(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面側の曲面が凹形状をした屈折力が負のレンズと該レンズを保持するレンズ保持枠とが一体化して構成された光学素子であって、
前記レンズの屈折率をｎ、前記レンズの入射面側の光線の最大入射口径をφｄ1、前記レンズの外周径をφｄ2とするとき、前記レンズにおける、前記入射面側の最大入射口径上の位置と射出面側の前記外周径上の位置との間の光軸方向の距離Ｄは、
D ≦ (d2-d1)/2*tan(arcsin(1/n))  （１）
であり、
前記レンズにおける入射面側の最大入射口径内に入射した光線は、前記レンズを直接保持する前記保持枠へ照射されないことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
当該光学素子の結像に寄与する前記入射面側の最大入射口径内に入射した光線の前記射出面側の射出位置は、当該光学素子を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を持つ光学表面内である、
ことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズと該レンズの保持枠とが一体化して構成された光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮影装置や観察装置等に適用される光学系に含まれるレンズにおいては、結像に寄与する光線の最大入射口径内に入射して屈折しレンズ外周面で反射した光線が、画像のコントラストを低下させる原因であるフレアを生じさせる不要な光線となるのを防止するために、レンズ外周面に光吸収材料を塗布する等して、レンズ外周面で反射する迷光を減衰あるいは消滅させ、結像面に到達しないようにしていた。
【０００３】
図４は、光学系に含まれるレンズと該レンズの保持枠とを有して構成される従来の光学素子の一例を示す一部断面図である。
同図に示した光学素子は、凸メニスカスレンズであるレンズＬ41と、レンズＬ41を保持する艶消し状の黒色のレンズ保持枠Ｋ41とを有して構成されている。レンズＬ41の外周面は、1μ〜数μの粗い状態の面精度を有しており、その外周面上には、0.1〜0.2mm程度の膜厚の光吸収材料の黒色塗料で塗膜Ｍ41を設けている。
【０００４】
この構成により、同図の矢印に示したように、レンズＬ41の最大入射口径内に光線が入射して屈折の法則により屈折したレンズＬ41内の光線がレンズＬ41の外周面に達っしたとしても、前述の粗い面精度を有する外周面とその外周面上に設けられた光吸収材料によって、光線が外周面で反射することなく吸収あるいは減衰され、結像する光路内に進入しないようになっている。
【０００５】
また、同図に示した手法以外にも、不要な光線の結像面への到達を防止する手法として例えば特許文献１には、レンズの凸面に、エッジ部より半径方向内側からレンズ外形に至るまでをマスキング手段によって遮光するようにした撮影レンズが提案されている。
【特許文献１】特開２００５−７７６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような結像に寄与しない有害な光線の結像面への到達を防止するために図４に示したような構成をとった光学素子の場合、レンズの外周面に塗布する光吸収材料である塗料は、有害光を遮断するために光学性能を確保する寸法精度（一般には0.1mm以下）を超える膜厚0.1〜0.2mmが必要であったり膜厚が不均一であったり、またレンズ保持枠や他の光学素子との嵌合部や接触部においてレンズが傾いたり偏ったりして、必要とする寸法精度の確保が容易でなく、結像性能を低下させることがあった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑み、レンズとレンズ保持枠とを有して構成される光学素子において、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させることができる光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る光学素子は、入射面側の曲面が凹形状をした屈折力が負のレンズと該レンズを保持するレンズ保持枠とが一体化して構成された光学素子であって、前記レンズの屈折率をｎ、前記レンズの入射面側の光線の最大入射口径をφｄ1、前記レンズの外周径をφｄ2とするとき、前記レンズにおける、前記入射面側の最大入射口径上の位置と射出面側の前記外周径上の位置との間の光軸方向の距離Ｄは、
