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JP-2026078009-A - 光学系および撮像装置

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Abstract

【課題】広画角、大口径比で高速なフォーカシングが可能な小型の光学系を提供する。 【解決手段】光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に配置されたレンズ群として、第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４および第５レンズ群Ｌ５からなる。フォーカシングに際して第１レンズ群、第３レンズ群および第５レンズ群は不動であり、第２レンズ群および前記第４レンズ群が移動する。第２レンズ群は、１つの正レンズまたは１つの正レンズユニットからなる。第３レンズ群は、１つの正レンズと１つの負レンズを少なくとも有し、第４レンズ群は、２つの正レンズと１つの負レンズを少なくとも有する。 【選択図】図１

Inventors

  • 岩本 俊二

Assignees

  • キヤノン株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260311

Claims (20)

  1. 物体側から像側へ順に配置された、第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群と、第３レンズ群と、正の屈折力の第４レンズ群と、第５レンズ群と、からなり、 フォーカシングに際して前記第１レンズ群、前記第３レンズ群および前記第５レンズ群は不動であり、前記第２レンズ群および前記第４レンズ群が移動し、 前記第１レンズ群は、最も物体側に配置された負レンズを有し、 前記第２レンズ群は、１つの正レンズまたは１つの正レンズユニットからなり、 前記第３レンズ群は、１つの正レンズと１つの負レンズを有し、 前記第４レンズ群は、２つの正レンズと１つの負レンズを有することを特徴とする光学系。
  2. 無限遠物体から最至近物体へのフォーカシングに際しての前記第４レンズ群の移動量の絶対値をＭ４、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．０５≦Ｍ４／ｆ≦０．４０ 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。
  3. 無限遠物体から最至近物体へのフォーカシングに際しての前記第２レンズ群の移動量の絶対値をＭ２、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．０１≦Ｍ２／ｆ≦０．４５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
  4. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 －０．３≦ｆ／ｆ１≦０．２ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
  5. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．０５≦ｆ／ｆ２≦１．１０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
  6. 前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 －１．０≦ｆ／ｆ３≦０．５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学系。
  7. 前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．５≦ｆ／ｆ４≦１．５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学系。
  8. 前記第５レンズ群の焦点距離をｆ５、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 －１．００≦ｆ／ｆ５≦－０．０１ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学系。
  9. 前記第２レンズ群の無限遠物体に合焦した状態での結像横倍率をｂ２とするとき、 －０．９９≦ｂ２≦０．２０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学系。
  10. 前記第４レンズ群の無限遠物体に合焦した状態での結像横倍率をｂ４とするとき、 ０．３≦ｂ４≦０．８ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光学系。
  11. 前記第１レンズ群の最も物体側のレンズ面から該第１レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴ１、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．１≦Ｔ１／ｆ≦１．５ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光学系。
  12. 前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面から該第２レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴ２、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．０１≦Ｔ２／ｆ≦０．４０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の光学系。
  13. 前記第３レンズ群の最も物体側のレンズ面から該第３レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴ３、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．０１≦Ｔ３／ｆ≦０．５０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光学系。
  14. 前記第４レンズ群の最も物体側のレンズ面から該第４レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴ４、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．１≦Ｔ４／ｆ≦１．０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学系。
  15. 前記第５レンズ群の最も物体側のレンズ面から該第５レンズ群の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離をＴ５、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．１５≦Ｔ５／ｆ≦０．９０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の光学系。
  16. 前記光学系の最も像側のレンズ面から像面までの光軸上の距離をｓｋ、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 ０．０５≦ｓｋ／ｆ≦１．００ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学系。
  17. 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ＴＤ、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 １≦ＴＤ／ｆ≦６ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の光学系。
  18. 前記光学系の最も物体側のレンズの焦点距離をｆ１１、無限遠物体に合焦した状態での前記光学系の焦点距離をｆとするとき、 －２．０≦ｆ／ｆ１１≦－０．１ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の光学系。
  19. 前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径をｒ２ａ、前記第２レンズ群の最も像側のレンズ面の曲率半径をｒ２ｂとするとき、 ０．２≦（ｒ２ｂ＋ｒ２ａ）／（ｒ２ｂ－ｒ２ａ）≦４．０ なる条件を満足することを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載の光学系。
  20. 前記第５レンズ群は、１つの正レンズと２つの負レンズを有することを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の光学系。

Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラおよび監視カメラ等の撮像装置に好適な光学系に関する。 ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置には、広画角かつ大口径比でありながら小型で高い光学性能を有する光学系が求められている。また、光学系において、高速なオートフォーカスを行うことも求められている。特許文献１、２には、フォーカシングにおいて光学系の内部に配置されたフォーカスレンズ群を駆動するインナーフォーカス方式の光学系が開示されている。 特開２０１９－１９７１２５号公報特開２０１５－２００８４５号公報 実施例１の光学系の構成を示す断面図。実施例１の光学系の無限遠合焦状態での縦収差図。実施例１の光学系の最至近合焦状態での縦収差図。実施例２の光学系の構成を示す断面図。実施例２の光学系の無限遠合焦状態での縦収差図。実施例２の光学系の最至近合焦状態での縦収差図。実施例３の光学系の構成を示す断面図。実施例３の光学系の無限遠合焦状態での縦収差図。実施例３の光学系の最至近合焦状態での縦収差図。実施例４の光学系の構成を示す断面図。実施例４の光学系の無限遠合焦状態での縦収差図。実施例４の光学系の最至近合焦状態での縦収差図。実施例１～４の光学系を備えた撮像装置を示す図。 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。 図１、図４、図７および図１０はそれぞれ、本発明の実施例１、２、３および４の光学系の無限遠合焦状態での断面を示している。各図において、左側が物体側であり、右側が像側である。各実施例の光学系は、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および監視カメラ等の撮像装置に撮像光学系として用いられる。撮像レンズは、撮像装置に対して交換可能であってもよいし、撮像装置に一体に設けられてもよい。 各実施例の光学系Ｌ０は、複数のレンズ群（Ｌ１～Ｌ５）を有する。レンズ群は、フォーカシングやズーミングに際して一体で移動する１または複数のレンズのまとまりである。すなわち、フォーカシングやズーミングに際して隣り合うレンズ群間の間隔が変化する。レンズ群は、開口絞りを含んでもよい。各図において、ＳＰは開口絞り、ＩＭＧは像面である。像面ＩＭＧには、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面または銀塩フィルムのフィルム面（感光面）が配置される。 各実施例の光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に配置されたレンズ群として、（正または負の屈折力の）第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、（正または負の屈折力の）第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４および（正または負の屈折力の）第５レンズ群Ｌ５からなる。各実施例の光学系Ｌ０では、フォーカシングに際して第１レンズ群Ｌ１、第３レンズ群Ｌ３および第５レンズ群Ｌ５は像面ＩＭＧに対して固定され（不動であり）、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４が移動する。各図中の第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４の下に示した矢印は、無限遠物体から最至近物体へのフォーカシングに際しての各レンズ群の移動方向を示している。 広画角と大口径比を両立しつつ小型で高性能な光学系において、オートフォーカスの高速化を実現するためには、光学系を構成するレンズ群の配置とフォーカスレンズ群の構成および配置を適切にすることが重要である。