特許 6720454 レンズ系、撮像装置、及び移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6720454

(24)【登録日】2020年6月22日

(45)【発行日】2020年7月8日

(54)【発明の名称】レンズ系、撮像装置、及び移動体

(51)【国際特許分類】

   G02B 13/00 20060101AFI20200629BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20200629BHJP

【ＦＩ】

   G02B13/00

   G02B13/18

【請求項の数】7

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2019-100348(P2019-100348)

(22)【出願日】2019年5月29日

【審査請求日】2019年5月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】513068816

【氏名又は名称】エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＺ ＤＪＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】松永 滋彦

(72)【発明者】

【氏名】陳 永華

(72)【発明者】

【氏名】湊 篤郎

【審査官】 森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１９／０１３７７３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／００５２３０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０３２９１０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０３１５３３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０３０７８５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３４１９３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２１６４８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２１６４７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１６１７１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００７７３１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００３３７４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３３８６１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１０９６９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００８５３７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３２０９８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２５４０２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１９２４２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国登録特許第１０−１４３１９８０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０６８７３１２９（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１９１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０６３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−９０７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７５８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７５８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−５２６３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体側より順に、物体側が凸面の正の第１レンズ、像側が凹面の負の第２レンズ、像側が凹面の負の第３レンズ、物体側が凸面の正の第４レンズ、負の第５レンズ、像側が凹面の第６レンズからなり、
前記第４レンズの材質が硝子であり、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、前記第５レンズ、及び前記第６レンズの材質がプラスチックであり、
ｆを全系の焦点距離、
ｆ４を第４レンズの焦点距離、
Ｎｄ４を第４レンズのｄ線における屈折率、
ＩＨを最大像高として、
条件式
０．３ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ０．７
Ｎｄ４ ＞ １．７
ｆ／ＩＨ ＞ ２．５
を満足するレンズ系。

【請求項2】

ｆｉを第ｉレンズの焦点距離として、
条件式
｜ｆ４｜＜｜ｆｉ｜
を満足する請求項１に記載のレンズ系。

【請求項3】

ｆ１を前記第１レンズの焦点距離として、
条件式
０．４５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．７
を満足する請求項１又は２に記載のレンズ系。

【請求項4】

ＴＴを光学全長として、条件式
０．９５ ＜ ＴＴ／ｆ ＜ １．３
を満足する請求項１から３のいずれか一項に記載のレンズ系。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ系と、
撮像素子と
を備える撮像装置。

【請求項6】

請求項１から４のいずれか一項に記載のレンズ系を備えて移動する移動体。

【請求項7】

前記移動体は無人航空機である
請求項６に記載の移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズ系、撮像装置、及び移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年撮像素子の高画素化が進み、レンズに対して更なる高解像度、小型化が求められている。更に、遠くの被写体を拡大する要求も高まりつつある。また、温度変化に伴う焦点位置変動を抑制することが求められている。下記文献には、狭画角又は温度変化による焦点位置の変動を抑制した撮像レンズが開示されている。
特許文献１ 特許５７１８５２８号公報
特許文献２ 特許６０８５０６０号号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

高い解像力を有し、小型、かつ、遠くの被写体を拡大できる狭い画角であるとともに、温度変化に伴う焦点位置変動を抑制したレンズ系が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の一態様に係るレンズ系は、物体側より順に、物体側が凸面の正の第１レンズ、像側が凹面の負の第２レンズ、像側が凹面の負の第３レンズ、物体側が凸面の正の第４レンズ、負の第５レンズ、像側が凹面の第６レンズからなる。第４レンズの材質が硝子である。第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第５レンズ、及び第６レンズの材質がプラスチックである。ｆを全系の焦点距離、ｆ４を第４レンズの焦点距離、Ｎｄ４を第４レンズのｄ線における屈折率、ＩＨを最大像高として、条件式
０．３ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ０．７
Ｎｄ４ ＞ １．７
ｆ／ＩＨ ＞ ２．５
を満足する。

