JP6367460B2 - 光学レンズ - Google Patents

Description

本開示は、光学技術分野に関し、より詳細には光学レンズに関する。

写真撮影、特に高高度写真撮影では、結像の歪み及び解像力に対する要求が比較的高いので、一般に要求される光学レンズは、歪みがない超広角視野、及び高解像力といった特性を有する必要がある。従来の航空写真レンズは、焦点距離ｆ＝８８ミリメートル、口径比１／５．６、画角２ω＝１２４度、結像寸法２５４×２５４平方ミリメートルである。最新の電子工学製品は開発が早いので、従来の光学レンズは、最新の電子工学製品の要求を満たすことができない。

従って、電子的要求を満たし、歪みがない超広角視野及び高解像力を有する光学レンズを提供する必要がある。

光学レンズは、入射光線の透過方向に沿って連続的に同軸に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、第４のレンズ、第５のレンズ、第６のレンズ、第７のレンズ、及び第８のレンズを含み、第１のレンズは、物体側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、第２のレンズは正の両凸レンズであり、第３のレンズは負の両凹レンズであり、第４のレンズは、物体側に凸状の曲面を有する正メニスカスレンズであり、第５のレンズは、物体側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、第６のレンズは正の両凸レンズであり、第７のレンズは、像側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、第８のレンズは、像側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、第４のレンズ及び第５のレンズは光学ダイヤフラムの両側にそれぞれ位置し、第２のレンズ、第３のレンズ、及び第４のレンズは、第１の接合レンズ組立体を形成し、第５のレンズ、第６のレンズ、及び第７のレンズは、第２の接合レンズ組立体を形成する。

実施形態によると、第１のレンズは第１の曲面及び第２の曲面を含み、第２のレンズは第３の曲面及び第４の曲面を含み、第３のレンズは第５の曲面及び第６の曲面を含み、第４のレンズは第７の曲面及び第８の曲面を含み、第５のレンズは第９の曲面及び第１０の曲面を含み、第６のレンズは第１１の曲面及び第１２の曲面を含み、第７のレンズは第１３の曲面及び第１４の曲面を含み、第８のレンズは第１５の曲面及び第１６の曲面を含み、第１の曲面から第１６の曲面は、入射光線の透過方向に沿って連続的に配置され、第１の曲面から第１６の曲面の曲率半径は、それぞれ、４２．８、９．２、１３、−１４、−１４、４、４、６５、６２、１６、１６、−６、−６、−１４、−１３及び−４０であり、単位はミリメートルであり、曲率半径の上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、第１のレンズから第８のレンズの中央厚さは、それぞれ、１、６、３、２、２、４、１及び１であり、単位はミリメートルであり、中央厚さの上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、主光軸に沿った第２の曲面と第３の曲面との間の距離は６ミリメートルであり、主光軸に沿った第８の曲面と第９の曲面との間の距離は０．３ミリメートルであり、主光軸に沿った第１４の曲面と第１５の曲面との間の距離は１８ミリメートルであり、距離の上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、第１のレンズから第８のレンズは、主光軸の周りに回転対称である。

実施形態によると、第１のレンズから第８のレンズは球面を有する。

実施形態によると、第１のレンズから第８のレンズは、アッベ数に対する屈折率の比が１．６２／６０、１．６９／５４、１．７／４０、１．６／３２、１．５６／５８、１．６９／５０、１．７５／２７及び１．６２／６０であり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、第１のレンズから第８のレンズは光学ガラスである。

実施形態によると、第９のレンズをさらに備え、第９のレンズ及び第１のレンズは、入射光線の透過方向に沿って連続的に同軸に配置される。

実施形態によると、第９のレンズは、アッベ数に対する屈折率の比が１．５／６４であり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、入射光線に沿った第９のレンズの投射は、直径が４２ミリメートルの円であり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、第９のレンズは、第１７の曲面及び第１８の曲面を含み、第１７の曲面及び第１８の曲面の曲率はゼロである。

実施形態によると、主光軸に沿った第１８の曲面と第１の曲面との間の距離は１ミリメートルであり、距離の上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、第９のレンズの厚さは３ミリメートルであり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。

