特許 6404459 撮像用対物レンズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6404459

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】撮像用対物レンズ

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/04 20060101AFI20181001BHJP

【ＦＩ】

   G02B13/04 D

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-513186(P2017-513186)

(86)(22)【出願日】2014年9月10日

(65)【公表番号】特表2017-526979(P2017-526979A)

(43)【公表日】2017年9月14日

(86)【国際出願番号】CN2014086190

(87)【国際公開番号】WO2016037323

(87)【国際公開日】20160317

【審査請求日】2017年3月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】515016891

【氏名又は名称】ハンズ レーザー テクノロジー インダストリー グループ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 家英

(72)【発明者】

【氏名】周 朝明

(72)【発明者】

【氏名】孫 博

(72)【発明者】

【氏名】高 云峰

【審査官】 岡田 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０１９１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３０８２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００−１７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２−２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像用対物レンズであって、入射光の伝播方向に沿って同軸に配列される第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ、第四レンズ、第五レンズ、第六レンズおよび第七レンズから構成され、前記第一レンズはメニスカス状レンズであり、前記第二レンズはメニスカス状レンズであり、前記第三レンズはメニスカス状レンズであり、前記第四レンズは両凹型レンズであり、前記第五レンズは両凸型レンズであり、前記第六レンズは両凸型レンズであり、前記第七レンズはメニスカス状レンズであり、
前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を含み、前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を含み、前記第三レンズは第五曲面と第六曲面を含み、前記第四レンズは第七曲面と第八曲面を含み、前記第五レンズは第九曲面と第十曲面を含み、前記第六レンズは第十一曲面と第十二曲面を含み、前記第七レンズは第十三曲面と第十四曲面を含み、前記第一曲面ないし前記第十四曲面は入射光の伝播方向に順に配列され、
前記第一曲面ないし前記第十四曲面の曲率半径は、順に、２００ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１０ｍｍ、１７ｍｍ、７０ｍｍ、−１９０ｍｍ、３０ｍｍ、２２ｍｍ、−２６ｍｍ、６０ｍｍ、−１５ｍｍ、−１０ｍｍ、−６０ｍｍであり、
前記第一レンズないし前記第七レンズの中心の厚さは、順に、４ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍであることを特徴とする撮像用対物レンズ。

【請求項2】

前記第一レンズないし前記第七レンズにおいて、各レンズの屈折率とアッベ数の比例値は、順に、１．６２／６０、１．６２／６０、１．６４／３５、１．７５／３０、１．６２／６０、１．６２／６０、１．７５／３０であることを特徴とする請求項１に記載の撮像用対物レンズ。

【請求項3】

前記第二曲面と前記第三曲面の間の距離は３０ｍｍであり、前記第四曲面と前記第五曲面の間の距離は２ｍｍであり、前記第六曲面と前記第七曲面の間の距離は６ｍｍであり、前記第八曲面と前記第九曲面の間の距離は２ｍｍであり、前記第十曲面と前記第十一曲面の間の距離は１ｍｍであり、前記第十二曲面と前記第十三曲面の間の距離は１.５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の撮像用対物レンズ。

【請求項4】

前記曲率半径、前記中心の厚さ、前記屈折率とアッベ数の比例値および前記距離の公差はいずれも５％程度であることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の撮像用対物レンズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学技術に関し、特に撮像用対物レンズに関するものである。

【背景技術】

【0002】

魚眼を真似た光学撮像用対物レンズを魚眼撮像用対物レンズという。これは口径比が大きい撮像用対物レンズである。理論的には、このような撮像用対物レンズの視野角は１８０°であり、撮像用対物レンズの前にあるすべての被写体を撮像用対物レンズの視野内に入れることができる。

