JP2005062228A - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ズームレンズが振動したときの画像のぶれを光学的に補正して静止画像を得るようにしたズームレンズを得ること。
【解決手段】物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、変倍機能を有する負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、変倍により変動する像面補正のために物体側に凸状の軌跡の一部に沿って移動すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有するズームレンズにおいて、
第３レンズ群Ｌ３が、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａ、正の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂから成り、第３ａレンズ群Ｌ３ａは正レンズと負レンズを有し、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは一つのレンズ要素にて構成する。第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させ、ズームレンズが振動したときの画像のぶれを光学的に補正する。
【選択図】 図１
【解決手段】物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｌ１、変倍機能を有する負の屈折力の第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力の第３レンズ群Ｌ３、変倍により変動する像面補正のために物体側に凸状の軌跡の一部に沿って移動すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４レンズ群Ｌ４を有するズームレンズにおいて、
第３レンズ群Ｌ３が、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａ、正の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂから成り、第３ａレンズ群Ｌ３ａは正レンズと負レンズを有し、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは一つのレンズ要素にて構成する。第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させ、ズームレンズが振動したときの画像のぶれを光学的に補正する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特にズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、該ズームレンズが振動（傾動）した時の撮影画像のぶれを光学的に補正して静止画像を得るようにし撮影画像の安定化を図った所謂防振機能を有するビデオカメラ、銀塩写真用カメラ、デジタルカメラなどに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
進行中の車や航空機等の移動物体上から撮影しようとすると撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にぶれが生じる。従来より撮影画像のぶれを防止する防振機能を有した防振光学系が種々提案されている。
【０００３】
例えば光学装置に振動状態を検知する検知手段を設け、該検知手段からの出力信号に応じて、光学系の一部の光学部材を振動による画像ぶれの振動的変位を相殺する方向に移動させることにより画像ぶれを補正し、画像の安定化を図っている（例えば特許文献１）。又、最も物体側に可変頂角プリズムを配置した撮影系において、撮影系の振動に対応させて該可変頂角プリズムのプリズム頂角を変化させて画像ぶれを補正し、画像の安定化を図っている（例えば特許文献２）。又、加速度センサ等の検知手段を利用して撮影系の振動を検出し、この時得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動されることにより静止画像を得ている（例えば特許文献３）。
【０００４】
又、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系（ズームレンズ）の第３レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群で構成し、このうち正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に振動することにより静止画像を得ている（例えば特許文献４）。又、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得ている（例えば特許文献５）。又、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のレンズ系において、第３レンズ群を正レンズとメニスカス形状の負レンズより成るテレフォトタイプとしてレンズ全長の短縮化を図っている（例えば特許文献６）。
【０００５】
また、本出願人は正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズを提案している（例えば特許文献７）。
【０００６】
また、本出願人は正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割し、該正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズを提案している（例えば特許文献８）。
【０００７】
また、本出願人は正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を二つの正のレンズ群に分割しいずれか一方を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズを提案している（例えば特許文献９）。
【０００８】
正、負、正、負、正の屈折力もしくは正、負、負、正、正の屈折力の第１〜第５レンズ群より成る５群構成のズームレンズにて第３レンズ群もしくは第４レンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１０）。
【０００９】
また正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を正レンズと負レンズの２枚から構成し、いずれか一方を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１１）。
【００１０】
また、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて広角端から望遠端への変倍に際して第１レンズ群と第４レンズ群が物体側に移動する構成にて第２レンズ群以降の１枚のレンズを光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１２）。
【００１１】
また、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて広角端から望遠端への変倍に際して第１レンズ群と第４レンズ群が物体側に移動する構成にて第２レンズ群以降のいずれかのレンズ群を二つのレンズ群に分けこれらのいずれかのレンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１３）。
【特許文献１】
特開昭５６−２１１３３号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２２３８１９号公報
【特許文献３】
特開平２−１２４５２１号公報
【特許文献４】
特開平７−１２８６１９号公報
【特許文献５】
特開平７−１９９１２４号公報
【特許文献６】
特開平５−６０９７４号公報
【特許文献７】
特開２００１−６６５００号公報
【特許文献８】
特開平１１−２３７５５０号公報
【特許文献９】
特開平１０−２６０３５５号公報
【特許文献１０】
特開平１１−３４４６６９号公報
【特許文献１１】
特開平１０−２３２４２０号公報
【特許文献１２】
特開平９−２３０２３５号公報
【特許文献１３】
特開平９−２３０２４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般に防振光学系（防振手段）を撮影系の前方に配置し、該防振光学系の一部の可動レンズ群を振動させて撮影画像のぶれを無くし、静止画像を得る方法は装置全体が大型化し、且つ該可動レンズ群を移動させるための移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【００１３】
例えば、防振手段として可変頂角プリズムを利用して防振を行う変倍光学系では、特に長焦点距離側において防振時に偏心倍率色収差の発生量が多くなるという問題点があった。
【００１４】
一方撮影系の一部のレンズを光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う方法は、防振のために特別に余分な光学系を必要としないという利点がある。さらに防振のためのレンズ群を最小構成とすれば駆動トルクを抑え防振のためのアクチュエータを小型化するのができるという利点がある。
【００１５】
このような観点では、前述した各公知例のズームレンズのうち正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズでは第３レンズ群全体ではなく第３レンズ群の一部を光軸に垂直方向に移動させて防振を行うと駆動トルクの低減が図れる。特に一つの薄いレンズコンポーネントで防振を行うと効果的となる。
【００１６】
特開平１０−２６０３５５号公報では比較的肉厚の大きいレンズを含む２枚のレンズを防振用のレンズ群として駆動して防振しており、この方法は駆動トルクが増大する傾向がある。
【００１７】
