JP2010066680A - 光学素子及びそれを有する光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 塗工ムラが少なく、量産性に優れ、良好なる反射防止効果が容易に得られる光学素子及びそれを有する光学系を得ること。
【解決手段】 光入出射面のうち一方の面を光学面Ｒ１、他方の面を光学面Ｒ２とするとき、光学面Ｒ１に平均ピッチが可視域の波長以下の微細凹凸構造体が形成された光学素子であって、
該光学素子の光軸方向において、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正とし、最大外周のコバ面の端部のうち光学面Ｒ１側にある端部を基準部とするとき、
前記光学素子の重心の位置が前記基準部を含み光軸に垂直な面に対して負の方向にあること。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学素子及びそれを有する光学系に関し、例えば光学部材の表面（光入出射面）に反射防止機能を有する微細凹凸構造体を設け、反射防止を効果的に行った光学素子に関するものである。

従来、ガラス、プラスチックなどの透光性媒質を用いた光学素子においては、表面反射による光を減少させるために、光入出射面に反射防止膜を設けるなどの表面処理を施している。

例えば、可視光に対する反射防止膜として誘電体多層膜が知られている。誘電体多層膜は、透光性の基板表面に真空蒸着等によって金属酸化物等の薄膜を成膜することで形成される。

また、光学素子に形成される反射防止構造としては、平均ピッチが可視光の波長以下の微細凹凸構造体が知られている（特許文献１〜３）。
特開平９−２０２６４９号公報 特開２００５−１５７１１９号公報 特開２００６−１０８３１号公報

平均ピッチが可視光の波長以下の微細凹凸構造体をレンズ面に形成すると、比較的広い波長域で入射角度特性の良い反射防止効果が得られる。

特許文献１では、ゾル−ゲル法を利用して花弁状アルミナの微細凹凸構造体を形成している。そして、微細凹凸構造体をレンズ面に形成するために、ゾル液をレンズ上に塗工している。

一般的に、レンズ表面にゾル液を塗工する方法としては、ウエット法であるスピンコート法が用いられる。スピンコート法は、基材を回転させ、遠心力で塗工液を基材表面に塗布する方法であり、基材表面に均一に塗工液をコートすることができる。

ところで、レンズ（光学素子）は、切り出した材料の光学面を所望の曲面となるように加工・研磨したあと、光軸とレンズ外形の中心軸とが一致するように芯取りと外周部の面取りなどの加工を行い、作製される。

レンズの製造においては形状誤差や心取り誤差が存在するので、レンズ外形の中心軸と光軸とが完全に一致するようなレンズを製造することは非常に困難である。つまり、実際に製造されるレンズは重心の位置が偏心しており、その重心はレンズ外形の中心軸上には存在しないことが多い。

重心の位置がレンズ外形の中心軸から偏心したレンズに、スピンコートによる塗工を行う場合、設置したレンズに遠心力が働くため、設置安定性が悪いという課題が生じる。

特に、スピンコート時の回転速度を高速化するほど、設置安定性が悪化し、レンズ設置位置のずれによる塗工液の広がりムラや液はね、レンズ落下といった課題が生じてしまう。

本発明は、レンズ（光学素子）の重心位置が適切な位置になるようにレンズの外形を設定することにより、塗工ムラが少なく、量産性に優れ、良好なる反射防止効果が容易に得られる光学素子及びそれを有する光学系を提供することを目的とする。

本発明の光学素子は、光入出射面のうち一方の面を光学面Ｒ１、他方の面を光学面Ｒ２とするとき、光学面Ｒ１に平均ピッチが可視域の波長以下の微細凹凸構造体が形成された光学素子であって、
該光学素子の光軸方向において、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正とし、最大外周のコバ面の端部のうち光学面Ｒ１側にある端部を基準部とするとき、
前記光学素子の重心の位置が前記基準部を含み光軸に垂直な面に対して負の方向にあることを特徴としている。

