JP4242944B2 - ズームレンズ及びこれを用いたビデオカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラなどに用いられ、手振れ、振動等によって生じる像の振れを光学的に補正する手振れ補正機能を搭載したズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりビデオカメラ等の撮影系には、手振れなどの振動を防ぐ振れ防止機能は必須となっており、様々なタイプの防振光学系が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平８−２９７３７号公報に提案されているズームレンズは、ズームレンズの前面に２枚構成の手振れ補正用の光学系を装着し、そのうちのいずれか１枚を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れによる像の移動を補正するものである。
【０００４】
また、特開平７−１２８６１９号公報に提案されているズームレンズは、４群構成のズームレンズで、複数枚のレンズで構成されている第３群の一部を光軸に対して垂直に移動させることによって手振れによる像の移動を補正するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２９７３７号公報に提案されているズームレンズは、ズームレンズの前面に手振れ補正用の光学系を装着するために、手振れ補正用の光学系のレンズ径が大きくなる。それに伴い装置全体も大きくなり、駆動系への負担も大きくなり、小型、軽量、省電力化に不利であった。
【０００６】
また、特開平７−１２８６１９号公報に提案されているズームレンズは、像面に対して固定である第３群の一部を光軸に対して垂直に可動させることにより手振れによる像の揺れを補正しているので、レンズ前面に装着するタイプと比較して大きさ的には有利だが、手振れ補正用のレンズ群が３枚で構成されているので、アクチュエータの負担が大きかった。
【０００７】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、第５群ズームレンズにおいて変倍及びフォーカス時に像面に対して固定されている第３レンズ群及び第４レンズ群をそれぞれ２枚で構成し、一方の群を光軸に対して垂直に可動させて手振れを補正することにより、収差性能の劣化が少なく、小型コンパクトなズームレンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持ち像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群と、像面に対して固定された２枚構成の第３レンズ群と、像面に対して固定された２枚構成の第４レンズ群と、前記第２レンズ群の移動、及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置に保つように光軸上を移動する正の屈折力を持つ第５レンズ群とを備え、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは、正の屈折力を持つレンズ群と負の屈折力を持つレンズ群との組み合わせで、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群のいずれか一方のレンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正するとともに、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ(ｉ＝1〜５)、第３レンズ群と第４レンズ群と合成焦点距離をｆ34とすると、
５．０＜ｆ1／ｆｗ＜８．０
０．５＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜１．６
４．０＜ｆ34／ｆｗ＜９．５
２．０＜ｆ5／ｆｗ＜５．０
の関係を満足することを特徴とする。
【０００９】
前記のようなズームレンズによれば、径の小さいレンズを可動させることによって手振れの補正を行うので、レンズの前面に手振れ補正用の光学系を装着するタイプに比して小型化に有利であり、さらにレンズ群ごとの収差性能を整えることができるので、手振れ補正時においても収差性能の劣化が小さい。また、前記関係式を満足することにより、ズームレンズをコンパクトにできる。
【００１０】
また、前記ズームレンズにおいては、前記第３レンズ群が正の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群が負の屈折力を持つレンズ群で、前記第３レンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、第４レンズ群に負の屈折力を有するレンズ群を配置してあるので長いバックフォーカスが確保し易く、３板の様に長いバックフォーカスが必要な光学系に適している。
【００１１】
また、前記第３レンズ群が負の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群が正の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、第４レンズ群に正の屈折力を有するレンズ群を配置しているので、第５レンズ群への入射光を低くできるのでレンズ径も小さくできる。このため、フォーカスのアクチュエータの負担を小さくできる。
【００１２】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群が、接合レンズであることが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、補正用レンズ群の組立時の公差を緩くできる。
【００１３】
また、前記各ズームレンズにおいて、前記第３レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν31、他方のレンズのアッベ数をν32、前記第４レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν41、他方のレンズのアッベ数をν42とすると、
｜ν31−ν32｜＞２５
｜ν41−ν42｜＞２５
の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、十分な色消しの効果与えることができるので、レンズシフト時でも倍率色収差の劣化を小さくできる。
【００１４】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群に少なくとも１面の非球面を含むことが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、レンズシフト時の性能を向上させることができる。
【００１５】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群に含まれる凸レンズは、物体側の面が非球面で、レンズ有効径の１割の径における局所的な曲率半径をｒS1、有効径の９割の径における局所的な曲率半径をｒS9とすると、
０．０１＜ｒS1／ｒS9＜２．００の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、十分な収差性能を得ることができる。
【００１６】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群の焦点距離をｆS、前記第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離をｆ34とすると、
０．４０＜｜ｆS／ｆ34｜＜０．８５の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、補正用レンズのパワーを抑えることができるので、収差の性能の劣化を防止でき、さらに手振れ補正時のレンズの移動量も抑えることができるので、レンズ径を小さくすることができ、小型化に有利である。
【００１７】
また、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、空気中におけるレンズ最終面から結像面までの間隔をＢＦとすると、
２．０＜ＢＦ／ｆｗ＜５．０の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、バックフォーカスの長いズームレンズを実現できる。
【００２０】
