JP6524548B2 - レンズ系、撮像装置、移動体及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、レンズ系、撮像装置、移動体及びシステムに関する。

２群構成の広角レンズが知られている。
特許文献１ 特開２０１２−１８４２２号公報
特許文献２ 特開２０１５−２２１４２号公報
特許文献３ 特開２０１５−４３１０８号公報

解決しようとする課題

高い解像力を有し、小型で半画角が広いレンズ系が望まれている。

一般的開示

本発明の一態様に係るレンズ系は、物体側から順に、第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群を備える。第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１ａレンズ群、光路を折り曲げる反射部材、正の屈折力を有する第１ｂレンズ群を有してよい。第１ａレンズ群は、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズ、像側に凹面を向けた第２の負レンズ、第３の負レンズの３枚の負の単レンズを含んでよい。第１ｂレンズ群は、少なくとも１枚の正レンズを含んでよい。第２レンズ群は、少なくとも１枚の接合レンズを含む４枚以上のレンズを備えてよい。全系の焦点距離をｆ、第１ａレンズ群の焦点距離をｆ１１として、条件式
−１．８ ＜ ｆ１１／ｆ ＜ −１．２５
を満足してよい。

第１の負レンズ及び第２の負レンズが、第ｉの負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｉ、第ｉレンズのｄ線に対するアッベ数をｖｉとして、条件式
Ｎ１ ＞ １．８
Ｎ２ ＞ １．７
ｖ１ ＞ ３０
ｖ２ ＞ ３０
（ｉは自然数）
を満足してよい。

第２レンズ群の焦点距離をｆ２として、条件式
３．６ ＜ ｆ２／ｆ ＜ ５．６
を満足してよい。

第１の負レンズの像側面の曲率半径をＲ１２、第１の負レンズの焦点距離をｆ＿１として、条件式
０．４５ ＜ Ｒ１２／｜ｆ＿１｜ ＜ ０．７
を満足してよい。

反射部材のｄ線に対する屈折率をＮｐｒとして、条件式
Ｎｐｒ ＞ １．８
を満足してよい。

第２の負レンズ及び第３の負レンズの少なくとも一方が、非球面形状を有してよい。

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記のレンズ系と、撮像素子とを備える。

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。

本発明の一態様に係るシステムは、上記のレンズ系と、レンズ系を変位可能に支持する支持機構とを備える。

上記のレンズ系によれば、高い解像力を有し、小型で半画角が広いレンズ系が望まれている。

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

無人航空機（ＵＡＶ）１００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。 ＵＡＶ１００の機能ブロックの一例を示す。 第１実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。 レンズ系３００の球面収差及び非点収差を示す。 第２実施例におけるレンズ系４００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。 レンズ系４００の球面収差及び非点収差を示す。 第３実施例におけるレンズ系５００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。 レンズ系５００の球面収差及び非点収差を示す。 第４実施例におけるレンズ系６００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。 レンズ系６００の球面収差及び非点収差を示す。 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、請求の範囲の記載から明らかである。

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は、無人航空機（ＵＡＶ）１００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。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶ本体１０１、ジンバル１１０、複数の撮像装置２３０、及び撮像装置２２０を備える。撮像装置２２０は、レンズ装置１６０及び撮像部１４０を備える。ＵＡＶ１００は、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１０１は、複数の回転翼を備える。ＵＡＶ本体１０１は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１００を飛行させる。ＵＡＶ本体１０１は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１００を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。ＵＡＶ１００は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置２３０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２３０は、ＵＡＶ１００の飛行を制御するためにＵＡＶ１００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２３０は、ＵＡＶ本体１０１に固定されていてよい。

２つの撮像装置２３０が、ＵＡＶ１００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２３０が、ＵＡＶ１００の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置２３０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２３０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２３０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１００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２３０により撮像された被写体までの距離は、複数の撮像装置２３０によるステレオカメラにより特定され得る。

ＵＡＶ１００が備える撮像装置２３０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１００は、少なくとも１つの撮像装置２３０を備えていればよい。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶ１００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２３０を備えてもよい。撮像装置２３０は、単焦点レンズ又は魚眼レンズを有してもよい。ＵＡＶ１００に係る説明において、複数の撮像装置２３０を、単に撮像装置２３０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、ＵＡＶ１００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、ＵＡＶ１００を制御するための信号を送信する。例えば、操作部５２は、レンズ装置１６０のフォーカス位置を指示する操作を受け付ける。コントローラ５０は、フォーカス位置の変更を指示する信号をＵＡＶ１００に送信する。

