JPH08327894A - 結像レンズ系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】380〜780nmの波長の光線に対して十分な透過率
を有する結像レンズ系を提供する。また、最大画角まで
十分に明るく、かつ、良好な収差補正を可能にする前絞
りの結像レンズ系を提供する。 【構成】物体側から順に、いずれも物体側に凸面を向け
た正の第１，第２レンズＧ１，Ｇ２と；像側に凹面を向
けた負の第３レンズＧ３と，両凸の正の第４レンズＧ４
とで前絞り４枚構成の結像レンズ系を構成する。すべて
のレンズＧ１〜Ｇ４は、条件式：Ｎd≦1.65(Ｎd：レン
ズを構成するガラス材料のｄ線に対する屈折率)を満足
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、結像レンズ系に関する
ものであり、更に詳しくは、光源色分光色彩計等の分光
測定器に用いられる結像レンズ系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源色分光色彩計等の分光測定器による
と、被測定光源からの可視光領域(波長：380〜780nm)の
入射光線が回折格子で分光され、分光された各波長の光
線が各々対応する受光素子上に結像レンズ系で結像さ
れ、得られた受光素子出力信号から被測定光源の輝度や
色度が計算される。従って、結像レンズ系は、可視光領
域全域の各波長の光線を透過させるものでなければなら
ない。

【０００３】通常、光がガラスやプラスチックを透過す
る波長範囲は、400〜1500nm程度であり、それよりも短
波長側及び長波長側では光の吸収が起こる。例えば、ガ
ラスの透過率は次の式(A)で表される。

【０００４】Ｔ＝(１−Ｒ)²・ｅ^-Kd ……(A) ここで式(A)中、 Ｔ：透過率 Ｒ：界面反射率 ｄ：材料の厚さ Ｋ：吸収係数 である。

【０００５】吸収係数Ｋは材質により異なり、一般に、
高屈折率・高分散のガラスほど吸収される光量が多い。
また、材料の厚さｄが大きければ大きいほど透過率Ｔが
低下するので、結像レンズ系を構成するレンズ枚数は多
ければ多いほど透過率Ｔが低下することになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常の35mm一眼レフカ
メラ用の結像レンズ系としては、単焦点レンズ系で４〜
７枚構成のものが多く、ズームレンズ系では１３枚構成
等のものも珍しくない。このような結像レンズ系は、様
々な材質のレンズが多数枚組み合わされた構成となって
いるため、可視光領域全域における透過率Ｔが不十分で
あり、可視光領域全域の光線を測定する分光測定器用の
結像レンズ系としては不適当である。従って、分光測定
器用の結像レンズ系としては、レンズ枚数が少なく、低
屈折率・低分散のガラス材料から成るものが適当であ
る。

【０００７】また、Ｆナンバー(ＦNO)の大きな暗い結像
レンズ系を分光測定器に使用した場合、測定に必要な光
量を得るために受光時間(シャッタースピード)を長くし
なければならないが、受光時間を長くすると、その分、
受光素子出力信号にノイズ成分が多く含まれることにな
るので、測定精度が低下してしまう。従って、分光測定
器用の結像レンズ系としては、像面照度を高くできるも
のが適当である。

【０００８】回折格子で分光された光線を結像レンズ系
が各波長に１対１に対応した受光素子上に結像させるよ
うに構成された分光測定器においては、波長によって結
像レンズ系の画角が特定されることになる。従って、レ
ンズコバや絞りによる軸外光束の損失があると、画角に
よって(言い換えれば、波長によって)レンズ系の明るさ
が異なってしまうことになる。また、短波長の光線(例
えば、380nmの光線)に対する透過率は、もともと低くな
る傾向にあるので、短波長の光線に対応する画角での像
面照度が低ければ、なおさら結像レンズ系通過後の光量
は少なくなってしまい、測定精度が影響を受けることに
なる。従って、分光測定器用の結像レンズ系としては、
レンズコバや絞りによる軸外光束の損失が少なく、短波
長の光に対する透過率の良いものが適当である。

