JP7428179B2 - 光学系および撮像装置 - Google Patents
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Description
0<R2f/R2r<1 ……(1)
-0.97≦SH_air≦0.2 ……(2)’’
ただし、
R2f:第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
R2r:第2レンズ群の最も像面側の面の曲率半径
SH_air=(Rair_f+Rair_r)/(Rair_f-Rair_r)
Rair_f:第2レンズ群において、空気レンズを形成する物体側の面の曲率半径
Rair_r:第2レンズ群において、空気レンズを形成する像面側の面の曲率半径
とする。
1.レンズの基本構成
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
例えば特許文献1(特開2008-129403号公報)に記載されているような、バックフォーカスが長いレトロフォーカスタイプの光学系では、非対称なパワー配置となりやすく、諸収差、特に、軸外光束に関連する収差の補正が困難であり、また、小型化も困難である。
次に、本開示の一実施の形態に係る光学系の作用および効果を説明する。併せて、本開示の一実施の形態に係る光学系における、より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<R2f/R2r<1 ……(1)
ただし、
R2f:第2レンズ群GR2の最も物体側の面の曲率半径
R2r:第2レンズ群GR2の最も像面側の面の曲率半径
とする。
0.05<R2f/R2r<0.95 ……(1)’
0.08<R2f/R2r<0.95 ……(1)’’
-1≦SH_air≦1 ……(2)
ただし、
SH_air=(Rair_f+Rair_r)/(Rair_f-Rair_r)
Rair_f:第2レンズ群GR2において、空気レンズLairを形成する物体側の面の曲率半径
Rair_r:第2レンズ群GR2において、空気レンズLairを形成する像面側の面の曲率半径
とする。
-0.97≦SH_air≦0.92 ……(2)’
-0.97≦SH_air≦0.2 ……(2)’’
-2<f2a/f2b<0 ……(3)
ただし、
f2a:第2レンズ群GR2内の第2a群GR2aの焦点距離
f2b:第2レンズ群GR2内の第2b群GR2bの焦点距離
とする。
-1.2<f2a/f2b<-0.5 ……(3)’
-0.95<f2a/f2b<-0.6 ……(3)’’
1.72<nd2ap ……(4)
ただし、
nd2ap:第2レンズ群GR2内における複数の正レンズのうち最も像面側の正レンズのd線に対する屈折率
とする。
1.8<nd2ap ……(4)’
1.9<nd2ap ……(4)’’
νp>60 ……(5)
ただし、
νp:第2レンズ群GR2内の接合レンズにおける正レンズのアッベ数
とする。
νp>70 ……(5)’
νp>80 ……(5)’’
0<R2f/f<10 ……(6)
ただし、
R2f:第2レンズ群GR2の最も物体側の面の曲率半径
f:全系の焦点距離
とする。
0.5<R2f/f<6 ……(6)’
0.8<R2f/f<5.7 ……(6) ……(6)’’
第2の構成例に係る光学系2(図14)、および第6の構成例に係る光学系6(図16)のように、第2レンズ群GR2よりも像面側に、像面IMGに対して固定された第3レンズ群GR3が配置されてもよい。第3レンズ群GR3を追加することで、レンズ交換式カメラにおいてレンズの防塵性能を高めることが可能になる。なお、全体として第1レンズ群GR1と第2レンズ群GR2とからなる2群構成にした場合は、第2レンズ群GR2を像面IMGにより近づけることが可能になり、光学系全体の全長をより短縮することが可能になる。
次に、本開示の一実施の形態に係る光学系の具体的な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、本開示の一実施の形態に係る光学系の具体的な数値実施例について説明する。ここでは、図1、図4、図7、図10、図13、および図16に示した各構成例に係る光学系1~6に、具体的な数値を適用した数値実施例を説明する。
x=y2c2/(1+(1-(1+k)y2c2)1/2)
+A4・y4+A6・y6+A8・y8+A10・y10+A12・y12
によって定義されるものとする。なお、A4、A6、A8、A10およびA12は、それぞれ第4次、第6次、第8次、第10次および第12次の非球面係数である。
以下の数値実施例1~6が適用される光学系1~6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。
[表1]に、図1に示した光学系1に具体的な数値を適用した数値実施例1の基本的なレンズデータを示す。また、[表2]には、非球面における係数(k,A4,A6,A8,A10,A12)の値を示す。また、[表3]には、無限遠合焦時における焦点距離(f)、F値(Fno)、半画角(ω)、および像高(Y)の値を示す。[表4]には、無限遠合焦時と近距離合焦時とで可変となる面間隔の値を示す。
[表5]に、図4に示した光学系2に具体的な数値を適用した数値実施例2の基本的なレンズデータを示す。また、[表6]には、非球面における係数(k,A4,A6,A8,A10,A12)の値を示す。また、[表7]には、無限遠合焦時における焦点距離(f)、F値(Fno)、半画角(ω)、および像高(Y)の値を示す。[表8]には、無限遠合焦時と近距離合焦時とで可変となる面間隔の値を示す。
