JP2007065590A - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができる、製造が容易で、耐環境性に優れた光学系を得ること。
【解決手段】 レンズ要素と、該レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、熱または光により硬化して該レンズ要素の面に積層される樹脂層とを含む複合型光学素子を有する光学系において、該レンズ要素と該樹脂層との境界面は非球面形状であり、該境界面の有効径内における参照曲率半径をＲｒｅｆ、該光学系全体の焦点距離が最も短い状態において、軸上ＦＮｏ光線を決定する絞りから該境界面までの光軸上の距離をＬ、該レンズ要素を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄg
アッベ数をνｄｇ、該樹脂層を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄｊ
アッベ数をνｄｊとするとき、
−１．５＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．３
と、
０．１＜ ｜ｎｄｇ−ｎｄｊ｜ 又は ５＜ ｜νｄｇ−νｄｊ｜
なる条件を満足する事。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩写真用カメラ等の撮影系に好適なものである。

最近、固体撮像素子を用いたビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の撮像装置（カメラ）では、高画質化とコンパクト化が進んでいる。それに伴って、このようなカメラに搭載される光学系には、高画質化でコンパクトなものが求められている。

従来、光学系のコンパクト化を達成するための一手段として、光学系を構成するレンズの枚数を削減する方法がとられていた。この方法は、コンパクト化には効果的ではある。

しかしながらレンズ枚数を削減すると、球面収差やコマ収差といった単色での結像性能に関わる収差補正が困難となる。更に使用される硝材は限られた硝材範囲内となり色収差を補正する事も極めて困難となる。

また、レンズ枚数を削減した場合、光学系を構成する各レンズの屈折力が相対的に大きくなる。このために、製造誤差に対する光学性能の変化である敏感度が上昇し、各レンズの加工精度や光学系の組み立て精度を高くしなければならないと言った問題も生じてくる。

そこで、光学系を構成するレンズ面を非球面形状とする事で、レンズの枚数を削減しても結像性能を良好に維持すること手法が多くとられている。

また、少ないレンズ枚数で結像性能と敏感度の低減を両立させる為に、接合レンズの接合面を非球面形状とした光学系が知られている。（例えば特許文献１〜５）。
しかしながら、非球面を用いた場合、単色での結像性能に関わる収差は補正出来るものの、硝材選択が支配的となる色収差を良好に補正する事は困難である。

色収差の発生を低減する方法として、光学材料に異常部分分散材料を用いる方法が一般的によく知られている。この異常部分分散材料を用いる替わりに、回折光学素子を用いて色収差の補正を行った光学系も知られている（例えば特許文献６、７）。

一般に回折光学素子は、アッベ数に相当する数値の絶対値が３．４５と小さく、回折による屈折力を僅かに変化させるだけで、球面収差、コマ収差、非点収差等にほとんど影響を与えることなく、色収差を大きく変化できる特徴がある。

また、回折光であるため、入射光の波長の変化に対して屈折力が線形変化し、色収差係数の波長特性は完全な直線となる。

したがって、回折光学素子を用いた光学系では、コンパクト化を目的とし、レンズ全長の短縮化を図る際、主に球面収差、コマ収差、非点収差の補正に特化して収差補正を行えば良い。色収差に関しては、悪化した絶対量を気にすることなく色収差係数の波長特性の線形性が得られるように、構成レンズの硝材と屈折力を最適化して設計を行えば、レンズ全長が短縮された光学系が得られる。

また、回折光学素子の光学特性に似た色収差の補正作用を持つ光学材料に、比較的高分散で、かつ比較的異常部分分散な特性を示す液体材料が知られている。近年それを用いた色消し光学系が提案されている（例えば特許文献８、９）。
特公平４−５３６２号公報 特開昭６３−２７８０９号公報 特開２００１−４２２１２号公報 特開２００２−６２１０号公報 特開２００４−６１５１９号公報 特開平６−３２４２６２号公報 特開平６−３３１８８７号公報 米国特許第５７３１９０７号明細書 米国特許第５６３８２１５号明細書

特許文献１、２は、接合面を非球面形状として少ないレンズ枚数で結像性能の向上と敏感度の低減を図っている。

しかしながら実施例として接合面を一つの面としか認識していない。このため実施例を文言通りに実施した場合、全く同一な非球面形状の凹凸面を製作して接合しなければならず、加工精度的にも又製作的にも難しい。

