JP6990466B2 - 光学素子、光学系及び光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話用撮影レンズ、モバイル機器用撮影レンズ、ロボット用カメラ用レンズ、車載用レンズ、産業カメラ用レンズ、それらのレンズを使う撮像システムまたは照明光学系に関するものである。

従来、結像レンズの必要な画角外や照明光学系の配光角外の光線をカットするレンズフードや機器の視野角、配光角を制御するフイルタ、または光学機器の構成部品、及び、それを組み込んだ撮像装置がある。

携帯電話（スマートフォン）などにおいては、ワイドカメラとテレカメラの二つを搭載し、画像処理によって疑似的なズームが行われている。上記テレカメラは、低背で焦点距離の長いレンズが使用される。

このようなレンズにおいては、必要な画角外や配光角外の光線をカットし、その光線によるゴースト、フレアを防ぐため、ある程度の長さのレンズフードが必要であるが、昨今、薄さが求められる携帯電話の厚みに納まらない。

そのため、やむなくゴースト等の対策を諦めるか、携帯電話を厚くすることが行われている。このような背景において、低背のレンズフードが求められている。

また、車載カメラ用レンズやロボットカメラ用レンズにおいて、撮影の姿勢や強い光源により、ゴーストが問題となる事が多く、カメラシステムのコンパクト化を妨げない方法が求められている。

さらに、照明光学系において、効率良く迷光などの余分な光線をカットする方法が求められている。

従来、画角外の入射光線を全反射させる全反射面が、画面外の入射光線に対して凸面形状を有し、画面外の光線を全反射させることにより遮断するものがある（下記特許文献１）。

また、従来、少なくとも１つのプリズムを有するプリズム群を光路内に配置し、画面外の入射光線を全反射により光路の外に逃がすものがある（下記特許文献２）。

さらに、従来、エアギャップを介して互いに対向する第１のプリズムと第２のプリズムとを配置し、ファインダー観察視野外から第１のプリズムの光入射面に入射した光が、エアギャップに対向する面で全反射するように、当該面の傾斜を設定したファインダー装置がある（下記特許文献３）。

特許第５０９７０８６号公報 特開２０１８－８４７９６号公報 特開２００１－２６４８５４号公報

上記特許文献１の発明においては、入射光線を凸状面で全反射させ、画角外の入射光線を遮光しても、光束の一部分しかカットできない。したがって、広角の一部のゴースト対策には効果があるが、明るい望遠レンズなどには対応は難しい。仮に対応させると曲面が深くなり、そのことにより収差が強く発生し、その補正が困難となる。その収差を改善すると、レンズの構成枚数が多くなり、入射光を遮断することはおろか、構成枚数が増えたことによるゴーストの対策が困難となる。つまり引用文献１においては、遮光の役割をレンズ面が担うため、レンズ面の本来の役割である収差補正がおろそかになり、設計の自由度が減り、その補正が困難になり、そのためにレンズの大型化を招く。

上記特許文献２の発明においては、画角外の入射光線をプリズムで全反射させて遮断する効果が、プリズム１つに対し１方向であり、全方向の画角外の入射光束をカットすることはできない。仮に対応方向を増やそうとすると、対応する方向の数だけプリズムが必要になり、そのためにレンズの大型化を招く。

上記特許文献３の発明は、ファインダー視野の輪郭が明瞭で明るく良好なるファインダー像の観察ができる薄型のファインダー装置及びそれを用いた光学機器を提供することを目的としている。撮影レンズの画面外の光線をカットして、ゴースト、フレアを防ぐものではない。特許文献３に記載の発明を撮影レンズのゴースト、フレアを防ぐ目的で使用すると、反射した先に反射防止対策が施されていないため、反射した先で乱反射し、内面反射を引き起こし、画質の劣化が生じる。

また、主鏡、副鏡を備える反射光学系においては、フードをつけることにより、主鏡、副鏡と順番に通らず、入射側から撮像素子に到達してしまう漏れ光がある。この光線も、画質の劣化を招く。

本発明は、従来技術の上記問題に鑑みてなされたものであって、画面外の光線を確実にカットするコンパクトな光学素子を提供する。具体的には、光学系全体の小型化を可能としながら、必要な画角外や配光角外の光線を確実にカットすることにより画面外の光線によるゴーストやフレア、漏れ光、迷光の発生を防ぎ、画質の劣化を防ぐことが可能な光学素子を提供する。また、照明光学系において、効率よく迷光などの余分な光線をカットする光学素子を提供する。

