JP4459184B2 - 非球面レンズとその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は精密プレス成形してなるガラス製の非球面レンズとその製造方法に関する。
近年、デジタルカメラの高性能化に伴い、大口径比のズームレンズの需要が高まっている。それとともに、撮像光学系のコンパクト化も求められている。このような要求に応じるズームレンズとして、特許文献１に記載されているような撮像光学系が提案されている。
上記撮像光学系は、物体側から像側に向かって、負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、正の屈折力の第3レンズ群を備え、第1レンズ群は負の屈折力のレンズと正の屈折力のレンズ、第2レンズ群は正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズ、第3レンズ群は正の屈折力のレンズからなる構成を有し、所要の位置に開放Fナンバーの光束を決定する部材を備えている。
ここで、第1レンズ群に注目すると、負の屈折力をもつレンズ（以下、レンズＧ１１という。）は、屈折率（ｎｄ）が１．８３を超えるような高屈折率、アッベ数（νｄ）が４０以上の低分散性を備えたガラスからなり、両面とも非球面形状をした凹メニスカスレンズである。一方、正の屈折力をもつレンズ（以下、レンズＧ１２という。）は、屈折率（ｎｄ）が１．８２以上の高屈折率、アッベ数（νｄ）が２５以下の高分散性を備えたガラスからなる球面形状の凸メニスカスレンズである。
特開２００５−３３１６４１
上記レンズG１２は球面レンズであり、研削、研磨加工によって作製すればよい。一方、レンズＧ１１は非球面レンズであるから、モールドオプティクス成形法とも呼ばれる精密プレス成形法を用いて作製することが望まれ、レンズＧ１１を構成するガラスには精密プレス成形に適した低温軟化性が求められる。
光学特性面からは、コンパクト化のため、レンズＧ１１、Ｇ１２とも高屈折率ガラスにより構成することが望まれる。また、ズームレンズでは各レンズ群毎に色収差を補正することが望まれる。そして、レンズＧ１１、Ｇ１２を構成するガラスのアッベ数の差を大きくすることにより、良好な色収差補正とコンパクト化を両立することができる。
このような要求に応えるには、レンズＧ１１を少なくともアッベ数（νｄ）４０以上のガラスで作る必要がある。レンズＧ１２は前述のように屈折率（ｎｄ）が１．８２以上、アッベ数（νｄ）が２５以下の高屈折率高分散特性を有するガラスで形成するが、屈折率（ｎｄ）をより高め、アッベ数（νｄ）をより小さくするには、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２などの高屈折率高分散付与成分を増量することになる。しかし、これらの成分はガラスの着色を増加させ、可視域の短波長側の透過率を減少させるおそれのある成分でもある。レンズの構成枚数が多い撮像光学系、例えばズームレンズなどでは、できるかぎり、個々のレンズにおける光透過性を高めたいという要請があるから、レンズＧ１２を構成するガラスのアッベ数（νｄ）を過度に減少させるよりも、レンズＧ１１を構成するガラスのアッベ数（νｄ）を４０以上とし、両レンズ間のアッベ数差を大きくすることが望ましい。
レンズＧ１２の着色に対する要求がさほど強くない撮像光学系、例えば、CCDやCMOSな
どの撮像素子で取り込んだ画像データを処理して色補正を行うような場合（例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど）には、レンズＧ１２のをより高屈折率高分散化しても差支えないが、このような場合でも、レンズＧ１１を構成するガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上の特性を有することが望まれる。
どの撮像素子で取り込んだ画像データを処理して色補正を行うような場合（例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなど）には、レンズＧ１２のをより高屈折率高分散化しても差支えないが、このような場合でも、レンズＧ１１を構成するガラスは、屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上の特性を有することが望まれる。
ところで、前述のようにズームレンズは焦点距離が固定された撮像光学系に比べてレンズの構成枚数が多い。そのため、反射防止膜をコートして各レンズの表面反射を低く抑えるなどの配慮が必要となるが、レンズＧ１１に反射防止膜をコートすると精密プレス成形で作製したガラス表面、すなわち、非球面形状の光学機能面への反射防止膜の付着性や耐久性に問題が生じることがある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、コンパクトかつ高性能な撮像光学系を構成するのに有用な、高屈折率低分散ガラスからなる非球面レンズとその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、
（１）光学ガラスを精密プレス成形してなる非球面レンズにおいて、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２３％、Ｇｄ ２ Ｏ ３ １〜１９％、Ｌａ ２ Ｏ ３ とＧｄ ２ Ｏ ３ が合計で１２〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなり、表面に光学薄膜を備えることを特徴とする非球面レンズ、
（２）前記光学ガラスが任意成分として、モル％表示にて、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むことを特徴とする上記（１）項に記載の非球面レンズ、
（３）前記光学ガラスのガラス転移温度が６４０℃未満であることを特徴とする上記（１）または（２）項に記載の非球面レンズ、
（４）物体側から像側に複数のレンズを配置して構成される撮像光学系の最も物体側に配置されるレンズであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の非球面レンズ、
（５）光学ガラスからなるガラス素材を加熱し、精密プレス成形する工程を経て非球面レンズを作製する非球面レンズの製造方法において、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％ 、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２３％、Ｇｄ ２ Ｏ ３ １〜１９％、Ｌａ ２ Ｏ ３ とＧｄ ２ Ｏ ３ が合計で１２〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなるガラス素材を加熱、精密プレス成形し、表面に光学薄膜を形成することを特徴とする非球面レンズの製造方法、
（６）精密プレス成形して得られる非球面レンズをアニールした後、研削により非光学機能面を形成し、洗浄した後、光学機能面に光学薄膜を形成する上記（５）項に記載の非球面レンズの製造方法、
（７）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の非球面レンズまたは上記（５）または（６）項に記載の製造方法により作製した非球面レンズと、屈折率（ｎｄ）が１．８２以上かつアッベ数（νｄ）が２５以下の光学ガラスからなり、反射防止膜を備える正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記非球面レンズが負の屈折力を有するとともに反射防止膜を備え、
前記非球面レンズと正の屈折力を有するレンズとの組合せにより色収差補正がなされていることを特徴とするレンズユニット、
（８）上記（７）項に記載のレンズユニットを備えていることを特徴とする撮像光学機器、
を提供するものである。
