JP2021157086A - レンズ系、撮像装置、及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い解像力を有する大口径で広角なレンズ系を提供する。【解決手段】レンズ系１００は、物体側より順に、第１レンズ群Ｇ１、絞りＳ、正の第２レンズ群Ｇ２、負の第３レンズ群Ｇ３、正の第４レンズ群Ｇ４を備える。第１レンズ群の最も物体側には、物体側に凸面を向けた２枚の負のメニスカスレンズＬ１，Ｌ２が配置され、第３レンズ群は２枚以下のレンズＬ１２、Ｌ１３で構成され、第４レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズＬ１４と負レンズＬ１５を含み、最も像側に負レンズが配置される。無限遠から近距離被写体へのフォーカシングの際に、第３レンズ群が像側へ移動する。ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆ４を第４レンズ群の焦点距離、ｆを全系の焦点距離、ｖｄ１−２を第１レンズ群の２枚の負のメニスカスレンズのｄ線における平均アッベ数として、３．５＜｜ｆ１／ｆ｜、２．１＜ｆ４／ｆ＜５、ｖｄ１−２＞５０、を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ系、撮像装置、及び移動体に関する。

特許文献１には、比較的に大口径で比較的に広画角のレンズ系が開示されている。特許文献２には、大口径のインナーフォーカス式のレンズ系が開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０１０−０９７２０７号公報
［特許文献２］特開２０１３−２５７３９５号公報

本発明の一態様に係るレンズ系は、物体側より順に、第１レンズ群、絞り、正の第２レンズ群、負の第３レンズ群、正の第４レンズ群を備える。第１レンズ群の最も物体側には、物体側に凸面を向けた２枚の負のメニスカスレンズが配置されてよい。第３レンズ群は２枚以下のレンズで構成されてよい。第４レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと負レンズを含み、最も像側に負レンズが配置されてよい。無限遠から近距離被写体へのフォーカシングの際に、第３レンズ群が像側へ移動してよい。ｆ１を第１レンズ群の焦点距離、ｆ４を第４レンズ群の焦点距離、ｆを全系の焦点距離、ｖｄ１−２を第１レンズ群の２枚の負のメニスカスレンズのｄ線における平均アッベ数として、条件式
３．５ ＜ ｜ ｆ１／ｆ ｜
２．１ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ５
ｖｄ１−２ ＞ ５０
を満足してよい。

第１レンズ群の負部分群を第１−ａ群、第１レンズ群の正部分群を第１−ｂ群とすると、第１−ａ群は、少なくとも負レンズ３枚及び正レンズ１枚を含んでよい。ｆ１ａを第１−ａレンズ群の焦点距離として、条件式
−１．２ ＜ ｆ１ａ／ｆ ＜ −０．６
を満足してよい。

ｆ３４を第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離として、条件式
５．５ ＜ ｜ ｆ３４／ｆ ｜
を満足してよい。

ｆ３を第３レンズ群の焦点距離として、条件式
−５ ＜ ｆ３／ｆ ＜ −１．５
を満足してよい。

β３を無限遠被写体に合焦時の第３レンズ群の横倍率、β４を無限遠被写体に合焦時の第４レンズ群の横倍率として、条件式
（１−β３^２）×β４^２ ＜ −０．４
を満足してよい。

ｆ１−ｂを第１−ｂ群の焦点距離、ｆ２を第２レンズ群の焦点距離として、条件式
０．４ ＜ ｆ１−ｂ／ｆ２ ＜ １．２
を満足してよい。

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記のレンズ系を備える。撮像装置は、撮像素子を備える。

本発明の一態様に係る移動体は、上記のレンズ系を備えて移動する。

移動体は無人航空機であってよい。

上記のレンズ系によれば、高い解像力を有する大口径で広角なレンズ系を提供することができる。また、軽量化された可動群を備えたレンズ系を提供することができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

第１実施例におけるレンズ系１００のレンズ構成を像面ＩＭとともに示す。 第１実施例のレンズ系１００の無限遠合焦状態での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 第２実施例におけるレンズ系２００のレンズ構成を光学部材Ｐ及び像面ＩＭとともに示す。 第２施例のレンズ系２００の無限遠合焦状態での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 第３実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を光学部材Ｐ及び像面ＩＭとともに示す。 第３施例のレンズ系３００の無限遠合焦状態での球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。 無人航空機（ＵＡＶ）４０及びコントローラ５０を備える移動体システム１０の一例を概略的に示す。 ＵＡＶ４０の機能ブロックの一例を示す。 スタビライザ３０００の一例を示す外観斜視図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。以下の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

