JP4630645B2 - 光学系 - Google Patents

Description

本発明は、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、望遠鏡、双眼鏡、プロジェクター、複写機等の光学系に好適なものである。

一般にデジタルカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられる光学系では、レンズ全長（光学全長、物体側の第１レンズ面から像面までの長さ）を短縮し、光学系全体の小型化を図るほど該収差、特に軸上色収差及び倍率色収差などの色収差が多く発生し、光学性能が低下する傾向にある。特にレンズ全長の短縮化を図ったテレフォトタイプの光学系では、焦点距離を伸ばすほど（長くするほど）色収差が多く発生する。

このような色収差の発生を低減する方法として、光学材料に異常部分分散材料を用いる方法や光路中に回折光学素子を用いる方法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（光学系全系の焦点距離を１に正規化し、光学系の光軸と平行に、光軸からの高さ１の光を入射させたときの近軸光線である。以下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して扱う。）と瞳近軸光線（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。以下光学系への入射角度は、光軸から測って時計回りを正、反時計回りを負とする）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の光学材料（アッベ数の大きな光学部材）で構成した正の屈折力のレンズと高分散の光学材料で構成した負の屈折力のレンズを用いて色収差の低減を行うのが一般的であり、このようなテレフォトタイプの光学系が種々提案されている（特許文献１〜３）。

また、異常部分分散の光学材料を用いず、回折光学素子を用いてテレフォトタイプの光学系において、色収差の補正を行った光学系が知られている（特許文献４、５）。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、色収差を比較的良好に補正したＦナンバーＦ２．８程度のテレフォトタイプの光学系が開示されている。

一般に回折光学素子は、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、色収差を大きく変化できる特徴がある。また、扱う光が回折光であるため、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、レンズ全長の短縮に際しては、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、構成レンズの材料の硝材と屈折力を最適化して設計を行えば、レンズ全長が短縮されたテレフォトタイプの光学系が得られる。

また、回折光学素子の光学特性に似た色収差の補正作用を持つ光学材料に、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いおり、それを用いた色消し光学系が提案されている（特許文献６，７）。
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５７３１９０７号明細書 米国特許第５６３８２１５号明細書

特許文献１〜３に開示されている光学材料に蛍石等を使ったテレフォトタイプの光学系では、レンズ全長を比較的長めに設定した場合は色収差の補正が容易である。しかしながら、レンズ全長の短縮化を図ると色収差が多く発生し、これを良好に補正することが困難となる。この方法は、蛍石等の材料が持つ低分散と異常部分分散を利用して正の屈折力の前玉レンズ系で発生する色収差を単に低減するに留まるためである。レンズ全長の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、レンズ面の屈折力を大きく変化させないと色収差が大きく変化しない。このため、色収差の補正と、屈折力を大きくしたことによって発生する球面収差、コマ収差、非点収差などの諸収差の補正との両立が困難となる。

一方、回折光学素子は十分な色収差の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発生し、この不要な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生じてくる。この不要な回折光を減ずる方法として、複数のブレーズ型の回折格子を光軸方向に積層した、所謂、積層型の回折光学素子を用い、これによって設計回折次数へエネルギーを集中させ、不要な回折光を大幅に減らす方法があるが、これでも依然として高輝度な被写体を撮影すると、不要な回折光によるフレアが現れてくるという問題がある。

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。しかしながらこの方法は、回折光学素子の回折効率の敏感度が製造上極めて高い為、非常に高い金型精度や成型精度が要求され、製造が難しいという問題がある。

特許文献６，７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、光学材料に用いる場合、製造が難しくなる。また、温度変化により屈折率、分散などの特性が大きく変化し、耐環境性が十分でない。更に空気との界面が得られないために十分な色収差の補正作用が得難い。

本発明は、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができる、製造が容易で、耐環境性に優れた光学系及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。

