JP2009063715A - 撮影レンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マクロ撮影が容易で、手ぶれによる像ブレを光学的に容易に補償することができる撮影レンズを得ること。
【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、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群から構成され、第４レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第４ａレンズ群、正の屈折力の第４ｂレンズ群で構成され、該第４ａ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で画像の位置を変移させており、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、該第２レンズ群は像側へ移動し、該第３レンズ群は物体側へ移動しており、該第２レンズ群の焦点距離ｆ２、該第４ａレンズと該第４ｂレンズ群の焦点距離各々ｆ４ａ、ｆ４ｂ、全系の焦点距離ｆを各々適切に設定すること。
【選択図】図１

Description

本発明は写真用カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ等に好適な撮影レンズに関する。この他、本発明は、撮影倍率が等倍程度の近距離撮影（マクロ撮影）が可能で、又、手ぶれ等における像ブレを光学的に補償し得る機能を有した撮影レンズに関する。

従来、マクロ撮影を主目的とした撮影レンズにマクロレンズがある。マクロレンズは、無限遠物体から撮影倍率が等倍程度の近距離物体までの撮影のうち、特に近距離物体の撮影時（マクロ撮影時）に高い光学性能が得られるようにレンズ系が構成されている。

又、一般に、マクロレンズを含む撮影レンズにおいては、フォーカシングをして、撮影倍率が大きくなるにつれて（物体距離が近距離になるにつれて）、即ちマクロ撮影に近くなるにつれて諸収差の変動が大きくなってくる。

このため従来よりマクロレンズでは、諸収差の変動を少なくし、良好なる光学性能を得るため、フォーカシングに際して１つのレンズ群でなく複数のレンズ群を独立に移動させ、諸収差の変動を補正するようにした、フローティング方式を採用しているものが多い。

フローティング方式のうち物体側の第１レンズ群を含む複数のレンズ群を独立に移動させてフォーカスを行うフローティングフォーカス方式は、一般に第１レンズ群が大型で高重量であるため、迅速なピント合わせが困難となる。又、被写体との距離（ワーキングディスタンス）が短くなる傾向がある。

そこでマクロ撮影でのフォーカシングの際に第１レンズ群を不動とし、他の複数のレンズ群を移動させてフォーカスを行うインナーフォーカス式を用いたマクロレンズが種々と提案されている。

マクロレンズとして、物体側から像側へ順に、正、負、正、負の屈折力の第１〜第４レンズ群を有し、近距離物体への（マクロ撮影時の）フォーカスを第２、第３レンズ群を移動して行ったマクロレンズが知られている（特許文献１）。
特開２００４−０６１６８０号公報

撮影倍率の高いマクロ撮影においては、一般に被写界深度を確保するために絞りを絞り込んで（Ｆナンバーを大きくして）撮影を行うことが行われている。このためマクロレンズではシャッタースピードが遅くなる傾向がある。シャッタースピードが遅いと、撮影時に手振れがあると、像ブレが生じ、画質が低下してくる。

特に撮影倍率が等倍程度になると、Ｆナンバーを暗くしてシャッタースピードをより遅くするため、手ブレによる画像ブレが多く発生し、撮影画像に与える影響が大きくなってくる。

そのため、マクロレンズでは、防振レンズ群を用いてマクロ撮影領域において像ブレを補償することが必要となってくる。

最近の撮影装置は全体が小型化され、それに用いる撮影レンズも小型化されている。

このためマクロレンズに防振レンズ群を用いるとき、防振レンズ群が小型、軽量でないと駆動部分が大型化し、それにつれてレンズ系全体が大型化してくるので良くない。

本発明はマクロ撮影が容易で、手ぶれによる像ブレを光学的に容易に補償することができる撮影レンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明の撮影レンズは、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、負の屈折力の第４レンズ群から構成され、第４レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第４ａレンズ群、正の屈折力の第４ｂレンズ群で構成され、該第４ａ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で画像の位置を変移させており、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、該第２レンズ群は像側へ移動し、該第３レンズ群は物体側へ移動しており、該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、該第４ａレンズと該第４ｂレンズ群の焦点距離を各々ｆ４ａ、ｆ４ｂ、全系の焦点距離をｆとするとき
１．０＜｜ｆ２／ｆ｜＜５．０
０．１＜｜ｆ４ａ／ｆ４ｂ｜＜０．３
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、マクロ撮影が容易で、手ぶれによる像ブレを光学的に容易に補償することができる撮影レンズが得られる。

以下、本発明の撮影レンズ及びそれを有する撮像装置の実施例について説明する。

本発明の撮影レンズは、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、負の屈折力の第４レンズ群から構成されている。第４レンズ群は、物体側より像側へ順に、光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることで画像の位置を変移させる防振用の負の屈折力の第４ａレンズ群と正の屈折力の第４ｂレンズ群で構成されている。