【0003】

撮像用対物レンズの前の半球内のすべての被写体が撮像用対物レンズの視野内に入って結像面上に結像すると仮定する場合、対物レンズの前の被写体空間は半球形の空間であり、結像面は円形の平面になると推論することができる。このとき、幾何的光学の公式であるη＝ｆｔｇαを採用することができない。なぜなら、ｔｇαにおいてαが９０°になるとき、ｔｇα→∞になることによって、η→∞になるからである。このような状況は実際には存在しえない。撮像用対物レンズの光学理論において、実際の光学システムの変形値は１００％であり、η≒ｆである。このため、光学システムの焦点距離ｆにより結像面の画像の直径は２ｆになり、撮像用対物レンズの体積は大きくなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、大きな口径比を有し、かつ体積が小さい撮像用対物レンズを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の撮像用対物レンズは、入射光の伝播方向に沿って同軸に配列される第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ、第四レンズ、第五レンズ、第六レンズおよび第七レンズから構成される。第一レンズはメニスカス状レンズであり、第二レンズはメニスカス状レンズであり、第三レンズはメニスカス状レンズであり、第四レンズは両凹型レンズであり、第五レンズは両凸型レンズであり、第六レンズは両凸型レンズであり、第七レンズはメニスカス状レンズである。第一レンズは第一曲面と第二曲面を含み、第二レンズは第三曲面と第四曲面を含み、第三レンズは第五曲面と第六曲面を含み、第四レンズは第七曲面と第八曲面を含み、第五レンズは第九曲面と第十曲面を含み、第六レンズは第十一曲面と第十二曲面を含み、第七レンズは第十三曲面と第十四曲面を含み、第一曲面ないし第十四曲面は入射光の伝播方向に順に配列される。第一曲面ないし第十四曲面の曲率半径は、順に、２００ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１０ｍｍ、１７ｍｍ、７０ｍｍ、−１９０ｍｍ、３０ｍｍ、２２ｍｍ、−２６ｍｍ、６０ｍｍ、−１５ｍｍ、−１０ｍｍ、−６０ｍｍである。第一レンズないし第七レンズの中心の厚さは、順に、４ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍである。

【0006】

本発明の一実施例の第一レンズないし第七レンズにおいて、各レンズの屈折率とアッベ数の比例値は、順に、１．６２／６０、１．６２／６０、１．６４／３５、１．７５／３０、１．６２／６０、１．６２／６０、１．７５／３０である。

【0007】

本発明の一実施例において、第二曲面と第三曲面の間の距離は３０ｍｍであり、第四曲面と第五曲面の間の距離は２ｍｍであり、第六曲面と第七曲面の間の距離は６ｍｍであり、第八曲面と第九曲面の間の距離は２ｍｍであり、第十曲面と第十一曲面の間の距離は１ｍｍであり、第十二曲面と第十三曲面の間の距離は１.５ｍｍである。

【0008】

本発明の一実施例において、曲率半径、中心の厚さ、屈折率とアッベ数の比例値および距離の公差はいずれも±５％である。

【発明の効果】

【0009】

本発明の撮像用対物レンズは、七個のレンズで構成され、大きな口径比を有し、かつ体積が小さい。また、撮像用対物レンズを製造するための光学材料の種類を有効に低減することができる。

【0010】

図面に示された本発明の好適な実施例の技術的事項によって本発明を具体的に説明することにより、本発明の目的、特徴および発明の効果をよく理解することができる。図面において、同様の符号は同様の部分を示す。下記図面は、実際の製品のサイズ比によって描いたものではなく、本発明の趣旨をよく表すことができるように描かれている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施例の撮像用対物レンズの構造を示す図である。

【図2】図１の撮像用対物レンズの各部品の間の距離を示す図である。

【図3】本発明の一実施例の撮像用対物レンズの細い光束の収差を示す図である。

【図4】本発明の一実施例の撮像用対物レンズのＭ.Ｔ.Ｆ伝達関数を示す図である。

【図5】本発明の一実施例の撮像用対物レンズの幾何的収差を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の目的、特徴および発明の効果をより詳細に理解してもらうため、以下、図面により本発明の具体的な実施例をより詳細に説明する。下記実施例に示される具体的な技術的事項により、本発明を充分に理解してもらうことができる。明細書には本発明の好適な実施例が示されているが、本発明はそれらと異なる他の実施形態によって実施することもできる。すなわち、本技術分野の技術者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で色々な設計の変更などをすることができ、本発明は下記実施例の構成のみに限定されるものではない。

【0013】

図１は本発明の一実施例の撮像用対物レンズの構造を示す図である。説明を簡単にするため、該図面には本発明に係る部分のみが示されている。

【0014】

図１に示すように、本発明の一実施例の撮像用対物レンズは、入射光の伝播方向に沿って同軸に配列される第一レンズＬ１、第二レンズＬ２、第三レンズＬ３、第四レンズＬ４、第五レンズＬ５、第六レンズＬ６および第七レンズＬ７を含む。

