JPS61277913A - 結像レンズ - Google Patents
結像レンズInfo
- Publication number
- JPS61277913A JPS61277913A JP60119433A JP11943385A JPS61277913A JP S61277913 A JPS61277913 A JP S61277913A JP 60119433 A JP60119433 A JP 60119433A JP 11943385 A JP11943385 A JP 11943385A JP S61277913 A JPS61277913 A JP S61277913A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- refractive index
- optical axis
- thickness
- gradient
- 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
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、結儂しン女、特に半導体レーザや発光ダイオ
ード等の集光及びコリメート等に好適で、屈折率分布型
レンズを利用した結像レンズに関する。
ード等の集光及びコリメート等に好適で、屈折率分布型
レンズを利用した結像レンズに関する。
従来より光軸と垂直な方向に屈折率分布を有するレンズ
はセル7オツクレンズ(商品名)トして良く知られてお
り、複写機の読み取り系や光通信用のコネクタとして使
用されている。
はセル7オツクレンズ(商品名)トして良く知られてお
り、複写機の読み取り系や光通信用のコネクタとして使
用されている。
近年、この屈折率分布型レンズをコンパクトディスク等
のピックアップ用対物レンズとして使用する試みがなさ
れている。例えば、特開昭58−205122、特開昭
59−62816、特開昭59−62817等にその使
用形態が開示されている。
のピックアップ用対物レンズとして使用する試みがなさ
れている。例えば、特開昭58−205122、特開昭
59−62816、特開昭59−62817等にその使
用形態が開示されている。
具体的な構成として、特開昭58−205122に開示
されるものは、屈折率が光軸から周辺にかけて略々自乗
分布で漸次低くなり端面が平面である屈折高分布型レン
ズに、均質の凸レンズを有限なる距離だけ分離して構成
したレンズ系である。又、特開昭59−62816で開
示されたレンズは、屈折率が光軸から周辺にかけて漸次
高くなり端面が平面である屈折率分布型レンズと、逆に
光軸から周辺にかけて漸次低くなる2つないし3つのレ
ンズの接合あるいけ分離した構成によるレンズ系であり
、特開昭59−62817で開示されたレンズは、屈折
率が中心から周辺にかけて漸次低くなる2つの屈折率分
布型レンズの接合により構成されている。
されるものは、屈折率が光軸から周辺にかけて略々自乗
分布で漸次低くなり端面が平面である屈折高分布型レン
ズに、均質の凸レンズを有限なる距離だけ分離して構成
したレンズ系である。又、特開昭59−62816で開
示されたレンズは、屈折率が光軸から周辺にかけて漸次
高くなり端面が平面である屈折率分布型レンズと、逆に
光軸から周辺にかけて漸次低くなる2つないし3つのレ
ンズの接合あるいけ分離した構成によるレンズ系であり
、特開昭59−62817で開示されたレンズは、屈折
率が中心から周辺にかけて漸次低くなる2つの屈折率分
布型レンズの接合により構成されている。
しかしながら、上記従来の発明で開示された屈折率分布
型レンズを製造するには通常イオン交換法が用いられ、
この方法が基本的には熱拡散を応用するものである為に
比較的製造に時間がかかり、特に口径の大きいものに対
しては著しい製造上の問題を有している。更に、収差補
正原理れた屈折高分布形状を有していても、実際の自然
拡散の条件に対して差異が生じる為にイオン交換法での
制御が困難な分布よなっている例も少なくなかった。又
、上記の公開特許はいずれも光ピツクアップ系の対物レ
ンズへの応用を考慮して設計している為、球面収差とコ
マ収差は除去されているものの非点収差は大きく残存し
ており、画角にして3〜4程度までしか使用できないレ
ンズ系であった。即ち、光源とのセツティングに対して
更に広い許容量を必要とするコリメート系等に使用する
