JP2005062525A - 光学素子および光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細周期構造に反射抑制機能とカラーバランス補正機能とを持たせた光学素子を提供する。
【解決手段】 ベース部材３の表面に入射光の波長よりも小さい周期を持つ微細周期構造２が形成された光学素子において、微細周期構造に、入射光の波長域のうち短波長側の反射率が長波長側の反射率よりも低い特性を持たせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入射光の波長よりも小さな周期を持つ微細周期構造を有する光学素子に関するものである。

銀塩カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、プロジェクタ等の光学系には、種々の光学素子が用いられている。

ところで、空気とガラスなどの屈折率差がある境界を光が透過する際には、フレネル反射が生じ、光学性能の劣化の原因となる。

フレネル反射を抑制する手法としては、光学素子の表面にＭｇＦ_２やＳｉＯ_２などの低屈折率材料を適当な厚みで付加することによって反射抑制機能を得るものがあるが、最近では、入射波長より小さな周期の微細周期構造が持つ反射抑制機能を利用することが提案されている。

このような微細周期構造を有する反射抑制機能素子は、特許文献１，２，３等で提案されている。

これらの反射抑制機能素子は、基板上に直接、微細周期構造を設けるため、薄膜を用いる場合と比較して、使用する低屈折率材料の制限がなく、より自由な設計が可能であり、モールド成形により同時に形成すれば、コストメリットがある。
特開昭５８−１７４９０６号公報（請求の範囲、２頁右上欄１１行〜同左下欄４行、第２図等） 特開平１−２５２９０２号公報（請求の範囲、第１図等） 特開２００１−１８３５０６号公報（請求の範囲、段落００１８〜００２０、図３，４等）

しかしながら、上記特許文献等には、微細周期構造を有する反射抑制機能素子の具体的な使用方法については明確に提案されていない。

例えば、厚みが１０ｍｍ、物体側の面の曲率半径Ｒ１＝100 、像面側の面の曲率半径Ｒ２＝‐100、材質の屈折率Ｎｄ＝1.84666、アッベ数νｄ＝23.8の単レンズを考える。

この単レンズについて微細周期構造や反射防止膜が施されていない場合の光学系の分光透過率を図９に示す特性Ａであるとする。図９のグラフの横軸は波長を、縦軸は分光透過率を示している。

そして、この単レンズを有する光学系を用いて、銀塩フィルムに撮影をしようとした場合、この光学系の分光透過率とフィルムの感度によって写真に撮った時の色見が決まる。図９中の特性Ａとして示す分光透過率である場合、短波長側の透過率が比較的低いために、写真としては白が白と写らず、やや黄色くなってしまう。

そこで本発明は、微細周期構造に反射抑制機能とカラーバランス補正機能とを備えた光学素子およびこれを用いた光学系を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明では、ベース部材と、該ベース部材の表面に入射光の波長よりも小さい周期を持つ微細周期構造が形成された光学素子において、上記微細周期構造に、入射光の波長域のうち短波長側の反射率が長波長側の反射率よりも低い特性を持たせている。

以上説明したように、本発明によれば、光学素子のベース部材の表面に設けた微細周期構造に、反射抑制機能とカラーバランスの補正機能とを併せ持たせることができる。特に、ベース部材の表面を非球面とすることにより、より効果的に上記両機能を持たせることができる。

また、微細周期構造に、可視光の波長域のうち青側の波長の光に対する反射率が緑および赤側の光に対する反射率よりも低い特性をを持たせることにより、光学系の透過率を、青〜緑〜赤の全波長域でほぼ同レベルとすることができ、良好なカラーバランスを得ることができる。

