JP2005352266A - 光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で、耐環境特性に優れ、設計基準波長の諸収差はもとより、色の球面収差等の色フレア成分も同時に良好に補正する可能な光学系を提供すること。
【解決手段】 ＩＴＯ等の無機微粒子を合成樹脂等の透明媒体に分散させた混合体よりなる屈折部ＧＩＴ１に第１の非球面ａｓ１を設けると共に、屈折部ＧＩＴ以外の箇所に第２の非球面ａｓ２を設け、これらの非球面の近軸曲率半径に対する光軸方向の離れ量の関係を適切に設定した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異常部分分散を持つ光学材料を用いた光学系に関し、例えば、銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適な光学系に関するものである。

一般に光学系では、全長を短縮するほど軸上色収差及び倍率色収差などの色収差が悪化し、光学性能が低下する傾向にある。特にテレフォトタイプの光学系では、焦点距離を伸ばすほど色収差が拡大し、全長短縮に伴う色収差の悪化が著しい。

このような色収差の発生を低減する方法として、異常部分分散材料を用いた色消しや回折格子を用いた色消しが一般的によく知られている。

テレフォトタイプの光学系では、近軸軸上光線と瞳近軸光線の光軸からの通過位置が比較的に高くなる前方レンズ群に、蛍石等の異常部分分散を持った低分散材料で構成した正レンズと高分散材料で構成した負レンズを用いて色収差の低減を行うのが一般的で、このようなテレフォト光学系が種々提案されている。（特許文献１〜３）
また、異常部分分散材料を用いず、回折光学素子を用いてテレフォト光学系の色収差の補正を行ったものも、特許文献４及び特許文献５で提案されている。特許文献４や特許文献５には、回折型光学素子と屈折型光学素子とを組み合わせることで、色収差が比較的良好に補正されたＦナンバーＦ２．８程度のテレフォト光学系が開示されている。

回折光学素子は、アッベ数に相当する数値の絶対値が３．４５と小さく、回折によるパワー（焦点距離の逆数）を僅かに変化させるだけで、球面収差、コマ収差、非点収差等にほとんど影響を与えることなく、大きく色収差を変化できる特徴がある。また、回折光であるため、入射光の波長の変化に対してパワーが線形変化し、色収差係数の波長特性は完全な直線となる。したがって、全長短縮に際しては、主に球面収差、コマ収差、非点収差の補正に特化して収差補正を行えば良く、色収差に関しては、悪化した絶対量を気にすることなく色収差係数の波長特性の線形性が得られるように、構成レンズの硝材とパワーを最適化して設計を行いさえすれば、全長が短縮されたテレフォト光学系が得られることになる。

また、回折光学素子に似た色収差補正作用を持つものに、比較的高分散で、かつ比較的異常部分分散な特性を示す液体材料が知られており、それを用いた色消し光学系が提案されている。（特許文献６）
特公昭６０−４９８８３号公報 特公昭６０−５５８０５号公報 特開平１１−１１９０９２号公報 特開平６−３２４２６２号公報 特開平６−３３１８８７号公報 米国特許第４９１３５３５号明細書

特許文献１〜３に開示されたような蛍石等を使ったテレフォト光学系では、光学全長を比較的長めに設定した場合は比較的良好に色収差を補正可能であるが、全長短縮に伴う色収差の悪化までは補正することが困難である。これは、この手法が、蛍石等の材料が持つ低分散と異常部分分散を利用して前玉自らで発生する色収差を単に低減するに留まるためである。全長短縮に伴って悪化した色収差を補正しようとすると、例えば、蛍石のようなアッベ数の大きい低分散ガラスを使ったレンズでは、レンズ面のパワーを大きく変化させないと色収差が変化しないため、色収差の補正と、球面収差、コマ収差、非点収差などの諸収差の補正との両立は困難である。

一方、回折光学素子は十分な色収差補正作用があるものの、実際に用いる設計回折次数の回折光以外の不要な回折次数の回折光が色の付いたフレア光となって結像性能を悪化させるという問題がある。複数のブレーズ型回折格子を光軸方向に積層した、所謂、積層型回折光学素子により、設計回折次数へエネルギーを集中させ、不要回折光を大幅に減らしたものもあるが、依然として高輝度な被写体を撮影すると回折フレアが現れてくるという問題は残る。

また、回折光学素子の製造方法として、紫外線硬化樹脂等を金型で成型する方法が知られているが、回折光学素子は回折効率の製造敏感度が極めて高く、非常に高い金型精度や成型精度が要求され、製造コストが高いという問題もある。

