most image-side reflecting surface (final reflecting surface). The effective area widths F and L are, for example, as shown in the optical path diagram of FIG. 7, when the only symmetry plane of the non-rotationally symmetric reflection plane is the yz plane in the orthogonal coordinate system (x, y, z). The effective area widths of the first and fourth reflecting surfaces S1 and S4 in the yz section are shown. By limiting the magnification between the intermediate image and the image so as to satisfy the conditional expression (1), the F-number can be reduced. Since the size of the effective area width F is determined to some extent by the aperture ST and the size of the field angle, exceeding the upper limit of the conditional expression (1) means that the effective area width L is increased. Therefore, if the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the optical system size will increase. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, interference between the image plane and the light flux occurs, or it becomes difficult to correct curvature of field that occurs on the most image-side reflecting surface.
 上記特徴的構成によると、反射面を効果的に用いた構成になっているため、赤外線撮影に適した明るいFナンバーを有するとともに高性能かつコンパクトな反射型の撮像光学系と、それを備えた撮像光学装置を実現することが可能である。また、撮像光学装置が軽量小型化されるため、その撮像光学装置をデジタルカメラ,車載カメラ等のデジタル機器に用いれば、デジタル機器に対し高性能の赤外線画像入力機能を軽量・コンパクトに付加することが可能となる。したがって、デジタル機器のコンパクト化,高性能化,高機能化等に寄与することができる。こういった効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能,小型化等を達成するための条件等を以下に説明する。 According to the above characteristic configuration, the reflection surface is effectively used, and thus a high-performance and compact reflection type imaging optical system having a bright F number suitable for infrared photography and the same are provided. An imaging optical device can be realized. In addition, since the imaging optical device is lighter and smaller, if the imaging optical device is used in a digital device such as a digital camera or an in-vehicle camera, a high-performance infrared image input function is added to the digital device in a lightweight and compact manner. Is possible. Therefore, it can contribute to the downsizing, high performance, high functionality, etc. of digital equipment. The conditions for achieving such effects in a well-balanced manner and achieving higher optical performance, downsizing, etc. will be described below.
 画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
0.3<Ro_y/Ri_y<0.8 …(2)
 ただし、
Ro_y:yz断面において最も物体側の反射面が画面中心主光線との交点で有するy方向の曲率、
Ri_y:yz断面において最も像側の反射面が画面中心主光線との交点で有するy方向の曲率、
である。
If the principal ray incident on the center of the effective area of the screen is the screen center principal ray, it is desirable that the screen center principal ray exists on the yz plane and satisfies the following conditional expression (2).
0.3 <Ro_y / Ri_y <0.8 (2)
However,
Ro_y: curvature in the y direction that the most object-side reflecting surface in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
Ri_y: curvature in the y direction that the most image-side reflecting surface in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
It is.
 条件式(2)は、コンパクトでFナンバーの小さい反射光学系を実現する上で好ましい条件範囲を規定している。曲率Ro_y,Ri_yは、例えば図7の光路図に示すように、yz断面において第1,第4反射面S1,S4が画面中心主光線PRとの交点で有するy方向の曲率をそれぞれ表している。条件式(2)の下限を越えると、最も像側の反射面(例えば、第4反射面S4)のパワーが強くなり、そこで発生する非点収差が増大してしまう。それを他の反射面(例えば、第3反射面S3)で補正することは困難であり、また、光束と像面との干渉を防止することも困難である。逆に、条件式(2)の上限を越えると、最も物体側の反射面(第1反射面S1)のパワーが強くなり、光学系サイズの増大を招くことになる。また、第2反射面S2に中間像ISが近づくため、第2反射面S2で非点収差を補正しようとすると、第2反射面S2にパワーを与えてやる必要が生じて、非点収差の補正が不十分になる。その結果、中間像面ISが反射面との交点を持たないようにすることが難しくなり、反射面上のゴミ等が光学性能に大きな影響を与えることになる。 Conditional expression (2) defines a preferable range of conditions for realizing a compact reflective optical system having a small F-number. The curvatures Ro_y and Ri_y represent the curvatures in the y direction that the first and fourth reflecting surfaces S1 and S4 have at the intersections with the screen center principal ray PR in the yz section, for example, as shown in the optical path diagram of FIG. . When the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the power of the most image-side reflecting surface (for example, the fourth reflecting surface S4) becomes strong, and astigmatism generated there increases. It is difficult to correct this with another reflecting surface (for example, the third reflecting surface S3), and it is also difficult to prevent interference between the light beam and the image surface. On the other hand, when the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the power of the most object-side reflecting surface (first reflecting surface S1) becomes strong, leading to an increase in the size of the optical system. In addition, since the intermediate image IS approaches the second reflecting surface S2, if the astigmatism is corrected by the second reflecting surface S2, it is necessary to apply power to the second reflecting surface S2, and astigmatism is reduced. Incorrect correction. As a result, it becomes difficult to prevent the intermediate image plane IS from having an intersection with the reflecting surface, and dust on the reflecting surface greatly affects the optical performance.
 明るいFナンバーを達成するためには、中間像の前後で、発生する収差を打ち消し合う構成とすることが重要である。本構成では、物体側から、正負,中間像,負正の構成を取っており、中間像に対して対称なパワー配置を取ることによって、Fナンバーを明るくした場合に顕著となる非点収差の補正に有効な構成となっている。また、条件式(1),(2)では、中間像の前後で正のパワーを有する面の大きさ,パワーを規定することにより、中間像を挟んだ倍率関係を規定している。倍率関係を適切に配置することにより、中間像の前後で発生する収差を効果的に打ち消し合うことができる。 In order to achieve a bright F number, it is important to have a configuration that cancels out aberrations that occur before and after the intermediate image. In this configuration, positive / negative, intermediate image, and negative / positive configurations are taken from the object side, and astigmatism that becomes noticeable when the F-number is brightened by taking a symmetrical power arrangement with respect to the intermediate image. The configuration is effective for correction. In the conditional expressions (1) and (2), the magnification relationship across the intermediate image is defined by defining the size and power of the surface having positive power before and after the intermediate image. By appropriately arranging the magnification relationship, it is possible to effectively cancel out aberrations occurring before and after the intermediate image.
