JP7035839B2 - 結像レンズ系および撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、結像レンズ系および撮像装置に関する。

エリアセンサを用いた撮像装置は、コンパクトカメラや一眼レフカメラ、ミラーレスカメラ等の「被写体を撮影する撮影カメラ」が従来から広く知られているが、近来、産業用カメラや車載カメラ、監視用カメラ等へ「活用の幅」が広がっている。
撮像装置に用いられる結像レンズ系では、フォーカシング（合焦動作）に伴う性能の劣化が少なく、安定していることが重要であり、フォーカシングに伴う性能変動を抑制するものとして、特許文献１、２に記載されたものが知られている。

この発明は、フォーカシングに伴うレンズ性能の変動を有効に抑制可能で新規な結像レンズ系の実現を課題とする。

この発明の結像レンズ系は、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、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、を配設してなり、無限遠から近距離へのフォーカシング時に、前記第１レンズ群と前記絞りと前記第２レンズ群とが一体として、前記第３レンズ群との間隔が増大するように物体側へ移動する結像レンズ系であって、前記第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、正レンズＬ_１１、負レンズＬ_１２を配して構成され、前記第３レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ_３１、正レンズＬ_３２を配して構成され、前記負レンズＬ_３１と前記正レンズＬ_３２の空気間隔：ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}、前記負レンズＬ_３１の物体側レンズ面から前記正レンズＬ_３２の像側レンズ面までの光軸上の距離：Ｌ_３ｇが、条件：
（１） ０．４０ ＜ ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}／Ｌ_３ｇ ＜ ０．７５
を満足する。

この発明によれば、フォーカシングに伴うレンズ性能の変動を有効に抑制可能で新規な結像レンズ系を実現できる。

実施例１の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例２の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例３の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例４の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例５の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例６の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例７の結像レンズ系の構成を示す断面図である。 実施例１の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例１の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例１の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例５の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例５の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例５の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例６の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例６の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例６の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例７の結像レンズ系を無限遠に合焦した状態での収差図である。 実施例７の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．２５ｍに合焦した状態での収差図である。 実施例７の結像レンズ系をワーキングディスタンス：０．１０ｍに合焦した状態での収差図である。 撮像装置の実施の１例を説明図的に示す図である。

以下、発明の実施形態を説明する。
図１および図７に、結像レンズ系の実施形態を７例示す。これらは、図示の順序で後述する実施例１ないし７に対応する。
これらの図に実施形態を示す結像レンズ系は産業用カメラの１例である「製品検査装置等のマシンビジョン」に用いられる結像レンズ系を想定している。
図１ないし図７において図の左側が物体側であり、右側が像側である。
上段の図は、結像レンズ系を「無限遠に合焦」させたときのレンズ配置、中段の図は、「遠距離に合焦」させたときのレンズ配置、下段の図は「近距離に合焦」させたときのレンズ配置を示している。
繁雑を避けるため、図１ないし図７において符号を共通化する。
即ち、これらの図において、符号Ｇ１は「第１レンズ群」、符号Ｇ２は「第２レンズ群」、符号Ｇ３は「第３レンズ群」をそれぞれ示す。また、符号Ｓは「絞り」を示す。
第３レンズ群Ｇ３の像側における符号Ｉｍは「像面」を示す。以下に説明する結像レンズ系を用いる撮像装置では、結像レンズ系により結像される物体像をＣＣＤエリアセンサやＭＯＳセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の「エリアセンサ」の使用が想定され、物体像は像面Ｉｍに合致させたセンサ受光面に結像させられる。像面Ｉｍの物体側に符号Ｆで示すのはエリアセンサのカバーガラスや各種のフィルタを「これらに等価な１枚の透明板」として図示したものである。

第１レンズ群Ｇ１および第３レンズ群Ｇ３は何れも「２枚のレンズ」で構成されており、第２レンズ群Ｇ２は「３枚（図１～５）もしくは４枚（図６、図７）のレンズ」で構成されている。
第１レンズ群Ｇ１を構成する２枚のレンズを物体側から順に、正レンズＬ_１１、負レンズＬ_１２と呼び、図中に符号Ｌ_１１、Ｌ_１２で示す。第３レンズ群Ｇ３を構成する２枚のレンズを物体側から順に負レンズＬ_３１、正レンズＬ_３２と呼び、図中に符号Ｌ_３１、Ｌ_３２で示す。
同様に、第２レンズ群Ｇ２を構成する３ないし４枚のレンズを物体側から順に、レンズＬ_２１、レンズＬ_２２、レンズＬ_２３、レンズＬ_２４と呼び、それぞれ図中に符号Ｌ_２１、Ｌ_２２、Ｌ_２３、Ｌ_２４で示す。
第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２は共に「正の屈折力」を有し、第３レンズ群Ｇ３は「正または負の屈折力」を有する。即ち、図１ないし５に示す例では、第２レンズ群Ｇ２は負レンズ１枚（レンズＬ_２１）と正レンズ２枚（レンズＬ_２２、レンズＬ_２３）とを有する。
第２レンズ群Ｇ２は、図６に示す例では、負レンズ１枚（レンズＬ_２１）と正レンズ３枚（レンズＬ_２２、レンズＬ_２３、レンズＬ_２４）を有し、図７に示す例では、負レンズ２枚（レンズＬ_２１、レンズＬ_２４）と正レンズ２枚（レンズＬ_２２、レンズＬ_２３）を有する。
即ち、図１ないし図７に実施の形態を示す結像レンズ系は、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Ｇ１、絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２、正または負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３、を配設してなる。

