JP5823522B2 - 撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置 - Google Patents

撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、撮像レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を用いた監視用カメラ、携帯端末用カメラ、車載用カメラ等に使用される撮像レンズ、およびこの撮像レンズを用いた撮像装置に関するものである。
近年、CCDやCMOS等の撮像素子として、非常に小型化及び高画素化されたものが知られている。それとともに、これらの撮像素子を備えた撮像機器本体も小型化されており、それに搭載される撮像レンズも良好な光学性能に加え小型化されたものが適用されるようになっている。一方、撮像機器である監視用カメラや車載用カメラ等の用途でも、広画角のレンズでありながら、小型で高性能な撮像レンズを搭載したものが知られている。
上記のような分野における比較的レンズ枚数の少ない撮像レンズとして、例えば以下の特許文献1〜4に記載の撮像レンズが知られている。
特開平1−134324号公報 特開平7−253542号公報 特開2001−356265号公報 特開2010−191019号公報
しかしながら、特許文献1に記載の撮像レンズは、絞りの位置がこの撮像レンズを構成する最も像側のレンズ面よりもさらに像側に位置するために収差補正が難しい。なお、特許文献1の撮像レンズをF4.0程度の明るさとする場合には、この撮像レンズは収差補正可能な構成を有していると言えるが、より明るい撮像レンズにしようとする場合には、最も物体側のレンズの外径が非常に大きくなってしまうという問題が生じる。この特許文献1に記載されている実施例3の撮像レンズは、第2レンズである凸レンズが、既に、レンズ外径の大きさに余裕が無い状態となっており、明るい撮像レンズに対応できるように構成されたものとは考え難い。
また、上記特許文献2に記載されている実施例2の撮像レンズは、F4と暗く、さらに色収差、非点収差も大きいため、高画質化の進んだ撮像装置への使用は不適切である。
また、上記特許文献3に記載されている実施例5の撮像レンズも、F3.6と暗く、さらに色収差、非点収差も大きいため、高画質化の進んだ撮像装置への使用は不適切である。
また、上記特許文献4に記載されている実施例5の撮像レンズは、F3.25と暗く、さらに色収差、非点収差、歪曲収差も大きいため、高画質化が求められる撮像装置への使用は不適切である。
上記のようなことにより、F2.2程度と明るく、特に軸上色収差が良好に補正され、撮像素子の画素数の増加にも応じられる良好な光学性能を持つ撮像レンズを使用したいという要請がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、諸収差が良好に補正された、明るく広画角でコンパクトな撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明の第1の撮像レンズは、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群からなり、第1レンズ群は、一枚の負レンズである第1レンズのみからなり、第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第2レンズと負レンズである第3レンズとを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズである第4レンズと、負レンズである第5レンズとからなり、条件式(1a′):−1.2<f1/fg2<−0.6を満足することを特徴とするものである。ただし、f1を第1レンズの焦点距離、fg2を第2レンズ群の焦点距離(第2レンズ〜第5レンズの合成焦点距離)とする。
なお、この第1の撮像レンズは、条件式(1a″):−1<f1/fg2<−0.7を満足することが望ましい。
本発明の第2の撮像レンズは、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群からなり、第1レンズ群は、一枚の負レンズである第1レンズのみからなり、第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第2レンズと負レンズである第3レンズとを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズである第4レンズと、負レンズである第5レンズとからなり、前記第3レンズが、メニスカス形状をなすものであり、条件式(1b):−3.2<f1/fg2<0、条件式(2a):0<bf/f<3.2を同時に満足することを特徴とするものである。ただし、f1を第1レンズの焦点距離、fg2を第2レンズ群の焦点距離(第2レンズ〜第5レンズの合成焦点距離)、bfをレンズ全系の空気換算バックフォーカス、fをレンズ全系の焦点距離とする。
なお、この第2の撮像レンズは、条件式(1b′):−3<f1/fg2<−0.5を満足することが望ましく、条件式(1b″):−2<f1/fg2<−0.6を満足することがより望ましい。また、この第2の撮像レンズは、条件式(2a′):0.5<bf/f<3を満足することが望ましく、条件式(2a″):1<bf/f<2を満足することがより望ましい。
本発明の第4の撮像レンズは、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群からなり、第1レンズ群は、一枚の負レンズである第1レンズのみからなり、第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第2レンズと負レンズである第3レンズとを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズである第4レンズと、負レンズである第5レンズとからなり、条件式(4):0.25<d2/f<1.3、条件式(5):−1.4<(空気レンズL1L2)×f<0.9を同時に満足することを特徴とするものである。ただし、d2を第1レンズと第2レンズの光軸上の間隔(空気換算間隔)、fをレンズ全系の焦点距離、空気レンズL1L2を第1レンズ群と第2レンズ群の間に形成される空気レンズのパワーとする。
