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公開番号2025034307
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023140612
出願日2023-08-31
発明の名称光学系および撮像装置
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 20060101AFI20250306BHJP(光学)
要約【課題】波長分散特性が制御された回折面を用いて、小型化と高い光学性能を両立する。
【解決手段】光学系Lは、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸形状の屈折面を、像側に波長分散特性が制御された回折面を有する正の屈折力の回折光学素子L1と、負の屈折力のレンズL2とを有する。回折面のアッベ数ν₀は、-0.2<1/ν₀<0.2なる条件を満足する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
物体側から像側へ順に配置された、
物体側に凸形状の屈折面を、像側に波長分散特性が制御された回折面を有する正の屈折力の回折光学素子と、
負の屈折力のレンズとを有し、
前記回折面のアッベ数をν
０
とし、基準波長をｄ線、主分散をＦ線とＣ線とし、それぞれの波長における光路差関数をψ（λ
ｄ
）、ψ（λ
Ｆ
）、ψ（λ
Ｃ
）とし、それぞれの波長における面の光路差分散をＰ（λ
ｄ
）、Ｐ（λ
Ｆ
）、Ｐ（λ
Ｃ
）として、
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2025034307000008.jpg
19
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であるとき、
－０．２＜１／ν
０
＜０．２
なる条件を満足する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】
前記回折光学素子の焦点距離をｆ１、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．３＜ｆ１／ｆ＜０．８
なる条件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】
前記回折面の焦点距離をｆmoe、前記光学系の焦点距離をｆとし、設計波長における前記面の光路差関数の２次の係数をＵ
２
として、
JPEG
2025034307000009.jpg
19
43
であるとき、
２．５＜ｆmoe／ｆ＜１０．０
なる条件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４】
前記光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＬ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．６＜ＴＬ／ｆ＜０．９
なる条件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５】
前記光学系における最も物体側から像側へ順に、前記回折光学素子としての第１光学素子と、前記レンズとしての第２光学素子とが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記第１光学素子と前記第２光学素子との間の光軸上の空気間隔をＤ１２、前記光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＬとするとき、
０．０８＜Ｄ１２／ＴＬ＜０．４０
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
前記第２光学素子に像側にて隣り合うレンズとしての第３光学素子を有し、
前記第２光学素子と前記第３光学素子との間の光軸上の空気間隔をＤ２３、前記光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＬとするとき、
０．１５＜Ｄ２３／ＴＬ＜０．５０
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系の最も物体側のレンズ面から前記第２光学素子の物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ０２、前記光学系の最も物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をＴＬとするとき、
０．２０＜Ｌ０２／ＴＬ＜０．４５
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項９】
前記第２光学素子に像側にて隣り合う負の屈折力のレンズとしての第３光学素子を有し、
前記第３レンズの焦点距離をｆＧ３、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
－１．５＜ｆＧ３／ｆ＜－０．４
なる条件を満足することを特徴とする請求項５に記載の光学系。
【請求項１０】
前記光学系における最も物体側から像側へ順に配置された、
前記回折光学素子としての第１光学素子と、
前記レンズとしての第２光学素子と、
両面非球面レンズとしての第３光学素子と、
両面非球面レンズとしての第４光学素子とにより構成されていることを特徴とする請求項１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、デジタルカメラ等の撮像装置に好適な光学系に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
スマートフォンに搭載される小型カメラ用の光学系として、特許文献１には、全系が６つのレンズにより構成され、最も物体側に正の屈折力が強い第１レンズを配置した望遠タイプの光学系が開示されている。また特許文献２には、最も物体側に配置された物体側に向けて凸形状の正の屈折力の第１レンズと、メタ表面レンズを含む負の色収差を有する第２レンズとにより構成される光学系が開示されている。さらに特許文献３には、最も物体側に正の屈折力が強い第１レンズを配置するとともに、少なくとも１面の波長分散特性が制御されていない回折光学素子を備え、光学系全系の焦点距離、全長および回折光学素子の焦点距離を小型化に適するように設定した光学系が開示されている。
【０００３】
これらの光学系は、最も物体側に強い正の屈折力を有する第１レンズを配置している。この構成は光学系の全長短縮には効果的であるが、第１レンズで大きな色収差や単色収差が発生するため、負の屈折力の非球面レンズを含む多数のレンズを配置することで色収差等の諸収差を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許１０，９８９，９０１号明細書
米国特許公開２０２１／０１３２２５６号公報
国際特許公開ＷＯ２０２１／１７０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１レンズに強い正の屈折力を配置し、少ないレンズ数で全長短縮と収差補正を行う場合、主に色収差を補正するためにアッベ数が負の回折面を用いることが有効である。しかしながら、単に波長分散特性が制御されていない通常の回折面のアッベ数は非常に高分散であるため、該回折面に屈折力（焦点距離の逆数）を与えると、大きな色収差を発生する。このため、レンズ数の削減による光学系の小型化と高画質化とを両立させることが困難である。
【０００６】
本発明は、波長分散特性が制御された回折面を用いて、小型化と高い光学性能を両立できるようにした光学系を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側へ順に配置された、物体側に凸形状の屈折面を、像側に波長分散特性が制御された回折面（またはメタサーフェス）を有する正の屈折力の回折光学素子（またはメタレンズ）と、負の屈折力のレンズとを有する。回折面（またはメタサーフェス）のアッベ数をν
０
とするとき、
－０．２＜１／ν
０
＜０．２
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記光学系を有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、波長分散特性が制御された回折面を用いることで光学系の小型化と高い光学性能を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１の光学系の断面図。
実施例１の光学系の収差図。
実施例２の光学系の断面図。
実施例２の光学系の収差図。
実施例３の光学系の断面図。
実施例３の光学系の収差図。
実施例４の光学系の断面図。
実施例４の光学系の収差図。
実施例５の光学系の断面図。
実施例５の光学系の収差図。
実施例の光学系を用いた撮像装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、具体的な実施例１～５の説明に先立って、各実施例に共通する事項について説明する。図１、図３、図５、図７および図９はそれぞれ、実施例１～５の光学系Ｌの構成を示している。Ｏは光学系Ｌの光軸を示す。ＭＯＥは、波長分散特性が制御された（以下、単に分散制御されたという）回折面を含む回折光学素子を示す。Ｌ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズを示し、Ｌ３は第３レンズ群を示している。ＳＰは開口絞りを示し、ＧＢは赤外カットフィルタやローパスフィルタ等を含むガラスブロックを示す。ＩＰは光学系Ｌの像面を示す。像面ＩＰには、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子の撮像面（受光面）や銀塩フィルムのフィルム面（感光面）が配置される。
（【００１１】以降は省略されています）

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