JP3045610B2 - 単玉両面非球面レンズ - Google Patents

単玉両面非球面レンズ

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JP3045610B2
JP3045610B2 JP4186341A JP18634192A JP3045610B2 JP 3045610 B2 JP3045610 B2 JP 3045610B2 JP 4186341 A JP4186341 A JP 4186341A JP 18634192 A JP18634192 A JP 18634192A JP 3045610 B2 JP3045610 B2 JP 3045610B2
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佐藤  賢一
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単玉両面非球面レンズ、
特に簡易カメラやCCTV等に使用される撮影レンズ系
の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】レンズ付きフィルム等の簡易カメラ等で
は、撮影レンズとして単玉レンズが用いられており、こ
れらの単玉レンズは複雑な組合せレンズよりも簡易な構
成を達成している。また、性能の点では単玉レンズは実
用上十分であるが、組合せレンズに比べるとやや劣るこ
とになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の単玉
撮影レンズでは、凸面を物体側に向けたタイプが多いが
(特開昭63−199313号公報、特開平2−106
710号公報)、これらの撮影レンズにおいては色収差
(倍率の色収差)等が十分に除去されておらず、解像度
を改善する余地が残されている。
【0004】また、図7に示されるZ光学軸タイプの簡
易カメラ等においては次のような問題があった。即ち、
図7の簡易カメラでは、撮影レンズ1の凸面が物体側へ
向けられており、この撮影レンズ1の後段に絞り2、シ
ャッタ3が配設され、また反射ミラー4,5を介してカ
メラ後面にフィルム(結像面)6が配置される。従っ
て、撮影レンズ1から入射した光束は反射ミラー4,5
によってZ字状に導かれてフィルム6へ達することにな
る。
【0005】しかしながら、上記のような凸面を物体側
に向けた撮影レンズ1においては、撮影レンズ1のバッ
ク長L(レンズ1からフィルム6までの光路長)が比較
的短く、反射ミラー4で曲げられた光路が絞り2やシャ
ッタ3によって制限されたり、また近接する反射ミラー
4,5による干渉が生じるという問題があった。
【0006】そこで、本出願人は上記問題点を解決する
ものとして、レンズ両面において凹面を物体側に向けた
単玉レンズに着目しており、従来において凹面を物体側
へ向けたレンズとしては、図8に示される撮影レンズ
(特開昭64−49014号公報)がある。この図8に
よれば、絞り7の後段に撮影レンズ8が配置され、この
撮影レンズ8のメニスカス形状の凹面が物体側を向くよ
うに配設されている。しかし、この撮影レンズ8では、
絞り7が物体側に存在すること等により、上記問題点を
良好に解決することができない。
【0007】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、両面非球面レンズを用いることに
より、倍率の色収差等の収差を改善し、解像度の高い撮
影状態を得ると共に、レンズのバック長を長くすること
ができる単玉両面非球面レンズを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1請求項の発明に係る単玉両面非球面レンズは、
両面を非球面とした正(正パワー)メニスカスレンズか
らなる単玉撮影レンズであって、物体側に向けられる第
1面を凹面、第2面を凸面とし、かつ第1面の近軸曲率
半径と第2面の近軸曲率半径の比を1.0〜2.5の範
囲で設定し、この単玉撮影レンズより像面側に絞りを配
置したことを特徴とする。上記の場合、上記単玉撮影レ
ンズの第1面は周辺へいくに従い負のパワーが大きくな
り、第2面は周辺へいくに従って正のパワーが大きくな
る非球面形状とすることが好ましい。
【0009】
【作用】上記の構成によれば、単玉撮影レンズの第1面
が物体側を向いているので、入射光束の径が一旦広げら
れることになり、その結果、レンズのバック長(レンズ
の最終面から結像面までの距離)が長くなる。また、凹
面を物体側に向けた第1面を持つ正メニスカスレンズに
おいて、第1面の近軸曲率半径をR1 、第2面の近軸曲
率半径をR2 として、1.0<R1 /R2 <2.5の範
囲に設定し、絞りをレンズより像面側に配置し、かつ第
1面の非球面形状を周辺へいくに従い負のパワーが増す
ように、第2面の非球面形状については周辺へいくに従
って正のパワーが増すようにすると、以下の2つのこと
が達成される。
【0010】即ち、倍率の色収差に関しては、入射する
光線の画角が大きい程、その主光線はレンズの外縁部を
通り、非球面の形状から、第1面では負のパワーが強い
所を通り、第2面では正のパワーが強い所を通ることに
なる。そして、絞りをレンズより像面側に配置したこと
により、主光線の第1面における光線高さが第2面の光
線高さより高くなる。そのため、非球面による効果で
は、第2面よりも第1面の方が大きく作用し、従ってプ
ラスの倍率の色収差を低減することができ、広い画角度
に対して、倍率の色収差の発生を抑えることが可能とな
る。
【0011】また、コマ収差に関しては、ある角度で入
射する光束において、主光線周辺のアッパーレイ、アン
ダーレイでは、第1面での光線高さと、第2面での光線
高さが異なる。そのため、主光線から大きく離れた両端
の周辺光線では、第1面と第2面での非球面効果が異な
り、アッパーレイ、アンダーレイを同時に収差補正で
き、広い画角に対してコマ収差を補正することが可能と
なる。
【0012】
【実施例】図1には、実施例に係る単玉両面非球面レン
ズの構成が示されており、図の単玉の撮影レンズ10は
第1面11が凹面、第2面12が凸面に形成された正メ
ニスカスレンズで、この凹面で形成された第1面11が
物体側を向くように配置されている。この撮影レンズ1
0の第1面11及び第2面12は、非球面とされるが、
第1面11の近軸曲率半径(非球面の基準となる光軸近
傍の曲率半径)R1と第2面12の近軸曲率半径R2 の
比R1 /R2 が1.0〜2.5の範囲(1.0<R1 /
R2 <2.5)で設定される。そして、図2に示される
ように、レンズ周辺において、第1面11では周辺にい
くに従って負のパワーが大きくなる方向201へ曲げら
れ、第2面では周辺にいくに従って正のパワーが大きく
なる方向202へ曲げられ、これにより非球面とされ
る。
【0013】上記撮影レンズ10は、簡易カメラにおい
ては、例えば直径4〜8mm、厚さD1 =1.5〜3.