また正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割すると負の屈折力のレンズ群の作用によりレンズバックが長くなりやすい。これは色分割プリズム等を挿入する場合には有効であるが、レンズ全長短縮を図るためには不利な方法である。
【００１８】
特開平１１−２３７５５０号公報、特開平１０−２３２４２０号公報で提案されている方法では第３レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割しており、負の屈折力のレンズ群の作用によりレンズ全長が長くなる傾向がある。
【００１９】
特開平１１−３４４６６９号公報では５群構成の第３レンズ群もしくは第４レンズ群を負の屈折力のレンズ群としているが、これは４群構成の第３レンズ群を二つのレンズ群に分割していずれかを負の屈折力のレンズ群とした構成と等価である。よって負の屈折力のレンズ群の作用により全長が長くなる傾向がある。
【００２０】
正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第４レンズ群にてフォーカスとするには、レンズ群の繰り出し量の大きい望遠側にて第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を十分確保する必要がある。変倍比が１０程度の高変倍の場合は無限遠被写体時にて第４レンズ群を物体側に凸状の往復軌跡として望遠側での近距離被写体に対する繰り出し空間を確保するとスペース効率がよいため高変倍化と小型化との両立が図りやすい。
【００２１】
特開平９−２３０２４１号公報、特開平９−２３０２３５号公報では広角端から望遠端に向かって第４レンズ群が物体側に移動して第３レンズ群との間隔を狭めており、望遠端にて第４レンズ群が繰り出すための間隔を確保しようとすると全長が増大してくる。よってこの方法はリアフォーカス化とレンズ全長の短縮の両立が困難である。
【００２２】
本発明は像ぶれ補正用の補正光学系の小型化、かつ一定量の像ぶれ補正効果を行うための補正光学系の移動量のコントロールを容易に行い、補正光学系の電気的駆動を容易に行うことができるズームレンズの提供を目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、
物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、各レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第３ａレンズ群、正の屈折力の第３ｂレンズ群からなり、該第３ａレンズ群は正レンズと負レンズを有し、該第３ｂレンズ群は一つのレンズ要素にて構成され、該第３ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることを特徴としている。
【００２４】
請求項４の発明のズームレンズは、
物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、各レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、第３ａレンズ群、第３ｂレンズ群からなり、該第３ａレンズ群は複数のレンズで構成され、該第３ａレンズ群の最も物体側のレンズよりも像側に開口絞りを有し、該第３ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明のズームレンズ及び撮像装置の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は実施形態１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図２、図３、図４は実施形態１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２７】
図５は実施形態２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８は実施形態２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２８】
図９は実施形態３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２は実施形態３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２９】
図１３は実施形態４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１４、図１５、図１６は実施形態４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００３０】
図１７は実施形態５のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１８、図１９、図２０は実施形態５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００３１】
図２１は各実施形態のズームレンズの近軸屈折力配置の要部概略図である。
【００３２】
図２２は防振系の原理説明図である。
【００３３】
図１、図５、図９、図１７のレンズ断面図及び図２１の近軸屈折力配置の概略図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。
【００３４】
第３レンズ群Ｌ３は正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａと防振のために光軸と垂直方向に移動する正の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを有している。なお、防振のための移動としては光軸上のある点を回転中心とした揺動（回転移動）でも良い。すなわち光軸と垂直方向の成分を持つように防振用のレンズ群を移動させれば、像の面内での移動が可能となる。
【００３５】
ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルム等の感光面が配置されている。ＳＰは開口絞りであり、第３ａレンズ群Ｌ３ａ中又は第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に設けている。ＦＰはフレアカット絞りであり、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの像側に設けている。
【００３６】
収差図において、ｄはｄ線、ｇはｇ線、ΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。
【００３７】
各実施形態では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、図２１に示した矢印のように、第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させて変倍を行うと共に、変倍に伴う像面変動を第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。
【００３８】
また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス方式を採用している。図２１において、第４レンズ群Ｌ４の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングの際の像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。なお、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３はズーミング及びフォーカスのためには不動である。
【００３９】
各実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、図２１の矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。尚、開口絞りＳＰはズーミングに際し第３ａレンズ群Ｌ３ａと一体となっており移動しない。
【００４０】
各実施形態においては、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて光学系全体が振動したときの像ぶれを補正するようにしている。これにより、可変頂角プリズム等の光学部材や防振のためのレンズ群を新たに付加することなく防振を行うようにし、光学系全体が大型化するのを防止している。
【００４１】
また、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは単レンズもしくは１組の接合レンズより成る１つのレンズ要素で構成し、ぶれ補正のための補正レンズ群の構成を最小限として補正レンズ群の小型化及び軽量化を図っている。これにより補正レンズを駆動するためのアクチュエータを小型化できるため装置全体の小型化が実現できるとともに、駆動の際の省電力化を図っている。
【００４２】
次にレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて撮影画像のぶれを補正する防振系の光学的原理を図２２を用いて説明する。
【００４３】
図２２（Ａ）に示すように、光学系が物点Ｐ側より順に、固定群（固定レンズ群）Ｙ１、偏心群（偏心レンズ群、シフト群）Ｙ２そして固定群（固定レンズ群）Ｙ３の３つのレンズ群から成り立っており、光学系から十分に離れた光軸Ｌａ上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点ｐとして結像しているものとする。今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が、図２２（Ｂ）のように手ぶれにより瞬間的に傾いたとすると、物点Ｐは像点Ｐ’にやはり瞬間的に移動し、ぶれた画像となる。一方、偏心群Ｙ２を光軸Ｌａと垂直方向に移動させると、図２２（Ｃ）のように、像点ｐは点ｐ”に移動し、その移動量と方向は光学系の屈折力配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。そこで図２２（Ｂ）で、手振れによってずれた像点ｐ’を偏心群Ｙ２を適切な量だけ光軸と垂直方向に移動させることによって、もとの結像位置ｐに戻すことで図２２（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００４４】
