WO2026014367A1 - 光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

光学系及びそれを有する撮像装置

Info

Publication number
WO2026014367A1
WO2026014367A1 PCT/JP2025/024114 JP2025024114W WO2026014367A1 WO 2026014367 A1 WO2026014367 A1 WO 2026014367A1 JP 2025024114 W JP2025024114 W JP 2025024114W WO 2026014367 A1 WO2026014367 A1 WO 2026014367A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical system
intermediate imaging
lens
group
conditional expression
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/024114
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健太朗 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2025003990A external-priority patent/JP2026010636A/ja
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of WO2026014367A1 publication Critical patent/WO2026014367A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/04Reversed telephoto objectives
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/55Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to an optical system and an imaging device having the same.
  • Imaging devices that provide a field of view close to 360 degrees, such as omnidirectional imaging.
  • One such imaging device has multiple optical systems, and a method known as stitching is used to stitch together the images captured by each optical system (Patent Document 1).
  • a compact optical system with a wide angle of view exceeding 180 degrees is required.
  • a fisheye lens with intermediate imaging has been disclosed as an optical system with a wide angle of view exceeding 180 degrees (Patent Document 2).
  • Imaging devices that have multiple optical systems and stitch together images captured by each optical system to obtain an omnidirectional image require an image sensor for each optical system, resulting in high costs. Furthermore, errors in the image sensors can cause color and brightness differences in the captured images. Therefore, correcting these differences creates a burden when stitching. Furthermore, when multiple optical systems are installed, the number of lenses increases, resulting in higher costs.
  • Lenses with a wide angle of view exceeding 180 degrees tend to have a large front lens diameter. To mitigate this, it is effective to use a system with intermediate imaging. However, unless the appropriate conditions are specified, it is difficult to achieve sufficient miniaturization in both overall length and diameter.
  • the objective of the present invention is to provide an optical system that is compact overall and has high optical performance, using a lens with a wide angle of view exceeding 180 degrees, making it suitable for omnidirectional imaging.
  • an optical system as one aspect of the present invention is an optical system having intermediate imaging, which comprises a first optical system having a plurality of lens elements arranged on the object side of the intermediate imaging position, and a second optical system having a plurality of lens elements arranged on the image side of the intermediate imaging position, and is characterized in that when the optical system having intermediate imaging is focused at infinity, the paraxial lateral magnification of the second optical system is ⁇ 2 and the imaging angle of view of the optical system having intermediate imaging is ⁇ [°], the optical system is characterized in that it satisfies the following conditional expression: -1.60 ⁇ 2 ⁇ -1.01...(1) 180 ⁇ 2 ⁇ 280...(2)
  • an optical system having an intermediate image which comprises a first optical system having a plurality of lens elements arranged on the object side of the intermediate image position, and a second optical system having a plurality of lens elements arranged on the image side of the intermediate image position, and which is characterized in that, when the optical system having intermediate image formation is focused at infinity, the paraxial lateral magnification of the second optical system is ⁇ 2 and the imaging angle of view of the optical system having intermediate image formation is ⁇ [°], the optical system is characterized in that it satisfies the following conditional expression: ⁇ 2 ⁇ -1.01...(1d) 180 ⁇ 2 ⁇ ...(2d)
  • the present invention makes it possible to obtain an optical system that has a wide imaging angle of view exceeding 180 degrees, yet is compact overall and has high optical performance.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a lens of an optical system according to a first embodiment.
  • 4A to 4C are aberration diagrams of the optical system of Example 1.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a lens of an optical system according to a second embodiment.
  • 10A and 10B are aberration diagrams of the optical system of Example 2.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a lens of an optical system according to a third embodiment.
  • 10A and 10B are aberration diagrams of the optical system of Example 3 when focused at infinity.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of the optical system.
  • O denotes the optical axis.
  • LM denotes the intermediate imaging position.
  • the intermediate imaging position is the intersection of the object paraxial ray and the optical axis O when focusing on an object at infinity.
  • L1 denotes the first optical system.
  • the first optical system consists of multiple lens elements arranged on the object side of the intermediate imaging position M.
  • L2 denotes the second optical system.
  • the second optical system consists of multiple lens elements arranged on the image side of the intermediate imaging position M.
  • SP denotes the aperture stop.
  • IP denotes the image plane.
  • Figure 2 is a diagram of aberrations when focused at infinity.
  • the vertical axis Fno in the spherical aberration diagram represents the F-number.
  • the vertical axis ⁇ in the astigmatism, distortion, and chromatic aberration diagrams represents the half angle of view.
  • the half angle of view represents the half angle of view calculated by actual ray tracing.
  • the horizontal axis represents the amount of each aberration.
  • d represents the d-line (wavelength 587.56 nm)
  • g represents the g-line (wavelength 435.835 nm).
  • S represents the sagittal image plane at the d-line and M represents the meridional image plane at the d-line.
  • Distortion aberration is shown for the d-line.
  • the projection method used in the entire optical system of each embodiment of the present invention is equidistant projection.
  • g represents the g-line. Note that the projection method in the entire optical system of the present invention should not be limited to equidistant projection.
  • An optical system is an optical system having intermediate imaging, and includes, in order from the object side to the image side, a first optical system having a plurality of lens elements arranged closer to the object than an intermediate imaging position, and a second optical system having a plurality of lens elements arranged closer to the image than the intermediate imaging position, wherein when the optical system having intermediate imaging is focused at infinity, the paraxial magnification of the second optical system is ⁇ 2 and the imaging angle of view of the optical system having intermediate imaging is ⁇ [°], -1.60 ⁇ 2 ⁇ -1.01...(1) 180 ⁇ 2 ⁇ 280...(2)
  • the present invention is characterized in that the following condition is satisfied.
  • an optical system having an intermediate image includes, in order from the object side to the image side, a first optical system having a plurality of lens elements arranged closer to the object than an intermediate image position, and a second optical system having a plurality of lens elements arranged closer to the image than the intermediate image position, wherein when the optical system having an intermediate image is focused at infinity, the paraxial magnification of the second optical system is ⁇ 2 and the imaging angle of view of the optical system having an intermediate image is ⁇ [°], ⁇ 2 ⁇ -1.01...(1d) 180 ⁇ 2 ⁇ ...(2d)
  • the present invention is characterized in that the following condition is satisfied.
  • the intermediate image position is the point where the paraxial ray of the object intersects with the optical axis when focusing on an object at infinity.
  • the imaging angle of view When measuring the imaging angle of view, use the imaging angle of view within the image height range obtained by multiplying the short side of the sensor of the imaging device by 0.916 and rounding the value to the nearest whole number. For example, when measuring using a full-size sensor with a sensor long side of 36 mm and a sensor short side of 24 mm, use the imaging angle of view measured over an image range of 22 mm.
  • the imaging half angle of view of the optical system of the present invention is described in the examples.
  • the range with peripheral light of 30% or more is considered the imaging angle of view.
  • Conditional expressions (1) and (1d) are conditional expressions for obtaining an optical system that has a wide angle of view exceeding 180 degrees, yet is compact and has high optical performance overall.
  • the paraxial lateral magnification ⁇ 2 of the second optical system refers to the lateral magnification when the paraxial image formed by the first optical system is used as the object of the second optical system and that object is imaged on the paraxial image plane of the entire optical system.
