JP2007279147A - 変倍光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトカメラ等の小型の撮像装置に適した手振れ補正機能付きの変倍光学系等を提供する。
【解決手段】負パワーの第１レンズ群ＧＲ１と、正パワーの第２レンズ群ＧＲ２と、負パワーの第３レンズ群ＧＲ３と、正パワーの第４レンズ群ＧＲ４と、を少なくとも変倍光学系ＯＳが、ズーミングで、光軸方向に対し垂直な面内方向において、第２レンズ群ＧＲ２を移動させることで、像面上の結像のブレを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影対象（物体側）からの光を撮像素子に導く変倍光学系と、その変倍光学系を備える撮像装置に関するものである。詳説すると、本発明は、防振機能を備える変倍光学系および撮像装置に関するものである。

従来から、物体側から像側に向かって、「負・正・負・正」のパワー配置を有する変倍光学系は、広角化・高倍率化に適するといわれる。そのため、かかるパワー配置を有する変倍光学系は、種々開示されている（特許文献１〜４）。

例えば、特許文献１〜３は、一眼レフカメラ等の交換レンズに採用される変倍光学系を開示している。特に、これらの変倍光学系は、物体側から像側に向かって何番目かに位置するレンズ群を光軸方向に対し垂直な面内方向に移動させることで、防振機能（いわゆる手振れ補正機能）を発揮している。

具体的には、特許文献１の変倍光学系は２番目のレンズ群の一部、特許文献２の変倍光学系は３番目のレンズ群、特許文献３の変倍光学系は４番目のレンズ群を分割した後群を移動させることで、手振れ補正を行っている。

一方、特許文献４の変倍光学系は、最物体側のレンズ群に光学プリズムを含ませることで、光軸を折り曲げるようになっている。そのため、かかる変倍光学系は一方向に延びず、小型の撮像装置（コンパクトカメラ等）に搭載しやすくなっている。
特開２００４−６１９１０号公報 特開平１１−１７４３２９号公報 特開２００４−６１６７９号公報 特開２００４−２０５７９６号公報

ところで、特許文献１〜３の変倍光学系は、一眼レフカメラ等の交換レンズに用いることが想定されている。しかし、これらの変倍光学系は、昨今流通している６００万画素クラスのコンパクトデジタルカメラにおいて、十分な収差性能を発揮できない。その上、「負・正・負・正」の一眼レフ用の変倍光学系（特に広角対応で交換可能な変倍光学系）におけるズーミングでは、第１レンズ群はカム環等を利用して移動する。しかし、コンパクトデジタルカメラは、第１レンズ群をアクチュエータ等の駆動力で直接移動させる。そのため、比較的重量の重い第１レンズ群を移動させないことが望ましい。

また、手振れ補正のために移動するレンズ群（防振レンズ群）を有する変倍光学系では、防振レンズ群の移動量に対する像面での像点移動量の比である偏心敏感度が重要になってくる。つまり、偏心敏感度が適切に設定されなくてはならない。しかし、特許文献２・３の変倍光学系は、比較的像側に近いレンズ群（３番目または４番目のレンズ群）を動かすことで、手振れ補正を行っている。

かかる場合、偏心敏感度が不足する自体が生じ得るが、これらの変倍光学系は、バックフォーカスを長くすることで、偏心敏感度を過不足なく設定している。すると、バックフォーカスが比較的短くならざるを得ない小型の撮像装置の場合、特許文献２・３の変倍光学系は偏心敏感度を適切に設定しづらい。したがって、特許文献２・３の変倍光学系は、小型の撮像装置への搭載には不適といえる。

一方、特許文献１の変倍光学系は、１個のレンズ群内の一部を光軸方向に対し垂直な面内方向に移動させる。そのため、比較的小さな推力を発揮するモータ等で手振れ補正が可能になるので、かかる変倍光学系は小型の撮像装置への搭載に好適である。しかしながら、変倍光学系の各レンズ群は、諸収差の補正を図れるように設計されている。そのため、１個のレンズ群の一部を移動させて、手振れ補正を行う場合、諸収差が十分に補正されにくい。したがって、かかる変倍光学系は、手振れ補正を行えるものの、高品位な画像を提供できない（手振れ補正の場合に諸収差を十分に抑制できない）。

また、特許文献４の変倍光学系は、小型の撮像装置に搭載しやすいものの、手振れ補正機能がない。そのため、特許文献４の変倍光学系は、手振れに弱いといえる。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、コンパクトカメラ等の小型の撮像装置に適した手振れ補正機能付きの変倍光学系等を提供することにある。

本発明は、物体側からの光を撮像素子の像面に結像させる複数のレンズ群を有する変倍光学系である。そして、かかる複数のレンズ群は、物体側から像側に向かって順番に、負パワーを有する第１レンズ群と、正パワーを有する第２レンズ群と、負パワーを有する第３レンズ群と、正パワーを有する第４レンズ群と、を少なくとも含んでいる。さらに、この変倍光学系は、光軸方向に対し垂直な面内方向において、第２レンズ群（防振レンズ群）を移動させることで、像面上の結像のブレを補正している。

このような手振れ補正機能付きの変倍光学系は、通常、偏心敏感度（防振レンズ群の移動量に対する像面での像点移動量の比）を適切に設定しなくてはならない。そして、偏心敏感度の設定では、防振レンズ群から像面に至るまでの光路長を長くすると設定しやすい場合がある。

すると、比較的像面から離れた第２レンズ群を動かすことで、手振れ補正を行う変倍光学系は、例えば第３レンズ群を動かして手振れ補正を行う変倍光学系よりも、光路長を長く確保できる。そのため、かかる変倍光学系は、適切な偏心敏感度を確保しやすく、偏心敏感度の過大または過小にともなう弊害を防止できる。

