(57)【要約】【課題】設計の自由度が大きく、かつ量産性の向上、低コスト化、及び光学系の小型化を図った良好な光学性能を有する非球面レンズ等を提供する。【解決手段】基板部材Ａと、該基板部材Ａに形成された異なる組成の部材Ｂとからなる非球面レンズにおいて、基板部材Ａにおける異なる組成の部材Ｂとの境界面は、第１の非球面ＲＡＢであ構成されており、異なる組成の部材Ｂにおける前記境界面と反対側の面は、前記境界面よりも加工精度の高い第２の非球面ＲＡＢで構成されており、所定の条件式を満足することを特徴とする。【選択図】図１
2006106109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部材と、該基板部材に形成された異なる組成の部材とからなる非球面レンズにおいて、
前記基板部材における前記異なる組成の部材との境界面は、第１の非球面で構成されており、
前記異なる組成の部材における前記境界面と反対側の面は、前記境界面よりも加工精度の高い第２の非球面で構成されており、
次の条件式を満足することを特徴とする非球面レンズ。
０．０５０００≦｜Ｎａ−Ｎｂ｜≦０．５００００
ただし、
Ｎａ：前記基板部材の媒質のｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率
Ｎｂ：前記異なる組成の部材の媒質のｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率
【請求項２】
前記基板部材は、光学ガラス材料、金属材料、又は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載の非球面レンズ。
【請求項３】
前記異なる組成の部材は、前記基板部材と異なる組成の光学ガラス材料、又は樹脂材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非球面レンズ。
【請求項４】
前記異なる組成の部材は、特定の波長の光を照射することで硬化する樹脂材料、又は熱エネルギーを照射することで硬化する樹脂材料からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非球面レンズ。
【請求項５】
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の非球面レンズ。
ＰＶＡＢ／ＰＶＢ≦３００
ただし、
ＰＶＡＢ：前記第１の非球面の設計値に対する製造誤差ＰＶ値
ＰＶＢ  ：前記第２の非球面の設計値に対する製造誤差ＰＶ値
【請求項６】
前記第１の非球面の設計値と、前記第２の非球面の設計値とが、略等価であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の非球面レンズ。
【請求項７】
前記異なる組成の部材は、レンズの有効径内で略等厚に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非球面レンズ。
【請求項８】
負の近軸焦点距離を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の非球面レンズ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の非球面レンズを備えていることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面レンズと該非球面レンズを備えた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、非球面レンズをガラスモールドで作製する場合には、高精度な成型を行うことができるレンズの大きさに制約があるため、特に大型の非球面レンズを作製する際の自由度が小さくなる。仮に大型の非球面を成型できる場合でも、製造コストが非常に高くなってしまう。また、非球面レンズを精研削や研磨で作製する場合には、高コストであることは勿論、これに加えて凹面を精研削することは構造上困難であるため、非球面を設計する上で決定的な制約が生じることとなる。
【０００３】
そこで従来、球面研磨したガラス基板等の光学基板上に、非球面を有する樹脂等の光学部材を形成してなる複合型非球面レンズが提案されており、斯かる非球面レンズを実際の光学系に組み込んだ例も提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。しかしながら、斯かる構成の複合型非球面レンズは、ガラス基板の球面と樹脂の非球面の形状とが大きく異なると、樹脂の厚みが大きくなり非球面の成型を高精度に行うことが困難になる。また、温度や湿度等の環境変化によって、形状変化が著しく増大してしまうという欠点がある。このため、大型で樹脂の厚みが大きい複合型非球面レンズは実現することはできなかった。
【０００４】
このような背景において、ガラス基板上に精研削や研磨等によって加工精度の低い非球面を設け、この非球面上に略等厚で加工精度の高い非球面を有する樹脂を形成してなる複合型非球面レンズも提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２０００−２２７５４８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２に開示されている複合型非球面レンズは、ガラス基板上に設けた加工精度の低い非球面が屈折作用をなさないようにするため、ガラス基板として樹脂の屈折率に合わせた低屈折率ガラスが採用されている。したがってこのような技術においては、ガラス基板の屈折率は樹脂の屈折率に固定されてしまうこととなるため、設計の自由度が著しく制限されることとなるという問題があった。
【０００６】
特に、このような複合型非球面レンズを負レンズとして用いて広角レンズや超広角レンズを設計しようとすれば、樹脂の屈折率やアッべ数に合わせた硝材を採用することで、ペッツバール和と軸外色収差を補正することが困難になってしまう。このため、広角レンズや超広角レンズは使用することができなくなってしまう。したがって、ガラス基板上に非球面を設けて、ガラス基板と樹脂に屈折率差を設けた複合型非球面レンズは、提案されていない。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、設計の自由度が大きく、かつ量産性の向上、低コスト化、及び光学系の小型化を図った良好な光学性能を有する非球面レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、
