(57)【要約】    【課題】  色収差を始めとする諸収差を良好に補正すると共に、製造が容易で、耐環境性に優れた光学系を提供すること。    【解決手段】  レトロフォーカス型の光学系ＯＴＬに、下記のアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦの条件を満足する固体材料から形成される少なくとも１つの屈折光学素子ＧＩＴを設ける。そして、その屈折光学素子ＧＩＴが、開口絞りＳＰより前方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状とし、開口絞りＳＰより後方に配置されている場合は、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状とする。      −２．１００×１０−３・νｄ＋０．６９３  ＜  θｇＦ      ０．５５５  ＜  θｇＦ  ＜ ０．９【選択図】  図２
2006301416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最も前方のレンズ面を通過する近軸軸上光線が、光軸と瞳近軸光線との交点より後方で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも小さい光学系において、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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形成される少なくとも１つの屈折光学素子を有し、該屈折光学素子が、該交点より前方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状であり、該交点より後方に配置されている場合は、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状であることを特徴とする光学系。
【請求項２】
レトロフォーカス型の光学系において、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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形成される少なくとも１つの屈折光学素子と開口絞りとを有し、該屈折光学素子が、該開口絞りより前方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状であり、該開口絞りより後方に配置されている場合は、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状であることを特徴とする光学系。
【請求項３】
光学系の光学全長をＯＴＬ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
２＜ＯＴＬ／ｆ＜１５
なる条件を満足する光学系であって、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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形成される少なくとも１つの屈折光学素子と開口絞りとを有し、該屈折光学素子が、該開口絞りより前方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状であり、該開口絞りより後方に配置されている場合は、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状であることを特徴とする光学系。
【請求項４】
最も前方のレンズ面を通過する近軸軸上光線が、光軸と瞳近軸光線との交点より後方で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも小さい光学系において、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、      νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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形成される少なくとも１つの屈折光学素子を有し、該屈折光学素子が、該交点より前方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における該屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ厚い形状であり、該交点より後方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における該屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ薄い形状であることを特徴とする光学系。
【請求項５】
レトロフォーカス型の光学系において、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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形成される少なくとも１つの屈折光学素子と開口絞りとを有し、該屈折光学素子が、該開口絞りより前方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における該屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ厚い形状であり、該開口絞りより後方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における該屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ薄い形状であることを特徴とする光学系。
【請求項６】
光学系の光学全長をＯＴＬ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
２＜ＯＴＬ／ｆ＜１５
なる条件を満足する光学系であって、ｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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形成される少なくとも１つの屈折光学素子と開口絞りとを有し、該屈折光学素子が、該開口絞りより前方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における該屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ厚い形状であり、該開口絞りより後方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における該屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ薄い形状であることを特徴とする光学系。
【請求項７】
前記交点より前方に配置された前記屈折光学素子の屈折力をψＧＩＴ１、光学系全体の屈折力をψとするとき、
