特開 2022-86139 光学系及び撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022086139

(43)【公開日】2022-06-09

(54)【発明の名称】光学系及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20220602BHJP

【ＦＩ】

G02B13/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020197994

(22)【出願日】2020-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】000133227

【氏名又は名称】株式会社タムロン

(74)【代理人】

【識別番号】100156867

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 欣浩

(74)【代理人】

【識別番号】100143786

【弁理士】

【氏名又は名称】根岸 宏子

(72)【発明者】

【氏名】瀬川 敏也

(72)【発明者】

【氏名】森 勇輝

(72)【発明者】

【氏名】太幡 浩文

【テーマコード（参考）】

2H087

【Ｆターム（参考）】

2H087KA02

2H087KA03

2H087LA01

2H087MA04

2H087MA08

2H087PA07

2H087PA08

2H087PA16

2H087PA19

2H087PA20

2H087PB09

2H087PB11

2H087PB12

2H087QA02

2H087QA03

2H087QA06

2H087QA07

2H087QA12

2H087QA19

2H087QA21

2H087QA25

2H087QA26

2H087QA32

2H087QA34

2H087QA42

2H087QA45

2H087RA32

2H087RA44

(57)【要約】

【課題】明るく、且つ、可視光域から近赤外域全域において諸収差が良好に補正された結像性能の高い光学系及び撮像装置を提供する。
【解決手段】無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する正合焦群Ｆを有し、正合焦群Ｆは物体側から順に部分Ａ群Ｇａ、開口絞りＳ、及び部分Ｂ群Ｇｂからなり、部分Ａ群Ｇａは像側から順に負レンズ、正レンズ及び正レンズを有し、部分Ｂ群Ｇｂは物体側から順に負レンズ及び正レンズを有し、所定の条件式を満足することを特徴とする光学系及び当該光学系を備えた撮像装置とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する正合焦群を有し、
前記正合焦群は物体側から順に部分Ａ群、開口絞り、及び部分Ｂ群からなり、
前記部分Ａ群は像側から順に負レンズ、正レンズ及び正レンズを有し、
前記部分Ｂ群は物体側から順に負レンズ及び正レンズを有し、
下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
（１） θｃｔ ≧ ０．８００
（２） νｄ ≦ ５５
（３） ｎｄ＿ｐａｖｅ ＜１．７５
（４） νｄ＿ｐａｖｅ ＞５０
但し、
θｃｔ：前記負レンズのＣ線からｔ線の部分分散比
なお、Ｃ線からｔ線の部分分散比θｃｔは以下の式で定義されるものとする。
θｃｔ＝（ｎＣ－ｎｔ）／（ｎＦ－ｎＣ）
ｎＣ：Ｃ線における屈折率
ｎｔ：ｔ線における屈折率
ｎＦ：Ｆ線における屈折率
νｄ：ｄ線におけるアッベ数
ｎｄ＿ｐａｖｅ：前記部分Ｂ群に配置される全ての正レンズのｄ線における屈折率の平均値
νｄ＿ｐａｖｅ：前記部分Ｂ群に配置される全ての正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値

【請求項2】

下記条件式を満足する請求項１に記載の光学系。
（５） －０．００７＜ ０．００５５８×νｄ＿ｎ＋０．５３１－θｃｔ＿ｎ ＜ ０．０００
但し、
νｄ＿ｎ ：前記部分Ｂ群において最も物体側に配置される負レンズのｄ線におけるアッベ数
θｃｔ＿ｎ：前記部分Ｂ群において最も物体側に配置される負レンズのＣ線とｔ線に関する部分分散比

【請求項3】

下記条件式を満足する請求項１又は請求項２に記載の光学系。
（６） －０．０４５＜θＩＲｐ－θＩＲｎ＜０．０４５
但し、
θＩＲｐ：前記部分Ｂ群内の正レンズの（ｎＦ－ｎｄ）／（ｎ１７００ｎｍ－ｎｄ）の平均値
θＩＲｎ：前記部分Ｂ群内の負レンズの（ｎＦ－ｎｄ）／（ｎ１７００ｎｍ－ｎｄ）の平均値
ｎｄ ：ｄ線における屈折率
ｎ１７００ｎｍ：１７００ｎｍの波長における屈折率