基板部材と、該基板部材に形成された異なる組成の部材とからなる非球面レンズにおいて、
前記基板部材における前記異なる組成の部材との境界面は、第１の非球面で構成されており、
前記異なる組成の部材における前記境界面と反対側の面は、前記境界面よりも加工精度の高い第２の非球面で構成されており、
次の条件式（１）を満足することを特徴とする非球面レンズを提供する。
（１）  ０．０５０００≦｜Ｎａ−Ｎｂ｜≦０．５００００
ただし、
Ｎａ：前記基板部材の媒質のｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率
Ｎｂ：前記異なる組成の部材の媒質のｄ線（波長λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率
【０００９】
また本発明の非球面レンズは、
前記基板部材は、光学ガラス材料、金属材料、又は樹脂材料からなることが望ましい。
【００１０】
また本発明の非球面レンズは、
前記異なる組成の部材は、前記基板部材と異なる組成の光学ガラス材料、又は樹脂材料からなることが望ましい。
【００１１】
また本発明の非球面レンズは、
前記異なる組成の部材は、特定の波長の光を照射することで硬化する樹脂材料、又は熱エネルギーを照射することで硬化する樹脂材料からなることが望ましい。
【００１２】
また本発明の非球面レンズは、
次の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）  ＰＶＡＢ／ＰＶＢ≦３００
ただし、
ＰＶＡＢ：前記第１の非球面の設計値に対する製造誤差ＰＶ値
ＰＶＢ  ：前記第２の非球面の設計値に対する製造誤差ＰＶ値
【００１３】
また本発明の非球面レンズは、
前記第１の非球面の設計値と、前記第２の非球面の設計値とが、略等価であることが望ましい。
【００１４】
また本発明の非球面レンズは、
前記異なる組成の部材は、レンズの有効径内で略等厚に形成されていることが望ましい。
【００１５】
また本発明の非球面レンズは、
負の近軸焦点距離を有することが望ましい。
【００１６】
また本発明は、
上述の非球面レンズを備えた光学装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、設計の自由度が大きく、かつ量産性の向上、低コスト化、及び光学系の小型化を図った良好な光学性能を有する非球面レンズを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（作用）
はじめに、本発明の非球面レンズの基本的な特徴を説明する。
本発明の非球面レンズは、ガラスレンズ等の基板部材と、基板部材に形成された樹脂等の基板部材とは異なる組成の部材とからなる。ここで、以下本明細書において、前記基板部材を「基板部材Ａ」、前記異なる組成の部材を「部材Ｂ」と記して説明する。
そして本発明の非球面レンズは、基板部材Ａにおける部材Ｂとの境界面即ち基板部材Ａの表面に、量産する上で技術的な負荷がかからない程度の低い加工精度で第１の非球面が設けられており、部材Ｂにおける前記境界面と反対側の面に、第１の非球面よりも加工精度の高い第２の非球面が設けられている。
そしてさらに本発明の非球面レンズは、後で詳述するように基板部材Ａの屈折率と部材Ｂの屈折率との差が最適に設定されている。ここで、基板部材Ａの屈折率と部材Ｂの屈折率の差を大きくできることは、設計の自由度を著しく増加できることを意味する。
【００１９】
また、部材Ｂを略等厚となるように形成すれば、第２の非球面を高精度に設けることが容易となり、温度や湿度等の環境変化による形状変化が無視できるほど微小になる。これにより、比較的低コストで加工精度が高く、容易に大量生産が可能な大型の非球面レンズを実現することも可能となる。
ここで、上述の効果を最も発揮するためには、本発明の非球面レンズを、ガラスモールド、精研削や研磨等による加工精度の低い第１の非球面を有するガラス基板に、加工精度の高い第２の非球面を有する紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂等を形成したレンズ、いわゆるガラスと樹脂との複合型非球面レンズとすることが望ましい。
【００２０】
以下、本発明の非球面レンズの条件式について説明する。
上記条件式（１）は、上述した設計自由度の向上効果を最大限に発揮するための条件式である。条件式（１）の上限値を上回ると、基板部材Ａの屈折率Ｎａと部材Ｂの屈折率Ｎｂとの差が著しく大きくなり、許容誤差の限界を越えてしまう。したがって、本発明の非球面レンズを量産する際に光学性能を維持することが困難になってしまう。若しくは、この著しく大きな屈折率の差を維持できるだけの精度で基板部材Ａの表面を非球面加工すれば、コストが増大し本発明を適用する意味が無くなってしまう。
なお、条件式（１）の上限値を０．４に設定することによって、さらなる高性能化、生産性の向上、及び大幅な低コスト化を達成することができ理想的である。また、条件式（１）の上限値を０．３に設定することによって、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００２１】
一方、条件式（１）の下限値を下回ると、基板部材Ａの屈折率Ｎａと部材Ｂの屈折率Ｎｂとの差が著しく小さくなる。しかしこの場合、基板部材Ａの表面の非球面精度を低くすることは可能であるものの、特に基板部材Ａの屈折率を設計上のパラメータとして十分に活用することができなくなる。この結果、基本的な設計性能が低下してしまうため好ましくない。
【００２２】
例えば以下の各実施例に示すように、大画角を有する超広角レンズや超広角ズームレンズにおいて物体側に配置される負レンズいわゆる前玉凹レンズに本発明の非球面レンズを適用する場合、ペッツバール和、歪曲収差、非点収差、及び像面湾曲収差等を良好に補正するために、設計上前記凹レンズの硝材として屈折率がｎｄ＝１．６５〜１．９程度のガラスを使用することが望ましい。また、部材Ｂとして紫外線硬化型樹脂を用いれば、その屈折率はｎｄ＝１．４〜１．５５程度である。したがって、基板部材Ａと部材Ｂとの屈折率を条件式（１）の範囲に設定できれば、良好な光学性能、量産性の向上、低コスト化、及び光学系の小型化を実現することが可能となる。
