JPH06222203A

JPH06222203A - 光学部品

Info

Publication number: JPH06222203A
Application number: JP5012073A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Otake; 基之大竹; Isao Soshi; 功曽雌
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】フレアー成分やゴースト光を除去し、絞り部材
を用いることなく有効に光線決定を行い、低コスト化を
図る光学部品の提供。【構成】光束の入射領域と射出領域を有する光学部品に
おいて、前記入射領域と射出領域の少なくとも一方の領
域は、有効光束を通過させる平面又は凸面の有効光束通
過面と、該有効光束通過面を光軸を含む所定形状に規定
する周辺屈折面とを有し、前記周辺屈折面は以下の条件
式（１）及び（２）を満足する構成か、若しくは、光束
の入射領域と射出領域を有する光学部品において、前記
入射領域と射出領域の少なくとも一方の領域は、有効光
束を通過させる凹面の有効光束通過面と、該有効光束通
過面を光軸を含む所定形状に規定する周辺屈折面とを有
し、前記周辺屈折面は以下の条件式（２）及び（３）を
満足する構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部品に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学部品において入射光束を制限
し、有効光束を得るための光線決定を行う場合、以下に
示す３通りの方法で行われていた。（Ｉ）入射面もしくは射出面の外径による光線決定。（II）入射面もしくは射出面の内径による光線決定。（III）光路中に光束を制限する部材を配置したり、入
射面に墨塗り等を施して光束を制限する光線決
定。上記（Ｉ）の場合、外径が光線決定面である有効径であ
り、言い換えれば、入射面又は射出面の全面が有効光束
決定面である。そして、上記（II）の場合、内径が光線
決定面である有効径であり、内径と外径との間の面を擦
り合わせ面や粗擦り面（以下、シボ面という。）にする
ことで、有効径外に入射する光線を拡散させて、フレア
ー成分を減らしていた。また上記（III）の場合、光束
が入射面に達する光路中に絞りを配置したり、入射面上
にマスキングを施して光束を制限し、入射面に有効光束
のみが入射する構成であり、各面の有効径外に光線が到
達しない構成にしてフレアー成分が発生しないようにし
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（Ｉ），（II）及び（III）の場合、以下のような欠点
を有していた。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞ
れ上記（Ｉ），（II），（III）の場合における従来の
構成を示す断面図である。上記（Ｉ）の場合、図６
（ａ）に示すように、有効径内に入射した軸外光束の光
線がレンズ端面に到達した場合、容易にゴーストとなり
やすかった。そして、有効光束以外の光線が入射する
と、レンズ端面に光線が到達しやすく、端面によるゴー
ストが発生しやすいという欠点を有していた。

【０００４】上記（II）の場合、有効径外に光束が入射
した場合、フレアー成分となりやすかった。そして、内
径と外径との間を擦り合わせ面やシボ面とすると有効径
外に入射する光線を拡散させるため、フレアー成分を多
少除去することはできたが、十分ではなかった。上記
（III）の場合、絞り部材を光学部品の物体側に配置す
ることで、レンズ端面に軸外光束の光線が到達しないよ
うにしていた。そのため、コストがかかるという問題点
があった。

【０００５】本発明の目的は、光学部品においてフレア
ー成分及び光学部品の端面によるゴーストを除去し、絞
り部材を用いることなく有効に光線決定を行い、低コス
ト化を図るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光束の入射領域と射出領域を有する光学部
品において、前記入射領域と射出領域の少なくとも一方
の領域は、有効光束を通過させる平面又は凸面の有効光
束通過面と、該有効光束通過面を光軸を含む所定形状に
規定する周辺屈折面とを有し、前記周辺屈折面は以下の
条件式（１）及び（２）を満足する構成か、若しくは、
光束の入射領域と射出領域を有する光学部品において、
前記入射領域と射出領域の少なくとも一方の領域は、有
効光束を通過させる凹面の有効光束通過面と、該有効光
束通過面を光軸を含む所定形状に規定する周辺屈折面と
を有し、前記周辺屈折面は以下の条件式（２）及び
（３）を満足する構成である。（１）（ｎ’−ｎ）・ｄｆ_k（ｙ）／ｄｙ＜０（２）（ｎ’−ｎ）・ｄ²ｆ_k（ｙ）／ｄｙ² ≦ ０（３）｜ｄｆ_k（ｙ）／ｄｙ｜＞｜Ｆ_k｜そして上記構成において、さらに周辺屈折面の光軸から
の距離ｙに対して、以下の条件式（４）を満足する構成
である。（４）｜ｄｆ_k（ｙ）／ｄｙ｜＜１但し、