本発明の光学系は、光入射側と光射出側が共に屈折面であり、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
−２．１００×１０^-3・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ
０．５５５ ＜ θｇＦ ＜０．９
なる条件を満足する固体材料からなる屈折光学素子を有し、前記固体材料は樹脂からなることを特徴としている。
この他本発明の光学系は、光入射側と光射出側が共に屈折面であり、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
−２．１００×１０ ^-3 ・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ
０．５５５ ＜ θｇＦ ＜０．９
１７．６≦νｄ＜６０
なる条件を満足する固体材料からなる屈折光学素子を有することを特徴としている。

また、この固体材料の部分分散比をθｇｄとするとき、
−２．４０７×１０^-3・νｄ＋１．４２０ ＜ θｇｄ
１．２５５ ＜ θｇｄ ＜ １．６７
なる条件を満足すると、更に好ましい。

ここでアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦ，θｇｄはｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｆ線（４８６．１ｎｍ），ｄ線（５８７．６ｎｍ），Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
である。

本発明によれば、製造が容易で、耐環境特性に優れた、高い光学性能を有するコンパクトな光学系が得られる。

以下、本発明の光学系について説明する。

本発明の光学系は、デジタルカメラ・ビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置や、望遠鏡、双眼鏡等の観察装置、複写機、プロジェクター等の機器に用いられるものである。

本発明の光学系は、部分分散比の大きい（高い）固体材料（常温常圧）に屈折作用を持たせたことを特徴としている。すなわち、パワーを有する屈折光学素子（光学部材）を、部分分散比が大きい固体材料で形成したことを特徴としている。

尚、ここで屈折光学素子とは屈折作用でパワーが生じる、例えば屈折レンズ等を意味し、回折作用でパワーが生じる回折光学素子を含んでいない。

また、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は、どのような状態であっても良い。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も、ここでいう固体材料に該当する。

各実施例の光学系中に用いられる光学部材は、光入射側と光射出側が共に屈折面であり、このうち少なくとも一方の屈折面にパワーがあり、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、以下の条件式（１），（２））を満足する常温常圧で固体材料より成っている。

−２．１００×１０^-3・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ …（１）
０．５５５ ＜ θｇＦ ＜ ０．９ …（２）
条件式（１），（２）を満足する固体材料を光学系中に屈折光学素子として用いることによって、ｇ線〜Ｃ線の広い波長帯域にわたって色収差の良好な補正が行える。

更に、条件式（１），（２）を満足する固体材料は、以下の条件式（３），（４）をも満足することが好ましい。

−２．４０７×１０^-3・νｄ＋１．４２０ ＜ θｇｄ …（３）

１．２５５ ＜ θｇｄ ＜ １．６７ …（４）
条件式（１），（２）に加えて、条件式（３），（４）をも同時に満足することによって、ｇ線とｄ線間の色収差補正を行うことが可能になる。これにより、ｇ線〜Ｃ線の波長帯域でより緻密な色収差補正が可能となる。

色収差補正の観点から、更に、
νｄ ＜ ６０ …（５）
を満足する固体材料とすることが好ましい。

条件式（１），（２）を満足する固体材料（以下「光学材料」ともいう。）の具体例としては、例えば樹脂がある。様々な樹脂の中でも特にＵＶ硬化樹脂（Ｎｄ＝１．６３５，νｄ＝２２．７，θｇＦ＝０．６９）やＮ−ポリビニルカルバゾール（Ｎｄ＝１．６９６，νｄ＝１７．７，θｇＦ＝０．６９）は条件式（１），（２）を満足する光学材料である。尚、条件式（１），（２）を満足する樹脂であれば、これらに限定するものではない。

また、一般の硝材とは異なる特性を持つ光学材料として、下記の無機酸化物ナノ微粒子（無機微粒子）を合成樹脂（透明媒体）中に分散させた混合体がある。すなわち、ＴｉＯ₂（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８），Ｎｂ₂Ｏ₅（Ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０），ＩＴＯ（Ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３），Ｃｒ₂Ｏ₃（Ｎｄ＝２．２１７８，νｄ＝１３．４），ＢａＴｉＯ₃（Ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）等がある。