特許文献３は、非球面と球面を接合する際に、接着剤層の存在を考慮した現実的な技術を提案している。

しかしながら接合工程において結像性能を保障するために、接合部における非球面と球面の芯出し作業が必要となり、製作が大変困難である。

特許文献４、５は、ガラス材より成るレンズの非球面上に樹脂層を積層する技術を開示している。実質的に非球面と非球面の接合を可能としている。しかしながらピックアップ用の対物レンズを目的とした技術のために、主に球面収差と２波長のみの色収差の補正がなされているだけであり、撮影光学系に必要な像面彎曲の補正や白色における色収差の補正は考慮されていない。

一方、色収差の補正手段として、回折光学素子は十分な色収差の補正作用がある。しかしながら実際に用いる設計回折次数の回折光以外の不要な回折次数の回折光が発生する。このためこの不要な回折光が色の付いたフレア光となって結像性能を悪化させる。この不要な回折光を減ずる方法として、複数のブレーズ型の回折格子を光軸方向に積層した、所謂、積層型の回折光学素子を用いる方法がある。

これによって設計回折次数へエネルギーを集中させ、不要な回折光を大幅に減らしている。しかしながら依然として高輝度な被写体を撮影すると、不要な回折光によるフレアが現れてくる。

また、回折光学素子の製造方法として、紫外線硬化樹脂等を金型で成形する方法が知られている。しかしながらこの方法は、回折光学素子の回折効率の敏感度が製造上極めて高い為、非常に高い金型精度や成形精度が要求され、製造が難しい。

特許文献６，７に開示された材料は、液体であるために、それを封止する構造が必要となり、光学材料に用いる場合、製造が難しくなる。

また、温度変化により屈折率、分散などの特性が大きく変化し、耐環境性が十分でない。更に空気との界面が得られないために十分な色収差の補正が難しい。

本発明は、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができる、製造が容易で、耐環境性に優れた光学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明の一例としての光学系は、レンズ要素と、該レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、該レンズ要素の面上に形成される樹脂層とを含む複合型光学素子を有する光学系において、該レンズ要素と該樹脂層との境界面は非球面形状であり、該境界面の有効径内における参照曲率半径をＲｒｅｆ、該光学系全体の焦点距離が最も短い状態において、軸上Ｆナンバー光線を決定する絞りと該境界面との光軸上の距離をＬ、該レンズ要素を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄg、該樹脂層を構成する材料のｄ線に対する屈折率をとするとき、
−１．５＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．３
０．１＜ ｜ｎｄｇ−ｎｄｊ｜
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明の別の例としての光学系は、レンズ要素と、該レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、該レンズ要素の面上に形成される樹脂層とを含む複合型光学素子を有する光学系において、該レンズ要素と該樹脂層との境界面は非球面形状であり、該境界面の有効径内における参照曲率半径をＲｒｅｆ、該光学系全体の焦点距離が最も短い状態において、軸上Ｆナンバー光線を決定する絞りと該境界面との光軸上の距離をＬ、該レンズ要素を構成する材料のアッベ数をνｄｇ、該樹脂層を構成する材料のアッベ数をνｄｊとするとき、
−１．５＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．３
５＜ ｜νｄｇ−νｄｊ｜
なる条件を満足することを特徴としている。

色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができ、製造が容易で、耐環境性に優れた光学系が得られる。

以下、本発明の光学系及びそれを有する撮像装置について説明する。

図１は本発明の実施例１の光学系がズームレンズの場合であり、その広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２、図３、図４はそれぞれ実施例１の光学系の広角端、中間のズーム位置、望遠端（長焦点距離端）における収差図である。

図５は本発明の実施例２の光学系がズームレンズの場合であり、その広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８はそれぞれ実施例２の光学系の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。

図９は本発明の実施例３の光学系が単一焦点距離の撮影レンズの場合であり、そのレンズ断面図である。図１０は実施例３の光学系の収差図である。

以下、実施例１，２の光学系をズームレンズ、実施例３の光学系を撮影レンズともいう。

図１１は、本発明の撮像装置の要部概略図である。

本発明の光学系は、デジタルカメラ・ビデオカメラ・銀塩フィルム用カメラ等の撮像装置や、望遠端、双眼鏡の観察装置、複写機、プロジェクター等の光学機器に用いられるものである。

