專利名稱：具有圖像穩(wěn)定化功能的固定焦距透鏡以及光學裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有減少圖像模糊的圖像穩(wěn)定化功能的固定焦距透鏡，更特別地，涉及被適當地用作諸如數字靜態(tài)照相機或攝像機之類的圖像拾取裝置的成像光學系統(tǒng)的固定焦距透鏡。
背景技術：
為了減少由諸如拍攝圖像期間的手抖動之類的振動導致的圖像模糊，諸如圖像拾取裝置或可互換透鏡之類的一些光學裝置具有圖像穩(wěn)定化功能，該圖像穩(wěn)定化功能在包含與光軸正交的方向分量的方向上移動構成成像光學系統(tǒng)的透鏡單元的一部分。這種圖像穩(wěn)定化功能也可被應用于所謂的焦點后移型的固定焦距廣角透鏡，在所述焦點后移型的固定焦距廣角透鏡中，整個系統(tǒng)的焦距比后焦距短。日本專利特開 No. H8-220427公開了一種廣角透鏡，該廣角透鏡由具有負折光力的第一透鏡單元和具有正折光力的第二透鏡單元配置，并且使第二透鏡單元的兩個正透鏡圍繞光軸上的點旋轉，以執(zhí)行圖像穩(wěn)定化。但是，在日本專利特開No. H8-220427中公開的廣角透鏡中，由于圖像穩(wěn)定化透鏡單元被布置在最接近像面的位置處，因此，離軸光線的主光線位置變得較高，并且，圖像穩(wěn)定化透鏡單元的直徑也增大。此外，圖像穩(wěn)定化期間的像差校正是不足的。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供能夠減小圖像穩(wěn)定化透鏡單元的尺寸并且還適當地校正像差的固定焦距透鏡。作為本發(fā)明的一個方面的固定焦距透鏡具有比后焦距短的整個系統(tǒng)的焦距。該固定焦距透鏡包含孔徑光闌；以及圖像穩(wěn)定化透鏡單元，被配置為在包含與光軸正交的方向分量的方向上移動，以減少圖像模糊。滿足以下的條件0. 1 < f/Ifis I < 0. 5-0. 35 < Dis/DL < 0. 25這里，f是固定焦距透鏡的整個系統(tǒng)的焦距，fis是圖像穩(wěn)定化透鏡單元的焦距， Dis是從孔徑光闌到圖像穩(wěn)定化透鏡單元的最遠離孔徑光闌的表面的光軸上的距離，DL是固定焦距透鏡的從最接近物側的第一表面到最接近像側的最終表面的光軸上的距離，并且，光軸上的距離的符號在從物側到像側的方向上為正。包含固定焦距透鏡的光學裝置也構成本發(fā)明的另一方面。參照附圖閱讀示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征和方面將變得清晰。


圖1是本發(fā)明的實施例1(數值例1)中的固定焦距透鏡的截面圖。圖2A是數值例1的縱向像差圖。
圖2B是數值例1的橫向像差圖。圖3是本發(fā)明的實施例2(數值例2)中的固定焦距透鏡的截面圖。圖4A是數值例2的縱向像差圖。圖4B是數值例2的橫向像差圖。圖5是本發(fā)明的實施例3(數值例3)中的固定焦距透鏡的截面圖。圖6A是數值例3的縱向像差圖。圖6B是數值例3的橫向像差圖。圖7是本發(fā)明的實施例4(數值例4)中的固定焦距透鏡的截面圖。圖8A是數值例4的縱向像差圖。圖8B是數值例4的橫向像差圖。圖9是本發(fā)明的實施例5(數值例5)中的固定焦距透鏡的截面圖。圖IOA是數值例5的縱向像差圖。圖IOB是數值例5的橫向像差圖。圖11是本發(fā)明的實施例6(數值例6)中的固定焦距透鏡的截面圖。圖12A是數值例6的縱向像差圖。圖12B是數值例6的橫向像差圖。圖13是本發(fā)明的實施例7(數值例7)中的固定焦距透鏡的截面圖。
圖14A是數值例7的縱向像差圖。圖14B是數值例7的橫向像差圖。圖15是本發(fā)明的實施例8中的圖像拾取裝置的示意圖。
具體實施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。首先，在描述具體實施例之前，將描述對各實施例共同的事項。固定焦距透鏡是所謂的焦點后移型的透鏡，在所述焦點后移型的透鏡中，具有負折光力的透鏡單元被設置在最接近物側的位置處，并且，具有正折光力的透鏡單元被設置在像側。在這種透鏡中，像側主點容易相對于最接近像側的位置處的最終表面(最終透鏡表面)而位于像側，并且，可以實現具有比后焦距小的整個透鏡系統(tǒng)的焦距的廣角透鏡，所述后焦距是從所述最終表面到像面的長度。這種透鏡對于制造諸如用于單鏡頭反射式照相機的透鏡之類的其中需要確保長的后焦距的廣角透鏡是特別有效的，在所述單鏡頭反射式照相機中，快速返回反射鏡相對于透鏡被布置在像側。在如實施例中描述的廣角透鏡中，可容易地在整個透鏡系統(tǒng)中減小孔徑光闌附近的透鏡直徑。一般地，隨著距孔徑光闌的距離增大，達到像面上的最大像高的離軸光線距光軸的高度變得較高，并且，在如實施例中所述的廣角透鏡中，其趨勢是顯著的。為了在這種廣角透鏡中在確保對于離軸光線足夠的光強度的同時提高光學性能， 優(yōu)選地，離軸光線被設定為不被確定開口 F數光束的孔徑光闌切割。因此，優(yōu)選地，孔徑光闌被布置在整個透鏡系統(tǒng)的中心附近，而不是將其布置在整個透鏡系統(tǒng)中的最接近物側的位置處的第一表面(第一透鏡表面)附近或最接近像側的位置處的最終表面附近。