JP2011102906A - 光学素子及びそれを有する光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐環境性、特に高温高湿下での光学素子の性能変化を低減することができ、優れた光学特性と色収差の補正効果を持つ光学素子及びそれを有する光学系を得ること。
【解決手段】 ３つ以上の光学要素Ｌ１，Ｌ２，ＮＬ１が接合され一体化された光学素子１１において、３つ以上の光学要素のうち、２つの光学面を他の光学要素と接している光学要素のうちの一つは有機複合物層より成り、光学素子の光軸１を含む断面内において、光学素子を構成する光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径をφｓ、最大径φｓにおける有機複合物層の光軸に沿った長さをＴｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（ｍｍ）、有機複合物層の材料の吸水伸びをＤＬｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（％）とするとき、Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）＜０．１９（ｍｍ）なる条件を満たすこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は３つ以上の光学要素が接合された光学素子及び該光学素子を含む光学系に関し、銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、望遠鏡、双眼鏡、プロジェクター、デジタル複写機等の光学機器に用いられる光学系に好適なものである。

近年、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられる光学系（撮像光学系）には、撮像装置の小型化及び高機能化にともない、全系が小型で高い光学性能を有することが求められている。

一般にデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられる光学系では、レンズ全長を短縮し、光学系全体の小型化を図るほど諸収差が多く発生してくる。特に軸上色収差及び倍率色収差などの色収差が多く発生してくる。この結果、光学性能が大きく低下してくる。例えばレンズ全長の短縮化を図ったテレフォトタイプの光学系では、焦点距離を伸ばすほど（長くするほど）色収差が多く発生し、光学性能が大きく低下してくる。

従来、このときの色収差の発生を低減させる光学系として、異常部分分散性の強い光学材料、例えば樹脂より成る光学要素を用いた光学系が知られている（特許文献１、２参照）。

特許文献１では異常部分分散性の強い光学材料、特に樹脂等の有機複合物層を光学系に用いて色収差を低減する方法が開示されている。特許文献２ではレトロフォーカスタイプの光学系において、絞りよりも像側に強い異常部分分散性を持つ樹脂等の有機複合物層を用いて色収差を低減する方法が開示されている。これら特許文献１、２では、強い異常部分分散性を持つ有機複合物層の材料に屈折力を与えた後、他の硝材との色収差のバランスを取ることで全系の色収差を低減している。

特開２００６−１４５８２３号公報 特開２００６−３０１４１６号公報

特許文献１、２では、有機複合物層を用いてそれぞれ色収差が良好に補正された光学系を開示している。さらに、効果的に色収差を補正するには、樹脂等の有機複合物層にある程度の屈折力をつけるのが良い。そのためには、有機複合物層にその屈折力に応じた厚みが必要となる。

金型を用いてレンズ面に樹脂等の有機複合物層を成形する方法では、有機複合物層の厚みが増す程成形の難易度が増す。これは有機複合物層の量が増えるために、成形時の硬化収縮の絶対量が増し、有機複合物層面を高精度に仕上げるのが困難になるためである。また有機複合物層が厚くなる程、温度変化に対する有機複合物層の寸法変化の絶対量が増し光学性能への影響は大きくなる。

特許文献１では、有機複合物層をレンズ面上に付けて色収差を低減している。特許文献２では、有機複合物層をレンズで挟み込んだ光学素子を用いて色収差を低減している。

有機複合物層をレンズで挟み込んだ接合型の光学素子では、有機複合物層を片側のレンズ面上に成形した後に、有機複合物層面を接着剤で覆い、もう一方のレンズを張り合わせて製造している。これによって、成形した有機複合物層面の精度の光学性能への影響を最小限に抑えている。また耐環境性の面でも接合型の光学素子は有機複合物層を挟む外部のレンズによって有機複合物層面が規制するため変形が起こりにくいという特徴がある。

さらに近年、接合型の光学素子においては、初期の有機複合物層の面精度を満たし、かつ耐環境性、特に高温高湿下での光学素子の性能変化を低減することが要望されている。

本発明は耐環境性、特に高温高湿下での光学素子の性能変化を低減することができ、優れた光学特性と色収差の補正効果を持つ光学素子及びそれを有する光学系の提供を目的とする。

