光学系、交換レンズ及びそれを有する撮像装置
【課題】 光路中に樹脂よりなる光学素子を用いたとき、この光学素子に紫外光が集光するのを軽減し、樹脂よりなる光学素子の光学特性の劣化を防止し、良好なる光学性能が得られる光学系及びそれを有する撮像装置を得る。
【解決手段】 樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系において、前記樹脂よりなる光学素子よりも光線の入射側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されていること。
【解決手段】 樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系において、前記樹脂よりなる光学素子よりも光線の入射側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されていること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の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にはアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の樹脂より成るレンズやフィルター等の光学素子が多く用いられている。
【０００３】
樹脂より成る光学素子は、成型により容易に製造できることや、形状の自由度が高い等の特長がある。又、熱可塑性、紫外線硬化などの特性を用いれば、接着が容易となる。又、微細構造の転写などが容易である等の特長がある。そのため樹脂より成る光学素子は光学系中においてプラスティックモールドレンズ、接合光学面における接着剤、回折光学素子、ピント板、画像センサー用のマイクロレンズ、カラーフィルターとして使われている。
【０００４】
一方、光学系を構成する光学素子の光学面には、多くの場合、反射防止のための反射防止構造が施されている。
【０００５】
樹脂より成る光学素子の光学面に、誘電体より成る反射防止膜を蒸着することは技術的に難しい。このため、近年、樹脂より成る光学素子の光学面に、誘電体の反射防止多層膜の代わりに、可視光波長よりも短い微細な凹凸周期構造（凹凸部）を設けて反射防止効果を得ることが行われている（特許文献１、２）。
【０００６】
特許文献１では光学面に微細な周期構造の凹凸部を複数形成し、反射防止を図った光学素子を開示している。
【０００７】
一方、特許文献２では微細な凸部または凹部を複数、千鳥状に配列、または、開口部の平面視形状が６角形に配列させ反射防止を行った反射防止素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５７１１９号公報
【特許文献２】特開２００６−１０８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、樹脂は炭素原子の共有結合による高分子からなるため、紫外光が多く入射すると、物理的及び化学的に変化してくる。これは、照射された紫外光のエネルギーにより高分子内の結合が切断されるためである。又、樹脂は結合ごとに結合エネルギーが決まっており、その結合エネルギーに相当する紫外光の波長が決まってくる。
【００１０】
例えば、Ｃ−Ｃ結合の結合エネルギーは３４６ｋＪ／ｍｏｌであり、これに相当する紫外光の波長はλ＝３４７．２ｎｍとなる。
【００１１】
同様に、Ｃ＝Ｃ結合の結合エネルギーは３４０ｋＪ／ｍｏｌで波長はλ＝３５３．３ｎｍである。Ｃ−Ｏ結合の結合エネルギーは３８６ｋＪ／ｍｏｌで波長はλ＝３１１．２ｎｍである。Ｃ＝Ｏ結合の結合エネルギーが３７４ｋＪ／ｍｏｌで波長はλ＝３２１．２ｎｍである。
【００１２】
これより短い波長の光が樹脂に照射されると各結合が切断される可能性がある。この波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光によりこれらの結合が影響を受ける事が樹脂より成る光学素子を用いたときの光学性能の劣化の原因である。
【００１３】
樹脂の屈折率を高めるためにＳ（硫黄）元素が用いられている。このＣ−Ｓ結合の結合エネルギーは２６９ｋＪ／ｍｏｌと低い結合エネルギーである。そのため容易にＣ−Ｓ結合が破壊され、Ｓ元素の影響で樹脂が黄色化する事もある。
【００１４】
一般にレンズに用いられる硝材は、紫外光の吸収率が高い。また、一般的な可視光に対する増透多層膜は紫外光の透過率が低い。そのため、一般のレンズ系（光学系）では紫外光の透過率が低い。
【００１５】
このため、レンズ系の像側に配置された樹脂より成る光学部材への紫外光の照射光量は比較的低くなる。このため、樹脂より成る光学素子に入射することによる紫外光による影響はほとんどない。
【００１６】
しかしながら紫外光が集中して樹脂より成る光学素子に入射すると紫外光の影響が無視できなくなってくる。
【００１７】
一方、レンズ系に用いられている反射防止多層膜は可視光に関しては高い反射防止特性を持っている。しかしながら、紫外光に対しては増反射膜として作用する。
【００１８】
図１３は、一般的な反射防止膜の分光特性の説明図である。図１３に示すように、一般的な反射防止膜は、可視光全域で反射率を抑える様に最適化設計すると、紫外光と赤外光の波長領域で反射率が増加する。反射防止多層膜では屈折率の低い誘電体のＬ層と屈折率の高い誘電体のＨ層を光路長が約１／４波長になるような膜厚で積層し、干渉させることにより反射を打ち消しあうように構成されている。
【００１９】
しかしながら、紫外光や、赤外光では逆に干渉により反射を強め合う事になる。
【００２０】
図７、図８は、後述する本発明の撮像装置の参考例としての撮像装置と、それに用いられる一般的な光学系を模式的に表したときの要部断面図である。
【００２１】
１は光学系であり、交換レンズ（撮影系）より成っている。２は一眼レフレックスカメラであり、光学系１が着脱可能に装着されている。ｉは物体側（光入射側）から数えたレンズの番号を示し、Ｇｉは光学系１を構成する第ｉレンズである。
【００２２】
３、４は第１レンズＧ１の物体側と像側の光学面である。
【００２３】
５、６は第２レンズＧ２の物体側と像側の光学面である。
【００２４】
７、８は第３レンズＧ３の物体側と像側の光学面である。
【００２５】
第４レンズＧ４は複合非球面レンズより成り、物体側の光学面９にはプラスティック樹脂（樹脂）のモールド形成により成る非球面層（光学素子）９ａが形成されている。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂの材料は通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面である。
【００２６】
１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された撮像素子である。１２は光源である。１３はファインダーである。
【００２７】
図７では、太陽などの強い点光源１２からの紫外光が第１レンズＧ１の光学面３、４を透過し、第２レンズＧ２の光学面５、６を通過する。そして第３レンズＧ３の光学面７、および第２レンズＧ２の光学面６の反射防止多層膜で反射して、この結果、面反射ゴーストとなって樹脂より成る光学素子９ａに結像する事がある。
【００２８】
また、図８に示すように、光学系１の一部分のレンズ素子がズーミングや、フォーカシングにより移動して特定の位置にあるとき、視野外の光源１２からの紫外光がゴーストとなって撮像素子１１に結像する場合もある。
【００２９】
特許文献１では、微細な凹凸部が規則的な周期ピッチで繰り返し配置された構造を用いている。このため、可視光に関して反射光が十分微小であっても、紫外光に関しては、多くの回折光を発生させてしまう。
【００３０】
例えば、図９に示すように、視野外に光源１２があったとしても、光学面６に形成した微細な凹凸周期構造によって入射光が大きく回折し、その後の光学系によって撮像素子１１に結像される場合がある。
【００３１】
特許文献１の実施例では微細凹凸周期構造がレンズの界面で、２次元的で正方配列となっている。そのため、回折光も格子方向に集中する傾向がある。
【００３２】
