JP6405821B2 - 結像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、結像レンズおよび撮像装置に関する。

所謂「産業用カメラ」が広く実用化され、例えば、マシンビジョン用の画像入力装置等の開発が進んでいる。

マシンビジョンの画像入力装置に用いられる結像レンズは、フォーカシングに伴うレンズ性能の変化が少なく、安定していることが重要である。

フォーカシングに伴うレンズ性能の変動を抑制した光学系として、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１に記載された光学系（レンズ系）は、正の屈折力の第１レンズユニットと、正または負の屈折力の第２レンズユニットにより構成されている。

そして、物体側より像側へ順に、正の屈折力のレンズユニット１ａ、開口絞り、正の屈折力のレンズユニット１ｂからなる第１レンズユニットが物体側へ移動することにより、
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。

この発明は、２レンズ群構成で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない、新規な結像レンズの実現を課題とする。

この発明の結像レンズは、物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正または負の屈折力を有する第２レンズ群を配してなり、第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、第１正レンズ、第２正レンズ、負レンズ、第３正レンズを配してなり、第２レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群、正レンズ群を配してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第２レンズ群は、像面に対して固定され、第１レンズ群は一体として物体側へ移動し、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
（１） ０．５０ ＜ｆ１／ｆ＜ ０．９０
を満足し、前記第２レンズ群の、負レンズ群が正レンズと負レンズの接合レンズで構成され、正レンズ群が１枚の正レンズで構成されている。

この発明によれば、２レンズ群構成で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない、新規な結像レンズを実現できる。

実施例１の結像レンズを説明するための図である。 実施例２の結像レンズを説明するための図である。 実施例３の結像レンズを説明するための図である。 実施例４の結像レンズを説明するための図である。 実施例１の結像レンズの無限遠物体に合焦した状態での収差図である。 実施例１の結像レンズの結像倍率：−０．１５の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例１の結像レンズの結像倍率：−０．３の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例２の結像レンズの無限遠物体に合焦した状態での収差図である。 実施例２の結像レンズの結像倍率：−０．１５の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例２の結像レンズの結像倍率：−０．３の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例３の結像レンズの無限遠物体に合焦した状態での収差図である。 実施例３の結像レンズの結像倍率：−０．１５の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例３の結像レンズの結像倍率：−０．３の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例４の結像レンズの無限遠物体に合焦した状態での収差図である。 実施例４の結像レンズの結像倍率：−０．１５の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 実施例４の結像レンズの結像倍率：−０．３の物体にフォーカシングした状態での収差図である。 撮像装置の実施の１形態のシステムを説明するための図である。

図１ないし図４に、結像レンズの実施の形態を４例示す。これら実施の形態は、この順序に、後述する具体的な実施例１ないし４に対応する。

図１ないし図４において、図の左方が「物体側」、図の右方が「像側」である。
これら図１ないし図４は、結像レンズが「無限遠に合焦した状態」でのレンズ構成図である。

繁雑を避けるため、図１ないし図４において符号を共通化する。

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Ｓは「開口絞り」を、それぞれ示す。

また、符号Ｉｍは「像面」を示す。
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４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。

カバーガラスＣＧは「平行平板状」で、撮像素子の受光面は像面Ｉｍに合致している。

カバーガラスＣＧは、撮像素子の受光面をシールドして保護する機能を持つが、赤外線カットフィルタ等の各種フィルタ機能を併せ持つことができる。

第１レンズ群Ｇ１は「正の屈折力」を持ち、第２レンズ群Ｇ２は「正または負の屈折力」を持つ。

從って、図１〜図４に実施の形態を示す結像レンズは、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、開口絞りＳ、正または負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を配して構成されている。
「無限遠物体から近距離物体へのフォーカシング」に際しては、第２レンズ群Ｇ２が像面Ｉｍに対して固定され、第１レンズ群Ｇ１が一体的に物体側へ移動される。

即ち、フォーカシングに際しては「第２レンズ群Ｇ２と像面Ｉｍとの位置関係」が不変に保たれ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が変化する。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、第１正レンズＬ１１、第２正レンズＬ１２、負レンズＬ１３、第３正レンズＬ１４を配してなる。