には充分な性能とは言えなかった。
型レンズを製造するには通常イオン交換法が用いられ、
この方法が基本的には熱拡散を応用するものである為に
比較的製造に時間がかかり、特に口径の大きいものに対
しては著しい製造上の問題を有している。更に、収差補
正原理れた屈折高分布形状を有していても、実際の自然
拡散の条件に対して差異が生じる為にイオン交換法での
制御が困難な分布よなっている例も少なくなかった。又
、上記の公開特許はいずれも光ピツクアップ系の対物レ
ンズへの応用を考慮して設計している為、球面収差とコ
マ収差は除去されているものの非点収差は大きく残存し
ており、画角にして3〜4程度までしか使用できないレ
ンズ系であった。即ち、光源とのセツティングに対して
更に広い許容量を必要とするコリメート系等に使用する
には充分な性能とは言えなかった。
本発明の目的は、上記従来例の欠点を鑑み、製造が容易
で良好に収差補正を成し遂げ、且つ10’以上の広画角
でも使用可能な結像性能を有する結像レンズを提供する
事にある。
で良好に収差補正を成し遂げ、且つ10’以上の広画角
でも使用可能な結像性能を有する結像レンズを提供する
事にある。
本発明に係る結像レンズは、両端面が平面で、光軸近傍
での屈折率勾配が略々零であシ且つ光軸から周辺に向か
って漸次屈折率が高くなる屈折率分布型レンズと、該屈
折率分布型レンズ側に平面を有し、均質媒質から成る平
凸レンズとから成る事により上記目的を達成せんとする
ものである。
での屈折率勾配が略々零であシ且つ光軸から周辺に向か
って漸次屈折率が高くなる屈折率分布型レンズと、該屈
折率分布型レンズ側に平面を有し、均質媒質から成る平
凸レンズとから成る事により上記目的を達成せんとする
ものである。
前記屈折率分布型レンズはプラスチック或いはガラス等
の透明性媒質から構成され、両端面が平面である為に加
工も容易である。更に、レンズの光軸から周辺に向かっ
て漸次屈折率が高くなる分布を形成する方法に関しては
、特開昭47−6547等に開示されており、イオン拡
散法の1種である自然拡散法を用いて屈折率分布型レン
ズを製作する過程で、光軸近傍での屈折率勾配が略々零
であり且つレンズ周辺部のみ屈折率勾配を有するレンズ
が形成される事が電子通信学会論文集0QE84−12
0等に開示されている。従って、本結像レンズに適用す
る屈折率分布型レンズは製造上の問題点は少なく、接合
レンズとする場合にも前記均質媒質の平凸レンズとの接
合は容易に行なう事が出来る。
の透明性媒質から構成され、両端面が平面である為に加
工も容易である。更に、レンズの光軸から周辺に向かっ
て漸次屈折率が高くなる分布を形成する方法に関しては
、特開昭47−6547等に開示されており、イオン拡
散法の1種である自然拡散法を用いて屈折率分布型レン
ズを製作する過程で、光軸近傍での屈折率勾配が略々零
であり且つレンズ周辺部のみ屈折率勾配を有するレンズ
が形成される事が電子通信学会論文集0QE84−12
0等に開示されている。従って、本結像レンズに適用す
る屈折率分布型レンズは製造上の問題点は少なく、接合
レンズとする場合にも前記均質媒質の平凸レンズとの接
合は容易に行なう事が出来る。
以下、本発明に係る結像レンズの収差補正原理を詳述す
る。
る。
下記の説明では、屈折率分布型レンズをLlとし、均質
媒質の平凸レンズをL2と記す。Llはレンズ両端面を
平面とし光軸近傍の屈折高勾配を略々零とする事によル
近軸的な焦点距離は略々無限大となる。
媒質の平凸レンズをL2と記す。Llはレンズ両端面を
平面とし光軸近傍の屈折高勾配を略々零とする事によル
近軸的な焦点距離は略々無限大となる。
又、光軸からレンズ周辺にかけて漸次屈折率を高くして
いく事により、入射高の高い光線に対しては、有限なる
厚みの媒質を透過した後は発散する作用を有する。一方
、L2の屈折率をnとし、凸面の曲率半径の絶対値をr
とするとレンズの焦点距離f J−i r /(n−1
)となる。又、Llの球面収差は平面側にある無限遠物
点忙対しては、そのレンズ厚及び瞳位置に依存せず入射
高が高くなる程収斂の度合が強す為アンダーに生じ、同
一焦点距離でけL2の屈折率nが低くなる程その量は増
大する。更にL2に対する入射瞳をレンズの曲率半径の
絶対値rと等しい位置に設け、L2のレンズ厚d2とr
とを等しくする時、コマ収差と非点収差はL2からは発
生しないことが知られている。これは「レンズ設計法」