【００２３】
なお、条件式（１）の下限値を０．１に設定することによって、さらなる高性能化、生産性の向上、大幅な軽量化、及び低コスト化を達成することができる。また、条件式（１）の上限値を０．１３に設定することによって、本発明の効果を最大限に発揮することができる。後述の実施例に示すように、良好な光学性能を維持するためには、これらの下限値に設定することがより好ましい。
【００２４】
また、基板部材Ａとしてガラス基板、樹脂基板、又は金属ミラー等を適用することが可能であり、部材Ｂとして樹脂材料や超低融点ガラス等を適用することが可能である。
また、本発明の非球面レンズがその効果を最大限に発揮するための非球面レンズの製造方法には、いわゆるダイレクトプレスによるガラスモールド非球面レンズ（基板部材Ａに対応）を比較的粗い加工精度（後述の各実施例に示すＰＶＡＢ等の精度レベル）で形成し、当該ガラスモールド非球面レンズの非球面上に、高精度な非球面を備えた紫外線硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂（部材Ｂに対応）を形成する方法が最も適している。また、いわゆる切削研磨による非球面レンズ（基板部材Ａに対応）を比較的粗い加工精度（後述の各実施例に示すＰＶＡＢ等の精度レベル）で形成し、同様に紫外線硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂（部材Ｂに対応）を形成する方法も同じく最も適している。
【００２５】
ここで、非球面の製造誤差について説明を加える。一般に非球面の製造誤差は、パワー誤差とうねり成分とに成分分割して論じられることが多い。パワー誤差とは、球面のニュートン縞の本数による公差に相当し、製造後の非球面形状から近似非球面を求め、この近似非球面と設計値の非球面との屈折力の比較によって発生する誤差を示す。また、うねり成分とは、前記近似非球面と製造後の非球面の各測定点における差を示し、ＰＶ値はそのＰ（山の頂点）とＶ（谷の頂点）との差を示しうねり成分の最大値を示す。例えば、ガラスモールドによる非球面レンズでは、このＰＶ値がレンズ径に比例し悪化する。一般に、４０〜６０ｍｍφ程度のガラスモールド非球面レンズでは、ＰＶ値の精度は０．１μｍレベルは高度な製造方法を必要とする。しかし、ＰＶ値の精度が１μｍ〜１０μｍレベルであれば、容易にしかも低コストでかつ一般的な製造装置で成型することが可能になる。
【００２６】
上記条件式（２）は、良好な光学性能、光学系の小型化、量産性の向上、及び低コスト化を同時に実現するために、基板部材Ａに設けられた第１の非球面と部材Ｂに設けられた第２の非球面の製造誤差ＰＶ値の最適な値を規定するものである。
条件式（２）の上限値を上回ると、基板部材Ａ表面の非球面精度が著しく低くなるため、上記条件式（１）で規定した範囲の硝材を使用した場合に基板部材Ａにおける非球面の製造誤差を無視することができなくなってしまう。
なお、条件式（２）の上限値を１００に設定することによって、さらなる生産性の向上、コストダウン、及び光学系の小型化を達成できる。また、条件式（２）の上限値を８０に設定することによって、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００２７】
また本発明において、条件式（２）の下限値を２以上に設定することが好ましい。
条件式（２）の下限値を下回ると、基板部材Ａ表面の非球面精度が高くなることを意味する。上述のように、本発明の目的は良好な光学性能、光学系の小型化、量産性の向上、及び低コスト化を同時に実現することである。しかしながら、基板部材Ａ表面の非球面精度が高くなることは、特に量産性の向上と低コスト化のメリットをなくしてしまこととなるため好ましくない。
なお、条件式（２）の下限値を２．３以上に設定することによって、さらなる高性能化、生産性の向上、及び光学系の小型化を図ることができる。また、条件式（２）の下限値を２．８以上に設定することによって、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００２８】
また、本発明の非球面レンズは、本発明の効果を最大限に発揮するために、基板部材Ａ表面に設けた第１の非球面の設計値と部材Ｂに設けた第２の非球面の設計値とが、略等価であることが好ましい。これは、レンズの有効径内において部材Ｂが略等厚で形成されていることを意味し、高精度化が容易である。そしてまた温度や湿度等の環境変化による形状変化が無視できるほど微小になるため、部材Ｂの非球面精度を容易に高めることが可能となる。したがって、大型の非球面レンズも比較的低コスト、高精度で、容易に大量生産することができるようになる。
また、本発明の非球面レンズが負の近軸焦点距離を有する構成とすることによって、本発明の効果を最大限に発揮することができる。
【００２９】
以下、本発明の各実施例に係る非球面レンズを備えた光学系、及び該光学系を備えた光学装置について添付図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズのレンズ構成を示す図である。また図２は、本発明の非球面レンズの構成を模式的に示す図である。
図１に示す超広角レンズにおいて、物体側から２番目のレンズLaspに本発明が適用されている。図２に示すようにレンズLaspは、物体側に凸面を向け、像側の凹面に加工精度の低い非球面ＲＡＢが設けられた負メニスカスレンズＡ（基板部材Ａ）と、該レンズＡの像側に形成されており、その像側の面に加工精度の高い非球面ＲＢが設けられている略等厚の樹脂層Ｂ（部材Ｂ）との複合からなる。なお、以上のレンズLaspの構成は、下記の各実施例における本発明を適用した非球面レンズに共通している。
また、物体側から４番目のレンズは、一般的なガラスレンズと樹脂との複合からなる通常の複合型非球面レンズである。
【００３０】
以下の表１に、本発明の第１実施例に係る超広角レンズの諸元の値を掲げる。
（全体諸元）において、ｆは焦点距離、２ωは画角、ＦＮｏ．はＦナンバーをそれぞれ示す。
