JP3743584B2 - 近赤外光束透過防止レンズ系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は近赤外光束透過防止レンズ系に関し、特に光電変換作用を有する撮像素子を用いた光学系のレンズ系における近赤外光束の透過防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ファクシミリやイメージスキャナ等に用いられる、いわゆる原稿読取り用光学系や、ＴＶカメラやデジタルスチルカメラ用の光学系では、ＣＣＤのような光電変換作用を有する受光素子が用いられている。
これらの受光素子は、可視域の光に対してだけでなく、近赤外域の光に対しても強い感度を有する。したがって、受光素子の受光特性を視感度に近づけるには、可視域よりも長波長側の７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度の波長域すなわち近赤外域の光束を排除する必要がある。
【０００３】
従来より、短波長の光や長波長の光の透過を防止する透過率特性を有するコートが知られている。一般的に、これらのコートでは、長波長の光に対するよりも短波長の光に対する方が、透過率が低い状態から高い状態へ遷移する波長範囲が狭い。従って、近赤外域の光束の透過を防止して排除するには、膜数の非常に多い多層膜からなるコートを使用せざるを得ない。
従来のこれらの光学系では、受光素子に近接して近赤外光の透過を防止する赤外カットフィルター（可視域よりも若干長波長側の近赤外域の光束の透過を遮断する特性のコートが施されたガラス板）を配置することにより、良好な感度特性を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズ系とは別に赤外カットフィルターを設ける従来の方式では、フィルターを配置するためのスペースやフィルターを保持するための保持部材が必要となるという不都合があった。さらに、赤外カットフィルターの保持部材として、平面性の低いガラスプレートや、脈理や異物等により屈折率の均一性に欠けるガラスプレートを用いた場合、光学性能が著しく低下してしまういう不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、近赤外光束の透過を防止するフィルターをレンズ系とは別に設けることなく、対応する受光素子において良好な感度特性を得ることのできる近赤外光束透過防止レンズ系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面は、可視域の光束に対して良好な透過率を有し且つ近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有し、
さらに開口絞りを有し、
前記レンズ系の焦点距離をｆとし、前記所定レンズ面の曲率半径をｒａとし、前記所定レンズ面と前記開口絞りとの間の光軸に沿った距離をＤとしたとき、
−０．４＜ｆ／ｒａ＜０．４
−０．３＜ｒａ／Ｄ＜０．３
の条件を満足することを特徴とする近赤外光束透過防止レンズ系を提供する。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記レンズ系は、光軸方向に沿って移動可能な複数の可動レンズ群を有し、
前記複数の可動レンズ群において互いに隣り合う２つの可動レンズ群の間に形成される空気間隔を変化させることによって、前記レンズ系の焦点距離を変化させ、
前記所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の広角端から望遠端までの光軸に沿った変倍移動量をΔ１とし、広角端における前記レンズ系の焦点距離をｆｗとし、望遠端における前記レンズ系の焦点距離をｆｔとしたとき、
０．０５＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜０．２０
の条件を満足する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面に、可視域の光束に対して良好な透過率を有し近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有するコートを設けることにより、省スペース化および鏡筒構造の簡素化を達成することができる。
また、前述のように、従来技術における赤外カットフィルターに用いられるガラスプレートは、面精度や屈折率の均一性が十分ではなかった。これに対して、本発明では、レンズ系のレンズ面に赤外カットフィルターが設けられる。レンズに用いられる光学ガラスは屈折率の均一性も高く、面精度も充分高いので、従来技術における光学性能の低下を回避することもできる。
【００１１】
被写体としての物体には大きさがあるため、レンズ系を介して受光素子上に形成される像にも大きさがある。したがって、物体面の光軸上の点から発した軸上光束と、物体面において光軸を外れた点から発した軸外光束とは、互いに異なる光路を介して受光素子の受光面上に到達する。
一般的に、コートの透過率特性は、入射する光線の角度に依存する。したがって、ＣＣＤを撮像素子に用いた従来の光学系では、射出瞳の位置を無限遠に近くし且つレンズ系の焦点距離変化に伴う射出瞳の位置変化を抑えることにより、軸上光束の赤外カットフィルターに入射する角度と軸外光束の赤外カットフィルターに入射する角度とをほぼ等しくし、像高によるコートの透過率特性の変化を抑えていた。
【００１２】
従って、レンズ系中の任意のレンズ面に赤外カットフィルターを配置しても良いわけではない。以下、本発明における赤外カットフィルターの配置に関して説明する。
一般的に、開口絞りから離れたレンズ面を通過する軸外光束は、光軸から離れて通過する。逆に、開口絞りに近いレンズ面を通過する軸外光束は、光軸の近くを通過する。従って、開口絞りに近いレンズ面では、軸上光束と軸外光束とがレンズ面のほぼ同じ位置に入射し、レンズ面に入射する角度だけが互いに大きく異なる。このため、近赤外光束を遮るコートを施す場合、透過から遮断へと透過率が変化する波長帯が画面中心から周辺にかけて大きく変化し、近赤外光束の遮断効果を充分得ることができない。
【００１３】
一方、開口絞りから離れたレンズ面では、軸上光束と軸外光束とがレンズ面の互いに異なる位置に入射し、レンズ面の接平面に入射する角度が互いに異なる。このため、本発明においては、図２０に示すように、コートを施す所定レンズ面の曲率半径を規定している。すなわち、入射瞳位置ｂと所定レンズ面の曲率中心（球心）ａの位置とが近くなるか、あるいは入射瞳位置ｂと軸外光束の入射点ｃとを結ぶ線分ｓと軸外光束の入射点ｃと所定レンズ面の曲率中心ａとを結ぶ線分ｔとのなす角度α（入射角）が小さくなるように、所定レンズ面の曲率半径を規定している。このレンズ面に近赤外光を遮るコートを施すことにより、軸上光束と軸外光束との入射角の差異を抑え、透過から遮断へと透過率が変化する波長帯が画面中心から周辺にかけて大きく変化しないようにすることによって、近赤外光束の遮断効果を充分確保している。なお、図２０では入射側を取り上げて説明したが、最も像側のレンズ面の曲率中心の位置と射出瞳位置とを近づけ、このレンズ面に近赤外光束を遮るコートを施すことにより、射出側でも同様のことがいえる。
【００１４】
一般的に、レンズ径に対してレンズ面の曲率の大きさが小さいレンズ面の場合、レンズ面の中心部から周辺部に亘って均一の膜厚でコートを施すことができる。これに対して、レンズ径に対してレンズ面の曲率の大きさが大きいレンズ面の場合、レンズ面の中心部での法線に対して周辺部での法線の傾きが大きくなる。その結果、中心部と周辺部とでコートの膜厚が異なり、コートの透過率特性が中心部と周辺部とで異なってしまう。
従って、本発明においては、レンズ中心部とレンズ周辺部との間の透過率特性の変動を抑えることができるように、曲率の十分緩いレンズ面に対して近赤外光束を遮るコートを施すことが望ましい。ここで、曲率が緩いとは、レンズ面の有効径に対して曲率の絶対値が小さいことをいう。
【００１５】
以下、本発明の各条件式について説明する。
本発明においては、レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面が、可視域の光束に対して良好な透過率を有し且つ近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有し、以下の条件式（１）を満足する。
−０．４＜ｆ／ｒａ＜０．４ （１）
ここで、
ｆ ：レンズ系の焦点距離
ｒａ：所定レンズ面の曲率半径
【００１６】
条件式（１）は、赤外カットコート（可視域の平均透過率に比べて近赤外域の透過率が極端に低い特性を有するコート）を施す所定レンズ面の曲率半径について適切な範囲を規定している。
