JP3713105B2 - 長焦点対物レンズ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、天体望遠鏡等に用いられる口径比１：６、半画角２〜５°程度の長焦点対物レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
天体望遠鏡用の対物レンズは、一般に１枚の正レンズと１枚の負レンズとを組み合わせて構成されている。ただし、この構成では、色収差の二次スペクトルを十分に抑えることができない。
【０００３】
一方、特開昭５７−９３３０９号公報、特開平５−６０９６９号公報には、大口径化、広角化の要求を満たすため、物体側に正負２枚で構成される第１レンズ群を配置すると共に、第１レンズ群の像面近傍に像面湾曲を補正するための第２レンズ群を配置して構成される対物レンズが開示されている。これらの公報に開示されるレンズでは、特殊な硝材を利用することにより可視域での色収差が二次スペクトルも含めて小さく抑えられている。
【０００４】
ただし、これらの対物レンズは可視域外の近紫外域、近赤外域においては、比較的大きな色収差を発生させるため、可視域外に感度を持つ特殊フィルムやＣＣＤ等の撮像素子により撮影すると十分な結像性能が得られないという問題がある。
【０００５】
また、上述した従来の構成では、第２群は主として像面湾曲の補正効果を負担するのみであり、色収差、球面収差の補正効果の殆どの部分を第１群の正負レンズの対向する２面が負担しているため、球面収差の色収差が発生するという問題がある。
【０００６】
これに対して、特公昭５４−１６８５４号公報には、２枚の正レンズと１枚の負レンズとを組み合わせて色収差と球面収差との補正効果を各面に分散して球面収差の色収差を抑えた対物レンズが開示される。ただし、物体側の最もレンズ径が大きくなる位置に３枚のレンズを配置することは、少なくとも最も物体側には２枚のレンズしか設けられていない他の構成と比較して対物レンズ全体の重量、コストが著しく増大するという問題がある。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、最も物体側のレンズ群の枚数を増やすことなく、球面収差の色収差の発生を抑えることができ、しかも、近紫外域から近赤外域までの広い波長範囲に亙って色収差の発生を抑えることができる大口径、広画角の長焦点対物レンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる長焦点対物レンズは、共に正のパワーを持つ第１レンズ群と第２レンズ群とのパワーをバランスよく配分することにより球面収差、色収差の補正効果を各群に分散し、かつ、色収差の二次スペクトルが広い波長範囲に亙って小さく抑えられるよう各レンズ群を構成するレンズの部分分散比を設定している。物体側の第１レンズ群は、１枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成され、以下の条件(１)(２)(３)を満たすことにより、径の大きいレンズの枚数を増やすことなく諸収差を補正できるよう設計されている。
１．１０＜ｆI／ｆ＜２．００ …(１)
｜θp−θn｜＜０．０２ …(２)
０．３＜Ｌ／ｆ＜０．６ …(３)
ただし、
ｆ：全系の焦点距離、
ｆI：第１レンズ群の焦点距離、
θp，θn：それぞれ正レンズ、負レンズの(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)で表される部分分散比の平均、
Ｌ：第１、第２レンズ群の間隔である。
なお、θpは、全系で正レンズが１枚しか含まれない場合には当該正レンズの部分分散比となり、正レンズが複数枚含まれる場合には各正レンズの部分分散比の平均値となる。同様に、θnは、負レンズが１枚の場合にはそのレンズの部分分散比、複数枚含まれる場合には各負レンズの部分分散比の平均値となる。
【０００９】
条件(１)は、対物レンズ全系のパワーに対する第１レンズ群のパワーの比率を規定する。この条件を満たすことにより第１レンズ群と第２レンズ群とのパワーのバランスをとって球面収差の色収差を小さく抑えることができる。
【００１０】
条件(１)の上限を越える場合には、第１レンズ群のパワーが過小となって光束が絞られないため、これをカバーするために第２レンズ群の径が大きくなり、重量、コストが上昇する。条件(１)の下限を下回る場合には、第１レンズ群のパワーが過大となり、球面収差、色収差の補正作用の殆どを第１レンズ群が負担することとなり、球面収差の色収差が大きくなる。