無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングは、第２レンズ群を像側へ移動し、第３レンズ群を物体側へ移動している。

図１（Ａ）は、本発明の実施例１の無限遠物体合焦状態のレンズ断面図である。図１（Ｂ）は本発明の実施例１の撮影倍率が等倍状態のレンズ断面図である。

図２（Ａ）は本発明の実施例１の基準状態（防振を行わないとき）で無限遠物体合焦状態での収差図である。図２（Ｂ）は本発明の実施例１の基準状態で撮影倍率が等倍状態（−１倍）での収差図である。

図３（Ａ）は本発明の実施例１において、無限遠物体合焦状態で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。図３（Ｂ）は本発明の実施例１において、撮影倍率が等倍状態（−１倍）で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。

図４（Ａ）は、本発明の実施例２の無限遠物体合焦状態のレンズ断面図である。図４（Ｂ）は本発明の実施例２の撮影倍率が等倍状態のレンズ断面図である。

図５（Ａ）は本発明の実施例２の基準状態で無限遠物体合焦状態での収差図である。図５（Ｂ）は本発明の実施例２の基準状態で撮影倍率が等倍状態（−１倍）での収差図である。

図６（Ａ）は本発明の実施例２において、無限遠物体合焦状態で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。図６（Ｂ）は本発明の実施例２において、撮影倍率が等倍状態（−１倍）で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。

図７（Ａ）は、本発明の実施例３の無限遠物体合焦状態のレンズ断面図である。図７（Ｂ）は本発明の実施例３の撮影倍率が等倍状態のレンズ断面図である。

図８（Ａ）は本発明の実施例３の基準状態で無限遠物体合焦状態での収差図である。図８（Ｂ）は本発明の実施例３の基準状態で撮影倍率が等倍状態（−１倍）での収差図である。

図９（Ａ）は本発明の実施例３において、無限遠物体合焦状態で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。図９（Ｂ）は本発明の実施例３において、撮影倍率が等倍状態（−１倍）で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。

図１０（Ａ）は、本発明の実施例４の無限遠物体合焦状態のレンズ断面図である。図１０（Ｂ）は本発明の実施例４の撮影倍率が等倍状態のレンズ断面図である。

図１１（Ａ）は本発明の実施例４の基準状態で無限遠物体合焦状態での収差図である。図１１（Ｂ）は本発明の実施例４の基準状態で撮影倍率が等倍状態（−１倍）での収差図である。

図１２（Ａ）は本発明の実施例４において、無限遠物体合焦状態で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。図１２（Ｂ）は本発明の実施例４において、撮影倍率が等倍状態（−１倍）で基準状態から光軸が０．３°傾いた状態での収差図である。

図１３は本発明の撮像装置の要部概略図である。

各実施例の撮影レンズはデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズである。

又、各実施例の撮影レンズは撮影倍率が等倍程度の近距離物体の撮影（マクロ撮影）が可能なマクロレンズである。

レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

レンズ断面図において、Ｌ１は正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）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は負の屈折力の第４レンズ群である。第４レンズＬ４は物体側から像側へ順に、負の屈折力の第４ａレンズ群Ｌ４ａと正の屈折力の第４ｂレンズ群Ｌ４ｂより構成されている。

第４ａレンズ群Ｌ４ａは、物体側から像側へ順に負レンズと正レンズの接合レンズを有している。

第４ａレンズ群Ｌ４ａは、光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることで撮影レンズが振動した時の像ぶれの補正を行っている。即ち、防振を行っている。

ＳＰは絞り（主開口絞り）、ＳＰ２は副絞り（副開口絞り）であり、いずれも第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に配置している。

ＩＰは像面であり、デジタルスチルカメラやビデオカメラの撮影レンズとして使用する際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が置かれる。

収差図において、ＦｎｏはＦナンバーである。ｄ、ｇ、Ｃ、Ｆは各々ｄ線、ｇ線、Ｃ線、Ｆ線である。Ｍ、Ｓはｄ線のメリディオナル像面、サジタル像面である。倍率色収差はｇ線、Ｆ線、Ｃ線によって表している。Ｙは像高である。

無限遠物体から近距離物体へのフォーカシング（フォーカス）に際して、第１レンズ群Ｌ１と第４レンズ群は不動であり、第２レンズ群Ｌ２は像側へ移動し、第３レンズ群Ｌ３は物体側へ移動する。

以上のように各実施例では、フォーカスを第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３を移動させて行うインナーフォーカス方式でフローティング方式を用いている。