次に、本発明のビデオカメラは、前記各ズームレンズを用いている。このため、小型で高性能な手振れ補正機能付きビデオカメラを得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るズームレンズの概略構成図を示している。物体側より順に、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群１と、負の屈折力を有し光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群２と、像面に固定された正の屈折力を有する第３レンズ群３と、像面に対して固定された負の屈折力を有する第４レンズ群４と、前記第２レンズ群の移動及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置を保つように光軸上を移動する正の屈折力の第５レンズ群５とを備えている。手振れ補正は、正の屈折力を有する第３レンズ群を、光軸と垂直方向にシフトさせることにより行う。図２は、図１に示した基本構成を備えたズームレンズの基本構成図である。物体側から像面に向かって、第１レンズ群２１、第２レンズ群２２、第３レンズ群２３、第４レンズ群２４、第５レンズ群２５の順に配置されている。
【００２２】
第１レンズ群２１は、正の屈折力を有し変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第２レンズ群２２は、負の屈折力を有し光軸上を移動することにより、変倍作用を行う。第３レンズ群２３は、正のレンズと負のレンズとから構成され全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群２４は、負レンズと正レンズから構成され全体として負の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第５レンズ群２５は、正の屈折力を有し光軸上を移動することにより、変倍による像の移動とフォーカスの調整を同時に行う。手振れ発生時には、第３レンズ群２３を光軸に対して直交する方向に移動させることにより、像の振れを補正する。
【００２３】
本実施形態のように、正の屈折力の第３レンズ群２３と負の屈折力の第４レンズ群２４とを組み合わせることにより、手振れ補正時のシフトレンズ群の移動量を小さくし、かつバックフォーカスを長くすることができる。特に、像面側に負の屈折力を持つレンズ群を配置しているので、長いバックフォーカスを確保し易い。
【００２４】
また、第３レンズ群のレンズのいずれかに少なくとも１面の非球面を導入することにより、レンズをシフトさせたときの性能を向上させることができ、ズームレンズの小型化高性能化を同時に達成することができる。
【００２５】
また、第３レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν31、他方のレンズのアッベ数をν32、第４レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν41、他方のレンズのアッベ数をν42としたときに、以下の式（Ａ）、（Ｂ）を満足することが好ましい。式（Ａ） ｜ν31−ν32｜＞２５
式（Ｂ） ｜ν41−ν42｜＞２５
式（Ａ）、（Ｂ）を満足すれば、手振れ補正時の倍率色収差の劣化を小さくすることができる。レンズシフトさせるため手振れ補正時には、倍率色収差が発生するが、各々のレンズ群のアッベ数差を上式のように設定することにより、十分な色消しの効果与えることができるので、レンズシフト時でも倍率色収差の劣化を小さくできる。
【００２６】
また、手振れ補正用レンズの物体側の面が非球面であり、レンズの有効径の１割の径における局所的な曲率半径をｒS1、有効径の９割の径における局所的な曲率半径をｒS9とすると、以下の式（Ｃ）を満足することが好ましい。
【００２７】
式（Ｃ） ０．０１＜ｒS1／ｒS9＜２．００
式（Ｃ）は、非球面量を規定する条件式であり、ズームレンズの高い解像度を実現するために十分な収差性能を得る条件を示した式である。式（Ｃ）において、上限値を上回ると、球面収差の補正量が少なくなりすぎる。また、レンズ移動時にコマフレアが発生しやすくなる。一方、下限値を下回ると、球面収差の補正量が大きくなりすぎ、十分な収差性能が得られない。
【００２８】
なお、ここで言う局所的な曲率半径Ｃとは、面形状のサグ量から割り出した非球面係数に基づき代数的に計算して得られた値であり、以下の数（１）及び数（２）によって求めることができる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
【数２】
【００３１】
ＳＡＧ：光軸からの高さがＨにおける非球面上の点の非球面頂点からの距離
Ｈ ：光軸からの高さ
Ｒ ：非球面頂点の曲率半径
Ｋ ：円錐常数
Ｄ ：非球面係数
Ｅ ：非球面係数
Ｆ ：非球面係数
Ｇ ：非球面係数
Ｃ ：局所的な曲率半径
また、ｆSを補正レンズの焦点距離、ｆ34を第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離として、前記補正用レンズが以下の式（Ｄ）を満足することが好ましい。
式（Ｄ） ０．４０＜｜ｆS／ｆ34｜＜０．８５
式（Ｄ）は、手振れ補正用のレンズの焦点距離を規定する条件式である。式（Ｄ）において、下限を越えると補正用レンズのパワーが強くなりすぎ、収差の性能の劣化が大きくなり、製造時における組立公差も厳しくなる。一方、上限を越えると、手振れ補正時のレンズの移動量が大きくなるため、レンズ径も大きくなり、小型化に不利である。
【００３２】
また、具体的には広角端における全系の焦点距離をｆｗ、空気中におけるレンズ最終面から結像面までの間隔をＢＦとすると、ズームレンズが以下の式（Ｅ）を満足することが好ましい。
式（Ｅ） ２．０＜ＢＦ／ｆｗ＜５．０
式（Ｅ）は３板のようにバックフォーカスの長いズームレンズを実現するための条件式である。下限を越えると十分な色分解ができるだけの長さを持った色分解光学系を挿入することができない。上限をこえると必要以上にバックフォーカスが長くなり、コンパクトにできない。
【００３３】
また、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離ｆｉ(ｉ＝１〜５）、第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離をｆ34とすると、以下の式（Ｆ）〜（Ｉ）を満足することが好ましい。
【００３４】
式（Ｆ） ５．０＜ｆ1／ｆｗ＜８．０
式（Ｇ） ０．５＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜１．６
式（Ｈ） ４．０＜ｆ34／ｆｗ＜９．５
式（Ｉ） ２．０＜ｆ5／ｆｗ＜５．０
式（Ｆ）は第１レンズ群の屈折力に関する条件である。下限を越えると第１レンズ群の屈折力が大きくなりすぎるため、長焦点側における球面収差の補正が困難となる。上限を越えるとレンズ長が大きくなり、コンパクトなズームレンズが実現できない。
【００３５】
式（Ｇ）は第２レンズ群の屈折力に関する条件式である。下限から外れると、コンパクトにできるが、全系のペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲の補正ができない。上限を越えると収差補正は容易であるが、変倍系長くなり全系のコンパクト化が達成できない。
【００３６】
式（Ｈ）は第３レンズ群及び第４レンズ群の屈折力に関する条件である。下限を越えると第３レンズ群及び第４レンズ群の合成屈折力が大きくなりすぎるため、球面収差の補正が困難となる。上限を越えると第１〜第４レンズ群の合成系が発散系となるために、その後に位置する第５レンズ群のレンズ外径を小さくすることができず、全体系のペッツバール和を小さくすることができない。
【００３７】
式（Ｉ）は第５レンズ群の屈折力に関する条件である。下限から外れると、画面包括範囲狭くなり、所望の範囲を得るには第１レンズ群のレンズ径を大きくする必要があり、小型・軽量化が実現できない。上限を越えると収差補正は容易であるが、近距離撮影時での第５レンズ群の移動量が大きくなり、全系のコンパクト化が達成できないばかりでなく、近距離撮影時と遠距離撮影時の軸外収差のアンバランスの補正が困難となる。
【００３８】
また、手振れ補正用の全系の焦点距離ｆにおける補正レンズの移動量をＹ、望遠端における補正レンズの移動量をＹｔ、望遠端の焦点距離をｆｔとすると、以下の式（Ｊ）、（Ｋ）を満足することが好ましい。
【００３９】
式（Ｊ） Ｙｔ＞Ｙ
式（Ｋ） （Ｙ／Ｙｔ）／（ｆ／ｆｔ）＜１．５
式（Ｊ）、（Ｋ）は、補正レンズの移動量に関する式である。ズームレンズの場合、補正角が全ズーム域で一定の時には、ズーム比が大きいほど補正レンズの移動量は大きく、逆にズーム比が小さいほど補正レンズの移動量は小さくなる。式（Ｊ）及び（Ｋ）の上限を越えると補正過剰となり、光学性能の劣化が大きくなる。
（実施の形態２）
