JP2016061903A - 結像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３レンズ群構成で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない、新規な結像レンズを実現する。
【解決手段】物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正または負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を配して構成され、遠距離から近距離へのフォーカシングに際し、第３レンズ群Ｇ３を像面Ｉｍに対して固定し、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２とを一体的に物体側へ移動させる結像レンズであって、第３レンズ群Ｇ３が、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ３１と正レンズＬ３２の２枚のレンズを配して構成され、第３レンズを構成する前記負レンズＬ３１と正レンズＬ３２の空気間隙：Ｄ、第３レンズ群の前記負レンズの物体側面から像面までの機械的距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉが、条件式：（１） ０．２０＜Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ＜０．６０を満足する。
【選択図】図１

Description

この発明は、結像レンズおよび撮像装置に関する。

所謂「産業用カメラ」が広く実用化され、例えば、マシンビジョン用の画像入力装置等の開発が進んでいる。

マシンビジョンの画像入力装置に用いられる結像レンズは、フォーカシングに伴うレンズ性能の変化が少なく、安定していることが重要である。

フォーカシングに伴うレンズ性能の変動を抑制した光学系として、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１に記載された光学系（レンズ系）は、正の屈折力の第１レンズユニットと、正または負の屈折力の第２レンズユニットにより構成されている。

そして、物体側より像側へ順に、正の屈折力のレンズユニット１ａ、開口絞り、正の屈折力のレンズユニット１ｂからなる第１レンズユニットが物体側へ移動することにより、
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングが行われる。

この発明は、３レンズ群構成で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない、新規な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に、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群、正または負の屈折力を有する第３レンズ群を配して構成され、遠距離から近距離へのフォーカシングに際し、第３レンズ群を像面に対して固定し、第１レンズ群と開口絞りと第２レンズ群とを一体的に物体側へ移動させる結像レンズであって、第３レンズ群が、物体側から像側へ向かって順に、負レンズと正レンズの２枚のレンズを配して構成され、第３レンズ群を構成する前記負レンズと正レンズの空気間隙：Ｄ、第３レンズ群の前記負レンズの物体側面から像面までの距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉが、条件式：
（１） ０．２０ ＜ Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ ＜ ０．６０
を満足する。

この発明によれば、３レンズ群構成で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない、新規な結像レンズを実現できる。

実施例１の結像レンズを説明するための図である。 実施例２の結像レンズを説明するための図である。 実施例３の結像レンズを説明するための図である。 実施例４の結像レンズを説明するための図である。 実施例５の結像レンズを説明するための図である。 実施例１の結像レンズの無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例１の結像レンズのワーキングディスタンス：０．３ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例１の結像レンズのワーキングディスタンス：０．２ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズの無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズのワーキングディスタンス：０．３ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズのワーキングディスタンス：０．２ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズの無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズのワーキングディスタンス：０．３ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズのワーキングディスタンス：０．２ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズの無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズのワーキングディスタンス：０．３ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズのワーキングディスタンス：０．２ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例５の結像レンズの無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例５の結像レンズのワーキングディスタンス：０．３ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例５の結像レンズのワーキングディスタンス：０．２ｍに合焦した状態での収差図である。 撮像装置の実施の１形態を説明するための図である。

図１ないし図５に、結像レンズの実施の形態を５例示す。これら実施の形態は、この順序に、後述する具体的な実施例１ないし５に対応する。

図１ないし図５において、図の左方が物体側、図の右方が像側である。
図１ないし図５において、上段の図（（ａ）と表示）は「無限遠に合焦している状態」におけるレンズ構成図、中段の図（（ｂ）と表示）は「中間距離に合焦している状態」におけるレンズ構成図、下段の図（（ｃ）と表示）は「近距離に合焦している状態」を示している。

繁雑を避けるため、図１ないし図５において、符号を共通化する。

これらの図において、符号Ｇ１は「第１レンズ群」、符号Ｇ２は「第２レンズ群」、符号Ｇ３は「第３レンズ群」を示し、符号Ｓは「開口絞り」を示す。

また、符号Ｉｍは「像面」を示す。
これら実施の形態の結像レンズは、結像させた像を撮像素子で撮像する場合を想定されており、図１ないし図５において符号ＣＧは「撮像素子のカバーガラス」を示している。

カバーガラスＣＧは「平行平板状」で、撮像素子の受光面は像面Ｉｍに合致している。

カバーガラスＣＧは、撮像素子の受光面をシールドして保護する機能を持つが、赤外線カットフィルタ等の機能を併せ持つことができる。

第１レンズ群Ｇ１は正の屈折力を持ち、第２レンズ群Ｇ２は正の屈折力を持ち、第３レンズ群Ｇ３は「正または負の屈折力」を持つ。

從って、図１ないし図５に実施の形態を示す結像レンズは、物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ３、正または負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を配して構成されている。
図１ないし図５に示すように「遠距離（上段の図）から近距離（下段の図）へのフォーカシング」に際し、第３レンズ群Ｇ３が像面Ｉｍに対して固定され、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２とが一体的に物体側へ移動される。