【請求項4】

下記条件式を満足する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光学系。
（７） ０．５０ ＜Ｆｂ／Ｆ＜ ２．５０
但し、
Ｆｂ ：前記部分Ｂ群のｄ線における焦点距離
Ｆ ：当該光学系のｄ線における焦点距離

【請求項5】

前記部分Ａ群は下記条件式を満足する正レンズを少なくとも１枚有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学系。
（８） ０．６２３ ＜ θｇＦ＿ｐ
但し、
θｇＦ＿ｐ：前記正レンズのｇ線とＦ線に関する部分分散比
なお、ｇ線からＦ線の部分分散比θｇＦは以下の式で定義されるものとする。
θｇＦ＝（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線における屈折率

【請求項6】

下記条件式を満足する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光学系。
（９） １．５０ ＜ Ｆａ／Ｆ ＜ ６．００
但し、
Ｆａ：前記部分Ａ群のｄ線における焦点距離

【請求項7】

前記部分Ａ群の最も像側の面は前記開口絞りに対して凹面であり、前記部分Ｂ群の最も物体側の面は前記開口絞りに対して凹面である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項8】

前記正合焦群の物体側に、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸方向に固定される固定群を有し、
当該固定群は物体側から順に負レンズ及び正レンズを有する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光学系と、当該光学系の像側に当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件発明は、光学系及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、一眼レフカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、監視用カメラの他、産業用カメラ等種々の分野で撮像装置が使用されている。いずれの分野においてもイメージセンサ（撮像素子）の高画素化が進み、それに伴い明るく高解像度の光学系が求められている。近年、産業用カメラ、特に、画像解析装置に接続されて画像解析による検査等に用いられるマシンビジョン用の産業用カメラ（ＦＡ／ＭＶ）の重要性が高まっている。特に、可視光域から近赤外域までの広い波長域の光線により、物体の外部構造だけではなく、その内部等についてもセンシングが可能な産業用カメラが注目されている。このような撮像装置に対しては、可視光域から近赤外域までの広い波長域において良好に収差補正された結像性能の高い光学系が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－４０８５８号公報

【特許文献2】特開２００１－３３７２６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、特許文献１には、開口絞りの前後がそれぞれ正群であり、Ｆナンバーが１．４５程度の光学系が開示されている。また、特許文献２には開口絞りの前後がそれぞれ負群及び正群であり、Ｆナンバーが１．６程度の光学系が開示されている。
このように特許文献１及び特許文献２に開示の光学系は大口径の明るい光学系を実現しているが、可視光域から近赤外域全域における諸収差の補正が十分であるとはいえない。

【0005】

そこで、本件発明の課題は明るく、且つ、可視光域から近赤外域全域において諸収差が良好に補正された結像性能の高い光学系及び撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本件発明に係る光学系は、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する正合焦群を有し、前記正合焦群は物体側から順に部分Ａ群、開口絞り、及び部分Ｂ群からなり、前記部分Ａ群は像側から順に負レンズ、正レンズ及び正レンズを有し、前記部分Ｂ群は物体側から順に負レンズ及び正レンズを有し、下記条件式を満足することを特徴とする。
（１） θｃｔ ≧ ０．８００
（２） νｄ ≦ ５５
（３） ｎｄ＿ｐａｖｅ ＜１．７５
（４） νｄ＿ｐａｖｅ ＞５０
但し、
θｃｔ：前記負レンズのＣ線からｔ線の部分分散比
なお、Ｃ線からｔ線の部分分散比θｃｔは以下の式で定義されるものとする。
θｃｔ＝（ｎＣ－ｎｔ）／（ｎＦ－ｎＣ）
ｎＣ：Ｃ線における屈折率
ｎｔ：ｔ線における屈折率
ｎＦ：Ｆ線における屈折率
νｄ：ｄ線におけるアッベ数
ｎｄ＿ｐａｖｅ：前記部分Ｂ群に配置される全ての正レンズのｄ線における屈折率の平均値
νｄ＿ｐａｖｅ：前記部分Ｂ群に配置される全ての正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値

【0007】

また、上記課題を解決するために本件発明に係る撮像装置は、上記光学系と、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換にする撮像素子とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本件発明によれば、明るく、且つ、可視光域から近赤外域全域において諸収差が良好に補正された結像性能の高い光学系及び撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１の光学系の断面図である。