 図7の光路図では、4面の反射面S1~S4が全て自由曲面形状を有しており、物体側から撮像光学系OPに入射した光線は、絞りSTを通過した後、第1~第4反射面S1~S4で順に反射されて像面IMに到達する。この4面反射構成では、中間像ISが、第2反射面S2と第3反射面S3との間の光路中に形成され、第1反射面S1と第4反射面S4がいずれも正パワーを有する自由曲面形状となっている。画面中心主光線PRとの交点上において、第4反射面S4のパワーは第1反射面S1よりも強くなっているため、中間像ISは第4反射面S4によって縮小されて、明るいFナンバーが達成される。また、中間像ISを形成することにより光束が一旦収束するため、中間像ISを形成しない場合と比較して、反射面サイズのコンパクト化が達成される。 In the optical path diagram of FIG. 7, all of the four reflecting surfaces S1 to S4 have a free-form surface shape, and light rays incident on the imaging optical system OP from the object side pass through the aperture stop ST, and then first to first 4 is sequentially reflected by the four reflecting surfaces S1 to S4 and reaches the image surface IM. In this four-surface reflection configuration, the intermediate image IS is formed in the optical path between the second reflection surface S2 and the third reflection surface S3, and both the first reflection surface S1 and the fourth reflection surface S4 have positive power. It has a free-form surface shape. Since the power of the fourth reflection surface S4 is stronger than that of the first reflection surface S1 at the intersection with the screen center principal ray PR, the intermediate image IS is reduced by the fourth reflection surface S4, and a bright F number is obtained. Achieved. Further, since the light flux is once converged by forming the intermediate image IS, the size of the reflecting surface can be reduced as compared with the case where the intermediate image IS is not formed.
 前記非回転対称形状の反射面が、yz断面上の有効領域全体にわたって、x方向のパワーが正であり、y方向の曲率よりもx方向の曲率が大きいことが望ましい。反射面を用いた撮像光学系では、光線と光学部材との干渉を防ぐために反射面は偏心させた配置となる。これが非点収差の増大を招くことになる。上記のように非回転対称形状の反射面のパワー及び曲率を設定することにより、非点収差を良好に補正することが可能となる。このような反射面は、最も物体側の凹面反射面と最も像側の凹面反射面との間に配置されることが望ましい。 It is desirable that the non-rotationally symmetric reflecting surface has a positive power in the x direction over the entire effective area on the yz section, and has a larger curvature in the x direction than the curvature in the y direction. In an imaging optical system using a reflective surface, the reflective surface is decentered to prevent interference between the light beam and the optical member. This leads to an increase in astigmatism. Astigmatism can be satisfactorily corrected by setting the power and curvature of the non-rotationally symmetric reflecting surface as described above. Such a reflective surface is preferably disposed between the concave reflective surface closest to the object side and the concave reflective surface closest to the image side.
 図7の光路図では、第2反射面S2と第3反射面S3がyz平面に垂直な方向(x方向)に正パワーを有する自由曲面反射面となっており、x方向のパワーがyz平面に平行な方向のパワーよりも強くなっている。x方向のパワーを強くすることにより、第1反射面S1と第4反射面S4で発生する非点収差を補正し、像面IMにおいて良好な光学性能を実現することができる。第1反射面S1と第4反射面S4で焦点距離をある程度決めると、y方向の曲率の方がx方向の曲率よりも強くなる。そこで発生する非点収差を補正するために、第2反射面S2と第3反射面S3でx方向の曲率の方をy方向の曲率よりも強くしているのである。 In the optical path diagram of FIG. 7, the second reflecting surface S2 and the third reflecting surface S3 are free-form curved reflecting surfaces having positive power in the direction perpendicular to the yz plane (x direction), and the power in the x direction is the yz plane. It is stronger than the power in the direction parallel to. By increasing the power in the x direction, it is possible to correct astigmatism generated on the first reflecting surface S1 and the fourth reflecting surface S4 and to realize good optical performance on the image plane IM. When the focal length is determined to some extent by the first reflecting surface S1 and the fourth reflecting surface S4, the curvature in the y direction becomes stronger than the curvature in the x direction. In order to correct the astigmatism generated there, the curvature in the x direction is made stronger than the curvature in the y direction on the second reflecting surface S2 and the third reflecting surface S3.
 前記非回転対称形状の反射面として、以下の条件式(3)を満足するものを少なくとも1面有することが望ましい。
0<|Ry/Rx|<0.8 …(3)
 ただし、
Rx:yz断面における有効領域中心でのx方向の曲率、
Ry:yz断面における有効領域中心でのy方向の曲率、
である。
It is desirable that the non-rotationally symmetric reflecting surface has at least one surface satisfying the following conditional expression (3).
0 <| Ry / Rx | <0.8 (3)
However,
Rx: curvature in the x direction at the center of the effective region in the yz section,
Ry: curvature in the y direction at the center of the effective region in the yz section,
It is.
 条件式(3)は、反射光学系で発生する非点収差を良好に補正する上で好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)を満たすと、x方向のパワーがy方向のパワーよりも強くなることにより、非点収差の良好な補正が可能となる。条件式(3)の上限を越えると、最も物体側の反射面及び最も像側の反射面で発生する非点収差を補正することが困難になる。 Conditional expression (3) defines a preferable range of conditions for satisfactorily correcting astigmatism generated in the reflective optical system. When the conditional expression (3) is satisfied, the power in the x direction becomes stronger than the power in the y direction, so that astigmatism can be corrected satisfactorily. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, it will be difficult to correct astigmatism occurring on the most object-side reflecting surface and the most image-side reflecting surface.
 前記中間像の位置よりも像側の光路上にパワーを有する反射面が2面以上位置し、そのうち、像側から数えて2番目の反射面が前記非回転対称形状の反射面であり、yz断面において、最も像側の反射面の有効領域中心でのy方向のパワーが、像側から数えて2番目の反射面の有効領域中心でのy方向のパワーよりも強いことが望ましい。 Two or more reflecting surfaces having power are positioned on the optical path on the image side with respect to the position of the intermediate image, and the second reflecting surface counted from the image side is the non-rotationally symmetric reflecting surface, yz In the cross section, it is desirable that the y-direction power at the center of the effective area of the reflecting surface closest to the image side is stronger than the y-direction power at the center of the effective area of the second reflecting surface counted from the image side.
 中間結像位置よりも像側に、パワーを有する反射面を2面以上配置することにより、最も像側の凹面反射面で発生する非点収差等を、その他の反射面で補正することが可能となる。また、最も像側の反射面のパワーを、像側から2番目の反射面のパワーよりも強くすることにより、最も像側の反射面から像面までの距離を確保しつつ、明るいFナンバーを実現することが可能となる。通常の共軸光学系でも、レンズバックを長くするために、最も像側に強い正パワーの光学素子を配置することがある。それと同様に、パワーの強い反射面を最も像側に配置することにより、撮像素子の受光面までの距離を確保している。反射面のパワーを強くした場合に発生する大きな非点収差は、像面から2番目の反射面により補正可能である。 By arranging two or more reflective surfaces with power closer to the image side than the intermediate image formation position, astigmatism that occurs on the concave reflective surface closest to the image can be corrected with other reflective surfaces. It becomes. In addition, by making the power of the reflecting surface closest to the image side stronger than the power of the second reflecting surface from the image side, a bright F number can be obtained while ensuring the distance from the reflecting surface closest to the image side to the image surface. It can be realized. Even in a normal coaxial optical system, in order to lengthen the lens back, an optical element having the strongest positive power may be disposed on the most image side. Similarly, the distance to the light receiving surface of the image sensor is ensured by disposing the reflecting surface having the strongest power on the most image side. Large astigmatism generated when the power of the reflecting surface is increased can be corrected by the second reflecting surface from the image surface.
