JP2017067806A - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全長を変化させずに合焦可能で、焦点調節範囲が広く、合焦による収差変動が抑えられて良好な光学性能を有する撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像レンズは、物体側から順に、合焦の際に不動の第１レンズ群Ｇ１、遠距離物体から近距離物体への合焦の際に物体側へ移動する正の第２レンズ群Ｇ２、合焦の際に不動で１枚の正レンズからなる第３レンズ群Ｇ３から構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズおよび像側より物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズを接合してなる第１接合レンズ、物体側より像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズおよび像側より物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい正レンズを接合してなり正の屈折力を有する第２接合レンズから構成される。所定の条件式が満足される。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、特に、ＦＡ（factory automation）、マシンビジョン、監視カメラ、交換レンズ等に好適な単焦点の撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置に関するものである。

単焦点の撮像レンズの従来よく知られた構成として、物体側に負の屈折力を有するレンズ群、像側に正の屈折力を有するレンズ群を配置したレトロフォーカスタイプが挙げられる。例えば、下記特許文献１には、絞りより物体側のレンズ群が負の屈折力を有し、絞りより像側のレンズ群が正の屈折力を有するレトロフォーカスタイプのレンズ系が記載されている。また、下記特許文献２には、最も物体側から順に連続して２枚の負レンズを配置し、像側に正の屈折力を有するレンズ群を配置したレトロフォーカスタイプのレンズ系が記載されている。

特開昭６１−１８８５１２号公報 特許第５４１８８８４号公報

ところで、近年、撮像レンズで物体を撮像して自動で検出、測定等を行うマシンビジョンが繁用されている。撮像対象となる物体の形状や撮像レンズから物体までの距離は様々であるため、使用される撮像レンズは合焦機能を有し、その焦点調節範囲は広いことが望まれる。それに加え、検出や測定では正確さが要求されるため、合焦の際の収差変動が少ないことも望まれる。一方、ＦＡやマシンビジョンでは撮像装置の設置条件が限定されていることが多く、監視カメラでは合焦の際に最も物体側のレンズが不動のタイプが好まれることから、これらに使用される撮像レンズは合焦の際にレンズ全長が変化しないことが望まれる。

特許文献１、２には合焦動作に関する記載はあるが、特許文献１、２に記載のレンズ系は、焦点調節範囲が十分広いとは言えず、また、合焦による球面収差や非点収差の変動が十分に抑えられていない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、全長を変化させず合焦可能で、広い焦点調節範囲を有し、合焦による収差変動が抑えられて、良好な光学性能を有する撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の撮像レンズは、物体側から順に、合焦の際に像面に対して固定されている第１レンズ群と、遠距離物体から近距離物体への合焦の際に一体となって像側から物体側へ移動し全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、合焦の際に像面に対して固定されている第３レンズ群とから実質的になり、第２レンズ群が、物体側から順に、両凸レンズおよび像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズを物体側から順に接合してなる第１接合レンズと、物体側よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズおよび像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい正レンズを物体側から順に接合してなり全体として正の屈折力を有する第２接合レンズとから実質的になり、第３レンズ群が、１枚の正レンズから実質的になり、第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から第２レンズ群の最も物体側のレンズ面までの間に合焦の際に像面に対して固定されている絞りが配置されており、下記条件式（１）〜（５）全てを満足することを特徴とする。
Ｎ２１＜Ｎ２２ （１）
ν２２＜ν２１ （２）
Ｎ２４＜Ｎ２３ （３）
ν２３＜ν２４ （４）
０．２＜Ｄ／ｆ＜０．８ （５）
ただし、
Ｎ２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線に関する屈折率
ν２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数
Ｄ：第１接合レンズと第２接合レンズの光軸上の空気換算長での間隔
ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離