(共立出版:松居著)のP86にて述べられる収差係数
を算出する為の補助量hQミhN(7−1)に於いてt
=rであればhQ=Oとなり、P87で示される3次の
コマ収差係数■及び非点収差係数■が零となることから
も容易に理解される。しかし、本発明に於る結像レンズ
ではLlの物体側の面を入射瞳位置とするとこの面での
3次の球面収差、コマ収差、非点収差の各係数の値は零
であるが、L2の凸面にて発生する球面収差を補正する
為には、その収差量と逆符号で絶対値の略々等しい球面
収差を有限なる屈折率勾配と肉厚d1によりLlが分担
する必要がある。この際L1けコマ収差と非点収差を微
少量発生し、3次の収差係数で表現すると球面収差係数
と同様負の値となる。
いく事により、入射高の高い光線に対しては、有限なる
厚みの媒質を透過した後は発散する作用を有する。一方
、L2の屈折率をnとし、凸面の曲率半径の絶対値をr
とするとレンズの焦点距離f J−i r /(n−1
)となる。又、Llの球面収差は平面側にある無限遠物
点忙対しては、そのレンズ厚及び瞳位置に依存せず入射
高が高くなる程収斂の度合が強す為アンダーに生じ、同
一焦点距離でけL2の屈折率nが低くなる程その量は増
大する。更にL2に対する入射瞳をレンズの曲率半径の
絶対値rと等しい位置に設け、L2のレンズ厚d2とr
とを等しくする時、コマ収差と非点収差はL2からは発
生しないことが知られている。これは「レンズ設計法」
(共立出版:松居著)のP86にて述べられる収差係数
を算出する為の補助量hQミhN(7−1)に於いてt
=rであればhQ=Oとなり、P87で示される3次の
コマ収差係数■及び非点収差係数■が零となることから
も容易に理解される。しかし、本発明に於る結像レンズ
ではLlの物体側の面を入射瞳位置とするとこの面での
3次の球面収差、コマ収差、非点収差の各係数の値は零
であるが、L2の凸面にて発生する球面収差を補正する
為には、その収差量と逆符号で絶対値の略々等しい球面
収差を有限なる屈折率勾配と肉厚d1によりLlが分担
する必要がある。この際L1けコマ収差と非点収差を微
少量発生し、3次の収差係数で表現すると球面収差係数
と同様負の値となる。
従って、前述の様にL2の肉厚d2は曲率半径の絶対値
rと同一の値にはせず、Llより発生するコマ収差と非
点収差を補正することが望ましい。即ちLlの肉厚をd
、、L2の肉厚をdlとすると dl / 2 + d
zをL2の曲率半径rに略々等しくすることにより最
適な値とする。即ち、上記条件によりL2の凸面より発
生する3次のコマ収差係数と非点収差係数は正の値とな
り、この値はLlで発生する3次のコマ収差係数と非点
収差係数と逆符号で、且つ絶対値が略々等しくなり、全
系での球面収差、コマ収差、非点収差の補正が可能とな
る。更にこの条件を定性的に示すと、次の(1)式の如
くなる。
rと同一の値にはせず、Llより発生するコマ収差と非
点収差を補正することが望ましい。即ちLlの肉厚をd
、、L2の肉厚をdlとすると dl / 2 + d
zをL2の曲率半径rに略々等しくすることにより最
適な値とする。即ち、上記条件によりL2の凸面より発
生する3次のコマ収差係数と非点収差係数は正の値とな
り、この値はLlで発生する3次のコマ収差係数と非点
収差係数と逆符号で、且つ絶対値が略々等しくなり、全
系での球面収差、コマ収差、非点収差の補正が可能とな
る。更にこの条件を定性的に示すと、次の(1)式の如
くなる。
8= l (dt/ 2+d2−r )/f l <0
.01 −−−− (1)で゛ ここで、レンズ系の焦点距離f、(dl /2+dz
r )を割っているのは正規化の為である。このfの値
は前述した様にL 2の曲率半径の絶対値をrとし、L
2の屈折率をnとした時r/n−1で表わされる値であ
り、L2単体でもLlとL2の合成でも当然一致する。
.01 −−−− (1)で゛ ここで、レンズ系の焦点距離f、(dl /2+dz
r )を割っているのは正規化の為である。このfの値
は前述した様にL 2の曲率半径の絶対値をrとし、L
2の屈折率をnとした時r/n−1で表わされる値であ
り、L2単体でもLlとL2の合成でも当然一致する。
又、Fナンバーが2よりも暗い場合、上記(1)式の限
定範囲を広げる事が出来るが、何れの場合も最適な値は
O近傍にある。
定範囲を広げる事が出来るが、何れの場合も最適な値は
O近傍にある。
