JP6559109B2 - 結像レンズおよび光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、結像レンズおよび光学装置に関し、より詳しくは、ＦＡ（factory automation）用カメラ、デジタルカメラ、監視カメラ、シネマ用カメラ、および投写型表示装置等に好適で、像面湾曲の調整が可能な結像レンズ、並びにこの結像レンズを備えた光学装置に関するものである。

上記カメラにおいては物体距離の変動による収差変動を小さくするために、また投写型表示装置においては投写距離の変動による収差変動を小さくするために、リアフォーカス方式、およびインナーフォーカス方式の結像レンズが種々提案されている。例えば下記特許文献１には、インナーフォーカス方式のズームレンズが記載されている。特許文献１のズームレンズでは、絞りより像側に位置するリレーレンズ内に像面湾曲を調整するアフォーカル系が設けられている。

特開２０１６−０２４３４４号公報

リアフォーカス方式、またはインナーフォーカス方式のレンズ系を、フランジバックに有意な誤差があるカメラに取り付けた場合、設計値と異なる像面湾曲が発生してしまうという問題があった。また、結像レンズにより形成された像を撮像する撮像素子がたわみを持っている場合、撮像素子の周辺部で焦点ずれが発生してしまうという問題があった。さらに、ＦＡ分野およびＭＶ（Machine Vision）分野では、異なる距離にある被写体を同時に観察したいという要望があるが、従来の一般的な結像レンズでは光軸に垂直な一つの平面内でしか焦点が合わないという問題があった。これらの問題に対応するために像面湾曲を調整可能な結像レンズが求められている。

特許文献１に記載のズームレンズは像面湾曲を調整可能な構成を有しているが、絞りより像側に像面湾曲調整用のアフォーカル系を設けることを基本構成にしている。この基本構成を有しつつ、像面湾曲の調整の際に結像領域中心部の合焦を維持するためには、絞りより物体側の群もアフォーカル系になっている必要がある。このようなことから、レンズ構成が制約を受けることになり、レンズ系全長が長くなってしまうという不具合があった。

ＦＡ用カメラ、監視カメラ、および据置型の投写型表示装置では設置スペースが限定されている場合が多いことから小型に構成可能なレンズ系が望まれている。また、デジタルカメラ、シネマ用カメラ、および携帯型の投写型表示装置においても、携帯性の点からレンズ系の小型化が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、結像領域中心部の焦点ずれを抑えながら像面湾曲の調整が可能で、小型に構成でき、良好な光学性能を有する結像レンズ、およびこの結像レンズを備えた光学装置を提供することを目的とするものである。

本発明の結像レンズは、最も物体側から順に、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レンズ群とを有し、第１レンズ群全体、もしくは最も物体側のレンズを含む第１レンズ群内のサブレンズ群を調整群として光軸方向に移動させることにより像面湾曲の調整が行われ、像面湾曲の調整の際に像面に対して固定されている絞りが調整群より像側に配置され、下記条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする。
−０．０５＜ｆ／ｆＡ＜０．０５ （１）
０．１＜ｈ１／ｈ２＜０．９ （２）
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
ｆＡ：調整群の焦点距離
ｈ１：前記調整群の最も物体側のレンズ面における近軸軸上光線の高さ
ｈ２：前記調整群の最も像側のレンズ面における近軸軸上光線の高さ
とする。

本発明の結像レンズにおいては、下記条件式（１−１）および／または（２−１）を満足することが好ましい。
−０．０３＜ｆ／ｆＡ＜０．０３ （１−１）
０．３＜ｈ１／ｈ２＜０．７５ （２−１）

本発明の結像レンズにおいては、調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、前群と後群は、前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、前群を構成する全レンズについて下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。
ただし、
Ｙｍａｘ：最大像高
ｋ：前群が有するレンズの総数
ｄｉ：前群の物体側からｉ番目のレンズの中心厚
νｉ：前群の物体側からｉ番目のレンズのｄ線基準のアッベ数
とする。

