JP2016194609A - Optical element and optical apparatus including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の光学要素が接合された光学素子及びそれを有する光学系に関する。 The present invention relates to an optical element in which a plurality of optical elements are joined, and an optical system having the optical element.
近年、カメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられる光学系(撮影光学系)として、小型軽量でかつ高い光学性能を有するものが求められている。特許文献1には、無機ガラスから成る光学要素と樹脂から成る光学要素とが接合された光学素子を採用することにより、小型化を実現しつつ色収差を良好に補正することができる光学系が記載されている。
In recent years, an optical system (photographing optical system) used for an optical apparatus such as a camera or a video camera is required to be small and light and have high optical performance.
しかしながら、特許文献1に記載の光学素子において、無機ガラス及び樹脂の線膨張係数は互いに大きく異なるため、環境温度が変化した場合、光学要素同士の接合面で大きな応力が発生して剥離や割れ等が生じる可能性がある。
However, in the optical element described in
本発明は、複数の光学要素が接合されて構成され、かつ耐環境性に優れた光学素子、それを有する光学系及び光学機器の提供を目的とする。 It is an object of the present invention to provide an optical element that is configured by bonding a plurality of optical elements and has excellent environmental resistance, an optical system having the optical element, and an optical apparatus.
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての光学素子は、第1の光学要素と、該第1の光学要素に接合された有機物から成る第2の光学要素と、該第2の光学要素に接合された第3の光学要素と、を含み、光軸を含む断面内において、前記第1の光学要素の最小径をφh、前記第1乃至第3の光学要素の各接合面のうち径が最小の接合面の径をφc、前記第2の光学要素の最大径をφr、とするとき、φh<φc≦φrなる条件式を満足することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical element according to one aspect of the present invention includes a first optical element, a second optical element composed of an organic substance bonded to the first optical element, and the second optical element. A third optical element bonded to the optical element, wherein a minimum diameter of the first optical element is φh in a cross section including the optical axis, and each of the bonding surfaces of the first to third optical elements is When the diameter of the joining surface with the smallest diameter is φc and the maximum diameter of the second optical element is φr, the conditional expression φh <φc ≦ φr is satisfied.
本発明によれば、複数の光学要素が接合されて構成され、かつ耐環境性、特に耐熱性に優れた光学素子、それを有する光学系及び光学機器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element comprised by joining the some optical element and excellent in environmental resistance, especially heat resistance, an optical system and optical apparatus which has it can be provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing may be drawn on a different scale for convenience. Moreover, in each drawing, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1(a)は、本実施形態に係る光学素子1の光軸を含む断面内における要部概略図(要部断面図)であり、図1(b)は、光学素子1の端部(周辺部)を拡大した拡大図である。
FIG. 1A is a main part schematic diagram (main part cross-sectional view) in a cross section including the optical axis of the
本実施形態に係る光学素子1は、3つの光学要素が接合(一体化)されて構成されている。具体的に、光学素子1は、第1の光学要素11と、第1の光学要素11に接合された有機物から成る第2の光学要素12と、第2の光学要素12に接合された第3の光学要素13と、を含んでいる。そして、光学素子1は、光軸を含む断面内において、第1の光学要素11の最小径をφh、各接合面のうち径が最小の接合面の径(接合面の最小径)をφc、第2の光学要素12の最大径をφr、とするとき、以下の条件式(1)を満足している。
φh<φc≦φr ‥‥(1)
The
φh <φc ≦ φr (1)
本実施形態に係る光学素子1は、上記の構成により、小型化及び良好な光学性能を実現しつつ、優れた耐環境性を備えている。光学素子1について、以下に詳細に説明する。
The
本実施形態における光学要素とは、ガラス等の無機材料やプラスチック(樹脂)等の有機材料などから成り、屈折作用を有する光学部材のことを示している。なお、各光学要素を接合するための接着剤層(接合手段)や、反射防止や接着性向上のための薄膜及び塗布材料など、実質的に屈折力を有さないものについては、本実施形態に係る光学要素には含まれない。図1に示した光学素子1は、3つの光学要素から成る構成を採っているが、第1乃至第3の光学要素を含む3つ以上の光学要素が接合された構成であれば、光学要素の数はこれに限られるものではない。
The optical element in the present embodiment is an optical member made of an inorganic material such as glass or an organic material such as plastic (resin) and having a refractive action. In the present embodiment, those having substantially no refractive power, such as an adhesive layer (joining means) for joining the optical elements, a thin film and a coating material for preventing reflection and improving adhesiveness, etc. It is not included in the optical element concerning. The
また、本実施形態における有機物とは、樹脂材料を硬化させたものや、有機材料に無機微粒子を分散させて硬化させたもの(有機複合物)を含む。例えば、有機物として、アクリル、ポリカーボネート、ポリビニルカルバゾールや、それらの混合物、あるいはそれらと他の有機物もしくは無機物を混合させたものを採用することができる。なお、第2光学素子12は、互いに異なる有機物から成る複数の光学部材で構成されていてもよい。
The organic material in the present embodiment includes a material obtained by curing a resin material and a material obtained by dispersing and curing inorganic fine particles in an organic material (organic composite). For example, as the organic substance, acrylic, polycarbonate, polyvinyl carbazole, a mixture thereof, or a mixture of them with other organic substance or inorganic substance can be adopted. The second
光学素子1は、第1の光学要素11及び第3の光学要素13を形成する工程と、第1の光学要素11の光学面上に第2の光学要素12を形成する工程と、第2の光学要素12及び第3の光学要素13の光学面同士を接合する工程と、により製造することができる。このとき、第2の光学要素12及び第3の光学要素13は、必要に応じて不図示の接合部材(接着剤など)を介して接合される。なお、第3の光学要素13の光学面上に第2の光学要素12を形成してから第1の光学要素11に接合する方法や、予め第2の光学要素12を形成してから第1の光学要素11及び第3の光学要素13の夫々に接合する方法などを採用してもよい。
The
なお、本実施形態における「光学面」とは、各光学要素において連続な曲面(曲率半径が一定の球面又は同一の定義式で定義される非球面)を有する部分を示している。また、本実施形態において、各光学要素の光学面は全て鏡面である。すなわち、各光学要素の保持等のための鏡面ではない面や、光軸を含む断面内において光軸と直交する方向(径方向)における端面などは、光学面に含まれない非光学面である。 The “optical surface” in the present embodiment indicates a portion having a continuous curved surface (a spherical surface having a constant curvature radius or an aspheric surface defined by the same definition formula) in each optical element. In the present embodiment, the optical surfaces of the optical elements are all mirror surfaces. That is, a non-mirror surface for holding each optical element or an end surface in a direction (radial direction) perpendicular to the optical axis in a cross section including the optical axis is a non-optical surface not included in the optical surface. .
本実施形態における「光学要素の径」とは、光軸を含む断面内での径方向における、各光学要素の端部同士の距離(幅)、又はその端部の位置、を示している。すなわち、第1の光学要素11の最小径φhは、第1の光学要素11の径方向における端部同士の距離の最小値を示す。本実施形態において、各光学要素の径の値は、光学面の径の値以上となる。また、本実施形態における「接合面」とは、各光学要素において、接合部材の有無を問わず他の光学要素に接合されている面のことを示している。
The “diameter of the optical element” in the present embodiment indicates the distance (width) between the end portions of each optical element or the position of the end portion in the radial direction within the cross section including the optical axis. That is, the minimum diameter φh of the first
本実施形態に係る光学素子1において、各光学要素の形状や材料を適切に設定することにより、小型化及び良好な光学性能を実現することができる。しかし、一般的に、有機物は、ガラス等の無機材料と比較して環境変動により変形し易い。例えば、雰囲気(空気等)の温度が常温に対して大きく変化した高低温環境下においては、有機物から成る光学要素が膨張又は収縮して、その屈折率などの光学特性が変化してしまう。また、高湿度環境下においては、吸水により有機物から成る光学要素の表面形状が変形して、その光学特性が変化してしまう。
In the
このとき、有機物から成る光学要素の厚さを薄くすることにより、その表面が雰囲気に曝される面積を減らして、環境変動の影響を低減する方法も考えられる。しかし、有機物は無機ガラス等と比較して機械強度が弱いため、有機物から成る光学要素を薄く構成した場合、それを鏡筒等で保持する際に変形してしまうこと等が懸念される。 At this time, by reducing the thickness of the optical element made of an organic material, the area of the surface exposed to the atmosphere can be reduced to reduce the influence of environmental fluctuations. However, since the organic material has a lower mechanical strength than inorganic glass or the like, there is a concern that when the optical element made of the organic material is made thin, it is deformed when it is held by a lens barrel or the like.
