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JP2004004928A - Image pickup lens - Google Patents

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JP2004004928A
JP2004004928A JP2003200352A JP2003200352A JP2004004928A JP 2004004928 A JP2004004928 A JP 2004004928A JP 2003200352 A JP2003200352 A JP 2003200352A JP 2003200352 A JP2003200352 A JP 2003200352A JP 2004004928 A JP2004004928 A JP 2004004928A
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JP
Japan
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lens
radial type
gradient index
type gradient
homogeneous
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003200352A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nagaoka
永岡 利之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an image pickup lens consisting of two lenses and having excellent image-formation performance. <P>SOLUTION: The image pickup lens is constituted of a homogeneous lens having negative refractive power and a radial type refractive index distribution lens having positive refractive power, and both surfaces of the radial type refractive index distribution lens are plane, and one part or all of the surface of the homogeneous lens on the radial type refractive index distribution lens side is plane. By satisfying a condition (1/V<SB>10</SB><1/ν<SB>h</SB>), excellent optical performance is obtained with a small number of lenses. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラなど電子撮像を行うための撮像レンズに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、CCD等の固体撮像素子を用いたビデオカメラやテレビ電話あるいはカメラ付きドアホン等の普及に伴い、これらに用いられるレンズ系にはより一層の小型化、低コスト化が求められている。一般にこれらに用いられる固定焦点のレンズ系で良好な光学性能を得るには3〜6枚程度のレンズを必要とするがさらにレンズ枚数を削減することが望まれる。
【0003】
所望の性能を維持した上でレンズ枚数を削減する手段として従来より、ラジアル型屈折率分布レンズを光学系中に用いることが知られている。例えばラジアル型屈折率分布レンズ1枚で構成したレンズ系の従来例として特開平6−175016号公報に記載されたものが知られている。しかし、この従来例は結像性能を上げるため、Fナンバーを9.8〜13.5と極めて暗くして諸収差をバランスさせている。また、レンズ2枚で構成したレンズ系の従来例として特開昭60−218614号公報に記載されているものが知られている。この従来例は諸収差が良好に補正されているが、ラジアル型屈折率分布レンズを2枚用いているためにコスト高になる。その上ラジアル型屈折率分布レンズを球面形状としているために、実際の加工の場面では面の光軸と媒質の光軸を高い精度で容易に一致させることが困難であり高性能なレンズ系を実現する、あるいは作製コストの安いレンズ系を実現する点では好ましくない。
【0004】
上記の欠点を解消するためにラジアル型屈折率分布レンズを両平面形状にすることが考えられるが、球面形状にしたラジアル型屈折率分布レンズに比べてペッツバール和が補正不足になるため好ましくない。
【0005】
また、両平面形状のラジアル型屈折率分布レンズと片側の面が平面形状でもう一方の面を球面加工した均質レンズで構成された従来例として特開昭58−59420号公報、特開平4−114112号公報等に記載したレンズ系が知られている。しかし、これらの従来例は、単色光源下で用いられるピックアップレンズに関するものであり公報中には色収差の補正については何等述べられていない。また、特開平1−28514号公報、特開平2−284107号公報についても同様に、色収差の補正については何等述べられていない。
【0006】
また、色収差を考慮した従来のレンズ系として特開昭58−184113号公報に記載されているものが知られているが、この従来例はラジアル型屈折率分布レンズを硬性鏡リレーレンズに用いた例であり、ラジアル型屈折率分布レンズの光軸と周辺部における屈折率差が小さくレンズ長が非常に長いため、1枚のレンズで像を複数回伝送させる硬性鏡のリレーレンズの様な特殊な用途のレンズ系にしか用いることができない。
【0007】
また色収差を考慮したレンズ系として、特開昭50−29238号公報に記載された従来例があるが、この従来例はラジアル型屈折率分布レンズの光軸から周辺までの屈折率差が大であり、ラジアル型屈折率分布レンズ素材を実際に作製することが困難である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はレンズ枚数が2枚で良好な結像性能を持ったレンズ系を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像レンズは、負の屈折力を持つ均質レンズと正の屈折力を持つ光軸から半径方向に屈折率が分布している下記の式(a)で表されるラジアル型屈折率分布レンズからなり、下記の条件(1)を満足することを特徴としたレンズ系である。
【0010】
N(r)=N00+N10+N20・・・      (a)
(1)  −0.05<1/V10<0.01
ただし、rは光軸から半径方向への距離、N(r)は距離rの点での屈折率分布、Ni0は2i次の屈折率分布係数、Vi0はラジアル型屈折率分布レンズの2i次の分散を表し以下の式(b)、(c)で与えられる。
【0011】
00=(N00d−1)/(N00F−N00C)  (i=0)   (b)
i0=Ni0d/(Ni0F−Ni0C) (i=1,2,3・・)  (c)
ここで、N00d,N00F,N00Cはそれぞれd,F,C線の光軸上の屈折率、Ni0d,Ni0F,Ni0Cはそれぞれd,F,C線の2i次の屈折率分布係数である。
【0012】
本発明は前記の課題を解決するためにレンズ枚数を2枚で構成した次のような撮影レンズを考えた。即ち、均質レンズ1枚とラジアル型屈折率分布レンズ1枚とで構成した撮像レンズである。このようにレンズ枚数を2枚にすれば研磨や組立に要するコストを下げることが可能であり、又鏡枠構成を簡単化できるので極めて安価な撮像レンズを達成し得る。また、均質レンズに比べて収差補正の自由度の大きいラジアル型屈折率分布レンズを用いることにより、結像性能の高い撮像レンズを達成し得る。
【0013】
結像性能の高い撮像レンズを達成するには特に色収差の補正が重要であり、ラジアル型屈折率分布レンズは、色収差の補正に優れた特徴を持つので、これを有効利用することを考えた。
【0014】
ラジアル型屈折率分布レンズの軸上色収差PACは次の式(d)にて近似される。
【0015】
PAC=K(φ/V00+φ/V10)     (d)
ここで、Kは軸上光線の光線高および最終近軸光線角度に依存する定数、φおよびφはラジアル型屈折率分布レンズの面の薄肉の屈折力および媒質の屈折力である。
【0016】
式(d)より明らかなように、ラジアル型屈折率分布レンズのV10を適当な値にすることにより軸上色収差の発生量をコントロールできる。
【0017】
本発明の撮像レンズは、軸上色収差を良好に補正するために上記条件(1)を満足するようにした。
【0018】
この条件(1)を満足すれば、ラジアル型屈折率分布レンズで発生する色収差を良好に補正することが可能になる。もし条件(1)の下限値の−0.05を越えると軸上色収差が補正過剰になる。また上限値の0.01を越えると軸上色収差が補正不足になり好ましくない。
【0019】
又本発明のレンズ系は、均質レンズに負の屈折力を持たせることによりレンズ系全系のペッツバール和を良好に補正することを可能にした。もし、均質レンズが正の屈折力を持つとレンズ系全系のペッツバール和が補正不足になり像面が物体側に倒れ好ましくない。
【0020】
本発明の第2の構成は、負の屈折力を持つ均質レンズと正の屈折力を持つ光軸から半径方向に屈折率が分布している前記の式(a)にて表わされるラジアル型屈折率分布レンズとからなり、ラジアル型屈折率分布レンズが両面平面形状であり、下記の条件(2)を満足することを特徴としている。
【0021】
(2)  1/V10<1/ν
ただしνは均質レンズのアッベ数である。
【0022】
レンズ2枚で構成することにより、比較的安価な撮像レンズ系を達成できるが、更に安価なレンズ系を得るにはラジアル型屈折率分布レンズが両平面の形状であることが望ましい。面の形状が平面であれば球面加工する場合に比べ極めて安価に加工できる。またラジアル型屈折率分布レンズを両平面の形状にすれば実際の加工の場面で問題になるラジアル型屈折率分布レンズの面と媒質の偏芯を防止することができ、組立調整が容易になる。
【0023】
しかし、ラジアル型屈折率分布レンズを両平面の形状にすると収差補正の自由度が少なくなり、特にペッツバール和が補正不足になることがある。
【0024】
本発明において、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの屈折力配置を適当な値にすればペッツバール和を良好に補正し、加工性に優れていて安価で高い結像性能を持つ撮像レンズを得ることが出来る。
【0025】
次に収差補正について詳細に述べる。
【0026】
均質レンズと両平面のラジアル型屈折率分布レンズとの2枚のレンズで撮像レンズを構成して良好な光学性能を得るためには、諸収差のうちまずペッツバール和と色収差を補正することを考えねばならない。それは、両収差の発生量がレンズ系の屈折力配置でほぼ決定され、一度定まるとレンズのベンディング等で補正することが困難になるためである。
【0027】
ここで、ラジアル型屈折率分布レンズのペッツバール和PTZは次の式(e)で近似される。
【0028】
PTZ=φ/N00+φ/N00        (e)
また、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質の屈折力φは、下記式(f)で近似される。
【0029】
φ≒−2N10              (f)
ただし、tはラジアル型屈折率分布レンズの厚さである。
【0030】
本発明の撮像レンズは、製作性を向上させるためラジアル型屈折率分布レンズを両面平面形状としているのでφ≒0であり、式(d)および式(e)は第2項のみとなる。さらに、均質レンズを密着しているので、本発明の撮像レンズの軸上色収差およびペッツバール和は次の式(g)および式(h)で表される。
【0031】
PAC=K(φ/ν+φ/V10)     (g)
PTZ=φ/n+φ/N00        (h)
ここでφは薄肉均質レンズの屈折力、νは均質レンズのアッベ数、nは均質レンズの屈折率である。
【0032】
上記の式(g)および式(h)より均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの屈折力およびV10等の式中のパラメータを変化させることで所望の軸上色収差とペッツバール和の値を得られることが分かる。
【0033】
軸上色収差を良好に補正するために、アッベ数がνで撮像レンズと同じ屈折力φの均質レンズと比較して軸上色収差を小さくすることを考えると、下記の式を満足する必要がある。
【0034】
K(φ/ν+φ/V10)<K(φ/ν
ただし、φ=φ+φ
上式を展開すると、φ/V10<φ/νとなり、これより、前記条件式(2)が導かれる。
【0035】
つまり、均質レンズのアッベ数νとラジアル型屈折率分布レンズの媒質のアッベ数V10が条件(2)の関係を満足すれば、軸上色収差を良好に補正することが可能となる。条件(2)は、本発明の撮像レンズで軸上色収差を良好に補正するための必要条件で、もし、条件(2)を満足しないと軸上色収差が補正不足となるため好ましくない。
【0036】
又式(g)より、軸上色収差を良好に補正するには条件(2)に加えて、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの屈折力配置を適切な値に設定する必要がある。ただし、屈折力配置の設定では、色収差に加えてペッツバール和の補正も十分に考慮する必要がある。これは、前述し、また式(h)からも明らかな様にペッツバール和が色収差と同様にレンズ系の屈折力配置でその発生量がほぼ決まるためである。
【0037】
ここで、式(g)および式(h)より、撮像レンズの軸上色収差およびペッツバール和の値を同時に補正するための屈折力の配置を考える。まず、下記の式(i)で与えられる媒質の屈折力比aを式(g)、式(h)に導入するとそれぞれ式(g’)、式(h’)が得られる。
【0038】
a=φ/φ  (φ=φ+φ)             (i)
PAC=Kφ{(ν−V10)a+V10}/(ν10)    (g’)
PTZ=φ{(n−N00 )a+N00 }/(n00 )  (h’)
ここで、分かり易いように式(g’)、式(h’)をグラフ化したのが図20である。この図20は横軸を媒質の屈折力比a、縦軸を撮像レンズの軸上色収差PAC及びペッツバール和PTZとしている。また、図中のaPACは式(g’)でPAC=0となるときの媒質の屈折力比aの値、aPTZは式(h’)でPTZ=0となるときの媒質の屈折力比aの値であり、これらは、下記の式(j)および式(k)で与えられる。
【0039】
PAC=V10/(V10−ν)           (j)
PTZ=N00 /(N00 −n)         (k)
図20より、軸上色収差とペッツバール和を同時に補正するには、まずaPACとaPTZが近い値を持つことが必要であることがわかる。例えば、aPACとaPTZの符号が異なれば、撮像レンズで軸上色収差とペッツバール和を同時に補正することは出来なくなる。このことに加えてさらに、媒質の屈折力比aの値もこれらの値に近い値を持てば、軸上色収差とペッツバール和が極めて良好に補正された撮像レンズを達成することが可能となる。
【0040】
ここで、屈折率分布素材の作製上光軸上の屈折率N00は既存の均質ガラスの持つ屈折率と大きく異なることはないので、N00は1.5〜1.9程度の値となる。また、均質ガラスの屈折率nも1.5〜1.9程度の値であることから、式(k)は以下の条件(k’)を満足する。
【0041】
PTZ=N00 /(N00 −n)>1       (k’)
また、本発明の撮像レンズが条件(1)を満足すれば、式(j)は以下の条件(j’)を満足する。
【0042】
PTC=V10/(V10−ν)>0         (j’)
このことから、軸上色収差とペッツバール和が良好に補正されるときのaPACとaPTZの値は0以上である。したがって媒質の屈折力比も0以上になることが必要である。
【0043】
又、関係式(k’)より媒質の屈折力比aの値が1以上であれば更に望ましい。
【0044】
つまり、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質の屈折力と均質レンズの屈折力配置は、下記の式(l)に示す関係になることが望ましい。
【0045】
φ/(φ+φ)>1             (l)
撮像レンズを構成するラジアル型屈折率分布レンズと均質レンズの屈折力が式(l)を満足すれば、軸上色収差とペッツバール和を良好に補正することが可能となる。もし、条件(l)を満足しないと軸上色収差とペッツバール和を同時に補正することが困難となる。
【0046】
また、本発明の撮像レンズは、正の屈折力を持つので、式(l)を成り立たせるには、φ>0およびφ<0を満足することが必要である。つまり、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質の屈折力は正の値を持ち、均質レンズの屈折力は負の値を持つことが必要である。もし、均質レンズが正の値を持つと、ペッツバール和と軸上色収差を良好に補正することが困難となる。
【0047】
