JP2005114787A

JP2005114787A - 撮像レンズ

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Publication number: JP2005114787A
Application number: JP2003345240A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirokawa; 武志廣川
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP4480379B2

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、正の屈折力をもち物体側に凸面Ｓ１を向けた平凸形状の第１レンズ１、所定の口径をもつ開口絞り５、負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面Ｓ４，Ｓ５を向けた両凹形状の第２レンズ２、正の屈折力をもち物体側に凹面Ｓ６を向けたメニスカス形状の第３レンズ３、正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面Ｓ８，Ｓ９を向けた両凸形状の第４レンズを備え、第２レンズ２において、物体側の凹面Ｓ４の曲率半径Ｒ４と像面側の凹面Ｓ５の曲率半径Ｒ５とが同一の曲率半径となるように構成する。これにより、第１レンズの像面側の面が加工不要であり、又、第２レンズの加工コストを低減でき、全体として安価な撮像レンズが得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、４群４枚構成の逆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て部品等の認識用カメラに用いられる撮像レンズに関する。

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としては、画面周辺において像が急激に暗くなる現象、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を高めておく必要があり、そのために４群４枚構成の逆エルノスター型のレンズを採用することが多い。同様の理由から、この逆エルノスター型のレンズは、デジタルカメラ等の用途においても多用されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

特開平５−４０２２０号公報特開平９−２５８１００号公報特開２００２−９０６２０号公報

ところで、上記従来のデジタルカメラ等に用いるために開発されたレンズは、像側テレセントリック性に留意しつつ、所定の光学性能を満たすべく改善されたものである。したがって、これらのレンズを、電子部品等を実装する実装機に搭載される認識用カメラに適用させることが考えられる。
しかしながら、逆エルノスター型レンズで性能的に所定の要求を満たしていても、レンズの枚数が４枚であるため、安価なトリプレット型レンズに比べ高価になってしまうという問題がある。

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、４群４枚構成の逆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て、３枚構成のトリプレット型レンズと同等の価格に抑えられた撮像レンズを提供することにある。

本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、所定の口径をもつ開口絞りと、負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズとを備え、次の条件式（１）、
（１）Ｒ４＝−Ｒ５、
但し、Ｒ４：第２レンズにおける物体側の凹面の曲率半径、Ｒ５：第２レンズにおける像面側の凹面の曲率半径、を満足することを特徴としている。
この構成によれば、被写体（物体）から発せられた被写体光は、第１レンズを通過し、開口絞りにより所定の光束に制限され、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズを通過した後、撮像面に入射する。ここで、第１レンズはその像面側の面が平面であり、かつ、第２レンズはその両凹面が同一の曲率半径に形成された対称形の両凹レンズであるため、その分だけ、加工工具等の共用化で加工段取り等を削減でき、それ故にレンズの加工時間を短縮でき、加工コストを低減することができる。

また、本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、所定の口径をもつ開口絞りと、負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズとを備え、次の条件式（２）、
（２）Ｒ８＝−Ｒ９、
但し、Ｒ８：第４レンズにおける物体側の凸面の曲率半径、Ｒ９：第４レンズにおける像面側の凸面の曲率半径、を満足することを特徴としている。
この構成によれば、被写体（物体）から発せられた被写体光は、第１レンズを通過し、開口絞りにより所定の光束に制限され、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズを通過した後、撮像面に入射する。ここで、第１レンズはその像面側の面が平面であり、かつ、第４レンズはその両凸面が同一の曲率半径に形成された対称形の両凸レンズであるため、その分だけ、加工工具等の共用化で加工段取り等を削減でき、それ故にレンズの加工時間を短縮でき、加工コストを低減することができる。

また、本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、所定の口径をもつ開口絞りと、負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズとを備え、次の条件式（１），（２）、
（１）Ｒ４＝−Ｒ５、
（２）Ｒ８＝−Ｒ９、
但し、Ｒ４：第２レンズにおける物体側の凹面の曲率半径、Ｒ５：第２レンズにおける像面側の凹面の曲率半径、Ｒ８：第４レンズにおける物体側の凸面の曲率半径、Ｒ９：第４レンズにおける像面側の凸面の曲率半径、を満足することを特徴としている。
この構成によれば、被写体（物体）から発せられた被写体光は、第１レンズを通過し、開口絞りにより所定の光束に制限され、第２レンズ、第３レンズ、及び第４レンズを通過した後、撮像面に入射する。ここで、第１レンズはその像面側の面が平面であり、かつ、第２レンズはその両凹面が同一の曲率半径に形成された対称形の両凹レンズであり、さらに、第４レンズはその両凸面が同一の曲率半径に形成された対称形の両凸レンズであるため、その分だけ、加工工具等の共用化で加工段取り等をさらに削減でき、それ故にレンズの加工時間をさらに短縮でき、加工コストをさらに低減することができる。