図１から図６に関連してレンズ系の実施例が開示されている。各実施例で開示されているように、一実施形態のレンズ系は、物体側より順に、第１レンズ群、絞り、正の第２レンズ群、負の第３レンズ群、正の第４レンズ群を備える。第１レンズ群の最も物体側には、物体側に凸面を向けた２枚の負のメニスカスレンズが配置される。第３レンズ群は２枚以下のレンズで構成される。第４レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと負レンズを含み、最も像側に負レンズが配置される。無限遠から近距離被写体へのフォーカシングの際に、前記第３レンズ群が像側へ移動する。ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離、ｆ４を前記第４レンズ群の焦点距離、ｆを全系の焦点距離、ｖｄ１−２を前記第１レンズ群の前記２枚の負のメニスカスレンズのｄ線における平均アッベ数として、条件式
３．５ ＜ ｜ ｆ１／ｆ ｜ ・・・（１）
２．１ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ５ ・・・（２）
ｖｄ１−２ ＞ ５０ ・・・（３）

条件式（１）は、第１レンズ群の焦点距離と全系の焦点距離との関係を規定している。条件式（１）の下限以下になると、第１レンズ群の屈折力が強くなりすぎるために、軸外で発生する収差を補正するのが難しくなるとともに、偏芯誤差による性能劣化が大きくなる。

条件式（２）は、第４レンズ群の焦点距離と全系の焦点距離との関係を規定している。条件式（２）の上限以上になると、第４レンズ群の屈折力が弱くなり、全長が長くなってしまう。一方、条件式（２）の下限以下になると、第４レンズ群の屈折力が強くなり、少ないレンズ枚数で収差を補正することが難しくなるとともに、被写体距離による収差変動が大きくなる。

条件式（３）は、第１レンズ群の２枚の負のメニスカスレンズのｄ線における平均アッベ数を規定している。条件式の下限以下になると倍率色収差が大きくなり収差補正が難しくなる。

第１レンズ群の負部分群を第１−ａ群、前記第１レンズ群の正部分群を第１−ｂ群とすると、前記第１−ａ群は、少なくとも負レンズ３枚及び正レンズ１枚を含む。ｆ１ａを第１−ａレンズ群の焦点距離として、条件式
−１．２ ＜ ｆ１ａ／ｆ ＜ −０．６ ・・・（４）
を満足する。

条件式（４）は、第１−ａ群の焦点距離と全系の焦点距離の関係を規定している。条件式（４）の上限以上になると、第１−ａ群の屈折力が強くなり、軸外収差の補正が難しくなる。一方、条件式（４）の下限以下になると、広画角化に必要な屈折力が弱くなり、小型化が難しくなる。

ｆ３４を前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成焦点距離として、条件式
５．５ ＜ ｜ ｆ３４／ｆ ｜ ・・・（５）
を満足する。

条件式（５）は、無限遠被写体に合焦時の第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離と全系の焦点距離との関係を規定している。条件式の下限を超えると、第３レンズ群以降の屈折力が強くなるために、被写体距離による収差変動が大きくなる。

ｆ３を前記第３レンズ群の焦点距離として、条件式
−５ ＜ ｆ３／ｆ ＜ −１．５ ・・・（６）
を満足する。

条件式（６）は、第３レンズ群の焦点距離と全系の焦点距離との関係を規定している。条件式の上限以上になると、第３レンズ群の屈折力が強くなり、２枚以下の構成で収差を補正することが難しくなるとともに、被写体距離による収差変動も大きくなる。一方、条件式（６）の下限以下になると、第３レンズ群の屈折力が弱くなり、最短撮影距離から無限遠距離まで合焦するための第３レンズ群の可動範囲が大きくなり、全長短縮が難しくなる。

β３を無限遠被写体に合焦時の前記第３レンズ群の横倍率、β４を無限遠被写体に合焦時の前記第４レンズ群の横倍率として、条件式
（１−β３^２）×β４^２ ＜ −０．４ ・・・（７）
を満足する。

条件式（７）は無限遠被写体に合焦時の第３レンズ群の横倍率と第４レンズ群の横倍率を用いて、第３レンズ群を単位量だけ動かしたときに撮像面側の合焦点がどれだけ動くかを規定している。条件式（７）の上限以上になると、最短撮影距離から無限遠距離まで合焦するための可動範囲が大きくなり、全長短縮が難しくなる。

ｆ１−ｂを前記第１−ｂ群の焦点距離、ｆ２を前記第２レンズ群の焦点距離として、条件式
０．４ ＜ ｆ１−ｂ／ｆ２ ＜ １．２ ・・・（８）
を満足する。

条件式（８）は、第１−ｂ群の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離の関係を規定している。条件式（８）を満足することで、軸上光線が高い絞り前後において、全長短縮に必要な正成分を効果的に分割して、軸上収差を効果的に補正することができる。

さらに、下記条件式を満足することで上述の効果がより顕著となる。
０．６ ＜ ｆ１−ｂ／ｆ２ ＜ １．０ ・・・（８−１）

以上に説明したように、上記のレンズ系によれば、高い解像力を有する大口径で広角なレンズ系を提供することができる。また、軽量化された可動群を備えたレンズ系を提供することができる。

なお、本明細書等において「〜から構成され」、「〜からなり」、「〜からなる」という用語が用いられる場合、列挙された構成要素に加えて、実質的に屈折力を有さないレンズ、絞り、フィルタ及びカバーガラス等の、実質的に屈折力を有するレンズ以外の光学要素、及び／又は、レンズフランジ、撮像素子及び振れ補正機構等の機構要素を含み得る。例えば、「Ｘから構成され」、「Ｘからなり」、「Ｘからなる」という用語が用いられる場合、Ｘに加えて、実質的に屈折力を有するレンズ以外の光学要素、及び／又は、機構要素を含み得る。