0 ＜｜ψＧＩＴ１／ψ|  ＜   ０．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記交点より後方に配置された前記屈折光学素子の屈折力をψＧＩＴ２、光学系全体の屈折力をψとするとき、
０＜｜ψＧＩＴ２／ψ|  ＜   １．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記固体材料は、
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
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１〜８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
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１〜９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１１】
前記固体材料の０℃〜４０°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（１／℃）
なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１２】
光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項の光学系を備えることを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ビデオカメラ等の撮影光学系、望遠端、双眼鏡等の観察光学系、プロジェクター等の投影光学系、複写機等の読み取り光学系に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、広角化（広画角化）に有利なレンズ系として、レトロフォーカス型（ネガティブリード型）レンズが知られている。このレトロフォーカス型レンズは、光学系の前方（カメラ等の撮影光学系では被写体側、プロジェクター等の投影光学系ではスクリーン側）に全体として負の屈折力のレンズ群を配置し、後方（カメラ等の撮影光学系では像側、プロジェクター等の投影光学系では原画側）に正の屈折力のレンズ群を配置することで、短い焦点距離と長いバックフォーカスを実現している。レトロフォーカス型レンズの収差補正上の問題点としては、負の屈折力のレンズ群が先行する非対称な屈折力配置のため、負の歪曲収差（樽型の歪曲収差）が発生し易いということが挙げられる。負の歪曲収差を補正するには、負の屈折力のレンズ群内の負レンズの材料を高屈折率材料にすればよいが、一般的に高屈折率材料は高分散であるため、負の倍率色収差が発生し易い。
【０００３】
レトロフォーカス型レンズにおいて、負の倍率色収差を補正する方法として、瞳近軸光線のレンズ面への入射高（光軸からの距離）ｈが比較的高くなる、開口絞りよりも後方のレンズ群に、蛍石等の異常部分分散を持った低分散材料で構成した正レンズを用いる方法が知られている。従来は、このような方法により色収差の低減を行うのが一般的で、このようなレトロフォーカス型の光学系が種々提案されている。（特許文献１、２）
また、異常部分分散材料を用いず、回折光学素子を用いて光学系の色収差の補正を行ったものも知られている（特許文献３、４）。特許文献３や特許文献４には、回折光学素子と屈折光学素子とを適切に組み合わせることで、色収差が比較的良好に補正されたレトロフォーカス型の光学系が開示されている。
【０００４】
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、大きく色収差を変化できる特徴がある。また、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。
【０００５】
したがって、全長短縮に際しては、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い。そして、色収差に関しては回折光学素子によって補正を行うため、全長短縮によって悪化した色収差の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、構成レンズの硝材とパワーを最適化して設計を行いさえすればよい。その結果として、全長が短縮された良好な性能の光学系が得られる。
【０００６】
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、かつ異常部分分散な特性を示す液体材料が知られており、それを用いた色消し光学系が提案されている。（特許文献５、６）
【特許文献１】特開平０６−０８２６８９号公報
【特許文献２】特開２００２−２８７０３１号公報
【特許文献３】特開２０００−１４７３７３号公報
【特許文献４】特開２００２−１５６５８２号公報
【特許文献５】米国特許第５７３１９０７号明細書
【特許文献６】米国特許第５６３８２１５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、光学系の光学全長（レンズ全長）を長めに設定した場合は、比較的良好に色収差を補正することができるが、光学全長を短縮しようとすると色収差が多く発生する。
【０００８】
これは、色収差補正の手法が、例えば蛍石等の材料が持つ低分散と異常部分分散を利用して前玉レンズ自らで発生する色収差を低減しているためである。レンズ全長を短縮しようとするときに生ずる色収差を補正するとき、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光学系では、レンズ面のパワーを大きく変化させないと色収差が変化しない。このため色収差の補正と、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。
【０００９】
一方、回折光学素子は十分な色収差の補正作用がある。しかしながら、回折光学素子を用いた光学系は、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色の付いたフレア光となって結像性能を悪化させる場合がある。複数のブレーズ型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により、設計回折次数へエネルギーを集中させ、不要回折光を大幅に減らしたものもあるが、依然として高輝度な被写体を撮影すると回折フレアが現れてくる場合がある。
【００１０】
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製造敏感度が極めて高く、非常に高い金型精度や成型精度が要求され、製造コストが高い。
【００１１】
特許文献５及び特許文献６に開示された材料は、液体であるために、温度変化により屈折率、分散特性などの特性が大きく変化し、耐環境性が十分でない。
【００１２】
