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JPS614012A - 結像レンズ - Google Patents

結像レンズ

Info

Publication number
JPS614012A
JPS614012A JP59124951A JP12495184A JPS614012A JP S614012 A JPS614012 A JP S614012A JP 59124951 A JP59124951 A JP 59124951A JP 12495184 A JP12495184 A JP 12495184A JP S614012 A JPS614012 A JP S614012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
optical axis
refractive index
homogeneous
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59124951A
Other languages
English (en)
Inventor
Jun Hattori
純 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP59124951A priority Critical patent/JPS614012A/ja
Priority to US06/741,879 priority patent/US4755039A/en
Publication of JPS614012A publication Critical patent/JPS614012A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/04Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having two components only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0087Simple or compound lenses with index gradient

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 いわゆる屈折率分布が存する媒質を用いた、例えば写真
用レンズ等に好適な結像レンズに関するものである。
従来はとんどの結像レンズは屈折率が一様な媒質を用い
て構成されており、例えばF A 1.8〜2程度の写
真用標準レンズは均質媒質レンズ6枚程度による構成が
一般的である。これをより少ないレンズ枚数で構成する
ことが出来るならば、レンズ加工に要する労力の軽減、
し′ンズ保持機構の簡素化、更には偏心等の製作課差の
介入する要素が少なくなるなどの点で極めて有利となる
。しかしながら、従来の均質媒質を用いた設計技術では
、光学性能を維持しつつ構成枚数を現状より減らすこと
は極めて困難である。
一方、近年屈折率分布型レンズが新規な光学技術として
1注目を集め、正立等倍結像素子として用いられるアレ
イレンズやコリメータレンズなどへの応用が多数提案さ
れており、写真用レンズへの応用に関してはAtkin
son等の報告(AppliedOptics 、Vo
l、21 、A6 (1982) )がある。これは半
画角21.8°、 F A 2の標準レンズを屈折率分
布型レンズ2枚により構成した例であり、従来の均質レ
ンズによるものに比べ大巾に構成レンズ枚数を滅らして
いる点で注目される。しかし、屈折率分布型レンズは均
質レンズに比べその製造・加工工程がはるかに複雑であ
り、これを複数枚用いるのは、コスト・量産性の点で好
ましくない。
本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し、極めて
簡単な構成でありながら諸収差が良好に補正された結像
レンズを提供することにある。
本発明に係る結像レンズに於いては、一枚の(屈折”布
4″″″一枚(D J!J ft k > X” 、!
: f有効に組み合わせることにより上記目的を達成せ
んとするもので、屈折率分布型レンズは、光軸上で最も
屈折率が大きく、光軸から離れるに従つて屈折率が連続
的に小さくなる屈折率分布(以後、単に正の屈折率分布
と呼ぶ)且つ光軸上で最も肉厚が薄く、光軸から離れる
に従って肉厚が増加する形状(以後、単に凹の形状と呼
ぶ)を有し、前記均質レンズは正の屈折力を有するもの
である。以下、図面を用いて、本発明を詳述する。
本発明の結像レンズのレンズエレメントとして用いる屈
折率Nが光軸からの距離rに応じて連続的に変化する、
いわゆるラディアル・グラディエンドレンズの屈折率N
 (r) ハ、N (r) = No+ N、r2+ 
N、r’ + N、r’ + −−−と表わされる。但
