WO2013125179A1 - 光学素子、複合光学素子、交換レンズおよび撮像装置 - Google Patents

光学素子、複合光学素子、交換レンズおよび撮像装置 Download PDF

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resin
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fine particles
particles
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純平 佐々木
村田　淳
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パナソニック株式会社
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    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
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    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00355—Production of simple or compound lenses with a refractive index gradient
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/041—Lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical element using a composite material in which inorganic fine particles are dispersed in a resin matrix.
  • the present invention also relates to a composite optical element comprising the optical element.
  • the present invention also relates to an interchangeable lens and an imaging apparatus including the optical element or the composite optical element.
  • optical materials in which inorganic fine particles are dispersed in a matrix material such as a resin are known.
  • a matrix material such as a resin
  • such a material is referred to as a composite material.
  • Patent Document 1 discloses an optical element having a refractive index distribution by changing the content of inorganic fine particles in a resin matrix of the optical element.
  • a plurality of types of resin solutions having different inorganic fine particle contents are used.
  • a lens having a refractive index distribution in the radial direction, thickness direction, or both directions is obtained by mixing on the ejection surface at a predetermined ratio with respect to the radial direction, thickness direction, or both directions of the lens.
  • optical elements Since optical characteristics required for optical elements such as lenses are wide-ranging, optical elements having such a refractive index distribution using a composite material are very useful in the optical field. There is a need for the development of new optical elements.
  • an object of the present invention is to provide a novel optical element having a desired refractive index distribution using a composite material.
  • An optical element that solves the above problems includes a resin and a group of inorganic fine particles dispersed in the resin.
  • the inorganic fine particle group includes a first fine particle group and a second fine particle group having a particle size larger than that of the first fine particle group.
  • the second fine particles are more than the first fine particles.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an optical element having a refractive index distribution according to Embodiment 1.
  • A Partial enlarged view of the optical element of FIG. 1
  • b Graph showing the refractive index distribution with respect to the radial direction of the optical element of FIG. Graph showing the particle size distribution of the inorganic fine particle group contained in the optical element of Embodiment 1 Schematic which shows the shaping
  • FIG. (A) Schematic showing the state before rotating the composite material (b) Schematic showing the state after rotating the composite material Schematic which shows the other example of distribution of the inorganic fine particle group in the optical element of Embodiment 1.
  • FIG. Schematic sectional view showing the hybrid lens of the second embodiment Schematic showing the manufacturing process of the hybrid lens of Embodiment 2 Schematic which shows the interchangeable lens of Embodiment 3, and the imaging device of Embodiment 4.
  • One embodiment of the present invention is an optical element comprising a resin and a group of inorganic fine particles dispersed in the resin,
  • the inorganic fine particle group includes a first fine particle group and a second fine particle group having a particle size larger than that of the first fine particle group, In the region on the optical axis side of the optical element, there are more first fine particles than the second fine particles, and in the region on the outer peripheral side of the optical element, the second fine particles are more than the first fine particles.
  • Another embodiment of the present invention includes a first optical element serving as a substrate, A composite optical element comprising: a second optical element that is laminated on the first optical element and includes a resin; The second optical element is a composite optical element that is the optical element described above.
  • Another embodiment of the present invention is an interchangeable lens that is attachable to and detachable from an imaging apparatus, comprising the above-described optical element or composite optical element.
  • Another embodiment of the present invention is an imaging apparatus including the above-described optical element or composite optical element.
  • Embodiment 1 ⁇ Embodiment 1>
  • the lens 1 an example of an optical element of Embodiment 1 will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lens 1 having a refractive index distribution according to the present embodiment.
  • the lens 1 is a disk-shaped member composed of the optical unit 2.
  • the lens 1 is a biconvex lens.
  • the lens 1 is an example of an optical element.
  • the lens 1 includes a first optical surface 3, a second optical surface 4, and an outer peripheral surface 5.
  • the first optical surface 3 and the second optical surface 4 are opposed to each other in the optical axis X direction.
  • the outer peripheral surface 5 is a surface that connects the end of the first optical surface 3 and the end of the second optical surface 4.
  • the outer peripheral surface 5 is a side surface of the lens 1.
  • the outer diameter of the lens 1 is defined by the outer peripheral surface 5.
  • the outer diameter is, for example, 10 to 100 mm.
  • FIG. 2A is a partially enlarged cross-sectional view of the lens 1
  • FIG. 2B is a graph showing a refractive index distribution with respect to the radial direction.
  • the optical part 2 is composed of a resin 10 as a matrix material and an inorganic particle group.
  • the inorganic particle group includes a first fine particle 11 group and a second fine particle 12 group.
  • the first group of fine particles 11 and the second group of fine particles 12 are made of the same material.
  • the inorganic fine particle group having a refractive index higher than that of the resin 10 is used.
  • the refractive index of the composite material in which the inorganic fine particle group is dispersed in the resin 10 can be adjusted.
  • the particle diameter of the first fine particle 11 group is smaller than that of the second fine particle 12 group.
  • two types of particle groups of the first fine particle group 11 and the second fine particle group 12 will be described as an example. However, as shown in FIG. Three or more types of particles having different particle diameters may be dispersed.
  • the first fine particle 11 group and the second fine particle 12 group are dispersed throughout the lens 1.
  • the dispersion state of the first fine particle 11 group and the second fine particle 12 group is compared, the first fine particle 11 group and the second fine particle 12 on the optical axis X side and the outer peripheral surface 5 side of the lens 1. Distribution with group is different.
  • the number of the first fine particles 11 is larger than the number of the second fine particles 12.
