(57)【要約】【課題】  厚さ分布を有する光吸収部を備える光学系において良好な光学性能を得ることである。【解決手段】  光学系１は、非球面を有する非球面レンズＧＥを含む複数のレンズを有する。光学系１の光軸上には光軸に垂直な方向に厚さ分布を有する光吸収部ＦＥが設けられている。非球面レンズＧＥの屈折率をｎＧ、光吸収部ＦＥの屈折率をｎＦ、非球面レンズＧＥの非球面サグ量をＸＧ、光吸収部ＦＥの非球面サグ量をＸＦ、非球面レンズＧＥにおける軸上光束のマージナル光線の高さをｈＧ、光吸収部ＦＥにおける軸上光束のマージナル光線の高さをｈＧとしたとき、光学系１は、  ｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１  ０．８≦ｈＧ／ｈＦ≦１．３なる条件式を満足する。【選択図】  図１
2019045631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の非球面を有する非球面レンズを含む複数のレンズを有する光学系であって、
光軸上に配置され、光軸に垂直な方向に厚さ分布を有する光吸収部を備え、
前記光吸収部は第２の非球面を有し、
前記非球面レンズの波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎＧ、前記光吸収部の波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎＦ、前記第１の非球面の非球面サグ量をＸＧ、前記第２の非球面の非球面サグ量をＸＦ、前記第１の非球面における軸上光束のマージナル光線の高さをｈＧ、前記第２の非球面における軸上光束のマージナル光線の高さをｈＦとしたとき、
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１．００
０．８００≦ｈＧ／ｈＦ≦１．３０
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記光吸収部の波長５５０ｎｍにおける消衰係数をｋ５５０としたとき、
０．０５００≦ｋ５５０≦０．９５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
波長５５０ｎｍの光の波長をλ５５０としたとき、
０．８００≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記光学系の最も物体側の光学面から最も像側の光学面までの光軸上の距離をＬ、前記非球面レンズと前記光吸収部の光軸上の距離をｄとしたとき、
０≦ｄ／Ｌ＜０．２５０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記光学系のメリジオナル断面において最大像高に集光される軸外光束が前記第１の非球面を通過する領域のうち、光軸からの距離が最大となる位置の光軸からの高さをｍＧ、前記光学系のメリジオナル断面において最大像高に集光される軸外光束が前記第２の非球面を通過する領域のうち、光軸からの距離が最大となる位置の光軸からの高さをｍＦとしたとき、
０．７００≦ｍＧ／ｍＦ≦１．４０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項６】
光軸からの高さをｒとし、ｒに対する前記光吸収部の厚さの変化量をｄＸＦ（ｒ）、前記光吸収部の有効径をｒＦとしたとき、
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．８００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項７】
光軸からの高さをｒとし、ｒに対する前記第１の非球面の非球面サグ量の変化量をｄＸＧ（ｒ）、ｒに対する前記光吸収部の厚さの変化量をｄＸＦ（ｒ）、前記非球面レンズの有効径をｒＧ、前記光吸収部の有効径をｒＦとしたとき、
０≦｜ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＧ（ｒＧ／２）｜≦０．８００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項８】
光軸からの高さがｒである位置における前記光吸収部の透過率をＴ（ｒ）、前記光吸収部の有効径をｒＦとしたとき、
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．４００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する撮像素子を有す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、光学系およびそれを有する光学機器に関し、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ等の撮像素子を用いた撮像装置、あるいは銀塩写真フィルムを用いたカメラ等の光学機器において好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系の光学性能として、焦点外れ像（ボケ像）の見え方が重要となる場合がある。ボケ像の見え方を決める要因の１つにボケ像の光量分布がある。特に、ボケ像の輪郭付近において光量がなだらかに減少するような光量分布が好まれる傾向にある。
【０００３】
このような光量分布は、アポダイゼーション効果によって得ることができる。アポダイゼーション効果は、光軸から離れるにつれて透過率が減少するような光学素子を用いることで得ることができる。
【０００４】
特許文献１には、アポダイゼーション効果を得るために、透過率分布を有する光学素子を光学系に設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０３９１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では透過率分布を有する光学素子を設けたことによる光学性能の変化については考慮されていない。特に、光軸に垂直な方向に厚さ分布を有する光吸収部をレンズ上に設けることによって透過率分布を有する光学素子を形成する場合、光吸収部の厚さ分布によって光学系の諸収差が変動してしまうことが考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、厚さ分布を有する光吸収部を備える光学系において良好な光学性能を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学系は、第１の非球面を有する非球面レンズを含む複数のレンズを有する光学系であって、光軸上に配置され、光軸に垂直な方向に厚さ分布を有する光吸収部を備え、前記光吸収部は第２の非球面を有し、前記非球面レンズの波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎＧ、前記光吸収部の波長５５０ｎｍにおける屈折率をｎＦ、前記第１の非球面の非球面サグ量をＸＧ、前記第２の非球面の非球面サグ量をＸＦ、前記第１の非球面における軸上光束のマージナル光線の高さをｈＧ、前記第２の非球面における軸上光束のマージナル光線の高さをｈＦとしたとき、