【００１１】
条件(２)は、全系を構成する正レンズと負レンズとの部分分散比の差を規定する。この条件を満たすことにより、色収差補正後に残存する二次スペクトルを広い波長範囲に亙って小さく抑えることができる。条件(２)の上限を越える場合には、色収差の二次スペクトルが大きく発生し、波長によっては良好な結像性能が得られなくなる。
【００１２】
条件(３)は、第１、第２レンズ群の間隔を規定する。この条件を満たすことにより、第２レンズ群のレンズ径を小さく保つと共に、収差補正効果をバランスよく配分することができる。
【００１３】
条件(３)の上限を越える場合には、第２レンズ群の位置が第１レンズ群から大きく離れるため、条件(１)で定められた第１レンズ群のパワーに対して相対的に第２レンズ群のパワーを大きく設定しなければならず、収差補正効果のバランスが崩れ球面収差の色収差が大きく発生する。条件(３)の下限を下回る場合には、群間距離が過小となり、光束が十分絞られない位置に第２レンズ群が配置されることとなるために第２レンズ群のレンズ径が過大となり、重量、コストが嵩む。
【００１４】
また、この発明の長焦点対物レンズは、第２レンズ群を１枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成することが望ましい。この場合、以下の条件(４)(５)(６)(７)を満たすことが望ましい。
０．１＜ｆIIp／ｆ＜０．７ …(４)
−０．７＜ｆIIn／ｆ＜−０．１ …(５)
νIIp＞６０ …(６)
ｎIIn＜１．６ …(７)
ただし、
ｆIIp：第２レンズ群の正レンズの焦点距離、
ｆIIn：第２レンズ群の負レンズの焦点距離、
νIIp：第２レンズ群の正レンズのアッベ数、
ｎIIn：第２レンズ群の負レンズのｄ線の屈折率である。
【００１５】
条件(４)(５)は、それぞれ第２レンズ群に含まれる正レンズと負レンズとのパワーを規定する。この条件を満たすことにより、第２レンズ群の球面収差補正効果を適度に保ち、球面収差の色収差の発生を抑えることができる。
【００１６】
条件(４)の上限を越える場合、あるいは条件(５)の下限を下回る場合には、第２レンズ群での球面収差補正効果が過小となり、条件(４)の下限を下回る場合、あるいは条件(５)の上限を越える場合には、第２レンズ群の球面収差補正効果が過大となり、いずれの場合にも第１レンズ群との球面収差補正効果の配分バランスが崩れ、球面収差の色収差が発生する。
【００１７】
条件(６)は、第２レンズ群の正レンズの分散を規定する。この条件を満たすことにより、条件(４)を満たすよう設定された第２レンズ群の正レンズでの色収差の発生を抑え、第２レンズ群の負レンズによる補正が容易となる。
【００１８】
条件(６)の下限を下回る場合には、第２レンズ群の正レンズで発生する色収差が過大となり、第２レンズ群全体としての色収差の発生を抑えることができない。
【００１９】
条件(７)は、第２レンズ群の負レンズの屈折率を規定する。色収差の補正を主眼におく場合、正レンズには低分散の硝材を用いることが望ましい。しかしながら、一般に低分散の硝材は屈折率も低いため、正レンズに低分散の硝材を用いることはペッツバール和を大きくする原因となる。そこで、負レンズに条件(７)を満たす低屈折率の硝材を用いることにより、ペッツバール和を０に近づけ、像面湾曲の発生を抑えることが望ましい。条件(７)の上限を越える場合には、ペッツバール和が過大となって像面湾曲が過大となり、広い画角に亙って平坦な像面を得ることが困難になる。
【００２０】
さらに、色収差の発生をより低く抑えるためには、以下の条件(８)(９)を満たすことが望ましい。
νIp＞７０ …(８)
νIn＞４５ …(９)
ただし、
νIp：第１レンズ群の正レンズのアッベ数、
νIn：第１レンズ群の負レンズのアッベ数である。
【００２１】
条件(８)は、色収差の発生量が最も大きい第１レンズ群の正レンズの分散を規定する。この条件を満たすことにより、色収差の発生を小さく抑えることができる。条件(８)の下限を下回る場合には、このレンズで発生した色収差を他のレンズで補正することが困難となり、良好な性能が得られなくなる。
【００２２】
条件(９)は、第１レンズ群の負レンズの分散を規定する。この条件を満たすことにより、第１レンズ群内での色収差補正効果を適切な範囲に設定し、第２レンズ群による色収差補正効果とのバランスをとることができる。条件(９)の下限を下回る場合には、第１レンズ群での色収差補正効果が過大となり、球面収差の色収差の発生量が大きくなる。
【００２３】
