JP2004347824A

JP2004347824A - 撮像レンズ

Info

Publication number: JP2004347824A
Application number: JP2003144216A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirokawa; 武志廣川
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】実装機の認識用カメラに適用される撮像レンズの低コスト化を図る。
【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力を有し物体側に凸面Ｓ１を向けた平凸形状の第１レンズ１、正の屈折力を有し物体側に凸面Ｓ３を向けたメニスカス形状の第２レンズ２、負の屈折力を有し物体側に平面Ｓ５を向けた平凹形状の第３レンズ３、所定の口径を有する開口絞り５、正の屈折力を有し物体側に凸面Ｓ８を向けた平凸形状の第４レンズ４が、順次に配列される。これにより、４群４枚構成において、実質的に加工を要するレンズ面が少なくなり、所定の光学性能を満足する安価な撮像レンズが得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４群４枚構成のエルノスター型の撮像レンズに関し、特に、基板に電子部品等を実装する実装機に搭載される部品の認識用カメラに用いられる撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に電子部品を実装する工程においては、各々の電子部品を所定位置に正確に位置決めするために、吸着ノズルで吸着した電子部品の像を認識用カメラで撮像し、得られた画像データを演算処理して吸着ノズルの位置を微調整することで、電子部品の僅かな位置ずれをも補正することが行われている。
この認識用カメラに用いられる撮像レンズは、各々の実装機に応じて撮影倍率、作動距離、共役長等が全て異なり、又、製品数量も数十個程度と少量であるため、専用に設計して生産するのではなく汎用性ある既製品の中から最も適するものを選択して使用されることが多く、この汎用レンズとしては、例えば、４群６枚構成のダブルガウス型レンズが知られている。
【０００３】
このダブルガウス型レンズでは、面同士を貼り合わせた接合レンズを用いているため、経時変化等により接合面が剥離した場合には、撮影位置や撮影倍率にずれを生じる虞があり、一方、電子部品を撮像するために要求される光学性能としては、過剰性能になっており余計なコストアップを招いている。
【０００４】
一方、写真撮影用のカメラにおいては、画角が狭い望遠レンズに適したものとして、４群４枚構成のエルノスター型レンズ、エルノスター型レンズを基礎として後絞り型にしたレンズあるいは第４レンズを貼り合わせとしたレンズ等が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭和５４−５５４２３号公報
【特許文献２】
特開平８−２０１６８７号公報
【特許文献３】
特開平１１−２７１６１０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の認識用カメラに用いられるダブルガウス型レンズは、面同士を貼り合わせた接合レンズを採用しているため、コストが高くなり、経時変化による剥離等の虞もあり、又、上記従来の写真撮影用カメラに用いられるエルノスター型レンズは、その構成をそのまま認識用カメラに適用しても、加工面の数が多く、又、材料等において高コスト化を招く。
【０００７】
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、面を貼り合わせた接合レンズを用いることなく、４群６枚構成のダブルガウス型レンズよりも少ない枚数のレンズ構成で、所定の光学性能を満足し、コスト的にも汎用レンズと同等又はそれ以下に抑えることのできる撮像レンズを提供することにあり、具体的には、４群４枚構成のエルノスター型レンズであって、画角が約６度程度、明るさ（Ｆ値）が約２．２程度、歪曲収差が±０．１パーセント以内の光学特性が得られる安価な撮像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】
本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、正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２レンズと、負の屈折力を有し物体側に平面を向けた平凹形状の第３レンズと、所定の口径を有する開口絞りと、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた平凸形状の第４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、４群４枚構成のエルノスター型レンズで、第１レンズ、第３レンズ、及び第４レンズの一方の面を平面にしているため、実質的に加工を要するレンズ面は合計５つである。これにより、全体としてのコストを低減することができる。また、第１レンズの平面は凸面と共に正の屈折力を分担し、第３レンズの平面は凹面と共に負の屈折力を分担し、第４レンズの平面は凸面と共に正の屈折力を分担して、諸収差の増加を最小限に抑えている。これにより、所定の光学性能を満足する安価な撮像レンズが得られる。
【０００９】
上記構成において、第１レンズないし第４レンズのｄ線における屈折率をＮ１〜Ｎ４及びアッベ数をν１〜ν４とするとき、下記条件式、
（１）１．７５＜Ｎ３＜１．８５、
（２）２２＜ν３＜２９、
（３）１．６２＜Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ４＜１．６６、
（４）ν１＝ν２＝ν４、
（５）２０＜ν４−ν３＜３０、
（６）２０＜ν２−ν３＜３０、
（７）２０＜ν１−ν３＜３０、
を満足する、構成を採用できる。
この構成によれば、ガラス材料を用いてレンズを形成するにあたって、低コスト化を達成しつつ、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を良好に補正することができる。
【００１０】