第２レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群Ｇ２Ｎ、正レンズ群Ｇ２Ｐを配してなる。

図１〜図４に実施の形態を示す結像レンズにおいては、負レンズ群Ｇ２Ｎは「２枚のレンズＬ２１とＬ２２」により構成され、正レンズ群Ｇ２Ｐは「１枚のレンズＬ２３」により構成されている。

物体側に正の屈折力、像側に負の屈折力を配した結像レンズは「テレフォトタイプ」と呼ばれている。

「テレフォトタイプの結像レンズ」は、屈折力の配分が、物体側から像側へ向かって正・負であり、対称的でないため、一般的に「収差の補正が困難」であるとされている。

特に、大口径化に伴って発生する「球面収差、コマ収差、軸上色収差」の補正が困難であるとされている。

また、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングを、物体側の正の屈折力を有する部分を単純に「全体繰り出し」で行うと、合焦させるべき物体の物体距離の変化により、各種の収差が発生する。

即ち、テレフォトタイプの結像レンズでは、レンズ性能がフォーカシングに伴って変化し易い。

発明者は、結像レンズの構成を工夫することにより、上記「収差補正の困難性」、「フォーカシングに伴うレンズ性能の変動」を有効に軽減できることを見出した。

この発明の結像レンズでは、上記の如く、正の屈折力を持つ第１レンズ群を、物体側から像側へ向かって順次、第１正レンズＬ１１、第２正レンズＬ１２、負レンズＬ１３、第３正レンズＬ１４を配して構成する。

第１レンズ群をこのような構成にすることにより、正レンズＬ１１を大口径化した場合に発生する「球面収差やコマ収差、軸上色収差」を十分に補正することが可能となる。

第２レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群、正レンズ群を配して構成する。

第２レンズ群を、このような構成にすることにより「像面への入射角を小さくしつつ、各種収差の十分な補正」が可能になる。

無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際しては、第２レンズ群を像面に対して固定し、第１レンズ群を物体側へ移動させる。

このような構成では、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１を短くすることにより、フォーカシングによる第１レンズ群の移動量を小さくでき、第２レンズ群を像面に対して固定とすることによりフォーカシングのための機構を簡素化できる。

条件式（１）は、各種の収差を良好に補正し、フォーカシングに伴うレンズ性能の変動を有効に抑制できる条件である。

条件式（１）のパラメータが０．５以下になると、第１レンズ群の正の屈折力が過大となり、第１レンズ群で大きな収差が発生し易く、第１レンズ群で発生する収差が第２レンズ群により拡大されるので、全系の収差補正が困難になる。

条件式（１）のパラメータが、０．９以上になると、高倍率までのフォーカシングを実現するのに結像レンズの全系が大型化し易くなる。

条件式（１）のパラメータは、より好ましくは、条件式（１）よりも若干狭い以下の条件式：
（１Ａ） ０．５５ ＜ｆ１／ｆ＜ ０．７５
を満足するのが良い。

第１、第２レンズ群間に配置される開口絞りは、フォーカシングに際して「第１レンズ群と一体的に移動」させても「像面に対して固定」しても十分な性能を実現できる。

しかし、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、開口絞りを「第２レンズ群とともに像面に対して固定」すると、フォーカシングのための機構を簡素にでき、繰り出し量の確保が容易になる。

従って、結像レンズの小型化と「高い倍率までのフォーカシング」を両立させることが容易になる。

結像レンズは、結像倍率：−０．１５倍程度の比較的低倍率の領域で「フォーカシングに伴うレンズ性能の変動」をより有効に抑制するには、上記構成において条件式（１）とともに、条件式：
（２） ０．０３＜Ｍ１／ｆ＜０．１０
を満足するのが良い。

条件式（２）のパラメータにおける「Ｍ１」は、無限遠物体から「結像倍率が―０．１５倍となる物体」にフォーカシングするときの第１レンズ群の移動量であり、「ｆ」は無限遠物体にフォーカシングした状態での全系の焦点距離である。

