(57)【要約】【課題】迷光の抑制された画像を撮像可能な撮像装置を提供する。【解決手段】本発明に係る撮像装置は、撮像素子と、物体の光を撮像素子上に結像させる撮像光学系を備える撮像装置において、撮像光学系は、軸上主光線に対して互いに偏心して配設された少なくとも第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーにより構成され、少なくとも１枚のミラーは、他のミラーの傾いている面と異なる面に傾いて配設されることを特徴とする。【選択図】図１
2014170184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、物体の光を前記撮像素子上に結像させる撮像光学系を備える撮像装置において、
前記撮像光学系は、軸上主光線に対して互いに偏心して配設された少なくとも第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーにより構成され、少なくとも１枚の前記ミラーは、他の前記ミラーの傾いている面と異なる面に傾いて配設されることを特徴とする
撮像装置。
【請求項２】
物体の中心を原点として軸上主光線に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、前記Ｚ軸と前記第１ミラー中心を含む平面をＹＺ平面とし、原点を通り前記ＹＺ平面に直交する方向をＸ軸正方向とし、前記Ｘ軸、前記Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とし、
前記第１ミラー、前記第２ミラー、前記第３ミラーのうち、前記第１ミラーが少なくともＸＺ面内で偏心した場合、前記第２ミラー、前記第３ミラーのうち少なくとも１つの偏心方向はＹＺ面内に偏心していることを特徴とする
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１ミラー、前記第２ミラー、前記第３ミラーのうち、少なくとも２枚のミラー形状が、非回転対称な曲面を有することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
物体の中心を原点として軸上主光線に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、前記Ｚ軸と前記第１ミラー中心を含む平面をＹＺ平面とし、原点を通り前記ＹＺ平面に直交する方向をＸ軸正方向とし、前記Ｘ軸、前記Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とし、
前記第１ミラーの少なくとも１つの偏心面をＸＺ面とし、前記第１ミラーに入射する軸上主光線と像面である撮像素子に入射する軸上主光線のなすＹＺ面内の角度をＣＩＡとするとき、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置。
４０゜  ≦  ＣＩＡ  ≦  １５０゜              ・・・（１）
【請求項５】
物体の中心を原点として軸上主光線に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、前記Ｚ軸と前記第１ミラー中心を含む平面をＹＺ平面とし、原点を通り前記ＹＺ平面に直交する方向をＸ軸正方向とし、前記Ｘ軸、前記Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とし、
前記第２ミラーと、前記第３ミラーは同一面内における偏心量を有し、前記第２ミラーと前記第３ミラーのＹＺ面内でのなす角をＡＢＭとするとき、以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の撮像装置。
２０゜  ≦  ＡＢＭ  ≦  ７０゜                ・・・（２）
【請求項６】
前記第２ミラーと前記第３ミラーは正のパワーを有することを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１ミラーから前記第３ミラーのうち、少なくとも１枚の前記ミラーは、対称軸を有しない自由曲面であることを特徴とする
請求項１から請求項６の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第２ミラーと前記第３ミラーは、両者の裏面にて一体化されていることを特徴とする
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１ミラーは回動運動可能とすることを特徴とする
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
物体の光を撮像素子上に結像させる撮像光学系において、
軸上主光線に対して互いに偏心して配設された少なくとも第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーにより構成され、少なくとも１枚の前記ミラーは、他の前記ミラーの傾いている面と異なる面に傾いて配設されることを特徴とする
撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に物体像を撮影する撮像装置及びそれに使用する撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子と、物体の光を撮像素子上に結像させる光学系で構成された撮像装置において、複数枚のミラーによって構成されているものが知られている。
