JP2005148437A - 変倍光学系 - Google Patents

Abstract

【目的】正、負、正、正の４群構成からなり、第３群を正の第３ａ群、負の第３ｂ群、第３ｃ群から構成し、第３ｂ群を用いて撮影画像のブレを補正する変倍光学系により、レンズ系およびその駆動系を小型化し、諸収差を良好に補正して安定した撮影画像を得る。
【構成】物体側から順に、変倍および合焦に際して固定の正の第１レンズ群Ｇ_１、変倍機能を備えた負の第２レンズ群Ｇ_２、正の第３レンズ群Ｇ_３、変倍による像面変動の補正機能および合焦機能を備えた正の第４レンズ群Ｇ_４を配設する。第３レンズ群Ｇ_３は、物体側から順に、正の第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）、負の第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）および第３ｃレンズ群（第９レンズＬ_９）を配設してなり、第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）を光軸Ｘと直交する方向に移動させて変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、防振機能を有する変倍光学系に関し、詳しくは、変倍光学系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることにより、変倍光学系が振動（傾動）した際に生じる撮影画像のブレを光学的に補正して静止画像を得るようにした写真用カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、および３−ＣＣＤ対応の電子カメラ等に好適に用いられる変倍光学系に関するものである。

移動する自動車等の移動物体上からの撮影や、シャッタースピードが遅い条件下における手持ち撮影では、撮影光学系に振動が伝わって手振れとなって撮影画像にブレが生じる。

従来、撮影光学系の振動に伴う撮影画像のブレを防止する機能を有した防振光学系が種々提案されている。

このような防振光学系として、最も被写体側に屈折型可変頂角プリズムを配設し、このプリズムの頂角を変化させることにより画像を偏向させて画像の安定化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、撮影光学系の一部のレンズ群を光軸と直交する方向に移動させることにより画像の安定化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載された技術は、物体側より順に、変倍および合焦の際に固定され、正の屈折力を有する第１レンズ群、変倍機能を備えた負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍により変動する像面を補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を備えた正の屈折力を有する第４レンズ群からなり、第３レンズ群は、負の屈折力を有する第３１レンズ群および正の屈折力を有する第３２レンズ群を有し、第３２レンズ群を光軸と垂直方向に移動させることにより変倍光学系が振動した際の撮影画像のブレを補正するようにしたものである。

特開昭６１−２２３８１９号公報 特開平１１−２３７５５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、屈折型可変頂角プリズムを利用して防振を行っているため、特に望遠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があった。

また、上記特許文献２に記載された技術では、第３レンズ群のレンズ構成として、負の屈折力を有するレンズを先行させているため、防振を行う際に移動させる第３２レンズ群へ入射する際の光束径が拡がることから、該第３２レンズ群のレンズ外径が大きくなってしまい、レンズ系が大型化するとともにレンズの駆動系への負担が増大するという問題があった。

特に、近年の電子スチルカメラは小型化が進んでいるため、レンズ系およびその駆動系をさらに小型化する必要がある。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、レンズ系およびその駆動系を小型化するとともに、諸収差を良好に補正して安定した撮影画像を得ることが可能な防振機能を有する変倍光学系を提供することを目的とする。

上述した目的を達成し得る本発明の変倍光学系は、物体側から順に、変倍および合焦に際して固定されるとともに正の屈折力を有する第１レンズ群、変倍機能を備えた負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍による像面変動の補正機能と合焦機能とを備えた正の屈折力を有する第４レンズ群を配設してなる変倍光学系であって、
前記第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３ａレンズ群、負の屈折力を有する第３ｂレンズ群、および１枚のレンズからなる第３ｃレンズ群を配設してなり、
前記第３ｂレンズ群を光軸と直交する方向に移動させて前記変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正することを特徴とするものである。

また、本発明の変倍光学系は、前記構成に加えて、下記条件式（１）および（２）を満足してなることが好ましい。

３．５＜ｆ_３／ｆ_ｗ＜８．０ ・・・ （１）
０．８＜｜ｆ_３ｂ／ｆ_３｜＜１．２ ・・・ （２）
ただし、
ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ_３ｂ：第３ｂレンズ群の焦点距離
ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離

