WO2018105012A1 - ズームレンズ、撮像装置、移動体及びシステム - Google Patents

ズームレンズ、撮像装置、移動体及びシステム Download PDF

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lens group
refractive power
lenses
negative
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滋彦 松永
篤 大畑
篤郎 湊
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SZ DJI Technology Co Ltd
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    • G02B15/20—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 with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having an additional movable lens or lens group for varying the objective focal length
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a zoom lens, an imaging device, a moving body, and a system.
  • Patent Documents 1 and 2 A zoom lens having a negative-positive-positive three-group configuration is known (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 International Publication No. 2012/066735
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-249087
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-98811
  • a compact zoom lens with a wide angle of view and corrected chromatic aberration is desired.
  • a zoom lens according to an aspect of the present invention includes, in order from the object side, a first lens group having a negative refractive power, a second lens group having a positive refractive power, and a third lens group having a positive refractive power.
  • the first lens group includes four lenses having negative, negative, negative, and positive refractive power in order from the object side.
  • the second lens group may include an aspheric lens having at least one positive refractive power on the object side.
  • the second lens group may include at least two cemented lenses closer to the image side than the aspherical lens.
  • the Abbe number v of all positive lenses constituting at least two cemented lenses may satisfy v> 60. If the focal length of the second lens group is f2, conditional expression 1.3 ⁇ f2 / fw ⁇ 2.6. You may be satisfied.
  • the third lens group may be composed of a single lens or a cemented lens, and may have a focus function.
  • the object side lens may be a spherical lens. At least one of the two lenses positioned closer to the image side than the lens on the object side may be an aspherical lens.
  • a diaphragm that moves integrally with the second lens group at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end may be further provided.
  • the second lens group may include a 2a lens group, a stop, and a 2b lens group in order from the object side.
  • An imaging apparatus includes the zoom lens and an imaging element.
  • the moving body according to one embodiment of the present invention moves with the zoom lens described above.
  • the moving body may be an unmanned aerial vehicle.
  • a system includes the above zoom lens, a support mechanism that supports the zoom lens so as to be displaceable, and a handle that is attached to the support mechanism.
  • the zoom lens described above it is possible to provide a small zoom lens having a wide angle of view and a favorable aberration correction.
  • FIG. 1 schematically illustrates an example of a mobile system 10 that includes an unmanned aerial vehicle (UAV) 100 and a controller 50.
  • UAV unmanned aerial vehicle
  • FIG. 1 shows a lens configuration of a lens system 300 in a first example.
  • the movement locus of each lens unit at the time of zooming from the wide angle end to the telephoto end is schematically shown. It shows spherical aberration, astigmatism and distortion at the wide angle end. Spherical aberration, astigmatism, and distortion are shown at an intermediate angle of view. Spherical aberration, astigmatism and distortion at the telephoto end are shown.
  • the spherical aberration diagram of the lens system 300 for three wavelengths of light is shown.
  • the lens structure of the lens system 900 in 2nd Example is shown.
  • the movement locus of each lens unit at the time of zooming from the wide angle end to the telephoto end is schematically shown. It shows spherical aberration, astigmatism and distortion at the wide angle end. Spherical aberration, astigmatism, and distortion are shown at an intermediate angle of view. Spherical aberration, astigmatism and distortion at the telephoto end are shown.
  • the spherical aberration figure about the light of 3 wavelengths of the lens system 900 is shown.
  • 2 is an external perspective view showing an example of a stabilizer 800.
  • FIG. 1 schematically shows an example of a mobile system 10 including an unmanned aerial vehicle (UAV) 100 and a controller 50.
  • the UAV 100 includes a UAV main body 101, a gimbal 110, a plurality of imaging devices 230, and an imaging device 220.
  • the imaging device 220 includes a lens device 160 and an imaging unit 140.
  • the UAV 100 is an example of a moving body that includes an imaging device and moves.
  • the moving body is a concept including, in addition to UAV, other aircraft that moves in the air, vehicles that move on the ground, ships that move on the water, and the like.
  • the UAV main body 101 includes a plurality of rotor blades.
  • the UAV main body 101 flies the UAV 100 by controlling the rotation of a plurality of rotor blades.
  • the UAV main body 101 causes the UAV 100 to fly using four rotary wings.
  • the number of rotor blades is not limited to four.
  • the UAV 100 may be a fixed wing aircraft that does not have rotating blades.
  • the imaging device 230 is an imaging camera that images a subject included in a desired imaging range.
  • the plurality of imaging devices 230 are sensing cameras that image the surroundings of the UAV 100 in order to control the flight of the UAV 100.
  • the imaging device 230 may be fixed to the UAV main body 101.
  • Two imaging devices 230 may be provided on the front surface which is the nose of the UAV 100.
  • Two other imaging devices 230 may be provided on the bottom surface of the UAV 100.
  • the two imaging devices 230 on the front side may be paired and function as a so-called stereo camera.
  • the two imaging devices 230 on the bottom side may also be paired and function as a stereo camera.
  • Three-dimensional spatial data around the UAV 100 may be generated based on images captured by the plurality of imaging devices 230.
  • the distance to the subject imaged by the plurality of imaging devices 230 can be specified by a stereo camera by the plurality of imaging devices 230.
  • the number of imaging devices 230 provided in the UAV 100 is not limited to four.
  • the UAV 100 only needs to include at least one imaging device 230.
  • the UAV 100 may include at least one imaging device 230 on each of the nose, the tail, the side surface, the bottom surface, and the ceiling surface of the UAV 100.
  • the imaging device 230 may have a single focus lens or a fisheye lens.
  • the plurality of imaging devices 230 may be collectively referred to simply as the imaging device 230.
  • the controller 50 includes a display unit 54 and an operation unit 52.
  • the operation unit 52 receives an input operation for controlling the attitude of the UAV 100 from the user.
  • the controller 50 transmits a signal for controlling the UAV 100 based on a user operation received by the operation unit 52.
  • the operation unit 52 receives an operation for changing the magnification of the lens device 160.
  • the controller 50 transmits a signal instructing the change of the magnification to the UAV 100.
  • the controller 50 receives an image captured by at least one of the imaging device 230 and the imaging device 220.
  • the display unit 54 displays an image received by the controller 50.
  • the display unit 54 may be a touch panel.
  • the controller 50 may accept an input operation from the user through the display unit 54.
  • the display unit 54 may accept a user operation or the like in which the user specifies the position of the subject to be imaged by the imaging device 220.
  • the imaging unit 140 generates and records image data of an optical image formed by the lens device 160.
  • the lens device 160 may be provided integrally with the imaging unit 140.
  • the lens device 160 may be a so-called interchangeable lens.
  • the lens device 160 may be provided so as to be detachable from the imaging unit 140.
  • the gimbal 110 has a support mechanism that movably supports the imaging device 220.
  • the imaging device 220 is attached to the UAV main body 101 via the gimbal 110.
  • the gimbal 110 supports the imaging device 220 so as to be rotatable about the pitch axis.
  • the gimbal 110 supports the imaging device 220 so as to be rotatable around a roll axis.
  • the gimbal 110 supports the imaging device 220 so as to be rotatable about the yaw axis.
  • the gimbal 110 may support the imaging device 220 rotatably around at least one of a pitch axis, a roll axis, and a yaw axis.
  • the gimbal 110 may support the imaging device 220 rotatably about each of the pitch axis, the roll axis, and the yaw axis.
  • the gimbal 110 may hold the imaging unit 140.
  • the gimbal 110 may hold the lens device 160.
  • the gimbal 110 may change the imaging direction of the imaging device 220 by rotating the imaging unit 140 and the lens device 160 about at least one of the yaw axis, the pitch axis, and the roll axis.
  • FIG. 2 shows an example of functional blocks of the UAV100.
  • the UAV 100 includes an interface 102, a control unit 104, a memory 106, a gimbal 110, an imaging unit 140, and a lens device 160.
  • the interface 102 communicates with the controller 50.
  • the interface 102 receives various commands from the controller 50.
  • the control unit 104 controls the flight of the UAV 100 according to the command received from the controller 50.
  • the control unit 104 controls the gimbal 110, the imaging unit 140, and the lens device 160.
  • the control unit 104 may be configured by a microprocessor such as a CPU or MPU, a microcontroller such as an MCU, or the like.