無限遠から近距離へのフォーカシング時には、第１レンズ群Ｇ１と絞りＳと第２レンズ群Ｇ２とが一体として、第３レンズ群Ｇ３との間隔が増大するように物体側へ移動する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、正レンズＬ_１１、負レンズＬ_１２を配して構成され、第３レンズ群Ｇ３は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ_３１、正レンズＬ_３２を配して構成される。

第３レンズ群Ｇ３における負レンズＬ_３１と正レンズＬ_３２の空気間隔：ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}、負レンズＬ_３１の物体側レンズ面から正レンズＬ_３２の像側レンズ面までの光軸上の距離：Ｌ_３ｇは、条件：
（１） ０．４０ ＜ ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}／Ｌ_３ｇ ＜ ０．７５
を満足する。

この発明の結像レンズ系は、上記の如く、第１レンズ群Ｇ１が正・負レンズによる２枚構成であり、第１レンズ群Ｇ１を構成するレンズの大径化を抑制でき、コストの低減化も可能である。
また、正レンズＬ_１１の物体側レンズ面と負レンズＬ_１２の像側レンズ面で「球面収差のやり取り」を行って良好な収差補正を実現できる。
同様に、第３レンズ群Ｇ３も、負レンズＬ_３１と正レンズＬ_３２の２枚構成とすることで、第３レンズ群Ｇ３を構成するレンズの大径化を抑制でき、コストの低減化も可能である。えることが可能となる。特に、負レンズＬ_３１の像側レンズ面と正レンズＬ_３２の物体側レンズ面で「像面湾曲のやり取り」を行い、良好な収差補正を実現できる。

条件（１）は、第３レンズ群Ｇ３の「負レンズＬ_３１の物体側レンズ面から正レンズＬ_３２の像側レンズ面」までの光軸上の距離（ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}）に対する第３レンズ群Ｇ３の正レンズＬ_３２と負レンズＬ_３１の間の距離（Ｌ_３ｇ）の比を規定する。
第３レンズ群Ｇ３は２枚のレンズで構成されており、これら２枚のレンズで「第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２で発生する残存収差」を、撮影距離全域で良好に補正する機能を有する。
条件（１）は各収差を良好に抑制できる条件で、特に像面湾曲の抑制に有効である。
条件（１）の上限を超えると第３レンズ群Ｇ３の負レンズＬ_３１と正レンズＬ_３２の空気間隔が第３レンズ群Ｇ３の全長に対して占める割合が過大になり、像面湾曲の良好な補正と結像レンズ系の小型化の両立が困難となる。
条件（１）の下限を超えると、負レンズＬ_３１と正レンズＬ_３２の空気間隔が第３レンズ群Ｇ３の全長に対して占める割合が過小となって残存収差の補正が不十分となり、フォーカシングに伴う収差変動の抑制が困難となる。
また、像面湾曲がオーバー側に倒れ易くなる。

上記の如く特定されるこの発明の結像レンズ系の上記構成を便宜上「構成１」と呼ぶ。 構成１の結像レンズ系は、以下の条件（２）ないし（４）を満足することが好ましい。 （２） １．５０ ＜ ｎｄ ＜ １．６３
（３） ６２．０ ＜ νｄ ＜ ７８．０
（４） ０．００４ ＜θ_ｇ，Ｆ－（－０．００１７４２×νｄ＋０．６４９０）
＜ ０．０３０
条件（２）ないし（４）は、第１レンズ群Ｇ１における正レンズＬ_１１の材質に関する条件であって、「ｎｄ」、「νｄ」、「θ_ｇ、Ｆ」は、それぞれ、正レンズＬ_１１の材質の、ｄ線に対する「屈折率」、「アッベ数」、「部分分散比」である。

部分分散比はレンズ材質のｇ線、Ｆ線、Ｃ線に対する屈折率：ｎｇ，ｎＦ，ｎＣにより、
θ_ｇ，Ｆ＝（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ）
で定義される。

