JP4041521B1 - 撮像レンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】正パワーの第1レンズ、負パワーの第2レンズ、正パワーの第3レンズを含み、コンパクトで、良好な光学特性を有する撮像レンズLAを提供する。
【解決手段】物体側から順に、絞り、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズL1、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズL2、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズL3を配置し、
0.22<R1/R2<0.50 ・・・(1)
0.02<d3/|f2|<0.12 ・・・(2)
ただし、
R1:第1レンズの物体側面の曲率半径
R2:第1レンズの像側面の曲率半径
f2:第2レンズの焦点距離
d3:第2レンズの芯厚
の条件を満足する。
【選択図】図1

Description

本発明は撮像レンズに関する。特に、高画素用CCD、CMOSなどの固体撮像素子を使用した小型撮像装置、光センサー、携帯用モジュールカメラ、WEBカメラなどに好適な、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズに関する。
近年、CCDやCMOSなどの固体撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。これら撮像素子の高性能化、小型化にともない、撮像装置に使用される撮像レンズも、従来以上にコンパクトで良好な光学特性が求められている。
撮像レンズの小型化及び軽量化に関し、従来から1枚構成のレンズ系や2枚構成のレンズ系の撮像レンズが提案されている。しかしながら、これらのレンズ系は、小型化及び軽量化には有利であるが、撮像レンズに要求される高画質、高解像度等の高性能化に関しては不十分である。
そのため、3枚のレンズ構成により、高画質、高解像度に対応する撮像レンズの技術開発が進められ、種々構成の撮像レンズ系が提案されている。例えば、物体側から順に、絞り、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズ、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズ、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズを配置した撮像レンズが、下記特許文献1ないし3に開示されている。
特許文献1に示された撮像レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第1レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力を有する第2レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力を有する第3レンズとで構成されている。第1レンズの像側面は、物体側に凸面を向けた比較的ゆるい曲率半径の形状であるか、または、物体側に凹面を向けた形状である。そのため、第1レンズの前方主点位置が像面側に近くなり、光学長を短くするには自ずと限界があり、コンパクトさという点では不十分であった。
特許文献2に示された撮像レンズは、第1レンズが、物体側に凸面を向けた平凸もしくは正メニスカスレンズであり、第2レンズが少なくとも1つの屈折面が非球面形状とし、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第3レンズが、少なくとも1つの屈折面が非球面形状とし、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。第1レンズの像側面は、平面形状であるか、または、物体側に向けた凸面を向けた比較的ゆるい曲率半径の形状である。従って、特許文献1の撮像レンズと同様に、コンパクトさという点では不十分であった。
特許文献3に示された撮像レンズは、第1レンズが、物体側が凸面で正の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第2レンズが、物体側が凹面で負の屈折力を有するメニスカスレンズであり、第3レンズが、物体側が凸面で正の屈折力を有するメニスカスレンズである。第2レンズは負のパワー(焦点距離の逆数)が強く、レンズ全長に占める第2レンズの芯厚が大きくなるため、コンパクト化にともない球面収差、像面湾曲の補正が困難になり、コンパクトで良好な光学特性を得るには不十分であった。
特開2005−345919号公報 特開2006−106321号公報 特開2006−133270号公報
本発明は、上記従来例の問題を解決するためになされたものであり、物体側から順に、絞り、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズ、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズ、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズを配置した撮像レンズにおいて、コンパクトで、良好な光学特性を有する撮像レンズを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、物体側から順に、絞り、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズ、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズ、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズを配置し、
0.233<R1/R2<0.500 ・・・(1)
0.034<d3/|f2|<0.099 ・・・(2)
ただし、
R1:第1レンズの物体側面の曲率半径
R2:第1レンズの像側面の曲率半径
f2:第2レンズの焦点距離
d3:第2レンズの芯厚
の条件を満足することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1記載の撮像レンズにおいて、
第1レンズのd線での屈折率をn1として、
n1>1.53 ・・・(3)
