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公開番号2021026194
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019146912
出願日20190809
発明の名称光学系
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人
主分類G02B 17/08 20060101AFI20210125BHJP(光学)
要約【課題】 撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系を得ること。
【解決手段】 全画角90度以上の画角を有する広角光学系において、
物体側から像側へ順に
第1の光軸上に配置され、1枚の負レンズよりなる物体側レンズ群
第1の光軸を第2の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材
第2の光軸上に配置され、合成で正の屈折力を有する像側レンズ群
より構成し
下記条件式を満足すること。
1.9<Nd_G1<2.50 …(1)
10.0<νd_G1<40.0 …(2)
-1.6<fG1/f<-0.5 …(3)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
全画角90度以上の画角を有する広角光学系において、
物体側から像側へ順に
第1の光軸上に配置され、1枚の負レンズよりなる物体側レンズ群
第1の光軸を第2の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材
第2の光軸上に配置され、合成で正の屈折力を有する像側レンズ群
より構成し
下記条件式を満足することを特徴とする光学系。
1.9<Nd_G1<2.50 …(1)
10.0<νd_G1<40.0 …(2)
−1.6<fG1/f<−0.5 …(3)
Nd_G1:物体側レンズ群の負レンズのd線における屈折率
νd_G1:物体側レンズ群の負レンズのd線におけるアッベ数
fG1 物体側レンズ群の焦点距離
f:光学系全系の焦点距離
続きを表示(約 780 文字)【請求項2】
下記条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学系。
−2.0<(G1Rb+G1Ra)/(G1Rb−G1Ra)<−1.0…(4)
G1Ra:物体側レンズ群の負レンズの物体側面における曲率半径
G1Rb:物体側レンズ群の負レンズの像側面における曲率半径
【請求項3】
下記条件式を満足することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光学系。
0.5<fG1/fRn<2.0 …(5)
fRn:像側レンズ群中で最も屈折力の強い負レンズの空気中における焦点距離
【請求項4】
下記条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の光学系。
−1.0<fG1/fR<−0.3 …(6)
fR:像側レンズ群の焦点距離
【請求項5】
下記条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の光学系。
5.0<OAL/f<15.0 …(7)
OAL:レンズ全長(最終ガラスブロックは空気換算長)
【請求項6】
前記光路偏向部材はプリズム形状であることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の光学系。
【請求項7】
下記条件式を満足することを特徴とする請求項6に記載の光学系。
1.8<NdPR<2.5…(8)
NdPR:光路偏向部材のプリズム材料のd線における屈折率
【請求項8】
前記光路偏向部材は屈折力を有することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の光学系。
【請求項9】
請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の光学系を有することを特徴とする撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、小型な撮像光学系に関する。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ウェアラブルデバイス等に好適な広角光学系に関する。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
近年、電子撮像素子を用いた撮像装置においては、ウェアラブルデバイス等への搭載を目論み、装置全体が薄型化可能な構成であることが要望されている。また、前記撮像装置に用いられる光学系としては、一度の撮影で広画角を撮影可能な構成とするため、全画角で90度を超えるような広角光学系が求められている。
【0003】
