(57)【要約】【課題】  アポダイゼーションフィルターを備える光学系は、種々の利点を有するも、光軸上でも光量を減少させる欠点があり、また、光学系のレンズ設計上は設計が困難となり、濃度変化パターンが制限されるなどの欠点があった。このため、濃度変化パターンの自由度が高く光学系のレンズ設計が容易であり、且つ簡単に製造できるアボダイズ効果を備えた光学レンズが要望されていた。【解決手段】  結像手段であるレンズの表面に不透光インク等で直接に微細なパターン印刷を施し、光軸上の光透過率を１とし、中心から離れるほど順次光透過率を低下させて周縁部では透過率を０とする微細なパターン印刷によるアポダイゼーション機能を有する印刷膜15をレンズ表面に形成した光学レンズ10とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像手段の表面に設けられたアポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段と、屈折又は反射により結像させる前記結像手段と、で構成されることを特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
アポダイズ手段は、結像手段の光軸位置の光透過率を１とし、結像手段のレンズ有効半径位置で光透過率を０とし、光軸位置から等距離となる同心位置の光透過率を一定として順次周縁の光透過率を低下させるコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載した光学レンズ。
【請求項３】
アポダイズ手段は、微細なドット又は同心円状細線の密度変化によって光透過率を調整しているコーティング層であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した光学レンズ。
【請求項４】
アポダイズ手段は、結像手段の表面に設けられた不透光インクの印刷膜又は金属蒸着膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載した光学レンズ。
【請求項５】
結像手段は、レンズ又は反射鏡であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載した光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラや望遠鏡などの精密光学機器用のレンズに関し、尚詳しくは、アポダイズ効果を備えた光学レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラなどの撮影レンズ群による光学系では諸収差を小さくし、鮮明な画像を結像させると共に、目標物の像位置に形成される目標物の背景や目標物の手前にある物体などの像（以下、焦点外れ像という）を適度にボケた状態で結像させる必要がある。
【０００３】
この焦点外れ像は、図８に示すように、レンズ群Ｌによる対象物Ａの共役像ａの前後位置に形成される像であって、対象物Ａの共役像ａは対象物Ａの各点が微小点として投影されるも、この共役像ａよりも前方ｂ又は後方ｃの位置では、各点の像が大きくなり像全体がボケた状態となる。
【０００４】
尚、図１は様式的に結像位置を前後にずらせているも、カメラなどの光学機器では、レンズ群Ｌと対象物Ａとの距離の変化により対象物Ａの特定対象点にピントを合わせたとき、特定対象点の共役面の位置の前後位置に特定対象点以外の点の共役像位置が形成されるように像位置がずれることとなり、特定対象点Ａの共役像位置ａに特定対象点以外の対象点は焦点外れ像を作ることになるものである。
【０００５】
そして、点光源像における焦点外れ像は、レンズ群において光軸位置から開口有効半径までの全体が同一透過率の光学的に理想的なレンズ系では、図９の（Ａ）に示すように強度が一様な錯乱円となる。又、球面収差が過度に補正されたレンズ系では、図9の（Ｂ）に示すように周縁の強度が強調されたいわゆる２線ボケを生じさせる像となる。そして、レンズ系の光軸から開口周縁に向かって透過率を順次低くして有効半径位置で光透過率が０となるようにすると、図９の（ｃ）に示すように中心が明るく周辺の強度が順次減少したアポダイズ効果による像が形成される。
【０００６】
このアポダイズ効果によるボケた像は、点の中心が定まり、物体の形状を明確としつつ各点の周辺がボケて像に柔らかさが出るため、被写体の背景などを柔らかい像として良好な画像を結像させることができるものである。
このため、図１０に示すように、レンズ群Ｌ'を含む光学系の開口絞り位置近傍にアポタイゼーションフィルタＡＦを配置し、アポダイズ効果による焦点外れ像を形成するようにした光学系が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００７】
このようにアポダイズ効果を有する光学系は、カメラなどでは背景などの焦点外れ像においても元の物体の形状が理解し易く、又、色の濁りが少なく、柔らかい雰囲気の良好な像を形成することができる利点を有する。更に、収差による悪影響を減少させて焦点像が改善されると共に焦点深度を深くすることができる等の種々の利点も有する。