実施形態によると、第９のレンズは、平坦な保護ガラスである。

実施形態によると、第１７の曲面と結像面との間の距離は５１．７ミリメートルである。

上述した光学レンズでは、同軸に配置した異なるタイプのレンズの組合せが導入され、これは比較的広い画角を有するだけでなく、超広角視野を有する。光学レンズの結像は、歪みなしで高解像力を実現することができ、地形と同一の実際の結像を得ることができ、高高度写真撮影及び空中写真撮影の要求を満たすことができる。色収差は、第１の接合レンズ組立体及び第２の接合レンズ組立体を設けることによって排除することができ、結像品質は相対的に高い。上述した光学レンズでは、焦点距離は２２ミリメートル、口径比は１／５．６、画角は１２４度、結像寸法はＡ＝６４×６４平方ミリメートルであり、それらは、最新の電子工学製品の要求を満たすことができる。

本発明の実施形態による技術的解決法をより明確に例示するために、実施形態又は先行技術を説明するための、以下に簡単に添付図面を説明する。明らかに以下の説明における添付図面は、本発明の単なる一部の実施形態であり、当業者であれば、創造的活動を行うことなく添付図面から他の図面を得ることができる。

実施形態による光学レンズの概略図である。 別の実施形態による光学レンズの概略図である。 図２の実施形態による光学レンズの光線の投写グラフである。 図２の実施形態による光学レンズの非点収差及び歪みのグラフである。 図２の実施形態による光学レンズの変調伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆのグラフである。 図２の実施形態による光学レンズの分散グラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照して、本発明による画角がより広い色収差を補正したレンズを詳細に説明する。しかしながら、本発明の様々な実施形態は、様々な異なる態様で具体化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定して解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この本発明が完全になり完成するように提示され、当業者に本発明の範囲を十分に伝えることになる。別段の定めがない限り、本明細書で用いる全ての専門用語及び科学用語は、本発明の技術分野に属する技術者によって理解される通常の意味と同じ意味を有する。本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するだけの目的であり、本発明を限定することは意図しない。本明細書で用いられる場合、用語「及び／又は」は、１又は２以上の関連する列挙された要素のありとあらゆる組み合わせを含む。

本明細書で用いる負符号は、光が左側から右側に伝播することを意味することに留意されたい。球面と主光軸との交差点を基準点にとると、球面の中央が交差点の左側にあるとき、曲率半径は負の値となり、一方、球面の中央が交差点の右側にあるとき、曲率半径は正の値となる。加えて、左側から右側に伝播する光に照らして、レンズの左側にある一方側は物体側と呼び、レンズの右側にある他方側は像側と呼ぶ。正レンズは、中央の厚さが縁の厚さよりも大きいレンズであり、負レンズは、中央の厚さが縁の厚さよりも小さいレンズである。

図１は、実施形態による光学レンズの概略図であり、光学レンズは、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４、第５のレンズＬ５、第６のレンズＬ６、第７のレンズＬ７及び第８のレンズＬ８を含み、それらは、入射光線の透過方向（主光軸）に沿って連続的に同軸に配置される。

第１レンズＬ１は、物体側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズである。第２のレンズＬ２は正の両凸レンズである。第３のレンズＬ３は負の両凹レンズである。第４のレンズＬ４は、物体側に凸状の曲面を有する正メニスカスレンズである。第５のレンズＬ５は、物体側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズである。第６のレンズＬ６は正の両凸レンズである。第７のレンズＬ７は、像側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズである。第８のレンズＬ８は、像側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズである。図示の実施形態では、第２のレンズＬ２、第３のレンズＬ３及び第４のレンズＬ４は、第１の接合レンズ組立体を形成し、第５のレンズＬ５、第６のレンズＬ６、及び第７のレンズＬ７は、第２の接合レンズ組立体を形成する。第１の接合レンズ組立体及び第２の接合レンズ組立体は、光学ダイヤフラム２００の両側にそれぞれ位置する。第１の接合レンズ組立体は、軸方向の色収差を排除するように構成され、第２の接合レンズ組立体は、倍率色収差を排除するように構成され、結像品質は高い。

