(57)【要約】【課題】  少ない枚数のレンズ構成で収差を良好に補正し、小型且つ安価でありながら優れた光学特性を得る。【解決手段】  物体側から順に、ガラスからなり少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第１のレンズＬ１と、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた負の屈折力を有する第２のレンズＬ２と、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第３のレンズＬ３と、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた第４のレンズＬ４とが配列されてなり、且つ条件（１）１．５８＜Ｎｄ１＜１．７５、（２）４９＜ν１＜６２、（３）ν２＜ν３（但し、Ｎｄ１：第１のレンズの屈折率、ν１：第１のレンズのアッベ数、ν２：第２のレンズのアッベ数、ν３：第３のレンズのアッベ数）を満足する。【選択図】  図１
2005208236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、ガラスからなり少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第１のレンズと、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた負の屈折力を有する第２のレンズと、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第３のレンズと、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた第４のレンズとが配列されてなり、且つ下記に示す条件（１）〜（３）を満足することを特徴とする単焦点レンズ。
１．５８＜Ｎｄ１＜１．７５  …（１）
４９＜νｄ１＜６２  …（２）
νｄ２＜νｄ３  …（３）
但し、
Ｎｄ１：第１のレンズの屈折率
νｄ１：第１のレンズのアッベ数
νｄ２：第２のレンズのアッベ数
νｄ３：第３のレンズのアッベ数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に用いられる単焦点レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置では、高画素化と同時に小型化や低コスト化の要求が高まっている。したがって、これら撮像装置に使用される撮像レンズとしては、高性能且つ小型で安価なものが求められている。
【０００３】
従来、撮像レンズとして使用される単焦点レンズでは、ガラス球面レンズを使用したり、貼り合わせレンズを使用したりするのが一般的である（例えば、特許文献１，２を参照）。しかしながら、ガラス球面レンズの場合には、レンズ研磨やレンズの貼り合わせ等にかかるコストを下げることに自ずと限界がある。また、小型化を図る上では、研磨されたレンズのコバ厚の確保や、貼り合わせたレンズの芯合わせの精度不足といった問題が発生してしまう。
【０００４】
このため、ガラス球面レンズを２枚とプラスチック非球面レンズ２枚との計４枚のレンズで構成された単焦点レンズが提案されている（例えば、特許文献３，４を参照。）。この特許文献３，４に記載される単焦点レンズでは、プラスチック非球面レンズを使用することで、非球面を容易に形成し得ると共に、レンズ枚数を少なくし且つ全長を短くすることが可能である。
【０００５】
しかしながら、この特許文献３，４に記載される単焦点レンズでは、結像性能を持たせるためのガラス球面レンズを２枚使用しなければならない点や、ほとんど屈折力を有さないプラスチック非球面レンズを補正板として使用しなければならない点などから、小型のガラス球面レンズを研磨することによるコストアップが懸念されるだけでなく、４枚のレンズ構成の全てに非球面レンズを使用する場合に比べて、設計自由度が制限されると共に、より高性能な機種に搭載して使用する場合に収差補正が困難になるといった問題が発生してしまう。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３３６８４号公報
【特許文献２】特開平７−２８１０８９号公報
【特許文献３】特開２００２−２２１６５７号公報
【特許文献４】特開２００３−９８４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、少ない枚数のレンズ構成で収差を良好に補正し、小型且つ安価でありながら優れた光学特性を得ることが可能な単焦点レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明に係る単焦点レンズは、物体側から順に、ガラスからなり少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第１のレンズと、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた負の屈折力を有する第２のレンズと、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた正の屈折力を有する第３のレンズと、プラスチックからなり少なくとも１面が非球面とされた第４のレンズとが配列されてなり、且つ下記に示す条件（１）〜（３）を満足することを特徴としている。