特許文献６に開示された材料は、液体であるために、それを封止する構造が必要となり、製造も容易とは言えない。また、温度による屈折率、分散特性などの特性変化の問題もあり、耐環境性が十分とは言えない。更に、アッベ数が比較的大きく、異常部分分散性も比較的小さいことに加え、空気との界面が得られないために十分な色収差補正作用が得難いという欠点もある。

また、上述した先行技術の他にも、多数の色消しを行った光学系が種々提案されているが、軸上色収差や倍率色収差を補正しつつ、設計基準波長における球面収差と色の球面収差などの色フレア成分を同時にしかも良好に補正された光学系は存在しなかった。

本発明は、これらの従来例の問題点を踏まえてなされたもので、製造が容易で、耐環境特性に優れ、設計基準波長の諸収差はもとより、色の球面収差等の色フレア成分も同時に良好に補正する高い光学性能を有する光学系を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の光学系は、アッベ数をνｄ、部分分散比θｇｄ，θｇＦとするとき、
νｄ ＜３０
θｇｄ＜−３．３３３×１０^−３・νｄ＋１．４０
θｇＦ＜−２．６１５×１０^−３・νｄ＋０．６７
なる条件を満足する固体材料より成り、第１の非球面を有する屈折部と、該第１の非球面とは異なる第２の非球面とを有し、
｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ_０．７）・ｒ｝_ＲＧＩＴ｜＜｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ_０．７）・ｒ｝｜
なる条件を満足することを特徴としている。
但し、
Ｎ：第１又は第２の非球面を界面として物体側に存在する材料の屈折率
Ｎ′：第１又は第２の非球面を界面として像側に存在する材料の屈折率
ΔＸ（Ｙ_０．７）：第１又は第２の非球面の光線有効径７割の位置での近軸曲率半径に対する非球面の光軸方向の離れ量
ｒ：第１又は第２の非球面の近軸曲率半径
であり、式中の添え字ＲＧＩＴを付した左辺は第１の非球面の諸量を、右辺は第２の非球面の諸量を表す。

なお、本発明において、アッベ数νｄ、部分分散比θｇｄ，θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じであり、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、それぞれ次式で表される。
νｄ ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）

また、本発明において固体材料とは、光学系を使用する状態で固体の材料を指し、製造時などの光学系を使用する前での状態を言及したものではない。例えば、製造時には液体材料であっても、それを硬化させて固体材料としたものは、本発明でいう固体材料に該当する。

また、第１及び第２の非球面の非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、Ｙを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…を各次数の非球面係数とするとき、

で表され、Ｙ_０．７を有効径に対して７割の位置の光軸と垂直な方向への光軸からの距離とするとき、
ΔＸ（Ｙ_０．７）＝ＡＹ_０．７ ^２＋ＢＹ_０．７ ^４＋ＣＹ_０．７ ^６＋ＤＹ_０．７ ^８＋ＥＹ_０．７ ^１０
である。

本発明によれば、製造が容易で、耐環境特性に優れ、設計基準波長の諸収差はもとより、色の球面収差等の色フレア成分も同時に良好に補正する高い光学性能を有する光学系が提供できる。

本発明の光学系の実施形態について説明する。本発明の光学系は、高分散で部分分散比の低い固体材料に屈折作用を持たせたことを特徴としている。

まず、高分散光学材料が、光学系の収差補正に及ぼす作用について説明する。

屈折レンズの面のパワー変化をΔψ、アッベ数をν、近軸軸上光線（光学系全系の焦点距離を１に正規化し、光学系に光軸と平行に、光軸からの高さを１として入射させた近軸光線である。物体は光学系の左側にあるものとし、物体側から光学系に入射する光線は左から右へ進むものとする。）及び瞳近軸光線（近軸領域での主光線）（光学系全系の焦点距離を１に正規化し、光軸に対して−４５°で入射する光線の内、光学系の入射瞳と光軸との交点を通過する近軸光線である。光学系への入射角度は、光軸から測って時計回りを正、半時計回りを負とする。また、物体は光学系の左側にあるものとし、物体側から光学系に入射する光線は左から右へ進むものとする。）がレンズ面を通過する光軸からの高さをそれぞれｈ，Ｈとすると、そのレンズ面での軸上色収差係数の変化ΔＬと倍率色収差係数の変化△Ｔは、次のように表せる。
ΔＬ＝ｈ^２・Δψ／ν …（ａ）
ΔＴ＝ｈ・Ｈ・Δψ／ν …（ｂ）

