(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群とから構成された対物レンズ群において、前記第１レンズ群は、正レンズと負レンズが接合されたレンズであり、前記第２レンズ群は、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有する単レンズであり、かつ下記の条件式を満足することを特徴とした対物レンズ。
【外１】
0003740221.tif 000017
ここでＦａｌｌは、前記対物レンズの全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、Ｄ１２は第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔、ｒ４，ｒ５は各々第２レンズ群の物体側と像面側の曲率半径である。
【請求項２】
前記第１レンズ群は物体側より、正レンズ、負レンズの順で配置されることを特徴とする請求項１の対物レンズ。
【請求項３】
請求項２記載の対物レンズにおいて、下記の条件式を満足することを特徴とする対物レンズ。
【外２】
0003740221.tif 000018
ただしν１＋は、第１レンズ群中の正レンズを構成する光学材料のアッベ数、ｒ２は第１レンズ群の接合面の曲率半径。
【請求項４】
前記第１レンズ群は物体側より、負レンズ、正レンズの順で配置されることを特徴とする請求項１の対物レンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群の正レンズのアッベ数をν１＋とした時
ν１＋≧８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項４の対物レンズ。
【請求項６】
請求項４記載の対物レンズにおいて、下記の条件式を満たすことを特徴とする対物レンズ。
【外３】
0003740221.tif 000019
ただしｒ２は第１レンズ群の接合面の曲率半径。
【請求項７】
請求項４から５記載の対物レンズにおいて、第１レンズ群を構成する光学材料が下記の条件を満足することを特徴とした対物レンズ。
【外４】
0003740221.tif 000020
ここでα＋，α−は第１レンズ群を構成する正レンズ、負レンズを構成する光学材料の常温域での線膨張係数を表す。
【請求項８】
請求項７記載の対物レンズにおいて、第１レンズ群を構成する光学材料が下記の条件を満足することを特徴とした対物レンズ。
【外５】
0003740221.tif 000021
ここでＥ＋，Ｅ−は第１レンズ群を構成する正レンズ、負レンズを構成する光学材料の常温域での縦弾性係数。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は望遠鏡、双眼鏡等に使用される対物レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に望遠鏡、双眼鏡等に使用されている対物レンズは、諸収差時に、球面収差、色収差、コマ収差を十分小さく抑えることが要求されている。
【０００３】
図１３は、一般的に用いられている対物レンズの例であり、光軸を含む断面を示している。図中、５は光軸、６は対物レンズ、７は、正立プリズム、８は像面を表している。この図に示すように、対物レンズは正レンズ６ａと負レンズ６ｂの組み合わせにより構成されている。これは、それぞれのレンズを構成するガラスの分散の差を利用して諸収差、とくに光軸上に現れる軸上色収差を補正するためである。
【０００４】
より一層の高い光学性能が必要とされ、特に軸上に現れる色収差を補正する場合には、対物レンズの正レンズにアッベ数の大きい低分散のガラスが使用される。この低分散を有するガラスは、たとえば、小原社製のｓ−ＦＰＬ５１（商品名）、ＳＨＯＴＴ社製のＦＫ０１（商品名）等であり、このようなガラスの採用により色収差等は大幅に改善することが可能である。
【０００５】
また、双眼鏡・望遠鏡の倍率は対物レンズと接眼レンズの比で決まる。したがって望遠鏡、双眼鏡の倍率をあげる場合、対物レンズの焦点距離を長くする方法と接眼レンズの焦点距離を短くする方法とが考えられる。接眼レンズの焦点距離を短くする場合、射出ひとみ径も小さくなってしまう。
【０００６】
対物レンズの焦点距離を長くする方法の場合、レンズ構成が同じ場合、焦点距離の分だけ全長が長くなってしまう。焦点距離を長くしかつ全長を短くする場合、正のレンズ群のあとに負のレンズ群を配置する、いわゆるテレフォトタイプににする場合が多い。この様な例として、特公昭６３−５５０４５号公報に示される超望遠対物レンズ等がある。この中に記載されているのは、口径比１：７の対物レンズである。
