JP3757223B2 - Variable magnification imaging lens - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子を用いたデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラといった全長の規制の厳しい撮像レンズ装置に係り、特に、携帯電話機等にも搭載可能な好適なレンズ全長および高い光学性能を有する変倍撮像レンズに関するものである。 The present invention relates to an imaging lens device with strict restrictions on the total length such as a digital still camera, a mobile phone mounted camera, and a mobile information terminal mounted camera using an image sensor, and in particular, a suitable lens total length that can be mounted on a mobile phone and the like. The present invention relates to a variable magnification imaging lens having high optical performance.
情報の多様化に伴い、携帯電話機や携帯情報端末に撮像レンズが搭載され、また、情報伝達速度の向上により画像の情報量も急速に増大しつつある。そして、既に固定焦点レンズが搭載され、変倍レンズを搭載した携帯装置が種々提案されている。
この種の携帯装置である携帯電話機や携帯情報端末等にカメラモジュールを搭載するためには、光学(レンズ)系は極めてコンパクトである必要がある。
With the diversification of information, an imaging lens is mounted on a cellular phone or a portable information terminal, and the amount of information of an image is rapidly increasing due to an improvement in information transmission speed. Various types of portable devices that already have a fixed focus lens and a variable power lens have been proposed.
In order to mount a camera module on a mobile phone, a portable information terminal, or the like, which is a portable device of this type, the optical (lens) system needs to be extremely compact.
このような要望に答えて、コンパクト化を実現した変倍機能を有する小型ズームレンズが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
この特許文献1に記載のズームレンズは、正のパワーを有する前群と負のパワーを有する後群とで構成されている。
そして、前群が物体側より負のパワーの貼り合わせレンズ、メニスカス負レンズ、両凸正レンズ、両凸正レンズの4群5枚、後群が両凸正レンズ、負レンズ、メニスカス負レンズの3群3枚の合計7群8枚のレンズから構成され、第3群あるいは第4群のレンズの少なくとも一つの面に非球面を採用することにより、小型で高性能な光学系を構成している。
The zoom lens described in
The front group is composed of five lenses in four groups of a negative lens from the object side, a meniscus negative lens, a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens, and the rear group is a biconvex positive lens, a negative lens, and a meniscus negative lens. It consists of 3 lenses in 3 groups and 8 lenses in total, and by adopting an aspherical surface on at least one surface of the lens in the 3rd group or the 4th group, a compact and high performance optical system is constructed. Yes.
ところで、製造可能な肉厚を持つレンズ、および変倍に伴うレンズ群の移動量を考慮に入れれば自明なことであるが、携帯装置に搭載可能な極めてコンパクトな光学系を実現するための条件の一つに、光学系を構成するレンズ枚数が少ないことがあげられる。
しかしながら、上述した特許文献1に記載のズームレンズは、レンズの構成枚数が7群8枚と比較的多く、撮像光学系の小型化には、限界があり、携帯電話機等、全長に制限のある機器に対しては十分な小型化がなされているとは言い難い。
By the way, it is self-evident when taking into account the thickness of the lens that can be manufactured and the amount of movement of the lens group that accompanies zooming, but conditions for realizing an extremely compact optical system that can be mounted on a portable device. One of them is that the number of lenses constituting the optical system is small.
However, the zoom lens described in
変倍機能を有する光学系において、構成枚数が2枚から5枚程度の少ないレンズ枚数で構成されている例は、物理的な大きさが小さいものとして撮像素子を対象とした撮像レンズに概ね限られる。
コンパクトなデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラに使用される撮像素子は、通例として、銀塩フィルムに比べ撮像面サイズが数%から20%程度と極端に小さいため、通例として高い光学性能を確保できようにしなければならない。
したがって、撮像素子を用いた撮像光学系は、テレセントリック性を重視するため、レンズタイプとしては、以下の2通りに分類される。
In an optical system having a zooming function, an example in which the number of lenses is as small as 2 to 5 is generally limited to an imaging lens that targets an imaging device as a small physical size. It is done.
Image sensors used in compact digital still cameras and cameras equipped with mobile phones typically have an extremely small imaging surface size of several to 20% compared to silver halide films, and as a rule, high optical performance can be secured. Must do so.
Accordingly, an imaging optical system using an imaging element is classified into the following two types as lens types in order to emphasize telecentricity.
第1のタイプは、物体側より負の屈折力の第1レンズ群、および正の屈折力の第2のレンズ群からなる2群構成レンズタイプである。この2群構成レンズタイプでは、最小2枚のレンズで構成できる。
この第1のタイプは、いわゆるレトロフォーカスタイプであり、広角化には容易に適用できるとされている。
しかしながら、上述した第1のレンズタイプは、いわゆるレトロフォーカスタイプであり、広角化には容易に適用できるとされているものの、携帯電話機等、全長に制限のある機器に対しては十分な小型化がなされているとは言い難い。
The first type is a two-group lens type composed of a first lens group having a negative refractive power and a second lens group having a positive refractive power from the object side. This two-group lens type can be configured with a minimum of two lenses.
The first type is a so-called retrofocus type, which is easily applied to widening the angle.
However, the first lens type described above is a so-called retrofocus type, and although it is said that it can be easily applied to widening the angle, it is sufficiently small for a device with a limited overall length, such as a cellular phone. It is hard to say that has been made.
第2のタイプは、物体側より負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、および正の屈折力の第3レンズ群からなる3群構成のレンズタイプである。この3群構成のレンズタイプでは、最小3枚のレンズで構成できる。
そして、このレンズタイプは、テレセントリック性に優れており、撮像素子を用いた光学系では、採用されることが多い。
しかし、第2のレンズタイプは、テレセントリック性に優れているものの、前述の負、正の2群構成と同様に、レトロフォーカスタイプであるが故に、十分な小型化がなされているとは言い難い。
The second type, a first lens unit having a negative refractive power from the object side, a second lens unit having positive refractive power, and is 3 Gun構formed Les Nzutaipu consisting of a positive refractive power third lens group . This three-group lens type can be configured with a minimum of three lenses.
