KR20070061396A - 광학계 및 그것을 가지는 광학기기 - Google Patents

광학계 및 그것을 가지는 광학기기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광학계는 무기미립자를 투명매체에 분산시킨 혼합체인 고체재료로 구성되는 광학부재를 가진다. 이 고체재료의 투명매체 및 무기미립자, 그리고 무기미립자의 투명매체에 대한 체적비율을 적절히 설정함으로써, 색수차 등의 제 수차를 양호하게 보정할 수 있다.

Description

광학계 및 그것을 가지는 광학기기{OPTICAL SYSTEM AND OPTICAL APPARATUS INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예 1의 광학계의 단면도;
도 2는 본 발명의 실시예 1의 광학계의 수차도;
도 3은 본 발명의 실시예 2의 광학계의 단면도;
도 4는 본 발명의 실시예 2의 광학계의 수차도;
도 5는 본 발명의 실시예 3의 광학계의 단면도;
도 6은 본 발명의 실시예 3의 광학계의 수차도;
도 7은본 발명의 실시예 4의 광학계의 단면도;
도 8은 본 발명의 실시예 4의 광학계의 수차도;
도 9는 본 발명의 실시예 5의 광학계의 단면도;
도 10은 본 발명의 실시예 5의 광학계의 수차도;
도 11은 본 발명의 실시예 6의 광학계의 단면도;
도 12는 본 발명의 실시예 6의 광학계의 수차도;
도 13은 본 발명의 실시예 7의 광학계의 단면도;
도 14는 본 발명의 실시예 7의 광학계의 수차도;
도 15는 본 발명의 실시예 8의 광학계의 단면도;
도 16은 본 발명의 실시예 8의 광학계의 수차도;
도 17은 본 발명의 렌즈 두께의 저감효과를 설명하는 도면;
도 18은 본 발명의 촬상장치의 개략도;
도 19는 본 발명의 압베수와 부분분산비와의 관계의 설명도;
도 20은 본 발명의 압베수와 부분분산비와의 관계의 설명도.
(기술 분야)
본 발명은 광학계 및 그것을 가지는 광학기기에 관한 것으로, 예를 들면, 은염필름용 카메라, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 망원경, 쌍안경, 프로젝터, 복사기 등에 매우 적합한 것이다.
(배경기술)
디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 촬상장치에 사용되는 광학계에는, 광학 전체 길이(물체측의 제 1렌즈면으로부터 상면까지의 길이)가 짧은 것이 요망되고 있다.
일반적으로 광학계 전체의 소형화를 도모할수록 제 수차(특히 축상 색수차 및 배율 색수차 등)가 많이 발생해서, 광학 성능이 저하하는 경향이 있다. 특히 광학 전체 길이의 단축화를 도모한 텔레포토타입의 광학계에서는, 초점거리를 길게 할수록 색수차가 많이 발생한다.
광학계의 색수차의 발생을 저감하기 위해서 광학재료에 이상부분분산재료를 사용하는 방법이 일반적으로 잘 알려져 있다.
텔레포토타입의 광학계에서는 근축축상(近軸軸上)광선과 동근축(瞳近軸)광선의 광축으로부터의 통과위치가 비교적 높은 전방 렌즈군을 가진 유닛에서 색수차를 보정하고 있다. 구체적으로는 형석 등의 이상부분분산을 가진 저분산의 광학재료(압베수가 큰 광학부재)로 구성한 정의 굴절력의 렌즈와 고분산의 광학재료로 구성한 부의 굴절력의 렌즈를 사용해서 색수차를 보정하고 있다.
종래, 이러한 텔레포토타입의 광학계, 예를 들면, 미국특허 제 4,241,983호(일본특허공보 제 60-49883호), 미국특허 제 4,348,084호(일본특허공보 제 60-55805호), 및 미국특허 제 6,115,188호(일본특허공개공보 제 11-119092호)에 개시되어 있다.
여기서 근축축상광선이란, 광학계 전계의 초점거리를 1로 정규화하고, 광학계의 광축과 평행하게 광축으로부터의 높이 1의 광을 입사시킬 때의 근축광선이다. 이하, 물체는 광학계의 좌측에 있는 것으로 하고, 물체로부터 광학계에 입사하는 광선은 왼쪽에서 오른쪽으로 나아가는 것으로서 취급한다.
또, 동근축광선이란, 광학계 전계의 초점거리를 1로 정규화하고, 광축에 대해서 -45°로 입사하는 광선 중, 광학계의 입사동(瞳)과 광축과의 교점을 통과하는 근축광선이다. 이하, 광학계에의 입사각도는 광축에 대해서 시계방향을 정, 반시계방향을 부로 한다.
또, 미국특허 제 5,731,907호 및 제 5,638,215호는 비교적 고분산이고, 또한 비교적 이상부분분산인 특성을 나타내는 액체재료를 사용한 소색(消色)광학계를 개시하고 있다.
상기 3개의 특허문헌에 개시되어 있는, 광학재료로서 형석 등을 사용한 텔레포토타입의 광학계에서는, 광학 전체 길이를 비교적 길게 설정했을 경우, 색수차의 보정이 용이하다. 이에 대해서, 광학 전체 길이의 단축화를 도모하면 색수차가 많이 발생해서, 이것을 양호하게 보정하는 것이 곤란해진다.
이것은, 이러한 텔레포토타입의 광학계가 형석 등의 광학재료가 가지는 저분산과 이상부분분산을 사용해서 정의 굴절력의 전방 렌즈계에서 발생하는 색수차를 단지 저감하는데 머물기 때문이다. 광학 전체 길이의 단축에 수반해서 광학계의 색수차를 보정하려면, 예를 들면, 형석유리와 같은 압베수가 큰 저분산유리를 사용한 렌즈계에서는, 렌즈면의 굴절력을 크게 변화시킬 필요가 있다. 이 때문에, 색수차와, 굴절력을 크게 함으로써 발생하는 구면수차, 코마수차, 비점수차 등의 제수차의 쌍방을 양호하게 보정하는 것이 곤란해진다.
