JPS63146010A - 望遠比の小さな広角レンズ系 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レンズ系中に屈折率分布型レンズを採用した
画角が大きく望遠比の小さな広角レンズ系に関するもの
である。

〔従来の技術〕

近年、カメラの小型化にイキってレンズ系も小型軽量化
か図られている。特にレンズ系の全長とｔ１点距離との
比（望遠比）を１ｍ度におさえるた（には、レンズ系の
前群を正の屈折力に又後群を負の屈折力にすることが望
ましいことが知られている。しかしこのようなレンズ構
成を望遠比が１．程度で画角の大きな広角レンズに応用
しようとすると、収差の発生が大きくなり、これを補正
するためにはレンズの枚数を増やさなければならなくな
り逆に小型軽量化をはたし得なくなる。そこで前記のレ
ンズ構成でレンズ枚数を増やさずに収差を補正するため
に非球面の導入が図られている。

最近ではレンズを構成する媒質中に屈折率分布を持つ屈
折率分布型レンズが知られており、このレンズを導入し
た広角レンズ系の例として特開昭５８−２２０１１５号
公報に記載されたレンズ系がある。しかしこの従来例は
、すべてのレンズ素子に屈折率分布型レンズを用いたも
のであって、加工の経済性、品質の保持等の点で十分満
足し得るものではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、レンズ系中の一部のレンズにのみ屈折率分布
型レンズを用いたもので、屈折率分布型レンズの使用割
合が少ないにも拘らず、諸収差特にペッツバール和を良
好に補正ししかも望遠比が小さく画角の大きなレンズ系
を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の広角レンズ系中で用いられる屈折率分布型レン
ズは、いわゆるラジアル・グリ７・レンズと呼ばれるも
ので、屈折率分布が以下の式にて表わされるものである
。

ｎ（ｒ）＝ｎｏ＋ｎＩｒ２＋ｎ２ｒ４＋・−ただしｎ　
（ｒ）はレンズの中心から半径ｒの所での屈折率、　ｎ
Ｑはレンズ中心での屈折率、ｒはレンズの中心から半径
方向の距離、ｎｌ、ｎ１、ｎ２、　　・・・は定数であ
る。

カメラ用レンズ系においては、諸収差がバランス良く補
正されていることが必要であり特にレンズ系のパワー配
分が決まってしまうとペッツバール和の補正が困難にな
る。均質系におけるペッツバール和は、面の屈折力をψ
、屈折率をｎとするとΣ（９１）／ｎ　）にて表わされ
る。

一方屈折率分布型レンズを用いた場合、媒質の屈折力を
ψＭ、レンズ中心の屈折率ｉｎ。とするとペッツバール
和ＰはＰ＝Σ（ψ／ｎ　）＋Σ（ψｙｙ’ｎ　８　）に
て表わされる。したがって媒質中にペッツバール和を補
正する能力を有しそれは前記定数ｎ１に依存する。その
ためこの定数ｎ１を操作することによってペッツバール
和を小さくすることが出来る。したがって非球面を導入
しても補正しきれなかったペッツバール和を屈折率分布
型レンズを用いることによって良好に補正ししかもこれ
と同時に定数ｎ２を操作することにより諸収差特に非点
隔差を小さくし非点収差をおさえることが可能となる。

本発明のレンズ系は、前記の式にて示される屈折率分布
を有する屈折率分布型レンズを少なくともレンズ系中の
最終レンズに用いた物体側に凹面を向けた負のメニスカ
スレンズに使用したことを特徴とするものである。

更に下記条件を満足することが望ましい。

（１）　　　ｎｌ　　　＜　　　０ この条件を満足する場合、屈折率分布型レンズの媒質は
、正の屈折力を持つものとして作用する。

本発明は、前群が正の屈折力、後群が負の屈折力にしで
あるので、後群の負の屈折力を持つレンズ素子に上記条
件（１）を満足する屈折率分布型レンズを用いることに
より屈折率分布型レンズの凹面で発生する諸収差特に軸
外収差を良好に補正することが出来る。