今、光軸をθ°補正するために必要な偏心群Ｙ２の移動量（シフト量）をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，偏心群Ｙ２の偏心敏感度をＴＳとすると移動量Δは以下の式で与えられる。
【００４５】
Δ＝ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
今、偏心群Ｙ２の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると、移動量Δは小さな値となり防振に必要なシフト群Ｙ２の移動量は小さく出来るが、適切に防振を行うための制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、ＣＣＤセンサなどの撮像素子のイメージサイズが銀塩フィルムと比べて小さく、同一画角に対する焦点距離が短いため、同一角度を補正するための偏心群Ｙ２のシフト量Δが小さくなる。従って、メカの精度が同程度だと画面上での補正残りが相対的に大きくなることになってしまう。
【００４６】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要な偏心群Ｙ２の移動量が大きくなってしまい、偏心群Ｙ２を駆動するためのアクチュエータなどの駆動手段も大きくなってしまう。
【００４７】
各実施形態では、各レンズ群の屈折力配置を適切な値に設定することで、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの偏心敏感度ＴＳを適正な値とし、メカの制御誤差による防振の補正残りが少なく、アクチュエータなどの駆動手段の負荷も少ないズームレンズを達成している。
【００４８】
次に各実施形態のレンズ構成の特徴について説明する。
【００４９】
各実施形態では第３レンズ群Ｌ３を、物体側から像側へ順に、物体側の面が凸形状の正レンズＧ３１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ３２、単一又は接合レンズより成る正レンズＧ３３で構成している。第３レンズ群Ｌ３中に像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ３２を設けることにより第３レンズ群Ｌ３全体をテレフォト構成として第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を短縮し、レンズ全長の短縮化を達成している。
【００５０】
第３ａレンズ群Ｌ３ａを正レンズＧ３１、負レンズＧ３２より構成し、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを正レンズＧ３３の１つのレンズ要素より構成している。そして第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように変位させてぶれ補正を行う。ぶれ補正時の色収差の変動を十分小さくするためには、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂでの色収差の発生量を小さくすることが好ましい。各実施形態では第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力を最適に設定して防振のために必要な感度を確保しながら、低分散の硝材を用いることで防振時の色収差変動を問題のないレベルに抑えている。
【００５１】
また第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを正レンズと負レンズからなる一組の接合レンズで構成するのが収差補正上好ましい。このようにすると第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力を大きくしながら第３ｂレンズ群Ｌ３ｂ自体の色収差補正が容易となるため、防振のための敏感度アップと防振時の色収差変動の低下の双方が容易となる。
【００５２】
又、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは光軸から周辺に向かって収斂作用が弱まるような非球面形状のレンズ面を設けている。これによって防振時の収差変動を少なくしている。
【００５３】
また正レンズＧ３１の物体側の面を非球面形状とすることにより、第３レンズ群Ｌ３で発生する球面収差を抑制するとともに防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。さらに正レンズＧ３１の像側の面も非球面とすると高次の球面収差と偏芯コマ収差の補正が容易となり、より大口径のズームレンズが達成できる。
【００５４】
また開口絞りＳＰを第３ａレンズ群Ｌ３ａ中に配置すると、第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置するのに比べて望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の距離が短縮でき、全長を短縮するのに効果がある。また、開口絞りＳＰは防振のために振動する第３ｂレンズ群Ｌ３ｂに近い方が防振時の周辺光量の変化が低減できる。なお、第２レンズ群Ｌ２と第３ａレンズ群Ｌ３ａの間に開口絞りＳＰを配置しても良好なる結像性能が得られる。
【００５５】
第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを単一のレンズで構成したときの該レンズの材料のアッベ数をν３ｂ、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを接合レンズ構成したときの該接合レンズの合成肉厚をＤ３ｂ、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、第３ａレンズ群Ｌ３ａ、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの焦点距離を各々ｆ３ａ、ｆ３ｂ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第３ａレンズ群Ｌ３ａの最も像側のレンズ面から第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ａｂとするとき、
６３ ＜ ν３ｂ ・・・（１）
０．１ ＜ Ｄ３ｂ／ｆ３ ＜ ０．３ ・・・（２）
０．６ ＜ ｆ３ｂ／ｆ３ａ ＜ １．４ ・・・（３）
３．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ４．０ ・・・（４）
０．１ ＜ Ｌ３ａｂ／ｆ３ ＜ ０．３ ・・・（５）
の条件式のうち１以上の条件式を満足している。これらの条件式のうち１つでも満足すれば、その条件式に対応した後述する効果が得られる。
【００５６】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【００５７】
条件式（１）は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを単レンズで構成したときの材料のアッベ数を規定するものである。条件式（１）の下限を超えてアッベ数が小さすぎると色分散が大きくなりすぎ防振時の色収差の変動が大きくなるため良くない。
【００５８】
条件式（２）は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを接合レンズで構成したときの合成肉厚を規定するものである。製造可能なコバ寸法を確保しながら極力合成肉厚を薄くしようとすると接合面の曲率が緩くなる。条件式（２）の下限を越えて合成肉厚が小さすぎる場合、すなわち接合面の曲率が緩すぎる場合は色収差補正のために接合レンズとした効果が薄れるため防振時の色収差変動が大きくなる。また条件式（２）の上限を超えて合成肉厚が大きすぎる場合は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂが大型化し、ぶれ補正のためのアクチュエータの大型化を招くだけでなく消費電力も増えるためよくない。
【００５９】
条件式（３）は第３レンズ群Ｌ３を２つのレンズ群Ｌ３ａ、Ｌ３ｂに分割したときの２つのレンズ群の屈折力配分を規定するものである。条件式（３）の下限を越えて第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの焦点距離ｆ３ｂが第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて小さすぎる場合、すなわち第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力が第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて強すぎる場合、手ぶれ補正のために第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直の成分を持つように駆動したときの収差変動が大きくなり特に偏芯時の中心コマ収差、像面倒れが発生するためよくない。また、上限を超えて第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの焦点距離ｆ３ｂが第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて大きすぎる場合、すなわち第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力が第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて弱すぎる場合は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの偏芯敏感度ＴＳが小さくなりすぎ、所望のぶれ量を補正するために必要な第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの偏芯量が大きくなりぶれ補正ユニットの大型化を招くためよくない。
