JP3820213B2 - 撮像レンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像レンズに係り、特に、携帯型のコンピュータ、テレビ電話、携帯電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を利用した撮像装置に用いられ、小型軽量化および製造性の向上を図ることを可能とした２枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話、携帯電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラの需要が著しく高まっている。このようなカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。
【０００３】
そのため、このようなカメラに用いられる撮像レンズにも、同様に、小型軽量であることが要求されており、このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
このような１枚構成のレンズ系では、ＣＩＦと呼ばれる約１１万画素程度の解像度を持った固体撮像素子に適用する場合には、十分対応することができるが、近年、ＶＧＡと呼ばれる約３０万画素程度の高い解像度を有する固体撮像素子の利用が検討されてきており、このような高解像度の固体撮像素子の解像能力を十分に発揮させるためには、従来の１枚構成のレンズ系では対応することができないという問題がある。
【０００５】
そのため従来から、１枚構成のレンズ系に比較して光学性能に優れる２枚構成のレンズ系あるいは３枚構成のレンズ系が各種提案されている。
【０００６】
この場合に、３枚構成のレンズ系においては、光学性能の低下につながる各収差を有効に補正することができることから、極めて高い光学性能を得ることが可能となるが、３枚構成のレンズ系では、部品点数が多いことから、小型軽量化が困難であり、各構成部品に高い精度が要求されるため製造コストも高くなってしまうという問題を有している。
【０００７】
これに対して、２枚構成のレンズ系は、３枚構成のレンズ系ほどの光学性能を望むことはできないものの、１枚構成のレンズ系より高い光学性能を得ることができ、小型でかつ高解像度の固体撮像素子に好適なレンズ系であるといえる。
【０００８】
そして、このような２枚構成のレンズ系として、従来から、レトロフォーカス型と呼ばれる負レンズと正レンズとを組み合わせたレンズ系が多数提案されている。しかし、このようなレトロフォーカス型のレンズ系では、部品点数を低減させることによる低コスト化は可能であるが、バックフォーカス距離が長くなるため１枚構成のレンズ系と同程度の小型軽量化はその構成からみて、実質的に不可能である。
【０００９】
また、他の２枚構成のレンズ系としては、テレフォト型と呼ばれる正レンズと負レンズを組み合わせたレンズ系がある。しかし、このようなテレフォト型のレンズ系は、本来銀塩写真用に開発されたものであり、バックフォーカス距離が短すぎ、また、テレセントリック性の問題もあり、固体撮像素子用の撮像レンズとして適用することは事実上不可能である。
【００１０】
また、従来より、２枚の正レンズを組み合わせた２枚構成のレンズ系も提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１５１９６２号公報
【特許文献２】
特開平７−１８１３７９号公報
【特許文献３】
特開平７−２８７１６４号公報
【特許文献４】
特開平１０−２０６７２５号公報
【特許文献５】
特許第３０２７８６３号公報
【特許文献６】
特開２０００−７２０７９号公報
【特許文献７】
特開２００１−１８３５７８号公報
【特許文献８】
特開２００２−２６７９２８号公報
【特許文献９】
特許第３３１１３１７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１乃至５に係る撮像レンズは、いずれも銀塩写真用あるいはコピー機、ファクシミリ装置、またはスキャナ用等の光学系として開発されているものであるため、焦点距離が２０ｍｍ以上と極めて長いものや、ＦNoが４．０以上と極めて暗いものがあり、固体撮像素子用としてはそのまま適用することができないという問題を有している。
【００１３】
また、特許文献６乃至９に係る撮像レンズは、固体撮像素子に適用可能な撮像レンズではあるが、全長が長すぎるため小型軽量化には適さないといった問題点を有している。
【００１４】
特に、最近においては、撮像レンズの小型軽量化に対する要求が増々強まりつつあるが、従来の撮像レンズにおいては、そのような要求に充分に応えることができないのが実情であった。
【００１５】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、光学性能を維持しつつ、小型軽量化を図ることのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項１に係る撮像レンズの特徴は、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであって主たるパワーを持つ第１レンズ、絞り、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズを配設し、かつ、次の（１）〜（３）の各条件式、
ｄ２／ｆ＜０．１ （１）
−４．０＜Φａｉｒ／Φ＜−２．５ （２）
０．６０５≦（ｄ １ ＋ｄ ２ ＋ｄ ３ ）／ｆ＜０．７ （３）
但し、
ｄ２：第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Φ：レンズ系全体のパワー
Φａｉｒ：第１レンズと第２レンズとの間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワー（第１レンズの像面側の面の曲率をｃ２、第２レンズの物体側の面の曲率をｃ３、設計中心波長の光に対する第１レンズの屈折率をｎ１、設計中心波長の光に対する第２レンズの屈折率をｎ３とした場合、Φａｉｒ＝ｃ２（１−ｎ１）＋ｃ３（ｎ３−１）＋ｃ２ｃ３（ｎ１−１）（ｎ３−１）ｄ２によって表される）
ｄ １ ：第１レンズの中心厚
ｄ ３ ：第２レンズの中心厚
を満足する点にある。
【００１７】