本発明のレンズ構成としては次のようなものが望ましい
。即ち正の屈折力のレンズ成分と負の屈折力のレンズ成
分と正の屈折力のレンズ成分の前群と負の屈折力のレン
ズ成分の後群とにて構成することが望ましい。具体的に
は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズの４１ｇ
１レンズと、両凹レンズの第２レンズと、両凸レンズの
第３レンズとよりなる前群と、物体側に凹面を向けた負
のメニスカスレンズの第４レンズの後群とにて構成され
る。そして前述のように少なくとも第４レンズがｎｌ〈
０の°屈折率分布型レンズである。

又他の構成としては、二つの正の屈折力のレンズ成分の
前群と負の屈折力のレンズ成分の後群とにて構成するの
が望ましく、例えば、物体側に凸面を向けた正のメニス
カスレンズの第ルンズと物体側に凹面を向けた負のメニ
スカスレンズの第２レンズとよりなる前群と物体側に凹
面を向けた負のメニスカスレンズの第３レンズの後群と
にて構成される。そして少なくとも第３レンズは１１、
〈０の屈折率分布レンズである。

前記のレンズ構成のうち後者の３枚構成の場合、最後の
第３レンズに屈折率分布型レンズを導入し定数ｎ１を負
にすると共に第２レンズも屈折率分布型レンズとしその
定数ｎ１′ｆｔ負にしその媒質を正の屈折力として全体
の屈折力が正になるようにしてコマ収差、非点収差を補
正することが出来る。その場合逆にペッツバール和が補
正不足になる。これを補正するには、収すの直後の而（
第２レンズの物体側の面）を物体側に凹の面にすること
によ面で発生する歪曲収差の補正が出来τ又その他の諸
収差も良好に補正し得る。

（２）　　　０．２　　　＜　　　ｌ−ｌ　　＜　　１
ただしｆは全系の焦点距離である。この条件（２）にお
いて下限を越えると非点収差、コマ収差、歪曲収差が悪
化し又上限を越えると球面収差が悪化する。

まだ前述のように後者のレンズ構成（３枚のレンズ）に
おいて第２レンズも屈折率分布型レンズとし更に次の条
件（３）、（４）を満足するようにすれば諸収差の補正
にとって一層好ましい。

（３１１，３＜　　　ｌψｙψ２１＜１、ｎ２、５（４
）１ψ２／ψｌ＜０．８ ただしψ８は第２レンズ（屈折率分布型レンズ）がこの
レンズの中心の屈折率に等しい屈折率の均質レンズであ
ると考えた時のそのレンズの屈折力、ψ２は屈折率分布
型レンズである第２レンズの屈折力、ψは全系の屈折力
である。

１ψｓ／’ｉ’ｌが条件（３）の下限を越えると全系の
ペッツバール和が大きくなり像面を平担に保つのが困難
になる。また上限を越えるとコマ収差、非点収差の補正
が困難になる。