本発明の撮像レンズにおいては、第１接合レンズが全体として正の屈折力を有することが好ましい。

本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズ群が全体として正の屈折力を有することが好ましい。

本発明の撮像レンズにおいては、下記条件式（６）〜（１２）、（５−１）〜（８−１）のいずれか１つ、あるいは任意の組み合わせを満足することが好ましい。
０＜ｆ／ｆ１＜０．６ （６）
０．４＜ｆ／ｆ２＜０．８ （７）
０＜β２＜０．６ （８）
０．２５＜Ｎ２２−Ｎ２１＜０．６ （９）
２５＜ν２１−ν２２＜７０ （１０）
０．２＜Ｎ２３−Ｎ２４＜０．７ （１１）
４０＜ν２４−ν２３＜７５ （１２）
０．２５＜Ｄ／ｆ＜０．７ （５−１）
０．１２＜ｆ／ｆ１＜０．５ （６−１）
０．４５＜ｆ／ｆ２＜０．７ （７−１）
０．１５＜β２＜０．５ （８−１）
ただし、
ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
β２：無限遠物体に合焦した状態での第２レンズ群の横倍率
Ｎ２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線に関する屈折率
ν２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数
Ｄ：第１接合レンズと第２接合レンズの光軸上の空気換算長での間隔
ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離

本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズ群は、最も物体側から順に連続して、正の屈折力を有する単レンズと、負の屈折力を有する単レンズとを含むことが好ましい。

本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズ群は、最も像側から順に連続して、正レンズと、正レンズと、負レンズとを含むことが好ましい。

本発明の撮像レンズにおいては、第１レンズ群は７枚のレンズから実質的になることが好ましい。

本発明の撮像装置は、本発明の撮像レンズを備えたものである。

なお、上記の「本発明の撮像レンズは〜から実質的になり」は、本発明の撮像レンズが、挙げた構成要素以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を持つものも含むことを意味する。上記の「第２レンズ群が〜から実質的になり」、「第３レンズ群が〜から実質的になり」、「第１レンズ群は〜実質的になる」も同様である。

なお、上記の本発明の撮像レンズにおけるレンズ群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、レンズの面形状は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。また、「単レンズ」とは、接合されていない１枚のレンズからなるものを意味する。また、上記の各条件式の値はｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準波長としたものである。なお、「レンズ群」とは、必ずしも複数のレンズから構成されるものだけでなく、１枚のレンズのみで構成されるものも含むものとする。

なお、横倍率の符号は以下のように定義する。すなわち、水平方向に配置された光軸を含む断面において、光軸より上方向の物体高、像高の符号を正とし、光軸より下方向の物体高、像高の符号を負としたとき、物体高と像高が同符号の場合は横倍率の符号が正、物体高と像高が異符号の場合は横倍率の符号が負であるとする。

本発明によれば、物体側から順に、合焦の際に固定の第１レンズ群、遠距離物体から近距離物体への合焦の際に物体側へ移動する正の第２レンズ群、合焦の際に固定の第３レンズ群からなるレンズ系において、第２レンズ群および第３レンズ群の構成を詳細に設定し、合焦の際に固定の絞りを好適な範囲に配置し、所定の条件式を満足するように構成しているため、全長を変化させずに合焦可能で、広い焦点調節範囲を有し、合焦による収差変動が抑えられて、良好な光学性能を有する撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例２の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例３の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例４の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例５の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例６の撮像レンズの構成と光路を示す断面図である。 本発明の実施例１の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例２の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例３の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例４の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例５の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の実施例６の撮像レンズの各収差図であり、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１〜図６は、本発明の実施形態に係る撮像レンズの構成と光路を示す断面図であり、それぞれ後述の実施例１〜６に対応している。図１〜図６に示す例の基本構成や図示方法は同様であるため、以下では主に図１に示す例を参照しながら説明する。図１では、左側が物体側、右側が像側であり、光路として軸上光束２、最大画角の軸外光束３の光路を示している。

