JP6481305B2 - 結像レンズおよび撮像装置 - Google Patents
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Description
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。
(1) 4.0 < D/L2G−3G < 12.0
を満足し、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と、該負レンズの物体側に凹面を物体側に向けた正レンズとを配した4枚のレンズにより構成されている。
図1〜図5の、上段の図((a)と表示)は「無限遠に合焦した状態」でのレンズ構成図、中段の図((b)と表示)は「中間距離に合焦した状態」でのレンズ構成図、下段の図((c)と表示)は「至近距離に合焦した状態」でのレンズ構成図を示している。
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。
図1〜図5に示すように「遠距離(上段の図)から至近距離(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。
(1) 4.0 < D/L2G−3G < 12.0
を満足する。
(1A) 4.5 < D/L2G−3G < 11.0
を満足することが好ましい。
条件式(2)のパラメータの値が−0.25以下では、球面収差がアンダー側に発生しやすくなったり、内向性のコマ収差が発生しやすくなったりする。
(2A) −0.20<(r3NR−r3PF)/(r3NR+r3PF)<0.00
を満足するようにすると、球面収差やコマ収差の発生を、より有効に抑制できる。
(3) 1.20 < f1/f1−2 < 4.00 。
(3A) 1.50 < f1/f1−2 < 3.00
を満足することがより好ましい。
(4) −0.15<(r1NR+r2NF)/(r1NR−r2NF)<0.05
パラメータ中の「f」は、無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離、「f1−2」は第1レンズ群と第2レンズ群の合成焦点距離である。
(5A) 1.10 < f/f1−2 < 1.30
を満足することが好ましい。
(7) 62.0 < νd < 70.0
(8) 0.004<θg,F-(-0.001742×νd+0.6490)<0.030
条件式(6)、(7)における「nd」および「νd」は、上記正レンズの材質の「d線の屈折率およびアッベ数」である。
θg,F=(ng-nF)/(nF-nC)
で定義される。
前述の「マシンビジョン用の画像入力装置」に用いる結像レンズには、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レンズとして、半画角:10度前後のものが考えられる。
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。
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。
実施例1の結像レンズにおける至近距離は「ワーキングディスタンスとして0.15m」である。
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
Nd:屈折率
νd:アッベ数
θg,F:部分分散比
W.D:ワーキングディスタンス(物体から正レンズL11の物体側面までの距離)
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。
f = 35.00,F = 1.82,ω = 14.09
面番号 R D Nd νd θg,F 硝種名
01 39.607 3.50 1.83481 42.72 0.5648 OHARA S-LAH55V
02 -320.677 0.20
03 17.819 2.68 1.74320 49.34 0.5531 OHARA S-LAM60
04 30.240 1.36
05 66.118 2.66 1.67270 32.10 0.5988 OHARA S-TIM25
06 12.153 4.60
07 絞り 3.60
08 -12.836 2.20 1.68893 31.07 0.6004 OHARA S-TIM28
09 52.078 5.00 1.71300 53.87 0.5459 OHARA S-LAL8
10 -18.842 0.20
11 72.561 3.50 1.83481 42.72 0.5648 OHARA S-LAH55V
12 -38.978 可変(A)
13 107.845 3.50 1.64769 33.79 0.5938 OHARA S-TIM22
14 22.368 2.84
15 31.305 3.50 1.83481 42.72 0.5648 OHARA S-LAH55V
16 375.433 16.872
17 ∞ 0.75 1.51633 64.14 カバーガラス
18 ∞ 。
W.D 無限遠 0.25m 0.15m
A 0.500 5.791 9.583 。
(1) D/L2G-3G=5.68
(2) (r3NR-r3PF)/(r3NR+r3PF)=-0.167
(3) f1/f1-2=2.64
(4) (r1NR+r2NF)/(r1NR-r2NF)=-0.0273
(5) f/f1-2=0.983
(6) nd=1.83481 …
(7) νd= 42.72 …
(8) θg,F-(-0.001742×νd+0.6490)=-0.0098 … 。
f = 50.00,F = 2.45,ω = 9.92
面番号 R D Nd νd θg,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 ∞ 。
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 1.900 7.493 10.450 。
(1) D/L2G-3G=8.55
(2) (r3NR-r3PF)/(r3NR+r3PF)=-0.0302
(3) f1/f1-2=2.07
(4) (r1NR+r2NF)/(r1NR-r2NF)=-0.0741
(5) f/f1-2=1.24
(6) nd=1.61800
(7) νd=63.33
(8) θg,F-(-0.001742×νd+0.6490)=0.0055 。
f = 50.00,F = 2.45,ω = 9.99
面番号 R D Nd νd θg,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 ∞ 。
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 1.900 7.517 10.475 。
(1) D/L2G-3G=4.76
(2) (r3NR-r3PF)/(r3NR+r3PF)=-0.0488
(3) f1/f1-2=1.81
(4) (r1NR+r2NF)/(r1NR-r2NF)=-0.0186
(5) f/f1-2=1.24
(6) nd=1.61800
(7) νd=63.33
(8) θg,F-(-0.001742×νd+0.6490)=0.0055 。
f = 50.00,F = 2.45,ω = 9.92
面番号 R D Nd νd θg,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 ∞ 。
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 1.900 7.525 10.445 。
(1) D/L2G-3G=6.52
(2) (r3NR-r3PF)/(r3NR+r3PF)=-0.0381
(3) f1/f1-2=2.49
(4) (r1NR+r2NF)/(r1NR-r2NF)=-0.0249
(5) f/f1-2=1.23
(6) nd=1.61800
(7) νd=63.33
(8) θg,F-(-0.001742×νd+0.6490)=0.0055 。
f = 50.01,F = 2.45,ω = 9.92
面番号 R D Nd νd θg,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 ∞ 。
W.D 無限遠 0.3m 0.2m
A 2.000 7.568 10.494 。
(1) D/L2G-3G=6.78
(2) (r3NR-r3PF)/(r3NR+r3PF)=-0.0540
(3) f1/f1-2=2.23
(4) (r1NR+r2NF)/(r1NR-r2NF)=-0.0772
(5) f/f1-2=1.24
(6) nd=1.60300
(7) νd=65.44
(8) θg,F-(-0.001742×νd+0.6490)=0.0052 。