  • the number of the second fine particles 12 is larger than the number of the first fine particles 11 in the outer peripheral region of the optical unit 2. Further, the number of the second fine particles 12 gradually decreases from the outer peripheral side toward the optical axis X side. Therefore, the proportion of the second fine particle group 12 in the inorganic fine particle group gradually increases from the optical axis X side toward the outer peripheral side.
  • inorganic particle groups having a particle size distribution are dispersed in the resin 10, and the center particle size of the inorganic fine particle groups existing in a region within a predetermined range is from the optical axis X side to the outer peripheral side. It is getting bigger gradually.
  • the refractive index of the first fine particle 11 group and the second fine particle 12 group is higher than the refractive index of the resin 10. Further, in the first fine particle 11 group and the second fine particle 12 group which are the same material, the refractive index becomes higher as the ratio of the second fine particles 12 having a larger particle diameter is larger. For this reason, the presence of many second fine particles 12 having a large particle diameter on the outer peripheral side increases the refractive index on the outer peripheral side of the lens 1.
  • a refractive index distribution as shown in FIG. 2B can be realized. Specifically, a refractive index distribution in which the refractive index gradually increases from the optical axis side toward the outer peripheral side can be realized.
  • the refractive index of the first fine particle group 11 and the second fine particle group 12 is higher than the refractive index of the resin 10
  • the refractive index of the inorganic fine particle group is higher than the refractive index of the resin 10.
  • the rate may be lower. In such a configuration, the refractive index gradually decreases toward the outer peripheral side.
  • Examples of the inorganic fine particle material include oxides, fluorides, and semiconductor materials.
  • oxides include silicon oxide, zirconium oxide, titanium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, yttrium oxide, tin oxide, cerium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, europium oxide, gadolinium oxide, magnesium oxide, tungsten oxide, oxide Hafnium, indium oxide, potassium oxide, calcium oxide, lanthanum oxide, barium oxide, strontium oxide, nickel oxide, chromium oxide, barium titanate, cadmium oxide, vanadium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, terbium oxide, thulium oxide Erbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, barium titanate, barium sulfate, lithium niobate, potassium niobate, lithium tantalate and the like.
  • fluorides include aluminum fluoride, calcium fluoride, gadolinium fluoride, lithium fluoride, sodium fluoride, neodymium fluoride, samarium fluoride, ytterbium fluoride, magnesium fluoride, cerium fluoride, lanthanum fluoride , Niobium fluoride, yttrium fluoride, and the like.
  • Examples of semiconductor materials include zinc sulfide, cadmium sulfide, magnesium sulfide, gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, cadmium telluride, mercury telluride, zinc telluride, silicon oxynitride, indium tin oxide, copper oxide, phosphide
  • Examples include indium, boron phosphide, indium phosphate, silicon carbide, zinc sulfide, gallium sulfide, copper selenide, magnesium selenide, zinc selenide, gallium arsenide, and cadmium arsenide.
  • the shape of the inorganic fine particles may be a spherical shape or a non-spherical shape, and may be one in which voids are formed like porous silica.
  • the inorganic fine particle group generally includes primary particles and secondary particles formed by aggregating a plurality of primary particles.
  • the particle size of the inorganic fine particles is important.
  • the particle diameter of the inorganic fine particles is larger than 1 ⁇ 4 of the wavelength of light, the translucency may be impaired by Rayleigh scattering. Therefore, in order to realize high translucency in the visible light region, since visible light has a wavelength in the range of 400 nm to 700 nm, the particle size of the inorganic fine particles is preferably 100 nm or less.
  • the center particle diameter (median diameter: d50) of the inorganic fine particle group is preferably in the range of 1 nm to 100 nm, and more preferably in the range of 1 nm to 50 nm.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 3 is a graph showing the particle size distribution of the inorganic fine particle group contained in the lens 1.
  • the horizontal axis represents the particle size of the inorganic fine particles
  • the left vertical axis represents the frequency of the inorganic fine particles for each particle size on the horizontal axis.
  • the particle diameter on the horizontal axis is the secondary particle diameter in the aggregated state when the inorganic fine particles are aggregated.
  • the inorganic fine particle group of the present embodiment is a fine particle group having a central particle diameter of 10 nm and has a symmetrical particle size distribution. Therefore, as shown in FIG. 3, the frequency is highest at 10 nm.
  • the inorganic fine particles dispersed in the lens 1 are composed of primary particles and secondary particles. Since the number of primary particles is relatively small in the entire inorganic fine particles, those having a small particle size are small as shown in FIG. The primary particle size is about 3 to 5 nm. Further, as shown in FIG. 3, the number of secondary particles having a particle size exceeding 10 nm decreases.
  • inorganic fine particles are composed of primary particles and secondary particles, a distribution appears in the particle size as shown in FIG.
  • the method for dividing the inorganic fine particle group into the first fine particle group and the second fine particle group is more second than the particle size of the first fine particle group.
  • the particle size of the fine particle group is larger, there is no particular limitation.
  • the primary particles and the secondary particles in the inorganic particle group can be divided into a first particle group and a second particle group.
  • the first fine particle group is composed of particles having a specific particle size or less (eg, particle size is 10 nm or less), and the first particle group is composed of particles exceeding a specific particle size (eg, particle size is more than 10 nm). 2 may be regarded as a group of fine particles.
  • a resin having high translucency can be used from resins such as a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and an energy beam curable resin.
  • resins such as a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and an energy beam curable resin.
  • acrylic resin, methacrylic resin such as polymethyl methacrylate, epoxy resin, polyethylene terephthalate, polyester resin such as polybutylene terephthalate and polycaprolactone
  • polystyrene resin such as polystyrene
  • olefin resin such as polypropylene
  • polyamide resin such as nylon
  • polyimide And polyimide resins such as polyetherimide, polyvinyl alcohol, butyral resin, vinyl acetate resin, and alicyclic polyolefin resin may be used.