 前記中間像は反射面との交点を持たないことが望ましい。中間結像位置を反射面から離れた位置に配置することにより、反射面上のゴミや反射面の荒れが光学性能に与える影響を低減することができる。 It is desirable that the intermediate image does not have an intersection with the reflecting surface. By disposing the intermediate image formation position at a position away from the reflecting surface, it is possible to reduce the influence of dust on the reflecting surface and the roughness of the reflecting surface on the optical performance.
 以下の条件式(4A)及び(4B)を満足することが望ましい。
0.4<Dx1/Dx2<0.7 …(4A)
0.4<Dy1/Dy2<0.8 …(4B)
 ただし、
Dx1:中間像の物体側に隣り合って位置する反射面のx方向の最大有効領域幅、
Dx2:中間像の像側に隣り合って位置する反射面のx方向の最大有効領域幅、
Dy1:中間像の物体側に隣り合って位置する反射面のyz断面上での最大有効領域幅、Dy2:中間像の像側に隣り合って位置する反射面のyz断面上での最大有効領域幅、
である。
It is desirable to satisfy the following conditional expressions (4A) and (4B).
0.4 <Dx1 / Dx2 <0.7 (4A)
0.4 <Dy1 / Dy2 <0.8 (4B)
However,
Dx1: the maximum effective area width in the x direction of the reflecting surface located adjacent to the object side of the intermediate image,
Dx2: the maximum effective area width in the x direction of the reflecting surface located adjacent to the image side of the intermediate image,
Dy1: Maximum effective area width on the yz section of the reflecting surface located adjacent to the object side of the intermediate image, Dy2: Maximum effective area on the yz section of the reflecting surface located adjacent to the image side of the intermediate image width,
It is.
 条件式(4A),(4B)は、中間像の前後に位置する反射面(例えば、図7中の第2,第3反射面S2,S3)の最大有効領域幅の比で、x方向,y方向の中間像位置に関する好ましい条件範囲をそれぞれ規定している。条件式(4A)又は(4B)の下限を越えると、中間像位置から反射面位置までの距離が近くなり、反射面上のゴミや反射面の荒れが光学性能に及ぼす影響が大きくなる。逆に、条件式(4A)又は(4B)の上限を越えると、中間像のサイズが大きくなり、光線と像面との干渉を防ぎつつFナンバーを明るくすることが困難になる。 Conditional expressions (4A) and (4B) are the ratios of the maximum effective area widths of the reflecting surfaces (for example, the second and third reflecting surfaces S2 and S3 in FIG. 7) located before and after the intermediate image, A preferable condition range for the intermediate image position in the y direction is defined. When the lower limit of conditional expression (4A) or (4B) is exceeded, the distance from the intermediate image position to the reflecting surface position becomes close, and the influence of dust on the reflecting surface and roughness of the reflecting surface on the optical performance increases. Conversely, when the upper limit of conditional expression (4A) or (4B) is exceeded, the size of the intermediate image increases, making it difficult to brighten the F number while preventing interference between the light beam and the image plane.
 yz断面において、物体側から数えて2番目の反射面で反射された光線が、前記最も物体側の反射面に物体側から入射する光線に対して接近する方向(つまり交差する方向)に折り曲げられていることが望ましい。つまり、物体側から数えて1番目と2番目の反射面での反射により、光線を4の字状に折り曲げることが望ましい。 In the yz section, the light beam reflected by the second reflecting surface counted from the object side is bent in a direction approaching the light beam incident from the object side (that is, the intersecting direction) on the reflecting surface closest to the object side. It is desirable that That is, it is desirable to bend the light beam into a four-letter shape by reflection on the first and second reflecting surfaces counted from the object side.
 例えば図7の光路図に示すように、第1,第2反射面S1,S2で光線を4の字状に折り曲げると、光線と光学部材とを分離するための距離を短くすることができ、明るいFナンバーを実現することができる。また、光線を4の字状に折り曲げることにより、各画角の光路長差を小さくすることが可能となるため、像面湾曲の小さい構成を実現することができる。一般的な撮像素子の受光面の画面形状は長方形であるため、yz断面は画面短辺方向に対して平行な断面である。x方向に相当する画面長辺方向で光線を折り曲げると、画面短辺方向で折り曲げた場合よりも光学系サイズは大きくなり、また、光線分離に必要な光路長が長くなるため、明るいFナンバーは実現しにくくなる。したがって、画面短辺方向に対して平行な断面において、4の字状に折り曲げられた光路を有することが望ましい。 For example, as shown in the optical path diagram of FIG. 7, when the light beam is bent into a shape of 4 on the first and second reflecting surfaces S <b> 1 and S <b> 2, the distance for separating the light beam from the optical member can be shortened, A bright F number can be realized. Further, by bending the light beam into a four-letter shape, it becomes possible to reduce the optical path length difference at each angle of view, so that a configuration with a small field curvature can be realized. Since the screen shape of the light receiving surface of a general image sensor is a rectangle, the yz section is a section parallel to the screen short side direction. When the light beam is bent in the long side direction corresponding to the x direction, the optical system size becomes larger than when the light beam is bent in the short side direction of the screen, and the optical path length necessary for the light beam separation becomes longer. It becomes difficult to realize. Therefore, it is desirable to have an optical path that is bent into a four-letter shape in a cross section parallel to the short side direction of the screen.
 画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。ただし、以下の条件式(5)を満足する構成は、前述した条件式(1)を満足する構成とは独立しており、条件式(5)のみを満足する構成であってもよく、前述した好ましい条件等を満たすものであってもよい。したがって、この発明に係る撮像光学系は、光学系内に中間像を有し、その中間像の位置よりも物体側に、唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面を2面以上有し、前記対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面とし、画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(5)を満足することを特徴としている。
0.3<Ro_x/Ro2_x<0.8 …(5)
 ただし、
Ro_x:yz断面において最も物体側の反射面が画面中心主光線との交点で有するx方向の曲率、
Ro2_x:yz断面において物体側から2番目の反射面が画面中心主光線との交点で有するx方向の曲率、
である。
When the principal ray incident on the center of the effective area of the screen is the screen center principal ray, it is desirable that the screen center principal ray exists on the yz plane and satisfies the following conditional expression (5). However, the configuration that satisfies the following conditional expression (5) is independent of the configuration that satisfies the conditional expression (1) described above, and may be a configuration that satisfies only the conditional expression (5). The preferable conditions may be satisfied. Therefore, the imaging optical system according to the present invention has an intermediate image in the optical system, and has two or more non-rotationally symmetric reflecting surfaces having only one symmetry plane on the object side from the position of the intermediate image. If the symmetric plane is the yz plane in the Cartesian coordinate system (x, y, z) and the principal ray incident on the center of the effective area of the screen is the screen center principal ray, the screen center principal ray exists on the yz plane. The following conditional expression (5) is satisfied.