【０００７】
この様なテレフォトタイプを用いる場合、第１群中の正レンズは、大きな屈折力をもつため軸上の色収差がより大きく発生してしまうため、この色収差を抑制するために低分散のガラスを用いることが考えられる。
【０００８】
【発明が解決するための課題】
特公昭６３−５５０４５号公報に示される超望遠対物レンズでは、口径比１：７程度であるため、双眼鏡等の小型化を考えた場合、より明るいレンズの方が望ましい。また、対物レンズの小型を図るべくテレフォトタイプの光学系を採用した場合、焦点距離を拡大するための負の屈折力を有するレンズが、１群の正の屈折力を有するレンズ群と離れているため、レンズの偏芯による敏感度が高くなり、レンズを保持するための構造の精度が高く要求される。又、小型化を図るに伴い光学性能が悪化する傾向にあった。
【０００９】
本発明は、望遠鏡や双眼鏡に適用される対物レンズの小型化を図りつつ、良好な光学性能を与えることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。
【００１１】
第１の発明は、物体側より正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折力を有する第２レンズ群とから構成された対物レンズ群において、第１レンズ群は正レンズと負レンズが接合された接合レンズからなり、且つ第２レンズ群は、物体側に凹面を向けた単レンズであることを特徴としかつ、以下の条件式を満足するものである。
【００１２】
【外７】
0003740221.tif 000002
【００１３】
ここでＦａｌｌは、この対物レンズの全系の焦点距離、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、Ｄ１２は第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔、ｒ４，ｒ５は第２レンズ群の物体側と像面側の曲率半径である。
【００１４】
また前記対物レンズ系の第１レンズ群は、正レンズ、負レンズの順で配置され、この時以下の式を満足することにある。
【００１５】
【外８】
0003740221.tif 000003
ただしν1+は、第１レンズ群中の正レンズを構成する光学材料のアッベ数、ｒ２は第１レンズ群の接合面の曲率半径である。
【００１６】
一方、第１レンズ群が負レンズ、正レンズの順で配置された時には、この正レンズの光学材料のアッベ数をν1+とした時、下記の条件を満足することにある。
【００１７】
ν1+＞８０                      …（６）
【００１８】
また前記対物レンズ系において下記の条件式を満足すること。
【００１９】
【外９】
0003740221.tif 000004
ただしｒ２は第１レンズ群の接合面の曲率半径である。
【００２０】
また、前記対物レンズ系において下記の条件を満足すること。
【００２１】
【外１０】
0003740221.tif 000005
【００２２】
ここでα＋，α−は第１レンズ群を構成する正レンズ、負レンズを構成する光学材料の常温域での線膨張係数を表す。
【００２３】
また、前記対物レンズ系において下記の条件を満足すること。
【００２４】
【外１１】
0003740221.tif 000006
ここでＥ＋，Ｅ−は第１レンズ群を構成する正レンズ、負レンズを構成する光学材料の常温域での縦弾性係数。
【００２５】
更に、正の屈折力を有する１つのレンズ群より構成される対物レンズにおいて、前記レンズ群は物体側より順に物体側に凸面を向けた負レンズと正レンズの２枚のレンズが接合され構成されており、かつ以下の条件式を満足するものである。
【００２６】
【外１２】
0003740221.tif 000007
ここでＦａｌｌは、全系の焦点距離、ｆ＋は接合されたレンズのうちの正レンズの焦点距離、ｒ２は接合面の曲率半径、ν+ は、正レンズを構成する光学材料のアッベ数、α＋，α−は第１レンズ群を構成する正レンズ、負レンズを構成する光学材料の常温域での線膨張係数、Ｅ＋，Ｅ−は第１レンズ群を構成する正レンズ、負レンズを構成する光学材料の常温域での縦弾性係数を表す。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１から図６は、本発明に関する数値実施例１〜６の対物レンズのレンズ断面図を示し、図７から図１２はそれぞれの諸収差図を示す。
【００２８】