  • engineering plastics such as polycarbonate, liquid crystal polymer, polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, and amorphous polyolefin may be used. Also, a mixture or copolymer of these resins (polymers) may be used. Further, a resin obtained by modifying these resins may be used.
  • acrylic resin, methacrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, butyral resin, polyolefin resin, and polycarbonate resin have high transparency and good moldability.
  • These resins can have a d-line refractive index in the range of 1.4 to 1.7 by selecting a predetermined molecular skeleton.
  • thermosetting resin when using a thermosetting resin, it is often necessary to contain a catalyst or curing agent for curing the resin, and when using an energy beam curable resin, a polymerization initiator for curing the resin. It is often necessary to contain.
  • Resin 10 may contain additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, a release agent, a conductive agent, an antistatic agent, a surfactant, and a heat stabilizer as long as the effects of the present invention are obtained.
  • additives such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, a release agent, a conductive agent, an antistatic agent, a surfactant, and a heat stabilizer as long as the effects of the present invention are obtained.
  • the lens 1 can be manufactured by, for example, obtaining a composite material in which a group of inorganic fine particles is dispersed in a liquid or solution resin or resin raw material, applying a centrifugal force to the composite material, and then molding the composite material.
  • the inorganic fine particle group can be synthesized by a liquid phase method (coprecipitation method, sol-gel method, metal complex decomposition method, etc.) or a gas phase method.
  • the inorganic fine particle group may be formed by making the bulk into fine particles by a pulverization method using a ball mill or a bead mill.
  • the method for preparing the composite material is not particularly limited, and may be prepared by a physical method or a chemical method.
  • the composite material can be prepared by any of the following methods.
  • a method of forming a group of inorganic fine particles in a resin by reacting a raw material of inorganic fine particles after mixing a resin or a resin-dissolved solution and a raw material of inorganic fine particles.
  • the order of mixing the inorganic fine particles or the raw material of the inorganic fine particles and the resin or the raw material of the resin is not particularly limited, and a preferable order may be appropriately selected.
  • a resin, a raw material of resin, or a solution in which they are dissolved may be added to a solution in which a group of inorganic fine particles having a center particle size substantially in the range of 1 nm to 100 nm is dispersed, and mechanically and physically mixed.
  • the method for producing the composite material is not particularly limited as long as the effect of the present invention can be obtained.
  • the composite material may contain components other than the inorganic fine particle group, the resin or resin raw material serving as the matrix, and the solvent as long as the effects of the present invention are obtained.
  • a dispersant or surfactant that improves the dispersibility of the inorganic fine particle group in the resin 10
  • a dye or pigment that absorbs electromagnetic waves having a specific range of wavelengths coexists in the composite material. There is no problem.
  • FIG. 4 shows a molding apparatus 30 for molding the lens 1.
  • the molding apparatus 30 includes a molding die 31, a hopper 32, and a nozzle 33.
  • the molding die 31 has inverted molding surfaces of the first optical surface 3 and the second optical surface 4 of the lens 1.
  • the composite material 35 is charged into the hopper 32.
  • the composite material 35 put into the hopper 32 is injected into the mold 31 through the nozzle 33.
  • the nozzle 33 is separated from the mold 31. Thereafter, by rotating the mold 31, centrifugal force is used to change the distribution of the inorganic fine particle group in the composite material.
  • FIG. 5A is a schematic diagram showing a state before the composite material 35 is rotated
  • FIG. 5B is a schematic diagram showing a state after the composite material 35 is rotated.
  • the first fine particle group 11 and the second fine particle group 12 are evenly dispersed.
  • the second fine particles 12 are distributed in a large amount on the outside. The reason for this distribution will be described below.
  • the sedimentation velocity v of the particles in the centrifugal force field can be expressed by the following formula (1).
  • the conditions for rotating the mold 31 are appropriately set using a known centrifugal force theory. For example, by reducing the angular velocity, the distribution as shown in FIG. Further, by increasing the angular velocity, a distribution as shown in FIG. In addition, the distribution of the first fine particle 11 group and the second fine particle 12 group can be adjusted by adjusting the rotation time.
  • the composite material 35 in the mold 31 is molded.
  • a thermoplastic resin is used as the resin material
  • heating may be performed when the composite material 35 is poured into the mold 31, and the mold 31 may be cooled after the end of rotation.
  • the mold 31 after the rotation may be heated.
  • an energy curable resin for example, an ultraviolet curable resin
  • an energy ray for example, an ultraviolet ray
  • the mold 31 is preferably a glass mold that transmits ultraviolet rays.
  • the solvent may be removed at an appropriate stage.
  • the lens 1 of this embodiment (an example of an optical element) includes a resin 10 and a group of inorganic fine particles dispersed in the resin 10.
  • the inorganic fine particle group includes a first fine particle 11 group and a second fine particle 12 group having a larger particle diameter than the first fine particle 11 group.
  • the second fine particles 12 are more than the first fine particles 11. There are many.
  • the lens 1 can have a refractive index distribution in the radial direction.
  • an optical element having a refractive index that increases or decreases in the radial direction can be realized. Since such an optical element can be manufactured using centrifugal force as described above, it also has an advantage that it is easy to manufacture.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the hybrid lens 40.
  • the hybrid lens 40 includes a first lens 41 serving as a base material made of a glass material, and a second lens 42 made of a composite material 35.
  • the second lens 42 is stacked on the optical surface of the first lens 41.
  • the lens 1 described in the first embodiment is used as the second lens 42.
  • the resin material constituting the composite material 35 is an ultraviolet curable resin.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a manufacturing process of the hybrid lens 40.
  • the first lens 41 is molded.