１．５８＜Ｎｄ１＜１．７５  …（１）
４９＜νｄ１＜６２  …（２）
νｄ２＜νｄ３  …（３）
但し、
Ｎｄ１：第１のレンズの屈折率
νｄ１：第１のレンズのアッベ数
νｄ２：第２のレンズのアッベ数
νｄ３：第３のレンズのアッベ数
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明に係る単焦点レンズでは、４枚のレンズ構成の全てに非球面レンズを使用することで、少ない枚数のレンズ構成で収差を良好に補正し、小型且つ安価でありながら優れた光学特性を得ることが可能である。特に、この単焦点レンズでは、主に第１のレンズに結像機能を持たせて、残りの３枚のレンズに収差補正機能を持たせることから、収差の補正可能な範囲を広げると共に、より自由な設計が可能となる。
【００１０】
また、この単焦点レンズでは、最も物体側に位置する第１のレンズにガラス非球面レンズを使用することで、４枚のレンズ構成の全てにプラスチック非球面レンズを使用した構成よりも、温度や湿度等の環境変化に対するデフォーカスの影響を抑制し、且つ、ガラス球面レンズを２枚以上使用した構成よりも、全体を軽量化すると共に低コスト化が可能である。
【００１１】
以上のように、本発明では、非常に簡便な構成で収差を良好に補正しつつ、小型で安価な単焦点レンズを得ることが可能なことから、このような単焦点レンズを撮像装置の撮像レンズとして使用した場合には、この撮像装置の高画質化や小型化、低コスト化等に大きく貢献することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した単焦点レンズについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明を適用した単焦点レンズ１は、例えばデジタルビデオカメラの撮像レンズとして使用されるものであり、物体側から順に、第１のレンズＬ１と、第２のレンズＬ２と、第３のレンズＬ３と、第４のレンズＬ４と、カバーレンズＦＧとが互いの光軸Ｚ０を一致させた状態で配列されてなる。そして、この単焦点レンズ１は、物体側から通過した光束が最終的に像面側の結像面に配置される、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子の撮像面に結像するようになされている。
【００１４】
これら４枚のレンズ構成のうち、第１のレンズＬ１は、温度や湿度等の環境変化に対して光学性能の変化が少ない光学ガラスからなる。また、この第１のレンズＬ１は、結像機能を持たせるため、正の屈折力（パワー）を有し、少なくとも１面が非球面とされたガラス非球面レンズである。
【００１５】
第２のレンズＬ２及び第３のレンズＬ３は、非球面を容易に形成し得るように光学プラスチックからなると共に、少なくとも１面が非球面とされた非球面プラスチックレンズである。また、これら第２のレンズＬ２及び第３のレンズＬ３は、第１のレンズＬ１により収束された光束に対する収差補正機能を持たせるため、第２のレンズＬ２は、負の屈折力を有して光束を発散させる一方、第３のレンズＬ３は、正の屈折力を有して光束を収束するようになされている。
【００１６】
第４のレンズＬ４は、非球面を容易に形成し得るように光学プラスチックからなると共に、少なくとも１面が非球面とされた非球面プラスチックレンズである。また、この第４のレンズＬ４は、主に像面補正のためのレンズであり、補正に合わせた正又は負の屈折力を有している。
【００１７】
カバーレンズＦＧは、上述した撮像素子の撮像面を保護するためのものであり、例えば赤外カットの機能を持たせたフィルターカバーガラスからなる。
【００１８】
ところで、この単焦点レンズ１は、第１のレンズＬ１の屈折率をＮｄ１、アッベ数νｄ１とし、第２のレンズＬ２のアッベ数をνｄ２とし、第３のレンズＬ３のアッベ数をνｄ３としたときに、下記に示す条件（１）〜（３）を満足するように構成されている。
１．５８＜Ｎｄ１＜１．７５  …（１）
４９＜νｄ１＜６２  …（２）
νｄ２＜νｄ３  …（３）
ここで、条件（１），（２）は、第１のレンズＬ１にガラス非球面レンズを使用した場合の結像性能を良好にカバーし得る範囲である。この範囲を超えると、残りの３つのプラスチック非球面レンズＬ２，Ｌ３，Ｌ４による収差補正が困難となる。一方、条件（３）は、第２のレンズＬ２，第３のレンズＬ３によって補正する収差に対して効果的な条件である。なお、第２のレンズＬ２の屈折率をＮｄ２とし、第３のレンズＬ３の屈折率をＮｄ３としたときに、これらレンズＬ２，Ｌ３の材質の特性の違いによって、Ｎｄ２＞Ｎｄ３又はＮｄ２＜Ｎｄ３となり得る。
【００１９】
以上のように構成される単焦点レンズ１では、４枚のレンズ構成の全てに非球面レンズを使用することで、少ない枚数のレンズ構成で収差を良好に補正し、優れた光学特性を得ることが可能である。また、レンズ枚数を少なくし且つ全長を短くすることによって、小型化及び低コスト化が可能である。