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容易な光学系の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの例示的な光学系は、レトロフォーカス型の光学系において、下記のアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦの条件を満足する固体材料から形成される少なくとも１つの屈折光学素子を有する。そして、その屈折光学素子が、瞳より前方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状であり、瞳より後方に配置されている場合は、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状であることを特徴としている。
【００１４】
−２．１００×１０−３・νｄ＋０．６９３  ＜  θｇＦ
０．５５５  ＜  θｇＦ  ＜ ０．９
また、本発明の別の例示的な光学系は、レトロフォーカス型の光学系において、上記２つの条件を満足する固体材料から形成される少なくとも１つの屈折光学素子を有すると共に、その屈折光学素子が、瞳より前方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ厚い形状であり、瞳より後方に配置されている場合は、最大光線有効径の7割の位置における屈折光学素子の厚さが光軸上における厚さに比べ薄い形状であることを特徴としている。
【００１５】
なお、本発明において、アッベ数νｄ、部分分散比θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じであり、ｇ線、Ｆ線、ｄ線、Ｃ線に対する屈折率をそれぞれＮｇ，ＮＦ，Ｎｄ，ＮＣとするとき、それぞれ次式で表される。
【００１６】
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
ここで、レトロフォーカス型の光学系とは、
・最も前方のレンズ面を通過する近軸軸上光線が、光軸と瞳近軸光線との交点より後方で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも小さい光学系
・光学系の光学全長をＯＴＬ、光学系の焦点距離をｆとするとき、
２＜ＯＴＬ／ｆ＜１５
なる条件を満足する光学系（但し、光学系がズームレンズの場合、ＯＴＬ，ｆは各々広角端の数値）
である。
【００１７】
瞳位置は、
・開口絞りの位置
・光軸と瞳近軸光線との交点
に相当する。
【００１８】
また、本発明における固体材料とは、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を言及したものではない。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は、本発明でいう固体材料に該当する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することが容易な光学系が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の光学系について説明する。
【００２１】
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光学機器に用いられるものである。
【００２２】
本発明の光学系は、レトロフォーカス型の光学系であって、パワー（屈折力、焦点距離の逆数）を有する屈折光学素子に部分分散比の大きい（高い）固体材料を使用したことを特徴としている。
【００２３】
尚、ここで屈折光学素子とは屈折作用でパワーが生じる、例えば屈折レンズやレンズ表面に設けられた層等を意味し、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。
【００２４】
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。
【００２５】
具体的には、本発明の各実施例の光学系は、最も前方のレンズ面を通過する近軸軸上光線の高さが、光軸と瞳近軸光線との交点Ｐより後方で近軸軸上光線がレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも小さいレトロフォーカス型より成っている。
【００２６】
なお、近軸軸上光線とは、光学系全系の焦点距離を１に正規化したとき、光学系の光軸と平行に、光軸からの高さを１として入射させた近軸光線である。また瞳近軸光線とは、光学系全系の焦点距離を１に正規化したとき、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。光学系の入射角度は、光軸から測って時計回りを正、反時計回りを負とする。なお、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側から右へ進むものとする。
【００２７】
そしてフラウンホーファ線のｇ線、ｄ線、Ｆ線、Ｃ線に対する材料の屈折率をそれぞれＮｇ，Ｎｄ，ＮＦ，ＮＣとし、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
とおくとき、
−２．１００×１０−３・νｄ＋０．６９３  ＜  θｇＦ    ・・・（１）
０．５５５  ＜  θｇＦ  ＜ ０．９                        ・・・（２）
なる条件を満足する固体材料から形成される１つ以上の屈折光学素子を有している。
【００２８】
条件式（１），（２）を満足する屈折光学素子のうち、少なくとも１つの屈折光学素子が交点Ｐより前方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状であり、交点Ｐより後方に配置されている場合は、光軸より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形成である。
【００２９】
又、別の観点では、少なくとも１つの屈折光学素子が、交点Ｐより前方に配置されている場合は、屈折光学素子の最大光線有効径の７割の位置における厚さが光軸上における厚さに比べ厚い形状であり、交点Ｐより後方に配置されている場合は、屈折光学素子の最大光線有効径の７割の位置における厚さが光軸上における厚さに比べ薄い形状である。
【００３０】
各実施例では、条件式（１），（２）を満足する固体材料を、光学系中に適切なパワーを有する、又は適切な形状を有する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を良好に補正している。
【００３１】
条件式（１）、（２）のいずれを外れても色収差を良好に補正するのが困難となる。
【００３２】
次に部分分散比が大きい光学材料で形成した屈折光学素子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。
【００３３】
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。
【００３４】
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形状（部分分散比が正の値）となり、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、アッベ数の小さい高分散の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の形状が強まる傾向にある。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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の双方が等しく、部分分散比が異なる３つの光学材料について説明する。部分分散比が大きい材料、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のレンズとして使った際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。
