JP5495800B2 - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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- G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
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Description
θ=Arcsin(d/r)
で表されるものである。超広画角の光学系において、色収差を良好に補正し、高い光学性能を得るには、絞り前後の各レンズ群のレンズ構成、レンズの材料等を適切に設定する必要がある。これらの各構成が不適切であると、加工精度の良いレンズを用いつつ超広画角(180度程度)で高い光学性能を得るのが難しくなってくる。
θg,F−(−0.001682・νd+0.6438)≧0.01
なる条件を満足し、任意の像高yに入射する軸外主光線が前記第1レンズの物体側のレンズ面に入射するときに前記光学系の光軸となす角度をθ、全系の焦点距離をfとし(但し、光学系がズーム機能を有するときは広角端における全系の焦点距離をfとする)、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第1レンズの物体側と像側の面の曲率半径をそれぞれr1、r2とするとき、
1.8≦(y/fsin(θ/2))≦2.1
−4.5≦f1/f≦−1.8
0.535≦(r1−r2)/(r1+r2)≦1.0
なる条件を満足することを特徴としている。
θg,F−(−0.001682・νd+0.6438)≧0.01 ‥‥(1)
なる条件を満足している。
1.8≦(y/fsin(θ/2))≦2.1 ‥‥‥(2)
なる条件を満足している。なお、アッベ数νd、部分分散比θgFはそれぞれ以下の式で定義される。
θgF=(Ng−NF)/(NF−NC)
Ng:g線(波長435.8nm)に対する屈折率
Nd:d線(波長587.6nm)に対する屈折率
NF:F線(波長486.1nm)に対する屈折率
NC:C線(波長656.3nm)に対する屈折率
条件式(1)は、絞りより前方の少なくとも1枚の負レンズと、絞りより後方の少なくとも1枚の正レンズの材料について規定する条件式である。条件式(1)の下限を超えると色収差(特に倍率色収差)の補正が困難となる。また、低分散低屈折率材を使用すると所定の屈折力を得るために、加工が困難なレンズ形状となる。
y≦1500・fa・sin(θ/2)/(750−2・fa・sin(θ/2))
‥‥‥(2x)
なる条件を満足するのが良い。条件式(2x)は魚眼光学系として必要な歪曲を効果的に得るためのものである。条件式(2x)を外れると歪曲収差を発生しつつ、倍率色収差を良好に補正するのが難しくなる。尚、各実施例において、更に好ましくは条件式(1)、(2)の数値を次の如く設定するのが良い。
1.95≦(y/fsin(θ/2))≦2.1‥‥‥(2a)
各実施例において、更に好ましくは次の条件のうちの1以上を満足するのが良い。第1負レンズG1の焦点距離をf1、全系の焦点距離をfとする。但し、焦点距離fは光学系がズーム機能を有するときは広角端における焦点距離である。第Gn負レンズの焦点距離をfex、第1負レンズG1の焦点距離をf1とする。第1負レンズG1の物体側の面の曲率半径をr1、像側の面の曲率半径をr2とする。
−4.5≦f1/f≦−1.8 ‥‥‥(3)
0.3≦fex/f1≦2.1 ‥‥‥(4)
0.535≦(r1−r2)/(r1+r2)≦1.0‥‥‥(5)
1.63≦Nd1≦1.89 ‥‥‥(6)
40≦νd1≦61 ‥‥‥(7)
θg,Fn−(−0.001682・νdn+0.6438)≧0.01‥(8)
θg,Fp≦−0.001682・νdp+0.6438 ‥‥‥(9)
なる条件のうち1以上を満足すると更に好ましい。
0.5≦fex/f1≦2.0 ‥‥‥(4a)
0.535≦(r1−r2)/(r1+r2)≦0.8‥‥‥(5a)
1.70≦Nd1≦1.89 ‥‥‥(6a)
40≦νd1≦50 ‥‥‥(7a)
θg,Fn−(−0.001682・νdn+0.6438)≧0.015‥‥‥(8a)
フォーカシング方式として魚眼光学系の多くは、全体繰り出し方式、一群繰り出し方式が一般的である。速いオートフォーカスを行うには小型軽量のレンズ群をフォーカスレンズ群とするインナーフォーカス方式とすることが好ましい。また、魚眼光学系は被写体に近づいて撮影することが多いため、前玉を固定とする方式を用いることで汚れや傷が付くのを防ぐことができるためインナーフォーカス方式を採用することが好ましい。そこで各実施例においては第1レンズ群L1の第1負レンズ以外の一部のレンズ群でフォーカスを行うようにしている。
