JP3137570U - 三枚のレンズから構成される撮像レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】効果的に収差を補正し、主光線の角度を小さくし、撮像レンズの長さを効果的に縮小できる撮像レンズを提供する。
【解決手段】同一の光軸に沿って物体側から順に、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面11が物体側にある正の屈折力の第1のレンズL1と、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面21が像側にある負の屈折力の第2のレンズL2と、M字形状の非球面レンズで、その物体側面および像側面がいずれもM字形状であり、光軸上の中央面が凸面または凹面である負の屈折率の第3のレンズL3と、赤外線フィルタ4と、イメージセンサ5とを備え、下記の条件式を満足する。0.4≦d<0.9f、0.3<|R1/R2|<0.6、2.8≦Fno<3.6、0.2<br/f<0.4、0.5<f1/f<1、−6.0<f3/f<−2.0
【選択図】図1

Description

三枚のレンズから構成される撮像レンズに関し、主に携帯電話のカメラレンズまたはCCD(電荷結合素子)やCMOS(相補性金属酸化膜半導体)などのイメージセンサのレンズとして使用され、三枚のレンズから構成されて、高性能で全長が短く、コストを低減できる撮像レンズに関する。
従来技術によるガラスを球面研磨して製造されたレンズは材料の選択性が高く、色差の修正に有利であるので業界内で広く使用されている。しかし、ガラスを球面研磨したレンズをFナンバーが小さく、視野角が大きな状況で応用する場合、球面収差および非点収差などの収差の修正は困難である。ガラスを球面研磨したレンズの欠点を解決するために現在の撮像装置においては非球面プラスチックレンズまたは非球面モールドガラスレンズが使用され、優れたイメージ品質を達成している。特許文献1から特許文献20などは三枚のレンズ構成要素/レンズ要素から構成された設計となっている。これらの構造は基本的に物体側から順に第1、第2および第3のレンズ構成要素/レンズ要素が設けられ、その差異または技術的な特徴は下記の要素によって決定される。
1.第1、第2および第3のレンズ構成要素/レンズ要素が全てメニスカス形状のレンズである構造、或いは第1および第2のレンズ構成要素/レンズ要素がメニスカス形状のレンズであり、第3のレンズ構成要素/レンズ要素が平凹形状または平凸形状である構造などの三枚のレンズ構成要素/レンズ要素間の形状の差異。
2.第1、第2および第3のレンズ構成要素/レンズ要素の凸面/凹面を物体側/像側に設置するなどの三枚のレンズ構成要素/レンズ要素間の凸面/凹面の方向の差異。
3.第1、第2および第3のレンズ構成要素/レンズ要素の屈折力を正、負、正または正、正、負の順番で組み合わせるなどの三枚のレンズ構成要素/レンズ要素間の屈折率の正/負の差異。
4.f、d、R1、R2、Fno、br、f1、f3が0.8<f1<2.0、0.5<(|R2|−R1)/(R1+|R2|)、および1.5<f3/f<3.0と言った条件を満たすなどの三枚のレンズ構成要素/レンズ要素間の光学的データの差異または満足する条件の差異(特許文献10を参照)。
上述の撮像レンズの全長は非常に長く、体積を小さくしたり、コストを低減させたりできず、収差の補正または主光線の角度を小さくするのも理想的でなく、電子製品が求める軽薄短小や高性能化を満足させることはできず、相対的に撮像レンズの応用性を制限しており、特に携帯電話への応用が難しい。
米国特許6,795,253 米国特許6,961,191 米国特許6,441,971 米国特開2004/0061953A1 米国特開2004/0190158A1 米国特開2004/0190162A1 米国特開2004/0231823A1 米国特開2005/0231822A1 特許第3567327号 特許第3717488号 特許第3768509号 特許第3816095号 特開2005‐84404 特開2006‐47858 特開2005‐309210 特開2005‐227755 特開2005‐345919 特開2005‐292235 特開2004‐004566 特開2005‐338234
本考案の目的は、同一の光軸に沿って物体側から順に、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が物体側にある正の屈折力の第1のレンズと、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が像側にある負の屈折力の第2のレンズと、M字形状の非球面レンズで、その物体側面および像側面がいずれもM字形状であり、光軸上の中央面が凸面または凹面である負の屈折力の第3のレンズと、赤外線フィルタと、イメージセンサとを備え、下記の条件式(1)から(6)を満足し、