  • ⁇ 2 In order to achieve a compact overall optical system, ⁇ 2 must be made smaller than -1.
  • the paraxial object height of the second optical system is smaller than the height of the paraxial image plane of the second optical system (the paraxial image plane of the entire optical system), making it easier to miniaturize the second optical system.
  • the height of the paraxial image plane formed by the first optical system is also smaller than the height of the paraxial image plane formed by the second optical system, making it easier to miniaturize the first optical system.
  • conditional expression (1) or (1d) If the upper limit of conditional expression (1) or (1d) is exceeded and the paraxial lateral magnification ⁇ 2 of the second optical system becomes too large, the paraxial object height of the second optical system will become larger than the height of the paraxial image plane of the second optical system, making it difficult to obtain an optical system with a compact overall system.
  • Conditions (2) and (2d) are conditions for obtaining an omnidirectional imaging device with a viewing angle exceeding 180 degrees, within a range where the imaging device is unlikely to be captured in the image. If the viewing angle narrows below the lower limit of condition (2) or (2d), it will no longer be possible to obtain a wide, nearly omnidirectional field of view.
  • Each embodiment is configured with the above configuration and an optical system with intermediate imaging that satisfies conditional expressions (1) and (2), or conditional expressions (1d) and (2d). This results in an optical system that has a wide imaging angle of view of more than 180 degrees, yet is compact overall and has high optical performance.
  • conditional expression (1) or (1d) is set as follows: -1.50 ⁇ 2 ⁇ -1.07...(1a)
  • the distance on the optical axis from the vertex of the object-side surface of the lens closest to the object in the optical system having intermediate image formation to the intermediate image formation position is defined as LM, and the total length of the lens in the optical system having intermediate image formation is defined as TL.
  • Conditional formula (3) is a conditional formula that makes it easier to achieve a compact optical system. If the lower limit of conditional formula (3) is exceeded, LM, the distance on the optical axis to the intermediate image position, becomes too short, making it difficult to miniaturize the second optical system. If the upper limit of conditional formula (3) is exceeded, LM, the distance on the optical axis to the intermediate image position, becomes too long, making it difficult to miniaturize the first optical system.
  • conditional expression (3) it is preferable to set conditional expression (3) as follows: 0.30 ⁇ LM/TL ⁇ 0.50...(3a)
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 0.32 ⁇ LM/TL ⁇ 0.45...(3b)
  • the refractive index at the d-line is defined as Nd1.
  • Nd1 the refractive index at the d-line.
  • Conditional formula (4) is a conditional formula that makes it easier to obtain a wide angle of view and high optical performance. If the lower limit of conditional formula (4) is exceeded, the refractive index of the lenses that make up the first optical system will become too low, making it difficult to achieve a wide angle of view while also achieving good aberration correction. This is because as the angle of view becomes wider, the refractive power of each lens, particularly the lens closest to the object, becomes stronger, increasing the occurrence of aberrations. If the upper limit of conditional formula (4) is exceeded, the refractive index will become too high, making it difficult to manufacture the glass.
  • conditional expression (4) it is preferable to set conditional expression (4) as follows: 1.95 ⁇ Nd1 ⁇ 2.30...(4a)
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 2.00 ⁇ Nd1 ⁇ 2.20...(4b)
  • the refractive index at the d-line is defined as Nd2.
  • Nd2 the refractive index at the d-line
  • Conditional formula (5) is a conditional formula that makes it easier to obtain high optical performance. If the lower limit of conditional formula (5) is exceeded, the refractive index of the lenses that make up the second optical system will become too low, making it difficult to achieve good aberration correction. This is because aberrations occur when the image formed by the first optical system is enlarged at the paraxial magnification defined by conditional formula (1). If the upper limit of conditional formula (5) is exceeded, the refractive index will become too high, making it difficult to manufacture the glass.
  • conditional expression (5) it is preferable to set conditional expression (5) as follows: 1.95 ⁇ Nd2 ⁇ 2.30...(5a)
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 2.00 ⁇ Nd2 ⁇ 2.20...(5b)
  • the lens group having a negative composite focal length is designated as the 2b group
  • the focal length of the 2b group is designated as f2b
  • the focal length of the entire optical system having an intermediate image is designated as f.
  • Conditional formula (6) is a conditional formula that makes it easy to achieve high optical performance while maintaining a wide angle of view. For example, when the imaging angle of view is wide, exceeding 200 degrees, the negative refractive power of the lens closest to the object in an optical system with intermediate image formation becomes strong. In order to correct various aberrations such as astigmatism and field curvature that occur in this lens, it is effective to give the 2b group negative refractive power. If the focal length of the 2b group becomes too long, exceeding the lower limit of conditional formula (6), the 2b group will not be able to sufficiently correct aberrations, making it difficult to achieve high optical performance. If the focal length of the 2b group becomes too short, exceeding the upper limit of conditional formula (6), the aberrations that occur in the 2b group will increase, making it difficult to achieve high optical performance.
  • conditional expression (6) it is preferable to set conditional expression (6) as follows: -30.0 ⁇ f2b/
  • conditional expression (3a) should be set as follows: -28.0 ⁇ f2b/
  • the distance on the optical axis between the 2b-group and the image plane of the optical system having the intermediate image is defined as LB.
  • Conditional expression (7) is a conditional expression that facilitates the miniaturization of the optical system. For example, when the imaging angle of view is wide, exceeding 200 degrees, the negative refractive power of the lens closest to the object in the optical system with intermediate image formation becomes strong. As mentioned above, giving the 2b group negative refractive power is effective in correcting various aberrations such as astigmatism and field curvature that occur in this lens. To facilitate the miniaturization of the optical system, it is effective to position the 2b group close to the image plane of the optical system with intermediate image formation.
  • the lens will be too close to the image plane of the optical system with intermediate image formation, which may make it difficult to configure a mechanical mechanism when using this optical system for interchangeable lenses, for example. If the axial distance LB becomes too long, exceeding the upper limit of conditional expression (7), it becomes difficult to miniaturize the entire optical system with intermediate image formation.
  • conditional expression (7) as follows: 0.04 ⁇ LB/TL ⁇ 0.25...(7a)
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 0.05 ⁇ LB/TL ⁇ 0.10...(7b)
  • the group 1a includes a plurality of lens elements and is located closer to the object side than the first intersection of the most off-axis chief ray and the optical axis, counting from the object side, and the focal length of the group 1a is denoted by f1a.
  • Conditional formula (8) is a conditional formula that makes it easier to obtain a wide angle of view and high optical performance. If the focal length f1a of the 1a group becomes too long, exceeding the lower limit of conditional formula (8), it becomes difficult to obtain a wide angle of view. If the focal length f1a of the 1a group becomes too short, exceeding the upper limit of conditional formula (8), various aberrations such as field curvature that occur in the 1a group increase, making it difficult to obtain high optical performance.
  • conditional expression (8) as follows: -3.50 ⁇ f1a/
  • conditional expression (3a) should be set as follows: -1.50 ⁇ f1a/
  • the focal length of the first optical system is denoted by f1.
  • f1 The focal length of the first optical system
  • Conditional formula (9) is a conditional formula that makes it easier to obtain a wide angle of view and high optical performance. If the focal length f1 of the first optical system becomes too short, exceeding the lower limit of conditional formula (9), various aberrations such as field curvature that occur in the first group will increase, making it difficult to obtain high optical performance. If the focal length f1 of the first optical system becomes too long, exceeding the upper limit of conditional formula (9), it will be difficult to obtain a wide angle of view.
  • conditional expression (9) it is preferable to set conditional expression (9) as follows: 0.60 ⁇ f1/
