包含塑料透镜的单焦点透镜 本发明涉及单焦点透镜，特别是涉及用在复印机等上的单焦点透镜。
日本专利公开平3-109514号公报所记载的复印用透镜是已有技术的一个例子。
该公报所公开的技术是以用简单的透镜构成实现小型低成本化的同时，通过实现半视场角ω＝25°～30°的所谓广视场角，而提供具有等倍率～放大复印和等倍率～缩小复印的良好性能的复印用透镜为目的。其技术方案是从物体侧开始顺次由凸面朝向物体侧的正弯月面的第一透镜、凸面朝向物体侧的负弯月面的第二透镜、凸面朝向像侧的负弯月面的第三透镜，凸面朝向像侧的正弯月面的第四透镜等四枚透镜构成复印用透镜。该复印用透镜采用由四枚玻璃透镜组成地结构。
玻璃透镜，过去通常是采用研磨的制造方法，但近来开始有采用挤压成形制造的。但是，这种制造方法需要有退火等工序，总之，比起塑料透镜，其造价仍较高。
与此相反，由于塑料透镜可以通过喷射成形制造，如果把金属模作成非球面，就可以容易地制造出非球面透镜。另外，如果使用非球面透镜则由于方便矫正像差而容易满足各种性能要求。此外，由于塑料透镜可以通过喷射成形制造，所以，具有成本低的优点。
可是，前述的已有技术的复印用透镜中，由于不含塑料透镜而是由四枚玻璃透镜构成，所以存在制造成本高的问题。
本发明的目的是要解决上述的已有技术的问题，可以减少占透镜总枚数中的玻璃透镜的枚数，还可以降低单焦点透镜的成本。
为了达到上述目的，本发明的第一个特征在于：从物体侧向像侧顺序配置凸透镜的第一透镜、凹透镜的第二透镜、凹透镜的第三透镜和凸透镜的第四透镜以形成4枚构成的单焦点透镜，并且第一透镜和第三透镜为塑料透镜，第二透镜和第四透镜为玻璃透镜。而且，若整个系统的合成焦距为f，第一透镜的焦距为f1时，下面的条件式(1)得到满足：
0.3f＜f1＜0.7f…… (1)
本发明的第二个特征是：如果上述第三透镜的焦距为f3，则应满足下面的条件式(2)
-0.85f1＜f3＜-0.71f1………(2)
本发明的第三个特征是：上述的第一透镜和第三透镜分别至少有一个面成非球面。
另外，为了达到上述目的，本发明的第四个特征是：从物体侧向像侧顺序配置凸透镜的第一透镜、凹透镜的第二透镜，凹透镜的第三透镜和凸透镜的第四透镜而成单焦点透镜，并且第一透镜、第二透镜和第三透镜由塑料透镜构成，第四透镜由玻璃构成，而且若整个系统的合成焦距为f，第一透镜的焦距为f1时，为了保持像散像差和像面弯曲具有合适的值，第一透镜的焦距f1应满足上述(1)式。
本发明的第五特征是：设作为塑料透镜的第一透镜，第二透镜和第三透镜的合成焦距为fp，该合成焦距fp应满足下式(3)
|fp|＞3f…… (3)
本发明的第六特征是：在这样的单焦点透镜中，设上述第三透镜的近像侧的面同上述第四透镜的靠物体侧的面在光轴上的距离为D7，第一透镜的近物体侧的面与第四透镜近像侧的面之间在光轴上的距离为D，则下面式(4)的关系成立。
0.18D＜D7＜0.3D …… (4)
本发明的第七特征是在这样的单焦点透镜中，上述第一透镜、第二透镜、和第四透镜分别至少有一个面是非球面。
在包含在本发明的第一和第四特征中的上述(1)式是确定本发明的各个透镜的光焦率(焦距的倒数)的条件，并且是为了满足消除像散、像差和像面弯曲的必要条件。而f1≤0.3f时，像面向正侧倾斜，使像面弯曲变大。当f1≥0.7f时，由于像面向负侧倾斜，使像散像差变大。
包含在本发明的第二特征中的上述(2)式是为了使因温度变化而引起的像位置的移动在允许值以内的条件式。如果该(2)式被满足，则为了在塑料透镜相互间即在作为凸透镜的第一透镜和作为凹透镜的第三透镜相互间消除因温度变化引起的像位置的移动，应该使由于温度变化引起的像位置的移动量在允许值以内。