（１）光学ガラスを精密プレス成形してなる非球面レンズにおいて、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２３％、Ｇｄ ２ Ｏ ３ １〜１９％、Ｌａ ２ Ｏ ３ とＧｄ ２ Ｏ ３ が合計で１２〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなり、表面に光学薄膜を備えることを特徴とする非球面レンズ、
（２）前記光学ガラスが任意成分として、モル％表示にて、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むことを特徴とする上記（１）項に記載の非球面レンズ、
（３）前記光学ガラスのガラス転移温度が６４０℃未満であることを特徴とする上記（１）または（２）項に記載の非球面レンズ、
（４）物体側から像側に複数のレンズを配置して構成される撮像光学系の最も物体側に配置されるレンズであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の非球面レンズ、
（５）光学ガラスからなるガラス素材を加熱し、精密プレス成形する工程を経て非球面レンズを作製する非球面レンズの製造方法において、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％ 、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２３％、Ｇｄ ２ Ｏ ３ １〜１９％、Ｌａ ２ Ｏ ３ とＧｄ ２ Ｏ ３ が合計で１２〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなるガラス素材を加熱、精密プレス成形し、表面に光学薄膜を形成することを特徴とする非球面レンズの製造方法、
（６）精密プレス成形して得られる非球面レンズをアニールした後、研削により非光学機能面を形成し、洗浄した後、光学機能面に光学薄膜を形成する上記（５）項に記載の非球面レンズの製造方法、
（７）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の非球面レンズまたは上記（５）または（６）項に記載の製造方法により作製した非球面レンズと、屈折率（ｎｄ）が１．８２以上かつアッベ数（νｄ）が２５以下の光学ガラスからなり、反射防止膜を備える正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記非球面レンズが負の屈折力を有するとともに反射防止膜を備え、
前記非球面レンズと正の屈折力を有するレンズとの組合せにより色収差補正がなされていることを特徴とするレンズユニット、
（８）上記（７）項に記載のレンズユニットを備えていることを特徴とする撮像光学機器、
を提供するものである。
本発明によれば、コンパクトかつ高性能な撮像光学系を構成するのに有用な、高屈折率低分散ガラスからなる非球面レンズとその製造方法を提供することができる。
また、上記非球面レンズを備えたコンパクトかつ高性能なレンズユニット、ならびに前記レンズユニットを備えた撮像光学機器を提供することもできる。
また、上記非球面レンズを備えたコンパクトかつ高性能なレンズユニット、ならびに前記レンズユニットを備えた撮像光学機器を提供することもできる。
光学ガラスからなるガラス素材を精密プレス成形して作製した非球面レンズの表面にコートした反射防止膜などの光学薄膜の付着性が問題になることがある。このような問題は、特定のガラスを精密プレス成形してなるレンズにおいて生じる。
本発明者は上記問題について検討した結果、次のような知見を得た。
上記問題は、精密プレス成形されたレンズ表面の性状に起因していると考えられる。反射防止膜をコートする前のレンズ表面にクモリやヤケが見られることがある。クモリやヤケとして認められないレベルの表面変質が、レンズ表面が光学薄膜の付着性を低下させる原因と考えられる。すなわち、一見するとクモリやヤケが認められないレンズであっても、付着力を低下させる原因になっている可能性が高いと考えられる。
クモリやヤケやすいレンズは、屈折率が高く、ガラス転移温度が精密プレス成形可能な温度域にあるものの、比較的高温のガラスからなる。そして、このようなガラスは、屈折率を高めつつガラス転移温度を低下させるため、Ｌｉ２Ｏを含み、ガラスのネットワーク形成成分として多量のＢ２Ｏ３を含んでいる。
上記ガラスに含まれるＬｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３はともに揮発性の高い成分であり、高温下のガラス表面から揮発する。精密プレス成形時の加熱温度が高いと揮発が多くなり、揮発物が成形したレンズ表面に付着したり、プレス成形型に付着する。プレス成形型を繰り返し使用する場合には型に付着した揮発物が次に成形したレンズに付着する。
さらに、ガラス素材表面にプレスによってガラスがプレス成形型内に広がりやすくする炭素膜をコートして精密プレス成形する方法では、揮発物とコート中の炭素が反応してレンズ表面のクモリとなる。
したがって、上記問題を解決するには、Ｌｉ２Ｏをガラス中から排除することが有効である。しかし、Ｌｉ２Ｏは高屈折率を維持しつつガラス転移温度を低下させる効果の大きい成分であるため、Ｌｉ２Ｏにかわって高屈折率を維持しつつガラス転移温度を低下させる働きのあるＺｎＯを導入する、あるいは増量する必要がある。特にガラス転移温度が６４０℃以上になるとＬｉ２Ｏを排除したガラスでも精密プレス成形時の揮発が著しくなることに加え、プレス成形型の劣化も進むため、ガラス転移温度（Ｔｇ）を６４０℃未満に抑えることが望まれる。そのためには、ＺｎＯを２２モル％以上導入してガラス転移温度の上昇を防ぐ。ただし、ＺｎＯを過剰に導入すると、そもそもの目的であるコンパクトかつ高性能な撮像光学系に使用するレンズに必要なアッベ数（νｄ）４０以上という要求が満たされなくなるし、化学的耐久性が低下してレンズ表面の性状が悪化し、光学薄膜の付着性が低下する。また、ガラスの耐失透性も低下し、ガラス素材を成形したり、精密プレス成形の際にガラスが失透しやすくなる。したがって、ＺｎＯの含有量を４２モル％以下に抑えるべきである。
Ｂ２Ｏ３はＬｉ２Ｏと違いガラスのネットワーク形成成分であるから、ガラス中から排除することはできず、２０モル％以上導入する必要があるが、その含有量を４５モル％以下に抑えて揮発性低下をはかる必要がある。
Ｌａ２Ｏ３はガラスの失透に対する安定性や低分散性を維持しつつ屈折率を高め、化学的耐久性を高めるための必須成分であり、５モル％以上導入するが、過剰の導入によりガラスの失透に対する安定性が低下するので、その含有量を２４モル％以下とする。
本発明はこのようにして完成に至った。すなわち、本発明の非球面レンズは、光学ガラスを精密プレス成形してなる非球面レンズにおいて、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなり、表面に光学薄膜を備えることを特徴とする非球面レンズである。
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなり、表面に光学薄膜を備えることを特徴とする非球面レンズである。
すなわち、本発明の非球面レンズは、ズーム機能を有するコンパクトかつ高性能な撮像光学系に好適化するため、精密プレス成形により非球面レンズ形状に成形されたレンズであり、しかも、上記光学系の最前（物体側から数えて最前）に位置する負の屈折力を有するレンズとして好適な性能を付与するため、屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上の光学特性を有する光学ガラスによってレンズを成形する。そして、表面反射を低減し、ゴーストやフレアなどを防止するため、表面に反射防止膜などの光学薄膜を備える。前述のように、非球面レンズを上記組成のガラスで成形するので、表面に設けた光学薄膜の付着性を改善することができ、信頼性の高いレンズを提供することができる。
なお、上記ガラスとしてはＬｉ２Ｏだけでなく、他のアルカリ金属成分も含まないことが望ましい。
特に、物体側から像側に複数のレンズを配置して構成される撮像光学系の最も物体側に配置されるレンズとして使用する場合は、レンズ表面が常に外気に晒される状態で使用されるし、水滴などがかかるなど、他の露出していないレンズに比べて苛酷な状況で使用される。したがって、最前のレンズにおいては表面に設けた光学薄膜の耐久性維持は特に重要な課題である。
