JP3264978B2 - 不均質媒質を用いた結像光学系 - Google Patents

不均質媒質を用いた結像光学系

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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、カメラ等に用いる撮影
レンズで、不均質媒質レンズを用いたレンズ系に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】銀塩カメラ等に用いるレンズ系でFナン
バーが2程度以下の大口径な撮影レンズとしては、ガウ
スタイプのレンズ系が良く知られている。このガウスタ
イプのレンズ系は、構成枚数が6〜7枚程度と多く、コ
スト高になる上にレンズ系が大きくなると云う欠点があ
る。
【0003】またレンズ構成枚数の少ないレンズ系とし
てトリプレットタイプのレンズ系が知られている。しか
しトリプレットタイプのレンズ系は、Fナンバーが2.
8程度以上と暗く、像面湾曲も大きい欠点がある。
【0004】上述のような欠点を解消するために非球面
レンズを用いることが考えられる。しかしガウスタイプ
のレンズ系に非球面を用いて大幅にレンズ枚数を少なく
するのは困難である。これは非球面では球面収差,コマ
収差,歪曲収差などは良好に補正できるが、ペッツバー
ル和や色収差は補正出来ないためである。またトリプレ
ットタイプのレンズ系に非球面を用いても、像面湾曲を
補正できない。
【0005】最近、屈折率が場所によって変化するいわ
ゆる不均質レンズを導入することが図られている。特に
ラジアル型不均質レンズは、非球面を用いたのと同様に
球面収差等を良好に補正することが出来る上にペッツバ
ール和や色収差の補正も出来る。
【0006】ラジアル型不均質レンズを用いたレンズ系
の例として、アプライドオプティクス、第21巻、99
3頁〜に示されているレンズ系がある。これは図4に示
される構成で、凹形状で媒質が正の屈折率を持ったラジ
アル型不均質レンズを絞りに対して対称的に配置して良
好な収差補正と、従来の均質球面系に比べて1/3 以下の
レンズ枚数と大幅なレンズ枚数の削減を可能にしたもの
である。
【0007】又他の従来例として、特開昭61−401
2号公報に記載されたものがある。それはラジアル型
均質レンズと均質レンズとよりなり、合計2〜3枚にて
構成されたレンズ系である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記のラジアル型不均
質レンズ2枚よりなるレンズ系は、レンズ構成枚数は少
ないものの、高価なラジアル型不均質レンズを2枚用い
ていることから、コスト高になる欠点を有している。ま
た、ラジアル型不均質レンズは、製作上どうしても設計
した屈折率分布と実際の屈折率分布とに差が出るので、
レンズ系として組立てる場合、レンズ系の面の曲率を若
干変化させて上記のずれを補正するのが有効である。し
かしラジアル型不均質レンズを2枚用いた場合、両不均
質レンズの分布にずれが出た時、4面の曲率を変化させ
るだけでは、自由度が少なく、分布のずれを補正するこ
とがむずかしく、ひいては屈折率の分布形状に対する公
差を非常に厳しくしなければならなくなる。
【0009】又、特開昭61−4012号公報に記載の
ラジアル型不均質レンズと均質レンズとよりなり、合計
2〜3枚にて構成されたレンズ系は、コマ収差の発生量
が大で、大口径化しにくい欠点がある。
【0010】本発明の目的は、非常に少ないレンズ枚数
で明るく高性能な結像レンズ系を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の物体を結像させ
る結像レンズ系において、前記結像レンズ系は、物体側
より順に、正の屈折力を有するラジアル型不均質レンズ
の第1レンズと負の屈折力を有する均質レンズの第2
レンズと正の屈折力を有する均質レンズの第3レンズ
よりなり、上記第1レンズに用いられたラジアル型不均
質レンズが以下の条件を満足することを特徴とするもの
である。 (1) N1 <0 (2) −0.6<φSM <0 (3) v1 >30 (4) N2 ・f4 >1 ただし、N1 ,N2 は屈折率分布を表わす係数、φS
φM は夫々ラジアル型不均質レンズの面および媒質の屈
折力、v1 は媒質のアッベ数を表わす係数、fは全系の
焦点距離である。
【0012】本発明のレンズ系は、レンズ枚数が少な
く、Fナンバーが2程度以下と明るいレンズ系を達成す
るために、いわゆるトリプレットタイプのレンズ系を基
本にした。
【0013】トリプレットタイプのレンズ系は、正の第
1レンズと、負の第2レンズと、正の第3レンズとより
なる。このトリプレットタイプのレンズ系は、ペッツバ
ール和が十分に小さな値にならないため像面性が悪く明
るさもF/2.8が限度であった。
【0014】本発明は、このトリプレットタイプのレン
