JPH05203873A - 射出瞳の遠い2焦点切換式レンズ - Google Patents

射出瞳の遠い2焦点切換式レンズ

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JPH05203873A
JPH05203873A JP4011434A JP1143492A JPH05203873A JP H05203873 A JPH05203873 A JP H05203873A JP 4011434 A JP4011434 A JP 4011434A JP 1143492 A JP1143492 A JP 1143492A JP H05203873 A JPH05203873 A JP H05203873A
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JP
Japan
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lens
lens group
focus
optical axis
solid
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JP4011434A
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Inventor
Takashi Miyano
俊 宮野
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Fujinon Corp
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Fuji Photo Optical Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/02Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective
    • G02B15/04Optical objectives with means for varying the magnification by changing, adding, or subtracting a part of the objective, e.g. convertible objective by changing a part

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オンチップマイクロレンズ付き固体撮像素子
を用いた場合に、マイクロレンズを介して画面周辺部に
対応する各エレメントの開口部に入射する光束の光量が
減少するのを防止し、高い検出感度を実現する。 【構成】 この2焦点切換式レンズはオンチップマイク
ロレンズ付き固体撮像素子の前段に配されるもので、物
体側から順に正の屈折力を有する第1レンズ群IA、絞
り1A、正の屈折力を有する第2レンズ群IIAおよび正
の屈折力を有する第3レンズ群III Aが配列されてな
る。また、長焦点設定時において第2レンズ群IIAが光
軸X外に移動し、また短焦点設定時において第1レンズ
群IAが光軸X外に移動するようになっている。したが
って、上記長短いずれの焦点設定時においても、第3レ
ンズ群III Aの物体側の焦点位置が絞り1Aの配設位置
付近となるように設定されており、第3レンズ群III A
に入射された光束は光軸Xに略平行となって出射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はオンチップマイクロレン
ズ付き固体撮像素子用として使用される射出瞳の遠い2
焦点切換式レンズに関し、詳しくは、固体撮像素子の各
エレメントに光が有効に取り込まれるようにオンチップ
マイクロレンズを付した固体撮像素子の前面に配される
正の屈折力を有する長短2焦点切換式レンズに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、映像の高画質化の要請に伴ない、
スチル画像もその画面をより多くの画素数によって構成
するようになってきている。
【0003】したがって、スチルビデオカメラの受光部
を固体撮像素子で構成する場合に、固体撮像素子のエレ
メント数はより多くなる傾向にある反面各エレメントの
サイズはより小さくなる傾向にある。しかも、各エレメ
ントに光束が入射するためのセンサ開口部は各エレメン
トの全表面のうち一部に形成されているため検出光量が
不足するおそれがある。このような事情から、各エレメ
ントの前面にセンサ開口部よりも大きい口径を有するマ
イクロ凸レンズを配設し、このマイクロ凸レンズで集光
することによって各エレメントに入射する光の光量不足
を補い、検出感度の低下を防止するようにしたものが知
られている。
【0004】すなわち、例えば図5に示すように、固体
撮像素子101 上にオンチップマイクロレンズ群102 が配
され、各エレメントの開口部103 の直上にオンチップマ
イクロレンズ群102 の各マイクロレンズ素子104 が配さ