本発明の非球面レンズは、ガラス転移温度が６４０℃未満の光学ガラスからなることが好ましい。その理由は前述のとおり、精密プレス成形時のガラス素材やプレス成形型の加熱温度が過剰に高くなることによって、ガラスからの揮発物が多くなったり、プレス成形型の劣化を助長しないためである。好ましくは上記ガラス転移温度を６３０℃以下、より好ましくは６２０℃以下、さらに好ましくは６１５℃以下とする。
本発明の非球面レンズは、負の屈折力を有するレンズ（例えば、凹メニスカスレンズや両凹レンズ、平凹レンズ）として特に好適である。このような形状のレンズを精密プレス成形する際、ガラス素材はプレス成形型の中央部に配され、プレスされる。そして、プレス成形型によって囲まれた空間（キャビティ）内に押し広げられ、中央部に分布していたガラスがプレスによってキャビティの周辺部に大きな体積分布をもつことになる。すなわち、負の屈折力を有するレンズは正の屈折力を有するレンズ（例えば、凸メニスカスレンズや両凸レンズ、平凸レンズ）よりも精密プレス成形前後のガラスの体積分布の変化が大きい。このような成形では、ガラスの伸び不良が発生しやすいので、精密プレス成形時の加熱温度を高めに設定することがある。そうするとガラス転移温度が精密プレス成形可能
な温度域の上限ぎりぎりにあると、負の屈折力を有するレンズの成形では加熱温度が適正温度域をオーバーしてしまうことがあるが、使用するガラスの転移温度を上記範囲に抑えることにより負の屈折力を有するレンズでも問題なく良好なレンズを提供することができる。
な温度域の上限ぎりぎりにあると、負の屈折力を有するレンズの成形では加熱温度が適正温度域をオーバーしてしまうことがあるが、使用するガラスの転移温度を上記範囲に抑えることにより負の屈折力を有するレンズでも問題なく良好なレンズを提供することができる。
一方、Ｌｉ２Ｏフリーのガラスでガラス転移温度を低くしすぎると、所望の光学特性を得るのが困難になったり、ガラスの失透に対する安定性が低下するため、ガラス転移温度の下限を５９０℃以上とすることがより一層好ましく、５９５℃以上とすることがなお一層好ましく、６００℃以上とすることがさらに一層好ましい。
次に、本発明で使用するガラスについて詳説する。以下、ガラス成分の含有量とその合計量、添加剤の添加量はモル％あるいはモル比にて表示するものとする。
Ｂ２Ｏ３については既に説明したとおりであるが、その含有量は２０〜４５％、好ましい含有量は２０〜４３％、より好ましい含有量は２０〜４０％、さらに好ましい含有量は２２〜３８％、より一層好ましい範囲は２４〜３８％である。
Ｌａ２Ｏ３についても既に説明したとおりであるが、その含有量は５〜２４％、好ましい含有量は６〜２３％、より好ましい含有量は７〜２２％である。
ＺｎＯについても既に説明したとおりであるが、その含有量は２２〜４２％、好ましい含有量は２３〜４１％である。
Ｌｉ２Ｏは上記した理由からガラス成分として導入しないが、不純物レベルで完全に排除することまでは要求しない。
さらに、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏも前述の理由から導入しないことが好ましい。非球面レンズを精密プレス成形により作製する際に使用するガラス素材を熔融ガラス塊から直接成形する方法では、ガラス中のアルカリ金属成分が揮発して脈理が生じ、光学的な均質性が悪化することがある。これに対し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２ＯおよびＣｓ２Ｏを含まないガラスを用いることにより、失透や脈理などの欠陥のないガラス素材を作ることができ、高品質な非球面レンズを提供することができる。
上記光学ガラスには以下の成分を任意成分として導入することができる。
Ｇｄ２Ｏ３はＬａ２Ｏ３と同様、ガラスの失透に対する安定性や低分散性を悪化させずにガラスの屈折率や化学的耐久性を向上させる成分である。Ｇｄ２Ｏ３は、２０％を超えて導入すると失透に対する安定性が悪化し、ガラス転移温度が上昇して精密プレス成形性が悪化する傾向があるため、０〜２０％導入することが好ましい。高屈折率を付与しつつ、化学的耐久性を高めるため、Ｇｄ２Ｏ３を１〜１９％導入することがより好ましい。さらに好ましい範囲は２〜１８％である。なお、ガラス安定性を高めるためには、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３とがガラス成分として共存する組成が好ましい。特に後述するように熔融ガラスから、ガラスが冷却する過程でガラスを成形して、精密プレス成形用のガラス素材を作製するような用途への適用を考える場合には、成形過程でガラスが失透しないようにするため、上記のようにガラスの安定性をより高めることは重要である。
なお、アッベ数（νｄ）を４０以上に維持しつつ、より屈折率が高いガラスを得る上から、Ｌａ２Ｏ３とＧｄ２Ｏ３の合計含有量を１０〜２４％とすることが好ましく、１２〜２３％とすることがより好ましい。
ＳｉＯ２はＬａ２Ｏ３やＧｄ２Ｏ３を多量に含有するガラスに対して、ガラスの液相温度を低下させ、高温粘性を向上させ、さらにガラスの安定性を大きく向上させるが、過剰の導入により、ガラスの屈折率が下がることに加え、ガラス転移温度が高くなり精密プレス成形が困難になる。そのため、ＳｉＯ２の導入量を０〜２０％とすることが好ましく、０〜１８％とすることがより好ましい。
ＺｒＯ２は高屈折率・低分散の成分として使われる任意成分である。ＺｒＯ２を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果が得られるが、１０％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、失透に対する安定性も悪化するので、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
Ｔａ２Ｏ５は高屈折率・低分散の成分として使われる任意成分である。少量のＴａ２Ｏ５を導入することにより、ガラスの屈折率を低下させずに、高温粘性や失透に対する安定性を改善する効果があるが、１０％を超えて導入すると液相温度が急激に上昇し、分散が増大するので、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
ＷＯ３は、ガラスの安定性、熔融性を改善し、屈折率を向上させるために適宜導入される成分であるが、その導入量が１０％を超えると、分散が大きくなり、必要な低分散特性が得られなくなるため、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５は、ガラスの安定性を維持しつつ屈折率を高める任意成分であるが、過剰導入により分散が増大するため、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
ＴｉＯ２は、光学恒数の調整のため導入可能な任意成分であるが、過剰の導入によって分散が大きくなり、目的とする光学恒数を得ることができなくなるため、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましく、導入しないことがさらに好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３は、屈折率を高め、ガラスの安定性を向上する働きをするが、過剰導入によりガラスの安定性が低下し、液相温度が上昇する。そのため、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜６％とすることがより好ましい。
ＧｅＯ２は、屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。