一般にマクロ撮影が可能な撮影レンズにおいては、無限遠物体合焦時のＦナンバーをＦｎｏとするとき撮影倍率βの変化に伴い、有効ＦナンバーＦａは、
Ｆａ＝（１−β）・Ｆｎｏ
の式に従って変化していく。

各実施例では、その軸上光線の変化に伴い、副絞りＳＰ２の開口径を変化させることで、絞り径を小さくするとともに、不要な光線をカットしている。

更に、第４レンズ群Ｌ４中、防振のために光軸と垂直方向の成分を持つように移動する第４aレンズ群Ｌ４ａが接合レンズを含むようにしている。これによって、防振時の色収差の発生が少なくなるようにしている。

具体的には、第４ａレンズ群Ｌ４ａは、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズと正レンズとの接合レンズより構成している。

又、第４レンズ群Ｌ４は、少なくとも１面の非球面を有している。

具体的には第４ｂレンズ群Ｌ４ｂに少なくとも１つの非球面を採用することでフォーカスによる像面湾曲の変動を少なくしている。

又、第４ｂレンズ群Ｌ４ｂは２つの正レンズより、又は負レンズと正レンズより構成している。これにより画面全体にわたり諸収差を良好に補正している。

各実施例において、第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。

第４ａレンズ群Ｌ４ａと第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの焦点距離を各々ｆ４ａ、ｆ４ｂ、全系の焦点距離をｆとする。このとき
１．０＜｜ｆ２／ｆ｜＜５．０ ‥‥‥（１）
０．１＜｜ｆ４ａ／ｆ４ｂ｜＜０．３ ‥‥‥（２）
なる条件式を満足している。

条件式（１）は、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際に像側へ移動する第２レンズ群の屈折力に関し、フォーカシング時の収差変動の低減を図るための条件式である。

条件式（１）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が強くなりすぎると、フォーカシングに伴う収差の変動を低減すること、特にコマ収差の変動を抑制することが困難になる。

また、絞りＳＰよりも物体側のレンズ群の負の屈折力が強くなりすぎて、防振用の第４ａレンズ群Ｌ４ａの径の大型化を招き、第４ａレンズ群Ｌ４ａを駆動するための駆動系が大型化してくる。

条件式（１）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の負の屈折力が弱くなりすぎると、
全系の大型化につながる。

更に良好な光学性能を得るには、条件式（１）の数値範囲を、
２．０ ＜ ｜ｆ２／ｆ｜＜３．５ ‥‥‥（１ａ）
の如く設定することが望ましい。

条件式（２）は、第４レンズ群を構成する第４ａレンズ群Ｌ４ａと第４ｂレンズ群Ｌ４ｂの焦点距離の比に関し、防振を行なわない基準状態での光学性能と防振時の光学性能をいずれも良好に維持するための条件式である。

条件式（２）の下限を超えて第４ａレンズ群Ｌ４ａの負の屈折力が強くなると、マクロ領域における適切な防振敏感度の確保が困難になる。又、上限を超えて第４ａレンズ群Ｌ４ａの負の屈折力が弱くなると防振時の良好なる光学性能の確保が困難になる。

更に良好な光学性能を得るには、条件式（２）の数値範囲を、
０．１５ ＜ ｜ｆ４ａ／ｆ４ｂ｜＜０．３ ‥‥‥（２ａ）
の如く設定することが望ましい。

以上のように各実施例の撮影レンズによれば振動時の像ぶれの補償を光学的に良好に行い、かつ無限遠物体から等倍領域の近距離物体までの広い物体距離範囲において良好な光学性能が得られる。

尚、各実施例において、更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。これによれば各条件式に相当する効果を得ることができる。

第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３とする。このとき
０．６ ＜ ｆ１／ｆ ＜２．０ ‥‥‥（３）
０．６ ＜ ｆ３／ｆ ＜１．０ ‥‥‥（４）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。

条件式（３）は、第１レンズ群Ｌ１の屈折力に関し、レンズ全長と光学性能を適切に設定する条件式である。条件式（３）の下限を超えて第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなると、後続レンズ群、特に第２レンズ群の屈折力が強くなり、フォーカシングに伴う収差変動が増大してくる。

又、条件式（３）の上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の屈折力が弱くなると、全系が大型化してくるので良くない。

条件式（４）は、第３レンズ群Ｌ３の屈折力に関し、適切な長さのレンズ全長（第１レンズ面から像面までの長さ）と防振時の光学性能を良好に維持するための条件式である。

条件式（４）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の正の屈折力が強くなりすぎると、第４レンズ群Ｌ４の屈折力もそれに伴って強くなり、防振時を含めて諸収差の補正が困難になる。