本発明の結像レンズにおいては、調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、前群と後群は、前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−２＜Ｙｍａｘ／ｆＡｆ＜０ （４）
−１．２＜Ｙｍａｘ／ｆＡｆ＜−０．２ （４−１）
ただし、
Ｙｍａｘ：最大像高
ｆＡｆ：前群の焦点距離
とする。

本発明の結像レンズにおいては、調整群が有するレンズの枚数は５枚以下であることが好ましい。

本発明の結像レンズにおいては、調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、前群と後群は、前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、下記条件式（５）を満足することが好ましく、下記条件式（５−１）を満足することがより好ましい。
０．０１＜ｄＡｆｒ／ｄＡ＜０．７ （５）
０．０５＜ｄＡｆｒ／ｄＡ＜０．５ （５−１）
ただし、
ｄＡｆｒ：前群と後群との光軸上の間隔
ｄＡ：調整群の最も物体側のレンズ面から調整群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
とする。

本発明の結像レンズにおいては、最も物体側のレンズは負レンズであることが好ましい。

本発明の結像レンズにおいては、調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、前群と後群は、前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、前群は２枚以上の負レンズを有することが好ましい。

本発明の光学装置は、本発明の結像レンズを備えたものである。

なお、上記の「物体側から順に、〜を有し」は、連続的および不連続的に挙げた構成要素を順に有するものを全て含むものとする。上記の「〜レンズ群」、「調整群」、「前群」、および「後群」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。また、あるレンズ群内の「サブレンズ群」とは、あるレンズ群が複数のレンズで構成される場合、これら複数のレンズのうち、いずれか１枚のレンズ、または隣り合った複数のレンズをいう。

なお、上記のレンズの枚数は、構成要素となるレンズの枚数であり、例えば、材質の異なる複数の単レンズが接合された接合レンズにおけるレンズの枚数は、この接合レンズを構成する単レンズの枚数で表すことにする。ただし、複合非球面レンズ（球面レンズと、その球面レンズ上に形成された非球面形状の膜とが一体的に構成されて、全体として１つの非球面レンズとして機能するレンズ）は、接合レンズとは見なさず、１枚のレンズとして扱うものとする。

なお、上記の「〜からなり」は、実質的なことを意味するものであり、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞り、フィルタ、カバーガラス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、および振動補正機構等の機構部分等を含んでもよい。

なお、上記の群の屈折力の符号、およびレンズの屈折力の符号は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。上記条件式は全て、無限遠物体に合焦した状態でｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）を基準としたものである。また上記条件式のＹｍａｘは正の値をとるものとする。

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レンズ群を有するレンズ系において、全系の最も物体側に像面湾曲の調整を行うための調整群を配置し、この調整群より像側に像面湾曲調整の際に固定されている絞りを配置し、所定の条件式を満足するように構成しているため、結像領域中心部の焦点ずれを抑えながら像面湾曲の調整が可能で、小型に構成でき、良好な光学性能を有する結像レンズ、およびこの結像レンズを備えた光学装置を提供することができる。

本発明の実施例１の結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の結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の結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の結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の結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の結像レンズの各収差図である。 本発明の実施例２の結像レンズの各収差図である。 本発明の実施例３の結像レンズの各収差図である。 本発明の実施例４の結像レンズの各収差図である。 本発明の実施例５の結像レンズの各収差図である。 本発明の一実施形態に係る光学装置の概略構成図である。 本発明の別の実施形態に係る光学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は本発明の一実施形態に係る結像レンズの構成と光路を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の結像レンズに対応している。図１では、無限遠物体に合焦している状態を示し、左側が物体側、右側が像側であり、光路は軸上光束２および最大画角の軸外光束３について示している。

この結像レンズは、光軸Ｚに沿って最も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、遠距離物体から近距離物体への合焦の際に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Ｇ２とを有する。このような構成を採ることで物体距離の変動に対する像面湾曲および球面収差の変動を抑えるのに有利となる。なお、図１の第２レンズ群Ｇ２の下の矢印は、合焦の際の上記移動方向を示すものである。

図１の例では、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、レンズＬ１１〜Ｌ１６の６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〜Ｌ２５の５枚のレンズからなる。また、図１の例では、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に開口絞りＳｔが配置されている。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。