コントローラ５０は、撮像装置２３０及び撮像装置２２０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２２０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１４０は、レンズ装置１６０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１６０は、撮像部１４０と一体的に設けられてよい。レンズ装置１６０は、いわゆる交換レンズであってよい。レンズ装置１６０は、撮像部１４０に対して着脱可能に設けられてよい。

ジンバル１１０は、撮像装置２２０を可動に支持する支持機構を有する。撮像装置２２０は、ジンバル１１０を介してＵＡＶ本体１０１に取り付けられる。ジンバル１１０は、撮像装置２２０を、ピッチ軸を中心に回転可能に支持する。ジンバル１１０は、撮像装置２２０を、ロール軸を中心に回転可能に支持する。ジンバル１１０は、撮像装置２２０を、ヨー軸を中心に回転可能に支持する。ジンバル１１０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２２０を回転可能に支持してよい。ジンバル１１０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２２０を回転可能に支持してよい。ジンバル１１０は、撮像部１４０を保持してもよい。ジンバル１１０は、レンズ装置１６０を保持してもよい。ジンバル１１０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１４０及びレンズ装置１６０を回転させることで、撮像装置２２０の撮像方向を変更してよい。

図２は、ＵＡＶ１００の機能ブロックの一例を示す。ＵＡＶ１００は、インタフェース１０２、制御部１０４、メモリ１０６、ジンバル１１０、撮像部１４０、及びレンズ装置１６０を備える。

インタフェース１０２は、コントローラ５０と通信する。インタフェース１０２は、コントローラ５０から各種の命令を受信する。制御部１０４は、コントローラ５０から受信した命令に従って、ＵＡＶ１００の飛行を制御する。制御部１０４は、ジンバル１１０、撮像部１４０、及びレンズ装置１６０を制御する。制御部１０４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１０６は、制御部１０４がジンバル１１０、撮像部１４０、及びレンズ装置１６０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１０６は、コンピュータが可読な記録媒体でよい。メモリ１０６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１０６は、ＵＡＶ１００の筐体に設けられてよい。ＵＡＶ１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

ジンバル１１０は、制御部１１２、ドライバ１１４、ドライバ１１６、ドライバ１１８、駆動部１２４、駆動部１２６、駆動部１２８、及び支持機構１３０を有する。駆動部１２４、駆動部１２６及び駆動部１２８は、モータであってよい。

支持機構１３０は、撮像装置２２０を支持する。支持機構１３０は、撮像装置２２０の撮像方向を可動に支持する。支持機構１３０は、撮像部１４０及びレンズ装置１６０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１３０は、回転機構１３４、回転機構１３６、及び回転機構１３８を含む。回転機構１３４は、駆動部１２４を用いてヨー軸を中心に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を回転させる。回転機構１３６は、駆動部１２６を用いてピッチ軸を中心に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を回転させる。回転機構１３８は、駆動部１２８を用いてロール軸を中心に撮像部１４０及びレンズ装置１６０を回転させる。

制御部１１２は、制御部１０４からのジンバル１１０の動作命令に応じて、ドライバ１１４、ドライバ１１６、及びドライバ１１８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１１４、ドライバ１１６、及びドライバ１１８は、回転角度を示す動作命令に従って駆動部１２４、駆動部１２６、及び駆動部１２８を駆動させる。回転機構１３４、回転機構１３６、及び回転機構１３８は、駆動部１２４、駆動部１２６、及び駆動部１２８によりそれぞれ駆動されて回転し、撮像部１４０及びレンズ装置１６０の姿勢を変更する。

撮像部１４０は、レンズ系３００を通過した光により撮像する。撮像部１４０は、制御部２２２、撮像素子２２１及びメモリ２２３を備える。制御部２２２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２２２は、制御部１０４からの撮像部１４０及びレンズ装置１６０に対する動作命令に応じて、撮像部１４０及びレンズ装置１６０を制御する。制御部２２２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１６０にフォーカス位置を移動させる指示する制御命令をレンズ装置１６０に出力する。

メモリ２２３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２２３は、撮像部１４０の筐体の内部に設けられてよい。撮像部１４０の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