この請求項１に係る発明によれば、前記（１）および（２）の各条件式を満足することにより、非点収差を良好に補正し、かつ、製造性を維持し、さらに、固体撮像素子の周辺部に入射する光線の有効利用を図りつつ、光学系の全長を短縮化することが可能となる。さらに、（３）の条件式を満足することにより、さらに有効に製造性を維持しつつレンズ系の全長を短縮化することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る撮像レンズの実施形態について、図１乃至図１６を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態における撮像レンズ１は、図１に示すように、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた主たるパワーを持つ正のパワーのメニスカスレンズとされた第１レンズ２と、絞り３と、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズ４とを有している。ここで、第１レンズ２および第２レンズ４における物体側および像面側の各レンズ面を、それぞれ第１面、第２面と称することとする。
【００２２】
第２レンズ４の第２面側には、カバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタ等の各種フィルタ６およびＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の撮像素子の受光面である撮像面７がそれぞれ配設されている。なお、各種フィルタ６は、必要に応じて省略することも可能である。
【００２３】
本実施形態においては、第１レンズ２および第２レンズ４が、次の（１）、（２）の各条件式を満足するようにする。
【００２４】
ｄ2 ／ｆ＜０．１ （１）
−４．０＜Φair ／Φ＜−２．５ （２）
但し、（１）式におけるｄ2 は、第１レンズ２と第２レンズ４との光軸５上における間隔すなわち第１レンズ２の第２面と第２レンズ４の第１面との間の光軸５上の距離である。さらに、ｆは、レンズ系全体の焦点距離である。
【００２５】
また、（２）式におけるΦair は、第１レンズ２と第２レンズ４との間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワーである。このΦair の値は、第１レンズ２の第２面の曲率をｃ2 、第２レンズ４の第１面の曲率をｃ3 、設計中心波長の光に対する第１レンズ２の屈折率をｎ1 、設計中心波長の光に対する第２レンズ４の屈折率をｎ3 とした場合、次の（２の２）式によって表される。
【００２６】
Φair ＝ｃ2 （１−ｎ1 ）＋ｃ3 （ｎ3 −１）＋ｃ2 ｃ3 （ｎ1 −１）（ｎ3 −１）ｄ2 （２の２）
なお、本実施形態における設計中心波長の光は、ｅ線（緑色）の光である。
【００２７】
ここで、ｄ2 ／ｆの値が、（１）式に示す値（０．１）以上になると、光学系の全長が長くなり過ぎ、小型軽量化の要請に反することとなる。
【００２８】
また、Φair ／Φの値が、（２）式に示す値（−２．５）以上になると、ペッツヴァール和が大きくなることによってサジッタル像面（Ｓ）とタンジェンシャル像面（Ｔ）との隔たりが大きくなり、この結果、非点収差が大きくなってしまう。
【００２９】
一方、Φair ／Φの値が、（２）式に示す値（−４．０）以下になると、第１レンズ２および第２レンズ４の凸面の曲率が大きくなり過ぎて製造が困難になり、その上、周辺光量が低下して固体撮像素子の周辺部に入射する光線を有効利用することができなくなる。
【００３０】
従って、本実施形態においては、ｄ2 ／ｆの値を（１）の条件式を満足するようにし、かつ、Φair ／Φの値を（２）の条件式を満足するようにすることによって、非点収差を良好に補正し、かつ、製造性を維持し、さらに、固体撮像素子の周辺部に入射する光線の有効利用を図りつつ、光学系の全長を短縮化することが可能となる。
【００３１】
また、上記の構成に加えて、更に、次の（３）の条件式を満足するようにしてもよい。
【００３２】
０．４＜（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＜０．７ （３）
但し、（３）式におけるｄ1 は、第１レンズ２の中心厚である。また、ｄ3 は、第２レンズ４の中心厚である。なお、前述のように、ｄ2 は、第１レンズ２と第２レンズ４との光軸５上における間隔であり、ｆは、レンズ系全体の焦点距離である。
【００３３】
ここで、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆの値が（３）式に示す値（０．７）以上になると、レンズ系の全長が長くなり過ぎ、小型軽量化に反することとなる。
【００３４】
一方、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆの値が（３）式に示す値（０．４）以下になると、レンズ系全体が小さくなり過ぎることにより、レンズ面の曲率が大きくなり過ぎ、この結果、製造及び組立てが困難になる。
【００３５】
従って、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆの値が（３）式を満足するようにすれば、さらに有効に製造性を維持しつつレンズ系の全長を短縮化することが可能となる。
【００３６】
なお、前述のように、本実施形態においては、第１レンズ２に主たるパワーを持たせるようにしているが、好ましくは次の（４）の条件式を満たすようにする。
【００３７】
Φ1 ／Φ＜１．２ （４）
但し、（４）式におけるΦ1 は、第１レンズ２のパワーであり、Φは、前述のようにレンズ系全体のパワーである。
【００３８】
このようにすれば、更に良好に光学性能や製造性を維持しつつ小型軽量化を図ることが可能となる。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、図２乃至図４および図８乃至１６を参照して説明する。
【００４０】
ここで、本実施例において、ＦNOは、Ｆナンバー、２ωは全画角、ｃは、光学面の曲率を示す。また、ｄは、次の光学面までの距離を示す。また、ｎｅは、ｅ線（緑色）を照射した場合における各光学系の屈折率、νｄは、ｄ線（黄色）の場合における各光学系のアッベ数を示す。
【００４１】
ｋ、Ａ、Ｂは、次の（５）式における各係数を示す。すなわち、レンズの非球面の形状は、光軸５方向にＺ軸、光軸５に直交する方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂを非球面係数、ｃを曲率としたとき次式で表される。
【００４２】
＜第１実施例＞
図２は、本発明の第１実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示す構成の撮像レンズ１と同様に、第１レンズ２と第２レンズ４との間に絞り３を配置し、また、第２レンズ４の像面側には、フィルタの一例としてカバーガラス６を配置している。
【００４３】
