(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズの４枚のレンズから構成され、
前記第１レンズは像側に凸形状で負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは像側に凸形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）であり、前記第３レンズは負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）であり、前記第４レンズは像側に強い凸形状の正レンズであって、
前記第１レンズから前記第４レンズを配して構成される撮影レンズにおいて、前記第１レンズと前記第２レンズの関係に関して下記条件式（１）を満足しており、前記第３レンズと前記第４レンズの関係に関して下記条件式（２）を満足しており、
前記第１レンズから前記第４レンズの各レンズに使用される硝材のアッベ数に関して下記条件式（３）を満足しており、さらに前記第２レンズと前記第４レンズに使用される硝材の屈折率に関して下記条件式（４）を満足していることを特徴とする撮影レンズ。
（１）  １．０５２≦ｆ／ｆ１・２≦１．６５１
（２）  ０．３４８≦ｆ／ｆ３・４≦０．６６８
（３）  １７．４９≦（ν２＋ν４）／２−（ν１＋ν３）／２≦２５．８４
（４）  １．７６６≦（ｎ２＋ｎ４）／２
ただし、
ｆ  ：レンズ全系の合成焦点距離
ｆ１・２：第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離
ｆ３・４：第３レンズ及び第４レンズの合成焦点距離
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
ν３：第３レンズのアッベ数
ν４：第４レンズのアッベ数
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ４：第４レンズのｄ線に対する屈折率
【請求項２】
請求項１記載の撮影レンズにおいて、さらに、前記第２レンズの像側の曲率半径に関して下記条件式（５）を満足しており、また前記第４レンズの像側の曲率半径に関して下記条件式（６）を満足していることを特徴とする撮影レンズ。
（５）  ０．４２９≦｜ｒ４｜／ｆ≦０．４９９  （絶対値はｒ４＜０のため）
（６）  ０．５２７≦｜ｒ８｜／ｆ≦０．６２０  （絶対値はｒ８＜０のため）
ただし、
ｒ４：第２レンズの像側の曲率半径
ｒ８：第４レンズの像側の曲率半径
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の撮影レンズにおいて、さらに、非球面形状のレンズ屈折面を３面以上有することを特徴とする撮影レンズ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の撮影レンズにおいて、さらに、絞りが第１レンズの物体側面よりさらに物体側に配置されていることを特徴とする撮影レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にデジタルスチルカメラのようなＣＣＤ（charged coupled device）等の撮像素子を使用した小型の撮像装置に用いられる高性能でコンパクトな撮影レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、従来の銀塩フィルムを使用するカメラ、例えば３５ｍｍ判カメラ等に加え、新しいジャンルの撮像装置としてデジタルスチルカメラが急速に普及してきた。デジタルスチルカメラは、付属する液晶モニターをファインダーとして使用することで容易に撮影でき、またその場で撮影した画像を再生して楽しむ事も可能である。加えて一般家庭に普及が進んできたパーソナルコンピュータ等に静止画像を入力するツールとして、また、カラープリンタ等の高解像度化に伴って従来のカメラ同様プリント目的にも活用されるようになってきた。デジタルスチルカメラは、構造的には、撮影レンズによって結像された静止画像をＣＣＤ他の撮像素子（以下ＣＣＤ）により電気的に取り込み、内蔵メモリやメモリカードなどに記録する撮像装置であるが、普及当初は、液晶モニターを撮影の際のファインダーとして、また撮影した画像の再生用モニターとして使用出来るため、銀塩カメラに較べて即時性、利便性をアピールして普及してきたが、一方では銀塩カメラに較べて撮影画像の解像度が低く、欠点と指摘されてきた。しかし、最近では、急速な普及と共にＣＣＤの画素数が多いものが安価に供給されるなどしてデジタルスチルカメラは、解像力の点でも普及判のプリントサイズなどの制限の範囲では銀塩カメラの解像力に迫る勢いで改良され製品化されている。
