JP2005172938A - 防振ズームレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 手ブレ等の振動による画像のブレを、収差の変動を小さく抑えて補正する。
【解決手段】 ズームレンズ１０は、物体側より順に、それぞれ正、負、負、正の屈折力を有する第１群Ｇ１１〜第４群Ｇ１４から構成されている。第４群Ｇ１４は、最も長い空気間隔を介して、それぞれ正の屈折力を有する物体側レンズ群Ｇ１４ａと、像面側レンズ群Ｇ１４ｂとから構成される。像面側レンズ群Ｇ１４ｂは、１枚の正レンズ２２からなる。第４群Ｇ１４は、バックフォーカス調整のために正レンズ２２が光軸方向に移動できるように設けられ、このとき収差の変動が大きくならないように、負レンズ２１ｂと正レンズ２２の間で中心光束がほぼ平行になるように構成される。また、手ブレが検知された際には、像面側レンズ群Ｇ１４ｂ、すなわち正レンズ２２のみを光軸Ａ１に対して垂直な方向に移動させることで画像のブレを補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮影時における手ブレ等の振動に起因する像面上での画像のブレを補正するのに好適な防振ズームレンズに関する。

物体側から順に、正、負、負、正のパワー構成を有する４群ズームレンズが従来より知られている。この４群ズームレンズでは、その一部のレンズを光軸に対して垂直方向に移動させることにより、撮影時における手ブレ等の振動によって生じる画像のブレを光学的に補正するものが知られている（特許文献１ないし３参照）。これらの文献に記載された４群ズームレンズは、最も口径が大きく、重量の大きいレンズを有する第１群を移動させており、精密な駆動制御が困難であるという欠点があった。

そこで、上記欠点を考慮したものとして、比較的小さい口径のレンズを有する第４群の一部又は全部を光軸と垂直な方向にシフトさせることにより、画像のブレを補正する４群ズームレンズが提案されている（特許文献４ないし６参照）。例えば、特許文献４記載の４群ズームレンズは、第４群を、その内部の最も長い空気間隔を介して物体側のレンズ群と像面側のレンズ群とに分け、手ブレ発生時には物体側のレンズ群のみをシフトさせるようにしている。

特開平１−２８４８２３号公報 特開平１−２８４８２４号公報 特開平１−２８４８２５号公報 特開平８−２９７３８号公報 特開２００１−２８１５４６号公報 特開２００２−２８７０３０号公報

しかしながら、上記特許文献４ないし６に記載された各ズームレンズでは、第４群中でシフトするレンズ群に入射する光線の光軸に対する傾きの角度（傾角）が大きいため、レンズ群を小さく駆動させるだけでブレ幅の大きい補正が可能になる反面、レンズ群の偏心によって生じる収差の変動が性能を大きく劣化させるという問題がある。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、収差の変動が小さく、設計性能が維持できる防振ズームレンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の防振ズームレンズは、第４群中で最も長い空気間隔を介して物体側と像面側にそれぞれ配置された、正の屈折力を有する物体側レンズ群と、正の屈折力を有する像面側レンズ群を有する４群ズームレンズに対し、前記像面側レンズ群を光軸に垂直な方向に移動させることにより像位置を移動させ、手ブレ等の振動による画像のブレを補正することを特徴とするものである。

本発明の防振ズームレンズでは、第４群の内部の最も長い空気間隔により、像面側レンズ群に入射する光線の光軸に対する平行性が保たれているので、像面側レンズ群を光軸と垂直な方向に移動させたときに、そのシフト移動に伴う収差の変動を小さく抑えた像ブレ補正が可能となる。特に、テレビカメラ等に用いられるズームレンズでは、レンズの取付け時に、その焦点面と撮像素子の撮像面とを一致させるバックフォーカス調整が行われるものがある。バックフォーカス調節は、像面側に配置される単数又は複数の調整用レンズ（群）を光軸方向へ移動することで行われる。このようなズームレンズは、調整に伴う収差の変動を小さく抑えるために、調整用レンズに入射する光線の傾角が小さくなるように構成されている。従って、このようなズームレンズに本発明を適用し、バックフォーカス調節後に光軸方向に固定される調整用レンズを、さらに光軸と垂直な方向へ移動可能に構成することにより、収差の変動が小さい防振ズームレンズとして得ることができる。

