JP2008164887A - Imaging lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可視域から近赤外域(例えば波長350nm〜900nm)と、広い波長範囲で用いられる屈折タイプの撮像レンズ、特に、人工衛星に搭載され、複数の観測波長域で地球観測を行うのに好適な撮像レンズに関する。 The present invention is mounted on a refraction type imaging lens used in a wide wavelength range from a visible range to a near infrared range (for example, a wavelength of 350 nm to 900 nm), in particular, an artificial satellite, and observes the earth in a plurality of observation wavelength ranges. It is related with the imaging lens suitable for.
従来、人工衛星に搭載される地球観測用カメラには、色収差等に対する利点から反射光学系が採用されることが多い。反射型の衛星用光学系としては、従来、以下の特許文献に記載のものが知られている。
しかしながら、特許文献1に記載の光学系は、視野角が0.1°×1.2°と狭い。また、特許文献2に記載の光学系では、視野角は広いものの、歪曲収差が大きい。歪曲収差が大きいと、視野中心と視野端部とで取得できる画像面積が大きく異なることとなり、観測用途としては不都合が生じる。視野角を広くするには、特許文献2に記載の光学系のような軸はずし反射光学系とする必要があるが、屈折光学系で構成する場合に比べて、格段に光学系全体のサイズが大きくなる。
However, the optical system described in
一方、屈折光学系を用いた場合、歪曲収差は補正しやすいが、色収差が問題となる。ここで、地球観測を行う方式として、例えば、1次元的なラインセンサを光学系の結像面に配置し、ラインセンサの長手方向に直交する方向にカメラを移動させることで地表面の2次元画像を得る、いわゆるプッシュブルーム方式がある。この場合、分光感度の異なるラインセンサを複数並列に配置することで、複数の観測波長域のそれぞれについて2次元画像を得ることができる。このような方式の場合、倍率の色収差が発生すると観測波長域ごとに地表の撮影位置が異なってしまう。このため、倍率の色収差は、1画素に対し十分小さい量とする必要がある。また、すべての観測波長域で良好な性能を確保するには、各波長域での収差の形状がなるべく変わらない設計とする必要がある。このため、従来では広い波長範囲で用いられるマルチバンド観測用の屈折光学系は、色収差の補正が可能な範囲ごとに光学系を分けて使用していた。すなわち、屈折光学系として1つの撮像レンズでは対応できずに、複数の撮像レンズを用いる必要があった。 On the other hand, when a refractive optical system is used, distortion is easy to correct, but chromatic aberration is a problem. Here, as a method for observing the earth, for example, a one-dimensional line sensor is arranged on the imaging plane of the optical system, and the camera is moved in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the line sensor to thereby two-dimensional the ground surface. There is a so-called push bloom method for obtaining an image. In this case, a two-dimensional image can be obtained for each of a plurality of observation wavelength regions by arranging a plurality of line sensors having different spectral sensitivities in parallel. In such a system, when chromatic aberration of magnification occurs, the photographing position of the ground surface differs for each observation wavelength region. For this reason, the chromatic aberration of magnification needs to be a sufficiently small amount for one pixel. In order to ensure good performance in all observation wavelength ranges, it is necessary to design the aberration shape in each wavelength range as much as possible. For this reason, conventionally, a refracting optical system for multiband observation used in a wide wavelength range has been used by dividing the optical system for each range in which chromatic aberration can be corrected. That is, it is necessary to use a plurality of imaging lenses as a refractive optical system cannot be handled by a single imaging lens.
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、視野角が広く(例えば20度以上)、可視域から近赤外域(例えば波長350nm〜900nm)までの広い波長範囲で収差が良好に補正され、例えば人工衛星に搭載して広い波長範囲でのマルチバンド観測を行うような観測用カメラに適した撮像レンズを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is a wide viewing angle (for example, 20 degrees or more), and aberrations in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range (for example, a wavelength of 350 nm to 900 nm). An object of the present invention is to provide an imaging lens that is well corrected and suitable for an observation camera that is mounted on an artificial satellite and performs multiband observation in a wide wavelength range.
本発明による撮像レンズは、物体側より順に、第1群と、開口絞りと、第2群と、第3群とから構成され、第1群が、物体側から順に、正レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなり、第2群が、少なくとも、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとからなる接合レンズを含み、第3群が、全体として正の屈折力を有すると共に、少なくとも、アッベ数が80以上の正レンズを含んでいるものである。かつ、以下の条件式を満足するものである。
│f/f1│<0.5 ……(1)
│f/f2│<0.8 ……(2)
0.8<f/f3<2.0 ……(3)
0.15<DA/f ……(4)
ただし、fは系全体の焦点距離、f1は第1群の焦点距離、f2は第2群の焦点距離、f3は第3群の焦点距離、DAは第2群と第3群との間の空気間隔とする。
The imaging lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first group, an aperture stop, a second group, and a third group. The first group is in order from the object side, the positive lens, and the object side. A positive meniscus lens having a convex surface facing the object side and a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side. The second group includes at least a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side. The third lens group includes a cemented lens including a meniscus lens, and includes a positive lens having an overall positive refractive power and an Abbe number of 80 or more. Moreover, the following conditional expression is satisfied.