条件（２）ないし（４）を満足する構成を「構成２」と呼ぶ。
構成１または構成２の結像レンズ系は、以下の条件（５）、（６）を満足することが好ましい。
（５） ５５．０ ＜νｄｎ＜ ９５．０
（６） －５．０ ＜νｄｎ－νｄｐ＜ １５．０
条件（５）、（６）は、第１レンズ群Ｇ１を構成する正レンズＬ_１１、負レンズＬ_１２の材質のアッベ数に関する条件であり、「νｄｐ」は、正レンズＬ_１１の材質のｄ線に対するアッベ数、「νｄｎ」は、負レンズＬ_１２の材質のｄ線に対するアッベ数である。
条件（５）、（６）を満足する構成を「構成３」と呼ぶ。

構成１ないし構成３の何れか１の構成を有する結像レンズ系は、以下の条件（７）の条件を満足することが好ましい。
（７） ０．７０ ＜ｆ_１ｇ２ｇ／ｆ＜ ０．９５
この条件（７）において、「ｆ」は、結像レンズ系が無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離であり、「ｆ_１ｇ２ｇ」は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との「合成焦点距離」である。
条件（７）を満足する構成を「構成４」と呼ぶ。
構成１ないし構成４の何れか１の構成の構成を有する結像レンズ系は、以下の条件（８）の条件を満足することが好ましい。
（８） ０．３５ ＜（Ｒ_Ｌ１１ａ－Ｒ_Ｌ１２ｂ）／（Ｒ_Ｌ１１ａ＋Ｒ_Ｌ１２ｂ）＜ ０．５５
条件（８）は、第１レンズ群Ｇ１を構成する２枚のレンズの形状に関する条件であって
「Ｒ_Ｌ１１ａ」は、正レンズＬ_１１の物体側レンズ面の曲率半径であり、「Ｒ_Ｌ１２ｂ」は、負レンズＬ_１２の像側レンズ面の曲率半径である。

条件（８）を満足する構成を「構成５」と呼ぶ。
構成１ないし構成５の何れか１の構成を有する結像レンズ系は、以下の条件（９）を満足することが好ましい。
（９） －０．８０ ＜ｆ_Ｌ１１／ｆ_Ｌ１２＜ －０．６０
条件（９）は、第１レンズ群Ｇ１を構成する２枚のレンズ、即ち正レンズＬ_１１、負レンズＬ_１２の屈折力の関係に関する条件であり、「ｆ_Ｌ１１」は正レンズＬ_１１の焦点距離であり、「ｆ_Ｌ１２」は負レンズＬ_１２の焦点距離である。

条件（９）を満足する構成を「構成６」と呼ぶ。
構成１ないし構成６の何れか１の構成を有する結像レンズ系は、以下の条件（１０）を満足することが好ましい。
（１０） －０．１０ ＜（Ｒ_Ｌ１２ｂ＋Ｒ_Ｌ２１ａ）／（Ｒ_Ｌ１２ｂ－Ｒ_Ｌ２１ａ）＜ ０．１０
条件（１０）は、第１レンズ群Ｇ１の像側のレンズである負レンズＬ_１２と、第２レンズ群Ｇ２の最も物体側のレンズであるレンズＬ_２１の関係に関する条件であり、「Ｒ_Ｌ１２ｂ」は負レンズＬ_１２の像側レンズ面の曲率半径、「Ｒ_Ｌ２１ａ」はレンズＬ_２１の「物体側レンズ面の曲率半径」である。
条件（１０）を満足する構成を「構成７」と呼ぶ。

ここで、構成２における条件（２）ないし（４）をまとめて「条件群Ａ」、構成３における条件（５）と（６）をまとめて「条件群Ｂ」と呼ぶことにする。
そうすると、この発明の結像レンズ系は、条件（１）とともに条件群Ａを満足するようにでき、また、条件（１）とともに条件群Ｂを満足するようにできる。勿論、条件（１）及び条件群Ａと条件群Ｂを満足するようにできる。
また、条件（１）とともに条件（７）ないし（１０）のうちの任意の１以上を満足するようにでき、さらに、条件（１）および条件群Ａ、条件（１）および条件群Ｂ、もしくは条件（１）および条件群Ａ及び条件群Ｂの何れか１の組み合わせと共に、条件（７）ないし（１０）のうちの任意の１以上を満足するようにできる。