  • the first lens 41 is molded using a known manufacturing method such as lens polishing, injection molding, or press molding.
  • the composite material 35 is discharged onto the molding surface of the molding die 51 using the dispenser 50. Then, the first lens 41 is placed from above the composite material 35 and is spread until the composite material 35 has a predetermined thickness.
  • the mold 51 is placed on the turntable 52 and rotated.
  • the composite material 35 is hardened by irradiating an ultraviolet-ray from the light source 53 from the upper direction of the 1st lens 41.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of the camera 100.
  • the camera 100 includes a camera body 110 and an interchangeable lens 120 attached to the camera body 110.
  • the camera 100 is an example of an imaging device.
  • the camera body 110 has an image sensor 130.
  • the interchangeable lens 120 is configured to be detachable from the camera body 110.
  • the interchangeable lens 120 is, for example, a telephoto zoom lens.
  • the interchangeable lens 120 has an imaging optical system 140 for focusing the light beam on the image sensor 130 of the camera body 120.
  • the imaging optical system 140 includes the lens 1 and refractive lenses 150 and 160.
  • the hybrid lens 40 can be used instead of the lens 1.
  • the camera has a camera main body and a lens unit that is not separable from the camera main body, and the lens unit includes the lens 1 or the hybrid lens 40. Is also possible.
  • the present invention is not limited to this.
  • an inorganic fine particle group in which all particles are primary particles may be dispersed.
  • the primary particle size itself has a distribution the inorganic particle group can be divided into the first fine particle group and the second fine particle group, and the same effect as in the first embodiment. Is obtained.
  • the first fine particles and the second fine particles are formed of the same material, but the first fine particles and the second fine particles are formed of different materials. May be.
  • the first fine particle material and the second fine particle have a specific gravity such that the sedimentation rate of the second fine particles is larger than the sedimentation rate of the first fine particles when a centrifugal force is applied. It is preferable to select a fine particle material, and it is particularly preferable to select two types of materials having similar specific gravity.
  • the mold is rotated, but the present invention is not limited to this.
  • the composite material may be discharged onto the first lens and formed by spin coating.
  • optical element of the present invention can be suitably used for lenses, prisms and the like.

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Abstract

　本発明は、コンポジット材料を用いた所望の屈折率分布を有する新規な光学素子を提供する。本発明は、樹脂と前記樹脂中に分散する無機微粒子群とを含む光学素子であって、前記無機微粒子群は、第１の微粒子群と、前記第１の微粒子群よりも大きな粒径を有する第２の微粒子群とを含み、前記光学素子の光学軸側の領域では、前記第１の微粒子が前記第２の微粒子よりも多く存在し、前記光学素子の外周側の領域では、前記第２の微粒子が前記第１の微粒子よりも多く存在している、光学素子である。