This lens type is excellent in telecentricity, and is often employed in an optical system using an image sensor.
However, although the second lens type is excellent in telecentricity, it is difficult to say that the second lens type is sufficiently miniaturized because it is a retrofocus type like the above-described negative and positive two-group configuration. .
一方、物体側より負の屈折力の第1レンズ群、正の屈折力の第2レンズ群、および負の屈折力の第3レンズ群で構成される。いわゆる、負、正、負のレンズタイプのものが提案されている。このレンズタイプの方がテレフォト系の作用を強くできるため、光学系全長を短縮可能で優位であり、銀塩フィルムを対象とした撮像レンズに好適である。
しかし、このレンズタイプは最も撮像面に近いレンズ群である第3レンズ群が負の屈折力を持つため、光学系からの射出角が跳ね上がる傾向があり、撮像素子を対象として用いた際には、撮像素子の開口によるケラレが懸念される。
On the other hand, the first lens group having a negative refractive power, the second lens group having a positive refractive power, and the third lens group having a negative refractive power from the object side. So-called negative, positive, and negative lens types have been proposed. Since this lens type can strengthen the action of the telephoto system, it is advantageous in that the total length of the optical system can be shortened, and is suitable for an imaging lens for a silver salt film.
However, in this lens type, the third lens group, which is the lens group closest to the imaging surface, has a negative refracting power, so the exit angle from the optical system tends to jump, and when using the imaging device as a target, There is a concern about vignetting due to the opening of the image sensor.
携帯電話機を始めとする極めてコンパクトであることを必要とされている光学系においては、上記の通り、いわゆるレトロフォーカスタイプではコンパクトが困難である。
一方、テレフォト系の作用を強くした負、正、負のレンズタイプはコンパクトの面では優位であるが、光学系からの射出角を跳ね上がる傾向がある。また、昨今の撮像素子では、開口によるケラレの減少を促すために、各画素にマイクロレンズを搭載し、このマイクロレンズにより補正を行うことが一般的になってきている。
In an optical system such as a cellular phone that is required to be extremely compact, as described above, it is difficult to achieve compactness with a so-called retrofocus type.
On the other hand, negative, positive, and negative lens types that strengthen the action of the telephoto system are superior in terms of compactness, but tend to jump up the exit angle from the optical system. Further, in recent image pickup devices, in order to promote a reduction in vignetting due to the opening, it has become common to mount a microlens on each pixel and perform correction using the microlens.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、負、正、負のレンズタイプでありながら、射出角を抑えることが可能で、しかも極めてコンパクトな光学系を実現することが可能な変倍撮像レンズを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to realize an extremely compact optical system capable of suppressing an emission angle while being a negative, positive, and negative lens type. An object of the present invention is to provide a variable magnification imaging lens capable of satisfying the requirements.
上記目的を達成するため、本発明の観点は、撮像素子を対象とした変倍機能を備えた撮像光学系を有する変倍撮像レンズであって、上記撮像光学系が、物体側から順に配置した5枚のレンズで構成され、変倍比が約2.5以下であり、かつ、以下の条件式(1)を満足する。
0.17<y’/L …(1)
ただし、y’は上記撮像素子の撮像面における最大像高を、Lは光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における上記撮像面までの距離が最大となるときの光学系最前面より撮像面までの距離をそれぞれ表している。
In order to achieve the above object, an aspect of the present invention is a variable magnification imaging lens having an imaging optical system having a variable magnification function for an imaging element, wherein the imaging optical system is arranged in order from the object side. It is composed of five lenses, the zoom ratio is about 2.5 or less, and the following conditional expression (1) is satisfied.
0.17 <y ′ / L (1)
However, y ′ is the maximum image height on the imaging surface of the imaging device, and L is from the forefront of the optical system when the distance from the top of the lens surface of the optical system on the most object side to the imaging surface on the optical axis is maximum. Each distance to the imaging surface is shown.
好適には、上記撮像光学系は、物体側から順に配置された、負の屈折力を有する1枚構成よりなる第1レンズ群と、正および負の屈折力を有する3枚構成よりなり全体として正の屈折力を有する第2レンズ群と、負の屈折力を有する1枚構成の第3レンズ群と、により構成され、変倍を行う際には、少なくとも上記第2レンズ群と上記第3レンズ群が光軸上を移動する。 Preferably, the imaging optical system includes a first lens group having a negative refracting power and a three-lens structure having positive and negative refracting power, which are arranged in order from the object side. A second lens group having a positive refractive power and a single lens third lens group having a negative refractive power, and at the time of zooming, at least the second lens group and the third lens group. The lens group moves on the optical axis.
好適には、上記第1レンズ群、上記第2レンズ群、および上記第3レンズ群の焦点距離は、それぞれ以下の条件式(2)、(3)、および(4)を満足する。
2.0<|f1|/fw<3.0 …(2)
0.74<f2/fw<0.86 …(3)
1.0<|f3|/fw<1.42 …(4)
ただし、f1は第1レンズ群の焦点距離を、f2は第2レンズ群の焦点距離を、f3は第3レンズ群の焦点距離を、fwは広角端における光学系の焦点距離をそれぞれ表している。
Preferably, the focal lengths of the first lens group, the second lens group, and the third lens group satisfy the following conditional expressions (2), (3), and (4), respectively.
2.0 <| f1 | / fw <3.0 (2)
0.74 <f2 / fw <0.86 (3)
1.0 <| f3 | / fw <1.42 (4)
Here, f1 represents the focal length of the first lens group, f2 represents the focal length of the second lens group, f3 represents the focal length of the third lens group, and fw represents the focal length of the optical system at the wide angle end. .
好適には、上記第2レンズ群に少なくとも1面非球面を有し、かつ、上記第3レンズ群に少なくとも1面非球面を有する。 Preferably, the second lens group has at least one aspheric surface, and the third lens group has at least one aspheric surface.
