(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像装置のコンパクト化を図るとともに、製造時におけるコスト削減、工程の簡略化を図る。【解決手段】撮像装置は、１つの媒質で形成された基材上に配備された第１ミラー２１と第２ミラー２２を備えた結像光学系２を備え、第１ミラー、第２ミラーは、非回転対称な非球面形状を有する表面反射ミラーであるとともに、軸上主光線に対して互いに偏心して配備され、結像光学系の開口絞り２４から入射した光線は、第１ミラーと第２ミラーで反射され、撮像素子１上に結像されるまでに１回交差する光路を形成する。【選択図】図１
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【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結像光学系を有する撮像装置であって、
前記結像光学系は、１つの媒質で形成された基材上に配備された第１ミラーと第２ミラーを備え、
前記第１ミラー、前記第２ミラーは、非回転対称な非球面形状を有する表面反射ミラーであるとともに、軸上主光線に対して互いに偏心して配備され、
前記結像光学系の開口絞りから入射した光線は、前記第１ミラーと前記第２ミラーで反射され、前記撮像素子上に結像されるまでに１回交差する光路を形成することを特徴とする
撮像装置。
【請求項２】
下記条件式（１）を満足することを特徴とする
請求項１に記載の撮像装置。
４０  ≦  ＥＰＡ［度］  ≦  １４０    ・・・（１）
ただし、
ＥＰＡは、前記結像光学系の開口絞りと前記撮像素子のなす角度である。
【請求項３】
下記条件式（２）を満足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。
２０  ≦  ＭＮＫ［度］  ≦  ７０    ・・・（２）
ただし、
ＭＮＫは、前記第１ミラーの反射面と前記第２ミラーの反射面のなす角である。
【請求項４】
前記基材を形成する媒質は、プラスチックであることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記基材を形成する媒質は、ガラスであることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１ミラー、前記第２ミラーは、前記基材に金属をコーティングすることで配備されてい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、前記第２ミラーは、前記基材に誘電体多層膜をコーティングすることで配備されてい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８】
前記結像光学系の開口絞りに対して前記結像光学系の反対側に配備された折り返しミラーを有し、
下記条件式（３）を満足す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。
２５  ≦  ＦＭＡ［度］  ≦  ７５    ・・・（３）
ただし、
ＦＭＡは、前記折り返しミラーと前記開口絞りのなす角度であって、前記折り返しミラーから前記開口絞り面に向かう反時計回りを正とする。
【請求項９】
下記条件式（４）を満足することを特徴とする
請求項８に記載の撮像装置。
４０  ≦  ＡＯＺ［度］  ≦  １５０    ・・・（４）
ただし、
ＡＯＺは、前記結像光学系の入射光軸と前記撮像素子のなす角度であって、前記入射光軸から前記撮像素子に向かう反時計回りを正とする。
【請求項１０】
前記折り返しミラーは、正のパワーを有することを特徴とする
請求項８または請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記折り返しミラーは、非回転対称の非球面形状であることを特徴とする
請求項８から請求項１０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記折り返しミラーは、回動可能とすることを特徴とする
請求項８から請求項１１の何れか１項に記載の撮像装置。
【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、物体の光を前記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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第００／４８０３３号パンフレット
【特許文献２】特開２００８−５２２８７号公報
【特許文献３】国際公開第２００２／８４３６４号パンフレット
【特許文献４】特開昭６２−１６４０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、この撮像装置を用いることによって、小型軽量、低コストが可能な広い範囲の電磁波に対応できる撮像装置に関する。さらに、結像光学系に偏心光学系を用いることで、非常に少ない枚数の光学素子で構成された撮像装置を提供するところにある。
【０００５】
特許文献１から特許文献４では、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であるが、これらの光学系では、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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため、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結像光学系を有する撮像装置であって、
前記結像光学系は、１つの媒質で形成された基材上に配備された第１ミラーと第２ミラーを備え、
前記第１ミラー、前記第２ミラーは、非回転対称な非球面形状を有する表面反射ミラーであるとともに、軸上主光線に対して互いに偏心して配備され、
前記結像光学系の開口絞りから入射した光線は、前記第１ミラーと前記第２ミラーで反射され、前記撮像素子上に結像されるまでに１回交差する光路を形成することを特徴とする。
【０００８】
このような構成の撮像装置にすることで、撮像装置が取り込む光線は、２枚の表面反射ミラーだけの光学作用により撮像素子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、この光学系では色収差が発生することはない。