ここで、光学系を薄型化できる構成として、光学系中に反射面を配置することで光軸を屈曲した構成が知られている。(特許文献1)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2008−203471号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
とくに、ウェアラブルデバイスへ搭載する撮像装置において、光学系はレンズユニットの薄型化を実現することが重要である。光学系の薄型化を実現する構成として、光学系中に光路偏向部材を配し光軸を屈曲する所謂屈曲光学系が知られている。
【0006】
上記の特許文献1の各実施例では、反射部材より物体側のレンズ群を負レンズ1枚で構成し、前記負レンズの光学材料として高屈折率材料を用いた、広角端全画角65度程度のズームレンズを開示している。
【0007】
ここで、上記の特許文献1に開示された屈折力配置は正群先行型のズームレンズ構成であり、最も物体側に配置された負レンズは軸外光束の取り込みと、第1レンズ群内での色消しを主に担う構成である。このため、光学系全系において、前記負レンズは比較的緩い屈折力配置をとっている。ゆえに、この屈折力配置を維持したまま、広角化をすすめると前記負レンズの屈折力が緩まりすぎる配置となり、前玉径が大型化してしまう。つまり、従来の屈折力配置にて屈曲構成をとった場合は、光学系の厚みの薄型化が困難であった。
【0008】
一方、前玉径小型化を狙い前記負レンズの屈折力を強めすぎた場合は、広画角の軸外光束を取り込むために前記負レンズの像面側曲率が強まりすぎる形状となり、歪曲収差と非点収差の補正が困難であった。
【0009】
つまり、屈曲配置の光学系において、反射部材の物体側に配置したレンズ群を負レンズ1枚で構成しつつ、光学系を広角化する場合には、前記負レンズについて適切な光学材料を選択するとともに屈折力配置を最適化することが重要な課題である。
【0010】
本発明は、撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系の提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光学系は、
全画角90度以上の画角を有する広角光学系において、
物体側から像側へ順に
第1の光軸上に配置され、1枚の負レンズよりなる物体側レンズ群
第1の光軸を第2の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材
第2の光軸上に配置され、合成で正の屈折力を有する像側レンズ群
より構成し、
下記条件式を満足することを特徴としている。
【0012】
1.9<Nd_G1<2.50 …(1)
10.0<νd_G1<40.0 …(2)
−1.6<fG1/f<−0.5 …(3)
Nd_G1:物体側レンズ群の負レンズのd線における屈折率
νd_G1:物体側レンズ群の負レンズのd線におけるアッベ数
fG1:物体側レンズ群の焦点距離
f:光学系全系の焦点距離
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、撮像装置を薄型に構成可能な広角光学系の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
実施例1のレンズ断面図(折り曲げ状態)
実施例1のレンズ断面図(展開状態)
実施例1の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図
実施例2のレンズ断面図(展開状態)
実施例2の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図
実施例3のレンズ断面図(展開状態)
実施例3の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図
実施例4のレンズ断面図(展開状態)
実施例4の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図
実施例5のレンズ断面図(展開状態)
実施例5の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図
実施例6のレンズ断面図(展開状態)
実施例6の無限遠物体に合焦しているときの縦収差図
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
本発明の光学系は、物体側から像側へ順に、第1の光軸上に配置され1枚の負レンズよりなる物体側レンズ群LF、第1の光軸を第2の光軸へ偏向する反射面を有する光路偏向部材LM、第2の光軸上に配置され正の屈折力の像側レンズ群LRにて構成している。ここで、光路偏向部材LMにて光軸を偏向するとともに、物体側レンズ群LFを1枚構成とすることにより、光学系の厚みの薄型化を実現している。
【0017】
また、本発明の光学系は無限遠物体合焦時の実光線(歪曲収差の影響を考慮した)主光線入射画角において、90度以上の全画角を有している。従来、全画角90度以上の光学系において、光路偏向部材LMより物体側に配置された物体側レンズ群LFの構成を負レンズ1枚で構成することは困難であった。本発明では、下記条件式を満足する光学材料と屈折力配置をとることで、物体側レンズ群LFを負レンズ1枚で構成することを実現している。