１ψ２／ψ１が条件（４）より外れると全系のペッツバ
ール和の補正が困難になる。

〔実施例〕

次に本発明の広角レンズ系の各実施例を示す。

実施例１ ｆ＝３５　、　Ｆ／２，８　　、　２ω＝６３゜望遠比
＝０．９９ ｒｌ　＝１０．９９８６ ｄ、　＝１、ｎ２、６８６７　　ｎｏｔ　＝１．７２９
１６　　ν。、　＝５４．６８ｒ２−４１、ｎ２、９７
４６ ｄ２＝０．９５２８ ｒ３　＝−５７，１４７０ ｄ３＝１．００７２　　ｎｏ２＝１．７６１８２　　ν
ｏ２　＝２６．５２ｒ４　＝２０．４４６４ ｄ４＝１．６８３４ ｒ５＝ＣＩ）（絞り） ｄ５＝０．８８７８ ｒ６　＝２６．２２７３ ｄ６＝５．５７０９　　　ｎ０３　＝１．６２３４７　
　　νｏ３　＝４７．１０ｒ７　　＝−２５，３１０４ ｄ７　＝５．７３６６ ｒＢ　　＝−７，１１７５ ｄ４　＝１．１２９６　　ｎ０４屈折率分布型レンズｒ
ｇ　ニー１５．４１７５ ｎｏ　４＝１．４９２１６−０．８９７０１Ｘ１０−５
・ｒ２−０．１０００６Ｘ１０−’　・ｒ’実施例２ ｆ＝２８、Ｆ／３．５．２ω＝７５°、望遠比＝１．０
４ｒｌ　＝ｌＱ、　４７９２ ｄ、　＝１、ｎ２、０８９４　　ｎｏ、　＝１．７７２
５０　　νｏｔ　＝４９．６６ｒ２＝３０．８５８７ ｄ２＝０．８７６７ ｒ３＝−４４，３９００ ｄ３＝０．９６０８　　ｎ０２　＝１．７２０００　　
ν。２＝５０．２５ｒ４＝２０．９６１３０ ｄ４＝１．５６５４ ｒ５＝　ｃｏ　（絞り） ｄ５＝０．６５１８ ｒ６　＝１７．６６４０ ｄ６　　＝５．５６７３　　　ｎｏ：３　＝１，６０３
４２　　　νｏ３　＝３８，０ｆｒ７　＝−２４，２９
０５ ｄ７　＝５．６０４３ ｒｓ　＝　６．３９４３ ｄＢ　＝０．９５２３　　ｎ０４屈折率分布型レンズｒ
ｇ　＝−１４，４２０４ ｎ、）４：１．４９２１６−０．５６３２ｘｌＯ−’　
・ｒ２−０．８７５２ｘｌＯ−５・ｒ’実施例３ ｆ＝２８、Ｆ／３．５．２ω＝７５°、望遠比＝１．０
２ｒ１＝ＩＯ０４４６８ ｄ、　＝１、ｎ２、０８４７　　ｎｏｔ　＝１．７８５
９０　　νｏ、　＝４４．１８ｒ２　＝２７．２７８０ ｄ２＝０．８７３７ ｒ３　＝−４６，８５２８ ｄ３＝０．９５９１　　ｎｏ２＝１．６１２９３　　ν
０２　＝３７．０Ｏ−ｒ４　＝１９．７４０７ ｄ４＝１．５６４５ ｒ５　＝ω（絞り） ｄ、＝０．６５０５ ｒ６　　＝１６．８６５６ ｄ６　＝５．５６７０　　ｎ０３屈折率分布型レンズｒ
７　＝−２２，９３６８ ｄ７＝５．６０４４ ｒｇ　＝−６，５６７０ ｄ８＝０．９５１２　　ｎ０４屈折率分布型レンズｒ、
＝−１４，７８４０ ｎｏ３＝１．４９２１６−０．２９９９３ｘｌＯ＝　・
ｒ２＋ｏ、５３５６３ｘｌＯ−６・ｒ’ｎｏ４＝１．４
９２１６−０．２２３１９刈０−４・ｒ２−０．１１６
３４４０−４・ｒ４実施例４ ｆ−３５、Ｆ／１、ｎ２、８．２ω＝６３°、望遠比＝
　１．１７ｒ、　＝１３．６１１７ ｄ、＝１．６２７８　　ｎｏ、＝１，８３４００　　ν
ｏ、　＝３７．１６ｒ２　＝２０．０２７１ ｄ２＝１、ｎ２、３４４４ ｒ３−ｃｏ（改り） ｄ３＝１、ｎ２、１５２７ ｒ４＝−１８，０２０１ ｄ４　＝５．９７３９　　ｎ０２屈折率分布型レンズｒ
５　ニー１１６．０４４８ ｄ５　＝７．０５３３ ｒ６　　＝−９，６３６７ ｄ６＝１．８８４１　　ｎｏ３屈折率分布型レンしｒ７
−１１．９３１０ ｎｏ２＝１．６２００４−０．３６４１３ｘ１０−２・
ｒ２＋０．１１７５２ｘｌＯ−’・ｒ’ｎｏ３＝１．６
４７６９−０．１０２２４ｘｌＯ−”　・ｒ２＋０．８
０１１８ｘｌＯ−５・ｒ’１ψｙψ２１　＝１．７７４
１、ｎ２、１ψ２／９＋１　＝０．５５６１　ｒ４／ｆ
　ｌ　＝０．５ １４９実施例５ ｆ＝２８、Ｆ／３．５．２ω＝７５°、望遠比＝　１．
１９ｒｌ　＝１０．１１０８ ｄ、　＝１．１７５７　　　ｎ、）、　＝１．７７２５
０　　　νｏ、　＝４９．６６ｒ２　＝１３．５３６２ ｄ２＝１．０８８５ ｒ３　＝■（絞り） ｄ３＝１．３７７２ ｒ４　＝−１６，０６１６ ｄ４　＝５．０８９８　１０２屈折率分布型レンズｒ５
　＝ｓｏ１．４４６７ ｄ５＝５．９６０５ ｒ６　　＝−７，７３４７ ｄ６＝１．４５０３　　ｎ０３屈折率分布型レンズｒ７
　　＝−９，９５０４ ｎｏ２＝１．６２００４−０．５７２９ｘ１０−”・ｒ
２＋０．３２７０刈０−４・ｒ４ｎ、）３＝１．４９２
１６−０．３４８２ｘｌＯ”　・ｒ２＋ｏ、３０５６ｘ
ｌＯ−’　・ｒ’１ψｙψ２１　＝１．９９９５　　、
１ψ２／ψｌ　　＝０．５５２１　ｒ４／ｆ　ｌ　＝０
．５７３６ ただしｒＩｌｒ２１　　・・・はレンズ各面の曲率半径
、ｄｌ、ｄ２・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔
、ｎ０１　＋　ｎｏ２　＋　　・・・は各レンズの屈折
率、シ０１＋シ０２１　　・・・は各レンズのアツベ数
である。