この撮像レンズは、単焦点レンズであり、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、合焦の際に像面Ｓｉｍに対して固定されている第１レンズ群Ｇ１と、合焦の際に像面Ｓｉｍに対して移動する第２レンズ群Ｇ２と、合焦の際に像面Ｓｉｍに対して固定されている第３レンズ群Ｇ３とから実質的になる。すなわち、この撮像レンズは第２レンズ群Ｇ２をフォーカス群とするインナーフォーカス方式を採っている。図１の「無限遠」という語句を付した上段には無限遠物体に合焦した状態を示し、「２００ｍｍ」という語句を付した下段には物体距離が２００ｍｍの近距離物体に合焦した状態を示している。ここで、物体距離とは、最も物体側のレンズ面から物体までの光軸Ｚ上の距離である。

なお、図１では最も像側のレンズと像面Ｓｉｍとの間に平行平板状の光学部材ＰＰを配置した例を示しているが、光学部材ＰＰは図１の例とは異なる位置に配置してもよく、また光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。光学部材ＰＰは、赤外線カットフィルタ、ローパスフィルタなどの各種フィルタやカバーガラス等を想定したものである。

また、この撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面から第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズ面までの間に、合焦の際に像面Ｓｉｍに対して固定されている開口絞りＳｔが配置される。これにより、合焦によるＦナンバーの変動を小さくできる。なお、図１に示す開口絞りＳｔは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Ｚ上の位置を示すものである。

第１レンズ群Ｇ１を合焦の際に不動とすることで、合焦動作中の撮像レンズと他の構造物との干渉を避けることが容易となる。例えば、この撮像レンズをドーム型監視カメラに適用した場合、合焦動作を行っても撮像レンズとドームとが干渉しない構成とすることが容易である。

第２レンズ群Ｇ２は無限遠物体から近距離物体への合焦の際に一体となって像側から物体側へ移動するように構成されている。図１の上段の第２レンズ群Ｇ２の下の矢印は、合焦の際のこの移動方向を示すものである。なお、「第２レンズ群Ｇ２は一体となって〜移動する」とは、第２レンズ群Ｇ２の全構成要素が、同時に、同方向に、同量移動することを意味する。

以下に、第２レンズ群Ｇ２の構成について詳しく述べる。第２レンズ群Ｇ２は全体として正の屈折力を有するレンズ群であり、これにより、周辺画角の主光線の像面Ｓｉｍへの入射角を小さくすることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、第１接合レンズと、第２接合レンズとから実質的になるように構成される。第１接合レンズは、両凸レンズであるレンズＬ２１と、像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズであるレンズＬ２２を物体側から順に接合してなる。第２接合レンズは、物体側よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズであるレンズＬ２３と、像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい正レンズであるレンズＬ２４とを物体側から順に接合してなり、全体として正の屈折力を有する。

そして第２レンズ群Ｇ２は、下記条件式（１）〜（５）全てを満足するように構成される。
Ｎ２１＜Ｎ２２ （１）
ν２２＜ν２１ （２）
Ｎ２４＜Ｎ２３ （３）
ν２３＜ν２４ （４）
０．２＜Ｄ／ｆ＜０．８ （５）
ただし、
Ｎ２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
ν２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
Ｎ２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線に関する屈折率
ν２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数
Ｄ：第１接合レンズと第２接合レンズの光軸上の空気換算長での間隔
ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離

レンズＬ２１、Ｌ２２が上記形状と上記屈折力を有し条件式（１）を満足することで、球面収差を良好に補正することができる。レンズＬ２１、Ｌ２２が上記形状と上記屈折力を有し条件式（１）、（５）を満足することで、合焦の全域にわたり均等性高く球面収差をコントロールすることができる。レンズＬ２１、Ｌ２２が条件式（２）を満足することで、軸上色収差を良好に補正することができる。レンズＬ２１、Ｌ２２が条件式（２）、（５）を満足することで、合焦の全域にわたり均等性高く軸上色収差をコントロールすることができる。

