JP2015219506A - 実像結像レンズ系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な実像結像レンズ系を実現する。
【解決手段】この発明の実像結像レンズ系は、物体の実像を結像する実像結像レンズ系であって、物体側に正の屈折力の第１群Ｉ、像側に正の屈折力の第２群ＩＩを配してなり、第１群Ｉは、３枚のレンズＬ１１ないしＬ１３により構成され、第２群は、６枚のレンズＬ２１ないしＬ２９により構成され、群内のレンズ間に開口絞りＳＴを有し、第１群Ｉと第２群ＩＩの間に物体の中間像を実像として結像させ、第２群ＩＩの像側に前記物体の実像を結像させるものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、実像結像レンズ系および撮像装置に関する。

物体の実像を結像する実像結像レンズ系は、通常の撮影カメラに広く用いられ、近来は、監視カメラや車載カメラ等にも用いられるようになってきている。

比較的近年に提案された実像結像レンズ系に関する特許文献として、特許文献１〜１０を挙げる。

実像結像レンズ系には、画角が広いことや、諸収差が良好に補正されていること、Ｆナンバが小さく明るいことが、一般的に要請されている。

この発明は、新規な実像結像レンズ系の実現を課題とする。

この発明の実像結像レンズ系は、物体の実像を結像する実像結像レンズ系であって、物体側に正の屈折力の第１群、像側に正の屈折力の第２群を配してなり、第１群は、３枚のレンズにより構成され、第２群は、６枚のレンズにより構成され、群内のレンズ間に開口絞りを有し、第１群と第２群の間に物体の中間像を実像として結像させ、第２群の像側に前記物体の実像を結像させるものである。

この発明によれば、新規な実像結像レンズ系を実現できる。

実施例１の実像結像レンズ系のレンズ構成を示す図である。 実施例１の実像結像レンズ系の縦収差図である。 実施例１の実像結像レンズ系の横収差図である。 実施例２の実像結像レンズ系のレンズ構成を示す図である。 実施例２の実像結像レンズ系の縦収差図である。 実施例２の実像結像レンズ系の横収差図である。 実施例３の実像結像レンズ系のレンズ構成を示す図である。 実施例３の実像結像レンズ系の縦収差図である。 実施例３の実像結像レンズ系の横収差図である。

以下、実施の形態を説明する。

図１、図４、図７に、実施の形態を３例示す。これらは、この順序で、後述する具体的な実施例１〜３に対応する。

これらの図における左方が物体側であり、右方が像側である。

煩雑を避けるため、これらの図において、符号を共通化する。すなわち、物体側に配される第１群を符号Ｉで表し、像側に配される第２群を符号ＩＩで表す。

符号ＳＴにより「開口絞り」を表す。図中における符号ＤＧは「ダミーガラス」を示し、符号Ｉｍは「像面」を示す。

上記各図に示す実施の形態の実像結像レンズは「ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いる撮像装置」に用いることが想定されている。

従って、上記各図に示す実施の形態はまた「この発明の実像結像レンズ系を用いて、撮像対象の実像を、撮像素子の受光面上に結像させて撮像を行う撮像装置」の実施の形態をも示すものである。

図示されない撮像素子は受光面を、ダミーガラスＤＧの像側面に一致した像面Ｉｍに合致させて配置される。

ダミーガラスＤＧは、赤外光カットフィルタ等の各種のフィルタや撮像素子のカバーガラスを、これらに「光学的に等価」な平行平板ガラスで置換したものである。

レンズに関しては、符号Ｌｉｊをあてる。Ｌｉｊにおける「ｉ」は群を表し、第１群は「ｉ＝１」、第２群は「ｉ＝２」である。また、ｊは、物体側から数えたレンズの番号であり、第１レンズから第９レンズの順にｊ＝１〜９である。

