JP5235619B2 - 光学素子及びそれを有する光学系 - Google Patents
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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、例えば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、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（撮像光学系）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、色収差を低減した光学系として、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１〜３）。
特許文献１〜３では強い異常分散性を持つ樹脂材料に屈折力を与えた光学要素と、他の硝材より成る光学要素との色収差のバランスを適切に取ることで全系の色収差を良好に低減している。
また、樹脂材料より成る光学要素を用いた光学素子として、球面形状に研磨したレンズ面上に樹脂層を成形し非球面形状としたいわゆる複合光学素子や、ハイブリッド非球面レンズ等が知られている（特許文献４、５）。
特許文献４、５ではレンズ面に非球面形状を形成することを目的として、ベースとなるレンズの上に樹脂等を積層させ、この樹脂に非球面形状の金型を押し当てて非球面形状を有する面を形成している。
また、複数の光学要素を接合したときの面の歪や剥れを低減させた光学素子、樹脂とガラスの密着性を上げた光学素子、樹脂の耐環境性を向上させた光学素子等が知られている（特許文献６、７）。
特開２００５−１８１３９２号公報
特開２００６−１４５８２３号公報
特開２００５−３５２２６５号公報
特開平５−８２３１号公報
特開２００１−４９２０号公報
特開２００３−１３９９１６号公報
特開２００３−１４７２８１号公報
金型を用いてレンズ面に樹脂層を成形する方法では、樹脂層の厚みが増す程成形の難易度が増す。これは樹脂の量が増えるために、成形時の硬化収縮の絶対量が増し、樹脂面を高精度に仕上げるのが困難になるためである。また樹脂層が厚くなる程、温度変化に対する樹脂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１〜３では樹脂層をレンズで挟み込んだ光学素子を用いて色消しをする光学系を開示している。
樹脂層をレンズで挟み込んだ接合型の光学素子では、樹脂を片側のレンズ面上に成形した後に、樹脂面を接着剤で覆いもう一方のレンズを貼り合わせて製造している。これによって、成形した樹脂面の精度の光学性能への影響は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外部のレンズによって樹脂面が規制されているため変形が起こりにくいという特長がある。
しかし、接合型の光学素子は最後にレンズを接合する際に接合歪みや環境下での接合剥がれが生じてくる場合がある。特許文献６、７では、このときのレンズ同士の接合歪みや剥がれを低減する方法として、接着剤として弾性体を用いて双方を接着している。
この方法は、レンズ同士あるいはレンズとプラスチックの接合に適している。しかしながら３枚の光学要素、特にレンズ上に樹脂層が成形した後、もう一方のレンズを接合して製造した光学素子では、以下の様な問題が生じる。
図１４は３枚の光学要素を接合した光学要素の要部断面図である。図１４の光学素子１４は樹脂層（光学要素）ＮＬ１を光学要素Ｌ１上に成形した後、光学要素Ｌ２を接合した構成より成っている。
図１５は、図１４の光学素子１４の外周部の一部を拡大した概略図である。樹脂層ＮＬ１については、成形上の難易度、耐環境性を考慮すると、できるだけ絶対厚を薄くするのが良い。
このため、樹脂層ＮＬ１の外周部の光軸１に沿った厚みは通常の研磨レンズに比べて薄くなりやすい。
したがって、光学要素Ｌ１と光学要素Ｌ２が外周部では非常に近接して配置されることになる。これは、特に樹脂層ＮＬ１が正のパワーを持つ場合に顕著である。
本発明者はこの状態で図１５のように樹脂層ＮＬ１の外径φｒが光学要素Ｌ２の接合される面Ｌ２ｂの研磨径φｇよりも小さいと、両者を接合する際に用いる接着剤Ｓ１が光学要素Ｌ１と光学要素Ｌ２の間に回りこんでしまうことに気がついた。