なお、図１の例ではレンズ系と像面Ｓｉｍとの間に平行平板状の光学部材ＰＰが配置されている。光学部材ＰＰは、各種フィルタ、および／またはカバーガラス等を想定したものである。本発明においては、光学部材ＰＰは図１の例とは異なる位置に配置されていてもよく、また光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

本発明の結像レンズは特長として、像面湾曲の調整を行うために光軸方向に移動する調整群ＧＡを有する。調整群ＧＡは、第１レンズ群Ｇ１全体であってもよく、最も物体側のレンズを含む第１レンズ群Ｇ１内のサブレンズ群であってもよい。図１の例ではレンズＬ１１〜Ｌ１４の４枚のレンズからなるサブレンズ群が調整群ＧＡであり、この調整群ＧＡを移動させることにより像面湾曲の調整が行われる。図１のレンズＬ１１〜Ｌ１４の下の両矢印は、像面湾曲の調整の際にこれらのレンズが移動することを意味する。

像面湾曲の調整の際には開口絞りＳｔは像面Ｓｉｍに対して固定されており、開口絞りＳｔは調整群ＧＡより像側に配置されるように構成される。これにより、開口絞りＳｔと調整群ＧＡの距離を変化させることにより、調整群ＧＡに入射する軸外主光線の高さを変化させることができるため、像面湾曲を可変にすることができる。

そして、調整群ＧＡについて、下記条件式（１）および（２）を満足するように構成されている。
−０．０５＜ｆ／ｆＡ＜０．０５ （１）
０．１＜ｈ１／ｈ２＜０．９ （２）
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
ｆＡ：調整群の焦点距離
ｈ１：前記調整群の最も物体側のレンズ面における近軸軸上光線の高さ
ｈ２：前記調整群の最も像側のレンズ面における近軸軸上光線の高さ
とする。なお、ｈ１、ｈ２については「光学技術シリーズ１ レンズ設計法」（松居吉哉著、共立出版）のpp.19、（2.10）〜（2.12）式による近軸光線追跡における定義に準ずる。

条件式（１）を満足することで、調整群ＧＡを光軸方向に移動した際のバックフォーカスの変動を抑えることができ、像面湾曲を調整した後で焦点を再度調整する必要が無くなる。また、調整群ＧＡを、第１レンズ群Ｇ１全体、もしくは最も物体側のレンズを含む第１レンズ群Ｇ１内のサブレンズ群とし、開口絞りＳｔは像面湾曲の補正の際に固定されているようにし、開口絞りＳｔと調整群ＧＡの位置関係を上記のように設定し、条件式（１）を満足することで、小型に構成しながら、結像領域中心部の焦点ずれを抑えつつ結像領域周辺部の焦点を変化させることができる。条件式（１）に関する効果を高めるためには、下記条件式（１−１）を満足することがより好ましい。
−０．０３＜ｆ／ｆＡ＜０．０３ （１−１）

条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、調整群ＧＡおよび調整群ＧＡより像側のレンズに入射する軸上マージナル光線の高さを抑えることができるので、小型化、および良好な球面収差の補正に有利となる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、調整群ＧＡおよび調整群ＧＡより像側のレンズへの軸外主光線の入射角度が急峻になりすぎるのを防ぐことができ、広角化が容易となる。また、条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、調整群ＧＡの移動量に対する像面湾曲の変化量が小さくなりすぎるのを防ぐことができ、所望の像面湾曲の変化を得るための調整群ＧＡの移動スペースが大きくなりすぎるのを抑えることができる。条件式（２）に関する効果を高めるためには、下記条件式（２−１）を満足することがより好ましい。
０．３＜ｈ１／ｈ２＜０．７５ （２−１）

また、調整群ＧＡが有するレンズの枚数は５枚以下であることが好ましい。このようにした場合は、光軸方向のレンズ系全長の短縮化に有利となる。また、全系の最も物体側のレンズは負レンズであることが好ましい。このようにした場合は、径方向の小型化に有利となる。