【０００９】
さらに、少なくとも２枚の表面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。
【００１０】
本発明の撮像装置について、図１の構成（実施例１）を例にとり説明する。図１に示すように、光が入射する側から順に、開口を決める開口絞り２４、第１ミラー２１、第２ミラー２２、撮像素子１で構成される。開口絞り２４の中心を通り、垂直に入射した光を軸上主光線とし、その軸上主光線が開口絞りから入射して撮像素子に結像するまでの光路を説明する。開口絞り２４の下にあり、軸上主光線に対して偏心して配置されている第１ミラー２１によって反射される。次に、同様に軸上主光線に対して偏心した第２ミラー２２により反射され、撮像素子１上に結像する。少なくとも２枚の表面反射ミラーである第１ミラー２１、第２ミラー２２はどちらの形状も、非回転対称な曲面を有することが第１ミラー２１、第２ミラー２２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。
【００１１】
偏心収差は、共軸光学系で発生するザイデル収差と比較して複雑な収差である。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。つまり、第１、第２ミラーの形状は、非回転対称な曲面とすることが収差補正上好ましい。
【００１２】
さらに、第１ミラーと第２ミラーは正のパワーを有することで、光学系全系のパワーを分散させることで、各面で発生する収差を低減させることが可能となる。
【００１３】
また、第１ミラー、第２ミラーの配置が、ある角度を持って隣接しているため、第１ミラー、第２ミラーを配備する共通の基材２３を設け、２つの光学素子を一体化させることが可能である。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、次に説明するメリットが生じる。
【００１４】
第１に、第１ミラー、第２ミラーが１つの基材上に配備されているため、２つのミラーの相対的な位置をあらかじめ決めることが可能となる。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、工程数の削減、コスト削減になる。
【００１５】
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。
【００１６】
さらに本発明に係る撮像装置は、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
４０  ≦  ＥＰＡ［度］  ≦  １４０    ・・・（１）
ただし、
ＥＰＡは、前記結像光学系の開口絞りと前記撮像素子のなす角度である。
【００１７】
この条件式（１）は、光学系の入射瞳位置に設けられる開口絞りに対する撮像素子の向きを制限するものであり、装置全体をコンパクトにすること、及び光学性能を維持するために重要な条件である。
【００１８】
下限４０度を超えて小さくなると、第２ミラーで反射した光線を撮像素子へ到達させるためには、開口絞りから第１ミラーまでの距離を長くとる必要があるため、装置が大型化
してしまう。一方、上限１４０度を超えて大きくなると、撮像素子の開口絞りの反対側が結像光学系に対して離れてしまうため、光学系全体が大きくなる。さらに、第１ミラー、及び第２ミラーにおける反射角が大きくなり、補正しきれないほどの偏心収差が発生してしまう。
【００１９】
さらに本発明に係る撮像装置は、下記条件式（２）を満足することを特徴とする。
２０  ≦  ＭＮＫ［度］  ≦  ７０    ・・・（２）
ただし、
ＭＮＫは、前記第１ミラーの反射面と前記第２ミラーの反射面のなす角である。
【００２０】
条件式（２）の下限２０度を超えて小さくなると、第２ミラーで反射した光線が第１ミラーと干渉しないようにするためには、第１ミラーと第２ミラーの間隔を長くする必要があり、光学系が大きいものになる。
【００２１】
上限７０度を超えて大きくなると、開口絞りと撮像素子が近づくため、干渉をさせないようにするには、第１ミラーと第２ミラーの位置を開口絞りから遠ざけることになる。そのため光路長が長くなり、装置全体が大きくなる。また、第１ミラー、第２ミラーにおける反射角が大きくなり、それぞれの面で発生する偏心収差が増大する。
【００２２】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記基材を形成する媒質は、プラスチックであることを特徴とする。
【００２３】
基材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。
【００２４】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記基材を形成する媒質は、ガラスであることを特徴とする。
【００２５】
基材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。
【００２６】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記第１ミラー、前記第２ミラーは、前記基材に金属をコーティングすることで配備されていることを特徴とする。
【００２７】
金属は広い波長範囲で高い反射率を有するため、広帯域の波長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。
【００２８】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記第１ミラー、前記第２ミラーは、誘電体多層膜をコーティングされていることを特徴とする。
【００２９】
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、狭帯域での撮影で有効となる。
【００３０】
さらに本発明に係る撮像装置は、前記結像光学系の開口絞りに対して前記結像光学系の反対側に配備された折り返しミラーを有し、下記条件式（３）を満足することを特徴とする。
２５  ≦  ＦＭＡ［度］  ≦  ７５    ・・・（３）
ただし、
ＦＭＡは、前記折り返しミラーと前記開口絞りのなす角度であって、前記折り返しミラーから前記開口絞り面に向かう反時計回りを正とする。