れるように位置決めされている。各マイクロレンズ素子
104 は凸レンズとして機能し、マイクロレンズの開口部
である凸レンズ部分に入射した光(図中の実線部分)を
エレメントの開口部103 に集束させるので各エレメント
には明るい像が結像され感度を高めることが可能とな
る。
【0005】このようなオンチップマイクロレンズ付き
固体撮像素子を用いたスチルビデオカメラにおいて、長
短2つの焦点距離の切換えを行なう場合にはオンチップ
マイクロレンズの前方に、物体側から順に第1レンズ
群、絞りおよび第2レンズ群を配列してなる切換レンズ
系を設定するようにしたものが知られている。この切換
レンズ系を長焦点に設定するときは第2レンズ群をレン
ズ系光軸から外して第1レンズ群と絞りによる構成と
し、短焦点に設定するときは第1レンズ群をレンズ系光
軸から外して絞りと第2レンズ群による構成とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上述
した如き長短2焦点切換レンズとしてはオンチップマイ
クロレンズを配設していない固体撮像素子に使用されて
いたものをそのまま使用しており、カメラ設計上の制約
等から射出瞳が近いレンズ系とされていた。
【0007】しかしながら、この切換レンズをオンチッ
プマイクロレンズ付き固体撮像素子にそのまま使用する
と画面周辺部に対応するマイクロレンズには光束がかな
り斜めから入射し、図5の破線で示す如くマイクロレン
ズの集束作用によりエレメントの開口部に入射する光量
が大幅に減少するため、十分な検出感度を得ることが困
難となる。
【0008】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、オンチップマイクロレンズ付き固体撮像素
子を用いた場合に、マイクロレンズを介して画面周辺部
に対応する各エレメントの開口部に入射する光束の光量
が減少するのを防止し、高い検出感度を実現し得る射出
瞳の遠い2焦点切換式レンズを提供することを目的とす
るものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の射出瞳の遠い2
焦点切換式レンズは、物体側から順に、短焦点設定時に
レンズ系の光軸外に移動する正の屈折力を有する第1レ
ンズ群、絞り、長焦点設定時にレンズ系の光軸外に移動
する正の屈折力を有する第2レンズ群およびレンズ系の
光軸内に固定される正の屈折力を有する第3レンズ群か
らなり、この第3レンズ群を、その物体側焦点位置が上
記絞り位置付近となるように配設したことを特徴とする
ものである。
【0010】すなわち、レンズ系の光軸外に移動可能な
正の屈折力を有する第1レンズ群、絞りおよびレンズ系
の光軸外に移動可能な正の屈折力を有する第2レンズ群
を物体側からこの順に配設し、短焦点設定時には前記第
1レンズ群を前記光軸外に移動させるように、長焦点設
定時には前記第2レンズ群を前記光軸外に移動させるよ
うに切換可能とし、前記絞りを短焦点設定時および長焦
点設定時の両者に共用する、オンチップマイクロレンズ
付き固体撮像素子用の射出瞳の遠い2焦点切換式レンズ
において、前記短焦点設定時および長焦点設定時のいず
れの場合にも前記絞りの配設位置付近を物体側の焦点位
置とする正の屈折力を有する第3レンズ群を前記第2レ
ンズ群と固体撮像素子との間に配設したことを特徴とす
るものである。
【0011】
【作用】上記構成によれば、正の屈折力を有する第3レ
ンズ群を第2レンズ群と固体撮像素子の間に配設し、短
焦点対応時と長焦点対応時のいずれの場合にも、この第
3レンズ群の物体側の焦点位置が絞りの配設位置付近と
なるように設定している。
【0012】したがって、第1レンズ群と絞り、または
絞りと第2レンズ群を通過してきた光束は第3レンズ群
によって屈折して光軸に略平行な光束となる。このよう
に光軸に略平行となった光束は固体撮像素子の前面に配
されたオンチップマイクロレンズの各マイクロレンズに
垂直に入射することとなりしたがって固体撮像素子周辺
部に対応する各マイクロレンズによって集束された光束
はセンサの開口部の縁部でほとんどさえぎられることな
く、この開口部内に入射することとなる。
【0013】これにより画面周辺部が光量不足で暗い画
像となることもなく、高い検出感度を得ることができ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
【0015】図1は、本発明の射出瞳の遠い2焦点切換
式レンズを示すものである。このレンズは、図5に示す
如きオンチップマイクロレンズ付き固体撮像素子の前段
に配されるもので、物体側から順に正の屈折力を有する
第1レンズ群IA、絞り1A、正の屈折力を有する第2
レンズ群IIAおよび正の屈折力を有する第3レンズ群II
I Aを配列するように構成される。
【0016】第1レンズ群IAは4枚のレンズL11〜L
14から構成され、第2レンズ群IIAは4枚のレンズL15
〜L18から構成され、第3レンズ群III Aは2枚のレン
ズL19,L20から構成されている。
【0017】ここで、レンズL11は物体側に凸面を向け
