JP4035328B2 - 変倍光学系及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変倍光学系及びそれを用いた光学機器に関し、特に変倍光学系を構成する一部のレンズ群を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させることにより、該変倍光学系が振動（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デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩写真用カメラ、電子スチルカメラなどの光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より撮影画像のぶれを防止する機能を有した防振機能を有した光学系が種々提案されている。
【０００３】
例えば特開昭５６−２１１３３号公報では光学装置に振動状態を検知する検知手段からの出力信号に応じて、一部の光学部材を振動による画像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の安定化を図っている。
【０００４】
特開昭６１−２２３８１９号公報では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頂角を変化させて画像の安定化を図っている。
【０００５】
特開平１−１１６６１９号公報や特開平２−１２４５２１号公報では加速度センサー等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。
【０００６】
また特開平７−１２８６１９号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第３レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群で構成し、正の屈折力のレンズ群を振動することにより防振（画像ぶれの補正）を行っている。
【０００７】
特開平１０−２６０３５６号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第３レンズ群全体を振動させて防振を行っている。
【０００８】
また特開平９−２３０２３６号では正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系で各レンズ群を移動させて変倍を行い、第３レンズ群を２つのレンズ群で構成してそのうち一方のレンズ群を振動させて防振を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等ではカメラ全体の小型化に対応して撮影レンズの小型化が要望されている。
【００１０】
特にデジタルスチルカメラではレンズ全長の制約が特に大きい。また非使用状態では撮影レンズを沈胴させてカメラ本体内に収納する場合が一般的に行われている。
【００１１】
防振機能を備えた撮影レンズとして、可変頂角プリズムのような防振光学系（補正光学系）を撮影系の前方に配置する光学系では、光学系の前方に大きな防振光学系が存在するため、撮影レンズを沈胴させて収納するのはスペース的にも、又アクチュエーターの負荷が大きくなり問題が多い。
【００１２】
また可変頂角プリズムを利用した防振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る。
【００１３】
一方撮影系のうちの一部のレンズ群を光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う撮影光学系においては、防振のために特別な防振光学系を必要としないという利点はあるが、防振時における偏心収差の発生量が多くなってくるという問題点がある。
【００１４】
特開平１０−２６０３５６号公報で提案されている変倍光学系は高倍化に有利なズームタイプであるが第１レンズ群の偏心による光学性能への影響が大きいため沈胴構造には適さない。
【００１５】
また特開平９−２３０２３６号公報では最も有効径が大きい第１レンズ群を３枚以上のレンズ構成としており、第１レンズ群を電動で移動させようとするとアクチュエーター等の可動手段の負荷が大きくなってしまう。
【００１６】
本発明は、画像のぶれを補正する為にレンズ群を偏心させた時の偏心発生量が少なく高い光学性能を維持しつつ、良好に防振を行うことができる変倍光学系及びそれを用いた光学機器の提供にある。
【００１７】
この他本発明は各レンズ群の屈折力配置や移動方法を適切に設定するとともに変倍光学系の一部を構成する比較的小型軽量のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させて、該変倍光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成することで装置全体の小型化、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ該レンズ群を偏心させた時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、特に沈胴構造を有する電子スチルカメラやデジタルカメラ等に対応出来る変倍光学系及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１８】
請求項１の発明の変倍光学系は、物体側より順に、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レンズ群から構成され、該第２、第３、第４レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行う変倍光学系において、
該第３レンズ群は、画像のぶれを補正するために光軸と垂直な方向の成分を持つように移動する正の屈折力の第３ａレンズ群と、画像のぶれの補正のためには移動しない第３ｂレンズ群より成り、
広角端から望遠端への変倍に際し、該第３レンズ群は物体側に移動し、該第２レンズ群は広角端から途中のズーム位置までは像側に移動し、
該第３ａレンズ群は物体側に比べて像面側に屈折力の絶対値が大きい１枚以上の負レンズと１枚の正レンズを有し、少なくとも１つの面が非球面であり、
該第３ａレンズ群を、望遠端で、無限遠物体に合焦しているときに光軸に垂直方向に移動させたときの該第３ａレンズ群の偏心敏感度ＴＳを、該第３ａレンズ群の光軸に垂直方向の移動量をΔ１、このときの像面での像の移動量をΔ２、該第３レンズ群と該第３ａレンズ群の焦点距離を各々ｆ３，ｆ３ａとし、
ＴＳ＝Δ２／Δ１
とおいたとき、
０．５ ＜ ＴＳ ＜３
０．７ ＜ ｆ３ａ／ｆ３ ＜ １．３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は、変倍に際して広角端に比べて望遠端で物体側に位置する様に移動し、広角端から望遠端までの変倍に要する該第１レンズ群と第３レンズ群の光軸方向の移動量（像面側への移動量を正、その逆を負符号とする）を各々ｍ１，ｍ３とするとき、
０．３ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．２
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ，ｆｔ，第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
【数１】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、前記第３ａレンズ群の有する前記少なくとも１つの非球面はレンズ周辺に行くに従って正の屈折力が弱くなる形状であることを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、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とするとき、
２．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
８．０ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １２．０
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力の第３ａレンズ群と負の屈折力の第３ｂレンズ群より成ることを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力の第３ｂレンズ群と、正の屈折力の第３ａレンズ群より成ることを特徴としている。
【００２６】
請求項９の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群は変倍及びフォーカシングのために移動しないことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明は請求項１乃至９のいずれか１項の発明において、前記第３ａレンズ群は、負レンズを有し、該第３ａレンズ群と負レンズの焦点距離を各々ｆ３ａ，ｆ３３とするとき、
０．４ ＜｜ ｆ３３／ｆ３ａ ｜＜ ０．８５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００２８】
請求項１１の発明は請求項１から１０のいずれか１項の発明において、光電変換素子上に像を形成することを特徴としている。
【００２９】
請求項１２の発明のカメラは請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変倍光学系と、該変倍光学系によって形成された像を受光する光電変換素子とを有することを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて、本発明の変倍光学系及びそれを用いた光学機器の実施形態について説明する。
