JP3032909B2 - 明るい単焦点レンズ - Google Patents

明るい単焦点レンズ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、屈折率分布型レンズ、
特に半径方向に屈折率が変化するいわゆるラジアル型の
屈折率分布型レンズを35mm銀塩カメラに使用した、明
るい単焦点レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、35mm銀塩カメラの高性能化に伴
って、安価な明るいレンズが要求されるようになってい
る。
【0003】一般に、レンズ枚数の少ない安価なカメラ
レンズに代表されるトリプレットタイプのレンズ系は、
物体側より順に、正,負,正の3枚のレンズで構成され
ている。これらのレンズ系で、画角が約65°程度の広
角なトリプレットタイプのものを、均質球面系でF/
2.8程度の明るいレンズ系にすることは困難である。
【0004】そのためこの種のレンズ系で明るくする等
のレンズの性能を上げるためには、レンズ系中にラジア
ル型の屈折率分布型レンズを用いることが考えられいく
つかの例が知られている。
【0005】ラジアル型の屈折率分布型レンズを用いた
トリプレットの従来例として、特開昭58−22011
5号公報や、特開昭63−146010号公報に記載さ
れたレンズ系がある。
【0006】
【発明が解決するための課題】これら従来例は、3枚中
3枚又は2枚が屈折率分布型レンズで、高価なものとな
り、又製作の困難なレンズを多く用いることは好ましく
ない。
【0007】また、3枚中1枚のレンズを屈折率分布型
レンズにした従来例として特開昭61−129611
公報に記載されたものがある。この従来例は、第3レン
ズを光軸方向に屈折率分布を持つアキシャル型の屈折率
分布型レンズにしたレンズ系で、F/3.5で暗いレン
ズ系である。
【0008】また、ラジアル型の屈折率分布型レンズを
1枚用いたレンズ系として、アプライドオプティックス
第25巻第18号の3351〜3355頁に記載された
ものが知られている。このレンズ系は、F/2.8と明
るいレンズ系であるが、サイズの非常に小さいディスク
カメラ用であって、これをスケール倍して35mm銀塩カ
メラ用に用いても全長が長くなりコンパクトなレンズ系
とはなし得ず、又画角も約60°と狭い。
【0009】本発明の目的は、画角が約65°の広角な
銀塩カメラ用レンズ系で、ラジアル型の屈折率分布型レ
ンズを使用して軸外収差を悪化させることなしに球面収
差を良好に補正したF/2.8程度の明るいトリプレッ
トタイプのレンズ系を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の単焦点レンズ
は、物体側より順に、正の屈折力の第1レンズと、負の
屈折力の第2レンズと、正の屈折力の第3レンズとにて
構成されていて、第2レンズに下記の式で表わされる光
軸から半径方向に屈折率分布を有するラジアル型の屈折
率分布型レンズを用い更に下記の条件(1)を満足する
ことを特徴としている。 n(r)= +N +N +…(1) 0<f ・N <0.85 ただしrは光軸から半径方向への距離、n(r)はレン
ズの中心から半径rの所での基準波長の屈折率、
レンズの中心での基準波長の屈折率、 ,N ,…は
夫々2次、4次、…の係数、fは全系の合成焦点距離
ある。
【0011】同じ焦点距離の結像レンズは、Fナンバー
を小さくして明るいレンズ系にすると、マージナル光線
の光線高が高くなる。その結果、入射光線高の高い位置
での屈折角が大きくなり、全系では大きな負の球面収差
が発生する。
【0012】レンズ枚数が3枚と少ないトリプレットの
場合、レンズ系を明るくすると全系で発生する負の球面
収差が顕著になる。物体側より順に、正,負,正の構成
であるトリプレットでこの負の球面収差を補正するため
には、第2レンズの物体側の面を物体側に対して凹面に
し、更にこの凹面の曲率半径を小さくして正の球面収差
を発生させて全系の球面収差を補正するのが効果的であ
る。しかし第2レンズの物体側の面の曲率半径を小さく
すると軸外光線の第2レンズへの入射角が大きくなり、
軸外収差が悪化する。そのため球面収差と軸外収差とを
同時に補正することは困難である。
