JP4630424B2 - ズームレンズ及びそれを有する光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特にズームレンズの一部の単レンズを光軸と垂直方向に移動させることにより、該ズームレンズが振動（傾動）したときの撮影画像のブレ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フィルム用カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学機器等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、写真用カメラ、ビデオカメラ、そしてディジタルカメラ等においては、より高画質化や撮影条件の拡大の目的のため手振れ等による撮影画像のブレを補正する防振機能を有したズームレンズが要望されており、そのような防振機能を有した光学系が多く提案されている。
【０００３】
防振機能を有したズームレンズとしては、例えば特開平５−２３２４１０号公報では、物体側より正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにおいて第２群全体を光軸に対して垂直方向に移動させることによって像ブレ補正を行うズームレンズが提案されている。前記提案は、変倍時に機能する１つのレンズ群全体を偏心させることで、光学系にぶれが生じた際の結像位置の補正を行うものである。
【０００４】
また、変倍時に機能するレンズ群の一部を偏心させて光学系にぶれが生じた際の結像位置の補正を行うものとして、特開平９−２３０２３６号公報では、物体側より順に正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにおいて第３レンズ群を正と正の屈折力のレンズ群に分離し、片方のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることで像ブレ補正を行っている。また特開平７−１２８６１９号公報では物体側から正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームにおいて第３レンズ群を負と正の屈折力のレンズ群に分離して、その正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることで像ブレ補正を行っている。
【０００５】
特開平７−１９９１２４号公報では、正、負、正、そして正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群構成の変倍光学系において、第３群全体を光軸と垂直方向に振動させて像ブレ補正を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に複数のレンズを画像ブレ補正のために光軸に対して垂直方向に移動させる構成では、移動させるレンズの重量が大きく、そのレンズを保持するレンズ枠部も大きなものとなってくる。このため、ブレ補正駆動を行う手ぶれ駆動系に大きな負担がかかり、その結果手振れ駆動系が大型化し、又偏心に対するレスポンスが遅れてくる。
【０００７】
特開平９−２３０２３５号公報で提案されているズームレンズでは、１枚のレンズを像ブレ補正のために偏心させる構成となっているため、像ブレ補正のために移動させるレンズは軽量である。しかし、主に偏心により発生する諸収差の補正のために補正レンズを正、負のレンズの貼り合わせ構成としており、補正レンズの小型化、軽量化という面でまだ検討の余地があった。
【０００８】
本発明は、ズームレンズの一部を構成する比較的小型軽量な一枚の単レンズを光軸と垂直方向に移動させて、ズームレンズが振動（傾動）したときの画像ブレを補正することにより、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画像ぶれを効果的に補正することができるズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、少なくとも前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸上を移動することによって各レンズ群間の空気間隔が変化するズームレンズであって、前記第３レンズ群は最も像側に負の屈折力の単レンズより成る第３ｎレンズを有し、該第３ｎレンズを光軸に対して垂直方向に移動させることによって、該ズームレンズが振動したときに生ずる画像ブレを補正し、前記第３ｎレンズの材質のアッベ数をν３ｎ、前記第３ｎレンズの焦点距離をｆ３ｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき、
ν３ｎ＞４５
−３．５＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−１．５
０．５＜ｆ３／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．４
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は請求項１の発明において第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
１．２＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．２
−０．５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．３