상기 특허 문헌에 개시된 액체재료는, 그것을 밀봉하는 구조가 필요해서, 광학재료로서 사용하는 경우, 제조가 어려워진다. 또, 온도에 따라 굴절률, 분산 등의 특성이 크게 변화하고, 내환경성이 충분하지 않다. 또한, 상기 액체재료는 공기와의 계면을 얻을 수 없기 때문에 충분하게 색수차를 보정하기 어렵다.
본 발명은 색수차를 포함하는 제 수차를 양호하게 보정할 수 있는, 제조가 용이하고, 내환경성이 뛰어난 광학계를 제공한다.
상기 광학계는 무기미립자가 투명매체에 분산된 혼합체인 고체재료를 포함한다. 상기 광학부재는 광입사측과 광사출측이 모두 굴절면이다. 상기 고체재료는, 투명매체의 압베수를 νdp, 무기미립자의 압베수를 νdn, 혼합체의 압베수를νd, 혼합체의 부분분산비를 θgF, 무기미립자의 투명매체에 대한 체적비율을 Vn으로 할 때,
-2.100 × 10-3ㆍνd ＋ 0.693 ＜ θgF;
0.555 ＜ θgF ＜ 0.9;
νdp ＜ 35;
νdn ＜ 30;
Vn ＜ 0.35
되는 조건을 만족하고 있다.
또, 혼합체의 부분분산비를 θgd로 할 때, 이 혼합체는
-2.407 × 10-3ㆍνd ＋ 1.420 ＜ θgd;
1.255 ＜ θgd ＜ 1.67
되는 조건을 만족한다.
이들 식에서, 압베수 νd, 부분분산비 θgF 및 θgd는 g선(파장: 435.8nm), F선(파장: 486.1nm), d선(파장: 587.6nm), C선(파장: 656.3nm)에 대한 재료의 굴절률을 각각 Ng, Nd, NF, NC로 할 때,
νd = (Nd - 1)/(NF - NC);
θgd = (Ng - Nd)/(NF - NC);
θgF = (Ng - NF)/(NF - NC)
로 정의된다.
본 발명의 다른 특징은 첨부도면을 참조한 예시적인 실시예의 다음 설명으로 부터 명백해질 것이다.
(바람직한 실시예의 상세한 설명)
이하, 본 발명의 광학계의 실시예에 대해서 설명한다. 각 실시예의 광학계는 디지털 카메라 또는 비디오 카메라, 은염필름용 카메라 등의 촬상장치나, 망원경, 쌍안경 등의 관찰장치, 복사기, 프로젝터 등의 광학기기에 사용되는 것이다.
도 1은 실시예 1의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 2는 실시예 1의 광학계가 무한원물체에 합초(合焦)하고 있을 때의 수차도이다.
도 3은 실시예 2의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 4는 실시예 2의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 5는 실시예 3의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 6은 실시예 3의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 7은 실시예 4의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 8은 실시예 4의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 9는 실시예 5의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 10은 실시예 5의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 11은 실시예 6의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 12는 실시예 6의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 13은 실시예 7의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 14는 실시예 7의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 15는 실시예 8의 광학계의 렌즈 단면도이다. 도 16은 실시예 8의 광학계가 무한원물체에 합초하고 있을 때의 수차도이다.
도 1, 도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15의 렌즈 단면도에 있어서, 좌측이 전방(카메라 등의 촬영광학계에서는 물체측, 액정프로젝터 등의 투영광학계에서는 스크린측 또는 확대측), 우측이 후방(촬영광학계에서는 상측, 투영광학계에서는 패널측 또는 축소측)이다.
또, 렌즈 단면도에 있어서, OL은 광학계, GNL1은 후술하는 고체재료로 이루어진 광학부재(렌즈)이고, SP는 개구조리개이고, IP는 상면이다. 비디오 카메라나 디지털 카메라의 촬영광학계로서 본 실시예의 광학계를 사용할 때, 상면 IP는 CCD센서나 CMOS센서 등의 고체촬상소자(광전변환소자)의 촬상영역이다. 본 실시예의 광학계를 은염필름용 카메라의 촬영광학계로서 사용할 때 상면 IP는 필름면이다.
도 2, 도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14, 도 16의 수차도에 있어서, d, g는 각각 d선 및 g선이다. ΔM, ΔS는 각각 d선의 메리디오널상면, d선의 사지털상면이다. 배율색수차는 g선에 의해서 나타내고 있다. Fno는 F넘버, ω는 반시야각(반화각)이다.
각 실시예의 광학계는, 고분산이고 부분분산비가 큰 고체재료로 이루어진 굴 절광학부재를 광로 중에 가지고 있다. 즉, 상기 광학부재는 굴절력을 가지고, 또한 고분산이고 부분분산비가 큰 고체재료로 형성되어 있다.
여기서 굴절광학부재란, 굴절작용에 의해 굴절력이 생기는, 예를 들면 굴절렌즈 등을 의미하고, 회절작용에 의해 굴절력이 생기는 회절광학소자는 포함하지 않는다.
또, 고체재료란, 광학계를 사용하는 환경에서 고체상태의 재료를 나타내고, 광학계를 사용하기 전에는, 어떠한 상태여도 된다. 예를 들면, 고체재료가, 제조 전에는 액체상태라도, 그것을 경화시켜 고체재료로 해도 된다.
각 실시예의 광학계 중에 사용되는 광학부재는 광입사측과 광사출측이 모두 굴절면이며, 이 중 적어도 한쪽의 굴절면은 굴절력을 가지고 있다. 여기서 고체재료는 압베수 νdn의 무기미립자를 압베수 νdp의 투명매체에 분산시킨 혼합체이다. 이 혼합체의 압베수는 νd, 부분분산비는 θgF이다. 이 때, 이 광학부재는 이하의 조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는, 상온 상압에 있어서의 고체상태의 재료로 이루어져 있다.
-2.100 × 10-3ㆍνd ＋ 0.693 ＜ θgFㆍㆍㆍ(1)
0.555 ＜ θgF ＜ 0.9ㆍㆍㆍ(2)
νdp ＜ 35ㆍㆍㆍ(3)
νdn ＜ 30ㆍㆍㆍ(4)
각 실시예에서는, 조건식 (1), (2)를 만족하는 고체재료로 이루어진 굴절광 학부재를 광로 중에 사용함으로써, g선 내지 c선의 넓은 파장대역에 걸쳐서 색수차를 양호하게 보정하고 있다.
