JP2014153543A - 結像レンズおよび撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】明るくコンパクトで、特に球面収差が良好に補正された結像レンズを実現する。
【解決手段】結像レンズは、物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力の第1レンズ群G1、開口絞りS、正の屈折力の第2レンズ群G2を配してなり、第1レンズ群G1は、物体側から像側へ向かって順次、正レンズL11、正レンズL12、負レンズL13を配してなり、第2レンズ群G2は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズL21、正レンズL22、正レンズL23を配してなり、第1レンズ群における正レンズL11と正レンズL12との光軸上の間隔:Da、第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離:D1が、条件(1)0.25<Da/D1<0.5を満足することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

この発明は結像レンズおよび撮影装置に関する。
種々の撮影装置に用いられる結像レンズとして「ガウス型の結像レンズ」が広く知られている。
ガウス型の結像レンズは「開口絞りの一方の側に正・負のレンズ群、他方の側に負・正のレンズ群を配し、開口絞りの両側のレンズ群を対称的」としたものが一般である。
一般的なガウスタイプの結像レンズは、各種の収差、特に球面収差の良好な補正と、明るさ、即ち、小さいFナンバとを両立させるのが難しいとされている。
「有限距離の被写体」の撮影に用いられるガウスタイプの結像レンズとして、特許文献1に記載されたものが知られている。
特許文献1に記載された結像レンズは、原稿画像の読取用に用いられるものであり、Fナンバは3.6程度である。
結像レンズはまた、コンパクトであることが好ましい。
この発明は、より明るくコンパクトで、特に球面収差が良好に補正された結像レンズの実現を課題とする。
この発明の結像レンズは、物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力の第1レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第2レンズ群を配してなり、第1レンズ群は、物体側から像側へ向かって順次、正レンズL11、正レンズL12、負レンズL13を配してなり、第2レンズ群は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズL21、正レンズL22、正レンズL23を配してなり、第1レンズ群における正レンズL11と正レンズL12との光軸上の間隔:Da、第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離:D1が、条件:
(1) 0.25 <Da/D1< 0.5
を満足することを特徴とする。
この発明によれば、明るく、コンパクトで、特に球面収差が良好に補正された結像レンズを実現できる。
実施例1の結像レンズの断面形状を示す図である。 実施例2の結像レンズの断面形状を示す図である。 実施例3の結像レンズの断面形状を示す図である。 実施例4の結像レンズの断面形状を示す図である。 実施例1の結像レンズの収差曲線図である。 実施例2の結像レンズの収差曲線図である。 実施例3の結像レンズの収差曲線図である。 実施例4の結像レンズの収差曲線図である。
実施の形態を説明する。
図1〜図4に、結像レンズの実施の形態を4例示す。
これらの実施の形態はこの順序で、後述する具体的な実施例1〜4に対応する。
図1〜図4に実施の形態を示す結像レンズは、検査装置への搭載を想定されている。
即ち、有限距離にある被検体を被写体として、撮像素子の受光面上に結像させるためのレンズとして想定されている。
撮像素子から出力される画像情報は、検査や画像処理の対象となる。
繁雑を避けるため、図1〜図4において、符号を共通化する。
図1〜図4において図の左方が物体側であり、図の右方は像側である。
図1〜図4に示された結像レンズは、物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力の第1レンズ群G1、開口絞りS、正の屈折力の第2レンズ群G2を配してなる。
第1レンズ群G1は、物体側から像側へ向かって順次、正レンズL11、正レンズL12、負レンズL13を配してなる。
第2レンズ群G2は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズL21、正レンズL22、正レンズL23を配してなる。
結像レンズは、条件:
(1) 0.25 <Da/D1< 0.5
を満足する。
条件(1)のパラメータ:Da/D1のうちの、Daは、第1レンズ群G1の正レンズL11とL12との光軸上の間隔である。
