光学系
【課題】生産性およびユーザーメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供すること。
【解決手段】複数の光学面を有する光学系において，光学面の少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，複数の微細な管状空間は形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列したことを特徴とする構成とした。
【解決手段】複数の光学面を有する光学系において，光学面の少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，複数の微細な管状空間は形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列したことを特徴とする構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光学系に関し，特にレンズ表面に微細な柱状空間を有する構造体を形成した光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，ガラスやプラスチックなどの透明性媒質を用いたレンズにおいては，透過光の光量ロスを低減させるために，光入射出面に反射防止膜を設けるなどの表面処理を施している。例えば，可視光に対する反射防止膜としては，誘電体薄膜を複数層積層した多層膜（マルチコート）が知られている。この多層膜は，透明性のレンズ表面に，金属酸化物を真空蒸着などにより成膜することで形成されている。
【０００３】
近年，デジタルカメラ用レンズなどの光学系においては，高い光学性能を有し，かつ光学系全体が小型・軽量であることが求められている。そして，これに対応して口径の大きなレンズや曲率半径の小さな面を有するレンズが多く使用されるようになってきている。
【０００４】
このようなレンズを光学系に用いると，レンズ周辺部では光線が大きな角度で入射する。このため誘電体多層膜を単層ないし多層積層した反射防止膜では，反射を十分に抑制することができず，ゴーストやフレアなどの有害光が発生する原因となっている。
【０００５】
そうした状況を鑑みて，光学系のうち少なくとも一面の光学面に，ゾル−ゲル法を用いて形成された層（低屈折率層）を少なくとも一層以上設けたことで，ゴーストやフレアの発生を効果的に抑えた光学系が特許文献１に開示されている。
【０００６】
ところが，ゾル−ゲル法によって形成された膜は空間充填率が低く，層を構成する結晶の結合力が小さいために膜強度が極めて弱くなっている。そのため，誤ってその表面を拭いたり押えつけたりすると傷が入ってしまい，反射防止膜そのものが使用不能になってしまう恐れがある。
【０００７】
そうした状況を鑑みて，触れることが禁止される反射防止膜を備えた光学素子において，その反射防止膜が施されている面の位置を示す文字又は記号を（光学素子の何処かに）記載した光学素子が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１６３８６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら，光学素子の何処かに触れることを禁止する面の位置を示す文字又は記号が記載されていても，レンズの製造過程でゴミや汚れが付着してしまった場合，拭くことが出来ないため使用することができず，生産性が低下してしまう。
【００１０】
また，製造過程でゴミや汚れの付着を防止したとしても，ユーザーがレンズ使用している際に付着したゴミや汚れを拭くことができないため，少なくとも光学系の最外面には使用することができない，という課題があった。
【００１１】
そこで，本発明の目的は，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では，複数の光学面を有する光学系において，該光学面のうち少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，該複数の微細な管状空間は形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列したことで，上記目的を達成している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために生産性やユーザーのメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を有する薄膜層の模式断面図
【図２】本発明の複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を有する薄膜層の反射率特性（（ａ）入射角０°，（ｂ）入射角６０°）
【図３】本発明実施例１の光学系の要部断面図
【図４】本発明実施例２の光学系の要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下，図を用いて本発明の光学系について説明する。本発明の光学系は，光学面のうちの少なくとも一面に，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されている。そして，それらの微細な管状空間は，形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列している。
【００１６】
複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層は，どのような方法で作製されたものでも構わない。例えば，管状空間を一軸配向させたメソ構造体薄膜を用いると良い。
【００１７】
図１（ａ）および図１（ｂ）に本発明に用いられる複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を最上層に一層有する薄膜層を示す。ここで，図１（ａ）と図１（ｂ）とは，９０°異なる方向から見た模式断面図である。屈折率（ｎｄ）が，１．６９６８０，屈折率分散（ｖｄ）が５５．５の基板（レンズ）１１の上に，複数の微細な管状空間１５ａを有する構造体からなる層（第三層）１５を最上層に有する薄膜層１２を形成した。
【００１８】
層１５は，シリカ（ＳｉＯ２）からなり，柱状空間１５ａにより体積占有率が４３％となっているので，屈折率１．２０となっている。また，管状空間１５ａの最大開口径は，４００ｎｍ以下としている。これは，使用波長の最短波長よりも大きな開口径にすると，回折や散乱による有害光が発生するためである。
【００１９】
また，微細な管状空間１５ａは，形成された基板（レンズ）１１の接平面垂直方向においてに平行に配列している。膜の表面１５ｂに開口を持たないために，低屈折率でありながら，機械強度にも優れた膜となっている。
【００２０】
薄膜層１２の材質，屈折率，膜厚については，表１に記載した通りである。この薄膜層１２が形成された基板（レンズ）の入射角０°の反射率Ｒ（０°）を図２（ａ）に，入射角６０°の反射率Ｒ（６０°）を図２（ｂ）に示す。複数の微細な管状空間１５ａを有する構造体からなる層を最上層に設けたことで，波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で，入射角０°では，反射率０．３％以下，入射角６０°では反射率３．５％以下の性能を達成している。
【実施例１】
【００２１】