  • the memory 106 stores a program necessary for the control unit 104 to control the gimbal 110, the imaging unit 140, and the lens device 160.
  • the memory 106 may be a computer-readable recording medium.
  • the memory 106 may include at least one of flash memory such as SRAM, DRAM, EPROM, EEPROM, and USB memory.
  • the memory 106 may be provided in the housing of the UAV 100. It may be provided so as to be removable from the housing of the UAV 100.
  • the gimbal 110 includes a control unit 112, a driver 114, a driver 116, a driver 118, a drive unit 124, a drive unit 126, a drive unit 128, and a support mechanism 130.
  • the drive unit 124, the drive unit 126, and the drive unit 128 may be motors.
  • the support mechanism 130 supports the imaging device 220.
  • the support mechanism 130 movably supports the imaging direction of the imaging device 220.
  • the support mechanism 130 supports the imaging unit 140 and the lens device 160 so as to be rotatable about the yaw axis, the pitch axis, and the roll axis.
  • the support mechanism 130 includes a rotation mechanism 134, a rotation mechanism 136, and a rotation mechanism 138.
  • the rotation mechanism 134 rotates the imaging unit 140 and the lens device 160 around the yaw axis using the drive unit 124.
  • the rotation mechanism 136 rotates the imaging unit 140 and the lens device 160 around the pitch axis using the driving unit 126.
  • the rotation mechanism 138 uses the drive unit 128 to rotate the imaging unit 140 and the lens device 160 around the roll axis.
  • the control unit 112 outputs an operation command indicating each rotation angle to the driver 114, the driver 116, and the driver 118 according to the operation command of the gimbal 110 from the control unit 104.
  • the driver 114, the driver 116, and the driver 118 drive the drive unit 124, the drive unit 126, and the drive unit 128 in accordance with an operation command that indicates a rotation angle.
  • the rotation mechanism 134, the rotation mechanism 136, and the rotation mechanism 138 are driven and rotated by the drive unit 124, the drive unit 126, and the drive unit 128, respectively, and change the postures of the imaging unit 140 and the lens device 160.
  • the imaging unit 140 captures an image with light that has passed through the lens system 300.
  • the imaging unit 140 includes a control unit 222, an imaging element 221, and a memory 223.
  • the control unit 222 may be configured by a microprocessor such as a CPU or MPU, a microcontroller such as an MCU, or the like.
  • the control unit 222 controls the imaging unit 140 and the lens device 160 in accordance with an operation command for the imaging unit 140 and the lens device 160 from the control unit 104. Based on the signal received from the controller 50, the controller 222 outputs to the lens device 160 a control command that instructs the lens device 160 to change the magnification.
  • the memory 223 may be a computer-readable recording medium, and may include at least one of flash memory such as SRAM, DRAM, EPROM, EEPROM, and USB memory.
  • the memory 223 may be provided inside the housing of the imaging unit 140. It may be provided so as to be removable from the housing of the imaging unit 140.
  • the imaging element 221 generates image data of an optical image that is held inside the housing of the imaging unit 140 and is formed via the lens device 160, and outputs the image data to the control unit 222.
  • the control unit 222 stores the image data output from the image sensor 221 in the memory 223.
  • the control unit 222 may output the image data to the memory 106 via the control unit 104 and store it.
  • the lens device 160 is a zoom lens.
  • the lens device 160 is a zoom lens with a variable overall length.
  • the lens device 160 is a relatively wide-angle zoom lens.
  • the lens device 160 is a three-group zoom lens.
  • the lens device 160 includes a control unit 162, a memory 163, a drive mechanism 161, and a lens system 300.
  • the lens system 300 includes a first lens group 301, a second lens group 302, and a third lens group 303 in order from the object side.
  • the optical axis of the lens system 300 may be simply referred to as “optical axis”.
  • the “lens group” refers to a group of one or more lenses. A lens composed of a single lens is also called a “lens group”.
  • the control unit 162 moves at least one of the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 along the optical axis in accordance with a control command from the control unit 222.
  • the second control unit 162 moves the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 along the optical axis during zooming. This prevents the movement of the focus position during zooming.
  • An image formed by the lens system 300 of the lens device 160 is captured by the imaging unit 140.
  • the driving mechanism 161 drives the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303.
  • the drive mechanism 161 includes, for example, an actuator and a holding member that holds the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303.
  • Driving pulses are supplied from the control unit 162 to the actuator.
  • the actuator is displaced by a driving amount corresponding to the supplied pulse.
  • the holding member is displaced according to the displacement of the actuator, the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 are displaced.
  • the lens device 160 may be provided integrally with the imaging unit 140.
  • the lens device 160 may be a so-called interchangeable lens.
  • the lens device 160 may be provided so as to be detachable from the imaging unit 140.
  • the imaging device 230 includes a control unit 232, a control unit 234, an imaging device 231, a memory 233, and a lens 235.
  • the control unit 232 may be configured by a microprocessor such as a CPU or MPU, a microcontroller such as an MCU, or the like.
  • the control unit 232 controls the image sensor 231 in accordance with an operation command for the image sensor 231 from the control unit 104.
  • the control unit 234 may be configured by a microprocessor such as a CPU or MPU, a microcontroller such as an MCU, or the like.
  • the control unit 234 controls the focal length of the lens 235 in accordance with an operation command for the lens 235 from the control unit 104.
  • the control unit 234 may control the focal point of the lens 235 in accordance with an operation command for the lens 235.
  • the control unit 234 may control a diaphragm included in the lens 235 in accordance with an operation command for the lens 235.
  • the memory 233 may be a computer-readable recording medium.
  • the memory 233 may include at least one of flash memory such as SRAM, DRAM, EPROM, EEPROM, and USB memory.
  • the image sensor 231 generates image data of an optical image formed through the lens 235 and outputs the image data to the control unit 232.
  • the control unit 232 stores the image data output from the image sensor 231 in the memory 233.
  • the UAV 100 includes the control unit 104, the control unit 112, the control unit 222, the control unit 232, the control unit 234, and the control unit 162
  • any one of the control units 104, the control unit 112, the control unit 222, the control unit 232, the control unit 234, and the process executed by a plurality of the control units 162 may be executed by any one control unit.
  • Processing executed by the control unit 104, the control unit 112, the control unit 222, the control unit 232, the control unit 234, and the control unit 162 may be executed by one control unit.
  • the UAV 100 includes the memory 106, the memory 223, and the memory 233 will be described.
  • Information stored in at least one of the memory 106, the memory 223, and the memory 233 may be stored in one or more other memories of the memory 106, the memory 223, and the memory 233.
  • the first lens group 301 has negative refractive power.
  • the second lens group 302 has a positive refractive power.
  • the third lens group 303 has positive refractive power.
  • the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 are provided in the order of the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 from the object side.
  • the behavior of the lens system 300 at the time of zooming is described, the behavior when the lens device 160 functions as a zoom lens with respect to an object at infinity is shown.
  • the distance between the first lens group 301 and the second lens group 302 decreases during zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the distance between the second lens group 302 and the third lens group 303 changes.
  • the distance between the second lens group 302 and the third lens group 303 may be increased.
  • the distance between the second lens group 302 and the third lens group 303 may be reduced.
  • the first lens group 301 includes four lenses having negative, negative, negative, and positive refractive power in order from the object side.
  • Conditional expression v1> 60 (conditional expression 1) where the Abbe numbers of the three lenses having negative refractive power included in the first lens group 301 are v1, v2, and v3, respectively.
  • v2> 60 (conditional expression 2)
  • v3> 60 (conditional expression 3) Satisfied.
  • the negative refractive power can be shared by the three lenses having negative refractive power, so that the overall negative refractive power of the first lens group 301 can be increased.
  • the overall length of the lens system 300 can be shortened.
  • imaging characteristics can be improved.
  • a lens having negative refractive power can be formed using a low dispersion material. Thereby, chromatic aberration can be corrected more strongly. In order to more strongly correct chromatic aberration, it is desirable to satisfy v1> 65, v2> 65, and v3> 65.
  • the focal length of the first lens group 301 is f1
  • the focal length at the wide angle end of the entire system is fw, ⁇ 2.5 ⁇ f1 / fw ⁇ 1.2 (conditional expression 4) Satisfied.
