(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、物体側に凹面または平面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、
少なくとも１面が非球面とされたメニスカス形状のプラスチックからなる第２レンズと、
像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズと、像面側に凹面を向け、少なくとも１面が非球面とされたメニスカス形状のプラスチックからなる第４レンズを配列してなり、下記の条件式（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする単焦点レンズ。
−０．２＜ｆ′／ｆ′２＜０．２ … （１）
−０．２＜ｆ′／ｆ′４＜０．２ … （２）
２＜ｆ′１／ｆ′３ … （３）
ｆ′ … 全体の焦点距離  ｆ′１… 第１レンズの焦点距離  ｆ′２… 第２レンズの焦点距離  ｆ′３… 第３レンズの焦点距離  ｆ′４… 第４レンズの焦点距離
【請求項２】
前記第３レンズの物体側の面が凹面とされていることを特徴とする請求項１記載の単焦点レンズ。
【請求項３】
前記第２レンズと前記第３レンズとの間に絞りが配されていることを特徴とする請求項１または２記載の単焦点レンズ。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項記載の単焦点レンズにおいて、下記の条件式（４）、（５）、（６）を満足することを特徴とする単焦点レンズ。
１．７０＜Ｎｄ１ … （４）
３５＞νｄ１ … （５）
５０＜νｄ３ … （６）
Ｎｄ１… 第１レンズのｄ線における屈折率  νｄ１… 第１レンズのｄ線におけるアッベ数  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、コンパクトな単焦点レンズに関し、特に、デジタルカメラに好適な単焦点レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンの普及に伴い、撮影した画像情報の加工を容易に行い得るデジタルカメラも急速に普及しつつある。
【０００３】
このようなデジタルカメラにおいては、よりコンパクトで低廉なものが求められるようになってきており、このため特に、その撮影レンズについてのコンパクト化および低廉化の達成が急務である。本願発明者は、このような要求に応じた３枚構成よりなる単焦点レンズを開発し、既に開示している（特願2001−156653号）。この単焦点レンズは、少なくとも一面を非球面とされた弱いパワーの第１レンズと、像面側を凸面形状とされた正の屈折力を有する第２レンズと、少なくとも一面を非球面とされた弱いパワーの第３レンズを物体側より順に配列したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術は、コンパクト化および低廉化という要求には十分にこたえられるものの、より高級な機種に搭載する単焦点レンズとしては、収差補正の面でのさらなる向上が求められていた。
【０００５】
なお、デジタルカメラは小型サイズの電気的撮像素子を使用しており、銀塩フィルムを用いた従来のコンパクトカメラと比べ、主光線を全画面に対して略垂直に入射させる必要があり、また高い開口効率や長いバックフォーカスが要求されること等から、その撮影レンズの設計思想は基本的に大きく相違する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、コンパクトなカメラ、特にデジタルカメラに搭載される撮影レンズにおいて、少ない数のレンズ構成により、収差を良好に補正しつつ、コンパクト化および低廉化を達成し得る単焦点レンズを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の単焦点レンズは、物体側より順に、物体側に凹面または平面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、少なくとも１面が非球面とされた屈折力の弱いメニスカス形状のプラスチックからなる第２レンズと、像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズと、像面側に凹面を向け、少なくとも１面が非球面とされた屈折力の弱いメニスカス形状のプラスチックからなる第４レンズを配列してなることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記第３レンズの物体側の面は凹面とされていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記第２レンズと前記第３レンズとの間に絞りが配されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上述した単焦点レンズにおいて、下記の条件式（１）、（２）、（３）を満足することが好ましい。
−０．２＜ｆ′／ｆ′２＜０．２    …    （１）
−０．２＜ｆ′／ｆ′４＜０．２    …    （２）
２＜ｆ′１／ｆ′３          …    （３）
ｆ′  …  全体の焦点距離、
ｆ′１…  第１レンズの焦点距離
ｆ′２…  第２レンズの焦点距離
ｆ′３…  第３レンズの焦点距離
ｆ′４…  第４レンズの焦点距離
【００１１】
さらに、上述した単焦点レンズにおいて、下記の条件式（４）、（５）、（６）を満足することが好ましい。
１．７０＜Ｎｄ１                  …    （４）
３５＞νｄ１                      …    （５）
５０＜νｄ３                      …    （６）
Ｎｄ１…  第１レンズのｄ線における屈折率
νｄ１…  第１レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ３…  第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【００１２】
【作用】