特許文献２の反射防止素子は、特許文献１と同じように、規則的な周期ピッチにより回折光が発生する。回折光の２次元的な広がりは、正方配列とは違い、斜め方向、あるいは６０度ごとの６方向となるが、分離する数は変わらない。このため、光線のエネルギーを分散させる効果はあがらない。したがって、この場合も特定の方向に強く回折して、ゴーストが発生する場合がある。
【００３３】
樹脂より成る光学素子全体に照射される紫外光の光量自体が少なくても、紫外光が集光すると部分的に光学素子を劣化させる。
【００３４】
本発明は、光路中に樹脂より成る光学素子を用いたとき、この光学素子に紫外光が集光するのを軽減し、樹脂より成る光学素子の光学特性の劣化を防止し、良好なる光学性能が得られる光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明の光学系は、樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系において、前記樹脂よりなる光学素子よりも光線の入射側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されており、またはランダムな配列間隔を持って形成されており、
前記凹凸部は
Ｓａを波長３６０ｎｍに対する散乱率、
Ｓｂを波長５５０ｎｍに対する散乱率、
Ｒｂを波長５５０ｎｍに対する反射率、
とするとき
Ｓａ ＞ １％
Ｓｂ ＜ １％
Ｒｂ ＜ ５％
なる条件式を満たし、
Ａ２を前記２つの光学面のうち、前記樹脂より成る光学素子に近い方の光学面の有効径、Ｄ１２を前記２つの光学面の間隔とするとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０
なる条件式を満たすことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、光路中に樹脂よりなる光学素子を用いたとき、この光学素子に紫外光が集光するのを軽減し、樹脂よりなる光学素子の光学特性の劣化を防止し、良好なる光学性能が得られる光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１の光学系の要部構成図
【図２】本発明の実施例１の光学系の他の実施状態の要部構成図
【図３】本発明の実施例２の光学系の要部構成図
【図４】本発明の実施例２の光学系の他の実施状態の要部構成図
【図５】本発明の実施例３の光学系の要部構成図
【図６】波長以下の微細な凹凸構造の断面方向の屈折率を表す模式図
【図７】従来例の光学系におけるゴーストを表す模式図
【図８】従来例の光学系におけるゴーストを表す模式図
【図９】従来例の光学系におけるゴーストを表す模式図
【図１０】波長以下の微細な凹凸構造の界面からのＳＥＭ写真
【図１１】波長以下の微細な凹凸構造の断面方向からのＳＥＭ写真
【図１２】波長以下の微細構造凹凸部の界面からのＳＥＭ写真
【図１３】誘電体多層膜による反射膜での分光反射率特性を示すグラフ
【図１４】波長以下の微細な凹凸構造の分光反射率特性を示すグラフ
【図１５】波長以下の微細な凹凸構造の分光散乱率特性を示すグラフ
【図１６】波長以下の微細な凹凸構造の分光反射率特性を示すグラフ
【図１７】波長以下の微細な凹凸構造の分光散乱率特性を示すグラフ
【図１８】波長以下の微細な凹凸構造の断面方向の屈折率を表す模式図
【図１９】条件式（４）を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の光学系は、光路中に樹脂より成る光学素子を少なくとも１つ含んでいる。樹脂は、炭素原子と硫黄原子の間にＣ−Ｓの結合を持つ材料である。樹脂より成る光学素子は、例えばプラスティックモールドレンズ、接合レンズの接着剤、カラーフィルター、偏光板のうちの少なくとも１つである。
【００３９】
光路中における樹脂より成る光学素子よりも光線の入射側（物体側）の光学面のうち少なくとも１つに、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部（凹凸構造）が繰り返し構造を持たないで形成されているか、またはランダムな配列間隔を持って形成されている。
【００４０】
ここで凹凸部は紫外光を散乱するとともに、可視光の反射防止作用を有する。
【００４１】
具体的には凹凸部の作用は次のとおりである。
Ｓａを波長λａ＝３６０ｎｍに対する散乱率とする。
Ｓｂを波長λｂ＝５５０ｎｍに対する散乱率とする。
Ｒｂを波長λｂ＝５５０ｎｍに対する反射率とする。
【００４２】
このとき
Ｓａ ＞ １％ ・・・（１）
Ｓｂ ＜ １％ ・・・（２）
Ｒｂ ＜ ５％ ・・・（３）
なる条件式を満たしている。
【００４３】
ここで散乱率Ｓとは、入射光束が凹凸部に照射されたとき、入射光束の強度に対する入射方向以外に拡がる全ての光束の強度の比をいう。
【００４４】
反射率Ｒとは凹凸部に入射した入射光束に対する反射光束の強度の比である。
【００４５】
条件式（１）は紫外光の散乱程度の下限を示すものである。波長３６０ｎｍの光における散乱率Ｓａが条件式（１）より小さいと、紫外光に基づくゴーストを効果的に防止するのが難しくなる。
【００４６】
条件式（２）、（３）は波長５５０ｎｍの可視光に対する透過性能を示すものである。条件式（２）の上限を超えて、散乱率Ｓｂが高くなると、可視光の散乱が画像に及ぼす影響が増大してくるので良くない。
【００４７】
条件式（３）の上限を超えて反射率Ｒｂが高くなると、即ち凹凸部での反射率が高くなると、可視光に対してゴーストを効果的に減少させるのが難しくなる。
【００４８】
本実施例の光学面に形成した凹凸部は可視光に関しては高い透過率を確保しながらも、紫外光の面反射によるゴーストの発生を少なくしている。
【００４９】
特に、太陽光線などの強い点光源からの光に対して、光線の入射角度や、光学部材のズーミングやフォーカスの状態によらず、面反射によるゴーストの発生を少なくし、光線の集光を防止する事ができる。この結果、光学系内の樹脂より成る光学素子の劣化を最小限に抑える事ができる。
【００５０】
以下、図面を用いて本発明の各実施例を説明する。
【００５１】
［実施例１］
図１は本発明の光学系の実施例１の構成を模式的に示す要部概略図である。
【００５２】
図２は図１の実施例１の一部分の変形例である。図２は図１の光学系１において、一部の光学部材（レンズ）をフォーカスやズーミングのために光軸方向に移動させた場合に相当している。
【００５３】
図中、１は光学系であり、交換レンズ（撮影系）より成っている。２は一眼レフレックスカメラ（カメラ本体）であり、光学系１を着脱可能に装着している。
【００５４】
ｉは物体側（光入射側）から数えたレンズの番号を示し、Ｇｉは光学系１を構成する第ｉレンズである。
【００５５】
図１の実施例では光学系１を第１レンズＧ１〜第４レンズＧ４の４つのレンズより成る場合を示しているが、光学系１のレンズの数は４つに限らず、いくつあっても良い。
【００５６】
３、４は第１レンズＧ１の物体側と像側の光学面である。５、６は第２レンズＧ２の物体側と像側の光学面である。７、８は第３レンズＧ３の物体側と像側の光学面である。
【００５７】
第４レンズＧ４は複合非球面レンズより成り、物体側の光学面９にはプラスティック樹脂（樹脂）のモールド形成により成る非球面層（光学素子）９ａが形成されている。
【００５８】
光学素子９ａの物体側の面が非球面形状である。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂは通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面形状である。１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された像を受光する撮像素子である。１２は光源である。１３はファインダーである。
【００５９】
実施例１においては、光学系１を構成する２つの光学面６と光学面８には可視光（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の波長以下の微細構造の凹凸部が形成されている。
【００６０】
本実施例において、凹凸部が形成されている光学面は、光線の入射側から数えて第２番目の光学面より像側に位置している。そして、第１番目の光学面には薄膜による反射防止膜が形成されている。
【００６１】
図１において、光源１２からの光線は光学面３，４，５を透過屈折し、光学面６に到達する。光学面６には凹凸部（微細な凹凸構造）が形成されている。
【００６２】
