JP2006030340A

JP2006030340A - 防振機能付き変倍光学系

Info

Publication number: JP2006030340A
Application number: JP2004205564A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ori; 哲也小里
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】正、負、正、正の４群構成の防振機能付き変倍光学系において、レンズ系およびその駆動系が小型とされ、小パワーで迅速な防振制御を行い得るとともに、特に、合焦時の像面湾曲の変動が小さく、その他の諸収差も良好なものとすることができ、撮像素子における受光効率を良好なものとし得るように、防振機能を付加する。
【解決手段】物体側から順に、変倍および合焦に際して固定の正の第１レンズ群Ｇ_１、変倍機能を備えた負の第２レンズ群Ｇ_２、正の第３レンズ群Ｇ_３、変倍による像面変動の補正機能および合焦機能を備えた正の第４レンズ群Ｇ_４を配設する。第３レンズ群Ｇ_３は、物体側から順に、負の第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）および正の第３ｂレンズ群（第８レンズＬ_８）を配設してなり、第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）を光軸Ｘと略直交する方向に移動させて変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、防振機能付き変倍光学系に関し、詳しくは、変倍光学系の一部のレンズ群を、例えば光軸と略直交する方向に移動させることにより、変倍光学系が振動（傾動）した際に生じる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た写真用カメラ、ビデオカメラ、電子スチルカメラ、あるいは３−ＣＣＤ対応の電子カメラ等、特にＣＣＤサイズの小さい小型デジタルカメラ等に好適に用いられる防振機能付き変倍光学系に関するものである。

移動する自動車等の移動物体上からの撮影や、シャッタースピードが遅い条件下における手持ち撮影では、撮影光学系に振動が伝わり手振れとなって撮影画像にブレが生じる。

従来、撮影光学系の振動に伴う撮影画像のブレを防止する機能を有した防振光学系が種々提案されている。
このような防振光学系として、撮影光学系の一部のレンズ群を光軸と略直交する方向に移動させることにより画像の安定化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された技術は、物体側より順に、変倍および合焦の際に固定される正の第１レンズ群、変倍機能を備えた負の第２レンズ群、正の第３レンズ群、および変倍により変動する像面を補正する補正機能と合焦機能の双方の機能を備えた正の第４レンズ群からなり、第３レンズ群は、物体側から順に、正の第３１レンズ群および負の第３２レンズ群を有し、これら第３１レンズ群または第３２レンズ群を光軸と略直交する方向に移動させることにより変倍光学系が振動した際の撮影画像のブレを補正するようにしたものである。

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、第３レンズ群のレンズ構成として、正のレンズを先行させているため、第３レンズ群の主点の位置が物体側に寄ることになり、第３レンズ群と第４レンズ群の間の空気間隔が小さくなる。この結果、第４レンズ群の合焦時の移動量が小さくなってしまい、また近距離の合焦を可能とするためには第４レンズ群の屈折力をさらに強くする必要があることから、合焦時の像面湾曲の変動が大きくなり解像性が低下してしまう。

さらに、上記特許文献１に記載のものでは、第３レンズ群の像側に負レンズの第３２レンズ群を配置しているため、ＣＣＤ等の撮像素子への光線射出角度が大きくなり、撮像素子における受光効率が低下する。
このような問題に対応した技術として、上記第３レンズ群の構成において、物体側から順に、負の屈折力を有する第３１レンズ群および正の屈折力を有する第３２レンズ群を配列し、第３２レンズ群を光軸と略直交する方向に移動させることにより変倍光学系が振動した際の撮影画像のブレを補正するようにしたものが知られている（下記特許文献２参照）。

特開平１０−２３２４２０号公報特開平１１−２３７５５０号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載のものでは、像側に配置した正レンズからなる第３２レンズ群を防振用に駆動しており、その物体側には負レンズからなる第３１レンズ群が配されている。すなわち、第３１レンズ群の光束発散性により、第３２レンズ群の位置においては光束が拡がっているため、第３２レンズ群はどうしても大径化してしまい、重量も大きくなるので小パワーで迅速な防振制御を行い難いという問題があった。今日、デジタルカメラにおいては、小型軽量化と共に省力化が強く求められており、より小パワーで迅速な防振制御を行い得るレンズ系の開発が望まれる。