た正のメニスカスレンズ、レンズL12は物体側に凸面を
向けた負のメニスカスレンズ、レンズL13は像面側に強
い曲率の面を向けた両凹レンズ、レンズL14は像面側に
強い曲率の面を向けた両凸レンズ、レンズL15は像面側
に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、レンズL16は物
体側に強い曲率の面を向けた両凸レンズ、レンズL17
物体側に強い曲率の面を向けた両凹レンズ、レンズL18
は像面側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、レンズ
19およびレンズL20は物体側に凸面を向けた平凸レン
ズである。
【0018】また、第3レンズ群III AのレンズL20
結像位置Pの物体側に配されたフィルタ(ローパスフィ
ルタ、赤外カットフィルタ等)2Aに接合されるように
構成されている。
【0019】この2焦点切換式レンズは長焦点設定時に
おいて第2レンズ群IIAが光軸X外に移動し、また短焦
点設定時において第1レンズ群IAが光軸X外に移動す
るようになっている。すなわち、長焦点設定時には図2
(a) で示されるように第1レンズ群IAと絞り1Aおよ
び第3レンズ群III Aによってレンズ系が構成され、ま
た短焦点設定時には絞り1A、第2レンズ群IIAおよび
第3レンズ群III Aによってレンズ系が構成される。
【0020】この実施例1における各レンズ面の曲率半
径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間
隔d(mm)、各レンズのd線における屈折率Nおよび各レ
ンズのアッベ数ν(νd :以下同じ)を下記表1に示
す。
【0021】ただし、この表1において、各記号R,
d,N,νに付した数字および記号は物体側から順次増
加するようになっている。Nおよびνは原則としてその
添数字と同一の数字をLに付したレンズについての屈折
率およびアッベ数を示すものであり、N2Aおよびν2A
フィルタ2Aの屈折率およびアッベ数を示すものであ
る。
【0022】
【表1】 R11= 6.800 d11= 2.00 N11=1.79950 ν11=42.3 R12= 117.519 d12= 1.04 R13= 19.914 d13= 0.90 N12=1.68893 ν12=31.1 R14= 5.341 d14= 0.80 R15= -5.501 d15= 0.90 N13=1.68893 ν13=31.1 R16= 4.170 d16= 1.20 R17= 10.707 d17= 2.23 N14=1.71300 ν14=53.9 R18= -5.166 d18= 0.93 R19= -2.938 d19= 0.54 N15=1.77250 ν15=49.6 R20= -3.276 d20= 2.00 R21= 7.123 d21= 0.10 N16=1.77250 ν16=49.6 R22= -10.785 d22= 1.25 R23= -4.359 d23= 0.45 N17=1.84666 ν17=23.8 R24= 234.195 d24= 1.50 R25= -4.141 d25= 1.05 N18=1.77250 ν18=49.6 R26= -3.926 d26= 1.25 R27= 15.55 d27= 3.56 N19=1.62041 ν19=60.3 R28= ∞ d28= 1.60 R29= 15.55 d29= 0.10 N20=1.62041 ν20=60.3 R30= ∞ d30= 1.60 R31= ∞ d31= 0.00 N2A=1.51633 ν2A=64.1 R32= ∞ d32= 5.00 上記長短いずれの焦点設定時においても、第3レンズ群
III Aの物体側の焦点位置が絞り1Aの配設位置付近と
なるように設定されている。
【0023】したがって、長短いずれの焦点設定時にお
いても絞り1Aから出射され、第3レンズ群III Aに入
射された光束は光軸Xに略平行となって出射される。
【0024】この結果、フィルタ2Aの後段に配された
オンチップマイクロレンズ(図示されていない)にはマ
イクロレンズの入射面に対して略垂直に光束が入射する
ことになり、固体撮像素子の周辺部のエレメントにも略
全光束が受光されることとなる。
【0025】表2は、上記実施例1の2焦点切換式レン
ズにおける長焦点側焦点距離FL 、短焦点側焦点距離F
S 、第3レンズ群の焦点距離F、第3レンズ群の前側焦
点距離FF 、絞りから第3レンズ群の前面までの距離
D、長焦点側に設定された際における固体撮像素子の周
辺部への主光線の最大入射角度θL 、および短焦点側に
設定された際における固体撮像素子の周辺部への主光線
の最大入射角度θS の各値を示すものである。
【0026】
【表2】
【0027】次に、図3は実施例2の2焦点切換式レン
ズを示すレンズ構成図であり、図3(a) は長焦点設定
時、図3(b)は短焦点設定時を示すものである。
【0028】すなわち、長焦点設定時には第1レンズ群
IB、絞り1Bおよび第3レンズ群III Bによってレン