条件式（２）のパラメータが０．０３以下では、第１レンズ群の屈折力が、全系の屈折力に対して相対的に過大となり、第１レンズ群で大きい収差が発生し易く、このように発生した収差が第２レンズ群で拡大されるので、全系の収差の良好な補正が難しくなる。

条件式（２）のパラメータが０．１０を超えると、低倍率の領域で「フォーカシングに伴う第１レンズ群の移動距離」が大きくなり、フォーカシングの機構が大きくなり、結像レンズが大型化し易い。

条件式（２）のパラメータは、より好ましくは、条件式（２）よりも若干狭い以下の条件式：
（２Ａ） ０．０４＜Ｍ１／ｆ＜０．０８
を満足するのが良い。

結像レンズは、結像倍率：−０．３倍程度の比較的高倍率の領域で「フォーカシングに伴うレンズ性能の変動」をより有効に抑制するには、上記構成において条件式（１）とともに、あるいは条件式（１）、（２）とともに、条件式：
（３） ０．１０ ＜Ｍ２／ｆ＜ ０．１５
を満足するのが良い。

条件式（３）のパラメータにおける「Ｍ２」は、無限遠物体から「結像倍率が―０．３倍となる物体」にフォーカシングするときの第１レンズ群の移動量であり、「ｆ」は無限遠物体にフォーカシングした状態での全系の焦点距離である。

条件式（３）のパラメータが０．１０以下では、第１レンズ群の屈折力が、全系の屈折力に対して相対的に過大となり、第１レンズ群で大きい収差が発生し易く、このように発生した収差が第２レンズ群で拡大されるので、全系の収差の良好な補正が難しくなる。

条件式（３）のパラメータが０．１５を超えると、高倍率の領域で「フォーカシングに伴う第１レンズ群の移動距離」が大きくなり、フォーカシングの機構が大きくなり、結像レンズが大型化し易い。

条件式（１）とともに、条件式（２）及び（３）を満足すれば、結像倍率：−０．１５倍程度の低倍率領域から結像倍率：−０．３倍程度の高倍率の領域まで、レンズ性能の変動を抑制して、良好なフォーカシングを行うことができる。

結像レンズは、条件式（１）と共に、あるいは、条件式（１）と「条件式（２）、（３）の少なくとも一方」と共に、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。

（４） ０．４＜ Ｄ２ａ／Ｄ２ ＜０．７
条件式（４）のパラメータにおいて、「Ｄ２ａ」は第２レンズ群を構成する負レンズ群と正レンズ群の空気間隔であり、「Ｄ２」は第２レンズ群の「負レンズ群の最も物体側のレンズ面から正レンズ群の最も像側のレンズ面」までの光軸上の距離である。

以下、この距離：Ｄ２を「第２レンズ群の厚さ」とも言う。

条件式（４）の範囲内では、像面への入射角を小さくしつつ各種収差を補正することが容易になる。

第２レンズ群は、物体側に配される「負レンズ群」と、像側に配される「正レンズ群」とにより構成される。

「負レンズ群」は、１枚の負レンズで構成することもできるが、複数枚のレンズで構成することもできる。負レンズ群は「正レンズと負レンズの２枚」で構成することもできる。

図１〜図４に示す実施の形態では、負レンズ群は、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２の２枚のレンズで構成され、これら２枚のレンズＬ２１、Ｌ２２は接合されている。

「正レンズ群」は、図１〜図４の実施の形態のように１枚の正レンズＬ２３で構成することができるが、勿論これに限らない。

上記何れの場合においても、第１レンズ群を構成する４枚のレンズのうち、物体側の２枚の正レンズ（第１正レンズ、第２正レンズ）のうちの少なくとも１枚は、以下の条件式（５）〜（７）を満足する材質により形成するのが好ましい。

（５） １.４５ ＜ｎ_ｄ＜ １．６５
（６） ６０．０ ＜ν_ｄ＜ ９５．０
（７） ０．００５＜Ｐ_ｇ，Ｆ−(−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３)
＜０．０５０ 。

