(57)【要約】【課題】簡易な構成で、明るく、球面収差と像面のバランスに優れ、デジタル撮像素子に対応し、その上で温度変化に対して焦点位置の移動が小さい画像取得用の広角レンズに好適に利用可能なレトロフォーカスレンズを提供する。【解決手段】絞りより前の群（前群）は物体側より順に、負の第１群（Ｇ１、Ｇ１１）と正の第２群（Ｇ２、Ｇ１２）を有し、絞りより後の群（後群）は正の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）を有する全体として３群構成のレンズであって、後群における正の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）は、正・負・正の３枚の単レンズが接合され、かつ、全体として負の焦点距離を持つ接合レンズを含むことを特徴とする画像取得用レンズ。【選択図】図１
2011028009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りより前の群（前群）は物体側より順に、負の第１群（Ｇ１、Ｇ１１）と正の第２群（Ｇ２、Ｇ１２）を有し、絞りより後の群（後群）は正の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）を有する全体として３群構成のレンズであって、後群における正の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）は、正・負・正の３枚の単レンズが接合され、かつ、全体として負の焦点距離を持つ接合レンズを含むことを特徴とする画像取得用レンズ。
【請求項２】
所謂インナーフォーカスレンズとして構成されていて、合焦機能を前群における正の第２群（Ｇ２、Ｇ１２）によって実現することを特徴とする請求項１に記載の画像取得用レンズ。
【請求項３】
前群に接合レンズを含まないことを特徴とする請求項１に記載の画像取得用レンズ。
【請求項４】
ガラスの温度特性を表す量 τを次に示す数式（１）で定めたとき、絞りより前の群を構成する負の屈折力を持つレンズのうち、少なくとも１枚が条件式（１）を満たしており、かつ、絞りより後の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）の接合レンズを形成する正の屈折力を持つレンズのうち、少なくとも１枚が条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像取得用レンズ：
【数４】
2011028009.tif 000009
【数５】
2011028009.tif 000010
ただし、nはレンズのe線に対する屈折率であり、Δn/ΔTは温度範囲２０℃〜４０℃におけるe線に対する屈折率の変化率を表す。
【請求項５】
レンズ系全体としての樽型歪曲は、第１群（Ｇ１、Ｇ１１）に正レンズを含めることにより補正される請求項１に記載の画像取得用レンズ。
【請求項６】
第２群（Ｇ２、Ｇ１２）は絞り近くに置かれる請求項１に記載の画像取得用レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い画角を包括し、かつ温度変化の大きい環境下でも使用可能な形状計測装置、写真測量装置に適した画像取得用レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に示すような広角レンズが知られている。
【０００３】
特許文献２においては、ガラスの温度特性を示す量として、熱アッベ数が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２５９６３号公報
【特許文献２】特許３１６８２２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、デジタル撮像素子に対応した画像取得用のレンズでは、球面収差とサジタル・メリディオナル像面のバランスを取ることが重要である。