光軸に沿って物体側又は照射側から順に、第１レンズと第２レンズを有し、
前記第１レンズの像側又は被照射側に凸の錐体面が形成され、前記第２レンズの物体側又は照射側に凹の錐体面が形成され、
前記凸の錐体面と前記凹の錐体面が、空気、樹脂又は液体を含む光透過物質を介して対向し、
前記第１レンズと前記第２レンズの外周にそれぞれ反射防止部が設けられ、
下記条件式を満たす光学素子とする。
０ ≦｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＜ １０
Ｎ１＞ＮＩＡ
Ｎ２＞ＮＩＡ
ここで、各記号の定義は以下の通りである。
Ｌ１ｐ： 前記凸の錐体面上の任意の点と錐体の頂点とを結ぶ線と光軸が作る硝材側の角度
Ｌ２ｐ： 前記凹の錐体面上の任意の点と錐体の頂点とを結ぶ線と光軸が作る硝材側の角度
Ｎ１ ： 第１レンズの屈折率
Ｎ２ ： 第２レンズの屈折率
ＮＩＡ： 前記光透過物質の屈折率

上記光学素子を有する光学系とする。

上記光学系を有する光学装置とする。

光学系全体の小型化を可能としながら、画面外の光線を確実にカットすることにより画面外の光線によるゴースト、フレア、漏れ光の発生を防ぎ、光学素子を入れることによる画質の劣化を防ぐことができる。また、照明光学系に使用した場合、効率よく迷光などの余分な光線をカットすることができる。

本願の実施形態に係る実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４に共通のマスターレンズの光路図である。 図１に示すマスターレンズにおける入射角度１５度の漏れ光の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例１の光学系の構成図である。 図３に示す光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例２の光学系の構成図である。 図５に示す光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例３の光学系の構成図である。 図７に示す光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例４の光学系の構成図である。 図９に示す光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例５の光学系の構成図である。 図１１に示す光学系の入射角度１４度の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例６の光学系の構成図である。 図１３に示す光学系における入射角度７０の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例７の光学系の構成図である。 図１５に示す光学系における入射角度７０度の画面外光線の光路図である。 図１５に示す光学系における入射角度５０度の画面外光線の光路図である。 本願の実施形態に係る実施例８の光学系の構成図である。 図１８に示す光学系の光路図である。 図１８に示す光学系における入射角度７０度の画面外光線の光路図である。 図１８に示す光学系の横収差図である。 図９に示す光学系を備えたテレカメラの断面図である。 図２２に示すテレカメラとワイドカメラを備える撮像装置の断面図である。 図２４に示すテレカメラとワイドカメラを備えるスマートフォンの斜視図である。

以下、本願の実施形態について説明する。

本願の実施形態の第１の態様は、光軸に沿って物体側又は照射側から順に、第１レンズと第２レンズを有し、
前記第１レンズの像側又は被照射側に凸の錐体面又は非球面が形成され、前記第２レンズの物体側又は照射側に凹の錐体面又は非球面が形成され、
前記凸の錐体面又は非球面と前記凹の錐体面又は非球面が、空気、樹脂又は液体を含む光透過物質を介して対向し、
前記第１レンズと前記第２レンズの外周にそれぞれ反射防止部が設けられ、
下記条件式を満たす光学素子である。
（１） ０ ≦｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＜ １０
（２） Ｎ１＞ＮＩＡ
（３） Ｎ２＞ＮＩＡ
ここで、各記号の定義は以下の通りである。
Ｌ１ｐ： 光軸に対する前記凸の錐体面又は非球面の硝材側の角度
Ｌ２ｐ： 光軸に対する前記凹の錐体面又は非球面の硝材側の角度
Ｎ１ ： 第１レンズの屈折率
Ｎ２ ： 第２レンズの屈折率
ＮＩＡ： 前記光透過物質の屈折率

これにより、画面外の光線を確実にカットするコンパクトな光学素子とすることができる。また、本光学素子を照明光学系の構成部品として使用することで、照明光学系の配光の制御や迷光を抑えることができる。さらに、上記光学素子は、収差の発生が少なく、設計的に取り扱いが容易である。第1レンズと第２レンズの物体側若しくは照射側又は像側若しくは被照射側には、レンズやプリズムなどの光学系を配置してもよく、第１レンズの物体側面又は照射側面と第２レンズの像側面又は被照射面は、収差を補正するために、球面や非球面とすることもできる。なお、本願において、「物体側」及び「像側」という表現は、光学素子を撮像装置に用いる場合を想定した表現であり、「照射側」及び「被照射側」という表現は、光学素子を照明装置に用いる場合を想定した表現である。

上記条件式（１）は、第１レンズの像側面又は被照射側面と第２レンズの物体側面又は照射側面の形状を規定する式である。本実施形態の効果を確実なものとするため、条件式（１）の上限値を「２」とすることが好ましく、上限値を「１」とすることが更に好ましい。第１レンズの像側面又は被照射側面で発生した収差を第２レンズの物体側面又は照射側面で補正するためには、｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＝０に設定するのが最も好ましい。しかし、｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＝１０未満であれば、光学系の別の部分で収差補正が可能である。

上記条件式（２）は、第１レンズと第２レンズの間の光透過物質の屈折率を規定する式である。条件式（２）を満たさない場合、第１レンズの物体側面又は照射側面で画面外の光束が全反射できず、ゴースト、フレア、漏れ光として、撮像素子に入る。また、条件式（３）を満たさない場合、第２レンズの物体側面又は照射側面で屈折できないため、画面内の光束に収差が発生し、画質の劣化、最悪は撮像素子の目的のポイントに像を結ばない事になる。