例えば、偏心敏感度が小さすぎる場合、防振レンズ群の移動量を増加させなくてはならず、防振レンズ群を移動させるモータ等が大型化する弊害が生じる。一方、偏心敏感度が大きすぎる場合、防振レンズ群の移動量の設定精度を高めなくてはならないという弊害が生じる。これらの弊害は、小型の撮像装置におけるサイズの大型化やコストアップにつながり問題となる。しかしながら、第２レンズ群を防振レンズ群とする変倍光学系は、偏心敏感度を適切に設定できることから、かかる問題を防止できる。

なお、第２レンズ群が光軸方向に対し垂直な面内方向において移動することから、移動にともなう収差（偏心収差）が生じる。かかる偏心収差は、第２レンズ群の正パワーの影響を受けやすい。そこで、変倍光学系は、下記条件式（１）を満たすと望ましい。この条件式（１）は、第２レンズ群に起因する偏心収差の抑制と変倍光学系の全長の短縮化との調和を規定している。

１．７≦ｆ２／Ｙ’max≦２．７ … 条件式（１）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
Ｙ’max：像面における最大像高
である。

例えば、第２レンズ群の焦点距離が短く、最大像高が高いために、ｆ２／Ｙ’maxの値が条件式（１）の下限値を下回る場合、変倍光学系は十分な広角化を達成しつつ、第２レンズ群の正パワーが比較的強くなる。そのため、第２レンズ群の強い正パワーに起因し、変倍光学系の全長が短くなる。しかし、過大な正パワーのために、第２レンズ群に起因する偏心収差が発生しやすい。

一方、例えば、第２レンズ群の焦点距離が長く、最大像高が低いために、ｆ２／Ｙ’maxの値が条件式（１）の上限値を上回る場合、変倍光学系は十分な広角化を達成できないものの、第２レンズ群の正パワーが比較的弱くなる。そのため、第２レンズ群の弱い正パワーに起因し偏心収差が発生しにくい。しかし、過小な正パワーのために、変倍光学系の全長が長くなる。

したがって、条件式（１）の範囲内に収まるように、第２レンズ群の焦点距離と最大像高とが設定されると、第２レンズ群に起因する偏心収差が抑制されるとともに、変倍光学系の全長が短縮する。

なお、第２レンズ群に起因する偏心収差を抑制するには、第２レンズ群内における諸収差が抑制されていることが望ましい。そこで、第２レンズ群は、物体側から像側に向かって、物体側に凸面を有する正レンズ、物体側に凸面を有する正レンズと像側に凹面を有する負レンズとが接合して成る接合レンズ、非球面を有する正レンズまたは非球面を有する負レンズ、を少なくとも含むと望ましい。

このような第２レンズ群は、最物体側に位置する物体側に凸面を有する正レンズで、軸上光線を収斂させて、接合レンズへと導くので、接合レンズに入射する軸上光線は比較的光軸に近くなって入射する。すると、低い軸上高の光線と接合レンズの補正作用とが相まって、球面収差が補正される。その上、接合レンズから射出する軸外光線は、非球面を有する正レンズまたは負レンズに入射することから、像面湾曲も抑制される。そのため、かかる第２レンズ群は、手振れ補正のために移動したとしても、偏心収差を生じさせにくい。

ところで、小型の撮像装置に変倍光学系を搭載するためには、変倍光学系は、限られた撮像装置のハウジング内に配置可能な形状であると望ましい。そのために、第１レンズ群には、光軸変更素子が含まれていると望ましい。このような変倍光学系は、一方向に延びるような変倍光学系ではなく、屈曲形状の変倍光学系になるため、狭いハウジング内に配置しやすいためである。

また、変倍光学系では、第１レンズ群が、光軸方向において、像面に対し不動になっているとよい。このような変倍光学系は、変倍において第１レンズ群を物体側に繰り出さず、小型の撮像装置に適した変倍光学系になるからである。

なお、以上のような変倍光学系を備える撮像装置も、本発明の一例といえることはいうまでもない。

本発明の変倍光学系は、像面から比較的離れた第２レンズ群を防振レンズにすることで、偏心敏感度を適切に設定しやすい。そのため、この変倍光学系は過大または過小な偏心敏感度により生じる弊害を防止できる。その上、撮像装置が、かかる変倍光学系を搭載すると、偏心敏感度に起因し撮像装置に生じる問題（撮像装置の大型化・コストアップ）までも解消できる。したがって、小型の撮像装置に適した手振れ補正機能付きの変倍光学系等が実現する。

［実施の形態１］
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〔１．デジタルスチルカメラについて〕
図９は、変倍光学系ＯＳを搭載するデジタルスチルカメラ｛ＤＳＣ（撮像装置）｝２９の内部を示すブロック図である。

ＤＳＣ２９は、図９に示すように、変倍光学系ＯＳ、フラッシュＦＬ、光学系駆動ユニット１１、防振ユニット１２、撮像素子ＳＲ、信号処理部１４、表示部１５、記録部１６、記録媒体１７、操作部１８、および制御部２１を含むようになっている。

変倍光学系ＯＳは、撮影対象（物体側）からの光を撮像素子ＳＲに導くとともに、その光を撮像素子ＳＲの受光面（像面）上に結像させるものである。したがって、この変倍光学系ＯＳは、結像光学系や撮像光学系と表現してもよい。なお、変倍光学系ＯＳの詳細については後述する。