これらの無機酸化物の中では、ＴｉＯ₂（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８，θｇＦ＝０．８７）微粒子を合成樹脂中に適切なる体積比で分散させた場合、上記条件式（１），（２）を満足する光学材料が得られる。

ＴｉＯ₂は様々な用途で使われる材料であり、光学分野では反射防止膜などの光学薄膜を構成する蒸着用材料として用いられている。他にも光触媒、白色顔料などとして、またＴｉＯ₂微粒子は化粧品材料として用いられている。

各実施例において樹脂に分散させるＴｉＯ₂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。

ＴｉＯ₂を分散させる媒体材料としては、ポリマーが良く、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、ポリマーの光学定数の特性としても、部分分散比が比較的大きいポリマー、あるいはアッベ数が比較的小さいポリマーか、両者を満たすポリマーが良く、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）、などが適用できる。後述する実施例ではＴｉＯ₂微粒子を分散させるホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂、Ｎ−ポリビニルカルバゾールを用いている。しかし、これに限定するものではない。

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、波長λにおける屈折率Ｎ（λ）は、
Ｎ(λ)＝［１＋Ｖ｛Ｎ_TiO ²(λ)−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎ_P ²(λ)−１｝］^1/2
である。

ここで、λは任意の波長、Ｎ_TiOはＴｉＯ₂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ＴｉＯ₂微粒子の総体積の分率である。

また、条件式（１），（２）を満足する光学材料としては、０℃〜４０℃の範囲内におけるｄ線の屈折率の温度変化（変化率）の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。

すなわち、
｜ｄｎ／ｄＴ｜＜ ２．５×１０^-4（１／℃） …（６）
ここで条件式（６）の範囲をはずれると、０℃〜４０℃の温度範囲で良好な光学性能を維持することが困難になる。

各実施例では、条件式（１），（２）を満足する光学材料を光学系中のレンズやレンズ表面に設けられた屈折力のある層（面）に適用している。

そして、この光学材料で構成された屈折面を非球面とすれば、色の球面収差などの色収差フレアを良好に補正することができる。また、この光学部材と空気などの雰囲気とで界面を形成したり、比較的屈折率の低い光学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。

次に部分分散比が大きい光学材料でパワーのある光学部材を光学系中に用いたときの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している。

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状（部分分散比が正の値）の軌跡を描き、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、アッベ数の小さい分散の大き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状が強まる傾向にある。

部分分散比が大きな光学材料では、その光学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。

一方、部分分散比が小さな光学材料では、その光学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波長域全体でより直線に近い形状を示す。

硝材など一般的な光学材料の部分分散比は、アッベ数に対してほとんど直線的な変化をする。この直線的な変化から外れた特性を持つ光学材料が、異常部分分散性を示す光学材料である。異常部分分散を持つ光学材料として、一般的には分散の小さな蛍石などがある。しかし、分散が小さく異常部分分散を持つ光学材料もアッベ数に対する変化はほとんど一様である。
異常部分分散を持つ光学材料をパワーのあるレンズとして用いた場合、レンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線は一般の硝材を用いた場合と比べると、より線形性が高くなるか（部分分散比が小さい）又は、より曲がりが大きくなる（部分分散比が大きい）。

色収差係数の波長依存特性曲線の線形性が高いという点で、回折光学素子は部分分散比が極めて小さい。回折光学素子を用いた光学系では、全波長域に渡って色収差を良好に補正できる。しかし回折と屈折では光への影響が全く異なる。一般の光学材料は、上述の様にアッベ数は常に正の値をとり、また分散特性曲線は多かれ少なかれ下に凸状となる。