【００３５】
図１は本発明の変倍光学系（ズームレンズ）の後述する数値実施例１〜３の近軸屈折力配置を示す概略図である。
【００３６】
図２は本発明に係る防振系の光学的原理の説明図である。
【００３７】
図３は本発明の変倍光学系の数値実施例１の広角端のレンズ断面図、図４、図５、図６は本発明の変倍光学系の数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００３８】
図７は本発明の変倍光学系の数値実施例２の広角端のレンズ断面図、図８、図９、図１０は本発明の変倍光学系の数値実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００３９】
図１１は本発明の変倍光学系の数値実施例３の広角端のレンズ断面図、図１２、図１３、図１４は本発明の変倍光学系の数値実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４０】
図１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。第３レンズ群Ｌ３は、正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａと負の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂで構成されている。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に位置し、変倍に際して第３レンズ群Ｌ３と一体で光軸上を移動する。 広角端から望遠端への変倍（ズーミング）に際しては、図１に示す矢印の如く第３レンズ群Ｌ３を物体側に移動させ、第１レンズ群Ｌ１を固定又は像面側に凸状の軌跡の一部を利用して移動させ、又第２レンズ群Ｌ２を物体側に凸状の軌跡の一部を利用して移動させ、又第４レンズ群Ｌ４を物体側に移動させている。
【００４１】
望遠端では広角端に比べて第１レンズ群Ｌ１は物体側に位置し、第２レンズ群Ｌ２は像面側に位置する様に移動させることでレンズ全長を小型に維持しつつ、変倍比が大きくとれるようにしている。このとき第２レンズ群Ｌ２は広角端から望遠端への途中までは像側に移動している。
【００４２】
図１に示す第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変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡を示している。
【００４３】
本実施形態においては第４レンズ群Ｌ４を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行うと共に第４レンズ群Ｌ４を移動させてフォーカスを行うようにしている。特に同図の曲線４ａ、４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。これにより第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４と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。
【００４４】
本実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体ヘフォーカスを行う場合は同図の直線４ｃに示すように第４レンズ群を前方へ繰り出すことにより行っている。このようにリヤーフォーカス方式を採用することにより、第１レンズ群を繰り出してフォーカスを行う場合に比べて、第１レンズ群の偏心誤差による性能劣化を防止しつつ第１レンズ群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。また比較的径が小さい第４レンズ群Ｌ４でフォーカスを行うことでアクチュエーターの負荷を低減し、フォーカスの高速化を容易にしている。
【００４５】
更に、第３ａレンズ群Ｌ３ａを光軸に垂直方向に移動させることにより、光学系（ズームレンズ）全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。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っている。なお、本実施形態では第３ａレンズ群Ｌ３ａを光軸と垂直方向に移動させて防振を行っているが、第３ａレンズ群Ｌ３ａを光軸に垂直な方向の成分を持つようにさえ移動させれば、画像のぶれを補正することは可能である。例えば、鏡筒構造の複雑化を許容するのであれば、光軸上に回転中心を持つように第３ａレンズ群Ｌ３ａを回動させて防振を行っても良い。
【００４６】
次に本実施形態の変倍光学系においてレンズ群を光軸と垂直方向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２を用いて説明する。
【００４７】
図２（Ａ）に示すように光学系Ｙが固定群Ｙ１、偏心群（シフトレンズ群）Ｙ２そして固定群Ｙ３の３つの部分から成り立っており、光学系Ｙから十分に離れた光軸上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点Ｑとして結像しているものとする。
【００４８】
今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が図２（Ｂ）のように手ぶれにより瞬間的に傾いたとすると、像点Ｑは像点Ｑ′にやはり瞬間的に移動し、ぶれた画像となる。
【００４９】
一方、偏心群Ｙ２を光軸と垂直方向に移動させると図２（Ｃ）のように、像点ＱはＱ″に移動し、その移動量と移動方向は各レンズ群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２（Ｂ）で手振れによってずれた像点Ｑ′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Ｑに戻すことで図２（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００５０】
今、光軸をθ°補正するために必要なシフトレンズ群Ｙ２の移動量をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，シフトレンズ群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。
【００５１】
Δ＝ ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
ここで偏心敏感度ＴＳとはシフトレンズ群Ｙ２を光軸に垂直方向に移動させたときのシフトレンズ群Ｙ２の移動量Δ１とそのときの像面での像の移動量Δ２の比
ＴＳ＝Δ２／Δ１
である。
【００５２】
シフト群Ｙ２の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると防振に必要なシフト群の移動量Δ１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。
【００５３】
特にビデオカメラやデジタルスチルカメラではＣＣＤ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シフトレンズ群のシフト量Δが小さくなる。
【００５４】
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。
【００５５】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要なシフトレンズ群の移動量Δ１が大きくなってしまい、シフトレンズ群を駆動するためのアクチュエーター等の駆動手段も大きくなってしまう。
【００５６】
本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、シフトレンズ群の偏心敏感度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、アクチュエーター等の駆動手段の負荷も少ない変倍光学系を達成している。
【００５７】
具体的には、第３レンズ群Ｌ３ａの偏心敏感度ＴＳが以下の条件を満足するように各要素（各レンズ群の屈折力や光学配置等）を設定している。
【００５８】
０．５ ＜ ＴＳ ＜３ ・・・（１）
本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３ａレンズ群Ｌ３ａ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、アクチュエーターなどの駆動手段の負荷も少ない光学系を達成している。
【００５９】
一般にズームレンズではズーム全域で光学系全体の収差ある程度の範囲内とするためには、各レンズ群が持つ収差分担は屈折力配置を決めるとほぼある範囲内の値となる。各レンズ群の収差分担が０であれば、問題は無いが、実際にはレンズ構成枚数等の関係でそのようにはならない。手ぶれ補正時の光学性能の劣化は偏心する光学系とその物体側のレンズ群の収差で決定され、特に偏心するレンズ群自体が持つ収差の影響が大きい。従ってズームレンズでは偏心しないときの収差と手ぶれ補正のため偏心したときの収差の両立が困難である。
【００６０】
本実施形態では第３レンズ群Ｌ３を正の屈折力のレンズ群と負の屈折力のレンズ群の２つのレンズ群に分割して、その一方のレンズ群だけをぶれ補正時に光軸に垂直方向に移動させ、他方のレンズ群を光軸に垂直方向には固定とし、第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの収差分担を適切な値とすることで、通常の非偏心時の状態と手ぶれ補正のための偏心時の状態における光学性能の両立を図っている。