０．６＜ｆ４／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は請求項１または２の発明において前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面は、光軸に対して回転対称な非球面形状であることを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は請求項１から３のいずれか１項の発明において前記第４レンズ群の少なくとも１面は、光軸に対して回転対称な非球面形状であることを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明の光学機器は請求項１から４のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のズームレンズの数値実施例１のレンズ断面図である。
【００２１】
図２、図３、図４は数値実施例１の広角端、中間、望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２２】
図５は本発明のズームレンズの数値実施例２のレンズ断面図である。
【００２３】
図６、図７、図８は数値実施例２の広角端、中間、望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２４】
図９は本発明のズームレンズの数値実施例３のレンズ断面図である。
【００２５】
図１０、図１１、図１２は数値実施例３の広角端、中間、望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２６】
レンズ断面図において（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々広角端、中間、望遠端を示している。収差図において（ａ）はブレ補正前（偏心前）の無限遠物体撮影状態での像高０の位置および１５ｍｍ、−１５ｍｍの位置での収差図であり、（ｂ）は０．３°の結像位置ブレ（画像ブレ）補正時（偏心時）の無限遠物体撮影状態での像高０の位置及び１５ｍｍ，−１５ｍｍの位置である。
【００２７】
レンズ断面図において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。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に配置している。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子やフィルム等が配置されている。
【００２８】
第３レンズ群Ｌ３は正の屈折力の第３ｐ群Ｌ３ｐと負の屈折力の単一レンズよりなる第３ｎレンズＬ３ｎより成っている。第３ｎレンズＬ３ｎを光軸と垂直方向に移動させてズームレンズが振動したときに生ずる画像ブレを補正している。ＡＬは非球面である。広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように各レンズ群を物体側へ移動させている。変倍に際して絞りＳＰは第３群と共に移動している。
【００２９】
本発明のズームレンズでは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を有し、少なくとも該第１、第３、第４レンズ群が光軸上を移動することで各レンズ群間の空気間隔を変化させて広角端から望遠端への変倍及び変倍による像面変動補正を行っている。そして第３レンズ群中の最も像側の負の屈折力の単レンズより成る第３ｎレンズＬ３ｎを光軸に対し垂直方向に移動することによりズームレンズが振動しブレが生じた際の結像位置（画像ブレ）の補正を行っている。
【００３０】
以上のような構成とすることで、変倍に際して第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔を変化させることにより主に第２レンズ群で変倍作用を担い、第３レンズ群の移動で主に変倍に伴う像面変動の補正を行うと同時に第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔を変化させることにより変倍に伴う軸外収差の変動を補正している。又この際、第２レンズ群を光軸上固定としても良く、これによりズームレンズの変倍機構の簡略化が可能となる。そして、正の屈折力を持つ前記第３レンズ群中に負の屈折力を持つレンズ要素（第３ｎレンズ）を配置することにより、第３レンズ群中の正の屈折作用の部分で発生する諸収差をその負の屈折作用によりキャンセル（補正）している。又、その負の屈折力のレンズ要素を光軸に垂直方向に移動することで画像ぶれ補正を行う構成にすることで、少ない移動量で大きい像位置の補正を行うようにしている。同時に、絞り直後の正の屈折力を持つ第３レンズ群中の最も像側の負の屈折力のレンズ要素（第３ｎレンズ）を画像ぶれ補正レンズとすることで、画像ぶれの補正レンズの小径化を容易としている。
【００３１】
またさらに、その負の屈折力のレンズ要素を１枚の単レンズで構成することにより、像位置補正のためのレンズ要素の小型軽量化を容易にし、移動機構の簡易化及び駆動トルクの軽減化を容易にしている。
【００３２】
以上のように本実施形態では撮影画像の画像ブレを補正するために光軸に対し垂直方向に移動させる光学系をズームレンズ中の比較的軽量な１枚の単レンズにより構成することにより、簡単な構成と装置の小型化、駆動手段の付加の軽減を図った防振機能を有したズームレンズ達成している。
【００３３】
本発明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、さらに良好なる光学性能を有しつつ、装置全体の小型化を図るには次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００３４】
（ア−１）前記第３ｎレンズの材質のアッベ数をν３ｎとしたとき