【0013】この問題を解決するために、媒質中に光軸
から半径方向に屈折率分布を持つラジアル型の屈折率分
布型レンズを上記のレンズ系に用いることが考えられ
る。
【0014】ラジアル型の屈折率分布型レンズは、媒質
に屈折力を持つために媒質で球面収差を発生させること
ができ、更にその媒質の屈折力の符号によりその媒質で
所望の符号の球面収差を発生させることが可能である。
したがってラジアル型の屈折率分布型レンズを、負の屈
折力を持つ第2レンズに用い、かつ媒質に負の屈折力を
持たせることにより正の球面収差を発生させれば、第2
レンズの物体側の面の曲率半径を大きくしたままで、第
2レンズで正の球面収差を大きく発生させることが出来
る。そのため軸外収差を悪化させることなしに全系の球
面収差を良好に補正することが可能になる。
【0015】上述のようにして第2レンズの媒質で発生
する正の球面収差の量を適当な値にして全系で良好に球
面収差を補正するには前記の条件(1)を満足すること
が望ましい。
【0016】条件(1)を満足すると、 は常に正の
値を持ち、ラジアル型の屈折率分布型レンズの媒質は負
の屈折力を持つことになる。その結果媒質で正の球面収
差が発生し、全系で良好に球面収差を補正することが出
来る。…は夫々2次、4次、…の係数、fは全系の合成
焦点距離である。
【0017】条件(1)の下限を越えると の値は負
となり媒質が正の屈折力を持つために媒質では負の球面
収差を発生し、全系の球面収差が補正不足になる。ま
た、条件(1)の上限を越えると媒質で発生する正の球
面収差の値が大になりすぎ、全系の球面収差が補正過剰
になる。
【0018】上記のように、本発明のようなトリプレッ
トにおいて、負レンズにラジアル型の屈折率分布型レン
ズを用いて、媒質が条件(1)を満足するような負の屈
折力を持つ場合、このレンズ系のペッツバール和は下記
の式で表わされる。 PS=φ1/n1+(φ2S/n20+φ2M/(n202)+
φ3/n3 ただしPSは全系のペッツバール和、φ1,φ3は夫々第
1レンズ,第3レンズの屈折力、φ2Sは第2レンズの
形状によって決まる屈折力、φ2Mは第2レンズの媒質中
の屈折率分布によって決まる屈折力、n1,n3は夫々第
1レンズ,第3レンズの屈折率、n20は第2レンズの光
軸上の屈折率である。またφ2S,φ2Mは夫々負の値を持
つ。
【0019】上記の式の第2レンズを表わす括弧内の式
で、媒質で発生するペッツバール和を表わすφ 2M の項
は分母の 20 に2乗が掛かっているため、第2レンズ
で発生する負のペッツバール和の値は小さくなる。その
ため、全系のペッツバール和は、均質系に比べて大きな
正の値となり、像面が物体側に倒れてくる。これを補正
するためには、正のペッツバール和を発生する第1レン
ズと第3レンズの屈折率を高くする必要がある。しかし
現状では、屈折率の高い光学ガラスは、アッベ数が小さ
く、ペッツバール和を補正するためにこれらに正の屈折
力を持つレンズを用いると全系で大きな正の色収差が発
生し補正が困難になる。
【0020】本発明のレンズ系の軸上収差PACは下記
の式で表わされる。PAC∝φ /ν +(φ 2S /v 0d +φ 2M /v
1d )+φ /ν ただしν ,ν は夫々第1レンズ,第3レンズのアッ
ベ数、 0d ,v 1d は下記の式で表わされる定数であ
る。 0d =(n 0d −1)/(n 0F −n 0C 1d =N 1d /(N 1F −N 1C ここで 0d ,n 0F ,n 0C は夫々第2レンズのd
線,F線,C線の光軸上の屈折率、 1d ,N 1F ,N
1C は夫々屈折率分布型レンズのd線,F線,C線の2
次の係数である。
【0021】前述のように、ペッツバール和を補正する
ために正の屈折力を持つレンズに屈折率の高いガラスを
用いることが必要である。しかし現状では屈折率の高い
ガラスはアッベ数が小さく、軸上色収差を示す式におけ
ν 、ν の値が小さくなるので全系において正の方
向の色収差が大になる。
【0022】これを補正するためには、第2レンズで大
きな色収差を発生させて、全系で色収差を打ち消すこと
が考えられる。
【0023】この第2レンズは、条件(1)より媒質が
負の屈折力を持つ。そこで媒質で負の色収差を発生させ