第１レンズ群は、物体側より順に、両凸の正レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとが配列して構成され、あるいは、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正レンズとが配列して構成される。前者の構成を採用する場合には条件(１０)、後者の構成を採用する場合には条件(１１)を満たすことが望ましい。
−１．６＜ｒ1／ｒ2＜−０．４ …(１０)
ｄ2／ｆ＜０．０２ …(１１)
ただし、
ｒ1,ｒ2：第１レンズ群の正レンズの物体側、および像側の曲率半径、
ｄ2：第１レンズ群の正レンズと負レンズとの間隔である。
【００２４】
条件(１０)は、第１レンズ群の物体側に設けられた正レンズの形状を規定する。この条件を満たすことにより、第１レンズ群での球面収差補正作用を適度に設定し、第２レンズ群との球面収差補正効果のバランスを適度に保つことができる。
【００２５】
条件(１０)の上限を越える場合には、第１レンズ群の球面収差補正効果が過小となり、逆に下限を下回る場合には、第１レンズ群の球面収差補正効果が過大となり、いずれの場合にも第２レンズ群との球面収差補正効果のバランスが崩れ、球面収差の色収差が大きくなる。
【００２６】
条件(１１)は、第１レンズ群の正負レンズの間隔を規定する。この発明の対物レンズでは、色収差の発生を抑えるために正レンズに低分散の硝材を使用することが望ましいが、低分散の硝材は一般に硬度か低く、これが最も物体側に配置されるとキズが付きやすい。正レンズを負レンズより像側に設けた場合には、負レンズにカバーガラスとしての機能を持たせ、正レンズを外部から保護することができる。
【００２７】
ただし、最も物体側に負レンズを配置する場合、正レンズと負レンズとの間隔が大きいと、負レンズにより発散された光束をカバーするために正レンズの径が過大となる。そこで、この場合には、条件(１１)を満たすことにより、正レンズの径を適度に抑えることが望ましい。
【００２８】
条件(１１)の上限を越える場合には、第１レンズ群の正レンズの径が過大となり、重量、コストが増加する。
【００２９】
なお、像面湾曲の発生を抑えるためには、以下の条件(１２)を満たすことが望ましい。
ｎIIp／ｎIIn＞１．０ …(１２)
ただし、
ｎIIp,ｎIIn：第２レンズ群の正レンズおよび負レンズのｄ線における屈折率である。
【００３０】
条件(１２)は、第２レンズ群の正レンズの屈折率を負レンズの屈折率より大きく設定することを規定する。この条件を満たすことにより、ペッツバール和を０に近づけ、像面湾曲を小さく抑えることができる。条件(１２)の下限を下回る場合には、ペッツバール和が過大となり、像面湾曲を小さく抑えることができなくなる。
【００３１】
上記の各条件を満たすことにより、広い波長範囲に亙って色収差の二次スペクトルが小さく、Ｆナンバーが１：６程度と大口径でありながら球面収差の色収差が小さく、半画角２〜５°という比較的広い画面範囲において像面湾曲が小さく抑えられた対物レンズを得ることができる。
【００３２】
【実施例】
以下、この発明にかかる長焦点対物レンズの実施例を８例説明する。
【００３３】
図１は、この発明の実施例１にかかる長焦点対物レンズを示す。実施例のレンズは、いずれも正の第１レンズ群Ｇ1と、これから離れて配置された正の第２レンズ群Ｇ2とから構成される。実施例１〜６では、第１レンズ群Ｇ1が物体側より順に両凸の第１レンズＬ1と物体側に凹面を向けた負の第２レンズＬ2とが配列して構成され、第２レンズ群Ｇ2が両凸の第３レンズＬ3と両凹の第４レンズＬ4とから構成される。
【００３４】
実施例１の具体的な数値構成は、表１に示される。表中、ＦNO.はレンズのFナンバー、ｆは焦点距離、ωは半画角、ｒは曲率半径、ｄは面間隔、ｎはｄ線(588nm)での屈折率、νはアッベ数である。
【００３５】
図２は、実施例１の諸収差図であり、(Ａ)がｄ線、ｈ線(405nm)、Ｃ線(656nm)、Ｆ線(486nm)、Ａ'線(768nm)における球面収差で表される色収差、(Ｂ)が非点収差(S:サジタル、M:メリディオナル)、(Ｃ)が歪曲収差をそれぞれ示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表２〜表６は、この発明の実施例２〜６にかかる長焦点対物レンズの具体的な数値構成を示し、図３〜７は各実施例の諸収差を示す。実施例２〜６は、レンズの構成は実施例１とほぼ同様であるためレンズ図の記載は省略する。
【００３８】
【表２】

