JP7140135B2 - 可変焦点距離レンズ系および撮像装置 - Google Patents
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Description
2.作用・効果
3.撮像装置への適用例
4.レンズの数値実施例
5.応用例
6.その他の実施の形態
従来より、複数の可動レンズ群を備え、それら複数の可動レンズ群を光軸方向に移動させることで像面位置を一定に保ったまま、焦点距離を変化させる可変焦点距離レンズ系(ズームレンズ)が知られている。
以下、本開示の一実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の構成を、適宜図2等に示した各構成例の可変焦点距離レンズ系1~4に対応付けて説明するが、本開示による技術は、図示した構成例に限定されるものではない。
次に、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系の作用および効果を説明する。併せて、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系における望ましい構成を説明する。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
0.04<|φ2W|・fw<0.14 ……(2)
ただし、
φ1W:第1の自由曲面レンズL2の広角端状態におけるX軸方向の屈折力
φ2W:第2の自由曲面レンズL3の広角端状態におけるX軸方向の屈折力
fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
0.05<|φ2T|・ft<0.20 ……(4)
ただし、
φ1T:第1の自由曲面レンズL2の望遠端状態におけるX軸方向の屈折力
φ2T:第2の自由曲面レンズL3の望遠端状態におけるX軸方向の屈折力
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
|φ12TX-φ12TY|・ft<0.03 ……(6)
ただし、
φ12WX:広角端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのX軸方向の合成屈折力
φ12WY:広角端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのY軸方向の合成屈折力
φ12TX:望遠端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのX軸方向の合成屈折力
φ12TY:望遠端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのY軸方向の合成屈折力
fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
0.8<|φ12TX/φ12TY|<1.15 ……(8)
ただし、
φ12WX:広角端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのX軸方向の合成屈折力
φ12WY:広角端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのY軸方向の合成屈折力
φ12TX:望遠端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのX軸方向の合成屈折力
φ12TY:望遠端状態における第1の自由曲面レンズL2と第2の自由曲面レンズL3とのY軸方向の合成屈折力
とする。
0.8<Δ3/ft<1.6 ……(10)
ただし、
Δ2:広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の第2レンズユニットG2のY軸方向の移動量
Δ3:広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の第3レンズユニットG3のY軸方向の移動量
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
次に、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系1~4の撮像装置への適用例を説明する。
撮影の待機状態では、CPU60による制御の下で、カメラブロック10において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部20を介してLCD40に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、例えば入力部70からのズーミングやフォーカシングのための指示入力信号が入力されると、CPU60がレンズ駆動制御部80に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部80の制御に基づいて撮像レンズ11の所定のレンズが移動する。
次に、本実施の形態に係る可変焦点距離レンズ系1~4の具体的な数値実施例について説明する。ここでは、図2、図7、図12、および図17に示した各構成例の可変焦点距離レンズ系1~4に、具体的な数値を適用した数値実施例を説明する。
以下の数値実施例1~4が適用される可変焦点距離レンズ系1~4はいずれも、上記した<1.レンズの基本構成>を満足した構成となっている。
図2に示した可変焦点距離レンズ系1において、第1レンズユニットG1は、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL11と、像面側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凹面を向けた正レンズL13とで構成されている。
(1)|φ1W|・fw=0.052
(2)|φ2W|・fw=0.074
(3)|φ1T|・ft=0.062
(4)|φ2T|・ft=0.125
(5)|φ12WX-φ12WY|・fw=0.002
(6)|φ12TX-φ12TY|・ft=0.001
(7)|φ12WX/φ12WY|=0.950
(8)|φ12TX/φ12TY|=0.974
(9)Δ2/ft=1.757
(10)Δ3/ft=1.523
図7に示した可変焦点距離レンズ系2において、第1レンズユニットG1は、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL11と、像面側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凹面を向けた正レンズL13とで構成されている。
(1)|φ1W|・fw=0.053
(2)|φ2W|・fw=0.063
(3)|φ1T|・ft=0.058
(4)|φ2T|・ft=0.117
(5)|φ12WX-φ12WY|・fw=0.001
(6)|φ12TX-φ12TY|・ft=0.004
(7)|φ12WX/φ12WY|=0.935
(8)|φ12TX/φ12TY|=0.874
(9)Δ2/ft=1.744
(10)Δ3/ft=1.100
図12に示した可変焦点距離レンズ系3において、第1レンズユニットG1は、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL11と、像面側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凹面を向けた正レンズL13とで構成されている。
(1)|φ1W|・fw=0.078