또, 조건식 (3), (4)를 만족하는 고분산의 재료로 혼합체를 구성함으로써 광학부재의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 조건식 (1), (2)를 만족하는 혼합체는 이하의 조건식 (5), (6)도 만족하는 것이 바람직하다.
-2.407 × 10-3ㆍνd ＋ 1.420 ＜ θgdㆍㆍㆍ(5)
1.255 ＜ θgd ＜ 1.67ㆍㆍㆍ(6)
조건식 (1), (2)에 부가해서, 조건식 (5), (6)도 동시에 만족함으로써, g선과 d선 간의 넓은 파장역에서 색수차의 보정을 양호하게 행할 수 있다. 이에 의해, g선 내지 C선의 넓은 파장대역에서 보다 치밀한 색수차의 보정을 용이하게 할 수 있다.
또한, 색수차의 보정, 혼합체의 제조의 관점으로부터, 무기미립자의 투명매체에 대한 체적비율을 Vn로 했을 때,
　　　　Vn ＜ 0.35ㆍㆍㆍ(7)
를 만족하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 체적배율 Vn의 범위를
　　　　0.02 ＜ Vn ＜ 0.32ㆍㆍㆍ(7a)
로 하는 것이 좋다.
조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 고체재료(이하 광학재료라고도 한다)로서는 무기산화물나노미립자를 합성수지 중에 분산시킨 혼합체가 있다.
여기서 무기미립자의 예로서는 TiO2(Nd = 2.757,νd = 9.53), 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) 등의 무기산화물이 있다.
이들 무기산화물 중에서는, TiO2(Nd = 2.757, νd = 9.53, θgF = 0.76) 미립자를 UV경화수지(Nd = 1.635, νd= 22.7, θgF = 0.69) 또는 폴리-N-비닐카르바졸(Nd = 1.696, νd = 17.7, θgF = 0.69)에 적절한 체적비로 분산시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 광학재료를 얻을 수 있다.
조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 광학재료이면, 물질을 한정하는 것은 아니다.
TiO2는 여러 가지 용도로 사용되는 재료이다. 광학분야에서는 반사방지막 등의 광학박막을 구성하는 증착용 재료로서 사용되고 있다. 그 밖에도 광촉매, 백색안료 등으로서 사용된다. 또 TiO2 미립자는 화장품재료로서 사용되고 있다.
수지에 분산시키는 TiO2 미립자(무기산화물나노미립자)의 평균지름은 산란 등의 영향을 생각하면 2nm 내지 50nm정도가 좋다. 응집을 억제하기 위해서 TiO2 미립자에 분산제 등을 첨가해도 된다.
TiO2를 분산시키는 매체로서는 폴리머가 좋다. 폴리머는 성형형 등을 사용해서 광중합성형 또는 열중합성형함으로써 높은 양산성을 얻을 수 있다.
또, 폴리머는 부분분산비가 비교적 큰 폴리머 혹은 압베수가 비교적 작은 폴리머가 좋고, 폴리-N-비닐카르바졸, 스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트(아크릴) 등을 포함한다.
후술하는 실시예에서는 TiO2 미립자를 분산시키는 폴리머(호스트 폴리머)로서 UV경화수지, 폴리-N-비닐카르바졸을 사용하고 있다.
그러나, 폴리머는 이 종류로 한정하는 것은 아니다.
나노미립자를 함유하는 혼합체의 분산특성(굴절률N(λ))는 잘 알려진 Drude의 식으로부터 유도된 다음 식에 의해서 계산할 수 있다.
즉, 파장 λ에 있어서의 굴절률 N(λ)는,
N(λ) = [1 + V{NTiO 2(λ) - 1} + (1 - V){NP 2(λ) - 1}]1/2
이다.
여기서, λ는 사용 파장, NTiO는 TiO2의 굴절률, NP는 폴리머의 굴절률, V는 폴리머 대한 TiO2미립자의 체적의 분율이다.
또, 조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 광학재료로서는, 0℃ 내지 40℃에 있어서의 d선의 굴절률의 온도변화의 절대치를 |dn／dT|로 할 때, 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
|dn／dT| ＜ 2.510-4(1／℃)ㆍㆍㆍ(8)
여기서 조건식 (8)의 범위를 벗어나면, 0℃ 내지 40℃의 온도범위에서 양호한 광학성능을 유지하는 것이 곤란하게 된다.
각 실시예에서는, 조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 광학재료로 이루어진 굴절광학부재를 광학계 중의 렌즈나 렌즈 표면에 형성된 굴절층에 사용하고 있다.
그리고, 이 광학재료로 이루어진 굴절광학부재의 굴절면의 적어도 하나를 비구면 형상으로 할 수 있다. 이에 의하면 색의 구면수차 등의 색수차 플레어(flare)를 양호하게 보정할 수 있다. 또, 이 광학부재와 공기 등의 분위기 사이, 또는 비교적 굴절률이 낮은 광학재료로 계면을 형성하면, 계면의 근소한 곡률변화로 색수차를 비교적 크게 변화시킬 수 있다.
다음에 부분분산비가 큰 광학재료로 이루어진 굴절력이 있는 굴절광학부재를 광학계에 사용했을 때의 수차보정에 대해 설명한다.
광학재료의 굴절률의 파장의존특성(분산특성)에 있어서, 압베수는 분산특성곡선의 전체의 기울기를 나타내고, 부분분산비는 분산특성곡선의 곡률정도를 나타내고 있다.
일반적으로, 광학재료는 단파장측의 굴절률이 장파장측의 굴절률보다 높고(압베수가 정의 값), 분산특성곡선은 볼록형상(부분분산비가 정의 값)을 가진다. 파장이 감소함에 따라서 파장의 변화에 대한 굴절률의 변화는 커진다. 또한, 압베 수가 작고 분산이 큰 광학재료일수록 부분분산비가 커지고, 분산특성곡선의 오목면곡률은 커진다.
부분분산비가 큰 광학재료를 사용한 렌즈면의 색수차계수의 파장의존특성곡선은 부분분산비가 작은 광학재료를 사용했을 경우보다 단파장측에서 보다 큰 곡률을 나타낸다.