そこで、本実施形態に係る光学素子1は、有機物から成る第2の光学要素12が有する2つの光学面(入射面及び出射面)の両方を、他の光学要素の光学面に接合した構成を採っている。これにより、第2の光学要素12の光学面が雰囲気中に曝されることを防ぎ、環境変動による変形を抑制することができ、かつ、第2の光学要素12の機械強度を保つことができる。
Therefore, the
しかしながら、無機ガラス及び有機物の線膨張係数は互いに大きく異なるため、高湿度環境下においては、第2の光学要素12及び他の光学要素が不均一に膨張及び収縮してしまう。これにより、各光学要素が互いに接合されている界面(接合面)において大きな応力が発生して、各光学要素の剥離や割れ等が生じてしまう。このとき、環境温度の変化に伴い各接合面で発生する応力は、その光学要素同士の線膨張係数の差が大きいほど大きく、また、特に各光学要素の端部で顕著に発生する。
However, since the linear expansion coefficients of the inorganic glass and the organic substance are greatly different from each other, the second
そこで、本実施形態に係る光学素子1は、片側の光学面が雰囲気に曝されている第1の光学要素11のコバ部に、切欠き部(窪み部)14を設けた構成を採っている。第1の光学要素11に切欠き部14を設けることにより、第1の光学要素11の径が光軸方向において不均一になり、第1の光学要素11の最大径と最小径とが異なる値になる。これにより、第1の光学要素11の端部の剛性を小さくすることができ、接合面での応力の発生を抑制することが可能になる。
Therefore, the
必要に応じて設けられる切欠き部としては、光軸を含む断面内において、光学面とコバ部との成す角を除き、内角θが90°を超える頂点を有する形状を採用することができる。例えば、図1に示すようなコバ部に設けられた段付き形状や、溝や窪み(凹部)を含む溝形状、面取り形状やテーパー形状などを採用することができる。ただし、これらの形状に限らず、端部が曲面となるような面取り形状を採用してもよい。 As the cutout portion provided as necessary, a shape having an apex with an internal angle θ exceeding 90 ° can be adopted in the cross section including the optical axis, except for an angle formed by the optical surface and the edge portion. For example, a stepped shape provided in the edge portion as shown in FIG. 1, a groove shape including a groove or a depression (concave portion), a chamfered shape, a tapered shape, or the like can be adopted. However, the present invention is not limited to these shapes, and a chamfered shape having a curved end may be employed.
なお、本実施形態に係る光学素子1を製造する際には、各光学要素の光軸方向における位置合わせ(調芯)を行う必要がある。また、調芯の際に精度良く光学要素を保持するためには、コバ部が光軸と略平行な面を有していることが望ましい。よって、光学要素1に切欠き部14を設ける際には、光軸と略平行な領域を形成することが望ましい。
In addition, when manufacturing the
そして、本実施形態では、第1の光学要素11の端部に切欠き部14を設けることにより、条件式(1)の左辺を満たしている。これにより、光学素子1において、各光学要素が接合されている部分の端部の厚さ(剛性)を小さくすることができるため、高低温環境下における各接合面での応力の発生を抑制することが可能になる。一方、条件式(1)の左辺を満たさない場合、各光学要素が接合されている部分の端部の厚さは、切欠き部14を設けなかった場合と略変わらないため、本発明の効果を得ることができない。
In this embodiment, the left side of the conditional expression (1) is satisfied by providing the
さらに、本実施形態に係る光学素子1は、第2の光学要素12の端部が第1及び第3の光学要素の間からはみ出した構成を採ることにより、条件式(1)の右辺を満たしている。これにより、各光学要素の接合面が連続な曲面となるように構成することができるため、環境温度の変化時に接合面の一部分に応力が集中することを抑制することが可能になる。一方、条件式(1)の右辺を満たさない場合、径方向において径φrよりも外側(外周部)では、片側の光学面が雰囲気に曝されている第1及び第3の光学要素が接着部材を介して互いに接合されることになる。そのため、第1及び第3の光学要素の各接合面が径φrにおいて不連続となり、その部分に大きな応力が発生してしまう。
Further, the
なお、第2の光学要素12の最大径φrは、第1の光学要素11の外径(非光学面を含めた最大径)に一致する場合がある。また、第1又は第3の光学要素の外径よりも径φrの方が大きい場合、各接合面のうち径が最大の接合面の径(接合面の最大径)が、第1又は第3の光学要素の外径と等しくなる場合がある。第1の光学要素11の最小径φhは、例えば、図1に示すような段付き形状においては最も光軸に近い段同士の距離を示し、溝形状においては溝の底部(頂点)同士の距離を示し、テーパー形状においては最も光軸に近い位置に存在する頂点同士の距離を示す。
Note that the maximum diameter φr of the second
ここで、本実施形態に係る光学素子1は、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
0.5<φh/φr<0.98 ‥‥(2)
Here, it is desirable that the
0.5 <φh / φr <0.98 (2)
第1の光学要素11について、その端部の角が欠けたり接触時に他部材を傷つけたりすることを防止するために、コバ部に微小な面取りを施す方法等が考えられる。しかし、このような目的で設けられた面取り形状では、上述したような応力の低減効果を十分に得ることができない。よって、条件式(2)の右辺を満足するように、径φhの値を径φrに対してある程度小さくすることが望ましい。一方で、径φhの値を小さくし過ぎると、結像に寄与する有効光束が通過する有効領域を確保するために、各光学要素を径方向に大型化する必要が生じてしまうため、条件式(2)の左辺を満足することが望ましい。
In order to prevent the edge of the first
さらに、以下の条件式(2a)〜(2d)を順に満たしていくことがより好ましい。
0.6<φh/φr<0.96 ‥‥(2a)
0.65<φh/φr<0.94 ‥‥(2b)
0.7<φh/φr<0.93 ‥‥(2c)
0.75<φh/φr<0.92 ‥‥(2d)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (2a) to (2d) in order.
0.6 <φh / φr <0.96 (2a)
0.65 <φh / φr <0.94 (2b)
0.7 <φh / φr <0.93 (2c)
0.75 <φh / φr <0.92 (2d)
また、本実施形態に係る光学素子1は、第2の光学要素12の光軸上及び径φcにおける光軸方向の厚さを各々trc、treとするとき、以下の条件式(3)又は(4)の何れか一方を満足することが望ましい。
0.0005<tre/trc<0.95 ‥‥(3)
1.05<tre/trc<10000 ‥‥(4)
The
0.0005 <tre / trc <0.95 (3)
1.05 <tre / trc <10000 (4)
高低温度環境下においては、第2の光学要素12の光軸方向の厚さの径方向における変化量が大きいほど、各接合面で生じる応力が大きくなり易い。第2の光学要素12が正の屈折力を有する場合は条件式(3)を、第2の光学要素12が負の屈折力を有する場合は条件式(4)を、夫々満足することで、各接合面での応力の発生が顕著になるため、条件式(1)を満たすことによる応力低減の効果が大きくなる。
Under high and low temperature environments, the greater the amount of change in the radial direction of the thickness of the second
さらに、以下の条件式(3a)又は(4a)〜(3d)又は(4d)を順に満たしていくことがより好ましい。
0.001<tre/trc<0.90 ‥‥(3a)
1.2<tre/trc<2000 ‥‥(4a)
0.004<tre/trc<0.80 ‥‥(3b)
1.5<tre/trc<1600 ‥‥(4b)
0.008<tre/trc<0.60 ‥‥(3c)
1.8<tre/trc<1200 ‥‥(4c)
0.01<tre/trc<0.50 ‥‥(3d)
2.0<tre/trc<1000 ‥‥(4d)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (3a) or (4a) to (3d) or (4d) in order.