0.3 <Ro_x / Ro2_x <0.8 (5)
However,
Ro_x: curvature in the x direction that the reflecting surface closest to the object side in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
Ro2_x: curvature in the x direction that the second reflecting surface from the object side in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
It is.
 条件式(5)は、反射光学系で発生する非点収差を良好に補正する上で好ましい条件範囲を規定している。物体側から数えて第1,第2の反射面で光学性能をある程度確保した場合、第1反射面の方でパワーが決まると、第1反射面ではx方向の曲率がy方向の曲率よりも小さくなる。第1反射面のx方向のパワーが弱くなると、第1反射面で発生する非点収差が大きくなる。条件式(5)では、それを補正するために第2反射面の曲率をx方向で強くしている。 Conditional expression (5) defines a preferable condition range for satisfactorily correcting astigmatism generated in the reflection optical system. When the optical performance is secured to some extent on the first and second reflecting surfaces counted from the object side, if the power is determined on the first reflecting surface, the curvature in the x direction is larger than the curvature in the y direction on the first reflecting surface. Get smaller. As power in the x direction of the first reflecting surface becomes weak, astigmatism generated on the first reflecting surface increases. In conditional expression (5), the curvature of the second reflecting surface is increased in the x direction in order to correct it.
 条件式(5)の下限を越えると、最も物体側の反射面のx方向のパワーが弱くなって、最も物体側の反射面で発生する非点収差が大きくなり、その非点収差に対する物体側から2番目の反射面による補正が不十分となる。逆に、条件式(5)の上限を越えると、最も物体側の反射面のx方向のパワーが強くなって、非点収差の補正は容易になるが、像面湾曲の補正が難しくなる。 If the lower limit of conditional expression (5) is exceeded, the power in the x direction of the reflecting surface closest to the object side becomes weak, and astigmatism occurring on the reflecting surface closest to the object side becomes large. Therefore, the correction by the second reflecting surface becomes insufficient. On the contrary, if the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the power in the x direction of the reflecting surface closest to the object side becomes strong and correction of astigmatism becomes easy, but correction of field curvature becomes difficult.
 パワーを有する光学面として反射面のみを有することが望ましい。パワーを有する面を反射面のみで構成すれば、屈折面上での表面反射に起因するゴーストは発生しない。また、遠赤外波長を透過する、高価で加工難易度の高い材料(Ge等)を使用する必要もない。反射面のみの構成なので、色収差の発生がない。 It is desirable to have only a reflective surface as an optical surface with power. If the surface having power is composed of only the reflecting surface, no ghost caused by surface reflection on the refracting surface will occur. Further, it is not necessary to use an expensive material with high processing difficulty (such as Ge) that transmits far-infrared wavelengths. Since only the reflecting surface is configured, no chromatic aberration occurs.
 パワーを有する光学面として4面の反射面のみを有し、物体側から2番目の反射面から3番目の反射面までの光路中に中間像が位置することが望ましい。中間結像位置に対して反射面を対称に配置することにより、各反射面で発生する収差を打ち消し合うことが可能となる。したがって、良好な光学性能を得ることができる。 It is desirable that the optical surface having power has only four reflecting surfaces, and the intermediate image is located in the optical path from the second reflecting surface to the third reflecting surface from the object side. By arranging the reflecting surfaces symmetrically with respect to the intermediate image forming position, it is possible to cancel out aberrations generated on the reflecting surfaces. Therefore, good optical performance can be obtained.
 赤外域、特に波長5μm以上の帯域では、ガラス材料の透過率が非常に小さくなるため、通常のガラス材料を用いて撮像光学系を構成するのが難しくなり、反射面だけで撮像光学系を構成するのが有利となる。一方、人や動物から発生する遠赤外光の波長は約10μmであるので、11μmまでの波長を使って光学像を形成すると夜間でも人や動物を撮像することができる。 In the infrared region, especially in the wavelength band of 5 μm or more, the transmittance of the glass material is very small, making it difficult to construct an imaging optical system using ordinary glass materials, and configuring the imaging optical system only with a reflective surface. This is advantageous. On the other hand, since the wavelength of far-infrared light generated from a person or animal is about 10 μm, when an optical image is formed using a wavelength up to 11 μm, it is possible to capture a person or animal even at night.
 本発明に係る撮像光学系は、赤外線画像入力機能付きデジタル機器(例えば車載カメラ)への使用に適しており、これを撮像素子等と組み合わせることにより、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する撮像光学装置を構成することができる。撮像光学装置は、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成す光学装置であり、例えば、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像を形成する撮像光学系と、その撮像光学系により形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備えることにより構成される。そして、撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように、前述した特徴的構成を有する撮像光学系が配置されることにより、低コストで高い性能を有する撮像光学装置やそれを備えたデジタル機器を実現することができる。 The imaging optical system according to the present invention is suitable for use in a digital device with an infrared image input function (for example, an in-vehicle camera). By combining this with an imaging device or the like, an image of a subject is optically captured and electrically An imaging optical device that outputs as a simple signal can be configured. The imaging optical device is an optical device that constitutes a main component of a camera used for still image shooting and moving image shooting of a subject. For example, an imaging optical system that forms an optical image of an object in order from the object (that is, subject) side, and And an imaging device that converts an optical image formed by the imaging optical system into an electrical signal. Then, by arranging the imaging optical system having the above-described characteristic configuration so that the optical image of the subject is formed on the light receiving surface of the imaging element, the imaging optical device having high performance at low cost and the A digital device can be realized.
 カメラの例としては、デジタルカメラ,ビデオカメラ,車載カメラ,監視カメラ,テレビ電話用カメラ,ドアホーン用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ,携帯情報機器(例えば、モバイルコンピュータ,携帯電話,携帯情報端末等の小型で携帯可能な情報機器端末),これらの周辺機器(マウス,スキャナー,プリンター,メモリー等),その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像光学装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種デジタル機器に撮像光学装置を搭載することによりカメラ機能を付加することが可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。 Examples of the camera include a digital camera, a video camera, an in-vehicle camera, a surveillance camera, a video phone camera, a door phone camera, etc., and a personal computer, a portable information device (for example, a mobile computer, a cellular phone, a portable information). Small and portable information device terminals such as terminals), peripheral devices (mouse, scanner, printer, memory, etc.), cameras incorporated in or external to other digital devices, and the like. As can be seen from these examples, it is possible not only to configure a camera by using an imaging optical device, but also to add a camera function by mounting the imaging optical device on various digital devices. For example, a digital device with an image input function such as a mobile phone with a camera can be configured.