図３は、実施形態２に係るズームレンズの概略構成図である。物体側より順に、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群１ａと、負の屈折力を有し、光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群２ａと、像面に対して固定された負の屈折力を有する第３レンズ群３ａと、像面に対して固定された正の屈折力を有する第４レンズ群４ａと、上記第２レンズ群の移動及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置を保つように光軸上を移動する正の屈折力の第５レンズ群５ａとを備えている。手振れの補正は、正の屈折力を有する第４レンズ群を光軸と垂直方向にシフトさせることにより行う。
【００４０】
図４は、図３の概略構成を備えた実施形態２のズームレンズの基本構成図である。物体側から像面に向かって第１レンズ群１２１、第２レンズ群１２２、第３レンズ群１２３、第４レンズ群１２４の順に配置されている。第１レンズ群１２１は正の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第２レンズ群１２２は負の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍作用を行う。
【００４１】
第３レンズ群１２３は負のレンズと正のレンズから構成され、全体として負の屈折力を有し、第４レンズ群１２４は正のレンズと負のレンズから構成され全体として正の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第５レンズ群１２５は正の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍による像の移動とフォーカスの調整を同時に行う。
【００４２】
手振れ発生時には、第４レンズ群１２４を光軸に対して直交する方向に移動させることにより、像の振れを補正する。
このように、負の屈折力の第３レンズ群１２３と、正の屈折力の第４レンズ群１２４を組み合わせることにより、第５レンズ群１２５に入射する光線の光線高を低くできる。すなわち、第４レンズ群のレンズ径を小さくできるのでフォーカスのアクチュエータの負担を小さくできる
第４レンズ群のレンズのいずれかに少なくとも１面以上の非球面を導入することにより、レンズをシフトさせたときの性能を向上させることができる。また、実施形態１と同様に、式（Ａ）〜（Ｋ）を満足することが好ましい。
【００４３】
（実施の形態３）
図５は、実施形態３に係るズームレンズの基本構成図である。物体側から像面に向かって第１レンズ群１６１、第２レンズ群１６２、第３レンズ群１６３、第４レンズ群１６４の順に配置されている。第１レンズ群１６１は正の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第２レンズ群１６２は負の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍作用を行う。
【００４４】
第３レンズ群１６３は２枚構成の接合レンズで正の屈折力を有し、第４レンズ群１６４は負の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第５レンズ群１６５は正の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍による像の移動とフォーカスの調整を同時に行う。手振れ発生時には、第３レンズ群１６３を光軸に対して直交する方向に移動させることにより、像の振れを補正する。シフトレンズ群１６３を接合レンズとすることにより、公差を緩くできる。
【００４５】
第３レンズ群のレンズのいずれかに少なくとも１面以上の非球面を導入することにより、レンズをシフトさせたときの性能を向上させることができる。また、実施の形態１と同様に、式（Ａ）〜（Ｋ）を満足することが好ましい。
【００４６】
（実施の形態４）
実施形態４は、前記実施形態１〜３に係るズームレンズを用いた手振れ補正機能を搭載した３板式ビデオカメラであり、図６にその構成図を示す。
【００４７】
本実施形態に係るビデオカメラは、前記実施形態１のズームレンズ２０１、ローパスフィルタ２０２、色分解のプリズム２０３ａ〜２０３ｃ、撮像素子２０４ａ〜２０４ｃ、信号処理回路２０５、ビューファインダー２０６、手振れを検知するためのセンサー２０７、及びレンズを駆動させるためのアクチュエーター２０８を備えている。
【００４８】
なお、図示していないが、ズームレンズ２０１は実施形態１のものに限らず、実施形態２または３のズームレンズを用いてもよい。
また、前記実施形態１〜２ではシフトレンズ群は２枚の単レンズによって構成しているが、接合レンズにすることによって公差を緩くできる。
【００４９】
また、前記実施形態１〜３では正の屈折力を持ったレンズ群をシフトさせることによって手ぶれの補正を行っているが、負の屈折力を持ったレンズ群をシフトさせても同様の効果が得られる。
【００５０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は前記実施形態１に係る実施例である。図２２に実施例１に係るズームレンズの基本構成図を示している。実施例１に係るズームレンズの具体的数値を以下の表１に示す。なお、表１において、ｒ（ｍｍ）はレンズ面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズの肉厚又はレンズ間の空気距離、ｎは各レンズのｄ線に対する屈折率、νは各レンズのｄ線に対するアッベ数である（以下の表４、７、１０、１３についても同じ）。
【００５１】
【表１】
【００５２】
非球面係数を以下の表２に示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の表３に示す。表３において、標準位置は第２レンズ群倍率が−１倍になる位置であり、ｆ（ｍｍ）、Ｆ／Ｎｏ、ω（°）はそれぞれ表１のズームレンズの広角端、標準位置及び望遠端における焦点距離、Ｆナンバー、入射半画角である（以下の表６、９、１２、１５においても同じ）。
【００５５】
【表３】
【００５６】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図７〜９に示す。なお、図７〜９において、（ａ）は球面収差の図で、実線はｄ線に対する値、点線は正弦条件を示し、（ｂ）は非点収差収差の図で、実線はサジタル像面湾曲、点線はメリディオナル像面湾曲を示し、（ｃ）は歪曲収差を示し、（ｄ）は軸上色収差の図で、実線はｄ線、点線はＦ線、波線はＣ線に対する値を示し、（ｅ）は倍率色収差の図であり、点線はＦ線、波線はＣ線に対する値を示している（以下の図１０〜２１においても同じ）。
【００５７】
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝３２．３
｜ν41−ν42｜＝３８．７
ｒS1／ｒS9 ＝０．５２
｜ｆS／ｆ3｜ ＝０．６４
ＢＦ／ｆｗ ＝３．３４
ｆ1／ｆｗ ＝７．１９
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２８
ｆ34／ｆｗ ＝７．６１
ｆ5／ｆｗ ＝３．１４
図７〜９に示した収差図から明らかなように、本実施例はズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。
【００５８】
また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
（実施例２）
実施例２も前記実施形態１に係る実施例である。図２３に実施例２に係るズームレンズの基本構成図を示している。実施例２に係るズームレンズの具体的数値を以下の表４に示す。
【００５９】
【表４】
【００６０】
非球面係数を以下の表５に示す。
【００６１】
【表５】
【００６２】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表６に示す。
【００６３】
【表６】
【００６４】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１０〜１２に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝３７．７
｜ν41−ν42｜＝３７．７
ｒS1／ｒS9 ＝０．０７
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．５７
ＢＦ／ｆｗ ＝３．２９
ｆ1／ｆｗ ＝７．２２
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２８
ｆ34／ｆｗ ＝８．４０
ｆ5／ｆｗ ＝３．１５
図１０〜１２に示す収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００６５】
（実施例３）
実施例３も、前記実施形態１に係る実施例である。図２４に実施例３に係るズームレンズの基本構成図を示している。実施例３に係るズームレンズの具体的数値を以下の表７に示す。
【００６６】
