JPH0894926A - アポクロマート広角対物レンズ - Google Patents
アポクロマート広角対物レンズInfo
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- JPH0894926A JPH0894926A JP7262036A JP26203695A JPH0894926A JP H0894926 A JPH0894926 A JP H0894926A JP 7262036 A JP7262036 A JP 7262036A JP 26203695 A JP26203695 A JP 26203695A JP H0894926 A JPH0894926 A JP H0894926A
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Abstract
を提供する。 【解決手段】 アポクロマート広角対物レンズにおい
て、ロングクラウンガラス及びショートフリントガラス
の適正な適用により、横色収差の修正を改善すると同時
に他の全ての収差の高レベル修正を実現する。
Description
相当大きな異常部分分散を有し、系の絞りの後に複数個
のロングクラウン型の収束レンズがあり且つ複数個のシ
ョートフリント型の発散レンズがあるようなアポクロマ
ート広角対物レンズに関する。
92年のフォトキナにおいて、Carl Zeiss
Distagon 2.8/12mm No.10492
6の商品名で小型カメラ用広角対物レンズとしての仕様
をもって展示された。その場合、絞りの前方の、正の屈
折率を有する大半のレンズはショートフリント特性の異
常部分分散をもつガラスから製造されており、負の屈折
率を有する大半のレンズはロングクラウン特性をもつガ
ラスから製造されている。絞りの後方では、ガラスの種
類に対する屈折率の符号は反転する。この構成において
は、レンズからレンズへと絶えず縮小することによっ
て、3つの波長と3つの像高さに対する横色収差の修正
が可能であった。
に最適に修正することは不可能であり、そのためには、
レンズ全体にわたる別の屈折率分布が必要であろう。
ンズと同様に、公称全開アパーチャと比べて約2つ分の
絞り段だけ絞った後に初めて完全な画質を示す。
題は、横色収差と傾斜球面収差が同時に高いレベルで修
正されているようなアポクロマート修正広角対物レンズ
を提供することである。絞りを完全に解放したときで
も、最高の画質を利用できるようにすべきである。特
に、アポクロマート透視−補正広角対物レンズを探究す
る。
スから成り、標準ガラスの場合の横色収差に加えてさら
に横色収差を発生するように構成された前面レンズを導
入したために、そのようなガラスから成るさらに別のレ
ンズによって横色収差の修正を実行することが可能であ
り、且つ同時に、傾斜球面収差の修正を可能にする屈折
率のシフトを実現できるという驚くべき事実がわかっ
た。一般に、これにより、アパーチャ全開に至るまで完
全な画質を提供できる。その結果、撮影者の露光時の余
裕は明らかに拡大する。そこで、課題は特許請求の範囲
第1項の特徴によって解決される。
範囲第2項の特徴によって明らかであるが、第2項で
は、色収差を目的をもって増加させる前方レンズ群と、
その横色収差を減少させる、系の絞りの前方の中央レン
ズ群とが提示される。
れるとは限らない規則に反したガラスの適用に対して好
ましい許容を与える。前面レンズは横色収差を著しく増
加させるのが好ましい。
より、前面レンズは前面が凸面であるメニスカスレンズ
であるのが好ましい。有利な構成においては、系の絞り
の前方に、ガラスから成り、利用されるスペクトル領域
内で分散関数が実質的にある定数だけしか異ならないよ
うな2個のレンズから構成される接合素子がある。すな
わち、それらのレンズは異なる屈折率を有するが、アッ
ベ数と異常部分分散は等しいということになる。
い面を利用でき、それとは別に、この面をその他の像誤
差の修正に関与させることもできる。そのような接合素
子は別の観点からも有利である。
るが、この色収差は好ましい実施の形態では対物レンズ
により3つの波長に対し、あらゆる視野角にわたって適
切に修正される。同様に、サジタル結像の傾斜球面収差
が適切に修正されることも本発明の特別な利点である。
として、特に特許請求の範囲第8項に記載の交換対物レ
ンズとして、その場合にはシフト対物レンズとして構成
されているのが好ましい。そのために不可欠な大きな結