【００２０】
特に、この単焦点レンズ１では、主に第１のレンズＬ１に結像機能を持たせて、残りの３枚のレンズＬ２，Ｌ３，Ｌ４に収差補正機能を持たせることから、収差の補正可能な範囲を広げると共に、より自由な設計が可能となる。
【００２１】
また、この単焦点レンズ１では、最も物体側に位置する第１のレンズＬ１にガラス非球面レンズを使用することで、４枚のレンズ構成の全てにプラスチック非球面レンズを使用した構成よりも、温度変化に対するデフォーカスの影響を抑制し、且つ、ガラス球面レンズを２枚以上使用した構成よりも、全体を軽量化すると共に低コスト化が可能である。
【００２２】
以上のように、この単焦点レンズ１では、非常に簡便な構成で収差を良好に補正しつつ、小型且つ安価でありながら優れた光学特性を得ることが可能である。したがって、このような単焦点レンズ１を撮像レンズとして使用するデジタルスチルカメラでは、更なる高画質化や小型化、低コスト化等に対応することが可能である。
【００２３】
次に、本発明を適用した単焦点レンズ１の具体的な実施例について説明する。
【００２４】
なお、以下に示す実施例１，２，３では、具体的な材質や数値等を挙げるが、本発明は以下の例示に必ずしも限定されるものではない。
【００２５】
＜実施例１＞  
実施例１に示す単焦点レンズ１の設計データについては、以下に示す表１の通りである。
【００２６】
【表１】
2005208236.tif 000003
【００２７】
なお、表１における面番号ｉ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面番号を示している。すなわち、物体側から順に、図１に示す第１のレンズＬ１の第１面ｒ１及び第２面ｒ２は、表１に示す面番号１，２に対応しており、図１に示す第２のレンズＬ２の第１面ｒ３及び第２面ｒ４は、表１に示す面番号３，４に対応しており、図１に示す第１のレンズＬ３の第１面ｒ５及び第２面ｒ６は、表１に示す面番号５，６に対応しており、図１に示す第４のレンズＬ４の第１面ｒ７及び第２面ｒ８は、表１に示す面番号７，８に対応しており、図１に示すカバーレンズＦＧの第１面ｒ９及び第２面ｒ１０は、表１に示す面番号９，１０に対応している。なお、図１は、この実施例１の設計データに基づく単焦点レンズ１の断面構造を示したものである。
【００２８】
そして、各面番号ｉに対応して、表１には、各レンズ面の曲率半径ｒ（ｍｍ）（但し、ｒの値が∞となる面は、その面が平面であることを示す。）と、図１に示す物体側からｉ番目のレンズ面とｉ＋１番目のレンズ面との軸上面間隔ｄ（ｍｍ）と、各レンズのｄ線における屈折率ｎｄ及びアッベ数νｄとを示している。
【００２９】
なお、この実施例１に示す単焦点レンズ１における全系の焦点距離ｆは、６．３５ｍｍであり、ＦナンバーＦｎｏは、２．８であり、画角の半値ωは、２９．６゜である。また、この実施例１に示す単焦点レンズ１は、上記条件（１）〜（３）を全て満足するように構成されている。
【００３０】
第１のレンズＬ１には、第１面ｒ１及び第２面ｒ２が非球面とされたガラス非球面レンズを用い、第２のレンズＬ２には、第１面ｒ３及び第２面ｒ４が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用い、第３のレンズＬ３には、第１面ｒ５及び第２面ｒ６が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用い、第４のレンズＬ４には、第１面ｒ７及び第２面ｒ８が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用いている。
【００３１】
ここで、非球面は、以下に示す非球面式（Ａ）により表すことができる。
【００３２】
【数１】
2005208236.tif 000004
【００３３】
なお、この非球面式（Ａ）において、Ｚは、非球面頂点の接平面（光軸Ｚ０に垂直な平面）と非球面との光軸Ｚ０からの高さＹにおける光軸方向の距離であり、Ｙは、その光軸Ｚ０からの高さであり、Ｃは、非球面の近軸曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）であり、Ｋは、円錐定数であり、Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０は、４次，６次，８次，１０次の非球面係数である。
【００３４】
したがって、各非球面は、光軸近傍の曲率半径ｒと、円錐定数Ｋと、４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０とにより求めることができる。
【００３５】
具体的に、実施例１に示す単焦点レンズ１の各非球面における円錐定数Ｋと、４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ５，Ａ８，Ａ１０は、以下に示す表２の通りである。
【００３６】
【表２】
2005208236.tif 000005