れば、第2レンズでは、負の方向に色収差を大きく発生
させることになり、全系で色収差を十分に補正できる。
【0024】ラジアル型の屈折率分布型レンズの媒質
が、負の方向に大きな色収差を発生するためには、下記
の条件(2)を満足する屈折率分布を持つことが望まし
い。(2) 0<v 1d <v 0d 面と媒質の屈折力の和が、ラジアル型の屈折率分布型レ
ンズを用いない場合の均質球面系の第2レンズの屈折力
と等しいとすると、条件(2)を満足すると 1d の値
0d の値よりも小さくなるために第2レンズで発生
する色収差が大になる。また条件(1)より、媒質は負
の屈折力を持つので、第2レンズでは負の方向に大きな
色収差が発生する。そのために全系の色収差を良好に補
正することが可能になる。もしも条件(2)の下限を越
えると 1d の値は、負になり第2項の媒質では正の色
収差が発生する。また条件(2)の上限を越えると第2
項で発生する負の色収差の値は小さくなり、全系での色
収差を十分補正できない。
【0025】以上により、本発明のレンズ系の正レンズ
にペッツバール和の補正のために屈折率の高いレンズを
用いても第2レンズに用いているラジアル型の屈折率分
布型レンズの媒質が条件(1),(2)を満足すること
により全系の色収差を良好に補正できる。
【0026】更に第2レンズが上記の条件を満足すると
き、正の屈折力を持つ第1レンズ、第3レンズは、次の
条件(3)を満足することが望ましい。(3) (ν +ν )/2<40 条件(3)を満足すれば、全系で色収差を十分補正でき
またペッツバール和も良好に補正できる。条件(3)に
おいて上限を越えると第1レンズ、第3レンズの屈折率
が低くなり、全系の正のペッツバール和の値が大になり
像面が物体側に大きく倒れてしまう。
【0027】
【実施例】次に本発明の各実施例を示す。 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6 本発明の実施例1は、図1に示すレンズ構成で、物体側
から順に正の屈折力の第1レンズと、負の屈折力の第2
レンズと、絞りと、正の屈折力の第3レンズにより構成
され、負の屈折力の第2レンズに条件(1),(2)を
満足するラジアル型の屈折率分布型レンズを用いてい
る。
【0028】更に第1レンズ、第3レンズが条件(3)
を満足し、これによってF/2.8と明るいレンズ系で
あるにもかかわらず球面収差、ペツバール和、色収差、
像面湾曲が良好に補正されている。
【0029】本発明の実施例2は、図2に示す通りで、
物体側より順に正の屈折力の第1レンズと、絞りと、負
の屈折力の第2レンズと、正の屈折力の第3レンズとよ
り構成され、負の屈折力の第2レンズに条件(1),
(2)を満足するラジアル型の屈折率分布型レンズを用
いている。また第1レンズ,第3レンズが条件(3)を
満足し、実施例1と同様の収差補正効果を有している。
更に 1d の値を実施例1における値よりも小さくして
第2レンズで大きな負の色収差を発生させ、全系の色収
差の補正を実施例1よりも容易にし、その分球面収差な
ど他の収差を良好に補正している。
【0030】本発明の実施例3は、図3に示すレンズ構
成で、物体側より順に負に正の屈折力の第1レンズと、
負の屈折力の第2レンズと、絞りと、正の屈折力の第3
レンズとにより構成され、負の屈折力の第2レンズに条
件(1),(2)を満足するラジアル型の屈折率分布型
レンズが用いられている。また第1レンズ,第3レンズ
が条件(3)を満足し、実施例1と同様の効果が得られ
る。又全てのレンズを屈折率が1.75以上、アッベ数
が30以下の安価で耐酸性に優れたガラスを用いた明る
いレンズである。
【0031】本発明の実施例4は、図4に示すレンズ構
成で、物体側より順に正の屈折力の第1レンズと、絞り
と、負の屈折力の第2レンズと、正の屈折力の第3レン
ズとより構成され、負の屈折力の第2レンズに、条件
(1),(2)を満足するラジアル型の屈折率分布型レ
ンズを用いている。また第1レンズと第3レンズが条件
(3)を満足するもので、これによって実施例1と同様
の収差補正効果を有している。又実施例3と同様の安価
で耐酸性に優れたガラスを用いている。更に絞りを挟ん
で第1レンズと第2レンズを配置し、上記の両レンズを
メニスカス状とし又絞りに対し凹面を向けることにより