因此， 離軸光線的主光線在孔徑光闌附近與光軸相交，并且，作為結果，被布置在孔徑光闌附近的透鏡單元的直徑可減小。在實施例中，被布置在孔徑光闌附近的透鏡單元被用作圖像穩(wěn)定化透鏡單元，該圖像穩(wěn)定化透鏡單元在包含與光軸正交的方向分量的方向上位移，以減少(校正)圖像模糊。因此，實現圖像穩(wěn)定化透鏡單元的尺寸減小，并且，圖像穩(wěn)定化透鏡單元的保持機構和驅動機構可被簡化。此外，由于通過在孔徑光闌附近設置圖像穩(wěn)定化透鏡單元來降低穿過圖像穩(wěn)定化透鏡單元的內部的離軸光線的高度，因此，可以在穩(wěn)定化操作期間減小像面 (顯示器)附近的像差變動。圖1示出作為本發(fā)明的實施例1的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖2A 示出與實施例1對應的數值例1中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖2B示出基準狀態(tài)中和0. 5 度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖?？v向像差圖示出聚焦于無限遠期間的狀態(tài)中的縱向像差，并且，這同樣適用于其它的數值例。圖3示出作為本發(fā)明的實施例2的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖4A 示出與實施例2對應的數值例2中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖4B示出基準狀態(tài)中和0. 5 度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖。圖5示出作為本發(fā)明的實施例3的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖6A 示出與實施例3對應的數值例3中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖6B示出基準狀態(tài)中和0. 5 度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖。圖7示出作為本發(fā)明的實施例4的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖8A 示出與實施例4對應的數值例4中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖8B示出基準狀態(tài)中和0. 5 度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖。圖9示出作為本發(fā)明的實施例5的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖 IOA示出與實施例5對應的數值例5中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖IOB示出基準狀態(tài)中和 0. 5度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖。圖11示出作為本發(fā)明的實施例6的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖 12A示出與實施例6對應的數值例6中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖12B示出基準狀態(tài)中和 0. 5度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖。圖13示出作為本發(fā)明的實施例7的廣角透鏡(固定焦距透鏡)的截面配置。圖 14A示出與實施例7對應的數值例7中的廣角透鏡的縱向像差圖，圖14B示出基準狀態(tài)中和 0. 5度的圖像穩(wěn)定化狀態(tài)中的橫向像差圖。各實施例中的廣角透鏡構成用于諸如靜態(tài)照相機或攝像機之類的圖像拾取裝置或單反射式照相機的可互換透鏡的光學裝置的成像光學系統(tǒng)。在各實施例的透鏡截面圖中，左側表示物側(前側)，右側表示像側(后側)。在各實施例的透鏡截面圖中，附圖標記Gis表示圖像穩(wěn)定化透鏡單元，附圖標記 SP表示孔徑光闌(以下，簡稱為光闌)。附圖標記IP表示像面，在所述像面上設置有安裝在圖像拾取裝置中的諸如CCD傳感器或CMOS傳感器之類的圖像拾取元件(光電轉換元件) 的成像表面或膠片。各縱向像差圖從左起依次表示球面像差、像散、畸變和倍率色差。在示出球面像差和倍率色差的圖中，實線表示d線(587.6nm)，虛線表示g線035. 8nm)。在示出像散的圖中，實線表示d線的弧矢方向AS，并且，虛線表示d線的子午方向ΔΜ。示出畸變的圖表示d線的畸變。在橫向截面圖中，實線表示d線的子午方向ΔΜ，虛線表示d線的弧矢方向 Δ S。附圖標記而0、ω和hgt分別表示F數、半場角和像高。