本発明によれば、塗工ムラがなく量産性に優れた光学素子が得られる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の光学素子はレンズやプリズム、そしてフィルター等からなり、光入出射面のうち一方の面を光学面Ｒ１、他方の面を光学面Ｒ２とする。このとき、光学面Ｒ１に平均ピッチが可視域（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の波長以下の微細凹凸構造体が形成されている。

光学素子として、レンズのときは方向の符号として、光学素子の光軸方向において、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正とする。そして最大外周のコバ面の端部のうち光学面Ｒ１側にある端部を基準部とする。

このとき光学素子の重心（均衡を保つ位置）の位置が基準部を含み光軸に垂直な面に対して負の方向にある。

本実施例の微細凹凸構造体の凹凸部の凹凸形状としては、例えば円錐、多角柱、円柱、角柱等の多くの形状を含む。

微細凹凸構造体による反射防止は可視域又は可視域と赤外域も含む。

図１は本発明の光学素子の実施例１を示す概略断面図である。わかりやすくするため、可視域の波長以下のピッチの複数の凹凸部より成る微細凹凸構造体を拡大し、デフォルメして描いている。

図１において、１は光学素子である。光学素子１はメニスカスレンズ形状である透過基材１１の凹形状の光学面（レンズ面）Ｒ１上に微細凹凸構造体１２を有する。

Ｒ２は透過基板１１の凸形状の光学面（レンズ面）である。Ｇは透過基材１１（光学素子１）の重心である。Ｔは光学素子１の最大外周となるコバ面１ａの端のうちＲ１側にある端部（基準部）である。

透過基材１１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義する。このとき図１において重心Ｇはコバ端（基準部）Ｔを含み、光軸Ｌａに垂直な面Ｔａに対して負の方向にある。

重心Ｇは透過基板１１の外形状が回転対称形状のときは、回転軸上に定義される。透過基板１１の外形状が非回転対称形状のときは、均衡を保つ位置（剛体でつりあう点）となる。

図２は、図１に示した透過基材１１の光学面Ｒ１上に、ゾル液をスピンコート法により塗工する場合の治具設置状況の説明図である。

図２において、２３はスピンコート時に透過基板１１を設置する回転ステージである。また、Ｌは、スピンコート時の回転ステージ２３における回転軸である。透過基材１１は、スピンコート時には回転ステージ２３に、真空チャックにより保持される。そのとき、透過基材１１のコバ面１ａは、回転ステージ２３の周辺部と接している。

図３（ａ）は、透過基板１１の重心Ｇがコバ端Ｔを含む面Ｔａに対して負の方向にあるとき、透過基材１１が、回転軸Ｌで回転している状況下での力の関係の説明図である。図３（ａ）は、本発明の実施例１である透過基材１１の場合に相当している。

一方、図３（ｂ）は、透過部材１１の重心Ｇがコバ端Ｔを含む面Ｔａに対して正の方向にあるときの透過基材１１を、回転軸Ｌで回転している状況下での力の関係の説明図である。これは、本発明の実施例１と重心Ｇの位置が面Ｔａに対し、逆となった場合に相当している。

同図３（ａ）、（ｂ）において、Ｆは透過基材１１の重心Ｇにかかる遠心力を表す。遠心力Ｆは、重心Ｇとコバ端Ｔを結んだ直線方向の力Ｆ_ａと、この直線に垂直な方向の力Ｆ_ｂに分解される。力Ｆ_ａはコバ端Ｔが押し返す力Ｆ_Ｔと釣り合っている。図３（ａ）において、力Ｆ_ｂは、下向きにはたらくので、特に問題はない。