【０００３】
ＣＣＤの画素数を上げるには画素ピッチをそのままに、画面寸法を大きくする方法と、画面寸法をそのままに画素ピッチを小さくする方法とが考えられるが、画面寸法を大きくする方法では、単位ウエハあたりの取り数が小さくなりコストアップに繋がるため、一般的には、画面寸法をそのままに画素ピッチを小さくする方法で画素数を上げる方法が優先される。例えば、デジタルスチルカメラ用として最近発表されている、有効画素数が３００万画素クラスのＣＣＤでは画素ピッチは３．５μｍ程度となっている。従って、最小錯乱円径を画素ピッチの２倍と仮定しても７．０μｍであり、３５ｍｍ判銀塩カメラの最小錯乱円径が約３３μｍと考えられるので、デジタルスチルカメラの撮影レンズに要求される解像力は銀塩カメラの約５倍ということが言える。またこのことは、各画素の光を取り込む為の面積が低下することであって、結果としてセンサーの出力感度の低下をまねく。対策として各画素の直前にマイクロレンズアレーを配置することによって改善の試みはされているが、画素ピッチ３μｍ台では実効的に見てフィルム感度のＩＳＯ１００よりも低くなり、撮影レンズの開放Ｆ値を小さくして明るいレンズとしないと使いにくいものとなってしまう。
【０００４】
一方、ＣＣＤを使用した光学系としてＶＴＲカメラの撮影レンズがあって、デジタルスチルカメラとＶＴＲカメラの撮影レンズの特徴を比較して見ると、イメージサークルの大きさの程度がほぼ等しいと考えてよく、また詳しくは後述するように像側のテレセントリック性を要求されるなどの点で、これらの必要がない銀塩カメラよりもＶＴＲカメラ用の撮影レンズのほうがデジタルスチルカメラの撮影レンズに類似している。従って、ＶＴＲカメラ用の撮影レンズをデジタルスチルカメラに利用することは、普及の当初では行われていた。ＶＴＲカメラも開発が進められ最近ではデジタル処理をして高画質を特徴とするものも製品化されているが、再生画像をテレビジョンあるいはモニターで見るという性質上要求される解像度についてはデジタルスチルカメラで使用されるＣＣＤより１桁小さい３５万画素クラスで十分とされている。このクラスのＣＣＤの画素ピッチは約５．６μｍ程度である。従って、このようなＶＴＲカメラ用の撮影レンズを１００万画素を越えるＣＣＤさらには３００万画素クラスのＣＣＤを使用しているデジタルスチルカメラに利用するには解像力不足が決定的となり、使用に耐えない。また撮影レンズに対しての歪曲収差の量についても動画と静止画の違いから要求されるレベルが異なり、デジタルスチルカメラでは歪曲収差を含めて、さらに厳しい収差補正の必要が生じてくる。
【０００５】
前述のように、ＣＣＤ等のイメージセンサを用いた光学系では像側のテレセントリック性を良好に設計しなければならない。像側のテレセントリック性とは、各像点に対する光線束の主光線が、光学系の最終面を射出した後、光軸とほぼ平行になる、すなわち、像面とはほぼ垂直に交わることを言う。言い換えると、光学系の射出瞳位置が像面から十分離れることが要求されるのである。これは、ＣＣＤ上の色フィルターが撮像面からやや離れた位置にあるために、光線が、斜めから入射した場合、実質的な開口効率が減少する（シェーディングという）ためであり、特に最近の高感度型のＣＣＤでは、撮像面の直前にマイクロレンズアレーを配しているものが多いが、この場合も同様に、射出瞳が十分離れていないと、周辺で開口効率がで低下してしまう。また、ＣＣＤの周期構造に起因して発生するモアレ現象等を防止するために光学系とＣＣＤの間に挿入される水晶光学フィルター（オプチカルローパスフィルター）やＣＣＤの赤外波長域での感度を低下させて人の目の比視感度に近づける目的で、やはり光学系とＣＣＤの間に挿入される赤外吸収フィルターの実効厚さが、光軸上と周辺であまり変動しないことが求められ、この点でもデジタルスチルカメラ用の撮影レンズにおいては像側のテレセントリック性を良好に設計する必要が生じてくる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、デジタルスチルカメラ用の撮影レンズは、銀塩カメラの約５倍の解像力が求められていると同時に像側のテレセントッリック性を良好にし、光学系と像面の間に水晶光学フィルターや赤外吸収フィルター等を挿入しなければならず、十分なバックフォーカスを得ることを要求される。