(57)【要約】【課題】像面弯曲収差を軽減した負屈折率媒質を用いたレンズ系を提供すること。【解決手段】負屈折を示す媒質３０１で形成された第１のレンズ６０６と、正の屈折率を持つ媒質３０２で形成された第２のレンズ６０７を含むことを特徴とするレンズ系である。これにより、像面弯曲収差を軽減した負屈折率媒質を用いたレンズ系を提供することができる。また、正の焦点距離ｆ１を有するレンズ６０６と、正の屈折率媒質３０２でできた正の焦点距離ｆ２を有するレンズ６０７とを組み合わせたレンズ系６０８とすることもできる。【選択図】        図１
2007256929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズと、正の屈折率を持つ媒質で形成された第２のレンズを含むことを特徴とするレンズ系。
【請求項２】
前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離の符号と、前記正の屈折率を持つ媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離の符号とが同じであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ系。
【請求項３】
前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離が正であり、前記正の屈折率を持つ媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離が正であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ系。
【請求項４】
前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離が負であり、前記正の屈折率を持つ媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離が負であることを特徴とする請求項２に記載のレンズ系。
【請求項５】
負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズと、負屈折を示す媒質で形成された第２のレンズを含むことを特徴とするレンズ系。
【請求項６】
前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離の符号と、前記負屈折を示す媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離の符号とが異なることを特徴とする請求項５に記載のレンズ系。
【請求項７】
前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離が正であり、前記負屈折を示す媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離が負であることを特徴とする請求項６に記載のレンズ系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ系に関する。
【背景技術】
【０００２】
光あるいは電磁波を用いた光学素子、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、信号処理系等の光学系及びそれらを用いた光学装置が従来より知られている。これらの光学系は光あるいは電磁波の波動性のために生ずる回折の為に、解像が制限される欠点があった。
【０００３】
そこでこの回折限界を越える結像を実現する技術として以下の非特許文献２，５等では負屈折率媒質を用いることが記されている。
【０００４】
図７は、その説明図で、負屈折率媒質３０１で形成された平行平板３８０による結像を示したものである。図７において、
ｔ0…物点と平板３８０の左側面の距離
ｔ0′…像点と平板３８０の右側面の距離
ｔ…平板３８０の厚さ
ｉ…入射角
ｒ…屈折角
ｎs…負屈折率媒質３０１の真空に対する屈折率
とする。
【０００５】
平板３８０の周囲の媒質の真空に対する屈折率はｎ0であり真空の場合ｎ0＝１である。図７はｎ0＝１，ｎs＝−１の場合を示している。
【０００６】
矢印は物体から出た光のうちの放射光成分を示している。非特許文献２によれば屈折の法則が成り立つから
ｎ0 sinｉ＝ｎs sin ｒ                            …式１０１
であり、ｎ0 ＝１，ｎｓ＝−１とすれば
ｒ＝−ｉ                                          …式１０２
となる。従って、
ｔ0＋ｔ0′＝ｔ                                    …式１０３
を満たすｔ0′のところに放射光成分の光は像点として結像する。
【０００７】
一方、物点から出たエバネッセント波も式１０３を満たすｔ0′のところで、物点と等
強度になる。物体から出たすべての光が像点に集るので回折限界を越える結像が実現する。これを完全結像と呼ぶ。完全結像は負屈折率媒質３０１の周囲が真空でなくても、式１０３かつ