【表７】
【００６７】
非球面係数を以下の表８に示す。
【００６８】
【表８】
【００６９】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表９に示す。
【００７０】
【表９】
【００７１】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１３〜１５に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜ ＝３２．３
｜ν41−ν42｜ ＝３８．６
ｒS1 ／ｒS9 ＝０．５８
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．７２
ＢＦ／ｆｗ ＝２．９３
ｆ1／ｆｗ ＝６．９７
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２６
ｆ34／ｆｗ ＝５．８９
ｆ5／ｆｗ ＝３．１１
図１３〜１５に示した収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００７２】
（実施例４）
実施例４は、前記実施形態２に係る実施例である。図２５に実施例４に係るズームレンズの基本構成図を示している。すなわち実施例４では、第３レンズ群は物体側から順に負レンズ及び正レンズ構成され、全体として負の屈折力を有し、第４レンズ群は物体側から正レンズ及び負レンズで構成され、全体とし正の屈折力を有し、手振れ補正時には第４レンズ群を光軸に対して垂直に可動させることにより手振れの補正を行う。
【００７３】
実施例４に係るズームレンズの具体的数値を以下の表１０に示す。
【００７４】
【表１０】
【００７５】
非球面係数を以下の表１１に示す。
【００７６】
【表１１】
【００７７】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表１２に示す。
【００７８】
【表１２】
【００７９】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１６〜１８に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝４０．２
｜ν41−ν42｜＝３２．３
ｒS1／ｒS9 ＝０．７４
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．６９
ＢＦ／ｆｗ ＝３．４５
ｆ1／ｆｗ ＝７．４３
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２９
ｆ34／ｆｗ ＝６．２０
ｆ5／ｆｗ ＝４．１９
図１６〜１８に示した収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００８０】
（実施例５）
実施例５は、前記実施形態３に係る実施例である。図２６に実施例５に係るズームレンズの基本構成図を示している。すなわち、実施例５では第３レンズ群は、物体側から順に正レンズ及び負レンズの接合レンズで構成され、全体として正の屈折力を有している。
【００８１】
実施例５に係るズームレンズの具体的数値を以下の表１３に示す。
【００８２】
【表１３】
【００８３】
非球面係数を以下の表１４に示す。
【００８４】
【表１４】
【００８５】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表１５に示す。
【００８６】
【表１５】
【００８７】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１９〜２１に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝３２．３
｜ν41−ν42｜＝３８．６
ｒS1／ｒS9 ＝１．４９
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．６６
ＢＦ／ｆｗ ＝３．３６
ｆ1／ｆｗ ＝７．２１
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２９
ｆ34／ｆｗ ＝７．３５
ｆ5／ｆｗ ＝２．９６
図１９〜２１に示した収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のズームレンズによれば、径の小さいレンズを可動させることによって手振れの補正を行うので、レンズの前面に手振れ補正用の光学系を装着するタイプに比して小型化に有利であり、さらにレンズ群ごとの収差性能を整えることができるので、手振れ補正時においても収差性能の劣化が小さい。
【００８９】
また、本発明のビデオカメラによれば、本発明のズームレンズを用いているので、手振れ補正のできる高性能なビデオカメラを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係るズームレンズの概略構成図
【図２】 本発明の実施形態１に係るズームレンズの基本構成図
【図３】 本発明の実施形態２に係るズームレンズの概略構成図
【図４】 本発明の実施形態２に係るズームレンズの基本構成図
【図５】 本発明の実施形態３に係るズームレンズの基本構成図
【図６】 本発明のビデオカメラの一実施形態の構成図
【図７】 本発明の実施例１の広角端における収差図
【図８】 本発明の実施例１の標準位置における収差図
【図９】 本発明の実施例１の望遠端における収差図
【図１０】 本発明の実施例２の広角端における収差図
【図１１】 本発明の実施例２の標準位置における収差図
【図１２】 本発明の実施例２の望遠端における収差図
【図１３】 本発明の実施例３の広角端における収差図
【図１４】 本発明の実施例３の標準位置における収差図
【図１５】 本発明の実施例３の望遠端における収差図
【図１６】 本発明の実施例４の広角端における収差図
【図１７】 本発明の実施例４の標準位置における収差図
【図１８】 本発明の実施例４の望遠端における収差図
【図１９】 本発明の実施例５の広角端における収差図
【図２０】 本発明の実施例５の標準位置における収差図
【図２１】 本発明の実施例５の望遠端における収差図
【図２２】 本発明の実施例１に係るズームレンズの基本構成図
【図２３】 本発明の実施例２に係るズームレンズの基本構成図
【図２４】 本発明の実施例３に係るズームレンズの基本構成図
【図２５】 本発明の実施例４に係るズームレンズの基本構成図
【図２６】 本発明の実施例５に係るズームレンズの基本構成図
【符号の説明】
１，１ａ，１２１，１６１ 第１レンズ群
２，２ａ，１２２，１６２ 第２レンズ群
３，３ａ，１２３，１６３ 第３レンズ群
４，４ａ，１２４，１６４ 第４レンズ群
５，５ａ，１２５，１６５ 第５レンズ群
２０１ ズームレンズ
２０２ ローパスフィルタ
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ 色分解のプリズム
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ 撮像素子
２０５ 信号処理回路
２０６ ビューファインダー
２０７ センサー
２０８ アクチュエーター
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラなどに用いられ、手振れ、振動等によって生じる像の振れを光学的に補正する手振れ補正機能を搭載したズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりビデオカメラ等の撮影系には、手振れなどの振動を防ぐ振れ防止機能は必須となっており、様々なタイプの防振光学系が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平８−２９７３７号公報に提案されているズームレンズは、ズームレンズの前面に２枚構成の手振れ補正用の光学系を装着し、そのうちのいずれか１枚を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れによる像の移動を補正するものである。
【０００４】
また、特開平７−１２８６１９号公報に提案されているズームレンズは、４群構成のズームレンズで、複数枚のレンズで構成されている第３群の一部を光軸に対して垂直に移動させることによって手振れによる像の移動を補正するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２９７３７号公報に提案されているズームレンズは、ズームレンズの前面に手振れ補正用の光学系を装着するために、手振れ補正用の光学系のレンズ径が大きくなる。それに伴い装置全体も大きくなり、駆動系への負担も大きくなり、小型、軽量、省電力化に不利であった。
【０００６】