更に、温度変化の大きい環境下で使用される可能性のある形状計測装置や写真測量装置に供されるレンズでは、像面のバランスが温度によって変動することを極力防止する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、簡易な構成で、明るく、球面収差と像面のバランスに優れ、かつ温度による像面の移動を補正した画像取得用レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、絞りより前の群（前群）は物体側より順に、負の第１群（Ｇ１、Ｇ１１）と正の第２群（Ｇ２、Ｇ１２）を有し、絞りより後の群（後群）は正の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）を有する全体として３群構成のレンズであって、後群における正の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）は、正・負・正の３枚の単レンズが接合され、かつ、全体として負の焦点距離を持つ接合レンズを含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の画像取得用レンズにおいて、所謂インナーフォーカスレンズとして構成されていて、合焦機能を前群における正の第２群（Ｇ２、Ｇ１２）によって実現することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１に記載の画像取得用レンズにおいて、前群に接合レンズを含まないことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１に記載の画像取得用レンズにおいて、ガラスの温度特性を表す量 τを次に示す数式（１）で定めたとき、絞りより前の群を構成する負の屈折力を持つレンズのうち、少なくとも１枚が条件式（１）を満たしており、かつ、絞りより後の第３群（Ｇ３、Ｇ１３）の接合レンズを形成する正の屈折力を持つレンズのうち、少なくとも１枚が条件式（１）を満たすことを特徴とする：
【数１】
2011028009.tif 000003
【数２】
2011028009.tif 000004
【００１１】
ただし、nはレンズのe線に対する屈折率であり、Δn/ΔTは温度範囲２０℃〜４０℃におけるe線に対する屈折率の変化率を表す。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１に記載の画像取得用レンズにおいて、レンズ系全体としての樽型歪曲は、第１群（Ｇ１、Ｇ１１）に正レンズを含めることにより補正されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１に記載の画像取得用レンズにおいて、第２群（Ｇ２、Ｇ１２）は絞り近くに置かれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の画像取得用レンズによれば、簡易な構成で、明るく、球面収差と像面のバランスに優れ、かつ温度による像面の移動を補正した画像取得用の広角レンズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の光路図を示す。
【図２】実施例１の球面収差を示す。
【図３】実施例１の０．５５μに対する像面彎曲と歪曲を示す。ただし、像面彎曲において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル像面を示す。
【図４】実施例１の０．５５μに対する横収差を示す。ただし、縦軸ＥＸ、ＥＹはそれぞれサジタル／タンジェンシャル方向の横収差であり、横軸ＰＸ、ＰＹはサジタル断面／タンジェンシャル断面における瞳座標である。縦軸のスケールは±２０μである。
【図５】実施例１の温度に対するバックフォーカスの変動を示す。
【図６】実施例２の光路図を示す。
【図７】実施例２の球面収差を示す。
【図８】実施例２の０．５５μに対する像面彎曲と歪曲を示す。ただし、像面彎曲において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル像面を示す。
【図９】実施例２の０．５５μに対する横収差を示す。ただし、縦軸ＥＸ、ＥＹはそれぞれサジタル／タンジェンシャル方向の横収差であり、横軸ＰＸ、ＰＹはサジタル断面／タンジェンシャル断面における瞳座標である。縦軸のスケールは±２０μである。
【図１０】実施例２の温度に対するバックフォーカスの変動を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の画像取得用レンズは、物体側に負の第１群（Ｇ１、Ｇ１１）が先行する所謂レトロフォーカスタイプのレンズである。一般的に、このタイプでは、第１群（Ｇ１、Ｇ１１）によって発生する樽型歪曲と、負の像面彎曲の補正が重要となる。
