JP6388753B2

JP6388753B2 - レンズ鏡筒

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Publication number: JP6388753B2
Application number: JP2018526965A
Authority: JP
Inventors: 秀伸辻; 俊平亀山; 玉川　恭久; 恭久玉川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: EP3474056B1; CN109643007A; JPWO2018037532A1; EP3474056A1; WO2018037532A1; DK3474056T3; EP3474056A4; CN109643007B

Description

この発明は、入射光を像面に結像するレンズ鏡筒に関するものである。

レーザ光を送受信することで、大気の風向や風速を計測する風計測ライダの光アンテナとして、レンズ鏡筒が使用されることがある。
レンズ鏡筒は、組立公差によって組立後の性能にばらつきが生じることがある。
以下の特許文献１に開示されているレンズ鏡筒では、組立公差を抑制するために、鏡筒に保持される２枚のレンズのコバ部に平面を形成するとともに、２枚のレンズを保持する鏡筒のレンズ受け面を平面に形成し、２枚のレンズのコバ部を鏡筒のレンズ受け面に押し当てた状態で固定している。
２枚のレンズのうち、第１のレンズは、両面が凸面の両凸レンズであり、第２のレンズは、入射側の面が凸面で、出射側の面が凹面のメニスカスレンズである。

特開２０１４−７７９０４号公報

従来のレンズ鏡筒は以上のように構成されているので、組立公差を抑制することができるが、鏡筒に保持されているレンズの枚数が２枚だけであるため、風計測ライダの光アンテナとして使用される場合、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができないことがある。波面収差の性能を高めるには、鏡筒に保持されるレンズの枚数を増やす必要があり、鏡筒に保持されるレンズの枚数が４枚であれば、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる。しかし、両凸レンズやメニスカスレンズは、面の製造が面倒であるため、両凸レンズやメニスカスレンズなどのレンズを４枚保持する構成では、製造コストが増加してしまうという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる低コストのレンズ鏡筒を得ることを目的とする。

この発明に係るレンズ鏡筒は、光の入射側の面が凸面で、光の出射側の面が平面である第１のレンズと、負の屈折力を有しており、第１のレンズから出射された光が入射される第２のレンズと、負の屈折力を有しており、第２のレンズから出射された光が入射される第３のレンズと、光の入射側の面が平面で、光の出射側の面が凸面であり、第３のレンズから出射された光が入射される第４のレンズと、第１から第４のレンズを保持する鏡筒とを備え、第１から第４のレンズによる鏡筒全体の焦点距離で、第１から第４のレンズにより光が結像される像面の曲率半径を除算した結果が−２．３６から−２．１４の範囲内になるようにしたものである。

この発明によれば、第１及び第４のレンズの片面が平面であるため、第１及び第４のレンズの製造コストが抑制される。このため、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる低コストのレンズ鏡筒が得られる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレンズ鏡筒を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるレンズ鏡筒の両凹レンズ２及びメニスカスレンズ３を示す拡大図である。平凸レンズ１、両凹レンズ２、メニスカスレンズ３及び平凸レンズ４における各面や像面Ｓ_ｉの曲率半径などのレンズ鏡筒諸元の一例を示す表図である。この発明の実施の形態２によるレンズ鏡筒を示す構成図である。平凸レンズ１、片凹レンズ２’、メニスカスレンズ３及び平凸レンズ４における各面や像面Ｓ_ｉの曲率半径などのレンズ鏡筒諸元の一例を示す表図である。この発明の実施の形態３によるレンズ鏡筒を示す構成図である。平凸レンズ１、片凹レンズ２’、片凹レンズ３’及び平凸レンズ４における各面や像面Ｓ_ｉの曲率半径などのレンズ鏡筒諸元の一例を示す表図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレンズ鏡筒を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるレンズ鏡筒の両凹レンズ２及びメニスカスレンズ３を示す拡大図である。
図１及び図２において、鏡筒１０は平凸レンズ１（第１のレンズ）、両凹レンズ２（第２のレンズ）、メニスカスレンズ３（第３のレンズ）及び平凸レンズ４（第４のレンズ）を保持するレンズ保持部材であり、平面のレンズ受け面として、光の入射側から順番にレンズ受け面１０_１（第１のレンズ受け面）、レンズ受け面１０_２（第２のレンズ受け面）、レンズ受け面１０_３（第３のレンズ受け面）、レンズ受け面１０_４（第４のレンズ受け面）を有している。