【００６０】
条件式（４）は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３を規定した式である。下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３が短すぎると第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が短くなりすぎ第４レンズ群Ｌ４が変倍と合焦のために必要とする移動空間が確保できなくなりよくない。また、条件式（４）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３が長すぎると絞りより像面までの距離が長くなり小型化の点でよくない。
【００６１】
条件式（５）は第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの間隔Ｌ３ａｂを規定するものである。下限を超えて間隔Ｌ３ａｂが短すぎると第３ｂレンズ群Ｌ３ｂがぶれ補正のために光軸と垂直方向の成分を持つように可動したときに第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの各保持部材の干渉が起こりやすくなる。特に第３ａレンズ群Ｌ３ａの最も像側のレンズ面を像側に向けた凹面としたときには下限を超えないことが好ましい。上限を超えて第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの間隔が長すぎると第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと第４レンズ群Ｌ４との間隔が短くなりすぎ第４レンズ群Ｌ４が変倍と合焦のために必要とする移動空間が確保できなくなりよくない。
【００６２】
前述の条件式（１）において、さらに好ましくは以下の条件式を満足するとよい。
【００６３】
６８ ＜ ν３ｂ ＜ ７５ ・・・（１ａ）
条件（１ａ）は条件式（１）の範囲を狭めたものであり、条件式（１ａ）の下限より大きいとさらに低分散な硝材に限定されるため第３ｂレンズ群Ｌ３ｂにてぶれ補正を行った時の色収差の変動が低減する効果がある。条件式（１ａ）の上限を超えると一般に異常分散硝材となるため硝材の製造が難しくなるので良くない。
【００６４】
又、各実施形態において更に好ましくは、条件式（２）〜（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００６５】
０．１２ ＜ Ｄ３ｂ／ｆ３ ＜ ０．２５ ・・・（２ａ）
０．７ ＜ ｆ３ｂ／ｆ３ａ ＜ １．３ ・・・（３ａ）
３．２ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．８ ・・・（４ａ）
０．１２ ＜ Ｌ３ａｂ／ｆ３ ＜ ０．２５ ・・・（５ａ）
又、各実施形態において、好ましくは次の如く構成するのが良い。
【００６６】
・防振時の光量変化低減を達成するためにはズーミング時に絞り開口径を望遠側で小さくして中心光束を制限することで相対的に周辺光量を増加するのが良い。
【００６７】
・第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは防振のために移動する分、レンズ径をそれだけ大きくしてやるのが良い。従って余計な軸上光束が入り過ぎないようにするには第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの物体側あるいは像面側に固定のフレアカット絞りを配置するのが望ましい。第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと第４レンズ群Ｌ４の間に固定のフレアカット絞りを配置することでスペースを有効に利用しつつ、不要な光束が入らないようにすることができる。
【００６８】
次に、実施形態１〜５に各々対応する数値実施例１〜５の数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示し、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）面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。また、各数値実施例において最も像側の２つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に相当するガラスブロックＧを構成する面である。またｋを円錐定数、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’をそれぞれ非球面係数、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき、非球面形状は、
【００６９】
【数１】
【００７０】
で表示される。但しＲは近軸曲率半径である。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００７１】
【外１】
【００７２】
【外２】
【００７３】
【外３】
【００７４】
【外４】
【００７５】
【外５】
【００７６】
【表１】
【００７７】
以上のように各実施形態によれば、光軸と垂直方向に移動させてズームレンズが振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するためのレンズ群を第３レンズ群Ｌ３の一部の最小レンズ要素とすることにより、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減を図り装置全体の小型化、省電力化が可能となる。さらに各レンズ、絞り構成を最適とすることにより防振時の偏心収差を良好に補正しながらレンズ全長の短縮されたズームレンズの達成が可能となる。
【００７８】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施形態を図２３を用いて説明する。
【００７９】
図２３において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録するメモリ、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００８０】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、ゴーストやフレアーの少ない、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、像ぶれ補正用の補正光学系の小型化、かつ一定量の像ぶれ補正効果を行うための補正光学系の移動量のコントロールを容易に行い、補正光学系の電気的駆動を容易に行うことができるズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図２】実施形態１のズームレンズの広角端における収差図
【図３】実施形態１のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図４】実施形態１のズームレンズの望遠端における収差図
【図５】実施形態２のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図６】実施形態２のズームレンズの広角端における収差図
【図７】実施形態２のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図８】実施形態２のズームレンズの望遠端における収差図
【図９】実施形態３のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１０】実施形態３のズームレンズの広角端における収差図
【図１１】実施形態３のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図１２】実施形態３のズームレンズの望遠端における収差図
【図１３】実施形態４のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１４】実施形態４のズームレンズの広角端における収差図
【図１５】実施形態４のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図１６】実施形態４のズームレンズの望遠端における収差図
【図１７】実施形態５のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１８】実施形態５のズームレンズの広角端における収差図
【図１９】実施形態５のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図２０】実施形態５のズームレンズの望遠端における収差図
【図２１】実施形態１〜５のズームレンズの近軸屈折力配置の概略図
【図２２】防振の光学的原理の説明図
【図２３】ビデオカメラの要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ３ａ 第３ａレンズ群
Ｌ３ｂ 第３ｂレンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 絞り
ＦＰ フレアカット絞り
ＩＰ 結像面
Ｇ ガラスブロック
ω 半画角
ｆｎｏ Ｆナンバー
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを有する撮像装置に関し、特にズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、該ズームレンズが振動（傾動）した時の撮影画像のぶれを光学的に補正して静止画像を得るようにし撮影画像の安定化を図った所謂防振機能を有するビデオカメラ、銀塩写真用カメラ、デジタルカメラなどに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