さらに、小型デジタルカメラ等においては、レンズの焦点距離等が短く設定されていることから、フォーカスレンズの移動量等が小さく、マクロ撮影（近距離撮影）を行う上で機構上有利であり、また、実際にマクロ撮影を行うことへの要求も強い。

その一方で、マクロ撮影時においては、ストロボ等の補助光源を使用すると、被写体反射光の色再現が大幅に低下することから、このような補助光源を使用しないことが肝要であるが、そうすると、シャッタースピードは遅くしなければならず、画像のブレが目立ち易いマクロ撮影においては、特に手振れによる撮影画像のブレを抑制することが必要となる。このような観点からも、撮影画像のブレを、小パワーで、より迅速に防止し得る防振光学系が望まれている。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、レンズ系およびその駆動系が小型とされ、特にマクロ撮影において、小パワーで迅速な防振制御を行い得るとともに、合焦時の像面湾曲の変動が小さく、その他の諸収差も良好なものとすることができ、撮像素子における受光効率を良好なものとし得る、防振機能付き変倍光学系を提供することを目的とするものである。

本発明の防振機能付き変倍光学系は、物体側から順に、変倍および合焦に際して固定される正の屈折力を有する第１レンズ群、変倍機能を備えた負の屈折力を有する第２レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍による像面変動の補正機能と合焦機能とを備えた正の屈折力を有する第４レンズ群を配設してなる変倍光学系であって、
前記第３レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第３ａレンズ群、および正の屈折力を有する第３ｂレンズ群を備え、
前記第３ａレンズ群を、光軸と交差する方向に移動させて前記変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正することを特徴とするものである。ここで、「交差」する角度としては略９０度とすることが好ましい。

また、前記第３ａレンズ群は、１枚のレンズにより構成されていることが好ましい。

また、前記第３ａレンズ群は、少なくとも１面の非球面形状のレンズ面を有することが好ましい。

また、前記第３ｂレンズ群は、正レンズと負レンズを接合してなる接合レンズにより構成するとよい。

さらに、前記第３ｂレンズ群は、１枚の非球面レンズにより構成してもよい。

本発明の防振機能付き変倍光学系によれば、第３レンズ群の物体側に配置した第３ａレンズ群を防振用に駆動している。そして、この第３ａレンズ群を負の屈折力を有するレンズにより構成するとともに、この第３ａレンズ群の像側に正の屈折力を有する第３ｂレンズ群を配置することにより、この第３ａレンズ群における光束の拡がりを小さくし得るようにしているので、この第３ａレンズ群を小径化することができ、重量も小さくすることができるので、小パワーで迅速な防振制御を行うことが可能となる。

このように、本発明の防振機能付き変倍光学系によれば、小パワーで迅速な防振制御を行うことにより、撮影画像のブレを確実に防止しているので、シャッタースピードを遅くする必要があり、画像ブレが目立ち易いマクロ撮影にも良好に対応することができる。

また、第３レンズ群の構成として、物体側から順に、負の屈折力の第３ａレンズ群および正の屈折力の第３ｂレンズ群を配列しているため、第３レンズ群の主点の位置が像側に位置することとなり、第３レンズ群と第４レンズ群間の空気間隔を広くとることができ、第４レンズ群の合焦時の移動量を大きくとることができる。これにより、近距離撮影時の合焦が容易となる。また、第４レンズ群の屈折力をある程度の強さに抑えることができ、合焦時の像面湾曲の変動も小さくすることができ、解像性も安定させることができる。

さらに、第３レンズ群において、正の屈折力を有する第３ｂレンズ群を像側に配置しているため、ＣＣＤへの射出角度を小さくすることができ、受光効率を向上させることができる。