図１１は、微細な凹凸構造の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。図１２は微細な凹凸構造を面の上方から観察したＳＥＭ写真である。この微細構造の凹凸部は花弁状に結晶が析出したもので、基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。
【００６３】
この微細構造の凹凸部は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。図６は図１１の断面の有効屈折率を模式化した説明図である。
【００６４】
図６において横軸は有効屈折率Ｎｓである。縦軸は光学面からの距離Ｄである。光学面６との界面付近Ｄａは媒質が密となっているために、有効屈折率Ｎｓも高くなっている。
【００６５】
一方、界面から離れるに従って有効屈折率Ｎｓも低くなり、構造の上端では空気とほぼ同等の有効屈折率１になっている。そのため可視光（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に関しては、図１４に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【００６６】
一方、紫外光（波長〜４００ｎｍ）に関しては、図１５に示す分光散乱率のグラフのように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸部のピッチが不規則なため、特定の方向に集中することが無い。
【００６７】
そのため、光源１２からの紫外光は光学面３，４，５を透過した後、光学面６で散乱し、四方（立体角４π内、全空間内）に拡散する。拡散光の多くはレンズ鏡筒内の壁に吸収される。
【００６８】
一部の光線は光学面６より像側の光学面７を透過し、光学面８に到達する。この光学面８にも図１１、図１２で示す微細構造より成る凹凸部が形成されているため、ここでも散乱が起こる。
【００６９】
そのため、図１の光学系においては、光学面９に配置された樹脂より成る非球面層９ａには紫外光の散乱光が僅かに入射するだけであり、紫外光の光線が集光することがない。
【００７０】
同様に、図２の光学系においても、撮像素子１１に紫外光の光線の散乱光が僅かに入射するだけであり、紫外光が撮像素子１１面上に集光することはない。
【００７１】
実施例１において、光学面６，８に配置された微細構造の凹凸部による散乱光Ｓａ、Ｓｂと反射率Ｒｂは図１４、図１５のグラフに示すとおりである。
【００７２】
即ち、
Ｓａ ＝ １．５％
Ｓｂ ＝ ０．１％
Ｒｂ ＝ ０．４％
である。これは前述した条件式（１）、（２）、（３）を満たしている。
【００７３】
本実施例において、凹凸部は、樹脂より成る光学素子９ａより光線の入射側（光入射側、物体側）の光学面のうち少なくとも２つの光学面６、８に形成されている。
【００７４】
本実施例において、Ａ２を２つの光学面のうち、樹脂より成る光学素子９ａに近い方の光学面（光学面８）の有効径とする。
【００７５】
Ｄ１２を２つの光学面６、８の光軸方向の間隔とする。
このとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０ ・・・（４）
なる条件式を満たしている。
【００７６】
図１９は条件式（４）の技術的内容を説明するための概略図である。
【００７７】
この条件式（４）は、紫外光を散乱させる２つの光学面に関してその間隔と、２つの光学面のうち像側の光学面の有効径の比を規定するものである。特に、第１の散乱面となる光学面６で散乱した紫外光のうち、第２の散乱面となる光学面８に到達する光線の割合を制限するものである。
【００７８】
光軸に平行に入射した光線に関して、第１の光学面６で完全に散乱すると仮定すると、第１の光学面６を中心とした半球の方向に均質に散乱すると考えられる。第２の光学面８に到達する光線の割合は第１の光学面６から見た第２の光学面８の立体角の半球に対する割合で示される。
【００７９】
図１の実施例１において、条件式（４）の値は、Ａ２／Ｄ１２＝約１／１．５となり、条件式（４）を満たしている。図２でもＡ２／Ｄ１２＝約１となり条件式（４）を満たしている。
【００８０】
［実施例２］
図３は本発明の実施例２の光学系の実施例２の構成を模式的に示す要部概略図である。
【００８１】
図４は図３の実施例２の一部分の変形例である。図３、図４において図１と同じ部材には同じ番号を付している。
【００８２】
実施例２では凹凸部が、樹脂より成る光学素子９ａより光線の入射側の光学面のうち少なくとも３つの光学面に形成されている。
【００８３】
図３では図１と同様に、１は交換レンズである。２は一眼レフレックスカメラを示す。交換レンズ１において、入射側より順に３、４は第１レンズＧ１の光学面である。
【００８４】
同様に５、６は、第２レンズＧ２の光学面である。７、８は第３レンズＧ３の光学面である。第４レンズＧ４は複合非球面レンズである。第４レンズＧ４の入射側にプラスティック樹脂のモールド形成による非球面層（光学素子）９ａが形成されている。
【００８５】
光学素子９ａの物体側の面は非球面形状である。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂは通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面形状である。１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された撮像素子である。
【００８６】
実施例２では、光学面６と光学面７と光学面８に可視光の波長以下の微細の凹凸部が形成されている。
【００８７】
図３において、光源１２からの光線は光学面３，４，５を透過屈折し、光学面６に到達する。光学面６には実施例１と同様、図１１、図１２で示す凹凸部（微細な凹凸構造）が形成されている。
【００８８】
この微細構造の凹凸部は実施例１と同様に花弁状に結晶が析出したもので、基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。この微細構造の凹凸部は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。断面の有効屈折率は、図６と同様である。
【００８９】
光学面との界面付近は媒質が密となっているために、有効屈折率も高くなっている。一方、界面から離れるに従って有効屈折率も低くなり、構造の上端では空気とほぼ同等の有効屈折率になっている。そのため可視光に関しては、実施例１と同様に図１４に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【００９０】
一方、紫外光に関しても、実施例１と同様に図１５に示す分光散乱率のように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸部の配列間隔が不規則であるため、特定の方向に集中することが無い。
【００９１】
そのため、光源１２からの紫外光は光学面３，４，５を透過した後、光学面６で散乱し、四方に拡散する。拡散した光線の多くはレンズ鏡筒内の壁に吸収される。
【００９２】
一部の光線は光学面７に到達する。この光学面７にも光学面６と同様の微細構造の凹凸部が形成されているため、光学面７でも同様の散乱が起こる。光学面７で散乱した光線の一部は、光学面８に到達する。この光学面８にも光学面６と同様の微細構造の凹凸部が形成されているため、光学面８でも同様の散乱が起こる。
【００９３】
そのため、図３の実施例２においては、光学面９に配置された非球面層９ａに紫外光の散乱光が僅かに入射するだけであり、紫外光が集光することがない。
【００９４】
同様に、図４の光学系においても、撮像素子１１に紫外光の散乱光が入射するだけであり、紫外光が集光することはない。
【００９５】
これによって実施例２は実施例１と同様の効果を得ている。
【００９６】
［実施例３］
図５は本発明の実施例３の光学系の構成を模式的に示す要部概略図である。
【００９７】
実施例３では凹凸部が、樹脂より成る光学素子９ａより光線の入射側の少なくとも３つの光学面に形成されている。
【００９８】
図５において図１と同じ部材には同じ番号を付している。
【００９９】
図５では図１と同様に、１は交換レンズである。２は一眼レフレックスカメラを示す。交換レンズ１において、入射側より順に３、４は第１レンズＧ１の光学面である。