なお、間隔:Daは、正レンズL11の像側面と正レンズL12の物体側面の、光軸上の間隔である。
また、D1は、第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。
以下、この距離:D1を、第1レンズ群G1の「レンズ群長さ」とも呼ぶ。
図1〜図4に実施の形態を示した結像レンズでは、開口絞りSの一方の側に正の屈折力の第1レンズ群G1、他方の側に正の屈折力の第2レンズ群G2を配してなる。
開口絞りSの物体側に配された第1レンズ群G1は、物体側から像側へ向かって順次、正レンズL11、正レンズL12、負レンズL13を配してなる。
また、開口絞りSの像側に配された第2レンズ群G2は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズL21、正レンズL22、正レンズL23を配してなる。
第1レンズ群G1と第2レンズ群G2は、開口絞りSに関して対称的に配置されており、従って、図1〜図4に示す結像レンズはガウス型である。
上述の如く、図1〜図4の結像レンズは「有限距離にある被検体を被写体として、撮像素子の受光面上に結像させるためのレンズ」として想定されている。
撮像素子はCCDエリアセンサや、CMOSセンサ等である。
図1〜4において、結像レンズの像側(右方)の符号FGは、撮像素子のカバーガラスや各種フィルタ(光学ローパスフィルタ・赤外カットフィルタ等)を示す。
即ち、これらカバーガラスや各種フィルタを、光学的にこれらに等価な1枚の透明平行平板として図示し、これに符号FGを付している。
上記の如く、結像レンズは、条件(1)を満足する。
条件(1)は、特に球面収差の良好な補正と、結像レンズのコンパクト性の実現のための条件である。
即ち、条件(1)は、第1レンズ群G1における正レンズL11とL12との間隔:Daと第1レンズ群G1のレンズ群長さ:D1との比の適正な範囲を規定している。
条件(1)に示す如く、第1レンズ群G1における正レンズL11とL12との間隔:Daが、第1レンズ群のレンズ群長さ:D1に対して大きく設定されている。
このように、第1レンズ群G1の物体側の2枚の正レンズL11とL12の間隔:Daを、第1レンズ群中に大きく設定することが、この発明の特徴の一端をなしている。
条件(1)のパラメータ:Da/D1における間隔:Daを増大させると、球面収差の補正には有利となる。
しかし、パラメータ:Da/D1が条件(1)を超えると、球面収差の補正のため「必要以上の空気間隔(Da)」を確保することになり、第1レンズ群G1が大型化しやすい。
条件(1)の上限を超えた状態で、第1レンズ群の大型化を避けるため、レンズ群長さ:D1を抑制すると、他のスペースが圧縮されることになり各種収差の補正が困難になる。
条件(1)の下限を超えると、球面収差を十分に補正することができなくなる。
条件(1)の下限を超えた状態で球面収差を無理に補正しようとすると、正レンズL11が大径化、厚肉化することになり第1レンズ群G1の大型化や高コスト化の原因となる。
即ち、条件(1)の範囲外では、球面収差の良好な補正と第1レンズ群のコンパクト化の両立が困難である。
第1レンズ群G1の大型化や高コスト化は、結像レンズの大型化や高コスト化を齎す。
この発明の結像レンズは、上記構成に加えて、以下の条件(2)〜(11)の任意の1以上を満足することが好ましい。
(2) 1.52 <nd12< 1.65
(3) 65.0 <νd12< 75.0
(4) 0.005<Pg,F12−(−0.001802×νd12+0.6483)<0.050
(5) 0.1 <Db/D2< 0.6
(6) 0.8 <f11/f< 1.2
(7) 1.4 <f11/f12<2.5
(8) 1.75 <nd11 1.95
(9) 30.0 <νd11 < 38.0
(10) −1.5 <(R10−R11)/(R10+R11)< −0.4
(11) 1.75 <nd22< 1.95 1.75 <nd23< 1.95 。
これらの条件(2)〜(11)の各パラメータにおける記号の意味は、以下のとおりである。
「nd12」および「νd12」はそれぞれ、第1レンズ群の正レンズL12の材質の、d線に対する屈折率:及びアッベ数である。
「Pg,F12」は、第1レンズ群の正レンズL12の材質の「g線とF線との間の部分分散比」である。
即ち、正レンズL12の材質の「g線とF線との間の部分分散比:Pg,F12」は、g線、F線、C線に対する屈折率:ng12、nF12、nC12により、以下のように定義される。
g,F12=(ng12−nF12)/(nF12−nC12) 。
「Db」は、第2レンズ群の正レンズL22とL23との光軸上の間隔である。
「D2」は、第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の光軸上の距離である。距離:D2を、第2レンズ群のレンズ群長とも称する。
「f11」は、第1レンズ群の正レンズL11の焦点距離であり、「f」は全系の焦点距離であり、「f12」は、第1レンズ群の正レンズL12の焦点距離である。