図１、図４、図７に示すように、撮像対象である物体からの光は第１群Ｉに入射する。

第１群Ｉに入射した光は、第１群Ｉにより、第１群Ｉと第２群ＩＩとの間に中間像として結像したのち、第２群ＩＩにより像面Ｉｍ上に実像として結像する。

第１群Ｉと第２群ＩＩとの間に結像する中間像は、撮像対象である物体の倒立像であり、像面Ｉｍに結像する実像は、撮像対象である物体の正立像である。

説明を補足する。
上記各図に示された実施の形態の実像結像レンズ系は、半画角が６０度程度、歪曲収差が±２％程度で、Ｆナンバが略２である。

即ち、実施の各形態の実像結像レンズ系は、広画角で明るく、且つ、歪曲収差が極めて小さい。

この発明の実像結像レンズ系は、第１群と第２群の間に「中間像」を形成する構成とすることにより、広画角と歪曲収差の良好な補正と、明るさの実現を容易にしている。

この発明の実像結像レンズ系は、以下の条件（１）〜（３）の１以上を満足することが好ましい。

（１） −１１．０ ＜ ｆＧ１／ｆ ＜ −８．５
（２） −０．０９ ＜ ｎ凸−ｎ凹 ＜ ０．１
（３） −２．８ ＜ ν凸−ν凹 ＜ １３．３ 。

条件（１）〜（３）におけるパラメータの記号の意味は以下の通りである。
「ｆ」は、全系のｅ線に対する焦点距離、「ｆＧ１」は、第１群のｅ線に対する合成焦点距離である。

「ｎ凸」は、全系における２枚以上の正レンズの材質のｄ線に対する屈折率の平均値、「ｎ凹」は、２枚以上の負レンズの材質のｄ線に対する屈折率の平均値である。

「ν凸」は、全系における２枚以上の正レンズの材質のアッベ数の平均値、「ν凹」は、全系における２枚以上の負レンズの材質のアッベ数の平均値である。

なお、アッベ数は「ｄ線に関するもの」である。

条件（１）は、全系の屈折力に対する第１群の屈折力の好適な範囲を規定するものである。

条件（１）のパラメータが上限を超えると、第１群の屈折力が過大になり易く、諸収差の良好な補正が困難になり易い。

条件（１）のパラメータが下限を超えると、第１群の屈折力が不足気味となり易く、レンズが大きくなってコストアップを招来しやすい。

実像結像レンズのコンパクト化・低コスト化や「諸収差の良好な補正」のためには、条件（１）が満足されることが好ましい。

条件（２）は、実像結像レンズ系を構成する凸レンズと凹レンズの材質の屈折率の範囲を定めるものである。

条件（２）の上限を超えると、ペッツバール和が過小となって「像面が正の側に倒れる像面湾曲」が大きくなり易い。

条件（２）の下限を超えると、逆にペッツバール和が過大となり「像面が負の側に倒れる像面湾曲」が大きくなり易い。

説明中の実施の形態や、後述の実施例では、前述のように、撮像素子の受光面上に実像を結像することを想定している。

撮像素子の受光面は平面であるから、結像する実像の像面が受光面に良好にフィットするために、条件（２）を満足することが好ましい。

条件（３）は、軸上の色収差を良好に補正するのに好ましい条件である。

条件（３）の上限を超えると「軸上の色収差が補正過剰」となり易く、主波長より短波長側で軸上の色収差が正の側に大きくなり易い。

また、上限（３）の下限を超えると「軸上の色収差が補正不足」となり易く、主波長より短波長側で負の側に軸上の色収差が大きくなり易い。

カラー画像の結像のためには、条件（３）を満足することが好ましい。

上記の如く、条件（１）〜（３）を満足することによる効果は、互いに別箇であるから、これらを個別に満足することにより、条件に応じた効果が得られる。

また、条件（１）〜（３）を同時に満足させることにより、これらの条件による全ての効果を期待できる。

図１、図４、図７に実施の形態を示す実像結像レンズ系は、第１群Ｉが、物体側から像側へ向かって順次、第１レンズＬ１１ないし第３レンズＬ１３の３枚のレンズを配してなる。

第２群は、物体側から像側へ向かって順次、第４レンズＬ２４ないし第９レンズＬ２９の６枚のレンズを配し、第５レンズＬ２５と第６レンズＬ２６との間に開口絞りＳＴを配してなる。

第１レンズＬ１１は「両凸レンズ」、第２レンズＬ１２は「凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズ」、第３レンズＬ１３は「両凸レンズ」である。

第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２は整合されて「正のパワーの接合レンズ」をなす。

第４レンズＬ２４は「凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズ」、第５レンズＬ２５は「凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズ」である。

第６レンズＬ２６は「両凸レンズ」、第７レンズＬ２７は「両凸レンズ」、第８レンズＬ２８は「両凹レンズ」、第９レンズＬ２９は「正レンズ」である。

第７レンズＬ２７と第８レンズＬ２８は接合されて「負のパワーの接合レンズ」をなしている。

この発明の実像結像レンズ系のように、第１群Ｉと第２群ＩＩの間で中間像を実像として結像させる構成で、第１群のレンズ外径を小径化することを考慮すると、第１群を射出する光線の主光線が光軸に略平行になる（物体側にテレセントリック）か、または「第２群への入射角が小さく」なるようにするのが良い。