本発明の光学素子は、３つ以上の光学要素が接合され一体化された光学素子において、前記３つ以上の光学要素のうち、２つの光学面を他の光学要素と接している光学要素のうちの一つは有機複合物層より成り、前記光学素子の光軸を含む断面内において、前記光学素子を構成する光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径をφｓ、前記最大径φｓにおける前記有機複合物層の光軸に沿った長さをＴｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（ｍｍ）、前記有機複合物層の材料の吸水伸びをＤＬｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（％）とするとき、
Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）＜０．１９（ｍｍ）
なる条件を満たすことを特徴としている。

本発明によれば耐環境性、特に高温高湿下での光学素子の性能変化を低減することができ、優れた光学特性と色収差の補正効果を持つ光学素子及びそれを有する光学系を達成することができる。

本発明の実施例１の光学素子の要部断面図 本発明の実施例１の光学素子の外周部の拡大断面図 本発明の実施例２の光学素子の要部断面図 本発明の実施例２の光学素子の外周部の拡大断面図 本発明の実施例３の光学素子の要部断面図 実施例３の光学素子の外周部の拡大断面図 本発明の実施例１の光学素子を用いた光学系の要部断面図 本発明の実施例２の光学素子を用いた光学系の要部断面図 本発明の実施例３の光学素子を用いた光学系の要部断面図 本発明の光学機器（撮像装置）の要部概略図

以下、本発明の光学素子及びそれを用いた光学系について説明する。本発明の光学素子は、３つ以上の光学要素が接合され一体化されて、所定の屈折力（０の場合もある）を有している。この３つ以上の光学要素のうち、２つの光学面（光入出射面）を他の光学要素と接している光学要素のうちの一つは有機複合物層より成っている。

有機複合物層は、片側の光学面が気体に曝されている第１の光学要素上に成形されている。また、有機複合物層の第１の光学要素と反対側の面は接着剤を介して第２の光学要素と接合されている。

本発明においては、光学素子の光軸を含む断面内において、前記光学素子を構成する光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径(有効面径）をφｓとする。さらに最大径φｓにおける有機複合物層の光軸に沿った長さ（厚み）をＴｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（ｍｍ）、有機複合物層の材料の吸水伸び（飽和吸水時の伸び量）をＤＬｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（％）とする。そのとき、
Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）＜０．１９（ｍｍ）・・・（１）
なる条件を満たしている。
［実施例１］
以下、図１を参照して、本発明の実施例１の光学素子について説明する。図１は本発明の実施例１の光学素子の要部断面図である。図１の光学素子１１は第１の光学要素Ｌ１の一方の面（凸面）上に第３の光学要素として有機複合物層ＮＬ１を形成している。この有機複合物層ＮＬ１を構成する材料はアクリル系ＵＶ硬化樹脂（Ｎｄ＝１．６３３、νｄ＝２３．０、θｇＦ＝０．６８）である。その後、ＵＶ硬化性接着剤Ｓ１（Ｎｄ＝１．６３３）を介して第２の光学要素Ｌ２と接合して構成している。なお、第１の光学要素Ｌ１はＳ−ＦＳＬ５（商品名 株式会社ＯＨＡＲＡ社製）からなり、第２の光学要素Ｌ２はＳ−ＴＩＨ５３（商品名 株式会社ＯＨＡＲＡ社製）からなる。ここでＮｄ、νｄ、θｇＦはそれぞれ順に材料の屈折率、アッベ数、部分分散比である。以下同様である。

第２の光学要素Ｌ２の一方の面の外周部には遮光剤（遮光部）２として墨塗りが接合前に予めなされており、これにより有機複合物層ＮＬ１の外周から発生するフレアやゴーストを抑えている。

図１の光学素子１１において、光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径（第２の光学要素Ｌ２の内径）φｓは２７．５ｍｍである。また有機複合物層ＮＬ１の外径φｊは２８．５ｍｍである。なお、図１において、１は光学素子１１の光軸である。

