JP4404591B2 - 紫外線用撮像系 - Google Patents

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Description

本発明は、紫外線撮像装置等に用いる紫外線用撮像系に関し、特に歪曲収差が良好に補正された紫外線用撮像系（撮影系）に関する。
従来の紫外線用撮像系としては、特許第２８５８６３９号、特許第３０４２７６６号のような広角レンズ、あるいは特開平１０-１０４５１０号公報のような画角の狭い狭波長帯域向の収束用レンズが知られている。
しかし、前者の広角レンズは、一般撮影では良好な結像性能を示すものの歪曲収差に関しては補正が十分になされておらず、画像の歪みを嫌う撮影には不向きである。また後者の画角の狭い狭波長帯域向の収束用レンズは、画角約2゜と撮影範囲が狭すぎ、近距離撮影に用いる撮像系（撮影系）としては不向きである。
特許第２８５８６３９号公報 特許第３０４２７６６号公報 特開平１０−１０４５１０号公報
本発明は、歪曲収差及び２８０ｎｍ〜３６５ｎｍの波長領域での色収差を良好に補正し、かつ18゜程度の画角を有する紫外線用撮像系を得ることを目的とする。また、本発明は、バックフォーカスの大きい紫外線用撮像系を得ることを目的とする。
本発明による紫外線用撮像系は、物体側から順に、負の第１レンズ、正の第２レンズ、正の第３レンズ、負の第４レンズ、負の第５レンズ、正の第６レンズ、正の第７レンズ、及び負の第８レンズを有し、次の条件式（１）ないし（７）を満足することを特徴としている。
（１）−３＜ｆ／ｒ１＜−０．５
（２）６５＜ν（ALL）
（３）０＜ν330(P)−ν330(N)＜１０
（４）−０．５＜ｆ／ｆ 1-2 ＜０．１
（５）０．２＜ｆ／ｆ 3-4 ＜０．８
（６）０．２＜ｆ／ｆ 5-6 ＜０．８
（７）−０．５＜ｆ／ｆ 7-8 ＜０．１
但し、
ｆ：波長３３０ｎｍにおける全系の焦点距離、
ｒ１：負の第１レンズの物体側の面の曲率半径、
ν（ALL）：全レンズの硝材のｄ線のν値（アッベ数）、
ν＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC）
ｎd：ｄ線に対する屈折率、
ｎF：Ｆ線に対する屈折率、
ｎC：Ｃ線に対する屈折率、
ν330(P)：正レンズの紫外線領域に対するν値、
ν330(N)：負レンズの紫外線領域に対するν値、
ν330＝（ｎ330−１）／（ｎ250−ｎ365）
ｎi：波長ｉ（ｎｍ）の光線に対する屈折率、
ｆ i-j ：第ｉレンズと第ｊレンズの波長３３０ｎｍにおける合成焦点距離、
である。
また、次の条件式（８）ないし（１１）を満足することが好ましい。
（８）０．１＜１／ν１-２＜１．０
（９）｜１／ν３-４｜＜０．１
（１０）｜１／ν５-６｜＜０．１
（１１）０．１＜１／ν７-８＜１．０
但し、
１／νｉ-ｊ＝Σｆｉ-ｊ／ｆｋνｋ（ｋ＝ｉ、ｊ）
ｆｋ：第ｋレンズの波長３３０ｎｍにおける焦点距離、
νｋ：第ｋレンズの紫外線領域に対するν値、
である。
レンズ構成の如何に拘わらず、最も物体側の第１レンズは負レンズとし、次の条件式（１２）を満足させることが好ましい。
（１２）６５＜ν１＜８０
但し、
ν１：最も物体側のレンズのｄ線のν値（アッベ数）、
ｎ１ｄ：最も物体側のレンズのｄ線に対する屈折率、
ｎ１Ｆ：最も物体側のレンズのＦ線に対する屈折率、
ｎ１Ｃ：最も物体側のレンズのＣ線に対する屈折率、
である。
本発明によれば、歪曲収差と、特に２８０ｎｍ〜３６５ｎｍの波長領域での色収差を良好に補正した、約18゜の画角を有する紫外線用撮像系を得ることができる。
本実施形態の紫外線用撮像系は、図１、図３及び図５の各実施例に示すように、物体側から順に、負の第１レンズ１１、正の第２レンズ１２、正の第３レンズ１３、負の第４レンズ１４、絞りＳ、負の第５レンズ１５、正の第６レンズ１６、正の第７レンズ１７、及び負の第８レンズ１８からなっており、第８レンズの後方に、撮像素子（ＣＣＤ）の前方に位置するカバーガラス（フィルター類）Ｃが位置している。フォーカシングは全体繰出で行う。全てのレンズ及びカバーガラスは、石英または蛍石から構成されている。