進行中の車や航空機等の移動物体上から撮影しようとすると撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にぶれが生じる。従来より撮影画像のぶれを防止する防振機能を有した防振光学系が種々提案されている。
【０００３】
例えば光学装置に振動状態を検知する検知手段を設け、該検知手段からの出力信号に応じて、光学系の一部の光学部材を振動による画像ぶれの振動的変位を相殺する方向に移動させることにより画像ぶれを補正し、画像の安定化を図っている（例えば特許文献１）。又、最も物体側に可変頂角プリズムを配置した撮影系において、撮影系の振動に対応させて該可変頂角プリズムのプリズム頂角を変化させて画像ぶれを補正し、画像の安定化を図っている（例えば特許文献２）。又、加速度センサ等の検知手段を利用して撮影系の振動を検出し、この時得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動されることにより静止画像を得ている（例えば特許文献３）。
【０００４】
又、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系（ズームレンズ）の第３レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群で構成し、このうち正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に振動することにより静止画像を得ている（例えば特許文献４）。又、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得ている（例えば特許文献５）。又、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のレンズ系において、第３レンズ群を正レンズとメニスカス形状の負レンズより成るテレフォトタイプとしてレンズ全長の短縮化を図っている（例えば特許文献６）。
【０００５】
また、本出願人は正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズを提案している（例えば特許文献７）。
【０００６】
また、本出願人は正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割し、該正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズを提案している（例えば特許文献８）。
【０００７】
また、本出願人は正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を二つの正のレンズ群に分割しいずれか一方を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズを提案している（例えば特許文献９）。
【０００８】
正、負、正、負、正の屈折力もしくは正、負、負、正、正の屈折力の第１〜第５レンズ群より成る５群構成のズームレンズにて第３レンズ群もしくは第４レンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１０）。
【０００９】
また正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を正レンズと負レンズの２枚から構成し、いずれか一方を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１１）。
【００１０】
また、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて広角端から望遠端への変倍に際して第１レンズ群と第４レンズ群が物体側に移動する構成にて第２レンズ群以降の１枚のレンズを光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１２）。
【００１１】
また、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて広角端から望遠端への変倍に際して第１レンズ群と第４レンズ群が物体側に移動する構成にて第２レンズ群以降のいずれかのレンズ群を二つのレンズ群に分けこれらのいずれかのレンズ群を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが開示されている（例えば特許文献１３）。
【特許文献１】
特開昭５６−２１１３３号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２２３８１９号公報
【特許文献３】
特開平２−１２４５２１号公報
【特許文献４】
特開平７−１２８６１９号公報
【特許文献５】
特開平７−１９９１２４号公報
【特許文献６】
特開平５−６０９７４号公報
【特許文献７】
特開２００１−６６５００号公報
【特許文献８】
特開平１１−２３７５５０号公報
【特許文献９】
特開平１０−２６０３５５号公報
【特許文献１０】
特開平１１−３４４６６９号公報
【特許文献１１】
特開平１０−２３２４２０号公報
【特許文献１２】
特開平９−２３０２３５号公報
【特許文献１３】
特開平９−２３０２４１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般に防振光学系（防振手段）を撮影系の前方に配置し、該防振光学系の一部の可動レンズ群を振動させて撮影画像のぶれを無くし、静止画像を得る方法は装置全体が大型化し、且つ該可動レンズ群を移動させるための移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【００１３】
例えば、防振手段として可変頂角プリズムを利用して防振を行う変倍光学系では、特に長焦点距離側において防振時に偏心倍率色収差の発生量が多くなるという問題点があった。
【００１４】
一方撮影系の一部のレンズを光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う方法は、防振のために特別に余分な光学系を必要としないという利点がある。さらに防振のためのレンズ群を最小構成とすれば駆動トルクを抑え防振のためのアクチュエータを小型化するのができるという利点がある。
【００１５】
このような観点では、前述した各公知例のズームレンズのうち正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズでは第３レンズ群全体ではなく第３レンズ群の一部を光軸に垂直方向に移動させて防振を行うと駆動トルクの低減が図れる。特に一つの薄いレンズコンポーネントで防振を行うと効果的となる。
【００１６】
特開平１０−２６０３５５号公報では比較的肉厚の大きいレンズを含む２枚のレンズを防振用のレンズ群として駆動して防振しており、この方法は駆動トルクが増大する傾向がある。
【００１７】
また正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第３レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割すると負の屈折力のレンズ群の作用によりレンズバックが長くなりやすい。これは色分割プリズム等を挿入する場合には有効であるが、レンズ全長短縮を図るためには不利な方法である。
【００１８】
特開平１１−２３７５５０号公報、特開平１０−２３２４２０号公報で提案されている方法では第３レンズ群を負の屈折力のレンズ群と正の屈折力のレンズ群に分割しており、負の屈折力のレンズ群の作用によりレンズ全長が長くなる傾向がある。
【００１９】
特開平１１−３４４６６９号公報では５群構成の第３レンズ群もしくは第４レンズ群を負の屈折力のレンズ群としているが、これは４群構成の第３レンズ群を二つのレンズ群に分割していずれかを負の屈折力のレンズ群とした構成と等価である。よって負の屈折力のレンズ群の作用により全長が長くなる傾向がある。
【００２０】
正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにて第４レンズ群にてフォーカスとするには、レンズ群の繰り出し量の大きい望遠側にて第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を十分確保する必要がある。変倍比が１０程度の高変倍の場合は無限遠被写体時にて第４レンズ群を物体側に凸状の往復軌跡として望遠側での近距離被写体に対する繰り出し空間を確保するとスペース効率がよいため高変倍化と小型化との両立が図りやすい。
【００２１】
特開平９−２３０２４１号公報、特開平９−２３０２３５号公報では広角端から望遠端に向かって第４レンズ群が物体側に移動して第３レンズ群との間隔を狭めており、望遠端にて第４レンズ群が繰り出すための間隔を確保しようとすると全長が増大してくる。よってこの方法はリアフォーカス化とレンズ全長の短縮の両立が困難である。
【００２２】
本発明は像ぶれ補正用の補正光学系の小型化、かつ一定量の像ぶれ補正効果を行うための補正光学系の移動量のコントロールを容易に行い、補正光学系の電気的駆動を容易に行うことができるズームレンズの提供を目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、
物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、各レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第３ａレンズ群、正の屈折力の第３ｂレンズ群からなり、該第３ａレンズ群は正レンズと負レンズを有し、該第３ｂレンズ群は一つのレンズ要素にて構成され、該第３ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることを特徴としている。
【００２４】
請求項４の発明のズームレンズは、