図２は図１の光学素子１１の外周部の拡大図である。図２において最大径φｓにおける有機複合物層ＮＬ１、第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２の光軸に沿った長さＴ１、Ｔｇ１、Ｔｇ２はそれぞれ順に０．２９５ｍｍ、１．８６３ｍｍ、３．５３９ｍｍである。また有機複合物層ＮＬ１の材料であるアクリル系ＵＶ硬化有機複合物の６０℃における飽和吸水時の伸びＤＬ１は０．３８％であり、ヤング率Ｅ１は４．３ＧＰａである。さらに第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２のヤング率Ｅｇ１，Ｅｇ２はそれぞれ順に６２．３ＧＰａ、９６．２ＧＰａである。

本実施例では、有機複合物層ＮＬ１の最大径φｓにおける光軸１に沿った長さＴ１と飽和吸水時の伸びＤＬ１の積を所定の値より小さくすることで、高温高湿下での光学素子の変形を低減している。

なお、本実施例においては、第１の光学要素Ｌ１上に複数の有機複合物層ＮＬ１，ＮＬ２・・・を設けても良い。そして最も上の有機複合物層を接着剤を介して光学要素を接合して光学素子を構成しても良い。以下に示す実施例も同様である。
［実施例２］
以下、図３を参照して、本発明の実施例２の光学素子について説明する。図３は本発明の実施例２の光学素子の要部断面図である。図３の光学素子１２は第１の光学要素Ｌ１の一方の面（凹面）上に第３の光学要素として有機複合物層ＮＬ１を形成している。この有機複合物層ＮＬ１を構成する材料はＮ−ポリビニルカルバゾール（Ｎｄ＝１．６９６、νｄ＝１７．７、θｇＦ＝０．６９）である。その後、ＵＶ硬化性接着剤Ｓ１（Ｎｄ＝１．６３３）を介して第２の光学要素Ｌ２と接合して構成している。なお、第１の光学要素Ｌ１はＳ−ＴＩＨ５３（商品名 株式会社ＯＨＡＲＡ社製）からなり、第２の光学要素Ｌ２はＳ−ＦＳＬ５（商品名 株式会社ＯＨＡＲＡ社製）からなる。

第２の光学要素Ｌ２の外周部には遮光部材３が配置されており、これにより有機複合物層ＮＬ１の外周から発生するフレアやゴーストを抑えている。

図３の光学素子１２において、光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径（第２の光学要素Ｌ２の外径）φｓは１１．０ｍｍである。また有機複合物層ＮＬ１の外径φｊは１１．６ｍｍである。

図４は図３の光学素子１２の外周部の拡大図である。図４において最大径φｓにおける有機複合物層ＮＬ１、第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２の光軸１に沿った長さＴ１、Ｔｇ１、Ｔｇ２はそれぞれ順に０．１６１ｍｍ、１．７０２ｍｍ、０．７５０ｍｍである。また有機複合物層ＮＬ１の材料であるＮ−ポリビニルカルバゾールの６０℃における飽和吸水時の伸びＤＬ１は０．０３％であり、ヤング率Ｅ１は１．８ＧＰａである。さらに第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２のヤング率Ｅｇ１、Ｅｇ２はそれぞれ順に９６．２ＧＰａ、６２．３ＧＰａである。

本実施例では、有機複合物層ＮＬ１の最大径φｓにおける光軸に沿った長さＴ１と飽和吸水時の伸びＤＬ１の積を所定の値より小さくすることで、高温高湿下での光学素子の変形を低減している。
［実施例３］
以下、図５を参照して、本発明の実施例３の光学素子について説明する。図５は本発明の実施例３の光学素子の要部断面図である。図５の光学素子１３は第１の光学要素Ｌ１の一方の面（凸面）上に第３の光学要素として有機複合物層ＮＬ１を形成している。この有機複合物層ＮＬ１を構成する材料はポリマーに微粒子を分散させた有機複合物（Ｎｄ＝１．８０６、νｄ＝１４．９、θｇＦ＝０．７４）である。その後、ＵＶ硬化性接着剤Ｓ１を介して第２の光学要素Ｌ２と接合して構成している。なお、ＵＶ硬化性接着剤Ｓ１の材料はポリマー（屈折率Ｎｄ＝１．５８０、アッベ数νｄ＝３７．２）にＴｉＯ_２微粒子を体積比で１５％分散させたものである。また、第１の光学要素Ｌ１はＳ−ＢＳＭ１４（商品名 株式会社ＯＨＡＲＡ社製）からなり、第２の光学要素Ｌ２はＳ−ＴＩＨ５３（商品名 株式会社ＯＨＡＲＡ社製）からなる。