（レンズデータ）において、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番、ｒiは物体側からｉ番目のレンズ面Ｒiの曲率半径、ｄiはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との光軸上の面間隔、νiはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との間の媒質のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対するアッベ数、ｎiはレンズ面Ｒiとレンズ面Ｒi+1との間の媒質のｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示す。また、BFはバックフォーカスを示す。
【００３１】
ここで、本実施例における非球面は、光軸から垂直方向の高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＣn、非球面うねり成分による振幅（２Ａ＝ＰＶ値に相当）をＡ、非球面うねり成分の周期をＴとするとき、以下の非球面式で表される。
【００３２】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ２／Ｒ）／〔１＋（１−κ・ｙ２／Ｒ２）１／２〕
＋Ｃ３・｜ｙ｜３＋Ｃ4・ｙ４＋Ｃ6・ｙ６
＋Ｃ8・ｙ８＋Ｃ10・ｙ１０＋Ｃ12・ｙ１２＋Ｃ14・ｙ１４
＋Ａ（１−ＣＯＳ（２πｙ/Ｔ））
【００３３】
なお、上記非球面式中のＡ（１−ＣＯＳ（２πｙ/Ｔ））は、周期関数を用い簡易的に非球面の製造誤差のうねりを評価するための項である。本実施例では、この関数によって非球面のうねり成分を発生させ、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の低下を考察している。（レンズデータ）中に記載のCosine func. A、及び T は前記非球面うねり成分を示す項である。
以上のように表される非球面は、（レンズデータ）において米印（＊）を付して曲率半径ｒの欄に近軸曲率半径を掲載し、（非球面データ）においてκ及び各非球面係数を掲載している。また、（非球面データ）において、「E-n」は「×１０−ｎ」を示す。
【００３４】
ここで、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、その他長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われる。しかし光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるため、これに限られるものではない。
尚、以下の全実施例の諸元値においても、本実施例と同様の符号を用いる。
【００３５】
［表１］
（全体諸元）
ｆ＝9.6
２ω＝112.9°
ＦＮｏ．＝2.8
（レンズデータ）
面番号     ｒ        ｄ      ν       ｎ
1)        46.021    3.00   42.72    1.83481
2)        29.874    6.55            1.00000
3)        33.500    2.47   49.52    1.74443
4)        13.772    0.03   38.09    1.55389 ＊（Lasp）
5)        13.772    8.50            1.00000 ＊
6)       163.146    2.00   65.47    1.60300
7)        23.114    4.87            1.00000
8)        37.114    0.50   38.09    1.55389 ＊
9)       181.741    1.80   49.61    1.77250
10)       22.751    6.91            1.00000
11)       25.470    1.80   42.72    1.83481
12)       11.762    9.47   34.47    1.63980
13)      -33.113    2.05            1.00000
14)      -71.189    1.31   42.72    1.83481
15)       10.601    4.79   34.47    1.63980
16)      -62.129    2.50            1.00000
17>     開口絞り    2.50            1.00000
18)       54.894    4.07   41.42    1.57501
19)      -13.690    2.00   42.72    1.83481
20)       37.498    0.53            1.00000
21)       34.587    4.28   64.10    1.51680
22)      -14.289    3.50            1.00000
23)      -58.212    0.80   42.72    1.83481
24)       29.361    4.99   82.52    1.49782
25)      -24.803    0.10            1.00000
26)       52.219    7.00   82.52    1.49782
27)      -16.177    1.00   37.16    1.83400
28)      -25.249   39.58            1.00000
（非球面データ）
第４面（Lasp）
κ        C4            C6            C8            C10
-0.5636   7.84270E-06  -5.71790E-08  -1.74450E-10   4.13950E-13
Cosine func.  A＝0.0100   T＝17.99
第５面
κ        C4            C6            C8            C10