【０１００】
同様に５、６は、第２レンズＧ２の光学面である。７、８は第３レンズＧ３の光学面である。第４レンズＧ４は複合非球面レンズである。第４レンズＧ４の入射側にプラスティック樹脂のモールド形成による非球面層（光学素子）９ａが形成されている。
【０１０１】
光学素子９ａの物体側の面は非球面形状である。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂは通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面形状である。１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された撮像素子である。
【０１０２】
実施例３では、光学面６と光学面８と光学素子９ａの光入射側の光学面９ｃに可視光の波長以下の微細の凹凸部が形成されている。
【０１０３】
図５において、光源１２からの光線は光学面３，４，５を透過し、光学面６に到達する。光学面６には実施例１と同様、図１１、図１２で示す凹凸部（微細な凹凸構造）が形成されている。
【０１０４】
この微細構造の凹凸部は実施例１と同様に花弁状に結晶が析出したもので、基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。この微細構造の凹凸部は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。断面の有効屈折率は、図６と同様である。
【０１０５】
光学面との界面付近は媒質が密となっているために、有効屈折率も高くなっている。一方、界面から離れるに従って有効屈折率も低くなり、構造の上端では空気とほぼ同等の有効屈折率になっている。そのため可視光に関しては、実施例１と同様に図１４に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【０１０６】
一方、紫外光に関しても、実施例１と同様に図１５に示す分光散乱率のように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸のピッチが不規則なため、特定の方向に集中することが無い。
【０１０７】
そのため、光源１２からの紫外光は光学面３，４，５と透過した後、光学面６で散乱し、四方に拡散する。拡散した光線の多くはレンズ鏡筒内の壁に吸収される。
【０１０８】
一部の光線は光学面７に到達する。この光学面７を透過した光線は、光学面６と同様の光学面８に到達する。光学面８にも光学面６と同様の微細構造の凹凸部が形成されている。このため、ここのでも同様の散乱が起こる。光学面８で散乱した光線の一部は、光学面９ｃに到達する。この光学面９ｃには図１０で示す微細構造の凹凸部が形成されている。
このため、光学面９ｃでも散乱が起こる。
【０１０９】
図１０は光学面９ｃの凹凸部の構造を面の上方から観察したＳＥＭ写真である。この微細構造の凹凸部は凹または、凸の形状がランダムに並んだものである。基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。この微細構造は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。
【０１１０】
図１８は図１０に示す構造の断面の有効屈折率を図６と同様に模式化した説明図である。光学面９ｃとの界面付近は媒質が密となっているために、有効屈折率Ｎｓも高くなっている。
【０１１１】
一方、界面から離れるに従って有効屈折率も低くなり、構造の上端では最小の有効屈折率になっている。そのため可視光に関しては、図１６に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【０１１２】
一方、紫外光に関しては、図１７に示す分光散乱率のグラフのように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸部のピッチが不規則なため、特定の方向に集中することが無い。
【０１１３】
そのため、図５においては、撮像素子１１に紫外光の散乱光が入射するだけであり、紫外光が集光することはない。
【０１１４】
これによって実施例３は実施例１と同様の効果を得ている。
【０１１５】
尚、各実施例において、樹脂より成る光学素子はマイクロレンズやピント板等であっても良い。又、ファインダーを構成するレンズであっても良い。
【０１１６】
各実施例によれば、光学系の一部にプラスティックモールドレンズや、接合面における接着材、ＤＯＥ素子、ピント板、画像センサー用のマイクロレンズ、カラーフィルター等の樹脂を用いた光学素子に対して、紫外光の影響を緩和することができる。
【０１１７】
この結果、光学素子の劣化による光学特性の変化が少なく、良好なる光学特性が得られる光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。
【符号の説明】
【０１１８】
１：交換レンズ
２：一眼レフレックスカメラ
３：第１レンズＧ１の第１光学面
４：第１レンズＧ１の第２光学面
５：第２レンズＧ２の第１光学面
６：第２レンズＧ２の第２光学面
７：第３レンズＧ３の第１光学面
８：第３レンズＧ３の第２光学面
９：第４レンズＧ４の第１光学面
１０：第４レンズＧ４の第２光学面
１１：撮像素子
１２：光源（太陽）
１３：ファインダー
１４：球の斜線部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系及びそれを有する撮像装置に関し、例えば銀塩フィルム用カメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の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にはアクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の樹脂より成るレンズやフィルター等の光学素子が多く用いられている。
【０００３】
樹脂より成る光学素子は、成型により容易に製造できることや、形状の自由度が高い等の特長がある。又、熱可塑性、紫外線硬化などの特性を用いれば、接着が容易となる。又、微細構造の転写などが容易である等の特長がある。そのため樹脂より成る光学素子は光学系中においてプラスティックモールドレンズ、接合光学面における接着剤、回折光学素子、ピント板、画像センサー用のマイクロレンズ、カラーフィルターとして使われている。
【０００４】
一方、光学系を構成する光学素子の光学面には、多くの場合、反射防止のための反射防止構造が施されている。
【０００５】
樹脂より成る光学素子の光学面に、誘電体より成る反射防止膜を蒸着することは技術的に難しい。このため、近年、樹脂より成る光学素子の光学面に、誘電体の反射防止多層膜の代わりに、可視光波長よりも短い微細な凹凸周期構造（凹凸部）を設けて反射防止効果を得ることが行われている（特許文献１、２）。
【０００６】
特許文献１では光学面に微細な周期構造の凹凸部を複数形成し、反射防止を図った光学素子を開示している。
【０００７】
一方、特許文献２では微細な凸部または凹部を複数、千鳥状に配列、または、開口部の平面視形状が６角形に配列させ反射防止を行った反射防止素子を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５７１１９号公報
【特許文献２】特開２００６−１０８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、樹脂は炭素原子の共有結合による高分子からなるため、紫外光が多く入射すると、物理的及び化学的に変化してくる。これは、照射された紫外光のエネルギーにより高分子内の結合が切断されるためである。又、樹脂は結合ごとに結合エネルギーが決まっており、その結合エネルギーに相当する紫外光の波長が決まってくる。
【００１０】
例えば、Ｃ−Ｃ結合の結合エネルギーは３４６ｋＪ／ｍｏｌであり、これに相当する紫外光の波長はλ＝３４７．２ｎｍとなる。
【００１１】
同様に、Ｃ＝Ｃ結合の結合エネルギーは３４０ｋＪ／ｍｏｌで波長はλ＝３５３．３ｎｍである。Ｃ−Ｏ結合の結合エネルギーは３８６ｋＪ／ｍｏｌで波長はλ＝３１１．２ｎｍである。Ｃ＝Ｏ結合の結合エネルギーが３７４ｋＪ／ｍｏｌで波長はλ＝３２１．２ｎｍである。
【００１２】