  • the lens system 300 can be reduced in size by satisfying the upper limit of conditional expression 4, that is, by making the refractive power of the first lens group 301 higher than a predetermined lower limit threshold.
  • the lower limit of Conditional Expression 4 that is, by preventing the refractive power of the first lens group 301 from exceeding a predetermined upper limit threshold, it is possible to improve imaging characteristics.
  • a lens system having a negative and positive three-group configuration and satisfying the above conditional expression can realize a lens system that is small but has a wide angle and high imaging characteristics.
  • the first lens group 301 moves relative to the image sensor 221 at the time of zooming from the wide angle end to the telephoto end.
  • the distance between the first lens group 301 and the image sensor 221 decreases.
  • the distance between the first lens group 301 and the image sensor 221 decreases in the entire range from the angle of view at the wide-angle end to the angle of view at the telephoto end.
  • the distance between the first lens group 301 and the image sensor 221 may be reduced only in the range from the angle of view at the wide-angle end to a predetermined angle of view. .
  • the second lens group 302 may include at least one aspheric lens having positive refractive power on the object side.
  • the positive refractive power of the second lens group 302 it is necessary to increase the positive refractive power of each lens constituting the second lens group 302.
  • the overall length of the lens system 300 at the time of telephoto can be shortened.
  • aberration can be effectively corrected by using an aspherical lens as the lens having a large refractive power.
  • the second lens group 302 may include at least two cemented lenses closer to the image side than the aspherical lens on the object side.
  • the Abbe number v of all the positive lenses constituting the at least two cemented lenses may satisfy v> 60.
  • the chromatic aberration can be suppressed while increasing the refractive power of the second lens group 302 by setting all the Abbe numbers of the lenses having positive refractive power constituting the second lens group 302 to 60 or more. Thereby, the lens system 300 can be reduced in size while improving the imaging characteristics.
  • the lens system 300 can be reduced in size by satisfying the upper limit of conditional expression 5, that is, by making the refractive power of the second lens group 302 greater than a predetermined lower limit threshold.
  • the lower limit of Conditional Expression 5 that is, by preventing the refractive power of the second lens group 302 from exceeding a predetermined upper limit threshold, it is possible to improve imaging characteristics.
  • the third lens group 303 may be composed of a single lens or a cemented lens.
  • the third lens group 303 may have a focus function.
  • the third lens group 303 may be responsible for at least part of the focus function in the lens system 300.
  • the third lens group 303 may be responsible for the main component of the focus function in the lens system 300.
  • the lens driving mechanism can be simplified by using a single lens or a cemented lens as the lens group responsible for the focus function.
  • the lens driving element can be reduced in weight. As a result, the entire lens system 300 is reduced in size.
  • the third lens group 303 may have an anti-vibration function in the lens system 300.
  • the third lens group 303 may have an image stabilization function in addition to the focus function.
  • the lens driving mechanism can be simplified by using a single lens or a cemented lens as the lens group responsible for the image stabilization function.
  • the lens driving element can be reduced in weight. As a result, the entire lens system 300 is reduced in size.
  • the lens on the object side may be a spherical lens. At least one of the two lenses positioned closer to the image side than the lens on the object side may be an aspherical lens.
  • the difference in height between the axial ray and the peripheral ray becomes large.
  • the first lens group 301 located closest to the object side in the lens system 300 at least one of the two lenses located on the image side is an aspheric lens, thereby effectively preventing distortion and curvature of field. It can be corrected.
  • the cost can be reduced as compared with a case where the object-side lens is an aspherical lens.
  • the thickness of the first lens group 301 in the optical axis direction can be reduced. This contributes to shortening the overall length of the lens system 300.
  • the second lens group 302 may include, in order from the object side, a 2a lens group, a diaphragm, and a 2b lens group. If the distance between the most object side surface and the most image side surface of the 2a lens group is Da, and the distance between the most object side surface and the most image side surface of the second lens group 302 is D2, Conditional expression Da / D2 ⁇ 0.35 (conditional expression 8) Satisfied.
  • the lens system 300 may include a diaphragm that moves integrally with the second lens group 302 at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the stop when the distance on the optical axis of the 2a lens group satisfies the conditional expression, the stop can be positioned on the object side. Thereby, the lens diameter of the first lens group 301 can be reduced.
  • the lens system 300 described above it is possible to provide a small zoom lens having a wide angle of view and having a high resolving power with good correction of aberrations such as chromatic aberration.
  • a small-sized wide-angle zoom lens that has a small half field angle at the wide-angle end exceeding 45 degrees and high resolution.
  • FIG. 3 shows the lens configuration of the lens system 300 in the first embodiment, together with the image sensor 221.
  • FIG. 3 shows the positions of the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 at the wide-angle end, the intermediate field angle, and the telephoto end, respectively.
  • STO indicates an aperture.
  • a plurality of surfaces of the lens system 300 are identified by a surface number i.
  • the first surface of the lens as viewed from the object side is the first surface, and thereafter the surface numbers are counted up in the order in which the light passes through the surface.
  • “Di” indicates an interval on the optical axis between the i-th surface and the (i + 1) -th surface.
  • F indicates the focal length.
  • Fno indicates an F number.
  • ⁇ indicates a half angle of view.
  • R indicates a radius of curvature. In the radius of curvature, “INF” indicates a plane.
  • N represents a refractive index.
  • V indicates the Abbe number.
  • Table 1 shows lens data of lenses included in the lens system 300 in the first example.
  • Di, n, and v are shown in association with the surface number i.
  • a surface numbered with * is a surface having an aspherical shape.
  • Table 2 shows the surface number of the surface having the aspheric shape and the aspheric parameter.
  • ⁇ represents a conic constant (conic constant).
  • A”, “B”, “C”, and “D” are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspheric coefficients, respectively.
  • Ei represents an exponential expression with 10 as the base. That is, “ Ei ” represents “10 ⁇ i ”. For example, “ ⁇ 1.59777E-05” represents “ ⁇ 1.59777 ⁇ 10 ⁇ 5 ”.
  • the paraxial curvature is the reciprocal of the radius of curvature.
  • Table 3 shows the focal length, F number, and half angle of view of the lens system 300 at each of the wide angle end, the intermediate angle of view, and the telephoto end.
  • the focal length is a value for light having a wavelength of 546.07 nm.
  • the surface distance D18 and the surface distance D20 between the third lens group 303 and the image sensor 221 can change.
  • Table 4 shows the focal length and the surface interval of the entire lens system 300 at each of the wide angle end, the intermediate angle of view, and the telephoto end.
  • Table 5 shows focal lengths of the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303.
  • FIG. 4 schematically shows a trajectory in which the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 move when the lens system 300 is zoomed from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the arrow indicates that the lens system 300 moves upon zooming.
  • the distance from the first lens group 301 to the image sensor 221 is variable.
  • the first lens group 301 has four lenses of a negative lens L1, a negative lens L2, a negative lens L3, and a positive lens L4 from the object side. This makes it possible to gently bend off-axis light rays on the wide angle side where the incident angle is particularly large. Therefore, it is possible to satisfactorily correct off-axis aberrations such as distortion, coma, and field curvature. In addition, the spherical aberration on the telephoto side can be corrected well. Further, since the negative refractive power of the first lens group 301 is shared by the three negative lenses L1 to L3, the negative refractive power of the first lens group 301 can be increased while suppressing aberrations. Further, the overall length of the lens system 300 can be shortened.
  • the Abbe numbers v of the negative lenses L1 to L3 in the first lens group 301 all satisfy v> 60. More preferably, the Abbe numbers v of the negative lenses L1 to L3 all satisfy v> 65.
  • the negative lens included in the first lens group 301 which is a negative lens, of a low dispersion glass material, the lateral chromatic aberration on the wide-angle side and the axial chromatic aberration on the telephoto side can be favorably corrected.
  • the second lens group 302 includes a positive single lens L5, a stop STO, negative and positive cemented lenses L7 and L8, a positive single lens L9, and positive and negative cemented lenses L10 and L11 from the object side.
  • the single lens L5 corresponds to the above-described 2a lens group.
  • Negative and positive cemented lenses L7 and L8 correspond to the above-described second lens group b.