物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、各レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、第３ａレンズ群、第３ｂレンズ群からなり、該第３ａレンズ群は複数のレンズで構成され、該第３ａレンズ群の最も物体側のレンズよりも像側に開口絞りを有し、該第３ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明のズームレンズ及び撮像装置の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は実施形態１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図２、図３、図４は実施形態１のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２７】
図５は実施形態２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８は実施形態２のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２８】
図９は実施形態３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２は実施形態３のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２９】
図１３は実施形態４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１４、図１５、図１６は実施形態４のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００３０】
図１７は実施形態５のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図、図１８、図１９、図２０は実施形態５のズームレンズの広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００３１】
図２１は各実施形態のズームレンズの近軸屈折力配置の要部概略図である。
【００３２】
図２２は防振系の原理説明図である。
【００３３】
図１、図５、図９、図１７のレンズ断面図及び図２１の近軸屈折力配置の概略図において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。
【００３４】
第３レンズ群Ｌ３は正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａと防振のために光軸と垂直方向に移動する正の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを有している。なお、防振のための移動としては光軸上のある点を回転中心とした揺動（回転移動）でも良い。すなわち光軸と垂直方向の成分を持つように防振用のレンズ群を移動させれば、像の面内での移動が可能となる。
【００３５】
ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）や銀塩フィルム等の感光面が配置されている。ＳＰは開口絞りであり、第３ａレンズ群Ｌ３ａ中又は第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に設けている。ＦＰはフレアカット絞りであり、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの像側に設けている。
【００３６】
収差図において、ｄはｄ線、ｇはｇ線、ΔＭはメリディオナル像面、ΔＳはサジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。
【００３７】
各実施形態では、広角端から望遠端へのズーミングに際して、図２１に示した矢印のように、第２レンズ群Ｌ２を像側へ移動させて変倍を行うと共に、変倍に伴う像面変動を第４レンズ群Ｌ４を物体側に凸状の軌跡の一部を有しつつ移動させて補正している。
【００３８】
また、第４レンズ群Ｌ４を光軸上移動させてフォーカシングを行うリアフォーカス方式を採用している。図２１において、第４レンズ群Ｌ４の実線の曲線４ａと点線の曲線４ｂは、各々無限遠物体と近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端へのズーミングの際の像面変動を補正するための移動軌跡である。このように第４レンズ群Ｌ４を物体側へ凸状の軌跡とすることで、第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４との間の空間の有効利用を図り、レンズ全長の短縮化を効果的に達成している。なお、第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３はズーミング及びフォーカスのためには不動である。
【００３９】
各実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、図２１の矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。尚、開口絞りＳＰはズーミングに際し第３ａレンズ群Ｌ３ａと一体となっており移動しない。
【００４０】
各実施形態においては、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて光学系全体が振動したときの像ぶれを補正するようにしている。これにより、可変頂角プリズム等の光学部材や防振のためのレンズ群を新たに付加することなく防振を行うようにし、光学系全体が大型化するのを防止している。
【００４１】
また、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは単レンズもしくは１組の接合レンズより成る１つのレンズ要素で構成し、ぶれ補正のための補正レンズ群の構成を最小限として補正レンズ群の小型化及び軽量化を図っている。これにより補正レンズを駆動するためのアクチュエータを小型化できるため装置全体の小型化が実現できるとともに、駆動の際の省電力化を図っている。
【００４２】
次にレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて撮影画像のぶれを補正する防振系の光学的原理を図２２を用いて説明する。
【００４３】
図２２（Ａ）に示すように、光学系が物点Ｐ側より順に、固定群（固定レンズ群）Ｙ１、偏心群（偏心レンズ群、シフト群）Ｙ２そして固定群（固定レンズ群）Ｙ３の３つのレンズ群から成り立っており、光学系から十分に離れた光軸Ｌａ上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点ｐとして結像しているものとする。今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が、図２２（Ｂ）のように手ぶれにより瞬間的に傾いたとすると、物点Ｐは像点Ｐ’にやはり瞬間的に移動し、ぶれた画像となる。一方、偏心群Ｙ２を光軸Ｌａと垂直方向に移動させると、図２２（Ｃ）のように、像点ｐは点ｐ”に移動し、その移動量と方向は光学系の屈折力配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。そこで図２２（Ｂ）で、手振れによってずれた像点ｐ’を偏心群Ｙ２を適切な量だけ光軸と垂直方向に移動させることによって、もとの結像位置ｐに戻すことで図２２（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００４４】
今、光軸をθ°補正するために必要な偏心群Ｙ２の移動量（シフト量）をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，偏心群Ｙ２の偏心敏感度をＴＳとすると移動量Δは以下の式で与えられる。
【００４５】
Δ＝ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
今、偏心群Ｙ２の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると、移動量Δは小さな値となり防振に必要なシフト群Ｙ２の移動量は小さく出来るが、適切に防振を行うための制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、ＣＣＤセンサなどの撮像素子のイメージサイズが銀塩フィルムと比べて小さく、同一画角に対する焦点距離が短いため、同一角度を補正するための偏心群Ｙ２のシフト量Δが小さくなる。従って、メカの精度が同程度だと画面上での補正残りが相対的に大きくなることになってしまう。
【００４６】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要な偏心群Ｙ２の移動量が大きくなってしまい、偏心群Ｙ２を駆動するためのアクチュエータなどの駆動手段も大きくなってしまう。
【００４７】
各実施形態では、各レンズ群の屈折力配置を適切な値に設定することで、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの偏心敏感度ＴＳを適正な値とし、メカの制御誤差による防振の補正残りが少なく、アクチュエータなどの駆動手段の負荷も少ないズームレンズを達成している。
【００４８】
次に各実施形態のレンズ構成の特徴について説明する。
【００４９】
各実施形態では第３レンズ群Ｌ３を、物体側から像側へ順に、物体側の面が凸形状の正レンズＧ３１、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ３２、単一又は接合レンズより成る正レンズＧ３３で構成している。第３レンズ群Ｌ３中に像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＧ３２を設けることにより第３レンズ群Ｌ３全体をテレフォト構成として第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を短縮し、レンズ全長の短縮化を達成している。
【００５０】
