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公開番号2024175722
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023093642
出願日2023-06-07
発明の名称光学系及びそれを有する撮像装置、レンズ装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 13/00 20060101AFI20241212BHJP(光学)
要約【課題】小型であり、画面中心から画面周辺にかけての諸収差を良好に補正可能な光学系を提供すること。
【解決手段】光学系は、少なくとも一つ以上のレンズとメタレンズとを有し、メタレンズは、通過する光の波面に位相変化を生じさせるレンズ面を備え、メタレンズの径方向の位置に対応する波面での位相変化量を表すレンズ面の位相関数は、臨界点と変曲点の少なくとも一つを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも一つ以上のレンズとメタレンズとを有し、
前記メタレンズは、通過する光の波面に位相変化を生じさせるレンズ面を備え、
前記メタレンズの径方向の位置に対応する前記波面での位相変化量を表す前記レンズ面の位相関数は、臨界点と変曲点の少なくとも一つを含むことを特徴とする光学系。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記径方向における前記レンズ面の中心から前記位相関数に含まれる少なくとも一つの臨界点又は変曲点に対応する位置までの距離をｒ、前記レンズ面の有効径をＤとするとき、
０．０５０＜ｒ／Ｄ＜０．４２５
なる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。
【請求項３】
前記レンズ面は、複数の凸部を含む構造を有し、
前記凸部の大きさは、前記径方向において、所定の規則に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記凸部の大きさは、前記凸部の充填率、前記凸部の体積、前記凸部の直径、及び前記レンズ面における前記凸部が占める面積の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
前記構造は、前記径方向において前記レンズ面の中心から離れるにしたがって前記凸部の大きさが大きくなる、又は小さくなるように前記凸部が設けられている構成を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項６】
前記構成は、前記径方向に沿って周期的に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記構造は、前記径方向において前記レンズ面の中心から離れるにしたがって前記凸部の大きさが大きくなるように前記凸部が設けられている構成と前記径方向において前記レンズ面の中心から離れるにしたがって前記凸部の大きさが小さくなるように前記凸部が設けられている構成の少なくとも一方の構成を複数含む複数の構成を含み、
前記複数の構成は、第１の構成と第２の構成とを含み、
前記第１の構成の前記径方向における間隔は、前記第２の構成の前記径方向における間隔と異なることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項８】
前記メタレンズ面の少なくとも一部では、前記複数の構成の前記径方向における距離は、前記中心から離れるにしたがって短くなった後、前記中心から離れるにしたがって長くなるように変化することを特徴とする請求項７に記載の光学系。
【請求項９】
前記構造は、前記径方向において前記レンズ面の中心から離れるにしたがって前記凸部の大きさが大きくなるように前記凸部が設けられている構成と前記径方向において前記レンズ面の中心から離れるにしたがって前記凸部の大きさが小さくなるように前記凸部が設けられている構成の少なくとも一方の構成を複数含む複数の構成を含み、
前記複数の構成は、第１の構成と第２の構成とを含み、
前記第１の構成における前記凸部の大きさの変化は、前記第２の構成における前記凸部の大きさの変化と異なることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
【請求項１０】
前記メタレンズ面の少なくとも一部では、前記径方向において前記第１の構成が周期的に繰り返される構成と前記第２の構成が周期的に繰り返される構成とが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光学系。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に関し、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、及び測距用カメラ等に好適なものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、撮像装置に用いられる光学系は、小型であることが要求されている。特許文献１には、正の屈折力の所謂メタレンズを有する光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－７１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のメタレンズは、色収差を補正するが、屈折力が小さく、他のレンズの屈折力を分担することができない。そのため、特許文献１のメタレンズによる色収差以外の球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差、及び歪曲収差等の諸収差への補正効果は限定的である。また、特許文献１のメタレンズは中心から周辺にかけて単調に減少する位相関数を有するが、中心から周辺にかけて屈折力が単調に強くなるため、球面収差、像面湾曲、及び非点収差等が発生しやすくなる。なお、位相関数とは、メタレンズの径方向の位置に対応するメタレンズを通過する光の波面での位相変化量（波面のメタレンズ通過前後の位相の変化量）を表す関数である。上述したように、特許文献１の光学系では、画面中心から画面周辺にかけての色収差以外の諸収差を良好に補正することが困難である。
【０００５】
本発明は、小型であり、画面中心から画面周辺にかけての諸収差を良好に補正可能な光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての光学系は、少なくとも一つ以上のレンズとメタレンズとを有し、メタレンズは、通過する光の波面に位相変化を生じさせるレンズ面を備え、メタレンズの径方向の位置に対応する波面での位相変化量を表すレンズ面の位相関数は、臨界点と変曲点の少なくとも一つを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型であり、画面中心から画面周辺にかけての諸収差を良好に補正可能な光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例１の光学系の無限遠フォーカス時の縦収差図である。
実施例１の光学系の無限遠フォーカス時の縦収差図である。
実施例１のメタレンズ面の位相関数を示す図である。
実施例１のメタレンズ面の位相関数の臨界点近傍の充填率の変化を表す図である。
実施例１のメタレンズ面の位相関数の変曲点近傍の充填率の変化を表す図である。
実施例２の光学系の無限遠フォーカス時の断面図である。
実施例２の光学系の無限遠フォーカス時の縦収差図である。
実施例２のメタレンズ面の位相関数を示す図である。
実施例２のメタレンズ面の位相関数の変曲点近傍の充填率の変化を表す図である。
実施例３の光学系の無限遠フォーカス時の断面図である。
実施例３の光学系の無限遠フォーカス時の縦収差図である。
実施例３のメタレンズ面の位相関数を示す図である。
実施例３のメタレンズ面の位相関数の変曲点近傍の充填率の変化を表す図である。
実施例４の光学系の無限遠フォーカス時の断面図である。
実施例４の光学系の無限遠フォーカス時の縦収差図である。
実施例４のメタレンズ面の位相関数を示す図である。
実施例４のメタレンズ面の位相関数の臨界点近傍の充填率の変化を表す図である。
実施例４のメタレンズ面の位相関数の変曲点近傍の充填率の変化を表す図である。
メタレンズのサブ波長構造の模式図である。
角柱の柱状構造の説明図である。
円柱の柱状構造の説明図である。
六角柱の柱状構造の説明図である。
変曲点を含む位相関数を有するメタレンズ面の模式図である。
臨界点を含む位相関数を有するメタレンズ面の模式図である。
基板の大きさに対する柱状構造の長さの比の値と充填率との関係を表す図である。
充填率と位相変化量との関係を表す図である。
撮像装置の概略図である。
レンズ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１，６，１０，１４はそれぞれ、実施例１乃至４の光学系Ｌ０の無限遠にフォーカシングしたときの断面図である。各実施例の光学系Ｌ０は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ、車載用カメラ、及び測距用カメラ等の撮像装置や交換レンズを含む光学機器に用いられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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