下記の表1に本発明に係る結像レンズの実施例を/i6
1〜腐7に亘シ示す。各実施例共、焦点距離f及びFナ
ンバーF/16は共通なもので、各h f= 10.0
mm 、 FA=2.0としである。
1〜腐7に亘シ示す。各実施例共、焦点距離f及びFナ
ンバーF/16は共通なもので、各h f= 10.0
mm 、 FA=2.0としである。
表中の記号d1 、dl 、r 、n 、Sは前述同様
、dlは屈折高分布型レンズの肉厚、dlは平凸レンズ
の軸上肉厚、rけ平凸レンズに於る凸面の曲率半径の絶
対値、nは平凸レンズの屈折率、Sは(1)式の左辺の
値を示す。又、No 、 Nl 、 N2 、 N3
。
、dlは屈折高分布型レンズの肉厚、dlは平凸レンズ
の軸上肉厚、rけ平凸レンズに於る凸面の曲率半径の絶
対値、nは平凸レンズの屈折率、Sは(1)式の左辺の
値を示す。又、No 、 Nl 、 N2 、 N3
。
N4.N5け次の(9式で表わされる屈折率分布型レン
ズの屈折率分布N (h)の係数を示すものである。
ズの屈折率分布N (h)の係数を示すものである。
N(h)==NO−)−N4h8+N5h’−)−N3
h’−)−N4h8+N5h”’ 、、、、、、 (2
)フ ここで、hは光軸から半径方向に向かへ距離を示す。
h’−)−N4h8+N5h”’ 、、、、、、 (2
)フ ここで、hは光軸から半径方向に向かへ距離を示す。
第1図に上記実施例の/761に於る結像レンズの光路
図を、第2図には上記実施例の/I6Jに於る結像レン
ズを構成する屈折車分布型レンズの屈折率分布形状を示
す。第2図に於て横軸は光軸からの距離h1縦軸は屈折
高を表わす。又、第3図(A) 、 (B)〜第9図(
A) 、 (B)に表1で示した腐1〜腐7の実施例に
於る結像レンズの収差図を示す。ここで(A)は球面収
差と非点収差を、(B)は横収差を示し、図中8Aは球
面収差、8Cは正弦条件、S及びMけ各々サジタル面及
びメリジオナル面に於る収差、y′は像高を表わす。
図を、第2図には上記実施例の/I6Jに於る結像レン
ズを構成する屈折車分布型レンズの屈折率分布形状を示
す。第2図に於て横軸は光軸からの距離h1縦軸は屈折
高を表わす。又、第3図(A) 、 (B)〜第9図(
A) 、 (B)に表1で示した腐1〜腐7の実施例に
於る結像レンズの収差図を示す。ここで(A)は球面収
差と非点収差を、(B)は横収差を示し、図中8Aは球
面収差、8Cは正弦条件、S及びMけ各々サジタル面及
びメリジオナル面に於る収差、y′は像高を表わす。
第3図〜第9図の収差図から解る様に、本結像レンズは
球面収差及びコマ収差のみならず非点収差をも良好に補
正し得るレンズであり、特に球面収差の補正能力に優れ
ている為、正弦条件をほぼ満足し近軸領域に於るコマ収
差も殆ど発生しない。尚、本発明に係る結像レンズは上
記実施例に限られるものではなく、屈折家分布型レンズ
の屈折本分布、肉厚及び平凸レンズの軸上肉厚9曲塞半
径、屈折惠等を選択して構成する事によシ各種仕様の結
像レンズを得る事が出来る。
球面収差及びコマ収差のみならず非点収差をも良好に補
正し得るレンズであり、特に球面収差の補正能力に優れ
ている為、正弦条件をほぼ満足し近軸領域に於るコマ収
差も殆ど発生しない。尚、本発明に係る結像レンズは上
記実施例に限られるものではなく、屈折家分布型レンズ
の屈折本分布、肉厚及び平凸レンズの軸上肉厚9曲塞半
径、屈折惠等を選択して構成する事によシ各種仕様の結
像レンズを得る事が出来る。
又、上記実施例では屈折高分布型レンズと均質媒質レン
ズの接合レンズを示したが、当然空気間隔を介して組み
合わせる事によっても良好な結像レンズを得る事が出来
る。
ズの接合レンズを示したが、当然空気間隔を介して組み
合わせる事によっても良好な結像レンズを得る事が出来
る。
以上説明した様に、本発明に係る結像レンズは、屈折惠
分布型レンズと均質媒質レンズの所定の組み合わせによ
り、製作が容易で且つ14゜〜15°の広画角を有する
レンズとなり、球面収差、コマ収差、及び非点収差を良
好に補正可能で、光ディスクのピックアップや半導体レ
ーザのコリメート用に好適な結像レンズである。
分布型レンズと均質媒質レンズの所定の組み合わせによ
り、製作が容易で且つ14゜〜15°の広画角を有する
レンズとなり、球面収差、コマ収差、及び非点収差を良
好に補正可能で、光ディスクのピックアップや半導体レ
ーザのコリメート用に好適な結像レンズである。
