JP5341265B2 - 対物光学系 - Google Patents
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Description
本発明は参考例として、物体側から順に、明るさ絞り、正の第1群、第2群および第3群を含み、前記第1群の像側の面が、像側に向かって凸であり、前記第2群が、2枚の正レンズまたは単レンズからなる対物光学系を提供する。
(1) 0.001 ≦ |f/f3| ≦ 0.3
ただし、f3は前記第3群の焦点距離、fは全系の焦点距離である。
第3群は、ペッツバール和を補正して像面湾曲を調整し、第1群で発生したコマ収差を補正している。第3群は、物体側面を物体側に凸にすることでコマ収差を良好に補正することができ、また、像側面を像側に凹にすることで像面湾曲を良好に補正することができる。
(2) 2 < |(Ca+Cb)/(Ca−Cb)| < 50
ただし、Caは前記メニスカスレンズの物体側面の曲率、Cbは前記メニスカスレンズの像側面の曲率である。
(3) 0.2 < f/f1 < 0.7
ただし、f1は前記第1群の焦点距離である。
(4) −9 < (C1+C3)/(C1−C3) < −4
ただし、C1は前記第1群の最も物体側の面の曲率、C3は前記第1群の最も像側の面の曲率である。
(5) 0.3 < f/f2 < 0.8
ただし、f2は前記第2群の焦点距離である。
(6) −4 ≦ f3/f21 ≦ −0.5
ただし、f21は前記正のメニスカスレンズの焦点距離である。
(7) −0.5 < f/f4 < −0.001
(8) 0.1 ≦ |f4/f2| ≦ 5
ただし、fは全系の焦点距離、f4は前記第4群の焦点距離、f2は前記第2群の焦点距離である。
(9) 0.3 < f/f3 < 0.8
ただし、f3は前記第3群の焦点距離である。
(10) 0.15 < f/f1 < 1.1
ただし、f1は前記第1群の焦点距離である。
条件式(10)において、f/f1が下限0.15以下の場合、第3群のパワーが相対的に強くなり、軸外性能が劣化する。一方、f/f1が上限1.1以上の場合、第1群のパワーが相対的に強くなり、コマ収差の発生が大きくなり、第2および4群でコマ収差を十分に補正することが難しくなる。
(11) 1 ≦ |(C1+C2)/(C1−C2)| < 40
ただし、C1は前記第1群の物体側面の曲率、C2は前記第1群の像側面の曲率である。
従来の屈折レンズでは、中肉厚を0と仮定した薄肉レンズとして考えた場合、各々の面の曲率半径をそれぞれR1、R2、媒質の屈折率をn、焦点距離をfとする次式(100)が成り立つ。
(100) 1/f = (n−1)(1/R1−1/R2)
(200) nsinθ = n’sinθ’
ただし、nは入射側媒質の屈折率、n’は出射側媒質の屈折率、θは入射光線の角度、θ’は出射光線の角度である。
(300) nsinθ−n’sinθ’ = mλ/d
(m=0,±1, ±2 …)
ただし、mは回折次数、λは光の波長である。
df/dλ = −f(dn/dλ)/(n−1)
(400) Δf = −fΔn/(n−1)
(500) fdoe = h/(n’*sinθ’) = dhh/mλ
df / dλ = −C/λ2 = −f/λ
(600) Δf = −f(Δλ/λ)
νd=λd/(λF−λc)=−3.453
(12) −0.4 ≦ f/f2 ≦ −0.05
(13) 0.1 ≦ f/f3 ≦ 0.4
ただし、f2は第2群の焦点距離、f3は第3群の焦点距離、fは全系の焦点距離である。
第3群の働きは、前述のように回折光学素子を用いて倍率の色収差を補正することと、軸上と軸外とが分離していることを利用して像面への光線の入射方向および像面湾曲を調節することである。第3群を、回折光学素子を含むレンズともう1枚のレンズとに分けることにより、この役割をそれぞれに分担させやすくなり、より広角化を図ることができる。
(14) 0.001 ≦ |f/f34| ≦ 0.2
ただし、f34はもう1枚のレンズの焦点距離である。
条件式(14)にて、第3群のもう1枚のレンズのパワーを適切な範囲内に規定することで収差補正を良好にすることができる。|f/f34|が上限の0.2を上回ると、ペッツバール和が大きくなり軸外像面が倒れて画質が低下する。一方、|f/f34|が下限の0.001を下回ってパワーが弱くなると、像面湾曲および像面への光線入射方向の調整の役割が著しく弱くなるため広角化が難しくなる。
各実施例の収差図において、(a)は縦の球面収差、(b)は非点収差、(c)は倍率色収差、(d)は歪曲収差(単位%)、(e)は縦のコマ収差(像高比0.8)を示している。また、(b)の非点収差図において、実線はサジタル像面(s)を示し、破線はメリジオナル像面(m)を示している。
z=(y2/r)/[1+{1−(1+K)(y/r)2}1/2]
+A2y2+A4y4+A6y6+A8y8
以下に、本発明の参考例としての第1の実施形態に係る対物光学系1について図1を参照して説明する。
本実施形態に係る対物光学系1は、60°以上の画角を有する広角対物光学系であって、図1に示されるように、物体側から順に明るさ絞りS、正の第1群G1、正の第2群G2および第3群G3からなる。符号F1,F2は平行平板を示している。また、矢印IMGは像面を示している。
第2群G2は、像側に凸面を向けた1枚の正のメニスカスレンズL3からなっている。
第3群G3は、物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズL4からなっている。
(1) 0.001 ≦ |f/f3| ≦ 0.3
(2) 2 < |(Ca+Cb)/(Ca−Cb)| < 50
(3) 0.2 < f/f1 < 0.7
(4) −9 < (C1+C3)/(C1−C3) < −4
(5) 0.3 < f/f2 < 0.8
ただし、fは全系の焦点距離、f1は第1群G1の焦点距離、f2は第2群G2の焦点距離、f3は第3群G3の焦点距離、C1は正レンズL1の物体側面の曲率、C3は負レンズL2の像側面の曲率、CaはメニスカスレンズL4の物体側面の曲率、CbはメニスカスレンズL4の像側面の曲率である。
(6) −4 ≦ f3/f21 ≦ −0.5
ただし、f21は正のメニスカスレンズの焦点距離、f3は第3群G3の焦点距離である。
次に、上述した第1の実施形態の実施例1から4について、図2から図9を参照して説明する。