条件式（１）の上限値を上回った場合、レンズ径に対して所定レンズ面の曲率の大きさが大きくなる。その結果、前述のように、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との間で色再現性に差が生じてしまう。
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、軸外光束の所定レンズ面に入射する入射角が大きくなる。その結果、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との間で色再現性に差が生じてしまう。
【００１７】
なお、レンズ系が可変焦点距離レンズ系である場合、画角の広い広角端（レンズ系全体での焦点距離が最も短くなる状態）においてはもちろんのこと、焦点距離範囲全体に亘って条件式（１）を満足する。
特に、画面中心部と画面周辺部との間の色再現性の差をさらに小さくするには、条件式（１）の下限値を−０．２とするか、あるいは条件式（１）の上限値を０．２５とすることが望ましい。さらに、本発明のレンズ系がズームレンズである場合、広角端においてこの条件を満足することが望ましい。
【００１８】
また、本発明においては、開口絞りを有し、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−０．３＜ｒａ／Ｄ＜０．３ （２）
ここで、
Ｄ：所定レンズ面と開口絞りとの間の光軸に沿った距離
【００１９】
条件式（２）は、赤外カットコートを施す所定レンズ面の曲率半径と、所定レンズ面から開口絞りまでの距離との割合を規定している。
条件式（２）の上限値を上回った場合、軸外光束の所定レンズ面に入射する入射角が大きくなる。その結果、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との色再現性に差が生じるので好ましくない。
一方、条件式（２）の下限値を下回った場合、所定レンズ面を通過する軸上光束と軸外光束との高さの差が小さくなり、軸上光束と軸外光束とで入射する角度だけが変化する。その結果、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との色再現性に差が生じるので好ましくない。
【００２０】
通常、光学系のレンズ面に施されるコートの特性は、透過率の向上だけでなく色再現性やゴーストの発生抑制などを考えて決められる。特に、直角入射から斜入射に変化すると、長波長の光に対する反射率が高まり、ゴーストの発生原因となる。
赤外カットコートの場合、直角入射する光束に対する反射率が可視域から近赤外域にかけて急激に増大する。一方、斜入射する光束については、可視域内の長波長光束に対する反射率が高まり、ゴーストの発生原因となり易い。したがって、開口絞りから最も離れたレンズ、すなわちレンズ系の最も物体側のレンズあるいは最も像側のレンズの所定レンズ面に赤外カットコートを施すことにより、ゴーストの発生を小さく抑えることができる。
【００２１】
本発明では、特に射出瞳位置の変動が小さい光学系において、最も像側のレンズのいずれか一方のレンズ面に赤外カットコートを配置することが望ましい。逆に、入射瞳位置の変動が小さい光学系においては、最も物体側のレンズのいずれか一方のレンズ面に赤外カットコートを配置することが望ましい。
【００２２】
また、本発明は、光軸方向に沿って移動可能な複数の可動レンズ群を有し、隣り合う可動レンズ群の間に形成される空気間隔を変化させることによって焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズ系にも適用可能である。この場合、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．０５＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜０．２０ （３）
【００２３】
ここで、
Δ１：所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の広角端から望遠端までの光軸に沿った変倍移動量
ｆｗ：広角端におけるレンズ系の焦点距離
ｆｔ：望遠端におけるレンズ系の焦点距離
なお、移動量Δ１には、所定レンズ面が開口絞りよりも物体側に位置する場合には正の符号を、像側に位置する場合には負の符号を付すものとする。
【００２４】
条件式（３）は、近赤外域の光束に対して透過率の低い所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の変倍移動量を規定している。
条件式（３）の上限値および下限値で規定される範囲を逸脱すると、レンズ系の焦点距離が最も短い状態である広角端からレンズ系の焦点距離が最も長い状態である望遠端まで焦点距離が変化する際の所定可動レンズ群の変倍移動量が大きくなる。その結果、所定可動レンズ群の位置により、変倍に伴って次のような傾向が発生する。
▲１▼最も物体側のレンズに赤外カットコートを配置する場合、レンズ全長の変化が大きくなる。
▲２▼最も像側のレンズに赤外カットコートを配置する場合、バックフォーカスの変化が大きくなる。
【００２５】
▲１▼のレンズ全長の変化が大きくなる場合には、入射瞳位置の変倍に伴う変化か、あるいは軸外光束の入射角の変倍に伴う変化が大きくなる。一方、▲２▼のバックフォーカスの変化が大きくなる場合には、射出瞳位置の変倍に伴う変化か、あるいは軸外光束の射出角の変倍に伴う変化が大きくなる。いずれの場合にも、レンズ系の焦点距離の変化に伴って、画面周辺部の透過率特性が変化してしまうので好ましくない。
【００２６】
本発明においては、可視光から近赤外光へ波長が変化する際に、赤外カットコートを含む所定レンズ面の透過率が十分急激に変化する場合には、近赤外光を良好に遮断することが可能である。しかしながら、所定レンズ面の透過率が緩やかに変化する場合には、近赤外光を良好に遮断することができず、色再現性が悪くなってしまう。なお、所定レンズ面において透過率をあまり急激に変化させようとすると、赤外カットコートの加工が難しくなってしまう。したがって、色再現性に対して実質的に悪影響を与えない程度に、透過率を十分急激に変化させればよい。
【００２７】
したがって、本発明において、近赤外光を良好に遮断するために、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０．０１＜（λmax −λmin ）／（λmax ・λmin ）1/2 ＜０．１０（４）
ここで、
λmax ：５００ｎｍ以上で９００ｎｍ以下の波長を有する光束に対して所定レンズ面の透過率が１０％となる波長
λmin ：５００ｎｍ以上で９００ｎｍ以下の波長を有する光束に対して所定レンズ面の透過率が８０％となる波長
【００２８】
条件式（４）は、赤外カットコートの透過率特性を数値化した条件式である。
条件式（４）の上限値を上回った場合、赤外カットコートの透過率の変化が緩やかになりすぎるので好ましくない。
逆に、条件式（４）の下限値を下回った場合、赤外カットコートの透過率の変化が急激になりすぎてしまうので好ましくない。
【００２９】
本発明の別の観点によれば、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とでレンズ系を構成し、２つのレンズ群の空気間隔を変化させることによりレンズ系全体の焦点距離を変化させてもよい。この場合、第２レンズ群Ｇ２中に開口絞りを配置し、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面に赤外カットコート（可視域の光に対する透過率は高く、近赤外域の光に対する透過率が可視域の透過率よりも極端に低い透過率特性を有するコート）を配置することが望ましい。
【００３０】
このタイプのズームレンズでは、広角端（レンズ系の焦点距離が最も短い状態）から望遠端（レンズ系の焦点距離が最も長い状態）まで焦点距離が変化する際に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少するように、少なくとも第２レンズ群Ｇ２を物体側へ移動させる。この場合、広角端においては、第１レンズ群Ｇ１を通過する軸外光束が光軸から離れ、入射瞳位置も第１レンズ群Ｇ１から離れる。このため、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の入射角が小さくなるようにレンズ面の曲率半径を設定することにより、画面中心部と画面周辺部との間で色再現性の差を抑えることが可能となる。
【００３１】