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１．００
０．８００≦ｈＧ／ｈＦ≦１．３０
なる条件式を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、厚さ分布を有する光吸収部を備える光学系において良好な光学性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の光学系の断面図である。
【図２】実施例１の光学系の収差図である。
【図３】実施例２の光学系の断面図である。
【図４】実施例２の光学系の収差図である。
【図５】実施例３の光学系の断面図である。
【図６】実施例３の光学系の収差図である。
【図７】各実施例における光吸収部の厚さ分布を示した図である。
【図８】撮像装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の光学系およびそれを有する光学機器の実施例について説明する。
【００１２】
図１、３、５は無限遠に合焦している場合の実施例１から３の光学系の断面図である。
【００１３】
各レンズ断面図において、ＳＰは開口絞りを表している。また、ＩＰは像面を表わしている。各実施例の光学系をビデオカメラやデジタルカメラの撮像光学系として用いる際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子が像面ＩＰに配置される。各実施例の光学系を銀塩フィルムカメラの撮像光学系として用いる際には、フィルムが像面ＩＰに配置される。また、ＯＡは光軸を表わしている。
【００１４】
各実施例の光学系は、非球面を有する非球面レンズを含む複数のレンズと、光軸に垂直な方向に透過率分布を有する光吸収部を備える。
【００１５】
図１に示した実施例１の光学系１および図３に示した実施例２の光学系２において、ＧＥが非球面レンズ、ＦＥが光吸収部である。図５に示した実施例３の光学系３において、ＧＥが非球面レンズ、ＦＥ１及びＦＥ２が光吸収部である。
【００１６】
非球面レンズＧＥ及び光吸収部ＦＥの光入射面または光射出面の少なくとも一方の光学面は非球面となっている。すなわち非球面レンズＧＥは第１の非球面を有し、光吸収部ＦＥは第２の非球面を有する。非球面は球面形状と異なる面形状であれば良い。非球面としては放物面、楕円面、双曲面などがある。また、非球面は一部の領域に球面を含んでいても良い。
【００１７】
光吸収部ＦＥは、光を吸収する材料を含んでいる。光軸と直交する方向に光吸収部ＦＥの厚さを変化させることによって透過率分布を形成している。光吸収部ＦＥの透過率分布としては、アポダイゼーション効果を奏するような透過率分布であれば良い。このような透過率分布としては、光軸から周辺へ向かって連続的に透過率が減少しているような透過率分布であっても良いし、段階的に透過率が減少している透過率分布であっても良い。また、中心に透過率が一定である領域が設けられているような透過率分布であっても良い。
【００１８】
光吸収部ＦＥは、基板上に光吸収特性を有する材料を型で成形することで形成することができる。成形する材料としては、熱硬化性、熱可塑性、光硬化性など性質を有する材料を用いることができる。また、真空蒸着によって基板上に光吸収特性を有する材料を堆積しても良い。
【００１９】
なお、基板としては、レンズ等の曲面を有するものに限らず、平板状でも良いし、フィルム状でも良い。
【００２０】
また、光吸収部ＦＥとしては、色ガラスなどの光を吸収する物質を含有する媒質を用いることもできる。この場合、光を吸収する物質を含有する媒質の厚みを変化させて透過率分布を形成することができる。
【００２１】
上述のように、ボケ像の光量分布は、ボケ像の輪郭付近（エッジ部）において光量がなだらかに減少するような光量分布となることが好ましい。反対に、ボケ像の輪郭付近で光量が大きくなる場合、ボケ像の輪郭が強調されてしまうため好ましくない。なお、ここで言うボケ像とは、被写体の動きや手ぶれによりぼけた像ではなく、撮像光学系の焦点面から焦点深度以上はなれた位置に形成される像（デフォーカス像）を意味する。
【００２２】
これに対して、各実施例の光学系は上述のような光吸収部ＦＥを有するため、ボケ像の光量分布をボケ像の輪郭付近においてなだらかに光量が減少するような光量分布にすることができる。
【００２３】
なお、実施例３のように光吸収部を２つ設けても良い。開口絞りＳＰの光入射側と光出射側に透過率分布のある光吸収部ＦＥをそれぞれ設けた場合、それぞれの光吸収部ＦＥにより与えられる光量分布が重ねあわされることになる。このため、透過率分布のある光吸収部ＦＥを１つだけ設けた場合に軸外光束に対して生じる光量分布の非対称性を低減させることができる。ゆえに、開口絞りＳＰの光入射側に光吸収部ＦＥ１を設け、光出射側に光吸収部ＦＥ２を設けることで、各像高に集光するそれぞれの光束に対して有効にアポダイゼーション効果を与えることができる。結果として、より良いボケ像を得ることができる。
【００２４】
次に、厚さ分布のある光吸収部ＦＥによる光学性能の変化について説明する。
【００２５】
各実施例の光学系は、前述した光吸収部ＦＥを用いることでアポダイゼーション効果を得ている。このとき、光吸収部ＦＥは光軸に垂直な方向に厚さ分布を有するため、光吸収部ＦＥは基板の面形状とは異なる形状となる。
【００２６】
光吸収部ＦＥが無い状態で設計された光学系に、透過率分布のある光吸収部ＦＥを付加する場合、光学性能の変化を補償する必要がある。各実施例の光学系では、光吸収部ＦＥによる光学性能の変化を補償するための非球面レンズＧＥを配置し、両者の軸上光線のマージナル光線が通過する高さが同等になるようにしている。また、光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥにおける球面形状からの差分量を非球面サグ量とするとき、両者の非球面サグ量を適切に設定している。
【００２７】
具体的には、各実施例の光学系は以下の条件式（１）および（２）を共に満たすように構成されている。
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１．００  （１）
０．８００≦ｈＧ／ｈＦ≦１．３０  （２）
【００２８】
式（１）および（２）において、ｎＧは非球面レンズＧＥの波長５５０ｎｍにおける屈折率である。ｎＦは光吸収部ＦＥの波長５５０ｎｍにおける屈折率である。ＸＧは非球面レンズＧＥが有する第１の非球面の非球面サグ量である。ＸＦは光吸収部ＦＥが有する第２の非球面の非球面サグ量である。ｈＧは、光学系が無限遠に合焦しており開口絞りＳＰを開放した状態で、光軸ＯＡ上に集光される軸上光束のマージナル光線（軸上マージナル光線）ＲＡが非球面レンズＧＥを通過する位置の高さ（光軸からの距離）である。ｈＦは、光学系が無限遠に合焦しており開口絞りＳＰを開放した状態で、光軸ＯＡ上に集光される軸上マージナル光線ＲＡが光吸収部ＦＥを通過する位置の高さ（光軸からの距離）である。