在各實施例中，圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis在包含與光軸正交的方向分量的方向上位移，以執(zhí)行圖像穩(wěn)定化，在所述圖像穩(wěn)定化中，由諸如手抖動之類的振動導致的圖像模糊被校正。術語“包含與光軸正交的方向分量的方向”包括在與光軸正交的方向上偏移的方向(例如，相對于與光軸正交的方向傾斜的方向或者圍繞光軸上的點的旋轉方向)以及與光軸正交的方向。此外，各實施例具有滿足以下的條件(1)和O)的配置。0. 1 < f/|fis < 0. 5... (1)-0. 35 < Dis/DL < 0. 25…(2)在條件⑴和⑵中，f是廣角透鏡的整個系統(tǒng)的焦距，fis是圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的焦距。Dis是從光闌SP到圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的相對于光闌SP的最遠面(透鏡表面)的光軸上的距離。此外，DL是廣角透鏡的從最接近物側的第一表面到最接近像側的最終表面的光軸上的距離?！肮廨S上的距離”的符號在從物側到像側的方向上為正，并且， 在相反的方向(從像側到物側的方向)上為負。條件(1)是為了相對于廣角透鏡的整個系統(tǒng)的焦距適當地設定圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的折光力而需要滿足的條件。當圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的折光力變強以使得 f/|fis的值超出條件(1)的上限時，在執(zhí)行圖像穩(wěn)定化時頻繁地產生偏心像差，以使光學性能劣化。此外，由于相對于圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移量的、圖像位置的變化量(以下，稱為圖像穩(wěn)定化敏感度)增大，因此，用于獲得所需要的圖像穩(wěn)定化效果的圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移量小到使得難以以高精度在電氣上或機械上控制該位移量。當圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的折光力弱化以使得f/I fis I的值低于條件(1)的下限時，圖像穩(wěn)定化敏感度太小，并且，用于圖像穩(wěn)定化的圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移量增大，因此，由于驅動機構的尺寸增大，因而這不是優(yōu)選的。更優(yōu)選地，條件(1)的數值范圍被設定如下。0. 11 < f/|fis| < 0. 31. . . (la)條件( 是為了適當地設定從光闌SP到相對于圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的光闌 SP最遠的面的光軸上的距離而需要滿足的條件。當圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis相對于光闌 SP向像側遠離以使得Dis/DL的值超出條件(2)的上限時，由于圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis 變大，因此這不是優(yōu)選的。此外，穿過圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的離軸光線距光軸的高度較高，并且，由于難以在圖像穩(wěn)定化期間進行離軸光線的像差校正，因此這不是優(yōu)選的。當圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis相對于光闌SP向物側遠離以使得Dis/DL的值低于條件0)的下限時，由于圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis變得較大，因此這不是優(yōu)選的。此外，穿過圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的離軸光線距光軸的高度較高，并且，由于難以在圖像穩(wěn)定化期間進行離軸光線的像差校正，因此這不是優(yōu)選的。更優(yōu)選地，條件O)的數值范圍被設定如下-0. 28 < Dis/DL < 0. 07. . . (2a)通過滿足以上的條件，獲得具有容易地減小尺寸的圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis并且可在具有高的光學性能的同時在圖像穩(wěn)定化期間獲得良好圖像的廣角透鏡。在各實施例中，為了進一步提高圖像穩(wěn)定化期間的光學性能，更優(yōu)選地，滿足以下的條件⑶。0. 1 < I (l-β is) < 0. 65 . · · (3)在條件(3)中，β is是圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的橫向倍率，β r是相對于圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis位于像側的透鏡系統(tǒng)的橫向倍率。