0.4≦d<0.9f・・・(1)
0.3<|R1/R2|<0.6・・・(2)
2.8≦Fno<3.6・・・(3)
0.2<br/f<0.4・・・(4)
0.5<f1/f<1・・・(5)
−6.0<f3/f<−2.0・・・(6)
但し、f:撮像レンズシステムの有効焦点距離
d:第1のレンズの物体側面から第3のレンズの像側面までの距離
R1:第1のレンズの物体側面の曲率半径
R2:第1のレンズの像側面の曲率半径
Fno:撮像レンズシステムのFナンバー
br:撮像レンズシステムの後側焦点距離
f1:第1のレンズの有効焦点距離
f3:第3のレンズの有効焦点距離
上述の構成により効果的に収差を補正し、主光線の角度を小さくでき、高解析度を達成し、撮像レンズの長さを効果的に縮小して応用性を向上することができる三枚のレンズから構成される撮像レンズを提供することにある。
本考案の第2の目的は、撮像レンズに前置絞りを設置することができ、その開口絞りを第1のレンズの物体側凸面上または前に設置するか、または中間絞りを設け、その開口絞りを第1のレンズの像側面上、第2のレンズの物体側面上または第1のレンズの像側面と第2のレンズの物体側面との間に設置することによって、撮像レンズの全長を効果的に縮小して撮像レンズの応用性を高めることができる三枚のレンズから構成される撮像レンズを提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1の考案は、同一の光軸Xに沿って物体側から順に、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が物体側にある正の屈折力の第1のレンズと、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が像側にある負の屈折力の第2のレンズと、M字形状の非球面レンズであり、その物体側面および像側面のいずれもM字形状であり、光軸上の中央面が凸面または凹面である負の屈折力の第3のレンズと、赤外線フィルタと、イメージセンサと、を備え、下記条件式(1)から(6)を満足することを特徴とする三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
0.4≦d<0.9f・・・(1)
0.3<|R1/R2|<0.6・・・(2)
2.8≦Fno<3.6・・・(3)
0.2<br/f<0.4・・・(4)
0.5<f1/f<1・・・(5)
−6.0<f3/f<−2.0・・・(6)
但し、f:撮像レンズシステムの有効焦点距離
d:第1のレンズの物体側面から第3のレンズの像側面までの距離
R1:第1のレンズの物体側面の曲率半径
R2:第1のレンズの像側面の曲率半径
Fno:撮像レンズシステムのFナンバー
br:撮像レンズシステムの後側焦点距離
f1:第1のレンズの有効焦点距離
f3:第3のレンズの有効焦点距離
請求項2の考案は、メニスカス形状の第1のレンズの凸面および凹面の少なくとも一面は非球面であることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
請求項3の考案は、メニスカス形状の第2のレンズの凸面および凹面の少なくとも一面は非球面であることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
請求項4の考案は、M字形状の第3のレンズの物体側面および像側面の少なくとも一面は非球面であることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
請求項5の考案は、撮像レンズには前置絞りが設けられ、その開口絞りが第1のレンズの物体側凸面上または前に設置されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
請求項6の考案は、撮像レンズには中間絞りが設けられ、その開口絞りが第1のレンズの像側面上、第2のレンズの物体側面上または第1のレンズの像側面と第2のレンズの物体側面との間に設置されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
請求項7の考案は、第1のレンズ、第2のレンズおよび第3のレンズはそれぞれプラスチック材料から製造され、前記赤外線フィルタはガラス材料から製造されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
請求項8の考案は、第1のレンズはモールドガラスから製造され、第2のレンズおよび第3のレンズはプラスチック材料から製造され、赤外線フィルタはガラス材料から製造されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズである。