[表9]に、図7に示した光学系3に具体的な数値を適用した数値実施例3の基本的なレンズデータを示す。また、[表10]には、非球面における係数(k,A4,A6,A8,A10,A12)の値を示す。また、[表11]には、無限遠合焦時における焦点距離(f)、F値(Fno)、半画角(ω)、および像高(Y)の値を示す。[表12]には、無限遠合焦時と近距離合焦時とで可変となる面間隔の値を示す。
[表13]に、図10に示した光学系4に具体的な数値を適用した数値実施例4の基本的なレンズデータを示す。また、[表14]には、非球面における係数(k,A4,A6,A8,A10,A12)の値を示す。また、[表15]には、無限遠合焦時における焦点距離(f)、F値(Fno)、半画角(ω)、および像高(Y)の値を示す。[表16]には、無限遠合焦時と近距離合焦時とで可変となる面間隔の値を示す。
[表17]に、図13に示した光学系5に具体的な数値を適用した数値実施例5の基本的なレンズデータを示す。また、[表18]には、非球面における係数(k,A4,A6,A8,A10,A12)の値を示す。また、[表19]には、無限遠合焦時における焦点距離(f)、F値(Fno)、半画角(ω)、および像高(Y)の値を示す。[表20]には、無限遠合焦時と近距離合焦時とで可変となる面間隔の値を示す。
[表21]に、図16に示した光学系6に具体的な数値を適用した数値実施例6の基本的なレンズデータを示す。また、[表22]には、非球面における係数(k,A4,A6,A8,A10,A12)の値を示す。また、[表23]には、無限遠合焦時における焦点距離(f)、F値(Fno)、半画角(ω)、および像高(Y)の値を示す。[表24]には、無限遠合焦時と近距離合焦時とで可変となる面間隔の値を示す。
[表25]には、上述の各条件式に関する値を、各数値実施例についてまとめたものを示す。また、[表26]には、上述の各条件式に関するパラメータの値を、各数値実施例についてまとめたものを示す。[表25]から分かるように、各条件式について、各数値実施例の値がその数値範囲内となっている。
[5.1 第1の応用例]
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。
本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
支持アーム装置5027は、ベース部5029から延伸するアーム部5031を備える。図示する例では、アーム部5031は、関節部5033a、5033b、5033c、及びリンク5035a、5035bから構成されており、アーム制御装置5045からの制御により駆動される。アーム部5031によって内視鏡5001が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡5001の安定的な位置の固定が実現され得る。
内視鏡5001は、先端から所定の長さの領域が患者5071の体腔内に挿入される鏡筒5003と、鏡筒5003の基端に接続されるカメラヘッド5005と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒5003を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡5001を図示しているが、内視鏡5001は、軟性の鏡筒5003を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
CCU5039は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡5001及び表示装置5041の動作を統括的に制御する。具体的には、CCU5039は、カメラヘッド5005から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。CCU5039は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置5041に提供する。また、CCU5039は、カメラヘッド5005に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
支持アーム装置5027は、基台であるベース部5029と、ベース部5029から延伸するアーム部5031と、を備える。図示する例では、アーム部5031は、複数の関節部5033a、5033b、5033cと、関節部5033bによって連結される複数のリンク5035a、5035bと、から構成されているが、図22では、簡単のため、アーム部5031の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部5031が所望の自由度を有するように、関節部5033a~5033c及びリンク5035a、5035bの形状、数及び配置、並びに関節部5033a~5033cの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部5031は、好適に、6自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部5031の可動範囲内において内視鏡5001を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡5001の鏡筒5003を患者5071の体腔内に挿入することが可能になる。
