JPS6381413A - 球レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は球レンズに係わり、特に異なる媒質で同心球を
構成し、良好な撮像機能を備えた球レンズに関する。

〔従来技術〕

従来から単一媒質の球レンズが良く知られている。単一
媒質の球レンズは、球半径を固定して考える場合、収差
補正の係る自由度は屈折率のみであり、球面収差を補正
する為には高屈折率の媒質が必要である。しかしながら
、たとえ高屈折率の媒質を用いたとしても、完全に球面
収差を除去することは不可能であり、高解像力が要求さ
れる用途には用いることが出来なかった。更に高屈折率
の媒質は通常高分散である為に色収差の発生が大きく、
白色光を用いる用途には使用出来なかった。

〔発明の概要〕

本発明の第１の目的は、従来の問題点に鑑み、球面収差
をほぼ完全に補正した球レンズを提供することにある。

本発明の第２の目的は、更に色収差をも完全に補正した
球レンズを提供することにある。

本発明の第３の目的は、軸上及び軸外共に良好な結像特
性が得られる球レンズを提供することにある。

本発明の第４の目的は、更にフレア等の有害光を遮断し
良好な結像性能力（得られる球レンズを提供することに
ある。

上記第１の目的を達成する為に、本発明に係る球レンズ
は、屈折率ｎｌの媒質から成る球殻状レンズと該レンズ
の内側に存する屈折率ｎ２の’ＡＸから成る球状レンズ
とで同心球を成し、ｎ、＞ｎ２なる関係を有する。

上記第２の目的を達成する為に、本発明に係る球レンズ
は、前記球殻状レンズのアツベ数をν１、前記球状レン
ズのアツベ数をν２とする時、更にν２〉ｖｌなる関係
を有する。

上記第３の目的を達成する為に、本発明に係る球レンズ
はその像面を球面状像面として用いられる。

上記第４の目的を達成する為に、本発明に係る球レンズ
は前記同心球に球中心を通る平面上に絞りを有する。

尚、本発明の更なる特徴は以下に示す実施例に記載され
ている。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を図面及び設計データを参
照して説明する。

第１図は本発明に係る球レンズの一実施例を示す断面図
である。同図に於いて、Ｌｌは球殻状ノ媒’ＪＫから成
るレンズ、Ａ２は球状の媒質から成るレンズで、レンズ
Ｌ１の内側は球面を成しておりレンズＬ２の球形表面と
密着している。

即ち、レンズＬｌ　とレンズＬ２とで同心球を構成して
いる。１は氷球レンズの第１面、２．３．４は同様に夫
々第２面、第３面、第４面を示し、夫々の面の曲率半径
はｒｌ、ｒ２、ｒ３、ｒ４である。又、本球レンズは同
心球を構成している為、ｒ　３　”　−ｒ　２　、ｒ　
ａ　＝　−ｒ　Ｉの関係が成り立つｅｄｌは第１面１と
第２面２の軸上間隔、ｄ２は第２面２と第３面３の軸上
間隔、ｄ３は第３面３と第４面４の軸上間隔を示し、ｄ
、＝ｄ。

の関係を有している。Ｓは絞りで、同心球の中心を通り
光軸と直交する面内に配されている。

又、１．は軸上入射光束、Ａ２は軸外入射光束、Ｉｓは
像面を示す。ここで像面Ｉｓは球面を成しており、氷球
レンズの第４面４から所定の距離隔った位置に配されて
いる。

第１図に示す様に、本実施例の係る球レンズはレンズＬ
ｌとレンズＬ２とで同心球を構成しており、氷球レンズ
に入射する光線、例えば光線ｆＬｌ、ＪＺ２は第１面１
、第２面２とで屈折した後絞りＳを通過し、第３面３、
第４面４とで更に屈折して像面ＩＳに到達する。氷球レ
ンズを構成するレンズＬ１の媒質とレンズＬ２の媒質の
屈折率及びアツベ数は夫々ｎ＋＋　υ１ｓｎ２．シ２で
あり、ｎｌ　＋　　ｎ２　＊　υ１．ν２を適当な値に
することにより球面収差と色収差を補正出来る。

以下の本球レンズに於ける球面収差と色収差の補正方法
を述べる。

通常の均一媒質の球レンズの屈折面は全て正の屈折力を
有しており、この為球面収差は常にアンダーに発生する
。又、同様の理由から色収差も常にアンダーする。従っ
て、まず球面収差を補正する為には負の屈折力を有する
面を具備することが必要で、この負の屈折力を有する面
で球面収差をオーバーに発生せしめ上述のアンダーに発
生する球面収差を打ち消し補正を行なう。

この為に、本発明では同心球で球レンズを構成して屈折
面の増加を図り、上述の負の屈折力を有する面を形成し
ている。具体的には、球殻状のレンズＬ１の屈折率ｎ、
より球状のレンズＬ２の屈折率ｎ２を小さくして両媒質
の界面、即ち第１図の第２面２と第３面３とに負の屈折
力を付与している。一方、球面収差と共に色収差を補正
する為には上記両媒質の界面で色収差をオーバに発生さ
せれば良く、具体的にはレンズＬ１のアツベ数νｌをレ
ンズＬ２のアツベ数υ２よりも小さくする。