Ｇａ２Ｏ３も、屈折率を高めるとともに、ガラスの安定性を向上させる働きをする任意成分であり、その導入量は０〜１０％であることが好ましく、０〜８％であることがより好ましい。ただし、他の成分に比べて桁違いに高価であるため導入しないことがより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３はガラスの高温粘性を高めるとともに液相温度を低下させ、ガラスの成形性を向上する働きをし、化学的耐久性を向上させる働きもする。しかし過剰導入により屈折率が低下し、失透に対する安定性も低下するので、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
ＢａＯは高屈折率・低分散の成分として使用される任意成分であり、少量導入する場合、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、１０％より多く導入するとガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、転移温度や屈伏点温度を上昇させるため、その導入量を０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３は高屈折率・低分散の成分として使用される任意成分であり、少量導入する場合、ガラスの安定性を高め、化学的耐久性を向上させるが、過剰の導入によりガラスの失透に対する安定性を大きく損ない、ガラス転移温度や屈伏点温度を上昇させる。そのため、Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。Ｙｂ２Ｏ３の含有量は０〜１０％とすることが好ましく、０〜８％とすることがより好ましい。
なお、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の合計含有量は１０〜２４％にすることが好ましい。
この他、Ｓｂ２Ｏ３が脱泡剤として任意に添加されるが、全ガラス成分の合計含有量に対してＳｂ２Ｏ３の添加量が１重量％を超えると、精密プレス成形時にプレス成形型の成形面が損傷を受けるおそれが生じるため、Ｓｂ２Ｏ３は全ガラス成分の合計含有量に対して０〜１重量％添加することが好ましく、０〜０．５重量％添加することがより好ましい。
一方、ガラス成分として導入しないことが好ましいものとして、ＰｂＯが挙げられる。ＰｂＯは有害であるとともに、ＰｂＯを含むガラスからなるガラス素材を非酸化性雰囲気中で精密プレス成形すると成形品の表面に鉛が析出してレンズとしての透明性が損なわれたり、析出した金属鉛がプレス成形型に付着するといった問題が生じる。
Ｌｕ２Ｏ３は、一般に光学ガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少なく、また、希少価値が高く光学ガラス原料としては高価であるため、コスト面から導入しないことが好ましい。上記組成からなる光学ガラスは、Ｌｕ２Ｏ３を導入しなくても精密プレス成形に好適なガラス素材を実現できる。
カドミウム、テルルなどの環境上問題となる元素、トリウムなどの放射性元素、ヒ素などの有毒な元素も含まないことが望ましい。また、ガラス熔融時の揮発などの問題からフッ素も含まないことが望ましい。
次に上記ガラスの光学特性について説明する。まず、アッベ数（νｄ）は上記のとおり、４０以上であり、ガラス素材の成形に適したガラス安定性を付与する上から、上限を５０とすることが好ましい。また上記ガラスは屈折率（ｎｄ）が１．８３超であり、１．８４以上の高屈折率特性を備えることがより好ましく、１．８５以上の高屈折率特性を備えることがさらに好ましい。
なお、屈折率（ｎｄ）の上限には特に限定はないが、ガラス安定性を維持する上から屈折率（ｎｄ）を１．９０以下にすることがより一層好ましい。
なお、上記各光学ガラスは、目的のガラス組成が得られるように、原料である酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物などを秤量、調合し、十分に混合して混合バッチとし、熔融容器内で加熱、熔融し、脱泡、攪拌を行い均質かつ泡を含まない熔融ガラスを作り、これを成形することによって得ることができる。具体的には公知の熔融法を用いて作ることができる。
本発明の非球面レンズを製造する際に使用するガラス素材は、プリフォームとも呼ばれ、加熱して精密プレス成形に供されるガラス予備成形体のことである。
また、精密プレス成形とは、周知のようにモールドオプティクス成形とも呼ばれ、光学素子の光学機能面をプレス成形型の成形面を転写することにより形成する方法である。なお、光学機能面とは光学素子において、制御対象の光を屈折したり、反射したり、回折したり、入出射させる面を意味し、レンズにおけるレンズ面などがこの光学機能面に相当する。
前述のように、ガラス素材表面には精密プレス成形時に型内にガラスが十分伸びるように炭素含有膜を被覆することが好ましい。炭素含有膜としては、炭素を主成分とするもの（膜中の元素含有量を原子％で表したとき、炭素の含有量が他の元素の含有量よりも多いもの）が望ましい。具体的には、炭素膜や炭化水素膜などを例示することができる。ガラス素材表面を炭素含有膜により被覆することにより、精密プレス成形時にガラスと型成形面の融着を防止することもできる。好ましい炭素含有膜として、グラファイト状の炭素膜を例示することができる。炭素含有膜の成膜法としては、炭素原料を使用した真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の公知の方法や、炭化水素などの材料ガスを使用した熱分解などの公知の方法を用いればよい。
炭素含有膜は上記のように精密プレス成形時に優れた機能を発揮するものの、Ｌｉ２Ｏを含むガラスを精密プレス成形する際、レンズ表面におけるクモリやヤケの原因の一つになっていた。これは、高温状態でガラス中のＬｉイオンと膜中の炭素が反応することにより、ガラス表面に炭酸塩が発生することによるものと考えられる。本発明のレンズはＬｉ２Ｏフリーのガラス、好ましくはアルカリ金属フリーのガラスなので、表面に炭素含有膜を設けて精密プレス成形しても、成形品表面のクモリやヤケの発生を防止することができる。
レンズ表面に発生する炭酸塩は、ガラス表面の膜中に存在する炭素とガラス中のＬｉイオンの反応だけでなく、Ｌｉイオンを含むガラスからなるガラス素材やレンズを炭素含有雰囲気中で高温状態にすることによっても発生する。例えば、ガラス素材の表面に成膜する際、炭素含有の雰囲気中においてプリフォームを加熱したり、炭素含有の雰囲気、例えば大気中にてレンズをアニールする際にも発生し得る。しかし、このような処理を行ってもＬｉ２Ｏフリーのガラスを用いているため、ガラス表面のクモリやヤケの発生を防止することができ、レンズ表面の光学薄膜の付着性を改善することができる。
精密プレス成形して得られたレンズは、心取り加工のように光学機能面を囲むレンズ周辺部を研削加工する場合がある。このように非光学機能面を研削する工程の前にレンズをアニールして歪みを低減し、研削時のレンズ破損を防ぐことが望まれる。Ｌｉ２Ｏを含むガラスからなるレンズの場合はアニール時の加熱によっても光学機能面にＬｉ塩が付着し、光学薄膜の付着性を低下させるおそれがあることから、非光学機能面（光学機能面以外の面）が研削および／または研磨されてなる面であり、精密プレス成形された光学機能面に光学薄膜を備えるレンズにおいて、本発明はより有効である。
なお、光学薄膜としては反射防止膜、所定波長の光を反射する膜などを上げることができるし、膜構造としては単層膜でもよいし多層膜でもよい。
反射防止膜としては、フッ化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタルなどの材料を用い、公知の方法により膜厚や膜構成を設定し、蒸着法などの方法によりレンズ表面に所定の膜が形成されるように成膜する。
なお、撮像光学系に使用する上から、膜構造は多層膜構造とし、可視域全域にわたり反射防止効果が得られるようにすることが望ましい。
なお、撮像光学系に使用する上から、膜構造は多層膜構造とし、可視域全域にわたり反射防止効果が得られるようにすることが望ましい。
次に、本発明の非球面レンズの製造方法について説明する。本発明の非球面レンズは、光学ガラスからなるガラス素材を加熱し、精密プレス成形する工程を経て非球面レンズを作製する非球面レンズの製造方法において、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなるガラス素材を加熱、精密プレス成形し、表面に光学薄膜を形成することを特徴とするものである。