この第１実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６２．６°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．４５ｍｍ、Φair ＝−０．６８８６７１ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.03156 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.708265 0.10
３（絞り） 0 0.20
４（第２レンズ第１面） -0.538423 1.45 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.562493 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.549
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1804668 -1.059282E-2 -4.365457E-3
２ 3.807702 -1.061820E-2 -1.010247E-2
４ 0.5767871 -1.556526E-1 -1.145704
５ 0.9825455 4.537203E-3 -1.584557E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−２．６１７となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６９７となり、（３）式を満足するものであった。
【００４４】
この第１実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図３に、横収差を図４に示す。
【００４５】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜参考例＞
図５は、参考例を示したもので、この参考例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６１．２°、ｄ1 ＝０．８ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝０．９ｍｍ、Φair ＝−０．７４６１６１ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.112098 0.80 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.800174 0.10
３（絞り） 0 0.20
４（第２レンズ第１面） -0.546746 0.90 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.509997 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.50 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.701
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1598616 -1.126125E-2 -7.251079E-3
２ -0.9159409 2.345736E-1 3.975805E-1
４ 11.44252 -8.951630E-2 -2.279703E-1
５ 2.784102 -1.026661E-2 -4.081407E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−２．８３５となり、（２）式を満足するものであった。なお、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．５２６となった。
【００４６】
この参考例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図６に、横収差を図７に示す。
【００４７】
＜第２実施例＞
図８は、本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝５９．７°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．１ｍｍ、Φair ＝−１．０５０５６６ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.143721 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.902881 0.09
３（絞り） 0 0.21
４（第２レンズ第１面） -0.954649 1.10 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.860982 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.805
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1539769 -5.188658E-3 -9.123322E-3
２ 3.987563 1.629469E-2 -2.269491E-1
４ 0 -2.189219E-1 -2.241663
５ 0.3749068 1.780739E-3 -1.419786E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−３．９９２となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６０５となり、（３）式を満足するものであった。
【００４８】
この第２実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図９に、横収差を図１０に示す。
【００４９】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第３実施例＞
図１１は、本発明の第３実施例を示したもので、この第３実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６２．１°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．４５ｍｍ、Φair ＝−０．６８０３８２ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.026539 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.698027 0.10