 図7は、画像入力機能を有するデジタル機器の概略構成例を模式的断面で示している。図7に示すデジタル機器に搭載されている撮像光学装置は、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(像面)IMを形成する撮像光学系OPと、撮像光学系OPにより受光面SS上に形成された光学像IMを電気的な信号に変換する撮像素子SRと、を備えている。この撮像光学装置で画像入力機能付きデジタル機器を構成する場合、通常そのボディ内部に撮像光学装置を配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像光学装置をデジタル機器の本体に対して着脱自在又は回動自在に構成することが可能である。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration example of a digital device having an image input function. The imaging optical device mounted on the digital device illustrated in FIG. 7 includes an imaging optical system OP that forms an optical image (image plane) IM of an object in order from the object (ie, subject) side, and a light receiving surface by the imaging optical system OP. And an image sensor SR that converts an optical image IM formed on the SS into an electrical signal. When a digital device with an image input function is configured with this imaging optical device, the imaging optical device is usually arranged inside the body, but when realizing the camera function, it is possible to adopt a form as necessary. Is possible. For example, the unitized imaging optical device can be configured to be detachable or rotatable with respect to the main body of the digital device.
 撮像素子SRとしては、例えば複数の画素を有するCCD型イメージセンサ,CMOS型イメージセンサ等の固体撮像素子が用いられる。撮像光学系OPは、撮像素子SRの受光面SS上に被写体の光学像IMが形成されるように設けられているので、撮像光学系OPによって形成された光学像IMは、撮像素子SRによって電気的な信号に変換される。 As the image sensor SR, for example, a solid-state image sensor such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor having a plurality of pixels is used. Since the imaging optical system OP is provided so that the optical image IM of the subject is formed on the light receiving surface SS of the imaging element SR, the optical image IM formed by the imaging optical system OP is electrically generated by the imaging element SR. Converted to a typical signal.
 デジタル機器は、撮像光学装置の他に、信号処理部1,制御部2,メモリ3,操作部4,表示部5等を備えている。撮像素子SRで生成した信号は、信号処理部1で所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が必要に応じて施され、デジタル映像信号としてメモリ3(半導体メモリ,光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号等に変換されたりして他の機器に伝送される(例えば携帯電話の通信機能)。制御部2はマイクロコンピュータから成っており、撮影機能(静止画撮影機能,動画撮影機能等),画像再生機能等の機能の制御;フォーカシングのための駆動機構の制御等を集中的に行う。例えば、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方を行うように、制御部2により撮像光学装置に対する制御が行われる。表示部5は液晶モニター等のディスプレイを含む部分であり、撮像素子SRによって変換された画像信号あるいはメモリ3に記録されている画像情報を用いて画像表示を行う。操作部4は、操作ボタン(例えばレリーズボタン),操作ダイヤル(例えば撮影モードダイヤル)等の操作部材を含む部分であり、操作者が操作入力した情報を制御部2に伝達する。 The digital apparatus includes a signal processing unit 1, a control unit 2, a memory 3, an operation unit 4, a display unit 5 and the like in addition to the imaging optical device. The signal generated by the image sensor SR is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, and the like as required by the signal processing unit 1 and recorded as a digital video signal in the memory 3 (semiconductor memory, optical disk, etc.) In some cases, it is transmitted to other devices via a cable or converted into an infrared signal or the like (for example, a communication function of a mobile phone). The control unit 2 is composed of a microcomputer, and performs control of functions such as a photographing function (still image photographing function, moving image photographing function, etc.), an image reproduction function, etc .; control of a driving mechanism for focusing, and the like. For example, the control unit 2 controls the imaging optical device so that at least one of still image shooting and moving image shooting of a subject is performed. The display unit 5 includes a display such as a liquid crystal monitor, and displays an image using an image signal converted by the image sensor SR or image information recorded in the memory 3. The operation unit 4 is a part including operation members such as an operation button (for example, a release button) and an operation dial (for example, a shooting mode dial), and transmits information input by the operator to the control unit 2.
 図7に示す撮像光学系OPは、前述したように、パワーを有する光学面として4面の反射面S1~S4を有しており、光学系内で中間像ISを一旦形成した後、撮像素子SRの受光面SS上に光学像IMを形成する構成になっている。光路に沿って最も物体側の第1反射面S1と最も像側の第4反射面S4は共に凹面であり、反射面は4面とも唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面である。 As described above, the imaging optical system OP shown in FIG. 7 has four reflecting surfaces S1 to S4 as optical surfaces having power, and after the intermediate image IS is once formed in the optical system, the imaging device The optical image IM is formed on the SR light receiving surface SS. The first reflecting surface S1 closest to the object side and the fourth reflecting surface S4 closest to the image side along the optical path are both concave surfaces, and the reflecting surfaces are non-rotationally symmetric reflecting surfaces having only one symmetry surface. .
 図1~図3に、撮像光学系OPの具体的な光学構成として、第1~第3の実施の形態をそれぞれ光学断面で示す。第1~第3の実施の形態の撮像光学系OPはいずれも、撮像素子SR(図7)に対して光学像IMを形成する赤外線映像撮影用の単焦点結像光学系である。第1,第2の実施の形態(図1,図2)では、物体側から光路に沿って順に、絞りSTと、第1反射面S1と、第2反射面S2と、第3反射面S3と、第4反射面S4と、で構成されており、第1反射面S1と第2反射面S2で光路が4の字状に折り曲げられ、第3反射面S3と第4反射面S4で光路が4の字状に折り曲げられる。第3の実施の形態(図3)では、物体側から光路に沿って順に、絞りSTと、第1反射面S1と、第2反射面S2と、第3反射面S3と、で構成されており、第1反射面S1~第3反射面S3で光路がW字状に折り曲げられる。 FIGS. 1 to 3 show optical cross sections of first to third embodiments as specific optical configurations of the imaging optical system OP. The imaging optical systems OP of the first to third embodiments are all single-focus imaging optical systems for photographing infrared images that form an optical image IM with respect to the imaging element SR (FIG. 7). In the first and second embodiments (FIGS. 1 and 2), the stop ST, the first reflecting surface S1, the second reflecting surface S2, and the third reflecting surface S3 are sequentially arranged along the optical path from the object side. And the fourth reflecting surface S4, the optical path is bent in a letter 4 shape by the first reflecting surface S1 and the second reflecting surface S2, and the optical path is formed by the third reflecting surface S3 and the fourth reflecting surface S4. Is folded into a figure 4 shape. In the third embodiment (FIG. 3), the diaphragm ST, the first reflecting surface S1, the second reflecting surface S2, and the third reflecting surface S3 are sequentially formed along the optical path from the object side. Thus, the optical path is bent in a W shape at the first reflecting surface S1 to the third reflecting surface S3.
 以下、本発明を実施した撮像光学系の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例1~3(EX1~3)は、前述した第1~第3の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第1~第3の実施の形態の光学構成を表す光路図(図1~図3)は、対応する実施例1~3の光学配置,光路等をそれぞれ示している。 Hereinafter, the configuration and the like of the imaging optical system embodying the present invention will be described more specifically with reference to the construction data of the examples. Examples 1 to 3 (EX1 to 3) listed here are numerical examples corresponding to the first to third embodiments, respectively, and represent the optical configurations of the first to third embodiments. The optical path diagrams (FIGS. 1 to 3) show the optical arrangements, optical paths, and the like of the corresponding Examples 1 to 3, respectively.