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 0.70 ⁇ f1/
  • the focal length of the second optical system is denoted by f2.
  • f2 The focal length of the second optical system
  • Conditional formula (10) is a conditional formula that makes it easier to achieve compactness and high optical performance. If the focal length f2 becomes too short, exceeding the lower limit of conditional formula (10), various aberrations such as spherical aberration and coma will occur in the second optical system, making it difficult to achieve high optical performance. If the focal length f2 becomes too long, exceeding the upper limit of conditional formula (10), the overall length of the second optical system will increase, making it difficult to achieve compactness.
  • conditional expression (10) it is preferable to set conditional expression (10) as follows: 8.0 ⁇ f2/
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 12.0 ⁇ f2/
  • a group having a plurality of lens elements that are not included in the group 1a is designated as group 1b, and the focal length of group 1b is designated as f1b.
  • the focal length f1b of group 1b it is preferable to set the focal length f1b of group 1b so as to satisfy the following conditional expression: 1.60 ⁇ f1b/
  • Conditional formula (11) is a conditional formula that makes it easier to achieve compactness and high optical performance. If the focal length f1b becomes too short, exceeding the lower limit of conditional formula (11), various aberrations such as spherical aberration and coma that occur in the 1b lens group will become significant, making it difficult to achieve high optical performance. If the focal length f1b becomes too long, exceeding the upper limit of conditional formula (11), the overall length of the 1b lens group will increase, making it difficult to achieve compactness.
  • conditional expression (11) it is preferable to set conditional expression (11) as follows: 1.80 ⁇ f1b/
  • conditional expression (3a) should be set as follows: 2.00 ⁇ f1b/
  • Example 1 is an optical system with a focal length of -6.57 mm, an F-number of 2.91, and an intermediate image with a half angle of view of 95.7 degrees.
  • an equidistant projection method is used for distortion.
  • the entire optical system is composed of a first optical system L1 having multiple lens elements positioned closer to the object than the intermediate image position, a second optical system L2 having multiple lens elements positioned closer to the image than the intermediate image position, and an aperture stop.
  • the first optical system L1 is composed of, in order from the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a biconcave negative lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, an aperture stop, a cemented lens consisting of a negative meniscus lens convex toward the object side and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex negative lens, a biconvex positive lens, a negative meniscus lens convex toward the image side, and a positive lens surface convex toward the object side.
  • This configuration makes it easy to obtain a wide angle of view and correct various aberrations such as field curvature.
  • by forming an intermediate image using the first optical system L1 and making the height of its paraxial image plane smaller than the height of the paraxial image plane of the entire optical system it is easy to obtain a compact optical system as a whole.
  • the second optical system L2 is composed of, in order from the object side, a positive lens surface convex toward the image side, a positive meniscus lens convex toward the image side, a cemented lens consisting of a biconvex positive lens and a biconcave negative lens, a cemented lens consisting of a negative meniscus lens convex toward the object side and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, and a positive meniscus lens convex toward the object side.
  • This configuration satisfies conditional formula (1) with a paraxial magnification of -1.3 for the second optical system when focusing on an object at infinity, and also makes it easy to correct various aberrations such as spherical aberration and coma.
  • Example 2 is an optical system with a focal length of -5.15 mm, an F-number of 2.91, and an intermediate image with a half-angle of view of 125 degrees.
  • an equidistant projection method is used for distortion.
  • the entire optical system is composed of a first optical system L1 having multiple lens elements positioned closer to the object than the intermediate image position, a second optical system L2 having multiple lens elements positioned closer to the image than the intermediate image position, and an aperture stop.
  • the first optical system L1 is composed of, in order from the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a negative meniscus aspherical lens convex toward the object side, a biconvex positive lens, a cemented lens consisting of a negative meniscus lens convex toward the object side and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex negative lens, and a biconvex positive lens.
  • This configuration makes it easy to obtain a wide angle of view and correct various aberrations such as field curvature.
  • by forming an intermediate image using the first optical system L1 and making the height of its paraxial image plane smaller than the height of the paraxial image plane of the entire optical system it is easy to obtain a compact optical system as a whole.
  • the second optical system L2 is composed of, from the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a biconvex positive lens, a positive meniscus lens convex toward the image side, a cemented lens consisting of a biconvex positive lens and a negative meniscus lens convex toward the image side, an aperture stop, a cemented lens consisting of a negative meniscus lens convex toward the object side and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, and a negative meniscus lens convex toward the object side.
  • This configuration satisfies conditional formula (1), with a paraxial magnification of -1.21 for the second optical system when focusing on an object at infinity, and also makes it easy to correct various aberrations such as spherical aberration and coma.
  • Example 3 is an optical system with a focal length of -4.97 mm, an F-number of 2.91, and an intermediate image with a half-angle of view of 130 degrees.
  • an equidistant projection method is used for distortion.
  • the entire optical system is composed of a first optical system L1 having multiple lens elements positioned closer to the object than the intermediate image position, a second optical system L2 having multiple lens elements positioned closer to the image than the intermediate image position, and an aperture stop.
  • the first optical system L1 is composed of, in order from the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a negative meniscus aspherical lens convex toward the object side, a positive meniscus lens convex toward the image side, a cemented lens consisting of a negative meniscus lens convex toward the object side and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, a biconvex negative lens, and a biconvex positive lens.
  • This configuration makes it easy to obtain a wide angle of view and correct various aberrations such as field curvature.
  • by forming an intermediate image using the first optical system L1 and making the height of its paraxial image plane smaller than the height of the paraxial image plane of the entire optical system it is easy to obtain a compact optical system as a whole.
  • the second optical system L2 is composed of, from the object side, a negative meniscus lens convex toward the object side, a biconvex positive lens, a positive meniscus lens convex toward the image side, a cemented lens consisting of a biconvex positive lens and a negative meniscus lens convex toward the image side, an aperture stop, a cemented lens consisting of a negative meniscus lens convex toward the object side and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, and a negative meniscus lens convex toward the object side.
  • This configuration satisfies conditional formula (1), with a paraxial magnification of -1.20 for the second optical system when focusing on an object at infinity, and also makes it easy to correct various aberrations such as spherical aberration and coma.
  • aberration correction may be performed using image processing.
  • components such as a low-pass filter or IR cut filter may be placed in front of the image plane as necessary.
  • i indicates the order counted from the object side in the order in which the optical axis O passes
  • ri indicates the radius of curvature of the ith optical surface (ith surface)
  • di indicates the axial distance along the optical axis between the ith surface and the (i+1)th surface
  • ndi and ⁇ di are the refractive index and Abbe number of the material of the ith optical member for the d-line, respectively.
  • R is the paraxial radius of curvature
  • k is the conic constant
  • A4 , A6 , A8 , and A10 are aspheric coefficients. It is expressed by the following formula.
  • * indicates a surface with an aspherical shape.
  • Table 1 also shows the relationship between the parameters for each of the above-mentioned conditional expressions and the numerical data for each conditional expression.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