これより短い波長の光が樹脂に照射されると各結合が切断される可能性がある。この波長３００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光によりこれらの結合が影響を受ける事が樹脂より成る光学素子を用いたときの光学性能の劣化の原因である。
【００１３】
樹脂の屈折率を高めるためにＳ（硫黄）元素が用いられている。このＣ−Ｓ結合の結合エネルギーは２６９ｋＪ／ｍｏｌと低い結合エネルギーである。そのため容易にＣ−Ｓ結合が破壊され、Ｓ元素の影響で樹脂が黄色化する事もある。
【００１４】
一般にレンズに用いられる硝材は、紫外光の吸収率が高い。また、一般的な可視光に対する増透多層膜は紫外光の透過率が低い。そのため、一般のレンズ系（光学系）では紫外光の透過率が低い。
【００１５】
このため、レンズ系の像側に配置された樹脂より成る光学部材への紫外光の照射光量は比較的低くなる。このため、樹脂より成る光学素子に入射することによる紫外光による影響はほとんどない。
【００１６】
しかしながら紫外光が集中して樹脂より成る光学素子に入射すると紫外光の影響が無視できなくなってくる。
【００１７】
一方、レンズ系に用いられている反射防止多層膜は可視光に関しては高い反射防止特性を持っている。しかしながら、紫外光に対しては増反射膜として作用する。
【００１８】
図１３は、一般的な反射防止膜の分光特性の説明図である。図１３に示すように、一般的な反射防止膜は、可視光全域で反射率を抑える様に最適化設計すると、紫外光と赤外光の波長領域で反射率が増加する。反射防止多層膜では屈折率の低い誘電体のＬ層と屈折率の高い誘電体のＨ層を光路長が約１／４波長になるような膜厚で積層し、干渉させることにより反射を打ち消しあうように構成されている。
【００１９】
しかしながら、紫外光や、赤外光では逆に干渉により反射を強め合う事になる。
【００２０】
図７、図８は、後述する本発明の撮像装置の参考例としての撮像装置と、それに用いられる一般的な光学系を模式的に表したときの要部断面図である。
【００２１】
１は光学系であり、交換レンズ（撮影系）より成っている。２は一眼レフレックスカメラであり、光学系１が着脱可能に装着されている。ｉは物体側（光入射側）から数えたレンズの番号を示し、Ｇｉは光学系１を構成する第ｉレンズである。
【００２２】
３、４は第１レンズＧ１の物体側と像側の光学面である。
【００２３】
５、６は第２レンズＧ２の物体側と像側の光学面である。
【００２４】
７、８は第３レンズＧ３の物体側と像側の光学面である。
【００２５】
第４レンズＧ４は複合非球面レンズより成り、物体側の光学面９にはプラスティック樹脂（樹脂）のモールド形成により成る非球面層（光学素子）９ａが形成されている。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂの材料は通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面である。
【００２６】
１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された撮像素子である。１２は光源である。１３はファインダーである。
【００２７】
図７では、太陽などの強い点光源１２からの紫外光が第１レンズＧ１の光学面３、４を透過し、第２レンズＧ２の光学面５、６を通過する。そして第３レンズＧ３の光学面７、および第２レンズＧ２の光学面６の反射防止多層膜で反射して、この結果、面反射ゴーストとなって樹脂より成る光学素子９ａに結像する事がある。
【００２８】
また、図８に示すように、光学系１の一部分のレンズ素子がズーミングや、フォーカシングにより移動して特定の位置にあるとき、視野外の光源１２からの紫外光がゴーストとなって撮像素子１１に結像する場合もある。
【００２９】
特許文献１では、微細な凹凸部が規則的な周期ピッチで繰り返し配置された構造を用いている。このため、可視光に関して反射光が十分微小であっても、紫外光に関しては、多くの回折光を発生させてしまう。
【００３０】
例えば、図９に示すように、視野外に光源１２があったとしても、光学面６に形成した微細な凹凸周期構造によって入射光が大きく回折し、その後の光学系によって撮像素子１１に結像される場合がある。
【００３１】
特許文献１の実施例では微細凹凸周期構造がレンズの界面で、２次元的で正方配列となっている。そのため、回折光も格子方向に集中する傾向がある。
【００３２】
特許文献２の反射防止素子は、特許文献１と同じように、規則的な周期ピッチにより回折光が発生する。回折光の２次元的な広がりは、正方配列とは違い、斜め方向、あるいは６０度ごとの６方向となるが、分離する数は変わらない。このため、光線のエネルギーを分散させる効果はあがらない。したがって、この場合も特定の方向に強く回折して、ゴーストが発生する場合がある。
【００３３】
樹脂より成る光学素子全体に照射される紫外光の光量自体が少なくても、紫外光が集光すると部分的に光学素子を劣化させる。
【００３４】
本発明は、光路中に樹脂より成る光学素子を用いたとき、この光学素子に紫外光が集光するのを軽減し、樹脂より成る光学素子の光学特性の劣化を防止し、良好なる光学性能が得られる光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明の光学系は、樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系において、前記樹脂よりなる光学素子よりも光線の入射側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されており、またはランダムな配列間隔を持って形成されており、
前記凹凸部は
Ｓａを波長３６０ｎｍに対する散乱率、
Ｓｂを波長５５０ｎｍに対する散乱率、
Ｒｂを波長５５０ｎｍに対する反射率、
とするとき
Ｓａ ＞ １％
Ｓｂ ＜ １％
Ｒｂ ＜ ５％
なる条件式を満たし、
Ａ２を前記２つの光学面のうち、前記樹脂より成る光学素子に近い方の光学面の有効径、Ｄ１２を前記２つの光学面の間隔とするとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０
なる条件式を満たすことを特徴としている。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、光路中に樹脂よりなる光学素子を用いたとき、この光学素子に紫外光が集光するのを軽減し、樹脂よりなる光学素子の光学特性の劣化を防止し、良好なる光学性能が得られる光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例１の光学系の要部構成図
【図２】本発明の実施例１の光学系の他の実施状態の要部構成図
【図３】本発明の実施例２の光学系の要部構成図
【図４】本発明の実施例２の光学系の他の実施状態の要部構成図
【図５】本発明の実施例３の光学系の要部構成図
【図６】波長以下の微細な凹凸構造の断面方向の屈折率を表す模式図
【図７】従来例の光学系におけるゴーストを表す模式図
【図８】従来例の光学系におけるゴーストを表す模式図
【図９】従来例の光学系におけるゴーストを表す模式図
【図１０】波長以下の微細な凹凸構造の界面からのＳＥＭ写真
【図１１】波長以下の微細な凹凸構造の断面方向からのＳＥＭ写真
【図１２】波長以下の微細構造凹凸部の界面からのＳＥＭ写真
【図１３】誘電体多層膜による反射膜での分光反射率特性を示すグラフ
【図１４】波長以下の微細な凹凸構造の分光反射率特性を示すグラフ
【図１５】波長以下の微細な凹凸構造の分光散乱率特性を示すグラフ
【図１６】波長以下の微細な凹凸構造の分光反射率特性を示すグラフ
【図１７】波長以下の微細な凹凸構造の分光散乱率特性を示すグラフ
【図１８】波長以下の微細な凹凸構造の断面方向の屈折率を表す模式図
【図１９】条件式（４）を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の光学系は、光路中に樹脂より成る光学素子を少なくとも１つ含んでいる。樹脂は、炭素原子と硫黄原子の間にＣ−Ｓの結合を持つ材料である。樹脂より成る光学素子は、例えばプラスティックモールドレンズ、接合レンズの接着剤、カラーフィルター、偏光板のうちの少なくとも１つである。
【００３９】