平凸レンズ１は光の入射側の面が凸面で、光の出射側の面が平面であり、正の屈折力を有している。
また、平凸レンズ１は光の出射側の面に平面のコバ部１ａを有しており、コバ部１ａがレンズ受け面１０_１に押し当てられている状態で保持されている。
両凹レンズ２は両面が凹面であり、負の屈折力を有している。
また、両凹レンズ２は光の出射側の面に平面のコバ部２ａを有しており、コバ部２ａがレンズ受け面１０_２に押し当てられている状態で保持されている。

メニスカスレンズ３は光の入射側の面が凸面で、光の出射側の面が凹面であり、負の屈折力を有している。
また、メニスカスレンズ３は光の出射側の面に平面のコバ部３ａを有しており、コバ部３ａがレンズ受け面１０_３に押し当てられている状態で保持されている。
平凸レンズ４は光の入射側の面が平面で、光の出射側の面が凸面であり、正の屈折力を有している。
また、平凸レンズ４は光の入射側の面に平面のコバ部４ａを有しており、コバ部４ａがレンズ受け面１０_４に押し当てられている状態で保持されている。
絞り２０は両凹レンズ２とメニスカスレンズ３の間に設けられている。
なお、平凸レンズ１，４は、片面が平面であるため、製造の際、平面でない方の片面だけを研磨すればよい。このため、平凸レンズ１，４は、例えば、両凹レンズ２やメニスカスレンズ３と比べて、研磨のため製造コストが低い。

Ｒ_１は平凸レンズ１における光入射面の曲率半径、Ｒ_２は平凸レンズ１における光出射面の曲率半径である。
Ｒ_３は両凹レンズ２における光入射面の曲率半径、Ｒ_４は両凹レンズ２における光出射面の曲率半径である。
Ｒ_５は絞り２０における曲率半径である。
Ｒ_６はメニスカスレンズ３における光入射面の曲率半径、Ｒ_７はメニスカスレンズ３における光出射面の曲率半径である。
Ｒ_８は平凸レンズ４における光入射面の曲率半径、Ｒ_９は平凸レンズ４における光出射面の曲率半径である。

Ｄ_１は光軸Ｘ上での平凸レンズ１における光入射面と光出射面の間隔、Ｄ_２は光軸Ｘ上での平凸レンズ１の光出射面と両凹レンズ２の光入射面との間隔である。
Ｄ_３は光軸Ｘ上での両凹レンズ２における光入射面と光出射面の間隔、Ｄ_４は光軸Ｘ上での両凹レンズ２の光出射面と絞り２０との間隔、Ｄ_５は光軸Ｘ上での絞り２０とメニスカスレンズ３の光入射面との間隔である。
Ｄ_６は光軸Ｘ上でのメニスカスレンズ３における光入射面と光出射面の間隔、Ｄ_７は光軸Ｘ上でのメニスカスレンズ３の光出射面と平凸レンズ４の光入射面との間隔である。
Ｄ_８は光軸Ｘ上での平凸レンズ４における光入射面と光出射面の間隔、Ｄ_９は光軸Ｘ上での平凸レンズ４の光出射面と像面Ｓ_ｉの結像位置Ｐとの間隔である。

ここで、レンズ鏡筒全体の焦点距離はｆ、平凸レンズ１の焦点距離はｆ_１、両凹レンズ２の焦点距離はｆ_２、メニスカスレンズ３の焦点距離はｆ_３、平凸レンズ４の焦点距離はｆ_４であるとする。また、レンズ鏡筒により光が結像される像面Ｓ_ｉの曲率半径はＲ_ｉであるとする。
この実施の形態１を含む実施の形態１〜３では、下記の条件（１）を満足することで、レンズ鏡筒全体の回転公差に対する波面収差の性能劣化が低減されている。

また、この実施の形態１を含む実施の形態１〜３では、下記の条件（２）〜（５）を満足することで、高い波面収差の性能を有しており、レンズ鏡筒の組立公差が低減されている。

次に動作について説明する。
光の入射側である物体側からの光束は、光軸Ｘに沿ってレンズ鏡筒に入射される。
レンズ鏡筒に入射された光束は、平凸レンズ１、両凹レンズ２、メニスカスレンズ３及び平凸レンズ４を通過することで、像面Ｓ_ｉの結像位置Ｐに結像される。