光学要素Ｌ１と光学要素Ｌ２の間に接着剤Ｓ１が入り込むと、外径φｒ以下の領域と径φｒ〜φｇの間（帯状の間）の領域で接着剤Ｓ１の厚みが大きく異なる。したがって、接着剤Ｓ１の硬化収縮の絶対量にも大きな差ができ、光学要素Ｌ１や光学要素Ｌ２の光学面に歪みが生じ光学性能に大きな影響を及ぼす。
本発明者は、特に光学要素Ｌ１と光学要素Ｌ２が最も接近する光学要素Ｌ１の外径位置で両者の間に接着剤Ｓ１が回りこみやすく、これが原因となって大きな歪みを誘発することに気が付いた。
本発明は、樹脂層と光学要素で挟んだ少なくとも３つの光学要素を接合して光学素子を製造するとき、接合時の歪みを少なくすることができ、しかも耐環境性が良く優れた光学特性と色収差補正効果を持つ光学素子の提供を目的とする。
本発明の光学素子は、第１の光学要素の光入出射面のうちの一方の面に成形された樹脂層に接着剤を用いて第２の光学要素を接合した光学素子であって、
前記樹脂層の外径をφｒ、前記第２の光学要素の前記樹脂層と接合されている面の有効部径をφｇとするとき
φｇ＜φｒ
なる条件を満たすことを特徴としている。
前記樹脂層の外径をφｒ、前記第２の光学要素の前記樹脂層と接合されている面の有効部径をφｇとするとき
φｇ＜φｒ
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、樹脂層と光学要素で挟んだ少なくとも３つの光学要素を接合して光学素子を製造するとき、接合時の歪みを少なくすることができ、しかも耐環境性が良く優れた光学特性と色収差補正効果を持つ光学素子が得られる。
以下、本発明の光学素子と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、少なくとも３枚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。
この光学要素のうち少なくとも１枚の光学要素は樹脂を金型を用いて他の光学要素の光入出射面のうちの一方の面上に成形した樹脂層より成っている。
またこの樹脂層は両側（光入出射面）を２つの光学要素に挟まれている。光学素子は一方の第１の光学要素上に樹脂層を成形した後、樹脂層の他の面に第２の光学要素を接着剤を用いて接合して製造されている。
この樹脂層の外径をφｒ、接合される第２の光学要素の樹脂層と接合される側の面の有効部径をφｇとする。このとき
φｇ＜φｒ …（１）
なる条件を満足している。
φｇ＜φｒ …（１）
なる条件を満足している。
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の光学要素としてアクリル系ＵＶ硬化樹脂層（以下、「樹脂層」ともいう。）ＮＬ１（Ｎｄ＝１．６３３、νｄ＝２３．０、θｇＦ＝０．６８）を成形する。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。
ここでＮｄ、νｄ、θｇＦは順に材料の屈折率、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あらかじめなされており、これにより樹脂層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、第１の光学要素Ｌ１面上に成形された樹脂層ＮＬ１の外径φｒは２８．５ｍｍであり、接合される第２の光学要素Ｌ２の樹脂層ＮＬ１と接合される側の内径（有効部径）φｇは２７．５ｍｍである。
樹脂層ＮＬ１の外径φｒを第２の光学要素Ｌ２の内径φｇよりも大きくすることで、接合時の第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２の歪みが小さく、高温及び高温高湿下での接合剥がれのない良好な光学特性を持つ光学素子が得られる。
図２は本発明の実施例２の光学素子の要部断面図である。図２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Ｎ−ポリビニルカルバゾール樹脂層ＮＬ１（Ｎｄ＝１．６９６、νｄ＝１７．７、θｇＦ＝０．６９）を成形する。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。
図２の光学素子１２において、成形された樹脂層ＮＬ１の外径φｒは１１．６ｍｍであり、接合される第２の光学要素Ｌ２の樹脂層ＮＬ１と接合される側の外径（有効部径）φｇは１１．０ｍｍである。
樹脂層ＮＬ１の外径φｒを第２の光学要素Ｌ２の外径φｇよりも大きくすることで、接合時の第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２の歪みが小さく、高温及び高温高湿下での接合剥がれのない良好な光学特性を持つ光学素子が得られる。