【０００７】

【数２】

【０００８】ｎ：周辺屈折面の物体側媒質の使用波長
に対する屈折率、ｎ’：周辺屈折面の像側媒質の使用波長に対する屈折
率、ｆ_k（ｙ）：周辺屈折面の光軸からの距離ｙに対するサ
グ量、（尚、ｆ_k（０）＝０、光線の進行する方向を正
とする）である。

【０００９】

【作用】本発明においては、入射領域と射出領域の少な
くとも一方の領域において、有効光束を通過させる平面
又は凸面の有効光束通過面と、有効光束通過面を光軸を
含む所定形状に規定する周辺屈折面とを有する構成にす
ることによって、光学部品の端面によるゴースト光の発
生を防いでいる。さらに、入射領域と射出領域の少なく
とも一方の領域において、周辺屈折面を、負屈折力を有
するレンズ面、あるいは光軸から離れるに従ってレンズ
厚の増加していくプリズム面にして、光線決定を行い、
かつ周辺屈折面に入射した光線を光軸から離れる方向に
屈折させ、有効光束とは全く異なった方向へ進行させて
フレアーの発生を防止している。従って、従来、光路中
に配置していた有効光束を制限する働きを持つ絞り部材
を用いることなくゴースト光の発生を防ぐことができ
る。

【００１０】以下、各条件式について説明する。条件式
（１）及び（２）は、周辺屈折面の形状を規定するもの
である。特に、条件式（１）は、周辺屈折面の接線の傾
きを規定するものである。条件式（１）において、上限
値を上回った場合、周辺屈折面に入射する光線が光軸に
近づく方向に屈折させられ、フレアー成分となるので好
ましくない。

【００１１】条件式（２）において、上限値を上回った
場合、周辺屈折面に入射する光線の光軸からの距離ｙが
大きくなるにしたがい、屈折力が弱くなるためフレアー
成分が発生し易くなり、好ましくない。条件式（３）
は、周辺屈折面の形状を規定するための条件式であり、
周辺屈折面における接線の傾きを規定するものである。
条件式（３）の上限値を上回った場合、有効光束通過面
と周辺屈折面の境界（以下、最大有効径という。）の位
置に光線が入射する時と比較しても、周辺屈折面に入射
する光線が光軸に近づく方向に屈折させられるため、フ
レアー成分となってしまい好ましくない。

【００１２】更に、フレアー成分及びゴースト成分を良
好に除去するために、条件式（４）を満足することが望
ましい。条件式（４）は、入射領域と射出領域のレンズ
形状を規定するものである。この上限値を上回った場
合、入射領域と射出領域に入射する光線の入射角が非常
に大きくなり、反射率が増加するため、それに伴いフレ
アー成分が増加し、好ましくない。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の第１実施例〜実施例３につ
いて説明を行う。〔第１実施例〕図１（ａ）は、本発明の第１実施例の構
成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は本発明の第１実施
例の構成を示す断面図である。

【００１４】図１（ｂ）に示す如く、第１実施例は両凸
の単レンズを示し、１は入射領域、10は有効光束が入射
する有効光束通過面、２は射出領域、20は有効光束が射
出する有効光束通過面、そして有効光束通過面10,20 の
周囲には周辺屈折面11,21 を配置し、３はレンズ端面、
４は光軸である。そして有効光束通過面10,20 は、曲率
を持つレンズ面であり、周辺屈折面 11,21は、光軸から
離れるに従いレンズ厚が徐々に厚くなるように光軸に対
して所定の角度をなすプリズム面である。