図１、図５、図９に示したレンズ断面図において、左方が前方（物体側、拡大側）で、右方が後方（像側、縮小側）である。

収差図において、ｄ、ｇは各々ｄ線及びｇ線、Ｍ、Ｓはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

図１、図５のレンズ断面図において、Ｌ１は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｌ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群である。ＳＰは軸上のＦナンバー光束を決定する開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２の物体側に配置している。

Ｇは光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する感光面が置かれる。

尚、実施例１、２の光学系において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第２レンズ群
Ｌ２）が機構上、光軸上移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

実施例１、２の光学系では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、第１レンズ群Ｌ１は、像側に凸状の軌跡で略往復移動し、第２レンズ群Ｌ２は、物体側に移動し、第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動している。

実施例１、２の光学系は、第２レンズ群Ｌ２の移動により主な変倍を行い、第１レンズ群Ｌ１の往復移動及び第３レンズ群Ｌ３による物体側方向への移動によって変倍に伴う像の移動を補正している。

実施例１、２の光学系は、レンズ要素と、レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、樹脂層とを含む複合型光学素子を有している。そしてレンズ要素と樹脂層との境界面は非球面形状である。樹脂層としては、熱又は光により硬化する硬化性樹脂等が使用可能である。

具体的には、実施例１及び２の光学系は、第１レンズ群Ｌ１を一枚の両レンズ面が凹形状の負レンズ（レンズ要素）Ｇ１１と、負レンズＧ１１の像側の面にＵＶ硬化性樹脂層Ｇ１２を積層した複合型光学素子Ｇａで構成している。

そしてレンズ要素Ｇ１１と硬化性樹脂層Ｇ１２の境界面は非球面形状より成っている。

尚、レンズ要素とは、ガラスレンズ、プラスチックレンズ等の樹脂が積層出来る基板となる光学素子の事であり、前もって成形されているレンズ要素に積層される硬化性樹脂とは異なる光学特性を有する硬化性樹脂でも良い。

第２レンズ群Ｌ２は物体側より像側へ順に、１枚の両レンズ面が凸形状の正レンズと１枚の負レンズを独立又は接合して構成している。

また、第３レンズ群Ｌ３は１枚の正レンズで構成している。

第３レンズ群Ｌ３は、固体撮像素子の小型化に伴う各レンズ群の屈折力の増大を分担している。

特に第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２で構成されるショートズーム系の屈折力を減らす事で、第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズでの収差の発生を抑え良好な光学性能を達成している。

また、固体撮像素子等を用いた撮影装置に必要な像側のテレセントリックな結像を第３レンズ群にフィールドレンズの役割を持たせる事で達成している。

また、開口絞りＳＰを第２レンズ群Ｌ２の最も物体側に置き、広角側での入射瞳と第１レンズ群Ｌ１との距離を縮めている。これにより第１レンズ群Ｌ１を構成するレンズの外径（有効径）の増大を抑えている。更に第２レンズ群Ｌ２の物体側に配置した開口絞りＳＰを挟んで第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３とで軸外の諸収差を打ち消す事で構成レンズ枚数を増やさずに良好な光学性能を得ている。

図９のレンズ断面図において、ＳＰは開口絞り、ＯＢは単一の焦点距離より成るレンズ系である。

又、Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に相当する感光面が置かれている。

実施例３の光学系は、レンズ要素と、レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、熱または光により硬化して該レンズ要素の面に積層された硬化性樹脂層とを含む複合型光学素子を有している。そしてレンズ要素と樹脂層との境界面は非球面形状である。

具体的には、実施例３の光学系は、物体側より順に、１枚の両レンズ面が凸形状の正レンズ（光学要素）Ｇ１と、正レンズＧ１の像側の面にＵＶ効果樹脂層Ｇ２を積層した複合型光学素子Ｇａで構成している。