また、０＜Ｒｂ＜５．０なる条件を満たすことにより、ゴーストの発生を抑制することができる。

また、Ｒｍ＜Ｒｂなる条件を満足することにより、非球面レンズ又は光学系の透過率特性（カラーバランス）を微細周期構造で補正し、光学設計の自由度を増すことができる。

また、ｈ０／ｈｘ＜１なる条件を満足することにより、微細周期構造の反射率特性による上記機能をより発揮させることができる。

また、微細周期構造をベース部材にモールド成形によって一体的に成形することにより、低コスト化を図ることができる。

また、微細周期構造のパラメータが連続的又は段階的に変化するようにすることにより、入射光の入射角度に応じて反射率特性を変化させることができ、微細周期構造の最適な設計を行うことができる。

また、０．２＜Ｐ／λ＜０．８なる条件を満足することにより、良好な反射抑制機能を得ることができる。

さらに、ベース面の両面に微細周期構造を設けることにより、片面にのみ微細周期構造を設けて他の面に反射防止膜を付加する場合に比べてコスト的に有利であり、他の面に膜を付けない場合に比べてゴーストの発生を抑制することができる。

また、ベース部材のうち光線有効部以外に、微細周期構造が設けられていない領域を設けることにより、光学素子を大型化することなく、生産工程あるいはレンズ鏡筒において光学素子を固定し易くなり、光学素子の光軸方向における配置誤差を少なくすることができる。

また、光学素子を絞りと像面の間に配置することにより、フレアースポットを低減することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１〜３）
図１〜図３には、本発明の実施例１から実施例３の撮影光学系の構成を示している。これらの図において、Ｉ〜ＩＶは１群〜４群のレンズユニット、ＳＰは絞り、ＩＰは像面を示している。

図１に示す実施例１の撮影光学系のうち第１７面Ｓ１７が非球面であり、第１６面Ｓ１６と第１７面Ｓ１７とに、入射光（本実施例では、可視光）の波長よりも小さい周期の微細周期構造が設けられている。

図２に示す実施例２の撮影光学系のうち第８〜１１面Ｓ８〜Ｓ１１が非球面であり、第１０面Ｓ１０と第１１面Ｓ１１とに、微細周期構造が設けられている。

さらに、図３に示す実施例３の撮影光学系のうち第５，６面Ｓ５，６と第１０，１１面Ｓ１０，１１が非球面であり、第１０面Ｓ１０と第１１面Ｓ１１とに微細周期構造が設けられている。なお、上記非球面を有するレンズは、すべてプラスチックレンズである。

上記微細周期構造は、例えば、図４に示す断面が矩形の格子２が周期的に配列されてなる微細周期構造又は図６に示す断面が三角形である格子１２が周期的に配列されてなる微細周期構造である。これら微細周期構造には反射抑制機能を持たせることが可能である。

ここで、一般に用いられている反射防止膜の構成および反射率特性について説明する。一般に用いられている反射防止膜は、基板の屈折率に比べて低い屈折率を有する材料（ＭｇＦ_２やＳｉＯ_２など）を適当な膜厚で付加したものである。

図１２には、基板３の表面に低屈折率材料９２を１層付加した構造を持つ単層反射防止膜の模式図を示している。単層反射防止膜の場合には、単層膜の膜厚は以下に示す式を用いて設計することができる。

ｎ＝（ｎi ×ｎs ）^１／２ … （１）
ｎｄcosθ＝λ/４×（２ｍ−１） …（２）
但し、ｎi は入射側材料の屈折率、ｎs は基板側材料の屈折率、ｎは基板３に付加する薄膜材料の屈折率、ｄは薄膜材料の膜厚、θは入射光の入射角、λは設計波長、ｍは整数である。

材料の屈折率および光学膜厚を、（１）式および（２）式を満たすように設計することによって、設計波長λにおける反射率をゼロにすることができる。但し、一般的には、（１）式を完全に満たすような基板材料および薄膜材料の組み合わせは存在しないため、設計波長において反射率がゼロになることはほとんどない。

