(57)【要約】【課題】  温度変化による結像面とピント位置のずれを抑制できる撮像レンズ系及び撮像装置を提供すること。【解決手段】  撮像レンズ系１１は、物体側から順に、正のパワーを持つ第１レンズＬ１と、負のパワーを持つ第２レンズＬ２と、正のパワーを持つ第３レンズＬ３と、像側が凹面である第４レンズＬ４とを有し、第１レンズＬ１は、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する撮像レンズ系１１と結像面ＩＭＧとの距離の変化と、温度が変化することによる焦点距離の変化が打ち消し合うようにした。【選択図】図１
2018169425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正のパワーを持つ第１レンズと、負のパワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つ第３レンズと、像側が凹面である第４レンズとを有し、
前記第１レンズは、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、レンズ光学系全体の焦点距離をｆと定義したとき、以下の式（１）を満たし、
１＜ｆ１／ｆ＜１．５          （１）
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、レンズ光学系全体の焦点距離をｆ、
前記第１レンズのｄ線の屈折率をｎ１、前記第２レンズのｄ線の屈折率をｎ２、前記第３レンズのｄ線の屈折率をｎ３、前記第４レンズのｄ線の屈折率をｎ４、
レンズ光学系の環境温度をｔと定義し、
前記第１レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ１／ｄｔ、前記第２レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ２／ｄｔ、前記第３レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ３／ｄｔ、前記第４レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ４／ｄｔと定義し、
前記第１レンズから像面までの距離をＬＬ１、前記第２レンズから像面までの距離をＬＬ２、前記第３レンズから像面までの距離をＬＬ３、前記第４レンズから像面までの距離をＬＬ４と定義し、
レンズ光学系の全長をＴＴＬ、レンズ鏡筒の線膨張係数をｄＬ／ｄｔと定義したとき、以下の式（２）を満たす撮像レンズ系。
｜（ｆ／ｆ１×ｄｎ１／ｄｔ×ＬＬ１＋ｆ／ｆ２×ｄｎ２／ｄｔ×ＬＬ２＋ｆ／ｆ３×ｄｎ３／ｄｔ×ＬＬ３＋ｆ／ｆ４×ｄｎ４／ｄｔ×ＬＬ４）＋ＴＴＬ／ｆ＊ｄＬ／ｄｔ｜＜２０×１０−６（ｍｍ／℃）      （２）
【請求項２】
レンズ光学系の全長をＴＴＬ、レンズの焦点距離をｆと定義したとき、以下の式（３）を満たす請求項１に記載の撮像レンズ系。
１．５＜ＴＴＬ／ｆ＜１．８        （３）
【請求項３】
前記第１レンズは、アッベ数が５５以上であり、
前記第４レンズは、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、アッベ数が５５以上である請求項１または２に記載の撮像レンズ系。
【請求項４】
前記第１レンズの屈折率よりも前記第３レンズの屈折率の方が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像レンズ系。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の撮像レンズ系と、
前記撮像レンズ系を保持するレンズ鏡筒と、
前記撮像レンズ系の物体側に配置された平板状のカバーガラスと、
前記撮像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と、を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像レンズ系及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラの小型化に伴ってレンズ全長の短いコンパクトな撮影レンズが提案されている。例えば、レンズ全長の短い撮影レンズとしてレンズ全長に対する焦点距離の比が小さいレンズ枚数か４枚程度のコンパクトな撮影レンズが提案されている。
【０００３】
一般に、４枚レンズの光学系で全長の短縮化すると共に、撮影画角６０度以上の広画角化を図ろうとすると歪曲収差や非点収差か悪化し、画面全体にわたり良好な光学性能を得るのが難しかった。
【０００４】
特許文献１には、４つのレンズのレンズ形状、絞り、そして各レンズの屈折力等を前述の如く適切に設定することにより、撮影画角６５度程度、Ｆナンバ２８、テレ比１０程度のレンズ全長か短く画面全体にわたり良好なる光学性能を有したコンパクトな撮影レンズが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２６５８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの撮像レンズでは、温度が変化すると、レンズを保持するレンズ鏡筒（鏡胴）の長さも変化するので、温度変化によりピント位置が移動してしまい、結像面とピント位置にずれが生じてしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態の撮像レンズ系は、物体側から順に、正のパワーを持つ第１レンズと、負のパワーを持つ第２レンズと、正のパワーを持つ第３レンズと、像側が凹面である第４レンズとを有し、
第１レンズは、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、
第１レンズの焦点距離をｆ１、レンズ光学系全体の焦点距離をｆと定義したとき、以下の式（１）を満たし、
１＜ｆ１／ｆ＜１．５          （１）
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記第４レンズの焦点距離をｆ４、  第１レンズのｄ線の屈折率をｎ１、第２レンズのｄ線の屈折率をｎ２、第３レンズのｄ線の屈折率をｎ３、第４レンズのｄ線の屈折率をｎ４、
レンズ光学系の環境温度をｔと定義し、
第１レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ１／ｄｔ、第２レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ２／ｄｔ、第３レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ３／ｄｔ、第４レンズのｄ線の屈折率変化量をｄｎ４／ｄｔと定義し、
第１レンズから像面までの距離をＬＬ１、第２レンズから像面までの距離をＬＬ２、第３レンズから像面までの距離をＬＬ３、第４レンズから像面までの距離をＬＬ４と定義し、
レンズ光学系の全長をＴＴＬ、レンズ鏡筒の線膨張係数をｄＬ／ｄｔと定義したとき、以下の式（２）を満たすようにした。
｜（ｆ／ｆ１×ｄｎ１／ｄｔ×ＬＬ１＋ｆ／ｆ２×ｄｎ２／ｄｔ×ＬＬ２＋ｆ／ｆ３×ｄｎ３／ｄｔ×ＬＬ３＋ｆ／ｆ４×ｄｎ４／ｄｔ×ＬＬ４）＋ＴＴＬ／ｆ＊ｄＬ／ｄｔ｜＜２０×１０−６（ｍｍ／℃）      （２）
【０００８】
好ましくは、一実施形態の撮像レンズ系は、レンズ光学系の全長をＴＴＬ、レンズの焦点距離をｆと定義したとき、以下の式（３）を満たすようにした。
１．５＜ＴＴＬ／ｆ＜１．８        （３）
好ましくは、一実施形態の撮像レンズ系は、前記第１レンズは、アッベ数が５５以上であり、前記第４レンズは、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、アッベ数が５５以上であるようにした。
【０００９】
一実施形態の撮像レンズ系によれば、第１レンズが、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する焦点距離の変化と焦点距離の変化が打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【００１０】
一実施形態の撮像レンズ系によれば、第１レンズの屈折率よりも前記第３レンズの屈折率を大きくすることで、より像面の補正が容易となる。
【００１１】
一実施形態の撮像装置は、上記いずれかの撮像レンズ系と、
前記撮像レンズ系を保持するレンズ鏡筒と、
前記撮像レンズ系の物体側に配置された平板状のカバーガラスと、
前記撮像レンズ系の焦点位置に配置された撮像素子と、を備えるようにした。
【００１２】
一実施形態の撮像装置系によれば、第１レンズが、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する前記撮像レンズ系と結像面との距離の変化と、温度が変化することによる焦点距離の変化が打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の撮像レンズ系及び撮像装置によれば、温度変化による結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る撮像レンズ系の断面図である。
【図２】実施例１の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。