また、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの光軸を高い精度で一致させるためには、均質レンズの少なくとも片側の面の一部あるいは全部が平面形状であり、その平面部にてラジアル型屈折率分布レンズと接着あるいは密着させることが望ましい。例えば均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズとの外径を等しくして、外径を衝として両レンズを平面部で接着あるいは密着すれば高い精度で容易に両レンズの光軸を一致させることが可能である。又他の方法として、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの一方あるいは両方の光軸位置を測定して両レンズの光軸が一致する様にレンズの位置を調整し両レンズを接着あるいは密着すれば光軸を一致させることが可能である。このとき、両レンズが平面部を有し、この平面部で両レンズが接触していれば調節が極めて容易である。また、両レンズを接着又は密着させれば、鏡枠構造を簡素化できるメリットがある。また、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの間にレンズ間隔を調整する環(スペーサー)等を挿入しても前述とほぼ同様の効果が得られるられる。
【0048】
また、本発明の第3の構成は物体側より順に負の屈折力を持つ均質レンズと正の屈折力を持つ光軸から半径方向に屈折率が分布している前記の式(a)で表されるラジアル型屈折率分布レンズからなり、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズとの間隔を変化させて至近距離物体へのフォーカシングを行なうことを特徴としている。
【0049】
本発明の撮像レンズを比較的高い光学性能を必要とするビデオカメラ等に適用する場合は、フォーカシングについても十分考慮する必要がある。つまり無限遠物体から至近距離物体に至るまで諸収差が良好に補正されていることが必要である。さらに小型化を達成することを考えると、フォーカシングのための駆動機構への負担は極力小さいことが望ましい。
【0050】
以上の理由から、本発明の撮像レンズにおいては、前記のように均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの間隔を変化させてフォーカシングを行なうようにした。つまり、いずれか一方のレンズのみによりフォーカシングを行なえば、可動レンズが軽くてすむため駆動機構への負担が極めて少なく、鏡枠や駆動機構をコンパクトな構成になし得るので小型の撮像レンズを達成し得る。尚フォーカシングの際の収差変動を小さくするためにレンズ系全体を移動させてフォーカシングするいわゆる全体繰り出しにすることも可能であるが、可動レンズの重量が大になり駆動機構への負担が増大するため、コンパクトな構成の撮像レンズを達成し得なくなるので好ましくない。
【0051】
また、フォーカシングの際の収差変動を小さくするためには、負の屈折力の均質レンズのみを可動にしてフォーカシングを行なうことが望ましい。さらに、物体側より順に、負の均質レンズと正のラジアル型屈折率分布レンズの構成にして、負の第1レンズを物体側に繰り出して至近距離物体へのフォーカシングを行なうことが望ましい。第1レンズを物体側へ繰り出して至近距離物体へのフォーカシングを行なった場合、軸上入射光線の光線高の変動が極めて小さいために、特にフォーカシングの際の球面収差の変動を小さく出来る。また軸上色収差とペッツバール和の発生量はあまり変動しないので良好な結像性能を得ることが可能である。
【0052】
また、前述のように均質レンズの光軸とラジアル型屈折率分布レンズの光軸を高い精度で容易に一致させるには、均質レンズの少なくとも一方の面の一部分あるいは全部を平面形状にし、この平面部でラジアル型屈折率分布レンズと直接または間隔環等を介して接着又は密着させることが望ましい。しかし均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの間隔を変化させてフォーカシングを行なう場合には、組立ての際に一度両レンズを直接又は間隔環等を介して密着させ、その時に光軸位置が一致するように両レンズの位置を調節しておくことが望ましい。
【0053】
又、本発明のレンズ系は、CCD等の固体撮像素子やファイバー束からなるイメージガイドを用いた撮像システムに適用できるものであるが、その場合周辺光量を十分に確保するため、物体側より順に、負の屈折力の第1レンズと正の屈折力の第2レンズにて構成することが望ましい。物体側より順に、負−正の構成にすれば、像面への軸外光線の入射角を垂直に近づけることが出来る。つまり、光軸と平行に近づけることができ周辺光量を十分に確保し得る。もしも、物体側から順に、正−負の構成にすると像面への軸外光線の入射角を垂直に近づけることが困難になり、周辺光量を十分に確保することが困難になるため好ましくない。
【0054】
また、本発明の撮像レンズにおいて、軸上色収差とペッツバール和を良好に補正するためには、均質レンズがある程度大きな負の屈折力を持つことが望ましい。前述のように、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質の屈折力は正の値を持ち、均質レンズの屈折力が負の値を持つことが軸上色収差とペッツバール和を良好に補正するための必要条件である。この場合、均質レンズの屈折力が極力小さいと特にペッツバール和を良好に補正することが困難になる。
【0055】
以上の理由から、本発明のレンズ系において、下記条件(3)を満足することが望ましい。
【0056】
(3)  −1.5<f/f<−0.05
ただし、fは撮影レンズ全系の焦点距離、fは均質レンズの焦点距離である。
【0057】
本発明の撮像レンズが上記条件(3)を満足すればペッツバール和を良好に補正することが可能になる。もし条件(3)の上限値の−0.05を越えるとペッツバール和が補正不足となり像面が物体側に倒れてくるため好ましくない。また、下限値の−1.5を越えるとペッツバール和が補正過剰になり像面が物体から離れる方向に倒れるため好ましくない。
【0058】
また、物体側より順に、負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズとにて構成し第1レンズをフォーカシングのために用いる場合、第1レンズを物体側に繰り出すと、軸外収差特に歪曲収差が大になる傾向になるが第1レンズの負の屈折力を適当な値にすれば歪曲収差を良好に補正することが可能になる。そのため本発明の撮像レンズにおいて、第1レンズをフォーカシングとして用いる場合には、前記の条件(3)を満足することが望ましい。
【0059】
第1レンズの焦点距離が条件(3)を満足すればフォーカシングに伴う軸外収差の変動を小さくすることが可能である。もし条件(3)の下限値−1.5を越えると第1レンズの負の屈折力が大きくなりすぎ軸外収差が悪化する。また、上限値の−0.05を越えると負の屈折力が弱くなりフォーカシングのための移動距離が長くなり、レンズ系の小型化が困難になる。
【0060】
また、本発明の撮像レンズは正の屈折力を持つので全系では負の球面収差を発生する傾向にあるが、負の屈折力の均質レンズと両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成することにより良好に補正することが可能になる。例えば、正の屈折力を持つラジアル型屈折率分布レンズを両平面とせずに凹面を設けた場合、この凹面の屈折率が光軸から周辺に行くにしたがい小さくなるので正の球面収差の発生量を小さくする作用を持つ。したがってこのような撮像レンズは、負の球面収差が補正不足になる。
【0061】
しかし、本発明の撮像レンズで用いるラジアル型屈折率分布レンズが平面形状であるため、面では球面収差は発生せず、また負の屈折力の均質レンズでは正の球面収差が発生するので全系では球面収差を良好に補正するのが可能になる。
【0062】
以上のように、本発明の撮像レンズは製作性に優れ、また軸上色収差とペッツバール和が良好に補正されていると共に、これに加えて球面収差も良好に補正することが可能である。
【0063】
また、本発明の撮像レンズをビデオカメラ等に適用する場合、ある程度の画角が広いことが望まれる。本発明の撮像レンズにおいて、ラジアル型屈折率分布レンズの物体側に負レンズを加えたことにより、画角を広くすることが可能になる。また、これに加えてラジアル型屈折率分布レンズの屈折力をある程度大にすることが望ましい。ラジアル型屈折率分布レンズの屈折力が大であれば全系の焦点距離が短く広画角のレンズ系を達成出来る。
【0064】
ここで、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質の屈折力を大にすることを考える。前記の式(f)より、媒質の屈折力を大きくするにはN10を大きくするかtを大きくすることが必要である。しかし、屈折率分布素材の作製上、N10の極端に大きい素材を作製することは困難であるため好ましくない。そのため、本発明ではN10を極端に大きくせずに十分な屈折力を得られるようにラジアル型屈折率分布レンズのレンズ厚を適当な厚さとすることを考えた。つまり本発明のレンズ系においてラジアル型屈折率分布レンズが以下の条件(4)を満足することが望ましい。
【0065】
(4)  0.5<t/f<9
ただし、fは撮像レンズ全系の焦点距離である。
【0066】
条件(4)を満足すれば、軸上色収差とペッツバール和の補正効果を有効利用することが可能である。もし、条件(4)の下限値の0.5を越えてしまうとラジアル型屈折率分布レンズの屈折力が弱くなり、軸上色収差とペッツバール和の補正効果を有効利用することが困難となる。また、上限値の9を越えてしまうと、レンズが厚くなりレンズ内部に結像する場合が生じるので好ましくない。
【0067】
また、本発明の撮像レンズを固体撮像素子の画素ピッチが細かくより高性能な結像性能を要する撮像系に適用する場合はさらに下記条件(5)を満足することが望ましい。
【0068】
(5)  1.5<t/f<7
もし、条件(5)の下限値1.5を越えてしまうと撮像レンズの屈折力が弱くなり、軸上色収差とペッツバール和の補正効果を高性能な結像性能を要するレンズ系で有効利用することが困難となる。また、上限値の7を超えてしまうと、レンズが厚くなり透過率やフレアーが悪化するので高性能な結像性能を達成することが困難となる。
【0069】
また、本発明の撮像レンズをより高性能な結像性能を必要とするレンズ系に適用する場合は以下の条件(6)を満足することが望ましい。
【0070】
(6)  −0.01<1/V10<0.008
ラジアル型屈折率分布レンズが条件(6)を満足すれば、軸上色収差をより良好に補正することが可能となり得る。もし、条件(6)の上限値0.008を超えてしまうと軸上色収差が補正不足となるため好ましくない。また、下限値の−0.01を超えてしまうと軸上色収差が補正過剰となるため好ましくない。
【0071】
また、ラジアル型屈折率分布レンズは屈折率分布の4次の項N20の値を変えることで球面収差の発生量をコントロールすることが可能である。本発明の撮像レンズにおいて球面収差を良好に補正するためには下記の条件(7)を満足するようにすることが望ましい。
【0072】
(7)  −0.2<N20×f<0.2
ラジアル型屈折率分布レンズが条件(7)を満足すれば、球面収差を良好に補正することが可能となる。もし、条件(7)の上限値の0.2を超えてしまうと球面収差が補正過剰となるため好ましくない。また、下限値の−0.2を超えてしまうと球面収差が補正不足となるため好ましくない。
【0073】
また、本発明の撮像レンズをより高性能な結像性能を必要とするレンズ系に適用する場合は以下の条件(8)を満足することが望ましい。
【0074】
(8)  −0.05<N20×f<0.05
ラジアル型屈折率分布レンズが条件(8)を満足すれば、球面収差をより良好に補正することが可能となる。もし、条件(8)の上限値の0.05を超えてしまうと球面収差が補正過剰となり高性能な結像性能を達成できなくなるため好ましくない。また、下限値の−0.05を超えてしまうと球面収差が補正不足となり高性能な結像性能を達成できなくなるため好ましくない。
【0075】
さらに、本発明の撮像レンズで軸上色収差に加えて倍率の色収差をも良好に補正する場合は下記条件(9)を満足することが望ましい。
【0076】
(9)  1/ν<0.03
本発明の撮像レンズは、構成する均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズを通過する軸外主光線の光線高は異なるので、軸上色収差に加えて倍率の色収差を補正するにはいずれのレンズも色収差の発生量が少ないことが望ましい。ラジアル型屈折率分布レンズについては、条件(2)を満足することで色収差の発生量を少なくすることが可能である。そこで、均質レンズについては条件(9)を満足することが望ましい。条件(9)を満足すれば、軸上色収差に加えて倍率の色収差も小さくすることが可能である。もし、条件(9)を満足しないと倍率の色収差を良好に補正することが困難となる。
【0077】
また、本発明の撮像レンズをより高性能な結像性能を必要とするレンズ系に適用する場合以下の条件(10)を満足することが望ましい。
【0078】
(10)  1/ν<0.025
条件(10)を満足すれば、倍率の色収差をより良好に補正することが可能となる。もし、条件(10)を満足しないと倍率の色収差が補正不足となり高性能な結像性能を達成できなくなるため好ましくない。
【0079】
また、本発明の撮像レンズ系でペッツバール和をより良好に補正するには下記条件(11)を満足することが望ましい。
【0080】
(11)  N00d>1.55
条件(11)を満足すれば式(h)の第2項の値がより小さくなり、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質で発生するペッツバール和を十分に小さくすることが可能になる。もし、条件(11)を満足しないと媒質で発生するペッツバール和が補正不足となるため好ましくない。
【0081】
また、本発明のレンズ系を比較的広画角なレンズ系に適用する場合、レンズ全系の屈折力φを大きくする必要がある。これに加え軸上色収差を良好に補正するには、下記条件(12)を満足することが望ましい。
【0082】
(12)  0.5<aPAC<1.7
レンズ全系の屈折力φ(=φ+φ)を強くしていくと、式(i)で与えられる媒質の屈折力比aは1に近い値を持つことになる。また、前述のように、軸上色収差を良好に補正するにはaPACの値と媒質の屈折力aの値が近い値を持つことが望ましい。そのため、本発明のレンズ系において前記(12)を満足することが望ましい。つまり条件(12)を満足すれば軸上色収差を良好に補正することが可能である。もし、条件(12)の上限値の1.7を越えてしまうと軸上色収差が補正不足となる。また、下限値の0.5を越えると補正過剰となるため好ましくない。
【0083】
また、本発明の撮像レンズ系では均質レンズあるいはラジアル型屈折率分布レンズを、例えば、特定の波長成分をカットするローパスフィルターや赤外カットフィルターあるいはバンドカットフィルター等の効果を持つ光学素子とすることで高機能な撮像レンズを実現することも可能である。
【0084】
また、均質球面レンズを非球面とすることで諸収差をさらに良好に補正することが可能である。
【0085】
また、フォーカシングのための駆動機構の負担がさほど問題にならない場合は、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズを一体で動かす、いわゆる全体繰り出しを行うことも可能である。
【0086】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を下記の各実施例をもとに説明する。

Figure 2004004928
【0087】
Figure 2004004928
【0088】
Figure 2004004928
【0089】
Figure 2004004928
【0090】
Figure 2004004928
【0091】
Figure 2004004928
【0092】
Figure 2004004928
【0093】
Figure 2004004928
ただしr,r,・・・はレンズ各面の曲率半径、d,d,・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、n,n,・・・は各レンズのd線の屈折率、ν,ν,・・・は各レンズのアッベ数である。
【0094】
本発明の実施例1は図1に示すものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。負の第1レンズは物体側の面が凹面で像側の面が平面形状であり、この平面部でラジアル型屈折率分布レンズと密着されている。また、絞りSを均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの間に設けたことでレンズ系を通過する軸外光線の光線高を低くし、レンズの径を小さくするのに役立っている。
【0095】
本実施例の撮像レンズは像面位置にCCD等の固体撮像素子を配置することで、例えばビデオカメラやテレビ電話あるいはインターホンに用いられる撮像系として利用することが可能である。また、特定の波長成分をカットするためのフィルターFがラジアル型屈折率分布レンズの像側の面に接着あるいは密着されている。また、ラジアル型屈折率分布レンズあるいは均質レンズに特定の波長成分をカットするためのフィルター機能を持たせれば、図1中のフィルターFは用いずに済ませることもできる。また、フィルターはラジアル型屈折率分布レンズと離して配置することも可能である。