0.001 <tre / trc <0.90 (3a)
1.2 <tre / trc <2000 (4a)
0.004 <tre / trc <0.80 (3b)
1.5 <tre / trc <1600 (4b)
0.008 <tre / trc <0.60 (3c)
1.8 <tre / trc <1200 (4c)
0.01 <tre / trc <0.50 (3d)
2.0 <tre / trc <1000 (4d)
上述したように、高低温度環境下においては、各接合面の端部で大きな応力が発生し易いため、その応力の発生を抑制するには、切欠き部14を設けることで第1の光学要素11の端部(最大径)における厚さ(剛性)を小さくしすることが望ましい。一方で、第1の光学要素11の端部における厚さを小さくし過ぎると、第1の光学要素11の端部における剛性が弱くなり、変形や割れ等が生じることが懸念される。そこで、第1の光学要素11の最大径及び径φhにおける光軸方向の厚さを各々te、th0とするとき、以下の条件式(5)を満足するように切欠き部14を設けることが望ましい。
0.005<te/th0<0.9 ‥‥(5)
As described above, since a large stress is likely to be generated at the end portion of each joint surface in a high and low temperature environment, the first optical element is provided by providing the
0.005 <te / th0 <0.9 (5)
さらに、以下の条件式(5a)〜(5d)を順に満たしていくことがより好ましい。
0.01<te/th0<0.8 ‥‥(5a)
0.05<te/th0<0.7 ‥‥(5b)
0.1<te/th0<0.6 ‥‥(5c)
0.15<te/th0<0.5 ‥‥(5d)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (5a) to (5d) in order.
0.01 <te / th0 <0.8 (5a)
0.05 <te / th0 <0.7 (5b)
0.1 <te / th0 <0.6 (5c)
0.15 <te / th0 <0.5 (5d)
また、本実施形態に係る光学素子1は、切欠き部14における内角が90°を超える頂点(径φhの位置)と第2の光学要素12との光軸方向の距離をthとするとき、以下の条件式(6)を満足することが望ましい。
0.005<th/th0<0.9 ‥‥(6)
Further, in the
0.005 <th / th0 <0.9 (6)
条件式(6)の下限を下回ると、切欠き部14が設けられた第1の光学要素11の端部における剛性が小さくなり過ぎてしまい、変形や割れ等が生じる可能性があるため好ましくない。条件式(6)の上限を上回ると、切欠き部14が設けられた第1の光学要素11の端部における剛性が大きくなり過ぎてしまい、第1の光学要素11の歪みにより応力を逃がすことが難しくなる。
If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, the rigidity at the end of the first
さらに、以下の条件式(6a)〜(6d)を順に満たしていくことがより好ましい。
0.01<th/th0<0.8 ‥‥(6a)
0.05<th/th0<0.7 ‥‥(6b)
0.1<th/th0<0.6 ‥‥(6c)
0.15<th/th0<0.5 ‥‥(6d)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (6a) to (6d) in order.
0.01 <th / th0 <0.8 (6a)
0.05 <th / th0 <0.7 (6b)
0.1 <th / th0 <0.6 (6c)
0.15 <th / th0 <0.5 (6d)
また、高低温度環境下における応力の発生を抑制するには、温度変化による各光学要素の膨張及び収縮の度合いを適切に設定することが望ましい。ここで、温度変化による各光学要素の膨張及び収縮の度合いは、各光学要素の光軸方向の厚さと各々を構成する材料のヤング率との積に相関する。そこで、本実施形態に係る光学素子1は、第1及び第2の光学要素を構成する材料のヤング率を各々Eh、E2とするとき、以下の条件式(7)を満足することが望ましい。
0.01<tre×logE2/(te×logEh)<10 ‥‥(7)
In order to suppress the generation of stress under high and low temperature environments, it is desirable to appropriately set the degree of expansion and contraction of each optical element due to temperature changes. Here, the degree of expansion and contraction of each optical element due to temperature change correlates with the product of the thickness of each optical element in the optical axis direction and the Young's modulus of the material constituting each optical element. Therefore, it is desirable that the
0.01 <tre × logE2 / (te × logEh) <10 (7)
条件式(7)の下限を下回ると、光学素子1の端部において、温度変化による第1の光学要素11の膨張及び収縮が第2の光学要素12の膨張及び収縮に対して小さくなり過ぎてしまい、互いの接合面での応力を抑制することが難しくなる。条件式(7)の上限を上回ると、光学素子1の端部において、温度変化による第1の光学要素11の膨張及び収縮が第2の光学要素12の膨張及び収縮に対して大きくなり過ぎてしまい、第1の光学要素11に割れ等が生じることが懸念されるため好ましくない。
If the lower limit of conditional expression (7) is not reached, the expansion and contraction of the first
さらに、以下の条件式(7a)〜(7c)を順に満たしていくことがより好ましい。
0.03<tre×logE2/(te×logEh)<6 ‥‥(7a)
0.04<tre×logE2/(te×logEh)<5 ‥‥(7b)
0.04<tre×logE2/(te×logEh)<4 ‥‥(7c)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (7a) to (7c) in order.
0.03 <tre × logE2 / (te × logEh) <6 (7a)
0.04 <tre × logE2 / (te × logEh) <5 (7b)
0.04 <tre × logE2 / (te × logEh) <4 (7c)
なお、温度変化による各光学要素の膨張及び収縮の度合いは、各光学要素の光軸方向の厚さと各々を構成する材料の線膨張係数との積にも相関するため、条件式(7)におけるヤング率を線膨張係数に置き換えて考えることができる。すなわち、本実施形態に係る光学素子1は、第1及び第2の光学要素を構成する材料の線膨張係数を各々αh、α2とするとき、以下の条件式(8)を満足することが望ましい。
0.01<tre×logα2/(te×logαh)<10 ‥‥(8)
The degree of expansion and contraction of each optical element due to temperature change is also correlated with the product of the thickness of each optical element in the optical axis direction and the linear expansion coefficient of the material constituting each optical element. It can be considered by replacing the Young's modulus with the linear expansion coefficient. That is, it is desirable that the
0.01 <tre × logα2 / (te × logαh) <10 (8)
さらに、以下の条件式(8a)〜(8c)を順に満たしていくことがより好ましい。
0.03<tre×logα2/(te×logαh)<6 ‥‥(8a)
0.04<tre×logα2/(te×logαh)<5 ‥‥(8b)
0.04<tre×logα2/(te×logαh)<4 ‥‥(8c)
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (8a) to (8c) in order.
0.03 <tre × logα2 / (te × logαh) <6 (8a)
0.04 <tre × logα2 / (te × logαh) <5 (8b)
0.04 <tre × logα2 / (te × logαh) <4 (8c)
なお、本実施形態においては、第1の光学要素11のみに切欠き部14を設けているが、必要に応じて、第3の光学要素13のみに切欠き部を設けたり、第1及び第3の光学要素の両方に切欠き部を設けたりしてもよい。第3の光学要素13に切欠き部を設ける場合は、第3の光学要素13の最小径をφh´とするとき、以下の条件式(1a)を満足するように構成すればよい。
φh´<φc≦φr ‥‥(1a)
In the present embodiment, the
φh ′ <φc ≦ φr (1a)
すなわち、第1及び第3の光学要素の少なくとも一方に切欠き部を設け、条件式(1)及び(1a)の少なくとも一方を満足するように構成しさえすれば、本発明の効果を得ることができる。ここで、負の屈折力を有する光学要素においては、光軸上での厚さよりも端部での厚さの方が大きくなるため、相対的に端部での剛性が大きくなる。よって、接合面における応力の発生を抑制するためには、本実施形態のように、負の屈折力を有する光学要素に切欠き部を設けることが望ましい。 That is, the effect of the present invention can be obtained as long as at least one of the first and third optical elements is provided with a notch and satisfies at least one of conditional expressions (1) and (1a). Can do. Here, in the optical element having a negative refractive power, the thickness at the end is larger than the thickness on the optical axis, and therefore the rigidity at the end is relatively increased. Therefore, in order to suppress the occurrence of stress on the joint surface, it is desirable to provide a notch in the optical element having negative refractive power as in this embodiment.
