JP2001042212A - 接合レンズ及びそれを用いた光学系 - Google Patents
接合レンズ及びそれを用いた光学系Info
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Abstract
能の向上を図ることができる接合レンズ及びそれを用い
た光学系を得ること。 【解決手段】 材質の屈折率が互いに異なる2以上のエ
レメントを接合している接合レンズにおいて、該接合し
ている2つのエレメントのうち、材質の屈折率の高い方
のエレメントの接合面が非球面であり、屈折率の低い方
のエレメントの接合面が球面であること。
Description
を用いた光学系に関し、例えばビデオカメラ,フィルム
用カメラ等の撮影光学系や、計測用の光学系、ファイン
ダー等の観察用光学系、レーザービームプリンターや複
写機等の事務機用の光学系等の各種の光学系を用いた光
学機器に適用可能なものである。
系には光学性能の向上を図るための一手段として非球面
を用いているものが多い。
一手段として分散の異なる材質より成る正レンズと負レ
ンズの2つのレンズを接合した接合レンズを用いている
ものが多い。
て、光学性能の向上を図った光学系が例えば特許第25
96799号,特許第2596827号,特許第264
1515号や特公平4−5362号公報,特開平10−
282407号公報等で各種提案されている。
ンズ系において具体的に接合レンズの接合面を非球面化
しようとした場合に関しての技術的な開示は皆無であ
る。即ち、従来の光学系では、「接合面は非球面であ
る」とのみ記述してある例が殆どで、実施例としても接
合面を1面としてしか認識していない。従って文言通り
解釈すれば、接合レンズの接合に供すべき面を全く同じ
非球面形状の凹凸で形成して、しかる後接合しなければ
実施例通りにはならないものが多い。
非球面化しなければならず、しかも同じ形状で一方が凹
ならば、他方は凸を高精度に形成する必要があり精度的
にもコスト的にも現実的ではない。
鏡用対物レンズに積極的に非球面を導入した例を開示し
ており、その実施例1,3に接合面が非球面であること
を提案している。
体的な技術の開示はなく、本件は「対物レンズに接合面
を含むこと」、「対物レンズに非球面を導入すること」
を別個に扱って効果を上げているにすぎない。
用対物レンズに関する光学性能の改良として、該対物レ
ンズを前群の2つのレンズに分け、夫々のレンズ群に非
球面を導入し、更に後群中に接合レンズを有するものを
提案している。
て接合面が非球面となっているが、別途所定の条件式
(不記載)を満足することを用件に挙げているものの積
極的に接合面を非球面化することを謳っているものでは
ない。
微鏡等の色消し対物レンズを提案している。
成するとき、該接合レンズの3面のうち2面を非球面化
することによって収差補正の自由度を増すことを提案し
ている。
球面化しているのを開示しているが、やはり積極的に接
合面を非球面化するものではないため、それ以上の技術
的開示はされていない。
ィスク用の対物レンズに関し、2波長に関して良好な収
差補正を行うため、接合レンズを必要とするもので、球
面のみで達成する場合、コバが無くなることを防ぐため
接合面を非球面化している。
ことのみに言及しているだけで、それ以上具体的な技術
開示はされておらず、また実施例の6件が全てに関し接
合レンズが有する3面をすべて非球面化している。
は、積極的に接合面を非球面化することによる非球面な
らではの色消し条件を提案してはいるが、前述の如く
「被接合レンズの接合に供すべき面を全く同じ非球面形
状の凹凸で形成して、しかる後接合しなければならな
い」と言う点に関しては何ら言及されていない。
上の自由度を増し、しかも高い加工精度を必要とせずに
所定の非球面効果を得る方法として、接合面を非球面化
することは有用な技術である。
を高精度に製作することは大変難しい。
面の面形状を適切に設定することにより製作が容易で、
しかも高い非球面効果が得られ、かつ高い光学性能が容
易に得られる接合レンズ及びそれを用いた光学系の提供
を目的とする。
ンズは、材質の屈折率が互いに異なる2以上のエレメン
トを接合している接合レンズにおいて、該接合している
2つのエレメントのうち、材質の屈折率の高い方のエレ