また、前記３ａレンズ群を１枚のレンズにより構成することで、より軽量化が図りやすくなり、より小パワーで迅速な防振制御を行うことが可能となる。

また、前記３ｂレンズ群を正レンズと負レンズの１組の接合レンズにより構成することで、軸上色収差の低減を図ることができ、画質の向上を達成することができる。

また、前記第３ａレンズ群中に少なくとも１面の非球面を設けたり、前記３ｂレンズ群中に少なくとも１枚の非球面レンズを設けることで、球面収差の補正を良好なものとしつつ、防振時の画質の安定化を達成することができる。

以下、本発明の実施形態に係る防振機能付き変倍光学系について、代表例として実施例１を示す図１を用いて説明する。
なお、図１の下段には、広角端から望遠端に至る各レンズ群の移動軌跡を示してある（図２、図３において同じ）。なお、第４レンズ群の移動軌跡のうち、実線は無限遠物体距離における移動軌跡を示し、破線は有限物体距離における移動軌跡を示す。

本発明の実施形態に係る防振機能付き変倍光学系は、図１に示すように、物体側から順に、変倍および合焦に際して固定される、３枚のレンズＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３からなる正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ_１、変倍機能を備えた、３枚のレンズＬ_４、Ｌ_５、Ｌ_６からなる負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ_２、２枚のレンズＬ_７、Ｌ_８からなる（実施例２、３では、３枚のレンズＬ_７、Ｌ_８、Ｌ_９からなる）正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ_３、および変倍による像面変動の補正機能と合焦機能とを備えた、３枚のレンズＬ_９、Ｌ_１０、Ｌ_１１からなる（実施例２、３では、３枚のレンズＬ_１０、Ｌ_１１、Ｌ_１２からなる）正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ_４を配設してなる。

また、第３レンズ群Ｇ_３の物体側には絞り３が配設されており、第４レンズ群Ｇ_４と結像面（ＣＣＤ撮像面）１との間には、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタを含むフィルタ部２が配されている。

この防振機能付き変倍光学系では、第２レンズ群Ｇ_２を光軸Ｘに沿って移動させることにより、全系の焦点距離ｆを変化させるとともに、第４レンズ群Ｇ_４を光軸Ｘに沿って移動させることにより、変倍による像面変動の補正と合焦を行い、光束を結像面１上に効率よく収束させるようにしている。

また、上記第３レンズ群Ｇ_３は、物体側から順に、負の第３ａレンズ群、および正の第３ｂレンズ群よりなり、第３ａレンズ群が第７レンズＬ_７により、第３ｂレンズ群が第８レンズＬ_８により各々構成される（実施例２および実施例３では、第７レンズＬ_７により第３ａレンズ群が、第８レンズＬ_８および第９レンズＬ_９により第３ｂレンズ群が構成される）。

そして本実施形態では、第３ａレンズ群を構成する第７レンズＬ_７を光軸Xと略直交する方向に移動させることにより、変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正するようになっている。

具体的には、例えば、予めカメラ等に内蔵させた記憶装置に、手振れを補正するための第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）の軸ずらし量を記憶させておき、カメラ側に配設されている角速度センサを用いて手振れ量を検知し、変倍光学系に配設したアクチュエータを用いて手振れ量に対応する軸ずらし量だけ第３ａレンズ群（第７レンズＬ_７）を光軸Xと略直交する方向に移動させる。

このように、第３レンズ群Ｇ_３の構成として、物体側から順に、負の第３ａレンズ群および正の第３ｂレンズ群を配列しているため、第３レンズ群Ｇ_３の主点の位置が像側に位置することとなり、第３レンズ群Ｇ_３と第４レンズ群Ｇ_４間の空気間隔を広くとることができ、第４レンズ群Ｇ_４の合焦時の移動量を大きくとることができる。これにより、近距離撮影時の合焦が容易となる。また、第４レンズ群Ｇ_４の屈折力をある程度の強さに抑えることができ、合焦時の像面湾曲の変動の良化、解像性の安定化を図ることができる。さらに、第３レンズ群Ｇ_３において、像側に正の屈折力を有する第３ｂレンズ群を配置したことで、ＣＣＤへの射出角度を小さくすることができ、受光効率を向上させることができる。

