JPS581402B2 - テンゾウキヨウドブンプ ノ カヘンナ コウガクケイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来写真用レンズは、主としてフイルム面上におけるフ
ォーカス像の鮮鋭度を以って評価されて．いるが、写真
レンズの総合性能としては、フイルム面上におけるフォ
ーカス像の鮮鋭度だけでは評価が十分ではなく、主要被
写体と前後する物体の像の自然なぼけが要求されるもの
で、被写体によっては、主要被写体そのものにも良好な
ぼけが要求される場合がある。

本発明は、上記目的を達成するため、フイルム面上での
デイフォーカス像、あるいは、これと共にフォーカス像
に変化を与えるため、点像強度分布を可変にして、これ
が選択を可能となした光学系を得んとするものであって
、対物レンズの光軸に関し、ほぼ回転対称的に中央部分
は透明な平行平板であって、周辺部に屈折力または透過
率特性を有する光学素子の少くとも一枚をその中心を対
物レンス系の光軸と一致させて対物レンズのレンズ間空
気間隔内またはレンズの外部に配置し、該光学素子を光
軸方向に移動せしめて、該対物レンズの点像強度分布を
可変となしたことを特徴とする光学系に係る。

本発明の理論的根拠について詳述すると、いま、対物レ
ンズにおいてレンズ系中に存在する光束が収斂状態、あ
るいは発散状態となっている空気間隔内、または最終レ
ンズから射出されて結像する収斂光束中に透明な平行平
板を配置し、諸収差が十分補正されたものとすると、上
記平行平板が総ての光線に対し屈折作用を具備しなけれ
ば、該平行平板を光軸方向に移動させても、何ら諸収差
には影響を与えないこととなる。

しかしながら、上記平行平板がその周辺部において屈折
力、あるいは透過率特性が与えられている光学素子の場
合は、周辺部を通過する光線に対し、影響を及ぼすこと
は当然考えられることであり、この光学素子を光軸方向
に移動させた場合、周辺部を通過する光量が変わるので
、光線の性質が変化する周辺部を通過する光線の量の寡
多によって像の点像強度分布が変化するのである。

従って、本発明を効果的にするためには、上記の光学素
子を対物レンズにおける収斂性または発散性が顕著な空
気間隔内に配置し、且つ上記空気間隔の幅が大きいこと
が望ましい。

本発明を用いた重要な応用例として軟焦点レンズ系が挙
げられる。

以下図面について本発明の実施例を詳述する。

第１図は、本発明に係る光学素子を３枚構成のレンズに
用いた実施例を示し、凸、凹、凸より成るレンズ系にお
いては、第１レンズ１と第２レンズ２との間において光
束は収斂する。

光学素子７は、上記両レンズ間の空気間隔内にその中心
と光軸とを合致せしめ配置されている。

いま、光学素子７を第２レンズ２に最も近い状態のａの
状態となし、このとき光束は光学素子７の甲央部の平行
平板部のみを通過し、図において斜線を施した球面ある
いは非球面より成る屈折力を有する部分は通過しないよ
うなす。

従ってａの状態では、光学素子７を具備しないレンズ１
，２．３より成るレンズ系と同様となり、このレンズと
同じように使用でき、その焦点合わせは容易に行える。

次に上記実施例において、光学素子７を光軸方向に前方
へと移動させ、ｂに示す如く第１レンズ１に最も近づけ
ると、レンズ１で屈折され収斂する光束は、光学素子７
の屈折力を具備する部分も通過することとなるので、該
部を通過する光線は、収斂性、または発散性が与えられ
、対物レンズ系全体の球面収差が極端な補正不足あるい
は補正過剰となり、所謂軟調画像が得られることになる
。

良好な軟調画像とは、充分鮮鋭な核を有し、しかもその
周囲をハローが覆っているものである。

そして、上記核の形成には、通常の対物レンズ系なみの
性能が必要となる。

また一般に、主要被写体に対し、その背景のボケを美し
くするためには、レンズ系の球面収差が補正不足である
状態が好ましく、また前景を美しく描写するためには、
レンズ系の球面収差が補正過剰であることが望ましいの
で、このことは、点像強度分布状態により説明すること
ができる。