特に、ＣＣＤのような光電変換作用を有する受光素子は、可視域の光に対してだけでなく、近赤外域の光に対しても強い感度を有する。換言すれば、これらの受光素子を撮像素子として用いる場合には、近赤外光を良好に遮断しないと色再現性に障害が生じてしまう。従って、本発明による近赤外光束透過防止レンズ系は、ＣＣＤのような光電変換作用を有する受光素子との組み合わせにおいて特に効果が大きい。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。
〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
図１に示すように、本発明の第１実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系は、物体側から順に、負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とから構成された変倍光学系である。そして、最も焦点距離の短い広角端から最も焦点距離の長い望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少するように、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ単調移動する。
【００３３】
図２は、本発明の第１実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
図２の変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凹レンズＬ１１、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１、両凸レンズと両凹レンズとの接合正レンズＬ２２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３、両凸レンズＬ２４、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２６から構成されている。なお、接合正レンズＬ２２と負メニスカスレンズＬ２３との間には、開口絞りＳが設けられている。
【００３４】
また、物体と第１レンズ群Ｇ１との間および第２レンズ群Ｇ２と像面との間に、それぞれ白板ガラスが挿入されている。これらの白板ガラスは、変倍時に固定である。第１実施例において、物体側の白板ガラスと物体の軸上間隔は、２．００である。
第１実施例では、レンズ系の最も物体側に配置された両凹レンズＬ１１の物体側の面に、近赤外域の光束に対して非常に低い透過率を有する赤外カットコートが設けられている。図１９は、第１実施例における赤外カットコートの透過率特性を示す図である。図１９において、横軸は光束の波長を、縦軸は透過率をそれぞれ示している。
また、第１実施例では、物体が有限の所定距離に位置し、物像間距離を一定に保ちながら結像倍率を変化させている。
【００３５】
次の表（１）に、本発明の第１実施例の諸元の値を掲げる。表（１）において、βは結像倍率を、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｈは物体高を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率はｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する値を示している。
【００３６】
【表１】
【００３７】
第１実施例においては、広角端から望遠端への変倍に際して、赤外カットコートを含む第１レンズ群Ｇ１が一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。したがって、広角端から中間焦点距離状態までの第１レンズ群Ｇ１の移動量と中間焦点距離状態から望遠端までの第１レンズ群Ｇ１の移動量とのうちの大きな方の移動量をΔ１としている。
図３乃至図５は、ｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する第１実施例の諸収差図である。図３は広角端（焦点距離が最も短い状態）における諸収差図であり、図４は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図５は望遠端（焦点距離が最も長い状態）における諸収差図である。
【００３８】
各収差図において、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｙは像高を、Ｈは各像高に対する物体高をそれぞれ示している。
また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差図において、破線はサインコンディション（正弦条件）を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００３９】
〔第２実施例〕
図６は、本発明の第２実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
図６に示すように、本発明の第２実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系は、物体側から順に、負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、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成された変倍光学系である。そして、最も焦点距離の短い広角端から最も焦点距離の長い望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は光軸に沿って移動することなく、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が増大し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が増大するように、第２レンズ群Ｇ２乃至第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動する。
【００４０】
図７は、本発明の第２実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
図７の変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２から構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズＬ３１および両凸レンズＬ３２から構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ４から構成されている。なお、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には開口絞りＳが設けられ、変倍に際して第２レンズ群Ｇ２と一体的に移動する。
【００４１】
また、第４レンズ群Ｇ４と像面との間には、変倍時に固定の白板ガラスが挿入されている。
第２実施例では、レンズ系の最も像側に配置された両凸レンズＬ４の物体側の面に、近赤外域の光束に対して非常に低い透過率を有する赤外カットコートが設けられている。なお、第２実施例における赤外カットコートは、第１実施例における赤外カットコートと同じ透過率特性を有する。
また、第２実施例では、第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させることにより、近距離物体への合焦を行うことができる。
【００４２】
次の表（２）に、本発明の第２実施例の諸元の値を掲げる。表（２）において、ｆは焦点距離を、ＦＮはＦナンバーを、２ωは画角を、Ｙ０は最大像高を、Ｄ０は物体と最も物体側のレンズ面との軸上距離（物体距離）をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。
【００４３】
【表２】
【００４４】
図８乃至図１３は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する第２実施例の諸収差図である。図８は広角端（焦点距離が最も短い状態）での無限遠合焦状態における諸収差図であり、図９は中間焦点距離状態での無限遠合焦状態における諸収差図であり、図１０は望遠端（焦点距離が最も長い状態）での無限遠合焦状態における諸収差図である。また、図１１は広角端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図であり、図１２は中間焦点距離状態での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図であり、図１３は望遠端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【００４５】
