JP2007316300A

JP2007316300A - 光学素子

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Publication number: JP2007316300A
Application number: JP2006145398A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tosaka; 清登坂
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP4873996B2

Abstract

【課題】レンズとレンズ保持枠とを有して構成される光学素子において、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させる。
【解決手段】レンズＬ₀とレンズ保持枠Ｋ₀とが一体化して構成された光学素子１であって、レンズＬ₀は、入射面側曲面が凸形状の正の屈折力を有し、このレンズＬ₀において、光線の入射位置における入射面側曲面の曲率半径をＲ₁、その入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ₁、レンズＬ₀の外径をφｄ₂、レンズＬ₀の屈折率をｎとするとき、結像に寄与する光線の最大入射口径内において、arcsin(1/n) ≦ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝) 、且つ、d₁ ＜ d₂ を満足する光線の入射位置を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のレンズで構成された光学系の複数番目のレンズと該レンズの保持枠とが一体化して構成された光学素子に関する。

従来、撮影装置や観察装置等に適用される光学系に含まれるレンズにおいては、結像に寄与する光線の最大入射口径内に入射して屈折しレンズ外周面で反射した光線が、画像のコントラストを低下させる原因であるフレアを生じさせる不要な光線となるのを防止するために、レンズ外周面に光吸収材料を塗布する等して、レンズ外周面で反射する迷光を減衰あるいは消滅させ、結像面に到達しないようにしていた。

図４は、光学系に含まれるレンズと該レンズの保持枠とを有して構成される従来の光学素子の一例を示す一部断面図である。
同図に示した光学素子は、凸メニスカスレンズであるレンズＬ₁₀₁と、レンズＬ₁₀₁を保持する艶消し状の黒色のレンズ保持枠Ｋ₁₀₁とを有して構成されている。レンズＬ₁₀₁の外周面は、1μ〜数μの粗い状態の面精度を有しており、その外周面上には、0.1〜0.2mm程度の膜厚の光吸収材料の黒色塗料で塗膜Ｍ₁₀₁を設けている。

この構成により、同図の矢印に示したように、レンズＬ₁₀₁の最大入射口径内に光線が入射して屈折の法則により屈折したレンズＬ₁₀₁内の光線がレンズＬ₁₀₁の外周面に達したとしても、前述の粗い面精度を有する外周面とその外周面上に設けられた光吸収材料によって、光線が外周面で反射することなく吸収あるいは減衰され、結像する光路内に進入しないようになっている。

また、同図に示した手法以外にも、不要な光線の結像面への到達を防止する手法として例えば特許文献１には、レンズの凸面に、エッジ部より半径方向内側からレンズ外形に至るまでをマスキング手段によって遮光するようにした撮影レンズが提案されている。
特開２００５−７７６１６号公報

しかしながら、上記のような結像に寄与しない有害な光線の結像面への到達を防止するために図４に示したような構成をとった光学素子の場合、レンズの外周面に塗布する光吸収材料である塗料は、光学系内部を遮蔽するために光学性能を確保する寸法精度を超える膜厚が必要であったり膜厚が不均一であったり、またレンズ保持枠や他の光学素子との嵌合部や接触部においてレンズが傾いたり偏ったりして、必要とする寸法精度の確保が容易でなかった。

本発明は、上記実情に鑑み、レンズとレンズ保持枠とを有して構成される光学素子において、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させることができる光学素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る光学素子は、複数のレンズで構成された光学系の複数番目のレンズと該レンズの保持枠とが一体化して構成された光学素子であって、当該光学素子の前記レンズは、入射面側曲面が凸形状の正の屈折力を有し、当該光学素子の前記レンズにおいて、光線の入射位置における前記入射面側曲面の曲率半径をＲ₁、前記入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ₁、当該レンズの外径をφｄ₂、当該レンズの屈折率をｎとするとき、結像に寄与する光線の最大入射口径内において、
arcsin(1/n) ≦ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝) （１）、
且つ、
d₁ ＜ d₂ （２）、
を満足する光線の入射位置を有することを特徴とする。