【００２９】
なお、非球面サグ量ＸＦは、光吸収部ＦＥにおける第２の非球面の光線有効領域のうち光軸から最も離れた位置から参照球面までの光軸方向の距離である。また、非球面サグ量ＸＧは、非球面レンズＧＥにおける第２の非球面の光線有効領域のうち光軸から最も離れた位置から参照球面までの光軸方向の距離である。参照球面は非球面の近軸曲率と等しい曲率を有し、非球面と光軸の交点で非球面に接する球面である。近軸曲率は、例えば非球面の中心から有効径の２割までの範囲の領域に対して球面をフィッティングして求めれば良い。なお、近軸曲率半径は非球面の中心から有効径の５割または７割の範囲の領域に対して球面をフィッティングして求めても良い。
【００３０】
ここで、ｈＦおよびｈＧについて図１を用いて説明する。図１は、前述のように実施例１の光学系１の無限遠合焦時の断面図である。実施例１の光学系では、第１３レンズの像面側の面に光吸収部ＦＥが設けられている。また、第１４レンズが非球面レンズＧＥである。第１４レンズの物体側の面は非球面となっている。このとき、ｈＦは、図１に示すように、軸上マージナル光線ＲＡが光吸収部ＦＥの第２の非球面を通過する位置の光軸からの高さである。ｈＧは、図１に示すように、軸上マージナル光線ＲＡが非球面レンズＧＥの第１の非球面を通過する位置の光軸からの高さである。
【００３１】
式（１）は非球面レンズＧＥおよび光吸収部ＦＥの非球面サグ量に関する。式（１）の下限値を下回る程に光吸収部ＦＥの非球面サグ量ＸＦが大きくなってしまうと、非球面レンズＧＥで光学性能を補償することが困難となってしまい、良好な光学性能を得ることが難しくなる。
【００３２】
式（２）は非球面レンズＧＥによる光学性能の補正効果の撮像面内における均一性に関する。任意の光学面における軸上マージナル光線ＲＡの光線高さは、その光学面で発生する収差量と相関がある。軸上マージナル光線ＲＡの光線高さが大きく異なる光学面では、同一の非球面サグ量を付与した場合でも発生する収差量が大きく異なる。
【００３３】
式（２）の下限値を下回る、または上限値を上回る程に非球面レンズＧＥにおける軸上マージナル光線ＲＡの高さと光吸収部ＦＥにおける軸上マージナル光線ＲＡの高さが異なることは、非球面レンズＧＥと光吸収部ＦＥが離れて配置されていることに相当する。この場合、撮像面内全域で良好に光学性能を補償することが困難となる。
【００３４】
なお、式（１）の数値範囲としては、以下の式（１ａ）から式（１ｄ）に順に設定することが好ましい。
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１．２０  （１ａ）
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１．５０  （１ｂ）
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞１．９０  （１ｃ）
｜ｎＧ×ＸＧ／（ｎＦ×ＸＦ）｜＞２．３０  （１ｄ）
【００３５】
なお、式（２）の数値範囲としては、以下の式（２ａ）から式（２ｅ）に順に設定することが好ましい。
０．８２０≦ｈＧ／ｈＦ≦１．２６  （２ａ）
０．８４０≦ｈＧ／ｈＦ≦１．２０  （２ｂ）
０．８６０≦ｈＧ／ｈＦ≦１．１５  （２ｃ）
０．８８０≦ｈＧ／ｈＦ≦１．１２  （２ｄ）
０．９００≦ｈＧ／ｈＦ≦１．０８  （２ｅ）
【００３６】
なお、光学系が光吸収部を複数有する場合および非球面レンズを複数有する場合には、式（１）および式（２）を共に満たす光吸収部および非球面レンズが１組あれば良い。
【００３７】
さらに、光吸収部ＦＥの消衰係数を適切に定めることによって、光吸収部ＦＥによる光学性能の変化を補償することができる。このため、各実施例の光学系は以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
０．０５００≦ｋ５５０≦０．９５０  （３）
【００３８】
ｋ５５０は、光吸収部ＦＥの波長５５０ｎｍにおける消衰係数である。ここで、消衰係数とは、光吸収量を表すパラメータである。波長をλ、光吸収部ＦＥの厚さをｔ、波長λにおける光吸収部ＦＥの消衰係数をｋ（λ）とするとき、波長λの光の透過率Ｔ（λ）は式（４）与えられる。
【００３９】
【数１】
2019045631.tif 000003
【００４０】
つまり、光吸収部ＦＥの端部（各実施例の光学系において光吸収部ＦＥの透過率が最も低くなっている位置）で所定の透過率を実現するためには、消衰係数と光吸収部ＦＥの厚さを適切に定めればよい。
【００４１】
式（３）は、光吸収部ＦＥの消衰係数に関する。式（３）の下限値を下回ると、光吸収部ＦＥの厚さを厚くしなければ良好なアポダイゼーション効果を得ることが難しくなる。光吸収部ＦＥの厚さが厚くなるほど、良好な光学性能を得るために必要な非球面レンズＧＥの非球面サグ量が大きくなってしまう。この場合、非球面レンズＧＥの製造が困難となるため好ましくない。式（３）の上限値を上回ると、良好なアポダイゼーション効果を得るために必要な光吸収部ＦＥの厚さを薄くすることができるが、僅かな厚みの誤差で透過率が大きく変動してしまう。この場合、光吸収部ＦＥを製造する際に光吸収部ＦＥの厚さの制御が難しくなってしまう。
【００４２】
なお、式（３）の数値範囲としては、以下の式（３ａ）から式（３ｅ）に順に設定することがより好ましい。
０．０６００≦ｋ５５０≦０．９００  （３ａ）
０．０８００≦ｋ５５０≦０．８００  （３ｂ）
０．１００≦ｋ５５０≦０．７００    （３ｃ）
０．１２０≦ｋ５５０≦０．６００    （３ｄ）
０．１４０≦ｋ５５０≦０．５００    （３ｅ）
【００４３】
さらに、光吸収部ＦＥの最大の厚さを適切に定めることによって、光吸収部ＦＥの製造を容易にすることができる。したがって、各実施例の光学系は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
１．００≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０  （５）
【００４４】
式（５）において、λ５５０は波長５５０ｎｍの光の波長である。
【００４５】
式（５）は、光吸収部ＦＥの最大の厚さに関する。式（５）の下限を下回ると、光吸収部ＦＥの最大の厚さが薄くなりすぎ、光吸収部ＦＥを製造する際に光吸収部ＦＥの厚さ分布の制御が難しくなってしまう。
【００４６】
なお、式（５）の右辺の値が大きくなりすぎると、良好な光学性能を得るために必要な非球面レンズＧＥの非球面サグ量を大きくしていく必要があるため非球面レンズＧＥの製造が困難となる。そのため、式（５）の数値範囲としては、以下の式（５ａ）から式（５ｅ）に順に設定することがより好ましい。
１．００≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０≦８０．０  （５ａ）
１．２０≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０≦５０．０  （５ｂ）
