(57)【要約】【課題】実装機等の認識用カメラに適用される撮像レンズにおいて、部品の変動に拘わらず確実に部品の画像を撮影できる撮像レンズを提供する。【解決手段】物体側から像面側に向けて順に、正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第１レンズ１、正の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズ２、負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第３レンズ３、所定の口径を有する開口絞りＳＤ、負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第４レンズ４、第４レンズ４の像面側の凹面に接合されると共に物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第５レンズ５を含む。これによれば、小型化を図りつつ、ワーキングディスタンスを大きくでき、又、物体側のテレセントリック性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側に向けて順に配列された、
正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第１レンズと、
正の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、
負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第３レンズと、
所定の口径を有する開口絞りと、
負の屈折率を有し，物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第４レンズ及び前記第４レンズの像面側の凹面に接合されると共に物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第５レンズからなる接合レンズと、
を含む、ことを特徴とする撮像レンズ。
【請求項２】
前記第３レンズの物体側の凹面の曲率半径をＲ５、前記第３レンズの像面側の凹面の曲率半径をＲ６とするとき、次式（１）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）  │Ｒ５│＝Ｒ６
【請求項３】
前記第５レンズの物体側の凸面の曲率半径をＲ９、前記第５レンズの像面側の凸面の曲率半径をＲ１０とするとき、次式（２）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。
（２）  Ｒ９＝│Ｒ１０│
【請求項４】
前記第１レンズ及び第２レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の撮像レンズ。
【請求項５】
前記第３レンズ及び第５レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の撮像レンズ。
【請求項６】
物体から像面までの共役長をＴＴ、物体から前記第１レンズの前面までのワーキングディスタンスをＷＤ、前記第５レンズの後面から像面までのバックフォーカスをＢＦとするとき、次式（３）を満足することを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の撮像レンズ。
（３）２．０５×ＷＤ＞ＴＴ＝１６０ｍｍ、ＢＦ＞３０ｍｍ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に電子部品等を実装する実装機において、電子部品等を認識する認識用カメラに用いられる撮像レンズに関し、特に、物体側にテレセントリック性をもつ撮像レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に電子部品を実装する工程においては、各々の電子部品を所定位置に正確に決めるために、実装機の吸着ノズルで吸着した電子部品を認識用カメラで撮像し、得られた画像データを演算処理して吸着ノズルの位置を微調整することで、電子部品のわずかな位置ずれをも補正することが行われている。
この認識用カメラに適用される撮像レンズとしては、電子部品等の物体を認識する際に、物体とレンズとの距離が変化しても撮影画像のサイズが変化しないように物体側にテレセントリック性をもたせるのが好ましい。さらには、撮像レンズのレンズ鏡筒付近に照明等の関連部品が配置されるため、ワーキングディスタンスを比較的長くする必要がある。
【０００３】
ところで、従来の撮像レンズとしては、正の屈折力をもつ前側レンズ群、回折光学面をもつ回折光学素子、正の屈折力をもつ後側レンズ群を備え、前側レンズ群を３枚の正レンズ及び１枚の負レンズにより構成し、後側レンズ群を１枚の負レンズ及び３枚の正レンズにより構成して、スキャナー用光学系に適用されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この撮像レンズを、実装工程での電子部品等の認識用に適用すると、ワーキングディスタンス（電子部品等の物体と最も物体側に位置するレンズとの距離）が短くなり、例えば８０ｍｍ以上の仕様要求を満たすことができない。