【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及び図２は、本発明に係る撮像レンズの一実施形態を示す基本構成図及び光路図である。この実施形態に係る撮像レンズでは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズ１と、正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２レンズ２と、負の屈折力を有し物体側に平面を向けた平凹形状の第３レンズ３と、正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた平凸形状の第４レンズ４とが、順次に配列されている。そして、第３レンズ３と第４レンズ４との間に、所定の口径を有する開口絞り５が配置されている。
【００１１】
尚、第１レンズ１〜第３レンズ３、開口絞り５、及び第４レンズ４においては、図１に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜９）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜９）、ｄ線に対する第１レンズ１〜第４レンズ４の屈折率をＮ１〜Ｎ４及びアッベ数をν１〜ν４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＝１〜９）で表す。
【００１２】
第１レンズ１は、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ１を向けかつ像面側に平面Ｓ２を向けた平凸レンズである。
第２レンズ２は、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ３を向けかつ像面側に凹面Ｓ４を向けたメニスカスレンズである。
第３レンズ３は、ガラス材料により形成され、物体側に平面Ｓ５を向けかつ像面側に凹面Ｓ６を向けた平凹レンズである。
第４レンズ４は、ガラス材料により形成され、物体側に凸面Ｓ８を向けかつ像面側に平面Ｓ９を向けた平凸レンズである。
【００１３】
このように、撮像レンズは４群４枚構成のエルノスター型レンズであり、第１レンズ１、第３レンズ３、及び第４レンズ４の一方の面Ｓ２，Ｓ５，Ｓ９を平面にしているため、実質的に加工を要するレンズ面は合計５つであり、レンズ面全てが加工を要する場合に比べてコストを低減でき、安価な撮像レンズを得ることができる。
また、図２に示すように、第１レンズ１の平面Ｓ２は凸面Ｓ１と共に正の屈折力を分担し、第３レンズ３の平面Ｓ５は凹面Ｓ６と共に負の屈折力を分担し、第４レンズ４の平面Ｓ９は凸面Ｓ８と共に正の屈折力を分担している。これにより、諸収差の増加が最小限に抑えられて、所望の光学性能が確保されている。
【００１４】
ここで、第１レンズ１から第４レンズ４は、下記（１）〜（７）の条件式、
（１）１．７５＜Ｎ３＜１．８５、
（２）２２＜ν３＜２９、
（３）１．６２＜Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ４＜１．６６、
（４）ν１＝ν２＝ν４、
（５）２０＜ν４−ν３＜３０、
（６）２０＜ν２−ν３＜３０、
（７）２０＜ν１−ν３＜３０、
を満足するように形成されている。
【００１５】
（１）式は、第３レンズ３の屈折率に関する条件であり、屈折率Ｎ３の値が、下限値を下回ると、諸収差を良好に補正しつつ正の屈折力を有するレンズとのバランスをとることが困難になり、上限値を超えると、ガラス材料が高価になってコスト増加を招いてしまう。
したがって、屈折率Ｎ３がこの条件式（１）を満たすことにより、負の屈折力を有する唯一の第３レンズ３が、ガラス材料のコストを抑えつつ、正の屈折力を有する他の三つのレンズ１，２，４に対して良好にバランスをとることができ、球面収差、非点収差、歪曲収差等の諸収差を良好に補正することができる。
【００１６】
（２）式は、第３レンズ３のアッベ数に関する条件であり、アッベ数ν３の値が、この条件から外れると、他の三つのレンズ１，２，４を形成するためのガラス材料の選定が困難になるが、この条件を満たすことにより、三つのレンズ１，２，４のガラス材料を容易に選定することができ、照明光として長波長側と短波長側の波長の差が５０ｎｍ程度の単色ＬＥＤを用いる場合において、色収差を良好に補正することができる。
【００１７】
（３），（４）式は、第１レンズ１、第２レンズ２、第４レンズ４を同一のガラス材料により形成する際の屈折率及びアッベ数に関する条件であり、屈折率Ｎ１，Ｎ２，Ｎ４の値が、この条件から外れると、（１）式で設定した第３レンズ３との屈折力のバランスをとるのが困難になり、諸収差が増大し、又、製造し難いレンズ形状になるが、この条件を満たすことにより、同一のガラス材料を用いつつ諸収差を良好に補正することができる。（４）式は、第１レンズ１、第２レンズ２、第４レンズ４を同一のガラス材料により形成するが故に、アッベ数も同一になることを示すものである。
【００１８】
（５），（６），（７）式は、色収差に関する条件であり、この条件を満たすことにより、（２）で設定した条件のもとで色収差を良好に補正することができる。
以上のような条件及び作用により、この撮像レンズでは、必要な光学性能とコスト低減とを同時に実現したものである。
【００１９】
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、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。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
以上の実施例１においては、画角（２ω）が５．９度、明るさ（Ｆ値）が２．１９、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、諸収差が良好に補正された安価な撮像レンズが得られる。
【００２３】
また、他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、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４に示されるような結果となる。尚、図４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。
【００２４】
【表３】

