(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、
物体側の面が凹面形状で構成された、負の屈折力を有する第１のレンズと、
少なくとも１つの面が非球面で構成された、正の屈折力を有する第２のレンズと、
負の屈折力を有する第３のレンズと、
少なくとも１つの面が非球面で構成されると共に、像面側の面が凸面形状で構成された、正の屈折力を有する第４のレンズとが配設されてなり、
さらに、以下の条件式（１）〜（８）を満足するように構成されていることを特徴とする広角単焦点レンズ。
−２．０＜ｆ／ｆ1＜−０．５ ……（１）
０．５＜ｆ／ｆ2＜２．０ ……（２）
０．５＜ｆ／ｆ4＜２．０ ……（３）
１．６５＞Ｎd1 ……（４）
１．７０＜Ｎd3 ……（５）
１．６５＞Ｎd4 ……（６）
５０＞νd3 ……（７）
５０＜νd4 ……（８）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ1：前記第１のレンズの焦点距離
ｆ2：前記第２のレンズの焦点距離
ｆ4：前記第４のレンズの焦点距離
Ｎd1：前記第１のレンズのd線に対する屈折率
Ｎd3：前記第３のレンズのd線に対する屈折率
Ｎd4：前記第４のレンズのd線に対する屈折率
νd3：前記第３のレンズのd線に対するアッベ数
νd4：前記第４のレンズのd線に対するアッベ数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子カメラ（デジタルカメラ）に用いられる撮影用レンズに関し、特に、小型の電子カメラの撮影用レンズとして好適な広角単焦点レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに代わり、ＣＣＤ（電荷結合素子）のような固体撮像素子を用いて被写体を撮影するようにした電子カメラが普及している。電子カメラには、一般に、静止画の撮影を行うためのスチルカメラと動画の撮影を行うためのビデオカメラとがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、小型のＣＣＤの開発が進んでおり、その撮影用レンズについても、簡易な構成で、全長を短くして小型化が図られていることが要求される。従来、電子カメラの撮影用レンズとしては、例えば特開2000-180719号公報に記載されたものがある。この公報には、５枚構成および４枚構成の撮影用レンズに関する技術が開示されている。しかしながら、この公報記載のレンズを含めて、従来では、構成の簡易さ、および全長の短かにおいて性能がまだ不十分である。
【０００４】
また、電子カメラ用に開発された撮影用レンズは、特に、画角の広さにおいて、性能が十分であるとはいえない。これは、銀塩フィルムとは異なり、受光素子がＣＣＤのときには、その特性によって入射角に制限が生じることが原因の一つである。例えば特開2000-180719号公報記載のレンズでは、一般の３５mmフィルム換算で、焦点距離f＝４０mm相当の画角しかない。そこで、構成の簡易さ、および全長の短かさに加えて、電子カメラにも適用可能な画角の広い撮影用レンズの開発が望まれる。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成でありながら、広角で明るく、かつ、全長を短くすることができる広角単焦点レンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による広角単焦点レンズは、物体側より順に、物体側の面が凹面形状で構成された、負の屈折力を有する第１のレンズと、少なくとも１つの面が非球面で構成された、正の屈折力を有する第２のレンズと、負の屈折力を有する第３のレンズと、少なくとも１つの面が非球面で構成されると共に、像面側の面が凸面形状で構成された、正の屈折力を有する第４のレンズとが配設されてなり、さらに、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。
−２．０＜ｆ／ｆ1＜−０．５  ……（１）
０．５＜ｆ／ｆ2＜２．０  ……（２）
０．５＜ｆ／ｆ4＜２．０  ……（３）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ1：第１のレンズの焦点距離
