JPH03280007A - 像面平坦化レンズ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、屈折式望遠鏡・反射式望遠鏡・カタディオプ
トリック式望遠鏡の対物レンズや対物鏡、あるいはカメ
ラレンズ等の結像光学系において、結像特性を改善する
ための像面平坦化レンズに関するものである。

［従来の技術１ 望遠鏡の結像光学系としては、二枚玉もしくは三枚玉の
アクロマート、アポクロマート対物レンズ、放物面反射
鏡、カセグレン式二枚鏡、あるいはシュミットカセグレ
ン式光学系等が用いられている。これらの結像光学系は
球面収差、軸上の色収差が補正されており、接眼鏡を用
いた眼視観察の用途に対しては充分な性能を有するもの
である。

しかし、上記結像光学系は非点収差と像面湾曲が残って
いるために、焦点位置で写真撮影を行なうといった用途
に対しては視野を広（とることができないという問題点
がある。

軸外の結像を改善し像面を平坦化するためには、レンズ
や反射鏡の構成枚数を増やすことによつて非点収差と像
面湾曲を補正する必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、レンズや反射鏡の構成枚数を増やすことはコス
トと重量、および光量損失の増大を招く。

また、写真性能の向上と引き換えに眼視性能が低下する
場合もある。

〔間層点を解決するための手段］ 本発明では、通常の眼視用望遠鏡の対物レンズあるいは
対物鏡と像側焦点の間に光軸方向屈折率分布レンズを置
くことによって非点収差と像面湾曲を補正し、写真撮影
を行なうに充分な広い視野にわたって平坦な像面を得る
。また、本発明の像面平坦化レンズは軸上の屈折力をほ
とんど有さない場合には対物レンズの球面収差と軸上色
収差の補正に悪影響を及ぼさないという利点がある。さ
らに、本像面平坦化レンズは両面共に球面の１枚レンズ
であることから低いコストで生産することができ、光量
の損失も最小限におさえることができる。

［作用コ 本発明の各条件と作用について説明する。

第３５図は、本発明における像面平坦化レンズの模式図
である。図をわかり易くするために球面の曲率とレンズ
厚は実際より誇張して示している。

以下、光軸を２軸、凸面をＡ面、凹面をＢ面と呼び、 Ａ面の曲率半径を１両 Ｂ面の曲率半径をｒ８ Ａ面と２軸の交点をＡＩ Ｂ面と２軸の交点を８１ 光学系の利用する最外周光線とＡ面との交点の２座標を
Ａ− 光学系の利用する最外周光線とＢ面との交点の２座機を
Ｂｍ ＡＩとＡ■の間をＡ領域、その厚さをｔＡＢ−とＢｌの
間をＢ領域、その厚さをｔＢＡ■とＢＯの間をＣ領域、
その厚さをｔｃと定義する。

本像面平坦化レンズは、光軸方向に屈折率分布を形成す
ることによって非点収差量を調節する。

たとえば、像面平坦化レンズのＡ領域においてＡ１を原
点として ｎ（ｚ）＝　ｎ＠＋　ｉｚ　　　　　（１）式であられ
される光軸方向屈折率分布をもたせると、ｋ＞Ｏならば
　正の非点収差 ｋ＜Ｏならば　負の非点収差 が発生するため、適当なｋの値を選ぶことによって結像
光学系の非点収差を打ち消して平坦な視野を得ることが
できる。

一例として、第３６図Ａに示される様に正のペッツバー
ル相と正の非点収差を有する対物レンズに像面平坦化レ
ンズを配置する場合について説明する。像面平坦化レン
ズはＡ領域に（１）式であられされる屈折率分布を有す
るものとする。像面平坦化レンズによる軸上の色収差と
球面収差の発生を少なくするためには、ｒ、１とｒ８の
値をほぼ等しくすることにより近軸の屈折力はごく小さ
くするかあるいは０にする。像面平坦化レンズに屈折力
をもたせる場合には、光学系全体で球面周差と軸上色収
差を補正する必要がある。

