(57)【要約】【課題】  十分な透過率を確保すると共に近紫外線領域において良好な収差性能を発揮し、かつ、容易に形成可能な近紫外線用結像レンズを提供する。【解決手段】  本発明の近紫外線用結像レンズ１は、物体側から順に、前群ＦＲと絞りＳｔと後群ＲＥとを備えている。前群ＦＲおよび後群ＲＥのそれぞれにおける最も絞り側のレンズＬ６，Ｌ７は、絞りＳｔに向けて凹面をなす負レンズである。前群ＦＲは、最も物体側から順に正レンズＬ１と負レンズＬ２とを有し、後群ＲＥにおける最も絞り側のレンズＬ７以外のレンズＬ８〜Ｌ１０は、全て正レンズである。さらに、レンズＬ１〜Ｌ１０を構成する全ての硝材は、ｉ線に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示すものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、前群と、絞りと、後群とを備え、
前記前群および後群のそれぞれにおける最も絞り側のレンズは、絞りに向けて凹面をなす負レンズであり、
前記前群は、最も物体側から順に正レンズと負レンズとを有し、
前記後群における最も絞り側のレンズ以外のレンズは、全て正レンズであり、
前記前群および後群における各レンズを構成する硝材は、ｉ線に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示すものである
ことを特徴とする近紫外線用結像レンズ。
【請求項２】
前記前群および後群のそれぞれにおける最も絞り側のレンズは、アッベ数が４５以下である硝材からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の近紫外線用結像レンズ。
【請求項３】
前記前群の最も物体側の正レンズは、アッベ数が８０以上である硝材からなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の近紫外線用結像レンズ。
【請求項４】
３６２．５ｎｍの波長の光に対する球面収差が２０μｍ以内に収まっている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の近紫外線用結像レンズ。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の近紫外線用結像レンズと、
近紫外線領域の光線に対して感度を有する撮像素子と、
近紫外線領域以外の領域の光線を遮断するフィルタと
を有することを特徴とする近紫外線用カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近紫外線領域での使用に適した固定焦点の近紫外線用結像レンズおよびそれを備えた近紫外線用カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、紫外線領域に対応した光学系が様々な用途に用いられている。例えば、３００ｎｍ以下の紫外線は、半導体リソグラフィ技術に利用されている。また、３００ｎｍよりも長波長側の紫外線は、可視光に比べて物体表面での拡散が大きいという特性を活かし、例えば工業製品等の表面の傷検査に利用されている。この場合、紫外線照明を物体表面に照射したのち結像レンズを介して反射光を検出することで、その物体表面の微細な傷や欠陥の有無を検査するようにしている。そのほかにも医療分野での応用例もある。
【０００３】
このような紫外線領域で使用し得る結像レンズのレンズ材料としては、紫外線の透過率を考慮すると、事実上、蛍石（ＣａＦ2）および石英（ＳｉＯ2）の２種類のみに限られてしまう。ところが、これら蛍石や石英のみをレンズ材料として用いた場合には、それら相互間の色分散の差が比較的小さいことから色収差を低減することが難しく、しかも屈折率が比較的低いことからペッツバール和が大きくなる（像面湾曲の十分な補正が困難となる）傾向にある。このため、紫外線領域で使用される結像レンズは、例えば顕微鏡用対物レンズのような画角の狭い結像レンズとして使用されることが多かった。
【０００４】
このような背景から、本出願人は、良好な収差性能を確保しつつ広画角化を図るようにした結像レンズを開発し、特許文献１に開示している。
【特許文献１】特許第３３９７４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、蛍石や石英は他の硝材と比べると加工性に劣るので、曲率半径の小さな面を高精度に形成したり研磨によって凹面を形成することが困難である。このため、蛍石や石英以外の硝材によって構成しつつも、近紫外線領域において例えばＦ１．４程度の明るさを有する近紫外線用結像レンズが望まれている。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、十分な透過率を確保すると共に近紫外線領域において良好な収差性能を発揮し、かつ、容易に形成可能な近紫外線用結像レンズおよびそれを備えた近紫外線用カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の近紫外線用結像レンズは、物体側から順に、前群と、絞りと、後群とを備えるようにしたものである。ここで、前群および後群のそれぞれにおける最も絞り側のレンズが、絞りに向けて凹面をなす負レンズであり、前群が、最も物体側から順に正レンズと負レンズとを有し、後群における最も絞り側のレンズ以外のレンズが全て正レンズであり、前群および後群における各レンズを構成する硝材が、ｉ線に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示すものである。ｉ線とは、３６５．０１５ｎｍの波長を有する光線である。また、本発明の近紫外線用カメラは、上記のような近紫外線用結像レンズと、近紫外線領域の光線に対して感度を有する撮像素子と、近紫外線領域以外の領域の光線を遮断するフィルタとを備えるようにしたものである。