図３は，本発明実施例１の光学系の要部断面図である。本光学系のレンズ設計値を，数値実施例１に示す。図３において，３１は光学系であり，焦点距離１４ｍｍのカメラ用広画角レンズである。この光学系において最も入射側の光学面（ｒ０１面）には図１に示した薄膜層１２を形成している。薄膜層１２は機械強度を有しているため，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れている。さらに，反射率も図２に示したとおり低いので，ゴーストやフレアなどの有害光の発生も抑制した光学系を実現している。
【実施例２】
【００２２】
図４は，本発明実施例２の光学系の要部断面図である。本光学系のレンズ設計値を，数値実施例２に示す。図４において，４１は光学系であり，焦点距離２４ｍｍのカメラ用広画角レンズである。この光学系において最も入射側の光学面（ｒ０１面）およびｒ０３面には図１に示した薄膜層１２を形成している。薄膜層１２は機械強度を有しているため，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れている。さらに，反射率も図２に示したとおり低いので，ゴーストやフレアなどの有害光の発生も抑制した光学系を実現している。 本実施例では光学系を，カメラ用レンズの広角レンズとしたが，本発明はこれに限定されるものではなく，焦点距離の長い望遠レンズでもよく，さらには双眼鏡などの観察光学系に用いても良い。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【符号の説明】
【００２６】
１１ 基板（レンズ）
１２ 薄膜層
１３ 第一層（アルミナ層）
１４ 第二層（シリカ層）
１５ 複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層
３１，４１ 光学系
３２，４２ 絞り
３３，４３ 撮像素子またはフィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光学系に関し，特にレンズ表面に微細な柱状空間を有する構造体を形成した光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，ガラスやプラスチックなどの透明性媒質を用いたレンズにおいては，透過光の光量ロスを低減させるために，光入射出面に反射防止膜を設けるなどの表面処理を施している。例えば，可視光に対する反射防止膜としては，誘電体薄膜を複数層積層した多層膜（マルチコート）が知られている。この多層膜は，透明性のレンズ表面に，金属酸化物を真空蒸着などにより成膜することで形成されている。
【０００３】
近年，デジタルカメラ用レンズなどの光学系においては，高い光学性能を有し，かつ光学系全体が小型・軽量であることが求められている。そして，これに対応して口径の大きなレンズや曲率半径の小さな面を有するレンズが多く使用されるようになってきている。
【０００４】
このようなレンズを光学系に用いると，レンズ周辺部では光線が大きな角度で入射する。このため誘電体多層膜を単層ないし多層積層した反射防止膜では，反射を十分に抑制することができず，ゴーストやフレアなどの有害光が発生する原因となっている。
【０００５】
そうした状況を鑑みて，光学系のうち少なくとも一面の光学面に，ゾル−ゲル法を用いて形成された層（低屈折率層）を少なくとも一層以上設けたことで，ゴーストやフレアの発生を効果的に抑えた光学系が特許文献１に開示されている。
【０００６】
ところが，ゾル−ゲル法によって形成された膜は空間充填率が低く，層を構成する結晶の結合力が小さいために膜強度が極めて弱くなっている。そのため，誤ってその表面を拭いたり押えつけたりすると傷が入ってしまい，反射防止膜そのものが使用不能になってしまう恐れがある。
【０００７】
そうした状況を鑑みて，触れることが禁止される反射防止膜を備えた光学素子において，その反射防止膜が施されている面の位置を示す文字又は記号を（光学素子の何処かに）記載した光学素子が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１６３８６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７６２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら，光学素子の何処かに触れることを禁止する面の位置を示す文字又は記号が記載されていても，レンズの製造過程でゴミや汚れが付着してしまった場合，拭くことが出来ないため使用することができず，生産性が低下してしまう。
【００１０】
また，製造過程でゴミや汚れの付着を防止したとしても，ユーザーがレンズ使用している際に付着したゴミや汚れを拭くことができないため，少なくとも光学系の最外面には使用することができない，という課題があった。
【００１１】
そこで，本発明の目的は，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では，複数の光学面を有する光学系において，該光学面のうち少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，該複数の微細な管状空間は形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列したことで，上記目的を達成している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために生産性やユーザーのメンテナンス性に優れ，かつ，ゴーストやフレアなどの有害光の発生を抑制した光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を有する薄膜層の模式断面図
【図２】本発明の複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を有する薄膜層の反射率特性（（ａ）入射角０°，（ｂ）入射角６０°）
【図３】本発明実施例１の光学系の要部断面図
【図４】本発明実施例２の光学系の要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下，図を用いて本発明の光学系について説明する。本発明の光学系は，光学面のうちの少なくとも一面に，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されている。そして，それらの微細な管状空間は，形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列している。
【００１６】
複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層は，どのような方法で作製されたものでも構わない。例えば，管状空間を一軸配向させたメソ構造体薄膜を用いると良い。
【００１７】
図１（ａ）および図１（ｂ）に本発明に用いられる複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を最上層に一層有する薄膜層を示す。ここで，図１（ａ）と図１（ｂ）とは，９０°異なる方向から見た模式断面図である。屈折率（ｎｄ）が，１．６９６８０，屈折率分散（ｖｄ）が５５．５の基板（レンズ）１１の上に，複数の微細な管状空間１５ａを有する構造体からなる層（第三層）１５を最上層に有する薄膜層１２を形成した。
【００１８】
層１５は，シリカ（ＳｉＯ２）からなり，柱状空間１５ａにより体積占有率が４３％となっているので，屈折率１．２０となっている。また，管状空間１５ａの最大開口径は，４００ｎｍ以下としている。これは，使用波長の最短波長よりも大きな開口径にすると，回折や散乱による有害光が発生するためである。