図３は平凸レンズ１、両凹レンズ２、メニスカスレンズ３及び平凸レンズ４における各面や像面Ｓ_ｉの曲率半径などのレンズ鏡筒諸元の一例を示す表図である。
図３において、∞は曲率半径が無限大であることを示している。ｎ_１は平凸レンズ１の屈折率、ｎ_３は両凹レンズ２の屈折率、ｎ_６はメニスカスレンズ３の屈折率、ｎ_８は平凸レンズ４の屈折率を示している。
この実施の形態１では、曲率半径Ｒ_１〜Ｒ_９，Ｒ_ｉ、間隔Ｄ_１〜Ｄ_９、屈折率ｎ_１，ｎ_３，ｎ_６，ｎ_８、レンズ鏡筒全体の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ、半画角ωは図３に示されている数値である。
この数値では、図３に示すように、Ｒ_ｉ／ｆ＝−２．１４となり、条件（１）を満足している。
また、ｆ／ｆ_１＝０．８２、ｆ／ｆ_２＝−０．９６、ｆ／ｆ_３＝−２．５５、ｆ／ｆ_４＝０．８２となり、条件（２）〜（５）を満足している。
図３の例では、曲率半径については光の入射側を正としている。

上記の数値で表されるレンズ鏡筒の波面収差をシミュレーションすると、波面収差の二乗平均であるＲＭＳは下記のようになる。λは１．５５μｍの波長である。
ＲＭＳ＝０．０１７５λ （６）
式（６）は半画角ωが１０度の場合であるが、半画角ωが０度である場合、波面収差の二乗平均であるＲＭＳは下記のようになる。
ＲＭＳ＝０．０１４９λ （７）
半画角ωが０度の場合も、１０度の場合も、風計測ライダで要求される波面収差を満足している波面収差である。
因みに、風計測ライダで要求される波面収差のＲＭＳは、一般的に０．１λ以下程度であるため、十分に要求を満足している。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１のレンズである平凸レンズ１の光出射面と、第４のレンズである平凸レンズ４の光入射面とが平面であるため、第１及び第４のレンズとして、例えば両凸レンズやメニスカスレンズなどを用いる場合よりも、第１及び第４のレンズの製造コストが抑制される。このため、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる低コストのレンズ鏡筒が得られる効果がある。

また、この実施の形態１によれば、平凸レンズ１が、平面のコバ部１ａが平面のレンズ受け面１０_１に当てられている状態で保持され、両凹レンズ２が、平面のコバ部２ａが平面のレンズ受け面１０_２に当てられている状態で保持され、メニスカスレンズ３が、平面のコバ部３ａが平面のレンズ受け面１０_３に当てられている状態で保持され、平凸レンズ４が、平面のコバ部４ａが平面のレンズ受け面１０_４に当てられている状態で保持されているので、組立時公差を低減して、波面収差の性能劣化を抑制することができる。

この実施の形態１では、図３に示すように、平凸レンズ１の曲率半径Ｒ_１と平凸レンズ４の曲率半径Ｒ_９とが同じであり、平凸レンズ１の屈折率ｎ_１と平凸レンズ４の屈折率ｎ_８とが同じであるため、同じ製造プロセスで平凸レンズ１，４を製造することが可能であり、低コスト化を図ることが可能である。
なお、平凸レンズ１と平凸レンズ４の向きが反対であるため、図３では、平凸レンズ１の曲率半径Ｒ_１と、平凸レンズ４の曲率半径Ｒ_９との符号が異なっているが、即ち、Ｒ_１＝８９．６０９で、Ｒ_９＝−８９．６０９であるが、レンズ自体の曲率半径は同じである。

この実施の形態１では、レンズ鏡筒により光が結像される像面Ｓ_ｉの曲率半径Ｒ_ｉが、レンズ鏡筒全体の焦点距離ｆに対して負の曲率半径を有しているため、レンズ鏡筒により光が結像される像面Ｓ_ｉが平面である場合よりも、レンズ鏡筒全体の回転公差に対する波面収差の性能劣化を抑制することができる。