また、更に広帯域において反射率を低減したい場合には、薄膜を積層することによってより高い反射抑制効果を得ることができる。

基板材料としてＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate）、薄膜材料としてＭｇＦ_２（ｎ＝１．３８）を用い、設計波長λを０．５μｍ、光学膜厚を１２５ｎｍとしたときの反射率特性を図１３に示す。

図１３に示す点線は、ＰＭＭＡ基板のみで反射防止膜を付加していない場合の反射率特性を表わしており、実線はＰＭＭＡ基板に単層反射防止膜（光学膜厚１２５ｎｍ）を付加した場合の反射率特性を表わしている。

（２）式から得られる設計値どおり、５００ｎｍ付近で反射率が最小になっており、可視領域（おおよそ４００〜７００ｎｍ）において、ＰＭＭＡ基板のみの場合に比べて反射率が低減していることがわかる。

次に、レンズ面に形成された、入射波長よりも小さな周期を持った微細周期構造の構成例および反射率特性について説明する。

図４に示す矩形格子の微細周期構造において、本実施例では、１次元方向にのみ周期構造を持たせている。基板材料としてはＰＭＭＡ（ｎ＝１．４９２）を用い、格子周期（格子ピッチ）Λを０．２μｍ、格子深さｄ１を０．１μｍ、格子部分における基板材料の比率を表わすフィリングファクターｗ／Λを０．５とした。

格子周期Λが入射波長と同程度の大きさを持つ場合には、共鳴領域において特徴的である強い偏光特性や強い波長依存性および高次回折光の発生が観測され、所望の反射抑制性能を達成することが困難であるとともに、実際の光学系に適用した場合、高次回折光が迷光の原因になると考えられる。このような高次回折光を発生させないようにするために、格子周期Λを適切に設定した微細周期構造を形成することが好ましい。

図４に示す矩形格子の微細周期構造を基板上に設けた場合の反射率特性を図５に示す。図５において、点線はＰＭＭＡ基板のみの場合の反射率特性を表わしており、実線はＰＭＭＡ基板の表面に一般的な矩形格子の微細周期構造を設けた場合の反射率特性を表わしている。

また、図６に示す三角形格子の微細周期構造において、本実施例では、１次元方向にのみ周期構造を持たせている。この微細周期構造を示す他のパラメータは、図４に示したものと同様である。

そして、図６に示す三角形格子の微細周期構造を基板上に設けた場合の反射率特性を図７に示す。図７において、点線はＰＭＭＡ基板のみの場合の反射率特性を表わしており、実線はＰＭＭＡ基板の表面に一般的な三角形格子の微細周期構造を設けた場合の反射率特性を表わしている。

なお、反射率はベクトル回折理論である厳密結合波解析を用いて算出した。微細周期構造の格子周期が入射波長に比べ小さい領域においては、スカラー回折理論は近似的に成立せず、厳密な反射率を求めることはできないためである。

上記図５および図７に示すように、微細周期構造を設けていないＰＭＭＡ基板の反射率（スカラー計算）に比べ、微細周期構造を設けた基板では、入射光の波長域全体での反射率の減少が見られる。つまり、基板表面に、入射光の波長よりも小さい周期を持った微細周期構造を設けることによって、低屈折率材料を用いた薄膜による反射抑制効果と同様な効果が得られることがわかる。

さらに、一般的な微細周期構造の特性としては、波長５００〜５７０ｎｍ前後の光に対する反射率が最も低く、これよりも短波長側および長波長側では反射率が増加することがわかる。

なお、微細周期構造における格子の形状は、上述した矩形や三角形に限られず、これら以外の形状の格子からなる微細周期構造を基板表面に施しても反射抑制効果を得ることが可能である。

そして、本実施例では、基板として樹脂材からなる非球面レンズを用い、そのレンズの表面に、後述する特性を与えた微細周期構造を形成することで反射抑制機能と、カラーバランス補正機能とを持たせている。