Description

光学素子、複合光学素子、交換レンズおよび撮像装置
　本発明は、樹脂マトリクス中に無機微粒子が分散されたコンポジット材料を用いた光学素子に関する。本発明はまた、前記光学素子を備える複合光学素子に関する。本発明はまた、前記光学素子または前記複合光学素子を備える、交換レンズおよび撮像装置に関する。
　光学特性の幅を広げるために、樹脂などのマトリクス材料の中に無機微粒子が分散された光学材料が知られている。以下、このような構成の材料をコンポジット材料と称する。
　コンポジット材料を用いた光学素子について、屈折率分布を持たせる試みが行われている。例えば、特許文献１には、光学素子の樹脂マトリクス中の無機微粒子の含有率を変化させることで屈折率分布を持たせた光学素子が開示されている。
　具体的には、無機微粒子を含む樹脂溶液を、基板上に液滴で吐出して乾燥固化させることを繰り返して光学素子を製造する方法において、無機微粒子の含有率が異なる複数種の樹脂溶液を、レンズの径方向、厚み方向、あるいは両方向に対して、所定の割合で吐出面上で混合させることで、径方向、厚み方向、あるいは両方向に屈折率分布を付与したレンズを得ている。
　レンズ等の光学素子に求められる光学特性は広範囲にわたるため、このようなコンポジット材料を用いた屈折率分布を有する光学素子は、光学分野において非常に有用であり、コンポジット材料を用いた屈折率分布を有する新規な光学素子の開発が求められている。
特開２００９－０８３３２６号公報
　そこで本発明は、コンポジット材料を用いた所望の屈折率分布を有する新規な光学素子を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する光学素子は、樹脂と前記樹脂中に分散する無機微粒子群とを含む。前記無機微粒子群は、第１の微粒子群と、前記第１の微粒子群よりも大きな粒径を有する第２の微粒子群とを含む。前記光学素子の光学軸側の領域では、前記第１の微粒子が前記第２の微粒子よりも多く存在し、前記光学素子の外周側の領域では、前記第２の微粒子が前記第１の微粒子よりも多く存在している。
　上記光学素子によれば、コンポジット材料を用いた所望の屈折率分布を有する新規な光学素子を実現することができる。
実施の形態１の屈折率分布を持った光学素子を示す概略断面図 （ａ）図１の光学素子の部分拡大図（ｂ）図１の光学素子の径方向に対する屈折率分布を示すグラフ 実施の形態１の光学素子が含有する無機微粒子群の粒度分布を示すグラフ 実施の形態１の光学素子を成形するための成形装置を示す概略図 （ａ）コンポジット材料を回転させる前の状態を示す概略図（ｂ）コンポジット材料を回転させた後の状態を示す概略図 実施の形態１の光学素子中の無機微粒子群の分布のその他の例を示す概略図 実施の形態２のハイブリッドレンズを示す概略断面図 実施の形態２のハイブリッドレンズの製造工程を示す概略図 実施の形態３の交換レンズと実施の形態４の撮像装置を示す概略図
　本発明の一実施の形態は、樹脂と前記樹脂中に分散する無機微粒子群とを含む光学素子であって、
　前記無機微粒子群は、第１の微粒子群と、前記第１の微粒子群よりも大きな粒径を有する第２の微粒子群とを含み、
　前記光学素子の光学軸側の領域では、前記第１の微粒子が前記第２の微粒子よりも多く存在し、前記光学素子の外周側の領域では、前記第２の微粒子が前記第１の微粒子よりも多く存在している、
光学素子である。
　本発明の別の一実施の形態は、基材となる第１の光学素子と、
　前記第１の光学素子に積層され、樹脂を含む第２の光学素子とを備える複合光学素子であって、
　前記第２の光学素子が、上記の光学素子である、複合光学素子である。
　本発明の別の一実施の形態は、上記の光学素子または複合光学素子を備える、撮像装置に着脱可能な交換レンズである。
　本発明の別の一実施の形態は、上記の光学素子または複合光学素子を備える、撮像装置である。
　以下、特定の実施形態を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。
　＜実施の形態１＞
　以下、実施の形態１のレンズ１（光学素子の一例）について図面を参照しながら説明する。
　［１．レンズ］
　図１は、本実施形態に係る屈折率分布を持ったレンズ１の概略断面図である。レンズ１は、光学部２から構成される円盤状の部材である。レンズ１は、両凸形状のレンズである。レンズ１は、光学素子の一例である。
　レンズ１は、第１光学面３と、第２光学面４と、外周面５とを備える。第１光学面３と第２光学面４とは、光軸Ｘ方向に相対向している。
　外周面５は、第１光学面３の端部と第２光学面４の端部とを接続する面である。外周面５は、レンズ１の側面である。
　レンズ１の外径は外周面５で規定される。本実施形態では外径は、例えば１０～１００ｍｍである。
　［２．粒径分布］
　図２（ａ）は、レンズ１の部分拡大断面図であり、図２（ｂ）は、その径方向に対する屈折率分布を示すグラフである。
　光学部２は、マトリクス材料としての樹脂１０と、無機粒子群とで構成される。無機粒子群は、第１の微粒子１１群と第２の微粒子１２群とを含む。本実施形態では、第１の微粒子１１群および第２の微粒子１２群は、同じ材料で構成されている。
　本実施形態では、無機微粒子群として、樹脂１０よりも屈折率が高いものを用いている。無機微粒子の材料や粒径、数などを調整することにより、樹脂１０に無機微粒子群を分散させたコンポジット材料の屈折率を調整することができる。
　第１の微粒子１１群の粒径は、第２の微粒子１２群よりも小さい。ここでは、説明を容易にするため、第１の微粒子１１群および第２の微粒子１２群の２種類の粒子群を例に挙げて説明するが、図２（ａ）に示すように、粒径の異なる３種以上の粒子群が分散されていてもよい。
　第１の微粒子１１群および第２の微粒子１２群は、レンズ１の全体に分散されている。ここで、第１の微粒子１１群と第２の微粒子１２群の分散状態を比較すると、レンズ１の光軸Ｘ側と外周面５側とでは、第１の微粒子１１群と第２の微粒子１２群との分布が異なる。
　光軸Ｘ側の領域では、第２の微粒子１２の数よりも第１の微粒子１１の数が多い。一方、光学部２の外周側の領域では、第２の微粒子１２の数が第１の微粒子１１の数よりも多い。また、第２の微粒子１２の数は、外周側から光軸Ｘ側に向かって徐々に少なくなっている。よって、無機微粒子群中の第２の微粒子１２群の割合が、光軸Ｘ側から外周側に向かって徐々に多くなっている。
　言い換えると、レンズ１では、樹脂１０中に粒径分布を有する無機粒子群が分散しており、所定範囲内の領域に存在する無機微粒子群の中心粒径が、光軸Ｘ側から外周側に向かって徐々に大きくなっている。