另外，当f3≥-0.7f1时，由于作为凹透镜的第三透镜的光焦率变得比作为凸透镜的第一透镜的光焦率大很多，而不能在塑料透镜相互间即作为凸透镜的第一透镜同作为凹透镜的第三透镜之间消除由温度变化引起的像位置移动，不可能使由温度变化引起的像位置移动量在允许值以内。
还有，当f3≤-0.85f1时，作为凹透镜的第三透镜的光焦率变得比作为凸透镜的第一透镜的光焦率小得多，根据同样的理由，不能使由温度变化引起的像位置移动在允许值以内。
如果利用本发明的第三特征，则由于第一透镜和第三透镜分别至少有一个面为非球面，可以容易产生包含球面像差、慧星像差和其他象差的合适性能。
在第一透镜、第二透镜和第三透镜为塑料透镜，第四透镜为玻璃透镜构成的场合，包含在本发明的第五特征的上式(3)是整个塑料透镜的合成焦距趋近无究大(∞)的条件式。这样，基本上成为无焦系统，而能使由温度变化引起的像位置的移动量处在允许值以内。但是在|fp|≤3f时，由于整个塑料透镜的合成焦距不为趋近无穷大值，所以由温度变化引起的像位置的移动量变大，该移动量变成不能处在允许值以内。
如果使第三透镜同第四透镜的光轴上的距离过分的小，则由于朝向像平面的主光线通过第四透镜时的光线高度变得过低而变得难于矫正畸变像差，反之该光轴上的距离变得过大时，则由于透镜的全长和第四透镜的直径变大，包含在本发明的第六特征中的上述(4)式是防止出现这种不合适情况的条件式。
另外象按照本发明的第七特征，如果第一透镜、第二透镜和第三透镜各自至少有一个面为非球面，则可以降低球面像差和慧星像差值。
图1是本发明的第一和第二实施例的单焦点透镜的结构断面图。
图2是本发明的第一实施例的单焦点透镜的横向像差图。
图3是本发明的第一实施例的单焦点透镜的球面像差，象散象差和畸变像差图。
图4是本发明的第二实施例的单焦点透镜的横向像差图。
图5是本发明的第二实施例的单焦点透镜的球面像差、象散像差和畸变像差图。
图6是本发明的第三和第四实施例的单焦点透镜结构断面图。
图7是本发明的第三实施例的单焦点透镜横向像差图。
图8是本发明的第三实施例的单焦点球面像差、像散象差和畸变像差图。
图9是本发明第四实施例的单焦透镜横向像差图。
图10是本发明的第四实施例的单焦点透镜的球面像差，像散像差和畸变像差图。
下面参照附图详细说明本发明，图1是本发明的第一实施例的单焦点透镜的断面图。
图1的单焦点透镜从物体侧开始顺次由凸透镜的第一透镜11、凹透镜的第二透镜12、凹透镜的第三透镜13和凸透镜的第四透镜14共四枚透镜构成，第一透镜11和第三透镜13是由塑料透镜构成，第二透镜12和第四透镜14是由玻璃透镜构成。15是光阑。
用在复印机等上的单焦点透镜通常应比35mm的照相机用的透镜具有小得多的畸变像差。为此，通常采用的相对于可变光阑成对称型透镜的结构。另外，根据达到的作为整个透镜系统的焦距，从物体侧到像侧顺次布置凸透镜的第一透镜11，凹透镜的第二透镜12，，凹透镜的第三透镜13和凸透镜的第四透镜14的四枚透镜结构，要满足下式(1)
0.3f＜f1＜0.7f ……(1)
式中，f是整个系统的合成焦距，f1是第一透镜焦距。
上式(1)是本发明为确定各个透镜的光焦率(焦距倒数)安排的以满足像散像差和像平面弯曲的必要条件.另外当f1≤0.3f时像平面向正侧倾斜而使像面弯曲变大。当f1≥0.7f时，则像平面向负侧倾斜而使像散像差变大。
由于塑料透镜可以通过喷射成形制造，所以有只要用非球面的金属模，就可以容易地制造出非球面透镜这个优点。另一方面，作为它的一个缺点是随着温度变化而膨胀、收缩和折射率变化往往比玻璃透镜大得多。充分认识这些缺点对于把塑料透镜引入单焦点透镜的设计是必要的。