像距離によって必然的に起こる問題について、本発明に
よる構成は適切な修正をもたらす。
的特性によって知られており且つその特性が要求される
特殊光学系でのみ良く使用されるロングクラウンガラス
であるロングクラウンガラスHoya ATF2から成
るレンズ、あるいはHoyaADC1ガラスから成るレ
ンズを使用するのが好ましい。2番目に挙げたガラスも
同じようにロングクラウン型であり、前面レンズには特
に適している。実質的に同等の光学特性をもつ別のメー
カーのガラスも言うまでもなく同様に適している。
ト」という名称は、その部分分散に関して光学ガラスを
表わしている。主分散/部分分散グラフν,Pでは、一
対のガラスK7,F2(Schott)によってアッベ
基準直線が決定される。市販の大半の光学ガラスはこの
直線の付近にある。
線上にあるガラスより明らかに少ない部分分散を有し、
ショートフリント型のガラスはアッベ基準直線上にある
ガラスより明らかに大きい部分分散を有し、それらは異
常部分分散を有する。
は様々に異なるスペクトル線に関連づけて様々に使用さ
れている。たとえば、NaumannのSchroed
erBauelemente der Optik(1
983年、ミュンヘン、52,55ページ)を参照。こ
の文献には、アポクロマート処理のために異常部分分散
をもつ種類のガラスを少なくとも1つ使用しなければな
らないことも述べられている。
し、g,dについて色消しする。
における屈折率によってのみ特性づけられる。
ての屈折率の補外が実行される。
わるアッベ基準直線は、 Pn = A・ν+B という形態をとり、相対部分分散としてのアッベ基準直
線からの偏差は、 ΔP = P−A・ν−B となり、このとき、A=0.9007・10-4及びB=
0.2025である。
て、そのようにしてν及びPを定義したとき、主分散値
の全範囲にわたり市販の種類のガラスは基準直線を中心
として一様に分布している。これにより確定されるロン
グクラウンガラス、標準ガラス及びショートフリントガ
ラスの相違は、所定の主分散に対して、入手可能なガラ
スの中から相対的に顕著な部分分散をもつガラスを選び
出すという条件に非常に良く適合している。
従ったガラスの選択が特に好ましく且つ有利であること
を明確に示している。好ましい構成は特許請求の範囲第
14項又は第15項に記載の修正データを有する。
は、特許請求の範囲第16項に記載の数値列によって説
明される。この実施の形態は別の焦点距離に関しても焦
点距離に比例させて増減自在である。図面を参照して本
発明の説明のために引用される一実施の形態に、全ての
特許請求の範囲の特徴が集中している。
小画角の場合の主光線と、最大画角の場合の主光線とが
記入されている。表1は、面1から面39の半径、厚さ
及びガラスの種類並びに他の不可欠の対物レンズ関連数
値を提示している。面39は結像面である。使用される
接着剤は、波長が587.6nmのとき、1.57の屈
折率を有する。
トル線における屈折率nd ,主分散ν及び相対部分分散
ΔPも提示されている。同様に、ガラスのロングクラウ
ンL特性又はショートフリント特性Kも提示してある。
平行素子は、交換自在の素子として使用されている。1
7個のレンズのうち、合わせて14個は相当大きな異常
部分分散を有する。
103の中の正の屈折率をもつ全てのレンズ25,2
9,35,37はロングクラウン特性を有し、負の屈折
率をもつレンズ27,33はショートフリント特性を有
し、これは先に挙げたCarlZeissのDista
gon 2.8/21mmに示す通りである。
面で、正の屈折率をもつメニスカスレンズであり、先に
述べた周知の対物レンズに適用される規則とは異なり、
顕著なロングクラウン特性を有する。このレンズは稀に
しか使用されないガラスHoya ADC1、又はnd
=1.620,ν=50,ΔP=−0.0033を有す
るそのガラスと等価の代替材料から製造されている。
と主分散を有するが、相対部分分散はごく小さい理論上
のガラスの場合と比べて、大きい横色収差が改めて発生
してしまうので、この色収差を後に再び修正しなければ
ならない。ところが、レンズ1,3,5,7の領域で光
線の角度と高さを非常に急速に縮小し、それにより、サ
ジタル結像の傾斜球面収差を減少できるようにすること
によって、修正は可能である。
ズ群103の屈折率と異常部分分散の特性と同じ対応関
係を維持している。屈折率が非常に大きく(nd =1.
