(57)【要約】【課題】形成する像面積の大きさを非常に大きなものとした場合にも殆ど歪曲収差が発生することがなく、しかも、広範な波長領域に亘ってアポクロマティック補正が施されたアポクロマティック対物レンズを提供する。【解決手段】アポクロマティック対物レンズであって、絞り４を備えており、そのいずれもが屈折性光学部材である複数の光学部材を備えており、それら複数の光学部材は、複数のレンズ群１、２、３を構成して１本の光軸（Ｘ）上に配設された複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８を含んでおり、レンズの形成材料として複数の異なった種類の材料が用いられており、前記複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８の各々は、フッ化カルシウムＣａＦ２、合成石英ＳｉＯ２、またはその他の耐放射線性光学材料ＳＲのうちのいずれかの材料で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アポクロマティック対物レンズにおいて、
絞り（４）を備えており、
そのいずれもが屈折性光学部材である複数の光学部材を備えており、それら複数の光学部材は、複数のレンズ群（１、２、３）を構成して１本の光軸（Ｘ）上に配設された複数のレンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）を含んでおり、
レンズの形成材料として複数の異なった種類の材料が用いられており、
前記複数のレンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）の各々は、
フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、
合成石英（ＳｉＯ２）、及び、
その他の耐放射線性光学材料（ＳＲ）、
から選択された材料で形成されている、
ことを特徴とするアポクロマティック対物レンズ。
【請求項２】
レンズの形成材料として請求項１に記載した材料のうちの２種類の材料が用いられている、
ことを特徴とする請求項１記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項３】
レンズの形成材料として請求項１に記載した材料のうちの３種類の材料が用いられている、
ことを特徴とする請求項１記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項４】
前記複数のレンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）のうちの少なくとも１つのレンズが、ＣａＦ２でもなくＳｉＯ２でもないその他の耐放射線性光学材料（ＳＲ）で形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項５】
前記その他の耐放射線性光学材料（ＳＲ）が、その構成成分として二酸化セレン（ＣｅＯ２）を含有している、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項６】
前記二酸化セレン（ＣｅＯ２）の含有量は、少なくとも０．５重量パーセントであり、好ましくは１．８〜２．０重量パーセントの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項５記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項７】
前記絞り（４）は第１レンズ群（１）と第２レンズ群（２）との間に配設されている、
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項８】
少なくとも２つのレンズが、非球面レンズ面を各々１つずつ有している、
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項９】
３つのレンズが、非球面レンズ面を各々１つずつ有している、
ことを特徴とする請求項８記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項１０】
少なくとも１つの非球面レンズ面が前記光軸（Ｘ）の方向における前記絞り（４）より前方に配置され、且つ、少なくとも１つの非球面レンズ面が前記光軸（Ｘ）の方向における前記絞り（４）より後方に配置されている、
ことを特徴とする請求項８又は９記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項１１】
前記第２レンズ群（２）の複数のレンズ（Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６）の複数のレンズ面のうちの１つが非球面レンズ面に形成されている、
ことを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項１２】
前記第１レンズ群（１）に含まれており前記物体面（６）に臨んでいるレンズ（Ｌ１）の２つのレンズ面（１１、１２）のうちの一方が非球面レンズ面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１１記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項１３】
前記第３レンズ群（３）に含まれており前記像面（５）に臨んでいるレンズ（Ｌ８）の２つのレンズ面（３３、３４）のうちの一方が非球面レンズ面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１１記載のアポクロマティック対物レンズ。