ｆ2：第２のレンズの焦点距離
ｆ4：第４のレンズの焦点距離
【０００７】
本発明による広角単焦点レンズでは、各レンズが上述の基本構成で、かつ、条件式（１）〜（３）を満足することにより、４枚という少ないレンズ枚数でありながら、光学性能が最適なバランス状態に保たれ、広角で明るく、かつ、全長を短くすることが容易とされる。特に、第１のレンズについて、物体側の面が凹面形状となっていることにより、広画角でも像面の補正が良好に行われる。
【０００８】
本発明による広角単焦点レンズは、さらに、以下の条件式（４）〜（８）を満足するように構成されていることが望ましい。
１．６５＞Ｎd1  ……（４）
１．７０＜Ｎd3  ……（５）
１．６５＞Ｎd4  ……（６）
５０＞νd3  ……（７）
５０＜νd4  ……（８）
ただし、
Ｎd1：第１のレンズのd線に対する屈折率
Ｎd3：第３のレンズのd線に対する屈折率
Ｎd4：第４のレンズのd線に対する屈折率
νd3：第３のレンズのd線に対するアッベ数
νd4：第４のレンズのd線に対するアッベ数
【０００９】
条件式（４）〜（８）を満たすことで、特に、広角化した際の像面の特性の補正および色収差の補正が良好に行われる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズ１の構成を示している。なお、図１において、符号ＺOBJで示す側が物体側、すなわち、例えば撮影用の被写体が存在する側である。また、図１において、符号ＺIMGで示す側が結像側（像面側）、すなわち、物体側の被写体像が結像される側である。図１において、符号Ｒｉは、最も物体側のレンズ面を１番目として、像面側に向かうに従い順次増加するｉ番目のレンズ面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目のレンズ面とｉ＋１番目のレンズ面との光軸上の面間隔を示す。
【００１２】
本実施の形態に係る広角単焦点レンズ１は、例えば電子カメラの撮影用レンズとして用いられるものであり、その結像面３には、例えばＣＣＤなどの撮像素子の撮像面が配置される。
【００１３】
この広角単焦点レンズ１は、図１に示したように、光軸Ｚ0に沿って物体側から順に配設された、第１のレンズＧ１〜第４のレンズＧ４を備えている。絞りＳｔは、第２のレンズＧ２と第３のレンズＧ３との間に位置している。この広角単焦点レンズ１は、さらに、第４のレンズＧ４の結像側に配置されたカバーガラスＬａを備えている。カバーガラスＬａは、ＣＣＤなどの撮像素子の撮像面を保護するためのものである。カバーガラスＬａの像面側の面は、例えば結像面と一致するように配置されている。カバーガラスＬａの像面側の面を結像面に一致させた場合には、カバーガラスＬａの像面側の面に撮像素子の撮像面が当接される。
【００１４】
第１のレンズＧ１は、物体側の面が凹面形状で構成され、負の屈折力を有している。この第１のレンズＧ１は、広画角に耐えうる像面補正を行うため、図示したように、両凹形状であることが望ましい。
【００１５】
第３のレンズＧ３は、負の屈折力を有している。この第３のレンズＧ３は、図１では、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で構成された例を示しているが、図４に示す広角単焦点レンズ１Ａのように、像面側に凹面を向けたメニスカス形状で構成されていても良い。
【００１６】
第２のレンズＧ２は、少なくとも１つの面が非球面で構成され、正の屈折力を有している。第４のレンズＧ４は、少なくとも１つの面が非球面で構成されると共に、像面側の面が凸面形状で構成され、正の屈折力を有している。これら第２のレンズＧ２および第４のレンズＧ４は、像面側の面を非球面にした場合に、その面形状が光軸付近では凸形状で、周辺に行くに従い凹形状となるような構成であることが、主として像面補正の点で好ましい。また、これら非球面を有する第２のレンズＧ２および第４のレンズＧ４は、ガラスモールドレンズであることが望ましい。
【００１７】
本広角単焦点レンズ１は、上述の基本構成で、さらに、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。ただし、式中、ｆは、レンズ系全体の焦点距離を示す。また、ｆ1，ｆ2，ｆ4は、それぞれ、第１のレンズＧ１、第２のレンズＧ２、第４のレンズＧ４の焦点距離を示す。