図５の光学素子１３において、光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径（第２の光学要素Ｌ２の内径）φｓは６７．８ｍｍである。また有機複合物層ＮＬ１の外径φｊは６８．８ｍｍである。

図６は図５の光学素子１３の外周部の拡大図である。図６において最大径φｓにおける有機複合物層ＮＬ１、第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２の光軸に沿った長さＴ１、Ｔｇ１、Ｔｇ２はそれぞれ順に０．２８１ｍｍ、１．７２０ｍｍ、９．９０９２ｍｍである。また有機複合物層ＮＬ１の材料である有機複合物の６０℃における飽和吸水時の伸びＤＬ１は０．６１％であり、ヤング率Ｅ１は２．９ＧＰａである。さらに第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２のヤング率Ｅｇ１、Ｅｇ２はそれぞれ順に６１．４ＧＰａ、９６．２ＧＰａである。

本実施例では、有機複合物層ＮＬ１の最大径φｓにおける光軸１に沿った長さＴ１と飽和吸水時の伸びＤＬ１の積を所定の値より小さくすることで、高温高湿下での光学素子の変形を低減している。

樹脂等の有機複合物は、硝材にはない光学特性を持つため、光学系の性能向上に寄与することができる。しかし硝材と比べると耐環境性、特に高温高湿下の耐性で劣るため対策が必要となる。

本発明者は、光学素子中の有機複合物層ＮＬ１が高温高湿下において吸水し変形した際には水蒸気の入り口となる部分の大きさ（長さ）と有機複合物層ＮＬ１の材料の吸水時の伸び量が光学系の光学性能に与える影響と関係していることを見出した。条件式（１）はこのような知見によって得られた関係式であり、光学素子中の有機複合物層ＮＬ１が高温高湿下において吸水し変形した際の、光学系の光学性能に与える影響を低減させるための条件式である。

この条件式（１）の技術的意味について以下でさらに説明する。両側のガラス材等から成る光学要素Ｌ１、Ｌ２とその光学要素Ｌ１、Ｌ２に挟まれた有機複合物層ＮＬ１の３つの光学要素が接合された光学素子において、高温高湿下での影響を考える場合、有機複合物層ＮＬ１への水蒸気の入り口を考えれば良い。このような光学素子において有機複合物層ＮＬ１への水蒸気の入り口となるのは両側を挟まれていない有機複合物層ＮＬ１の外周部分となる。この外周部から内部（光軸方向）に向かって水蒸気は徐々に浸透していく。また、有機複合物が吸水するとその体積が変化し膨張する。両側を他の光学要素Ｌ１、Ｌ２に挟まれている場合、該光学要素Ｌ１、Ｌ２を外側に押し広げることになる。

吸水は外周部から徐々に内部へと浸透していくため、光学素子中の有機複合物層ＮＬ１はまず外周部から伸びて外側の光学要素を変形させることになる。つまりこのときには光学素子の外周部だけが局所的に変形することになる。光学系に配置されている光学素子を考える場合、光学性能への影響が大きく出るのは、局所的な面の変形である。

条件式（１）はその局所的な光学素子の変形を低減するための条件式である。条件式（１）中にある長さＴｉとは、すなわち、水蒸気の入り口となる部分の大きさ（長さ）を示すものである。また吸水伸びＤＬｉは有機複合物層ＮＬ１の材料の吸水時の伸び量を表すものであり、この値が大きければそれだけ伸びやすく外側の光学要素Ｌ１、Ｌ２を押し広げやすい。ＴｉとＤＬｉの積は光学素子を変形させる力を示すものであり、これが所定量以下であれば通常の光学系に、本実施例のような接合型光学素子を用いても実用上、高温高湿下での変形量が問題とならない。本実施例の条件式（１）は以上の知見によって得られたものであり、条件式（１）の上限を上回ると光学素子の変形が大きくなり、光学系に大きな影響を及ぼしてしまうので好ましくない。さらに好ましくは上記条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．０００５（ｍｍ）＜Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）＜０．１９（ｍｍ） （１ａ）
ここで、条件式（１ａ）の下限を超えると、接合時の歪みや、高温下での接合剥がれや割れを発生し易くなるため好ましくない。