ｎs＝−ｎ0                                      …式１０４
を満たせば実現することが以下の非特許文献２により知られている。
【０００８】
【非特許文献１】光学系の仕組みと応用、７３−７７，１６６−１７０  オプトロニクス社、２００３年
【非特許文献２】J.B.Pendry Phys.Rev.Lett.,Vol85,18(2000)3966-3969
【非特許文献３】M.Notomi Phys.Rev.B.Vol 62(2000)10696
【非特許文献４】V.G.VeselagoSov.Phys.Usp.Vol.10,509-514(1968)
【非特許文献５】L.Liu and S.He Optics Express Vol.12 No.204835-4840(2004)
【非特許文献６】佐藤・川上  オプトロニクス  ２００１年７月号  １９７ページ
【非特許文献７】D.Schurig and D.R.SmithPhys.Rev.E Vol.70 065601(R) (2004)
【特許文献１】ＵＳ  ２００３／０２２７４１５  Ａ１
【特許文献２】ＵＳ  ２００２／０１７５６９３  Ａ１
【特許文献３】特開２００４−１３３０４０号公報
【特許文献４】特開２００３−１９５００２号公報
【０００９】
なお、本願で光と言う言葉は、マイクロ波、テラヘルツ波等の電磁波も含むものとする。また、図７で、撮像素子４０８が設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一方、結像を行う場合、単レンズには、像面の弯曲が伴う。このため、負屈折率媒質３０１で図８のような曲面を有するレンズ６０１を作ると、像面弯曲収差が発生する欠点があった。図８から明らかなように、絞り６０２の中心を通る軸外の主光線６０４は、ガウス平面６０３とは異なる弯曲した像面６０５上に結像する。Ａは光軸である。
【００１１】
この点に鑑みるに本願は、像面弯曲収差を軽減した負屈折率媒質を用いたレンズ系を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズと、正の屈折率を持つ媒質で形成された第２のレンズを含むことを特徴とするレンズ系を提供できる。なお、本発明において、第１のレンズ、第２のレンズは２つのレンズを区別する呼称であり、この順番に配置されていることを意味するものではない。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズの焦点距離の符号と、正の屈折率を持つ媒質で形成された第２のレンズの焦点距離の符号とが同じであることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズの焦点距離が正であり、正の屈折率を持つ媒質で形成された第２のレンズの焦点距離が正であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズの焦点距離が負であり、正の屈折率を持つ媒質で形成された第２のレンズの焦点距離が負であることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズと、負屈折を示す媒質で形成された第２のレンズを含むことが望ましい。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズの焦点距離の符号と、負屈折を示す媒質で形成された第２のレンズの焦点距離の符号とが異なることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズの焦点距離が正であり、負屈折を示す媒質で形成された第２のレンズの焦点距離が負であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、像面弯曲収差を軽減した負屈折率媒質を用いたレンズ系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかるレンズ系の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１について説明する。図１は、本発明の１例で、負屈折率媒質３０１でできた正の焦点距離ｆ１を有するレンズ６０６と、正の屈折率媒質３０２でできた正の焦点距離ｆ２を有するレンズ６０７とを組み合わせたレンズ系６０８である。
【００２２】
負屈折率媒質３０１の周囲の媒質に対する比屈折率をｎ’１
正の屈折率媒質３０２の周囲の媒質に対する比屈折率をｎ’２
とすると、
ｎ’１＜０    ・・・式１０５
ｎ’２＞０    ・・・式１０６
である。
また、
ｆ１＞０    ・・・式１０７
ｆ２＞０    ・・・式１０８
である。
【００２３】
２枚の薄肉レンズを近接させた場合の像面弯曲収差を除去するのに必要な条件は、ペッツバール和が０になることである。すなわち、レンズ系６０８の系の場合、
１／（ｆ１・ｎ’１）＋１／（ｆ２・ｎ’２）＝０    ・・・式１０９
である。
【００２４】
ここで、式１０５〜１０８を考慮すれば、ｆ１、ｆ２、ｎ’１、ｎ’２を適当に選ぶことにより式１０９を満たせることがわかる。従って、像面弯曲収差を除去することができるのである。