第1の実施形態の実施例1に係る対物光学系は、図2に示されるように、第1群が正と負の2枚のメニスカスレンズの接合レンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚の正のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図3に示す。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 9.5782 1.00000
1 ∞ 0.3193 1.51825 64.14 0.286
2 ∞ 0.0000 1.00000 0.070
3(S) ∞ 0.0536 1.00000 0.070
4 −0.8042 0.4182 1.72407 41.98 0.121
5 −0.3297 0.0958 1.93429 18.90 0.284
6* −0.6203 0.0192 1.00000 0.389
7 −2.8380 0.4241 1.53336 56.00 0.479
8* −0.8494 0.0223 1.00000 0.589
9* 1.7704 0.5715 1.53336 56.00 0.766
10 1.8918 0.6089 1.00000 0.737
11 ∞ 0.3831 1.51825 64.14 0.801
12 ∞ 0.0537 1.00000 0.836
IMG ∞ 0.0000
第6面
r=−0.6203, K=−0.4652
A2=0.0000E+00, A4=5.2561E−01
A6=−7.0139E−01, A8=0.0000E+00
第8面
r=−0.8494, K=0.2688
A2=0.0000E+00, A4=−3.6881E−01
A6=1.7365E−01, A8=8.3006E−01
第9面
r=1.7704, K=0.3033
A2=0.0000E+00, A4=5.3091E−02
A6=1.7766E−01, A8=−1.3199E−01
焦点距離 1.0
像高 0.84
Fno. 7.119
有効Fno. 7.420
物点距離 9.5782
半画角 58.3
歪曲収差 −49.8%
1/(f11×νd11)+1/(f12×νd12)=0
ただし、
f11:第1群の正メニスカスレンズの焦点距離
νd11:第1群の正メニスカスレンズ材質のアッベ数
f12:第1群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd12:第1群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
である。
第1の実施形態の実施例2に係る対物光学系は、図4に示されるように、第1群が両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚の正のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図5に示す。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 10.5305 1.00000
1(S) ∞ 0.0590 1.00000 0.070
2 −0.7943 0.1053 1.93429 18.90 0.146
3 0.8644 0.3121 1.73234 54.68 0.261
4* −0.5534 0.0211 1.00000 0.398
5 −3.7589 0.4001 1.73234 54.68 0.564
6* −1.0547 0.0246 1.00000 0.646
7* 2.1599 0.2106 1.53336 56.00 0.772
8 2.0675 0.8497 1.00000 0.764
9 ∞ 0.4212 1.51825 64.14 0.871
10 ∞ 0.0702 1.00000 0.913
11 ∞ 0.0000 1.00000 0.928
IMG ∞ 0.0000
第4面
r=−0.5534, K=−0.4885
A2=0.0000E+00, A4=5.7879E−01
A6=−3.2845E−01, A8=0.0000E+00
第6面
r=−1.0547, K=0.2599
A2=0.0000E+00, A4=−4.6661E−01
A6=9.5445E−02, A8=−4.5977E−01
第7面
r=2.1599, K=−0.1186
A2=0.0000E+00, A4=5.8487E−02
A6=−8.0494E−02, A8=1.4847E−01
焦点距離 1.0
像高 0.924
Fno. 7.122
有効Fno. 7.412
物点距離 10.5305
半画角 66.2
歪曲収差 −62.8%
1/(f11×νd11)+1/(f12×νd12)=0
ただし、
f11:第1群の両凹レンズの焦点距離
νd11:第1群の両凹レンズ材質のアッベ数
f12:第1群の両凸レンズの焦点距離
νd12:第1群の両凸レンズ材質のアッベ数
である。
第1の実施形態の実施例3に係る対物光学系は、図6に示されるように、第1群が正と負の2枚のメニスカスレンズの接合レンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた2枚の正のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図7に示す。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 10.5060 1.00000
1(S) ∞ 0.0588 1.00000 0.070
2 −0.8303 0.4203 1.73234 54.68 0.167
3 −0.3175 0.1051 1.93429 18.90 0.313
4* −0.5661 0.0210 1.00000 0.480
5 −2.9598 0.5293 1.53336 56.00 0.644
6* −1.4920 0.0210 1.00000 0.768
7 −11.9054 0.4069 1.73234 54.68 0.902
8 −2.0416 0.0210 1.00000 0.948
9* 1.6084 0.3502 1.53336 56.00 0.952
10 1.1460 0.4678 1.00000 0.849