【図３】実施例１に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図４】実施例１に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図５】実施例１に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図６】実施例１に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図７】実施例１に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図８】実施例１の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。
【図９】実施例１における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。
【図１０】実施例２に係る撮像レンズ系の断面図である。
【図１１】実施例２の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。
【図１２】実施例２に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図１３】実施例２に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図１４】実施例２に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図１５】実施例２に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図１６】実施例２に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図１７】実施例２の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。
【図１８】実施例２における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。
【図１９】実施例３に係る撮像レンズ系の断面図である。
【図２０】実施例３の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。
【図２１】実施例３に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図２２】実施例３に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図２３】実施例３に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図２４】実施例３に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図２５】実施例３に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図２６】実施例３の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。
【図２７】実施例３における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。
【図２８】実施例４に係る撮像レンズ系の断面図である。
【図２９】実施例４の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。
【図３０】実施例４に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図３１】実施例４に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図３２】実施例４に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図３３】実施例４に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図３４】実施例４に係る撮像レンズ系の横収差図である。
【図３５】実施例４の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。
【図３６】実施例４における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。
【図３７】実施例５に係る撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施例に係る撮像レンズ系及び撮像装置を説明する。
（実施例１：撮像レンズ系）
図１は、実施例１に係る撮像レンズ系の断面図である。図１において、撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、負のパワーを有する第２レンズＬ２、正のパワーを有する第３レンズＬ３、像側が凹面を有する第４レンズＬ４と、からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また、撮像レンズ系１１は、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３と、レンズ鏡筒１４とを備える。
【００１６】
第１レンズＬ１は、正のパワーを有する非球面レンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は非球面であり、物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ２は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００１７】
絞りＳＴＯＰは、通過する光の量を調整する。例えば、絞りＳＴＯＰは、孔を有する板形状のものが好適である。
【００１８】
第２レンズＬ２は、負のパワーを有するレンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面像Ｓ４は、像側に窪む凹形状の曲面部分を有し、像側レンズ面Ｓ５は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００１９】
第３レンズＬ３は、正のパワーを有する非球面レンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ６は像側に窪む凹形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ７は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【００２０】
第４レンズＬ４は、正のパワーを有する非球面レンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ８は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ９は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００２１】
ＩＲカットフィルタ１２は、赤外光をカットするフィルタである。
カバーガラス１３は、撮像素子を保護するためのガラス板である。カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし、カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。
【００２２】
レンズ鏡筒１４は、少なくとも第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の位置を固定するフランジである。具体的には、レンズ鏡筒１４は、中空の筒形状を有し、内部にレンズ及び絞りの外周を保持する形状を有する。また、レンズ鏡筒１４は、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３及び結像面との位置関係を直接的または間接的に固定する形状を有していてもよい。
【００２３】
レンズ鏡筒１４の材料は、レンズ及び絞りを固定できればいずれも適用できる。たとえばレンズ鏡筒１４の材料は、金属または樹脂が好適である。レンズ鏡筒１４の材料は、特にアルミニウムまたはプラスチックが好適である。
【００２４】
レンズ鏡筒１４は、温度が上昇すると熱膨張して、長く伸びる。したがって、レンズ鏡筒１４に保持されたレンズと結像面との距離は、温度が上昇すると、より長くなる。この結果、レンズ鏡筒１４に保持されたレンズと結像面との距離は、撮像レンズ系の焦点距離からずれることになる。
【００２５】
一方、撮像レンズ系１１では、第１レンズＬ１が結像面から一番離れた位置にあるので、温度変化による屈折率の変化が、焦点距離に大きく影響する。そこで、第１レンズＬ１が、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有することにより、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する前記撮像レンズ系と結像面との距離の変化を打ち消すように焦点距離を変化させることが容易になる。
【００２６】
温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有する第１レンズＬ１としては、フツリン酸系ガラス（もしくはリン酸系ガラス）を用いることが好適である。実施例１では、第１レンズＬ１にフツリン酸系ガラスを用いた例について説明する。