本考案の三枚のレンズから構成される撮像レンズは、同一の光軸に沿って物体側から順に、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が物体側にある正の屈折力の第1のレンズと、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が像側にある負の屈折力の第2のレンズと、M字形状の非球面レンズで、その物体側面および像側面がいずれもM字形状であり、光軸上の中央面が凸面または凹面である負の屈折力の第3のレンズと、赤外線フィルタと、イメージセンサとを備え、下記の条件式(1)から(6)を満足し、
0.4≦d<0.9f・・・(1)
0.3<|R1/R2|<0.6・・・(2)
2.8≦Fno<3.6・・・(3)
0.2<br/f<0.4・・・(4)
0.5<f1/f<1・・・(5)
−6.0<f3/f<−2.0・・・(6)
但し、f:撮像レンズシステムの有効焦点距離
d:第1のレンズの物体側面から第3のレンズの像側面までの距離
R1:第1のレンズの物体側面の曲率半径
R2:第1のレンズの像側面の曲率半径
Fno:撮像レンズシステムのFナンバー
br:撮像レンズシステムの後側焦点距離
f1:第1のレンズの有効焦点距離
f3:第3のレンズの有効焦点距離
上述の構成により効果的に収差を補正でき、主光線の角度を小さくでき、高解析度を達成し、撮像レンズの長さを効果的に縮小して応用性を高めることができる。
本考案の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。
図1、2に示すように、本考案による三枚のレンズから構成される撮像レンズは、同一の光軸Xに沿って物体側から順に、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面11が物体側にあり、その凹面12が像側にあり、凸面11および凹面12の少なくとも一面が非球面であり、物体側に設けられる正の屈折力の第1のレンズL1と、メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面21が像側であり、凸面21および凹面22の少なくとも一面は非球面であり、第1のレンズL1と第3のレンズL3との間に設けられる負の屈折力の第2のレンズL2と、M字形状の非球面レンズであり、その物体側面および像側面のいずれもM字形状であり、光軸上の中央面が凸面または凹面である負の屈折力の第3のレンズL3と、赤外線フィルタ4と、イメージセンサ5とを備える。図2に示すように、撮像時、光線は先ず第1のレンズL1、第2のレンズL2および第3のレンズL3を通過した後、赤外線フィルタ4を通過してイメージセンサ5のセンサ面51上に結像される。
図1、2に示すように、撮像レンズに前置絞りを設置することができ、その開口絞り13を第1のレンズL1の物体側凸面11上または第1のレンズL1の物体側凸面11の前に設置(図示せず)することができる。また、中間絞りを設け、その開口絞りを第1のレンズの像側面上、第2のレンズの物体側面上または第1のレンズの像側面と第2のレンズの物体側面との間に設置することができる(図示せず)。
本考案による撮像レンズは以下の条件式(1)から(6)を満足する。
0.4≦d<0.9f・・・(1)
0.3<|R1/R2|<0.6・・・(2)
2.8≦Fno<3.6・・・(3)
0.2<br/f<0.4・・・(4)
0.5<f1/f<1・・・(5)
−6.0<f3/f<−2.0・・・(6)
但し、f:撮像レンズの有効焦点距離
d:第1のレンズの物体側面から第3のレンズの像側面までの距離
R1:第1のレンズの物体側面の曲率半径
R2:第1のレンズの像側面の曲率半径
Fno:撮像レンズのFナンバー
br:撮像レンズの後側焦点距離
f1:第1のレンズの有効焦点距離
f3:第3のレンズの有効焦点距離
上述の構成により効果的に収差を補正でき、主光線の角度を小さくでき、高解析度を達成し、撮像レンズの長さを効果的に縮小して応用性を高めることができる。
以下に四つの好適な実施例を挙げて説明を行う。各表奇数番号の1、3、5、7には、各実施例の物体側から順に番号を記した光学面番号♯、各光学面形態(Type)、光軸上の各光学面の曲率半径R(単位:mm)、光軸上の各光学面の間隔D(単位:mm)および材質説明を記す。各表偶数番号の2,4,6,8には各実施例の各光学面の各係数を記す。
Z=ch2/[1+[1−(1+K)c221/2] +Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12+Fh14・・・(7)
数式(7)は各実施例の非球面方程式である。
但し、c:曲率
h:レンズの高さ
K:円錐定数
A、B、C、D、E、F:順に4、6、8、10、12、14階数の非球面係数
第1の実施例
Figure 0003137570
Figure 0003137570
