(57)【要約】【課題】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。【解決手段】レンズＬ0とレンズ保持枠Ｋ0とが一体化して構成された光学素子１であって、レンズＬ0は、入射面側曲面が凸形状の正の屈折力を有し、このレンズＬ0において、光線の入射位置における入射面側曲面の曲率半径をＲ1、その入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ1、レンズＬ0の外径をφｄ2、レンズＬ0の屈折率をｎとするとき、結像に寄与する光線の最大入射口径内において、arcsin(1/n) ≦ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝) 、且つ、d1 ＜ d2 を満足する光線の入射位置を有する。【選択図】図１
2007316300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズで構成された光学系の複数番目の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であって、
当該光学素子の前記レンズは、入射面側曲面が凸形状の正の屈折力を有し、
当該光学素子の前記レンズにおいて、光線の入射位置における前記入射面側曲面の曲率半径をＲ1、前記入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ1、当該レンズの外径をφｄ2、当該レンズの屈折率をｎとするとき、結像に寄与する光線の最大入射口径内において、
arcsin(1/n) ≦ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)  （１）、
且つ、
d1 ＜ d2  （２）、
を満足する光線の入射位置を有する、
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）における、
arcsin(1/n) ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)、
及び前記式（２）を満足するときの前記口径φｄ1よりも内側であって前記入射面側曲面上の光線の入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ3、光軸との距離が口径φｄ3の半径となる前記入射位置における曲率半径をＲ2、当該レンズの外周における光軸方向肉厚をｔとするとき、
arcsin(1/n) ＞ arctan((d3/2)/√｛R2^2-(d3/2)^2｝)  （３）、
且つ、
arctan[｛(d2-d3)/2｝/(t+√｛R2^2-(d3/2)^2｝-√｛R2^2-(d2/2)^2｝)]+arcsin｛(d3/2)/R2｝ ＞ arcsin(1/n)  （４）、
を満足する光線の入射位置を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）及び（２）を満足するときの前記最大入射口径内に入射する光線の射出位置は、前記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、複数のレンズで構成された光学系の複数番目の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Ｌ101と、レンズＬ101を保持する艶消し状の黒色のレンズ保持枠Ｋ101とを有して構成されている。レンズＬ101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Ｍ101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Ｌ101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Ｌ101内の光線がレンズＬ101の外周面に達したとしても、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、光学系内部を遮蔽するために光学性能を確保する寸法精度を超える膜厚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かった。
【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、複数のレンズで構成された光学系の複数番目の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であって、当該光学素子の前記レンズは、入射面側曲面が凸形状の正の屈折力を有し、当該光学素子の前記レンズにおいて、光線の入射位置における前記入射面側曲面の曲率半径をＲ1、前記入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ1、当該レンズの外径をφｄ2、当該レンズの屈折率をｎとするとき、結像に寄与する光線の最大入射口径内において、