(2)|φ2W|・fw=0.081
(3)|φ1T|・ft=0.085
(4)|φ2T|・ft=0.153
(5)|φ12WX-φ12WY|・fw=0.003
(6)|φ12TX-φ12TY|・ft=0.002
(7)|φ12WX/φ12WY|=0.839
(8)|φ12TX/φ12TY|=0.935
(9)Δ2/ft=1.685
(10)Δ3/ft=1.187
図17に示した可変焦点距離レンズ系4において、第1レンズユニットG1は、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズL11と、像面側に凹面を向けた負レンズL12と、物体側に凹面を向けた正レンズL13とで構成されている。
(1)|φ1W|・fw=0.081
(2)|φ2W|・fw=0.080
(3)|φ1T|・ft=0.030
(4)|φ2T|・ft=0.051
(5)|φ12WX-φ12WY|・fw=0.004
(6)|φ12TX-φ12TY|・ft=0.004
(7)|φ12WX/φ12WY|=0.715
(8)|φ12TX/φ12TY|=0.711
(9)Δ2/ft=1.620
(10)Δ3/ft=1.154
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
[1]
物体側から像面側に向かって順に、
回転対称な形状のレンズで構成された第1レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第1の自由曲面レンズからなる第2レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第2の自由曲面レンズからなる第3レンズユニットと、
開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第4レンズユニットと
で構成され、
前記第1レンズユニットと前記第4レンズユニットとが共軸であり、
前記第4レンズユニットの光軸をZ軸、像面上で前記Z軸に直交する軸をY軸、像面上で前記Y軸と前記Z軸とに直交する軸をX軸としたとき、
前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットは、
前記Y軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、前記第4レンズユニットが光軸方向に移動する
可変焦点距離レンズ系。
[2]
さらに以下の条件式を満足する
上記[1]に記載の可変焦点距離レンズ系。
0.02<|φ1W|・fw<0.12 ……(1)
0.04<|φ2W|・fw<0.14 ……(2)
ただし、
φ1W:前記第1の自由曲面レンズの広角端状態における前記X軸方向の屈折力
φ2W:前記第2の自由曲面レンズの広角端状態における前記X軸方向の屈折力
fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
[3]
さらに以下の条件式を満足する
上記[1]または[2]に記載の可変焦点距離レンズ系。
0.02<|φ1T|・ft<0.12 ……(3)
0.05<|φ2T|・ft<0.20 ……(4)
ただし、
φ1T:前記第1の自由曲面レンズの望遠端状態における前記X軸方向の屈折力
φ2T:前記第2の自由曲面レンズの望遠端状態における前記X軸方向の屈折力
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
[4]
さらに以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[3]のいずれか1つに記載の可変焦点距離レンズ系。
|φ12WX-φ12WY|・fw<0.03 ……(5)
|φ12TX-φ12TY|・ft<0.03 ……(6)
ただし、
φ12WX:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12WY:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
φ12TX:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12TY:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
[5]
被写体距離が無限遠位置から近距離まで移動する際に、前記第4レンズユニットが光軸方向に移動し、
さらに以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[4]のいずれか1つに記載の可変焦点距離レンズ系。
0.75<|φ12WX/φ12WY|<1.2 ……(7)
0.8<|φ12TX/φ12TY|<1.15 ……(8)
ただし、
φ12WX:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12WY:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
φ12TX:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12TY:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
とする。
[6]
さらに以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[5]のいずれか1つに記載の可変焦点距離レンズ系。
1.2<Δ2/ft<2.5 ……(9)
0.8<Δ3/ft<1.6 ……(10)
ただし、
Δ2:広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第2レンズユニットの前記Y軸方向の移動量
Δ3:広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第3レンズユニットの前記Y軸方向の移動量
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
[7]
前記第1レンズユニットは、少なくとも1枚の負レンズと、前記負レンズよりも像面側に配置された正レンズとからなる
上記[1]ないし[6]のいずれか1つに記載の可変焦点距離レンズ系。
[8]
可変焦点距離レンズ系と、前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
前記可変焦点距離レンズ系は、
物体側から像面側に向かって順に、
回転対称な形状のレンズで構成された第1レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第1の自由曲面レンズからなる第2レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第2の自由曲面レンズからなる第3レンズユニットと、
開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第4レンズユニットと
で構成され、
前記第1レンズユニットと前記第4レンズユニットとが共軸であり、
前記第4レンズユニットの光軸をZ軸、像面上で前記Z軸に直交する軸をY軸、像面上で前記Y軸と前記Z軸とに直交する軸をX軸としたとき、
前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットは、
