JP4921050B2 - ズームレンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、一眼レフカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、フィルム用カメラ等の撮像装置に用いられる防振機能を備えたズームレンズに関するものである。

一般に長い焦点距離を含むズームレンズは大型でしかも高重量のものが多い。この為長い焦点距離を含むズームレンズを使用する際には、ズームレンズの振動を抑制して撮影することが困難となる。ズームレンズが振動によって傾くと、撮影画像はその傾き角とそのときのズーム位置での焦点距離に応じた量だけ変位（画像ブレ）する。この為、長い焦点距離を有するズームレンズには撮影画像のぶれを防止する防振機能が設けられているものがある。

防振機能を有したズームレンズとして、物体側から像側へ順に正、負、正の屈折力の第１、第２、第３レンズ群より成り、第２レンズ群全体を光軸と垂直方向に振動させて静止画像を得るズームレンズが知られている（特許文献１、２）。
特開平７−２７９７７号公報 特開２００５−１０６９２５号公報

一般にズームレンズの一部のレンズ群を、光軸に対して垂直方向に偏心させて防振を行う方法は、防振のために特別に余分な光学系を必要としないという利点がある。

しかしながらレンズ群を光軸に垂直方向に偏心させて防振を行うズームレンズにおいて、防振敏感度を高くし、かつズーム比を大きくしていくと、偏心収差が多く発生し、光学性能が低下してくる。

特に長い焦点距離を含むズームレンズでは、望遠側において防振時に偏心収差が多く発生し、これを補正するのが困難になる。

このため、ズームレンズの一部のレンズ群を振動させて画像のブレをなくし、静止画像を得る防振機構には、画像のブレの補正量が大きいことや画像のブレ補正のために振動させるレンズ群（可動レンズ群）の移動量や回転量が少ないこと等が要望される。

又、可動レンズ群を偏心させたとき偏心収差が多く発生すると画像のブレを補正したとき偏心収差の為、画像がボケてくる。この為、防振機能を有したズームレンズにおいては可動レンズ群を光軸と直交する方向に移動させて偏心状態にしたとき偏心収差の発生量が少ないことが要求されている。

又、長い焦点距離を含むズームレンズにおいて大きな有効径を持つレンズ群を防振用のレンズ群とするとそれを駆動させるアクチュエータ径が増大し、また駆動に際して消費電力が増大してくる。

このため長い焦点距離を含むズームレンズにおいて防振を良好に行うには、防振用のレンズ群はレンズ径が小さく、軽量であることが重要になってくる。

本発明は、防振を効果的に行い、かつ振動補償時にも良好な画像を維持することができる防振機能を有したズームレンズの提供を目的とする。

本発明のズームレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングの際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズとの接合レンズそして負レンズＧ_２３から成り、前記第２レンズ群全体が光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動して光軸と直交する方向に像を変位させており、
前記接合レンズの像側の面の曲率半径をＲ_２２Ｒ、前記負レンズＧ_２３の物体側の面の曲率半径をＲ_２３Ｆ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
０．０７≦（Ｒ_２２Ｒ＋Ｒ_２３Ｆ）／（Ｒ_２２Ｒ−Ｒ_２３Ｆ）≦０．２３
０．０９≦ｆ２／ｆｔ≦０．１５
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、防振を効果的に行いつつ防振用のレンズ群を偏心させたときの偏心収差が少なく、高い光学性能を有するズームレンズが得られる。

以下、本発明のズーム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。

図１は本発明の実施例１のズームレンズの広角端（短焦点距離端）におけるレンズ断面図である。図２、図３は実施例１のズームレンズの広角端と望遠端（長焦点距離端）において無限遠物体に合焦させたときの縦収差図である。

図４（Ａ）、（Ｂ）は実施例１のズームレンズの広角端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図５（Ａ）、（Ｂ）は実施例１のズームレンズの望遠端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図６は本発明の実施例２のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図７、図８は実施例２のズームレンズの広角端と望遠端において無限遠物体に合焦させたときの縦収差図である。

図９（Ａ）、（Ｂ）は実施例２のズームレンズの広角端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は実施例２のズームレンズの望遠端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図１１は本発明の実施例３のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図１２、図１３は実施例３のズームレンズの広角端と望遠端において無限遠物体に合焦させたときの縦収差図である。