第２図Ａは、光学素子７が第１図ａの状態における光学
系の球面収差を示し、この場合は、対物レンズ系１，２
，３の収差補正状態と同じである。

主要被写体の後方にある物体の像は、第１図においてー
ｘの位置に結像し、この像のフイルム面上、即ちｏ面上
におけるデイフォーカス像の点像強度分布を示すと、第
２図Ｂの如くなる。

また、主要被写体より前方にある物体の像は、第１図に
おいて＋ｘの位置に結像し、この像のフイルム面上にお
けるデイフォーカス像の点像強度分布は第２図Ｄの如く
なり、第２図Ｂと第２図Ｄとの点像強度分布はほぼ同じ
となる。

この場合の前後のデイフォーカス像のボケは、全体に広
がった芯のないボケ像となり、鮮鋭な核を有しないから
良好なものとは言えない。

第２図Ｃは、第１図ａの状態におけるフォーカスした主
要被写体の点像強度分布であり、ハローのほとんどない
鮮鋭な像となる。

第３図においてＡは、光学素子７が第１図ｂの位置にあ
り、光学素子７の周辺には発散性の屈折力が付与されて
いる場合の球面収差を示し、収差補正は同図より明らか
な如く補正過剰となっている。

第３図Ｂは、上記の如き場合における背景のデイフォー
カス像の点像強度分布を示すもので、図より明らかな如
く、画像中心部の強度が弱いため、核がなく、所謂ドー
ナツ状のボケとなるため、この画像は良好ではない。

第３図Ｃは、上記場合における主要被写体のフォーカス
像の点像強度分布を示し、中心に核があり、その核の周
りをハローが取り囲んでいて、良好な軟調画像が得られ
ている。

第３図Ｄは、上記場合における前景のデイフォーカス像
の点像強度分布を示し、これを本発明に係る光学素子７
を用いないレンズ系の第２図Ｄのそれと比較すると、前
者においては一応核が形成されており、その周囲をハロ
ーが囲んでいて、自然なボケが得られることを示してい
る。

第４図は、第３図とは反対に光学素子７の周辺には収斂
性を示す屈折力が与えられている場合を示し、同図Ａよ
り判るように球面収差は補正不足となっている。

第４図Ｂは、上記場所における背景のデイフォーカス像
の点像強度分布を示すもので、その分布曲線は、第３図
Ｄの場合と近似し、良好なボケを形成している。

第４図Ｃは、上記場合における主要被写体のフォーカス
像の点像強度分布を示し、この場合も、第３図Ｃと同様
な分布曲線が得られ、良好な軟調画像が得られることを
示している。

第４図Ｄは、上記場合における前景のデイフォーカス像
の点像強度分布を示し、これは第３図Ｂの分布曲線と近
似し、核が形成されず、輪郭のはつきりしたドーナツ状
のボケとなり、描写性を損うものである。

第５図は、上記レンズ１，２．３より成るレンズ系の第
３レンズ３の背後における外部に光学素子７を配置した
実施例を示すもので、該光学素子７の周辺に屈折力を具
備せしめ、これをａ，ｂ，ｃの各位置に光軸方向に可動
となしたものである。

上記光学素子７が発散性の屈折力を有する場合各位置ａ
，ｂ，ｃにおける全光学系の球面収差を第６図に示すも
のである。

第６図Ａは第５図においてａの位置に光学素子７が配置
される場合の球面収差を、第６図Ｂは、第５図において
ｂの位置に光学素子７が配置される場合の球面収差を、
第６図Ｃは、第５図においてＣの位置に光学素子７が配
置される場合の球面収差を示している。

第６図Ａの場合は、対物レンズ系自体の球面収差と近似
し、第６図Ｂ１第６図Ｃとなるに従って補正過剰となっ
ている。

以上のことから光学素子７の光軸上の位置によって、ハ
ローの量を制御することができ、異なる軟調度の画像が
得られることが判る。

第７図は、第５図と同じ位置に光学素子７を配置し、光
学素子７の周辺に収斂性の屈折力を与えた場合の球面収
差を示し、第６図Ａ，Ｂ，Ｃと同様、第７図Ａは、第５
図ａの場合の第７図Ｂは、第５図ｂの場合の、第７図Ｃ
は第５図Ｃの場合の夫々の球面収差を示し、第５図ａの
位置からｂを経てＣに移動するに連れ補正不足となるこ
とが判る。