式（ａ）及び式（ｂ）から明らかなとおり、レンズ面のパワー変化に対する各収差係数の変化は、アッベ数の絶対値が小さい（すなわち、分散が大きい）ほど大きくなる。したがって、アッベ数の絶対値が小さい高分散材料を用いれば、必要な色収差を得るためのパワー変化量は小さくて済むことになる。このことは収差論上、球面収差、コマ収差や非点収差などに大きな影響を及ぼすことなく色収差をコントロールでき、色収差補正の独立性が高まることを意味する。逆に、低分散材料を用いると、必要な色収差を得るためのパワー変化量は大きくなり、それに伴って球面収差などの諸収差が大きく変化し、色収差補正の独立性が弱まることになる。したがって、光学系を構成するレンズの内、少なくとも１つのレンズ面は、高分散材料で形成された屈折レンズ面であることが収差補正上重要である。

次に、高分散であることを踏まえ、低部分分散比の光学材料が、光学系の収差補正に及ぼす作用について説明する。

光学材料の屈折率の波長依存特性（分散特性）において、アッベ数は分散特性曲線の全体の傾きを表し、部分分散比は分散特性曲線の曲がり具合を表すものであることは周知のとおりである。

一般的に光学材料は、短波長側の屈折率が長波長側の屈折率よりも高く（アッベ数が正の値）、分散特性曲線は下に凸（部分分散比が正の値）を描き、短波長側になるほど波長の変化に対する屈折率の変化は大きくなる。そして、アッベ数の小さい高分散な光学材料ほど部分分散比が大きくなり、分散特性曲線は下に凸が強まる傾向にある。

部分分散比が大きな光学材料では、その材料を用いたレンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線は、部分分散比が小さな光学材料を用いた場合に比べて短波長側でより大きな曲がりを示す。このとき、色収差をコントロールするためにレンズ面のパワーを変化させると、色収差係数波長特性曲線は、設計基準波長の位置を回転中心として全体の傾きが変化する。この変化は、部分分散比が大きい材料では部分分散比が小さい材料に比べて、特に短波長側の動きが大きくなり、大きく曲がり量を変化させながら全体の傾きが変化することになる。そのため、他の屈折系部分のガラスを変更しても色収差係数波長依存特性曲線において全体の傾きと曲がりの双方でキャンセルする構成とすることが難しくなり、波長域全体で色収差を補正することができなくなってくる。

このことを、高分散材料を用いた屈折光学系部分ＧＩＴとそれ以外の屈折光学系部分Ｇから構成される超望遠レンズでの色消しを例にして説明する。

高分散な光学材料を用いた色消しでは、屈折光学系部分ＧＩＴと屈折系部分Ｇとの間で、比較的大きな色収差係数同士をキャンセルして全系の色収差を得ている。このため、まず屈折光学系部分Ｇが部分系としてある程度色収差が補正された状態から、屈折光学系部分Ｇを構成する正レンズを比較的高分散寄りに選択すると共に、負レンズを比較的低分散よりに選択する。そうすると、屈折光学系部分Ｇの色収差係数波長依存特性曲線は、もとの状態よりも線形性を増しながら全体の傾きが変化する。

この状態で、屈折光学系部分ＧＩＴに適当なパワーを与えて、屈折系部分Ｇの色収差波長依存特性曲線全体の傾きをキャンセルさせる。ところが、屈折光学系部分ＧＩＴを部分分散比の大きな光学材料で構成している場合、屈折光学系部分ＧＩＴは、屈折光学系部分Ｇの収差係数波長依存特性曲線の曲がりよりも逆方向に大きな曲がりを持つため、全体の傾き成分はキャンセルできても、曲がり成分をキャンセルすることができない結果となる。

これに対し、屈折系部分ＧＩＴを部分分散比の小さな光学材料で構成している場合は、屈折系部分ＧＩＴの色収差係数波長依存特性曲線が比較的直線性を示すので、色収差をコントロールするためにパワーを変化させても、比較的直線性を維持したまま、設計波長の位置を回転中心として傾きを変化させることができる。したがって、屈折系部分ＧＩＴと屈折系部分Ｂとで、比較的容易に色収差係数波長依存特性曲線の傾き成分と曲がり成分を同時にキャンセルすることができる。