本願の実施形態の第２の態様は、光軸に沿って物体側又は照射側から順に、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、第４レンズとを有し、
前記第１レンズの像側又は被照射側に凸の錐体面又は非球面が形成され、前記第２レンズの物体側又は照射側に凹の錐体面又は非球面が形成され、前記第３レンズの像側又は被照射側に凹の錐体面又は非球面が形成され、前記第４レンズの物体側又は照射側に凸の錐体面又は非球面が形成され、
前記第１レンズと前記第２レンズ、前記第３レンズと前記第４レンズは、それぞれ、空気、樹脂又は液体を含む光透過物質を介して対向し、
前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ及び前記第４レンズの外周にそれぞれ反射防止部が設けられ、
下記条件式を満たす光学素子である。
（４） ０ ≦｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＜ １０
（５） ０ ≦｜Ｌ３ｐ＋Ｌ４ｐ－１８０｜＜ １０
（６） Ｎ１＞ＮＩＡ
（７） Ｎ２＞ＮＩＡ
（８） Ｎ３＞ＮＩＢ
（９） Ｎ４＞ＮＩＢ
ここで、各記号の定義は以下の通りである。
Ｌ１ｐ ： 光軸に対する前記第1レンズの前記凸の錐体面又は非球面の硝材側の角度
Ｌ２ｐ ： 光軸に対する前記第２レンズの前記凹の錐体面又は非球面の硝材側の角度
Ｌ３ｐ ： 光軸に対する前記第３レンズの前記凹の錐体面又は非球面の硝材側の角度
Ｌ４ｐ ： 光軸に対する前記第４レンズの前記凸の錐体面又は非球面の硝材側の角度
Ｎ１ ： 前記第１レンズの屈折率
Ｎ２ ： 前記第２レンズの屈折率
ＮＩＡ ： 前記第１レンズと前記第２レンズの間の前記光透過物質の屈折率
Ｎ３ ： 前記第３レンズの屈折率
Ｎ４ ： 前記第４レンズの屈折率
ＮＩＢ ： 前記第３レンズと前記第４レンズの間の前記光透過物質の屈折率

多くの光学系は、画面外の光束の上側光束のみカットすれば、その他の光束は反射防止処理したレンズコバに入射するため、ゴースト、フレア、漏れ光として撮像素子に入りにくい。しかし、画角の狭い望遠レンズをはじめ、下側光束まで対策が必要な光学系もある。

上記第２の態様は、上記第１の態様の第２レンズの像側又は被照射側に、第１レンズ、第２レンズとは凹凸の順序が逆の第３レンズと第４レンズを設置することで、反射防止処理した第１レンズから第４レンズの外周部に画面外の光束を入射させて吸収し、又は、レンズの物体側又は照射側に反射させることにより、ゴースト、フレア、漏れ光として撮像素子に入るのを防ぐ。また、本光学素子を照明光学系の構成部品として使用しても、照明光学系の配光の制御や迷光を抑えることができる。

上記条件式（４）は、第１レンズの像側面又は被照射側面と第２レンズの物体側面又は照射側面の形状を規定する式である。本実施形態の効果をより確実なものとするため、条件式（４）の上限値を「２」とすることが好ましく、上限値を「１」とすることが更に好ましい。第１レンズの像側面又は被照射側面で発生した収差を第２レンズの物体側面又は照射側面で補正するため、｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＝０であることが最も好ましい。しかし、｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜が「１０」未満ならば、光学系の別の部分で収差補正が可能である。

条件式（５）は、第３レンズの像側面又は被照射側面と第４レンズの物体側面又は照射側の形状を規定する式である。本実施形態の効果をより確実なものとするため、条件式（５）の上限値を「２」とすることが好ましく、上限値を「１」とすることが更に好ましい。第３レンズの像側面又は被照射側面で発生した収差を第４レンズの物体側面又は照射側面で補正するため、｜Ｌ３ｐ＋Ｌ４ｐ－１８０｜＝０であることが最も好ましい。しかし、｜Ｌ３ｐ＋Ｌ４ｐ－１８０｜が「１０」未満ならば、光学系の別の部分で収差補正が可能である。

条件式（６）、（７）は、第１レンズと第２レンズの間の光透過物質の屈折率を規定する式である。条件式（６）を満たさない場合、第１レンズの像側面又は被照射側面において画面外の光束を全反射できず、ゴースト、フレア、漏れ光として、撮像素子に入る。また、条件式（７）を満たさない場合、第２レンズの像側面又は被照射側面で屈折できないため、画面内の光束に収差が発生し、画質が劣化し、最悪は撮像素子の目的のポイントに像を結ばない事になる。