【０００３】
特許文献１から特許文献４には、観察像を表示する２次元画像表示素子と、２次元画像表示素子の実像を空中に投影するリレー光学系と、その実像を空中に拡大投影すると共に光軸を反射屈曲させる接眼鏡とを具備した視覚表示装置が開示されている。
【０００４】
特許文献５には、３面のミラーによって、中間像を形成せず直接撮像素子に結像するタイプの反射型の撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第００／４８０３３号
【特許文献２】特開２００８−５２２８７号公報
【特許文献３】国際公開第２００２／０８４３６４号
【特許文献４】特開昭６２−１６４０１０号公報
【特許文献５】特開２０１１−１２３５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１から特許文献４に開示される光学系では、偏心したパワーを有する反射面を複数面用いて撮像光学系を構成し、光学系内で中間像を形成し、その中間像をリレーして撮像面に像を形成する構成をとっている。中間像を形成してその像をリレーする場合には、通常レンズ枚数を多く使い、できるだけ収差を補正するのだが、リレー光学系として少ないミラーにより構成される場合には、高い解像を得ることが難しい。さらに、このような強い正のパワーを持つミラーのみで構成される場合には、ペッツバール和が補正されず、大きいままのため、大きな像面湾曲が生じる。
【０００７】
特許文献５に開示される撮像装置の光学系では、Fナンバを小さい明るい光学系にする
と、ゴースト、フレアに対して弱い光学系となってしまう。
【０００８】
本発明の課題は、小型軽量、低コストが可能であり、かつ広い波長範囲の電磁波に対応できる撮像装置に関するものであって、その撮像光学系に偏心光学系を用いることで、ゴーストやフレアなどの迷光が抑制された撮像装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は、
撮像素子と、物体の光を前記撮像素子上に結像させる撮像光学系を備える撮像装置において、
前記撮像光学系は、軸上主光線に対して互いに偏心して配設された少なくとも第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーにより構成され、少なくとも１枚の前記ミラーは、他の前記ミラーの傾いている面と異なる面に傾いて配設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撮像装置、撮像光学系によれば、少なくとも３枚の反射ミラーを２つの異なる面内で偏心させることにより、ゴースト、フレアなどの迷光を抑制し、撮像画像の品質向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像装置の光路図（斜視図）
【図２】本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像装置の光路図（斜視図）
【図３】本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像装置における偏心方向を示す模式図
【図４】全ての光学面を同一面内で偏心させた撮像装置の光路図（斜視図）
【図５】本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像装置の光路図（斜視図）
【図６】本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像光学系のスポットダイアグラム
【図７】本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像光学系のディストーションマップ
【図８】本発明の実施形態（実施例２）に係る撮像装置の光路図（斜視図）
【図９】本発明の実施形態（実施例２）に係る撮像装置の光路図（ＸＹ断面図）
【図１０】本発明の実施形態（実施例２）に係る撮像装置の光路図（ＹＺ断面図）
【図１１】本発明の実施形態（実施例２）に係る撮像装置の光路図（ＸＺ断面図）
【図１２】本発明の実施形態（実施例１）に係るユニット化された撮像装置を示す図
【図１３】本発明の実施形態（実施例１）に係る可動構成を有する撮像装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には、実施例１の撮像装置１の光路図（斜視図）が、図２には、図１とは異なる方向から眺めた撮像装置１の光路図（斜視図）が示されている。また、図３には、実施例１の構成する各光学要素のＸ、Ｙ軸を示し、軸上主光線に沿って各光学要素の偏心方向がわかりやすいように描画した模式図が示されている。以下に、図１〜図３を参照して本発明の撮像光学系２、撮像装置１を説明する。
【００１３】
本発明に係る撮像装置は、その基本構成として以下の構成を採用するものである。
撮像素子５と、物体の光を撮像素子５上に結像させる撮像光学系２を備える撮像装置１において、撮像光学系２は、軸上主光線に対して互いに偏心して配設された少なくとも第１ミラー２１、第２ミラー２２、第３ミラー２３により構成され、少なくとも１枚のミラーは、他のミラーの傾いている面と異なる面に傾いて配設されることを特徴とする。
