JP2004246165A

JP2004246165A - 広角単焦点レンズ

Info

Publication number: JP2004246165A
Application number: JP2003036921A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sato; 佐藤　　賢一
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】高性能、かつコンパクトで構成の簡易化が図られた広角単焦点レンズを提供する。
【解決手段】物体側より順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ少なくとも１面を非球面形状とした第１レンズＧ１と、絞りＳｔと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正のパワーを有する第２レンズＧ２と、両凸形状で正のパワーを有する第３レンズＧ３と、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした負のパワーを有する第４レンズＧ４とを備え、かつ、以下の条件式（１），（２）を満足する。
５．０＜│ｆ１／ｆ│ ……（１）
３．０＞ｆ３／ｆ ……（２）
ただし、ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆ１は、第１レンズＧ１の焦点距離を示し、ｆ３は、第３レンズＧ３の焦点距離を示している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影用の単焦点レンズに関し、特に、デジタルスチルカメラ（以下、単にデジタルカメラという。）やビデオカメラへの搭載に適した広角単焦点レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの一般家庭等への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルカメラが急速に普及しつつある。
【０００３】
デジタルカメラは、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子を用いて光学的な画像を電気信号に変換し、それをデジタル画像データとして記録するものである。このようなデジタルカメラ用の撮影レンズで、広角タイプのものとしては、例えば以下の公報記載のものがある。この公報には、実施例として７枚構成のレンズが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００１−８３４１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
デジタルカメラに対する一般的な要求は、高画質、高解像度で構成がコンパクトであることにあるが、上述の公報記載の広角レンズは、そのような要求に対応した高性能なレンズ構成となっている。しかしながらその一方で、ユーザの多様なニーズに対応するために、ローコストで簡易な構成のレンズの開発も望まれている。従って、性能面を満足しつつ、より構成の簡易化が図られたレンズの開発が望まれるところである。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高性能、かつコンパクトで構成の簡易化が図られた広角単焦点レンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による広角単焦点レンズは、物体側より順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ少なくとも１面を非球面形状とした第１レンズと、絞りと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正のパワーを有する第２レンズと、両凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした負のパワーを有する第４レンズとを備え、かつ、以下の条件式（１），（２）を満足するように構成されているものである。
【０００８】
５．０＜│ｆ１／ｆ│ ……（１）
３．０＞ｆ３／ｆ ……（２）
ただし、ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆ１は、第１レンズの焦点距離を示し、ｆ３は、第３レンズの焦点距離を示している。
【０００９】
本発明による広角単焦点レンズでは、上記した構成にすることにより、高性能、かつコンパクトで構成の簡易化が図られる。特に、第１レンズ、第２レンズ、および第４レンズのそれぞれに積極的に非球面を用い、絞りを第１レンズと第２レンズとの間に配置することにより、４枚という少ないレンズ構成ながら、デジタルカメラ等の撮影レンズに適した明るく高性能な光学性能が満足される。また特に、式（１）を満足することで、像面湾曲の補正がし易くなっている。また式（２）を満足することで、コンパクト化を図り易くなっている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図３）のレンズ構成に対応している。また、図２は、本実施の形態に係る広角単焦点レンズの他の構成例を示している。図２の構成例は、後述の第２の数値実施例（図４）のレンズ構成に対応している。なお、図１，図２において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜９）の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では、図１に示した広角単焦点レンズの構成を基本にして説明する。
【００１２】