即ち、フォーカシングに際しては、第３レンズ群Ｇ３と像面Ｉｍとの位置関係が変化せず、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔のみが変化する。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ３１と正レンズＬ３２との２枚のレンズを配して構成されている。

この発明の結像レンズは、第３レンズを構成する前記負レンズと正レンズの空気間隙：Ｄ、第３レンズ群の前記負レンズの物体側面から像面までの機械的距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉが、条件式：
（１） ０．２０ ＜ Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ ＜ ０．６０
を満足する。

上記「第３レンズ群の負レンズの物体側面から像面までの距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉ」は、第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３１の物体側面から像面Ｉｍまでの距離」であるが、正レンズＬ３２の像側面と像面Ｉｍとの間に存在するカバーガラスＣＧの厚さは空気換算する。

即ち、第３レンズ群の正レンズＬ３２の像側面から像面Ｉｍまでの距離を「バックフォーカス」とするとき、上記距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉのなかの「バックフォーカスの部分」としては、空気換算された距離が用いられる。

この発明の結像レンズの、図１ないし図５に示す実施の形態に対応する後述の具体的な実施例１ないし５の結像レンズも、勿論、条件式（１）を満足する。

条件式（１）は、この発明の結像レンズの各収差をバランスよく補正した状態で、フォーカシングに伴う「各収差の変動」を有効に抑制する条件である。

条件式（１）のパラメータが０．２０以下になると、フォーカシングに伴う「球面収差の変動」が過大となり、無限遠側や至近側に合焦させた状態での性能を十分に確保できなくなる。

条件式（１）のパラメータが０．６０以上になるとレンズ系が大型化し易くなり、コマ収差の補正と「結像レンズの小型化」を両立させることが困難である。

条件式（１）のパラメータ「Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ」を、条件式（１）より若干狭い条件式：
（１Ａ） ０．２５ ＜ Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ ＜ ０．５０
により規制することにより、フォーカシングに伴う「各収差の変動」を、より良好に抑制することができる。

この発明の結像レンズは、上記構成とともに、以下の条件式（２）〜（４）の任意の１以上を満足することが好ましい。

（２） ０．１５ ＜ Ｄ／ｆ ＜ ０．４０
（３） １．１０ ＜ ｆ／ｆ_１−２ ＜ １．４０
（４） −０．１５＜（ｒ_３ＮＲ−ｒ_３ＰＦ）／（ｒ_３ＮＲ＋ｒ_３ＰＦ）＜０．０５

条件式（２）〜（４）のパラメータにおける各記号の意味は以下の通りである。

「Ｄ」は、第３レンズ群を構成する負レンズと正レンズの空気間隙、「ｆ」は、結像レンズを無限遠物体に合焦させた状態における全系の焦点距離、「ｆ_１−２」は、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離である。

また、「ｒ_３ＮＲ」は、第３レンズ群の負レンズの像側面の曲率半径、「ｒ_３ＰＦ」は、第３レンズ群の正レンズの物体側面の曲率半径である。

条件式（２）のパラメータが０．１５以下になると、フォーカシングに伴う各種収差の変動の抑制が難しくなり、０．４０以上になると、コマ収差の補正と結像レンズの小型化を両立させることが困難になる。

条件式（２）を満足させることにより、結像レンズの大型化と「フォーカシングに伴う各種収差の変動」とを、より有効に抑制できる。

条件式（３）のパラメータは、第３レンズ群の倍率に関するものである。

条件式（３）のパラメータが１．１０以下では、第３レンズ群の倍率が、全系の倍率に対して相対的に小さく、「第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群」を一体としたフォーカシングのための移動量が大きくなり易い。

以下において「フォーカシングに際して一体的に移動する第１レンズ群、開口絞り、第２レンズ群」を「可動群」とも言う。

このため、フォーカシングを行うために「可動群を変位させる機構（以下「変位機構」とも言う。）」を含めた結像レンズ系が大型化し易い。

条件式（３）のパラメータが１．４以上では、第３レンズ群の倍率が、全系の倍率に対して相対的に大きく、第１レンズ群と第２レンズ群とで形成される像の収差が、第３レンズ群で拡大され易く、各種収差の補正のバランスを良好に保つことが難しくなる。

条件式（３）を満足することにより、少ない繰り出し量でフォーカシングが可能となる。
従って、結像レンズ系の大型化を抑制し易く、各種収差の補正のバランスを良好に保つことが容易である。

条件式（３）のパラメータが、条件式（３）よりも若干狭い条件式：
（３Ａ） １．２０ ＜ ｆ／ｆ_１−２ ＜ １．３０
を満足するようにすると、「結像レンズ系の大型化を抑制し易く、各種収差の補正のバランスを良好に保ち易い」という条件式（３）の効果をより助長できる。