３（絞り） 0 0.20
４（第２レンズ第１面） -0.534262 1.45 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.556969 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.550
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1896112 -1.116567E-2 -5.939006E-3
２ 3.962633 -3.498629E-2 1.206361E-1
４ 1.686719 -1.512277E-1 -9.503996E-1
５ 0.9752553 5.958662E-3 -1.461578E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−２．５８５となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６９７となり、（３）式を満足するものであった。
【００５０】
この第３実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を
図１２に、横収差を図１３に示す。
【００５１】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第４実施例＞
図１４は、本発明の第４実施例を示したもので、この第４実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６０．８°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．１ｍｍ、Φair ＝−０．８７１０２５ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.077362 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.826122 0.09
３（絞り） 0 0.21
４（第２レンズ第１面） -0.731407 1.10 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.731552 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.801
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1851335 -8.102357E-3 -7.201421E-3
２ 3.687250 -2.216525E-2 1.300030E-1
４ 0 -2.408286E-1 -1.297787
５ 0.7139493 4.035899E-3 -2.376845E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−３．３１０となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６０５となり、（３）式を満足するものであった。
【００５２】
この第４実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図１５に、横収差を図１６に示す。
【００５３】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１に係る撮像レンズによれば、良好な光学特性を維持しつつ小型軽量で製造性に優れた撮像レンズを実現することができる。
【００５６】
また、請求項２に係る撮像レンズによれば、請求項１に係る撮像レンズの効果に加えて、さらに小型で且つ製造性に優れた撮像レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】 本発明に係る撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】 図２に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収
差を示す説明図
【図４】 図２に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図５】 撮像レンズの参考例を示す概略構成図
【図６】 図５に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収
差を示す説明図
【図７】 図５に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図８】 本発明に係る撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図９】 図８に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収
差を示す説明図
【図１０】 図８に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図１１】 本発明に係る撮像レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図１２】 図１１に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪
曲収差を示す説明図
【図１３】 図１１に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図１４】 本発明に係る撮像レンズの第４実施例を示す概略構成図
【図１５】 図１４に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪
曲収差を示す説明図
【図１６】 図１４に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【符号の説明】
１ 撮像レンズ
２ 第１レンズ
３ 絞り
４ 第２レンズ
５ 光軸
６ フィルタ
７ 撮像面