-0.5636   7.84270E-06  -5.71790E-08  -1.74450E-10   4.13950E-13
第８面
κ        C4            C6            C8            C10
-2.4604  -6.08040E-05  -3.80430E-08  -8.53170E-10   6.47390E-12
（条件式対応値）
ＰＶＢ＝0.001（A＝0.0005，T＝16.5 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
ＰＶＡＢ＝0.020（A＝0.0100，T＝16.5 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
（１）  Ｎａ−Ｎｂ＝0.19054
（２）  ＰＶＡＢ／ＰＶＢ＝20.0
【００３６】
ここで、シミュレーションによって非球面うねり成分を発生させた結果について説明する。
図３（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズの無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【００３７】
各図中の設計値のグラフは、上述の周期関数項Ａ（１−ＣＯＳ（２πｙ/Ｔ））が無い状態、即ち製造誤差が全く無い設計値のＭＴＦ値を示している。
また、各図中のＰＶＡＢのグラフは、負メニスカスレンズＡに設けた非球面ＲＡＢに周期関数項Ａ（１−ＣＯＳ（２πｙ/Ｔ））の製造誤差量を発生させた場合のＭＴＦ値を示している。
また、各図中のＰＶＢのグラフは、レンズデータ上の数値と異なり、非球面レンズLaspをガラスと樹脂との複合型非球面レンズではなく、同じ非球面を有するガラス非球面レンズで置き換え、その非球面部分に周期関数項Ａ（１−ＣＯＳ（２πｙ/Ｔ））と同じ製造誤差量を与えた場合のＭＴＦ値を示している。
【００３８】
このとき、Ｎａ−Ｎｂ＝0.19054の差では、振幅Ａは製造誤差の範囲として１０μｍ程度を許容可能であることがわかる。したがって製造許容誤差は、うねり成分ＰＶ値＝２０μｍあることになる。図３（ａ），（ｂ）に示す本実施例のシミュレーション結果を見れば、本発明の絶大な効果を一目瞭然に確認することができる。
【００３９】
（第２実施例）
図４は、本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズのレンズ構成とズーミング時の移動軌跡を示す図である。
図４に示すように本実施例のズームレンズは、物体側から順に負レンズ群と正レンズ群とからなるいわゆる負正二群ズームレンズである。本実施例において非球面は、最も物体側のレンズと、ガラスと樹脂の複合からなる複合型非球面レンズである物体側から３番目のレンズと、ガラス非球面レンズである最も像側のレンズに備えられている。本実施例では、最も物体側のレンズLaspに本発明が適用されている。
以下の表２に、本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズの諸元の値を掲げる。
【００４０】
［表２］
（全体諸元）
ｆ＝12.3〜23.3
２ω＝62.0〜98.8°
ＦＮｏ．＝4
（レンズデータ）
面番号     ｒ        ｄ      ν       ｎ
1)        78.092    2.00   49.55    1.74443 ＊
2)        19.627    0.03   38.09    1.55389 ＊（Lasp）
3)        19.627   16.65            1.00000 ＊
4)       242.623    5.00   40.75    1.58144
5)       -65.892    1.50   49.61    1.77250
6)        16.100    0.10   38.09    1.55389
7)        16.226    4.80            1.00000 ＊
8)        23.329    4.00   27.51    1.75520
9)        94.104     d9             1.00000
10)       30.681    0.90   52.67    1.74100
11)       16.891    3.00   45.79    1.54814
12)      -82.956    3.43            1.00000
13>       開口絞り  1.00            1.00000
14)    -4845.745    9.00   82.52    1.49782
15)      -11.960    1.35   46.58    1.80400
16)      -24.952    6.95            1.00000
17)      774.899    0.90   39.59    1.80440
18)       20.088    6.50   82.52    1.49782
19)      -15.314    1.00            1.00000
20)      -19.829    2.00   57.44    1.60602 ＊
21)      -23.826    B.f.            1.00000 ＊
（非球面データ）
第１面
κ        C4            C6            C8            C10
-13.9624   7.03860E-07   1.23420E-10   2.35070E-13   4.78750E-16
C12
0.13662E-18
第２面（Lasp）
κ        C4            C6            C8            C10
-0.6055  -4.77700E-06  -3.12450E-09   1.23680E-12   3.39710E-15
C3            C12           C14
0.26968E-04   0.16057E-16   0.41171E-20 