D ≦ (d2-d1)/2*tan(arcsin(1/n))  （１）
であり、前記レンズにおける入射面側の最大入射口径内に入射した光線は、前記レンズを直接保持する前記保持枠へ照射されないことを特徴とする。
【０００９】
このように、上記の式（１）を満足する光学素子によれば、レンズの入射面側の最大入射口径内に入射し屈折したレンズ内の光線が、この光学素子を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を持たない非光学面である、レンズの外周面へ直接進行することがないように、その外周面の光軸方向長さが設けられる。これにより、入射し屈折したレンズ内の光線は、レンズの外周面へ向けて直接進行することなく、レンズの射出面側の光学鏡面内（この光学素子を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を持つ光学面内）へ進行、射出することになる。よって、入射し屈折したレンズ内の光線がレンズの外周面で反射するということはなくなり、結像に寄与する光路内に戻る不要な反射光線を無くすことができる。
【００１０】
尚、レンズを射出した後の光線については、例えば、結像に寄与する光路から離れたところで、この光学素子を含む光学系ユニット内（例えば撮影レンズ内）の所定の部位により遮蔽したり減衰させたりして消滅させることもできる。一般に、光学素子から離れた位置においての光線のエネルギーの減衰は大きく、且つ、遮光効果は大きい。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る光学素子は、前記第１の態様において、当該光学素子の結像に寄与する前記入射面側の最大入射口径内に入射した光線の前記射出面側の射出位置は、当該光学素子を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を有する光学表面内である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レンズとレンズ保持枠とが一体化して構成された光学素子において、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させることができるので、フレアが減少し、像性能を向上させることができる。また、レンズ保持枠の表面処理や光学素子の塗装が不要となるので、寸法精度が安定し、光学性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１に係る光学素子の一部断面図である。
同図に示した光学素子１は、複数のレンズで構成された光学系（不図示）の複数番目のレンズＬ11と該レンズＬ11の保持枠（以下「レンズ保持枠」という）Ｋ11とが一体化して構成された光学素子である。
【００１５】
同図において、ｘ1ｘ1´は、レンズＬ11の光軸である。
レンズＬ11は、入射面側が凹面の凸メニスカスレンズである。
レンズＬ11において、口径φｄ11は、入射面側の光線の入射する最大入射口径である。曲率半径Ｒ11は、その最大入射口径φｄ11上の位置における曲率半径である。曲率半径Ｒ12は、射出面側の光線の射出位置における曲率半径である。口径φｄ12は、レンズＬ11の外周径である。Ｄ11は、レンズＬ11の外周面（外周部）の光軸ｘ1ｘ1´方向長さである。但し、Ｄ11は、最大入射口径上の位置と射出面側の外周径φｄ12上の位置との間の光軸ｘ1ｘ1´方向長さでもある。ｌ11は、レンズ保持枠Ｋ11のレンズＬ11との嵌合長さである。Ｗ11は、レンズＬ11の外周面である。また、レンズＬ11の屈折率はｎ11とし、レンズＬ11の外周面Ｗ11は鏡面状に仕上げられているものとする。
【００１６】