下面就在上述四枚透镜中应使哪些透镜为塑料透镜说明如下。首先为了充分抑制由温度变化引起的像位置的变化，在凸透镜和凹透镜的组合上需适用于塑料透镜。其原因是由于凸透镜的温度变化引起的像位置的移动方向同凹透镜的温度变化引起的像位置的移动方向是相反的，如果凸透镜和凹透镜两者都为塑料透镜，则作为整个透镜系统即使温度发生变化，也可以使像位置的移动是在允许值内。因此，在本发明的第一、第二实施例中，第一透镜和第三透镜为塑料透镜，第二透镜和第四透镜为玻璃透镜。
首先说明第一实施例。在第一透镜和第三透镜为塑料透镜的本实施例中，为了使由于温度变化引起的像位置的移动在允许值以内，第三透镜的焦距f3相对第一透镜的焦距f1，只要满足下式(2)，则可以在塑料透镜之间，即在作为凸透镜的第一透镜和作为凹透镜的第三透镜之间消除由于温度变化引起的像位置移动，这就等于说可使温度变化引起的像位置移动量处在允许值以内。
-0.85f1＜f3＜-0.7f1 ………(2)
另外，当f3≥-0.7f1时，作为凹透镜的第三透镜的光焦率变得比作为凸透镜的第一透镜的大得多，因此，使由于温度引起的像位置移动在塑料透镜之间即在作为凸透镜的第一透镜和作为凹透镜的第三透镜之间不能对消，也就是说，不能使由于温度变化引起的像位置的移动量处在允许值以内。
另一方面，在f3≤0.85f1时，作为凹透镜的第三透镜的光焦率变得比作为凸透镜的第一透镜的光焦率小得多，根据同样的理由，不能使由于温度变化引起的像位置的移动量在允许值以内。
为了能容易获得改善含有其它像差的性能，最好是使第一透镜和第三透镜各自的至少一个面为非球面。
下面示出了满足上式(1)、(2)的第一实施例的透镜系统的具体数值的例子。关于这些数值，所示出的是在把整个系统的焦距规格 化为100后的数值。 f＝100，FNo.＝8，m＝1.0，ω＝15.9° *R1 23.114 D1 3.9875 N1 1.492 ν1 57.88
R2 173.48 D2 2.9353
R3 30.254 D3 3.046 N2 1.60342 ν2 38
R4 18.03 D4 3.7106
R5 ∞(光阑) D5 3.2122 *R6 -24.517 D6 4.1537 N3 1.5839 ν3 30.25
R7 3061.9 D7 3.7383
R8 504.51 D8 2.2153 N4 1.7859 ν4 44.2
R9 -36.047
上面的Ri是从物体侧算起的第i个透镜面的曲率半径，曲率中心是从该透镜面观察处在像平面侧时取正值，处在物体侧时取负值。Di是表示第i个透镜面同下一个第(i+1)个透镜面的在光轴上的距离。此外，Nj，νj分别表示从物体侧的第j个透镜的折射率，阿贝数。在曲率半径Ri上附有*号的透镜面R1、R6是非球面，其形状用由非球面系数确定的下式表示
Z＝CH2/[1f{1-(k+1)C2H2}1/2]+A4H4+A6H6+A8H8
此处，Z表示距从离Z轴的高度为H的非球面上点的非球面顶点的切平面的距离，C表示基准球面的曲率(C＝1/R)，K表示圆锥系数，H是距光轴的高度，A4-A8分别表示4次-8次的非球面系数。上述实施例的非球面系数示于下面1面 C＝0.043264(＝1/R1)
K＝0.15020198
A4＝4.5731815/107
A6＝3.588716/109
A8＝3.2723269/10116面 C＝-0.040787(＝1/R6)
K＝0.056342
A4＝-3.1728832/106
A6＝-7.9026165/108
A8＝1.4511159/109