【００２５】
しかも、レンズ６０６、６０７ともに焦点距離が正であるから、強い正パワーのレンズを得ることができる。ガラス、プラスチック等、通常の正の屈折率媒質を用いた２枚のレンズからなる系ではペッツバール和を除去すると各レンズの焦点距離は異符号となってしまい強いパワー（符号は除いて絶対値でパワーを考える）を得ることが困難であったが本発明ではそのようなことがない。なお、式１０７を満たすためには、レンズ６０６の少なくとも１方の面は凹面である必要がある。
【００２６】
なお、図１の系で、２枚のレンズは接着剤等で接合して、図２のように１枚のレンズ６１０としてもよい。また、レンズ６０６とレンズ６０７の光軸Ａ上の順番は逆でも良い。
【実施例２】
【００２７】
次に、図３のように２枚のいずれも焦点距離が負のレンズ６１１、６１２からなるレンズ系６１３を考えてみる。
レンズ６１１は、負屈折率媒質３０１で形成され、
レンズ６１２は、正の屈折率媒質３０２で形成されている。
【００２８】
レンズ６１１の焦点距離をｆ３、
レンズ６１２の焦点距離をｆ４、
とすると、ｆ３、ｆ４、ｎ’１、ｎ’２を適当に選ぶことにより、
１／（ｆ３・ｎ’１）＋１／（ｆ４・ｎ’２）＝０    ・・・式１１０
を満たすことができる。
【００２９】
従って、強い凹パワーの像面弯曲収差の除去されたレンズ系を得ることができるのである。ここで、
ｆ３＜０    ・・・式１１０−１
ｆ４＜０    ・・・式１１０−２
である。
【００３０】
なお、図３でレンズ６１１とレンズ６１２とは、接着剤等で接合されていても良い。レンズ６１１とレンズ６１２の光軸Ａ上の順番は、ペッツバール和に影響を与えないので逆でも良い。
【００３１】
なお、実用的には式１０９は、厳密に成り立たなくても良い。
−｜１／（３ｆT)｜≦１／（ｆ１・ｎ’１）＋１／（ｆ２・ｎ’２）≦｜１／（３ｆT)｜
・・・式１１１
であれば良い光学系も多い。
【００３２】
画角の狭い光学系などでは、
−｜１／ｆT｜≦１／（ｆ１・ｎ’１）＋１／（ｆ２・ｎ’２）≦｜１／ｆT｜
・・・式１１２
を満たせば良い。
【００３３】
光学系を用いる製品によっては、
−｜１０／ｆT｜≦１／（ｆ１・ｎ’１）＋１／（ｆ２・ｎ’２）≦｜１０／ｆT｜
・・・式１１３
を満たせば良い。
【００３４】
ここで、ｆTは、レンズ系６０８の全系の焦点距離である。
式１１１、１１２、１１３は、ｆ１、ｆ２をｆ３、ｆ４で置き換えれば、図３の系についても成り立つ。この場合、ｆTはレンズ系６１３の全系の焦点距離である。
【００３５】
表１に像面弯曲収差を軽減することのできる２枚のレンズの屈折率と焦点距離の組み合わせの例を示した。
【００３６】
【表１】
2007256929.tif 000003
【００３７】
組合せ１は実施例１に、組合せ２は実施例２に対応する。組合せ３は従来から知られているレンズの組合せである。組合せ４の場合、２つのレンズの焦点距離が逆符号のためパワーの絶対値を大きくする効果は少ないが、像面弯曲を軽減する効果はある。第１のレンズの屈折率が負で、第２のレンズの屈折率が正であれば、それぞれの焦点距離を適当に選ぶことで像面湾曲を軽減しつつレンズ全系のパワーの絶対値を大きくできる効果がある。
【００３８】
図４は、３枚以上のレンズを組合わせたレンズ系６１４である。レンズ系６１４の中には少なくとも１枚の負屈折率媒質からなるレンズが含まれている。そして、レンズ系６１４の中には表１のいずれかの組合わせに該当するレンズの組合わせが含まれている。
【００３９】
従って、像面弯曲収差を軽減する効果があるのである。そして、特に、その２枚のレンズの屈折率が逆符号であれば、像面弯曲収差を除去した時、レンズ系のパワーの絶対値を強くする効果が出せるのである。
【００４０】
図４の例の場合、
ｉ番目のレンズの周囲の媒質に対する比屈折率をｎ’ｉ、
ｉ番目のレンズの焦点距離をｆｉ、
レンズ系６１４の全系の焦点距離をｆTN、
レンズ枚数をＮとすれば、
【００４１】
【数１】
2007256929.tif 000004
【００４２】
であれば、像面弯曲収差を除去できる。ここで、レンズ系は薄肉密着系で近似してある。実用的には、
【００４３】
【数２】
2007256929.tif 000005
【００４４】
を満たせば良い場合が多い。画角の狭い光学系などでは、
【００４５】
【数３】
2007256929.tif 000006
【００４６】
を満たせば良い。光学系が用いられる製品が像面弯曲収差をあまり気にしない場合などでは、
【００４７】
【数４】
2007256929.tif 000007
【００４８】
を満たせば良い。式１１５、式１１６、式１１７は、Ｎ＝２の場合にも成り立つ。従って、式１１５、式１１６、式１１７は、Ｎ≧２の自然数Ｎについても成り立つ。なお、本願で焦点距離は、レンズ周囲の媒質中における焦点距離を指すものとする。
【００４９】
レンズを形成する負屈折率媒質３０１の真空に対する屈折率ｎｓは、次式を満たすことが望ましい。
−５≦ｎｓ≦−０．３    ・・・式１４１
【００５０】