撮像素子２２１は、撮像部１４０の筐体の内部に保持され、レンズ装置１６０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２２２に出力する。制御部２２２は、撮像素子２２１から出力された画像データをメモリ２２３に格納する。制御部２２２は、画像データを、制御部１０４を介してメモリ１０６に出力して格納してもよい。

レンズ装置１６０は、単焦点レンズである。レンズ装置１６０は全長固定レンズであってよい。レンズ装置１６０は、制御部１６２、メモリ１６３、駆動機構１６１、及びレンズ系３００を備える。レンズ系３００は、物体側より像側へと順に、第１レンズ群３０１、開口絞りＳ、第２レンズ群３０２を備える。本実施形態の説明において、レンズ系３００の光軸のことを、単に「光軸」と呼ぶ場合がある。レンズ系３００において、第１レンズ群３０１は、入射光を折り曲げる光学部材を有する。これにより、レンズ系３００を小型化することができる。なお、「レンズ群」とは、１つ以上のレンズのまとまりのことをいう。単一のレンズから構成されるレンズのことも「レンズ群」と呼ぶ。

制御部１６２は、制御部２２２からの制御命令に従って、レンズ系３００が備えるフォーカスレンズを光軸に沿って変位させて焦点調節を行う。レンズ装置１６０のレンズ系３００により結像された像は、撮像部１４０により撮像される。

駆動機構１６１は、レンズ系３００が備えるフォーカスレンズを変位させる。駆動機構１６１は、例えばアクチュエータと、フォーカスレンズを保持する保持部材とを備える。アクチュエータには、制御部１６２から駆動用のパルスが供給される。アクチュエータは、供給されたパルスに応じた駆動量だけ変位する。アクチュエータの変位に応じて保持部材が変位することにより、フォーカスレンズが変位する。これにより、焦点調節が行われる。撮像装置２２０において、拡大撮影はいわゆる電子ズームにより行われる。例えば、拡大撮影は、撮像素子２２１により撮像された画像の一部を切り出すことにより行われる。

レンズ装置１６０は、撮像部１４０と一体的に設けられてよい。レンズ装置１６０は、いわゆる交換レンズであってよい。レンズ装置１６０は、撮像部１４０に対して着脱可能に設けられてよい。

撮像装置２３０は、制御部２３２、制御部２３４、撮像素子２３１、メモリ２３３、及びレンズ２３５を備える。制御部２３２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２３２は、制御部１０４からの撮像素子２３１の動作命令に応じて、撮像素子２３１を制御する。

制御部２３４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２３４は、レンズ２３５に対する動作命令に応じて、レンズ２３５の焦点を制御してよい。制御部２３４は、レンズ２３５に対する動作命令に応じて、レンズ２３５が有する開口絞りを制御してよい。

メモリ２３３は、コンピュータが可読な記録媒体であってよい。メモリ２３３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２３１は、レンズ２３５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２３２に出力する。制御部２３２は、撮像素子２３１から出力された画像データをメモリ２３３に格納する。

本実施形態では、ＵＡＶ１００が、制御部１０４、制御部１１２、制御部２２２、制御部２３２、制御部２３４、及び制御部１６２を備える例について説明する。しかし、制御部１０４、制御部１１２、制御部２２２、制御部２３２、制御部２３４、及び制御部１６２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１０４、制御部１１２、制御部２２２、制御部２３２、制御部２３４、及び制御部１６２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、ＵＡＶ１００が、メモリ１０６、メモリ２２３、及びメモリ２３３を備える例について説明する。メモリ１０６、メモリ２２３、及びメモリ２３３のうちの少なくとも１つに記憶される情報は、メモリ１０６、メモリ２２３、及びメモリ２３３のうちの他の１つ又は複数のメモリに記憶してよい。

図３は、第１実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。レンズ系３００は、物体側から順に、第１レンズ群３０１、開口絞りＳ、正の屈折力を有する第２レンズ群３０２を備える。撮像素子２２１の物体側には光学フィルタＦが設けられている。撮像素子２２１には、レンズ系３００及びフィルタＦを通過した光が入射する。

レンズ系３００は２群構成を有する。なお、各実施例の説明において、「Ｌｎ」はレンズを示す。ここで、Ｌに続くｎは、１以上の整数である。ｎは、物体側からｎ番目のレンズであることを示す。各実施例において、Ｌｎは、物体側からｎ番目のレンズであることを示すために割り当てた記号である。各実施例の説明において記号Ｌｎが割り当てられたレンズと、同じ記号Ｌｎが割り当てられた他の実施例における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。