【００１５】図２（ａ），（ｂ）は、第１実施例の光路
を示す光路図である。入射領域１における周辺屈折面 1
1 に入射した光線は、図２（ａ）に示すように射出領域
２における周辺屈折面 21 により結像面に到達しない方
向へ屈折している。また、図２（ｂ）に示すように軸外
光束の光線が有効光束通過面10に入射した場合、有効光
束通過面10対してレンズ外径が大きいため、レンズ端面
３に到達しない。例え、レンズ端面３に到達してもレン
ズ端面３に切り欠きを設けたり、粗擦り面（以下、シボ
面という。）等にすることによって、レンズ端面３に達
した光線は、有効光束の進行する方向とは全く異なった
方向に進むため、有効光束に悪影響を与えない。尚、周
辺屈折面 11,21は、基本的には光学的な平滑面である。
以下に、第１実施例の面形状を示す。

【００１６】外径；３６mm レンズ中心厚；５mm 使用波長；５８７．６ｎｍレンズ材質；アクリル（λ＝587.6 nmに対する屈折率
1.49108）第１面の面形状最大有効径；１２mm 曲率半径ｒ₁；７５mm サグ量；定数κ＝−１／２であり、以下の式にて求
める。

【００１７】ｆ₁（ｙ）＝ｒ₁−（ｒ₁ ²−ｙ²)^1/2 （ｙ≦ｈmax ）ｆ₁（ｙ）＝ｒ₁−（ｒ₁ ²−ｈmax²）^1/2＋κ（ｙ−ｈmax）（ｙ＞ｈmax ）第２面の面形状最大有効径；１２mm 曲率半径ｒ₂；−４０mm サグ量；定数κ＝１／２であり、以下の式にて求
める。

【００１８】ｆ₂（ｙ）＝ｒ₂−（ｒ₂ ²−ｙ²)^1/2 （ｙ≦ｈmax ）ｆ₂（ｙ）＝ｒ₂＋（ｒ₂ ²−ｈmax ²)^1/2＋κ（ｙ−ｈmax ）（ｙ＞ｈmax ）以下の表１〜表４に、第１実施例の条件対応数値を示
す。

【００１９】第１実施例の第１面における条件式
（１），（２）の条件対応数値表

【００２０】

【表１】

【００２１】第１実施例の第１面における条件式（４）
の条件対応数値表

【００２２】

【表２】

【００２３】第１実施例の第２面における条件式
（１），（２）の条件対応数値表

【００２４】

【表３】

【００２５】第１実施例の第２面における条件式（４）
の条件対応数値表

【００２６】

【表４】

【００２７】〔第２実施例〕図３（ａ）は、本発明の第
２実施例の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、本
発明の第２実施例の構成を示す断面図である。

【００２８】図３（ａ）に示すように、第２実施例はプ
リズムである。図中の１は入射面、10は有効光束が入射
する有効光束通過面、11は有効光束通過面10の周りに配
置された周辺屈折面、２は射出面、20は有効光束が射出
する有効光束通過面、21は有効光束通過面20の周りに配
置された周辺屈折面、５は反射面、３はレンズ端面、４
は光軸である。そして、図３（ｂ）に示す如く、入射面
１は有効光束通過面10と周辺屈折面11とレンズ端面３を
有し、射出面２は有効光束通過面20と周辺屈折面21とレ
ンズ端面３を有している。

【００２９】そして図４は、プリズムに入射した光線の
光路を示す光路図である。入射面１に入射した光束は、
有効光束のみが有効光束通過面10に入射し、それ以外の
光束は周辺屈折面11に入射する。そして有効光束通過面
10に入射した有効光束は、反射面５にて反射し、有効光
束通過面20から射出される。そして、周辺屈折面11に入
射した光束は、強い負屈折力を有するレンズ面である周
辺屈折面11で外径方向に屈折し、反射面５で反射され、
周辺屈折面21に入射する。そして、周辺屈折面21に入射
した光束は、周辺屈折面11と同様に強い負屈折力を有す
るレンズ面である周辺屈折面21で更に外側へ屈折され、
周辺屈折面21から射出する。従って、周辺屈折面11に入
射した光束は、有効光束の進む方向とは全く異なった方
向に進むため、有効光束に悪影響を及ぼさない。以下
に、第２実施例の面形状を示す。