第１のレンズＬ１は、第１の曲面Ｓ１及び第２の曲面Ｓ２を含む。第２のレンズＬ２は、第３の曲面Ｓ３及び第４の曲面Ｓ４を含む。第３のレンズＬ３は、第５の曲面Ｓ５及び第６の曲面Ｓ６を含む。第４のレンズＬ４は、第７の曲面Ｓ７及び第８の曲面Ｓ８を含む。第５のレンズＬ５は、第９の曲面Ｓ９及び第１０の曲面Ｓ１０を含む。第６のレンズＬ６は、第１１の曲面Ｓ１１及び第１２の曲面Ｓ１２を含む。第７のレンズＬ７は、第１３の曲面Ｓ１３及び第１４の曲面Ｓ１４を含む。第８のレンズＬ８は、第１５の曲面Ｓ１５及び第１６の曲面Ｓ１６を含む。第１の曲面Ｓ１から第１６の曲面Ｓ１６は、入射光線１００の透過方向に沿って連続的に配置される。第１の曲面Ｓ１から第１６の曲面Ｓ１６の曲率半径は、それぞれ４２．８、９．２、１３、−１４、−１４、４、４、６５、６２、１６、１６、−６、−６、−１４、−１３及び−４０であり、単位はミリメートルである。曲率半径の最大偏差は５％であり、上限偏差が５％であって下限偏差が５％であり、すなわち±５％内にある条件付きの値も保護範囲に属する。

図示の実施形態では、第１のレンズＬ１から第８のレンズＬ８は、球面を有する。第１のレンズＬ１から第８のレンズＬ８は、主光軸３００の周りに回転対称である。具体的には、第１のレンズＬ１から第８のレンズＬ８の中央厚さは、それぞれ１ミリメートル、６ミリメートル、３ミリメートル、２ミリメートル、２ミリメートル、４ミリメートル、１ミリメートル、及び１ミリメートルであり、その上限偏差が５％であって下限偏差が−５％である。第１のレンズＬ１から第８のレンズＬ８の材料は、アッベ数に対する屈折率比が、１．６２／６０、１．６９／５４、１．７／４０、１．６／３２、１．５６／５８、１．６９／５０、１．７５／２７及び１．６２／６０であり、その上限偏差が５％であって下限偏差が−５％である。図示の実施形態では、主光軸３００に沿った第２の曲面Ｓ２と第３の曲面Ｓ３との間の距離（すなわち、第１のレンズＬ１と第２のレンズＬ２との間の距離）は、６±５％ミリメートルである。主光軸３００に沿った第８の曲面Ｓ８と第９の曲面Ｓ９との間の距離は、０．３±５％ミリメートルである。主光軸３００に沿った第１４の曲面Ｓ１４と第１５の曲面Ｓ１５との間の距離は、１８±５％ミリメートルである。

図２は、別の実施形態による光学レンズの概略図である。図示の実施形態では、光学レンズは、第１のレンズＬ１から第８のレンズＬ８を含み、さらに第９のレンズＬ９を含む。第９のレンズＬ９と、第１のレンズＬ１から第８のレンズＬ８とは、入射光線１００の透過方向に沿って連続的に同軸に配置される。具体的には、第９のレンズＬ９の材料は、アッベ数に対する屈折率の比が１．５／６４であり、その上限偏差が５％であって下限偏差が−５％である。第９のレンズＬ９は、第１７の曲面Ｓ１７及び第１８の曲面Ｓ１８を含む。図示の実施形態では、第９のレンズＬ９は、平坦な保護ガラスであり、光学レンズを保護するように構成され、従って第１７の曲面Ｓ１７及び第１８の曲面Ｓ１８の曲率はゼロである。第９のレンズＬ９の厚さは３±５％ミリメートルである。第９のレンズＬ９は、非球状構造であり、入射光線に沿った第９のレンズＬ９の投射は、直径が４２±５％ミリメートルの円形である。

図２に示すように、全長（第１７の曲面Ｓ１７と結像面４００との間の距離）は、５１．７ミリメートルであり、その有効口径（入射光線に沿った第９のレンズＬ９の投射直径）は４２ミリメートルであり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である。上述した光学レンズでは、焦点距離は２２ミリメートル、口径比は１／５．６、画角は１２４度、結像面積はＡ＝６４×６４平方ミリメートルであり、これらは、最新の電子工学製品の要求を満たすことができ、ＣＣＤ画像レシーバで使用することができる。