【請求項１４】
前記第１レンズ群（１）に含まれており前記物体面（６）に臨んでいるレンズ（Ｌ１）の２つのレンズ面（１１、１２）のうちの一方が非球面レンズ面に形成されており、
前記第３レンズ群（３）に含まれており前記像面（５）に臨んでいるレンズ（Ｌ８）の２つのレンズ面（３３、３４）のうちの一方が非球面レンズ面に形成されている、
ことを特徴とする請求項１１記載のアポクロマティック対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアポクロマティック対物レンズに関し、また特に、宇宙空間及び／または地上での写真測量などに用いるのに適したアポクロマティック対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
短波長電磁放射線や粒子放射線（例えば電子線、中性子線、イオン線）などの、高負荷の放射線が存在する環境下では、レンズの形成材料として使用されている光学ガラスの劣化がしばしば発生する。光学ガラスが劣化すると、その結果として、その光学ガラスで形成されているレンズの透過率が低下する。
【０００３】
更には、宇宙空間で用いる場合にも、また地上で用いる場合にも、広範な波長領域に亘って高い画像精度が得られることが要求され、特に、広範な波長領域に亘って色収差が抑制されていなければならない。
【０００４】
例えばラージ・フォーマット・カメラなどに用いられている従来の対物レンズのうちには、耐放射線性光学材料を使用したものはなかった。また、広範な波長領域に亘るアポクロマティック補正が施されたものもなく、特に、写真測量に利用される４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域においてアポクロマティック補正が施されたものはなかった。このことは、写真測量に用いられている従来の対物レンズについても言えることである。更に、在来の写真撮影用の対物レンズには、写真測量という用途に十分な大きさの像円を形成することのできるものはなかった。
【０００５】
耐放射線性光学材料を用いて構成した光学系それ自体は、公知のものであり、例えば、半導体リソグラフィの露光用光学系などがそのように構成されている。しかしながら、耐放射線性光学材料を用いて構成した従来公知の光学系は、非常に狭い波長領域での色補正しか施されていなかった。一方、反射鏡を用いて構成した光学構成は、色収差が発生することがなく、しかも、高負荷の放射線が存在する環境下で使用するのにも適しているが、しかしながら、反射鏡による光学構成では、形成可能な像円の大きさが非常に小さなものに限られてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的ないし本発明の技術的課題は、形成する像円の大きさを非常に大きなものとした場合にも殆ど歪曲収差が発生することがなく、しかも、広範な波長領域に亘ってアポクロマティック補正が施されたアポクロマティック対物レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項１に記載した特徴を備えたアポクロマティック対物レンズによって達成される。
【０００８】
即ちこのアポクロマティック対物レンズは、絞りを備えており、そのいずれもが屈折性光学部材である複数の光学部材を備えており、それら複数の光学部材は、複数のレンズ群を構成して１本の光軸上に配設された複数のレンズを含んでおり、レンズの形成材料として複数の異なった種類の材料が用いられており、前記複数のレンズの各々は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、合成石英（ＳｉＯ２）、または、その他の耐放射線性光学材料（ＳＲ）のうちのいずれかの材料で形成されている。
【０００９】
複数の光学部材をいずれも屈折性光学部材とすることを選択し、且つ、レンズの形成材料として特別の材料を選択したことによって、対物レンズの性能が望ましい高性能のものとなっている。この対物レンズは、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域に亘ってアポクロマティック補正が施される。更に、空間周波数が１００本／ｍｍ（ｌｐ／ｍｍ）のときのポリクロマティック・コントラストが０．２以上となり、空間周波数が６０本／ｍｍのときのポリクロマティック・コントラストが０．４以上となる。このコントラスト性能は、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域の全域に亘って達成される。更に、本発明に係る対物レンズによれば、このコントラスト性能が、−２０°〜＋２０°の像界角度領域の内部で４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域の全域に亘って達成される。
【００１０】
更に加えて、本発明に係る対物レンズは耐放射線性を有するものであるため、宇宙空間の環境条件下でも、また地上の環境条件下でも、いずれにおいても使用可能である。
【００１１】
従属請求項は、本発明に係るアポクロマティック対物レンズの構成例における、好ましく有利な様々な特徴を主題としたものである。
【００１２】
それら特徴に関して、先ず、レンズの形成材料として請求項１に記載した材料のうちの２種類の材料を用いるようにするとよい。
【００１３】
別法として、レンズの形成材料として請求項１に記載した材料のうちの３種類の材料を用いるようにするのもよい。
【００１４】
前記複数のレンズのうちの少なくとも１つのレンズが、ＣａＦ２でもなくＳｉＯ２でもないその他の耐放射線性光学材料で形成されているようにするのもよい。
【００１５】