【００１８】
−２．０＜ｆ／ｆ1＜−０．５  ……（１）
０．５＜ｆ／ｆ2＜２．０  ……（２）
０．５＜ｆ／ｆ4＜２．０  ……（３）
【００１９】
本広角単焦点レンズ１は、さらに、以下の条件式（４）〜（８）を満足するように構成されていることが望ましい。ただし、式中、Ｎd1，Ｎd3，Ｎd4は、それぞれ、第１のレンズＧ１、第３のレンズＧ３、第４のレンズＧ４のd線に対する屈折率を示す。また、νd3，νd4は、それぞれ、第３のレンズＧ３、第４のレンズＧ４のd線に対するアッベ数を示す。
【００２０】
１．６５＞Ｎd1  ……（４）
１．７０＜Ｎd3  ……（５）
１．６５＞Ｎd4  ……（６）
５０＞νd3  ……（７）
５０＜νd4  ……（８）
【００２１】
次に、以上のような構成の広角単焦点レンズ１によってもたらされる光学的な作用および効果について説明する。
【００２２】
本広角単焦点レンズ１では、第２のレンズＧ２および第４のレンズＧ４のそれぞれについて、少なくとも１つの面が非球面で構成されているので、４枚という少ないレンズ枚数で、全長を短くしつつ、諸収差の補正が有利に行われる。また、第１のレンズＧ１について、物体側の面が凹面形状で構成され、負の屈折力を有しているので、広画角での像面特性の悪化を防止できる。
【００２３】
条件式（１）〜（３）は、各レンズのパワー（屈折力）を制限するものである。条件式（１）〜（３）の数値範囲を超えると、４枚という少ないレンズ枚数で光学性能を最適な状態にバランスさせることができなくなる。各レンズが上述の基本構成で、かつ、条件式（１）〜（３）を満足することにより、４枚という少ないレンズ枚数でありながら、光学性能が最適なバランス状態に保たれ、広角で明るく、かつ、全長を短くすることができる。
【００２４】
条件式（５），（７）は、第３のレンズＧ３におけるレンズ材の光学的な特性を制限するためのものである。条件式（５），（７）の数値範囲を超えるレンズ材を使用すると、特に広角化した際の像面特性の補正と色収差の補正とが困難になる。
【００２５】
条件式（６），（８）は、第４のレンズＧ４におけるレンズ材の光学的な特性を制限するためのものである。条件式（６），（８）の数値範囲を超えるレンズ材を使用すると、特に広角化した際の像面特性の補正と色収差の補正とが困難になる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態の広角単焦点レンズ１によれば、上述の基本構成と各条件式を適宜満足することにより、簡易な構成でありながら、広角で明るく、かつ、全長を短くすることができる。これにより、本広角単焦点レンズ１では、例えば一般の３５mmフィルム換算で、焦点距離f＝２８mm相当の広画角を実現できる。また、簡易な構成でありながら、１００万画素以上のＣＣＤにも対応できる高い光学性能を実現できる。また、本広角単焦点レンズ１と小型のＣＣＤとを組み合わせることにより、小型の電子カメラを実現できる。
【００２７】
［実施例］
次に、本実施の形態の広角単焦点レンズ１の具体的な数値実施例について説明する。
【００２８】
＜実施例１＞
まず、本実施の形態に係る広角単焦点レンズ１の第１の数値実施例について説明する。本実施例の広角単焦点レンズ（以下、広角単焦点レンズ1-1と記す。）の断面構造は、図１に示した構成と同様となっている。
【００２９】
図２（Ａ），（Ｂ）は、本広角単焦点レンズ1-1の構成に関する具体的な数値データを示している。より詳しくは、図２（Ａ）は、基本的なレンズデータを示し、図２（Ｂ）は、非球面についてのデータを示す。図２（Ａ），（Ｂ）における面番号Ｓｉの欄には、本広角単焦点レンズ1-1について、最も物体側のレンズ面を１番目として、像面側に向かうに従い順次増加するレンズ面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１に示した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目のレンズ面の曲率半径の値を示している。面間隔Ｄｉの欄についても、図１に示した符号Ｄｉに対応させて、物体側からｉ番目のレンズ面Ｓｉとｉ＋１番目のレンズ面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（mm）である。Ｎdjおよびνdjの欄には、それぞれ、物体側からj番目(J=1〜5)のレンズのｄ線（波長λd＝587.6nm）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。また、図２（Ａ）には、この広角単焦点レンズ1-1における全系の焦点距離ｆ（＝１．００mm）、Ｆナンバー（ＦNO．＝２．９５）および画角２ω（＝７１．８°）の値についても示す。