arcsin(1/n) ≦ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)  （１）、
且つ、
d1 ＜ d2  （２）、
を満足する光線の入射位置を有することを特徴とする。
【０００９】
この光学素子によれば、レンズの最大入射口径内における入射面側曲面上において、まず第１に、
arcsin(1/n) ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)  （１ａ）、
と上記の式（２）とを満足する光線の入射位置を有することとなり、この入射位置に入射して屈折したレンズ内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の左辺で表される角度）と、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の右辺で表される角度）が同じになる。すなわち、上記の式（１ａ）と（２）とを満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に光軸と平行にレンズ内を通過することになる。
【００１０】
また、第２に、上記の式（１ａ）と（２）とを満足する入射位置の外側であって最大入射口径内の位置に入射する光線であるときは、
arcsin(1/n) ＜ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)  （１ｂ）、
と上記の式（２）とを満足し、この位置に入射して屈折したレンズ内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の左辺で表される角度）は、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（１ａ）の右辺で表される角度）よりも小さくなる。すなわち、上記の式（１ｂ）と（２）とを満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に光軸に収斂する方向にレンズ内を通過することになる。
【００１１】
これにより、上記の式（１）（（１ａ）又は（１ｂ））及び（２）を満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に直接外周面へ向かうことはなく、外周面で反射するということはなくなる。従って、結像光路内に進行する、反射によるフレアの原因となる有害な光線の発生は無くなり、光学素子に遮光手段や光吸収手段を設ける必要がなくなる。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る光学素子は、上記第１の態様において、当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）における、
arcsin(1/n) ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)、
及び前記式（２）を満足するときの前記口径φｄ1よりも内側であって前記入射面側曲面上の光線の入射位置と光軸との距離を半径とする口径をφｄ3、光軸との距離が口径φｄ3の半径となる前記入射位置における曲率半径をＲ2、当該レンズの外周における光軸方向肉厚をｔとするとき、
arcsin(1/n) ＞ arctan((d3/2)/√｛R2^2-(d3/2)^2｝)  （３）、
且つ、
arctan[｛(d2-d3)/2｝/(t+√｛R2^2-(d3/2)^2｝-√｛R2^2-(d2/2)^2｝)]+arcsin｛(d3/2)/R2｝ ＞ arcsin(1/n)  （４）、
を満足する光線の入射位置を有することを特徴とする。
【００１３】
この光学素子によれば、上記の式（１ｂ）、（２）、（３）及び（４）を満足する入射位置へ入射して屈折したレンズ内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（３）の左辺で表される角度）は、上記の式（３）を満足することにより、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度（式（３）の右辺で表される角度）よりも大きくなり、屈折後のレンズ内の光線は光軸から離れる方向へ向かってレンズ内を進行することになるが、上記の式（４）を満足することにより、屈折後のレンズ内の光線は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から射出することになる。
【００１４】
これにより、上記の式（１ｂ）、（２）、（３）及び（４）を満足する入射位置へ入射した光線は、屈折後に直接外周面へ向かうことはなく、外周面で反射するということはなくなる。従って、結像光路内に進行する、反射によるフレアの原因となる有害な光線の発生は無くなり、光学素子に遮光手段や光吸収手段を設ける必要がなくなる。
【００１５】