各収差図において、ＦＮはＦナンバーを、ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、Ａは各像高に対する入射角を、Ｈは各像高に対する物体高をそれぞれ示している。
また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差図において、破線はサインコンディション（正弦条件）を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態および各撮影距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００４６】
〔第３実施例〕
図１４は、本発明の第３実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
図１４に示すように、本発明の第３実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系は、物体側から順に、負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とから構成された変倍光学系である。そして、最も焦点距離の短い広角端から最も焦点距離の長い望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少するように、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ単調移動する。
【００４７】
図１５は、本発明の第３実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
図１５の変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１、両凸レンズと両凹レンズとの接合正レンズＬ２２、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４から構成されている。なお、接合正レンズＬ２２と正メニスカスレンズＬ２３との間には、開口絞りＳが設けられている。
【００４８】
また、物体と第１レンズ群Ｇ１との間および第２レンズ群Ｇ２と像面との間に、それぞれ白板ガラスが挿入されている。これらの白板ガラスは、変倍時に固定である。第３実施例において、物体側の白板ガラスと物体の軸上間隔は、２．００である。
第３実施例では、レンズ系の最も像側に配置された負メニスカスレンズＬ２４の物体側の面に、近赤外域の光束に対して非常に低い透過率を有する赤外カットコートが設けられている。なお、第３実施例における赤外カットコートは、第１実施例における赤外カットコートと同じ透過率特性を有する。
また、第３実施例では、物体が有限の所定距離に位置し、物像間距離を一定に保ちながら結像倍率を変化させている。
【００４９】
次の表（３）に、本発明の第３実施例の諸元の値を掲げる。表（３）において、βは結像倍率を、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｈは物体高を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率はｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する値を示している。
【００５０】
【表３】
【００５１】
第３実施例においては、広角端から望遠端への変倍に際して、赤外カットコートを含む第１レンズ群Ｇ１が一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。したがって、広角端から中間焦点距離状態までの第１レンズ群Ｇ１の移動量と中間焦点距離状態から望遠端までの第１レンズ群Ｇ１の移動量とのうちの大きな方の移動量をΔ１としている。
図１６乃至図１８は、ｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する第３実施例の諸収差図である。図１６は広角端（焦点距離が最も短い状態）における諸収差図であり、図１７は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図１８は望遠端（焦点距離が最も長い状態）における諸収差図である。
【００５２】
各収差図において、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｙは像高を、Ｈは各像高に対する物体高をそれぞれ示している。
また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差図において、破線はサインコンディション（正弦条件）を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００５３】
【効果】
以上説明したように、本発明によれば、近赤外光束の透過を防止するフィルターをレンズ系とは別に設けることなく、対応する受光素子において良好な感度特性を得ることのできる近赤外光束透過防止レンズ系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例の広角端における諸収差図である。
【図４】第１実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図５】第１実施例の望遠端における諸収差図である。
【図６】本発明の第２実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
【図８】第２実施例の広角端での無限遠合焦状態における諸収差図である。
【図９】第２実施例の中間焦点距離状態での無限遠合焦状態における諸収差図である。
【図１０】第２実施例の望遠端での無限遠合焦状態における諸収差図である。
【図１１】第２実施例の広角端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１２】第２実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１３】第２実施例の望遠端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１４】本発明の第３実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
【図１６】第３実施例の広角端における諸収差図である。
【図１７】第３実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図１８】第３実施例の望遠端における諸収差図である。
【図１９】各実施例における赤外カットコートの透過率特性を示す図である。
【図２０】赤外カットコートを施す所定レンズ面の曲率半径の規定を説明する図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｓ 開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は近赤外光束透過防止レンズ系に関し、特に光電変換作用を有する撮像素子を用いた光学系のレンズ系における近赤外光束の透過防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ファクシミリやイメージスキャナ等に用いられる、いわゆる原稿読取り用光学系や、ＴＶカメラやデジタルスチルカメラ用の光学系では、ＣＣＤのような光電変換作用を有する受光素子が用いられている。
これらの受光素子は、可視域の光に対してだけでなく、近赤外域の光に対しても強い感度を有する。したがって、受光素子の受光特性を視感度に近づけるには、可視域よりも長波長側の７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度の波長域すなわち近赤外域の光束を排除する必要がある。
【０００３】
従来より、短波長の光や長波長の光の透過を防止する透過率特性を有するコートが知られている。一般的に、これらのコートでは、長波長の光に対するよりも短波長の光に対する方が、透過率が低い状態から高い状態へ遷移する波長範囲が狭い。従って、近赤外域の光束の透過を防止して排除するには、膜数の非常に多い多層膜からなるコートを使用せざるを得ない。