また、特開平７−１２８６１９号公報に提案されているズームレンズは、像面に対して固定である第３群の一部を光軸に対して垂直に可動させることにより手振れによる像の揺れを補正しているので、レンズ前面に装着するタイプと比較して大きさ的には有利だが、手振れ補正用のレンズ群が３枚で構成されているので、アクチュエータの負担が大きかった。
【０００７】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、第５群ズームレンズにおいて変倍及びフォーカス時に像面に対して固定されている第３レンズ群及び第４レンズ群をそれぞれ２枚で構成し、一方の群を光軸に対して垂直に可動させて手振れを補正することにより、収差性能の劣化が少なく、小型コンパクトなズームレンズを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持ち像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群と、像面に対して固定された２枚構成の第３レンズ群と、像面に対して固定された２枚構成の第４レンズ群と、前記第２レンズ群の移動、及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置に保つように光軸上を移動する正の屈折力を持つ第５レンズ群とを備え、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは、正の屈折力を持つレンズ群と負の屈折力を持つレンズ群との組み合わせで、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群のいずれか一方のレンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正するとともに、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ(ｉ＝1〜５)、第３レンズ群と第４レンズ群と合成焦点距離をｆ34とすると、
５．０＜ｆ1／ｆｗ＜８．０
０．５＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜１．６
４．０＜ｆ34／ｆｗ＜９．５
２．０＜ｆ5／ｆｗ＜５．０
の関係を満足することを特徴とする。
【０００９】
前記のようなズームレンズによれば、径の小さいレンズを可動させることによって手振れの補正を行うので、レンズの前面に手振れ補正用の光学系を装着するタイプに比して小型化に有利であり、さらにレンズ群ごとの収差性能を整えることができるので、手振れ補正時においても収差性能の劣化が小さい。また、前記関係式を満足することにより、ズームレンズをコンパクトにできる。
【００１０】
また、前記ズームレンズにおいては、前記第３レンズ群が正の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群が負の屈折力を持つレンズ群で、前記第３レンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、第４レンズ群に負の屈折力を有するレンズ群を配置してあるので長いバックフォーカスが確保し易く、３板の様に長いバックフォーカスが必要な光学系に適している。
【００１１】
また、前記第３レンズ群が負の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群が正の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、第４レンズ群に正の屈折力を有するレンズ群を配置しているので、第５レンズ群への入射光を低くできるのでレンズ径も小さくできる。このため、フォーカスのアクチュエータの負担を小さくできる。
【００１２】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群が、接合レンズであることが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、補正用レンズ群の組立時の公差を緩くできる。
【００１３】
また、前記各ズームレンズにおいて、前記第３レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν31、他方のレンズのアッベ数をν32、前記第４レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν41、他方のレンズのアッベ数をν42とすると、
｜ν31−ν32｜＞２５
｜ν41−ν42｜＞２５
の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、十分な色消しの効果与えることができるので、レンズシフト時でも倍率色収差の劣化を小さくできる。
【００１４】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群に少なくとも１面の非球面を含むことが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、レンズシフト時の性能を向上させることができる。
【００１５】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群に含まれる凸レンズは、物体側の面が非球面で、レンズ有効径の１割の径における局所的な曲率半径をｒS1、有効径の９割の径における局所的な曲率半径をｒS9とすると、
０．０１＜ｒS1／ｒS9＜２．００の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、十分な収差性能を得ることができる。
【００１６】
また、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群の焦点距離をｆS、前記第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離をｆ34とすると、
０．４０＜｜ｆS／ｆ34｜＜０．８５の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、補正用レンズのパワーを抑えることができるので、収差の性能の劣化を防止でき、さらに手振れ補正時のレンズの移動量も抑えることができるので、レンズ径を小さくすることができ、小型化に有利である。
【００１７】
また、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、空気中におけるレンズ最終面から結像面までの間隔をＢＦとすると、
２．０＜ＢＦ／ｆｗ＜５．０の関係を満足することが好ましい。前記のようなズームレンズによれば、バックフォーカスの長いズームレンズを実現できる。
【００２０】
次に、本発明のビデオカメラは、前記各ズームレンズを用いている。このため、小型で高性能な手振れ補正機能付きビデオカメラを得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るズームレンズの概略構成図を示している。物体側より順に、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群１と、負の屈折力を有し光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群２と、像面に固定された正の屈折力を有する第３レンズ群３と、像面に対して固定された負の屈折力を有する第４レンズ群４と、前記第２レンズ群の移動及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置を保つように光軸上を移動する正の屈折力の第５レンズ群５とを備えている。手振れ補正は、正の屈折力を有する第３レンズ群を、光軸と垂直方向にシフトさせることにより行う。図２は、図１に示した基本構成を備えたズームレンズの基本構成図である。物体側から像面に向かって、第１レンズ群２１、第２レンズ群２２、第３レンズ群２３、第４レンズ群２４、第５レンズ群２５の順に配置されている。
【００２２】
第１レンズ群２１は、正の屈折力を有し変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第２レンズ群２２は、負の屈折力を有し光軸上を移動することにより、変倍作用を行う。第３レンズ群２３は、正のレンズと負のレンズとから構成され全体として正の屈折力を有する。第４レンズ群２４は、負レンズと正レンズから構成され全体として負の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第５レンズ群２５は、正の屈折力を有し光軸上を移動することにより、変倍による像の移動とフォーカスの調整を同時に行う。手振れ発生時には、第３レンズ群２３を光軸に対して直交する方向に移動させることにより、像の振れを補正する。
【００２３】
