JPH01287518A - 複合レンズ並びに複合レンズを用いたレンズ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は複数のレンズを接合して色収差補正を行った複
合レンズ並びに複合レンズを用いたレンズ装置に関する
。

従来の技術 −ａに、色収差を補正するには正レンズと負レンズの２
枚を組み合わせ、一方に低分散材料を用い、他方に高分
散材料を用いればよいことが知られている。また、像面
湾曲と色収差とを同時に補正するには、高屈折率低分散
材料の正レンズと低屈折率高分散材料の負レンズとを組
み合わせればよいことが知られている。ところが、ガラ
スには高分散材料は屈折率が高いという傾向があり、色
収差を含めた諸収差の補正を行う場合の制約となってい
た。ところで、ガラス以外の材料に目を向けると、液体
には高分散材料が数多く存在し、また分散が同じならガ
ラスよりも屈折率が低いという傾向がある。液体とガラ
スを組み合わせれば、ガラスだけを用いる場合に比べて
色収差補正の自由度が拡がることから、高分散の液体を
用いて色収差補正を行うことが考えられる。既に、アツ
ベは色収差の少ない顕微鏡対物レンズを実現するために
、屈折率ｎ　ａ　＝　１．５９６９、アツベ数ｖａ　＝
ｔ６．２の液体を用いたことが知られている。（例えば
、光学技術］ンタクト、第２３巻５１８ページ）。また
、アクリル樹脂で作成した２つの正レンズの間に２−フ
ェノキシエタノールなる高分散の液体を充填することに
より色収差を補正する方法が提案されている（例えば、
特開昭６０−４０１号公報）。さらに、組み立て時には
流動性を有し、使用時には固体またはゲル状である透明
物質を２枚の固体レンズの間に充填し、液体漏洩の課題
を解決した複合レンズが提案されている゛（例えば、特
開昭６３−４２０２号公報）。

発明が解決しようとする課題 正レンズと負レンズの２枚を接合した複合レンズの焦点
距離の色消しを行う場合、２つの波長における焦点距離
が一致するだけで、すべての波長で焦点距離が一致する
わけではない。これは、複合レンズおよび複合レンズを
用いたレンズ装置において、広い波長範囲で色収差を非
常に小さくする必要がある場合には大きな課題となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、像面湾曲を
過大にすることなく色収差を非常に小さくした複合レン
ズを提供することを目的としており、さらにこの複合レ
ンズを用いて色収差を非常に小さくしたレンズ装置を提
供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の複合レンズは、２
枚の固体レンズと、組み立て時に流動性を有する透明物
質とを備え、前記透明物質は前記２枚の固体レンズの間
に密着して配置され、前記２枚の固体レンズの少なくと
も一方にアツベ数が８０以上の材料を用い、前記透明物
質にアツベ数が４０以下の材料を用いて色収差補正を行
ったものである。

透明物質はフェニル基などのベンゼン核を含む基を含有
する材料を用いるとよく、特に２液混合した後に付加反
応により固体またはゲル状に硬化するシリコーンゴムコ
ンパウンドを用いるのが望ましい。

２枚の固体レンズの少なくとも一方に非球面を用いるこ
ともできる。

この複合レンズをレンズ装置の一部として用い、全体の
色収差補正を行えば、複合レンズの色収差が非常に小さ
いことからレンズ装置全体の色収差も非常に小さくする
ことができる。

作用 上記構成によれば、２枚の固体レンズの一方はアツベ数
が８０以上と大きく、透明物質のアツベ数が４０以下と
小さく、この境界面においてアツベ数の差が４０以上と
大きくなるために、色収差を非常に小さくすることがで
きる。