【００１４】
このような構成の撮像光学系２では、３枚の反射ミラー２１、２２、２３だけの光学作用により撮像素子５の撮像面上に結像するため、光は空気以外の媒質中を通過しない。したがって、この撮像光学系２では色収差が発生することはない。
【００１５】
したがって、少なくとも３枚の反射ミラーの反射率がある帯域の光を含む電磁波は全て結像することが可能となる。例えば、表面反射ミラーとして、ガラスに金をコーティングした表面反射ミラーとした場合には、波長が約４００ｎｍより長い波長側に高い反射率を有するため、可視光に限らず、赤外光、テラヘルツ波、マイクロ波等の電波領域の電磁波まで結像することが可能である。
【００１６】
本発明の撮像光学系は、図１に示すように、光が入射する側から順に、第１ミラー２１（第１面）、開口絞り２４、第２ミラー２２（第２面）、第３ミラー２３（第３面）、撮像素子５で構成される。物体から発せられた光束のうち、第１ミラー２１中心を反射し、開口絞り２４の中心に垂直に入射し、撮像面５２の中心に至る光を軸上主光線とし、その軸上主光線が第１ミラー２１から入射して撮像素子５に結像するまでの光路を説明する。
【００１７】
ここで、座標系の定義について述べる。本発明の光学系において、座標系（グローバル座標系）は、物体中心から第１ミラー２１に向かう方向軸上主光線を正とするＺ軸とし、＋Ｙ軸は紙面上方向であり、＋Ｘ軸、＋Ｙ軸と合わせて右手座標系を形成する。
物体から第１ミラー２１までの軸上主光線（Ｚ軸）を含み、軸上主光線に垂直な面をＹＺ面とする。Ｚ軸を含むとともに、ＹＺ面に垂直な面がＸＺ面となる。
【００１８】
各面の座標系（ローカル座標系）は各面で偏心（ティルト、シフト）する際に、前の定義面を基準に新しい面の参照座標系が設定される。後述する実施例におけるローカル座標系は、図３に示すように、各面で定義された個別の座標系によって定義されている。
【００１９】
第１ミラー２１は、物体面に対してＸＺ面内において略４０度チルトして配設されており、物体からの光は第１ミラー２１によって紙面左側に反射される。第１ミラー２１で偏心したローカル座標系は、その後の軸上主光線をＺ軸とし、＋Ｘ軸は向きを紙面右側にし、その後継続される。第１ミラー２１の左側に配設された開口絞り２４を通過し、開口絞り２４の左方に配設された第２ミラー２２に入射される。第２ミラー２２は軸上主光線に対して偏心して配置されており、さらに、第２ミラー２２はＹＺ面内においてチルトしている。入射光は第２ミラー２２によって反射され、第３ミラー２３に入射する。第３ミラー２３は、第２ミラー２２と同様にＹＺ面内においてチルトしており、第３ミラー２３で反射した光は、撮像素子５上に結像する。撮像素子５は、ＹＺ面内において偏心している。
【００２０】
赤外線などの長波長の光線を用いる場合には、光線が微弱であっても検出できるように、撮像光学系２の明るさはできるだけ明るいことが望ましい。したがって、開口絞り２４（入射瞳径）は大きいことになる。大きな入射瞳にすると、当然不要光である迷光が入射する確率は高くなる。
【００２１】
本発明では、上述した光学素子配置を有する撮像光学系２とすることで、物体光が撮像装置１に入射する光に対して、撮像面５２は別の面内において約９０度傾いて配備されることになる。したがって、撮像装置１の開口絞り２４から入射する正規光以外のゴースト、フレアとなる迷光に対して強い構成の撮像光学系２となる。以下にその理由を説明する。
【００２２】
図４には、比較のために、図１の第１ミラー２１がＹＺ面内でチルトとした場合、つまり、すべての光学エレメントがＹＺ面内の偏心の場合の光路図が示されている。図中には、撮像光学系２に入射する物体光が通過する基準窓２０（仮想面）が示されている。
【００２３】
この場合、物体面に対して、撮像面５２は対向して配設されるため、正規光以外の光が第１ミラー２１、第２ミラー２２、第３ミラー２３で反射せず、直接開口絞り２４を通過して撮像面５２に到達する光が存在する。図には矢印Ａにて、この光の方向（開口絞り２４による迷光侵入容易方向）が示されている。実際にはこの矢印Ａ以外にも多くの迷光が存在する。この迷光を遮断するためには、第１ミラー２１の前方に大きな円錐形の遮光部材を配設する必要がある。
【００２４】
図５は、本発明の実施形態（実施例１）に係る撮像装置の光路図（斜視図）を示した図である。本発明の形態では、図５には、図４で示した開口絞り２４による迷光侵入容易方向が矢印Ａにて同様に示されている。図５から明らかなように、矢印Ａで示した迷光は開口絞り２４は通過するものの、撮像素子５２面には到達することがない。矢印Ａの光線より入射角を大きくすることで、迷光が撮像面５２に到達する可能性はあるものの、第１ミラー２１の保持部材、または、小さい遮光部材を第１ミラー２１の前方に設けることによ
り、撮像素子５に迷光が到達することを回避でき、安定した鮮明な画像を撮影することが可能となる。
【００２５】
このような撮像光学系２において、第１ミラー２１、第２ミラー２２、第３ミラー２３のうち、第１ミラー２１が少なくともＸＺ面内で偏心した場合、第２ミラー、第３ミラーのうち少なくとも１つのミラーの偏心方向はＹＺ面内に偏心していることが好ましい。
【００２６】