【００２７】
そして、撮像レンズ系１１は、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する前記撮像レンズ系と結像面との距離の変化が、第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４による撮像レンズ系の焦点距離の変化と打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制する。詳細な数値の条件については、後述する。
【００２８】
以下、撮像レンズ系１１の特性データについて述べる。
まず、表１に、撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。レンズデータとしては、各面の曲率半径、次の面との面間隔、ｄ線における２５℃の屈折率、アッベ数及び温度帯別の屈折率の変化量を載せている。温度帯別の屈折率の変化量は、表に示す温度範囲での屈折率の温度変化量を示す。例えば、−４０℃〜−２０℃の欄は、温度が−４０℃から−２０℃の範囲における屈折率の変化量を示す。この表１を用いて第１レンズＬ１のｄ線の１００℃の屈折率を求めると、第１レンズＬ１のｄ線の２５℃の屈折率は、１．５５３３２であるので、第１レンズＬ１のｄ線の１００℃の屈折率は、１．５５３３２＋（４０−２５）×−０．０００００６２＋（６０−４０）×−０．０００００６４＋（８０−６０）×−０．０００００６４＋（１００−８０）×−０．０００００６４＝１．５５２８４３となる。表１では、−４０℃以下と１００℃以上は定義していないが、−４０℃以下の変化量については−２０℃〜−４０℃、８０℃以上については６０℃〜８０℃の温度変化係数を用いる事とする。なお、後述の実施例においても同様である。また、「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。
【表１】
2018169425.tif 000003
【００２９】
ここで、レンズ面に採用される非球面形状は、光軸方向のサグ量をＹ（ｈ）、ｃを曲率半径の逆数、光軸に直交する方向の光軸からの高さをｈ、円錐係数をＫ、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次の非球面係数をそれぞれＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６とすると、次式により表される。なお、各記号の意味及び非球面形状を表す式は、後述の実施例においても同様である。
【数１】
2018169425.tif 000004
【００３０】
表２に、実施例１の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表２において、例えば「−６．５２２５２８Ｅ−０３」は、「−６．５２２５２８×１０−３」を意味する。
【表２】
2018169425.tif 000005
【００３１】
図２は、実施例１の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。図２に示すように、実施例１の撮像レンズ系１１では、半画角が１３°、Ｆ値が１．８である。図２の像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図２の像面湾曲図において、Ｓａｇはサジタル面における像面湾曲を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。図２の像面湾曲図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１によれば、像面湾曲が良好に補正されている。従って、撮像レンズ系１１が高解像度となる。
【００３２】
図２の歪曲収差図において、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。図２の像面湾曲図、歪曲収差図では、波長５５８ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示してある。図２の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図２の球面収差図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【００３３】
図３〜７は、実施例１に係る撮像レンズ系の横収差図である。図３〜７において、横軸は、相対瞳Ｘ座標または相対瞳Ｙ座標を示し、縦軸は横収差量を示す。図３は、半画角０°での撮像レンズ系の横収差図である。図４は、半画角５°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図５は、半画角５°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図６は、半画角８．８°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図７は、半画角８．８°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図３〜７に示すように、波長によるばらつきが少なく、色の滲みが抑制されている。
【００３４】
次に、表３に、実施例１の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。撮像レンズ系１１において、レンズ系全体の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４、としたときのこれらの特性値及び、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の屈折率を表３に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表３】
2018169425.tif 000006
【００３５】
温度特性を表４に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表４】
2018169425.tif 000007
【００３６】
表４において、ｄｎ／ｄＴ（１０＾−６）は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について、２０℃から４０℃に温度が変化した際の屈折率の変化量を１０−６オーダーで示したものである。
【００３７】
１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、第１レンズＬ１の焦点距離の逆数に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。１／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、１／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及び１／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【００３８】
ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、レンズ系全体の焦点距離ｆを第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１除算した値に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。
【００３９】
ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【００４０】
Ｌ１〜像面（＝ＬＬ１）は、第１レンズＬ１の像側レンズ面Ｓ２から結像面までの光軸上における距離を示す。Ｌ２〜像面（＝ＬＬ２）、Ｌ３〜像面（＝ＬＬ３）及びＬ４〜像面（＝ＬＬ４）も同様に第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の像側レンズ面Ｓ２から結像面までの光軸上における距離を示す。
【００４１】
ここで表４では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、焦点距離の逆数に、レンズの温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算した値ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６をそれぞれ、ａ、ｂ、ｃ、ｄを定義し、レンズから結像面までの距離ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４をｅ、ｇ、ｈ、ｉと定義する。
【００４２】
第１レンズＬ１における温度変化による焦点距離の変化は、上述の１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６にＬ１〜像面（＝ＬＬ１）を乗算した値により求まる。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４における温度変化による焦点距離の変化も同様の計算により求まる。
【００４３】
すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、温度変化による焦点距離の変化は、それぞれ、ａとｅを乗算した値Ａ、ｂとｇを乗算した値Ｂ、ｃとｈを乗算した値Ｃ、ｄとｉを乗算した値Ｄとなる。