レンズＬ２３、Ｌ２４が上記形状と上記屈折力を有し条件式（３）を満足することで、遠距離物体から近距離物体への合焦の際に、第２接合レンズの接合面に入射する軸上マージナル光線２ａの高さが高くなり、球面収差の補正効果を増大させることができる。なお、本実施形態の撮像レンズとは異なり、合焦の際にレンズ系全体を移動させる全体繰り出し方式のレンズ系では、近距離物体に合焦した状態で球面収差が補正不足になりやすい。これに対して本実施形態の撮像レンズでは、インナーフォーカス方式を採り、レンズＬ２３、Ｌ２４が上記形状と上記屈折力を有し条件式（３）を満足することで、全体繰り出し方式のレンズ系に較べて合焦による球面収差の変動を少なくすることができる。また、レンズＬ２３、Ｌ２４が条件式（４）を満足することで、合焦による軸上色収差の変動を少なくすることができる。

第１接合レンズと第２接合レンズの間隔を条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、第１接合レンズと第２接合レンズの間隔を確保することができ、合焦による第１接合レンズと第２接合レンズそれぞれの接合面における軸上マージナル光線２ａの高さの変化、および最大画角の主光線３ｃ等の軸外主光線の高さの変化をうまく利用して収差補正を行うことができる。例えば、合焦の際、第１接合レンズの接合面での軸上マージナル光線２ａの高さの変化が少なく、第２接合レンズの接合面での軸上マージナル光線２ａの高さの変化量が多い場合には、第１接合レンズでは物体距離にかかわらず全体的な球面収差の補正を行い、第２接合レンズでは合焦による球面収差の変動を抑える等、第１接合レンズと第２接合レンズに異なる役割分担をさせて効果的に収差補正を行うことができる。

また、条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、上記２つの接合面の合焦による球面収差と非点収差に対する作用の違いを利用しやすくなる。これにより、合焦による縦の球面収差と非点収差の変動の差分の符号を同一にすることが可能となり、合焦の全域にわたり、結像領域中心部についての光軸方向の最良像面位置と結像領域周辺部についての光軸方向の最良像面位置とを合わせること、もしくは近づけることが容易となる。

条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、レンズ全長を短く抑えることができる。条件式（５）に関する効果をより高めるためには、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．２５＜Ｄ／ｆ＜０．７ （５−１）

第２レンズ群Ｇ２の合焦の際の移動方向とレンズを上記構成とすることで、合焦による収差の変動、特に球面収差と像面湾曲の変動を抑えることができ、広い焦点調節範囲を有する撮像レンズを実現することが容易となる。

第２レンズ群Ｇ２に関して、さらに下記条件式（７）〜（１２）のいずれか１つ、あるいは任意の組み合わせを満足することが好ましい。
０．４＜ｆ／ｆ２＜０．８ （７）
０＜β２＜０．６ （８）
０．２５＜Ｎ２２−Ｎ２１＜０．６ （９）
２５＜ν２１−ν２２＜７０ （１０）
０．２＜Ｎ２３−Ｎ２４＜０．７ （１１）
４０＜ν２４−ν２３＜７５ （１２）
ただし、
ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
β２：無限遠物体に合焦した状態での第２レンズ群の横倍率
Ｎ２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線に関する屈折率
Ｎ２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線に関する屈折率
ν２１：第１接合レンズの両凸レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２２：第１接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２３：第２接合レンズの負レンズのｄ線基準のアッベ数
ν２４：第２接合レンズの正レンズのｄ線基準のアッベ数

条件式（７）の下限以下とならないようにすることで、合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を小さくすることができる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることで、合焦による歪曲収差の変動を抑えることができる。

条件式（８）の下限以下とならないようにすることで、合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を小さくすることができる。なお、β２が−１倍となる近辺は合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量が急激に増え、−１倍になるとフォーカシングが不能になる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることで、合焦による球面収差、軸上色収差の変動を抑えることができる。

条件式（９）の下限以下とならないようにすることで、球面収差の良好な補正に有利となる。条件式（９）の上限以上とならないようにすることで、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を適切に保ち、合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑えることができる。

条件式（１０）の下限以下とならないようにすることで、軸上色収差の良好な補正に有利となる。条件式（１０）の上限以上とならないようにすることで、軸上色収差が補正過剰となるのを防ぐことが容易となる。

条件式（１１）の下限以下とならないようにすることで、合焦による球面収差の変動を抑えることができる。条件式（１１）の上限以上とならないようにすることで、第２レンズ群Ｇ２の正の屈折力を適切に保ち、合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を抑えることができる。