従来のこれらの光学系では、受光素子に近接して近赤外光の透過を防止する赤外カットフィルター（可視域よりも若干長波長側の近赤外域の光束の透過を遮断する特性のコートが施されたガラス板）を配置することにより、良好な感度特性を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズ系とは別に赤外カットフィルターを設ける従来の方式では、フィルターを配置するためのスペースやフィルターを保持するための保持部材が必要となるという不都合があった。さらに、赤外カットフィルターの保持部材として、平面性の低いガラスプレートや、脈理や異物等により屈折率の均一性に欠けるガラスプレートを用いた場合、光学性能が著しく低下してしまういう不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、近赤外光束の透過を防止するフィルターをレンズ系とは別に設けることなく、対応する受光素子において良好な感度特性を得ることのできる近赤外光束透過防止レンズ系を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明においては、レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面は、可視域の光束に対して良好な透過率を有し且つ近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有し、
さらに開口絞りを有し、
前記レンズ系の焦点距離をｆとし、前記所定レンズ面の曲率半径をｒａとし、前記所定レンズ面と前記開口絞りとの間の光軸に沿った距離をＤとしたとき、
−０．４＜ｆ／ｒａ＜０．４
−０．３＜ｒａ／Ｄ＜０．３
の条件を満足することを特徴とする近赤外光束透過防止レンズ系を提供する。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記レンズ系は、光軸方向に沿って移動可能な複数の可動レンズ群を有し、
前記複数の可動レンズ群において互いに隣り合う２つの可動レンズ群の間に形成される空気間隔を変化させることによって、前記レンズ系の焦点距離を変化させ、
前記所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の広角端から望遠端までの光軸に沿った変倍移動量をΔ１とし、広角端における前記レンズ系の焦点距離をｆｗとし、望遠端における前記レンズ系の焦点距離をｆｔとしたとき、
０．０５＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜０．２０
の条件を満足する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面に、可視域の光束に対して良好な透過率を有し近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有するコートを設けることにより、省スペース化および鏡筒構造の簡素化を達成することができる。
また、前述のように、従来技術における赤外カットフィルターに用いられるガラスプレートは、面精度や屈折率の均一性が十分ではなかった。これに対して、本発明では、レンズ系のレンズ面に赤外カットフィルターが設けられる。レンズに用いられる光学ガラスは屈折率の均一性も高く、面精度も充分高いので、従来技術における光学性能の低下を回避することもできる。
【００１１】
被写体としての物体には大きさがあるため、レンズ系を介して受光素子上に形成される像にも大きさがある。したがって、物体面の光軸上の点から発した軸上光束と、物体面において光軸を外れた点から発した軸外光束とは、互いに異なる光路を介して受光素子の受光面上に到達する。
一般的に、コートの透過率特性は、入射する光線の角度に依存する。したがって、ＣＣＤを撮像素子に用いた従来の光学系では、射出瞳の位置を無限遠に近くし且つレンズ系の焦点距離変化に伴う射出瞳の位置変化を抑えることにより、軸上光束の赤外カットフィルターに入射する角度と軸外光束の赤外カットフィルターに入射する角度とをほぼ等しくし、像高によるコートの透過率特性の変化を抑えていた。
【００１２】
従って、レンズ系中の任意のレンズ面に赤外カットフィルターを配置しても良いわけではない。以下、本発明における赤外カットフィルターの配置に関して説明する。
一般的に、開口絞りから離れたレンズ面を通過する軸外光束は、光軸から離れて通過する。逆に、開口絞りに近いレンズ面を通過する軸外光束は、光軸の近くを通過する。従って、開口絞りに近いレンズ面では、軸上光束と軸外光束とがレンズ面のほぼ同じ位置に入射し、レンズ面に入射する角度だけが互いに大きく異なる。このため、近赤外光束を遮るコートを施す場合、透過から遮断へと透過率が変化する波長帯が画面中心から周辺にかけて大きく変化し、近赤外光束の遮断効果を充分得ることができない。
【００１３】
一方、開口絞りから離れたレンズ面では、軸上光束と軸外光束とがレンズ面の互いに異なる位置に入射し、レンズ面の接平面に入射する角度が互いに異なる。このため、本発明においては、図２０に示すように、コートを施す所定レンズ面の曲率半径を規定している。すなわち、入射瞳位置ｂと所定レンズ面の曲率中心（球心）ａの位置とが近くなるか、あるいは入射瞳位置ｂと軸外光束の入射点ｃとを結ぶ線分ｓと軸外光束の入射点ｃと所定レンズ面の曲率中心ａとを結ぶ線分ｔとのなす角度α（入射角）が小さくなるように、所定レンズ面の曲率半径を規定している。このレンズ面に近赤外光を遮るコートを施すことにより、軸上光束と軸外光束との入射角の差異を抑え、透過から遮断へと透過率が変化する波長帯が画面中心から周辺にかけて大きく変化しないようにすることによって、近赤外光束の遮断効果を充分確保している。なお、図２０では入射側を取り上げて説明したが、最も像側のレンズ面の曲率中心の位置と射出瞳位置とを近づけ、このレンズ面に近赤外光束を遮るコートを施すことにより、射出側でも同様のことがいえる。
【００１４】
一般的に、レンズ径に対してレンズ面の曲率の大きさが小さいレンズ面の場合、レンズ面の中心部から周辺部に亘って均一の膜厚でコートを施すことができる。これに対して、レンズ径に対してレンズ面の曲率の大きさが大きいレンズ面の場合、レンズ面の中心部での法線に対して周辺部での法線の傾きが大きくなる。その結果、中心部と周辺部とでコートの膜厚が異なり、コートの透過率特性が中心部と周辺部とで異なってしまう。
従って、本発明においては、レンズ中心部とレンズ周辺部との間の透過率特性の変動を抑えることができるように、曲率の十分緩いレンズ面に対して近赤外光束を遮るコートを施すことが望ましい。ここで、曲率が緩いとは、レンズ面の有効径に対して曲率の絶対値が小さいことをいう。
【００１５】
以下、本発明の各条件式について説明する。
本発明においては、レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面が、可視域の光束に対して良好な透過率を有し且つ近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有し、以下の条件式（１）を満足する。
−０．４＜ｆ／ｒａ＜０．４ （１）
ここで、
ｆ ：レンズ系の焦点距離
ｒａ：所定レンズ面の曲率半径
【００１６】
条件式（１）は、赤外カットコート（可視域の平均透過率に比べて近赤外域の透過率が極端に低い特性を有するコート）を施す所定レンズ面の曲率半径について適切な範囲を規定している。
条件式（１）の上限値を上回った場合、レンズ径に対して所定レンズ面の曲率の大きさが大きくなる。その結果、前述のように、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との間で色再現性に差が生じてしまう。
逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合、軸外光束の所定レンズ面に入射する入射角が大きくなる。その結果、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との間で色再現性に差が生じてしまう。
【００１７】
なお、レンズ系が可変焦点距離レンズ系である場合、画角の広い広角端（レンズ系全体での焦点距離が最も短くなる状態）においてはもちろんのこと、焦点距離範囲全体に亘って条件式（１）を満足する。
特に、画面中心部と画面周辺部との間の色再現性の差をさらに小さくするには、条件式（１）の下限値を−０．２とするか、あるいは条件式（１）の上限値を０．２５とすることが望ましい。さらに、本発明のレンズ系がズームレンズである場合、広角端においてこの条件を満足することが望ましい。
【００１８】