一般的に樹脂材はガラスに比べて材料が限られている。また、樹脂レンズの透過率は短波長側で低く、カラーバランスが黄色に偏る傾向がある。また、ガラスレンズの透過率は様々であるが、光学系全体で所望のカラーバランスを設定する必要がある。特に銀塩カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等では、どのガラス面に反射抑制機能を持たせるかを検討して、光学系全体のカラーバランスを所望の範囲内に入るように設計するが、ゴースト対策（反射抑制対策）を考えるとカラーバランスを所望の範囲に保つことが困難になることがある。

また、特に樹脂レンズの反射防止膜は種類が少なく、また、ガラスレンズに付加された反射防止膜ほどの反射抑制効果を出すことは困難であり高コストである。

本実施例では、良好な反射抑制機能とともに、非球面レンズ又は光学系全体のカラーバランスを補正するような特性を持たせている。

ここで、図８に、微細周期構造に持たせる反射率特性の例を示す。また、図９には、図８に示すような反射率特性を持つ微細周期構造が設けられたレンズ（又は光学系）の透過率特性を示している。

図８および図９は、厚み１０ｍｍ、物体側の面の曲率半径Ｒ１＝100 、像面側の面の曲率半径Ｒ２＝‐100 、材質の屈折率Ｎｄ＝1.84666、アッベ数νｄ＝23.8の単レンズ（ベース部材）の表面に形成した微細周期構造の反射率特性および該レンズの透過率特性をそれぞれ示している。図８のグラフの横軸は波長を、縦軸は微細周期構造の反射率を示している。また、図９のグラフの横軸は波長を、縦軸は単レンズ（又は光学系）の透過率を示している。

図８から分かるように、本実施例では、微細周期構造は、入射光（可視光）の波長域のうち短波長側（ここでは、５００ｎｍから５７０ｎｍ前後の緑色域の波長よりも短い青色域側の波長）の反射率が、長波長側（緑色域の波長以上の波長）の光に対する反射率よりも低い特性を持っている。これにより、図９の特性Ｂに示すように、青色域の波長の光に対する透過率が、緑色域や赤色域の波長の光に対する透過率に対して相対的に増加したことになる。したがって、光学系の透過率を、青〜緑〜赤の全波長域でほぼ同レベルとすることができる。

このため、微細周期構造を持たない場合（特性Ａ）には、青域の光に対する透過率が緑域や赤域の光に対する透過率に比べて低く（反射率が高く）なっていたために白が黄色がかって見えていた現象が改善され、良好なカラーバランスを得ることができる。

但し、微細周期構造のみで極端な補正を行うと、波長によっては透過率が下がって反射率が上がるおそれがあり、ゴーストに対して不利となる場合があるため、入射波長域における最小反射率と最大反射率の差をΔＲ（％）としたときに、
０＜Ｒｂ＜５．０
なる条件を満たすことが好ましい。

以上説明したように、本実施例によれば、微細周期構造を有する非球面レンズを含む光学系のカラーバランスを保ちつつ、ゴースト対策が実現でき、設計の自由度を増加させることができる。

なお、微細周期構造の反射率特性やパラメータは、上述したような反射抑制機能とカラーバランス補正機能とを果たすものであれば、どのようなものであってもよい。

また、以下の（Ａ）〜（Ｈ）の少なくとも１つを満足することが好ましい。

（Ａ）
微細周期構造は、入射光の波長域において最も短波長側の光に対する反射率をＲｍ、設計波長の反射率をＲｂとするとき、
Ｒｍ＜Ｒｂ …（３）
なる条件を満足すること。

透過光のカラーバランスが黄色方向になる場合が多く、補正するためにはガラス面に、反射光に赤色波長成分が多く含まれるような反射防止膜を付加すればよいが、その面でゴーストが発生すると赤見を帯びてしまいゴーストが目立ってしまう。