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなるガラス素材を加熱、精密プレス成形し、表面に光学薄膜を形成することを特徴とするものである。
本発明におけるレンズの機能、ガラスの機能、ガラス素材、ガラスの好ましい組成および特性、精密プレス成形ならびに光学薄膜の付着性向上については前述のとおりである。
精密プレス成形に使用するプレス成形型、成形条件等は公知のものを用いてもよいが、Ｌｉ２Ｏフリーのガラス（好ましくはアルカリ金属成分フリーのガラス）からなるガラス素材を精密プレス成形するため、Ｌｉ２Ｏを多量に含むガラスに比べプレス成形温度が高くなる傾向がある。このような状況では耐熱性が極めて高いSiC製のプレス成形型を使用することが好ましい。SiC製型の成形面には離型膜として炭素含有膜、好ましくはカーボン膜を形成することが好ましい。このカーボン膜は蒸着やCVD法などにより成膜することができる。この成形型を用いる場合、表面を前述の炭素含有膜で被覆したガラス素材を用いることが良好な精密プレス成形を行う上から好ましい。
このような精密プレス成形を行っても前述のように、上記光学ガラスからなるガラス素材を使用することで光学薄膜の付着性を良好に保つことができる。
SiC製のプレス成形型、成形面に炭素含有膜を設けたプレス成形型、表面に炭素含有膜を被覆したガラス素材の少なくともいずれかを使用する精密プレス成形では、プレス成形型の成形面あるいは前記成形面に設けた離型膜の酸化防止、ガラス素材表面のコートの酸化防止のため、窒素ガス、あるいは窒素ガスと水素ガスの混合ガスなどのような非酸化性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。非酸化性ガス雰囲気中ではガラス素材表面を被覆する炭素含有膜は酸化されずに精密プレス成形された成形品の表面に前記膜が残存することになる。この膜は、最終的には除去するべきものであるが、炭素含有膜を比較的容易にしかも完全に除去するには、レンズを酸化性雰囲気、例えば大気中において加熱すればよい。レンズを構成するガラスがＬｉ２Ｏフリー、好ましくはアルカリ成分フリーなので、炭素含有膜中の炭素や大気中の二酸化炭素とガラス中のＬｉイオンが反応してガラス表面に炭酸塩が生成することがないため、クモリやヤケを防止しつつ、炭素含有膜を除去することができる。
なお、炭素含有膜の酸化、除去は、レンズが加熱により変形しないような温度以下で行うべきである。具体的には、ガラスの転移温度未満の温度範囲において行うことが好ましい。
精密プレス成形は、成形面が精密に形状加工された対向した一対の上型と下型との間に、予めガラス粘度で１０４〜１０８ｄＰａ・ｓ相当の温度に昇温したガラス素材を供給して、これを加圧成形することによって、成形型の成形面をガラス素材に転写することができる。加圧時の圧力及び時間は、光学ガラスの粘度などを考慮して適宜決定することができ、例えば、プレス圧力は約５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒とすることができる。プレス時間、プレス圧力などのプレス条件は成形品の形状、寸法に合わせて周知の範囲で適宜設定すればよい。
この後、成形型とガラス成形体を冷却し、好ましくは歪点以下の温度となったところで、離型し、成形されたガラス成形体を取出す。なお、光学特性を精密に所望の値に合わせるため、冷却時におけるガラス成形体のアニール処理条件、例えばアニール速度等を適宜調整してもよい。
上記精密プレス成形法は、ガラス素材をプレス成形型に導入し、ガラス素材とプレス成形型を一緒に加熱して精密プレス成形する方法であるが、ガラス素材を加熱し、予熱したプレス成形型に導入して精密プレス成形するようにしてもよい。この方法ではプレス成形型の予熱温度をガラス素材の加熱温度よりも低温にすることができるので、プレス成形型が晒される温度を低下させることができ、型への負担を軽減することができる。ガラスのＬｉ２Ｏフリー化によってプレス成形温度が上昇したときでも、この方法によれば型負担を軽減することができる。
本発明は、精密プレス成形して得られる非球面レンズをアニールした後、研削により非光学機能面を形成し、洗浄した後、光学機能面に光学薄膜を形成する場合に特に好適である。研削による非光学機能面の形成としは、心取り加工などを例示することができるが、精密プレス成形ならびにレンズの冷却過程において歪みが蓄積していると加工時にレンズが破損するおそれがある。そこで、予めレンズをアニールすることにより歪みを低減し、洗浄によって表面を清浄にした後、光学機能面に反射防止膜などの光学薄膜を形成する。このような工程を施してもアニール時の加熱によってレンズ表面にクモリやヤケなどができにくいので、付着性の優れた光学薄膜を備える非球面レンズを製造することができる。また、洗浄によってもレンズ表面にクモリやヤケが生じにくいことは、付着性の優れた光学薄膜を備える非球面レンズを製造する上で有利である。
上記方法は負の屈折力を有する非球面レンズ（凹メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズ）の製造に好適である。これらのレンズはプレス成形型内の空間（キャビティ）にガラスを完全に充填して成形したレンズに研削加工を加えない場合もあるが、このような成形はプレス成形時のキャビティ容積とガラス素材の体積が厳密に一致していないとガラスがプレス成形型部材間に入り込んで成形ばりが生じたり、キャビティ内へのガラスの充填が不十分となり、レンズの面精度などが低下する要因となる。このようなトラブルを解消するには、前述のようにキャビティ容積とガラス素材の体積を厳密に一致させるか、レンズの光学機能面となる部分の外周をプレス成形型で規制せず、非転写面とする方法をとる。後者の方法では、面精度を損なうことなく光学機能面を形成できる範囲でガラス素材の体積が増加してもキャビティ内にガラスが完全に充填されない範囲であれば、成形ばりは生じない。
ガラス素材を熔融ガラスから直接成形する方法では、わずかながら各ガラス素材間の体積が変動することがあるから、キャビティ内にガラスを完全には充填しない後者の方法が望ましい。この方法で作製したレンズでは光学機能面の外周を研削してレンズをレンズホルダーに固定する際の位置決め基準面とする。この基準面は撮像光学系を構成する他のレンズ、例えば、特許文献１に記載のレンズＧ１１を本発明のレンズとし、レンズＧ１２と第１レンズ群を構成する際、両レンズ間の距離を精密にあわせるために使用されることに加え、個々のレンズの光軸を一致させるための（例えば、レンズＧ１１とレンズＧ１２の光軸を精密に一致させるための）レンズの向きを精密にあわせるためのレンズの方位を決めるための基準面としても利用される。
このような位置決め基準面の形成は、レンズの側面を円筒状にしつつ、光学機能面が凹面側に光軸に垂直な平面を形成することによって行われる（両凹レンズの場合は、光軸に垂直な平面は両凹面側の少なくとも一方に形成する）。
上記態様によれば、このような研削によってレンズが破損しないよう歪みを十分低減するアニールを行っても、レンズ表面が変質せず、光学薄膜の付着性を良好に保つことができる。
このようにして、精密プレス成形により非球面形状の光学機能面を形成し、研削により非光学機能面を形成したレンズの光学機能面に光学薄膜を蒸着法などの公知の方法により成膜する。光学薄膜については前述のとおりである。
このようにして得られたレンズにおいて、ガラスと光学薄膜の付着性は良好なものとなる。
本発明の非球面レンズは、負の屈折力を有し、かつ、正の屈折力を有する屈折率（ｎｄ）が１．８２以上、アッベ数（νｄ）が２５以下のレンズと組合せ、色収差補正を行うレンズ群に用いることが好ましい。この場合、前記正の屈折力を有するレンズとしては、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、平凸レンズを例示でき、その光学機能面にも反射防止膜を形成することが望ましい。