上に説明した構成１ないし構成７の結像レンズ系は、無限遠から近距離へのフォーカシング時に、第３レンズ群Ｇ３が像面Ｉｍに対して固定されていることができる。この構成を「構成８」と呼ぶ。
構成１ないし構成８の何れか１の構成を有する結像レンズ系における第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ_２１、正レンズＬ_２２、正レンズＬ_２３を配した３枚のレンズで構成することができる。この構成を「構成９」と呼ぶ。
構成９を有する結像レンズ系は、以下の条件（１１）を満足することが好ましい。
（１１） ０．０５ ＜（Ｒ_Ｌ２２ｂ－Ｒ_Ｌ２１ａ）／（Ｒ_Ｌ２２ｂ＋Ｒ_Ｌ２１ａ）＜ ０．２２
条件（１１）は、第２レンズ群Ｇ２を構成する３枚のレンズである負レンズＬ_２１、正レンズＬ_２２、正レンズＬ_２３のうち、物体側の２枚である負レンズＬ_２１と正レンズＬ_２２の組み合わせに関する条件であって、「Ｒ_Ｌ２２ｂ」は、正レンズＬ_２２の像側レンズ面の曲率半径であり、「Ｒ_Ｌ２１ａ」は、負レンズＬ_２１の物体側レンズ面の曲率半径である。

条件（１１）を満足する構成を「構成１０」と呼ぶ。
構成９または構成１０の結像レンズ系は、以下の条件（１２）を満足することが好ましい。
（１２） ０．３５ ＜（Ｒ_Ｌ２３ｂ－Ｒ_Ｌ２１ａ）／（Ｒ_Ｌ２３ｂ＋Ｒ_Ｌ２１ａ）＜ ０．７０
条件（１２）は、第２レンズ群Ｇ２を構成する３枚のレンズである負レンズＬ_２１、正レンズＬ_２２、正レンズＬ_２３のうち、物体側の負レンズＬ_２１と像側の正レンズＬ_２３の組み合わせに関する条件であり、「Ｒ_Ｌ２３ｂ」は、正レンズＬ_２３の像側レンズ面の曲率半径であり、
「Ｒ_Ｌ２１ａ」は、負レンズＬ_２１の物体側レンズ面の曲率半径である。
条件（１２）を満足する構成を「構成１１」と呼ぶ。
構成９の結像レンズ系においては、条件（１１）および条件（１２）は、これらの一方のみが満足されてもよいし、双方が満足されてもよい。

構成１ないし構成１１の何れか１の結像レンズ系は、第１群レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を構成する全てのレンズを「球面レンズ」とすることができる。この構成を「構成１２」と呼ぶ。構成１２の結像レンズは「球面レンズのみ」で構成することができる。
構成１ないし構成１２の何れか１の結像レンズ系は、第１群レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２および第３レンズ群Ｇ３を構成する全てのレンズを「無機固体材料」により構成することができる。この構成を「構成１３」と呼ぶ。

勿論、この発明の結像レンズ系を構成するレンズのうちの１以上に「非球面」や「回折面」を採用することができるが、構成１２のように、全てのレンズを球面レンズとするとレンズ製作が容易になり、構成１３のように「無機固体材料」を用いることが容易になる。

また、本発明の結像レンズ系を構成するレンズ中には、有機材料や有機無機ハイブリッド材料等によるレンズを含むことができるが、構成１３の「無機固体材料で形成されたレンズ」は温度・湿度等の変化の影響を受けにくく、環境変化に対する耐性が高い。

以下、上に述べた条件（２）ないし（１２）の意義を説明する。
構成２における条件群Ａ、即ち、条件（２）ないし（４）は、色収差をより良好に補正できる条件である。
結像レンズ系の軸上色収差は、結像レンズ系の焦点距離が長くなるほど発生し易くなるが、条件（２）ないし（４）を満足するレンズ材質は「異常分散性が高く、低分散」であり、このような材質で、第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ_１１を形成すると、全系の焦点距離を長くしても、色収差の発生を有効に抑制できる。
特に軸上マージナル光線が高い位置を通る正レンズＬ_１１に「異常分散性を持つ硝種」を用いることで、絞りＳより物体側のレンズ枚数が２枚と少ないながらも、色収差の２次スペクトルを有効に補正でき、軸上色収差の発生の抑制を十分にすることができる。
条件（２）が下限値を超えると、単色収差の補正が不十分となり易く、条件（３）が下限値を超えると、色収差の補正が不十分となり易い。条件（４）が下限値を超えると、色収差の２次スペクトルの補正が不十分となり易い。
条件（２）、（３）、（４）の全てについて上限以上となるような光学材料は存在しないか、存在したとしても非常に特殊かつ高価であり、現実的でない。

条件（５）、（６）は「負レンズＬ_１２のアッベ数」と、負レンズＬ_１２と正レンズＬ_１１のアッベ数の差を規定するものである。
第１レンズ群Ｇ１の負レンズＬ_１２を、条件（５）を満足するようなアッベ数が大きい低分散な硝種で構成し、かつ条件（６）を満足することで、色収差自体の発生を抑えつつ、第１レンズ群Ｇ１内の正レンズＬ_１１と負レンズＬ_１２で色収差補正を良好に補正することが可能となり、光学系全体としても色収差の十分な補正が可能となる。

