JP2004341376A

JP2004341376A - 広角レンズ

Info

Publication number: JP2004341376A
Application number: JP2003139834A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirokawa; 武志廣川
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】真偽判別装置等の撮像カメラに好適な安価な広角レンズを提供する。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ１、正の屈折力を有し物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２レンズ２、正の屈折力を有し両面が凸状の第３レンズ３、所定の口径を有する開口絞り７、負の屈折力を有し両面が凹状の第４レンズ４、正の屈折力を有する第５レンズ５、正の屈折力を有し両面が凸状の第６レンズ６により、広角レンズを構成する。これにより、非球面レンズを採用することなく、近接撮影において広い画角が得られ、像側テレセントリック性が高く、鮮明で歪みの少ない画像が得られ、配置スペースの限られた機器に搭載するのに適した小型の広角レンズが得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を備えた撮像カメラに用いられる広角レンズに関し、特に被写体までの距離が数センチメートル〜十数センチメートルの場合に好適な広角レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣や身分証明書等に各種の光を照射し、レンズを通してそれら被写体の画像をＣＣＤ上に結像させ、その撮像データに基づいて、自動的に又は目視にてその真偽を判別する真偽判別装置が知られている。
このような装置に要求されるレンズとしては、被写体に記されている文字や画像を正しく判読させるために、近距離撮影において鮮明で歪みの少ない画像が得られるのが好ましい。また、画像の周辺が暗くなる、いわゆるシェーディング現象を避けるために、像側テレセントリック性が高いことが必要である。さらに、読み取り範囲を広くできると同時に装置を小型化するために、広い画角を有し、共役長が短いことが好ましい。
【０００３】
これらの要求を満たす従来のレンズとしては、近距離での撮影を主眼としたものではないが、少なくとも一つの面を非球面レンズとした広角レンズが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１５０１５７号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４２７２８号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９４２６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、非球面レンズを採用した広角レンズでは、光学特性を向上させることができるものの、製造コストが高くなり、特に小規模の生産量では製品コストが高くなって好ましくない。特に、年間に数百台程度生産される真偽判別装置等に用いられる広角レンズとしては、できるだけコストを抑えつつ、上記の要求を満たす広角レンズが求められている。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、低コスト化を図りつつ、近距離撮影において鮮明で歪みの少ない画像が得られ、画像の周辺部におけるシェーディング現象を防止でき、像側テレセントリック性が高く、読み取り範囲を広くできると同時に装置を小型化できる広角レンズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の広角レンズは、物体側から像面側に向けて順に、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、正の屈折力を有し物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、正の屈折力を有し両面が凸状の第３レンズと、所定の口径を有する開口絞りと、負の屈折力を有し両面が凹状の第４レンズと、正の屈折力を有する第５レンズと、正の屈折力を有し両面が凸状の第６レンズと、からなる、ことを特徴としている。
この構成によれば、非球面を採用することなく、近接撮影において広い画角が得られ、像側テレセントリック性が高く、鮮明で歪みの少ない画像が得られ、配置スペースの限られた機器に搭載するのに適した小型の広角レンズが得られる。
【０００８】
上記構成において、第６レンズの屈折率をＮ６、アッベ数をν６とするとき、
（１）Ｎ６＞１．７５、
（２）ν６＞４５、