又、望遠鏡などの大口径の光学系では解像度を高め、高精細でコントラストが良好な画像を得ることができるなどの利点もある。
【特許文献１】特開平１１−２３１２０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の如く、アポダイゼーションフィルターを備える光学系は、解像度などに種々の利点を有するも、アポダイゼーションフィルターの減光材料の厚みを０とできないため、光軸上でも光量を減少させて光量を無駄にする欠点があり、更に、光学系のレンズ設計上、レンズが１枚増加することと同等となり、設計が困難となる。
【０００９】
このため、レンズ設計に手数や時間を要し、ひいてはコストを上昇させる他、減光材料に近似の屈折率やアッベ数を有するレンズと張り合わせなければならず、アポダイゼーションフィルターの濃度変化パターンが制限されるなどの欠点もあった。
【００１０】
本発明は、これらの欠点を排し、濃度変化パターンの自由度が高く光学系のレンズ設計が容易であり、且つ簡単に製造できるアボダイズ効果を備えた光学レンズを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、結像手段の表面に設けるアポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段と屈折又は発射により結像させる結像手段とにより構成される光学レンズとするものである。
このアポダイズ手段は、結像手段の光軸位置の光透過率を１とし、結像手段のレンズ有効半径位置で光透過率を０とし、光軸位置から等距離となる同心位置の光透過率を一定として順次周縁の光透過率を低下させるコーティング層により形成するものである。
【００１２】
そして、このコーティング層は、微細なドット又は同心円状細線の密度変化によって光透過率を調整するコーティング層とし、不透光インクの印刷膜又は金属蒸着膜により形成することが好ましい。
又、結像手段としてはレンズ又は反射鏡とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明はアポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段と結像手段とを持つ光学レンズであって、光学レンズ自体にアポダイズ手段を備えるため、光学系のレンズ設計を複雑とすることなく、解像度等を向上させることができる。
【００１４】
そして、このアポダイズ手段を、結像手段の光軸位置の光透過率を１とし、光軸位置から等距離の光透過率を一定として順次周縁の光透過率を低下させて光透過率を０とするコーティング層とした光学レンズは、光軸位置の光量を減衰させることが無く、アポダイゼーション機能を有しない光学系に容易にアポダイゼーション機能を付加することができる光学レンズである。
【００１５】
又、コーティング層として、微細なドット又は同心円状細線の密度変化によって光透過率を調整する光学レンズは、透過率の変化や調整を容易に設計及び実施できるものである。
更に、アポダイズ手段を不透光インクの印刷膜や金属蒸着膜によるコーティング層とすれば、光を効果的に遮断することが可能であって、光の透過率の設計を容易とすると共に調整実施を確実に行うことができ、濃度変化パターンの自由度が高く、光軸上の減光率を０とすることも容易であるため、アポダイゼーション機能を有する光学系の設計製造が容易となる利点がある。
【００１６】
そして、この結像手段による光学レンズは、光透過型レンズのほか、反射型レンズである反射鏡とすることにより、種々の光学機器の光学系に用いることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は結像手段である光学ガラスレンズの表面に不透光インク等で直接に微細なパターン印刷を施し、光学ガラスレンズの光軸上の光透過率を１とし、中心から離れるほど順次透過率を低下させて周縁部では光透過率を０とする微細なパターン印刷などによるコーティング層をレンズ表面に形成することにより、アポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段としての印刷膜15又は蒸着膜を光学ガラスレンズの表面に設けた光学レンズ10とするものである。
【実施例１】
【００１８】
本発明は、図１に示すように、光学ガラスレンズであるレンズ11の表面に、不透光インク等の印刷膜15によるコーティング層を設けた光学レンズ10とするものである。
この印刷膜15は、図２の（Ａ）に示すように、微細なドットパターンにより形成し、印刷密度の変化により、中心位置の光透過率を１として順次ドット密度を高くすることによりレンズ周縁の光透過率を０とするものである。
【００１９】
この場合、レンズ11の光軸位置表面及びその近傍はインク密度を０として光の透過率を１とすると共に、レンズ表面の光軸位置から等距離の位置のインク密度を一定とするようにしてレンズ中心である光軸位置から離れるほどインク密度を順次密として光透過率を低くし、レンズ11の周縁に近いほどインクの膜厚を厚くするようにしてレンズ11の周縁では光透過率を０とするものである。