中間結像有する光学系において、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸横倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、以下の条件式を満たす。 -1.60<β2<-1.01・・・(1) 180<2ω<280・・・・・(2)

Description

光学系及びそれを有する撮像装置
 本発明は光学系及びそれを有する撮像装置に関する。
 全方位撮像のように360度に近い視野を提供する撮像装置が求められている。このような撮像装置として、複数の光学系を有し、各光学系の撮像画像を繋ぎ合わせる方法(スティッチ処理)が知られている(特許文献1)。
 複数の光学系を使わずに単眼でこのような用途に応えるためには、撮像画角180度を超えて広画角で小型な光学系が必要になる。撮像画角180度を超えて広画角な光学系として、中間結像有する魚眼レンズが開示されている(特許文献2)。
特許第5839135号明細書 特許第7045611号明細書
 複数の光学系を有し、それぞれの光学系の撮影画像を繋ぎ合わせて全方位画像を得る方式の撮像装置は、光学系の数だけ撮像素子が必要となり高コスト化する。また、撮像素子の誤差により、撮影画像で色差、輝度差等が生じる。故に、スティッチ処理を行う際、それらを補正するための負荷が生じる。また、複数の光学系を搭載する場合、複数の光学系を搭載する分レンズ枚数が増えるため高コスト化する。
 撮像画角180度を超えて広画角なレンズは特に前玉径が大型化する。これを緩和するために中間結像有する系とすることが有効である。しかし適切な条件を規定しなければ、全長・径ともに十分な小型化効果を得ることが困難である。
 本発明は、全方位撮像に適した撮像画角180度を超えて広画角なレンズにおいて、全系が小型かつ高い光学性能を有する光学系を得ることを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光学系は、中間結像有する光学系において、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸横倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
  -1.60<β2<-1.01・・・(1)
  180<2ω<280・・・・・(2)
 また、本発明の別の側面としての光学系は、中間結像有する光学系において、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸横倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする。
  β2<-1.01・・・(1d)
  180<2ω・・・・・(2d)
 本発明によれば、撮像画角180度を超える広画角でありながら、全系が小型かつ高い光学性能を有する光学系を得ることができる。
実施例1の光学系のレンズ断面図である。 実施例1の光学系の収差図である。 実施例2の光学系のレンズ断面図である。 実施例2の光学系の収差図である。 実施例3の光学系のレンズ断面図である。 実施例3の光学系の無限遠合焦時の収差図である。
 はじめに図面について説明する。図1は光学系の断面図である。Oは光軸を示している。LMは中間結像位置を示している。中間結像位置は、無限遠物体合焦における物体近軸光線と光軸Oとの交点とする。L1は第1光学系を示している。第1光学系は、中間結像位置Mよりも物体側に配置された複数のレンズ素子からなる。L2は第2光学系を示している。第2光学系は、中間結像位置Mよりも像側に配置された複数のレンズ素子からなる。SPは開口絞りを示している。IPは像面を示している。
 図2は無限遠合焦時の収差図である。球面収差図の縦軸FnoはFナンバーを示している。非点収差、歪曲、色収差の縦軸ωは撮像半画角を示している。撮像半画角は実光線追跡により計算された半画角を意味する。横軸はそれぞれの収差量を示している。球面収差図において、dはd線(波長587.56nm)、gはg線(波長435.835nm)を示している。非点収差図において、Sはd線におけるサジタル像面、Mはd線におけるメリディオナル像面を示している。歪曲収差はd線について示している。本発明の各実施例の光学系全系における射影方式は等距離射影を採用している。色収差図において、gはg線を示している。なお、本発明の光学系全系において、射影方式を等距離射影に限定すべきものではない。
 次に、撮像画角180度を超える広画角でありながら、全系が小型かつ高い光学性能を有する光学系を得るための手段を説明する。
 本発明の一側面としての光学系は、中間結像有する光学系において、物体側から像側へ順に、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、
  -1.60<β2<-1.01・・・(1)
  180<2ω<280・・・・・(2)
 の条件式を満たすことを特徴とする。
 また、本発明の別の側面としての光学系は、中間結像有する光学系において、物体側から像側へ順に、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、
  β2<-1.01・・・(1d)
  180<2ω・・・・・(2d)
 の条件式を満たすことを特徴とする。
 ここで、中間結像位置は、無限遠物体合焦における物体近軸光線が光軸と交わる点とする。
 撮像画角を測定する場合、撮像装置のセンサ短辺に0.916を掛けた値の小数点第一位を四捨五入した像高範囲における撮像画角を用いる。例えば、センサ長辺36mm、センサ短辺24mmのフルサイズセンサを用いて測定した場合、像範囲22mmで測定した撮像画角を用いる。本発明の光学系の撮像半画角は実施例に記載している。
 撮像画角を測定する場合、周辺光量30%以上の範囲を撮像画角とする。
 中間結像有する光学系とすることで、撮像画角180度を超えて広画角としても、第1光学系の径方向を小型化する事が容易になる。
 条件式(1)および(1d)は撮像画角180度を超える広画角でありながらも、全系が小型かつ高い光学性能を有する光学系を得るための条件式である。第2光学系の近軸横倍率β2は、第1光学系で形成した近軸像を第2光学系の物体とし、その物体を光学系全系の近軸像面に結像させたときの横倍率を意味している。全系が小型な光学系とするためには、β2を-1より小さくすることが必要になる。β2を-1より小さくすることで、第2光学系の近軸物点高さは第2光学系の近軸像面(光学系全系の近軸像面)の高さより小さくなるため、第2光学系の小型化が容易になる。また、第1光学系が形成する近軸像面の高さも、第2光学系が形成する近軸像面の高さより小さくなるため、第1光学系の小型化が容易になる。
 条件式(1)または(1d)の上限を超えて、第2光学系の近軸横倍率β2が大きくなりすぎると、第2光学系の近軸物点高さが第2光学系の近軸像面の高さより大きくなるため、全系が小型な光学系を得ることが困難になる。
 条件式(2)および(2d)は撮像画角180度を超えて、撮像装置が写り込みにくい範囲で360度に近い全方位撮像装置を得るための条件式である。条件式(2)または(2d)の下限を超えて、撮像画角が狭くなると、全方位に近い広い視野を得ることができなくなる。
 各実施例は以上の構成と条件式(1)と条件式(2)、または条件式(1d)と条件式(2d)を満たすように中間結像有する光学系を構成している。これにより、撮像画角180度を超える広画角でありながら、全系が小型かつ高い光学性能を有する光学系を得ている。
 また、好ましくは、条件式(1)および条件式(2)のように下限を設定すると良い。
 条件式(1)の下限を超えて、第2光学系の近軸横倍率β2が小さくなると、第2光学系における物体の拡大率が大きくなる。そのため、条件式(1)の下限を上回ることで諸収差を補正しやすくなる。
 条件式(2)の上限を超えると、撮像画角が広くなる。そのため、条件式(1)の上限を下回ることで全系を小型化しやすくなる。
 また、好ましくは条件式(1)または(1d)の範囲を次のように設定すると良い。
  -1.50<β2<-1.07・・・(1a)
 さらに好ましくは条件式(1a)の範囲を次のように設定すると良い。
  -1.40<β2<-1.10・・・(1b)
 好ましくは条件式(2)の範囲を次のように設定すると良い。
  182<2ω<270・・・(2a)
 さらに好ましくは条件式(2a)の範囲を次のように設定すると良い。
  185<2ω<265・・・(2b)
 好ましくは条件式(2d)の範囲を次のように設定すると良い。
  182<2ω≦360・・・(2c)
 さらに好ましくは条件式(2c)の範囲を次のように設定すると良い。
  185<2ω<330・・・(2e)
 さらに好ましくは条件式(2e)の範囲を次のように設定すると良い。
  190<2ω<300・・・(2f)
 各実施例において、さらに好ましくは次に述べる条件を満たすと良い。
 中間結像有する光学系の最も物体側のレンズの物体側面頂点から、中間結像位置までの光軸上の距離をLM、中間結像有する光学系のレンズ全長をTLとする。このとき、以下の条件式を満たすように中間結像位置までの光軸上の距離LMを設定すると良い。
  0.25<LM/TL<0.55・・・(3)
 条件式(3)は小型な光学系を得ることを容易にする条件式である。条件式(3)の下限値を超えると、中間結像位置までの光軸上の距離をLMが短くなりすぎ、第2光学系の小型化が困難になる。条件式(3)の上限値を超えると、中間結像位置までの光軸上の距離をLMが長くなりすぎ、第1光学系の小型化が困難になる。
 好ましくは条件式(3)を次のように設定すると良い。
  0.30<LM/TL<0.50・・・(3a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  0.32<LM/TL<0.45・・・(3b)
 第1光学系において、d線(587.56nm)における屈折率をNd1とする。このとき、第1光学系を構成する最も物体側のレンズを含めて、3枚以上のレンズが以下の条件式を満たすように屈折率Nd1を設定すると良い。
  1.90<Nd1<2.40・・・(4)
 条件式(4)は広画角と高い光学性能を得ることを容易にする条件式である。条件式(4)の下限値を超えると、第1光学系を構成するレンズの屈折率が低くなりすぎ、広画角を達成しつつ良好な収差補正を実現することが難しくなる。広画角になるにつれ、各レンズ、特に最も物体側のレンズの屈折力が強まり、収差発生が増大するためである。条件式(4)の上限値を超えると、屈折率が高くなりすぎ、ガラスの製造が困難になる。
 好ましくは条件式(4)を次のように設定すると良い。
  1.95<Nd1<2.30・・・(4a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  2.00<Nd1<2.20・・・(4b)
 第2光学系において、d線(587.56nm)における屈折率をNd2とする。このとき、第2光学系を構成するレンズのうち、2枚以上のレンズが以下の条件式を満たすように屈折率Nd2を設定すると良い。
  1.90<Nd2<2.40・・・(5)
 条件式(5)は高い光学性能を得ることを容易にする条件式である。条件式(5)の下限値を超えると、第2光学系を構成するレンズの屈折率が低くなりすぎ、良好な収差補正を実現することが難しくなる。第1光学系で形成した像を、条件式(1)の近軸倍率で拡大する際に収差が発生するためである。条件式(5)の上限値を超えると、屈折率が高くなりすぎ、ガラスの製造が困難になる。
 好ましくは条件式(5)を次のように設定すると良い。
  1.95<Nd2<2.30・・・(5a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  2.00<Nd2<2.20・・・(5b)
 第2光学系において、最も像側に配置されたレンズを起点として、負の合成焦点距離をもつレンズ群を第2b群とし、第2b群の焦点距離をf2b、中間結像有する光学系の全系の焦点距離をfとする。このとき、以下の条件式を満たすように第2b群の焦点距離f2bを設定すると良い。
  -40.0<f2b/|f|<-10.0・・・(6)
 条件式(6)は広画角としつつも高い光学性能を得ることを容易にする条件式である。例えば、撮像画角が200度を超えるような広画角の場合、中間結像有する光学系の最も物体側のレンズの負の屈折力が強くなる。このレンズで発生する非点収差、像面湾曲などの緒収差を補正するためには、第2b群を負の屈折力とすることが有効である。条件式(6)の下限値を超えて第2b群の焦点距離が長くなりすぎると、第2b群による収差補正を十分に行えず高い光学性能を実現することが困難になる。条件式(6)の上限値を超えて第2b群の焦点距離が短くなりすぎると、第2b群で発生する収差が増大し、高い光学性能を得ることが困難になる。