各実施例の光学系において、良好なる光学性能を得るため、又はレンズ系全体の小型化を図るためには、次の諸条件のうちの少なくとも１つを満足するようにしている。

レンズ要素と樹脂層との境界面の有効径内における参照曲率半径をＲｒｅｆ、光学系全体の焦点距離が最も短い状態において（実施例１、２では広角端のズーム位置、実施例３は複合型光学素子Ｇａ）軸上ＦＮｏ光線（軸上Ｆナンバー光線）を決定する開口絞りＳＰから境界面までの光軸上の距離をＬ、レンズ要素を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄｇ、アッベ数をνｄｇ、樹脂層を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄｊ、アッベ数をνｄ、樹脂層を構成する材料の部分分散比をθｇＦ、θｇｄ、樹脂層を構成する材料は、０℃〜４０℃の範囲内において、ｄ線に対する屈折率の温度に対する変化率の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜、レンズ要素の屈折力をφｇ、樹脂層の屈折力をφｊとするとき、
−１．５＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．３・・・（１）
０．１＜ ｜ｎｄｇ−ｎｄｊ｜・・・（２ａ）
・・・（２）
５＜ ｜νｄｇ−νｄｊ｜・・・・・・・・（２ｂ）
−２．１００×１０^−３・νｄj＋０．６９３ ＜ θｇＦ・・・（３）
０．５５５ ＜ θｇＦ ＜０．９・・・・（４）
−２．４０７×１０^−３・νｄj＋１．４２０ ＜ θｇｄ・・・（５）
１．２５５ ＜ θｇｄ ＜１．６７ ・・・（６）
νｄｊ ＜ ６０ ・・・（７）
｜ｄｎ／ｄＴ｜ ＜ ２．５×１０^−４／℃ ・・・・（８）
−１．２＜φｊ／φｇ＜ ０ ・・・・（９）
なる条件のうち１以上を満足している。

尚、距離Ｌの符合は境界面が開口絞りより物体側にある場合は負、境界面が開口絞りより像側にある場合は正としている。

又、ここで用いる光学部材のアッベ数と部分分散比は次のとおりである。

今、フラウンフォーファー線のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、
ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれＮ_ｇ、Ｎ_Ｆ、Ｎ_ｄ、Ｎ_ｃとするとき、アッベ数νｄ、部分分散比θｇｄ、θｇＦの定義は一般に用いられるものと同じであり、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
θｇｄ＝（Ｎ_ｇ−Ｎ_ｄ）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
θｇＦ＝（Ｎ_ｇ−Ｎ_Ｆ）／（Ｎ_Ｆ−Ｎ_Ｃ）
である。

条件式（１）は、レンズ要素と樹脂層との境界面の非球面形状の参照曲率半径に関する条件式である。条件式（１）は、非球面形状を主に軸外主光線の屈折によって生じる軸外収差の発生を抑えるために、開口絞りＳＰと光軸が交差する点を中心とする同心円に近い形状とするためのものである。

条件式（１）の下限値を超えると、境界面における非球面形状が、開口絞りＳＰと光軸が交差する点を中心とする同心円に対して曲率半径が大きくなりすぎるために、歪曲収差が補正不足となる。

また、条件式（１）の上限値を超えると、反対に開口絞りＳＰと光軸が交差する点を中心とする同心円に対して曲率半径が小さくなりすぎるために、像面彎曲補正が困難となる。

更に好ましくは、条件式（１）の数値範囲を次の如くするのが良い。
−１．２＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．５ ・・・（１ａ）
条件式（２）は、境界面に施した非球面形状に十分なる収差補正効果を発揮させる為の条件式である。

条件式（２ａ）及び（２ｂ）のいずれか一方、若しくは両方を満足する事で、条件式（１）と合わせて良好なる光学性能を得る事が出来る。

条件式（２ａ）は、レンズ要素と樹脂層のｄ線の屈折率の差に関する条件式である。条件式（２ａ）の下限値を超えると、境界面において十分な屈折率差が得られないために非球面を用いても、諸収差を良好に補正することが難しくなる。

更に好ましくは、条件式（２ａ）の数値範囲を次の如くするのが良い。

０．１３＜ ｜ｎｄｇ−ｎｄｊ｜ ・・・（２ａａ）
次に、条件式（２ｂ）は、レンズ要素と樹脂層のｄ線に対するアッベ数の差に関する条件式である。条件式（２ｂ）の下限値を超えると、境界面において十分なアッベ数差が得られないために、非球面を用いても諸収差を良好に補正することが難しくなる。

更に好ましくは、条件式（２ｂ）の数値範囲を次の如くするのが良い。

１０＜ ｜νｄｇ−νｄｊ｜ ・・・（２ｂｂ）
各実施例の光学系は、部分分散比の大きい（高い）樹脂層に屈折作用を持たせている。

すなわち、パワーを有する屈折光学素子（光学部材）を、部分分散比が大きい樹脂で形成している。

各実施例の光学系中に用いられる複合型光学素子は、光入射側と光射出側が共に屈折面であり、このうち少なくとも一方の屈折面はパワー（屈折力）を持つ。そして、アッベ数をνｄj、部分分散比をθｇＦとするとき、条件式（３），（４）を満足する材料で構成される樹脂層を有している。