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、第６レンズにおける物体側の面の曲率半径を適度な大きさに形成でき、コマ収差等の諸収差を良好に補正しつつ、像側テレセントリック性を高めることができ、又、色収差の発生を抑制することができる。
【０００９】
上記構成において、第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（但し、ｉ＝３，５，６）とするとき、
（３）Ｎ３＝Ｎ５＝Ｎ６、
（４）ν３＝ν５＝ν６、
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、第３レンズ及び第５レンズとして、第６レンズと同一のガラス材料を使用することで、材料費用及びコーティング費用等を低減できる。
【００１０】
上記構成において、第４レンズの屈折率をＮ４、アッベ数をν４とするとき、
（５）Ｎ４＞１．９０、
（６）ν４＜２２、
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、第４レンズの負の屈折力を、第３レンズ、第５レンズ、及び第６レンズの正の屈折力に対して適切にバランスさせつつ、第４レンズを容易に製造することができ、低コスト化できる。また、第３レンズ、第５レンズ、及び第６レンズにより生じる色収差を相殺して全体としての色収差を適切に補正することができる。
【００１１】
上記構成において、第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（但し、ｉ＝２，４）とするとき、
（７）Ｎ２＝Ｎ４、
（８）ν２＝ν４、
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、第２レンズ及び第４レンズとして、同一のガラス材料を使用することで、材料費用及びコーティング費用等を低減できる。
【００１２】
上記構成において、第５レンズとしては、像面側に凸面を向けた平凸形状のレンズ、あるいは、像面側に凸面を向けたメニスカス形状のレンズ、を採用することができる。
この構成によれば、第５レンズとして、必要に応じて適宜選択して使用することができ、設計の自由度が高まる。
【００１３】
上記構成において、第３レンズの両面は、同一の曲率に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、第３レンズの製造コストが低減され、又、前後いずれの方向にも組付けできるため、誤組付け等を防止できると共に管理コストを低減できる。
【００１４】
【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、本発明に係る広角レンズの一実施形態を示す基本構成図である。この実施形態に係る広角レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズ１、正の屈折力を有し物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２レンズ２、正の屈折力を有し両面が凸状の第３レンズ３、負の屈折力を有し両面が凹状の第４レンズ４、正の屈折力を有し像面側に凸面を向けたメニスカス形状の第５レンズ５、正の屈折力を有し両面が凸状の第６レンズ６、が順次に配列されている。
この配列構成において、第３レンズ３と第４レンズ４との間には、所定の口径を有する開口絞り７が配置されている。
【００１５】
尚、第１レンズ１ないし第６レンズ６、開口絞り７においては、図１に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜１３）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１３）、ｄ線に対する第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜６）で表す。また、第１レンズ１から像面Ｓまでのそれぞれの光軸Ｌ方向における間隔（厚さ、空気間隔）を、図１に示すように、Ｄｉ（ｉ＝１〜１３）で表す。
【００１６】
図２に示すように、上記構成の広角レンズにおいては、第１レンズ１は、強い負の屈折力によって広い画角を確保し、第２レンズ２は、第１レンズ１によって取り込まれた光線の進行方向を補正して第３レンズ３に入射可能な角度に修正すると同時に、第１レンズ１で生じた負の歪曲収差を補正する。
第３レンズ３、第４レンズ４、及び第５レンズ５は、主レンズとして機能するものであり、いわゆるトリプレットレンズを前後逆向きに倒置させた形態をなし、正位置にあるトリプレットレンズに比べて、第５レンズ５を通過した後の周辺光と光軸Ｌとの距離を大きくして、像面Ｓまでの距離を比較的短くしつつ像側テレセントリック性を高めている。
第６レンズ６は、像側テレセントリック性を高めるものであり、第５レンズ５を通過した光線を屈折させて光軸Ｌに対してより平行な方向に導くと同時に、像面Ｓ（ＣＣＤの結像面）上に、被写体像を結像させる。
【００１７】
ここで、上記構成においては、第６レンズ６が、下記（１），（２）の条件式、
（１）Ｎ６＞１．７５、