한편, 부분분산비가 작은 광학재료를 사용한 렌즈면의 색수차계수의 파장의존특성곡선은 파장역전체에서 보다 직선에 가까운 형상을 나타낸다.
일반적인 광학재료의 부분분산비는 압베수에 대해서 거의 직선적인 관계를 가진다. 이 직선적인 관계에서 벗어난 특성을 가지는 광학재료가 이상부분분산성을 나타내는 광학재료이다.
예를 들면, 이상부분분산을 가지는 광학재료로서 분산이 작은 형석 등이 알려져 있다. 그러나, 분산이 작고 이상부분분산을 가지는 광학재료의 부분분산비도 압베수에 대한 변화는 거의 같다.
이상부분분산을 가지는 광학재료를 굴절력이 있는 렌즈로서 사용했을 경우, 렌즈면의 색수차계수의 파장의존특성곡선은 일반의 유리재를 이용했을 경우와 비교하면, 보다 선형성이 높아지거나(부분분산비가 작다), 보다 곡률이 커진다(부분분산비가 크다).
각 실시예에서는 이상부분분산재료 중 일반의 유리재보다 부분분산비가 큰 광학재료로 이루어진 굴절광학부재를 사용해서 전 파장역에 걸쳐서 색수차를 양호하게 보정하고 있다.
일반의 유리재보다 부분분산비가 작은 광학재료와 부분분산비가 큰 광학재료를 렌즈에 사용했을 경우의 차이는 그 렌즈면에 있어서의 색수차계수의 파장의존특성곡선의 단파장측의 곡률이 작아지거나 커지거나 하는 것이다.
또, 이 단파장 측의 곡률은 광학재료의 분산특성곡선의 곡률에 의한 것이다. 여기서, 단순화를 위해서 d선의 굴절률과 압베수가 동일한 광학재료에 대해 설명한다. 부분분산비가 큰 재료, 부분분산비가 보통인 재료(일반의 광학재료), 그리고 부분분산비가 작은 재료의 3개의 재료를 같은 굴절력으로 사용한 것으로 한다. 이때의 3개의 재료에 의한 단파장측과 장파장측의 색수차계수의 차이를 각각 ΔNH, ΔNM, ΔNL로 하면, 이들 관계는 이하의 식으로 나타내진다.
ΔNH ＞ ΔNM ＞ ΔNL＞　0ㆍㆍㆍ(a)
한쪽의 렌즈를 이상부분분산의 재료로 구성한 2매의 렌즈를 포함하는 광학계에 대해 설명한다.
우선 부분분산비가 보통인 재료와 부분분산비가 작은 재료로 구성되는 같은 굴절력의 렌즈 2매가 동일한 축에 배치되어 있는 것으로 한다. 이 때, 이 광학계의 단파장측과 장파장측의 색수차계수의 차이는 ΔNM + ΔNL가 된다. 이값은 부분분산비가 보통인 재료를 2매 사용했을 때보다 ΔNM - ΔNL만큼 감소하고 있다.
즉, 부분분산비가 보통인 재료를 2매 사용했을 때에 비해 색수차를 줄일 수 있다.
다음에 부분분산비가 보통인 재료로 이루어진 렌즈와 부분분산비가 큰 재료로 이루어진 렌즈의 조합을 포함하는 광학계의 경우에 대해 설명한다. 이 광학계의 단파장측과 장파장측의 색수차계수의 차이는 ΔNM ＋ ΔNH 가 된다.
이 값은 부분분산비가 보통인 재료를 2매 사용했을 때보다 ΔNH - ΔNM만큼 증가하고 있다. 따라서, 곡률이 작고 부분분산비가 작은 재료를 사용했을 경우에, 단파장측의 색수차를 감소시킬 수 있다고 하면, 곡률이 크고 부분분산비가 큰 재료를 사용했을 경우는, 단파장측의 색수차를 증가시키게 된다. 그러나, 이것은 부분분산비가 큰 재료와 부분분산비가 작은 재료를 같은 굴절력으로 사용했을 경우이다.
이 상태에서 부분분산비가 큰 재료를 사용한 렌즈의 굴절력의 부호를 반대로 한다, 즉, 렌즈에 부분분산비가 큰 재료를 사용했을 때 2매의 렌즈 중 한쪽의 렌즈의 굴절력의 부호를 반대로 한다. 부분분산비가 큰 재료를 사용했을 경우는, 부분분산비가 보통인 재료를 2매의 렌즈에 사용했을 때와 비교하면 ΔNH-ΔNM만큼 단파장측의 수차를 감소시킬 수 있다.
부분분산비가 보통인 재료를 조합해도, 색수차계수의 파장의존특성곡선의 곡률성분과 기울기성분을 동시에 파장역 전체에서 보정하는 것은 곤란하다. 여기서 부분분산비가 보통인 유리재보다 단파장측의 곡률성분을 감소시킬 수 있는 부분분산비가 작은 재료를 적절히 사용하면 색수차를 보정할 수 있다.
단파장측의 색수차를 줄인다고 하는 관점에서는, 부분분산비가 큰 재료를 부 분분산비가 작은 재료와는 반대의 부호를 가진 굴절력으로 사용함으로써 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 부분분산비가 큰 재료와 부분분산비가 작은 재료를 서로 다른 굴절력으로 사용한다는 것은 단파장측 이외의 파장의 범위에서도 렌즈가 반대의 효과를 나타낸다는 것을 의미한다.
밸런스를 취하기 위해, 광학계의 다른 유리재는 반대로 선택된다.
이것을, 부분분산비가 큰 재료를 사용한 굴절광학부분 GNL와 부분분산비가 크지 않은 보통의 재료를 사용한 굴절광학부분 G를 포함하는 망원렌즈계에서의 소색(消色)작용을 사용해서 상세히 설명한다.
여기서 망원렌즈계는 물체측으로부터 상측으로 순차적으로, 정의 굴절력의 전방렌즈군과 부의 굴절력의 후방렌즈군을 포함한다. 또, 망원렌즈계는 광학 전체 길이가 초점거리보다 짧은 렌즈계이다.
우선, 굴절광학부분 G가 어느 정도 색수차가 보정된 상태에 비해서, 굴절광학부분 G를 구성하는 부렌즈에 부분분산비가 비교적 큰 재료를 선택한다.
