(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りおよび３枚のレンズよりなる簡易構成単焦点レンズであって、物体側より順に、少なくとも１面を非球面とされた正の屈折力を有する第１レンズ、絞り、負の屈折力を有する第２レンズ、および、少なくとも１面を非球面とされた正の屈折力を有する第３レンズを配列してなり、前記第１レンズが物体側を凹面としたメニスカス形状とされ、前記第２レンズが物体側を凹面形状とされ、前記第３レンズが像面側を凸面形状とされ、以下の条件式（１）〜（６）を満足することを特徴とする簡易構成単焦点レンズ。
0.3＜ｆ´／ｆ´２３＜0.8    ……（１）
2.0＜｜Ｒ１１＋Ｒ１２｜／｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＜8.0    ……（２）
1.70＜Ｎｄ１    ……（３）           
1.60＜Ｎｄ３    ……（４）
35＞νｄ１      ……（５）
40＜νｄ３      ……（６）
ただし、
ｆ´：レンズ全体の焦点距離
ｆ´２３：第２レンズと第３レンズとの合成焦点距離
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
Ｎｄ１：第１レンズのｄ線における屈折率
Ｎｄ３：第３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、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、高い光学性能を有する簡易構成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小型化と低コスト化を図りながら、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小型化を達成し得る簡易構成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】
本発明の簡易構成単焦点レンズは、絞りおよび３枚のレンズよりなる簡易構成単焦点レンズであって、物体側より順に、少なくとも１面を非球面とされた正の屈折力を有する第１レンズ、絞り、負の屈折力を有する第２レンズ、および、少なくとも１面を非球面とされた正の屈折力を有する第３レンズを配列してなり、前記第１レンズが物体側を凹面としたメニスカス形状とされ、前記第２レンズが物体側を凹面形状とされ、前記第３レンズが像面側を凸面形状とされ、以下の条件式（１）〜（６）を満足することを特徴とするものである。
0.3＜ｆ´／ｆ´２３＜0.8    ……（１）
2.0＜｜Ｒ１１＋Ｒ１２｜／｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＜8.0    ……（２）
1.70＜Ｎｄ１    ……（３）           
1.60＜Ｎｄ３    ……（４）
35＞νｄ１      ……（５）
40＜νｄ３      ……（６）
ただし、
ｆ´：レンズ全体の焦点距離
ｆ´２３：第２レンズと第３レンズとの合成焦点距離
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
Ｎｄ１：第１レンズのｄ線における屈折率
Ｎｄ３：第３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
【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。
【００１０】
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）の簡易構成単焦点レンズは、物体側より順に、少なくとも１面を非球面とされた正の屈折力を有する第１レンズＬ１、絞りＳ、負の屈折力を有する第２レンズＬ２、および、少なくとも１面を非球面とされた正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簡易構成単焦点レンズである。また、この簡易構成単焦点レンズは、以下の条件式（１）を満足する構成とされている。
【００１１】
0.3＜ｆ´／ｆ´２３＜0.8    ……（１）
ただし、
ｆ´：レンズ全体の焦点距離
ｆ´２３：第２レンズＬ２と第３レンズＬ３との合成焦点距離
【００１２】
本実施形態の簡易構成単焦点レンズによれば、物体側から順に正、負、正というパワー配分による構成とされ、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間に絞りＳが配されており、３枚構成の単焦点レンズとしては良好な光学性能を得るのに適した構成となっている。また、このような構成により、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、色ムラを防止し良好な光学性能を得ることができる。
【００１３】
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。
【００１４】
【数１】
0003810058.tif 000002
【００１５】
なお、非球面は、例えば第１レンズＬ１の像面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。
【００１６】
さらに、この単焦点レンズは、絞りＳが第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間に配置されているので、絞りＳを含んだ第１レンズＬ１から第３レンズＬ３までの距離がコンパクトにまとまって配置された構成となっている。したがって、沈胴タイプのカメラとして構成した場合には、最も物体側の部材（第１レンズＬ１）からカバーガラス１までをコンパクトに収納し、薄型のカメラとすることができる。この場合例えば、第３レンズＬ３とカバーガラス１との距離Ｄ６を縮めるように、第１レンズＬ１から第３レンズＬ３までが光軸Ｘ上を一体的に移動するように構成することができる。
【００１７】
なお、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。また、コーティングを採用することにより、沈胴タイプにおいて、収納時にでき得る限り第３レンズＬ３とカバーガラス１との距離Ｄ６を短くし、さらにコンパクトに収納可能な構成とすることができる。
【００１８】
また、上記条件式（１）も高い光学性能を達成するために規定されたものである。本実施形態の単焦点レンズは絞りＳを挟んで物体側に第１レンズＬ１、像面側に第２レンズＬ２および第３レンズＬ３が配置されており、このような構成の場合、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３の合成焦点距離ｆ´２３は、結像位置から射出瞳までの距離を長くとるという要請と、絞りＳの物体側と像面側とでのパワーバランスをとるという要請をともに満たす必要がある。条件式（１）の下限値を下回ると前者の要請を満たすことが困難となり、この上限値を上回ると後者の要請を満たすことが困難となり像面湾曲の補正が困難となる。