│f / f1│ <0.5 (1)
│f / f2│ <0.8 (2)
0.8 <f / f3 <2.0 (3)
0.15 <DA / f (4)
Where f is the focal length of the entire system, f1 is the focal length of the first group, f2 is the focal length of the second group, f3 is the focal length of the third group, and DA is between the second group and the third group. Air spacing.
本発明による撮像レンズでは、屈折光学系にしたことで反射光学系に比べて、全体のサイズを抑えつつ視野角を広く確保し、かつ歪曲収差の補正に有利となる。また、各レンズの形状および屈折力等が適切なものとされることで、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で収差が良好に補正される。特に、各条件式を満足することで各群のパワー配分およびレンズの配置が最適化され、諸収差が良好に補正される。
そして、本発明による撮像レンズではさらに、次の好ましい条件を適宜採用して満足することで、光学性能がより良好なものとされる。
Since the imaging lens according to the present invention is a refractive optical system, it is advantageous in correcting a distortion aberration while ensuring a wide viewing angle while suppressing the overall size as compared with a reflective optical system. In addition, by making the shape, refractive power, and the like of each lens appropriate, aberrations are favorably corrected in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range. In particular, satisfying each conditional expression optimizes the power distribution and lens arrangement of each group, and corrects various aberrations satisfactorily.
In the imaging lens according to the present invention, the optical performance is further improved by satisfying the following preferable conditions as appropriate.
本発明による撮像レンズにおいて、最大画角での主光線が各面に入射する角度θAが、
│θA│≦30°であることが好ましい。ただし、θAは光線入射位置における各面の法線に対する角度とする。
これにより、各面での光線の屈折が比較的小さく抑えられ、広い波長範囲で各波長域ごとの収差形状(収差の傾向)が大きく変わらないようにすることが可能となる。
In the imaging lens according to the present invention, the angle θ A at which the principal ray at the maximum angle of view enters each surface is:
It is preferable that | θ A | ≦ 30 °. However, θ A is an angle with respect to the normal of each surface at the light incident position.
As a result, the refraction of light rays on each surface is suppressed to be relatively small, and the aberration shape (aberration tendency) for each wavelength region can be prevented from changing greatly over a wide wavelength range.
また、各群を構成するそれぞれのレンズの材料について、波長λ=350nm〜900nm、厚み10mmでの透過率が70%以上であることが好ましい。
これにより、可視域から近赤外域まで広い波長範囲での使用に有利となる。
Moreover, it is preferable that the transmittance | permeability in wavelength lambda = 350nm -900nm and thickness 10mm is 70% or more about the material of each lens which comprises each group.
This is advantageous for use in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range.
また、最も物体側のレンズが石英ガラスよりなることが好ましい。
最も物体側のレンズを石英ガラスにより構成することで、人工衛星に搭載する場合において宇宙線が光学系内部に侵入することが防止され、宇宙線カット用の石英板フィルタなどを光学系前方に別途配置する必要が無くなる。これにより、別途石英板フィルタなどを配置することなく宇宙線によるレンズの着色が防止される。
Moreover, it is preferable that the lens closest to the object is made of quartz glass.
The lens on the most object side is made of quartz glass to prevent cosmic rays from entering the optical system when mounted on an artificial satellite, and a quartz plate filter for cutting cosmic rays is separately provided in front of the optical system. There is no need to place them. This prevents the lens from being colored by cosmic rays without separately providing a quartz plate filter or the like.
本発明の撮像レンズによれば、全体として3群構成の屈折光学系とし、適切な条件を満足して各レンズの形状および屈折力等の最適化を図って可視域から近赤外域までの広い波長範囲で収差補正に有利な構成にしたので、反射光学系に比べて全体のサイズを抑えつつ、視野角を広く確保し、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で収差が良好に補正され、例えば人工衛星に搭載して広い波長範囲でのマルチバンド観測を行うような観測用カメラに適した光学系を得ることができる。 According to the imaging lens of the present invention, a refracting optical system having a three-group configuration as a whole is satisfied, and the shape and refractive power of each lens are optimized to satisfy an appropriate condition. Since it has a configuration that is advantageous for correcting aberrations in the wavelength range, it has a wide viewing angle while suppressing the overall size compared to the reflective optical system, and corrects aberrations in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range. For example, an optical system suitable for an observation camera mounted on an artificial satellite and performing multiband observation in a wide wavelength range can be obtained.