図中１は正の屈折力を有する第１レンズ群、２は単レンズで構成される第２レンズ群で物体側に凹面を向けたメニスカス形状をしている。３は防振機能を果たすために配置され、光を偏向させる可変頂角プリズム部、４は像正立用のプリズムで、例えば公知のポロプリズムやペチャンダハプリズムで構成されている。５は光軸、６は像を各々示す。
【００２９】
尚図１、図２は第１レンズ群を順に正レンズと負レンズで構成した例（数値実施例１と２）を示し、図３と図４は第１レンズ群を順に負レンズと正レンズで構成した例（数値実施例３と４）を、図５と図６は対物レンズを順に負レンズと正レンズだけで構成した例（数値実施例５と６）を各々示す。
【００３０】
そして、図１〜図４に示す実施例では前述の条件式（１）〜（３）を満足させて、Ｆナンバーが４と明るいながらも、小型で良好な光学性能を有した対物レンズを得ている。
【００３１】
条件式（１）は、第１のレンズ群の焦点距離と全系での焦点距離の比をしめすものであり、下限を越えると１群での屈折力が強すぎ球面収差の補正を行うのが困難になり、上限を越えると小型化することが困難になる。
【００３２】
条件式（２）は、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔と焦点距離との比を規定するものであり、条件式（１）と共に対物レンズの小型化を達成するためのものである。下限を越えると第１レンズ群と第２レンズ群が接近しすぎるために、間隔Ｄ１２に対する敏感度が高くなる。また上限を越えると間隔が大きくなるために、対物レンズのユニットが大きくなり重量増加を招く。また、第２レンズ群から像面までの間隔が減少するため、光を偏向させる可変頂角プリズムを配置することが困難になる。
【００３３】
条件式（３）は、第２レンズ群の形状を規定する条件であり、第２レンズ群の屈折力は条件式（１）、（２）に定められるが、この式により形状が規定され発生する球面収差を良好に補正することができる。
【００３４】
そして、図１、図２に示す通り第１レンズ群を正レンズ、負レンズの順で配置した時には、条件式（４）と（５）を満足させることが望ましい。
【００３５】
条件式（４）は、接合レンズの正レンズの硝材の特性を規定するためのものであり、下限を越えると軸上で発生する色収差を補正することが困難になる。また条件式（５）は、接合面の曲率半径と１群の焦点距離との比を規定した条件であり、この範囲を超えるとコマ収差等をバランスさせるのが困難になる。
【００３６】
一方、図３と図４に示す通り第１レンズ群を負レンズ、正レンズの順で配置した時には、前述の条件式（６）、更には（７）、（８）、（９）の条件を満足させることが望ましい。
【００３７】
条件式（６）は、正レンズに低分散の硝材を用いることを意味しており、負レンズと合わせて良好な色収差補正を行っている。下限地を越えると色収差の発生が大きくなり少ないレンズ枚数での色収差補正が困難となる。
【００３８】
条件式（７）は、接合面における曲率半径と第１群の焦点距離の比を表した物であり、この範囲を越えると、球面収差、コマ収差バランスが保てないばかりか、とくに下限を越えると曲率がきつくなることから、硝材の研磨する量が増え経済的に好ましくない。
【００３９】
ところで、対物レンズの正レンズとして用いられる硝材のアッベ数と熱膨張係数の関係の例を図１４に示す。このように、低分散の特性を有する硝材は熱膨張係数が、一般的な光学ガラスに較べて大きいことがわかる。
【００４０】
熱膨張係数の高いものと熱膨張係数の低いものを接合する場合について考えてみる。簡単のため、２次元の場合について考えてみる。図１５に示したように、材料１と２を接合した場合を想定する。図中、Ｅ，α、はそれぞれの材料の線膨張係数とヤング率を表しておりｔはぞれぞれの材料の厚みを表している。
【００４１】
接合された材料をかりに梁と仮定すれば、断面内の
ｙ＝ξ
の位置におけるそれぞれの材料のひずみεは
【００４２】
【外１３】
0003740221.tif 000008
と表せる。ｐは、接合された梁の基準位置ｙ＝０における曲率半径を表している。
【００４３】
この状態で温度変化がΔＴあった場合、部材の全体での軸力とモーメントの釣り合いから
ＮX ＝∫σｄＡ
ＭX ＝∫σξｄＡ
より、ｔ１＝ｔ２＝ｔの場合、
【００４４】
【外１４】
0003740221.tif 000009
となる。それぞれの材料ｉ中に発生する応力は、
【００４５】
【外１５】
0003740221.tif 000010
となり、発生する応力は線膨張係数の差に比例することになる。
【００４６】
したがって、図１４に示したような分散の小さい材料を用いた場合、必然的に線膨張係数も大きくなるため、発生する応力値が高くなり、状況によってはレンズが破壊したりしてしまうこともある。