これに対して回折光学素子では逆に長波長側の屈折率の方が短波長側の屈折率よりも高くなり、また屈折率の波長に対する変化も一様となる。したがって回折光学素子のアッベ数は−３．４５と負の値をとり、またその分散特性は直線となる。

このような一般の屈折材料とは全く異なる特性を活かした、回折光学素子を用いた光学系では、回折光学素子以外の部分で発生した比較的大きな色収差を回折光学素子部分でキャンセルすることにより、全波長域に渡って色収差を良好に補正することができる。

このように、部分分散比が極めて小さな光学材料を用いて光学系全体で全波長域に渡って色収差を良好に補正できる。

各実施例では異常部分分散材料のうち一般の硝材と比べて部分分散比が高い光学材料を用いて光学系全体で全波長域に渡って色収差を良好に補正している。

一般の硝材と比べて部分分散比の小さな光学材料と部分分散比の高い光学材料とをレンズに用いた場合の違いは、そのレンズ面における色収差係数の波長依存特性曲線の短波長側の曲がりが少なくなるか大きくなるかということである。

また、この短波長側の曲がりは光学材料の分散特性の曲がりによるものである。ここで今、単純化のためにｄ線の屈折率とアッベ数が等しい光学材料について説明する。部分分散比が大きい材料、普通の部分分散比が普通の材料（一般の光学材料）、そして部分分散比が小さな材料を同じパワーでレンズとして使った時の、この短波長側と長波長側の色収差係数の差をそれぞれΔＮ_高、ΔＮ_中、ΔＮ_低とすると、これらの関係は以下の式で表される。

ΔＮ_高 ＞ ΔＮ_中 ＞ ΔＮ_低 ＞ ０ …（ａ）
片方のレンズを異常部分分散の材料で構成した２枚のレンズの組み合わせから成る光学系について説明する。

まず部分分散比が普通の材料と部分分散比が小さな材料で構成される同じパワーのレンズが２枚並んでいるとすると、この光学系の短波長側と長波長側の色収差係数の差は、ΔＮ_中＋ΔＮ_低となる。これは部分分散比の普通の材料を２枚用いた時と比べると、ΔＮ_中−ΔＮ_低だけ減っていることになる。

つまり部分分散比が普通の材料を２枚用いたときに比べて色収差を減らすことができる。

次に部分分散比が普通の材料と、部分分散比が大きな材料の組み合わせについて説明する。この光学系の短波長側と長波長側の色収差係数の差は、ΔＮ_中＋ΔＮ_高となる。

これは部分分散比が普通の材料を２枚用いた時と比べると、ΔＮ_高−ΔＮ_中だけ増えている。したがって、曲がりの少ない部分分散比が小さい材料を用いた場合に、短波長側の色収差を減らすことができるとすれば、曲がりの大きい部分分散比が大きな材料を用いた場合は、逆に短波長側の色収差を増やしてしまう。しかし、これは部分分散比が大きな材料と部分分散比が小さな材料を同じパワーで用いた場合である。

この状態で部分分散比が大きな材料を用いたレンズのパワーを正，負逆にする、つまり２枚並んでいるレンズのうち片方のレンズのパワーを正，負逆にして、そこに部分分散比が大きな材料を用いる。すると部分分散比の大きな材料を用いた場合は、部分分散比が普通の材料を２枚用いたときと比べると逆にΔＮ_高−ΔＮ_中だけ短波長側の収差を減らすことができる。

部分分散比が普通の材料を組み合わせても、色収差係数の波長依存特性曲線の曲がり成分と傾き成分を同時に波長域全体で色収差を良好に補正することは困難である。そこで部分分散比が普通の硝材に比べて短波長側の曲がり成分を減らすことのできる部分分散比が小さな材料を適切に用いて色収差を補正することができる。しかし短波長側の色収差を減らすという観点では、部分分散比が大きな材料を部分分散比が小さな材料とは逆のパワーで用いてやれば同様なことが可能である。なお、パワーの正負が異なるということは、部分分散比が大きな材料と部分分散比が小さな材料では短波長側以外でも逆の作用をする。したがって、それとバランスを取るための光学系の他の硝材の動かし方も逆になる。