 好ましくは条件式(6)を次のように設定すると良い。
  -30.0<f2b/|f|<-15.0・・・(6a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  -28.0<f2b/|f|<-20.0・・・(6b)
 前記第2b群と前記中間結像有する光学系の像面の光軸上の距離をLBとする。このとき、以下の条件式を満たすように光軸上の距離LBを設定すると良い。
  0.01<LB/TL<0.30・・・(7)
 条件式(7)は光学系の小型化を得やすくするための条件式である。例えば、撮像画角が200度を超えるような広画角の場合、中間結像有する光学系の最も物体側のレンズの負の屈折力が強くなる。このレンズで発生する非点収差、像面湾曲などの緒収差を補正するためには、第2b群を負の屈折力とすることが有効であることを前述した。光学系の小型化を得やすくするためには、第2b群を中間結像有する光学系の像面近くに配置することが有効である。条件式(7)の下限値を超えて光軸上の距離LBが短くなりすぎると、中間結像有する光学系の像面と近くなりすぎ、例えばこの光学系をレンズ交換式の用途として活用する場合にメカ機構を構成することが困難になる可能性がある。条件式(7)の上限値を超えて光軸上の距離LBが長くなりすぎると、中間結像有する光学系全系の小型化が困難になる。
 好ましくは条件式(7)を次のように設定すると良い。
  0.04<LB/TL<0.25・・・(7a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  0.05<LB/TL<0.10・・・(7b)
 第1光学系において、最軸外主光線と光軸の物体側から数えて1回目の交点より、物体側に配置された複数のレンズ素子を有する群を第1a群とし、第1a群の焦点距離をf1aとする。このとき、以下の条件式を満たすように第1a群の焦点距離f1aを設定すると良い。
  -4.50<f1a/|f|<-0.50・・・(8)
 条件式(8)は広画角と高い光学性能を得やすくするための条件式である。条件式(8)の下限値を超えて第1a群の焦点距離f1aが長くなりすぎると、広画角を得ることが困難になる。条件式(8)の上限値を超えて第1a群の焦点距離f1aが短くなりすぎると、第1a群で発生する像面湾曲などの緒収差が増大し、高い光学性能を得ることが困難になる。
 好ましくは条件式(8)を次のように設定すると良い。
  -3.50<f1a/|f|<-0.60・・・(8a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  -1.50<f1a/|f|<-0.70・・・(8b)
 第1光学系の焦点距離をf1とする。このとき、以下の条件式を満たすように第1光学系の焦点距離f1を設定すると良い。
  0.50<f1/|f|<1.2・・・(9)
 条件式(9)は広画角と高い光学性能を得やすくするための条件式である。条件式(9)の下限値を超えて第1光学系の焦点距離f1が短くなりすぎると、第1群で発生する像面湾曲などの緒収差が増大し、高い光学性能を得ることが困難になる。条件式(9)の上限値を超えて第1光学系の焦点距離f1が長くなりすぎると、広画角を得ることが困難になる。
 好ましくは条件式(9)を次のように設定すると良い。
  0.60<f1/|f|<1.1・・・(9a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  0.70<f1/|f|<1.0・・・(9b)
 第2光学系の焦点距離をf2とする。このとき、以下の条件式を満たすように第2光学系の焦点距離f2を設定すると良い。
  5.0<f2/|f|<25.0・・・(10)
 条件式(10)は小型化と高い光学性能を得やすくするための条件式である。条件式(10)の下限値を超えて焦点距離f2が短くなりすぎると、第2光学系で発生する球面収差やコマ収差などの緒収差が大きく発生し、高い光学性能を得ることが困難になる。条件式(10)の上限値を超えて焦点距離f2が長くなりすぎると、第2光学系の全長が大きくなるため、小型化を得ることが困難になる。
 好ましくは条件式(10)を次のように設定すると良い。
  8.0<f2/|f|<23.0・・・(10a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  12.0<f2/|f|<20.0・・・(10b)
 第1光学系において、第1a群を構成しない複数のレンズ素子を有する群を第1b群とし、第1b群の焦点距離をf1bとする。このとき、以下の条件式を満たすように第1b群の焦点距離f1bを設定すると良い。
  1.60<f1b/|f|<5.00・・・(11)
 条件式(11)は小型化と高い光学性能を得やすくするための条件式である。条件式(11)の下限値を超えて焦点距離f1bが短くなりすぎると、第1b群で発生する球面収差やコマ収差などの緒収差が大きく発生し、高い光学性能を得ることが困難になる。条件式(11)の上限値を超えて焦点距離f1bが長くなりすぎると、第1b群の全長が大きくなるため、小型化を得ることが困難になる。
 好ましくは条件式(11)を次のように設定すると良い。
  1.80<f1b/|f|<3.50・・・(11a)
 より好ましくは条件式(3a)を次のように設定すると良い。
  2.00<f1b/|f|<3.00・・・(11b)
 実施例1は焦点距離-6.57mm、Fナンバー2.91、撮像半画角95.7度の中間結像有する光学系である。歪曲収差において、射影方式は等距離射影を採用している。光学系全系は、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系L1、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系L2、開口絞りで構成されている。
 第1光学系L1は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、開口絞り、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズ、像側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の正のレンズ面から構成されている。この構成により広画角を得ることを容易にし、像面湾曲などの緒収差を補正することを容易にしている。また、第1光学系L1により中間像を形成し、その近軸像面の高さを光学系全系の近軸像面の高さより小さくすることで、全系が小型な光学系を得ることを容易にしている。
 第2光学系L2は、物体側から順に、像側に凸形状の正のレンズ面、像側に凸形状の正メニスカスレンズ、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズからなる接合レンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズからなる接合レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸形状の正メニスカスレンズから構成されている。この構成により無限遠物体合焦における第2光学系の近軸倍率を-1.3と条件式(1)を満たすようにするとともに、球面収差やコマ収差といった緒収差を補正することを容易にしている。
 実施例2は焦点距離-5.15mm、Fナンバー2.91、撮像半画角125度の中間結像有する光学系である。歪曲収差において、射影方式は等距離射影を採用している。光学系全系は、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系L1、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系L2、開口絞りで構成されている。
 第1光学系L1は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカス非球面レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズの接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズから構成されている。この構成により広画角を得ることを容易にし、像面湾曲などの緒収差を補正することを容易にしている。また、第1光学系L1により中間像を形成し、その近軸像面の高さを光学系全系の近軸像面の高さより小さくすることで、全系が小型な光学系を得ることを容易にしている。
 第2光学系L2は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、両凸形状の正レンズ、像側に凸形状の正メニスカスレンズ、両凸形状の正レンズと像側に凸形状の負メニスカスレンズの接合レンズ、開口絞り、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズの接合レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズから構成されている。この構成により無限遠物体合焦における第2光学系の近軸倍率を-1.21と条件式(1)を満たすようにするとともに、球面収差やコマ収差といった緒収差を補正することを容易にしている。
 実施例3は焦点距離-4.97mm、Fナンバー2.91、撮像半画角130度の中間結像有する光学系である。歪曲収差において、射影方式は等距離射影を採用している。光学系全系は、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系L1、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系L2、開口絞りで構成されている。
 第1光学系L1は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカス非球面レンズ、像側に凸形状の正メニスカスレンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズの接合レンズ、両凸形状の正レンズ、両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズ、両凸形状の正レンズから構成されている。この構成により広画角を得ることを容易にし、像面湾曲などの緒収差を補正することを容易にしている。また、第1光学系L1により中間像を形成し、その近軸像面の高さを光学系全系の近軸像面の高さより小さくすることで、全系が小型な光学系を得ることを容易にしている。
 第2光学系L2は、物体側から順に、物体側に凸形状の負メニスカスレンズ、両凸形状の正レンズ、像側に凸形状の正メニスカスレンズ、両凸形状の正レンズと像側に凸形状の負メニスカスレンズの接合レンズ、開口絞り、物体側に凸形状の負メニスカスレンズと両凸形状の正レンズの接合レンズ、両凸形状の正レンズ、物体側に凸形状の負メニスカスレンズから構成されている。この構成により無限遠物体合焦における第2光学系の近軸倍率を-1.20と条件式(1)を満たすようにするとともに、球面収差やコマ収差といった緒収差を補正することを容易にしている。
 以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で多様な変形と変更が可能である。例えば、収差補正について画像処理で補正してもよい。また、必要に応じて像面の前にローパスフィルターやIRカットフィルターなどの部材を配置してもよい。
 以下に各実施例の数値データを示す。
 各実施例において、iは物体側から光軸Oが通過する順番に数えた順序を示し、riは第i番目の光学面(第i面)の曲率半径、diは第i面と第(i+1)面との間の光軸に沿った軸上間隔を示す。また、ndi、νdiはそれぞれd線に対する第i番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数である。非球面形状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光線の進行方向を正としRを近軸曲率半径、kを円錐定数、A4、A6、A8、A10を各々非球面係数としたとき
  x=(h/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)1/2]+A4・h+A6・h+A8・h+A10・h10
 なる式で表している。
 *は非球面形状を有する面を意味している。
 「e-x」は10-xを意味している。
 BFは空気換算のバックフォーカスである。
 また、前述の各条件式に関するパラメータと各条件式に対する数値データとの関係を表1に示す。
単位 mm
 