条件式（８）、（９）は、第３レンズと第４レンズの間の光透過物質の屈折率を規定する式である。条件式（８）を満たさない場合、第３レンズの像側面又は被照射側面において画面外の光束を全反射できず、ゴースト、フレア、漏れ光として、撮像素子に入る。また、条件式（９）を満たさない場合、第４レンズの像側面又は被照射側面で屈折できないため、画面内の光束に収差が発生し、画質が劣化し、最悪は撮像素子等の目的のポイントに像を結ばない事になる。

本願の実施形態の第３の態様は、前記第２レンズと前記第３レンズが接合されている、又は、一体に形成された上記第２の態様の光学素子である。

上記第２の態様の第２レンズと第３レンズを接合もしくは、一体に形成されたレンズとすると、側面に画面外の光束を導く部位が少なくなるが、部品点数を減らす事ができる。

本願の実施形態の第４の態様は、前記錐体面又は非球面が非回転対称である上記第１又は２の態様の光学素子である。

これにより、画面のパースペクティブに合わせて、遮断する角度を変えることができ、画面外の遮断すべき光束を画面ギリギリまで追い込む事ができる。

本願の実施形態の第５の態様は、前記凸の錐体面又は非球面と前記凹の錐体面又は非球面がフレネル面であり、前記フレネル面は光軸に平行な面を有し、前記光軸に平行な面に反射防止部が設けられている上記第１から第４の態様のいずれかに係る光学素子である。

フレネルにすることにより、本発明の光学系をさらに薄くし、容積を減らし、軽量にする事ができる。また、ゴーストの原因となる光軸と平行な面（フレネルバック）に墨塗のような光吸収の処置が施された反射防止部を持つことにより、ゴースト、フレアの発生を防ぐことができる。

本願の実施形態の第６の態様は、光軸を中心として光軸方向に貫通した開口部を有し、前記開口部の内側に反射防止部が設けられている上記第１から第５の態様のいずれかに係る光学素子である。

マスターレンズが、反射望遠レンズの場合、反射望遠の入射瞳がドーナツ状なので、それにつける本発明の光学素子も、中心部分は光線が通らない。そこで、レンズに、最も物体側面又は照射側面から最終面まで貫通した開口部を形成し、その開口部内側と開口部の像側又は照射側に設ける蓋に墨塗のような反射光吸収の処置が施せば、本発明の光学系をさらに薄くし、容積を減らし、軽量にする事ができる。

本願の実施形態の第７の態様は、上記第１から第６の態様のいずれかの光学素子を有する光学系である。

本願の実施形態の第８の態様は、上記第７の態様の光学系を有する光学装置である。

以下、本願の実施形態に係る実施例１から実施例８について、図面を参照して説明する。なお、各実施例に関し、非球面係数を示す表においては、次式のコーニック定数及び偶数次非球面係数を示す。但し、cは曲率(1/r)、hは光軸からの高さ、kは円錐係数、A4、A6、A8、A10・・・は各次数の非球面係数を示す。
z=ch²/[1+{1-(1+k)c²h²}^1/2]+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰・・・

実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４は、それぞれ、画面外の光線を遮断し、ゴースト、フレア、漏れ光を防止する光学素子と、反射望遠レンズであるマスターレンズとから構成される。光学素子とマスターレンズは、接触しない距離で光軸方向に離隔して配置される。

図１にマスターレンズの光路図を示す。マスターレンズは、光軸に沿って物体側から順に、第１レンズＭＬ１と第２レンズＭＬ２とを有する。図において、「Ｐ」は保護ガラス、「Ｉ」は像面を示す。マスターレンズは、実施例１、実施例２、実施例３及び実施例４において共通である。なお、本願の実施例１から８の光学系の構成図においては、図面の奥行方向をＸ方向、図面の上下方向をＹ方向、図面の左右方向（光軸方向）をＺ方向とする。

以下の表１、表２及び表３にマスターレンズのレンズデータを示す。表１、表２及び図１において「Ｒ１」から「Ｒ１２」は光が進む順に光学要素の各面を示している。例えば、物体側から数えて３番目の面は「Ｒ３」により示す。図２はマスターレンズにおける入射角度１５度の漏れ光の光路図である。

（実施例１）
図３に実施例１の光学系の構成図を示す。実施例１は本願の実施形態の上記第１の態様に対応する。実施例１の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、ゴースト等を防止するための光学素子と上記マスターレンズとから構成されている。ゴースト等を防止するための光学素子は、光軸に沿って物体側から順に、像側に凸面が形成された凸アキシコンレンズＡＬ１と、物体側に凹面が形成された凹アキシコンレンズＡＬ２とを有する。凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２の間には空気間隔が設けられている。凹アキシコンレンズＡＬ２の外周面には反射防止部として反射防止塗装ＡＣが施されている。

凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２のレンズデータを以下の表４に示す。図３及び表４において、「Ｒ１」は凸アキシコンレンズＡＬ１の物体側面を、「Ｒ２」は凸アキシコンレンズＡＬ２の像側面を、「Ｒ３」は凹アキシコンレンズＡＬ３の物体側面を、「Ｒ４」は凹アキシコンレンズＡＬ４の像側面を示す。また、図３において「Ｈ」はアキシコンの高さ、「ＯＤ」は外径を示す。