【００３７】
以上のように構成される実施例１の単焦点レンズ１による諸収差図を図２に示す。
【００３８】
なお、図２において、（ａ）は、ｄ線、ｇ線、Ｃ線における球面収差を示し、（ｂ）は、サジタル像面（実線Ｓで示す。）及びメリジオナル像面（破線Ｍで示す。）に対する非点収差を示し、（ｃ）は、歪曲収差（ディストーション）を示している。
【００３９】
図２に示すように、実施例１に示す単焦点レンズ１では、各収差を良好に補正していることがわかる。
【００４０】
＜実施例２＞  
実施例２に示す単焦点レンズ１の設計データについては、以下に示す表３の通りである。
【００４１】
【表３】
2005208236.tif 000006
【００４２】
第１のレンズＬ１には、第１面ｒ１及び第２面ｒ２が非球面とされたガラス非球面レンズを用い、第２のレンズＬ２には、第１面ｒ３及び第２面ｒ４が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用い、第３のレンズＬ３には、第１面ｒ５及び第２面ｒ６が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用い、第４のレンズＬ４には、第１面ｒ７及び第２面ｒ８が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用いている。
【００４３】
具体的に、実施例２に示す単焦点レンズ１の各非球面における円錐定数Ｋと、４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ５，Ａ８，Ａ１０は、以下に示す表４の通りである。
【００４４】
【表４】
2005208236.tif 000007
【００４５】
なお、実施例２のそれ以外の設計データに関しては、上記実施例１に示す単焦点レンズ１の設計データと略々同様である。また、この実施例２に示す単焦点レンズ１は、上記条件（１）〜（３）を全て満足するように構成されている。
【００４６】
以上のように構成される実施例２の単焦点レンズ１による諸収差図を図３に示す。
【００４７】
図３に示すように、実施例２に示す単焦点レンズ１では、各収差を良好に補正していることがわかる。
【００４８】
＜実施例３＞  
実施例３に示す単焦点レンズ１の設計データについては、以下に示す表５の通りである。
【００４９】
【表５】
2005208236.tif 000008
【００５０】
第１のレンズＬ１には、第１面ｒ１及び第２面ｒ２が非球面とされたガラス非球面レンズを用い、第２のレンズＬ２には、第１面ｒ３及び第２面ｒ４が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用い、第３のレンズＬ３には、第１面ｒ５及び第２面ｒ６が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用い、第４のレンズＬ４には、第１面ｒ７及び第２面ｒ８が非球面とされたプラスチック非球面レンズを用いている。
【００５１】
具体的に、実施例３に示す単焦点レンズ１の各非球面における円錐定数Ｋと、４次，６次，８次，１０次の非球面係数Ａ４，Ａ５，Ａ８，Ａ１０は、以下に示す表６の通りである。
【００５２】
【表６】
2005208236.tif 000009
【００５３】
なお、実施例３のそれ以外の設計データに関しては、上記実施例１に示す単焦点レンズ１の設計データと略々同様である。また、この実施例３に示す単焦点レンズ１は、上記条件（１）〜（３）を全て満足するように構成されている。
【００５４】
以上のように構成される実施例３の単焦点レンズ１による諸収差図を図４に示す。
【００５５】
図４に示すように、実施例３に示す単焦点レンズ１では、各収差を良好に補正していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
なお、上記単焦点レンズ１は、上述したデジタルスチルカメラに限らず、例えばデジタルビデオカメラ等の撮像装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用した単焦点レンズの一例を示す構成図である。
【図２】実施例１に示す単焦点レンズの（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図３】実施例２に示す単焦点レンズの（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【図４】実施例３に示す単焦点レンズの（ａ）球面収差図、（ｂ）非点収差図、（ｃ）歪曲収差図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  単焦点レンズ、  Ｌ１  第１のレンズ、  Ｌ２  第２のレンズ、  Ｌ３  第３のレンズ、  ＦＧ  カバーガラス
【図１】
2005208236.tif 000010
【図２】
2005208236.tif 000011
【図３】
2005208236.tif 000012
【図４】
2005208236.tif 000013