また、この撮像レンズでは、物体からの主光線と光軸とが若干の傾きをなすため、物体側におけるテレセントリック性が十分ではない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５２１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、物体側のテレセントリック性を確保できると共に、物体とレンズとの距離すなわちワーキングディスタンスを十分確保でき、小型、低コストで、光学性能が高く、電子部品等の実装工程等において好適な撮像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】
【０００６】
本発明の撮像レンズは、物体側から像面側に向けて順に配列された、正の屈折率を有し物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第１レンズと、正の屈折率を有し物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第２レンズと、負の屈折率を有し物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第３レンズと、所定の口径を有する開口絞りと、負の屈折率を有し，物体側及び像面側に凹面を向けた両凹形状の第４レンズ及び第４レンズの像面側の凹面に接合されると共に物体側及び像面側に凸面を向けた両凸形状の第５レンズからなる接合レンズと、を含む、ことを特徴としている。
この構成によれば、第１レンズの外径を小さく抑えることができるため、全体の小型化を図りつつ、第１レンズの周りに照明等の部品を配置することができる。また、開口絞りよりも前側の第１レンズ〜第３レンズが正の屈折力を有し、開口絞りよりも後側の接合レンズ（第４レンズ及び第５レンズ）が負の屈折力を有するように形成したことにより、物体から第１レンズまでのワーキングディスタンスを大きく（例えば８０ｍｍ程度に）することができる。さらに、第４レンズを両凹レンズ及び第５レンズを両凸レンズとして貼り合わせた接合レンズとすることにより、認識用の可視光すなわち白色光源に対応させることができ、色収差を良好に補正することができる。
また、第１レンズを両凸レンズとしたことにより、広がってきた物体の光線を急激に曲げると共に光量を確保し、物体からの主光線が光軸となす角度を限りなく０度すなわち平行光線に近づけることができ、物体側のテレセントリック性を確保することができる。さらに、第１レンズで生じた球面収差を、第２レンズと第３レンズで良好に補正することができ、高い解像力を得ることができる。
【０００７】
上記構成において、第３レンズの物体側の凹面の曲率半径をＲ５、第３レンズの像面側の凹面の曲率半径をＲ６とするとき、次式（１）、
（１）│Ｒ５│＝Ｒ６
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、式（１）を満たすことにより、第３レンズの製造コストを低減することができ、又、組み付け時の前後の間違い、すなわち、誤組み付けを防止できる。
【０００８】
上記構成において、第５レンズの物体側の凸面の曲率半径をＲ９、第５レンズの像面側の凸面の曲率半径をＲ１０とするとき、次式（２）、
（２）  Ｒ９＝│Ｒ１０│
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、式（２）を満たすことにより、第５レンズの製造コストを低減することができ、又、組み付け時の前後の間違い、すなわち、誤組み付けを防止できる。
【０００９】
上記構成において、第１レンズ及び第２レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、撮像レンズ全体としてのコストを低減することができる。
【００１０】
上記構成において、第３レンズ及び第５レンズは、同一のガラス硝材により形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、撮像レンズ全体としてのコストを低減することができる。
【００１１】
上記構成において、物体から像面までの共役長をＴＴ、物体から第１レンズの前面までのワーキングディスタンスをＷＤ、第５レンズの後面から像面までのバックフォーカスをＢＦとするとき、次式（３）、
（３）２．０５×ＷＤ＞ＴＴ＝１６０ｍｍ、ＢＦ＞３０ｍｍ
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、式（３）を満たすことにより、電子部品等の実装機における認識用カメラに好適な撮像レンズが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の構成をなす撮像レンズによれば、物体側のテレセントリック性を確保できると共に、物体とレンズとの距離すなわちワーキングディスタンスを十分確保でき、小型、低コストで、光学性能が高く、電子部品等の実装工程等において好適な撮像レンズを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図５は、本発明に係る撮像レンズの一実施形態を示すものであり、図１はレンズ構成図、図２は光路図、図３は物体から第１レンズまでの部分光路図、図４は撮像レンズを備えたレンズ鏡筒を示す断面図、図５は収差図である。