图2是上述实施例的横向像差图，图3是上述实施例的球面像差，像散像差和畸变像差图。图2中的Y表示像高。
在上述条件式(1)和(2)的值中，有下述的关系
f1＝0.538f
f3＝-0.775f1因此，由于各像差和温度变化引起的焦点偏移等各个性能都不成问题。
从以上说明很清楚，若根据本第一实施例，可以获得由二枚塑料透镜和二枚玻璃透镜构成的，FN0＝8，ω＝15.9°的单焦点透镜，并可能满足各种性能要求。
下面说明本发明的第二实施例，本实施例的单焦点透镜结构，与第一实施例相同，第一透镜和第三透镜是塑料透镜。本发明的第二实施例的透镜系统的具体数值表示如下，关于这些数值，显示的是把整个系统的焦距规格化为100的值。
f＝100，FNo.＝8，m＝1.0，ω＝15.9°*R1 23.947 D1 3.988 N1 1.492 ν1 57.88 R2 185.61 D2 4.152 R3 29.82 D3 3.0448 N2 1.60342 ν2 38 R4 18.297 D4 2.8787 R5 ∞(光阑) D5 3.2109*R6 -24.961 D6 4.152 N3 1.5839 ν3 30.25 R7 -1061.9 D7 4.2904 R8 499.11 D8 2.2144 N4 1.7859 ν4 44.2 R9 -37.039
与第一实施例相同，其中的Ri是从物体侧第i号透镜面的曲率半径，曲率中心从该透镜面看去位于像平面侧时为正值，位于物体侧时为负值，Di表示第i号透镜面同下一个第(i+1)号透镜面在光轴上的距离。Bj、νj分别表示从物体侧开始的第J号透镜的折射率、阿贝数。在曲率半径Ri上附有*号的透镜R1、R6是非球面，其形状由非球面系数示于下式
Z＝CH2/[1+{1-(k+1)C2H2}1/2]+A4H4+A6H6+A8H8
+A10H10
此外，Z是从离光轴的高度为H的非球面上点的非球面顶点的切平面的距离，C表示基准球面的曲率(C＝1/R)，k为圆锥系数，H是距光轴的高度，A4-A10分别表示4次-10次的非球面系数。上述实施例的非球面系数如下。1面 C＝0.041759(＝1/R1)
K＝1.1922541
A4＝1.0459676/105
A6＝1.0765525/108
A8＝3.2820399/1011
A10＝-6.6099041/10226面 C＝-0.041734(＝1/R6)
K＝0.092372119
A4＝-3.640368/106
A6＝-7.7604682/108
A8＝1.4545896/109
A10＝3.5461974/1017
图4是上述实施例的横向像差图，图5是上述实施例的球面像差、像散像差和畸变像差图。图4中的Y表示像高。
根据上述条件式(1)和(2)的值，有下式
f1＝0.555f
f3＝-0.759f1
因此，由各个像差和温度变化引起的焦点偏移等各性能都不成问题。
从以上说明很清楚，如果根据本发明的第二实施例，就能够获得由塑料透镜二枚、玻璃透镜二枚构成的FNo＝8，ω＝15.8°的单焦点透镜，并能满足各种性能上的要求。
下面说明本发明第三、第四实施例。
第三、第四实施例是将上述的第一、第二实施例中的第二透镜也采用塑料透镜。
首先说明第三实施例。图6是本发明的第三实施例的剖面图。示在图6中的单焦点透镜从物体侧开始顺次由凸透镜的第一透镜11、凹透镜的第二透镜12、凹透镜的第三透镜13和凸透镜的第四透镜14构成。其中，第一透镜11、第二透镜12及第三透镜13为塑料透镜，第四透镜为玻璃透镜。15表示光阑。
如果用这样的结构，则整个塑料透镜的合成焦点距离趋近无限大(∞)值，即变成近似无焦系统，从而可以使由于温度变化引起位置的移动量在允许值之内。但是，最好是使在上述第一、第二和第三透镜的合成焦距fp同整个透镜系统的焦距f之间满足下述式(3)的关系。
