キヤノン ハーフミラーを利用した35-60mm f/1.1ほかのレンズ特許

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キヤノン 新レンズの特許

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【課題】小型化と高い光学性能とを両立させることが可能な結像光学系を提供すること。

【解決手段】結像光学系は、複数のレンズ群を有する光学系であって、複数のレンズ群のうち隣り合うレンズ群の間隔は、ズーミングに際して変化し、複数のレンズ群は、負の屈折力の第1のレンズ群と、第1のレンズ群よりも像側に配置された正の屈折力の第2のレンズ群とを含み、第1の透過反射面と、第1の透過反射面よりも像側に配置された第2の透過反射面とを備える。

【背景技術】
撮像装置等に用いられる結像光学系(撮像光学系)の小型化が求められている。

【発明が解決しようとする課題】
一般に、単焦点レンズに比べてズームレンズは設計及び製造の難易度が高いため、小型化と高い光学性能との両立が難しい。

【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての結像光学系は、結像光学系は、複数のレンズ群を有する光学系であって、複数のレンズ群のうち隣り合うレンズ群の間隔は、ズーミングに際して変化し、複数のレンズ群は、負の屈折力の第1のレンズ群と、第1のレンズ群よりも像側に配置された正の屈折力の第2のレンズ群とを含み、第1の透過反射面と、第1の透過反射面よりも像側に配置された第2の透過反射面とを備えることを特徴とする。

実施例

焦点距離 28.00 35.00 45.00
Fナンバー 1.20 1.20 1.20
半画角[°] 37.26 31.32 25.33
像高 21.30 21.30 21.30
レンズ全長 222.37 194.22 171.73
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離      28.50    35.00    45.00  
Fナンバー      1.40     1.40     1.40  
半画角[°]  35.22    31.72    25.68  
像高          20.12    21.64    21.64  
レンズ全長   189.76   161.78   137.77  
BF             0.40     0.40     0.40  

焦点距離 15.40 29.00 42.50 36.01
Fナンバー 1.42 1.42 1.42 1.42
半画角[°] 36.86 24.94 17.61 20.54
像高 11.54 13.49 13.49 13.49
レンズ全長 165.18 165.18 165.18 165.18
BF 0.40 0.40 0.40 0.40

焦点距離 35.70 49.38 68.00
Fナンバー 1.40 1.40 1.40
半画角[°] 28.55 23.66 17.65
像高 19.42 21.63 21.64
レンズ全長 227.59 227.59 227.59
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離 28.50 34.99 54.00
Fナンバー 1.40 1.40 1.40
半画角[°] 34.84 31.33 21.83
像高 19.84 21.30 21.64
レンズ全長 272.08 228.42 170.16
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離 14.00 21.50 29.50
Fナンバー 1.20 1.20 1.20
半画角[°] 45.41 33.45 25.70
像高 14.20 14.20 14.20
レンズ全長 195.37 165.53 154.57
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離 20.50 32.00 39.50
Fナンバー 1.40 1.40 1.40
半画角[°] 46.10 33.65 28.34
像高 21.30 21.30 21.30
レンズ全長 205.25 181.08 176.45
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離 35.70 50.00 68.00
Fナンバー 1.40 1.40 1.40
半画角[°] 28.55 23.40 17.65
像高 19.42 21.63 21.64
レンズ全長 229.05 193.32 177.02
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離 35.00 42.00 49.50
Fナンバー 1.22 1.22 1.22
半画角[°] 30.08 27.25 23.61
像高 20.27 21.63 21.64
レンズ全長 169.81 152.71 141.35
BF 0.40 0.40 0.40

焦点距離 20.00 25.50 32.57 40.00
Fナンバー 1.34 1.36 1.38 1.40
半画角[°] 47.25 40.31 33.60 28.41
像高 21.64 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 269.21 269.21 269.21 269.21
BF 20.28 20.28 20.28 20.28

焦点距離 24.00 32.00 41.80
Fナンバー 1.41 1.41 1.41
半画角[°] 42.03 34.06 27.37
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 237.50 237.50 237.50
BF 15.00 15.00 15.00

焦点距離 24.70 45.28 67.00 57.05
Fナンバー 1.42 1.42 1.42 1.42
半画角[°] 36.85 25.54 17.90 20.77
像高 18.51 21.63 21.64 21.64
レンズ全長 226.54 226.54 226.54 226.54
BF 0.40 0.40 0.40 0.40

焦点距離 35.70 50.00 97.00 70.46
Fナンバー 1.42 1.42 1.42 1.42
半画角[°] 28.55 23.40 12.57 17.07
像高 19.42 21.63 21.64 21.64
レンズ全長 239.94 239.94 239.94 239.94
BF 0.40 0.40 0.40 0.40

焦点距離 35.70 49.70 67.99 60.16
Fナンバー 1.10 1.10 1.10 1.10
半画角[°] 28.55 23.52 17.65 19.78
像高 19.42 21.63 21.64 21.64
レンズ全長 193.27 193.27 193.27 193.27
BF 0.39 0.39 0.39 0.39