【００３９】
ΔＮ高  ＞  ΔＮ中  ＞  ΔＮ低  ＞  ０                        ・・・（ａ）
ここで、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考える。
【００４０】
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枚並んでいる場合を考える。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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とで構成される同じパワーのレンズが２枚ら並んでいる場合を考える。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中だけ増えていることになる。
【００４３】
したがって、色収差係数の波長依存特性曲線の短波長側での曲がりの少ない（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、色収差係数の波長依存特性曲線の短波長側での曲がりの大きい（部分分散比が大きい）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ことになる。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、パワーの符号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。
【００４６】
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ＧＩＴ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から構成される光学系での色消し作用を例にとり説明する。
【００４７】
まず部分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、部分Ｇを構成する１つの負レンズに比較的、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、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。
【００４８】
この状態で、部分ＧＩＴに適当なパワーを与えると同時に、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、部分ＧＩＴ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、部分ＧＩＴは、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。
【００４９】
これに対し、部分ＧＩＴ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、部分ＧＩＴは主に部分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。
【００５０】
その結果、部分ＧＩＴでは主に部分Ｇの色収差の波長依存特性曲線全体の曲がり成分を、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。
【００５１】
また部分ＧＩＴ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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の絶対値が小さい高分散材料を用いれば、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。
【００５４】
逆に、低分散材料を用いると、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。
【００５５】
また屈折光学系部分ＧＩＴは一般の光学材料と組み合わせて使用するため、部分ＧＩＴ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。
【００５６】
あまりに一般の光学材料とかけ離れた部分分散比を持つ材料を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。
【００５７】
つまり、部分ＧＩＴ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。上述の条件式（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。
【００５８】
本発明の光学系の各実施例において、条件式（１）、（２）を満足する固体材料は、更に以下の条件式（３）、（４）をも満足することが好ましい。
【００５９】
即ち
θｇｄ＝（Ｎｇ−Ｎｄ）／（ＮＦ−ＮＣ）
するとき、
−２．４０７×１０−３・νｄ＋１.４２０  ＜  θｇｄ       ・・・（３）
１.２５５  ＜  θｇｄ  ＜  １.６７                       ・・・（４）
なる条件を満足することである。
【００６０】
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容易になる。これにより、ｇ線〜Ｃ線の波長帯域で、より緻密な色収差の補正が容易となる。
【００６１】
又、色収差の補正の観点から、更に、
νｄ  ＜  ６０                                           ・・・（５）
を満足することが好ましい。
【００６２】
以上、本発明の屈折光学素子を形成する固体材料が満足すべき条件について述べた。
【００６３】
次に、レトロフォーカス型の光学系において、色収差を補正するために必要な、屈折光学系部分ＧＩＴの条件について図１を用いて説明する。
【００６４】
図１は、レトロフォーカス型光学系の色収差補正の作用を説明するための近軸屈折力配置を示した概略図である。図１において、Ｇｎ，Ｇｐはそれぞれレトロフォーカス型光学系を構成する負の屈折力の前群と、正の屈折力の後群である。問題を簡単にするために、前群Ｇｎ、後群Ｇｐを構成するレンズは全て薄肉単レンズとし、前群Ｇｎ、後群Ｇｐ内においてそれぞれレンズ間隔０で光軸上に配置されているものとする。Ｑは近軸軸上光線、Ｒは瞳近軸光線である。Ｐは瞳近軸光線Ｒと光軸Ｌａとの交点であり、普通、開口絞りの中心と一致する。ｈｎ，ｈｐは近軸軸上光線Ｑのレンズ面への入射高である。Ｈｎ，Ｈｐは、瞳近軸光線Ｒのレンズ面への入射高である。本発明におけるレトロフォーカス型の光学系とは、最も前方のレンズ面を通過する近軸軸上光線Ｒの高さが、交点Ｐより後方で近軸軸上光線Ｑがレンズ面を通過する光軸からの高さの最大値よりも小さい光学系をいう。