|fp|＞3f …… (3)
再者，当|fp|≤3f时，由于塑料系统透镜的合成焦距并不趋于无穷大，而使由温度变化引起的像位置移动量变大，而不可能处在允许值以内。
若第三透镜13同第四透镜14在光轴上的距离过小，则朝画面周边的主光线通过第四透镜14时的光线的高度变得过低而难于矫正畸变像差。反之，若第三透镜13同第四透镜14在光轴上的距离过大，则透镜的全长和第四透镜的直径也变大。因此，最好是使下述(4)式的关系成立
0.18D＜D7＜0.3D …… (4)
这里，D7是第三透镜近像面侧的面与第四透镜近物体侧的面向沿光轴的距离是第一透镜近物体侧的面与第四透镜近像面侧的面沿光轴的距离。
为了使球面像差同慧形像差达到合适的值，最好是使第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13分别至少有一个面成非球面。
下面示出满足上述(1)、(3)和(4)式的图6所示的透镜系统的具体数值的例子。关于这些数值是把整个系统的焦距规格化为100的值。
f＝100，FNo.＝8，m＝1.0，ω＝15.7° *R1 15.85 5 D1 3.4394 N1 1.492 ν1 57.88
R2 48.887 D2 0.055475 *R3 16.076 D3 2.219 N2 1.5839 ν2 30.25
R4 11.342 D4 5.6584
R5 ∞(可变光阑) D5 4.7708 *R6 -20.561 D6 2.4964 N3 1.5839 ν3 30.25
R7 -60.813 D7 6.3796
R8 -156.6 D8 1.8861 N4 1.79952 ν4 42.2
R9 -38.542
在上面的数据中，Ri表示从物体侧第i号透镜面曲率半径，曲率中心从该透镜面看去，处在像平面侧时为正值，处在物体侧时为负值。Di表示第i号透镜同下一个(i+1)号透镜面在光轴上的距离。Nj、νj分别表示从物体侧开始第J号透镜的折射率，阿贝数。
另外，曲率半径Ri上附有*号的透镜面R1、R6是非球面，其形状由根据非球面系数确定的下式表示
Z＝CH2/[1+{1-(k+1)C2H2}1/2]+A4H4+A6H6+A8H8
此处Z表示从离光轴的高度为H的非球面上点的非球面顶点的切平面的距离、C表示基准球面曲率9C＝1/R)、k表示圆锥系数，H表示离开光轴的高度，A4-A8分别表示4次-8次非球面系数。
上述实施例的非球面系数如下：1面
C＝0.063073(＝1/R1)
K＝-0.11368495
A4＝4.7620846/106
A6＝2.5154537/108
A8＝5.5185246/10103面 C＝0.062203(＝1/R3)
K＝0.018667
A4＝-6.6885217/109
A6＝-5.3351751/108
A8＝5.5066934/1010
C＝-0.048636(＝1/R6)6面 K＝0.066463
A4＝-3.5570223/106
A6＝-5.4378606/108
A8＝1.7102402/109
图7是上述实施例的横向像差图，图8是上述实施例的球面像差、像散像差和畸变像差图。图7中y表示像高。关于上述条件式(1)、(3)和(4)中的第一透镜11的焦距f1，第一至第三透镜11至13的合成焦距fp以及第三透镜像平面侧的平面同上述第四透镜物体侧的平面在光轴上的距离D7与第一透镜物体侧的面同上述第四透镜像平面侧的面在光轴上的距离D的关系分别为
f1＝0.462f
fp＝-5.15f |fp|＝5.15f