このことを、部分分散比が大きな材料を用いた屈折光学系部分ＧＮＬと部分分散比が大きくない普通の材料を用いた屈折光学系部分Ｇから構成される望遠レンズでの色消し作用を例にとり説明する。

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を構成する負レンズに比較的、部分分散比の大きな材料を選択する。ここで一般的に部分分散比の大きな材料は同時に分散が大きいので、屈折光学系部分Ｇの色収差係数の波長依存特性曲線は、もとの状態よりも大きく曲がり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ＧＮＬに適当なパワーを与えると同時に、屈折光学系部分Ｇを構成する正レンズも比較的分散の大きな材料を選択する。ところが、屈折光学系部分ＧＮＬをアッベ数に対して一様な部分分散比を持つ一般の光学材料で構成している場合、屈折光学系部分ＧＮＬは、屈折光学系部分Ｇの収差係数の波長依存特性曲線の曲がり成分と傾き成分に同時に一定の割合で寄与するため、そのどちらの成分も同時にキャンセルすることができない結果となる。

これに対し、屈折光学系部分ＧＮＬを一般の材料に比べて部分分散比の大きな材料で構成している場合は、屈折光学系部分ＧＮＬは主に屈折系部分Ｇの色収差の波長依存特性曲線全体の曲がり成分に寄与するため、主に曲がり成分だけをキャンセルさせることができる。

その結果、屈折光学系部分ＧＮＬでは主に屈折系部分Ｇの色収差の波長依存特性曲線全体の曲がり成分を、屈折光学系部分Ｇを構成する正レンズでは主に傾き成分を、それぞれ独立に同時にキャンセルさせることができる。

また屈折光学系部分ＧＮＬのアッベ数の絶対値が小さい、すなわち分散が大きければ、色収差を独立に補正することが可能となるので好ましい。このことをレンズ面の軸上色収差係数及び倍率色収差係数を用いて説明する。

屈折レンズの面のパワー変化をΔψとすると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 ∝ Δψ／ν …（ｂ）
ΔＴ ∝ Δψ／ν …（ｃ）
式（ｂ）及び式（ｃ）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ΔＬ，ΔＴは、アッベ数ν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νの絶対値が小さい分散の大きな材料を用いれば、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、分散の小さな材料を用いると、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。

また屈折光学系部分ＧＮＬは一般の光学材料と組み合わせて使用するため、屈折光学系部分ＧＮＬに用いられる材料の部分分散比は一般の光学材料とは異なることが必要ではあるが、あまりかけ離れすぎては良くない。

あまりに一般の光学材料とかけ離れた材料より成るレンズとして用いた場合、そのレンズ面の色収差係数の波長依存特性曲線の短波長側の曲がりが特に大きくなる。その大きな曲がりを打ち消すためには、他のレンズのパワーも強くしなければならず、結局、球面収差、コマ収差や非点収差などに大きな影響を及ぼし、収差補正上困難となる。

つまり、屈折光学系部分ＧＮＬの材料としては、一般の光学材料に比べて部分分散比が大きな光学材料であり、かつ一般の光学材料と比べて部分分散比がかけ離れすぎないことも重要である。本発明の各実施例で特定する条件式（１），（２）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νｄと部分分散比θｇＦの関係を表したものである。

なお、条件式（１）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。

−２．１００×１０^-3・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ ＜
−１．２３１×１０^-3・νｄ＋０．９００…（１ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−２．１００×１０^-3・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ ＜
−１．３８９×１０^-3・νｄ＋０．８２３…（１ｂ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−１．６８２×１０^-3・νｄ＋０．７００ ＜ θｇＦ ＜
−１．６８２×１０^-3・νｄ＋０．７５６…（１ｃ）
条件式（２）の数値範囲は、条件式（１），（１ａ），（１ｂ）又は（１ｃ）を満足した上で、以下の範囲とすると更に良好な色収差補正効果が期待できる。