Cosine func.  A＝0.010   T＝21.82
第３面
κ        C4            C6            C8            C10
-0.6055  -4.77700E-06  -3.12450E-09   1.23680E-12   3.39710E-15
C3            C12           C14
0.26968E-04   0.16057E-16   0.41171E-20
第７面
κ        C4            C6            C8            C10
0.3414   3.67940E-05  -6.97010E-08   7.16180E-10  -3.18200E-12
C3            C12           C14
0.25582E-04   0.19011E-16   0.32012E-17
第２０面
κ        C4            C6            C8            C10
1.4732  -3.87640E-06  -6.02020E-08  -9.02410E-10  -1.90620E-12
C3
0.37935E-05 
第２１面
κ        C4            C6            C8            C10
0.6403  -1.91950E-06  -7.62310E-08  -3.70540E-10  -4.03920E-12
C3
-0.81158E-06 
(可変間隔データ)
広角端状態  中間焦点距離状態  望遠端状態
f       12.300        18.000         23.300
d9      25.878         9.804          1.914
B.f     37.966        48.367         58.026
（条件式対応値）
ＰＶＢ＝0.001（A＝0.0005，T＝18.0 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
ＰＶＡＢ＝0.004（A＝0.0020，T＝18.0 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
（１）  Ｎａ−Ｎｂ＝0.19054
（２）  ＰＶＡＢ／ＰＶＢ＝4.0
【００４１】
ここで、シミュレーションによって非球面うねり成分を発生させた結果について説明する。
図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズの広角端状態で無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズの望遠端状態で無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【００４２】
このとき、Ｎａ−Ｎｂ＝0.19054の差では、振幅Ａは１０μｍの差において本発明の効果によって明らかに非球面公差が緩和されている。図５（ａ），（ｂ）と図６（ａ），（ｂ）に示す本実施例のシミュレーション結果を見れば、本発明の絶大な効果を一目瞭然に確認することができる。
【００４３】
（第３実施例）
図７は、本発明の第３実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
図７に示す超広角レンズは、基本的に上記第１実施例の超広角レンズと同様の構成であり、物体側から２番目のレンズLaspに本発明が適用されている。
以下の表３に、本発明の第３実施例に係る超広角レンズの諸元の値を掲げる。
【００４４】
［表３］
（全体諸元）
ｆ＝9.6
２ω＝112.9°
ＦＮｏ．＝2.8
（レンズデータ）
面番号     ｒ        ｄ      ν       ｎ
1)        46.0209   3.00   42.72    1.83481
2)        29.8742   6.55
3)        33.4995   2.47   49.52    1.74443
4)        13.7722   0.03   53.22    1.69350 ＊（Lasp）
5)        13.7722   8.50                    ＊
6)       163.1457   2.00   65.47    1.60300
7)        23.1139   4.87
8)        37.1136   0.50   38.09    1.55389 ＊
9)       181.7413   1.80   49.61    1.77250
10)       22.7507   6.91
11)       25.4702   1.80   42.72    1.83481
12)       11.7615   9.47   34.47    1.63980
13)      -33.1129   2.05
14)      -71.1891   1.31   42.72    1.83481
15)       10.6009   4.79   34.47    1.63980
16)      -62.1288   2.50
17)       開口絞り  2.50
18)       54.8944   4.07   41.42    1.57501
19)      -13.6904   2.00   42.72    1.83481
20)       37.4980   0.53
21)       34.5873   4.28   64.10    1.51680
22)      -14.2889   3.50
23)      -58.2123   0.80   42.72    1.83481
24)       29.3607   4.99   82.52    1.49782
25)      -24.8031   0.10
26)       52.2185   7.00   82.52    1.49782
27)      -16.1773   1.00   37.16    1.83400
28)      -25.2494  39.58
（非球面データ）
