JP7225047B2 - 撮像レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本開示は、撮像レンズ、および撮像装置に関する。

従来、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用カメラ、ＭＶ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ）用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ等の撮影において近赤外光が利用されている。例えば、ＦＡ用途およびＭＶ用途では物体の識別および／又は検査に近赤外光が利用されており、監視用途では夜間の撮影、および、霧又は煙等の悪視野状態の撮影に近赤外光が利用されている。なお、ここでいう近赤外とは波長７００ｎｍ～２５００ｎｍの帯域のことを指す。

近赤外光を意識した撮像レンズとしては例えば、特許文献１および特許文献２に記載されたレンズ系が知られている。特許文献１には、物体側より順に、正または負の屈折力を有する第１群と、正の屈折力を有する第２群と、正または負の屈折力を有する第３群とからなるレンズ系が記載されている。特許文献２には、絞りを挟んで、負の屈折力を有する前群レンズと、正の屈折力を有する後群レンズとで構成されるレンズ系が記載されている。

特開２０１１－１２８２７３号公報 特開２００４－３５４８２９号公報

近赤外光のなかでも波長１０００ｎｍ～２５００ｎｍの帯域として分類されうるＳＷＩＲ（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ Ｉｎｆｒａ－Ｒｅｄ：短波赤外）光は有用性が高い。近年では、可視域からＳＷＩＲ域までの波長域にわたって色収差が補正されたレンズ系に対する要望が高まってきている。このような広帯域の色収差補正を実現しながら、その他の光学性能も良好に保持しようとすると、レンズ系が大型化しやすい。しかしながら、近年では装置のコンパクト性に対する要望も強くなってきている。

本開示は、上記事情に鑑みなされたものであり、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視域からＳＷＩＲ域までの波長域に対応可能であり、高性能を実現可能な撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る撮像レンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、最も物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズとが物体側から順に接合された２組の接合レンズが連続して配置されており、第１レンズ群の最も像側には、物体側の面の曲率半径の絶対値より像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズであるＬｎレンズが配置されており、第１レンズ群および第２レンズ群の各レンズについて、波長４３５．８３ｎｍにおける屈折率をｎｇ、波長１５２９．５８ｎｍにおける屈折率をｎａ、波長２３２５．４２ｎｍにおける屈折率をｎｂとし、アッベ数νおよび部分分散比θをそれぞれ
ν＝（ｎａ－１）／（ｎｇ－ｎｂ）、
θ＝（ｎａ－ｎｂ）／（ｎｇ－ｎｂ）と定義した場合、横軸をν、縦軸をθとする直交座標系において、
θ＞０．００６０×ν＋０．１７１２で表される第１領域と、
θ＜０．０３２７×ν－０．０６３５で表される第２領域と、
ν＜１４．８で表される第３領域と、
の３つの領域の共通領域にＬｎレンズのνおよびθが含まれる。

上記態様の撮像レンズにおいては、
θ＞０．０１０２×ν＋０．１３４４で表される第４領域と、
θ＜０．０２４２×ν＋０．０１０６で表される第５領域と、
ν＜１４．３で表される第６領域と、
の３つの領域の共通領域にＬｎレンズのνおよびθが含まれることが好ましい。

上記態様の撮像レンズは、撮像レンズの全ての正レンズのνの平均をνＰａｖｅ、撮像レンズの全ての負レンズのνの平均をνＮａｖｅ、撮像レンズの全ての正レンズのθの平均をθＰａｖｅ、撮像レンズの全ての負レンズのθの平均をθＮａｖｅとした場合、下記条件式（１）および（２）を満足することが好ましい。また、下記条件式（１）および（２）を満足した上で、下記条件式（１－１）および（２－１）の少なくとも一方を満足することがより好ましい。
１＜νＰａｖｅ－νＮａｖｅ＜４ （１）
－０．０５＜θＰａｖｅ－θＮａｖｅ＜０ （２）
１．５＜νＰａｖｅ－νＮａｖｅ＜３．５ （１－１）
－０．０４＜θＰａｖｅ－θＮａｖｅ＜－０．００２ （２－１）

上記態様の撮像レンズは、撮像レンズの開放ＦナンバーをＦＮｏ、像面上における最大像高に入射する主光線と光軸に平行な軸線とのなす角度をＣＲＡ、絞りが開放状態の場合、像面上における最大像高に入射する光線のうち最も光軸から離れた外縁光線と上記軸線とのなす角度をＵＲＡとし、最大像高を通る上記軸線を基準として主光線が光軸側にある場合のＣＲＡの符号を負、光軸側の逆側にある場合のＣＲＡの符号を正とし、最大像高を通る上記軸線を基準として外縁光線が光軸側にある場合のＵＲＡの符号を負、光軸側の逆側にある場合のＵＲＡの符号を正とし、ＣＲＡおよびＵＲＡの単位を度とした場合、下記条件式（３）、（４）、および（５）を満足することが好ましい。また、下記条件式（３）、（４）、および（５）を満足した上で、下記条件式（３－１）、（４－１）、および（５－１）の少なくとも１つを満足することがより好ましい。
ＦＮｏ≦１．４ （３）
０≦｜ＣＲＡ｜＜８ （４）