ν３ｎ＞４５ ・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とすることである。
【００３５】
一般に本発明のように画像ぶれの発生時の結像位置補正のために光学系の一部を平行偏心させると、偏心収差の一つである倍率色収差が発生する。そのため、この時偏心させる画像ぶれ補正光学系は単体で色補正されていることが望ましい。しかし、本発明のように画像ぶれ補正光学系を単レンズで構成する場合は単体の色消しは不可能なため、画像ぶれ補正時の色収差発生を抑えるためには新たな条件が必要となる。
【００３６】
条件式（１）は、画像ブレ補正を行う際に光軸に対し垂直に偏心させる第３ｎレンズの材質のアッベ数を規定する条件式である。条件式（１）の範囲を超えて第３ｎレンズの材質の分散が大きくなると、光学系にブレが生じたときの結像位置の補正のため第３ｎレンズを偏心させた際に、偏心により発生する倍率色収差が大きくなって補正困難となり、良好な画像が得られなくなる。
【００３７】
尚、さらに好ましくは条件式（１）を
ν３ｎ＞５５ ・・・（１ａ）
とするのが良い。
【００３８】
（ア−２）前記第３ｎレンズの焦点距離をｆ３ｎ、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、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
−３．５＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−１．５ ・・・（２）
【００３９】
【数５】
【００４０】
なる条件を満足することを特徴とすることである。
【００４１】
条件式（２）、（３）は、画像ブレ補正を行う際に光軸に対し垂直に偏心させる第３ｎレンズの屈折力、及びその第３ｎレンズを含む第３レンズ群の屈折力の比を規定する条件式である。
【００４２】
条件式（２）の上限を超え第３ｎレンズの負の屈折力が強くなると、第３レンズ群中の第３ｎレンズ以外の正の屈折力の成分を強くしなければならなくなり、高次の球面収差やコマ収差等が大きく発生して画像ぶれ補正時の収差補正が困難となる。一方、条件式（２）の下限を超え第３ｎレンズの負の屈折力が弱くなると、一定の結像位置補正を行うための第３ｎレンズの光軸と垂直方向の移動量が大きくなるとともに、第３ｎレンズの移動時（画像ぶれ補正時）の周辺光量確保のために第３ｎレンズのレンズ径が増大するため、画像ぶれ補正レンズの小型軽量化、及び補正機構の負荷軽減の観点から望ましくない。
【００４３】
また、条件式（３）の上限を超えて第３レンズ群の屈折力が弱まると一定の変倍比を確保するためのレンズ群の移動量が大きくなり、その結果、レンズ全長の増大を招き好ましくない。一方、下限を超えて第３レンズ群の屈折力が強まると、第３レンズ群で発生する収差を全変倍域で良好に補正することが困難になるため望ましくない。
【００４４】
尚、さらに好ましくは条件式（２）、（３）を
−３．０＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−２．０ ・・・（２ａ）
【００４５】
【数６】
【００４６】
とするのが良い。
【００４７】
（ア−３）第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき
【００４８】
【数７】
【００４９】
なる条件を満足することを特徴とすることである。
【００５０】
条件式（４）、（５）、（６）は主にコンパクトで高画質なズームレンズを実現するための各レンズ群の屈折力を規定する条件式である。
【００５１】
条件式（４）の上限を超え第１レンズ群の屈折力が弱くなると、レンズ外径が増大またはレンズ全長が増大し好ましくない。また下限を超え第１レンズ群の屈折力が強くなると、高次の球面収差が大きく発生し補正が困難となる。
【００５２】
条件式（５）の上限を超え第２レンズ群の負の屈折力が強くなると、ペッツバール和が負の方向に大きくなり過ぎ、像面湾曲が大きくなり好ましくない。また下限を超え第２レンズ群の負の屈折力が小さくなると、一定の変倍比を確保するための各レンズ群の移動量が大きくなりレンズ全系のコンパクト化が困難となる。
【００５３】
条件式（６）の上限を超え第４レンズ群の屈折力が弱くなると、バックフォーカスが長くなりレンズ全系のコンパクト化が困難となる。また下限を超え第４レンズ群の屈折力が強くなると、像面湾曲等軸外の高次収差が大きく発生し補正が困難となる。
【００５４】
尚、さらに好ましくは条件式（４）、（５）、（６）を
【００５５】
【数８】
【００５６】
とするのが良い。
【００５７】
（ア−４）前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面は、光軸に対して回転対称な非球面形状とすることである。
【００５８】
本発明のズームレンズにおいては非球面を効果的に配置するのが良く、これによれば全体として少ない構成枚数で優れた光学性能を維持した変倍光学系を達成することが容易となる。
【００５９】
具体的には、変倍負担を大きく持っている第２レンズ群の最も物体側のレンズ面を適切な非球面形状とすることで、変倍時に発生する諸収差を良好に補正するとともに構成枚数を減らすことができる。
【００６０】
（ア−５）前記第４レンズ群の少なくとも１面は、光軸に対して回転対称な非球面形状とすることである。第４レンズ群の負の屈折力を持つレンズの１面を適切な非球面形状とすることで、やはり変倍時の軸外収差の変動を良好に補正し、構成枚数を少なくすることができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、撮影画像の画像ブレを補正するために光軸に対し垂直方向に偏心させる光学系をズームレンズ中の比較的軽量な１枚の単レンズにより構成することにより、簡単な構成と装置の小型化、駆動手段の負荷の軽減を図った防振機能を有したズームレンズが実現している。