軸外収差を良好に補正している。
【0032】本発明の実施例5は、図5に示すレンズ構
成で、物体側より順に正の屈折力の第1レンズと、負の
屈折力の第2レンズと、正の屈折力の第3レンズと、絞
りとにて構成している。負の屈折力の第2レンズが条件
(1),(2)を満足するラジアル型の屈折率分布型レ
ンズである。又第1レンズと第3レンズが条件(3)を
満足し実施例1と同様の収差補正効果を有し、実施例3
と同様安価で耐酸性に優れたガラスを用いている。更に
絞りを第3レンズの像側に配置して枠構成を容易にしコ
ストの低減を可能にした。
【0033】本発明の実施例6は、図6に示すレンズ構
成であって、物体側より順に正の屈折力の第1レンズ
と、絞りと、負の屈折力の第2レンズと、正の屈折力の
第3レンズとよりなり、負の屈折力の第2レンズが条件
(1),(2)を満足するラジアル型の屈折率分布型レ
ンズである。又第1レンズと第3レンズが条件(3)を
満足し、実施例1と同様の収差補正効果を有している。
更に焦点距離を28mmにして広角化を図ったレンズ系で
ある。
【0034】
【発明の効果】本発明のレンズ系は、トリプレットタイ
プで、F/2.8と明るくした時、負の屈折力の第2レ
ンズに屈折率分布型レンズを用いて軸外収差を悪化させ
ることなしに球面収差を良好に補正した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1の断面図。
【図2】 本発明の実施例2の断面図。
【図3】 本発明の実施例3の断面図。
【図4】 本発明の実施例4の断面図。
【図5】 本発明の実施例5の断面図。
【図6】 本発明の実施例6の断面図。
【図7】 夫々実施例1の無限遠物点に対する収差曲線
図。
【図8】 夫々実施例2の無限遠物点に対する収差曲線
図。
【図9】 夫々実施例3の無限遠物点に対する収差曲線
図。
【図10】夫々実施例4の無限遠物点に対する収差曲線
図。
【図11】夫々実施例5の無限遠物点に対する収差曲線
図。
【図12】夫々実施例6の無限遠物点に対する収差曲線
図。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体側より順に、正の屈折力の第1レンズ
    と、負の屈折力の第2レンズと、正の屈折力の第3レン
    ズとにて構成され、前記第2レンズに下記の式にて表わ
    される光軸から半径方向に屈折率分布を有するラジアル
    型の屈折率分布型レンズを用い、更に次の条件(1)を
    満足することを特徴とする明るい単焦点レンズ。 n(r) =n 0+N1r2 +N2r4 +… (1) 0.2<f2・N 1<0.85 ただしrは光軸から半径方向への距離、n(r) はレンズ
    の中心から半径rの所での基準波長の屈折率、n0 はレ
    ンズの中心での基準波長の屈折率、N1,N2,…は夫々2
    次、4次、…の係数、fは全系の合成焦点距離である。
  2. 【請求項2】前記第2レンズが、全系の色収差を補正す
    るため、負の色収差を発生させるように構成されたこと
    を特徴とする請求項1の明るい単焦点レンズ。
  3. 【請求項3】前記第2レンズが、以下の条件(2)を満
    足する屈折率分布を持つことを特徴とする請求項2の明
    るい単焦点レンズ。 (2) 0<v 1d <v 0d 0d =(n 0d −1)/(n 0F −n 0C 1d =N 1d /(N 1F −N 1C 但し、n 0d ,n 0F ,n 0C は夫々第2レンズのd
    線、F線、C線の光軸上の屈折率、N 1d ,N 1F ,N
    1C は夫々屈折率分布型レンズのd線、F線、C線の2
    次の係数である。
  4. 【請求項4】前記第1レンズと前記第3レンズが、以下
    の条件(3)を満足することを特徴とする請求項3の明
    るい単焦点レンズ。 (3) (ν +ν )/2<40 但し、ν は第1レンズのアッベ数、ν は第3レンズ
    のアッベ数である。
  5. 【請求項5】前記第1レンズが、メニスカス形状である
    ことを特徴とする請求項1の明るい単焦点レンズ。
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