この光学素子によれば、レンズの最大入射口径内における入射面側曲面上において、まず第１に、
arcsin(1/n) ＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝) （１ａ）、
と上記の式（２）とを満足する光線の入射位置を有することとなり、この入射位置に入射して屈折したレンズ内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の左辺で表される角度）と、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の右辺で表される角度）が同じになる。すなわち、上記の式（１ａ）と（２）とを満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に光軸と平行にレンズ内を通過することになる。

また、第２に、上記の式（１ａ）と（２）とを満足する入射位置の外側であって最大入射口径内の位置に入射する光線であるときは、
arcsin(1/n) ＜ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝) （１ｂ）、
と上記の式（２）とを満足し、この位置に入射して屈折したレンズ内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の左辺で表される角度）は、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の右辺で表される角度）よりも小さくなる。すなわち、上記の式（１ｂ）と（２）とを満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に光軸に収斂する方向にレンズ内を通過することになる。

これにより、上記の式（１）（（１ａ）又は（１ｂ））及び（２）を満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に直接外周面へ向かうことはなく、外周面で反射するということはなくなる。従って、結像光路内に進行する、反射によるフレアの原因となる有害な光線の発生は無くなり、光学素子に遮光手段や光吸収手段を設ける必要がなくなる。

本発明の第２の態様に係る光学素子は、上記第１の態様において、当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）における、
arcsin(1/n) ＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝)、
及び前記式（２）を満足するときの前記口径φｄ₁よりも内側であって前記入射面側曲面上の光線の入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ₃、光軸との距離が口径φｄ₃の半径となる前記入射位置における曲率半径をＲ₂、当該レンズの外周における光軸方向肉厚をｔとするとき、
arcsin(1/n) ＞ arctan((d₃/2)/√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝) （３）、
且つ、
arctan[｛(d₂-d₃)/2｝/(t+√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝-√｛R₂^2-(d₂/2)^2｝)]+arcsin｛(d₃/2)/R₂｝＞ arcsin(1/n) （４）、
を満足する光線の入射位置を有することを特徴とする。

この光学素子によれば、上記の式（１ｂ）、（２）、（３）及び（４）を満足する入射位置へ入射して屈折したレンズ内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（３）の左辺で表される角度）は、上記の式（３）を満足することにより、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（３）の右辺で表される角度）よりも大きくなり、屈折後のレンズ内の光線は光軸から離れる方向へ向かってレンズ内を進行することになるが、上記の式（４）を満足することにより、屈折後のレンズ内の光線は光学系の光学性能を満たす表面精度を有する光学表面内から射出することになる。

これにより、上記の式（１ｂ）、（２）、（３）及び（４）を満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に直接外周面へ向かうことはなく、外周面で反射するということはなくなる。従って、結像光路内に進行する、反射によるフレアの原因となる有害な光線の発生は無くなり、光学素子に遮光手段や光吸収手段を設ける必要がなくなる。

本発明の第３の態様に係る光学素子は、上記第１の態様において、当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）及び（２）を満足するときの前記最大入射口径内に入射する光線の射出位置は、前記光学系の光学性能を満たす表面精度を有する光学表面内であることを特徴とする。

この光学素子によれば、上記の式（１）及び（２）を満足する最大入射口径内の入射位置へ入射した光線は、屈折後に直接外周面へ向かうことはなく、外周面で反射するということはなくなる。従って、結像光路内に進行する、反射によるフレアの原因となる有害な光線の発生は無くなり、光学素子に遮光手段や光吸収手段を設ける必要がなくなる。

本発明によれば、レンズとレンズ保持枠とが一体化して構成された光学素子において、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させることができるので、フレアが減少し、像性能を向上させることができる。

また、レンズ保持枠の表面処理や光学素子の塗装が不要となるので、寸法精度が安定し、光学性能を向上させることができる。
さらに、入射面側曲面からレンズ外周面へ直接進行して反射する光線がなくなるので、レンズ保持枠の材質の色や光沢による光学系への影響が少なくなり、任意の材質あるいは色を採用できるようになり、選択の自由度を増すことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る光学素子の一部断面図である。
同図に示した光学素子１は、複数のレンズで構成された光学系（不図示）の複数番目のレンズＬ₀と該レンズＬ₀の保持枠（以下「レンズ保持枠」という）Ｋ₀とが一体化して構成された光学素子である。