つまり、屈折光学系部分ＧＩＴとしては、高分散であると同時に、部分分散比が小さな光学材料であることも重要であり、本発明で特定する以下に示す条件式（１）、（２）及び（３）は、上で説明した原理に基づいて色収差を良好に補正するためのアッベ数と部分分散比の関係を表したものである。
νｄ ＜３０ …（１）
θｇｄ＜−３．３３３×１０^−３・νｄ＋１．４０ …（２）
θｇＦ＜−２．６１５×１０^−３・νｄ＋０．６７ …（３）
ここで、νｄは屈折系部分（レンズ又は層）ＧＩＴのアッベ数であり、ｄ線、Ｆ線及びＣ線に対する屈折率をそれぞれＮｄ，ＮＦ，ＮＣとするとき、次式で表される。
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
また、θｇｄ，θｇＦは屈折系部分（レンズ又は層）ＧＩＴの部分分散比であり、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、それぞれ次式で表される。
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
上記（１）〜（３）で示したいずれかの条件式をはずれても、色収差を良好に補正することが困難となるので良くない。

なお、条件式（１）の数値範囲は、以下に示す範囲とすると、更に色収差の独立補正効果が高まり、良好な光学性能が得られる。
νｄ＜２０ …（１ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
νｄ＜１８ …（１ｂ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
νｄ＜１６ …（１ｃ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
νｄ＜１４ …（１ｄ）
条件式（２）及び（３）の数値範囲は、条件式（１），（１ａ），（１ｂ），（１ｃ）又は（１ｄ）を満足した上で、以下に示す範囲とすると、更に良好な光学性能が得られる。

すなわち、
θｇｄ＜−３．３３３×１０^−３・νｄ＋１．３０ …（２ａ）
θｇＦ＜−２．６１５×１０^−３・νｄ＋０．５９ …（３ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇｄ＜−３．３３３×１０−３・νｄ＋１．２５ …（２ｂ）
θｇＦ＜−２．６１５×１０−３・νｄ＋０．５６ …（３ｂ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇｄ＜−３．３３３×１０−３・νｄ＋１．２３７５ …（２ｃ）
θｇＦ＜−２．６１５×１０−３・νｄ＋０．５５ …（３ｃ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。
θｇｄ＜１．１１３７ …（２ｄ）
θｇＦ＜０．４７ …（３ｄ）
以上、屈折光学素子ＧＩＴを形成する光学材料が満足すべき条件について述べた。
次に、光学系の色収差フレアを補正するために必要な、屈折光学素子ＧＩＴに与えるべき条件について説明する。

上述したような高分散な光学素子ＧＩＴを単独で用いて設計基準波長の球面収差などを補正する目的でＧＩＴにローカルパワー変化Δψを与えると、（ａ）式や（ｂ）式からわかるようにΔＬ、ΔＴが大きくなってしまう。その結果、色の球面収差などの色収差フレアが著しく悪化することになる。この問題を解決して高い光学性能を得る為には、例えば球面収差を例にとると、設計基準波長の球面収差成分と、それを基準にした色の球面収差成分を同時に補正できるような新たな光学面が必要になってくる。

具体的には、光学系内のＧＩＴ以外の部分に残存する色の球面収差をＲＧＩＴの非球面で補正し、それに伴って変位した球面収差と屈折光学系部分の残存球面収差を合成した球面収差を、ＲＧＩＴの非球面とは別の非球面で補正可能な構成とすることである。

上記条件式（１）〜（３）を満足する固体の光学材料の具体例としては、下記の無機酸化物微粒子を合成樹脂中に分散させた混合体がある。すなわち、ＴｉＯ_２（ｎｄ＝２．２６５２，νｄ＝１１．８），Ｎｂ_２Ｏ_５（ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０），ＩＴＯ（ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３），Ｃｒ_２Ｏ_３（ｎｄ＝２．２１７８，νｄ＝１３．４），ＢａＴｉＯ_３（ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）等を挙げることができる。

この中でも、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）は他の物質と比較して、特に小さなアッベ数を示すので好ましい。ＩＴＯは、通常の物質と異なり導電性によるフリーキャリアが屈折率に影響を与えている。ＩＴＯの分散特性（図９（ｃ））は、通常の電子遷移による短波長域での屈折率の変化（図９（ａ））に、フリーキャリアによる赤外域の屈折率分散（図９（ｂ））が加わって形成される。このことによりアッベ数が５．５３という異常に大きな傾きを持った分散特性波長依存性を示す。