レンズの両面の曲率は固定して、ｋ＜Ｏとすると、ｋの
絶対値を大きくしていくにしたがって非点収差は第３６
図ＢＳ　ＣＳ　Ｄへと変化する。第３６図Ｂ、　　Ｃ，
Ｄの非点収差補正状況のうち、特に有用なものはＢとＣ
である。Ｂの場合は非点収差が小さいのでフィルムもし
くは写真乾板を像面に合わせて湾曲させると極めて広い
視野にわたって良像を得ることができる。Ｃの場合は平
坦なフィルム面に対して非点収差と像面湾曲によるボケ
が最小となる。本像面平坦化レンズの屈折力が小さい場
合はペッツバール像面はほとんど変化しない。

ｎｅの値の大小は収差補正にほとんど影響しない。

また、レンズＡ面の向きは対物レンズ側、像側焦点側の
どちらであっても収差補正の効果はほぼ同じである。

Ａ領域と同様の作用はＢ領域において、Ｂ＠を原点とし
て ｎ（ｚ）　ｌｌ　ｎｌ！　＋　ｋ中２ であられされる光軸方向屈折率分布によっても得ること
ができる。Ｂ領域の場合は、 ｋ＞Ｏならば　負の非点収差 ｋ＜Ｏならば　正の非点収差 が発生する。ｎ＠の値の大小は収差補正にほとんど影響
しないこと、レンズ８面の向きはどちらであっても収差
補正の効果はほぼ同じであることもＡ領域の場合と同様
である。

Ａ領域とＢ領域の両方に屈折率分布を形成させて、収差
の補正作用を分担させることももちろん可能である。

Ｃ領域における光軸方向屈折率分布は、収差に対してほ
とんど影響しない。そのため、屈折率は一定であっても
良いし、レンズ材料を製作する際の都合により分布がつ
いていてもかまわない。

光軸方向に屈折率分布を有するガラス材料は、イオン交
換法等によって製作することができる。

イオン交換法を用いる場合、ガラス材料（平板状）の光
軸方向屈折率分布は第３７図に示す分布となることが多
いので、屈折率分布が直線状となる部分（第３７図　Ｉ
の範囲）を像面平坦化レンズのＡ領域あるいはＢ領域と
して用いることができる。

第３７１１ｉ！Ｉに示す屈折率分布を有するガラス材料
を像面平坦化レンズに加工する場合、非直線状屈折率分
布（第３７図　■の範囲）がＣ領域に残ることが考えら
れるが収差補正に悪影響を与えることはない。

実際にレンズの材料として使用しつる光軸方向屈折率分
布材料の光学特性を考慮すると、Ａ領域、Ｂ領域の屈折
率差　０．１５以下Ａ領域のｎｓ、Ｂ領域のｎｓ、　　
Ｃ領域の屈折率１、　４５〜１．　８５ とすることが望ましい。

前述したように、本発明の像面平坦化レンズは対物レン
ズの細土色収差と球面収差にほとんど影響することなく
、主に非点収差量を調整することができる。よって、像
面平坦化レンズと組み合わせるのは細土色収差、球面収
差、コマ収差が充分に補正された光学系であることが望
ましい。その様な光学系としては、アクロマート、アポ
クロマト対物レンズ、リッチ−フレチアン式反射望遠鏡
、ぺ・ノツバール型長焦点レンズ等がある。

シカシ、二ニートン式反射望遠鏡、カセグレン式反射望
遠鏡等、コマ収差の多い光学系との組合せは不適である
。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図〜第３７図において、 像面平坦化レンズ　・・・１ 最外周光線　　　　・・・２ Ａ領域　　　　　　・・・Ａ ＢｊＪ域　　　　　　・・・Ｂ Ｃ領域　　　　　　・・・Ｃ 像側焦点　　　　　・・・Ｆ′ 曲率半径　　　　　・・・ｒｌ、　　ｒ２．　　ｒ３ｒ
ａ、　　　　１５　　　　ｒ６ 面間隔　　　　　　・・・（ｌｌ＋　　ｄ２．　　ｄａ
。

ｄａ、　　ｄｓ　　ｄａ 球面収差曲線　　　・・・ＳＡ 正弦条件不満足量　・・・ｏｓｃ ペッツバール像面　・・・Ｐ サジタル像面　　　・・・Ｓ メリジオナル像面　・・・Ｍ によって表わされる。