第1図は本結像レンズの実施例、461の光路図。
tlfJ2図は本結像レンズの実施側屈2で用いられた
屈折分布型レンズの屈折充分布を示す図。第3図(A)
〜第9図(A)は本結像レンズの実施例/I61〜應1
の球面収差と非点収差を示す図。第3図(B)〜第9図
(B)は本結像レンズの実施例/161−/16葵の横
収差を示す図。 Ll・・・屈折土分布型レンズ L2・・・平凸レンズ dl ・・・Llの肉厚 d2 ・・・L2の軸上肉厚 r・・・・・・L2に於る凸面の白土半径SA・・・球
面収差 SC・・・正弦条件 M・・・・・・メジオナル面 S・・・・−・サジタル面
屈折分布型レンズの屈折充分布を示す図。第3図(A)
〜第9図(A)は本結像レンズの実施例/I61〜應1
の球面収差と非点収差を示す図。第3図(B)〜第9図
(B)は本結像レンズの実施例/161−/16葵の横
収差を示す図。 Ll・・・屈折土分布型レンズ L2・・・平凸レンズ dl ・・・Llの肉厚 d2 ・・・L2の軸上肉厚 r・・・・・・L2に於る凸面の白土半径SA・・・球
面収差 SC・・・正弦条件 M・・・・・・メジオナル面 S・・・・−・サジタル面
Claims (2)
- (1)両端面が平面で、光軸近傍での屈折率勾配が略々
零であり且つ光軸から周辺に向かつて漸次屈折率が高く
なる屈折率分布型レンズと、該屈折率分布型レンズ側に
平面を有し、均質媒質から成る平凸レンズとから成る事
を特徴とする結像レンズ。 - (2)前記屈折率分布量レンズの肉厚をd_1、前記平
凸レンズの軸上肉厚及び曲率半径の絶対値を各々d_2
、r、全系の焦点距離をfとする時、以下の条件式を満
足する事を特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
結像レンズ。 |[(1/2)d_1+d_2−r)]/f|<0.0
1
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60119433A JPS61277913A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 結像レンズ |
US06/867,497 US4852981A (en) | 1985-05-31 | 1986-05-28 | Imaging lens system comprising a distributed index lens and a plano-convex lens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60119433A JPS61277913A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 結像レンズ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61277913A true JPS61277913A (ja) | 1986-12-08 |
Family
ID=14761307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60119433A Pending JPS61277913A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 結像レンズ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4852981A (ja) |
JP (1) | JPS61277913A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5392431A (en) * | 1992-10-05 | 1995-02-21 | Pfisterer; Richard N. | TV projection lens including a graded index element |
WO1995002836A1 (en) * | 1993-07-16 | 1995-01-26 | Lightpath Technologies, Inc. | Gradient index lens elements |
JP3223685B2 (ja) * | 1994-01-28 | 2001-10-29 | 松下電器産業株式会社 | 画像投写装置および投写スクリーン |