の条件を満足することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、物体側から順に、絞り、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズ、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズ、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズを配置し、条件式(1)及び、(2)を満足することにより、コンパクトで、良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることができる。
請求項2の発明によれば、さらに、第1レンズのd線での屈折率をn1として、n1>1.53の条件を満足することにより、コンパクトでかつ収差が良好に補正された撮像レンズを得ることが容易になる。
本発明に係る撮像レンズの―実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の―実施形態に係る撮像レンズの構成図を図1に示す。この撮像レンズLAは、物体(図示せず)側から像面に向かって順に、絞りS1、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3が配列された3枚構成のレンズ系である。第3レンズL3と像面の間に、ガラス平板GFが配置される。このガラス平板GFとしては、カバーガラス、IRカットフィルタ又はローパスフィルタなどの機能を有するものを使用することができる。
絞りS1を第1レンズよりも物体側に配置することにより、入射瞳位置を像面から遠い位置にとることができる。これにより、高いテレセントリック性を確保することが可能となり、像面に対する入射角度を好適にすることができる。
第1レンズL1は、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズであり、第2レンズL2は、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第3レンズは、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズである。これら3枚のレンズのレンズ表面は、1面以上を非球面形状、好ましくは、2面とも非球面形状とすることにより、諸収差を好適に補正することができる。
物体側から順に、絞りS1、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズL1、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズL2、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズL3を配置し、以下の条件式(1)及び(2)を満足させることにより、コンパクトで、かつ良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることができる。
0.233<R1/R2<0.500 ・・・(1)
0.034<d3/|f2|<0.099 ・・・(2)
条件式(1)は、第1レンズL1のメニスカス度合いに関する条件式である。R1/R2の値が、条件式(1)上限を上回ると、歪曲収差の補正が困難になることがある。一方、下限を下回るとメニスカス度合いがゆるくなるため、第1レンズの前方主点位置が像面に近づき、光学長が長くなることがあり、撮像レンズのコンパクト化という点で好ましくない。
条件式(2)は、第2レンズL2の焦点距離と芯厚に関する条件式である。d3/|f2|の値が、条件式(2)の下限を下回ると、コンパクト化は容易になるが、第2レンズL2の芯厚が薄くなりすぎて製作が困難になることがある。一方、上限を上回ると第2レンズL2の芯厚が大きくなり製作が安易になるが、球面収差や像面湾曲の補正が困難になったり、光学長が長くなったりすることがあり、好ましくない。従って、条件式(1)及び条件式(2)の範囲外では、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることが困難となる。
撮像レンズLAに占める第1レンズL1のd線の屈折率n1を、以下の条件式(3)の範囲にすることより、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることが容易になる。
n1>1.53 ・・・(3)
n1の値が、1.53以下になると、コンパクト化に伴い、収差の補正が困難になることがある。
撮像レンズLAの第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のパワー配分は、第1レンズL1の焦点距離f1、第2レンズL2の焦点距離f2及び第3レンズL3の焦点距離f3とすると、f1/|f2|の値を0.20〜0.87の範囲及びf1/f3の値を0.15〜0.80の範囲とすることが好ましい。f1/|f2|の値及びf1/f3の値を前記範囲とすることにより、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることが容易になる。
第1レンズL1〜第3レンズL3は、それぞれガラス又は樹脂材料で形成されるが、生産性の面から、樹脂材料で形成されることが好ましい。第1レンズL1に使用される樹脂材料としては、ASTM D542法に準じて測定されたd線の屈折率が1.53〜1.64の範囲あるものを使用する。樹脂材料としては、波長450〜600nmの範囲での光線透過率が80%以上、より好ましくは85%以上の樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。
第1レンズL1で使用される樹脂材料の具体例としては、シクロ環や、その他の環状構造を有する非結晶性のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、9,9−ビス(4−ヒドロキシンフェニル)フルオレンなどの構造を含む透明性の高いポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂などが挙げられる。これらの中ではシクロオレフィンを含有するポリオレフィンや環状オレフィンを含有するポリオレフィンが好ましい。レンズの材料として樹脂材料が使用される場合、レンズは、射出成形、圧縮成形、注型成形、トランスファー成形など公知の成形加工法を利用して製造することができる。