【0096】
また、実施例1では第1レンズを物体側に繰り出すことで至近距離物体へのフォーカシングを行う。そこで、均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズとは接着せずに密着するような構成とした。
【0097】
この実施例の近距離物体(物点位置100mm)へのフォーカシング時の第1レンズと第2レンズとの間隔は3.810mmで、絞りは第2レンズに密着されていて移動しない。
【0098】
また、実施例1では均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの外径が等しくなっているので、両レンズの光軸を比較的高い精度で容易に一致させることが可能である。
【0099】
また、本発明のレンズ系でフォーカシングを行わない場合は鏡枠等の簡素化のため均質レンズとラジアル型不均質レンズとを接着することもできる。
【0100】
また、実施例1では均質レンズが負の屈折力を持つので、軸上色収差を良好に補正するためラジアル型屈折率分布レンズの1/V10は正の小さい値を持たせるようにした。
【0101】
また、本発明の撮像レンズを安価に作製することを考えると、この実施例1のように均質レンズは凹面と平面形状であることが望ましい。片側の面が平面形状であれば研磨が極めて容易であり、安価に加工することが可能である。
【0102】
また、本発明の撮像レンズは直接球面加工されたラジアル型屈折率分布レンズにては持ち得ない収差補正のメリットを有する。図21は縦軸を屈折率n、横軸をアッベ数νとしたガラスマップであり、太線で囲われた領域は既存ガラスのおおよその存在範囲、矢印はラジアル型屈折率分布レンズの屈折率とアッベ数の変化、黒丸は光軸上の屈折率とアッベ数を表している。例えば、イオン交換法やゾルゲル法により作製されるラジアル型屈折率分布レンズ素材の光軸から周辺へ分布している屈折率とアッベ数の値は、素材の作製上、図21中の矢印Aで示されるようにほぼ既存ガラスの範囲内となる。そのため、例えば、図21中の矢印Bで示すような、光軸上の屈折率とアッベ数が既存ガラスの範囲内であり、周辺に行くにしたがい屈折率とアッベ数が既存ガラスの範囲から外れるようなラジアル型屈折率分布レンズ素材の作製は極めて困難である。しかし、諸収差の補正上このような素材が望まれる場合もある。例えば、矢印Bで表される素材は分散が小さいので色収差の補正に有利な素材である。ところが、本発明の撮像レンズを用いれば、ラジアル型屈折率分布レンズが既存ガラスの範囲内の素材であったとしても、前述の既存ガラスの範囲から外れるような屈折率分布を持つ素材とほぼ同様の効果を得ることが可能である。具体的に、実施例1を用いて説明する。矢印Aは実施例1のラジアル型屈折率分布レンズを表しN00=1.75,V00=45,V10≒200の値を持ち軸上色収差PACは下記式で表される。
【0103】
PAC=K(φ/45+φ/200)
また、矢印Bの軸上色収差PACは下式で表される。
【0104】
PAC=K(φ/70.21+φ/200)
ところが、本実施例1ではn=1.48749,ν=70.21の均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズで構成され、この組み合わせレンズの軸上色収差PACは下式となる。
【0105】
PAC=K(φ/70.21+φ/200)
そこで、φ≒φとなるように均質レンズの屈折力を選べば、実際には作製が困難である矢印Bで表される素材とほぼ同様の色収差補正効果を持つ撮像レンズを達成することができる。このように、本発明の撮像レンズでは、所望の均質レンズを選択することで収差補正の自由度が大きくなるというメリットがある。
【0106】
実施例1の撮像レンズの収差状況は、図9,図10に示す通りで、図9は無限遠物点、図10は近距離物点に対するものである。これら収差図の通り、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0107】
本発明の実施例2は図2に示すものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。また、第1レンズは凹面を像側に向けたメニスカス形状であり、像面側の面の有効径よりも外周部に平面部1を有し、この平面部1でラジアル型屈折率分布レンズと接着あるいは密着されている。また、特定の波長成分をカットするためのフィルターFがラジアル型屈折率分布レンズの像側に用いられている。
【0108】
実施例2は実施例1で用いた撮像レンズの均質レンズをメニスカス形状の均質レンズと交換したものであり、ラジアル型屈折率分布レンズは共通であるにもかかわらず、焦点距離の異なる撮像レンズを実現した例である。つまり、本発明の撮像レンズは図22に示すようにラジアル型屈折率分布レンズLを共通としr,d,nの異なる様々な形状の均質レンズ、例えばLh1,Lh2,Lh3を組み合わせることで、ラジアル型屈折率分布レンズが1種類であるにも拘らず焦点距離や諸収差の発生量が異なる撮像レンズLc1,Lc2,Lc3を達成することができる。このようにラジアル型屈折率分布レンズを共通部品として使えるため、白色光源下で用いる様々なレンズ系に対応できるにもかかわらず、安価なレンズ系を実現することが可能である。
【0109】
また、絞りsを均質レンズの物体側に設けたことにより、特に軸外収差を良好に補正することが可能になった。
【0110】
また、本実施例は比較的焦点距離が長く、特に軸上色収差の補正が難しいことから、均質レンズにアッベ数が1/ν>0.03を満足するような高分散ガラスを用いるようにした。また、絞りが最も物体側に設けられているので、均質レンズに高分散ガラスを用いたことは倍率の色収差を良好に補正する上でも望ましい。
【0111】
また、均質レンズの像面側の面に非球面を用いたことで、諸収差を良好に補正している。なお、実施例中で用いた非球面形状は以下の式で表されるものである。
Figure 2004004928
【0112】
ただし、上記式はx軸を光軸方向にとり、y軸を光軸と直角方向にとったもので、rは光軸上の曲率半径、Pは円錐定数、A2iは非球面係数である。
【0113】
実施例2も第1レンズを物体側へ移動させてフォーカシングを行なう。この実施例2の近距離物体(物点距離100mm)へのフォーカシング時の第1レンズと第2レンズの間隔は1.5151mmで、絞りは第1レンズとともに移動する。
【0114】
実施例2の収差状況は、図11,図12に示す通りで、図11は無限遠物点、図12は近距離物点に対するものである。この実施例2の撮像レンズは、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0115】
本発明の実施例3は図3に示すものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。また、第1レンズは平凹レンズであり、像側の面の有効径よりも外周部に平面部1を有し、この平面部1でラジアル型屈折率分布レンズと接着あるいは密着されている。また、絞りSはラジアル型屈折率分布レンズの物体側の面から像側に向かって1mmの位置に設けられている。また、ラジアル型屈折率分布レンズの像側に特定の波長成分をカットするためのフィルターFが用いられている。
【0116】
実施例3は均質レンズの負の屈折力を大きくしたことによって、レンズ系の広角化を達成した例であり、例えば内視鏡の対物レンズ等に用いることが可能である。実施例3の如く本発明の撮像レンズを広画角なレンズに適用する場合は、下記の条件(13)を満足することが望ましい。
【0117】
(13)  −1.5<f/f<−0.4
もし、条件(13)の上限値の−0.4を越えると広画角化を達成することが困難となる。また、下限値の−1.5を越えるとペッツバール和が補正過剰になり像面が物体から遠ざかる方向に倒れてくるため好ましくない。
【0118】
また、本実施例は広画角なレンズ系であるため特にペッツバール和の補正が困難であるがラジアル型屈折率分布レンズがN00d>1.6を満足することでこれを良好に補正している。ただし、N00d>1.65を満足すればペッツバール和をさらに良好に補正できるのでより望ましい。
【0119】
また絞りをラジアル型屈折率分布レンズ内部に設けたことでレンズの径を小さくすることに加えて、特に軸外収差を良好に補正することが可能になった。
【0120】
また、本発明の撮像レンズの均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズとを接着する場合、図3中に1で示す平面部に接着材を塗布して組立てもよいが、図3中の符号Bにて示す部分を図3(B)に4にて示すようにレンズの外周部に接着剤を塗布して接着することも可能である。
【0121】
実施例3の収差状況は、図13に示す通りである。この実施例3の撮像レンズは、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0122】
本発明の実施例4は図4に示すものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。また、第1レンズは凹平形状のレンズであり、像面側でラジアル型屈折率分布レンズと接着あるいは密着されている。また、固体撮像素子あるいは固体撮像素子ユニットCがラジアル型屈折率分布レンズの像側部分に接着あるいは密着しており、小型化あるいは鏡枠構成の簡素化に効果がある。
【0123】
また、画角が比較的狭いレンズ系に本発明の撮像レンズを適用する場合は、負の屈折力の均質レンズが極端に大きな値を持つことは好ましくなく、下記の条件(14)を満足することが望ましい。
【0124】
(14)  −0.8<f/f<−0.1
もし、条件(14)の下限値の−0.8を越えるとペッツバール和が補正過剰となり、像面が物体から遠ざかる方向に倒れてくる。また、上限値の−0.1を越えるとペッツバール和が補正不足となり像面が物体側に倒れてくるため好ましくない。
【0125】
また、透過率やフレアーが問題となる光学系に本発明の撮像レンズを適用する場合は、ラジアル型屈折率分布レンズのレンズ全長を40mm程度以下にすることが望ましい。また、本実施例の如くラジアル型屈折率分布レンズが25mm程度以下であればさらに良好な結像性能を持つレンズ系を達成できる。
【0126】
また、レンズ外周側面でのフレアーを防止するためには、レンズの外周側面を梨地状にしたり、レンズ外周側面に黒色などの比較的濃い色の塗料をぬることが効果的である。
【0127】
実施例4の収差状況は、図14に示す通りである。この図に示すように実施例4の撮像レンズは、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0128】
実施例5は図5に示す構成のものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。また、第1レンズは両凹形状のレンズであり、像面側の平面部1でラジアル型屈折率分布レンズと接着あるいは密着されている。また、明るさ絞りSがラジアル型屈折率分布レンズの物体側の面から像面側へ5mmの所に設けられている。さらに、フレアー成分等をカットするための視野絞りFSがラジアル型屈折率分布レンズに設けられている。これらの、絞りはラジアル型屈折率分布レンズの外周部から切り込みを入れて、切り込んだ面に光束を遮断するような塗料を塗るか、あるいはラジアル型屈折率分布レンズを切断して切断面に絞りを印刷、蒸着あるいは薄板を挟み込んで再度接着あるいは密着して作製できる。
【0129】
実施例5の収差状況は、図15に示す通りである。この図に示すように実施例5の撮像レンズは、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0130】
本発明の実施例6は図6に示すものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。また、第1レンズは凹平形状のレンズであり、像側の面でラジアル型屈折率分布レンズと接着あるいは密着されている。
【0131】
また、ラジアル型屈折率分布レンズの直径を均質レンズの直径と異なる様にし又鏡枠あるいは鏡枠の一部6を効率的に配置できたことでレンズ系の小型化を達成している。
【0132】
実施例6の収差状況は図16に示す通りである。この図の通り実施例6の撮像レンズではレンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0133】
本発明の実施例7は図7に示すものである。つまり、物体側より順に両平面の形状の正の屈折力を持つラジアル型不均質レンズの第1レンズと負の屈折力の均質レンズの第2レンズからなる。第2レンズの均質レンズは凹平形状であり物体側の面の有効径よりも外周部に平面部1を有し、この平面部でラジアル型不均質レンズと接着あるいは密着されている。また、絞りSがラジアル型不均質レンズ物体側の面よりも像側に2.7369mmの位置に設けられている。
【0134】
実施例7は等倍結像の光学系となっており、像面位置に固体撮像素子を配置すればビデオマイクロスコープ等の撮像レンズ系として用いることが可能である。
【0135】
実施例7の収差状況は図17に示す通りである。この図のように実施例7の撮像レンズは、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0136】
実施例8は図8に示す構成のものである。つまり、物体側より順に負レンズの第1レンズと正レンズの第2レンズの2枚構成で第2レンズが両平面のラジアル型屈折率分布レンズで構成された撮像レンズである。また、第1レンズは両凹形状のレンズであり、像面側の平面部1とラジアル型屈折率分布レンズの平面部8で間隔環7を挟んでいる。また、明るさ絞りSがラジアル型屈折率分布レンズ物体側の面から3.8973mmの所に設けられている。第1レンズと第2レンズの間隔を変化させてフォーカシングを行う場合は、図8(B)において第1レンズ、間隔環7、ラジアル型屈折率分布レンズを接着せずに配置することが望ましいが、第1レンズと間隔環7、あるいは間隔環7とラジアル型屈折率分布レンズを接着することも可能である。また、実施例8では間隔環7が両平面の形状の薄板となっているが、例えば、図23の斜線部で示す様に間隔環7を光軸に対して斜めの面を持つような形状にすることも可能である。図23の場合は、間隔環7の平面部とラジアル型屈折率分布レンズLの平面部6とを密着させ密着面をスライドさせることにより、両レンズの光軸位置が一致するように調節することができる。また、図24に示すように均質凹レンズの比較的鋭利な部位8をラジアル型屈折率分布レンズに密着させ、間隔環を介さずに両レンズの光軸を一致させるための調整をすることも可能である。
【0137】
また、より高い結像性能を達成するには均質レンズが本実施例の如く、両凹形状であることが望ましい。両凹形状であれば両面に負の屈折力を分配できるので、このレンズで発生する諸収差を小さくすることが可能である。
【0138】
この実施例8において、近距離物体(物点距離100mm)へのフォーカシング時の第1レンズと第2レンズの間隔は0.6148mmで、絞りは第2レンズ(屈折率分布レンズ)中に固定されている。
【0139】
実施例8の収差状況は、図18に示す通りである。この図のように実施例8の撮像レンズは、レンズ枚数が2枚であるにも拘らず諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【0140】
次に、本発明の撮像レンズを製作する場合について従来例と比較しながら図25,図26を用いて詳細に説明する。
【0141】
図25は従来例を表しており、ラジアル型屈折率分布レンズに直接球面加工を施す場合のモデルである。図25(A)は球面加工前の円柱形状のラジアル型屈折率分布レンズと屈折率分布を表した図であり、図中Lはラジアル型屈折率分布レンズ、n(r)は半径rの点での屈折率を表し、媒質の光軸10は外周部13の中心軸と一致している。図25(B)は片側の面14を球面に加工した場合の理想的な例であり、面と媒質の光軸は一致している。しかし、実際の加工の場面では図25(B)の如く面Rを高い精度で容易に加工することは困難であり、図25(C)に示す様に、媒質の光軸10と面Rの光軸15は、媒質の光軸と垂直な方向16にδ、傾き角εの偏心が生じてしまう場合がある。均質レンズの場合はこの様な偏心が生じても、研磨面の光軸を衝としてレンズ外周を切削する心取り加工ができるため偏心は問題とならないが、ラジアル型屈折率分布レンズの場合は媒質の光軸が外周部に対して偏心してしまうため心取り加工ができない。
【0142】
そこで、本発明のレンズ系では図26に示すモデルの如く、両平面の形状のラジアル型屈折率分布レンズと平面部19を有する均質球面レンズを接着あるいは密着させて用いるようにした。図26(A)は、両面を平面加工したラジアル型屈折率分布レンズLと片側に平面部19を有する均質レンズLを表している。ラジアル型屈折率分布レンズLの媒質の光軸10は外周部13の中心軸と一致しており、また、均質レンズLは心取り加工が可能なため面Rの光軸16は外周部21の中心軸と高い精度で容易に一致させることができる。図26(B)はラジアル型屈折率分布レンズLと均質レンズLとをそれぞれの平面部20および19とで接着あるいは密着させた図を表している。このとき、例えば、ラジアル型屈折率分布レンズの外周部13と均質レンズLの外周部21が一致するようにすれば、ラジアル型屈折率分布レンズの媒質の光軸と均質レンズの光軸とを容易に一致させることができる。