  • the object-side surface and the image-side surface have an aspheric shape. By making at least one surface of the most object side positive single lens L5 an aspherical surface, spherical aberration can be corrected more favorably. Only one surface of the positive single lens L5 may have an aspheric shape.
  • the stop STO is disposed between the positive single lens L5 and the negative and positive cemented lenses indicated by L7 and L8.
  • the distance between the first lens group 301 having negative refractive power and the image sensor 221 is variable at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the first lens group 301 monotonously moves toward the image sensor 221 when zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the second lens group 302 monotonously moves from the image sensor 221 side to the object side during zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the third lens group 303 moves monotonously toward the object side upon zooming from the wide angle end to the telephoto end.
  • the second lens group 302 is responsible for the main variable magnification component
  • the third lens group 303 is responsible for the secondary variable magnification component.
  • the third lens group 303 is also responsible for correcting image plane fluctuations associated with zooming.
  • FIG. 5 shows spherical aberration, astigmatism and distortion at the wide angle end.
  • FIG. 6 shows spherical aberration, astigmatism and distortion at an intermediate angle of view.
  • FIG. 7 shows spherical aberration, astigmatism and distortion at the telephoto end.
  • the solid line indicates the value of the d-line (587.6 nm), and the broken line indicates the value of the g-line (435.8 nm).
  • the solid line indicates the value of the sagittal image plane of the d line, and the broken line indicates the value of the meridional image plane of the d line.
  • the distortion diagrams shown in FIGS. 5 to 7 show values for the d-line. From the respective aberration diagrams, it can be seen that the lens system 300 is excellent in various aberrations and has excellent imaging performance.
  • FIG. 8 shows a spherical aberration diagram of the lens system 300 for light of three wavelengths.
  • the alternate long and short dash line indicates the value of c-line (656.3 nm)
  • the solid line indicates the value of d-line (587.6 nm)
  • the broken line indicates the value of g-line (435.8 nm).
  • the spherical aberration is within a range of 0.1 mm or less for each wavelength of light. Thereby, it can be seen that the chromatic aberration is corrected well.
  • FIG. 9 shows the lens configuration of the lens system 900 in the second embodiment together with the image sensor 221.
  • the lens system 900 includes a first lens group 901, a second lens group 902, and a third lens group 903.
  • the first lens group 901, the second lens group 902, and the third lens group 903 correspond to the first lens group 301, the second lens group 302, and the third lens group 303 in the lens system 300, respectively.
  • symbols and the like used in the description of the lens system 900 have the same meanings as symbols and the like described in relation to the lens system 300 unless otherwise specified.
  • FIG. 9 shows the positions of the first lens group 901, the second lens group 902, and the third lens group 903 at the wide-angle end, the intermediate field angle, and the telephoto end, respectively.
  • Table 6 shows lens data of lenses included in the lens system 900.
  • surfaces with * in the surface number are surfaces having an aspherical shape.
  • Table 7 shows surfaces having an aspheric shape in the lens system 900 and aspheric parameters. “A”, “B”, “C”, and “D” are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspheric coefficients, respectively.
  • Table 8 shows the focal length, F-number, and half angle of view of the lens system 900 at the wide angle end, the intermediate field angle, and the telephoto end, respectively.
  • the focal length is a value for light having a wavelength of 546.07 nm.
  • the surface distance D18 and the surface distance D20 between the third lens group 903 and the image sensor 221 can change.
  • Table 9 shows the focal length and surface distance of the entire lens system 900 at the wide-angle end, the intermediate field angle, and the telephoto end, respectively.
  • Table 10 shows the focal lengths of the first lens group 901, the second lens group 902, and the third lens group 903.
  • FIG. 10 schematically shows the trajectories of the first lens group 901, the second lens group 902, and the third lens group 903 when the lens system 900 is zoomed from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the arrow indicates that the lens system 900 moves upon zooming.
  • the interval from the first lens group 901 to the image sensor 221 is variable at the time of zooming.
  • the first lens group 901 has four lenses, a negative lens L1, a negative lens L2, a negative lens L3, and a positive lens L4, from the object side.
  • Li is a symbol for indicating that the lens is the i-th optical element from the object side. In the second example, even if the same symbol as the symbol Li assigned to the lens in the first example is assigned, it does not mean that the lens is the same.
  • the first lens group 901 By configuring the first lens group 901 to include the four lenses of the negative lens L1, the negative lens L2, the negative lens L3, and the positive lens L4, off-axis rays on the wide-angle side where the incident angle is particularly large can be moderated. Can be bent. Therefore, it is possible to satisfactorily correct off-axis aberrations such as distortion, coma, and field curvature. In addition, the spherical aberration on the telephoto side can be corrected well. Further, since the negative refractive power of the first lens group 901 is shared by the three negative lenses L1 to L3, the negative refractive power of the first lens group 901 can be increased while suppressing aberrations. Further, the overall length of the lens system 900 can be shortened.
  • the Abbe numbers v of the negative lenses L1 to L3 of the first lens group 901 are all v> 60.
  • the second lens group 902 includes, from the object side, a positive single lens L5, a stop STO, negative and positive cemented lenses L7 and L8, a positive single lens L9, and positive and negative cemented lenses L10 and L11.
  • the single lens L5 corresponds to the above-described 2a lens group.
  • Negative and positive cemented lenses L7 and L8 correspond to the above-described second lens group b.
  • the object-side surface and the image-side surface have an aspheric shape. By making at least one surface of the most object side positive single lens L5 an aspherical surface, spherical aberration can be corrected more favorably. Only one surface of the positive single lens L5 may have an aspheric shape.
  • the stop STO is disposed between the positive single lens L5 and the negative and positive cemented lenses indicated by L7 and L8.
  • the distance between the first lens group 901 having negative refractive power and the image sensor 221 is variable at the time of zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the first lens group 901 moves monotonously toward the image sensor 221 when zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the second lens group 902 moves monotonously from the image sensor 221 side to the object side during zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the third lens group 903 moves monotonously to the object side during zooming from the wide-angle end to the telephoto end.
  • the second lens group 902 is responsible for the main variable magnification component
  • the third lens group 903 is responsible for the secondary variable magnification component.
  • the third lens group 903 is also responsible for correcting image plane fluctuations accompanying zooming.
  • FIG. 11 shows spherical aberration, astigmatism and distortion at the wide angle end.
  • FIG. 12 shows spherical aberration, astigmatism and distortion at an intermediate angle of view.
  • FIG. 13 shows spherical aberration, astigmatism and distortion at the telephoto end.
  • the solid line shows the value of the d-line (587.6 nm), and the broken line shows the value of the g-line (435.8 nm).
  • the solid line indicates the value of the sagittal image plane of the d line, and the broken line indicates the value of the meridional image plane of the d line.
  • the distortion diagrams shown in FIGS. 11 to 13 show values for the d-line. From each aberration diagram, it can be seen that the lens system 900 has excellent imaging performance with various aberrations corrected well.
  • FIG. 14 is a spherical aberration diagram for the three-wavelength light of the lens system 900.
  • the alternate long and short dash line indicates the value of c-line (656.3 nm)
  • the solid line indicates the value of d-line (587.6 nm)
  • the broken line indicates the value of g-line (435.8 nm).
  • the spherical aberration is within a range of 0.1 mm or less for each wavelength of light. It can be seen that the longitudinal chromatic aberration is corrected well.
  • Table 11 collectively shows numerical values according to the conditional expressions of the first and second embodiments.
  • the numerical values associated with Conditional Expression 1, Conditional Expression 2, and Conditional Expression 3 indicate the Abbe numbers of the negative lens L1, the negative lens L2, and the negative lens L3, respectively.
  • the numerical value associated with conditional expression 4 indicates the value of f1 / fw.
  • the numerical value associated with conditional expression 5 indicates the value of f2 / fw.
  • Numerical values associated with conditional expression 6 and conditional expression 7 indicate the refractive index and Abbe number of lenses having positive refractive power included in the first lens group 301, respectively.
  • the numerical value associated with conditional expression 8 indicates Da / D2.
  • the lens system 300 and the lens system 900 described above it is possible to provide a zoom lens having a high resolving power and a small size and a wide angle of view.
  • a small-sized wide-angle zoom lens that has a small half field angle at the wide-angle end exceeding 45 degrees and high resolution.
  • FIG. 15 is an external perspective view showing an example of the stabilizer 800.