【００６５】
まず、部分ＧＩＴを導入する前の光学系について考える。前群Ｇｎと後群Ｇｐについて軸上色収差の収差係数（Ｌ）及び倍率色収差の収差係数（Ｔ）の式を立てると、
【００６６】
【数２】
2006301416.tif 000003
【００６７】
となる。 但し、
νＧｎｉ（λ）＝｛ＮＧｎｊ（λ0）−１｝／｛ＮＧｎｊ（λ）−ＮＧｎｊ（λ0）｝
νＧｐｉ（λ）＝｛ＮＧｐｉ（λ0）−１｝／｛ＮＧｐｉ（λ）−ＮＧｐｉ（λ0）｝
である。ここで、
φＧｎｉ：前群Ｇｎを構成する、各薄肉単レンズの屈折力（光学的パワー）
φＧｐｉ：後群Ｇｐを構成する、各薄肉単レンズの屈折力（光学的パワー）
νＧｎｉ：前群Ｇｎを構成する、各薄肉単レンズのアッべ数
νＧｐｉ：後群Ｇｐを構成する、各薄肉単レンズのアッべ数
ｈＧｎ  ：前群Ｇｎへ入射する近軸軸上光線の高さ
ｈＧｐ  ：後群Ｇｐへ入射する近軸軸上光線の高さ
ＨＧｎ  ：前群Ｇｎへ入射する瞳近軸光線の高さ
ＨＧｐ  ：後群Ｇｐへ入射する瞳近軸光線の高さ
ＮＧｎｊ：前群Ｇｎを構成する、各薄肉単レンズの屈折率
ＮＧｐｉ：後群Ｇｐを構成する、各薄肉単レンズの屈折率
λ：任意波長
λ０：設計波長
である。
【００６８】
通常、レトロフォーカス型の光学系において、式(ｄ)の軸上色収差係数の波長依存特性は、全体の傾きが負で、上に凸形状の特性を示す。また、式(ｅ)の倍率色収差係数の波長依存特性において、全体の傾きが負で、上に凸形状の倍率色収差係数の波長依存特性を示す。
【００６９】
次に、この状態から、軸上色収差、倍率色収差を補正するための屈折光学系部分ＧＩＴの符号と光学系中への導入位置について考える。導入する屈折光学系部分ＧＩＴの軸上色収差係数をＬＧＩＴ、倍率色収差係数をＴＧＩＴとすると
ＬＧＩＴ（λ）＝ｈＧｎ２（λ０）φＧＩＴ（λ０）／νＧＩＴ（λ）
・・・（ｆ）
ＴＧＩＴ（λ）＝ｈＧｎ（λ０）  ＨＧｎ（λ０）φＧＩＴ（λ０）／νＧＩＴ（λ）
・・・（ｇ）
となる。但し、
φＧＩＴ（λ０）：屈折光学系部分ＧＩＴの屈折力（光学的パワー）
ｈＧＩＴ（λ０）：屈折光学系部分ＧＩＴへ入射する近軸軸上光線の高さ
νＧＩＴ（λ）＝｛ＮＧＩＴ（λ0）−１｝／｛ＮＧＩＴ（λ）−ＮＧＩＴ（λ0）｝
である。
【００７０】
（ｆ），（ｇ）式において、１／νＧＩＴ（λ）には、部分ＧＩＴの分散特性ＮＧＩＴ（λ）の傾きと曲がり成分の傾向がそのまま反映される。部分ＧＩＴを交点Ｐより前方に配置する場合、φＧＩＴ（λ0）＞０のとき、軸上色収差係数の波長依存特性は、全体の傾きが負で、下に凸形状の曲線となり、倍率色収差係数の波長依存特性は全体の傾きが正で、上に強い凸形状の曲線となる。また、φＧＩＴ（λ0）＜０のとき、軸上色収差係数の波長依存特性は、全体の傾きが正で、上に強い凸形状の曲線となり、倍率色収差係数の波長依存特性は全体の傾きが負で、下に強い凸形状の曲線となる。
【００７１】
一方、部分ＧＩＴを交点Ｐより後方に配置する場合、φＧＩＴ（λ0）＞０のとき、軸上色収差係数の波長依存特性は、全体の傾きが負で、下に強い凸形状の曲線となり、倍率色収差係数の波長依存特性は、全体の傾きが負で、下に強い凸形状の曲線となる。また、φＧＩＴ（λ0）＜０のとき、軸上色収差係数の波長依存特性は、全体の傾きが正で、上に強い凸形状の曲線となり、倍率色収差係数の波長依存特性は全体の傾きが正で、上に強い凸形状の曲線となる。
【００７２】
したがって、（ｄ）式、（e）式の全系における軸上色収差係数の波長依存特性曲線及び倍率色収差係数の波長依存特性曲線の全体の曲がり成分をキャンセルするためには、部分ＧＩＴの軸上色収差係数の波長依存特性曲線及び倍率色収差係数の波長依存特性曲線の曲がりが共に下に凸形状の特性をもつ必要がある。
【００７３】
このため、前群Ｇｎに部分ＧＩＴを配置する場合（部分ＧＩＴが交点Ｐより前方に配置されている場合）に軸上色収差係数の波長依存特性曲線の全体の傾き成分をキャンセルするためには、前群Ｇｎ内において、φＧＩＴ（λ0）＞０であることが必要となる。一方、倍率色収差係数の波長依存特性曲線の全体の傾き成分をキャンセルするためには、前群Ｇｎ内において、φＧＩＴ（λ0）＜０であることが必要となる。したがって、部分ＧＩＴを前群Ｇｎ内に配置することで、軸上色収差、倍率色収差を同時に補正することはできない。しかしながら、一般に軸上色収差は焦点距離に比例し発生し、倍率色収差は広画角であるほど発生するため、レトロフォーカス型の光学系では倍率色収差の発生の方がより重要な問題である。そこで、部分ＧＩＴを前群Ｇｎ内に配置する場合には、φＧＩＴ（λ0）＜０となるようにすることで、主に倍率色収差の補正された高性能な光学系を実現することができる。
【００７４】
また、前群ＧｎにφＧＩＴ（λ0）＜０の部分ＧＩＴを配置することにより、倍率色収差係数の波長依存特性の曲がり成分は補正過剰になる。そこで、前群Ｇｎ中の正レンズに部分分散比の小さな（分散特性の曲がりが小さい）材料、負レンズに部分分散比の高い（分散特性の曲がりが大きい）材料を選定し、部分ＧＩＴを除いた全系の軸上色収差の波長依存特性曲線および倍率色収差係数の波長依存特性曲線を大きな負の傾きを持った上に強い凸形状の曲線とする。これにより、上述した倍率色収差の補正過剰の問題を解決することができる。硝材の変更で大きくずれた全体の傾きは、再度部分ＧＩＴの屈折力φＧＩＴ（λ0）を負の方向へ変位させれば良く、結果的に全体の傾き成分と曲がり成分の双方で良好に補正された軸上色収差係数の波長依存特性が得られる。
【００７５】
次に、後群Ｇｐに部分ＧＩＴを配置する場合（部分ＧＩＴが交点Ｐより後方に配置されている場合）について考える。この場合に、軸上色収差係数の波長依存特性曲線の全体の傾き成分をキャンセルするためには、後群Ｇｐ内においてφＧＩＴ（λ0）＞０であることが必要となる。このとき、部分ＧＩＴは部分分散比の大きな材料であるため、曲がり成分に関しては軸上色収差・倍率色収差共に補正過剰になる。しかし、後群Ｇｐ中の正レンズに部分分散比の小さな（分散特性の曲がりが小さい）材料、負レンズに部分分散比の高い（分散特性の曲がりが大きい）材料を選定とし、部分ＧＩＴを除いた全系の軸上色収差の波長依存特性曲線及び倍率色収差係数の波長依存特性曲線を大きな負の傾きを持った上に強い凸状の曲線とする。これにより、上述した軸上色収差・倍率色収差共に補正過剰の問題は解決できる。硝材の変更で大きくずれた全体の傾きは、再度、部分ＧＩＴの屈折力φＧＩＴ（λ0）を負の方向へ変位させれば良く、後群Ｇｐに部分ＧＩＴを配置した場合には、結果的に全体の傾き成分と曲がり成分の双方で良好に補正された軸上色収差係数の波長依存特性が得られる。
【００７６】
ところで、広画角の光学系では、軸上光束と軸外光束の通過領域が重ならない領域が存在する場合がある。特に、より前方やより後方のレンズほどその領域が広くなり、また、より広画角の光学系ほどその領域は広くなる。そこで、軸上光束と軸外光束の通過領域が重ならない領域を広く持つことのできる位置に部分ＧＩＴを配置し、部分ＧＩＴの軸上光束が通過する光軸近傍領域においてφＧＩＴ（λ0）≧０、それ以外の領域において、φＧＩＴ（λ0）<０となるように、部分ＧＩＴに屈折力を持たせることで、軸上色収差を悪化させることなく倍率色収差を補正した光学系を実現することができる。具体的には、部分ＧＩＴを光軸近傍の領域においてはφＧＩＴ（λ0）≧０、それ以外の領域においてはφＧＩＴ（λ0）<０となるような非球面レンズ（層）とすればよい。