条件式（１２）の下限以下とならないようにすることで、合焦による軸上色収差の変動を抑えることができる。条件式（１２）の上限以上とならないようにすることで、軸上色収差が補正過剰となるのを防ぐことが容易となる。

条件式（７）〜（１２）それぞれに関する効果をより高めるためには、条件式（７）〜（１２）それぞれの範囲内においてさらに下記条件式（７−１）〜（１２−１）それぞれを満足することがより好ましい。
０．４５＜ｆ／ｆ２＜０．７ （７−１）
０．１５＜β２＜０．５ （８−１）
０．２７＜Ｎ２２−Ｎ２１＜０．５ （９−１）
３０＜ν２１−ν２２＜６５ （１０−１）
０．２５＜Ｎ２３−Ｎ２４＜０．６ （１１−１）
４７＜ν２４−ν２３＜７０ （１２−１）

なお、第１接合レンズは、全体として正の屈折力を有してもよく、全体として負の屈折力を有してもよいが、第１接合レンズが全体として正の屈折力を有する場合は、第２接合レンズと正の屈折力を分担して、球面収差の発生を抑えることができる。

次に、第３レンズ群Ｇ３について述べる。第３レンズ群Ｇ３は、合焦の際に不動であり、全体として正の屈折力を有し、１枚の正レンズから実質的になる。上述したように第２レンズ群Ｇ２のレンズの曲率半径、面間隔、材料の最適化によって合焦による収差変動を抑えることができるが、構成レンズ枚数が限られている場合には残存収差を完全に無くすことは難しい。最も像側に正の屈折力を有する固定群として第３レンズ群Ｇ３を置くことで、合焦による収差変動を第２レンズ群Ｇ２で抑えた際に残存する軸上色収差、像面湾曲を第３レンズ群Ｇ３で調整することができる。すなわち、第３レンズ群Ｇ３によって、合焦による軸上色収差、像面湾曲の変動を抑える効果をさらに高めることができる。また、第３レンズ群Ｇ３を正レンズ群とすることで、軸外主光線の像面Ｓｉｍへの入射角を抑えることができる。さらに、第３レンズ群Ｇ３を１枚の単レンズからなる構成とすることで、小型化に有利となる。

次に、第１レンズ群Ｇ１に関する好ましい構成について述べる。第１レンズ群Ｇ１は全体として正の屈折力を有することが好ましく、このようにした場合は合焦による球面収差、軸上色収差の変動を抑えることができる。

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
０＜ｆ／ｆ１＜０．６ （６）
ただし、
ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離

条件式（６）の下限以下とならないようにすることで、合焦による球面収差、軸上色収差の変動を抑えることができる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることで、合焦の際の第２レンズ群Ｇ２の移動量を小さくすることができる。条件式（６）に関する効果をより高めるためには、下記条件式（６−１）を満足することがより好ましい。
０．１２＜ｆ／ｆ１＜０．５ （６−１）

また、第１レンズ群Ｇ１は、最も物体側から順に連続して、正の屈折力を有する単レンズと、負の屈折力を有する単レンズとを含むことが好ましい。このようにした場合は、最も物体側の正の屈折力を有する単レンズにより、レンズ全長を短く抑えることができるとともに、歪曲収差を補正することができる。また、上記の負の屈折力を有する単レンズにより、軸上色収差、球面収差を補正できるとともに、バックフォーカスを確保することが容易となる。

第１レンズ群Ｇ１は、最も像側から順に連続して、正レンズと、正レンズと、負レンズとを有することが好ましい。このようにした場合は、第１レンズ群Ｇ１の像側から１、２番目の２枚の正レンズにより正の屈折力を分担することができ、これにより球面収差の発生を抑えることができる。また、第１レンズ群Ｇ１の像側から３番目のレンズである負レンズにより、球面収差、色収差を補正することができる。