条件式（３），（４）を満足する樹脂層を光学系中に屈折光学素子として用いることによって、ｇ線〜Ｃ線の広い波長帯域にわたって色収差を良好に補正している。

なお、条件式（３）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差の補正効果が期待できる。

−２．１００×１０^−３・νｄj＋０．６９３ ＜ θｇＦ ＜
−１．２３１×１０^−３・νｄj＋０．９００・・（３ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−２．１００×１０^−３・νｄj＋０．６９３ ＜ θｇＦ ＜
−１．３８９×１０^−３・νｄj＋０．８２３・・（３ｂ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−１．６８２×１０^−３・νｄj＋０．７００ ＜ θｇＦ ＜
−１．６８２×１０^−３・νｄj＋０．７５６・・（３ｃ）
条件式（４）の数値範囲は、条件式（３），（３ａ），（３ｂ）又は（３ｃ）を満足した上で、以下の範囲とすると更に良好な色収差補正効果が期待できる。

０．５５５ ＜ θｇＦ ＜ ０．８６・・・・・・・（４ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

０．５５５ ＜ θｇＦ ＜ ０．８０・・・・・・・（４ｂ）
又、樹脂は、条件式（５），（６）をも満足することが好ましい。

条件式（５），（６）を満足することによって、ｇ線とｄ線間の色収差補正を行うことが容易になる。これにより、ｇ線〜Ｃ線の波長帯域でより緻密な色収差補正が容易となる。

条件式（５）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。

−２．４０７×１０^−３・νｄj＋１．４２０ ＜ θｇｄ ＜
−１．１５２×１０^−３・νｄj＋１．６５１・・・（５ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−２．４０７×１０^−３・νｄj＋１．４２０ ＜ θｇｄ ＜
−１．８６５×１０^−３・νｄj＋１．５７２・・・（５ｂ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

−２．０７６×１０^−３・νｄj＋１．４２６ ＜ θｇｄ ＜
−２．０７６×１０^−３・νｄj＋１．５１２・・・（５ｃ）
条件式（６）の数値範囲は、条件式（５），（５ａ），（５ｂ）又は（５ｃ）を満足した上で、以下の範囲とすると更に良好な色収差補正効果が期待できる。

１．２５５ ＜ θｇｄ ＜ １．６１・・・・・・（６ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

１．２５５ ＜ θｇｄ ＜ １．５４・・・・・・（６ｂ）
一方、色収差補正の観点から、条件式（７）を満足する固体材料とすることが好ましい。

条件式（７）の数値範囲は、以下の範囲とすることで更に良好な色収差補正効果が期待できる。

νｄｊ ＜ ４５・・・・・・・・・・・（７ａ）
更に望ましくは、以下に示す範囲とするのが良い。

νｄｊ ＜ ３０・・・・・・・・・・・（７ｂ）
また、樹脂としては、０℃〜４０℃におけるｄ線の屈折率の温度変化の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜とするとき、条件式（８）を満足することが好ましい。

ここで条件式（８）の範囲をはずれると、０℃〜４０℃の温度範囲で良好な光学性能を維持することが困難になる。

条件式（９）は、複合型光学素子Ｇａを構成するレンズ要素と樹脂層の屈折力比を規定するものである。

条件式（９）の下限値を超えると、樹脂層の屈折力が強くなりすぎる為に、結果的に樹脂の厚みを厚くしなければならず、樹脂成形が困難となる。

また、条件式（９）の上限値を超えると、樹脂層での収差補正効果が低下するので好ましくない。

更に好ましくは、条件式（９）の数値範囲を次の如くするのが良い。
−１．０＜φj／φg＜ −０．１ ・・・（９ａ）
尚、条件式（３），（４）を満足する樹脂の具体例としては樹脂がある。様々な樹脂の中でも特にＵＶ硬化樹脂（Ｎｄ＝１．６３５，νｄ＝２２．７，θｇＦ＝０．６９）やＮ−ポリビニルカルバゾール（Ｎｄ＝１．６９６，νｄ＝１７．７，θｇＦ＝０．６９）は条件式（３），（４）を満足する光学材料である。