なお、本明細書において、光学要素とは屈折、回折等によって光の伝播方向を変える性質を持つ物であり、通常の光学系では硝材等の無機材料やプラスチック等の有機材料で形成されたレンズがこれにあたる。また、有機複合物層とは樹脂材料を硬化させた物や、有機材料に無機微粒子を分散させた物を硬化させた物がこれにあたる。

また、本実施例において、光学素子を構成する３つ以上の光学要素のうち、片側の光学面が気体に曝されている２つの光学要素の最大径φｓにおける光軸に沿った長さをそれぞれＴｇｎ（ｎ＝１，２）（ｍｍ）とする。そのとき、
Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）／（Ｔｇ１＋Ｔｇ２）＜０．０２５・・・（２）
なる条件を満たしている。

なお、ここで片側の光学面が気体に曝されている光学要素とは、光学素子を光学要素の中で最も外側（物体側もしくは像側）に位置するものである。

条件式（２）は光学素子の変形をさらに確実に低減させるための条件式である。本実施例の光学素子において有機複合物層ＮＬ１が吸水によって伸びようとする。しかし、そのとき、両側に位置する他の光学要素Ｌ１、Ｌ２の厚みが厚ければ該光学要素Ｌ１、Ｌ２の剛性が高まり、変形量を低減することができる。さらに、光学素子として変形を低減するためにはどちらかに変形する力が集中しても所定の変形量以下にするために、光学要素Ｌ１、Ｌ２の厚みの和を考えれば良い。条件式（２）は吸水時に有機複合物層で発生する変形力と外側の光学要素の剛性を考えた際の式であり、条件式（２）の上限を上回ると光学素子の変形が大きくなり、光学系に大きな影響を及ぼしてしまうので好ましくない。さらに好ましくは上記条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．０００１＜Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）／（Ｔｇ１＋Ｔｇ２）＜０．０２５・・（２ａ）
ここで、条件式（２ａ）の下限を超えると、接合時の歪みや、高温下での接合時の剥がれや割れを発生し易くなるため好ましくない。

また、本実施例において、光学素子を構成する３つ以上の光学要素のうち、片側の光学面が気体に曝されている２つの光学要素のヤング率をそれぞれＥｇｎ（ｎ＝１，２）、有機複合物層の材料のヤング率をＥｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）とする。そのとき、
Σ｛（Ｔｉ×ＤＬｉ）×ｌｏｇＥｉ｝／｛Ｔｇ１×ｌｏｇ（Ｅｇ１）＋Ｔｇ２×ｌｏｇ（Ｅｇ２）｝＜０．００９０ ・・・（３）
なる条件を満たしている。

条件式（３）は光学素子の変形をさらに確実に低減させるための条件式である。一般に物質の変形は発生する力とヤング率等の材料特性によって決まる。条件式（３）は吸水時に有機複合物層で発生する変形力と外側の光学要素の剛性を考えた際の式であり、条件式（３）の上限を上回ると光学素子の変形が大きくなり、光学系に大きな影響を及ぼしてしまうので好ましくない。さらに好ましくは上記条件式（３）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．００００１＜Σ｛（Ｔｉ×ＤＬｉ）×ｌｏｇＥｉ｝／｛Ｔｇ１×ｌｏｇ（Ｅｇ１）＋Ｔｇ２×ｌｏｇ（Ｅｇ２）｝＜０．００９０ ・・・（３ａ）
ここで、条件式（３ａ）の下限を超えると、相対的に外側の光学要素の剛性が強くなることになる。この場合、吸水時の変形は低減させることができるが、成形時や接合時の応力の逃げ場が少なくなり、有機複合物層ＮＬ１に応力が集中しやすくなる。したがって、その分有機複合物層の複屈折が増大し、また、接合剥がれや割れを発生しやすくなり好ましくない。