この撮像レンズは、図１に示すように、物体側から像面側に向けて順に配列された、正の屈折率を有する第１レンズ１、正の屈折率を有する第２レンズ２、負の屈折率を有する第３レンズ３、負の屈折率を有する第４レンズ４、第４レンズ４に接合されると共に正の屈折力を有する第５レンズ５を備え、第３レンズ３と第４レンズ４の間において所定の口径を有する開口絞りＳＤを備えた、４群５枚構成のレンズ構成となっている。そして、第５レンズ５の後方において、ＣＣＤ等の撮像素子の結像面Ｐが配置される。
【００１４】
尚、第１レンズ１〜第３レンズ３、開口絞りＳＤ、第４レンズ４及び第５レンズ５においては、図１に示すように、各々の面をＳｉ（ｉ＝１〜１０）、各々の面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜１０）、ｄ線に対する第１レンズ１〜第５レンズ５の屈折率をＮｉ（ｉ＝１〜５）及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜５）で表す。また、第１レンズ１から像面までの光軸Ｌ上における距離（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜１０）、物体ＯＢＪから第１レンズ１までの光軸Ｌ上の距離をＤ０で表す。また、物体ＯＢＪから像面Ｐまでの距離すなわち共役長をＴＴ、物体ＯＢＪから第１レンズ１の前面Ｓ１までの距離すなわちワーキングディスタンスをＷＤ、第５レンズ５の後面Ｓ１０から像面Ｐまでの空気換算距離すなわちバックフォーカスをＢＦで表す。
【００１５】
第１レンズ１は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ１及び像面側に凸面Ｓ２を向けた両凸形状の正レンズである。
第２レンズ２は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ３及び像面側に凹面Ｓ４を向けたメニスカス形状の正レンズである。
第３レンズ３は、ガラス材料により形成されて、物体側に凹面Ｓ５及び像面側に凹面Ｓ６を向けた両凹形状の負レンズである。
第４レンズ４は、ガラス材料により形成されて、物体側に凹面Ｓ８及び像面側に凹面Ｓ９を向けた両凹形状の負レンズである。
第５レンズ５は、ガラス材料により形成されて、物体側に凸面Ｓ９及び像面側に凸面Ｓ１０を向けた両凸形状の正レンズである。
そして、第４レンズ４と第５レンズは、面Ｓ９においてお互いに接合されて全体として負の屈折力を有する接合レンズとして形成されている。
【００１６】
また、第１レンズ１〜第５レンズ５、及び開口絞りＳＤは、図４に示すように、光軸方向Ｌに順次に配列された状態で、レンズ鏡筒１０の内部に嵌め込まれて固着されている。尚、開口絞りＳＤは、レンズ鏡筒１０の一部として一体的に形成されている。そして、このレンズ鏡筒１０は、実装機に含まれる認識用カメラの一部として組み込まれるようになっている。
【００１７】
上記構成の撮像レンズによれば、第１レンズ１の外径を小さく抑えることができるため、全体の小型化を図りつつ、第１レンズ１の周りすなわちレンズ鏡筒１０の先端近傍に照明等の部品を配置することができる。
また、開口絞りＳＤよりも前側に位置する第１レンズ１〜第３レンズ３が正の屈折力を有し、開口絞りＳＤよりも後側に位置する接合レンズ（第４レンズ４及び第５レンズ５）が負の屈折力を有するように形成したことにより、図２に示すように、物体ＯＢＪから第１レンズ１までのワーキングディスタンスＷＤを大きく（例えば８０ｍｍ程度に）することができる。
さらに、第４レンズ４を両凹レンズ及び第５レンズ５を両凸レンズとして貼り合わせた接合レンズとすることにより、認識用の可視光すなわち白色光源に対応させることができ、色収差を良好に補正することができる。
また、第１レンズ１を両凸レンズとしたことにより、図２に示すように、広がってきた物体の光線を急激に曲げると共に光量を確保し、図３に示すように、物体ＯＢＪからの主光線が光軸Ｌとなす角度を限りなく０度すなわち平行光線に近づけることができ、物体側のテレセントリック性を確保することができる。さらに、第１レンズ１で生じた球面収差を、第２レンズ２と第３レンズ３で良好に補正することができ、高い解像力を得ることができる。
【００１８】
ここで、上記構成の撮像レンズにおいては、第３レンズ３の物体側の凹面Ｓ５の曲率半径Ｒ５、第３レンズ３の像面側の凹面Ｓ６の曲率半径Ｒ６が、好ましくは次式（１）、
（１）  │Ｒ５│＝Ｒ６
を満足するように形成される。
これにより、第３レンズ３の製造コストを低減することができ、又、組み付け時の前後の間違い、すなわち、誤組み付けを防止できる。
【００１９】
また、上記構成の撮像レンズにおいては、第５レンズ５の物体側の凸面Ｓ９の曲率半径Ｒ９、第５レンズ５の像面側の凸面Ｓ１０の曲率半径Ｒ１０が、好ましくは次式（２）、
（２）  Ｒ９＝│Ｒ１０│
を満足するように形成される。
これにより、第５レンズ５の製造コストを低減することができ、又、組み付け時の前後の間違い、すなわち、誤組み付けを防止できる。
【００２０】
また、上記構成の撮像レンズにおいては、第１レンズ１及び第２レンズ２は、好ましくは同一のガラス硝材により形成されてもよい。これにより、ガラス材料の費用を低減でき、撮像レンズ全体としてのコストを低減することができる。