本実施形態のように、正の屈折力の第３レンズ群２３と負の屈折力の第４レンズ群２４とを組み合わせることにより、手振れ補正時のシフトレンズ群の移動量を小さくし、かつバックフォーカスを長くすることができる。特に、像面側に負の屈折力を持つレンズ群を配置しているので、長いバックフォーカスを確保し易い。
【００２４】
また、第３レンズ群のレンズのいずれかに少なくとも１面の非球面を導入することにより、レンズをシフトさせたときの性能を向上させることができ、ズームレンズの小型化高性能化を同時に達成することができる。
【００２５】
また、第３レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν31、他方のレンズのアッベ数をν32、第４レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν41、他方のレンズのアッベ数をν42としたときに、以下の式（Ａ）、（Ｂ）を満足することが好ましい。式（Ａ） ｜ν31−ν32｜＞２５
式（Ｂ） ｜ν41−ν42｜＞２５
式（Ａ）、（Ｂ）を満足すれば、手振れ補正時の倍率色収差の劣化を小さくすることができる。レンズシフトさせるため手振れ補正時には、倍率色収差が発生するが、各々のレンズ群のアッベ数差を上式のように設定することにより、十分な色消しの効果与えることができるので、レンズシフト時でも倍率色収差の劣化を小さくできる。
【００２６】
また、手振れ補正用レンズの物体側の面が非球面であり、レンズの有効径の１割の径における局所的な曲率半径をｒS1、有効径の９割の径における局所的な曲率半径をｒS9とすると、以下の式（Ｃ）を満足することが好ましい。
【００２７】
式（Ｃ） ０．０１＜ｒS1／ｒS9＜２．００
式（Ｃ）は、非球面量を規定する条件式であり、ズームレンズの高い解像度を実現するために十分な収差性能を得る条件を示した式である。式（Ｃ）において、上限値を上回ると、球面収差の補正量が少なくなりすぎる。また、レンズ移動時にコマフレアが発生しやすくなる。一方、下限値を下回ると、球面収差の補正量が大きくなりすぎ、十分な収差性能が得られない。
【００２８】
なお、ここで言う局所的な曲率半径Ｃとは、面形状のサグ量から割り出した非球面係数に基づき代数的に計算して得られた値であり、以下の数（１）及び数（２）によって求めることができる。
【００２９】
【数１】
【数２】
ＳＡＧ：光軸からの高さがＨにおける非球面上の点の非球面頂点からの距離
Ｈ ：光軸からの高さ
Ｒ ：非球面頂点の曲率半径
Ｋ ：円錐常数
Ｄ ：非球面係数
Ｅ ：非球面係数
Ｆ ：非球面係数
Ｇ ：非球面係数
Ｃ ：局所的な曲率半径
また、ｆSを補正レンズの焦点距離、ｆ34を第３レンズ群と第４レンズ群の合成焦点距離として、前記補正用レンズが以下の式（Ｄ）を満足することが好ましい。
式（Ｄ） ０．４０＜｜ｆS／ｆ34｜＜０．８５
式（Ｄ）は、手振れ補正用のレンズの焦点距離を規定する条件式である。式（Ｄ）において、下限を越えると補正用レンズのパワーが強くなりすぎ、収差の性能の劣化が大きくなり、製造時における組立公差も厳しくなる。一方、上限を越えると、手振れ補正時のレンズの移動量が大きくなるため、レンズ径も大きくなり、小型化に不利である。
【００３２】
また、具体的には広角端における全系の焦点距離をｆｗ、空気中におけるレンズ最終面から結像面までの間隔をＢＦとすると、ズームレンズが以下の式（Ｅ）を満足することが好ましい。
式（Ｅ） ２．０＜ＢＦ／ｆｗ＜５．０
式（Ｅ）は３板のようにバックフォーカスの長いズームレンズを実現するための条件式である。下限を越えると十分な色分解ができるだけの長さを持った色分解光学系を挿入することができない。上限をこえると必要以上にバックフォーカスが長くなり、コンパクトにできない。
【００３３】
また、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離ｆｉ(ｉ＝１〜５）、第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離をｆ34とすると、以下の式（Ｆ）〜（Ｉ）を満足することが好ましい。
【００３４】
式（Ｆ） ５．０＜ｆ1／ｆｗ＜８．０
式（Ｇ） ０．５＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜１．６
式（Ｈ） ４．０＜ｆ34／ｆｗ＜９．５
式（Ｉ） ２．０＜ｆ5／ｆｗ＜５．０
式（Ｆ）は第１レンズ群の屈折力に関する条件である。下限を越えると第１レンズ群の屈折力が大きくなりすぎるため、長焦点側における球面収差の補正が困難となる。上限を越えるとレンズ長が大きくなり、コンパクトなズームレンズが実現できない。
【００３５】
式（Ｇ）は第２レンズ群の屈折力に関する条件式である。下限から外れると、コンパクトにできるが、全系のペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲の補正ができない。上限を越えると収差補正は容易であるが、変倍系長くなり全系のコンパクト化が達成できない。
【００３６】
式（Ｈ）は第３レンズ群及び第４レンズ群の屈折力に関する条件である。下限を越えると第３レンズ群及び第４レンズ群の合成屈折力が大きくなりすぎるため、球面収差の補正が困難となる。上限を越えると第１〜第４レンズ群の合成系が発散系となるために、その後に位置する第５レンズ群のレンズ外径を小さくすることができず、全体系のペッツバール和を小さくすることができない。
【００３７】
式（Ｉ）は第５レンズ群の屈折力に関する条件である。下限から外れると、画面包括範囲狭くなり、所望の範囲を得るには第１レンズ群のレンズ径を大きくする必要があり、小型・軽量化が実現できない。上限を越えると収差補正は容易であるが、近距離撮影時での第５レンズ群の移動量が大きくなり、全系のコンパクト化が達成できないばかりでなく、近距離撮影時と遠距離撮影時の軸外収差のアンバランスの補正が困難となる。
【００３８】
また、手振れ補正用の全系の焦点距離ｆにおける補正レンズの移動量をＹ、望遠端における補正レンズの移動量をＹｔ、望遠端の焦点距離をｆｔとすると、以下の式（Ｊ）、（Ｋ）を満足することが好ましい。
【００３９】
式（Ｊ） Ｙｔ＞Ｙ
式（Ｋ） （Ｙ／Ｙｔ）／（ｆ／ｆｔ）＜１．５
式（Ｊ）、（Ｋ）は、補正レンズの移動量に関する式である。ズームレンズの場合、補正角が全ズーム域で一定の時には、ズーム比が大きいほど補正レンズの移動量は大きく、逆にズーム比が小さいほど補正レンズの移動量は小さくなる。式（Ｊ）及び（Ｋ）の上限を越えると補正過剰となり、光学性能の劣化が大きくなる。
（実施の形態２）
図３は、実施形態２に係るズームレンズの概略構成図である。物体側より順に、正の屈折力を有し像面に対して固定された第１レンズ群１ａと、負の屈折力を有し、光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群２ａと、像面に対して固定された負の屈折力を有する第３レンズ群３ａと、像面に対して固定された正の屈折力を有する第４レンズ群４ａと、上記第２レンズ群の移動及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置を保つように光軸上を移動する正の屈折力の第５レンズ群５ａとを備えている。手振れの補正は、正の屈折力を有する第４レンズ群を光軸と垂直方向にシフトさせることにより行う。
【００４０】
図４は、図３の概略構成を備えた実施形態２のズームレンズの基本構成図である。物体側から像面に向かって第１レンズ群１２１、第２レンズ群１２２、第３レンズ群１２３、第４レンズ群１２４の順に配置されている。第１レンズ群１２１は正の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第２レンズ群１２２は負の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍作用を行う。
【００４１】
第３レンズ群１２３は負のレンズと正のレンズから構成され、全体として負の屈折力を有し、第４レンズ群１２４は正のレンズと負のレンズから構成され全体として正の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第５レンズ群１２５は正の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍による像の移動とフォーカスの調整を同時に行う。
【００４２】
手振れ発生時には、第４レンズ群１２４を光軸に対して直交する方向に移動させることにより、像の振れを補正する。
このように、負の屈折力の第３レンズ群１２３と、正の屈折力の第４レンズ群１２４を組み合わせることにより、第５レンズ群１２５に入射する光線の光線高を低くできる。すなわち、第４レンズ群のレンズ径を小さくできるのでフォーカスのアクチュエータの負担を小さくできる