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像レンズに係り、特に、携帯型のコンピュータ、テレビ電話、携帯電話等に搭載されるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を利用した撮像装置に用いられ、小型軽量化および製造性の向上を図ることを可能とした２枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話、携帯電話等に搭載するためのＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したカメラの需要が著しく高まっている。このようなカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。
【０００３】
そのため、このようなカメラに用いられる撮像レンズにも、同様に、小型軽量であることが要求されており、このような撮像レンズとしては、従来から、１枚のレンズを用いた１枚構成のレンズ系が用いられている。
【０００４】
このような１枚構成のレンズ系では、ＣＩＦと呼ばれる約１１万画素程度の解像度を持った固体撮像素子に適用する場合には、十分対応することができるが、近年、ＶＧＡと呼ばれる約３０万画素程度の高い解像度を有する固体撮像素子の利用が検討されてきており、このような高解像度の固体撮像素子の解像能力を十分に発揮させるためには、従来の１枚構成のレンズ系では対応することができないという問題がある。
【０００５】
そのため従来から、１枚構成のレンズ系に比較して光学性能に優れる２枚構成のレンズ系あるいは３枚構成のレンズ系が各種提案されている。
【０００６】
この場合に、３枚構成のレンズ系においては、光学性能の低下につながる各収差を有効に補正することができることから、極めて高い光学性能を得ることが可能となるが、３枚構成のレンズ系では、部品点数が多いことから、小型軽量化が困難であり、各構成部品に高い精度が要求されるため製造コストも高くなってしまうという問題を有している。
【０００７】
これに対して、２枚構成のレンズ系は、３枚構成のレンズ系ほどの光学性能を望むことはできないものの、１枚構成のレンズ系より高い光学性能を得ることができ、小型でかつ高解像度の固体撮像素子に好適なレンズ系であるといえる。
【０００８】
そして、このような２枚構成のレンズ系として、従来から、レトロフォーカス型と呼ばれる負レンズと正レンズとを組み合わせたレンズ系が多数提案されている。しかし、このようなレトロフォーカス型のレンズ系では、部品点数を低減させることによる低コスト化は可能であるが、バックフォーカス距離が長くなるため１枚構成のレンズ系と同程度の小型軽量化はその構成からみて、実質的に不可能である。
【０００９】
また、他の２枚構成のレンズ系としては、テレフォト型と呼ばれる正レンズと負レンズを組み合わせたレンズ系がある。しかし、このようなテレフォト型のレンズ系は、本来銀塩写真用に開発されたものであり、バックフォーカス距離が短すぎ、また、テレセントリック性の問題もあり、固体撮像素子用の撮像レンズとして適用することは事実上不可能である。
【００１０】
また、従来より、２枚の正レンズを組み合わせた２枚構成のレンズ系も提案されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１５１９６２号公報
【特許文献２】
特開平７−１８１３７９号公報
【特許文献３】
特開平７−２８７１６４号公報
【特許文献４】
特開平１０−２０６７２５号公報
【特許文献５】
特許第３０２７８６３号公報
【特許文献６】
特開２０００−７２０７９号公報
【特許文献７】
特開２００１−１８３５７８号公報
【特許文献８】
特開２００２−２６７９２８号公報
【特許文献９】
特許第３３１１３１７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１乃至５に係る撮像レンズは、いずれも銀塩写真用あるいはコピー機、ファクシミリ装置、またはスキャナ用等の光学系として開発されているものであるため、焦点距離が２０ｍｍ以上と極めて長いものや、ＦNoが４．０以上と極めて暗いものがあり、固体撮像素子用としてはそのまま適用することができないという問題を有している。
【００１３】
また、特許文献６乃至９に係る撮像レンズは、固体撮像素子に適用可能な撮像レンズではあるが、全長が長すぎるため小型軽量化には適さないといった問題点を有している。
【００１４】
特に、最近においては、撮像レンズの小型軽量化に対する要求が増々強まりつつあるが、従来の撮像レンズにおいては、そのような要求に充分に応えることができないのが実情であった。
【００１５】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、光学性能を維持しつつ、小型軽量化を図ることのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の請求項１に係る撮像レンズの特徴は、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであって主たるパワーを持つ第１レンズ、絞り、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズを配設し、かつ、次の（１）〜（３）の各条件式、
ｄ２／ｆ＜０．１ （１）
−４．０＜Φａｉｒ／Φ＜−２．５ （２）
０．６０５≦（ｄ １ ＋ｄ ２ ＋ｄ ３ ）／ｆ＜０．７ （３）
但し、
ｄ２：第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Φ：レンズ系全体のパワー
Φａｉｒ：第１レンズと第２レンズとの間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワー（第１レンズの像面側の面の曲率をｃ２、第２レンズの物体側の面の曲率をｃ３、設計中心波長の光に対する第１レンズの屈折率をｎ１、設計中心波長の光に対する第２レンズの屈折率をｎ３とした場合、Φａｉｒ＝ｃ２（１−ｎ１）＋ｃ３（ｎ３−１）＋ｃ２ｃ３（ｎ１−１）（ｎ３−１）ｄ２によって表される）
ｄ １ ：第１レンズの中心厚
ｄ ３ ：第２レンズの中心厚
を満足する点にある。
【００１７】
この請求項１に係る発明によれば、前記（１）および（２）の各条件式を満足することにより、非点収差を良好に補正し、かつ、製造性を維持し、さらに、固体撮像素子の周辺部に入射する光線の有効利用を図りつつ、光学系の全長を短縮化することが可能となる。さらに、（３）の条件式を満足することにより、さらに有効に製造性を維持しつつレンズ系の全長を短縮化することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る撮像レンズの実施形態について、図１乃至図１６を参照して説明する。
【００２１】
