JP4283554B2 - Single focus lens - Google Patents
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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。)への搭載に好適な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(電荷結合素子)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としては、従来、例えば特開平5-157962号公報および特開平11−125767号公報等に記載されたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、デジタルカメラは、一般に、高画質、高解像度で構成がコンパクトであることが要求される。従って、それに搭載される撮影レンズについても、コンパクトで高画質に耐え得る性能が要求される。デジタルカメラにおいて、高解像度の画像を得るためには、CCDの全体サイズを大きくし、高画素数にすればよい。しかしながら、CCDの全体サイズを大きくすると、それに伴い、レンズ系も拡大されるので、従来のレンズ構成を採用したのではコンパクト性が失われてしまう。また、デジタルカメラにおいては、CCD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。
【0005】
上述の特開平5-157962号公報および特開平11−125767号公報記載のレンズは、特に、高解像度が要求されるデジタルカメラに搭載するものとしては、その構成の簡易さ、コンパクト性およびコストの点において十分な性能を有していない。
【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、簡易な構成でありながら、特にコンパクトで高解像度のデジタルカメラに適した良好な性能を得ることができる単焦点レンズを提供することにある。
【0010】
本発明の単焦点レンズは、物体側から順に、少なくとも1枚の非球面を有し、像側に凹面を向けた負の第1レンズと、絞りと、物体側に凸面を向けた正の第2レンズと、物体側に凹面を向けた負の第3レンズと、像側のレンズ面が、近軸領域において像側に凸で、かつ、周辺に行くほど正の屈折力が弱くなるような非球面形状である第4レンズとを備え、かつ、以下の条件式(1)〜(3)を満足するように構成されている。第1レンズは、少なくとも、像側のレンズ面が非球面であることが望ましい。
【0011】
│R1/R2│>2 ……(1)
D5/Ymax>0.05 ……(2)
0.1>D2/f ……(3)
ただし、R1は、第1レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径を示し、R2は、第1レンズの像側のレンズ面の近軸曲率半径を示し、D2は、第1レンズの像側のレンズ面から絞りまでの距離を示し、D5は、第2レンズの像側のレンズ面と第3レンズの物体側のレンズ面との間隔を示し、Ymaxは、最大像高を示し、fは、全体の焦点距離を示す。
【0012】
本発明の単焦点レンズでは、以上のような構成にすることにより、簡易な構成でありながら、諸収差が良好に補正され、コンパクトで高解像度のデジタルカメラに適した良好な性能が得られる。特に、第4レンズの像側のレンズ面が非球面形状であることにより、像面湾曲と歪曲収差とが良好に補正される。また、条件式(1),(2)を満足することにより、諸収差が良好に補正される。
【0013】
また特に、第1レンズの像側のレンズ面を非球面にすることにより、像面湾曲が良好に補正される。また特に、条件式(3)を満足することにより、絞り位置を像面から離した位置に設定し易くなり、射出瞳距離を長く保つことができ、テレセントリック性の確保が容易になる。
【0014】
【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。
【0015】
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の一実施の形態に係る単焦点レンズの構成例を示している。また、図2は、本実施の形態に係る単焦点レンズの他の構成例を示している。図1および図2に示した構成例は、それぞれ、後述の第1および第2の参考例1−1,1−2(図3、図4)のレンズ構成に対応している。なお、図1および図2において、符号Riは、絞りStも含めて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i番目(i=1〜11)の構成要素の面の曲率半径を示す。符号Diは、i番目の面とi+1番目の面との光軸上の面間隔を示す。なお、この第1の実施の形態は、本願の特許請求の範囲に記載の発明には属さない実施の形態である。
【0016】
図1および図2に示した本実施の形態に係る単焦点レンズ1A,1B(以下、1A,1Bを総称して1と記す。)は、特にコンパクトなデジタルカメラに搭載して好適なものである。
【0017】
この単焦点レンズ1は、光軸Z1に沿って、物体側より順に、第1レンズG1〜第4レンズG4を備えている。第1レンズG1と第2レンズ群G2との間には、開口絞りStが設けられている。この単焦点レンズ1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。
【0018】
第1レンズG1は、像側に凹面を向けた負のレンズとなっている。この第1レンズG1は、例えば負のメニスカス形状で構成される。一方、第2レンズG2は、物体側に凸面を向けた正のレンズとなっている。この第2レンズG2は、例えば両凸形状で構成されている。
【0019】