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。
図1は、本発明の一実施の形態に係る撮像レンズの第1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8)のレンズ構成に対応している。図2は、第2の構成例を示しており、後述の第2の数値実施例(図9)のレンズ構成に対応している。図3は、第3の構成例を示しており、後述の第3の数値実施例(図10)のレンズ構成に対応している。図4は、第4の構成例を示しており、後述の第4の数値実施例(図11)のレンズ構成に対応している。図5は、第5の構成例を示しており、後述の第5の数値実施例(図12)のレンズ構成に対応している。図6は、第6の構成例を示しており、後述の第6の数値実施例(図13)のレンズ構成に対応している。図1〜図6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。また、図1〜図6では、画角ゼロ度での光線と最大画角での主光線C1を図示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first configuration example of an imaging lens according to an embodiment of the present invention. This configuration example corresponds to the lens configuration of a first numerical example (FIG. 8) described later. FIG. 2 shows a second configuration example, which corresponds to a lens configuration of a second numerical example (FIG. 9) described later. FIG. 3 shows a third configuration example, which corresponds to a lens configuration of a third numerical example (FIG. 10) described later. FIG. 4 shows a fourth configuration example, which corresponds to a lens configuration of a fourth numerical example (FIG. 11) described later. FIG. 5 shows a fifth configuration example, which corresponds to a lens configuration of a fifth numerical example (FIG. 12) described later. FIG. 6 shows a sixth configuration example, which corresponds to a lens configuration of a sixth numerical example (FIG. 13) described later. In FIG. 1 to FIG. 6, the symbol Ri is the curvature of the i-th surface that is numbered sequentially so as to increase toward the image side (imaging side), with the surface of the component closest to the object side first. Indicates the radius. A symbol Di indicates a surface interval on the optical axis Z1 between the i-th surface and the i + 1-th surface. 1 to 6 show a light beam at a field angle of zero degrees and a principal light beam C1 at a maximum field angle.
この撮像レンズは、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いた各種撮像装置に適用可能である。特に、可視域から近赤外域(例えば波長350nm〜900nm)での撮像に用いられる撮像レンズ、例えば人工衛星に搭載され、複数の観測波長域で地球観測を行う観測装置に搭載されるものとして最適である。この撮像レンズは、光軸Z1に沿って物体側から順に、第1群G1と、開口絞りStと、第2群G2と、第3群G3とで構成されている。なお、開口絞りStの後側において、各レンズ間に最も長い空気間隔DAを有する部分で第2群G2と第3群G3とを分けている。すなわち、開口絞りStの後側において、最も長い空気間隔DAを挟んで物体側を第2群G2、像側を第3群G3としている。 This imaging lens can be applied to various imaging devices using an imaging element such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). In particular, it is most suitable as an imaging lens used for imaging from the visible range to the near-infrared range (for example, a wavelength of 350 nm to 900 nm), such as an artificial satellite and mounted on an observation device that performs earth observation in a plurality of observation wavelength ranges. It is. The imaging lens includes, in order from the object side along the optical axis Z1, a first group G1, an aperture stop St, a second group G2, and a third group G3. Note that, on the rear side of the aperture stop St, the second group G2 and the third group G3 are separated by a portion having the longest air gap DA between the lenses. That is, on the rear side of the aperture stop St, the object side is the second group G2 and the image side is the third group G3 across the longest air gap DA.
この撮像レンズの像面Simgには、図示しないCCD等の撮像素子が配置される。第3群G3と撮像素子との間には、レンズを装着する装置側の構成に応じて、種々の光学部材LFが配置されている。光学部材LFとしては例えば、光学フィルタやカバーガラスなどが配置される。 An imaging element such as a CCD (not shown) is disposed on the image plane Simg of the imaging lens. Various optical members LF are arranged between the third group G3 and the image sensor in accordance with the configuration of the apparatus on which the lens is mounted. For example, an optical filter, a cover glass, or the like is disposed as the optical member LF.