　本実施形態では、樹脂１０の屈折率よりも、第１の微粒子１１群および第２の微粒子１２群の屈折率の方が高い。また、同じ材料である第１の微粒子１１群と第２の微粒子１２群とでは、粒径の大きな第２の微粒子１２の割合が多い方が、屈折率が高くなる。そのため、粒径が大きい第２の微粒子１２が外周側に多く存在することにより、レンズ１の外周側の屈折率が高くなる。
　したがって、このような構成により、図２（ｂ）に示すような屈折率分布を実現することができる。具体的には、光軸側から外周側に向かって徐々に屈折率が高くなっているという屈折率分布を実現することができる。
　なお、ここでは樹脂１０の屈折率よりも、第１の微粒子１１群および第２の微粒子１２群の屈折率の方が高い場合について説明したが、樹脂１０の屈折率よりも無機微粒子群の屈折率の方が低くてもよい。このような構成の場合、外周側に向かって徐々に屈折率が低下する分布を示す。
　［３．無機微粒子］
　無機微粒子の材料としては、酸化物や、フッ化物、半導体材料が挙げられる。酸化物の例としては、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化スズ、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ユウロピウム、酸化ガドリウム、酸化マグネシウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化ニッケル、酸化クロム、チタン酸バリウム、酸化カドミウム、酸化バナジウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化サマリウム、酸化テルビウム、酸化ツリウム、酸化エルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、タンタル酸リチウムなどが挙げられる。フッ化物の例としては、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化ガドリニウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化ネオジム、フッ化サマリニウム、フッ化イッテルビウム、フッ化マグネシウム、フッ化セリウム、フッ化ランタン、フッ化ニオブ、フッ化イットリウムなどが挙げられる。半導体材料の例としては、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化マグネシウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、テルル化カドミウム、テルル化水銀、テルル化亜鉛、酸窒化珪素、酸化インジウムスズ、酸化銅、リン化インジウム、リン化ホウ素、リン酸インジウム、炭化ケイ素、硫化亜鉛、硫化ガリウム、セレン化銅、セレン化マグネシウム、セレン化亜鉛、ヒ化ガリウム、ヒ化カドミウムなどが挙げられる。
　なお、コンポジット材料においては、本発明の効果が得られる限り、上述以外の材料を用いてもかまわない。
　無機微粒子の形状としては、球形状や非球形状であってもよく、ポーラスシリカのように空隙が形成されているものでもよい。
　これらの無機微粒子の屈折率は、材料によって屈折率が異なる。そのため、材料によっては、樹脂よりも屈折率が高いものや、屈折率が低いものがある。レンズ１に求められる光学特性に応じて、適宜材料を選択すればよい。
　無機微粒子群は、一般的に１次粒子と、１次粒子が複数個凝集してなる２次粒子を含んで構成されている。無機微粒子群を含む光学部２の透光性を確保するには、無機微粒子の粒径が重要となる。無機微粒子の粒径が光の波長の１／４より大きい場合は、レイリー散乱によって透光性が損なわれるおそれがある。そのため、可視光域において高い透光性を実現するためには、可視光は４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の波長であるため、無機微粒子の粒径は１００ｎｍ以下であることが好ましい。ただし、無機微粒子の粒径が１ｎｍ未満になると、無機微粒子が量子的な効果を発現する材質からなる場合には蛍光を生じることがあり、これが光学部２を用いて形成した光学部品の特性に影響をおよぼす場合がある。以上の観点から、無機微粒子群の中心粒径（メジアン径：ｄ５０）が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましく、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。中心粒径は、例えば、無機微粒子群の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を撮影し、２００個以上の無機微粒子について、その粒径（２次粒子の場合は２次粒径）を測定して求めることができる。
　［４．粒径分布］
　図３は、レンズ１が含有する無機微粒子群の粒度分布を示すグラフである。横軸は無機微粒子の粒径を表し、左側の縦軸は横軸の各粒径に対する無機微粒子の頻度を表す。ここで、横軸の粒径は、無機微粒子が凝集している場合には、凝集した状態での２次粒子径である。
　本実施形態の無機微粒子群は、中心粒径が１０ｎｍの微粒子群であり、左右対称の粒度分布を有している。したがって、図３に示すように、１０ｎｍで最も頻度が高くなっている。また、上述したようにレンズ１に分散される無機微粒子は、１次粒子と２次粒子とで構成されている。無機微粒子全体の中で１次粒子の数は比較的少ないので、図３に示すように、粒径が小さいものは少なくなっている。１次粒子の粒径は約３～５ｎｍ程度である。また、図３に示すように、粒径が１０ｎｍを超える２次粒子の数は減っていく。
　無機微粒子は、１次粒子と２次粒子から構成されるゆえ、図３に示すような粒径に分布が現れる。
　無機微粒子群が単一の材料からなる本実施形態では、無機微粒子群を第１の微粒子群と、第２の微粒子群とに分ける方法については、第１の微粒子群の粒径よりも第２の微粒子群の粒径の方が大きい限り、特に制限はない。例えば、本実施形態では、無機粒子群中の１次粒子と２次粒子とで第１の微粒子群と第２の微粒子群とに分けることができる。また、特定の粒径以下（例、粒径が１０ｎｍ以下）の粒子からなるものを第１の微粒子群、特定の粒径を超える（例、粒径が１０ｎｍを超える）粒子からなるものを第２の微粒子群とみなしてもよい。
　［５．樹脂材料］