ところが、図３（ｂ）において、力Ｆ_ｂは、コバ端Ｔを始点とした回転方向であり、回転ステージ２３から飛び出す方向にはたらく。

このため、図３（ｂ）の状況下では、回転の安定性が悪く、透過基材１１の設置位置ずれによる塗工液の広がりムラや液はね、最悪の場合は、回転ステージ２３からの落下が生じる場合がある。重心Ｇがコバ端Ｔより負の方向にあれば、回転が安定し、設置位置のずれによる塗工液の広がりムラや液はね、回転ステージ２３からの落下を防ぐことができる。

透過基材１１の重心Ｇの位置は、所望の光学性能を有する光学素子（レンズ）を設計した時点でおおよそ決まる。

しかし、コバ端Ｔの位置は、コバ面１ａの形状を変化させることにより、ある程度、所望の位置へ変更することができる。

一般的に、コバ形状は、鏡筒での保持方法、光学的な有効領域、ゴーストとフレアの対策、および軽量化により決定している。

本実施例において、スピンコート法により光学素子の塗工を行う場合には、重心Ｇがコバ端Ｔより負の方向に位置するようなコバ形状を考慮し、作製している。

透過基材１１は偏心しているが、偏心量が小さいと上記のような問題は生じず、また大きいと光学素子としての性能が劣化してくる。

よって、その度合いは、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点で光学面Ｒ１に接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点で光学面Ｒ２に接する面Ｒ２ａとがなす角θで表すと、
［数式１］ ０．１″＜θ＜５′
を満たすことが好ましい。

スピンコート時の回転速度が小さい場合、透過基材１１にかかる遠心力Ｆが小さくなるため、上記のような問題は生じない。また、塗工液の粘度は、大きすぎると、曲率の小さい光学素子（レンズ）において、均一な塗工は難しい。

さらに、スピンコート時の回転速度は、塗工液の粘度および、作製したい膜厚により決定される。

これらの事項を加味すると、微細凹凸構造体を形成した層を作製する時に使用する塗工液の粘度ｖ（ｍＰ・ｓ）は、
［数式２］ １≦ｖ≦１００
を満たすことが好ましく、
微細凹凸構造体で形成した層作製時のスピンコーター回転数Ｒ（ｒｐｍ）は、
［数式３］ １０００≦Ｒ≦１００００
を満たすことが好ましい。さらに
［数式４］ ２０００≦Ｒ≦７００００
を満たすことが好ましい。

本発明における微細凹凸構造体の構成は、特に限定されないが、たとえば、アルミニウム又は酸化アルミニウムを含有する材料により構成される。

本発明で使用される透過基材（レンズ）１１としては、例えば光学面Ｒ１の開角３０度以上のガラス製レンズがある。

本発明の透過部材（レンズ）１１としては、光学面Ｒ１が凹面でありその開角θは
３０°≦θ≦９０°
の範囲が良い。 鋭意検討の結果、この範囲内では、重心が低くなり、良好な塗工性が得られることがわかっている。

また、透過部材１１はメニスカスレンズであることが更に好ましい。

本発明の光学素子は、可視域および赤外域の波長で使用する撮像装置用や観察用の光学系に適用できる。

この他、画像読取り用やレーザビームプリンター等の光学機器に用いる光学系にも適用できる。

以下、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明はかかる各実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［実施例１］
図４は本発明の実施例１の光学素子の要部概略図である。

実施例１の光学素子１はメニスカス形状である。凹形状の光学面（レンズ面）Ｒ１に微細凹凸構造体が形成されている。

図４は、光学素子１のレンズ断面図を示している。図４において、Ｇは光学素子１の重心である。Ｔは最大外周となるコバ面１ａの端のうち光学面Ｒ１側にある端（端部）（基準部）である。

実施例１による光学素子１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義し、便宜上、高さと呼ぶことにする。このとき、端部Ｔを基準部とし、この基準部Ｔを含み光軸Ｌａと垂直な面Ｔａの高さを０とする。