１．４０≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０≦４０．０  （５ｃ）
１．６０≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０≦２０．０  （５ｄ）
１．８０≦ｎＦ×ＸＦ／λ５５０≦１０．０  （５ｅ）
【００４７】
さらに、光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥの位置関係を適切に定めることによって、光吸収部ＦＥを導入することによる光学性能の変化を補償することができる。そのため、各実施例の光学系は以下の式（６）を満足することが好ましい。
０≦ｄ／Ｌ＜０．２５  （６）
【００４８】
式（６）におけるＬは、光学系が無限遠に合焦している時の、光学系の最も物体側の光学面から、最も像側の光学面までの光軸上の距離である。ｄは、非球面レンズＧＥと光吸収部ＦＥの光軸上の距離である。
【００４９】
式（６）は、光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥの位置関係に関する。前述のように、光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥは発生する収差量が略同等となる位置に配置することで、撮像面内全域で結像性能を補償することができる。
【００５０】
ｄおよびＬは負値をとることが無いため式（６）の下限を下回ることは無い。また、ｄ／Ｌの値が零となるのは非球面レンズＧＥの非球面上に光吸収部ＦＥが配置されている場合である。
【００５１】
式（６）の上限を上回るほどに光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥが離れて配置されると、それぞれで発生する収差量が大きく異なってしまう。このため、撮像面内の全域で十分に良好な光学性能を得ることが難しくなる。
【００５２】
なお、式（６）の数値範囲としては、以下の式（６ａ）から式（６ｅ）に順に設定することがより好ましい。
０≦ｄ／Ｌ＜０．２２０  （６ａ）
０≦ｄ／Ｌ＜０．２００  （６ｂ）
０≦ｄ／Ｌ＜０．１５０  （６ｃ）
０≦ｄ／Ｌ＜０．１２０  （６ｄ）
０≦ｄ／Ｌ＜０．１００  （６ｅ）
【００５３】
また、各実施例の光学系は以下の式（７）を満たすことが好ましい。
０．７００≦ｍＧ／ｍＦ≦１．４０  （７）
【００５４】
式（７）は非球面レンズＧＥによる光学性能の補正効果の撮像面内における均一性に関する。式（７）においてｍＧは、メリジオナル断面において、最大像高に集光される軸外光束ＲＥが非球面レンズＧＥの第１の非球面を通過する領域のうち、光軸からの距離が最大となる位置の高さである。非球面レンズＧＥが開口絞りＳＰの光入射側に配置されている場合には、マージナル光線ＲＥＬが第１の非球面を通過する位置がｍＧとなる。また、非球面レンズＧＥが開口絞りＳＰの光出射側に配置されている場合には、マージナル光線ＲＥＵが第１の非球面を通過する位置がｍＧとなる。
【００５５】
式（７）においてｍＦは、メリジオナル断面において、最大像高に集光される軸外光束ＲＥが光吸収部ＦＥの第２の非球面を通過する領域のうち、光軸からの距離が最大となる位置の高さである。光吸収部ＦＥが開口絞りＳＰの光入射側に配置されている場合には、マージナル光線ＲＥＬが第２の非球面を通過する位置がｍＦとなる。また、光吸収部ＦＥが開口絞りＳＰの光出射側に配置されている場合には、マージナル光線ＲＥＵが第２の非球面を通過する位置がｍＦとなる。
【００５６】
式（７）の下限値を下回る、または上限値を上回る程に非球面レンズＧＥを通過する軸外光束の高さと光吸収部ＦＥを通過する軸外光束の高さが異なる場合、撮像面内の全域で十分に良好な光学性能を得ることが困難となる。
【００５７】
なお、式（７）の数値範囲としては、以下の式（７ａ）から式（７ｅ）に順に設定することがより好ましい。
０．７１０≦ｍＧ／ｍＦ≦１．３０  （７ａ）
０．７２０≦ｍＧ／ｍＦ≦１．２０  （７ｂ）
０．７３０≦ｍＧ／ｍＦ≦１．１５  （７ｃ）
０．７４０≦ｍＧ／ｍＦ≦１．１０  （７ｄ）
０．７５０≦ｍＧ／ｍＦ≦１．０６  （７ｅ）
【００５８】
さらに、光吸収部ＦＥの非球面形状を適切に定めることによって、光量を落としすぎず良好なアポダイゼーション効果を得ることができる。そのため、各実施例の光学系は以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．８  （８）
【００５９】
式（８）におけるｒＦは、光吸収部ＦＥの第２の非球面の有効径（光線有効領域の直径）のである。ｄＸＦ（ｒ）は、光軸からの距離がｒである位置における光軸からの距離に対する光吸収部ＦＥの厚さの変化量である。ｄＸＦ（ｒ）は光軸からの距離がｒである位置において光吸収部ＦＥの厚さを光軸からの距離で微分した値ということもできる。
【００６０】
式（８）は光吸収部ＦＥの非球面形状に関する。式（８）の下限値は、光吸収部ＦＥの厚さが光軸から離れるに従って減少しないことを意味する。ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＦ（ｒＦ）の値が大きくなることは、光吸収部ＦＥの厚さの変化量がなだらかになることを意味する。式（８）の上限を上回るほどに光吸収部ＦＥの厚さの変化量がなだらかになると、光吸収部ＦＥの比較的光軸に近い位置を透過する光も光吸収部ＦＥによって吸収されてしまうため、光吸収部ＦＥを透過する光の光量が小さくなりすぎる。
【００６１】
なお、式（８）の数値範囲としては、以下の式（８ａ）から式（８ｅ）に順に設定することがより好ましい。
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．７００  （８ａ）
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．６００  （８ｂ）
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．５００  （８ｃ）
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．４００  （８ｄ）
０≦ｄＸＦ（ｒＦ／４）／ｄＸＦ（ｒＦ／２）≦０．３００  （８ｅ）
【００６２】
さらに、光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥの非球面形状を適切に定めることによって、光吸収部ＦＥを導入することによる光学性能の変化をより良好に補正することができる。そのため、各実施例の光学系は以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
０≦｜ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＧ（ｒＧ／２）｜≦０．８  （９）
【００６３】