【００４４】
一方、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化は、レンズ光学系の全長ＴＴＬをレンズ系全体の焦点距離ｆで除算した値に、鏡筒の線膨張率を乗算することにより求まる。表４では、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化をＦと定義する。
【００４５】
そして、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計は、表４において、ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）で示される。ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）はＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを加算した値である。上述の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計が、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化と、打ち消し合うように設定する。例えば、表４においてＥ＋Ｆで示した値の絶対値が所定の数値以下である場合、打ち消し合っているとみなす。
【００４６】
図８は、実施例１の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。図８の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図８に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温のいずれの状態においても、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【００４７】
図９は、本実施例における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す。図９において、横軸は、像面位置変化量を示し、縦軸はＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を示す。図９に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温の状態で、ピーク位置の変化が抑制されている。
【００４８】
このように実施例１の撮像レンズ系によれば、第１レンズが、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する前記撮像レンズ系と結像面との距離の変化と焦点距離の変化が打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【００４９】
（実施例２：撮像レンズ系）
図１０は、実施例２に係る撮像レンズ系の断面図である。図１０において、撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、負のパワーを有する第２レンズＬ２、正のパワーを有する第３レンズＬ３、像側が凹面を有する第４レンズＬ４からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また、撮像レンズ系１１は、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３と、図示しないレンズ鏡筒１４とを備える。
【００５０】
第１レンズＬ１は、正のパワーを有する非球面レンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は非球面であり、物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ２は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。第１レンズＬ１は、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有することが好ましい。温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有する第１レンズＬ１としては、フツリン酸系ガラス（もしくはリン酸系ガラス）を用いることが好適である。実施例１では、第１レンズＬ１にフツリン酸系ガラスを用いた例について説明する。
【００５１】
絞りＳＴＯＰは、通過する光の量を調整する。例えば、絞りＳＴＯＰは、孔を有する板形状のものが好適である。
【００５２】
第２レンズＬ２は、負のパワーを有するレンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面像Ｓ４は、像側に窪む凹形状の曲面部分を有し、像側レンズ面Ｓ５は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００５３】
第３レンズＬ３は、正のパワーを有する非球面レンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ６は像側に窪む凹形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ７は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【００５４】
第４レンズＬ４は、正のパワーを有する非球面レンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ８は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ９は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００５５】
ＩＲカットフィルタ１２は、赤外光をカットするフィルタである。
カバーガラス１３は、撮像素子を保護するためのガラス板である。カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし、カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。
【００５６】
図示しないレンズ鏡筒１４は、実施例１と同様に、少なくとも第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の位置を固定するフランジである。
【００５７】
そして、撮像レンズ系１１は、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化が、第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４による撮像レンズ系の焦点距離の変化と打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制する。詳細な数値の条件については、後述する。
【００５８】
以下、撮像レンズ系１１の特性データについて述べる。
まず、表５に、撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。レンズデータとしては、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数及び温度帯別の屈折率の変化量を載せている。温度帯別の屈折率の変化量は、表５に示す温度範囲での屈折率の温度変化量を示す。例えば、−４０℃〜−２０℃の欄は、温度が−４０℃から−２０℃の範囲における屈折率の変化量を示す。また、「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。
【表５】
2018169425.tif 000008
【００５９】
表６に、実施例２の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表６において、例えば「−６．５２２５２８Ｅ−０３」は、「−６．５２２５２８×１０−３」を意味する。
【表６】
2018169425.tif 000009
【００６０】
図１１は、実施例２の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。図１１に示すように、実施例２の撮像レンズ系１１では、半画角が１３°、Ｆ値が１．８である。図１１の像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図１１の像面湾曲図において、Ｓａｇはサジタル面における像面湾曲を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。図１１の像面湾曲図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１によれば、像面湾曲が良好に補正されている。従って、撮像レンズ系１１が高解像度となる。
【００６１】
図１１の歪曲収差図では、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。図１１の像面湾曲図、歪曲収差図では、波長５５８ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示してある。図１１の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図１１の球面収差図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【００６２】