本実施形態における撮像レンズ１は、図１に示すように、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた主たるパワーを持つ正のパワーのメニスカスレンズとされた第１レンズ２と、絞り３と、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズ４とを有している。ここで、第１レンズ２および第２レンズ４における物体側および像面側の各レンズ面を、それぞれ第１面、第２面と称することとする。
【００２２】
第２レンズ４の第２面側には、カバーガラス、ＩＲカットフィルタ、ローパスフィルタ等の各種フィルタ６およびＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の撮像素子の受光面である撮像面７がそれぞれ配設されている。なお、各種フィルタ６は、必要に応じて省略することも可能である。
【００２３】
本実施形態においては、第１レンズ２および第２レンズ４が、次の（１）、（２）の各条件式を満足するようにする。
【００２４】
ｄ2 ／ｆ＜０．１ （１）
−４．０＜Φair ／Φ＜−２．５ （２）
但し、（１）式におけるｄ2 は、第１レンズ２と第２レンズ４との光軸５上における間隔すなわち第１レンズ２の第２面と第２レンズ４の第１面との間の光軸５上の距離である。さらに、ｆは、レンズ系全体の焦点距離である。
【００２５】
また、（２）式におけるΦair は、第１レンズ２と第２レンズ４との間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワーである。このΦair の値は、第１レンズ２の第２面の曲率をｃ2 、第２レンズ４の第１面の曲率をｃ3 、設計中心波長の光に対する第１レンズ２の屈折率をｎ1 、設計中心波長の光に対する第２レンズ４の屈折率をｎ3 とした場合、次の（２の２）式によって表される。
【００２６】
Φair ＝ｃ2 （１−ｎ1 ）＋ｃ3 （ｎ3 −１）＋ｃ2 ｃ3 （ｎ1 −１）（ｎ3 −１）ｄ2 （２の２）
なお、本実施形態における設計中心波長の光は、ｅ線（緑色）の光である。
【００２７】
ここで、ｄ2 ／ｆの値が、（１）式に示す値（０．１）以上になると、光学系の全長が長くなり過ぎ、小型軽量化の要請に反することとなる。
【００２８】
また、Φair ／Φの値が、（２）式に示す値（−２．５）以上になると、ペッツヴァール和が大きくなることによってサジッタル像面（Ｓ）とタンジェンシャル像面（Ｔ）との隔たりが大きくなり、この結果、非点収差が大きくなってしまう。
【００２９】
一方、Φair ／Φの値が、（２）式に示す値（−４．０）以下になると、第１レンズ２および第２レンズ４の凸面の曲率が大きくなり過ぎて製造が困難になり、その上、周辺光量が低下して固体撮像素子の周辺部に入射する光線を有効利用することができなくなる。
【００３０】
従って、本実施形態においては、ｄ2 ／ｆの値を（１）の条件式を満足するようにし、かつ、Φair ／Φの値を（２）の条件式を満足するようにすることによって、非点収差を良好に補正し、かつ、製造性を維持し、さらに、固体撮像素子の周辺部に入射する光線の有効利用を図りつつ、光学系の全長を短縮化することが可能となる。
【００３１】
また、上記の構成に加えて、更に、次の（３）の条件式を満足するようにしてもよい。
【００３２】
０．４＜（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＜０．７ （３）
但し、（３）式におけるｄ1 は、第１レンズ２の中心厚である。また、ｄ3 は、第２レンズ４の中心厚である。なお、前述のように、ｄ2 は、第１レンズ２と第２レンズ４との光軸５上における間隔であり、ｆは、レンズ系全体の焦点距離である。
【００３３】
ここで、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆの値が（３）式に示す値（０．７）以上になると、レンズ系の全長が長くなり過ぎ、小型軽量化に反することとなる。
【００３４】
一方、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆの値が（３）式に示す値（０．４）以下になると、レンズ系全体が小さくなり過ぎることにより、レンズ面の曲率が大きくなり過ぎ、この結果、製造及び組立てが困難になる。
【００３５】
従って、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆの値が（３）式を満足するようにすれば、さらに有効に製造性を維持しつつレンズ系の全長を短縮化することが可能となる。
【００３６】
なお、前述のように、本実施形態においては、第１レンズ２に主たるパワーを持たせるようにしているが、好ましくは次の（４）の条件式を満たすようにする。
【００３７】
Φ1 ／Φ＜１．２ （４）
但し、（４）式におけるΦ1 は、第１レンズ２のパワーであり、Φは、前述のようにレンズ系全体のパワーである。
【００３８】
このようにすれば、更に良好に光学性能や製造性を維持しつつ小型軽量化を図ることが可能となる。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、図２乃至図４および図８乃至１６を参照して説明する。
【００４０】
ここで、本実施例において、ＦNOは、Ｆナンバー、２ωは全画角、ｃは、光学面の曲率を示す。また、ｄは、次の光学面までの距離を示す。また、ｎｅは、ｅ線（緑色）を照射した場合における各光学系の屈折率、νｄは、ｄ線（黄色）の場合における各光学系のアッベ数を示す。
【００４１】
ｋ、Ａ、Ｂは、次の（５）式における各係数を示す。すなわち、レンズの非球面の形状は、光軸５方向にＺ軸、光軸５に直交する方向にＸ軸をとり、光の進行方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂを非球面係数、ｃを曲率としたとき次式で表される。
【００４２】
図２は、本発明の第１実施例を示したもので、本実施例においては、図１に示す構成の撮像レンズ１と同様に、第１レンズ２と第２レンズ４との間に絞り３を配置し、また、第２レンズ４の像面側には、フィルタの一例としてカバーガラス６を配置している。
【００４３】
この第１実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６２．６°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．４５ｍｍ、Φair ＝−０．６８８６７１ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.03156 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.708265 0.10
３（絞り） 0 0.20