０．５５５ ＜ θｇＦ ＜ ０．８６ …（２ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

０．５５５ ＜ θｇＦ ＜ ０．８０ …（２ｂ）
条件式（３）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。

−２．４０７×１０^-3・νｄ＋１．４２０ ＜ θｇｄ ＜
−１．１５２×１０^-3・νｄ＋１．６５１…（３ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−２．４０７×１０^-3・νｄ＋１．４２０ ＜ θｇｄ ＜
−１．８６５×１０^-3・νｄ＋１．５７２…（３ｂ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−２．０７６×１０^-3・νｄ＋１．４２６ ＜ θｇｄ ＜
−２．０７６×１０^-3・νｄ＋１．５１２…（３ｃ）
条件式（４）の数値範囲は、条件式（３），（３ａ），（３ｂ）又は（３ｃ）を満足した上で、以下の範囲とすると更に良好な色収差補正効果が期待できる。

１．２５５ ＜ θｇｄ ＜ １．６１ …（４ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

１．２５５ ＜ θｇｄ ＜ １．５４ …（４ｂ）
条件式（５）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。

１７．６≦νｄ＜６０ ・・・（５）
更に望ましくは以下に示す範囲とするのが良い。
１７．６≦νｄ＜４５ ・・・（５ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

１７．６≦νｄ ＜ ３０ …（５ｂ）
条件式（１），（２）を満足する光学材料より成る光学部材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），（２）を満足する光学材料として、ＵＶ硬化樹脂１、Ｎ−ポリビニルカルバゾール、またＴｉＯ₂をホストポリマーであるＵＶ硬化樹脂、Ｎ−ポリビニルカルバゾールに分散させたＴｉＯ₂微粒子分散材料を用いている。なおＴｉＯ₂微粒子を分散させるＵＶ硬化樹脂は２種類（ＵＶ硬化樹脂１、ＵＶ硬化樹脂２）を用いている。

後述する実施例１〜５で用いている光学材料（ＵＶ硬化樹脂１、ＴｉＯ₂微粒子分散材料、Ｎ−ポリビニルカルバゾール）の光学定数値を表―１に、ＴｉＯ₂微粒子分散材料を構成するＵＶ硬化樹脂２とＴｉＯ₂の単独の光学定数値を表−２に示す。各表には、各光学材料のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比の値を示している。図１２，１３にこれらの光学材料と、条件式（１）〜（５）との関係を示す。

図１は数値実施例１の光学系の断面図であり、焦点距離３００ｍｍの超望遠レンズにＵＶ硬化樹脂１を用いた例である。図１中、ＵＶ硬化樹脂１で形成したレンズ（層）をＧＮＬ１で示している。ＳＰは開口絞りである。

ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラの撮影光学系として使用する際にはフィルム面に相当する感光面が置かれる。

図２は数値実施例１の光学系の無限遠物体に合焦した状態での収差図である。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。

収差図において、ｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ，ΔＳは各々メリディオナル像面，サジタル像面、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角、倍率色収差はｇ線によって表わしており、これは他の収差図も同様である。

数値実施例１の光学系では、近軸軸上光線の光軸からの通過位置が比較的高くなる物体側にＵＶ硬化樹脂１（表−１）より成るレンズ（パワーのある光学部材）を導入している。そして、ＵＶ硬化樹脂１で形成されたレンズ（層）ＧＮＬ１に正の屈折力を与え、主に軸上色収差を補正することにより、望遠比０．６７７と非常にコンパクトな超望遠レンズを得ている。

図３は数値実施例２の光学系の断面図であり、焦点距離３００ｍｍの超望遠レンズにＴｉＯ₂微粒子をＵＶ硬化樹脂１に体積比で２０％分散させた混合体を用いた例である。図３中、ＴｉＯ₂微粒子分散材料で形成したレンズ（層）をＧＮＬ１で示しており、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。