凸アキシコンレンズＡＬ１の物体側面Ｒ１は平面を形成し、凸アキシコンレンズＡＬ１の像側面Ｒ２は像側に凸の円錐面を形成している。凹アキシコンレンズＡＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凹の円錐面を形成し、凹アキシコンレンズＡＬ２の像側面Ｒ４は平面を形成している。

図４は、実施例１の光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。実施例１の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例２）
図５に実施例２の光学系の構成図を示す。実施例２は本願の実施形態の上記第２の態様に対応する。実施例２の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、ゴースト等を防止するための光学素子と上記マスターレンズとから構成されている。ゴースト等を防止するための光学素子は、光軸に沿って物体側から順に、像側に凸面が形成された凸アキシコンレンズＡＬ１と、物体側に凹面が形成された凹アキシコンレンズＡＬ２と、像側に凹面が形成された凹アキシコンレンズＡＬ３と、物体側に凸面が形成された凸アキシコンレンズＡＬ４とを有する。

凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２の間、凹アキシコンレンズＡＬ２と凹アキシコンレンズＡＬ３の間、凹アキシコンレンズＡＬ３と凸アキシコンレンズＡＬ４の間には、それぞれ空気間隔が設けられている。

凹アキシコンレンズＡＬ２の外周には反射防止部として反射防止塗装ＡＣ１が施されている。同様に、凹アキシコンレンズＡＬ３の外周には反射防止部として反射防止塗装ＡＣ２が施されている。

アキシコンレンズＡＬ１からＡＬ４のレンズデータを下記表５に示す。表５において、「Ｒ１」は凸アキシコンレンズＡＬ１の物体側面を、「Ｒ２」は凸アキシコンレンズＡＬ１の像側面を、「Ｒ３」は凹アキシコンレンズＡＬ２の物体側面を、「Ｒ４」は凹アキシコンレンズＡＬ２の像側面を、「Ｒ５」は凹アキシコンレンズＡＬ３の物体側面を、「Ｒ６」は凹アキシコンレンズＡＬ３の像側面を、「Ｒ７」は凸アキシコンレンズＡＬ４の物体側面を、「Ｒ８」は凸アキシコンレンズＡＬ４の像側面を示す。

凸アキシコンレンズＡＬ１の物体側面Ｒ１は平面を形成し、凸アキシコンレンズＡＬ１の像側面Ｒ２は像側に凸の円錐面を形成している。凹アキシコンレンズＡＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凹の円錐面を形成し、凹アキシコンレンズＡＬ２の像側面Ｒ４は平面を形成している。凹アキシコンレンズＡＬ３の物体側面Ｒ５は平面を形成し、凹アキシコンレンズＡＬ３の像側面Ｒ６は像側に凹の円錐面を形成している。凸アキシコンレンズＡＬ４の物体側面Ｒ７は物体側に凸の円錐面を形成し、凸アキシコンレンズＡＬ４の像側面は平面を形成している。

図６は、実施例２の光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。実施例２の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例３）
図７に実施例３の光学系の構成図を示す。実施例３は本願の実施形態の上記第１の態様に対応する。実施例３の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、ゴースト等を防止するための光学素子と上記マスターレンズとから構成されている。ゴースト等を防止するための光学素子は、物体側から順に、像側に凸面を向けた凸フレネルレンズＦＬ１と、物体側に凹面を向けた凹フレネルレンズＦＬ２とを有する。凸フレネルレンズＦＬ１と凹フレネルレンズＦＬ２の間には空気間隔が設けられている。凸フレネルレンズＦＬ１と凹フレネルレンズＦＬ２には、光軸を中心として光軸方向に貫通した開口部ＡＰが形成されている。

凸フレネルレンズＦＬ１と凹フレネルレンズＦＬ２のフレネル面のうち光軸に平行な面には、反射防止部として反射防止塗装ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３がそれぞれ施されている。凸フレネルレンズＦＬ１と凹フレネルレンズＦＬ２に形成された開口部ＡＰの像側には蓋Ｃが設けられている。蓋Ｃにも反射防止処理が施されることが好ましい。

凸フレネルレンズＦＬ１と凹フレネルレンズＦＬ２のレンズデータを下記表６及び表７に示す。表６及び表７において、「Ｒ１」は凸フレネルレンズＦＬ１の物体側面を、「Ｒ２」は凸フレネルレンズＦＬ１の像側面を、「Ｒ３」は凹フレネルレンズＦＬ２の物体側面を、「Ｒ４」は凹フレネルレンズＦＬ２の像側面を示す。図７において、「ＡＤ」は開口径を、「Ａ１」は第１輪帯外径を、「Ａ２」は第２輪帯外径を、「Ｈ」はフレネルの高さを示す。

