JP2004170682A

JP2004170682A - 望遠レンズ

Info

Publication number: JP2004170682A
Application number: JP2002336501A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirokawa; 武志廣川
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】パーツカセットを位置決めする際の撮像カメラに適した望遠レンズを提供する。
【解決手段】前群レンズを、両凸の正の屈折力をもつ第１レンズ１１、物体側の面が凸状で像面側の面が平面状の正の屈折力をもつ第２レンズ１２により形成し、後群レンズを、両凹の負の屈折力をもつ第３レンズ１３、両凸の正の屈折力をもつ第４レンズ１４により形成し、第１レンズ、第３レンズ、第４レンズのそれぞれの両面を同一の曲率に形成し、第３レンズの像面側の面を第４レンズの物体側の面よりも大きいか又は同一の曲率に形成する。これにより、既製品のレンズを適宜選択して組み合わせることで、物体距離を長くかつバックフォーカスを短くした望遠レンズが安価にして得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品等の撮像カメラに適用される望遠レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に種々の電子部品を実装する実装ラインにおいては、電子部品を吸着するノズルの吸着予定位置を、レンズ光学系を備える撮像カメラにより拡大観察して、ＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子に被写体画像を結像させ、この撮影画像をモニターに表示して適宜位置決めが行なわれる。
【０００３】
ここで、図８に示すように、従来の撮像カメラ３は、物体側に凸面かつ像面側に平面をもつ凸平レンズ３ａ、両方の面が凹面である両凹レンズ３ｂ、及び物体側に平面かつ像面側に凸面をもつ平凸レンズ３ｃからなりレンズ長Ｌｍをもつレンズ光学系を備えており、バックフォーカス（像距離）Ｌｉが比較的長く、物体距離Ｌｏが比較的短くなっている。
この場合、被写体を手で操作しようとした際に、物体距離Ｌｏが短いために撮像カメラ３に触れてしまい、撮影位置がずれてしまう虞がある。
【０００４】
これに対処するべく、被写体からレンズ光学系先端までの物体距離Ｌｏを比較的長く設定できかつレンズ光学系後端からＣＣＤ４までのバックフォーカスＬｉを短めに設定できる望遠レンズを採用することが考えられる。このタイプの望遠レンズとしては、正の屈折力をもつ前群レンズ、負の屈折力をもつ後群レンズを備えたテレフォトタイプと称されるレンズ光学系が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１０５８６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のテレフォトタイプのレンズ光学系（望遠レンズ）では、前群レンズを両凸レンズとメニスカスレンズとの接合レンズとし、後群レンズを両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズとしている。すなわち、上記従来のテレフォトタイプのレンズ光学系を含め、一般のテレフォトタイプのレンズ光学系で使用されるレンズは、各々が専用品として設計されたものであって、その上、実装等の技術分野で適用する場合は生産個数が少ないこともあってレンズが極めて高価になり、又、専用品として設計されるが故に製品化に長い時間を要していた。