また、本発明は、ズームレンズ全系のバックフォーカス（Ｂｆ）と、第４群の像面側レンズ群のバックフォーカス（Ｂｆ４ｂ）との比を規定する条件式を満たすことにより、近軸領域で像面側レンズ群に入射する光線のアフォーカル性、すなわち、像面側レンズ群に入射する光線の光軸に対する平行さが確保され、像面側レンズ群を光軸方向及び光軸と垂直な横方向に移動した時でも、像面側レンズ群を移動させていない状態の性能、すなわち設計時における性能と同等な性能が維持できる。

また、本発明が適用されるズームレンズは、絞り開放時の中心光束が第４群の像面側レンズ群に入射する高さ（Ｈａ）と、出射する高さ（Ｈｂ）との差を規定する条件式
｜Ｈａ−Ｈｂ｜＜０．０２×（Ｂｆ／Ｆｎ）
を満たすことにより、マージナル光線の平行性が保たれ、第４群の像面側レンズ群を移動させた際、球面収差の変動が小さく抑えられる。条件式を外れると、球面収差の変動により性能が劣化する。

また、第４群の像面側レンズ群を正屈折力の単レンズから構成することにより、像ブレ補正のための駆動制御が容易になる。このとき、第４群中の物体側レンズ群は、物体側から順に、像面側に曲率半径の小さい凸面を向けた第１の正レンズと、両凸形状をした第２の正レンズと、正レンズと負レンズからなる第１の接合レンズと、物体側に曲率半径の小さい凸面を向けた第３の正レンズと、正レンズと負レンズからなる第２の接合レンズで構成されていることが好ましい。さらには、第１群が、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカスの正レンズで構成され、第２群が、第１の負レンズ、第２の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズ、第３群が両凹の負レンズと正レンズの接合レンズで構成されていることにより、本発明の効果がよりよく発揮される。

図１において、ズームレンズ１０は、第１群Ｇ１１〜第４群Ｇ１４からなる。第１群Ｇ１１は、フォーカシングに伴って光軸方向に移動されるフォーカスレンズである。第２群Ｇ１２は、変倍を行う際に光軸方向に移動されるバリエータである。第３群Ｇ１３は、第２群Ｇ１２の変倍動作に伴う結像面の変動を補正するために光軸方向に移動されるコンペンセータである。第４群Ｇ１４はリレーレンズである。第３群Ｇ１３と第４群Ｇ１４の間には絞りが設けられる。

第１群Ｇ１１〜第４群Ｇ１４は、それぞれ正、負、負、正の屈折力を有する。第１群Ｇ１１は、メニスカスの負レンズ１１ａ及び両凸の正レンズ１１ｂの接合レンズ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカスの正レンズ１２とからなる。第２群Ｇ１２は、像面側に凹面を向けたメニスカスの負レンズ１３と、両面の曲率半径が等しい両凹の負レンズ１４と、物体側に凸面を向けたメニスカスの正レンズ１５とからなる。第３群Ｇ１３は、両凹の負レンズ１６ａ及び両凸の正レンズ１６ｂの接合レンズ１６からなる。

第４群Ｇ１４は、像面側に曲率半径の小さい凸面を向けた両凸の正レンズ１７と、両面の曲率半径が等しい両凸の正レンズ１８と、両凸の正レンズ１９ａ及び両凹の負レンズ１９ｂの接合レンズ１９と、物体側に曲率半径の小さい凸面を向けた両凸の正レンズ２０と、両凸の正レンズ２１ａと両凹の負レンズ２１ｂの接合レンズ２１と、両凸の正レンズ２２とからなる。平行平面板２３は、撮像素子のカバーガラスとして設けられる。以下の表に、ズームレンズ１０のレンズデータを示す。

図２において、接合レンズ２１と正レンズ２２との間の空気間隔Ｄ１は、第４群Ｇ１４内で最も長く、第４群Ｇ１４は、この空気間隔Ｄ１を介して像面側レンズ群Ｇ１４ａと、物体側レンズ群Ｇ１４ｂとに分けられる。物体側レンズ群Ｇ１４ａは固定され、像面側レンズ群Ｇ１４ｂ、すなわち正レンズ２２は光軸Ａ１と平行な光軸方向、及び光軸Ａ１に垂直な方向とに移動可能に設けられる。正レンズ２２は、例えばテレビカメラ等にズームレンズ１０を取り付ける際、その像面側曲面から撮像素子の撮像面までの距離と、ズームレンズ１０のバックフォーカスとを一致させるバックフォーカス調整を行うために光軸方向に動かされる。

