(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に絞りおよび３枚のレンズよりなるフロントシャッタ方式の単焦点レンズであって、該３枚のレンズは物体側より順に、少なくとも１面を非球面とされ物体側を凹面形状とされて負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、および、少なくとも１面を非球面とされ物体側を凹面形状とされて負の屈折力を有する第３レンズからなり、前記第１レンズがメニスカス形状とされ、前記第２レンズが両凸形状とされ、かつ以下の条件式（１）を満足することを特徴とするフロントシャッタ方式の単焦点レンズ。
｜Ｒ１１＋Ｒ１２｜／｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＞4.0    ……（１）
ただし、
Ｒ１１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ１２：第１レンズの像面側の面の曲率半径
【請求項２】
以下の条件式（２）および（３）を満足することを特徴とする請求項１記載のフロントシャッタ方式の単焦点レンズ。
1.70＜Ｎｄ３    ……（２）
35＞νｄ３      ……（３）
ただし、
Ｎｄ３：第３レンズのｄ線における屈折率
νｄ３：第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型サイズの撮像素子への撮影レンズとして好適な単焦点レンズに関し、特に、コンパクトかつ高性能なフロントシャッタ方式の単焦点レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子スチルカメラ等の小型のＣＣＤカメラでは、ＣＣＤ製造技術の発展によって、１画素の大きさが小さくなるとともに画素数が１００万のオーダに達する高密度なＣＣＤが利用されるようになっている。これに従い、ＣＣＤカメラ用の撮影レンズには、高解像度で高性能なものが要望されている。
【０００３】
このような要望に対応するものとしては、例えば、特開平５-157962号公報および特開平11−125767号公報に記載された撮影レンズが知られている。前者は、４群５枚構成で絞りが第１レンズ群の物体側に配されたフロントシャッタタイプの撮影レンズであり、後者は、２群６枚構成で絞りが第１レンズ群と第２レンズ群との間に配された撮影レンズである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤカメラ用の撮影レンズには、高い光学性能が望まれると同時に、小型化と低コスト化の要求も強い。レンズ枚数をさらに低減しコンパクト化および構成の簡易化を図りながら、従来と同程度の高い光学性能を有する撮影レンズが要望されている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、デジタルカメラ等の小型サイズの撮像素子用の撮影レンズにおいて、３枚レンズ構成により、収差を良好に補正しつつコンパクト化を達成し得るフロントシャッタ方式の単焦点レンズを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のフロントシャッタ方式の単焦点レンズは、物体側より順に絞りおよび３枚のレンズよりなるフロントシャッタ方式の単焦点レンズであって、該３枚のレンズは物体側より順に、少なくとも１面を非球面とされ物体側を凹面形状とされて負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、および、少なくとも１面を非球面とされ物体側を凹面形状とされて負の屈折力を有する第３レンズからなり、前記第１レンズがメニスカス形状とされ、前記第２レンズが両凸形状とされ、かつ以下の条件式（１）を満足することを特徴とするものである。
｜Ｒ１１＋Ｒ１２｜／｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＞4.0    ……（１）
ただし、
Ｒ１１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ１２：第１レンズの像面側の面の曲率半径
【０００８】
さらに、以下の条件式（２）および（３）を満足することがより好ましい。
1.70＜Ｎｄ３    ……（２）
35＞νｄ３      ……（３）
ただし、
Ｎｄ３：第３レンズのｄ線における屈折率
νｄ３：第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す実施形態（実施例１のものを代表させて示している）のフロントシャッタ方式の単焦点レンズは、物体側より順に、絞りＳ、少なくとも１面を非球面とされ物体側を凹面形状とされた負の屈折力を有する第１レンズＬ１、正の屈折力を有する第２レンズＬ２、および少なくとも１面を非球面とされ物体側を凹面形状とされた負の屈折力を有する第３レンズＬ３が配列され、光束を撮像素子のカバーガラス１上の結像位置Ｐに効率良く集束させるようにしたフロントシャッタ方式の単焦点レンズである。
【００１０】
フロントシャッタ方式とは、絞りＳを第１レンズＬ１の物体側に配置する構成であり、これにより結像位置から射出瞳までの距離を長くとることができる。このことはレンズ系の最終面から射出する各光束の主光線と光軸Ｘとのなす角度が小さくなることであり、テレセントリック性が良好となり、色ムラを防止することができる。
【００１１】