同図において、ｘ₀ｘ₀´は、レンズＬ₀の光軸である。
レンズＬ₀は、入射面側が凸面の凸メニスカスレンズである。
レンズＬ₀において、口径φｄ₀₁は、入射する光線の結像に寄与する最大入射口径よりも小さい口径である。光線の入射位置Ｑは、レンズＬ₀の入射面側曲面上における入射口径φｄ₀₁上の入射位置である。曲率半径Ｒ₀₁は、入射位置Ｑにおける曲面の曲率半径である。角度θ₀は、入射位置Ｑにおける曲面（曲率半径Ｒ₀₁の曲面）の法線と光軸ｘ₀ｘ₀´とのなす角度である。口径φｄ₀₂は、レンズＬ₀の外径である（すなわちφｄ₀₁＜φｄ₀₂）。ｔ₀は、レンズＬ₀の外周における光軸方向肉厚である。レンズＬ₀の屈折率は、ｎ₀とする。

本実施例では、入射口径φｄ₀₁＝10mm、レンズＬ₀の外径φｄ₀₂＝11mm、入射位置Ｑにおける曲面の曲率半径Ｒ₀₁＝9.0305mm、レンズＬ₀の外周における光軸方向肉厚ｔ₀＝1.8mm、レンズＬ₀の屈折率ｎ₀＝1.80610であるとする。

レンズ保持枠Ｋ₀は、レンズＬ₀を保持し、レンズＬ₀の外周面と嵌合し、レンズＬ₀と一体化して構成されている。
このような構成の光学素子１において、光線の入射位置Ｑにおける曲面（曲率半径Ｒ₀₁の曲面）の法線と光軸ｘ₀ｘ₀´とのなす角度θ₀は、上記の式（１）の右辺より求めることができる。

θ₀ ＝式（１）の右辺＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝)
＝ arctan((10/2)/√｛9.0305^2-(10/2)^2｝)
＝ 33.6198°
となる（但し、d₁=d₀₁, R₁=R₀₁）。

また、入射位置Ｑに入射する光線であって光軸から離れる方向に向かって入射する光線と入射位置Ｑにおける曲面の法線とのなす角度が最大となる最大入射角度ｉ₀は、屈折の法則から臨界角となる。すなわち、最大入射角度ｉ₀＝90°である。従って、この場合の入射位置ＱでのレンズＬ₀内の屈折角α₀（入射位置Ｑに入射して屈折したレンズＬ₀内の光線と入射位置Ｑにおける曲面の法線とのなす角度）は、上記の式（１）の左辺より求めることができる。すなわち、
sin90°/sinα₀ ＝ n
1/sinα₀ ＝ n
α₀ ＝ arcsin(1/n) ＝式（１）の左辺
α₀ ＝ arcsin(1/1.80610) ＝ 33.6198°
となる（但し、n=n₀）。これより、
α₀ ＝ θ₀ ＝ 33.6198°
となる。

すなわち、屈折角α₀と角度θ₀は同じになるので、入射位置Ｑに入射して屈折した光線は、光軸ｘ₀ｘ₀´と平行にレンズＬ₀内を進行する。よって、レンズＬ₀の射出面側曲面の射出位置と光軸ｘ₀ｘ₀´との距離を半径とする射出口径は、入射位置Ｑと光軸ｘ₀ｘ₀´との距離を半径とする入射口径と同じとなり、10mmとなる。

尚、同図に示した光学素子１において、光線の入射位置が、入射口径φｄ₀₁よりも大きく且つ最大入射口径内の入射口径φｄ₀₄=10.4mm上としたときは、上記と同様にして、上記の式（１）の左辺及び右辺を求めると、
式（１）の左辺＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.80610)
＝ 33.6198°
となる（但し、n=n₀）。上記の式（１）の右辺は、
式（１）の右辺＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝)
＝ arctan((10.4/2)/√｛9.0305^2-(10.4/2)^2｝)
＝ 35.l58°
となる（但し、d₁=d₀₄, R₁=R₀₁）。