上記（１），（２）の条件式を満足する構成において、次の条件式、（３）、
（３）Ｒ１＝−Ｒ７、
但し、Ｒ１：第１レンズにおける物体側の凸面の曲率半径、Ｒ７：第３レンズにおける像面側の凸面の曲率半径、を満足する構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズの物体側の凸面と第３レンズの像面側の凸面とが同一の曲率半径に形成されているため、同一の工具を用いて加工することができ又同一の工程で加工を施すこともでき、それ故に、加工時間をより一層短縮でき、加工段取り等をより一層削減でき、加工コストをより一層低減することができる。

上記各々の構成において、開口絞りは、第１レンズの像面側の面に隣接して配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、開口絞りを保持する際に、第１レンズの平面に当接させて配置するだけでよく、レンズ保持枠等の構造が簡略化される。

上記各々の構成において、第１レンズ、第３レンズ、及び第４レンズは、同一のガラス材料により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、３つのレンズを同一のガラス材料により形成することで、全体としてのコストを低減することができる。

上記のように、本発明の撮像レンズによれば、４群４枚構成の逆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、明るさ（Ｆ値）が２．９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３枚構成のトリプレット型レンズと同程度の価格の撮像レンズが得られる。

以下、本発明の最良の実施形態について、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、正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズ１と、負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズ２と、正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズ３と、正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズとが、順次に配列されている。そして、第１レンズ１と第２レンズ２との間でかつ第１レンズ１に隣接するように、所定の口径を有する開口絞り５が配列されている。

尚、この配列構成において、第１レンズ１の前方（物体側）には、防塵用の平行平板からなるガラスプレート６が配置され、第４レンズ４の後方（像面側）には、ＣＣＤ等の撮像素子を防護するための平行平板からなるガラスプレート７が配置され、ガラスプレート７の後方に撮像素子としてのＣＣＤの撮像面（像面）Ｐが配置される。

ここで、第１レンズ１、開口絞り５、第２レンズ２〜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）、各々の面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Ｎｉ（ｉ＝１〜４）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜４）で表す。また、第１レンズ１〜撮像面Ｐまでの主光軸Ｌ上におけるそれぞれの面間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜９）で表す。

上記構成の撮像レンズにおいては、図２に示すように、物体から発せられた光線（被写体光）は、防塵用のガラスプレート６を通過した後、第１レンズ１を通過するときその前面（凸面）Ｓ１及び後面（平面）Ｓ２にて屈折し、開口絞り５により所定の光束に制限され、第２レンズ２を通過するときその前面（凹面）Ｓ４及び後面（凹面）Ｓ５にて屈折し、第３レンズ３を通過するときその前面（凹面）Ｓ６及び後面（凸面）Ｓ７にて屈折し、
第４レンズ４を通過するときその前面（凸面）Ｓ８及び後面（凸面）Ｓ９にて屈折し、ガラスプレート７を通過した後、ＣＣＤの撮像面Ｐに到達する。

第１レンズ１は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ１を向けかつ像面側に平面Ｓ２を向けた、正の屈折力をもつ平凸形状のレンズである。ここでは、像面側の面Ｓ２を平面とすることで加工を不要とし、コストの低減を図っている。
第２レンズ２は、ガラス材料により形成されて、物体側に凹面Ｓ４を向けかつ像面側に凹面Ｓ５を向けた、負の屈折力をもつ両凹形状のレンズである。ここでは、両方の凹面Ｓ４，Ｓ５の曲率半径Ｒ４，Ｒ５が、条件式（１）
（１）Ｒ４＝−Ｒ５、
を満足するように同一の曲率半径となるように形成することで、第２レンズ２を対称形として、加工コストを低減できると同時に、レンズ組み込みの際の誤組付けを防止することができる。尚、（１）式中において、曲率半径Ｒ５のマイナス符号は、凹面Ｓ４の曲率に対して凹面Ｓ５の曲率が逆向きであることを意味する。

第４レンズ４は、第１レンズ１と同一のガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ８を向けかつ像面側に凸面Ｓ９を向けた、正の屈折力をもつ両凸形状のレンズである。ここでは、両方の凸面Ｓ８，Ｓ９の曲率半径Ｒ８，Ｒ９が、条件式（２）
（２）Ｒ８＝−Ｒ９、
を満足するように同一の曲率半径となるように形成することで、第４レンズ４を対称形として、加工コストを低減できると同時に、レンズ組み込みの際の誤組付けを防止することができる。尚、（２）式中において、曲率半径Ｒ９のマイナス符号は、凸面Ｓ８の曲率に対して凸面Ｓ９の曲率が逆向きであることを意味する。