本発明の第３の態様に係る光学素子は、上記第１の態様において、当該光学素子の前記レンズにおいて、前記式（１）及び（２）を満足するときの前記最大入射口径内に入射する光線の射出位置は、前記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。
【００１６】
この光学素子によれば、上記の式（１）及び（２）を満足する最大入射口径内の入射位置へ入射した光線は、屈折後に直接外周面へ向かうことはなく、外周面で反射するということはなくなる。従って、結像光路内に進行する、反射によるフレアの原因となる有害な光線の発生は無くなり、光学素子に遮光手段や光吸収手段を設ける必要がなくなる。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
さらに、入射面側曲面からレンズ外周面へ直接進行して反射する光線がなくなるので、レンズ保持枠の材質の色や光沢による光学系への影響が少なくなり、任意の材質あるいは色を採用できるようになり、選択の自由度を増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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】
【００２０】
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Ｌ0と該レンズＬ0の保持枠（以下「レンズ保持枠」という）Ｋ0とが一体化して構成された光学素子である。
【００２１】
同図において、ｘ0ｘ0´は、レンズＬ0の光軸である。
レンズＬ0は、入射面側が凸面の凸メニスカスレンズである。
レンズＬ0において、口径φｄ01は、入射する光線の結像に寄与する最大入射口径よりも小さい口径である。光線の入射位置Ｑは、レンズＬ0の入射面側曲面上における入射口径φｄ01上の入射位置である。曲率半径Ｒ01は、入射位置Ｑにおける曲面の曲率半径である。角度θ0は、入射位置Ｑにおける曲面（曲率半径Ｒ01の曲面）の法線と光軸ｘ0ｘ0´とのなす角度である。口径φｄ02は、レンズＬ0の外径である（すなわちφｄ01＜φｄ02）。ｔ0は、レンズＬ0の外周における光軸方向肉厚である。レンズＬ0の屈折率は、ｎ0とする。
【００２２】
本実施例では、入射口径φｄ01＝10mm、レンズＬ0の外径φｄ02＝11mm、入射位置Ｑにおける曲面の曲率半径Ｒ01＝9.0305mm、レンズＬ0の外周における光軸方向肉厚ｔ0＝1.8mm、レンズＬ0の屈折率ｎ0＝1.80610であるとする。
【００２３】
レンズ保持枠Ｋ0は、レンズＬ0を保持し、レンズＬ0の外周面と嵌合し、レンズＬ0と一体化して構成されている。
このような構成の光学素子１において、光線の入射位置Ｑにおける曲面（曲率半径Ｒ01の曲面）の法線と光軸ｘ0ｘ0´とのなす角度θ0は、上記の式（１）の右辺より求めることができる。
【００２４】
θ0 ＝ 式（１）の右辺 ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)
＝ arctan((10/2)/√｛9.0305^2-(10/2)^2｝)
＝ 33.6198°
となる（但し、d1=d01, R1=R01）。
【００２５】
また、入射位置Ｑに入射する光線であって光軸から離れる方向に向かって入射する光線と入射位置Ｑにおける曲面の法線とのなす角度が最大となる最大入射角度ｉ0は、屈折の法則から臨界角となる。すなわち、最大入射角度ｉ0＝90°である。従って、この場合の入射位置ＱでのレンズＬ0内の屈折角α0（入射位置Ｑに入射して屈折したレンズＬ0内の光線と入射位置Ｑにおける曲面の法線とのなす角度）は、上記の式（１）の左辺より求めることができる。すなわち、
sin90°/sinα0 ＝ n
1/sinα0 ＝ n
α0 ＝ arcsin(1/n) ＝ 式（１）の左辺
α0 ＝ arcsin(1/1.80610) ＝ 33.6198°
となる（但し、n=n0）。これより、
α0 ＝ θ0 ＝ 33.6198°
となる。
【００２６】
すなわち、屈折角α0と角度θ0は同じになるので、入射位置Ｑに入射して屈折した光線は、光軸ｘ0ｘ0´と平行にレンズＬ0内を進行する。よって、レンズＬ0の射出面側曲面の射出位置と光軸ｘ0ｘ0´との距離を半径とする射出口径は、入射位置Ｑと光軸ｘ0ｘ0´との距離を半径とする入射口径と同じとなり、10mmとなる。
【００２７】
尚、同図に示した光学素子１において、光線の入射位置が、入射口径φｄ01よりも大きく且つ最大入射口径内の入射口径φｄ04=10.4mm上としたときは、上記と同様にして、上記の式（１）の左辺及び右辺を求めると、
式（１）の左辺 ＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.80610)
＝ 33.6198°
となる（但し、n=n0）。上記の式（１）の右辺は、
式（１）の右辺 ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)
＝ arctan((10.4/2)/√｛9.0305^2-(10.4/2)^2｝)