92)且つ主分散は小さい(ν=15.9)面(5,
6)を有する第3のレンズに関してのみ、系に抗するロ
ングクラウンガラスを入手できるので、それらの系偏差
を受容しなければならない。
2から構成される中央レンズ群102は逆のレシピに従
った構造であり、正の屈折率をもつレンズ21,22は
ショートフリントガラスを有し、負の屈折率をもつレン
ズ17,18はロングクラウンガラスを有する。
ならないガラスOhara LAH75(レンズ3,
4;31,32)、Ohara BPH45(27,2
8)及びOhara BAH30(15,16)を標準
ガラスとみなすこともできる。しかしながら、たとえ小
さくとも、そのΔPは規則に従った方向性をもつという
ことが重要である。
が、主分散ν及び相対部分分散ΔPは実質的に等しい2
種類のガラス(Hoya TAFD30,Ohara
BPH35)から構成されている。それら2つのガラス
の分散関数は定数Δnだけ異なることになる。従って、
接合面21,22はスペクトル修正に関しては全く作用
を及ぼさず、それとは別個に、別の誤差に作用すること
ができる。一般に、接合素子20,22は収束作用及び
ショートフリント特性を有する。
子20,22の第1のレンズ20,21の系偏差は、こ
の特殊な機能から得られるのである。そのような接合素
子20,22は一般的にも有利である。
ズに関わるガラスの選択は、次の観点に従って行われ
る。
領域の横色収差を人工的に増加させるのであるが、これ
は特に第1のレンズ1,2の機能である。その目的は、
外側視野で収差をより大きく増大させることである。こ
の場合に色収差を小さくしてしまうと、視野中央(ゾー
ン)において激しい修正不足が起こるか、又は縁部で過
剰修正が起こるという結果を招くであろう。従って、前
方レンズ群101に関わる規則は次の通りである。
を有するレンズ、ショートフリントガラスから成る負の
屈折率を有するレンズ。ところが、屈折率と主分散は卓
越した色消し修正の必要条件によって挙げられているの
で、レンズ5,6の場合のように、適切なガラスが市場
では入手できず、規則に反したガラスを得なければなら
ない、たとえば、ロングクラウンガラスから成る負の屈
折率をもつレンズ5,6を製造しなければならないこと
がわかる。
で横色収差を減少させることが目標であり、そのための
レシピは前方レンズ群102の場合とは全く逆である。
率をもつレンズ、ロングクラウンガラスから成る負の屈
折率をもつレンズ。
特別仕様の枠内で、必然的に1つのレンズ20,21は
そのレシピを破らざるをえない。
おける目標は、赤色スペクトル領域、すなわち、cスペ
クトル線で残留している色収差を完全に除去することで
ある。
クラウンガラスから成る正の屈折率をもつレンズ、ショ
ートフリントガラスから成る負の屈折率をもつレンズ。
の中央部でガラスは特に大きい異常部分分散ΔPを有し
ているべきであり、これは、全ての像高さについて横色
収差を劇的に減少させるレンズ29,30によって実現
されている(図7を参照)。図示した実施の形態では、
その規則を固く守っている。その他の像誤差も言うまで
もなく優劣なく修正しなければならないので、視野中央
(ゾーン)にはわずかな色収差が残ったままである。
て、対物レンズのレンズを経て行くときのスペクトル線
c,dに関わる横色収差を示し、これにより、先に説明
した色修正が明らかになる。比較のために、縦色収差も
提示されている。シミュレーション計算のために、結像
平面39における色収差を示すが、その場合、提示した
レンズ面の後の全てのレンズは、この実施の形態に関わ
る表に提示したのと同じ屈折率、同じ主分散を有する
が、相対部分分散は消滅している(ΔP=0)(現実に
は利用できない)ガラスからそれぞれ形成されている。
距離(間隔38−39)を変化させ、すなわち、対物レ
ンズ全体をシフトさせ、同時に、「浮動素子」として前
方レンズ群101を後続する中央レンズ群及び基本レン
ズ群102,103に対してシフトさせる。同時に間隙
間隔18−20及び38−39を変化させると有効であ
る。
による対物レンズ100を示す。レンズ群101,10
2,103と、マウント110とを有する対物レンズ
は、ねじとして図示されているアダプタ120によって
カメラ200のアダプタ220に固定されている。対物
レンズ100の結像距離S、すなわち、基本レンズ群1
03の最後のレンズの頂点からカメラ200の結像平面