光路中における樹脂より成る光学素子よりも光線の入射側（物体側）の光学面のうち少なくとも１つに、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部（凹凸構造）が繰り返し構造を持たないで形成されているか、またはランダムな配列間隔を持って形成されている。
【００４０】
ここで凹凸部は紫外光を散乱するとともに、可視光の反射防止作用を有する。
【００４１】
具体的には凹凸部の作用は次のとおりである。
Ｓａを波長λａ＝３６０ｎｍに対する散乱率とする。
Ｓｂを波長λｂ＝５５０ｎｍに対する散乱率とする。
Ｒｂを波長λｂ＝５５０ｎｍに対する反射率とする。
【００４２】
このとき
Ｓａ ＞ １％ ・・・（１）
Ｓｂ ＜ １％ ・・・（２）
Ｒｂ ＜ ５％ ・・・（３）
なる条件式を満たしている。
【００４３】
ここで散乱率Ｓとは、入射光束が凹凸部に照射されたとき、入射光束の強度に対する入射方向以外に拡がる全ての光束の強度の比をいう。
【００４４】
反射率Ｒとは凹凸部に入射した入射光束に対する反射光束の強度の比である。
【００４５】
条件式（１）は紫外光の散乱程度の下限を示すものである。波長３６０ｎｍの光における散乱率Ｓａが条件式（１）より小さいと、紫外光に基づくゴーストを効果的に防止するのが難しくなる。
【００４６】
条件式（２）、（３）は波長５５０ｎｍの可視光に対する透過性能を示すものである。条件式（２）の上限を超えて、散乱率Ｓｂが高くなると、可視光の散乱が画像に及ぼす影響が増大してくるので良くない。
【００４７】
条件式（３）の上限を超えて反射率Ｒｂが高くなると、即ち凹凸部での反射率が高くなると、可視光に対してゴーストを効果的に減少させるのが難しくなる。
【００４８】
本実施例の光学面に形成した凹凸部は可視光に関しては高い透過率を確保しながらも、紫外光の面反射によるゴーストの発生を少なくしている。
【００４９】
特に、太陽光線などの強い点光源からの光に対して、光線の入射角度や、光学部材のズーミングやフォーカスの状態によらず、面反射によるゴーストの発生を少なくし、光線の集光を防止する事ができる。この結果、光学系内の樹脂より成る光学素子の劣化を最小限に抑える事ができる。
【００５０】
以下、図面を用いて本発明の各実施例を説明する。
【００５１】
［実施例１］
図１は本発明の光学系の実施例１の構成を模式的に示す要部概略図である。
【００５２】
図２は図１の実施例１の一部分の変形例である。図２は図１の光学系１において、一部の光学部材（レンズ）をフォーカスやズーミングのために光軸方向に移動させた場合に相当している。
【００５３】
図中、１は光学系であり、交換レンズ（撮影系）より成っている。２は一眼レフレックスカメラ（カメラ本体）であり、光学系１を着脱可能に装着している。
【００５４】
ｉは物体側（光入射側）から数えたレンズの番号を示し、Ｇｉは光学系１を構成する第ｉレンズである。
【００５５】
図１の実施例では光学系１を第１レンズＧ１〜第４レンズＧ４の４つのレンズより成る場合を示しているが、光学系１のレンズの数は４つに限らず、いくつあっても良い。
【００５６】
３、４は第１レンズＧ１の物体側と像側の光学面である。５、６は第２レンズＧ２の物体側と像側の光学面である。７、８は第３レンズＧ３の物体側と像側の光学面である。
【００５７】
第４レンズＧ４は複合非球面レンズより成り、物体側の光学面９にはプラスティック樹脂（樹脂）のモールド形成により成る非球面層（光学素子）９ａが形成されている。
【００５８】
光学素子９ａの物体側の面が非球面形状である。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂは通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面形状である。１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された像を受光する撮像素子である。１２は光源である。１３はファインダーである。
【００５９】
実施例１においては、光学系１を構成する２つの光学面６と光学面８には可視光（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の波長以下の微細構造の凹凸部が形成されている。
【００６０】
本実施例において、凹凸部が形成されている光学面は、光線の入射側から数えて第２番目の光学面より像側に位置している。そして、第１番目の光学面には薄膜による反射防止膜が形成されている。
【００６１】
図１において、光源１２からの光線は光学面３，４，５を透過屈折し、光学面６に到達する。光学面６には凹凸部（微細な凹凸構造）が形成されている。
【００６２】
図１１は、微細な凹凸構造の断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。図１２は微細な凹凸構造を面の上方から観察したＳＥＭ写真である。この微細構造の凹凸部は花弁状に結晶が析出したもので、基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。
【００６３】
この微細構造の凹凸部は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。図６は図１１の断面の有効屈折率を模式化した説明図である。
【００６４】
図６において横軸は有効屈折率Ｎｓである。縦軸は光学面からの距離Ｄである。光学面６との界面付近Ｄａは媒質が密となっているために、有効屈折率Ｎｓも高くなっている。
【００６５】
一方、界面から離れるに従って有効屈折率Ｎｓも低くなり、構造の上端では空気とほぼ同等の有効屈折率１になっている。そのため可視光（波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に関しては、図１４に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【００６６】
一方、紫外光（波長〜４００ｎｍ）に関しては、図１５に示す分光散乱率のグラフのように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸部のピッチが不規則なため、特定の方向に集中することが無い。
【００６７】
そのため、光源１２からの紫外光は光学面３，４，５を透過した後、光学面６で散乱し、四方（立体角４π内、全空間内）に拡散する。拡散光の多くはレンズ鏡筒内の壁に吸収される。
【００６８】
一部の光線は光学面６より像側の光学面７を透過し、光学面８に到達する。この光学面８にも図１１、図１２で示す微細構造より成る凹凸部が形成されているため、ここでも散乱が起こる。
【００６９】
そのため、図１の光学系においては、光学面９に配置された樹脂より成る非球面層９ａには紫外光の散乱光が僅かに入射するだけであり、紫外光の光線が集光することがない。
【００７０】
同様に、図２の光学系においても、撮像素子１１に紫外光の光線の散乱光が僅かに入射するだけであり、紫外光が撮像素子１１面上に集光することはない。
【００７１】
実施例１において、光学面６，８に配置された微細構造の凹凸部による散乱光Ｓａ、Ｓｂと反射率Ｒｂは図１４、図１５のグラフに示すとおりである。
【００７２】
即ち、
Ｓａ ＝ １．５％
Ｓｂ ＝ ０．１％
Ｒｂ ＝ ０．４％
である。これは前述した条件式（１）、（２）、（３）を満たしている。
【００７３】
本実施例において、凹凸部は、樹脂より成る光学素子９ａより光線の入射側（光入射側、物体側）の光学面のうち少なくとも２つの光学面６、８に形成されている。
【００７４】
本実施例において、Ａ２を２つの光学面のうち、樹脂より成る光学素子９ａに近い方の光学面（光学面８）の有効径とする。
【００７５】
Ｄ１２を２つの光学面６、８の光軸方向の間隔とする。
このとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０ ・・・（４）
なる条件式を満たしている。
【００７６】
図１９は条件式（４）の技術的内容を説明するための概略図である。
【００７７】
この条件式（４）は、紫外光を散乱させる２つの光学面に関してその間隔と、２つの光学面のうち像側の光学面の有効径の比を規定するものである。特に、第１の散乱面となる光学面６で散乱した紫外光のうち、第２の散乱面となる光学面８に到達する光線の割合を制限するものである。
【００７８】