次に、レンズ系の具体的な実施形態に具体的な数値を適用した実施例を説明する。まず、レンズ系の各実施例の説明で用いられる記号等の意味を説明する。

レンズデータとして面番号、曲率半径、面間隔、屈折率及びアッベ数を示す表が開示される。レンズデータの表において、面番号の欄には、最も物体側の面を第１面とし像側に向かうに従い１つずつ番号を増加させたときの面番号が示される。Ｒの欄には、各面の曲率半径が示される。Ｄの欄には、各面とその像側に隣接する面との光軸上の面間隔が示される。また、Ｎｄの欄には、各光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ（ナノメートル））に対する屈折率が示され、νｄの欄には、各光学要素のｄ線基準のアッベ数が示される。ここで、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正とし、像面側に凸の場合を負とする。曲率半径における「ＩＮＦ」は、当該面が平面であることを示す。

レンズデータには、開口絞りＳも含めて示す。開口絞りＳに相当する面の面番号の欄には「ＳＴＯ」という語句を示す。

レンズデータにおいて、非球面の面番号には＊印を付すとともに、曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を示す。また、非球面を有するレンズ系の実施例については、非球面の面番号と、各非球面に関する非球面係数、及び、円錐定数を含む非球面データの表を付す。非球面データの表において、非球面係数の数値の「Ｅ±ｎ」（ｎ：自然数）は１０を底とする指数表現である。すなわち、「Ｅ±ｎ」は、「×１０^±ｎ」を意味している。例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は、「０．１２３４５×１０^−５」を意味している。非球面形状は、「ｚｄ」をレンズ面の頂点からの光軸方向における距離（サグ量）、「ｈ」を光軸方向に垂直な方向における距離（高さ）、「ｃ」をレンズの頂点における近軸曲率（曲率半径の逆数）、「κ」を円錐定数（コーニック定数）、「Ａｍ」をｍ次の非球面係数とすると、次の式によって定義される。
ｚｄ＝ｃｈ^２／（１＋（１−（１＋κ）ｃ^２ｈ^２）^１／２）＋ΣＡｍ*ｈ^ｍ
なお、Σはｍについての和を示す。

また、各実施例のレンズ系の諸元データの表を付す。諸元データの表において、「ｆ」は焦点距離を示す。「Ｆｎｏ」はＦナンバーを示す。「ω」は半画角（最大半画角）を示す。「Ｙ」は最大像高を示す。「ＴＴＬ」は光学全長を示す。

レンズデータ、変化する面間隔データ、及びレンズ系の諸元データの表において、角度の単位としては「度」を用い、長さの単位としては「ｍｍ」を用いる。しかし、レンズ系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため、他の任意の単位を用いることもできる。

なお、レンズ系が撮像レンズとして撮像装置に搭載される際には、撮像装置の仕様に応じたローパスフィルタ等の各種フィルタ及び保護用のカバーガラス等の光学要素を備えることが好ましい。本実施形態のレンズ系として、係る光学要素を備える形態も備えない形態も採用できる。係る光学要素を備えるレンズ系と光学要素を備えないレンズ系とは等価なレンズ系といえる。

「Ｇｉ」はレンズ群を示す。「Ｇｉ」において文字Ｇに続くｉは、各実施例においてレンズ系が備えるレンズ群を識別することを目的とした自然数である。レンズ群は、１つ以上のレンズを備えて構成される。「Ｌｊ」は１つのレンズを示す。「Ｌｊ」において文字Ｌに続くｊは、各実施例においてレンズ系が備えるレンズを識別することを目的とした自然数である。各実施例の説明において、記号Ｌｊが割り当てられたレンズと、他の実施例における同じ記号Ｌｊが割り当てられたレンズとが同じレンズであることを意味するものではない。同様に、ある実施例で特定の記号が割り当てられたレンズ又はレンズ群と、他の実施例において同じ記号が割り当てられたレンズ又はレンズ群とが同じレンズ又はレンズ群であることを意味するものではない。

図１は、第１実施例におけるレンズ系１００のレンズ構成を像面ＩＭとともに示す。

第１実施例のレンズ系１００は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と開口絞りＳと正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。第３レンズ群Ｇ３が可動することによりフォーカシングを行う。図１の第３レンズ群Ｇ３に対応づけられた矢印は、無限遠被写体から近距離被写体に合焦するときの可動群となる第３レンズ群Ｇ３の移動方向を表す。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた３枚の負のメニスカスレンズＬ１、Ｌ２及びＬ３と、両凸形状の正レンズＬ４と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ５とから構成されるＧ１−ａ群と、両凸形状の正レンズＬ６と、負レンズＬ７及び正レンズＬ８の接合レンズとから構成されるＧ１−ｂ群とからなる。広角化に必要な負の屈折力を少なくとも３つの負成分のレンズで分担することで、軸外収差を良好に補正することが可能になる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸形状の正レンズＬ９と、正レンズＬ１０及び負レンズＬ１１の正の屈折力を有する接合レンズとから構成される。第２レンズ群Ｇ２に必要な屈折力を少なくとも２つの正成分のレンズで分担することによって、軸上収差及び軸外収差の補正を良好なバランスで実現できる。

