JP3925748B2

JP3925748B2 - 小型レンズ

Info

Publication number: JP3925748B2
Application number: JP12650697A
Authority: JP
Inventors: 和則大野
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JPH10301021A; US6028713A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、写真撮影用のレンズに関するもので、簡易な構成ながら周辺画角においても結像性能のよいカメラ用として好適な小型レンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、レンズシャッターカメラにおいては、小型軽量で携帯性のよい安価なものが強く望まれており、これに伴いレンズも小型で、安価かつ高性能なものが要求されている。
比較的安価でレンズ全長の短い写真用撮影レンズの開発は従来よりなされており、例えば、安価なレンズとしては、いわゆるトリップレットと称される３枚構成のレンズが古くから知られている。
【０００３】
この構成のレンズは、性能的にある程度のレベルを有し、カメラとのマッチングも良好であるため、現在でもよく用いられているが、望遠比（レンズ全長／ｆ）が１．１より大きく、像面湾曲も大きく周辺画角での結像性能の劣化があり、レンズ全長が短く、かつ高性能なレンズという要求を満たすことが難しい。
【０００４】
一方、レンズ全長の短い写真撮影用レンズとしては、例えば、特公平5-2204号公報等に開示された、望遠タイプと称される正の屈折力を先行させたレンズも数多く知られているが、正の屈折力が強いため非対称性が強く、球面収差、コマ収差、歪曲収差および倍率色収差等の結像性能に改善の余地があり、高性能化を図ることが困難であった。
また、収差補正を図る上で、４枚構成が一般的ではあるが、前述のトリップレットよりコスト的に割高である。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、カメラ用レンズにおいて、レンズ全長の短い、安価で高性能な小型レンズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の小型レンズは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズＬ_１と物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズＬ_２とを配設してなる、全体として正の屈折力を有する前群と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ_３からなる、負の屈折力を有する後群とからなる全体として３枚構成のレンズであって、
前記前群と前記後群の間に絞りが配置されてなり、
最も物体側に配された面の光軸中心位置から全レンズ系の像点位置までの長さをＬ、全レンズ系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（１）を満足し、
０．９０＜Ｌ／ｆ＜１．０５ ……（１）
かつ、前記前群と前記後群との群間隔をＤ_４としたとき、下記条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
０．１８＜Ｄ_４／ｆ＜０．３６ ……（２）
【０００７】
また、前記前群を構成する２つのレンズＬ_１、Ｌ_２が各々少なくとも１面を非球面とされ、かつこれら２つのレンズのレンズ間隔をＤ_２としたとき下記条件式（３）を満足することが望ましい。
０．０２＜Ｄ_２／ｆ＜０．０７ ……（３）
また、前記前群を構成する２つのレンズＬ_１、Ｌ_２を共に有機材料により形成し、さらに、前記後群を構成する負レンズＬ_３を有機材料により形成することが可能である。
また、前記負レンズＬ _１は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとすることも可能である。
【０００８】
【作用】
本発明の小型レンズでは上述したように、レンズ系全体を前、後群の二つに分け、前群は正の屈折力を持たせ、後群は負の屈折力を持たせたレンズ構成とした望遠タイプとすることで、レンズ全長を短くすることを可能としている。さらに、前群の最も物体よりに物体側に凹面を向けた負レンズＬ₁を配置することで負の屈折力の後群に対して全系の対称性をよくし、かつ負レンズＬ₁の後段に物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズＬ₂を配設してなる正の屈折力を持つ前群と、物体側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス負レンズＬ₃からなる負の屈折力を持つ後群とで構成することで、全系が、３枚構成の、いわゆる望遠タイプの小型レンズとしつつ、安価で高性能化を図るという本発明の課題を達成している。
【０００９】
また、この構成によって、レンズ全長が短くでき、かつ負レンズＬ₁と後群のメニスカス負レンズＬ₃との間に正の屈折力の両凸レンズＬ₂を配設し、全系に対称性を持たせてコマ収差、歪曲収差、倍率色収差などを良化させ、周辺画角での性能向上を図ることができる。
ただし、この構成では凹レンズが先行しているため、レンズ全長をより短くするためには、正の屈折力を持つ前群と負の屈折力を持つ後群との群間隔Ｄ₄を適正に大きくし、レンズ全長が長くならないように構成することが望ましい。
【００１０】
請求項１は、上記に説明したように、本発明の課題を解決するためのレンズ配置を規定したものである。
請求項１に含まれる条件式（１）は、本発明の請求項１で規定するレンズ構成にて、周辺画角での結像性能とレンズ系全体のコンパクト性とをバランス良く両立し得る範囲を示すものである。
【００１１】