「nd11」および「νd11」は、第1レンズ群の正レンズL11の材質の、d線に対する屈折率及びアッベ数である。
「R10」は、第2レンズ群の正レンズL23の、物体側面の曲率半径であり、「R11」は、正レンズL23の像側面の曲率半径である。
「nd22」は、第2レンズ群の正レンズL22の材質のd線に対する屈折率、「nd23」は、第2レンズ群の正レンズL23の材質のd線に対する屈折率である。
条件(2)、(3)、(4)は、色収差を良好に補正するのに好ましい条件であり、第1レンズ群における正レンズL12の材質を規定している。
即ち、条件(2)、(3)は、正レンズL12の材質の屈折率・アッベ数の好適な範囲を上限値、下限値で規定し、屈折率や分散を適当な範囲に抑制している。
また、条件(4)は、正レンズL12の材質の異常分散性の適当な範囲を規定している。
条件(4)の上限を超えると、正レンズL12の材質が高価となって高コストとなったり、アップとなったり条件(2)、(3)を満たす硝材が存在しない。
条件(4)の下限を超えると、効果的な色収差補正が困難に成り易い。
これらの条件(2)、(3)、(4)を満足するレンズ材質で正レンズL12を構成することにより、効果的な色収差補正が可能となり、コスト的にも有利になる。
条件(5)は、第2レンズ群における正レンズL22とL23との光軸上の間隔:Dbと、第2レンズ群のレンズ群長:D2の比の適当な範囲を規定する条件である。
間隔:Dbを、レンズ群長:D2に対して比較的大きく取ることにより、十分な射出瞳距離の確保と「歪曲収差を始めとする各種収差の補正」の両立を可能としている。
条件(5)の下限を超えると、十分な射出瞳距離を確保しつつ、歪曲収差を始めとする各種収差の良好な補正を実現することが困難となりやすい。
条件(5)の上限を超えると、間隔:Dbが大きくなり、第2レンズ群を構成するレンズL21〜L23に対する設計の自由度が小さくなり、各種収差の補正が困難と成りやすい。
条件(6)は、結像レンズ全系のパワーと、第1レンズの正レンズL11のパワーのバランスを図るために好ましい条件である。
条件(6)の上限を超えると、全系の正のパワーに対して正レンズL11のパワーが弱くなり、これを補うために正レンズL12のパワーを増大させる必要が生じる。
このため、第1レンズ群内の正レンズL11、L12のパワーのバランスが崩れやすく、第1レンズ群内での収差補正が困難と成り易い。
条件(6)の下限を超えると、全系の正のパワーに対して正レンズL11のパワーが強くなり、これを補うために正レンズL12のパワーを減少させる必要が生じる。
このため、第1レンズ群内の正レンズL11、L12のパワーのバランスが崩れやすく、第1レンズ群内での収差補正が困難と成り易い。
条件(7)は、第1レンズ群の正レンズL11、L12の正のパワーを相互にバランスさせるのに好ましい条件である。
条件(7)の上限を超えると、正レンズL11のパワーが、正レンズL12のパワーに対して相対的に弱くなり、これら正レンズの正のパワーのバランスが崩れやすい。
条件(7)の上限を超えると、正レンズL11のパワーが、正レンズL12のパワーに対して相対的に強くなり、これら正レンズの正のパワーのバランスが崩れやすい。
このため、条件(7)の範囲外では、第1レンズ群内での収差の補正が困難と成り易い。
条件(8)、(9)は、正レンズL11の好ましいレンズ材質を規定する条件である。
条件(8)を満足する「比較的屈折率の大きい材質」を用いることで、正レンズL11の適当な屈折力を「曲率の極端に大きいレンズ面」を用いずに実現できる。
条件(9)を満足する「比較的アッベ数の小さい低分散性の材質」を正レンズL11に用いることにより、色収差をはじめとする各種収差の補正が容易に可能となる。
また、正レンズL11以外のレンズの材質のアッベ数とのバランスがとり易くなり、結像レンズ系全系での色収差の補正が容易になる。
なお、条件(8)、(9)を満足する材質による正レンズL11と、条件(2)〜(4)を満足する材質による正レンズL12の組み合わせは、色収差の補正により有効である。
条件(8)の上限を超えるレンズ材質は、高価となり易く、コスト高を招来し易い。
条件(8)の下限を超える材質により正レンズL11を形成した場合「球面収差の補正」が不十分となり易い。
条件(8)の下限を超える材質によるレンズで、球面収差の補正不足の解消に必要な正の屈折力を確保するには、正レンズL11のレンズ面の曲率半径を小さくする必要がある。
このような曲率半径の小さいレンズを用いると、結像レンズの組み付けにおけるレンズ面の偏心や間隔変化に対して結像される像の画質劣化が大きくなりやすい。
また、条件(9)の範囲外では、正レンズL11の材質と、これ以外のレンズの材質のアッベ数のバランスが取り難く、色収差をはじめとする各種収差の補正が困難となり易い。
条件(10)は、第2レンズ群の正レンズL23の「物体側レンズ面と像側レンズ面との屈折作用」をバランスさせる条件である。