第３レンズ群Ｇ３は、両凸形状の正レンズＬ１２及び両凹形状の負レンズＬ１３の負の屈折力の接合レンズで構成される。これにより、可動群の軽量化を実現できる。

第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状の正レンズＬ１４と、両凹形状の負レンズＬ１５とから構成される。第４レンズ群Ｇ４が少なくとも１枚の正レンズ及び負レンズを含むことで、軸外収差を良好に補正できる。

表１は、第１実施例のレンズ系１００のレンズデータを示す。表２は、レンズ系１００の非球面データを示す表である。

表３は、第１実施例のレンズ系１００の無限遠被写体に合焦時の全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ、半画角ω、像高Ｙ、及び光学全長ＴＴＬを示す諸元データの表である。

図２は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系１００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。球面収差において、一点鎖線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）の値を示す。非点収差において、実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。歪曲収差においてはｄ線の値を示す。各収差図から、第１実施例のレンズ系１００は、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

図３は、第２実施例におけるレンズ系２００のレンズ構成を、光学部材Ｐ及び像面ＩＭとともに示す。

第２実施例のレンズ系２００は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。第３レンズ群Ｇ３が可動することによりフォーカシングを行う。図３の第３レンズ群Ｇ３に対応づけられた矢印は、無限遠被写体から近距離被写体に合焦するときの可動群となる第３レンズ群Ｇ３の移動方向を表す。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ２と、両凹形状の負レンズＬ３及び両凸形状の正レンズＬ４の接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズＬ５とから構成されるＧ１−ａ群と、両凸形状の正レンズＬ６と、負レンズＬ７及び正レンズＬ８の接合レンズから構成されるＧ１−ｂ群とからなる。広角化に必要な負の屈折力を少なくとも３つの負成分のレンズで分担することで、軸外収差を良好に補正することが可能になる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側に正レンズＬ９と負レンズＬ１０の正の屈折力を有する接合レンズと、両凸形状の正レンズＬ１１とから構成される。第２レンズ群Ｇ２に必要な屈折力を少なくとも２つの正成分で分担することによって、軸上収差と軸外収差の補正を良好なバランスで実現できる。

第３レンズ群Ｇ３は、像側に凹面を向けた１枚の負レンズＬ１２から構成される。第３レンズ群Ｇ３は、１枚の負レンズＬ１２から構成されるので、可動群の軽量化を実現できる。

第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状の正レンズＬ１３と、像側に凸面を向けた正レンズＬ１４と、像側に凹面を向けた負レンズＬ１５とから構成される。第４レンズ群Ｇ４が少なくとも１枚の正レンズ及び負レンズを含むことで、軸外収差を良好に補正できる。

表４は、第２実施例のレンズ系２００のレンズデータを示す。表５は、レンズ系２００の非球面データを示す表である。

表６は、第２実施例のレンズ系２００の無限遠被写体に合焦時の全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ、半画角ω、像高Ｙ、及び光学全長ＴＴＬを示す諸元データの表である。

図４は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系２００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。球面収差において、一点鎖線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）の値を示す。非点収差において、実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。歪曲収差においてはｄ線の値を示す。各収差図から、第２実施例のレンズ系２００は、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

図５は、第３実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を、光学部材Ｐ及び像面ＩＭとともに示す。

第２実施例のレンズ系３００は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とからなる。第３レンズ群Ｇ３が可動することによりフォーカシングを行う。図５の第３レンズ群Ｇ３に対応づけられた矢印は、無限遠被写体から近距離被写体に合焦するときの可動群となる第３レンズ群Ｇ３の移動方向を表す。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ２と、両凹形状の負レンズＬ３及び両凸形状の正レンズＬ４の接合レンズと、物体側に凹面を向けた負レンズＬ５とから構成されるＧ１−ａ群と、両凸形状の正レンズＬ６と、負レンズＬ７及び正レンズＬ８の接合レンズとから構成されるＧ１−ｂ群とからなる。広角化に必要な負の屈折力を、少なくとも３つの負成分のレンズで分担することで、軸外収差を良好に補正することが可能になる。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側に正レンズＬ９及び負レンズＬ１０の正の屈折力を有する接合レンズと、両凸形状の正レンズＬ１１とから構成される。第２レンズ群Ｇ２に必要な屈折力を少なくとも２つの正成分で分担することによって、軸上収差と軸外収差の補正を良好なバランスで実現できる。

第３レンズ群Ｇ３は、像側に凹面を向けた１枚の負レンズＬ１２から構成される。これにより、可動群の軽量化が実現できる。

第４レンズ群Ｇ４は、両凸形状の正レンズＬ１３と、像側に凹面を向けた負レンズＬ１４と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ１５とから構成される。第４レンズ群Ｇ４が少なくとも１枚の正レンズ及び負レンズを含むことで、軸外収差を良好に補正できる。