【００４７】
また、この低分散のガラスは摩耗度も一般的な光学ガラスに較べて大きいため、外界に触れる面に採用することは望ましくない。そこで、図１６に示すように対物レンズを物体側から順に負レンズと低分散の硝材よりなる正レンズの順に配置し、摩耗度の高い硝材が外部に露出しないように配置し、またそれぞれのレンズの間隔をあけることで熱膨張差によるレンズの破損を防止していた。このレンズ間の空気間隔は、敏感度が高くレンズの光学性能に大きく影響するため、光学性能の高いものが要求される場合、スペーサなどの部品をもちいていたため、部品点数の増加やそれに伴う製造の複雑化などの問題が生じていた。また、このように負レンズと正レンズを分離して配置する場合、光が透過する面が増加するため、それらの面での反射により透過率の低下が生じていた。
【００４８】
条件式（８）は、接合される硝材の熱膨張係数を規定した条件である。前記レンズ系においては、接合されるレンズのうち正レンズの膨張係数が一般的に高くなるため、条件式の範囲外になると環境温度の変化により破壊しやすくなる。
【００４９】
条件式（９）は、接合されるレンズの硝材の縦弾性係数の比を表す物であり、条件式の範囲外であると温度変化によりどちらかの硝材に大きな応力が発生し破壊しやすくなる。
【００５０】
一方、対物レンズを図５、図６に示す通り、接合レンズだけから構成した時には、前述の条件式（１０）〜（１４）を満足させることが望ましい。
【００５１】
尚、この条件式（１０）〜（１４）は、先の条件式（１）〜（２）、（６）そして（８）〜（９）と同様の意味合いを持つので、詳細な説明は省略する。
【００５２】
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００５３】
【外１６】
0003740221.tif 000011
【００５４】
【外１７】
0003740221.tif 000012
【００５５】
【外１８】
0003740221.tif 000013
【００５６】
【外１９】
0003740221.tif 000014
【００５７】
【外２０】
0003740221.tif 000015
【００５８】
【外２１】
0003740221.tif 000016
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、Ｆナンバーが小さく性能のよい、且つ小型である対物レンズ光学系を得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する数値実施例１のレンズ断面図。
【図２】本発明に関する数値実施例２のレンズ断面図。
【図３】本発明に関する数値実施例３のレンズ断面図。
【図４】本発明に関する数値実施例４のレンズ断面図。
【図５】本発明に関する数値実施例５のレンズ断面図。
【図６】本発明に関する数値実施例６のレンズ断面図。
【図７】本発明に関する数値実施例１の諸収差図。
【図８】本発明に関する数値実施例２の諸収差図。
【図９】本発明に関する数値実施例３の諸収差図。
【図１０】本発明に関する数値実施例４の諸収差図。
【図１１】本発明に関する数値実施例５の諸収差図。
【図１２】本発明に関する数値実施例６の諸収差図。
【図１３】従来の対物レンズのレンズ断面図。
【図１４】硝材のアッベ数と膨張係数との関係を示す図。
【図１５】線膨張係数の違いによる応力発生の様子を示す図。
【図１６】従来の対物レンズのレンズ断面図。
【符号の説明】
１  第１レンズ群
２  第２レンズ群
ｃ  ｃ線
ｄ  ｄ線
Ｆ  Ｆ線
【図１】
0003740221.tif 000022
【図２】
0003740221.tif 000023
【図３】
0003740221.tif 000024
【図４】
0003740221.tif 000025
【図５】
0003740221.tif 000026
【図６】
0003740221.tif 000027
【図７】
0003740221.tif 000028
【図８】
0003740221.tif 000029
【図９】
0003740221.tif 000030
【図１０】
0003740221.tif 000031
【図１１】
0003740221.tif 000032
【図１２】
0003740221.tif 000033
【図１３】
0003740221.tif 000034
【図１４】
0003740221.tif 000035
【図１５】
0003740221.tif 000036
【図１６】
0003740221.tif 000037