JPS615222A

JPS615222A - 結像レンズ

Info

Publication number: JPS615222A
Application number: JP12575184A
Authority: JP
Inventors: Jun Hattori; 純服部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1986-01-11

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、例えば半画角２３°。

Ｆ４１．４〜１．８程度の結像レンズは写真用レンズに
みられるごとく均質媒質レンズ６〜７枚による構成が一
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、レ
ンズ保持機構の簡素化、更には偏心等の製作誤差の介入
する要素が少なくなる等の点で極めて有利である。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滅らすのは極めて困
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
注目を集め、王立等倍結像素子として用いられるアレイ
レンズや軸上近傍の結像のみを考慮したコリメータレン
ズ、光デイスク用ピンクアップレンズなどへの応用が多
数提案されている。更に、Ａｔｋｉｎｓｏｎ等の論文（
ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ　、　Ｖｏｌ　、　２１　
＊應６　　（１９８２：））においては、写真用レン・
ズへの応用が報告されている。この写真用レンズは２枚
の屈折率分布型レンズで構成て゛され、物界側には、光軸上鏝も肉厚が薄く、光△ 軸から離れるに従って肉厚が増加し、物体側に凸なる面
を向けたメニスカス形状で且つ光軸上で最も屈折率が高
く、光軸から離れるに従って屈折率の値が連続的に減少
する屈折率分布を有する第１のレンズが、像界側には光
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
加し、像界側に凸なる面を向けたメニスカス形状で、且
つ光軸上で最も屈折率が高く、光軸から離れるに従って
屈折率の値が連続的に減少する屈折率分布を有する第２
のレンズが配されている。この構成により、ＦＡが２の
標準レンズを得ているもので、従来の均質レンズによる
ものに比べ、大幅にレンズ枚数を少なくしている。

そして、比較的に大きな画角を有する結像レンズに屈折
率分布型レンズを応用した例は、この報告以外には、は
とんど見られない。

しかしながら、屈折率分布が存する媒質を用いる場合、
球面加工が均質媒質に比べ難かしいと言う問題がある。

即ち、屈折率分布の回転対称が存するため、面の加工を
する際、この軸に対して偏心なく加工せねばならず、特
に両面が球面の場合、複雑な工程を要する。この点から
、前述の従来例では、２枚の屈折率分布型レンズの両面
を球面としているため、コスト、量産性の点で問題があ
る。

本発明の目的は、コスト、量産性の点で優れた簡易な構
成であるにも拘わらず、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、光軸からの距離に
応じて屈折率が連続的に変化する媒質より成るものであ
るが、物界側に配される第１レンズの形状は少なくとも
一方の面が平面で構成される。そして、もう一方の像界
側に配される第２レンズは、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大する様な形状（以後
斯様な形状を凹の形状と呼ぶ）を有する。

上記第１レンズの形状は、一方の面が平面である場合に
は、凹の形状を有することが望ましい。又、第１レンズ
及び第２レンズ共に、光軸上で最も屈折率が高く、光軸
から離れるに従つ確て鍮々に屈折率が低下する様な分布、即ち両レンズが正
の屈折力を育する様な屈折率分布を取ることが望ましい
。以下、本発明に関して詳述する０本発明の結像レンズを形成するレンズ素子の如く、屈折
率Ｎ：が、光軸からの距１１ｒに応じて変化する、いわ
ゆるラディアルグラデイエントレンズの屈折率Ｎ　（ｒ
）は、Ｎ（ｒ）＝　ＮｏＩＮ、ｒ２＋Ｎ、ｒ’十Ｎ３ｒ’　−
１−−と表わされる。但し、ＮｏＩＮ、ｌＮ２ｔＮ、ｌ
・・・・・・は定数、ｒは光軸からの距離を表わすもの
である。

この様な分布を有するレンズには、以下の様な特徴があ
る。

（１）屈折率分布自身が屈折力をもつ。従って近軸領域
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、同時の
屈折力を持つ屈折面の寄与に比べ、その絶対値が小さい
。従って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（Ｎ２　、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
でコントロ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（Ｎ
ｏ）のみでなく２次以上の分布係数（Ｎ、。

′Ｎ２．・・・・・・）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。

本発明の結像レンズでは、これら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るレンズ２枚から構成され、物体
側に配された第１レンズの少なくとも一方の面が°平面
であり、また像側に配された第２レンズが凹の形状を有
することにある。

前述したように、屈折率分布型レンズの場合、片面を平
面、４とすれば両面球面に比べ面加工が容易となりコス
ト・量産性の点で有利である。この点から本発明におい
ては第１レンズの少なくとも一方の面を平面としている
。屈折率分布型レンズは既述のように設計上の自由度が
大きいため、片面を平面としても適切な屈折率分布、形
状を選択することにより良好な収差補正が可能である。