尚、条件式（３），（４）を満足する樹脂であれば、これらに限定するものではない。

また、一般の硝材とは異なる特性を持つ光学材料として、下記の無機酸化物ナノ微粒子を合成樹脂中に分散させた混合体がある。すなわち、ＴｉＯ_２（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８），Ｎｂ_２Ｏ_５（Ｎｄ＝２．３６７，νｄ＝１４．０），ＩＴＯ（Ｎｄ＝１．８５８１，νｄ＝５．５３），Ｃｒ_２Ｏ_３（Ｎｄ＝２．２１７８，νｄ＝１３．４），ＢａＴｉＯ_３（Ｎｄ＝２．４３６２，νｄ＝１１．３）等がある。

これらの無機酸化物の中では、ＴｉＯ_２（Ｎｄ＝２．３０４，νｄ＝１３．８，θｇＦ＝０．８７）微粒子を合成樹脂中に適切なる体積比で分散させた場合、上記条件式（３），（４）を満足する光学材料が得られる。

ＴｉＯ_２は様々な用途で使われる材料であり、光学分野では反射防止膜などの光学薄膜を構成する蒸着用材料として用いられている。他にも光触媒、白色顔料などとして、またＴｉＯ_２微粒子は化粧品材料として用いられている。

各実施例において樹脂に分散させるＴｉＯ_２微粒子の平均径は、散乱などの影響を考えると２ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、凝集を抑えるために分散剤などを添加しても良い。

ＴｉＯ_２を分散させる媒体材料としては、ポリマーが良く、成形型等を用いて光重合成形または熱重合成形することにより高い量産性を得ることができる。

また、ポリマーの光学定数の特性としても、部分分散比が比較的大きいポリマー、あるいはアッベ数が比較的小さいポリマーか、両者を満たすポリマーが良い。

例えばＮ−ポリビニルカルバゾール、スチレン、ポリメタクリル酸メチル（アクリル）などが適用できる。

後述する実施例ではＴｉＯ_２微粒子を分散させるホストポリマーとしてＵＶ硬化樹脂、Ｎ−ポリビニルカルバゾールを用いている。しかし、これに限定するものではない。

ナノ微粒子を分散させた混合体の分散特性Ｎ（λ）は、良く知られたＤｒｕｄｅの式から導きだされた次式によって簡単に計算することができる。即ち、波長λにおける屈折率Ｎ（λ）は、
Ｎ（λ）＝［１＋Ｖ｛Ｎ_ＴｉＯ ^２（λ）−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎ_Ｐ ^２（λ）−１｝］^１／２
である。

ここで、λは任意の波長、Ｎ_ＴｉＯはＴｉＯ_２の屈折率、Ｎ_Ｐはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対するＴｉＯ_２微粒子の総体積の分率である。

各実施例では、条件式（３），（４）を満足する材料より成る樹脂層を光学要素の屈折力のある層（面）に適用している。

そして、光学要素と樹脂層との境界面を非球面形状とし、色の球面収差などの色収差フレアを良好に補正している。

また、この樹脂と空気などの雰囲気とで境界面を形成したり、比較的屈折率の低い光学材料とで境界面を形成したりすれば、境界面の僅かな曲率変化で色収差を比較的大きく変化させることができるため好ましい。

尚、各実施例にて用いている光学材料（ＵＶ硬化樹脂１、ＴｉＯ_２微粒子分散材料、Ｎ−ポリビニルカルバゾール）の光学定数値を表２に、ＴｉＯ_２微粒子分散材料を構成するＵＶ硬化樹脂２とＴｉＯ_２の単独の光学定数値を表３に示す。

以下、実施例１〜３の数値実施例１〜３の具体的な数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側から数えた順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の軸上間隔、ｎｉ，νｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。