 面データ
面番号       r        d      nd         vd         有効径
 1         26.795    1.54   2.00069    25.5       28.90
 2          8.476    4.89                         16.44
 3         17.565    1.29   1.80810    22.8       15.83
 4          7.936    6.86                         12.49
 5         -9.450    1.29   1.59522    67.7       11.13
 6         16.128    1.51                         11.90
 7         35.081    5.89   2.00100    29.1       12.77
 8        -21.484    0.20                         13.68
 9         77.545    5.34   1.89190    37.1       13.29
10       -216.973    3.49                         12.26
11(絞り)    ∞         1.65                        10.87
12         79.290    1.29   1.73800    32.3       11.07
13         12.489    5.87   1.59522    67.7       11.08
14        -17.054   13.01                         11.47
15         12.788    7.56   1.59522    67.7       17.35
16        -26.958    0.30                         15.98
17        -24.938    1.54   1.85478    24.8       15.60
18         11.627    1.77                         14.18
19         23.690    7.68   2.00100    29.1       14.80
20        -29.107    1.75                         15.47
21        -13.102    1.03   1.73800    32.3       15.38
22        -37.669    0.55                         16.49
23         38.068   11.40                         18.37
24        -28.255   30.79                         18.40
25       -731.909    4.68   2.00069    25.5       18.35
26        -48.830    0.20                         18.40
27         21.724    4.93   1.43875    94.7       17.32
28        -33.823    1.29   1.66565    35.6       16.21
29        237.786   13.64                         15.36
30        169.212    1.29   2.00100    29.1       13.87
31         17.621    4.36   1.43875    94.7       13.63
32        -28.007    0.20                         14.05
33         38.349    2.74   1.48749    70.2       14.15
34       -514.091    0.29                         13.99
35         21.999    4.56   1.48749    70.2       13.79
36         59.042   36.61                         12.64
像面        ∞
 
 各種データ
焦点距離             -6.57
Fナンバー             2.91
撮像半画角[°]       95.7
像高                 11.00
レンズ全長           193.27
BF                   36.61
 