すなわち、レンズ系の望遠比Ｌ／ｆがこの条件式の下限より小さくなればレンズ全長は短くなりレンズの小型化には有効であるが、前、後群の屈折力が各々強くなって非対称性が強くなり周辺性能の劣化につながってしまう。
一方、レンズ系の望遠比Ｌ／ｆがこの条件式の上限より大きくなればレンズ系全体の対称性はよくなり周辺性能には有利であるがレンズ全長が長くなり本発明の意図に反する。
【００１２】
請求項１に含まれる条件式（２）は、正の屈折力を持つ前群と負の屈折力を持つ後群との群間隔Ｄ₄の長さを規定するもので、下限より小さいと条件式（１）を満足させるために、前、後群の屈折力を各々強くしなければならず、結果として全系の非対称性が強くなり過ぎ結像性能の劣化につながる。逆に、上限より大きくなれば、前、後群の間隔が大きくなり、前、後群の屈折力が弱くなり周辺性能を良化できるが、物体側および像側のレンズ径が大きくなり過ぎコンパクト化が困難となる。
【００１３】
請求項２は、請求項１を満たした条件下で、さらに結像性能を良好に維持するための条件を規定する。
すなわち、最も物体側に位置する負レンズＬ₁は物体側に凹面を向けることでなるべく負の屈折力が強くならないように配慮しながら強い発散作用を持たせるとともに、これに続く両凸レンズＬ₂の収斂作用を打ち消して全系の収差補正上の配慮を施し、望遠タイプのレンズ構成で高性能化を図るようにしている。
【００１４】
そして、両凸レンズＬ₂の屈折力が強いと、球面収差が過大となり画面全体の結像性能が悪化するので、両凸レンズＬ₂の前後面の少なくとも１面を非球面化することで、全系の球面収差が過大となるのを防止することができる。
しかし、この非球面化のため周辺像質の劣化が逆に大きくなるため、負レンズＬ₁の前後面の少なくとも１面を非球面とすることが望ましい。負レンズＬ₁と両凸レンズＬ₂とのレンズ間隔Ｄ₂がこれらの非球面の効果に影響を与える。
【００１５】
請求項２に含まれる条件式（３）は、全系に及ぼすこうした影響を配慮したものである。
すなわち、Ｄ₂／ｆがこの条件式の下限を下回れば、全系のレンズ全長は短くできるものの、画面の中心光束の負レンズＬ₁に入射する光線の光線高さと周辺画角で負レンズＬ₁に入射する光線の光線高さとの差が小さく各々の非球面効果を十分引き出せない。
【００１６】
すなわち、球面収差と周辺性能とを光線高さの差を利用することでレンズＬ₁、レンズＬ₂各々に設けた非球面による作用効果を発揮しうるが、その一方でＤ₂が小さくなり過ぎるとともに両者の非球面効果が互いに干渉しあって両者共には収差補正作用を発揮することができず収差を確実に良化することが困難である。一方、Ｄ₂／ｆがこの条件式の上限を上回れば、球面収差と周辺性能が共に良化するが、レンズ全長が長くなりレンズ系のコンパクト化を達成することが困難となる。
【００１７】
請求項３は、特に上記各レンズが非球面レンズとされたことにより生じるコスト高を抑えるために規定されたものであり、有機材料を使用することにより非球面レンズの製造を容易とし、製造コストを抑制することを可能としたものである。すなわち、レンズ形成材料としてガラスを使用しても非球面化は可能であるが製造コストが高く問題である。
【００１８】
請求項４は、上記レンズＬ₁、Ｌ₂として有機材料を使用することに加え、さらに後群のレンズＬ₃として有機材料を使用することを規定するものである。
後群のレンズＬ₃は、主として像面湾曲、歪曲収差および倍率色収差等に、性能上の影響を与えるが、このレンズＬ₃に有機材料を使用することが可能であり、これによりさらにレンズ系の低価格化が可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
ここで、図１は実施例１〜３の代表例としての実施例１のレンズ基本構成を示すものである。図１に示すように、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負の両凹レンズＬ₁（実施例３では負のメニスカスレンズ）と物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズＬ₂とを配設してなる、全体として正の屈折力を有する前群と、物体側に凹面を向けた負のメニスカスレンズＬ₃からなる、負の屈折力を有する後群とからなる全体として３枚構成のレンズであって、絞り２をこれら２つのレンズ群の間に配設してなり、物体側から光軸Ｘに沿って入射した光束は結像面１上に結像される。
【００２０】
また、両凹レンズＬ₁の像側の面および両凸レンズＬ₂の像側の面が非球面とされている（実施例２においてはレンズＬ₃の像側の面も非球面とされており、実施例３においてはレンズＬ₁の物体側の面も非球面とされている）。
【００２１】
また、これらのレンズは以下の条件式を満足する。
０．９０＜Ｌ／ｆ＜１．０５ ……（１）
０．１８＜Ｄ₄／ｆ＜０．３６ ……（２）
０．０２＜Ｄ₂／ｆ＜０．０７ ……（３）
但し、
Ｌ：最も物体側に配された面の光軸中心位置から全系の像点位置までの長さ
Ｄ₄：前群と後群との群間隔
Ｄ₂ ：前群の２つのレンズの間隔
ｆ：レンズ全系の焦点距離
また、各実施例において各レンズＬ₁、Ｌ₂、Ｌ₃は有機材料で形成されており、これにより製造コストを安価なものとすることが可能である。
【００２２】
以下、実施例１〜３の各々の小型レンズについて具体的数値を用いて説明する。
＜実施例１＞
この実施例１における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Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表１に示す。
【００２３】
ただし、この表１および後述する表３、表５において、各記号Ｒ，Ｄ，ｎ，νに対応させた数字は物体側から順次増加するようになっている。＊の面は非球面を表し、それら各非球面は下記数１に示す非球面式により表される。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【数１】