第１レンズ群３０１は、正の屈折力を有する。第１レンズ群３０１は、物体側から順に、第１ａレンズ群３１１、反射部材Ｐｒ、第１ｂレンズ群３１２を備える。第１ａレンズ群３１１は、負の屈折力を有する。第１ｂレンズ群３１２は、正の屈折力を有する。反射部材Ｐｒは、光路を折り曲げる。反射部材Ｐｒは、第１ａレンズ群３１１側から入射した光を反射して、第１ｂレンズ群３１２側に出射する。

第１ａレンズ群３１１は、物体側から順に、第１の負レンズＬ１、第２の負レンズＬ２、第３の負レンズＬ３の３枚の負の単レンズを含む。第１の負レンズＬ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有する。第２の負レンズＬ２は、像側に凹面を有する。第３の負レンズＬ３は、像側に凹面を有する。第１ｂレンズ群３１２は、少なくとも１枚の正レンズを含む。

第２レンズ群３０２は、少なくとも１枚の接合レンズを含む４枚以上のレンズを備える。第１実施例において、第２レンズ群３０２は、１枚の接合レンズを含む５枚のレンズを備える。

全系の焦点距離をｆ、第１ａレンズ群の焦点距離をｆ１１として、条件式１を満足する。
−１．８ ＜ ｆ１１／ｆ ＜ −１．２５ （条件式１）

第１ａレンズ群３１１に含まれる第１の負レンズＬ１、第２の負レンズＬ２、第３の負レンズＬ３は、それぞれ単レンズである。第１ａレンズ群３１１が３枚の負の単レンズを含んで構成することによって、第１ａレンズ群３１１の負の屈折力を強めることができる。そのため、レンズ系３００を小型化することができる。また、負の屈折力を３枚で分担することで、軸外収差の発生を抑制することができる。

また、第１ｂレンズ群３１２が少なくとも１枚の正レンズを含み、第２レンズ群３０２が少なくとも１枚の接合レンズを含む４枚以上のレンズ構成とすることで、軸上色収差及び倍率色収差を効果的に補正することができる。

条件式１の上限以上になると、第１ａレンズ群３１１の屈折力が強くなり軸外収差の補正が難しくなる。条件式１の下限以下になると、屈折力が弱くなりレンズ系３００が大きくなってしてしまう。条件式１を満足することで小型化と高解像力化を実現することができる。係るレンズ系３００によれば、高い解像力を有し、小型で半画角が広いレンズ系を提供することができる。

第１ａレンズ群３１１に含まれる第１の負レンズＬ１及び第２の負レンズＬ２について、ｉを１又は２の自然数とし、第ｉの負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｉ、第ｉレンズのｄ線に対するアッベ数をｖｉとして、条件式２〜条件式５を満足することが好ましい。
Ｎ１ ＞ １．８ （条件式２）
Ｎ２ ＞ １．７ （条件式３）
ｖ１ ＞ ３０ （条件式４）
ｖ２ ＞ ３０ （条件式５）
条件式２〜５を満足することで小型化と良好な色収差補正を実現することができる。Ｎ１が条件式１の下限以下になる、又は、Ｎ２が条件式２の下限以下になると、小型化を実現するために第１の負レンズＬ１又は第２の負レンズＬ２の負の屈折力を強くする必要がある。負の屈折力を強くするためにレンズの曲率半径を小さくすると、軸外収差が大きくなり、収差補正が難しくなる。また、ｖ１が条件式４の下限以下になる、又は、ｖ５が条件式５の下限以下になると、倍率色収差が大きくなり、後段のレンズで色収差を補正することが難しくなる。

第２レンズ群３０２の焦点距離をｆ２とすると、条件式６を満足することが好ましい。
３．６ ＜ ｆ２／ｆ ＜ ５．６ （条件式６）

条件式６の上限以上になるほど、第２レンズ群の屈折力が弱くなる。そのため、第２レンズ群３０２を大きくする必要があり、レンズ系３００の大型化を招く。条件式６の下限以下になると、第２レンズ群３０２の屈折力が強くなり過ぎ、収差補正が難しくなる。条件式６を満たすことで、レンズ系３００の小型化と収差補正の容易さをバランスよく実現することができる。