条件式（４）のパラメータが−０．１５以下では、球面収差がアンダー側に発生し易くなったり、内向性のコマ収差が発生し易くなったりする。

条件式（４）のパラメータが０．０５以上では、球面収差がオーバー側に発生し易くなったり、外向性のコマ収差が発生し易くなったりする。

条件式（４）を満足させることにより、球面収差やコマ収差の発生し易さを抑制することができる。

条件式（４）のパラメータが、条件式（４）よりも若干狭い条件式：
（４Ａ） −０．１０＜（ｒ_３ＮＲ−ｒ_３ＰＦ）／（ｒ_３ＮＲ＋ｒ_３ＰＦ）＜０．００
を満足するようにすると、条件式（４）の「球面収差やコマ収差の抑制効果」をさらに助長できる。

この発明の結像レンズ系では、上記の如く、正または負の屈折力を持つ第３レンズ群が、物体側から像側へ向かって、負レンズと正レンズを配してなる「２枚レンズ構成」である。

正の屈折力を持つ第１レンズ群は「２枚の正レンズの像側に、像側に凹面を向けた負レンズを配した３枚のレンズ」により構成することができる。

この場合、正の屈折力を持つ第２レンズ群は「２枚の正レンズの物体側に、物体側に凹面を向けた負レンズを配した３枚のレンズ」により、もしくは「２枚の正レンズの物体側に、物体側に凹面を向けた正レンズと負レンズを物体側からこの順序に配した４枚のレンズ」により」により構成することができる。

このような構成では「第１レンズ群と、開口絞りと、第２レンズ群の配置」が、開口絞りに対して対称的な所謂「ガウスタイプ」となり、可動群を「必要最低限のレンズ枚数で、各種収差を十分に小さい状態でバランス」させる構成とすることが可能となる。

「可動群」のこのような構成を前提とした場合には、結像レンズは、前記条件式（１）に加えて、あるいは、さらに条件式（２）〜（４）の任意の１とともに、以下の条件式：
（５） １．２０ ＜ ｆ_１／ｆ_１−２ ＜ ４．００
（６） −０．１５＜（ｒ_１ＮＲ＋ｒ_２ＮＦ）／（ｒ_１ＮＲ−ｒ_２ＮＦ）＜０．０５
の任意の１以上を満足することが好ましい。

また、条件式（５）、（６）の任意の１以上とともに、以下の３条件：
（７） １．５８ ＜ ｎ_ｄ ＜ １．６３
（８） ６２．０ ＜ ν_ｄ ＜ ７０．０
（９） ０．００４＜θ_ｇ,Ｆ-（-０．００１７４２×ν_ｄ＋０．６４９０）＜０．０３０
を満足することが好ましい。

条件（５）〜（９）のパラメータにおける各記号の意味は、以下の通りである。

「ｆ_１」は、第１レンズ群の焦点距離、「ｆ_１−２」は、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離である。

また、「ｒ_１ＮＲ」は、第１レンズ群の負レンズの像側面の曲率半径、「ｒ_２ＮＦ」は、第２レンズ群の負レンズの物体側面の曲率半径である。

条件式（７）ないし（９）におけるパラメータ「ｎ_ｄ」、「ν_ｄ」および「θ_ｇ,Ｆ」は、第１レンズ群の「最も物体側に配される正レンズ」の材質の、屈折率、アッベ数および部分分散比である。

「部分分散比：θ_ｇ,Ｆ」は、レンズ材料のｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率：ｎ_ｇ、ｎ_Ｆ、ｎ_Ｃにより、次式：
θ_ｇ,Ｆ＝(ｎｇ-ｎＦ)／(ｎＦ-ｎＣ)
で定義される。

条件式（５）は、開口絞りとともにガウスタイプをなす第１レンズ群と第２レンズ群の「屈折力の良好な関係」を与える条件である。

条件式（５）のパラメータが１．２０以下であると、第1レンズ群の屈折力が、第２レンズ群の屈折力に対して相対的に過大となり、４．００以上であると相対的に過小になる。

いずれにしても、条件式（５）の範囲外では「可動群」にコマ収差や歪曲収差が発生しやすくなる。

条件式（５）を満足させることにより、可動群におけるコマ収差や歪曲収差の発生を良好に抑制できる。

条件式（５）のパラメータが、条件式（５）より若干狭い、条件：
（５Ａ） １．５０ ＜ ｆ_１／ｆ_１−２ ＜ ３．００
を満足するようにすると、条件式（５）の「可動群におけるコマ収差や歪曲収差の発生抑制」の効果をより助長できる。

条件式（６）のパラメータを、条件式（６）の範囲内にすることにより、コマ収差の「より良好な補正」が可能となる。

条件式（７）、（８）および（９）を満足するような分散特性を有する材料で、第1レンズ群の正レンズを構成することにより「色収差のより良好な補正」が可能となる。

結像レンズには勿論、非球面や回折面等の特殊面を１面以上採用することができるが、全てのレンズ面を球面で形成することもできる。

非球面や回折面などの特殊面を使用しないことにより、例えば成型用の金型などの「大きな製造コスト」の発生を回避でき、特に少ロットの生産時においてコスト的に有利である。