 各実施例のコンストラクションデータとして、面データ1,面データ2,自由曲面データ及び各種データを示す。また、表1に各条件式の対応データ及び関連データを各実施例について示す。面データ1,2中、i(i=1,2,3,...)は面番号である。したがって、物体側から数えてi番目の面は第i面である。面データ1では、第i面の種類及び形状を示しており、面データ2では、第i面の配置データを示している。 The surface data 1, surface data 2, free-form surface data, and various data are shown as construction data of each example. Table 1 shows correspondence data and related data of each conditional expression for each example. In the surface data 1 and 2, i (i = 1, 2, 3,...) Is a surface number. Therefore, the i-th surface counted from the object side is the i-th surface. The surface data 1 indicates the type and shape of the i-th surface, and the surface data 2 indicates the arrangement data of the i-th surface.
 第i面の配置は、面データ2中の面頂点座標(x,y,z)と回転角度(Tilt)の各面データでそれぞれ特定される。第i面の面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点として、グローバルな直交座標系(x,y,z)におけるローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点の座標(x,y,z)で表されており(単位:mm)、その面頂点を中心とするX軸回りの回転角度(Tilt)で第i面の傾きが表されている(単位:°;X軸の正方向に対して反時計回りがX回転の回転角度の正方向である。)。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系(x,y,z)は絞りSTのローカルな直交座標系(X,Y,Z)と一致した絶対座標系になっている。また、X方向,Y方向は、第i面の面頂点を原点とし、かつ、面頂点での法線をZ軸とする直交座標系(X,Y,Z)における座標軸方向であるが、各面に個別のデータ(曲率,長さ等)に関しては回転前の座標系(x,y,z)の座標軸方向で適宜表現されている(図7に関しても同様である。)。 The arrangement of the i-th surface is specified by each surface data of surface vertex coordinates (x, y, z) and rotation angle (Tilt) in the surface data 2. The surface vertex coordinates of the i-th surface are the local orthogonal coordinate system (X, y, z) in the global orthogonal coordinate system (x, y, z) with the surface vertex as the origin of the local orthogonal coordinate system (X, Y, Z). Y, Z) is represented by the coordinates (x, y, z) of the origin (unit: mm), and the inclination of the i-th surface is represented by the rotation angle (Tilt) around the X axis about the surface vertex. (Unit: °; counterclockwise with respect to the positive direction of the X axis is the positive direction of the rotation angle of the X rotation). However, the coordinate systems are all defined by the right-handed system, and the global orthogonal coordinate system (x, y, z) is an absolute coordinate system that matches the local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) of the aperture stop ST. ing. The X direction and the Y direction are coordinate axis directions in an orthogonal coordinate system (X, Y, Z) in which the surface vertex of the i-th surface is the origin and the normal line at the surface vertex is the Z axis. Individual data (curvature, length, etc.) on the surface is appropriately expressed in the coordinate axis direction of the coordinate system (x, y, z) before rotation (the same applies to FIG. 7).
 各実施例の自由曲面データに関し、自由曲面(XY多項式面)から成る第i面は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(X,Y,Z)を用いた以下の式(FS)で定義される。第i面の自由曲面データでは、RDYが第i面のY方向の曲率半径(単位:mm)を示しており、その逆数が面頂点での曲率C0である。なお、各実施例の自由曲面データにおいて表記の無い項の係数は0であり、すべてのデータに関してE-n=×10-nである。
Z=(C0・h2)/[1+√{1-(1+K)・C02・h2}]+ΣΣ{A(j,k)・Xj・Yk} …(FS)
Regarding the free-form surface data of each embodiment, the i-th surface composed of a free-form surface (XY polynomial surface) is expressed by the following equation (FS) using a local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) having the surface vertex as the origin. ). In the free-form surface data of the i-th surface, RDY indicates the radius of curvature (unit: mm) in the Y-direction of the i-th surface, and the reciprocal thereof is the curvature C0 at the surface vertex. It should be noted that the coefficient of the term not described in the free-form surface data of each embodiment is 0, and En = × 10 −n for all data.
Z = (C0 · h 2 ) / [1 + √ {1- (1 + K) · C0 2 · h 2 }] + ΣΣ {A (j, k) · X j · Y k } (FS)
 ただし、式(FS)中、
Z:高さhの位置でのZ軸方向の変位量(面頂点基準)、
h:Z軸に対して垂直な方向の高さ(h2=X2+Y2)、
C0:面頂点での曲率(=1/曲率半径)、
K:コーニック定数、
A(j,k):Xのj次、Yのk次の多項式自由曲面係数、
である。
However, in the formula (FS),
Z: Displacement amount in the Z-axis direction at the position of height h (based on the surface vertex),
h: height in the direction perpendicular to the Z axis (h 2 = X 2 + Y 2 ),
C0: curvature at the top of the surface (= 1 / radius of curvature),
K: Conic constant,
A (j, k): j-th order of X, k-th order polynomial free-form surface coefficient of Y,
It is.
 各種データとして、x方向(画面長辺方向)とy方向(画面短辺方向)の画角(°),絞りSTの直径(mm),Fナンバー,全系の焦点距離(mm),全長(mm),高さ(mm),センササイズ(H:画面長辺サイズ,V:画面短辺サイズ,D:対角線サイズ;mm)を示す。 As various data, the angle of view (°) in the x direction (screen long side direction) and y direction (screen short side direction), the diameter (mm) of the aperture stop ST, the F number, the focal length (mm) of the entire system, the total length ( mm), height (mm), and sensor size (H: screen long side size, V: screen short side size, D: diagonal size; mm).
 各実施例の光学性能を、スポットダイアグラム(図4~図6)で示す。スポットダイアグラムは、像面IMでの結像特性(mm)を示しており、各スポットのフィールドポジションは、X,Y方向の画角及び相対値を示している。 The optical performance of each example is shown by spot diagrams (FIGS. 4 to 6). The spot diagram indicates the imaging characteristics (mm) on the image plane IM, and the field position of each spot indicates the field angle and relative value in the X and Y directions.