【００２６】
また、上記非球面に関する係数を表２に示す。
【表２】

【００２７】
なお、この実施例１において、表２の中段に示すようにレンズ系全体の焦点距離ｆは５４．９５ｍｍであり、バックフォーカスｌは３０．４７ｍｍ、レンズ系全長Ｌは５３．５０ｍｍ、前群の焦点距離ｆ_１は２７．１８ｍｍである。
また、表２の下段に示すようにＬ／ｆは０．９７４、Ｄ_２／ｆは０．０５７、Ｄ_４／ｆは０．２６３である。
【００２８】
＜実施例２＞
この実施例２における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Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表３に示す。
【００２９】
【表３】

【００３０】
また、上記非球面に関する係数を表４に示す。
【表４】

【００３１】
なお、この実施例２において、表４の中段に示すようにレンズ系全体の焦点距離ｆは４２．８４ｍｍであり、バックフォーカスｌは２０．８８ｍｍ、レンズ系全長Ｌは４３．１０ｍｍ、前群の焦点距離ｆ₁は２４．８９ｍｍである。
また、表４の下段に示すようにＬ／ｆは１．００６、Ｄ₂／ｆは０．０２７、Ｄ₄／ｆは０．３３７である。
【００３２】
＜実施例３＞
この実施例３における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Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における屈折率ｎおよび各レンズのアッベ数νを下記表５に示す。
【００３３】
【表５】