屈折率ｎ、焦点距離ｆの薄肉レンズの屈折率変化Δｎに
よる焦点距離の変化Δｒは、 ｎ−１ と表わせる。ここで、次式で定義されるアツベ数νを用
いると考えやすい。

Δｎ 一般にはｄ線、Ｃ線、Ｆ線における屈折率をそれぞれｎ
４　、ｎｃＳｎｙとして、次式で定義されるν４をｄ線
におけるアツベ数として用いる。

ｎｙ　　−ｎｃ 次に、焦点距離がｆ、　、ｆ、の薄肉レンズを密着して
配置した場合の合成焦点距離ｆは次式で表せる。

ｆ　　　　　−ｆ　ｒ　　　　　ｆ　！この合成焦点距
離ｆの変化Δｆは、各薄肉レンズの焦点距離の変化をΔ
ｆｌ、Δｆ２とすると、Δｆｆ　　　　　Δｆ、　　　
　　　ｆｆ　　　　　　ｆ、　　　　　　ｆ、　　　　
　　ｆ。

と表わせ、２枚の薄肉レンズのアツベ数をν亀、ν２と
すれば、第（１）式と第（２）式を利用して、ｆ　　　
　　ｆ、　　Ｆｌ　　　　ｆｔ　ν２となる。従って、
焦点距離の色消しに必要な条件は、次のようになる。

ｆ、　　Ｆｌ　　　　ｆｆ　ν２ 第（４）式と第（７）式から、ｆ、、ｆｆを求めると、
ν２ となる。第（８）式と第（９）式を利用すれば、第（６
）式の右辺の第１項と第２項はそれぞれ次のように表わ
すことができる。

ｆ、　　ν１　　　　ν２−ν１ ｆ！　ν２　　　　ν１−ν２ つまり、薄肉レンズを密着させて焦点距離の色消しを行
う場合、一方の薄肉レンズのアツベ数ν１を非常に大き
く、他方の薄肉レンズのアツベ数ν２を非常に小さくす
ると、各薄肉レンズの色収差を非常に小さくすることが
できる。このことは、Ｃ線とＦｌとで合成焦点距離が等
しくなるだけでなく、Ｃ線とＦ線以外の波長でも各薄肉
レンズの合成焦点距離の変化が少ないことを意味し、ア
ツベ数の差が小さい場合に比べて広い波長範囲で焦点距
離の色収差を小さくできるわけである。

本発明では像面湾曲を過大にすることなく色収差を非常
に小さくするために、屈折率が近くアツベ数の差が大き
い２つの材料を選ぶ。アツベ数の大きい材料としてガラ
スで上限付近のアツベ数が８０以上の材料を用いる。屈
折率が低くアツベ数の小さい材料はガラスでは存在しな
いので、アツベ数が４０以下で組み立て時に流動性を有
する透明物質を用いる。

また、複合レンズはレンズ装置の一部に用いると、複合
レンズで発生する色収差が非常に小さいことから、レン
ズ装置全体の色収差も非常に小さくすることができる。

実施例 本発明による複合レンズの一実施例について添付図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における複合レンズの断面図
で、ｌは第ルンズ、２は第２レンズ、３は第３レンズ、
４は円筒状の枠体、５は弾性に冨んだ筒状の膜である。

第ルンズ１は両面とも球面でアツベ数が８０以上の材料
で作成された両凸レンズであり、第３レンズ３は薄い平
行平面のガラスである。第２レンズ２は組み立て時に流
動性を有しアツベ数が４０以下の透明物質で構成された
レンズで、第ルンズ１と第３レンズ３とに密着している
。当然ながら第２レンズ２は平凹の負レンズとなる。第
ルンズ１と第２レンズ２と第３レンズ３とで複合レンズ
が構成され、複合レンズの屈折力は正となっている。枠
体４は両端に段差部７．８が設けられており、膜５の両
端には耳部９、ｌＯが設けられている。

第ルンズ１の材料として、株式会社　住田光学硝子製造
所の商品名ＣａＦＫ９５なるガラスを用いる。ｄ′４１
Ａにおける屈折率およびアツベ数はそれぞれｎａ　”１
．４３５２５　、ν、　＝９５．０であり、アツベ数が
非常に大きい。

透明物質として、信越化学工業株式会社の商品名０Ｆ−
１１３なるシリコーンゴムコンパウンドを用いる。この
材料は２液に分けられて提供されており、２液を混合す
ると時間経過または加熱により付加反応を生じて固体ま
たはゲル状となる。ｄ線における屈折率およびアツベ数
はそれぞれｎ。