条件式（１）は、近距離撮影時の歪曲収差を良好に補正するために、最も物体側の第１レンズの物体側の面（第１面）がある大きさの凹面であることを規定している。また、本紫外線用撮像系を交換レンズとして使用するためには、バックフォーカスを大きくとることが好ましく、バックフォーカスを大きくするためにも、第１面は凹面とするのがよい。
条件式（１）の上限を超えると、第１面の凹面の曲率半径が大きく（平面に近く）なるか凸面となり、歪曲収差を良好に補正することが困難になり、またバックフォーカスが小さくなって交換レンズとして使用することが困難になる。条件式（１）の下限を超えると、第１面の凹面の曲率が大きくなり過ぎて、球面収差、歪曲収差が補正過剰となる。
条件式（２）は、硝材として紫外線の透過率が大きい硝材を使用することを規定している。実質的には、硝材として使用できるのは、石英と蛍石である。
条件式（２）の下限を超える硝材では、紫外線の透過率が低く、紫外線用撮像系としては適当でない。
条件式（３）は、約２５０ｎｍ〜３６５ｎｍの波長域（紫外線領域）の色収差を良好に補正するための条件である。
条件式（３）中のν３３０は、
ν３３０＝（ｎ３３０-１）／（ｎ２５０-ｎ３６５）（但し、ｎｉ：波長ｉ（ｎｍ）の屈折率）で定義した紫外線領域に対するν値であり、ν３３０（Ｐ）とν３３０（Ｎ）はそれぞれ、この定義に従って計算した、全系に含まれる正レンズの紫外線領域に対するν値と、同じく全系に含まれる負レンズの紫外線領域に対するν値である。
条件式（３）の上限を超えると、約２５０ｎｍ〜３６５ｎｍの波長域の色収差が補正過剰となり、下限を超えると、同波長域の色収差が補正不足となる。
条件式（４）〜（７）は、全レンズ系を、物体側から順に、負の第１レンズ、正の第２レンズ、正の第３レンズ、負の第４レンズ、負の第５レンズ、正の第６レンズ、正の第７レンズ、及び負の第８レンズから構成した場合に、物体側から順に分けた各２つのレンズ群のパワーが満たすべき条件である。
条件式（４）の上限を超えると、バックフォーカスを大きくとることが困難となり、下限を超えると、バックフォーカスの確保には有利であるが、高次の球面収差が発生しやすくなる。
条件式（５）の上限を超えると、高次の球面収差が発生しやすくなり、下限を超えると、レンズ全長が長くなる。
条件式（６）の上限を超えると、条件式（５）と同様に、高次の球面収差が発生しやすくなり、下限を超えると、レンズ全長が長くなりやすい。また、球面収差が補正不足となる。
条件式（７）の上限を超えると、歪曲収差が補正不足となってマイナス（樽型）の歪曲収差が残り、下限を超えると、歪曲収差が補正過剰となってプラス（糸巻き型）の歪曲収差が残る。また、高次の球面収差が発生しやすくなる。
条件式（８）〜（１１）は、全レンズ系を、物体側から順に、負の第１レンズ、正の第２レンズ、正の第３レンズ、負の第４レンズ、負の第５レンズ、正の第６レンズ、正の第７レンズ、及び負の第８レンズから構成した場合に、物体側から順に分けた各２つのレンズ群が満たすべき条件である。
条件式（８）〜（１１）中の１／νｉ-ｊは、
１／νｉ-ｊ＝Σｆｉ-ｊ／ｆｋνｋ（ｋ＝ｉ、ｊ）（但し、νｋ＝第ｋレンズの紫外線領域に対するν値）で定義される値（第ｉレンズと第ｊレンズの合成分散率）である。
条件式（８）、（１１）の上限を超えると、色収差の補正が不足し、下限を超えると、色収差の補正が過剰となる。条件式（９）、（１０）の上限を超えると、色収差の補正が不足する。
条件式（１２）は、最も物体側のレンズを負レンズとするとき、その負レンズの満足すべきアッベ数である。
条件式（１２）の上限を超えると、色収差補正の効果が小さくなり、また傷が付きやすい硝材を選択せざるを得ず、外観に露出する第１レンズとして好ましくない。条件式（１２）の下限を超えると、紫外線の透過率が不十分で紫外線用撮像系として不適当である。