３つのミラーのうち１つのミラーがＸＺ面内で偏心（チルト）している場合に、他の２つのミラーのうち、少なくとも１つの面がＸＺに直交した面であるＹＺ面内の偏心（チルト）をすることによって、入射光に対して撮像素子の面は傾いて配備されることになる。ゴースト、フレアの原因となる迷光は、正規光とは異なるが、正規光が入射する開口側から入射するため、できるだけその光に対して撮像面５２が傾いていることがゴースト、フレアに対して強い構成となる。
【００２７】
さらに、このような撮像光学系２において、３枚の表面反射ミラーである第１ミラー５１、第２ミラー５２、第３ミラー５４のうち、少なくとも２枚のミラー形状が、非回転対称な曲面を有することが好ましい。
【００２８】
３枚の表面反射ミラーである第１ミラー５１、第２ミラー５２、第３ミラー５３のうち、少なくとも２枚のミラー形状が、非回転対称な曲面を有することがすべての反射ミラーが軸上主光線に対して偏心していることで発生する偏心収差を補正するために有効に作用する。
【００２９】
偏心収差は、共軸光学系で発生するザイデル収差とは異なる複雑な収差である。このような光軸に対して非対称な収差を補正するためには、球面などの回転軸を持つ面では収差補正を行うのは困難である。さらに、１枚のミラーによる収差補正効果は小さく、１つのミラーで発生するザイデル収差及び偏心収差をもう一つのミラーとの組み合わせにより、それらの収差補正を行うことが望ましい。つまり、少なくとも２枚の反射ミラーの形状を非回転対称な曲面とすることが収差補正上好ましいことになる。
【００３０】
さらに、このような撮像光学系２において、第１ミラー２１の少なくとも１つの偏心面をＸＺ面とし、第１ミラー２１に入射する軸上主光線と像面である撮像素子５に入射する軸上主光線のなすＹＺ面内の角度をＣＩＡ（Chief rays incident and arrival angle）
とするとき、以下の条件式（１）を満たすことが好ましい。
４０゜  ≦  ＣＩＡ  ≦  １５０゜              ・・・（１）
【００３１】
光学系の第１ミラー２１に入射する軸上主光線と撮像素子５に入射する軸上主光線の向きを制限するものであり、不要光を制限するために重要な条件である。下限４０を超えて小さくなると、第１ミラー２１に入射する光線が開口絞り２４と干渉するのを避けるために、第１ミラー２１から開口絞り２４までの距離を長く取る必要があり、装置が大型化する。上限１５０を超えて大きくなると、第１ミラー２１における反射角が大きくなり、第１ミラー２１が大面積になり、結局装置自体が大型化する。
【００３２】
さらに、このような撮像光学系２において、第２ミラー２２と、第３ミラー２３は同一面内における偏心量を有し、第２ミラー２２と第３ミラー２３のＹＺ面内でのなす角をＡＢＭ（Angle between A and B Mirror）とするとき、以下の条件式（２）を満たすことが好ましい。
２０゜  ≦  ＡＢＭ  ≦  ７０゜                ・・・（２）
【００３３】
この条件式（２）は、撮像光学系２の第１ミラー２１に対する撮像素子５の向きを制限
するものであり、不要光を制限するために重要な条件である。下限２０を超えて小さくなると、第１ミラー２１に入射する光線が開口絞りと干渉するのを避けるために、第１ミラー２１から開口絞り２４までの距離を長く取る必要があり、装置が大型化する。上限７０を超えて大きくなると、第１ミラー２１における反射角が大きくなり、第１ミラー２１が大面積になり、やはり装置自体が大型化してしまう。
【００３４】
さらに、このような撮像光学系２において、第２ミラー２２と第３ミラー２３は正のパワーを有することが好ましい。
【００３５】
第２ミラー２２と第３ミラー２３は正のパワーを有することで、撮像光学系全系のパワーを分散させることになり、各面で発生する光線収差を低減させることが可能となる。
【００３６】
さらに、このような撮像光学系２において、第１ミラー２１から第３ミラー２３のうち、少なくとも１枚のミラーは、対称軸を有しない自由曲面であることが好ましい。
【００３７】
第１ミラー２１から第３ミラー２３のうち、少なくとも１枚のミラーは、対称軸を有しない自由曲面であることで、２つの反射面内で偏心されたミラー面で発生する偏心収差を低減させることが可能となる。
【００３８】
さらに、このような撮像光学系２において、第１ミラー２１、第２ミラー２２、第３ミラー２３のいずれか１つの媒質はプラスチックであることが好ましい。
【００３９】
光学素子がプラスチックで作られていると、金型による射出成形で製造することが可能であり、製造コストが安価にすることができる。
【００４０】
さらに、このような撮像光学系２において、第１ミラー２１、第２ミラー２２、第３ミラー２３のいずれか１つの媒質はガラスであることが好ましい。
【００４１】
光学素子がガラスで作られていると、金型による射出成形で製造することが可能であり、製造コストが安価にすることができる。さらに、温度等の耐性にすぐれた性能を有することとなる。
【００４２】
さらに、このような撮像光学系２において、少なくとも２枚のミラーの反射面は金属をコーティングされていることが好ましい。
【００４３】
金属は広い波長範囲で高い反射率を有するため、広帯域の光、電磁波を用いる場合に有効である。特に、金は、波長４００ｎｍ以上の可視光、赤外光などの長波長の光、電磁波に対して高い反射率を有するため有効である。