また、防振用に駆動する第３ａレンズ群を負の屈折力を有するレンズにより構成するとともに、この第３ａレンズ群の像側に正の屈折力を有する第３ｂレンズ群を配置することにより、この第３ａレンズ群の位置における光束の拡がりが小さくなるため、この第３ａレンズ群の小径化および軽量化を図ることができ、小パワーで迅速な防振制御を行うことが可能となる。

また、第３ａレンズ群を１枚のレンズにより構成することで、軽量化が促進され、より小パワーで迅速な防振制御を行うことが可能となる。

また、本実施形態に係る防振機能付き変倍光学系では、第３レンズ群Ｇ_３を負レンズ群と正レンズ群との組合せとすることにより、色収差を減少させ、ペッツバール和を最適化して像面湾曲を減少させることができる、という効果を奏する。

また、第７レンズＬ_７、第８レンズＬ_８および第１１レンズＬ_１１（実施例２および実施例３では、第７レンズＬ_７および第１２レンズＬ_１２）の両面は、下記非球面式により表される非球面形状とされている。これにより、球面収差の補正を良好なものとしつつ、防振時の画質の安定化を図ることができる。

＜実施例１＞
以下、本発明の実施例１に係る防振機能付き変倍光学系の具体的構成について説明する。
実施例１に係る防振機能付き変倍光学系は、図１に示すようなレンズ構成とされている。

すなわち、第１レンズ群Ｇ_１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第１レンズＬ_１、両凸の第２レンズＬ_２、物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ_３からなり、第１レンズＬ_１および第２レンズＬ_２は互いにレンズ面が接合された接合レンズとなっている。

第２レンズ群Ｇ_２は、物体側から順に、両凹の第４レンズＬ_４、両凹の第５レンズＬ_５、および物体側に凸面を向けた正の屈折力を有するメニスカス形状の第６レンズＬ_６からなり、第５レンズＬ_５および第６レンズＬ_６は互いにレンズ面が接合された接合レンズとなっている。

第３レンズ群Ｇ_３は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた、パワーの小さい第７レンズＬ_７、および両凸の第８レンズＬ_８よりなる。なお、第７レンズＬ_７により第３ａレンズ群を構成し、第８レンズＬ_８により第３ｂレンズ群を構成する。

第４レンズ群Ｇ_４は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負の屈折力を有するメニスカス形状の第９レンズＬ_９、両凸の第１０レンズＬ_１０、および像側に凸面を向けたパワーの小さいメニスカス形状の第１１レンズＬ_１１からなり、第９レンズＬ_９および第１０レンズＬ_１０は互いにレンズ面が接合された接合レンズとなっている。

実施例１に係る防振機能付き変倍光学系に関する各数値を下記表１に示す。
表１の第１段目に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔（以下、これらを総称して軸上面間隔という）Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。
なお、表中の数字は物体側からの順番を表すものである（表２、表3において同じ）。

また、表１の第２段目に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.13ｍｍ）、および望遠端(f=45.08ｍｍ)の各位置におけるＤ_５、Ｄ_１０、Ｄ_１５、およびＤ_２０の可変範囲の値を示す。
また、表１の第３段目に、広角端（ｆ=8.13ｍｍ）および望遠端(f=45.08ｍｍ)の各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。

また、表２に、上記非球面式に示される非球面の各定数ＫＡ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。すなわち、第７レンズＬ_７、第８レンズＬ_８および第１１レンズＬ_１１の両面についての各非球面係数の値が示されている。

図４は上記実施例１に係る防振機能付き変倍光学系の広角端（ｆ=8.13ｍｍ）および望遠端(f=45.08ｍｍ)の各位置における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。なお、各球面収差図には、615nm、587.6nm、460nmにおける収差が示されており、各非点収差図には、サジタル像面およびタンジェンシャル像面に対する収差が示されている（図５、図６についても同じ）。
この図４から明らかなように、実施例１に係る防振機能付き変倍光学系によればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされている。