 実施例1
 面データ1
i 面種類        面形状
1 絞り(ST)     ----
2 第1反射面(S1)  自由曲面(XY多項式面)
3 第2反射面(S2)  自由曲面(XY多項式面)
4 第3反射面(S3)  自由曲面(XY多項式面)
5 第4反射面(S4)  自由曲面(XY多項式面)
6 像面(IM)
Example 1
Surface data 1
i Surface type Surface shape
1 Aperture (ST) -----
2 First reflective surface (S1) Free curved surface (XY polynomial surface)
3 Second reflecting surface (S2) Free curved surface (XY polynomial surface)
4 Third reflective surface (S3) Free curved surface (XY polynomial surface)
5 4th reflective surface (S4) Free curved surface (XY polynomial surface)
6 Image plane (IM)
 面データ2
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
Surface data 2
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 第2面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
Free-form data for the second surface
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 第3面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
3rd surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 第4面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
4th surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
 第5面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
Fifth surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
 各種データ
x方向画角[度]:±8.5
y方向画角[度]:±6.4
絞り径[mm]:38.6
Fナンバー:1.32
焦点距離[mm]:-52.0
全長[mm]:120.0
高さ[mm]:150.0
センササイズH[mm]:16
センササイズV[mm]:12
センササイズD[mm]:20
Various data x direction angle of view [degree]: ± 8.5
y-direction angle of view [degree]: ± 6.4
Diaphragm diameter [mm]: 38.6
F number: 1.32
Focal length [mm]: -52.0
Total length [mm]: 120.0
Height [mm]: 150.0
Sensor size H [mm]: 16
Sensor size V [mm]: 12
Sensor size D [mm]: 20
 実施例2
 面データ1
i 面種類        面形状
1 絞り(ST)     ----
2 第1反射面(S1)  自由曲面(XY多項式面)
3 第2反射面(S2)  自由曲面(XY多項式面)
4 第3反射面(S3)  自由曲面(XY多項式面)
5 第4反射面(S4)  自由曲面(XY多項式面)
6 像面(IM)
Example 2
Surface data 1
i Surface type Surface shape
1 Aperture (ST) -----
2 First reflective surface (S1) Free curved surface (XY polynomial surface)
3 Second reflecting surface (S2) Free curved surface (XY polynomial surface)
4 Third reflective surface (S3) Free curved surface (XY polynomial surface)
5 4th reflective surface (S4) Free curved surface (XY polynomial surface)
6 Image plane (IM)
 面データ2
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
Surface data 2
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
第2面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
Free-form data for the second surface
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
 第3面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
3rd surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
 第4面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
4th surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009
 第5面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
Fifth surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
 各種データ
x方向画角[度]:±8.5
y方向画角[度]:±6.4
絞り径[mm]:38.8
Fナンバー:1.33
焦点距離[mm]:-52.0
全長[mm]:96.0
高さ[mm]:160.0
センササイズH[mm]:16
センササイズV[mm]:12
センササイズD[mm]:20
Various data x direction angle of view [degree]: ± 8.5
y-direction angle of view [degree]: ± 6.4
Diaphragm diameter [mm]: 38.8
F number: 1.33
Focal length [mm]: -52.0
Total length [mm]: 96.0
Height [mm]: 160.0
Sensor size H [mm]: 16
Sensor size V [mm]: 12
Sensor size D [mm]: 20
 実施例3
 面データ1
i 面種類        面形状
1 絞り(ST)     ----
2 第1反射面(S1)  自由曲面(XY多項式面)
3 第2反射面(S2)  自由曲面(XY多項式面)
4 第3反射面(S3)  自由曲面(XY多項式面)
5 像面(IM)
Example 3
Surface data 1
i Surface type Surface shape
1 Aperture (ST) -----
2 First reflective surface (S1) Free curved surface (XY polynomial surface)
3 Second reflecting surface (S2) Free curved surface (XY polynomial surface)
4 Third reflective surface (S3) Free curved surface (XY polynomial surface)
5 Image plane (IM)
 面データ2
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
Surface data 2
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011
 第2面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
Free-form data for the second surface
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
 第3面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
3rd surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
 第4面の自由曲面データ
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
4th surface free-form surface data
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
 各種データ
x方向画角[度]:±8.5
y方向画角[度]:±6.4
絞り径[mm]:37.6
Fナンバー:1.35
焦点距離[mm]:-52.0
全長[mm]:122.4
高さ[mm]:199.7
センササイズH[mm]:16
センササイズV[mm]:12
センササイズD[mm]:20
Various data x direction angle of view [degree]: ± 8.5
y-direction angle of view [degree]: ± 6.4
Diaphragm diameter [mm]: 37.6
F number: 1.35
Focal length [mm]: -52.0
Total length [mm]: 122.4
Height [mm]: 199.7
Sensor size H [mm]: 16
Sensor size V [mm]: 12
Sensor size D [mm]: 20
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
 OP  撮像光学系
 ST  絞り
 S1~S4  第1~第4反射面
 IS  中間像
 IM  像面(光学像)
 SR  撮像素子
 SS  受光面
 PR  画面中心主光線
 1  信号処理部
 2  制御部
 3  メモリ
 4  操作部
 5  表示部
OP Imaging optical system ST Aperture S1 to S4 First to fourth reflecting surfaces IS Intermediate image IM Image surface (optical image)
SR image sensor SS light-receiving surface PR screen center principal ray 1 signal processing unit 2 control unit 3 memory 4 operation unit 5 display unit

Claims (15)

  1.  パワーを有する光学面として少なくとも3面の反射面を有し、光学系内に中間像を有する結像光学系であって、光路に沿って最も物体側の反射面と最も像側の反射面が共に凹面であり、少なくとも1面の反射面が唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面であり、前記対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面とすると、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする撮像光学系;
    1.1<L/F<3.0 …(1)
     ただし、
    L:yz断面における最も像側の反射面の有効領域幅、
    F:yz断面における最も物体側の反射面の有効領域幅、
    である。
    An imaging optical system having at least three reflecting surfaces as optical surfaces having power and having an intermediate image in the optical system, wherein the most object-side reflecting surface and the most image-side reflecting surface along the optical path Both are concave surfaces, and at least one reflection surface is a non-rotationally symmetric reflection surface having a single symmetry surface. When the symmetry surface is a yz plane in an orthogonal coordinate system (x, y, z), An imaging optical system characterized by satisfying conditional expression (1);
    1.1 <L / F <3.0 (1)
    However,
    L: effective area width of the most image-side reflecting surface in the yz section,
    F: effective area width of the reflecting surface closest to the object in the yz section,
    It is.
  2.  画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像光学系;
    0.3<Ro_y/Ri_y<0.8 …(2)
     ただし、
    Ro_y:yz断面において最も物体側の反射面が画面中心主光線との交点で有するy方向の曲率、
    Ri_y:yz断面において最も像側の反射面が画面中心主光線との交点で有するy方向の曲率、
    である。
    2. The chief ray incident on the center of the effective area of the screen is defined as a screen chief ray, and the chief ray at the center of the screen is present on the yz plane and satisfies the following conditional expression (2). Imaging optical system;
    0.3 <Ro_y / Ri_y <0.8 (2)
    However,
    Ro_y: curvature in the y direction that the most object-side reflecting surface in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
    Ri_y: curvature in the y direction that the most image-side reflecting surface in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
    It is.
  3.  前記非回転対称形状の反射面が、yz断面上の有効領域全体にわたって、x方向のパワーが正であり、y方向の曲率よりもx方向の曲率が大きいことを特徴とする請求項1記載の撮像光学系。 2. The non-rotationally symmetric reflecting surface has a positive power in the x direction and a larger curvature in the x direction than the curvature in the y direction over the entire effective region on the yz section. Imaging optical system.