＝ 35.l58°
となる（但し、d1=d04, R1=R01）。
【００２８】
従って、左辺 ＜ 右辺となり、入射口径φｄ04上の入射位置に入射し屈折したレンズＬ0内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度は、光軸ｘ0ｘ0´とその入射位置における曲面の法線とのなす角度よりも小さくなる。すなわち、この入射位置へ入射した光線は、屈折後に光軸ｘ0ｘ0´に収斂する方向にレンズＬ0内を通過することになる。
【００２９】
また、同図に示した光学素子１において、光線の入射位置が、入射口径φｄ01よりも小さい入射口径φｄ03上とし、本実施例においてφｄ03＝8mmとすると、上記の式（３）の左辺は、
式（３）の左辺 ＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.80610)
＝ 33.6198°
となる（但し、n=n0）。上記の式（３）の右辺は、
式（３）の右辺 ＝ arctan((d3/2)/√｛R2^2-(d1/2)^2｝)
＝ arctan((8/2)/√｛9.0305^2-(8/2)^2｝)
＝ 26.292°
となる（但し、d3=d03, R2=R01, d1=d01）。
【００３０】
従って、左辺 ＞ 右辺となり、上記の式（３）を満足する。よって、この場合にレンズＬ0に入射した光線、すなわち、入射口径φｄ03上に入射した光線は、屈折後に、光軸ｘ0ｘ0´から離れる方向へレンズＬ0内を進行することとなる。
【００３１】
また、上記の式（４）において、左辺は、
式（４）の左辺 ＝ arctan[｛(d2-d3)/2｝/(t+√｛R2^2-(d3/2)^2｝-√｛R2^2-(d2/2)^2｝)]+arcsin｛(d3/2)/R2｝
＝ arctan[｛(11-8)/2｝/(1.8+√｛9.0305^2-(8/2)^2｝-√｛9.0305^2-(11/2)^2｝)]+arcsin｛(8/2)/9.0305｝
＝ 55.044°
となる（但し、d2=d02, d3=d03, t=t0, R2=R01）。上記の式（４）の右辺は、
式（４）の右辺 ＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.80610)
＝ 33.620°
となる（但し、n=n0）。従って、左辺 ＞ 右辺となり、上記の式（４）を満足する。よって、この場合にレンズＬ0に入射した光線、すなわち、入射口径φｄ03上に入射した光線は、光軸ｘ0ｘ0´から離れる方向へレンズＬ0内を進行し、レンズＬ0の射出面側曲面の、当該レンズＬ0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から、射出していくことになる。
【００３２】
以上、本実施例に係る光学素子１によれば、レンズＬ0における上記の式を満足する入射位置に入射した光線は、レンズＬ0の外周面に直接進むことはなく、その外周面で反射することはなくなる。よって、レンズ保持枠Ｋ0の反射防止のための表面処理や塗装等といった、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。また、これにより、フレアが減少し、像性能を向上させることができる。
【００３３】
また、レンズ保持枠Ｋ0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。
さらに、レンズＬ0の入射面側曲面からレンズ外周面へ直接進行して反射する光線がなくなるので、レンズ保持枠Ｋ0の材質の色や光沢による光学系への影響が少なくなり、任意の材質あるいは色を採用でき、選択の自由度を増すことができる。
【実施例２】
【００３４】
図２(a) は、本発明の実施例２に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、結像に寄与する光線の一部も併せて示した図である。同図(b) は、本実施例に係る光学素子の断面図である。図３は、本実施例に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、その光学素子を通過する光線の一部も併せて示した図である。
【００３５】
図２(a),(b)、及び図３において、ｘ1ｘ1´は、撮影レンズ２の光軸である。
図２(a) 及び図３に示した撮影レンズ２において、艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ1は、第１レンズＬ1及び第２レンズＬ2を保持すると共に第３レンズＬ3の不要な結像に寄与しない光線を遮る部位Ｓ3を有し、艶消し状の黒色のリングｓ1で第１レンズＬ1を押さえ、カシメ部ｓ2で第２レンズＬ2を固定している。また、鏡枠Ｋ1は、第３レンズＬ3とこれを保持するレンズ保持枠Ｋ2とが一体化して構成された図２(b) に示した光学素子３を保持している。
【００３６】
光学素子３は、不要な結像に寄与しない光線を遮る部位ｓ3の結像側に近接して鏡枠Ｋ1に不図示の締結部材で固定されている。