光軸に平行に入射した光線に関して、第１の光学面６で完全に散乱すると仮定すると、第１の光学面６を中心とした半球の方向に均質に散乱すると考えられる。第２の光学面８に到達する光線の割合は第１の光学面６から見た第２の光学面８の立体角の半球に対する割合で示される。
【００７９】
図１の実施例１において、条件式（４）の値は、Ａ２／Ｄ１２＝約１／１．５となり、条件式（４）を満たしている。図２でもＡ２／Ｄ１２＝約１となり条件式（４）を満たしている。
【００８０】
［実施例２］
図３は本発明の実施例２の光学系の実施例２の構成を模式的に示す要部概略図である。
【００８１】
図４は図３の実施例２の一部分の変形例である。図３、図４において図１と同じ部材には同じ番号を付している。
【００８２】
実施例２では凹凸部が、樹脂より成る光学素子９ａより光線の入射側の光学面のうち少なくとも３つの光学面に形成されている。
【００８３】
図３では図１と同様に、１は交換レンズである。２は一眼レフレックスカメラを示す。交換レンズ１において、入射側より順に３、４は第１レンズＧ１の光学面である。
【００８４】
同様に５、６は、第２レンズＧ２の光学面である。７、８は第３レンズＧ３の光学面である。第４レンズＧ４は複合非球面レンズである。第４レンズＧ４の入射側にプラスティック樹脂のモールド形成による非球面層（光学素子）９ａが形成されている。
【００８５】
光学素子９ａの物体側の面は非球面形状である。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂは通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面形状である。１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された撮像素子である。
【００８６】
実施例２では、光学面６と光学面７と光学面８に可視光の波長以下の微細の凹凸部が形成されている。
【００８７】
図３において、光源１２からの光線は光学面３，４，５を透過屈折し、光学面６に到達する。光学面６には実施例１と同様、図１１、図１２で示す凹凸部（微細な凹凸構造）が形成されている。
【００８８】
この微細構造の凹凸部は実施例１と同様に花弁状に結晶が析出したもので、基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。この微細構造の凹凸部は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。断面の有効屈折率は、図６と同様である。
【００８９】
光学面との界面付近は媒質が密となっているために、有効屈折率も高くなっている。一方、界面から離れるに従って有効屈折率も低くなり、構造の上端では空気とほぼ同等の有効屈折率になっている。そのため可視光に関しては、実施例１と同様に図１４に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【００９０】
一方、紫外光に関しても、実施例１と同様に図１５に示す分光散乱率のように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸部の配列間隔が不規則であるため、特定の方向に集中することが無い。
【００９１】
そのため、光源１２からの紫外光は光学面３，４，５を透過した後、光学面６で散乱し、四方に拡散する。拡散した光線の多くはレンズ鏡筒内の壁に吸収される。
【００９２】
一部の光線は光学面７に到達する。この光学面７にも光学面６と同様の微細構造の凹凸部が形成されているため、光学面７でも同様の散乱が起こる。光学面７で散乱した光線の一部は、光学面８に到達する。この光学面８にも光学面６と同様の微細構造の凹凸部が形成されているため、光学面８でも同様の散乱が起こる。
【００９３】
そのため、図３の実施例２においては、光学面９に配置された非球面層９ａに紫外光の散乱光が僅かに入射するだけであり、紫外光が集光することがない。
【００９４】
同様に、図４の光学系においても、撮像素子１１に紫外光の散乱光が入射するだけであり、紫外光が集光することはない。
【００９５】
これによって実施例２は実施例１と同様の効果を得ている。
【００９６】
［実施例３］
図５は本発明の実施例３の光学系の構成を模式的に示す要部概略図である。
【００９７】
実施例３では凹凸部が、樹脂より成る光学素子９ａより光線の入射側の少なくとも３つの光学面に形成されている。
【００９８】
図５において図１と同じ部材には同じ番号を付している。
【００９９】
図５では図１と同様に、１は交換レンズである。２は一眼レフレックスカメラを示す。交換レンズ１において、入射側より順に３、４は第１レンズＧ１の光学面である。
【０１００】
同様に５、６は、第２レンズＧ２の光学面である。７、８は第３レンズＧ３の光学面である。第４レンズＧ４は複合非球面レンズである。第４レンズＧ４の入射側にプラスティック樹脂のモールド形成による非球面層（光学素子）９ａが形成されている。
【０１０１】
光学素子９ａの物体側の面は非球面形状である。光学面９、１０より成るレンズ素子９ｂは通常のガラス硝材より成っている。光学面９、１０は球面形状である。１１は一眼レフレックスカメラ２において、光学系１の光軸上に配置された撮像素子である。
【０１０２】
実施例３では、光学面６と光学面８と光学素子９ａの光入射側の光学面９ｃに可視光の波長以下の微細の凹凸部が形成されている。
【０１０３】
図５において、光源１２からの光線は光学面３，４，５を透過し、光学面６に到達する。光学面６には実施例１と同様、図１１、図１２で示す凹凸部（微細な凹凸構造）が形成されている。
【０１０４】
この微細構造の凹凸部は実施例１と同様に花弁状に結晶が析出したもので、基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。この微細構造の凹凸部は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。断面の有効屈折率は、図６と同様である。
【０１０５】
光学面との界面付近は媒質が密となっているために、有効屈折率も高くなっている。一方、界面から離れるに従って有効屈折率も低くなり、構造の上端では空気とほぼ同等の有効屈折率になっている。そのため可視光に関しては、実施例１と同様に図１４に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【０１０６】
一方、紫外光に関しても、実施例１と同様に図１５に示す分光散乱率のように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸のピッチが不規則なため、特定の方向に集中することが無い。
【０１０７】
そのため、光源１２からの紫外光は光学面３，４，５と透過した後、光学面６で散乱し、四方に拡散する。拡散した光線の多くはレンズ鏡筒内の壁に吸収される。
【０１０８】
一部の光線は光学面７に到達する。この光学面７を透過した光線は、光学面６と同様の光学面８に到達する。光学面８にも光学面６と同様の微細構造の凹凸部が形成されている。このため、ここのでも同様の散乱が起こる。光学面８で散乱した光線の一部は、光学面９ｃに到達する。この光学面９ｃには図１０で示す微細構造の凹凸部が形成されている。
このため、光学面９ｃでも散乱が起こる。
【０１０９】
図１０は光学面９ｃの凹凸部の構造を面の上方から観察したＳＥＭ写真である。この微細構造の凹凸部は凹または、凸の形状がランダムに並んだものである。基板界面付近がもっとも密で、界面から離れるに従って疎になっている。この微細構造は可視光に対して十分に微小なために、等価な屈折率（有効屈折率）の薄膜として考えられる。
【０１１０】
図１８は図１０に示す構造の断面の有効屈折率を図６と同様に模式化した説明図である。光学面９ｃとの界面付近は媒質が密となっているために、有効屈折率Ｎｓも高くなっている。
【０１１１】
一方、界面から離れるに従って有効屈折率も低くなり、構造の上端では最小の有効屈折率になっている。そのため可視光に関しては、図１６に示す分光反射率のグラフのように良好な反射防止構造となっている。
【０１１２】
一方、紫外光に関しては、図１７に示す分光散乱率のグラフのように散乱率が増している。また、この際の散乱光の方向は、凹凸部のピッチが不規則なため、特定の方向に集中することが無い。
【０１１３】
そのため、図５においては、撮像素子１１に紫外光の散乱光が入射するだけであり、紫外光が集光することはない。