第3レンズG3は、物体側に凹面を向けた負のレンズとなっている。この第3レンズG3は、例えば両凹形状で構成されている。一方、第4レンズG4は、像側のレンズ面が、近軸領域において像側に凸で、かつ、周辺に行くほど正の屈折力が弱くなるような非球面形状となっている。この第4レンズG4は、例えば、近軸領域において両凸形状で構成されている。この第4レンズG4は、収差補正上、両面が非球面形状である方が望ましい。
【0020】
この単焦点レンズ1は、以下の条件式(1),(2)を満足するように構成されている。条件式(1),(2)において、R1は、第1レンズG1の物体側のレンズ面の近軸曲率半径を示し、R2は、第1レンズG1の像側のレンズ面の近軸曲率半径を示し、D5は、第2レンズG2の像側のレンズ面と第3レンズG3の物体側のレンズ面との間隔を示し、Ymaxは、最大像高を示す。
【0021】
│R1/R2│>2 ……(1)
D5/Ymax>0.05 ……(2)
【0022】
なお、この単焦点レンズ1は、後述の第2の実施の形態に係る単焦点レンズ2と比較して、非球面を用いたレンズが1枚(第4レンズG4)のみとなっており、また、絞りStの位置が比較的第2レンズG2に近い位置に設定されている。非球面を用いたレンズが1枚のみであるから、低コストでの実施に適している。また、この単焦点レンズ1は、Fナンバーを小さくしたい場合に適した構成となっている。
【0023】
次に、以上のような構成の単焦点レンズ1によってもたらされる光学的な作用および効果について説明する。
【0024】
この単焦点レンズ1では、第1レンズG1〜第4レンズG4を上述のように構成することにより、従来のレンズ構成と比較して、構成長(沈胴長)、すなわち最も物体側の屈折面(第1レンズG1の物体側の面)から最も像側の屈折面(第4レンズG4の像側の面)までの距離を短縮することができる。これにより、沈胴時の光学系のコンパクト化が図られ、例えばデジタルカメラに搭載した場合において、単焦点レンズ1を含めた光学装置をコンパクトにすることができる。
【0025】
この単焦点レンズ1では、特に、第4レンズG4の像側のレンズ面が非球面形状であることにより、像面湾曲と歪曲収差とが良好に補正される。
【0026】
また、条件式(1),(2)を満足することにより、諸収差が良好に補正される。特に、条件式(1)を満足することにより、像面湾曲と歪曲収差とを良好に補正することができる。また特に、条件式(2)を満足することにより、非点収差と歪曲収差とを良好に補正することができる。
【0027】
このように、本実施の形態に係る単焦点レンズ1によれば、4枚のレンズ構成という簡易な構成でありながら、諸収差が良好に補正され、特にコンパクトで高解像度のデジタルカメラに最適な性能を得ることができる。
【0028】
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0029】
図8は、本発明の一実施の形態に係る単焦点レンズの構成例を示している。また、図9は、本実施の形態に係る単焦点レンズの他の構成例を示している。図8および図9に示した構成例は、それぞれ、後述の第1および第2の実施例2−1,2−2(図10、図11)のレンズ構成に対応している。図8および図9では、上記第1の実施の形態の単焦点レンズ1(図1、図2)の構成要素に対応する部分には、同一の符号を付している。
【0030】
図8および図9に示した本実施の形態に係る単焦点レンズ2A,2B(以下、2A,2Bを総称して2と記す。)は、上記第1の実施の形態の単焦点レンズ1と同様、特にコンパクトなデジタルカメラに搭載して好適なものである。
【0031】
この単焦点レンズ1は、上記第1の実施の形態の単焦点レンズ1と同様、光軸Z1に沿って、物体側より順に、第1レンズG1〜第4レンズG4を備えている。第1レンズG1と第2レンズ群G2との間には、開口絞りStが設けられている。この単焦点レンズ1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。
【0032】
本実施の形態の単焦点レンズ2において、その形状が第1の実施の形態の単焦点レンズ1と異なるのは、特に、第1レンズG1の部分である。すなわち、この単焦点レンズ2では、第1レンズG1が、少なくとも1枚の非球面を有して構成されている。第1レンズG1は、少なくとも、像側のレンズ面が非球面であることが望ましい。また、第1レンズG1は、第1の実施の形態の単焦点レンズ1と比較して、比較的レンズ厚が薄い構成となっている。
【0033】
また、この単焦点レンズ2は、第1の実施の形態に係る単焦点レンズ1と比較して、絞りStの位置が比較的第1レンズG1に近い位置に設定されている。また、この単焦点レンズ2は、以下の条件式(1)〜(3)を満足するように構成されている。条件式(1),(2)は、第1の実施の形態に係る単焦点レンズ1が満たす条件と同じである。条件式(3)において、D2は、第1レンズG1の像側のレンズ面から絞りStまでの距離を示し、fは、全体の焦点距離を示す。
【0034】
│R1/R2│>2 ……(1)
D5/Ymax>0.05 ……(2)
0.1>D2/f ……(3)
【0035】
この単焦点レンズ2では、特に、第1レンズG1の像側のレンズ面を非球面にすることにより、像面湾曲が良好に補正される。また特に、条件式(3)を満足することにより、絞り位置Stを像面から離した位置に設定し易くなり、射出瞳距離を長く保つことができる。これにより、特にデジタルカメラに搭載した場合において、その撮像素子の特性に合わせて、テレセントリック性を保ち易くなる。すなわち。光線を撮像面に垂直に近い状態で入射させやすくなり、特にデジタルカメラに好適な性能を得ることができる。
【0036】
また、この単焦点レンズ2では、非球面をより多く採用し、第1レンズG1のレンズ厚を比較的薄い構成にしていることにより、第1の実施の形態に係る単焦点レンズ1と比較して、構成長をさらに短縮することができる。これにより、沈胴時の光学系のさらなるコンパクト化が図られ、例えばデジタルカメラに搭載した場合において、単焦点レンズ2を含めた光学装置をきわめてコンパクトにすることができる。
【0037】