【0005】

ｆｉを第ｉレンズの焦点距離として、条件式
｜ｆ４｜＜｜ｆｉ｜
を満足してよい。

【0006】

ｆ１を第１レンズの焦点距離として、条件式
０．４５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．７
を満足してよい。

【0007】

ＴＴを光学全長として、条件式
０．９５ ＜ ＴＴ／ｆ ＜ １．３
を満足してよい。

【0008】

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

【0009】

本発明の一態様に係る移動体は、上記のレンズ系を備えて移動する。

【0010】

移動体は無人航空機であってよい。

【0011】

上記のレンズ系によれば、温度変化に伴う焦点位置の変動を抑制したレンズ系を提供することができる。

【0012】

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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施例におけるレンズ系１００のレンズ構成を、フィルタＦ及び像面ＩＭＡともに示す。

【図2】無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系１００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。

【図3】第２実施例におけるレンズ系２００のレンズ構成を、フィルタＦ及び像面ＩＭＡとともに示す。

【図4】無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系２００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。

【図5】第３実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を、フィルタＦ及び像面ＩＭＡとともに示す。

【図6】無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系３００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。

【図7】第４実施例におけるレンズ系４００のレンズ構成を、フィルタＦ及び像面ＩＭＡとともに示す。

【図8】無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系４００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。

【図9】無人航空機（ＵＡＶ）４０及びコントローラ５０を備える移動体システム１０の一例を概略的に示す。

【図10】ＵＡＶ４０の機能ブロックの一例を示す。

【図11】スタビライザ３０００の一例を示す外観斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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

【0015】

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

【0016】

図１から図７に関連してレンズ系の実施例が開示されている。各実施例で開示されているように、一実施形態のレンズ系は、物体側より順に、物体側が凸面の正の第１レンズ、像側が凹面の負の第２レンズ、像側が凹面の負の第３レンズ、物体側が凸面の正の第４レンズ、負の第５レンズ、像側が凹面の第６レンズを備える。第４レンズの材質が硝子である。第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、第５レンズ、及び第６レンズの材質がプラスチックである。ｆを全系の焦点距離、ｆ４を第４レンズの焦点距離、Ｎｄ４を第４レンズのｄ線における屈折率、ＩＨを最大像高として、
条件式１、条件式２、及び条件式３を満足する。
０．３ ＜ ｆ４／ｆ ＜ ０．７ （条件式１）
Ｎｄ４ ＞ １．７ （条件式２）
ｆ／ＩＨ ＞ ２．５ （条件式３）

【0017】

上記のレンズ系が備える構成により、比較的に小型で高い解像力を有し、温度変化に伴う焦点位置変動を抑えたレンズ系を、比較的に安価に実現することができる。

【0018】

一般的にプラスチックレンズはガラスレンズに比べて、温度変化に伴う屈折率の変動が大きい。そのため、フォーカスを固定した状態で使用することが想定される場合や、レンズ系がフォーカス機構を有しない場合等には、温度変化に伴う性能変動、特に焦点位置の変動を光学的に抑える必要がある。

【0019】

条件式１は、温度変化に伴う屈折率変動の小さいガラス材質の第４レンズの焦点距離と全系の焦点距離の関係を規定している。条件式１の上限を超えると、ガラス材質の第４レンズの屈折力が弱くなり、相対的に第４レンズ以外のプラスチックレンズの屈折力が強くなる。そのため、温度変化時の焦点位置の変動が大きくなり易い。条件式１の下限を超えると、第４レンズの屈折力が相対的に強くなる。そのため、収差補正が難しくなると共に、組み立て誤差による性能バラツキが大きくなる。条件式１を満足することで、レンズ全系としての温度変化に伴う焦点位置の変動を抑えることができる。また、収差補正が容易となり、組み立て誤差による性能バラツキを抑制することができる。