また、最も像側の２つの面はフィルターやフェースプレート等の光学ブロックである。

ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

また、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ｂ、Ｃを各次数の非球面係数とするとき、

で表す。なお、各非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０^±ＸＸ」を意味している。

又、前述の各条件式と各実施例との関係を表１に示す。

数値実施例１はズーム比２．８倍、開口比３．３〜５．０程度のズームレンズである。

数値実施例１においては、第１レンズ群Ｌ１に複合型光学素子を用い、樹脂としてはＵＶ硬化樹脂１を使用している。

数値実施例２はズーム比２．８倍、開口比２．９〜４．６程度のズームレンズである。

数値実施例２においては、第１レンズ群Ｌ１に複合型光学素子を用い、樹脂としてはＮ−ポリビニルカルバゾールを使用している。

数値実施例３は開口比４．０程度の撮影レンズである。

数値実施例３においては、複合型光学素子のみにて光学系を構成し、樹脂としてはＴｉｏ_２３％−ＵＶ効果樹脂２を使用している。

数値実施例1
f=6.591〜18.651 Fno=3.26〜5.04 2ω=56.6°〜21.6°
R 1 = -8.116 D 1 = 0.70 N 1 = 1.48749 νd1 = 70.2
R 2 = 10.415 D 2 = 0.30 N 2 = 1.63555 νd2 = 22.7
R 3 = 17.645 D 3 = 可変
R 4 = 絞り D 4 = -0.40
R 5 = 4.038 D 5 = 1.80 N 3 = 1.80100 νd3 = 35.0
R 6 = -20.533 D 6 = 0.20
R 7 = 42.450 D 7 = 0.50 N 4 = 1.92286 νd4 = 18.9
R 8 = 4.349 D 8 = 可変
R 9 = 70.951 D 9 = 1.30 N 5 = 1.77250 νd5 = 49.6
R10 = -15.868 D10 = 可変
R11 = ∞ D14 = 1.30 N 6= 1.51633 νd6 = 64.1
R12 = ∞

非球面係数
R1 k=-2.45470e+00 B=2.40366e-04 C=-2.00042e-07
R2 k=2.04972e+00 B=-8.55954e-05 C=1.27083e-05
R3 k=1.03182e+01 B=1.37505e-04 C=6.12849e-06
R5 k=-2.88269e+00 B=5.09961e-03 C=-1.22449e-04
R8 k=-3.11010e+00 B=8.60077e-03 C=2.82336e-04
R9 k=0.00000e+00 B=2.78356e-04 C=-1.41086e-06

数値実施例2
f=6.590〜18.640 Fno=2.94〜4.61 2ω=56.6°〜21.6°
R 1 = -9.362 D 1 = 0.60 N 1 = 1.48749 vd 1 = 70.2
R 2 = 13.690 D 2 = 0.35 N 2 = 1.69591 vd 2 = 17.7
R 3 = 20.719 D 3 = 可変
R 4 = 絞り D 4 = 0.15
R 5 = 5.061 D 5 = 2.50 N 3 = 1.76200 vd 3 = 40.1
R 6 = -2.375 D 6 = 0.50 N 4 = 1.69895 vd 4 = 30.1
R 7 = 7.763 D 7 = 可変
R 8 = 10.445 D 8 = 1.40 N 5 = 1.77250 vd 5 = 49.6
R 9 = 16.994 D 9 = 可変
R10 = ∞ D10 = 1.00 N 6 = 1.51633 vd 6 = 64.1
R11 = ∞

非球面係数
R1 k=3.89310e-01 B=4.37755e-04 C=1.92683e-06 D=6.33555e-09
R2 k=-3.79455e+00 B=3.26079e-04 C=-1.97275e-06
R3 k=-2.67610e-01 B=1.64690e-04 C=4.35733e-06
R5 k=1.80938e-02 B=1.20823e-05 C=2.40546e-05
R6 k=-2.46679e+00 B=-3.36766e-03 C=3.18762e-04
R7 k=1.69997e+00 B=1.40072e-03 C=2.56727e-04
R8 k=0.00000e+00 B=8.51454e-05 C=3.35662e-07

数値実施例3
f=5.860 Fno=4.00 2w=62.4°
R 1 = 絞り D 1 = 0.50
R 2 = 12.033 D 2 = 2.00 N 1 = 1.80400 vd 1 = 46.6
R 3 = -1.076 D 3 = 0.30 N 2 = 1.55324 vd 2 = 39.8
R 4 = 4.304 D 4 = 1.00
R 5 = ∞ D 5 = 1.30 N 3 = 1.51633 vd 3 = 64.1
R 6 = ∞

非球面係数
R2 k=-3.65363e+02 B=3.74430e-03 C=-1.96470e-02
R3 k=-4.45291e-01 B=2.95874e-02 C=5.22699e-03
R4 k=1.05082e+00 B=-2.82523e-03 C=6.24570e-04