フラッシュＦＬは、被写体へ光線を照射させることで、被写体からの光（反射光）を増加させ、容易に撮像素子ＳＲの撮像を可能にさせる光源である。

光学系駆動ユニット１１は、いくつかの駆動モータ（光学系用駆動モータ）と、その駆動力を変倍光学系ＯＳに含まれるレンズ群に伝達する伝達機構（光学系用伝達機構）とを有している（なお、駆動モータ・伝達機構は不図示）。そして、光学系駆動ユニット１１は、駆動モータ・伝達機構を用いて、変倍光学系ＯＳの焦点距離および焦点位置を設定する。具体的には、光学系駆動ユニット１１は、制御部２１からの指示に応じて、焦点距離および焦点位置を設定する。

防振ユニット１２は、ブレ検出部１２ａ、補正量算出部１２ｂ、防振レンズ群駆動部１２ｃ、および補正量検出部１２ｄを含んでいる。ブレ検出部１２ａは、変倍光学系ＯＳの傾き（ブレ）を検出するものであり、その検出結果（ブレ信号）を補正量算出部１２ｂへと出力する。補正量算出部１２ｂは、入力されたブレ信号に基づいて防振（手振れ補正）に要する補正量を設定する。そして、防振レンズ群駆動部１２ｃは、補正量に応じ、変倍光学系ＯＳにおいて規定された防振用のレンズ群（防振レンズ群）を不図示の駆動モータ・伝達機構（防振レンズ群用駆動モータ・防振レンズ群用伝達機構）で移動させる。補正量検出部１２ｄは、手振れ補正のために移動する防振レンズ群の動きを検出し、フィードバックするものである。

撮像素子ＳＲは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）のエリアセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等であり、変倍光学系ＯＳを経た光線を受光し、電気的信号（撮像データ）に変換する。そして、撮像素子ＳＲは、この撮像データを信号処理部１４へと出力する。

信号処理部１４は、撮像素子ＳＲからの電子データ（撮像データ）を処理することで、撮像データに基づいた撮像画像データを生成する。なお、この信号処理部１４は、制御部２１の指示に応じて処理動作のＯＮまたはＯＦＦを行う。また、制御部２１の指示に応じて、信号処理部１４は、撮像画像データを表示部１５や記録部１６に出力する。

表示部１５は、例えば液晶パネルを含んでおり、信号処理部１４からの撮像画像データ等や、ＤＳＣ２９の使用状況等を表示する。

記録部１６は、制御部２１の指示に応じて、記録媒体１７に、信号処理部１４の生成した撮像画像データを記録する。また、記録部１６は、操作部１８等による操作に応じた制御部２１の指示に従い、記録媒体１７から撮像画像データを読み出す。

記録媒体１７は、例えばＤＳＣ２９の内部に組み込まれるようになったものでもよいし、フラッシュメモリ等の着脱可能なメモリーカードであってもよい。要は、撮像画像データ等を記録できるような媒体（光ディスクや半導体メモリ等）であればよい。

操作部１８は、ユーザー等による各種操作指示を制御部２１に出力するものであり、例えばシャッターレリーズボタンや操作ダイヤル等から構成されている。

制御部２１は、ＤＳＣ２９全体の動作制御等を行う中枢部分となっており、ＤＳＣ２９の各部材の駆動を有機的に制御して、動作を統括制御する。

〔２．変倍光学系について〕
〈２−１．実施例１〜３の変倍光学系の構成について（図１〜図８参照）〉
ここで、変倍光学系ＯＳ（実施例１・２）について、図１〜図８を用いて説明する。なお、実施例１は図１〜図４、実施例２は図５〜図８によって示される。

そして、図面におけるレンズ断面図（図１・図５）は変倍光学系ＯＳを一列状の展開した状態を示す。なお、図面における「ＧＲｉ」はレンズ群を示し、「Ｌｉ」はレンズを示す。さらに、「ｓｉ」はレンズ面（透過面等）を示している。そして、「ＧＲｉ」、「Ｌｉ」、および「ｓｉ」に付される数字（ｉ）は、物体側から像側に至るまでの順番を示している。また、非球面の面には、「＊」（アスタリスク）が付されている。

《実施例１の変倍光学系の構成について（図１参照）》
実施例１の変倍光学系ＯＳは、物体側から像側に向かって順番に、第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３、および第４レンズ群ＧＲ４を含む。

《《第１レンズ群について》》
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に、第１レンズＬ１、光学プリズムＰＲ、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３を含んでいる。そして、この第１レンズ群ＧＲ１は、全体として「負（−）」の光学的パワー（屈折力）を有している。なお、パワーは、焦点距離の逆数で定義されている。

また、各レンズおよび光学プリズムＰＲは、下記のような特徴を有している。
・第１レンズＬ１ ：物体側に平面を有する平凹レンズ（ただし、ｓ２＊は非球面）
・光学プリズムＰＲ：物体側からの光線を直角に折り曲げることのできるプリズムで
ある（例えば直角プリズムである）。
なお、光学プリズムＰＲにおけるｓ３は光線の入射面、ｓ４
は光線の射出面になっている。
・第２レンズＬ２ ：物体側凸の負メニスカスレンズ
・第３レンズＬ３ ：物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、非球面は、非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等をいう。また、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは、ｓ６にて接合することで接合レンズになっている。なお、接合方法としては、接着剤等による接合が挙げられる（なお、後述の接合レンズの接合方法としても、同様に接着剤等の接合が挙げられる）。

《《第２レンズ群について》》
第２レンズ群（防振レンズ群）ＧＲ２は、物体側から順に、光学絞りＳＴ、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６、および第７レンズＬ７を含んでいる。そして、この第２レンズ群ＧＲ２は、全体として「正（＋）」の光学的パワーを有している。