図４において、ｇは光学素子１の重心Ｇの高さを示す。さらに、ｈ１は最大外周となるコバ面１ａの幅、ｈ２は最大外周でないコバ面１ｂの幅である。

Ｄ１は光学面Ｒ１の有効径、Ｄ２は光学面Ｒ２の有効径であり、実施例１の光学素子１の最大外周である。Ｄ３は最大外周でないコバ面１ｂの径を示している。表１に、パラメータＧ、ｈ１、ｈ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、および、光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔ｋ、光学面Ｒ１の曲率半径ｒ１、光学面Ｒ２の曲率半径ｒ２を示す。このとき、全ての数の単位はｍｍである。

実施例１のメニスカス形状の光学素子（レンズ）は、表１より、重心Ｇの高さｇは−３．５（ｍｍ）＜０を満たす。

次に、実施例１のメニスカス形状の光学素子１を作製したところ、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点が光学面Ｒ１と接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点が光学面Ｒ２と接する面Ｒ２ａとがなす角θは、３０”であった。

実施例１の光学素子１の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体より成る薄膜を作製する。使用するＡｌ_２Ｏ_３ゾル溶液の粘度は、３．０（ｍＰ・ｓ）であった。

このゾル液をスピンコート法により、光学面Ｒ１に塗工した。スピンコーターの回転数は３０００（ｒｐｍ）とし、３０秒間回転させた。

スピンコート中に、光学素子１の位置ずれや光学素子１の落下などの不具合は生じなかった。形成した塗工膜を乾燥、４００度で１時間焼成、１００度の熱水に３０分間浸漬、１００度で１０分乾燥させて、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とした微細凹凸構造体より成る薄膜を作製した。

光学面Ｒ１上に得られた膜において、光軸Ｌａ中心１箇所と周辺部４箇所の計５箇所の反射率を測定したところ、いずれも波長５５０ｎｍで１％以下であり、高性能な反射防止構造（反射防止膜）が作製できた。

［実施例２］
図５は、本発明の実施例２の光学素子の要部断面図である。

実施例２の光学素子１は、実施例１の光学素子と同形状のメニスカス形状である。凸形状の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体が形成されている。

図５の光学素子１は設計段階でのレンズ断面図を示す。図５において、Ｇは光学素子１の重心である。Ｔは最大外周となるコバ面１ａの端のうち光学面Ｒ１側にある端部である。実施例２の光学素子１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義し、便宜上、高さと呼ぶことにする。

このとき、端部Ｔを基準部とし、この基準部Ｔを含み光軸Ｌａと垂直な面Ｔａの高さを０とする。

図５において、ｇは光学素子１の重心Ｇの高さを示す。さらに、ｈ１は最大外周となるコバ面１ａの幅、ｈ２は最大外周でないコバ面１ｂの幅である。Ｄ１は光学面Ｒ１の有効径であり、実施例２の光学素子１の最大外周である。Ｄ２は光学面Ｒ２の有効径である。Ｄ３は最大外周でないコバ面１ｂの径を示している。

表１に、パラメータＧ、ｈ１、ｈ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、および、光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔ｋ、光学面Ｒ１の曲率半径ｒ１、光学面Ｒ２の曲率半径ｒ２を示す。このとき、全ての数の単位はｍｍである。

実施例２のメニスカス形状の光学素子１（レンズ）は、表１より、重心Ｇの高さｇは−０．５（ｍｍ）＜０を満たす。

次に、実施例２のメニスカス形状の光学素子１（レンズ）を作製したところ、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点が光学面Ｒ１と接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点が光学面Ｒ２と接する面Ｒ２ａとがなす角θは、３０”であった。

実施例２の光学素子１の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体より成る薄膜を作製する。使用するＡｌ_２Ｏ_３ゾル溶液の粘度は、７．０（ｍｐ・Ｓ）であった。このゾル液をスピンコート法により、光学面Ｒ１に塗工した。スピンコーターの回転数は４０００（ｒｐｍ）とし、２０秒間回転させた。スピンコート中に、光学素子１の位置ずれや光学素子１の落下などの不具合は生じなかった。形成した塗工膜を乾燥、４００度で１時間焼成、１００度の熱水に３０分間浸漬、１００度で１０分乾燥させて、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とした微細凹凸構造体より成る薄膜を作製した。