上記実施例においては、球面収差を変化してこれを調整
することはできても、軸外光束のハローを対称的に発生
させることは困難である。

そのため第８図に示す如く、例えばレンズ１，２，３，
４，５，６より成る６枚構成の対物レンズにおいて２枚
の光学素子８１，８２を、光学素子８１は第３レンズ３
と第４レンズ４との間に、光学素子８２を第４レンズ４
と第５レンズ５との間に配置し、これらをその周辺の屈
折力を有する部分をどの光線も通過しない。

ａ１，ａ２の状態から、その周辺部を光線が通過するｂ
１，ｂ２の状態に移動可能とする。

上記ａ１，ａ２の状態においては、光学系全体は、対物
レンズ系１，２，３，４，５．６と同様に使用すること
ができ、ｂ１，ｂ２の状態において軟調画調を得られる
ものである。

この場合、ｂの位置にある光学素子８は軸上光束に対し
ては回転対称的に、軸外光束に対しては主としてその下
側にハローを発生する。

これに対し、ｂ２の位置にある光学素子８２は、軸上光
束に対しては回転対称的に、軸外光束に対しては主とし
てその上側にハローを発生する。

以上のことから、第８図に示す実施例においては、軸上
光束と同様に軸外光束においても対称的なハローを発生
させることができ、これによって一段と良好な軟調画像
を求めることができるものである。

なお、本実施例において、光学素子８１をａ１からｂ１
に、また光学素子８２をａ２からｂ２に移動させる際、
これを絞りと連動させることも、また手動により移動さ
せることも可能で、これによってハローの発生量を調節
することができる。

第９図は、同上実施例において、光学素子８１，８２を
夫々ａ１，ａ２に配置した場合の球面収差とコマ収差と
を示している。

第１０図は、同上実施例において、光学素子８１，８２
の周辺に夫々発散性の屈折力を具備せしめ、且つこれら
をｂ１，ｂ２の位置に移動せしめた場合の球面収差とコ
マ収差とを示し、この場合は補正過剰となり第１１図は
、同上実施例において光学素子８１，８２の周辺に夫々
収斂性の屈折力を具備せしめ、これらをｂ１，ｂ２の位
置に移動せしめた場合の球面収差とコマ収差とを示し、
この場合は補正不足となることを示している。

上記収差曲線図から、軸外光束のハローも光軸に対し対
称的に発生していることが判る。

第１２図は、第１図に示す実施例において、光学素子７
周辺に屈折力を与えずに、これに換えて光線吸収作用を
具備せしめた場合の、球面収差と、フォーカス像と、前
景及び背景のデイフォーカス像の点像強度分布を示すも
のである。

第１２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを夫々第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと
比較すると、両図Ａに示される如く、光学素子７は屈折
力を全然具備していないから、その収差曲線は全く一致
している。

第１２図Ｂ，Ｄにおいて、前景及び背景のデイフォーカ
ス像の点像強度分布においては、周辺光量が低下するの
で、図の両肩の矢印に示される部分が取れる。

このため、デイフォーカス像の点像強度分布は、一応中
心があり、その周囲をハローで包んだ如く改善される。

従って光学素子７の周辺に吸収作用を具備せしめると、
屈折力を具備せしめた場合と異なり、主要被写体に対す
る背景及び前景のデイフォーカス像が共に改善される利
点がある。

第１３図は、本発明に係る光学素子７，８１．８２の形
状及び構造の例を示すもので、同図Ａ，Ｂは光学素子の
周辺に正の屈折力、即ち収斂性を具備せしめる場合の形
状であり、Ａは平凸レンズの周辺を適当量そのま５に残
し、中央部を平行平板に研磨または切断して成形したも
のであり、Ｂは、平行平板の周辺にダレを施している。