【００４４】
さらに、このような撮像光学系２において、少なくとも２枚のミラーの反射面は誘電体多層膜をコーティングされていることが好ましい。
【００４５】
誘電体多層膜は誘電体薄膜を積層することで、任意の波長帯で高い反射率を有することができるため、所望の帯域で撮像を行う場合に有効である。特に、狭帯域での検出、撮影で有効である。
【００４６】
図８は、本発明の実施形態（実施例２）に係る撮像装置１の斜視図を示す。また、図９には実施例２のＸＹ断面図が、図１０には実施例２のＹＺ断面図が、図１１には実施例２のＸＺ断面図が示されている。
【００４７】
図８から図１１の各図においては、実施例１と同様、第１ミラー２１の斜め上方から入射して、開口絞り２４を通過して撮像面に到達する光（迷光）を矢印Ａで示した。この光線よりも前方（物体側）からの光線は撮像素子５に到達しない。一方、この光線より後方からは、第１ミラー２１にて遮断される。このような迷光は、図示しない、第１ミラー２１の保持部材、または、第１ミラー２１の開口近傍に小さい開口制限を設けることなどで、容易に抑制することが可能である。
【００４８】
以下、本発明の光学装置の実施例１、実施例２について数値実施例を説明する。なお、各実施例の構成パラメータは後に示す。
【００４９】
まず、以下の実施例の説明で用いる座標系及び偏心面、自由曲面について説明する。各実施例において、図１に示すように、軸上主光線は物体（被写体）中心を出て、開口絞り２４の中心を通り、撮像面５２の中心に到る光線で定義する。そして、物体の中心を原点として、軸上主光線１に沿って進む方向を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。
【００５０】
実施例１では、この第１ミラー２１はＸＺ平面内での偏心、第２ミラー２２と第３ミラー２３はＹＺ平面内で各面の偏心を行っており、また、第１ミラー２１の回転非対称自由曲面の対称面は存在しない。
【００５１】
実施例２では、第１ミラー２１はＸＺ平面内での偏心、第２ミラー２２と第３ミラー２３はＹＺ平面内で各面の偏心を行っており、また、第１ミラー２１には平面ミラーを採用している。そして、実施例２の撮像素子５にはカバーガラス５１を有しておらず、撮像面５２と等価な存在となっている。
【００５２】
偏心面については、光学系の原点の中心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）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。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。
【００５３】
なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００５４】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系（平面反射プリズムを含む）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。
【００５５】
また、本発明で用いる自由曲面とは、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。
Ｚ＝（ｒ2 ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）2 ｝］
66
＋Σ  Ｃj Ｘm Ｙn
j=1 
・・・（ａ）
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。
球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
自由曲面項は、（ｂ）式にて与えられる。
66
Σ  Ｃj Ｘm Ｙn
j=1 
＝Ｃ1
＋Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4
＋Ｃ21Ｙ5
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7
・・・（ｂ）
ただし、Ｃj （ｊは１以上の整数）は係数である。なお、記号“Ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０ｅ−００５」は「１．０×１０-5」を意味している。
【００５６】
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、対称面を有しない自由曲面を用いることでＸ−Ｚ面内、及びＹ−Ｚ面内の偏心により発生する回転非対称な収差を補正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。
【００５７】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、波長１００００ｎｍに対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。以下に各実施例１、２の数値実施例を示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面を示す。
【００５８】