第1群G1は、物体側から順に、正レンズL11と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズL12と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズL13とからなる。この第1群G1は、図1〜図3および図5,図6の構成例では全体として負の屈折力を有し、図4の第4の構成例では全体として正の屈折力を有している。正レンズL11は、図1および図2の第1および第2の構成例では両凸レンズとされ、図3〜図6の第3〜第6の構成例では物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとされている。なお、この撮像レンズの最も物体側に配置されたレンズである正レンズL11は、石英ガラスであることが好ましい。 The first group G1 includes, in order from the object side, a positive lens L11, a positive meniscus lens L12 having a convex surface facing the object side, and a negative meniscus lens L13 having a convex surface facing the object side. This first group G1 has a negative refractive power as a whole in the configuration examples of FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 and 6, and has a positive refractive power as a whole in the fourth configuration example of FIG. ing. The positive lens L11 is a biconvex lens in the first and second configuration examples of FIGS. 1 and 2, and in the third to sixth configuration examples of FIGS. 3 to 6, a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side. It is said that. In addition, it is preferable that the positive lens L11 which is a lens arrange | positioned at the most object side of this imaging lens is quartz glass.
第2群G2は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズL21と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズL22とからなる接合レンズを少なくとも含んでいる。第2群G2は、図1〜図4の第1〜第4の構成例では、正メニスカスレンズL21および負メニスカスレンズL22からなる接合レンズのみで構成されている。図5および図6の第5および第6の構成例では、物体側から順に、正メニスカスレンズL21および負メニスカスレンズL22からなる接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカスレンズL23との合計3枚のレンズで構成されている。この第2群G2は、図1〜図3および図5,図6の構成例では全体として正の屈折力を有し、図4の第4の構成例では全体として負の屈折力を有している。 The second group G2 includes at least a cemented lens including a positive meniscus lens L21 having a concave surface facing the object side and a negative meniscus lens L22 having a concave surface facing the object side. In the first to fourth configuration examples of FIGS. 1 to 4, the second group G2 includes only a cemented lens including a positive meniscus lens L21 and a negative meniscus lens L22. In the fifth and sixth configuration examples of FIGS. 5 and 6, in order from the object side, a total of 3 cemented lenses including a positive meniscus lens L21 and a negative meniscus lens L22, and a meniscus lens L23 having a concave surface facing the object side. It consists of a single lens. The second group G2 has a positive refracting power as a whole in the configuration examples of FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 and 6, and has a negative refracting power as a whole in the fourth configuration example of FIG. ing.
第3群G3は、全体として正の屈折力を有している。第3群G3は、少なくとも、アッベ数が80以上の正レンズを含んでいる。好ましくは、アッベ数が90以上の正レンズを含んでいると良い。図1および図2の第1および第2の構成例では、第3群G3が、2枚の単レンズL31,L32で構成されている。図3〜図5の第3〜第5の構成例では、第3群G3が、1枚の単レンズL31と、正レンズL32Aおよび負レンズL32Bからなる接合レンズとの合計3枚のレンズで構成されている。図6の第6の構成例では、第3群G3が、3枚の単レンズL31,L32,L33で構成されている。 The third group G3 has a positive refractive power as a whole. The third group G3 includes at least a positive lens having an Abbe number of 80 or more. Preferably, a positive lens having an Abbe number of 90 or more is included. In the first and second configuration examples of FIGS. 1 and 2, the third group G3 is configured by two single lenses L31 and L32. In the third to fifth configuration examples of FIGS. 3 to 5, the third group G3 includes a total of three lenses including one single lens L31 and a cemented lens including a positive lens L32A and a negative lens L32B. Has been. In the sixth configuration example of FIG. 6, the third group G3 includes three single lenses L31, L32, and L33.
この撮像レンズは、以下の条件を満足している。式中、fは全体の焦点距離、f1は第1群G1の焦点距離、f2は第2群G2の焦点距離、f3は第3群G3の焦点距離を示す。
│f/f1│<0.5 ……(1)
│f/f2│<0.8 ……(2)
0.8<f/f3<2.0 ……(3)
This imaging lens satisfies the following conditions. In the formula, f is the overall focal length, f1 is the focal length of the first group G1, f2 is the focal length of the second group G2, and f3 is the focal length of the third group G3.
│f / f1│ <0.5 (1)
│f / f2│ <0.8 (2)
0.8 <f / f3 <2.0 (3)
この撮像レンズはまた、以下の条件式(4)を満足している。また、以下の条件式(5)を満足していることが好ましい。ただし、DAは第2群G2と第3群G3との間の空気間隔(第2群G2の後側頂点から第3群G3の前側頂点までの軸上距離)を示す。DBは、第2群G2と第3群G3の間の空気間隔DAと第3群G3の総厚の和(第2群G2の後側頂点から第3群G3の後側頂点までの軸上距離)を示す(図1参照)。
0.15<DA/f ……(4)
0.35<DB/f<0.85 ……(5)
条件式(4)は好ましくは、以下の式(4A)の範囲であると良い。
0.2≦DA/f<0.5 ……(4A)
This imaging lens also satisfies the following conditional expression (4). Moreover, it is preferable that the following conditional expression (5) is satisfied. However, DA shows the air space (the axial distance from the rear vertex of the second group G2 to the front vertex of the third group G3) between the second group G2 and the third group G3. DB is the sum of the air gap DA between the second group G2 and the third group G3 and the total thickness of the third group G3 (on the axis from the rear vertex of the second group G2 to the rear vertex of the third group G3) Distance) (see FIG. 1).