　樹脂１０としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及びエネルギー線硬化性樹脂等の樹脂の中から、透光性の高い樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のメタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリカプロラクトン等のポリエステル樹脂、ポリスチレン等のポリスチレン樹脂、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミドやポリエーテルイミド等のポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール、ブチラール樹脂、酢酸ビニル樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂を用いてもよい。また、ポリカーボネート、液晶ポリマー、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、非晶性ポリオレフィン等のエンジニアリングプラスチックを用いてもよい。また、これらの樹脂（高分子）の混合体や共重合体を用いてもよい。また、これらの樹脂を変性した樹脂を用いてもよい。
　これらの中でも、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ブチラール樹脂、ポリオレフィン樹脂、及びポリカーボネート樹脂は、透明性が高く、成形性も良好である。これらの樹脂は、所定の分子骨格を選択することによって、ｄ線屈折率を１．４～１．７の範囲とすることができる。
　なお、熱硬化性樹脂を用いる場合は、樹脂を硬化させるための触媒又は硬化剤を含有する必要があることが多く、エネルギー線硬化性樹脂を用いる場合は、樹脂を硬化させるための重合開始剤を含有する必要があることが多い。
　樹脂１０は、本発明の効果が得られる限り、酸化防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、導電剤、帯電防止剤、界面活性剤、熱安定性剤などの添加剤を含んでもよい。
　［６．製造方法］
　次に、本実施形態のレンズ１の製造方法の一例について説明する。
　レンズ１は、例えば、液状または溶液状の樹脂または樹脂原料中に無機微粒子群を分散させたコンポジット材料を得、当該コンポジット材料に遠心力を印加し、その後成形することにより製造することができる。
　まず、無機微粒子群の形成方法について説明する。
　無機微粒子群は、液相法（共沈法、ゾルゲル法、金属錯体分解法等）あるいは気相法により合成することが出来る。または、ボールミルあるいはビーズミルによる粉砕法によりバルク体を微粒子化することで無機微粒子群を形成しても良い。
　次に、本実施形態のコンポジット材料の調製方法について説明する。
　コンポジット材料の調製方法には、特に限定はなく、物理的な方法で調製してもよいし化学的な方法で調製してもよい。例えば、下記のいずれかの方法でコンポジット材料を調製することができる。
　（１）樹脂又は樹脂を溶解した溶液と無機微粒子群とを、機械的、物理的に混合する方法。
　（２）樹脂の原料（単量体やオリゴマー等）と無機微粒子群とを、機械的、物理的に混合して混合物を得た後、必要に応じ樹脂の原料を重合する方法。
　（３）樹脂又は樹脂を溶解した溶液と無機微粒子の原料とを混合した後に、無機微粒子の原料を反応させ、樹脂中で無機微粒子群を形成する方法。
　（４）樹脂の原料（単量体やオリゴマー等）と無機微粒子の原料とを混合した後、無機微粒子の原料を反応させて無機微粒子群を合成する工程と、必要に応じ樹脂の原料を重合して樹脂を合成する工程とを行う方法。
　上記（１）及び（２）の方法では、予め形成された様々な無機微粒子群を用いることができ、また、汎用の分散装置によってコンポジット材料を調製できるという利点がある。また、上記（３）及び（４）の方法では、化学的な反応を行うことが必要であるため、材料に制限がある。しかし、これらの方法は、原料を分子レベルで混合するので、無機微粒子群の分散性を高めることができるという利点を有する。
　なお、上述の方法において、無機微粒子又は無機微粒子の原料と、樹脂又は樹脂の原料とを混合する順序に特に限定はなく、好ましい順序を適宜選択すればよい。例えば、中心粒径が実質的に１ｎｍ～１００ｎｍの範囲内にある無機微粒子群を分散した溶液に、樹脂、樹脂の原料又はそれらを溶解した溶液を加えて機械的、物理的に混合してもよい。コンポジット材料の製造方法は、本発明の効果が得られる限り特に限定されない。
　また、コンポジット材料においては、本発明の効果が得られる限り、無機微粒子群、マトリクスとなる樹脂または樹脂原料、および溶媒以外の成分を含んでもよい。例えば、図示はしていないが、樹脂１０中における無機微粒子群の分散性を向上させる分散剤や界面活性剤、特定範囲の波長の電磁波を吸収する染料や顔料等がコンポジット材料中に共存していても差し支えない。
　次に、コンポジット材料に遠心力を印加する方法およびその後の成形を行う方法について図４を用いて説明する。
　図４は、レンズ１を成形するための成形装置３０を示す。成形装置３０は、成形型３１と、ホッパー３２と、ノズル３３とで構成される。成形型３１は、レンズ１の第１光学面３および第２光学面４の反転形状の成形面を有している。
　まず、コンポジット材料３５をホッパー３２へ投入する。ホッパー３２に投入されたコンポジット材料３５は、ノズル３３を通って、成形型３１内に注入される。コンポジット材料３５の注入が終わると、成形型３１からノズル３３を切り離す。その後、成形型３１を回転させることで、遠心力を利用して、コンポジット材料内の無機微粒子群の分布を変化させる。
　回転による無機微粒子群の分布の変化について図５を用いて説明する。
　図５（ａ）は、コンポジット材料３５を回転させる前の状態を示す概略図であり、図５（ｂ）は、コンポジット材料３５を回転させた後の状態を示す概略図である。
　図５（ａ）に示すように、回転する前の初期状態では、第１の微粒子１１群および第２の微粒子１２群が均等に分散されている。しかし、コンポジット材料３５を回転させることで、図５（ｂ）に示すように、第２の微粒子１２が外側に多く分布するような状態となる。このような分布になる理由について以下で説明する。
　遠心力場における粒子の沈降速度ｖは、下記式（１）により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 （ｄ：粒子の直径、σ：粒子の比重、ρ：分散媒の比重、η：分散媒の粘度、ｒ：回転半径、ω：角速度）
　上記式が表すように、遠心力場においては、粒径の大きな粒子（第２の微粒子１２）の方が、粒径の小さな粒子（第１の微粒子１１）よりも沈降速度が大きい。したがって、粒子が遠心力を受けた際には、粒径の大きな粒子（第２の微粒子１２）が、粒径の小さな粒子（第１の微粒子１１）よりも、外周側により大きく移動する。その結果、粒径の大きな粒子（第２の微粒子１２）が外周側に多く分布することになる。
　成形型３１を回転させる際の条件については、公知の遠心力の理論を用いて適宜設定される。例えば、角速度を小さくすることで、図６（ａ）に示すような分布となる。また、角速度を大きくすることで、図６（ｂ）に示すような分布となる。また、回転時間を調節することによって、第１の微粒子１１群と第２の微粒子１２群の分布を調整することもできる。