11 ∞ 0.4202 1.51825 64.14 0.864
12 ∞ 0.0700 1.00000 0.912
13 ∞ 0.0000 1.00000 0.924
IMG ∞ 0.0000
第4面
r=−0.5661, K=−0.5030
A2=0.0000E+00, A4=7.1355E−01
A6=−9.1217E−01, A8=0.0000E+00
第6面
r=−1.4920, K=0.2997
A2=0.0000E+00, A4=−7.2345E−01
A6=6.7007E−01, A8=−7.3451E−01
第9面
r=1.6084, K=0.2571
A2=0.0000E+00, A4=4.7200E−03
A6=2.5175E−03, A8=−3.3216E−03
焦点距離 1.0
像高 0.922
Fno. 7.103
有効Fno. 7.335
物点距離 10.506
半画角 66.5
歪曲収差 −61.2%
1/(f11×νd11)+1/(f12×νd12)=0
ただし、
f11:第1群の正メニスカスレンズの焦点距離
νd11:第1群の正メニスカスレンズ材質のアッベ数
f12:第1群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd12:第1群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
である。
第1の実施形態の実施例4に係る対物光学系は、図8に示されるように、第1群が両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた2枚の正のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図9に示す。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 10.3535 1.00000
1 ∞ 0.2071 1.51825 64.14 0.380
2 ∞ 0.0000 1.00000 0.070
3(S) ∞ 0.0580 1.00000 0.070
4 −0.7128 0.1035 1.93429 18.90 0.135
5 0.9212 0.4097 1.73234 54.68 0.380
6* −0.5335 0.0207 1.00000 0.414
7 −11.8730 0.4086 1.53336 56.00 0.582
8* −1.7600 0.0242 1.00000 0.679
9 −13.2586 0.3382 1.73234 54.68 0.756
10 −2.2819 0.0207 1.00000 0.800
11* 3.6636 0.2761 1.53336 56.00 0.823
12 2.0883 0.6897 1.00000 0.802
13 ∞ 0.4141 1.51825 64.14 0.867
14 ∞ 0.0690 1.00000 0.900
15 ∞ 0.0000 1.00000 0.908
IMG ∞ 0.0000
第6面
r=−0.5335, K=−0.4108
A2=0.0000E+00, A4=4.7734E−01
A6=−1.2498E+00, A8=0.0000E+00
第8面
r=−1.7600, K=0.2745
A2=0.0000E+00, A4=−5.5390E−01
A6=3.3596E−01, A8=−3.9294E−01
第11面
r=3.6636, K=0.0838
A2=0.0000E+00, A4=1.1642E−01
A6=−1.6562E−01, A8=1.1267E−01
焦点距離 1.0
像高 0.908
Fno. 7.1022
有効Fno. 7.339
物点距離 10.354
半画角 65.9
歪曲収差 −60.5%
1/(f11×νd11)+1/(f12×νd12)=0
ただし、
f11:第1群の両凹レンズの焦点距離
νd11:第1群の両凹レンズ材質のアッベ数
f12:第1群の両凸レンズの焦点距離
νd12:第1群の両凸レンズ材質のアッベ数
である。
次に、本発明の第2の実施形態に係る対物光学系1’について図10を参照して説明する。
本実施形態に係る対物光学系1’は、図10に示されるように、物体側から順に明るさ絞りS、正の第1群G1’、第2群G2’、正の第3群G3’および第4群G4’からなる。符号F1,F2は平行平板を示している。また、矢印IMGは像面を示している。
第2群G2’は、像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズL2’からなっている。
第3群G3’は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ(負レンズ)L31’と、両凸レンズ(正レンズ)L32’とが貼り合わせられた接合レンズからなっている。
第4群G4’は、物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズL4’からなっている。
(7) −0.5 < f/f4 < −0.001
(8) 0.1 ≦ |f4/f2| ≦ 5
(9) 0.3 < f/f3 < 0.8
(10) 0.15 < f/f1 < 1.1
(11) 1 ≦ |(C1+C2)/(C1−C2)| < 40
ただし、fは全系の焦点距離、f1は第1群G1’の焦点距離、f2は第2群G2’の焦点距離、f3は第3群G3’の焦点距離、f4は第4群G4’の焦点距離、C1は第1群G1’のメニスカスレンズL1’の物体側面の曲率、C2は第1群G1’のメニスカスレンズL1’の像側面の曲率である。
(7)’ −0.5 < f/f4 < −0.05
(8)’ 0.7 ≦ |f4/f2| ≦ 3
(11)’ −25 < (C1+C2)/(C1−C2) < −2
次に、上述した第2の実施形態の実施例1から5について、図11から図20を参照して説明する。
第2の実施形態の実施例1に係る対物光学系は、図11に示されるように、第1群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、第4群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図12に示す。
1/(f31×νd31)+1/(f32×νd32)=0
ただし、