次に本発明の光学系を撮影光学系として用いたデジタルカメラ（撮像装置）の実施例を図１１を用いて説明する。

図１１において、２０はデジタルカメラ本体である。２１は本発明の光学系によって構成された撮影光学系、２２は撮影光学系２１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２が受光した被写体像に対応する情報を記録するメモリ、２４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察する為のファインダーである。

上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子２２上に形成された被写体像が表示される。

このように本発明の光学系をデジタルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置を実現している。

尚、本実施例の光学系にて、歪曲収差が多いときは、例えば公知の電気的収差補正方法によって、歪曲収差を補正しても良い。

以上の様に各要素を設定する事により、特に、固体撮像素子を用いた撮影系に好適な、色収差を始めとする諸収差を良好に補正することができ、かつ製造が容易で、耐環境性に優れた複合型光学素子を用いた光学系が達成出来る。

本発明の実施例１のレンズ断面図 本発明の実施例１の広角端における収差図 本発明の実施例１の中間のズーム位置における収差図 本発明の実施例１の望遠端における収差図 本発明の実施例２のレンズ断面図 本発明の実施例２の広角端における収差図 本発明の実施例２の中間のズーム位置における収差図 本発明の実施例２の望遠端における収差図 本発明の実施例３のレンズ断面図 本発明の実施例３の収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

符号の説明

Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
Ｇａ 複合型光学素子
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｓ サジタル像面
Ｍ メリディオナル像面

Claims (10)

1. レンズ要素と、該レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、該レンズ要素の面上に形成される樹脂層とを含む複合型光学素子を有する光学系において、該レンズ要素と該樹脂層との境界面は非球面形状であり、該境界面の有効径における参照曲率半径をＲｒｅｆ、該光学系全体の焦点距離が最も短い状態において、軸上Ｆナンバー光線を決定する絞りから該境界面までの光軸上の距離をＬ、該レンズ要素を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄg、該樹脂層を構成する材料のｄ線に対する屈折率をｎｄｊとするとき、
   −１．５＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．３
   ０．１＜ ｜ｎｄｇ−ｎｄｊ｜
   なる条件を満足することを特徴とする光学系。
2. レンズ要素と、該レンズ要素の光学特性とは異なる光学特性を有し、該レンズ要素の面上に形成される樹脂層とを含む複合型光学素子を有する光学系において、該レンズ要素と該樹脂層との境界面は非球面形状であり、該境界面の有効径における参照曲率半径をＲｒｅｆ、該光学系全体の焦点距離が最も短い状態において、軸上Ｆナンバー光線を決定する絞りから該境界面までの光軸上の距離をＬ、該レンズ要素を構成する材料のアッベ数をνｄｇ、該樹脂層を構成する材料のアッベ数をνｄｊとするとき、
   −１．５＜Ｒｒｅｆ／Ｌ＜−０．３
   ５＜ ｜νｄｇ−νｄｊ｜
   なる条件を満足することを特徴とする光学系。
3. 前記樹脂層を構成する材料の部分分散比をθｇＦとするとき、
   −２．１００×１０^−３・νdj＋０．６９３ ＜ θｇＦ
   ０．５５５ ＜ θｇＦ ＜０．９
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２の光学系。
4. 前記樹脂層を構成する材料の部分分散比をθｇｄとするとき、
   −２．４０７×１０^−３・νdj＋１．４２０ ＜ θｇｄ
   １．２５５ ＜ θｇｄ ＜１．６７
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の光学系。
5. 前記樹脂層を構成する材料のｄ線に対するアッベ数νｄｊは、
   νｄｊ ＜ ６０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の光学系。
6. 前記樹脂層を構成する材料は、無機微粒子を透明媒体に分散させた混合体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項の光学系。
7. 前記樹脂層を構成する材料は、０℃〜４０℃の範囲内においてｄ線に対する屈折率の温度に対する変化率の絶対値を｜ｄｎ／ｄＴ｜とするとき、
   ｜ｄｎ／ｄＴ｜ ＜ ２．５×１０^−４／℃
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項の光学系。
8. 前記レンズ要素の屈折力をφｇ、前記樹脂層の屈折力をφｊとするとき、
   −１．２＜φｊ／φｇ＜ ０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の光学系。
9. 光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学系。
10. 請求項１から９のいずれか１項の光学系と、該光学系によって形成される像を受光する光電変換素子とを備えることを特徴とする撮像装置。