この場合は、基板が平行平板であり、その周辺に回転対
称的にダレを構成するものであるからレンズにダレを与
えるのに比してその製造は著るしく容易となる。

Ｃは、平行平板の周辺を肉厚とし、負の屈折力を与えた
ものである。

これらの光学素子の場合、ガラス平行平板の研磨切断に
よらずに、アクリル等の樹脂を成形することによっても
容易に得られるものである。

上記光学素子の周辺に屈折力を与える場合、次式に示さ
れる非球面の定義において、高次の非球面係数のみを与
え、周辺に屈折力を持たせることも可能である。

この場合、非球面の定義式ΔＸ−Ｃ２Ｙ２＋Ｃ４Ｙ４＋
Ｃ６Ｙ６＋Ｃ８Ｙ８＋Ｃ１ｏＹ１０（但しΔＸは、平行
平板力）らの偏差をΔＸとし、Ｙは、光軸からの高さを
示し、０２〜”１０は、非２球面係数を示す。

）により近似的に示されるものである。

第１３図Ｄ，Ｅは、光学素子の周辺に屈折力に換えて吸
収性、即ち透過率特性を与える実施例で、Ｄは、図中斜
線で示す如く平凹レンズ状のＮＤフイルタ−９ｂを同じ
曲率の平凸レンズ９ａに貼着したもので、全体として屈
折力のない状態としている。

Ｅは平行平板状の透明体１０ａの周辺に透過率の低い材
質、例えば銀、アルミニウム１０ｂを真空蒸着等の手段
により付着させ、周辺にのみ吸収作用を与えたものであ
る。

上記透過性の低い材質１０ｂに換え、周辺部に拡散作用
のある材質を付着せしめて、散乱性を与えることも考え
られる。

第１４図は、第８図に示す実施例の光学系を鏡胴に組込
んだ場合の実施例の縦断面図である。

取付マウント１１を有する固定筒１２にはへリコイド１
３を介して距離リング１５が螺合し、上記距離リングに
はへリコイドを介して内筒１４が螺合している。

内筒１４は固定筒１２に突設される直進キー１６が遊合
するキー溝１７を有している。

内筒１４の外周に内筒１４に対じ回動可能に沃合する絞
りリング１８は、その腕１９により絞り操作ピン２１と
連結され、上記絞り操作ピン２１は内筒１４に対じ回動
可能に支持される絞り２４を有する絞り操作環２３に植
設されている。

光学素子８１，８２は、内筒１４内を光軸方向に摺動可
能な移動台３５ａ，３５ｂに保持されており、上記移動
台３５ａ，３５ｂより突設されるガイドピン３４ａ，３
４ｂは内筒１４のカム状溝３７ａ，３７ｂを貫通して内
筒１４に形成される円周方向逃げ孔３８ａ，３８ｂ内に
突出している。

そして内筒１４外周に回動可能に嵌合する点像強度分布
可変操作リング２５より上記逃げ孔３８ａ，３８ｂ内を
光軸に沿って延びる一体の腕３１ａ，３１ｂに形成され
る軸方向案内孔３３ａ，３３ｂと上記ピン３４ａ，３４
ｂは夫々係合している。

上記点像強度分布可変操作リング２５に形成されるクリ
ック機構２７．２８．２９を介して該リング２５上を光
軸方向に移動可能な切換ボタン２６はこれを光軸に沿っ
て後方に移動されたとき、その係合突起３ロは、前記絞
り操作リング１８に形成される切欠き３２と係合し、前
方へ移動されたとき両者の保合は解かれる。

以上述べた構成から、距離リング１５を操作することに
より、内筒は光軸方向に前後に移動し、対物レンズと光
学素子８１，８２とを一体的に移動せしめ、焦点調節を
行い、絞りリング１８を回動することにより絞りが調節
され、点像強度分布可変操作リング２５を回動すること
によって、対物レンズに対し光学素子８１，８２は光軸
方向に移動して点像強度分布を変化させる。

なお切換ボタン２６の係合突起３０が絞り操作リング１
８の切欠き３２と係合するときは、絞りリング１８の操
作によって絞りと連動して点像強度分布を変えることも
できる。