第３ａレンズ群Ｌ３ａを正レンズＧ３１、負レンズＧ３２より構成し、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを正レンズＧ３３の１つのレンズ要素より構成している。そして第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直方向の成分を持つように変位させてぶれ補正を行う。ぶれ補正時の色収差の変動を十分小さくするためには、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂでの色収差の発生量を小さくすることが好ましい。各実施形態では第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力を最適に設定して防振のために必要な感度を確保しながら、低分散の硝材を用いることで防振時の色収差変動を問題のないレベルに抑えている。
【００５１】
また第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを正レンズと負レンズからなる一組の接合レンズで構成するのが収差補正上好ましい。このようにすると第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力を大きくしながら第３ｂレンズ群Ｌ３ｂ自体の色収差補正が容易となるため、防振のための敏感度アップと防振時の色収差変動の低下の双方が容易となる。
【００５２】
又、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは光軸から周辺に向かって収斂作用が弱まるような非球面形状のレンズ面を設けている。これによって防振時の収差変動を少なくしている。
【００５３】
また正レンズＧ３１の物体側の面を非球面形状とすることにより、第３レンズ群Ｌ３で発生する球面収差を抑制するとともに防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。さらに正レンズＧ３１の像側の面も非球面とすると高次の球面収差と偏芯コマ収差の補正が容易となり、より大口径のズームレンズが達成できる。
【００５４】
また開口絞りＳＰを第３ａレンズ群Ｌ３ａ中に配置すると、第３レンズ群Ｌ３の物体側に配置するのに比べて望遠端における第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の距離が短縮でき、全長を短縮するのに効果がある。また、開口絞りＳＰは防振のために振動する第３ｂレンズ群Ｌ３ｂに近い方が防振時の周辺光量の変化が低減できる。なお、第２レンズ群Ｌ２と第３ａレンズ群Ｌ３ａの間に開口絞りＳＰを配置しても良好なる結像性能が得られる。
【００５５】
第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを単一のレンズで構成したときの該レンズの材料のアッベ数をν３ｂ、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを接合レンズ構成したときの該接合レンズの合成肉厚をＤ３ｂ、第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、第３ａレンズ群Ｌ３ａ、第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの焦点距離を各々ｆ３ａ、ｆ３ｂ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第３ａレンズ群Ｌ３ａの最も像側のレンズ面から第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ａｂとするとき、
６３ ＜ ν３ｂ ・・・（１）
０．１ ＜ Ｄ３ｂ／ｆ３ ＜ ０．３ ・・・（２）
０．６ ＜ ｆ３ｂ／ｆ３ａ ＜ １．４ ・・・（３）
３．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ４．０ ・・・（４）
０．１ ＜ Ｌ３ａｂ／ｆ３ ＜ ０．３ ・・・（５）
の条件式のうち１以上の条件式を満足している。これらの条件式のうち１つでも満足すれば、その条件式に対応した後述する効果が得られる。
【００５６】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【００５７】
条件式（１）は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを単レンズで構成したときの材料のアッベ数を規定するものである。条件式（１）の下限を超えてアッベ数が小さすぎると色分散が大きくなりすぎ防振時の色収差の変動が大きくなるため良くない。
【００５８】
条件式（２）は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを接合レンズで構成したときの合成肉厚を規定するものである。製造可能なコバ寸法を確保しながら極力合成肉厚を薄くしようとすると接合面の曲率が緩くなる。条件式（２）の下限を越えて合成肉厚が小さすぎる場合、すなわち接合面の曲率が緩すぎる場合は色収差補正のために接合レンズとした効果が薄れるため防振時の色収差変動が大きくなる。また条件式（２）の上限を超えて合成肉厚が大きすぎる場合は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂが大型化し、ぶれ補正のためのアクチュエータの大型化を招くだけでなく消費電力も増えるためよくない。
【００５９】
条件式（３）は第３レンズ群Ｌ３を２つのレンズ群Ｌ３ａ、Ｌ３ｂに分割したときの２つのレンズ群の屈折力配分を規定するものである。条件式（３）の下限を越えて第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの焦点距離ｆ３ｂが第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて小さすぎる場合、すなわち第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力が第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて強すぎる場合、手ぶれ補正のために第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを光軸と垂直の成分を持つように駆動したときの収差変動が大きくなり特に偏芯時の中心コマ収差、像面倒れが発生するためよくない。また、上限を超えて第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの焦点距離ｆ３ｂが第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて大きすぎる場合、すなわち第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの屈折力が第３ａレンズ群Ｌ３ａのそれに比べて弱すぎる場合は第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの偏芯敏感度ＴＳが小さくなりすぎ、所望のぶれ量を補正するために必要な第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの偏芯量が大きくなりぶれ補正ユニットの大型化を招くためよくない。
【００６０】
条件式（４）は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３を規定した式である。下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３が短すぎると第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が短くなりすぎ第４レンズ群Ｌ４が変倍と合焦のために必要とする移動空間が確保できなくなりよくない。また、条件式（４）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離ｆ３が長すぎると絞りより像面までの距離が長くなり小型化の点でよくない。
【００６１】
条件式（５）は第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの間隔Ｌ３ａｂを規定するものである。下限を超えて間隔Ｌ３ａｂが短すぎると第３ｂレンズ群Ｌ３ｂがぶれ補正のために光軸と垂直方向の成分を持つように可動したときに第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの各保持部材の干渉が起こりやすくなる。特に第３ａレンズ群Ｌ３ａの最も像側のレンズ面を像側に向けた凹面としたときには下限を超えないことが好ましい。上限を超えて第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの間隔が長すぎると第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと第４レンズ群Ｌ４との間隔が短くなりすぎ第４レンズ群Ｌ４が変倍と合焦のために必要とする移動空間が確保できなくなりよくない。
【００６２】
前述の条件式（１）において、さらに好ましくは以下の条件式を満足するとよい。
【００６３】
６８ ＜ ν３ｂ ＜ ７５ ・・・（１ａ）
条件（１ａ）は条件式（１）の範囲を狭めたものであり、条件式（１ａ）の下限より大きいとさらに低分散な硝材に限定されるため第３ｂレンズ群Ｌ３ｂにてぶれ補正を行った時の色収差の変動が低減する効果がある。条件式（１ａ）の上限を超えると一般に異常分散硝材となるため硝材の製造が難しくなるので良くない。
【００６４】
又、各実施形態において更に好ましくは、条件式（２）〜（５）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
【００６５】
０．１２ ＜ Ｄ３ｂ／ｆ３ ＜ ０．２５ ・・・（２ａ）
０．７ ＜ ｆ３ｂ／ｆ３ａ ＜ １．３ ・・・（３ａ）
３．２ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．８ ・・・（４ａ）
０．１２ ＜ Ｌ３ａｂ／ｆ３ ＜ ０．２５ ・・・（５ａ）
又、各実施形態において、好ましくは次の如く構成するのが良い。
【００６６】
・防振時の光量変化低減を達成するためにはズーミング時に絞り開口径を望遠側で小さくして中心光束を制限することで相対的に周辺光量を増加するのが良い。