この広角単焦点レンズは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたデジタルカメラ等の撮影レンズとして使用されるものである。この広角単焦点レンズは、光軸Ｚ１に沿って物体側から順次配置された、第１〜第４レンズＧ１〜Ｇ４を備えている。第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間には、絞りＳｔが配置されている。この広角単焦点レンズの結像面（撮像面）には、図示しないＣＣＤなどの撮像素子が配置される。ＣＣＤの撮像面付近には、撮像面を保護するためのカバーガラスＣＧが配置されている。第４レンズＧ４と結像面（撮像面）との間には、カバーガラスＣＧのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの光学部材が配置されていても良い。
【００１３】
この広角単焦点レンズにおいて、第１レンズＧ１は、以下の条件式（１）を満足するように構成され、比較的弱いパワー配分がなされている。また、第３レンズＧ３は、以下の条件式（２）を満足するように構成されている。ただし、式（１），（２）において、ｆは、全体の焦点距離を示し、ｆ１は、第１レンズＧ１の焦点距離を示し、ｆ３は、第３レンズＧ３の焦点距離を示している。
５．０＜│ｆ１／ｆ│ ……（１）
３．０＞ｆ３／ｆ ……（２）
【００１４】
第１レンズＧ１は、上記条件式（１）で表される弱いパワーを有しており、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ少なくとも１面が非球面形状となっている。第２レンズＧ２は、正のパワーを有しており、少なくとも１面が非球面形状で、かつ物体側の面が凹面形状となっている。第２レンズＧ２の像側の面は、凸面形状となっている。
【００１５】
第３レンズＧ３は、両凸形状で、上記条件式（２）で表される正のパワーを有している。第４レンズＧ４は、負のパワーを有しており、少なくとも１面が非球面形状で、かつ物体側の面が凹面形状となっている。第４レンズＧ４の像側の面は、近軸近傍では凸面形状となっている。第３レンズＧ３と第４レンズＧ４は、好ましくは接合レンズの構成となっている。
【００１６】
この広角単焦点レンズにおいて、非球面の形状は、基本的に近軸と周辺部とで曲率の向き（曲率の符号）が同じとなるように構成しても良いが、近軸と周辺部とで曲率の向きが異なるように構成しても良い。例えば、第４レンズＧ４の後側（像側）の面を、近軸近傍では凸面形状で、周辺部に行くにつれて凹面形状となるような非球面形状にしても良い。
【００１７】
なお、本実施の形態において、「近軸近傍」とは、後述の非球面式（Ａ）において、係数Ｋに係る部分のみ（係数Ａ_ｉに係る多項式部分を除いた部分）によって表される形状部分のことをいう。
【００１８】
この広角単焦点レンズは、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２および第４レンズＧ４が非球面レンズとなっているが、高性能化を図るため、それらのレンズとして、ガラスモールドレンズを使用することが好ましい。ただし、製造性の点を考慮して、例えば第１レンズＧ１、および第２レンズＧ２を樹脂材料（プラスチックレンズ）で構成しても良い。
【００１９】
次に、以上のように構成された広角単焦点レンズの作用および効果を説明する。
【００２０】
この広角単焦点レンズでは、第１レンズＧ１、第２レンズＧ２、および第４レンズＧ４のそれぞれに積極的に非球面を用い、絞りＳｔを第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間に配置することにより、４枚という少ないレンズ構成ながら、デジタルカメラ等の撮影レンズに適した明るく高性能な光学性能が満足される。
【００２１】
条件式（１）は、第１レンズＧ１の焦点距離ｆ１に関するものである。条件式（１）の数値範囲を満足することで、収差補正、特に像面湾曲の補正がし易くなる。一方、条件式（１）の数値範囲を外れると、像面湾曲を補正するのが困難となる。
【００２２】
条件式（２）は、第３レンズＧ３の焦点距離ｆ３に関するものである。条件式（２）の数値範囲を満足することで、コンパクト化を図り易くなる。条件式（２）の数値範囲を下回ると、全長が長くなり、コンパクト性が失われてしまうので、好ましくない。
【００２３】
このように、本実施の形態に係る広角単焦点レンズによれば、４枚という少ないレンズ枚数でありながら、デジタルカメラ等の撮影レンズに適した高い光学性能を満足しつつ、コンパクトで構成の簡易化を図ることができる。
【００２４】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る広角単焦点レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１および第２の数値実施例（実施例１，２）をまとめて説明する。図３（Ａ），（Ｂ）は、図１に示した広角単焦点レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例１）を示している。また、図４（Ａ），（Ｂ）は、図２に示した広角単焦点レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例２）を示している。図３（Ａ）および図４（Ａ）には、その実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）には、その実施例のレンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。
【００２５】