ｎｓが式１４１の上限を超えるとレンズ単体でのペッツバール和の絶対値が大きくなり、式１０９、式１１０、式１１４を満たしにくくなる。
【００５１】
ｎｓが式１４１の下限を下回ると負屈折率媒質の製作が困難になりコスト高となる。
【００５２】
実用的には、
−１０≦ｎｓ≦−０．１    ・・・式１４２
を満たせば良い場合もある。
−３≦ｎｓ≦−０．５      ・・・式１４３
とすれば、なお良い。
【００５３】
図１の例の数値実施例を掲げる。
ｎ’１＝−２
ｆ１＝２０μｍ
ｎ’２＝１．５
ｆ２＝２６．６７μｍ
ｆTN＝１１．４３μｍ
【００５４】
図３の例の数値実施例を掲げる。
ｎ’１＝−１
ｆ１＝−５０ｍｍ  
ｎ’２＝１．８
ｆ２＝２７．７７７８ｍｍ
ｆTN＝６２．５ｍｍ
【００５５】
以下、本発明に共通して言える内容を述べる。負屈折率媒質３０１の具体的な物質としてはフォトニック結晶が挙げられる。図５は、フォトニック結晶３４０の第１の具体例を示し、図６は、フォトニック結晶３４０の第２の具体例を示している。図５、図６に示すように、フォトニック結晶３４０はλ〜数十分の１λ程度の周期的な構造を持つ物質で、リソグラフィー等によって作られる。材質はＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂などの誘電体、ＧａＡｓ等である。ここでλは使用する光の波長である。図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向の繰返しの周期Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値がλ〜数十分の１λ程度の値を持つ。フォトニック結晶のバンド端近傍で負屈折率を実現することができることが知られている（非特許文献３を参照のこと）。図のＺ方向を光学系の光軸とするのが良い。
【００５６】
Ｚ軸はフォトニック結晶の回転対称性の最も良い軸の方向である。
【００５７】
Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは次式のいずれかを満たすことが望ましい。
【００５８】
λ／１０＜Ｓｘ＜λ                        …式（５−１）
λ／１０＜Ｓｙ＜λ                        …式（５−２）
λ／１０＜Ｓｚ＜λ                        …式（５−３）
Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの値が上限を越えても下限を下回ってもフォトニック結晶として機能しなくなる。
【００５９】
用途によっては、
λ／３０＜Ｓｘ＜４λ                      …式（５−４）
λ／３０＜Ｓｙ＜４λ                      …式（５−５）
λ／３０＜Ｓｚ＜４λ                      …式（５−６）
のいずれかを満たせばよい。
【００６０】
負屈折率媒質についてであるが、媒質の比誘電率εが負で、かつ、媒質の比透磁率μが負のとき、媒質の屈折率が
【００６１】
【数５】
2007256929.tif 000008
【００６２】
になることが知られている。  
また、負屈折率媒質としては、負屈折を示す物質、近似的に負の屈折を示す物質、例えば銀、金、銅等の薄膜、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、らせん構造を持つ物質、誘電率εあるいは透磁率μが負、例えば−１の物質等を用いてもよい。
【００６３】
また、負屈折率媒質のことを左手系材料（Left handed material）と呼ぶこともある。本願ではこれらの負屈折率媒質、左手系材料、近似的に負の屈折を示す物質、特定の偏光方向について負屈折率を示す物質、らせん構造を持つ物質、誘電率εあるいは透磁率μが負の物質等をすべて含めて負屈折を示す媒質と呼ぶことにする。完全結像を示す物質も負屈折を示す媒質に含まれる。また、誘電率ε又は透磁率μが負の物質の場合、次式を満たすと良い。
【００６４】
ε’＝ε／εｃ  …式（５−６−１）
μ’＝μ／μｃ  …式（５−６−２）
で、ε’、μ’を定義する。
但し、
εｃは、レンズの周囲の媒質の誘電率
μｃは、レンズの周囲の媒質の透磁率
である。
【００６５】
この時、
−２≦ε’≦−０．５                        …式（５−７）
を満たすとよい。用途によっては、
−８．０≦ε’≦−０．２                    …式（５−８）
でもよい。透磁率がほぼ−１の物質の場合は、式（５−７）、式（５−８）のε’
をμ’で置き換えれば良い。また、本願で完全結像という用語を用いた場合、１００％完全結像が行われない場合も含むものとする。例えば、回折限界の数倍結像性能が向上している場合も完全結像に含むものとする。結像性能が回折限界よりも数十％向上している場合も完全結像に含むものとする。
【００６６】
また、レンズの形状は通常の３次元レンズでなくても良く、２次元のレンズでも良い。つまり、シリンドリカルレンズでも良い。また、レンズ面の形状は、球面、非球面、アナモルフィック面、自由曲面など各種曲面が適用できる。アナモルフィック面、自由曲面等の場合には、ローカル曲率で決まる焦点距離に対して像面弯曲の除去を考えていけば良い。