また、光学絞りＳＴおよび各レンズは、下記のような特徴を有している。
・光学絞りＳＴ ：第１レンズ群ＧＲ１を経た光線を一部遮光する絞りであり、ｓ８
とも表記。
なお、この光学絞りＳＴは、第２レンズ群ＧＲ２と一体化して
いる。
・第４レンズＬ４：両側凸の正レンズ
・第５レンズＬ５：両側凸の正レンズ
・第６レンズＬ６：両側凹の負レンズ
・第７レンズＬ７：物体側凸の正メニスカスレンズ（ただし、ｓ１４＊・ｓ１５＊は 非球面）
なお、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６とは、ｓ１２にて接合することで接合レンズになっている。

また、この第２レンズ群ＧＲ２は、防振レンズユニット１２によって、光軸ＡＸ（光軸方向）に対してほぼ直交する方向（垂直方向）に移動できるようになっている。

《《第３レンズ群について》》
第３レンズ群ＧＲ３は、第８レンズＬ８および第９レンズＬ９を含んでいる。そして、この第３レンズ群ＧＲ３は、全体として「負」の光学的パワーを有している。

また、各レンズは、下記のような特徴を有している。
・第８レンズＬ８：物体側凸の負メニスカスレンズ
・第９レンズＬ９：物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、第８レンズＬ８と第９レンズＬ９とは、ｓ１７にて接合することで接合レンズになっている。

《《第４レンズ群について》》
第４レンズ群ＧＲ４は、第１０レンズＬ１０およびローパスフィルタＬＦを含んでいる。そして、この第４レンズ群ＧＲ４は、全体として「正」の光学的パワーを有している。

また、第１０レンズＬ１０およびローパスフィルタＬＦは、下記のような特徴を有している。
・第１０レンズＬ１０ ：両側凸の正レンズ（ただし、ｓ１９＊・ｓ２０＊は非球面 ）
・ローパスフィルタＬＦ：２面（ｓ２１・ｓ２２）を含むフィルタであり、撮像素
子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特
性を有する光学的フィルターである。

《実施例２の変倍光学系の構成について（図５参照）》
実施例２の変倍光学系ＯＳは、実施例１同様、物体側から像側に向かって順番に、第１レンズ群ＧＲ１、第２レンズ群ＧＲ２、第３レンズ群ＧＲ３、および第４レンズ群ＧＲ４を含む。また、実施例１同様、実施例２の変倍光学系ＯＳのパワー配置は、「負・正・負・正」になっている。

《《第１レンズ群について》》
第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から順に、第１レンズＬ１、光学プリズムＰＲ、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３を含んでいる。そして、各レンズおよび光学プリズムＰＲは、下記のような特徴を有している。
・第１レンズＬ１ ：物体側凸の負メニスカスレンズ（ただし、ｓ２＊は非球面）
・光学プリズムＰＲ：実施例１同様、物体側からの光線を直角に折り曲げることので
きるプリズムである。
なお、光学プリズムＰＲにおけるｓ３は光線の入射面、ｓ４
は光線の射出面になっている。
・第２レンズＬ２ ：物体側凸の負メニスカスレンズ
・第３レンズＬ３ ：物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは、ｓ６にて接合することで接合レンズになっている。

《《第２レンズ群について》》
第２レンズ群（防振レンズ群）ＧＲ２は、物体側から順に、光学絞りＳＴ、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５、第６レンズＬ６、および第７レンズＬ７を含んでいる。そして、光学絞りＳＴおよび各レンズは、下記のような特徴を有している。
・光学絞りＳＴ ：実施例１同様、第１レンズ群ＧＲ１を経た光線を一部遮光する絞
りであり、ｓ８とも表記。
なお、この光学絞りＳＴは、第２レンズ群ＧＲ２と一体化して
いる。
・第４レンズＬ４：両側凸の正レンズ
・第５レンズＬ５：両側凸の正レンズ
・第６レンズＬ６：両側凹の負レンズ
・第７レンズＬ７：両側凸の正レンズ（ただし、ｓ１４＊・ｓ１５＊は非球面）
なお、第５レンズＬ５と第６レンズＬ６とは、ｓ１２にて接合することで接合レンズになっている。

また、この第２レンズ群ＧＲ２は、防振レンズユニット１２によって、光軸ＡＸに対してほぼ直交する方向に移動できるようになっている。

《《第３レンズ群について》》
第３レンズ群ＧＲ３は、第８レンズＬ８および第９レンズＬ９を含んでいる。そして、各レンズは、下記のような特徴を有している。
・第８レンズＬ８：両側凹の負レンズ
・第９レンズＬ９：物体側凸の正メニスカスレンズ
なお、第８レンズＬ８と第９レンズＬ９とは、ｓ１７にて接合することで接合レンズになっている。

《《第４レンズ群について》》
第４レンズ群ＧＲ４は、第１０レンズＬ１０およびローパスフィルタＬＦを含んでいる。そして、第１０レンズＬ１０およびローパスフィルタＬＦは、下記のような特徴を有している。
・第１０レンズＬ１０ ：両側凸の正レンズ（ただし、ｓ１９＊・ｓ２０＊は非球面 ）
・ローパスフィルタＬＦ：２面（ｓ２１・ｓ２２）を含むフィルターであり、実施例 １同様、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定 の遮断周波数特性を有する光学的フィルタである。

〈２−２．実施例１・２の変倍光学系のコンストラクションデータについて〉
次に、実施例１・２の変倍光学系ＯＳのコンストラクションデータについて、表１〜表４を用いて説明する。