0程度の大きさで形成され、また近軸曲率半径R1 、R
2 は、設定される焦点距離f、レンズ材料(硝子、プラ
スチック等)の屈折率nを考慮して決定されることにな
り、条件に応じて各種の組合せ設定が可能である。
【0014】また、図1に示されるように、像面側にお
いて上記撮影レンズ10の第2面12から距離D2 の位
置に絞り14が配設され、この絞り14から距離D3 の
位置に結像面であるフィルム6が配置される。即ち、従
来の単玉レンズでは光の各波長で屈折率が異なることに
より、像面側で倍率の色収差が生じる。ここで、この倍
率の色収差を除くためには、各像高に集る各波長の主光
線を結像面上で一点に集める必要がある。そして、各波
長の主光線が集る位置と結像面との位置関係は、非球面
の撮影レンズ10での絞り14の位置を前後させること
によって変えることができる。従って、本発明では非球
面の撮影レンズ10を用いた場合のフィルム面6におい
て各波長の主光線が一点に集められる位置に、即ち上記
距離D2の位置に絞り14を配置し、倍率の色収差を除
去している。しかし、この場合にはコマ収差(点像の場
合彗星状に広がる収差)が残るという問題がある。
【0015】そこで、本発明はこのコマ収差も上述した
両面非球面により解決するようにしており、実施例では
撮影レンズ10の両面の凹面を物体側へ向け、上記近軸
曲率半径比R1 /R2 を1.0〜2.5の範囲に設定す
る。そして、第1面11では周辺へいくに従って負のパ
ワーが大きくなり、第2面12では周辺へいくに従って
正のパワーが大きくなる非球面とすることによって、高
次のコマ収差を除去することができる。このとき、近軸
曲率半径比R1 /R2 が1.0以下では、各面でのパワ
ーを大きくしなければならず、加工し難いという問題が
ある。また、近軸曲率半径比が2.5以上では両面を非
球面とした効果が得られず、上記の収差を良好に補正す
ることができないことになる。
【0016】次に、実施例の構成の一例を示す。即ち、
図1において、レンズ直径5.86mm、第1面11の近軸
曲率半径R1 =-11.4715mm、第2面12の近軸曲率半
径R2 =-8.7018mm、R1 /R2 =1.318で、焦点距離
f=58.288mm、F値(FNO)=15.0、厚さD1 =2.2
mm、距離D2 =4.5mm、D3 =56.55mmとなってい
る。また、硝材としては、d線(黄色ヘリウムの波長、
587.56nm)における屈折率nd =1.490231、分散νd
=57.5のものを用いることができる。更に、非球面は、
次の数式にて求めることができる。
【0017】
【数1】
【0018】上記式において、第1面11の非球面につ
いては、a2 =-1.2570972×10-3、a3 =1.0223081×1
0-5、a4 =-2.8946884×10-7、a5 =8.7560186×10
-10 、k=-4.5855173、c=1/R1 =-0.0871726を代
入することにより、また第2面12については、a2 =
-1.5457517×10-3、a3 =2.5768237×10-5、a4 =-1.