【００７７】
以上、部分分散比の大きい屈折光学素子（部分ＧＩＴ）が有すべき条件について述べた。
【００７８】
次に本発明の光学系に用いる条件式（１），（２）を満足する屈折光学素子の更に好ましい条件について説明する。
【００７９】
◎部分ＧＩＴを交点Ｐより前方に配置する場合は、部分ＧＩＴ単独の基準波長での屈折力（部分ＧＩＴの入射側及び射出側が空気に接している場合の屈折力）をψＧＩＴ１、光学系全体の基準波長での屈折力（光学系がズームレンズの場合は広角端での屈折力）をψとするとき、
０  ＜｜ψＧＩＴ１／ψ｜  ＜    ０．５                 ・・・（６）
の条件を満足している。
【００８０】
条件式（６）の数値範囲となるように部分ＧＩＴの屈折力を設定することで、部分ＧＩＴを交点Ｐより前方に配置した場合の色収差と球面収差などの諸収差をバランスさせ、良好な光学性能が得られる。
【００８１】
条件式（６）は、好ましくは、
０＜｜ψＧＩＴ１／ψ|  ＜   ０．３                          ・・・（６ａ）
とするのが良い。
【００８２】
更に好ましくは、
０＜｜ψＧＩＴ１／ψ|  ＜   ０．１５                ・・・（６ｂ）
とするのが良い。
【００８３】
◎部分ＧＩＴを交点Ｐより後方に配置する場合は、部分ＧＩＴの基準波長での屈折力をψＧＩＴ２、光学系全体の基準波長での屈折力（光学系がズームレンズのときは広角端での屈折力）をψとするとき、
０＜｜ψＧＩＴ２／ψ|  ＜   １．０                         ・・・（７）
の条件を満足している。
【００８４】
条件式（７）の数値範囲となるように部分ＧＩＴの屈折力を設定することで、部分ＧＩＴを交点Ｐより前方に配置した場合の色収差と球面収差などの諸収差をバランスさせ、良好な光学性能が得られる。
【００８５】
条件式（７）は、好ましくは、
０＜｜ψＧＩＴ２／ψ|  ＜   ０．４８                 ・・・（７ａ）
とするのが良い。更に好ましくは、
０＜｜ψＧＩＴ２／ψ|  ＜   ０．３６                    ・・・（７ｂ）
とするのが良い。
【００８６】
◎部分ＧＩＴを構成する固体材料としては、０℃〜４０°におけるｄ線の屈折率の温度変化の絶対値を|ｄｎ/ｄＴ|とするとき、
|ｄｎ/ｄＴ|    ＜  ２.５×１０-４                           ・・・（８）
なる条件を満足するのが良い。
【００８７】
条件式（８）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。
【００８８】
◎なお、この明細書では、以下に示す条件を満足する光学系をレトロフォーカス型の光学系と定義している。
【００８９】
光学系の光学全長をＯＴＬ、焦点距離をｆとするとき、
２＜ＯＴＬ／ｆ＜１５                                       ・・・（９）
但し、光学系がズームレンズの場合、ＯＴＬ，ｆは各々広角端の数値である。
【００９０】
次に、部分ＧＩＴの光学材料（固体材料）の具体例について説明する。上記条件式（１），（２）を満足する固体の光学材料としては、例えば一部の樹脂材料がある。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、上記条件式（１），（２）を満足する。
【００９１】
また、一般の硝材とは異なる特性を持つ材料として、無機酸化物微粒子を合成樹脂中に分散させた混合体がある。無機酸化物微粒子として、例えば、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。
【００９２】
この中では、ＴｉＯ２（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８，θｇF＝０．８７）微粒子を合成樹脂中に分散させた場合に、上記条件式（１），（２）を満足する光学材料となる。
【００９３】
ＴｉＯ２は様々な技術分野で使われる材料であり、光学関連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。
【００９４】
他にもＴｉＯ２微粒子は、光触媒や、白色顔料などとして化粧品材料として用いられている。本実施例では、ＴｉＯ２の微粒子の混合体を条件式（１），（２）を満足する固体材料として光学系の色収差補正に用いている。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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が、これに限定するものではない。
【００９８】
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、
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛ＮＴiＯ２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛ＮＰ２（λ）−１｝］１／２
・・・（ｉ）
である。ここで、λは任意の波長、ＮＴiＯはＴｉＯ２の屈折率、ＮＰ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。
【００９９】
以下に示す各実施例の光学系では、条件式（１），（２）を満足する材料を光学系中のレンズやレンズ表面に設けられた層に適用している。そして、この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更に良好に補正することができる。また、この材料と空気などの雰囲気とで界面を形成したり、比較的低屈折率な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。また条件式（１），（２）を満足する材料を光学系中に複数用いれば、それぞれのパワーを小さくでき、収差補正上大変有利である。
【実施例１】
【０１００】
条件式（１），（２）を満足する材料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）を満足する材料として、ＵＶ硬化樹脂、またＴｉＯ２をホストポリマーであるＵＶ硬化樹脂に分散させたＴｉＯ２微粒子分散材料を用いている。
【０１０１】
図２は数値実施例１の光学系ＯＬの断面図である。数値実施例１は、焦点距離１４ｍｍの広角レンズ（レトロフォーカス型レンズ系）に、ＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体よりなる屈折光学素子を用いた例である。図２中、混合体で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示している。ＳＰは開口絞りである。図２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。
【０１０２】
図３は、数値実施例１の光学系の収差図（無限遠物体に合焦時）である。収差図において、ｄはｄ線、ｇはｇ線、ＣはＣ線、ＦはＦ線、Ｓ.Ｃは正弦条件、ΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面、Ｙは像高、ＦｎｏはＦナンバーである。これは他の数値実施例でも同様である。