【００３４】
また、上記非球面に関する係数を表６に示す。
【表６】

【００３５】
なお、この実施例３において、表６の中段に示すようにレンズ系全体の焦点距離ｆは５３．６３ｍｍであり、バックフォーカスｌは３２．８８ｍｍ、レンズ系全長Ｌは５０．８８ｍｍ、前群の焦点距離ｆ₁は２６．０７ｍｍである。
また、表６の下段に示すようにＬ／ｆは０．９４９、Ｄ₂／ｆは０．０２５、Ｄ₄／ｆは０．２０９である。
【００３６】
また、実施例１〜３の各収差（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）を各々図２〜４に示す。また、球面収差図には正弦条件を併せて示す。なお、これらの収差図においてωは半画角を示す。図２〜４から明らかなように、本実施例によれば、各収差を良好なものとすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の小型レンズによれば、レンズ系全体を前、後群の二つに分け、前群は正の屈折力を持たせ、後群は負の屈折力を持たせたレンズ構成とし、かつ望遠タイプとすることで、レンズ系全長を短くすることを可能としている。すなわち、前群の最も物体よりに物体側に凹面を向けた負レンズＬ₁を配置することで負の屈折力の後群に対して全系の対称性をよくし、かつ負レンズＬ₁の後段に物体側に曲率の大きい面を向けた両凸レンズＬ₂を配設してなる正の屈折力を持つ前群と、物体側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス負レンズＬ₃からなる負の屈折力を持つ後群とで構成することで、全系が、３枚構成の、いわゆる望遠タイプの小型レンズとしつつ、安価で高性能なものとすることを可能としている。
【００３８】
また、条件式（１）を満足させることで、周辺画角での結像性能とレンズ系全体のコンパクト性とをバランス良く両立できる。
さらに、条件式（２）を満足させることで、全系の対称性を良好とし結像性能を良好にするとともに、物体側および像側のレンズ径が大きくなるのを防止してレンズ系のコンパクト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１〜３に係るレンズ基本構成を示す概略図
【図２】実施例１に係るレンズの各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図３】実施例２に係るレンズの各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【図４】実施例３に係るレンズの各収差図（球面収差、像面湾曲、歪曲収差）
【符号の説明】
Ｌ_１〜Ｌ_３レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_６レンズ面等の曲率半径
Ｄ_１〜Ｄ_５レンズ面間隔（レンズ厚）
Ｘ光軸
１結像面
２絞り

Claims

物体側から順に、物体側に凹面を向けた負レンズＬ_１と物体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズＬ_２とを配設してなる、全体として正の屈折力を有する前群と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ_３からなる、負の屈折力を有する後群とからなる全体として３枚構成のレンズであって、
前記前群と前記後群の間に絞りが配置されてなり、
最も物体側に配された面の光軸中心位置から全レンズ系の像点位置までの長さをＬ、全レンズ系の焦点距離をｆとしたとき、下記条件式（１）を満足し、
０．９０＜Ｌ／ｆ＜１．０５ ……（１）
かつ、前記前群と前記後群との群間隔をＤ_４としたとき、下記条件式（２）を満足することを特徴とする小型レンズ。
０．１８＜Ｄ_４／ｆ＜０．３６ ……（２）
前記前群を構成する２つのレンズＬ_１、Ｌ_２が各々少なくとも１面を非球面とされ、かつこれら２つのレンズのレンズ間隔をＤ_２としたとき下記条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１記載の小型レンズ。
０．０２＜Ｄ_２／ｆ＜０．０７ ……（３）
前記前群を構成する２つのレンズＬ_１、Ｌ_２は、共に有機材料からなることを特徴とする請求項２記載の小型レンズ。
前記後群を構成する負レンズＬ_３が有機材料からなることを特徴とする請求項２もしくは３記載の小型レンズ。
前記負レンズＬ _１は、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズであることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の小型レンズ。