実施例1の光学系LAは物体側から像側へ順に、負の屈折力の第1レンズ群L1、開口絞りSP、正の屈折力の第2レンズ群L2からなる。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第1負レンズG1、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第2負レンズG2を有する。更に第3負レンズG3と第4正レンズG4とを接合した接合レンズGC34、第5負レンズG5と第6正レンズG6とを接合した接合レンズGC56からなる。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に、第7正レンズG7、第8負レンズG8と第9正レンズG9とを接合した接合レンズGC89、第10正レンズG10と第11負レンズG11とを接合した接合レンズGC1011からなる。本実施例においてフォーカシングは、第1レンズ群L1内の一部のレンズ群を光軸方向に動かして行っている。
実施例2のレンズ構成は実施例1に比べてレンズに用いる材料は一部異なるがレンズの数、各レンズの配置や屈折力等は実施例1と同じである。
実施例3の光学系LAにおいて、第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第1負レンズG1、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第2負レンズG2を有する。更に第3負レンズG3と第4正レンズG4とを接合した接合レンズGC34、第5負レンズG5、第6正レンズG6からなる。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に、第7負レンズG7と第8正レンズG8とを接合した接合レンズGC78、第9正レンズG9と第10負レンズG10とを接合した接合レンズGC910、第11正レンズG11、第11正レンズG12からなる。本実施例においてフォーカシングは、第1レンズ群L1内の一部のレンズ群を光軸方向に動かして行っている。本実施例は第3負レンズ(第Gn負レンズ)G3と第9正レンズ(第Gp正レンズ)G9,第11正レンズ(第Gp正レンズ)G11に異常分散性の強いガラスを使用し、倍率色収差・軸上色収差を抑制している。また、異常分散性の高いガラスを光路中の適切なる位置に効果的に配置したことで、倍率色収差には不利となるが最も物体側のレンズに高屈折率低分散材を使用することができ、加工性の良いレンズ形状となっている。また、第3負レンズG3が第GC負レンズに相当し、第4正レンズG4が第GCp正レンズに相当している。
実施例4のレンズ構成は実施例3に比べてレンズに用いる材料は一部異なるが各レンズの配置や屈折力等は実施例3と同じである。
実施例5の光学系LAは負の屈折力の第1レンズ群L1と正の屈折力の第2レンズ群L2の2つのレンズ群より成るズーム機能を有するズームレンズである。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第1負レンズG1、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第2負レンズG2を有する。更に第3負レンズG3と第4正レンズG4とを接合した接合レンズGC34、第5負レンズG5からなる。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に、第6正レンズG6、第7負レンズG7と第8正レンズG8とを接合した接合レンズGC78、第9正レンズG9と第10負レンズG10とを接合した接合レンズGC910を有する。更に第11正レンズG11、第12正レンズG12からなる。広角端から望遠端へのズーミングに際しては図11に示すように、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2の間隔が狭まるように双方が物体側へ移動する。本実施例においてフォーカシングは、第1レンズ群L1内の一部のレンズ群を光軸方向に動かして行っている。本実施例は第3負レンズ(第GCn負レンズ)G3と第9正レンズ(第GCp正レンズ)G9,第11正レンズ(第GCp正レンズ)G11に異常分散性の強いガラスを使用し各レンズ群内での倍率色収差・軸上色収差を抑制している。これによりズーミングに際して倍率色収差と軸上色収差の変動を抑えている。また、異常分散性の高いガラスを光路中の適切な位置に効果的に配置したことで、倍率色収差には不利となるが最も物体側のレンズに高屈折率低分散材を使用することができ、加工性の良いレンズ形状となっている。また、第3負レンズG3が第GC負レンズに相当し、第4正レンズG4が第GCp正レンズに相当している。
実施例6の光学系LAは負の屈折力の第1レンズ群L1と正の屈折力の第2レンズ群L2の2つのレンズ群より成るズーム機能を有するズームレンズである。第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第1負レンズG1、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第2負レンズG2、第3負レンズG3、第4正レンズG4、第5負レンズG5からなる。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に、副絞りSSP、第6正レンズG6、絞りSP、第7負レンズG7と第8正レンズG8とを接合した接合レンズGC78、第9正レンズG9と第10負レンズG10とを接合した接合レンズGC910を有する。