調整群ＧＡは、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群ＧＡｆと、全体として正の屈折力を有する後群ＧＡｒとからなり、前群ＧＡｆと後群ＧＡｒは、前群ＧＡｆの負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられている態様とすることが好ましい。例えば図１の例では、調整群ＧＡ内の空気間隔は、レンズＬ１１とレンズＬ１２間の空気間隔と、レンズＬ１２とレンズＬ１３間の空気間隔の２つがあるが、レンズＬ１１のみからなるレンズ群よりも、レンズＬ１１およびレンズＬ１２からなるレンズ群の方が負の屈折力の絶対値が大きいため、レンズＬ１２とレンズＬ１３の間の空気間隔によって前群ＧＡｆと後群ＧＡｒとに分けられることになる。

調整群ＧＡが、上記の好ましい態様を採ることにより、条件式（２）を満足することが容易となる。また、調整群ＧＡが、物体側から順に、負の前群ＧＡｆと、正の後群ＧＡｒとからなるようにすることで、アフォーカル系を構成しやすくなり、像面湾曲の良好な調整に有利となる。

調整群ＧＡが上記の好ましい態様を採る場合、前群ＧＡｆを構成する全レンズについて下記条件式（３）を満足することが好ましい。
ただし、
Ｙｍａｘ：最大像高
ｋ：前群が有するレンズの総数
ｄｉ：前群の物体側からｉ番目のレンズの中心厚
νｉ：前群の物体側からｉ番目のレンズのｄ線基準のアッベ数
とする。

前群ＧＡｆでの軸外主光線の高さは後群ＧＡｒに比べて高いため、調整群ＧＡを移動させて像面湾曲を調整する際の前群ＧＡｆで生じる倍率色収差の変動は後群ＧＡｒのものに比べて大きくなる。そこで、条件式（３）の上限以上とならないようにすることで、像面湾曲を調整する際の倍率色収差の変動を抑制することができる。なお、条件式（３）の下限については、Ｙｍａｘ、ｄｉおよびνｉが正の値であることから０となる。

条件式（３）に関する効果を高めるためには、下記条件式（３−１）を満足することがより好ましい。

また、調整群ＧＡが上記の好ましい態様を採る場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−２＜Ｙｍａｘ／ｆＡｆ＜０ （４）
ただし、
Ｙｍａｘ：最大像高
ｆＡｆ：前群の焦点距離
とする。

条件式（２）を維持したまま前群ＧＡｆの負の屈折力が強くなると、前群ＧＡｆでの軸外主光線の高さは後群ＧＡｒに比べて高いため、調整群ＧＡを移動させて像面湾曲を調整する際の前群ＧＡｆで生じる歪曲収差の変動は後群ＧＡｒのものに比べて大きくなる。そこで、条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、前群ＧＡｆの負の屈折力が強くなりすぎないようにすることができ、像面湾曲を調整する際の歪曲収差の変動を抑制することができる。また、条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、前群ＧＡｆの負の屈折力が弱くなりすぎないようにすることができ、条件式（２）の上限を満足しながら調整群ＧＡの全長が長くなるのを抑制することができる。条件式（４）に関する効果を高めるためには、下記条件式（４−１）を満足することがより好ましい。
−１．２＜Ｙｍａｘ／ｆＡｆ＜−０．２ （４−１）

また、調整群ＧＡが上記の好ましい態様を採る場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
０．０１＜ｄＡｆｒ／ｄＡ＜０．７ （５）
ただし、
ｄＡｆｒ：前群と後群との光軸上の間隔
ｄＡ：調整群の最も物体側のレンズ面から調整群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
とする。

条件式（２）の下限を満足するためには、前群ＧＡｆと後群ＧＡｒそれぞれの屈折力の絶対値を大きくする必要があるが、そうすると収差補正が困難になる。そこで、条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、条件式（２）の下限を満足しながら収差補正を行うことが容易になる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、レンズ系全長の短縮化に有利となる。条件式（５）に関する効果を高めるためには、下記条件式（５−１）を満足することが好ましい。
０．０５＜ｄＡｆｒ／ｄＡ＜０．５ （５−１）