  4.  前記非回転対称形状の反射面として、以下の条件式(3)を満足するものを少なくとも1面有することを特徴とする請求項1記載の撮像光学系;
    0<|Ry/Rx|<0.8 …(3)
     ただし、
    Rx:yz断面における有効領域中心でのx方向の曲率、
    Ry:yz断面における有効領域中心でのy方向の曲率、
    である。
    The imaging optical system according to claim 1, wherein the non-rotationally symmetric reflecting surface has at least one surface satisfying the following conditional expression (3):
    0 <| Ry / Rx | <0.8 (3)
    However,
    Rx: curvature in the x direction at the center of the effective region in the yz section,
    Ry: curvature in the y direction at the center of the effective region in the yz section,
    It is.
  5.  前記中間像の位置よりも像側の光路上にパワーを有する反射面が2面以上位置し、そのうち、像側から数えて2番目の反射面が前記非回転対称形状の反射面であり、yz断面において、最も像側の反射面の有効領域中心でのy方向のパワーが、像側から数えて2番目の反射面の有効領域中心でのy方向のパワーよりも強いことを特徴とする請求項1記載の撮像光学系。 Two or more reflecting surfaces having power are positioned on the optical path on the image side with respect to the position of the intermediate image, and the second reflecting surface counted from the image side is the non-rotationally symmetric reflecting surface, yz The power in the y direction at the center of the effective area of the reflecting surface closest to the image side in the cross section is stronger than the power in the y direction at the center of the effective area of the second reflecting surface counted from the image side. The imaging optical system according to Item 1.
  6.  前記中間像が反射面との交点を持たないことを特徴とする請求項1記載の撮像光学系。 The imaging optical system according to claim 1, wherein the intermediate image does not have an intersection with the reflecting surface.
  7.  以下の条件式(4A)及び(4B)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像光学系;
    0.4<Dx1/Dx2<0.7 …(4A)
    0.4<Dy1/Dy2<0.8 …(4B)
     ただし、
    Dx1:中間像の物体側に隣り合って位置する反射面のx方向の最大有効領域幅、
    Dx2:中間像の像側に隣り合って位置する反射面のx方向の最大有効領域幅、
    Dy1:中間像の物体側に隣り合って位置する反射面のyz断面上での最大有効領域幅、Dy2:中間像の像側に隣り合って位置する反射面のyz断面上での最大有効領域幅、
    である。
    The imaging optical system according to claim 1, wherein the following conditional expressions (4A) and (4B) are satisfied:
    0.4 <Dx1 / Dx2 <0.7 (4A)
    0.4 <Dy1 / Dy2 <0.8 (4B)
    However,
    Dx1: the maximum effective area width in the x direction of the reflecting surface located adjacent to the object side of the intermediate image,
    Dx2: the maximum effective area width in the x direction of the reflecting surface located adjacent to the image side of the intermediate image,
    Dy1: Maximum effective area width on the yz section of the reflecting surface located adjacent to the object side of the intermediate image, Dy2: Maximum effective area on the yz section of the reflecting surface located adjacent to the image side of the intermediate image width,
    It is.
  8.  yz断面において、物体側から数えて2番目の反射面で反射された光線が、前記最も物体側の反射面に物体側から入射する光線に対して接近する方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項1記載の撮像光学系。 In the yz section, the light beam reflected by the second reflecting surface counted from the object side is bent in a direction approaching the light beam incident from the object side to the reflecting surface closest to the object side. The imaging optical system according to claim 1.
  9.  光学系内に中間像を有し、その中間像の位置よりも物体側に、唯一の対称面を有する非回転対称形状の反射面を2面以上有し、前記対称面を直交座標系(x,y,z)におけるyz平面とし、画面の有効領域中心に入射する主光線を画面中心主光線とすると、その画面中心主光線がyz平面上に存在し、以下の条件式(5)を満足することを特徴とする撮像光学系;
    0.3<Ro_x/Ro2_x<0.8 …(5)
     ただし、
    Ro_x:yz断面において最も物体側の反射面が画面中心主光線との交点で有するx方向の曲率、
    Ro2_x:yz断面において物体側から2番目の反射面が画面中心主光線との交点で有するx方向の曲率、
    である。
    There is an intermediate image in the optical system, and there are two or more non-rotationally symmetric reflecting surfaces having a single symmetric surface closer to the object side than the position of the intermediate image, and the symmetric surface is an orthogonal coordinate system (x , Y, z), and the principal ray incident on the center of the effective area of the screen is the screen center principal ray, the screen center principal ray exists on the yz plane and satisfies the following conditional expression (5): An imaging optical system characterized by:
    0.3 <Ro_x / Ro2_x <0.8 (5)
    However,
    Ro_x: curvature in the x direction that the reflecting surface closest to the object side in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
    Ro2_x: curvature in the x direction that the second reflecting surface from the object side in the yz section has at the intersection with the screen center principal ray,
    It is.
  10.  パワーを有する光学面として反射面のみを有することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の撮像光学系。 10. The imaging optical system according to claim 1, wherein the optical surface having power has only a reflecting surface.
  11.  パワーを有する光学面として4面の反射面のみを有し、物体側から2番目の反射面から3番目の反射面までの光路中に中間像が位置することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の撮像光学系。 10. The optical surface having power includes only four reflecting surfaces, and an intermediate image is located in an optical path from the second reflecting surface to the third reflecting surface from the object side. The imaging optical system according to any one of the above.
  12.  請求項1~9のいずれか1項に記載の撮像光学系と、受光面上に形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、を備え、前記撮像素子の受光面上に被写体の光学像が形成されるように前記撮像光学系が設けられていることを特徴とする撮像光学装置。 An image pickup optical system according to any one of claims 1 to 9 and an image pickup device that converts an optical image formed on the light receiving surface into an electrical signal, the light receiving surface of the image pickup device being provided on the light receiving surface. An imaging optical apparatus, wherein the imaging optical system is provided so that an optical image of a subject is formed.
  13.  前記撮像光学系が赤外線で被写体の光学像を形成することを特徴とする請求項12記載の撮像光学装置。 13. The imaging optical apparatus according to claim 12, wherein the imaging optical system forms an optical image of a subject with infrared rays.
  14.  前記赤外線の波長領域が5μm~11μmであることを特徴とする請求項13記載の撮像光学装置。 14. The imaging optical apparatus according to claim 13, wherein the infrared wavelength region is 5 μm to 11 μm.
  15.  請求項12記載の撮像光学装置を備えることにより、被写体の静止画撮影,動画撮影のうちの少なくとも一方の機能が付加されたことを特徴とするデジタル機器。 13. A digital apparatus comprising the imaging optical device according to claim 12 to which at least one function of still image shooting and moving image shooting of a subject is added.
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