【図2】実施例１の光学系の収差図である。

【図3】実施例２の光学系の断面図である。

【図4】実施例２の光学系の収差図である。

【図5】実施例３の光学系の断面図である。

【図6】実施例３の光学系の収差図である。

【図7】実施例４の光学系の断面図である。

【図8】実施例４の光学系の収差図である。

【図9】実施例５の光学系の断面図である。

【図10】実施例５の光学系の収差図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成の一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本件発明に係る光学系及び撮像装置の実施の形態を説明する。但し、以下に説明する光学系及び撮像装置は本件発明に係る光学系及び撮像装置の一態様であって、本件発明に係る光学系及び撮像装置は以下の態様に限定されるものではない。

【0011】

１．光学系
１－１．光学構成
当該光学系は、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する正合焦群を有し、当該正合焦群は物体側から順に部分Ａ群、開口絞り、及び部分Ｂ群からなる。部分Ａ群は像側から順に負レンズ、正レンズ及び正レンズを有し、部分Ｂ群は物体側から順に負レンズ及び正レンズを有する。このような光学構成を採用しつつ、後述する条件式を少なくとも１つ以上満足させることにより、明るく、且つ、可視光域から近赤外域まで良好に収差が補正された結像性能の高い光学系を得ることができる。

【0012】

（１）正合焦群
正合焦群は、開口絞りを有し、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って一体に移動する複数枚のレンズから構成される合焦群であり、正の屈折力を有する。当該正合焦群は開口絞りを含み、開口絞りの前後にそれぞれ上記構成を有する部分Ａ群及び部分Ｂ群を含む限り、その他の構成等は特に限定されるものではない。当該構成を採用することにより、合焦に伴う収差変動を抑制することができ、無限遠物体から近距離物体まで物体距離によらず良好な結像性能を維持することができる。

【0013】

ここで、当該正合焦群は、当該光学系において最も物体側に配置される合焦群であることが好ましい。また、当該光学系は当該正合焦群以外にも合焦群を備えていてもよい。但し、合焦群とは、無限遠物体から近距離物体に合焦させる際に光軸に沿って移動させる１又は複数のレンズからなる群をいう。

【0014】

（２）部分Ａ群
部分Ａ群は、正合焦群において開口絞りの物体側に配置されるレンズにより構成される。部分Ａ群は、像側から順に負レンズ、正レンズ及び正レンズを有すればよく、その他に１又は複数のレンズを有していてもよい。開口絞りの物体側に配置される部分Ａ群において、当該構成を採用することで球面収差と像面湾曲を良好に補正することができる。部分Ａ群は正の屈折力を有していてもよく、負の屈折力を有していてもよいが、正の屈折力を有することがより好ましい。

【0015】

（３）部分Ｂ群
部分Ｂ群は、正合焦群において開口絞りの像側に配置されるレンズにより構成される。部分Ｂ群は物体側から順に負レンズ及び正レンズを有すればよく、その他に１又は複数のレンズを有していてもよい。開口絞りの像側に配置される部分Ｂ群において、当該構成を採用することで軸上色収差を良好に補正することができる。部分Ｂ群は正の屈折力を有していてもよく、負の屈折力を有していてもよいが、正の屈折力を有することがより好ましい。

【0016】

（４）開口絞りの前後の面
部分Ａ群において最も像側の面は開口絞りに対して凹面であり、部分Ｂ群の最も物体側の面は開口絞りに対して凹面であることが好ましい。開口絞りの前後の面をこのような形状とすることにより、開口絞りに対して対称な面となり、コマ収差、歪曲収差を良好に補正することができる。

【0017】

（５）固定群
当該光学系は、上記正合焦群のみから実質的に構成されていてもよいが、正合焦群の物体側に、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸方向に固定される固定群を有していてもよい。当該固定群は実質的な屈折力を有することが好ましく、特に、物体側から順に負レンズ及び正レンズを有することが好ましい。このような固定群を正合焦群の物体側に配置することで、広い画角を確保しつつ、歪曲収差を良好に補正することが可能となる。固定群は正の屈折力を有していてもよく、負の屈折力を有していてもよいが、正の屈折力を有することがより好ましい。