また本実施例の光学素子は、有機複合物層ＮＬ１の外径をφｊとする。そのとき、
φｓ＜φｊ ・・・（４）
なる条件を満たしている。

条件式（４）は有機複合物層が成形された光学要素と、もう一方の光学要素を接合する際の接合時の光学素子の面の歪みを低減させ、また高温や高温高湿下での接合剥がれの発生を低減するための条件式である。条件式（４）を満たせば、接着剤層の厚みに分布ができることに起因する接合歪みの発生を低減することができる。条件式（４）の範囲を外れると、接合歪みや接合剥がれの原因となるので好ましくない。

なお、条件式（４）は以下の条件とすることで、製造時のバラつきを考慮しても歪みや接合剥がれの発生を低減でき好ましい。

φｓ＋０．５＜φｊ ・・・（４ａ）
また、一方の光学要素上に成形された有機複合物層の材料と、第２の光学要素を接合する際の接着材の材料のｄ線における屈折率をそれぞれｎｒ、ｎｓとする。そのとき
｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．１ ・・・（５）
なる条件を満たすのが良い。

光学要素の面精度の光学性能への影響度は、面精度そのものと、その面の両側の物質の屈折率差によって決まる。屈折率差が大きければ、面精度の微小な変化でも光学性能に多大な影響を及ぼしうる。逆に屈折率差が小さければ、面精度の変化はほとんど光学性能に影響を及ぼさない。したがって特に樹脂厚が厚いなど成形上の難易度が高い場合には、樹脂面精度の光学性能への影響を抑えるために樹脂面の両側の物質の屈折率差を小さくしておくことが好ましい。

条件式（５）は、成形された有機複合物層ＮＬ１の面精度の光学性能への影響を低減させるための条件式であり、この条件式（５）を満たすことで良好な光学性能を容易に得ることができる。

さらに好ましくは上記条件式（５）の数値範囲を次の如く設定すると、更に良好なる光学性能を得ることが容易となる。

｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．０５ ・・・（５ａ）
さらに好ましくは上記条件式（５ａ）の数値範囲を次の如く設定すると、より良い。

｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．０１ ・・・（５ｂ）
また、光学要素上に成形する有機複合物層の材料と接合する際に用いる接着剤は同じものでも良い。また、光学要素上に成形される有機複合物層の空気中における焦点距離をｆとしたときに、以下の条件式（６）を満たす場合、効果がより顕著になる。

ｆ＞０．０ ・・・（６）
また、第１の光学要素上に成形される有機複合物層の材料の異常部分分散性を｜ΔθｇＦｒ｜とする。そのとき、
０．０２７２＜｜ΔθｇＦｒ｜ ・・・（７）
の条件式を満たすのが良い。

ただし、ここでアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦｒ、異常部分分散性｜ΔθｇＦｒ｜はｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、ｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する材料の屈折率を順にＮｇ、Ｎｄ、ＮＦ、ＮＣとする。このとき、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）
｜ΔθｇＦｒ｜＝｜θｇＦ−（−１．６６５×１０^−７×νｄ^３＋５．２１３×１０^−５×νｄ^２−５．６５６×１０^−３×νｄ＋７．２７８×１０^−１）｜
である。

条件式（７）は有機複合物の異常部分分散性に関する条件式であり、この条件式（７）を満たすことで良好な色収差補正能力を持つ光学素子を得ることが容易となる。

なお、条件式（７）は以下の数値範囲とすることで更に良好な色収差補正能力を得ることができる。

０．０３４２＜｜ΔθｇＦｒ｜ ・・・（７ａ）
条件式（７）を満足する有機複合物の具体例としては、例えばアクリル系ＵＶ硬化樹脂（Ｎｄ＝１．６３３、νｄ＝２３．０、θｇＦ＝０．６８）やＮ−ポリビニルカルバゾール（Ｎｄ＝１．６９６、νｄ＝１７．７、θｇＦ＝０．６９）がある。尚、条件式（７）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有機複合物として、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＝２．７５８、νｄ＝９．５４、θｇＦ＝０．７６）、ＩＴＯ（Ｎｄ＝１．８５７、νｄ＝５．６９，θｇＦ＝０．２９）等がある。