し、N(1+ Nl l Nl I Nll ’・・・
・・・は定数、rは光軸からの距離を表わすものである
この様な屈折率分布を有するレンズエレメントは、以下
に述べる特長を有する。
(1)屈折率分布自身が屈折力を持つ。従がって近軸領
域における設計の自由度が大きい。
(2)屈折率分布のペッツバール和への寄与は、同等の
屈折力を持つ屈折面の寄与に比べ、その絶対値が小さい
。従かつ−C正の屈折力を屈折率分布に持たせれば全系
のペッツバール和を小さく保ち、像面湾曲を補正するの
に有利である。
(3)非球面に類似した収差補正効果がある。即ち4次
以上の分布係数(Nl 、Ns 、・・・・・・)によ
って近軸量に影響を与えることなく諸収差をある範囲内
でコントリールすることができる。
(4)色消し効果がある。即ち、軸上の屈折率(No)
のみでなく2次以上の分布係数(N、。
馬、・・・・・・ )の波長依存性が色収差に影響をも
つため、これにより色収差をコントロールすることがで
きる。
本発明は、これらの屈折率分布型レンズの特長を活用し
、屈折率が光軸からの距離に応じて連続的に変化する媒
質よりなり、凹の形状の正レンズと、屈折率が一様な媒
質よりなる正レンズを組合わせた構成をとることにより
前記目的を達成するものである。
よく知られているように、像面を平担にするにはペッツ
バール和を小さく保つことが不可欠であるが、このペッ
ツバール和は光学系のノぜワー配置によって一意的に決
まってしまうため、レンズ設計に際しては近軸配置の段
階からこのことを考慮しなくてはならない。この点から
、2群という極めて簡単な構成でありながらペッツバー
ル和の補正を可能とするため、屈折率分布型レンズの屈
折率分布に強い正の屈折力を持たせ、かつ形状を凹とす
るところに本発明の特徴がある。
本発明に係る結像レンズに於いては、物体側に均質レン
ズを、像側に屈折率分布型レンズを配置る第1のレンズ
・タイプ、これとは逆に物体側に屈折率分布型レンズを
配し、像側に均質レンズを配する第2のレンズタイプが
ある。
物体側に均質レンズ、像側に屈折率分布型レンズを配し
た構成の第ルンズタイプに於いては、良好な収差補正の
ため、次の条件を満たすことが望ましい。
−0,46≦rB/f≦−0,33(1)0.33≦d
、/f≦0.5       (2)但し、fは全系の
焦点距離、r、は屈折率分布型レンズの物体側の面の曲
率半径、d、は屈折率分布型レンズの軸上厚である。
r、/fが条件式(1)の下限をこえると、この面の負
のペッツバール和の絶対値が小さくなり、像面湾曲の補
正が困難となる。また上限を越えるとこの面で発生する
高次の球面収差、コマ収差が大となる。
d、/ fが条件式(2)の下限をこえると、屈折率勾
配が強くなることから諸収差が悪化すると共に媒質の製
造が困難となる。上限をこえると、全系が大型化すると
共にバックフォーカスが充分とれなくなる。
更に、第4実施例のごとく、第ルンズが単レンズの構成
で色収差の補正を行なう場合、第4   1 k>、¥
。□。アラ51,4□、νd≧55         
 (3)であることが望ましい。νdがこの範囲外であ
ると、軸上色収差と倍率色収差を同時に補正するのが困
難となる。又、物体側に屈折率分布型レンズ、像側に均
質レンズを配した構成においては、良好な収差補正のた
め次の条件を満たすことが望ましい。
0.25≦r、/f≦0.35    (4)0.27
≦d、/ f≦0.38    (5)但し、r2は屈
折率分布型レンズの像側の面の曲率半径、d、は屈折率
分布型レンズの軸上厚である。
r、/fが条件式(4)の下限をこえると、この面での
高次の球面収差、コマ収差の発生が大となり、また上限
をこえると全系のペッツバール和が大となり像面湾曲の
補正が困難となる。
d1/fが条件式(5)の下限をこえると、屈折率勾配
が強くなることから諸収差が悪化すると共に媒質の製造
が困難となり、上限をこえると全系が大型化する。
次に本発明の実施例を示す。第1実施から第4実施例ま
では、上述した第1のレンズタイプの実施例で、物体側
に均質レンズ、像側に屈折率分布型レンズを配したもの
である。第1図は、この中の第4実施例を代表例として
、そのレンズ断面図を示すもので、川は物体側より数え
て第1面のレンズ面の曲率半径を、Diは第1面と第1
+1面との間の軸上肉厚或いは軸上空気間隔を示す。又
、第1実施例がら第3実施例の屈折率はd線に対する値
、第4実施例のみd線及びg線に対する屈折率分布の値
を示している。
第1実施例 第2実施例 第3実施例 第4実施例 第1実施例〜第4実施例に示す各実施例は、半画角23
°、Fナンバー1.8で、焦点距離を1に規格化してい
る。
第1実施例においては、屈折率分布型レンズの像側の面
(瓜)を平面としている。屈折率が存する媒質に球面加
工を施す場合、屈折率分布の対称軸(光軸)に対して偏
心なく加工せねばならず、従来の均質媒質の加工に比べ
、はるかに難かしい。従がって、この実施例のごとくレ