第１ａレンズ群３１１に含まれる第１の負レンズＬ１の像側面の曲率半径をＲ１２、第１の負レンズの焦点距離をｆ＿１として、条件式７を満足することが好ましい。
０．４５ ＜ Ｒ１２／｜ｆ＿１｜ ＜ ０．７ （条件式７）

条件式７は第１の負レンズＬ１の像側面の屈折力を規定する。条件式７の上限以上になると、第１の負レンズＬ１の像側面の屈折力が弱くなり過ぎ、レンズ系３００が大きくなってしまう。条件式７の下限以下になると、第１の負レンズＬ１の像側面の屈折力が強くなり過ぎ、軸外収差が大きくなる。また、第１の負レンズＬ１のレンズ形状が半球に近づくので、第１の負レンズＬ１の製造が難しくなる。

反射部材Ｐｒのｄ線に対する屈折率をＮｐｒとすると、条件式８を満足することが好ましい。
Ｎｐｒ ＞ １．８ （条件式８）

条件式８は、反射部材Ｐｒのｄ線での屈折率を規定する。条件式８の下限以下になると、第１レンズ群３０１の大型化を引き起こし、レンズ系３００の小型化が難しくなる。条件式を満たすことで、光路を短くすることができる。

第１ａレンズ群３１１に含まれる第２の負レンズＬ２及び第３の負レンズＬ３の少なくとも一方が、非球面形状を有することが好ましい。レンズ系３００においては、第３の負レンズＬ３が非球面形状を有する。

レンズ系３００が有するレンズのうち、物体側に位置する３枚の第１の負レンズＬ１、第２の負レンズＬ２及び第３の負レンズＬ３において、軸上光線と軸外光線の高さの差が大きくなる。第１の負レンズＬ１、第２の負レンズＬ２及び第３の負レンズＬ３のうち、像側に位置する２枚の負レンズＬ２及び負レンズＬ３のうちの少なくとも１枚を非球面とすることで、非点収差、コマ収差等の軸外収差を効果的に補正することが可能となる。また、有効径の大きい最も物体側の第１レンズを非球面にする場合に比べて、コストを削減することができる。

レンズ系３００が有する上記の構成によれば、高い解像力を有し、小型で半画角が広いレンズ系を提供することができる。例えば、半画角が９０度以上のレンズ系を提供することができる。ＵＡＶ１００は、レンズ系３００を備える撮像装置２２０と同様の構成の撮像装置を２個以上備え、２個以上の撮像装置を全天球カメラとして利用してよい。

第１実施例のレンズ系３００において、第３の負レンズＬ３は、両面に非球面形状を有する両凹レンズである。反射部材Ｐｒは、光路を９０°折り曲げるプリズムである。プリズム以外の光学部材を反射部材として適用してよい。

第２レンズ群３０２は、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合レンズと、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９との接合レンズと、両面に非球面非球面を有する両凸レンズＬ１０とを有する。

各レンズはガラスレンズによって構成される。プラスチックレンズを用いた場合に比べて線膨張係数を約１桁小さくすることができる。したがって、温度変化時の光学特性の変化を抑制することができる。

次に、レンズ系の各実施例におけるレンズデータ等を説明する。ここで、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。レンズ系が有する複数の面は、ｉを自然数として、面番号ｉで識別される。物体側からみてレンズの最初の面を第１面とし、以降、光線が面を通過する順に面番号をカウントアップする。面番号における「ＳＴＯ」は開口絞りＳの開口面を表す。「Ｄｉ」は、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔を示す。

「ｆ」は焦点距離を示す。「Ｆｎｏ」はＦナンバーを示す。「Ｒ」は曲率半径を示す。曲率半径において、「ＩＮＦ」は平面であることを示す。「ｎ」は屈折率を示す。「ｖ」は、アッベ数を示す。屈折率ｎ及びアッベ数ｖは、ｄ線（λ＝５８７．５６ｎｍ）における値である。

表１は、レンズ系３００が有するレンズのレンズデータを示す。なお、表１において、Ｄｉ、ｎ及びｖは面番号ｉに対応づけて示されている。

表１において、面番号に＊が付されている面は、非球面形状を有する面である。表２は、非球面形状を有する面の面番号と、非球面パラメータとを示す。表２において、「κ」は、円錐定数（コーニック定数）を示す。「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、それぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、ｉを整数とすると、非球面係数において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現を示す。すなわち、「Ｅ−ｉ」は、「１０^−ｉ」を表す。例えば、「−１．９３７４４Ｅ−０３」は、「−１．９３７４４×１０^−３」を表す。