【００６１】
特に本実施形態では第３レンズ群Ｌ３が分担する色収差を第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと第３ａレンズ群Ｌ３ａで最適化することで手ぶれ補正で偏心する第３ａレンズ群Ｌ３ａの色収差分担を低減して、偏心時の倍率色収差を低減している。
【００６２】
更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００６３】
１．０ ＜ ＴＳ ＜２．０ ・・・（１ａ）
本発明の初期の目的とするズームレンズは以上の諸条件を満足することにより達成されるが、更に良好なる光学性能を有しつつ、防振を行うには次の諸条件のうち１つ以上を満足させるのが良い。
【００６４】
◎第３レンズ群Ｌ３と、第３ａレンズ群の焦点距離を各々ｆ３、ｆ３ａとするとき
０．７ ＜ ｆ３ａ／ｆ３ ＜ １．３ ・・・（２）
なる条件式を満足するように、第３ａレンズ群Ｌ３ａの屈折力を設定することである。これによれば第３ａレンズ群Ｌ３ａの偏心敏感度が適切な値となるようにすることができる。
【００６５】
条件式（２）の下限を超えると敏感度を大きくして第３ａレンズ群Ｌ３ａの手ぶれ補正に必要な移動量を小さくすることが出来るが、第３ａレンズ群Ｌ３ａで発生する収差補正が困難になって偏心時の収差補正が十分に行えない。逆に上限を超えると手ぶれ補正に必要な移動量が大きくなるので良くない。
【００６６】
更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００６７】
０．８ ＜ ｆ３ａ／ｆ３＜ １．１ ・・・（２ａ）
◎広角端のレンズ全長を短縮するためには第１レンズ群Ｌ１を望遠側で物体側に位置する様に移動させることで、第２レンズ群Ｌ２の変倍効果を大きくしてやるのが良い。
【００６８】
◎変倍の際に第１レンズ群Ｌ１を固定とする場合を除いて第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の移動量に関して、広角端から望遠端までの変倍に要する第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の移動量（像面方向の移動量の符号を正、その逆を負とする）を各々ｍ１、ｍ３とするとき
０．３ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．２ ・・・（３）
なる条件式を満足すると広角端におけるレンズ全長の短縮化に対して有効である。
【００６９】
条件式（３）の下限を越えて第１レンズ群Ｌ１の移動量が小さくなると広角端におけるレンズ全長の短縮効果が不十分になり、逆に上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の移動量が大きくなると第１レンズ群Ｌ１を繰り出すための鏡筒構造が複雑になったりして良くない。
【００７０】
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００７１】
０．４ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．０ ・・・（３ａ）
◎高い光学性能を維持しつつ、レンズ全長の短縮を図るには、全系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき
【００７２】
【数３】
【００７３】
なる条件式を満足するのが良い。
【００７４】
ここで
【００７５】
【数４】
【００７６】
は、中間のズーム位置を意味している。
【００７７】
条件式（４）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎると変倍時の第２レンズ群Ｌ２の移動量は小さくなるがペッツヴァール和が全体に負の方向に大きくなり像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に条件式（４）の上限を超えると第２レンズ群Ｌ２の変倍時の移動量が大きくなり、レンズ系全体が小型にならなくなると共に防振時の周辺光量変化が大きくなりすぎるので良くない。
【００７８】
更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００７９】
【数５】
【００８０】
◎本実施形態の変倍光学系では第３レンズ群Ｌ３が主な変倍機能を有しているが、光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短縮するには第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、全系の広角端での焦点距離をｆｗとするとき、
２．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．６ ・・・（５）
なる条件を満足するのが良い。条件式（５）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなりすぎると変倍に要する第３レンズ群Ｌ３の移動量は少なくてすみレンズ全長の短縮には有利だが、変倍時のコマ収差や非点収差の補正が困難になる。逆に上限を超えると変倍に必要な第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなり、レンズ全長が増大してしまうので良くない。
【００８１】
更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００８２】
２．３＜ｆ３／ｆｗ＜３．２・・・（５ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１を移動させて変倍を行う場合には、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
８．０ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １２．０ ・・・（６）
なる条件を満足するのが良い。条件式（６）の下限を越えて第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり過ぎるとレンズ全長の短縮には有利だが製造誤差による像面倒れや変倍時の像ゆれなどが不利になって高い鏡筒精度が必要になる。逆に上限を越えると第１レンズ群Ｌ１の移動量が大きくなり過ぎるので良くない。
【００８３】
更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００８４】
８．５ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １１．５ ・・・（６ａ）
◎光学系全体の小型化を達成するためには第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ａレンズ群Ｌ３ａ中の唯一の負レンズの焦点距離を各々ｆ３ａ、ｆ３３とするとき、
０．４＜ ｜ｆ３３ ／ｆ３ａ｜＜ ０．８５ ・・・（７）
なる条件式を満足することが望ましい。
【００８５】
条件式（７）の下限を超えて第３ａレンズ群Ｌ３ａ中の唯一の負レンズの屈折力が強くなりすぎるとレンズ全長の短縮化には有利だがペッツヴァール和が負の方向に増大してしまい像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に下限をこえてしまうとレンズ全長の短縮が不十分になり、第３ａレンズ群Ｌ３ａ内での色収差の補正が十分に行なわれず、偏心倍率色収差が大きくなるので良くない。
【００８６】
更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００８７】
０．５＜｜ｆ３３／ｆ３ａ｜＜０．７５ ・・・（７ａ）
次に本実施形態の各数値実施例のレンズ構成について説明する。数値実施例１では第１レンズ群Ｌ１を単一又は貼合せの１つの正レンズユニットより構成することでレンズ構成の簡素化を図っている。
【００８８】
また第２レンズ群Ｌ２を物体側から順に、物体側に比べて像側の屈折力の絶対値が大きく、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、負レンズ、像側に比べて、物体側の屈折力の絶対値が大きく、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを有する構成としている。
【００８９】
第２レンズ群の物体側に負レンズを有する構成として、広角端で発生するコマ収差や像面湾曲の補正を良好に行っている。
【００９０】
第３レンズ群Ｌ３を物体側から順に正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａと比較的弱い負の屈折力の第３ｂレンズ群で構成している。
【００９１】
そのうち第３ａレンズ群Ｌ３ａを正レンズ３１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ３２、像面側に凹面を有する負レンズ３３で構成している。
【００９２】
第３レンズ群Ｌ３中に像面側に凹面をむけた負メニスカスレンズを設けることにより第３レンズ群Ｌ３全体をテレフォトに近い構成とすることで第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。
【００９３】
また本実施形態では正レンズ３１に非球面を設けることにより、第３レンズ群Ｌ３で発生する球面収差を抑制し、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。