更に第11正レンズG11、第12正レンズG12と第13負レンズG13とを接合した接合レンズGC1213、第14正レンズG14らなる。広角端から望遠端へのズーミングに際しては図11に示すように、第1レンズ群L1と第2レンズ群L2の間隔が狭まるように双方が物体側へ移動する。本実施例においてフォーカシングは、第1レンズ群L1内の一部のレンズ群を光軸方向に動かして行っている。本実施例は第2負レンズ(第GCn負レンズ)G2と第3負レンズ(第GCn負レンズ)G3と第13正レンズ(第GCp正レンズ)G13に異常分散性の強いガラスを使用し各レンズ群内での倍率色収差・軸上色収差を抑制している。これによりズーミングに際して倍率色収差と軸上色収差の変動を抑えている。また、異常分散性の高いガラスを光路中の適切な位置に効果的に配置したことで、倍率色収差には不利となるが最も物体側のレンズに高屈折率低分散材を使用することができ、加工性の良いレンズ形状となっている。図11は、本発明の光学系がズームレンズのときのズーミングの際の各レンズ群の移動軌跡を示している。物体側から像側へ順に、広角端において空気間隔が最大のところで分けられる負の屈折力の第1レンズ群L1と正の屈折力の第2レンズ群L2とからなっている。広角端から望遠端へのズーミングに際しては、第1レンズ群L1を物体側に移動させると同時に、第2レンズ群L2を第1レンズ群L1との間隔が単調に減少するように物体側に移動させている。また、本実施例においては広角端又は望遠端で上記変倍動作を固定すれば単焦点距離の魚眼レンズとして用いることもできる。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 64.500 2.70 1.80400 46.6
2 18.500 10.03
3 38.354 2.30 1.48749 70.2
4 12.731 6.06
5 -270.974 1.20 1.49700 81.5
6 24.738 4.68 1.80610 33.3
7 -39.277 0.50
8 -42.382 2.72 1.53667 48.8
9 -14.485 3.03 1.83510 42.0
10 72.840 6.97
11 ∞ 0.33
12 30.793 7.10 1.63570 35.6
13 -41.641 3.34
14 -250.083 1.20 1.83400 37.2
15 26.924 4.37 1.49700 81.5
16 -23.334 0.12
17 38.196 5.75 1.49700 81.5
18 -15.351 2.10 1.80610 33.3
19 -39.005
像面 ∞
焦点距離 15.50
Fナンバー 2.80
画角 177.8°
像高 21.30
レンズ全長 106.60
BF 42.12
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 64.500 2.70 1.83481 42.7
2 18.800 10.03
3 83.550 2.30 1.48749 70.2
4 12.582 5.08
5 527.335 1.20 1.43875 95.0
6 26.822 4.49 1.80610 33.3
7 -35.181 0.50
8 -36.979 2.47 1.56219 44.5
9 -15.301 3.36 1.83495 42.7
10 76.940 6.97
11 ∞ 0.33
12 30.748 7.12 1.62401 41.5
13 -40.990 4.37
14 324.265 1.20 1.83400 37.2
15 26.924 4.11 1.49700 81.5
16 -25.385 0.11
17 43.156 5.75 1.43875 95.0
18 -14.973 2.40 1.80610 33.3
19 -33.655
像面 ∞
焦点距離 15.50
Fナンバー 2.80
画角 174°
像高 21.30
レンズ全長 105.25
BF 40.78
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 62.000 2.60 1.88300 40.8
2 18.800 14.93
3 35.322 1.80 1.80400 46.6
4 16.287 5.48
5 -46.223 1.76 1.49700 81.5
6 13.376 7.00 1.80610 33.3
7 -47.309 2.20
8 -20.100 3.89 1.88300 40.8
9 40.029 7.50
10 18.752 2.00 1.67270 32.1
11 -59.051 2.14
12 ∞ 2.09
13 -26.832 1.30 1.88300 40.8
14 11.240 2.99 1.59270 35.3
15 -29.783 0.81
16 27.363 4.60 1.49700 81.5
17 -11.048 1.50 1.80610 33.3
18 -167.229 0.26
19 83.923 5.22 1.45600 90.3
20 -14.175 0.34
