JP2016061918A - 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レンズ性能の変化が少ない、結像レンズを提供する。【解決手段】物体側から順に、正の第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の第２レンズ群Ｇ２、正の第３レンズ群Ｇ３を配し、無限遠から近距離物体へのフォーカシングを、第１、第２レンズ群を一体に物体側へ移動させ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を増大させる結像レンズであって、第１レンズ群は物体側から順に、負・正・正・負の４枚のレンズを、第２レンズ群は物体側から順に、負・正・正の３枚のレンズを、第３レンズ群Ｇ３は物体側から順に、負・正の２枚のレンズを配し、全系の焦点距離：ｆ、第１、第２レンズ群の合成焦点距離：ｆ１２、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第１レンズ群の最も像側の負レンズの像側面の曲率半径：Ｒ１４２、第２レンズ群の最も物体側の負レンズの物体側面の距離率半径：Ｒ２１１が、特定の条件式を満足する。【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、正のパワーの第１レンズユニットと、正または負のパワーの第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、正のパワーのレンズユニット１ａ、開口絞り、正のパワーのレンズユニット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レンズ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、正のパワーを有する第１レンズ群、開口絞り、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群を配して構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを、第１レンズ群と第２レンズ群とを一体として物体側へ移動させ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を増大させて行う結像レンズであって、第１レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、像側が凹面である負レンズの４枚を配してなり、第２レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、物体側が凹面である負レンズ、正レンズ、正レンズの３枚を配してなり、第３レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、負レンズ、正レンズの２枚を配してなり、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：ｆ１２、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第１レンズ群の最も像側の負レンズの像側面の曲率半径：Ｒ１４２、第２レンズ群の最も物体側の負レンズの物体側面の距離率半径：Ｒ２１１が、条件式：
（１） ０．９５ ＜ｆ１２／ｆ＜ １．２
（２） ０．０ ＜ｆ／ｆ３＜ ０．２
（３） −０．５＜（Ｒ１４２＋Ｒ２１１）／（Ｒ１４２−Ｒ２１１）＜−０．２
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１の結像レンズの、無限遠物体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、結像倍率：−０．１の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例１の結像レンズの、結像倍率：−０．２の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例２の結像レンズの、無限遠物体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、結像倍率：−０．１の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例２の結像レンズの、結像倍率：−０．２の物体にフォーカシング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物体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、結像倍率：−０．１の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例３の結像レンズの、結像倍率：−０．２の物体にフォーカシング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物体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、結像倍率：−０．１の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例４の結像レンズの、結像倍率：−０．２の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 撮像装置の実施の１形態のシステムを説明するための図である。

図１ないし図４に、結像レンズの実施の形態を４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４に対応する。

図１ないし図４において、図の左方が「物体側」、図の右方が「像側」である。
これら図１ないし図４は、結像レンズが「無限遠に合焦した状態」でのレンズ構成図である。繁雑を避けるため、図１ないし図４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」、符号Ｓは「開口絞り」を、それぞれ示す。

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、図１〜図４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各種フィルタ機能を併せ持つことができる。

第１レンズ群Ｇ１ないし第３レンズ群Ｇ３は、何れも「正のパワー」を持つ。

無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２を一体として物体側へ移動させ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔が増大するように行われる。

開口絞りＳは、上記フォーカシングの際に、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２と一体として移動してもよく、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２と別箇に移動するか、あるいは像面Ｉｍに対して固定されてもよい。

正のパワーを持つ第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２、正レンズＬ１３、負レンズＬ１４を配して構成されている。
負レンズＬ１４は「像側が凹面」である。

正のパワーを持つ第２レンズ群Ｇ１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を配して構成されている。
負レンズＬ２１は「物体側が凹面」である。
従って、開口絞りＳは、負レンズＬ１４の像側の凹面と、負レンズＬ２１の物体側の凹面で挟まれている。

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

即ち、図１ないし図４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、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３を配して構成されている。

そして、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを一体として物体側へ移動させ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔を増大させて行う。

第１レンズ群Ｇ１は物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２、正レンズＬ１３、像側が凹面である負レンズＬ１４の４枚を配してなる。