【0143】
また、図25に示す従来の方法では球面加工の際に偏心が生じた場合、ラジアル型屈折率分布レンズLは利用できなくなるため歩留まりが悪くコスト高になるが、本発明の図26に示す方法では前述したように、球面加工の際の偏心は全く問題にならないので歩留まりを高くして極めて安価に加工することが可能である。また、ラジアル型屈折率分布レンズも両面が平面であるため、高精度かつ安価に加工することができる。
【0144】
また、図27は極めてシンプルな構造の鏡枠に本発明の撮像レンズを組み込んだ例である。図27中Lは凹レンズ、Lはラジアル型屈折率分布レンズ、25は鏡枠でこの場合は円筒形状である。また、26,27は固体撮像素子とその処理回路部を表し、28はレンズ保護のためのカバーガラスである。図27の様な構成とすれば、鏡枠25に均質レンズ、ラジアル型屈折率分布レンズを落し込むことが出来るので組立が極めて容易である。また、本実施例の様に撮像レンズが鏡枠で保持される場合は、必ずしも均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズとが接着されている必要はない。また、あらかじめ均質レンズとラジアル型屈折率分布レンズの心を合わせて接着し、その後鏡枠に組み込めば高い精度で組み立てることができる。また、このとき、撮像素子をあらかじめラジアル型屈折率分布レンズに接着することも可能である。
【0145】
また、カバーガラス28を特定の波長成分をカットするための光学フィルターで構成することも可能である。
【0146】
また、図28は本発明の撮像レンズでフォーカシングを行うための鏡枠を構造を表したものである。図28中Lは凹レンズ、Lはラジアル型屈折率分布レンズ、25は鏡枠でこの場合はラジアル型屈折率分布レンズLを保持している。また、26,27は固体撮像素子とその処理回路部を表し、29は鏡枠で均質レンズLを保持している。図28に示すように均質レンズLとラジアル型屈折率分布レンズLとが異なる鏡枠部品25,29で保持されていることでフォーカシングを行うことを可能としている。図28では鏡枠25と鏡枠29とは通常、銀塩カメラ等の鏡枠で用いられるようなカム溝を介して接続した構成となっているが、ネジ部を介して接続するあるいは接触面をなめらかな形状とし片方の鏡枠がスライドしてフォーカシングを行っても良い。
【0147】
下記の各項に示す撮像レンズも、本発明の目的を達成し得るものである。
【0148】
(1) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3に記載されているレンズ系で、下記条件(3)を満足する撮像レンズ。
【0149】
(3)  −1.5<f/f<−0.05
(2) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1)の項に記載されているレンズ系で、下記条件(4)を満足する撮像レンズ。
【0150】
(4)  0.5<t/f<9
(3) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1)又は(2)の項に記載されているレンズ系で、下記条件(5)を満足する撮像レンズ。
【0151】
(5)  1.5<t/f<7
(4) 特許請求の範囲の請求項2又は3あるいは前記の(1),(2)又は(3)の項に記載されているレンズ系で、下記条件(6)を満足する撮像レンズ。
【0152】
(6)  −0.01<1/V10<0.008
(5) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3)又は(4)の項に記載されているレンズ系で、下記条件(7)を満足する撮像レンズ。
【0153】
(7)  −0.2<N20×f<0.2
(6) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3)又は(4)の項に記載されているレンズ系で、下記条件(8)を満足する撮像レンズ。
【0154】
(8)  −0.05<N20×f<0.05
(7) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5)又は(6)の項に記載されているレンズ系で、下記条件(9)を満足する撮像レンズ。
【0155】
(9)  1/ν<0.03
(8) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5)又は(6)に記載されているレンズ系で、下記条件(10)を満足する撮像レンズ。
【0156】
(10)  1/ν<0.025
(9) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7)又は(8)に記載されているレンズ系で、下記条件(11)を満足する撮像レンズ。
【0157】
(11)  N00d>1.55
(10) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8)又は(9)に記載されているレンズ系で、下記条件(12)を満足する撮像レンズ。
【0158】
(12)  0.5<aPAC<1.7
(11) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9)又は(10)に記載されているレンズ系で、下記条件(13)を満足する撮像レンズ。
【0159】
(13)  −1.5<f/f<−0.4
(12) 特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9)又は(10)に記載されているレンズ系で、下記条件(14)を満足する撮像レンズ。
【0160】
(14)  −0.8<f/f<−0.1
【0161】
【発明の効果】
本発明の撮像レンズは、加工性に優れていて諸収差、特に軸上色収差と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】
【図1】本発明の実施例1の断面図
【図2】本発明の実施例2の断面図
【図3】本発明の実施例3の断面図
【図4】本発明の実施例4の断面図
【図5】本発明の実施例5の断面図
【図6】本発明の実施例6の断面図
【図7】本発明の実施例7の断面図
【図8】本発明の実施例8の断面図
【図9】本発明の実施例1の無限遠物点に対する収差曲線図
【図10】本発明の実施例1の近距離物点(物点距離100mm)に対する収差曲線図
【図11】本発明の実施例2の無限遠物点に対する収差曲線図
【図12】本発明の実施例2の近距離物点(物点距離100mm)に対する収差曲線図
【図13】本発明の実施例3の近距離物点(物点距離11mm)に対する収差曲線図
【図14】本発明の実施例4の無限遠物点に対する収差曲線図
【図15】本発明の実施例5の無限遠物点に対する収差曲線図
【図16】本発明の実施例6の無限遠物点に対する収差曲線図
【図17】本発明の実施例7の近距離物点(物点距離2.85mm)に対する収差曲線図
【図18】本発明の実施例8の無限遠物点に対する収差曲線図
【図19】本発明の実施例8の近距離物点(物点距離100mm)に対する収差曲線図
【図20】媒質の屈折力比aと軸上色収差およびペッツバール和との関係を示すグラフ
【図21】硝材の屈折率−アッベ数の分布を示す図
【図22】ラジアル型屈折率分布レンズと均質レンズとの組合わせの例を示す図
【図23】ラジアル型屈折率分布レンズの平面と均質レンズの凹面側との密着手段を示す図
【図24】ラジアル型屈折率分布レンズの平面と均質レンズの凹面側との他の密着手段を示す図
【図25】従来の製作例であるラジアル型屈折率分布レンズに直接球面加工を行なう例を示す図
【図26】本発明の撮像レンズの組合わせ例を示す図
【図27】本発明の撮像レンズの鏡枠への組込み例を示す図
【図28】本発明の撮像レンズの鏡枠への組込みの他の例を示す図[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging lens such as a video camera for performing electronic imaging.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of video cameras, videophones, camera-equipped doorphones, and the like using a solid-state imaging device such as a CCD, further miniaturization and cost reduction are required for lens systems used in these cameras. In general, about 3 to 6 lenses are required to obtain good optical performance with a fixed-focus lens system used for these, but it is desired to further reduce the number of lenses.
[0003]
As a means for reducing the number of lenses while maintaining desired performance, it has been conventionally known to use a radial type gradient index lens element in an optical system. For example, as a conventional example of a lens system composed of a single radial type gradient index lens, a lens system described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-175016 is known. However, in this conventional example, in order to improve the imaging performance, the F-number is extremely dark at 9.8 to 13.5 to balance various aberrations. As a conventional example of a lens system composed of two lenses, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-218614 is known. In this conventional example, various aberrations are satisfactorily corrected, but the cost increases because two radial type gradient index lenses are used. In addition, since the radial refractive index distribution lens has a spherical shape, it is difficult to easily match the optical axis of the surface with the optical axis of the medium with high precision in actual processing. It is not preferable in terms of realizing or realizing a lens system whose manufacturing cost is low.
[0004]
In order to solve the above-mentioned drawback, it is conceivable to form the radial type gradient index lens into a biplanar shape, but it is not preferable because the Petzval sum is insufficiently corrected as compared with the radial type gradient index lens having a spherical shape.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-59420 and 4-1992 disclose a conventional example in which a radial refractive index distribution lens having two flat surfaces and a homogeneous lens having one flat surface and the other surface being spherically processed are used. A lens system described in, for example, Japanese Patent Publication No. 114112 is known. However, these prior arts relate to a pickup lens used under a monochromatic light source, and there is no description in the publication about correction of chromatic aberration. Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-28514 and 2-284107 do not disclose any correction of chromatic aberration.
[0006]
Further, as a conventional lens system in consideration of chromatic aberration, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-184113 is known. In this conventional example, a radial type gradient index lens is used for a rigid mirror relay lens. This is an example. Since the refractive index difference between the optical axis of the radial type gradient index lens and the peripheral part is small and the lens length is very long, a special lens such as a rigid mirror relay lens that transmits an image multiple times with one lens is used. It can be used only for lens systems for various applications.
[0007]
As a lens system considering chromatic aberration, there is a conventional example described in JP-A-50-29238. In this conventional example, the refractive index difference from the optical axis to the periphery of a radial type gradient index lens is large. Therefore, it is difficult to actually manufacture a radial type gradient index lens material.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lens system having good imaging performance with two lenses.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The imaging lens according to the present invention includes a homogeneous lens having a negative refractive power and a radial refractive index distribution represented by the following equation (a) in which the refractive index is distributed in a radial direction from an optical axis having a positive refractive power. The lens system comprises a lens and satisfies the following condition (1).