【００６７】
・第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは防振のために移動する分、レンズ径をそれだけ大きくしてやるのが良い。従って余計な軸上光束が入り過ぎないようにするには第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの物体側あるいは像面側に固定のフレアカット絞りを配置するのが望ましい。第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと第４レンズ群Ｌ４の間に固定のフレアカット絞りを配置することでスペースを有効に利用しつつ、不要な光束が入らないようにすることができる。
【００６８】
次に、実施形態１〜５に各々対応する数値実施例１〜５の数値データを示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示し、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）面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の屈折率、アッベ数を示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。また、各数値実施例において最も像側の２つの面は、色分解プリズム、フェースプレート、各種フィルター等に相当するガラスブロックＧを構成する面である。またｋを円錐定数、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’をそれぞれ非球面係数、光軸からの高さＨの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてＸとするとき、非球面形状は、
【００６９】
【数１】
で表示される。但しＲは近軸曲率半径である。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０−Ｚ」を意味する。又、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。
【００７１】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【外５】
【表１】
以上のように各実施形態によれば、光軸と垂直方向に移動させてズームレンズが振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するためのレンズ群を第３レンズ群Ｌ３の一部の最小レンズ要素とすることにより、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減を図り装置全体の小型化、省電力化が可能となる。さらに各レンズ、絞り構成を最適とすることにより防振時の偏心収差を良好に補正しながらレンズ全長の短縮されたズームレンズの達成が可能となる。
【００７８】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラの実施形態を図２３を用いて説明する。
【００７９】
図２３において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録するメモリ、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００８０】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、ゴーストやフレアーの少ない、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、像ぶれ補正用の補正光学系の小型化、かつ一定量の像ぶれ補正効果を行うための補正光学系の移動量のコントロールを容易に行い、補正光学系の電気的駆動を容易に行うことができるズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図２】実施形態１のズームレンズの広角端における収差図
【図３】実施形態１のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図４】実施形態１のズームレンズの望遠端における収差図
【図５】実施形態２のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図６】実施形態２のズームレンズの広角端における収差図
【図７】実施形態２のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図８】実施形態２のズームレンズの望遠端における収差図
【図９】実施形態３のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１０】実施形態３のズームレンズの広角端における収差図
【図１１】実施形態３のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図１２】実施形態３のズームレンズの望遠端における収差図
【図１３】実施形態４のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１４】実施形態４のズームレンズの広角端における収差図
【図１５】実施形態４のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図１６】実施形態４のズームレンズの望遠端における収差図
【図１７】実施形態５のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１８】実施形態５のズームレンズの広角端における収差図
【図１９】実施形態５のズームレンズの中間ズーム位置における収差図
【図２０】実施形態５のズームレンズの望遠端における収差図
【図２１】実施形態１〜５のズームレンズの近軸屈折力配置の概略図
【図２２】防振の光学的原理の説明図
【図２３】ビデオカメラの要部概略図
【符号の説明】
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｌ３ 第３レンズ群
Ｌ３ａ 第３ａレンズ群
Ｌ３ｂ 第３ｂレンズ群
Ｌ４ 第４レンズ群
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＳＰ 絞り
ＦＰ フレアカット絞り
ＩＰ 結像面
Ｇ ガラスブロック
ω 半画角
ｆｎｏ Ｆナンバー
Claims (9)
- 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、各レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第３ａレンズ群、正の屈折力の第３ｂレンズ群からなり、該第３ａレンズ群は正レンズと負レンズを有し、該第３ｂレンズ群は一つのレンズ要素にて構成され、該第３ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることを特徴とするズームレンズ。 - 前記第３ｂレンズ群は単レンズで構成され、該第３ｂレンズ群の単レンズの材料のアッベ数をν３ｂとするとき、
６３ ＜ ν３ｂ
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。 - 前記第３ｂレンズ群は正レンズと負レンズと接合した接合レンズからなり、該接合レンズの合成肉厚をＤ３ｂ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３とするとき、
０．１ ＜ Ｄ３ｂ／ｆ３ ＜ ０．３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。 - 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群を有し、各レンズ群の間隔を変えてズーミングを行うズームレンズにおいて、
該第３レンズ群は、物体側より像側へ順に、第３ａレンズ群、第３ｂレンズ群からなり、該第３ａレンズ群は複数のレンズで構成され、該第３ａレンズ群の最も物体側のレンズよりも像側に開口絞りを有し、該第３ｂレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて像を変位させることを特徴とするズームレンズ。 - 前記第３ａレンズと第３ｂレンズ群は、各々正の屈折力を有し、該第３ａレンズ群は、物体側より像側へ順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズを有し、該第３ｂレンズ群は一つのレンズ要素からなり、前記開口絞りは該正レンズと負レンズの間に配置されていることを特徴とする請求項４記載のズームレンズ。
- 前記第３ａレンズ群、第３ｂレンズ群の焦点距離を各々ｆ３ａ、ｆ３ｂ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、該第３ａレンズ群の最も像側のレンズ面から該第３ｂレンズ群の最も物体側のレンズ面までの光軸上の距離をＬ３ａｂとするとき、
０．６ ＜ ｆ３ｂ／ｆ３ａ ＜ １．４
３．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ４．０
０．１ ＜ Ｌ３ａｂ／ｆ３ ＜ ０．３
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項のズームレンズ。 - 前記第３ｂレンズ群は光軸から周辺に向かって収斂作用が弱まるような非球面形状のレンズ面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 固体撮像素子上に像を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項のズームレンズ。
- 請求項１から８のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する固体撮像素子とを有していることを特徴とする撮像装置。
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