ズ系に、ラジアル型不均質レンズを用いて、色収差とペ
ッツバール和と球面収差を同時に補正することにより像
面性が良くかつ明るいレンズ系を達成するようにした。
【0015】ラジアル型不均質レンズの屈折率の分布
は、光軸と直交する方向の距離をy,半径yのところで
の屈折率をn(y) 、光軸上の屈折率をN0 、分布係数を
1,N2 ,・・・とするとき、次の式で表わされる。 n(y) =N0 +N12 +N24 +・・・ また、これらの係数は、波長ごとに異なる値を持ってい
て、各波長に対する係数をその波長を表わす記号をつけ
て表わすと、ラジアル型不均質レンズのアッベ数は、次
の式で与えられる。 v0 =(N0d−1)/(N0F−N0C) vi =Nid/(NiF−NiC) (i=1,2,・・
・) ここでNid,NiF,NiCは夫々d線,F線,C線に対す
るNi の係数である。
【0016】前掲の文献(アプライドオプティクス、第
21巻、993頁〜)によれば、ラジアル型不均質レン
ズには次のような性質がある。
【0017】先ず、ラジアル型不均質レンズのペッツバ
ール和PSは、近似的に次の式で与えられる。 PS〜(φS/N0 )+(φM/N0 2) (a) ここで、φS はラジアル型不均質レンズの面のみの屈折
力、φM はラジアル型不均質レンズの媒質のみの屈折力
である。
【0018】又ラジアル型不均質レンズで発生する軸上
色収差PACは、近似的に次の式で与えられる。 PAC∝(φS/v0 )+(φM/v1 ) (b) 式(a)から明らかなように、ペッツバール和つまり像
面湾曲は、φS とφM を逆符号にしその比率を適切に選
ぶことによって補正することが出来る。
【0019】又式(b)から、軸上色収差は、アッベ数
1 を適切に選ぶことによって、補正できることがわか
る。
【0020】更に他の文献、 ジャーナル オブ ジ
オプティカルソサエティ オブアメリカ の第60巻,
1436頁(1970年)に記載されているようにラジ
アル型不均質レンズの媒質の部分で発生する3次の球面
収差は、係数Nを選ぶことによって補正できる。
【0021】以上述べたように、ラジアル型不均質レン
ズ1枚でペッツバール和、軸上色収差、球面収差を同時
に補正することが可能である。このようなラジアル型不
均質レンズは、等価的に高屈折率で低分散な均質ガラス
レンズとして働くうえ、球面収差も自由にコントロール
できるものとなる。
【0022】本発明はトリプレットタイプの第1レンズ
にラジアル型不均質レンズを用いることにより、レンズ
系全系としてもペッツバール和と球面収差を良好に補正
し、像面性が良く明るいレンズ系を達成するようにし
た。トリプレットタイプのレンズ系は、3枚のレンズの
中でも第1レンズでのマージナル光線高が最も高くなる
ので、そこにラジアル型不均質レンズを用いることによ
り球面収差のコントロールが容易となる。さらに、本発
明のレンズ系においてペッツバール和、軸上色収差、球
面収差を良好に補正するためには、ラジアル型不均質レ
ンズが前記の各条件を満足することが望ましい。
【0023】条件(1),(2)は、ペッツバール和を
補正するための条件である。本発明で用いるラジアル型
不均質レンズは、正の屈折力を持つので、式(a)で与
えられるペッツバール和PSを小さくするためには媒質
に正の屈折力を持たせる必要がある。そのための条件が
条件(1)である。また面の屈折力φS と媒質の屈折力
の関係は、条件(2)を満足することが好ましい。これ
ら条件の範囲を越えると、式(a)から考えてペッツバ
ール和を良好に補正出来ず、像面性を良好に保つことが
できない。これら条件を満足すればラジアル型不均質レ
ンズが凹形状で媒質が正の屈折力を持ち、レンズ系全体
も正の屈折力を持つ。
【0024】条件(3)は、色収差を良好に補正するた
めの条件である。条件(2)の要求から、φはφ
比べて小さくなり、又式(b)から色収差を補正するた
めにはこの式(b)の第2項の分母を大きくすることが
必要となる。この条件(3)の範囲を越えると色収差を
良好に補正できず、無理に色収差を補正しようとすると
像面性を良好に保つことが出来なくなる。
【0025】条件(4)は、球面収差を良好に補正する
ための条件である。この条件の範囲を越えると球面収差
が補正不足になりレンズ系を大口径化することが出来な
くなる。
【0026】本発明のレンズ系において、さらに高度な
収差補正を行なうためには以下の条件(5),(6)を
満足することが望ましい。
【0027】(5) n2>1.6 (6) n3>1.6 ただし、n2,n3は、それぞれ第2レンズおよび第3レ
ンズの硝材の屈折率である。
【0028】条件(5),(6)は、高次のコマ収差を
良好に補正する条件で、これらの範囲を越えると高次の
コマ収差が大きく発生し、好ましくない。
【0029】