このように、本実施の形態に係る単焦点レンズ2によれば、簡易な構成でありながら、諸収差が良好に補正され、特にコンパクトで高解像度のデジタルカメラに最適な性能を得ることができる。
【0038】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る単焦点レンズの具体的な数値実施例について説明する。
【0039】
[参考例1−1,1−2]
まず、参考例として、第1の実施の形態についての数値実施例を説明する。以下では、第1および第2の数値実施例(参考例1−1,1−2)をまとめて説明する。図3(A),(B)は、図1に示した単焦点レンズ1Aの構成に対応する具体的なレンズデータを示し、図4(A),(B)は、図2に示した単焦点レンズ1Bの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図3(A)および図4(A)はそれぞれ、参考例1−1,1−2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)はそれぞれ、非球面形状に関するデータを示す。
【0040】
図3(A)および図4(A)に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、各参考例の単焦点レンズについて、絞りStも含めて、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構成要素の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1および図2に示した符号Riに対応させて、物体側からi番目の構成要素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および図2に示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(波長587.6nm)に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。図3(A)および図4(A)には、全系の焦点距離f(mm)、画角2ω(°)、Fナンバー(FNO.)の値も同時に示す。
【0041】
図3(A),図4(A)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であることを示す。参考例1−1,1−2では、第4レンズG4の両面(第8面、第9面)が非球面形状となっている。図3(A),図4(A)では、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍(近軸領域)の曲率半径の数値を示している。
【0042】
図3(B),図4(B)に示した非球面データは、以下の式(A)によって表される非球面多項式における定数または係数である。式(A)の非球面多項式は、光軸Z1に直交する方向にY軸をとって非球面の形状を表したものである。非球面は、式(A)で表される曲線を光軸Z1の周りに回転して得られる曲面である。Yは、光軸Z1からレンズ面までの距離(高さ)に相当する。Zの値は、光軸Z1から高さY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、すなわち非球面の深さを示す。Cは、光軸近傍におけるレンズ面の近軸曲率半径Rの逆数(1/R)である。また、KAは、離心率(または円錐定数)を表し、A4,A6,A8,A10は、それぞれ4次,6次,8次,10次の非球面係数を表す。なお、非球面係数を表す数値において、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。
【0043】
Z=[CY2/{1+(1−KA・C2・Y2)1/2}]
+A4Y4+A6Y6+A8Y8+A10Y10 ……(A)
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
Y:高さ(mm)
KA:離心率
C=1/R:近軸曲率
(R:近軸曲率半径)
【0044】
図5は、上述の条件式(1),(2)に対応する値、すなわち、式「│R1/R2│」,「D5/Ymax」の値を、各参考例について示したものである。図5に示したように、各参考例の値が、条件式(1),(2)の範囲内となっている。
【0045】
図6(A)〜(D)および図7(A)〜(D)は、各参考例の単焦点レンズについての諸収差を示している。具体的には、図6(A),図7(A)は、各参考例についての球面収差を示し、図6(B),図7(B)は、各参考例についての非点収差を示す。また、図6(C),図7(C)は、各参考例についてのディストーション(歪曲収差)を示し、図6(D),図7(D)は、各参考例についての倍率色収差を示している。非点収差を示す図6(B),図7(B)において、実線はサジタル像面に対する収差を示し、破線はタンジェンシャル(メリジオナル)像面に対する収差を示している。球面収差は、d線(波長587.6nm),F線(波長486.1nm),C線(波長656.3nm)についての値を示す。各収差図において、特に波長を明記していないものは、d線に対する収差を示す。各収差図において、FNO.は、Fナンバーを、ωは半画角を示す。
【0046】
以上のレンズデータおよび収差図からわかるように、第1の実施の形態についての各参考例について、諸収差が良好に補正され、特にコンパクトで高解像度のデジタルカメラに最適な性能が得られている。
【0047】
[実施例2−1,2−2]
次に、第2の実施の形態についての実施例を説明する。以下では、第1および第2の数値実施例(実施例2−1,2−2)をまとめて説明する。図10(A),(B)は、図8に示した単焦点レンズ2Aの構成に対応する具体的なレンズデータを示し、図11(A),(B)は、図9に示した単焦点レンズ2Bの構成に対応する具体的なレンズデータを示している。図10(A)および図11(A)はそれぞれ、実施例2−1,2−2のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図10(B)および図11(B)はそれぞれ、非球面形状に関するデータを示す。これらのレンズデータの示す意味は、上記参考例1−1,1−2(図3(A),(B),図4(A),(B))と同様である。