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、汎用性のある既製品としての単品レンズ、例えば、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸（凸平）レンズ、平凹（凹平）レンズ等のレンズから最適なレンズを適宜選択して組み合わせることで、所定の光学性能を満足し、安価にして、短期間で製品化でき、特に、物体距離を比較的長めに設定しつつも共役長（物体距離及びバックフォーカスにレンズ長を含めた長さ）を比較的短く設定でき、実装機等の撮像カメラに適した望遠レンズを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の望遠レンズは、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもつ前群レンズと、前側レンズ群から所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ後群レンズと、を備えた望遠レンズであって、上記前群レンズは、物体側から像面側に向けて順に、両面が凸状の正の屈折力をもつ第１レンズと、物体側の面が凸状で像面側の面が平面状の正の屈折力をもつ第２レンズとからなり、上記後群レンズは、物体側から像面側に向けて順に、両面が凹状の負の屈折力をもつ第３レンズと、両面が凸状の正の屈折力をもつ第４レンズとからなり、第１レンズの両面は同一の曲率に形成され、第３レンズの両面は同一の曲率に形成され、第４レンズの両面は同一の曲率に形成され、第３レンズの像面側の面は第４レンズの物体側の面よりも大きいか又は同一の曲率に形成されている、ことを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、被写体から発せられた光線は、前群レンズの収斂作用により前群レンズを通過したのち収束する。このとき、両凸の第１レンズ及び凸平の第２レンズにより、屈折が分担されて球面収差の発生が抑制される。そして、後群レンズに達した光線は、後群レンズすなわち両凹の第３レンズと両凸の第４レンズとの発散作用により、光軸に対してより平行な方向に向けて屈折させられて比較的長い焦点距離が得られると共に、前群レンズで残存した負の球面収差が補正されて、画像の劣化が防止される。すなわち、物体距離を比較的長くしつつ、バックフォーカス（像距離）を比較的短くした所望の望遠レンズが得られる。
また、第１レンズ、第３レンズ、及び第４レンズは、それぞれ両面の曲率が同一であるため、組み付けの際に何れの向きにも組み付けることができ、誤組付け等を防止できる。さらに、組み込むレンズとして既製品を採用でき、製造コストを低減でき、製品化に要する期間が短縮される。
【００１０】
上記構成において、第３レンズと第４レンズとは、外周縁領域が接合して配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、接合面に沿って一方のレンズを相対的に移動させることで、第３レンズと第４レンズとの軸心を容易に合わせることができる。
【００１１】
上記構成において、第３レンズと第４レンズとは、所定の距離を隔てて配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、第３レンズと第４レンズとしての既製品等からの選択幅が広がり、組み合わせの自由度が増加する。
【００１２】
上記構成において、第２レンズと第３レンズとの間には、所定の口径をもつ開口絞りが配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、前群レンズと後群レンズとの外径寸法を略同一にすることができ、物体距離を比較的長めにかつバックフォーカス（像距離）を比較的短めにしつつ、小型の望遠レンズを得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る望遠レンズ（テレフォトタイプレンズ）の一実施形態を示す基本構成図である。この望遠レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、正の屈折力をもつ前群レンズ（Ｉ）、前群レンズ（Ｉ）から所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ後群レンズ（ＩＩ）を備えている。
【００１４】
前群レンズ（Ｉ）は、図１に示すように、物体側から像面側に向けて順に、両面が凸状の正の屈折力をもつ第１レンズ１１、物体側の面が凸状で像面側の面が平面状の正の屈折力をもつ第２レンズ１２により形成されている。