21* 117.390 2.60 1.58313 59.4
22 -48.280
像面 ∞
非球面データ
第21面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.76963e-005 A 6= 3.26383e-008 A 8=-1.05539e-009 A10= 4.81924e-012
焦点距離 8.60
Fナンバー 4.05
画角 178.4°
像高 12.00
レンズ全長 113.00
BF 40.00
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 62.000 2.60 1.88300 40.8
2 18.800 15.34
3 34.655 1.80 1.80400 46.6
4 16.780 5.59
5 -47.555 1.71 1.49700 81.5
6 13.587 7.00 1.80610 33.3
7 -49.423 2.42
8 -20.234 3.72 1.88300 40.8
9 37.284 7.19
10 18.484 2.00 1.67270 32.1
11 -60.380 2.03
12 ∞ 2.31
13 -26.891 1.30 1.88300 40.8
14 10.356 2.97 1.59270 35.3
15 -29.143 0.81
16 27.120 4.60 1.49700 81.5
17 -11.055 1.49 1.80610 33.3
18 -248.175 0.22
19 84.255 4.97 1.49700 81.5
20 -13.797 0.33
21* 108.923 2.60 1.58313 59.4
22 -57.478
像面 ∞
非球面データ
第21面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.67951e-005 A 6= 4.16847e-008 A 8=-1.60921e-009 A10= 7.97209e-012
焦点距離 8.60
Fナンバー 4.05
画角 178.4°
像高 12.00
レンズ全長 113.01
BF 40.00
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 62.000 2.60 1.80400 46.6
2 18.100 15.87
3 44.270 1.80 1.80400 46.6
4 15.510 5.29
5 -37.971 1.26 1.49700 81.5
6 13.995 7.00 1.80610 33.3
7 -39.484 1.63
8 -21.577 1.30 1.88300 40.8
9 -953.223 (可変)
10 ∞ 0.30
11 21.100 2.00 1.67270 32.1
12 -139.710 0.99
13(絞り) ∞ 1.99
14 -32.692 0.84 1.88300 40.8
15 13.413 3.31 1.59270 35.3
16 -68.214 0.28
17 34.223 4.60 1.48749 70.2
18 -10.556 1.12 1.80610 33.3
19 -104.234 0.22
20 103.460 4.97 1.49700 81.5
21 -15.066 0.33
22* 123.950 2.43 1.58313 59.4
23 -42.350 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第22面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.80715e-005 A 6=-1.97404e-008 A 8=-4.11291e-011 A10=-2.64822e-013
各種データ
ズーム比 1.74
広角 中間 望遠
焦点距離 8.60 11.44 15.01
Fナンバー 4.05 4.05 4.05
画角 175.6 168.6 180.4
像高 12.00 15.98 21.64
レンズ全長 113.40 114.04 118.37
BF 39.99 47.17 56.22
d 9 13.27 6.73 2.01
d23 39.99 47.17 56.22
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd
1 59.840 2.50 1.80400 46.6
2 17.282 14.64
3 129.723 1.61 1.59282 68.6
4 21.610 6.44
5 -86.935 1.36 1.59282 68.6
6 31.102 0.15
7 22.525 7.45 1.80518 25.4
8 -110.226 5.82
9* -31.089 1.20 1.85135 40.1
10 -844.340 (可変)
11 ∞ 1.46
12 43.413 1.62 1.88300 40.8
13 -94.260 1.85
14(絞り) ∞ 1.70
15 -19.292 0.75 1.88300 40.8