また、好適には、上記第3レンズ群は、像側に凹面を向けた負のレンズであり、以下の条件式(5)を満足する。
tanω×fst/Lst<0.35 …(5)
ただし、ωは広角端での最大入射角度を、fstは広角端における絞りより像側の光学系の合成焦点距離を、Lstは広角端における絞りから撮像面までの距離をそれぞれ表している。
Preferably, the third lens group is a negative lens having a concave surface facing the image side, and satisfies the following conditional expression (5).
tan ω × fst / Lst <0.35 (5)
Here, ω represents the maximum incident angle at the wide-angle end, fst represents the combined focal length of the optical system on the image side from the stop at the wide-angle end, and Lst represents the distance from the stop to the imaging surface at the wide-angle end.
好適には、上記第2レンズ群は、3枚のプラスチックレンズにより構成されている。 Preferably, the second lens group is composed of three plastic lenses.
好適には、上記第1レンズ群は、第1面に物体側を凸面とした負のメニスカスレンズである。 Preferably, the first lens group is a negative meniscus lens having a convex surface on the object side on the first surface.
好適には、上記第2レンズ群の3枚のレンズは、物体側から正のメニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ、正の両凸レンズにより構成されている。 Preferably, the three lenses of the second lens group include a positive meniscus lens, a negative meniscus lens, and a positive biconvex lens from the object side.
本発明によれば、情報端末、携帯電話機等に搭載可能なコンパクトな変倍撮像レンズを実現することができる。
また、デジタルスチルカメラへの応用も可能であり、超薄型の変倍レンズ搭載のカメラを実現でき、応用範囲が広い変倍撮像レンズを実現できる利点がある。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compact variable magnification imaging lens which can be mounted in an information terminal, a mobile telephone, etc. is realizable.
Further, it can be applied to a digital still camera, and can realize an ultra-thin camera equipped with a variable magnification lens, and can realize a variable magnification imaging lens with a wide application range.
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(A),(B)は、変倍撮像レンズの基本構成を示す図であって、図1(A)は広角端におけるレンズ構成を示し、図1(B)は望遠端におけるレンズ構成を示している。 FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a basic configuration of a variable magnification imaging lens. FIG. 1A shows a lens configuration at the wide-angle end, and FIG. 1B shows a lens configuration at the telephoto end. Is shown.
この変倍撮像レンズ100は、図1に示すように、物体側OBJSから順に配置された、負の屈折力を有する1枚構成よりなる第1レンズ群110、正および負の屈折力を有する3枚構成よりなり全体として正の屈折力を有する第2レンズ群120、負の屈折力を有する1枚構成の第3レンズ群130、撮像部140、および第2レンズ群120の物体側(第1レンズ群110側)に配置された絞り部150により構成されている。
この変倍撮像レンズ100において変倍を行う際には、第1レンズ群110、第2レンズ群120、および第3レンズ群130のうち、たとえば第2レンズ群120と第3レンズ群130が光軸AX上を移動する。
なお、変倍機能に関しては、第1レンズ群110を固定する構成をとることが可能であるが、第1レンズ群110を変動させる(移動可能な)ように構成することも可能であり、使用目的に応じて対応することができる。
As shown in FIG. 1, the variable
When zooming is performed in the
Regarding the zooming function, the
これらの構成要素のうち、負の屈折力を有する1枚構成よりなる第1レンズ群110、正および負の屈折力を有する3枚構成よりなり全体として正の屈折力を有する第2レンズ群120、および負の屈折力を有する1枚構成の第3レンズ群130により変倍撮像レンズ100の撮像光学系が構成されている。
すなわち、本実施形態においては、撮像光学系が、物体側OBJSから順に配置した第1レンズ群110が1枚構成、第2レンズ群120が3枚構成、第3レンズ群130が1枚構成の計5枚のレンズで構成されている。
Among these components, a
In other words, in the present embodiment, the imaging optical system includes a
第1レンズ群110は、たとえば第1面に物体側を凸面とした負の屈折力を持つメニスカスレンズ111により構成される。
このように、第1レンズ群110を負の屈折力を持つメニスカスレンズ111により構成することにより、ディストーションを抑えやすくなる。
The
As described above, by configuring the
第2レンズ群120は、唯一の正の屈折力を持つ群となるために、諸収差補正を行うため3枚構成を採用している。さらに、この第2レンズ群120にガラスレンズを使用すると、小さいがために通常のレンズより高価となる。そのため、コスト低減を達成するために、第2レンズ群120を構成する3枚のレンズをプラスチック製レンズにより構成している。
第2レンズ群120を構成する3枚のプラスチック製レンズは、たとえば、第1レンズ群110側(物体側)から、正のメニスカスレンズ121、負のメニスカスレンズ122、および正の両凸レンズ123により構成される。
正のメニスカスレンズ121は球面収差補正を良好に行っており、3枚の中央に位置するレンズを負のメニスカスレンズ122とすることで、正レンズで発生する象面湾曲の補正過剰を抑制しつつ、コマ収差発生を抑えることで、性能バランスをとっており、これらにより変倍に伴う収差変動を抑え、高性能な変倍を可能としている。
Since the
The three plastic lenses constituting the
The
第3レンズ群130は、1枚構成であるために、ここで諸収差の補正が必要となり、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲補正を行い、さらに、広角端における射出角の補正のためにも必要である。
第3レンズ群130は、たとえば像面側を凹とした負のレンズ131により構成される。
本実施形態において、ピント調整(フォーカス調整)は第3レンズ群130で行っており、無限から至近にかけて撮像面側に移動する。
第3レンズ群が正レンズの場合は物体側に移動するために、特に望遠端での第2レンズ群と第3レンズ群間の距離を確保する必要がある。
本実施形態では、像面側に移動するため、望遠端での第2レンズ群120と第3レンズ群130との距離を狭めることができる。
これは、変倍光学系のコンパクト化を可能ならしめる要因の一つであり、また同じ大きさであれば、無理の無いパワー配置が可能となり、高性能化および偏心感度の低下を可能ならしめている。
Since the
The
In the present embodiment, focus adjustment (focus adjustment) is performed by the
When the third lens group is a positive lens, the distance between the second lens group and the third lens group at the telephoto end must be ensured in order to move toward the object side.