本実施例では、最大入射口径φｄ11＝12mm、最大入射口径上の位置における曲率半径Ｒ11＝25mm、射出面側の射出位置における曲率半径Ｒ12＝13.5mm、レンズＬ11の外周径φｄ12＝17mm、レンズＬ11の外周面の光軸ｘ1ｘ1´方向長さＤ11＝2.059mm、レンズ保持枠Ｋ11のレンズＬ11との嵌合長さｌ11＝1.5mm、レンズＬ11の屈折率ｎ11＝1.56883であるとする。
【００１７】
レンズ保持枠Ｋ11は、レンズＬ11を保持し、レンズＬ11の外周面Ｗ11と嵌合し、レンズＬ11と一体化して構成されている。また、レンズ保持枠Ｋ11は、艶消し状の黒色に仕上げられている。
【００１８】
このような構成の光学素子１は、上記の式（１）を満足する。
すなわち、式（１）の左辺は、
D ＝ Ｄ11＝2.059
となる。
【００１９】
式（１）の右辺は、
(d2-d1)/2*tan(arcsin(1/n)) ＝ (17-12)/2*tan(arcsin(1/1.56883))
＝ 3.022
となる（但し、d2=ｄ12, d1=ｄ11, n=ｎ11)。
【００２０】
よって、左辺 ≦ 右辺となり、上記の式（１）を満足する。
尚、この式（１）の右辺は、レンズＬ11の最大入射口径φｄ11上の光線の入射位置からの光軸ｘ1ｘ1´方向長さであって、且つ、その入射位置に入射し屈折した光線が外周面Ｗ11へ向けて直接進行しないようにするために必要な最大の外周面Ｗ11の光軸ｘ1ｘ1´方向長さＤ11を表しており、仮に、この長さよりも外周面Ｗ11の光軸ｘ1ｘ1´方向長さが大きい場合には、レンズＬ11へ入射し屈折した光線が外周面Ｗ11へ向けて直接進行することとなり、その光線が外周面Ｗ11で全反射するとなると、その反射光が結像に寄与する光線束内に進入して結像に有害な結果をもたらすこととなる。
【００２１】
しかしながら、前述のように、光学素子１は、レンズＬ11の外周面の光軸ｘ1ｘ1´方向長さＤ11（式（１）の左辺）が、式（１）の右辺よりも小さくなり、上記の式（１）を満足するので、レンズＬ11の入射面側の最大入射口径φｄ11内に入射し屈折したレンズＬ11内の光線は、外周面Ｗ11へ向けて直接進行することなく、レンズＬ11の射出面側の光学鏡面内（この光学素子１を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を持つ光学面内）へ進行、射出することになる。尚、本実施例では、レンズＬ11の射出面側の曲面の全てを光学鏡面とする。
【００２２】
よって、入射し屈折したレンズＬ11内の光線がレンズＬ11の外周面Ｗ11で反射するということはなくなり、結像に寄与する光路内に戻る不要な反射光線を無くすことができる。
同図の矢印で示した光線の例によれば、レンズＬ11の入射面側の最大入射口径φｄ11上の位置に入射角（入射する光線と入射位置における曲面の法線とのなす角度）ｉ11＝68.984°で入射した光線は、屈折角（屈折後の光線と入射位置における曲面の法線とのなす角度）α11＝36.514°で屈折し、レンズＬ11内を射出面側へ進行する。そして、レンズＬ11の射出面に対し入射角（射出面に入射する光線と射出面上の入射位置における曲面の法線とのなす角度）β11＝11.378°で入射して、空気中へ射出角（射出後の光線と射出位置における曲面の法線とのなす角度）γ11＝18.029°で射出する。
【００２３】
従って、レンズＬ11に入射する如何なる光線も、外周面Ｗ11へ向けて直接進行することなく、レンズＬ11の射出面側の光学鏡面内へ進行、射出することになる。
以上、本実施例に係る光学素子１によれば、遮光手段や光吸収手段を設けることなく、結像に寄与しない有害且つ不要な迷光を減少させることができるので、フレアが減少し、像性能を向上させることができる。また、レンズ保持枠Ｋ11の表面処理や光学素子１の塗装が不要となるので、寸法精度が安定し、光学性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００２４】
図２は、本発明の実施例２に係る光学素子の一部断面図である。
同図に示した光学素子２は、複数のレンズで構成された光学系（不図示）の複数番目のレンズＬ21と該レンズＬ21の保持枠（以下「レンズ保持枠」という）Ｋ21とが一体化して構成された光学素子である。
【００２５】
同図において、ｘ2ｘ2´は、レンズＬ21の光軸である。