メントの接合面が非球面であり、屈折率の低い方のエレ
メントの接合面が球面であることを特徴としている。
折率が互いに異なる2以上のエレメントを接合している
接合レンズにおいて、該接合している2つのエレメント
のうち、材質の屈折率の高い方のエレメントの接合面が
非球面であり、屈折率の低い方のエレメントの接合面が
平面であることを特徴としている。
おいて、前記接合している2つのエレメントの接合面の
うち一方の面の参照球面半径をRN、他方の面の参照球
面半径をRPとしたとき 0≦|RN/RP|<1.0 (但し参照球面半径は曲面の光軸と交わる点と曲面の有
効径か、外周部と交差する点とを結ぶ円の半径とす
る。)を満足することを特徴としている。
て、前記接合している2つのエレメントの接合面は凹面
と凸面とを接合したものであり、一方の、エレメントの
凹面の参照球面半径をRN、他方のエレメントの凸面の
参照球面半径をRPとするとき 、0<|RN/RP|<1.0 (但し参照球面半径は曲面の光軸と交わる点と曲面の有
効径か、外周部と交差する点とを結ぶ円の半径とす
る。)を満足することを特徴としている。
か1項の発明において、前記接合している2つのエレメ
ントの材質のアッベ数の差をΔνとしたとき、 Δν>10 であることを特徴としている。
か1項の発明において、前記接合している2つのエレメ
ントのうち、材質の屈折率の高い方のエレメントの屈折
率(NH)が1.6以上であるとき、該エレメントに屈
折率がNで 1.6<N<NH なる条件を満足する非誘電体膜を蒸着してなることを特
徴としている。
か1項の発明において、前記接合している2つのエレメ
ントは正レンズと負レンズであることを特徴としてい
る。
のいずれか1項の接合レンズを有していることを特徴と
している。
学系を有することを特徴としている。
形態1の接合面近傍の要部断面図である。図1において
L1は正又は負の屈折力のレンズ、L2は正又は負の屈
折力のレンズであり、双方のレンズは接着剤CMにより
接合している。
屈折力の符号は異なっている。レンズL1の材質の屈折
率NHはレンズL2の材質の屈折率NLより高い。接合
している面のうち、材質の屈折率の高い方のレンズL1
の面(凹面)L1Rは非球面であり、材質の屈折率の低
い方のレンズL2の面(凸面)L2Rは球面である。こ
こで非球面でない方の面L2Rは平面であっても良い。
レンズL1とレンズL2とは接合面がマージナルコンタ
クトしている。
たり、撮影レンズ,計測用レンズ,集光レンズ等のレン
ズ系の一部として使用される。又光学機器を構成する光
学系の一部に使用されるものである。
接合面近傍の要部断面図である。図2においてL1は正
又は負の屈折力のレンズ、L2は正又は負の屈折力のレ
ンズであり、双方のレンズは接着剤CMにより接合して
いる。
屈折力の符号は異なっている。レンズL2の材質の屈折
率NHはレンズL1の材質の屈折率NLより高い。接合
している面のうち、材質の屈折率の高い方のレンズL2
の面(凸面)L2Rは非球面であり、材質の屈折率の低
い方のレンズL1の面(凹面)L1Rは球面である。こ
こで非球面でない方の面L1Rは平面であっても良い。
レンズL1とレンズL2とは接合面がマージナルコンタ
クトしている。
面板、そしてシリンドリカルレンズ、アナモフィックレ
ンズ等の2つ以上のエレメント(光学素子)を接合して
なる、例えば正レンズと負レンズから成る接合レンズに
おいて、材質の屈折率の高い方のエレメントの接合面を
非球面とし、他方は球面(又は平面)としている。
に薄い層の接着剤CMが充填された状態としている。
を十分に効果的に達成する為には、接合すべきエレメン
トは適度な屈折率差が必要である。
メントの屈折率差に着目し、接合すべきエレメントのう
ち屈折率の高い方の面を非球面化することで非球面効果
を発揮させ、他方は球面又は平面のままとすることで製
作を容易としている。
は接着剤との屈折率差が小さいことを利用して接着剤と
一体化を図り、材質の屈折率の高い方の接合面の接着剤
との屈折率差の分だけを非球面量としてその効果を利用
している。
較し、その非球面変化量に掛かる非球面屈折力は減衰す
るが、本実施形態によれば非球面の面精度に対する敏感
度も減衰するため加工精度を低く押さえることができ
る。非球面変化量に掛かる非球面屈折力の減衰分は非球