第１レンズ群Ｇ１の最も像側のレンズは像側に凸面を向けていることが好ましい。このようにした場合は、第１レンズ群Ｇ１の中で最も第２レンズ群Ｇ２に近いレンズ面と、第２レンズ群Ｇ２とで正の屈折力を分担することができ、これにより球面収差の発生を抑えることができる。

第１レンズ群Ｇ１は例えば、７枚のレンズから実質的になるように構成することができる。第１レンズ群Ｇ１を７枚構成とすることで、レンズ系の小型化と合焦による収差変動の抑制を両立させることができる。

ここで、第１レンズ群Ｇ１の可能な構成例として図１に示す例について詳しく述べる。図１の第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズから実質的になる。レンズＬ１１は両凸レンズであり、このレンズにより全長を短く抑えるとともに、歪曲収差を補正することができる。レンズＬ１２は像側に凹面を向けた負メニスカスレンズであり、このレンズにより軸上色収差、球面収差を補正することができ、バックフォーカスの確保が容易となる。レンズＬ１３は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズであり、このレンズにより非点収差の発生を抑えながらレンズＬ１２で発生した補正過剰の球面収差を補正することができる。レンズＬ１４は両凹レンズであり、このレンズにより軸上色収差、球面収差を補正することができ、バックフォーカスの確保が容易となる。レンズＬ１５は像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズであり、このレンズにより軸上色収差、球面収差を補正することができ、バックフォーカスの確保が容易となる。また、レンズＬ１４とレンズＬ１５は上記形状とすることで、負の屈折力をこれら２枚のレンズで分担して軸上マージナル光線２ａの各レンズ面での屈折角を抑え、高次の球面収差の発生を抑制することができる。レンズＬ１６とレンズＬ１７は物体側よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さい正レンズである。レンズＬ１６とレンズＬ１７は第１レンズ群Ｇ１の正の屈折力の確保に寄与しながら、正の屈折力を分担することにより球面収差の発生を抑えることができる。

条件式に関する構成も含め、以上述べた好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。本実施形態によれば、全長を変化させずに合焦可能で、無限遠から近距離までの広い焦点調節範囲を有し、合焦による収差変動が抑えられて、良好な光学性能を有する撮像レンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「広い焦点調節範囲を有し」とは、合焦可能な近側の物体距離が全系の焦点距離の１０倍の距離、もしくはこれより近い距離であることを意味する。

次に、本発明の撮像レンズの数値実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の撮像レンズのレンズ構成は図１に示したものであり、その構成や図示方法は上述したとおりであるので、ここでは重複説明を一部省略する。実施例１の撮像レンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とからなる。フォーカス群は第２レンズ群Ｇ２のみであり、無限遠物体から近距離物体へ合焦する際、第２レンズ群Ｇ２が一体となって像側から物体側へ移動する。なお、ここで述べた、３群構成である点、各レンズ群の屈折力の符号、合焦の方法は後述の実施例２〜６の撮像レンズについても同様である。

実施例１の撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。開口絞りＳｔはレンズＬ１３とレンズＬ１４の間に配置されている。

実施例１の撮像レンズの基本レンズデータを表１に、諸元と可変面間隔を表２に示す。表１のＳｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄には最も物体側の構成要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示す。

ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には開口絞りＳｔ、光学部材ＰＰも合わせて示している。表１では、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。Ｄｉの最下欄の値は表中の最も像側の面と像面Ｓｉｍとの間隔である。

また、表１では合焦の際に変化する可変面間隔はＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を記入している。表２に、全系の焦点距離ｆ’、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ωと、可変面間隔の値をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、無限遠物体に合焦した状態、物体距離が２００ｍｍの物体に合焦した状態それぞれの各値を無限遠、２００ｍｍと表記した欄に示している。

各表のデータにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはｍｍを用いているが、光学系は比例拡大または比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図７に実施例１の撮像レンズの各収差図を示す。図７の「無限遠」と付した上段に左から順に無限遠物体に合焦した状態での球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、倍率色収差（倍率の色収差）を示し、「２００ｍｍ」と付した下段に左から順に物体距離が２００ｍｍの物体に合焦した状態での球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に関する収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差をそれぞれ実線、短破線で示している。歪曲収差図では、ｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線、灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の撮像レンズのレンズ構成は図２に示したものである。実施例２の撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。開口絞りＳｔはレンズＬ１３とレンズＬ１４の間に配置されている。実施例２の撮像レンズの基本レンズデータを表３に、諸元と可変面間隔を表４に、各収差図を図８に示す。

