JP4932105B2 - 単焦点レンズ - Google Patents
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Description
【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】
【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】
【0030】
【表2】
【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】
【0035】
【表4】
【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】
【0040】
【表6】
【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
Claims (4)
- 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 - 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。
- 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
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