具体的には、前群ＧＡｆと後群ＧＡｒは以下のように構成することができる。前群ＧＡｆは物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、像側に凹面を向けた負レンズとからなり、後群ＧＡｒは１枚の正レンズと１枚の負レンズを接合した接合レンズからなるように構成することができ、この場合、後群ＧＡｒの最も物体側の面は凸面であるように構成してもよい。あるいは、前群ＧＡｆは物体側から順に、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、像側に凹面を向けた負レンズと、正レンズと、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとからなり、後群ＧＡｒは１枚の両凸レンズからなるように構成してもよい。

また、第１レンズ群Ｇ１が有するレンズの枚数は例えば４枚以上６枚以下とすることができる。第２レンズ群Ｇ２が有するレンズの枚数は例えば４枚または５枚とすることができる。第２レンズ群Ｇ２は物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズが配列された４枚構成としてもよく、あるいは、第２レンズ群Ｇ２は物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズが配列された５枚構成としてもよい。

以上述べた好ましい構成および可能な構成は、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、小型に構成でき、結像領域中心部の焦点ずれを抑えながら像面湾曲を調整可能で、良好な光学性能を有する結像レンズを実現することが可能である。なお、ここでいう「小型」とは、レンズ系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、最大像高をＹｍａｘとした場合に、ＴＬ／Ｙｍａｘが３０未満となる構成を意味する。

像面湾曲を調整可能な構成とすることで、例えば、カメラのフランジバックが規格値から外れている場合、または結像レンズの像面位置に配置される撮像素子が反りを有する場合でも、良好な画像を得ることが可能となる。

また、像面湾曲を調整可能な構成とすることで、結像領域内の２点で奥行きの異なる位置に物体が配置されている場合に、これら両方の点で焦点を合わせることができる。さらにこのとき、物体の配置を工夫すれば３点以上で異なる奥行きの物体に焦点を合わせることができる。取得した画像の光軸に非対称な一部を切り出すように被写体を配置することにより、３点の被写体距離の組合せに平均像面を完全に合わせることが可能である。

なお、本発明による結像レンズは、出荷後にユーザーのもとで像面湾曲を調整することを想定しているが、レンズの製造誤差によって発生する像面湾曲を補正するために使用することも可能である。

次に、本発明の結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の結像レンズのレンズ構成は図１に示したものであり、その構成および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の結像レンズは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とからなる。この結像レンズはリアフォーカス方式を採っており、無限遠物体から近距離物体へ合焦する際、第１レンズ群Ｇ１は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔが一体的に像側から物体側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１６の６枚のレンズからなる。像面湾曲を調整する調整群ＧＡは第１レンズ群Ｇ１の一部のレンズからなる。調整群ＧＡは物体側から順に前群ＧＡｆと後群ＧＡｒとからなり、前群ＧＡｆはレンズＬ１１〜Ｌ１２からなり、後群ＧＡｒはレンズＬ１３〜Ｌ１４からなる。第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２５の５枚のレンズからなる。像面湾曲の調整の際、調整群ＧＡのみが光軸方向に移動する。

実施例１の結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、非球面係数を表３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上の面間隔を示す。なお、基本レンズデータの表の記号ｉは条件式（３）および（３−１）とは独立して用いている。表１の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５８７．５６ｎｍ）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および光学部材ＰＰも含めて示している。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。表１では合焦の際に変化する可変面間隔については、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付してＤｉの欄に記入している。

表２に、全系の焦点距離ｆ’、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、最大像高Ｙｍａｘ、および合焦の際の可変面間隔の値をｄ線基準で示す。２ωの単位は度であり、Ｙｍａｘの単位はｍｍである。表２では、無限遠物体に合焦した状態の各値を「無限遠」と表記した欄に示し、物体距離が０．１ｍの物体に合焦した状態の各値を「０．１ｍ」と表記した欄に示している。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、実施例１の非球面の非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^±ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…２０）の値である。

ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数

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６に実施例１の結像レンズの各収差図を示す。図６の最上段、上から２番目の段、上から３番目の段、最下段にそれぞれ後で説明する状態１、状態２、状態３、状態４での各収差図を示す。各段においては左から順に、球面収差、像面湾曲、歪曲収差（ディストーション）、および倍率色収差（倍率の色収差）を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．２７ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１３ｎｍ）、およびｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）に関する収差をそれぞれ黒の実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。像面湾曲図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。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、およびｇ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。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。

状態１は、無限遠物体に合焦した状態である。状態２は、物体距離が０．１ｍの物体に合焦した状態である。状態３および状態４はフランジバックに誤差が有る場合に焦点を調整し、さらに像面湾曲を調整する場合を想定したものである。状態３は、状態１よりもレンズ系全体と像面Ｓｉｍとの距離が０．０４ｆ’短い状態の後、第２レンズ群Ｇ２のみを光軸方向に移動させてこの像面Ｓｉｍに合焦させた状態である。状態１と状態３の像面湾曲図を比較すると、状態１での像面湾曲に比べ状態３では像面湾曲が大きくなっていることがわかる。状態４は、状態３から調整群ＧＡを０．０３６ｆ’物体側へ移動させて像面湾曲を調整した状態である。状態４での像面湾曲は、状態３での像面湾曲に比べかなり小さくなっており状態１の像面湾曲とほぼ同程度になるまで改善されたことがわかる。

上記の実施例１の説明で述べた各データの記号、意味、および記載方法は、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ため、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の結像レンズのレンズ構成と光路の断面図を図２に示す。実施例２の結像レンズは、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２とからなる。この結像レンズはリアフォーカス方式を採っており、無限遠物体から近距離物体へ合焦する際、第１レンズ群Ｇ１は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔが一体的に像側から物体側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１４の４枚のレンズからなる。像面湾曲を調整する調整群ＧＡは第１レンズ群Ｇ１全体である。調整群ＧＡは物体側から順に前群ＧＡｆと後群ＧＡｒとからなり、前群ＧＡｆはレンズＬ１１〜Ｌ１２からなり、後群ＧＡｒはレンズＬ１３〜Ｌ１４からなる。第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２５の５枚のレンズからなる。像面湾曲の調整の際、調整群ＧＡのみが光軸方向に移動する。

実施例２の結像レンズの基本レンズデータを表４に、諸元と可変面間隔を表５に、非球面係数を表６に、各収差図を図７に示す。図７に示す状態１〜状態４は、状態３から状態４へ移行する際の調整群ＧＡの移動量が０．０４ｆ’である点以外は上述した実施例１のものと同様である。

［実施例３］
実施例３の結像レンズのレンズ構成と光路の断面図を図３に示す。実施例３の結像レンズは、物体側から順に、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、第２レンズ群Ｇ２と、第３レンズ群Ｇ３とからなる。この結像レンズはインナーフォーカス方式を採っており、無限遠物体から近距離物体へ合焦する際、第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は像面Ｓｉｍに対して固定されており、第２レンズ群Ｇ２と開口絞りＳｔが一体的に像側から物体側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は物体側から順にレンズＬ１１〜Ｌ１５の５枚のレンズからなる。像面湾曲を調整する調整群ＧＡは第１レンズ群Ｇ１全体である。調整群ＧＡは物体側から順に前群ＧＡｆと後群ＧＡｒとからなり、前群ＧＡｆはレンズＬ１１〜Ｌ１４からなり、後群ＧＡｒはレンズＬ１５からなる。第２レンズ群Ｇ２は物体側から順にレンズＬ２１〜Ｌ２４の４枚のレンズからなる。第３レンズ群Ｇ３はレンズＬ３１のみからなる。像面湾曲の調整の際、調整群ＧＡのみが光軸方向に移動する。

実施例３の結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、非球面係数を表９に、各収差図を図８に示す。図８に示す状態１〜状態４は、状態３から状態４へ移行する際の調整群ＧＡの移動量が０．１５ｆ’である点以外は上述した実施例１のものと同様である。

［実施例４］
実施例４の結像レンズのレンズ構成と光路の断面図を図４に示す。実施例４の結像レンズは、インナーフォーカス方式を採っており、その群構成および各レンズ群を構成するレンズ枚数は実施例３のものと同様である。