後群レンズ（ＩＩ）は、図１に示すように、物体側から像面側に向けて順に、両面が凹状の負の屈折力をもつ第３レンズ１３、両面が凸状の正の屈折力をもつ第４レンズ１４により形成されている。
そして、前群レンズ（Ｉ）の第２レンズ１２と後群レンズ（ＩＩ）の第３レンズ１３との間には、所定の口径をもつ開口絞り１５が配置されている。
【００１５】
ここで、第１レンズ１１ないし第４レンズ１４においては、図１に示すように、レンズの面をＳｉ（ｉ＝１〜４，６〜９）、それぞれの面の曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜４，６〜９）、波長５２５ｎｍの単色光に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜４）で表す。また、開口絞り１５の面Ｓ５の曲率半径をＲ５、第１レンズ１１から像面までのそれぞれの光軸方向Ｌにおける面間隔をＤｉ（ｉ＝１〜９）で表す。尚、面間隔Ｄ９は、バックフォーカス（第４レンズ１４の像面側の面から像面（ＣＣＤ等の結像面）までの像距離）に相当する。
【００１６】
第１レンズ１１は、所定の外径寸法φ１をなし、物体側及び像面側の両側に凸面（Ｓ１，Ｓ２）を向けた両凸レンズであり、両方の凸面（Ｓ１，Ｓ２）は球面でかつ同一の曲率（１／Ｒ１，１／│Ｒ２│）すなわち曲率半径Ｒ１，│Ｒ２│が同一に形成されている。
このように、第１レンズ１１は、曲率半径Ｒ１，│Ｒ２│が同一に形成されたものであるため、既製品からの選択が容易で、製造コストを低減できる。また、第１レンズ１１は何れの面Ｓ１，Ｓ２を物体側（あるいは像面側）に向けてもよいため、誤組みつけが防止される。
【００１７】
第２レンズ１２は、所定の外形寸法φ２をなし、物体側に凸面（Ｓ３）を向けかつ像面側に平面（Ｓ４）を向けた凸平レンズであり、凸面（Ｓ３）は球面に形成されている。
すなわち、第１レンズ１１及び第２レンズ１２は、被写体光を屈折させて収斂させると共に、それぞれが屈折作用を分担することで、球面収差の発生量が少量に抑えられる。
【００１８】
第３レンズ１３は、所定の外径寸法φ３をなし、物体側及び像面側の両側に凹面（Ｓ６，Ｓ７）を向けた両凹レンズであり、両方の凹面（Ｓ６，Ｓ７）は球面でかつ同一の曲率（１／│Ｒ６│，１／Ｒ７）すなわち曲率半径│Ｒ６│，Ｒ７が同一に形成されている。
このように、第３レンズ１３は、曲率半径│Ｒ６│，Ｒ７が同一に形成されたものであるため、既製品からの選択が容易で、製造コストを低減できる。また、第３レンズ１３は何れの面Ｓ６，Ｓ７を物体側（あるいは像面側）に向けてもよいため、誤組みつけが防止される。
【００１９】
第４レンズ１４は、所定の外径寸法φ４をなし、物体側及び像面側の両側に凸面（Ｓ８，Ｓ９）を向けた両凸レンズであり、両方の凸面（Ｓ８，Ｓ９）は球面でかつ同一の曲率（１／Ｒ８，１／│Ｒ９│）すなわち曲率半径Ｒ８，│Ｒ９│が同一に形成されている。
このように、第４レンズ１４は、曲率半径Ｒ８，│Ｒ９│が同一に形成されたものであるため、既製品からの選択が容易で、製造コストを低減できる。また、第４レンズ１４は何れの面Ｓ８，Ｓ９を物体側（あるいは像面側）に向けてもよいため、誤組みつけが防止される。
【００２０】
第３レンズ１３と第４レンズ１４との関係では、第３レンズ１３の像面側の凹面（Ｓ７）が、第４レンズ１４の物体側の凸面（Ｓ８）よりも、大きいか又は同一の曲率（１／Ｒ７≧１／Ｒ８）、すなわち、小さいか又は同一の曲率半径（Ｒ７≦Ｒ８）に形成されている。
すなわち、第３レンズ１３及び第４レンズ１４は、第１レンズ１１及び第２レンズ１２を通過した光線を、より光軸に平行な方向に近づけるべく屈折させて焦点距離を拡大させると共に、第１レンズ１１及び第２レンズ１２で残存した負の球面収差を補正して、画像の劣化を防止する。
また、第４レンズ１４は、その外周縁が第３レンズ１３の外周縁と環状に接触するように配置されている。したがって、組み付けの際に、第４レンズ１４と第３レンズ１３との軸心を容易に合わせることができる。
【００２１】