また、後に示す実施例のごとく、第１レンズの両面を平
面とすることも可能である。

また、第２レンズの形状を凹とするのは、主に像面を平
担に保つためである。即ち、ペッツバール和を小さな値
に保つためには屈折率分布の屈折力を正とするのが望ま
しいことから、第２レンズの形状を凹としかつ強い正の
屈折力の屈折率分布を与えている。

また、良好な収差補正を行なうため、以下の条件を満た
すことが望ましい。

−０，９５≦ｒ、／ｆ≦−０，４（１）０．２１≦ｄｓ
／ｆ≦０．５５　　　　　　＋２）ここに、ｆは金糸の
焦点距離、ｒ３は第２レンズの物体側の面の曲率半径、
ｄ３は第２レンズの軸上厚である。

ｒＢ／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、全系のペッツ
バール和が大となり、像面を平担に保つことが困難とな
る。また、上限をこえるとこの面の曲率が強くなり、高
次収差の発生が大となる。

ｄ、ンｆが条件式（２）の下限をこえると所定の屈折力
を得るため屈折率の勾配が強くなり、諸収差の補正が困
難になると共に媒質の製造が困難となる。また上限をこ
えると金糸が大型化すると共にバックフォーカスを充分
とるのが困難となる。

以下に本発明の実施例について説明する。

表１は本発明の第１〜４実施例のレンズデータを示す。

各実施例は焦点距離１、半画角２３°、Ｆ　４１．８で
ある。表２は各実施例の物体距離無限速時の３次の球面
収差係数■、コマ収差係数■、非点収差係数璽、ペッツ
バール和Ｐ、歪曲収差係数■、更に第１実施例について
は軸上色収差係数Ｌ１倍率色収差係数Ｔの値を示す。こ
れにみるように、各実施例共諸収差が良好に補正されて
いる。

第１実施例のレンズ断面形状は第１図に、同じく第１実
施例の物界側に配された第１レンズ゛　のｄ＠及びｇ線
に対応する屈折率分布を第２図（Ａ）に、像界側に配さ
れた第２レンズのｄ線及びｇ線に対応する屈折率分布を
第２図（Ｂ）に示した。尚、第２図（Ａ）　（Ｂ）は、
縦軸に屈折率、横軸に光軸からの距離が取られている。

又、第３図は、第１実施例の諸収差を示す図である。

第１図に示す如く、第１実施例のレンズにおいては、第
１レンズは物界側の面を平面とし、像界側の面が像界側
に凹面を向けた凹の形状、第２レンズは物界側及び像界
側の面が共に像界側に凸なる面を向けた凹の形状のレン
ズより成っている。第３図に示す第１実施例の収差図よ
り明らかな如く、第１実施例で示すレンズは、２枚から
成り、且つ第１レンズの一方の面を平面としながらも、
諸収差が良好に補正されていることが分かる。

第２実施例は第１面（第１レンズの物界側の面）に加え
更に第４面（第２レンズの像界側の面）をも平面とした
例であり、２枚のレンズ共平凹レンズであることから更
に量産性の点で有利である。

また、第３実施例は第２面（第１レンズの像界側の面）
を平面とした例、第４実施例は第１レンズの両面を平面
とした例である。

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２枚の少なくとも１面を平面としながら、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出来る。

【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レンズ断
面図、第２図（Ａ）　（Ｂ）は第１図に示す結像レンズ
を構成する各レンズエレメントの花折率分布状態を示す
図、第３図は第１図に示す結像レンズの諸収差を示す図
。Ｒｊ・・・物界側より数えて第１面の曲率半径、Ｄｉ・
・・第１面と第ｉ　千１面との間の軸上肉厚曳いは軸上
空気間隔、ＳＣ・・・正弦条件不満足量、４・・・メリ
ディオナル像面、Ｓ・・・サジタル像面。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光軸からの距離に応じて屈折率が連続的に変化す
る媒質より成る２枚のレンズで形成され、物界側に配さ
れた第１レンズは少なくとも一方の面が平面で構成され
、像界側に配された第２レンズは光軸上で最も肉厚が薄
く、光軸から離れるに従つて肉厚が増加する形状を有す
る事を特徴とする結像レンズ。
（２）前記第１レンズは一方の面が平面で且つ光軸上で
最も肉厚が薄く、光軸から離れるに従つて肉厚が増加す
る形状である特許請求の範囲第１項記載の結像レンズ。
（３）前記第１レンズは両方の面が平面である特許請求
の範囲第１項記載の結像レンズ。
（４）前記第１レンズ及び第２レンズはともに、光軸上
で屈折率が最も高く、光軸から離れるに従つて屈折率が
徐々に低下する屈折率分布を有する特許請求の範囲第１
項記載の結像レンズ。