本発明の単焦点レンズによれば、物体側より順に、物体側に凹面または平面を向けた正の屈折力を有する第１レンズと、少なくとも１面が非球面とされた屈折力の弱いメニスカス形状のプラスチックからなる第２レンズと、像面側に凸面を向けた正の屈折力を有する第３レンズと、像面側に凹面を向け、少なくとも１面が非球面とされた屈折力の弱いメニスカス形状のプラスチックからなる第４レンズを配列している。すなわち、第２レンズおよび第４レンズに屈折力の弱いメニスカス形状のプラスチックレンズを用いることで、４枚という簡易なレンズ構成でありながら収差の大幅な改善を図ることが可能である。
【００１３】
また、この種のレンズにおいては、絞りの直後のレンズ面を、ある程度の曲率を有する凹面とすることが収差の補正上有利である。しかしながら、上述した先行技術においては、絞りの直後に配されたレンズが全系の屈折力のほとんどを担うことになるので、屈折力を確保する上で絞りの直後のレンズ面を凹面とすることが難しい。
【００１４】
しかしながら、本発明の単焦点レンズにおいては、第１レンズと第３レンズの２つのレンズに屈折力を分散することが可能となるので、絞りの直後に第３レンズを配設する場合においても、全系の屈折力を確保しつつ、絞りの直後の面、すなわち第３レンズの物体側の面を、所定の曲率を有する凹面とすることが可能となる。
【００１５】
【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。
【００１６】
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）の単焦点レンズは、物体側より順に、像面側に凸面を向けた平凸レンズからなる第１レンズＬ１、物体側に凹面を向けた、ほとんどパワーを有さない第２レンズＬ２、絞り２、像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズからなる第３レンズＬ３、像面側に凹面を向けた、ほとんどパワーを有さない第４レンズＬ４を配設し、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単焦点レンズである。ここで、上記第１レンズＬ１および上記第３レンズＬ３は結像機能を有し、上記第２レンズＬ２および第４レンズＬ４は収差補正機能を有するレンズである。すなわち、このレンズ系に入射した光束は、上記第１レンズＬ１によって収束され、上記第２レンズＬ２によって収差が補正され、さらに上記第３レンズＬ３によって再度収束され、上記第４レンズＬ４によって再度収差が補正されるという構成とされている。このように結像機能を有する第１レンズＬ１および第３レンズＬ３の後段において収差を補正する機能を持たせているため、コンパクトかつ低廉な４枚のレンズ構成によっても充分に収差を良好なものとすることが可能となる。
【００１７】
ここで、上記第１レンズＬ１および上記第３レンズＬ３は、像面側に強い曲率の面を有する、アッベ数の大きいガラス製の正レンズである。また、上記第２レンズＬ２および第４レンズＬ４の両面はいずれも下記非球面式で表される非球面とされ、諸収差を良好に補正し得るように構成されている。さらに、これら第２レンズＬ２および第４レンズＬ４には、非球面を容易に形成し得るようにプラスチック材が用いられている。
【００１８】
【数１】
0004932105.tif 000002
【００１９】
なお、これら第２レンズＬ２および第４レンズＬ４は上述したように、ほとんどパワーを有しておらず、いわば補正板としての機能しか有しておらず、したがって収差はほとんど発生せず、さらに絞り２を挟んで、互いに対称的な湾曲を有するような形状とすることにより、上記第１レンズＬ１および上記第３レンズＬ３で発生する諸収差を効率よく補正することができるようになっている。また、これら第２レンズＬ２および第４レンズＬ４はほとんどパワーを有していないため、非球面の設計を容易なものとすることができる。
【００２０】
また、上記第２レンズＬ２は物体側に凹面を向けているが、これは収差補正をより良好とするものである。
【００２１】
ところで、この種のレンズにおいては、絞り２の直後のレンズ面を、ある程度の曲率を有する凹面とすることが収差の補正上有利である。
そこで、本実施形態の単焦点レンズにおいては、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３の２つのガラスレンズで屈折力を分散するようにし、絞り２の直後の面、すなわち第３レンズＬ３の物体側の面を、所定の曲率を有する凹面とすることを可能として、収差を向上せしめている。
【００２２】
なお、上記第２レンズＬ２および上記第４レンズＬ４は、各々の両面が非球面とされているが、非球面は上記第２レンズＬ２および上記第４レンズＬ４の各々の少なくとも一方の面に設けてあれば略良好な収差補正とすることができる。
【００２３】
さらに、本実施形態の単焦点レンズは以下の条件式（１）〜（６）を満足するように設定されている。
−０．２＜ｆ′／ｆ′２＜０．２    …    （１）
−０．２＜ｆ′／ｆ′４＜０．２    …    （２）
２＜ｆ′１／ｆ′３          …    （３）
１．７０＜Ｎｄ１                  …    （４）
３５＞νｄ１                      …    （５）
５０＜νｄ３                      …    （６）
ｆ′  …  全体の焦点距離
ｆ′１…  第１レンズの焦点距離
ｆ′２…  第２レンズの焦点距離
ｆ′３…  第３レンズの焦点距離
ｆ′４…  第４レンズの焦点距離
Ｎｄ１…  第１レンズのｄ線における屈折率
νｄ１…  第１レンズのｄ線におけるアッベ数
νｄ３…  第３レンズのｄ線におけるアッベ数
【００２４】
ここで、上記条件式（１）〜（３）は各レンズのパワーを規定するものであり、このうち条件式（１）、（２）はプラスチック材よりなる第２レンズＬ２、第４レンズＬ４のパワーを規定するもので、この数値範囲を越えると、温度、湿度等の環境変化による光学特性への影響が強くなり好ましくない。一方、条件式（３）は、強いパワーを有する第１レンズＬ１と第３レンズＬ３のパワーの比の値を規定するもので、この数値範囲を下回るとレンズ系のコンパクト化が阻害される。
【００２５】