前記その他の耐放射線性光学材料が、その構成成分として二酸化セレン（ＣｅＯ２）を含有しているようにするとよい。このＣｅＯ２の含有量は、少なくとも０．５重量パーセントとすることが好ましい。また、このＣｅＯ２の含有量は、１．８〜２．０重量パーセントの範囲内にあるものとすればなお好ましい。
【００１６】
前記絞りは第１レンズ群と第２レンズ群との間に配設されているようにするとよい。
【００１７】
特に好ましい１つの実施の形態においては、少なくとも２つのレンズが、非球面レンズ面を各々１つずつ有しているようにしている。
【００１８】
またその場合に、３つのレンズが、非球面レンズ面を各々１つずつ有しているようにすることが好ましい。
【００１９】
少なくとも１つの非球面レンズ面が前記光軸の方向における前記絞りより前方に配置され、且つ、少なくとも１つの非球面レンズ面が前記光軸の方向における前記絞りより後方に配置されているようにすることが、即ち、前記絞りの両側に少なくとも１つずつの非球面レンズ面が配置されているようにすることが好ましい。
【００２０】
好ましい１つの構成例においては、前記第２レンズ群の複数のレンズの複数のレンズ面のうちの１つが非球面レンズ面に形成されているとよい。
【００２１】
またその場合に、前記第１レンズ群に含まれており前記物体面に臨んでいるレンズの２つのレンズ面のうちの一方が非球面レンズ面に形成されているようにすると有利である。
【００２２】
別法として、或いは以上に加えて、前記第３レンズ群に含まれており前記像面に臨んでいるレンズの２つのレンズ面のうちの一方が非球面レンズ面に形成されているようにするのもよい。
【００２３】
本発明の様々な好適実施例、細部構造に関するその他の構成例、それに、更なる利点については、添付図面に即した以下の説明において詳述して明らかにして行く。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るアポクロマティック対物レンズの構成の一実施形態を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係るアポクロマティック対物レンズの構成を示した模式図である。この対物レンズは、互いの間に間隔を空けて１本の光軸Ｘ上に一列に配設された３つのレンズ群１、２、３を備えており、それらレンズ群はこの対物レンズの鏡筒（不図示）に公知の固定方式で固定されている。第１レンズ群１と第２レンズ群２との間に絞り４が配設されており、この絞り４は、図１には２本の縦線で模式的に図示してある。
【００２６】
第１レンズ群１は、光軸Ｘ上に一列に配設された３つのレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３で構成されている。第２レンズ群２も同様にして３つのレンズＬ４、Ｌ５、Ｌ６で構成されている。第３レンズ群３は２つのレンズＬ７、Ｌ８で構成されている。第３レンズ群３の右側に模式的に示したのは像面５である。第１レンズ群１の左側に模式的に示したのは、遠く離れた位置にある物体面６である。
【００２７】
物体面６に臨んでいるレンズである第１レンズ群１の第１レンズＬ１は、負の屈折力を有するレンズであり、この第１レンズ１は、例えば合成石英（ＳｉＯ２）などの、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）以外の耐放射線性光学材料（ＳＲ）で形成される。
【００２８】
第１レンズ群１の第２レンズＬ２も同様に、負の屈折力を有するレンズであり、この第２レンズＬ２も、例えば合成石英（ＳｉＯ２）などの、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）以外の耐放射線性光学材料（ＳＲ）で形成される。第１レンズ群１の第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とでは、それらの形成材料が異なっている。
【００２９】
絞り４に隣接しているレンズである第１レンズ群１の第３レンズＬ３は、正の屈折力を有するレンズであり、この第３レンズＬ３は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）で形成される。
【００３０】
合成石英（ＳｉＯ２）から成る市販の好適な光学ガラスの具体例を挙げるならば、例えばSchott社製の製品型番が「LITHOSIL-Q」の光学ガラスなどがある。また、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）から成る市販の好適な光学ガラスの具体例を挙げるならば、例えばSchott社製の製品型番が「LITHOTEC-CAF2」の光学ガラスなどがある。その他の好適な耐放射線性光学材料（ＳＲ）の具体例を挙げるならば、例えば、少なくとも０．５重量パーセントの二酸化セレン（ＣｅＯ２）が添加された光学ガラスなどがある。二酸化セレン量を増加すれば一般的により高い放射線量に対して安定化するが、透過率が下がるため、そのトレードオフとなる。尚、ここでいうところの「耐放射線性」光学材料とは、短波長電磁放射線や粒子放射線（例えば電子線、中性子線、イオン線）などの、高負荷の放射線の作用下において、その透光特性が殆ど変化しない光学材料のことである。このような耐放射線性光学材料のその他の具体例を挙げるならば、例えばSchott社製の製品型番が「BK7G18」（ＢＫ７（ホウケイ素クラウンガラス）にＣｅＯ２を１．８重量％添加）の光学ガラスや製品型番が「K5G20」（ＣｅＯ２を２．０重量％添加）の光学ガラスなどがある。
【００３１】