第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ向かって順に、物体側が凹面である負レンズＬ２１、正レンズＬ２２、正レンズＬ２３の３枚を配してなり、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、正レンズＬ３２の２枚を配してなる。

この発明の結像レンズは、条件式（１）、（２）、（３）を満足する。
条件式（１）のパラメータが、１．２以上では、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に一体に移動する第１レンズ群と第２レンズ群の合成パワーが、全系のパワーに対して相対的に小さい。

このため、前記フォーカシングに伴う「第１レンズ群・第２レンズ群の移動量」が増大し、「フォーカシングに伴うレンズ性能の変化」を十分に抑制することが困難になる。
また、条件式（１）のパラメータが０．９５以下では「第１レンズ群・第２レンズ群の合成パワー（正のパワー）」が過大となり、これら第１レンズ群や第２レンズ群で収差が発生し易く、発生した収差が第３レンズ群の正のパワーにより拡大されることになる。

このため、全体としての収差を良好に補正することが容易でなく、補正しても、フォーカシングに伴う収差の変動を良好に抑制することが困難である。

条件式（１）を満足することにより、結像レンズの性能を良好に確保しつつ、フォーカシングに伴う収差の変動の抑制が容易になる。

条件式（２）は、全系のパワーと第３レンズ群のパワーとをバランスさせるものである。

第３レンズ群は、軸外光線の像面への入射角を小さくする役割や、第１、第２レンズ群で発生する残存収差を補正する役割を担っている。

条件式（２）のパラメータが、条件式（２）の範囲外では、第３レンズ群が「軸外光線の像面への入射角を小さくしつつ、第1、第２レンズ群で発生する残存収差を良好に補正する役割を果たす」ことが困難となる。

条件式（２）を満足することにより、上記第３レンズ群の役割を有効に機能させることができる。

この発明の結像レンズでは、第１レンズ群と第２レンズ群とが、開口絞りに関して対称に近く、開口絞りの前後の部分が「ガウス型」に近い配置となっている。

このような配置では、開口絞りに最も近い「第1レンズ群の像側の負レンズの像側面」と「第２レンズ群の最も物体側の負レンズの物体側面」とを、適切なパワー配分にすることが重要となる。

条件式（３）は、この「適切なパワー配分」を実現するものである。

条件式（３）のパラメータが、０．２以上では、第２レンズ群の負レンズの物体側面の曲率が過小となり、−０．５以下では第１レンズ群の像側の負レンズの像側面の曲率が過小となり、いずれにせよ、結像レンズ全系での良好な収差補正が困難になる。

条件式（３）を満足することにより、開口絞りを挟む「物体側の凹面と像側の凹面」のパワー配分が適正になされる。

前述の如く、この発明の結像レンズでは、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、第１レンズ群と第２レンズ群とを一体として物体側へ移動させ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を増大させて行う。

第３レンズ群は「第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が増大」するように、フォーカシングに際して移動することもできる。

しかし、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、第３レンズ群を像面に対して固定してもよい。
無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、第１レンズ群と第２レンズ群は、一体となって、物体側へ移動するから、第３レンズ群を像面に対して固定しても「第２レンズ群と第３レンズ群との間隔」は増大する。

上記フォーカシングに際して、第３レンズ群を像面に対して固定すると、フォーカシングを行うための機構が簡素化される。このような「フォーカシングのための機構の簡素化」は結像レンズの小型化を可能とする効果をもたらす。

この発明の結像レンズは、上記構成において、条件式（１）、（２）、（３）とともに、以下の条件式（４）ないし（９）の任意の１以上を満足することが好ましい。

（４） −０．２＜（Ｒ３１２−Ｒ３２１）／（Ｒ３１２＋Ｒ３２１）＜−０．０５
（５） ０．２０ ＜Ｄａ／Ｄ１＜ ０．４０
（６） −２．０ ＜ｆ１＿１／ｆ１＿２＜ −１．０
（７） ０．３ ＜ｆ１＿２／ｆ１＿３＜ ０．７
（８） ０．１ ＜（Ｒ１３１−Ｒ１４２）／（Ｒ１３１＋Ｒ１４２）＜ ０．２
（９） ０．１ ＜ｆ２／ｆ１＜ ０．３ 。