式（９）におけるｒＧは、非球面レンズＧＥの第１の非球面の有効径（光線有効領域の直径）である。ｄＸＧ（ｒ）は、光軸からの距離がｒである位置における光軸からの距離に対する非球面レンズＧＥの非球面サグ量の変化量である。ｄＸＧ（ｒ）は光軸からの距離がｒである位置において非球面レンズＧＥの非球面サグ量を光軸からの距離で微分した値ということもできる。
【００６４】
式（９）は光吸収部ＦＥと非球面レンズＧＥの非球面形状に関する。式（９）の上限値を上回ると、光吸収部ＦＥの非球面サグ量の方が急峻な変化をするため、非球面レンズＧＥで光学性能を十分に補正することが困難となる。
【００６５】
なお、式（９）の数値範囲としては、以下の式（９ａ）から式（９ｄ）に順に設定することがより好ましい。
０≦｜ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＧ（ｒＧ／２）｜≦０．６５０  （９ａ）
０≦｜ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＧ（ｒＧ／２）｜≦０．５５０  （９ｂ）
０≦｜ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＧ（ｒＧ／２）｜≦０．４５０  （９ｃ）
０≦｜ｄＸＦ（ｒＦ／２）／ｄＸＧ（ｒＧ／２）｜≦０．３５０  （９ｄ）
【００６６】
さらに、光吸収部ＦＥの透過率分布を適切に定めることによって、光量を落としすぎず良好なアポダイゼーション効果を得ることができる。そのため、各実施例の光学系は以下の条件式（１０）を満足することが好ましい。
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．４００  （１０）
【００６７】
式（１０）におけるＴ（ｒ）は、光軸からの距離がｒである位置における光吸収部ＦＥの波長５５０ｎｍの光の透過率である。なお、Ｔ（ｒ）は光吸収部ＦＥの各位置において光を光軸と平行な方向に入射させた際の透過率である。
【００６８】
式（１０）は光吸収部ＦＥの透過率分布に関する。式（１０）の下限を下回ると、光吸収部ＦＥの比較的光軸に近い位置を透過する光も光吸収部ＦＥによって吸収されてしまうため、光吸収部ＦＥを透過する光の光量が小さくなりすぎる。
【００６９】
なお、式（１０）の数値範囲としては、以下の式（１０ａ）から式（１０ｄ）に順に設定することがより好ましい。
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．５００  （１０ａ）
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．６００  （１０ｂ）
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．６５０  （１０ｃ）
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．７００  （１０ｄ）
Ｔ（ｒＦ／４）／Ｔ（０）≧０．７５０  （１０ｅ）
【００７０】
次に、各実施例の光学系について述べる。
【００７１】
実施例１の光学系１の断面図は、図１に示した通りである。実施例１の光学系１は、物体側から像側へ順に配置された正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２により構成される。第２レンズ群Ｌ２は非球面レンズＧＥ及び透過率分布をもつ光吸収部ＦＥを有している。
【００７２】
光吸収部ＦＥは、第１３レンズの像側の曲面に、光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。光吸収部ＦＥの透過率は、共に中心から周辺に向かって透過率が単調に減少するよう変化している。非球面レンズＧＥは、第１４レンズの物体側の曲面が非球面形状となっている。
【００７３】
光学系１は光学系全系を図１に示した矢印のように移動させることで無限遠から最至近距離までフォーカシングを行うことができる。
【００７４】
また、図２に示した収差図において、ＦｎｏはＦナンバーであり、ωは撮影半画角である。また、非点収差図におけるＳはサジタル像面における非点収差、Ｍはメリジオナル像面における非点収差を表わしている。これは図４，６に示す収差図においても同様である。
【００７５】
なお、本実施例の光学系１は、各光学面の曲率中心及び像面の中心位置が光軸上に配置された共軸系であるが、必要に応じて光学系１を非共軸系としてもよい。
【００７６】
実施例２の光学系２の断面図は、図３に示した通りである。光学系２は、物体側から像側へ順に配置された開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２により構成される。第１レンズ群Ｌ１は非球面レンズＧＥ及び透過率分布をもつ光吸収部ＦＥを有している。
【００７７】
光吸収部ＦＥは、第２レンズの物体側の曲面に、光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。光吸収部ＦＥの透過率は、共に中心から周辺に向かって透過率が単調に減少するよう変化している。非球面レンズＧＥは、第２レンズの物体側の曲面が非球面形状となっている。
【００７８】
光学系２は第１レンズ群Ｌ１を図３に示した矢印のように移動させることで無限遠から最至近距離までフォーカシングを行うことができる。フォーカシングに際して第２レンズ群Ｌ２は不動である。
【００７９】
実施例３の光学系３の断面図は、図５に示した通りである。光学系３は、物体側から像側へ順に配置された負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、開口絞りＳＰを含む正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２により構成される。第２レンズ群Ｌ２は非球面レンズＧＥ及び透過率分布をもつ光吸収部ＦＥ１、ＦＥ２を有している。
【００８０】
光吸収部ＦＥ１は、第４レンズの物体側の曲面に、光吸収部ＦＥ２は、第７レンズの物体側の曲面に、光吸収性を有する薄膜が設けられており、これによって透過率分布を形成している。光吸収部ＦＥ１及びＦＥ２の透過率は、共に中心から周辺に向かって透過率が単調に減少するよう変化している。非球面レンズＧＥは、第６レンズの物体側の曲面が非球面形状となっている。
【００８１】
光学系３は第２レンズ群Ｌ２を図３に示した矢印のように移動させることで無限遠から最至近距離までフォーカシングを行うことができる。フォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１は不動である。
【００８２】
上述した各実施例における光吸収部の厚さ分布を図７に示す。図７の横軸はそれぞれの光吸収部の最大径で規格化した半径を表わしている。図７の縦軸は光吸収層の厚さを示している。
【００８３】