第４面（Lasp）
κ        C4            C6            C8            C10
-0.5636   7.84270E-06  -5.71790E-08  -1.74450E-10   4.13950E-13
Cosine func.  A＝0.010   T＝17.99
第５面
κ        C4            C6            C8            C10
-0.5636   7.84270E-06  -5.71790E-08  -1.74450E-10   4.13950E-13
第８面
κ        C4            C6            C8            C10
-2.4604  -6.08040E-05  -3.80430E-08  -8.53170E-10   6.47390E-12
（条件式対応値）
ＰＶＢ＝0.001（A＝0.0005，T＝16.5 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
ＰＶＡＢ＝0.040（A＝0.0200，T＝16.5 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
（１）  Ｎａ−Ｎｂ＝0.05093
（２）  ＰＶＡＢ／ＰＶＢ＝40.0
【００４５】
ここで、シミュレーションによって非球面うねり成分を発生させた結果について説明する。
図８（ａ），（ｂ）は、本発明の第３実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズの無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【００４６】
本実施例では、Ｎａ−Ｎｂ＝0.05093と比較的屈折率の差が小さい場合の検証を行なっている。このような屈折率差であれば、明らかに本発明の効果によって非球面の公差は緩和されている。Ｎａ−Ｎｂ＝0.05093の差では、振幅Ａ＝１０μｍ程度では製造誤差と認識できないことがわかる。したがって製造許容誤差は、うねり成分ＰＶ値＝２０μｍをはるかに越えることも可能である。振幅Ａ＝２０〜５０μｍの製造誤差を許容可能であることをさらなるシミュレーションで理解できる。図８（ａ），（ｂ）に示す本実施例のシミュレーション結果を見れば、本発明の絶大な効果を一目瞭然に確認することができる。
【００４７】
（第４実施例）
図９は、本発明の第４実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
図９に示す超広角レンズも、基本的に上記第１実施例の超広角レンズと同様の構成であり、物体側から２番目のレンズLaspに本発明が適用されている。
以下の表４に、本発明の第４実施例に係る超広角レンズの諸元の値を掲げる。
【００４８】
［表４］
（全体諸元）
ｆ＝9.6
２ω＝112.9°
ＦＮｏ．＝3.5
（レンズデータ）
面番号     ｒ        ｄ      ν       ｎ
1)        46.0209   3.00   42.72    1.83481
2)        29.8742   6.55
3)        33.4123   2.47   40.77    1.88300
4)        13.7860   0.03   65.77    1.46450 ＊（Lasp）
5)        13.7860   8.50                    ＊
6)        83.4384   2.00   65.47    1.60300
7)        21.3241   4.10
8)        31.4137   0.50   38.09    1.55389 ＊
9)        76.9429   1.80   49.61    1.77250
10)       17.7035   6.91
11)       17.2603   1.80   42.72    1.83481
12)       11.1396   9.47   34.47    1.63980
13)      -69.6428   2.05
14)    -1066.2089   1.31   42.72    1.83481
15)        9.7677   4.79   34.47    1.63980
16)      -83.7543   2.50
17)       開口絞り  2.50
18)      450.6969   3.79   41.42    1.57501
19)      -11.7053   2.00   42.72    1.83481
20)       46.2041   0.10
21)       32.1479   3.76   64.10    1.51680
22)      -15.2302   3.50
23)      -54.4190   0.80   42.72    1.83481
24)       28.7972   5.16   82.52    1.49782
25)      -22.8428   0.10
26)       47.6630   7.00   82.52    1.49782
27)      -14.7956   1.00   37.16    1.83400
28)      -21.5250  39.62
（非球面データ）
第４面（Lasp）
κ        C4            C6            C8            C10
-0.5636   8.07120E-06  -2.49050E-08  -1.79540E-10   2.63530E-13
Cosine func.  A＝0.010   T＝16.48000
第５面
κ        C4            C6            C8            C10
-0.5636   8.07120E-06  -2.49050E-08  -1.79540E-10   2.63530E-13
第８面
κ        C4            C6            C8            C10