US5995295A (en) * | 1995-12-13 | 1999-11-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Lens system |
JP2000266996A (ja) | 1999-03-19 | 2000-09-29 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布レンズを用いた光学系 |
KR100624410B1 (ko) * | 2003-06-20 | 2006-09-18 | 삼성전자주식회사 | 그린 렌즈를 채용하는 대물렌즈 광학계 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPS58205122A (ja) * | 1982-05-26 | 1983-11-30 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 組合せレンズ |
US4639094A (en) * | 1982-10-04 | 1987-01-27 | Nippon Kogaku K. K. | Gradient index lens system |
JPS59195611A (ja) * | 1983-04-21 | 1984-11-06 | Mitsubishi Electric Corp | レンズ系 |
US4770506A (en) * | 1983-12-28 | 1988-09-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Gradient index single lens |
JPS60163015A (ja) * | 1984-02-03 | 1985-08-24 | Canon Inc | 球面収差の補正方法 |
JPH0664229B2 (ja) * | 1984-03-28 | 1994-08-22 | 工業技術院長 | 屈折率分布ロッド・均質凸複合レンズ |
US4762403A (en) * | 1984-04-13 | 1988-08-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Imaging optical system having a distributed index lens |
JPS614012A (ja) * | 1984-06-18 | 1986-01-09 | Canon Inc | 結像レンズ |
FR2569866B1 (fr) * | 1984-08-28 | 1990-01-19 | Canon Kk | Dispositif de projection |
US4647159A (en) * | 1984-12-26 | 1987-03-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Gradient index type single lens |
JPS61194416A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-08-28 | Canon Inc | 屈折率分布型レンズ |
DE3527393A1 (de) * | 1985-07-31 | 1987-02-05 | Wolf Gmbh Richard | Endoskopoptik |
JPH0711630B2 (ja) * | 1985-08-07 | 1995-02-08 | オリンパス光学工業株式会社 | 顕微鏡対物レンズ |
-
1985
- 1985-05-31 JP JP60119433A patent/JPS61277913A/ja active Pending
-
1986
- 1986-05-28 US US06/867,497 patent/US4852981A/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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US4852981A (en) | 1989-08-01 |
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