実施例２の光学素子１２の外周部には鏡筒との保持部を兼ねた遮光部材６が設置されている。これにより、樹脂層ＮＬ１の外周部から発生するフレアやゴーストを抑えている。
図３は本発明の実施例３の光学素子の要部断面図である。図３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の光学要素としてポリマーに微粒子を分散させたＵＶ硬化性材料樹脂層ＮＬ１（Ｎｄ＝１．８０６、νｄ＝１４．９、θｇＦ＝０．７４）を成形する。その後、同じＵＶ硬化性材料樹脂層ＮＬ１を介して第２の光学要素Ｌ２と接合して構成している。
なおこのＵＶ硬化性材料はポリマー（屈折率Ｎｄ＝１．５８０、アッベ数νｄ＝３７．２）にＴｉＯ２微粒子を体積比で１５％分散させたものである。
図３の光学素子１３において、成形された樹脂ＮＬ１の外径φｒは６８．８ｍｍであり、接合される第２の光学要素Ｌ２の樹脂層ＮＬ１と接合される側の内径（有効部径）φｇは６７．８ｍｍである。
樹脂層ＮＬ１の外径φｒを第２の光学要素Ｌ２の内径φｇよりも大きくすることで、接合時の第１、第２の光学要素Ｌ１、Ｌ２の歪みが小さく、高温及び高温高湿下での接合剥がれのない良好な光学特性を持つ光学素子が得られる。
以上のように本発明の各実施例の光学素子は、第１の光学要素Ｌ１の光入出射面のうちの一方の面に成形された樹脂層ＮＬ１に接着剤Ｓ１を用いて第２の光学要素Ｌ２を接合している。
このとき樹脂層ＮＬ１の外径をφｒ、第２の光学要素Ｌ２の樹脂層ＮＬ１と接合されている面の有効部径をφｇとするとき、前述した条件式（１）を満足している。
尚、各実施例において光学素子は３つ以上の光学要素を接合した構成であっても良い。
次に接合される側の第２の光学要素Ｌ２の有効部径φｇについて説明する。通常、光学要素（レンズ等の光学部材）の光学面は製造時の組み付けシロや組み付け誤差を考慮し、光線有効径に対して外周方向に余裕幅を持って作られている。
この光学性能上有効な領域の径が光学要素の有効部径である。つまり、所望の球面形状や非球面形状を持つ面を光線有効径よりも外周側に延長して仕上げたものが有効部径であり、例えば研磨より製造したレンズの場合は研磨径がこれに当たる。また光学要素の有効部径は外径や内径で表されることが多い。
条件式（１）は、樹脂層ＮＬ１が成形された第１の光学要素Ｌ１と、もう一方の第２の光学要素Ｌ２を接合する際の接合歪みを低減させ、また高温及び高温高湿等の環境下での接合剥がれの発生を抑制するための条件式である。
条件式（１）を満たす場合、接着剤Ｓ１は樹脂層ＮＬ１と接合される第２の光学要素Ｌ２の樹脂側の面に付着し、外側の光学要素同士を接着することは起こりにくい。
逆に、この条件式（１）を満たさなければ、図１５に示すように接着剤Ｓ１が樹脂層ＮＬ１の外側に位置する光学要素同士の間に回り込んでしまい、接着剤Ｓ１の厚みの分布ができ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（１）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より効果的に抑制できる。
φｇ（ｍｍ）＋０．５（ｍｍ）＜φｒ（ｍｍ） …（１ａ）
また、第１の光学要素Ｌ１上に成形された樹脂層ＮＬ１の材料（樹脂）のｄ線における屈折率ｎｒと、もう一方の第２の光学要素Ｌ２を接合する際に用いる接着剤Ｓ１の材料のｄ線における屈折率をｎｓとする。このとき
｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．１ …（２）
なる条件を満足するのが良い。
また、第１の光学要素Ｌ１上に成形された樹脂層ＮＬ１の材料（樹脂）のｄ線における屈折率ｎｒと、もう一方の第２の光学要素Ｌ２を接合する際に用いる接着剤Ｓ１の材料のｄ線における屈折率をｎｓとする。このとき
｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．１ …（２）
なる条件を満足するのが良い。
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（２）は、成形された樹脂層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。
なお、条件式（２）の範囲は以下の範囲とすることで更に良好な光学性能を得ることが容易となる。
｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．０５ …（２ａ）