［実施例３］
実施例３の撮像レンズのレンズ構成は図３に示したものである。実施例３の撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。開口絞りＳｔはレンズＬ１３とレンズＬ１４の間に配置されている。実施例３の撮像レンズの基本レンズデータを表５に、諸元と可変面間隔を表６に、各収差図を図９に示す。

［実施例４］
実施例４の撮像レンズのレンズ構成は図４に示したものである。実施例４の撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。開口絞りＳｔはレンズＬ１３とレンズＬ１４の間に配置されている。実施例４の撮像レンズの基本レンズデータを表７に、諸元と可変面間隔を表８に、各収差図を図１０に示す。

［実施例５］
実施例５の撮像レンズのレンズ構成は図５に示したものである。実施例５の撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。開口絞りＳｔはレンズＬ１３とレンズＬ１４の間に配置されている。実施例５の撮像レンズの基本レンズデータを表９に、諸元と可変面間隔を表１０に、各収差図を図１１に示す。

［実施例６］
実施例６の撮像レンズのレンズ構成は図６に示したものである。実施例６の撮像レンズでは、第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１７の７枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなり、第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１の１枚のレンズからなる。開口絞りＳｔはレンズＬ１７とレンズＬ２１の間、すなわち第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に配置されている。実施例６の撮像レンズの基本レンズデータを表１１に、諸元と可変面間隔を表１２に、各収差図を図１２に示す。

表１３に実施例１〜６の撮像レンズの、条件式（１）〜（４）に関連する値、条件式（５）〜（１２）の対応値を示す。表１３に示す値はｄ線を基準とするものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜６の撮像レンズは、全長を変化させず合焦可能であり、無限遠から全系の焦点距離の５．７倍程度の近距離まで合焦可能で広い焦点調節範囲を有し、合焦による収差変動が抑えられて、良好な光学性能が実現されている。

次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図１３に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態に係る撮像レンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、ＦＡやマシンビジョンの分野で用いられるカメラ、監視カメラを挙げることができる。

撮像装置１０は、撮像レンズ１と、撮像レンズ１の像側に配置されたフィルタ４と、撮像素子５と、撮像素子５からの出力信号を演算処理する信号処理部６と、撮像レンズ１の合焦を行うためのフォーカス制御部７とを備える。図１３では撮像レンズ１が有する第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２を概念的に図示している。撮像素子５は、撮像レンズ１により形成された被写体の像を撮像して電気信号に変換するものであり、その撮像面は撮像レンズ１の像面に一致するように配置される。撮像素子５としては例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

例えば、上記実施例では無限遠物体から近距離物体に合焦するレンズ系を挙げたが、本発明は有限距離の遠距離物体から近距離物体に合焦する撮像レンズに適用可能であることは言うまでもない。

また、上記の撮像装置の実施形態では、ＦＡやマシンビジョンの分野で用いられるカメラ、監視カメラを挙げたが、これらに限定されず、本発明は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ等に適用することも可能であり、またこれらの交換レンズに適用することも可能である。

１ 撮像レンズ
２ 軸上光束
２ａ 軸上マージナル光線
３ 最大画角の軸外光束
３ｃ 主光線
４ フィルタ
５ 撮像素子
６ 信号処理部
７ フォーカス制御部
１０ 撮像装置
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１７、Ｌ２１〜Ｌ２４、Ｌ３１ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (18)