[0010]
N (r) = N00+ N10r2+ N20r4... (a)
(1) -0.05 <1 / V10<0.01
Where r is the distance from the optical axis in the radial direction, N (r) is the refractive index distribution at the point of the distance r, Ni0Is the 2i order refractive index distribution coefficient, Vi0Represents the 2i-th order dispersion of the radial type gradient index lens and is given by the following equations (b) and (c).
[0011]
V00= (N00d-1) / (N00F-N00C) (I = 0) (b)
Vi0= Ni0d/ (Ni0F-Ni0C) {(I = 1, 2, 3,...)} (C)
Where N00d, N00F, N00CIs the refractive index on the optical axis of the d, F, and C lines, respectively, Ni0d, Ni0F, Ni0CAre the 2i-order refractive index distribution coefficients of the d, F, and C lines, respectively.
[0012]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has considered the following photographic lens having two lenses. That is, it is an imaging lens composed of one homogeneous lens and one radial type gradient index lens element. If the number of lenses is two, the cost required for polishing and assembly can be reduced, and the lens frame configuration can be simplified, so that an extremely inexpensive imaging lens can be achieved. In addition, by using a radial type gradient index lens element having a higher degree of freedom for aberration correction than a homogeneous lens, an imaging lens having high imaging performance can be achieved.
[0013]
Correction of chromatic aberration is particularly important for achieving an imaging lens with high imaging performance, and the radial type gradient index lens has excellent characteristics for correcting chromatic aberration.
[0014]
The axial chromatic aberration PAC of the radial type gradient index lens is approximated by the following equation (d).
[0015]
PAC = K (φS/ V00+ Φm/ V10) (D)
Where K is a constant dependent on the ray height of the on-axis ray and the final paraxial ray angle, φSAnd φmAre the refractive power of the thin wall of the surface of the radial type gradient index lens and the refractive power of the medium.
[0016]
As is clear from equation (d), V of the radial type gradient index lens element10Is set to an appropriate value, the amount of longitudinal chromatic aberration can be controlled.
[0017]
The imaging lens of the present invention satisfies the above condition (1) in order to favorably correct axial chromatic aberration.
[0018]
If this condition (1) is satisfied, it becomes possible to satisfactorily correct chromatic aberration generated in the radial type gradient index lens element. If the lower limit of -0.05 of the condition (1) is exceeded, axial chromatic aberration will be overcorrected. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of 0.01, axial chromatic aberration is insufficiently corrected, which is not preferable.
[0019]
Further, the lens system of the present invention makes it possible to satisfactorily correct the Petzval sum of the entire lens system by giving the homogeneous lens a negative refractive power. If the homogeneous lens has a positive refractive power, the Petzval sum of the entire lens system is insufficiently corrected, and the image plane is undesirably tilted to the object side.
[0020]
According to the second configuration of the present invention, there is provided a homogeneous lens having a negative refractive power and a radial refraction represented by the above-mentioned formula (a) in which a refractive index is distributed in a radial direction from an optical axis having a positive refractive power. The radial type gradient index lens element is composed of a refractive index distribution lens, and is characterized by satisfying the following condition (2):
[0021]
(2) 1 / V10<1 / νh
Where νhIs the Abbe number of a homogeneous lens.
[0022]
By using two lenses, a relatively inexpensive imaging lens system can be achieved. However, in order to obtain a more inexpensive lens system, it is desirable that the radial type gradient index lens element has a biplanar shape. If the shape of the surface is flat, processing can be performed at extremely low cost as compared with the case of processing a spherical surface. Further, if the radial type gradient index lens is formed into a shape of both planes, the eccentricity between the surface of the radial type gradient index lens and the medium, which is a problem in actual processing, can be prevented, and assembly adjustment can be facilitated. .
[0023]
However, if the radial type gradient index lens is formed in a shape of both planes, the degree of freedom of aberration correction is reduced, and in particular, the Petzval sum may be insufficiently corrected.
[0024]
In the present invention, if the refractive power arrangement of the homogeneous lens and the radial type gradient index lens is set to an appropriate value, the Petzval sum can be satisfactorily corrected, and an imaging lens having excellent workability, inexpensiveness and high imaging performance can be obtained. I can do it.
[0025]
Next, aberration correction will be described in detail.
[0026]
In order to construct an imaging lens with two lenses, a homogeneous lens and a radial type gradient index lens on both planes, in order to obtain good optical performance, first consider Petzval sum and chromatic aberration among various aberrations. I have to. This is because the amount of generation of both aberrations is substantially determined by the refractive power arrangement of the lens system, and once determined, it becomes difficult to correct the lens due to bending of the lens.
[0027]
Here, the Petzval sum PTZ of the radial type gradient index lens is approximated by the following equation (e).
[0028]
PTZ = φS/ N00+ Φm/ N00 2(E)
Also, the refractive power φ of the medium of the radial type gradient index lens elementmIs approximated by the following equation (f).
[0029]
φm≒ -2N10tG(F)
Where tGIs the thickness of the radial type gradient index lens.
[0030]
In the imaging lens of the present invention, the radial type gradient index lens has a two-sided planar shape in order to improve manufacturability.S≒ 0, and Equations (d) and (e) have only the second term. Further, since the homogeneous lens is in close contact, the axial chromatic aberration and Petzval sum of the imaging lens of the present invention are represented by the following equations (g) and (h).
[0031]
PAC = K (φh/ Νh+ Φm/ V10) (G)
PTZ = φh/ Nh+ Φm/ N00 2(H)
Where φhIs the refractive power of a thin homogeneous lens, νhIs the Abbe number of a homogeneous lens, nhIs the refractive index of the homogeneous lens.
[0032]
From the above equations (g) and (h), the refractive power and V of the homogeneous lens and the radial type gradient index lens are calculated.10It can be understood that desired values of the axial chromatic aberration and Petzval sum can be obtained by changing the parameters in the equations such as.
[0033]
In order to favorably correct axial chromatic aberration, the Abbe number is νhIn order to reduce axial chromatic aberration as compared with a homogeneous lens having the same refractive power φ as the imaging lens, it is necessary to satisfy the following expression.
[0034]
K (φh/ Νh+ Φm/ V10) <K (φ / νh)
Where φ = φm+ Φh
Expanding the above equation, φm/ V10m/ ΝhFrom this, the conditional expression (2) is derived.
[0035]
In other words, the Abbe number ν of a homogeneous lenshNumber and medium Abbe number V of radial type gradient index lens10Satisfies the relationship of the condition (2), it is possible to satisfactorily correct axial chromatic aberration. Condition (2) is a necessary condition for favorably correcting longitudinal chromatic aberration with the imaging lens of the present invention. If condition (2) is not satisfied, longitudinal chromatic aberration will be insufficiently corrected, which is not preferable.
[0036]
From equation (g), in order to favorably correct longitudinal chromatic aberration, it is necessary to set the refractive power arrangement of the homogeneous lens and the radial type gradient index lens to an appropriate value in addition to the condition (2). However, in setting the refractive power arrangement, it is necessary to sufficiently consider correction of Petzval sum in addition to chromatic aberration. This is because the amount of generation of the Petzval sum is substantially determined by the refractive power arrangement of the lens system as in the case of the chromatic aberration, as is apparent from the equation (h).
[0037]
Here, from the equations (g) and (h), the arrangement of the refractive power for simultaneously correcting the axial chromatic aberration of the imaging lens and the Petzval sum is considered. First, when the refractive power ratio a of the medium given by the following equation (i) is introduced into the equations (g) and (h), the equations (g ') and (h') are obtained, respectively.
[0038]
a = φm/ Φ (φ = φm+ Φh) (I)
PAC = Kφ {(νh-V10) A + V10} / (ΝhV10) (G ’)
PTZ = φ {(nh-N00 2) A + N00 2} / (NhN00 2) (H ')
Here, FIG. 20 is a graph of the equations (g ′) and (h ′) for easy understanding. In FIG. 20, the horizontal axis represents the refractive power ratio a of the medium, and the vertical axis represents the axial chromatic aberration PAC of the imaging lens and the Petzval sum PTZ. Also, a in FIG.PACIs the value of the refractive power ratio a of the medium when PAC = 0 in equation (g '), aPTZIs the value of the refractive power ratio a of the medium when PTZ = 0 in the equation (h '), and these are given by the following equations (j) and (k).
[0039]
aPAC= V10/ (V10−νh) (J)
aPTZ= N00 2/ (N00 2-Nh) (K)
From FIG. 20, to simultaneously correct longitudinal chromatic aberration and Petzval sum, first aPACAnd aPTZNeed to have close values. For example, aPACAnd aPTZIf the signs are different, it is impossible to simultaneously correct the axial chromatic aberration and the Petzval sum with the imaging lens. In addition to this, if the value of the refractive power ratio a of the medium also has a value close to these values, it is possible to achieve an imaging lens in which the axial chromatic aberration and the Petzval sum are corrected extremely well.
[0040]
Here, the refractive index N on the optical axis in the production of the refractive index distribution material00Does not differ significantly from the refractive index of existing homogeneous glass,00Is about 1.5 to 1.9. Also, the refractive index n of the homogeneous glasshIs also about 1.5 to 1.9, so that equation (k) satisfies the following condition (k ′).
[0041]
aPTZ= N00 2/ (N00 2-Nh)> 1 '(k')
If the imaging lens of the present invention satisfies the condition (1), the expression (j) satisfies the following condition (j ′).
[0042]
aPTC= V10/ (V10−νh)> 0 '(j')
From this, a when the axial chromatic aberration and the Petzval sum are favorably corrected,PACAnd aPTZIs 0 or more. Therefore, it is necessary that the refractive power ratio of the medium also becomes 0 or more.
[0043]
According to the relational expression (k '), it is more desirable that the value of the refractive power ratio a of the medium is 1 or more.
[0044]
That is, it is desirable that the refractive power of the medium of the radial type gradient index lens and the refractive power arrangement of the homogeneous lens have a relationship represented by the following equation (1).
[0045]
φm/ (Φm+ Φh)> 1 (l)
If the refractive power of the radial type gradient index lens and the homogeneous lens constituting the imaging lens satisfy Expression (1), it is possible to satisfactorily correct axial chromatic aberration and Petzval sum. If the condition (1) is not satisfied, it is difficult to simultaneously correct longitudinal chromatic aberration and Petzval sum.
[0046]
Further, since the imaging lens of the present invention has a positive refractive power, in order to satisfy the expression (1), φm> 0 and φhIt is necessary to satisfy <0. That is, it is necessary that the refractive power of the medium of the radial type gradient index lens has a positive value and the refractive power of the homogeneous lens has a negative value. If the homogeneous lens has a positive value, it becomes difficult to satisfactorily correct Petzval sum and axial chromatic aberration.
[0047]
In order to match the optical axes of the homogeneous lens and the radial type gradient index lens with high accuracy, at least a part or all of the surface of one side of the homogeneous lens has a planar shape, and the radial type refractive index It is desirable to adhere or adhere to the rate distribution lens. For example, by making the outer diameters of a homogeneous lens and a radial type gradient index lens equal, and adhering or adhering the two surfaces on a flat surface against the outer diameter, the optical axes of both lenses can be easily matched with high accuracy. It is possible. Another method is to measure the optical axis position of one or both of a homogeneous lens and a radial type gradient index lens, adjust the lens positions so that the optical axes of both lenses coincide, and bond or adhere both lenses. For example, the optical axes can be matched. At this time, the adjustment is extremely easy if both lenses have a flat portion and the two lenses are in contact with each other at this flat portion. In addition, there is an advantage that the lens frame structure can be simplified if both lenses are adhered or adhered. Further, even if a ring (spacer) or the like for adjusting the lens interval is inserted between the homogeneous lens and the radial type gradient index lens, substantially the same effects as described above can be obtained.
[0048]
Further, the third configuration of the present invention is represented by the above equation (a) in which the refractive index is distributed in the radial direction from the optical axis having the positive refractive power and the homogeneous lens having the negative refractive power in order from the object side. Focusing on a close-range object is performed by changing the distance between the homogeneous lens and the radial type gradient index lens.
[0049]
When the imaging lens of the present invention is applied to a video camera or the like that requires relatively high optical performance, it is necessary to sufficiently consider focusing. In other words, it is necessary that various aberrations from an object at infinity to an object at a close distance be properly corrected. In order to achieve further miniaturization, it is desirable that the burden on the drive mechanism for focusing be as small as possible.
[0050]
For the above reasons, in the imaging lens of the present invention, focusing is performed by changing the distance between the homogeneous lens and the radial type gradient index lens as described above. In other words, if focusing is performed using only one of the lenses, the load on the drive mechanism is extremely small because the movable lens is light, and the lens frame and the drive mechanism can be formed in a compact configuration. obtain. In order to reduce aberration fluctuation during focusing, it is possible to move the entire lens system to perform focusing, that is, so-called whole extension, but the weight of the movable lens increases and the load on the drive mechanism increases. However, it is not preferable because an imaging lens having a compact configuration cannot be achieved.
[0051]
Further, in order to reduce aberration fluctuations during focusing, it is desirable to perform focusing by moving only a homogeneous lens having a negative refractive power. Further, it is desirable that a negative homogeneous lens and a positive radial type gradient index lens are arranged in order from the object side, and the negative first lens is extended toward the object side to perform focusing on a close object. When the first lens is moved toward the object side to perform focusing on a close object, the fluctuation of the ray height of the axially incident light beam is extremely small, so that the fluctuation of the spherical aberration particularly during focusing can be reduced. Further, since the amount of generation of the axial chromatic aberration and the Petzval sum does not change so much, it is possible to obtain good imaging performance.