【００３０】
なお、本実施例と後述の実施例２のレンズデータ（図５）は、全系の焦点距離が１になるようにノーマライズしてあるが、一般の３５mmフィルム換算で、焦点距離f＝２８mm相当の画角を有している。
【００３１】
図２（Ａ）において、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面であることを示す。本実施例では、第２のレンズＧ２および第４のレンズＧ４、それぞれについて、両面が非球面形状となっている。図２（Ａ）では、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍の曲率半径の数値を示している。
【００３２】
図２（Ｂ）には、非球面データとして、非球面形状を表す５つの非球面係数Ｋ，Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10の値を示す。これらの非球面係数は、以下の式（Ａ）によって表される非球面多項式における係数である。式（Ａ）の非球面多項式は、光軸Ｚ0に直交する方向にｈ軸を取って非球面の形状を表したものである。非球面は、式（Ａ）で表される曲線を光軸Ｚ0の周りに回転して得られる曲面である。式（Ａ）の非球面多項式において、ｈは、光軸Ｚ0からレンズ面までの距離（高さ）（単位：mm）を表す。Ｚ（ｈ）は、高さｈにおけるレンズ面のサグ（ｓａｇ）量を表している。より詳しくは、Ｚ（ｈ）は、光軸Ｚ0から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（単位：mm）を示す。Ｃは、光軸近傍におけるレンズ面の近軸曲率半径Ｒの逆数（１／Ｒ）である。また、Ｋは、離心率（または円錐定数）を表し、Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10は、それぞれ４次，６次，８次，１０次の非球面係数を表す。なお、図２（Ｂ）に示した非球面係数を表す数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」は、「１．０×１０-2」であることを示す。
【００３３】
Ｚ（ｈ）＝Ｃｈ2／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ2・ｈ2）1/2｝＋Ａ4ｈ4 ＋Ａ6ｈ6 ＋Ａ8ｈ8 ＋Ａ10ｈ10  ……（Ａ）
【００３４】
図７（Ａ），（Ｂ）は、本実施例と後述の実施例２のそれぞれについて、上述の条件式（１）〜（８）の各条件に対応する値をまとめて示したものである。この図から分かるように、本実施例では、各条件に対応する値が、すべて各条件式の範囲内となっている。
【００３５】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本広角単焦点レンズ1-1についての諸収差を示している。より詳しくは、図３（Ａ）は球面収差を示し、図３（Ｂ）は非点収差を示し、図３（Ｃ）はディストーション（歪曲収差）を示している。これらの図において、各収差はd線を基準としたものを示している。各収差図において、符号ｇ，d，Ｃを付した曲線は、それぞれｇ線、d線、Ｃ線についての収差を示している。ｇ線、d線、Ｃ線の波長は、それぞれ、435.8nm，587.6nm，656.3nmである。図３（Ｂ）において、実線はサジタル像面Ｓに対する収差を示し、破線はタンジェンシャル（メリジオナル）像面Ｔに対する収差を示している。なお、各収差図において、ＦN0．は、Ｆナンバーを示し、ωは半画角を示している。
【００３６】
＜実施例２＞
次に、本実施の形態に係る広角単焦点レンズ１の第２の数値実施例について説明する。
【００３７】