第３レンズ３は、第１レンズ１と同一のガラス材料により形成されて、物体側に凹面Ｓ６を向けかつ像面側に凸面Ｓ７を向けた、正の屈折力をもつメニスカス形状のレンズである。
ここで、第３レンズ３の像面側の凸面Ｓ７と第１レンズ１の物体側の凸面Ｓ１の曲率半径Ｒ７，Ｒ１が、条件式（３）
（３）Ｒ１＝−Ｒ７、
を満足するように同一の曲率半径となるように形成することで、加工コストを一層低減させることができる。尚、（３）式中において、曲率半径Ｒ７のマイナス符号は、凸面Ｓ１の曲率に対して凸面Ｓ７の曲率が逆向きであることを意味する。

上記の構成をなす撮像レンズにおいては、条件式（１）だけを満足する構成、条件式（２）だけを満足する構成、条件式（３）だけを満足する構成、あるいは、条件式（１），（２），（３）のいずれか２つ以上を同時に満足する構成を採用することができ、いずれの構成の場合においても、諸収差が良好に補正された安価な撮像レンズを提供することができる。また、第１レンズ１、第３レンズ３、及び第４レンズ４を同一のガラス材料により形成することで、全体としてのコストをさらに低減でき、より安価な撮像レンズを提供することができる。

開口絞り５は、図１に示すように、第１レンズ１の像面側の平面Ｓ２に隣接して配置されている。これにより、開口絞り５を保持する際に、第１レンズ１の平面Ｓ２に当接させて配置するだけでよく、レンズ保持枠等の構造が簡略化される。
以上の構成からなる撮像レンズの具体的な数値による実施例を、実施例１〜実施例４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に示す結果となる。尚、図３の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。

以上の実施例１においては、画角（２ω）が２７．７°、明るさ（Ｆ値）が２．９、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、その他の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。

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に示す結果となる。尚、図４の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。

以上の実施例２においては、画角（２ω）が１８．８°、明るさ（Ｆ値）が２．８、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、その他の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。

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に示す結果となる。尚、図５の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。

以上の実施例３においては、画角（２ω）が２７．６°、明るさ（Ｆ値）が２．９、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、その他の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。

実施例４における主な仕様諸元は表７に、種々の数値データ（設定値）は表８にそれぞれ示される。また、実施例４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に示す結果となる。尚、図６の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。

以上の実施例４においては、画角（２ω）が２７．７°、明るさ（Ｆ値）が２．９、歪曲収差が±０．１パーセント以内で、その他の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。

以上述べたように、本発明の撮像レンズは、基板に電子部品等を実装する実装機に搭載される認識用カメラに適用されるのは勿論のこと、２０°〜２５°程度の画角を撮像するものであれば、その他の用途においても好適に使用することができる。

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である。図１に示す撮像レンズにおける光路図である。実施例１に係る撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図である。実施例２に係る撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図である。実施例３に係る撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図である。実施例４に係る撮像レンズでの球面収差、非点収差、歪曲収差の各収差線図である。

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
６，７ガラスプレート
Ｐ撮像面
Ｌ主光軸

Claims

物体側から像面側に向けて順に、
正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、
所定の口径をもつ開口絞りと、
負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、
正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、
正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズと、を備えていて、
次の条件式（１）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（１）Ｒ４＝−Ｒ５、
但し、Ｒ４：前記第２レンズにおける物体側の凹面の曲率半径、
Ｒ５：前記第２レンズにおける像面側の凹面の曲率半径。
物体側から像面側に向けて順に、
正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、
所定の口径をもつ開口絞りと、
負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、
正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、
正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズと、を備えていて、
次の条件式（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（２）Ｒ８＝−Ｒ９、
但し、Ｒ８：前記第４レンズにおける物体側の凸面の曲率半径、
Ｒ９：前記第４レンズにおける像面側の凸面の曲率半径。
物体側から像面側に向けて順に、
正の屈折力をもち物体側に凸面を向けた平凸形状の第１レンズと、
所定の口径をもつ開口絞りと、
負の屈折力をもち物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第２レンズと、
正の屈折力をもち物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第３レンズと、
正の屈折力をもち物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第４レンズと、を備えていて、
次の条件式（１），（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
（１）Ｒ４＝−Ｒ５、
（２）Ｒ８＝−Ｒ９、
但し、Ｒ４：前記第２レンズにおける物体側の凹面の曲率半径、
Ｒ５：前記第２レンズにおける像面側の凹面の曲率半径、
Ｒ８：前記第４レンズにおける物体側の凸面の曲率半径、
Ｒ９：前記第４レンズにおける像面側の凸面の曲率半径。
次の条件式、（３）を満足することを特徴とする請求項３記載の撮像レンズ。
（３）Ｒ１＝−Ｒ７、
但し、Ｒ１：前記第１レンズにおける物体側の凸面の曲率半径、
Ｒ７：前記第３レンズにおける像面側の凸面の曲率半径。
前記開口絞りは、前記第１レンズの像面側の面に隣接して配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の撮像レンズ。
前記第１レンズ、第３レンズ、及び第４レンズは、同一のガラス材料により形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の撮像レンズ。