なお、この第4の撮像レンズは、条件式(4′):0.3<d2/f<1を満足することが望ましく、条件式(4″):0.4<d2/f<0.8を満足することがより望ましい。また、この第4の撮像レンズは、条件式(5′):−1<(空気レンズL1L2)×f<0.5を満足することが望ましく、条件式(5″):−1<(空気レンズL1L2)×f<−0.1を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズは、第4レンズと第5レンズとが、互いに接合された全体として正の屈折力を持つ接合レンズをなすものとすることができる。
前記第1、第3、第4の撮像レンズは、条件式(2b):1<bf/f<3を満足するものとすることができる。ただし、bfをレンズ全系の空気換算バックフォーカス、fをレンズ全系の焦点距離とする。なお、第1、3、4の撮像レンズは、条件式(2b′):1.1<bf/f<2.5を満足することが望ましく、条件式(2b″):1.2<bf/f<1.8を満足することがより望ましい。
前記第1、第2、第4の撮像レンズは、条件式(3b):L/f<7.5を満足するものとすることができる。ただし、Lを光学全長、fをレンズ全系の焦点距離とする。なお、第1、第2、第4の撮像レンズは、条件式(3b′):2.8<L/f<7を満足することが望ましく、条件式(3b″):4<L/f<6を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズにおける第1レンズは、両凹レンズとすることができる。
前記第1から第4の撮像レンズは、第2レンズを両凸レンズとし、第3レンズを物体側に凹面を向けた負レンズとし、第4レンズを両凸レンズとし、第5レンズを物体側に凹面を向けた負レンズとすることができる。
前記第1、第3、第4の撮像レンズにおける第3レンズは、メニスカスレンズとすることができる。
前記第1から第4の撮像レンズにおける第5レンズは、メニスカスレンズとすることができる。
前記第1から第4の撮像レンズは、条件式(6):−1.2<f1/f<−0.7を満足するものとすることができる。なお、前記撮像レンズは、条件式(6′):−1.1<f1/f<−0.8を満足することが望ましく、条件式(6″):−1<f1/f<−0.82を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズは、条件式(7):−2<(R2+R1)/(R2−R1)<0を満足するものとすることができる。ただし、R1を第1レンズの物体側面の曲率半径、R2を第1レンズの像側面の曲率半径とする。なお、前記撮像レンズは、条件式(7′):−1<(R2+R1)/(R2−R1)<0を満足することが望ましく、条件式(7″):−0.9<(R2+R1)/(R2−R1)<−0.2を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズは、条件式(8):1.5<Nd1<1.7を満足するものとすることができる。ただし、Nd1を第1レンズのd線における屈折率とする。なお、前記撮像レンズは、条件式(8′):1.51<Nd1<1.65を満足することが望ましく、条件式(8″):1.51<Nd1<1.62を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズは、条件式(9):35<νd1<70を満足するものとすることができる。ただし、νd1を第1レンズのd線におけるアッベ数とする。なお、前記撮像レンズは、条件式(9′):38<νd1<68を満足することが望ましく、条件式(9″):40<νd1<66を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズは、条件式(10):1.5<(dsi)/f<3.2を満足するものとすることができる。ただし、dsiを絞りと結像面の光軸上での間隔(バックフォーカス部分は空気換算距離)とする。なお、前記撮像レンズは、条件式(10′):1.8<(dsi)/f<2.8を満足することが望ましく、条件式(10″):2<(dsi)/f<2.5を満足することがより望ましい。
前記第1から第4の撮像レンズは、条件式(11):0.42<(dsi)/L<1を満足するものとすることができる。なお、前記撮像レンズは、条件式(11′):0.45<(dsi)/L<0.9を満足することが望ましく、条件式(11″):0.48<(dsi)/L<0.8を満足することがより望ましい。
本発明の撮像装置は、前記第1から第4の撮像レンズのいずれかを備えたことを特徴とするものである。
なお、負の第1レンズ群は、負の屈折力を有する第1レンズ群を意味し、正の第2レンズ群は、正の屈折力を有する第2レンズ群を意味し、負レンズは、負の屈折力を有するレンズを意味し、正レンズは、正の屈折力を有するレンズを意味する。
前記第1から第4の撮像レンズは、実質的に2個のレンズ群からなるものとすることができる。なお、「実質的に2個のレンズ群からなるもの」とは、2個のレンズ群以外に、実質的に屈折力を有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手振れ補正機構等の機構部分、等を持つ撮像レンズである。
空気換算間隔は、その間隔中にフィルタやカバーガラス等の屈折力を持たない光学要素が配されている場合には、それらの光学要素の厚みを空気換算して定められるものである。なお、その間隔中に上記屈折力を持たない光学要素が配置されていなければその間隔は単に空気間隔となる。
空気換算バックフォーカスは、撮像レンズの最も像側のレンズ面からこの撮像レンズの像側の結像面(撮像面)までの光軸上における距離(空気換算距離)である。この空気換算したバックフォーカスは、上記最も像側のレンズ面から結像面までの間にフィルタやカバーガラス等の屈折力を持たない光学要素が配されている場合には、それらの光学要素の厚みを空気換算して定められるものである。
dsiは、絞りと結像面との間隔であって、撮像レンズにおける最も像側のレンズ面の頂点と絞りとの間隔については実長を用い、最も像側のレンズ面の頂点と結像面との間隔については空気換算間隔、すなわち空気換算バックフォーカスを用いて定められる間隔である。