[0052]
Further, as described above, in order to easily match the optical axis of the homogeneous lens with the optical axis of the radial type gradient index lens element with high accuracy, a part or all of at least one surface of the homogeneous lens is formed into a planar shape. It is desirable to adhere or adhere to the radial type gradient index lens directly or via an interval ring or the like at the portion. However, when focusing is performed by changing the distance between the homogeneous lens and the radial type gradient index lens, the two lenses are once brought into close contact with each other directly or via an interval ring at the time of assembling, and the optical axis positions coincide at that time. It is desirable to adjust the positions of both lenses as described above.
[0053]
Further, the lens system of the present invention can be applied to an imaging system using an image guide composed of a solid-state imaging device such as a CCD or a fiber bundle, but in that case, in order to secure a sufficient amount of peripheral light, in order from the object side. , A first lens having a negative refractive power and a second lens having a positive refractive power. With a negative-positive configuration in order from the object side, the angle of incidence of off-axis rays on the image plane can be made closer to vertical. In other words, it can be made closer to parallel to the optical axis, and sufficient peripheral light quantity can be secured. If the configuration is positive-negative in order from the object side, it is difficult to make the incident angle of the off-axis ray on the image plane close to vertical, and it is difficult to secure a sufficient amount of peripheral light.
[0054]
In the imaging lens of the present invention, in order to favorably correct axial chromatic aberration and Petzval's sum, it is desirable that the homogeneous lens has a somewhat large negative refractive power. As described above, the refractive power of the medium of the radial type gradient index lens has a positive value, and the refractive power of the homogeneous lens has a negative value, which is necessary for satisfactorily correcting axial chromatic aberration and Petzval sum. Condition. In this case, if the refractive power of the homogeneous lens is as small as possible, it becomes difficult to satisfactorily correct the Petzval sum in particular.
[0055]
For the above reasons, it is desirable that the lens system of the present invention satisfies the following condition (3).
[0056]
(3) −1.5 <f / fh<-0.05
Where f is the focal length of the entire photographing lens system, fhIs the focal length of the homogeneous lens.
[0057]
If the imaging lens of the present invention satisfies the above condition (3), it becomes possible to favorably correct the Petzval sum. If the value exceeds the upper limit of -0.05 of the condition (3), the Petzval sum is insufficiently corrected, and the image plane is tilted to the object side, which is not preferable. On the other hand, if the value exceeds the lower limit of -1.5, the Petzval sum becomes excessively corrected, and the image plane is tilted away from the object, which is not preferable.
[0058]
When the first lens is composed of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens in order from the object side and the first lens is used for focusing, if the first lens is extended to the object side, off-axis aberrations, particularly Although the distortion tends to be large, the distortion can be satisfactorily corrected by setting the negative refractive power of the first lens to an appropriate value. Therefore, when the first lens is used for focusing in the imaging lens of the present invention, it is desirable that the above condition (3) is satisfied.
[0059]
If the focal length of the first lens satisfies the condition (3), it is possible to reduce the fluctuation of off-axis aberration due to focusing. If the lower limit of -1.5 of the condition (3) is exceeded, the negative refractive power of the first lens becomes too large, and the off-axis aberration is deteriorated. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of -0.05, the negative refractive power becomes weak, the moving distance for focusing becomes long, and it becomes difficult to reduce the size of the lens system.
[0060]
Further, since the imaging lens of the present invention has a positive refractive power, it tends to generate negative spherical aberration in the whole system. However, the imaging lens is constituted by a homogeneous lens having a negative refractive power and a radial type gradient index lens on both planes. As a result, it is possible to make a good correction. For example, if a radial type gradient index lens having a positive refractive power is provided with a concave surface instead of both flat surfaces, the refractive index of the concave surface decreases from the optical axis to the periphery, so the amount of positive spherical aberration generated Has the effect of reducing Therefore, in such an imaging lens, the negative spherical aberration is insufficiently corrected.
[0061]
However, since the radial type gradient index lens used in the imaging lens of the present invention has a planar shape, no spherical aberration occurs on the surface, and a positive spherical aberration occurs on a homogeneous lens having a negative refractive power. In this case, it becomes possible to favorably correct spherical aberration.
[0062]
As described above, the imaging lens of the present invention is excellent in manufacturability, and the axial chromatic aberration and Petzval's sum are satisfactorily corrected, and in addition, the spherical aberration can be satisfactorily corrected.
[0063]
When the imaging lens of the present invention is applied to a video camera or the like, it is desired that the angle of view be wide to some extent. In the imaging lens of the present invention, by adding a negative lens to the object side of the radial type gradient index lens, it becomes possible to widen the angle of view. In addition, it is desirable to increase the refractive power of the radial type gradient index lens to some extent. If the refractive power of the radial type gradient index lens element is large, a lens system having a short focal length of the entire system and a wide angle of view can be achieved.
[0064]
Here, it is considered to increase the refractive power of the medium of the radial type gradient index lens. From the above equation (f), to increase the refractive power of the medium, N10Or tGIt is necessary to increase. However, in the production of the refractive index distribution material, N10It is not preferable since it is difficult to produce a material having an extremely large Therefore, in the present invention, N10It was considered that the radial type gradient index lens should have an appropriate lens thickness so as to obtain a sufficient refractive power without excessively increasing the refractive index. That is, in the lens system of the present invention, it is desirable that the radial type gradient index lens satisfy the following condition (4).
[0065]
(4) $ 0.5 <tG/ F <9
Here, f is the focal length of the entire imaging lens system.
[0066]
If the condition (4) is satisfied, it is possible to effectively use the effect of correcting the axial chromatic aberration and the Petzval sum. If the lower limit of 0.5 of the condition (4) is exceeded, the refractive power of the radial type gradient index lens element will be weak, and it will be difficult to effectively use the correction effects of axial chromatic aberration and Petzval sum. On the other hand, if the value exceeds the upper limit of 9, the thickness of the lens becomes too large and an image is formed inside the lens, which is not preferable.
[0067]
Further, when the imaging lens of the present invention is applied to an imaging system that requires finer pixel pitch of a solid-state imaging device and requires higher performance imaging performance, it is preferable that the following condition (5) is further satisfied.
[0068]
(5) 1.5 <tG/ F <7
If the lower limit of 1.5 of the condition (5) is exceeded, the refractive power of the imaging lens becomes weak, and the effect of correcting axial chromatic aberration and Petzval sum is effectively used in a lens system requiring high-performance imaging performance. It becomes difficult. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of 7, the lens becomes thick and the transmittance and the flare deteriorate, so that it is difficult to achieve high-performance imaging performance.
[0069]
Further, when the imaging lens of the present invention is applied to a lens system requiring higher imaging performance, it is desirable that the following condition (6) is satisfied.
[0070]
(6) Δ−0.01 <1 / V10<0.008
If the radial type gradient index lens satisfies the condition (6), it may be possible to correct axial chromatic aberration more favorably. If the value exceeds the upper limit of 0.008 of the condition (6), the axial chromatic aberration is insufficiently corrected, which is not preferable. On the other hand, when the value exceeds the lower limit of -0.01, axial chromatic aberration is excessively corrected, which is not preferable.
[0071]
The radial type gradient index lens has a fourth order term N of the refractive index distribution.20It is possible to control the amount of spherical aberration by changing the value of. In order to favorably correct spherical aberration in the imaging lens of the present invention, it is desirable to satisfy the following condition (7).
[0072]
(7) −0.2 <N20× f4<0.2
If the radial type gradient index lens satisfies the condition (7), it is possible to satisfactorily correct spherical aberration. If the value exceeds the upper limit of 0.2 of the condition (7), the spherical aberration is excessively corrected, which is not preferable. If the lower limit of -0.2 is exceeded, the spherical aberration will be insufficiently corrected, which is not preferable.
[0073]
Further, when the imaging lens of the present invention is applied to a lens system requiring higher imaging performance, it is desirable that the following condition (8) is satisfied.
[0074]
(8) -0.05 <N20× f4<0.05
If the radial type gradient index lens satisfies the condition (8), it becomes possible to correct spherical aberration more favorably. If the value exceeds the upper limit of 0.05 of the condition (8), spherical aberration is excessively corrected, and high-performance imaging performance cannot be achieved. On the other hand, when the value exceeds the lower limit of -0.05, spherical aberration is insufficiently corrected, and high-performance imaging performance cannot be achieved.
[0075]
Further, when the imaging lens of the present invention satisfactorily corrects not only longitudinal chromatic aberration but also lateral chromatic aberration, it is desirable to satisfy the following condition (9).
[0076]
(9) 1 / νh<0.03
Since the imaging lens of the present invention has different ray heights of the off-axis chief ray passing through the homogeneous lens and the radial type gradient index lens, any of the lenses can be used to correct chromatic aberration of magnification in addition to axial chromatic aberration. It is desirable that the amount of chromatic aberration be small. For the radial type gradient index lens element, the amount of chromatic aberration can be reduced by satisfying the condition (2). Therefore, it is desirable that the homogeneous lens satisfies the condition (9). If the condition (9) is satisfied, it is possible to reduce the chromatic aberration of magnification in addition to the axial chromatic aberration. If the condition (9) is not satisfied, it becomes difficult to satisfactorily correct lateral chromatic aberration.
[0077]
Further, when the imaging lens of the present invention is applied to a lens system requiring higher imaging performance, it is desirable that the following condition (10) is satisfied.
[0078]
(10) 1 / νh<0.025
If the condition (10) is satisfied, chromatic aberration of magnification can be corrected more favorably. If the condition (10) is not satisfied, chromatic aberration of magnification is insufficiently corrected, and high-performance imaging performance cannot be achieved.
[0079]
For better correction of Petzval sum in the imaging lens system of the present invention, it is desirable to satisfy the following condition (11).
[0080]
(11) N00d> 1.55
If the condition (11) is satisfied, the value of the second term of the expression (h) becomes smaller, and the Petzval sum generated in the medium of the radial type gradient index lens can be sufficiently reduced. If the condition (11) is not satisfied, the Petzval sum generated in the medium is insufficiently corrected, which is not preferable.
[0081]
Further, when the lens system of the present invention is applied to a lens system having a relatively wide angle of view, it is necessary to increase the refractive power φ of the entire lens system. In addition, in order to favorably correct longitudinal chromatic aberration, it is desirable to satisfy the following condition (12).
[0082]
(12) 0.5 <aPAC<1.7
Refractive power of the whole lens system φ (= φm+ Φh), The refractive power ratio a of the medium given by equation (i) has a value close to 1. In addition, as described above, in order to favorably correct longitudinal chromatic aberration, aPACIs preferably close to the value of the refractive power a of the medium. Therefore, it is desirable that the lens system of the present invention satisfies the condition (12). That is, if the condition (12) is satisfied, it is possible to satisfactorily correct longitudinal chromatic aberration. If the value exceeds the upper limit of 1.7 of the condition (12), the axial chromatic aberration is insufficiently corrected. If the value exceeds the lower limit of 0.5, the correction becomes excessive, which is not preferable.
[0083]
Further, in the imaging lens system of the present invention, the homogeneous lens or the radial type gradient index lens is an optical element having an effect such as a low-pass filter, an infrared cut filter, or a band cut filter for cutting a specific wavelength component. It is also possible to realize a high-performance imaging lens.
[0084]
In addition, by making the homogeneous spherical lens an aspherical surface, various aberrations can be corrected more favorably.
[0085]
If the load on the driving mechanism for focusing does not cause much problem, it is also possible to perform so-called whole feeding, in which the homogeneous lens and the radial type gradient index lens are moved integrally.
[0086]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described based on the following examples.
Figure 2004004928
[0087]
Figure 2004004928
[0088]
Figure 2004004928
[0089]
Figure 2004004928
[0090]
Figure 2004004928
[0091]
Figure 2004004928
[0092]
Figure 2004004928
[0093]
Figure 2004004928
Where r1, R2,... Are the radius of curvature of each surface of the lens, d1, D2,... Indicate the thickness and lens spacing of each lens, n1, N2,... Are the refractive indices of the d-line of each lens, ν1, Ν2,... Are Abbe numbers of the respective lenses.
[0094]
Embodiment 1 of the present invention is shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The negative first lens has a concave surface on the object side and a flat surface on the image side, and the flat portion is in close contact with the radial type gradient index lens. In addition, the provision of the stop S between the homogeneous lens and the radial type gradient index lens element helps to reduce the height of off-axis rays passing through the lens system and to reduce the diameter of the lens.
[0095]
By arranging a solid-state imaging device such as a CCD at the image plane position, the imaging lens of this embodiment can be used as an imaging system used for a video camera, a videophone, or an intercom, for example. A filter F for cutting a specific wavelength component is adhered or adhered to the image-side surface of the radial type gradient index lens. Further, if a radial type gradient index lens or a homogeneous lens is provided with a filter function for cutting a specific wavelength component, the filter F in FIG. 1 can be omitted. Further, the filter can be arranged separately from the radial type gradient index lens.
[0096]
In the first embodiment, focusing on an object at a close distance is performed by extending the first lens toward the object side. Therefore, a configuration is adopted in which the homogeneous lens and the radial type gradient index lens adhere to each other without bonding.
[0097]
In focusing on a short-distance object (object point position 100 mm) in this embodiment, the distance between the first lens and the second lens is 3.810 mm, and the stop is in close contact with the second lens and does not move.
[0098]
In the first embodiment, since the outer diameters of the homogeneous lens and the radial type gradient index lens are equal, the optical axes of both lenses can be easily matched with relatively high accuracy.
[0099]
When focusing is not performed in the lens system of the present invention, a homogeneous lens and a radial type heterogeneous lens can be bonded for simplification of a lens frame or the like.
[0100]
In the first embodiment, since the homogeneous lens has a negative refractive power, the 1 / V of the radial type gradient index lens is used to favorably correct axial chromatic aberration.10Has a small positive value.