条件（７）は「全系の焦点距離：ｆに対する第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離：ｆ_１ｇ２ｇの比を規定するものである。
条件（７）の上限を超えると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成パワーが、全系のパワーに対して過小となって「フォーカス群としての機能」が弱くなり、フォーカス群の移動量が増加し易くなる。
条件（７）の下限を超えると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の合成パワーが、全系のパワーに対して過大となり、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２で収差が発生し易くなる。
条件（７）を満足することで、良好な収差補正を行いつつ、少ない移動量でフォーカシングすることが容易になり、レンズ自体の大型化やフォーカス群を移動させる機構を含めた結像レンズ系全体の大型化を有効に抑制できる。

条件（８）は「第１レンズ群Ｇ１の正レンズＬ_１１の物体側レンズ面と負レンズＬ_１２の像側レンズ面で作られる形状」を規定するものである。
前述の如く「正レンズＬ_１１の物体側レンズ面と負レンズＬ_１２の像側レンズ面」は、球面収差のやり取りをしている。
条件（８）の上限を超えると、正レンズＬ_１１の物体側レンズ面と負レンズＬ_１２の像側レンズ面の間の「曲率半径の差」が過大となり、球面収差がオーバーに発生し易くなる。
条件（８）の下限を超えると、正レンズＬ_１１の物体側レンズ面と負レンズＬ_１２の像側レンズ面の間の「曲率半径の差」が過小となって球面収差がアンダーに発生し易くなる。
条件（８）が満足されることにより、撮影距離全域に渡って球面収差の良好な抑制が容易になる。

条件（９）は、第１レンズ群Ｇ１における「負レンズＬ_１２の焦点距離に対する正レンズＬ_１１の焦点距離の比」を規定するものである。
条件（９）の上限を超えると第１レンズ群の正のパワーの差が過大となり、下限を超えると第１レンズ群の正のパワーが過小となり、何れの場合もフォーカシングに伴う収差変動の抑制が困難となり易い。

条件（９）を満足することで、絞りＳより物体側に配される第１レンズ群Ｇ１の「正レンズＬ_１１と負レンズＬ_１２のパワーバランス」が良好に保たれ、第１レンズ群Ｇ１で発生する各収差を撮影距離全域で良好に抑制することが容易になる。

条件（１０）は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の「絞りＳを挟んで隣接」するレンズ面で形成される「負の空気レンズ」の形状を規制するものである。
条件（１０）の上限を超えると、第１レンズ群の最も像側に構成される負レンズＬ_１２の像側レンズ面の曲率半径が過大となり、下限を超えると、第２レンズ群の負レンズＬ_２１の物体側レンズ面の曲率半径が過大となる。
条件（１０）の範囲内では、上記「負の空気レンズ」の絞りＳを挟んだ物体側の凹面と像側の凹面のパワー配分が適切であり、特にコマ収差の良好な補正が容易となる。

構成８の結像レンズ系では「フォーカシング時に第３レンズ群Ｇ３が像面Ｉｍに対して固定され」ており、上記構成にすることで、フォーカシング用の移動機構の簡素化、メカを含めたレンズ全体の小型化が容易となる。
構成９の結像レンズ系では、第２レンズ群Ｇ２が、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ_２１、正レンズＬ_２２、正レンズＬ_２３を配した３枚のレンズで構成される。このような第２レンズ群Ｇ２のレンズ構成により、絞りＳに対して対称型の「ガウスタイプに近い配置」を実現し易く、フォーカス群で発生する各種収差を「少ないレンズ枚数で十分に小さく抑制する」ことが容易に可能となる。

構成１０の結像レンズ系が満足する条件（１１）は、第２レンズ群Ｇ２において「負レンズＬ_２１の物体側レンズ面と正レンズＬ_２２の像側レンズ面とが形成する形状」を規定するものである。
これらのレンズ面は「特に球面収差とコマ収差のやり取り」をしており、条件（１１）の上限を超えると「負レンズＬ_２１の物体側レンズ面と正レンズＬ_２２の像側レンズ面の曲率半径の差」が過大となり、球面収差とコマ収差が発生し易くなり、下限を超えると「負レンズＬ_２１の物体側レンズ面と正レンズＬ_２２の像側レンズ面の曲率半径の差」が過小となって収差補正が不足し易くなる。