凸フレネルレンズＦＬ１の物体側面Ｒ１は平面を形成し、凸フレネルレンズＦＬ１の像側面Ｒ２は像側に凸のフレネル面を形成している。凹フレネルレンズＦＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凹のフレネル面を形成し、凹フレネルレンズＦＬ２の像側は平面を形成している。

図８は、実施例３の光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。実施例３の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例４）
図９に実施例４の光学系の構成図を示す。実施例４は本願の実施形態の上記第１の態様に対応する。実施例４の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、ゴースト等を防止するための光学素子と上記マスターレンズとから構成されている。ゴースト等を防止するための光学素子は、光軸に沿って物体側から順に、像側に凸面を形成した凸アキシコンレンズＡＬ１と、物体側に凹面を形成した凹アキシコンレンズＡＬ２とから構成されている。凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２の間には空気間隔が設けられている。凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２には、光軸を中心として光軸方向に貫通した開口部ＡＰが形成されている。

凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２の外周面と開口部ＡＰの内側には、反射防止部として、それぞれ、反射防止塗装ＡＣ１、ＡＣ２が施されている。凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２に形成された開口部ＡＰの像側には蓋Ｃが設けられている。蓋Ｃにも反射防止処理が施されることが好ましい。

凸アキシコンレンズＡＬ１と凹アキシコンレンズＡＬ２のレンズデータを下記表８に示す。表８及び図９において、「Ｒ１」は凸アキシコンレンズＡＬ１の物体側面を、「Ｒ２」は凸アキシコンレンズＡＬ１の像側面を、「Ｒ３」は凹アキシコンレンズＡＬ２の物体側面を、「Ｒ４」は凹アキシコンレンズＡＬ２の像側面を示す。図９において、「ＡＤ」は開口径を、「ＯＤ」は外径を、「Ｈ」はアキシコンの高さを示す。

凸アキシコンレンズＡＬ１の物体側面Ｒ１は平面を形成し、凸アキシコンレンズＡＬ１の像側面Ｒ２は像側に凸の円錐面を形成している。凹アキシコンレンズＡＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凹の円錐面を形成し、凹アキシコンレンズＡＬ２の像側面Ｒ４は平面を形成している。

図１０は実施例４の光学系における入射角度１５度の画面外光線の光路図である。実施例４の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例５）
図１１に実施例５の光学系の構成図を示す。実施例５は本願の実施形態の上記第２の態様に対応する。実施例５の光学系は、テッサータイプの中望遠レンズを構成するレンズの一部を、画面外光線をカットする光学素子で置き換えたものである。実施例５の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、両凸レンズＬ１と、凸アキシコンレンズＡＬ２と、凹アキシコンレンズＡＬ３と、凹アキシコンレンズＡＬ４と、凸アキシコンレンズＡＬ５と、絞りＲ１１と、両凹レンズＬ６及び両凸レンズＬ７を接合してなる接合レンズとから構成されている。凸アキシコンレンズＡＬ２、凹アキシコンレンズＡＬ３、凹アキシコンレンズＡＬ４、凸アキシコンレンズＡＬ５の間には、それぞれ空気間隔が設けられている。

アキシコンレンズＡＬ２からＡＬ５が画面外光線をカットする光学素子を構成する。アキシコンレンズＡＬ２からＡＬ５の外周面には、反射防止部として反射防止塗装ＡＣが施されている。

実施例５に係る光学系のレンズデータを下記表９、表１０、表１１に示す。表９、表１０及び図１１において、「Ｒ１」から「Ｒ１４」は、光軸に沿って物体側から順に光学要素の各面を示す。例えば、物体側から３番目の面は「Ｒ３」により示す。

凸アキシコンレンズＡＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凹の球面を形成し、凸アキシコンレンズＡＬ２の像側面Ｒ４は像側に凸の円錐面を形成している。凹アキシコンレンズＡＬ３の物体側面Ｒ５は物体側に凹の円錐面を形成し、凹アキシコンレンズＡＬ３の像側面Ｒ６は平面を形成している。凹アキシコンレンズＡＬ４の物体側面Ｒ７は平面を形成し、凹アキシコンレンズＡＬ４の像側面Ｒ８は像側に凹の円錐面を形成している。凸アキシコンレンズＡＬ５の物体側面Ｒ９は物体側に凸の円錐面を形成し、凸アキシコンレンズＡＬ５の像側面Ｒ１０は像側に凹の球面を形成している。

図１２は実施例５の光学系における入射角度１４度の画面外光線の光路図である。実施例５の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例６）
図１３に実施例６の光学系の構成図を示す。実施例６は、本願の実施形態の上記第１の態様に対応する。実施例６の光学系は、レトロフォーカスタイプの魚眼レンズを構成するレンズの一部を、画面外光線をカットする光学素子で置き換えたものである。実施例６の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、両凹レンズＬ３と、絞りＲ７と、両凸レンズＬ４と、視野絞りＲ１０と、両凸レンズＬ５と像側に凸の負メニスカスレンズＬ６を接合した接合レンズと、両凸レンズＬ７と、赤外線カットフィルターＩＦと、２枚の保護ガラスＰ１、Ｐ２とから構成されている。両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の間には空気間隔が設けられている。