【００９４】
第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを物体側から負レンズ３４と両レンズ面が凸面の正レンズ３５の２枚のレンズで構成している。
【００９５】
本実施形態では第３レンズ群全体が持つ収差分担のうちの一部を第３ｂレンズ群Ｌ３ｂが分担することで第３ａレンズ群Ｌ３ａの収差分担を少なくでき、これにより手ぶれ補正のため第３ａレンズ群Ｌ３ａが偏心したときの光学性能の劣化を低減している。
【００９６】
本実施形態の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは弱い負の屈折力のレンズ群であるが軸上色収差の補正に関しては第３ａレンズ群Ｌ３ａより大きな軸上収差分担値を持つ。これによって第３ａレンズ群Ｌ３ａの軸上色収差分担を低減出来るため手ぶれ補正時の偏心倍率色収差を低減することが可能となる。
【００９７】
また本実施形態では第４レンズ群Ｌ４を１枚の正レンズと１枚の負レンズの貼合せレンズの第１のレンズユニットで構成することにより、変倍時やフォーカス時に第４レンズ群Ｌ４が移動することによる球面収差や像面湾曲の変動を補正している。
【００９８】
さらに変倍時の非点収差や歪曲の変動の良好なる補正のためには、第４レンズ群Ｌ４に非球面を導入するのが良い。
【００９９】
図７の数値実施例２は図３の数値実施例１に比べて第３レンズ群Ｌ３が物体側より順に第３ｂレンズ群Ｌ３ｂ、第３ａレンズ群Ｌ３ａの順で配置されていること、
第４レンズ群Ｌ４が単一の正レンズより構成されていることが異なっており、その他の構成は同じである。
【０１００】
数値実施例２では第３レンズ群Ｌ３を物体側から順に、手ぶれ補正時に光軸と垂直方向には固定の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと光軸に垂直方向に可動の第３ａレンズ群Ｌ３ａで構成している。
【０１０１】
このように防振時に可動レンズ群を像面側としても物体側としても成り立つので、メカ的な自由度を増やすことが出来る。
【０１０２】
図１１の数値実施例３は図３の数値実施例１に比べて、変倍の際に、第１レンズ群Ｌ１を固定としたことが異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【０１０３】
数値実施例３では第１レンズ群Ｌ１を変倍及びフォーカシング時に固定としている。これは広角端のレンズ全長の短縮には不利だが第１レンズ群Ｌ１の鏡筒保持精度を高めることが出来るので光学性能的には有利となる。また比較的重量のある第１レンズ群Ｌ１を固定するとレンズ駆動部材の負荷を低減することが出来るという特長もある。
【０１０４】
次に数値実施例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面＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の５つの平面はフェースプレート、フィルター等に相当するガラスブロックである。またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ・・・を非球面係数とし、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、
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／[１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2]＋Ｂｈ4＋Ｃｈ6＋Ｄｈ8・・・
で表示される。但しＲは曲率半径である。「Ｄ−０Ｘ」は「×１０-x」を意味している。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。
【０１０５】
【外１】
【０１０６】
【外２】
【０１０７】
【外３】
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラの実施形態を図１５を用いて説明する。
【０１１０】
図１５において、１０はカメラ本体、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はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。撮影光学系１１は不図示のＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）上に被写体の像を形成する。
【０１１１】
このように本発明のズームレンズをデジタルカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１１２】
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１６を用いて説明する。
【０１１３】
図１６において、２０はビデオカメラ本体、２１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、２２は撮影光学系２１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）、２３は撮像素子２２が受光した被写体像を記録する記録手段、２４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察する為のファインダーである。
【０１１４】
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２２上に形成された被写体像が表示される。
【０１１５】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば画像のぶれを補正する為にレンズ群を偏心させた時の偏心発生量が少なく高い光学性能を維持しつつ、良好に防振を行うことができる変倍光学系及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る変倍光学系の近軸屈折力配置の概略図
【図２】 本発明に係る防振系の光学的原理の説明図
【図３】 数値実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図４】 数値実施例１のズームレンズの広角端における諸収差図
【図５】 数値実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図６】 数値実施例１のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図７】 数値実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図８】 数値実施例２のズームレンズの広角端における諸収差図
【図９】 数値実施例２のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図１０】 数値実施例２のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図１１】 数値実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図１２】 数値実施例３のズームレンズの広角端における諸収差図
【図１３】 数値実施例３のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図１４】 数値実施例３のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図１５】 デジタルカメラの要部概略図
【図１６】 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
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
【発明の属する技術分野】
本発明は変倍光学系及びそれを用いた光学機器に関し、特に変倍光学系を構成する一部のレンズ群を光軸と垂直な方向の成分を持つように移動させることにより、該変倍光学系が振動（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デジタルカメラ、ビデオカメラ、銀塩写真用カメラ、電子スチルカメラなどの光学機器に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より撮影画像のぶれを防止する機能を有した防振機能を有した光学系が種々提案されている。
【０００３】
例えば特開昭５６−２１１３３号公報では光学装置に振動状態を検知する検知手段からの出力信号に応じて、一部の光学部材を振動による画像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の安定化を図っている。
【０００４】
特開昭６１−２２３８１９号公報では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頂角を変化させて画像の安定化を図っている。
【０００５】
特開平１−１１６６１９号公報や特開平２−１２４５２１号公報では加速度センサー等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。
【０００６】
また特開平７−１２８６１９号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第３レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群で構成し、正の屈折力のレンズ群を振動することにより防振（画像ぶれの補正）を行っている。