【００３１】
この条件式（３）は、開口絞りに対して入射した光線を屈曲させる折り返しミラーの角度を制限するものであり、開口絞りに対して入射光線の向きを決める条件である。下限２５度を超えて小さくなると、光線と撮像光学系が干渉させないためには、折り返しミラーと撮像光学系を離して配置しなければならず、装置全体が非常に大きくなる。上限７５度を超えて大きくなると、折り返しミラー面における光束の扁平率が大きくなり、ミラーが巨大化してしまう。
【００３２】
さらに本発明に係る撮像装置は、下記条件式（４）を満足することを特徴とする。
４０  ≦  ＡＯＺ［度］  ≦  １５０    ・・・（４）
ただし、
ＡＯＺは、前記結像光学系の入射光軸と前記撮像素子のなす角度であって、前記入射光軸から前記撮像素子に向かう反時計回りを正とする。
【００３３】
この条件式（４）は、光学系の入射光軸と撮像素子の向きを制限するものであり、撮像装置の開口と撮像素子面の向き、及び撮像装置内部の開口、光学系、及び撮像素子の位置関係を制限する条件である。下限４０度を超えて小さくなると、入射光軸が撮像光学系側に傾くため、光線と撮像光学系が干渉させないためには、折り返しミラーと撮像光学系を離して配置しなければならず、装置全体が非常に大きくなる。上限１５０度を超えて大きくなると、撮像素子面に対して開口絞りの角度が大きくなるため、撮像装置全体が大型化してしまう。
【００３４】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記折り返しミラーは、正のパワーを有することを特徴とする。
【００３５】
折り返しミラーが正のパワーを持たせることで入射した軸外光束の光線高を低くし、光束自体も小さくなるため、第１ミラー、第２ミラーで発生する収差を抑えることとなり、結像性能の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記折り返しミラーは、非回転対称の非球面形状であることを特徴とする。
【００３７】
折り返しミラーを採用することで、回転対称の反射面に比べ、偏心した反射面で発生する偏心収差の補正に有利となる。
【００３８】
さらに本発明に係る撮像装置において、前記折り返しミラーは、回動可能とすることを特徴とする。
【００３９】
折り返しミラーに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。さらに、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。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、第１ミラー、第２ミラーが基材上に一体化された結像光学系を用いることで、装置のコンパクト化を図るとともに、撮像装置の製造時における第１ミラー、第２ミラーの位置調整を必要とせず、コスト削減、工程の簡略化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成（実施例１）を示す図
【図２】本発明の実施形態に係る撮像装置のディストーションマップ（実施例１）を示す図
【図３】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成（実施例２）を示す図
【図４】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成（実施例３）を示す図
【図５】本発明の実施形態に係る撮像装置のスポットダイアグラム（実施例１）を示す図
【図６】本発明の実施形態に係る撮像装置のスポットダイアグラム（実施例３）を示す図
【図７】本発明の実施形態に係る撮像装置（実施例１）において、可動ミラー（折り返しミラー）を配備した構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の撮像装置の各実施例について説明する。なお、各実施例の数値パラメータは後に示す。
【００４３】
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６を物体（被写体）中心を出て、開口絞り２４の中心を通り、撮像素子１の中心に到る光線で定義する。そして、開口絞り２４の中心を原点として、軸上主光線６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。
【００４４】
各実施例では、このＹ−Ｚ平面内で第１ミラー２１、第２ミラー２２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。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、非球面については、後記（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（度））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。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。
【００４５】
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、媒質の屈折率が慣用法に従って与えられている。
【００４６】
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、
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
・・・・・・
ただし、Ｃj （ｊは１以上の整数）は係数である。
【００４７】
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、Ｃ27、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。
【００４８】
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、Ｃ23、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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面のみ有する面対称自由曲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。