図１２〜１６は、実施例２に係る撮像レンズ系の横収差図である。図１２〜１６において、横軸は、相対瞳Ｘ座標または相対瞳Ｙ座標を示し、縦軸は横収差量を示す。図１２は、半画角０°での撮像レンズ系の横収差図である。図１３は、半画角５°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図１４は、半画角５°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図１５は、半画角８．８°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図１６は、半画角８．８°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図１２〜１６に示すように、色の滲みが抑制されている。
【００６３】
次に、表７に、実施例２の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。撮像レンズ系１１においてレンズ系全体の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４、としたときのこれらの特性値及び、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の屈折率を表７に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表７】
2018169425.tif 000010
【００６４】
温度特性を表８に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表８】
2018169425.tif 000011
【００６５】
表８において、ｄｎ／ｄＴ（１０＾−６）は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について、２０℃から４０℃に温度が変化した際の屈折率の変化量を１０−６オーダーで示したものである。
【００６６】
１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、第１レンズＬ１の焦点距離の逆数に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。１／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、１／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及び１／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【００６７】
ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、レンズ系全体の焦点距離ｆを第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１除算した値に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。
【００６８】
ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【００６９】
Ｌ１〜像面（＝ＬＬ１）は、第１レンズＬ１から結像面までの距離を示す。Ｌ２〜像面（＝ＬＬ２）、Ｌ３〜像面（＝ＬＬ３）及びＬ４〜像面（＝ＬＬ４）も同様に第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４から結像面までの距離を示す。
【００７０】
ここで表８では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、焦点距離の逆数に、レンズの温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算した値ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６をそれぞれ、ａ、ｂ、ｃ、ｄを定義し、レンズから結像面までの距離ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４をｅ、ｇ、ｈ、ｉと定義する。
【００７１】
第１レンズＬ１における温度変化による焦点距離の変化は、上述の１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６にＬ１〜像面（＝ＬＬ１）を乗算した値により求まる。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４における温度変化による焦点距離の変化も同様の計算により求まる。
【００７２】
すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、温度変化による焦点距離の変化は、それぞれ、ａとｅを乗算した値Ａ、ｂとｇを乗算した値Ｂ、ｃとｈを乗算した値Ｃ、ｄとｉを乗算した値Ｄとなる。
【００７３】
一方、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化は、レンズ光学系の全長ＴＴＬをレンズ系全体の焦点距離ｆで除算した値に、鏡筒の線膨張率を乗算することにより求まる。表８では、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化をＦと定義する。
【００７４】
そして、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計は、表８において、ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）で示される。ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）はＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを加算した値である。上述の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計が、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化と、打ち消し合うように設定する。例えば、表８においてＥ＋Ｆで示した値の絶対値が所定の数値以下である場合、打ち消し合っているとみなす。
【００７５】
図１７は、実施例２の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。図１７の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図１７に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温のいずれの状態においても、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【００７６】
図１８は、実施例２における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。図１８において、横軸は、像面位置変化量を示し、縦軸はＭＴＦを示す。図１８に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温の状態で、ピーク位置の変化が抑制されている。
【００７７】
このように実施例２の撮像レンズ系によれば、第１レンズが、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する焦点距離の変化と焦点距離の変化が打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【００７８】
（実施例３：撮像レンズ系）
図１９は、実施例３に係る撮像レンズ系の断面図である。図１９において、撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、負のパワーを有する第２レンズＬ２、正のパワーを有する第３レンズＬ３、像側が凹面を有する第４レンズＬ４からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また、撮像レンズ系１１は、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３と、図示しないレンズ鏡筒１４とを備える。
【００７９】
第１レンズＬ１は、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有することが好ましい。温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有する第１レンズＬ１としては、フツリン酸系ガラス（もしくはリン酸系ガラス）を用いることが好適である。実施例１では、第１レンズＬ１にフツリン酸系ガラスを用いた例について説明する。
【００８０】
第１レンズＬ１は、正のパワーを有する非球面レンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は非球面であり、物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ２は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【００８１】