また、ＣＣＤの感度低下などの状況から開放Ｆ値の小さく、ズームレンズなどの機能も一般的に要求される一方で、さらなるコンパクト化も要求されるため、これらの要求を満たす撮影レンズを供給するためには非球面レンズの効果的な導入など、高度な光学設計技術を必要としている。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑み高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、また像側のテレセントリック性も良好な、コンパクトでレンズエレメントの構成枚数が少ない撮影レンズを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮影レンズは、物体側より順に、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ及び第４レンズの４枚のレンズから構成され、前記第１レンズは像側に凸形状で負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、前記第２レンズは像側に凸形状で正の屈折力を有するレンズ（以下正レンズ）であり、前記第３レンズは負の屈折力を有するレンズ（以下負レンズ）であり、前記第４レンズは像側に強い凸形状の正レンズである。そして、前記第１レンズから前記第４レンズを配して構成される撮影レンズにおいて、前記第１レンズと前記第２レンズの関係に関して下記条件式（１）を満足しており、前記第３レンズと前記第４レンズの関係に関して下記条件式（２）を満足しており、前記第１レンズから前記第４レンズの各レンズに使用される硝材のアッベ数に関して下記条件式（３）を満足しており、さらに前記第２レンズと前記第４レンズに使用される硝材の屈折率に関して下記条件式（４）を満足していることを特徴としている。（請求項１）
（１）  １．０５２≦ｆ／ｆ１・２≦１．６５１
（２）  ０．３４８≦ｆ／ｆ３・４≦０．６６８
（３）  １７．４９≦（ν２＋ν４）／２−（ν１＋ν３）／２≦２５．８４
（４）  １．７６６≦（ｎ２＋ｎ４）／２
ただし、
ｆ  ：レンズ全系の合成焦点距離
ｆ１・２：第１レンズ及び第２レンズの合成焦点距離
ｆ３・４：第３レンズ及び第４レンズの合成焦点距離
ν１：第１レンズのアッベ数
ν２：第２レンズのアッベ数
ν３：第３レンズのアッベ数
ν４：第４レンズのアッベ数
ｎ２：第２レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ４：第４レンズのｄ線に対する屈折率
【０００９】
条件式（１）は、前記第１レンズ及び前記第２レンズの合成パワーに関するものである。当該合成パワーは強い正パワーを有するが、その大部分が前記第２レンズに支配的に配分されており、この合成パワーが条件式（１）の上限をこえると、前記第２レンズのパワーが大きくなり、バックフォーカスが小さくなる。逆にこの合成パワーが下限を越えると、前記第２レンズのパワーが小さくなり、これによりもう一つの正レンズである前記第４レンズの正パワーが大きくなり、色収差や像面のバランスが悪化することとなる。
条件式（２）は、前記第３レンズ及び前記第４レンズの合成パワーに関するものである。前記第３レンズは強い負の屈折力を有するが、ペッツバール和すなわち像面湾曲及び色収差に対して重要な意味を持っている。また、前記第４レンズは強い正の屈折力を有しており、前記第３レンズの強い負の屈折力とバランスし、合成パワーは弱い正パワーを有する構成となっている。この合成パワーが下限を越えると、すなわち前記第３レンズの負のパワーが前記第４レンズの正のパワーに対して相対的に大きいと像面湾曲及び色収差に対しては有利な条件となるが、球面収差及びコマ収差に対しては不利な条件となる。逆に合成パワーが上限をこえると、すなわち前記第３レンズの負のパワーが前記第４レンズの正のパワーに対して相対的に小さいと球面収差やコマ収差に対しては有利となるが、像面湾曲及び色収差に対しては不利な条件となる。
【００１０】
条件式（３）は、全系を構成する正レンズ（前記第２レンズ及び前記第４レンズ）と負レンズ（前記第１レンズ及び前記第３レンズ）に使用されている硝材のアッベ数の配分に関する条件である。条件式の下限を越えると、色収差の補正のため各レンズのパワーが大きくなり、球面収差およびコマ収差の補正に不利となる。
条件式（４）は、全系を構成するレンズのうち、正レンズ（前記第２レンズ及び前記第４レンズ）に使用されている硝材の屈折率の配分に関する条件である。ペッツバール和を小さくおさえて、像面湾曲、非点収差を良好に補正するための条件である。従って、下限を越えた場合には、ペッツバール和が大きくなってしまい像面湾曲の補正が困難となる。