実施例及び収差図では、長さはすべて焦点距離をほぼ１
００として規格化した値である。基準波長はｄ線（５８
７，６ｎｍ）とする。

実施例１ 光学系全体の断面図を第１図に、像面平坦化レンズの誇
張して描いた説明図を第２図に示す。また、球面収差と
非点収差をそれぞれ第３図、第４図に示す。

物像間距離　　　　　ω 焦点距離　　　　　９９．７８７ 対物レンズ有効径　φ１２．５０ （第１面が開口絞り） Ｆ値　　　　　　７．９８３ ｒ＋＝４１・ ｄ、＝０゜ ｙｌ、＝　　Ｌ ｒ　　２＝　　２　０゜ ６　２＝　　Ｏ。

ｒ　　３＝　　２　０゜ ６　３＝　　１゜ ｎ、１＝１゜ ７ ２ ３ ０ ２９４４ ０ ０ ５６００ ν　、＝５１゜ ν　ｄ＝　９０、 ６゜ 　４−８ ５゜ ｒ　５二　６ ８゜ ｄ　　ｓ＝　　０゜ （光軸方向屈折率分布レンズ） 　６−６ ８゜ ｄ６＝ ２゜ 光軸方向屈折率分布レンズの屈折率を以下に記す。

第２図において、 Ａ領域 ０゜ Ｏ≦　２ ≦　０゜ ｎ　　ｄ＝　　１゜ ν　−＝　６ ４゜ Ｂ領域 ０゜ ０　≦ ≦　０゜ （ｚ） ＝　　ｎ　　Ｉｌ＋　　ｋ　　・ （ｚ　　−０゜ ４０　） ｌ。

（ｄ線） ν　ｄ＝６ ４゜ に＝０．　　５００００ （ｋ値は波長によらず一定値とする） Ｃ領域 ０．１５１　　≦　２　≦　０．４００ｎａ＝１．　　
５１６３３　　　　　　ν　ｄ＝６４．　　　まただし
、Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ領域を定めるための最外周光線は
　ω＝３．０＠における主光線とした。

本実施例における対物レンズは像面平坦化レンズを取り
去った状態でも軸上色収差、球面収差、コマ収差が充分
に補正されているので独立に使用することもできる。す
なわち、対物レンズのみで眼視観察を行い写真撮影時に
は像面平坦化レンズを用いる、といった使い分けも可能
である。

像面平坦化レンズを除いた場合は、 焦点距離　１００．００５ Ｆ値　　　８．０００ となる。この場合の球面収差と非点収差を第５図、第６
図にそれぞれ示す。

実施例２ 光学系全体の断面図を第７図に、像面平坦化レンズの誇
張して描いた説明図を第８図に示す。また、球面収差と
非点収差をそれぞれ第９図、第１Ｏ図に示す。

物像間距離　　　　　の 焦点距離　　　　　９８．９８０ 対物レンズ有効径　φ１２．５０ （第１面が開口絞り） Ｆ値　　　　　　　７．９１８ ｒ＋＝３９．　　３６２ ｄ＋＝０．６５０ ｙｌ、＝ｌ、　　　５２９４４ ｒ２＝１９．　　５６８ ｄ　　２＝０．　　０２０ ｒ　　３＝１９゜　　４８９ ｄ３＝１．　　９００ ｎ　　ｄ＝　　１．　　４　５　６　０　０ν　ｄ＝５
１．７ シ　ａ＝９０゜ レンズの誇張して描いた説明図を第３２図に示す。

また、球面収差と非点収差をそれぞれ第３３図、第３４
図に示す。

物像間距離　　　　　ψ 焦点距離　　　　　１００．０００ 対物レンズ有効径　φ２０．００ （第１面が開口絞り） Ｆ値　　　　　　　ｓ、ｏｏ。

ｒ　　Ｉ＝４０．　　６６３ ｄ＋＝１．　　０００ ｎ　　ｄ＝　　１．　　５　２　９　４　４ｒ　　２＝
２０．　　４５１ （＋２＝０．　　０４０ ｒ３＝２０．　　３１８ ｄ　３ミ　３．６００ ｎ　　ｄ＝１．　　４５６００ ｒａ＝１４０．　　０７８ ６　　ａ＝　　６　２．　　３　０　６ｒ５＝６８．　
　６７８ ν　ｄ＝５１゜ ν　ｄａ＝９Ｑ。