また、本発明の変倍光学系は、前記構成に加えて、前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群は、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することが好ましい。

また、本発明の変倍光学系は、前記構成に加えて、前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群は、それぞれ１枚のレンズからなることが好ましい。

本発明の変倍光学系によれば、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、および正の屈折力を有する第４レンズ群を配設し、第３レンズ群では、最も物体側に配設された第３ａレンズ群に正の屈折力を持たせ、物体側から第２番目に配設された第３ｂレンズ群に負の屈折力を持たせ、この第３ｂレンズ群を光軸と直交する方向に移動させることにより、変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正する構成となっている。

したがって、正の屈折力を有する第３ａレンズ群を通過して第３ｂレンズ群に入射する際の光束径が小さくなるので、第３ｂレンズ群のレンズ径を小さくすることができる。また、レンズ径を小さくすることができる第３ｂレンズ群を光軸と直交する方向に移動させて撮影画像のブレを補正しているため、レンズの駆動系も小型化することができ、駆動系の負担を軽減するとともに、変倍光学系全体としても小型化を達成することができる。

また、所定の条件式（１）および（２）を満足することにより、変倍光学系を小型化し、十分なバックフォーカスを確保し、さらに防振時における画像を安定化することができる。

また、第３ａレンズ群および第３ｂレンズ群を、それぞれ少なくとも１面の非球面を有して構成することにより、第３ａレンズ群および第３ｂレンズ群のレンズ構成を簡略化することができる。これにより、レンズの駆動系および変倍光学系全体をさらに小型化することができる。さらに、防振後の偏心コマ収差の発生を低減することができるので、防振時における画像をさらに安定化することができる。

また、第３ａレンズ群および第３ｂレンズ群を、それぞれ１枚のレンズから構成することにより、レンズの駆動系および変倍光学系全体をさらに小型化することができる。

以下、本発明の変倍光学系の代表的な実施形態について、図１に示す実施例１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る変倍光学系のレンズ構成図である。また、下段には、広角端から望遠端に至る各レンズ群の移動軌跡を示してある。なお、第４レンズ群の移動軌跡のうち、実線は無限遠物体距離における移動軌跡を示し、破線は有限物体距離における移動軌跡を示す。

本発明の実施形態に係る変倍光学系は、図１に示すように、物体側から順に、変倍および合焦に際して固定されるとともに正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、変倍機能を備えた負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３、および変倍による像面変動の補正機能と合焦機能とを備えた正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４を配設してなる。

また、第３レンズ群Ｇ_３の物体側には絞り３が配設されており、第４レンズ群Ｇ_４と結像面（ＣＣＤ撮像面）との間には、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むフィルタ部２が配されている。

この変倍光学系では、第２レンズ群Ｇ_２を光軸Ｘに沿って移動させることにより、全系の焦点距離ｆを変化させるとともに、第４レンズ群Ｇ_４を光軸Ｘに沿って移動させることにより、変倍による像面変動の補正と合焦を行い、光束を結像面１上に効率よく収束させるようにしている。

第１レンズ群Ｇ_１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズＬ_１、両凸の第２レンズＬ_２、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ_３からなり、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２は互いにレンズ面が接合された接合レンズとなっている。

第２レンズ群Ｇ_２は、物体側から順に、両凹の第４レンズＬ_４、両凹の第５レンズＬ_５、および物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第６レンズＬ_６からなり、第５レンズＬ_５および第６レンズＬ_６は互いにレンズ面が接合された接合レンズとなっている。

第３レンズ群Ｇ_３は、物体側から順に、両凸の第７レンズＬ_７、両凹の第８レンズＬ_８、および物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状（実施例２では物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状）の第９レンズＬ_９よりなる。なお、第７レンズＬ_７により第３ａレンズ群を構成し、第８レンズＬ_８により第３ｂレンズ群を構成し、第９レンズＬ_９により第３ｃレンズ群を構成する。