条件式（２ａ）は更に好ましくは以下の範囲とするのが、より良い。
条件式（２ａ）は更に好ましくは以下の範囲とするのが、より良い。
｜ｎｒ−ｎｓ｜＜０．０１ …（２ｂ）
また、光学要素上に成形する樹脂層と接合する際に用いる接着剤は同じものでも良い。
また、光学要素上に成形する樹脂層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樹脂層ＮＬ１の空気中における焦点距離をｆとした時に、以下の条件式（３）を満たす場合、効果がより顕著になる。
ｆ＞０．０ …（３）
また、第１の光学要素Ｌ１上に成形された樹脂層ＮＬ１に接合されるもう一方の第２の光学要素Ｌ２の接合される側の有効部径φｇよりも外周部に遮光剤２を塗布するのが良い。又は遮光部材を設置すると、樹脂層ＮＬ１の端部から発生するフレアやゴーストを抑制できるので好ましい。
また、第１の光学要素Ｌ１上に成形された樹脂層ＮＬ１に接合されるもう一方の第２の光学要素Ｌ２の接合される側の有効部径φｇよりも外周部に遮光剤２を塗布するのが良い。又は遮光部材を設置すると、樹脂層ＮＬ１の端部から発生するフレアやゴーストを抑制できるので好ましい。
このことを以下で説明する。
光学要素上に金型等を用いて樹脂層を成形する場合、樹脂層の最外周部は何にも規制されないため、どうしても面がダレてしまい必要な面精度を得ることができない部分が出る。
この部分は、光線を乱反射しやすくフレアやゴーストの原因となるため遮光する必要がある。しかし、樹脂層の上に直接塗装や墨塗りをするには、樹脂面はのりが悪く適切ではない。
また遮光部材を兼ねた押さえ環等で樹脂層の表面を押さえてしまうと、遮光はできるが、押さえる力で樹脂面が変形してしまうため好ましくない。
これに対して本発明の光学素子のように樹脂層ＮＬ１の外周部において近接した位置に常に他の第２の光学要素がある場合、その第２の光学要素に対して樹脂層ＮＬ１の外周部を覆うような一般的に行われている塗装や墨塗りをしておけば良いので容易である。
また、その第２の光学要素Ｌ２を用いて遮光部材２の位置決めをすれば、樹脂面の変形を防ぎつつ遮光もできるので好ましい。
また、第１の光学要素Ｌ１上に成形される樹脂層ＮＬ１の異常部分分散性をΔθｇＦｒとしたとき
０．０２７２＜ΔθｇＦｒ …（４）
ΔθｇＦｒ＜−０．０２７８ …（５）
の条件式のうちいずれかを満足するのが良い。
０．０２７２＜ΔθｇＦｒ …（４）
ΔθｇＦｒ＜−０．０２７８ …（５）
の条件式のうちいずれかを満足するのが良い。
ただし、ここでアッベ数νｄ、部分分散比θｇＦ、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。
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（４）、（５）は樹脂の異常部分分散性に関する条件式であり、いずれかの式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（４）、（５）はそれぞれ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 …（４ａ）
ΔθｇＦｒ＜−０．０５２８ …（５ａ）
条件式（４）を満足する樹脂の具体例としては、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（４）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。
ΔθｇＦｒ＜−０．０５２８ …（５ａ）
条件式（４）を満足する樹脂の具体例としては、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（４）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光学材料として、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、ＴｉＯ２（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、ＴｉＯ２（Ｎｄ＝２．７５８，νｄ＝９．５４，θｇＦ＝０．７６）微粒子を合成樹脂中に適切なる体積比で分散させた場合、上記条件式（４）を満足する光学材料が得られる。
また、ＩＴＯ（Ｎｄ＝１．８５７，νｄ＝５．６９，θｇＦ＝０．２９）微粒子を合成樹脂中に適切なる体積比で分散させた場合、上記条件式（５）を満足する光学材料が得られる。