また、本発明においては、開口絞りを有し、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
−０．３＜ｒａ／Ｄ＜０．３ （２）
ここで、
Ｄ：所定レンズ面と開口絞りとの間の光軸に沿った距離
【００１９】
条件式（２）は、赤外カットコートを施す所定レンズ面の曲率半径と、所定レンズ面から開口絞りまでの距離との割合を規定している。
条件式（２）の上限値を上回った場合、軸外光束の所定レンズ面に入射する入射角が大きくなる。その結果、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との色再現性に差が生じるので好ましくない。
一方、条件式（２）の下限値を下回った場合、所定レンズ面を通過する軸上光束と軸外光束との高さの差が小さくなり、軸上光束と軸外光束とで入射する角度だけが変化する。その結果、軸上光束の通過するレンズ中心部と軸外光束の通過するレンズ周辺部とで透過率特性が異なってしまうため、物体中心部と物体周辺部との色再現性に差が生じるので好ましくない。
【００２０】
通常、光学系のレンズ面に施されるコートの特性は、透過率の向上だけでなく色再現性やゴーストの発生抑制などを考えて決められる。特に、直角入射から斜入射に変化すると、長波長の光に対する反射率が高まり、ゴーストの発生原因となる。
赤外カットコートの場合、直角入射する光束に対する反射率が可視域から近赤外域にかけて急激に増大する。一方、斜入射する光束については、可視域内の長波長光束に対する反射率が高まり、ゴーストの発生原因となり易い。したがって、開口絞りから最も離れたレンズ、すなわちレンズ系の最も物体側のレンズあるいは最も像側のレンズの所定レンズ面に赤外カットコートを施すことにより、ゴーストの発生を小さく抑えることができる。
【００２１】
本発明では、特に射出瞳位置の変動が小さい光学系において、最も像側のレンズのいずれか一方のレンズ面に赤外カットコートを配置することが望ましい。逆に、入射瞳位置の変動が小さい光学系においては、最も物体側のレンズのいずれか一方のレンズ面に赤外カットコートを配置することが望ましい。
【００２２】
また、本発明は、光軸方向に沿って移動可能な複数の可動レンズ群を有し、隣り合う可動レンズ群の間に形成される空気間隔を変化させることによって焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズ系にも適用可能である。この場合、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
０．０５＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ）1/2 ＜０．２０ （３）
【００２３】
ここで、
Δ１：所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の広角端から望遠端までの光軸に沿った変倍移動量
ｆｗ：広角端におけるレンズ系の焦点距離
ｆｔ：望遠端におけるレンズ系の焦点距離
なお、移動量Δ１には、所定レンズ面が開口絞りよりも物体側に位置する場合には正の符号を、像側に位置する場合には負の符号を付すものとする。
【００２４】
条件式（３）は、近赤外域の光束に対して透過率の低い所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の変倍移動量を規定している。
条件式（３）の上限値および下限値で規定される範囲を逸脱すると、レンズ系の焦点距離が最も短い状態である広角端からレンズ系の焦点距離が最も長い状態である望遠端まで焦点距離が変化する際の所定可動レンズ群の変倍移動量が大きくなる。その結果、所定可動レンズ群の位置により、変倍に伴って次のような傾向が発生する。
▲１▼最も物体側のレンズに赤外カットコートを配置する場合、レンズ全長の変化が大きくなる。
▲２▼最も像側のレンズに赤外カットコートを配置する場合、バックフォーカスの変化が大きくなる。
【００２５】
▲１▼のレンズ全長の変化が大きくなる場合には、入射瞳位置の変倍に伴う変化か、あるいは軸外光束の入射角の変倍に伴う変化が大きくなる。一方、▲２▼のバックフォーカスの変化が大きくなる場合には、射出瞳位置の変倍に伴う変化か、あるいは軸外光束の射出角の変倍に伴う変化が大きくなる。いずれの場合にも、レンズ系の焦点距離の変化に伴って、画面周辺部の透過率特性が変化してしまうので好ましくない。
【００２６】
本発明においては、可視光から近赤外光へ波長が変化する際に、赤外カットコートを含む所定レンズ面の透過率が十分急激に変化する場合には、近赤外光を良好に遮断することが可能である。しかしながら、所定レンズ面の透過率が緩やかに変化する場合には、近赤外光を良好に遮断することができず、色再現性が悪くなってしまう。なお、所定レンズ面において透過率をあまり急激に変化させようとすると、赤外カットコートの加工が難しくなってしまう。したがって、色再現性に対して実質的に悪影響を与えない程度に、透過率を十分急激に変化させればよい。
【００２７】
したがって、本発明において、近赤外光を良好に遮断するために、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
０．０１＜（λmax −λmin ）／（λmax ・λmin ）1/2 ＜０．１０（４）
ここで、
λmax ：５００ｎｍ以上で９００ｎｍ以下の波長を有する光束に対して所定レンズ面の透過率が１０％となる波長
λmin ：５００ｎｍ以上で９００ｎｍ以下の波長を有する光束に対して所定レンズ面の透過率が８０％となる波長
【００２８】
条件式（４）は、赤外カットコートの透過率特性を数値化した条件式である。
条件式（４）の上限値を上回った場合、赤外カットコートの透過率の変化が緩やかになりすぎるので好ましくない。
逆に、条件式（４）の下限値を下回った場合、赤外カットコートの透過率の変化が急激になりすぎてしまうので好ましくない。
【００２９】
本発明の別の観点によれば、負屈折力の第１レンズ群Ｇ１と正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とでレンズ系を構成し、２つのレンズ群の空気間隔を変化させることによりレンズ系全体の焦点距離を変化させてもよい。この場合、第２レンズ群Ｇ２中に開口絞りを配置し、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面に赤外カットコート（可視域の光に対する透過率は高く、近赤外域の光に対する透過率が可視域の透過率よりも極端に低い透過率特性を有するコート）を配置することが望ましい。
【００３０】
このタイプのズームレンズでは、広角端（レンズ系の焦点距離が最も短い状態）から望遠端（レンズ系の焦点距離が最も長い状態）まで焦点距離が変化する際に、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少するように、少なくとも第２レンズ群Ｇ２を物体側へ移動させる。この場合、広角端においては、第１レンズ群Ｇ１を通過する軸外光束が光軸から離れ、入射瞳位置も第１レンズ群Ｇ１から離れる。このため、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側のレンズ面に入射する軸外光束の入射角が小さくなるようにレンズ面の曲率半径を設定することにより、画面中心部と画面周辺部との間で色再現性の差を抑えることが可能となる。
【００３１】
特に、ＣＣＤのような光電変換作用を有する受光素子は、可視域の光に対してだけでなく、近赤外域の光に対しても強い感度を有する。換言すれば、これらの受光素子を撮像素子として用いる場合には、近赤外光を良好に遮断しないと色再現性に障害が生じてしまう。従って、本発明による近赤外光束透過防止レンズ系は、ＣＣＤのような光電変換作用を有する受光素子との組み合わせにおいて特に効果が大きい。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の各実施例を、添付図面に基づいて説明する。
〔第１実施例〕
図１は、本発明の第１実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
図１に示すように、本発明の第１実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系は、物体側から順に、負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とから構成された変倍光学系である。そして、最も焦点距離の短い広角端から最も焦点距離の長い望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少するように、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ単調移動する。