正レンズ２２は、シフト機構３０に連結されている。シフト機構３０は、例えばモータを備え、このモータの駆動により正レンズ２２を光軸Ａ１と垂直な方向に移動させる。シフト機構３０は、手ブレ検知機構３１から入力される駆動信号により作動する。手ブレ検知機構３１は、例えば加速度センサを備え、ズームレンズ１０に与えられた振動を検出し、この振動により像面上で発生する画像のブレを打ち消す方向に正レンズ２２を移動させるための駆動信号をシフト機構３０に入力する。

ズームレンズ１０のバックフォーカスをＢｆ（ｍｍ）、第４群Ｇ１４の像面側レンズ群Ｇ１４ａ（すなわち正レンズ２２）のバックフォーカスをＢｆ４ｂ（ｍｍ）とすると、これらの値は、それぞれ
Ｂｆ＝３５．４２３
Ｂｆ４ｂ＝４６．５０７
となり、２つの値の比［Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ］は、
Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ＝１．３１３
となり、本発明に好適なズームレンズの条件
１．０＜Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ＜１．５
を満たす。また、接合レンズ２１と正レンズ２２との間の空気間隔Ｄ１は、バックフォーカス調整を行わない状態で１０．２４１ｍｍである。図示しているように、絞り開放時において、ズームレンズ１０に入射する中心光束（光軸Ａ１上の無限遠にある物点から出た光線束を指す）が接合レンズ２１を出射するときの光軸からの高さをＨａ（ｍｍ）とし、この中心光束が接合レンズ２１から正レンズ２２に入射するときの光軸からの高さをＨｂ（ｍｍ）とすると、これらの値はそれぞれ
Ｈａ＝１２．１０２
Ｈｂ＝１１．７９４
となり、これらの値の差の絶対値［｜Ｈａ−Ｈｂ｜］は、
｜Ｈａ−Ｈｂ｜＝０．３０８
であり、［Ｂｆ／Ｆｎ］の値は、上記表２より
Ｂｆ／Ｆｎ＝２１．４７
となる。従って、
０．０２×Ｂｆ／Ｆｎ＝０．４２９となり、
｜Ｈａ−Ｈｂ｜＜０．０２×（Ｂｆ／Ｆｎ）
の条件を満たす。

ズームレンズ１０により形成される像を光軸と垂直な方向（横方向）に例えば０．１ｍｍ移動させることを想定し、第４群Ｇ１４内の特定のレンズを単独で横方向に移動させるときに必要となるレンズの移動量は、
正レンズ１７を移動させる場合：０．１０８ｍｍ
正レンズ１８を移動させる場合：０．２０８ｍｍ
接合レンズ１９を移動させる場合：−０．２４４ｍｍ
正レンズ２０を移動させる場合：０．０８３ｍｍ
接合レンズ２１を移動させる場合：−０．１１２ｍｍ
正レンズ２２を移動させる場合：０．１３０ｍｍ
となる。物体側レンズ群Ｇ１４ａ内のレンズを移動させる場合、像の移動量に対してレンズの移動量が最も小さいのは正レンズ２０である。

図３はレンズの移動前（偏心したレンズがない場合）と、レンズの移動後（偏心したレンズがある場合）とにおける性能変化を示すために、広角端における６割像高での上下のコマ収差を示したものである。図３（ａ）は、レンズ移動前の収差図、図３（ｂ）は本発明の実施例として正レンズ２２を移動させた場合の収差図、図３（ｃ）は比較例として正レンズ２０を移動させた場合の収差図である。物体側レンズ群Ｇ１４ａ内にある正レンズ２０を移動した場合に比べ、像面側レンズ群Ｇ１４ｂである正レンズ２２を移動した場合の収差の変化は小さいことがわかる。

本発明に好適なズームレンズの第２の形態について説明する。ズームレンズ４０は、物体側から順に正、負、負、正の屈折力を有する第１群Ｇ５１〜第４群Ｇ５４からなる。第１群Ｇ５１はフォーカスレンズ、第２群Ｇ５２はバリエータ、第３群Ｇ５３はコンペンセータ、第４群Ｇ５４はリレーレンズである。第３群Ｇ５３と第４群Ｇ５４の間に絞りが設けられる。