【００６２】
また同時に、ズームレンズのレンズ構成を適切に構成することにより、構成枚数の少ない簡単な構成でコンパクトな防振機能を有したズームレンズを実現している。
【００６３】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラ（・光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。
【００６４】
図１３において、１０はビデオカメラ本体、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は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。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１２上に形成された被写体像が表示される。
【００６５】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラ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。
【００６６】
以下に、本発明によるズームレンズの数値実施例１〜３の数値データを示す。
【００６７】
これらの数値実施例において、ｒｉは物体側から順に第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側から順に第ｉ番目の光学部材厚又は空気間隔、ｎｉとνｉはそれぞれ物体側から順に第ｉ番目の光学部材の材質のｄ線における屈折率とアッベ数である。
【００６８】
また、各数値実施例においてＡＬで示す面は非球面であり、その形状は次式によって定義している。
【００６９】
【数９】
【００７０】
ここでＸは光軸からｈだけ離れたレンズ面上の光軸方向への変位量、Ｒは曲率半径、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００７１】
また、各数値実施例の数値条件式に対応する数値も示す。
【００７２】
【外１】
【００７３】
【外２】
【００７４】
【外３】
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如くズームレンズの一部を構成する比較的小型軽量のレンズを光軸と垂直方向に移動させて、ズームレンズが振動（傾動）したときの画像のブレを補正することにより、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画像ぶれを効果的に補正することができるズームレンズ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】 本発明の数値実施例１のレンズ断面図。
【図２】 本発明の数値実施例１のズームレンズの広角端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図３】 本発明の数値実施例１のズームレンズの中間における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
レンズ断面図。
【図４】 本発明の数値実施例１のズームレンズの望遠端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図５】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図。
【図６】 本発明の数値実施例２のズームレンズの広角端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図７】 本発明の数値実施例２のズームレンズの中間における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図８】 本発明の数値実施例２のズームレンズの望遠端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図９】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図。
【図１０】 本発明の数値実施例３のズームレンズの広角端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図１１】 本発明の数値実施例３のズームレンズの中間における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
レンズ断面図。
【図１２】 本発明の数値実施例３のズームレンズの望遠端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図１３】 本発明の光学機器の要部概略図。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
ＡＬ 非球面
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関し、特にズームレンズの一部の単レンズを光軸と垂直方向に移動させることにより、該ズームレンズが振動（傾動）したときの撮影画像のブレ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フィルム用カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の光学機器等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、写真用カメラ、ビデオカメラ、そしてディジタルカメラ等においては、より高画質化や撮影条件の拡大の目的のため手振れ等による撮影画像のブレを補正する防振機能を有したズームレンズが要望されており、そのような防振機能を有した光学系が多く提案されている。
