JPS60218614A - 結像レンズ - Google Patents

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】 本発明は、光軸と直交する面内に於いて、光軸・を中心
にしてその屈折率が徐々に変化する。

いわゆる屈折率分布が存する媒質を用い九−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２５°　ＦＮＯｌ、４
−１．８ｆｊ！Ｉｆ（ＦＩＨＩＩしｙ、（ａ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
が一毅的であみ。これをより少な一レンズ枚数で構成す
ることが出来る力らば、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、従来技術で杜光学性能を維持しつつ構成
枚数を現状より蛾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、正、立等倍結倫素子として用いられるプレ
イレンズや、軸上近傍の結像のみを考慮しｔコリメータ
レンズ、光デイスク用ピックアップレンズなどへの応用
が多数提案されで−る、更にＡｔｋｌｎｓｏｎ等の論文
（ＡＰＰＬＴ　顆ＯＰＴＩＣｇ、７０１，２１．４６　
（１９８２）　）　においては。

写真用レンズへの応用が報告されて−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され、物界側に
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、物体側に凸なる面を向は九メニスカス形
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
−２１，この構成によ１１が２の標準レンズを得てｉる
本ので、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Ｉ／％ル。

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。

本発明の目的は、屈折率分布が存する媒質を用−１極め
て少ないレンズ枚数で構成されるにも拘わらず収差が良
好に補正され且つ写真レンズ等に適用可能な広画角を有
する結像レンズを提供するととにある。

本発明に係る結像レンズ系に於いては、光軸からの距＠
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
レンズで形成される。物界側に配される第ルンズの′形
状は、光軸上で最奄肉厚が厚く、光軸から離れるに従っ
て肉厚が減少する様な形状（以後本明細書では、斯様な
形状を凸の形状と呼ぶ）で、その屈折率分布は光軸上で
屈折率が最も小さく、光軸から離れるに伴って屈折率の
値が増大する分布（以後本明細書では負の屈折力の屈折
率分布と呼ぶ）を有する。一方、像界側に配される第２
レンズの形状は、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）で、その屈折率分布は、光軸上で
屈折率が最屯大きく、光軸から離れるに伴って屈折率の
値が減少する分布（以後、正の屈折力の屈折率分布と呼
ぶ）を有してｔｈ！、。

上記屈折率分布型のレンズの□パワー紘、屈折率分布の
状態と、レンズ形状との相互の関係によ砂定まるもので
あ石が、本発明に係る実施例で示す様に、第ルンズ及び
第□２レンズとも、正のパワーを有することが望ましい
。更に形状としては、第ルンズの物界側の面は物界側に
凸なる形状の面が、第２レシズの物界側の面は、物界側
に凹なる形状の面が望ましいのである。

以下本発明を詳述する。　□ □本発明の結像レンズを形成するしｙズ素子の如く、屈
折率Ｎが、光軸からの距＃ｒＫ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）杜
、 ’　Ｎ（ｒ）ｍＨ０＋Ｈ，ｒ”４−Ｍ、ｒ’＋Ｈｓｒ”
＋−−−−□と表わされる。但しＮ。ｅ　’１　＃　Ｎ
鵞ｅ　”Ｉ・・・は定数、了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
様な特徴があゐ。

（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）屈折率分布がペッツバール和への寄与をもつ。そ
して正の屈折力を屈折率分布に持たせた場合、同等の屈
折力を屈折面に持たせるのに比べ、そのペッツ具−ル和
への寄与は小さ−、従って、ペッツバール和を遺切な値
とし。

偉面湾曲を補正することが比較的蓉易である。

（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（Ｍ、、Ｎ、・・・）によって近
軸ｔＫ影響を与えることなく賭収差をある範囲において
コントロールすることができる。

（４）　色消効果がある。即ち、２次の係数Ｍｍの波長
依存性が色収差係数に影響を４つため、これＫよ９色収
差をコントａ−ルすることができる。

本発明線、これらの特徴を活かし１次のような構成をと
り”ｔｗる。即ち、物界側の第ルンズの形状を凸、情界
側の第うレンズの形状を凹とし、更に第ルンズの屈折率
分布の屈折力を負、第２レンズの屈折率分布の屈折力を
正とする。

既に述べたようＫ、屈折率外布に正の屈折力を分担させ
た方が像面彎曲の補正に有利である。

従って本発明では第２レンズの屈折率分布に強い正の屈
折力を持たせ、ペッツバール和への正の寄与を小さくし
ている。更に第２レンズの形状を凹とすることによ争、
ペッツバール和への負の寄与を待たせ像面彎曲の補正を
図ると共に、球面収差等の他の収差の補正をも行なう。

この場合、軸外収差の補正のため、物界側の面を凹面と
することがｍましい、、また分布の非球面効果により球
面収差等を補正するには、４次の分布係数Ｎ、を正の値
とす鼠のが望ましい。

一般に、第２レンズ社全体のパワーとして比較的強い正
の屈折力を持つので、球面収差が補正不足とまる。これ
を、第ルンズの負の屈折力の屈折率外布により補正する
。この場合収差補正上、４次の分布係数Ｎ、け正の値と
するのが望ましい。

更に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。

１≦ｒ　１　／　ｆ≦２．９　（１） −０４２≦ｒ、　／　ｆ≦−ｏ、ｓ　ｓ　（２）０．５
　≦ｔ１．／ｆ≦ｏ、ｓ　（３）０．２８≦（１，／ｆ
≦０．５５（４）ことにｆｌ−ｉ全系の焦点距離、　ｒ
ｔ＋ｒｓは物体側から数えて第１、ＷＥＢ面の１率半径
、即ちｒ。