実施例４の結像レンズの基本レンズデータを表１０に、諸元と可変面間隔を表１１に、非球面係数を表１２に、各収差図を図９に示す。図９に示す状態１〜状態４は、状態３から状態４へ移行する際の調整群ＧＡの移動量が０．１５ｆ’である点以外は上述した実施例１のものと同様である。

［実施例５］
実施例５の結像レンズのレンズ構成と光路の断面図を図５に示す。実施例５の結像レンズは、リアフォーカス方式を採っており、その群構成および各レンズ群を構成するレンズ枚数は実施例２のものと同様である。

実施例５の結像レンズの基本レンズデータを表１３に、諸元と可変面間隔を表１４に、各収差図を図１０に示す。図１０に示す状態１〜状態４は、状態３から状態４へ移行する際の調整群ＧＡの移動量が０．０４ｆ’である点以外は上述した実施例１のものと同様である。

表１５に、実施例１〜５の結像レンズについて、条件式（１）〜（５）の対応値を示す。表１５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１〜５の結像レンズは、レンズ系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＬとし、最大像高をＹｍａｘとした場合のＴＬ／Ｙｍａｘが１３未満であり、小型に構成されている。また、実施例１〜５の結像レンズは、結像領域中心部の焦点ずれを抑えながら像面湾曲の調整を良好に行うことができ、各収差が良好に補正されて高い光学性能を実現している。

次に、図１１および図１２を参照しながら、本発明の実施形態に係る光学装置について説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係る光学装置１０の概略構成図である。光学装置１０としては、例えば、ＦＡ用カメラ、デジタルカメラ、フィルムカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、およびシネマ用カメラを挙げることができる。光学装置１０は、本発明の実施形態に係る結像レンズ１、結像レンズ１の像側に配置されたフィルタ４、撮像素子５、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、結像レンズ１の合焦を行うためのフォーカス制御部７、および結像レンズ１の像面湾曲の調整を行うための像面湾曲制御部８を備える。

図１１では結像レンズ１が有する第１レンズ群Ｇ１、調整群ＧＡ、開口絞りＳｔ、および第２レンズ群Ｇ２を概念的に図示している。なお、図１１では、結像レンズ１が２群構成のリアフォーカス方式の例を示しているが、結像レンズ１はこの例とは異なる構成を採ることも可能である。撮像素子５は、結像レンズ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、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子５は、その撮像面が結像レンズ１の像面に一致するように配置される。

図１２は、本発明の別の実施形態に係る光学装置１００の概略構成図である。光学装置１００としては、例えば、投写型表示装置を挙げることができる。図１２に示す光学装置１００は、光源１０１と、照明光学系１０２と、ライトバルブとしてのＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）１０３と、本発明の実施形態に係る結像レンズ１０４とを備えている。なお、図１２では上記の各構成要素を概略的に図示しており、図１１で図示したフォーカス制御部および像面湾曲制御部の図示は省略している。光源１０１より出射された光束は、不図示のカラーホイールによって、３原色光の各光に時系列的に選択変換され、照明光学系１０２によって光束の光軸Ｚと垂直な断面における光量分布の均一化が図られた後、ＤＭＤ１０３に入射する。ＤＭＤ１０３においては、入射光の色の切り替わりに応じて、その色光用への変調切替が行われる。ＤＭＤ１０３により光変調された光は、結像レンズ１０４に入射する。結像レンズ１０４は、この光変調された光による光学像をスクリーン１０５上に投写する。

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、および非球面係数等は、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。

また、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結像レンズに適用可能であることは言うまでもない。

１、１０４ 結像レンズ
２ 軸上光束
３ 最大画角の軸外光束
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
８ 像面湾曲制御部
１０、１００ 光学装置
１０１ 光源
１０２ 照明光学系
１０３ ＤＭＤ
１０５ スクリーン
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
ＧＡ 調整群
ＧＡｆ 前群
ＧＡｒ 後群
Ｌ１１〜Ｌ１６、Ｌ２１〜Ｌ２５、Ｌ３１ レンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
Ｚ 光軸