【0048】
本実施例2−1,2−2においては、第1レンズG1の両面(第1面、第2面)と、第4レンズG4の像側の面(第9面)とが非球面形状となっている。
【0049】
図12は、上述の条件式(1)〜(3)に対応する値、すなわち、式「│R1/R2│」,「D5/Ymax」,「D2/f」の値を、各実施例について示したものである。図12に示したように、各実施例の値が、条件式(1)〜(3)の範囲内となっている。
【0050】
図13(A)〜(D)および図14(A)〜(D)は、各実施例の単焦点レンズについての諸収差を示している。具体的には、図13(A),図14(A)は、各実施例についての球面収差を示し、図13(B),図14(B)は、各実施例についての非点収差を示す。また、図13(C),図14(C)は、各実施例についてのディストーション(歪曲収差)を示し、図13(D),図14(D)は、各実施例についての倍率色収差を示している。各収差図に付した符号の意味等は、上記参考例1−1,1−2についての各収差図と同様である。
【0051】
以上のレンズデータおよび収差図からわかるように、第2の実施の形態についての各実施例について、諸収差が良好に補正され、特にコンパクトで高解像度のデジタルカメラに最適な性能が得られている。
【0052】
なお、本発明は、上記各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R、面間隔Dおよび屈折率Nおよびアッベ数ν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。
【0054】
以上説明したように、請求項1または2に記載の単焦点レンズによれば、物体側から順に、少なくとも1枚の非球面を有し、像側に凹面を向けた負の第1レンズと、絞りと、物体側に凸面を向けた正の第2レンズと、物体側に凹面を向けた負の第3レンズと、像側のレンズ面が、近軸領域において像側に凸で、かつ、周辺に行くほど正の屈折力が弱くなるような非球面形状である第4レンズとを備え、かつ、以下の条件式(1)〜(3)を満足するように構成したので、簡易な構成でありながら、コンパクトで高解像度のデジタルカメラに適した良好な性能を得ることができる。特に、第4レンズの像側のレンズ面が非球面形状であることにより、像面湾曲と歪曲収差とを良好に補正することができる。また、条件式(1),(2)を満足することにより、諸収差を良好に補正することができる。
【0055】
特に、第1レンズの像側のレンズ面を非球面にした場合に、像面湾曲を良好に補正することができる。また特に、条件式(3)を満足することにより、絞り位置を像面から離した位置に設定し易くなり、射出瞳距離を長く保つことができる。これにより、特にデジタルカメラに搭載した場合において、その撮像素子の特性に合わせて、テレセントリック性を保ち易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態に係る単焦点レンズの構成例を示すものであり、参考例1−1に対応するレンズ断面図である。
【図2】 第1の実施の形態に係る単焦点レンズの他の構成例を示すものであり、参考例1−2に対応するレンズ断面図である。
【図3】 第1の実施の形態に係る単焦点レンズの第1の参考例1−1についての基本レンズデータ(A)と非球面データ(B)とを示す説明図である。
【図4】 第1の実施の形態に係る単焦点レンズの第2の参考例1−2についての基本レンズデータ(A)と非球面データ(B)とを示す説明図である。
【図5】 参考例1−1,1−2に係る単焦点レンズが満たす条件値のデータを示す説明図である。
【図6】 参考例1−1の単焦点レンズについての球面収差、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。
【図7】 参考例1−2の単焦点レンズについての球面収差、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。
【図8】 本発明の第2の実施の形態に係る単焦点レンズの構成例を示すものであり、実施例2−1に対応するレンズ断面図である。
【図9】 本発明の第2の実施の形態に係る単焦点レンズの他の構成例を示すものであり、実施例2−2に対応するレンズ断面図である。
【図10】 本発明の第2の実施の形態に係る単焦点レンズの第1の実施例2−1についての基本レンズデータ(A)と非球面データ(B)とを示す説明図である。
【図11】 本発明の第2の実施の形態に係る単焦点レンズの第2の実施例2−2についての基本レンズデータ(A)と非球面データ(B)とを示す説明図である。
【図12】 実施例2−1,2−2に係る単焦点レンズが満たす条件値のデータを示す説明図である。
【図13】 実施例2−1の単焦点レンズについての球面収差、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。
【図14】 実施例2−2の単焦点レンズについての球面収差、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。
【符号の説明】
CG…カバーガラス、G1〜G4…第1〜第4レンズ、St…絞り、Z1…光軸、1(1A,1B),2(2A,2B)…単焦点レンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single focus lens for photographing, and more particularly to a single focus lens suitable for mounting on a digital still camera (hereinafter simply referred to as a digital camera).