光学面Ｒ１上に得られた膜において、光軸Ｌａ中心１箇所と周辺部４箇所の計５箇所の反射率を測定したところ、いずれも波長５５０ｎｍで１％以下であり、高性能な反射防止構造が作製できた。

［実施例３］
図６は本発明の実施例３の光学素子の要部断面図である。

実施例３の光学素子１は、メニスカス形状である。凹形状の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体が形成されている。

図６の光学素子１は、設計段階でのレンズ断面図を示す。図６において、Ｇは光学素子１の重心である。

Ｔは最大外周となるコバ面１ａの端のうち光学面Ｒ１側にある端部である。実施例３の光学素子１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義し、便宜上、高さと呼ぶことにする。

このとき、コバ端Ｔを基準部とし、この基準部Ｔを含み、光軸Ｌａと垂直な面Ｔａの高さを０とする。

図６において、ｇは光学素子１の重心Ｇの高さを示す。さらに、ｈ１は最大外周となるコバ面１ａの幅、ｈ３はコバ端Ｔからレンズ最上面までの距離である。Ｄ１は光学面Ｒ１の有効径である。Ｄ２は光学面Ｒ２の有効径であり、実施例３の光学素子１の最大外周である。Ｄ３はレンズ最上面の最大外周を示している。

表１に、パラメータＧ、ｈ１、ｈ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、および、光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔ｋ、光学面Ｒ１の曲率半径ｒ１、光学面Ｒ２の曲率半径ｒ２を示す。このとき、全ての数の単位はｍｍである。

実施例３のメニスカス形状の光学素子（レンズ）１は、表１より、重心Ｇの高さｇは−２．０（ｍｍ）＜０を満たす。

次に、実施例３のメニスカス形状の光学素子１を作製したところ、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点が光学面Ｒ１と接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点が光学面Ｒ２と接する面Ｒ２ａとがなす角θは、３５”であった。

実施例３の光学素子１の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体より成る薄膜を作製する。使用するＡｌ_２Ｏ_３ゾル溶液の粘度は、２．０（ｍｐ・Ｓ）であった。このゾル液をスピンコート法により、光学面Ｒ１に塗工した。スピンコーターの回転数は６０００（ｒｐｍ）とし、６０秒間回転させた。スピンコート中に、光学素子１の位置ずれや光学素子１の落下などの不具合は生じなかった。

形成した塗工膜を乾燥、４００度で１時間焼成、１００度の熱水に３０分間浸漬、１００度で１０分乾燥させて、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とした微細凹凸構造体より成る薄膜を作製した。

光学面Ｒ１上に得られた膜において、光軸Ｌａ中心１箇所と周辺部４箇所の計５箇所の反射率を測定したところ、いずれも波長５５０ｎｍで１％以下であり、高性能な反射防止構造が作製できた。

［実施例４］
図７は、本発明の実施例４の光学素子の要部断面図である。

実施例４の光学素子はメニスカス形状である。凹形状の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体が形成されている。

図７の光学素子１は、設計段階でのレンズ断面図を示す。図７において、Ｇは光学素子１の重心である。Ｔは最大外周となるコバ面１ａの端のうち光学面Ｒ１側にある端部である。

実施例４の光学素子１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義し、便宜上、高さと呼ぶことにする。

このとき、コバ端Ｔを基準部とし、この基準部Ｔを含み光軸Ｌａと垂直な面Ｔａの高さを０とする。

図７において、ｇは光学素子１の重心Ｇの高さを示す。さらに、ｈ１は最大外周となるコバ面１ａの幅である。Ｄ１は光学面Ｒ１の有効径である。Ｄ２は光学面Ｒ２の有効径であり、実施例４の光学素子１の最大外周である。