因みに、通常のカメラレンズの場合、受光面が平面であるため、像面が曲率半径を有していると、受光面と像面が一致しない。その結果、画角に応じて像のボケが生じる。
風計測ライダの光アンテナとしてレンズ鏡筒が使用される場合、レンズ鏡筒に対するレーザ光の入出力は、一般的に、光ファイバが用いられる。このため、像面上のファイバ端の位置では、画角が面ではなく、点として指定される。したがって、像面が曲率半径を有している場合でも、この曲率半径を有する像面上にファイバ端を配置すればよいため、カメラレンズの場合のようなボケが生じない。

また、カメラで画像全体を高解像に撮像する場合、受光面のサイズと焦点距離で決まる一定の画角範囲内の全ての画角において、結像性能を決定づける波面収差の性能を維持しなければならない。
風計測ライダの光アンテナとしてレンズ鏡筒が使用される場合、画角がファイバ端の像面上の位置で決まるため、波面収差の性能を維持すべき画角が、カメラレンズの場合のように広い範囲ではなく、ある特定の画角となる。このため、ある特定の画角について、波面収差の性能を向上させればよいため、制限条件が緩和され、結果として高い波面収差の性能を得ることができる。

なお、レーザ光を送受信することで、大気の風向や風速を計測する風計測ライダでは、ドップラー効果によって視線方向の風速を計測し、複数の視線方向の風速から風向を算出する。そのため、複数の画角に対してファイバ端を配置し、複数の画角に対応するファイバ端でレーザ光を送受信して、それぞれの画角での風速を算出する。
この実施の形態１では、半画角ωが０度と１０度の場合の波面収差を計測しており、いずれの波面収差も、風計測ライダで要求される波面収差を満足している。

この実施の形態１では、図３に示すように、平凸レンズ１の屈折率ｎ_１と平凸レンズ４の屈折率ｎ_８とが同じである例を示しているが、平凸レンズ１と平凸レンズ４の屈折率差Δｎ_１−８が±０．０００６の範囲内となる硝材を用いて、平凸レンズ１と平凸レンズ４が製造されているものであってもよい。
−０．０００６＜Δｎ_１−８＜０．０００６（８）
また、両凹レンズ２の屈折率ｎ_３とメニスカスレンズ３の屈折率ｎ_６が同じである例を示しているが、両凹レンズ２とメニスカスレンズ３の屈折率差Δｎ_３−６が±０．０００６の範囲内となる硝材を用いて、両凹レンズ２とメニスカスレンズ３が製造されているものであってもよい。
−０．０００６＜Δｎ_３−６＜０．０００６（９）
屈折率差が±０．０００６の範囲内であれば、式（６）や式（７）で示す波面収差と同等の波面収差が得られ、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる。このため、製造公差などによって、±０．０００６の範囲内で屈折率のばらつきが生じても、同等の波面収差が維持される。

この実施の形態１では、平凸レンズ１における光入射面の曲率半径Ｒ_１と、平凸レンズ４における光出射面の曲率半径Ｒ_９とが同じである例を示しているが、曲率半径Ｒ_１と曲率半径Ｒ_９の差ΔＲ_１−９が±０．４７ｍｍの範囲内であれば、曲率半径Ｒ_１と曲率半径Ｒ_９が異なっていてもよい。
−０．４７＜ΔＲ_１−９＜０．４７（１０）
曲率半径Ｒ_１と曲率半径Ｒ_９の差ΔＲ_１−９が±０．４７ｍｍの範囲内であれば、式（６）や式（７）で示す波面収差と同等の波面収差が得られ、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる。このため、製造公差などによって、±０．４７ｍｍの範囲内で曲率半径のばらつきが生じても、同等の波面収差が維持される。

この実施の形態１では、平凸レンズ１における光出射面及び平凸レンズ４における光入射面が平面である例を示している。即ち、図３では、平凸レンズ１における光出射面の曲率半径Ｒ_２及び平凸レンズ４における光入射面の曲率半径Ｒ_８が無限大である例を示している。しかし、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_８は、１７０００ｍｍより大きい、あるいは、−１７０００ｍｍより小さければよく、無限大であるものに限るものではない。
Ｒ_２＞１７０００あるいは、Ｒ_２＜−１７０００（１１）
Ｒ_８＞１７０００あるいは、Ｒ_８＜−１７０００（１２）
曲率半径Ｒ_２，Ｒ_８が１７０００ｍｍより大きい場合や、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_８が−１７０００ｍｍより小さい場合には、無限大でない場合でも、式（６）や式（７）で示す波面収差と同等の波面収差が得られ、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる。このため、製造公差などによって、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_８が１７０００ｍｍより大きい曲率半径を有している場合や、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_８が−１７０００ｍｍより小さい曲率半径を有している場合でも、同等の波面収差が維持される。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、第２のレンズが、両面が凹面である両凹レンズ２の例を示しているが、この実施の形態２では、第２のレンズが、光の入射側の面が凹面で、光の出射側の面が平面である片凹レンズの例を説明する。