「ｎ_ｄ」、「ν_ｄ」および「Ｐ_ｇ，Ｆ」はそれぞれ、レンズ材質のｄ線に対する屈折率、アッベ数および部分分散比である。

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：ｎ_ｇ，ｎ_Ｆ，ｎ_Ｃにより、
Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
で定義される。

第１レンズ群の第１正レンズ・第２正レンズでは「軸上マージナル光線が高い位置を通る」ので、軸上色収差の補正上重要なレンズであり、条件（５）〜（７）を満足するような「異常分散性がある硝種」の使用により、軸上色収差の十分な補正が容易になる。

結像レンズは、上に説明した種々の場合の何れにおいても、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
（８） ０．２＜Ｄ１ａ／Ｄ１＜０．５ 。

パラメータ中の「Ｄ１ａ」は、第１正レンズと第２正レンズの空気間隔、「Ｄ１」は、第１レンズ群の、第１正レンズの物体側面から、第３正レンズの像側面までの、光軸上の距離であり、この距離を以下において「第１レンズ群の厚さ」とも言う。

第１レンズ群においては、第１正レンズの物体側面と負レンズの像側面において収差のやりとりをしている。

従って、第１正レンズと第２正レンズの間隔（＝Ｄ１ａ）を適切に設定することにより、結像レンズの大口径化に伴い発生する球面収差やコマ収差の十分な補正が容易になる。

条件式（８）のパラメータが、０．２以下では、「収差のやりとり」をしている第１正レンズの物体側面と負レンズＬの像側面における収差補正が困難になり易く、第１レンズ群内の収差補正が困難になり易い。

条件式（８）のパラメータが、０．５以上では、第１正レンズと第２正レンズの間隔が大きくなり、他のレンズの厚さや間隔が小さくなり、この場合も、第１レンズ群内の収差補正が困難になり易い。

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、画角：１０度前後のものが考えられる。

条件式（５）ないし（７）は、このような画角：１０度前後の結像レンズにおける色収差の発生抑制に有効である。

なお、上記「ワーキングディスタンス」は、作動距離であり、画像入力のために撮像すべき対象物（「ワーク」とも言う。）の物体面からレンズ先端までの距離である。

この発明の結像レンズには勿論、非球面や回折面等の特殊面を１面以上採用することができるが、全てのレンズ面を球面で形成することもできる。

非球面や回折面などの特殊面を使用しないことにより、例えば成型用の金型などの「大きな製造コスト」の発生を回避でき、特に少ロットの生産時においてコスト的に有利である。

また、結像レンズを構成する各レンズの材料は、全て「無機固体材料」とすることが好ましい。有機材料や「有機無機ハイブリッド材料」等によるレンズは、温度・湿度などの環境条件による特性の変化が大きい。

結像レンズを構成する全てのレンズを「無機固体材料」で形成することにより、温度・湿度などの環境条件の変化の影響を受けにくい結像レンズを実現できる。

「実施例」
以下に、図１ないし図４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４を挙げる。

実施例１ないし４の結像レンズは、マシンビジョン用の画像入力装置に使用されることを想定されており、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結像レンズである。

符号を共通化した図１〜図４に示すように、結像レンズは、物体側から像側へ向かい、第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、第２レンズ群Ｇ２を配してなる。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順次、第１正レンズＬ１１、第２正レンズＬ１２、負レンズＬ１３、第３正レンズＬ１４の４枚を配して構成されている。

実施例１〜４とも、第２正レンズＬ１２と負レンズＬ１３とは接合されている。

開口絞りＳの像側に配された第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ向かって順次、負レンズ群Ｇ２Ｎ、正レンズ群Ｇ２Ｐを配してなる。

負レンズ群Ｇ２Ｎは、正レンズＬ２１と負レンズＬ２２とにより構成され、実施例１〜４とも、これら正レンズＬ２１と負レンズＬ２２は接合されている。

正レンズ群Ｇ２Ｐは、実施例１ないし４とも、１枚の正レンズＬ２３により構成されている。

実施例１〜４とも、結像レンズは７枚のレンズにより構成され、これら７枚のレンズは全て「球面レンズ」であり、「無機固体材料」で形成されている。

実施例１〜４の全てにおいて「最大像高は８．０ｍｍ」である。

各実施例において、第２レンズ群Ｇ２の像面側に配設される平行平板状のカバーガラスＣＧは、その像側面が像面Ｉｍから物体側に約１．０ｍｍの位置となるよう配設されているが、勿論、これに限られる訳ではない。