表１に、パラメータＧ、ｈ１、Ｄ１、Ｄ２、および、光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔ｋ、光学面Ｒ１の曲率半径ｒ１、光学面Ｒ２の曲率半径ｒ２を示す。このとき、全ての数の単位はｍｍである。

実施例４のメニスカス形状の光学素子（レンズ）１は、表１より、重心Ｇの高さｇは−３．６（ｍｍ）＜０を満たす。

次に、実施例４のメニスカス形状の光学素子１を作製したところ、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点が光学面Ｒ１と接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点が光学面Ｒ２と接する面Ｒ２ａとがなす角θは、２５”であった。

実施例１の光学素子１の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体より成る薄膜を作製する。使用するＡＬ_２Ｏ_３ゾル溶液の粘度は、３．０（ｍｐ・Ｓ）であった。このゾル液をスピンコート法により、光学面Ｒ１に塗工した。スピンコーターの回転数は３０００（ｒｐｍ）とし、３０秒間回転させた。スピンコート中に、光学素子１の位置ずれや光学素子１の落下などの不具合は生じなかった。

形成した塗工膜を乾燥、４００度で１時間焼成、１００度の熱水に３０分間浸漬、１００度で１０分乾燥させて、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とした微細凹凸構造体より成る薄膜を作製した。

光学面Ｒ１上に得られた膜において、光軸Ｌａ中心１箇所と周辺部４箇所の計５箇所の反射率を測定したところ、いずれも波長５５０ｎｍで１％以下であり、高性能な反射防止構造が作製できた。

［実施例５］
図８は、本発明の光学素子を撮像光学系に用いた実施例５の要部概略図である。図８はカメラなどの撮像装置での要部断面図を示している。

同図８において、８０１、８０２、および８０３は、光学素子（レンズ）を鏡筒に組み込む際の抑え治具である。また、８１１〜８２３は微細凹凸構造体より成る薄膜が付与された光学面である。実施例５において、微細凹凸構造体より成る薄膜を光学面上に作製する工程には、ゾル液のスピンコートによる塗工を含んでいる。実施例５の撮像光学系の使用波長領域は、可視域および赤外域である。

図８において、微細凹凸構造体より成る薄膜を付与した光学面Ｒ１を有する光学素子（レンズ）は、重心Ｇの位置が、本発明の条件を満たしている。光学素子の最大外周となるコバ面の端のうち、光学面Ｒ１側にある端Ｔよりも、光学面Ｒ１側に存在しないようなコバ形状である。

本実施例の光学素子は、観察系、投射系、画像読取系、放送用の撮像系等の光学機器にも同様に適用できる。
［比較例１］
図９は本発明の光学素子に対する比較例１の光学素子の要部断面図である。比較例１の光学素子は、図６の本発明の実施例３の光学素子に相当している。

比較例１の光学素子は、メニスカス形状である。凹形状の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体が形成されている。

図９の光学素子は、設計段階でのレンズ断面図を示す。図９において、Ｇは光学素子１の重心である。Ｔは最大外周となるコバ面１ａの端のうち光学面Ｒ１側にある端部である。比較例１の光学素子１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義し、便宜上、高さと呼ぶことにする。

このとき、端Ｔを基準部とし、この基準部Ｔを含み光軸Ｌａと垂直な面Ｔａの高さを０とする。

図９において、ｇは光学素子１の重心Ｇの高さを示す。さらに、ｈ１は最大外周となるコバ面１ａの幅である。ｈ３はコバ端Ｔを基準にしたときのレンズ最上面の高さである。Ｄ１は光学面Ｒ１の有効径である。Ｄ２は光学面Ｒ２の有効径であり、比較例１の光学素子１の最大外周である。Ｄ３はレンズ最上面の最大外周を示している。