【０００９】上記のように回折格子を備えた分光測定器
においては、各波長に対応した画角で回折格子から結像
レンズ系に平行光束が入射するので、レンズ系の評価と
しては、このような分光測定器用の結像レンズ系を、回
折格子位置に絞りが配置された前絞り結像レンズ系とし
て扱うことができる。また、回折格子を利用した測定光
学系では、回折０次光が結像レンズ系に入射するとフレ
アー等の影響が生じる可能性があるため、回折格子と結
像レンズとの間隔を十分にとることによってその影響を
なくす方策が採られることが多い。このような前絞りレ
ンズ系では、一般に、画角が大きくなるにつれてフレア
ーが大きくなる傾向にあるため、良好な収差補正が難し
いという問題がある。

【００１０】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、380〜780nmの波長の光線に対し
て十分な透過率を有する結像レンズ系を提供することに
ある。また、最大画角まで十分に明るく、かつ、良好な
収差補正を可能にする前絞りの結像レンズ系を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、４枚構成の結像レンズ系であって、
構成している４枚のレンズがすべて次の条件式(1)を満
足することを特徴とする。 Ｎd≦1.65 ……(1) 但し、 Ｎd：レンズを構成するガラス材料のｄ線に対する屈折
率 である。

【００１２】この発明によると、レンズ枚数は４枚にま
で少なく抑えられているため、波長：380〜780nmの可視
光領域全域にわたって光の透過率Ｔが高くなる。さら
に、構成している４枚のレンズがすべて条件式(1)を満
たすように低屈折率のガラス材料で構成されているの
で、短波長の光線に対する透過率Ｔが良くなる。つま
り、短波長の光線に対応する画角での像面照度が高くな
る。従って、波長：380〜780nmの可視光領域全域にわた
って十分な透過率Ｔを有する結像レンズ系を実現するこ
とができ、この結像レンズ系により上記可視光領域全域
にわたって十分な像面照度を得ることができる。従っ
て、回折格子で分光された光線を受光素子上に結像させ
る結像レンズ系として、この結像レンズ系を用いれば、
分光測定器の測定精度を向上させることができる。

【００１３】条件式(1)の範囲を超えたガラス材料から
成るレンズを用いると、400nmより短波長の光の吸収係
数Ｋが大きくなり、レンズ系全体としての短波長の光の
透過率Ｔが大きく低下する。

【００１４】ところで、レンズ系を設計する際、収差を
どの程度小さくするかが問題となってくる。レンズ系の
収差補正においては、使用するガラス材料の屈折率の大
小や分散の大小が重要なポイントである。ガラス材料の
異なるレンズをいかに組み合わせるかによって、収差性
能の善し悪しが決まってくるからである。ところが、構
成するレンズを前記条件式(1)を満たすガラス材料に限
定した場合、屈折率差の少ない材料同士の組み合わせし
かできなくなるため、少ないレンズ枚数では十分な収差
補正を行うことが難しくなる。

【００１５】そこで、第２の発明は、４枚構成の前絞り
結像レンズ系であって、物体側(例えば、回折格子側)か
ら順に、物体側に凸面を向けた正屈折力を有する第１レ
ンズと，物体側に凸面を向けた正屈折力を有する第２レ
ンズと，像側に凹面を向けた負屈折力を有する第３レン
ズと，両凸の正屈折力を有する第４レンズとから成るこ
とを特徴とした構成となっている。

【００１６】第２の発明において、以下の条件式(2)及
び(3)を満たせば、色収差が十分に補正された結像レン
ズ系を実現することができる。 νd_P≧55 ……(2) νd_N≦40 ……(3) 但し、 νd_P：正屈折力を有するレンズのアッベ数νd νd_N：負屈折力を有するレンズのアッベ数νd である。

【００１７】条件式(2)，(3)の範囲を超えたガラス材料
を用いると、正屈折力のレンズで発生した色収差を負屈
折力のレンズで補正しきれなくなってしまう。

【００１８】また、第２の発明において、次の条件式
(4)を満たせば、良好な色収差補正が可能になる。 -0.8＜ｆ₃／ｆ＜-0.3 ……(4) 但し、 ｆ：レンズ系全体の焦点距離 ｆ₃：第３レンズの焦点距離 である。

【００１９】条件式(4)は、第３レンズの焦点距離を規
定するものである。条件式(4)の範囲を超えると、正屈
折力を有するレンズで発生した色収差を負屈折力を有す
る第３レンズで補正することが困難になるため、軸上色
収差が大きくなる。特に、条件式(4)の下限を超える
と、第３レンズを構成する面の屈折力が強くなりすぎる
ため、球面収差及び周辺光束のフレアーが大きく発生す
ることになる。