従って、左辺＜右辺となり、入射口径φｄ₀₄上の入射位置に入射し屈折したレンズＬ₀内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度は、光軸ｘ₀ｘ₀´とその入射位置における曲面の法線とのなす角度よりも小さくなる。すなわち、この入射位置へ入射した光線は、屈折後に光軸ｘ₀ｘ₀´に収斂する方向にレンズＬ₀内を通過することになる。

また、同図に示した光学素子１において、光線の入射位置が、入射口径φｄ₀₁よりも小さい入射口径φｄ₀₃上とし、本実施例においてφｄ₀₃＝8mmとすると、上記の式（３）の左辺は、
式（３）の左辺＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.80610)
＝ 33.6198°
となる（但し、n=n₀）。上記の式（３）の右辺は、
式（３）の右辺＝ arctan((d₃/2)/√｛R₂^2-(d₁/2)^2｝)
＝ arctan((8/2)/√｛9.0305^2-(8/2)^2｝)
＝ 26.292°
となる（但し、d₃=d₀₃, R₂=R₀₁, d₁=d₀₁）。

従って、左辺＞右辺となり、上記の式（３）を満足する。よって、この場合にレンズＬ₀に入射した光線、すなわち、入射口径φｄ₀₃上に入射した光線は、屈折後に、光軸ｘ₀ｘ₀´から離れる方向へレンズＬ₀内を進行することとなる。

また、上記の式（４）において、左辺は、
式（４）の左辺＝ arctan[｛(d₂-d₃)/2｝/(t+√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝-√｛R₂^2-(d₂/2)^2｝)]+arcsin｛(d₃/2)/R₂｝
＝ arctan[｛(11-8)/2｝/(1.8+√｛9.0305^2-(8/2)^2｝-√｛9.0305^2-(11/2)^2｝)]+arcsin｛(8/2)/9.0305｝
＝ 55.044°
となる（但し、d₂=d₀₂, d₃=d₀₃, t=t₀, R₂=R₀₁）。上記の式（４）の右辺は、
式（４）の右辺＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.80610)
＝ 33.620°
となる（但し、n=n₀）。従って、左辺＞右辺となり、上記の式（４）を満足する。よって、この場合にレンズＬ₀に入射した光線、すなわち、入射口径φｄ₀₃上に入射した光線は、光軸ｘ₀ｘ₀´から離れる方向へレンズＬ₀内を進行し、レンズＬ₀の射出面側曲面の、当該レンズＬ₀を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を有する光学表面内から、射出していくことになる。

以上、本実施例に係る光学素子１によれば、レンズＬ₀における上記の式を満足する入射位置に入射した光線は、レンズＬ₀の外周面に直接進むことはなく、その外周面で反射することはなくなる。よって、レンズ保持枠Ｋ₀の反射防止のための表面処理や塗装等といった、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させることができる。また、これにより、フレアが減少し、像性能を向上させることができる。

また、レンズ保持枠Ｋ₀の表面処理や光学素子１の塗装が不要となるので、寸法精度が安定し、光学性能を向上させることができる。
さらに、レンズＬ₀の入射面側曲面からレンズ外周面へ直接進行して反射する光線がなくなるので、レンズ保持枠Ｋ₀の材質の色や光沢による光学系への影響が少なくなり、任意の材質あるいは色を採用でき、選択の自由度を増すことができる。

図２(a) は、本発明の実施例２に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、結像に寄与する光線の一部も併せて示した図である。同図(b) は、本実施例に係る光学素子の断面図である。図３は、本実施例に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、その光学素子を通過する光線の一部も併せて示した図である。

図２(a),(b)、及び図３において、ｘ₁ｘ₁´は、撮影レンズ２の光軸である。
図２(a) 及び図３に示した撮影レンズ２において、艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ₁は、第１レンズＬ₁及び第２レンズＬ₂を保持すると共に第３レンズＬ₃の不要な結像に寄与しない光線を遮る部位Ｓ₃を有し、艶消し状の黒色のリングｓ₁で第１レンズＬ₁を押さえ、カシメ部ｓ₂で第２レンズＬ₂を固定している。また、鏡枠Ｋ₁は、第３レンズＬ₃とこれを保持するレンズ保持枠Ｋ₂とが一体化して構成された図２(b) に示した光学素子３を保持している。