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差図中の数字（ｎｍ）はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、諸収差図及び表中のFEは実効Ｆナンバー、ｆは全系の焦点距離、Ｙは最大像高、Ｍは横倍率、ｆB はin airのバックフォーカス、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、硝材は石英（n330=1.48059、n250=1.50745、n365=1.47454）または蛍石（n330=1.44909、n250=1.46730、n365=1.44491）の別を示している。
［実施例１］
図１、図２は本発明の紫外線用撮像系の第１実施例を示すもので、図１はレンズ構成図、図２はその諸収差図である。表１はその数値データである。絞りは第８面より像側に4.51、像面は第１８面より3.95の位置、基準波長は３３０ｎｍである。
（表１）
FE= 1: 2.3
f= 24.96
M= -0.100
Y= 4.0
fB= 14.46(=10.00+0.75/1.48059+3.95)
面 No. ｒ ｄ 硝材
1 -17.078 2.00 石英
2 23.411 0.63
3 31.713 6.00 蛍石
4 -22.708 0.20
5 26.679 12.37 蛍石
6 -15.092 0.75
7 -14.093 1.20 石英
8 -35.309 7.00
9 31.661 1.00 石英
10 7.800 0.10
11 8.056 5.80 蛍石
12 -33.897 0.20
13 14.441 5.54 蛍石
14 -10.329 0.20
15 -10.783 1.00 石英
16 9.038 10.00
17 ∞ 0.75 石英(平行平面板)
18 ∞ -
［実施例２］
図３、図４は本発明の紫外線用撮像系の第２実施例を示すもので、図３はレンズ構成図、図４はその諸収差図である。表２はその数値データである。絞りは第８面より像側に2.43、像面は第１８面より4.07の位置、基準波長は３３０ｎｍである。
（表２）
FE= 1: 2.7
f= 24.90
M= -0.100
Y= 4.0
fB= 14.58(=10.00+0.75/1.48059+4.07)
面 No. ｒ ｄ 硝材
1 -14.139 1.98 石英
2 32.429 0.45
3 40.347 4.94 蛍石
4 -22.903 0.20
5 27.029 7.92 蛍石
6 -15.467 0.35
7 -15.068 1.50 石英
8 -36.307 4.34
9 35.851 1.00 石英
10 8.706 0.10
11 9.101 4.94 蛍石
12 -37.510 0.20
13 16.408 9.14 蛍石
14 -9.300 0.24
15 -9.446 1.00 石英
16 9.880 10.00
17 ∞ 0.75 石英(平行平面板)
18 ∞ -
［実施例３］
図５、図６は本発明の紫外線用撮像系の第３実施例を示すもので、図５はレンズ構成図、図６はその諸収差図である。表３はその数値データである。絞りは第８面より像側に6.27、像面は第１８面より3.95の位置、基準波長は３３０ｎｍである。
（表３）
FE= 1: 2.5
f= 24.95
M= -0.100
Y= 4.0
fB= 14.46(=10.00+0.75/1.48059+3.95)
面 No. ｒ ｄ 硝材
1 -12.941 2.00 石英
2 -50.000 0.20
3 -54.156 4.20 蛍石
4 -15.288 0.20
5 31.108 7.44 蛍石
6 -14.609 0.36
7 -13.763 1.20 石英
8 1059.491 8.13
9 33.193 1.00 石英
10 8.712 0.10
11 8.895 6.76 蛍石
12 -25.012 0.20
13 11.133 5.75 蛍石
14 -11.918 0.20
15 -11.529 1.68 石英
16 8.037 10.00
17 ∞ 0.75 石英(平行平面板)
18 ∞ -