本実施例の第1のレンズL1、第2のレンズL2および第3のレンズL3はそれぞれ型番APL5014DP、PC‐AD5503およびAPL5014DPのプラスチック材料から製造される。赤外線フィルタ4は型番BK7のガラス材料から製造でき、その厚さは0.3mmである。本レンズシステムの有効焦点距離fは3.568mmである。距離dは2.603mmである。|R1/R2|は0.366である。Fnoは2.88である。br/fは0.36である。f1/fは0.756である。f3/fは−3.929である。上述の数式1から6を満足することができる。本実施例のレンズの全長は3.89292mmである。
第2の実施例
Figure 0003137570


Figure 0003137570
本実施例の第1のレンズL1、第2のレンズL2および第3のレンズL3はそれぞれ型番APL5014DP、OKP4およびAPL5014DPのプラスチック材料から製造される。赤外線フィルタ4は型番BK7のガラス材料から製造でき、その厚さは0.145mmである。本レンズシステムの有効焦点距離fは4.45408mmである。距離dは2.93mmである。|R1/R2|は0.51である。Fnoは3.5である。br/fは0.295である。f1/fは0.634である。f3/fは−2.888である。上述の数式1から6を満足することができる。本実施例のレンズの全長は4.23026mmである。
第3の実施例
Figure 0003137570
Figure 0003137570
本実施例の第1のレンズL1は型番L‐BAL42のモールドガラスから製造することができ、第2のレンズL2および第3のレンズL3はそれぞれ型番PC‐AD5503およびAPL5014DPのプラスチック材料から製造される。赤外線フィルタ4は型番BK7のガラス材料から製造でき、その厚さは0.3mmである。本レンズシステムの有効焦点距離fは3.60562mmである。距離dは2.638mmである。|R1/R2|は0.38である。Fnoは2.88である。br/fは0.349である。f1/fは0.755であり、0.5<f1/f<1である。f3/fは−3.872である。上述の数式1から6を満足することができる。本実施例のレンズの全長は3.901mmである。
第4の実施例
Figure 0003137570
Figure 0003137570
本実施例の第1のレンズL1は型番L‐BAL42のモールドガラスから製造することができ、第2のレンズL2および第3のレンズL3はそれぞれ型番PC‐AD5503およびE48Rのプラスチック材料から製造される。赤外線フィルタ4は型番BK7のガラス材料から製造でき、その厚さは0.3mmである。本レンズシステムの有効焦点距離fは3.56392mmである。距離dは2.78583mmである。|R1/R2|は0.379679である。Fnoは2.8である。brは1.087425mmである。br/fは0.305120である。f1は2.745667mmである。f1/fは0.770405である。f3は−9.739370mmである。f3/fは−2.732769である。上述の数式1から6を満足することができる。本実施例のレンズの全長は3.873mmである。
本考案の第1の実施例を示す断面図である。 図1の光路を示す断面図である。 第1の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.575、1.15、1.725、2.3mm)の横収差図(transverse ray fan plot)である。 第1の実施例の像面湾曲(field curvature)を示す図である。 第1の実施例の歪曲を示す図である。 第1の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.575、1.15、1.725、2.3mm)の0から160LP/mmの空間周波数に対応するとき生成される変調伝達関数を示す図である。 第1の実施例の全視野が視野零に対応して生成される相対照度を示す図である。 本考案の第2の実施例を示す断面図である。 図8の光路を示す断面図である。 第2の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.675、1.35、2.025、2.7mm)の横収差図である。 第2の実施例の像面湾曲を示す図である。 第2の実施例の歪曲を示す図である。 第2の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.675、1.35、2.025、2.7mm)の0から160LP/mmの空間周波数に対応するとき生成される変調伝達関数を示す図である。 第2の実施例の全視野が視野零に対応して生成される相対照度を示す図である。 本考案の第3の実施例を示す断面図である。 図15の光路を示す断面図である。 第3の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.575、1.15、1.725、2.3mm)の横収差図である。 