f31:第3群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd31:第3群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
f32:第3群の両凸レンズの焦点距離
νd32:第3群の両凸レンズ材質のアッベ数
である。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 10.7407 1.00000
1 ∞ 0.2864 1.51825 64.14 0.444
2 ∞ 0.0000 1.00000 0.070
3(S) ∞ 0.0251 1.00000 0.070
4 −0.5647 0.4382 1.53336 56.00 0.131
5* −0.5087 0.0215 1.00000 0.441
6 −8.5360 0.5384 1.53336 56.00 0.706
7* −2.6765 0.0215 1.00000 0.835
8 1.9649 0.1432 1.93429 18.90 1.111
9 1.2552 0.9619 1.73234 54.68 1.050
10 −3.7653 0.0215 1.00000 1.043
11* 3.0262 0.1432 1.53336 56.00 0.983
12 2.0404 0.2688 1.00000 0.933
13 ∞ 0.2864 1.51825 64.14 0.935
14 ∞ 0.0716 1.00000 0.941
15 ∞ 0.0000 1.00000 0.944
IMG ∞ 0.0000
第5面
r=−0.5087, K=−0.5730
A4=3.4135E−01, A6=−1.6667E−01
第7面
r=−2.6765, K=0.3236
A4=−5.6866E−01, A6=2.9915E−01
A8=−2.9358E−01
第11面
r=3.0262, K=−0.7326
A4=−1.2124E−01, A6=−5.2156E−02
A8=4.9143E−02
焦点距離 1.0
像高 0.942
Fno. 7.1
有効Fno. 7.316
物点距離 10.7407
半画角 81.0
歪曲収差 −85.3%
第2の実施形態の実施例2に係る対物光学系は、図13に示されるように、第1群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第3群が両凸レンズと像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズとの接合レンズからなり、第4群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図14に示す。
1/(f31×νd31)+1/(f32×νd32)=0
ただし、
f31:第3群の両凸レンズの焦点距離
νd31:第3群の両凸レンズ材質のアッベ数
f32:第3群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd32:第3群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
である。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 10.8206 1.00000
1 ∞ 0.2885 1.51825 64.14 0.505
2 ∞ 0.0000 1.00000 0.070
3(S) ∞ 0.0606 1.00000 0.070
4 −0.6889 0.4743 1.53336 56.00 0.167
5* −0.5236 0.0216 1.00000 0.467
6 −5.0892 0.5172 1.53336 56.00 0.663
7* −1.5171 0.0216 1.00000 0.766
8 15.8237 0.6654 1.73234 54.68 0.890
9 −1.1797 0.1443 1.93429 18.90 0.917
10 −1.8042 0.0216 1.00000 0.984
11* 7.1895 0.3607 1.53336 56.00 0.934
12 2.4561 0.1918 1.00000 0.900
13 ∞ 0.4328 1.51825 64.14 0.902
14 ∞ 0.0721 1.00000 0.938
15 ∞ 0.0000 1.00000 0.949
IMG ∞ 0.0000
第5面
r=−0.5236, K=−0.5602
A4=8.2684E−01, A6=−8.8005E−01
第7面
r=−1.5171, K=0.3086
A4=−6.0835E−01, A6=3.5648E−01
A8=−4.1914E−01
第11面
r=7.1895, K=−0.8426
A4=−3.2140E−02, A6=−2.8034E−02
A8=9.1159E−04
焦点距離 1.0
像高 0.949
Fno. 7.101
有効Fno. 7.277
物点距離 10.8206
半画角 67.3
歪曲収差 −61.7%
第2の実施形態の実施例3に係る対物光学系は、図15に示されるように、第1群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、第4群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図16に示す。
1/(f31×νd31)+1/(f32×νd32)=0
ただし、
f31:第3群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd31:第3群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
f32:第3群の両凸レンズの焦点距離
νd32:第3群の両凸レンズ材質のアッベ数
である。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 9.1117 1.00000
1(S) ∞ 0.0486 1.00000 0.070
2 −0.5113 0.3505 1.53336 56.00 0.131
3* −0.4118 0.0182 1.00000 0.351
4 −6.4926 0.4172 1.53336 56.00 0.512
5* 9.6467 0.0182 1.00000 0.703