第８図に示す実施例は、１０次の非球面係数のみを与え
ることによって、光学素子の周辺に屈折力を得ているも
のであり、その具体的数値は、下表のとおりである。

上記非球面は光学素子による第６面と第１０面で、その
１０次の非球面係数は、 である。

本発明は、上記した構成と作用とを具備し対物レンズ、
特に写真用対物レンズにおいてその光束が発散または収
斂するレンズ空気間隔内またはレンズ系の外部に、中央
部は透明な平行平板であって、周辺部において屈折力ま
たは透過率特性を有する光学素子を単にその中心と対物
レンズの光軸とを一致させて配置し、上記光学素子を光
軸方向に移動せしめることにより、上記対物レンズのフ
ォーカス像及びデイフォーカス像の点像強度分布を任意
に変えることができ、任意の絞り値における該対物レン
ズのデイフォーカス像の描写力を改善し得ると共にフォ
ーカス像に対してもそのボケを任意に変化させることが
できる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は、本発明の第１
実施例の光学系の側面図、第２図は、第１図において光
学素子がａに位置する場合を示し、同図Ａは球面収差曲
線を、同図Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々主要被写体より遠景のデイ
フォーカス像と、主要被写体のフォーカス像と、その近
景のデイフォーカス像の点像強度分布を示す。 第３図は、第１図においてｂに位置する光学素子の周辺
が発散性の屈折力を有する場合を示し、同図Ａは球面収
差曲線を、同図Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々遠景デイフォーカス像
と、主要被写体のフォーカス像と、近景デイフォーカス
像の点像強度分布を示す。 第４図は、第１図においてｂに位置する光学素子が収斂
性の屈折力を有する場合を示し、同図Ａはその球面収差
曲線を、同図Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々遠景デイフォーカス像と
、主要被写体のフォーカス像と、近景デイフォーカス像
の点像強度分布を示す。 第５図は、本発明の第２実施例を示し、第６図は、上記
光学素子が周辺に発散性の屈折力を有する場合の夫々第
５図ａ，ｂ，ｃに位置する場合の球面収差を示し、第７
図は、光学素子が周辺に収斂性の屈折力？有する場合の
夫々第５図ａ，ｂ，ｃに位置する場合の球面収差を示す
。 第８図は、本発明の第３実施例を示し、第９図は、２枚
の光学素子が夫々ａ１，ａ２に位置する場合の球面収差
とコマ収差とを示し、第１０図は夫々ｂ，ｂ２に配置さ
れる２枚の光学素子が周辺部に発散性の屈折力を有する
場合の球面収差とコマ収差とを示し、第１１図は、夫々
ｂ１，ｂ２，に配置される２枚の光学素子が周辺部に収
斂性の屈折力を有する場合の球面収差とコマ収差とを示
す。 第１２図は、周辺に吸収特性を有する１枚の光学素子を
用いた場合の実施例における場合を示し、同図Ａはその
球面収差を、同図Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々遠景デイフォーカス
像と主要被写体のフォーカス像と、近景デイフォーカス
像の点像強度分布を示す。 第１３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、夫々本発明に係る光学
素子の各実施例の縦断側面図を示す。 第１４図は、第８図における第３実施例を鏡胴に組み込
んだ場合の縦断側面図である。 図において、１〜６は、対物レンズ系を構成するレンズ
、７，８１，８２は、光学素子、１２は固定筒、１４は
内筒、１８は絞りリング、２５は点像強度分布可変リン
グ、２６は切換ボタン、３５ａ，３５ｂは移動枠。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸に関しほぼ回転対称的に、中央部は透明の平行
   平板であって周辺部に適当な屈折力または適当な透過率
   特性を有する如き光学素子を、レンズ系の内部又は外部
   に少なくとも１枚該レンズ系と光軸を共有するように配
   置し、該光学素子の光軸方向の移動により該レンズ系の
   点像強度分布を変化せしめるよう構成したことを特徴と
   する光学系。 ２ 上記レンズ系中の絞りの開閉に連動して上記光学素
   子を光軸方向に移動せしめうるよう構成したことを特徴
   とする特許請求の範囲１記載の光学系。