以上、本実施形態に係る光学素子1によれば、耐環境性、小型化、及び良好な光学性能を実現することができる。次に、光学素子1の実施例について詳細に説明する。
As described above, according to the
[実施例1]
以下、本発明の実施例1に係る光学素子1について詳細に説明する。本実施例に係る光学素子1の構成は、上述した実施形態に係る構成と同様である。
[Example 1]
Hereinafter, the
本実施例において、第1の光学要素11及び第3の光学要素13は、無機ガラスから成り、互いに符号が異なる屈折力を有する光学要素である。第1の光学要素11は、OHARA社のS−TIH10から成り、負の屈折力を有している。第3の光学要素13は、OHARA社のS−BSM14から成り、正の屈折力を有している。また、第2の光学要素12は、UV硬化樹脂から成り、正の屈折力を有するメニスカス形状の光学要素である。第2の光学要素12の光軸方向の厚さは、光軸上から端部に向かって減少している。
In the present embodiment, the first
第1の光学要素11と第2の光学要素12とは、第1の光学要素11の最大径以内の領域で接合されており、第1の光学要素11と第2の光学要素12との第1の接合面の径は、第1の光学要素11の最大径に一致する。また、第2の光学要素12と第3の光学要素13とは、第2の光学要素12の最大径φr以内の領域で接合されており、第2の光学要素12と第3の光学要素13との第2の接合面の径は、第2の光学要素12の最大径φrに一致する。
The first
このとき、第2の光学要素12の最大径φrよりも第1の光学要素11の最大径の方が小さいため、接合面の最小径φcは第1の接合面の径となる。このように、φc<φrなる条件を満たすように構成することにより、各接合面が連続な曲面となるため、第2の光学要素12の端部において光が屈折、反射、散乱して不要光となってしまうことを抑制することができる。
At this time, since the maximum diameter of the first
さらに、本実施例では、負の屈折力を有する第1の光学要素11の端部に、切欠き部14として段付きを設けることにより、第1の光学要素11の最小径φhが接合面の最小径φcよりも小さくなるように構成している。このように、φh<φcなる条件を満たすように構成することにより、第1の光学要素11の端部の剛性を相対的に小さくすることができ、高低温環境下における各接合面での応力の発生を抑制することが可能になる。なお、第1の光学要素11の最端面を光軸と平行な面とすることにより、第1の光学要素11の調芯時の保持を容易にすることができる。
Furthermore, in this embodiment, a step is provided as a
ここで、本実施例に係る光学素子1の効果を説明するために、図2に示すような比較例に係る光学素子C1について考える。比較例に係る光学素子C1は、第1の光学要素C11に切欠き部が設けられていないという点を除いて、本実施例に係る光学素子1と同様の構成である。図2に示す通り、第1の光学要素C11の最小径φhは接合面の最小径φcと等しいため、比較例に係る光学素子C1は条件式(1)を満足していない。
Here, in order to explain the effect of the
図3は、本実施例に係る第1の光学要素11と第2の光学要素12との接合面及び比較例に係る第1の光学要素C11と第2の光学要素C12との接合面における、光軸方向の応力と径方向の位置との関係を示す図である。ここでは、有限要素法を用いて、常温から+40℃の温度変化が生じた際に発生する応力を算出している。図3において、実線は本実施例に対応し、破線は比較例に対応しており、応力が正の値を採る場合は引張応力を示し、負の値を採る場合は圧縮応力を示している。
FIG. 3 shows a bonding surface between the first
図3に示す通り、本実施例に係る応力の値は、第1の光学要素11の最小径φhの前後において急に変化しており、接合面の最小径φcにおいては比較例に係る応力の値と比較して41%小さくなっている。これより、第1の光学要素11に切欠き部14を設けることで、接合面における応力の発生を抑制可能であるということがわかる。
As shown in FIG. 3, the stress value according to the present example suddenly changes before and after the minimum diameter φh of the first
[実施例2]
図4は、実施例1に係る光学素子1を有する、実施例2に係る光学系2の要部断面図である。図4において、IPは像面を示し、OAは光軸を示し、SPは開口絞りを示し、矢印は、無限遠から近距離へのフォーカシングに際する、各レンズユニット及び開口絞りSPの光軸方向の移動軌跡を示している。
[Example 2]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the
本実施例に係る光学系2は、物体側から像側へ順に配置される、正の屈折力の第1レンズユニット(レンズ群)L1、正の屈折力の第2レンズユニットL2、正の屈折力の第3レンズユニットL3、から構成される。第2レンズユニットL2は、実施例1に係る光学素子1を含んでおり、その光学素子1は、第2の光学要素12の凸面が像側に向くように配置されている。光学系2において、各レンズユニットの間隔は、フォーカシングに際して変化する。
The
光学素子1において、UV硬化樹脂から成る第2の光学要素12は異常部分分散性を有しており、そのg線及びF線に関する部分分散比θgFは一般的なガラス材料と比較して大きい。光学系2は、このような異常部分分散性を有する光学素子1を採用することにより、軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正することができる。
In the
また、光学素子1において、第3の光学要素13の最大径は、第2の光学要素12及び第1の光学要素11の最大径よりも大きい。よって、光学系2において、鏡筒等の保持手段により光学素子1を保持(固定)する際に、第3の光学要素13のみを介して保持することができるため、温度変化により各光学要素が膨張及び収縮した際の光学面の歪を抑制することが可能になる。
In the
なお、本実施例では、第3の光学要素13のみを介して光学素子1を保持する構成を採っているが、第1の光学要素11及び第3の光学要素13の少なくとも一方を介して保持する構成であれば、これに限られるものではない。本実施例に係る光学系2は、各光学面の曲率中心及び像面の中心位置が光軸上に配置された共軸系であるが、必要に応じて光学系2を非共軸系としてもよい。また、本実施例に係る光学系2は、光学素子1を1つのみ有する構成を採っているが、これに限らず、光学素子1を複数有する構成を採ってもよい。このとき、条件式(1)を満足する光学素子であれば、光学素子1の代わりにそれを採用してもよい。
In this embodiment, the
[実施例3]
図5(a)は、本発明の実施例3に係る光学素子3の要部断面図であり、図5(b)は、光学素子3の端部を拡大した拡大図である。本実施例に係る光学素子3は、実施例1に係る光学素子1と同様に3つの光学要素が接合されて構成されているが、各光学要素の材料及び形状は光学素子1とは異なる。
[Example 3]
FIG. 5A is a cross-sectional view of the main part of the
本実施例において、第1の光学要素31は、OHARA社のS−TIH1から成り、物体側に凹面を向けた負のメニスカス形状の光学要素である。第3の光学要素33は、OHARA社のS−LAL7から成り、正の屈折力を有する両凸形状の光学要素である。また、第2の光学要素32は、PMMAにITO(Indium−Tin−Oxide)微粒子を体積比15%で分散させた混合体から成り、負の屈折力を有する両凹形状の光学要素である。なお、第2の光学要素32の光軸方向の厚さは、光軸上から端部に向かって増加している。
In the present embodiment, the first
本実施例においても、実施例1と同様に、負の屈折力を有する第1の光学要素31の端部に切欠き部34を設けている。なお、本実施例では、切欠き部34として、実施例1で示したような段付き形状と溝形状とが合わさった形状を採用している。そして、本実施例に係る光学素子3は、実施例1に係る光学素子1と同様に、条件式(1)を満たしているため、接合面での応力の発生を抑制することを可能にしている。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a
[実施例4]
図6は、実施例3に係る光学素子3を有する、実施例4に係る光学系4の要部断面図である。図6中の矢印は、無限遠から近距離へのフォーカシングに際する、各レンズユニット及び開口絞りSPの光軸方向の移動軌跡を示している。本実施例に係る光学系4において、実施例2に係る光学系2と同等の構成については、説明を省略する。
[Example 4]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the
本実施例に係る光学系2は、物体側から像側へ順に配置される、正の屈折力の第1レンズユニットL1、正の屈折力の第2レンズユニットL2、正の屈折力の第3レンズユニットL3、から構成される。第3レンズユニットL3は、実施例3に係る光学素子3を含んでいる。光学系4において、各レンズユニットの間隔は、フォーカシングに際して変化する。
The
光学素子3において、PMMA及びITO微粒子の混合体から成る第2の光学要素32は異常部分分散性を有しており、そのg線及びF線に関する部分分散比θgFは一般的なガラス材料と比較して小さい。光学系4は、このような異常部分分散性を有する光学素子3を採用することにより、軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正することができる。
In the
[実施例5]
図7(a)は、本発明の実施例5に係る光学素子5の要部断面図であり、図7(b)は、光学素子5の端部を拡大した拡大図である。本実施例に係る光学素子5では、実施例1及び3に係る光学素子1及び3とは異なり、有機物から成る第2の光学要素52が2つの光学部材から成る構成を採っている。
[Example 5]
FIG. 7A is a cross-sectional view of the main part of the
本実施例において、第1の光学要素51は、OHARA社のS−TIH53から成り、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の光学要素である。第3の光学要素53は、OHARA社のS−FSL5から成り、正の屈折力を有する両凸形状の光学要素である。そして、第2の光学要素52は、UV硬化樹脂から成る第1の光学部材52aと、PMMAにITO微粒子を体積比10%で分散させた混合体から成る第2の光学部材52bと、の2つの光学部材で構成される。
In this embodiment, the first
また、第1の光学部材52aは、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の光学部材であり、その光軸方向の厚さは、光軸上から端部に向かって減少している。また、第2の光学部材52bは、物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状の光学部材であり、その光軸方向の厚さは、光軸上から端部に向かって増加している。
The first
本実施例においても、実施例1及び3と同様に、負の屈折力を有する第1の光学要素51の端部に切欠き部54を設けている。なお、本実施例では、実施例3と同様に、切欠き部54として、段付き形状と溝形状とが合わさった形状を採用している。そして、本実施例に係る光学素子5は、条件式(1)を満たしているため、接合面での応力の発生を抑制することを可能にしている。
Also in the present embodiment, as in the first and third embodiments, a
なお、本実施例においては、第2の光学要素52が2つの光学部材から成る構成を採っているが、必要に応じて、第2の光学要素52が3つ以上の光学部材から成る構成を採用してもよい。また、必要に応じて、第2の光学要素52を構成する光学部材同士の境界面に回折格子を形成してもよい。 In the present embodiment, the second optical element 52 is configured by two optical members. However, the second optical element 52 is configured by three or more optical members as necessary. It may be adopted. Moreover, you may form a diffraction grating in the interface of the optical members which comprise the 2nd optical element 52 as needed.