第2レンズL2及び第3レンズL3で使用される樹脂材料としては、ASTM D542法に準じて測定されたd線の屈折率が1.49〜1.64の範囲あるものを使用される。樹脂材料としては、波長450〜600nmの範囲での光線透過率が80%以上、より好ましくは85%以上の樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。
第2レンズL2及び第3レンズL3で使用される樹脂材料の具体例としては、シクロ環や、その他の環状構造を有する非結晶性のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、9,9−ビス(4−ヒドロキシンフェニル)フルオレンなどの構造を含む透明性の高いポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂などが挙げられる。これらの中ではシクロオレフィンを含有するポリオレフィンや環状オレフィンを含有するポリオレフィンとポリカーボネート系樹脂が好ましい。レンズの材料として樹脂材料が使用される場合、レンズは、射出成形、圧縮成形、注型成形、トランスファー成形など公知の成形加工法を利用して製造することができる。
レンズを樹脂材料で製造する場合、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のレンズ外周部にそれぞれコバを設けることができる。コバ形状は、レンズの性能を損なわなければ、特に制約は無い。レンズの成形加工性の面から、コバの厚さはレンズ外周部の厚さの70〜130%の範囲にあることが好ましい。レンズ外周部にコバを設けた場合、コバ部に光が入射すると、ゴーストやフレアの原因となることがある。その場合は、必要に応じて、レンズ間に入射光を制限する射光マスクを設ければよい。
撮像レンズLAは、撮像モジュールなどに利用される前に、第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3の物体側及び像面側のレンズ表面に反射防止や表面硬化など公知の表面処理を施してもよい。撮像レンズLAを使用した撮像モジュールは、携帯用モジュールカメラ、WEBカメラ、パソコン、デジタルカメラ、自動車や各種産業機器の光センサー、モニターなどに使用される。
以下、本発明の撮像レンズLAの具体的実施例について説明する。各実施例に記載されている記号は以下のことを示す。なお、距離の単位はmmである。
f :撮像レンズLA全体の焦点距離
f1 :第1レンズL1の焦点距離
f2 :第2レンズL2の焦点距離
f3 :第3レンズL3の焦点距離
Fno :Fナンバー
S1 :絞り
R :光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
R1 :第1レンズL1の物体側面の曲率半径
R2 :第1レンズL1の像側面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像側面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像側面の曲率半径
R7 :ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
R8 :ガラス平板GFの像側面の曲率半径
d :レンズの厚み又はレンズ間距離
d1 :第1レンズL1の芯厚
d2 :第1レンズL1の像面側と第2レンズL2の物体側面との距離
d3 :第2レンズL2の芯厚
d4 :第2レンズL2の像面側と第3レンズL3の物体側面との距離
d5 :第3レンズL3の芯厚
d6 :第3レンズL3の像面側とガラス平板GFの物体側面との距離
d7 :ガラス平板GFの厚み
nd :d線の屈折率
n1 :第1レンズL1の屈折率
n2 :第2レンズL2の屈折率
n3 :第3レンズL3の屈折率
νd :d線でのアッベ数
ν1 :第1レンズのアッベ数
ν2 :第2レンズのアッベ数
ν3 :第3レンズのアッベ数
ν4 :ガラス平板GFのアッベ数
撮像レンズLAの第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のそれぞれのレンズ面の非球面形状は、yを光の進行方向を正とした光軸に、xを光軸と直交する方向とした軸として、下記の非球面多項式(4)で表される。
y=(x/R)/[1+{1-(k+1)(x/R1/2
+A4x+A6x+A8x+A10.x10.
+A12x12+A14x14+A16x16 ・・・(4)
ただし、Rは光軸上の曲率半径、kは円錐係数、A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16は非球面係数である。
各レンズ面の非球面は、便宜上、上記式(4)で表される非球面を使用している。しかしながら、特にこの式(4)の非球面多項式に限定されるものではない。
(実施例1)
実施例1の撮像レンズの配置及び構成を図2に示す。実施例1の撮像レンズLAを構成する第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径R、屈折率nd、アッベ数νd、レンズの厚み又はレンズ間の距離d、円錐係数k、非球面係数などの値を表1に示す。
Figure 0004041521
この条件では、Fno=3.2、f=2.999mm、f1=2.617mm、
f2=−6.049mm、f3=9.342mm、n1=1.544であり、
R1/R2=0.439、d3/|f2|=0.051、f1/|f2|=0.433、
f1/f3=0.28であった。
実施例1の撮像レンズの球面収差を図3に、非点収差及び歪曲収差を図4に示す。以上の結果より、実施例1の撮像レンズLAは、コンパクトで良好な光学特性を有していることがわかる。なお、球面収差において、486nm、588nm、656nmの3波長に対する収差結果で、図では左から順に、486nm、588nm、656nmにおける収差である。非点収差及び歪曲収差は、波長588nmにおける収差結果である。また、非点収差のSはサジタル像面に対する収差、Tはタンジェンシャル像面に対する収差である。
(実施例2)
実施例2の撮像レンズの配置及び構成を図5に示す。実施例2の撮像レンズLAを構成する第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径R、屈折率nd、アッベ数νd、レンズの厚み又はレンズ間の距離d、円錐係数k、非球面係数などの値を表2に示す。
Figure 0004041521
この条件では、Fno=3.2、f=3.010mm、f1=2.613mm、
