JP2012159723A - Optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は，光学系に関し，特にレンズ表面に微細な柱状空間を有する構造体を形成した光学系に関するものである。 The present invention relates to an optical system, and more particularly to an optical system in which a structure having a fine columnar space is formed on a lens surface.
従来より，ガラスやプラスチックなどの透明性媒質を用いたレンズにおいては，透過光の光量ロスを低減させるために，光入射出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は，誘電体薄膜を複数層積層した多層膜（マルチコート）が知られている。この多層膜は，透明性のレンズ表面に，金属酸化物を真空蒸着などにより成膜することで形成されている。 Conventionally, a lens using a transparent medium such as glass or plastic has been subjected to a surface treatment such as providing an antireflection film on the light incident / exit surface in order to reduce the loss of the amount of transmitted light. For example, as an antireflection film for visible light, a multilayer film (multicoat) in which a plurality of dielectric thin films are laminated is known. This multilayer film is formed by depositing a metal oxide on the transparent lens surface by vacuum deposition or the like.
近年，デジタルカメラ用レンズなどの光学系においては，高い光学性能を有し，かつ光学系全体が小型・軽量であることが求められている。そして，これに対応して口径の大きなレンズや曲率半径の小さな面を有するレンズが多く使用されるようになってきている。 In recent years, optical systems such as lenses for digital cameras are required to have high optical performance and to be small and light as a whole. In response to this, a lens having a large aperture or a lens having a surface with a small radius of curvature has been increasingly used.
このようなレンズを光学系に用いると，レンズ周辺部では光線が大きな角度で入射する。このため誘電体多層膜を単層ないし多層積層した反射防止膜では，反射を十分に抑制することができず，ゴーストやフレアなどの有害光が発生する原因となっている。 When such a lens is used in an optical system, light rays are incident at a large angle around the lens. For this reason, an antireflection film in which a dielectric multilayer film is a single layer or a multi-layer stack cannot sufficiently suppress reflection, causing harmful light such as ghosts and flares.
そうした状況を鑑みて，光学系のうち少なくとも一面の光学面に，ゾル−ゲル法を用いて形成された層（低屈折率層）を少なくとも一層以上設けたことで，ゴーストやフレアの発生を効果的に抑えた光学系が特許文献１に開示されている。 In view of such a situation, at least one layer (low refractive index layer) formed by using a sol-gel method is provided on at least one optical surface of the optical system, thereby effectively generating ghosts and flares. Patent Document 1 discloses an optical system that is reduced in size.
ところが，ゾル−ゲル法によって形成された膜は空間充填率が低く，層を構成する結晶の結合力が小さいために膜強度が極めて弱くなっている。そのため，誤ってその表面を拭いたり押えつけたりすると傷が入ってしまい，反射防止膜そのものが使用不能になってしまう恐れがある。 However, the film formed by the sol-gel method has a low space filling factor, and the film strength is extremely weak because the bonding force of the crystals constituting the layer is small. Therefore, if the surface is accidentally wiped or pressed, scratches may occur and the antireflection film itself may become unusable.
そうした状況を鑑みて，触れることが禁止される反射防止膜を備えた光学素子において，その反射防止膜が施されている面の位置を示す文字又は記号を（光学素子の何処かに）記載した光学素子が特許文献２に開示されている。 In view of such a situation, in an optical element having an antireflection film that is prohibited to be touched, a character or symbol indicating the position of the surface on which the antireflection film is applied is described (somewhere in the optical element). An optical element is disclosed in Patent Document 2.
しかしながら，光学素子の何処かに触れることを禁止する面の位置を示す文字又は記号が記載されていても，レンズの製造過程でゴミや汚れが付着してしまった場合，拭くことが出来ないため使用することができず，生産性が低下してしまう。 However, even if a letter or symbol indicating the position of a surface that is prohibited to touch anywhere on the optical element is written, it cannot be wiped if dust or dirt adheres during the lens manufacturing process. It cannot be used and productivity decreases.
また，製造過程でゴミや汚れの付着を防止したとしても，ユーザーがレンズ使用している際に付着したゴミや汚れを拭くことができないため，少なくとも光学系の最外面には使用することができない，という課題があった。 Also, even if dust and dirt are prevented from sticking during the manufacturing process, it cannot be used at least on the outermost surface of the optical system because the dust and dirt attached when the user is using the lens cannot be wiped off. There was a problem.