図４はこの発明の実施の形態２によるレンズ鏡筒を示す構成図であり、図４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第２のレンズである片凹レンズ２’は光の入射側の面が凹面で、光の出射側の面が平面であり、負の屈折力を有している。
また、片凹レンズ２’は光の出射側の面に平面のコバ部２ａ’を有しており、コバ部２ａ’がレンズ受け面１０_２に押し当てられている状態で保持されている。

図５は平凸レンズ１、片凹レンズ２’、メニスカスレンズ３及び平凸レンズ４における各面や像面Ｓ_ｉの曲率半径などのレンズ鏡筒諸元の一例を示す表図である。
図５において、∞は曲率半径が無限大であることを示している。ｎ_１は平凸レンズ１の屈折率、ｎ_３は片凹レンズ２’の屈折率、ｎ_６はメニスカスレンズ３の屈折率、ｎ_８は平凸レンズ４の屈折率を示している。
この実施の形態２では、曲率半径Ｒ_１〜Ｒ_９，Ｒ_ｉ、間隔Ｄ_１〜Ｄ_９、屈折率ｎ_１，ｎ_３，ｎ_６，ｎ_８、レンズ鏡筒全体の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ、半画角ωは図５に示されている数値である。
この数値では、図５に示すように、Ｒ_ｉ／ｆ＝−２．１６となり、上記の条件（１）を満足している。
また、ｆ／ｆ_１＝０．８２、ｆ／ｆ_２＝−１．１８、ｆ／ｆ_３＝−１．７０、ｆ／ｆ_４＝０．８２となり、上記の条件（２）〜（５）を満足している。

上記の数値で表されるレンズ鏡筒の波面収差をシミュレーションすると、波面収差の二乗平均であるＲＭＳは下記のようになる。λは１．５５μｍの波長である。
ＲＭＳ＝０．０２１８λ （１３）
式（１３）は半画角ωが１０度の場合であるが、半画角ωが０度である場合、波面収差の二乗平均であるＲＭＳは下記のようになる。
ＲＭＳ＝０．０１３６λ （１４）
半画角ωが０度の場合も、１０度の場合も、上記実施の形態１と同様に、風計測ライダで要求される波面収差を満足している波面収差である。
半画角ωが１０度の場合、波面収差のＲＭＳが上記実施の形態１よりも若干大きくなっているが、風計測ライダで要求される波面収差のＲＭＳは、一般的に０．１λ以下程度であるため、この実施の形態２における波面収差は、十分に許容できるものである。
なお、半画角ωが０度の場合、波面収差のＲＭＳが上記実施の形態１よりも若干小さくなっている。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、第１のレンズである平凸レンズ１の光出射面と、第２のレンズである片凹レンズ２’の光出射面と、第４のレンズである平凸レンズ４の光入射面とが平面であるため、第１、第２及び第４のレンズとして、例えば両凸レンズやメニスカスレンズなどを用いる場合よりも、第１、第２及び第４のレンズの製造コストが抑制される。このため、上記実施の形態１と同様に、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる低コストのレンズ鏡筒が得られる効果がある。
さらに、この実施の形態２では、第２のレンズについても片面が平面である片凹レンズ２’を用いているため、上記実施の形態１よりも低コストのレンズ鏡筒が得られる。