【００１１】
また、前記第２レンズの像側の曲率半径に関して下記条件式（５）を満足しており、また前記第４レンズの像側の曲率半径に関して下記条件式（６）を満足していることが好ましい。（請求項２）
（５）  ０．４２９≦｜ｒ４｜／ｆ≦０．４９９  （絶対値はｒ４＜０のため）
（６）  ０．５２７≦｜ｒ８｜／ｆ≦０．６２０  （絶対値はｒ８＜０のため）
ただし、
ｒ４：第２レンズの像側の曲率半径
ｒ８：第４レンズの像側の曲率半径
【００１２】
条件式（５）は、前記第２レンズの像側の面の形状に関する条件である。前記第２レンズの形状の特徴は、概ね開口絞りに対してコンセントリックな形状となっていることである。このような形状をとることにより、球面収差、コマ収差を良好に補正し、かつ歪曲収差を良好に維持しており、条件式（５）の範囲の上限、下限のどちらを越えても、球面収差やコマ収差をバランス良く補正すると歪曲収差に悪影響を及ぼすこととなる。
条件式（６）は、前記第４レンズの像側の面の形状に関する条件である。前記第４レンズは大きな正のパワーを持ち、特に像側面が大きく像側に凸形状となることによって、歪曲収差を良好に補正すると同時に、テレセントリック性を仕様に合わせて良好にする事が出来る。上限を越えると歪曲収差は良好となるが、満足するテレセントリック性が得られず、逆に下限を越えると、テレセントリック性は問題ないが、歪曲収差の補正が難しくなる。
【００１３】
また、さらに、非球面形状の屈折面を３面以上有し（請求項３）、絞りが第１レンズの物体側面よりさらに物体側に配置されている（請求項４）ことが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な数値実施例について、本発明を説明する。以下の実施例１から実施例９では、いずれも最も物体側に開口絞りＳを有し、以降物体側より順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、及び第４レンズＬ４の４枚のレンズから構成されており、前記第４レンズと像面との間には空気間隔をおいて平行平面ガラスＬＰが配されている。前記平行平面ガラスＬＰは、実際にはＣＣＤのカバーガラス、水晶光学フィルター、及び赤外吸収フィルターから構成されるのであるが、本発明の光学的説明には何ら問題はないのでこれらの総厚に等しい１枚の平行平面ガラスで表現している。
【００１５】
各実施例において使用している非球面については、周知のごとく、光軸方向にＺ軸、光軸と直交する方向にＹ軸をとるとき、非球面式：
Ｚ＝（Ｙ２／ｒ）〔１＋√｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ／ｒ）２｝〕
＋Ａ・Ｙ４＋Ｂ・Ｙ６＋Ｃ・Ｙ８＋Ｄ・Ｙ１６＋‥‥
で与えられる曲線を光軸の回りに回転して得られる曲面で、近軸曲率半径：ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを与えて形状を定義する。尚表中の円錐定数及び高次の非球面係数の表記において「Ｅとそれに続く数字」は「１０の累乗」を表している。例えば、「Ｅ−４」は１０−４を意味し、この数値が直前の数値に掛かるのある。
【００１６】
［実施例１］  本発明の撮影レンズの第１実施例について数値例を表１に示す。また図１は、そのレンズ構成図、図２はその諸収差図である。
表及び図面中、ｆはレンズ全系の焦点距離、ＦnoはＦナンバー、２ωはレンズの全画角、ｂｆはバックフォーカスを表す。バックフォーカスｂｆは前記第４レンズの像側面（第１０面）から像面までの空気換算距離である。また、Ｒは曲率半径、Ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線の屈折率、νｄはｄ線のアッベ数を示す。また、球面収差図中のｄ、ｇ、Ｃはそれぞれの波長における収差曲線であり、Ｓ．Ｃ．は正弦条件である。また非点収差図中のＳはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００１７】
【表  １】
0003937706.tif 000002
【００１８】
［実施例２］  第２実施例について数値例を表２に示す。また、図３はそのレンズ構成図、図４はその諸収差図である。
【表  ２】
0003937706.tif 000003
【００１９】
［実施例３］  第３実施例について数値例を表３に示す。また、図５はそのレンズ構成図、図６はその諸収差図である。
【表  ３】
0003937706.tif 000004
【００２０】