第４レンズ群のレンズのいずれかに少なくとも１面以上の非球面を導入することにより、レンズをシフトさせたときの性能を向上させることができる。また、実施形態１と同様に、式（Ａ）〜（Ｋ）を満足することが好ましい。
【００４３】
（実施の形態３）
図５は、実施形態３に係るズームレンズの基本構成図である。物体側から像面に向かって第１レンズ群１６１、第２レンズ群１６２、第３レンズ群１６３、第４レンズ群１６４の順に配置されている。第１レンズ群１６１は正の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第２レンズ群１６２は負の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍作用を行う。
【００４４】
第３レンズ群１６３は２枚構成の接合レンズで正の屈折力を有し、第４レンズ群１６４は負の屈折力を有し、変倍時及び合焦時において像面に対して固定されている。第５レンズ群１６５は正の屈折力を有し、光軸上を移動することにより、変倍による像の移動とフォーカスの調整を同時に行う。手振れ発生時には、第３レンズ群１６３を光軸に対して直交する方向に移動させることにより、像の振れを補正する。シフトレンズ群１６３を接合レンズとすることにより、公差を緩くできる。
【００４５】
第３レンズ群のレンズのいずれかに少なくとも１面以上の非球面を導入することにより、レンズをシフトさせたときの性能を向上させることができる。また、実施の形態１と同様に、式（Ａ）〜（Ｋ）を満足することが好ましい。
【００４６】
（実施の形態４）
実施形態４は、前記実施形態１〜３に係るズームレンズを用いた手振れ補正機能を搭載した３板式ビデオカメラであり、図６にその構成図を示す。
【００４７】
本実施形態に係るビデオカメラは、前記実施形態１のズームレンズ２０１、ローパスフィルタ２０２、色分解のプリズム２０３ａ〜２０３ｃ、撮像素子２０４ａ〜２０４ｃ、信号処理回路２０５、ビューファインダー２０６、手振れを検知するためのセンサー２０７、及びレンズを駆動させるためのアクチュエーター２０８を備えている。
【００４８】
なお、図示していないが、ズームレンズ２０１は実施形態１のものに限らず、実施形態２または３のズームレンズを用いてもよい。
また、前記実施形態１〜２ではシフトレンズ群は２枚の単レンズによって構成しているが、接合レンズにすることによって公差を緩くできる。
【００４９】
また、前記実施形態１〜３では正の屈折力を持ったレンズ群をシフトさせることによって手ぶれの補正を行っているが、負の屈折力を持ったレンズ群をシフトさせても同様の効果が得られる。
【００５０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は前記実施形態１に係る実施例である。図２２に実施例１に係るズームレンズの基本構成図を示している。実施例１に係るズームレンズの具体的数値を以下の表１に示す。なお、表１において、ｒ（ｍｍ）はレンズ面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）はレンズの肉厚又はレンズ間の空気距離、ｎは各レンズのｄ線に対する屈折率、νは各レンズのｄ線に対するアッベ数である（以下の表４、７、１０、１３についても同じ）。
【００５１】
【表１】
非球面係数を以下の表２に示す。
【００５３】
【表２】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の表３に示す。表３において、標準位置は第２レンズ群倍率が−１倍になる位置であり、ｆ（ｍｍ）、Ｆ／Ｎｏ、ω（°）はそれぞれ表１のズームレンズの広角端、標準位置及び望遠端における焦点距離、Ｆナンバー、入射半画角である（以下の表６、９、１２、１５においても同じ）。
【００５５】
【表３】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図７〜９に示す。なお、図７〜９において、（ａ）は球面収差の図で、実線はｄ線に対する値、点線は正弦条件を示し、（ｂ）は非点収差収差の図で、実線はサジタル像面湾曲、点線はメリディオナル像面湾曲を示し、（ｃ）は歪曲収差を示し、（ｄ）は軸上色収差の図で、実線はｄ線、点線はＦ線、波線はＣ線に対する値を示し、（ｅ）は倍率色収差の図であり、点線はＦ線、波線はＣ線に対する値を示している（以下の図１０〜２１においても同じ）。
【００５７】
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝３２．３
｜ν41−ν42｜＝３８．７
ｒS1／ｒS9 ＝０．５２
｜ｆS／ｆ3｜ ＝０．６４
ＢＦ／ｆｗ ＝３．３４
ｆ1／ｆｗ ＝７．１９
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２８
ｆ34／ｆｗ ＝７．６１
ｆ5／ｆｗ ＝３．１４
図７〜９に示した収差図から明らかなように、本実施例はズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。
【００５８】
また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
（実施例２）
実施例２も前記実施形態１に係る実施例である。図２３に実施例２に係るズームレンズの基本構成図を示している。実施例２に係るズームレンズの具体的数値を以下の表４に示す。
【００５９】
【表４】
非球面係数を以下の表５に示す。
【００６１】
【表５】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表６に示す。
【００６３】
【表６】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１０〜１２に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝３７．７
｜ν41−ν42｜＝３７．７
ｒS1／ｒS9 ＝０．０７
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．５７
ＢＦ／ｆｗ ＝３．２９
ｆ1／ｆｗ ＝７．２２
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２８
ｆ34／ｆｗ ＝８．４０
ｆ5／ｆｗ ＝３．１５
図１０〜１２に示す収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００６５】
（実施例３）
実施例３も、前記実施形態１に係る実施例である。図２４に実施例３に係るズームレンズの基本構成図を示している。実施例３に係るズームレンズの具体的数値を以下の表７に示す。
【００６６】
【表７】
非球面係数を以下の表８に示す。
【００６８】
【表８】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表９に示す。
【００７０】
【表９】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１３〜１５に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜ ＝３２．３
｜ν41−ν42｜ ＝３８．６
ｒS1 ／ｒS9 ＝０．５８
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．７２
ＢＦ／ｆｗ ＝２．９３
ｆ1／ｆｗ ＝６．９７
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２６
ｆ34／ｆｗ ＝５．８９
ｆ5／ｆｗ ＝３．１１
図１３〜１５に示した収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００７２】
（実施例４）
実施例４は、前記実施形態２に係る実施例である。図２５に実施例４に係るズームレンズの基本構成図を示している。すなわち実施例４では、第３レンズ群は物体側から順に負レンズ及び正レンズ構成され、全体として負の屈折力を有し、第４レンズ群は物体側から正レンズ及び負レンズで構成され、全体とし正の屈折力を有し、手振れ補正時には第４レンズ群を光軸に対して垂直に可動させることにより手振れの補正を行う。
【００７３】
実施例４に係るズームレンズの具体的数値を以下の表１０に示す。
【００７４】
【表１０】
非球面係数を以下の表１１に示す。
【００７６】
【表１１】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表１２に示す。
【００７８】
【表１２】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１６〜１８に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝４０．２
｜ν41−ν42｜＝３２．３
ｒS1／ｒS9 ＝０．７４