面量を増加させることで補うことが可能であるが、非球
面の面精度に対する敏感度は相変わらず低いままである
ため加工が容易となる。
ましくは次の諸条件のうちの少なくとも1つを満足させ
るのが良い。
トの接合面のうち凹面の方の参照球面半径をRNと凸面
の参照球面半径をRPとするとき、 0≦|RN/RP|<1.0 ‥‥‥(1) を満足することである。(但し参照球面半径は曲面の光
軸と交わる点と曲面の有効径か、外周部と交差する点と
を結ぶ円の半径とする。) この条件は、図1(本発明の実施例1)に図示されたよ
うに、接合面をエレメントの凹面と凸面に分けて考えた
場合、外周部で接する(以下マージナルコンタクトと呼
ぶ)ことが肝要である。
凹面側の参照球面の曲率半径RNと凸面側の球面(広義
に参照球面とした)の曲率半径RPとを比較した場合、
マージナルコンタクトである為の条件は凸面側の曲率半
径RPの方が小さい必要がある。
面としマージナルコンタクトさせているため、参照球面
は光軸Laとマージナルコンタクト点(線)とを含む面
で定義している。
に凸面であるエレメントの材質の屈折率が高いときは凸
面L2R側を非球面としているため、凹面L1R側の球
面と凸面側の参照球面の曲率半径を比較した場合、やは
り凸面側の参照球面の曲率半径RPが大きくなる必要が
あることを示している。
の場合の参照球面は、マージナルコンタクト点(線)で
定義しても良いし、外周辺部で定義しても良い。
部がマージナルコンタクトされないことを意味する。
(以下中あたりと呼ぶ)となり接合加工時にレンズの中
心部等にキズなどが入るため好ましくなく、また|RN
/RP|=1.0では全面接触(フルコンタクト)とな
り理論上では問題とならないが、設計上フルコンタクト
であっても面加工時の公差等でやはり中あたりとなる危
険性を秘めているため好ましくない。
面(RP=∞)であることを示している。
レンズと負レンズ)の材質のd線でのアッベ数の差をΔ
νdとしたとき、 Δνd>10 ‥‥‥(2) を満足することである。
さらに効果的な色消しを行なう事が容易となる。
の高い方のエレメント(レンズ)の材質の屈折率NHが
1.6以上あるときには、該エレメントの表面に非誘電
体膜を蒸着するのが良い。そして、このときの非誘電体
膜の屈折率をNとしたとき 1.6<N<NH ‥‥‥(3) を満足させるのが良い。
折率差が大きくなりすぎた場合、接合面での反射による
光量のロスやゴースト等への影響が無視できなくなる。
普通の接合に供する接着剤の屈折率は1.52から1.
56くらいであり、接合レンズの低い方の材質の屈折率
に近いため、その面での反射は無視できる程度に少な
い。
を考慮すればよい。そのためには、屈折率の高い方のエ
レメントの材質の屈折率(NH)が1.6以上であると
き、該エレメントに前述の条件式(3)を満足する非誘
電体膜を蒸着すれば、該接合面での反射率を低く押さえ
ることが可能となり好ましい(Nは非誘電体膜の屈折
率)。
である。図3において図1で示した要素と同一要素には
同符号を付している。図3では、凹面を非球面化した場
合の接合の状態を図示しているが、この場合、屈折率の
高い方のエレメントL1は凹面側である。このため、N
H>1.6である場合、凹面側に屈折率Nなる非誘電体
膜(NH>N>1.6)を配置している。
満足すればどのような膜でも良い。但し接着剤CMとの
相性や耐久性等を考慮した場合、Al(アルミニウム)
の酸化物を含むことが非常に好ましい。また本実施形態
の非誘電体膜は蒸着やイオンスパッタ等で付けても良い
し、スピンコート等で付けても構わない。
トL2は、その材質の屈折率が1.6以下であれば、非
誘電体膜による反射防止は非常に効果的であるが、屈折
率が1.6以上であっても目的を阻害するものではな
い。
具体的な構成について説明する。図4,図6は本発明の
接合レンズを用いた光学系の数値実施例1,2のレンズ
断面図である。図5は本発明の数値実施例1の収差図,
図7,図8,図9は本発明の数値実施例2の広角端,中
間,望遠端の収差図である。
した場合を示し、図6の光学系は5群タイプのズームレ
ンズに適用した場合を示している。
間,望遠端のズーム位置を示し、矢印は広角端から望遠
端への変倍に伴う各レンズ群の移動軌跡を示している。