第４レンズＬ4を保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ3は、虹彩絞り機能を有し、不要な光線を遮る部位ｓ4を有して鏡枠Ｋ1に保持されている。
【００３７】
第５レンズＬ5及び第６レンズＬ6は、接合されたレンズであり、この接合されたレンズを保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ4は、不要な光線を遮る部位ｓ5を有して鏡枠Ｋ1に保持されている。
【００３８】
第７レンズＬ7を保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ5は、不要な光線を遮る部位ｓ6を有して鏡枠Ｋ1に保持されている。
フィルターＬ8とフィルターＬ9を保持する艶消し状の黒色の鏡枠Ｋ6は、結像面Ｉである不図示のイメージャ部（撮像素子）を保持するカメラ部に、鏡枠Ｋ1と共に固定されている。
【００３９】
尚、本実施例において、撮影レンズ２のレンズデータは、下記のとおりとする。
r1=16.9916    d1=2.5081   n1=1.65160  ν1=58.55
r2=267.3736   d2=0.5000
r3=-386.8516  d3=0.8000   n3=1.72916  ν3=54.68
r4=4.6000     d4=0.8500 
r5=5.0500     d5=1.6500   n5=1.83917  ν5=23.86
r6=6.7896     d6=8.8657
r7=∞（絞り） d7=0.5000
r8=4.9793     d8=1.2011   n8=1.69350  ν8=53.21
r9=44.9996    d9=0.4000
r10=6.8040    d10=1.3489   n10=1.68893 ν10=31.16
r11=60.0000   d11=0.2500   n11=1.70200 ν11=40.20
r12=3.6512    d12=2.3919
r13=11.0558   d13=1.0000   n13=1.79950 ν13=42.34
r14=-62.0049  d14=4.2148
r15=∞        d15=0.7600   n15=1.60625 ν15=63.71
r16=∞        d16=0.5000 
r17=∞        d17=0.5556   n17=1.51633 ν17=64.14
r18=∞        d18=0.5000
I1（結像面）
Ｆナンバー=4.0,  IH（撮像面高さ）=3.6mm,   f（焦点距離）=7.326mm
但し、上記のレンズデータにおいて、ｒ1乃至ｒ18は、それぞれ曲率半径（mm）を示している。すなわち、ｒ1とｒ2は、第１レンズＬ1の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ3とｒ4は、第２レンズＬ2の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ5とｒ6は、第３レンズＬ3の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ7は、不図示の絞りの曲率半径である。ｒ8とｒ9は、第４レンズＬ4の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ10は、第５レンズＬ5の入射側の曲率半径である。ｒ11は、第５レンズＬ5の出射側の曲率半径であって第６レンズＬ6の入射側の曲率半径である。ｒ12は、第６レンズＬ6の出射側の曲率半径である。ｒ13とｒ14は、第７レンズＬ7の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ15とｒ16は、フィルターＬ8の入射側と出射側の曲率半径である。ｒ17とｒ18は、フィルターＬ9の入射側と出射側の曲率半径である。
【００４０】
また、ｄ1乃至ｄ18は、それぞれ撮影レンズ２の光軸上の距離（mm）を示している。すなわち、ｄ1は、第１レンズＬ1の肉厚である。ｄ2は、第１レンズＬ1と第２レンズＬ2との間の空間の距離である。ｄ3は、第２レンズＬ2の肉厚である。ｄ4は、第２レンズＬ2と第３レンズＬ3との間の空間の距離である。ｄ5は、第３レンズＬ3の肉厚である。ｄ6は、第３レンズＬ3と不図示の絞りとの間の空間の距離である。ｄ7は、不図示の絞りと第４レンズＬ4との間の空間の距離である。ｄ8は、第４レンズＬ4の肉厚である。ｄ9は、第４レンズＬ4と第５レンズＬ5との間の空間の距離である。ｄ10は、第５レンズＬ5の肉厚である。ｄ11は、第６レンズＬ6の肉厚である。ｄ12は、第６レンズＬ6と第７レンズＬ7との間の空間の距離である。ｄ13は、第７レンズＬ7の肉厚である。ｄ14は、第７レンズＬ7とフィルターＬ8との間の空間の距離である。ｄ15は、フィルターＬ8の肉厚である。ｄ16は、フィルターＬ8とＬ9との間の空間の距離である。ｄ17は、フィルターＬ9の肉厚である。ｄ18は、フィルターＬ9と結像面Ｉ1との間の空間の距離である。