6 1.4550 0.1215 1.93429 18.90 0.955
7 1.0228 0.9176 1.73234 54.68 0.891
8 −3.4882 0.0182 1.00000 0.869
9* 2.9102 0.2005 1.53336 56.00 0.797
10 1.8246 0.1994 1.00000 0.768
11 ∞ 0.3645 1.51825 64.14 0.771
12 ∞ 0.0607 1.00000 0.795
13 ∞ 0.0000 1.00000 0.801
IMG ∞ 0.0000
第3面
r=−0.4118, K=−0.7823
A4=3.2237E−01, A6=7.0227E+00
第5面
r=9.6467, K=−18.6012
A4=−7.9835E−01, A6=8.6197E−01
A8=−1.1310E+00
第9面
r=2.9102, K=−0.5374
A4=8.0527E−02, A6=1.3508E−01
A8=−6.2436E−01
焦点距離 1.0
像高 0.799
Fno. 7.1
有効Fno. 7.458
物点距離 9.1117
半画角 62.6
歪曲収差 −60.6%
第2の実施形態の実施例4に係る対物光学系は、図17に示されるように、第1群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、第4群が物体側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図18に示す。
また、第3群の接合レンズのパワー配置とガラスの選定が良好になっており、倍率色収差を良好に補正することができる。具体的には、一般的な接合レンズの色消し条件を定義する下式の左辺の値が−0.0003と非常に小さく、当該条件を十分に満足している。
1/(f31×νd31)+1/(f32×νd32)=0
ただし、
f31:第3群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd31:第3群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
f32:第3群の両凸レンズの焦点距離
νd32:第3群の両凸レンズ材質のアッベ数
である。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 8.9635 1.00000
1 ∞ 0.2390 1.51825 64.14 0.359
2 ∞ 0.0000 1.00000 0.070
3(S) ∞ 0.0478 1.00000 0.070
4 −0.6162 0.3537 1.53336 56.00 0.139
5* −0.3468 0.0179 1.00000 0.345
6 −1.8782 0.3257 1.53336 56.00 0.468
7* 21.7650 0.0179 1.00000 0.629
8 1.7277 0.1195 1.93429 18.90 0.819
9 1.0560 0.7833 1.73234 54.68 0.803
10 −2.5053 0.0179 1.00000 0.824
11* −5.0382 0.1972 1.53336 56.00 0.793
12 2.0594 0.1733 1.00000 0.768
13 ∞ 0.3585 1.51825 64.14 0.769
14 ∞ 0.0598 1.00000 0.785
15 ∞ 0.0000 1.00000 0.789
IMG ∞ 0.0000
第5面
r=−0.3468, K=−1.4851
A4=−5.9706E−01, A6=3.8918E+00
第7面
r=21.7650, K=−114.7633
A4=−1.0752E+00, A6=1.0417E+00
A8=−2.3817E+00
第11面
r=−5.0382, K=−4.6981
A4=1.0055E+00, A6=−1.1993E+00
A8=2.7826E−01
焦点距離 1.0
像高 0.786
Fno. 7.1
有効Fno. 7.608
物点距離 8.9635
半画角 65.0
歪曲収差 −68.0%
第2の実施形態の実施例5に係る対物光学系は、図19に示されるように、第1群が像側に凸面を向けた1枚の平凸レンズからなり、第2群が像側に凸面を向けた1枚のメニスカスレンズからなり、第3群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズからなり、第4群が1枚のレンズからなる。このように構成された本実施例の対物光学系の収差図を図20に示す。
また、第3群の接合レンズのパワー配置とガラスの選定が良好になっており、倍率色収差を良好に補正することができる。具体的には、一般的な接合レンズの色消し条件を定義する下式の左辺の値が−0.0045と非常に小さく、当該条件を十分に満足している。
1/(f31×νd31)+1/(f32×νd32)=0
ただし、
f31:第3群の負メニスカスレンズの焦点距離
νd31:第3群の負メニスカスレンズ材質のアッベ数
f32:第3群の両凸レンズの焦点距離
νd32:第3群の両凸レンズ材質のアッベ数
である。
また、第1群が平凸レンズであるので、加工性が良い。
面番号 r d ne Vd ER
OBJ ∞ 9.7064 1.00000
1(S) ∞ 0.0162 1.00000 0.070
2 ∞ 0.5824 1.77621 49.60 0.074
3 −1.0505 0.0194 1.00000 0.362
4 −2.4612 0.2588 1.69417 31.07 0.400
5* −1.9696 0.0194 1.00000 0.525
6 5.0054 0.1294 1.93429 18.90 0.624
7 1.5479 0.7026 1.73234 54.68 0.716
8 −1.0435 0.0194 1.00000 0.796
9* −1.8151 0.2135 1.53336 56.00 0.840
10 3.4045 0.1132 1.00000 0.826
11 ∞ 0.3883 1.51825 64.14 0.827
12 ∞ 0.0647 1.00000 0.846
13 ∞ 0.0000 1.00000 0.857
IMG ∞ 0.0000
第5面