  • the stabilizer 800 is another example of the moving body.
  • the camera unit 813 included in the stabilizer 800 may include an imaging device having the same configuration as the imaging device 220.
  • the camera unit 813 may include a lens device having the same configuration as the lens device 160.
  • the stabilizer 800 includes a camera unit 813, a gimbal 820, and a handle portion 803.
  • the gimbal 820 supports the camera unit 813 in a rotatable manner.
  • the gimbal 820 has a pan axis 809, a roll axis 810, and a tilt axis 811.
  • the gimbal 820 supports the camera unit 813 so as to be rotatable about a pan axis 809, a roll axis 810, and a tilt axis 811.
  • the gimbal 820 is an example of a support mechanism.
  • the camera unit 813 is an example of an imaging device.
  • the camera unit 813 has a slot 812 for inserting a memory.
  • the gimbal 820 is fixed to the handle portion 803 via the holder 807.
  • the handle portion 803 has various buttons for operating the gimbal 820 and the camera unit 813.
  • the handle portion 803 includes a shutter button 804, a recording button 805, and an operation button 806. By pressing the shutter button 804, a still image can be recorded by the camera unit 813.
  • the recording button 805 is pressed, a moving image can be recorded by the camera unit 813.
  • the device holder 801 is fixed to the handle portion 803.
  • the device holder 801 holds a mobile device 802 such as a smartphone.
  • the mobile device 802 is communicably connected to the stabilizer 800 via a wireless network such as WiFi. Thereby, an image captured by the camera unit 813 can be displayed on the screen of the mobile device 802.
  • the UAV 100 and the stabilizer 800 are taken up as an example of the moving body.
  • An imaging device having a configuration similar to that of the imaging device 220 may be attached to a moving body other than the UAV 100 and the stabilizer.
  • the imaging device attached to the moving body has been described.
  • the imaging device having the same configuration as that of the imaging device 220 is not limited to the imaging device attached to the moving body.
  • a configuration similar to that of the imaging device 220 can be applied to a non-lens interchangeable camera such as a so-called compact digital camera.
  • the same configuration as the lens device 160 can be applied to an interchangeable lens of a lens interchangeable camera such as a single-lens reflex camera.
  • the same configuration as the lens device 160 can be applied to the configurations of various lens devices for imaging.

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Abstract

ズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを備える。広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が変化する。第１レンズ群は、物体側から順に、それぞれ負、負、負、正の屈折力を有する４つのレンズを含む。第１レンズ群に含まれる負の屈折力を有する３つのレンズのアッベ数をそれぞれｖ１、ｖ２、ｖ３とし、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の広角端の焦点距離をｆｗとすると、条件式　ｖ１＞６０、ｖ２＞６０、ｖ３＞６０、　－２．５　＜　ｆ１／ｆｗ　＜　－１．２を満足する。

Description

ズームレンズ、撮像装置、移動体及びシステム
　本発明は、ズームレンズ、撮像装置、移動体及びシステムに関する。
　負－正－正の３群構成のズームレンズが知られている（例えば、特許文献１、２）。
　特許文献１　国際公開第２０１２／０６６７３５号
　特許文献２　特開２００７－２４９０８７号公報
　特許文献３　特開２０１４－９８８１１号公報
解決しようとする課題
　画角が広く、色収差が補正された小型のズームレンズが望まれている。
一般的開示
　本発明の一態様に係るズームレンズは、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを備える。広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が減少し、第２レンズ群と第３レンズ群との間隔が変化する。第１レンズ群は、物体側から順に、それぞれ負、負、負、正の屈折力を有する４つのレンズを含む。第１レンズ群に含まれる負の屈折力を有する３つのレンズのアッベ数をそれぞれｖ１、ｖ２、ｖ３とし、第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の広角端の焦点距離をｆｗとすると、条件式
　ｖ１＞６０
　ｖ２＞６０
　ｖ３＞６０
　－２．５　＜　ｆ１／ｆｗ　＜　－１．２
　を満足する。
　第２レンズ群は、物体側に、少なくとも１つの正の屈折力を有する非球面レンズを含んでよい。第２レンズ群は、非球面レンズより像側に、少なくとも２つの接合レンズを含んでよい。少なくとも２つの接合レンズを構成する全ての正レンズのアッベ数ｖがｖ＞６０を満足してよい。第２レンズ群の焦点距離をｆ２とすると、条件式
　１．３　＜　ｆ２／ｆｗ　＜　２．６
　を満足してよい。
　第３レンズ群は、単一のレンズまたは接合レンズから構成され、フォーカス機能を担ってよい。
　第１レンズ群に含まれる負の屈折力を有する３つのレンズのうち、物体側のレンズが球面レンズであってよい。当該物体側のレンズより像側に位置する２つのレンズのうちの少なくとも１つが非球面レンズであってよい。
　第１レンズ群に含まれる正の屈折力を有するレンズの屈折率をｎ４、アッベ数をｖ４とすると、条件式
　ｎ４＞１．９
　ｖ４＜３５
　を満足してよい。
　広角端から望遠端への変倍時に、第２レンズ群と一体的に移動する絞りを更に備えてよい。
　第２レンズ群は、物体側より順に、第２ａレンズ群と、絞りと、第２ｂレンズ群とを含んでよい。第２ａレンズ群の最も物体側の面と最も像側の面との間の間隔をＤａ、第２レンズ群の最も物体側の面と最も像側の面との間の間隔をＤ２とすると、条件式
　Ｄａ／Ｄ２　＜　０．３５
　を満足してよい。
　本発明の一態様に係る撮像装置は、上記のズームレンズと、撮像素子とを備える。
　本発明の一態様に係る移動体は、上記のズームレンズを備えて移動する。
　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、上記のズームレンズと、ズームレンズを変位可能に支持する支持機構と、支持機構に取り付けられている持ち手部とを備える。
　上記のズームレンズによれば、画角が広く、収差が良好に補正された小型のズームレンズを提供できる。
　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のレンズ構成を示す。 広角端から望遠端への変倍時における各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す。 広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。 中間画角における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。 望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。 ３波長の光についてのレンズ系３００の球面収差図を示す。 第２実施例におけるレンズ系９００のレンズ構成を示す。 広角端から望遠端への変倍時における各レンズ群の移動軌跡を模式的に示す。 広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。 中間画角における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。 望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。 レンズ系９００の３波長の光についての球面収差図を示す。 スタビライザ８００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。
