(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体として正のパワーの屈折色消しレンズ群と、上記屈折色消しレンズ群の軸上色収差を補正する正のパワーの回折面を備える正レンズとからなり、下記の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする色消しレンズ系。
（１）｜ｆc・Σ｛１／（ｆi・νi）｝｜＜０．００２、
（２）０．０５＜（ｆp／νp）／ｆ＜０．５、
但し、
ｆc：屈折色消しレンズ群の焦点距離、
ｆi：屈折色消しレンズ群の物体側から第ｉ番目のレンズの焦点距離、
νi：屈折色消しレンズ群の物体側から第ｉ番目のレンズのアッベ数、
ｆp：正レンズの焦点距離、
νp：正レンズのアッベ数。
【請求項２】
請求項１記載の色消しレンズ系において、前記回折面は、正レンズの屈折面上に回折面を複合化した、回折屈折ハイブリッドレンズに設けられている色消しレンズ系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の色消しレンズ系において、物体側から順に第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、前記屈折色消しレンズ群は前記第１レンズ群に含まれ、前記回折面を有する正レンズは前記第２レンズ群に含まれ、下記の条件式（３）を満足することを特徴とする色消しレンズ系。
（３）０．４＜Ｌ／ｆ＜０．９
但し、
Ｌ：物体側から数えて第１レンズ群の最終面から第２レンズ群の第１面までの距離、
ｆ：全系の焦点距離。
【請求項４】
請求項３記載の色消しレンズ系において、前記第２レンズ群は、屈折レンズの屈折面上に回折面を複合化した、１枚の回折屈折ハイブリッドレンズで構成されている色消しレンズ系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、コリメータレンズや望遠鏡の対物レンズ等に使用される色消しレンズ系及び色消しアタッチメントに関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
コリメータレンズ等に使用される色消しレンズ系としては、分散の異なる硝材からなる１組の正レンズと負レンズによる構成が従来より知られ、広く使用されている。しかし、従来の色消しレンズ系では、軸上色収差の２次スペクトルを小さく抑えるには、蛍石や特殊低分散ガラス等の高価な硝材を使用しなくてはならず、コストが高いという問題がある。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、軸上色収差の２次スペクトルが良好に補正された色消しレンズ系を、低コストで得ることを目的とする。また本発明は、分散の異なる硝材からなる１組の正レンズと負レンズからなる屈折色消しレンズ群の物体側または像側に装着して、さらに良好な色消しを行なうことができる色消しアタッチメントを得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の色消しレンズ系は、全体として正のパワーの屈折色消しレンズ群と、屈折色消しレンズ群の軸上色収差を補正する正のパワーの回折面を備える正レンズとからなり、下記の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）｜ｆc・Σ｛１／（ｆi・νi）｝｜＜０．００２、
（２）０．０５＜（ｆp／νp）／ｆ＜０．５、
但し、ｆc：屈折色消しレンズ群の焦点距離、ｆi：屈折色消しレンズ群の物体側から第ｉ番目のレンズの焦点距離、νi：屈折色消しレンズ群の物体側から第ｉ番目のレンズのアッベ数、ｆp：正レンズの焦点距離、νp：正レンズのアッベ数である。
【０００６】
上記回折面は、正レンズの屈折面上に回折面を複合化した、回折屈折ハイブリッドレンズに設けることができる。
【０００７】
物体側から順に、第１レンズ群と第２レンズ群とからなり、屈折色消しレンズ群は第１レンズ群に含まれ、回折面を有する正レンズは第２レンズ群に含まれ、下記の条件式（３）を満足ことが好ましい。
（３）０．４＜Ｌ／ｆ＜０．９
但し、Ｌ：物体側から数えて第１レンズ群の最終面から第２レンズ群の第１面までの距離、ｆ：全系の焦点距離である。
【０００９】
上記第２レンズ群は、屈折レンズの屈折面上に回折面を複合化した、１枚の回折屈折ハイブリッドレンズで構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の態様】
分散のアッベ数小なる正レンズと、分散のアッベ数大なる負レンズとからなる屈折色消しレンズ群と、回折レンズ（または回折面、以下同じ）を組み合わせることによって、軸上色収差の２次スペクトルを良好に補正した超色消しレンズ系の例は、従来より知られている。屈折色消しレンズ群と回折レンズを組み合わせることによって、超色消しレンズ系が実現する理由は、出願人の分析によれば次の通りである。
【００１１】
一般的な光学ガラスは、波長が短くなるほど屈折率が高くなるため、正の単レンズの軸上色収差は、波長が短くなるほどアンダーになる。正と負の屈折レンズの組み合わせによる屈折色消しレンズ群では、Ｆ線とＣ線の色収差が一致するように、各レンズのパワーとアッベ数を設定するのが一般的である。つまり、正レンズによってＣ線よりもアンダーに発生するＦ線の軸上色収差を、負レンズによって補正する。さらに、全体として正のパワーを持つ色消しレンズ系では、正レンズよりも負レンズのパワーが弱いため、正レンズのアッベ数を大きくして、大きなパワーの正レンズで発生する軸上色収差を小さくすると共に、負レンズのアッベ数を小さくして、小さなパワーの負レンズで発生する軸上色収差を大きくすることで、各レンズで発生する軸上色収差（Ｆ線とＣ線との差）を打ち消している。