【００１７】
レンズ系全体としての樽型歪曲は、第１群（Ｇ１、Ｇ１１）に正レンズを含めることにより補正が可能である。
【００１８】
第２群（Ｇ２、Ｇ１２）は絞り近くに置かれ、光束をある範囲内に制限する役割を持つ一方で、球面収差を補正不足にする効果がある。
【００１９】
正・負・正の３枚の単レンズが接合され、かつ、全体として負の焦点距離を持つ接合レンズは、接合レンズ全体で補正過剰の球面収差を有するため、第２群（Ｇ２、Ｇ１２）によって発生するレンズ系全体の球面収差を効果的に補正することが出来る。また、当該接合レンズを構成する各単レンズのアッベ数を適切に選択することにより、軸上のコントラストに影響する軸上色収差ならびに軸外の色のにじみとなる倍率色収差を同時に補正し、全体としてバランスを取ることが可能となる。
【００２０】
また、第２群（Ｇ２、Ｇ１２）を通過する軸上光束は、他の群に比べて高い位置を通るため、第２群（Ｇ２、Ｇ１２）による合焦は、全体繰り出しに比べて少ない移動量で可能である。この効果により、鏡筒部のヘリコイドを省略し、簡易な構成のカム機構で焦点調節が可能になる。
【００２１】
以上の条件を満たした上で、温度変化の大きい環境下での使用を可能にするため、温度による像面移動を補償する必要がある。数式（１）によって示された量τは、特許文献２によると熱アッベ数と呼ばれ、ガラスの温度特性を示す量である。
【００２２】
また本願出願人は、一般の光学ガラスに対する温度特性を導出した。これによると、熱アッベ数がτである単レンズの焦点距離をfとしたとき、温度変化ΔＴに対する焦点距離変化Δｆの勾配は次の数式（２）で与えられる：
【数３】
2011028009.tif 000005
【００２３】
色収差を補正するのに効果的な低屈折率低分散ガラスは、一般的に、その熱アッベ数は負であり、絶対値が小さい。このことは、この種のガラスによるレンズの温度による焦点距離変動は相対的に大きいことを意味する。例として、オハラ社の低屈折率低分散ガラスについて、τを計算した値を示す：
【表１】
2011028009.tif 000006
【００２４】
請求項１に記載された、正・負・正の３枚の単ガラスが接合され、かつ、全体として負の焦点距離を持つ３枚接合レンズにおいて、少なくとも１枚の正レンズは、低屈折率低分散であることが望ましく、正の異常部分分散を持つことが更に望ましい。したがって、この接合レンズは温度変化に対して相対的に大きな焦点距離変動を有しており、レンズ系全体の焦点距離を長くする方向に働く。
【００２５】
この焦点距離変動を補正するための構成を考察する。数式（２）によると、単レンズの焦点距離変動はその単レンズの焦点距離そのものに比例する。したがって、負レンズに同様の低屈折率低分散ガラスを使用することにより、レンズ系全体の焦点距離を短くする方向にシフトさせることが出来る。以上の構成を満たした上で、各レンズ群の屈折力を最適化することにより、レンズ系全体として温度変動に対して像面位置を補償することが可能になる。
【実施例１】
【００２６】
実施例１は、焦点距離 f=6.5mm F/2.8 イメージサークルφ11 (画角40°)の画像取得用レンズの例である。
【００２７】
実施例１における画像取得用レンズ１は、絞りＤより前の群（前群）と絞りＤより後の群（後群）とを有する。図１は、実施例１の光路図を示す。図２は、実施例１の球面収差を示す。図３は、実施例１の０．５５μに対する像面彎曲と歪曲を示す。ただし、像面彎曲において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル像面を示す。図４は、実施例１の０．５５μに対する横収差を示す。ただし、縦軸ＥＸ、ＥＹはそれぞれサジタル／タンジェンシャル方向の横収差であり、横軸ＰＸ、ＰＹはサジタル断面／タンジェンシャル断面における瞳座標である。縦軸のスケールは±２０μである。図５は、実施例１の温度に対するバックフォーカスの変動を示す。
【００２８】
前群は、負の第１群Ｇ１と正の第２群Ｇ２とを有する。
【００２９】
負の第１群Ｇ１は、物体側より順に、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４枚のレンズからなる。これらの４枚のレンズのうち、正レンズは、Ｌ１ならびにＬ４であり、歪曲ならびに像面バランスを取る役割を果たす。
【００３０】
正の第２群Ｇ２は、１枚の第５レンズＬ５からなる。第５レンズＬ５は、絞りＤ近く（好ましくは１０ｍｍ〜１ｍｍ）に置かれる。