また、結像レンズを構成する各レンズ部品の材料を全て「無機固体材料」とすることが好ましい。有機材料や有機無機ハイブリッド材料等によるレンズは、温度・湿度などの環境条件による特性の変化が大きい。

結像レンズを構成する全てのレンズを「無機固体材料」で形成することにより、温度・湿度などの環境条件の変化の影響を受けにくい結像レンズを実現できる。

「実施例」
以下に、図１ないし図５に実施の形態を示した結像レンズの具体的な実施例として、実施例１ないし５を挙げる。

実施例１ないし５の結像レンズは、マシンビジョン用の画像入力装置に使用されることを想定されており、ワーキングディスタンスが確保し易く、パースペクティブの影響を受けにくい望遠気味の結像レンズである。

「ワーキングディスタンス」は、作動距離であり、画像入力のために撮像すべき対象物（「ワーク」とも言う。）の物体面からレンズ先端までの距離である。

これら実施例の結像レンズは、半画角：１０度前後、Ｆナンバ：２．４程度のものとして構成されている。

符号を共通化した図１〜図５に示すように、結像レンズは、物体側から像側へ向かい、第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３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の３枚を配して構成されている。

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の３枚、もしくは、正レンズＬ２１Ａ、負レンズＬ２１Ｂ、正レンズＬ２２、正レンズＬ２３の４枚を配して構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、前述の如く、物体側から像側へ向かって順次、負レンズＬ３１、正レンズＬ３２を配してなる。

遠距離から近距離へのフォーカシングに際しては、第３レンズ群Ｇ３を像面Ｉｍに対して固定し、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ３とを一体的に物体側へ移動させる。

実施例１〜５の全てにおいて「最大像高は８．８ｍｍ」である。

各実施例において、第３レンズ群Ｇ３の像面側に配設される平行平板状のカバーガラスＣＧは、その像側面が像面Ｉｍから物体側に約１．０ｍｍの位置となるよう配設されているが、勿論、これに限られる訳ではない。

実施例１〜５の全てにおいて、結像レンズの「ワークの物体面までの至近距離は、ワーキングディスタンスとして０．２ｍ」であり、このときの撮影倍率はおよそ０．２５倍以上となっている．
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
F：Fナンバ
ω：半画角（無限遠に合焦した状態での半画角）
R：曲率半径
D：面間隔
N_d：屈折率
ν_d：アッベ数
θ_g,F：部分分散比
W.D：ワーキングディスタンス（物体から負レンズＬ１１の物体側面までの距離）
なお、長さの次元を持つ量の単位は、特に断らない限り「ｍｍ」である。

最初に挙げる実施例１は、図１に示した結像レンズの具体例である。

「実施例１」
f = 50.01，F = 2.45，ω = 9.92
面番号 R D N_d ν_d θ_g,F 硝種名
01 29.180 5.00 1.61800 63.33 0.5441 OHARA S-PHM52
02 -157.009 1.51
03 22.556 4.00 1.74320 49.34 0.5531 OHARA S-LAM60
04 41.995 0.86
05 ∞ 3.00 1.56732 42.82 0.5731 OHARA S-TIL26
06 12.234 4.30
07 絞り 3.91
08 -13.328 1.80 1.63980 34.47 0.5922 OHARA S-TIM27
09 52.924 5.00 1.71300 53.87 0.5459 OHARA S-LAL8
10 -19.474 0.20
11 55.227 3.00 1.65100 56.16 0.5482 OHARA S-LAL54
12 -37.986 可変(A)
13 71.849 2.50 1.83400 37.16 0.5776 OHARA S-LAH60
14 23.849 11.95
15 28.463 4.00 1.68893 31.07 0.6004 OHARA S-TIM28
16 100.559 14.036
17 ∞ 0.75 1.51633 64.14 カバーガラス
18 ∞ 。

上記データ中の「絞り」は勿論「開口絞り」である。

「可変間隔（Ａ）」
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 2.000 7.566 10.550 。

「条件式のパラメータの値」
（１） D/L_3F-I=0.352
（２） D/f=0.239
（３） f/f_1-2=1.25
（４） (r_3NR-r_3PF)/(r_3NR+r_3PF)=-0.0882
（５） f₁/f_1-2=1.96
（６） (r_1NR+r_2NF)/(r_1NR-r_2NF)=-0.0428
（７） n_d=1.61800
（８） ν_d=63.33
（９） θ_g,F-(-0.001742×ν_d+0.6490)= 0.0055 。