일반적으로 부분분산비가 큰 재료는 동시에 분산도 크다. 따라서, 굴절광학부분 G의 색수차계수의 파장의존특성곡선은 곡률이 증가하면서 전체의 기울기가 변화한다.
이 상태에서, 굴절광학부분 GNL에 적당한 굴절력을 주는 동시에, 굴절광학부분 G를 구성하는 정렌즈도 비교적 분산이 큰 재료를 선택한다.
그러나, 굴절광학부분 GNL를 압베수에 대해서 일정한 부분분산비를 가지는 일반의 광학재료로 구성하고 있는 경우, 굴절광학부분 GNL는 굴절광학부분 G의 수차계수의 파장의존특성곡선의 곡률성분과 기울기성분에 동시에 같은 정도로 기여한다. 이 때문에, 이들 성분을 동시에 캔슬할 수 없다.
한편, 굴절광학부분 GNL를 일반의 재료보다 부분분산비가 큰 재료로 구성하고 있는 경우는, 굴절광학부분 GNL는 주로 굴절광학부분 G의 색수차의 파장의존특성곡선전체의 곡률성분에 기여한다. 이 때문에, 곡률성분만을 캔슬시킬 수 있다.
그 결과, 굴절광학부분 GNL에서는 주로 굴절광학부분 G의 색수차의 파장의 존특성곡선의 곡률성분만을 캔슬 시킬 수 있고, 굴절광학부분 G를 구성하는 정렌즈에서는 주로 기울기성분만을 캔슬시킬 수 있다.
또 굴절광학부분 GNL의 압베수의 절대치가 작으면, 즉 분산이 크면, 색수차를 독립적으로 보정하는 것이 가능해지므로 바람직하다. 이것을 렌즈면의 축상(軸上)색수차계수 및 배율색수차계수를 사용해서 설명한다.
굴절렌즈의 면의 굴절력 변화를 Δψ로 하면, 렌즈면에서의 축상색수차계수의 변화 ΔL와 배율색수차계수의 변화 △T는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
ΔL ∝ Δψ/νㆍㆍㆍ(b)
ΔT ∝ Δψ/νㆍㆍㆍ(c)
식 (b) 및 식 (c)로부터 명백한 바와 같이, 렌즈면의 굴절력 변화 Δψ에 대한 축상 및 배율색수차계수의 변화 ΔL 및 ΔT는 압베수 ν의 절대치가 감소(즉, 분산이 증가)할수록 증가한다.
따라서, 압베수 ν의 절대치가 작거나 분산이 큰 재료를 사용하면, 필요한 색수차를 얻기 위한 굴절력 변화량은 작아도 된다.
이것은 수차이론상, 구면수차, 코마수차나 비점수차 등에 큰 영향을 미치는 일 없이 색수차를 컨트롤할 수 있어 색수차 보정의 독립성이 높아지는 것을 의미한다.
반대로, 분산이 작은(압베수 ν가 크다) 재료를 사용하면, 필요한 색수차를 얻기 위한 굴절력 변화는 커진다. 따라서, 구면수차 등의 제 수차가 크게 변화해서, 색수차 보정의 독립성이 감소하게 된다. 수차를 보정하기 위해서, 광학계를 구성하는 렌즈 중 적어도 1개의 렌즈면은 고분산재료로 이루어진 굴절렌즈로 형성되는 것이 중요하다.
또 굴절광학부분 GNL는 일반의 광학재료와 조합해서 사용된다. 이 때문에 굴절광학부분 GNL에 사용되는 재료의 부분분산비는 일반의 광학재료와는 다른 것이 필요하기는 하지만, 과도하게 큰 차이는 좋지 않다.
일반의 광학재료와 크게 다른 부분분산비를 가진 재료로 이루어진 렌즈를 사용했을 경우, 그 렌즈면의 색수차계수의 파장의존특성곡선의 단파장측의 곡률이 특히 커진다. 그 큰 곡률을 소거하기 위해서는, 다른 렌즈의 굴절력도 강하게 하지 않으면 안된다. 결국, 구면수차, 코마수차나 비점수차 등에 큰 영향을 미쳐서, 수차보정이 곤란하게 된다.
즉, 굴절광학부분 GNL의 재료는 일반의 광학재료보다 부분분산비가 크고 또한 일반의 광학재료보다 부분분산비가 과도하게 다르지 않은 것이 중요하다.
각 실시예의 광학계에서 특정하는 조건식 (1), (2)는 상술한 원리에 근거해 서 색수차를 양호하게 보정하기 위한 압베수 νd와 부분분산비 θgF의 관계를 나타내고 있다.
조건식 (1)의 수치범위는 이하의 범위로 함으로써 더욱 양호한 색수차의 보정효과를 기대할 수 있다.
-2.100 × 10-3ㆍνd + 0.693 ＜ θgF ＜
-1.231 × 10-3ㆍνd + 0.900ㆍㆍㆍ(1a)
바람직하게는, 이하에 나타내는 범위로 하는 것이 좋다.
-2.100 × 10-3ㆍνd + 0.693 ＜ θgF ＜
-1.389 × 10-3ㆍνd + 0.823ㆍㆍㆍ(1b)
더욱 바람직하게는, 이하에 나타내는 범위로 하는 것이 좋다.
-1.682 × 10-3ㆍνd + 0.700 ＜ θgF ＜
-1.682 × 10-3ㆍνd + 0.756ㆍㆍㆍ(1c)
조건식 (2)의 수치범위는, 조건식 (1), (1a), (1b) 또는 (1c)을 만족한 후, 이하의 범위로 하면 더욱 양호한 색수차 보정효과를 기대할 수 있다.
0.555 ＜ θgF ＜ 0.86ㆍㆍㆍ(2a)
바람직하게는, 이하에 나타내는 범위로 하는 것이 좋다.
0.555 ＜ θgF ＜ 0.80ㆍㆍㆍ(2b)
조건식(5)의 수치범위는 이하의 범위로 함으로써 더욱 양호한 색수차의 보정효과를 기대할 수 있다.
-2.407 × 10-3ㆍνd + 1.420 ＜ θgd＜
-1.152 × 10-3ㆍνd + 1.651ㆍㆍㆍ(5a)
바람직하게는, 이하에 나타내는 범위로 하는 것이 좋다.