【０００３】
防振機能を有したズームレンズとしては、例えば特開平５−２３２４１０号公報では、物体側より正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにおいて第２群全体を光軸に対して垂直方向に移動させることによって像ブレ補正を行うズームレンズが提案されている。前記提案は、変倍時に機能する１つのレンズ群全体を偏心させることで、光学系にぶれが生じた際の結像位置の補正を行うものである。
【０００４】
また、変倍時に機能するレンズ群の一部を偏心させて光学系にぶれが生じた際の結像位置の補正を行うものとして、特開平９−２３０２３６号公報では、物体側より順に正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにおいて第３レンズ群を正と正の屈折力のレンズ群に分離し、片方のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることで像ブレ補正を行っている。また特開平７−１２８６１９号公報では物体側から正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームにおいて第３レンズ群を負と正の屈折力のレンズ群に分離して、その正の屈折力のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることで像ブレ補正を行っている。
【０００５】
特開平７−１９９１２４号公報では、正、負、正、そして正の屈折力の４つのレンズ群より成る４群構成の変倍光学系において、第３群全体を光軸と垂直方向に振動させて像ブレ補正を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に複数のレンズを画像ブレ補正のために光軸に対して垂直方向に移動させる構成では、移動させるレンズの重量が大きく、そのレンズを保持するレンズ枠部も大きなものとなってくる。このため、ブレ補正駆動を行う手ぶれ駆動系に大きな負担がかかり、その結果手振れ駆動系が大型化し、又偏心に対するレスポンスが遅れてくる。
【０００７】
特開平９−２３０２３５号公報で提案されているズームレンズでは、１枚のレンズを像ブレ補正のために偏心させる構成となっているため、像ブレ補正のために移動させるレンズは軽量である。しかし、主に偏心により発生する諸収差の補正のために補正レンズを正、負のレンズの貼り合わせ構成としており、補正レンズの小型化、軽量化という面でまだ検討の余地があった。
【０００８】
本発明は、ズームレンズの一部を構成する比較的小型軽量な一枚の単レンズを光軸と垂直方向に移動させて、ズームレンズが振動（傾動）したときの画像ブレを補正することにより、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画像ぶれを効果的に補正することができるズームレンズ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、少なくとも前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸上を移動することによって各レンズ群間の空気間隔が変化するズームレンズであって、前記第３レンズ群は最も像側に負の屈折力の単レンズより成る第３ｎレンズを有し、該第３ｎレンズを光軸に対して垂直方向に移動させることによって、該ズームレンズが振動したときに生ずる画像ブレを補正し、前記第３ｎレンズの材質のアッベ数をν３ｎ、前記第３ｎレンズの焦点距離をｆ３ｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき、
ν３ｎ＞４５
−３．５＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−１．５
０．５＜ｆ３／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．４
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は請求項１の発明において第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
１．２＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．２
−０．５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．３
０．６＜ｆ４／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．６
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は請求項１または２の発明において前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面は、光軸に対して回転対称な非球面形状であることを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は請求項１から３のいずれか１項の発明において前記第４レンズ群の少なくとも１面は、光軸に対して回転対称な非球面形状であることを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明の光学機器は請求項１から４のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のズームレンズの数値実施例１のレンズ断面図である。