「ｘ」をレンズ面の頂点からの光軸方向における距離とし、「ｙ」を光軸に垂直な方向における高さとし、「ｃ」をレンズの頂点における近軸曲率とした場合、非球面形状は次の式によって定義される。
ｘ＝ｃｙ^２／（１＋（１−（１＋κ）ｃ^２ｙ^２）^１／２）＋Ａｙ^４＋Ｂｙ^６＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰
なお、「ｘ」はサグ量とも呼ばれる。「ｙ」は像高とも呼ばれる。近軸曲率は、曲率半径の逆数である。

表３は、レンズ系３００の焦点距離、Ｆナンバー、及び半画角を示す。

図４は、レンズ系３００の球面収差及び非点収差を示す。球面収差において、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）、一点鎖線はｃ線（６５６．２７ｎｍ）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。各収差図から、第１実施例におけるレンズ系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。

図５は、第２実施例におけるレンズ系４００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。レンズ系４００は、物体側より順に、第１レンズ群４０１、開口絞りＳ、第２レンズ群４０２を備える。撮像素子２２１の物体側には光学フィルタＦが設けられている。第１レンズ群４０１及び第２レンズ群４０２は、それぞれ、レンズ系３００における第１レンズ群３０１及び第２レンズ群３０２に対応する。

第２実施例のレンズ系４００において、第１レンズ群４０１は、正の屈折力を有する。第１レンズ群４０１は、物体側から順に、第１ａレンズ群４１１、反射部材Ｐｒ、第１ｂレンズ群４１２を備える。第１ａレンズ群４１１は、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ２と、両面に非球面形状を有する両凹レンズＬ３とを含む。第１ｂレンズ群４１２は、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合レンズを含む。

反射部材Ｐｒは、光路を９０°折り曲げるプリズムであり、レンズ系３００における反射部材Ｐｒと同様の構成を有する。プリズム以外の光学部材を反射部材として適用してよい。図５において、レンズ系４００が備える各レンズの向きを揃えて分かり易く示すことを目的として、反射部材Ｐｒを四角形で略記して、反射部材Ｐｒの前及び後の光軸を紙面上で同じ向きに揃えて示している。以後の各実施例のレンズ構成も同様に表記される。

第２レンズ群４０２は、両面に非球面を有する正レンズＬ６と、両凸レンズＬ７と両凹レンズＬ８との接合レンズと、両面に非球面形状を有する正レンズＬ９とを備える。

各レンズはガラスレンズによって構成される。ガラスレンズを用いることで、プラスチックレンズを用いた場合に比べて、線膨張係数を約１桁小さくすることができる。したがって、温度変化時の光学特性の変化を抑制することができる。

表４は、レンズ系４００が有するレンズのレンズデータを示す。表４において、Ｄｉ、ｎ及びｖは面番号ｉに対応づけて示されている。

表４において、面番号に＊が付されている面は、非球面形状を有する面である。表５は、非球面形状を有する面の面番号と、非球面パラメータとを示す。表５において、「κ」は、円錐定数（コーニック定数）を示す。「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、それぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、ｉを整数とすると、非球面係数において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現を示す。すなわち、「Ｅ−ｉ」は、「１０^−ｉ」を表す。例えば、「−８．５８３２６Ｅ−０４」は、「−８．５８３２６×１０^−４」を表す。

表６は、レンズ系４００の焦点距離、Ｆナンバー、及び半画角を示す。

図６は、レンズ系４００の球面収差及び非点収差を示す。球面収差において、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）、一点鎖線はｃ線（６５６．２７ｎｍ）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。各収差図から、レンズ系４００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７は、第３実施例におけるレンズ系５００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。レンズ系５００は、物体側より順に、第１レンズ群５０１、開口絞りＳ、第２レンズ群５０２を備える。撮像素子２２１の物体側には光学フィルタＦが設けられている。第１レンズ群５０１及び第２レンズ群５０２は、それぞれ、レンズ系３００における第１レンズ群３０１及び第２レンズ群３０２に対応する。