図４は数値実施例２の光学系の無限遠物体に合焦した状態での収差図である。

数値実施例２の光学系では、近軸軸上光線の光軸からの通過位置が比較的高くなる物体側にＴｉＯ₂微粒子分散材料より成るレンズを導入している。そして、ＴｉＯ₂微粒子分散材料で形成されたレンズ（層）ＧＮＬ１に正の屈折力を与え、主に軸上色収差を補正することにより、望遠比０．７００と非常にコンパクトな超望遠レンズを得ている。

図５は数値実施例３の光学系の断面図であり、焦点距離３００ｍｍの超望遠レンズにＴｉＯ₂微粒子をＵＶ硬化樹脂２に体積比で２０％分散させた混合体を用いた例である。図３中、ＴｉＯ₂微粒子分散材料で形成したレンズ（層）をＧＮＬ１で示しており、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。図６は数値実施例３の光学系の無限遠物体に合焦した状態での収差図である。

数値実施例３の光学系では、近軸軸上光線の光軸からの通過位置が比較的高くなる物体側にＴｉＯ₂微粒子分散材料より成るレンズを導入している。そして、ＴｉＯ₂微粒子分散材料で形成されたレンズ（層）ＧＮＬ１に正の屈折力を与え、主に軸上色収差を補正することにより、望遠比０．７００と非常にコンパクトな超望遠レンズを得ている。

図７は数値実施例４の光学系の断面図であり、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４からなるズーム比４程度の４群構成のズームレンズの一部にＮ−ポリビニルカルバゾールより成るレンズを用いた例である。

図７中、Ｎ−ポリビニルカルバゾールで形成したレンズ（層）をＧＮＬ１で示しており、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。

Ｇは差込フィルターや、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当するものである。

図８（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、数値実施例４の光学系（ズームレンズ）の広角端、中間焦点距離、望遠端における無限遠物体に合焦した状態での収差図である。

数値実施例４の光学系では、ズームレンズを構成するレンズ群の内、瞳近軸光線の光軸からの通過位置が比較的高くなる像側の第３レンズ群Ｌ３にＮ−ポリビニルカルバゾールより成るレンズを導入している。

そして、Ｎ−ポリビニルカルバゾールで形成されたレンズ（層）ＧＮＬ１に正の屈折力を与え、主に倍率色収差を補正することにより、コンパクト化を達成している。

図９は数値実施例５の光学系の断面図であり、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４からなるズーム比４程度の４群構成のズームレンズの一部にＴｉＯ₂微粒子をＵＶ硬化樹脂２に分散させた混合体より成るレンズを用いた例である。

図９中、ＴｉＯ₂微粒子分散材料で形成したレンズ（層）をＧＮＬ１で示しており、ＳＰは開口絞りである。Ｇはガラスブロックである。図１０（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、数値実施例４の光学系（ズームレンズ）の広角端、中間焦点距離、望遠端における無限遠物体に合焦した状態での収差図である。

数値実施例５の光学系では、ズームレンズを構成するレンズ群の内、瞳近軸光線の光軸からの通過位置が比較的高くなる像側の第３レンズ群Ｌ３にＴｉＯ₂微粒子分散材料より成るレンズを導入している。

そして、ＴｉＯ₂微粒子をＵＶ硬化樹脂２に体積比で３％分散させた材料で形成されたレンズ（層）ＧＮＬ１に正の屈折力を与え、主に倍率色収差を補正することにより、コンパクト化を達成している。

以下、数値実施例１〜５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面の番号を示し、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（樹脂やＴｉＯ₂微粒子分散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。樹脂やＴｉＯ₂微粒子分散材料で形成されたレンズＧＮＬｊのｄ線に対する屈折率、アッベ数は別途ＮＧＮＬｊ，νＧＮＬｊ（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。