そこで、条件式（３）を満足することで、非球面レンズ又は光学系の透過率特性（カラーバランス）を微細周期構造で補正し、光学設計の自由度を増すことができる。

（Ｂ）
微細周期構造を有する面を通過する軸上光束の最大高さをｈ０、最大画角を形成する光束（軸外光束）の最大高さをｈｘとしたとき、
ｈ０／ｈｘ＜１ …（４）
なる条件を満足することを特徴とすること。

微細周期構造の反射抑制機能を十分に活かすためには、条件式（４）を満足するのが好ましい。条件式（４）は微細周期構造の面を通過する軸上光束と軸外光束の最大径の比の範囲を表す。軸上光束と軸外光束が比較的分離した面に用いた方が、微細周期構造の反射率特性による効果が期待できるので好ましい。

（Ｃ）
非球面レンズと微細周期構造はモールド成形によって同時（一体的）に成形すること。

樹脂レンズの面の型に微細周期構造を成形してモールド成形により製造すれば、非球面レンズと微細周期構造とを同時に形成できるので、時間効率も良く、低コスト化することができるので好ましい。

（Ｄ）
微細周期構造は、レンズ面の中心から周辺にむかって構造（のパラメータ）が連続的又は段階的に変化すること。

これにより、入射光の入射角度に応じて反射率特性を変化させることができるので好ましい。

（Ｅ）
微細周期構造の周期（格子ピッチ）をＰ、設計基準波長λとしたとき、
０．２＜Ｐ／λ＜０．８ …（５）
なる条件を満足すること。

条件式（５）は格子周期と設計波長との比であり、適切な反射抑制効果を得るためのものである。条件式（５）の下限値を超えると良好な反射抑制機能を得ることが困難となり、また、製造が困難となるため好ましくない。また、上限値を超えると反射抑制機能を得ることが困難となるので好ましくない。

（Ｆ）
非球面レンズは両面共に微細周期構造を有すること。

すなわち、樹脂からなる非球面レンズの両面を微細周期構造をすることが望ましい。片面だけでは、もう一方に反射防止膜を形成するかあるいは膜を形成しないことになるが、反射防止膜を付加することはコスト上好ましく、また膜を付けないとゴーストが問題になるので好ましくない。

（Ｇ）
微細周期構造を有するレンズ面のうち光線有効部以外に、微細周期構造が設けられていない領域を設けること。

生産工程あるいはレンズ鏡筒においてレンズを光軸方向において固定する際、破損が生じやすい微細周期構造のない部分で機械的に受けることができるようにするためのものである。

実際の光学系においては、レンズを鏡筒に正確な位置に固定する必要があるが、特に光軸方向の位置精度を出すためにはレンズ面を機械的に受けることが好ましい。レンズ面は、外周形状に比べて精度が高いので、レンズ面を機械的に受けることで、受け面で発生するレンズそのものの光軸方向の誤差を少なくすることが可能となる。

一方、光学系を製造する過程で、非球面レンズを並べて置く場合等でも、レンズが倒れて微細周期構造が破損しないように、レンズを光軸方向にて支えなければならないので、この条件は有効である。なお、レンズ外周部に突起を設けると、レンズ外径が大きくなってしまうので好ましくない。

（Ｈ）
微細周期構造を有する非球面レンズは絞りと像面の間に配置すること。

一般的に光学系の絞り径が小さくなってくると回折が発生し、絞りが光源になってゴーストが発生する。これをフレアースポットと呼んでいる。フレアースポットは絞りと像面の間の面で発生するが、光源が光軸近傍にあるため、結像する場合が多く、また中心近傍に発生するため、目立ち易い。

良好な反射抑制機能を有する非球面レンズを絞りと像面との間に配置することで、上記フレアースポットも低減でき、好ましい。

また、樹脂材からなる非球面レンズは、温湿度の環境変化によってレンズの焦点距離が変動し、光学系のピント変化を発生させるため、比較的パワーを弱くすることが望ましい。パワーを弱くすると非球面レンズの物体側と像面側のレンズ面の曲率が近くなるため、その２面によるゴーストが発生し易いが、本実施例の微細周期構造を設けて反射率を低減させることで、ゴーストの強度を低減することができる。