ズ系が構成され、また短焦点設定時には絞り1B、第2
レンズ群IIBおよび第3レンズ群III Bによってレンズ
系が構成される。
【0029】ここで、第1レンズ群IBはレンズL21
24によって構成され、第2レンズ群IIBはレンズL25
〜L28によって構成され、第3レンズ群III Bはレンズ
27およびレンズL28によって構成される。また、レン
ズL21は物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズ、
レンズL22は物体側に凸面を向けた負のメニスカスレン
ズ、レンズL23は像面側に強い曲率の面を向けた両凹レ
ンズ、レンズL24は像面側に強い曲率の面を向けた両凸
レンズ、レンズL25は像面側に凸面を向けた負のメニス
カスレンズ、レンズL26は像面側に強い曲率の面を向け
た両凸レンズ、レンズL27は物体側に凸面を向けた負の
メニスカスレンズ、レンズL28は像面側に凸面を向けた
正のメニスカスレンズ、レンズL29は像面側に凸面を向
けた平凸レンズ、レンズL30は物体側に凸面を向けた平
凸レンズである。
【0030】この実施例2における各レンズ面の曲率半
径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間
隔d(mm)、各レンズのd線における屈折率Nおよび各レ
ンズのアッベ数ν(νd :以下同じ)を下記表3に示
す。
【0031】ただし、この表3において、各記号R,
d,N,νに付した数字および記号は物体側から順次増
加するようになっている。Nおよびνは原則としてその
添数字と同一の数字をLに付したレンズについての屈折
率およびアッベ数を示すものであり、N2Bおよびν2B
フィルタ2Bの屈折率およびアッベ数を示すものであ
る。
【0032】
【表3】 R41= 6.998 d41= 1.93 N21=1.79950 ν21=42.3 R42= 61.139 d42= 1.29 R43= 18.431 d43= 0.90 N22=1.68893 ν22=31.1 R44= 5.687 d44= 0.72 R45= -5.724 d45= 0.90 N23=1.68893 ν23=31.1 R46= 4.154 d46= 1.10 R47= 11.435 d47= 2.55 N24=1.71300 ν24=53.9 R48= -4.980 d48= 0.61 R49= -2.772 d49= 0.54 N25=1.77250 ν25=49.6 R50= -3.178 d50= 1.80 R51= 8.319 d51= 0.10 N26=1.69680 ν26=55.6 R52= -7.845 d52= 1.45 R53= -3.668 d53= 0.57 N27=1.80518 ν27=25.5 R54= -23.359 d54= 1.30 R55= -4.429 d55= 0.65 N28=1.77250 ν28=49.6 R56= -3.954 d56= 1.25 R57= ∞ d57= 4.04 N29=1.62041 ν29=60.3 R58= -15.55 d58= 1.60 R59= 15.55 d59= 0.10 N30=1.62041 ν30=60.3 R60= ∞ d60= 1.60 R61= ∞ d61= 0.00 N2B=1.51633 ν2B=64.1 R62= ∞ d62= 5.00 また下記表4は、上記実施例2のレンズにおける長焦点
側焦点距離FL 、短焦点側焦点距離FS 、第3レンズ群
の焦点距離F、第3レンズ群の前側焦点距離FF 、絞り
から第3レンズ群の前面までの距離D、長焦点側に設定
された際における固体撮像素子の周辺部への主光線の最
大入射角度θL 、および短焦点側に設定された際におけ
る固体撮像素子の周辺部への主光線の最大入射角度θS
の各値を示すものである。
【0033】
【表4】
【0034】ここで、これらの実施例との比較のため、
図4に従来の2焦点切換式レンズのレンズ構成を示す。
図4(a) は長焦点設定時、図4(b) は短焦点設定時を示
すものである。
【0035】すなわち図4に示す従来技術は、4枚のレ
ンズL31〜L34からなる第1レンズ群ICと絞り1Cに
より長焦点設定時のレンズ系を、絞り1Cと4枚のレン
ズL35〜L38からなる第2レンズ群IICにより短焦点設
定時のレンズ系を構成している。なお、上述した実施例
において配されている第3レンズ群III A,Bの如きレ
ンズ群は有していない。また、レンズL31は物体側に凸
面を向けた負のメニスカスレンズ、レンズL32は物体側
に曲率の強い面を向けた両凸レンズ、レンズL33は像面
側に曲率の強い面を向けた両凹レンズ、レンズL34は像
面側に曲率の強い面を向けた両凸レンズ、レンズL35
よびレンズL37は像面側に凸面を向けた負のメニスカス
レンズ、レンズL36は像面側に凸面を向けた正のメニス
カスレンズ、レンズL38は像面側に強い曲率の面を向け
た両凸レンズである。
【0036】この従来技術における各レンズ面の曲率半
径R(mm)、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気