【００３９】
【表３】

【００４０】
【表４】

【００４１】
【表５】

【００４２】
【表６】

【００４３】
図８は、この発明の実施例７にかかる長焦点対物レンズを示す。実施例７，８では、第１レンズ群Ｇ1の第１レンズＬ1が物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第２レンズＬ2が物体側に凸面を向けた正レンズである。また、実施例７では、第２レンズ群Ｇ2の第３レンズＬ3が物体側に凹面を向けた正のメニスカスレンズであり、第４レンズＬ4が物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズである。実施例７の具体的な数値構成は表７、諸収差は図９に示される。
【００４４】
【表７】

【００４５】
表８は、この発明の実施例８にかかる長焦点対物レンズの具体的な数値構成を示す。レンズの構成は実施例７とほぼ同様であるためレンズ図の記載は省略する。実施例７との違いは、第２レンズ群Ｇ2の第３レンズＬ3が両凸レンズ、第４レンズＬ4が両凹レンズである点である。図１０は実施例８の諸収差を示す。
【００４６】
【表８】

【００４７】
以下の表９は、上述した各条件と各実施例との対応を示す。表中の記号θ1〜θ4で表される欄の数値は、各実施例における第１レンズ〜第４レンズのそれぞれの部分分散比である。各実施例共に対応する全ての条件を満たしている。
【００４８】
【表９】

【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１レンズ群と第２レンズ群とに色収差、球面収差の補正効果を分散して持たせることにより、球面収差の色収差を小さく抑えると共に、広い波長範囲に亙って色収差の二次スペクトルを小さく抑えることができる。したがって、可視域のみでなく、近紫外、近赤外に感度を持つフィルムや撮像素子を用いて撮影する場合にも、結像性能を良好に保ち、コントラストの高い画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例１にかかる長焦点対物レンズを示すレンズ図である。
【図２】 実施例１の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図３】 実施例２の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図４】 実施例３の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図５】 実施例４の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図６】 実施例５の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図７】 実施例６の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図８】 この発明の実施例７にかかる長焦点対物レンズを示すレンズ図である。
【図９】 実施例７の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【図１０】 実施例８の長焦点対物レンズの諸収差を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｇ1 第１レンズ群
Ｌ1 第１レンズ
Ｌ2 第２レンズ
Ｇ2 第２レンズ群
Ｌ3 第３レンズ
Ｌ4 第４レンズ

Claims (6)

1. 物体側より順に、１枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成される正の第１レンズ群と、正の第２レンズ群とが配列して構成され、以下の条件(１)(２)(３)を満たすことを特徴とする長焦点対物レンズ。
   １．１０＜ｆI／ｆ＜２．００ …(１)
   ｜θp−θn｜＜０．０２ …(２)
   ０．３＜Ｌ／ｆ＜０．６ …(３)
   ただし、
   ｆ：全系の焦点距離、
   ｆI：第１レンズ群の焦点距離、
   θp，θn：それぞれ正レンズ、負レンズの(ｎg−ｎF)／(ｎF−ｎC)で表される部分分散比の平均、
   Ｌ：第１、第２レンズ群の間隔である。
2. 前記第２レンズ群は、１枚の正レンズと１枚の負レンズとから構成され、以下の条件(４)(５)(６)(７)を満たすことを特徴とする請求項１に記載の長焦点対物レンズ。
   ０．１＜ｆIIp／ｆ＜０．７ …(４)
   −０．７＜ｆIIn／ｆ＜−０．１ …(５)
   νIIp＞６０ …(６)
   ｎIIn＜１．６ …(７)
   ただし、
   ｆIIp：第２レンズ群の正レンズの焦点距離、
   ｆIIn：第２レンズ群の負レンズの焦点距離、
   νIIp：第２レンズ群の正レンズのアッベ数、
   ｎIIn：第２レンズ群の負レンズのｄ線の屈折率である。
3. 以下の条件(８)(９)を満たすことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の長焦点対物レンズ。
   νIp＞７０ …(８)
   νIn＞４５ …(９)
   ただし、
   νIp：第１レンズ群の正レンズのアッベ数、
   νIn：第１レンズ群の負レンズのアッベ数である。
4. 前記第１レンズ群は、物体側より順に、両凸の正レンズと物体側に凹面を向けた負レンズとが配列して構成され、以下の条件(１０)を満たすことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の長焦点対物レンズ。
   −１．６＜ｒ1／ｒ2＜−０．４ …(１０)
   ただし、
   ｒ1,ｒ2：第１レンズ群の正レンズの物体側、および像側の曲率半径である。
5. 前記第１レンズ群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正レンズとが配列して構成され、以下の条件(１１)を満たすことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の長焦点対物レンズ。
   ｄ2／ｆ＜０．０２ …(１１)
   ただし、
   ｄ2：第１レンズ群の正レンズと負レンズとの間隔である。
6. 以下の条件(１２)を満たすことを特徴とする請求項２に記載の長焦点対物レンズ。
   ｎIIp／ｎIIn＞１．０ …(１２)
   ただし、
   ｎIIp,ｎIIn：第２レンズ群の正レンズおよび負レンズのｄ線における屈折率である。

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