１≦ＦＮｏ≦１．３ （３－１）
０≦｜ＣＲＡ｜＜７ （４－１）

上記態様の撮像レンズは、波長１５２９．５８ｎｍにおけるＬｎレンズの焦点距離をｆｎ、波長１５２９．５８ｎｍにおける撮像レンズの焦点距離をｆとした場合、下記条件式（６）を満足することが好ましく、下記条件式（６－１）を満足することがより好ましい。
－０．８＜ｆｎ／ｆ＜－０．５ （６）
－０．７５＜ｆｎ／ｆ＜－０．５５ （６－１）

上記態様の撮像レンズは、撮像レンズの最も物体側のレンズ面から撮像レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と、波長１５２９．５８ｎｍにおける撮像レンズの空気換算距離でのバックフォーカスとの和をＴＬ、波長１５２９．５８ｎｍにおける撮像レンズの焦点距離をｆとした場合、下記条件式（７）を満足することが好ましく、下記条件式（７－１）を満足することがより好ましい。
１．５＜ＴＬ／ｆ＜２．５ （７）
１．８＜ＴＬ／ｆ＜２．２ （７－１）

上記態様の撮像レンズは、波長１５２９．５８ｎｍにおける第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１、波長１５２９．５８ｎｍにおける第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
０．０２＜ｆＧ２／ｆＧ１＜０．３ （８）

上記態様の撮像レンズにおいては、最も物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズとが物体側から順に接合された２組の接合レンズが連続して配置されていることが好ましい。

上記態様の撮像レンズのＬｎレンズは単レンズであることが好ましい。

上記態様の撮像レンズの第２レンズ群の最も物体側には、像側の面が凸面である正メニスカスレンズが配置されていることが好ましい。

上記態様の撮像レンズの第１レンズ群に含まれるレンズの枚数は６枚以下であることが好ましい。また、上記態様の撮像レンズの第２レンズ群に含まれるレンズの枚数は８枚以下であることが好ましい。

本開示の別の態様に係る撮像装置は、本開示の上記態様に係る撮像レンズを備えている。

なお、本明細書の「～からなり」、「～からなる」は、挙げられた構成要素以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、並びに、絞り、フィルタ、およびカバーガラス等のレンズ以外の光学要素、並びに、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、および手振れ補正機構等の機構部分、等が含まれていてもよいことを意図する。

なお、本明細書において、「正の屈折力を有する～群」は、群全体として正の屈折力を有することを意味する。同様に「負の屈折力を有する～群」は、群全体として負の屈折力を有することを意味する。「正の屈折力を有するレンズ」と「正レンズ」とは同義である。「負の屈折力を有するレンズ」と「負レンズ」とは同義である。「～レンズ群」は、複数のレンズからなる構成に限らず、１枚のみのレンズからなる構成としてもよい。「単レンズ」は接合されていない１枚のレンズを意味する。

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。非球面を含むレンズに関する、屈折力の符号、面形状、および曲率半径は、近軸領域で考えることにする。

条件式で用いている「焦点距離」は、近軸焦点距離である。条件式で用いている値は、特に断りが無い限り、無限遠物体に合焦した状態において波長１５２９．５８ｎｍを基準とした場合の値である。収差に関する「高次」とは５次以上を意味する。本明細書において、「近赤外」は波長７００ｎｍ～２５００ｎｍの帯域を意味し、「ＳＷＩＲ」は波長１０００ｎｍ～２５００ｎｍの帯域を意味する。波長の単位として用いている「ｎｍ」はナノメートルである。

本開示によれば、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視域からＳＷＩＲ域までの波長域に対応可能であり、高性能を実現可能な撮像レンズ、およびこの撮像レンズを備えた撮像装置を提供することができる。

本開示の実施例１の撮像レンズに対応し、本開示の一実施形態に係る撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 Ｌｎレンズの材料を説明するための図である。 ＣＲＡおよびＵＲＡを説明するための図である。 本開示の実施例２の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例３の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例４の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例５の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例６の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例７の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例８の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例９の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例１０の撮像レンズの構成と光束を示す断面図である。 本開示の実施例１の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例２の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例３の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例４の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例５の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例６の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例７の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例８の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例９の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例１０の撮像レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本開示の実施例１の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例２の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例３の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例４の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例５の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例６の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例７の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例８の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例９の撮像レンズの横収差図である。 本開示の実施例１０の撮像レンズの横収差図である。 本開示の一実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

以下、本開示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に、本開示の一実施形態に係る撮像レンズの光軸Ｚを含む断面における構成を示す。図１に示す例は後述の実施例１の撮像レンズに対応している。図１では、左側が物体側、右側が像側であり、無限遠物体に合焦した状態を示す。また、図１には光束として、軸上光束２および最大像高の光束３も示している。

図１では、撮像レンズが撮像装置に適用されることを想定して、撮像レンズの像側に平行平板状の光学部材ＰＰが配置された例を示している。光学部材ＰＰは、各種フィルタ、および／又はカバーガラス等を想定した部材である。各種フィルタとは例えば、ローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、および特定の波長域をカットするフィルタ等である。光学部材ＰＰは屈折力を有しない部材であり、光学部材ＰＰを省略した構成も可能である。

本開示の撮像レンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。なお、図１に示す開口絞りＳｔは形状を示しているのではなく、光軸上の位置を示している。