表７は、第３実施例のレンズ系３００のレンズデータを示す。表８は、レンズ系３００の非球面データを示す表である。

表９は、第３実施例のレンズ系３００の無限遠被写体に合焦時の全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦｎｏ、半画角ω、像高Ｙ、及び光学全長ＴＴＬを示す諸元データの表である。

図６は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系３００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。球面収差において、一点鎖線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）の値を示す。非点収差において、実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。歪曲収差においてはｄ線の値を示す。各収差図から、第３実施例のレンズ系３００は、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

表１０は、第１実施例から第３実施例のレンズ系における条件式（１）〜（８）の対応値を示す。表１１及び表１２は、条件式（１）〜（８）に関連する各数値を示す。

以上に説明したとおり、本実施形態のレンズ系によれば、高い解像力を有する大口径で広角なレンズ系を提供することができる。また、軽量化された可動群を備えたレンズ系を提供することができる。これにより、高速なフォーカシングを実現できる。

なお、上述したレンズ系が備える構成は任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用され得る。例えば、上記実施例によるレンズ系は条件式（１）〜（８）及び（８−１）を満足するものとしているが、条件式（１）〜（８）及び（８−１）のいずれか１つを満足するものであってもよく、これらの条件式の任意の組合せを満足するものであってもよい。

以上、実施形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、及びアッベ数は、上記各実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。

本実施形態に係るレンズ系は、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置用のレンズ系に適用できる。本実施形態に係るレンズ系は、ズーム機構を有しないレンズ系に適用できる。本実施形態に係るレンズ系は、空撮用カメラ、監視用カメラ等のレンズ系に適用できる。本実施形態に係るレンズ系は、レンズ非交換式の撮像装置が備える撮像レンズに適用できる。本実施形態に係るレンズ系は、一眼レフレックスカメラ等のレンズ交換式カメラの交換レンズに適用できる。

次に、本実施形態に係るレンズ系を備えるシステムの一例としての移動体システムを説明する。

図７は、無人航空機（ＵＡＶ）４０及びコントローラ５０を備える移動体システム１０の一例を概略的に示す。ＵＡＶ４０は、ＵＡＶ本体１１０１、ジンバル１１１０、複数の撮像装置１２３０、及び撮像装置１２２０を備える。撮像装置１２２０は、レンズ装置１１６０及び撮像部１１４０を備える。レンズ装置１１６０は、上述したレンズ系を備える。ＵＡＶ４０は、上述したレンズ系を有する撮像装置を備えて移動する移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。

ＵＡＶ本体１１０１は、複数の回転翼を備える。ＵＡＶ本体１１０１は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ４０を飛行させる。ＵＡＶ本体１１０１は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ４０を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。ＵＡＶ４０は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置１２３０は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。複数の撮像装置１２３０は、ＵＡＶ４０の飛行を制御するためにＵＡＶ４０の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。撮像装置１２３０は、ＵＡＶ本体１１０１に固定されていてよい。

２つの撮像装置１２３０が、ＵＡＶ４０の機首である正面に設けられてよい。さらに他の２つの撮像装置１２３０が、ＵＡＶ４０の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置１２３０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置１２３０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置１２３０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ４０の周囲の３次元空間データが生成されてよい。複数の撮像装置１２３０により撮像された被写体までの距離は、複数の撮像装置１２３０によるステレオカメラにより特定され得る。

ＵＡＶ４０が備える撮像装置１２３０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ４０は、少なくとも１つの撮像装置１２３０を備えていればよい。ＵＡＶ４０は、ＵＡＶ４０の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置１２３０を備えてもよい。撮像装置１２３０は、単焦点レンズ又は魚眼レンズを有してもよい。ＵＡＶ４０に係る説明において、複数の撮像装置１２３０を、単に撮像装置１２３０と総称する場合がある。

コントローラ５０は、表示部５４と操作部５２を備える。操作部５２は、ＵＡＶ４０の姿勢を制御するための入力操作をユーザから受け付ける。コントローラ５０は、操作部５２が受け付けたユーザの操作に基づいて、ＵＡＶ４０を制御するための信号を送信する。

コントローラ５０は、撮像装置１２３０及び撮像装置１２２０の少なくとも一方が撮像した画像を受信する。表示部５４は、コントローラ５０が受信した画像を表示する。表示部５４はタッチ式のパネルであってよい。コントローラ５０は、表示部５４を通じて、ユーザから入力操作を受け付けてよい。表示部５４は、撮像装置１２２０に撮像させるべき被写体の位置をユーザが指定するユーザ操作等を受け付けてよい。

撮像部１１４０は、レンズ装置１１６０により結像された光学像の画像データを生成して記録する。レンズ装置１１６０は、撮像部１１４０と一体的に設けられてよい。レンズ装置１１６０は、いわゆる交換レンズであってよい。レンズ装置１１６０は、撮像部１１４０に対して着脱可能に設けられてよい。