　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の倍率を変更する操作を受け付ける。コントローラ５０は、倍率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に変倍を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、ズームレンズである。レンズ装置１６０は、全長可変のズームレンズである。レンズ装置１６０は、比較的に広角のズームレンズである。レンズ装置１６０は、３群ズームレンズである。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、物体側から順に、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３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。また、「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、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３の少なくとも一つを光軸に沿って移動させる。例えば、第２制御部１６２は、変倍時に、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３を光軸に沿って移動させる。これにより、変倍時にピント位置の移動が生じないようにする。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、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３を駆動する。駆動機構１６１は、例えばアクチュエータと、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３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、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３が変位する。
　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。
　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、制御部１０４からのレンズ２３５に対する動作命令に応じて、レンズ２３５の焦点距離を制御する。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。
　レンズ系３００において、第１レンズ群３０１は、負屈折力を有する。第２レンズ群３０２は、正屈折力を有する。第３レンズ群３０３は、正屈折力を有する。第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３は、物体側より、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３の順で設けられる。なお、本実施形態の説明においてレンズ系３００の変倍時の挙動を説明する場合、無限遠の被写体に対してレンズ装置１６０をズームレンズとして機能させる場合の挙動を示す。
　広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群３０１と第２レンズ群３０２との間隔は減少する。広角端から望遠端への変倍時に、第２レンズ群３０２と第３レンズ群３０３との間隔が変化する。広角端から望遠端への変倍時に、第２レンズ群３０２と第３レンズ群３０３との間隔が増加してよい。広角端から望遠端への変倍時に、第２レンズ群３０２と第３レンズ群３０３との間隔が減少してよい。
　第１レンズ群３０１は、物体側から順に、それぞれ負、負、負、正の屈折力を有する４つのレンズを含む。第１レンズ群３０１に含まれる負の屈折力を有する３つのレンズのアッベ数をそれぞれｖ１、ｖ２、ｖ３とし、条件式
　ｖ１＞６０　（条件式１）
　ｖ２＞６０　（条件式２）
　ｖ３＞６０　（条件式３）
　を満足する。
　第１レンズ群３０１において、負の屈折力を有する３つのレンズで負屈折力を分担することができるので、第１レンズ群３０１の全体の負屈折力を高めることができる。レンズ系３００の全長を短くすることができる。また、結像特性を高めることができる。負の屈折力を有する３つのレンズで第１レンズ群３０１の負屈折力を分担することで、低分散材を用いて負の屈折力を持つレンズを形成することができる。これにより、色収差をより強く補正することができる。なお、色収差をより強く補正するためには、ｖ１＞６５、ｖ２＞６５、及びｖ３＞６５を満たすことが望ましい。
　第１レンズ群３０１の焦点距離をｆ１、全系（レンズ系３００）の広角端の焦点距離をｆｗとすると、
　－２．５　＜　ｆ１／ｆｗ　＜　－１．２　（条件式４）
　を満足する。
　条件式４の上限を満足する、すなわち、第１レンズ群３０１の屈折力を所定の下限閾値より高くすることで、レンズ系３００を小型化することができる。条件式４の下限を満足する、すなわち第１レンズ群３０１の屈折力を所定の上限閾値以上にならないようにすることで、結像特性を高めることができる。
　レンズ系３００によれば、負正正の３群構成とし、上記条件式を満足することで、小型でありながら広角で高い結像特性を持つレンズ系を実現できる。
　なお、広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群３０１は撮像素子２２１に対して移動する。広角端から望遠端への変倍時に、第１レンズ群３０１と撮像素子２２１との間の間隔が減少する。広角端から望遠端への変倍時に、広角端における画角から望遠端における画角までの全範囲において、第１レンズ群３０１と撮像素子２２１との間の間隔が減少する。なお、広角端から望遠端への変倍時に、広角端における画角から予め定められた画角までの範囲においてのみ、第１レンズ群３０１と撮像素子２２１との間の間隔が減少してよい。
　第２レンズ群３０２は、物体側に、少なくとも１つの正の屈折力を有する非球面レンズを含んでよい。
　第２レンズ群３０２の正の屈折力を大きくするためには、第２レンズ群３０２を構成する各レンズの正屈折力を大きくする必要がある。ここで、特に物体側のレンズの正の屈折力を大きくすることで、望遠時におけるレンズ系３００の全長を短くすることができる。更に、当該大きい屈折力を持つレンズとして非球面レンズを用いることで、収差を効果的に補正することが可能となる。
　第２レンズ群３０２は、上記物体側の非球面レンズより像側に、少なくとも２つの接合レンズを含んでよい。当該少なくとも２つの接合レンズを構成する全ての正レンズのアッベ数ｖがｖ＞６０を満足してよい。
　第２レンズ群３０２を構成する正の屈折力を有するレンズのアッベ数を全て６０以上にすることで、第２レンズ群３０２の屈折力を大きくしつつ、色収差を抑制することができる。これにより、結像特性を高めつつ、レンズ系３００を小型化することができる。
　第２レンズ群３０２の焦点距離をｆ２とすると、条件式
　１．３　＜　ｆ２／ｆｗ　＜　２．６（条件式５）
　を満足してよい。
　条件式５の上限を満足する、すなわち、第２レンズ群３０２の屈折力を所定の下限閾値より大きくすることで、レンズ系３００を小型化することができる。条件式５の下限を満足する、すなわち、第２レンズ群３０２の屈折力を所定の上限閾値以上にならないようにすることで、結像特性を高めることができる。
　第３レンズ群３０３は、単一のレンズまたは接合レンズから構成されてよい。第３レンズ群３０３は、フォーカス機能を担ってよい。第３レンズ群３０３は、レンズ系３００におけるフォーカス機能の少なくとも一部を担ってよい。第３レンズ群３０３は、レンズ系３００におけるフォーカス機能の主成分を担ってよい。
　フォーカス機能を実現するには、いずれかのレンズ群を駆動することが必要となる。レンズ系３００においては、フォーカス機能を担うレンズ群を単一のレンズ又は接合レンズとすることで、レンズの駆動機構を簡素化することができる。また、レンズの駆動素子を軽量化することができる。ひいてはレンズ系３００全体の小型化に寄与する。
　第３レンズ群３０３は、レンズ系３００における防振機能を担ってよい。第３レンズ群３０３は、フォーカス機能に加えて、防振機能を担ってよい。光学的な防振機能を実現するには、いずれかのレンズ群を駆動することが必要となる。レンズ系３００においては、防振機能を担うレンズ群を単一のレンズ又は接合レンズとすることで、レンズの駆動機構を簡素化することができる。また、レンズの駆動素子を軽量化することができる。ひいてはレンズ系３００全体の小型化に寄与する。
　第１レンズ群３０１に含まれる負の屈折力を有する３つのレンズのうち、物体側のレンズが球面レンズであってよい。当該物体側のレンズより像側に位置する２つのレンズのうちの少なくとも１つが非球面レンズであってよい。
　物体側のレンズの位置では、軸上光線と周辺光線の高さの差が大きくなる。レンズ系３００において最も物体側に位置する第１レンズ群３０１において、像側に位置する２つのレンズのうちの少なくとも１つを非球面レンズにすることで、歪曲収差や像面湾曲を効果的に補正することができる。また、有効径が大きい物体側のレンズを球面レンズにすることで、物体側のレンズを非球面レンズにする場合に比べて、コストを削減することができる。
　第１レンズ群３０１に含まれる正の屈折力を有するレンズの屈折率をｎ４、アッベ数をｖ４とすると、条件式
　ｎ４＞１．９　（条件式６）
　ｖ４＜３５　（条件式７）
　を満足してよい。
　第１レンズ群３０１の正の屈折力を有するレンズが上記条件式６、条件式７を満足することで、第１レンズ群３０１の光軸方向の厚みを薄くすることができる。これにより、レンズ系３００の全長の短縮化に寄与する。
　第２レンズ群３０２は、物体側より順に、第２ａレンズ群と、絞りと、第２ｂレンズ群とを含んでよい。第２ａレンズ群の最も物体側の面と最も像側の面との間の間隔をＤａ、第２レンズ群３０２の最も物体側の面と最も像側の面との間の間隔をＤ２とすると、条件式
　Ｄａ／Ｄ２　＜　０．３５　（条件式８）
　を満足する。
　レンズ系３００は、広角端から望遠端への変倍時に、第２レンズ群３０２と一体的に移動する絞りを備えてよい。
　第２レンズ群３０２において、第２ａレンズ群の光軸上の間隔が条件式を満足することにより、絞りを物体側に位置することができる。これにより、第１レンズ群３０１のレンズ径を小さくすることができる。
　以上に説明したレンズ系３００によれば、色収差等の収差が良好に補正され、高い解像力を有する小型で広画角なズームレンズを提供することができる。例えば、広角端の半画角が４５度を超える小型で解像力が高い広角ズームレンズを提供し得る。