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of personal computers to ordinary homes and the like, digital cameras capable of inputting image information such as photographed landscapes and human images to personal computers are rapidly spreading.
[0003]
A digital camera converts an optical image into an electrical signal using an image pickup device such as a CCD (charge coupled device) and records it as digital image data. Conventionally, as such a photographic lens for a digital camera, there are those described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. H5-157962 and H11-125767.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, digital cameras are generally required to have high image quality, high resolution, and a compact configuration. Therefore, the photographic lens mounted thereon is also required to be compact and capable of withstanding high image quality. In a digital camera, in order to obtain a high-resolution image, the overall size of the CCD may be increased to increase the number of pixels. However, when the overall size of the CCD is increased, the lens system is enlarged accordingly, and if the conventional lens configuration is adopted, the compactness is lost. In addition, in a digital camera, it is desirable that a light beam is incident in a state of being nearly perpendicular to the imaging surface because of the characteristics of the CCD. Therefore, it is desirable that telecentricity is ensured in the taking lens mounted on the digital camera.
[0005]
The lenses described in Japanese Patent Laid-Open Nos. H5-157962 and H11-125767 are particularly easy to mount, are compact and cost-effective when mounted on a digital camera that requires high resolution. It does not have sufficient performance in terms of points.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a single focus lens capable of obtaining good performance particularly suitable for a compact and high-resolution digital camera while having a simple configuration. There is.
[0010]
The single focus lens of the present invention has, in order from the object side, at least one aspherical surface, a negative first lens having a concave surface facing the image side, a stop, and a positive first lens having a convex surface facing the object side. Two lenses, a negative third lens having a concave surface facing the object side, and a lens surface on the image side are convex toward the image side in the paraxial region, and the positive refractive power becomes weaker toward the periphery. A fourth lens having an aspherical shape, and satisfying the following conditional expressions (1) to (3). It is desirable that the first lens has at least an aspheric lens surface on the image side.
[0011]
│R1 / R2│> 2 …… (1)
D5 / Ymax> 0.05 (2)
0.1> D2 / f (3)
Here, R1 represents the paraxial radius of curvature of the lens surface on the object side of the first lens, R2 represents the paraxial radius of curvature of the lens surface on the image side of the first lens, and D2 represents the image of the first lens. D5 indicates the distance from the lens surface on the side to the stop, D5 indicates the distance between the lens surface on the image side of the second lens and the lens surface on the object side of the third lens, Ymax indicates the maximum image height, and f Indicates the total focal length.
[0012]
In the single focus lens according to the present invention , by adopting the above-described configuration, various aberrations are corrected well while having a simple configuration, and good performance suitable for a compact, high-resolution digital camera can be obtained. In particular, since the lens surface on the image side of the fourth lens is aspheric, curvature of field and distortion are corrected well. Moreover, various aberrations are satisfactorily corrected by satisfying conditional expressions (1) and (2).
[0013]
In particular, the curvature of field is favorably corrected by making the image side lens surface of the first lens an aspherical surface. In particular, when the conditional expression (3) is satisfied, the aperture position can be easily set at a position away from the image plane, the exit pupil distance can be kept long, and telecentricity can be easily ensured.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a configuration example of a single focus lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows another configuration example of the single focus lens according to the present embodiment. The configuration examples shown in FIGS. 1 and 2 correspond to the lens configurations of first and second reference examples 1-1 and 1-2 (FIGS. 3 and 4) described later, respectively. In FIG. 1 and FIG. 2, the symbol Ri is the i-th (i = 1) that sequentially increases toward the image side (imaging side) with the surface of the most object-side component including the stop St as the first. The curvature radius of the surface of the component of -11) is shown. A symbol Di indicates a surface interval on the optical axis between the i-th surface and the i + 1-th surface. The first embodiment is an embodiment that does not belong to the invention described in the claims of the present application.
[0016]
The single focus lenses 1A and 1B (hereinafter, 1A and 1B are collectively referred to as 1) according to the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are particularly suitable for mounting on a compact digital camera. is there.