光学素子３は、不要な結像に寄与しない光線を遮る部位ｓ₃の結像側に近接して鏡枠Ｋ₁に不図示の締結部材で固定されている。
第４レンズＬ₄を保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ₃は、虹彩絞り機能を有し、不要な光線を遮る部位ｓ₄を有して鏡枠Ｋ₁に保持されている。

第５レンズＬ₅及び第６レンズＬ₆は、接合されたレンズであり、この接合されたレンズを保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ₄は、不要な光線を遮る部位ｓ₅を有して鏡枠Ｋ₁に保持されている。

第７レンズＬ₇を保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ₅は、不要な光線を遮る部位ｓ₆を有して鏡枠Ｋ₁に保持されている。
フィルターＬ₈とフィルターＬ₉を保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ₆は、結像面Ｉである不図示のイメージャ部（撮像素子）を保持するカメラ部に、鏡枠Ｋ₁と共に固定されている。

尚、本実施例において、撮影レンズ２のレンズデータは、下記のとおりとする。
r₁=16.9916 d₁=2.5081 n₁=1.65160 ν₁=58.55
r₂=267.3736 d₂=0.5000
r₃=-386.8516 d₃=0.8000 n₃=1.72916 ν₃=54.68
r₄=4.6000 d₄=0.8500
r₅=5.0500 d₅=1.6500 n₅=1.83917 ν₅=23.86
r₆=6.7896 d₆=8.8657
r₇=∞（絞り） d₇=0.5000
r₈=4.9793 d₈=1.2011 n₈=1.69350 ν₈=53.21
r₉=44.9996 d₉=0.4000
r₁₀=6.8040 d₁₀=1.3489 n₁₀=1.68893 ν₁₀=31.16
r₁₁=60.0000 d₁₁=0.2500 n₁₁=1.70200 ν₁₁=40.20
r₁₂=3.6512 d₁₂=2.3919
r₁₃=11.0558 d₁₃=1.0000 n₁₃=1.79950 ν₁₃=42.34
r₁₄=-62.0049 d₁₄=4.2148
r₁₅=∞ d₁₅=0.7600 n₁₅=1.60625 ν₁₅=63.71
r₁₆=∞ d₁₆=0.5000
r₁₇=∞ d₁₇=0.5556 n₁₇=1.51633 ν₁₇=64.14
r₁₈=∞ d₁₈=0.5000
I₁（結像面）
Ｆナンバー=4.0, IH（撮像面高さ）=3.6mm, f（焦点距離）=7.326mm
但し、上記のレンズデータにおいて、ｒ₁乃至ｒ₁₈は、それぞれ曲率半径（mm）を示している。すなわち、ｒ₁とｒ₂は、第１レンズＬ₁の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ₃とｒ₄は、第２レンズＬ₂の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ₅とｒ₆は、第３レンズＬ₃の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ₇は、不図示の絞りの曲率半径である。ｒ₈とｒ₉は、第４レンズＬ₄の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ₁₀は、第５レンズＬ₅の入射側の曲率半径である。ｒ₁₁は、第５レンズＬ₅の出射側の曲率半径であって第６レンズＬ₆の入射側の曲率半径である。ｒ₁₂は、第６レンズＬ₆の出射側の曲率半径である。ｒ₁₃とｒ₁₄は、第７レンズＬ₇の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ₁₅とｒ₁₆は、フィルターＬ₈の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ₁₇とｒ₁₈は、フィルターＬ₉の入射側と出射側の曲率半径である。