さらに、本実施形態によればフロントシャッタ方式により結像位置から射出瞳までの距離を長くとることができるので、撮影レンズとしては、最も物体側の部材（絞りＳ）から結像位置までの距離が短く、コンパクトな構成とすることができる。本実施形態の単焦点レンズによれば、レンズ系自体がコンパクトなので、撮影時に収納位置からレンズを繰り出す等により距離を確保する必要がない。すなわち、沈胴タイプでなく固定タイプのカメラ構成とすることができるので、モータやレンズ移動機構が必要なく、構成の簡易化と低コスト化を図り得る。
【００１２】
また、本実施形態の単焦点レンズは、３枚という少ない枚数の低廉で簡易なレンズ構成でありながら、非球面レンズを用いるとともにパワー配分および面形状を適切に設定することにより、十分に収差を良好なものとし、高性能を達成している。これらの非球面はいずれも下記非球面式で表される。
【００１３】
【数１】
0004109857.tif 000002
【００１４】
なお、非球面は、例えば第１レンズＬ１の物体側の面に形成された場合、絞りＳとの位置が比較的近くなるので球面収差の向上を図り易くなる。また、この第１レンズＬ１は、レンズの両面に非球面が形成された場合にはコマ収差の補正に効果を有する。また、第３レンズＬ３の像面側の面に非球面が形成された場合には、ディストーションおよび像面湾曲の補正効果を有する。
【００１５】
本実施形態のフロントシャッタ方式の単焦点レンズは、さらに、第１レンズＬ１がメニスカス形状とされ、第２レンズＬ２が両凸形状とされ、かつ以下の条件式（１）〜（３）を満足することが望ましい。
｜Ｒ１１＋Ｒ１２｜／｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＞4.0    ……（１）
1.70＜Ｎｄ３    ……（２）
35＞νｄ３      ……（３）
ただし、
Ｒ１１：第１レンズＬ１の物体側の面の曲率半径
Ｒ１２：第１レンズＬ１の像面側の面の曲率半径
Ｎｄ３：第３レンズＬ３のｄ線における屈折率
νｄ３：第３レンズＬ３のｄ線におけるアッベ数
【００１６】
第１レンズＬ１のメニスカス形状、第２レンズＬ２の両凸形状および各条件式（１）〜（３）は、収差を良好とし性能向上に寄与する。
【００１７】
条件式（１）は、第１レンズＬ１のシェイプファクタを規定する。この数値範囲を下回ると、第１レンズＬ１の負のパワーが強くなりすぎ、コマ収差、像面湾曲の補正が困難になる。
【００１８】
条件式（２）および（３）は、第３レンズＬ３の硝材の特性を規定する。これらの数値範囲を越えると色収差の補正が困難となる。第３レンズＬ３は負のパワーを持ちながら、面形状としては曲率は小さいことが収差上望ましい。これを満足するためには硝材の屈折率Ｎｄ３は高いことが望ましく、条件式（２）の下限値が設定される。また、第３レンズＬ３のアッベ数νｄ３は、第２レンズのアッベ数とのバランスをとり色収差を補正するため、条件式（３）を満足することが望ましい。
【００１９】
また、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは、極めて近接した配置または接合された配置とすることが好ましい。
【００２０】
なお、本発明のフロントシャッタ方式の単焦点レンズとしては種々の態様の変更が可能であり、例えば各レンズの形状および非球面の形状は適宜選択し得る。また、本発明のフロントシャッタ方式の単焦点レンズは、デジタルカメラ用撮像レンズにも適用し得る高い性能を有しているが、用途としてはこれに限られない。上述したようにモータやレンズ移動機構が不要な簡易な構成でかつコンパクトであるので、さらに薄型の機器、例えば時計や携帯電話や電子手帳等の携帯ツールへの搭載にも好適である。
【００２１】
また、従来のＣＣＤカメラの撮影レンズでは、撮影レンズ系とＣＣＤとの間の空間にローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等の光学素子を配置しなければならないため、十分長いバックフォーカスが必要とされていた。本発明の単焦点レンズにおいてもバックフォーカスは十分であり、第３レンズＬ３とＣＣＤカバーガラス１との間にこれらのフィルタを配置することが可能である。しかしながら、近年ではコーティング技術の発達に伴い、いずれかのレンズにコーティングを施すことによりこれらのフィルタの機能を果たすことが可能となっている。レンズ系の低廉化にはコーティングが有利である。
【００２２】
【実施例】
以下、具体的な数値に基づき各実施例について説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
実施例１にかかるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの構成を図１に示す。この単焦点レンズの構成は実施形態において説明したとおりであり、具体的には、この単焦点レンズは物体側より順に、絞りＳ、両面を非球面とされ凸面を像面側に向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズよりなる第１レンズＬ１、曲率の大きい面を物体側に向けた両凸レンズよりなる第２レンズＬ２、および像面側の面を非球面とされ曲率の大きい面を物体側に向けた両凹レンズよりなる第３レンズＬ３が配列されている。
【００２４】
下記表１上段に、この単焦点レンズの焦点距離ｆ´、Ｆｎｏ．および画角２ω、を示す。また、表１中段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、レンズ全系の焦点距離1.00（ｍｍ）に対して規格化されている。なお、面番号の数字は物体側からの順番を表すものであり、面番号Ｓは絞りを意味する。面番号の左側に＊が付された面は非球面とされている。また、表１下段には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。