なお条件式（４）（５）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。
ＴｉＯ２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ＴｉＯ２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。
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。
以上のように本実施例によれば接合時の歪みが少なく、耐環境性が良く優れた光学特性と色収差補正効果を持つ光学素子が得られる。
各実施例の光学素子の製造方法は、次の各工程を有している。
◎同軸上に対向配置された第１の光学要素及び所望形状を有する金型の少なくとも一方の表面に紫外線硬化樹脂を堆積させる工程。
◎第１の光学要素又は金型を紫外線硬化樹脂へ圧着し押し広げることにより樹脂層を形成する工程。
◎樹脂層へ紫外線を照射して硬化させる工程。
◎金型と樹脂層を剥離する工程。
◎第１の光学要素に成形した樹脂層と第２の光学要素とを、少なくとも一方の面に接着剤を堆積させて対向配置し、樹脂層と第２の光学要素を接着する工程。
そして、以上の各工程を用いて製造される光学素子では、樹脂層ＮＬ１の外径をφｒ、第２の光学要素Ｌ２の樹脂層と接合されている面の有効部径をφｒとする。
このとき、前述の条件式（１）
φｇ＜φｒ
なる条件を満足している。
φｇ＜φｒ
なる条件を満足している。
次に、図４から図９を用いて本発明の光学素子の成形工程（製造方法）について説明する。
図４において４は光学要素Ｌ１と金型３の軸である。
まず、図４のように光学要素Ｌ１と金型３を同軸４上に対向配置させ、どちらか一方（図４では金型３）の表面に紫外線硬化樹脂ＮＬを堆積させる。
次に図５のように光学要素Ｌ１及び金型を樹脂ＮＬへ圧着し樹脂ＮＬを押し広げることにより樹脂層ＮＬ１を形成する。
次に図６のように、樹脂層ＮＬ１を十分に広げ所定の曲率を有する形状とした後、樹脂層ＮＬ１に光源手段（エネルギー照射器）５から紫外線又は熱線を照射し硬化させる。
次に金型３から紫外線硬化樹脂層ＮＬ１を離型した後、図７のように、光学要素Ｌ１とその面上に樹脂層ＮＬ１が積層された光学要素Ｌ３と、もう一方の光学要素Ｌ２を対向配置させる。そしてどちらか一方の表面に接着剤Ｓ１を堆積させる。なお、この際に図７のように光学要素Ｌ２の樹脂層ＮＬ１と対向する面の内径φｇの外周部にあらかじめ遮光剤２を塗布しておいても良い。
次に図８のように、光学要素Ｌ２及び光学要素Ｌ３を接着剤Ｓ１へ圧着し接着剤Ｓ１を押し広げる。
次に図９のように、光学要素Ｌ２及び光学要素Ｌ３の偏芯を調整した後、接着剤Ｓ１に光源手段５から紫外線又は熱線を照射し硬化させ、所望の形状の光学素子Ｌ４を得る。
以上のように本実施例によれば、接合時の歪みが少なく、耐環境性が良く、優れた光学特性と色収差補正効果を持つ光学素子を製造することができる。
以下、数値実施例１〜３光学素子の具体的な数値実施例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）の光線有効径と、第ｉ番目の光学要素の光学性能上有効な有効部径（外径、内径）も合わせて示す。なお有効部径は物体側、像側有効部径を並列して示す。
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。
又、前述の各条件式と各実施例との関係を表４に示す。
又、前述の各条件式と各実施例との関係を表４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ＴｉＯ２微粒子体積比率で１５％分散させた樹脂層より成る光学素子を用いている。ＴｉＯ２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。
各実施例に用いた樹脂層を構成する材料の光学特性を表５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ＴｉＯ２微粒子の光学特性を表６に示す。
次に本発明の光学素子を有する光学系について説明する。
図１０は本発明の実施例１の光学素子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１０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１１は本発明の実施例２の光学素子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１０のズームレンズと同じである。