In the present embodiment, since the lens moves to the image plane side, the distance between the
This is one of the factors that make it possible to reduce the size of the variable magnification optical system, and if it is the same size, it is possible to arrange the power without difficulty, enabling higher performance and lowering the eccentricity sensitivity. Yes.
撮像部140は、第3レンズ群130側から、ガラス製の平行平面板(カバーガラス)141と、たとえばCCDあるいはCMOSセンサ等からなる撮像素子142が順に配置されている。
撮像光学系を介した被写体(物体)からの光が、撮像素子142の撮像面142a上に結像される。
In the
Light from the subject (object) via the imaging optical system is imaged on the
以上の第1レンズ群110、第2レンズ群120、および第3レンズ群130を有する撮像光学系は、光学系全体が負、正、負のレンズ構成となっていることから、テレフォト作用を持たせるために全長短縮が可能である。
The imaging optical system having the
以上のような構成を有する本実施形態に係る変倍撮像レンズ100は、携帯電話機等に搭載可能なようにコンパクト化を実現し、撮像素子への入射角度の射出瞳の規制を緩和するために、以下に説明するような、各種条件が設定されている。
以下に、本実施形態に係る変倍撮像レンズ100において設定された各条件について説明する。
The variable
Hereinafter, each condition set in the variable
本変倍撮像レンズ100は、変倍比が約2.5以下であり、かつ、撮像素子142の撮像面142aにおける最大像高をy’、撮像光学系の最物体側レンズ111の面頂より光軸AX上における撮像面142aまでの距離が最大となるときの光学系最前面より撮像面までの距離をLとしてそれぞれ表した場合に、以下の(条件式1)を満足するように構成されている。
0.17<y’/L …(条件式1)
The variable
0.17 <y ′ / L (Condition 1)
撮像光学系が、5枚構成とレンズの枚数を少なくすることで全長を短くしつつ、約2.5倍以下の変倍を可能としている。さらに、使用するセンササイズにより光学系の大きさも左石されるが、コンパクト化を達成するためには、変倍レンズと言えども、条件式1の下限(0.17)を超えては全長が長くなり、さらに第1レンズ群110を構成するレンズの径も大きくなるため、コンパクトな光学系とは言えなくなる。
本実施形態においては、撮像光学系の全長を短くし、このことにより径が最大レンズとなる第1レンズ群110におけるレンズの径も小型化することが可能となっている。
The imaging optical system can change the magnification by about 2.5 times or less while shortening the total length by reducing the number of lenses and the number of lenses. Furthermore, although the size of the optical system depends on the size of the sensor used, in order to achieve compactness, even if it is a variable magnification lens, the total length exceeds the lower limit (0.17) of
In the present embodiment, the overall length of the imaging optical system is shortened, which makes it possible to reduce the diameter of the lens in the
なお、条件式1のy’とLとの関係制約条件は、撮像面142aの大きさにより光学系の大きさも左右される。
しかしながら、本実施形態では、負、正、負の3群構成にも関わらずコンパクトな全長の短い光学系が可能である。
また、本実施形態は5枚構成と少ない枚数でコンパクト化を実現している。枚数を低減すると収差補正を行うためにはLを短くすることが困難となり、本実施形態においてはy’/L<0.23となっている。
Note that the relationship constraint between y ′ and L in
However, in the present embodiment, a compact optical system having a short overall length is possible in spite of the negative, positive, and negative three-group configuration.
In addition, the present embodiment achieves compactness with a five-sheet configuration and a small number of sheets. If the number of sheets is reduced, it becomes difficult to shorten L in order to perform aberration correction, and in this embodiment, y ′ / L <0.23.
本実施形態の変倍撮像レンズ100は、第1レンズ群110の焦点距離f1、第2レンズ群120の焦点距離f2、および第3レンズ群130の焦点距離f3は、合成パワーの強くなる広角端における撮像光学系の焦点距離fwを用いて、以下の(条件式2)、(条件式3)、および(条件式4)を満足するように構成されている。
2.0<|f1|/fw<3.0 …(条件式2)
0.74<f2/fw<0.86 …(条件式3)
1.0<|f3|/fw<1.42 …(条件式4)
In the variable
2.0 <| f1 | / fw <3.0 (conditional expression 2)
0.74 <f2 / fw <0.86 (conditional expression 3)
1.0 <| f3 | / fw <1.42 (conditional expression 4)
これらの条件式2、条件式3、および条件式4は、変倍撮像レンズ100のコンパクト化を達成するための各群のパワー条件、換言すると、各レンズ群のパワーバランスをとることにより、高性能でコンパクトな変倍撮像レンズを実現可能とする条件を示している。
条件式2は、第1レンズ群110のパワー条件を示しており、上限を超えると負のディストーション補正が厳しくなり、さらに、第2レンズ群120のパワーが大きくなることによる収差劣化を発生させる。また、下限を超えると、全長が大きくなりコンパクト化が達成でき無くなると共に、第1レンズ群110のパワーが大きくなり非点収差、歪曲収差が悪化する。
条件式3は、第2レンズ群120のパワー条件を示しており、上限を超えると全長が大きくなり、さらに球面収差補正ができにくくなる。下限を超えると、球面収差、非点収差、コマ収差が悪化する。
条件式4は、第3レンズ群130のパワー条件を示しており、上限を起えると負の歪曲補正ができにくくなり、下限を超えるとコマ収差、正の歪曲を増大させ、さらに全長が大きくなる。
また、本実施形態の変倍撮像レンズ100は、第2レンズ群120に少なくとも1面非球面を有し、かつ、第3レンズ群130に少なくとも1面非球面を有するように構成されている。
具体的には、本実施形態の変倍撮像レンズ100は、上述したように、収差補正において、各群のパワー配置を最適化することでコンパクト化を達成しており、さらに第2レンズ群120と第3レンズ群130に非球面を適宜配置することで、さらにコンパクト化を実現している。これらの条件を最適化することにより、コンパクトな変倍レンズにもかかわらず高性能で、さらに歪曲を小さくすることができる。
In addition, the variable
Specifically, as described above, the variable
すなわち、本実施形態においては、球面系だけでは、コンパクトな変倍撮像レンズの収差補正が困難であり、非球面を適所に配置することにより諸収差の補正を行っている。
本実施形態に係る撮像光学系において、第2レンズ群120は唯一の正の屈折力を持ち、必然的にそのパワーも大きくなり、収差の発生も大きくなるため少なくとも1面以上の非球面が必要であり、これにより球面収差、コマ収差、非点収差の補正を行っている。
また、第3レンズ群130は1枚構成であるために、ここで諸収差の補正が必要となり、球面収差、コマ収差、非点収差、歪曲補正を行い、さらに、広角端における射出角の補正のためにも必要である。
That is, in the present embodiment, it is difficult to correct aberrations of a compact variable magnification imaging lens with only a spherical system, and various aberrations are corrected by arranging an aspherical surface in place.