【００２５】
【表１】
0004109857.tif 000003
【００２６】
また、後述するとおり本実施例は上記条件式（１）〜（３）を満足する。
【００２７】
＜実施例２＞
実施例２にかかるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの構成を図２に示す。この単焦点レンズは実施例１のフロントシャッタ方式の単焦点レンズと略同様の構成とされているが、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３が接合レンズとされている点が実施例１と異なっている。
【００２８】
下記表２上段に、この単焦点レンズの焦点距離ｆ´、Ｆｎｏ．および画角２ω、を示す。また、表２中段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、レンズ全系の焦点距離1.00（ｍｍ）に対して規格化されている。なお、面番号の数字は物体側からの順番を表すものであり、面番号Ｓは絞りを意味する。面番号の左側に＊が付された面は非球面とされている。また、表２下段には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。
【００２９】
【表２】
0004109857.tif 000004
【００３０】
また、後述するとおり本実施例は上記条件式（１）〜（３）を満足する。
【００３１】
＜実施例３＞
実施例３にかかるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの構成を図３に示す。この単焦点レンズは実施例２のフロントシャッタ方式の単焦点レンズと略同様の構成とされている。
【００３２】
下記表３上段に、この単焦点レンズの焦点距離ｆ´、Ｆｎｏ．および画角２ω、を示す。また、表３中段に、各レンズ面の曲率半径Ｒ、各レンズの軸上面間隔Ｄ、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。曲率半径Ｒおよび軸上面間隔Ｄは、レンズ全系の焦点距離1.00（ｍｍ）に対して規格化されている。なお、面番号の数字は物体側からの順番を表すものであり、面番号Ｓは絞りを意味する。面番号の左側に＊が付された面は非球面とされている。また、表３下段には、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０の値を示す。
【００３３】
【表３】
0004109857.tif 000005
【００３４】
また、後述するとおり本実施例は上記条件式（１）〜（３）を全て満足する。
【００３５】
図４〜６は、上記各実施例にかかるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの諸収差（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。なお、各非点収差図には、サジタル（Ｓ）像面およびタンジェンシャル（Ｔ）像面に対する収差が示されている。これらの収差図から明らかなように、上述した各実施例の単焦点レンズによれば、各収差を良好に補正することができる。
【００３６】
表４は、上記各実施例にかかるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの上記条件式（１）〜（３）に対応する値を示している。各実施例は上記条件式（１）〜（３）を全て満足する。
【００３７】
【表４】
0004109857.tif 000006
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のフロントシャッタ方式の単焦点レンズによれば、絞りを第１レンズの物体側に配置し、非球面レンズを用いるとともにパワー配分および面形状を適切に設定することにより、３枚という少ない枚数の低廉で簡易なレンズ構成でありながら高性能を達成し、かつレンズ系自体をコンパクトに構成し得るフロントシャッタ方式の単焦点レンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの構成を示す概略図
【図２】本発明の実施例２によるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの構成を示す概略図
【図３】本発明の実施例３によるフロントシャッタ方式の単焦点レンズの構成を示す概略図
【図４】実施例１のフロントシャッタ方式の単焦点レンズの諸収差を示す収差図
【図５】実施例２のフロントシャッタ方式の単焦点レンズの諸収差を示す収差図
【図６】実施例３のフロントシャッタ方式の単焦点レンズの諸収差を示す収差図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ３      レンズ
Ｒ１〜Ｒ８    レンズ面（光学部材面）の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ７    軸上面間隔
Ｓ            絞り
Ｘ            光軸
Ｐ            結像位置
１            カバーガラス
【図１】
0004109857.tif 000007
【図２】
0004109857.tif 000008
【図３】
0004109857.tif 000009
【図４】
0004109857.tif 000010
【図５】
0004109857.tif 000011
【図６】
0004109857.tif 000012