物体側レンズ群LFの負レンズのd線における屈折率をNd_G1、アッベ数をνd_G1とする。物体側レンズ群LFの負レンズのF線における屈折率をNF_G1、C線における屈折率をNC_G1とする。
物体側レンズ群LFの焦点距離をfG1とする。光学系全系の焦点距離をfとする。
【0018】
1.9<Nd_G1<2.50 …(1)
10.0<νd_G1<40.0 …(2)
−1.6<fG1/f<−0.5 …(3)
ここで
νd_G1=(Nd_G1−1)/(NF_G1−NC_G1)
条件式(1)、(2)は物体側レンズ群LFに配置した負レンズの材料範囲を規定した条件式である。物体側レンズ群LFに配置した負レンズを条件式(1)、(2)を満たす光学材料を用いることで、90度以上の全画角を有する光学系において物体側レンズ群LFをレンズ1枚で構成することを実現している。
【0019】
条件式(1)の下限を超えると、光学材料の屈折率が小さくなりすぎる。このとき、90度以上の広角光学系を構成しようとすると、負レンズの像面側開角が深くなりすぎる(像面側曲率が強くなりすぎる)形状となり、歪曲収差と非点収差の補正の両立が困難となる。一方、上限を超えると、光学材料の屈折率が大きくなりすぎる。このとき、光学材料の可視光領域の分光透過率が低下しすぎるとともに、光学材料の実現性も困難となるのでよくない。
【0020】
条件式(2)の下限を超えると、光学材料のアッベ数が小さくなりすぎる。つまり、光学材料が高分散化しすぎることとなる。このとき、光学材料の可視光領域の分光透過率が低下しすぎるとともに、倍率色収差の補正が困難となる。一方、上限を超えると、光学材料のアッベ数が大きくなりすぎる。このとき、条件式(1)を同時に満足する光学材料の実現性が困難となるのでよくない。ここで、条件式(1)、(2)を同時に満足する高屈折率光学材料としては、従来の光学硝材のほか、無容器法にて生成した材料(希土類添加BaTi2O5ガラスなど)がある。
【0021】
条件式(3)は物体側レンズ群LFの焦点距離と光学系全系の焦点距離の比を規定した条件式である。条件式(3)を満足することで、物体側レンズ群LFの1枚構成の実現と前玉径小型化を両立している。
【0022】
条件式(3)の下限を超えると、物体側レンズ群LFの屈折力が弱まりすぎる。このとき、全画角90度以上の広角光学系を構成しようとすると、前玉径が増大し光学系全系の小型化が困難となる。一方、上限を超えると、物体側レンズ群LFの屈折力が強まりすぎる。このとき、物体側レンズ群LFを負レンズ1枚で構成することが困難となり、光学系の厚みが増大してしまうのでよくない。
【0023】
より好ましくは条件式(1)乃至(3)の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。
【0024】
1.93<Nd_G1<2.40 …(1a)
13.5<νd_G1<35.0 …(2a)
−1.6<fG1/f<−0.8 …(3a)
更に好ましくは条件式(1a)〜(3a)の数値範囲を以下の範囲とするのがよい。
【0025】
1.95 < Nd_G1 < 2.35 …(1b)
15.0 < νd_G1 < 30.0 …(2b)
−1.5 < fG1/f < −1.0 …(3b)
図1は本発明の実施例1の無限遠物体合焦時におけるレンズ断面図(折り曲げ状態)である。
【0026】
また、図2、図4、図6、図8、図10、図12は本発明の実施例1乃至6の無限遠物体合焦時におけるレンズ断面図(展開状態)である。
【0027】
また、図3、図5、図7、図9、図11、図13は本発明の実施例1乃至6の無限距離物体への合焦時における縦収差図である。
【0028】
各実施例の光学系は撮像装置に用いられる撮影レンズ系であり、レンズ断面図において、左方が被写体側(物体側)で、右方が像側である。
【0029】
レンズ断面図においてLFは、負レンズ1枚よりなる物体側レンズ群である。LMは光路偏向部材である。LRは合成で正の屈折力の像側レンズ群である。Gはローパスフィルタやカバーガラスなどに相当する光学ガラスブロックである。SSは開口絞りである。IPはCCDセンサやCMOSセンサなどの固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に相当する像面である。
【0030】
縦収差図において、d−line、g−lineは各々d線及びg線、ΔM、ΔSはメリディオナル像面、サジタル像面である。倍率色収差はg線によって表している。ωは撮影半画角(度)、FnoはFナンバーである。また、実施例1乃至5に対応する歪曲収差は等立体角射影(像高をY、焦点距離をf、画角をω、正弦関数をsinとしたとき、Y=2*f*sin(ω/2)で表される射影)を基準として示している。また、実施例6に対応する歪曲収差は中心射影(像高をY、焦点距離をf、画角をω、正接関数をtanとしたとき、Y=f*tan(ω)で表される射影)を基準として示している。
(【0031】以降は省略されています)

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