【００３０】外径；２０mm×２０mm レンズ中心厚；２０mm 使用波長；５８７．６ｎｍレンズ材質；アクリル（λ＝587.6 nmに対する屈折
率 1.49108）第１面の面形状最大有効径；８mm 曲率半径ｒ₁；−２０．０８３３mm サグ量；ｄ＝３mmであり、以下の式にて求める。

【００３１】ｆ₁（ｙ）＝０（ｙ≦ｈmax ）ｆ₁（ｙ）＝ｒ₁−（ｒ₁ ²−ｙ²）^1/2＋ｄ（ｙ＞ｈmax ）第２面の面形状最大有効径；８mm 曲率半径ｒ₂；＋２０．０８３３mm サグ量；ｄ＝−３mmであり、以下の式にて求め
る。

【００３２】ｆ₂（ｙ）＝０（ｙ≦ｈmax ）ｆ₂（ｙ）＝ｒ₂−（ｒ₂ ²−ｙ²）^1/2＋ｄ（ｙ＞ｈmax ）以下の表５〜表８に、第２実施例の条件対応数値を示
す。

【００３３】第２実施例の第１面における条件式
（１），（２）の条件対応数値表

【００３４】

【表５】

【００３５】第２実施例の第１面における条件式（４）
の条件対応数値表

【００３６】

【表６】

【００３７】第２実施例の第２面における条件式
（１），（２）の条件対応数値表

【００３８】

【表７】

【００３９】第２実施例の第２面における条件式（４）
の条件対応数値表

【００４０】

【表８】

【００４１】〔実施例３〕図５（ａ）は、本発明の第３
実施例の構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は本発明
の第２実施例に入射した光線の光路を示す光路図であ
る。

【００４２】図５（ａ）に示す如く、第３実施例はメニ
スカス形状の単レンズであり、図中の１は入射面、10は
有効光束が入射する有効光束通過面、11は有効光束通過
面10の周りに配置された周辺屈折面、２は射出面、20は
有効光束が射出する有効光束通過面、21は有効光束通過
面20の周りに配置された周辺屈折面、３はレンズ端面、
４は光軸である。

【００４３】そして有効光束通過面10,20 は、レンズ面
であり、周辺屈折面 11,21は、光軸から離れるに従いレ
ンズ厚が徐々に厚くなるように光軸に対して所定の角度
をなすプリズム面である。図５（ｂ）は、第１実施例の
光路を示す光路図である。入射面１に入射した光束は、
有効光束のみが有効光束通過面10に入射し、それ以外の
光束は周辺屈折面11に入射する。そして有効光束通過面
10に入射した有効光束は、有効光束通過面20から射出さ
れ、周辺屈折面11に入射した光束は、外径方向に屈折
し、周辺屈折面21で更に外側へ屈折するため、有効光束
の進む方向とは全く異なった方向に進み、フレアー成分
を除去している。例え、レンズ端面３に光束が到達して
もレンズ端面３に切り欠きを設けたり、シボ面等にする
ことによって、レンズ端面３に達した光線は、有効光束
の進行する方向とは全く異なった方向に進むため、有効
光束に悪影響を与えない。尚、周辺屈折面 11,21は、基
本的には光学的な平滑面である。以下に第３実施例の面
形状を示す。

【００４４】外径；３０mm レンズ中心厚；３mm 使用波長；５８７．６ｎｍレンズ材質；アクリル（λ＝587.6 nmに対する屈折率
1.49108）第１面の面形状最大有効径；１２mm 曲率半径ｒ₁；−３０mm サグ量；定数κ＝−５／６であり、以下の式にて
求める。

【００４５】ｆ₁（ｙ）＝ｒ₁−（ｒ₁ ²−ｙ²）^1/2 （ｙ≦ｈmax ）ｆ₁（ｙ）＝ｒ₁−（ｒ₁ ²−ｈmax²）^1/2＋κ（ｙ−ｈmax ）（ｙ＞ｈmax ）第２面の面形状最大有効径；１２mm 曲率半径ｒ₂；−１００mm サグ量；定数κ＝１／４であり、以下の式にて求
める。

【００４６】ｆ₂（ｙ）＝ｒ²−（ｒ2²−ｙ²）^1/2 （ｙ≦ｈmax ）ｆ₂（ｙ）＝ｒ²＋（ｒ₂ ²−ｈmax²）^1/2＋κ（ｙ−ｈmax）（ｙ＞ｈmax ）以下の表９〜表12に、第３実施例の条件対応数値を示
す。