一例として図１に示す例では、第１レンズ群Ｇ１が、物体側から像側へ順に、レンズＬ１１～Ｌ１６の６枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２が、物体側から像側へ順に、レンズＬ２１～Ｌ２８の８枚のレンズからなる。

第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を正の屈折力を有するレンズ群とすることによって、小型化および軽量化に有利となる。ＦＡ用途およびＭＶ用途では近距離撮影が重視される。第１レンズ群Ｇ１の屈折力を正にすることによって、第１レンズ群Ｇ１の屈折力を負にした場合に比べて、近距離撮影の際に第１レンズ群Ｇ１から射出される光束の広がりを小さくすることができるので、第２レンズ群Ｇ２の大径化および重量化を抑制できる。また、第１レンズ群Ｇ１からの光束の広がりを小さくできるので、広がった光束を収束させるために第２レンズ群Ｇ２のレンズに持たせる屈折力を強くしなくてもよく、その結果、諸収差の量を抑制できる。

第１レンズ群Ｇ１の最も像側には、物体側の面の曲率半径の絶対値より像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズであるＬｎレンズＬｎが配置される。ＬｎレンズＬｎの像側の面は凹面である。図１に示す例ではレンズＬ１６がＬｎレンズＬｎに対応する。

本開示の撮像レンズでは、可視域およびＳＷＩＲ域の波長域を考慮してレンズの材料が選択されており、特にアッベ数および部分分散比について以下に述べるように設定されている。第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２の各レンズについて、ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）における屈折率をｎｇ、波長１５２９．５８ｎｍにおける屈折率をｎａ、波長２３２５．４２ｎｍにおける屈折率をｎｂとする。そして、各レンズについて、アッベ数νおよび部分分散比θをそれぞれ
ν＝（ｎａ－１）／（ｎｇ－ｎｂ）、
θ＝（ｎａ－ｎｂ）／（ｎｇ－ｎｂ）
と定義する。

ＬｎレンズＬｎの材料を選択する際に、横軸をν、縦軸をθとする直交座標系において、
θ＞０．００６０×ν＋０．１７１２で表される第１領域と、
θ＜０．０３２７×ν－０．０６３５で表される第２領域と、
ν＜１４．８で表される第３領域と、
の３つの領域の共通領域にＬｎレンズＬｎのνおよびθが含まれるようにＬｎレンズＬｎの材料が選択される。図２に上記直交座標系の一例を示す。図２の実線で囲まれた三角形状の領域が上記３つの領域の共通領域に対応する。

第１領域の材料を選択することによって、１次の色収差、および残存２次スペクトルの補正が容易になる。仮に、１次の色収差、および残存２次スペクトルの補正が困難な場合にこれらを補正しようとすると、球面収差が増大してしまう。第２領域の材料を選択することによって、残存２次スペクトルの補正が容易になる。仮に、残存２次スペクトルの補正が困難な場合に残存２次スペクトルを補正しようとすると、球面収差、非点収差、および樽型の歪曲収差が増大してしまう。第３領域の材料を選択することによって、１次の色収差、および倍率色収差を低減することが容易になる。仮に、１次の色収差、および倍率色収差が増大した場合にこれらを補正しようとすると、球面収差および非点収差が増大してしまい、また歪曲収差が悪化してしまう。

第１、第２、および第３領域に共通な共通領域の材料でＬｎレンズＬｎを構成することによって、可視域からＳＷＩＲ域までの広波長域において、１次の軸上色収差、２次の色収差、倍率色収差、球面収差、非点収差、および歪曲収差をバランス良く補正することが容易となり、高性能を達成することに有利となる。

より良好な特性とするためには、上記直交座標系において、
θ＞０．０１０２×ν＋０．１３４４で表される第４領域と、
θ＜０．０２４２×ν＋０．０１０６で表される第５領域と、
ν＜１４．３で表される第６領域と、
の３つの領域の共通領域にＬｎレンズＬｎのνおよびθが含まれるように材料を選択することが好ましい。図２の破線で囲まれた三角形状の領域が第４、第５、および第６領域の３つの領域の共通領域に対応する。

ＬｎレンズＬｎとしては、接合されていない単レンズであることが好ましい。このようにした場合は、接合されている場合よりも設計の自由度が高くなるため、コマフレアを良好に補正することに有利となる。

ＬｎレンズＬｎの焦点距離は、波長１５２９．５８ｎｍにおけるＬｎレンズＬｎの焦点距離をｆｎ、波長１５２９．５８ｎｍにおける撮像レンズの焦点距離をｆとした場合、下記条件式（６）を満足するように設定することが好ましい。条件式（６）の対応値が下限以下とならないようにすることによって、ＬｎレンズＬｎの屈折力が弱くなりすぎないため、コマ収差および像面湾曲の補正に有利となる。条件式（６）の対応値が上限以上とならないようにすることによって、ＬｎレンズＬｎの屈折力が強くなりすぎないため、高次の球面収差の発生を抑制でき、また、各波長の収差形状の差異をより小さくできるので、広い波長域で高性能を得ることが容易になる。さらに、下記条件式（６－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
－０．８＜ｆｎ／ｆ＜－０．５ （６）
－０．７５＜ｆｎ／ｆ＜－０．５５ （６－１）