各実施例の光学系では、これを構成する複数のレンズ群（Ｌ１～Ｌ５）のうち一部のフォーカスレンズ群（Ｌ２、Ｌ４）を移動させることで、収差補正とフォーカスレンズ群の軽量化を実現している。また、２つのフォーカスレンズ群（Ｌ２、Ｌ４）をともに正レンズ群としてこれらに正のパワーを分散させることで、フォーカシング時の収差、特に非点収差、コマ収差および倍率色収差の変動を抑制することが容易となる。 また、各実施例の光学系において、第２レンズ群Ｌ２は、１つの正レンズまたは正レンズユニットからなる。第３レンズ群Ｌ３は、１つの正レンズと１つの負レンズを少なくとも有する。第４レンズ群Ｌ４は、２つの正レンズと１つの負レンズを少なくとも有する。フォーカシングに際して移動する第２レンズ群Ｌ２を１つの正レンズで構成することにより、オートフォーカスの高速化が容易となる。ここにいう正レンズには、複数のレンズが貼り合されて構成された全体として正の接合レンズも含まれる。また、フォーカシングに際して固定の第３レンズ群Ｌ３を正レンズと負レンズを有する構成とすることで、フォーカスレンズ群の重量増加を抑えつつ、軸上色収差と球面収差の補正が容易となる。Ｌ４を正レンズ２枚と負レンズ１枚を少なくとも有する構成とすることで、フォーカス時の収差変動、特に軸上色収差と球面収差の変動を抑制することが容易となる。 次に、各実施例の光学系が満足することが好ましい構成について説明する。 第５レンズ群Ｌ５は、１つの正レンズと２つの負レンズを有することが好ましい。第５レンズ群Ｌ５は、光学系において最も像面に近いレンズ群であるため、ペッツバール和の補正に効果的である。このため、第５レンズ群Ｌ５が１つの正レンズと２つの負レンズを有することで、像面湾曲の補正が容易となる。 また、第４レンズ群Ｌ４は、物体側から像側へ順に配置された、接合レンズ、両凸形状の正レンズおよび正レンズにより構成されることが好ましい。比較的レンズ径を抑え易い物体側に接合レンズを配置することで、フォーカスレンズ群としての重量増加を抑えつつ、軸上色収差の補正を容易とすることができる。また、第４レンズ群Ｌ４に２つの正レンズを配置し、物体側の正レンズを両凸レンズにすることで、正のパワーを分散させて収差補正を容易にしつつ、フォーカスレンズ群としての移動量を抑制することでオートフォーカスの高速化が容易となる。第４レンズ群Ｌ４を構成するレンズの数が多すぎると、フォーカスレンズ群としての軽量化が困難となるため、好ましくない。 また、第３レンズ群Ｌ３に、開口絞りＳＰを設けることが好ましい。光学系全体の中心付近に位置する第３レンズ群Ｌ３に開口絞りＳＰを配置することで、光学系における開口絞りＳＰの前後の対称性が向上し、コマ収差と歪曲収差の補正が容易となる。 また、第３レンズ群Ｌ３は、物体側から像側へ順に配置された、正レンズと、負レンズとにより構成されることが好ましい。物体側に正レンズを配置することで、軸上光束を収束させ、第３レンズ群Ｌ３の像側に配置された第４レンズ群Ｌ４のレンズ径を抑制することが容易となり、この結果、フォーカスレンズ群である第４レンズ群Ｌ４の軽量化が容易となる。第３レンズ群Ｌ３のレンズ数を３つ以上とすると、第３レンズ群Ｌ３、ひいては光学系が大型化するため、好ましくない。 また、第１レンズ群Ｌ１は、その最も物体側に負レンズが配置されることが好ましい。最も物体側に負レンズを配置することで、レトロフォーカス側のパワー配置となり、広画角化が容易となる。 また、第２レンズ群Ｌ２と第４レンズ群Ｌ４は、フォーカシングに際して互いに異なる移動量で移動することが好ましい。これにより、最至近合焦状態での収差補正が容易となる。 次に、各実施例の光学系が満足することが好ましい条件について説明する。各実施例の光学系は、以下の式（１）～（１８）の条件のうち少なくとも１つを満足することが好ましい。 ０．０５≦Ｍ４／ｆ≦０．４０ （１） ０．０１≦Ｍ２／ｆ≦０．４５ （２） －０．３≦ｆ／ｆ１≦０．２ （３） ０．０５≦ｆ／ｆ２≦１．１０ （４） －１．０≦ｆ／ｆ３≦０．５ （５） ０．５≦ｆ／ｆ４≦１．５ （６） －１．００≦ｆ／ｆ５≦－０．