【００４１】
また、n1とν1は、第１レンズＬ1の屈折率と分散である。n3とν3は、第２レンズＬ2の屈折率と分散である。n5とν5は、第３レンズＬ3の屈折率と分散である。n8とν8は、第４レンズＬ4の屈折率と分散である。n10とν10は、第５レンズＬ5の屈折率と分散である。n11とν11は、第６レンズＬ6の屈折率と分散である。n13とν13は、第７レンズＬ7の屈折率と分散である。n15とν15は、フィルターＬ8の屈折率と分散である。n17とν17は、フィルターＬ9の屈折率と分散である。
【００４２】
以上のように構成された撮影レンズ２において、第３レンズＬ3とレンズ保持枠Ｋ2とが一体化して構成された光学素子３は、図２(b) に示したように、第３レンズＬ3に入射して屈折したレンズＬ3内の光線が、光軸ｘ1ｘ1´と平行になる光線の入射位置を有すると共に、図３に示したように、第３レンズＬ3に入射して屈折したレンズＬ3内の光線が、光軸ｘ1ｘ1´に収斂する方向に進行する光線の入射位置と、光軸ｘ1ｘ1´から離れる方向に進行する光線の入射位置とを有する。
【００４３】
まず、図２(b) に示したように、第３レンズＬ3に入射して屈折したレンズＬ3内の光線が、光軸ｘ1ｘ1´と平行になる場合について説明する。
第３レンズＬ3に入射する光線は、図２(a) に示したように、鏡枠Ｋ1の結像に寄与しない不要な光線を遮る部位ｓ3により規制されている。すなわち、部位ｓ3の内径は、第３レンズＬ3に入射可能な光線の最大径と一致している。
【００４４】
本実施例では、部位ｓ3の内径φｄ211＝7.876mmとし、これが第３レンズＬ3の最大入射口径となる。また、上記レンズデータから、第３レンズＬ3において、屈折率ｎ5＝1.83917、入射面の曲率半径ｒ5＝5.0500である。また、第３レンズＬ3において、外周における光軸ｘ1ｘ1´方向の肉厚ｔ1＝0.661mmとし、外径φｄ212＝8.9mmとする。
【００４５】
第３レンズＬ3の入射面側曲面に入射する光線のうち、最も外側（光軸ｘ1ｘ1´から離れる方向）へ射出可能な光線の入射角は、全反射する臨界角である90°となる。この場合、入射位置における屈折後の光線の法線（入射位置における曲面の法線）に対する屈折角をα1とすると、α1は上記の式（１）の左辺により求めることができる。
【００４６】
α1 ＝ arcsin（sin90°/n）
＝ arcsin（1/n）＝ 式（１）の左辺
＝ arcsin（1/1.83917）
＝ 32.937°
となる（但し、n=n5）
この屈折角α1が上記法線と光軸ｘ1ｘ1´とのなす角度θ10と等しくなるときの光線の入射位置と光軸ｘ1ｘ1´との距離を半径とする口径（入射口径）をφｄ213とすると、上記の式（１）の右辺が、
式（１）の右辺 ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)
であることから、
θ10 ＝ arctan((ｄ213/2)/√｛r5^2-(ｄ213/2)^2｝)
となる（但し、d1=d213, R1=r5）。ここで、ｄ213について解くと、
ｄ213 ＝ √｛4・r5^2・(tanθ10)^2｝/(1+tanθ10)
＝ √｛4・5.050^2・(tan32.937)^2｝/(1+tan32.937)
＝ 5.492
従って、最大入射口径φｄ211＝7.876mm内の入射口径φｄ213＝5.492mm上に、入射角９０°で入射した光線は、図２(b) に示したように、屈折後に第３レンズＬ3内を、光軸ｘ1ｘ1´と平行に進行することとなる。
【００４７】
また、入射口径φｄ213＝5.492mmより外側であって最大入射口径φｄ211＝7.876mm内に入射した光線は、図３の矢印で示した一方の光線のように、屈折後に第３レンズＬ3内を、光軸ｘ1ｘ1´に収斂する方向に進行する。次に、この場合について説明する。
【００４８】
一例として、ここでは、最大入射口径上の位置に入射する光線を考える。最大入射口径上の位置における曲面の法線と光軸ｘ1ｘ1´とのなす角度をθ11とすると、θ11は、上記の式（１）の右辺により求めることができる。
【００４９】
θ11 ＝ 式（１）の右辺 ＝ arctan((d1/2)/√｛R1^2-(d1/2)^2｝)
θ11 ＝ arctan((7.876/2)/√｛5.05^2-(7.876/2)^2｝)
θ11 ＝ 51.242°
となる（但し、d1=d211, R1=r5）。
【００５０】
また、上記の式（１）の左辺は、上記で求めたとおり32.937°である。
よって、左辺 ＜ 右辺となり、最大入射口径上の位置に入射した光線は、図３の矢印で示した一方の光線のように、屈折後に第３レンズＬ3内を、光軸ｘ1ｘ1´に収斂する方向に進行する。
【００５１】