各実施例における記号の意味は以下の通りである。

f：全系の焦点距離（無限遠物体にフォーカシングした状態の焦点距離）
F：Fナンバ
2ω：画角（無限遠に合焦した状態での画角）
R：曲率半径
D：面間隔
N：屈折率（上の説明における「ｎ_ｄ」）
ν：アッベ数（上の説明における「ν_ｄ」）
φ：光線有効径 。

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。

最初に挙げる実施例１は、図１に示した結像レンズの具体例である。

「実施例１」
f＝75.0mm、Ｆ＝2.83、2ω＝12.2度
実施例１のデータを表１に示す。

表１における左欄は、物体側から数えた面番号である。以下の実施例２以下においても同様である。上記データ中の「絞り」は、勿論「開口絞り」である。

「可変間隔」
可変間隔は、第１レンズ群と開口絞りの間隔（上のデータで「Ｄ７」）である。

無限遠物体にフォーカシングした状態（Ｉｎｆと表示）、結像倍率が−０．１５倍となる物体（ワーク）にフォーカシングした状態（×０．１５と表示）、結像倍率が−０．３倍となる物体にフォーカシングした状態（×０．３と表示）の「Ｄ７」の値を示す。

以下の他の実施例においても同様である。

可変間隔のデータを表２に示す。

「条件式のパラメータの値」
実施例１における各条件式のパラメータの値を表３に示す。

表３における「Ｌ１」は、第１レンズ群における第１正レンズＬ１１を表し、「Ｌ２」は、第１レンズ群における第２正レンズＬ１２を表す。以下の実施例においても同様である。

次に挙げる実施例２は、図２に示した結像レンズの具体例である。

「実施例２」
f＝75.0mm、Ｆ＝F2.80、2ω＝12.2度
実施例２のデータを表４に示す。

「可変間隔」
可変間隔のデータを表５に示す。

「条件式のパラメータの値」
実施例２における各条件式のパラメータの値を表６に示す。

次に挙げる実施例３は、図３に示した結像レンズの具体例である。

「実施例３」
f＝75.0mm、Ｆ＝2.85、2ω＝12.2度
実施例３のデータを表７に示す。

「可変間隔」
可変間隔のデータを表８に示す。

「条件式のパラメータの値」
実施例３における各条件式のパラメータの値を表９に示す。

最後に挙げる実施例４は、図４に示した結像レンズの具体例である。

「実施例４」
f＝75.0mm、Ｆ＝F2.82、2ω＝12.2度
実施例４のデータを表１０に示す。

「可変間隔」
可変間隔のデータを表１１に示す。

「条件式のパラメータの値」
実施例４における各条件式のパラメータの値を表１２に示す。

図５ないし図７に、実施例１の結像レンズの収差曲線図を示す。
図５は、実施例１の結像レンズが、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差曲線図であり、図６は、結像倍率が−０．１５倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図、図７は、結像倍率が−０．３倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図である。

図８ないし図１０に、実施例２の結像レンズの収差曲線図を示す。
図８は、実施例２の結像レンズが、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差曲線図であり、図９は、結像倍率が−０．１５倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図、図１０は、結像倍率が−０．３倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図である。

図１１ないし図１３に、実施例３の結像レンズの収差曲線図を示す。
図１１は、実施例３の結像レンズが、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差曲線図であり、図１２は、結像倍率が−０．１５倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図、図１３は、結像倍率が−０．３倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図である。

図１４ないし図１６に、実施例４の結像レンズの収差曲線図を示す。
図１４は、実施例４の結像レンズが、無限遠物体にフォーカシングした状態における収差曲線図であり、図１５は、結像倍率が−０．１５倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図、図１６は、結像倍率が−０．３倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図である。