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。
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。
図18〜図20に、実施例5の結像レンズの収差図を、図6〜図8に倣って示す。
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。
即ち、実施例1〜5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「直線を直線として描写可能」であり、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。
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
Claims (17)
- 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て、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レンズ群とを一体として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、正レンズの2枚を配して構成され、
第3レンズ群の前記負レンズと前記正レンズとの空気間隙:D、無限遠物体に合焦した状態における第2レンズ群の最も像側の面から第3レンズ群の最も物体側の面までの光軸上の距離:L2G−3Gが、条件式:
(1) 4.0 < D/L2G−3G < 12.0
を満足し、
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と、該負レンズの物体側に凹面を物体側に向けた正レンズとを配した4枚のレンズにより構成された結像レンズ。 - 請求項1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は凹面、第3レンズ群の正レンズの物体側面は凸面であり、
第3レンズ群の負レンズの像側面の曲率半径:r3NR、第3レンズ群の正レンズの物体側面の曲率半径:r3PFが、条件式:
(2) −0.25<(r3NR−r3PF)/(r3NR+r3PF)<0.05
を満足する結像レンズ。 - 請求項1または2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:
(3) 1.20 < f 1 /f 1−2 < 4.00
を満足する結像レンズ。 - 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レンズ群の像側に凹面を向けた負レンズの像側面の曲率半径:r 1NR 、第2レンズ群の物体側に凹面を向けた負レンズの物体側面の曲率半径:r 2NF が、条件式:
(4) −0.15<(r 1NR +r 2NF )/(r 1NR −r 2NF )<0.05
を満足する結像レンズ。 - 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、
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:
(5) 1.10 < f/f 1−2 < 1.40
を満足する結像レンズ。 - 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て、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レンズ群とを一体として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、正レンズの2枚を配して構成され、
第3レンズ群の前記負レンズと前記正レンズとの空気間隙:D、無限遠物体に合焦した状態における第2レンズ群の最も像側の面から第3レンズ群の最も物体側の面までの光軸上の距離:L 2G−3G が、条件式:
(1) 4.0 < D/L 2G−3G < 12.0
を満足し、
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、少なくとも、物体側に凹面を向けた負レンズを有し、
第1レンズ群の像側に凹面を向けた負レンズの像側面の曲率半径:r 1NR 、第2レンズ群の物体側に凹面を向けた負レンズの物体側面の曲率半径:r 2NF が、条件式:
(4) −0.15<(r 1NR +r 2NF )/(r 1NR −r 2NF )<0.05
を満足する結像レンズ。 - 請求項6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は凹面、第3レンズ群の正レンズの物体側面は凸面であり、
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:
(2) −0.25<(r 3NR −r 3PF )/(r 3NR +r 3PF )<0.05
を満足する結像レンズ。 - 請求項6または7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:
(3) 1.20 < f 1 /f 1−2 < 4.00
を満足する結像レンズ。 - 請求項6ないし8の何れか1項に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:
(5) 1.10 < f/f 1−2 < 1.40 を満足する結像レンズ。 - 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て、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レンズ群とを一体として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、正レンズの2枚を配して構成され、
第3レンズ群の前記負レンズと前記正レンズとの空気間隙:D、無限遠物体に合焦した状態における第2レンズ群の最も像側の面から第3レンズ群の最も物体側の面までの光軸上の距離:L 2G−3G が、条件式:
(1) 4.0 < D/L 2G−3G < 12.0
を満足し、
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:
(5) 1.10 < f/f 1−2 < 1.40
を満足する結像レンズ。 - 請求項10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は凹面、第3レンズ群の正レンズの物体側面は凸面であり、
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:
(2) −0.25<(r 3NR −r 3PF )/(r 3NR +r 3PF )<0.05
を満足する結像レンズ。 - 請求項10または11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、少なくとも、物体側に凹面を向けた負レンズを有する結像レンズ。
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:
(3) 1.20 < f 1 /f 1−2 < 4.00
を満足する結像レンズ。 - 請求項12記載の結像レンズにおいて、
第1レンズ群の像側に凹面を向けた負レンズの像側面の曲率半径:r 1NR 、第2レンズ群の物体側に凹面を向けた負レンズの物体側面の曲率半径:r 2NF が、条件式:
(4) −0.15<(r 1NR +r 2NF )/(r 1NR −r 2NF )<0.05
を満足する結像レンズ。 - 請求項1ないし13の何れか1項に記載の結像レンズにおいて、
第1レンズ群の最も物体側のレンズは正レンズであり、
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前記正レンズの材質の、屈折率:n d 、アッベ数:ν d 、部分分散比:θ g,F が、条件式:
(6) 1.58 < n d < 1.63
(7) 62.0 < ν d < 70.0
(8) 0.004<θ g,F -(-0.001742×ν d +0.6490)<0.030
を満足する結像レンズ。 - 請求項1ないし14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。 - 請求項1ないし15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。 - 請求項1ないし16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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