条件（１１）を満足することにより、撮影距離全域に渡って球面収差およびコマ収差の抑制を良好に実現することが容易となる。

結像レンズ系の具体的な実施例を挙げる前に、図２９を参照して、この発明の結像レンズ系を用いる撮像装置を使用した製品検査装置の実施の１形態を説明する。
以下に説明する製品検査装置は「製品検査」を行うための装置である。
製品検査には種々の検査や検査項目があり得るが、簡単のために多数個が製造される製品の「傷の有無」を検査する場合を例にとって説明する。
図２９（ａ）において、符号２０は「撮像装置」、符号２３は「検査プロセス実行部」を示し、符号２４は「表示部」を示す。また、符号Ｗは「製品」、符号２６は「製品搬送ベルト（以下においては単に「搬送ベルト２６」と言う。）」を示している。
撮像装置２０は、製品検査装置におけるカメラ機能部であり、撮影用光学系２１と画像処理部２２とを有する。
検査対象としての製品Ｗは、搬送ベルト２６上に等間隔に置かれ、搬送ベルト２６により矢印方向（図の右方）へ等速的に搬送される。
撮影用光学系２１は、検査対象である製品Ｗの像を結像するものであり、請求項１ないし１３の何れか１項に記載の結像レンズ系、具体的には後述の実施例１ないし７の何れかの結像レンズ系を用いることができる。従って、以下において撮影用光学系２１を結像レンズ系２１と呼ぶ。

製品検査は、図２９（ｂ）に示す「準備工程」、「検査工程」、「結果表示工程」の各工程に從って行われる。これらの工程のうち、「検査工程と結果表示工程」が「検査プロセス」である。

「準備工程」では、検査条件を設定する。
即ち、搬送ベルト２６により搬送される製品Ｗの大きさや形状、傷の有無を検査する部位等に応じて、結像レンズ系２１の撮影位置、撮影態位（結像レンズの向きや撮影対象との距離、即ち、物体距離）を定める。「物体距離」は、後述する実施例に言う「ワーキングディスタンス」である。
そして、有無を検出すべき「傷」の位置や大きさに応じて、結像レンズ系２１をフォーカシングする。実施例１ないし７の結像レンズは「フォーカシング機能」を持つので、検査項目（説明中の例では傷の有無）に応じて、適切に設定された物体距離に合わせてフォーカシングを行うことができる。

一方において「傷のないことが確認されているモデル製品」を搬送ベルト２６上の検査位置に置いて、これを結像レンズ系２１により撮影する。
撮影は、画像処理部２２に配置された「エリアセンサ（固体撮像素子）」による撮像で行われ、エリアセンサにより撮像された画像は「画像情報」とされデジタルデータ化する画像処理が行われる。

画像処理されたデジタルデータは、検査プロセス実行部２３に送られ、検査プロセス実行部２３は、前記デジタルデータを「モデルデータ」として記憶する。
「検査工程」では、製品Ｗが搬送ベルト２６上に「モデル製品と同一態位」に置かれ、搬送ベルト２６により順次搬送される。搬送される個々の製品Ｗが「検査位置」を通過する際に結像レンズ系２１による撮影が行われ、画像処理部２２でデジタルデータ化されて、検査プロセス実行部２３に送られる。
検査プロセス実行部２３は「コンピュータやＣＰＵ」として構成され、画像処理部２２を制御し、また、画像処理部２２を介して結像レンズ系２１の「撮影やフォーカシング」を制御する。

検査プロセス実行部２３は、画像処理部２２でデジタルデータ化された「製品Ｗの画像データ」を受けると、この画像データと前記記憶したモデルデータのマッチングを行う。

撮影された製品Ｗに「傷」がある場合は、画像データとモデルデータとが合致しないので、この場合には、当該製品は「不良品」と判定する。
また、製品Ｗに傷が無い場合は、該製品の画像データとモデルデータが合致するので、この場合は、当該製品が「良品」であると判定する。
「結果表示工程」は、検査プロセス実行部２３による個々の製品の「良品、不良品」の判定結果を、表示部２４に表示する工程である。
なお、装置の構成上は、検査プロセス実行部２３と表示部２４とが「検査プロセス実行手段」を構成する。

「結像レンズ系の数値実施例」
以下に本発明の結像レンズ系の具体的な実施例を７例示す。
各実施例における記号の意味は以下の通りである。

Ｆ：Ｆナンバ
Ｙ’：像高
Ｒ：曲率半径
Ｄ：面間隔
Ｎ_ｄ：ｄ線に対する屈折率
ν_ｄ：ｄ線に対するアッベ数
ＢＦ：バックフォーカス
θ_ｇ，Ｆ：部分分散比
ＷＤ：ワーキングディスタンス（物体から最も物体側に位置するレンズの物体側レンズ面の頂点までの距離）
特に断らない限り、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

「実施例１」
実施例１は、図１に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３４．９９ Ｆナンバ：２．４６ 半画角ω：８．９°
実施例１の結像レンズ系のデータを表１に示す。

面間隔：Ｄの欄における「Ａ」は、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の群間隔であり、フォーカシングに際して変化する「可変間隔」である。後述の実施例２以下においても同様である。