なお、これらの表での「ｒｉ」は、各面（ｓｉ）における曲率半径［単位；ｍｍ］を示している。なお、非球面の面には、アスタリスク（＊）が付されている。「ｄｉ」は、ｉ番目の面（ｓｉ）と、ｉ＋１番目の面（ｓｉ＋１）との間における軸上面間隔［単位；ｍｍ］を示している。なお、ズーミングにより軸上面間隔（群間距離）が変化する場合、広角端状態（Ｗ）でのｄｉ、中間焦点距離状態（Ｍ）でのｄｉ、および望遠端状態（Ｔ）でのｄｉが、この順で表記されている。

また、「Ｎｉ」および「υｉ」は、軸上面間隔（ｄｉ）での媒質の有する屈折率（Ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）を示している。なお、屈折率（Ｎｄ）およびアッベ数（νｄ）は、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものである。

また、「焦点距離状態」は、広角端（Ｗ；最短焦点距離状態）〜中間焦点距離状態（Ｍ）〜望遠端（Ｔ；最長焦点距離状態）を意味している。そして、「ｆ」と「ＦＮｏ．」と「２ω」は、各焦点状態（Ｗ）、（Ｍ）、および（Ｔ）に対応する全系の焦点距離［単位；ｍｍ］とＦナンバーと画角［単位；°］を示している。

なお、上記の非球面は、下記の式（定義式１）で定義される。
Ｘ（Ｈ）＝Ｃ₀・Ｈ²／｛１＋√（１−ε・Ｃ₀ ²・Ｈ²）｝＋ΣＡｊ・Ｈ^j…定義式
１
ただし、定義式１中、
Ｈ ：光軸ＡＸに対しての垂直な方向の高さ
Ｘ（Ｈ）：高さＨの位置での光軸方向（サグ）の変位量
Ｃ₀ ：近軸曲率（＝１／ｒｉ）
ε ：２次曲面パラメータ
ｊ ：非球面の次数、
Ａｊ ：ｊ次の非球面係数
である。

そこで、非球面に関するデータ（非球面データ）を下記の表２・表４に示す。ただし、表記されていない項の係数は「０」（ゼロ）であり、すべてのデータに関して、「Ｅ−ｎ」＝「×１０^-n」になっている。

《実施例１の変倍光学系のコンストラクションデータについて》

《実施例２の変倍光学系のコンストラクションデータについて》

〈２−３．実施例１・２の変倍光学系における各レンズ群の移動について〉
通常、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至るズーミング等（変倍等）のとき、変倍光学系ＯＳは、レンズ群ＧＲを光軸ＡＸに沿って移動させる。

そこで、図面（図１・図５）は、ズーミングにともなって間隔変動の生じる軸上面間隔（ｄｉ）のみに番号を付している。なお、図面における矢印「ＭＭｉ」は、広角端（Ｗ）から中間焦点距離状態（Ｍ）、さらには、中間焦点距離状態（Ｍ）から望遠端（Ｔ）に至るまでの各レンズ群ＧＲの移動軌跡を模式的に表記している。なお、ＭＭｉのｉは物体側から像側に至るまでの順番を示している。したがって、各レンズ群ＧＲの順番に対応する。

そして、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至るまでの各レンズ群ＧＲの移動は下記のようになっている。なお、レンズ群ＧＲ同士の間隔（群間隔）を表現する場合、広角端（Ｗ）での間隔と望遠端（Ｔ）での間隔との比較で表現する。したがって、中間焦点距離状態（Ｍ）での間隔が広角端（Ｗ）での間隔より狭まっていたとしても、望遠端（Ｔ）での間隔が広角端（Ｗ）での間隔よりも広がっていれば、かかる間隔は、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至るまでにおいて「増大する」と表現する。

《実施例１・２の変倍光学系について》
第１レンズ群ＧＲ１：不動。詳説すると、撮像素子ＳＲの像面に対して固定されて いる。
第２レンズ群ＧＲ２：物体側に向けて移動。
第３レンズ群ＧＲ３：物体側に向けて移動。詳説すると、中間焦点距離状態（Ｍ）
近傍で、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間隔 が最小になるように、物体側に向いて凸の移動軌跡を残す。
第４レンズ群ＧＲ４：不動。第１レンズ群ＧＲ１同様、撮像素子ＳＲの像面に対し
て固定されている。

ただし、実施例１・２の変倍光学系ＯＳは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至るまでのズーミングにおいて、第１レンズ群ＧＲ１〜第２レンズ群ＧＲ２の間隔を狭め、第２レンズ群ＧＲ２〜第３レンズ群ＧＲ３の間隔を広げ、第３レンズ群ＧＲ３〜第４レンズ群ＧＲ４の間隔を広げている。

〈２−４．実施例１・２の変倍光学系における収差について〉
《球面収差・非点収差・歪曲収差について》
なお、ズーミングにおける実施例１・２の変倍光学系の球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図２・図６にて示される。ただし、図６は、図２と同様の表現になっている。

具体的には、図２Ａ〜図２Ｃは広角端（Ｗ）での収差、図２Ｄ〜図２Ｆは中間焦点距離状態（Ｍ）での収差、図２Ｇ〜図２Ｉは望遠端（Ｔ）での収差を示している。

そして、図２Ａ・図２Ｄ・図２Ｇは球面収差・正弦条件を示している。なお、これらの図における縦軸は入射高さになっており、各線は下記のようになっている（ただし、ＦＮｏ．も併記）。
・線ｄ（実線） ：ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する球面収差［単位；ｍｍ］
・線ｇ（一点鎖線）：ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差［単位；ｍｍ］
・線ＳＣ（破線） ：正弦条件不満足量［単位；ｍｍ］