図６に実施例１の結像レンズの「無限遠に合焦した状態」における収差図を示す。

図７に実施例１の結像レンズの「ワーキングディスタンス：０．３ｍに合焦した状態」における収差図を示す。

図８に実施例１の結像レンズの「ワーキングディスタンス：０．２ｍに合焦した状態」における収差図を示す。

球面収差の図中の破線は「正弦条件」を表し、非点収差の図中の実線は「サジタル」、破線は「メリディオナル」を表す。また「ｄ」はｄ線、「ｇ」はｇ線を表す。これらの表記は、以下に挙げる実施例２〜実施例５においても同様である。

次に挙げる実施例２は、図２に示した結像レンズの具体例である。

「実施例２」
f = 50.00，F = 2.45，ω = 9.92
面番号 R D N_d ν_d θ_g,F 硝種名
01 32.061 5.00 1.61800 63.33 0.5441 OHARA S-PHM52
02 -139.329 0.20
03 21.428 4.00 1.74320 49.34 0.5531 OHARA S-LAM60
04 37.150 0.73
05 116.366 3.00 1.56732 42.82 0.5731 OHARA S-TIL26
06 12.500 4.30
07 絞り 3.90
08 -14.500 5.00 1.67270 32.10 0.5988 OHARA S-TIM25
09 73.560 5.00 1.65100 56.16 0.5482 OHARA S-LAL54
10 -20.097 0.20
11 53.722 3.00 1.71300 53.87 0.5459 OHARA S-LAL8
12 -51.528 可変(A)
13 85.541 2.50 1.62230 53.17 0.5542 OHARA S-BSM22
14 25.940 16.24
15 27.554 2.96 1.58144 40.75 0.5774 OHARA S-TIL25
16 68.446 12.226
17 ∞ 0.75 1.51633 64.14 カバーガラス
18 ∞ 。

「可変間隔（Ａ）」
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 1.900 7.493 10.450 。

「条件式のパラメータの値」
（１） D/L_3F-I=0.458
（２） D/f=0.325
（３） f/f_1-2=1.24
（４） (r_3NR-r_3PF)/(r_3NR+r_3PF)=-0.0302
（５） f₁/f_1-2=2.07
（６） (r_1NR+r_2NF)/(r_1NR-r_2NF)= -0.0741
（７） n_d=1.61800
（８） ν_d=63.33
（９） θ_g,F-(-0.001742×ν_d+0.6490)=0.0055 。

図９〜図１１に、実施例２の結像レンズの収差図を、図６〜図８に倣って示す。

次に挙げる実施例３は、図３に示した結像レンズの具体例である。

「実施例３」
f = 50.00，F = 2.45，ω = 9.99
面番号 R D N_d ν_d θ_g,F 硝種名
01 32.264 5.00 1.61800 63.33 0.5441 OHARA S-PHM52
02 -177.652 2.61
03 23.418 4.00 1.78590 44.20 0.5631 OHARA S-LAH51
04 45.843 0.77
05 1630.890 3.00 1.60342 38.03 0.5835 OHARA S-TIM5
06 13.278 4.30
07 絞り 3.90
08 -13.780 3.00 1.62004 36.26 0.5879 OHARA S-TIM2
09 44.673 5.00 1.65100 56.16 0.5482 OHARA S-LAL54
10 -18.393 0.20
11 47.326 3.00 1.71300 53.87 0.5459 OHARA S-LAL8
12 -58.035 可変(A)
13 69.224 2.50 1.80610 40.93 0.5701 OHARA S-LAH53
14 22.797 9.05
15 25.136 3.50 1.59551 39.24 0.5803 OHARA S-TIM8
16 87.309 17.956
17 ∞ 0.75 1.51633 64.14 カバーガラス
18 ∞ 。

「可変間隔（Ａ）」
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 1.900 7.517 10.475 。

「条件式のパラメータの値」
（１） D/L_3F-I=0.262
（２） D/f=0.181
（３） f/f_1-2=1.24
（４） (r_3NR-r_3PF)/(r_3NR+r_3PF)=-0.0488
（５） f₁/f_1-2=1.81
（６） (r_1NR+r_2NF)/(r_1NR-r_2NF)=-0.0186
（７） n_d=1.61800
（８） ν_d=63.33
（９） θ_g,F-(-0.001742×ν_d+0.6490)= 0.0055 。

図１２〜図１４に、実施例３の結像レンズの収差図を、図６〜図８に倣って示す。

次に挙げる実施例４は、図４に示した結像レンズの具体例である。

「実施例４」
ｆ = 50.00，F = 2.45，ω = 9.92
面番号 R D N_d ν_d θ_g,F 硝種名
01 30.592 5.00 1.61800 63.33 0.5441 OHARA S-PHM52
02 -386.855 1.63
03 21.275 4.00 1.78590 44.20 0.5631 OHARA S-LAH51
04 44.410 0.59
05 118.176 3.00 1.60342 38.03 0.5835 OHARA S-TIM5
06 11.488 4.30
07 絞り 4.73
08 -22.114 3.00 1.48749 70.24 0.5300 OHARA S-FSL5
09 -16.612 0.66
10 -12.075 2.00 1.60342 38.03 0.5835 OHARA S-TIM5
11 38.763 5.00 1.65100 56.16 0.5482 OHARA S-LAL54
12 -15.623 0.20
13 44.789 3.00 1.71300 53.87 0.5459 OHARA S-LAL8
14 -235.889 可変(A)
15 66.771 2.50 1.80610 40.93 0.5701 OHARA S-LAH53
16 24.406 12.38
17 26.340 3.50 1.69895 30.13 0.6030 OHARA S-TIM35
18 60.579 12.322
19 ∞ 0.75 1.51633 64.14 カバーガラス
20 ∞ 。