【００２１】
図２、図３、図４は数値実施例１の広角端、中間、望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２２】
図５は本発明のズームレンズの数値実施例２のレンズ断面図である。
【００２３】
図６、図７、図８は数値実施例２の広角端、中間、望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２４】
図９は本発明のズームレンズの数値実施例３のレンズ断面図である。
【００２５】
図１０、図１１、図１２は数値実施例３の広角端、中間、望遠端のズーム位置における収差図である。
【００２６】
レンズ断面図において（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は各々広角端、中間、望遠端を示している。収差図において（ａ）はブレ補正前（偏心前）の無限遠物体撮影状態での像高０の位置および１５ｍｍ、−１５ｍｍの位置での収差図であり、（ｂ）は０．３°の結像位置ブレ（画像ブレ）補正時（偏心時）の無限遠物体撮影状態での像高０の位置及び１５ｍｍ，−１５ｍｍの位置である。
【００２７】
レンズ断面図において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。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に配置している。ＩＰは像面であり、ＣＣＤ等の撮像素子やフィルム等が配置されている。
【００２８】
第３レンズ群Ｌ３は正の屈折力の第３ｐ群Ｌ３ｐと負の屈折力の単一レンズよりなる第３ｎレンズＬ３ｎより成っている。第３ｎレンズＬ３ｎを光軸と垂直方向に移動させてズームレンズが振動したときに生ずる画像ブレを補正している。ＡＬは非球面である。広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように各レンズ群を物体側へ移動させている。変倍に際して絞りＳＰは第３群と共に移動している。
【００２９】
本発明のズームレンズでは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群を有し、少なくとも該第１、第３、第４レンズ群が光軸上を移動することで各レンズ群間の空気間隔を変化させて広角端から望遠端への変倍及び変倍による像面変動補正を行っている。そして第３レンズ群中の最も像側の負の屈折力の単レンズより成る第３ｎレンズＬ３ｎを光軸に対し垂直方向に移動することによりズームレンズが振動しブレが生じた際の結像位置（画像ブレ）の補正を行っている。
【００３０】
以上のような構成とすることで、変倍に際して第１レンズ群と第２レンズ群の空気間隔を変化させることにより主に第２レンズ群で変倍作用を担い、第３レンズ群の移動で主に変倍に伴う像面変動の補正を行うと同時に第３レンズ群と第４レンズ群の空気間隔を変化させることにより変倍に伴う軸外収差の変動を補正している。又この際、第２レンズ群を光軸上固定としても良く、これによりズームレンズの変倍機構の簡略化が可能となる。そして、正の屈折力を持つ前記第３レンズ群中に負の屈折力を持つレンズ要素（第３ｎレンズ）を配置することにより、第３レンズ群中の正の屈折作用の部分で発生する諸収差をその負の屈折作用によりキャンセル（補正）している。又、その負の屈折力のレンズ要素を光軸に垂直方向に移動することで画像ぶれ補正を行う構成にすることで、少ない移動量で大きい像位置の補正を行うようにしている。同時に、絞り直後の正の屈折力を持つ第３レンズ群中の最も像側の負の屈折力のレンズ要素（第３ｎレンズ）を画像ぶれ補正レンズとすることで、画像ぶれの補正レンズの小径化を容易としている。
【００３１】
またさらに、その負の屈折力のレンズ要素を１枚の単レンズで構成することにより、像位置補正のためのレンズ要素の小型軽量化を容易にし、移動機構の簡易化及び駆動トルクの軽減化を容易にしている。
【００３２】
以上のように本実施形態では撮影画像の画像ブレを補正するために光軸に対し垂直方向に移動させる光学系をズームレンズ中の比較的軽量な１枚の単レンズにより構成することにより、簡単な構成と装置の小型化、駆動手段の付加の軽減を図った防振機能を有したズームレンズ達成している。
【００３３】
本発明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、さらに良好なる光学性能を有しつつ、装置全体の小型化を図るには次の諸条件のうち少なくとも１つを満足させるのが良い。
【００３４】
（ア−１）前記第３ｎレンズの材質のアッベ数をν３ｎとしたとき
ν３ｎ＞４５ ・・・（１）
なる条件を満足することを特徴とすることである。
【００３５】
一般に本発明のように画像ぶれの発生時の結像位置補正のために光学系の一部を平行偏心させると、偏心収差の一つである倍率色収差が発生する。そのため、この時偏心させる画像ぶれ補正光学系は単体で色補正されていることが望ましい。しかし、本発明のように画像ぶれ補正光学系を単レンズで構成する場合は単体の色消しは不可能なため、画像ぶれ補正時の色収差発生を抑えるためには新たな条件が必要となる。
【００３６】
条件式（１）は、画像ブレ補正を行う際に光軸に対し垂直に偏心させる第３ｎレンズの材質のアッベ数を規定する条件式である。条件式（１）の範囲を超えて第３ｎレンズの材質の分散が大きくなると、光学系にブレが生じたときの結像位置の補正のため第３ｎレンズを偏心させた際に、偏心により発生する倍率色収差が大きくなって補正困難となり、良好な画像が得られなくなる。
【００３７】
尚、さらに好ましくは条件式（１）を
ν３ｎ＞５５ ・・・（１ａ）
とするのが良い。
【００３８】