さらに、本開示の撮像レンズは、以下に述べる構成の少なくとも１つを有することが好ましい。撮像レンズの全ての正レンズのνの平均をνＰａｖｅ、撮像レンズの全ての負レンズのνの平均をνＮａｖｅとした場合、撮像レンズは下記条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）を満足することによって、ｇ線、および波長２３２５．４２ｎｍの光に関する１次の色収差の補正に有利となる。さらに、下記条件式（１－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１＜νＰａｖｅ－νＮａｖｅ＜４ （１）
１．５＜νＰａｖｅ－νＮａｖｅ＜３．５ （１－１）

撮像レンズの全ての正レンズのθの平均をθＰａｖｅ、撮像レンズの全ての負レンズのθの平均をθＮａｖｅとした場合、撮像レンズは下記条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）を満足することによって、残存２次スペクトルの補正に有利となる。さらに、下記条件式（２－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
－０．０５＜θＰａｖｅ－θＮａｖｅ＜０ （２）
－０．０４＜θＰａｖｅ－θＮａｖｅ＜－０．００２ （２－１）

撮像レンズは、条件式（１）および（２）を同時に満足することがより好ましい。条件式（１）および（２）を同時に満足した上で、条件式（１－１）および条件式（２－１）の少なくとも一方を満足することが、さらにより好ましい。

撮像レンズの開放ＦナンバーをＦＮｏとした場合、撮像レンズは下記条件式（３）を満足することが好ましい。条件式（３）を満足することによって光量確保に有利となる。より具体的には例えば、ＦＡ用途等において高速で検査を行う際の光量確保、監視用途等において夜間に撮影する際の光量確保、および微弱な夜間大気光（ｎｉｇｈｔ ｇｌｏｗ）の反射光を撮像する際の光量確保に有利となる。また、撮像レンズは下記条件式（３－１）を満足することがより好ましい。条件式（３－１）の対応値が条件式（３－１）の下限未満になる場合に比べて、条件式（３－１）の下限以上になるようにすることによって、球面収差をはじめとする諸収差の補正が容易になり、高性能を達成することに有利となり、また、撮像レンズの大径化および重量化を抑制できる。条件式（３－１）の対応値が上限以下になるようにすることによって、条件式（３）に関する上記効果についてより良好な特性とすることができる。
ＦＮｏ≦１．４ （３）
１≦ＦＮｏ≦１．３ （３－１）

像面Ｓｉｍ上における最大像高に入射する主光線３ｃと光軸Ｚに平行な軸線Ｚｐとのなす角度をＣＲＡとし、ＣＲＡの単位を度とした場合、撮像レンズは下記条件式（４）を満足することが好ましい。一例として、図３に最大像高の主光線３ｃ、光軸Ｚに平行な軸線Ｚｐ、およびＣＲＡを含む部分拡大図を示す。条件式（４）は、レンズ系からの射出光線のテレセントリック性に関する式である。条件式（４）を満足することによって、像面Ｓｉｍに配置されるセンサの受光面に対する入射角度の絶対値を小さくすることができるため、周辺光量比の低下を抑制することができる。さらに、下記条件式（４－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０≦｜ＣＲＡ｜＜８ （４）
０≦｜ＣＲＡ｜＜７ （４－１）

開口絞りＳｔが開放状態の場合、像面Ｓｉｍ上における最大像高に入射する光線のうち最も光軸から離れた外縁光線３ｕと光軸に平行な軸線Ｚｐとのなす角度をＵＲＡとした場合、撮像レンズは下記条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）で用いているＦＮｏおよびＣＲＡはそれぞれ、条件式（３）および（４）で用いているものと同じである。図３に外縁光線３ｕおよびＵＲＡの一例を示す。図３の外縁光線３ｕは、いわゆる、上側光線又は上光線（Ｕｐｐｅｒ Ｒａｙ）と呼ばれる光線である。一般に、Ｆナンバーが小さくなると周辺光量比の低下が大きくなる傾向があるが、条件式（５）はその低下を抑制するための式である。条件式（５）の対応値が下限以下とならないようにすることによって、周辺光量比が小さくなりすぎるのを抑えることに有利となる。条件式（５）の対応値が上限以上とならないようにすることによって、最も像側のレンズから射出される外縁光線３ｕの高さが高くなりすぎるのを抑えることができるので、大径化を抑制することに有利となる。さらに、下記条件式（５－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。

なお、上記のＣＲＡおよびＵＲＡの符号は以下のように定める。すなわち、最大像高を通る光軸に平行な軸線Ｚｐを基準として主光線３ｃが光軸側にある場合のＣＲＡの符号を負とし、光軸側の逆側にある場合のＣＲＡの符号を正とする。最大像高を通る光軸に平行な軸線Ｚｐを基準として外縁光線３ｕが光軸側にある場合のＵＲＡの符号を負とし、光軸側の逆側にある場合のＵＲＡの符号を正とする。また、ＣＲＡおよびＵＲＡの単位は度とし、ＣＲＡおよびＵＲＡの値は－９０度から＋９０度の範囲内とする。図３では、ＣＲＡが負の値をとり、ＵＲＡが正の値をとる例を示している。