-2.407 × 10-3ㆍνd + 1.420 ＜ θgd ＜
-1.865 × 10-3ㆍνd + 1.572ㆍㆍㆍ(5b)
더욱 바람직하게는, 이하에 나타내는 범위로 하는 것이 좋다.
-2.076 × 10-3ㆍνd + 1.426 ＜ θgd ＜
-2.076 × 10-3ㆍνd + 1.512ㆍㆍㆍ(5c)
조건식 (6)의 수치 범위는 조건식 (5), (5 a), (5b) 또는 (5c)을 만족한 후, 이하의 범위로 하면 더욱 양호한 색수차 보정효과를 기대할 수 있다.
1.255 ＜ θgd ＜ 1.61ㆍㆍㆍ(6a)
바람직하게는, 이하에 나타내는 범위로 하는 것이 좋다.
1.255 ＜ θgd ＜ 1.54ㆍㆍㆍ(6b)
다음에 렌즈의 두께, 압베수, 및 부분분산비의 관계에 대해 설명한다.
굴절광학부분 GNL의 굴절면의 굴절력을 ψ로 한다. 양호한 색수차의 보정효 과를 얻기 위해서 굴절력 ψ, 압베수 ν, 및 부분분산비 θ의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
ψ ∝ ν／Δθㆍㆍㆍ(d)
또한 여기서 Δθ는 굴절광학부분 GNL와 일반의 유리재의, 같은 압베수에 있어서의 부분분산비의 차이이다. Δθ는 일반의 유리재의 특성을 나타내는 값으로서도 사용되고 있고, 일반적으로는 이하와 같이 표준선과의 차이로서 나타내진다.
ΔθgF = θgF(GNL) - (0.6438 - 1.682 × 10-3ㆍνd)ㆍㆍㆍ(e)
Δθgd = θgd(GNL) - (1.3647 - 2.076 × 10-3ㆍνd)ㆍㆍㆍ(f)
여기서, θgF(GNL), θgd(GNL)는 굴절광학부분 GNL의 부분분산비이다.
식 (d)로부터 명백한 바와 같이, 굴절광학부분 GNL의 굴절력 ψ는 압베수 ν가 작아질수록(고분산이 될수록), 또는 부분분산비의 차이 Δθ가 커질수록 작아진다.
광학계에 있어서, 렌즈의 굴절력이 작아질수록 광축에 따른 렌즈의 두께(정렌즈에서는 광축에 따른 중심두께, 부렌즈에서는 광축에 따른 주변두께)가 작아진다. 따라서, 렌즈의 두께를 줄이려면, 고분산이고 또한 부분분산비의 차이 Δθ가 크면 된다.
조건식 (1), (2)를 만족한 후, 고분산인 광학재료로서는 몇 개의 수지나 무기산화물나노미립자를 합성수지 중에 분산시킨 혼합체가 있다.
그러나, 보다 고분산인 재료를 얻기 위해서는 원래 고분산인 합성수지 중에 보다 고분산인 무기산화물나노미립자를 분산시키는 것이 바람직하다. 이 원리에 의하면, 조건식 (3), (4)는 무기산화물나노미립자를 합성수지 중에 분산시켜 고분산인 광학재료를 얻기 위한 조건식이다.
또한 조건식 (3)의 νdp의 범위는 이하의 범위로 함으로써 더욱 고분산인 광학재료를 얻을 수 있다.
νdp ＜ 30ㆍㆍㆍ(3a)
바람직하게는 이하의 범위로 하는 것이 좋다.
νdp ＜ 25ㆍㆍㆍ(3b)
더욱 바람직하게는 이하의 범위로 하는 것이 좋다.
νdp ＜ 20ㆍㆍㆍ(3c)
조건식 (4)의 νdn의 범위는 이하의 범위로 함으로써 더욱 고분산인 광학재료를 얻을 수 있다.
νdn ＜ 25ㆍㆍㆍ(4a)
바람직하게는 이하의 범위로 하는 것이 좋다.
νdn ＜ 20ㆍㆍㆍ(4b)
더욱 바람직하게는 이하의 범위로 하는 것이 좋다.
νdn ＜ 15ㆍㆍㆍ(4c)
다음에, 혼합체 내의 무기산화물나노미립자와 합성수지의 비율에 대해 설명한다. 일반적으로, 수지와 무기산화물나노미립자는 특성이 서로 다르기 때문에, 무기산화물나노미립자와 합성수지의 혼합비율을 변화시킴으로써 부분분산비의 차이 Δθ도 변화한다. 부분분산비의 차이 Δθ가 커지면, 위에서 설명한 바와 같이 렌즈의 두께를 줄일 수 있다.
그러나 색수차의 보정은 다른 유리재와의 조합으로 행하기 때문에, 부분분산비의 차이 Δθ가 너무 크면, 양호한 성능을 얻는 것이 곤란하게 된다. 반대로 부분분산비의 차이 Δθ가 작으면, 색수차의 보정이 곤란하게 된다. 따라서, 무기산화물나노미립자를 합성수지 중에 분산시킬 때, 부분분산비의 차이 Δθ가 어느 일정한 범위 내에 들어가도록 하는 것이 바람직하다.
무기산화물나노미립자의 합성수지에 대한 체적비율 Vn를 높여 주면, 그만큼 고분산인 광학재료를 얻을 수 있어, 렌즈의 두께를 줄일 수 있다. 그러나, 무기산화물나노미립자의 체적비율 Vn를 높여가면, 압베수 ν의 변화가 작아져서, 체적비율 Vn에 대한 렌즈의 두께의 변화도 작아져 간다.
도 17은 체적비율 Vn에 대한 렌즈의 두께의 변화를 나타낸 설명도이다. 초점거리 300mm의 망원렌즈에 무기산화물나노미립자를 합성수지 중에 분산시킨 혼합체를 굴절광학부분 GNL로서 사용한다. 도 17은 이 때의, 무기산화물나노미립자의 체적비율 Vn와 굴절광학부분 GNL의 중심 두께의 관계를 나타낸 것이다.