第１群のレンズ径の小径化には、第１群の最も物体側のレンズＬ１１を正レンズとするのがよい。

この状態で、第２群への入射角を小さくするため、正レンズＬ１１の像側にさらに１枚の正レンズを配する。

説明中の実施の各形態では、第１群を３枚の正レンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３により構成している。

第１群をこのような構成にするとともに、第２群を上記の如き６枚のレンズＬ２４〜Ｌ２９で構成することにより、後述の実施例の如く、第１群により結像する中間像を物体とする良好な像を結像することが容易に実現される。

図１、図４、図７に示すように、第３レンズＬ１３と第４レンズＬ２４において結像光線が大きく屈折している。従って、少なくとも、第１群Ｉの最も像側に配された第３レンズＬ１３と、第２群ＩＩの最も物体側に配された第４レンズＬ２４とに非球面を採用することが、レンズ系のコンパクト化と、諸収差の良好な補正に有効である。

後述する実施例１〜３の実像結像レンズ系は、これを構成する９枚のレンズの何れもがガラスレンズで、しかも、ガラス材料は鉛、砒素などの有害物質を含有していない。

このように、全てのレンズを「化学的に安定で鉛や砒素等の有害物質を含まない光学ガラス」で構成することにより、材料のリサイクル化が可能で省資源的である。

また、加工時の廃液による水質汚染が無く、ＣＯ_２等の発生を低減でき、環境を汚染することが少ない。

以下、具体的な実施例を３例挙げる。
各実施例において用いられる記号の意味は以下の通りである。

ｆ ：全系のｅ線の合成焦点距離
ＦＮｏ ：Ｆナンバ
ω ：半画角(度)
Ｙ’ ：像高
ｒｉ(ｉ＝１〜１７)：物体側から数えてｉ番目の面（絞りの面を含む）の曲率半径
ｄｉ(ｉ＝１〜１６)：物体側から数えてｉ番目とｉ＋１番目の面の面間隔
ｎｊ(ｊ＝１〜９) ：物体側から数えてｊ番目のレンズの材料の屈折率
νｊ(ｊ＝１〜９) ：物体側から数えてｊ番目のレンズの材料のアッベ数
ｒｃ１〜２ ：ダミーガラスの物体側の曲率半径
ｄｃ１ ：ダミーガラスの肉厚および面間隔
ｎｃ１ ：ダミーガラスの屈折率
νｃ１ ：ダミーガラスのアッベ数
ｎｄ ：ｄ線の屈折率
ｎｅ ：ｅ線の屈折率
ｎ凸 ：正の屈折力を有するレンズのｎｄの平均
ｎ凹 ：負の屈折力を有するレンズのｎｄの平均
ν凸 ：正の屈折力を有するレンズのｎｄの平均
ν凹 ：負の屈折力を有するレンズのｎｄの平均 。

非球面は、光軸からの高さ：Ｙ、光軸から高さＹにおける非球面の非球面頂点における接平面からの距離：Ｘ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、非球面係数：Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０として、周知の次式（Ａ）で表現される。

Ｘ＝(１／Ｒ)×Ｙ^２／［１＋√｛１−(１＋Ｋ)×(Ｙ／Ｒ)^２)｝］
＋Ａ４・Ｙ^４＋Ａ６・Ｙ^６＋Ａ８・Ｙ^８＋Ａ１０・Ｙ^１０ （Ａ）
なお、以下にあげる実施例１〜３は何れも、監視カメラ用の実像結像レンズ系として想定され、物体面から第１群の最も物体側のレンズ面までの距離：Ｓを１４００ｍｍに設定されている。