また、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈ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、ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…を各次数の非球面係数とするとき、

で表す。

なお、各非球面係数における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味している。

数値実施例４，５の最も像側の平面（曲率半径∞の面）Ｒ１８〜Ｒ２２は、差込フィルターや、光学的ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当するものである。

数値実施例１，４ではそれぞれＵＶ硬化樹脂１、Ｎ−ポリビニルカルバゾールを単体で用いている。数値実施例２，３及び５ではＴｉＯ₂をホストポリマーに分散させた状態で用いており、ＴｉＯ₂微粒子分散材料の屈折率は、前述の（ｄ）式を用いて計算した値を用いて算出している。数値実施例２ではホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂１を用いており、ＴｉＯ₂の体積分率は２０％である。数値実施例３及び５ではホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂２を用いており、ＴｉＯ₂の体積分率はそれぞれ２０％及び３％である。

次に本発明の光学系を撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図１１を用いて説明する。

図１１において、２０はカメラ本体、２１は本発明の光学系によって構成された撮影光学系、２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明の光学系をデジタルスチルカメラ等の撮像素子に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

図１２はアッベ数と部分分散比θｇFについて、本発明の条件式（１）,（２）の範囲と、表１,表２の物質及び一般の光学ガラスとの関係を示したものである。図１３はアッベ数と部分分散比θｇｄについて、本発明の条件式（３）,（４）の範囲と、表１,表２の物質及び一般の光学ガラスとの関係を示したものである。

実施例１の光学系の光学断面図 実施例１の光学系の収差図 実施例２の光学系の光学断面図 実施例２の光学系の収差図 実施例３の光学系の光学断面図 実施例３の光学系の収差図 実施例４の光学系の光学断面図 実施例４の光学系の収差図 実施例４の光学系の収差図 実施例４の光学系の収差図 実施例５の光学系の光学断面図 実施５の光学系の収差図 実施５の光学系の収差図 実施５の光学系の収差図 本発明の撮像装置の要部概略図 本発明の条件式（１）,（２）の範囲を説明する図 本発明の条件式（３）,（４）の範囲を説明する図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面

Claims (13)

1. 光入射側と光射出側が共に屈折面であり、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
   −２．１００×１０^-3・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ
   ０．５５５ ＜ θｇＦ ＜０．９
   なる条件を満足する固体材料からなる屈折光学素子を有し、前記固体材料は樹脂からなることを特徴とする光学系。
2. 前記固体材料のアッベ数をνｄとするとき、
   νｄ ＜ ６０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 光入射側と光射出側が共に屈折面であり、アッベ数をνｄ、部分分散比をθｇＦとするとき、
   −２．１００×１０^-3・νｄ＋０．６９３ ＜ θｇＦ
   ０．５５５ ＜ θｇＦ ＜０．９
   １７．６≦νｄ＜６０
   なる条件を満足する固体材料からなる屈折光学素子を有することを特徴とする光学系。
4. 前記固体材料は、樹脂からな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、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３に記載の光学系。
6. 前記無機微粒子は、ＴｉＯ_２微粒子であることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
7. 前記固体材料の部分分散比をθｇｄとするとき、
   −２．４０７×１０^-3・νｄ＋１．４２０ ＜ θｇｄ
   １．２５５ ＜ θｇｄ ＜１．６７
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
8. 前記固体材料の０℃〜４０℃の範囲内におけるｄ線の屈折率の温度に対する変化率の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜とするとき、
   ｜ｄｎ／ｄＴ｜ ＜ ２．５×１０^-4／℃
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
9. 前記屈折光学素子は、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乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
10. 前記屈折光学素子の２つの屈折面のうち、少なくとも一方の屈折面は非球面形状であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系。
11. 前記屈折光学素子の２つの屈折面のうち、少なくとも一方の屈折面は空気に接することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学系。
12. 光電変換素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学系。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする光学機器。