【０００８】
本発明の近紫外線用結像レンズおよび近紫外線用カメラでは、上記の構成を有することにより、蛍石や石英を用いることなく、光学系全体として、例えば３５０ｎｍで８０％以上の透過率が容易に得られる。
【０００９】
本発明の近紫外線用結像レンズおよび近紫外線用カメラでは、前群および後群のそれぞれにおける最も絞り側のレンズが、４５以下のアッベ数を有する硝材により構成されていることが望ましい。さらに、前群の最も物体側の正レンズが、８０以上のアッベ数である硝材からなることが望ましい。ここでいうアッベ数とは、ｄ線に対する屈折率Ｎｄから１をひいたもの（Ｎｄ−１）を、Ｆ線に対する屈折率ＮＦとＣ線に対する屈折率ＮＣとの差分（ＮＦ−ＮＣ）によって割った値（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）である。また、３６２．５ｎｍの波長の光に対する球面収差が２０μｍ以内に収まっていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の近紫外線用結像レンズおよび近紫外線用カメラによれば、ｉ線に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示す硝材を用いて、絞りを挟んで配置された前群および後群における各レンズを構成し、前群については、最も物体側から順に正レンズと負レンズとを配置すると共に最も絞り側（像側）に絞りに向けて凹面をなす負レンズを配置し、後群については、最も絞り側（物体側）に絞りに向けて凹面をなす負レンズを配置すると共にそれ以外のレンズを全て正レンズとしたので、蛍石や石英以外の加工の容易な硝材により構成した場合であっても、十分な透過率を確保しつつ近紫外線領域において良好な収差性能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
まず、図１を参照して、本発明における一実施の形態としての近紫外線用結像レンズ（以下、単に結像レンズという。）１を備えた近紫外線用カメラ（以下、単にカメラという。）について説明する。図１に示したカメラは、例えば傷検査を行うためのデジタルカメラであり、物体側から順に、固定焦点レンズである結像レンズ１と、近紫外線領域以外の領域の光線を遮断するフィルタ２と、近紫外線領域の光線に対して感度を有する電荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像素子３とを備えている。結像レンズ１は鏡筒４に収納されており、フィルタ２および撮像素子３を収納する筐体５に取り付けられている。このような構成のカメラでは、結像レンズ１によって形成された光学像が、フィルタ２を介して撮像素子３の表面に結像し、画像データとして取得される。
【００１３】
続いて、結像レンズ１の構成について説明する。図２は、本発明における一実施の形態としての結像レンズの第１の構成例（結像レンズ１Ａ）を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図５）のレンズ構成に対応している。また、図３および図４は、それぞれ本実施の形態における第２および第３の構成例（結像レンズ１Ｂおよび１Ｃ）を示している。これら第２および第３の構成例は、それぞれ後述の第２の数値実施例（図６）および第３の数値実施例（図７）のレンズ構成に対応している。図２〜図４において、符号Ｓｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面を示す。符号Ｒｉは、面Ｓｉの曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では、図１に示した結像レンズの構成を基本にして説明する。なお、以下の説明では結像レンズ１Ａ〜１Ｃを総称して結像レンズ１と記す。
【００１４】
結像レンズ１は、光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に、レンズＬ１〜Ｌ６を有する前群ＦＲと、絞りＳｔと、レンズＬ７〜Ｌ１０を有する後群ＲＥとを備えている。この結像レンズの結像面Ｓimgに撮像素子３（図１）が配置されている。
【００１５】
前群ＦＲおよび後群ＲＥにおける各レンズＬ１〜Ｌ１０を構成する硝材は、全て、ｉ線（波長３６５．０１５ｎｍ）に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示すものである。具体的には、蛍石（ＣａＦ2）などの結晶性材料と石英（ＳｉＯ2）とを除く硝材（例えば、株式会社オハラ製のＳ−ＦＳＬ５およびＳ−ＦＰＬ５１）によって全てのレンズが形成されている。ここでは特に、環境上および安全上の理由から鉛（Ｐｂ）を含まない硝材によりレンズＬ１〜Ｌ１０を構成することが望ましい。
【００１６】