【０００７】
特開平１０−２６０３５６号公報では正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第３レンズ群全体を振動させて防振を行っている。
【０００８】
また特開平９−２３０２３６号では正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系で各レンズ群を移動させて変倍を行い、第３レンズ群を２つのレンズ群で構成してそのうち一方のレンズ群を振動させて防振を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等ではカメラ全体の小型化に対応して撮影レンズの小型化が要望されている。
【００１０】
特にデジタルスチルカメラではレンズ全長の制約が特に大きい。また非使用状態では撮影レンズを沈胴させてカメラ本体内に収納する場合が一般的に行われている。
【００１１】
防振機能を備えた撮影レンズとして、可変頂角プリズムのような防振光学系（補正光学系）を撮影系の前方に配置する光学系では、光学系の前方に大きな防振光学系が存在するため、撮影レンズを沈胴させて収納するのはスペース的にも、又アクチュエーターの負荷が大きくなり問題が多い。
【００１２】
また可変頂角プリズムを利用した防振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る。
【００１３】
一方撮影系のうちの一部のレンズ群を光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行う撮影光学系においては、防振のために特別な防振光学系を必要としないという利点はあるが、防振時における偏心収差の発生量が多くなってくるという問題点がある。
【００１４】
特開平１０−２６０３５６号公報で提案されている変倍光学系は高倍化に有利なズームタイプであるが第１レンズ群の偏心による光学性能への影響が大きいため沈胴構造には適さない。
【００１５】
また特開平９−２３０２３６号公報では最も有効径が大きい第１レンズ群を３枚以上のレンズ構成としており、第１レンズ群を電動で移動させようとするとアクチュエーター等の可動手段の負荷が大きくなってしまう。
【００１６】
本発明は、画像のぶれを補正する為にレンズ群を偏心させた時の偏心発生量が少なく高い光学性能を維持しつつ、良好に防振を行うことができる変倍光学系及びそれを用いた光学機器の提供にある。
【００１７】
この他本発明は各レンズ群の屈折力配置や移動方法を適切に設定するとともに変倍光学系の一部を構成する比較的小型軽量のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させて、該変倍光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成することで装置全体の小型化、機構上の簡素化及び駆動手段の負荷の軽減化を図りつつ該レンズ群を偏心させた時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、特に沈胴構造を有する電子スチルカメラやデジタルカメラ等に対応出来る変倍光学系及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【００１８】
請求項１の発明の変倍光学系は、物体側より順に、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レンズ群から構成され、該第２、第３、第４レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行う変倍光学系において、
該第３レンズ群は、画像のぶれを補正するために光軸と垂直な方向の成分を持つように移動する正の屈折力の第３ａレンズ群と、画像のぶれの補正のためには移動しない第３ｂレンズ群より成り、
広角端から望遠端への変倍に際し、該第３レンズ群は物体側に移動し、該第２レンズ群は広角端から途中のズーム位置までは像側に移動し、
該第３ａレンズ群は物体側に比べて像面側に屈折力の絶対値が大きい１枚以上の負レンズと１枚の正レンズを有し、少なくとも１つの面が非球面であり、
該第３ａレンズ群を、望遠端で、無限遠物体に合焦しているときに光軸に垂直方向に移動させたときの該第３ａレンズ群の偏心敏感度ＴＳを、該第３ａレンズ群の光軸に垂直方向の移動量をΔ１、このときの像面での像の移動量をΔ２、該第３レンズ群と該第３ａレンズ群の焦点距離を各々ｆ３，ｆ３ａとし、
ＴＳ＝Δ２／Δ１
とおいたとき、
０．５ ＜ ＴＳ ＜３
０．７ ＜ ｆ３ａ／ｆ３ ＜ １．３
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記第１レンズ群は、変倍に際して広角端に比べて望遠端で物体側に位置する様に移動し、広角端から望遠端までの変倍に要する該第１レンズ群と第３レンズ群の光軸方向の移動量（像面側への移動量を正、その逆を負符号とする）を各々ｍ１，ｍ３とするとき、
０．３ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．２
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ，ｆｔ，第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
【数１】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、前記第３ａレンズ群の有する前記少なくとも１つの非球面はレンズ周辺に行くに従って正の屈折力が弱くなる形状であることを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、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とするとき、
２．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
８．０ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １２．０
なる条件を満足することを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力の第３ａレンズ群と負の屈折力の第３ｂレンズ群より成ることを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明は請求項１乃至６のいずれか１項の発明において、前記第３レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力の第３ｂレンズ群と、正の屈折力の第３ａレンズ群より成ることを特徴としている。
【００２６】
請求項９の発明は請求項１乃至８のいずれか１項の発明において、前記第１レンズ群は変倍及びフォーカシングのために移動しないことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明は請求項１乃至９のいずれか１項の発明において、前記第３ａレンズ群は、負レンズを有し、該第３ａレンズ群と負レンズの焦点距離を各々ｆ３ａ，ｆ３３とするとき、
０．４ ＜｜ ｆ３３／ｆ３ａ ｜＜ ０．８５
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００２８】
請求項１１の発明は請求項１から１０のいずれか１項の発明において、光電変換素子上に像を形成することを特徴としている。
【００２９】
請求項１２の発明のカメラは請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変倍光学系と、該変倍光学系によって形成された像を受光する光電変換素子とを有することを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて、本発明の変倍光学系及びそれを用いた光学機器の実施形態について説明する。
【００３５】
図１は本発明の変倍光学系（ズームレンズ）の後述する数値実施例１〜３の近軸屈折力配置を示す概略図である。
【００３６】
図２は本発明に係る防振系の光学的原理の説明図である。
【００３７】
図３は本発明の変倍光学系の数値実施例１の広角端のレンズ断面図、図４、図５、図６は本発明の変倍光学系の数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００３８】
図７は本発明の変倍光学系の数値実施例２の広角端のレンズ断面図、図８、図９、図１０は本発明の変倍光学系の数値実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００３９】
図１１は本発明の変倍光学系の数値実施例３の広角端のレンズ断面図、図１２、図１３、図１４は本発明の変倍光学系の数値実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４０】
図１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。第３レンズ群Ｌ３は、正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａと負の屈折力の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂで構成されている。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に位置し、変倍に際して第３レンズ群Ｌ３と一体で光軸上を移動する。 広角端から望遠端への変倍（ズーミング）に際しては、図１に示す矢印の如く第３レンズ群Ｌ３を物体側に移動させ、第１レンズ群Ｌ１を固定又は像面側に凸状の軌跡の一部を利用して移動させ、又第２レンズ群Ｌ２を物体側に凸状の軌跡の一部を利用して移動させ、又第４レンズ群Ｌ４を物体側に移動させている。