は第ルンズの物界側の、ｒ、は第２レンズの物界側の曲
率半径であシ、ａｌは第ルンズの、ｄ、は第２レンズの
軸上肉厚である。

ｒ＠　／ｆが条件式（１）の下限をこえると＃１１レン
ズの物界側の面で発生する球面収差が大とな９、全系で
の補正が困難となる。ｔた上限をこえると軸外光線の５
［ルンズの物界側の面での屈折が大きくな９、軸外収差
が悪化する。

ｒ、／ｆが（２）の下限をζえると、ペッツバール和が
大となり像面彎曲の補正が困難とな砂オた上限をこえる
とＩＩＥ２レンズの物界側の面での高次収差の発生が大
とな−、特に球面収差、コマ条件式（５）　、　（４）
はレンズ厚に関する条件であり。

ａ、、ａ３が条件式（５）　、　（４）の下限をこえる
と各レン□ズの屈折力分布が強くな９諸収差が悪化する
と共に、媒質の製造が困難と、なる、′また（３）、（
４）の上限をこえると全系が大型化し、ノ（ツクフオー
カ□　以下に本発明の実施例にりｉて説明する。

表１は本発明の第１〜第７実施例のレンズデータを示す
、各実施例は半画角２４°、実施例１゜２はＦ′厘が１
．８、その他の実施例はＦＡが１．４であり、焦点距離
を１に規格化して−る。

速時の３次の球面収差係数１、コマ収差係数１、非点収
差係数値、ペッツバール和Ｐ、歪曲収差係数Ｖの値を示
す。表でみるように、各実施例弁論収差係数が良好に補
正されている。

第１．第３及び第４実施例で社、第ルンズの形状は両凸
形状、第２レンズの形状は物界側に凹面を向けたメニス
カス形状、＃！２実施例では、第ルンズの形状は物界側
に凸面を肉汁たメニスカス形状、第２レンズの形状社物
界側に凹面を向けた平−凹の形状、第５爽施例では第ル
ンズの形状は両凸形状、第２レンズの形状は物界側に凹
面を向けた平−凹の形状、第６実施例では、第ルンズの
形状は物界側に凸面を向けた平−凸の形状！第２レンズ
の形状は物界側に凹面を向けた平−凹のｔ状、第７実施
例では、第ルンズの形状は両凸形状、ｌｓ２しｙズの形
状は物界側に凹面を向けたグニスカス形状である。屈折
率分布が存する媒質に、球面加工を施す場合、屈折率外
布によってきまる光−に対して偏心なく加工せねばなら
ず、従来の均質媒質の球面加工に比べて聾かしい。従っ
てレンズの片面を平面とした第２、第５及び第６実施例
は量産性において大食な効果があるといえる。

表　１ イ９１ 第５実施料 ＩＩ！４実施例 第５実施例 第６実施例 ｍ７実施例 また１表３は本発明の＊−８−施例のレンズデータを示
し、表４はその３．次の諸収差係数及び軸上色収差係数
り１倍率色収差係数Ｔの値をポス、この実施例は色収差
の補正を図った例であ、す、表４にみるように単、色５
次収差係教とＱＫ色収差係数ｌも良好に補正されている
。第１図にこの第８実施例のレンズ断面図を、第２図（
Ａ）に第ルンズのｄ＠、ｇ＠に対応する屈折本分ｓｔ、
Ｍ　２　図（Ｂ）ＪＣｇ　２．ｖ　ｙ　スｆ）　ｄ４Ｉ
、　ｇ　＠ｌｃ対応する屈折率分布を示した、また第３
図は第８実施例の諸収差図であり、高次まで良好に収差
補正がなされていることがわ泰る。

表　２ 更に、色収差の補正を行なう場合１面の屈折によ抄生じ
る色収差を屈折率分布忙よって補正するため、以下の条
件を満足すｂことが望まし−。

”ＩＧＩ　１”）＜　”　ｌ　Ｇ　１　（ｇ）”１（１
２（”）〉Ｎ＋Ｇｚ　（ｇ） 但し’　ＩＧＩ　（”）−”　ｌＧ２　（ｇ）は各々１
１４１．ｇｌｌＫ対する・第ルンズの屈折率分布の２次
分布係数を表わし、’＋、ｚ（”）、　ＮＩＣ，２（ｇ
）杜、各々ｄ線１ｇ線に対する第２レンズの屈折率分布
の２次分布係数を表わす。

以上説明したように、本発明忙於いては、ラディアルグ
ラデイエントを有する媒質を用いることによ抄、２枚と
いう極めて少な−レンズ構成枚数で、諸収差が良好に補
正された結蔓象レンズを実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る結倫レンズの一実施例のレンズ
断面図、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は各々、第１図に示
す結儂レンズを形成する各々のレンズの屈折率分布を示
す図、＠３図は第１図に示す結。 僧レンズの諸収差図。 γ１・・・物界側より数えて第１番目のレンズ面の曲率
半径ｄ１・・・第１番目のレンズ面と第１＋１番目のレ
ンズ面との間の軸上肉厚又は軸上空気間隔 ８０・・・正弦条件不満足量 Ｍ・・、メリデイオナル儂面 Ｓ００．サジタル像面 リ　Ｅ司〆≧　０　とシ町２ ＪＪ：８爺汗 （９刹０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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
   側に配された第ルンズは光軸から離れるに従ってその屈
   折率が大きくなる屈折率分布を有し、その形状は光軸−
   ヒで最も肉厚□が厚く、光軸から離れるに□従って肉厚
   が減少する形状であり、儂界側に配され危第２レンズは
   光軸から離れるに従ってその屈折率が小さくなる屈折率
   分布を有し、その形状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する形状である事を特徴
   “とする結像レンズ。