以上述べた条件を式で表わすと、下記（１）式、（２）
式が求まる。

ｎｌ＞ｎ２　　　　（１） ν１くν２　　　（２） 本実施例に係る球レンズは上記（１）式、（２）式を満
足するべく　ｎｌ　ｌ　　ｎ２　＋　Ｖｌ　＊　ν２が
選択されており、これによって球面収差。

色収差の双方共良好に補正されている。

次に、本実施例に係る球レンズにおいては、その像面Ｉ
Ｓを球面状としているが、軸外の結像特性を考慮すると
、特に像面ＩＳが球レンズに・対し同心状であることが
好ましい。この場合は軸外の結像においてもコマ収差、
非点収差は発生せず、有限物体距離において負の像面湾
曲がわずかに発生するが、この量は一般的に実用上許容
し得る量である。従って、前述の手段により球面収差・
色収差を補正すれば、軸外の結像特性も自ずと良好にな
る為、広画角化することが極めて容易である。但し、こ
の場合所謂ｆθレンズと同様に像高が画角θに比例し、
負の歪曲収差が発生する０球レンズでこの収差を光学的
に補正するのは困難であるが、撮像手段として例えばＣ
ＣＤの如き充電変換手段を用いるならば電気的な処理に
より補正するのは容易である。

前述のように、像面ＩＳは球レンズと同心状にあること
が好ましいが、物体距離に応じて撮像面と球レンズとの
間隔と変化させてフォーカシングを行なう場合、この関
係を満たすには像面ＩＳの曲率を連続的に変化させねば
ならず、実用的ではない、当然像面ｒｓの曲率半径ｒ、
は固定であるのが実用上好ましく、更にこのとき次の関
係を満たすことが望ましい。

ここで、ｆは球レンズの焦点距１ｉ１１１１ｓは至近物
点から球レンズの中心までの距離である。（３）式の右
辺は至近物点に対する近軸的な像面位置（レンズ中心か
らの距ｌ１ｉＩりを示している。ｒｌの値を（３）式を
満たすように選択することにより、無限遠から至近に至
る全フォーカシング域で、撮像面の同心状球面からのズ
レを小さくし、軸外の結像特性を良好に保つことができ
る。

また、ｒｉは次の関係を満たすことが更に望ましい。

前に述べたように、像面ＩＳがレンズに対し同心状の場
合、有限物体距離において負の像面湾曲が発生し、物体
距離が小さくなる程その発生量は増大する。一方像面Ｉ
ｓの曲率半径ｒｌが（４）式を満たす場合は、物体が至
近に近づくに従ってｒｉは同心状球面の曲率半径より小
さくなり、これは負の像面湾曲の発生と相殺する方向で
ある。即ち像面湾曲を考慮するとき、（４）式の関係を
満たすことにより、軸外の結像特性、特に物体至近距離
近傍での結像特性を更に良好に保つことができる。

本実施例の球レンズは、像面ＩＳを球面としているため
通常の写真レンズに比べて軸外の像面照度が大きい。通
常の写真レンズでは半画角のコサインの４乗に比例して
軸外の像面照度が低下するのであるが、氷球レンズは半
画角のコサインの１乗に比例するのみである。従って、
広画角域での像面照度低下が従来に比べて大幅に数倍さ
れるという効果がある。

第２図は本発明に係る球レンズの他の実施例を示す断面
図である。図中、第１図に示された部材と同一部材には
同符号が符しである。

本実施例に係る球レンズは、第１図に示した球レンズ同
様に球殻状レンズＬ１と球状レンズＬ２とから同心球を
構成しており、基本構成は第１図に示した球レンズと同
一である。但し本実施例に於いては像面Ｉｓが球殻状レ
ンズＬ１の球面上に存する如く、球殻状レンズの屈折率
ｎｌ　と球状レンズＬ２の屈折率ｎ、とを適当な値にし
ている。

同図に於いて、軸外入射光線ｆＬ２及び軸上入射光線Ｊ
ＩＬ＋は、第１面１、第２面２を通過する際に屈折し、
その後絞りＳを通過して第３面３で再度屈折して第４面
４に集光する。即ち、第４面４に存する像面ＩＳに結像
する。

本実施例に係る球レンズに於いても、球殻状レンズＬ１
と球状レンズＬ２の屈折率とアツベ数の関係が前記（１
）、（２）をｔｌ：４足している。

従って、球面収差及び色収差が良好に補正された球レン
ズとなっている。更に、絞りＳの効果によってフレアー
等の有害光が除去されており、球面状の像面Ｉｓに於け
る結像特性は釉上、軸外をとわず極めて良好である。