In the imaging optical system according to the present embodiment, the
Further, since the
このように、本実施形態においては、第2レンズ群120に適切なる非球面を配置することにより、第2レンズ群120で発生する球面収差と非点収差およびコマ収差の補正を行っている。さらに、第3レンズ群130に非球面を配置することにより、歪曲収差補正、コマ収差、非点収差補正を行っており、また、望遠端における球面収差補正も行っている。
さらに、広角(ワイド)端における射出瞳位置の緩和を行っている。本実施形態では、各レンズに少なくとも1面の非球面を施すことで、上記性能補正を行っている。
As described above, in the present embodiment, the spherical aberration, astigmatism, and coma generated in the
Further, the exit pupil position at the wide angle (wide) end is relaxed. In the present embodiment, the performance correction is performed by applying at least one aspheric surface to each lens.
本実施形態に用いられる非球面は次式で与えられる。
Z=(h2 /r)/〔1+{1−(1+k)(h/r)2 }1/2 〕
+Ah4 +Bh6 +Ch8 +Dh10
The aspherical surface used in this embodiment is given by the following equation.
Z = (h 2 / r) / [1+ {1− (1 + k) (h / r) 2 } 1/2 ]
+ Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10
ただし、Zは面頂点に対する接平面からの深さを、rは曲率半径を、hは光軸からの高さを、kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。 Where Z is the depth from the tangent plane to the surface vertex, r is the radius of curvature, h is the height from the optical axis, k is the conic constant, A is the fourth-order aspheric coefficient, and B is 6 The next aspherical coefficient, C represents the 8th-order aspherical coefficient, and D represents the 10th-order aspherical coefficient.
また、上述したように、第3レンズ群130は、たとえば像面側に凹面を向けた負のレンズ131により構成することができるが、この場合、広角端での最大入射角度ω、広角端における絞りより像側の光学系の合成焦点距離fst、広角端における絞りから撮像面までの距離Lstを用いて、以下の(条件式5)を満足するように構成される。
tanω×fst/Lst<0.35 …(条件式5)
Further, as described above, the
tan ω × fst / Lst <0.35 (Condition 5)
昨今の画素の微細化が進んだ撮像素子では、それに伴い受光部への光線が開口部により遮光される傾向が強くなったため、マイクロレンズを用いて周辺光量の補正を行っている。
したがって、撮像素子を用いた光学系は、必ずしもテレセントリック性が必要とされていない。
しかしながら、撮像素子への光線光量を確保するためには、入射角の限界があり、この限界角を規制しており、上限を超えると受光部への角度が厳しくなり、画面周辺部において急激な光量低下が発生する。
In recent image pickup devices with finer pixels, the light toward the light receiving portion is more likely to be blocked by the aperture, and therefore the peripheral light amount is corrected using a microlens.
Therefore, an optical system using an image sensor does not necessarily require telecentricity.
However, in order to secure the amount of light to the image sensor, there is a limit on the incident angle, and this limit angle is regulated. If the upper limit is exceeded, the angle to the light receiving unit becomes strict and abrupt at the periphery of the screen. A decrease in light intensity occurs.
条件式5は、撮像素子142への入射角度規制に対する射出瞳位置の条件を表しており、条件の厳しい広角端での条件式となっている。
光学系に入射する角度(両角)に対して、射出瞳距離に関与する、絞り位置と絞りから撮像面142a側の光学系の焦点距離(パワー)の関係式となっている。本実施形態において、広画角、コンパクトでありながら、射出瞳の規制緩和を行っており、その達成した条件式を表している。
It is a relational expression of the aperture position and the focal length (power) of the optical system on the
以下に、変倍撮像レンズの具体的な数値による実施例1〜4を示す。
なお、各実施例1〜4においては、変倍撮像レンズ100の各レンズ群を構成する各レンズ、絞り部150、並びに撮像部140を構成するカバーガラス141に対して、図2に示すような面番号を付与した。
具体的には、第1レンズ群110を構成する負のメニスカスレンズ111の物体側面(凸面)を第1番、反対側の凹面を第2番、絞り部150を第3番、第2レンズ群120を構成する正のメニスカスレンズ121の絞り側面(凸面)第4番、レンズ121の反対側の凹面を第5番、負のメニスカスレンズ122のレンズ121側の面(凹面)を第6番、レンズ122の反対側の凸面を第7番、両凸レンズ123のレンズ122側の凸面を第8番、レンズ123の反対側の凸面を第9番、第3レンズ群130を構成する負のレンズ131の第2レンズ群120側の面(凸面)を第10番、レンズ131の反対側の面(凹面)を第11番、カバーガラス141の第3レンズ群130側の面を第12番、撮像素子142側の面を第13番としている。
Examples 1-4 according to specific numerical values of the variable magnification imaging lens are shown below.