入射瞳位置     7.85
射出瞳位置   -14.40
前側主点位置   0.43
後側主点位置  43.18
 
 レンズ群データ
群  始面    焦点距離   レンズ構成長   前側主点位置   後側主点位置
L1    1       5.05        76.30        12.64         -5.56
L1a   1     -20.30        28.80        -8.01        -68.99
L1b  12      21.77        42.35        14.85        -43.85
L2   24      57.29        68.96       166.95        -95.23
 
 単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
  1       1    -12.93
  2       3    -19.05
  3       5     -9.83
  4       7     14.04
  5       9     64.60
  6      12    -20.25
  7      13     13.08
  8      15     15.69
  9      17     -9.10
 10      19     14.07
 11      21    -27.72
 12      23     23.98
 13      25     52.11
 14      27     30.99
 15      28    -44.40
 16      30    -19.73
 17      31     25.39
 18      33     73.32
 19      35     69.14
 
単位 mm
 
 面データ
面番号       r        d      nd         vd         有効径
 1         36.248    2.50   2.00069    25.5       60.00
 2         19.130   10.52                         37.20
 3         20.917    1.29   1.80810    22.8       24.71
 4          7.952    5.98                         14.95
 5*        28.810    0.90   1.58313    59.4       12.94
 6          5.314    3.07                          9.22
 7         96.702    5.15   1.88300    40.8        9.22
 8        -93.984    2.66                          9.03
 9         23.129    1.29   1.85478    24.8        8.52
10         10.811    9.66   1.59522    67.7        8.09
11        -11.405    0.20                         13.25
12         17.000    4.52   1.59522    67.7       14.93
13       -160.889    0.26                         14.62
14         29.877    6.07   1.59522    67.7       14.30
15       -276.427    3.53                         12.56
16        -11.560    1.54   1.85478    24.8       11.32
17         18.525    2.11                         12.28
18         32.174    4.51   2.00100    29.1       15.97
19        -28.392    2.25                         16.92
20         29.452    1.03   1.73800    32.3       18.40
21         16.763    0.26                         18.35
22         17.066   11.69   1.72916    54.7       18.05
23       -164.612   31.65                         18.40
24       -262.519    4.84   2.00069    25.5       17.97
25        -41.691    7.59                         18.08
26         25.475    5.26   1.43875    94.7       18.12
27        -26.475    1.29   1.66565    35.6       17.68
28        -68.326    4.20                         17.49
29(絞り)     ∞      14.05                         15.99
30        981.640    1.29   2.00100    29.1       11.54
31         13.326    4.87   1.43875    94.7       11.85
32        -22.657    0.20                         13.51
33         21.783    9.94   1.48749    70.2       15.35
34        -71.774   10.30                         16.75
35         33.931    3.20   1.48749    70.2       18.49
36         21.576   13.50                         18.14
像面        ∞
 
 非球面データ
第5面
K = 0.00000e+00  A 4=-7.47091e-04  A 6= 6.23343e-06  A 8= 1.45562e-08  A10=-2.33660e-10
 
各種データ
焦点距離       -5.15
Fナンバー       2.91
撮像半画角[°]125
像高           11.00
レンズ全長     193.13
BF             13.50
 
入射瞳位置    14.78
射出瞳位置   -37.25
前側主点位置   9.11
後側主点位置  18.65
 
レンズ群データ
群  始面    焦点距離   レンズ構成長   前側主点位置   後側主点位置
L1    1       4.25        65.74        18.80         -3.49
L1a   1      -4.87        29.39        11.44        -10.94
L1b   9      11.69        33.69         6.61        -21.13
L2   20      77.75       111.64       140.50       -158.38
L2b  35    -132.83         3.20         6.46          4.11
 
 単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
  1       1    -43.67
  2       3    -16.61
  3       5    -11.33
  4       7     54.67
  5       9    -24.95
  6      10     11.13
  7      12     26.08
  8      14     45.64
  9      16     -8.14
 10      18     15.65
 11      20    -54.60
 12      22     21.80
 13      24     48.99
 14      26     30.53
 15      27    -65.74
 16      30    -13.50
 17      31     19.95
 18      33     35.52
 19      35   -132.83
 
単位 mm
 
 面データ
面番号       r        d      nd         vd         有効径
 1         35.588    2.50   2.00069    25.5       60.00
 2         19.253    9.66                         37.44
 3         21.341    1.29   1.80810    22.8       26.39
 4          8.516    6.55                         16.00
 5*        46.057    0.90   1.58313    59.4       13.31
 6          5.331    3.19                          9.26
 7      -3121.984    5.15   1.88300    40.8        9.22
 8        -45.328    2.83                          9.03
 9         23.333    1.29   1.85478    24.8        8.16
10         10.646   10.38   1.59522    67.7        9.05
11        -11.636    0.20                         14.29
12         17.114    4.09   1.59522    67.7       15.89
13       -224.823    0.26                         15.52
14         26.932    6.55   1.59522    67.7       15.03
15       -136.644    2.93                         12.75
16        -11.851    1.54   1.85478    24.8       11.52
17         16.067    2.45                         12.20
18         28.907    4.47   2.00100    29.1       16.41
19        -32.837    1.84                         17.25
20         35.729    1.03   1.73800    32.3       18.39
21         16.721    0.26                         18.38
22         16.910   12.06   1.72916    54.7       18.20
23        -70.851   31.72                         18.40
24       -279.831    4.74   2.00069    25.5       16.10
25        -41.961    5.48                         16.96
26         26.671    4.95   1.43875    94.7       17.11
27        -24.528    1.29   1.66565    35.6       16.72
28        -62.717    2.20                         16.58
29(絞り)    ∞       16.63                         15.79
30        274.787    1.29   2.00100    29.1       12.40
31         13.274    5.34   1.43875    94.7       12.78
32        -23.751    0.40                         14.61
33         21.492   10.49   1.48749    70.2       17.11
34        -63.724    8.67                         18.35
35         33.448    3.09   1.48749    70.2       19.28
36         21.130   13.50                         18.75
像面        ∞
 
 非球面データ
第5面
K = 0.00000e+00  A 4=-6.36716e-04  A 6= 6.62496e-06  A 8=-1.14994e-08  A10=-7.44905e-11
 
 各種データ
焦点距離        -4.97
Fナンバー        2.91
撮像半画角[°]130
像高            11.00
レンズ全長      191.19
BF              13.50
 
入射瞳位置    14.72
射出瞳位置   -43.73
前側主点位置   9.32
後側主点位置  18.47
 
 レンズ群データ
群  始面    焦点距離   レンズ構成長   前側主点位置   後側主点位置
L1    1       4.14        66.22        18.66         -3.39
L1a   1      -5.11        29.23        11.19        -11.81
L1b   9      11.91        34.16         6.86        -20.83
L2   20      86.56       109.63       157.59       -176.92
L2b  35    -128.24         3.09         6.15          3.89
 
 単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
  1       1    -45.39
  2       3    -18.36
  3       5    -10.42
  4       7     52.05
  5       9    -24.03
  6      10     11.31
  7      12     26.89
  8      14     38.37
  9      16     -7.78
 10      18     15.94
 11      20    -43.59
 12      22     19.87
 13      24     48.84
 14      26     30.01
 15      27    -61.34
 16      30    -13.97
 17      31     20.30
 18      33     34.35
 19      35   -128.24
 本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
 本願は、2024年7月9日提出の日本国特許出願特願2024-110113と2025年1月10日提出の日本国特許出願特願2025-003990を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (23)