ジンバル１１１０は、撮像装置１２２０を可動に支持する支持機構を有する。撮像装置１２２０は、ジンバル１１１０を介してＵＡＶ本体１１０１に取り付けられる。ジンバル１１１０は、撮像装置１２２０を、ピッチ軸を中心に回転可能に支持する。ジンバル１１１０は、撮像装置１２２０を、ロール軸を中心に回転可能に支持する。ジンバル１１１０は、撮像装置１２２０を、ヨー軸を中心に回転可能に支持する。ジンバル１１１０は、ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸の少なくとも１つの軸を中心に、撮像装置１２２０を回転可能に支持してよい。ジンバル１１１０は、ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸のそれぞれを中心に、撮像装置１２２０を回転可能に支持してよい。ジンバル１１１０は、撮像部１１４０を保持してもよい。ジンバル１１１０は、レンズ装置１１６０を保持してもよい。ジンバル１１１０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０を回転させることで、撮像装置１２２０の撮像方向を変更してよい。

図８は、ＵＡＶ４０の機能ブロックの一例を示す。ＵＡＶ４０は、インタフェース１１０２、制御部１１０４、メモリ１１０６、ジンバル１１１０、撮像部１１４０、及びレンズ装置１１６０を備える。

インタフェース１１０２は、コントローラ５０と通信する。インタフェース１１０２は、コントローラ５０から各種の命令を受信する。制御部１１０４は、コントローラ５０から受信した命令に従って、ＵＡＶ４０の飛行を制御する。制御部１１０４は、ジンバル１１１０、撮像部１１４０、及びレンズ装置１１６０を制御する。制御部１１０４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。メモリ１１０６は、制御部１１０４がジンバル１１１０、撮像部１１４０、及びレンズ装置１１６０を制御するのに必要なプログラムなどを格納する。

メモリ１１０６は、コンピュータが可読な記録媒体でよい。メモリ１１０６は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１１０６は、ＵＡＶ４０の筐体に設けられてよい。ＵＡＶ４０の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

ジンバル１１１０は、制御部１１１２、ドライバ１１１４、ドライバ１１１６、ドライバ１１１８、駆動部１１２４、駆動部１１２６、駆動部１１２８、及び支持機構１１３０を有する。駆動部１１２４、駆動部１１２６及び駆動部１１２８は、モータであってよい。

支持機構１１３０は、撮像装置１２２０を支持する。支持機構１１３０は、撮像装置１２２０の撮像方向を可動に支持する。支持機構１１３０は、撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０をヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸を中心に回転可能に支持する。支持機構１１３０は、回転機構１１３４、回転機構１１３６、及び回転機構１１３８を含む。回転機構１１３４は、駆動部１１２４を用いてヨー軸を中心に撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０を回転させる。回転機構１１３６は、駆動部１１２６を用いてピッチ軸を中心に撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０を回転させる。回転機構１１３８は、駆動部１１２８を用いてロール軸を中心に撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０を回転させる。

制御部１１１２は、制御部１１０４からのジンバル１１１０の動作命令に応じて、ドライバ１１１４、ドライバ１１１６、及びドライバ１１１８に対して、それぞれの回転角度を示す動作命令を出力する。ドライバ１１１４、ドライバ１１１６、及びドライバ１１１８は、回転角度を示す動作命令に従って駆動部１１２４、駆動部１１２６、及び駆動部１１２８を駆動させる。回転機構１１３４、回転機構１１３６、及び回転機構１１３８は、駆動部１１２４、駆動部１１２６、及び駆動部１１２８によりそれぞれ駆動されて回転し、撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０の姿勢を変更する。

撮像部１１４０は、レンズ系１１６８を通過した光により撮像する。撮像部１１４０は、制御部１２２２、撮像素子１２２１及びメモリ１２２３を備える。制御部１２２２は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。制御部１２２２は、レンズ系１１６８の合焦制御を行う。制御部１２２２は、制御部１１０４からの撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０に対する動作命令に応じて、撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０を制御する。制御部１２２２は、コントローラ５０から受信した信号に基づいて、レンズ装置１１６０に対する制御命令をレンズ装置１１６０に出力する。制御命令は、フォーカシングを担うレンズ群を移動させる命令の他、レンズ系１１６８を振動させる命令、レンズ系１１６８の温度を検出する命令等を含んでよい。

メモリ１２２３は、コンピュータが可読な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１２２３は、撮像部１１４０の筐体の内部に設けられてよい。撮像部１１４０の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

撮像素子１２２１は、撮像部１１４０の筐体の内部に保持され、レンズ装置１１６０を介して結像された光学像の画像データを生成して、制御部１２２２に出力する。撮像素子１２２１は、レンズ系１１６８により形成される光学像を電気信号に変換する。撮像素子１２２１は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等であってよい。撮像素子１２２１は、その撮像面がレンズ系１１６８の像面に一致するように配置される。レンズ系１１６８により撮像された像は撮像素子１２２１の撮像面上に結像し、撮像素子１２２１から画像データとして出力される。制御部１２２２は、撮像素子１２２１から出力された画像データに信号処理を施してメモリ１２２３に格納する。制御部１２２２は、画像データを、制御部１１０４を介してメモリ１１０６に出力して格納してもよい。