0.15 <DA / f (4)
0.35 <DB / f <0.85 (5)
Conditional expression (4) is preferably in the range of the following expression (4A).
0.2 ≦ DA / f <0.5 (4A)
この撮像レンズにおいて、最大画角での主光線C1が各面に入射する角度θAが、
│θA│≦30°であることが好ましい。
ここで、θAは、図7に示したように、主光線C1の入射位置における各面の法線10に対する角度である。
In this imaging lens, the angle θ A at which the principal ray C1 at the maximum angle of view enters each surface is
It is preferable that | θ A | ≦ 30 °.
Here, θ A is an angle with respect to the normal 10 of each surface at the incident position of the principal ray C1, as shown in FIG.
また、この撮像レンズにおいて、各群を構成するそれぞれのレンズの材料は、厚み10mmでの透過率が、波長λ=350nm〜900nmで70%以上となっていることが好ましい。 Moreover, in this imaging lens, it is preferable that the material of each lens constituting each group has a transmittance of 70% or more at a wavelength λ = 350 nm to 900 nm at a thickness of 10 mm.
次に、以上のように構成された撮像レンズの作用および効果を説明する。 Next, operations and effects of the imaging lens configured as described above will be described.
この撮像レンズでは、屈折光学系にしたことで反射光学系に比べて、全体のサイズを抑えつつ視野角を広く確保し、かつ歪曲収差の補正に有利となる。また、各レンズの形状および屈折力等が適切なものとされることで、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で収差が良好に補正される。特に、各条件式を満足することで各群のパワー配分およびレンズの配置が最適化され、諸収差が良好に補正される。 Since this imaging lens is a refractive optical system, it is advantageous in correcting a distortion aberration while ensuring a wide viewing angle while suppressing the overall size as compared with a reflective optical system. In addition, by making the shape, refractive power, and the like of each lens appropriate, aberrations are favorably corrected in a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range. In particular, satisfying each conditional expression optimizes the power distribution and lens arrangement of each group, and corrects various aberrations satisfactorily.
条件式(1)は、第1群G1の適切な屈折力を規定している。条件式(1)の上限を超えて第1群G1の屈折力が大きくなると、コマ収差が発生し、収差補正が困難になる。条件式(2)は、第2群G2の適切な屈折力を規定している。条件式(2)の上限を超えて第2群G2の屈折力が大きくなると、収差補正が困難になる。特に、球面収差と倍率の色収差が大きくなる。条件式(3)は、第3群G3の適切な屈折力を規定している。上限を超えて第3群G3の屈折力が強くなると、短波長側と長波長側のコマ収差が大きくなる。下限を超えて第3群G3の屈折力が弱くなると、その分第2群G2のパワーが強まり、収差補正が困難になる。 Conditional expression (1) defines an appropriate refractive power of the first group G1. If the refractive power of the first lens group G1 increases beyond the upper limit of conditional expression (1), coma aberration occurs and it becomes difficult to correct the aberration. Conditional expression (2) defines an appropriate refractive power of the second group G2. When the refractive power of the second group G2 increases beyond the upper limit of conditional expression (2), it becomes difficult to correct aberrations. In particular, spherical aberration and lateral chromatic aberration increase. Conditional expression (3) defines an appropriate refractive power of the third lens group G3. When the refractive power of the third group G3 increases beyond the upper limit, coma aberration on the short wavelength side and the long wavelength side increases. When the refractive power of the third lens unit G3 becomes weaker beyond the lower limit, the power of the second lens unit G2 increases accordingly, and aberration correction becomes difficult.