図中SPは絞り、IPは像面である。
Ri,Di,Ni,νiは物体側から順にi番目のレン
ズ面の曲率半径、レンズ厚、接着剤、または空気間隔、
屈折率、アッベ数をさす。
水晶等のローパスフィルターまたは3色分解用プリズム
等を示す。但し絞りSPは1つの面として数えている。
又、非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH
軸、光の進行方向を正とし、Rを近軸曲率半径、B,
C,D,E,Fを各々非球面係数としたとき、
合面をなし、より材質の屈折率の高いエレメントL5の
R10が非球面となっている。面R9及び面R10の参
照球面半径は、 R9(RP):-112.70 R10(RN):-109.797(φ40.0mmにおいて) となっており、φ40.0mmでマージナルコンタクト
している。(RN/RP=0.974) 従って接着剤は中心厚で0.051mmとなっている。
本数値実施例1では屈折率の高い方のエレメントL5で
ある面R10にN=1.65程度の非誘電体膜(不記
載)を蒸着等で付けておくと反射防止に効果的である。
=0.525μmにおける定数である。 数値実施例2 f=6.09〜100 Fno=1.64〜2.24 2ω=52.4°〜3.4° R 1= 101.272 D 1= 2.145 N 1=1.84666 ν 1= 23.8 R 2= 47.552 D 2= 0.0023 N 2=1.56000 ν 2= 55.0 R 3= 47.563 D 3= 8.565 N 3=1.60311 ν 3= 60.7 R 4= -567.090 D 4= 0.220 R 5= 41.667 D 5= 4.832 N 4=1.77250 ν 4= 49.6 R 6= 100.614 D 6=可変 R 7= 59.489 D 7= 0.988 N 5=1.69680 ν 5= 55.5 R 8= 9.246 D 8= 4.893 R 9= -27.107 D 9= 0.988 N 6=1.69680 ν 6= 55.5 R10= 43.307 D10= 1.318 R11= 21.415 D11= 2.301 N 7=1.84666 ν 7= 23.8 R12= 55.722 D12=可変 R13= -21.109 D13= 0.769 N 8=1.77250 ν 8= 49.6 R14= 36.596 D14= 2.196 N 9=1.84666 ν 9= 23.8 R15= -450.217 D15=可変 R16=-2887.585 D16= 4.392 N10=1.58313 ν10= 59.4 R17= -16.967 D17= 1.647 R18= 絞り D18= 2.196 R19= 35.046 D19= 4.392 N11=1.60311 ν11= 60.7 R20= -27.518 D20= 0.988 N12=1.83481 ν12= 42.7 R21= 134.301 D21=可変 R22= 119.682 D22= 3.843 N13=1.58313 ν13= 59.4 R23= -31.305 D23= 0.165 R24= 1099.776 D24= 1.098 N14=1.80518 ν14= 25.4 R25= 22.341 D25= 3.843 N15=1.48749 ν15= 70.2 R26= -155.425 D26= 0.165 R27= 32.691 D27= 2.745 N16=1.58144 ν16= 40.8 R28= -165.337 D28=可変 R29= ∞ D29= 1.515 N17=1.55000 ν17= 60.0 R30= ∞ D30=22.0 N18=1.58913 ν18= 61.2 R31= ∞ D31= 2.6 N19=1.52000 ν19= 64.0 R32= ∞ \焦点距離 6.1 25.4 100.0 可変間隔\ D 6 1.263 31.285 44.151 D12 46.084 12.314 2.821 D15 2.016 5.764 2.390 D21 18.101 18.329 21.550 D28 9.081 8.853 5.632 非球面係数 R 2 k= 7.89557e-02 B=-1.17576e-07 C= 3.16696e-10 D=-6.00136e-13 E= 0.0 R16 k= 9.14906e+04 B=-3.02233e-05 C= 2.43513e-08 D=-1.80364e-12 E= 0.0 図6の数値実施例2は、ズームレンズの第1群に接合レ