この第３レンズ群Ｇ_３では、第３ｂレンズ群を構成する第８レンズＬ_８を光軸と直交する方向に移動させることにより、変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正するようになっている。

具体的には、予めカメラ等に内蔵させた記憶装置に、手振れを補正するための第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）の軸ずらし量を記憶させておき、カメラ側に配設されている角速度センサを用いて手振れ量を検知し、変倍光学系に配設したアクチュエータを用いて手振れ量に対応する軸ずらし量だけ第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）を光軸と直交する方向に移動させる。

第４レンズ群Ｇ_４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１０レンズＬ_１０、両凸の第１１レンズＬ_１１、および像側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第１２レンズＬ_１２からなり、第１０レンズＬ_１０および第１１レンズＬ_１１は互いにレンズ面が接合された接合レンズとなっている。

また、第７レンズＬ_７、第８レンズＬ_８および第１２レンズＬ_１２の両面は、下記非球面式により表される非球面形状とされている。

本発明の実施形態に係る変倍光学系では、第３レンズ群Ｇ_３をさらに３つのレンズ群に分割して正レンズと負レンズとの組合せとすることにより、色収差を減少させ、ペッツバール和を最適化して像面湾曲を減少させることができる。

また、第３レンズ群Ｇ_３において、第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）を正レンズとすることにより、第３レンズ群Ｇ_３の主点位置を像から離してレンズ全長を短くすることができる。

また、第３レンズ群Ｇ_３において、第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）を正レンズとするとともに、第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）を負レンズとすることにより、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔を確保することができ、変倍時および合焦時における第４レンズ群Ｇ_４の移動量を確保することができる。すなわち、第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）および第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）をともに正レンズとした場合には、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４との間隔が短くなってしまい、変倍時および合焦時における第４レンズ群Ｇ_４の移動量を確保することができなくなる。

また、第３レンズ群Ｇ_３において、正の屈折力を有する第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）を通過して第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）に入射する際の光束径が小さくなるので、第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）のレンズ径を小さくすることができる。このため、第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）の駆動系も小型化することができ、駆動系の負担を軽減するとともに、変倍光学系全体としても小型化を達成することができる。

さらに、本発明の実施形態に係る変倍光学系は、下記条件式（１）および（２）を満足する。

３．５＜ｆ_３／ｆ_ｗ＜８．０ ・・・ （１）
０．８＜｜ｆ_３ｂ／ｆ_３｜＜１．２ ・・・ （２）
ただし、
ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離
ｆ_３ｂ：第３ｂレンズ群の焦点距離
ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離

次に、上記条件式（１）および（２）の意義について説明する。
条件式（１）は、第３レンズ群Ｇ_３の屈折力を規定するための条件式で、装置の小型化を図るとともにバックフォーカスを確保するために必要な条件式である。

この条件式（１）において、ｆ_３／ｆ_ｗの値が下限を超えると第３レンズ群Ｇ_３の屈折力が強まりレンズ全長の短縮化を図ることができるものの、十分なバックフォーカスを確保することが困難となる。一方、ｆ_３／ｆ_ｗの値が上限を超えると第３レンズ群Ｇ_３の屈折力が弱まりバックフォーカスを確保することができるものの、レンズ全長が長くなってしまい装置の小型化を達成することが困難となる。

条件式（２）は、防振時に移動させる第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）の屈折力を規定するための条件式で、防振時における画像の安定化に必要な条件式である。

この条件式（２）において、ｆ_３ｂ／ｆ_３の絶対値が下限を超えると第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）の屈折力が強まって防振時の偏心感度が高くなり、防振後の画質が低下してしまう。一方、ｆ_３ｂ／ｆ_３の絶対値が上限を超えると第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）の屈折力が強まって防振時における第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）の移動シフト量が増大し、装置が大型化してしまう。

＜実施例１＞
以下、本発明の実施例１に係る変倍光学系の具体的構成について説明する。
実施例１に係る変倍光学系は、上述したレンズ構成を備えている。

実施例１に係る変倍光学系に関する各数値を下記表１に示す。
表１の第１段目に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。
なお、表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表２において同じ）。