【0020】

条件式２は第２レンズのｄ線における屈折率を規定している。条件式２を満足することでレンズ系の小型化と良好な収差補正が実現できる。

【0021】

条件式３は全系の焦点距離と最大像高の関係を規定している。条件式３を満足することでレンズの画角を狭くすることができ、遠くの被写体を拡大して撮影することができる。

【0022】

条件式１−１を満足することが望ましい。
０．３５ ＜ ｆ４ ／ ｆ ＜ ０．６ （条件式１‐１）
条件式１−１を満足することで、上記の効果がより顕著となる。

【0023】

ｆｉを第ｉレンズの焦点距離として、条件式４を満足する。
｜ｆ４｜＜｜ｆｉ｜ （条件式４）

【0024】

条件式４は第４レンズの焦点距離とその他のレンズの焦点距離の関係を規定している。条件式４を満足することで、プラスチック材質の各レンズの屈折力が比較的に弱くなる。そのため、温度変化に伴う各レンズの焦点距離変動を抑えることができる。これにより、レンズ全系の焦点位置の変動を抑制することができる。

【0025】

ｆ１を第１レンズの焦点距離として、条件式５を満足する。
０．４５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．７ （条件式５）

【0026】

条件式５は第１レンズの焦点距離と全系の焦点距離の関係を規定している。条件式５の上限を超えると、第１レンズの屈折力が弱くなり、レンズ系の大型化を招く。条件式５の下限を超えると、第１レンズの屈折力が強くなりすぎるために、特に軸上収差の補正が難しくなる。

【0027】

条件式５−１を満足することが望ましい。
０．５ ＜ ｆ１／ｆ ＜ ０．７ （条件式５−１）

【0028】

ＴＴを光学全長として、条件式６を満足する。
０．９５ ＜ ＴＴ／ｆ ＜ １．３ （条件式６）

【0029】

条件式６は光学全長と全系の焦点距離の関係を規定している。条件式６を満足することで、小型でありながら、収差が良好に補正されたレンズ系を実現することができる。

【0030】

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

【0031】

次に、レンズ系の実施形態に係る実施例のレンズ構成を説明する。まず、レンズ系の各実施例の説明で用いられる記号等の意味を説明する。

【0032】

「Ｌｍ」はレンズを示す。ここで、Ｌに続くｍは自然数である。ｍは、物体側からｍ番目のレンズであることを示す。各実施例において、Ｌｍは、物体側からｍ番目のレンズであることを示すために割り当てた記号である。各実施例の説明において、記号Ｌｍが割り当てられたレンズと、他の実施例における同じ記号Ｌｍが割り当てられたレンズとが同じレンズであることを意味するものではない。

【0033】

レンズ系が有する複数の面は、ｉを自然数として、面番号ｉで識別される。物体側からみて光学要素の最初の面を第１面とし、以降、光線が光学要素の面を通過する順に面番号をカウントアップする。面番号における「ＳＴＯ」は開口絞りＳの開口面を表す。「Ｄｉ」は、第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔を示す。

【0034】

レンズ系は、非球面に形成されたレンズ面を持つレンズを含む場合がある。非球面に形成されたレンズ面の面番号には「＊」を付して示す。非球面形状は、「ｘ」をレンズ面の頂点からの光軸方向における距離、「ｙ」を光軸に垂直な方向における光軸からの高さ、「ｃ」をレンズの頂点における近軸曲率、「Ａｎ」をｎ次の非球面係数、「κ」を円錐定数（コーニック定数）として、次の式によって定義される。
ｘ＝ｃｙ^２／（１＋（１−（１＋κ）ｃ^２ｙ^２）^１／２）＋ΣＡｎ×ｙ^ｎ
Σは、ｎについての和を表す。なお、「ｘ」はサグ量とも呼ばれる。「ｙ」は像高とも呼ばれる。「ｃ」は曲率半径の逆数である。

【0035】

「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。「Ｙ」は最大像高（ＩＨ）を示す。「ＴＴ」は無限遠被写体に合焦時の光学全長（最物体側のレンズ面から像面までの距離）を示す。「Ｒ」は曲率半径を示す。レンズデータに示す曲率半径において、「ＩＮＦ」は平面であることを示す。「Ｎｄ」は屈折率を示す。「Ｖｄ」は、アッベ数を示す。屈折率Ｎｄ及びアッベ数Ｖｄは、ｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における値である。