次に、上記実施例１〜３の数値実施例を示す。数値実施例１は実施例１の撮影光学系に、数値実施例２は実施例２の撮影光学系に、数値実施例３は実施例３の撮影光学系にそれぞれ対応している。

各数値実施例において、Ｒｉは物体側より順にｉ番目のレンズ面の曲率半径を、Ｄｉはそれぞれｉ番目のレンズ厚または空気間隔を、Ｎｉとνｉはｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。

また、非球面形状はレンズ面の中心部の曲率半径をＲとし、光軸方向をＸ軸とし、光軸と垂直方向をＹ軸とし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆをそれぞれ非球面係数としたとき、

で表される。

また、各数値実施例において、微細周期構造を設けた面には、面番号の左側に＊マークを付している。

（数値実施例１）
ｆ＝100.00〜 299.74 Ｆｎｏ＝ 4.12 〜 5.88 ２ω＝73.5 〜 28.0

R 1 = 181.221 D 1 = 6.21 N 1 = 1.772499 ν 1 = 49.6
R 2 = 80.301 D 2 = 34.10
R 3 = -438.223 D 3 = 5.52 N 2 = 1.516330 ν 2 = 64.1
R 4 = 120.884 D 4 = 6.22
R 5 = 115.765 D 5 = 17.01 N 3 = 1.728250 ν 3 = 28.5
R 6 = 264.440 D 6 = 可変
R 7 = 137.240 D 7 = 10.97 N 4 = 1.563839 ν 4 = 60.7
R 8 = -334.599 D 8 = 0.82
R 9 = 89.234 D 9 = 5.49 N 5 = 1.846660 ν 5 = 23.8
R10 = 51.492 D10 = 25.71 N 6 = 1.571351 ν 6 = 53.0
R11 = -444.797 D11 = 可変
R12 = 絞り D12 = 6.28
R13 = -227.765 D13 = 2.76 N 7 = 1.800999 ν 7 = 35.0
R14 = 46.529 D14 = 11.52 N 8 = 1.846660 ν 8 = 23.8
R15 = 176.472 D15 = 可変
＊R16 = -182.673 D16 = 5.49 N 9 = 1.583060 ν 9 = 30.2
＊R17 = 373.983 D17 = 0.82
R18 = 332.713 D18 = 21.74 N10 = 1.487490 ν10 = 70.2
R19 = -80.553

＼焦点距離 100.00 134.11 299.74
可変間隔＼
D 6 142.55 85.01 -6.95
D11 5.49 11.69 41.90
D15 43.55 37.34 7.13

非球面係数
17面 : ｋ=0.00000e+00 Ａ=０ Ｂ=5.11654e-07 Ｃ=2.74222e-12
Ｄ=-8.82696e-15 E=0.00000e+00 F=0.00000e+00
（数値実施例２）
ｆ＝100.00〜 449.38 Ｆｎｏ＝ 5.70 〜 10.00 ２ω＝58.3 〜 14.2

R 1 = 40.170 D 1 = 3.10 N 1 = 1.841870 ν 1 = 27.7
R 2 = 33.479 D 2 = 0.26
R 3 = 32.668 D 3 = 8.59 N 2 = 1.487000 ν 2 = 70.2
R 4 = 68.889 D 4 = 可変
R 5 = -30.900 D 5 = 3.10 N 3 = 1.752272 ν 3 = 51.0
R 6 = -64.952 D 6 = 1.55
R 7 = 絞り D 7 = 2.84
R 8 = 92.729 D 8 = 11.61 N 4 = 1.516330 ν 4 = 64.1
R 9 = -28.281 D 9 = 可変
＊R10 = -59.346 D10 = 8.57 N 5 = 1.583400 ν 5 = 30.2
＊R11 = -49.493 D11 = 6.12
R12 = -29.025 D12 = 2.58 N 6 = 1.697000 ν 6 = 55.5
R13 = -273.739