焦点距離 16.50 20.00 24.50
Fナンバー 1.38 1.39 1.41
半画角[°] 49.72 47.25 41.45
像高 19.47 21.64 21.64
レンズ全長 174.61 157.88 144.85
BF 0.10 0.10 0.10

透過反射やハーフミラーを利用したレンズか

キヤノンが新レンズの特許を出願していることがわかりました。何やら面白い原理を利用した特許のようですので、その中身を具体的に見ていきましょう(当サイトの解釈です)。

この特許は、小型でありながら高画質を実現できる新しいズーム用の結像光学系に関するものだと説明されています。上記で引用したように非常に多くの実施例があり、様々なレンズとして検討されていることがわかります。まとめると以下のようなレンズが検討されていることになります。

  • 28-45mm f/1.2
  • 28-45mm f/1.4
  • 15-36mm f/1.4(APS-C)
  • 35-70mm f/1.4
  • 28-55mm f/1.4
  • 14-30mm f/1.2(APS-C)
  • 20-40mm f/1.4
  • 35-70mm f/1.4
  • 35-50mm f/1.2
  • 24-40mm f/1.4
  • 24-55mm f/1.4
  • 36-70mm f/1.4
  • 36-60mm f/1.1
  • 16-24mm f/1.4

デジタルカメラやビデオカメラでは本体の小型化が進む一方で、高画質化への要求もますます高まっているとされています。しかし一般的に、ズームレンズは単焦点レンズよりも構造が複雑になりやすく、小さくしながら画質を維持することが難しいという課題があったようです。

そこで本発明では、通常のレンズだけで像を結ぶのではなく、光を一度折り返す仕組み(透過と反射を組み合わせた光学構成)を取り入れた点が特徴とされています。

この光学系では、物体側から入った光がまずレンズを通過し、その後「透過反射面」と呼ばれる特殊な面を通って反射され、さらにもう一度別の透過反射面を通るという経路をたどる構成になっていると説明されています。いわば、レンズ内部で光を折りたたむような構造です。

One Point!:光路を“折りたたむ”ってどういうこと?
通常のレンズは光がまっすぐ進むけど、この発明ではレンズ内で光を反射させて進行方向を変えることで、 実際の焦点距離を保ちつつ、レンズの全長を短くできるんだ。

このように光路を折り返すことで、実際の焦点距離を保ちながらレンズ全体の長さを短くでき、小型化に有利になるとされています。また、反射面は色収差の影響を受けにくいという特性があるため、明るいレンズでも色にじみを抑えやすくなる点もメリットとされています。

One Point!:透過反射面って?
これは一部の光を通し、一部を反射する特殊な面のことだよ。 ハーフミラーのような性質を持っていて、光を一度反射させて折り返す、その後、別の面で再び透過させてセンサーへ導くという光の経路制御に使われる重要なパーツなんだ。

興味深い点として、この光学系では反射面そのものもズームやフォーカス動作に関与する構成が想定されています。これにより、比較的軽いレンズ群を動かすだけでピント合わせが可能となり、大口径ズームで問題になりやすい収差変動を抑えられると説明されています。

フォーカシングについても、一般的な前玉繰り出し方式ではなく、像面に近い側のレンズや反射面を動かす方式が好ましいとされており、これによってピント移動時の画質変化を小さくできるとされています。結果として、高画質を維持したまま高速かつ安定したピント合わせが可能になると考えられます。

さらに、この光学系では偏光素子や位相板といった薄い光学部材を組み合わせる構成も提案されており、ゴーストや不要な反射を抑えながら効率よく光を利用できるよう工夫されているとされています。

One Point!:偏光素子や位相板の役割って?
光には“偏光”という性質があって、特定の方向に振動する光だけを通すことができるんだ。 この技術では、
・一度反射された光だけを通す
・不要な反射やゴーストを抑える
といった目的で、偏光素子や位相板を組み合わせて光をコントロールしているんだよ。

簡単に言うと、この特許ではレンズと反射光学を組み合わせて光路を折りたたむことで、ズームレンズの小型化と高画質を同時に実現しようとする技術に関するもののようですね。光がレンズ内で反射することで光路長を稼ぐという設計になっていて非常に興味深いです。

このハーフミラーのようなものを利用すると永遠にレンズ内で反射をし続けるのではないかと思いますが、実際にはレンズ内で光が偏光状態になり、特定の偏光状態の光だけ通過させ、それ以外を反射するといったような仕組みになっているとみられ、一度だけ反射され、一度反射された光はレンズを透過してセンサー側に取り込まれるという仕組みとなっているようです。

しかし、偏光状態にしたりハーフミラーを利用しようとすると、それだけ光が減衰する恐れがあって、実際にはやや暗くなってしまうという欠点があるのかもしれません。しかし、これでレンズが小型化できるとなるととても興味深いですね。

One Point!:反射光学の課題って?
反射を使うと光学的に有利な面もあるけど、
・光の減衰(暗くなる)
・構造が複雑化する
・製造コストや精度の確保
といった課題もあるよ。 でも、それを超えてでも小型高性能なズームを実現したい!という意欲が伝わってくるね。

さらにキヤノンの新製品の噂を「EOS R3 Mark II デュアル解像度5400万画素 冬季五輪でテスト中の噂」で詳しくお伝えします。

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