条件式(4),(4A)は、第2群G2と第3群G3との間の空気間隔DAの適切な値を規定している。また、条件式(5)は、その空気間隔DAに第3群G3の総厚を加えた値を規定している。第2群G2と第3群G3との間の空気間隔DAが、条件式(4)の下限を越えると、短波長側と長波長側の像面の補正が困難になるので好ましくない。空気間隔DAの下限は、好ましくは条件式(4A)で示した下限値であると良い。空気間隔DAは、長い方が収差補正に有利となるが、条件式(4A)の上限を超えるとレンズ系が大型化するので好ましくない。条件式(5)についても同様に、下限を越えると、短波長側と長波長側の像面の補正が困難になるので好ましくない。また、上限を超えるとレンズ系が大型化するので好ましくない。 Conditional expressions (4) and (4A) define an appropriate value of the air gap DA between the second group G2 and the third group G3. Conditional expression (5) defines a value obtained by adding the total thickness of the third group G3 to the air gap DA. If the air gap DA between the second group G2 and the third group G3 exceeds the lower limit of the conditional expression (4), it is difficult to correct the image surfaces on the short wavelength side and the long wavelength side, which is not preferable. The lower limit of the air interval DA is preferably the lower limit indicated by the conditional expression (4A). A longer air gap DA is advantageous for aberration correction, but exceeding the upper limit of conditional expression (4A) is not preferable because the lens system becomes larger. Similarly, if the lower limit of conditional expression (5) is exceeded, correction of the image surfaces on the short wavelength side and the long wavelength side becomes difficult, which is not preferable. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the lens system becomes large, which is not preferable.
この撮像レンズでは、最も物体側のレンズ(第1群G1の正レンズL11)が石英ガラスよりなることが好ましい。人工衛星に搭載する場合、宇宙線の光学系への侵入により、通常の光学ガラスでは経時変化による着色、すなわち透過率の減衰が見られる。最も物体側のレンズを宇宙線を通さない厚めの石英ガラスとすることで、宇宙線が光学系内部に侵入することが防止される。これにより、宇宙線カット用の石英板フィルタなどを光学系前方に別途配置することなく宇宙線によるレンズの着色が防止される。 In this imaging lens, it is preferable that the lens closest to the object side (the positive lens L11 of the first group G1) is made of quartz glass. When mounted on an artificial satellite, coloring due to aging, that is, attenuation of transmittance is observed in ordinary optical glass due to the penetration of cosmic rays into the optical system. By making the lens on the most object side thick quartz glass that does not pass cosmic rays, cosmic rays are prevented from entering the optical system. Thereby, coloring of the lens by cosmic rays can be prevented without separately arranging a quartz plate filter for cutting cosmic rays in front of the optical system.
この撮像レンズでは、各群を構成するそれぞれのレンズの材料について、波長λ=350nm〜900nmでの透過率が70%以上(厚み10mm)とすることで、可視域から近赤外域まで広い波長範囲での使用に有利となる。
In this imaging lens, with respect to the material of each lens constituting each group, the transmittance at a wavelength λ = 350 nm to 900 nm is 70% or more (
また、この撮像レンズでは、第3群G3にアッベ数が80以上の正レンズ、好ましくは、屈折率1.5以下、かつアッベ数が80以上の材料よりなる低屈折率・低分散の正レンズを用いることで、倍率色収差の補正に有利となる。アッベ数は好ましくは90以上であると、倍率色収差の補正により有利となる。 In this imaging lens, a positive lens having an Abbe number of 80 or more in the third group G3, preferably a low refractive index / low dispersion positive lens made of a material having a refractive index of 1.5 or less and an Abbe number of 80 or more. By using this, it is advantageous for correcting lateral chromatic aberration. When the Abbe number is preferably 90 or more, it is advantageous to correct lateral chromatic aberration.
また、この撮像レンズにおいて、最大画角での主光線C1が各面に入射する角度θAの絶対値が、30°以下であると、各面での光線の屈折が比較的小さく抑えられるので、広い波長範囲で各波長域ごとの収差形状(収差の傾向)が大きく変わらないようにすることができる。これにより、広い波長範囲でのマルチバンド観測に適した収差補正を行うことができる。 Further, in this imaging lens, when the absolute value of the angle θ A at which the chief ray C1 at the maximum angle of view is incident on each surface is 30 ° or less, the refraction of the light beam on each surface can be suppressed to be relatively small. It is possible to prevent the aberration shape (aberration tendency) for each wavelength region from changing greatly over a wide wavelength range. Thereby, aberration correction suitable for multiband observation in a wide wavelength range can be performed.
以上のようにして、本実施の形態に係る撮像レンズによれば、全体として3群構成の屈折光学系とし、適切な条件を満足して各レンズの形状および屈折力等の最適化を図って可視域から近赤外域までの広い波長範囲で収差補正に有利な構成にしたので、反射光学系に比べて全体のサイズを抑えつつ、視野角を広く確保し、可視域から近赤外域までの広い波長範囲で収差が良好に補正され、例えば人工衛星に搭載して広い波長範囲でのマルチバンド観測を行うような観測用カメラに適した光学系を得ることができる。 As described above, the imaging lens according to the present embodiment has a three-group refractive optical system as a whole, and optimizes the shape and refractive power of each lens while satisfying appropriate conditions. Since it has a configuration that is advantageous for aberration correction over a wide wavelength range from the visible range to the near infrared range, it has a wide viewing angle while suppressing the overall size compared to the reflective optical system, and from the visible range to the near infrared range. It is possible to obtain an optical system suitable for an observation camera in which aberration is favorably corrected in a wide wavelength range, for example, mounted on an artificial satellite and performing multiband observation in a wide wavelength range.