このように、第３レンズＬ3の入射位置における曲面の法線と光軸ｘ1ｘ1´とがなす角度（θ10）と、その入射位置に入射して屈折した第３レンズＬ3内の光線とその法線とのなす角度（α1）とが同じとなって、第３レンズＬ3内の光線と光軸ｘ1ｘ1´とが平行となる、上記の式（１）及び（２）を満足する入射位置が存在することは、その入射位置と光軸ｘ1ｘ1´との距離を半径とする口径（φｄ213）よりも外側であって最大入射口径（φｄ211）内の位置に入射した光線は、屈折後に光軸ｘ1ｘ1´に収斂する方向に第３レンズＬ3内を進行するので、第３レンズＬ3の外周面へ直接向かう光線は無くなることになる。また、上記の式（２）より、第３レンズＬ3の外周面と光線の入射位置との間には一定の距離があり、外周面で反射する光線の発生がなくなる。
【００５２】
また、最大入射口径φｄ211＝7.876mm内であって入射口径φｄ213＝5.492より内側に入射した光線は、図３の矢印で示した他方の光線のように、屈折後に第３レンズＬ3内を、光軸ｘ1ｘ1´から離れる方向に進行する。次に、この場合について説明する。
【００５３】
一例として、ここでは、入射口径φｄ214＝4.000mm上の位置に入射する光線を考える。このとき、上記の式（３）の左辺及び右辺を求めると、次のようになる。
式（３）の左辺 ＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.83917)
＝ 32.937°
となる（但し、n=n5）
式（３）の右辺 ＝ arctan((d3/2)/√｛R2^2-(d3/2)^2｝)
＝ arctan((4/2)/√｛5.05^2-(4/2)^2｝)
＝ 23.331°
となる（但し、d3=d214, R2＝r5）。
【００５４】
よって、左辺  ＞  右辺となり、上記の式（３）を満足する。これにより、入射口径φｄ214＝4.000mm上の位置に入射して屈折した第３レンズＬ3内の光線とその入射位置における曲面の法線とのなす角度は、光軸とその入射位置における曲面の法線とのなす角度よりも大きくなり、屈折後の第３レンズＬ3内の光線は光軸ｘ1ｘ1´から離れる方向へ向かって第３レンズＬ3内を進行することになる。
【００５５】
続いて、上記の式（４）の左辺及び右辺を求めると、次のようになる。
式（４）の左辺 ＝ arctan[｛(d2-d3)/2｝/(t+√｛R2^2-(d3/2)^2｝-√｛R2^2-(d2/2)^2｝)]+arcsin｛(d3/2)/R2｝
＝ arctan[｛(7.876-4)/2｝/(0.661+√｛5.05^2-(4/2)^2｝-√｛5.05^2-(7.876/2)^2｝)]+arcsin｛(4/2)/5.05｝
＝ 65.540°
となる（但し、d2=d211, d3=d214, t=t1, R2=r5）。
【００５６】
式（４）の右辺 ＝ arcsin(1/n)
＝ arcsin(1/1.83917)
＝ 32.937°
となる（但し、n=n5）。
【００５７】
よって、左辺  ＞  右辺となり、上記の式（４）を満足する。これにより、入射口径φｄ214＝4.000mm上の位置に入射して屈折した第３レンズＬ3内の光線は、光軸ｘ1ｘ1´から離れる方向へ向かって第３レンズＬ3内を進行し、第３レンズＬ3の射出面における、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を射出することとなる。
【００５８】
以上、本実施例に係る光学素子３によれば、実施例１と同様に、第３レンズＬ3における上記の式を満足する入射位置に入射した光線は、第３レンズＬ3の外周面に直接進むことはなく、その外周面で反射することはなくなる。よって、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１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
以上、実施例１乃び２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、入射面側の曲面が凸形状の正の屈折率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。
【００６０】
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】
【００６１】
【図１】実施例１に係る光学素子の一部断面図である。
【図２】(a) は、実施例２に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、結像に寄与する光線の一部も併せて示した図、(b) は、その光学素子の断面図である。
【図３】実施例２に係る光学素子を含む光学系を有する撮影レンズの断面図であって、その光学素子を通過する光線の一部も併せて示した図である。
【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】
【００６２】
１      光学素子
２      撮影レンズ
３      光学素子
【図１】
2007316300.tif 000003
【図２】
2007316300.tif 000004
【図３】
2007316300.tif 000005
【図４】
2007316300.tif 000006