即ち、第１群の最も物体側のレンズ面から、光軸上で１４００ｍｍの位置にある物体が、実像結像レンズ系により像面（撮像素子の受光面）に実像として結像する。

なお、「長さの次元」を有するものの単位は、特に断らない限り「ｍｍ」である。

「実施例１」
ｆ＝-0.65 、Ｆ＝2.0523 、Ｙ’＝1.0818 、ω＝59.0゜
実施例１のデータを表１に挙げる。

「非球面データ」
非球面のデータを表２に示す。

「実施例２」
ｆ＝-0.65 、Ｆ＝2.0523 、Ｙ’＝1.0818 、ω＝59.0゜
実施例２のデータを表３に示す。

「非球面データ」
非球面のデータを表４に示す。

「実施例３」
ｆ＝-0.54 、Ｆ＝2.0523 、Ｙ’＝1.1258 、ω＝64.375゜
実施例３のデータを表５に示す。

「非球面データ」
非球面のデータを表６に示す。

「各条件のパラメータの値」
実施例１〜３における条件（１）〜（３）のパラメータの値を表７に示す。

図２に実施例１に関する縦収差を示し、図３に横収差を示す。図５に実施例２に関する縦収差を示し、図６に横収差を示す。図８に実施例１に関する縦収差を示し、図９に横収差を示す。

これらの収差図において、「ｅ」はｅ線(５４６．０７ｎｍ)、［Ｆ］はＦ線(４８６．１３ｎｍ)、［Ｃ］はＣ線(６５６．２７ｎｍ)を示す。

また、非点収差の図で、実線はサジタル光線、点線はメリディオナル光線を示す。

実施例１〜３の実像結像レンズ系は何れも、半画角が６０度前後と非常に広画角でありながら、歪曲収差が±２％程度と極めて小さく抑えられ、Ｆナンバも略２と明るい。

また、Ｃ線（６５６．２７ｎｍ）からＦ線（４８６．１３ｎｍ）までの広い波長範囲で軸上の色収差が良好に補正され、諸収差も良好に補正された良好な性能を有している。

以上のように、この発明によれば、以下の如き実像結像レンズ系と撮像装置を実現できる。

［１］
物体の実像を結像する実像結像レンズ系であって、物体側に正の屈折力の第１群Ｉ、像側に正の屈折力の第２群ＩＩを配してなり、第１群は、３枚のレンズＬ１１〜Ｌ１３により構成され、第２群は、６枚のレンズＬ２４〜Ｌ２９により構成され、群内のレンズＬ２５、Ｌ２６間に開口絞りＳＴを有し、第１群Ｉと第２群ＩＩの間に物体の中間像を実像として結像させ、第２群ＩＩの像側に前記物体の実像を結像させるものである実像結像レンズ系。

［２］
［１］に記載の実像結像レンズ系において、全系のｅ線に対する焦点距離：ｆ、第１群のｅ線に対する合成焦点距離：ｆＧ１が、条件：
（１） −１１．０ ＜ ｆＧ１／ｆ ＜ −８．５
を満足する実像結像レンズ系。

［３］
［１］または［２］に記載の実像結像レンズ系において、全系における、正レンズの材質のｄ線に対する屈折率の平均：ｎ凸、負レンズの材質のｄ線に対する屈折率の平均：ｎ凹が、条件：
（２） −０．０９ ＜ ｎ凸−ｎ凹 ＜ ０．１
を満足する実像結像レンズ系。

［４］
［１］ないし［３］の何れか１に記載の実像結像レンズ系において、全系における正レンズの材質の、アッベ数の平均：ν凸、全系における負レンズの材質の、アッベ数の平均：ν凹が、条件：
(３) −２．８ ＜ ν凸−ν凹 ＜ １３．３
を満足する実像結像レンズ系。

［５］
［１］ないし［４］の何れか１に記載の実像結像レンズ系において、第１群Ｉが、物体側から像側へ向かって順次、第１レンズＬ１１ないし第３レンズＬ１３の３枚のレンズを配してなり、第２群ＩＩが、物体側から像側へ向かって順次、第４レンズＬ２４ないし第９レンズＬ２９の６枚のレンズを配し、第５レンズＬ２９と第６レンズＬ２６との間に開口絞りＳＴを配してなり、第１レンズＬ１１は両凸レンズ、第２レンズＬ１２は凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズ、第３レンズＬ１３は両凸レンズであり、第１レンズＬ１１と第２レンズＬ１２は整合されて正のパワーの接合レンズをなし、第４レンズＬ２４は凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズ、第５レンズＬ２５は凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズ、第６レンズＬ２６は両凸レンズ、第７レンズＬ２７は両凸レンズ、第８レンズＬ２８は両凹レンズ、第９レンズＬ２９は正レンズであり、第７レンズＬ２７と第８レンズＬ２８は接合されて負のパワーの接合レンズをなす、実像結像レンズ系。