図１４（Ａ）、（Ｂ）は実施例３のズームレンズの広角端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図１５（Ａ）、（Ｂ）は実施例３のズームレンズの望遠端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図１６は本発明の実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。図１７、図１８は実施例４のズームレンズの広角端と望遠端において無限遠物体に合焦させたときの縦収差図である。

図１９（Ａ）、（Ｂ）は実施例４のズームレンズの広角端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図２０（Ａ）、（Ｂ）は実施例４のズームレンズの望遠端において無限遠物体に合焦させたときの標準状態とズームレンズが０．３°傾いた状態で防振させたときの横収差図である。

図２１は本発明のズームレンズを備えるカメラ（撮像装置）の要部概略図である。各実施例のズームレンズはビデオカメラやデジタルカメラ、そして銀塩フィルムカメラ等の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。

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、ｉは物体側からレンズ群の順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズ群である。

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レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の物体側または第３レンズ群Ｌ３を構成するレンズ間（第３レンズ群中）に配置している。

ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際には像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面に、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する感光面が置かれる。

収差図においてｄ，ｇは各々ｄ線及びｇ線、ΔＭ、ΔＳはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はｇ線によって表している。

ωは半画角、ＦｎｏはＦナンバーである。

横収差図においてｈ_ｇｔは像高である。実線はサジタル像面、点線はメリディオナル像面である。又、横収差図において横軸は瞳面上における高さである。

尚、以下の各実施例において広角端と望遠端は変倍用レンズ群（第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２）が機構上光軸上を移動可能な範囲の両端に位置したときのズーム位置をいう。

矢印は広角端から望遠端へのズーミングにおける各レンズ群の移動軌跡を示している。

具体的には、各実施例では広角端から望遠端へのズーミングに際して矢印のように第１レンズ群Ｌ１は物体側へ、第２レンズ群Ｌ２は像側へ移動している。

又、第３レンズ群Ｌ３は像側へ凸状の軌跡で移動して変倍に伴う像面変動を補正している。

各実施例のズームレンズは、広角端から望遠端へのズーミングの際に、該第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との間隔及び第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間隔が変化するズームレンズである。

このとき、各レンズ群は広角端に対して望遠端での第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２の間隔が大きく、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の間隔が小さくなるように移動している。

尚、フォーカスは第１レンズ群Ｌ１を光軸方向に移動させて行っている。各実施例において、第２レンズ群Ｌ２は、光軸と垂直方向の成分を持つように移動して、ズームレンズ全体が振動したときの像ぶれを補正している。

即ち防振を行っている。

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うようにし、ズームレンズ全体が大型化するのを防止している。

第２レンズ群Ｌ２（第２レンズ群全体）を光軸と直交する方向の成分を持つように移動させ像を変位させて防振効果を得る際、第２レンズ群Ｌ２自体が発生する諸収差が十分補正されていないと第２レンズ群Ｌ２より像側のレンズ群による収差の補正が困難となる。

一方、防振機能を有する光学系では、防振用の可動レンズ群の少ない駆動量で十分大きな画像のブレを補正することが望ましい。防振用の可動レンズ群の防振のための移動量が大きいと防振状態のとき、光線のケラレをなくすために可動レンズ群の有効外径を大きくしておかねばならない。

この結果、可動レンズ群が大型化し、又重量が増大してくる。可動レンズ群である第２レンズ群Ｌ２の偏心敏感度（可動レンズ群の単位移動量ΔＨに対する画像のブレの補正量Δｘとの比Δｘ／ΔＨ）を大きくするためには第２レンズ群Ｌ２自体がもつパワーを強める必要がある。

そこで各実施例では、第２レンズ群Ｌ２を正レンズＧ_２１と負レンズＧ_２２より成る接合レンズＧ_２ａおよびパワーを強めるため、負レンズＧ_２３を有するように構成している。

特に、物体側から像側へ順に第２レンズ群Ｌ２を正レンズＧ_２１と負レンズＧ_２２の接合レンズＧ_２ａ、負レンズＧ_２３で構成している。

これによって防振を効果的に行っている。

これにより、正レンズＧ_２１で光束を一旦集束させてから負レンズＧ_２２、Ｇ_２３で発散させることで、第２レンズ群Ｌ２の有効径が小さくなり、重量を軽減させて偏心駆動が容易となるようにしている。