絞りＳＴＯＰは、通過する光の量を調整する。例えば、絞りＳＴＯＰは、孔を有する板形状のものが好適である。
【００８２】
第２レンズＬ２は、負のパワーを有するレンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面像Ｓ４は、物体側に突出する凸形状の曲面部分を有し、像側レンズ面Ｓ５は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００８３】
第３レンズＬ３は、正のパワーを有する非球面レンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ６は像側に窪む凹形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ７は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【００８４】
第４レンズＬ４は、正のパワーを有する非球面レンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ８は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ９は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【００８５】
ＩＲカットフィルタ１２は、赤外光をカットするフィルタである。
カバーガラス１３は、撮像素子を保護するためのガラス板である。カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし、カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。
【００８６】
図示しないレンズ鏡筒１４は、実施例１と同様に、少なくとも第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の位置を固定するフランジである。
【００８７】
そして、撮像レンズ系１１は、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化が、第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４による撮像レンズ系の焦点距離の変化と打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制する。詳細な数値の条件については、後述する。
【００８８】
以下、撮像レンズ系１１の特性データについて述べる。
まず、表９に、撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。レンズデータとしては、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数及び温度帯別の屈折率の変化量を載せている。温度帯別の屈折率の変化量は、表９に示す温度範囲での屈折率の温度変化量を示す。例えば、−４０℃〜−２０℃の欄は、温度が−４０℃から−２０℃の範囲における屈折率の変化量を示す。また、「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。
【表９】
2018169425.tif 000012
【００８９】
表１０に、実施例３の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表１０において、例えば「−６．５２２５２８Ｅ−０３」は、「−６．５２２５２８×１０−３」を意味する。
【表１０】
2018169425.tif 000013
【００９０】
図２０は、実施例３の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。図２０に示すように、実施例３の撮像レンズ系１１では、半画角が１３°、Ｆ値が１．８である。図２０の像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図２０の像面湾曲図において、Ｓａｇはサジタル面における像面湾曲を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。図２０の像面湾曲図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１によれば、像面湾曲が良好に補正されている。従って、撮像レンズ系１１が高解像度となる。
【００９１】
図２０の歪曲収差図では、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。図２０の像面湾曲図、歪曲収差図では、波長５５８ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示してある。図２０の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図２０の球面収差図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【００９２】
図２１〜２５は、実施例３に係る撮像レンズ系の横収差図である。図２１〜２５において、横軸は、相対瞳Ｘ座標または相対瞳Ｙ座標を示し、縦軸は横収差量を示す。図２１は、半画角０°での撮像レンズ系の横収差図である。図２２は、半画角５°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図２３は、半画角５°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図２４は、半画角８．８°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図２５は、半画角８．８°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図２１〜２５に示すように、色の滲みが抑制されている。
【００９３】
次に、表１１に、実施例３の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。撮像レンズ系１１においてレンズ系全体の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４、としたときのこれらの特性値及び、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の屈折率を表１１に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表１１】
2018169425.tif 000014
【００９４】
温度特性を表１２に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表１２】
2018169425.tif 000015
【００９５】
表１２において、ｄｎ／ｄＴ（１０＾−６）は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について、２０℃から４０℃に温度が変化した際の屈折率の変化量を１０−６オーダーで示したものである。
【００９６】
１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、第１レンズＬ１の焦点距離の逆数に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。１／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、１／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及び１／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【００９７】
ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、レンズ系全体の焦点距離ｆを第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１除算した値に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。
【００９８】
ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【００９９】
Ｌ１〜像面（＝ＬＬ１）は、第１レンズＬ１から結像面までの距離を示す。Ｌ２〜像面（＝ＬＬ２）、Ｌ３〜像面（＝ＬＬ３）及びＬ４〜像面（＝ＬＬ４）も同様に第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４から結像面までの距離を示す。
【０１００】
ここで表１２では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、焦点距離の逆数に、レンズの温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算した値ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６をそれぞれ、ａ、ｂ、ｃ、ｄを定義し、レンズから結像面までの距離ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４をｅ、ｇ、ｈ、ｉと定義する。