図２Ｂ・図２Ｅ・図２Ｈは非点収差を示している。なお、これらの図における縦軸は最大像高（Ｙ’；［単位：ｍｍ］）、各線は下記のようになっている。
・線ＤＭ（破線） ：メリジオナル面でのｄ線に対する非点収差［単位：ｍｍ］
・線ＤＳ（実線） ：サジタル面でのｄ線に対する非点収差［単位：ｍｍ］

図２Ｃ・図２Ｆ・図２Ｉは歪曲収差を示している。なお、これらの図における縦軸は最大像高（Ｙ’；［単位：ｍｍ］）になっており、実線はｄ線に対する歪曲［単位：％］を示している。

《横収差について》
また、ズーミングにおける実施例１〜３の変倍光学系の横収差は、図３・図４、および図７・図８にて示される。ただし、図７・図８は、図３・図４と同様の表現になっている。

具体的には、図３が広角端（Ｗ）での横収差、図４が望遠端（Ｔ）での横収差を示している。特に、図３・図４は、第２レンズ群ＧＲ２が光軸ＡＸに対してほぼ直交する方向に移動する前後に分けて横収差を示している。詳説すると、図３・図４において、図３Ａ〜図３Ｃ（図４Ａ〜図４Ｃ）は第２レンズ群ＧＲ２の移動前（BEFORE）の横収差になっており、図３Ｄ〜図３Ｆ（図４Ｄ〜図４Ｆ）は第２レンズ群ＧＲ２の移動後（AFTER）の横収差になっている。

なお、これらの図における縦軸は収差量［単位；ｍｍ］になっており、横軸は各光線の入射瞳上の通過位置［単位；ｍｍ］になっている。また、手振れ補正角は、広角端（Ｗ）では０．５度、望遠端（Ｔ）では０．２度になっている。

〔３．種々の特徴の一例について〕
以上のように、変倍光学系ＯＳは、物体側からの光を撮像素子ＳＲの像面に結像させる複数のレンズ群ＧＲを有する。そして、全実施例の変倍光学系ＯＳにおいて、複数のレンズ群ＧＲは、物体側から像側に向かって順番に、負パワーを有する第１レンズ群ＧＲ１と、正パワーを有する第２レンズ群ＧＲ２と、負パワーを有する第３レンズ群ＧＲ３と、正パワーを有する第４レンズ群ＧＲ４と、を少なくとも含む。

また、変倍光学系ＯＳでは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至るまでのズーミングの場合、光軸方向において、第１レンズ群ＧＲ１および第４レンズ群ＧＲ４が像面に対して不動になっているものの、第２レンズ群ＧＲ２および第３レンズ群ＧＲ３が移動する。具体的には、第１レンズ群ＧＲ１〜第２レンズ群ＧＲ２の間隔を狭め、第２レンズ群ＧＲ２〜第３レンズ群ＧＲ３の間隔を広げ、第３レンズ群ＧＲ３〜第４レンズ群ＧＲ４の間隔を広げるように、第２レンズ群ＧＲ２および第３レンズ群ＧＲ３が移動する。

その上、変倍光学系ＯＳは、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）に至るまでのズーミングの場合、光軸方向に対し垂直な面内方向において、第２レンズ群ＧＲ２を移動させることで、像面上の結像のブレを補正している（手振れ補正を行っている）。

つまり、このような変倍光学系ＯＳは、比較的撮像素子ＳＲ（像面）から離れた第２レンズ群ＧＲ２を動かすことで、手振れ補正を行っている。したがって、第２レンズ群ＧＲ２から像面に至るまでの光路長は、例えば第３レンズ群ＧＲ３から像面に至るまでの光路長よりも長くなる。このように比較的光路長が長いと、偏心敏感度（防振レンズ群の移動量に対する像面での像点移動量の比）を適切に設定しやすい場合がある。

なお、一般的に、偏心敏感度が小さすぎる場合、防振レンズ群の移動量を増加させなくてはならず、防振レンズ群を移動させるモータ等（防振レンズ群用駆動モータ）の推力も大きくなる。一方、偏心敏感度が大きすぎる場合、防振レンズ群の移動量は減少するものの、かかる移動量（すなわち補正量）の設定精度を高めなくてはならない。そのため、補正量算出部１２ｂおよび補正量検出部１２ｄが高精度でなくてはならない。

しかし、第２レンズ群ＧＲ２を移動させる変倍光学系ＯＳは、比較的長い光路長を利用して、偏心敏感度を適切に設定できる。そのため、比較的小さな推力の防振レンズ群用駆動モータ（すなわち小型の防振レンズ群用駆動モータ）が採用可能になる。すると、第２レンズ群ＧＲ２周辺に生じるスペースに、防振レンズ群用駆動モータ・防振レンズ群用伝達機構等が配置しやすくなる。したがって、かかる変倍光学系ＯＳは、コンパクトなＤＳＣ２９への搭載に適している。

また、偏心敏感度を適切に設定できる変倍光学系ＯＳは、過剰に高精度な補正量算出部１２ｂおよび補正量検出部１２ｄを採用しなくてもよい。つまり、比較的精度の低い安価な補正量算出部１２ｂおよび補正量検出部１２ｄであってもよい。したがって、かかる変倍光学系ＯＳを搭載する小型のＤＳＣ２９はコストダウンを図れる。