第３レンズ群Ｌ３は物体側から像側へ順に実施例１では両凸形状の正レンズ、開口絞りＳＰ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側が凸面の正レンズ、負レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより成っている。

又、実施例２では両凸形状の正レンズ、開口絞りＳＰ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側が凸面の正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、負レンズより成っている。

又実施例３では開口絞りＳＰ、両凸形状の正レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側が凸面の正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、負レンズより成っている。

又、実施例４では開口絞りＳＰ、両凸形状の正レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、物体側が凸面の正レンズ、負レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズより成っている。

各実施例では以上のように第３レンズ群Ｌ３を構成することによって高ズーム比を確保しつつ、全ズーム範囲にわたり高い光学性能を得ている。

開口絞りＳＰはズーミングに対して第３レンズ群Ｌ３と一体に移動している。尚、実施例３、４では開口絞りＳＰはズーミングに際して第３レンズ群Ｌ３と別体にて移動してもよい。

開口絞りＳＰを第３レンズ群Ｌ３と一体に移動すると移動／可動で分けられる群数が少なくなり、メカ構造が簡素化しやすくなる。

また、第３レンズ群Ｌ３と別体にて移動させる場合は、前玉径が小型化になる。

尚、各実施例において、第１レンズ群Ｌ１の物体側や第３レンズ群Ｌ３の像側に屈折力の小さなレンズ群を付加しても良い。

又、テレコンバーターレンズやワイドコンバーターレンズなどを物体側や像側に配置しても良い。

各実施例においては、次の条件の１以上を満足するようにしている。これによって各条件に相当する効果を得ている。

第２レンズ群Ｌ２を構成する接合レンズＧ２ａの像側の面の曲率半池をＲ２２_Ｒ、
負レンズＧ_２３の物体側の面の曲率半径をＲ_２３Ｆとする。

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Ｌ２の焦点距離をｆ２とする。

このとき

０．０７≦（Ｒ_２２Ｒ＋Ｒ_２３Ｆ）／（Ｒ_２２Ｒ−Ｒ_２３Ｆ）≦０．２３・・・（１）
０．０９≦ｆ２／ｆｔ≦０．１５ ・・・（２）
３．５≦ｆｔ／ｆｗ ・・・（３）

なる条件を１以上満足するようにしている。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）は防振用のレンズ群である第２レンズ群Ｌ２を構成する接合レンズと負レンズＧ_２３間で形成される空気レンズのシェイプファクタを規定するものである。条件式（１）の上限を超えると防振時に発生する偏心コマ収差の補正が困難になってくる。又、下限を超えると球面収差の補正が困難になってくる。

条件式（２）は防振用のレンズ群である第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を規定し、防振を効果的に行うためのものである。上限を超えると第２レンズ群Ｌ２の屈折力が弱くなりすぎ、ズームレンズ全体が大型化してくる。又、下限を超えると第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなりすぎ、球面収差が正側に大きくなり、又ペッツバール和が負側に大きくなりやすく、像面湾曲が大きくなってくる。

条件式（３）はズーム比に関する。

各実施例のズームレンズは、３．５倍以上の高ズーム比を確保しつつ、防振を効果的に行っている。

条件式（３）の下限を超えると、ズーム比が小さくなりすぎて所望のズーム比で撮影することが難しくなる。

尚、更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定すると防振時の光学性能と第２レンズＬ２の補正量の両立が容易となるので好ましい。

以上のように各実施例によれば、各レンズ群の屈折力配置や各レンズ群のレンズ構成を適切に設定するとともにズームレンズの一部を構成する比較的小型軽量の第２レンズ群Ｌ２を防振レンズ群としている。

そしてこの第２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て、ズームレンズが振動（傾動）したときの画像のぶれを補正している。

これにより、光学系全体の小型化、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第２レンズ群Ｌ２を偏心させたときの偏心収差を良好に補正したズームレンズを得ている。

又各実施例によれば、写真カメラや、ビデオカメラ、ビデオスチルカメラ等の撮像装置に好適な画角２７°〜６°程度の防振機能を備えたズームレンズが得られる。

以下に、実施例１〜３に各々対応する数値実施例１〜３を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、ｒｉは第ｉ番目（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、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。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーである。