【００６７】
用いる光の波長としては連続スペクトルの光源、白色光源、複数の単色光の和、スーパールミネッセントダイオード等の低コヒーレンス光源、ガスレーザー、半導体レーザー等を用いてもかまわない。
【００６８】
用いる光の波長としては空気中でも伝送可能なこと、光源が入手しやすいこと等からから、０．１μｍ〜３μｍを用いるのがよい。可視波長ならばさらに利用しやすいので良い。マイクロ波、テラヘルツ波等の電磁波でも良い。赤外光、紫外光でも良い。
【００６９】
波長を０．６μｍ以下にすれば解像が向上しやすいのでなお良い。
【００７０】
なお本願の実施例に共通して言えることであるが、負屈折率媒質３０１あるいは３０２の周囲は空気又は真空、水、油、アクリル等の合成樹脂としてもよい。
【００７１】
負屈折率媒質３０１あるいは３０２の周囲を真空にすると短波長の真空紫外光を用いることができること、空気のゆらぎによる解像の低下がないこと等により良い結像性能が得られる。周囲を空気とすれば光学装置が作りやすく、取扱いも容易となるので良い。光学装置のうち、負屈折率媒質３０１あるいは３０２の周辺の光路だけを真空とし、光学装置の残りの部分は空気中に置いてもよい。
【００７２】
取扱いが容易で結像性能の良い光学装置が得られる。
【００７３】
空気の真空に対する屈折率をｎA とする。１気圧、波長５００ｎｍのときｎA ＝１．０００２８１８である。
【００７４】
ｔ’を負屈折率倍率で形成されたレンズの厚さとする。ｔ’の値について述べる。
０．１ｍｍ≦ｔ’≦３００ｍｍ                …式（１５−２）
とするのがよい。ｔ’の値が上限を越えると光学装置が大きくなり製造しにくくなる。
【００７５】
製品によっては
０．０１ｍｍ≦ｔ’≦３００ｍｍ              …式（１６−２）
でも許容される。
【００７６】
用途によっては
１１００ｎｍ≦ｔ’≦２００ｍｍ              …式（１７）
あるいは負屈折率媒質３０１に光の吸収がある場合などでは
３０ｎｍ≦ｔ’≦５０ｍｍ                    …式（１８）
でも許容できる場合がある。
【００７７】
また式１５−２あるいは１６−２を満せば、光学素子としての負屈折率媒質の機械的強度が増すので、光学装置組立時の取扱いが楽になるので良い。
【００７８】
あるいは負屈折率媒質を形成する基板あるいはレンズが不要になる可能性もでてくるので良い。
【００７９】
式（１７）、（１８）でｔ’の上限値を０．０１ｍｍとすれば、負屈折率媒質を薄膜として蒸着あるいはスパッタリング等で製造する可能性も出てくるので良い。
【００８０】
例えばフォトニック結晶を自己クローニング法で製作することが考えられる（非特許文献６参照）。
【００８１】
なお、負屈折率媒質を含む光学系の光軸に沿って計った長さは２０ｍ以下とすれば、光学系及び光学装置が製作しやすいのでなお良い。本願のレンズ系は、各種光学装置に用いることができる。
【００８２】
最後に、本実施形態で用いられた技術用語の定義を述べておく。
【００８３】
光学装置とは、光学系あるいは光学素子を含む装置のことである。光学装置単体で機能しなくてもよい。つまり、装置の一部でもよい。
【００８４】
光学装置には、撮像装置、観察装置、表示装置、照明装置、信号処理装置、光情報処理装置、投影装置、投影露光装置、等が含まれる。
【００８５】
撮像装置の例としては、フィルムカメラ、デジタルカメラ、ＰＤＡ用デジタルカメラ、ロボットの眼、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ、動画記録装置、電子動画記録装置、カムコーダ、ＶＴＲカメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、電子内視鏡、カプセル内視鏡、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、監視装置のカメラ、各種センサーの眼、録音装置のデジタルカメラ、人工視覚、レーザ走査型顕微鏡、投影露光装置、ステッパー、アライナー、光プローブ型顕微鏡、近接場顕微鏡等がある。デジカメ、カード型デジカメ、テレビカメラ、ＶＴＲカメラ、動画記録カメラ、携帯電話のデジタルカメラ、携帯電話のテレビカメラ、車載カメラ、人工衛星のカメラ、惑星探査機のカメラ、宇宙探査機のカメラ、録音装置のデジタルカメラなどはいずれも電子撮像装置の一例である。
【００８６】
観察装置の例としては、顕微鏡、望遠鏡、眼鏡、双眼鏡、ルーペ、ファイバースコープ、ファインダー、ビューファインダー、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工視覚等がある。
【００８７】
表示装置の例としては、液晶ディスプレイ、ビューファインダー、ゲームマシン（ソニー社製プレイステーション）、ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、頭部装着型画像表示装置（ｈｅａｄ  ｍｏｕｎｔｅｄ  ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、人工視覚等がある。