【００２５】
【表４】

【００２６】
以上の実施例２においては、画角（２ω）が５．９度、明るさ（Ｆ値）が２．２２、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、諸収差が良好に補正された安価な撮像レンズが得られる。
【００２７】
さらに、他の具体的な数値による実施例を、実施例３として以下に示す。実施例３における主な仕様諸元は表５に、種々の数値データ（設定値）は表６にそれぞれ示される。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５に示されるような結果となる。尚、図５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５】

【００２９】
【表６】

【００３０】
以上の実施例３においては、画角（２ω）が５．８度、明るさ（Ｆ値）が２．１２、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、諸収差が良好に補正された安価な撮像レンズが得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の撮像レンズによれば、貼り合わせ面をもたない４群４枚構成のエルノスター型レンズでありながら、諸収差が良好に補正された安価な撮像レンズを得ることができる。具体的には、画角が約６度程度、明るさ（Ｆ値）が約２．２程度、歪曲収差が±０．１パーセント以内に抑えられた、安価な撮像レンズを得ることができる。
また、この撮像レンズは、４群６枚構成のダブルガウス型レンズと同等の性能を有するため、既存の実装機等に代替して使用することが可能である。さらに、この撮像レンズは、実装機の認識用カメラに限らず、比較的狭い画角を撮像するその他の用途において好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像レンズの一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す撮像レンズにおける光路図である。
【図３】実施例１に係る撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図である。
【図４】実施例２に係る撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差図である。
【図５】実施例３に係る撮像レンズでの球面収差、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開口絞り
Ｓ像面
Ｌ光軸
Ｄ１〜Ｄ９光軸上の間隔
Ｒ１〜Ｒ９曲率半径
Ｓ１〜Ｓ９面

Claims

物体側から像面側に向けて順に、
正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、
正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２レンズと、
負の屈折力を有し物体側に平面を向けた平凹形状の第３レンズと、
所定の口径を有する開口絞りと、
正の屈折力を有し物体側に凸面を向けた平凸形状の第４レンズと、
からなる、ことを特徴とする撮像レンズ。
前記第１レンズないし第４レンズのｄ線における屈折率をＮ１〜Ｎ４、アッベ数をν１〜ν４とするとき、下記条件式、
（１）１．７５＜Ｎ３＜１．８５、
（２）２２＜ν３＜２９、
（３）１．６２＜Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ４＜１．６６、
（４）ν１＝ν２＝ν４、
（５）２０＜ν４−ν３＜３０、
（６）２０＜ν２−ν３＜３０、
（７）２０＜ν１−ν３＜３０、
を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。