JP2004246166A

JP2004246166A - 広角単焦点レンズ

Info

Publication number: JP2004246166A
Application number: JP2003036922A
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
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP3743569B2

Abstract

【課題】コンパクトで構成の簡易化の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、かつ樹脂材料で構成された第１レンズＧ１と、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズＧ２と、像面側に凸面を向けたメニスカス形状で正のパワーを有する第３レンズＧ３と、像面側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ樹脂材料で構成された第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）
２．０＜│ｆ４／ｆ│＜１０．０ ……（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、ｆ４は、第４レンズＧ４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。
【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、コンパクトで構成の簡易化の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、かつ樹脂材料で構成された第１レンズと、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状で正のパワーを有する第３レンズと、像面側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ樹脂材料で構成された第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）
２．０＜│ｆ４／ｆ│＜１０．０ ……（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、ｆ４は、第４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で、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として最低限必要な光学性能が満足される。特に、式（１），（２）を満足することで、像面湾曲の補正がし易くなっており、必要な光学性能を満足しつつ、コンパクトで構成の簡易化が図られる。
【００１０】
本発明による広角単焦点レンズは、好ましくは、少なくとも第１レンズおよび第４レンズに非球面を含んでいると良い。非球面を含めることで、収差補正がし易くなり、より良好な光学性能を得やすくなる。
【００１１】
【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。
【００１２】
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，図４）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５，図６）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＝１〜１０）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。
【００１３】
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、物体側より順に、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第１レンズＧ１と、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズＧ２と、像面側に凸面を向けたメニスカス形状で正のパワーを有する第３レンズＧ３と、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の第４レンズＧ４とを備えている。絞りＳｔは、例えば第２レンズＧ２と第３レンズＧ３との間に配置されている。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。
【００１４】
この広角単焦点レンズは、少なくとも第１レンズＧ１および第４レンズＧ４に非球面が含まれていることが望ましい。ただし、光学性能のみを考慮すると、第１〜第４レンズＧ１〜Ｇ４のすべての面を非球面にすることが望ましい。
【００１５】
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、図２に示した構成例では、第４レンズＧ４の後側（像側）の面が、近軸近傍では凹面形状で、周辺部に行くにつれて凸面形状となるような非球面形状となっている。
【００１６】
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。
【００１７】
この広角単焦点レンズは、少なくとも第１レンズＧ１および第４レンズＧ４に非球面を用いることを考慮し、製造性の点から、少なくとも第１レンズＧ１と第４レンズＧ４とが、樹脂材料（プラスチックレンズ）で構成されている。第２レンズＧ２と第３レンズＧ３は、樹脂材料またはガラスレンズで構成されている。
【００１８】
この広角単焦点レンズにおいて、第１レンズＧ１および第４レンズＧ４は、以下の条件式（１），（２）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。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、ｆ４は、第４レンズＧ４の焦点距離を示している。
５．０＜│ｆ１／ｆ│ ……（１）
２．０＜│ｆ４／ｆ│＜１０．０ ……（２）
【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、相対的に第１レンズＧ１および第４レンズＧ４のパワーを弱くし、主に像面湾曲の補正効果を持たせている。特に、これら第１レンズＧ１および第４レンズＧ４に非球面を用いることで、収差補正がし易くなり、良好な光学性能が得られる。また、少なくとも第１レンズＧ１および第４レンズＧ４に樹脂材料を用いることで、低コスト化が図られ、製造性の点でも有利となる。
【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４レンズＧ４の焦点距離ｆ４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、収差補正、特に像面湾曲の補正がし易くなる。一方、条件式（２）の数値範囲を下回ると、像面湾曲を補正するのが困難になる。ところで一般に、デジタルカメラにおいては、ＣＣＤ等の撮像素子の特性上、光線が撮像面に垂直に近い状態で入射することが望ましい。従って、デジタルカメラに搭載される撮影レンズでは、テレセントリック性が確保されていることが望ましい。条件式（２）の数値範囲を上回ると、そのような射出光線のテレセントリック性が悪化するため好ましくない。
【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として最低限必要な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，図４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５，図６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および図５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４および図６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＝１〜１０）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Ｒ９，Ｒ１０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および図５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および図５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４レンズＧ１〜Ｇ４のすべての面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４および図６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_３・ｈ^３＋Ａ_４・ｈ^４＋Ａ_５・ｈ^５＋Ａ_６・ｈ^６＋Ａ_７・ｈ^７＋Ａ_８・ｈ^８＋Ａ_９・ｈ^９＋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＝３〜１０）の非球面係数
【００３１】
図７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７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８（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９（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、良好に収差補正がなされている。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、かつ樹脂材料で構成された第１レンズと、物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズと、像面側に凸面を向けたメニスカス形状で正のパワーを有する第３レンズと、像面側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ樹脂材料で構成された第４レンズとを備え、かつ、第１レンズおよび第４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最低限必要な光学性能を満足しつつ、コンパクトで構成の簡易化の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基本レンズデータを示す図である。
【図４】実施例１に係る広角単焦点レンズの非球面に関するデータを示す図である。
【図５】実施例２に係る広角単焦点レンズの基本レンズデータを示す図である。
【図６】実施例２に係る広角単焦点レンズの非球面に関するデータを示す図である。
【図７】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８】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９】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、かつ樹脂材料で構成された第１レンズと、
物体側の面が凸面形状で正のパワーを有する第２レンズと、
像面側に凸面を向けたメニスカス形状で正のパワーを有する第３レンズと、
像面側に凹面を向けたメニスカス形状で、かつ樹脂材料で構成された第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）
２．０＜│ｆ４／ｆ│＜１０．０ ……（２）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ４：第４レンズの焦点距離
少なくとも前記第１レンズおよび前記第４レンズに非球面を含んでいる
ことを特徴とする請求項１記載の広角単焦点レンズ。