【0018】

１－２．条件式
当該光学系は、上述した構成を採用すると共に、次に説明する条件式を少なくとも１つ以上満足することが好ましい。

【0019】

１－２－１．条件式（１）及び条件式（２）
部分Ｂ群は、以下の条件式を満足する負レンズを少なくとも１枚以上有することが好ましい。

【0020】

（１） θｃｔ ≧ ０．８００
（２） νｄ ≦ ５５
但し、
θｃｔ：前記負レンズのＣ線からｔ線の部分分散比
なお、Ｃ線からｔ線の部分分散比θｃｔは以下の式で定義されるものとする。
θｃｔ＝（ｎＣ－ｎｔ）／（ｎＦ－ｎＣ）
ｎＣ：Ｃ線における屈折率
ｎｔ：ｔ線における屈折率
νｄ：ｄ線におけるアッベ数

【0021】

上記条件式（１）は硝材のＣ線からｔ線の分散性を規定する式であり、条件式（２）は硝材のｄ線におけるアッベ数を規定する式である。部分Ｂ群が上記条件式（１）及び条件式（２）を満足する硝材からなる負レンズを少なくとも１枚有する構成とすることで、可視光域から近赤外域まで色収差を良好に補正することができる。

【0022】

上記効果を得る上で、条件式（１）の下限値は０．８１０であることがより好ましく、０．８１５であることがさらに好ましい。また、条件式（２）の上限値は５３であることがより好ましい。なお、これらの好ましい下限値又は上限値を採用する場合、条件式（１）において不等号（＜）を等号付不等号（≦）に置換してもよい。他の式についても原則として同様である。また、他の式において等号付不等号（≦）を不等号（＜）に置換してもよい。

【0023】

１－２－２．条件式（３）及び条件式（４）
部分Ｂ群に配置される正レンズに関し、以下の条件式を満足することが好ましい。
（３） ｎｄ＿ｐａｖｅ ＜１．７５
（４） νｄ＿ｐａｖｅ ＞５０
但し、
ｎｄ＿ｐａｖｅ：部分Ｂ群に配置される全ての正レンズのｄ線における屈折率の平均値
νｄ＿ｐａｖｅ：部分Ｂ群に配置される全ての正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値

【0024】

上記条件式（３）は部分Ｂ群に含まれる正レンズのｄ線におけるアッベ数の平均値を規定する式であり、条件式（４）は部分Ｂ群に含まれる正レンズのｄ線にける屈折率の平均値を規定する式である。部分Ｂ群に、条件式（３）及び条件式（４）を共に満足する硝材からなる正レンズを配置することで、部分Ｂ群において正レンズにより生じる分散が大きくなり過ぎないようにすることができ、可視光域から近赤外光域まで色収差を良好に補正することができる。

【0025】

条件式（３）の数値が下限値以下になると、部分Ｂ群に含まれる正レンズの分散が大きくなり、可視光に対する近赤外の色収差補正が困難になる。また、条件式（４）の数値が上限値以上になると、像面湾曲、非点収差の補正が困難になる。

【0026】

上記効果を得る上で、条件式（３）の上限値は１．７４であることがより好ましい。また、条件式（４）の下限値は５２であることがより好ましい。

【0027】

１－２－３．条件式（５）
部分Ｂ群において最も物体側に配置される負レンズは、下記の条件式を満足することが好ましい。

【0028】

（５） －０．００７＜ ０．００５５８×νｄ＿ｎ＋０．５３１－θｃｔ＿ｎ ＜ ０．０００
但し、
νｄ＿ｎ ：前記部分Ｂ群において最も物体側に配置される負レンズのｄ線におけるアッベ数
θｃｔ＿ｎ：前記部分Ｂ群において最も物体側に配置される負レンズのＣ線とｔ線に関する部分分散比
なお、Ｃ線からｔ線の部分分散比θｃｔは以下の式で定義されるものとする。
θｃｔ＝（ｎＣ－ｎｔ）／（ｎＦ－ｎＣ）
ｎＣ：Ｃ線における屈折率であり、Ｃ線は６５６．２８００ｎｍの光をいう。
ｎｔ：ｔ線における屈折率であり、ｔ線は１０１３．９８００ｎｍの光をいう。