ンズの片面を平面とすれば、量産性において大きな効果
がある。
第3実施例は均質レンズを接合レンズとした例であり、
第4実施例は色収差の補正をも行なった例である。第4
実施例に用いた屈折率分布型レンズのgl及びd線に対
する屈折率の分布を第2図に示す。第2図は、縦軸に屈
折率Nを、横軸に光軸からの距離を示すものである。第
3図には、第4実施例の諸収差図を示す。第2図及び第
3図は、本願に示す結像レンズは2群槽ψ   E?″
′&−AEiz・i′1″!″JlfK[E−1、B 
、:とを示している。
次に、上述した第2のレンズタイプの実施例を第5実施
例から第7実施例に示す。
第5実施例 第7実施例 第5及び第6実施例は、d線に対して、第7実施例では
d線及びg線に対する屈折率分布の値を示している。尚
、第4図は、第2レンズタイプの代表例として、第7実
施例のレンズ断面を示しており、第5図にはこの第7実
施例に使用した屈折率分布型レンズのd線及びg線に対
する屈折率分布の様子を示し、第6図には同じく第7実
施例の賭収差を示す。
また、第7実施例は均質レンズは凸レンズと凹レンズと
を接合したレンズで、接合することにより色収差の補正
を行なったものであるが、このような場合、接合レンズ
の凸レンズのアツベ数νdP1及び接合レンズの凹レン
ズのアツベ数νdNは シdP−NdN≧25     (6)であることが望
ましい。シdP−NdNがこの範囲外であると軸上と倍
率色収差を同時に補正するのが困難となる。
最後に前記第1〜第7実施例の収差係数の値を表1に示
す。表1では物体距離無限遠時の3次の球面収差係数1
1コマ収差係数舊、非点収差係@11ペッツバール和P
1歪曲収差係数Vの値を示し、更に第4夾施例及び第7
実施例については軸上色収差係数L1倍率色収差係数T
の値をも示す。この表でみるように、各実施例共諸収差
係数が良好に補正されている。
表1 以上説明したように、本発明によれば、屈折率分布型レ
ンズ1枚と均質レンズの組合せによる極めて簡単な構成
で諸収差が良好に補正された結像レンズを実現すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る結像レンズの一実施例の断面図、
第2図は第1図に示す結像レンズに用いる屈折率分布型
レンズの屈折率分布図、第例の断面図、第5図は第4図
に示す結像レンズに用いる屈折率分布型レンズの屈折率
分布図、第6図は第4図に示す結像レンズの諸収差を示
す図。 Ri・・・・・・物体側より数えて第1番目の面の曲率
半径、Di・・・・−・第1面と第t +i面との間の
軸上肉厚或いは軸上空気間隔、SC・・・・・・正弦条
件不満足量、M・・・メリデイオナル像面、S・・・サ
ジタル倫面。 υ            EA/z 歪曲収基      鍋中の収差 (’BRJ)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光軸上で最も屈折率が大きく、光軸から離れるに
    従って屈折率が連続的に小さくなる屈折率分布を有し、
    その形状は光軸上で最も肉厚が薄く、光軸から離れるに
    従って肉厚が増加する屈折率分布型単レンズと、屈折率
    が均一な媒質より成る正の屈折力の均質単レンズより成
    る事を特徴とする結像レンズ。
  2. (2)前記均質レンズを物体側に、前記屈折率分布型レ
    ンズを像側に配した特許請求の範囲第1項記載の結像レ
    ンズ。
  3. (3)前記屈折率分布型レンズを物体側に、前記均質レ
    ンズを像側に配した特許請求の範囲第1項記載の結像レ
    ンズ。
  4. (4)前記均質レンズは接合レンズより成る特許請求の
    範囲第1項記載の結像レンズ。
JP59124951A 1984-06-18 1984-06-18 結像レンズ Pending JPS614012A (ja)

Priority Applications (2)

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US06/741,879 US4755039A (en) 1984-06-18 1985-06-06 Focusing lens

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JPS614012A true JPS614012A (ja) 1986-01-09

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ID=14898246

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JP59124951A Pending JPS614012A (ja) 1984-06-18 1984-06-18 結像レンズ

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