第１群Ｇ５１は、両凹の負レンズ５１と両凸の正レンズ５２〜５５、物体側に凸面を向けたメニスカスの正レンズ５６からなる。このうち、正レンズ５４〜５６がフォーカシングの際に光軸方向に移動する。第２群Ｇ５２は、像面側に凹面を向けたメニスカスの負レンズ５７及び５８、像面側に凸面を向けたメニスカスの正レンズ５９ａと両凹の負レンズ５９ｂの接合レンズ５９、メニスカスの正レンズ６０とからなる。第３群Ｇ５３は、両凹の負レンズ６１ａと両凸の正レンズ６１ｂの接合レンズ６１からなる。

第４群Ｇ５４は、像面側に曲率半径の小さい凸面を向けたメニスカスの正レンズ６２と、両凸の正レンズ６３ａとメニスカスの負レンズ６３ｂの接合レンズ６３、物体側に曲率半径の小さい凸面を向けた両凸の正レンズ６４と、両凸の正レンズ６５ａと両凹の負レンズ６５ｂの接合レンズ６５と、両凸の正レンズ６６ａとメニスカスの負レンズ６６ｂの接合レンズ６６と、両凸の正レンズ６７とからなる。正レンズ６７の像面側には三色分解プリズム６８が配置される。以下にズームレンズ５０のレンズデータを示す。

図４において、接合レンズ６３と正レンズ６４との間の空気間隔Ｄ１は、第４群Ｇ５４内で最も長く、第４群Ｇ５４は、この空気間隔Ｄ１を介して物体側レンズ群Ｇ５４ａと、像面側レンズ群Ｇ５４ｂとに分けられる。物体側レンズ群Ｇ５４ａは固定される。像面側レンズＧ５４ｂは、バックフォーカス調整のために光軸Ａ１と平行な光軸方向に動かされるとともに、シフト機構（図示なし）に連結されて手ブレ等の振動発生時に光軸Ａ１に垂直な方向とに動かされる。

ズームレンズ５０のバックフォーカスをＢｆ（ｍｍ）、第４群Ｇ５４の像面側レンズ群Ｇ５４ｂのバックフォーカスをＢｆ４ｂ（ｍｍ）とすると、これらの値は、それぞれ
Ｂｆ＝３９．５８５
Ｂｆ４ｂ＝４０．５５４
となり、２つの値の比［Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ］は、
Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ＝１．０２４
となり、本発明による像ブレ補正に好適なズームレンズの条件
１．０＜Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ＜１．５
を満たす。また、接合レンズ６３の負レンズ６３ｂと正レンズ６４との間の空気間隔Ｄ１は、上記表３よりバックフォーカス調整を行わない初期状態で３３．４３０ｍｍである。絞り開放時に、ズームレンズ５０に入射する中心光束が負レンズ６３ｂを出射するときの光軸からの高さをＨａ（ｍｍ）とし、この中心光束が負レンズ６３ｂから正レンズ６４に入射するときの光軸からの高さをＨｂ（ｍｍ）とすると、これらの値はそれぞれ
Ｈａ＝１２．５７６
Ｈｂ＝１２．８１１
となり、これらの値の差の絶対値［｜Ｈａ−Ｈｂ｜］は、
｜Ｈａ−Ｈｂ｜＝０．２３５
であり、［Ｂｆ／Ｆｎ］の値は、上記表４より
Ｂｆ／Ｆｎ＝１７．８３
となる。従って、
０．０２×Ｂｆ／Ｆｎ＝０．３５７となり、
｜Ｈａ−Ｈｂ｜＜０．０２×（Ｂｆ／Ｆｎ）
の条件を満たす。

ズームレンズ５０の像を光軸に対して垂直方向に例えば０．１ｍｍ移動させることを想定したとき、第４群Ｇ５４の像面側レンズ群Ｇ５４ｂ内の特定のレンズを個別に移動させる場合と、像面側レンズ群Ｇ５４ｂを全て一体に移動させる場合とで必要な垂直方向のレンズ移動量は、
正レンズ６４を単独で移動させる場合：０．０７８ｍｍ
接合レンズ６５を単独で移動させる場合：−０．０５６ｍｍ
接合レンズ６６を単独で移動させる場合：０．０９５ｍｍ
正レンズ６７を単独で移動させる場合：０．２３３ｍｍ
像面側レンズ群Ｇ５４ｂを一体に移動させる場合：０．１０２ｍｍ
となる。