「可変間隔（Ａ）」
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 1.900 7.525 10.445 。

「条件式のパラメータの値」
（１） D/L_3F-I=0.385
（２） D/f=0.248
（３） f/f_1-2=1.23
（４） (r_3NR-r_3PF)/(r_3NR+r_3PF)=-0.0381
（５） f₁/f_1-2=2.49
（６） (r_1NR+r_2NF)/(r_1NR-r_2NF)=-0.0249
（７） n_d=1.61800
（８） ν_d=63.33
（９） θ_g,F-(-0.001742×ν_d+0.6490)=0.0055 。

因みに、実施例４は、第２レンズ群を「正レンズＬ２１Ａ、負レンズＬ２１Ｂ、正レンズＬ２２、正レンズＬ２３の４枚」で構成した例である。

条件式（６）のパラメータ中における「ｒ_2NF」は面番号１０の面（負レンズＬ２１Ｂの像側面、正レンズＬ２２の物体側面と接合されている。）である。

図１５〜図１７に、実施例４の結像レンズの収差図を、図６〜図８に倣って示す。

最後に挙げる実施例５は、図５に示した結像レンズの具体例である。

「実施例５」
f = 50.01，F = 2.45，ω = 9.92
面番号 R D N_d ν_d θ_g,F 硝種名
01 31.857 5.00 1.60300 65.44 0.5401 OHARA S-PHM53
02 -351.193 4.03
03 18.284 3.03 1.74320 49.34 0.5531 OHARA S-LAM60
04 28.838 0.65
05 53.015 3.00 1.53172 48.84 0.5631 OHARA S-TIL6
06 10.847 4.30
07 絞り 4.14
08 -12.662 2.00 1.63980 34.47 0.5922 OHARA S-TIM27
09 28.313 5.00 1.71300 53.87 0.5459 OHARA S-LAL8
10 -19.018 0.20
11 64.971 3.00 1.65100 56.16 0.5482 OHARA S-LAL54
12 -36.236 可変(A)
13 83.447 2.50 1.85026 32.27 0.5929 OHARA S-LAH71
14 25.471 13.56
15 28.378 4.00 1.84666 23.78 0.6205 OHARA S-TIH53
16 72.625 12.260
17 ∞ 0.75 1.51633 64.14 カバーガラス
18 ∞ 。

「可変間隔（Ａ）」
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 2.000 7.568 10.494 。

「条件式のパラメータの値」
（１） D/L_3F-I=0.401
（２） D/f=0.271
（３） f/f_1-2=1.24
（４） (r_3NR-r_3PF)/(r_3NR+r_3PF)=-0.0540
（５） f₁/f_1-2=2.23
（６） (r_1NR+r_2NF)/(r_1NR-r_2NF)=-0.0772
（７） n_d=1.60300
（８） ν_d=65.44
（９） θ_g,F-(-0.001742×ν_d+0.6490)=0.0052 。

図１８〜図２０に、実施例５結像レンズの収差図を、図６〜図８に倣って示す。

各実施例の収差図に示されたように、各実施例とも収差は高いレベルで補正され、フォーカシングによる像面湾曲の変化も抑制されている。
球面収差は、フォーカシングに伴って「プラスからマイナスへと変化する」が、変化量は絶対値としては十分に小さい。

軸上色収差・倍率色収差も小さく、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ている他、歪曲収差も絶対値で０．７％未満となっている。

即ち、実施例１ないし５の結像レンズは何れも、各種収差が十分に低減され、６００万〜１２００万画素の撮像素子に対応した解像力を有し、歪曲収差の絶対値が１％未満で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない高性能の結像レンズとなっている。

なお、上記の如く、実施例１ないし５の結像レンズは何れも、第１レンズ群Ｇ１ないし第３レンズ群Ｇ３を構成する全てのレンズが球面レンズであり、これら全てのレンズは「無機固体材料を材料」として形成されている。

図２１に即して、撮像装置を用いる「マシンビジョンの画像入力装置」のシステムの１例を説明する。

この「システム」は製品検査を行うものであり、検査対象としてのワークＷＫをコンベヤ３０により図の右方へ搬送しつつ、撮像装置１０によりワークＷＫを撮像して、画像入力する。