両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３が画面外光線をカットする光学素子を構成する。両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の外周には、反射防止部として反射防止塗装ＡＣが施されている。

実施例６に係る光学系のレンズデータを下記表１２、表１３及び表１４に示す。表１２、表１３及び図１３において、「Ｒ１」から「Ｒ１９」は、光軸に沿って物体側から順に光学要素の各面を示している。例えば、物体側から３番目の面は「Ｒ３」により示す。また、図１３及び図１４において「Ｉ」は像面を示す。

両凸レンズＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凸の非球面を形成し、両凸レンズＬ２の像側面Ｒ４は像側に凸の非球面を形成している。両凹レンズＬ３の物体側面Ｒ５は物体側に凹の非球面を形成し、両凹レンズＬ３の像側面Ｒ６は像側に凹の非球面を形成している。

図１４は実施例６の画面外光線の入射角度７０度の光路図である。実施例６の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例７）
図１５に実施例７の光学系の構成図を示す。実施例７は本願の実施形態の上記第１の態様に対応する。実施例７の光学系は、レトロフォーカスタイプの魚眼レンズを構成するレンズの一部を、画面外光線をカットする光学素子で置き換えたものである。実施例７の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、両凹レンズＬ３と、絞りＲ７と、両凸レンズＬ４と、視野絞りＲ１０と、両凸レンズＬ５及び像側に凸の負メニスカスレンズＬ６を接合した接合レンズと、両凸レンズＬ７と、赤外線カットフィルターＩＦと、２枚の保護ガラスとから構成されている。両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の間には空気間隔が設けられている。

両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３が画面外光線をカットする光学素子を構成する。両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の外周面には、反射防止部として反射防止塗装ＡＣが施されている。

実施例７に係る光学系のレンズデータを下記表１５、表１６及び表１７に示す。表１５、表１６及び図１５において、「Ｒ１」から「Ｒ１９」は、光軸に沿って物体側から順に光学要素の各面を示している。例えば、物体側から３番目の面は「Ｒ３」により示す。また、図１５、図１６及び図１７において「Ｉ」は像面を示す。

両凸レンズＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凸の非球面を形成し、両凸レンズＬ２の像側面Ｒ４は像側に凸のトーリック面（非回転対称の錐体面）を形成している。両凹レンズＬ３の物体側面Ｒ５は物体側に凹のトーリック面（非回転対称の錐体面）を形成し、両凹レンズＬ３の像側面Ｒ６は像側に凹の非球面を形成している。

図１６は実施例７の光学系におけるＸ方向の入射角度７０度の画面外光線の光路図である。図１７は実施例７の光学系におけるＹ方向の入射角度５０度の画面外光線の光路図である。実施例７の光学素子により画面外光線をカットできることが分かる。

（実施例８）
図１８に実施例８の光学系の構成図を示す。実施例８は本願の実施形態の上記第１の態様に対応する。実施例８の光学系は、レトロフォーカスタイプの魚眼レンズを構成するレンズの一部を、画面外光線をカットする光学系で置き換えたものである。実施例８の光学系は、光軸に沿って物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズＬ１と、両凸レンズＬ２と、両凹レンズＬ３と、絞りＲ７と、両凸レンズＬ４と、視野絞りＲ１０と、両凸レンズＬ５と像側に凸の負メニスカスレンズＬ６を接合した接合レンズと、両凸レンズＬ７と、赤外線カットフィルターＩＦと、２枚の保護ガラスとから構成されている。両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の間には空気間隔が設けられている。

両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３が画面外光線をカットする光学素子を構成する。両凸レンズＬ２と両凹レンズＬ３の外周面には、反射防止部として反射防止塗装ＡＣが施されている。

実施例８に係る光学系のレンズデータを下記表１８、表１９及び表２０に示す。表１８、表１９及び図１８において、「Ｒ１」から「Ｒ１９」は、光軸に沿って物体側から順に光学要素の各面を示している。例えば、物体側から３番目の面は「Ｒ３」により示す。また、図１８、図１９及び図２０において「Ｉ」は像面を示す。

両凸レンズＬ２の物体側面Ｒ３は物体側に凸の非球面を形成し、両凸レンズＬ２の像側面Ｒ４は像側に凸の非球面を形成している。両凹レンズＬ３の物体側面Ｒ５は物体側に凹の非球面を形成し、両凹レンズＬ３の像側面Ｒ６は像側に凹の球面を形成している。

図１９は実施例８の光学系の光路図である。図２０は実施例８の光学系における入射角度７０度の画面外光線の光路図である。図２１は実施例８の光学系の横収差図である。図２１より、収差が良好に補正されていることが分かる。