光源装置5043は、内視鏡5001に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置5043は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置5043において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド5005の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
図23を参照して、内視鏡5001のカメラヘッド5005及びCCU5039の機能についてより詳細に説明する。図23は、図22に示すカメラヘッド5005及びCCU5039の機能構成の一例を示すブロック図である。
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。
以下の構成の本技術によれば、全体として少なくとも2つのレンズ群で構成し、各レンズ群の構成の最適化を図るようにしたので、全長の短縮化と大口径比化とが可能となる。
物体側から像面側に向かって順に、
群全体として正の屈折力を有し、物体側から像面側に向かって順に、第1負メニスカスレンズと第2負メニスカスレンズとを有する第1レンズ群と、
群全体として正の屈折力を有し、フォーカシングの際に群全体が光軸上を移動し、最も物体側の面が物体側に凸形状とされた第2レンズ群と
を備え、
以下の条件式を満足する
光学系。
0<R2f/R2r<1 ……(1)
ただし、
R2f:前記第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
R2r:前記第2レンズ群の最も像面側の面の曲率半径
とする。
[2]
前記第2レンズ群は、最も像面側に、空気レンズを形成する2つのレンズを有し、
以下の条件式を満足する
以下の条件式を満足する
上記[1]に記載の光学系。
-1≦SH_air≦1 ……(2)
ただし、
SH_air=(Rair_f+Rair_r)/(Rair_f-Rair_r)
Rair_f:前記第2レンズ群において、前記空気レンズを形成する物体側の面の曲率半径
Rair_r:前記第2レンズ群において、前記空気レンズを形成する像面側の面の曲率半径
とする。
[3]
前記第1レンズ群は物体側から像面側に向かって順に、前記第1負メニスカスレンズと、前記第2負メニスカスレンズと、負レンズとを有する
上記[1]または[2]に記載の光学系。
[4]
前記第2レンズ群は、
物体側から像面側に向かって順に、
全体として正の屈折力を有する前群と、
全体として負の屈折力を有し、少なくとも2組の負のレンズ成分を有する後群と
から構成され、
以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[3]のいずれか1つに記載の光学系。
-2<f2a/f2b<0 ……(3)
ただし、
f2a:前記第2レンズ群内の前記前群の焦点距離
f2b:前記第2レンズ群内の前記後群の焦点距離
とする。
[5]
前記第2レンズ群は、複数の正レンズを有し、
前記第2レンズ群内における前記複数の正レンズのうち最も像面側の正レンズが、前記第2レンズ群内において最も強い正の屈折力を有する
上記[1]ないし[4]のいずれか1つに記載の光学系。
[6]
以下の条件式を満足する
上記[5]に記載の光学系。
1.72<nd2ap ……(4)
ただし、
nd2ap:前記第2レンズ群内における前記複数の正レンズのうち最も像面側の正レンズのd線に対する屈折率
とする。
[7]
前記第2レンズ群は、正レンズと負レンズとからなる接合レンズを少なくとも1組含み、
以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[6]のいずれか1つに記載の光学系。
νp>60 ……(5)
ただし、
νp:前記接合レンズにおける前記正レンズのアッベ数
とする。
[8]
前記第2レンズ群は、最も像面側より物体側へ順に、2枚の負レンズを有する
上記[1]ないし[7]のいずれか1つに記載の光学系。
[9]
前記第2レンズ群の最も像面側に配置された負レンズを有し、
前記第2レンズ群の最も像面側に配置された前記負レンズは、光軸からレンズ周辺部に向かって負の屈折力が強くなるように形成された非球面レンズである
上記[1]ないし[8]のいずれか1つに記載の光学系。
[10]
以下の条件式を満足する
上記[1]ないし[9]のいずれか1つに記載の光学系。
0<R2f/f<10 ……(6)
ただし、
R2f:前記第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
f:全系の焦点距離
とする。
[11]
前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に、開口絞りを有する
上記[1]ないし[10]のいずれか1つに記載の光学系。
[12]
光学系と、前記光学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、
前記光学系は、
物体側から像面側に向かって順に、