1. 物体側から順に、合焦の際に像面に対して固定されている第１レンズ群と、遠距離物体から近距離物体への合焦の際に一体となって像側から物体側へ移動し全体として正の屈折力を有する第２レンズ群と、合焦の際に像面に対して固定されている第３レンズ群とから実質的になり、
   前記第２レンズ群が、物体側から順に、両凸レンズおよび像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズを物体側から順に接合してなる第１接合レンズと、物体側よりも像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズおよび像側よりも物体側の面の曲率半径の絶対値が小さい正レンズを物体側から順に接合してなり全体として正の屈折力を有する第２接合レンズとから実質的になり、
   前記第３レンズ群が、１枚の正レンズから実質的になり、
   前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面までの間に合焦の際に像面に対して固定されている絞りが配置されており、
   下記条件式（１）〜（５）全てを満足することを特徴とする撮像レンズ。
   Ｎ２１＜Ｎ２２ （１）
   ν２２＜ν２１ （２）
   Ｎ２４＜Ｎ２３ （３）
   ν２３＜ν２４ （４）
   ０．２＜Ｄ／ｆ＜０．８ （５）
   ただし、
   Ｎ２１：前記第１接合レンズの前記両凸レンズのｄ線に関する屈折率
   Ｎ２２：前記第１接合レンズの前記負レンズのｄ線に関する屈折率
   Ｎ２３：前記第２接合レンズの前記負レンズのｄ線に関する屈折率
   Ｎ２４：前記第２接合レンズの前記正レンズのｄ線に関する屈折率
   ν２１：前記第１接合レンズの前記両凸レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν２２：前記第１接合レンズの前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν２３：前記第２接合レンズの前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
   ν２４：前記第２接合レンズの前記正レンズのｄ線基準のアッベ数
   Ｄ：前記第１接合レンズと前記第２接合レンズの光軸上の空気換算長での間隔
   ｆ：無限遠物体に合焦した状態での全系の焦点距離
2. 前記第１接合レンズが全体として正の屈折力を有する請求項１記載の撮像レンズ。
3. 前記第１レンズ群が全体として正の屈折力を有する請求項１または２記載の撮像レンズ。
4. 下記条件式（６）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０＜ｆ／ｆ１＜０．６ （６）
   ただし、
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
5. 下記条件式（７）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．４＜ｆ／ｆ２＜０．８ （７）
   ただし、
   ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
6. 下記条件式（８）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０＜β２＜０．６ （８）
   ただし、
   β２：無限遠物体に合焦した状態での前記第２レンズ群の横倍率
7. 下記条件式（９）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．２５＜Ｎ２２−Ｎ２１＜０．６ （９）
8. 下記条件式（１０）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ２５＜ν２１−ν２２＜７０ （１０）
9. 下記条件式（１１）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の撮像レンズ。
   ０．２＜Ｎ２３−Ｎ２４＜０．７ （１１）
10. 下記条件式（１２）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    ４０＜ν２４−ν２３＜７５ （１２）
11. 前記第１レンズ群は、最も物体側から順に連続して、正の屈折力を有する単レンズと、負の屈折力を有する単レンズとを含む請求項１から１０のいずれか１項記載の撮像レンズ。
12. 前記第１レンズ群は、最も像側から順に連続して、正レンズと、正レンズと、負レンズとを含む請求項１から１１のいずれか１項記載の撮像レンズ。
13. 前記第１レンズ群は７枚のレンズから実質的になる請求項１から１２のいずれか１項記載の撮像レンズ。
14. 下記条件式（５−１）を満足する請求項１から１３のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    ０．２５＜Ｄ／ｆ＜０．７ （５−１）
15. 下記条件式（６−１）を満足する請求項１から１４のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    ０．１２＜ｆ／ｆ１＜０．５ （６−１）
    ただし、
    ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
16. 下記条件式（７−１）を満足する請求項１から１５のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    ０．４５＜ｆ／ｆ２＜０．７ （７−１）
    ただし、
    ｆ２：前記第２レンズ群の焦点距離
17. 下記条件式（８−１）を満足する請求項１から１６のいずれか１項記載の撮像レンズ。
    ０．１５＜β２＜０．５ （８−１）
    ただし、
    β２：無限遠物体に合焦した状態での前記第２レンズ群の横倍率
18. 請求項１から１７のいずれか１項記載の撮像レンズを備えた撮像装置。