表１に、パラメータＧ、ｈ１、ｈ３、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、および、光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔ｋ、光学面Ｒ１の曲率半径ｒ１、光学面Ｒ２の曲率半径ｒ２を示す。このとき、全ての数の単位はｍｍである。

表１より、比較例１の光学素子１は、実施例３と同等の光学的性質をもつが、コバ形状が異なっている。比較例１は、光学素子１の重量をなるべく小さくするため、光学素子１の有効範囲の限界まで外周部を面取りした形状である。

比較例１のメニスカス形状は、表１より、重心Ｇの高さｇは＋２．２（ｍｍ）＞０である。

次に、比較例１のメニスカス形状の光学素子１を作製したところ、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点が光学面Ｒ１と接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点が光学面Ｒ２と接する面Ｒ２ａとがなす角θは、２５”であった。

比較例１の光学素子１の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体より成る薄膜を作製する。使用するＡＬ_２Ｏ_３ゾル溶液の粘度は、２．０（ｍｐ・Ｓ）であった。このゾル液をスピンコート法により、光学面Ｒ１に塗工した。スピンコーターの回転数は６０００（ｒｐｍ）とし、６０秒間回転させた。スピンコート中の光学素子１の位置安定性は非常に悪かった。

形成した塗工膜を乾燥、４００度で１時間焼成、１００度の熱水に３０分間浸漬、１００度で１０分乾燥させて、ＡＬ_２Ｏ_３を主成分とした微細凹凸構造体より成る薄膜を作製した。

光学面Ｒ１上に得られた膜を目視で確認したところ、形成膜にムラが存在していた。

［比較例２］
図１０は本発明の光学素子に対する比較例２の光学素子の要部断面図である。

比較例２の光学素子１は、実施例４の光学素子１と同形状のメニスカス形状である。凸形状の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体が形成されている。

図１０の光学素子１は、設計段階でのレンズ断面図を示す。図１０において、Ｇは光学素子１の重心である。Ｔは最大外周となるコバ面１ａの端のうち光学面Ｒ１側にある端である。比較例２の光学素子１の光軸Ｌａ方向のうち、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正と定義し、便宜上、高さと呼ぶことにする。

このとき、端Ｔを基準部とし、この基準部Ｔを含み光軸Ｌａと垂直な面Ｔａの高さを０とする。

図１０において、ｇは光学素子１の重心Ｇの高さを示す。さらに、ｈ１は最大外周となるコバ面１ａの幅である。Ｄ１は光学面Ｒ１の有効径であり、比較例２の光学素子１の最大外周である。Ｄ２は光学面Ｒ２の有効径を示している。

表１に、パラメータＧ、ｈ１、Ｄ１、Ｄ２、および、光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔ｋ、光学面Ｒ１の曲率半径ｒ１、光学面Ｒ２の曲率半径ｒ２を示す。このとき、全ての数の単位はｍｍである。

比較例２のメニスカス形状の光学素子１は、表１より、重心Ｇの高さｇは＋１．０（ｍｍ）＞０である。

次に、比較例２のメニスカス形状の光学素子１を作製したところ、光軸Ｌａと光学面Ｒ１との交点が光学面Ｒ１と接する面Ｒ１ａと、光軸Ｌａと光学面Ｒ２との交点が光学面Ｒ２と接する面Ｒ２ａとがなす角θは、２０”であった。

比較例２の光学素子１の光学面Ｒ１に微細凹凸構造体より成る薄膜を作製する。使用するＡＬ_２Ｏ_３ゾル溶液の粘度は、２．０（ｍｐ・Ｓ）であった。このゾル液をスピンコート法により、光学面Ｒ１に塗工した。スピンコーターの回転数は５０００（ｒｐｍ）とし、４０秒間回転させた。スピンコート中の光学素子１の位置安定性は非常に悪かった。形成した塗工膜を乾燥、４００度で１時間焼成、１００度の熱水に３０分間浸漬、１００度で１０分乾燥させて、ＡＬ_２Ｏ_３を主成分とした微細凹凸構造体より成る薄膜を作製した。