また、電子遷移による屈折率分散（図９（ａ））は、可視域においては短波長側で急激に変化する。それに対し、フリーキャリアによる屈折率分散（図９（ｂ））は、可視域においては長波長側でその変化が急激となる。その二つの影響が組み合わさることにより、部分分散比は通常に較べ小さなものとなる。

なお、透明でフリーキャリアの影響が予想される材料として、ＳｎＯ２及びＡＴＯ（アンチモンをドーピングしたＳｎＯ２）及びＺｎＯ等もその候補として挙げられる。

ＩＴＯは透明電極を構成する材料として知られており、通常、液晶表示素子、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子等に用いられている。また、他の用途として赤外線遮蔽素子、紫外線遮断素子に用いられている。従来知られたＩＴＯの用途では、厚みが５０〜５００ｎｍの範囲に限られ、微粒子の混合体として光学系の色収差補正に用いた例は存在しない。

ＩＴＯ微粒子の平均径は、散乱などの影響を考えると２ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、凝集を抑えるために分散剤などを添加しても良い。

ＩＴＯを分散させる媒体材料としては、モノマーが良く、成形型等を用いて光重合成形または熱重合成形することにより高い量産性を得ることができる。

また、モノマーの光学定数の特性としても、アッベ数が比較的小さいモノマーか部分分散比が比較的小さいモノマー、あるいは、両者を満たすモノマーが良く、Ｎ−ポリビニルカルバゾール、スチレン、ポリメタクリル酸メチル（アクリル）などが挙げられる。

ナノ微粒子を分散させた混合体の分散特性Ｎ（λ）は、良く知られたＤｒｕｄｅの式から導きだされた次式によって簡単に計算することができる。即ち、
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛Ｎ_ＩＴＯ ^２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎ_Ｐ ^２（λ）−１｝］^１／２ …（ｃ）
ここで、λは任意の波長、Ｎ_ＩＴＯはＩＴＯの屈折率、Ｎ_Ｐはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するＩＴＯ微粒子の総体積の分率である。

本実施形態では、条件式（１）〜（３）を満足する材料を光学系中のレンズやレンズ表面に設けられた層に適用することを提案する。そして、この材料で構成された屈折面を非球面（第１の非球面）とし、色の球面収差などの色フレア成分を補正している。そして、光学系中の条件式（１）〜（３）を満足する材料以外の部分にも非球面（第２の非球面）を設け、条件式（１）〜（３）を満足する材料で構成された部分の非球面（第１の非球面）を含んだ光学系全体によって発生する設計基準波長での収差を補正している。

本実施形態では、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、Ｙを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…を各次数の非球面係数とするとき、

で表す。そして、Ｙ_０．７を有効径に対して７割の位置の光軸と垂直な方向への光軸からの距離とするとき、光線有効径７割の位置での近軸曲率半径に対する非球面の光軸方向の離れ量ΔＸ（Ｙ_０．７）は、
ΔＸ（Ｙ_０．７）＝ＡＹ_０．７ ^２＋ＢＹ_０．７ ^４＋ＣＹ_０．７ ^６＋ＤＹ_０．７ ^８＋ＥＹ_０．７ ^１０
である。

本実施形態では、このΔＸ（Ｙ_０．７）が第１の非球面と第２の非球面とで所定の関係となるように設定している。すなわち、
｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ_０．７）・ｒ｝_ＲＧＩＴ｜＜｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ_０．７）・ｒ｝｜ …（４）
なる条件を満足するようにしている。
但し、Ｎ：第１又は第２の非球面を界面として物体側に存在する材料の屈折率
Ｎ′：第１又は第２の非球面を界面として像側に存在する材料の屈折率
ｒ：第１又は第２の非球面の近軸曲率半径
であり、式中の添え字ＲＧＩＴを付した左辺は第１の非球面の諸量を、右辺は第２の非球面の諸量を表す。

条件式（４）は、条件式（１）〜（３）を満足する材料で形成された第１の非球面の非球面成分と、第１の非球面とは別の第２の非球面の非球面成分それぞれの前後の媒質の屈折率差と、それら非球面の近軸曲率半径を考慮した光軸方向の非球面変位成分との比に関し、色収差フレアと設計基準波長における諸収差を良好にバランスさせるためのものである。条件式（４）の範囲を外れると、色収差フレアと設計基準波長における諸収差のバランスが崩れ画質が悪化するので良くない。