【００８８】
ビデオプロジェクター、液晶プロジェクター、等は投影装置でもある。
【００８９】
照明装置の例としては、カメラのストロボ、自動車のヘッドライト、内視鏡光源、顕微鏡光源等がある。
【００９０】
信号処理装置の例としては、携帯電話、パソコン、ゲームマシン、光ディスクの読取・書込装置、光計算機の演算装置、光インターコネクション装置、光情報処理装置、光ＬＳＩ、光コンピュータ、ＰＤＡ等がある。
【００９１】
情報発信装置とは、携帯電話、固定式の電話、ゲームマシン、テレビ、ラジカセ、ステレオ等のリモコンや、パソコン、パソコンのキーボード、マウス、タッチパネル等の何らかの情報を入力し、送信することができる装置を指す。
【００９２】
撮像装置のついたテレビモニタ、パソコンのモニター、ディスプレイも含むものとする。
【００９３】
情報発信装置は、信号処理装置の中に含まれる。
【００９４】
撮像素子は、例えばＣＣＤ、撮像管、固体撮像素子、写真フィルム等を指す。また、平行平面板はプリズムの１つに含まれるものとする。観察者の変化には、視度の変化を含むものとする。被写体の変化には、被写体となる物体距離の変化、物体の移動、物体の動き、振動、物体のぶれ等を含むものとする。撮像素子、ウエハー、光ディスク、銀塩フィルム、等は結像部材の例である。
【００９５】
拡張曲面の定義は以下の通りである。
【００９６】
球面、平面、回転対称非球面のほか、光軸に対して偏心した球面、平面、回転対称非球面、あるいは対称面を有する非球面、対称面を１つだけ有する非球面、対称面のない非球面、自由曲面、微分不可能な点、線を有する面等、いかなる形をしていても良い。反射面でも、屈折面でも、光になんらかの影響を与えうる面ならば良い。
【００９７】
本発明では、これらを総称して拡張曲面と呼ぶことにする。
【００９８】
結像光学系とは、撮像光学系、観察光学系、投影光学系、投影露光光学系、表示光学系、信号処理用光学系等を指す。
【００９９】
撮像光学系の例としてはデジタルカメラの撮像用レンズがある。
【０１００】
観察光学系の例としては顕微鏡光学系、望遠鏡光学系等がある。
【０１０１】
投影光学系の例としてはビデオプロジェクターの光学系、リソグラフィー用の光学系、光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系等がある。
【０１０２】
投影露光光学系の例としてはリソグラフィー用の光学系がある。
【０１０３】
表示光学系の例としてはビデオカメラのビューファインダーの光学系がある。
【０１０４】
信号処理光学系の例としては光ディスクの読み出し、書き込み光学系、光ピックアップの光学系がある。
【０１０５】
光学素子とはレンズ、非球面レンズ、鏡、ミラー、プリズム、自由曲面プリズム、回折光学素子（ＤＯＥ）、不均質レンズ等を指すものとする。平行平板も光学素子のひとつである。
【０１０６】
本発明は、また以下のような種々の特徴を備えたものである。
（付記）
【０１０７】
２０．負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズと、正の屈折率を持つ媒質で形成された第２のレンズを含むことを特徴とするレンズ系。
【０１０８】
２０−１．前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離の符号と、前記正の屈折率を持つ媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離の符号とが同じであることを特徴とする２０に従属するレンズ系。
【０１０９】
２０−２．前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離が正であり、前記正の屈折率を持つ媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離が正であることを特徴とする２０−１．に従属するレンズ系。
【０１１０】
２０−３．前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離が負であり、前記正の屈折率を持つ媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離が負であることを特徴とする２０−１．に従属するレンズ系。
【０１１１】
３０．負屈折を示す媒質で形成された第１のレンズと、負屈折を示す媒質で形成された第２のレンズを含むことを特徴とするレンズ系。
【０１１２】
３０−１．前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離の符号と、前記負屈折を示す媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離の符号とが異なることを特徴とする３０に従属するレンズ系。
【０１１３】
３０−２．前記負屈折を示す媒質で形成された前記第１のレンズの焦点距離が正であり、前記負屈折を示す媒質で形成された前記第２のレンズの焦点距離が負であることを特徴とする３０−１に従属するレンズ系。