光学全長TLは、撮像レンズの最も物体側のレンズ面からこの撮像レンズの像側の結像面(撮像面)までの光軸上における距離である。なお、この距離は、撮像レンズを構成する最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離については空気換算しない実長を用い、最も像側のレンズ面から結像面までの距離については空気換算バックフォーカスを用いて定められるものである。
撮像レンズに非球面を用いる場合には、非球面の凹凸、非球面の屈折力の正負、および非球面の曲率半径の正負は、この非球面の近軸領域における凹凸、屈折力の正負、および曲率半径の正負によって規定するものとする。
本発明の第1の撮像レンズおよび撮像装置によれば、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群を有し、第1レンズ群を、一枚の負レンズのみからなるものとし、第2レンズ群を、物体側から順に、正レンズと負レンズを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズと、負レンズとからなるものとし、条件式(1a):−2.3<f1/fg2<−0.45を満足するようにしたので、明るく広画角でコンパクトにしつつ諸収差を良好に補正することができる。
本発明の第2の撮像レンズおよび撮像装置によれば、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群を有し、第1レンズ群を、一枚の負レンズのみからなるものとし、第2レンズ群を、物体側から順に、正レンズと負レンズを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズと、負レンズとからなるものとし、条件式(1b):−3.2<f1/fg2<0、条件式(2a):0<bf/f<3.2を同時に満足するようにしたので、明るく広画角でコンパクトにしつつ諸収差を良好に補正することができる。
本発明の第3の撮像レンズおよび撮像装置によれば、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群を有し、第1レンズ群を、一枚の負レンズのみからなるものとし、第2レンズ群を、物体側から順に、正レンズと負レンズを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズと、負レンズとからなるものとし、条件式(1c):−8<f1/fg2<0、条件式(3a):1.2<L/f<7.5を同時に満足するようにしたので、明るく広画角でコンパクトにしつつ諸収差を良好に補正することができる。
本発明の第4の撮像レンズおよび撮像装置によれば、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群を有し、第1レンズ群を、一枚の負レンズのみからなるものとし、第2レンズ群を、物体側から順に、正レンズと負レンズを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズと、負レンズとからなるものとし、条件式(4):0.25<d2/f<1.3、条件式(5):−1.4<(空気レンズL1L2)×f<0.9を同時に満足するようにしたので、明るく広画角でコンパクトにしつつ諸収差を良好に補正することができる。
なお、各条件式の作用、効果については後述する。
本発明の実施の形態による撮像レンズおよび撮像装置の概略構成を示す断面図 実施例1の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例2の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例3の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例4の撮像レンズの概略構成を示す断面図 実施例5の撮像レンズの概略構成を示す断面図 (a)〜(d)は実施例1の撮像レンズの収差図 (a)〜(d)は実施例2の撮像レンズの収差図 (a)〜(d)は実施例3の撮像レンズの収差図 (a)〜(d)は実施例4の撮像レンズの収差図 (a)〜(d)は実施例5の撮像レンズの収差図 本発明の撮像レンズを搭載した監視用カメラを示す図
以下、本発明の実施の形態の撮像レンズおよびこの撮像レンズを用いた撮像装置について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態の撮像レンズを用いた撮像装置の概略構成をこの撮像レンズを通る光束の光路とともに示す断面図である。なお、図1中の矢印X、Y、Zは、後述する図2から図6の矢印X、Y、Zと同様に、互いに直交する3方向を示すものであり、矢印Z方向は光軸Z1と同じ方向を示している。
図1中に図示されている撮像レンズ100は、本発明の第1の実施形態の撮像レンズ101から第4の実施形態の撮像レンズ104の4種類の実施の形態を共通に示すものである。同様に、図1中に図示されている撮像装置200は、上記撮像レンズ101から104それぞれを搭載した、本発明の第1の実施形態の撮像装置201から第4の実施形態の撮像装置204の4種類の実施の形態を共通に示すものである。
上記のように、撮像レンズ101から104をまとめて撮像レンズ100と称する。また、撮像装置201から204をまとめて撮像装置200と称する。
図示の撮像装置200は、CCDやCMOS等の固体撮像素子である撮像素子210と単焦点の撮像レンズ100とを備えており、例えばデジタルカメラ、監視用カメラ、携帯端末用カメラ、車載用カメラ、欠損の検知や個体の識別などを目的とする読取用カメラなどに用いられるものである。
撮像素子210は、撮像レンズ100を通してこの撮像素子210における受光面210J上に結像された被写体1を表す光学像Imを電気信号に変換して、この光学像Imを示す画像信号Gsを出力するものである。なお、撮像装置200は、撮像レンズ100による結像面Kmが、撮像素子210の受光面210J上に位置するように構成されている。
撮像レンズ100は、物体側から順に、負の第1レンズ群G1、正の第2レンズ群G2を備えている。第1レンズ群G1は、一枚の負レンズである第1レンズL1のみからなるものである。第2レンズ群G2は、物体側から順に、正レンズである第2レンズL2と負レンズである第3レンズL3とを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、開口絞りStと、正レンズである第4レンズL4と、負レンズである第5レンズL5とからなるものである。上記構成は撮像レンズ101から104に共通の構成である。