第３実施例のレンズ系５００において、第１レンズ群５０１は、正の屈折力を有する。第１レンズ群５０１は、物体側から順に、第１ａレンズ群５１１、反射部材Ｐｒ、第１ｂレンズ群５１２を備える。第１ａレンズ群５１１は、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ２と、両面に非球面形状を有する両凹レンズＬ３とを含む。第１ｂレンズ群５１２は、両凸レンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５との接合レンズを含む。反射部材Ｐｒは、光路を９０°折り曲げるプリズムである。プリズム以外の光学部材を反射部材として適用してよい。第２レンズ群５０２は、両面に非球面を有する正レンズＬ６と、両凸レンズＬ７と両凹レンズＬ８との接合レンズと、両面に非球面形状を有する両凸レンズＬ９とを備える。

各レンズはガラスレンズによって構成される。ガラスレンズを用いることで、プラスチックレンズを用いた場合に比べて、線膨張係数を約１桁小さくすることができる。したがって、温度変化時の光学特性の変化を抑制することができる。

表７は、レンズ系５００が有するレンズのレンズデータを示す。表７において、Ｄｉ、ｎ及びｖは面番号ｉに対応づけて示されている。

表７において、面番号に＊が付されている面は、非球面形状を有する面である。表８は、非球面形状を有する面の面番号と、非球面パラメータとを示す。表８において、「κ」は、円錐定数（コーニック定数）を示す。「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、それぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、ｉを整数とすると、非球面係数において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現を示す。すなわち、「Ｅ−ｉ」は、「１０^−ｉ」を表す。例えば、「−６．３９７９７Ｅ−０４」は、「−６．３９７９７×１０^−４」を表す。

表９は、レンズ系５００の焦点距離、Ｆナンバー、及び半画角を示す。

図８は、レンズ系５００の球面収差及び非点収差を示す。球面収差において、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）、一点鎖線はｃ線（６５６．２７ｎｍ）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。各収差図から、レンズ系５００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９は、第４実施例におけるレンズ系６００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子２２１とともに示す。レンズ系６００は、物体側より順に、第１レンズ群６０１、開口絞りＳ、第２レンズ群６０２を備える。撮像素子２２１の物体側には光学フィルタＦが設けられている。第１レンズ群６０１及び第２レンズ群６０２は、それぞれ、レンズ系３００における第１レンズ群３０１及び第２レンズ群３０２に対応する。

第１レンズ群６０１は正の屈折力を有する。第１レンズ群６０１は、物体側から順に、第１ａレンズ群６１１、反射部材Ｐｒ、第１ｂレンズ群６１２を備える。第１ａレンズ群６１１は、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ１と、物体側に凸面を有する負メニスカスレンズＬ２と、負レンズＬ３とを含む。第１ｂレンズ群６１２は、両凸レンズＬ４と両凹レンズＬ５との接合レンズを含む。反射部材Ｐｒは、光路を９０°折り曲げるプリズムである。プリズム以外の光学部材を反射部材として適用してよい。第２レンズ群６０２は、両面に非球面を有する正レンズＬ６と、両凸レンズＬ７と両凹レンズＬ８との接合レンズと、両面に非球面形状を有する両凸レンズＬ９とを備える。

各レンズはガラスレンズによって構成される。ガラスレンズを用いることで、プラスチックレンズを用いた場合に比べて、線膨張係数を約１桁小さくすることができる。したがって、温度変化時の光学特性の変化を抑制することができる。

表１０は、レンズ系６００が有するレンズのレンズデータを示す。表１０において、Ｄｉ、ｎ及びｖは面番号ｉに対応づけて示されている。

表１０において、面番号に＊が付されている面は、非球面形状を有する面である。表１１は、非球面形状を有する面の面番号と、非球面パラメータとを示す。表１１において、「κ」は、円錐定数（コーニック定数）を示す。「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、それぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。また、ｉを整数とすると、非球面係数において、「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現を示す。すなわち、「Ｅ−ｉ」は、「１０^−ｉ」を表す。例えば、「２．８９９５５Ｅ−０４」は、「２．８９９５５×１０^−４」を表す。

表１２は、レンズ系６００の焦点距離、Ｆナンバー、及び半画角を示す。

図１０は、レンズ系６００の球面収差及び非点収差を示す。球面収差において、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）、一点鎖線はｃ線（６５６．２７ｎｍ）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。各収差図から、レンズ系６００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１３は、第１実施例から第６実施例における各条件式に係る数値を示す。

表１４は、第１実施例から第６実施例における条件式１、条件式６及び条件式７に係る焦点距離を示す。

以上に説明したレンズ系によれば、高い解像力を有し、小型で半画角が広いレンズ系を提供することができる。

図１１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２２０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１６０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がレンズ装置１６０が備えるレンズ系と同様の構成のレンズ系を備えることで、広画角で解像力が高い画像を得ることができる。また、カメラユニット３０１３を小型化することができる。