また、同様に、第３レンズ３及び第５レンズ５は、好ましくは同一のガラス硝材により形成されてもよい。これにより、前述同様に、ガラス材料の費用を低減でき、撮像レンズ全体としてのコストを低減することができる。
【００２１】
さらに、上記構成の撮像レンズにおいては、物体ＯＢＪから像面Ｐまでの共役長ＴＴ、物体ＯＢＪから第１レンズ１の前面Ｓ１までのワーキングディスタンスＷＤ、第５レンズ５の後面Ｓ１０から像面ＰまでのバックフォーカスＢＦが、好ましくは次式（３）、
（３）２．０５×ＷＤ＞ＴＴ＝１６０ｍｍ、ＢＦ＞３０ｍｍ
を満足するように形成される。
これにより、小型化、低コスト化を達成しつつ、電子部品等の実装機において、部品を高精度に撮像できる認識用カメラに好適な撮像レンズが得られる。
【実施例】
【００２２】
上記構成からなる撮像レンズの具体的な実施例を以下に示す。ここで、この実施例における主な仕様緒元、種々の数値データ（設定値）、条件式（１）〜（３）の値は以下の通りである。また、球面収差、非点収差、歪曲収差、軸上色収差は図５に示すような結果となる。尚、図５中の非点収差において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
【００２３】
＜仕様緒元＞
使用波長＝４４０ｎｍ、焦点距離＝３０．１３ｍｍ、撮像範囲＝φ３．６ｍｍ、開口絞りＳＤの口径＝φ５．９ｍｍ、明るさ（ＮＡ）＝０．０９、共役長（物体〜像面）（ＴＴ）＝１６６ｍｍ、撮像倍率＝２．４、第１レンズ１の外径寸法＝φ２０ｍｍ、第２レンズ２の外径寸法＝φ１６ｍｍ、第３レンズ３の外径寸法＝φ１２ｍｍ、第４レンズ４の外径寸法＝φ７ｍｍ、第５レンズ５の外径寸法＝φ８ｍｍ、ワーキングディスタンス（ＷＤ）＝８２ｍｍ、バックフォーカス（ＢＦ）＝３０．０６ｍｍ
【００２４】
＜第１レンズ１〜第５レンズ５の曲率半径Ｒｉ（ｍｍ）＞
Ｒ１＝２２．６８２ｍｍ、Ｒ２＝−７８．７９２ｍｍ、Ｒ３＝２０．２８０ｍｍ、Ｒ４＝７８．２７０ｍｍ、Ｒ５＝−３０．５８４ｍｍ、Ｒ６＝３０．５８４ｍｍ、Ｒ７＝∞、Ｒ８＝−７．３２４ｍｍ、Ｒ９＝１６．３５１ｍｍ、Ｒ１０＝−１６．３５１ｍｍ
【００２５】
＜面間隔（ｍｍ）＞
Ｄ０（ＷＤ）＝８２．０ｍｍ、Ｄ１＝４．０ｍｍ、Ｄ２＝２．５ｍｍ、Ｄ３＝６．０ｍｍ、Ｄ４＝２．４ｍｍ、Ｄ５＝５．０ｍｍ、Ｄ６＝１０．０ｍｍ、Ｄ７＝１６．８ｍｍ、Ｄ８＝３．０ｍｍ、Ｄ９＝４．０ｍｍ、Ｄ１０＝３０．４ｍｍ
＜第１レンズ１〜第５レンズ５の屈折率Ｎｉ（ｄ線）＞
Ｎ１＝１．６２０４１、Ｎ２＝１．６２０４１、Ｎ３＝１．８４６６６、Ｎ４＝１．７１７３６、Ｎ５＝１．８４６６６
＜第１レンズ１〜第５レンズ５のアッベ数νｉ＞
ν１＝６０．３、ν２＝６０．３、ν３＝２３．８、ν４＝２９．５、ν５＝２３．８
【００２６】
＜条件式（１）〜（３）＞
（１）Ｒ５＝−３０．５８４ｍｍ  Ｒ６＝３０．５８４ｍｍ
（２）Ｒ９＝１６．３５１ｍｍ  Ｒ１０＝−１６．３５１ｍｍ
（３）２．０５×８２ｍｍ＝１６８．１ｍｍ＞１６６ｍｍ＝ＴＴ  ＢＦ＝３０．０６ｍｍ
【００２７】
上記実施例においては、明るさ（ＮＡ）が０．０９、共役長ＴＴが１６６ｍｍ、ワーキングディスタンスＷＤが８２ｍｍ、バックフォーカスＢＦが３０．０６ｍｍで、基準面に対して物体が前後に±０．２ｍｍずれたとき、撮影画像は、基準面での撮影画像に対して９８．８％の像となり、画像変動が少なく、諸収差が良好に補正された実装機の認識用カメラに好適な撮像レンズが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上述べたように、本発明の撮像レンズは、物体側のテレセントリック性を確保できると共に、物体とレンズとの距離すなわちワーキングディスタンスを十分確保でき、小型、低コストで、高い光学性能を得ることができるため、電子部品等の実装機の撮像として適用できるのは勿論のこと、若干の変動を伴う物体を撮影して認識する分野であれば、実装分野に限らず、その他の認識あるいは撮像を行うレンズ光学系においても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る撮像レンズの概略構成図である。
【図２】図１に示す撮像レンズの光路図である。
【図３】図１に示す撮像レンズにおける物体から第１レンズまでの部分光路図である。
【図４】図１に示す撮像レンズが組み込まれたレンズ鏡筒を示す断面図である。
【図５】図１に示す撮像レンズの実施例における球面収差、非点収差、歪曲収差、軸上色収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  第１レンズ
２  第２レンズ
３  第３レンズ
４  第４レンズ
５  第５レンズ
Ｌ  光軸
ＴＴ  共役長
ＷＤ  ワーキングディスタンス
ＢＦ  バックフォーカス
Ｒ５  第３レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ６  第３レンズの像面側の面の曲率半径
Ｒ９  第５レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ１０  第５レンズの像面側の面の曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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