「可変間隔」
可変間隔を表２に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表３に挙げる。

「実施例２」
実施例２は、図２に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３４．９８ Ｆナンバ：２．４６ 半画角ω：８．９°
実施例２のデータを表４に挙げる。

「可変間隔」
可変間隔を表５に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表６に挙げる。

「実施例３」
実施例３は、図３に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３５．００ Ｆナンバ：２．４６ 半画角ω：８．９°
実施例３のデータを表７に挙げる。

「可変間隔」
可変間隔を表８に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表９に挙げる。

「実施例４」
実施例４は、図４に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３４．９９ Ｆナンバ：２．４６ 半画角ω：８．９°
実施例４のデータを表１０に挙げる。

「可変間隔」
可変間隔を表１１に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表１２に挙げる。

「実施例５」
実施例５は、図５に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３５．００ Ｆナンバ：２．４６ 半画角ω：８．９°
実施例５のデータを表１３に挙げる。

「可変間隔」
可変間隔を表１４に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表１５に挙げる。

「実施例６」
実施例６は、図６に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３４．９９ Ｆナンバ：２．４５ 半画角ω：８．９°
実施例６のデータを表１６に挙げる。

「可変間隔」
可変間隔を表１７に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表１８に挙げる。

「実施例７」
実施例７は、図７に即してレンズ構成を説明した結像レンズ系に対応する。
焦点距離ｆ：３４．９９ Ｆナンバ：２．４５ 半画角ω：８．９°
実施例７のデータを表１９に挙げる。

「可変間隔」
可変間隔を表２０に挙げる。

「条件式におけるパラメータの値」
各条件のパラメータの値を表２１に挙げる。

「各実施例の収差図」
実施例１に関する収差図を図８ないし図１０に示す。図８は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図９は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図１０は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。
「球面収差」の図における破線は「正弦条件」を表し、「非点収差」の図における実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。他の実施例の収差図においても同様である。

実施例２に関する収差図を図１１ないし図１３に示す。図１１は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図１２は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図１３は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。
実施例３に関する収差図を図１４ないし図１６に示す。図１４は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図１５は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図１６は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。

実施例４に関する収差図を図１７ないし図１９に示す。図１７は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図１８は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図１９は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。
実施例５に関する収差図を図２０ないし図２２に示す。図２０は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図２１は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図２２は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。

実施例６に関する収差図を図２３ないし図２５に示す。図２３は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図２４は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図２５は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。
実施例７に関する収差図を図２６ないし図２８に示す。図２６は「無限遠に合焦した状態」での収差図、図２７は「ワーキングディスタンス：０．２５ｍ（遠距離）に合焦した状態」での収差図、図２８は「ワーキングディスタンス：０．１０ｍ（近距離）に合焦した状態」での収差図である。
これらの収差図から明らかなように、各実施例とも諸収差は高いレベルで補正され、フォーカシングによる球面収差が十分に抑制され、コマ収差、像面湾曲の変化も最周辺部まで良好に抑制されている。軸上色収差、倍率色収差も小さく良好に抑制され、歪曲収差も絶対値で至近から無限まで０．６％以下となっている。

即ち、実施例１～７は何れも「各種の収差が十分に低減された結像レンズ系」を実現している。これらの結像レンズ系は、画角：９°程度、Ｆナンバ：２．４程度で５００万ないし８００万画素程度のエリアセンサにまで対応した解像力を有し、無限遠物体からワーキングディスタンス：０．１ｍの至近距離を「直線を直線として表示可能」で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない高性能な結像レンズ系となっている。

以上、発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
この発明の実施の形態に記載された効果は、発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、発明による効果は「実施の形態に記載されたもの」に限定されるものではない。

Ｇ１ 第1レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第3レンズ群
Ｓ 絞り
Ｉｍ 像面（エリアセンサのセンサ受光面に合致する。）
Ｆ エリアセンサのカバーガラスや各種のフィルタ（これらに等価な１枚の透明板）

特開２０１６－６１９１９号公報 特許第２７０６７８９号公報

Claims (14)