　図３は、第１実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を、撮像素子２２１とともに示す。図３は、広角端、中間画角、及び望遠端のそれぞれにおける第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３の位置を示す。なお、ＳＴＯは絞りを示す。
　ここで、レンズ系３００の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３００が有する複数の面は、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。「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。「ω」は半画角を示す。「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＝５８７．６ｎｍ）における値である。
　表１は、第１実施例におけるレンズ系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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　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」、及び「Ｄ」は、それぞれ４次、６次、８次、及び１０次の非球面係数である。また、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、「－１．５９７７７Ｅ－０５」は、「－１．５９７７７×１０－5」を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　「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＝ｃｙ２／（１＋（１－（１＋κ）ｃ２ｙ２）１／２）＋Ａｙ４＋Ｂｙ６＋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、広角端、中間画角及び望遠端のそれぞれにおけるレンズ系３００の焦点距離、Ｆナンバー及び半画角を示す。なお、焦点距離は、波長５４６．０７ｎｍの光についての値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　レンズ系３００における広角端と望遠端との間の変倍に際して、第１レンズ群３０１と第２レンズ群３０２との間の面間隔Ｄ８、第２レンズ群３０２と第３レンズ群３０３との間の面間隔Ｄ１８、第３レンズ群３０３と撮像素子２２１との間の面間隔Ｄ２０が変化し得る。表４は、広角端、中間画角及び望遠端のそれぞれにおける、レンズ系３００の全系の焦点距離及び面間隔を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表５は、第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３のそれぞれの焦点距離を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　図４は、レンズ系３００を広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３が移動する軌跡を模式的に示す。矢印は、レンズ系３００の変倍に際して移動することを示す。図３及び図４に示されるように、第１レンズ群３０１から撮像素子２２１までの間隔が可変である。
　第１レンズ群３０１は、物体側より、負レンズＬ１、負レンズＬ２、負レンズＬ３及び正レンズＬ４の４枚のレンズを有する。これにより、特に入射角が大きくなる広角側の軸外光線を緩やかに曲げることができる。したがって、歪曲収差、コマ収差、及び像面湾曲などの軸外収差を良好に補正することができる。また、望遠側の球面収差を良好に補正することができる。また、第１レンズ群３０１が持つ負の屈折力を３枚の負レンズＬ１～Ｌ３で分担するので、収差を抑えながら第１レンズ群３０１の負の屈折力を大きくすることができる。また、レンズ系３００の全長を短くすることができる。
　第１レンズ群３０１の負レンズＬ１～Ｌ３のアッベ数ｖは、全てｖ＞６０を満たすことが望ましい。負レンズＬ１～Ｌ３のアッベ数ｖは、全てｖ＞６５を満たすことがより好ましい。負レンズである第１レンズ群３０１に含まれる負レンズを低分散硝材で形成することで、広角側の倍率色収差及び望遠側の軸上色収差を良好に補正することができる。
　第２レンズ群３０２は、物体側より正の単レンズＬ５、絞りＳＴＯ、負正の接合レンズＬ７及びＬ８、正の単レンズＬ９、及び正負の接合レンズＬ１０及びＬ１１を有する。単レンズＬ５は、上述した第２ａレンズ群に対応する。負正の接合レンズＬ７及びＬ８は、上述した第２ｂレンズ群に対応する。正の単レンズＬ５は、物体側の面及び像面側の面が非球面形状を有する。最も物体側の正の単レンズＬ５の少なくとも一面を非球面にすることで、球面収差をより良好に補正することができる。なお、正の単レンズＬ５の一方の面のみが非球面形状を有してよい。
　なお、絞りＳＴＯは、正の単レンズＬ５と、Ｌ７及びＬ８で示される負正の接合レンズとの間に配置している。このように配置することで、望遠側で第１レンズ群３０１と第２レンズ群３０２との間隔を短くすることが出来る。そのため、レンズ系３００の全長が短くすることができる。
　図３及び図４に示されるように、負の屈折力を持つ第１レンズ群３０１と撮像素子２２１との間隔は、広角端から望遠端への変倍時に可変である。第１レンズ群３０１は、広角端から望遠端への変倍時に撮像素子２２１側へ単調に移動する。第２レンズ群３０２は、広角端から望遠端への変倍時に撮像素子２２１側から物体側へ単調に移動する。第３レンズ群３０３は、広角端から望遠端への変倍時に、物体側へ単調に移動する。第２レンズ群３０２が主変倍成分を担い、第３レンズ群３０３が副変倍成分を担う。第３レンズ群３０３は、変倍に伴う像面変動の補正も担う。
　図５は、広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。図６は、中間画角における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。図７は、望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
　図５から図７に示す球面収差図において、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）の値を示し、破線はｇ線（４３５．８ｎｍ）の値を示す。図５から図７に示す非点収差図において、実線はｄ線のサジタル像面の値を示し、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。図５から図７に示す歪曲収差図は、ｄ線についての値を示す。各収差図から、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分かる。
　図８は、３波長の光についてのレンズ系３００の球面収差図を示す。一点鎖線はｃ線（６５６．３ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８ｎｍ）の値を示す。広角端、中間画角、望遠端ともに、各波長の光について球面収差が０．１ｍｍ以内の範囲に収まっている。これにより、色収差が良好に補正されていることが分かる。
　図９は、第２実施例におけるレンズ系９００のレンズ構成を、撮像素子２２１とともに示す。レンズ系９００は、第１レンズ群９０１と、第２レンズ群９０２と、第３レンズ群９０３とを備える。第１レンズ群９０１、第２レンズ群９０２及び第３レンズ群９０３は、それぞれ、レンズ系３００における第１レンズ群３０１、第２レンズ群３０２及び第３レンズ群３０３に対応する。レンズ系９００に関する説明において、レンズ系９００が有する特徴のうち、レンズ系３００との相違点のみを説明し、同様の特徴については省略する場合がある。また、レンズ系９００の説明で用いられる記号等は、特に説明しない限り、レンズ系３００に関連して説明した記号等の意味と同じである。
　図９には、広角端、中間画角、及び望遠端のそれぞれにおける第１レンズ群９０１、第２レンズ群９０２及び第３レンズ群９０３の位置が示されている。
　表６は、レンズ系９００が有するレンズのレンズデータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表６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７は、レンズ系９００において非球面形状を有する面と、非球面パラメータとを示す。「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、それぞれ４次、６次、８次、及び１０次の非球面係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　表８は、広角端、中間画角及び望遠端のそれぞれにおけるレンズ系９００の焦点距離、Ｆナンバー及び半画角を示す。なお、焦点距離は、波長５４６．０７ｎｍの光についての値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　レンズ系９００における広角端と望遠端との間の変倍に際して、第１レンズ群９０１と第２レンズ群９０２との間の面間隔Ｄ８、第２レンズ群９０２と第３レンズ群９０３との間の面間隔Ｄ１８、第３レンズ群９０３と撮像素子２２１との間の面間隔Ｄ２０が変化し得る。表９は、広角端、中間画角及び望遠端のそれぞれにおける、レンズ系９００の全系の焦点距離及び面間隔を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　表１０は、第１レンズ群９０１、第２レンズ群９０２及び第３レンズ群９０３のそれぞれの焦点距離を示す。
　図１０は、レンズ系９００を広角端から望遠端への変倍時に第１レンズ群９０１、第２レンズ群９０２及び第３レンズ群９０３が移動する軌跡を模式的に示す。矢印は、レンズ系９００の変倍に際して移動することを示す。図９及び図１０に示されるように、第１レンズ群９０１から撮像素子２２１までの間隔は、変倍時に可変である。
　第１レンズ群９０１は、物体側より、負レンズＬ１、負レンズＬ２、負レンズＬ３及び正レンズＬ４の４枚のレンズを有する。なお、第２実施例において、Ｌｉは、物体側からｉ番目の光学要素のレンズであることを示すための記号である。第２実施例において、第１実施例においてレンズに割り当てられた記号Ｌｉと同じ記号が割り当てられていても、同じレンズであることを意味しない。
　第１レンズ群９０１を、負レンズＬ１、負レンズＬ２、負レンズＬ３及び正レンズＬ４の４枚のレンズを含んで構成することで、特に入射角が大きくなる広角側の軸外光線を緩やかに曲げることができる。したがって、歪曲収差、コマ収差、及び像面湾曲などの軸外収差を良好に補正することができる。また、望遠側の球面収差を良好に補正することができる。また、第１レンズ群９０１が持つ負の屈折力を３枚の負レンズＬ１～Ｌ３で分担するので、収差を抑えながら第１レンズ群９０１の負の屈折力を大きくすることができる。また、レンズ系９００の全長を短くすることができる。