次に、上述した実施例１から３のそれぞれに対応する数値実施例１から３を示す。ただし各数値実施例において、ｍを光入射側から数えた面の番号としたとき、ｄｍは第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表わしている。なお、面データにおけるｒは各光学面の曲率半径、ｄは第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表わしている。また、ｎｄは光学部材のｄ線に対する屈折率、νｄは光学部材のｄ線に対する屈折率アッベ数を表わしている。
【００８４】
なお、アッべ数νｄは、フラウンホーファー線のＦ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率を各々ＮＦ、Ｎｄ、ＮＣとしたとき以下の式（１３）で定義される値である。
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）  （１１）
【００８５】
また、各数値実施例において、非球面形状の光学面については、面番号の後に＊（アスタリスク）の符号を付加している。また、各非球面係数における「ｅ±Ｐ」は「×１０±Ｐ」を意味している。光学面の非球面形状は、光軸方向における面頂点からの変位量をｘ、光軸方向に垂直な方向における光軸からの高さをｈ、近軸曲率半径をＲ、円錐定数をｋ、非球面係数をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈとするとき、以下の式（１２）により表される。
【００８６】
【数２】
2019045631.tif 000004
【００８７】
また、光軸からの高さがｈである位置での光吸収層の厚さｔ（ｈ）は、非球面係数をａ，ｂ、ｎを任意の自然数とするとき、以下の式（１３）により表される。
ｔ（ｈ）＝ｄＸＦ（ｒＦ／２）×ａ（ｈ−ｂ×ｒＦ／２）ｎ  （１３）
【００８８】
［数値実施例１］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd        νd       有効径
1         80.638    3.65   1.58313    59.4       53.07
2*        27.990   10.97                         43.83
3       -300.298    2.00   1.48749    70.2       43.56
4         47.192    3.85                         41.11
5        191.015    4.60   1.91082    35.3       41.10
6        -97.757    3.90                         40.94
7        -45.409    1.84   1.59270    35.3       39.99
8        122.533    2.85                         39.97
9         61.121    8.00   1.88300    40.8       40.89
10        -78.649    0.15                         40.47
11      -1091.422    7.15   1.43387    95.1       37.61
12        -37.396    0.01   1.50000    45.0       37.30
13        -37.462    1.80   1.67300    38.1       37.30
14       -105.779  (可変)                         37.58
15         41.729    5.51   1.91082    35.3       35.62
16       8447.144    0.60                         34.82
17        154.585    4.40   1.59349    67.0       33.22
18        -65.857    1.56   1.73800    32.3       32.12
19         29.779    5.83                         27.90
20(絞り)    ∞       7.13                         27.21
21        -22.300    4.25   1.49700    81.5       26.40
22        -17.289    0.02   1.50000    45.0       27.01
23        -17.302    1.50   1.69895    30.1       27.02
24        -52.827    0.19                         30.00
25         93.554    7.40   1.59522    67.7       31.71
26        -33.188    0.00   2.19192    11.2       32.00
27*       -33.188    0.15                         32.00
28*      -100.115    4.43   1.85400    40.4       32.96
29        -41.598  (可変)                         34.34
像面        ∞
非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000  B=-1.78328e-006  C=-2.44070e-009  D=-1.84376e-012
E= 1.12712e-015  F=-9.41946e-018
第28面
K = 0.00000e+000  B=-7.39139e-006  C= 1.74471e-009  D=-2.63497e-011
E= 7.34882e-014  F=-8.94415e-017
光吸収部の厚さ分布
第27面
a = 7.57306e-005  b = 0.330  n = 4  t(rF/2) = 500nm
各種データ
焦点距離      34.31
Fナンバー     1.45
画角          32.24
像高          21.64
レンズ全長   139.98
BF            39.01
d14            7.25
d29           39.01
入射瞳位置    38.18
射出瞳位置   -37.19
前側主点位置  57.04
後側主点位置   4.71
レンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1     218.61        50.76        98.65        107.93