各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の広角単焦点レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜９）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１，図２で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１，図２で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、それぞれ、カバーガラスＣＧも含めて、物体側からｊ番目（ｊ＝１〜５）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。なお、カバーガラスＣＧの両面の曲率半径Ｒ８，Ｒ９の値が０（ゼロ）となっているが、これは、平面であることを示す。
【００２６】
図３（Ａ）および図４（Ａ）にはまた、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ．）、画角２ω（ω：半画角）の値を同時に示す。なお、各実施例の広角単焦点レンズは、３５ｍｍフィルム換算で焦点距離ｆ＝２８ｍｍ相当の性能を有しており、広画角化が図られている。
【００２７】
図３（Ａ）および図４（Ａ）の各レンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。各実施例共に、第１，第２レンズＧ１，Ｇ２の両面（Ｒ１〜Ｒ４）と、第４レンズＧ４の像側の面（Ｒ７）が非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。
【００２８】
図３（Ｂ）および図４（Ｂ）の各非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^−２」であることを示す。
【００２９】
各非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_ｉ，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
【００３０】
Ｚ＝Ｃ・ｈ^２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ^２・ｈ^２）^１／２｝＋Ａ_４・ｈ^４＋Ａ_６・ｈ^６＋Ａ_８・ｈ^８＋Ａ_１０・ｈ^１０ ……（Ａ）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａ_ｉ：第ｉ次（ｉ＝４，６，８，１０）の非球面係数
【００３１】
図５は、上述の条件式（１），（２）に対応する値を、各実施例についてまとめて示したものである。図５に示したように、各実施例の値が、条件式（１），（２）の数値範囲内となっている。
【００３２】
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の広角単焦点レンズにおける球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。同様に、実施例２についての諸収差を図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
【００３３】
以上の各レンズデータおよび各収差図から分かるように、各実施例について、Ｆナンバーも明るく広画角で、良好に収差補正がなされ、高性能なものとなっている。また、全長のコンパクト化が図られている。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の広角単焦点レンズによれば、物体側より順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ少なくとも１面を非球面形状とした第１レンズと、絞りと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正のパワーを有する第２レンズと、両凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした負のパワーを有する第４レンズとを備え、かつ、第１レンズおよび第３レンズの焦点距離に関して所定の条件式（１），（２）を満足するようにしたので、デジタルカメラ等の撮影レンズとして適した、高性能、かつコンパクトで構成の簡易化が図られたレンズを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る広角単焦点レンズの他の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。
【図３】実施例１に係る広角単焦点レンズのレンズデータを示す図である。
【図４】実施例２に係る広角単焦点レンズのレンズデータを示す図である。
【図５】各実施例に係る広角単焦点レンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図６】実施例１に係る広角単焦点レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図７】実施例２に係る広角単焦点レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【符号の説明】
ＣＧ…カバーガラス、Ｇｊ…物体側から第ｊ番目のレンズ、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims

物体側より順に、
物体側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ少なくとも１面を非球面形状とした第１レンズと、
絞りと、
少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした正のパワーを有する第２レンズと、
両凸形状で正のパワーを有する第３レンズと、
少なくとも１面を非球面形状とし、かつ物体側の面を凹面形状とした負のパワーを有する第４レンズと
を備え、
かつ、以下の条件式（１），（２）を満足するように構成されている
ことを特徴とする広角単焦点レンズ。
５．０＜│ｆ１／ｆ│ ……（１）
３．０＞ｆ３／ｆ ……（２）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離