ところで、防振レンズ群でもある第２レンズ群ＧＲ２は光軸方向に対し垂直な面内方向において移動することから、移動（偏心）にともなう収差、すなわち偏心収差が生じる。かかる偏心収差は、第２レンズ群ＧＲ２の正パワーの影響を受けやすい。つまり、過剰に正パワーが強いと、偏心収差が生じやすくなる。そこで、変倍光学系ＯＳは、下記条件式（１）を満たすと望ましい。この条件式（１）は、第２レンズ群ＧＲ２に起因する偏心収差の抑制と変倍光学系ＯＳの全長の短縮化との調和（バランス）を規定している。

１．７≦ｆ２／Ｙ’max≦２．７ … 条件式（１）
ただし、
ｆ２ ：第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離［単位；ｍｍ］
Ｙ’max：像面における最大像高［単位；ｍｍ］
である。

例えば、第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離が短く、最大像高が高いために、ｆ２／Ｙ’maxの値が条件式（１）の下限値を下回る場合、変倍光学系は十分な広角化を達成しつつ、第２レンズ群ＧＲ２の正パワーが比較的強くなる。そのため、第２レンズ群ＧＲ２から第３レンズ群ＧＲ３に至るまでの間隔を狭めることができるので、変倍光学系ＯＳの全長が短くなる。しかしながら、第２レンズ群ＧＲ２の正パワーが比較的強いため、第２レンズ群ＧＲ２に起因する偏心収差が発生しやすい。

一方、例えば、第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離が長く、最大像高が低いために、ｆ２／Ｙ’maxの値が条件式（１）の上限値を上回る場合、変倍光学系ＯＳは十分な広角化を達成できないものの、第２レンズ群ＧＲ２の正パワーが比較的弱くなる。そのため、第２レンズ群ＧＲ２に起因する偏心収差が発生しにくい。しかしながら、第２レンズ群ＧＲ２の正パワーが比較的弱いために、第２レンズ群ＧＲ２から第３レンズ群ＧＲ３に至るまでの間隔が広くなり、変倍光学系ＯＳの全長が長くなる。

したがって、条件式（１）の範囲内に収まるように、第２レンズ群ＧＲ２の焦点距離と最大像高とが設定されると、第２レンズ群ＧＲ２に起因する偏心収差が抑制されるとともに、変倍光学系ＯＳの全長が短縮する。

なお、実施例１・２の変倍光学系ＯＳを条件式（１）に対応させた結果は、下記のようになっている。
実施例１の場合：２．５６２
（ただし、ｆ２＝１１．５３０ｍｍ、Ｙ’max＝４．５ｍｍ）
実施例２の場合：２．３８８
（ただし、ｆ２＝１０．７４４ｍｍ、Ｙ’max＝４．５ｍｍ）

さらには、条件式（１）の規定する条件範囲のなかでも、下記条件式（１）’の範囲を満たすほうが望ましいといえる。
２．０≦ｆ２／Ｙ’max≦２．６ … 条件式（１）’

なお、第２レンズ群ＧＲ２に起因する偏心収差を抑制するには、第２レンズ群ＧＲ２内における諸収差が抑制されていることが望ましい。そこで、第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から像側に向かって、物体側に凸面を有する正レンズ（第４レンズＬ４）、物体側に凸面を有する正レンズ（第５レンズＬ５）と像側に凹面を有する負レンズ（第６レンズＬ６）とが接合して成る接合レンズ、非球面を有する正レンズ（第７レンズＬ７）を、少なくとも含むようになっている。

このような第２レンズ群ＧＲ２は、最物体側に位置する物体側に凸面を有する正レンズで、軸上光線を収斂させて、接合レンズへと導く。そのため、接合レンズに入射する軸上光線は比較的光軸に近くなって入射する｛軸上光線の高さ（軸上高）が低くなる｝。すると、低い軸上高の光線と接合レンズの補正作用とが相まって、球面収差が抑制（補正）される。その上、接合レンズから射出する軸外光線は、非球面を有する正レンズに入射することから、像面湾曲も抑制される。したがって、かかる第２レンズ群ＧＲ２は、効率よく諸収差を補正できる。そのため、かかる第２レンズ群ＧＲ２が手振れ補正のために移動したとしても、変倍光学系ＯＳにおいて偏心収差が生じにくい。

ただし、非球面を有するレンズであれば、像面湾曲を効率よく補正できる。そのため、第２レンズ群ＧＲ２の最像側に位置するレンズは、非球面を有すれば正レンズであっても負レンズであってもよい。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、変倍光学系ＯＳの小型化を図るために、反射させることで光軸方向を変更させる光学プリズムＰＲまたは反射ミラーが、第１レンズ群ＧＲ１に含まれていてもよい。このような変倍光学系ＯＳであれば、一直線に延びるような変倍光学系ではなく（ストレートタイプの変倍光学系ではなく）、屈曲タイプの変倍光学系ＯＳになる。

そのため、変倍光学系ＯＳの配設の自由度が増す。つまり、屈曲することで小型になった変倍光学系ＯＳが、限られたＤＳＣ２９のハウジング内の適した位置に配置される。その結果、ＤＳＣ２９の高さ方向・水平方向等が抑制される。なお、第１レンズ群ＧＲ１に、光学プリズムＰＲが含まれていることで、変倍光学系ＯＳを備えるＤＳＣ２９は、奥行き方向を抑制している。

なお、光学プリズムＰＲが第１レンズ群ＧＲ１における最大の負パワーを発揮するレンズ（すなわち第１レンズＬ１）よりも像側に位置していると（特に、第１レンズＬ１と光学プリズムＰＲとが比較的近づいて配置されていると）、発散する光を効率よく折り曲げることができるとともに、光学プリズムＰＲのサイズが比較的小さくてもよい。