図６はレンズを移動する前後における性能変化を比較するために、広角端における６割像高での上下のコマ収差を示したものである。図６（ａ）は、レンズ移動前の収差図、図６（ｂ）は本発明の実施例として像面側レンズ群Ｇ５４ｂを一体に移動させた場合の収差図、図６（ｃ）は比較例として正レンズ６４を単独で移動させた場合の収差図である。なお、正レンズ６４を単独で移動させる場合と、正レンズ６４を含む像面側レンズ群Ｇ５４ｂを一体に移動させる場合とを比較し、アフォーカル性の確保された同じ光線が入射するときに、移動させるレンズの違いが収差変動に及ぼす影響を示す。各図より、正レンズ６４を単独で移動する場合に比べ、像面側レンズ群Ｇ５４ｂを一体に移動する場合の収差の変化は小さいことがわかる。これは、最も空気間隔の長い位置を基準として、これよりも像面側に配置される全てのレンズを移動させる本発明は、収差変動を最も小さくする上で有効であることを表す。

本発明に好適なズームレンズの第１形態を示すレンズ構成図である。 第４群の像面側レンズ群を示す説明図である。 レンズの移動前と移動後の性能変化を示すためのコマ収差図である。 本発明に好適なズームレンズの第２形態を示すレンズ構成図である。 第４群の像面側レンズ群を示す説明図である。 レンズの移動前と移動後の性能変化を示すためのコマ収差図である。

符号の説明

１０，５０ ズームレンズ
Ｇ１４，Ｇ５４ 第４群
Ｇ１４ｂ，Ｇ５４ｂ 像面側レンズ群

Claims (6)

1. 外部から与えられた振動による像面上での画像のブレを検出し、一部の光学系をその光軸と垂直な方向へ移動して画像のブレを補正する防振ズームレンズにおいて、
   正の屈折力を有する第１群と、負の屈折力を有する第２群と、負の屈折力を有する第３群と、正の屈折力を有する第４群とを備え、
   前記第２群は光軸方向に移動して変倍を行うバリエータ、前記第３群は前記第２群の移動に伴って光軸方向に移動する像面の位置を補正するコンペンセータであって、
   前記第４群は、その内部における最も長い空気間隔を介して物体側と像面側に設けられた、それぞれ正の屈折力を有する物体側レンズ群と像面側レンズ群とからなり、
   前記第４群の像面側レンズ群を光軸に対して垂直な方向に移動させることにより画像のブレを補正する補正手段を備えたことを特徴とする防振ズームレンズ。
2. 前記ズームレンズは、全系のバックフォーカスをＢｆ、前記第４群の像面側レンズ群のバックフォーカスをＢｆ４ｂとするとき、
   １．０＜Ｂｆ４ｂ／Ｂｆ＜１．５
   を満たすことを特徴とする請求項１記載の防振ズームレンズ。
3. 前記ズームレンズは、短焦点側における開放絞り値をＦｎとし、前記第４群の物体側レンズ群の最も像面側における中心光束の光軸からの高さをＨａ、前記第４群の像面側レンズ群の最も物体側における中心光束の光軸からの高さをＨｂとするとき、
   ｜Ｈａ−Ｈｂ｜＜０．０２×（Ｂｆ／Ｆｎ）
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の防振ズームレンズ。
4. 前記第４群の像面側レンズ群は、１枚の正レンズであることを特徴とする請求項１ないし３にいずれか１つ記載の防振ズームレンズ。
5. 前記第４群の物体側レンズ群は、物体側から順に、像面側に曲率半径の小さい凸面を向けた第１の正レンズと、両凸形状をした第２の正レンズと、正レンズと負レンズからなる第１の接合レンズと、物体側に曲率半径の小さい凸面を向けた第３の正レンズと、正レンズと負レンズからなる第２の接合レンズで構成されていることを特徴とする請求項４記載の防振ズームレンズ。
6. 前記第１群は、物体側から順に、負レンズと正レンズの接合レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカスの正レンズで構成され、
   前記第２群は、第１の負レンズ、第２の負レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズで構成され、
   前記第３群は、両凹の負レンズと正レンズの接合レンズで構成されることを特徴とする請求項４記載の防振ズームレンズ。

Images