また、表１の第２段目に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.11ｍｍ）、および望遠端(f=44.99ｍｍ)の各位置におけるＤ_５、Ｄ_１０、Ｄ_１７、およびＤ_２２の可変範囲の値を示す。

また、表１の第３段目に、広角端（ｆ=8.11ｍｍ）および望遠端(f=44.99ｍｍ)の各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。

また、表１の第４段目に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ_A、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。

さらに、表１の第５段目に、前述した条件式（１）および（２）の値を示す。本実施例においては、前述した条件式（１）および（２）はともに満足されている。

図２は上記実施例１に係る変倍光学系の広角端（ｆ=8.11ｍｍ）および望遠端(f=44.99ｍｍ)の各位置における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、各球面収差図には、615nm、587.6nm、460nmにおける収差が示されており、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている（図３についても同じ）。

この図２から明らかなように、実施例１に係る変倍光学系によればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

＜実施例２＞
実施例２に係る変倍光学系は、実施例１のものと略同様のレンズ構成を備えている。なお、実施例１とは、主として第９レンズＬ_９が物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状である点で異なっている。

実施例２に係る変倍光学系に関する各数値を下記表２に示す。
表２の第１段目に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。

また、表２の第２段目に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.13ｍｍ）、および望遠端(f=45.08ｍｍ)の各位置におけるＤ_５、Ｄ_１０、Ｄ_１７、およびＤ_２２の可変範囲の値を示す。

また、表２の第３段目に、広角端（ｆ=8.13ｍｍ）および望遠端(f=45.08ｍｍ)の各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。

また、表２の第４段目に、上記非球面式に示される非球面の各定数Ｋ_A、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。

さらに、表２の第５段目に、前述した条件式（１）および（２）の値を示す。本実施例においては、前述した条件式（１）および（２）はともに満足されている。

図３は上記実施例２に係る変倍光学系の広角端（ｆ=8.13ｍｍ）および望遠端(f=45.08
ｍｍ)の各位置における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）
を示す収差図である。なお、各球面収差図には、615nm、587.6nm、460nmにおける収差が示されており、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている。

この図３から明らかなように、実施例２に係る変倍光学系によればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

本発明の実施形態（実施例１）に係る変倍光学系のレンズ構成図 本発明の実施例１に係る変倍光学系の広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図 本発明の実施例２に係る変倍光学系の広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図

符号の説明

Ｇ_１〜Ｇ_４ レンズ群
L_１〜L_１２ レンズ
Ｒ_１〜Ｒ_２４ レンズ面等
Ｄ_１〜Ｄ_２３ 軸上面間隔
Ｘ 光軸
１ 結像面
２ フィルタ部
３ 絞り

Claims (4)

1. 物体側から順に、変倍および合焦に際して固定されるとともに正の屈折力を有する第１レンズ群、変倍機能を備えた負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍による像面変動の補正機能と合焦機能とを備えた正の屈折力を有する第４レンズ群を配設してなる変倍光学系であって、
   前記第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力を有する第３ａレンズ群、負の屈折力を有する第３ｂレンズ群、および１枚のレンズからなる第３ｃレンズ群を配設してなり、
   前記第３ｂレンズ群を光軸と直交する方向に移動させて前記変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正することを特徴とする変倍光学系。
2. 下記条件式（１）および（２）を満足してなることを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
   ３．５＜ｆ_３／ｆ_ｗ＜８．０ ・・・ （１）
   ０．８＜｜ｆ_３ｂ／ｆ_３｜＜１．２ ・・・ （２）
   ただし、
   ｆ_３：第３レンズ群の焦点距離
   ｆ_３ｂ：第３ｂレンズ群の焦点距離
   ｆ_ｗ：広角端における全系の焦点距離
3. 前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群は、それぞれ少なくとも１面の非球面を有することを特徴とする請求項１または２記載の変倍光学系。
4. 前記第３ａレンズ群と前記第３ｂレンズ群は、それぞれ１枚のレンズからなることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項記載の変倍光学系。

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