第２レンズ群２は、絞り４に隣接したレンズＬ４と、更にその他の２つのレンズＬ５及びＬ６とで構成され、この第２レンズ群２に含まれるレンズ面のうちの１つは非球面レンズ面に形成される。この第２レンズ群２に含まれるその他のレンズ面は球面レンズ面に形成される。第２レンズ群２に含まれるレンズ面のうちの１つを非球面レンズ面に形成するのは、球面収差を補正するためである。また特に、この第２レンズ群２は絞り４に近接した位置に配設されているが、この位置に配設するようにしているのは、軸上色収差を補正可能にするためである。
【００３２】
光軸Ｘに沿った方向の、第２レンズ群２の絞り４とは反対の側に、この第２レンズ群２から離隔して、レンズＬ７及びＬ８で構成される第３レンズ群３が配設されている。レンズＬ８は像面５の最も近くに配置されたレンズである。レンズＬ７とレンズＬ８とはいずれも、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ２）や合成石英（ＳｉＯ２）などの、耐放射線性光学材料（ＳＲ）で形成される。ただし、レンズＬ７とレンズＬ８とでは、それらの形成材料が異なっている。
【００３３】
図１に示したアポクロマティック対物レンズは、それを実施する上で２通りの異なった構成形態とすることができる。それらのうちの第１の構成形態は、特に宇宙空間で用いるのに適したものであり、これを宇宙空間用構成と称する。宇宙空間用構成は、特に軽量に構成することができ、その質量を１ｋｇ以下にすることも可能である。宇宙空間用構成では、レンズ面のうちの３つが非球面レンズ面に形成される。そしてその場合に、第１レンズＬ１の２つのレンズ面である、物体面６の方を向いた前面側レンズ面１１と、物体面６とは反対側を向いた背面側レンズ面１２との、いずれか一方が非球面レンズ面に形成される。第１レンズ群１のレンズＬ１、Ｌ２、及びＬ３のその他のレンズ面は、いずれも球面レンズ面に形成される。
【００３４】
更に、上で既に述べたように、第２レンズ群２に含まれるレンズ面のうちの１つが非球面レンズ面に形成される。第２レンズ群２のレンズＬ４、Ｌ５、及びＬ６のその他のレンズ面は、いずれも球面レンズ面に形成される。また更に、宇宙空間で用いるのに適したこの第１の構成形態では、第３レンズ群３に含まれる第８レンズＬ８の２つのレンズ面である、像面５の方を向いた背面側のレンズ面３４と、像面５とは反対側を向いた前面側レンズ面３３との、いずれか一方が非球面レンズ面に形成される。この第３レンズ群３のレンズＬ７及びＬ８のその他のレンズ面は、いずれも球面レンズ面に形成される。
【００３５】
以上に説明した第１の構成形態とは異なる第２の構成形態は、本発明に係るアポクロマティック対物レンズを、地上で用いるための対物レンズとして構成したものである（地上用構成）。地上用構成であるため、宇宙空間用構成にとっては重要な要件である質量に関する制約がない。地上用構成では、大型レンズを使用することによって重量が増大しても構わないため、より大きなレンズを使用した設計とすることができ、そのため、非球面レンズ面を２つだけにしても十分な性能が得られる。
【００３６】
非球面レンズ面を２つだけとするこの地上用構成は、上述した宇宙用構成において、そのレンズＬ１の一方のレンズ面を非球面レンズ面に形成すること、または、そのレンズＬ８の一方のレンズ面を非球面レンズ面に形成することを取り止めて、そのレンズ面を球面レンズ面に形成したものとすればよい。そうした場合には、その結果として、第２レンズ群２に含まれるレンズ面のうちの１つが非球面レンズ面に形成されると共に、第１レンズＬ１の前面側レンズ面１１と背面側レンズ面１２とのいずれか一方、または、レンズＬ８の前面側レンズ面３３と背面側レンズ面３４とのいずれか一方が、非球面レンズに形成されたものとなる。
【００３７】
レンズＬ１及び／またはレンズＬ８の非球面レンズ面によって、像界の全領域において倍率色収差及び歪曲収差が補正され、またそれによって、疑似無歪曲収差状態が得られている。尚、本発明に関して使用する「疑似無歪曲収差状態」という用語は、像界入射角が＋２０°〜−２０°の像界の内部における最大発生歪曲が０．０２％以下であることをいう。このことを図１に、５本の光束Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、及びＳ４で示した。それら光束のうち、光束Ｓ０は、像界入射角が０°の、光軸上の光束であり、また光束Ｓ４は、像界入射角が＋２０°の、光軸方向から最も大きく偏位した光束である。
【００３８】
図１に示したアポクロマティック対物レンズの構成は、宇宙空間用構成としての非球面レンズ面を備えたものも、また、地上用構成としての非球面レンズ面を備えたものも、いずれも４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域に亘る望ましい広帯域のアポクロマティック補正を提供し得るものである。
【００３９】
本発明に係るアポクロマティック対物レンズは、高度の無歪曲収差状態を提供し得るものであるため、いわゆるＴＤＩ検出法（time delayed integration detection）に用いても有益なものである。
【００４０】
特許請求の範囲、明細書、及び図面に使用した参照符号は、本発明の理解を容易にすることのみを目的としたものであり、それら参照符号によって権利範囲が限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１    レンズ群
２    レンズ群
３    レンズ群
４    絞り
５    像面
６    物体面
１１  前面側レンズ面
１２  背面側レンズ面
３３  前面側レンズ面
３４  背面側レンズ面
Ｌ１  レンズ
Ｌ２  レンズ
Ｌ３  レンズ
Ｌ４  レンズ
Ｌ５  レンズ
Ｌ６  レンズ
Ｌ７  レンズ
Ｌ８  レンズ
Ｘ    光軸
【図１】
2009294658.tif 000003