４（第２レンズ第１面） -0.538423 1.45 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.562493 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.549
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1804668 -1.059282E-2 -4.365457E-3
２ 3.807702 -1.061820E-2 -1.010247E-2
４ 0.5767871 -1.556526E-1 -1.145704
５ 0.9825455 4.537203E-3 -1.584557E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−２．６１７となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６９７となり、（３）式を満足するものであった。
【００４４】
この第１実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図３に、横収差を図４に示す。
【００４５】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜参考例＞
図５は、参考例を示したもので、この参考例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６１．２°、ｄ1 ＝０．８ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝０．９ｍｍ、Φair ＝−０．７４６１６１ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.112098 0.80 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.800174 0.10
３（絞り） 0 0.20
４（第２レンズ第１面） -0.546746 0.90 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.509997 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.50 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.701
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1598616 -1.126125E-2 -7.251079E-3
２ -0.9159409 2.345736E-1 3.975805E-1
４ 11.44252 -8.951630E-2 -2.279703E-1
５ 2.784102 -1.026661E-2 -4.081407E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−２．８３５となり、（２）式を満足するものであった。なお、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．５２６となった。
【００４６】
この参考例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図６に、横収差を図７に示す。
【００４７】
＜第２実施例＞
図８は、本発明の第２実施例を示したもので、この第２実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝５９．７°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．１ｍｍ、Φair ＝−１．０５０５６６ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.143721 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.902881 0.09
３（絞り） 0 0.21
４（第２レンズ第１面） -0.954649 1.10 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.860982 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.805
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1539769 -5.188658E-3 -9.123322E-3
２ 3.987563 1.629469E-2 -2.269491E-1
４ 0 -2.189219E-1 -2.241663
５ 0.3749068 1.780739E-3 -1.419786E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−３．９９２となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６０５となり、（３）式を満足するものであった。
【００４８】
この第２実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図９に、横収差を図１０に示す。
【００４９】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第３実施例＞
図１１は、本発明の第３実施例を示したもので、この第３実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６２．１°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．４５ｍｍ、Φair ＝−０．６８０３８２ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.026539 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.698027 0.10
３（絞り） 0 0.20
４（第２レンズ第１面） -0.534262 1.45 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.556969 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.550