前記正の屈折力を有するレンズを構成する光学ガラスとしては、屈折率（ｎｄ）が１．８２を超え、アッベ数（νｄ）が２４．５以下であるガラスが好ましい。
このようなガラスの一例としては、Ｐ２Ｏ５およびＮｂ２Ｏ５を含む光学ガラスがあり、具体的には研削、研磨によってレンズの光学機能面を形成するのに好適な第１のガラス、精密プレス成形によって光学機能面を形成するのに好適な第２のガラスがある。
第１のガラスは、質量％表示で、Ｐ２Ｏ５ ５〜３２％、Ｎｂ２Ｏ５ ２７〜６５％、ＴｉＯ２ ０〜２０％、ＷＯ３ ０〜１２％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１５％、ＢａＯ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏを合計で０〜１５％、ＣａＯ ０〜６％、ＳｒＯ ０〜６％、ＺｎＯ ０〜６％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１６％、ＳｉＯ２ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％を含み、外割りにてＳｂ２Ｏ３ ０〜１％を添加した光学ガラスであり、
第２のガラスは、Ｐ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５およびＬｉ２Ｏを含む光学ガラスであって、より具体的には、モル％表示で、Ｐ２Ｏ５ １５〜４５％、Ｎｂ２Ｏ５ ３〜３５％、Ｌｉ２Ｏ ２〜３５％、ＴｉＯ２ ０〜２０％、ＷＯ３ ０〜４０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜２５％、ＺｎＯ ０〜２５％、ＭｇＯ ０〜２０％、Ｃａ
Ｏ ０〜２０％、ＢｒＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜３０％、Ｋ２Ｏ ０〜３０％（但し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計量が４５％以下）、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１５％、ＳｉＯ２ ０〜１５％、Ｌａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｒＯ２ ０〜１０％およびＴａ２Ｏ５ ０〜１０％を含む光学ガラスである。
第２のガラスは、Ｐ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５およびＬｉ２Ｏを含む光学ガラスであって、より具体的には、モル％表示で、Ｐ２Ｏ５ １５〜４５％、Ｎｂ２Ｏ５ ３〜３５％、Ｌｉ２Ｏ ２〜３５％、ＴｉＯ２ ０〜２０％、ＷＯ３ ０〜４０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３０％、ＢａＯ ０〜２５％、ＺｎＯ ０〜２５％、ＭｇＯ ０〜２０％、Ｃａ
Ｏ ０〜２０％、ＢｒＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜３０％、Ｋ２Ｏ ０〜３０％（但し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合計量が４５％以下）、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１５％、ＳｉＯ２ ０〜１５％、Ｌａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｒＯ２ ０〜１０％およびＴａ２Ｏ５ ０〜１０％を含む光学ガラスである。
上記ガラスの他の例、すなわち、第３のガラスは、ＳｉＯ２、ＢａＯ、ＴｉＯ２およびＮｂ２Ｏ５を含む光学ガラスであり、より具体的には、質量％表示で、ＳｉＯ２ １８〜３０％、ＢａＯ １２〜２３％、ＴｉＯ２ ２２〜３７％、Ｎｂ２Ｏ５ ７〜１６％、Ｎａ２Ｏ ５〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜６％、ＣａＯ ０〜５％、ＳｒＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜４％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜３％、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜１％、Ｐ２Ｏ５ ０〜０．５％含む光学ガラスである。第３のガラスは、研削、研磨によってレンズの光学機能面を形成するためのガラスとして好適なものである。
これらの高屈折率高分散ガラスを使用して正の屈折力を有するレンズを作製する。正の屈折力を有するレンズは光学設計に基づき、球面レンズとしてもよいし、非球面レンズと
してもよい。球面レンズの場合は上記第１〜第３のガラスのいずれかを用いて研削、研磨によって光学機能面を形成し、非球面レンズの場合は上記第２のガラスを用いて精密プレス成形により光学機能面を形成する。
してもよい。球面レンズの場合は上記第１〜第３のガラスのいずれかを用いて研削、研磨によって光学機能面を形成し、非球面レンズの場合は上記第２のガラスを用いて精密プレス成形により光学機能面を形成する。
本発明のレンズユニットにおける負の屈折力を有するレンズの構成するガラスとして、光線透過性がより優れたガラスを用いる場合は、前記レンズの光学機能面を研削、研磨によって形成すること、すなわち、光学機能面が研磨面からなるレンズとすることが望ましい。アッベ数が小さく、精密プレス成形に適した低いガラス転移温度のガラスは、研削、研磨専用のガラスと比べ、前述のように可視域の短波長側の透過率がより低下する傾向があるため、上記レンズを第3のガラスなど研削、研磨専用のガラスで構成することにより、コンパクトなレンズ構成で色収差を補正しつつ、より一層光線透過性の優れたレンズユニットを提供することができる。
一方、第2のガラスのように精密プレス成形用ガラスで負の屈折力を有するレンズを構成することにより、前記レンズを非球面レンズにすることができるので、さらにコンパクトな光学系で球面収差の少ない撮像光学機器を提供することができる。その際、レンズユニットの負の屈折力を有するレンズが所定のアッベ数を有するガラスにより構成されているので、正の屈折力を有するレンズを構成するガラスのアッベ数を過度に減少させなくても良好な色収差補正が可能なので、２枚の非球面レンズを使用しつつ、光線透過性の優れたレンズユニットを提供することができる。
さらに、第1のガラスのように第2、第3のガラスと比べて一層、高屈折率高分散特性を得ることができるガラスを用いて正の屈折力を有するレンズを構成することにより、よりコンパクトな構成の撮像光学機器への対応が可能になる。
正の屈折力を有するレンズを第1のガラスまたは第2のガラスで構成したレンズユニットは、上記レンズを第3のガラスで構成した場合よりも可視域の短波長側の透過率が低下する傾向があるが、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのように画像を電子化してカラーバランスを補正できる撮像装置であれば、上記透過率の低下を補正することができる。したがって、デジタルカメラなどの撮像装置用として、正の屈折力を有するレンズを第1のガラスまたは第2のガラスで構成した上記レンズユニットは好ましい。
このように、負の屈折力を有するレンズを構成するガラスが上記のように高屈折率かつ４０以上のアッベ数を有するガラスであって、光線透過性に優れていることにより、正の屈折力を有するレンズを構成するガラスの選択の自由度が大きくなる。
このようにして得た正の屈折力を有するレンズの少なくとも光学機能面に反射防止膜（好ましくは多層膜構造を有するもの）を形成し、上記負の屈折力を有する非球面レンズと組合せ、両レンズをレンズホルダーに固定することにより、色収差補正がなされているレンズユニットを得ることができる。
このレンズユニットは、撮像光学機器の最も物体側に配置するレンズユニットとして好適である。その場合は、レンズユニットとしては負の屈折力を有するユニットとすることが好ましい。