【0029】

上記条件式（５）は、部分Ｂ群において最も物体側に配置された負レンズの硝材を規定する式である。部分Ｂ群において最も物体側に配置された負レンズをこの条件式（５）を満足する硝材製のレンズとすることで、可視光域から近赤外光域まで色収差を良好に補正することがより容易になる。また、開口絞りの直後に配置される当該負レンズをこのような硝材製とすることで、他のレンズを当該硝材製とするよりも色収差をより効果的に補正することができる。

【0030】

上記効果を得る上で、条件式（５）の下限値は－０．００６であることが好ましく、－０．００５であることがより好ましい。

【0031】

１－２－４．条件式（６）
（６） －０．０４５＜θＩＲｐ－θＩＲｎ＜０．０４５
但し、
θＩＲｐ：部分Ｂ群内の正レンズの（ｎＦ－ｎｄ）／（ｎ１７００ｎｍ－ｎｄ）の平均値
θＩＲｎ：部分Ｂ群内の負レンズの（ｎＦ－ｎｄ）／（ｎ１７００ｎｍ－ｎｄ）の平均値
ｎＦ：Ｆ線における屈折率であり、Ｆ線は４８６．１３００ｎｍの波長の光をいう。
ｎｄ：ｄ線における屈折率であり、ｄ線は５８７．５６１８ｎｍの波長の光をいう。
ｎ１７００ｎｍ：１７００ｎｍの波長における屈折率

【0032】

上記条件式（６）は、部分Ｂ群に含まれる正レンズ及び負レンズの分散特性に関する式である。条件式（６）を満足させることで、可視光域から近赤外域全域において色収差を良好に補正することができ、可視光域から近赤外域全域において諸収差が良好に補正された結像性能の高い光学系を得ることができる。なお、上記条件式（６）の値は０であってもよい。

【0033】

これに対して、条件式（６）の値が上限値以上になる場合、或いは、下限値以下になる場合のいずれにおいても、可視光域から近赤外域の全域で色収差を良好に補正することが困難になる。その結果、可視光域においては色収差を良好に補正することができても、近赤外域での色収差補正が不足する又は過剰になる、或いは、その逆に近赤外域では色収差を良好に補正することができても、可視光域においては色収差補正が不足する又は過剰になるなどするため好ましくない。

【0034】

上記効果を得る上で、条件式（６）の下限値は－０．０４０であることがより好ましく、－０．０３５であることがさらに好ましい。また、条件式（６）の上限値は０．０４０であることがより好ましく、０．０３５であることがさらに好ましい。

【0035】

１－２－５．条件式（７）
（７） ０．５０ ＜Ｆｂ／Ｆ＜ ２．５０
但し、
Ｆｂ ：部分Ｂ群のｄ線における焦点距離
Ｆ ：当該光学系のｄ線における焦点距離

【0036】

上記条件式（７）は、当該光学系の焦点距離に対する部分Ｂ群の焦点距離の比を規定した式である。条件式（７）を満足させることで、可視光域から近赤外域全域において色収差補正を良好に行うことができ、像面湾曲、非点収差などの諸収差も良好に補正することができるため、結像性能の高い光学系を得ることがより容易になる。

【0037】

これに対して、この数値が下限値以下になると部分Ｂ群の屈折力が強くなり、可視光域から近赤外域全域において、色収差や、像面湾曲、非点収差を良好に補正することが困難になり、結像性能の高い光学系を得ることが困難になる。一方、この数値が上限値以上になると部分Ｂ群の屈折力が弱くなり、大口径化及び小型化を図ることが困難になる。

【0038】

上記効果を得る上で、条件式（７）の下限値は０．６０であることがより好ましく、０．７０であることがさらに好ましい。また、条件式（７）の上限値は２．００であることがより好ましく、１．５０であることがさらに好ましい。

【0039】

１－２－８．条件式（８）
部分Ａ群において最も物体側に配置された正レンズは、下記の条件式を満足することが好ましい。

【0040】

（８） ０．６２３ ＜ θｇＦ＿ｐ
但し、
θｇＦ＿ｐ：前記正レンズのｇ線とＦ線に関する部分分散比
なお、ｇ線からＦ線の部分分散比θｇＦは以下の式で定義されるものとする。
θｇＦ＝（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ）
ｎｇ：ｇ線における屈折率であり、ｇ線は４３５．８４００ｎｍの波長の光をいう。