このように、撮像レンズ100は、物体側から順に、負の第1レンズL1、正の第2レンズL2、負の第3レンズL3、開口絞りSt、正の第4レンズL4、負の第5レンズL5を備えたものである。
なお、撮像レンズ101は、条件式(1a):−2.3<f1/fg2<−0.45を満足するように構成されている。この撮像レンズ101は、条件式(1a′):−1.2<f1/fg2<−0.6を満足することが望ましく、条件式(1a″):−1<f1/fg2<−0.7を満足することがより望ましい。
撮像レンズ102は、条件式(1b):−3.2<f1/fg2<0、条件式(2a):0<bf/f<3.2を同時に満足するように構成されている。この撮像レンズ102は、条件式(1b′)−3<f1/fg2<−0.5を満足することが望ましく、条件式(1b″)−2<f1/fg2<−0.6を満足することがより望ましい。また、この撮像レンズ102は、条件式(2a′):0.5<bf/f<3を満足することが望ましく、条件式(2a″):1<bf/f<2を満足することがより望ましい。
撮像レンズ103は、条件式(1c):−8<f1/fg2<0、条件式(3a):1.2<L/f<7.5を同時に満足するように構成されている。この撮像レンズ103は、条件式(1c′):−6<f1/fg2<−0.4を満足することが望ましく、条件式(1c″):−2.2<f1/fg2<−0.5を満足することがより望ましい。また、この撮像レンズ103は、条件式(3a′):2<L/f<7を満足することが望ましく、条件式(3a″):3<L/f<6を満足することがより望ましい。
撮像レンズ104は、条件式(4):0.25<d2/f<1.3、条件式(5):−1.4<(空気レンズL1L2)×f<0.9を同時に満足するように構成されている。この撮像レンズ104は、条件式(4′):0.3<d2/f<1を満足することが望ましく、条件式(4″):0.4<d2/f<0.8を満足することがより望ましい。また、この撮像レンズ104は、条件式(5′):−1<(空気レンズL1L2)×f<0.5を満足するように構成したり、条件式(5″):−1<(空気レンズL1L2)×f<−0.1を満足するように構成したりすることができる。
さらに、上記撮像レンズ100は、以下のような構成を有するものとすることができる。
撮像レンズ100(101〜104)は、第4レンズL4と第5レンズL5とが、互いに接合された全体として正の屈折力を持つ接合レンズをなすものとすることができる。
撮像レンズ101、103、104は、条件式(2b):1<bf/f<3を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ101、103、104は、条件式(2b′):1.1<bf/f<2.5を満足することが望ましく、条件式(2b″):1.2<bf/f<1.8を満足することがより望ましい。
撮像レンズ101、102、104は、条件式(3b):L/f<7.5を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ101、102、104は、条件式(3b′):2.8<L/f<7を満足することが望ましく、条件式(3b″):4<L/f<6を満足することがより望ましい。
撮像レンズ100(101〜104)の第1レンズL1は、両凹レンズとすることができる。
撮像レンズ100の第2レンズ群G2は、第2レンズL2が両凸レンズ、第3レンズL3が物体側に凹面を向けた負レンズ、第4レンズL4が両凸レンズ、第5レンズが物体側に凹面を向けた負レンズとなるように構成することができる。
撮像レンズ100の第3レンズL3は、メニスカス形状をなすものとすることができる。
撮像レンズ100の第5レンズは、メニスカス形状をなすものとすることができる。
撮像レンズ100は、条件式(6):−1.2<f1/f<−0.7を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ100は、条件式(6′):−1.1<f1/f<−0.8を満足することが望ましく、条件式(6″):−1<f1/f<−0.82を満足することがより望ましい。
撮像レンズ100は、条件式(7):−2<(R2+R1)/(R2−R1)<0を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ100は、条件式(7′):−1<(R2+R1)/(R2−R1)<0を満足することが望ましく、条件式(7″):−0.9<(R2+R1)/(R2−R1)<−0.2を満足することがより望ましい。
撮像レンズ100は、条件式(8):1.5<Nd1<1.7を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ100は、条件式(8′):1.51<Nd1<1.65を満足することが望ましく、条件式(8″):1.51<Nd1<1.62を満足することがより望ましい。
撮像レンズ100は、条件式(9):35<νd1<70を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ100は、条件式(9′):38<νd1<68を満足することが望ましく、条件式(9″):40<νd1<66を満足することがより望ましい。
撮像レンズ100は、条件式(10):1.5<(dsi)/f<3.2を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ100は、条件式(10′):1.8<(dsi)/f<2.8を満足することが望ましく、条件式(10″):2<(dsi)/f<2.5を満足することがより望ましい。
撮像レンズ100は、条件式(11):0.42<(dsi)/L<1を満足するものとすることができる。なお、撮像レンズ100は、条件式(11′):0.45<(dsi)/L<0.9を満足することが望ましく、条件式(11″):0.48<(dsi)/L<0.8を満足することがより望ましい。
以下に各条件式に関する作用効果についてまとめて説明する。
〔f1/fg2の範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(1a)、(1b)、(1c)それぞれは、第1レンズ群G1の焦点距離f1と第2レンズ群G2の焦点距離fg2との比率の範囲を規定するものである。