＝１．５１、ν４＝３５で、同じアツベ数であればガラ
スに比較して屈折率が低い。

第３レンズ３は薄い平行平面であるので焦点距離は無限
大であり、複合レンズの焦点距離およびその色収差には
影響を与えない。複合レンズの焦点距離の色収差に影響
するのは第ルンズｌと第２レンズ２であるが、本発明の
作用で述べたように、アツベ数の差が４０以上と大きい
ので、広い波長範囲で焦点距離の色収差を非常に小さく
することができる。しかも、第２レンズを構成する透明
物質の屈折率が第ルンズの屈折率に比較してそれほど大
きくないので、像面湾曲を過大に発生することもない。

次に、本発明の複合レンズの組み立て方法について説明
する。第１図に示すように、枠体４の内周に沿って弾性
に冨んだ膜５を取り付け、膜５の耳部９．１０が枠体４
の段差部７．８に接触するようにする。この状態で第３
レンズ３を枠体４の端の段差部８に取り付け、膜５の耳
部１０が段差部８と第３レンズ３との間にはまり込むよ
うにして、枠体４の端部に第３レンズ３の周囲を押さえ
るための押えリング１１を取り付ける。これで、第３レ
ンズ３と膜５とで液体を保持する容器が構成される。次
に、第３レンズ３を下にした状態でこの容器に、第２レ
ンズを構成する透明物質が所定量よりわずかに多く注入
される。透明物質に気泡が残らないようにして、第ルン
ズｌを枠体４の段差部９にはめ込み、この時にあふれた
透明物質は第ルンズｌと第３レンズ３とに触れないよう
に除去し、最後に、枠体４の端部に第ルンズ１の周囲を
押さえるための押さえリング１２を取り付ける。

透明物質は組み立て時に流動性を有するので、第ルンズ
１と第３レンズ３に完全に密着し、透明物質が第２レン
ズ２を構成することになる。枠体４は第ルンズ１と第３
レンズ３との間隔を規制する働きもしている。膜５は弾
性に冨んだ材料としてシリコーンゴムが用いられ、迷光
を防ぐために表面が黒色の材料が用いられている。

第１図に示した複合レンズは、物理的には３枚構成であ
るが、精密加工が要求されるのは２枚の固体レンズだけ
である。また、前述のＯＦ　−１１３はガラスに比較し
て安価であり、液体密封の構造は組み立て時のみ機能す
る簡単な構造でよいので、大幅なコスト高を招くことな
く色収差の非常に小さい複合レンズを実現することがで
きる。

ＯＦ−１１３は、第１の液体が末端にビニル基を有する
ジメチルシロキサン、第２の液体が一部のメチル基を水
素に置換したジメチルシロキサンであって、この２種類
の液体を混合すると微量の白金触媒の作用の下で第１の
液体のビニル基と第２の液体の水素が付加反応を示し、
３次元構造の巨大分子となるために、固体またはゲル状
となる。

付加反応が行われる時に副生成物を発生しないので全体
が均一に硬化する。また室温硬化が可能であり、硬化前
後における体積変化が非常に少ない。

そのため、硬化後は内部の光学的特性が均一となる。本
発明の複合レンズに用いる透明物質はこのような化学反
応を利用したもので、組み立て時には液体で使用時には
固体またはゲル状となり、しかも内部の光学的特性が均
一であるので非常に都合が良い。

０Ｆ−１１３のアツベ数が小さいという光学的特性は含
有されているフェニル基によるものである。

一般に、フェニル基などのベンゼン核を含有する有機物
質はアツベ数が小さいという傾向がある。

シリコーンゴムコンパウンドの主体であるシロキサン結
合には多くの基を結合させることが可能であり、０Ｆ−
１１３は２液ともシロキサン結合にフェニル基を結合さ
せたものである。フェニル基などのベンゼン核を含有す
る有機物質は他の有機物質に比べて比較的屈折率が高い
という傾向があるものの、有機物質はガラスに比べて屈
折率が低いという傾向があるため、ＯＦ−１１３は同じ
アツベ数のガラスに比べて屈折率が小さい。