次に、本実施の形態に係る撮像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ないし第6の数値実施例をまとめて説明する。 Next, specific numerical examples of the imaging lens according to the present embodiment will be described. Hereinafter, the first to sixth numerical examples will be described together.
図1に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例1として、図8に示す。図8に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、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番目の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、図1において付した符号Riに対応させて、物体側からi番目の面の曲率半径の値(mm)を示す。面間隔Diの欄についても、同様に物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔(mm)を示す。Ndjの欄には、物体側からj番目の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率の値を示す。νdjの欄には、物体側からj番目の光学要素のd線に対するアッベ数の値を示す。θAiの欄には、物体側からi番目の面における、最大画角での主光線C1の入射角度を示す。入射角度θAの値は、空気側換算値とする。また、接合面の場合には、光線の入射側の角度とする。 Specific lens data corresponding to the configuration of the imaging lens shown in FIG. 1 is shown as Example 1 in FIG. In the field of the surface number Si in the lens data shown in FIG. 8, the surface of the component on the most object side is the first, and the number of the i-th surface that is sequentially increased toward the image side. Is shown. In the column of the curvature radius Ri, the value (mm) of the curvature radius of the i-th surface from the object side is shown in correspondence with the reference symbol Ri in FIG. Similarly, the column of the surface interval Di indicates the interval (mm) on the optical axis between the i-th surface Si and the i + 1-th surface Si + 1 from the object side. In the column Ndj, the value of the refractive index with respect to the d-line (wavelength 587.6 nm) of the j-th optical element from the object side is shown. The column of νdj shows the Abbe number value for the d-line of the j-th optical element from the object side. The θ A i column shows the incident angle of the principal ray C1 at the maximum field angle on the i-th surface from the object side. The value of the incident angle θ A is an air-side converted value. In the case of the joint surface, the angle is on the light incident side.
以上の実施例1に係る撮像レンズと同様にして、図2に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例2として、図9に示す。また同様に、図3に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例3として、図10に示す。また同様に、図4に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例4として、図11に示す。また同様に、図5に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例5として、図12に示す。また同様に、図6に示した撮像レンズの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例6として、図13に示す。 FIG. 9 shows specific lens data corresponding to the configuration of the imaging lens shown in FIG. 2 as Example 2, in the same manner as the imaging lens according to Example 1 described above. Similarly, specific lens data corresponding to the configuration of the imaging lens shown in FIG. 3 is shown as Example 3 in FIG. Similarly, specific lens data corresponding to the configuration of the imaging lens shown in FIG. 4 is shown as Example 4 in FIG. Similarly, specific lens data corresponding to the configuration of the imaging lens shown in FIG. 5 is shown in FIG. Similarly, specific lens data corresponding to the configuration of the imaging lens shown in FIG. 6 is shown as Example 6 in FIG.
レンズデータから分かるように、各実施例について、主光線C1の入射角度θAは、
│θA│≦30°とされている。
なお、各実施例について、各群を構成するそれぞれのレンズ材料は、波長λ=350nm〜900nm、厚み10mmでの透過率が70%以上とされている。また、最も物体側のレンズは石英ガラスとされている。
As can be seen from the lens data, for each example, the incident angle θ A of the principal ray C1 is
| Θ A | ≦ 30 °.
In each example, each lens material constituting each group has a transmittance of 70% or more at a wavelength λ = 350 nm to 900 nm and a thickness of 10 mm. The most object side lens is made of quartz glass.
図14には、上述の条件式(1)〜(5)に関する値を各実施例についてまとめて示す。また、諸データとして、FNo.(F値)、f(系全体の焦点距離)、2ω(画角)の値を各実施例についてまとめて示す。図14から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。 In FIG. 14, the values regarding the above-described conditional expressions (1) to (5) are collectively shown for the respective examples. As various data, FNo. The values of (F value), f (focal length of the entire system), and 2ω (field angle) are collectively shown for each example. As can be seen from FIG. 14, the value of each example is within the numerical range of each conditional expression.