f2=−6.492mm、f3=10.571mm、n1=1.544であり、
R1/R2=0.274、d3/|f2|=0.052、f1/|f2|=0.402、
f1/f3=0.247であった。
実施例2の撮像レンズの球面収差を図6に、非点収差及び歪曲収差を図7に示す。以上の結果より、実施例2の撮像レンズLAは、コンパクトで良好な光学特性を有していることがわかる。なお、球面収差において、486nm、588nm、656nmの3波長に対する収差結果で、図では左から順に、486nm、588nm、656nmにおける収差である。非点収差及び歪曲収差は、波長588nmにおける収差結果である。また、非点収差のSはサジタル像面に対する収差、Tはタンジェンシャル像面に対する収差である。
(実施例3)
実施例3の撮像レンズの配置及び構成を図8に示す。実施例3の撮像レンズLAを構成する第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径R、屈折率nd、アッベ数νd、レンズの厚み又はレンズ間の距離d、円錐係数k、非球面係数などの値を表3に示す。
Figure 0004041521
この条件では、Fno=3.2、f=2.748mm、f1=2.569mm、
f2=−7.550mm、f3=9.950mm、n1=1.544であり、
R1/R2=0.317、d3/|f2|=0.034、f1/|f2|=0.340、
f1/f3=0.258であった。
実施例3の撮像レンズの球面収差を図9に、非点収差及び歪曲収差を図10に示す。以上の結果より、実施例3の撮像レンズLAは、コンパクトで良好な光学特性を有していることがわかる。なお、球面収差において、486nm、588nm、656nmの3波長に対する収差結果で、図では左から順に、486nm、588nm、656nmにおける収差である。非点収差及び歪曲収差は、波長588nmにおける収差結果である。また、非点収差のSはサジタル像面に対する収差、Tはタンジェンシャル像面に対する収差である。
(実施例4)
実施例4の撮像レンズの配置及び構成を図11に示す。実施例4の撮像レンズLAを構成する第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径R、屈折率nd、アッベ数νd、レンズの厚み又はレンズ間の距離d、円錐係数k、非球面係数などの値を表4に示す。
Figure 0004041521
この条件では、Fno=3.2、f=2.364mm、f1=1.742mm、
f2=−3.030mm、f3=7.600mm、n1=1.544であり、
R1/R2=0.233、d3/|f2|=0.099、f1/|f2|=0.575、
f1/f3=0.229であった。
実施例4の撮像レンズの球面収差を図12に、非点収差及び歪曲収差を図13に示す。以上の結果より、実施例4の撮像レンズLAは、コンパクトで良好な光学特性を有していることがわかる。なお、球面収差において、486nm、588nm、656nmの3波長に対する収差結果で、図では左から順に、486nm、588nm、656nmにおける収差である。非点収差及び歪曲収差は、波長588nmにおける収差結果である。また、非点収差のSはサジタル像面に対する収差、Tはタンジェンシャル像面に対する収差である。
本発明の―実施形態に係る撮像レンズの構成を示す図。 上記撮像レンズの具体的実施例1の構成を示す図。 実施例1の撮像レンズの球面収差図。 実施例1の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの具体的実施例2の構成を示す図。 実施例2の撮像レンズの球面収差図。 実施例2の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの具体的実施例3の構成を示す図。 実施例3の撮像レンズの球面収差図。 実施例3の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの具体的実施例4の構成を示す図。 実施例4の撮像レンズの球面収差図。 実施例4の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。
LA :撮像レンズ
S1 :絞り
L1 :第1レンズ
L2 :第2レンズ
L3 :第3レンズ
GF :ガラス平板
R :光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
R1 :第1レンズL1の物体側面の曲率半径
R2 :第1レンズL1の像側面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像側面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像側面の曲率半径
R7 :ガラス平板GFの物体側面の曲率半径
R8 :ガラス平板GFの像側面の曲率半径
d1 :第1レンズL1の芯厚
d2 :第1レンズL1の像面側と第2レンズL2の物体側面との距離
d3 :第2レンズL2の芯厚
d4 :第2レンズL2の像面側と第3レンズL3の物体側面との距離
d5 :第3レンズL3の芯厚
d6 :第3レンズL3の像面側とガラス平板GFの物体側面との距離
d7 :ガラス平板GFの厚み

Claims (2)

  1. 物体側から順に、絞り、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第1レンズ、像側へ凸面を向けた負メニスカスレンズの第2レンズ、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの第3レンズを配置し、
    0.233<R1/R2<0.500 ・・・(1)
    0.034<d3/|f2|<0.099 ・・・(2)
    ただし、
    R1:第1レンズの物体側面の曲率半径
    R2:第1レンズの像側面の曲率半径
    f2:第2レンズの焦点距離
    d3:第2レンズの芯厚
    の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。
  2. 第1レンズのd線での屈折率をn1として、
    n1>1.53 ・・・(3)
    の条件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。
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