【００４１】
望遠端では広角端に比べて第１レンズ群Ｌ１は物体側に位置し、第２レンズ群Ｌ２は像面側に位置する様に移動させることでレンズ全長を小型に維持しつつ、変倍比が大きくとれるようにしている。このとき第２レンズ群Ｌ２は広角端から望遠端への途中までは像側に移動している。
【００４２】
図１に示す第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変倍に伴う際の像面変動を補正する為の移動軌跡を示している。
【００４３】
本実施形態においては第４レンズ群Ｌ４を移動させて変倍に伴う像面変動の補正を行うと共に第４レンズ群Ｌ４を移動させてフォーカスを行うようにしている。特に同図の曲線４ａ、４ｂに示すように広角端から望遠端への変倍に際して物体側へ凸状の軌跡を有するように移動させている。これにより第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４と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。
【００４４】
本実施形態において、例えば望遠端において無限遠物体から近距離物体ヘフォーカスを行う場合は同図の直線４ｃに示すように第４レンズ群を前方へ繰り出すことにより行っている。このようにリヤーフォーカス方式を採用することにより、第１レンズ群を繰り出してフォーカスを行う場合に比べて、第１レンズ群の偏心誤差による性能劣化を防止しつつ第１レンズ群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。また比較的径が小さい第４レンズ群Ｌ４でフォーカスを行うことでアクチュエーターの負荷を低減し、フォーカスの高速化を容易にしている。
【００４５】
更に、第３ａレンズ群Ｌ３ａを光軸に垂直方向に移動させることにより、光学系（ズームレンズ）全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。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っている。なお、本実施形態では第３ａレンズ群Ｌ３ａを光軸と垂直方向に移動させて防振を行っているが、第３ａレンズ群Ｌ３ａを光軸に垂直な方向の成分を持つようにさえ移動させれば、画像のぶれを補正することは可能である。例えば、鏡筒構造の複雑化を許容するのであれば、光軸上に回転中心を持つように第３ａレンズ群Ｌ３ａを回動させて防振を行っても良い。
【００４６】
次に本実施形態の変倍光学系においてレンズ群を光軸と垂直方向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２を用いて説明する。
【００４７】
図２（Ａ）に示すように光学系Ｙが固定群Ｙ１、偏心群（シフトレンズ群）Ｙ２そして固定群Ｙ３の３つの部分から成り立っており、光学系Ｙから十分に離れた光軸上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点Ｑとして結像しているものとする。
【００４８】
今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が図２（Ｂ）のように手ぶれにより瞬間的に傾いたとすると、像点Ｑは像点Ｑ′にやはり瞬間的に移動し、ぶれた画像となる。
【００４９】
一方、偏心群Ｙ２を光軸と垂直方向に移動させると図２（Ｃ）のように、像点ＱはＱ″に移動し、その移動量と移動方向は各レンズ群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２（Ｂ）で手振れによってずれた像点Ｑ′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Ｑに戻すことで図２（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００５０】
今、光軸をθ°補正するために必要なシフトレンズ群Ｙ２の移動量をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，シフトレンズ群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。
【００５１】
Δ＝ ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
ここで偏心敏感度ＴＳとはシフトレンズ群Ｙ２を光軸に垂直方向に移動させたときのシフトレンズ群Ｙ２の移動量Δ１とそのときの像面での像の移動量Δ２の比
ＴＳ＝Δ２／Δ１
である。
【００５２】
シフト群Ｙ２の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると防振に必要なシフト群の移動量Δ１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。
【００５３】
特にビデオカメラやデジタルスチルカメラではＣＣＤ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シフトレンズ群のシフト量Δが小さくなる。
【００５４】
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。
【００５５】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要なシフトレンズ群の移動量Δ１が大きくなってしまい、シフトレンズ群を駆動するためのアクチュエーター等の駆動手段も大きくなってしまう。
【００５６】
本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、シフトレンズ群の偏心敏感度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、アクチュエーター等の駆動手段の負荷も少ない変倍光学系を達成している。
【００５７】
具体的には、第３レンズ群Ｌ３ａの偏心敏感度ＴＳが以下の条件を満足するように各要素（各レンズ群の屈折力や光学配置等）を設定している。
【００５８】
０．５ ＜ ＴＳ ＜３ ・・・（１）
本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３ａレンズ群Ｌ３ａ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、アクチュエーターなどの駆動手段の負荷も少ない光学系を達成している。
【００５９】
一般にズームレンズではズーム全域で光学系全体の収差ある程度の範囲内とするためには、各レンズ群が持つ収差分担は屈折力配置を決めるとほぼある範囲内の値となる。各レンズ群の収差分担が０であれば、問題は無いが、実際にはレンズ構成枚数等の関係でそのようにはならない。手ぶれ補正時の光学性能の劣化は偏心する光学系とその物体側のレンズ群の収差で決定され、特に偏心するレンズ群自体が持つ収差の影響が大きい。従ってズームレンズでは偏心しないときの収差と手ぶれ補正のため偏心したときの収差の両立が困難である。
【００６０】
本実施形態では第３レンズ群Ｌ３を正の屈折力のレンズ群と負の屈折力のレンズ群の２つのレンズ群に分割して、その一方のレンズ群だけをぶれ補正時に光軸に垂直方向に移動させ、他方のレンズ群を光軸に垂直方向には固定とし、第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ｂレンズ群Ｌ３ｂの収差分担を適切な値とすることで、通常の非偏心時の状態と手ぶれ補正のための偏心時の状態における光学性能の両立を図っている。
【００６１】
特に本実施形態では第３レンズ群Ｌ３が分担する色収差を第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと第３ａレンズ群Ｌ３ａで最適化することで手ぶれ補正で偏心する第３ａレンズ群Ｌ３ａの色収差分担を低減して、偏心時の倍率色収差を低減している。
【００６２】
更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００６３】
１．０ ＜ ＴＳ ＜２．０ ・・・（１ａ）
本発明の初期の目的とするズームレンズは以上の諸条件を満足することにより達成されるが、更に良好なる光学性能を有しつつ、防振を行うには次の諸条件のうち１つ以上を満足させるのが良い。
【００６４】
◎第３レンズ群Ｌ３と、第３ａレンズ群の焦点距離を各々ｆ３、ｆ３ａとするとき
０．７ ＜ ｆ３ａ／ｆ３ ＜ １．３ ・・・（２）
なる条件式を満足するように、第３ａレンズ群Ｌ３ａの屈折力を設定することである。これによれば第３ａレンズ群Ｌ３ａの偏心敏感度が適切な値となるようにすることができる。
【００６５】
条件式（２）の下限を超えると敏感度を大きくして第３ａレンズ群Ｌ３ａの手ぶれ補正に必要な移動量を小さくすることが出来るが、第３ａレンズ群Ｌ３ａで発生する収差補正が困難になって偏心時の収差補正が十分に行えない。逆に上限を超えると手ぶれ補正に必要な移動量が大きくなるので良くない。
【００６６】
更に好ましくは条件式（２）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００６７】
０．８ ＜ ｆ３ａ／ｆ３＜ １．１ ・・・（２ａ）
◎広角端のレンズ全長を短縮するためには第１レンズ群Ｌ１を望遠側で物体側に位置する様に移動させることで、第２レンズ群Ｌ２の変倍効果を大きくしてやるのが良い。