撮像装置１０には、請求項１〜１０の何れか１項に記載の結像レンズ、具体的には、例えば実施例１〜５の何れかに示されたものを用いる。

コンピュータあるいはＣＰＵ等として構成された制御手段２０は、コンベヤ３０の駆動や、照明装置１２の点滅の制御を行うほか、撮像装置１０内の「結像レンズのフォーカシングや撮像素子による画像の取得」を制御する。

種々のサイズの製品がワークＷＫとして検査の対象となり、制御手段２０は、ワークＷＫのサイズに応じた適切なワーキングディスタンスを特定し、特定されたワーキングディスタンスに応じて、結像レンズのフォーカシングを制御する。

以上のように、この発明によれば、以下の如き、新規な結像レンズと、これを用いる撮像装置を実現できる。

［１］
物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正または負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３を配して構成され、遠距離から近距離へのフォーカシングに際し、第３レンズ群Ｇ３を像面Ｉｍに対して固定し、第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳと第２レンズ群Ｇ２とを一体的に物体側へ移動させる結像レンズであって、第３レンズ群Ｇ３が、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ３１と正レンズＬ３２の２枚のレンズを配して構成され、第３レンズ群を構成する前記負レンズＬ３１と正レンズＬ３２の空気間隙：Ｄ、第３レンズ群の前記負レンズの物体側面から像面までの距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉが、条件式：
（１） ０．２０ ＜ Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ ＜ ０．６０
を満足する結像レンズ。

［２］
［１］記載の結像レンズにおいて、第３レンズ群３Ｇを構成する負レンズＬ３１と正レンズＬ３２の空気間隔：Ｄ、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
（２） ０．１５ ＜ Ｄ／ｆ ＜ ０．４０
を満足する結像レンズ。

［３］
［１］または［２］記載の結像レンズにおいて、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ_１−２が、条件式：
（３） １．１０ ＜ ｆ／ｆ_１−２ ＜ １．４０
を満足する結像レンズ。

［４］
［１］ないし［３］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ３１の像側面の曲率半径：ｒ_３ＮＲ、第３レンズ群の正レンズＬ３２の物体側面の曲率半径：ｒ_３ＰＦが、条件式：
（４） −０．１５＜(ｒ_３ＮＲ−ｒ_３ＰＦ)／（ｒ_３ＮＲ＋ｒ_３ＰＦ）＜０．０５
を満足する結像レンズ。

［５］
［１］ないし［４］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１が、２枚の正レンズＬ１１、Ｌ１２の像側に、像側に凹面を向けた負レンズＬ１３を配した３枚のレンズにより構成され、第２レンズ群２Ｇが、２枚の正レンズＬ２２、Ｌ２３の物体側に、物体側に凹面を向けた負レンズＬ２１を配した３枚のレンズ、もしくは、物体側に凹面を向けた正レンズＬ２１Ａと負レンズＬ２１Ｂを物体側からこの順序に配した４枚のレンズにより構成された結像レンズ。

［６］
［５］記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離：ｆ_１、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離：ｆ_１−２が、条件式：
（５） １．２０ ＜ ｆ_１／ｆ_１−２ ＜ ４．００
を満足する結像レンズ。

［７］
［５］または［６］記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ１３の像側面の曲率半径：ｒ_１ＮＲ、第２レンズ群の負レンズの物体側面の曲率半径：ｒ_２ＮＦが、条件式：
（６） −０．１５＜（ｒ_１ＮＲ＋ｒ_２ＮＦ）／（ｒ_１ＮＲ−ｒ_２ＮＦ）＜０．０５
を満足する結像レンズ。

［８］
［５］ないし［７］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、レンズ材料の部分分散比：θ_ｇ,Ｆを、該レンズ材料のｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率：ｎ_ｇ、ｎ_Ｆ、ｎ_Ｃにより、
θ_ｇ,Ｆ＝(ｎｇ-ｎＦ)／(ｎＦ-ｎＣ)
で定義するとき、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に配される正レンズＬ１１の材質の、屈折率：ｎ_ｄ、アッベ数：ν_ｄ、部分分散比：θ_ｇ,Ｆが、条件式：
（７） １．５８ ＜ ｎ_ｄ ＜ １．６３
（８） ６２．０ ＜ ν_ｄ ＜ ７０．０
（９） ０．００４＜θ_ｇ,Ｆ-（-０．００１７４２×ν_ｄ＋０．６４９０）＜０．０３０
を満足する結像レンズ。

［９］
［１］ないし［８］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群ないし第３レンズ群を構成する全てのレンズが球面レンズである結像レンズ。

［１０］
［１］ないし［９］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群ないし第３レンズ群を構成する全てのレンズの材質が、無機固体材料である結像レンズ。

［１１］
［１］ないし［１０］の何れか１に記載の結像レンズを有する撮像装置。

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。
この発明の結像レンズは、上記マシンビジョン用の画像入力装置への使用が可能であるのみならず、デジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラ等に用いることもできる。