【００１２】
しかし、前述のように、光学ガラスは、波長が短くなるほどより大きく屈折するため、Ｆ線よりも短い波長では、軸上色収差が負レンズによって補正過剰になってしまう。この軸上色収差の２次スペクトルは、一般的な光学ガラスを使用した、２枚構成の屈折色消しレンズ群では避けられない。
【００１３】
一方、回折レンズの分散特性は波長に比例する、また、回折レンズは屈折レンズとは逆の分散特性を示し、正のパワーの回折レンズで発生する軸上色収差は、波長が短くなるほどオーバーになる。この特性を屈折色消しレンズ群と組み合わせることで、軸上色収差の２次スペクトルを小さくすることができる。
【００１４】
一般的な屈折色消しレンズ群では、Ｆ線とＣ線の軸上色収差を一致させると、Ｆ線より短波長では軸上色収差がオーバーになってしまう。しかし、正の単レンズでは短波長ほど軸上色収差がアンダーになるのであるから、前述した屈折色消しレンズ群の負レンズのパワーを弱くしていき、軸上色収差を補正不足にすれば、ほぼ波長に比例した軸上色収差を発生させる、負レンズのパワー配分を見いだすことができる。そして、ほぼ波長に比例し、短波長ほどアンダーなこの軸上色収差を、正のパワーの回折レンズで補正すれば、軸上色収差の２次スペクトルが小さい超色消しレンズ系を得ることができる。
【００１５】
本発明の超色消しレンズ系は、屈折色消しレンズ群と、正の屈折レンズと、回折レンズを組み合わせたものである。この構成では、従来の屈折色消しレンズ群による、Ｆ線よりも短波長でオーバーな軸上色収差を、正の屈折レンズによる、波長が短くなるほどアンダーな軸上色収差で打ち消すことによって、ほぼ波長に比例した軸上色収差を得ることができる。そして、この、ほぼ波長に比例した軸上色収差を、回折レンズで補正することにより、軸上色収差の２次スペクトルが小さい超色消しレンズ系を実現することができる。
【００１６】
また、この態様によれば、例えば、正の屈折レンズと回折レンズを組み合わせた色補正アタッチメントを用意して、これを単体で収差が良好に補正された色消しレンズ系に装着することで、さらに性能をアップした良好な超色消しレンズ系を得ることが可能となる。つまり、超色消しレンズ系を得るために、屈折色消しレンズ群を新規に製作する必要はなく、既存の屈折色消しレンズ群に、正の屈折レンズと回折レンズからなるアタッチメント（エレメント）を追加すればよいので、大幅なコストダウンを実現することができる。
【００１７】
条件式（１）は、屈折色消しレンズ群の軸上色収差を良好に補正するための条件である。条件式（１）の上限を越えると、屈折色消しレンズ群の軸上色収差が大きくなりすぎ、屈折色消しレンズ群単体の性能が悪化する。
【００１８】
条件式（２）は、正レンズに適度な軸上色収差を発生させることによって、屈折色消しレンズ群と正レンズとで、ほぼ波長に比例した軸上色収差を発生させ、回折レンズによる超色消しを実現するための条件である。条件式（２）の下限を越えると、正レンズで発生する軸上色収差が小さくなりすぎ、短波長域で軸上色収差がオーバーになりすぎる。また、条件式（２）の上限を越えると、正レンズで発生する軸上色収差が大きくなりすぎ、短波長域で軸上色収差がアンダーになりすぎる。
【００１９】
条件式（３）は、回折レンズを含む第２レンズ群を、第１レンズ群から適度に離して配置することにより、回折レンズの径を小さくして加工しやすくし、加工コストを抑えるためのものである。条件式（３）の下限を越えると、回折レンズが大きくなりすぎて加工コストが高くついてしまう。また条件式（３）の上限を越えると、軸上マージナル光線の回折レンズ上での入射高さが低くなりすぎ、軸上色収差を良好に補正するためには回折レンズの回折パワーを強くしなくてはならなくなるため、回折面の輪帯数が多くなって加工が困難になる。
【００２０】
次に具体的な数値を示した実施例を示す。各実施例の諸収差図中、ｄ線、ｇ線、Ｃ線は、球面収差により示される色収差、倍率色収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオテルである。また、ＦNOはＦナンバー、ｆは焦点距離、Ｗは入射角である。数値データを示す表中のＲは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはアッベ数を示す。
【００２１】
回転対称非球面形状は次式で定義される。
x=Ch2/[1+[1-(1+K)C2h2]1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10・・・
（Cは曲率（1/r)、hは光軸からの高さ、Kは円錐係数、Aiはｉ次の非球面係数）
回折レンズ面は、曲率半径Ｒまたは上記回転対称非球面形状で示される巨視的形状と、次式で定義される光路差関数とによって示される。
△φ(h)=(P2h2+P4h4+・・・・・）λ（ｈは光軸からの高さ、Ｐiはｉ次の光路差関数係数）
実際の回折レンズの微視的形状は、上記光路差関数から波長の整数倍の成分を消去したフレネルレンズ状の光路長付加量△φ'を持つように決定する。