レンズＬ21は、入射面側が凹面の凹メニスカスレンズである。
レンズＬ21において、口径φｄ21は、入射面側の光線の入射する最大入射口径である。曲率半径Ｒ21は、その最大入射口径φｄ21上の位置における曲率半径である。曲率半径Ｒ22は、射出面側の光線の射出位置における曲率半径である。口径φｄ22は、レンズＬ21の外周径である。Ｄ21は、レンズＬ21の外周面（外周部）の光軸ｘ2ｘ2´方向長さである。但し、Ｄ21は、最大入射口径φｄ21上の位置と射出面側の外周径φｄ22上の位置との間の光軸ｘ2ｘ2´方向長さでもある。ｌ21は、レンズ保持枠Ｋ21のレンズＬ21との嵌合長さである。Ｗ21は、レンズＬ21の外周面である。また、レンズＬ21の屈折率はｎ21とし、レンズＬ21の外周面Ｗ21は鏡面状に仕上げられている。
【００２６】
本実施例では、最大入射口径φｄ21＝12mm、最大入射口径φｄ21上の位置における曲率半径Ｒ21＝16.5mm、射出面側の射出位置における曲率半径Ｒ22＝40mm、レンズＬ21の外周径φｄ22＝17mm、レンズＬ21の外周面の光軸ｘ2ｘ2´方向長さＤ21＝1.96mm、レンズ保持枠Ｋ21のレンズＬ21との嵌合長さｌ21＝1.5mm、レンズＬ21の屈折率ｎ21＝1.62041であるとする。
【００２７】
レンズ保持枠Ｋ21は、レンズＬ21を保持し、レンズＬ21の外周面Ｗ21と嵌合し、レンズＬ21と一体化して構成されている。また、レンズ保持枠Ｋ21は、艶消し状の黒色に仕上げられている。
【００２８】
このような構成の光学素子２は、上記の式（１）を満足する。
すなわち、式（１）の左辺は、
D ＝ Ｄ21＝1.96
となる。
【００２９】
式（１）の右辺は、
(d2-d1)/2*tan(arcsin(1/n)) ＝ (17-12)/2*tan(arcsin(1/1.62041))
＝ 3.188
となる（但し、d2=ｄ22, d1=ｄ21, n=ｎ21)。
【００３０】
よって、左辺 ≦ 右辺となり、上記の式（１）を満足する。
このように、上記の式（１）を満足する光学素子２によれば、レンズＬ21の入射面側の最大入射口径φｄ21内に入射し屈折したレンズＬ21内の光線は、外周面Ｗ21へ向けて直接進行することなく、レンズＬ21の射出面側の光学鏡面内（この光学素子２を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を持つ光学面内）へ進行、射出することになる。尚、本実施例でも、レンズＬ21の射出面側の曲面の全てを光学鏡面とする。
【００３１】
よって、入射し屈折したレンズＬ21内の光線がレンズＬ21の外周面Ｗ21で反射するということはなくなり、結像に寄与する光路内に戻る不要な反射光線を無くすことができる。
同図の矢印で示した光線の例によれば、レンズＬ21の入射面側の最大入射口径φｄ21上の位置に入射角ｉ21＝51.894°で入射した光線は、屈折角α21＝29.052°で屈折し、レンズＬ21内を射出面側へ進行する。そして、レンズＬ21の射出面に対し入射角β21＝38.107°で入射して、空気中へ射出角γ21＝90°で射出する。
【００３２】
従って、レンズＬ21に入射する如何なる光線も、外周面Ｗ21へ向けて直接進行することなく、レンズＬ21の射出面側の光学鏡面内へ進行、射出することになる。
以上、本実施例に係る光学素子２によっても、実施例１に係る光学素子１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３３】
図３は、本発明の実施例３に係る光学素子の一部断面図である。
同図に示した光学素子３は、複数のレンズで構成された光学系（不図示）の複数番目のレンズＬ31と該レンズＬ31の保持枠（以下「レンズ保持枠」という）Ｋ31とが一体化して構成された光学素子である。また、本実施例に係る光学素子３においては、入射面側に、レンズＬ31の入射面側に入射する光線の最大入射口径を決定するように、別の枠Ｋ32も、一体として構成されている。
【００３４】
同図において、ｘ3ｘ3´は、レンズＬ31の光軸である。
レンズＬ31は、両凹レンズである。