　成形型３１の回転の後、成形型３１内のコンポジット材料３５を成形する。樹脂材料として、熱可塑性樹脂を用いた場合は、成形型３１にコンポジット材料３５を注入する際に加熱しておき、回転終了後、成形型３１を冷却すればよい。
　樹脂材料として、熱硬化性樹脂を用いた場合は、回転終了後の成形型３１を加熱すればよい。
　樹脂材料として、エネルギー硬化型樹脂（例えば、紫外線硬化型樹脂）を用いた場合は、回転終了後の成形型３１にエネルギー線（例えば、紫外線）を照射すればよい。この場合、成形型３１は、紫外線を透過するガラス型であることが好ましい。これにより、コンポジット材料３５が硬化し、レンズ１が成形される。
　なお、樹脂溶液を使用した場合には、適切な段階で溶媒を除去すればよい。
　［７．まとめ］
　上述したとおり、本実施形態のレンズ１（光学素子の一例）は、樹脂１０と樹脂１０中に分散する無機微粒子群とを含む。前記無機微粒子群は、第１の微粒子１１群と、第１の微粒子１１群よりも大きな粒径を有する第２の微粒子１２群とを含む。レンズ１の光学軸側の領域では、第１の微粒子１１が第２の微粒子１２よりも多く存在し、レンズ１の外周側の領域では、前記第２の微粒子１２が前記第１の微粒子１１よりも多く存在している。
　このような構成により、レンズ１は、径方向に屈折率分布を有することができる。具体的には、径方向に向かって屈折率が大きくなる、または、小さくなるような光学素子を実現できる。このような光学素子は、上記のように、遠心力を利用して製造することが可能であるため、製造が容易であるという利点も有する。
　＜実施の形態２＞
　次に実施の形態２に係るハイブリッドレンズ４０（複合光学素子の一例）について図面を用いて説明する。
　図７は、ハイブリッドレンズ４０を示す概略断面図である。ハイブリッドレンズ４０は、ガラス材料で構成された基材となる第１レンズ４１と、コンポジット材料３５で構成された第２レンズ４２と、を備える。第２レンズ４２は、第１レンズ４１の光学面上に積層されている。
　第２レンズ４２として、上述の実施の形態１で説明したレンズ１が用いられる。
　次に、ハイブリッドレンズ４０の製造方法について図８を用いて説明する。ここでは、コンポジット材料３５を構成する樹脂材料は、紫外線硬化樹脂とする。
　図８は、ハイブリッドレンズ４０の製造工程を示す概略図である。
　まず、第１レンズ４１を成形する。第１レンズ４１は、レンズ研磨や射出成形やプレス成形など、公知の製造方法を用いて成形される。
　次に、図８（ａ）に示すように、ディスペンサー５０を用いて、成形型５１の成形面にコンポジット材料３５を吐出する。そして、コンポジット材料３５の上方から第１レンズ４１を載せて、コンポジット材料３５が所定の厚みになるまで押し広げる。
　次に、図８（ｂ）に示すように、成形型５１を回転台５２に載せて回転させる。
　そして、図８（ｃ）に示すように、第１レンズ４１の上方から、光源５３より紫外線を照射することで、コンポジット材料３５を硬化させる。
　＜実施の形態３および４＞
　次に、実施の形態３に係る交換レンズ１２０および実施形態４に係る撮像装置（カメラ１００）について同時に、図面を参照しながら説明する。図９には、カメラ１００の概略図を示す。
　カメラ１００は、カメラ本体１１０と、該カメラ本体１１０に取り付けられた交換レンズ１２０とを備えている。カメラ１００は撮像装置の一例である。
　カメラ本体１１０は、撮像素子１３０を有している。
　交換レンズ１２０は、カメラ本体１１０に着脱可能に構成されている。交換レンズ１２０は、例えば、望遠ズームレンズである。交換レンズ１２０は、光束をカメラ本体１２０の撮像素子１３０上に合焦させるための結像光学系１４０を有している。結像光学系１４０は、上記レンズ１と、屈折型レンズ１５０，１６０とで構成されている。
　交換レンズ１２０およびカメラ１００の変形例として、上記レンズ１の代わりに上記ハイブリッドレンズ４０を使用することができる。
　またカメラ１００の変形例として、カメラは、カメラ本体部と、カメラ本体部と分離可能に構成されていないレンズ部を有し、レンズ部が上記レンズ１または上記ハイブリッドレンズ４０を含む構成を有することも可能である。
　＜その他の実施の形態＞
　実施の形態１では、１次粒子の粒径と２次粒子の粒径の粒径分布に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、全ての粒子が１次粒子からなる無機微粒子群が分散されてもよい。この場合、１次粒子の粒径自体が分布を有していれば、無機粒子群を第１の微粒子群と、第２の微粒子群とに分けることができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。
　また、実施の形態１では、前記第１の微粒子と前記第２の微粒子が、同一の材料で形成されているが、前記第１の微粒子と前記第２の微粒子が、異なる材料で形成されていてもよい。このとき、製造面から、遠心力を印加した際に、第２の微粒子の沈降速度が第１の微粒子の沈降速度よりも大きくなるような比重を有する、第１の微粒子の材料と第２の微粒子の材料を選択するとよく、特に比重の近い２種の材料を選択するとよい。
　また、実施の形態２では、成形型を回転させたが、本発明はこれには限定されない。第１レンズ上にコンポジット材料を吐出して、スピンコートにより形成してもよい。
　本発明の光学素子は、レンズ、プリズム等に好適に用いることができる。

Claims (7)

  1. 　樹脂と前記樹脂中に分散する無機微粒子群とを含む光学素子であって、
    　前記無機微粒子群は、第１の微粒子群と、前記第１の微粒子群よりも大きな粒径を有する第２の微粒子群とを含み、
    　前記光学素子の光学軸側の領域では、前記第１の微粒子が前記第２の微粒子よりも多く存在し、前記光学素子の外周側の領域では、前記第２の微粒子が前記第１の微粒子よりも多く存在している、
    光学素子。
  2. 　前記第１の微粒子および前記第２の微粒子が、同一の材料で形成されている、請求項１に記載の光学素子。
  3. 　基材となる第１の光学素子と、
    　前記第１の光学素子に積層され、樹脂を含む第２の光学素子とを備える複合光学素子であって、
    　前記第２の光学素子が、請求項１に記載の光学素子である、複合光学素子。
  4. 　請求項１に記載の光学素子を備える、撮像装置に着脱可能な交換レンズ。
  5. 　請求項３に記載の複合光学素子を備える、撮像装置に着脱可能な交換レンズ。
  6. 　請求項１に記載の光学素子を備える、撮像装置。
  7. 　請求項３に記載の複合光学素子を備える、撮像装置。
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