△φ(h)=(MOD(P2h2+P4h4+・・・+Const,1)-Const）λConstは、輪帯の境界位置の位相を設定する定数で、０から１の任意の数をとる。MOD(X,Y)は、ＸをＹで割った剰余を与える関数であり、MOD(P2h2+P4h4+・・・+Const,1)の値が０になるｈの点が輪帯の境になる。回折レンズ面の形状は、巨視的形状の上に、△φ'（ｈ）の光路長が付加されるように、勾配、段差を設定して決定される。
【００２２】
［実施例１］
図１は本発明の第１の実施例のレンズ構成図で、物体側から順に、弱い正のメニスカスレンズの第１レンズと、両凸の第２レンズと、負のメニスカスレンズの第３レンズとで構成され、第１レンズは、第１面の屈折面上に、正のパワーの回折面を複合化した、回折屈折ハイブリットレンズで構成されている。表１はその数値データ、図２は諸収差図である。この実施例では、正の第２レンズと負の第３レンズが単独でも収差補正された屈折色消しレンズ群であり、この屈折色消しレンズ群とは別の正のパワーの第１レンズに回折面を設けている。図３は第２レンズと第３レンズからなる屈折色消しレンズ群単独のレンズ構成図、図４は諸収差図である。第１レンズは、既存の屈折色消しレンズ群の物体側に着脱して用いる色消しアタッチメントとしての利用が可能である。
【００２３】
【表１】
面Ｎｏ．     Ｒ          Ｄ           Ｎｄ      νｄ
１＊＊      57.214      2.00        1.58547     29.9
２          62.706      0.40          -           -
３          64.867      2.40        1.48749     70.2
４         -34.525      0.10          -           -
５         -34.977      1.50        1.58144     40.7
６        -146.010       -            -           -
ｆ＝100.02
ＦNO＝6.7
第３面から第６面（第２、第３レンズ）単独のデータ
ｆ＝111.36
ＦNO＝7.4
＊＊は、回折屈折ハイブリッド面を示す。
このハイブリッド面のベース面形状は回転対称非球面で、その非球面データ及び光路差関数データは次の通りである。
面Ｎｏ．   Ｋ              Ａ４             Ａ６              Ａ８
１        0.00           7.0875×10-8       0.00              0.00
面Ｎｏ．   Ｐ２            Ｐ４             Ｐ６              Ｐ８
１       -1.0845×10-1  1.8897×10-4      -3.1170×１０-8    0.00
回折成分のｄ線での焦点距離＝７８４６．７３ ｍｍ
レンズ有効半径（ｈ＝7.50ｍｍ）での光路差＝-5.51λ
【００２４】
［実施例２］
図５は本発明の第２の実施例のレンズ構成図で、物体側から順に、両凸の第１レンズと、負のメニスカスレンズの第２レンズと、弱い正のメニスカスレンズの第３レンズとで構成され、第３レンズは、第１面の屈折面上に、正のパワーの回折面を複合化した、回折屈折ハイブリットレンズで構成されている。表２はその数値データ、図６は諸収差図である。この実施例では、正の第１レンズと負の第２レンズが単独でも収差補正された屈折色消しレンズ群（第１レンズ群）であり、この屈折色消しレンズ群とは別の正のパワーの第３レンズ（第２レンズ群）に回折面を設けている。図７は、第１レンズと第２レンズからなる屈折色消しレンズ群単独のレンズ構成図、図８は諸収差図である。第３レンズは、既存の屈折色消しレンズ群の像側に着脱して用いる色消しアタッチメントとしての利用が可能である。
【００２５】
【表２】
面Ｎｏ．     Ｒ          Ｄ           Ｎｄ      νｄ
１          73.937      2.00        1.56384     60.7
２         -60.319      0.10          -           -
３         -59.247      1.50        1.69895     30.1
４         210.249      0.20          -           -
５＊＊     120.000      2.00        1.58547     29.9
６         164.422       -            -           -
ｆ＝100.00
ＦNO＝6.7
第１面から第４面（第１、第２レンズ）単独のデータ
ｆ＝117.77
ＦNO＝7.9
＊＊は、回折屈折ハイブリッド面を示す。
このハイブリッド面のベース面形状は回転対称非球面で、その非球面データ及び光路差関数データは次の通りである。
面Ｎｏ．   Ｋ              Ａ４              Ａ６             Ａ８
５        0.00           8.8875×10-8       1.0656×10-10      0.00