＼焦点距離 100.00 167.41 449.38
可変間隔＼
D 4 14.47 27.69 41.76
D 9 30.12 16.88 2.84

非球面係数
8面 : ｋ=0.00000e+00 Ａ=０ Ｂ=-5.77847e-06 Ｃ=-1.60087e-08
Ｄ=3.22720e-11 E=-4.47384e-13 F=0.00000e+00

9面 : ｋ=0.00000e+00 Ａ=０ Ｂ=4.33495e-06 Ｃ=-1.62195e-08
Ｄ=3.84412e-11 E=-2.73937e-13 F=0.00000e+00

10面 : ｋ=0.00000e+00 Ａ=０ Ｂ=6.65064e-06 Ｃ=-2.92558e-08
Ｄ=1.63672e-10 E=-3.70074e-13 F=2.71550e-16

11面 : ｋ=0.00000e+00 Ａ=０ Ｂ=5.36790e-07 Ｃ=-1.46535e-08
Ｄ=6.65967e-11 E=-1.20354e-13 F=5.35997e-17

（数値実施例３）
ｆ＝100.00〜 367.90 Ｆｎｏ＝ 5.75 〜 13.00 ２ω＝73.5 〜 22.9

R 1 = 69.519 D 1 = 5.41 N 1 = 1.487490 ν 1 = 70.2
R 2 = 189.934 D 2 = 4.18
R 3 = -59.089 D 3 = 8.22 N 2 = 1.834000 ν 2 = 37.2
R 4 = -274.866 D 4 = 5.20
R 5 = 1255.232 D 5 = 9.49 N 3 = 1.563839 ν 3 = 60.7
R 6 = -80.265 D 6 = 3.40
R 7 = 絞り D 7 = 3.81
R 8 = 987.461 D 8 = 7.79 N 4 = 1.516330 ν 4 = 64.1
R 9 = -47.960 D 9 = 可変
＊R10 = -208.180 D10 = 8.22 N 5 = 1.583060 ν 5 = 30.2
＊R11 = -137.198 D11 = 18.26
R12 = -33.593 D12 = 4.76 N 6 = 1.772499 ν 6 = 49.6
R13 = -154.652

＼焦点距離 100.00 167.43 367.90
可変間隔＼
D 9 35.85 17.34 2.38

非球面係数
5面 : Ａ=0.00000e+00 Ｂ=-2.34740e-06 Ｃ=-1.38078e-09
Ｄ=1.21524e-12 E=-7.57539e-15 F=0.00000e+00

6面 : Ａ=0.00000e+00 Ｂ=6.40392e-08 Ｃ=3.77419e-10
Ｄ=-3.86301e-13 E=0.00000e+00 F=0.00000e+00

10面 : Ａ=0.00000e+00 Ｂ=1.25952e-06 Ｃ=9.68583e-10
Ｄ=3.86231e-12 E=-2.11300e-15 F=9.29663e-19

11面 : Ａ=0.00000e+00 Ｂ=-6.59556e-07 Ｃ=1.69545e-09
Ｄ=-3.28147e-12 E=5.52162e-15 F=-1.19599e-18

（実施例４）
上述した樹脂材の非球面レンズに微細周期構造を形成する場合に、微細周期構造が複雑になれば該非球面レンズの製造が困難となり、高コストになることが考えられる。最も簡単なのは１つのレンズ面の微細周期構造を１つの型で形成することである。そのためには、型を抜く方向を考える必要がある。