（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（基準窓）   ∞            20.00
2          FFS[1]        -6.00      偏心(1)
3          ∞（絞り面）
4          FFS[2]                   偏心(2)
5          FFS[3]                   偏心(3)
6          ∞            1.00       偏心(4)    4.0032      589.7
7          ∞            0.95
像  面        ∞
FFS[1]
Ｃ4    5.7942e-004    Ｃ5    1.0670e-004    Ｃ6   -5.7144e-004
Ｃ7    2.4021e-006    Ｃ8   -2.9151e-005    Ｃ9   -1.0663e-005
Ｃ10  -9.1302e-005    Ｃ11   3.1722e-007    Ｃ12  -1.4372e-006
Ｃ13   9.9362e-006    Ｃ14  -5.8075e-006    Ｃ15   2.8638e-006
Ｃ16  -8.5693e-008    Ｃ17  -2.7316e-008    Ｃ18  -7.3465e-008
Ｃ19  -1.9978e-006    Ｃ20   1.7927e-006    Ｃ21  -7.9892e-007
Ｃ22  -4.1066e-009    Ｃ23  -2.1757e-008    Ｃ24  -9.9362e-008
Ｃ25  -1.0795e-007    Ｃ26  -6.5936e-008    Ｃ27  -2.4768e-008
Ｃ28   1.8182e-007
FFS[2]
Ｃ4    9.1272e-003    Ｃ6    4.4154e-003    Ｃ8   -7.3149e-005
Ｃ10  -1.5874e-004    Ｃ11  -2.3778e-006    Ｃ13   2.3713e-005
Ｃ15  -8.5585e-006    Ｃ17   7.6788e-007    Ｃ19   1.2289e-006
Ｃ21  -1.4704e-006    Ｃ22  -4.2931e-008    Ｃ24   2.2376e-007
Ｃ26  -5.8736e-007    Ｃ28   1.2653e-007
FFS[3]
Ｃ4   -8.2279e-003    Ｃ6   -1.0869e-002    Ｃ8    5.9966e-005
Ｃ10  -2.7744e-005    Ｃ11  -5.7892e-006    Ｃ13   1.6443e-005
Ｃ15  -6.0383e-006    Ｃ17   1.6068e-006    Ｃ19   2.1518e-007
Ｃ21  -7.2600e-007    Ｃ22  -9.7761e-008    Ｃ24   1.5639e-007
Ｃ26  -1.8166e-007    Ｃ28  -1.6006e-007
偏心[1]
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β   42.19  γ    0.00
偏心[2]
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.62  Ｚ  -11.73
α   24.20  β    0.00  γ    0.00
偏心[3]
Ｘ    0.00  Ｙ    6.11  Ｚ   -6.36
α   71.14  β    0.00  γ    0.00
偏心[4]
Ｘ    0.00  Ｙ   -6.88  Ｚ   -5.48
α  -79.00  β    0.00  γ    0.00
【００５９】
（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（基準窓）   ∞            20.00
2          ∞            -6.00       偏心(1)
3          ∞（絞り面）  -1.15
4          FFS[1]                    偏心(2)
5          FFS[2]                    偏心(3)
像  面        ∞                        偏心(4)
FFS[1]
Ｃ4    8.3002e-003    Ｃ6    6.0662e-003    Ｃ8    7.4983e-005
Ｃ10   8.2154e-005    Ｃ11  -3.9537e-006    Ｃ13  -3.6753e-005
Ｃ15   4.6972e-005    Ｃ17   8.8881e-007    Ｃ19  -1.7430e-005
Ｃ21   4.2344e-006    Ｃ22   1.2848e-007    Ｃ24  -5.0967e-007
Ｃ26  -8.0575e-007    Ｃ28   1.4283e-008
FFS[2]
Ｃ4   -1.0880e-002    Ｃ6   -1.0106e-002    Ｃ8   -1.3367e-004