  1.  中間結像有する光学系において、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸横倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする中間結像有する光学系。
      ―1.60<β2<-1.01
      180<2ω<280
  2.  前記中間結像有する光学系の最も物体側のレンズの物体側面頂点から、前記中間結像位置までの光軸上の距離をLM、前記中間結像有する光学系のレンズ全長をTLとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の中間結像有する光学系。
      0.25<LM/TL<0.55
  3.  前記第1光学系において、d線(587.56nm)における屈折率をNd1とするとき、第1光学系を構成する最も物体側のレンズを含めて、3枚以上のレンズが以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の中間結像有する光学系。
      1.90<Nd1<2.40
  4.  前記第2光学系において、d線(587.56nm)における屈折率をNd2とするとき、第2光学系を構成するレンズのうち、2枚以上のレンズが以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      1.90<Nd2<2.40
  5.  前記第2光学系において、最も像側に配置されたレンズを起点として、負の合成焦点距離をもつレンズ群を第2b群とし、第2b群の焦点距離をf2b、前記中間結像有する光学系の全系の焦点距離をfとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      -40.0<f2b/|f|<-10.0
  6.  前記第2b群と前記中間結像有する光学系の像面の光軸上の距離をLBとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項5に記載の中間結像有する光学系。
      0.01<LB/TL<0.30
  7.  前記第1光学系において、最軸外主光線と光軸の物体側から数えて1回目の交点より、物体側に配置された複数のレンズ素子を有する群を第1a群とし、第1a群の焦点距離をf1aとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      -4.50<f1a/|f|<-0.50
  8.  前記第1光学系の焦点距離をf1とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      0.50<f1/|f|<1.2
  9.  前記第2光学系の焦点距離をf2とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      5.0<f2/|f|<25.0
  10.  前記第1光学系において、第1a群を構成しない複数のレンズ素子を有する群を第1b群とし、第1b群の焦点距離をf1bとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      1.60<f1b/|f|<5.00
  11.  中間結像有する光学系において、中間結像位置よりも物体側に配置された複数のレンズ素子を有する第1光学系と、中間結像位置よりも像側に配置された複数のレンズ素子を有する第2光学系からなり、前記中間結像有する光学系が無限遠合焦における、第2光学系の近軸横倍率をβ2、前記中間結像有する光学系の撮像画角をω[°]とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする中間結像有する光学系。
      β2<-1.01
      180<2ω
  12.  前記中間結像有する光学系の最も物体側のレンズの物体側面頂点から、前記中間結像位置までの光軸上の距離をLM、前記中間結像有する光学系のレンズ全長をTLとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11に記載の中間結像有する光学系。
      0.25<LM/TL<0.55
  13.  前記第1光学系において、d線(587.56nm)における屈折率をNd1とするとき、第1光学系を構成する最も物体側のレンズを含めて、3枚以上のレンズが以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11または12に記載の中間結像有する光学系。
      1.90<Nd1<2.40
  14.  前記第2光学系において、d線(587.56nm)における屈折率をNd2とするとき、第2光学系を構成するレンズのうち、2枚以上のレンズが以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から13のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      1.90<Nd2<2.40
  15.  前記第2光学系において、最も像側に配置されたレンズを起点として、負の合成焦点距離をもつレンズ群を第2b群とし、第2b群の焦点距離をf2b、前記中間結像有する光学系の全系の焦点距離をfとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から14のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      -40.0<f2b/|f|<-10.0
  16.  前記第2b群と前記中間結像有する光学系の像面の光軸上の距離をLBとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項15に記載の中間結像有する光学系。
      0.01<LB/TL<0.30
  17.  前記第1光学系において、最軸外主光線と光軸の物体側から数えて1回目の交点より、物体側に配置された複数のレンズ素子を有する群を第1a群とし、第1a群の焦点距離をf1aとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から16のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      -4.50<f1a/|f|<-0.50
  18.  前記第1光学系の焦点距離をf1とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から17のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      0.50<f1/|f|<1.2
  19.  前記第2光学系の焦点距離をf2とするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から18のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      5.0<f2/|f|<25.0
  20.  前記第1光学系において、第1a群を構成しない複数のレンズ素子を有する群を第1b群とし、第1b群の焦点距離をf1bとするとき、以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から19のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      1.60<f1b/|f|<5.00
  21.  以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項11から20のいずれか一項に記載の中間結像有する光学系。
      180<2ω≦360
  22.  以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項21に記載の中間結像有する光学系。
      -1.60<β2<-1.01
  23.  請求項1から22のいずれか1項に記載の中間結像有する光学系と、その光学系によって形成される像を取得する撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。
PCT/JP2025/024114 2024-07-09 2025-07-04 光学系及びそれを有する撮像装置 Pending WO2026014367A1 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2024-110113 2024-07-09
JP2024110113 2024-07-09
JP2025003990A JP2026010636A (ja) 2024-07-09 2025-01-10 光学系及びそれを有する撮像装置
JP2025-003990 2025-01-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2026014367A1 true WO2026014367A1 (ja) 2026-01-15

Family

ID=98386638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2025/024114 Pending WO2026014367A1 (ja) 2024-07-09 2025-07-04 光学系及びそれを有する撮像装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2026014367A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120008103A1 (en) * 2006-10-06 2012-01-12 Iglobe Inc. Ray Casting for Coherent Light Internal Projection Systems
JP2023057913A (ja) * 2021-10-12 2023-04-24 キヤノン株式会社 光学系、レンズ装置、及び撮像装置
JP2024070361A (ja) * 2022-11-11 2024-05-23 キヤノン株式会社 レンズ装置およびそれを有する撮像装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120008103A1 (en) * 2006-10-06 2012-01-12 Iglobe Inc. Ray Casting for Coherent Light Internal Projection Systems
JP2023057913A (ja) * 2021-10-12 2023-04-24 キヤノン株式会社 光学系、レンズ装置、及び撮像装置
JP2024070361A (ja) * 2022-11-11 2024-05-23 キヤノン株式会社 レンズ装置およびそれを有する撮像装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7608652B2 (ja) レンズ装置およびそれを有する撮像装置
JP5495800B2 (ja) 光学系及びそれを有する撮像装置
JP4380086B2 (ja) ズームレンズ
JP5277624B2 (ja) マクロレンズ、光学装置、マクロレンズのフォーカシング方法
JP7721345B2 (ja) 光学系及びそれを有する撮像装置
JP7672869B2 (ja) 光学系およびそれを有する撮像装置
JP6701246B2 (ja) 光学系及び撮像装置
JP7208030B2 (ja) 撮像光学系およびそれを有する撮像装置
JPH11125767A (ja) 撮影レンズ系
JP6758976B2 (ja) ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP7433875B2 (ja) 光学系および撮像装置
JP2004085979A (ja) 投影光学系
CN111983792B (zh) 变焦透镜和包括该变焦透镜的成像装置
JP2019179056A (ja) 撮像光学系及びそれを有する撮像装置
JP5282399B2 (ja) マクロレンズ、光学装置、マクロレンズのフォーカシング方法
JPH08286110A (ja) 高倍率のズームレンズ
JP7679219B2 (ja) 光学系およびそれを有する撮像装置
WO2026014367A1 (ja) 光学系及びそれを有する撮像装置
JP2026010636A (ja) 光学系及びそれを有する撮像装置
JP2024070361A (ja) レンズ装置およびそれを有する撮像装置
JP7703333B2 (ja) 光学系、レンズ装置、撮像装置
JP7490433B2 (ja) 縮小光学系および撮像装置
JP2022108802A (ja) ステレオ光学系および撮像装置
JP2021071624A (ja) 光学系およびそれを有する撮像装置
JP6501539B2 (ja) ズームレンズ及びそれを有する撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25836927

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1