（ア−２）前記第３ｎレンズの焦点距離をｆ３ｎ、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、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき、
−３．５＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−１．５ ・・・（２）
【００３９】
【数５】
なる条件を満足することを特徴とすることである。
【００４１】
条件式（２）、（３）は、画像ブレ補正を行う際に光軸に対し垂直に偏心させる第３ｎレンズの屈折力、及びその第３ｎレンズを含む第３レンズ群の屈折力の比を規定する条件式である。
【００４２】
条件式（２）の上限を超え第３ｎレンズの負の屈折力が強くなると、第３レンズ群中の第３ｎレンズ以外の正の屈折力の成分を強くしなければならなくなり、高次の球面収差やコマ収差等が大きく発生して画像ぶれ補正時の収差補正が困難となる。一方、条件式（２）の下限を超え第３ｎレンズの負の屈折力が弱くなると、一定の結像位置補正を行うための第３ｎレンズの光軸と垂直方向の移動量が大きくなるとともに、第３ｎレンズの移動時（画像ぶれ補正時）の周辺光量確保のために第３ｎレンズのレンズ径が増大するため、画像ぶれ補正レンズの小型軽量化、及び補正機構の負荷軽減の観点から望ましくない。
【００４３】
また、条件式（３）の上限を超えて第３レンズ群の屈折力が弱まると一定の変倍比を確保するためのレンズ群の移動量が大きくなり、その結果、レンズ全長の増大を招き好ましくない。一方、下限を超えて第３レンズ群の屈折力が強まると、第３レンズ群で発生する収差を全変倍域で良好に補正することが困難になるため望ましくない。
【００４４】
尚、さらに好ましくは条件式（２）、（３）を
−３．０＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−２．０ ・・・（２ａ）
【００４５】
【数６】
とするのが良い。
【００４７】
（ア−３）第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔとしたとき
【００４８】
【数７】
なる条件を満足することを特徴とすることである。
【００５０】
条件式（４）、（５）、（６）は主にコンパクトで高画質なズームレンズを実現するための各レンズ群の屈折力を規定する条件式である。
【００５１】
条件式（４）の上限を超え第１レンズ群の屈折力が弱くなると、レンズ外径が増大またはレンズ全長が増大し好ましくない。また下限を超え第１レンズ群の屈折力が強くなると、高次の球面収差が大きく発生し補正が困難となる。
【００５２】
条件式（５）の上限を超え第２レンズ群の負の屈折力が強くなると、ペッツバール和が負の方向に大きくなり過ぎ、像面湾曲が大きくなり好ましくない。また下限を超え第２レンズ群の負の屈折力が小さくなると、一定の変倍比を確保するための各レンズ群の移動量が大きくなりレンズ全系のコンパクト化が困難となる。
【００５３】
条件式（６）の上限を超え第４レンズ群の屈折力が弱くなると、バックフォーカスが長くなりレンズ全系のコンパクト化が困難となる。また下限を超え第４レンズ群の屈折力が強くなると、像面湾曲等軸外の高次収差が大きく発生し補正が困難となる。
【００５４】
尚、さらに好ましくは条件式（４）、（５）、（６）を
【００５５】
【数８】
とするのが良い。
【００５７】
（ア−４）前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面は、光軸に対して回転対称な非球面形状とすることである。
【００５８】
本発明のズームレンズにおいては非球面を効果的に配置するのが良く、これによれば全体として少ない構成枚数で優れた光学性能を維持した変倍光学系を達成することが容易となる。
【００５９】
具体的には、変倍負担を大きく持っている第２レンズ群の最も物体側のレンズ面を適切な非球面形状とすることで、変倍時に発生する諸収差を良好に補正するとともに構成枚数を減らすことができる。
【００６０】
（ア−５）前記第４レンズ群の少なくとも１面は、光軸に対して回転対称な非球面形状とすることである。第４レンズ群の負の屈折力を持つレンズの１面を適切な非球面形状とすることで、やはり変倍時の軸外収差の変動を良好に補正し、構成枚数を少なくすることができる。
【００６１】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、撮影画像の画像ブレを補正するために光軸に対し垂直方向に偏心させる光学系をズームレンズ中の比較的軽量な１枚の単レンズにより構成することにより、簡単な構成と装置の小型化、駆動手段の負荷の軽減を図った防振機能を有したズームレンズが実現している。
【００６２】
また同時に、ズームレンズのレンズ構成を適切に構成することにより、構成枚数の少ない簡単な構成でコンパクトな防振機能を有したズームレンズを実現している。
【００６３】
次に本発明のズームレンズを用いたビデオカメラ（・光学機器）の実施形態を図１３を用いて説明する。
【００６４】
図１３において、１０はビデオカメラ本体、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は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。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１２上に形成された被写体像が表示される。
【００６５】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の電子カメラ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。