[0017]
The
[0018]
The first lens G1 is a negative lens with a concave surface facing the image side. For example, the first lens G1 has a negative meniscus shape. On the other hand, the second lens G2 is a positive lens having a convex surface facing the object side. The second lens G2 has a biconvex shape, for example.
[0019]
The third lens G3 is a negative lens with a concave surface facing the object side. For example, the third lens G3 has a biconcave shape. On the other hand, the fourth lens G4 has an aspherical shape in which the lens surface on the image side is convex toward the image side in the paraxial region and the positive refractive power becomes weaker toward the periphery. For example, the fourth lens G4 has a biconvex shape in the paraxial region. The fourth lens G4 is preferably aspheric on both sides for aberration correction.
[0020]
The
[0021]
│R1 / R2│> 2 …… (1)
D5 / Ymax> 0.05 (2)
[0022]
The
[0023]
Next, optical actions and effects brought about by the
[0024]
In the
[0025]
In the
[0026]
Moreover, various aberrations are satisfactorily corrected by satisfying conditional expressions (1) and (2). In particular, when the conditional expression (1) is satisfied, it is possible to satisfactorily correct field curvature and distortion. In particular, astigmatism and distortion can be favorably corrected by satisfying conditional expression (2).
[0027]
As described above, according to the
[0028]
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0029]
FIG. 8 shows a configuration example of a single focus lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 shows another configuration example of the single focus lens according to the present embodiment. The configuration examples shown in FIGS. 8 and 9 correspond to the lens configurations of first and second examples 2-1 and 2-2 (FIGS. 10 and 11) described later, respectively. In FIG. 8 and FIG. 9, parts corresponding to the components of the single focus lens 1 (FIGS. 1 and 2) of the first embodiment are given the same reference numerals.
[0030]
The single focus lenses 2A and 2B (hereinafter, 2A and 2B are collectively referred to as 2) according to the present embodiment shown in FIGS. 8 and 9 are the same as the
[0031]
The
[0032]
In the
[0033]
Further, in the
[0034]
│R1 / R2│> 2 …… (1)
D5 / Ymax> 0.05 (2)
0.1> D2 / f (3)
[0035]
In the
[0036]
Further, in this
[0037]
As described above, according to the
[0038]
【Example】
Next, specific numerical examples of the single focus lens according to the present embodiment will be described.
[0039]
[ Reference Examples 1-1 and 1-2]
First, as a reference example, a numerical example of the first embodiment will be described. Hereinafter, the first and second numerical examples ( Reference Examples 1-1 and 1-2) will be described together. 3A and 3B show specific lens data corresponding to the configuration of the single focus lens 1A shown in FIG. 1, and FIGS. 4A and 4B show the single lens data shown in FIG. Specific lens data corresponding to the configuration of the focus lens 1B is shown. 3A and 4A show basic data portions of the lens data of Reference Examples 1-1 and 1-2, respectively, and FIGS. 3B and 4B respectively show the basic data portions. The data regarding an aspherical shape are shown.
[0040]
In the column of the surface number Si in the lens data shown in FIGS. 3A and 4A, the surface of the most object side component including the stop St is set to 1 for the single focus lens of each reference example. The number of the surface of the component which increases sequentially toward the image side is shown as the 2nd. The column of the radius of curvature Ri indicates the value of the radius of curvature of the surface of the i-th component from the object side, corresponding to the symbol Ri shown in FIGS. Also in the column of the surface interval Di, the interval on the optical axis between the i-th surface Si and the i + 1-th surface Si + 1 from the object side is shown in correspondence with the reference numerals shown in FIGS. The unit of the value of the curvature radius Ri and the surface interval Di is millimeter (mm). In the columns Ndj and νdj, the refractive index and Abbe number for the d-line (wavelength 587.6 nm) of the j-th lens element (j = 1 to 5) from the object side, including the cover glass CG, are shown. Show. FIGS. 3A and 4A also show the focal length f (mm), the angle of view 2ω (°), and the F number (FNO.) Of the entire system.
[0041]
In FIGS. 3A and 4A, the symbol “*” attached to the left side of the surface number indicates that the lens surface is an aspherical surface. In Reference Examples 1-1 and 1-2, both surfaces (eighth surface and ninth surface) of the fourth lens G4 are aspherical. 3A and 4A show the numerical values of the curvature radii near the optical axis (paraxial region) as the curvature radii of these aspheric surfaces.