各橫向倍率是整個廣角透鏡系統(tǒng)聚焦于無限遠(無限遠物體)的狀態(tài)中的值。條件C3)是為了適當地設定圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移量與根據圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移產生的像面上的圖像點位置的變化量的比而需要滿足的條件。當該比值變大時，可通過圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的小的位移量獲得所需要的像點位置的變化量。I (l-β is) βτ的值對應于上述的圖像穩(wěn)定化敏感度。當I (l-β is) βτ的值超出條件(3)的上限時，用于獲得所需要的圖像穩(wěn)定化效果的圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移量太小，并且，難以以高精度在電氣上或機械上控制位移。另一方面，當I (I-Ms) 的值低于條件(3)的下限時，圖像穩(wěn)定化期間的圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的位移量變大，并且，由于驅動機構增大，因此這不是優(yōu)選的。更優(yōu)選地，條件(3)的數值范圍被設定如下。0. 11 < I (l-β is) < 0. 5 . . . (3a)在各實施例中，為了進一步減小圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的尺寸，優(yōu)選地，滿足以下的條件⑷。0. 01 < |Lis/DL| < 0. 15. . . (4)在條件中，Lis是圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的光軸上的長度(圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的從最接近物側的表面到最接近像側的表面的距離)。條件(4)是適當地設定圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的光軸上的長度Lis與廣角透鏡的從第一表面到最終表面的光軸上的距離DL的比所需要的條件。當圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的光軸上的長度長到使得|Lis/DL|的值超出條件(4) 的上限時，由于用于圖像穩(wěn)定化的機構的尺寸變大，因此這不是優(yōu)選的。另一方面，當圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的光軸上的長度短到使得|Lis/DL|的值低于條件(4)的下限時，由于難以制造圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的形狀，因此這不是優(yōu)選的。
更優(yōu)選地，條件⑷的數值范圍被設定如下。0. 015 < |Lis/DL| < 0. 1 . . . (4a)在各實施例中，為了在維持良好的光學性能的同時減小尺寸，更優(yōu)選地，滿足以下的條件(5)。1. 0 < TL/f < 4. 0…(5)在條件(5)中，TL是從廣角透鏡的第一表面到像面的光軸上的距離(所謂的透鏡總長)。條件(5)是為了設定透鏡總長相對于整個透鏡系統(tǒng)的焦距f的適當的比而需要滿足的條件，并且，條件(5)對應于廣角透鏡的遠比(tele-ratio，望遠比)。當TL/f的值超出條件(5)的上限時，不能實現廣角透鏡的尺寸減小。相反，當TL/f的值低于條件(5)的下限時，由于難以在確保足夠的后焦距的同時實現良好的光學性能，因此這不是優(yōu)選的。更優(yōu)選地，條件(5)的數值范圍被設定如下。1. 5 < TL/f < 3. 8... (5a)
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在各實施例中，為了實現圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis及其驅動機構的尺寸減小和高可控性，通過單透鏡配置圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis。但是，也可通過多個透鏡來配置圖像穩(wěn)定化透鏡單元。當通過單透鏡配置圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis時，優(yōu)選地，該單透鏡由具有滿足以下條件的阿貝數vd的玻璃材料制成。35 < vd... (6)條件(6)是適當地設定形成用于圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis的單透鏡的玻璃材料的阿貝數的條件。當ΑΙΛ數vd低于條件(6)的下限時，玻璃材料的色散變大，并且，由于色差的變動在圖像穩(wěn)定化期間增大，因此這不是優(yōu)選的。