【０１０３】
数値実施例１の光学系では、瞳近軸光線Ｒの光軸Ｌａからの通過位置が比較的高くなる後方にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴに正の屈折力を与え、軸上色収差・倍率色収差を補正し、高性能な光学系を得ている。
【０１０４】
図４は数値実施例２の光学系ＯＬの断面図である。数値実施例２は焦点距離１４ｍｍの広角レンズに、ＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体よりなる屈折光学素子を用い、さらに屈折光学素子の面を非球面形状とした例である。図４中、ＴｉＯ２微粒子分散材料で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示している。ＳＰは開口絞りである。図５は数値実施例２の光学系の収差図（無限遠物体に合焦時）である。
【０１０５】
数値実施例２の光学系では、瞳近軸光線Ｑの光軸Ｌａからの通過位置が比較的高くなる後方にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴに正の屈折力を与え、軸上色収差・倍率色収差を補正し、さらにレンズＧＩＴの面を非球面形状とすることにより諸収差を補正した高性能な光学系を得ている。
【０１０６】
図６は数値実施例３の光学系ＯＬの断面図である。数値実施例３は焦点距離１４ｍｍの広角レンズにＵＶ硬化樹脂よりなる屈折光学素子を用い、さらにその屈折光学素子の面を非球面形状とした例である。図６中、ＵＶ硬化樹脂１で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示している。ＳＰは開口絞りである。図７は数値実施例３の光学系の収差図（無限遠物体に合焦時）である。
【０１０７】
数値実施例３の光学系では、瞳近軸光線Ｑの光軸Ｌａからの通過位置が比較的低くなる前方にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは、光軸上より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴに負の屈折力を与え、倍率色収差を補正した高性能な光学系を得ている。
【０１０８】
図８は数値実施例４の光学系ＯＬの断面図である。数値実施例４は焦点距離１４ｍｍの広角レンズにおいて、両側をガラスで接合される位置にＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体より成る屈折光学素子を用いた例である。図８中、ＴｉＯ２微粒子分散材料で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示している。ＳＰは開口絞りである。図９は数値実施例２の光学系の収差図（無限遠物体に合焦時）である。
【０１０９】
数値実施例４の光学系では、瞳近軸光線Ｑの光軸Ｌａからの通過位置が比較的高くなり、両側をガラスで接合される位置にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは、光軸上より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴに正の屈折力を与え、軸上色収差・倍率色収差を補正し、さらにレンズＧＩＴの面を非球面形状とすることにより諸収差を補正した高性能な光学系を得ている。
【０１１０】
図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は数値実施例５の光学系の広角端、中間のズーム位置、望遠端のレンズ断面図である。数値実施例５は負の屈折力の第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、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群からなる５群構成のズームレンズであり、このズームレンズにＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体より成る屈折光学素子を用いた例である。図１０中、ＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示している。ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、数値実施例４の光学系（ズームレンズ）の広角端(Ｗ)、中間のズーム位置（中間焦点距離）(Ｍ)、望遠端(Ｔ)における収差図（無限遠物体に合焦時）である。
【０１１１】
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Ｑの光軸Ｌａからの通過位置が比較的高くなる、最も物体側の第１レンズ群Ｌ１にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは、光軸上より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴの面を非球面形状とし、光軸近傍では正の屈折力、光軸外に向かうに従い負の屈折力が大きくなるような形状を与えることにより、倍率色収差、軸上色収差を同時に補正した、高性能な光学系を得ている。
【０１１２】
図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は数値実施例６の光学系の広角端、中間のズーム位置、望遠端のレンズ断面図である。数値実施例６は、負の屈折力の第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、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群からなる５群構成のズームレンズであり、このズームレンズにＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体より成る屈折光学素子を用いた例である。図１２中、ＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に分散させた混合体で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示している。ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。
【０１１３】
図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、数値実施例４の光学系（ズームレンズ）の広角端(Ｗ)、中間のズーム位置（中間焦点距離）(Ｍ)、望遠端(Ｔ)における収差図（無限遠物体に合焦時）である。
【０１１４】
数値実施例６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Ｑの光軸Ｌａからの通過位置が比較的高くなる、最も物体側の第１レンズ群Ｌ１にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは光軸上より周辺に向かうに従って負の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴに負の屈折力を与え、主に倍率色収差を補正することにより、高性能な光学系を得ている。