또한, 이 때 무기산화물로서 TiO2(Nd = 2.757, νd = 9.53, θgF = 0.76) 미립자를, 투명매체 또는 합성수지로서 UV경화수지(Nd = 1.635, νd = 22.7, θgF = 0.69)에 분산시킨 재료를 사용하고 있다.
도 17에 있어서, 세로축은 TiO2의 체적비율 Vn인 때의 굴절광학부분 GNL의 두께의, TiO2의 체적비율 Vn이 0인 때의 굴절광학부분 GNL의 두께에 대한 비로 나타내고, 횡축은 TiO2의 체적비율 Vn을 나타내고 있다. 도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, 굴절광학부분 GNL의 두께는 TiO2의 체적비율 Vn가 증가함에 따라서 감소하고 있고, 두께의 변화도는 점차 작아지게 되고, 특히 TiO2의 체적비율 Vn가 30％이상에서는 그 변화도는 근소하다.
또, 도 17에는 각각의 체적비율 Vn에 있어서의 광학계 전체의 망원비의 변화도 동시에 표시하고 있다. 이 광학계에서는 굴절광학부분 GNL에 의해서 양호하게 색수차보정을 행함으로써, 광학 전체 길이의 단축을 도모하고 있다. 따라서, 망원비의 변화는 굴절광학부분 GNL의 색수차의 보정능력을 나타내고, 망원비가 작을수록, 색수차 보정능력이 높은 것을 나타낸다. 도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, TiO2의 체적비율 Vn가 증가함에 따라서 망원비가 증가, 즉 굴절광학부분 GNL의 색수차 보정능력이 저하하고 있다.
또, 무기산화물나노미립자를 합성수지에 분산시킬 때에 무기산화물나노미립자의 체적비율 Vn를 너무 증가시키면, 미립자의 응집이 일어나기 쉬워지고, 이것을 광학재료로서 사용하는 경우에는 광의 산란의 요인이 되기 때문에 바람직하지 않다.
상기한 설명에 의하면, 조건식 (7)은 굴절광학부분 GNL의 두께 저감효과, 색수차의 보정능력, 미립자의 응집을 양호하게 조정하는 효과를 가진 광학재료를 얻 기 위한 조건식이다.
또한, 조건식 (7)로 표시되는 Vn의 범위는 이하의 범위로 함으로써 더욱 양호한 광학재료를 얻을 수 있다.
0.03 ＜ Vn ＜ 0.2ㆍㆍㆍ(7b)
더욱 바람직하게는 이하의 범위로 할 수 있다.
0.03 ＜ Vn ＜ 0.15ㆍㆍㆍ(7c)
조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 광학재료로 이루어진 광학부재를 사용하는 광학계의 실시예에 대해 설명한다. 여기에서는, 조건식 (1), (2), (3), (4)를 만족하는 광학재료로서 TiO2를 호스트 폴리머인 UV경화수지, 또는 폴리-N-비닐카르바졸에 분산시킨 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다.
후술하는 실시예 1 내지 8에 대응하는 수치실시예 1 내지 8에 사용하고 있는 광학재료(TiO2 미립자분산재료)의 광학 정수치를 표 1에 나타낸다. 또 UV경화수지, 폴리-N-비닐카르바졸 그리고 TiO2의 단독의 광학 정수치를 표2에 나타낸다.
다음에 각 실시예의 특징에 대해 설명한다.
도 1의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 1에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 UV경화수지에 체적비로 3%분산시킨 재료를 사용하고 있다. 도 1 중, TiO2 미립자분산재료로 형성한 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 1의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈(굴절광학부재) GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈 GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다.
수치 실시예 1의 광학계는 망원비 0.677로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다.
렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 3.1mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 66％정도이다.
도 3의 수치 실시예 2에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 UV경화수지에 체적비로 7％분산시킨 혼합체를 사용하고 있다. 도 3 중, TiO2 미립자분산재료로 형성한 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 2의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈 GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 2의 광학계는 망원비 0.678로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 2.3mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 48％정도이다.
도 5의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 3에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 UV경화수지에 체적비로 15％분산시킨 혼합 체를 사용하고 있다. 도 5 중, TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 3의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층) GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 3의 광학계는 망원비 0.678로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 1.6mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 33％정도이다.
도 7의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 4에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 UV경화수지에 체적비로 30％분산시킨 혼합체를 사용하고 있다. 도 7 중, TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 4의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층) GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 4의 광학계는 망원비 0.678로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 1.1mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 23％정도이다.
도 9의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 5에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 폴리-N-비닐카르바졸에 체적비로 3％분산시킨 혼합체를 사용하고 있다. 도 9 중, TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 5의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층) GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 5의 광학계는 망원비 0.685로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 3.0mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 72％정도이다.
도 11의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 6에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 폴리-N-비닐카르바졸에 체적비로 7％분산시킨 혼합체를 사용하고 있다. 도 11 중, TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 6의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층) GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 6의 광학계는 망원비 0.683으로 매 우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 2.2mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 54％정도이다.
도 13의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 7에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 폴리-N-비닐카르바졸에 체적비로 15％분산시킨 혼합체를 사용하고 있다.
도 13 중, TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 7의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층) GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 7의 광학계는 망원비 0.682로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 1.6mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 38％정도이다.
도 15의 광학계(망원렌즈계)의 수치 실시예 8에서는, 초점거리 300mm의 망원렌즈계를 구성하는 렌즈에 TiO2 미립자를 폴리-N-비닐카르바졸에 체적비로 30％분산시킨 혼합체를 사용하고 있다. 도 15 중, TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈(층)를 GNL1로 나타내고 있다.
수치 실시예 8의 광학계에서는, 근축축상광선의 광축으로부터의 통과 위치가 비교적 높은 물체측의 렌즈 GNL1에 TiO2 미립자분산재료를 사용하고 있다. TiO2 미 립자분산재료로 형성된 렌즈 GNL1는 정의 굴절력을 가지고 있다. 렌즈 GNL1는 주로 축상색수차를 보정하고 있다. 수치 실시예 8의 광학계는 망원비 0.680로 매우 콤팩트한 망원렌즈계이다. 렌즈 GNL1의 중심 두께는 약 1.1mm이고, 이것은 TiO2 미립자를 함유하지 않은 재료로 이루어진 렌즈의 두께의 약 27％정도이다.