【００６８】
◎変倍の際に第１レンズ群Ｌ１を固定とする場合を除いて第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の移動量に関して、広角端から望遠端までの変倍に要する第１レンズ群Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３の移動量（像面方向の移動量の符号を正、その逆を負とする）を各々ｍ１、ｍ３とするとき
０．３ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．２ ・・・（３）
なる条件式を満足すると広角端におけるレンズ全長の短縮化に対して有効である。
【００６９】
条件式（３）の下限を越えて第１レンズ群Ｌ１の移動量が小さくなると広角端におけるレンズ全長の短縮効果が不十分になり、逆に上限を超えて第１レンズ群Ｌ１の移動量が大きくなると第１レンズ群Ｌ１を繰り出すための鏡筒構造が複雑になったりして良くない。
【００７０】
更に好ましくは条件式（３）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００７１】
０．４ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．０ ・・・（３ａ）
◎高い光学性能を維持しつつ、レンズ全長の短縮を図るには、全系の広角端と望遠端における焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき
【００７２】
【数３】
【００７３】
なる条件式を満足するのが良い。
【００７４】
ここで
【００７５】
【数４】
【００７６】
は、中間のズーム位置を意味している。
【００７７】
条件式（４）の下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎると変倍時の第２レンズ群Ｌ２の移動量は小さくなるがペッツヴァール和が全体に負の方向に大きくなり像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に条件式（４）の上限を超えると第２レンズ群Ｌ２の変倍時の移動量が大きくなり、レンズ系全体が小型にならなくなると共に防振時の周辺光量変化が大きくなりすぎるので良くない。
【００７８】
更に好ましくは条件式（４）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００７９】
【数５】
【００８０】
◎本実施形態の変倍光学系では第３レンズ群Ｌ３が主な変倍機能を有しているが、光学性能を維持しつつ、レンズ全長を短縮するには第３レンズ群Ｌ３の焦点距離をｆ３、全系の広角端での焦点距離をｆｗとするとき、
２．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．６ ・・・（５）
なる条件を満足するのが良い。条件式（５）の下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の屈折力が強くなりすぎると変倍に要する第３レンズ群Ｌ３の移動量は少なくてすみレンズ全長の短縮には有利だが、変倍時のコマ収差や非点収差の補正が困難になる。逆に上限を超えると変倍に必要な第３レンズ群Ｌ３の移動量が大きくなり、レンズ全長が増大してしまうので良くない。
【００８１】
更に好ましくは条件式（５）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００８２】
２．３＜ｆ３／ｆｗ＜３．２・・・（５ａ）
◎第１レンズ群Ｌ１を移動させて変倍を行う場合には、第１レンズ群Ｌ１の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとしたとき、
８．０ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １２．０ ・・・（６）
なる条件を満足するのが良い。条件式（６）の下限を越えて第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり過ぎるとレンズ全長の短縮には有利だが製造誤差による像面倒れや変倍時の像ゆれなどが不利になって高い鏡筒精度が必要になる。逆に上限を越えると第１レンズ群Ｌ１の移動量が大きくなり過ぎるので良くない。
【００８３】
更に好ましくは条件式（６）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００８４】
８．５ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １１．５ ・・・（６ａ）
◎光学系全体の小型化を達成するためには第３ａレンズ群Ｌ３ａと第３ａレンズ群Ｌ３ａ中の唯一の負レンズの焦点距離を各々ｆ３ａ、ｆ３３とするとき、
０．４＜ ｜ｆ３３ ／ｆ３ａ｜＜ ０．８５ ・・・（７）
なる条件式を満足することが望ましい。
【００８５】
条件式（７）の下限を超えて第３ａレンズ群Ｌ３ａ中の唯一の負レンズの屈折力が強くなりすぎるとレンズ全長の短縮化には有利だがペッツヴァール和が負の方向に増大してしまい像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に下限をこえてしまうとレンズ全長の短縮が不十分になり、第３ａレンズ群Ｌ３ａ内での色収差の補正が十分に行なわれず、偏心倍率色収差が大きくなるので良くない。
【００８６】
更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を以下の如く設定するのが良い。
【００８７】
０．５＜｜ｆ３３／ｆ３ａ｜＜０．７５ ・・・（７ａ）
次に本実施形態の各数値実施例のレンズ構成について説明する。数値実施例１では第１レンズ群Ｌ１を単一又は貼合せの１つの正レンズユニットより構成することでレンズ構成の簡素化を図っている。
【００８８】
また第２レンズ群Ｌ２を物体側から順に、物体側に比べて像側の屈折力の絶対値が大きく、像側に凹面を向けた負メニスカスレンズ、負レンズ、像側に比べて、物体側の屈折力の絶対値が大きく、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズを有する構成としている。
【００８９】
第２レンズ群の物体側に負レンズを有する構成として、広角端で発生するコマ収差や像面湾曲の補正を良好に行っている。
【００９０】
第３レンズ群Ｌ３を物体側から順に正の屈折力の第３ａレンズ群Ｌ３ａと比較的弱い負の屈折力の第３ｂレンズ群で構成している。
【００９１】
そのうち第３ａレンズ群Ｌ３ａを正レンズ３１、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ３２、像面側に凹面を有する負レンズ３３で構成している。
【００９２】
第３レンズ群Ｌ３中に像面側に凹面をむけた負メニスカスレンズを設けることにより第３レンズ群Ｌ３全体をテレフォトに近い構成とすることで第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。
【００９３】
また本実施形態では正レンズ３１に非球面を設けることにより、第３レンズ群Ｌ３で発生する球面収差を抑制し、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。
【００９４】
第３ｂレンズ群Ｌ３ｂを物体側から負レンズ３４と両レンズ面が凸面の正レンズ３５の２枚のレンズで構成している。
【００９５】
本実施形態では第３レンズ群全体が持つ収差分担のうちの一部を第３ｂレンズ群Ｌ３ｂが分担することで第３ａレンズ群Ｌ３ａの収差分担を少なくでき、これにより手ぶれ補正のため第３ａレンズ群Ｌ３ａが偏心したときの光学性能の劣化を低減している。
【００９６】
本実施形態の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂは弱い負の屈折力のレンズ群であるが軸上色収差の補正に関しては第３ａレンズ群Ｌ３ａより大きな軸上収差分担値を持つ。これによって第３ａレンズ群Ｌ３ａの軸上色収差分担を低減出来るため手ぶれ補正時の偏心倍率色収差を低減することが可能となる。
【００９７】
また本実施形態では第４レンズ群Ｌ４を１枚の正レンズと１枚の負レンズの貼合せレンズの第１のレンズユニットで構成することにより、変倍時やフォーカス時に第４レンズ群Ｌ４が移動することによる球面収差や像面湾曲の変動を補正している。
【００９８】
さらに変倍時の非点収差や歪曲の変動の良好なる補正のためには、第４レンズ群Ｌ４に非球面を導入するのが良い。
【００９９】
図７の数値実施例２は図３の数値実施例１に比べて第３レンズ群Ｌ３が物体側より順に第３ｂレンズ群Ｌ３ｂ、第３ａレンズ群Ｌ３ａの順で配置されていること、
第４レンズ群Ｌ４が単一の正レンズより構成されていることが異なっており、その他の構成は同じである。
【０１００】
数値実施例２では第３レンズ群Ｌ３を物体側から順に、手ぶれ補正時に光軸と垂直方向には固定の第３ｂレンズ群Ｌ３ｂと光軸に垂直方向に可動の第３ａレンズ群Ｌ３ａで構成している。
【０１０１】
このように防振時に可動レンズ群を像面側としても物体側としても成り立つので、メカ的な自由度を増やすことが出来る。
【０１０２】
図１１の数値実施例３は図３の数値実施例１に比べて、変倍の際に、第１レンズ群Ｌ１を固定としたことが異なっているだけであり、その他の構成は同じである。
【０１０３】
数値実施例３では第１レンズ群Ｌ１を変倍及びフォーカシング時に固定としている。これは広角端のレンズ全長の短縮には不利だが第１レンズ群Ｌ１の鏡筒保持精度を高めることが出来るので光学性能的には有利となる。また比較的重量のある第１レンズ群Ｌ１を固定するとレンズ駆動部材の負荷を低減することが出来るという特長もある。