【0036】

図１は、第１実施例におけるレンズ系１００のレンズ構成を、光学部材Ｆ及び像面ＩＭＡとともに示す。レンズ系１００は、第１レンズＬ１、開口絞りＳ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成される。第１レンズＬ１、第４レンズＬ４及び第６レンズＬ６は、正レンズである。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第５レンズＬ５は、負レンズである。光学部材Ｆは、レンズ系１００と像面ＩＭＡとの間に設けられる。光学部材Ｆは、例えば、光学フィルタやカバープレート等である。像面ＩＭＡには、レンズ系１００及び光学部材Ｆを通過した光が入射する。

【0037】

表１は、レンズ系１００が有するレンズのレンズデータを示す。表１において、Ｄｉ、Ｎｄ及びＶｄは面番号ｉに対応づけて示されている。

【0038】

【表1】

【0039】

表２から表４に、非球面形状を有する面の面番号と、円錐定数κと、非球面係数Ａｎとを示す。円錐定数κ及び非球面係数Ａｎの値について、「Ｅ−ｉ」は、１０を底とする指数表現、すなわち「１０^−ｉ」を示す。ただし、ｉは整数とする。

【0040】

【表2】

【表3】

【表4】

【0041】

表５は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系１００の全系の焦点距離ｆ、Ｆｎｏ、半画角ω、最大像高Ｙ、及び光学全長ＴＴを示す。

【0042】

【表5】

【0043】

レンズ系１００は、物体側から順に、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第１レンズＬ１、像側面が像側に凹面を向けた負の第２レンズＬ２、像側面が像側に凹面を向けた負の第３レンズＬ３、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第４レンズＬ４、負の第５レンズＬ５、像側面が像側に凹面を向けた正の第６レンズＬ６を備える。第４レンズＬ４の材質が硝子であり、第４レンズＬ４以外のレンズの材質がプラスチックである。すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５、及び第６レンズＬ６の材質はプラスチックである。

【0044】

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

【0045】

図３は、第２実施例におけるレンズ系２００のレンズ構成を、光学部材Ｆ及び像面ＩＭＡとともに示す。レンズ系２００は、第１レンズＬ１、開口絞りＳ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成される。第１レンズＬ１、第４レンズＬ４及び第６レンズＬ６は、正レンズである。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第５レンズＬ５は、負レンズである。光学部材Ｆは、レンズ系２００と像面ＩＭＡとの間に設けられる。光学部材Ｆは、例えば、光学フィルタやカバープレート等である。像面ＩＭＡには、レンズ系２００及び光学部材Ｆを通過した光が入射する。

【0046】

表６は、レンズ系２００が有するレンズのレンズデータを示す。表６において、Ｄｉ、Ｎｄ及びＶｄは面番号ｉに対応づけて示されている。

【0047】

【表6】

【0048】

表７から表９に、非球面形状を有する面の面番号と、円錐定数κと、非球面係数Ａｎとを示す。円錐定数κ及び非球面係数Ａｎの値について、「Ｅ−ｉ」は、１０を底とする指数表現、すなわち「１０^−ｉ」を示す。ただし、ｉは整数とする。

【0049】

【表7】

【表8】

【表9】

【0050】

表１０は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系２００の全系の焦点距離ｆ、Ｆｎｏ、半画角ω、最大像高Ｙ、及び光学全長ＴＴを示す。

【0051】

【表10】

【0052】

レンズ系２００は、物体側から順に、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第１レンズＬ１、像側面が像側に凹面を向けた負の第２レンズＬ２、像側面が像側に凹面を向けた負の第３レンズＬ３、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第４レンズＬ４、負の第５レンズＬ５、像側面が像側に凹面を向けた正の第６レンズＬ６から構成される。第４レンズの材質が硝子であり、その他のレンズの材質はプラスチックである。第４レンズＬ４の材質が硝子であり、第４レンズＬ４以外のレンズの材質がプラスチックである。すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５、及び第６レンズＬ６の材質はプラスチックである。