이하, 수치 실시예 1 내지 8의 구체적인 수치데이터를 나타낸다. 각 수치 실시예에 있어서, i는 물체측에서 센 렌즈면의 번호를 나타내고 있다. Ri는 제 i번째의 렌즈면(제 i면)의 곡률반경, Di는 제i면과 제(i ＋ 1) 면 사이의 간격, Ni, νi는 각각 d선에 대한 제 i번째 (수지나 TiO2 미립자분산재료로 형성된 렌즈 또는 층은 제외함)의 광학부재의 굴절률, 압베수이다. 렌즈 GNLj의 d선에 대한 굴절률, 압베수는 별도로 각각 NGNLj, νGNLj(j = 1, 2, ㆍㆍㆍ)로 나타내고 있다. f는 초점거리, Fno는 F넘버, ω는 반화각이다.
또, 비구면형상은, x를 광축방향의 면정점으로부터의 변위량, h를 광축과 수직인 방향의 광축으로부터의 높이, R를 근축곡률반경, k를 원추정수, B, C, D, Eㆍㆍㆍ를 각 차수의 비구면계수로 해서,
Figure 112006090621660-PAT00001
로 나타내고 있다.
또한, 각 비구면 계수에 있어서의 "E ± XX"는 " × 10± XX"를 의미하고 있 다.
수치 실시예 1 내지 4에서는 각각 호스트 폴리머인 UV경화수지에 TiO2를 체적비율로 3％ 내지 30％분산시킨 고체재료로 이루어진 렌즈를 사용하고 있다. 수치 실시예 5 내지 8에서는 각각 호스트 폴리머인 폴리-N-비닐카르바졸에 TiO2를 체적비율로 3％ 내지 30％분산시킨 고체재료로 이루어진 렌즈를 사용하고 있다. TiO2 미립자분산재료의 굴절률은 전술한 Drude의 식을 사용해서 산출하고 있다.
표 1은 TiO2 미립자를 UV경화수지 또는 폴리-N-비닐카르바졸에 체적비율 3％ 내지 30％로 함유한 혼합체 또는 고체재료의 d선, g선, C선 및 F선에 대한 굴절률, 압베수 및 부분분산비를 나타내고 있다.
Figure 112006090621660-PAT00002
Figure 112006090621660-PAT00003
수치 실시예 1
Figure 112006090621660-PAT00004
수치 실시예 2
Figure 112006090621660-PAT00005
수치 실시예 3
Figure 112006090621660-PAT00006
수치 실시예 4
Figure 112006090621660-PAT00007
수치 실시예 5
Figure 112006090621660-PAT00008
수치 실시예 6
Figure 112006090621660-PAT00009
수치 실시예 7
Figure 112006090621660-PAT00010
수치 실시예 8
Figure 112006090621660-PAT00011
다음에 본 발명의 촬상장치로서의 디지털 카메라의 실시예를 도 18을 사용해서 설명한다. 이 디지털 카메라는 촬영광학계로서 본 발명의 실시예에 의한 광학계를 포함한다.
도 18에 있어서, (20)은 카메라본체이고, 광학계(21)를 가진다. (22)는 카메라 본체에 내장되어 광학계(21)에 의해서 형성된 피사체상을 수광하는 CCD 센서나 CMOS 센서 등의 고체촬상소자(광전 변환 소자)이다. (23)은 카메라(20)에 설치되어 촬상소자 (22)에 의해서 광전변환된 피사체상에 대응하는 정보를 기록하는 메모리이다. (24)는 액정디스플레이패널 등에 의해서 구성되어 고체촬상소자(22) 상에 형성된 피사체상을 관찰하기 위한 파인더이다.
이와 같이 본 발명의 광학계를 디지털 카메라 등의 촬상소자에 적용함으로써, 소형이고 높은 광학성능을 가지는 촬상장치를 실현하고 있다.
또한, 도 19는 압베수 νd와 부분분산비 θgF에 대해서, 전술한 조건식 (1), (2)의 범위와 표 1, 표 2의 물질 및 일반의 광학유리와의 관계를 나타낸 것이다. 도 20은 압베수 νd와 부분분산비 θgd에 대해서, 전술한 조건식 (5), (6)의 범위와 표 1, 표 2의 물질 및 일반의 광학유리와의 관계를 나타낸 것이다.
본 발명의 의하면, 제조가 용이하고 내환경특성이 뛰어난, 높은 광학성능을 가지는 광학계를 얻을 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시예를 참조해서 설명했지만 본 발명은 이 개시된 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 할 것이다. 다음의 특허청구의 범위는 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 광입사측의 면과 광사출측의 면이 모두 굴절면이며, 무기미립자를 투명매체에 분산시킨 혼합체인 고체재료로 구성된 광학부재를 구비하는 광학계로서,
    상기 고체재료는,
    상기 투명매체의 압베수를 νdp, 상기 무기미립자의 압베수를 νdn, 상기 혼합체의 압베수를 νd, 상기 혼합체의 부분분산비(Ng-NF)/(NF-NC)를 θgF, Ng, NF, NC는 각각 g, F, 및 C선에 대한 상기 혼합체의 굴절률, 및 상기 무기미립자의 상기 투명매체에 대한 체적비율을 Vn로 할 때,
    -2.100 × 10-3ㆍνd + 0.693 ＜ θgF;
    0.555 ＜ θgF ＜ 0.9;
    νdp ＜ 35;
    νdn ＜ 30;
    Vn ＜ 0.35
    되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합체의 부분분산비(Ng-Nd)/(NF-NC)를 θgd, Nd는 d선에 대한 상기 혼합체의 굴절률로 할 때,
    -2.407 × 10-3ㆍνd + 1.420 ＜ θgd;
    1.255 ＜ θgd ＜1.67
    되는 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  3. 제1항에 있어서,
    개구조리개를 더 구비하고, 상기 광학계는 광학 전체 길이가 초점거리보다 짧은 광학계이고, 상기 광학부재는 정의 굴절력을 가지고, 상기 개구조리개의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광학계는 광전변환소자 상에 상을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학계.
  5. 제 1항의 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학기기.
  6. 제 1항의 광학계; 및
    상기 광학계에 의해서 형성되는 상을 수광하는 광전변환소자;
    를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상장치.
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