【実施例】次に本発明のレンズ系の各実施例を示す。 実施例1 f=50.0,F/2.0 ,2ω=46.8°,最大像高=21.6 r1 =82.9385 d1 =11.6426 n1 (不均質レンズ1) r2 =28.7892 d2 =5.1963 r3 =∞(絞り) d3 =2.1895 r4 =-159.5401 d4 =1.2000 n2 =1.76182 ν2 =26.52 r5 =29.4570 d5 =4.5010 r6 =64.2367 d6 =4.5424 n3 =1.77250 ν3 =49.66 r7 =-37.2368 (不均質レンズ1) N0 =1.73400 v0 =51.47 N1 =-1.4214 ×10-31 =60.00 N2 =9.3467×10-72 =60.00 N3 =-2.7814 ×10-103 =60.00 N4 以上の項は 0 φS /φM =-0.47 ,N2 ・f4 =5.84 実施例2 f=50.0,F/1.8 ,2ω=46.7°,最大像高=21.6 r1 =74.9272 d1 =12.5620 n1 (不均質レンズ2) r2 =32.5593 d2 =5.0309 r3 =∞(絞り) d3 =1.8789 r4 =-102.8976 d4 =1.1898 n2 =1.80518 ν2 =25.43 r5 =30.1704 d5 =4.3536 r6 =71.3046 d6 =4.5307 n3 =1.81600 ν3 =46.62 r7 =-34.9252 (不均質レンズ2) N0 =1.71300 v0 =53.85 N1 =-1.2000 ×10-31 =58.60 N2 =5.0812×10-72 =58.60 N3 =2.9369×10-113 =58.60 N4 以上の項は 0 φS /φM =-0.37 ,N2 ・f4 =3.18 ただしr1 ,r2 ,・・・ はレンズ各面の曲率半径、d
1 ,d2 ,・・・ は各レンズの肉厚および空気間隔、n
1 ,n2 ,・・・ は各レンズの屈折率、ν1 ,ν2 ,・・・
は各レンズのアッベ数である。
【0030】実施例1は、図1に示すレンズ構成で、物
体側より順に正の屈折力を有するラジアル型不均質レン
ズの第1レンズと負の屈折力を有する第2レンズと正の
屈折力を有する第3レンズとよりなっている。この実施
例は、レンズ系の焦点距離が50mmでFナンバーが2.
0と明るくなっている。又絞りは第1レンズと第2レン
ズの間にあり、レンズ系を絞りに対して対称形に近づけ
ることによって高次のコマ収差等を減少させている。こ
の実施例の無限遠物点に対する収差状況は、図2に示す
通りである。
【0031】実施例2は物体側より順に正の屈折力を有
するラジアル型不均質レンズの第1レンズと負の屈折力
を有する第2レンズと正の屈折力を有する第3レンズと
よりなり、絞りが第1レンズと第2レンズの間にある。
この実施例は、焦点距離が50mmで、Fナンバーが1.
8と非常に明るくなっている。この実施例の無限遠物点
に対する収差状況は、第3図の通りである。
【0032】
【発明の効果】本発明のレンズ系は、3枚という非常に
少ないレンズ枚数で構成され、明るく高性能である。し
かも用いているラジアル型不均質レンズは3枚中1枚の
みで、低コストでかつレンズ系を組立てる場合に屈折率
分布が設計値から若干ずれた場合であっても、残りの6
面の曲率を変化させるのみで分布のずれを補正すること
が簡単に出来、屈折率分布形状に対する公差をゆるくす
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1,2の断面図
【図2】本発明の実施例1の収差曲線図
【図3】本発明の実施例2の収差曲線図
【図4】従来のレンズ系の断面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体を結像させる結像レンズ系において、
    前記結像レンズ系は、物体側より順に、正の屈折力を有
    するラジアル型不均質レンズの第1レンズと負の屈折
    力を有する均質レンズの第2レンズと正の屈折力を有
    する均質レンズの第3レンズよりなり、上記第1レンズ
    に用いられたラジアル型不均質レンズが次の条件(1)
    〜(4)を満足することを特徴とする結像レンズ系。 (1) N1<0 (2) −0.6<φS/φM<0 (3) v1>30 (4) N2・f4>1 ただし、N1,N2は屈折率分布を表わす係数、φS,φM
    はそれぞれラジアル型不均質レンズの面および媒質の屈
    折力、v1は媒質のアッベ数を表わす係数、fは全系の
    焦点距離である。
  2. 【請求項2】以下の条件(5)、(6)を満足すること
    を特徴とする請求項1の結像レンズ系。 (5) n2>1.6 (6) n3>1.6 但し、n2,n3は、夫々前記第2レンズ及び前記第3レ
    ンズの硝材の屈折率である。
  3. 【請求項3】前記第1レンズと前記第2レンズとの間に
    絞りを配置した請求項1又は2の結像レンズ系。
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