又前述の各条件式と数値実施例における諸数値との関係を表１に示す。

次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いた実施例を図２１を用いて説明する。図２１において、１０は一眼レフカメラ本体、１１は本発明によるズームレンズを搭載した交換レンズ、１２は交換レンズ１１を通して得られる被写体像を記録する銀塩フィルムや固体撮像素子（光電変換素子）などの感光面、１３は交換レンズ１１からの被写体像を観察するファインダー光学系、１４は交換レンズ１１からの被写体像を感光面１２とファインダー光学系１３に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー１４を介してピント板１５に結像した被写体像をペンタプリズム１６で正立像としたのち、接眼光学系１７で拡大して観察する。撮影時にはクイックリターンミラー１４が矢印方向に回動して被写体像は感光面記録手段１２に形成される結像して記録される。

このように本発明のズームレンズを一眼レフカメラ交換レンズ等の光学機器に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。

尚、本発明はクイックリターンミラーのないＳＬＲ（Ｓｉｎｇｌｅ ｌｅｎｓ Ｒｅｆｌｅｘ）カメラにも同様に適用することができる。

尚、本発明のズームレンズはビデオカメラにも同様に適用することができる。

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 実施例１のズームレンズの広角端における縦収差図 実施例１のズームレンズの望遠端における縦収差図 実施例１のズームレンズの広角端における標準状態での横収差図 実施例１のズームレンズの広角端における防振時の横収差図 実施例１のズームレンズの望遠端における標準状態での横収差図 実施例１のズームレンズの望遠端における防振時の横収差図 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 実施例２のズームレンズの広角端における縦収差図 実施例２のズームレンズの望遠端における縦収差図 実施例２のズームレンズの広角端における標準状態での横収差図 実施例２のズームレンズの広角端における防振時の横収差図 実施例２のズームレンズの望遠端における標準状態での横収差図 実施例２のズームレンズの望遠端における防振時の横収差図 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 実施例３のズームレンズの広角端における縦収差図 実施例３のズームレンズの望遠端における縦収差図 実施例３のズームレンズの広角端における標準状態での横収差図 実施例３のズームレンズの広角端における防振時の横収差図 実施例３のズームレンズの望遠端における標準状態での横収差図 実施例３のズームレンズの望遠端における防振時の横収差図 実施例４のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図 実施例４のズームレンズの広角端における縦収差図 実施例４のズームレンズの望遠端における縦収差図 実施例４のズームレンズの広角端における標準状態での横収差図 実施例４のズームレンズの広角端における防振時の横収差図 実施例４のズームレンズの望遠端における標準状態での横収差図 実施例４のズームレンズの望遠端における防振時の横収差図 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
ＳＰ：開口絞り
ＩＰ：像面
ｄ：ｄ線
ｇ：ｇ線
Ｍ：メリディオナル像面
Ｓ：サジタル像面

Claims (5)

1. 物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群より構成され、広角端から望遠端へのズーミングの際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔及び前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔が変化するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群は物体側から像側へ順に、正レンズと負レンズとの接合レンズそして負レンズＧ_２３から成り、前記第２レンズ群全体が光軸に対して垂直方向の成分を持つように移動して光軸と直交する方向に像を変位させており、
   前記接合レンズの像側の面の曲率半径をＲ_２２Ｒ、前記負レンズＧ_２３の物体側の面の曲率半径をＲ_２３Ｆ、望遠端における全系の焦点距離をｆｔ、前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
   ０．０７≦（Ｒ_２２Ｒ＋Ｒ_２３Ｆ）／（Ｒ_２２Ｒ−Ｒ_２３Ｆ）≦０．２３
   ０．０９≦ｆ２／ｆｔ≦０．１５
   なる条件を満足することを特徴とするズームレンズ。
2. 広角端と望遠端における全系の焦点距離を各々ｆｗ、ｆｔとするとき、
   ３．５≦ｆｔ／ｆｗ
   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。
3. 前記第３レンズ群の物体側又は該第３レンズ群中に開口絞りを有することを特徴とする請求項１又は２のズームレンズ。
4. 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３のいずれか１項のズームレンズ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された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。