【０１０１】
第１レンズＬ１における温度変化による焦点距離の変化は、上述の１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６にＬ１〜像面（＝ＬＬ１）を乗算した値により求まる。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４における温度変化による焦点距離の変化も同様の計算により求まる。
【０１０２】
すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、温度変化による焦点距離の変化は、それぞれ、ａとｅを乗算した値Ａ、ｂとｇを乗算した値Ｂ、ｃとｈを乗算した値Ｃ、ｄとｉを乗算した値Ｄとなる。
【０１０３】
一方、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化は、レンズ光学系の全長ＴＴＬをレンズ系全体の焦点距離ｆで除算した値に、鏡筒の線膨張率を乗算することにより求まる。表１２では、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化をＦと定義する。
【０１０４】
そして、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計は、表１２において、ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）で示される。ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）はＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを加算した値である。上述の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計が、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化と、打ち消し合うように設定する。例えば、表１２においてＥ＋Ｆで示した値の絶対値が所定の数値以下である場合、打ち消し合っているとみなす。
【０１０５】
図２６は、実施例３の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。図２６の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図２６に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温のいずれの状態においても、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【０１０６】
図２７は、実施例３における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。図２７において、横軸は、像面位置変化量を示し、縦軸はＭＴＦを示す。図２７に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温の状態で、ピーク位置の変化が抑制されている。
【０１０７】
このように実施例３の撮像レンズ系によれば、第１レンズが、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する焦点距離の変化と焦点距離の変化が打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【０１０８】
（実施例４：撮像レンズ系）
図２８は、実施例４に係る撮像レンズ系の断面図である。図２８において、撮像レンズ系１１は、物体側から像側に向かって順に、正のパワーを有する第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、負のパワーを有する第２レンズＬ２、正のパワーを有する第３レンズＬ３、像側が凹面を有する第４レンズＬ４からなる。撮像レンズ系１１の結像面はＩＭＧで示されている。また、撮像レンズ系１１は、ＩＲカットフィルタ１２と、カバーガラス１３と、図示しないレンズ鏡筒１４とを備える。
【０１０９】
第１レンズＬ１は、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有することが好ましい。温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有する第１レンズＬ１としては、フツリン酸系ガラス（もしくはリン酸系ガラス）を用いることが好適である。実施例１では、第１レンズＬ１にフツリン酸系ガラスを用いた例について説明する。
【０１１０】
第１レンズＬ１は、正のパワーを有する非球面レンズである。第１レンズＬ１の物体側レンズ面Ｓ１は非球面であり、物体側に突出する凸形状の曲面部分を有している。像側レンズ面Ｓ２は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【０１１１】
絞りＳＴＯＰは、通過する光の量を調整する。例えば、絞りＳＴＯＰは、孔を有する板形状のものが好適である。
【０１１２】
第２レンズＬ２は、負のパワーを有するレンズである。第２レンズＬ２の物体側レンズ面像Ｓ４は、物体側に突出する凸形状の曲面部分を有し、像側レンズ面Ｓ５は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【０１１３】
第３レンズＬ３は、正のパワーを有する非球面レンズである。第３レンズＬ３の物体側レンズ面Ｓ６は像側に窪む凹形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ７は像側に突出する凸形状の曲面部分を有している。
【０１１４】
第４レンズＬ４は、正のパワーを有する非球面レンズである。第４レンズＬ４の物体側レンズ面Ｓ８は物体側に突出する凸形状の曲面部分を有しており、像側レンズ面Ｓ９は物体側に窪む凹形状の曲面部分を有している。
【０１１５】
ＩＲカットフィルタ１２は、赤外光をカットするフィルタである。
カバーガラス１３は、撮像素子を保護するためのガラス板である。カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の設計時には、撮像レンズ系１１と一体として扱われる。しかし、カバーガラス１３は、撮像レンズ系１１の必須の構成要素ではない。
【０１１６】
図示しないレンズ鏡筒１４は、実施例１と同様に、少なくとも第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の位置を固定するフランジである。
【０１１７】
そして、撮像レンズ系１１は、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化が、第１レンズＬ１、絞りＳＴＯＰ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４による撮像レンズ系の焦点距離の変化と打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制する。詳細な数値の条件については、後述する。
【０１１８】
以下、撮像レンズ系１１の特性データについて述べる。
【０１１９】
まず、表１３に、撮像レンズ系１１の各レンズ面のレンズデータを示す。レンズデータとしては、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数及び温度帯別の屈折率の変化量を載せている。温度帯別の屈折率の変化量は、表１３に示す温度範囲での屈折率の温度変化量を示す。例えば、−４０℃〜−２０℃の欄は、温度が−４０℃から−２０℃の範囲における屈折率の変化量を示す。また、「＊印」がついた面は、非球面であることを示している。
【表１３】
2018169425.tif 000016
【０１２０】
表１４に、実施例４の撮像レンズ系１１において、非球面とされたレンズ面の非球面形状を規定するための非球面係数を示す。表１４において、例えば「−６．５２２５２８Ｅ−０３」は、「−６．５２２５２８×１０−３」を意味する。
【表１４】
2018169425.tif 000017
【０１２１】
図２９は、実施例４の撮像レンズ系の常温における像面湾曲図、歪曲収差図、球面収差図である。図２９に示すように、実施例４の撮像レンズ系１１では、半画角が１３°、Ｆ値が１．８である。図２９の像面湾曲図では、横軸は光軸Ｚ方向の距離を示し、縦軸は像高（画角）を示す。また、図２９の像面湾曲図において、Ｓａｇはサジタル面における像面湾曲を示し、Ｔａｎはタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。図２９の像面湾曲図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１によれば、像面湾曲が良好に補正されている。従って、撮像レンズ系１１が高解像度となる。
【０１２２】
図２９の歪曲収差図では、横軸は像の歪み量（％）を示し、縦軸は像高（画角）を示す。図２９の像面湾曲図、歪曲収差図では、波長５５８ｎｍの光線によるシミュレーション結果を示してある。図２９の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図２９の球面収差図に示すように、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【０１２３】