【0041】

上記条件式（８）は、部分Ａ群において最も物体側に配置された正レンズの硝材を規定する式である。部分Ａ群において最も物体側に配置された正レンズをこの条件式（８）を満足する硝材製のレンズとすることで、可視光域内の波長の光のうち、特に、短波長側の波長の光について色収差を良好に補正することが可能になる。

【0042】

上記効果を得る上で、条件式（８）の下限値は０．６２５であることが好ましく、０．６２７であることがより好ましい。

【0043】

１－２－７． 条件式（９）
（９） １．５０ ＜ Ｆａ／Ｆ ＜ ６．００
但し、
Ｆａ：部分Ａ群のｄ線における焦点距離

【0044】

上記条件式（９）は当該光学系の焦点距離に対する部分Ａ群のｄ線における焦点距離の比を規定する式である。条件式（９）を満足させることにより、球面収差や色収差等の諸収差を良好に補正することが可能になり、可視光域から近赤外域までの広い波長領域において結像性能の高い光学系を実現することがより容易になる。

【0045】

これに対して、この数値が下限値以下になると部分Ａ群の屈折力が強くなり、諸収差、主に像面湾曲や歪曲収差の補正が過剰となり、可視光域から近赤外域の全域において結像性能の高い光学系を得ることが困難になる。一方、この数値が上限値以上になると、部分Ａ群の屈折力が弱くなり、十分に像面湾曲や歪曲収差を補正することが困難になる。

【0046】

上記効果を得る上で、条件式（９）の下限値は１．７５であることが好ましく、２．００であることがより好ましい。また、条件式（９）の上限値は５．８０であることが好ましく、５．７０であることがより好ましい。

【0047】

２．撮像装置
次に、本件発明に係る撮像装置について説明する。本件発明に係る撮像装置は、上記本件発明に係る光学系と、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備えたことを特徴とする。なお、撮像素子は光学系の像側に設けられることが好ましい。

【0048】

ここで、本件発明に係る光学系は、可視光域から近赤外域までの広い波長域で良好な結像性能を有する。そのため、撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等の可視光域の波長の光線に対する感度を有する可視光域用のイメージセンサは勿論、近赤外域の波長の光線に対する感度を有するＳＷＩＲ（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ：短波長赤外線）センサなどを好適に用いることができる。特に、可視光域から近赤外域までの波長域全域（例えば、４００ｎｍから１７００ｎｍ）の光線に対して感度を有するイメージセンサと、本件発明に係る光学系とを用いれば、従来のように可視光用の撮像装置と、近赤外光用の撮像装置の２台の撮像装置を用いることなく、１台の撮像装置で可視光域から近赤外域までの光線により、物体の外部構造だけではなく、その内部等についてもセンシングが可能な産業用カメラを実現することができてより好ましい。但し、本件発明に係る撮像装置は、材料選別、異物検査、半導体検査等の用途に用いる産業用カメラに限らず、監視カメラ、車載カメラ、ドローン搭載用カメラ等の種々の用途の撮像装置に適用可能である。

【0049】

図１１は、当該撮像装置１０の構成の一例を模式的に示す図である。撮像装置１０は、撮像装置本体１と、当該撮像装置本体１に対して着脱可能な鏡筒２と、光学系の像側に配置された撮像素子３とを有する。鏡筒２内に上記本件発明に係る光学系及びフォーカシングの際にレンズ群を駆動するための駆動機構等が収容される。

【0050】

次に、実施例を示して本件発明を具体的に説明する。但し、本件発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【実施例0051】

（１）光学構成
図１は、本件発明に係る実施例１の光学系の無限遠合焦時の断面図である。当該光学系は、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する正合焦群Ｆを有し、正合焦群Ｆは物体側から順に部分Ａ群Ｇａ、開口絞りＳ、及び部分Ｂ群Ｇｂからなる。当該光学系は、正合焦群Ｆ全体を光軸に沿って物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へ合焦する。以下、部分Ａ群Ｇａ、部分Ｂ群Ｇｂの構成を説明する。