ンズを適用している。該ズームレンズは、ズーム中固定
の第1群LL1と第4群LL4、変倍作用を持つ第2群
LL2、及び変倍による像面変動補正用の第3群LL
3、第5群LL5で構成している。又、ズームレンズは
Fno/1.6、ズーム比16倍程度である。
収差を補正するために面R2と面R3の接合面に関し、
材質の屈折率の高い面R2に非球面を導入し、面R3を
球面として接合している。
している。(RN/RP=0.9997) 従って接着剤は中心厚で0.0023mmとなってい
る。本数値実施例2でも屈折率の高い方のエレメントで
ある面R2にN=1.65程度の非誘電体膜(不記載)
を蒸着等で付けておくと反射防止に効果的である。
線における定数である。
例1,2に限らず、撮影レンズやズームレンズそしてフ
ァインダー系等の、どのような光学系においても同様に
適用することができる。
非球面化するときの接合面の面形状を適切に設定するこ
とにより製作が容易で、しかも高い非球面効果が得ら
れ、かつ高い光学性能が容易に得られる接合レンズ及び
それを用いた光学系を達成することができる。
を非球面とした接合レンズを構成すると、高精度な加工
と同程度に管理された非球面量を有する接合レンズを達
成することができ、高いレベルで収差補正がなされた光
学系や、それらを利用したカメラシステム(光学機器)
を達成することができる。
例1のレンズ断面図
例1の収差図
例2のレンズ断面図
例2の広角端の収差図
例2の中間の収差図
例2の望遠端の収差図
Claims (9)
- 【請求項1】 材質の屈折率が互いに異なる2以上のエ
レメントを接合している接合レンズにおいて、該接合し
ている2つのエレメントのうち、材質の屈折率の高い方
のエレメントの接合面が非球面であり、屈折率の低い方
のエレメントの接合面が球面であることを特徴とする接
合レンズ。 - 【請求項2】 材質の屈折率が互いに異なる2以上のエ
レメントを接合している接合レンズにおいて、該接合し
ている2つのエレメントのうち、材質の屈折率の高い方
のエレメントの接合面が非球面であり、屈折率の低い方
のエレメントの接合面が平面であることを特徴とする接
合レンズ。 - 【請求項3】 前記接合している2つのエレメントの接
合面のうち一方の面の参照球面半径をRN、他方の面の
参照球面半径をRPとしたとき 0≦|RN/RP|<1.0 (但し参照球面半径は曲面の光軸と交わる点と曲面の有
効径か、外周部と交差する点とを結ぶ円の半径とす
る。)を満足することを特徴とする請求項1又は2の接
合レンズ。 - 【請求項4】 前記接合している2つのエレメントの接
合面は凹面と凸面とを接合したものであり、一方の、エ
レメントの凹面の参照球面半径をRN、他方のエレメン
トの凸面の参照球面半径をRPとするとき、 0<|RN/RP|<1.0 (但し参照球面半径は曲面の光軸と交わる点と曲面の有
効径か、外周部と交差する点とを結ぶ円の半径とす
る。)を満足することを特徴とする請求項1の接合レン
ズ。 - 【請求項5】 前記接合している2つのエレメントの材
質のアッベ数の差をΔνとしたとき、 Δν>10 であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項
の接合レンズ。 - 【請求項6】 前記接合している2つのエレメントのう
ち、材質の屈折率の高い方のエレメントの屈折率(N
H)が1.6以上であるとき、該エレメントに屈折率が
Nで 1.6<N<NH なる条件を満足する非誘電体膜を蒸着してなることを特
徴とする請求項1から5のいずれか1項の接合レンズ。 - 【請求項7】 前記接合している2つのエレメントは正
レンズと負レンズであることを特徴とする請求項1から
6のいずれか1項の接合レンズ。 - 【請求項8】 請求項1から7のいずれか1項の接合レ
ンズを有していることを特徴とする光学系。 - 【請求項9】 請求項8の光学系を有することを特徴と
する光学機器。
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