【0015】

当該撮像用対物レンズにおいて、光の伝播方向は図面の左側から右側に向かう。レンズの曲率半径の正負は球面と光軸の交差点によって決められ、球面の球心が当該交差点の左側に位置するとき、曲率半径は負数になり、逆に、球面が当該交差点の右側に位置するとき、曲率半径は正数になる。以下同様である。

【0016】

図１と図２に示すように、第一レンズＬ１は、メニスカス状レンズであり、第一曲面Ｓ１と第二曲面Ｓ２を含む。第一曲面Ｓ１は物体側へ突出しており、曲率半径は２００ｍｍであり、第二曲面Ｓ２も物体側へ突出しており、曲率半径は１５ｍｍである。第一レンズＬ１の中心の厚さｄ１（すなわち第一レンズＬ１の光軸上の厚さ）は４ｍｍである。第一レンズＬ１の屈折率Ｎｄ１とアッベ数Ｖｄ１の比例値は１．６２／６０である。第一レンズＬ１の外径Φは６０ｍｍである。上述した第一レンズＬ１の各パラメーターは希望値であり、いずれも５％程度の公差を許容する。すなわち、各パラメーターは希望値の±５％の範囲内で変化することができる。

【0017】

第二レンズＬ２は、メニスカス状レンズであり、第三曲面Ｓ３と第四曲面Ｓ４を含む。第三曲面Ｓ３は物体側へ突出しており、曲率半径は１６ｍｍであり、第四曲面Ｓ４も物体側へ突出しており、曲率半径は１０ｍｍである。第二レンズＬ２の中心の厚さｄ３は２ｍｍである。第二レンズＬ２の屈折率Ｎｄ２とアッベ数Ｖｄ２の比例値は１．６２／６０である。第二レンズＬ２の外径Φは１６ｍｍである。上述した第二レンズＬ２の各パラメーターの公差の範囲は５％である。

【0018】

第三レンズＬ３は、メニスカス状レンズであり、第五曲面Ｓ５と第六曲面Ｓ６を含む。第五曲面Ｓ５は物体側へ突出しており、曲率半径は１７ｍｍであり、第六曲面Ｓ６も物体側へ突出しており、曲率半径は７０ｍｍである。第三レンズＬ３の中心の厚さｄ５は５ｍｍである。第三レンズＬ３の屈折率Ｎｄ３とアッベ数Ｖｄ３の比例値は１．６４／３５である。第三レンズＬ３の外径Φは１４ｍｍである。上述した第三レンズＬ３の各パラメーターの公差の範囲は５％である。

【0019】

第四レンズＬ４は、両凹型レンズであり、第七曲面Ｓ７と第八曲面Ｓ８を含む。第七曲面Ｓ７は撮像側へ突出しており、曲率半径は−１９０ｍｍであり、第八曲面Ｓ８は第七曲面Ｓ７側へ突出しており、第八曲面Ｓ８の曲率半径は３０ｍｍである。第四レンズＬ４の屈折率Ｎｄ４とアッベ数Ｖｄ４の比は１．７５／３０である。第四レンズＬ４の中心の厚さｄ７は２ｍｍである。第四レンズＬ４の外径Φは９ｍｍである。上述した第四レンズＬ４の各パラメーターの公差の範囲は５％である。

【0020】

第五レンズＬ５は、両凸型レンズであり、第九曲面Ｓ９と第十曲面Ｓ１０を含む。第九曲面Ｓ９は物体側へ突出しており、曲率半径は２２ｍｍであり、第十曲面Ｓ１０は第九曲面Ｓ９から離れる方向へ突出しており、第十曲面Ｓ１０の曲率半径は−２６ｍｍである。第五レンズＬ５の屈折率Ｎｄ５とアッベ数Ｖｄ５の比例値は１．６２／６０である。第五レンズＬ５の中心の厚さｄ９は５ｍｍである。第五レンズＬ５の外径Φは１２ｍｍである。上述した第五レンズＬ５の各パラメーターの公差の範囲は５％である。

【0021】

第六レンズＬ６は、両凸型レンズであり、第十一曲面Ｓ１１と第十二曲面Ｓ１２を含む。第十一曲面Ｓ１１は物体側へ突出しており、曲率半径は６０ｍｍであり、第十二曲面Ｓ１２は第十一曲面Ｓ１１から離れる方向へ突出しており、第十二曲面Ｓ１２の曲率半径は−１５ｍｍである。第六レンズＬ６の屈折率Ｎｄ６とアッベ数Ｖｄ６の比例値は１．６２／６０である。第六レンズＬ６の中心の厚さｄ１１は５ｍｍである。第六レンズＬ６の外径Φは１３ｍｍである。上述した第六レンズＬ６の各パラメーターの公差の範囲は５％である。