【０１０４】
次に数値実施例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面＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。また、もっとも像側の５つの平面はフェースプレート、フィルター等に相当するガラスブロックである。またｋを離心率、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ・・・を非球面係数とし、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、
ｘ＝（ｈ2／Ｒ）／[１＋｛１−（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）2｝1/2]＋Ｂｈ4＋Ｃｈ6＋Ｄｈ8・・・
で表示される。但しＲは曲率半径である。「Ｄ−０Ｘ」は「×１０-x」を意味している。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。
【０１０５】
【外１】
【０１０６】
【外２】
【０１０７】
【外３】
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラの実施形態を図１５を用いて説明する。
【０１１０】
図１５において、１０はカメラ本体、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はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。撮影光学系１１は不図示のＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）上に被写体の像を形成する。
【０１１１】
このように本発明のズームレンズをデジタルカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１１２】
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１６を用いて説明する。
【０１１３】
図１６において、２０はビデオカメラ本体、２１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、２２は撮影光学系２１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の固体撮像素子（光電変換素子）、２３は撮像素子２２が受光した被写体像を記録する記録手段、２４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察する為のファインダーである。
【０１１４】
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２２上に形成された被写体像が表示される。
【０１１５】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明によれば画像のぶれを補正する為にレンズ群を偏心させた時の偏心発生量が少なく高い光学性能を維持しつつ、良好に防振を行うことができる変倍光学系及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る変倍光学系の近軸屈折力配置の概略図
【図２】 本発明に係る防振系の光学的原理の説明図
【図３】 数値実施例１のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図４】 数値実施例１のズームレンズの広角端における諸収差図
【図５】 数値実施例１のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図６】 数値実施例１のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図７】 数値実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図８】 数値実施例２のズームレンズの広角端における諸収差図
【図９】 数値実施例２のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図１０】 数値実施例２のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図１１】 数値実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図
【図１２】 数値実施例３のズームレンズの広角端における諸収差図
【図１３】 数値実施例３のズームレンズの中間のズーム位置における諸収差図
【図１４】 数値実施例３のズームレンズの望遠端における諸収差図
【図１５】 デジタルカメラの要部概略図
【図１６】 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
Ｌ４ 第４レンズ群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
Claims (12)
- 物体側より順に、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レンズ群から構成され、該第２、第３、第４レンズ群を光軸方向に移動させることにより変倍を行う変倍光学系において、
該第３レンズ群は、画像のぶれを補正するために光軸と垂直な方向の成分を持つように移動する正の屈折力の第３ａレンズ群と、画像のぶれの補正のためには移動しない第３ｂレンズ群より成り、
広角端から望遠端への変倍に際し、該第３レンズ群は物体側に移動し、該第２レンズ群は広角端から途中のズーム位置までは像側に移動し、
該第３ａレンズ群は物体側に比べて像面側に屈折力の絶対値が大きい１枚以上の負レンズと１枚の正レンズを有し、少なくとも１つの面が非球面であり、
該第３ａレンズ群を、望遠端で、無限遠物体に合焦しているときに光軸に垂直方向に移動させたときの該第３ａレンズ群の偏心敏感度ＴＳを、該第３ａレンズ群の光軸に垂直方向の移動量をΔ１、このときの像面での像の移動量をΔ２、該第３レンズ群と該第３ａレンズ群の焦点距離を各々ｆ３，ｆ３ａとし、
ＴＳ＝Δ２／Δ１
とおいたとき、
０．５ ＜ ＴＳ ＜３
０．７ ＜ ｆ３ａ／ｆ３ ＜ １．３
なる条件式を満足することを特徴とする変倍光学系。 - 前記第１レンズ群は、変倍に際して広角端に比べて望遠端で物体側に位置する様に移動し、広角端から望遠端までの変倍に要する該第１レンズ群と第３レンズ群の光軸方向の移動量（像面側への移動量を正、その逆を負符号とする）を各々ｍ１，ｍ３とするとき、
０．３ ＜｜ｍ１／ｍ３｜＜ １．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。 - 広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ，ｆｔ，第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
- 前記第３ａレンズ群の有する前記少なくとも１つの非球面はレンズ周辺に行くに従って正の屈折力が弱くなる形状であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の変倍光学系。
- 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とするとき、
２．０ ＜ ｆ３／ｆｗ ＜ ３．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変倍光学系。 - 前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１、広角端における全系の焦点距離をｆｗとするとき、
８．０ ＜ ｆ１／ｆｗ ＜ １２．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の変倍光学系。 - 前記第３レンズ群は、物体側から順に、正の屈折力の第３ａレンズ群と負の屈折力の第３ｂレンズ群より成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
- 前記第３レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力の第３ｂレンズ群と、正の屈折力の第３ａレンズ群より成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
- 前記第１レンズ群は変倍及びフォーカシングのために移動しないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
- 前記第３ａレンズ群は、負レンズを有し、該第３ａレンズ群と負レンズの焦点距離を各々ｆ３ａ，ｆ３３とするとき、
０．４ ＜｜ ｆ３３／ｆ３ａ ｜＜ ０．８５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の変倍光学系。 - 光電変換素子上に像を形成することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の変倍光学系。
- 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変倍光学系と、該変倍光学系によって形成された像を受光する光電変換素子とを有することを特徴とするカメラ。
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