更に高性能な光学系を実現する上で、
｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ）・ｒ｝_ＲＧＩＴ｜＜｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ）・ｒ｝｜ …（４ａ）
なる条件を満足するのがよい。
但し、ΔＸ（Ｙ）は光線有効径内の任意の位置での近軸曲率半径に対する非球面の光軸方向の離れ量である。

また、条件式（１）〜（３）を満足する材料で形成された第１の非球面とは別の第２の非球面は、より安価で製造も容易にするため樹脂材料により構成された光学素子上に設けられることが好ましい。

また、条件式（１）〜（３）を満足する材料で形成された屈折部は、光学系のどの位置に配置してもよいが、近軸軸上光線と瞳近軸光線の光軸からの通過位置ができるだけ高くなる位置に設ける方が良好な光学性能を得やすく、そのように配置するのが好ましい。

また、この材料と空気などの雰囲気とで界面を形成したり、比較的低屈折率な材料とで界面を形成したりすれば、界面の僅かな曲率変化で色収差を比較的大きく変化させることができるため好ましい。

条件式（１）〜（３）を満足する材料を具体的な光学系に応用した実施例について説明する。ここでは、条件式（１）〜（３）を満足する材料として、ＩＴＯ微粒子分散材料を用いている。

図１は数値実施例１の光学系の断面図であり、ＩＴＯ微粒子分散材料で形成した屈折部をＧＩＴ１で示している。ＳＰは開口絞りである。図１において、左側が物体側（前方）、右側が像側（後方）であり、これは他の数値実施例でも同様である。図１の実施例では、第１レンズの像側に屈折部ＧＩＴ１を配置している。屈折部ＧＩＴ１の空気と接する側の面（第３面ａｓ１）と屈折部ＧＩＴ１に隣接する面（第１面ａｓ２）はそれぞれ非球面であり、各非球面の離れ量は条件式（４）を満足している。図２は数値実施例１の光学系の無限遠合焦状態での収差図である。

図３は数値実施例２の光学系の断面図であり、ＩＴＯ微粒子分散材料で形成した屈折部をＧＩＴ１で示している。ＳＰは開口絞りである。本実施例では、第２レンズの像側に屈折部ＧＩＴ１を配置している。屈折部ＧＩＴ１の空気と接する面（第５面ａｓ１）とＧＩＴに隣接する面（第３面ａｓ２）はそれぞれ非球面であり、非球面の離れ量は条件式（４）を満足している。図４は数値実施例２の光学系の無限遠合焦状態での収差図である。

図５は数値実施例３の光学系の断面図であり、ＩＴＯ微粒子分散材料で形成した屈折部をＧＩＴ１で示している。ＳＰは開口絞りである。本実施例では、第１レンズの物体側に屈折部ＧＩＴ１を配置している。屈折部ＧＩＴ１の空気と接する面（第１面ａｓ１）と屈折部ＧＩＴ１に隣接する面（第３面ａｓ２）はそれぞれ非球面であり、非球面の離れ量は条件式（４）を満足している。図６は数値実施例３の光学系の無限遠合焦状態での収差図である。

図７は数値実施例４の光学系の断面図であり、ＩＴＯ微粒子分散材料で形成した屈折部をＧＩＴ１及びＧＩＴ２で示している。ＳＰは開口絞りである。本実施例では、第１レンズの物体側及び第６レンズの像側に屈折部ＧＩＴ１，ＧＩＴ２を配置している。屈折部ＧＩＴ１，２の空気と接する面（第１面ａｓ１１及び第１３面ａｓ１２）とＧＩＴに隣接する面（第３面ａｓ２１及び第１１面ａｓ２２）はそれぞれ非球面であり、非球面の離れ量は条件式（４）を満足している。図８は数値実施例４の光学系の無限遠合焦状態での収差図である。

以下、数値実施例１〜４の具体的な数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側から数えた順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔、Ｎｉ，νｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目（ＩＴＯ微粒子分散材料以外の材料で形成されたレンズ（層）は除く）の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。ＩＴＯで形成されたレンズＧＩＴｊのｄ線に対する屈折率、アッベ数は別途ＮＧＩＴｊ，νＧＩＴｊ（ｊ＝１，２，・・・）で示している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

非球面形状は前述した非球面式によって表され、各非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味している。