【0053】

図４は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系２００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。球面収差において一点鎖線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）の値を示す。非点収差において実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。歪曲収差において実線はｄ線の値を示す。各収差図から、レンズ系２００は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

【0054】

図５は、第３実施例におけるレンズ系３００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子ＩＭＡとともに示す。レンズ系３００は、第１レンズＬ１、開口絞りＳ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成される。第１レンズＬ１、第４レンズＬ４及び第６レンズＬ６は、正レンズである。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３及び第５レンズＬ５は、負レンズである。光学部材Ｆは、レンズ系３００と像面ＩＭＡとの間に設けられる。光学部材Ｆは、例えば、光学フィルタやカバープレート等である。像面ＩＭＡには、レンズ系３００及び光学部材Ｆを通過した光が入射する。

【0055】

表１１は、レンズ系３００が有するレンズのレンズデータを示す。表１１において、Ｄｉ、Ｎｄ及びＶｄは面番号ｉに対応づけて示されている。

【0056】

【表11】

【0057】

表１２から表１４に、非球面形状を有する面の面番号と、円錐定数κと、非球面係数Ａｎとを示す。円錐定数κ及び非球面係数Ａｎの値について、「Ｅ−ｉ」は、１０を底とする指数表現、すなわち「１０^−ｉ」を示す。ただし、ｉは整数とする。

【0058】

【表12】

【表13】

【表14】

【0059】

表１５は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系３００の全系の焦点距離ｆ、Ｆｎｏ、半画角ω、最大像高Ｙ、及び光学全長ＴＴを示す。

【0060】

【表15】

【0061】

レンズ系３００は、物体側から順に、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第１レンズＬ１、像側面が像側に凹面を向けた負の第２レンズＬ２、像側面が像側に凹面を向けた負の第３レンズＬ３、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第４レンズＬ４、負の第５レンズＬ５、像側面が像側に凹面を向けた正の第６レンズＬ６から構成される。第４レンズＬ４の材質が硝子であり、第４レンズＬ４以外のレンズの材質がプラスチックである。すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５、及び第６レンズＬ６の材質はプラスチックである。

【0062】

図６は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系３００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。球面収差において一点鎖線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）の値を示す。非点収差において実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。歪曲収差において実線はｄ線の値を示す。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明らかである。

【0063】

図７は、第４実施例におけるレンズ系４００のレンズ構成を、フィルタＦ及び撮像素子ＩＭＡとともに示す。レンズ系４００は、第１レンズＬ１、開口絞りＳ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６から構成される。第１レンズＬ１及び第４レンズＬ４は、正レンズである。第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５及び第６レンズＬ６は、負レンズである。光学部材Ｆは、レンズ系４００と像面ＩＭＡとの間に設けられる。光学部材Ｆは、例えば、光学フィルタやカバープレート等である。像面ＩＭＡには、レンズ系４００及び光学部材Ｆを通過した光が入射する。

【0064】

表１６は、レンズ系４００が有するレンズのレンズデータを示す。表１６において、Ｄｉ、Ｎｄ及びＶｄは面番号ｉに対応づけて示されている。

【0065】

【表16】

【0066】

表１７から表１９は、非球面形状を有する面の面番号と、円錐定数κと、非球面係数Ａｎとを示す。円錐定数κ及び非球面係数Ａｎの値について、「Ｅ−ｉ」は、１０を底とする指数表現、すなわち「１０^−ｉ」を示す。ただし、ｉは整数とする。

【0067】

【表17】

【表18】

【表19】

【0068】

表２０は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系４００の全系の焦点距離ｆ、Ｆｎｏ、半画角ω、最大像高Ｙ、及び光学全長ＴＴを示す。