そこで本実施例においては、微細周期構造を形成するレンズ面を光軸方向から正対して見たときに、格子を形成する面（格子の側面）が総て見えるようにすることで、成形時に略光軸方向に型が抜けるようにしている。

図１０は本実施例の微細周期構造を有するレンズ面の断面図である。各格子を形成する面（斜面）は、格子面を光軸方向から正対して見たときに総て見えるように形成されている。このような構造であれば、略光軸方向に沿って型を抜くことが可能である。

一方、図１１のような微細周期構造では、格子面を光軸方向から正対して見たときに、格子を形成する面（斜面）が総て見えておらず、斜線部分があるために、略光軸方向に型が抜けなくない。このため、型を分割する等の対策が必要となり、高コストになり、また高精度化も困難となる。

なお、上記各実施例では、非球面レンズに微細周期構造を設けた場合について説明したが、本発明は、球面レンズや平行平板等の素子基板に微細周期構造を設ける場合にも適用することができる。

また、上記各実施例では、カメラの撮影光学系に用いる光学素子について説明したが、本発明の光学素子は、プロジェクタの投射レンズ等、他の光学系にも適用することができる。

本発明の実施例１である光学系の構成を示す断面図。 本発明の実施例２である光学系の構成を示す断面図。 本発明の実施例３である光学系の構成を示す断面図。 微細周期構造の形状例を示す模式図。 図４の微細周期構造の反射率特性を示すグラフ。 微細周期構造の形状例を示す模式図である。 図４の微細周期構造の反射率特性を示すグラフ。 本実施例の微細周期構造が有する反射率特性を示すグラフである。 本実施例の微細周期構造を備えた光学素子又はこれを含む光学系の透過率特性を示すグラフである。 本発明の実施例４である光学素子における微細周期構造の形状を示す断面図。 光学素子における微細周期構造の形状を示す断面図。 単層反射防止膜の構造を示す模式図。 図１２の単層反射防止膜の反射率特性を示すグラフ。

符号の説明

Ｉ〜ＩＶ レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 結像面
２，１２ 格子

Claims (14)

1. ベース部材と、該ベース部材の表面に入射光の波長よりも小さい周期を持つ微細周期構造が形成された光学素子であって、
   前記微細周期構造は、入射光の使用波長域のうち短波長側の光に対する反射率が長波長側の光に対する反射率よりも低い特性を有することを特徴とする光学素子。
2. 前記ベース部材は、非球面形状の表面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記微細周期構造は、可視光の波長域のうち青側の波長の光に対する反射率が緑および赤側の光に対する反射率よりも低い特性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記微細周期構造は、入射光の波長域において最も短波長側の光に対する反射率をＲｍ、設計波長の光に対する反射率をＲｂとしたとき、
   Ｒｍ＜Ｒｂ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光学素子。
5. 入射光の波長域における最小反射率と最大反射率の差をΔＲ（％）としたときに、
   ０＜ΔＲ＜５．０
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
6. 前記微細周期構造を有するレンズ面を通過する軸上光束の最大高さをｈ０、最大画角を形成する光束の最大高さをｈｘとしたとき、
   ｈ０ ／ｈｘ＜１
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光学素子。
7. 前記微細周期構造の周期をＰ、入射光の設計基準波長をλとしたとき、
   ０．０２＜Ｐ／λ＜０．８
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光学素子。
8. 前記ベース部材が樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の光学素子。
9. 前記ベース部材と前記微細周期構造とがモールド成形によって一体的に成形されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の光学素子。
10. 前記微細周期構造は、中心から周辺に向かって構造のパラメータが連続的又は段階的に変化していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の光学素子。
11. 両側のレンズ面に前記微細周期構造が設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の光学素子。
12. 前記微細周期構造を有するレンズ面のうち光線有効部以外に、前記微細周期構造が設けられていない領域を設けたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の光学素子。
13. 請求項１から１２のいずれか１つに記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
14. 前記光学素子が、絞りと像面との間に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の光学系。