そこで，本発明の目的は，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is that it can be wiped even if dust or dirt adheres to it, so that it is excellent in productivity and user maintenance, and suppresses generation of harmful light such as ghosts and flares. It is to provide an optical system.
本発明では，複数の光学面を有する光学系において，該光学面のうち少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，該複数の微細な管状空間は形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列したことで，上記目的を達成している。 In the present invention, in an optical system having a plurality of optical surfaces, a thin film layer having at least one layer composed of a structure having a plurality of fine tubular spaces is formed on at least one of the optical surfaces. The plurality of fine tubular spaces are arranged in parallel in the direction perpendicular to the tangential plane of the formed optical surface, thereby achieving the above object.
本発明によれば，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために生産性やユーザーのメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供することができる。 According to the present invention, an optical system that is excellent in productivity and user maintenance because it can be wiped even if dust or dirt adheres, and that suppresses the generation of harmful light such as ghosts and flares. Can be provided.
以下，図を用いて本発明の光学系について説明する。本発明の光学系は，光学面のうちの少なくとも一面に，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されている。そして，それらの微細な管状空間は，形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列している。 Hereinafter, the optical system of the present invention will be described with reference to the drawings. In the optical system of the present invention, a thin film layer having at least one layer made of a structure having a plurality of fine tubular spaces is formed on at least one of the optical surfaces. These fine tubular spaces are arranged in parallel in the direction perpendicular to the tangential plane of the formed optical surface.
複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層は，どのような方法で作製されたものでも構わない。例えば，管状空間を一軸配向させたメソ構造体薄膜を用いると良い。 The layer made of a structure having a plurality of fine tubular spaces may be produced by any method. For example, a mesostructured thin film having a uniaxially oriented tubular space may be used.
図１（ａ）および図１（ｂ）に本発明に用いられる複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を最上層に一層有する薄膜層を示す。ここで，図１（ａ）と図１（ｂ）とは，９０°異なる方向から見た模式断面図である。屈折率（ｎｄ）が，１．６９６８０，屈折率分散（ｖｄ）が５５．５の基板（レンズ）１１の上に，複数の微細な管状空間１５ａを有する構造体からなる層（第三層）１５を最上層に有する薄膜層１２を形成した。 FIG. 1A and FIG. 1B show a thin film layer having a layer made of a structure having a plurality of fine tubular spaces used in the present invention as an uppermost layer. Here, FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) are schematic cross-sectional views seen from a direction different by 90 °. A layer made of a structure having a plurality of fine tubular spaces 15a on a substrate (lens) 11 having a refractive index (n d ) of 1.69680 and a refractive index dispersion (v d ) of 55.5 (third The thin film layer 12 having the (layer) 15 as the uppermost layer was formed.
層１５は，シリカ（ＳｉＯ２）からなり，柱状空間１５ａにより体積占有率が４３％となっているので，屈折率１．２０となっている。また，管状空間１５ａの最大開口径は，４００ｎｍ以下としている。これは，使用波長の最短波長よりも大きな開口径にすると，回折や散乱による有害光が発生するためである。 The layer 15 is made of silica (SiO 2 ), and the volume occupation ratio is 43% due to the columnar space 15a, so that the refractive index is 1.20. The maximum opening diameter of the tubular space 15a is 400 nm or less. This is because harmful light due to diffraction and scattering is generated when the aperture diameter is larger than the shortest wavelength used.
また，微細な管状空間１５ａは，形成された基板（レンズ）１１の接平面垂直方向においてに平行に配列している。膜の表面１５ｂに開口を持たないために，低屈折率でありながら，機械強度にも優れた膜となっている。 Further, the fine tubular spaces 15 a are arranged in parallel in the direction perpendicular to the tangent plane of the formed substrate (lens) 11. Since there is no opening on the surface 15b of the film, the film is excellent in mechanical strength while having a low refractive index.