[実施例6]
図8は、実施例5に係る光学素子5を有する、実施例6に係る光学系6の要部断面図である。図8において、FCはフレアカット絞りを示している。図8中の矢印は、広角端から望遠端へのズーミングに際する、各レンズユニットの光軸方向の移動軌跡を示している。本実施例に係る光学系6において、実施例2及び4に係る光学系2及び4と同等の構成については、説明を省略する。
[Example 6]
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of the
本実施例に係る光学系6は、物体側から像側へ順に配置される、正の屈折力の第1レンズユニットL1、負の屈折の第2レンズユニットL2、正の屈折力の第3レンズユニットL3、正の屈折力の第4レンズユニットL4、から構成される。第1レンズユニットL1は、実施例5に係る光学素子5を含んでいる。光学系6において、ズーミングを行う際には、各レンズユニットの間隔が変化し、フォーカシングを行う際には、第4レンズユニットL4の光軸方向の位置が変化する。
The
光学素子5において、第2の光学要素52は異常部分分散性を有している。UV硬化樹脂から成る第1の光学部材52aのg線及びF線に関する部分分散比θgFは、一般的なガラス材料と比較して大きい。PMMA及びITO微粒子の混合体から成る第2の光学部材52bのg線及びF線に関する部分分散比θgFは、一般的なガラス材料と比較して小さい。光学系6は、このような異常部分分散性を有する光学素子5を採用することにより、軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正することができる。
In the
また、光学素子5において、第1の光学要素51の最大径は、第2の光学要素52及び第3の光学要素53の最大径よりも大きい。よって、光学系6において、鏡筒等の保持手段により光学素子5を保持する際に、第1の光学要素51のみを介して保持することができるため、温度変化により各光学要素が膨張及び収縮した際の光学面の歪を抑制することが可能になる。なお、本実施例では、第1の光学要素51のみを介して光学素子5を保持する構成を採っているが、第1の光学要素51及び第3の光学要素53の少なくとも一方を介して保持する構成であれば、これに限られるものではない。
In the
[実施例7]
図9(a)は、本発明の実施例7に係る光学素子7の要部断面図であり、図9(b)は、光学素子7の端部を拡大した拡大図である。本実施例に係る光学素子7は、実施例1に係る光学素子1と同様に3つの光学要素が接合されて構成されているが、各光学要素の材料及び形状は光学素子1とは異なる。
[Example 7]
FIG. 9A is a main part sectional view of the
本実施例において、第1の光学要素71は、OHARA社のS−TIH10から成り、負の屈折力を有する両凹形状の光学要素である。第3の光学要素73は、OHARA社のS−BSM14から成り、正の屈折力を有する両凸形状の光学要素である。また、第2の光学要素72は、UV硬化樹脂から成り、物体側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の光学要素である。なお、第2の光学要素72の光軸方向の厚さは、光軸上から端部に向かって減少している。
In the present embodiment, the first
本実施例においても、実施例1と同様に、負の屈折力を有する第1の光学要素71の端部に切欠き部74を設けている。なお、本実施例では、実施例1とは異なり、切欠き部74としてV溝を設けている。そして、本実施例に係る光学素子7は、実施例1に係る光学素子1と同様に、条件式(1)を満たしているため、接合面での応力の発生を抑制することを可能にしている。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a
[実施例8]
図10(a)は、本発明の実施例8に係る光学素子8の要部断面図であり、図10(b)は、光学素子8の端部を拡大した拡大図である。本実施例に係る光学素子8は、実施例1に係る光学素子1と同様に3つの光学要素が接合されて構成されているが、各光学要素の材料及び形状は光学素子1とは異なる。
[Example 8]
FIG. 10A is a cross-sectional view of the main part of the
本実施例において、第1の光学要素81は、OHARA社のS−TIH10から成り、負の屈折力を有する両凹形状の光学要素である。第3の光学要素83は、OHARA社のS−BSM14から成り、正の屈折力を有する両凸形状の光学要素である。また、第2の光学要素82は、UV硬化樹脂から成り、物体側に凹面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の光学要素である。なお、第2の光学要素82の光軸方向の厚さは、光軸上から端部に向かって減少している。
In this embodiment, the first
本実施例においても、実施例1と同様に、負の屈折力を有する第1の光学要素81の端部に切欠き部84を設けている。なお、本実施例では、実施例1とは異なり、切欠き部84としてテーパー形状を採用している。本実施例においては、テーパー形状のテーパー角度(光軸との成す角度)を21度に設定している。そして、本実施例に係る光学素子8は、実施例1に係る光学素子1と同様に、条件式(1)を満たしているため、接合面での応力の発生を抑制することを可能にしている。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, a
なお、上述した各実施例において、第2の光学要素の材料として、固体材料に無機酸化物(例えばTiO2やITOなど)の微粒子を混合した材料を用いる場合は、無機酸化物の微粒子によって光が散乱してしまうことを抑制する必要がある。そのためには、微粒子の粒径を2nmから50nmの範囲内に設定することが好ましい。また、固体材料に無機酸化物の微粒子を混合する際の凝集を抑制するために、分散剤等を添加してもよい。 In each of the embodiments described above, when a material obtained by mixing fine particles of an inorganic oxide (such as TiO 2 or ITO) with a solid material is used as the material of the second optical element, light is emitted by the fine particles of the inorganic oxide. It is necessary to suppress the scattering. For this purpose, it is preferable to set the particle diameter of the fine particles within a range of 2 nm to 50 nm. Further, a dispersant or the like may be added in order to suppress aggregation when the inorganic oxide fine particles are mixed with the solid material.
ここで、固体材料(母材)に微粒子を分散させた混合体において、波長λに対する屈折率n(λ)は、Maxwell−Garnet理論に基づく関係式から導き出すことができる。具体的に、屈折率n(λ)は、固体材料の比誘電率をεm、微粒子の比誘電率をεp、固体材料の体積に対する微粒子の総体積の分率をη、とするとき、以下の式(9)で定義される混合体の比誘電率εavに基づいて、以下の式(10)のように表される。 Here, in a mixture in which fine particles are dispersed in a solid material (base material), the refractive index n (λ) with respect to the wavelength λ can be derived from a relational expression based on Maxwell-Garnet theory. Specifically, the refractive index n (λ) is expressed as follows when the relative permittivity of the solid material is εm, the relative permittivity of the fine particles is εp, and the fraction of the total volume of the fine particles with respect to the volume of the solid material is η. Based on the relative dielectric constant εav of the mixture defined by the equation (9), it is expressed as the following equation (10).
表1に、上述した各実施例に係る光学素子についての、諸数値及び条件式(1)乃至(8)の中辺の値を示す。 Table 1 shows numerical values and values of the middle sides of the conditional expressions (1) to (8) for the optical elements according to the above-described embodiments.
また、表2に、各実施例に係る第2の光学要素の物性値を示す。 Table 2 shows physical property values of the second optical element according to each example.