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。

Ｇ１ 第１レンズ群
Ｓ 開口絞り
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｉｍ 像面
ＣＧ カバーガラス
Ｌ１１ 第１レンズ群の正レンズ
Ｌ１２ 第１レンズ群の正レンズ
Ｌ２１ 第２レンズ群の負レンズ
Ｌ２１Ａ 第２レンズ群の正レンズ
Ｌ２１Ｂ 第２レンズ群の負レンズ
Ｌ２２ 第２レンズ群の正レンズ
Ｌ２３ 第２レンズ群の正レンズ
Ｌ３１ 第３レンズ群の負レンズ
Ｌ３２ 第３レンズ群の正レンズ
１０ 撮像装置
１２ 照明装置
２０ 制御手段
３０ コンベヤ
ＷＫ ワーク

特開２０１３−２１８０１５号公報

Claims (11)

1. 物体側から像側へ向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群、正または負の屈折力を有する第３レンズ群を配して構成され、遠距離から近距離へのフォーカシングに際し、第３レンズ群を像面に対して固定し、第１レンズ群と開口絞りと第２レンズ群とを一体的に物体側へ移動させる結像レンズであって、
   第３レンズ群が、物体側から像側へ向かって順に、負レンズと正レンズの２枚のレンズを配して構成され、
   第３レンズ群を構成する前記負レンズと正レンズの空気間隙：Ｄ、第３レンズ群の前記負レンズの物体側面から像面までの距離：Ｌ_３Ｆ−Ｉが、条件式：
   （１） ０．２０ ＜ Ｄ／Ｌ_３Ｆ−Ｉ ＜ ０．６０
   を満足する結像レンズ。
2. 請求項１記載の結像レンズにおいて、
   第３レンズ群を構成する負レンズと正レンズの空気間隔：Ｄ、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
   （２） ０．１５ ＜ Ｄ／ｆ ＜ ０．４０
   を満足する結像レンズ。
3. 請求項１または２記載の結像レンズにおいて、
   無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ_１−２が、条件式：
   （３） １．１０ ＜ ｆ／ｆ_１−２ ＜ １．４０
   を満足する結像レンズ。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第３レンズ群の負レンズの像側面の曲率半径：ｒ_３ＮＲ、第３レンズ群の正レンズの物体側面の曲率半径：ｒ_３ＰＦが、条件式：
   （４） −０．１５＜(ｒ_３ＮＲ−ｒ_３ＰＦ)／（ｒ_３ＮＲ＋ｒ_３ＰＦ）＜０．０５
   を満足する結像レンズ。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群が、２枚の正レンズの像側に、像側に凹面を向けた負レンズを配した３枚のレンズにより構成され、
   第２レンズ群が、２枚の正レンズの物体側に、物体側に凹面を向けた負レンズを配した３枚のレンズ、もしくは、物体側に凹面を向けた正レンズと負レンズを物体側からこの順序に配した４枚のレンズにより構成された結像レンズ。
6. 請求項５記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群の焦点距離：ｆ_１、第１レンズ群と第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ_１−２が、条件式：
   （５） １．２０ ＜ ｆ_１／ｆ_１−２ ＜ ４．００
   を満足する結像レンズ。
7. 請求項５または６記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群の負レンズの像側面の曲率半径：ｒ_１ＮＲ、第２レンズ群の負レンズの物体側面の曲率半径：ｒ_２ＮＦが、条件式：
   （６） −０．１５＜（ｒ_１ＮＲ＋ｒ_２ＮＦ）／（ｒ_１ＮＲ−ｒ_２ＮＦ）＜０．０５
   を満足する結像レンズ。
8. 請求項５ないし７の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   レンズ材料の部分分散比：θ_ｇ,Ｆを、該レンズ材料のｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率：ｎ_ｇ、ｎ_Ｆ、ｎ_Ｃにより、
   θ_ｇ,Ｆ＝(ｎｇ-ｎＦ)／(ｎＦ-ｎＣ)
   で定義するとき、第１レンズ群の最も物体側に配される正レンズの材質の、屈折率：ｎ_ｄ、
   アッベ数：ν_ｄ、部分分散比：θ_ｇ,Ｆが、条件式：
   （７） １．５８ ＜ ｎ_ｄ ＜ １．６３
   （８） ６２．０ ＜ ν_ｄ ＜ ７０．０
   （９） ０．００４＜θ_ｇ,Ｆ-(-０．００１７４２×ν_ｄ＋０．６４９０)＜０．０３０
   を満足する結像レンズ。
9. 請求項１ないし８の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群ないし第３レンズ群を構成する全てのレンズが球面レンズである結像レンズ。
10. 請求項１ないし９の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
    第１レンズ群ないし第３レンズ群を構成する全てのレンズの材質が、無機固体材料である結像レンズ。
11. 請求項１ないし１０の何れか１項に記載の結像レンズを有する撮像装置。

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