又、像面Ｉｓを球面状として用いることにより、軸外入
射光ｉ！ｉｉ１２の収差と軸上入射光束１１の収差とは
同等の収差となり、通常の写真。

レンズと比べて軸外特性を際めて良好に出来る。

更に本実施例の構成によれば画角が原理的に１８０°近
くまでとれ、且つ上述の理由により軸外特性が優れてい
る為、結像性能が優れた超広角レンズを提供出来る。

又、本実施例に於いては、絞りＳを球レンズの中心を通
る平面上又はその近傍に配することにより、軸上及び軸
外からのフレア等の有害光を遮断し、より良好な結像特
性を達成している。尚、軸上入射光束１１のフレアのみ
を除去する場合には絞りＳは任意の位置に配することが
出来る。

以下、本発明に係る球レンズの具体的な数値実施例を示
す。

表１は氷球レンズの数値実施例１〜９を示し、数値実施
例１〜８は第１図に示した球レンズに対応し、数値実施
例９は第２図に示した球レンズに対応している。

表中、’Ｉｎ　　ｒ２＋　　’３＋　　ｒ４＋　　ｎｌ
＋　　ｎ２＋νｌ　＊　ｖ２　＋　　ｄｌ　＋　ｄ２は
第１図及び第２図を用いて説明した通り曲率半径、屈折
率、アツベ数、軸上空気間隔を示す。又、ｆは本球レン
ズの焦点距離、ＦＮｏ、は氷球レンズのＦナンバーを示
している。但し、Ｆ　Ｎｏ　、及びｆを除く各数値は氷
球レンズの半径、即ち第１面（第４面）の曲率半径ｒＩ
　（−ｒ４）を１０として規格化した値である。尚、基
準波長をｄ線としてｎｌ＋ｎ２＋ν１．Ｖ２の値は求め
である。

第３図〜第６図に表１に記載した数値実施例で表わされ
た球レンズの収差図の一例を示す。

１ｉＳ３図は数値実施例４、第４図は数値実施例７、第
５図は数値実施例８、第６図は数値実施例９に対応して
おり、夫々球面収差１色収差を示している。図中、実線
はｄ線に対する収差、２点鎖線はｇ線に対する収差を表
わす。

第３図〜第６図に示す収差図から理解出来る様。

に、第１図及び第２図の構成のいずれの場合もＦ　Ｎｏ
　、に係わらず実用上十分な収差補正が行なわれている
。第１図の構成ではＦＮｏ、が明るくなるにつれて球面
収差が若干増加するが、第２図の構成によればＦ　Ｎｏ
　、が明るい場合もほぼ完全に球面収差を除去し得る。

尚、第２図の構成を採る為には屈折率ｎｌ＋１２が２．
０以上の媒質を用いることが好ましい。

以上、第１図及び第２図と表１を用いて本発明を説明し
たが、上記各実施例に限らず本発明の思想に基づき種々
の球レンズを構成できることは言うまでもない。

例えば、第１図及び第２図に示した球レンズは所謂真球
の同心球で構成されているが、光線が通過する面が球面
であれば他の部分の形状は球面には限定されない。例え
ば球レンズ上部及び下部を平面で構成しても購わない。

従って、本願で言う「球レンズ」とは真珠のレンズに限
定しているものではない。

又、上記実施例に於いては、球状レンズし、と球殻状レ
ンズＬ、とて同心球を１１５成しているが、球殻状レン
ズＬｌの周辺部に更に第２の球殻状レンズを形成して３
層のレンズから成る同心球としても良い。言うまでもな
く４層、５恒等々の同心球を構成することも出来、屈折
面の数を増やすことにより更にＩ、’ｆｉ＠な収差補正
を成し得る。

（発明の効果） 以上、本発明に係る球レンズは、３δ収差とりわけ球面
収差と色収差とが良好に補正された、極めて実用的な超
広角、高性能球レンズである。

又、通常の平面像面と異なり球面像面を用いることで、
少ないレンズ枚数で且つ高価な新種ガラスを使用するこ
となく大口径、広画角のレンズ系が得られ、レンズ系の
低コスト化、簡素化に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る球レンズの一実施例を示す断面図
。 第２図は本発明に係る球レンズの他の実施例を示す断面
図。 Ｌ、−−−−一球殻状レンズ Ｌ２−−−−一球状レンズ ｒ　１−−−−一第ｉ面 ｄ　、−−−−一第ｉ面と第ｉ＋１面との軸上面間隔Ｓ
　　−−−−−一絞り ｌ５−−−一像面 Ｘ　、−−−−一軸上人射光線 ２□−−一−−軸外人射光線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）屈折率ｎ＿１の媒質から成る球殻状レンズと該レ
   ンズの内側に存する屈折率ｎ＿２の媒質から成る球状レ
   ンズとで同心球を成し、ｎ＿１＞ｎ＿２なる関係を有す
   ることを特徴とする球レンズ。
2. （２）前記球殻状レンズのアツベ数をν＿１、前記球状
   レンズのアツベ数をν＿２とする時、ν＿２＞ν＿１な
   る関係を有することを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の球レンズ。
3. （３）球面状の像面を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の球レンズ。
4. （４）前記同心球の球中心を通る平面上に絞りを配した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の球レ
   ンズ。