[0101]
Considering that the imaging lens of the present invention is manufactured at low cost, it is desirable that the homogeneous lens has a concave surface and a planar shape as in the first embodiment. If one side has a planar shape, polishing is extremely easy and processing can be performed at low cost.
[0102]
Further, the imaging lens of the present invention has an advantage of aberration correction which cannot be obtained by a radial type gradient index lens which is directly spherically processed. FIG. 21 shows the refractive index n on the vertical axis.d, The horizontal axis is Abbe number νdThe area surrounded by the thick line is the approximate existing range of the existing glass, the arrow is the change in the refractive index and Abbe number of the radial type gradient index lens, and the black circle is the refractive index and Abbe number on the optical axis. Is represented. For example, the values of the refractive index and Abbe number distributed from the optical axis to the periphery of the radial type gradient index lens material produced by the ion exchange method or the sol-gel method are indicated by arrows A in FIG. As shown, it is almost within the range of existing glass. Therefore, for example, as shown by an arrow B in FIG. 21, the refractive index on the optical axis and the Abbe number are within the range of the existing glass, and the refractive index and the Abbe number deviate from the range of the existing glass toward the periphery. It is extremely difficult to produce such a radial type gradient index lens material. However, such a material may be desired in correcting various aberrations. For example, a material represented by an arrow B has a small variance and is therefore a material advantageous for correcting chromatic aberration. However, if the imaging lens of the present invention is used, even if the radial type gradient index lens is a material within the range of the existing glass, it is almost the same as a material having a refractive index distribution that deviates from the range of the existing glass described above. It is possible to obtain the effect of This will be specifically described using the first embodiment. An arrow A indicates the radial type gradient index lens element according to the first embodiment.00= 1.75, V00= 45, V10≒ 200 axial chromatic aberration PACAIs represented by the following equation.
[0103]
PACA= K (φs/ 45 + φm/ 200)
Also, the axial chromatic aberration PAC of the arrow BBIs represented by the following equation.
[0104]
PACB= K (φs/70.21+φm/ 200)
However, in the first embodiment, nh= 1.48749, νh= 70.21 and a radial type gradient index lens, and the axial chromatic aberration PAC of this combined lensCBecomes the following equation.
[0105]
PACC= K (φh/70.21+φm/ 200)
Therefore, φh≒ φsIf the refractive power of the homogeneous lens is selected so as to satisfy the following condition, it is possible to achieve an imaging lens having a chromatic aberration correction effect substantially similar to that of the material represented by the arrow B which is difficult to manufacture in practice. As described above, the imaging lens of the present invention has an advantage that the degree of freedom of aberration correction is increased by selecting a desired homogeneous lens.
[0106]
The aberration states of the imaging lens of the first embodiment are as shown in FIGS. 9 and 10, where FIG. 9 is for an object point at infinity and FIG. 10 is for an object point at a short distance. As can be seen from these aberration diagrams, various aberrations are favorably corrected despite the fact that the number of lenses is two.
[0107]
Embodiment 2 of the present invention is shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The first lens has a meniscus shape with the concave surface facing the image side, has a flat portion 1 on the outer periphery than the effective diameter of the surface on the image surface side, and the flat portion 1 has a radial type gradient index lens. Adhered or adhered. A filter F for cutting a specific wavelength component is used on the image side of the radial type gradient index lens.
[0108]
In the second embodiment, the homogeneous lens of the imaging lens used in the first embodiment is replaced with a meniscus-shaped homogeneous lens. The imaging lens having a different focal length is used despite the fact that the radial type gradient index lens is common. This is a realized example. That is, as shown in FIG. 22, the imaging lens of the present invention has a radial type gradient index lens L.g, And a uniform lens of various shapes having different r, d, and n, for example, Lh1, Lh2, Lh3Are combined, the imaging lens L having a different focal length and different amounts of various aberrations despite the fact that there is only one type of radial type gradient index lens.c1, Lc2, Lc3Can be achieved. As described above, since the radial type gradient index lens can be used as a common component, it is possible to realize an inexpensive lens system in spite of supporting various lens systems used under a white light source.
[0109]
Further, by providing the stop s on the object side of the homogeneous lens, particularly off-axis aberrations can be favorably corrected.
[0110]
In this embodiment, since the focal length is relatively long and it is particularly difficult to correct axial chromatic aberration, the Abbe number is 1 / νhHighly dispersed glass satisfying> 0.03 was used. In addition, since the stop is provided closest to the object side, it is desirable to use high dispersion glass for the homogeneous lens in order to satisfactorily correct lateral chromatic aberration.
[0111]
In addition, various aberrations are favorably corrected by using an aspherical surface on the image surface side of the homogeneous lens. The aspherical shape used in the examples is represented by the following equation.
Figure 2004004928
[0112]
Here, the above equation takes the x axis in the optical axis direction and the y axis in the direction perpendicular to the optical axis, where r is the radius of curvature on the optical axis, P is the conic constant, A2iIs an aspheric coefficient.
[0113]
In the second embodiment as well, focusing is performed by moving the first lens to the object side. At the time of focusing on a short-distance object (object point distance 100 mm) according to the second embodiment, the distance between the first lens and the second lens is 1.5151 mm, and the diaphragm moves together with the first lens.
[0114]
The aberration states of the second embodiment are as shown in FIGS. 11 and 12, where FIG. 11 is for an object point at infinity and FIG. 12 is for an object point at a short distance. It can be seen that in the imaging lens of Example 2, various aberrations are satisfactorily corrected despite the fact that the number of lenses is two.
[0115]
Embodiment 3 of the present invention is shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The first lens is a plano-concave lens, and has a flat portion 1 on an outer peripheral portion of the effective diameter of the image-side surface, and the flat portion 1 is adhered or adhered to the radial type gradient index lens. The stop S is provided at a position of 1 mm from the object side surface of the radial type gradient index lens toward the image side. Further, a filter F for cutting a specific wavelength component is used on the image side of the radial type gradient index lens.
[0116]
Embodiment 3 is an example in which the lens system is widened by increasing the negative refractive power of the homogeneous lens, and can be used for, for example, an objective lens of an endoscope. When the imaging lens of the present invention is applied to a lens having a wide angle of view as in Embodiment 3, it is desirable that the following condition (13) is satisfied.
[0117]
(13) −1.5 <f / fh<-0.4
If the upper limit of -0.4 of the condition (13) is exceeded, it is difficult to achieve a wide angle of view. On the other hand, if the value exceeds the lower limit of -1.5, the Petzval sum is excessively corrected, and the image plane falls in the direction away from the object, which is not preferable.
[0118]
In this embodiment, since the lens system has a wide angle of view, it is particularly difficult to correct the Petzval sum.00dThis is well corrected by satisfying> 1.6. Where N00dSatisfaction of> 1.65 is more preferable because the Petzval sum can be corrected more favorably.
[0119]
In addition, by providing the diaphragm inside the radial type gradient index lens element, in addition to reducing the diameter of the lens, it has become possible to favorably correct particularly off-axis aberrations.
[0120]
When the homogeneous lens of the imaging lens of the present invention and the radial type gradient index lens are bonded together, an adhesive may be applied to a flat portion indicated by 1 in FIG. 3 and assembled, but reference numeral B in FIG. It is also possible to apply an adhesive to the outer peripheral portion of the lens and bond the portion indicated by the symbol as indicated by 4 in FIG.
[0121]
The aberration state of the third embodiment is as shown in FIG. It can be seen that in the imaging lens of Example 3, various aberrations are satisfactorily corrected despite the fact that the number of lenses is two.
[0122]
Embodiment 4 of the present invention is shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The first lens is a concave flat lens, and is adhered or adhered to the radial type gradient index lens on the image plane side. Further, the solid-state imaging device or the solid-state imaging device unit C is adhered or adhered to the image side portion of the radial type gradient index lens element, which is effective for miniaturization or simplification of the lens frame configuration.
[0123]
Further, when the imaging lens of the present invention is applied to a lens system having a relatively narrow angle of view, it is not preferable that a homogeneous lens having a negative refractive power has an extremely large value, and the following condition (14) is satisfied. It is desirable.
[0124]
(14) −0.8 <f / fh<-0.1
If the lower limit of the condition (14), i.e., -0.8, is exceeded, the Petzval sum will be overcorrected, and the image plane will fall in the direction away from the object. On the other hand, if the value exceeds the upper limit of -0.1, the Petzval sum is insufficiently corrected and the image plane is tilted toward the object side, which is not preferable.
[0125]
In addition, when the imaging lens of the present invention is applied to an optical system in which transmittance and flare pose a problem, it is desirable that the total length of the radial type gradient index lens element be about 40 mm or less. Further, as in the present embodiment, if the radial type gradient index lens is about 25 mm or less, a lens system having better imaging performance can be achieved.
[0126]
Further, in order to prevent flare on the outer peripheral side surface of the lens, it is effective to make the outer peripheral side surface of the lens mat-like, or to paint a relatively dark color paint such as black on the outer peripheral side surface of the lens.
[0127]
The aberration state of the fourth embodiment is as shown in FIG. As shown in this drawing, it can be seen that the aberrations of the imaging lens of Example 4 are favorably corrected in spite of the fact that the number of lenses is two.
[0128]
The fifth embodiment has the configuration shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The first lens is a biconcave lens, and is adhered or adhered to the radial type gradient index lens at the plane portion 1 on the image plane side. A brightness stop S is provided at a position 5 mm from the object side surface of the radial type gradient index lens to the image surface side. Further, a field stop FS for cutting a flare component or the like is provided in the radial type gradient index lens. These diaphragms are cut from the outer periphery of the radial type gradient index lens, and paint is applied to the cut surface to block the light beam, or the radial type gradient index lens is cut to stop at the cut surface. Can be produced by printing, vapor deposition or sandwiching a thin plate and bonding or adhering again.
[0129]
The aberration state of the fifth embodiment is as shown in FIG. As shown in this drawing, it can be seen that the aberrations of the imaging lens of Example 5 are favorably corrected despite the fact that the number of lenses is two.
[0130]
Embodiment 6 of the present invention is shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The first lens is a concave flat lens, and is adhered or adhered to the radial type gradient index lens on the surface on the image side.
[0131]
Further, the diameter of the radial type gradient index lens is made different from the diameter of the homogeneous lens, and the lens frame or a part 6 of the lens frame can be efficiently arranged, thereby achieving the miniaturization of the lens system.
[0132]
The aberration state of the sixth embodiment is as shown in FIG. As can be seen from the drawing, various aberrations are satisfactorily corrected in the imaging lens of the sixth embodiment in spite of the fact that the number of lenses is two.
[0133]
Embodiment 7 of the present invention is shown in FIG. In other words, in order from the object side, it is composed of a first lens of a radial type heterogeneous lens having a positive refractive power and a second lens of a homogeneous lens having a negative refractive power. The homogeneous lens of the second lens has a concave flat shape and has a flat portion 1 on the outer peripheral portion of the effective diameter of the object side surface, and the flat portion is adhered or adhered to the radial heterogeneous lens. The stop S is provided at a position of 2.7369 mm closer to the image side than the surface of the radial type heterogeneous lens on the object side.
[0134]
The seventh embodiment is an optical system for forming an image at the same magnification, and can be used as an imaging lens system such as a video microscope if a solid-state imaging device is arranged at an image plane position.
[0135]
The aberration state of the seventh embodiment is as shown in FIG. As shown in this figure, it can be seen that the aberrations of the imaging lens of Example 7 are satisfactorily corrected even though the number of lenses is two.
[0136]
The eighth embodiment has the configuration shown in FIG. In other words, the imaging lens is a two-lens configuration of a first lens of a negative lens and a second lens of a positive lens, and the second lens is formed of a radial type gradient index lens on both planes in order from the object side. The first lens is a biconcave lens, and the spacing ring 7 is sandwiched between the plane part 1 on the image plane side and the plane part 8 of the radial type gradient index lens. The aperture stop S is provided at a distance of 3.8973 mm from the object-side surface of the radial type gradient index lens. When focusing is performed by changing the distance between the first lens and the second lens, it is desirable to dispose the first lens, the distance ring 7, and the radial type gradient index lens in FIG. 8B without bonding. It is also possible to bond the first lens and the spacing ring 7 or the spacing ring 7 and the radial type gradient index lens. In the eighth embodiment, the spacing ring 7 is a thin plate having two flat surfaces. For example, the spacing ring 7 may have a surface oblique to the optical axis as shown by a hatched portion in FIG. It is also possible to In the case of FIG. 23, the plane portion of the spacing ring 7 and the radial type gradient index lens LgBy bringing the flat surface portion 6 into close contact and sliding the close contact surface, adjustment can be made so that the optical axis positions of both lenses coincide. Further, as shown in FIG. 24, it is also possible to make the relatively sharp portion 8 of the homogeneous concave lens closely adhere to the radial type gradient index lens, and to adjust the optical axes of both lenses without interposing the spacing ring. It is.
[0137]
In order to achieve higher imaging performance, it is desirable that the homogeneous lens has a biconcave shape as in this embodiment. In the case of a biconcave shape, a negative refractive power can be distributed to both surfaces, so that various aberrations generated by this lens can be reduced.
[0138]
In the eighth embodiment, the distance between the first lens and the second lens at the time of focusing on a short-distance object (object point distance 100 mm) is 0.6148 mm, and the aperture is fixed in the second lens (refractive index distribution lens). ing.
[0139]
The aberration state of the eighth embodiment is as shown in FIG. As shown in this figure, it can be seen that the aberrations of the imaging lens of Example 8 are satisfactorily corrected even though the number of lenses is two.
[0140]
Next, a case where the imaging lens of the present invention is manufactured will be described in detail with reference to FIGS.