この実施の形態２では、平凸レンズ１における光出射面、片凹レンズ２’における光出射面及び平凸レンズ４における光入射面が平面である例を示している。即ち、図５では、平凸レンズ１における光出射面の曲率半径Ｒ_２、片凹レンズ２’における光出射面の曲率半径Ｒ_４及び平凸レンズ４における光入射面の曲率半径Ｒ_８が無限大である例を示している。しかし、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_８は、１７０００ｍｍより大きい、あるいは、−１７０００ｍｍより小さければよく、無限大であるものに限るものではない。
Ｒ_２＞１７０００あるいは、Ｒ_２＜−１７０００（１５）
Ｒ_４＞１７０００あるいは、Ｒ_４＜−１７０００（１６）
Ｒ_８＞１７０００あるいは、Ｒ_８＜−１７０００（１７）
曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_８が１７０００ｍｍより大きい場合や、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_８が−１７０００ｍｍより小さい場合には、無限大でない場合でも、式（１３）や式（１４）で示す波面収差と同等の波面収差が得られ、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる。このため、製造公差などによって、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_８が１７０００ｍｍより大きい曲率半径を有している場合や、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_８が−１７０００ｍｍより小さい曲率半径を有している場合でも、同等の波面収差が維持される。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、第３のレンズが、光の入射側の面が凸面で、光の出射側の面が凹面であるメニスカスレンズ３の例を示しているが、この実施の形態３では、第３のレンズが、光の入射側の面が平面で、光の出射側の面が凹面である片凹レンズの例を説明する。

図６はこの発明の実施の形態３によるレンズ鏡筒を示す構成図であり、図６において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
第３のレンズである片凹レンズ３’は光の入射側の面が平面で、光の出射側の面が凹面であり、負の屈折力を有している。
また、片凹レンズ３’は光の入射側の面に平面のコバ部３ａ’を有しており、コバ部３ａ’がレンズ受け面１０_３に押し当てられている状態で保持されている。
図６では、第３のレンズである片凹レンズ３’が、片凹レンズ２’が実装されている図４のレンズ鏡筒に適用されている例を示しているが、両凹レンズ２が実装されている図１のレンズ鏡筒に適用されているものであってもよい。
図６の例では、片凹レンズ３’のコバ部３ａ’が、光の入射側の面にあるため、レンズ受け面１０_３における鏡筒１０の形状が、図１及び図４の鏡筒１０と相違している。

図７は平凸レンズ１、片凹レンズ２’、片凹レンズ３’及び平凸レンズ４における各面や像面Ｓ_ｉの曲率半径などのレンズ鏡筒諸元の一例を示す表図である。
図７において、∞は曲率半径が無限大であることを示している。ｎ_１は平凸レンズ１の屈折率、ｎ_３は片凹レンズ２’の屈折率、ｎ_６は片凹レンズ３’の屈折率、ｎ_８は平凸レンズ４の屈折率を示している。
この実施の形態３では、曲率半径Ｒ_１〜Ｒ_９，Ｒ_ｉ、間隔Ｄ_１〜Ｄ_９、屈折率ｎ_１，ｎ_３，ｎ_６，ｎ_８、レンズ鏡筒全体の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ、半画角ωは図７に示されている数値である。
この数値では、図７に示すように、Ｒ_ｉ／ｆ＝−２．３６となり、上記の条件（１）を満足している。
また、ｆ／ｆ_１＝０．７１、ｆ／ｆ_２＝−１．１７、ｆ／ｆ_３＝−１．０１、ｆ／ｆ_４＝０．７１となり、上記の条件（２）〜（５）を満足している。

上記の数値で表されるレンズ鏡筒の波面収差をシミュレーションすると、波面収差の二乗平均であるＲＭＳは下記のようになる。λは１．５５μｍの波長である。
ＲＭＳ＝０．０３４５λ （１８）
式（１８）は半画角ωが１０度の場合であるが、半画角ωが０度である場合、波面収差の二乗平均であるＲＭＳは下記のようになる。
ＲＭＳ＝０．０１０７λ （１９）
半画角ωが０度の場合も、１０度の場合も、上記実施の形態１と同様に、風計測ライダで要求される波面収差を満足している波面収差である。
半画角ωが１０度の場合、波面収差のＲＭＳが上記実施の形態１，２よりも若干大きくなっているが、風計測ライダで要求される波面収差のＲＭＳは、一般的に０．１λ以下程度であるため、この実施の形態３における波面収差は、十分に許容できるものである。
なお、半画角ωが０度の場合、波面収差のＲＭＳが上記実施の形態１，２よりも若干小さくなっている。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、第１のレンズである平凸レンズ１の光出射面と、第２のレンズである片凹レンズ２’の光出射面と、第３のレンズである片凹レンズ３’の光入射面と、第４のレンズである平凸レンズ４の光入射面とが平面であるため、第１〜第４のレンズとして、例えば両凸レンズやメニスカスレンズなどを用いる場合よりも、第１〜第４のレンズの製造コストが抑制される。このため、上記実施の形態１，２と同様に、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる低コストのレンズ鏡筒が得られる効果がある。
さらに、この実施の形態３では、第３のレンズについても片面が平面である片凹レンズ３’を用いているため、上記実施の形態１，２よりも更に低コストのレンズ鏡筒が得られる。