条件(10)の上限を超えても下限を超えても、球面収差等を、正レンズL23の両面に好適に分配して補正することが困難となる。
条件(11)は、第2レンズ群の正レンズL22、L23の材質の屈折率の好適な範囲を規定する条件である。
条件(11)の上限を超えるレンズ材質は、高価となり易く、正レンズL22、L23のコスト高、ひいては結像レンズのコスト高を招来し易い。
また、条件(11)の下限を超えるレンズ材質の場合、正レンズL22、L23の屈折力確保のために、これ等レンズのレンズ面の曲率半径が小さくなり易い。
このため、結像レンズの組み付けにおけるレンズ面の偏心や間隔変化に対して結像される像の画質劣化が大きくなりやすい。
図1〜図4に実施の形態を示した結像レンズにおいては、第1レンズ群G1の正レンズL12と負レンズL13が接合されている。
また、第2レンズ群G2の負レンズL21と正レンズL22が接合されている。
しかし、この発明の結像レンズの構成上、正レンズL12と負レンズL13、負レンズL21と正レンズL22とは、必ずしも接合されていなくてもよい。
また、接合する場合は、正レンズL12と負レンズL13のペア、負レンズL21と正レンズL22のペアの一方のみでもよい。
図1〜図4の形態例のように、第1レンズ群、第2のレンズ群の、2枚の正・負レンズを接合すると、これらレンズを個別に組み付けるよりも、組み付け精度を出しやすい。
また、正レンズL12と負レンズL13を接合すると、第1レンズ群G1のレンズ群長さ:D1を大きくせずに、条件(1)を満足する間隔:Daを実現しやすい。
同様に、負レンズL12と正レンズL22を接合すると、第2レンズ群G2のレンズ群長さ:D2を大きくせずに、条件(2)を満足する間隔:Dbを実現しやすい。
以下、結像レンズの具体的な実施例を4例挙げる。
各実施例における記号の意味は以下の通りである。
F :全系の焦点距離
Fe:実効Fナンバ(像面から300mmの位置にある物体に対して合焦した状態の値)
F :Fナンバ
ω:半画角
R :曲率半径
D :面間隔
Nd :屈折率
νd:アッベ数 。
なお、全ての実施例において、最大像高は5.50mmである。
「実施例1」
実施例1は、図1に示した結像レンズである。
f=35.34 Fe=1.56 F=1.42 ω=9.38°
実施例1のデータを表1に示す。
Figure 2014153543
「条件のパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表2に示す。
Figure 2014153543
「実施例2」
実施例2は、図2に示した結像レンズである。
f=35.21 Fe=1.58 F=1.41 ω=8.79°
実施例2のデータを表3に示す。
Figure 2014153543
「条件のパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表4に示す。
Figure 2014153543
「実施例3」
実施例3は、図3に示した結像レンズである。
f=33.71 Fe=1.52 F=1.40 ω=9.00°
実施例3のデータを表5に示す。
Figure 2014153543
「条件のパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表6に示す。
Figure 2014153543
「実施例4」
実施例4は、図4に示した結像レンズである。
f=33.71 Fe=1.51 F=1.42 ω=9.13°
実施例4のデータを表7に示す。
Figure 2014153543
「条件のパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表8に示す。
Figure 2014153543
なお、各実施例とも、条件(2)、(3)、(8)、(9)、(11)を満足するものであることは、各実施例のデータを示す表1、3、5、7から直接に明らかである。
図5〜図8に順次、上記実施例1〜4の結像レンズに関する収差図を示す。これ等収差図において、球面収差の破線は正弦条件を示す。
また、非点収差の図中の実線は「サジタル光線」、破線は「メリディオナル光線」を表す。「細線」はd線に関するものであり、「太線」はg線に関するものである。
なお、各収差図は、像面から300mmにある物体(被検物)に対してフォーカシングした状態での収差曲線図である。
各実施例とも、収差は高いレベルで補正され、球面収差と軸上色収差とは「問題にならない」ほど小さい。
非点収差、像面湾曲、倍率色収差も十分に小さく、コマ収差やその色差の乱れも最周辺部まで良く抑えられ、歪曲収差も絶対値で1.0%程度と小さい。
この発明のように結像レンズを構成することにより、半画角が9度程度で、Fナンバが1.4程度と大口径でありながら、非常に良好な像性能を確保することが可能である。
G1 第1レンズ群
S 開口絞り
G2 第2レンズ群
L11〜L13 第1レンズ群を構成するレンズ
L21〜L23 第2レンズ群を構成するレンズ
特開平9−171136号公報