【００６６】
以下に、本発明によるズームレンズの数値実施例１〜３の数値データを示す。
【００６７】
これらの数値実施例において、ｒｉは物体側から順に第ｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側から順に第ｉ番目の光学部材厚又は空気間隔、ｎｉとνｉはそれぞれ物体側から順に第ｉ番目の光学部材の材質のｄ線における屈折率とアッベ数である。
【００６８】
また、各数値実施例においてＡＬで示す面は非球面であり、その形状は次式によって定義している。
【００６９】
【数９】
ここでＸは光軸からｈだけ離れたレンズ面上の光軸方向への変位量、Ｒは曲率半径、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【００７１】
また、各数値実施例の数値条件式に対応する数値も示す。
【００７２】
【外１】
【外２】
【外３】
【発明の効果】
本発明によれば前述の如くズームレンズの一部を構成する比較的小型軽量のレンズを光軸と垂直方向に移動させて、ズームレンズが振動（傾動）したときの画像のブレを補正することにより、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画像ぶれを効果的に補正することができるズームレンズ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】 本発明の数値実施例１のレンズ断面図。
【図２】 本発明の数値実施例１のズームレンズの広角端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図３】 本発明の数値実施例１のズームレンズの中間における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
レンズ断面図。
【図４】 本発明の数値実施例１のズームレンズの望遠端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図５】 本発明の数値実施例２のレンズ断面図。
【図６】 本発明の数値実施例２のズームレンズの広角端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図７】 本発明の数値実施例２のズームレンズの中間における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図８】 本発明の数値実施例２のズームレンズの望遠端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図９】 本発明の数値実施例３のレンズ断面図。
【図１０】 本発明の数値実施例３のズームレンズの広角端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図１１】 本発明の数値実施例３のズームレンズの中間における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
レンズ断面図。
【図１２】 本発明の数値実施例３のズームレンズの望遠端における基準状態及びブレ補正時の横収差図。
【図１３】 本発明の光学機器の要部概略図。
【符号の説明】
Ｌ１ 第１群
Ｌ２ 第２群
Ｌ３ 第３群
Ｌ４ 第４群
ＳＰ 絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
ＡＬ 非球面
Claims (5)
- 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、開口絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群より構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、少なくとも前記第１レンズ群と前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸上を移動することによって各レンズ群間の空気間隔が変化するズームレンズであって、前記第３レンズ群は最も像側に負の屈折力の単レンズより成る第３ｎレンズを有し、該第３ｎレンズを光軸に対して垂直方向に移動させることによって、該ズームレンズが振動したときに生ずる画像ブレを補正し、前記第３ｎレンズの材質のアッベ数をν３ｎ、前記第３ｎレンズの焦点距離をｆ３ｎ、前記第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとしたとき、
ν３ｎ＞４５
−３．５＜ｆ３ｎ／ｆ３＜−１．５
０．５＜ｆ３／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．４
なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉとしたとき、
１．２＜ｆ１／√（ｆｗ・ｆｔ）＜２．２
−０．５＜ｆ２／√（ｆｗ・ｆｔ）＜−０．３
０．６＜ｆ４／√（ｆｗ・ｆｔ）＜１．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１のズームレンズ。 - 前記第２レンズ群の最も物体側のレンズ面は、光軸に対して回転対称な非球面形状であることを特徴とする請求項１または２のズームレンズ。
- 前記第４レンズ群の少なくとも１面は、光軸に対して回転対称な非球面形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項のズームレンズ。
- 請求項１から４のいずれか１項のズームレンズを有することを特徴とする光学機器。
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