以上、移動体の一例としてＵＡＶ１００及びスタビライザ３０００を取り上げて説明した。撮像装置２２０と同様の構成を有する撮像装置は、ＵＡＶ１００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。

以上において、移動体に取り付けられる撮像装置について説明した。しかし、撮像装置２２０と同様の構成を有する撮像装置は、移動体に取り付けられる撮像装置に限られない。撮像装置２２０と同様の構成は、いわゆるコンパクトデジタルカメラ等のレンズ非交換式のカメラに適用できる。レンズ装置１６０と同様の構成は、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。レンズ装置１６０と同様の構成は、ビデオカメラ等に適用できる。レンズ装置１６０と同様の構成は、撮像用の様々なレンズ装置の構成に適用できる。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、およ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、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現可能である。請求の範囲、明細書、およ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
５０ コントローラ
５２ 操作部
５４ 表示部
１００ ＵＡＶ
１０１ ＵＡＶ本体
１０２ インタフェース
１０４ 制御部
１０６ メモリ
１１０ ジンバル
１１２ 制御部
１１４、１１６、１１８ ドライバ
１２４、１２６，１２８ 駆動部
１３０ 支持機構
１３４、１３６、１３８ 回転機構
１４０ 撮像部
１６０ レンズ装置
１６１ 駆動機構
１６２ 制御部
１６３ メモリ
２２０、２３０ 撮像装置
２２１ 撮像素子
２２２ 制御部
２２３ メモリ
２３１ 撮像素子
２３２ 制御部
２３３ メモリ
２３４ 制御部
２３５ レンズ
３００、４００、５００、６００ レンズ系
３０１、４０１、５０１、６０１ 第１レンズ群
３０２、４０２、５０２、６０２ 第２レンズ群
３１１、４１１、５１１、６１１ 第１ａレンズ群
３１２、４１２、５１２、６１２ 第１ｂレンズ群
Ｐｒ 反射部材
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. 物体側から順に、第１レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第２レンズ群からなり、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第１ａレンズ群、光路を折り曲げる反射部材、正の屈折力を有する第１ｂレンズ群からなり、
   前記第１ａレンズ群は、物体側から順に、
   物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第１の負レンズ、像側に凹面を向けた第２の負レンズ、第３の負レンズの３枚の負の単レンズからなり、
   前記第１ｂレンズ群は、少なくとも１枚の正レンズを含み、
   前記第２レンズ群は、少なくとも１枚の接合レンズを含む４枚以上のレンズを備え、
   全系の焦点距離をｆ、前記第１ａレンズ群の焦点距離をｆ１１として、条件式
   −１．８ ＜ ｆ１１／ｆ ＜ −１．２５
   を満足し、
   前記第１の負レンズ及び前記第２の負レンズが、第ｉの負レンズのｄ線に対する屈折率をＮｉ、第ｉレンズのｄ線に対するアッベ数をｖｉとして、条件式
   Ｎ１ ＞ １．８
   Ｎ２ ＞ １．７
   ｖ１ ＞ ３０
   ｖ２ ＞ ３０
   （ｉは自然数）
   を満足する
   レンズ系。
2. 前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２として、条件式
   ３．６ ＜ ｆ２／ｆ ＜ ５．６
   を満足する請求項１に記載のレンズ系。
3. 前記第１の負レンズの像側面の曲率半径をＲ１２、前記第１の負レンズの焦点距離をｆ＿１として、条件式
   ０．４５ ＜ Ｒ１２／｜ｆ＿１｜ ＜ ０．７
   を満足する請求項１又は２に記載のレンズ系。
4. 前記反射部材のｄ線に対する屈折率をＮｐｒとして、条件式
   Ｎｐｒ ＞ １．８
   を満足する請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ系。
5. 前記第２の負レンズ及び前記第３の負レンズの少なくとも一方が、非球面形状を有する
   請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ系。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のレンズ系と、
   撮像素子と
   を備える撮像装置。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載のレンズ系を備えて移動する移動体。
8. 前記移動体は無人航空機である
   請求項７に記載の移動体。
9. 請求項１から５のいずれか一項に記載のレンズ系と、
   前記レンズ系を変位可能に支持する支持機構と
   を備えるシステム。

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