【００２０】さらに、第２の発明において、次の条件式
(5)及び(6)を満たせば、収差補正が十分になされた良好
な性能を得ることができる。前絞り結像レンズ系におい
て、収差性能を良好にするとともに、画角30°程度まで
十分に明るくするためには、周辺光束のフレアーの補正
が重要である。 -2.5＜ｒ_3F／ｆ＜-1.2 ……(5) 0.2＜ｒ_3R／ｆ＜0.8 ……(6) 但し、 ｆ：レンズ系全体の焦点距離 ｒ_3F：第３レンズの物体側の面の曲率半径 ｒ_3R：第３レンズの像側の面の曲率半径 である。

【００２１】条件式(5)は、第３レンズの物体側の面の
屈折力を規定するものである。条件式(5)の下限を超え
ると、面の負の屈折力が弱くなるため、第１レンズと第
２レンズの正の屈折力によって発生した負の球面収差を
補正することが困難になる。そのため、球面収差が負の
方向に増大する。一方、条件式(5)の上限を超えると、
面の負の屈折力が強くなりすぎるため、周辺光束のフレ
アーが増大するとともに、歪曲収差が負方向に大きくな
り、好ましくない。

【００２２】条件式(6)は、第３レンズの像側の面の屈
折力を規定するものである。条件式(6)の下限を超える
と、周辺光束のフレアーが増大すると同時に球面収差が
大きく発生する。一方、条件式(6)の上限を超えると、
子午像面が負方向に大きく湾曲するため、非点収差が大
きくなる。

【００２３】さらにまた、第２の発明において、次の条
件式(7)及び(8)を満たせば、結像レンズ系のコンパクト
化を図ることができるとともに、良好な性能を得ること
ができる。 0.5＜ｆ_1・2／ｆ＜1.5 ……(7) 0.6＜Ｌ／ｆ＜1.2 ……(8) 但し、 ｆ：レンズ系全体の焦点距離 ｆ_1・2：第１レンズと第２レンズとの合成焦点距離 Ｌ：レンズ系全長(第１レンズから第４レンズまでの軸
上面間隔の総和) である。

【００２４】結像レンズ系の結像面に配置された受光素
子の受光感度を向上させるために、例えば、ペルチェ素
子を用いて受光素子を冷却するように構成した場合や赤
外カットフィルター等の光学フィルターを挿入した場
合、結像レンズ系と結像面との間隔が短ければメカ構成
が困難になる。従って、ある程度のレンズバック量が必
要になる。レンズバックを長くする方法としては、結像
レンズ系の焦点距離を長くする方法や結像レンズ系の像
側主点位置を像側に近づける方法が挙げられるが、いず
れの方法を採用しても結像レンズ系の収差は大きくなり
がちになる。

【００２５】条件式(7)は、第１レンズと第２レンズと
の合成屈折力を規定するものである。条件式(7)の下限
を超えると、像側の主点位置が物体側に近づいてレンズ
バックが短くなるため、メカ構成が難しくなり、さら
に、歪曲収差が負方向に大きくなってしまう。一方、条
件式(7)の上限を超えると、第１レンズと第２レンズと
の合成屈折力が弱くなるためレンズバックは長くなる
が、負屈折力を有する第３レンズの径が大きくなり周辺
光束のフレアーが発生するため、良好な収差補正が難し
くなるとともにコンパクト性に欠けることにもなる。

【００２６】条件式(8)は、レンズ系全長を規定するも
のである。条件式(8)の下限を超えると、レンズ系全長
が短くなりすぎて、各々のレンズの肉厚が薄くなる。そ
のため、屈折力の強い面を構成することができなくな
り、レンズ系全体としての収差補正が難しくなる。一
方、条件式(8)の上限を超えると、レンズ系全長が長く
なりすぎて、周辺光束が光軸から遠い位置を通過するこ
とになるため、フレアーの補正が難しくなり、また、必
然的にレンズ外径も大きくなってしまうため、コンパク
ト性に欠けることになる。

【００２７】また、第２の発明において、次の条件式
(9)を満たせば、収差補正が十分に成された良好な性能
を得ることができる。 0.7＜ｆ₂／ｆ₁＜1.8 ……(9) 但し、 ｆ：レンズ系全体の焦点距離 ｆ₁：第１レンズの焦点距離 ｆ₂：第２レンズの焦点距離 である。