【００５１】
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。
【００５２】
図１は、実施例１の撮像装置の光学系の軸上主光線１を含むＹ−Ｚ断面図であり、この撮像装置は、開口絞り２４より像側に配備された結像光学系２と、撮像素子１よりなり、結像光学系２は、反射作用を有する第１ミラー２１と、第２ミラー２２とで形成されてお
り、開口絞り２４を通った物体からの光線は、第１ミラー２１を反射して、第２ミラー２２で反射され、撮像素子１に物体像を結像する。
【００５３】
そして、結像光学系２の第１ミラー２１、第２ミラー２２は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、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。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。
【００５４】
このように、第２ミラー２２が回転非対称面で構成されている結像光学系２を用いることで、簡単な構成で周辺の解像力が高く歪みの少ない撮像光学系を構成することができる。
【００５５】
さらに実施例１では、結像光学系２である第１ミラー２１と第２ミラー２２の外側が、プラスチックまたはガラス等の媒質からなる基材２３で満たされ、２枚のミラー２１、２２を一体化した光学素子とされている。このような構成をとることによって、２枚のミラーの相対的な位置、角度の調整をする必要が無くなり、組立て時における工数を低減することができる。
【００５６】
図２は、実施例１の全画角に対するディストーションマップを示している。このディストーションマップ中、横方向は観察者の水平方向角度であり、縦方向は観察者の垂直方向角度であって、実線を偏心光学系に投影したときの観察像が破線にて示されている。全画角において最大−１．１８％のディストーションであり、高い収差補正効果を示している。
【００５７】
図３は、図１の撮像装置の構成において、折返しミラー３を入射瞳の物体側に配備した例（実施例２）である。この場合、入射瞳に対して像面である撮像素子１が９０度ではなく、９８．０４度であるが、折返しミラー３の角度を適当な角度（４９．０２度）に選ぶことにより、物体に対して像面を正対させることが可能である。
【００５８】
図４は、図２の折返しミラー３を非回転対称面の自由曲面とした場合の実施例である（実施例３）。このような構成をとることにより、３面の非回転対称面（折り返しミラー３、第１ミラー２１、第２ミラー２２）を用いて偏心収差を含む光線収差を補正することができる。よって、２枚の非回転対称面の場合よりも周辺の解像力が高く歪みの少ない撮像装置を構成することができる。なお、本実施例には、撮像素子１の前面にゲルマニウムを素材とするカバー部材４が設けられている。
【００５９】
図５には、実施例１のスポットダイアグラム、図６には、実施例３のスポットダイアグラムが示されている。図における縮尺は同一である。また、比較のため、光学系の明るさ（入射瞳３．５ｍｍ）、画角は全て同一とした。図を比較すると明らかに、図６の方がスポットダイアグラムが小さく、高い解像力を持つことがわかる。なお、これらスポットダイアグラムの左に示される枠内の４つの数値は、上段がフィールド（像高比（規格化された像高））であって、左の数値が水平フィールドを、右の数値が垂直フィールドを示している。また、下段は、画角（ＤＧは単位ｄｅｇｒｅｅ（度）を示す）であって、左の数値が水平画角を、右の数値が垂直画角を示している。
【００６０】
図７は、実施例１の撮像装置において、入射瞳の物体側に回動可能な折り返しミラー３（回動ミラー）を配備した例である。このような構成によれば、撮像する方向を選択することが可能となる。さらに、折り返しミラー３の回動に伴って連続して撮像することで、結像光学系２の画角よりも大きな画角で撮像することが可能となる。図には折り返しミラー３を±１０度回動した場合の光路図が示されている。折り返しミラー３の位置ａ〜ｃと
、光線の範囲ａ〜ｃは対応したものとなっている。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、結像光学系２単体での画角をω度とすると、Ｗ＝２α＋ω度となる。したがって、図７の場合には、Ｙ−Ｚ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。
【００６１】
以下に上記実施例についての数値実施例を示す。これら数値実施例において“ＦＦＳ”は自由曲面を示す。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」であることを意味している。
【００６２】
（実施例１：図１）
面番号        曲率半径      面間隔      偏心
物体面        ∞            ∞
1          ∞（絞り面）
2          FFS[1]                    偏心(1)
3          FFS[2]                    偏心(2)
像  面        ∞                        偏心(3)
FFS[1]
Ｃ4   -9.0545e-003    Ｃ6   -8.2594e-003    Ｃ8    4.2510e-004
Ｃ10  -5.1465e-005    Ｃ11  -1.5052e-005    Ｃ13  -2.1918e-004
Ｃ15   9.4721e-005    Ｃ17  -1.2621e-005    Ｃ19   2.6522e-005
Ｃ21  -1.3875e-005
FFS[2]
Ｃ4    9.4387e-003    Ｃ6    8.1648e-003    Ｃ8   -3.9851e-004
Ｃ10  -1.3358e-004    Ｃ11  -4.7926e-005    Ｃ13  -3.6342e-005
Ｃ15  -9.1829e-005    Ｃ17  -8.4127e-006    Ｃ19   1.3200e-005
Ｃ21  -1.2236e-005
偏心[1]