[0042]
The aspheric data shown in FIGS. 3B and 4B are constants or coefficients in an aspheric polynomial expressed by the following equation (A). The aspherical polynomial in equation (A) represents the shape of the aspherical surface with the Y axis taken in the direction orthogonal to the optical axis Z1. The aspherical surface is a curved surface obtained by rotating the curve represented by the formula (A) around the optical axis Z1. Y corresponds to the distance (height) from the optical axis Z1 to the lens surface. The value of Z is the length of a perpendicular drawn from a point on the aspheric surface at a height Y from the optical axis Z1 to the tangential plane (plane perpendicular to the optical axis) of the aspheric surface, that is, the aspherical surface. Indicates depth. C is the reciprocal (1 / R) of the paraxial radius of curvature R of the lens surface in the vicinity of the optical axis. KA represents an eccentricity (or conic constant), and A 4 , A 6 , A 8 , and A 10 represent 4th, 6th, 8th, and 10th order aspherical coefficients, respectively. In the numerical value representing the aspheric coefficient, the symbol “E” indicates that the subsequent numerical value is a “power exponent” with 10 as the base, and a numerical value represented by an exponential function with 10 as the base. Indicates that the numerical value before “E” is multiplied. For example, “1.0E-02” indicates “1.0 × 10 −2 ”.
[0043]
Z = [CY 2 / {1+ (1−KA · C 2 · Y 2 ) 1/2 }]
+ A 4 Y 4 + A 6 Y 6 + A 8 Y 8 + A 10 Y 10 ...... (A)
However,
Z: Depth of aspheric surface (mm)
Y: Height (mm)
KA: eccentricity C = 1 / R: paraxial curvature (R: paraxial radius of curvature)
[0044]
FIG. 5 shows values corresponding to the above-described conditional expressions (1) and (2), that is, values of the expressions “| R1 / R2 |” and “D5 / Ymax” for each reference example. As shown in FIG. 5, the value of each reference example is within the range of conditional expressions (1) and (2).
[0045]
FIGS. 6A to 6D and FIGS. 7A to 7D show various aberrations of the single focus lens of each reference example. Specifically, FIGS. 6 (A) and 7 (A) show the spherical aberration for each reference example, and FIGS. 6 (B) and 7 (B) show the astigmatism for each reference example. Show. 6 (C) and 7 (C) show distortion (distortion aberration) for each reference example, and FIGS. 6 (D) and 7 (D) show chromatic aberration of magnification for each reference example. ing. In FIGS. 6B and 7B showing astigmatism, the solid line shows the aberration with respect to the sagittal image surface, and the broken line shows the aberration with respect to the tangential (meridional) image surface. The spherical aberration indicates values for d-line (wavelength 587.6 nm), F-line (wavelength 486.1 nm), and C-line (wavelength 656.3 nm). In each aberration diagram, those not particularly specifying the wavelength indicate aberrations with respect to the d-line. In each aberration diagram, FNO. Indicates the F number, and ω indicates the half angle of view.
[0046]
As can be seen from the above lens data and aberration diagrams, in each reference example of the first embodiment, various aberrations are corrected satisfactorily, and optimal performance is obtained particularly for a compact and high-resolution digital camera. .
[0047]
[Examples 2-1 and 2-2]
Next, an example of the second embodiment will be described. Hereinafter, the first and second numerical examples (Examples 2-1 and 2-2) will be described together. 10A and 10B show specific lens data corresponding to the configuration of the single focus lens 2A shown in FIG. 8, and FIGS. 11A and 11B show the single lens data shown in FIG. Specific lens data corresponding to the configuration of the focus lens 2B is shown. FIGS. 10A and 11A respectively show basic data portions of the lens data of Examples 2-1 and 2-2, and FIGS. 10B and 11B respectively show the basic data portions. The data regarding an aspherical shape are shown. The meanings of these lens data are the same as those in Reference Examples 1-1 and 1-2 (FIGS. 3A and 3B, FIGS. 4A and 4B).
[0048]
In Examples 2-1 and 2-2, both surfaces (first surface and second surface) of the first lens G1 and the image side surface (9th surface) of the fourth lens G4 are aspherical. It has become.
[0049]
FIG. 12 shows values corresponding to the conditional expressions (1) to (3) described above, that is, the values of the expressions “| R1 / R2 |”, “D5 / Ymax”, and “D2 / f” for each example. It is shown. As shown in FIG. 12, the value of each Example is in the range of conditional expressions (1) to (3).
[0050]
FIGS. 13A to 13D and FIGS. 14A to 14D show various aberrations of the single focus lens of each example. Specifically, FIGS. 13A and 14A show the spherical aberration for each example, and FIGS. 13B and 14B show the astigmatism for each example. Show. FIGS. 13C and 14C show distortion (distortion aberration) for each example, and FIGS. 13D and 14D show chromatic aberration of magnification for each example. ing. The meanings of the symbols attached to the respective aberration diagrams are the same as those in the respective aberration diagrams for Reference Examples 1-1 and 1-2.