図15(A)〜図15(D)はそれぞれ、実施例1に係る撮像レンズにおける球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、および倍率色収差を示している。各収差図には、波長530nmを基準波長とした収差を示す。球面収差図、および倍率色収差図には、波長380nmおよび波長865nm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。FNo.はF値、ωは半画角を示す。 FIGS. 15A to 15D show spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration in the imaging lens according to Example 1, respectively. Each aberration diagram shows aberrations with a wavelength of 530 nm as a reference wavelength. The spherical aberration diagram and the lateral chromatic aberration diagram also show aberrations for the wavelength of 380 nm and the wavelength of 865 nm. In the astigmatism diagram, the solid line indicates the sagittal direction and the broken line indicates the tangential direction. FNo. Indicates an F value, and ω indicates a half angle of view.
同様にして、実施例2に係る撮像レンズにおける諸収差を図16(A)〜図16(D)に示す。また同様にして、実施例3に係る撮像レンズにおける諸収差を図17(A)〜図17(D)に、実施例4に係る撮像レンズにおける諸収差を図18(A)〜図18(D)に、実施例5に係る撮像レンズにおける諸収差を図19(A)〜図19(D)に、実施例6に係る撮像レンズにおける諸収差を図20(A)〜図20(D)に示す。 Similarly, various aberrations in the imaging lens according to Example 2 are shown in FIGS. 16 (A) to 16 (D). Similarly, various aberrations in the imaging lens according to Example 3 are shown in FIGS. 17A to 17D, and various aberrations in the imaging lens according to Example 4 are shown in FIGS. 18A to 18D. 19A to 19D show aberrations in the imaging lens according to Example 5, and FIGS. 20A to 20D show aberrations in the imaging lens according to Example 6. Show.
以上の各数値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、視野角20度以上で、可視域から近赤外域まで収差が良好に補正された屈折タイプの撮像レンズ、例えばマルチバンド観測に適した衛星搭載用の撮像レンズが実現できている。 As can be seen from the above numerical data and aberration diagrams, in each example, a refractive type imaging lens having a viewing angle of 20 degrees or more and aberrations corrected satisfactorily from the visible region to the near infrared region, for example, multiband observation An imaging lens suitable for satellite use can be realized.
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。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment and each Example, A various deformation | transformation implementation is possible. For example, the radius of curvature, the surface interval, and the refractive index of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, and may take other values.
C1…主光線、G1…第1群、G2…第2群、G3…第3群、LF…光学部材、St…開口絞り、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。 C1 ... principal ray, G1 ... first group, G2 ... second group, G3 ... third group, LF ... optical member, St ... aperture stop, Ri ... radius of curvature of the i-th lens surface from the object side, Di ... The distance between the i-th lens surface and the (i + 1) -th lens surface from the object side, Z1... The optical axis.
Claims (4)
前記第1群は、物体側から順に、正レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとからなり、
前記第2群は、少なくとも、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとからなる接合レンズを含み、
前記第3群は、全体として正の屈折力を有すると共に、少なくとも、アッベ数が80以上の正レンズを含み、
かつ、以下の条件式を満足する
ことを特徴とする撮像レンズ。
│f/f1│<0.5 ……(1)
│f/f2│<0.8 ……(2)
0.8<f/f3<2.0 ……(3)
0.15<DA/f ……(4)
ただし、
f:系全体の焦点距離
f1:第1群の焦点距離
f2:第2群の焦点距離
f3:第3群の焦点距離
DA:第2群と第3群との間の空気間隔
とする。 In order from the object side, the first group, the aperture stop, the second group, and the third group,
The first group includes, in order from the object side, a positive lens, a positive meniscus lens having a convex surface facing the object side, and a negative meniscus lens having a convex surface facing the object side.
The second group includes at least a cemented lens including a positive meniscus lens having a concave surface facing the object side and a negative meniscus lens having a concave surface facing the object side,
The third group includes a positive lens having positive refractive power as a whole and at least an Abbe number of 80 or more,
An imaging lens characterized by satisfying the following conditional expression.
│f / f1│ <0.5 (1)
│f / f2│ <0.8 (2)
0.8 <f / f3 <2.0 (3)
0.15 <DA / f (4)
However,
f: focal length of the entire system f1: focal length of the first group f2: focal length of the second group f3: focal length of the third group DA: an air interval between the second group and the third group.
│θA│≦30°である
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。
ただし、
θA:光線入射位置における各面の法線に対する角度
とする。 The angle θ A at which the chief ray at the maximum angle of view enters each surface is
The imaging lens according to claim 1, wherein | θ A | ≦ 30 °.
However,
θ A : Angle relative to the normal of each surface at the light incident position.
波長λ=350nm〜900nm、厚み10mmでの透過率が70%以上である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像レンズ。 About the material of each lens that constitutes each group,
The imaging lens according to claim 1, wherein the transmittance at a wavelength λ = 350 nm to 900 nm and a thickness of 10 mm is 70% or more.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の撮像レンズ。 The imaging lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the lens closest to the object is made of quartz glass.
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