レンズ装置１１６０は、制御部１１６２、メモリ１１６３、駆動機構１１６１、及びレンズ系１１６８を備える。レンズ系１１６８として、上記の実施形態及び実施例に係るレンズ系を適用できる。

制御部１１６２は、制御部１２２２からの制御命令に従って、レンズ系１１６８を駆動してよい。駆動機構１１６１は、制御部１１６２からの制御命令に従って、レンズ系１１６８が備える１以上のレンズ群及び開口絞りを光軸方向に移動させることにより、レンズ系１１６８の焦点を調節してよい。駆動機構１１６１は、制御部１１６２からの制御命令に従って、レンズ系１１６８が備える開口絞りを制御してよい。駆動機構１１６１は、制御部１１６２からの制御命令に従って、レンズ系１１６８を振動させてよい。駆動機構１１６１は、例えばアクチュエータなどを備える。レンズ装置１１６０のレンズ系１１６８により結像された像は、撮像部１１４０により撮像される。

レンズ装置１１６０は、撮像部１１４０と一体的に設けられてよい。レンズ装置１１６０は、いわゆる交換レンズであってよい。レンズ装置１１６０は、撮像部１１４０に対して着脱可能に設けられてよい。

撮像装置１２３０は、制御部１２３２、制御部１２３４、撮像素子１２３１、メモリ１２３３、及びレンズ１２３５を備える。制御部１２３２は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。制御部１２３２は、制御部１１０４からの撮像素子１２３１の動作命令に応じて、撮像素子１２３１を制御する。

制御部１２３４は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。制御部１２３４は、レンズ１２３５に対する動作命令に応じて、レンズ１２３５の焦点を調節してよい。制御部１２３４は、レンズ１２３５に対する動作命令に応じて、レンズ１２３５が有する開口絞りを制御してよい。

メモリ１２３３は、コンピュータが可読な記録媒体であってよい。メモリ１２３３は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。

撮像素子１２３１は、レンズ１２３５を介して結像された光学像の画像データを生成して、制御部１２３２に出力する。制御部１２３２は、撮像素子１２３１から出力された画像データをメモリ１２３３に格納する。

本実施形態では、ＵＡＶ４０が、制御部１１０４、制御部１１１２、制御部１２２２、制御部１２３２、制御部１２３４、及び制御部１１６２を備える。しかし、制御部１１０４、制御部１１１２、制御部１２２２、制御部１２３２、制御部１２３４、及び制御部１１６２のうちの複数で実行される処理をいずれか１つの制御部が実行してよい。制御部１１０４、制御部１１１２、制御部１２２２、制御部１２３２、制御部１２３４、及び制御部１１６２で実行される処理を１つの制御部で実行してもよい。本実施形態では、ＵＡＶ４０が、メモリ１１０６、メモリ１２２３、及びメモリ１２３３を備える。メモリ１１０６、メモリ１２２３、及びメモリ１２３３のうちの少なくとも１つに記憶される情報は、メモリ１１０６、メモリ１２２３、及びメモリ１２３３のうちの他の１つ又は複数のメモリに記憶してよい。

撮像装置１２２０が上記の実施形態及び実施例に係るレンズ系を有するレンズ装置１１６０を備えることで、高画質で明るく広角撮影可能でありフォーカシングが高速な無人航空機を提供することができる。

次に、上記の実施形態及び実施例に係るレンズ系を備えるシステムの一例としてのスタビライザを説明する。

図９は、スタビライザ３０００の一例を示す外観斜視図である。スタビライザ３０００は、移動体の他の一例である。例えば、スタビライザ３０００が備えるカメラユニット３０１３が、撮像装置１２２０と同様の構成の撮像装置を備えてよい。カメラユニット３０１３が、レンズ装置１１６０と同様の構成のレンズ装置を備えてよい。

スタビライザ３０００は、カメラユニット３０１３、ジンバル３０２０、及び持ち手部３００３を備える。ジンバル３０２０は、カメラユニット３０１３を回転可能に支持する。ジンバル３０２０は、パン軸３００９、ロール軸３０１０、及びチルト軸３０１１を有する。ジンバル３０２０は、パン軸３００９、ロール軸３０１０、及びチルト軸３０１１を中心に、カメラユニット３０１３を回転可能に支持する。ジンバル３０２０は、支持機構の一例である。

カメラユニット３０１３は、撮像装置の一例である。カメラユニット３０１３は、メモリを挿入するためのスロット３０１４を有する。ジンバル３０２０は、ホルダ３００７を介して持ち手部３００３に固定される。

持ち手部３００３は、ジンバル３０２０、カメラユニット３０１３を操作するための各種ボタンを有する。持ち手部３００３は、シャッターボタン３００４、録画ボタン３００５、及び操作ボタン３００６を含む。シャッターボタン３００４が押下されることで、カメラユニット３０１３により静止画を記録することができる。録画ボタン３００５が押下されることで、カメラユニット３０１３により動画を記録することができる。