各数値実施例ともＩＴＯは体積分率は２０％で、数値実施例１ではポリカーボネート（ＰＣ）、実施例２ではアクリル（ＰＭＭＡ）、実施例３、４ではＵＶ硬化性のアクリル系ポリマーに分散された状態で用いている。ＩＴＯと各媒体の混合体の屈折率は、前述の（ｃ）式を用いて計算した値を用いて算出しており、例としてＩＴＯ単体とアクリル単体およびアクリルに対するＩＴＯ微粒子の体積混合比率２０％とした混合体のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比を表１に示す。

（数値実施例１）
ｆ＝ 42.16 Ｆｎｏ＝6.54 ２ω＝21.5

* R 1 = -105.967 D 1 = 18.25 N 1 = 1.491710 ν 1 = 57.4
R 2 = -14.054 D 2 = 0.03 NGIT 1 = 1.641524 νGIT 1 = 13.1
* R 3 = -17.114 D 3 = 44.57

非球面係数
第１面
Ａ=0 Ｂ=-5.77965e-05 Ｃ=1.24677e-06 Ｄ=-3.87648e-08 Ｅ=-4.48135e-10
第３面
Ａ=0 Ｂ= 2.19626e-06 Ｃ=4.02436e-07 Ｄ=-1.01013e-07 Ｅ= 5.59071e-09

（数値実施例２）
ｆ＝ 23.99 Ｆｎｏ＝6.54 ２ω＝82.4

* R 1 = 6.656 D 1 = 2.61 N 1 = 1.583060 ν 1 = 30.3
* R 2 = 4.671 D 2 = 0.89
* R 3 = -14.920 D 3 = 1.09 N 2 = 1.490230 ν 2 = 57.6
R 4 = -4.675 D 4 = 0.03 NGIT 1 = 1.571586 νGIT 1 = 13.5
* R 5 = -4.931 D 5 = 0.50
R 6 = 絞り D 6 = 21.30

非球面係数
第１面
Ａ=0 Ｂ=-4.63905e-04 Ｃ= 7.26900e-05 Ｄ=-7.85711e-06 Ｅ=-2.69649e-08
第２面
Ａ=0 Ｂ= 4.42202e-03 Ｃ=-2.13288e-04 Ｄ= 9.18863e-05 Ｅ= 2.26401e-04
第３面
Ａ=0 Ｂ= 7.82369e-04 Ｃ= 5.91623e-04 Ｄ=-3.91327e-04 Ｅ= 2.66610e-04
第５面
Ａ=0 Ｂ=-2.56182e-03 Ｃ= 1.78265e-04 Ｄ= 5.39821e-05 Ｅ=-9.08174e-05

（数値実施例３）
ｆ＝ 39.14 Ｆｎｏ＝6.42 ２ω＝23.1

* R 1 = -21.623 D 1 = 0.05 NGIT 1 = 1.596294 νGIT 1 = 13.9
R 2 = -30.878 D 2 = 1.50 N 1 = 1.583640 ν 1 = 30.3
* R 3 = -57.140 D 3 = 2.00
R 4 = 18.178 D 4 = 3.32 N 2 = 1.490230 ν 2 = 57.6
R 5 = -21.193 D 5 = 0.50
R 6 = 絞り D 6 = 19.31
* R 7 = -14.614 D 7 = 1.50 N 3 = 1.490230 ν 3 = 57.6
* R 8 = -238.882 D 8 = 14.74

非球面係数
第１面
Ａ=0 Ｂ=-1.06101e-04 Ｃ= 1.16405e-06 Ｄ=-3.48235e-09 Ｅ= 0.00000e+00
第３面
Ａ=0 Ｂ=-4.78837e-05 Ｃ= 1.53891e-06 Ｄ=-4.79948e-08 Ｅ= 1.72466e-09
第７面
Ａ=0 Ｂ=-1.17178e-03 Ｃ= 2.02208e-05 Ｄ=-1.85810e-07 Ｅ= 4.30930e-10
第８面
Ａ=0 Ｂ=-8.49927e-04 Ｃ= 1.52022e-05 Ｄ=-1.43050e-07 Ｅ= 6.11041e-10