2   15     363.86        12.07       -64.27        -60.66
3   20      46.36        25.07        22.78          7.60
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1    -75.44
2       3    -83.50
3       5     71.54
4       7    -55.67
5       9     40.02
6      11     89.07
7      12   -44239.86
8      13    -87.11
9      15     46.03
10      17     78.40
11      18    -27.60
12      21    120.79
13      22   -80069.30
14      23    -37.46
15      25     42.07
16      26      0.00
17      28     80.53
【００８９】
［数値実施例２］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd         νd       有効径
1        121.371    3.33   1.84666    23.9       69.90
2        222.042    0.22                         69.40
3*        69.664    0.00   2.31872    13.4       67.01
4*        69.664    9.90   1.49700    81.5       67.01
5      -77761.066    0.15                         66.13
6         40.105   12.21   1.59522    67.7       57.56
7        159.244    0.00                         54.84
8        159.244    2.89   1.72047    34.7       54.84
9         30.350    6.08                         44.16
10         67.763    6.76   1.77250    49.6       44.05
11       -692.244    0.00                         42.49
12       -692.244    3.65   1.72047    34.7       42.49
13         33.652    8.02                         36.93
14(絞り)    ∞       7.85                         36.66
15        -35.775    1.95   1.67270    32.1       36.34
16         63.478   10.17   1.88100    40.1       40.38
17        -50.818    0.15                         41.06
18        247.394    4.15   1.85400    40.4       39.60
19*      -137.022  (可変)                         39.17
20        257.380    2.03   1.71736    29.5       39.76
21         74.361    3.50   1.88100    40.1       40.02
22        602.285  (可変)                         40.04
像面        ∞
非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000  B=-4.02307e-007  C=-6.39223e-011  D=-4.11373e-014
E=-1.41683e-017  F= 1.44962e-020  G= 2.79592e-024  H=-2.72812e-027
第4面
K = 0.00000e+000  B=-4.02307e-007  C=-6.39223e-011  D=-4.11373e-014
E=-1.41683e-017  F= 1.44962e-020  G= 2.79592e-024  H=-2.72812e-027
第19面
K = 7.88575e+000  B= 3.04672e-007  C= 3.32275e-010  D=-1.04662e-012
E= 1.27587e-015
光吸収部の厚さ分布
第3面
a =1.72623e-007  b=0.600  n=6  t(rF/2)=1250nm
各種データ
焦点距離      85.00
Fナンバー     1.24
画角          14.28
像高          21.64
レンズ全長   123.50
BF            39.70
d19            0.80
d22           39.70
入射瞳位置    81.91
射出瞳位置   -30.98
前側主点位置  64.69
後側主点位置 -45.30
レンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1     100.35        77.48        49.87        -49.01
2   20     282.80         5.52        -0.52         -3.55
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1    311.46
2       3      0.00
3       4    140.05
4       6     86.74
5       8    -52.54
6      10     80.21
7      12    -44.45
8      15    -33.75
9      16     33.43
10      18    103.77
11      20   -146.45
12      21     96.00
【００９０】
［数値実施例３］
単位 mm
面データ
面番号       r        d      nd        νd       有効径
1         79.773    2.00   1.60311    60.6       46.37