さらに、上記条件式（４）〜（６）は第１レンズＬ１と第３レンズＬ３の硝材の特性を規定するもので、これらの数値範囲を越えると色収差の補正が困難となり好ましくない。
【００２６】
【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。
【００２７】
＜実施例１＞
実施例１にかかる単焦点レンズは実施形態において説明したとおりである。
この単焦点レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、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（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を表１に示す。なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである。また、表１中の面番号の左側に＊が付された面は前述したように非球面とされている。
【００２８】
また、表２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１】
0004932105.tif 000003
【００３０】
【表２】
0004932105.tif 000004
【００３１】
また、本実施例における、全レンズ系の焦点距離ｆ′、Ｆｎｏおよび画角２ωは表１の下段に示す如く設定されている。
なお、実施例１の単焦点レンズは、表１の下段に示すように条件式（１）〜（６）を全て満足するように構成されている。
【００３２】
＜実施例２＞
図２に示すように、実施例２にかかる単焦点レンズは上記実施例１のものと略同様に構成されているが、第１レンズＬ１の物体側の面が平面に近い凹面とされている点において異なっている。
【００３３】
この単焦点レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を表３に示す。なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである。また、表３中の面番号の左側に＊が付された面は前述したように非球面とされている。
また、表４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。
【００３４】
【表３】
0004932105.tif 000005
【００３５】
【表４】
0004932105.tif 000006
【００３６】
また、本実施例における、全レンズ系の焦点距離ｆ′、Ｆｎｏおよび画角２ωは表３の下段に示す如く設定されている。
なお、実施例２の単焦点レンズは、表３の下段に示すように条件式（１）〜（６）を全て満足するように構成されている。
【００３７】
＜実施例３＞
図３に示すように、実施例３にかかる単焦点レンズは上記実施例２のものと略同様に構成されている。
【００３８】
この単焦点レンズの各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄの値を表５に示す。なお表中の数字は物体側からの順番を表すものである。また、表５中の面番号の左側に＊が付された面は前述したように非球面とされている。
また、表６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。
【００３９】
【表５】
0004932105.tif 000007
【００４０】
【表６】
0004932105.tif 000008
【００４１】
また、本実施例における、全レンズ系の焦点距離ｆ′、Ｆｎｏおよび画角２ωは表５の下段に示す如く設定されている。
なお、実施例３の単焦点レンズは、表５の下段に示すように条件式（１）〜（６）を全て満足するように構成されている。
【００４２】
図４、５、６は上記各実施例の単焦点レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）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。
【００４３】
なお、本発明の単焦点レンズとしては上記実施例のものに限られるものではなく、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、絞りの配設位置としても他のレンズ間とすることが可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明の単焦点レンズによれば、上述した如き非球面を形成された、ほとんどパワーを有さない第２レンズおよび第４レンズを各々、結像機能を有する第１レンズおよび第３レンズの後段に配置する構成としているので、コンパクト化および低廉化という要求を図り得る４枚レンズ構成によっても光学性能を極めて良好なものとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による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による単焦点レンズの構成を示す概略図
【図４】実施例１の単焦点レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図
【図５】実施例２の単焦点レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図
【図６】実施例３の単焦点レンズの諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図
【符号の説明】
Ｌ１〜Ｌ４      レンズ
Ｒ１〜Ｒ１１    レンズ面（光学部材面）の曲率半径
Ｄ１〜Ｄ１０    軸上面間隔
Ｘ            光軸
Ｐ            結像位置
１            カバーガラス
２            絞り
【図１】
0004932105.tif 000009
【図２】
0004932105.tif 000010
【図３】
0004932105.tif 000011
【図４】
0004932105.tif 000012
【図５】
0004932105.tif 000013
【図６】
0004932105.tif 000014