この無機酸化物の中ではＴｉＯ_２（Ｎｄ＝２．７５８、νｄ＝９．５４、θｇＦ＝０．７６）やＩＴＯ（Ｎｄ＝１．８５７、νｄ＝５．６９、θｇＦ＝０．２９）微粒子を合成樹脂中に適切な体積比で分散させた場合、条件式（７）を満足する光学材料が得られる。なお、条件式（７）を満足する材料であれば、これらに限定するものではない。

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。ＩＴＯは透明電極を構成する材料として知られており、通常、液晶表示素子、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子等に用いられている。また、他の用途として赤外線遮蔽素子、紫外線遮断素子に用いられている。

各実施例において樹脂に分散させる微粒子の平均径は、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。微粒子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。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｛Ｎｐａｒ（λ）^２−１｝＋（１−Ｖ）｛Ｎｐｏｌｙ（λ）^２−１｝］^１／２
である。ここで、λは任意の波長、Ｎｐａｒは微粒子の屈折率、Ｎｐｏｌｙはポリマーの屈折率、Ｖはポリマー体積に対する微粒子の総体積の分率である。

以下、数値実施例１〜３の光学素子の具体的な数値を表１〜３に示す。各数値実施例において、ｉはそれぞれの光学素子において物体側から数えた面の番号を表している。各数値実施例において、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である。Ｎｄｉ、νｄｉ、θｇＦｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学要素の材料の屈折率、アッベ数、部分分散比を示す。また、第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の光線有効径も合わせて示す。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，Ｄ，Ｅ…を各次数の非球面係数として、

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。また、前述の各条件式と各実施例との関係を表４に示す。また、前述の各条件式中のＴ１、Ｔｇ１、Ｔｇ２、ＤＬ１、Ｅ１、Ｅｇ１、Ｅｇ２の具体的な数値を表５に示す。

数値実施例３ではホストポリマーであるＵＶ硬化樹脂にＴｉＯ_２微粒子体積比率で１５％分散させた有機複合物層より成る光学素子を用いている。ＴｉＯ_２微粒子分散材料の屈折率は、前述のＤｒｕｄｅの式を用いて計算した値を用いて算出している。各実施例に用いた有機複合物層を構成する材料の光学特性を表６に示す。実施例３に用いた微粒子分散材料のホストポリマーとＴｉＯ_２微粒子の光学特性を表７に示す。

次に本発明の光学素子を有する光学系(結像光学系）について説明する。図７は本発明の実施例１の光学素子１１を有するズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。レンズ断面図において、ｉは物体側からのレンズ群の順番を示し、Ｂｉは第ｉレンズ群である。レンズ断面図において、Ｂ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群、Ｂ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｂ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｂ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｂ３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、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する感光面が置かれる。

本実施例では広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように各レンズ群と開口絞りＳＰを移動させている。具体的には広角端から望遠端へのズーミングに際し、第１レンズ群Ｂ１は像側へ移動した後に物体側へ移動する。第２レンズ群Ｂ２は物体側へ移動する。第３レンズ群Ｂ３は物体側に凸状の軌跡の一部を描いて移動する。第４レンズ群Ｂ４は物体側に凸状の軌跡を描いて移動する。開口絞りＳＰは各レンズ群と独立に物体側へ移動する。

図７のズームレンズは、ズーム比１６倍、Ｆナンバー２．９〜４．０程度のズームレンズである。このズームレンズの第１レンズ群Ｂ１に実施例１の光学素子１１を用いている。これにより、主に望遠側において色収差を良好に補正でき、全系がコンパクトかつ高性能のズームレンズを得ている。更に種々なで環境下における光学性能の変動の少ないズームレンズを得ている。

図８は本発明の実施例２の光学素子１２を有するズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。このズームレンズのズームタイプは図７のズームレンズと同じである。