前群ＦＲにおいて、レンズＬ１は正の屈折力を有するものであり、レンズＬ２は負の屈折力を有するものである。また、前群ＦＲにおいて最も絞り側（像側）に位置するレンズＬ６は、絞りＳｔに向けて凹面をなす負のレンズである。より具体的には、レンズＬ１は両凸レンズであり、レンズＬ２は物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズであり、レンズＬ３は両凸レンズであり、レンズＬ４は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであり、レンズＬ５，Ｌ６は物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。なお、図３の構成例では、レンズＬ１が物体側に凹面を向けた正のメニスカス形状をなし、レンズＬ３が物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状をなし、レンズＬ４が両凸形状をなし、レンズＬ５が物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状をなし、レンズＬ６が両凹形状をなしている。また、レンズＬ１は、アッベ数νｄが８０以上である硝材により構成されており、レンズＬ６は、アッベ数νｄが４５以下である硝材により構成されている。
【００１７】
なお、アッベ数νｄは、以下の式（１）によって規定されるものである。
【００１８】
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）  ……（１）
但し、Ｎｄはｄ線に対する屈折率を表し、ＮＦはＦ線に対する屈折率を表し、ＮＣはＣ線に対する屈折率を表す。
【００１９】
後群ＲＥにおいて、最も絞り側（物体側）に位置するレンズＬ７は、絞りＳｔに向けて凹面をなす負のレンズである。レンズＬ７よりも像側に位置するレンズＬ８〜Ｌ１０は、全て正のレンズである。より具体的には、レンズＬ７は両凹形状をなし、レンズＬ８〜Ｌ１０は、全て両凸形状をなしている。ここで、レンズＬ７およびレンズＬ８は接合レンズを構成している。また、レンズＬ７は、アッベ数νｄが４５以下である硝材により構成されている。
【００２０】
次に、以上のように構成された本実施の形態の結像レンズの作用および効果を説明する。
【００２１】
この結像レンズでは、前群ＦＲおよび後群ＲＥのそれぞれにおける最も絞り側のレンズＬ６，Ｌ７を、絞りＳｔに向けて凹面をなす負のレンズとしたので、軸外収差の発生を抑制できる。また、前群ＦＲが最も物体側から順に正のレンズＬ１と負のレンズＬ２とを有するように構成したので、球面収差や色収差が良好に補正される。さらに、後群ＲＥにおける最も絞りＳｔ側のレンズＬ７よりも像側のレンズＬ８〜Ｌ１０が全て正の屈折力を有するようにしたので、球面収差が良好に補正される。
【００２２】
また、前群ＦＲおよび後群ＲＥにおける各レンズＬ１〜Ｌ１０を構成する全ての硝材として、蛍石（ＣａＦ2）および石英（ＳｉＯ2）以外の硝材のうち、ｉ線（波長３６５．０１５ｎｍ）に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示すものを用いるようにしたので、光学系全体として、例えば３５０ｎｍで８０％以上の透過率を確保することが容易である。
【００２３】
さらに、絞りＳｔを挟んで対向する前群ＦＲのレンズＬ６および後群ＲＥのレンズＬ７が、いずれも４５以下のアッベ数νｄを示す硝材によって構成されているので、諸収差、特に色収差がバランス良く補正される。さらに、前群ＦＲの最も物体側のレンズＬ１が、８０以上のアッベ数νｄを示す硝材によって構成されているので、特に軸上色収差が良好に補正される。
【００２４】
このように、本実施の形態の結像レンズによれば、物体側から順に、前群ＦＲと、絞りＳｔと、後群ＲＥとを備え、前群ＦＲおよび後群ＲＥのそれぞれにおける最も絞りＳｔ側のレンズＬ６，Ｌ７を、いずれも絞りに向けて凹面をなす負のレンズとし、最も物体側から順に正のレンズＬ１と負のレンズＬ２とを有するように前群ＦＲを構成し、後群ＲＥを、その最も絞り側のレンズＬ７よりも像側のレンズＬ８〜Ｌ１０が全て正のレンズとなるように構成し、各レンズＬ１〜Ｌ１０を構成する硝材をｉ線に対して１０ｍｍの厚みで７０％以上の透過率を示すものとするようにしたので、蛍石や石英を除く加工の容易な硝材により構成した場合であっても、十分な透過率を確保しつつ近紫外線領域において良好な収差性能を発揮することができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本実施の形態に係る結像レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第３の数値実施例（実施例１〜３）をまとめて説明する。
【００２６】
図２〜図４に示した結像レンズの構成にそれぞれ対応する具体的な基本的なレンズデータを図５〜図７に示す。
【００２７】