撮像レンズは、条件式（３）、（４）、および（５）を同時に満足することがより好ましい。条件式（３）、（４）、および（５）を同時に満足した上で、条件式（３－１）、（４－１）、および（５－１）の少なくとも１つを満足することが、さらにより好ましい。

撮像レンズの最も物体側のレンズ面から撮像レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と、波長１５２９．５８ｎｍにおける撮像レンズの空気換算距離でのバックフォーカスとの和をＴＬ、波長１５２９．５８ｎｍにおける撮像レンズの焦点距離をｆとした場合、撮像レンズは下記条件式（７）を満足することが好ましい。条件式（７）の対応値が下限以下とならないようにすることによって、レンズ系全長が短くなりすぎないため各レンズのパワーが強くなりすぎることを防止できる。これによって、各波長の高次の球面収差の発生を抑制でき、広い波長域での色収差の補正が容易になる。条件式（７）の対応値が上限以上とならないようにすることによって、レンズ系全長の長大化を抑制できる。さらに、下記条件式（７－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
１．５＜ＴＬ／ｆ＜２．５ （７）
１．８＜ＴＬ／ｆ＜２．２ （７－１）

第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との屈折力の配分については、波長１５２９．５８ｎｍにおける第１レンズ群Ｇ１の焦点距離をｆＧ１、波長１５２９．５８ｎｍにおける第２レンズ群Ｇ２の焦点距離をｆＧ２とした場合、撮像レンズは下記条件式（８）を満足することが好ましい。条件式（８）を満足することによって、各レンズ群の屈折力のバランスを良好に保つことができるので、倍率色収差および歪曲収差の補正が容易になる。さらに、下記条件式（８－１）を満足する構成とすれば、より良好な特性とすることができる。
０．０２＜ｆＧ２／ｆＧ１＜０．３ （８）
０．０５＜ｆＧ２／ｆＧ１＜０．２５ （８－１）

撮像レンズは、最も物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズとが物体側から順に接合された２組の接合レンズが連続して配置されていることが好ましい。このようにした場合は、可視域から近赤外域までの広い波長域に対応可能な高性能なレンズ系を実現することに有利となる。また、このようにした場合は、各接合レンズの負レンズと正レンズとを接合せずに空気間隔を挟んで近接配置した場合に比べて、偏芯感度を低下できるので歩留まりの向上に寄与でき、また、ゴーストの発生を抑制できる。

第２レンズ群Ｇ２の最も物体側には、像側の面が凸面である正メニスカスレンズが配置されていることが好ましい。このようにした場合は、第１レンズ群Ｇ１で発生した残存非点収差を良好に補正することができる。

なお、図１には、第１レンズ群Ｇ１が６枚のレンズからなり、第２レンズ群Ｇ２が８枚のレンズからなる例を示したが、各レンズ群を構成するレンズの枚数は図１に示す例と異なる枚数にすることも可能である。ただし、第１レンズ群Ｇ１に含まれるレンズの枚数を６枚以下にした場合は、レンズ系の大型化および重量化を抑制でき、また、コスト低減に有利となる。同様に、第２レンズ群Ｇ２に含まれるレンズの枚数を８枚以下にした場合は、レンズ系の大型化および重量化を抑制でき、また、コスト低減に有利となる。

具体的には例えば、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズが物体側から順に接合されて接合面が物体側に凸面を向けた２組の接合レンズと、物体側に凸面を向けた正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るように構成することができる。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ順に、物体側に凹面を向けた正レンズと、負レンズと正レンズが物体側から順に接合された２組の接合レンズと、正レンズと、正レンズと負レンズが物体側から順に接合された接合レンズとからなるように構成することができる。あるいは、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から像側へ順に、物体側に凹面を向けた正レンズと、負レンズと正レンズが物体側から順に接合された３組の接合レンズとからなるように構成することができる。

設計自由度の向上および良好な収差補正のために、撮像レンズのいずれかの面を非球面としてもよい。非球面は、研削加工、又はモールド加工によって形成されたものでもよい。また、非球面を有するレンズとして、複合非球面レンズを用いてもよい。

色収差の補正のために、撮像レンズのいずれかのレンズ群が、回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）、もしくはＧＲＩＮレンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ）等の屈折率分布型レンズを有するように構成してもよい。

撮像レンズは、合焦機能を有することが好ましい。合焦の際に、撮像レンズ全体が一体的に移動するように構成してもよく、少なくとも１つのレンズ群が移動するように構成してもよく、少なくとも１枚のレンズからなる撮像レンズの一部が移動するように構成してもよい。

広い波長域で透過率を維持するために、撮像レンズは反射防止膜が施されていてもよい。反射防止膜は、使用する波長域全ての反射を抑えるものであってもよいし、いくつかの使用する波長域を選択して、その波長域のみ反射を抑えたものであってもよい。反射防止膜は、ナノレベルの構造体をレンズ表面にモスアイ状に形成して反射を抑えるように構成した特殊なコートを用いたものでもよい。

撮像レンズを製造する際には、結像位置を合わせるためにフランジバックを調整する機構を設けてもよい。また、撮像レンズを製造する際には、少なくとも１枚のレンズからなる撮像レンズの一部、もしくはレンズ群を移動させて結像位置を合わせてもよい。