2         28.865    8.00                         39.23
3        117.212    4.00   1.77250    49.6       37.77
4       -212.879  (可変)                         36.80
5         84.814    1.50   1.48749    70.2       24.71
6         19.679   10.00                         21.16
7*        22.595    0.00   2.17627    20.7       14.46
8         22.595    3.50   1.91082    35.3       14.46
9        -45.147    1.00   1.73800    32.3       13.37
10         26.917    3.50                         12.87
11(絞り)    ∞     (可変)                         12.80
12*       111.141    1.50   1.72916    54.7       12.70
13        -73.101  (可変)                         12.63
14*       -13.184    0.00   2.17627    20.7       12.33
15        -13.184    1.50   1.74000    28.3       12.33
16       -132.829    4.50   1.69680    55.5       15.15
17        -17.844    0.80                         17.62
18*       -53.671    3.20   1.58313    59.4       19.54
19        -18.948  (可変)                         20.58
像面        ∞
非球面データ
第12面
K = 0.00000e+000  B=-1.97147e-006  C= 7.55100e-007  D=-6.86045e-008
E= 3.22052e-009  F=-8.43297e-011  G= 1.16714e-012  H=-6.65766e-015
第18面
K = 0.00000e+000  B=-2.50000e-005  C= 4.20000e-008  D=-6.00000e-010
E= 2.00000e-012
光吸収部の厚さ分布
第7面
a =5.36955e-002  b=0.300  n=2  t(rF/2)=450nm
第14面
a =5.36955e-002  b=0.300  n=2  t(rF/2)=450nm
各種データ
焦点距離      28.50
Fナンバー     2.86
画角          37.20
像高          21.64
レンズ全長    97.50
BF            38.00
d 4            7.00
d11            4.00
d13            3.50
d19           38.00
入射瞳位置    27.13
射出瞳位置   -29.20
前側主点位置  43.54
後側主点位置   9.50
レンズ群データ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1    -528.68        14.00       -41.48        -57.63
2    5     374.88        19.50        48.86         38.18
3   12      60.69         1.50         0.53         -0.35
4   14      61.47        10.00        17.07         15.27
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1    -76.12
2       3     98.37
3       5    -52.96
4       7      0.00
5       8     16.95
6       9    -22.72
7      12     60.69
8      14      0.00
9      15    -19.88
10      16     29.12
11      18     48.58
【００９１】
各数値実施例における種々の値を表１にまとめて示す。表１において、「実施例３−１」は、実施例３の光学系において非球面レンズＧＥと光吸収部ＦＥ１における種々の値を示している。表１において、「実施例３−２」は、実施例３の光学系において非球面レンズＧＥと光吸収部ＦＥ２における種々の値を示している。
【００９２】
【表１】
2019045631.tif 000005
【００９３】
［光学機器］
図８は、本発明の一実施形態としての光学機器としての撮像装置（デジタルスチルカメラ）１００の概略図である。本実施形態の撮像装置１００は、カメラ本体４０と、上述した実施例１から３のいずれかと同様である光学系４１と、光学系４１によって形成される像を光電変換する受光素子（撮像素子）４２を備える。
【００９４】
本実施形態の撮像装置１００は、上述した各実施例のいずれかと同様である光学系４１を有するため、諸収差が良好に補正された画像を得ることができる。なお、受光素子４２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いることができる。このとき、受光素子４２により取得された画像の歪曲収差や色収差等の諸収差を電気的に補正することにより、出力画像を高画質化することが可能になる。
【００９５】
なお、上述した各実施例の光学系は、図８に示したデジタルスチルカメラに限らず、銀塩フィルム用カメラやビデオカメラ、望遠鏡等の種々の光学機器に適用することができる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１，２，３  光学系
ＦＥ、ＦＥ１、ＦＥ２  光吸収部
ＧＥ  非球面レンズ
【図１】
2019045631.tif 000006
【図２】
2019045631.tif 000007
【図３】
2019045631.tif 000008
【図４】
2019045631.tif 000009
【図５】
2019045631.tif 000010
【図６】
2019045631.tif 000011
【図７】
2019045631.tif 000012
【図８】
2019045631.tif 000013