上述した光学レンズでは、同軸に配置した異なるタイプのレンズの組合せが導入され、これは比較的広い画角を有するだけでなく、超広角視野を有する。光学レンズの結像は、歪みなしで高解像力を実現することができ、地形と同一の実際の結像を得ることができ、高高度写真撮影及び空中写真撮影の要求を満たすことができる。色収差は、第１の接合レンズ組立体及び第２の接合レンズ組立体を設けることによって排除することができ、結像品質は相対的に高い。上述した光学レンズでは、焦点距離は２２ミリメートル、口径比は１／５．６、画角は１２４度、結像寸法はＡ＝６４×６４平方ミリメートルであり、それらは、最新の電子工学製品の要求を満たすことができる。

図３は、図２の光学レンズの光線の投写グラフである。これは絞り値が異なる全ての光線が貫通できることを示す。図４は、図２の光学レンズの非点収差及び歪みのグラフである。図４では、非点収差及び歪みのグラフにおける垂直座標は、画角のサイズである。図４から、光学レンズの歪みは殆どゼロであることが分かり、このことは、結像面が殆ど平坦面であり、色分散がさらに良く修正されることを示す。図５は、図２の光学レンズの変調伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆのグラフである。図５から以下のことが結論付けられる。すなわち分解能が１ミリメートル当たり２０線対に達し、画角が６２度（ＴＳ ６２．００ ＤＥＧ）である場合、Ｍ．Ｔ．Ｆは０．４よりも大きく、このことは、口径比がより大きくかつ超広角視野を有する場合、光学レンズが相対的に理想レベルに達し得ることを表し、さらに光学レンズは相対的に高い画質を有することを表す。図６は、図２の光学レンズの分散グラフである。図６から以下のことが結論付けられる。すなわち画角が４４度（ＤＢＪ： ４４．００ 度）である場合、結像面上の結像高さは２１．１１３ミリメートル（ＩＭＡ：２１．１１３ミリメートル）であり、結像面全体上の分散円の二乗平均平方根半径（ＲＭＳ ＲＡＤＩＵＳ）は９．９２１マイクロメートルであり、これは１０マイクロメートル以内に制御することもでき、図６は、光学レンズの画角が相対的に広い場合、光学レンズの結像は、比較的明瞭な状態のままであることも示す。また、分散円の幾何学的半径（ＧＥＯ ＲＡＤＩＵＳ）は図６から直接観察することができる。図６では、基準点（ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ）に主光線（ＣＨＩＥＦ ＲＡＹ）をとる場合、拡大スケール（ＳＣＡＬＥ ＢＡＲ）は２００である。

上述した光学レンズは、歪みがない超広角視野を有し、地形と同一の実際の結像を得ることができ、高高度写真撮影で使用することができて、空中検出又は測定の要求を満たす。

当業者であれば、開示された実施形態において、いずれも発明の特許請求の範囲から逸脱しない多くの変更が可能であることを理解できることに留意されたい。従って、本発明の特許請求の範囲は、上述した詳細な実施形態だけに限定されるものではない。

以上は、詳しく説明された本発明のいくつかの実施形態であり、本発明の範囲に対する限定とみなすべきではない。当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更及び改善が明らかであることに留意されたい。従って、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定まる。

１００ 入射光線
３００ 主光軸
Ｌ１ 第１のレンズ
Ｌ２ 第２のレンズ
Ｌ３ 第３のレンズ
Ｌ４ 第４のレンズ
Ｌ５ 第５のレンズ
Ｌ６ 第６のレンズ
Ｌ７ 第７のレンズ
Ｌ８ 第８のレンズ
Ｓ１ 第１の曲面
Ｓ２ 第２の曲面
Ｓ３ 第３の曲面
Ｓ４ 第４の曲面
Ｓ５ 第５の曲面
Ｓ６ 第６の曲面
Ｓ７ 第７の曲面
Ｓ８ 第８の曲面
Ｓ９ 第９の曲面
Ｓ１０ 第１０の曲面
Ｓ１１ 第１１の曲面
Ｓ１２ 第１２の曲面
Ｓ１３ 第１３の曲面
Ｓ１４ 第１４の曲面
Ｓ１５ 第１５の曲面
Ｓ１６ 第１６の曲面

Claims (16)