【0069】

【表20】

【0070】

レンズ系４００は、物体側から順に、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第１レンズＬ１、像側面が像側に凹面を向けた負の第２レンズＬ２、像側面が像側に凹面を向けた負の第３レンズＬ３、物体側面が物体側に凸面を向けた正の第４レンズＬ４、負の第５レンズＬ５、像側面が像側に凹面を向けた負の第６レンズＬ６から構成される。第４レンズの材質が硝子であり、第４レンズＬ４以外のレンズの材質がプラスチックである。すなわち、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５、及び第６レンズＬ６の材質はプラスチックである。

【0071】

図８は、無限遠被写体に合焦した状態のレンズ系４００の球面収差、非点収差、及び歪曲収差を示す。球面収差において一点鎖線はＣ線（６５６．２７ｎｍ）、実線はｄ線（５８７．５６ｎｍ）、破線はｇ線（４３５．８４ｎｍ）の値を示す。非点収差において実線はｄ線のサジタル像面、破線はｄ線のメリディオナル像面の値を示す。歪曲収差において実線はｄ線の値を示す。各収差図から、レンズ系４００は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

【0072】

表２１は、第１実施例から第４実施例における各条件式に係る数値を示す。

【0073】

【表21】

【0074】

表２２は、各条件式に関する焦点距離ｆ及びｆｉ（ｉは１から６までの自然数）を示す。

【0075】

【表22】

【0076】

表２３は、各条件式に関する屈折率Ｎｄ４、最大像高ＩＨ、及び光学全長ＴＴを示す。

【表23】

【0077】

本実施形態に係るレンズ系によれば、比較的に高い解像力を有するレンズ系を提供することができる。また、温度変化に伴う焦点位置の変動を抑制したレンズ系を提供することができる。また、比較的に小型、安価で、狭画角のレンズ系を提供することができる。

【0078】

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

【0079】

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

【0080】

図９は、無人航空機（ＵＡＶ）４０及びコントローラ５０を備える移動体システム１０の一例を概略的に示す。ＵＡＶ４０は、ＵＡＶ本体１１０１、ジンバル１１１０、複数の撮像装置１２３０、及び撮像装置１２２０を備える。撮像装置１２２０は、レンズ装置１１６０及び撮像部１１４０を備える。レンズ装置１１６０は、上述したレンズ系を備える。ＵＡＶ４０は、上述したレンズ系を有する撮像装置を備えて移動する移動体の一例である。移動体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。

【0081】

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

【0082】

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

【0083】

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

【0084】

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

【0085】

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

【0086】

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

【0087】

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

【0088】

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

【0089】

図１０は、ＵＡＶ４０の機能ブロックの一例を示す。ＵＡＶ４０は、インタフェース１１０２、制御部１１０４、メモリ１１０６、ジンバル１１１０、撮像部１１４０、及びレンズ装置１１６０を備える。

【0090】

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

【0091】

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

【0092】

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

【0093】

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

【0094】

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

【0095】

撮像部１１４０は、レンズ系１１６８を通過した光により撮像する。撮像部１１４０は、制御部１２２２、撮像素子１２２１及びメモリ１２２３を備える。制御部１２２２は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。制御部１２２２は、制御部１１０４からの撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０に対する動作命令に応じて、撮像部１１４０及びレンズ装置１１６０を制御する。制御部１２２２は、コントローラ５０から受信した信号に基づいて、レンズ装置１１６０に対する制御命令をレンズ装置１１６０に出力する。制御命令は、レンズ系１１６８を振動させる命令や、レンズ系１１６８の温度を検出する命令であってよい。

【0096】

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

【0097】

撮像素子１２２１は、撮像部１１４０の筐体の内部に保持され、レンズ装置１１６０を介して結像された光学像の画像データを生成して、制御部１２２２に出力する。制御部１２２２は、撮像素子１２２１から出力された画像データをメモリ１２２３に格納する。制御部１２２２は、画像データを、制御部１１０４を介してメモリ１１０６に出力して格納してもよい。