このズームレンズは、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１２は本発明の実施例３の光学素子を有する望遠レンズのレンズ断面図である。図１２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際しては第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）について、図１３を用いて説明する。
図１３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。
ＮＬ１ 樹脂又は樹脂層
Ｓ１ 接着剤
Ｌ１ 樹脂が成形される光学要素
Ｌ２ 接合される光学要素
Ｌ３ 樹脂と光学要素が一体化された光学要素
Ｌ４ 光学素子
φｒ 樹脂層の外径
φｇ 光学要素の有効部径（内径。外径）
１ 光軸
２ 遮光剤
３ 金型
４ 光学要素と金型の軸
５ エネルギー照射器
６ 遮光部材
Ｂ１ 光学系の第１レンズ群
Ｂ２ 光学系の第２レンズ群
Ｂ３ 光学系の第３レンズ群
Ｂ４ 光学系の第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
１１ 光学素子
１２ 光学素子
１３ 光学素子
Ｓ１ 接着剤
Ｌ１ 樹脂が成形される光学要素
Ｌ２ 接合される光学要素
Ｌ３ 樹脂と光学要素が一体化された光学要素
Ｌ４ 光学素子
φｒ 樹脂層の外径
φｇ 光学要素の有効部径（内径。外径）
１ 光軸
２ 遮光剤
３ 金型
４ 光学要素と金型の軸
５ エネルギー照射器
６ 遮光部材
Ｂ１ 光学系の第１レンズ群
Ｂ２ 光学系の第２レンズ群
Ｂ３ 光学系の第３レンズ群
Ｂ４ 光学系の第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
Ｇ ガラスブロック
１１ 光学素子
１２ 光学素子
１３ 光学素子
Claims (9)
- 第１の光学要素の光入出射面のうちの一方の面に成形された樹脂層に接着剤を用いて第２の光学要素を接合した光学素子であって、
前記樹脂層の外径をφｒ、前記第２の光学要素の前記樹脂層と接合されている面の有効部径をφｇとするとき
φｇ＜φｒ
なる条件を満たすことを特徴とする光学素子。 - 前記樹脂層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に記載の光学素子。 - 前記樹脂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又は２に記載の光学素子。 - 前記第２の光学要素の前記樹脂層と接合されている側であって、有効部径φｇよりも外周部には遮光剤が塗布されているか又は遮光部材が設置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光学素子。
- 前記樹脂層の材料の異常部分分散性をΔθｇＦｒとするとき
０．０２７２＜ΔθｇＦｒ
ΔθｇＦｒ＜−０．０２７８
のいずれかの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。 - 請求項１乃至５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。
- 光電変換素子に像を形成することを特徴とする請求項６に記載の光学系。
- 請求項６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。
- 同軸上に対向配置された第１の光学要素及び金型の少なくとも一方の表面に紫外線硬化樹脂を堆積させる工程、前記第１の光学要素又は前記金型を前記紫外線硬化樹脂へ圧着し押し広げることにより樹脂層を形成する工程、前記樹脂層へ紫外線を照射して硬化させる工程、前記金型と前記樹脂層を剥離する工程、前記第１の光学要素に成形した前記樹脂層と第２の光学要素とを、少なくとも一方の面に接着剤を堆積させて対向配置し、前記樹脂層と前記第２の光学要素を接着する工程、とを有する光学素子の製造方法であって、
前記樹脂層の外径をφｒ、前記第２の光学要素の樹脂層と接合されている面の有効部径をφｇとするとき
φｇ＜φｒ
なる条件を満足することを特徴とする光学素子の製造方法。
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