【００１９】
また，微細な管状空間１５ａは，形成された基板（レンズ）１１の接平面垂直方向においてに平行に配列している。膜の表面１５ｂに開口を持たないために，低屈折率でありながら，機械強度にも優れた膜となっている。
【００２０】
薄膜層１２の材質，屈折率，膜厚については，表１に記載した通りである。この薄膜層１２が形成された基板（レンズ）の入射角０°の反射率Ｒ（０°）を図２（ａ）に，入射角６０°の反射率Ｒ（６０°）を図２（ｂ）に示す。複数の微細な管状空間１５ａを有する構造体からなる層を最上層に設けたことで，波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で，入射角０°では，反射率０．３％以下，入射角６０°では反射率３．５％以下の性能を達成している。
【実施例１】
【００２１】
図３は，本発明実施例１の光学系の要部断面図である。本光学系のレンズ設計値を，数値実施例１に示す。図３において，３１は光学系であり，焦点距離１４ｍｍのカメラ用広画角レンズである。この光学系において最も入射側の光学面（ｒ０１面）には図１に示した薄膜層１２を形成している。薄膜層１２は機械強度を有しているため，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れている。さらに，反射率も図２に示したとおり低いので，ゴーストやフレアなどの有害光の発生も抑制した光学系を実現している。
【実施例２】
【００２２】
図４は，本発明実施例２の光学系の要部断面図である。本光学系のレンズ設計値を，数値実施例２に示す。図４において，４１は光学系であり，焦点距離２４ｍｍのカメラ用広画角レンズである。この光学系において最も入射側の光学面（ｒ０１面）およびｒ０３面には図１に示した薄膜層１２を形成している。薄膜層１２は機械強度を有しているため，ゴミや汚れが付着してしまっても，拭くことができるために，生産性やユーザーのメンテナンス性に優れている。さらに，反射率も図２に示したとおり低いので，ゴーストやフレアなどの有害光の発生も抑制した光学系を実現している。 本実施例では光学系を，カメラ用レンズの広角レンズとしたが，本発明はこれに限定されるものではなく，焦点距離の長い望遠レンズでもよく，さらには双眼鏡などの観察光学系に用いても良い。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【符号の説明】
【００２６】
１１ 基板（レンズ）
１２ 薄膜層
１３ 第一層（アルミナ層）
１４ 第二層（シリカ層）
１５ 複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層
３１，４１ 光学系
３２，４２ 絞り
３３，４３ 撮像素子またはフィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学面を有する光学系であって，
該光学面のうち少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，
該複数の微細な管状空間は，形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列していることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記管状空間は，柱状空間であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記管状空間を有する構造体からなる層は，一軸配向特性を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記管状空間の最大開口径は，４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記管状空間を有する構造体からなる層は，無機酸化物を含有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記無機酸化物は，シリカないしはチタニアであることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層が形成された面は，光学系の最外面であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系は，結像光学系であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項９】
前記光学系は，観察光学系であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系を一つ以上有していることを特徴とする光学機器。
【請求項１】
複数の光学面を有する光学系であって，
該光学面のうち少なくとも一面には，複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層を少なくとも一層有する薄膜層が形成されており，
該複数の微細な管状空間は，形成された光学面の接平面垂直方向において平行に配列していることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記管状空間は，柱状空間であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記管状空間を有する構造体からなる層は，一軸配向特性を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記管状空間の最大開口径は，４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記管状空間を有する構造体からなる層は，無機酸化物を含有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記無機酸化物は，シリカないしはチタニアであることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記複数の微細な管状空間を有する構造体からなる層が形成された面は，光学系の最外面であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系は，結像光学系であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項９】
前記光学系は，観察光学系であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学系を一つ以上有していることを特徴とする光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５９７２３（Ｐ２０１２−１５９７２３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８００（Ｐ２０１１−１９８００）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【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８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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