本発明の他の実施例について以下に説明する。

第２図は、第１図に示した構成の第３レンズ３を正レン
ズ１３に置換した構成を示したものである。

第３レンズ３に第ルンズ１と同一の材料を用いることも
できる。３つのレンズ１．２．１３の焦点距離の組み合
わせを最適にして色収差補正を行えば、上述の実施例と
同様に広い波長範囲で色収差を非常に小さくすることが
でき、同時に単色収差を補正するための自由度が増える
。

第３レンズ１３をアクリル樹脂で作成し、空気側の面１
４を非球面とすれば、球面収差を非常に小さくすること
もできる。樹脂レンズは非球面でも射出成形加工や切削
加工が容易である。また、第３レンズ１３の第２レンズ
２側の面１５を非球面にすれば、広い光線高で色収差補
正を行うことができる。

固体レンズの非球面同士の接合は容易でない場合が多い
が、本発明の場合には流動性透明物質を用いるので、容
易に接合ができる。

第１図に示した実施例に用いる透明物質は０Ｆ−１１３
以外に、組み立て時に流動性を有しアツベ数が４０以下
の透明物質であればどのようなものでも使用可能である
。フェニル基などのベンゼン核を含む基を含有する透明
液体やシリコーンオイルを用いることもできる。

第１図に示したような複合レンズをレンズ装置の一部に
用いることができる。例えば、空気間隔を挟んで複数の
複合レンズを組み合わせたレンズ装置や、複合レンズに
いくつかの単レンズを組み合わせたレンズ装置が考えら
れる。複合レンズの色収差補正およびレンズ装置全体の
色収差補正を行うことになるが、複合レンズの色収差が
非常に小さいことからレンズ装置全体の色収差を非常に
小さくすることができる。

発明の効果 以上述べたごとく本発明によれば、アツベ数の非常に大
きい材料と、組み立て時に流動性を有しアツベ数が小さ
く屈折率が高くない透明材料とを組み合わせて色収差補
正を行うので、過大な像面湾曲を発生することなく複合
レンズおよび複合レンズを用いたレンズ装置の色収差を
非常に小さくすることができ、非常に大きな効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における複合レンズの構成を
示す断面図、第２図は本発明の他の一実施例における複
合レンズの構成を示す断面図である。 ■・・・・・・第ルンズ、２・・・・・・第２レンズ、
３，１３・・・・・・第３レンズ、４・・・・・・枠体
、５・・・・・・膜。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／−−−オ
ｊレンズ ？−オ２レンズ ３−才３νンス゛ ４−２体 ５−履 第１図 ノーーオ１νンス゛ Ｚ−−一部２νンズ。 ４−一神林 Ｓ−−一項 １３−一一部３ンンズ 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）２枚の固体レンズと、組み立て時に流動性を有す
   る透明物質とを備え、前記透明物質は前記２枚の固体レ
   ンズの間に密着して配置され、前記２枚の固体レンズの
   少なくとも一方にアッベ数が８０以上の材料を用い、前
   記透明物質にアッベ数が４０以下の材料を用いて色収差
   補正を行った複合レンズ。
2. （２）透明物質はベンゼン核を含む基を含有する材料で
   ある請求項（１）記載の複合レンズ。
3. （３）透明物質はフェニル基を含有する材料である請求
   項（２）記載の複合レンズ。
4. （４）透明物質はシリコーンゴムコンパウンドである請
   求項（１）記載の複合レンズ。
5. （５）透明物質は２液混合した後、付加反応により固体
   またはゲル状に硬化するシリコーンゴムコンパウンドで
   ある請求項（４）記載の複合レンズ。
6. （６）２枚の固体レンズの少なくとも一方に非球面を含
   む請求項（１）記載の複合レンズ。
7. （７）請求項（１）記載の複合レンズを備えたレンズ装
   置。