r=−1.9696, K=−101.6619
A4=−3.5827E−03, A6=8.1097E−01
A8=−2.2443E−01
第9面
r=−1.8151, K=−4.6873
A4=5.2855E−01, A6=−7.2987E−01
A8=5.3510E−01
焦点距離 1.0
像高 0.852
Fno. 7.1277
有効Fno. 7.481
物点距離 9.7064
半画角 59.7
歪曲収差 −55.4%
〔付記項1〕
物体側から順に明るさ絞り、正の第1群、第2群、正の第3群および第4群からなり、前記第1群が1枚の像側に凸面を向けたメニスカスレンズからなり、前記第2群が1枚のレンズからなり、前記第3群が正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、前記第4群が1枚のレンズからなり、下記条件式(7)’および(8)’を満足する対物光学系。
(7)’ −0.5 < f/f4 < −0.05
(8)’ 0.7 ≦ |f4/f2| ≦ 3
ただし、fは全系の焦点距離、f4は前記第4群の焦点距離、f2は前記第2群の焦点距離である。
下記条件式(9)を満足する付記項1に記載の対物光学系。
(9) 0.3 < f/f3 < 0.8
ただし、f3は前記第3群の焦点距離である。
下記条件式(10)を満足する付記項2に記載の対物光学系。
(10) 0.15 < f/f1 < 1.1
ただし、f1は前記第1群の焦点距離である。
前記第1群が、下記条件式(11)’を満足する付記項3に記載の対物光学系。
(11)’ −25 < (C1+C2)/(C1−C2) < −2
ただし、C1は前記第1群の物体側面の曲率、C2は前記第1群の像側面の曲率である。
次に、本発明の参考例としての第3の実施形態に係る対物光学系1”について図21を参照して説明する。
本実施形態に係る対物光学系1”は、図21に示されるように、物体側から順に明るさ絞りS、正の第1群G1”、第2群G2”および正の第3群G3”を備えている。
第2群G2”は、1枚のメニスカスレンズL2”からなる。
また、対物光学系1”は、最も物体側および最も像側にそれぞれ平行平板F1,F2を備えている。
(12) −0.4 ≦ f/f2 ≦ −0.05
(13) 0.1 ≦ f/f3 ≦ 0.4
(14) 0.001 ≦ |f/f34| ≦ 0.2
ただし、f2は第2群G2”の焦点距離、f3は第3群G3”の焦点距離、fは全系の焦点距離、f34は第3群のもう1枚のレンズの焦点距離である。
単層の回折格子は回折効率が波長に依存するため、積層化することにより波長依存性をなくしかつ高回折効率を得ることができる。このように2つの回折格子の回折光学面を密着させて積層化したものが密着積層型の回折光学素子である。
図33は、2つの回折光学素子11,12から密着積層型の回折光学素子が構成されている。回折光学素子11,12を構成する材質としては、波長依存性が小さく回折効率が良好な屈折率と分散の組み合わせが用いられる。符号13は回折光学面を示している。回折光学素子12は、回折光学面ではない面を凸面とすることにより屈折作用を有している。
次に、上述した本発明の第3の実施形態の実施例について説明する。
なお、各種データにおいてfは全系の焦点距離、Fno.はFナンバー、2ωは画角、IHは像高である。これらの値は焦点距離を1として規格化されている。また、d線は587.56nm、C線は656.27nm、e線は546.07nm、F線は486.13nm、g線は435.84nmの波長のスペクトル線である。
Z=CH2/{(1−(1+K)(CH)2)}1/2
+A4H4+A6H6+A8H8+A10H10
ただし、Zは光軸方向の非球面の位置、Hは光軸からの距離、Cは曲率半径の逆数、Kは円錐係数、Ai(i=4,6,8,10)はi次の非球面係数である。ただし、各実施例の非球面データにおいて、非球面系数Aiの値が0の場合にはその記載を省略する。
(700) (nU−1)dz/dh = nsinθ−n’sinθ’
ただし、nUはウルトラ−ハイ インデックスレンズの屈折率、zはウルトラ−ハイ インデックスレンズの光軸方向の座標、hは光軸からの距離、nおよびn’はそれぞれ入射側媒質及び出射側媒質の屈折率、θおよびθ’はそれぞれ光線の入射角及び出射角である。図32は、式(700)に含まれる各パラメータの関係を図示したものである。
(800) (nU−1)dz/dh=mλ/d
よって、ウルトラ−ハイ インデックス レンズの面形状と回折光学素子のピッチとの間には式(800)の等価関係が成り立つ。この式(800)に基づいて、ウルトラ−ハイインデックス法で設計したデータから回折光学素子のピッチを求めることができる。
(900) z =c h2/[1+{1−(1+k)c2h2}1/2]
+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+…
ただし、zは光軸(像の方向を正)、cは基準面の曲率、hは面とz軸との交点を原点としz軸に直交する座標軸のうちのメリジオナル方向の座標軸、kは円錐定数、A、B、C、Dはそれぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
(1000) d =
mλ/[(n−1){ch/(1−c2(1+k)h2)1/2
+4Ah3+6Bh5+8Ch7+10Dh9+・・・}]
従って、ウルトラ−ハイ インデックス レンズとして表現されたレンズ形状から、等価な回折型レンズの面形状を求めることができ、実際に製作することが可能である。
なお、ウルトラ−ハイインデックス法については、前述の「増補改訂版 回折光学素子入門」等に詳細に記載されている。
第3の実施形態の実施例1に係る対物光学系は、図22および以下のレンズデータに示されるように、物体側から順にカバーガラスと、明るさ絞りと、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第1群と、1枚のレンズからなる第2群と、回折光学素子を含むレンズおよび物体側の面が非球面となっているレンズからなる第3群とから構成されている。第1群のメニスカスレンズは、像側の面が光軸から外側に向かって曲率が緩くなる非球面となっている。第2群のレンズは、像側の面が非球面となっている。
d線:1001
C線:1117.941
e線:930.3859
F線:828.3708
g線:742.7625