条件式（４）ないし（９）の各パラメータにおける記号の意味は以下の通りである。

第３レンズ群の、負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ３１）の像側面を凹面、正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ３２）の物体側面を凸面としたとき、「Ｒ３１２」は前記像側面の曲率半径（＞０）、「Ｒ３２１」は前記物体側面の曲率半径（＞０）である。

「Ｄａ」は、第１レンズ群の物体側の負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ１１）と物体側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１２）の空気間隔である。

「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距離：である。この距離：Ｄ１を「第１レンズ群の厚さ」とも言う。

「ｆ１＿１」は、第１レンズ群の物体側の負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ１１）の焦点距離であり、「ｆ１＿２」は、第１レンズ群の物体側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１２）の焦点距離である。

「ｆ１＿３」は、第１レンズ群の像側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１３）の焦点距離である。

「Ｒ１３１」は、第１レンズ群の像側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１３）の物体側面の曲率半径、「Ｒ１４２」は、第１レンズ群の像側の負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ１４）の像側面の曲率半径である。

「ｆ１」は、第１レンズ群の焦点距離、「ｆ２」は、第２レンズ群の焦点距離である。

条件式（４）のパラメータが−０．０５以上では、第３レンズ群の正レンズの物体側面の曲率半径が過小になり、結像レンズ全系での収差補正をバランスさせることが難しくなる。

条件式（４）のパラメータが−０．２以下では、第３レンズ群の負レンズの像側面の曲率半径が過小になり、結像レンズ全系での収差補正をバランスさせることが難しくなる。

第３レンズ群の持つ「軸外光線の像面への入射角を小さくする役割や、第１、第２レンズ群で発生する残存収差を補正する役割」は、条件式（４）を満足させることにより有効に機能しやすくなる。

第1レンズ群の物体側の負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ１１）と正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１２）は、球面収差やコマ収差のやり取りをすることで全系の収差の補正に寄与している。

条件式（５）は、第１レンズ群の物体側の「負レンズと正レンズ」の果たすかかる機能を有効に実現する条件である。

条件式（５）のパラメータが０．４０以上では、第１レンズ群に占める物体側の「負レンズと正レンズ」が相対的に大きくなって、第１レンズ群の像側の正レンズ、負レンズの間隔が過小になり、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

条件式（５）のパラメータが０．２０以下では、第１レンズ群に占める物体側の「負レンズと正レンズ」の間隔が相対的に過小となり、これら負レンズ・正レンズ間の「収差のやりとりが過大」となり、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

条件式（６）は、第１レンズ群の物体側の負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ１１）
と物体側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１２）のパワーのバランスに関するものである。

第1レンズ群の、物体側の負レンズと正レンズは、球面収差やコマ収差をやり取りすることにより、全系の収差の補正に寄与している。

条件式（６）のパラメータが−１．０以上では、物体側の負レンズの焦点距離が、物体側の正レンズの焦点距離に対して「絶対値において相対的に過小」となる。

このため、これら負レンズ・正レンズの収差補正のバランスが崩れ、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

条件式（６）のパラメータが−０．２以下では、物体側の正レンズの焦点距離が、物体側の負レンズの焦点距離に対して「絶対値において相対的に過小」となる。

このため、これら負レンズ・正レンズの収差補正のバランスが崩れ、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

条件式（７）は、第１レンズ群の物体側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１２）と像側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１３）のパワーのバランスに関するものである。

第１レンズ群の物体側と像側の正レンズは、第１レンズ群における正のパワーを分担して収差補正に寄与し、高性能と大口径の実現に対する寄与が大きい。

条件式（７）のパラメータが０．７以上では、第１レンズ群の像側の正レンズのパワーが、物体側の正レンズのパワーに対して過大となり、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

条件式（７）のパラメータが０．３以下では、第１レンズ群の物体側の正レンズのパワーが、像側の正レンズのパワーに対して過大となり、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