【００３３】
図２は、本発明の第１実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
図２の変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凹レンズＬ１１、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１、両凸レンズと両凹レンズとの接合正レンズＬ２２、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３、両凸レンズＬ２４、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２６から構成されている。なお、接合正レンズＬ２２と負メニスカスレンズＬ２３との間には、開口絞りＳが設けられている。
【００３４】
また、物体と第１レンズ群Ｇ１との間および第２レンズ群Ｇ２と像面との間に、それぞれ白板ガラスが挿入されている。これらの白板ガラスは、変倍時に固定である。第１実施例において、物体側の白板ガラスと物体の軸上間隔は、２．００である。
第１実施例では、レンズ系の最も物体側に配置された両凹レンズＬ１１の物体側の面に、近赤外域の光束に対して非常に低い透過率を有する赤外カットコートが設けられている。図１９は、第１実施例における赤外カットコートの透過率特性を示す図である。図１９において、横軸は光束の波長を、縦軸は透過率をそれぞれ示している。
また、第１実施例では、物体が有限の所定距離に位置し、物像間距離を一定に保ちながら結像倍率を変化させている。
【００３５】
次の表（１）に、本発明の第１実施例の諸元の値を掲げる。表（１）において、βは結像倍率を、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｈは物体高を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率はｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する値を示している。
【００３６】
【表１】
第１実施例においては、広角端から望遠端への変倍に際して、赤外カットコートを含む第１レンズ群Ｇ１が一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。したがって、広角端から中間焦点距離状態までの第１レンズ群Ｇ１の移動量と中間焦点距離状態から望遠端までの第１レンズ群Ｇ１の移動量とのうちの大きな方の移動量をΔ１としている。
図３乃至図５は、ｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する第１実施例の諸収差図である。図３は広角端（焦点距離が最も短い状態）における諸収差図であり、図４は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図５は望遠端（焦点距離が最も長い状態）における諸収差図である。
【００３８】
各収差図において、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｙは像高を、Ｈは各像高に対する物体高をそれぞれ示している。
また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差図において、破線はサインコンディション（正弦条件）を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００３９】
〔第２実施例〕
図６は、本発明の第２実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
図６に示すように、本発明の第２実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系は、物体側から順に、負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、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とから構成された変倍光学系である。そして、最も焦点距離の短い広角端から最も焦点距離の長い望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１は光軸に沿って移動することなく、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔が増大し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との空気間隔が増大するように、第２レンズ群Ｇ２乃至第４レンズ群Ｇ４が物体側へ移動する。
【００４０】
図７は、本発明の第２実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
図７の変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２から構成されている。さらに、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に、両凹レンズＬ３１および両凸レンズＬ３２から構成されている。また、第４レンズ群Ｇ４は、両凸レンズＬ４から構成されている。なお、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間には開口絞りＳが設けられ、変倍に際して第２レンズ群Ｇ２と一体的に移動する。
【００４１】
また、第４レンズ群Ｇ４と像面との間には、変倍時に固定の白板ガラスが挿入されている。
第２実施例では、レンズ系の最も像側に配置された両凸レンズＬ４の物体側の面に、近赤外域の光束に対して非常に低い透過率を有する赤外カットコートが設けられている。なお、第２実施例における赤外カットコートは、第１実施例における赤外カットコートと同じ透過率特性を有する。
また、第２実施例では、第３レンズ群Ｇ３を光軸に沿って移動させることにより、近距離物体への合焦を行うことができる。
【００４２】
次の表（２）に、本発明の第２実施例の諸元の値を掲げる。表（２）において、ｆは焦点距離を、ＦＮはＦナンバーを、２ωは画角を、Ｙ０は最大像高を、Ｄ０は物体と最も物体側のレンズ面との軸上距離（物体距離）をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。
【００４３】
【表２】
図８乃至図１３は、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）に対する第２実施例の諸収差図である。図８は広角端（焦点距離が最も短い状態）での無限遠合焦状態における諸収差図であり、図９は中間焦点距離状態での無限遠合焦状態における諸収差図であり、図１０は望遠端（焦点距離が最も長い状態）での無限遠合焦状態における諸収差図である。また、図１１は広角端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図であり、図１２は中間焦点距離状態での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図であり、図１３は望遠端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【００４５】
各収差図において、ＦＮはＦナンバーを、ＮＡは開口数を、Ｙは像高を、Ａは各像高に対する入射角を、Ｈは各像高に対する物体高をそれぞれ示している。
また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差図において、破線はサインコンディション（正弦条件）を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態および各撮影距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００４６】
〔第３実施例〕
図１４は、本発明の第３実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