本発明の実施例１は、第１図に示すレンズ構成のもので
ある。つまり物体側より順に物体側に凸面を向けた正の
メニスカスレンズの第ルンズと、両凹レンズの第２レン
ズと、両凸レンズの第３レンズと、物体側に凹面を向け
た負のメニスカスレンズ（ｆ）第４レンストより構成さ
れ最終レンズである第４レンズに屈折率分布型レンズを
用いている。

この屈折率分布型レンズは、光軸がら半径方向に離れる
に従って順次屈折率が減少する屈折率分布を有するもの
である。

レンズ系の望遠比を小さくするためには各面の曲率半径
を強めれば良い。しかしそうすると軸外光線により発生
する収差が非常に悪化し収差補正が困難になる。

本実施例のようなタイプのレンズ系においては、最終レ
ンズである負のメニスカスレンズを通る軸上光線と軸外
光線とが比較的分離しているために、前記のように定数
ｎｌを負にして媒質に正の屈折力を持たせた屈折率分布
型レンズを最終レンズとして用いることによって、軸外
光線にて発生する諸収差を軸上収差を悪化させることな
く補正出来る。

その結果、レンズ系中の屈折率分布型レンズが１枚でも
、焦点距１１ｔ３５■、Ｆナンバー１、ｎ２、８、画角
６３゜であるにも拘らず全系のコマ収差、非点収差、歪
曲収差を小さくすることが出来る。

この実施例１の収差状況は第６図に示す通りである。

実施例２は、第２図に示す迫りのレンズ構成であって、
物体１１１！Ｉから順に、物体側に凸面を向けた正のメ
ニスカスレンズの第ルンズと、両凹し／ズの第２レンズ
と、両凸レンズの第３レンズと、物体側に凹面を向けた
負のメニスカスレンズの第４レンズとにて構成されてい
る。そして最終レンズである第４レンズに屈折率分布型
レンズを用いている。この屈折率分布型レンズは、光軸
から半径方向に離れるに従って順次屈折率が減少する屈
折率分布を有している。この実施例２も実施例１と同様
の収差補正効果を有しており、更に画角が７５°で一層
広角になっている。この実施例２の収差状況は第７図に
示す通りである。

実施例３は爾３図に示すもので、物体側から順に物体側
に凸面を向けた正のメニスカスレンズの第ルンズと、両
凹レンズの第２レンズと、両凸レンズの第３レンズと、
物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズの第４レン
ズとにて構成され、第３レンズと第４レンズが屈折率分
布型レンズである。これら屈折率分布型レンズは、両レ
ンズ共に光軸から半径方向に離れるに従って順次屈折率
が減少する屈折率分布をゼしている。