[0051]
As can be seen from the above lens data and aberration diagrams, various aberrations are corrected satisfactorily for each example of the second embodiment, and optimal performance is obtained particularly for a compact, high-resolution digital camera. .
[0052]
The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the values of the radius of curvature R, the surface interval D, the refractive index N, and the Abbe number ν of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, and may take other values.
[0054]
As described above , according to the single focus lens according to
[0055]
In particular, when the lens surface on the image side of the first lens is aspheric, the curvature of field can be corrected well. In particular, by satisfying conditional expression (3), it becomes easy to set the aperture position away from the image plane, and the exit pupil distance can be kept long. This makes it easy to maintain telecentricity in accordance with the characteristics of the image sensor, particularly when mounted on a digital camera.
[Brief description of the drawings]
[1] show a configuration example of a single focus lens according to the first embodiment is a lens sectional view corresponding to Example 1-1.
FIG. 2 is a lens cross-sectional view illustrating another configuration example of the single focus lens according to the first embodiment and corresponding to Reference Example 1-2.
3 is an explanatory diagram showing a basic lens data and (A) and aspherical data (B) for the first reference example 1-1 of the single focus lens according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing basic lens data (A) and aspherical data (B) for a second reference example 1-2 of the single focus lens according to the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing data of condition values satisfied by single focus lenses according to Reference Examples 1-1 and 1-2.
6 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration for the single focus lens of Reference Example 1-1. FIG.
7 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration for the single focus lens of Reference Example 1-2. FIG.
FIG. 8 illustrates a configuration example of a single focus lens according to a second embodiment of the present invention, and is a lens cross-sectional view corresponding to Example 2-1.
FIG. 9 is a lens cross-sectional view illustrating another configuration example of a single focus lens according to the second embodiment of the present invention and corresponding to Example 2-2.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing basic lens data (A) and aspherical data (B) for a first example 2-1 of a single focus lens according to a second embodiment of the present invention.
11 is an explanatory diagram showing basic lens data (A) and aspherical data (B) for a second example 2-2 of a single focus lens according to a second embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating data of condition values satisfied by the single focus lenses according to Examples 2-1 and 2-2.
13 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration for the single focus lens of Example 2-1. FIG.
FIG. 14 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, distortion, and lateral chromatic aberration for the single focus lens of Example 2-2.
[Explanation of symbols]
CG: cover glass, G1 to G4: first to fourth lenses, St: stop, Z1: optical axis, 1 (1A, 1B), 2 (2A, 2B): single focus lens.
Claims (2)
少なくとも1枚の非球面を有し、像側に凹面を向けた負の第1レンズと、
絞りと、
物体側に凸面を向けた正の第2レンズと、
物体側に凹面を向けた負の第3レンズと、
像側のレンズ面が、近軸領域において像側に凸で、かつ、周辺に行くほど正の屈折力が弱くなるような非球面形状である第4レンズと
を備え、
かつ、以下の条件式(1)〜(3)を満足するように構成されている
ことを特徴とする単焦点レンズ。
│R1/R2│>2 ……(1)
D5/Ymax>0.05 ……(2)
0.1>D2/f ……(3)
ただし、
R1:第1レンズの物体側のレンズ面の近軸曲率半径
R2:第1レンズの像側のレンズ面の近軸曲率半径
D2:第1レンズの像側のレンズ面から絞りまでの距離
D5:第2レンズの像側のレンズ面と第3レンズの物体側のレンズ面との間隔
Ymax:最大像高
f:全体の焦点距離From the object side,
A negative first lens having at least one aspheric surface and having a concave surface facing the image side;
Aperture,
A positive second lens with a convex surface facing the object side;
A negative third lens with a concave surface facing the object side;
A fourth lens having an aspherical shape in which the lens surface on the image side is convex toward the image side in the paraxial region and the positive refractive power decreases toward the periphery;
And it is comprised so that the following conditional expressions (1)-(3) may be satisfied. The single focus lens characterized by the above-mentioned.
│R1 / R2│> 2 …… (1)
D5 / Ymax> 0.05 (2)
0.1> D2 / f (3)
However,
R1: Paraxial radius of curvature of the lens surface on the object side of the first lens R2: Paraxial radius of curvature of the lens surface on the image side of the first lens D2: Distance from the lens surface on the image side of the first lens to the stop D5: Distance between the image-side lens surface of the second lens and the object-side lens surface of the third lens Ymax: Maximum image height f: Overall focal length
ことを特徴とする請求項1記載の単焦点レンズ。Wherein the first lens, at least, a single focus lens according to claim 1, wherein the surface on the image side is an aspherical surface.
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