薄膜層１２の材質，屈折率，膜厚については，表１に記載した通りである。この薄膜層１２が形成された基板（レンズ）の入射角０°の反射率Ｒ（０°）を図２（ａ）に，入射角６０°の反射率Ｒ（６０°）を図２（ｂ）に示す。複数の微細な管状空間１５ａを有する構造体からなる層を最上層に設けたことで，波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で，入射角０°では，反射率０．３％以下，入射角６０°では反射率３．５％以下の性能を達成している。 The material, refractive index, and film thickness of the thin film layer 12 are as described in Table 1. The reflectivity R (0 °) at an incident angle of 0 ° of the substrate (lens) on which the thin film layer 12 is formed is shown in FIG. 2A, and the reflectivity R (60 °) at an incident angle of 60 ° is shown in FIG. ). By providing the uppermost layer with a structure having a plurality of fine tubular spaces 15a, the reflectance is 0.3% or less at an incident angle of 0 ° and an incident angle of 60 ° within a wavelength range of 400 nm to 700 nm. Performance with a reflectance of 3.5% or less is achieved.
図３は，本発明実施例１の光学系の要部断面図である。本光学系のレンズ設計値を，数値実施例１に示す。図３において，３１は光学系であり，焦点距離１４ｍｍのカメラ用広画角レンズである。この光学系において最も入射側の光学面（ｒ０１面）には図１に示した薄膜層１２を形成している。薄膜層１２は機械強度を有しているため，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れている。さらに，反射率も図２に示したとおり低いので，ゴーストやフレアなどの有害光の発生も抑制した光学系を実現している。 FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part of the optical system according to Embodiment 1 of the present invention. Numerical example 1 shows lens design values of this optical system. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes an optical system, which is a wide-angle lens for a camera having a focal length of 14 mm. In this optical system, the thin film layer 12 shown in FIG. 1 is formed on the most incident side optical surface (r01 surface). Since the thin film layer 12 has mechanical strength, it can be wiped even if dust or dirt adheres, and is excellent in productivity and user maintenance. Furthermore, since the reflectance is low as shown in FIG. 2, an optical system that suppresses generation of harmful light such as ghost and flare is realized.
図４は，本発明実施例２の光学系の要部断面図である。本光学系のレンズ設計値を，数値実施例２に示す。図４において，４１は光学系であり，焦点距離２４ｍｍのカメラ用広画角レンズである。この光学系において最も入射側の光学面（ｒ０１面）およびｒ０３面には図１に示した薄膜層１２を形成している。薄膜層１２は機械強度を有しているため，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れている。さらに，反射率も図２に示したとおり低いので，ゴーストやフレアなどの有害光の発生も抑制した光学系を実現している。 本実施例では光学系を，カメラ用レンズの広角レンズとしたが，本発明はこれに限定されるものではなく，焦点距離の長い望遠レンズでもよく，さらには双眼鏡などの観察光学系に用いても良い。 FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of the optical system according to Embodiment 2 of the present invention. Numerical example 2 shows lens design values of this optical system. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes an optical system, which is a wide-angle lens for a camera having a focal length of 24 mm. In this optical system, the thin-film layer 12 shown in FIG. 1 is formed on the most incident side optical surface (r01 surface) and r03 surface. Since the thin film layer 12 has mechanical strength, it can be wiped even if dust or dirt adheres, and is excellent in productivity and user maintenance. Furthermore, since the reflectance is low as shown in FIG. 2, an optical system that suppresses generation of harmful light such as ghost and flare is realized. In this embodiment, the optical system is a wide-angle lens of a camera lens, but the present invention is not limited to this, and may be a telephoto lens with a long focal length, and further used for an observation optical system such as binoculars. Also good.
１１ 基板（レンズ）
１２ 薄膜層
１３ 第一層（アルミナ層）
１４ 第二層（シリカ層）
１５ 複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層
３１，４１ 光学系
３２，４２ 絞り
３３，４３ 撮像素子またはフィルム
11 Substrate (lens)
12 Thin film layer 13 First layer (alumina layer)
14 Second layer (silica layer)
15 Layers 31 and 41 made of a structure having a plurality of fine tubular spaces Optical systems 32 and 42 Apertures 33 and 43 Image sensor or film
Claims (10)
該光学面のうち少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，
該複数の微細な管状空間は，形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列していることを特徴とする光学系。 An optical system having a plurality of optical surfaces,
A thin film layer having at least one layer made of a structure having a plurality of fine tubular spaces is formed on at least one of the optical surfaces,
The optical system, wherein the plurality of fine tubular spaces are arranged in parallel in a direction perpendicular to a tangential plane of the formed optical surface.
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