条件式に関する構成も含め上述し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。本開示の撮像レンズによれば、レンズ系の大型化を抑制しながら、可視域からＳＷＩＲ域までの波長域に対応可能であり、高性能を実現可能である。

ＳＷＩＲ光は、波長７００ｎｍ～１０００ｎｍの光よりもさらに霧および煙を透過することができるため、ＳＷＩＲ光による撮影は多くの情報を得ることができる。Ｆナンバーが小さくＳＷＩＲ光に対応した光学系であれば、波長１６００ｎｍ付近にピークを有する夜間大気光を利用した撮像も可能となる。さらに、ＳＷＩＲ光は、シリコンを透過する性質があるため、シリコンウエハおよび太陽電池等の検査にも使用可能である。また、物体について可視域からＳＷＩＲ域までのスペクトルを得ることができれば、コンクリート等のインフラ劣化調査、農産物および土壌等の検査において高度な分析が可能となる。以上より、ＳＷＩＲ域の波長域に対応可能な本開示の撮像レンズは高い有用性を有するものとなる。

次に、本開示の撮像レンズの実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の撮像レンズの構成の断面図は図１に示されており、その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の撮像レンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳｔと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は物体側から像側へ順にレンズＬ１１～Ｌ１６からなる。第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ順にレンズＬ２１～Ｌ２８からなる。以上が実施例１の撮像レンズの概要である。

実施例１の撮像レンズについて、基本レンズデータを表１に、諸元を表２に示す。表１において、面番号の欄には最も物体側の面を第１面とし像側に向かうに従い１つずつ番号を増加させた場合の面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、面間隔の欄には各面とその像側に隣接する面との光軸上の面間隔を示し、ｎａの欄には各構成要素の波長１５２９．５８ｎｍにおける屈折率を示す。また、ν、θ、および材料名の欄にはそれぞれ各構成要素のν、θ、および材料名を示す。表１に示す材料は全て株式会社オハラ製である。有効径の欄には各面の直径での有効径を示す。

表１では、物体側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を正、像側に凸面を向けた形状の面の曲率半径の符号を負としている。また、表１では、開口絞りＳｔと光学部材ＰＰも示しており、開口絞りＳｔに対応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。この撮像レンズでは開口絞りＳｔ以外の面でも光束径を制限しており、表１では外縁光線３ｕの光束径を制限している面の面番号の右に＃を付している。表１のＤ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２には、焦点距離ｆ、空気換算距離でのバックフォーカスＢｆ、ＦナンバーＦＮｏ、および最大全画角２ωの値を示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表１および表２に示す値は、無限遠物体に合焦した状態において波長１５２９．５８ｎｍを基準とした場合の値である。

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（ミリメートル）を用いているが、光学系は比例拡大又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予め定められた桁でまるめた数値を記載している。

図１３および図２３に、実施例１の撮像レンズの無限遠物体に合焦した状態の各収差図を示す。図１３では左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図では、波長１５２９．５８ｎｍ、ｇ線、および波長２３２５．４２ｎｍにおける収差をそれぞれ実線、長破線、および短破線で示す。非点収差図では、サジタル方向の波長１５２９．５８ｎｍにおける収差を実線で示し、タンジェンシャル方向の波長１５２９．５８ｎｍにおける収差を短破線で示す。歪曲収差図では波長１５２９．５８ｎｍにおける収差を実線で示す。倍率色収差図では、ｇ線、および波長２３２５．４２ｎｍにおける収差をそれぞれ長破線、および短破線で示す。球面収差図のＦＮｏ＝の横には開放Ｆナンバーの値を記載し、その他の収差図のω＝の横には最大半画角の値を記載している。

図２３では、各半画角について、左列にタンジェンシャル方向の横収差を、右列にサジタル方向の横収差を示す。各半画角の値は図中のω＝の横に示す。図２３では、波長１５２９．５８ｎｍにおける収差を実線で示す。

上記の実施例１に関する各データの記号、意味、記載方法、および図示方法は、特に断りが無い限り以下の実施例においても同様であるので、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図４に示す。実施例２の撮像レンズは、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ順にレンズＬ２１～Ｌ２７からなる点以外は、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例２の撮像レンズについて、基本レンズデータを表３に、諸元を表４に、各収差図を図１４および図２４に示す。表３に示す材料は全て株式会社オハラ製である。

［実施例３］
実施例３の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図５に示す。実施例３の撮像レンズは、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例３の撮像レンズについて、基本レンズデータを表５に、諸元を表６に、各収差図を図１５および図２５に示す。表５に示す材料は全て株式会社オハラ製である。

［実施例４］
実施例４の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図６に示す。実施例４の撮像レンズは、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ順にレンズＬ２１～Ｌ２７からなる点以外は、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例４の撮像レンズについて、基本レンズデータを表７に、諸元を表８に、各収差図を図１６および図２６に示す。表７に示す材料は全て株式会社オハラ製である。

［実施例５］
実施例５の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図７に示す。実施例５の撮像レンズは、第２レンズ群Ｇ２は物体側から像側へ順にレンズＬ２１～Ｌ２７からなる点以外は、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例５の撮像レンズについて、基本レンズデータを表９に、諸元を表１０に、各収差図を図１７および図２７に示す。表９に示す材料のうち、第９面の材料はＳｃｈｏｔｔ社製であり、その他は全て株式会社オハラ製である。