210までの距離はアダプタ120,220から結像平
面210までの距離より長いので、本発明による対物レ
ンズ100は衝突して来るスペクトル線を避けるための
シフト手段111,121を具備していることができる
(透視−補正広角対物レンズ)。
る広角対物レンズによって得られる高い総合画質を示
し、mm当たりスペクトル線本数(LPM)が10本、2
0本及び40本のときの変調伝達Tを像高さuの関数と
してサジタル(実線)と、接線(点線)の両方向につい
て示している。また、右側は最大開口K=3.65、左
側はK=5.6、すなわち、2つの絞り段だけ絞った状
態を表わしており、使用した光は404.7nmから6
56.3nmの10個の波長から成る白色光であり、対
象距離は無限遠である。
めて安定して推移して行くことは、シフト対物レンズと
して利用するまでの構成には特に有用である(図2を参
照)。
おける総横収差(DZS)を6つの異なる像高さy′又
は画角(W)について、開口角の正接tanDW′の関
数として、3つのスペクトル線d(実線)、g(長い破
線)及び大文字のC(短い破線)に関して示す。調整平
面の線は斜線として記入されている。
て示し(DYM、総メリジオン横収差)、図6は、同じ
パラメータに対する溝収差(DYS)を示す。
さに至るまで非常に適切に修正される。 表 1 面 半 径 厚さ 屈折率 ガラス 型 nd ν p*104 ──────────────────────────────────── 0 1 50.2529 8.700 + Hoya ADC1 L 1,62000 50,1 -33 2 92.0163 .050 3 32.0126 1.000 - Ohara LAH75 K 1,87400 27,4 + 8 4 18.6988 10.510 5 54.5994 1.500 - Ohara PBH71 L 1,92286 15,9 -55 6 21.9437 4.850 7 62.7726 1.500 - Hoya TAFD30 K 1,88300 32,1 +28 8 23.1902 5.380 9 -176.8511 4.150 - Ohara LAM54 K 1,75700 38,1 +26 10 35.9626 1.920 11 97.3607 4.000 + Ohara PBH71 L 1,92286 15,9 -55 12 -77.8324 1.180 13 無限 1.500 0 Ohara NSL51 フィルタ 14 〃 1.180 15 42.2118 17.870 + Ohara BAH30 L 1,65016 30,7 -11 16 -23.5400 .010 接着剤 17 -23.5300 2.150 - Ohara PBH71 L 1,92286 15,9 -55 18 -32.4246 2.510 19 無限 1.490 20 78.2780 9.490 - Hoya TAFD30 K 1,88300 32,2 +28 21 12.2789 .010 接着剤 22 12.2811 7.404 + Ohara BPH35 K 1,64450 32,1 +29 23 -40.1660 .500 24 無限 2.560 絞り 25 -45.2866 4.500 + Hoya ADC1 L 1,62000 50,1 -33 26 -11.5460 .010 接着剤 27 -11.5430 .740 - Ohara BPH45 K 1,71850 25,9 + 8 28 -29.6646 .060 29 26.5153 3.840 + Hoya ATF2 L 1,65052 29,1 -71 30 -25.9265 .180 31 -56.0023 .960 - Ohara LAH75 K 1,87400 27,4 + 8 32 29.9968 3.250 33 -21.5144 .690 - Hoya TAFD30 K 1,88300 32,2 +28 34 28.9861 .010 接着剤 35 29.0109 6.890 + Ohara FPL51 L 1,49700 66,2 -142 36 -18.0911 .250 37 -95.1794 3.000 + Ohara FPL51 L 1,49700 66,2 -142 38 -31.5296 39 47.791 (結像距離)
5/25mmのレンズ断面図。
対物レンズの概略図。
のグラフ。
の総横収差のグラフ。
面の総横収差のグラフ。