【００２８】条件式(9)は、第１レンズと第２レンズの
各々の屈折力を規定するものである。条件式(9)の下限
を超えると、球面収差が正方向に増大する。一方、条件
式(9)の上限を超えると、歪曲収差が正方向に増大し、
倍率色収差も大きくなってしまうため、良好な収差補正
ができなくなる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明に係る結像レンズ系の実施例を
示す。但し、各実施例において、CRi(i=1,2,3,...)は物
体側から数えてi番目の面の曲率半径、Ti(i=1,2,3,...)
は物体側から数えてi番目の軸上面間隔(即ち、各レンズ
の心厚又は空気間隔)を示し、Ndi(i=1,2,3,4),νdi(i=
1,2,3,4)は物体側から数えてi番目のレンズのｄ線に対
する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示す。なお、実施例
中の第１面(曲率半径：CR1)は、回折格子に見立てた絞
り径：φ18mmの仮想絞りであり、第１レンズの前面(曲
率半径：CR2)から物体側に20mmの位置(T1=20.0)に配置
されている。また、全系の焦点距離ｆ及びＦナンバーＦ
NOを併せて示す。

【００３０】《実施例１》 ｆ＝29.9 ＦNO＝1.66 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] CR1 ∞(仮想絞り) T1 20.0 CR2 39.667 T2 4.5 Nd1 1.5891 νd1 61.1 CR3 -125.790 T3 0.1 CR4 17.179 T4 8.0 Nd2 1.5168 νd2 64.2 CR5 -46.381 T5 3.0 Nd3 1.6129 νd3 37.0 CR6 12.517 T6 4.45 CR7 21.703 T7 5.0 Nd4 1.5168 νd4 64.2 CR8 -57.013

【００３１】《実施例２》 ｆ＝29.9 ＦNO＝1.66 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] CR1 ∞(仮想絞り) T1 20.0 CR2 38.582 T2 4.5 Nd1 1.5891 νd1 61.1 CR3 -230.360 T3 0.1 CR4 16.998 T4 8.0 Nd2 1.5168 νd2 64.2 CR5 -55.779 T5 3.0 Nd3 1.6129 νd3 37.0 CR6 12.301 T6 2.5 CR7 22.815 T7 4.7 Nd4 1.5168 νd4 64.2 CR8 -45.602

【００３２】《実施例３》 ｆ＝29.9 ＦNO＝1.66 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] CR1 ∞(仮想絞り) T1 20.0 CR2 21.691 T2 7.0 Nd1 1.5891 νd1 61.1 CR3 -82.867 T3 0.1 CR4 18.354 T4 4.3 Nd2 1.5168 νd2 64.2 CR5 80.580 T5 1.6 CR6 -62.810 T6 5.0 Nd3 1.6398 νd3 34.6 CR7 10.369 T7 4.4 CR8 16.550 T8 5.3 Nd4 1.4931 νd4 83.6 CR9 -37.519

【００３３】図１，図５及び図９は、それぞれ上記実施
例１〜実施例３に対応するレンズ構成図である。実施例
１と実施例２は、物体側より順に、両凸の正屈折力を有
する第１レンズ(Ｇ１)，両凸の正屈折力を有する第２レ
ンズ(Ｇ２)と両凹の負屈折力を有する第３レンズ(Ｇ３)
との接合レンズ，及び両凸の正屈折力を有する第４レン
ズ(Ｇ４)から構成されている。実施例３は、物体側より
順に、両凸の正屈折力を有する第１レンズ(Ｇ１)，物体
側に凸面を向けた正屈折力を有するメニスカスレンズよ
り成る第２レンズ(Ｇ２)，両凹の負屈折力を有する第３
レンズ(Ｇ３)，及び両凸の正屈折力を有する第４レンズ
(Ｇ４)から構成されている。

【００３４】図１３は、上記実施例が用いられた分光光
学系の構成を模式的に示す光路図である。被測定光源側
から平行光束Ｃが回折格子１に入射すると、回折格子１
に入射した平行光束Ｃは、回折格子１の特性によってそ
れぞれ波長ごとの光束に分光される。分光された波長ご
との光束は、結像レンズ系２によって受光素子面３上に
結像する。なお、上記いずれの実施例についても(図
１，図５，図９)、図１３中の回折格子１に見立てた仮
想絞り(曲率半径：CR1)が、第１レンズ(Ｇ１)の前面(曲
率半径：CR2)から物体側に20mmの位置に配置されてい
る。