【0052】

部分Ａ群Ｇａは、物体側から順に、物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ１と、物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ２と、物体側凸形状の負メニスカスレンズＬ３とから構成されており、全体で正の屈折力を有する。

【0053】

部分Ｂ群Ｇｂは、両凹レンズＬ４及び両凸レンズＬ５が接合された接合レンズと、両凸レンズＬ６と、両凸レンズＬ７及び両凹レンズＬ８が接合された接合レンズと、両凸レンズＬ９とから構成されており、全体で正の屈折力を有する。

【0054】

なお、図１において、「Ｉ」は像面であり、具体的には、ＳＷＩＲセンサ、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサなどの撮像素子の撮像面、或いは、銀塩フィルムのフィルム面等を示す。また、ＳＷＩＲセンサは可視光域から近赤外波長域までの波長の光に対して感度を有するセンサとすることが好ましい。この点は、他の実施例で示す各レンズ断面図においても同様であるため、以後説明を省略する。

【0055】

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例について説明する。以下に、「レンズデータ」、「諸元表」、「レンズ群データ」を示す。また、各式の値（表１）は実施例５の後にまとめて示す。

【0056】

（レンズデータ）において、「面ＮＯ．」は物体側から数えたレンズ面の順番、「ｒ」はレンズ面の曲率半径、「ｄ」は光軸上のレンズ肉厚又は空気間隔、「Ｎｄ」はｄ線（波長λ＝５８７．５６１８ｎｍ）における屈折率、「νｄ」はｄ線におけるアッベ数、「θｇＦ」はｇ線からＦ線の部分分散比（（ｎｇ－ｎＦ）／（ｎＦ－ｎＣ））、「θＣＴ」Ｃ線からｔ線の部分分散比（（ｎＣ－ｎｔ）／（ｎＦ－ｎＣ））、「θＩＲ」は「（ｎＦ－ｎｄ）／（ｎ１７００ｎｍ－ｎｄ）」の値を示している。また、「ｄ」の欄において、「Ｄ（１７）」と示すのは、当該レンズ面の光軸上の間隔が合焦時に変化する可変間隔であることを意味する。また、曲率半径の欄の「ＩＮＦ」は無限大を意味し、その面が平面であることを意味する。

【0057】

（諸元表）において、「Ｆ」は当該光学系の焦点距離、「Ｆｎｏ」はＦナンバー、「ω」は半画角、「Ｄ（１７）」は上記可変間隔であり、表には無限遠物体合焦時（ＩＮＦ）及び近距離物体合焦時におけるそれぞれの値を示している。

【0058】

（レンズ群データ）は、当該光学系を構成する各群（実施例１では部分Ａ群Ｇａ、部分Ｂ群Ｇｂ）の焦点距離を示している。

【0059】

これらの各表における事項は他の実施例で示す各表においても同様であるため、以下では説明を省略する。

【0060】

また、図２に当該光学系の無限遠合焦時の縦収差図を示す。各図に示す縦収差図は、図面に向かって左側から順に、それぞれ球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）である。球面収差図は二点鎖線が１７００ｎｍの波長の光、一点鎖線がＣ線（６５６．２８００ｎｍ）、実線がｄ線（波長５８７．５６１８ｎｍ）、短破線がＦ線（波長４８６．１３００ｎｍ）、長破線がｇ線（波長４３５．８４００ｎｍ）における球面収差をそれぞれ示す。非点収差図は縦軸が半画角（ω）、横軸がデフォーカスであり、実線がｄ線のサジタル像面を示し、破線がｄ線のメリディオナル像面をそれぞれ示す。歪曲収差図は、縦軸が半画角（ω）、横軸が歪曲収差である。これらの事項は、他の実施例において示す各収差図においても同じであるため、以下では説明を省略する。