次に、上述した実施例1乃至8の夫々に対応する数値実施例1乃至8において、具体的な数値データを示す。ただし、各数値実施例において、mは光入射側から数えた面の番号を示し、rmは第m番目の光学面(第m面)の曲率半径を示し、dmは第m面と第(m+1)面との間の軸上間隔(光軸上の距離)、を示す。また、ndm及びνdmの夫々は第m番目の光学部材のd線に対する屈折率及びアッベ数を示す。ここでは、フラウンホーファー線のF線(486.1nm)、d線(587.6nm)、C線(656.3nm)に対する屈折率を各々NF、Nd、NCとし、d線に関するアッベ数νdを以下の式(11)ように定義する。
νd=(Nd−1)/(NF−NC) ‥‥(11)
Next, specific numerical data will be shown in numerical examples 1 to 8 corresponding to the first to eighth embodiments described above. In each numerical example, m represents the number of the surface counted from the light incident side, rm represents the radius of curvature of the mth optical surface (mth surface), and dm represents the mth surface and (m + 1) th. ) An on-axis distance (distance on the optical axis) between the surfaces. Each of ndm and νdm represents the refractive index and Abbe number of the m-th optical member with respect to the d-line. Here, the refractive indices for the F line (486.1 nm), d line (587.6 nm), and C line (656.3 nm) of the Fraunhofer line are NF, Nd, and NC, respectively, and the Abbe number νd for the d line is as follows: The following equation (11) is defined.
νd = (Nd−1) / (NF-NC) (11)
なお、各数値実施例において、非球面形状の光学面については、面番号の後に*(アスタリスク)の符号を付加している。また、各非球面係数における「e±XX」は「×10±XX」を意味している。光学面の非球面形状は、光軸方向における面頂点からの変位量をX、光軸方向に垂直な方向における光軸からの高さをh、近軸曲率半径をr、円錐定数をk、非球面係数をB,C,D,E…、とするとき、以下の式(12)により表される。 In each numerical example, an aspherical optical surface is given an asterisk (*) after the surface number. In addition, “e ± XX” in each aspheric coefficient means “× 10 ± XX ”. The aspherical shape of the optical surface is such that the amount of displacement from the surface vertex in the optical axis direction is X, the height from the optical axis in the direction perpendicular to the optical axis direction is h, the paraxial radius of curvature is r, the conic constant is k, When the aspheric coefficients are B, C, D, E,...
(数値実施例1)
面番号 r d nd vd 物体側有効径 像側有効径
1 333.607 4.76 1.60311 60.6 - 38.00
2 -61.478 1.00 1.63556 22.4 38.00 35.80
3 -45.844 1.59 1.72825 28.5 35.80 35.00
4 32.360 28.40 -
(Numerical example 1)
Surface number rd nd vd Effective diameter on object side Effective diameter on image side
1 333.607 4.76 1.60311 60.6-38.00
2 -61.478 1.00 1.63556 22.4 38.00 35.80
3 -45.844 1.59 1.72825 28.5 35.80 35.00
4 32.360 28.40-
(数値実施例2)
面番号 r d nd vd 有効径
1 72.080 2.65 1.58313 59.4 50.00
2* 25.512 13.45 41.33
3 -96.609 2.50 1.48749 70.2 40.75
4 66.944 3.13 39.59
5 175.419 5.63 1.91082 35.3 39.68
6 -77.862 3.86 39.54
7 -44.606 2.30 1.69895 30.1 38.10
8 -178.782 0.15 38.34
9 62.257 8.11 1.59522 67.7 38.01
10 -59.637 (可変) 37.40
11 48.797 4.61 2.00100 29.1 35.03
12 9939.838 1.32 34.39
13 333.607 4.76 1.60311 60.6 32.67
14 -61.478 1.00 0.00000 0.0 31.18
15 -45.844 1.59 1.72825 28.5 30.99
16 32.360 (可変) 27.20
17(絞り) ∞ 7.17 26.60
18 -21.286 1.40 1.69895 30.1 25.93
19 177.619 4.21 1.59522 67.7 28.93
20 -52.749 0.15 29.70
21 97.355 7.19 1.59522 67.7 31.37
22 -35.549 0.15 32.12
23* -158.409 4.26 1.85400 40.4 33.44
24 -43.693 (可変) 34.50
像面 ∞
非球面データ
第2面
K=0.00000e+000 B=-1.26283e-006 C=-4.27073e-009 D= 5.04254e-012 E=-1.12945e-014
第23面
K =0.00000e+000 B=-6.35905e-006 C=-4.47403e-010 D=-4.21764e-012 E=2.36025e-015
各種データ
焦点距離 34.30
Fナンバー 1.45
画角 32.24
像高 21.64
レンズ全長 131.15
BF 39.00
物体距離 無限遠 1750 300
d10 7.06 6.32 0.80
d18 5.50 5.50 5.50
d26 39.00 39.74 45.26
(Numerical example 2)
Surface number rd nd vd Effective diameter
1 72.080 2.65 1.58313 59.4 50.00
2 * 25.512 13.45 41.33
3 -96.609 2.50 1.48749 70.2 40.75
4 66.944 3.13 39.59
5 175.419 5.63 1.91082 35.3 39.68
6 -77.862 3.86 39.54
7 -44.606 2.30 1.69895 30.1 38.10
8 -178.782 0.15 38.34
9 62.257 8.11 1.59522 67.7 38.01
10 -59.637 (variable) 37.40
11 48.797 4.61 2.00100 29.1 35.03
12 9939.838 1.32 34.39
13 333.607 4.76 1.60311 60.6 32.67
14 -61.478 1.00 0.00000 0.0 31.18
15 -45.844 1.59 1.72825 28.5 30.99
16 32.360 (variable) 27.20
17 (Aperture) ∞ 7.17 26.60
18 -21.286 1.40 1.69895 30.1 25.93
19 177.619 4.21 1.59522 67.7 28.93
20 -52.749 0.15 29.70
21 97.355 7.19 1.59522 67.7 31.37
22 -35.549 0.15 32.12
23 * -158.409 4.26 1.85400 40.4 33.44
24 -43.693 (variable) 34.50
Image plane ∞
Aspheric data 2nd surface
K = 0.00000e + 000 B = -1.26283e-006 C = -4.27073e-009 D = 5.04254e-012 E = -1.12945e-014
23rd page
K = 0.00000e + 000 B = -6.35905e-006 C = -4.47403e-010 D = -4.21764e-012 E = 2.36025e-015
Various data focal length 34.30
F number 1.45
Angle of View 32.24
Statue height 21.64
Total lens length 131.15
BF 39.00
Object distance infinity 1750 300
d10 7.06 6.32 0.80
d18 5.50 5.50 5.50
d26 39.00 39.74 45.26
(数値実施例3)
面番号 r d nd vd 物体側有効径 像側有効径
1 -20.859 1.40 1.71736 29.5 - 26.90
2 -526.799 0.05 1.54402 19.7 31.50 33.00
3 150.060 5.37 1.69680 55.5 33.00 35.00
4 -49.018 35.00
(Numerical Example 3)
Surface number rd nd vd Effective diameter on object side Effective diameter on image side
1 -20.859 1.40 1.71736 29.5-26.90
2 -526.799 0.05 1.54402 19.7 31.50 33.00
3 150.060 5.37 1.69680 55.5 33.00 35.00
4 -49.018 35.00
(数値実施例4)
面番号 r d nd vd 有効径
1 55.052 1.39 1.58313 59.4 50.00
2* 25.148 13.72 42.43
3 -106.406 2.03 1.51633 64.1 42.14
4 50.816 3.68 40.61
5 113.354 6.23 1.91082 35.3 40.83
6 -89.012 7.06 40.66
7 -44.957 2.03 1.69895 30.1 37.20
8 -336.413 0.17 37.42
9 69.607 8.37 1.59522 67.7 37.46
10 -50.652 (可変) 37.88
11 43.189 5.19 2.00100 29.1 35.48
12 1039.705 0.14 34.68
13 78.829 5.45 1.59522 67.7 32.76
14 -62.807 1.54 1.85026 32.3 31.30
15 28.545 (可変) 27.08
16(絞り) ∞ 7.24 26.48
17 -20.859 1.40 1.71736 29.5 25.82
18 -526.799 0.05 1.54402 19.6 28.63
19 150.060 5.37 1.69680 55.5 29.15
20 -49.018 0.15 30.23
21 122.455 6.57 1.65160 58.5 31.49
22 -37.407 0.19 32.50
23* -82.464 3.70 1.85400 40.4 33.20
24 -40.578 (可変) 34.31
像面 ∞
非球面データ
第2面
K=0.00000e+000 B=-1.17609e-006 C=-3.67097e-009 D=4.77220e-012 E=-1.15057e-014
第24面
K=0.00000e+000 B=-6.57816e-006 C=-1.77654e-010 D=-5.21093e-012 E=4.55629e-015
各種データ
焦点距離 34.30
Fナンバー 1.45
画角 32.24
像高 21.64
レンズ全長 133.69
BF 39.00
物体距離 無限遠 1750 300
d10 7.10 6.36 0.80
d15 5.92 5.92 5.92
d24 39.00 39.74 45.30
(Numerical example 4)
Surface number rd nd vd Effective diameter
1 55.052 1.39 1.58313 59.4 50.00
2 * 25.148 13.72 42.43
3 -106.406 2.03 1.51633 64.1 42.14