さらには、第１レンズ群ＧＲ１が、光軸方向において、像面に対し不動になっているとよい。このような変倍光学系ＯＳであれば、ズーミングで第１レンズ群ＧＲ１が物体側に繰り出さず、小型のＤＳＣ２９に適した変倍光学系ＯＳといえるためである。

なお、変倍光学系ＯＳのズーム比（変倍比）は、特に限定されるものではないが、下記条件式（２）を満たすことが望ましい。この条件式（２）は、変倍光学系ＯＳのズーム比を表している。

２．８≦ｆｔ／ｆｗ≦３．１… 条件式（２）
ただし、
ｆｗ ： 広角端（Ｗ）での変倍光学系ＯＳ全体の焦点距離［単位；ｍｍ］
ｆｔ ： 望遠端（Ｔ）での変倍光学系ＯＳ全体の焦点距離［単位；ｍｍ］
である。

この条件式（２）を満たすと、変倍光学系ＯＳは、一般的な小型のＤＳＣ２９に必要とされるズーム比（３倍程度）を確保しているといえる。

なお、実施例１・２の変倍光学系ＯＳを条件式（２）に対応させた結果は、下記のようになっている。
実施例１の場合：２．８５０
実施例２の場合：２．８５０

また、撮像装置は、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する光学装置であって、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成すものである。そのようなカメラの例としては、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、車載カメラ、テレビ電話用カメラ、ドアホーン用カメラ等が挙げられる。また、パーソナルコンピュータ、携帯情報機器(モバイルコンピュータ・携帯電話・携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)等の小型で携帯可能な情報機器端末)、これらの周辺機器(マウス・スキャナー・プリンター・メモリー等)、その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラも挙げられる。

これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。

なお、従来「デジタルスチルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルスチルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラ、ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮影レンズ系、その光学像を電気映像信号に変換する撮像素子等を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。

実施例１の変倍光学系を一列状の展開した状態を示すレンズ断面図である。 実施例１の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であって、（Ａ）〜（Ｃ）は広角端（Ｗ）での収差図、（Ｄ）〜（Ｆ）は中間焦点距離状態（Ｍ）での収差図、（Ｇ）〜（Ｉ）は望遠端（Ｔ）での収差図であり、（Ａ）・（Ｄ）・（Ｇ）は球面収差図、（Ｂ）・（Ｅ）・（Ｈ）は非点収差図、（Ｃ）・（Ｆ）・（Ｉ）は歪曲収差図である。 広角端（Ｗ）における実施例１の変倍光学系の横収差図であって、（Ａ）〜（Ｃ）は第２レンズ群の移動前の横収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は第２レンズ群の移動後の横収差図である。 望遠端（Ｔ）における実施例１の変倍光学系の横収差図であって、（Ａ）〜（Ｃ）は第２レンズ群の移動前の横収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は第２レンズ群の移動後の横収差図である。 実施例２の変倍光学系を一列状の展開した状態を示すレンズ断面図である。 実施例２の変倍光学系でのズーミングにおける収差図であって、（Ａ）〜（Ｃ）は広角端（Ｗ）での収差図、（Ｄ）〜（Ｆ）は中間焦点距離状態（Ｍ）での収差図、（Ｇ）〜（Ｉ）は望遠端（Ｔ）での収差図であり、（Ａ）・（Ｄ）・（Ｇ）は球面収差図、（Ｂ）・（Ｅ）・（Ｈ）は非点収差図、（Ｃ）・（Ｆ）・（Ｉ）は歪曲収差図である。 広角端（Ｗ）における実施例２の変倍光学系の横収差図であって、（Ａ）〜（Ｃ）は第２レンズ群の移動前の横収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は第２レンズ群の移動後の横収差図である。 望遠端（Ｔ）における実施例２の変倍光学系の横収差図であって、（Ａ）〜（Ｃ）は第２レンズ群の移動前の横収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は第２レンズ群の移動後の横収差図である。 デジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

２９ ＤＳＣ（撮像装置）
ＯＳ 変倍光学系
ＰＲ 光学プリズム（光軸変更素子）
ＳＲ 撮像素子
ＬＦ ローパスフィルタ
ｓ レンズ面
Ｌ レンズ
＊ 非球面
ＡＸ 光軸
ＧＲ１ 第１レンズ群
ＧＲ２ 第２レンズ群
ＧＲ３ 第３レンズ群
ＧＲ４ 第４レンズ群

Claims (6)

1. 物体側からの光を撮像素子の像面に結像させる複数のレンズ群を有する変倍光学系にあって、
   上記の複数のレンズ群は、物体側から像側に向かって順番に、
   負パワーを有する第１レンズ群と、
   正パワーを有する第２レンズ群と、
   負パワーを有する第３レンズ群と、
   正パワーを有する第４レンズ群と、
   を少なくとも含んでおり、
   光軸方向に対し垂直な面内方向において、第２レンズ群が移動することで、像面上の 結像のブレが補正されることを特徴とする変倍光学系。
2. 下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系；
   １．７≦ｆ２／Ｙ’max≦２．７ … 条件式（１）
   ただし、
   ｆ２ ：第２レンズ群の焦点距離
   Ｙ’max：像面における最大像高
   である。
3. 第２レンズ群は、
   物体側から像側に向かって、
   物体側に凸面を有する正レンズ、
   物体側に凸面を有する正レンズと像側に凹面を有する負レンズとが接合して成る接 合レンズ、
   非球面を有する正レンズまたは非球面を有する負レンズ、
   を、少なくとも含むことを特徴とする請求項１または２に記載の変倍光学系。
4. 第１レンズ群には、光軸変更素子が含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
5. 第１レンズ群が、光軸方向において、像面に対し不動になっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の変倍光学系を備える撮像装置。

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