（条件式対応値）
下記表２１に実施例１から実施例８に係る光学系の条件式対応値を示す。

図２２は実施例４の光学系を備えたテレカメラＴＣの断面図である。結像位置に撮像素子ＩＳを配置している。

図２３は、図２１に示すテレカメラＴＣとワイドカメラＷＣを備えた撮像装置ＩＡの断面図である。

図２４は、図２２に示す撮像装置ＩＡを備えたスマートフォンＳＰの斜視図である。

以上に本願発明の実施形態を説明したが、本願の発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、画面外光線をカットするための光学素子を構成するレンズの間は、空気間隔に限らず、上記実施形態の条件式を満たす光透過物質で満たしてもよい。光透過物質としては、例えば、樹脂、液体を採用することが考えられる。

また、反射防止部としては、反射防止塗装を用いることが好ましいが、光の反射を防ぐものであれば、反射防止塗装に限られない。例えば、反射防止部は、蒸着、エッチングなどにより構成することもできる。また、微細なモスアイ構造に高反射のメッキや蒸着を行っても良い。

また、各実施例の特徴を組み合わせても良く、例えば、第１レンズから第４レンズまで有する光学素子において、画面外光線をカットする面をフレネル面としても良く、また、光軸を中心として光軸方向に貫通した開口部を設けても良い。

ＭＬ１ 第１レンズ
ＭＬ２ 第２レンズ
Ｌ１～Ｌ７ 第１レンズ～第７レンズ
Ｉ 像面
Ｐ 保護ガラス
ＩＦ 赤外線カットフィルター
Ｒ１～Ｒ１９ 第１面～第１９面
ＩＳ 撮像素子
ＴＣ テレカメラ
ＷＣ ワイドカメラ
ＩＡ 撮像装置

Claims (4)

1. 光軸に沿って物体側又は照射側から順に、光軸を中心として光軸に垂直な方向に拡がる第１レンズと光軸を中心として光軸に垂直な方向に拡がる第２レンズを有し、
   前記第１レンズの像側又は被照射側に凸の錐体面が形成され、前記第２レンズの物体側又は照射側に凹の錐体面が形成され、
   前記凸の錐体面と前記凹の錐体面が、空気、樹脂又は液体を含む光透過物質を介して対向し、
   前記第１レンズと前記第２レンズの外周にそれぞれ反射防止部が設けられ、
   前記凸の錐体面と前記凹の錐体面がフレネル面であり、
   前記フレネル面は光軸に平行な面を有し、前記光軸に平行な面に反射防止部が設けられており、
   下記条件式を満たし、
   画角内の光線を透過し、画角外の光線を、前記凸の錐体面で反射させ、前記反射防止部で吸収する光学素子。
   ０ ≦｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＜ １０
   Ｎ１＞ＮＩＡ
   Ｎ２＞ＮＩＡ
   ここで、各記号の定義は以下の通りである。
   Ｌ１ｐ： 前記凸の錐体面上の任意の点と錐体の頂点とを結ぶ線と光軸が作る硝材側の角度
   Ｌ２ｐ： 前記凹の錐体面上の任意の点と錐体の頂点とを結ぶ線と光軸が作る硝材側の角度
   Ｎ１ ： 第１レンズの屈折率
   Ｎ２ ： 第２レンズの屈折率
   ＮＩＡ： 前記光透過物質の屈折率
2. 光軸に沿って物体側又は照射側から順に、光軸を中心として光軸に垂直な方向に拡がる第１レンズと光軸を中心として光軸に垂直な方向に拡がる第２レンズを有し、
   前記第１レンズの像側又は被照射側に凸の錐体面が形成され、前記第２レンズの物体側又は照射側に凹の錐体面が形成され、
   前記凸の錐体面と前記凹の錐体面が、空気、樹脂又は液体を含む光透過物質を介して対向し、
   前記第１レンズと前記第２レンズの外周にそれぞれ反射防止部が設けられ、
   前記第１レンズ及び前記第２レンズが光軸を中心として光軸方向に貫通した開口部を有し、
   前記開口部の内側に反射防止部が設けられており、
   下記条件式を満たし、
   画角内の光線を透過し、画角外の光線を、前記凸の錐体面で反射させ、前記反射防止部で吸収する光学素子。
   ０ ≦｜Ｌ１ｐ＋Ｌ２ｐ－１８０｜＜ １０
   Ｎ１＞ＮＩＡ
   Ｎ２＞ＮＩＡ
   ここで、各記号の定義は以下の通りである。
   Ｌ１ｐ： 前記凸の錐体面上の任意の点と錐体の頂点とを結ぶ線と光軸が作る硝材側の角度
   Ｌ２ｐ： 前記凹の錐体面上の任意の点と錐体の頂点とを結ぶ線と光軸が作る硝材側の角度
   Ｎ１ ： 第１レンズの屈折率
   Ｎ２ ： 第２レンズの屈折率
   ＮＩＡ： 前記光透過物質の屈折率
3. 請求項１又は２に記載の光学素子を有する光学系。
4. 請求項３に記載の光学系を有する光学装置。

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