例えば、物体側から像側へ順番に、上記ユニット（負の屈折力を有するレンズを物体側とする）、次いで、正の屈折力を有するレンズユニット、正の屈折力を有するレンズユニットを配置し、各ユニット間の距離を可変にすることによりズーム機能を有する撮像光学機器を得ることができる。そして、物体側から数えて１番目のユニットと２番目のユニットの間に絞りを設けることが好ましい。
上記撮像光学機器を構成する各レンズの光学機能面には多層膜構造の反射防止膜を設けることが好ましい。
上記レンズユニットおよび撮像光学機器は、短焦点レンズやズームレンズなどのカメラレンズ用ユニット、カメラレンズ（特にデジタルカメラ用レンズ）として好適である。
以上、本発明の好ましい態様として負の屈折力を有する非球面レンズについて説明したが、正の屈折力を有する非球面レンズにおいても本発明の効果を得ることができる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、光学ガラスの諸特性は、以下に示す方法により測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、ガラス転移温度（Ｔｇ）―屈伏点（Ｔｓ）間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度-３０℃／時間にして得られた光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）を測定した（カルニュー光学社製「ＧＭＲ-１」使用）。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）および屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社製の熱機械分析装置「ＴＭＡ８５１０」により昇温速度を４℃／分、荷重９８ｍＮとして測定した。
（１）屈折率（ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）
日本光学硝子工業会規格の屈折率測定法により、ガラス転移温度（Ｔｇ）―屈伏点（Ｔｓ）間の温度で保持した光学ガラスを、降温速度-３０℃／時間にして得られた光学ガラスについて、屈折率（ｎｄ）とアッベ数（νｄ）を測定した（カルニュー光学社製「ＧＭＲ-１」使用）。
（２）ガラス転移温度（Ｔｇ）および屈伏点（Ｔｓ）
理学電機株式会社製の熱機械分析装置「ＴＭＡ８５１０」により昇温速度を４℃／分、荷重９８ｍＮとして測定した。
表１−１および表１−２に示すガラス組成になるように、各成分を導入するための原料としてそれぞれ相当する酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、水酸化物など、例えば、Ｈ３ＢＯ３、Ｌａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｎＣＯ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２などを用いて２５０〜３００ｇ秤量し、十分に混合して調合バッチと成し、これを白金るつぼに入れ、１２００〜１４５０℃に保持した電気炉中において、攪拌しながら空気中で２〜４時間ガラスの熔融を行った。熔融後、熔融ガラスを４０×７０×１５ｍｍのカーボン製の金型に流し、ガラスの転移温度まで放冷してから直ちにアニール炉に入れ、ガラスの転移温度範囲で約１時間アニール処理した後、炉内で室温まで放冷し光学ガラスを得た。得られた光学ガラス中には、倍率１００倍の光学顕微鏡で観察できる結晶は析出していなかった。
このようにして得られた光学ガラスの特性を表１−１および表１−２に示す。
まず、電気炉内で１０５０〜１４５０℃に保持された熔融ガラス（ガラス粘度で４〜０．０５ｄＰａ・ｓに相当する）を、１０５０℃（ガラス粘度で４ｄＰａ・ｓに相当する）に温度調節した白金合金製パイプから一定流速で連続して流下し、ガラス素材成形型で熔融ガラス流の先端を受け、所定重量の熔融ガラス塊が前記先端から分離するタイミングで成形型を熔融ガラス流の流下速度よりも十分大きな速度で降下し、熔融ガラス塊を分離した。なお、熔融ガラス滴下時のガラス粘度は、７ｄＰａ・ｓであった。
ガラス素材成形型のガラスを支持する面は多孔質材で構成されており、多孔質材の背面に高圧のガスが送られ、多孔質材を通して噴出するようにしている。
分離した熔融ガラス塊を成形型の上記ガラス支持面上で風圧を加えて浮上させながら回転対称軸を一本有するガラス素材に成形し、アニール処理した。各熔融ガラス塊とそれに対応する各ガラス素材の質量は等しく、また、設定質量に対する得られたガラス素材の質量精度は±１％以内であった。
上記ガラス素材の成形は、熔融ガラスを一定流量で連続して温度制御した白金製のパイプから流出させ、パイプ下方に搬送したガラス素材成形型を上昇させて流出した熔融ガラス流下端を受ける。この状態で熔融ガラス流の下端とパイプ側の途中にくびれ部を生じさせ、所定のタイミングでガラス素材成形型を鉛直方向に急降下させる。この操作によって
くびれ部で熔融ガラス流が分離し、下端部を含む所定質量の熔融ガラス塊を成形型のガラス支持面上に得ることができる。
くびれ部で熔融ガラス流が分離し、下端部を含む所定質量の熔融ガラス塊を成形型のガラス支持面上に得ることができる。
複数のガラス素材成形型を次々とパイプ下方に搬送しては上記工程を行って所要質量の熔融ガラス塊を受けては搬送する。成形型はターンテーブル上に配置されており、このテーブルをインデックス回転させることで上記操作を行う。ガスを連続的に噴出する各成形型のガラス支持面上で熔融ガラス塊を浮上させながらガラス素材に成形する。ガラス素材を取り出した成形型を用いて次の熔融ガラス塊を受けてガラス素材に成形する工程を繰り返してガラス素材を製造した。なお、ガラスの浮上はガラス素材を成形型から取り出すまで継続して行った。
このようにして作製したガラス素材の表面全体は熔融ガラスが固化することにより形成されたものであり、自由表面であった。表面、内部に脈理、失透、割れ、泡などの欠陥は認められなかった。
上記方法で作製したガラス素材を、図１に示す精密プレス成形装置を用いて精密プレス成形した。成形面に炭素含有膜（ダイヤモンド様カーボン膜）が設けられたＳｉＣ製の上型１及び下型２の間にガラス素材４を配置した後、石英管１１内を窒素雰囲気として石英管外側に巻きつけたヒーター（図示せず）に通電して石英管１１内を加熱した。成形型内の温度を、ガラス素材４の粘度が約１０５〜１０９ｄＰａ・ｓとなる温度とした後、この温度を維持しつつ、押し棒１３を降下させて上型１を上方から押して成形型内のガラス素材４をプレスした。プレスの圧力は５〜１５ＭＰａ、プレス時間は１０〜３００秒間とした。プレスの後、プレスの圧力を解除し、非球面プレス成形されたガラス成形体を上型１及び下型２と接触させたままの状態でガラス転移温度まで徐冷し、次いで室温付近まで急冷して非球面レンズに成形されたガラスを成形型から取り出した。
上記精密プレス成形では上下型を案内する案内型にはガラスは接触せず、上下型成形面を転写して成形して光学機能面の外周は非転写面となる。
なお、精密プレス成形は、プレス成形型の上型と下型の間の空間にガラス素材を導入し、プレス成形型とガラス素材を一緒に加熱した後、加圧して非球面レンズを精密プレス成形する方法と、予熱したプレス成形型に型とは別個に加熱したガラス素材を導入して加圧して非球面レンズを精密プレス成形する方法の２つの方法でそれぞれ実施した。
図１はプレス成形型とガラス素材を一緒に加熱する方法における精密プレス成形の様子を模式的に描いたものであり、符号３は案内型、９は支持棒、１０は支持台、１４は熱電対である。得られた凹メニスカス形状の非球面レンズを大気中にて５６０℃、３時間の条件の下、アニール処理した。得られたレンズの表面には目視によりクモリは認められず、光学顕微鏡による拡大観察でも表面は滑らかであった。
なお、本実施例では両面とも非球面形状の凹メニスカスレンズを作製したが、プレス成形型の形状、寸法を適宜選択することにより、両凹レンズ、平凹レンズといった他の負の屈折力を有する非球面レンズや、凸メニスカスレンズ、両凸レンズ、平凸レンズといった正の屈折力を有する非球面レンズを作製することもできる。