図１４に示すように、本発明の第３実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系は、物体側から順に、負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とから構成された変倍光学系である。そして、最も焦点距離の短い広角端から最も焦点距離の長い望遠端への変倍に際して、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔が減少するように、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側へ移動した後に物体側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は物体側へ単調移動する。
【００４７】
図１５は、本発明の第３実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
図１５の変倍光学系において、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１、および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２から構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凸レンズＬ２１、両凸レンズと両凹レンズとの接合正レンズＬ２２、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２３、および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４から構成されている。なお、接合正レンズＬ２２と正メニスカスレンズＬ２３との間には、開口絞りＳが設けられている。
【００４８】
また、物体と第１レンズ群Ｇ１との間および第２レンズ群Ｇ２と像面との間に、それぞれ白板ガラスが挿入されている。これらの白板ガラスは、変倍時に固定である。第３実施例において、物体側の白板ガラスと物体の軸上間隔は、２．００である。
第３実施例では、レンズ系の最も像側に配置された負メニスカスレンズＬ２４の物体側の面に、近赤外域の光束に対して非常に低い透過率を有する赤外カットコートが設けられている。なお、第３実施例における赤外カットコートは、第１実施例における赤外カットコートと同じ透過率特性を有する。
また、第３実施例では、物体が有限の所定距離に位置し、物像間距離を一定に保ちながら結像倍率を変化させている。
【００４９】
次の表（３）に、本発明の第３実施例の諸元の値を掲げる。表（３）において、βは結像倍率を、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｈは物体高を、Ｙ０は最大像高をそれぞれ表している。さらに、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を、屈折率はｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する値を示している。
【００５０】
【表３】
第３実施例においては、広角端から望遠端への変倍に際して、赤外カットコートを含む第１レンズ群Ｇ１が一旦像側へ移動した後に物体側へ移動する。したがって、広角端から中間焦点距離状態までの第１レンズ群Ｇ１の移動量と中間焦点距離状態から望遠端までの第１レンズ群Ｇ１の移動量とのうちの大きな方の移動量をΔ１としている。
図１６乃至図１８は、ｅ線（λ＝５４６．１ｎｍ）に対する第３実施例の諸収差図である。図１６は広角端（焦点距離が最も短い状態）における諸収差図であり、図１７は中間焦点距離状態における諸収差図であり、図１８は望遠端（焦点距離が最も長い状態）における諸収差図である。
【００５２】
各収差図において、ＦNOは実効Ｆナンバーを、Ｙは像高を、Ｈは各像高に対する物体高をそれぞれ示している。
また、非点収差を示す収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。さらに、球面収差を示す収差図において、破線はサインコンディション（正弦条件）を示している。
各収差図から明らかなように、本実施例では、各焦点距離状態において諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることがわかる。
【００５３】
【効果】
以上説明したように、本発明によれば、近赤外光束の透過を防止するフィルターをレンズ系とは別に設けることなく、対応する受光素子において良好な感度特性を得ることのできる近赤外光束透過防止レンズ系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例の広角端における諸収差図である。
【図４】第１実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図５】第１実施例の望遠端における諸収差図である。
【図６】本発明の第２実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
【図８】第２実施例の広角端での無限遠合焦状態における諸収差図である。
【図９】第２実施例の中間焦点距離状態での無限遠合焦状態における諸収差図である。
【図１０】第２実施例の望遠端での無限遠合焦状態における諸収差図である。
【図１１】第２実施例の広角端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１２】第２実施例の中間焦点距離状態での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１３】第２実施例の望遠端での撮影倍率−０．０１倍の状態における諸収差図である。
【図１４】本発明の第３実施例にかかる近赤外光束透過防止レンズ系の屈折力配分および広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に伴う各レンズ群の移動を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例にかかる変倍光学系のレンズ構成を示す図である。
【図１６】第３実施例の広角端における諸収差図である。
【図１７】第３実施例の中間焦点距離状態における諸収差図である。
【図１８】第３実施例の望遠端における諸収差図である。
【図１９】各実施例における赤外カットコートの透過率特性を示す図である。
【図２０】赤外カットコートを施す所定レンズ面の曲率半径の規定を説明する図である。
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌｉ 各レンズ成分
Ｓ 開口絞り
Claims (4)
- レンズ系の最も外側のレンズのいずれか一方の所定レンズ面は、可視域の光束に対して良好な透過率を有し且つ近赤外域の光束に対して実質的に低い透過率を有し、
さらに開口絞りを有し、
前記レンズ系の焦点距離をｆとし、前記所定レンズ面の曲率半径をｒａとし、前記所定レンズ面と前記開口絞りとの間の光軸に沿った距離をＤとしたとき、
−０．４＜ｆ／ｒａ＜０．４
−０．３＜ｒａ／Ｄ＜０．３
の条件を満足することを特徴とする近赤外光束透過防止レンズ系。 - 前記レンズ系を介して形成された物体像は、光電変換作用を有する受光手段によって受光されることを特徴とする請求項１に記載の近赤外光束透過防止レンズ系。
- 前記レンズ系は、光軸方向に沿って移動可能な複数の可動レンズ群を有し、
前記複数の可動レンズ群において互いに隣り合う２つの可動レンズ群の間に形成される空気間隔を変化させることによって、前記レンズ系の焦点距離を変化させ、
前記所定レンズ面を含む所定可動レンズ群の広角端から望遠端までの光軸に沿った変倍移動量をΔ１とし、広角端における前記レンズ系の焦点距離をｆｗとし、望遠端における前記レンズ系の焦点距離をｆｔとしたとき、
０．０５＜Δ１／（ｆｗ・ｆｔ） 1/2 ＜０．２０
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の近赤外光束透過防止レンズ系。 - ５００ｎｍ以上で９００ｎｍ以下の波長を有する光束に対して前記所定レンズ面の透過率が１０％となる波長をλ max とし、５００ｎｍ以上で９００ｎｍ以下の波長を有する光束に対して前記所定レンズ面の透過率が８０％となる波長をλ min としたとき、
０．０１＜（λ max −λ min ）／（λ max ・λ min ） 1/2 ＜０．１０
の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の近赤外光束透過防止レンズ系。
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