【００３１】
後群は、正の第３群Ｇ３を有する。正の第３群Ｇ３は、物体側より順に、第６レンズＬ６、第７レンズＬ７、第８レンズＬ８、及び第９レンズＬ９の４枚のレンズからなる。第６レンズＬ６〜第８レンズＬ８は、正・負・正の３枚の単レンズであり、全体として負の焦点距離を持つ接合レンズである。表２に、実施例１のレンズデータを示す。
【表２】
2011028009.tif 000007
【００３２】
このように、実施例１の画像取得用レンズは、３群レンズであって、後群は正の第３群Ｇ３で、正・負・正の３枚の単レンズが接合され、かつ、全体として負の焦点距離（f=―229mm）を持つ接合レンズを含んでおり、請求項１に記載された条件を満たしている。前群の第１群Ｇ１、第２群Ｇ２には接合レンズが含まれておらず、請求項３に記載された条件を満たしている。実施例１においては、遠方から近接へ焦点をあわせる場合、正の群である第２群Ｇ２を前方へ繰り出すことによりフォーカシングが可能である。また、負の屈折力を持つ第２レンズＬ２、正の屈折力を持つ第６レンズＬ６、および第８レンズＬ８が条件式（１）を満たし、請求項４に記載された条件を満たしている。図５によると、２０℃から８０℃の温度変動がある場合でも、像面移動は２．５μ以内に収まっている。
【実施例２】
【００３３】
実施例２は、焦点距離 f=6mm F/2.6イメージサークルφ11 (画角42.5°)の画像取得用レンズの例である。
【００３４】
実施例２における画像取得用レンズ１１は、絞りＤより前の群（前群）と絞りＤより後の群（後群）とを有する。図６は、実施例２の光路図を示す。図７は、実施例２の球面収差を示す。図８は、実施例２の０．５５μに対する像面彎曲と歪曲を示す。ただし、像面彎曲において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル像面を示す。図９は、実施例２の０．５５μに対する横収差を示す。ただし、縦軸ＥＸ、ＥＹはそれぞれサジタル／タンジェンシャル方向の横収差であり、横軸ＰＸ、ＰＹはサジタル断面／タンジェンシャル断面における瞳座標である。縦軸のスケールは±２０μである。図１０は、実施例２の温度に対するバックフォーカスの変動を示す。
【００３５】
前群は、負の第１群Ｇ１１と正の第２群Ｇ１２を有する。
【００３６】
負の第１群Ｇ１１は、物体側より順に、第１レンズＬ１１、第２レンズＬ１２、第３レンズＬ１３、第４レンズＬ１４、及び第５レンズＬ１５の５枚のレンズからなる。これらの５枚のレンズのうち、正レンズは、Ｌ１２であり、歪曲ならびに像面バランスを取る役割を果たす。
【００３７】
正の第２群Ｇ１２は、第６レンズＬ１６及び第７レンズＬ１７からなる。第７レンズＬ１７は、絞りＤ近く（好ましくは１０ｍｍ〜２ｍｍ）に置かれる。
【００３８】
後群は、正の第３群Ｇ１３を有する。正の第３群Ｇ１３は、物体側より順に、第８レンズＬ１８、第９レンズＬ１９、第１０レンズＬ２０、及び第１１レンズＬ２１の４枚のレンズからなる。第８レンズＬ１８〜第１０レンズＬ２０は、正・負・正の３枚の単レンズであり、全体として負の焦点距離を持つ接合レンズである。表３に、実施例２のレンズデータを示す。
【表３】
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【００３９】
このように、実施例２の画像取得用レンズは、３群レンズであって、後群は正の第３群Ｇ１３で、正・負・正の３枚の単レンズが接合され、全体として負の焦点距離（f=―46.9m）を持つ接合レンズを含んでおり、これは請求項１に記載された条件を満たしている。前群の第１群Ｇ１１、第２群Ｇ１２には接合レンズが含まれておらず、これは請求項３に記載された条件を満たしている。実施例２は、遠方から近接へ焦点をあわせる場合、正の群である第２群Ｇ１２を前方へ繰り出すことによりフォーカシングが可能である。また、負の屈折力を持つ第１レンズＬ１１、第３レンズＬ１３、正の屈折力を持つ第１０レンズＬ２０が条件式（１）を満たし、これは請求項４に記載された条件を満たしている。図１０によると、２０℃から８０℃の温度変動がある場合でも、像面移動は４．５μ以内に収まっている。
【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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