面Ｎｏ．   Ｐ２            Ｐ４              Ｐ６             Ｐ８
５       -1.3299×10-1   1.1169 ×10-4     -3.6219×10-9       0.00
回折成分のｄ線での焦点距離＝6398.79 ｍｍレンズ有効半径（ｈ＝7.43ｍｍ）での光路差＝-7.00 λ
【００２６】
［実施例３］
図９は本発明の第３の実施例のレンズ構成図で、図１０は諸収差図である。物体側から順に、両凸の第１レンズと、負のメニスカスレンズの第２レンズと、弱い正のメニスカスレンズの第３レンズとで構成され、第３レンズは、第１面の屈折面上に、正のパワーの回折面を複合化した、回折屈折ハイブリットレンズで構成されている。表３はその数値データ、図１０は諸収差図である。この実施例では、正の第１レンズと負の第２レンズが単独でも収差補正された屈折色消しレンズ群（第１レンズ群）であり、この屈折色消しレンズ群とは別の正のパワーの第３レンズ（第２レンズ群）に回折面を設けている。図１１は、第１レンズと第２レンズからなる屈折色消しレンズ群単独のレンズ構成図、図１２は諸収差図である。第３レンズは、既存の屈折色消しレンズ群の像側に着脱して用いる色消しアタッチメントとしての利用が可能である。
【００２７】
【表３】
面Ｎｏ．     Ｒ          Ｄ           Ｎｄ      νｄ
１          69.458      2.00        1.51633     64.1
２         -43.512      0.10          -           -
３         -43.907      1.50        1.62004     36.3
４        -197.233     60.00          -           -
５＊＊      70.000      0.80        1.59270     35.3
６         112.313       -            -           -
ｆ＝99.77
ＦNO＝6.7
第１面から第４面
ｆ＝120.20
ＦNO＝8.0
＊＊は、回折屈折ハイブリッド面を示す。
このハイブリッド面のベース面形状は回転対称非球面で、その非球面データ及び光路差関数データは次の通りである。
面Ｎｏ．   Ｋ              Ａ４              Ａ６             Ａ８
５        0.00           2.3630×10-6      -4.2500×10-8       0.00
面Ｎｏ．   Ｐ２            Ｐ４              Ｐ６             Ｐ８
５       -2.2042×10-1   2.7634 ×10-3     -4.8079×10-5       0.00
回折成分のｄ線での焦点距離＝3860.79ｍｍ
レンズ有効半径（ｈ＝3.64ｍｍ）での光路差＝-2.55λ
【００２８】
各実施例の各条件式に対する値を、表４に示す。
【表４】
実施例１    実施例２    実施例３
条件式（１）      0.0004      0.0003      0.0002
条件式（２）      0.329       0.250       0.088
条件式（３）        -           -         0.601
【００２９】
各実施例は、表４に示すように各条件式を満たしている。また、各収差も良好に補正され、特に球面収差と軸上色収差の２次スペクトルは各実施例とも良好に補正されている。
【００３０】
【発明の効果】
発明によれば、軸上色収差の２次スペクトルが良好に補正された色消しレンズを、高価な硝材を必要とせず、低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による色消しレンズ系の第１の実施例を示すレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ系の諸収差図である。
【図３】図１のレンズ系から第２、第３レンズを取り出したレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ系の諸収差図である。
【図５】本発明による色消しレンズ系の第２の実施例を示すレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ系の諸収差図である。
【図７】図５のレンズ系から第１、第２レンズを取り出したレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ系の諸収差図である。
【図９】本発明による色消しレンズ系の第３の実施例を示すレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ系の諸収差図である。
【図１１】図９のレンズ系から第１、第２レンズを取り出したレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ系の諸収差図である。
【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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