光学面Ｒ１上に得られた膜を目視で確認したところ、形成膜にムラが存在していた。

本発明の光学素子の一実施例を示す概略断面図 本発明の光学素子の実施例１である透過基材にゾル液を塗工する場合の治具設置状況 （ａ）重心Ｇがコバ端Ｔを含む面に対して負の方向にある透過基材が、回転軸Ｌで回転している状況下での力の関係、（ｂ）重心Ｇがコバ端Ｔを含む面に対して正の方向にある透過基材が、回転軸Ｌで回転している状況下での力の関係 実施例１の光学素子の断面図 実施例２の光学素子の断面図 実施例３の光学素子の断面図 実施例４の光学素子の断面図 実施例５の撮像光学系の構成図 比較例１の光学素子の断面図 比較例２の光学素子の断面図

符号の説明

１１ 透過基材
１２ 微小凹凸形状を有する構造体
２３ 回転ステージ
Ｒ１ 塗工面
Ｒ２ 光学面
Ｇ 重心
Ｔ 最大外周となるコバ面の端のうち光学面Ｒ１側にある端
Ｌ 回転軸
Ｇ 重心の高さ
ｈ１ 最大外周となるコバ面の幅
ｈ２ 最大外周でないコバ面の幅
ｈ３ Ｔからレンズ最上面までの距離
Ｄ１ 光学面Ｒ１の有効径
Ｄ２ 光学面Ｒ２の有効径
Ｄ３ 最大外周でないコバ面の径
ｋ 光学面Ｒ１と光学面Ｒ２の間隔
Ｒ１ 光学面Ｒ１の曲率半径
Ｒ２ 光学面Ｒ２の曲率半径
８０１〜８０３ レンズを鏡筒に組み込む際の抑え治具
８１１〜８２３ 微細凹凸形状を形成した薄膜を付与した面

Claims (10)

1. 光入出射面のうち一方の面を光学面Ｒ１、他方の面を光学面Ｒ２とするとき、光学面Ｒ１に平均ピッチが可視域の波長以下の微細凹凸構造体が形成された光学素子であって、
   該光学素子の光軸方向において、光学面Ｒ２から光学面Ｒ１に向かう方向を正とし、最大外周のコバ面の端部のうち光学面Ｒ１側にある端部を基準部とするとき、
   前記光学素子の重心の位置が前記基準部を含み光軸に垂直な面に対して負の方向にあることを特徴とする光学素子。
2. 前記光学素子の光軸と光学面Ｒ１との交点で光学面Ｒ１に接する面と、
   前記光学素子の光軸と光学面Ｒ２との交点で光学面Ｒ２に接する面とがなす角をθとするとき、
   ０．１″＜θ＜５′
   を満たすことを特徴とする請求項１の光学素子。
3. 前記微細凹凸構造体は、アルミニウム又は酸化アルミニウムを含有することを特徴とする請求項１又は２の光学素子。
4. 前記光学素子は、開角が３０度以上であることを特徴とする請求項１、２又は３の光学素子。
5. 前記微細凹凸構造体はスピンコート法により作製されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の光学素子。
6. 前記微細凹凸構造体は、塗工液の粘度をｖ（ｍＰ・ｓ）とするとき、
   １≦ｖ≦１００
   を満たす塗工液を用いて作製されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項の光学素子。
7. 前記微細凹凸構造体はスピンコーター回転数をＲ（ｒｐｍ）としたとき、
   １０００≦Ｒ≦１００００
   を満たすスピンコート法により作製されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の光学素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項の光学素子を有することを特徴とする光学系。
9. 前記光学系は、撮像光学系であることを特徴とする請求項８の光学系。
10. 請求項８の光学系を有することを特徴とする光学装置。