【０１１４】
これによって実施例３は実施例１と同様の効果を得ている。
【０１１５】
尚、各実施例において、樹脂より成る光学素子はマイクロレンズやピント板等であっても良い。又、ファインダーを構成するレンズであっても良い。
【０１１６】
各実施例によれば、光学系の一部にプラスティックモールドレンズや、接合面における接着材、ＤＯＥ素子、ピント板、画像センサー用のマイクロレンズ、カラーフィルター等の樹脂を用いた光学素子に対して、紫外光の影響を緩和することができる。
【０１１７】
この結果、光学素子の劣化による光学特性の変化が少なく、良好なる光学特性が得られる光学系及びそれを有する撮像装置が得られる。
【符号の説明】
【０１１８】
１：交換レンズ
２：一眼レフレックスカメラ
３：第１レンズＧ１の第１光学面
４：第１レンズＧ１の第２光学面
５：第２レンズＧ２の第１光学面
６：第２レンズＧ２の第２光学面
７：第３レンズＧ３の第１光学面
８：第３レンズＧ３の第２光学面
９：第４レンズＧ４の第１光学面
１０：第４レンズＧ４の第２光学面
１１：撮像素子
１２：光源（太陽）
１３：ファインダー
１４：球の斜線部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系において、前記樹脂よりなる光学素子よりも光線の入射側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されており、またはランダムな配列間隔を持って形成されており、
前記凹凸部は
Ｓａを波長３６０ｎｍに対する散乱率、
Ｓｂを波長５５０ｎｍに対する散乱率、
Ｒｂを波長５５０ｎｍに対する反射率、
とするとき
Ｓａ ＞ １％
Ｓｂ ＜ １％
Ｒｂ ＜ ５％
なる条件式を満たし、
Ａ２を前記２つの光学面のうち、前記樹脂より成る光学素子に近い方の光学面の有効径、Ｄ１２を前記２つの光学面の間隔とするとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０
なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記凹凸部は、前記樹脂より成る光学素子より光線の入射側の光学面のうち少なくとも３つの光学面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記樹脂より成る光学素子はプラスティックモールドレンズ、接合レンズの接着剤、カラーフィルター、偏光板のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記樹脂は、炭素原子と硫黄原子の間にＣ−Ｓの結合を持つ材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記凹凸部が形成されている光学面は、光線の入射側から数えて第２番目の光学面より像側に位置する光学面であり、第１番目の光学面には薄膜による反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
カメラ本体に対して着脱可能であり、樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系を有する交換レンズにおいて、
前記樹脂よりなる光学素子よりも物体側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されており、またはランダムな配列間隔を持って形成されており、
前記凹凸部は
Ｓａを波長３６０ｎｍに対する散乱率、
Ｓｂを波長５５０ｎｍに対する散乱率、
Ｒｂを波長５５０ｎｍに対する反射率、
とするとき
Ｓａ ＞ １％
Ｓｂ ＜ １％
Ｒｂ ＜ ５％
なる条件式を満たし、
Ａ２を前記２つの光学面のうち、前記樹脂より成る光学素子に近い方の光学面の有効径、Ｄ１２を前記２つの光学面の間隔とするとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０
なる条件式を満たすことを特徴とする交換レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の交換レンズと、該交換レンズによって形成された像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系において、前記樹脂よりなる光学素子よりも光線の入射側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されており、またはランダムな配列間隔を持って形成されており、
前記凹凸部は
Ｓａを波長３６０ｎｍに対する散乱率、
Ｓｂを波長５５０ｎｍに対する散乱率、
Ｒｂを波長５５０ｎｍに対する反射率、
とするとき
Ｓａ ＞ １％
Ｓｂ ＜ １％
Ｒｂ ＜ ５％
なる条件式を満たし、
Ａ２を前記２つの光学面のうち、前記樹脂より成る光学素子に近い方の光学面の有効径、Ｄ１２を前記２つの光学面の間隔とするとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０
なる条件式を満たすことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記凹凸部は、前記樹脂より成る光学素子より光線の入射側の光学面のうち少なくとも３つの光学面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記樹脂より成る光学素子はプラスティックモールドレンズ、接合レンズの接着剤、カラーフィルター、偏光板のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
【請求項４】
前記樹脂は、炭素原子と硫黄原子の間にＣ−Ｓの結合を持つ材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記凹凸部が形成されている光学面は、光線の入射側から数えて第２番目の光学面より像側に位置する光学面であり、第１番目の光学面には薄膜による反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項の光学系と、該光学系によって形成された像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
カメラ本体に対して着脱可能であり、樹脂よりなる光学素子を光路中に含む光学系を有する交換レンズにおいて、
前記樹脂よりなる光学素子よりも物体側の光学面のうち少なくとも２つの光学面に、可視光の波長以下の大きさの複数の凹凸部が繰り返し構造を持たないで形成されており、またはランダムな配列間隔を持って形成されており、
前記凹凸部は
Ｓａを波長３６０ｎｍに対する散乱率、
Ｓｂを波長５５０ｎｍに対する散乱率、
Ｒｂを波長５５０ｎｍに対する反射率、
とするとき
Ｓａ ＞ １％
Ｓｂ ＜ １％
Ｒｂ ＜ ５％
なる条件式を満たし、
Ａ２を前記２つの光学面のうち、前記樹脂より成る光学素子に近い方の光学面の有効径、Ｄ１２を前記２つの光学面の間隔とするとき、
０ ＜ Ａ２／Ｄ１２ ＜ ２．０
なる条件式を満たすことを特徴とする交換レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の交換レンズと、該交換レンズによって形成された像を受光する撮像素子とを備えることを特徴とする撮像装置。
【図１９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１９００４９（Ｐ２０１２−１９００４９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３１７８４（Ｐ２０１２−１３１７８４）
【出願日】平成２４年６月１１日（２０１２．６．１１）
【分割の表示】特願２００７−２３６４０８（Ｐ２００７−２３６４０８）の分割
【原出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月１１日（２０１２．６．１１）
【分割の表示】特願２００７−２３６４０８（Ｐ２００７−２３６４０８）の分割
【原出願日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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