図３０〜２５は、実施例４に係る撮像レンズ系の横収差図である。図３０〜２５において、横軸は、相対瞳Ｘ座標または相対瞳Ｙ座標を示し、縦軸は横収差量を示す。図３０は、半画角０°での撮像レンズ系の横収差図である。図３１は、半画角５°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図３２は、半画角５°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図３３は、半画角８．８°での撮像レンズ系のタンジェンシャル面における横収差図である。図３４は、半画角８．８°での撮像レンズ系のサジタル面における横収差図である。図３０〜２５に示すように、色の滲みが抑制されている。
【０１２４】
次に、表１５に、実施例４の撮像レンズ系１１の特性値を計算した結果を示す。撮像レンズ系１１において、レンズ系全体の焦点距離をｆ、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３、第４レンズＬ４の焦点距離をｆ４、としたときのこれらの特性値及び、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の屈折率を表１５に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表１５】
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【０１２５】
温度特性を表１６に示す。各種の焦点距離は、５５８ｎｍの波長の光線を用いて計算した。
【表１６】
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【０１２６】
表１６において、ｄｎ／ｄＴ（１０＾−６）は、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について、２０℃から４０℃に温度が変化した際の屈折率の変化量を１０−６オーダーで示したものである。
【０１２７】
１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、第１レンズＬ１の焦点距離の逆数に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。１／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、１／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及び１／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【０１２８】
ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６は、レンズ系全体の焦点距離ｆを第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１除算した値に、第１レンズＬ１の温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算したものである。
【０１２９】
ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６も、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４について同様の計算を行った結果である。
【０１３０】
Ｌ１〜像面（＝ＬＬ１）は、第１レンズＬ１から結像面までの距離を示す。Ｌ２〜像面（＝ＬＬ２）、Ｌ３〜像面（＝ＬＬ３）及びＬ４〜像面（＝ＬＬ４）も同様に第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４から結像面までの距離を示す。
【０１３１】
ここで表１６では、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、焦点距離の逆数に、レンズの温度に対する屈折率の変化量を乗算し、更に１０６を乗算した値ｆ／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ２＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６、ｆ／ｆ３＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６及びｆ／ｆ４＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６をそれぞれ、ａ、ｂ、ｃ、ｄを定義し、レンズから結像面までの距離ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４をｅ、ｇ、ｈ、ｉと定義する。
【０１３２】
第１レンズＬ１における温度変化による焦点距離の変化は、上述の１／ｆ１＊ｄｎ／ｄｔ×１０＾６にＬ１〜像面（＝ＬＬ１）を乗算した値により求まる。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４における温度変化による焦点距離の変化も同様の計算により求まる。
【０１３３】
すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４において、温度変化による焦点距離の変化は、それぞれ、ａとｅを乗算した値Ａ、ｂとｇを乗算した値Ｂ、ｃとｈを乗算した値Ｃ、ｄとｉを乗算した値Ｄとなる。
【０１３４】
一方、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化は、レンズ光学系の全長ＴＴＬをレンズ系全体の焦点距離ｆで除算した値に、鏡筒の線膨張率を乗算することにより求まる。表１６では、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化をＦと定義する。
【０１３５】
そして、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計は、表１６において、ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）で示される。ｓｕｍ（Ａ〜Ｄ）はＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを加算した値である。上述の第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第４レンズＬ４の焦点距離の変化の合計が、レンズ鏡筒１４の熱膨張に起因する焦点距離の変化と、打ち消し合うように設定する。例えば、表１６においてＥ＋Ｆで示した値の絶対値が所定の数値以下である場合、打ち消し合っているとみなす。
【０１３６】
図３５は、実施例４の撮像レンズ系の常温、低温、高温における球面収差図である。図３５の球面収差図では、横軸は光線が光軸と交わる位置を示し、縦軸は瞳径での高さを示す。図３５に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温のいずれの状態においても、本実施例の撮像レンズ系１１では、異なる波長でピントずれが発生することが抑制される。
【０１３７】
図３６は、実施例４における半画角０°での撮像レンズ系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。図３６において、横軸は、像面位置変化量を示し、縦軸はＭＴＦを示す。図３６に示すように、常温、常温より温度が低い低温、常温より温度が高い高温の状態で、ピーク位置の変化が抑制されている。
【０１３８】
このように実施例４の撮像レンズ系によれば、第１レンズが、温度が高くなるに連れて屈折率が小さくなる特性を有し、レンズ鏡筒の熱膨張に起因する焦点距離の変化と焦点距離の変化が打ち消し合うことにより、結像面とピント位置のずれを抑制できる。
【０１３９】
（実施例５：撮像装置への適用例）
図３７は、実施例５に係る撮像装置の断面図である。撮像装置２０は、撮像レンズ系１１と、撮像素子２１と、を備える。撮像レンズ系１１と、撮像素子２１と、は筐体（不図示）に収容されている。撮像レンズ系１１は、上述の実施の形態１に記載された撮像レンズ系１１である。
【０１４０】
撮像素子２１は、受光した光を電気信号に変換する素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像素子２１は、撮像レンズ系１１の結像位置に配置されている。なお、水平画角とは、撮像素子２１の水平方向に対応する画角である。
【０１４１】
なお、本発明は上記実施例に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施例５は、実施の形態２〜４に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
１１  撮像レンズ系
１２  ＩＲカットフィルタ
１３  カバーガラス
１４  レンズ鏡筒
２０  撮像装置
２１  撮像素子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４  レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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