図５〜図７におけるＳｉ（面番号）の欄には、各実施例の結像レンズについて、図２〜図４にそれぞれ示した符号Ｓｉに対応させて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、平行平面板ＧＣを含めて像側に向かうに従い順次増加するｉ番目（ｉ＝１〜２０）の面の番号を示す。Ｒｉ（曲率半径）の欄には、図２〜図４で示した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉの曲率半径の値を示す。曲率半径Ｒｉの値が∞の部分は、平面であることを示す。同様に、Ｄｉ（面間隔）の欄には、図２〜図４に示した符号Ｄｉに対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。ここで、曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの単位はミリメートル（ｍｍ）である。さらに、Ｎｄｊ（屈折率）およびνｄｊ（アッベ数）の欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１０）のレンズ要素のｄ線（５８７．５６２ｎｍの波長の光線）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。Ｔｊ（透過率）の欄には、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１０）のレンズ要素について、波長３６０．００ｎｍの光線に対する１０ｍｍ厚での透過率の値を示す。さらに、実施例１〜３の各結像レンズにおける全系の焦点距離ｆおよびバックフォーカスＢｆ（いずれも単位はミリメートル［ｍｍ］）についても、図５〜図７の欄外に示す。
【００２８】
図５〜図７に示したように、レンズＬ６，Ｌ７のアッベ数νｄｊ（ｊ＝６，７）は、いずれも４５を下回っている。また、レンズＬ１のアッベ数νｄｊ（ｊ＝６，７）は、いずれも８０を上回っている。さらに、各レンズＬ１〜Ｌ１０の透過率Ｔｊ（ｊ＝１〜１０）は、いずれも０．７を上回っているので、より長波長側のｉ線での透過率は０．７（７０％）を上回っているものと見なせる。
【００２９】
図８（Ａ）〜（Ｃ）には、実施例１の結像レンズにおける球面収差、非点収差およびディストーション（歪曲収差）を示す。球面収差を示す図８（Ａ）においては、３５０．００ｎｍ，３６２．５０ｎｍ，３７５．００ｎｍの波長の各光線についての値を示す。非点収差を示す図８（Ｂ）においては、実線がサジタル方向の収差を示し、破線がタンジェンシャル（メリジオナル）方向の収差を示す。また、FNO.はＦナンバーを示し、ωは半画角を示す。同様に、実施例２についての諸収差を図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すと共に、実施例３についての諸収差を図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
【００３０】
さらに、図１１〜図１３には、実施例１〜３に示した各結像レンズの全系における分光透過率を示す。図１１〜図１３では、横軸が波長（ｎｍ）を示し、縦軸が透過率（％）を示す。ここでは、表面反射がないものと仮定して計算により求めた数値を示している。
【００３１】
以上、各数値データおよび各収差図から明らかなように、各実施例において、Ｆナンバー１．４を超える明るさを確保しつつ、極めて良好な収差性能を得ることができた。特に、図８（Ａ）、図９（Ａ）および図１０（Ａ）の球面収差図から明らかなように、３６２．５ｎｍの波長の光線に対する球面収差が２０μｍ以内に収まっている。さらに、図１１〜図１３の特性図から明らかなように、少なくとも３５０ｎｍ〜３７０ｎｍの波長域において、８０％を超える透過率を確保することができた。
【００３２】
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態としての結像レンズを搭載したカメラの構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態としての結像レンズにおける第１の構成例を示すものであり、実施例１に対応する断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態としての結像レンズにおける第２の構成例を示すものであり、実施例２に対応する断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態としての結像レンズにおける第３の構成例を示すものであり、実施例３に対応する断面図である。
【図５】実施例１の結像レンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。
【図６】実施例２の結像レンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。
【図７】実施例３の結像レンズにおける基本レンズデータを示す説明図である。
【図８】実施例１の結像レンズにおける球面収差、非点収差およびディストーションを示す収差図である。
【図９】実施例２の結像レンズにおける球面収差、非点収差およびディストーションを示す収差図である。
【図１０】実施例３の結像レンズにおける球面収差、非点収差およびディストーションを示す収差図である。
【図１１】実施例１の結像レンズにおける分光透過率を示す特性図である。
【図１２】実施例２の結像レンズにおける分光透過率を示す特性図である。
【図１３】実施例３の結像レンズにおける分光透過率を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３４】
ＦＲ…前群、ＲＥ…後群、Ｓｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第（ｉ＋１）番目のレンズ面との面間隔、Ｓimg…結像面（撮像面）、Ｚ１…光軸。１…結像レンズ、２…フィルタ、３…撮像素子、４…鏡筒、５…筐体。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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