フ。
移のグラフ。
1,22…接合素子、24…系の絞り、100…対物レ
ンズ、101…前方レンズ群、102…中央レンズ群、
103…基本レンズ群、120…アダプタ、200…カ
メラ。
Claims (17)
- 【請求項1】 複数個のレンズが相当大きな異常部分分
散を有し、系の絞り(24)の背後にロングクラウン型
の複数個の収束レンズ(25,29,35,37)があ
り且つショートフリント型の複数個の発散レンズ(2
7,31)があるアポクロマート広角対物レンズにおい
て、対物レンズの前面レンズ(1)はロングクラウン型
の収束レンズであることを特徴とするアポクロマート広
角対物レンズ。 - 【請求項2】 複数個のレンズは相当大きな異常部分分
散を有し、系の絞り(24)の背後の基本レンズ群(1
03)の中にロングクラウン型の複数個の収束レンズ
(25,29,35,37)があり且つショートフリン
ト型の複数個の発散レンズ(27,31)があるアポク
ロマート広角対物レンズにおいて、系の絞り(24)の
前方に、正の屈折率をもつロングクラウン型の複数個の
レンズ(1,11,15)があり、負の屈折率をもつが
ショートフリント型の複数個のレンズ(3,7,9)が
ある前方レンズ群と、屈折率及び部分分散型の対応関係
を反転させた複数個のレンズ(17,22)がある中央
レンズ群(102)とが配置されていることを特徴とす
るアポクロマート広角対物レンズ。 - 【請求項3】 系の絞り(24)の前方のレンズが7個
までのときは多くとも2個のレンズ、系の絞りの前方の
レンズが8個以上のときには多くとも3個のレンズ
(5,20)はこの領域で屈折率及び部分分散型の偏移
的関係を有し、系の絞り(24)の背後の多くとも2個
のレンズは屈折率及び部分分散型の偏移的関係を有する
ことを特徴とする請求項2記載の対物レンズ。 - 【請求項4】 前面レンズ(1)は、別の点では同等の
特性をもつ標準ガラスを使用したときより大きい横色収
差を発生させることを特徴とする請求項1から3の少な
くとも1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項5】 前面レンズ(1)は前面(1)が凸面で
あるメニスカスレンズであることを特徴とする請求項1
から4の少なくとも1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項6】 主絞り(24)の前方に、分散関数(n
(λ))が利用されるスペクトル領域の中で実質的にあ
る定数だけしか異ならないガラス製の2個のレンズ(2
0,22)から成る接合素子(20,22)が設けられ
ていることを特徴とする請求項1から5の少なくとも1
項に記載の対物レンズ。 - 【請求項7】 総じて横色収差は3つの波長(g,d,
c)に対してあらゆる視野角にわたり十分有効に、特に
プラス/マイナス5マイクロメートル未満の誤差をもっ
て修正されていることを特徴とする請求項1から6の少
なくとも1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項8】 サジタル結像の傾斜球面収差は十分有効
に修正されていることを特徴とする請求項1から7の少
なくとも1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項9】 レトロフォーカス対物レンズとして構成
されていることを特徴とする請求項1から8の少なくと
も1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項10】 カメラのボディ(200)に接続する
ための手段(120)を有する交換対物レンズとして構
成されており且つ最後のレンズ(37,38)の頂点は
接続のための手段(200)を越えては突出していない
ことを特徴とする請求項9記載の対物レンズ。 - 【請求項11】 シフト対物レンズとして構成されてい
る請求項10記載の対物レンズ。 - 【請求項12】 少なくとも1つのレンズ(29,3
0)はHoya ATF2ガラスの特性を有することを
特徴とする請求項1から11の少なくとも1項に記載の
対物レンズ。 - 【請求項13】 Hoya ADC1ガラスの特性をも
つ少なくとも1つのレンズ(1,2;25,26)を特
徴とする請求項1から12の少なくとも1項に記載の対
物レンズ。 - 【請求項14】 焦点距離は25mmであり、開口数0.