条件式（８）は、第１レンズ群の像側の正レンズ（図１〜図４において正レンズＬ１３）の物体側面と、像側の負レンズ（図１〜図４において負レンズＬ１４）の像側面のパワーのバランスに関するものである。

これらのレンズ面も、収差のやり取りにより全系の収差の補正に寄与している。
条件式（８）のパラメータが、０．２以上になると、像側の負レンズの像側面（凹面）の負のパワーが、像側の正レンズの物体側面の正のパワーに対して過大となる。また、０．１以下では、像側の負レンズの像側面の負のパワーに対して、像側の正レンズの物体側面の正のパワーが過小となる。

このため、条件式（８）の範囲外では、全系の収差の補正への寄与が難しくなる。

条件式（９）は、フォーカシングに際して一体的に移動する第１、第２レンズ群の正のパワーの分担を適当にするものである。

条件式（９）のパラメータが０．３以上では、第２レンズ群のパワーに対して第１レンズ群のパワーが相対的に強くなり、０．１以下では、第１レンズ群のパワーに対して第２レンズ群のパワーが相対的に強くなる。

条件式（９）の範囲外では、結像レンズ全系で補正することが困難な収差を発生させやすい。

この発明の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の材料は、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４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４を挙げる。

実施例１ないし４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。

なお、上記「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。

符号を共通化した図１〜図４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、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２、正レンズＬ１３、負レンズＬ１４の４枚を配して構成されている。

開口絞りＳの「すぐ像側」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枚を配してなる。

実施例１〜４において、負レンズＬ２１と正レンズＬ２２とは接合されている。

第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズＬ３１と正レンズＬ３２の２枚を配してなる。

実施例１〜４とも、結像レンズは９枚のレンズにより構成され、これら９枚のレンズは全て「球面レンズ」であり、「無機固体材料」で形成されている。

実施例１〜４の全てにおいて「最大像高は８．０ｍｍ」である。

各実施例において、第２レンズ群Ｇ２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。

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（無限遠物体にフォーカシングした状態の焦点距離）
F：Fナンバ
2ω：画角（無限遠に合焦した状態での画角）
R：曲率半径
D：面間隔
N：屈折率（上の説明における「ｎ_ｄ」）
ν：アッベ数（上の説明における「ν_ｄ」）
φ：光線有効径 。

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＝25.00、F=1.81、2ω=35.5度
実施例１のデータを表１に示す。

表１において、左欄の数値は、物体側から数えた面番号であり、面番号９は「開口絞りの面」である。以下の実施例２〜４においても同様である。

「可変間隔」
可変間隔は、フォーカシングに際して変化する間隔であり、表１における「Ｄ１４」である。可変間隔のデータを表２に示す。

表２における「ｉｎｆ．」、「×０．１０」、「×０．２０」は、それぞれ「無限遠にある物体」、「結像倍率：―０．１倍となる物体」、「結像倍率：―０．１倍となる物体」にフォーカシングした状態を意味する。以下の実施例２〜４においても同様である。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表３に示す。

「実施例２」
f＝25.00、F=1.81、2ω=35.5度
実施例２のデータを表４に示す。

「可変間隔」
可変間隔のデータを表５に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表６に示す。

「実施例３」
f＝25.01、F=1.81、2ω=35.5度
実施例３のデータを表７に示す。

「可変間隔」
可変間隔のデータを表８に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表９に示す。

「実施例４」
f＝25.00、F=1.81、2ω=35.4度
実施例４のデータを表１０に示す。

「可変間隔」
可変間隔のデータを表１１に示す。

「条件式のパラメータの値」
各条件式のパラメータの値を表１２に示す。

図５〜図７に、実施例１に関する収差図を示す。
図５は、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差図、図６は結像倍率が−０．１倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図、図７は結像倍率が−０．２倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図である。

図８〜図１０に、実施例２に関する収差図を示す。
図８は、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差図、図９は結像倍率が−０．１倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図、図１０は結像倍率が−０．２倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図である。