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.48  Ｚ    7.87
α  -23.72  β    0.00  γ    0.00
偏心[2]
Ｘ    0.00  Ｙ    4.79  Ｚ    5.22
α  -69.28  β    0.00  γ    0.00
偏心[3]
Ｘ    0.00  Ｙ   -8.81  Ｚ    3.67
α   90.00  β    0.00  γ    0.00
画角  水平２６度、垂直１９．６度、入射瞳径３．５mm
【００６３】
（実施例２：図３）
面番号        曲率半径      面間隔      偏心
物体面        ∞            ∞
1          ∞            -6.00       偏心(1)
2          ∞（絞り面）  -1.15
3          FFS[1]                    偏心(2)
4          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   49.02  β    0.00  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
画角  水平２６度、垂直１９．６度、入射瞳径６mm
【００６４】
（実施例３：図４）
面番号        曲率半径      面間隔      偏心      屈折率
物体面        ∞            ∞
1          FFS[1]        -6.00       偏心(1)
2          ∞（絞り面）
3          FFS[2]                    偏心(2)
4          FFS[3]                    偏心(3)
5          ∞                        偏心(4)
6          ∞             1.00                  4.0032（ゲルマニウム）
像  面        ∞             0.95
FFS[1]
Ｃ4   -1.5106e-003    Ｃ6   -1.8585e-003    Ｃ8   -1.7794e-006
Ｃ10   3.2408e-005    Ｃ11   8.3861e-006    Ｃ13   8.5285e-006
Ｃ15   1.4440e-006    Ｃ17   5.4302e-007    Ｃ19  -1.5998e-006
Ｃ21  -2.7153e-007    Ｃ22  -1.1833e-008    Ｃ24  -2.0403e-008
Ｃ26   6.4193e-008    Ｃ28   1.7244e-008
FFS[2]
Ｃ4    9.1695e-003    Ｃ6    1.0986e-003    Ｃ8    2.3655e-004
Ｃ10  -2.1925e-004    Ｃ11   6.7912e-006    Ｃ13   4.8997e-005
Ｃ15   2.1455e-006    Ｃ17   3.4196e-006    Ｃ19   2.7744e-006
Ｃ21   2.7548e-006    Ｃ22  -1.1476e-008    Ｃ24   5.8832e-008
Ｃ26   8.3729e-008    Ｃ28   1.9529e-007
FFS[3]
Ｃ4   -9.1160e-003    Ｃ6   -1.2017e-002    Ｃ8    1.3824e-005
Ｃ10   6.9666e-005    Ｃ11  -5.1837e-006    Ｃ13   2.0367e-005
Ｃ15  -6.6148e-006    Ｃ17   3.0669e-006    Ｃ19   4.9085e-007
Ｃ21  -1.5742e-006    Ｃ22  -1.5050e-007    Ｃ24   2.6402e-008
Ｃ26   2.0415e-007    Ｃ28   1.0472e-007
偏心[1]
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ    0.00
α   40.50  β    0.00  γ    0.00
偏心[2]
Ｘ    0.00  Ｙ    2.71  Ｚ  -11.39
α   25.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[3]
Ｘ    0.00  Ｙ    4.86  Ｚ   -4.21
α   74.83  β    0.00  γ    0.00
偏心[4]
Ｘ    0.00  Ｙ   -5.70  Ｚ   -3.27
α  -81.00  β    0.00  γ    0.00
画角  水平２６度、垂直１９．６度、入射瞳径６mm
【００６５】
上記条件式の各パラメータの値を以下に示す。
実施例１        実施例２        実施例３
ＥＰＡ（条件式（１））       90            81.96             99
ＭＮＫ（条件式（２））    45.56               44          49.83
ＭＦＡ（条件式（３））      ---            49.02           40.5
ＡＯＺ（条件式（４））      ---               88          99.66
（単位  度）
【００６６】
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】
【００６７】
１…撮像素子
２…結像光学系
２１…第１ミラー
２２…第２ミラー
２３…基材
２４…開口絞り
３…折り返しミラー
４…カバー部材
６…軸上主光線
【図１】
2013029703.tif 000003
【図２】
2013029703.tif 000004
【図３】
2013029703.tif 000005
【図４】
2013029703.tif 000006
【図５】
2013029703.tif 000007
【図６】
2013029703.tif 000008
【図７】
2013029703.tif 000009