これらの収差図において、「球面収差」の図における破線は「正弦条件」を示し、「非点収差」の図中の実線は「サジタル」、破線は「メリディオナル」を表す。

細線は「ｄ線」、太線は「ｇ線」に対する収差曲線図である。

各実施例とも、収差は高いレベルで補正され、球面収差、軸上色収差は問題にならないほど小さい。非点収差、像面湾曲、倍率色収差も十分に小さく、コマ収差やその色差の乱れも最周辺部まで良く抑えられており、歪曲収差も絶対値で０．５％以下となっている。

また、無限遠物体にフォーカシングした状態、結像倍率が−０．１５倍になる物体にフォーカシングした状態、結像倍率が−０．３倍になる物体にフォーカシングした状態における収差図の変動は極めて小さい。

即ち、実施例１〜４の結像レンズは何れも、２レンズ群構成で、フォーカシングに伴う性能の変化が少ない、新規な結像レンズを実現している。

即ち、この発明により、画角：１２度程度、Ｆナンバ：２．８程度、レンズ枚数：７枚程度で、非点収差や像面湾曲、倍率色収差、コマ収差の色差、歪曲収差等が十分に低減され、「６００〜１０００万画素の撮像素子に対応した解像力」を有すると共に、絞り開放から高コントラストで画角の周辺部まで点像の崩れがなく、直線を直線として歪みなく描写可能で、簡易な構成で無限遠物体から倍率：０．３倍以上となる近距離物体まで高性能である結像レンズを実現できる。

図１７に即して、撮像装置を用いる「マシンビジョンの画像入力装置」のシステムの１例を説明する。

この「システム」は製品検査を行うものであり、検査対象としてのワークＷＫをコンベヤ３０により図の右方へ搬送しつつ、撮像装置１０によりワークＷＫを撮像して、画像入力する。

撮像装置１０には、請求項１ないし１０の何れか１項に記載の結像レンズ、具体的には、例えば実施例１〜４の何れかに示されたものを用いる。

コンピュータあるいはＣＰＵ等として構成された制御手段２０は、コンベヤ３０の駆動や、照明装置１２の点滅の制御を行うほか、撮像装置１０内の「結像レンズのフォーカシングや撮像素子による画像の取得」を制御する。

種々のサイズの製品がワークＷＫとして検査の対象となり、制御手段２０は、ワークＷＫのサイズに応じた適切なワーキングディスタンス（結像倍率）を特定し、特定されたワーキングディスタンスに応じて、結像レンズのフォーカシングを制御する。

以上のように、この発明によれば、以下の如き、新規な結像レンズと、これを用いる撮像装置を実現できる。

［１］
物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正または負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を配してなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、第１正レンズＬ１１、第２正レンズＬ１２、負レンズＬ１３、第３正レンズＬ１４を配してなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群Ｇ２Ｎ、正レンズ群Ｇ２Ｐを配してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第２レンズ群Ｇ２は、像面Ｉｍに対して固定され、第１レンズ群Ｇ１は一体として物体側へ移動し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離：ｆ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
（１） ０．５０ ＜ｆ１／ｆ＜ ０．９０
を満足し、前記第２レンズ群Ｇ２の、負レンズ群Ｇ２Ｎが正レンズＬ２１と負レンズＬ２２の接合レンズで構成され、正レンズ群Ｇ２Ｐが１枚の正レンズＬ２３で構成されている結像レンズ。
［２］
物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正または負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を配してなり、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ向かって順に、第１正レンズＬ１１、第２正レンズＬ１２、負レンズＬ１３、第３正レンズＬ１４を配してなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群Ｇ２Ｎ、正レンズ群Ｇ２Ｐを配してなり、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第２レンズ群Ｇ２は、像面Ｉｍに対して固定され、第１レンズ群Ｇ１は一体として物体側へ移動し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離：ｆ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
（１） ０．５０ ＜ｆ１／ｆ＜ ０．９０
を満足し、前記第１レンズ群Ｇ１の第１正レンズＬ１１と第２正レンズＬ１２の空気間隔：Ｄ１ａ、第１レンズ群Ｇ１の、第１正レンズＬ１１の物体側面から、第３正レンズＬ１４の像側面までの、光軸上の距離：Ｄ１が、条件式：
（８） ０．２ ＜Ｄ１ａ／Ｄ１＜ ０．５
を満足する結像レンズ。
［３］
［１］記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１の第１正レンズＬ１１と第２正レンズＬ１２の空気間隔：Ｄ１ａ、第１レンズ群Ｇ１の、第１正レンズＬ１１の物体側面から、第３正レンズの像側面までの、光軸上の距離：Ｄ１が、条件式：
（８） ０．２ ＜Ｄ１ａ／Ｄ１＜ ０．５
を満足する結像レンズ。