第3の実施例の像面湾曲を示す図である。 第3の実施例の歪曲を示す図である。 第3の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.575、1.15、1.725、2.3mm)の0から200LP/mmの空間周波数に対応するとき生成される変調伝達関数を示す図である。 第3の実施例の全視野が視野零に対応して生成される相対照度を示す図である。 本考案の第4の実施例を示す断面図である。 図22の光路を示す断面図である。 第4の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.575、1.15、1.725、2.3mm)の横収差図である。 第4の実施例の像面湾曲を示す図である。 第4の実施例の歪曲を示す図である。 第4の実施例の五つの異なる視野(像高は0、0.575、1.15、1.725、2.3mm)の0から200LP/mmの空間周波数に対応するとき生成される変調伝達関数を示す図である。 第4の実施例の全視野が視野零に対応して生成される相対照度を示す図である。
符号の説明
L1 第1のレンズ
11 物体側面(凸面)
12 像側面(凹面)
13 開口絞り
L2 第2のレンズ
21 像側面(凸面)
22 物体側面(凹面)
L3 第3のレンズ
4 赤外線フィルタ
5 イメージセンサ
51 センサ面

Claims (8)

  1. 同一の光軸Xに沿って物体側から順に、
    メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が物体側にある正の屈折力の第1のレンズと、
    メニスカス形状の非球面レンズであり、その凸面が像側にある負の屈折力の第2のレンズと、
    M字形状の非球面レンズであり、その物体側面および像側面のいずれもM字形状であり、光軸上の中央面が凸面または凹面である負の屈折力の第3のレンズと、
    赤外線フィルタと、
    イメージセンサと、を備え、
    下記条件式(1)から(6)を満足することを特徴とする三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
    0.4≦d<0.9f・・・(1)
    0.3<|R1/R2|<0.6・・・(2)
    2.8≦Fno<3.6・・・(3)
    0.2<br/f<0.4・・・(4)
    0.5<f1/f<1・・・(5)
    −6.0<f3/f<−2.0・・・(6)
    但し、f:撮像レンズシステムの有効焦点距離
    d:第1のレンズの物体側面から第3のレンズの像側面までの距離
    R1:第1のレンズの物体側面の曲率半径
    R2:第1のレンズの像側面の曲率半径
    Fno:撮像レンズシステムのFナンバー
    br:撮像レンズシステムの後側焦点距離
    f1:第1のレンズの有効焦点距離
    f3:第3のレンズの有効焦点距離
  2. 前記メニスカス形状の第1のレンズの凸面および凹面の少なくとも一面は非球面であることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
  3. 前記メニスカス形状の第2のレンズの凸面および凹面の少なくとも一面は非球面であることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
  4. 前記M字形状の第3のレンズの物体側面および像側面の少なくとも一面は非球面であることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
  5. 前記撮像レンズには前置絞りが設けられ、その開口絞りが第1のレンズの物体側凸面上または前に設置されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
  6. 前記撮像レンズには中間絞りが設けられ、その開口絞りが第1のレンズの像側面上、第2のレンズの物体側面上または第1のレンズの像側面と第2のレンズの物体側面との間に設置されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
  7. 前記第1のレンズ、第2のレンズおよび第3のレンズはそれぞれプラスチック材料から製造され、前記赤外線フィルタはガラス材料から製造されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
  8. 前記第1のレンズはモールドガラスから製造され、前記第2のレンズおよび第3のレンズはプラスチック材料から製造され、前記赤外線フィルタはガラス材料から製造されることを特徴とする請求項1記載の三枚のレンズから構成される撮像レンズ。
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