０１ （７） －０．９９≦ｂ２≦０．２０ （８） ０．３≦ｂ４≦０．８ （９） ０．１≦Ｔ１／ｆ≦１．５ （１０） ０．０１≦Ｔ２／ｆ≦０．４０ （１１） ０．０１≦Ｔ３／ｆ≦０．５０ （１２） ０．１≦Ｔ４／ｆ≦１．０ （１３） ０．１５≦Ｔ５／ｆ≦０．９０ （１４） ０．０５≦ｓｋ／ｆ≦１．００ （１５） １≦ＴＤ／ｆ≦６ （１６） －２．０≦ｆ／ｆ１１≦－０．１ （１７） ０．２≦（ｒ２ｂ＋ｒ２ａ）／（ｒ２ｂ－ｒ２ａ）≦４．０ （１８） 式（１）～（１８）において、Ｍ４は無限遠物体から最至近物体へのフォーカシングに際しての第４レンズ群Ｌ４の移動量の絶対値である。ここにいう第４レンズ群Ｌ４の移動量は、第４レンズ群Ｌ４におけるあるレンズ面に着目した場合に、無限遠物体に合焦した状態と最至近物体に合焦した状態での着目レンズ面の位置の差である。なお、移動量の符号は、第４レンズ群が無限遠物体に合焦した状態に比べて最至近物体に合焦した状態において物体側に位置するときに正、像側に位置するときに負とする。他のレンズ群の移動量（の絶対値）も、同様に定義される。最至近物体は、各実施例の光学系を用いて撮像が可能な距離のうち最も近距離（最至近距離）に位置する物体である。 また、ｆは無限遠物体に合焦した状態（以下、無限遠合焦状態という）の光学系全体の焦点距離である。Ｍ２は無限遠物体から最至近物体へのフォーカシングに際しての第２レンズ群Ｌ２の移動量の絶対値である。ｆ１は第１レンズ群Ｌ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離、ｆ３は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離、ｆ４は第４レンズ群Ｌ４の焦点距離、ｆ５は第５レンズ群Ｌ５の焦点距離である。 また、ｂ２は第２レンズ群Ｌ２の無限遠合焦状態での結像横倍率であり、ｂ４は第４レンズ群Ｌ４の無限遠合焦状態での結像横倍率である。Ｔ１は第１レンズ群Ｌ１の最も物体側のレンズ面から第１レンズ群Ｌ１の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。Ｔ２は第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズ面から第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。Ｔ３は第３レンズ群Ｌ３の最も物体側のレンズ面から第３レンズ群Ｌ３の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。Ｔ４は第４レンズ群Ｌ４の最も物体側のレンズ面から第４レンズ群Ｌ４の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。Ｔ５は第５レンズ群Ｌ５の最も物体側のレンズ面から第５レンズ群Ｌ５の最も像側のレンズ面までの光軸上の距離である。 さらに、ｓｋは、光学系（パワーを有するレンズ）の中で最も像側のレンズの像側のレンズ面から像面までの光軸上の距離（バックフォーカス）である。ＴＤは、光学系（パワーを有するレンズ）の中で最も物体側のレンズの物体側のレンズ面から像面までの光軸上の距離（レンズ全長）である。ｆ１１は、光学系（パワーを有するレンズ）の中で最も物体側のレンズの焦点距離である。ｒ２ａは第２レンズ群Ｌ２の最も物体側のレンズ面の曲率半径であり、ｒ２ｂは第２レンズ群Ｌ２の最も像側のレンズ面の曲率半径である。 式（１）は、第４レンズ群Ｌ４のフォーカシング時の移動量に関する条件を示している。Ｍ４／ｆが式（１）の上限を上回るように移動量が大きいと、オートフォーカスの高速化が困難となるため、好ましくない。Ｍ４／ｆが式（１）の下限を下回るように移動量が小さいと、フォーカシング時の収差、特に非点収差の変動の補正が困難となるため、好ましくない。 式（２）は、第２レンズ群Ｌ２のフォーカシング時の移動量に関する条件を示している。Ｍ２／ｆが式（２）の