［実施例４］  第４実施例について数値例を表４に示す。また、図７はそのレンズ構成図、図８はその諸収差図である。
【表  ４】
0003937706.tif 000005
【００２１】
［実施例５］  第５実施例について数値例を表５に示す。また、図９はそのレンズ構成図、図１０はその諸収差図である。
【表  ５】
0003937706.tif 000006
【００２２】
［実施例６］  第６実施例について数値例を表６に示す。また、図１１はそのレンズ構成図、図１２はその諸収差図である。
【表  ６】
0003937706.tif 000007
【００２３】
［実施例７］  第７実施例について数値例を表７に示す。また、図１３はそのレンズ構成図、図１４はその諸収差図である。
【表  ７】
0003937706.tif 000008
【００２４】
［実施例８］  第８実施例について数値例を表８に示す。また、図１５はそのレンズ構成図、図１６はその諸収差図である。
【表  ８】
0003937706.tif 000009
【００２５】
［実施例９］  第９実施例について数値例を表９に示す。また、図１７はそのレンズ構成図、図１８はその諸収差図である。
【表  ９】
0003937706.tif 000010
【００２６】
次に実施例１から実施例９に関して条件式（１）から条件式（６）に対応する値、及び非球面の面数をまとめて表１０に示す。
【表  １０】
0003937706.tif 000011
【００２７】
表１０から明らかなように、実施例１から実施例９の各実施例に関する数値は条件式（１）から（６）を満足しているとともに、各実施例における収差図からも明らかなように、各収差とも良好に補正されている。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、高解像でかつ歪曲収差が小さく、バックフォーカスが長く、また像側のテレセントリック性も良好な性能を満足しつつ、コンパクトでレンズエレメントの構成枚数が少ない撮影レンズを提供する事ができる。また、開口絞りが最も物体側に配置されていることにより、物体側から見たときに撮影レンズが目立たず、特に監視用カメラやＰＣカメラ（パーソナルコンピュータ付属の撮像装置）にも使用することが可能で、高性能である上、さらに形状的な特徴を生かした利点を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮影レンズの第１実施例のレンズ構成図
【図２】第１実施例の撮影レンズの諸収差図
【図３】本発明による撮影レンズの第２実施例のレンズ構成図
【図４】第２実施例の撮影レンズの諸収差図
【図５】本発明による撮影レンズの第３実施例のレンズ構成図
【図６】第３実施例の撮影レンズの諸収差図
【図７】本発明による撮影レンズの第4実施例のレンズ構成図
【図８】第4実施例の撮影レンズの諸収差図
【図９】本発明による撮影レンズの第５実施例のレンズ構成図
【図１０】第５実施例の撮影レンズの諸収差図
【図１１】本発明による撮影レンズの第６実施例のレンズ構成図
【図１２】第６実施例の撮影レンズの諸収差図
【図１３】本発明による撮影レンズの第７実施例のレンズ構成図
【図１４】第７実施例の撮影レンズの諸収差図
【図１５】本発明による撮影レンズの第８実施例のレンズ構成図
【図１６】第８実施例の撮影レンズの諸収差図
【図１７】本発明による撮影レンズの第９実施例のレンズ構成図
【図１８】第９実施例の撮影レンズの諸収差図
【図１】
0003937706.tif 000012
【図２】
0003937706.tif 000013
【図３】
0003937706.tif 000014
【図４】
0003937706.tif 000015
【図５】
0003937706.tif 000016
【図６】
0003937706.tif 000017
【図７】
0003937706.tif 000018
【図８】
0003937706.tif 000019
【図９】
0003937706.tif 000020
【図１０】
0003937706.tif 000021
【図１１】
0003937706.tif 000022
【図１２】
0003937706.tif 000023
【図１３】
0003937706.tif 000024
【図１４】
0003937706.tif 000025
【図１５】
0003937706.tif 000026
【図１６】
0003937706.tif 000027
【図１７】
0003937706.tif 000028
【図１８】
0003937706.tif 000029