図８のズームレンズは、ズーム比１．５、Ｆナンバー２．９〜３．６程度のズームレンズである。このズームレンズの第４レンズ群Ｂ４に実施例２の光学素子１２を用いている。これにより、主に広角側において倍率色収差を良好に補正でき、全系がコンパクト、高性能のズームレンズを得ている。更に種々なかつ環境下における光学性能の変動の少ないズームレンズを得ている。

図９は本発明の実施例３の光学素子１３を有する望遠レンズ（光学系）のレンズ断面図である。図９の望遠レンズは正の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、第３レンズ群Ｂ３より成る望遠レンズである。ＳＰは開口絞り、ＩＰは像面である。

無限遠物体から至近物体へのフォーカスにさいしては第２レンズ群Ｂ２を矢印の如く像側へ移動させている。この望遠レンズは焦点距離３００ｍｍ、Ｆナンバー４．０である。この望遠レンズの絞りＳＰよりも物体側に実施例３の光学素子１３を用いている。これにより、色収差を良好に補正できテレ比０．６８のコンパクトを図りつつ、高性能な望遠レンズを得ている。更に種々な環境下における光学性能の変動の少ない望遠レンズ（光学系）を得ている。

次に本発明の光学系を撮影光学系として用い、それを有する本発明の光学機器であるデジタルスチルカメラ（撮像装置）の実施例を図１０を用いて説明する。

図１０において、２０はカメラ本体、２１は本発明の光学系によって構成された撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像(像）を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。このように本発明の光学系をデジタルスチルカメラ等の撮像素子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。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

ＮＬ１ 有機複合物層、Ｓ１ 接着剤、Ｌ１ 第１の光学要素、Ｌ２ 第２の光学要素、１１ 光学素子、１ 光軸、φｓ 最大径

Claims (10)

1. ３つ以上の光学要素が接合され一体化された光学素子において、
   前記３つ以上の光学要素のうち、２つの光学面を他の光学要素と接している光学要素のうちの一つは有機複合物層より成り、前記光学素子の光軸を含む断面内において、前記光学素子を構成する光学要素と光学要素同士を接合した接合面のうち接着剤以外の物を含まない接合面の最大径をφｓ、前記最大径φｓにおける前記有機複合物層の光軸に沿った長さをＴｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（ｍｍ）、前記有機複合物層の材料の吸水伸びをＤＬｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）（％）とするとき、
   Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）＜０．１９（ｍｍ）
   なる条件を満たすことを特徴とする光学素子。
2. 前記光学素子を構成する３つ以上の光学要素のうち、片側の光学面が気体に曝されている２つの光学要素の前記最大径φｓにおける光軸に沿った長さをそれぞれＴｇｎ（ｎ＝１，２）（ｍｍ）とするとき、
   Σ（Ｔｉ×ＤＬｉ）／（Ｔｇ１＋Ｔｇ２）＜０．０２５
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記光学素子を構成する３つ以上の光学要素のうち、片側の光学面が気体に曝されている２つの光学要素のヤング率をそれぞれＥｇｎ（ｎ＝１，２）、前記有機複合物層の材料のヤング率をＥｉ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）とするとき、
   Σ｛（Ｔｉ×ＤＬｉ）×ｌｏｇＥｉ｝／｛Ｔｇ１×ｌｏｇ（Ｅｇ１）＋Ｔｇ２×ｌｏｇ（Ｅｇ２）｝＜０．００９０
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記有機複合物層は、前記片側の光学面が気体に曝されている第１の光学要素上に成形されており、前記有機複合物層の前記第１の光学要素と反対側の面は接着剤を介して第２の光学要素と接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記有機複合物層の外径をφｊとするとき、
   φｓ＜φｊ
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子。
6. 前記有機複合物層の材料と前記接着剤の材料のｄ線における屈折率をそれぞれｎｒ、ｎｓとするとき
   ｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．１
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
7. 前記有機複合物層の空気中における焦点距離をｆとするとき、
   ｆ＞０．０
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 前記有機複合物層の材料の異常部分分散性を｜ΔθｇＦｒ｜とするとき、
   ０．０２７２＜｜ΔθｇＦｒ｜
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学素子を有することを特徴とする光学系。
10. 請求項９に記載の光学系と、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有することを特徴とする光学機器。