16 32.493 3.22 1.51823 58.9
17 -20.261 0.20
18 194.716 4.25 1.48749 70.2
19 -12.377 0.80 1.88300 40.8
20 -27.182 0.20
21 712.893 3.28 1.59270 35.3
22 -21.620 0.35
23 -60941.798 0.93 1.83400 37.2
24 28.231 4.77 1.49700 81.5
25 -34.279 0.20
26 -80910.795 1.68 1.48749 70.2
27 -87.072 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.64162e-006 A 6= 2.58871e-008 A 8=-8.99837e-010 A10= 1.12233e-011 A12=-5.07106e-014
各種データ
ズーム比 1.88
焦点距離 8.05 11.85 15.14
Fナンバー 4.12 4.12 4.12
画角 174 175 175
像高 11.15 16.77 21.64
レンズ全長 129.57 127.26 129.98
BF 40.25 49.58 57.66
d10 20.89 9.25 3.89 14.85
d27 40.25 49.58 57.66 44.20
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -10.91
2 11 26.80
Claims (10)
- 物体側から像側へ順に、第1レンズ群、絞り、第2レンズ群を有する光学系であって、前記第1レンズ群は最も物体側にメニスカス形状の負の屈折力の第1レンズを有し、前記第1レンズ群は前記第1レンズの像側に少なくとも1枚の負レンズGnを有し、前記第2レンズ群は少なくとも1枚の正レンズGpを有し、材料のアッベ数をνd、g線とF線の部分分散比をθg,Fとするとき、前記負レンズGnと前記正レンズGpの各材料は、
θg,F−(−0.001682・νd+0.6438)≧0.01
なる条件を満足し、任意の像高yに入射する軸外主光線が前記第1レンズの物体側のレンズ面に入射するときに前記光学系の光軸となす角度をθ、全系の焦点距離をfとし(但し、光学系がズーム機能を有するときは広角端における全系の焦点距離をfとする)、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第1レンズの物体側と像側の面の曲率半径をそれぞれr1、r2とするとき、
1.8≦(y/fsin(θ/2))≦2.1
−4.5≦f1/f≦−1.8
0.535≦(r1−r2)/(r1+r2)≦1.0
なる条件を満足することを特徴とする光学系。 - 前記負レンズGnの焦点距離をfexとするとき、
0.3≦fex/f1≦2.1
なる条件を満足することを特徴とする請求項1の光学系。 - 前記第1レンズの材料の屈折率をNd1、アッベ数をνd1とするとき、
1.63≦Nd1≦1.89
40≦νd1≦61
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の光学系。 - 第1レンズ群の一部のレンズ群は、フォーカシングの際に光軸方向に移動することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項の光学系。
- 前記第1レンズ群は負レンズGCnと正レンズGCpとを接合した接合レンズを少なくとも1つ有し、前記負レンズGCnの材料のアッベ数をνdn、g線とF線の部分分散比をθg,Fnとするとき、
θg,Fn−(−0.001682・νdn+0.6438)≧0.01
なる条件を満足することを特徴する請求項1乃至4のいずれか1項の光学系。 - 前記正レンズGCpの材料のアッベ数をνdp、g線とF線の部分分散比をθg,Fpとするとき、
θg,Fp≦−0.001682・νdp+0.6438
なる条件を満足することを特徴とする請求項5の光学系。 - 前記第2レンズ群の最も像側には、レンズ中心からレンズ周辺にいくに従って正の屈折力が強くなる非球面形状の面を含む正レンズが配置されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項の光学系。
- 前記光学系は、広角端から望遠端へのズーミングに際して、前記第1レンズ群と前記第2レンズ群の間隔が狭まるように前記第1レンズ群と前記第2レンズ群が物体側へ移動するズームレンズであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項の光学系。
- 広角端における全系の焦点距離をfa、任意の像高yに入射する軸外主光線が前記第1レンズの物体側のレンズ面に入射するときに前記光学系の光軸となす角度をθとするとき、y≦1500・fa・sin(θ/2)/(750−2・fa・sin(θ/2))
なる条件を満足することを特徴とする請求項8の光学系。 - 請求項1乃至9のいずれか1項の光学系を有することを特徴とする撮像装置。
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