図５（Ａ），（Ｂ）は、本実施例の広角単焦点レンズ（以下、広角単焦点レンズ1-2と記す。）の構成に関する具体的な数値データを示している。より詳しくは、図５（Ａ）は、基本的なレンズデータを示し、図５（Ｂ）は、非球面についてのデータを示す。図５（Ａ），（Ｂ）に示した各数値の示す意味は、実施例１（図２（Ａ），（Ｂ））の場合と同様である。本実施例においても、実施例１と同様に、第２のレンズＧ２および第４のレンズＧ４、それぞれについて、両面が非球面形状となっている。
【００３８】
本広角単焦点レンズ1-2の断面構造は、図４に示した広角単焦点レンズ１Ａと同様となっている。すなわち、本実施例では、第３のレンズＧ３が、像面側に凹面を向けたメニスカス形状で構成されている。
【００３９】
本広角単焦点レンズ1-2においても、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、条件式（１）〜（８）の各条件をすべて満たしている。
【００４０】
図６（Ａ）〜（Ｄ）は、本広角単焦点レンズ1-2の諸収差を示している。より詳しくは、図６（Ａ）は球面収差を示し、図６（Ｂ）は非点収差を示し、図６（Ｃ）はディストーションを示している。図６（Ｂ）において、実線はサジタル像面Ｓに対する収差を示し、破線はタンジェンシャル（メリジオナル）像面Ｔに対する収差を示している。これらの収差図に付した各符号の意味は、実施例１（図３（Ａ）〜（Ｃ））の場合と同様である。
【００４１】
以上で説明したように、各実施例の広角単焦点レンズについて、上述の各条件式を満足した状態で諸収差が良好に補正され、広画角で明るく、かつ、全長が短くなっている。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値を取り得る。
【００４３】
また、本発明は、電子カメラに限らず、銀塩フィルムを使用するいわゆるレンズシャッターカメラの撮影用レンズとしても適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２記載の広角単焦点レンズによれば、物体側の面が凹面形状で構成された、負の屈折力を有する第１のレンズと、少なくとも１つの面が非球面で構成された、正の屈折力を有する第２のレンズと、負の屈折力を有する第３のレンズと、少なくとも１つの面が非球面で構成されると共に、像面側の面が凸面形状で構成された、正の屈折力を有する第４のレンズとを、物体側から順に配設し、かつ、各レンズのパワーを制限するための所定の条件式（１）〜（３）を満足するように構成したので、レンズ枚数４枚という簡易な構成でありながら、広角で明るく、かつ、全長を短くすることができる。
【００４５】
特に、請求項２記載の広角単焦点レンズによれば、請求項１記載の広角単焦点レンズにおいて、さらに、屈折率とアッベ数とに関する所定の条件式（４）〜（８）を満たすようにしたので、特に、広角化した際の像面特性の補正および色収差の補正を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの一構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの第１の数値実施例（実施例１）を示す説明図であり、（Ａ）は、基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は、非球面についてのデータを示している。
【図３】実施例１の広角単焦点レンズにおける球面収差、非点収差およびディストーションを示す収差図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの他の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの第２の数値実施例（実施例２）を示す説明図であり、（Ａ）は、基本的なレンズデータを示し、（Ｂ）は、非球面についてのデータを示している。
【図６】実施例１の広角単焦点レンズにおける球面収差、非点収差およびディストーションを示す収差図である。
【図７】各実施例の広角単焦点レンズが満たす条件値について示す説明図である。
【符号の説明】
Ｇ１〜Ｇ４…第１〜第４のレンズ、Ｌａ…カバーガラス、Ｚ0…光軸、１，１Ａ…広角単焦点レンズ、３…結像面。
【図１】
0004812957.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004812957.tif 000008