この実施例３は、二つの屈折率分布型レンズを用いるこ
とにより収差補正をこれらに分担させた。

即ち主として第３レンズにて球面収差とコマ収差を、又
第３レンズと第４レンズとにて非点収差と歪曲収差を良
好に補正し、実施例２と同様に画角が７５°と広くしか
も望遠比は実施例２よりも小さくおさえている＠ 実施例４は、第４図に示すように物体側から順に物体側
に凸面を向けた正のメニスカスレンズの第ルンズと、物
体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズの第２レンズ
と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズの第３
レンズとより構成されている。そして第２レンズと最終
レンズの第３レンズに屈折率分布型レンズを用いている
。これら屈折率分布型レンズは１両レンズ共に光・軸か
ら半径方向に離れるに従って順次屈折率の減少する屈折
率分布を有している。

この実施例４は、第３レンズの他に第２レンズにも屈折
率分布型レンズを導入し定数ｎ１を負にしてその媒質を
正の屈折力にしている。そしてこの第２レンズは全体と
して正の屈折力を持たせてコマ収差、非点収差の補正を
行なっているために逆にペッツバール和が補正不足にな
る。本実施例では前述のように絞り直後の面を物体側に
凹の面とすることによって補正不足のペッツバール和を
良好に補正するようにしている。又この面の曲率半径ｒ
４を前述の条件（２）を満足するようにし、更に条件（
８１１（４）も満足しており、これにより諸収差が極め
て良好に補正されている。しかもレンズ系は３枚構成で
レンズ枚数が極めて少なく、ＦＡ、８、−角６３°であ
るにも拘らず、屈折率分布型レンズは２枚におさえるこ
とができた。この実施例の収差状況は第９図に示す通シ
である。

実施例５は第５図に示すもので、物体側から順に物体側
に凸面を向けた正のメニスカスレンズの第ルンズと、両
凹レンズの第２レンズと、物体側に凹面を向けた負のメ
ニスカスレンズの第３レンズにて構成される。この実施
例も、第２レンズと第３レンズに屈折率分布型レンズを
用いている。

これらの屈折率分布型レンズは、いずれも光軸から半径
方向に離れるに従って順次屈折率が減少する屈折率分布
を肩している。

本実施例は、実施例４と同様に絞り直後の面を物体側に
対して凹面にしてあり、又その曲率半径ｒ４は条件（２
）を満足している。又第２レンズは形状としては凹レン
ズであり、各面は負の屈折力を有しているが媒質は正の
屈折力を持たせである。そして第２レンズ全体としては
正の屈折力のレンズとして劫き諸収差は良好にしかもバ
ランス良く補正されている。ペッツバールに関する効果
も実施例４と同様である。しかも条件Ｌ９１．（剣を満
足し収差は一層良好に補正されている。そしてこの実施
例５は、画角が７５°と犬であるにも拘らず、レンズ系
が僅か３枚のレンズで構成され、屈折率分布型レンズも
２枚におさえることが出来た。

〔発明の効果〕

本発明の広角レンズ系は、レンズ系中に用いられている
屈折率分布型レンズの枚数が１枚乃至２枚であるにも拘
らずレンズの総枚数が３枚乃至４枚で極めて少なく、望
遠比が１程度で、画角が６００以上の諸収差特にペッツ
バール和が良好に補正されている。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は夫々本発明の実施例１乃至実施例５
の断面図、詔６図乃至第１０図は夫々実施例１乃至実施
例５の収差曲線図である。 出願人　　　オリンパス光学工業株式会社代理人　　向
　　　　　寛　　二 第１図　　　第２図 第３図　　　第４図 第５図 第 球面収差　　非点収差 歪曲収差　　ＯＳＣ・ 第 球面収差　　非点収差 ９図 歪曲収差　　ｏ　　ｓ　　ｃ’ 第１ 球面収差　　非点収差 ０図 歪曲収差　　ＯＳ　Ｃ”

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光軸から半径方向の距離ｒにおける屈折率分布が下記の
   式にて表わされる屈折率分布型レンズを少なくとも１枚
   有しかつ最も像側のレンズが下記の条件（１）を満足す
   る屈折率分布型レンズである望遠比の小さな広角レンズ
   系。 ｎ（ｒ）＝ｎ＿０＋ｎ＿１ｒ＾２＋ｎ＿２ｒ＾４＋・・
   ・（１）ｎ＿１＜０ ただしｎ＿０はレンズ中心での屈折率、ｎ＿１、ｎ＿２
   、・・・・は定数である。