【００２０】
尚、図２の（Ｂ）に示すように、細線をレンズ11の光軸位置を中心として同心円状に印刷することにより、光軸位置であるレンズ中心の光透過率を１とし、周縁の光透過率を０とするように順次周辺のリング間隔を密とすることもある。
又、当該レンズ11の有効径に合わせて透過率を０とする位置の半径を定めることもある。
【００２１】
このようなパターン印刷によるコーティング層は、密度変化の設定に自由度が大きく、アポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段としての印刷膜を容易に形成することができ、又、レンズの光軸位置及びその近傍の光透過率を１とすることにより光量を無駄に減衰させることがない利点を有するものである。
【００２２】
尚、アポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段としては、レンズ表面にマスク印刷などにより不透光インクの薄膜を形成する場合に限るものでなく、金属等を真空蒸着させることによる金属蒸着膜のコーティング層を形成することもある。
【００２３】
又、図１に示した結像手段は、屈折レンズであるも、反射鏡であっても同様に表面にアポダイゼーション機能を有するアポダイズ手段としての薄膜を形成することによりアボダイズ効果を有する光学レンズ10とすることができるものである。
【００２４】
このように、アボダイズ効果を有する光学レンズ10とすることにより、焦点外れ像において形状を崩すことなく柔らかくボケさせることができ、焦点像を鮮明とすることができる。
即ち、インコヒーレントな結像光学系では、点像の理想的な結像においては、図３に示すように、光量分布が中心では最大の光量となると共にリング状に極大点が発生し、図４に示すように中央にエアリーディスクと呼ばれる像30が結像されると共に第１次ジフラクションリング31、第２次ジフラクションリング32・・・と高次のリング状の像が順次発生することになる。
【００２５】
そして、アボダイズ効果を利用することによりこのジフラクションリングの濃度を低下させることができるものであってアボダイゼーション機能を有するアポダイズ手段を設けないレンズの表面にアボダイズ手段としての不透光インクを塗布すると、ジフラクションリングの濃度を低下させることができる。
【００２６】
即ち、波長５８７．６μｍの光でレンズ径１００ｍｍ、焦点距離１０００ｍｍの凸レンズにおいて、図５に示すように光軸位置の光透過率を１とし、レンズ周辺で光透過率を０とするようにコサイン曲線で透過率を変化させるパターン印刷を行った光学レンズとパターン印刷を行わない光学レンズのシミュレーションを行い、焦点面の中心で０．０４ｍｍ四方の解析を行うと、パターン印刷を行わない光学レンズでは、図６に示すように複数のジフラクションリングが明確に現れ、第１次ジフラクションリングの濃度は０．０１０７となる。そして、アポダイゼーション機能を有する薄膜を形成するパターン印刷を施した光学レンズでのシミュレーションは、図７に示すように、明確にジフラクションリングの数が減少すると共に第１次ジフラクションリングの濃度も０．００６３３と低下した。
【００２７】
尚、図６及び図７の各（Ａ）は濃度スケールが０から１のグラフであり、図６及び図７の各（Ｂ）は濃度スケール０から０．０１の拡大グラフであって、図６及び図７の各（ｃ）は中央断面のグラフである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る光学レンズは、アポダイズ効果を有するアポダイズ手段を備えた光学レンズであるから、ピント位置では鮮明な像を形成し、焦点外れ位置の像を柔らかく見せて良好な映像を形成することのできるレンズであり、レンズ表面に薄膜印刷又は蒸着によりアポダイズ手段を形成するものであるから、設計及び製造が容易な光学レンズである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る光学レンズによる結像系を示す模式図。
【図２】本発明に係る光学レンズの例を示す模式図。
【図３】エアリー効果の濃度分布例を示す図。
【図４】エアリー効果による結像状態を示す模式図。
【図５】本発明に係る光学レンズの透過率の一例を示す図。
【図６】アポダイズ効果を有しないレンズの像濃度シミュレーション図。
【図７】アポダイズ効果を有するレンズの像濃度シミュレーション図。
【図８】レンズの結像系を示す模式図。
【図９】レンズの結像濃度分布を示す模式図。
【図１０】アポダイゼーションフィルターを備えたレンズの結像系を示す模式図。
【符号の説明】
【００３０】
１０  光学レンズ
１１  結像手段                １５  アポダイズ手段
３０  エアリーディスク
３１，３２，３３  ジフラクションリング
Ａ  対象物
Ｌ、Ｌ′  レンズ群
ＡＦ  アポバダイゼーションフィルター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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