［４］
［１］ないし［３］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、開口絞りＳが、第２レンズ群Ｇ２とともに像面Ｉｍに対して固定される結像レンズ。

［５］
［１］ないし［４］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、結像倍率：−０．１５倍となる物体へ、無限遠物体からフォーカシングする際の第１レンズ群の移動量：Ｍ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
（２） ０．０３ ＜Ｍ１／ｆ＜ ０．１０
を満足する結像レンズ。

［６］
［１］ないし［５］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、結像倍率：−０．３倍となる物体へ、無限遠物体からフォーカシングする際の第１レンズ群Ｇ１の移動量：Ｍ２、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
（３） ０．１０ ＜Ｍ２／ｆ＜ ０．１５
を満足する結像レンズ。

［７］
［１］ないし［６］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第２レンズ群Ｇ２の負レンズ群Ｇ２Ｎと正レンズ群Ｇ２Ｐの空気間隔：Ｄ２ａ、第２レンズ群Ｇ２の、負レンズ群の最も物体側のレンズ面から正レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離：Ｄ２が、条件式：
（４） ０．４０ ＜Ｄ２ａ／Ｄ２＜ ０．７０
を満足する結像レンズ。

［８］
［１］ないし［７］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、レンズ材質の、ｄ線に対する屈折率：ｎ_ｄ、アッベ数：ν_ｄ、および、ｇ線，Ｆ線，Ｃ線に対する屈折率：ｎ_ｇ，ｎ_Ｆ，ｎ_Ｃにより、次式：
Ｐ_ｇ，Ｆ＝（ｎ_ｇ−ｎ_Ｆ）／（ｎ_Ｆ−ｎ_Ｃ）
で定義される部分分散比：Ｐ_ｇ，Ｆが、第１レンズ群Ｇ１の第１正レンズＬ１１、第２正レンズＬ１２の少なくとも一方に対して、条件式：
（５） １.４５ ＜ｎ_ｄ＜ １．６５
（６） ６０．０ ＜ν_ｄ＜ ９５．０
（７） ０．００５ ＜Ｐ_ｇ，Ｆ−（−０．００１８０２×ν_ｄ＋０．６４８３）
＜ ０．０５０
を満足する結像レンズ。

［９］
［１］ないし［８］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２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。

［１０］
［１］ないし［９］の何れか１に記載の結像レンズにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２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。

［１１］
［１］ないし［１０］の何れか１に記載の結像レンズを有する撮像装置。

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。

即ち、この発明の結像レンズは、上記マシンビジョン用の画像入力装置への使用が可能であるのみならず、デジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラ等に用いることもできる。

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
Ｌ１１ 第１正レンズ
Ｌ１２ 第２正レンズ
Ｌ１３ 負レンズ
Ｌ１４ 第３正レンズ
Ｓ 開口絞り
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ２Ｎ 負レンズ群
Ｇ２Ｐ 正レンズ群
Ｌ２１ 正レンズ
Ｌ２２ 負レンズ
Ｌ２３ 正レンズ
ＣＧ 受光素子のカバーガラス
Ｉｍ 像面
１０ 撮像装置
１２ 照明装置
２０ 制御手段
３０ コンベヤ
ＷＫ ワーク

特開２０１３−２１８０１５号公報

Claims (11)