【0061】

（レンズデータ）
面NO. r d Nd νd θgF θCT θIR
1 25.641 2.820 1.8081 22.76 0.63 0.66 -0.51
2 42.407 0.200
3 17.806 6.270 1.4970 81.54 0.54 0.83 -0.35
4 1633.777 0.243
5 119.959 2.000 1.6134 44.27 0.56 0.78 -0.37
6 11.434 4.660
7(絞り) INF 4.780
8 -13.365 1.500 1.8548 24.80 0.61 0.67 -0.49
9 58.530 6.000 1.4970 81.54 0.54 0.83 -0.35
10 -17.008 1.329
11 61.353 5.200 1.9053 35.04 0.58 0.71 -0.46
12 -36.177 1.797
13 19.740 8.350 1.4970 81.54 0.54 0.83 -0.35
14 -16.759 2.000 1.5174 52.20 0.56 0.82 -0.35
15 14.063 3.396
16 47.525 5.880 1.7620 40.10 0.58 0.74 -0.43
17 -195.809 D(17)

【0062】

（諸元表）
INF 0.5m
F 35.00 -
Fno 1.50 -
ω 13.03 -
D(17) 15.164 17.543

【0063】

（レンズ群データ）
Fa 197.146
Fb 25.675

【実施例0064】

（１）光学構成
図３は、本件発明に係る実施例２の光学系の無限遠合焦時の断面図である。当該光学系は、無限遠物体から近距離物体への合焦時に光軸に沿って移動する正の屈折力を有する正合焦群Ｆを有し、正合焦群Ｆは物体側から順に部分Ａ群Ｇａ、開口絞りＳ、及び部分Ｂ群Ｇｂからなる。当該光学系は、正合焦群Ｆ全体を光軸に沿って物体側に移動させることで、無限遠物体から近距離物体へ合焦する。また、当該光学系は、正合焦群Ｆの物体側に、合焦時光軸方向に固定される固定群Ｇを有する。以下、固定群Ｇ、部分Ａ群Ｇａ、部分Ｂ群Ｇｂの構成を説明する。

【0065】

固定群Ｇは、物体側から順に両凹レンズＬ１と、両凸レンズＬ２とから構成されており、全体で正の屈折力を有する。

【0066】

部分Ａ群Ｇａは、物体側から順に、物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ３と、両凸Ｌ４及び両凹レンズＬ５が接合された接合レンズとから構成されており、全体で負の屈折力を有する。

【0067】

部分Ｂ群Ｇｂは、両凹レンズＬ６及び両凸レンズＬ７が接合された接合レンズと、両凸レンズＬ８と、両凸レンズＬ９及び両凹レンズＬ１０が接合された接合レンズと、物体側凸形状の正メニスカスレンズＬ１１とから構成されており、全体で正の屈折力を有する。

【0068】

（２）数値実施例
次に、当該光学系の具体的数値を適用した数値実施例として、「レンズデータ」、「諸元表」、「レンズ群データ」を示す。また、図４に当該光学系の無限遠合焦時における縦収差図を示す。

【0069】

（レンズデータ）
面NO. r d Nd νd θgF θCT θIR
1 -87.554 1.200 1.8010 34.97 0.59 0.73 -0.43
2 27.045 9.108
3 46.478 6.975 1.7200 46.02 0.56 0.76 -0.40
4 -39.323 D(4)
5 25.549 2.901 1.8590 22.73 0.63 0.66 -0.51
6 39.096 0.732
7 20.221 6.593 1.4970 81.54 0.54 0.83 -0.35
8 -46.742 1.000 1.6134 44.27 0.56 0.78 -0.37
9 13.281 4.920
10(絞り) INF 5.989
11 -14.797 1.000 1.8548 24.80 0.61 0.67 -0.49
12 43.598 4.863 1.4970 81.54 0.54 0.83 -0.35
13 -16.653 0.150
14 45.138 4.288 1.9053 35.04 0.58 0.71 -0.46
15 -31.266 0.300
16 18.547 6.064 1.4388 94.94 0.53 0.84 -0.34
17 -18.547 1.000 1.5174 52.20 0.56 0.82 -0.35
18 13.996 3.957
19 36.605 2.743 1.7440 44.79 0.57 0.75 -0.41
20 235.499 D(20)

【0070】

（諸元表）
INF 0.5m
F 25.01 -
Fno 1.60 -
ω 18.06 -
D(4) 4.430 1.463
D(20) 14.814 17.781

【0071】

（レンズ群データ）
FG 119.386
Fa -871.357
Fb 35.250
但し、上記においてＦＧは固定群Ｇの焦点距離である。以下の実施例においても同じである。