為了減少圖像穩(wěn)定化期間的色差的變動，優(yōu)選地，除了整個透鏡系統(tǒng)以外，還在圖像穩(wěn)定化透鏡單元中校正色差。特別地，當圖像穩(wěn)定化透鏡單元由單透鏡構成時，由于隨著構成單透鏡的玻璃材料的色散較小而色差的產生減少，因此優(yōu)選滿足條件(6)。更優(yōu)選地，條件(6)的數值范圍被設定如下。45 < vd... (6a)當通過多個透鏡來配置圖像穩(wěn)定化透鏡單元時，考慮到色差的校正，優(yōu)選地，具有與圖像穩(wěn)定化透鏡單元Gis相同的符號的折光力的透鏡中的至少一個透鏡由滿足條件(6) 或條件(6a)的玻璃材料制成。然后，作為實施例8，將參照圖15描述使用實施例1 7的廣角透鏡作為可互換透鏡的單鏡頭反射式照相機。在該實施例中，將描述可互換透鏡，并且，實施例1 7的廣角透鏡也可被用作諸如鏡頭一體化靜態(tài)照相機或攝像機之類的圖像拾取裝置(光學裝置)。在圖15中，附圖標記10表示單鏡頭反射式照相機體，并且，附圖標記11表示其中安裝有實施例1 7的廣角透鏡的可互換透鏡。附圖標記12表示圖像拾取元件(光電轉換元件)，該圖像拾取元件執(zhí)行對由可互換透鏡11形成的物像(光學像)的光電轉換。附圖標記13表示取景器光學系統(tǒng)，通過該取景器光學系統(tǒng)，用戶可觀察由可互換透鏡11形成的物像。附圖標記14表示快速返回反射鏡，該快速返回反射鏡將來自可互換透鏡11的光束選擇性地引入圖像拾取元件12和取景器光學系統(tǒng)13中。當使用取景器光學系統(tǒng)13觀察物像時，經由快速返回反射鏡14在聚焦板15上成像的物像通過五棱鏡16變?yōu)檎⑾瘢?然后通過接眼光學系統(tǒng)17被放大以被觀察。此外，在拍攝圖像期間，快速返回反射鏡14如箭頭指示的那樣旋轉到光路的外部，以在圖像拾取元件12上形成物像。附圖標記18表示副反射鏡，該副反射鏡將透射通過快速返回反射鏡14的光引入焦點檢測單元19中。因此，實施例1 7的廣角透鏡被應用于諸如可互換透鏡之類的光學裝置，以便能夠實現能夠獲得良好的廣角圖像的光學裝置。下面將詳細描述實施例1 7。另外，也將示出與各實施例對應的數值例。在這些數值例中，表面號表示從物側算起的表面次序，參考標號r表示曲率半徑，參考標號d表示透鏡厚度或透鏡間隔，參考標號nd表示d線的折射率，參考標號vd表示阿貝數，參考標號 BF表示后焦距值。在各數值例中，非球面形狀由以下表達式定義。
權利要求
1.一種固定焦距透鏡，在該固定焦距透鏡中，整個系統(tǒng)的焦距比后焦距短，該固定焦距透鏡包含孔徑光闌；和圖像穩(wěn)定化透鏡單元，被配置為在包含與光軸正交的方向分量的方向上移動，以減少圖像模糊，其中，滿足以下的條件0. 1 < f/|fis < 0. 5-0. 35 < Dis/DL < 0. 25這里，f是固定焦距透鏡的整個系統(tǒng)的焦距，fis是圖像穩(wěn)定化透鏡單元的焦距，Dis是從孔徑光闌到圖像穩(wěn)定化透鏡單元的最遠離孔徑光闌的表面的光軸上的距離，DL是固定焦距透鏡的從最接近物側的第一表面到最接近像側的最終表面的光軸上的距離，并且，光軸上的距離的符號在從物側到像側的方向上為正。
2.根據權利要求1的固定焦距透鏡，其中，滿足以下的條件0. 1 < I (l-β is) βι·| <0. 65這里，β is是圖像穩(wěn)定化透鏡單元的橫向倍率，β r是相對于圖像穩(wěn)定化透鏡單元位于像側的透鏡系統(tǒng)的橫向倍率，并且，所述橫向倍率中的每一個是在固定焦距透鏡聚焦于無限遠的狀態(tài)下獲得的值。
3.根據權利要求1的固定焦距透鏡，其中，滿足以下的條件0.01 < Lis/DL < 0. 15這里，Lis是圖像穩(wěn)定化透鏡單元的從最接近物側的表面到最接近像側的表面的光軸上的距離。
4.根據權利要求1的固定焦距透鏡，其中，滿足以下的條件1.0 < TL/f < 4. 0這里，TL是從第一表面到像面的光軸上的距離。
5.根據權利要求1的固定焦距透鏡，其中，圖像穩(wěn)定化透鏡單元由單透鏡配置。
6.一種光學裝置，包括根據權利要求1 5中的任一項的固定焦距透鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供具有圖像穩(wěn)定化功能的固定焦距透鏡以及光學裝置。該固定焦距透鏡具有比后焦距短的整個系統(tǒng)的焦距。該固定焦距透鏡包含孔徑光闌；以及圖像穩(wěn)定化透鏡單元，其在包含與光軸正交的方向分量的方向上移動，以減少圖像模糊。滿足0.1＜f/|fis|＜0.5和-0.35＜Dis/DL＜0.25的條件，這里，f是整個系統(tǒng)的焦距，fis是圖像穩(wěn)定化透鏡單元的焦距，Dis是從孔徑光闌到圖像穩(wěn)定化透鏡單元的最遠離孔徑光闌的表面的距離，DL是固定焦距透鏡的從最接近物側的第一表面到最接近像側的最終表面的距離。該距離的符號在從物側到像側的方向上為正。
文檔編號G02B13/06GK102375215SQ20111021900
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權日2010年8月6日
發(fā)明者中原誠 申請人:佳能株式會社