図１１〜図１３に、実施例３に関する収差図を示す。
図１１は、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差図、図１２は結像倍率が−０．１倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図、図１３は結像倍率が−０．２倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図である。

図１４〜図１６に、実施例４に関する収差図を示す。
図１４は、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差図、図１５は結像倍率が−０．１倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図、図１６は結像倍率が−０．２倍となる物体にフォーカシングした状態の収差図である。

これらの収差図において、球面収差の図中の破線は「正弦条件」を示し、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「細線はd線」、「太線はｇ線」に対する収差図である。

各実施例とも、収差は高いレベルで補正され、球面収差、軸上色収差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ている。

歪曲収差も倍率：−０．１倍において絶対値で０．５％程度となっている。この発明のように結像レンズを構成することにより、画角：３５度程度と広角で、Ｆナンバが１．８程度と大口径でありながら非常に良好な像性能を確保し得る。
従って、この発明の結像レンズは、６００万〜１０００万画素の撮像素子に対応した解像力を実現でき、絞り開放から高コントラストで画角の周辺部まで点像の崩れがなく、直線を直線として歪みなく描写可能で、無限遠物体から近距離物体まで高性能を実現できる。

また、各実施例とも、フォーカシングに伴う性能の変動（収差の変動）が良好の抑制されている。

図１７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ないし８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１〜４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（結像倍率）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、正のパワーを有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正のパワーを有する第２レンズ群Ｇ２、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇ３を配して構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２とを一体として物体側へ移動させ、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔を増大させる結像レンズであって、第１レンズ群Ｇ１は物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ１１、正レンズＬ１２、正レンズＬ１３、像側が凹面である負レンズＬ１４の４枚を配してなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ向かって順に、物体側が凹面である負レンズＬ２１、正レンズＬ２２、正レンズＬ２３の３枚を配してなり、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、正レンズＬ３２の２枚を配してなり、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：ｆ１２、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第１レンズ群の最も像側の負レンズＬ１４の像側面の曲率半径：Ｒ１４２、第２レンズ群の最も物体側の負レンズＬ２１の物体側面の距離率半径：Ｒ２１１が、条件式：
（１） ０．９５ ＜ｆ１２／ｆ＜ １．２
（２） ０．０ ＜ｆ／ｆ３＜ ０．２
（３） −０．５＜（Ｒ１４２＋Ｒ２１１）／（Ｒ１４２−Ｒ２１１）＜−０．２
を満足する結像レンズ。

［２］
［１］記載の結像レンズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第３レンズ群Ｇ３が像面Ｉｍに対して固定される結像レンズ。

［３］
［１］または［２］記載の結像レンズにおいて、第３レンズ群の負レンズＬ３１の像側面が凹面で、第３レンズ群の正レンズＬ３２の物体側面が凸面であり、第３レンズ群の負レンズの前記像側面の曲率半径：Ｒ３１２、第３レンズ群の正レンズの前記物体側面の曲率半径：Ｒ３２１が、条件式：
（４） −０．２＜（Ｒ３１２−Ｒ３２１）／（Ｒ３１２＋Ｒ３２１）＜−０．０５
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１レンズ群の物体側の負レンズＬ１１と物体側の正レンズＬ１２の空気間隔：Ｄａ、第１レンズ群Ｇ１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距離：Ｄ１が、条件式：
（５） ０．２０ ＜Ｄａ／Ｄ１＜ ０．４０
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レンズ群の物体側の負レンズＬ１１の焦点距離：ｆ１＿１、第１レンズ群の物体側の正レンズＬ１２の焦点距離：ｆ１＿２が、条件式：
（６） −２．０ ＜ｆ１＿１／ｆ１＿２＜ −１．０
を満足する結像レンズ。

［６］
［１］ないし［５］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群の物体側の正レンズＬ１２の焦点距離：ｆ１＿２、第１レンズ群の像側の正レンズＬ１３の焦点距離：ｆ１＿３が、条件式：
（７） ０．３ ＜ｆ１＿２／ｆ１＿３＜ ０．７
を満足する結像レンズ。