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．６９
ＢＦ／ｆｗ ＝３．４５
ｆ1／ｆｗ ＝７．４３
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２９
ｆ34／ｆｗ ＝６．２０
ｆ5／ｆｗ ＝４．１９
図１６〜１８に示した収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００８０】
（実施例５）
実施例５は、前記実施形態３に係る実施例である。図２６に実施例５に係るズームレンズの基本構成図を示している。すなわち、実施例５では第３レンズ群は、物体側から順に正レンズ及び負レンズの接合レンズで構成され、全体として正の屈折力を有している。
【００８１】
実施例５に係るズームレンズの具体的数値を以下の表１３に示す。
【００８２】
【表１３】
非球面係数を以下の表１４に示す。
【００８４】
【表１４】
また、ズーミングより可変な空気間隔としてレンズ先端から測って２ｍ位置の物点のときの値を以下の以下の表１５に示す。
【００８６】
【表１５】
さらに、ズームレンズの広角端、標準及び望遠端における各収差図を図１９〜２１に示す。
式（Ａ）〜（Ｉ）の値を以下に示す。
｜ν31−ν32｜＝３２．３
｜ν41−ν42｜＝３８．６
ｒS1／ｒS9 ＝１．４９
｜ｆ3S／ｆ3｜ ＝０．６６
ＢＦ／ｆｗ ＝３．３６
ｆ1／ｆｗ ＝７．２１
｜ｆ2｜／ｆｗ ＝１．２９
ｆ34／ｆｗ ＝７．３５
ｆ5／ｆｗ ＝２．９６
図１９〜２１に示した収差図から明らかなように、本実施例ではズームレンズの高解像度を実現する十分な収差補正能力を有している。また、本実施例は、前記式（Ｊ）、（Ｋ）を満足しているので光学性能の劣化を防止できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のズームレンズによれば、径の小さいレンズを可動させることによって手振れの補正を行うので、レンズの前面に手振れ補正用の光学系を装着するタイプに比して小型化に有利であり、さらにレンズ群ごとの収差性能を整えることができるので、手振れ補正時においても収差性能の劣化が小さい。
【００８９】
また、本発明のビデオカメラによれば、本発明のズームレンズを用いているので、手振れ補正のできる高性能なビデオカメラを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係るズームレンズの概略構成図
【図２】 本発明の実施形態１に係るズームレンズの基本構成図
【図３】 本発明の実施形態２に係るズームレンズの概略構成図
【図４】 本発明の実施形態２に係るズームレンズの基本構成図
【図５】 本発明の実施形態３に係るズームレンズの基本構成図
【図６】 本発明のビデオカメラの一実施形態の構成図
【図７】 本発明の実施例１の広角端における収差図
【図８】 本発明の実施例１の標準位置における収差図
【図９】 本発明の実施例１の望遠端における収差図
【図１０】 本発明の実施例２の広角端における収差図
【図１１】 本発明の実施例２の標準位置における収差図
【図１２】 本発明の実施例２の望遠端における収差図
【図１３】 本発明の実施例３の広角端における収差図
【図１４】 本発明の実施例３の標準位置における収差図
【図１５】 本発明の実施例３の望遠端における収差図
【図１６】 本発明の実施例４の広角端における収差図
【図１７】 本発明の実施例４の標準位置における収差図
【図１８】 本発明の実施例４の望遠端における収差図
【図１９】 本発明の実施例５の広角端における収差図
【図２０】 本発明の実施例５の標準位置における収差図
【図２１】 本発明の実施例５の望遠端における収差図
【図２２】 本発明の実施例１に係るズームレンズの基本構成図
【図２３】 本発明の実施例２に係るズームレンズの基本構成図
【図２４】 本発明の実施例３に係るズームレンズの基本構成図
【図２５】 本発明の実施例４に係るズームレンズの基本構成図
【図２６】 本発明の実施例５に係るズームレンズの基本構成図
【符号の説明】
１，１ａ，１２１，１６１ 第１レンズ群
２，２ａ，１２２，１６２ 第２レンズ群
３，３ａ，１２３，１６３ 第３レンズ群
４，４ａ，１２４，１６４ 第４レンズ群
５，５ａ，１２５，１６５ 第５レンズ群
２０１ ズームレンズ
２０２ ローパスフィルタ
２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ 色分解のプリズム
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ 撮像素子
２０５ 信号処理回路
２０６ ビューファインダー
２０７ センサー
２０８ アクチュエーター
Claims (10)
- 物体側より順に、
正の屈折力を持ち像面に対して固定された第１レンズ群と、負の屈折力を持ち光軸上を移動することにより変倍作用を有する第２レンズ群と、像面に対して固定された２枚構成の第３レンズ群と、像面に対して固定された２枚構成の第４レンズ群と、前記第２レンズ群の移動、及び物体の移動によって変動する像面を基準面から一定の位置に保つように光軸上を移動する正の屈折力を持つ第５レンズ群とを備え、
前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは、正の屈折力を持つレンズ群と負の屈折力を持つレンズ群との組み合わせで、
前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群のいずれか一方のレンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正するとともに、
広角端における全系の焦点距離をｆｗ、第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ(ｉ＝1〜５)、第３レンズ群と第４レンズ群と合成焦点距離をｆ34と
すると、
５．０＜ｆ1／ｆｗ＜８．０
０．５＜｜ｆ2｜／ｆｗ＜１．６
４．０＜ｆ34／ｆｗ＜９．５
２．０＜ｆ5／ｆｗ＜５．０
の関係を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第３レンズ群が正の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群が負の屈折力を持つレンズ群で、前記第３レンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正する請求項１に記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群が負の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群が正の屈折力を持つレンズ群で、前記第４レンズ群を光軸に対して垂直に移動させることにより、手振れ時の像の移動を補正する請求項１に記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群が、接合レンズである請求項１から３のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν31、他方のレンズのアッベ数をν32、前記第４レンズ群の一方のレンズのアッベ数をν41、他方のレンズのアッベ数をν42とすると、
｜ν31−ν32｜＞２５
｜ν41−ν42｜＞２５
の関係を満足する請求項１から４のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群に少なくとも１面の非球面を含む請求項１から５のいずれかに記載のズームレンズ。
- 前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群に含まれる凸レンズは、物体側の面が非球面で、レンズ有効径の１割の径における局所的な曲率半径をｒS1、有効径の９割の径における局所的な曲率半径をｒS9とすると、
０．０１＜ｒS1／ｒS9＜２．００の関係を満足する請求項１から６のいずれかに記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群の内、光軸に対して垂直に移動させることにより手振れ時の像の移動を補正するレンズ群の焦点距離をｆS、前記第３レンズ群と第４レンズ群との合成焦点距離をｆ34とすると、
０．４０＜｜ｆS／ｆ34｜＜０．８５の関係を満足する請求項１から７のいずれかに記載のズームレンズ。 - 広角端における全系の焦点距離をｆｗ、空気中におけるレンズ最終面から結像面までの間隔をＢＦとすると、
２．０＜ＢＦ／ｆｗ＜５．０の関係を満足する請求項１から８のいずれかに記載のズームレンズ。 - 請求項１から９のいずれかに記載のズームレンズを用いたビデオカメラ。
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