ｄ　５工 １゜ （光軸方向屈折率分布レンズ） ｒ　６＝　４ ３゜ ｄ　６：　５ ５゜ 光軸方向屈折率分布レンズの屈折率を以下に記す。

第３２図において、 Ａ領域　コ ０゜ ≦　２　≦　０゜ ｎ　　ｄ＝　　１゜ ν　ａ＝６４゜ Ｂ領域 １゜ ００００　≦　２　≦　１゜ （Ｚ） 夕　ｎＢ＋ｋ （ｚ　　−１゜ ００００） ｎ　白８ ！。

！ （ｄ線ン ν　ａ”６ ４゜ ｋ　＝　０゜ （ｋ値は波長によらず一定値とする） Ｃ領域　： ０．０８７８　　≦　２　≦　１．０００　０ｎａ＠　
１．　　５１６３３　　　　　　ν　ａ＝６４．　　　
まただし、Ａ、　　Ｂ、　　Ｃ領域を定めるための最外
周光線は、ω＝３．０”　における主光線とした。

本実施例では像面平坦化レンズにかなり大きな屈折力を
もたせて、光学系全体で収差補正をしている。従って、
像面平坦化レンズを取り去った状態では使用できない。

［発明の効果］ 本発明によれば、−枚の補正レンズにより光学系の非点
収差、像面湾曲を補正して視野を広げることができ、写
真撮影等の用途に用いることかでき　る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図、第１３図、第１９図、第２５図、ｍｌ
！３１図はそれぞれ本発明の箪ｌ実施例ないし第６実施
例に対応する光学系の断面図、第２図、第８図、第１４
図、第２０図、第２６図、第３２図は補正レンズを誇張
して描いた説明図、第３図、第９図、第１５図、第２１
図、第２７図、第３３図はそれぞれ本発明の第１実施例
ないし第６実施例の球面収差（ＳＡ）および正弦条件不
満足量（ＯＳＣ）を示す線図、第４図、第１０図、第１
６図、第２２図、第２８図、第３４図はそれぞれ本発明
の第１実施例ないし第６実施例の非点収差を示す線図、
第５図、第６図、第１１図、第１２ｒｇＪ、第１７図、
第１８図、第２３図、第２４図、第２９図、第３０図は
それぞれ本発明の第１実施例ないし第５実施例から像面
手塩化レンズを除いた場合の球面収差および正弦条件不
満足量を示す線図と非点収差を示す線図、第３５図は像
面平坦化レンズの誇張して示した説明図、第３６ｒＩＡ
は本発明の詳細な説明図、第３７図はイオン交換法によ
る屈折率分布の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 結像光学系の対物レンズもしくは対物鏡と像側焦点の中
   間に配置され、以下の条件を満たすことを特徴とする像
   面平坦化レンズ。 （１）レンズ面は、一面が凸面、他の一面が凹面の球面
   である。 （２）レンズの両側における屈折率分布の有効範囲のう
   ち少なくとも片方において、 ｎ（ｚ）＝ｎ＿■＋ｋ・ｚ の式により表わされる光軸方向の屈折率 分布を有する。 ただし、ｚは光軸に沿ったレンズの厚さ 方向の長さを表わす。また、 ｎ＿■： Ｚ＝０におけるレンズの屈折率 ｎ（ｚ）： ｚにおけるレンズの屈折率 ｋ：定数 屈折率分布の有効範囲： レンズのある表面において光学系 の最外周光線とレンズ面の交わる 点のｚの値をｚ＿ｍ、レンズ面と光軸 の交点のｚの値をｚ＿ｇとするとき、 ｚ＿ｍとｚ＿ｇにはさまれた範囲を「屈 折率分布の有効範囲」とする と定義される。