条件式（４）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の屈折力が弱くなりすぎると、フォーカシング時に第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなり、全系が大型化してくるので良くない。更に第４レンズ群Ｌ４の負の屈折力が弱くなり、適切な防振敏感度を得ることが困難になる。

更に好ましくは条件式（３）、（４）の数値範囲を次の如く設定するのが望ましい。

０．７ ＜ ｆ１／ｆ ＜１．５ ‥‥‥（３ａ）
０．７ ＜ ｆ３／ｆ ＜０．９ ‥‥‥（４ａ）
尚、各実施例では、４つのレンズ群より成る場合を示しているが、第１レンズ群Ｌ１の物体側又は第４レンズ群Ｌ４の像側に必要に応じて屈折力のあるレンズ群やコンバーターレンズ群等を設けても良い。

次に本発明の数値実施例を示す。各数値実施例において、ｉは物体側から面の順序を示し、ｒｉはｉ番目のレンズ面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間のレンズ肉厚および空気間隔、ｎｄｉ、νｄｉはそれぞれｄ線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。

非球面形状は面の中心部の曲率半径（近軸曲率半径）をＲ、光軸からの高さＹの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準としてXとするとき、以下の条件式で与えられる。

式中のA4、A6、A8、A10は非球面係数である。ｋは円錐係数である。

又、「ｅ−０Ｘ」は「×１０^−Ｘ」を意味している。又、前述の各条件式と各数値実施例との関係を表−１に示す。ＢＦはバックフォーカスである。

次に実施例１〜４に示した撮影レンズを撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施例を図１３を用いて説明する。

図１３において、２０はカメラ本体、２１は実施例１〜４で説明したいずれかの撮影レンズによって構成された撮影光学系である。

２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された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）である。

２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は液晶ディスプレイパネル等によって構成され、固体撮像素子２２上に形成された被写体像を観察するためのファインダである。

このように本発明の撮影レンズをデジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用することにより、小型で高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。

尚、発明の撮影レンズは一眼レフカメラにも同様に適用することができる。

本発明の実施例１のレンズ断面図 本発明の実施例１の基準状態での収差図 本発明の実施例１の防振状態での収差図 本発明の実施例２のレンズ断面図 本発明の実施例２の基準状態での収差図 本発明の実施例２の防振状態での収差図 本発明の実施例３のレンズ断面図 本発明の実施例３の基準状態での収差図 本発明の実施例３の防振状態での収差図 本発明の実施例４のレンズ断面図 本発明の実施例４の基準状態での収差図 本発明の実施例４の防振状態での収差図 本発明の撮像装置の要部概略図

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
Ｌ４ 第４レンズ群
Ｌ４ａ 第４ａレンズ群
Ｌ４ｂ 第４ｂレンズ群
ＳＰ 絞り
ＳＰ２ 副絞り
ＩＰ 像面
Ｙ 像高
実線 ｄ線
倍率色収差図における２点鎖線 ｇ線
倍率色収差図における１点鎖線 Ｃ線
倍率色収差図における鎖線 Ｆ線
Ｍ メリディオナル像面
Ｓ サジタル像面

Claims (7)

1. 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、負の屈折力の第４レンズ群から構成され、第４レンズ群は、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第４ａレンズ群、正の屈折力の第４ｂレンズ群で構成され、該第４ａ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で画像の位置を変移させており、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際して、該第２レンズ群は像側へ移動し、該第３レンズ群は物体側へ移動しており、該第２レンズ群の焦点距離をｆ２、該第４ａレンズと該第４ｂレンズ群の焦点距離を各々ｆ４ａ、ｆ４ｂ、全系の焦点距離をｆとするとき
   １．０＜｜ｆ２／ｆ｜＜５．０
   ０．１＜｜ｆ４ａ／ｆ４ｂ｜＜０．３
   なる条件式を満足することを特徴とする撮影レンズ。
2. 前記第４ａレンズ群は、物体側より像側へ順に、負レンズと正レンズの接合レンズを含むことを特徴とする請求項１の撮影レンズ。
3. 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、前記第３レンズの焦点距離をｆ３とするとき
   ０．６ ＜ ｆ１／ｆ ＜２．０
   ０．６ ＜ ｆ３／ｆ ＜１．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２の撮影レンズ。
4. 前記第４ａレンズ群は、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズと正レンズとの接合レンズより構成され、前記第４ｂレンズ群は２つの正レンズより構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３の撮影レンズ。
5. 前記第４ａレンズ群は、物体側から像側へ順に、両凹形状の負レンズと正レンズとの接合レンズより構成され、前記第４ｂレンズ群は負レンズと正レンズより構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３の撮影レンズ。
6. 固体撮像素子に像を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮影レンズ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の撮影レンズと該撮影レンズによって形成される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。