次に、上記非球面レンズをガラス転移温度以下の温度でアニールし、表面に残留する炭素含有膜を酸化により除去するとともに、レンズ内の歪みを低減、屈折率を微調整した。
そして、光学機能面の外周、すなわち、非転写面部分を研削して心取りを行うとともに、レンズをホルダーに固定する際の位置決め基準面を形成した。
上記研削加工後、レンズを洗浄し、乾燥させた後、蒸着機のチャンバー内に入れて可視域においてレンズ表面の反射を防止するための光学多層膜を蒸着により形成した。
このようにして得た反射防止膜付きの非球面レンズは、ガラスと膜の付着性が良好であり、ズームレンズの最前の凹メニスカスレンズとして好適なものである。
一方、Ｌｉ２Ｏを含むガラスを用いたガラス素材の表面に炭素含有膜をコートし、成形面にカーボン離型膜を形成したSiC製プレス成形型を用いて精密プレス成形し、非球面形状の凹メニスカスレンズを得た。このレンズを上記方法でアニールし、心取り加工を行い、洗浄した後、光学機能面に反射防止膜を成膜したが、反射防止膜の付着性が不十分なため、部分的に膜の剥離が認められた。
次に、表２−１、表２−２、表２−３および表２−４に示す各光学ガラスを用いて凸メニスカスレンズを作製した。作製法は、ガラス素材を加熱し、プレス成形して目的とするレンズ形状に近似する形状のガラス成形品とし、ガラス成形品をアニールして歪みを低減するとともに光学特性を微調整した後、研削、研磨によって球面レンズに仕上げる方法（研磨法という）、ガラス素材を加熱、精密プレス成形して非球面レンズを作製する方法（精密プレス成形法という）のいずれかを採用した。どのガラスでどちらの方法を用いたかは表２−１、表２−２、表２−３および表２−４に示してある。
表２における屈折率（ｎｄ）、アッベ数（νｄ）、ガラス転移温度（Ｔｇ）の測定は、上記測定法に準じる。
λ７０は、１０．０±０．１ｍｍの厚さに研磨された互いに平行な平面を有するガラス試料を用い、前記研磨された平面に対して垂直方向から光を入射して得られる分光透過率が波長２８０〜７００ｎｍの範囲で７０％となる波長を意味し、λ５０は、１０．０±０．１ｍｍの厚さに研磨された互いに平行な平面を有するガラス試料を用い、前記研磨された平面に対して垂直方向から光を入射して得られる分光透過率が波長２８０〜７００ｎｍの範囲で５０％となる波長を意味する。ここで、分光透過率は、ガラス試料への入射光の強度をＩｉｎ、ガラス試料を透過した透過光の強度をＩｏｕｔとしたとき、Ｉｏｕｔ／Ｉｉｎにて表される量であり、ガラス試料内部における光の吸収、散乱に加え、試料表面における反射の影響も含む量である。
次に、上記レンズユニットを最も物体側に配置する第１ユニットとし、凸メニスカスレンズ、凹メニスカスレンズ、両凸レンズからなり、トータルとして正の屈折力を有する第２のレンズユニットを第１レンズユニットの像側に配し、さらに第２のレンズユニットの像側に両凸レンズを配してズーム機能を有する撮像光学機器を組み立てる。各ユニット内のレンズ間の距離は固定し、第１のレンズユニットと第２のレンズユニットの間隔、第２のレンズユニットと両凸レンズの間隔を可変としてズーム機能を実現する。第２のレンズユニットもユニット内で色収差が補正されるようにレンズ間隔を設定、固定する。
第２のユニットは凸メニスカスレンズの凹面と凹メニスカスレンズの凸面を貼り合わせ、両凸レンズを上記のように所定距離だけ離して固定する。
このようにして、コンパクトかつ高性能で信頼性の高いズーム機能付き撮像光学機器を作ることができる。なお、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラのように像面にＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を配置して画像を電子データとして取り込む撮像光学機器では、最も像側のレンズと撮像素子の間に撮像素子の色感度を補正する機能と光ローパスフィルタ機能を有するフィルタを配置する。
なお、上記実施例はズーム機能を有する撮像機器を例に説明したが、焦点距離が一定の
カメラ、例えば、カメラ付き携帯電話などに搭載する撮像光学機器に応用してもよい。
カメラ、例えば、カメラ付き携帯電話などに搭載する撮像光学機器に応用してもよい。
本発明の非球面レンズは、撮像光学系を構成するガラス製非球面レンズ、特にズームレンズの最も物体に近い負の屈折力を有するレンズに好適に用いられる。
また、本発明の製造方法は、上記非球面レンズの製造に用いられるものである。
１ 上型
２ 下型
３ 案内型
４ ガラス素材
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１３ 押し棒
１４ 熱電対
２ 下型
３ 案内型
４ ガラス素材
９ 支持棒
１０ 支持台
１１ 石英管
１３ 押し棒
１４ 熱電対
Claims (8)
- 光学ガラスを精密プレス成形してなる非球面レンズにおいて、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２３％、Ｇｄ ２ Ｏ ３ １〜１９％、Ｌａ ２ Ｏ ３ とＧｄ ２ Ｏ ３ が合計で１２〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなり、表面に光学薄膜を備えることを特徴とする非球面レンズ。 - 前記光学ガラスが任意成分として、モル％表示にて、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜１０％、ＷＯ３ ０〜１０％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％、Ｂｉ２Ｏ３ ０〜１０％、ＧｅＯ２ ０〜１０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％、Ｙ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｙｂ２Ｏ３ ０〜１０％を含むことを特徴とする請求項１に記載の非球面レンズ。
- 前記光学ガラスのガラス転移温度が６４０℃未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の非球面レンズ。
- 物体側から像側に複数のレンズを配置して構成される撮像光学系の最も物体側に配置されるレンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非球面レンズ。
- 光学ガラスからなるガラス素材を加熱し、精密プレス成形する工程を経て非球面レンズを作製する非球面レンズの製造方法において、
屈折率（ｎｄ）が１．８３超、アッベ数（νｄ）が４０以上、モル％表示にて、Ｂ２Ｏ３ ２０〜４５％ 、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２３％、Ｇｄ ２ Ｏ ３ １〜１９％、Ｌａ ２ Ｏ ３ とＧｄ ２ Ｏ ３ が合計で１２〜２４％、ＺｎＯ ２２〜４２％を含み、かつＬｉ２Ｏを含まない光学ガラスからなるガラス素材を加熱、精密プレス成形し、表面に光学薄膜を形成することを特徴とする非球面レンズの製造方法。 - 精密プレス成形して得られる非球面レンズをアニールした後、研削により非光学機能面を形成し、洗浄した後、光学機能面に光学薄膜を形成する請求項５に記載の非球面レンズの製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の非球面レンズまたは請求項５または６に記載の製造方法により作製した非球面レンズと、屈折率（ｎｄ）が１．８２以上かつアッベ数（νｄ）が２５以下の光学ガラスからなり、反射防止膜を備える正の屈折力を有するレンズとを備え、
前記非球面レンズが負の屈折力を有するとともに反射防止膜を備え、
前記非球面レンズと正の屈折力を有するレンズとの組合せにより色収差補正がなされていることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項７に記載のレンズユニットを備えていることを特徴とする撮像光学機器。
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