14又は絞り3.5であり、像側結像距離は48mmであ
り、且つスペクトル線gからcまでのスペクトル領域に
おいて51°までのあらゆる画角に対して、サジタル断
面の総横収差(DZS)は0.1より小さい開口角の全
ての正接(tanDW′)に関して30μm未満であ
り、メリジアン断面の総横収差(DYM)は0.05よ
り小さい開口角の全ての正接(tanDW′)に関して
30μm未満であり且つ溝収差(DYS)は0.1より
小さい開口角の正接(tanDW′)に関して30μm
未満であることを特徴とする請求項1から13の少なく
とも1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項15】 スペクトル線gからcまでのスペクト
ル領域において白色光に対し絞り全開K=3.65に至
るまで、変調伝達(T)はサジタル及び接線の方向に、
1mm当たりスペクトル線が10本のときは、20mmの像
高さ(YB)まで90%より大きく、像高さ(YB)が
30mmまででは80%より大きく、1mm当たりスペクト
ル線が40本のときには20mmの像高さ(YB)まで6
0%より大きく、像高さ(YB)が30mmまででは50
%より大きいことを特徴とする請求項1から14の少な
くとも1項に記載の対物レンズ。 - 【請求項16】 下記の数値: 焦点距離 25mm 最大絞り 3.65 面 半径 厚さ ガラス 型 ──────────────────────────────── 1 50.2529 8.70 Hoya ADC1 L 2 92.0163 .05 3 32.0126 1.00 Ohara LAH75 K 4 18.6988 10.51 5 54.5994 1.50 Ohara PBH71 L 6 21.9437 4.85 7 62.7726 1.50 Hoya TAFD30 K 8 23.1902 5.38 9 -176.8511 4.15 Ohara LAM54 K 10 35.9626 1.92 11 97.3607 4.00 Ohara PBH71 L 12 -77.8342 1.18 13 無限 1.50 Ohara NSL51 14 〃 1.18 (フィルタ) 15 42.2118 17.87 Ohara BAH30 L 16 -23.5400 .01 接着剤 17 -23.5300 2.15 Ohara PBH71 L 18 -32.4246 2.51 19 無限 1.49 20 78.2780 9.49 Hoya TAFD30 K 21 12.2789 .01 接着剤 22 12.2811 7.40 Ohara BPH35 K 23 -40.1660 .50 24 無限 2.56 系の絞り 25 -45.2866 4.50 Hoya ADC1 L 26 -11.5460 .01 接着剤 27 -11.5430 .74 Ohara BPH45 K 28 -29.6646 .06 29 26.5153 3.84 Hoya ATF2 L 30 -25.9265 .18 31 -56.0023 .96 Ohara LAH75 N 32 29.9968 3.25 33 -21.5144 .69 Hoya TAFD30 K 34 28.9861 .01 接着剤 35 29.0109 6.89 Ohara FPL51 L 36 -18.0911 .25 37 -95.1794 3.00 Ohara FPL51 L 38 -31.5296 39 47.79 (結像距離) を有するか、又は焦点距離を変更し且つ全ての半径及び
間隔をそれに比例させて変更した対物レンズ。 - 【請求項17】 波長が435.84nmのときの屈折
率をng とし、波長が587.56nmのときの屈折率
をnd とし且つ波長が657.27nmのときの屈折率
をnc とするとき、主分散の定義は ν = (nd −1)/(ng −nd) であり、部分分散の定義は P = (nd −nc)/(ng −nd) であり、ガラス(Schott)K2,F7に関するア
ッベ基準直線は、A=0.9007.10-4 とし且つ
B=0.2025としたとき、 Pn = Aν+B であり且つ基準直線からの偏差は、 ΔP = P−Pn=P−Aν−B であり、ロングクラウンと指定される全てのガラスは負
のΔPを有し、ショートフリントと指定される全てのガ
ラスは正のΔPを有し且つ使用される全てのガラスは少
なくとも8.10-4の大きさのΔPを有し、ガラスのう
ち少なくとも半分、好ましくは四分の三以上は2.5×
10-3を越える大きさのΔPを有することを特徴とする
請求項1から16のいずれか1項に記載のアポクロマー
ト広角対物レンズ。
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