【０１１５】
図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は数値実施例７の光学系の広角端、中間のズーム位置、望遠端の断面図である。数値実施例７は負の屈折力の第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、負の屈折力の第４レンズ群Ｌ４、正の屈折力の第５レンズ群からなる５群構成のズームレンズであり、このズームレンズにＵＶ硬化樹脂より成る屈折光学素子を用いた例である。図１４中、ＵＶ硬化樹脂で形成したレンズ（層）をＧＩＴで示しており、ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、数値実施例７の光学系（ズームレンズ）の広角端(Ｗ)、中間のズーム位置（中間焦点距離）(Ｍ)、望遠端(Ｔ)における収差図（無限遠物体に合焦時）である。
【０１１６】
数値実施例７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Ｑの光軸Ｌａからの通過位置が比較的高くなる、最も後方の第５レンズ群Ｌ５にレンズＧＩＴを導入している。このときのレンズＧＩＴは、光軸上より周辺に向かうに従って正の屈折力が大きくなる形状としている。そして、レンズＧＩＴに正の屈折力を与え、軸上色収差・倍率色収差を補正することにより、高性能な光学系を得ている。
【０１１７】
尚、本発明に係る光学系は、レトロフォーカス型の光学系（ズームレンズのときは広角端でレトロフォーカス型となる光学系）であればどのような光学系にも適用することができる。
【０１１８】
以下、数値実施例１〜７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順序を示し、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ＧＩＴｊのｄ線に対する屈折率、アッベ数は、別途ＮＧＩＴｊ，νＧＩＴｊ（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。
【０１１９】
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、
【０１２０】
【数３】
2006301416.tif 000004
【０１２１】
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。
【０１２２】
又、前述の各条件式と数値実施例における数値との関係を表−３に示す。
【０１２３】
数値実施例４，７では、それぞれレンズＧＩＴを構成する材料として、ＵＶ硬化樹脂を単体で用いている。数値実施例１，２，３，５及び６では、レンズＧＩＴを構成する材料として、ＴｉＯ２をホストポリマーに分散させた状態で用いている。ＴｉＯ２微粒子分散材料の屈折率は、前述の（ｉ）式を用いて計算した値を用いて算出している。ホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂を用いており、ＴｉＯ２の体積分率は３％である。
【０１２４】
ＵＶ硬化樹脂とＴｉＯ２単体のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比を表１に示す。ＴｉＯ２微粒子をＵＶ硬化樹脂に体積比率３％で混合した混合体のｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線に対する屈折率及びアッベ数、部分分散比を表２に示す。
【０１２５】
【数４】
2006301416.tif 000005
【数５】
2006301416.tif 000006
【数６】
2006301416.tif 000007
【数７】
2006301416.tif 000008
【数８】
2006301416.tif 000009
【数９】
2006301416.tif 000010
【数１０】
2006301416.tif 000011
【表１】
2006301416.tif 000012
【表２】
2006301416.tif 000013
【表３】
2006301416.tif 000014
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１６を用いて説明する。
【０１２６】
図１６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。
【０１２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の光学系の光学作用を説明する為の近軸配置概略図である。
【図２】数値実施例１の光学系の光学系断面図である。
【図３】数値実施例１の収差図である。
【図４】数値実施例２の光学系の光学系断面図である。
【図５】数値実施例２の収差図である。
【図６】数値実施例３の光学系の光学系断面図である。
【図７】数値実施例３の収差図である。
【図８】数値実施例４の光学系の光学系断面図である。
【図９】数値実施例４の無限遠合焦状態での収差図である。
【図１０】数値実施例５の光学系の光学系断面図である。
【図１１】数値実施例５の無限遠合焦状態での収差図である。
【図１２】数値実施例６の光学系の光学系断面図である。
【図１３】数値実施例６の無限遠合焦状態での収差図である。
【図１４】数値実施例７の光学系の光学系断面図である。
【図１５】数値実施例７の無限遠合焦状態での収差図である。
【図１６】本発明の撮像装置の要部概略図である。
【符号の説明】
【０１２９】
ＯＬ    光学系
ＧＩＴ  部分分散比の大きい屈折光学素子
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
Ｌ５    第５レンズ群
ＳＰ    絞り
ＩＰ    像面
ｄ    ｄ線
ｇ    ｇ線
Ｃ    Ｃ線
Ｆ    Ｆ線
Ｓ．Ｃ  正弦条件
△Ｍ    ｄ線に対するメリディオナル像面
△Ｓ    ｄ線に対するサジタル像面
△Ｍｇ    ｇ線に対するメリディオナル像面
△Ｓｇ    ｇ線に対するサジタル像面
【図１】
2006301416.tif 000015
【図２】
2006301416.tif 000016
【図３】
2006301416.tif 000017
【図４】
2006301416.tif 000018
【図５】
2006301416.tif 000019
【図６】
2006301416.tif 000020
【図７】
2006301416.tif 000021
【図８】
2006301416.tif 000022
【図９】
2006301416.tif 000023
【図１０】
2006301416.tif 000024
【図１１】
2006301416.tif 000025
【図１２】
2006301416.tif 000026
【図１３】
2006301416.tif 000027
【図１４】
2006301416.tif 000028
【図１５】
2006301416.tif 000029
【図１６】
2006301416.tif 000030