1. 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、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、を配設してなり、無限遠から近距離へのフォーカシング時に、前記第１レンズ群と前記絞りと前記第２レンズ群とが一体として、前記第３レンズ群との間隔が増大するように物体側へ移動する結像レンズ系であって、
   前記第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、正レンズＬ_１１、負レンズＬ_１２を配して構成され、
   前記第３レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ_３１、正レンズＬ_３２を配して構成され、
   前記負レンズＬ_３１と前記正レンズＬ_３２の空気間隔：ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}、前記負レンズＬ_３１の物体側レンズ面から前記正レンズＬ_３２の像側レンズ面までの光軸上の距離：Ｌ_３ｇが、条件：
   （１） ０．４０ ＜ ｄ_{Ｌ３１－Ｌ３２}／Ｌ_３ｇ ＜ ０．７５
   を満足する結像レンズ系。
2. 請求項１記載の結像レンズ系であって、
   前記第１レンズ群の前記正レンズL_１１の材質の、ｄ線に対する屈折率：ｎｄおよびアッベ数：νｄ、部分分散比：θ_ｇ，Ｆが、条件：
   （２） １．５０ ＜ ｎｄ ＜ １．６３
   （３） ６２．０ ＜ νｄ ＜ ７８．０
   （４） ０．００４ ＜θ_ｇ，Ｆ－（－０．００１７４２×νｄ＋０．６４９０）
   ＜ ０．０３０
   を満足する結像レンズ系。
3. 請求項１又は２記載の結像レンズ系であって、
   前記第１レンズ群の前記正レンズＬ_１１の材質のｄ線に対するアッベ数：νｄｐ、前記第１レンズ群の前記負レンズＬ_１２の材質のｄ線に対するアッベ数：νｄｎが、以下の条件：
   （５） ５５．０ ＜νｄｎ＜ ９５．０
   （６） －５．０ ＜νｄｎ－νｄｐ＜ １５．０
   を満足する結像レンズ系。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
   無限遠物体に合焦した状態における全系の焦点距離：ｆ、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との合成焦点距離：ｆ_１ｇ２ｇが、条件：
   （７） ０．７０ ＜ｆ_１ｇ２ｇ／ｆ＜ ０．９５
   を満足する結像レンズ系。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
   前記第１レンズ群の前記正レンズＬ_１１の物体側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ１１ａ、前記第１レンズ群の前記負レンズＬ_１２の像側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ１２ｂが、条件：
   （８） ０．３５ ＜（Ｒ_Ｌ１１ａ－Ｒ_Ｌ１２ｂ）／（Ｒ_Ｌ１１ａ＋Ｒ_Ｌ１２ｂ）＜ ０．５５
   を満足する結像レンズ系。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
   前記第１レンズ群の前記正レンズＬ_１１の焦点距離：ｆ_Ｌ１１、前記第１レンズ群の前記負レンズＬ_１２の焦点距離：ｆ_Ｌ１２が、条件：
   （９） －０．８０ ＜ｆ_Ｌ１１／ｆ_Ｌ１２＜ －０．６０
   を満足する結像レンズ系。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
   前記第１レンズ群の前記負レンズＬ_１２の像側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ１２ｂ、前記第２レンズ群の最も物体側のレンズＬ_２１の物体側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ２１ａが、条件：
   （１０） －０．１０ ＜（Ｒ_Ｌ１２ｂ＋Ｒ_Ｌ２１ａ）／（Ｒ_Ｌ１２ｂ－Ｒ_Ｌ２１ａ）＜ ０．１０
   を満足する結像レンズ系。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
   無限遠から近距離へのフォーカシング時に、前記第３レンズ群が像面に対して固定されている結像レンズ系。
9. 請求項１ないし８の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
   前記第２レンズ群が、物体側から像側へ向かって順に、負レンズＬ_２１、正レンズＬ_２２、正レンズＬ_２３を配した３枚のレンズで構成される結像レンズ系。
10. 請求項９記載の結像レンズ系であって、
    前記第２レンズ群の前記正レンズＬ_２２の像側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ２２ｂ、前記第２レンズ群の前記負レンズＬ_２１の物体側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ２１ａが、条件：
    （１１） ０．０５ ＜（Ｒ_Ｌ２２ｂ－Ｒ_Ｌ２１ａ）／（Ｒ_Ｌ２２ｂ＋Ｒ_Ｌ２１ａ）＜ ０．２２
    を満足する結像レンズ系。
11. 請求項９又は１０記載の結像レンズ系であって、
    前記第２レンズ群の前記正レンズＬ_２３の像側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ２３ｂ、前記第２レンズ群の前記負レンズＬ_２１の物体側レンズ面の曲率半径：Ｒ_Ｌ２１ａが、条件：
    （１２） ０．３５ ＜（Ｒ_Ｌ２３ｂ－Ｒ_Ｌ２１ａ）／（Ｒ_Ｌ２３ｂ＋Ｒ_Ｌ２１ａ）＜ ０．７０
    を満足する結像レンズ系。
12. 請求項１ないし１１の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
    前記第１群レンズ群、前記第２レンズ群および前記第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系。
13. 請求項１ないし１２の何れか１項に記載の結像レンズ系であって、
    前記第１レンズ群、前記第２レンズ群および前記第３レンズ群を構成する全てのレンズ材質が、無機固体材料である結像レンズ系。
14. 請求項１ないし１３の何れか１項に記載の結像レンズ系を有する撮像装置。

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