次に、上記の構成からなる望遠レンズが、撮像カメラ３０に適用された場合について説明する。図２に示すように、撮像カメラ３０は、光軸方向Ｌにおいて物体側から順に、第１レンズ１１，第２レンズ１２，第３レンズ１３，第４レンズ１４を収容しかつ第２レンズ１２と第３レンズ１３との間に開口絞り１５をもつ鏡筒３１ａ、鏡筒３１ａを保持する第２鏡筒３１ｂ、第２鏡筒３１ｂを保持する第３鏡筒３１ｃにより構成される鏡筒３１、第３鏡筒３１ｃの上端に保持される撮像素子としてのＣＣＤ３２、ＣＣＤ３２を駆動制御する制御回路部３３、ＣＣＤ３２により撮影された画像信号を処理する画像信号処理回路部３４、計測用カーソル制御回路部３５、モニターへ接続される出力端子３６、照明用の光源３７等を備えている。
【００２２】
上記の撮像カメラ３０によれば、レンズ光学系として、両凸状の第１レンズ１１、凸平状の第２レンズ１２、両凹状の第３レンズ１３、両凸状の第４レンズ１４からなる望遠レンズが採用されているため、物体距離Ｌｏを比較的長めに又バックフォーカスＬｉを比較的短めに設定でき、物体距離Ｌｏ及びバックフォーカスＬｉにレンズ長Ｌｍを含めた共役長（Ｌｏ＋Ｌｍ＋Ｌｉ）を比較的短く設定できる。
【００２３】
また、ここでは、第１レンズ１１〜第４レンズ１４としては、外径寸法φ１，φ２，φ３，φ４が全て同一（あるいは略同一）に形成されたものが採用されており、それ故に鏡筒３１を小型化でき、撮像カメラ３０全体を小型化できる。したがって、位置決め装置２に撮像カメラ３０が取り付けられた状態で、衝突を避けながら比較的容易にパーツカセット１を着脱することができる。
【００２４】
上記構成からなる撮像カメラ３０においては、下方にパーツカセット１がセットされると、光源３７からＬＥＤ光、例えば波長５２５ｎｍ程度の単色光が照射される。そして、被写体光は、第１レンズ１１及び第２レンズ１２により屈折させられて収斂しつつ球面収差の発生が抑制され、開口絞り１５により所定の口径に絞られ、第３レンズ１３及び第４レンズ１４の発散作用により光軸Ｌに対してより平行な方向に屈折させられてＣＣＤ３２の結像面に結像する。その後、撮影画像のデータは、画像信号処理回路部３４によりソフト的に処理され、出力端子３６を介してモニターに表示され、位置のずれ量が判断され、適宜そのずれが規定範囲内に収まるように位置決め補正がなされる。
【００２５】
次に、上記構成からなる望遠レンズの具体的な数値による実施例を実施例１ないし実施例３として、又、従来の撮像カメラ３におけるレンズ光学系を比較例として以下に示す。また、実施例１ないし実施例３及び比較例のそれぞれの構成において、物体距離Ｌｏ、レンズ長Ｌｍ、バックフォーカスＬｉの相対的な寸法を比較するために、実施例１を図３（ａ）に、実施例２を図３（ｂ）に、実施例３を図３（ｃ）に、比較例を図３（ｄ）にそれぞれ示す。尚、実施例１ないし実施例３及び比較例において、使用波長５２５ｎｍ、投影倍率１．７７６、最大物体高さ２．０ｍｍである。ここで、屈折率Ｎｉとアッベ数νｉとは、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）での値（Ｎｄ，νｄ）である。
【００２６】
＜実施例１＞
実施例１における仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２に示す。また、実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図４に示されるような結果となる。尚、図４ないし図７において、光線は波長５２５ｎｍの単色光であり、ＤＳはサジタル平面での収差、ＤＴはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
＜実施例２＞
実施例２における仕様諸元は表３に、種々の数値データ（設定値）は表４に示す。また、実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図５に示されるような結果となる。
【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
＜実施例３＞
実施例３における仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６に示す。また、実施例３における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図６に示されるような結果となる。
【００３３】
【表５】