［６］
［１］ないし［５］の何れか１に記載の実像結像レンズ系において、少なくとも、第１群Ｉの最も像側に配された第３レンズＬ１３と、第２群ＩＩの最も物体側に配された第４レンズＬ２４とが非球面を有する実像結像レンズ系。

［７］
［１］ないし［６］の何れか１に記載の実像結像レンズにおいて、全てのレンズがガラスレンズであり、そのガラス材料は鉛、砒素などの有害物質を含有していないことを特徴とする実像結像レンズ。

［８］
［１］ないし［７］の何れか１に記載の実像結像レンズにおいて、半画角が略６０度、歪曲収差が±２％程度で、Ｆナンバが略２である実像結像レンズ系。

［９］
［１］ないし［８］の何れか１に記載の実像結像レンズを用いた撮像装置。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

Ｉ 第１群
ＩＩ 第２群
ＳＴ 開口絞り
ＤＧ ダミーガラス
Ｉｍ 像面
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３ 第１群のレンズ
Ｌ２４、Ｌ２５、Ｌ２６、Ｌ２７、Ｌ２８、Ｌ２９ 第２群のレンズ

特開２０１０−２５６６２７号公報 特許第 ４９１５０７７号公報 特開２００７−３２２６５６号公報 特開２００６−２２０６９１号公報 特開２０１１−１２８２１０号公報 特開２００６−１４５７７０号公報 特許第５１３８８８４号公報 特開２００３−２３２９９３号公報 特許第５２７２６１４号公報 特開２０１２−２２０７４１号公報

Claims (9)

1. 物体の実像を結像する実像結像レンズ系であって、
   物体側に正の屈折力の第１群、像側に正の屈折力の第２群を配してなり、
   第１群は、３枚のレンズにより構成され、
   第２群は、６枚のレンズにより構成され、群内のレンズ間に開口絞りを有し、
   第１群と第２群の間に物体の中間像を実像として結像させ、第２群の像側に前記物体の実像を結像させるものである実像結像レンズ系。
2. 請求項１記載の実像結像レンズ系において、
   全系のｅ線に対する焦点距離：ｆ、第１群のｅ線に対する合成焦点距離：ｆＧ１が、条件：
   （１） −１１．０ ＜ ｆＧ１／ｆ ＜ −８．５
   を満足する実像結像レンズ系。
3. 請求項１または２項に記載の実像結像レンズ系において、
   全系における、正レンズの材質のｄ線に対する屈折率の平均：ｎ凸、負レンズの材質のｄ線に対する屈折率の平均：ｎ凹が、条件：
   （２） −０．０９ ＜ ｎ凸−ｎ凹 ＜ ０．１
   を満足する実像結像レンズ系。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の実像結像レンズ系において、
   全系における正レンズの材質の、アッベ数の平均：ν凸、全系における負レンズの材質の、アッベ数の平均：ν凹が、条件：
   (３) −２．８ ＜ ν凸−ν凹 ＜ １３．３
   を満足する実像結像レンズ系。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の実像結像レンズ系において、
   第１群が、物体側から像側へ向かって順次、第１レンズないし第３レンズの３枚のレンズを配してなり、
   第２群が、物体側から像側へ向かって順次、第４レンズないし第９レンズの６枚のレンズを配し、第５レンズと第６レンズとの間に開口絞りを配してなり、
   第１レンズは両凸レンズ、第２レンズは凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズ、第３レンズは両凸レンズであり、
   第１レンズと第２レンズは整合されて正のパワーの接合レンズをなし、
   第４レンズは凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズ、第５レンズは凹面を物体側に向けた正メニスカスレンズ、第６レンズは両凸レンズ、第７レンズは両凸レンズ、第８レンズは両凹レンズ、第９レンズは正レンズであり、
   第７レンズと第８レンズは接合されて負のパワーの接合レンズをなす、実像結像レンズ系。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の実像結像レンズ系において、
   少なくとも、第１群の最も像側に配された第３レンズと、第２群の最も物体側に配された第４レンズとが非球面を有する実像結像レンズ系。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の実像結像レンズにおいて、
   全てのレンズがガラスレンズであり、そのガラス材料は鉛、砒素などの有害物質を含有していないことを特徴とする実像結像レンズ。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の実像結像レンズにおいて、
   半画角が略６０度、歪曲収差が±２％程度で、Ｆナンバが略２である実像結像レンズ系。
9. 請求項１ないし８の何れか１項に記載の実像結像レンズを用いた撮像装置。

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