条件式(1a)、(1b)、または(1c)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、コンパクト化を図りつつ、球面・像面のバランスを適切に保つことができる。
条件式(1a)、(1b)、または(1c)の上限を上回ると、長いバックフォーカスを確保しやすくなるが、球面収差がオーバーになりすぎる。一方、条件式(1a)、(1b)、または(1c)の下限を下回ると、第1レンズ群G1の屈折力が第2レンズ群G2の屈折力に比べて弱くなるためバックフォーカスが短くなり、かつ、像面がアンダー側に倒れる。
なお、上述の条件式(1a′)、(1a″)、(1b′)、(1b″)、(1c′)、(1c″)の作用、効果は、上記条件式(1a)、(1b)、(1c)の場合と同様である。
〔bf/fの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(2a)、(2b)は、レトロ比(レトロ比=bf(バックフォーカス)/f(レンズ全系の焦点距離))の範囲を規定するものである。
条件式(2a)、(2b)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、光学全長L、光学性能、バックフォーカスのバランスを適切に保つことができる。
条件式(2a)、(2b)の上限を上回ると、長いバックフォーカスを確保しやすくなるが、光学全長Lが伸びてしまい小型化が困難となる。この光学全長Lの伸びを抑えて小型化しようとすると、マージナル光線における球面収差とこのマージナル光線の7割近傍の高さを通る光線における球面収差との差(球面収差の膨らみ)が大きくなる。一方、条件式(2a)、(2b)の下限を下回ると、タンジェンシャル像面がアンダー側に倒れるという問題が生じる。
なお、上述の条件式(2a′)、(2a″)、(2b′)、(2b″)の作用、効果は、上記条件式(2a)、(2b)の場合と同様である。
〔L/fの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(3a)、(3b)は、光学全長Lとレンズ全系の焦点距離fとの比率の範囲を規定するものである。
条件式(3a)、(3b)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、光学全長Lを短縮してコンパクト化することができる。
条件式(3a)、(3b)の上限を上回ると光学全長Lが伸びたり、短波長での倍率色収差が補正不足(アンダー)になったりする。この光学全長Lの伸びを抑えようとすれば、上述のように、球面収差の膨らみが大きくなり性能劣化が生じる。一方、条件式(3a)、(3b)の下限を下回ると、コンパクトにはなるが、タンジェンシャル像面がアンダー側に倒れるという問題が生じる。
なお、上述の条件式(3a′)、(3a″)、(3b′)、(3b″)の作用、効果は、上記条件式(3a)、(3b)の場合と同様である。
〔d2/fの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(4)は、第1レンズ1と第2レンズ2との光軸Z1上における間隔d2とレンズ全系の焦点距離fとの比率の範囲を規定するものである。
条件式(4)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、装置のコンパクト化を図りつつ、球面・像面のバランスを適切に保つことができる。
条件式(4)の上限を上回ると、長いバックフォーカスを確保したり、高い光学性能を得やすくはなるが、光学全長Lが伸びる。この光学全長Lの伸びを抑えようとすると、上述のように、球面収差の膨らみが大きくなり性能劣化が生じる。一方、条件式(4)の下限を下回ると、タンジェンシャル像面がアンダー側に倒れ、かつ、バックフォーカスが短くなる。
なお、上述の条件式(4′)、(4″)の作用、効果は、上記条件式(4)の場合と同様である。
〔(空気レンズL1L2)×fの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(5)は、空気レンズL1L2を第1レンズ群と第2レンズ群との間に形成される空気レンズのパワーとし、それとレンズ全系の焦点距離fとを積算した値の範囲を規定するものである。
なお、レンズのパワーとはレンズの焦点距離の逆数である。
条件式(5)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、装置のコンパクト化を図ることができる。
条件式(5)の上限を上回っても、あるいは下限を下回っても、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間隔が大きくなるため、光学全長Lが伸びる。この光学全長Lの伸びを抑えようとすると、上述のように球面収差の膨らみが大きくなり性能劣化が生じる。
なお、上述の条件式(5′)、(5″)の作用、効果は、上記条件式(5)の場合と同様である。
〔f1/fの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(6)は、第1レンズ群G1の焦点距離f1とレンズ全系の焦点距離fとの比率の範囲を規定するものである。
条件式(6)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、コンパクト化を図りつつ球面・像面のバランスを取ることができる。
条件式(6)の上限を上回ると、球面収差の膨らみが大きくなる。また、フレアーが増大する。一方、条件式(6)の下限を下回ると、光学全長Lが伸びる。この光学全長Lの伸びを抑えようとすると、上述のように球面収差の膨らみが大きくなり性能劣化が生じる。
なお、上述の条件式(6′)、(6″)の作用、効果は、上記条件式(6)の場合と同様である。
〔((R2+R1)/(R2−R1))の範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(7)は、第1レンズ群Gを構成している負の第1レンズL1の形状を規定するものであり、第1レンズL1の物体側のレンズ面S1(物体側面ともいう)の曲率半径R1と第1レンズL1の像側のレンズ面S2(像側面ともいう)の曲率半径R2の範囲を規定するものである。