（２）ν６＞４５、
を満たすように形成されるのが好ましい。
（１）式は、屈折率に関する条件であり、この条件を満たすことにより、第６レンズ６における物体側の面Ｓ１２の曲率半径Ｒ１２を適度な大きさに形成でき、コマ収差等の諸収差を良好に補正しつつ、像側テレセントリック性を高めることができる。仮に、この条件から外れると、屈折率を補うためには、面Ｓ１２の曲率半径を過度に小さくする必要があり、それ故に、レンズのこば厚が小さくなり、コマ収差も増大してしまうが、この条件を満たすことにより、所定のこば厚を確保しつつ、コマ収差等の諸収差を良好に補正できる。
（２）式は、アッベ数に関する条件であり、この条件を満たすことにより、色収差の発生を抑えることができる。すなわち、この条件から外れると、このレンズで生じた色収差を補正するために、第４レンズ４としてアッベ数が非常に小さいものが必要になるが、この条件を満たすことにより、第４レンズ４を容易に設定できると同時に、色収差を良好に補正することができる。
【００１８】
また、上記構成においては、第３レンズ３、第５レンズ５、第６レンズ６が、下記（３），（４）の条件式、
（３）Ｎ３＝Ｎ５＝Ｎ６、
（４）ν３＝ν５＝ν６、
を満たすように形成されるのが好ましい。
（３），（４）式は、レンズの材料が同一であることを規定したものであり、第３レンズ３及び第５レンズ５として、第６レンズ６と同一のガラス材料を使用することで、材料費用及びコーティング費用等を低減できる。
【００１９】
また、上記構成においては、第４レンズが下記（５），（６）の条件式、
（５）Ｎ４＞１．９０、
（６）ν４＜２２、
を満たすように形成されるのが好ましい。
（５）式は、屈折率に関する条件であり、この条件を満たすことにより、第４レンズ４の負の屈折力を、第３レンズ３、第５レンズ５、及び第６レンズ６の正の屈折力に対して適切にバランスさせつつ、第４レンズ４を容易に製造することができる。すなわち、この条件から外れると、屈折力を補うために、第４レンズ４の両面Ｓ８，Ｓ９の曲率半径Ｒ８，Ｒ９を極端に小さくする必要があり、製造し難い形状になって製造コストが増加してしまうが、この条件を満たすことにより、他のレンズとの屈折力をバランスさせつつ製造し易い形状にでき、製造コストを低減できる。
（６）式は、アッベ数に関する条件であり、この条件を満たすことにより、第３レンズ３、第５レンズ５、及び第６レンズ６により生じる色収差を相殺して全体としての色収差を適切に補正することができる。
【００２０】
また、上記構成においては、第２レンズ２及び第４レンズ４が、下記（７），（８）の条件式、
（７）Ｎ２＝Ｎ４、
（８）ν２＝ν４、
を満たすように形成されるのが好ましい。
（７），（８）式は、レンズの材料が同一であることを規定したものであり、第２レンズ２及び第４レンズ４として、同一のガラス材料を使用することで、材料費用及びコーティング費用等を低減できる。
【００２１】
上記構成において、第３レンズ３の両面Ｓ５，Ｓ６は、同一の曲率（同一の曲率半径）に形成されるのが好ましい。同一曲率とすることにより、第３レンズ３の製造コストが低減され、又、前後いずれの方向にも組付けできるため、誤組付け等を防止できると共に管理コストを低減できる。
【００２２】
上記構成からなる実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例１として以下に示す。実施例１における主な仕様諸元は表１に、種々の数値データ（設定値）は表２にそれぞれ示される。また、この実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）に関する収差線図は、図３に示されるような結果となる。尚、図３の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｔはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
以上の実施例１においては、緑色ＬＥＤを照明光に使用したレンズ系であるが、画角（２ω）が７０度近くであるにも拘わらず、歪曲収差が−１パーセント程度に抑えられている。このように、非球面レンズを用いることなく、近接撮影において広い画角を有し、像側テレセントリック性が高く、かつ、鮮明で歪みの少なく画像が得られる広角レンズを低コストで提供することができる。
【００２６】
図４は、本発明に係る広角レンズの他の実施形態を示す基本構成図である。この広角レンズにおいては、第５レンズ５´として、像面側に凸面を向けた平凸形状のレンズを採用し、それぞれのレンズの仕様を変更した以外は、前述の実施形態と同様の構成をなすものである。
【００２７】
この実施形態の具体的な数値による実施例を、実施例２として以下に示す。実施例２における主な仕様諸元は表３に、種々の数値データ（設定値）は表４にそれぞれ示される。また、この実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差（ディスト−ション）に関する収差線図は、図６に示されるような結果となる。尚、図６の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｔはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