［７］
［１］ないし［６］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群の像側の正レンズＬ１３の物体側面の曲率半径：Ｒ１３１、第１レンズ群の像側の負レンズＬ１４の像側面の曲率半径：Ｒ１４２が、条件式：
（８） ０．１ ＜（Ｒ１３１−Ｒ１４２）／（Ｒ１３１＋Ｒ１４２）＜ ０．２
を満足する結像レンズ。

［８］
［１］ないし［７］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の焦点距離：ｆ１、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離：ｆ２が、条件式：
（９） ０．１ ＜ｆ２／ｆ１＜ ０．３
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。
即ち、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
Ｌ１１ 負レンズ
Ｌ１２ 正レンズ
Ｌ１３ 正レンズ
Ｌ１４ 負レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ２１ 負レンズ
Ｌ２２ 正レンズ
Ｌ２３ 正レンズ
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｌ３１ 負レンズ
Ｌ３２ 正レンズ
ＣＧ 受光素子のカバーガラス
Ｉｍ 像面
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 (9)

1. 物体側から像側へ向かって順に、正のパワーを有する第１レンズ群、開口絞り、正のパワーを有する第２レンズ群、正のパワーを有する第３レンズ群を配して構成され、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを、第１レンズ群と第２レンズ群とを一体として物体側へ移動させ、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を増大させて行う結像レンズであって、
   第１レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、像側が凹面である負レンズの４枚を配してなり、
   第２レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、物体側が凹面である負レンズ、正レンズ、正レンズの３枚を配してなり、
   第３レンズ群は物体側から像側へ向かって順に、負レンズ、正レンズの２枚を配してなり、
   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：ｆ１２、第３レンズ群の焦点距離：ｆ３、第１レンズ群の最も像側の負レンズの像側面の曲率半径：Ｒ１４２、第２レンズ群の最も物体側の負レンズの物体側面の距離率半径：Ｒ２１１が、条件式：
   （１） ０．９５ ＜ｆ１２／ｆ＜ １．２
   （２） ０．０ ＜ｆ／ｆ３＜ ０．２
   （３） −０．５＜（Ｒ１４２＋Ｒ２１１）／（Ｒ１４２−Ｒ２１１）＜−０．２
   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、
   無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第３レンズ群が像面に対して固定される結像レンズ。
3. 請求項１または２記載の結像レンズにおいて、
   第３レンズ群の負レンズの像側面が凹面で、第３レンズ群の正レンズの物体側面が凸面であり、第３レンズ群の負レンズの前記像側面の曲率半径：Ｒ３１２、第３レンズ群の正レンズの前記物体側面の曲率半径：Ｒ３２１が、条件式：
   （４） −０．２＜（Ｒ３１２−Ｒ３２１）／（Ｒ３１２＋Ｒ３２１）＜−０．０５
   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１レンズ群の物体側の負レンズと物体側の正レンズの空気間隔：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距離：Ｄ１が、条件式：
   （５） ０．２０ ＜Ｄａ／Ｄ１＜ ０．４０
   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レンズ群の物体側の負レンズの焦点距離：ｆ１＿１、第１レンズ群の物体側の正レンズの焦点距離：ｆ１＿２が、条件式：
   （６） −２．０ ＜ｆ１＿１／ｆ１＿２＜ −１．０
   を満足する結像レンズ。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群の物体側の正レンズの焦点距離：ｆ１＿２、第１レンズ群の像側の正レンズの焦点距離：ｆ１＿３が、条件式：
   （７） ０．３ ＜ｆ１＿２／ｆ１＿３＜ ０．７
   を満足する結像レンズ。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群の像側の正レンズの物体側面の曲率半径：Ｒ１３１、第１レンズ群の像側の負レンズの像側面の曲率半径：Ｒ１４２が、条件式：
   （８） ０．１ ＜（Ｒ１３１−Ｒ１４２）／（Ｒ１３１＋Ｒ１４２）＜ ０．２
   を満足する結像レンズ。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、第２レンズ群の焦点距離：ｆ２が、条件式：
   （９） ０．１ ＜ｆ２／ｆ１＜ ０．３
   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を有する撮像装置。

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