【0098】

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

【0099】

制御部１１６２は、制御部１２２２からの制御命令に従って、レンズ系１１６８を振動させてよい。駆動機構１１６１は、レンズ系１１６８を振動させる。駆動機構１１６１は、例えばアクチュエータなどを備える。レンズ装置１１６０のレンズ系１１６８により結像された像は、撮像部１１４０により撮像される。

【0100】

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

【0101】

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

【0102】

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

【0103】

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

【0104】

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

【0105】

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

【0106】

撮像装置１２２０が、上記の実施形態に係るレンズ系を有するレンズ装置１１６０を備えることで、温度変化により生じるぼけを抑制した画像を得ることができる。また、遠くの被写体を拡大しても解像力が高い画像を得ることができる。また、カメラユニット３０１３が小型かつ安価となる。

【0107】

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

【0108】

図１１は、スタビライザ３０００の一例を示す外観斜視図である。スタビライザ３０００は、移動体の他の一例である。例えば、スタビライザ３０００が備えるカメラユニット３０１３が、撮像装置１２２０と同様の構成の撮像装置を備えてよい。カメラユニット３０１３が、レンズ装置１１６０と同様の構成のレンズ装置を備えてよい。

【0109】

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

【0110】

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

【0111】

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

【0112】

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

【0113】

スタビライザ３０００においても、カメラユニット３０１３が、上記の実施形態に係るレンズ系を備えることで、温度変化により生じるぼけを抑制した画像を得ることができる。また、遠くの被写体を拡大しても解像力が高い画像を得ることができる。また、カメラユニット３０１３が小型かつ安価となる。

【0114】

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

【0115】

特許請求の範囲、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。特許請求の範囲、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。

【符号の説明】

【0116】

１０ 移動体システム
４０ ＵＡＶ
５０ コントローラ
５２ 操作部
５４ 表示部
１１０１ ＵＡＶ本体
１１０２ インタフェース
１１０４ 制御部
１１０６ メモリ
１１１０ ジンバル
１１１２ 制御部
１１１４、１１１６、１１１８ ドライバ
１１２４、１１２６、１１２８ 駆動部
１１３０ 支持機構
１１３４、１１３６、１１３８ 回転機構
１１４０ 撮像部
１１６０ レンズ装置
１１６１ 駆動機構
１１６２ 制御部
１１６３ メモリ
１１６８ レンズ系
１２２０、１２３０ 撮像装置
１２２１ 撮像素子
１２２２ 制御部
１２２３ メモリ
１２３１ 撮像素子
１２３２ 制御部
１２３３ メモリ
１２３４ 制御部
１２３５ レンズ
１００、２００、３００、４００ レンズ系
３０００ スタビライザ
３００１ デバイスホルダ
３００２ モバイルデバイス
３００３ 持ち手部
３００４ シャッターボタン
３００５ 録画ボタン
３００６ 操作ボタン
３００７ ホルダ
３００９ パン軸
３０１０ ロール軸
３０１１ チルト軸
３０１３ カメラユニット
３０１４ スロット
３０２０ ジンバル

【要約】      （修正有）

【課題】高い解像力を有するとともに、温度変化に伴う焦点位置変動を抑制したレンズ系を提供する。
【解決手段】レンズ系１００は、物体側より順に、物体側が凸面の正の第１レンズＬ１、像側が凹面の負の第２レンズＬ２、像側が凹面の負の第３レンズＬ３、物体側が凸面の正の第４レンズＬ４、負の第５レンズＬ５、像側が凹面の第６レンズＬ６を備え、第４レンズＬ４の材質が硝子であり、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第５レンズＬ５、及び第６レンズＬ６の材質がプラスチックであり、ｆを全系の焦点距離、ｆ４を第４レンズＬ４の焦点距離、Ｎｄ４を第４レンズＬ４のｄ線における屈折率、ＩＨを最大像高として、条件式０．３＜ｆ４／ｆ＜０．７、Ｎｄ４＞１．７、ｆ／ＩＨ＞２．５を満足する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】