［実施例６］
実施例６の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図８に示す。実施例６の撮像レンズは、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例６の撮像レンズについて、基本レンズデータを表１１に、諸元を表１２に、各収差図を図１８および図２８に示す。表１１に示す材料は全て株式会社オハラ製である。

［実施例７］
実施例７の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図９に示す。実施例７の撮像レンズは、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例７の撮像レンズについて、基本レンズデータを表１３に、諸元を表１４に、各収差図を図１９および図２９に示す。表１３に示す材料のうち、第９面の材料はＳｃｈｏｔｔ社製であり、その他は全て株式会社オハラ製である。

［実施例８］
実施例８の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図１０に示す。実施例８の撮像レンズは、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例８の撮像レンズについて、基本レンズデータを表１５に、諸元を表１６に、各収差図を図２０および図３０に示す。表１５に示す材料は全て株式会社オハラ製である。

［実施例９］
実施例９の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図１１に示す。実施例９の撮像レンズは、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例９の撮像レンズについて、基本レンズデータを表１７に、諸元を表１８に、各収差図を図２１および図３１に示す。表１７に示す材料は全て株式会社オハラ製である。

［実施例１０］
実施例１０の撮像レンズの構成と光束を示す断面図を図１２に示す。実施例１０の撮像レンズは、実施例１の撮像レンズの概要と同様の構成を有する。実施例１０の撮像レンズについて、基本レンズデータを表１９に、諸元を表２０に、各収差図を図２２および図３２に示す。表１９に示す材料のうち、第９面の材料はＳｃｈｏｔｔ社製であり、その他は全て株式会社オハラ製である。

表２１に実施例１～１０の撮像レンズの条件式（１）～（８）の対応値を示す。

以上のデータからわかるように、実施例１～１０の撮像レンズは、１．３未満という小さいＦナンバーを有しながらも、レンズ系の大型化が抑制されており、かつ、可視域からＳＷＩＲ域までの広い波長域にわたり諸収差が良好に補正されており、高い光学性能を実現している。

次に、本開示の実施形態に係る撮像装置について説明する。図３３に、本開示の一実施形態に係る撮像装置として、本開示の実施形態に係る撮像レンズ１を用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、ＦＡ用カメラ、ＭＶ用カメラ、デジタルカメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、およびシネマ用カメラ等を挙げることができる。撮像装置１０は、可視域およびＳＷＩＲ域に対応可能なカメラである。

撮像装置１０は、撮像レンズ１と、撮像レンズ１の像側に配置されたフィルタ４と、撮像素子５と、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とを備える。図３３では撮像レンズ１が有する第１レンズ群Ｇ１、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。撮像素子５は、撮像レンズ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ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、又はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等を用いることができる。撮像素子５は、その撮像面が撮像レンズ１の像面Ｓｉｍに一致するように配置される。

なお、図３３では１つの撮像素子５のみ図示しているが、撮像装置１０は複数の撮像素子を備えるように構成してもよい。撮像装置１０は、光学系の光軸上のいずれかの場所に分光プリズムおよび／又はダイクロイックミラーが挿入されて、光を波長ごとに分岐して別々の撮像素子で撮像するように構成してもよい。

以上、実施形態および実施例を挙げて本開示の技術を説明したが、本開示の技術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、および部分分散比等は、上記各実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

また、上記実施例の収差図は、ｇ線（波長４３５．８３ｎｍ）～波長２３２５．４２ｎｍの範囲について示したが、本開示の技術は、この波長範囲に限定されるものではなく、波長範囲を拡大、もしくは縮小した撮像レンズに適用することも可能である。

本開示の実施形態に係る撮像装置についても、可視域およびＳＷＩＲ域に対応するカメラに限定されず、本開示の技術は、可視域用カメラ、ＳＷＩＲ域用カメラ、マルチスペクトルカメラ、ハイパースペクトルカメラ、サーモグラフィカメラ等に適用することも可能である。

１ 撮像レンズ
２ 軸上光束
３ 最大像高の光束
３ｃ 主光線
３ｕ 外縁光線
４ フィルタ
５ 撮像素子
６ 信号処理部
１０ 撮像装置
ＣＲＡ 角度
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ１１～Ｌ１６、Ｌ２１～Ｌ２８ レンズ
Ｌｎ Ｌｎレンズ
ＰＰ 光学部材
Ｓｉｍ 像面
Ｓｔ 開口絞り
ＵＲＡ 角度
Ｚ 光軸
Ｚｐ 軸線

Claims (21)