4 50.816 3.68 40.61
5 113.354 6.23 1.91082 35.3 40.83
6 -89.012 7.06 40.66
7 -44.957 2.03 1.69895 30.1 37.20
8 -336.413 0.17 37.42
9 69.607 8.37 1.59522 67.7 37.46
10 -50.652 (variable) 37.88
11 43.189 5.19 2.00100 29.1 35.48
12 1039.705 0.14 34.68
13 78.829 5.45 1.59522 67.7 32.76
14 -62.807 1.54 1.85026 32.3 31.30
15 28.545 (variable) 27.08
16 (Aperture) ∞ 7.24 26.48
17 -20.859 1.40 1.71736 29.5 25.82
18 -526.799 0.05 1.54402 19.6 28.63
19 150.060 5.37 1.69680 55.5 29.15
20 -49.018 0.15 30.23
21 122.455 6.57 1.65160 58.5 31.49
22 -37.407 0.19 32.50
23 * -82.464 3.70 1.85400 40.4 33.20
24 -40.578 (variable) 34.31
Image plane ∞
Aspheric data 2nd surface
K = 0.00000e + 000 B = -1.17609e-006 C = -3.67097e-009 D = 4.77220e-012 E = -1.15057e-014
24th page
K = 0.00000e + 000 B = -6.57816e-006 C = -1.77654e-010 D = -5.21093e-012 E = 4.55629e-015
Various data focal length 34.30
F number 1.45
Angle of View 32.24
Statue height 21.64
Total lens length 133.69
BF 39.00
Object distance infinity 1750 300
d10 7.10 6.36 0.80
d15 5.92 5.92 5.92
d24 39.00 39.74 45.30
(数値実施例5)
面番号 r d nd vd 物体側有効径 像側有効径
1 64.220 1.75 1.84666 23.8 - 32.50
2 29.865 0.01 1.52144 46.6 34.50 30.90
3 29.865 0.94 1.63556 22.8 30.90 31.50
4 35.779 0.05 1.52651 24.8 31.50 31.50
5 32.261 5.30 1.48749 70.2 31.50 33.00
6 -1189.473 0.10 33.00 -
(Numerical example 5)
Surface number rd nd vd Effective diameter on object side Effective diameter on image side
1 64.220 1.75 1.84666 23.8-32.50
2 29.865 0.01 1.52144 46.6 34.50 30.90
3 29.865 0.94 1.63556 22.8 30.90 31.50
4 35.779 0.05 1.52651 24.8 31.50 31.50
5 32.261 5.30 1.48749 70.2 31.50 33.00
6 -1189.473 0.10 33.00-
(数値実施例6)
面番号 r d nd vd 有効径
1 64.220 1.75 1.84666 23.8 32.00
2 29.865 0.01 1.52144 46.6 29.84
3 29.865 0.94 1.63556 22.8 29.84
4 35.779 0.05 1.52651 24.8 29.78
5 32.261 5.30 1.48749 70.2 29.66
6 -1189.473 0.10 29.22
7 32.482 3.23 1.77250 49.6 28.20
8 140.080 (可変) 27.86
9 51.133 0.90 1.88300 40.8 16.81
10 8.275 3.81 12.93
11 -38.963 0.75 1.60738 56.8 12.89
12 21.403 1.00 12.75
13 15.132 1.84 1.92286 18.9 13.20
14 36.354 (可変) 12.92
15(絞り) ∞ (可変) 6.29
16* 7.801 2.27 1.55880 62.5 7.38
17 268.502 2.06 7.12
18 20.932 0.70 1.80610 33.3 6.94
19 7.517 0.62 6.71
20 34.492 1.46 1.56873 63.1 6.71
21 -61.306 (可変) 6.99
22 ∞ (可変) 7.85
23 16.816 2.59 1.72916 54.7 9.33
24 -10.631 0.80 1.73800 32.3 9.16
25 1995.188 (可変) 9.00
像面 ∞
非球面データ
第16面
K=-4.19230e-001 B=-5.01477e-005 C=-1.48975e-006 D=1.05713e-007 E=-3.27034e-009
各種データ
ズーム比 11.59
広角 中間 望遠
焦点距離 6.15 20.45 71.28
Fナンバー 2.88 3.62 3.44
画角 30.09 9.89 2.86
像高 3.56 3.56 3.56
レンズ全長 81.87 85.95 87.02
BF 12.65 16.24 11.72
d 8 1.68 18.58 31.68
d14 26.21 12.62 1.42
d15 7.07 2.00 2.00
d21 1.10 2.77 4.09
d22 2.99 3.56 5.93
d25 12.65 16.24 11.72
(Numerical example 6)
Surface number rd nd vd Effective diameter
1 64.220 1.75 1.84666 23.8 32.00
2 29.865 0.01 1.52144 46.6 29.84
3 29.865 0.94 1.63556 22.8 29.84
4 35.779 0.05 1.52651 24.8 29.78
5 32.261 5.30 1.48749 70.2 29.66
6 -1189.473 0.10 29.22
7 32.482 3.23 1.77250 49.6 28.20
8 140.080 (variable) 27.86
9 51.133 0.90 1.88300 40.8 16.81
10 8.275 3.81 12.93
11 -38.963 0.75 1.60738 56.8 12.89
12 21.403 1.00 12.75
13 15.132 1.84 1.92286 18.9 13.20
14 36.354 (variable) 12.92
15 (Aperture) ∞ (Variable) 6.29
16 * 7.801 2.27 1.55880 62.5 7.38
17 268.502 2.06 7.12
18 20.932 0.70 1.80610 33.3 6.94
19 7.517 0.62 6.71
20 34.492 1.46 1.56873 63.1 6.71
21 -61.306 (variable) 6.99
22 ∞ (variable) 7.85
23 16.816 2.59 1.72916 54.7 9.33
24 -10.631 0.80 1.73800 32.3 9.16
25 1995.188 (variable) 9.00
Image plane ∞
Aspheric data 16th surface
K = -4.19230e-001 B = -5.01477e-005 C = -1.48975e-006 D = 1.05713e-007 E = -3.27034e-009
Various data zoom ratio 11.59
Wide angle Medium telephoto focal length 6.15 20.45 71.28
F number 2.88 3.62 3.44
Angle of view 30.09 9.89 2.86
Statue height 3.56 3.56 3.56
Total lens length 81.87 85.95 87.02
BF 12.65 16.24 11.72
d14 26.21 12.62 1.42
d15 7.07 2.00 2.00
d21 1.10 2.77 4.09
d22 2.99 3.56 5.93
d25 12.65 16.24 11.72
(数値実施例7)
面番号 r d nd vd 物体側有効径 像側有効径
1 333.607 4.76 1.60311 60.6 - 38.00
2 -61.478 1.00 1.63556 22.4 38.00 35.80
3 -45.844 1.59 1.72825 28.5 35.80 35.00
4 32.360 28.40 -
(Numerical example 7)
Surface number rd nd vd Effective diameter on object side Effective diameter on image side
1 333.607 4.76 1.60311 60.6-38.00
2 -61.478 1.00 1.63556 22.4 38.00 35.80
3 -45.844 1.59 1.72825 28.5 35.80 35.00
4 32.360 28.40-
(数値実施例8)
面番号 r d nd vd 物体側有効径 像側有効径
1 333.607 4.76 1.60311 60.6 - 38.00
2 -61.478 1.00 1.63556 22.4 38.00 35.80
3 -45.844 1.59 1.72825 28.5 35.80 35.00
4 32.360 28.40 -
(Numerical example 8)
Surface number rd nd vd Effective diameter on object side Effective diameter on image side
1 333.607 4.76 1.60311 60.6-38.00
2 -61.478 1.00 1.63556 22.4 38.00 35.80
3 -45.844 1.59 1.72825 28.5 35.80 35.00
4 32.360 28.40-
[光学機器]
図11は、本発明の実施形態に係る光学機器としての撮像装置(デジタルスチルカメラ)の要部概略図である。本実施形態に係る撮像装置は、カメラ本体90と、上述した各実施例のいずれかに係る光学素子を有する撮影光学系91と、撮影光学系91からの光を受光し、撮影光学系91によって形成される被写体像を光電変換する受光素子(撮像素子)92と、を備える。
[Optical equipment]
FIG. 11 is a main part schematic diagram of an imaging device (digital still camera) as an optical apparatus according to an embodiment of the present invention. The imaging apparatus according to the present embodiment receives the light from the camera
本実施形態に係る撮像装置によれば、上述した各実施例のいずれかに係る光学素子を採用することにより、高い光学性能を得ることができ、高画質な画像を取得することが可能になる。なお、受光素子92としては、CCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(電子撮像素子)を用いることができる。このとき、受光素子92により取得された画像の歪曲収差や色収差等の諸収差を電気的に補正することにより、出力画像を高画質化することが可能になる。
According to the imaging apparatus according to the present embodiment, by employing the optical element according to any of the above-described examples, high optical performance can be obtained, and a high-quality image can be acquired. . As the
なお、上述した各実施例に係る光学素子は、図11に示したデジタルスチルカメラに限らず、銀塩フィルム用カメラやビデオカメラ、望遠鏡、双眼鏡、プロジェクター、デジタル複写機等の種々の光学機器に適用することができる。 The optical elements according to the above-described embodiments are not limited to the digital still camera shown in FIG. 11, but are used in various optical devices such as a silver salt film camera, a video camera, a telescope, binoculars, a projector, and a digital copying machine. Can be applied.