また、ｄ₁乃至ｄ₁₈は、それぞれ撮影レンズ２の光軸上の距離（mm）を示している。すなわち、ｄ₁は、第１レンズＬ₁の肉厚である。ｄ₂は、第１レンズＬ₁と第２レンズＬ₂との間の空間の距離である。ｄ₃は、第２レンズＬ₂の肉厚である。ｄ₄は、第２レンズＬ₂と第３レンズＬ₃との間の空間の距離である。ｄ₅は、第３レンズＬ₃の肉厚である。ｄ₆は、第３レンズＬ₃と不図示の絞りとの間の空間の距離である。ｄ₇は、不図示の絞りと第４レンズＬ₄との間の空間の距離である。ｄ₈は、第４レンズＬ₄の肉厚である。ｄ₉は、第４レンズＬ₄と第５レンズＬ₅との間の空間の距離である。ｄ₁₀は、第５レンズＬ₅の肉厚である。ｄ₁₁は、第６レンズＬ₆の肉厚である。ｄ₁₂は、第６レンズＬ₆と第７レンズＬ₇との間の空間の距離である。ｄ₁₃は、第７レンズＬ₇の肉厚である。ｄ₁₄は、第７レンズＬ₇とフィルターＬ₈との間の空間の距離である。ｄ₁₅は、フィルターＬ₈の肉厚である。ｄ₁₆は、フィルターＬ₈とＬ₉との間の空間の距離である。ｄ₁₇は、フィルターＬ₉の肉厚である。ｄ₁₈は、フィルターＬ₉と結像面Ｉ₁との間の空間の距離である。

また、n₁とν₁は、第１レンズＬ₁の屈折率と分散である。n₃とν₃は、第２レンズＬ₂の屈折率と分散である。n₅とν₅は、第３レンズＬ₃の屈折率と分散である。n₈とν₈は、第４レンズＬ₄の屈折率と分散である。n₁₀とν₁₀は、第５レンズＬ₅の屈折率と分散である。n₁₁とν₁₁は、第６レンズＬ₆の屈折率と分散である。n₁₃とν₁₃は、第７レンズＬ₇の屈折率と分散である。n₁₅とν₁₅は、フィルターＬ₈の屈折率と分散である。n₁₇とν₁₇は、フィルターＬ₉の屈折率と分散である。

以上のように構成された撮影レンズ２において、第３レンズＬ₃とレンズ保持枠Ｋ₂とが一体化して構成された光学素子３は、図２(b) に示したように、第３レンズＬ₃に入射して屈折したレンズＬ₃内の光線が、光軸ｘ₁ｘ₁´と平行になる光線の入射位置を有すると共に、図３に示したように、第３レンズＬ₃に入射して屈折したレンズＬ₃内の光線が、光軸ｘ₁ｘ₁´に収斂する方向に進行する光線の入射位置と、光軸ｘ₁ｘ₁´から離れる方向に進行する光線の入射位置とを有する。

まず、図２(b) に示したように、第３レンズＬ₃に入射して屈折したレンズＬ₃内の光線が、光軸ｘ₁ｘ₁´と平行になる場合について説明する。
第３レンズＬ₃に入射する光線は、図２(a) に示したように、鏡枠Ｋ₁の結像に寄与しない不要な光線を遮る部位ｓ₃により規制されている。すなわち、部位ｓ₃の内径は、第３レンズＬ₃に入射可能な光線の最大径と一致している。

本実施例では、部位ｓ₃の内径φｄ₂₁₁＝7.876mmとし、これが第３レンズＬ₃の最大入射口径となる。また、上記レンズデータから、第３レンズＬ₃において、屈折率ｎ₅＝1.83917、入射面の曲率半径ｒ₅＝5.0500である。また、第３レンズＬ₃において、外周における光軸ｘ₁ｘ₁´方向の肉厚ｔ₁＝0.661mmとし、外径φｄ₂₁₂＝8.9mmとする。

第３レンズＬ₃の入射面側曲面に入射する光線のうち、最も外側（光軸ｘ₁ｘ₁´から離れる方向）へ射出可能な光線の入射角は、全反射する臨界角である90°となる。この場合、入射位置における屈折後の光線の法線（入射位置における曲面の法線）に対する屈折角をα₁とすると、α₁は上記の式（１）の左辺により求めることができる。