条件式(7)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、凹のパワーを発生させつつ周辺部の像面湾曲収差を抑えることができる。
条件式(7)の上限を上回ると、周辺の像面がオーバー側に倒れる。一方、条件式(7)の下限を下回ると、周辺の像面がアンダー側に倒れる。
なお、上述の条件式(7′)、(7″)の作用、効果は、上記条件式(7)の場合と同様である。
〔Nd1の範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(8)は、第1レンズ群G1を構成している負の第1レンズL1の屈折率の範囲を規定するものである。
条件式(8)の上限を上回ると、タンジェンシャル像面がアンダー側に倒れる。
条件式(8)の下限を下回ると、バックフォーカスが短くなる。
なお、上述の条件式(8′)、(8″)の作用、効果は、上記条件式(8)の場合と同様である。
〔νd1の範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(9)は、第1レンズ群G1を構成する負の第1レンズL1のアッベ数の範囲を規定するものである。
条件式(9)の上限を上回ると、軸上色収差の短波長側がアンダーになる。
条件式(9)の下限を下回ると、倍率色収差の短波長側がアンダーになる。
なお、上述の条件式(9′)、(9″)の作用、効果は、上記条件式(9)の場合と同様である。
〔(dsi)/fの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(10)は、絞りStと結像面Kmとの光軸Z1上における間隔dsiと、レンズ全系の焦点距離fとの比率の範囲を規定するものである。
条件式(10)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、撮像レンズや撮像装置をコンパクト化することができる。
条件式(10)の上限を上回ると、光学全長Lが伸びる。一方、条件式(10)の下限を下回ると、バックフォーカスが短くなる。
なお、上述の条件式(10′)、(10″)の作用、効果は、上記条件式(10)の場合と同様である。
〔(dsi)/Lの範囲を規定する条件式の作用効果〕
条件式(11)は、絞りStと結像面Kmとの光軸Z1上における間隔dsiと、光学全長Lとの比率の範囲を規定するものである。
条件式(11)を満足するように撮像レンズや撮像装置を構成することにより、撮像レンズや撮像装置をコンパクト化することができる。
条件式(11)の上限を上回ると、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が狭くなるため、高次の球面収差が発生し光学性能が劣化する。一方、条件式(11)の下限を下回ると、光学全長Lが伸びる。
なお、上述の条件式(11′)、(11″)の作用、効果は、上記条件式(11)の場合と同様である。
なお、上記撮像レンズ100を撮像装置200に適用する際には、その撮像装置200の構成に応じて撮像レンズ100と撮像素子210との間にカバーガラスや、ローパスフィルタ、あるいは赤外線カットフィルタ等の、実質的に屈折力を有さない光学要素LLを配置することができる。例えば、撮像レンズ100が、車載カメラに搭載されて夜間の監視用カメラとして使用される場合には、撮像レンズ100と撮像素子210との間に、紫外光から青色光に亘る波長を持つ光をカットするようなフィルタを挿入することが望ましい。
また、撮像レンズ100と撮像素子210との間にローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等を配置する代わりに、撮像レンズを構成するレンズの間に各種フィルタを配置したり、撮像レンズを構成するレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を奏する薄膜を形成すること(コーティングを施すこと)もできる。
上記撮像レンズ100が、例えば屋外の監視に適用される場合には、寒冷地の外気から熱帯地方の夏の車内まで広い温度範囲で使用可能なことが要求される。そのような場合には各撮像レンズを構成する全てのレンズの材質がガラスであることが好ましい。また、安価にレンズを製作するために、各撮像レンズを構成する全てのレンズが球面レンズであることが好ましい。しかしながら、コストよりも光学性能を優先する場合には非球面レンズを採用することができる。
次に、本発明による撮像レンズの具体的な数値データを示す実施例について説明する。
以下、図2〜6、図7〜11、表1〜6を参照し、本発明の撮像レンズの実施例1〜5それぞれの数値データ等についてまとめて説明する。なお、上記図1中の符号と一致する図2〜6中の符号は互に対応する構成を示している。
なお、実施例1から5の撮像レンズは、上記条件式の全てを満足するように構成されている。また、実施例1〜5の各撮像レンズを構成するレンズは全て球面レンズである。
<実施例1>
図2は、実施例1の撮像レンズの概略構成を示す断面図である。
また、表1は、実施例1の撮像レンズのレンズデータを示すものである。表1に示すレンズデータにおいて、面番号iは最も物体側に配置された面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、・・・)の面Siの面番号を示す。なお、表1のレンズデータには開口絞りSt、パワーを持たない光学要素LLも含めて面番号を付している。
表1中の記号Riはi番目(i=1、2、3、・・・)の面の曲率半径を示し、記号Diはi(i=1、2、3、・・・)番目の面とi+1番目の面との光軸Z1上の面間隔を示す。記号Riおよび記号Diは、レンズ面や開口絞り等を示す記号Si(i=1、2、3、・・・)と番号が対応している。
また、表1中の記号Ndjは最も物体側の光学要素を1番目として像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、・・・)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示す。表1において、曲率半径および面間隔の単位はmmであり、曲率半径は物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。
なお、上記のような光学系は、一般にレンズ等の光学要素の寸法を比例拡大または比例縮小しても所定の性能を維持することが可能なため、上記レンズデータ全体を比例拡大または比例縮小した撮像レンズについても本発明に係る実施例とすることができる。