デバイスホルダ３００１が持ち手部３００３に固定されている。デバイスホルダ３００１は、スマートフォンなどのモバイルデバイス３００２を保持する。モバイルデバイス３００２は、ＷｉＦｉなどの無線ネットワークを介してスタビライザ３０００と通信可能に接続される。これにより、カメラユニット３０１３により撮像された画像をモバイルデバイス３００２の画面に表示させることができる。

スタビライザ３０００においても、カメラユニット３０１３が上記の実施形態に係るレンズ系を備えることで、高画質で明るく広角撮影可能でありフォーカシングが高速なスタビライザを提供することができる。

以上、移動体の一例としてＵＡＶ４０及びスタビライザ３０００を取り上げて説明した。撮像装置１２２０と同様の構成を有する撮像装置は、ＵＡＶ４０及びスタビライザ３０００以外の移動体に取り付けられてよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 移動体システム
４０ ＵＡＶ
５０ コントローラ
５２ 操作部
５４ 表示部
１１０１ ＵＡＶ本体
１１０２ インタフェース
１１０４ 制御部
１１０６ メモリ
１１１０ ジンバル
１１１２ 制御部
１１１４、１１１６、１１１８ ドライバ
１１２４、１１２６、１１２８ 駆動部
１１３０ 支持機構
１１３４、１１３６、１１３８ 回転機構
１１４０ 撮像部
１１６０ レンズ装置
１１６１ 駆動機構
１１６２ 制御部
１１６３ メモリ
１１６８ レンズ系
１２２０、１２３０ 撮像装置
１２２１ 撮像素子
１２２２ 制御部
１２２３ メモリ
１２３１ 撮像素子
１２３２ 制御部
１２３３ メモリ
１２３４ 制御部
１２３５ レンズ
１００、２００、３００ レンズ系
３０００ スタビライザ
３００１ デバイスホルダ
３００２ モバイルデバイス
３００３ 持ち手部
３００４ シャッターボタン
３００５ 録画ボタン
３００６ 操作ボタン
３００７ ホルダ
３００９ パン軸
３０１０ ロール軸
３０１１ チルト軸
３０１３ カメラユニット
３０１４ スロット
３０２０ ジンバル

Claims (9)

1. 物体側より順に、第１レンズ群、絞り、正の第２レンズ群、負の第３レンズ群、正の第４レンズ群を備え、
   前記第１レンズ群の最も物体側には、物体側に凸面を向けた２枚の負のメニスカスレンズが配置され、
   前記第３レンズ群は２枚以下のレンズで構成され、
   前記第４レンズ群は、少なくとも１枚の正レンズと負レンズを含み、最も像側に負レンズが配置され、
   無限遠から近距離被写体へのフォーカシングの際に、前記第３レンズ群が像側へ移動し、
   ｆ１を前記第１レンズ群の焦点距離、ｆ４を前記第４レンズ群の焦点距離、ｆを全系の焦点距離、ｖｄ１−２を前記第１レンズ群の前記２枚の負のメニスカスレンズのｄ線における平均アッベ数として、条件式
   ３．５ ＜ ｜ ｆ１／ｆ ｜
   ２．１ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ５
   ｖｄ１−２ ＞ ５０
   を満足するレンズ系。
2. 前記第１レンズ群の負部分群を第１−ａ群、前記第１レンズ群の正部分群を第１−ｂ群とすると、
   前記第１−ａ群は、少なくとも負レンズ３枚及び正レンズ１枚を含み、
   ｆ１ａを第１−ａレンズ群の焦点距離として、条件式
   −１．２ ＜ ｆ１ａ／ｆ ＜ −０．６
   を満足する請求項１に記載のレンズ系。
3. ｆ３４を前記第３レンズ群と前記第４レンズ群の合成焦点距離として、条件式
   ５．５ ＜ ｜ ｆ３４／ｆ ｜
   を満足する請求項１又は２に記載のレンズ系。
4. ｆ３を前記第３レンズ群の焦点距離として、条件式
   −５ ＜ ｆ３／ｆ ＜ −１．５
   を満足する請求項１又は２に記載のレンズ系。
5. β３を無限遠被写体に合焦時の前記第３レンズ群の横倍率、β４を無限遠被写体に合焦時の前記第４レンズ群の横倍率として、条件式
   （１−β３^２）×β４^２ ＜ −０．４
   を満足する請求項１又は２に記載のレンズ系。
6. ｆ１−ｂを前記第１−ｂ群の焦点距離、ｆ２を前記第２レンズ群の焦点距離として、条件式
   ０．４ ＜ ｆ１−ｂ／ｆ２ ＜ １．２
   を満足する請求項２に記載のレンズ系。
7. 請求項１又は２に記載のレンズ系と、
   撮像素子と
   を備える撮像装置。
8. 請求項１又は２に記載のレンズ系を備えて移動する移動体。
9. 前記移動体は無人航空機である
   請求項８に記載の移動体。

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