各実施例の各条件式に対する値を表４に示す。
（表４）
実施例１ 実施例２ 実施例３
条件式（１） -1.92 -1.76 -1.93
条件式（２）（負レンズ68.2、正レンズ95.2）
条件式（３） 5.4 5.4 5.4
条件式（４） -0.25 -0.35 -0.43
条件式（５） 0.63 0.65 0.27
条件式（６） 0.56 0.48 0.68
条件式（７） -0.36 -0.31 -0.23
条件式（８） 0.169 0.13 0.44
条件式（９） 0.029 0.034 -0.027
条件式（10） 0.007 0.007 0.017
条件式（11） 0.235 0.285 0.385
条件式（12） 68.2 68.2 68.2
表４から明らかなように、実施例１ないし実施例３の数
値は、条件式（１）ないし（12）を満足しており、かつ
収差図に示すように、特に歪曲収差と２８０ｎｍ〜３６
５ｎｍの波長領域での色収差もよく補正されている。
本発明による紫外線用撮像系の第１実施例のレンズ構成図である。 図１のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。 本発明による紫外線用撮像系の第２実施例のレンズ構成図である。 図３のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。 本発明による紫外線用撮像系の第３実施例のレンズ構成図である。 図５のレンズ構成の短焦点距離端における諸収差図である。

Claims (3)

  1. 物体側から順に、負の第１レンズ、正の第２レンズ、正の第３レンズ、負の第４レンズ、負の第５レンズ、正の第６レンズ、正の第７レンズ、及び負の第８レンズを有し、次の条件式（１）ないし（７）を満足することを特徴とする紫外線用撮像系。
    （１）−３＜ｆ／ｒ１＜−０．５
    （２）６５＜ν（ALL）
    （３）０＜ν330(P)−ν330(N)＜１０
    （４）−０．５＜ｆ／ｆ 1-2 ＜０．１
    （５）０．２＜ｆ／ｆ 3-4 ＜０．８
    （６）０．２＜ｆ／ｆ 5-6 ＜０．８
    （７）−０．５＜ｆ／ｆ 7-8 ＜０．１
    但し、
    ｆ：波長３３０ｎｍにおける全系の焦点距離、
    ｒ１：負の第１レンズの物体側の面の曲率半径、
    ν（ALL）：全レンズの硝材のｄ線のν値（アッベ数）、
    ν＝（ｎd−１）／（ｎF−ｎC）
    ｎd：ｄ線に対する屈折率、
    ｎF：Ｆ線に対する屈折率、
    ｎC：Ｃ線に対する屈折率、
    ν330(P)：正レンズの紫外線領域に対するν値、
    ν330(N)：負レンズの紫外線領域に対するν値、
    ν330＝（ｎ330−１）／（ｎ250−ｎ365）
    ｎi：波長ｉ（ｎｍ）の光線に対する屈折率、
    ｆ i-j ：第ｉレンズと第ｊレンズの波長３３０ｎｍにおける合成焦点距離。
  2. 請求項１記載の紫外線用撮像系において、次の条件式（８）ないし（１１）を満足する紫外線用撮像系。
    （８）０．１＜１／ν1-2＜１．０
    （９）｜１／ν3-4｜＜０．１
    （１０）｜１／ν5-6｜＜０．１
    （１１）０．１＜１／ν7-8＜１．０
    但し、
    １／νi-j＝Σｆi-j／ｆkνk（ｋ＝ｉ、ｊ）
    ｆk：第ｋレンズの波長３３０ｎｍにおける焦点距離、
    νk：第ｋレンズの紫外線領域に対するν値。
  3. 請求項１または２記載の紫外線用撮像系において、次の条件式（１２）を満足する紫外線用撮像系。
    （１２）６５＜ν1＜８０
    但し、
    ν1：負の第１レンズのｄ線のν値（アッベ数）、
    ν1＝（ｎ1d−１）／（ｎ1F−ｎ1C）
    ｎ1d：負の第１レンズのｄ線に対する屈折率、
    ｎ1F：負の第１レンズのＦ線に対する屈折率、
    ｎ1C：負の第１レンズのＣ線に対する屈折率。
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