【００１９】
なお、本実施形態の単焦点レンズは、良好な光学性能を得るために第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが近接して配置されることが好ましい。さらにこれにより、光軸方向のレンズ系のサイズをコンパクトにし、また、第３レンズＬ３のレンズ径の大型化を防ぐことが可能となる。
【００２０】
また、この簡易構成単焦点レンズは図１に示されるように、第１レンズＬ１が物体側を凹面としたメニスカス形状とされ、第２レンズＬ２が物体側を凹面形状とされ、第３レンズＬ３が像面側を凸面形状とされ、以下の条件式（２）〜（６）を満足することが望ましい。
【００２１】
2.0＜｜Ｒ１１＋Ｒ１２｜／｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＜8.0    ……（２）
1.70＜Ｎｄ１    ……（３）
1.60＜Ｎｄ３    ……（４）
35＞νｄ１      ……（５）
40＜νｄ３      ……（６）
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
Ｎｄ１：第１レンズＬ１のｄ線における屈折率
Ｎｄ３：第３レンズＬ３のｄ線における屈折率
νｄ１：第１レンズＬ１のｄ線におけるアッベ数
νｄ３：第３レンズＬ３のｄ線におけるアッベ数
【００２２】
第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３の面形状を上述のように設定することおよび各条件式（２）〜（６）は、収差を良好とし性能向上に寄与する。
【００２３】
条件式（２）は、第１レンズＬ１のシェイプファクタを規定する。正の屈折力を有する第１レンズＬ１は、物体側を凹面としたメニスカス形状とされ、さらに面形状が条件式（２）の範囲内にあることが好ましい。この下限値を下回ると、第１レンズＬ１のパワーが強くなりすぎて絞りＳの物体側と像面側とでパワーバランスをとることが困難となり、コマ収差、像面湾曲の補正が困難になる。また、この上限値を上回ることは第１レンズＬ１のパワーが弱くなることを示すので、絞りＳの物体側と像面側とでパワーバランスをとるために第１レンズＬ１として必要なパワーを持たせるためには硝材の屈折率を高くする必要が生じる。しかし硝材の屈折率には上限があるため、第１レンズＬ１として必要なパワーを持たせるためには面形状による所定のパワーが必要となり、条件式（２）の上限値が設定される。すなわち、第１レンズＬ１の形状が条件式（２）を満足することにより、絞りＳを挟んだ物体側と像面側のレンズのパワーバランスを良好とすることができる。
【００２４】
条件式（３）〜（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。これらの数値範囲を超えると色収差の補正が困難となる。第１レンズＬ１は正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Ｎｄ１は高いことが望ましく、条件式（３）の下限値が設定される。また、第３レンズＬ３の屈折率Ｎｄ３においては、このレンズに必要なパワーを持たせつつ、製造上からは面の曲率が大きくなり過ぎないことが求められるために、条件式（４）の下限値が設定される。また、条件式（５）および（６）は、正の屈折力を有する第１レンズＬ１および第３レンズＬ３のアッベ数νｄ１およびνｄ３を規定するもので、これにより色収差の補正を良好とすることができる。
【００２５】
なお、本発明の簡易構成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、本発明の簡易構成単焦点レンズはデジタルカメラ用撮像レンズに好適な高い性能を有しているが、用途としてはこれに限られず、各種機器への搭載も可能である。
【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にかかる簡易構成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、両面を非球面とされ凸面を像面側に向けた正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、絞りＳ、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像面側に向けた両凸レンズよりなる第３レンズＬ３が配列されている。
【００２８】
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。また、後述するとおり本実施例は上記条件式（１）〜（６）を満足する。
【００２９】
【表１】
0003810058.tif 000003
【００３０】
＜実施例２＞
実施例２にかかる簡易構成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の簡易構成単焦点レンズと略同様の構成とされている。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。また、後述するとおり本実施例は上記条件式（１）〜（６）を満足する。
【００３１】
【表２】
0003810058.tif 000004
【００３２】
図３および４は、上記各実施例にかかる簡易構成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。
【００３３】
表３は、上記各実施例にかかる簡易構成単焦点レンズの、上記条件式（１）〜（６）に対応する値を示している。各実施例は上記条件式（１）〜（６）を全て満足する。
【００３４】
【表３】
0003810058.tif 000005
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように本発明の簡易構成単焦点レンズによれば、物体側から順に正、負、正というパワー配分による構成とされ、第１レンズと第２レンズとの間に絞りＳが配され、非球面レンズを用いるとともに絞りの像面側の合成焦点距離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、かつ絞りを含んだ第１レンズから第３レンズまでがコンパクトに配置された簡易構成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による簡易構成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による簡易構成単焦点レンズの構成を示す概略図
【図３】実施例１の簡易構成単焦点レンズの諸収差を示す収差図
【図４】実施例２の簡易構成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】
0003810058.tif 000006
【図２】
0003810058.tif 000007
【図３】
0003810058.tif 000008
【図４】
0003810058.tif 000009