　第１レンズ群９０１の負レンズＬ１～Ｌ３のアッベ数ｖは、全てｖ＞６０であることが望ましい。負レンズである第１レンズ群９０１に含まれる負レンズを低分散硝材で形成することで、広角側の倍率色収差及び望遠側の軸上色収差を良好に補正することができる。
　第２レンズ群９０２は、物体側より、正の単レンズＬ５、絞りＳＴＯ、負正の接合レンズＬ７及びＬ８、正の単レンズＬ９、及び正負の接合レンズＬ１０及びＬ１１を有する。単レンズＬ５は、上述した第２ａレンズ群に対応する。負正の接合レンズＬ７及びＬ８は、上述した第２ｂレンズ群に対応する。正の単レンズＬ５は、物体側の面及び像面側の面が非球面形状を有する。最も物体側の正の単レンズＬ５の少なくとも一面を非球面にすることで、球面収差をより良好に補正することができる。なお、正の単レンズＬ５の一方の面のみが非球面形状を有してよい。
　なお、絞りＳＴＯは、正の単レンズＬ５と、Ｌ７及びＬ８で示される負正の接合レンズとの間に配置している。このように配置することで、望遠側で第１レンズ群３０１と第２レンズ群３０２との間隔を短くすることが出来る。そのため、レンズ系９００の全長が短くすることができる。
　図９及び図１０に示されるように、負の屈折力を持つ第１レンズ群９０１と撮像素子２２１との間隔は、広角端から望遠端への変倍時に可変である。第１レンズ群９０１は、広角端から望遠端への変倍時に撮像素子２２１側へ単調に移動する。第２レンズ群９０２は、広角端から望遠端への変倍時に撮像素子２２１側から物体側へ単調に移動する。第３レンズ群９０３は、広角端から望遠端への変倍時に、物体側へ単調に移動する。第２レンズ群９０２が主変倍成分を担い、第３レンズ群９０３が副変倍成分を担う。第３レンズ群９０３は、変倍に伴う像面変動の補正も担う。
　図１１は、広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。図１２は、中間画角における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。図１３は、望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す。
　図１１から図１３に示す球面収差図において、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）の値を示し、破線はｇ線（４３５．８ｎｍ）の値を示す。図１１から図１３に示す非点収差図において、実線はｄ線のサジタル像面の値を示し、破線はｄ 線のメリディオナル像面の値を示す。図１１から図１３に示す歪曲収差図は、ｄ線についての値を示す。各収差図から、レンズ系９００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分かる。
　図１４は、レンズ系９００の３波長の光についての球面収差図を示す。一点鎖線はｃ線（６５６．３ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８ｎｍ）の値を示す。広角端、中間画角、望遠端ともに、各波長の光について球面収差が０．１ｍｍ以内の範囲に収まっている。軸上色収差が良好に補正されていることが分かる。
　表１１は、第１実施例及び第２実施例の条件式に係る数値をまとめて示す。表１１において条件式１、条件式２及び条件式３に対応づけられた数値は、それぞれ負レンズＬ１、負レンズＬ２及び負レンズＬ３のアッベ数を示す。条件式４に対応づけられた数値は、ｆ１／ｆｗの値を示す。条件式５に対応づけられた数値は、ｆ２／ｆｗの値を示す。条件式６及び条件式７に対応づけられた数値は、それぞれ第１レンズ群３０１に含まれる正の屈折力を有するレンズの屈折率及びアッベ数を示す。条件式８に対応づけられた数値は、Ｄａ／Ｄ２を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　以上に説明したレンズ系３００及びレンズ系９００によれば、高い解像力を有し、小型で広画角なズームレンズを提供することができる。例えば、広角端の半画角が４５度を超える小型で解像力が高い広角ズームレンズを提供し得る。
　図１５は、スタビライザ８００の一例を示す外観斜視図である。スタビライザ８００は、移動体の他の一例である。例えば、スタビライザ８００が備えるカメラユニット８１３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８１３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８００は、カメラユニット８１３、ジンバル８２０、及び持ち手部８０３を備える。ジンバル８２０は、カメラユニット８１３を回転可能に支持する。ジンバル８２０は、パン軸８０９、ロール軸８１０、及びチルト軸８１１を有する。ジンバル８２０は、パン軸８０９、ロール軸８１０、及びチルト軸８１１を中心に、カメラユニット８１３を回転可能に支持する。ジンバル８２０は、支持機構の一例である。
　カメラユニット８１３は、撮像装置の一例である。カメラユニット８１３は、メモリを挿入するためのスロット８１２を有する。ジンバル８２０は、ホルダ８０７を介して持ち手部８０３に固定される。
　持ち手部８０３は、ジンバル８２０、カメラユニット８１３を操作するための各種ボタンを有する。持ち手部８０３は、シャッターボタン８０４、録画ボタン８０５、及び操作ボタン８０６を含む。シャッターボタン８０４が押下されることで、カメラユニット８１３により静止画を記録することができる。録画ボタン８０５が押下されることで、カメラユニット８１３により動画を記録することができる。
　デバイスホルダ８０１が持ち手部８０３に固定されている。デバイスホルダ８０１は、スマートフォンなどのモバイルデバイス８０２を保持する。モバイルデバイス８０２は、ＷｉＦｉなどの無線ネットワークを介してスタビライザ８００と通信可能に接続される。これにより、カメラユニット８１３により撮像された画像をモバイルデバイス８０２の画面に表示させることができる。
　スタビライザ８００においても、カメラユニット８１３がスタビライザ８００の他の部位と干渉することを抑制できる。
　以上、移動体の一例としてＵＡＶ１００及びスタビライザ８００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、撮像用の様々なレンズ装置の構成に適用できる。
　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、請求の範囲の記載から明らかである。
　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　レンズ系
３０１　第１レンズ群
３０２　第２レンズ群
３０３　第３レンズ群
８００　スタビライザ
８０１　デバイスホルダ
８０２　モバイルデバイス
８０３　持ち手部
８０４　シャッターボタン
８０５　録画ボタン
８０６　操作ボタン
８０７　ホルダ
８０９　パン軸
８１０　ロール軸
８１１　チルト軸
８１２　スロット
８１３　カメラユニット
８２０　ジンバル
９００　レンズ系
９０１　第１レンズ群
９０２　第２レンズ群
９０３　第３レンズ群

Claims (11)

  1. 　物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群とを備え、広角端から望遠端への変倍時に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が減少し、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化し、
    　前記第１レンズ群は、物体側から順に、それぞれ負、負、負、正の屈折力を有する４つのレンズを含み、前記第１レンズ群に含まれる前記負の屈折力を有する３つの前記レンズのアッベ数をそれぞれｖ１、ｖ２、ｖ３とし、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、全系の広角端の焦点距離をｆｗとすると、条件式
    　ｖ１＞６０
    　ｖ２＞６０
    　ｖ３＞６０
    　－２．５　＜　ｆ１／ｆｗ　＜　－１．２
    を満足するズームレンズ。
  2. 　前記第２レンズ群は、物体側に、少なくとも１つの正の屈折力を有する非球面レンズを含み、前記非球面レンズより像側に、少なくとも２つの接合レンズを含み、
    　前記少なくとも２つの接合レンズを構成する全ての正レンズのアッベ数ｖがｖ＞６０を満足し、
    　前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とすると、条件式
    　１．３　＜　ｆ２／ｆｗ　＜　２．６
    を満足する
    請求項１に記載のズームレンズ。
  3. 　前記第３レンズ群は、単一のレンズまたは接合レンズから構成され、フォーカス機能を担う
    請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  4. 　前記第１レンズ群に含まれる前記負の屈折力を有する３つのレンズのうち、物体側のレンズが球面レンズであり、前記物体側のレンズより像側に位置する２つのレンズのうちの少なくとも１つが非球面レンズである
    請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  5. 　前記第１レンズ群に含まれる正の屈折力を有する前記レンズの屈折率をｎ４、アッベ数をｖ４とすると、条件式
    　ｎ４＞１．９
    　ｖ４＜３５
    を満足する
    請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  6. 　広角端から望遠端への変倍時に、前記第２レンズ群と一体的に移動する絞りを更に備える
    請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  7. 　前記第２レンズ群は、物体側より順に、第２ａレンズ群と、絞りと、第２ｂレンズ群とを含み、
    　前記第２ａレンズ群の最も物体側の面と最も像側の面との間の間隔をＤａ、前記第２レンズ群の最も物体側の面と最も像側の面との間の間隔をＤ２とすると、条件式
    　Ｄａ／Ｄ２　＜　０．３５
    を満足する
    請求項１又は２に記載のズームレンズ。
  8. 　請求項１又は２に記載のズームレンズと、
    　撮像素子と
    を備える撮像装置。
  9. 　請求項１又は２に記載のズームレンズを備えて移動する移動体。
  10. 　前記移動体は無人航空機である
    請求項９に記載の移動体。
  11. 　請求項１又は２に記載のズームレンズと、
    　前記ズームレンズを変位可能に支持する支持機構と、
    　前記支持機構に取り付けられている持ち手部と
    を備えるシステム。
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