第10面の非球面形状でウルトラハイインデックス法から計算される位相が得られる密着積層型の回折光学素子面の形状を求め、実物の回折光学素子を製作できる。
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3729 1.51825 64.14
2 ∞ 0.0000 1.00000
3(S) ∞ 0.0358 1.00000
4 −1.1970 0.4014 1.77621 49.60
5* −0.5240 0.0224 1.00000
6 −2.4252 0.4107 1.69417 31.07
7* −12.1151 0.0224 1.00000
8 ∞ 0.1199 1.60697 20.00
9 ∞ 0.0000 9.3E+2 −3.45
10*−1.193E+04 0.2872 1.75538 33.00
11 −5.5558 0.0224 1.00000
12* 5.2889 0.3268 1.53336 56.00
13 12.2175 0.2148 1.00000
14 ∞ 0.4475 1.51825 64.14
15 ∞ 0.0746 1.00000
16(IMG) ∞
第5面
K=−0.8925, A4=−6.0868E−02
A6=3.0355E+00
第7面
K=225.3917, A4=−5.8826E−01
A6=1.7596E−01, A8=−2.8023E−01
第10面
K=−1.0000, A4=1.3256E−05
A6=−2.3829E−05, A8=2.3364E−07
第12面
K=−0.7568, A4=3.2742E−02
A6=−2.8077E−02, A8=1.3799E−02
A10=1.0475E−04
f=1, Fno.=7.13, 2ω=161.6°
IH=0.982, 物点距離11.19
(A)第10面の面間隔(d)を0.2872から0.04に変更する。
(B)第10面と第11面との間に以下に示される第10’面を追加する。
r=∞、d=0.255、ne=1.81078、νd=40.92
(C)第11面の曲率半径(r)を−5.5558から−5.964に変更する。
第3の実施形態の実施例2に係る対物光学系は、図24および以下のレンズデータに示されるように、物体側から順に明るさ絞りと、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第1群と、1枚のレンズからなる第2群と、回折光学素子を含むレンズおよび物体側の面が非球面のレンズからなる第3群とから構成されている。第1群のメニスカスレンズは、像側の面が光軸から外に向い曲率が緩くなる非球面となっている。第2群のレンズは、像側の面が非球面となっている。
d線:1001
C線:1117.941
e線:930.3859
F線:828.3708
g線:742.7625
第8面の非球面形状でウルトラハイインデックス法から計算される位相が得られる密着積層型の回折光学素子面の形状を求め、実物の回折光学素子を製作できる。
面番号 r d ne νd
1(S) ∞ 0.0434 1.00000
2 −1.1326 0.4366 1.77621 49.60
3* −0.5341 0.0217 1.00000
4 −3.2912 0.4372 1.69417 31.07
5* −12.7510 0.0217 1.00000
6 ∞ 0.1383 1.60697 20.00
7 ∞ 0.0000 9.3E+02 −3.45
8*−1.129E+04 0.2940 1.74530 33.00
9 −6.1407 0.0217 1.0000
10* 6.8043 0.3083 1.53336 56.00
11 7.7203 0.2178 1.0000
12 ∞ 0.4341 1.51825 64.14
13 ∞ 0.0724 1.0000
14(IMG) ∞
第3面
K=−0.8633, A4=−1.5706E−01
A6=3.5599E+00
第5面
K=225.3892, A4=−6.1396E−01
A6=2.4624E−01, A8=−3.4665E−01
第8面
K=−1.0000, A4=3.1680E−05
A6=−2.7735E−05, A8=7.7059E−06
第10面
K=−0.7368, A4=2.9269E−02
A6=−5.1281E−02, A8=5.0753E−02
f=1, Fno.=7.07, 2ω=145.2°
IH=0.952, 物点距離10.8532
(A)第8面の面間隔(d)を0.294から0.0461に変更する。
(B)第8面と第9面との間に以下に示される第8’面を追加する。
r=∞、d=0.257、ne=1.81078、νd=40.92
(C)第9面の曲率半径(r)を−6.1407から−6.6810に変更する。
第3の実施形態の実施例3に係る対物光学系は、図26および以下のレンズデータに示されるように、物体側から順にカバーガラスと、明るさ絞りと、像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第1群と、1枚のレンズからなる第2群と、回折光学素子を含むレンズ1つからなる第3群とから構成されている。第1のメニスカスレンズは、像側の面が光軸から外に向い曲率が緩くなる非球面となっている。第2群のレンズは、像側の面が非球面となっている。
d線:1001
C線:1117.941
e線:930.3859
F線:828.3708
g線:742.7625
第10面の非球面形状でウルトラハイインデックス法から計算される位相が得られる密着積層型の回折光学素子面の形状を求め、実物の回折光学素子を製作できる。
面番号 r d ne νd
1 ∞ 0.3528 1.51825 64.14
2 ∞ 0.0000 1.00000
3(S) ∞ 0.0564 1.00000
4 −1.1085 0.4235 1.77621 49.60
5* −0.5207 0.0212 1.00000
6 −3.1977 0.4249 1.69417 31.07
7* −12.7612 0.0212 1.00000
8 ∞ 0.1383 1.60697 20.00
9 ∞ 0.0000 9.3E+02 −3.45
10*−1.129E+04 0.2894 1.75538 33.00
11 −6.1175 0.4534 1.00000
12 ∞ 0.4233 1.51825 64.14