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1896112 -1.116567E-2 -5.939006E-3
２ 3.962633 -3.498629E-2 1.206361E-1
４ 1.686719 -1.512277E-1 -9.503996E-1
５ 0.9752553 5.958662E-3 -1.461578E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−２．５８５となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６９７となり、（３）式を満足するものであった。
【００５０】
この第３実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を
図１２に、横収差を図１３に示す。
【００５１】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
＜第４実施例＞
図１４は、本発明の第４実施例を示したもので、この第４実施例の撮像レンズ１は、以下の条件に設定されている。
ｆ＝３．８０ｍｍ、ＦNO＝２．８５、２ω＝６０．８°、ｄ1 ＝０．９ｍｍ、ｄ2 ＝０．３ｍｍ、ｄ3 ＝１．１ｍｍ、Φair ＝−０．８７１０２５ｍｍ-1 、Φ＝０．２６３１５８ｍｍ-1
面番号 ｃ ｄ ｎｅ νｄ
（物点） ∞
１（第１レンズ第１面） 1.077362 0.90 1.52692 56.2
２（第１レンズ第２面） 0.826122 0.09
３（絞り） 0 0.21
４（第２レンズ第１面） -0.731407 1.10 1.52692 56.2
５（第２レンズ第２面） -0.731552 0.0
６（カバーガラス第１面） 0 0.40 1.51825 64.2
７（カバーガラス第２面） 0 1.801
（像面）
面番号 ｋ Ａ Ｂ
１ 0.1851335 -8.102357E-3 -7.201421E-3
２ 3.687250 -2.216525E-2 1.300030E-1
４ 0 -2.408286E-1 -1.297787
５ 0.7139493 4.035899E-3 -2.376845E-2
このような条件の下で、ｄ2 ／ｆ＝０．０７９となり、（１）式を満足するものであった。また、Φair ／Φ＝−３．３１０となり、（２）式を満足するものであった。さらに、（ｄ1 ＋ｄ2 ＋ｄ3 ）／ｆ＝０．６０５となり、（３）式を満足するものであった。
【００５２】
この第４実施例の撮像レンズ１における球面収差、非点収差および歪曲収差を図１５に、横収差を図１６に示す。
【００５３】
この結果によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差および横収差のいずれも満足できる結果となり、充分な光学特性を得ることができることが分かる。
【００５４】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１に係る撮像レンズによれば、良好な光学特性を維持しつつ小型軽量で製造性に優れた撮像レンズを実現することができる。
【００５６】
また、請求項２に係る撮像レンズによれば、請求項１に係る撮像レンズの効果に加えて、さらに小型で且つ製造性に優れた撮像レンズを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図２】 本発明に係る撮像レンズの第１実施例を示す概略構成図
【図３】 図２に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収
差を示す説明図
【図４】 図２に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図５】 撮像レンズの参考例を示す概略構成図
【図６】 図５に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収
差を示す説明図
【図７】 図５に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図８】 本発明に係る撮像レンズの第２実施例を示す概略構成図
【図９】 図８に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪曲収
差を示す説明図
【図１０】 図８に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図１１】 本発明に係る撮像レンズの第３実施例を示す概略構成図
【図１２】 図１１に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪
曲収差を示す説明図
【図１３】 図１１に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【図１４】 本発明に係る撮像レンズの第４実施例を示す概略構成図
【図１５】 図１４に示す撮像レンズにおける球面収差、非点収差および歪
曲収差を示す説明図
【図１６】 図１４に示す撮像レンズにおける横収差を示す説明図
【符号の説明】
１ 撮像レンズ
２ 第１レンズ
３ 絞り
４ 第２レンズ
５ 光軸
６ フィルタ
７ 撮像面
Claims (1)
- 物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであって主たるパワーを持つ第１レンズ、絞り、物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズとされた第２レンズを配設し、かつ、次の（１）〜（３）の各条件式、
ｄ２／ｆ＜０．１ （１）
−４．０＜Φａｉｒ／Φ＜−２．５ （２）
０．６０５≦（ｄ １ ＋ｄ ２ ＋ｄ ３ ）／ｆ＜０．７ （３）
但し、
ｄ２：第１レンズと第２レンズとの光軸上における間隔
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Φ：レンズ系全体のパワー
Φａｉｒ：第１レンズと第２レンズとの間に挟まれた空気からなる空気レンズのパワー（第１レンズの像面側の面の曲率をｃ２、第２レンズの物体側の面の曲率をｃ３、設計中心波長の光に対する第１レンズの屈折率をｎ１、設計中心波長の光に対する第２レンズの屈折率をｎ３とした場合、Φａｉｒ＝ｃ２（１−ｎ１）＋ｃ３（ｎ３−１）＋ｃ２ｃ３（ｎ１−１）（ｎ３−１）ｄ２によって表される）
ｄ １ ：第１レンズの中心厚
ｄ ３ ：第２レンズの中心厚
を満足することを特徴とする撮像レンズ。
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