Figure 0005823522
図7に、実施例1の撮像レンズの収差図を示す。図7には球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差の収差図を示す。記号(a)で示す図が球面収差を、記号(b)で示す図が非点収差を、記号(c)で示す図がディストーションを、記号(d)で示す図が倍率色収差を表している。
なお、図7中には、d線、F線、C線の各波長を持つ光に関する諸収差が示されている。
また、非点収差図の実線はサジタル方向の収差、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。また、球面収差図の上部に記載のFはFナンバーを意味し、その他の収差図の上部に記載のωは半画角を意味する。
さらに、実施例1〜5の各撮像レンズについて、上記条件式中の各数式に対応する値を表6に示す。なお、各条件式中に記載されている数式の値は、表1に示すレンズデータ等から求めることができる。
上記レンズデータ等から解るように実施例1の撮像レンズは、諸収差が良好に補正された、明るく広画角でコンパクトな撮像レンズとすることができる。
上記実施例1の撮像レンズの構成を示す図2、諸収差を示す図7、レンズデータを示す表1、および各条件式に関する表6の読取り方等は、後述する実施例2〜5についても同様なので、後述の実施例2から5についてはそれらの説明は省略する。
<実施例2>
図3は、実施例2の撮像レンズの概略構成を示す断面図である。
この実施例2の撮像レンズは、上記条件式(1)から(11)を満足するように構成されている。
また、図8は、実施例2の撮像レンズの諸収差を示す図である。
下記表2に実施例2の撮像レンズのレンズデータを示す。
Figure 0005823522
<実施例3>
図4は、実施例3の撮像レンズの概略構成を示す断面図である。
この実施例3の撮像レンズは、上記条件式(1)から(11)を満足するように構成されている。
また、図9は、実施例3の撮像レンズの諸収差を示す図である。
下記表3に実施例3の撮像レンズのレンズデータを示す。
Figure 0005823522
<実施例4>
図5は、実施例4の撮像レンズの概略構成を示す断面図である。
この実施例4の撮像レンズは、上記条件式(1)から(11)を満足するように構成されている。
また、図10は、実施例4の撮像レンズの諸収差を示す図である。
下記表4に実施例4の撮像レンズのレンズデータを示す。
Figure 0005823522
<実施例5>
図6は、実施例5の撮像レンズの概略構成を示す断面図である。
この実施例5の撮像レンズは、上記条件式(1)から(11)を満足するように構成されている。
また、図11は、実施例5の撮像レンズの諸収差を示す図である。
下記表5に実施例5の撮像レンズのレンズデータを示す。
Figure 0005823522
下記表6は、上述のように各条件式に関する値を示すものである。
Figure 0005823522
上記のことからわかるように、実施例1〜5の撮像レンズは、諸収差が良好に補正された、明るく広画角でコンパクトな撮像レンズとすることができる。
図12に、本発明の撮像装置の実施形態の具体的な1例として、監視用カメラの概略構成図を示す。図12に示す監視用カメラ200は、略円筒状の鏡筒の内部に配置された本発明の撮像レンズ100と、撮像レンズ100によって結像された被写体の光学像を撮像する撮像素子210とを備えている。撮像レンズ100を通してこの撮像素子210の受光面上に形成された光学像は電気信号Gsに変換されて、この監視用カメラ200から出力される。
以上、第1〜第4の実施形態の撮像レンズ、第1〜第4の実施形態の撮像装置、および実施例1〜5を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
また、撮像装置の実施形態の具体的な1例として、本発明を監視用カメラに適用した例について図示して説明したが、本発明はこのような用途に限定されるものではなく、例えば、ビデオカメラや電子スチルカメラ、携帯端末用カメラ、車載用カメラ、欠損の検知や個体の識別などを目的とする読取用カメラ等にも適用可能である。

Claims (22)

  1. 物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群からなり、
    前記第1レンズ群は、一枚の負レンズである第1レンズのみからなり、
    前記第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第2レンズと負レンズである第3レンズとを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズである第4レンズと、負レンズである第5レンズとからなり、
    以下の条件式(1a′)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
    −1.2<f1/fg2<−0.6 ・・・(1a′)
    ただし、
    f1:第1レンズの焦点距離
    fg2:第2レンズ群の焦点距離
  2. 以下の条件式(1a″)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。
    −1<f1/fg2<−0.7 ・・・(1a″)
  3. 物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群からなり、
    前記第1レンズ群は、一枚の負レンズである第1レンズのみからなり、
    前記第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第2レンズと負レンズである第3レンズとを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズである第4レンズと、負レンズである第5レンズとからなり、
    前記第3レンズが、メニスカス形状をなすものであり、
    以下の条件式(1b)、(2a)を同時に満足することを特徴とする撮像レンズ。
    −3.2<f1/fg2<0 ・・・(1b)
    0<bf/f<3.2 ・・・(2a)