間隔d(mm)、各レンズのd線における屈折率Nおよび
各レンズのアッベ数νを下記表5に示す。
【0037】ただし、この表5において、各記号R,
d,N,νに付した数字および記号は物体側から順次増
加するようになっている。Nおよびνは原則としてその
添数字と同一の数字をLに付したレンズについての屈折
率およびアッベ数を示すものであり、N2Cおよびν2C
フィルタ2Cの屈折率およびアッベ数を示すものであ
る。
【0038】
【表5】 R71= 98.816 d71= 0.71 N31=1.79950 ν31=42.3 R72= 20.689 d72= 1.89 R73= 14.086 d73= 0.90 N32=1.68893 ν32=31.1 R74= -21.801 d74= 0.48 R75= -6.424 d75= 0.90 N33=1.68893 ν33=31.1 R76= 6.220 d76= 1.12 R77= 15.753 d77= 3.00 N34=1.71300 ν34=53.9 R78= -6.343 d78= 1.00 R79= -3.994 d79= 0.54 N35=1.77250 ν35=49.6 R80= -9.347 d80= 1.80 R81= -11.112 d81= 0.40 N36=1.69680 ν36=55.6 R82= -3.292 d82= 1.45 R83= -3.084 d83= 0.20 N37=1.80518 ν37=25.5 R84= -5.926 d84= 1.30 R85= 19.678 d85= 0.10 N38=1.77250 ν38=49.6 R86= -11.552 d86= 1.26 R87= ∞ d87= 7.95 N2C=1.51633 ν2C=64.1 R88= ∞ d88= 5.00 また下記表6は、上記従来技術のレンズにおける長焦点
側焦点距離FL 、短焦点側焦点距離FS 、長焦点側に設
定された際における固体撮像素子の周辺部への主光線の
最大入射角度θL 、および短焦点側に設定された際にお
ける固体撮像素子の周辺部への主光線の最大入射角度θ
S の各値を示すものである。
【0039】
【表6】
【0040】以上に示したように、本発明の2焦点切換
式レンズによれば従来技術のものと比べて長短いずれの
焦点設定時においても固体撮像素子周辺部への主光線入
射角度を大幅に小さくすることができる。
【0041】なお、本発明の射出瞳の遠い2焦点切換式
レンズとしては上述した実施例のものに限られるもので
はなく、各レンズの曲率等を他のレンズとの組合わせを
考慮しつつ若干変更することは可能である。
【0042】また、上述した実施例はマイクロレンズの
前面にフィルタを配したものに適用しているが、フィル
タを配さずマイクロレンズの前面に直接第3レンズ群を
配するように構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例(実施例1)に係る2焦
点切換式レンズのレンズ構成図
【図2】図1に示す2焦点切換式レンズの、長焦点設定
時におけるレンズ構成図(a) および短焦点設定時におけ
るレンズ構成図(b)
【図3】本発明の第2の実施例(実施例2)に係る2焦
点切換式レンズの、長焦点設定時におけるレンズ構成図
(a) および短焦点設定時におけるレンズ構成図(b)
【図4】従来技術に係る2焦点切換式レンズの、長焦点
設定時におけるレンズ構成図(a) および短焦点設定
時におけるレンズ構成図(b)
【図5】オンチップマイクロレンズ付固体撮像素子に光
が入射する様子を示す概略図
【符号の説明】
1A,B,C 絞り 2A,B,C フィルタ IA,B,C 第1レンズ群 IIA,B,C 第2レンズ群 III A,B,C 第3レンズ群 L11〜L38 レンズ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レンズ系の光軸外に移動可能な正の屈折
    力を有する第1レンズ群、絞りおよびレンズ系の光軸外
    に移動可能な正の屈折力を有する第2レンズ群を物体側
    からこの順に配設し、 短焦点設定時には前記第1レンズ群を前記光軸外に移動
    させるように、長焦点設定時には前記第2レンズ群を前
    記光軸外に移動させるように切換可能とし、前記絞りを
    短焦点設定時および長焦点設定時の両者に共用する、オ
    ンチップマイクロレンズ付き固体撮像素子用の射出瞳の
    遠い2焦点切換式レンズにおいて、 前記短焦点設定時および長焦点設定時のいずれの場合に
    も前記絞りの配設位置付近を物体側の焦点位置とする正
    の屈折力を有する第3レンズ群を前記第2レンズ群と固
    体撮像素子との間に配設したことを特徴とする射出瞳の
    遠い2焦点切換式レンズ。
JP4011434A 1992-01-24 1992-01-24 射出瞳の遠い2焦点切換式レンズ Withdrawn JPH05203873A (ja)

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