Claims (13)

1. 最も物体側から順に、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レンズ群とを有し、
   前記第１レンズ群全体、もしくは最も物体側のレンズを含む前記第１レンズ群内のサブレンズ群を調整群として光軸方向に移動させることにより像面湾曲の調整が行われ、
   前記像面湾曲の調整の際に像面に対して固定されている絞りが前記調整群より像側に配置され、
   下記条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする結像レンズ。
   −０．０５＜ｆ／ｆＡ＜０．０５ （１）
   ０．１＜ｈ１／ｈ２＜０．９ （２）
   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
   ｆＡ：前記調整群の焦点距離
   ｈ１：前記調整群の最も物体側のレンズ面における近軸軸上光線の高さ
   ｈ２：前記調整群の最も像側のレンズ面における近軸軸上光線の高さ
   とする。
2. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
   前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
   前記前群を構成する全レンズについて下記条件式（３）を満足する請求項１記載の結像レンズ。
   ただし、
   Ｙｍａｘ：最大像高
   ｋ：前記前群が有するレンズの総数
   ｄｉ：前記前群の物体側からｉ番目のレンズの中心厚
   νｉ：前記前群の物体側からｉ番目のレンズのｄ線基準のアッベ数
   とする。
3. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
   前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
   下記条件式（４）を満足する請求項１または２記載の結像レンズ。
   −２＜Ｙｍａｘ／ｆＡｆ＜０ （４）
   ただし、
   Ｙｍａｘ：最大像高
   ｆＡｆ：前記前群の焦点距離
   とする。
4. 前記調整群が有するレンズの枚数は５枚以下である請求項１から３のいずれか１項記載の結像レンズ。
5. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
   前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
   下記条件式（５）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の結像レンズ。
   ０．０１＜ｄＡｆｒ／ｄＡ＜０．７ （５）
   ただし、
   ｄＡｆｒ：前記前群と前記後群との光軸上の間隔
   ｄＡ：前記調整群の最も物体側のレンズ面から前記調整群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
   とする。
6. 最も物体側のレンズは負レンズである請求項１から５のいずれか１項記載の結像レンズ。
7. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
   前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
   前記前群は２枚以上の負レンズを有する請求項１から６のいずれか１項記載の結像レンズ。
8. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の結像レンズ。
   −０．０３＜ｆ／ｆＡ＜０．０３ （１−１）
9. 下記条件式（２−１）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の結像レンズ。
   ０．３＜ｈ１／ｈ２＜０．７５ （２−１）
10. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
    前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
    前記前群を構成する全レンズについて下記条件式（３−１）を満足する請求項１から９のいずれか１項記載の結像レンズ。
    ただし、
    Ｙｍａｘ：最大像高
    ｋ：前記前群が有するレンズの総数
    ｄｉ：前記前群の物体側からｉ番目のレンズの中心厚
    νｉ：前記前群の物体側からｉ番目のレンズのｄ線基準のアッベ数
    とする。
11. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
    前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
    下記条件式（４−１）を満足する請求項１から１０のいずれか１項記載の結像レンズ。
    −１．２＜Ｙｍａｘ／ｆＡｆ＜−０．２ （４−１）
    ただし、
    Ｙｍａｘ：最大像高
    ｆＡｆ：前記前群の焦点距離
    とする。
12. 前記調整群は、物体側から順に、全体として負の屈折力を有する前群と、全体として正の屈折力を有する後群とからなり、
    前記前群と前記後群は、前記前群の負の屈折力の絶対値が最大となる空気間隔で隔てられており、
    下記条件式（５−１）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載の結像レンズ。
    ０．０５＜ｄＡｆｒ／ｄＡ＜０．５ （５−１）
    ただし、
    ｄＡｆｒ：前記前群と前記後群との光軸上の間隔
    ｄＡ：前記調整群の最も物体側のレンズ面から前記調整群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離
    とする。
13. 請求項１から１２のいずれか１項記載の結像レンズを備えた光学装置。