D7＝0.237D
满足这些条件式的本实施例的单焦点透镜在各种像差和由温度变化引起的焦点移动等各性能都不成问题。
从以上说明可以看出，如果采用本发明的第三实施例，就可以获得由三枚塑料透镜和一枚玻璃透镜构成的FNo＝8，ω＝15.7的单焦点透镜，且能满足各种性能要求。
下面说明本发明的第四实施例。本实施例的单焦点透镜结构与图6相同，其说明从略。本实施例的透镜系统的具体数值示在下面，关于这些数值，是把整个系统的焦距规格化为100后的值。
f＝100，FNo.＝8，m＝1.0，ω＝15.7°*R1 16.039 D1 3.4494 N1 1.492 ν1 57.88 R2 46.729 D2 0.61199*R3 16.011 D3 2.2254 N2 1.5839 ν2 30.25 R4 11.445 D4 5.6749 R5 ∞(光阑) D5 4.7847*R6 -20.055 D6 2.5036 N3 1.5839 ν3 30.25 R7 -54.384 D7 6.3981 R8 -151.4 D8 1.8916 N4 1.79952 ν4. 42.2 R9 -38.615
与第三实施例相同，在上述数据中，Ri表示从物体侧第i号透镜面的曲率半径，曲率中心从该透镜面看去，处在像平面侧时为正值，处在物体侧时为负值。Di表示第i号透镜面同下一个(i+1)号透镜面在光轴上的距离。Nj、νj分别表示从物体侧开始第j号透镜的折射率，阿贝数。
另外，曲率半径Ri上附有*号的透镜R1、R6是非球面，其形状由根据非球面系数确定的下式表示。
Z＝CH2/[1+{1-(k+1)C2H2}1/2]+A4H4+A6H6+A8H8
+A10H10
此处Z表示距离光轴的高度为H的非球面上的点与非球面顶点的切平面的距离，(表示基准球面曲率(C＝1/R)，k表示圆锥系数，H表示距光轴的高度，A4-A10分别表示4次-10次非球面系数。1面
C＝0.062347(＝1/R1)
K＝-0.093044043
A4＝6.6697467/106
A6＝2.5482748/108
A8＝5.4076899/1010
A10＝-1.0298033/1021
3面 C＝0.062457(＝1/R3)
K＝-0.03849794
A4＝-2.8882469/106
A6＝-6.9065777/108
A8＝-5.396037/1010
A10＝7.1553139/1020
6面 C＝-0.049862(＝1/R6)
K＝0.016918164
A4＝-2.9506209/106
A6＝-3.8316788/108
A8＝1.6739989/109
A10＝1.2475215/1018
图9是上述实施例的横向像差图，图10是上述实施例的球面像差，像散像差和畸变像差图。图9中y表示像高。关于上述条件式(1)、(3)和(4)中的第一透镜11的焦距f1，第一至第三透镜11至13的合成焦距fp和第三透镜的像平面侧的面同上述第四透镜物体侧的面在光轴上的距离D7与第一透镜物体侧的面同第四透镜像平面侧的面在光轴上的距离D的关系分别由下式表示
f1＝0.4379f
fp＝-6.15f |fp|＝6.15f
D7＝0.232D。
满足这些条件式的本实施例的单焦点透镜在各种像差和由温度变化引起的焦点移动的各性能都不成问题。
从以上说明可清楚看出，若采用本发明的第四实施例，则可以获得由三枚塑料透镜和一枚玻璃透镜构成的，FNo＝8，ω＝15.7°的单焦点透镜，且可以满足各种性能要求。
如上所述，按照本发明，由塑料透镜置换玻璃透镜，减少玻璃透镜总数，可获得满足各种性能的单焦点透镜，并具有可以降低制造成本的效果。