前記Y軸方向に移動可能であり、互いに逆向きに移動することにより、前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、前記第4レンズユニットが光軸方向に移動する
撮像装置。
[9]
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
上記[1]ないし[7]のいずれか1つに記載の可変焦点距離レンズ系。
[10]
前記可変焦点距離レンズ系は、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記[8]に記載の撮像装置。
Claims (8)
- 物体側から像面側に向かって順に、
回転対称な形状のレンズで構成された第1レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第1の自由曲面レンズからなる第2レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第2の自由曲面レンズからなる第3レンズユニットと、
開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第4レンズユニットと
で構成され、
前記第1レンズユニットと前記第4レンズユニットとが共軸であり、
前記第4レンズユニットの光軸をZ軸、像面上で前記Z軸に直交する軸をY軸、像面上で前記Y軸と前記Z軸とに直交する軸をX軸としたとき、
前記第1の自由曲面レンズおよび前記第2の自由曲面レンズはそれぞれ、X-Z断面内では前記光軸を中心に対称な形状で、Y-Z断面内では前記光軸を中心に非対称な形状であり、
前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットは、
前記Y軸方向に互いに異なる移動量で、かつ互いに逆向きに移動することにより、前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、前記第4レンズユニットが光軸方向に移動する
可変焦点距離レンズ系。 - さらに以下の条件式を満足する
請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
0.02<|φ1W|・fw<0.12 ……(1)
0.04<|φ2W|・fw<0.14 ……(2)
ただし、
φ1W:前記第1の自由曲面レンズの広角端状態における前記X軸方向の屈折力
φ2W:前記第2の自由曲面レンズの広角端状態における前記X軸方向の屈折力
fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する
請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
0.02<|φ1T|・ft<0.12 ……(3)
0.05<|φ2T|・ft<0.20 ……(4)
ただし、
φ1T:前記第1の自由曲面レンズの望遠端状態における前記X軸方向の屈折力
φ2T:前記第2の自由曲面レンズの望遠端状態における前記X軸方向の屈折力
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。 - さらに以下の条件式を満足する
請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
|φ12WX-φ12WY|・fw<0.03 ……(5)
|φ12TX-φ12TY|・ft<0.03 ……(6)
ただし、
φ12WX:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12WY:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
φ12TX:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12TY:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
fw:広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。 - 被写体距離が無限遠位置から近距離まで移動する際に、前記第4レンズユニットが光軸方向に移動し、
さらに以下の条件式を満足する
請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
0.75<|φ12WX/φ12WY|<1.2 ……(7)
0.8<|φ12TX/φ12TY|<1.15 ……(8)
ただし、
φ12WX:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12WY:広角端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
φ12TX:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記X軸方向の合成屈折力
φ12TY:望遠端状態における前記第1の自由曲面レンズと前記第2の自由曲面レンズとの前記Y軸方向の合成屈折力
とする。 - さらに以下の条件式を満足する
請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。
1.2<Δ2/ft<2.5 ……(9)
0.8<Δ3/ft<1.6 ……(10)
ただし、
Δ2:広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第2レンズユニットの前記Y軸方向の移動量
Δ3:広角端状態から望遠端状態までレンズ位置状態が変化する際の前記第3レンズユニットの前記Y軸方向の移動量
ft:望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。 - 前記第1レンズユニットは、少なくとも1枚の負レンズと、前記負レンズよりも像面側に配置された正レンズとからなる
請求項1に記載の可変焦点距離レンズ系。 - 可変焦点距離レンズ系と、前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
前記可変焦点距離レンズ系は、
物体側から像面側に向かって順に、
回転対称な形状のレンズで構成された第1レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第1の自由曲面レンズからなる第2レンズユニットと、
少なくとも1つのレンズ面が自由曲面とされた第2の自由曲面レンズからなる第3レンズユニットと、
開口絞りを有し、回転対称な形状のレンズで構成された第4レンズユニットと
で構成され、
前記第1レンズユニットと前記第4レンズユニットとが共軸であり、
前記第4レンズユニットの光軸をZ軸、像面上で前記Z軸に直交する軸をY軸、像面上で前記Y軸と前記Z軸とに直交する軸をX軸としたとき、
前記第1の自由曲面レンズおよび前記第2の自由曲面レンズはそれぞれ、X-Z断面内では前記光軸を中心に対称な形状で、Y-Z断面内では前記光軸を中心に非対称な形状であり、
前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットは、
前記Y軸方向に互いに異なる移動量で、かつ互いに逆向きに移動することにより、前記第2レンズユニットと前記第3レンズユニットとの合成屈折力が可変であり、前記合成屈折力の変化に伴う像面位置の変動を補償するように、前記第4レンズユニットが光軸方向に移動する
撮像装置。
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