1. 光学レンズであって、入射光線の透過方向に沿って連続的に同軸に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、第４のレンズ、第５のレンズ、第６のレンズ、第７のレンズ、及び第８のレンズから構成され、
   前記第１のレンズは、物体側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、
   前記第２のレンズは、正の両凸レンズであり、
   前記第３のレンズは、負の両凹レンズであり、
   前記第４のレンズは、前記物体側に凸状の曲面を有する正メニスカスレンズであり、
   前記第５のレンズは、前記物体側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、
   前記第６のレンズは、正の両凸レンズであり、
   前記第７のレンズは、像側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、
   前記第８のレンズは、前記像側に凸状の曲面を有する負メニスカスレンズであり、
   前記第４のレンズ及び前記第５のレンズは光学ダイヤフラムの両側にそれぞれ位置し、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、及び前記第４のレンズは、第１の接合レンズ組立体を形成し、前記第５のレンズ、前記第６のレンズ、及び前記第７のレンズは、第２の接合レンズ組立体を形成する、ことを特徴とする光学レンズ。
2. 前記第１のレンズは第１の曲面及び第２の曲面を含み、前記第２のレンズは第３の曲面及び第４の曲面を含み、前記第３のレンズは第５の曲面及び第６の曲面を含み、前記第４のレンズは第７の曲面及び第８の曲面を含み、前記第５のレンズは第９の曲面及び第１０の曲面を含み、前記第６のレンズは第１１の曲面及び第１２の曲面を含み、前記第７のレンズは第１３の曲面及び第１４の曲面を含み、前記第８のレンズは第１５の曲面及び第１６の曲面を含み、前記第１の曲面から前記第１６の曲面は、前記入射光線の前記透過方向に沿って連続的に配置され、前記第１の曲面から前記第１６の曲面の曲率半径は、それぞれ、４２．８、９．２、１３、−１４、−１４、４、４、６５、６２、１６、１６、−６、−６、−１４、−１３及び−４０であり、単位はミリメートルであり、前記曲率半径の上限偏差が５％であり下限偏差が５％である、請求項１に記載の光学レンズ。
3. 前記第１のレンズから前記第８のレンズの中央厚さは、それぞれ、１、６、３、２、２、４、１及び１であり、単位はミリメートルであり、前記中央厚さの上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項２に記載の光学レンズ。
4. 主光軸に沿った前記第２の曲面と前記第３の曲面との間の距離は６ミリメートルであり、前記主光軸に沿った前記第８の曲面と前記第９の曲面との間の距離は０．３ミリメートルであり、前記主光軸に沿った前記第１４の曲面と前記第１５の曲面との間の距離は１８ミリメートルであり、前記距離の上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項２に記載の光学レンズ。
5. 前記第１のレンズから前記第８のレンズは、主光軸の周りに回転対称である、請求項１に記載の光学レンズ。
6. 前記第１のレンズから前記第８のレンズは球面を有する、請求項１に記載の光学レンズ。
7. 前記第１のレンズから前記第８のレンズは、アッベ数に対する屈折率の比が１．６２／６０、１．６９／５４、１．７／４０、１．６／３２、１．５６／５８、１．６９／５０、１．７５／２７及び１．６２／６０であり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項１に記載の光学レンズ。
8. 前記第１のレンズから前記第８のレンズは光学ガラスである、請求項１に記載の光学レンズ。
9. 第９のレンズをさらに備え、前記第９のレンズ及び前記第１のレンズは、前記入射光線の前記透過方向に沿って連続的に同軸に配置される、請求項１に記載の光学レンズ。
10. 前記第９のレンズは、アッベ数に対する屈折率の比が１．５／６４であり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項９に記載の光学レンズ。
11. 前記入射光線に沿った前記第９のレンズの投射は、直径が４２ミリメートルの円であり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項９に記載の光学レンズ。
12. 前記第９のレンズは、第１７の曲面及び第１８の曲面を含み、前記第１７の曲面及び前記第１８の曲面の曲率はゼロである、請求項９に記載の光学レンズ。
13. 主光軸に沿った前記第１８の曲面と前記第１の曲面との間の距離は１ミリメートルであり、前記距離の上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項１２に記載の光学レンズ。
14. 前記第９のレンズの厚さは３ミリメートルであり、その上限偏差が５％であり下限偏差が−５％である、請求項１２に記載の光学レンズ。
15. 前記第９のレンズは、平坦な保護ガラスである、請求項１２に記載の光学レンズ。
16. 前記第１７の曲面と結像面との間の距離は５１．７ミリメートルである、請求項１２に記載の光学レンズ。