1. 物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、絞りと、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
   最も物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズとが物体側から順に接合された２組の接合レンズが連続して配置されており、
   前記第１レンズ群の最も像側には、物体側の面の曲率半径の絶対値より像側の面の曲率半径の絶対値が小さい負レンズであるＬｎレンズが配置されており、
   前記第１レンズ群および前記第２レンズ群の各レンズについて、波長４３５．８３ｎｍにおける屈折率をｎｇ、波長１５２９．５８ｎｍにおける屈折率をｎａ、波長２３２５．４２ｎｍにおける屈折率をｎｂとし、
   アッベ数νおよび部分分散比θをそれぞれ
   ν＝（ｎａ－１）／（ｎｇ－ｎｂ）、
   θ＝（ｎａ－ｎｂ）／（ｎｇ－ｎｂ）と定義した場合、
   横軸をν、縦軸をθとする直交座標系において、
   θ＞０．００６０×ν＋０．１７１２で表される第１領域と、
   θ＜０．０３２７×ν－０．０６３５で表される第２領域と、
   ν＜１４．８で表される第３領域と、
   の３つの領域の共通領域に前記Ｌｎレンズのνおよびθが含まれる撮像レンズ。
2. 前記撮像レンズの全ての正レンズのνの平均をνＰａｖｅ、
   前記撮像レンズの全ての負レンズのνの平均をνＮａｖｅ、
   前記撮像レンズの全ての正レンズのθの平均をθＰａｖｅ、
   前記撮像レンズの全ての負レンズのθの平均をθＮａｖｅとした場合、
   １＜νＰａｖｅ－νＮａｖｅ＜４ （１）
   －０．０５＜θＰａｖｅ－θＮａｖｅ＜０ （２）
   で表される条件式（１）および（２）を満足する請求項１に記載の撮像レンズ。
3. 前記撮像レンズの開放ＦナンバーをＦＮｏ、
   像面上における最大像高に入射する主光線と光軸に平行な軸線とのなす角度をＣＲＡ、
   前記絞りが開放状態の場合、像面上における最大像高に入射する光線のうち最も光軸から離れた外縁光線と前記軸線とのなす角度をＵＲＡとし、
   最大像高を通る前記軸線を基準として前記主光線が光軸側にある場合のＣＲＡの符号を負、光軸側の逆側にある場合のＣＲＡの符号を正とし、
   最大像高を通る前記軸線を基準として前記外縁光線が光軸側にある場合のＵＲＡの符号を負、光軸側の逆側にある場合のＵＲＡの符号を正とし、
   ＣＲＡおよびＵＲＡの単位を度とした場合、
   ＦＮｏ≦１．４ （３）
   ０≦｜ＣＲＡ｜＜８ （４）
   

   

   
   
   で表される条件式（３）、（４）および（５）を満足する請求項１又は２に記載の撮像レンズ。
4. 波長１５２９．５８ｎｍにおける前記Ｌｎレンズの焦点距離をｆｎ、
   波長１５２９．５８ｎｍにおける前記撮像レンズの焦点距離をｆとした場合、
   －０．８＜ｆｎ／ｆ＜－０．５ （６）
   で表される条件式（６）を満足する請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
5. 前記撮像レンズの最も物体側のレンズ面から前記撮像レンズの最も像側のレンズ面までの光軸上の距離と、波長１５２９．５８ｎｍにおける前記撮像レンズの空気換算距離でのバックフォーカスとの和をＴＬ、
   波長１５２９．５８ｎｍにおける前記撮像レンズの焦点距離をｆとした場合、
   １．５＜ＴＬ／ｆ＜２．５ （７）
   で表される条件式（７）を満足する請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
6. 波長１５２９．５８ｎｍにおける前記第１レンズ群の焦点距離をｆＧ１、
   波長１５２９．５８ｎｍにおける前記第２レンズ群の焦点距離をｆＧ２とした場合、
   ０．０２＜ｆＧ２／ｆＧ１＜０．３ （８）
   で表される条件式（８）を満足する請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
7. 前記Ｌｎレンズは単レンズである請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
8. 前記第２レンズ群の最も物体側には、像側の面が凸面である正メニスカスレンズが配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
9. 前記第１レンズ群に含まれるレンズの枚数は６枚以下である請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
10. 前記第２レンズ群に含まれるレンズの枚数は８枚以下である請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
11. θ＞０．０１０２×ν＋０．１３４４で表される第４領域と、
    θ＜０．０２４２×ν＋０．０１０６で表される第５領域と、
    ν＜１４．３で表される第６領域と、
    の３つの領域の共通領域に前記Ｌｎレンズのνおよびθが含まれる請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
12. 前記第２レンズ群は４枚以上の正レンズを含む請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
13. 前記第２レンズ群が含む負レンズの枚数は３枚である請求項１から１２のいずれか１項に記載の撮像レンズ。
14. １．５＜νＰａｖｅ－νＮａｖｅ＜３．５ （１－１）
    で表される条件式（１－１）を満足する請求項２に記載の撮像レンズ。
15. －０．０４＜θＰａｖｅ－θＮａｖｅ＜－０．００２ （２－１）
    で表される条件式（２－１）を満足する請求項２に記載の撮像レンズ。
16. １≦ＦＮｏ≦１．３ （３－１）
    で表される条件式（３－１）を満足する請求項３に記載の撮像レンズ。
17. ０≦｜ＣＲＡ｜＜７ （４－１）
    で表される条件式（４－１）を満足する請求項３に記載の撮像レンズ。
18. 

    
    
    で表される条件式（５－１）を満足する請求項３に記載の撮像レンズ。
19. －０．７５＜ｆｎ／ｆ＜－０．５５ （６－１）
    で表される条件式（６－１）を満足する請求項４に記載の撮像レンズ。
20. １．８＜ＴＬ／ｆ＜２．２ （７－１）
    で表される条件式（７－１）を満足する請求項５に記載の撮像レンズ。
21. 請求項１から２０のいずれか１項に記載の撮像レンズを備えた撮像装置。

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