（数値実施例４）
ｆ＝ 98.43 Ｆｎｏ＝4.03 ２ω＝24.8

* R 1 = 57.702 D 1 = 0.05 NGIT 1 = 1.682184 νGIT 1 = 12.4
R 2 = 57.601 D 2 = 6.19 N 1 = 1.658441 ν 1 = 50.9
* R 3 = 178.216 D 3 = 0.15
R 4 = 34.766 D 4 = 11.97 N 2 = 1.610251 ν 2 = 56.7
R 5 = 590.283 D 5 = 4.00 N 3 = 1.605650 ν 3 = 37.8
R 6 = 21.134 D 6 = 14.97
R 7 = 絞り D 7 = 11.68
R 8 = -26.423 D 8 = 4.00 N 4 = 1.605650 ν 4 = 37.8
R 9 = -1091.304 D 9 = 10.77 N 5 = 1.620410 ν 5 = 60.3
R10 = -34.413 D10 = 0.24
* R11 = 706.496 D11 = 5.51 N 6 = 1.620410 ν 6 = 60.3
R12 = -63.228 D12 = 0.05 NGIT 2 = 1.682184 νGIT 2 = 12.4
* R13 = -62.490 D13 = 66.06


非球面係数
第１面
Ａ=0 Ｂ=-3.66927e-09 Ｃ= 1.47067e-10 Ｄ=-6.02575e-13 Ｅ= 7.04651e-16
第２面
Ａ=0 Ｂ=-1.03999e-08 Ｃ=-2.43893e-11 Ｄ=-1.37669e-14 Ｅ= 8.50843e-17
第１１面
Ａ=0 Ｂ=-9.88323e-09 Ｃ= 3.71547e-11 Ｄ=-2.28732e-13 Ｅ= 2.79400e-14
第１３面
Ａ=0 Ｂ= 1.66711e-07 Ｃ=-9.94608e-10 Ｄ= 4.72068e-12 Ｅ=-6.11295e-15

数値実施例１の光学系断面図である。 数値実施例１の無限遠合焦状態での収差図である。 数値実施例２の光学系断面図である。 数値実施例２の無限遠合焦状態の収差図である。 数値実施例３の光学系断面図である。 数値実施例３の無限遠合焦状態での収差図である。 数値実施例４の光学系断面図である。 数値実施例４の無限遠合焦状態での収差図である。 ＩＴＯの分散特性の特徴を説明する概略図である。

符号の説明

ＧＩＴ１，２ 無機微粒子を透明媒体に分散させた材料よりなる屈折部
ＳＰ 開口絞り
ａｓ１ 屈折部ＧＩＴ１，２上に形成された第１の非球面
ａｓ２ 屈折部ＧＩＴ１，２上に形成されていない第２の非球面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｃ Ｃ線
Ｓ．Ｃ． 正弦条件
△Ｍ ｄ線に対するメリディオナル像面
△Ｓ ｄ線に対するサジタル像面

Claims (5)

1. ｄ線を基準としたアッベ数をνｄ、ｇ線とｄ線に関する部分分散比をθｇｄ、ｇ線とＦ線に関する部分分散比をθｇＦとするとき、
   νｄ ＜３０
   θｇｄ＜−３．３３３×１０^−３・νｄ＋１．４０
   θｇＦ＜−２．６１５×１０^−３・νｄ＋０．６７
   なる条件を満足する固体材料より成り、第１の非球面を有する屈折部と、該第１の非球面とは異なる第２の非球面とを有し、
   ｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ_０．７）・ｒ｝_ＲＧＩＴ｜＜｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ_０．７）・ｒ｝｜
   なる条件を満足することを特徴とする光学系。
   但し、Ｎ：第１又は第２の非球面を界面として物体側に存在する材料の屈折率
   Ｎ′：第１又は第２の非球面を界面として像側に存在する材料の屈折率
   ΔＸ（Ｙ_０．７）：第１又は第２の非球面の光線有効径７割の位置での近軸曲率半径に対する非球面の光軸方向の離れ量
   ｒ：第１又は第２の非球面の近軸曲率半径
   であり、式中の添え字ＲＧＩＴを付した左辺は第１の非球面の諸量を、右辺は第２の非球面の諸量を表す。
2. ｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ）・ｒ｝_ＲＧＩＴ｜＜｜｛（Ｎ′−Ｎ）・ΔＸ（Ｙ）・ｒ｝｜
   なる条件を満足することを特徴とする光学系。
   但し、ΔＸ（Ｙ）：第１又は第２の非球面の光線有効径内の任意の位置での近軸曲率半径に対する非球面の光軸方向の離れ量
3. 前記固体材料は、無機微粒子を透明媒体に分散させた混合体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記無機微粒子は、Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）微粒子であることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
5. 前記固体材料は、成形型を用いて光重合成形または熱重合成形されることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の光学系。

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