α₁ ＝ arcsin（sin90°/n）
＝ arcsin（1/n）＝式（１）の左辺
＝ arcsin（1/1.83917）
＝ 32.937°
となる（但し、n=n₅）
この屈折角α₁が上記法線と光軸ｘ₁ｘ₁´とのなす角度θ₁₀と等しくなるときの光線の入射位置と光軸ｘ₁ｘ₁´との距離を半径とする口径（入射口径）をφｄ₂₁₃とすると、上記の式（１）の右辺が、
式（１）の右辺＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝)
であることから、
θ₁₀ ＝ arctan((ｄ₂₁₃/2)/√｛r₅^2-(ｄ₂₁₃/2)^2｝)
となる（但し、d₁=d₂₁₃, R₁=r₅）。ここで、ｄ₂₁₃について解くと、
ｄ₂₁₃ ＝ √｛4・r₅^2・(tanθ₁₀)^2｝/(1+tanθ₁₀)
＝ √｛4・5.050^2・(tan32.937)^2｝/(1+tan32.937)
＝ 5.492
従って、最大入射口径φｄ₂₁₁＝7.876mm内の入射口径φｄ₂₁₃＝5.492mm上に、入射角９０°で入射した光線は、図２(b) に示したように、屈折後に第３レンズＬ₃内を、光軸ｘ₁ｘ₁´と平行に進行することとなる。

また、入射口径φｄ₂₁₃＝5.492mmより外側であって最大入射口径φｄ₂₁₁＝7.876mm内に入射した光線は、図３の矢印で示した一方の光線のように、屈折後に第３レンズＬ₃内を、光軸ｘ₁ｘ₁´に収斂する方向に進行する。次に、この場合について説明する。

一例として、ここでは、最大入射口径上の位置に入射する光線を考える。最大入射口径上の位置における曲面の法線と光軸ｘ₁ｘ₁´とのなす角度をθ₁₁とすると、θ₁₁は、上記の式（１）の右辺により求めることができる。

θ₁₁ ＝式（１）の右辺＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝)
θ₁₁ ＝ arctan((7.876/2)/√｛5.05^2-(7.876/2)^2｝)
θ₁₁ ＝ 51.242°
となる（但し、d₁=d₂₁₁, R₁=r₅）。

また、上記の式（１）の左辺は、上記で求めたとおり32.937°である。
よって、左辺＜右辺となり、最大入射口径上の位置に入射した光線は、図３の矢印で示した一方の光線のように、屈折後に第３レンズＬ₃内を、光軸ｘ₁ｘ₁´に収斂する方向に進行する。

このように、第３レンズＬ₃の入射位置における曲面の法線と光軸ｘ₁ｘ₁´とがなす角度（θ₁₀）と、その入射位置に入射して屈折した第３レンズＬ₃内の光線とその法線とのなす角度（α₁）とが同じとなって、第３レンズＬ₃内の光線と光軸ｘ₁ｘ₁´とが平行となる、上記の式（１）及び（２）を満足する入射位置が存在することは、その入射位置と光軸ｘ₁ｘ₁´との距離を半径とする口径（φｄ₂₁₃）よりも外側であって最大入射口径（φｄ₂₁₁）内の位置に入射した光線は、屈折後に光軸ｘ₁ｘ₁´に収斂する方向に第３レンズＬ₃内を進行するので、第３レンズＬ₃の外周面へ直接向かう光線は無くなることになる。また、上記の式（２）より、第３レンズＬ3の外周面と光線の入射位置との間には一定の距離があり、外周面で反射する光線の発生がなくなる。

また、最大入射口径φｄ₂₁₁＝7.876mm内であって入射口径φｄ₂₁₃＝5.492より内側に入射した光線は、図３の矢印で示した他方の光線のように、屈折後に第３レンズＬ₃内を、光軸ｘ₁ｘ₁´から離れる方向に進行する。次に、この場合について説明する。

一例として、ここでは、入射口径φｄ₂₁₄＝4.000mm上の位置に入射する光線を考える。このとき、上記の式（３）の左辺及び右辺を求めると、次のようになる。
式（３）の左辺＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.83917)
＝ 32.937°
となる（但し、n=n₅）
式（３）の右辺＝ arctan((d₃/2)/√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝)
＝ arctan((4/2)/√｛5.05^2-(4/2)^2｝)
＝ 23.331°
となる（但し、d₃=d₂₁₄, R₂＝r₅）。