3973854×10-7、a5 =-8.6070731×10-10 、k=-4.33
56303、c=1/R2 =-0.1149188を代入することによ
り求められる。
【0019】図3には、上記条件の単玉両面非球面レン
ズにより測定した色収差(横収差)の状態が示されてい
る。この図は、タンジェンシャル(子午的)光線につい
ての結果であり、d線(587.56nm)及びg線(青色水
銀;435.84nm)を用いて、結像面の中心位置(A)、
この中心から端部へ5割の位置(B)、7割の位置
(C)、端部位置(D)の順に示した分布曲線である。
これによれば、d線とg線との差が小さく、色収差が良
好に除去されていることが分かる。
【0020】また、上記撮影レンズ10の構成によれ
ば、バック長を長くすることができるという効果があ
る。即ち、図1に示されるように、撮影レンズ10の周
辺部に入射する平行光線は第1面11で外側へ一旦屈折
されるので、焦点位置が後側へずれ、図4に示されるよ
うにバック長Lを長くすることができる。従って、図示
のように、反射ミラー4,5によりフィルム6(或いは
撮像面)へ導かれる光路を余裕をもって設定することが
でき、絞り14やシャッタによる光路の制限がなくな
り、また反射ミラー4,5による干渉等も解消されるこ
とになる。
【0021】図5には、実施例における他の収差の状態
が示されており、これは像面であるフィルム面6を湾曲
させ(曲率半径R=125mm)、焦点距離f=58.
25mm、F値=15.0で白色光の下に測定した結果
である。図(A)は、球面収差の変化をF値に対応させ
て求めたもので、d線の変化は点線で示した正弦条件に
沿った変化となっている。図(B)は、像面湾曲をフィ
ルム面6の中心0mmから対角線方向にフィルム端部2
1.63mmまで求めたもので、サジタル(球欠的)光
線の像面S、タンジェンシャル(子午的)光線の像面T
は両者共に安定しており、非点隔差(両者の差)も小さ
くなっている。また、図(C)は、歪曲収差を図(B)
と同様に求めたもので、歪曲収差は非常に小さいものと
なっている。
【0022】図6には、像面(フィルム面)をフラット
にした場合の他の収差の状態が示されており、これは、
焦点距離f=67.65mm、F値=15.0で白色光
の下に測定した結果である。図(A)は、球面収差の変
化であり、d線の変化は点線で示した正弦条件に沿った
変化となっている。図(B)は、像面湾曲の状態であ
り、サジタル光線の像面S、タンジェンシャル光線の像
面Tは、フィルム面6の端部にいく程少し大きくなる。
また、図(C)は、歪曲収差の変化であり、歪曲収差は
図5と同様に小さく抑えられている。
【0023】以上のように、実施例では倍率の色収差、
高次のコマ収差を改善すると同時に、他の収差も良好に
除去されたレンズ系を得ることができる。この単玉両面
非球面レンズは、簡易カメラだけに限らず、ITV(工
業用テレビジョン)或いはCCTV( Closed-Circuit
Television)のカメラに適用することができ、これらの
撮影レンズとして用いることによって、解像度の高い写
真や映像を得ることが可能となる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
両面を非球面として形成した正メニスカスレンズの単玉
撮影レンズであって、その凹面を物体側に向け、かつ第
1面の近軸曲率半径と第2面の近軸曲率半径の比を1.
0〜2.5の範囲で設定し、上記非球面は例えば第1面
は周辺へいくに従い負のパワーが大きくなり、第2面は
周辺へいくに従って正のパワーが大きくなるようにし、
この単玉撮影レンズより像面側に絞りを配置したので、
倍率の色収差、コマ収差等の各収差が良好に改善され、
解像度の高い写真、映像を得ることが可能となる。
【0025】また、撮影レンズのバック長が長くなり、
Z光学軸タイプのカメラでは反射ミラーによって導かれ
る光路を余裕をもって設定することができ、光路が絞り
やシャッタ等で制限されることがなく、更に反射ミラー
による干渉等も解消されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る単玉両面非球面レンズの
構成を示す図である。
【図2】実施例の非球面の状態を示す説明図である。
【図3】実施例の撮影レンズで測定された色収差(横収
差)の状態を示す特性図である。
【図4】Z光学軸タイプのカメラにおいて光路の設定状
態を示す図である。
【図5】像面に曲率が持たされている場合の他の収差の
状態を示す特性図である。
【図6】像面がフラットの場合の他の収差の状態を示す
特性図である。
【図7】従来のZ光学軸タイプのカメラにおいて光路の
設定状態を示す図である。
【図8】従来の単玉非球面レンズの一例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1,10 … 撮影レンズ、 2,14 … 絞り、 4,5 … 反射ミラー、 6 … フィルム面、 11 … 第1面、 12 … 第2面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 3/02 - 3/04 G02B 9/00 - 17/08 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両面を非球面とした正メニスカスレンズ
    からなる単玉撮影レンズであって、物体側に向けられる
    第1面を凹面、第2面を凸面とし、かつ第1面の近軸曲
    率半径と第2面の近軸曲率半径の比を1.0〜2.5の
    範囲で設定し、この単玉撮影レンズより像面側に絞りを
    配置した単玉両面非球面レンズ。
  2. 【請求項2】 上記単玉撮影レンズの第1面は周辺へい
    くに従い負のパワーが大きくなり、第2面は周辺へいく
    に従って正のパワーが大きくなる非球面形状としたこと
    を特徴とする上記第1請求項記載の単玉両面非球面レン
    ズ。
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