【００３５】図２，図６及び図１０は、それぞれ実施例
１〜実施例３に対応する収差図である。各図(Ａ)中、実
線(ｄ)はｄ線に対する球面収差、一点鎖線(ｈ)はｈ線に
対する球面収差、二点鎖線(ｒ)はｒ線に対する球面収差
を表わしており、破線(ＳＣ)はｄ線に対する正弦条件を
表わしている。各図(Ｂ)中、ＤＳは球欠像面でのｄ線，
ｈ線，ｒ線に対する非点収差を表しており、ＤＴは子午
像面でのｄ線，ｈ線，ｒ線に対する非点収差を表してい
る。各図(Ｃ)は、ｄ線に対する歪曲を表しており、各図
(Ｄ)はｈ線，ｒ線に対する倍率色収差を表している。

【００３６】図３，図７及び図１１は、それぞれ実施例
１〜実施例３に対応する像面照度分布図であり、軸上光
束の像面照度Ｅ０を１としたときの軸外光束の像面照度
Ｅ、即ち各像高Ｙ’でのＥ／Ｅ０を示している。また、
図４，図８及び図１２は、それぞれ実施例１〜実施例３
に対応する分光透過率図であり、すべてのレンズ表面に
反射防止用の多層薄膜を蒸着したときの波長λ(＝360〜
870nm)に対する透過率Ｔ(％)を示している。

【００３７】像面照度分布図から、最大画角まで十分に
明るくなっていること(軸外照度比：８０％以上)が分か
る。また、分光透過率図から、十分な透過率性能を有し
ていること(380〜780nmの波長の光線に対する透過率：
７０％以上)が分かる。しかも、良好に収差補正されて
いるので、上記実施例はいずれも分光測定器用の結像レ
ンズ系として最適である。

【００３８】なお、図２〜図４，図６〜図８及び図１０
〜図１２は、いずれも第１レンズ(Ｇ１)の前面から物体
側に前記仮想絞り(絞り径：φ18mm)を配置して、物体側
から平行光束Ｃを入射したときの近軸像面での諸量を示
している。

【００３９】表１に、実施例１〜実施例３における条件
式(4)〜条件式(9)に対応する値を示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明によれ
ば、380〜780nmの波長の光線に対して十分な透過率を有
する結像レンズ系を実現することができる。このため、
回折格子で分光された光線を受光素子上に結像させる結
像レンズ系として、第１の発明に係る結像レンズ系を用
いれば、分光測定器の測定精度を向上させることができ
る。

【００４２】また、第２の発明によれば、最大画角まで
十分に明るく、かつ、良好な収差補正を可能にする前絞
りの結像レンズ系を実現することができる。このため、
回折格子で分光された光線を各波長に１対１に対応した
受光素子上に結像させる結像レンズ系として、第２の発
明に係る結像レンズ系を用いれば、分光測定器の測定精
度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレンズ構成図。

【図２】実施例１の収差図。

【図３】実施例１の像面照度分布図。

【図４】実施例１の分光透過率図。

【図５】実施例２のレンズ構成図。

【図６】実施例２の収差図。

【図７】実施例２の像面照度分布図。

【図８】実施例２の分光透過率図。

【図９】実施例３のレンズ構成図。

【図１０】実施例３の収差図。

【図１１】実施例３の像面照度分布図。

【図１２】実施例３の分光透過率図。

【図１３】本発明を実施した結像レンズ系が用いられた
分光光学系の要部構成を模式的に示す光路図。

【符号の説明】

１ …回折格子 ２ …結像レンズ系 Ｇ１ …第１レンズ Ｇ２ …第２レンズ Ｇ３ …第３レンズ Ｇ４ …第４レンズ ３ …受光素子面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４枚構成の結像レンズ系であって、構成し
   ている４枚のレンズがすべて次の条件を満足することを
   特徴とする結像レンズ系； Ｎd≦1.65 但し、 Ｎd：レンズを構成するガラス材料のｄ線に対する屈折
   率 である。
2. 【請求項２】４枚構成の前絞り結像レンズ系であって、
   物体側から順に、物体側に凸面を向けた正屈折力を有す
   る第１レンズと，物体側に凸面を向けた正屈折力を有す
   る第２レンズと，像側に凹面を向けた負屈折力を有する
   第３レンズと，両凸の正屈折力を有する第４レンズとか
   ら成ることを特徴とする結像レンズ系。