13 ∞ 0.0706 1.00000
14(IMG) ∞
第5面
K=−0.8654, A4=−1.6366E−01
A6=4.0512E+00
第7面
K=225.3881, A4=−6.5486E−01
A6=2.8787E−01, A8=−4.0320E−01
第10面
K=−1.0000, A4=1.9934E−05
A6=−3.1467E−05, A8=6.8967E−06
f=1, Fno.=7.09, 2ω=132.6°
IH=0.928, 物点距離10.58
第3の実施形態の実施例4に係る対物光学系は、図28および以下のレンズデータに示されるように、物体側から順に明るさ絞りと、像側に凸面を向けた正の平凸レンズからなる第1群と、1枚のレンズからなる第2群と、回折光学素子を含むレンズおよび像側に凸面を向けた正の平凸レンズからなる第3群とから構成されている。第1群のメニスカスレンズは、像側の面が光軸から外に向い曲率が緩くなる非球面である。第2群のレンズは、像側の面が非球面である。
d線:1001
C線:1117.941
e線:930.3859
F線:828.3708
g線:742.7625
第8面の非球面形状でウルトラハイインデックス法から計算される位相が得られる密着積層型の回折光学素子面の形状を求め、実物の回折光学素子を製作できる。
面番号 r d ne νd
1(S) ∞ 0.0154 1.00000
2 ∞ 0.3848 1.77621 49.60
3* −0.6329 0.0231 1.00000
4 −1.5531 0.4233 1.69417 31.07
5* −10.2102 0.0231 1.00000
6 ∞ 0.1231 1.60697 20.00
7 ∞ 0.0000 9.3E+02 −3.45
8*−1.231E+04 0.2925 1.74530 33.00
9 −8.1071 0.0231 1.00000
10 5.2272 0.3079 1.53336 56.00
11 ∞ 0.0279 1.00000
12 ∞ 0.4618 1.51825 64.14
13 ∞ 0.0770 1.00000
14(IMG) ∞
第3面
K=−1.5979, A4=1.2370E+00
A6=−5.7116E+00
第5面
K=224.9839, A4=−3.8940E−01
A6=−2.5397E−02, A8=7.2292E−01
第8面
K=−1.0000, A4=1.2064E−05
A6=−2.0367E−05, A8=1.8755E−07
f=1, Fno.=7.06, 2ω=130.3°
IH=1.013, 物点距離11.545
なお、上述した第3の実施形態の実施例から以下の構成の発明が導かれる。
〔付記項1’〕
物体側から順に明るさ絞り、正の第1群、第2群および正の第3群を備え、前記第1群が、像側に凸面を向けたメニスカスレンズからなり、前記第2群が、1枚のレンズからなり、前記第3群が、密着複層型回折光学素子を含む1枚のレンズからなり、かつ、下記条件式(12)および(13)を満足する対物光学系。
(12) −0.4 ≦ f/f2 ≦ −0.05
(13) 0.1 ≦ f/f3 ≦ 0.4
ただし、f2は前記第2群の焦点距離、f3は前記第3群の焦点距離、fは全系の焦点距離である。
下記条件式(15)を満足する付記項1’に記載の対物光学系。
(15) 0.9 ≦ f/f1 ≦ 1.4
ただし、f1は前記第1群の焦点距離である。
〔付記項3’〕
前記第2群のレンズは、像側の面が非球面である付記項2’に記載の光学系。
物体側から順に明るさ絞り、正の第1群、第2群および正の第3群を備え、前記第1群が、1枚の像側に凸面を向けたメニスカスレンズまたは平凸レンズからなり、前記第2群が、1枚のレンズからなり、前記第3群が、密着複層型回折光学素子ともう1枚のレンズとからなり、かつ、下記条件式(12)から(14)を満足する対物光学系。
(12) −0.4 ≦ f/f2 ≦ −0.05
(13) 0.1 ≦ f/f3 ≦ 0.4
(14) 0.001 ≦ |f/f34| ≦ 0.2
ただし、f2は前記第2群の焦点距離、f3は前記第3群の焦点距離、f34は前記別のもう1枚のレンズの焦点距離、fは全系の焦点距離である。
下記条件式(15)を満足する付記項4’に記載の対物光学系。
(15) 0.9 ≦ f/f1 ≦ 1.4
ただし、f1は前記第1群の焦点距離である。
〔付記項6’〕
前記第2群のレンズは、像側の面が非球面である付記項5’に記載の対物光学系。
G1,G1’,G1” 第1群
G2,G2’,G2” 第2群
G3,Gs3’,G3” 第3群
G4’ 第4群
L1 正レンズ
L1’,L1”,L2’,L2”,L4,L4’,L4” メニスカスレンズ
L2 負レンズ
L3 正のメニスカスレンズ
L3’,LC 接合レンズ
L3” 回折光学素子を含むレンズ
L31’ メニスカスレンズ(負レンズ)
L32’ 両凸レンズ(正レンズ)
L31”,L32” 回折光学素子
31a,32a 回折光学面
F1,F2 平行平板
IMG 像面
S 明るさ絞り
Claims (4)
- 物体側から順に明るさ絞り、正の第1群、第2群、正の第3群、第4群からなり、
前記第1群が、1枚の像側に凸面を向けたメニスカスレンズまたは平凸レンズからなり、
前記第2群が、1枚のレンズからなり、
前記第3群が、正レンズと負レンズとの接合レンズからなり、
前記第4群が、1枚のレンズからなり、
下記条件式(7)および(8)を満足する対物光学系。
(7) −0.5 < f/f4 < −0.001
(8) 0.1 ≦ |f4/f2| ≦ 5
ただし、
f:全系の焦点距離、
f4:前記第4群の焦点距離、
f2:前記第2群の焦点距離
である。 - 下記条件式(9)を満足する請求項1に記載の対物光学系。
(9) 0.3 < f/f3 < 0.8
ただし、
f3:前記第3群の焦点距離
である。 - 下記条件式(10)を満足する請求項2に記載の対物光学系。
(10) 0.15 < f/f1 < 1.1
ただし、
f1:前記第1群の焦点距離
である。 - 前記第1群が、下記条件式(11)を満足する請求項3に記載の対物光学系。
(11) 1 ≦ |(C1+C2)/(C1−C2)| < 40
ただし、
C1:前記第1群の物体側面の曲率、
C2:前記第1群の像側面の曲率
である。
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