Claims (11)

  1. 物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力の第1レンズ群、開口絞り、正の屈折力の第2レンズ群を配してなり、
    第1レンズ群は、物体側から像側へ向かって順次、正レンズL11、正レンズL12、負レンズL13を配してなり、
    第2レンズ群は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズL21、正レンズL22、正レンズL23を配してなり、
    第1レンズ群における正レンズL11と正レンズL12との光軸上の間隔:Da、第1レンズ群の最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの光軸上の距離:D1が、条件:
    (1) 0.25 <Da/D1< 0.5
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  2. 請求項1記載の結像レンズにおいて、
    第1レンズ群の正レンズL12の材質の、d線に対する屈折率:nd12及びアッベ数:νd12、g線とF線との間の部分分散比:Pg,F12が、条件:
    (2) 1.52 <nd12< 1.65
    (3) 65.0 <νd12< 75.0
    (4) 0.005<Pg,F12−(−0.001802×νd22+0.6483)<0.050
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  3. 請求項1または2記載の結像レンズにおいて、
    第2レンズ群の正レンズL22と正レンズL23との光軸上の間隔:Db、第2レンズ群の最も物体側のレンズ面と最も像側のレンズ面の光軸上の距離:D2が、条件:
    (5) 0.1 <Db/D2< 0.6
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  4. 請求項1〜3の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    第1レンズ群の正レンズL11の焦点距離:f11、全系の焦点距離:fが、条件:
    (6) 0.8 <f11/f< 1.2
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  5. 請求項1〜4の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    第1レンズ群の、正レンズL11の焦点距離:f11、正レンズL12の焦点距離:f12が、条件:
    (7) 1.4 <f11/f12<2.5
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  6. 請求項1〜5の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    第1レンズ群の正レンズL11の材質の、d線に対する屈折率:nd11及びアッベ数:νd11が、条件:
    (8) 1.75 <nd11 1.95
    (9) 30.0 <νd11 < 38.0
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  7. 請求項1〜6の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    第2レンズ群の正レンズL23の、物体側面の曲率半径:R10、像側面の曲率半径:R11が、条件:
    (10) −1.5 <(R10−R11)/(R10+R11)< −0.4
    を満足することを特徴とする結像レンズ。
  8. 請求項1〜7の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    第2レンズ群の正レンズL22と正レンズL23の材質の、d線に対する屈折率:nd22、nd23が、条件:
    (11) 1.75 < nd22 < 1.95 1.75 < nd23< 1.95
  9. 請求項1〜8の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    第1レンズ群の正レンズL12と負レンズL13が接合され、
    第2レンズ群の負レンズL21と正レンズL22が接合されていることを特徴とする結像レンズ。
  10. 請求項1〜9の任意の1に記載の結像レンズにおいて、
    全てのレンズ面が球面であることを特徴とする結像レンズ。
  11. 被写体の像を、結像レンズにより、撮像素子の受光面上に結像させる撮影装置において、結像レンズとして、請求項1〜10の任意の1に記載の結像レンズを用いたことを特徴とする撮影装置。
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