群全体として正の屈折力を有し、物体側から像面側に向かって順に、第1負メニスカスレンズと第2負メニスカスレンズとを有する第1レンズ群と、
群全体として正の屈折力を有し、フォーカシングの際に群全体が光軸上を移動し、最も物体側の面が物体側に凸形状とされた第2レンズ群と
を備え、
以下の条件式を満足する
撮像装置。
0<R2f/R2r<1 ……(1)
ただし、
R2f:前記第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
R2r:前記第2レンズ群の最も像面側の面の曲率半径
とする。
[13]
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[11]のいずれか1つに記載の光学系。
[14]
前記光学系は、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記[12]に記載の撮像装置。
Claims (11)
- 物体側から像面側に向かって順に、
群全体として正の屈折力を有し、物体側から像面側に向かって順に、第1負メニスカスレンズと第2負メニスカスレンズとを有する第1レンズ群と、
群全体として正の屈折力を有し、フォーカシングの際に群全体が光軸上を移動し、最も物体側の面が物体側に凸形状とされた第2レンズ群と
を備え、
前記第2レンズ群は、最も像面側に、空気レンズを形成する2つのレンズを有し、
以下の条件式を満足する
光学系。
0<R2f/R2r<1 ……(1)
-0.97≦SH_air≦0.2 ……(2)’’
ただし、
R2f:前記第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
R2r:前記第2レンズ群の最も像面側の面の曲率半径
SH_air=(Rair_f+Rair_r)/(Rair_f-Rair_r)
Rair_f:前記第2レンズ群において、前記空気レンズを形成する物体側の面の曲率半径
Rair_r:前記第2レンズ群において、前記空気レンズを形成する像面側の面の曲率半径
とする。 - 前記第1レンズ群は物体側から像面側に向かって順に、前記第1負メニスカスレンズと、前記第2負メニスカスレンズと、負レンズとを有する
請求項1に記載の光学系。 - 前記第2レンズ群は、
物体側から像面側に向かって順に、
全体として正の屈折力を有する前群と、
全体として負の屈折力を有し、少なくとも2組の負のレンズ成分を有する後群と
から構成され、
以下の条件式を満足する
請求項1に記載の光学系。
-2<f2a/f2b<0 ……(3)
ただし、
f2a:前記第2レンズ群内の前記前群の焦点距離
f2b:前記第2レンズ群内の前記後群の焦点距離
とする。 - 前記第2レンズ群は、複数の正レンズを有し、
前記第2レンズ群内における前記複数の正レンズのうち最も像面側の正レンズが、前記第2レンズ群内において最も強い正の屈折力を有する
請求項1に記載の光学系。 - 以下の条件式を満足する
請求項4に記載の光学系。
1.72<nd2ap ……(4)
ただし、
nd2ap:前記第2レンズ群内における前記複数の正レンズのうち最も像面側の正レンズのd線に対する屈折率
とする。 - 前記第2レンズ群は、正レンズと負レンズとからなる接合レンズを少なくとも1組含み、
以下の条件式を満足する
請求項1に記載の光学系。
νp>60 ……(5)
ただし、
νp:前記接合レンズにおける前記正レンズのアッベ数
とする。 - 前記第2レンズ群は、最も像面側より物体側へ順に、2枚の負レンズを有する
請求項1に記載の光学系。 - 前記第2レンズ群の最も像面側に配置された負レンズを有し、
前記第2レンズ群の最も像面側に配置された前記負レンズは、光軸からレンズ周辺部に向かって負の屈折力が強くなるように形成された非球面レンズである
請求項1に記載の光学系。 - 以下の条件式を満足する
請求項1に記載の光学系。
0<R2f/f<10 ……(6)
ただし、
R2f:前記第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
f:全系の焦点距離
とする。 - 前記第1レンズ群と前記第2レンズ群との間に、開口絞りを有する
請求項1に記載の光学系。 - 光学系と、前記光学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、
前記光学系は、
物体側から像面側に向かって順に、
群全体として正の屈折力を有し、物体側から像面側に向かって順に、第1負メニスカスレンズと第2負メニスカスレンズとを有する第1レンズ群と、
群全体として正の屈折力を有し、フォーカシングの際に群全体が光軸上を移動し、最も物体側の面が物体側に凸形状とされた第2レンズ群と
を備え、
前記第2レンズ群は、最も像面側に、空気レンズを形成する2つのレンズを有し、
以下の条件式を満足する
撮像装置。
0<R2f/R2r<1 ……(1)
-0.97≦SH_air≦0.2 ……(2)’’
ただし、
R2f:前記第2レンズ群の最も物体側の面の曲率半径
R2r:前記第2レンズ群の最も像面側の面の曲率半径
SH_air=(Rair_f+Rair_r)/(Rair_f-Rair_r)
Rair_f:前記第2レンズ群において、前記空気レンズを形成する物体側の面の曲率半径
Rair_r:前記第2レンズ群において、前記空気レンズを形成する像面側の面の曲率半径
とする。
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