In each of the first to fourth embodiments, the lens constituting each lens group of the variable
Specifically, the object side surface (convex surface) of the
(実施例1)
表1から表4に実施例1の各数値を示す。
表1は、実施例1における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞り、カバーガラスの曲率半径(r:mm)と間隔(d:mm)を示している。
Example 1
Tables 1 to 4 show the numerical values of Example 1.
Table 1 shows the curvature radii (r: mm) and intervals (d: mm) of the lenses, the diaphragm, and the cover glass corresponding to the surface numbers of the variable magnification imaging lens in Example 1.
表2は、実施例1における非球面を含む第2レンズ群120、および第3レンズ群130の所定面の非球面係数を示す。表2において、Kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
Table 2 shows aspheric coefficients of predetermined surfaces of the
表3は、変倍に伴って間隔が変化する面2,9,11,13の広角端、望遠端における可変間隔の数値、絞り径、焦点距離、およびFナンバー(Fno)の数値を示している。
Table 3 shows the numerical values of the variable interval, the aperture diameter, the focal length, and the F number (Fno) at the wide-angle end and the telephoto end of the
表4は、条件式1〜条件式5の各数値を示している。実施例1においては、条件式1の(y’/L)は0.221(0.17<0.221<0.23)、条件式2の(f1/fw)は2.946(2.0<2.946<3.0)、条件式3の(f2/fw)は0.772(0.74<0.772<0.86)、条件式4の(f3/fw)は1.224(1.0<1.224<1.42)、条件式5の(tanω×fst/Lst)は0.329(0.329<0.35)である。
Table 4 shows numerical values of the
図3は、実施例1において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図4は、実施例1において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図3および図4の(A)が球面収差、(B)が非点収差、(C)が歪曲収差をそれぞれ示している。図3および図3の(B)中、実線はメリディオナル像面におけるd線の値、破線はサジタル像面におけるd線での値をそれぞれ示している。
図3および図4からわかるように、実施例1によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。
FIG. 3 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion at the wide-angle end in Example 1. FIG. 4 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end in Example 1. It is an aberration diagram showing aberration. 3A and 3B, spherical aberration is shown, (B) is astigmatism, and (C) is distortion. In FIG. 3 and FIG. 3B, the solid line indicates the value of the d line on the meridional image plane, and the broken line indicates the value of the d line on the sagittal image plane.
As can be seen from FIGS. 3 and 4, according to Example 1, the spherical, astigmatism, and distortion aberrations are well corrected at the focal position distance from the wide-angle end to the telephoto end, and the imaging performance is excellent. A variable magnification imaging lens is obtained.
(実施例2)
表5から表8に実施例2の各数値を示す。
表5は、実施例2における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞り、カバーガラスの曲率半径(r:mm)と間隔(d:mm)を示めしている。
(Example 2)
Tables 5 to 8 show numerical values of Example 2.
Table 5 shows the radius of curvature (r: mm) and the interval (d: mm) of each lens, diaphragm, and cover glass corresponding to each surface number of the variable magnification imaging lens in Example 2.
表6は、実施例2における非球面を含む第2レンズ群120、および第3レンズ群130の所定面の非球面係数を示す。表6において、Kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
Table 6 shows aspheric coefficients of predetermined surfaces of the
表7は、変倍に伴って間隔が変化する面2,9,11,13の広角端、望遠端における可変間隔の数値、絞り径、焦点距離、およびFナンバー(Fno)の数値を示している。
Table 7 shows the numerical values of the variable distance, the aperture diameter, the focal length, and the F number (Fno) at the wide-angle end and the telephoto end of the
表8は、条件式1〜条件式5の各数値を示している。実施例2においては、条件式1の(y’/L)は0.215(0.17<0.215<0.23)、条件式2の(f1/fw)は2.608(2.0<2.608<3.0)、条件式3の(f2/fw)は0.746(0.74<0.746<0.86)、条件式4の(f3/fw)は1.173(1.0<1.173<1.42)、条件式5の(tanω×fst/Lst)は0.323(0.323<0.35)である。
Table 8 shows numerical values of the
図5は、実施例2において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図6は、実施例2において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図5および図6の(A)が球面収差、(B)が非点収差、(C)が歪曲収差をそれぞれ示している。図5および図6の(B)中、実線はメリディオナル像面におけるd線の値、破線はサジタル像面におけるd線での値をそれぞれ示している。
図5および図6からわかるように、実施例2によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。
FIG. 5 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion at the wide-angle end in Example 2. FIG. 6 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end in Example 2. It is an aberration diagram showing aberration. In FIGS. 5 and 6, (A) shows spherical aberration, (B) shows astigmatism, and (C) shows distortion. In FIG. 5 and FIG. 6B, the solid line indicates the value of the d line on the meridional image plane, and the broken line indicates the value of the d line on the sagittal image plane.
As can be seen from FIGS. 5 and 6, according to Example 2, spherical, astigmatism, and distortion aberrations are well corrected at the focal position distance from the wide-angle end to the telephoto end, and the imaging performance is excellent. A variable magnification imaging lens is obtained.
(実施例3)
表9から表12に実施例3の各数値を示す。
表9は、実施例3における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞り、カバーガラスの曲率半径(r:mm)と間隔(d:mm)を示している。
Example 3
Tables 9 to 12 show numerical values of Example 3.
Table 9 shows the radius of curvature (r: mm) and interval (d: mm) of each lens, diaphragm, and cover glass corresponding to each surface number of the variable magnification imaging lens in Example 3.