【００４７】第３実施例の第１面における条件式
（２），（３）の条件対応数値表

【００４８】

【表９】

【００４９】第３実施例の第１面における条件式（４）
の条件対応数値表

【００５０】

【表10】

【００５１】第３実施例の第２面における条件式
（１），（２）の条件対応数値表

【００５２】

【表11】

【００５３】第３実施例の第２面における条件式（４）
の条件対応数値表

【００５４】

【表12】

【００５５】以上のように、本発明の実施例において
は、入射面と射出面の両面に有効光束通過面と周辺屈折
面を設けているが、本発明は、入射面と射出面の何れか
一方に有効光束通過面と周辺屈折面を設ければ良く、実
施例に限定されるものではない。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、有効光束を制限する働
きを有する絞り部材を光路中に配置することなく光学部
品の端面によるゴーストの発生を防ぎ、低コストな光学
部品ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１実施例の構成を示す斜
視図。（ｂ）は、本発明の第１実施例の構成を示す断面
図。

【図２】（ａ）は、有効径外に入射した光線の光路を示
す光路図。（ｂ）は、有効径内に入射した光線の光路を
示す光路図。

【図３】（ａ）は、本発明の第２実施例の構成を示す斜
視図。（ｂ）は、本発明の第２実施例の構成を示す断面
図。

【図４】有効径外に入射した光線の光路を示す光路
図。

【図５】（ａ）は、本発明の第３実施例の構成を示する
断面図。（ｂ）は、本発明の第３実施例の光路を示す光
路図。

【図６】従来の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１・・・・入射面２・・・・射出面 10，20・・・有効光束通過面 11，21・・・周辺屈折面３・・・・レンズ端面４・・・・光軸５・・・・反射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光束の入射領域と射出領域を有する光学部
品において、前記入射領域と射出領域の少なくとも一方
の領域は、有効光束を通過させる平面又は凸面の有効光
束通過面と、該有効光束通過面を光軸を含む所定形状に
規定する周辺屈折面とを有し、該周辺屈折面は以下の条
件式を満足することを特徴とする光学部品。（ｎ’−ｎ）・ｄｆ_k（ｙ）／ｄｙ＜０（ｎ’−ｎ）・ｄ²ｆ_k（ｙ）／ｄｙ² ≦ ０但し、ｎ：周辺屈折面の物体側媒質の使用波長に対する屈折
率、ｎ’：周辺屈折面の像側媒質の使用波長に対する屈折
率、ｆ_k（ｙ）：周辺屈折面の光軸からの距離ｙに対するサ
グ量、（尚、光線の進行方向に沿ってｋ＝１，２・・、
光線の進行方向を正、ｆ_k（０）＝０とする）である。
【請求項２】光束の入射領域と射出領域を有する光学部
品において、前記入射領域と射出領域の少なくとも一方
の領域は、有効光束を通過させる凹面の有効光束通過面
と、該有効光束通過面を光軸を含む所定形状に規定する
周辺屈折面とを有し、該周辺屈折面は光軸より前記有効
光束通過面と前記周辺屈折面との境界までの距離をｈma
x とするとき、以下の条件式を満足することを特徴とす
る光学部品。｜ｄｆ_k（ｙ）／ｄｙ｜＞｜Ｆ_k｜（ｎ’−ｎ）・ｄ²ｆ_k（ｙ）／ｄｙ² ≦ ０但し、【数１】ｎ：周辺屈折面の物体側媒質の使用波長に対する屈折
率、ｎ’：周辺屈折面の像側媒質の使用波長に対する屈折
率、ｆ_k（ｙ）：周辺屈折面の光軸からの距離ｙに対するサ
グ量、（尚、光線の進行方向に沿ってｋ＝１，２・・、
光線の進行方向を正、ｆ_k（０）＝０とする）である。
【請求項３】前記請求項１あるいは請求項２に記載の光
学部品は、前記有効光束通過面と前記周辺屈折面との境
界の位置を除き、以下の条件式を満足することを特徴と
する光学部品。｜ｄｆ_k（ｙ）／ｄｙ｜＜１