Ｃ10   1.0661e-004    Ｃ11  -1.4338e-005    Ｃ13   8.8333e-005
Ｃ15  -4.9137e-005    Ｃ17   4.8292e-006    Ｃ19  -6.7529e-007
Ｃ21   5.9423e-006    Ｃ22  -4.5427e-008    Ｃ24  -4.8516e-007
Ｃ26  -1.0785e-006    Ｃ28  -6.2389e-008
偏心[1]
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α    0.00  β   45.00  γ    0.00
偏心[2]
Ｘ    0.00  Ｙ    1.92  Ｚ  -11.66
α   21.97  β    0.00  γ    0.00
偏心[3]
Ｘ    0.00  Ｙ    5.42  Ｚ   -3.21
α   65.97  β    0.00  γ    0.00
偏心[4]
Ｘ    0.00  Ｙ   -6.13  Ｚ   -5.12
α  -98.04  β    0.00  γ    0.00
【００６０】
図６は、実施例１の撮像光学系２のスポットダイアグラムが、図７は、実施例１の撮像光学系２のディストーションマップを示したものである。光学系の明るさであるＦナンバは２．９、画角は水平２６度、垂直１９．６度である。全画角においてスポットダイアグラムのＲＭＳは最小１６．６μｍ、最大は１０８μｍ。ディストーションは最大−３．２％であり、高い補正効果を示している。
【００６１】
以上、実施例１、実施例２について本発明に係る撮像装置、撮像光学系を説明したが、本発明の撮像装置、撮像光学系によれば、ゴーストやフレアなどの迷光が抑制された、品質の高い画像を撮像することが可能となる。
【００６２】
なお、本発明の撮像装置、撮像光学系には、以下の構成を採用することも可能である。撮像装置１、撮像光学系において、第２ミラー２２と第３ミラー２３の２つの光学素子を、両者の裏面にて一体化した光学素子とすることが好ましい。
【００６３】
図１２は、実施例１の偏心光学系である第２ミラー２２と第３ミラー２３の外側をプラスチックまたはガラス等の媒質で満たし、２枚のミラーを一体化した光学素子とした場合の形態である。このように、２個のミラーを１個の光学素子とすることで、大きなメリットが生じる。
【００６４】
第１に、第２ミラー２２、第３ミラー２３が１つの素子になるため、２つのミラー２２、２３の相対的な位置があらかじめ決まっている。そのため、光学素子の相互の位置関係
を考慮した組立、調整を行う必要が無く、その工程をカットすることができるため、工数の削減、コスト削減になる。
【００６５】
第２に、1つの光学素子として、金型を製作し、成形による製造が可能である。これに
より、大量生産にも対応でき、かつ安定した品質を実現できる。
【００６６】
さらに、本発明の撮像装置、撮像光学系において、第１ミラー２１は回動運動可能とすることとしてもよい。
【００６７】
第１ミラー２１にＭＥＭＳ（Micro electro mechanical systems）ミラー、ガルバノミラー等の可動ミラーを用いることで、撮像する方向を選択することが可能となる。可動ミラーの回転に伴って連続して撮像することで、実質的な撮像画角が広がることになる。この場合、第１ミラー２１は平面であることが望ましい。ミラーが回動運動することによって、入射角及び反射位置が変動するため、パワーを有する面とした場合には、全ての場合に良好な結像性能を維持することが困難になる恐れがある。
【００６８】
図１３は、実施例１の撮像光学系２において、開口絞り２４の物体側に配置される第１ミラー２１を可動ミラーとした形態である。図には、第１ミラー２１をＹＺ面内において±１０度回動（光線は−１０度の場合）した場合の光路図を示している。このような構成によれば、取り込むことができる画角Ｗは、偏向角をα度、偏心光学系の画角をω度とすると、Ｗ＝２α＋ω度となる。したがって、実施例１の場合には、ＹＺ面内における回動のため、Ｙ方向の画角ω＝１９．８度なので、Ｗ＝５９．８度となる。このように、可動ミラーの偏向角の大きさに偏心光学系の画角よりも大きな画角で撮像することが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１…撮像装置
２…撮像光学系
２１…第１面
２２…第２面
２３…第３面
２４…開口絞り
５…撮像素子
５１…カバーガラス
５２…撮像面
【図１】
2014170184.tif 000003
【図２】
2014170184.tif 000004
【図３】
2014170184.tif 000005
【図４】
2014170184.tif 000006
【図５】
2014170184.tif 000007
【図６】
2014170184.tif 000008
【図７】
2014170184.tif 000009
【図８】
2014170184.tif 000010
【図９】
2014170184.tif 000011
【図１０】
2014170184.tif 000012
【図１１】
2014170184.tif 000013
【図１２】
2014170184.tif 000014
【図１３】
2014170184.tif 000015