【表４】

【００３０】
以上の実施例２においては、可視光から赤外光まで広範囲に対応したレンズ系であるが、画角（２ω）が９０度であるにも拘わらず、歪曲収差が−９パーセント程度に抑えられている。このように、非球面レンズを用いることなく、近接撮影において広い画角を有し、像側テレセントリック性が高く、かつ、鮮明で歪みの少なく画像が得られる広角レンズを低コストで提供することができる。
【００３１】
上記実施形態においては、第３レンズ３、第５レンズ、第６レンズの３つのレンズを同一の材料で形成する場合を示したが、単色ＬＥＤを照明光として使用する場合など、波長域が５０ｎｍ程度の場合は、Ｎ１＝Ｎ３＝Ｎ５＝Ｎ６、ν１＝ν３＝ν５＝ν６として、第１レンズ、第３レンズ、第５レンズ、第６レンズの４つのレンズを全て同一の材料により形成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の広角レンズによれば、近距離撮影において鮮明で歪みの少ない画像を得ることができ、画像の周辺部におけるシェーディング現象を防止でき、像側テレセントリック性が高く、読み取り範囲を広くできる、小型の広角レンズを安価に提供することができる。したがって、紙幣や身分証明書等の画像の真偽判別装置は勿論のこと、広い画角を必要とし、配置スペースの限られた機器においても、撮像カメラの広角レンズとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る広角レンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す広角レンズにおける光線の屈折状態を示す光線図である。
【図３】実施例１に係る広角レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図である。
【図４】本発明に係る広角レンズの他の実施形態を示す構成図である。
【図５】図４に示す広角レンズにおける光線の屈折状態を示す光線図である。
【図６】実施例２に係る広角レンズにおける球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図である。
【符号の説明】
１第１レンズ
２第２レンズ
３第３レンズ
４第４レンズ
５，５´ 第５レンズ
６第６レンズ
Ｓ像面
Ｌ光軸
Ｄ１〜Ｄ１３光軸上の間隔
Ｒ１〜Ｒ１３曲率半径
Ｓ１〜Ｓ１３面

Claims

物体側から像面側に向けて順に、
負の屈折力を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１レンズと、
正の屈折力を有し物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、
正の屈折力を有し両面が凸状の第３レンズと、
所定の口径を有する開口絞りと、
負の屈折力を有し両面が凹状の第４レンズと、
正の屈折力を有する第５レンズと、
正の屈折力を有し両面が凸状の第６レンズと、
からなる、ことを特徴とする広角レンズ。
前記第６レンズの屈折率をＮ６及びアッベ数をν６とするとき、
（１）Ｎ６＞１．７５、
（２）ν６＞４５、
を満足する、ことを特徴とする請求項１記載の広角レンズ。
前記第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（但し、ｉ＝３，５，６）とするとき、
（３）Ｎ３＝Ｎ５＝Ｎ６、
（４）ν３＝ν５＝ν６、
を満足する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の広角レンズ。
前記第４レンズの屈折率をＮ４及びアッベ数をν４とするとき、
（５）Ｎ４＞１．９０、
（６）ν４＜２２、
を満足する、ことを特徴とする請求項３記載の広角レンズ。
前記第ｉレンズの屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（但し、ｉ＝２，４）とするとき、
（７）Ｎ２＝Ｎ４、
（８）ν２＝ν４、
を満足する、ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の広角レンズ。
前記第５レンズは、像面側に凸面を向けた平凸形状である、ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の広角レンズ。
前記第５レンズは、像面側に凸面を向けたメニスカス形状である、
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の広角レンズ。
前記第３レンズの両面は、同一の曲率に形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載の広角レンズ。