よって、左辺＞右辺となり、上記の式（３）を満足する。これにより、入射口径φｄ₂₁₄＝4.000mm上の位置に入射して屈折した第３レンズＬ₃内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度は、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度よりも大きくなり、屈折後の第３レンズＬ₃内の光線は光軸ｘ₁ｘ₁´から離れる方向へ向かって第３レンズＬ₃内を進行することになる。

続いて、上記の式（４）の左辺及び右辺を求めると、次のようになる。
式（４）の左辺＝ arctan[｛(d₂-d₃)/2｝/(t+√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝-√｛R₂^2-(d₂/2)^2｝)]+arcsin｛(d₃/2)/R₂｝
＝ arctan[｛(7.876-4)/2｝/(0.661+√｛5.05^2-(4/2)^2｝-√｛5.05^2-(7.876/2)^2｝)]+arcsin｛(4/2)/5.05｝
＝ 65.540°
となる（但し、d₂=d₂₁₁, d₃=d₂₁₄, t=t₁, R₂=r₅）。

式（４）の右辺＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.83917)
＝ 32.937°
となる（但し、n=n₅）。

よって、左辺＞右辺となり、上記の式（４）を満足する。これにより、入射口径φｄ₂₁₄＝4.000mm上の位置に入射して屈折した第３レンズＬ₃内の光線は、光軸ｘ₁ｘ₁´から離れる方向へ向かって第３レンズＬ₃内を進行し、第３レンズＬ₃の射出面における、光学系の光学性能を満たす表面精度を有する光学表面内を射出することとなる。

以上、本実施例に係る光学素子３によれば、実施例１と同様に、第３レンズＬ₃における上記の式を満足する入射位置に入射した光線は、第３レンズＬ₃の外周面に直接進むことはなく、その外周面で反射することはなくなる。よって、本実施例に係る光学素子３によっても、実施例１に係る光学素子１と同様の効果を得ることができる。

以上、実施例１乃び２について説明したが、各実施例においては、光学素子のレンズとして、入射面側の曲面が凸形状の正の屈折率を有する非球面レンズを適用することもできる。この場合には、入射位置の曲面の曲率半径として、入射位置における近似曲率半径を適用すればよい。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。

実施例１に係る光学素子の一部断面図である。 (a) は、実施例２に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、結像に寄与する光線の一部も併せて示した図、(b) は、その光学素子の断面図である。実施例２に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、その光学素子を通過する光線の一部も併せて示した図である。光学系に含まれるレンズと該レンズの保持枠とを有して構成される従来の光学素子の一例を示す一部断面図である。

符号の説明

１光学素子
２撮影レンズ
３光学素子

Claims

複数のレンズで構成された光学系の複数番目のレンズと該レンズの保持枠とが一体化して構成された光学素子であって、
当該光学素子の前記レンズは、入射面側曲面が凸形状の正の屈折力を有し、
当該光学素子の前記レンズにおいて、光線の入射位置における前記入射面側曲面の曲率半径をＲ₁、前記入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ₁、当該レンズの外径をφｄ₂、当該レンズの屈折率をｎとするとき、結像に寄与する光線の最大入射口径内において、
arcsin(1/n) ≦ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝) （１）、
且つ、
d₁ ＜ d₂ （２）、
を満足する光線の入射位置を有する、
ことを特徴とする光学素子。
当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）における、
arcsin(1/n) ＝ arctan((d₁/2)/√｛R₁^2-(d₁/2)^2｝)、
及び前記式（２）を満足するときの前記口径φｄ₁よりも内側であって前記入射面側曲面上の光線の入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ₃、光軸との距離が口径φｄ₃の半径となる前記入射位置における曲率半径をＲ₂、当該レンズの外周における光軸方向肉厚をｔとするとき、
arcsin(1/n) ＞ arctan((d₃/2)/√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝) （３）、
且つ、
arctan[｛(d₂-d₃)/2｝/(t+√｛R₂^2-(d₃/2)^2｝-√｛R₂^2-(d₂/2)^2｝)]+arcsin｛(d₃/2)/R₂｝＞ arcsin(1/n) （４）、
を満足する光線の入射位置を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）及び（２）を満足するときの前記最大入射口径内に入射する光線の射出位置は、前記光学系の光学性能を満たす表面精度を有する光学表面内である、
ことを特徴とする請求項１記載の光学素子。