この実施の形態３では、平凸レンズ１における光出射面、片凹レンズ２’における光出射面、片凹レンズ３’の光入射面及び平凸レンズ４における光入射面が平面である例を示している。即ち、図７では、平凸レンズ１における光出射面の曲率半径Ｒ_２、片凹レンズ２’における光出射面の曲率半径Ｒ_４、片凹レンズ３’における光入射面の曲率半径Ｒ_６及び平凸レンズ４における光入射面の曲率半径Ｒ_８が無限大である例を示している。しかし、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_６，Ｒ_８は、１７０００ｍｍより大きい、あるいは、−１７０００ｍｍより小さければよく、無限大であるものに限るものではない。
Ｒ_２＞１７０００あるいは、Ｒ_２＜−１７０００（２０）
Ｒ_４＞１７０００あるいは、Ｒ_４＜−１７０００（２１）
Ｒ_６＞１７０００あるいは、Ｒ_６＜−１７０００（２２）
Ｒ_８＞１７０００あるいは、Ｒ_８＜−１７０００（２３）
曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_６，Ｒ_８が１７０００ｍｍより大きい場合や、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_６，Ｒ_８が−１７０００ｍｍより小さい場合には、無限大でない場合でも、式（１８）や式（１９）で示す波面収差と同等の波面収差が得られ、風計測ライダで要求される波面収差を満足することができる。このため、製造公差などによって、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_６，Ｒ_８が１７０００ｍｍより大きい曲率半径を有している場合や、曲率半径Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_６，Ｒ_８が−１７０００ｍｍより小さい曲率半径を有している場合でも、同等の波面収差が維持される。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、入射光を像面に結像するレンズ鏡筒に適している。

１平凸レンズ（第１のレンズ）、１ａ平面のコバ部、２両凹レンズ（第２のレンズ）、２ａ平面のコバ部、２’ 片凹レンズ（第２のレンズ）、２ａ’ 平面のコバ部、３メニスカスレンズ（第３のレンズ）、３ａ平面のコバ部、３’ 片凹レンズ（第３のレンズ）、３ａ’ 平面のコバ部、４平凸レンズ（第４のレンズ）、４ａ平面のコバ部、１０鏡筒、１０_１レンズ受け面（第１のレンズ受け面）、１０_２レンズ受け面（第２のレンズ受け面）、１０_３レンズ受け面（第３のレンズ受け面）、１０_４レンズ受け面（第４のレンズ受け面）、２０絞り。

Claims

光の入射側の面が凸面で、光の出射側の面が平面である第１のレンズと、
負の屈折力を有しており、前記第１のレンズから出射された光が入射される第２のレンズと、
負の屈折力を有しており、前記第２のレンズから出射された光が入射される第３のレンズと、
光の入射側の面が平面で、光の出射側の面が凸面であり、前記第３のレンズから出射された光が入射される第４のレンズと、
前記第１から第４のレンズを保持する鏡筒と
を備え、
前記第１から第４のレンズによる鏡筒全体の焦点距離で、前記第１から第４のレンズにより光が結像される像面の曲率半径を除算した結果が−２．３６から−２．１４の範囲内であることを特徴とするレンズ鏡筒。
前記第１のレンズの焦点距離で前記鏡筒全体の焦点距離を除算した結果が０．７１から０．８２の範囲内であり、前記第２のレンズの焦点距離で前記鏡筒全体の焦点距離を除算した結果が−１．１８から−０．９６の範囲内であり、前記第３のレンズの焦点距離で前記鏡筒全体の焦点距離を除算した結果が−２．５５から−１．０１の範囲内であり、前記第４のレンズの焦点距離で前記鏡筒全体の焦点距離を除算した結果が０．７１から０．８２の範囲内であることを特徴とする請求項１記載のレンズ鏡筒。