[0141]
FIG. 25 shows a conventional example, which is a model in which spherical processing is performed directly on a radial type gradient index lens. FIG. 25A is a diagram showing a cylindrical radial refractive index distribution lens and a refractive index distribution before spherical processing, and FIG.gRepresents a radial type gradient index lens, n (r) represents a refractive index at a point of radius r, and the optical axis 10 of the medium coincides with the central axis of the outer peripheral portion 13. FIG. 25B is an ideal example when one surface 14 is processed into a spherical surface, and the optical axis of the medium coincides with the optical axis of the medium. However, in an actual processing scene, as shown in FIG.1Is difficult to process easily with high precision, and as shown in FIG. 25C, the optical axis 10 of the medium and the surface R1The eccentricity of δ and the inclination angle ε may occur in the direction 16 perpendicular to the optical axis of the medium. In the case of a homogeneous lens, even if such an eccentricity occurs, the eccentricity does not matter because the centering process for cutting the outer periphery of the lens against the optical axis of the polished surface is not a problem. Since the optical axis is decentered with respect to the outer peripheral portion, centering cannot be performed.
[0142]
Therefore, in the lens system of the present invention, as shown in a model in FIG. 26, a radial type refractive index distribution lens having a shape of both planes and a homogeneous spherical lens having a plane portion 19 are adhered or adhered. FIG. 26A shows a radial type gradient index lens L having both surfaces flattened.gAnd a homogeneous lens L having a flat portion 19 on one sidehIs represented. Radial type gradient index lens LgThe optical axis 10 of the medium is coincident with the central axis of the outer peripheral portion 13 and the homogeneous lens LhIs a surface R because centering is possible.1The optical axis 16 can easily coincide with the central axis of the outer peripheral portion 21 with high accuracy. FIG. 26B shows a radial type gradient index lens L.gAnd homogeneous lens LhAre adhered or adhered to the flat portions 20 and 19 respectively. At this time, for example, the outer peripheral portion 13 of the radial type gradient index lens and the homogeneous lens LhIf the outer peripheral portions 21 of the lenses coincide with each other, the optical axis of the medium of the radial type gradient index lens and the optical axis of the homogeneous lens can be easily matched.
[0143]
In the conventional method shown in FIG. 25, when eccentricity occurs during spherical processing, the radial type gradient index lens LgHowever, in the method shown in FIG. 26 of the present invention, as described above, eccentricity at the time of spherical machining does not matter at all, so that the yield can be increased and the machining can be performed extremely inexpensively. It is possible. Further, since both surfaces of the radial type gradient index lens are flat, they can be processed with high precision and at low cost.
[0144]
FIG. 27 shows an example in which the imaging lens of the present invention is incorporated in a mirror frame having a very simple structure. L in FIG.hIs a concave lens, LgIs a radial type gradient index lens, and 25 is a mirror frame, which in this case has a cylindrical shape. Reference numerals 26 and 27 denote a solid-state image sensor and its processing circuit, and reference numeral 28 denotes a cover glass for protecting the lens. With the configuration as shown in FIG. 27, since a homogeneous lens and a radial type gradient index lens can be dropped into the lens frame 25, assembly is extremely easy. When the imaging lens is held by the lens frame as in the present embodiment, the homogeneous lens and the radial type gradient index lens need not necessarily be bonded. In addition, if a homogeneous lens and a radial type gradient index lens are bonded together in advance and then assembled into a lens frame, assembly can be performed with high accuracy. At this time, it is also possible to attach the image pickup element to the radial type gradient index lens in advance.
[0145]
Further, the cover glass 28 can be formed of an optical filter for cutting a specific wavelength component.
[0146]
FIG. 28 shows the structure of a lens frame for performing focusing with the imaging lens of the present invention. L in FIG. 28hIs a concave lens, LgIs a radial type gradient index lens, 25 is a mirror frame, and in this case, a radial type gradient index lens LgHolding. Reference numerals 26 and 27 denote a solid-state image sensor and its processing circuit unit, and 29 denotes a mirror frame which is a homogeneous lens L.hHolding. As shown in FIG.hAnd radial type gradient index lens LgAre held by different lens frame parts 25 and 29, so that focusing can be performed. In FIG. 28, the lens frame 25 and the lens frame 29 are normally connected via a cam groove as used in a lens frame of a silver halide camera or the like. May have a smooth shape, and one of the lens frames may slide to perform focusing.
[0147]
The imaging lens described in each of the following sections can also achieve the object of the present invention.
[0148]
(1) An imaging lens that satisfies the following condition (3), which is the lens system according to claim 1, 2, or 3.
[0149]
(3) −1.5 <f / ff<-0.05
(2) An imaging lens which satisfies the following condition (4), which is the lens system described in claim 1, 2, or 3, or in the above item (1).
[0150]
(4) $ 0.5 <tG/ F <9
(3) An imaging lens which satisfies the following condition (5), which is the lens system described in claim 1, 2, or 3, or (1) or (2).
[0151]
(5) 1.5 <tG/ F <7
(4) An imaging lens which satisfies the following condition (6), which is the lens system described in claim 2 or 3 of the claims or in the above item (1), (2) or (3).
[0152]
(6) Δ−0.01 <1 / V10<0.008
(5) In the lens system described in claim 1, 2, or 3, or in the above item (1), (2), (3) or (4), the following condition (7) is satisfied. A satisfying imaging lens.
[0153]
(7) −0.2 <N20× f4<0.2
(6) In the lens system described in claim 1, 2, or 3, or in the above item (1), (2), (3), or (4), the following condition (8) is satisfied. A satisfying imaging lens.
[0154]
(8) -0.05 <N20× f4<0.05
(7) The lens system according to claim 1, 2, or 3, or the lens system described in (1), (2), (3), (4), (5), or (6). The imaging lens satisfying the following condition (9):
[0155]
(9) 1 / νh<0.03
(8) A lens system according to claim 1, 2, or 3, or (1), (2), (3), (4), (5) or (6), An imaging lens satisfying the following condition (10).
[0156]
(10) 1 / νh<0.025
(9) According to Claims 1, 2 or 3 of the claims or the above (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7) or (8) An imaging lens which satisfies the following condition (11) with the described lens system.
[0157]
(11) N00d> 1.55
(10) Claims 1, 2 or 3 in the claims or (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8) or An imaging lens which satisfies the following condition (12) in the lens system described in (9).
[0158]
(12) 0.5 <aPAC<1.7
(11) Claims 1, 2 or 3 of the claims or the above (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), An imaging lens which satisfies the following condition (13) in the lens system described in (9) or (10).
[0159]
(13) −1.5 <f / fh<-0.4
(12) Claims 1, 2, or 3 of the claims or the above (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8), An imaging lens which satisfies the following condition (14) in the lens system described in (9) or (10).
[0160]
(14) −0.8 <f / fh<-0.1
[0161]
【The invention's effect】
The imaging lens of the present invention is excellent in workability, and various aberrations, particularly, longitudinal chromatic aberration and Petzval sum are satisfactorily corrected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an aberration curve diagram for an object point at infinity according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an aberration curve diagram for a short-distance object point (object point distance of 100 mm) according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an aberration curve diagram for an object point at infinity according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an aberration curve diagram for a short-distance object point (object point distance 100 mm) according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an aberration curve diagram for a short-distance object point (object point distance 11 mm) according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an aberration curve diagram for an object point at infinity according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an aberration curve diagram for an object point at infinity according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an aberration curve diagram for an object point at infinity according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an aberration curve diagram for a short-distance object point (object distance 2.85 mm) according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an aberration curve diagram for an object point at infinity according to Example 8 of the present invention.
FIG. 19 is an aberration curve diagram with respect to a short-distance object point (object distance 100 mm) according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the refractive power ratio a of a medium and the axial chromatic aberration and Petzval sum.
FIG. 21 is a diagram showing a distribution of refractive index-Abbe number of a glass material.
FIG. 22 is a diagram showing an example of a combination of a radial type gradient index lens and a homogeneous lens.
FIG. 23 is a diagram showing a means for adhering a flat surface of a radial type gradient index lens to a concave surface side of a homogeneous lens.
FIG. 24 is a diagram showing another means for closely attaching the flat surface of the radial type gradient index lens to the concave surface side of the homogeneous lens.
FIG. 25 is a diagram showing an example in which spherical processing is directly performed on a radial type gradient index lens which is a conventional manufacturing example.
FIG. 26 is a diagram showing a combination example of the imaging lens of the present invention.
FIG. 27 is a diagram showing an example of incorporating the imaging lens of the present invention into a lens frame.
FIG. 28 is a diagram showing another example of incorporating the imaging lens of the present invention into a lens barrel.

Claims (7)

負の屈折力を持つ均質レンズと正の屈折力を持つ光軸から半径方向に屈折率が分布している下記の式(a)で表されるラジアル型屈折率分布レンズからなり、前記ラジアル型屈折率分布レンズが両平面形状であり、前記均質レンズのラジアル型屈折率分布レンズ側の面の一部あるいは全部が平面形状であり、下記条件(2)を満足することを特徴とした撮像レンズ。
N(r)=N00+N10+N20・・・      (a)
(2)  1/V10<1/ν
ただし、rは光軸から半径方向への距離、N(r)は距離rの点での屈折率分布、Ni0は2i次の屈折率分布係数、Vi0はラジアル型屈折率分布レンズのi次の分散を表し以下の式(b),(c)で与えられ、νは均質レンズのアッベ数である。
00=(N00d−1)/(N00F−N00C)  (i=0)   (b)
i0=Ni0d/(Ni0F−Ni0C) (i=1,2,3・・)  (c)
ここで、N00d,N00F,N00Cはそれぞれd,F,C線の光軸上の屈折率、Ni0d,Ni0F,Ni0Cはそれぞれd,F,C線の2i次の屈折率分布係数である。
A radial type refractive index distribution lens represented by the following formula (a) having a refractive index distributed in a radial direction from an optical axis having a positive refractive power and a homogeneous lens having a negative refractive power; The imaging lens, characterized in that the gradient index lens has a biplanar shape, and a part or all of the surface of the homogeneous lens on the radial type gradient index lens side has a planar shape, and satisfies the following condition (2). .
N (r) = N 00 + N 10 r 2 + N 20 r 4 (a)
(2) 1 / V 10 <1 / ν h
Here, r is the distance in the radial direction from the optical axis, N (r) is the refractive index distribution at the point of the distance r, Ni0 is the 2i-order refractive index distribution coefficient, and Vi0 is i of the radial type gradient index lens. It represents the following dispersion and is given by the following equations (b) and (c), where ν h is the Abbe number of the homogeneous lens.
V 00 = (N 00d −1) / (N 00F −N 00C ) (i = 0) (b)
V i0 = N i0d / (N i0F -N i0C) (i = 1,2,3 ··) (c)
Here, N 00d , N 00F , and N 00C are the refractive indices on the optical axis of the d, F, and C lines, respectively, and Ni0d , Ni0F , and Ni0C are the 2i-order refractive index distributions of the d, F, and C lines, respectively. It is a coefficient.
負の屈折力を持つ均質レンズと正の屈折力を持つ光軸から半径方向に屈折率が分布している下記の式(a)で表されるラジアル型屈折率分布レンズからなり、前記均質レンズと前記ラジアル型屈折率分布レンズの間隔を変化させて至近距離物体へのフォーカシングを行うことを特徴とした撮像レンズ。
N(r)=N00+N10+N20・・・     (a)
ただし、rは光軸から半径方向への距離、N(r)は距離rの点での屈折率分布、Ni0は2i次の屈折率分布係数である。
A homogeneous lens having a negative refractive power and a radial type gradient index lens represented by the following formula (a) having a refractive index distributed in a radial direction from an optical axis having a positive refractive power; And focusing on an object at a short distance by changing the distance between the lens and the radial type gradient index lens.
N (r) = N 00 + N 10 r 2 + N 20 r 4 (a)
Here, r is the distance in the radial direction from the optical axis, N (r) is the refractive index distribution at the point of the distance r, and Ni0 is the 2i-order refractive index distribution coefficient.
条件(3)を満足することを特徴とした請求項1又は2の撮像レンズ。
(3)  −1.5<f/f<−0.05
ただし、fは撮影レンズ全系の焦点距離、fは均質レンズの焦点距離である。
3. The imaging lens according to claim 1, wherein the condition (3) is satisfied.
(3) −1.5 <f / f h <−0.05
Where, f is the focal length of the focal length, f h is homogeneous lens of the taking lens system.
条件(4)を満足することを特徴とした請求項1又は2の撮像レンズ。
(4)  0.5<t/f<9
ただし、tはラジアル型屈折率分布レンズの厚さ、fは撮像レンズ全系の焦点距離である。
The imaging lens according to claim 1, wherein the condition (4) is satisfied.
(4) 0.5 <t G / f <9
Here, t G is the thickness of the radial type gradient index lens, and f is the focal length of the entire imaging lens system.
条件(6)を満足することを特徴とした請求項1又は2の撮像レンズ。
(6)  −0.01<1/V10<0.008
The imaging lens according to claim 1, wherein the condition (6) is satisfied.
(6) −0.01 <1 / V 10 <0.008
条件(9)を満足することを特徴とした請求項1又は2の撮像レンズ。
(9)  1/ν<0.03
ただしνは均質レンズのアッベ数である。
The imaging lens according to claim 1, wherein the condition (9) is satisfied.
(9) 1 / ν h <0.03
Here, ν h is the Abbe number of the homogeneous lens.
条件(12)を満足することを特徴とした請求項1又は2の撮像レンズ。
(12)  0.5<aPAC<1.7
The imaging lens according to claim 1, wherein the condition (12) is satisfied.
(12) 0.5 <a PAC <1.7
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