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。 The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various combinations, modifications, and changes can be made within the scope of the gist.
1 光学素子
11 第1の光学要素
12 第2の光学要素
13 第3の光学要素
DESCRIPTION OF
本発明は、複数の光学要素が接合された光学素子及びそれを有する光学機器に関する。 The present invention relates to an optical element in which a plurality of optical elements are joined and an optical apparatus having the optical element.
本発明は、複数の光学要素が接合された構成でありながら、耐環境性に優れた光学素子、それを有する光学機器を提供することを目的とする。 The present invention aims at providing yet structure in which a plurality of optical elements are bonded, excellent optical element environmental resistance, optical science instruments that have a it.
本発明によれば、複数の光学要素が接合された構成でありながら、耐環境性に優れた光学素子、それを有する光学機器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide yet structure in which a plurality of optical elements are bonded, excellent optical element environmental resistance, optical science instruments that have a it.
また、本実施形態における有機物とは、樹脂材料を硬化させたものや、有機材料に無機微粒子を分散させて硬化させたもの(有機複合物)を含む。例えば、有機物として、アクリル、ポリカーボネート、ポリビニルカルバゾールや、それらの混合物、あるいはそれらと他の有機物もしくは無機物を混合させたものを採用することができる。なお、第2の光学要素12は、互いに異なる有機物から成る複数の光学部材で構成されていてもよい。
The organic material in the present embodiment includes a material obtained by curing a resin material and a material obtained by dispersing and curing inorganic fine particles in an organic material (organic composite). For example, as the organic substance, acrylic, polycarbonate, polyvinyl carbazole, a mixture thereof, or a mixture of them with other organic substance or inorganic substance can be adopted. The second
しかしながら、無機ガラス及び有機物の線膨張係数は互いに大きく異なるため、高低温環境下においては、第2の光学要素12及び他の光学要素が不均一に膨張及び収縮してしまう。これにより、各光学要素が互いに接合されている界面(接合面)において大きな応力が発生して、各光学要素の剥離や割れ等が生じてしまう。このとき、環境温度の変化に伴い各接合面で発生する応力は、その光学要素同士の線膨張係数の差が大きいほど大きく、また、特に各光学要素の端部で顕著に発生する。
However, since the linear expansion coefficients of the inorganic glass and the organic material are greatly different from each other, the second
本実施例に係る光学系6は、物体側から像側へ順に配置される、正の屈折力の第1レンズユニットL1、負の屈折力の第2レンズユニットL2、正の屈折力の第3レンズユニットL3、正の屈折力の第4レンズユニットL4、から構成される。第1レンズユニットL1は、実施例5に係る光学素子5を含んでいる。光学系6において、ズーミングを行う際には、各レンズユニットの間隔が変化し、フォーカシングを行う際には、第4レンズユニットL4の光軸方向の位置が変化する。
The
次に、上述した実施例1乃至8の夫々に対応する数値実施例1乃至8において、具体的な数値データを示す。ただし、各数値実施例において、mは光入射側から数えた面の番号を示し、rmは第m番目の光学面(第m面)の曲率半径を示し、dmは第m面と第(m+1)面との間の軸上間隔(光軸上の距離)、を示す。また、ndm及びνdmの夫々は第m面と第(m+1)面との間の媒質のd線に対する屈折率及びアッベ数を示す。ここでは、フラウンホーファー線のF線(486.1nm)、d線(587.6nm)、C線(656.3nm)に対する屈折率を各々NF、Nd、NCとし、d線に関するアッベ数νdを以下の式(11)のように定義する。 Next, specific numerical data will be shown in numerical examples 1 to 8 corresponding to the first to eighth embodiments described above. In each numerical example, m represents the number of the surface counted from the light incident side, rm represents the radius of curvature of the mth optical surface (mth surface), and dm represents the mth surface and (m + 1) th. ) An on-axis distance (distance on the optical axis) between the surfaces. Each of ndm and νdm indicates the refractive index and Abbe number of the medium between the m-th surface and the (m + 1) -th surface with respect to the d-line. Here, the refractive indices for the F line (486.1 nm), d line (587.6 nm), and C line (656.3 nm) of the Fraunhofer line are NF, Nd, and NC, respectively, and the Abbe number νd for the d line is as follows: defined as in equation (11) of.
Claims (18)
光軸を含む断面内において、前記第1の光学要素の最小径をφh、前記第1乃至第3の光学要素の各接合面のうち径が最小の接合面の径をφc、前記第2の光学要素の最大径をφr、とするとき、
φh<φc≦φr
なる条件式を満足することを特徴とする光学素子。 A first optical element, a second optical element made of an organic material bonded to the first optical element, and a third optical element bonded to the second optical element,
In the cross section including the optical axis, the minimum diameter of the first optical element is φh, the diameter of the bonding surface having the smallest diameter among the bonding surfaces of the first to third optical elements is φc, and the second When the maximum diameter of the optical element is φr,
φh <φc ≦ φr
An optical element that satisfies the following conditional expression:
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。 0.5 <φh / φr <0.98
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.0005<tre/trc<0.95
なる条件式を満足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。 When the thicknesses on the optical axis of the second optical element and in the optical axis direction at the diameter φc are trc and tre, respectively,
0.0005 <tre / trc <0.95
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
1.05<tre/trc<10000
なる条件式を満足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。 When the thicknesses on the optical axis of the second optical element and in the optical axis direction at the diameter φc are trc and tre, respectively,
1.05 <tre / trc <10000
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.005<te/th0<0.9
なる条件式を満足する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。 When the maximum diameter of the first optical element and the thickness in the optical axis direction at the diameter φh are te and th0, respectively.
0.005 <te / th0 <0.9
The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.005<th/th0<0.9
なる条件式を満足することを特徴とする請求項6又は7に記載の光学素子。 When the distance in the optical axis direction between the second optical element and the apex is th, and the thickness in the optical axis direction at the diameter φh of the first optical element is th0,
0.005 <th / th0 <0.9
The optical element according to claim 6, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.01<tre×logE2/(te×logEh)<10
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光学素子。 The thickness in the optical axis direction at the maximum diameter of the first optical element is te, the thickness in the optical axis direction at the diameter φc of the second optical element is tre, and the first and second optical elements are configured. When the Young's modulus of the material to be performed is Eh and E2, respectively,
0.01 <tre × logE2 / (te × logEh) <10
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.01<tre×logα2/(te×logαh)<10
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光学素子。 The thickness in the optical axis direction at the maximum diameter of the first optical element is te, the thickness in the optical axis direction at the diameter φc of the second optical element is tre, and the first and second optical elements are configured. When the linear expansion coefficients of the materials to be made are αh and α2, respectively,
0.01 <tre × logα2 / (te × logαh) <10
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
φh´<φc≦φr
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光学素子。 When the minimum diameter of the third optical element is φh ′,
φh ′ <φc ≦ φr
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
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