【0022】

第七レンズＬ７は、メニスカス状レンズであり、第十三曲面Ｓ１３と第十四曲面Ｓ１４を含む。第十三曲面Ｓ１３は撮像側へ突出しており、曲率半径は−１０ｍｍであり、第十四曲面Ｓ１４も撮像側へ突出しており、曲率半径は−６０ｍｍである。第七レンズＬ７の屈折率Ｎｄ７とアッベ数Ｖｄ７の比例値は１．７５／３０である。第七レンズＬ７の中心の厚さｄ１３は２ｍｍである。第七レンズＬ７の外径Φは１４ｍｍである。上述した第七レンズＬ７の各パラメーターの公差の範囲は５％である。

【0023】

第一曲面Ｓ１ないし第十四曲面Ｓ１４は入射光の伝播方向に順に配列される。

【0024】

本発明の一実施例において、第一レンズＬ１の出射面（第二曲面Ｓ２）と第二レンズＬ２の入射面（第三曲面Ｓ３）の間の光軸上の距離ｄ２は３０ｍｍであり、該距離ｄ２の公差の範囲は５％である。第二レンズＬ２の出射面（第四曲面Ｓ４）と第三レンズＬ３の入射面（第五曲面Ｓ５）の間の光軸上の距離ｄ４は２ｍｍであり、該距離ｄ４の公差の範囲は５％である。第三レンズＬ３の出射面（第六曲面Ｓ６）と第四レンズＬ４の入射面（第七曲面Ｓ７）の間の光軸上の距離ｄ６は６ｍｍであり、該距離ｄ６の公差の範囲は５％である。第四レンズＬ４の出射面（第八曲面Ｓ８）と第五レンズＬ５の入射面（第九曲面Ｓ９）の間の光軸上の距離ｄ８は２ｍｍであり、該距離ｄ８の公差の範囲は５％である。第五レンズＬ５の出射面（第十曲面Ｓ１０）と第六レンズＬ６の入射面（第十一曲面Ｓ１１）の間の光軸上の距離ｄ１０は１ｍｍであり、該距離ｄ１０の公差の範囲は５％である。第六レンズＬ６の出射面（第十二曲面Ｓ１２）と第七レンズＬ７の入射面（第十三曲面Ｓ１３）の間の光軸上の距離ｄ１２は１.５ｍｍであり、該距離ｄ１２の公差の範囲は５％である。

【0025】

図３〜図５はそれぞれ上述した撮像用対物レンズの細い光束の収差、変調伝達関数の曲線および幾何的収差を示している。

【0026】

該撮像用対物レンズは下記のパラメーターを有している。
ｆ＝１４ｍｍ、２η＝３０、
Ｄ／ｆ＝１：３．２、
２ω＝１８０°、
λ＝６５６ｎｍ〜５８９ｎｍ〜４３６ｎｍ、
Ｌ＝２２。

【0027】

図３Ａと図３Ｂに示すように、上述した撮像用対物レンズの変形は理論値と完全に一致している。視野角α＝９０°であるとき、Ｄｉｓｔ＝１００％になり、非点収差曲線も理想的な状態になる。

【0028】

図４に示すように、撮像用対物レンズのＭＴＦが最も悪いとき、すなわち解像度が２０ラインペア／ｍｍになるとき、ＭＴＦ≒０．５になる。ここで注意すべきなのは、α＝９０°であるとき、撮像用対物レンズの辺縁の入射瞳は撮像用対物レンズの中心の入射瞳より遥かに小さい、ということである。これは辺縁のＭＴＦが中心のＭＴＦより小さいからである。このような状況は理論上存在する状況である。

【0029】

図５に示すように、全視野における錯乱円はいずれも約０．０１ｍｍになり、いずれも理想的な状態になっている。

【0030】

上述した撮像用対物レンズは、七個のレンズで構成され、大きな口径比を有し、かつ体積が小さい。

【0031】

以上、上述した複数の実施例により本発明の好適な実施例を詳述してきたが、本発明の構成は前記実施例のみに限定されるものでない。本技術分野の当業者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で設計の変更等を行うことができ、このような設計の変更等があっても本発明に含まれることは勿論である。本発明の保護範囲は後述する特許請求の範囲が定めたことを基準にする。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】