【０１１４】
４０．前記第１のレンズと前記第２のレンズとからなる２０〜２０−３、３０〜３０−２のいずれかに従属するレンズ系。
【０１１５】
５０．式１１７を満たす２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０．のいずれかに従属するレンズ系。
【０１１６】
１１０．  ２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０のいずれかのレンズ系を備えた光学装置。
【０１１７】
１１１．  ２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０のいずれかのレンズ系を備えた顕微鏡。
【０１１８】
１１２．  ２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０のいずれかのレンズ系を備えた光ディスク装置。
【０１１９】
１１３．  ２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０のいずれかのレンズ系を備えた観察装置。
【０１２０】
１１４．  ２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０のいずれかのレンズ系に加えさらに撮像素子を備えた撮像装置。
【０１２１】
１１５．  ２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０のいずれかのレンズ系を備えた投影装置。
【０１２２】
１２０．  前記負屈折を示す媒質が負屈折率媒質であることを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【０１２３】
１２５．  前記負屈折を示す媒質が完全結像の性質を示す媒質であることを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【０１２４】
１３０．  前記負屈折を示す媒質がフォトニック結晶であることを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【０１２５】
１３０−２．  前記負屈折を示す媒質としてフォトニック結晶を用い、かつ当該フォトニック結晶の回転対称性の最も良い軸が前記光学系の光軸方向を向いていることを特徴とする１３０．に従属するレンズ系または装置。
【０１２６】
１３１．  前記負屈折を示す媒質が式５−８を満たすことを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【０１２７】
１３２．  前記負屈折を示す媒質で形成されたレンズの厚さが式１５−２．１６−２．１７、１８のいずれかを満たすことを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【０１２８】
１３３．  前記負屈折を示す媒質の屈折率が式１４２を満たすことを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５、１２０、１２５、１３０〜１３０−２、１３１、１３２のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【０１２９】
１３４．  用いる波長が可視波長であることを特徴とする２０〜２０−３、３０〜３０−２、４０、５０、１１０〜１１５、１２０、１２５、１３０〜１３０−２、１３１、１３２、１３３のいずれかに従属するレンズ系または装置。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の実施例１に係るレンズ系の構成を示す図である。
【図２】変形例に係るレンズ系の構成を示す図である。
【図３】実施例２に係るレンズ系の構成を示す図である。
【図４】他の変形例に係るレンズ系の構成を示す図である。
【図５】フォトニック結晶３４０の第１の具体例を示す図である。
【図６】フォトニック結晶３４０の第２の具体例を示す図である。
【図７】負屈折率媒質３０１で形成された平行平板３８０による結像について説明するための図である。
【図８】像面弯曲収差について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３１】
３０１  負屈折率媒質
３０２  正の屈折率媒質
３４０  フォトニック結晶
３８０  平行平板
４０８  撮像素子
６０１  負屈折率媒質
６０２  絞り
６０３  ガウス平面
６０４  主平面
６０５  弯曲した像面
６０６  レンズ
６０７  レンズ
６０８  レンズ系
６０９  マージナル光線
６１０  １枚のレンズ
６１１  レンズ
６１２  レンズ
６１３  レンズ系
Ａ      光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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