表10は、実施例3における非球面を含む第2レンズ群120、および第3レンズ群130の所定面の非球面係数を示す。表10において、Kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
Table 10 shows aspherical coefficients of predetermined surfaces of the
表11は、変倍に伴って間隔が変化する面2,9,11,13の広角端、望遠端における可変間隔の数値、絞り径、焦点距離、およびFナンバー(Fno)の数値を示している。
Table 11 shows the numerical values of the variable interval, the aperture diameter, the focal length, and the F number (Fno) at the wide-angle end and the telephoto end of the
表12は、条件式1〜条件式5の各数値を示している。実施例3においては、条件式1の(y’/L)は0.188(0.17<0.188<0.23)、条件式2の(f1/fw)は2.075(2.0<2.075<3.0)、条件式3の(f2/fw)は0.854(0.74<0.854<0.86)、条件式4の(f3/fw)は1.417(1.0<1.417<1.42)、条件式5の(tanω×fst/Lst)は0.325(0.325<0.35)である。
Table 12 shows the numerical values of
図7は、実施例3において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図8は、実施例3において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図7および図8の(A)が球面収差、(B)が非点収差、(C)が歪曲収差をそれぞれ示している。図7および図8の(B)中、実線はメリディオナル像面におけるd線の値、破線はサジタル像面におけるd線での値をそれぞれ示している。
図7および図8からわかるように、実施例3によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。
FIG. 7 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion at the wide-angle end in Example 3. FIG. 8 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end in Example 3. It is an aberration diagram showing aberration. 7A and 7A show spherical aberration, FIG. 7B shows astigmatism, and FIG. 7C shows distortion. 7B and 8B, the solid line indicates the value of the d line on the meridional image plane, and the broken line indicates the value of the d line on the sagittal image plane.
As can be seen from FIGS. 7 and 8, according to Example 3, spherical, astigmatism, and distortion aberrations are well corrected at the focal position distance from the wide-angle end to the telephoto end, and the imaging performance is excellent. A variable magnification imaging lens is obtained.
(実施例4)
表13から表16に実施例4の各数値を示す。
表13は、実施例4における変倍撮像レンズの各面番号に対応した各レンズ、絞り、カバーガラスの曲率半径(r:mm)と間隔(d:mm)を示している。
(Example 4)
Tables 13 to 16 show the numerical values of Example 4.
Table 13 shows the radius of curvature (r: mm) and the interval (d: mm) of each lens, diaphragm, and cover glass corresponding to each surface number of the variable magnification imaging lens in Example 4.
表14は、実施例4における非球面を含む第2レンズ群120、および第3レンズ群130の所定面の非球面係数を示す。表14において、Kは円錐定数を、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数をそれぞれ表している。
Table 14 shows the aspheric coefficients of the predetermined surfaces of the
表15は、変倍に伴って間隔が変化する面2,9,11,13の広角端、望遠端における可変間隔の数値、絞り径、焦点距離、およびFナンバー(Fno)の数値を示している。
Table 15 shows the numerical values of the variable distance, the aperture diameter, the focal length, and the F number (Fno) at the wide-angle end and the telephoto end of the
表16は、条件式1〜条件式5の各数値を示している。実施例4においては、条件式1の(y’/L)は0.178(0.17<0.178<0.23)、条件式2の(f1/fw)は2.358(2.0<2.358<3.0)、条件式3の(f2/fw)は0.791(0.74<0.791<0.86)、条件式4の(f3/fw)は1.058(1.0<1.058<1.42)、条件式5の(tanω×fst/Lst)は0.341(0.341<0.35)である。
Table 16 shows the numerical values of
図9は、実施例4において、広角端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図であり、図10は、実施例4において、望遠端における球面収差、非点収差、および歪曲収差を示す収差図である。図9および図10の(A)が球面収差、(B)が非点収差、(C)が歪曲収差をそれぞれ示している。図9および図10の(B)中、実線はメリディオナル像面におけるd線の値、破線はサジタル像面におけるd線での値をそれぞれ示している。
図9および図10からわかるように、実施例4によれば、広角端から望遠端までの焦点位置距離において、球面、非点、歪曲の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた変倍撮像レンズが得られる。
FIG. 9 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion at the wide-angle end in Example 4. FIG. 10 shows spherical aberration, astigmatism, and distortion at the telephoto end in Example 4. It is an aberration diagram showing aberration. 9A and 9B, spherical aberration is shown, (B) is astigmatism, and (C) is distortion. In FIG. 9 and FIG. 10B, the solid line indicates the value of the d line on the meridional image plane, and the broken line indicates the value of the d line on the sagittal image plane.
As can be seen from FIGS. 9 and 10, according to Example 4, spherical, astigmatism, and distortion aberrations are well corrected at the focal position distance from the wide-angle end to the telephoto end, and the imaging performance is excellent. A variable magnification imaging lens is obtained.
以上説明したように、本実施形態によれば、撮像光学系が3群構成の変倍レンズとなっており、第1レンズ群110を1枚構成、第2レンズ群120を3枚構成、第3レンズ群130を1枚構成として、さらに、第2レンズ群120を3枚全てプラスチック化していることから、光学系の全長を短くでき、このことにより径最大レンズとなる第1レンズ群110におけるレンズの径も小型化でき、またコスト低減を図ることができる。
変倍に際しては、第1レンズ群110を固定もしくは変動させることも可能であり、使用目的に応じ対応できる。
収差補正において、各レンズ群のパワー配置を最適化することでコンパクト化を達成しており、さらに第2レンズ群120と第3レンズ群130に非球面を適宜配置することで、さらにコンパクト化を実現できる。これらの条件を最適化することにより、コンパクトな変倍レンズにも関わらず高性能で、さらに歪曲を小さくすることができる利点がある。
また、本実施形態においては、ピント調整は第3レンズ群130で行っており、無限から至近にかけて撮像面測に移動するため、望遠端での第2レンズ群120と第3レンズ群130との距離を狭めることができる。これにより、変倍光学系のコンパクト化が可能となり、また同じ大きさであれば、無理の無いパワー配置が可能となり、高性能化および偏心感度低下を実現できる。
As described above, according to the present embodiment, the imaging optical system is a variable power lens having a three-group configuration. The
During zooming, the
In the aberration correction, the lens arrangement is optimized by optimizing the power arrangement of each lens group. Further, the lens arrangement is further reduced by appropriately arranging aspheric surfaces in the
Further, in the present embodiment, the focus adjustment is performed by the
また、プラスチック製の第2レンズ群120の3枚は、正のメニスカスレンズ、負のメニスカスレンズ、正の両凸レンズ構成となっていることから、正のメニスカスレンズで球面収差補正を良好に行え、負のメニスカスレンズにおいて、正レンズで発生する象面湾曲の補正過剰を抑制でき、これと並行してコマ収差発生を押えることができる。これにより、性能バランスをとることが可能となり、変倍に伴う収差変動を抑え、高性能な変倍が可能となる利点がある。
In addition, since the three plastic
また、各レンズ群の焦点距離(fl,f2、f3)と合成パワーの強くなる広角端の焦点距離fwとの関係において、各レンズ群のパワーバランスをとることにより、高性能でコンパクトな変倍レンズを実現することが可能となる。 In addition, in the relationship between the focal lengths (fl, f2, f3) of each lens unit and the focal length fw at the wide-angle end where the combined power is strong, by taking the power balance of each lens unit, high-performance and compact zooming A lens can be realized.