【００３４】
【表６】

【００３５】
＜比較例＞
比較例における仕様諸元は表７に、種々の数値データ（設定値）は表８に示す。また、比較例における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は、図７に示されるような結果となる。
【００３６】
【表７】

【００３７】
【表８】

【００３８】
また、実施例１ないし実施例３並びに比較例における物体距離Ｌｏと共役長（Ｌｏ＋Ｌｍ＋Ｌｉ）の値、及び比較例での値を基準とした場合の実施例１ないし３における値の変化率を表９に示す。
【００３９】
【表９】

【００４０】
表９の結果によれば、物体距離Ｌｏの変化率に比べ、共役長の変化率が大きくなっており、物体距離Ｌｏをできるだけ大きくとりつつ共役長をできるだけ短くするという本発明の目的を達成していることが理解される。特に、実施例１においては、物体距離Ｌｏが従来のものよりも大きくて、かつ、共役長（Ｌｏ＋Ｌｍ＋Ｌｉ）が従来のものよりも短くなっており、非常に好ましい構成である。
【００４１】
次に、結像特性について、図４ないし図７を参照しつつ説明する。先ず、球面収差は、実施例１ないし３のいずれも従来のものに比べて改善されており、良好に補正されている。
非点収差は、実施例１ないし３のいずれも従来のものに比べて大きくなっているが、適用条件下ではＦナンバー（Ｆ値）が２２〜２３の範囲であり、像面深度が非常に大きいため、使用上は特に問題ないレベルである。
歪曲収差は、実施例１ないし３のいずれも従来のものに比べて大きくなっており、最大で約７０倍となっている。しかし、この時の歪曲量は＋０．０７パーセント程度であり、像面で僅か１．４μｍ程度のずれに相当し、撮像素子各画素の大きさが１０μｍ程度であることを考慮すれば、使用上特に問題ないレベルである。
尚、コマ収差（不図示）は、従来のものに比べて若干大きくなっているものの画像に影響を与える程の量ではなく、使用上特に問題ないレベルである。
【００４２】
上記実施形態においては、本発明に係る望遠レンズを、実装機に用いられるパーツカセットの位置決めを行なう位置決め装置の撮像カメラに適用する場合を示したが、これに限定されるものではなく、物体距離を大きくしつつ共役長を短かくすることが要求されるものであれば、その他の機器にも適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の望遠レンズによれば、既製品としての単品レンズである両凸レンズ、両凹レンズ、凸平レンズ等のレンズから最適なレンズを適宜選択して組み合わせることで、所定の光学性能を満たしつつ、物体距離が比較的長めでかつ共役長が比較的短かめの望遠レンズを形成することができ、実装機等の撮像カメラに適した安価な望遠レンズが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る望遠レンズの一実施形態を示す基本構成図である。
【図２】本発明に係る望遠レンズを搭載した撮像カメラを示す断面図である。
【図３】実施例１ないし３及び比較例における物体距離と共役長との相対的な関係を示すものであり、図３（ａ）は実施例１の構成、図３（ｂ）は実施例２の構成、図３（ｃ）は実施例３の構成、図３（ｄ）は比較例の構成をそれぞれ示す。
【図４】実施例１での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図５】実施例２での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図６】実施例３での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図７】比較例での球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図を示す。
【図８】レンズ光学系を組み込んだ従来の撮像カメラを示す断面図である。
【符号の説明】
３０撮像カメラ
３１鏡筒
３２ＣＣＤ
１１第１レンズ
Ｓ１，Ｓ２凸面
１２第２レンズ
Ｓ３凸面
Ｓ４平面
１３第３レンズ
Ｓ６，Ｓ７凹面
１４第４レンズ
Ｓ８，Ｓ９凸面
１５開口絞り
Ｒ１〜Ｒ９曲率半径

Claims

物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもつ前群レンズと、前記前側レンズ群から所定の距離を隔てて配置され負の屈折力をもつ後群レンズと、を備えた望遠レンズであって、
前記前群レンズは、物体側から像面側に向けて順に、両面が凸状の正の屈折力をもつ第１レンズと、物体側の面が凸状で像面側の面が平面状の正の屈折力をもつ第２レンズと、からなり、
前記後群レンズは、物体側から像面側に向けて順に、両面が凹状の負の屈折力をもつ第３レンズと、両面が凸状の正の屈折力をもつ第４レンズと、からなり、
前記第１レンズの両面は、同一の曲率に形成され、
前記第３レンズの両面は、同一の曲率に形成され、
前記第４レンズの両面は、同一の曲率に形成され、
前記第３レンズの像面側の面は、前記第４レンズの物体側の面よりも大きいか又は同一の曲率に形成されている、
ことを特徴とする望遠レンズ。
前記第３レンズと前記第４レンズとは、外周縁領域が接合して配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の望遠レンズ。
前記第３レンズと前記第４レンズとは、所定の距離を隔てて配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載の望遠レンズ。
前記第２レンズと前記第３レンズとの間には、所定の口径をもつ開口絞りが配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の望遠レンズ。