レンズＬ31において、口径φｄ31は、光線の入射角を光軸ｘ3ｘ3´に垂直としたときの、入射面側の光線の入射する最大入射口径である。曲率半径Ｒ31は、その最大入射口径φｄ31上の位置における曲率半径である。曲率半径Ｒ32は、射出面側の光線の射出位置における曲率半径である。口径φｄ32は、レンズＬ31の外周径である。Ｄ31は、レンズＬ31の外周面（外周部）の光軸ｘ3ｘ3´方向長さである。但し、Ｄ31は、最大入射口径φｄ31上の位置と射出面側の外周径φｄ32上の位置との間の光軸ｘ3ｘ3´方向長さでもある。ｌ31は、レンズ保持枠Ｋ31のレンズＬ31との嵌合長さである。Ｗ31は、レンズＬ31の外周面である。また、レンズＬ31の屈折率はｎ31とする。
【００３５】
本実施例では、最大入射口径φｄ31＝12mm、最大入射口径上の位置における曲率半径Ｒ31＝45mm、射出面側の射出位置における曲率半径Ｒ32＝150mm、レンズＬ31の外周径φｄ32＝15mm、レンズＬ31の外周面の光軸ｘ3ｘ3´方向長さＤ31＝1.089mm、レンズ保持枠Ｋ31のレンズＬ31との嵌合長さｌ31＝0.5mm、レンズＬ31の屈折率ｎ31＝1.69895であるとする。
【００３６】
レンズ保持枠Ｋ31は、レンズＬ31を保持し、レンズＬ31の外周面Ｗ31と嵌合し、レンズＬ31と一体化して構成されている。また、レンズ保持枠Ｋ31および枠Ｋ32は、艶消し状の黒色に仕上げられている。
【００３７】
このような構成の光学素子３は、上記の式（１）を満足する。
すなわち、式（１）の左辺は、
D ＝ Ｄ31＝1.089
となる。
【００３８】
式（１）の右辺は、
(d2-d1)/2*tan(arcsin(1/n)) ＝ (15-12)/2*tan(arcsin(1/1.69895))
＝ 2.060
となる（但し、d2=ｄ32, d1=ｄ31, n=ｎ31)。
【００３９】
よって、左辺 ≦ 右辺となり、上記の式（１）を満足する。
このように、上記の式（１）を満足する光学素子３によれば、レンズＬ31の入射面側の最大入射口径内に入射し屈折したレンズＬ31内の光線は、外周面Ｗ31へ向けて直接進行することなく、レンズＬ31の射出面側の光学鏡面内（この光学素子３を含む光学系の光学性能を満たす表面精度を持つ光学面内）へ進行、射出することになる。よって、入射し屈折したレンズＬ31内の光線がレンズＬ31の外周面で反射するということはなくなり、結像に寄与する光路内に戻る不要な反射光線を無くすことができる。
【００４０】
同図の矢印で示した光線の例によれば、レンズＬ31の入射面側の最大入射口径φｄ31上の位置に最大入射角（入射する光線と入射位置における曲面の法線とのなす最大角度）ｉ31＝29.373°で入射した光線は、屈折角（屈折後の光線と入射位置における曲面の法線とのなす角度）α31＝16.781°で屈折し、射出角（射出後の光線と射出位置における曲面の法線とのなす角度）γ31＝50.266°で射出する。
【００４１】
従って、レンズＬ31に入射する如何なる光線も、外周面Ｗ31へ向けて直接進行することなく、レンズＬ31の射出面側の光学鏡面内へ進行、射出することになる。
以上、本実施例に係る光学素子３によっても、実施例１に係る光学素子と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
以上、実施例１、２、及び３について説明したが、各実施例においては、光学素子のレンズとして、入射面側の曲面が凹形状の負の屈折力を有する非球面レンズを適用することもできる。この場合には、入射位置の曲面の曲率半径として、入射位置における近似曲率半径を適用すればよい。
【００４３】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１に係る光学素子の一部断面図である。
【図２】実施例２に係る光学素子の一部断面図である。
【図３】実施例３に係る光学素子の一部断面図である。
【図４】光学系に含まれるレンズと該レンズの保持枠とを有して構成される従来の光学素子の一例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２、３  光学素子
【図１】
0004694416.tif 000002
【図２】
0004694416.tif 000003
【図３】
0004694416.tif 000004
【図４】
0004694416.tif 000005