撮像素子142への入射角度規制に対する射出瞳位置の条件を所望の条件に規定することにより、広画角、コンパクトでありながら、射出瞳の規制緩和を行うことが可能となる。
By defining the condition of the exit pupil position with respect to the restriction of the incident angle to the
100…変倍撮像レンズ
110…第1レンズ群
111…負のメニスカスレンズ
120…第2レンズ群
121…正のメニスカスレンズ
122…負のメニスカスレンズ
123…両凸レンズ
130…第3レンズ群
131…負のレンズ
140…撮像部
141…ガラス製の平行平面板(カバーガラス)
142…撮像素子
142a…撮像面
DESCRIPTION OF
142:
Claims (6)
上記撮像光学系は、物体側から順に配置された、
負の屈折力を有する1枚構成よりなる第1レンズ群と、
正および負の屈折力を有する3枚構成よりなり全体として正の屈折力を有する第2レンズ群と、
負の屈折力を有する1枚構成の第3レンズ群と、により構成され、
変倍を行う際には、上記第2レンズ群と上記第3レンズ群が光軸上を移動し、
変倍比が約2.5以下であり、かつ、
以下の条件式(1)を満足し、
上記第1レンズ群、上記第2レンズ群、および上記第3レンズ群の焦点距離は、それぞれ以下の条件式(2)、(3)、および(4)を満足する
ことを特徴とする変倍撮像レンズ。
0.17<y’/L …(1)
ただし、y’は上記撮像素子の撮像面における最大像高を、Lは光学系の最物体側レンズ面頂より光軸上における上記撮像面までの距離が最大となるときの光学系最前面より撮像面までの距離をそれぞれ表している。
2.0<|f1|/fw<3.0 …(2)
0.74<f2/fw<0.86 …(3)
1.0<|f3|/fw<1.42 …(4)
ただし、f1は第1レンズ群の焦点距離を、f2は第2レンズ群の焦点距離を、f3は第3レンズ群の焦点距離を、fwは広角端における光学系の焦点距離をそれぞれ表している。 A zoom lens having an imaging optical system having a zoom function for an image sensor,
The imaging optical system is arranged in order from the object side,
A first lens group having a single lens structure having negative refractive power;
A second lens group having a positive refractive power as a whole, comprising a three-lens configuration having positive and negative refractive powers;
And a third lens group having a single refractive power having a negative refractive power,
When zooming, the second lens group and the third lens group move on the optical axis,
A zoom ratio of about 2.5 or less, and
The following conditional expression (1) is satisfied ,
The focal lengths of the first lens group, the second lens group, and the third lens group satisfy the following conditional expressions (2), (3), and (4), respectively: Imaging lens.
0.17 <y ′ / L (1)
However, y ′ is the maximum image height on the imaging surface of the imaging device, and L is from the forefront of the optical system when the distance from the top of the lens surface of the optical system on the most object side to the imaging surface on the optical axis is maximum. Each distance to the imaging surface is shown.
2.0 <| f1 | / fw <3.0 (2)
0.74 <f2 / fw <0.86 (3)
1.0 <| f3 | / fw <1.42 (4)
Here, f1 represents the focal length of the first lens group, f2 represents the focal length of the second lens group, f3 represents the focal length of the third lens group, and fw represents the focal length of the optical system at the wide angle end. .
ことを特徴とする請求項1に記載の変倍撮像レンズ。 2. The variable magnification imaging lens according to claim 1, wherein the second lens group has at least one aspheric surface, and the third lens group has a one-surface aspheric surface .
ことを特徴とする請求項2に記載の変倍撮像レンズ。
tanω×fst/Lst<0.35 …(5)
ただし、ωは広角端での最大入射角度を、fstは広角端における絞りより像側の光学系の合成焦点距離を、Lstは広角端における絞りから撮像面までの距離をそれぞれ表している。 3. The variable magnification imaging lens according to claim 2, wherein the third lens group is a negative lens having a concave surface directed toward the image side, and satisfies the following conditional expression (5) .
tan ω × fst / Lst <0.35 (5)
Here, ω represents the maximum incident angle at the wide-angle end, fst represents the combined focal length of the optical system on the image side from the stop at the wide-angle end, and Lst represents the distance from the stop to the imaging surface at the wide-angle end.
請求項1から3のいずれか一に記載の変倍撮像レンズ。 The second lens group, zooming imaging lens as claimed in any one of the three that are configured by three plastic lenses.
請求項1から4のいずれか一に記載の変倍撮像レンズ。 The first lens group, zooming imaging lens as claimed in any one of the 4 is a negative meniscus lens the object side and a convex surface facing the first surface.
請求項1から5のいずれか一に記載の変倍撮像レンズ。
The three lenses of the second lens group, a positive meniscus lens from the object side, a negative meniscus lens, a positive zooming imaging lens according to claims 1, which is configured in any one of 5 biconvex lens .
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