    ただし、
    f1:第1レンズの焦点距離
    fg2:第2レンズ群の焦点距離
    bf:レンズ全系の空気換算バックフォーカス
    f:レンズ全系の焦点距離
  4. 以下の条件式(1b′)、(2a′)を満足することを特徴とする請求項記載の撮像レンズ。
    −3<f1/fg2<−0.5 ・・・(1b′)
    0.5<bf/f<3・・・(2a′)
  5. 以下の条件式(1b″)、(2a″)を満足することを特徴とする請求項記載の撮像レンズ。
    −2<f1/fg2<−0.6 ・・・(1b″)
    1<bf/f<2 ・・・(2a″)
  6. 物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群からなり、
    前記第1レンズ群は、一枚の負レンズである第1レンズのみからなり、
    前記第2レンズ群は、物体側から順に、正レンズである第2レンズと負レンズである第3レンズとを物体側からこの順に接合してなる全体として正の屈折力を持つ接合レンズと、絞りと、正レンズである第4レンズと、負レンズである第5レンズとからなり、
    以下の条件式(4)、(5)を同時に満足することを特徴とする撮像レンズ。
    0.25<d2/f<1.3 ・・・(4)
    −1.4<(空気レンズL1L2)×f<0.9 ・・・(5)
    ただし、
    d2:第1レンズと第2レンズの光軸上の間隔(空気換算間隔)
    f:レンズ全系の焦点距離
    空気レンズL1L2:第1レンズ群と第2レンズ群の間に形成される空気レンズのパワー
  7. 以下の条件式(4′)、(5′)を満足することを特徴とする請求項記載の撮像レンズ。
    0.3<d2/f<1 ・・・(4′)
    −1<(空気レンズL1L2)×f<0.5 ・・・(5′)
  8. 以下の条件式(4″)、(5″)を満足することを特徴とする請求項記載の撮像レンズ。
    0.4<d2/f<0.8 ・・・(4″)
    −1<(空気レンズL1L2)×f<−0.1 ・・・(5″)
  9. 前記第4レンズと前記第5レンズとが、互いに接合された全体として正の屈折力を持つ接合レンズをなすものであることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の撮像レンズ。
  10. 以下の条件式(2b)を満足することを特徴とする請求項1から、またはからのいずれか1項記載の撮像レンズ。
    1<bf/f<3 ・・・(2b)
    ただし、
    bf:レンズ全系の空気換算バックフォーカス
    f:レンズ全系の焦点距離
  11. 以下の条件式(3b)を満足することを特徴とする請求項1または5、またはから10のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    L/f<7.5 ・・・(3b)
    ただし、
    L:光学全長
    f:レンズ全系の焦点距離
  12. 前記第1レンズが、両凹レンズであることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  13. 前記第2レンズが、両凸レンズであり、
    前記第3レンズが、物体側に凹面を向けた負レンズであり、
    前記第4レンズが、両凸レンズであり、
    前記第5レンズが、物体側に凹面を向けた負レンズであることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  14. 前記第3レンズが、メニスカス形状をなすものであることを特徴とする請求項1または6記載の撮像レンズ。
  15. 前記第5レンズが、メニスカス形状をなすものであることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項記載の撮像レンズ。
  16. 以下の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1から15のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    −1.2<f1/f<−0.7 ・・・(6)
    ただし、
    f1:第1レンズの焦点距離
    f:レンズ全系の焦点距離
  17. 以下の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項1から16のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    −2<(R2+R1)/(R2−R1)<0 ・・・(7)
    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
  18. 以下の条件式(8)を満足することを特徴とする請求項1から17のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    1.5<Nd1<1.7 ・・・(8)
    ただし、
    Nd1:第1レンズのd線における屈折率
  19. 以下の条件式(9)を満足することを特徴とする請求項1から18のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    35<νd1<70 ・・・(9)
    ただし、
    νd1:第1レンズのd線におけるアッベ数
  20. 以下の条件式(10)を満足することを特徴とする請求項1から19のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    1.5<(dsi)/f<3.2 ・・・(10)
    ただし、
    dsi:絞りと結像面の光軸上での間隔(バックフォーカス部分は空気換算距離)
    f:レンズ全系の焦点距離
  21. 以下の条件式(11)を満足することを特徴とする請求項1から20のいずれか1項記載の撮像レンズ。
    0.42<(dsi)/L<1 ・・・(11)
    ただし、
    L:光学全長
  22. 請求項1から21のいずれか1項記載の撮像レンズを備えたことを特徴とする撮像装置。
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