-2.4604  -5.18800E-05  -8.90140E-08  -3.13960E-13  -2.56520E-13
（条件式対応値）
ＰＶＢ＝0.001（A＝0.0005，T＝16.5 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
ＰＶＡＢ＝0.003（A＝0.0015，T＝16.5 にて計算した場合、ＭＴＦの低下量は略一致）
（１）  Ｎａ−Ｎｂ＝0.4185
（２）  ＰＶＡＢ／ＰＶＢ＝3.0
【００４９】
ここで、シミュレーションによって非球面うねり成分を発生させた結果について説明する。
図１０（ａ），（ｂ）は、本発明の第４実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズの無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【００５０】
本実施例では、Ｎａ−Ｎｂ＝0.41845と屈折率の差が非常に大きい場合の検証を行なっている。このような屈折率差では性能劣化は認められるが、このＭＴＦ値でも許容可能な光学系もある。注目すべき点は、振幅Ａ＝１０μｍ程度の製造誤差であっても、等価のガラス非球面レンズを用いた場合の製造誤差に対する敏感度に比べ、本発明の非球面レンズは遥かに敏感度が低い、即ち公差が緩いことである。図１０（ａ），（ｂ）に示す本実施例のシミュレーション結果を見れば、本発明の絶大な効果を一目瞭然に確認することができる。
【００５１】
なお、以上に述べた本発明の各実施例を用い、非球面式のパラメータＴ，Ａを自在に変化させることによって、表記数値以外の数値による検証を行うことも当然可能である。
また、上記条件式（２）において製造誤差ＰＶ値（ＰＶＡＢ及びＰＶＢ）は、任意でかつ同じ値のパラメータＴとパラメータＡを用い、さらに変化させて、特定の焦点距離の像高におけるＭＴＦの低下量が略同じになったＰＶＡＢ及びＰＶＢ値を求めて検証している。そしてさらに、その結果に一般的な複合型非球面レンズの量産製造レベル（製造限界値）を考慮して条件式（２）の設定を行っている。
なお、本発明の非球面レンズで検証したＭＴＦ値は白色ウエイトによるものである。したがって条件式（２）の対応値は、製造誤差の許容量を決定する手法によって変化することは言うまでもない。
【００５２】
上記各実施例によれば、設計の自由度が大きく、かつ量産性の向上、低コスト化、及び光学系の小型化を図った良好な光学性能を有する非球面レンズを実現することができる。そしてこの非球面レンズを超広角レンズやズームレンズ等の光学系に用いることで、光学系全体の小型化を図ることができる。
【００５３】
次に、上記第１実施例の超広角レンズを備えた一眼レフカメラについて説明する。図１１は、本発明の第１実施例の超広角レンズを備えた一眼レフカメラの構成を示す図である。
上記第１実施例の超広角レンズを備えた一眼レフカメラは、図１１に示すように上記第１実施例の超広角レンズを、撮影光学系１としてカメラ本体２に備えている。そしてカメラ本体２内には被写体（不図示）側から順に、撮影光学系１を介し、ミラー３と、焦点板４と、プリズム５と、接眼レンズ６とがファインダー光学系として配置されており、また、ミラー３の背後には撮像素子７が配置されている。
【００５４】
斯かる構成の下、ファインダー観察時には、被写体光は、撮影レンズ１、ミラー３、焦点板４、プリズム５、接眼レンズ６を介して観察者の眼に導かれ肉眼観察される。そして撮影時には、ミラー３が光路外へ退避し、被写体光は撮像素子６へ導かれて被写体の撮影がなされる。
なお、ここでは撮影光学系１として第１実施例の超広角レンズを用いているが、これに限られず上記各実施例のズームレンズや超広角レンズを用いることも当然可能である。
【００５５】
以上より、設計の自由度が大きく、かつ量産性の向上、低コスト化、及び光学系の小型化を図った良好な光学性能を有する非球面レンズを備えた備えた一眼レフカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図２】本発明の非球面レンズの構成を模式的に示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズの無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズのレンズ構成を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズの広角端状態で無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施例に係る非球面レンズを備えたズームレンズの望遠端状態で無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明の第３実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズの無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズのレンズ構成を示す図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、本発明の第４実施例に係る非球面レンズを備えた超広角レンズの無限遠合焦状態において、開放絞り時のサジタル像面（図中、Ｓ像と記載），メリジオナル像面（図中、Ｍ像と記載）の像高0mmから14.2mmまでの30(l/mm)のコントラスト低下による性能劣化をそれぞれ示すＭＴＦ図である。
【図１１】本発明の第１実施例の超広角レンズを備えた一眼レフカメラの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
Lasp    本発明の非球面レンズ
Ａ      基板部材（負メニスカスレンズ）
Ｂ      基板部材と異なる組成の部材（樹脂層）
ＲＡＢ  加工精度の低い非球面（第１の非球面）
ＲＢ    加工精度の高い非球面（第２の非球面）
Ｉ      像面
Ｗ      広角端状態
Ｔ      望遠端様態
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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