1. 物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正または負の屈折力を有する第２レンズ群を配してなり、
   第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、第１正レンズ、第２正レンズ、負レンズ、第３正レンズを配してなり、
   第２レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群、正レンズ群を配してなり、
   無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第２レンズ群は、像面に対して固定され、第１レンズ群は一体として物体側へ移動し、
   第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
   （１） ０．５０ ＜ｆ１／ｆ＜ ０．９０
   を満足し、
   前記第２レンズ群の、負レンズ群が正レンズと負レンズの接合レンズで構成され、正レンズ群が１枚の正レンズで構成されている結像レンズ。
2. 物体側から像側へ向かって順次、正の屈折力を有する第１レンズ群、開口絞り、正または負の屈折力を有する第２レンズ群を配してなり、
   第１レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、第１正レンズ、第２正レンズ、負レンズ、第３正レンズを配してなり、
   第２レンズ群は、物体側から像側へ向かって順に、負レンズ群、正レンズ群を配してなり、
   無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、第２レンズ群は、像面に対して固定され、第１レンズ群は一体として物体側へ移動し、
   第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
   （１） ０．５０ ＜ｆ１／ｆ＜ ０．９０
   を満足し、
   前記第１レンズ群の第１正レンズと第２正レンズの空気間隔：Ｄ１ａ、第１レンズ群の、第１正レンズの物体側面から、第３正レンズの像側面までの、光軸上の距離：Ｄ１が、条件式：
   （８） ０．２ ＜Ｄ１ａ／Ｄ１＜ ０．５
   を満足する結像レンズ。
3. 請求項１記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群の第１正レンズと第２正レンズの空気間隔：Ｄ１ａ、第１レンズ群の、第１正レンズの物体側面から、第３正レンズの像側面までの、光軸上の距離：Ｄ１が、条件式：
   （８） ０．２ ＜Ｄ１ａ／Ｄ１＜ ０．５
   を満足する結像レンズ。
4. 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、
   無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に、開口絞りが、第２レンズ群とともに像面に対して固定される結像レンズ。
5. 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、
   結像倍率：−０．１５倍となる物体へ、無限遠物体からフォーカシングする際の第１レンズ群の移動量：Ｍ１、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
   （２） ０．０３ ＜Ｍ１／ｆ＜ ０．１０
   を満足する結像レンズ。
6. 請求項１ないし５の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   結像倍率：−０．３倍となる物体へ、無限遠物体からフォーカシングする際の第１レンズ群の移動量：Ｍ２、無限遠物体にフォーカシングした状態における全系の焦点距離：ｆが、条件式：
   （３） ０．１０ ＜Ｍ２／ｆ＜ ０．１５
   を満足する結像レンズ。
7. 請求項１ないし６の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第２レンズ群の負レンズ群と正レンズ群の空気間隔：Ｄ２ａ、第２レンズ群の、負レンズ群の最も物体側のレンズ面から正レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離：Ｄ２が、条件式：
   （４） ０．４０ ＜Ｄ２ａ／Ｄ２＜ ０．７０
   を満足する結像レンズ。
8. 請求項１ないし７の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   レンズ材質の、ｄ線に対する屈折率：ｎ _ｄ 、アッベ数：ν _ｄ 、および、ｇ線，Ｆ線，Ｃ線に対する屈折率：ｎ _ｇ ，ｎ _Ｆ ，ｎ _Ｃ により、次式：
   Ｐ _ｇ，Ｆ ＝（ｎ _ｇ −ｎ _Ｆ ）／（ｎ _Ｆ −ｎ _Ｃ ）
   で定義される部分分散比：Ｐ _ｇ，Ｆ が、第１レンズ群の第１正レンズ、第２正レンズの少なくとも一方に対して、条件式：
   （５） １.４５ ＜ｎ _ｄ ＜ １．６５
   （６） ６０．０ ＜ν _ｄ ＜ ９５．０
   （７） ０．００５ ＜Ｐ _ｇ，Ｆ −（−０．００１８０２×ν _ｄ ＋０．６４８３）
   ＜ ０．０５０
   を満足する結像レンズ。
9. 請求項１ないし８の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
   第１レンズ群および第２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。
10. 請求項１ないし９の何れか１項に記載の結像レンズにおいて、
    第１レンズ群および第２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。
11. 請求項１ないし１０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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