＜実施例２＞
実施例２に係る防振機能付き変倍光学系は、図２に示すごとく、実施例１のものと略同様のレンズ構成を備えている。ただし、実施例１とは、主として第３ｂレンズ群が、両凸レンズＬ_８、および像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズＬ_９からなる接合レンズとされている点で異なっている。このように、第３ｂレンズ群を正レンズと負レンズからなる接合レンズにより構成することで、軸上色収差の低減を図ることができ、画質の向上を図ることができる。

実施例２に係る防振機能付き変倍光学系に関する各数値を下記表３に示す。
表３の第１段目に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。
また、表３の第２段目に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.16ｍｍ）、および望遠端(f=45.26ｍｍ)の各位置におけるＤ_５、Ｄ_１０、Ｄ_１６、およびＤ_２１の可変範囲の値を示す。
また、表３の第３段目に、広角端（ｆ=8.16ｍｍ）および望遠端(f=45.26ｍｍ)の各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。

また、表４に、上記非球面式に示される非球面の各定数ＫＡ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。すなわち、第７レンズＬ_７および第１２レンズＬ_１２の両面についての各非球面係数の値が示されている。

図５は上記実施例２に係る防振機能付き変倍光学系の広角端（ｆ=8.16ｍｍ）および望遠端(f=45.26ｍｍ)の各位置における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図５から明らかなように、実施例２に係る防振機能付き変倍光学系によればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

＜実施例３＞
実施例３に係る防振機能付き変倍光学系は、図３に示すごとく、実施例２のものと略同様のレンズ構成を備えている。ただし、実施例２とは、主として、第３ｂレンズ群の接合レンズにおいて、第８レンズＬ_８が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ、第９レンズＬ_９が両凸レンズとされている点で異なっている。

実施例３に係る防振機能付き変倍光学系に関する各数値を下記表５に示す。
表５の第１段目に、各レンズ面の曲率半径Ｒ（ｍｍ）、各レンズの軸上面間隔Ｄ（ｍｍ）、各レンズのｄ線における、屈折率Ｎおよびアッベ数νの値を示す。
また、表５の第２段目に、上述した軸上面間隔Ｄの欄における広角端（ｆ=8.11ｍｍ）、および望遠端(f=44.97ｍｍ)の各位置におけるＤ_５、Ｄ_１０、Ｄ_１６、およびＤ_２１の可変範囲の値を示す。
また、表５の第３段目に、広角端（ｆ=8.11ｍｍ）および望遠端(f=44.97ｍｍ)の各位置における焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆ_ＮＯおよび画角２ωの値を示す。

また、表６に、上記非球面式に示される非球面の各定数ＫＡ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０の値を示す。すなわち、第７レンズＬ_７および第１２レンズＬ_１２の両面についての各非球面係数の値が示されている。

図６は上記実施例３に係る防振機能付き変倍光学系の広角端（ｆ=8.11ｍｍ）および望遠端(f=44.97ｍｍ)の各位置における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図である。
この図６から明らかなように、実施例３に係る防振機能付き変倍光学系によればズーム領域の全体に亘って良好な収差補正がなされる。

本発明の実施形態（実施例１）に係る防振機能付き変倍光学系のレンズ構成図本発明の実施形態（実施例２）に係る防振機能付き変倍光学系のレンズ構成図本発明の実施形態（実施例３）に係る防振機能付き変倍光学系のレンズ構成図本発明の実施例１に係る防振機能付き変倍光学系の広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例２に係る防振機能付き変倍光学系の広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図本発明の実施例３に係る防振機能付き変倍光学系の広角端および望遠端における諸収差（球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差）を示す収差図

符号の説明

Ｇ_１〜Ｇ_４レンズ群
Ｌ_１〜Ｌ_１２レンズ
Ｘ光軸
１結像面
２フィルタ部
３絞り

Claims

物体側から順に、変倍および合焦に際して固定される、正の屈折力を有する第１レンズ群、変倍機能を備えた負の屈折力を有する第２レンズ群、絞り、正の屈折力を有する第３レンズ群、および変倍による像面変動の補正機能と合焦機能とを備えた正の屈折力を有する第４レンズ群を配設してなる変倍光学系であって、
前記第３レンズ群は、物体側から順に、負の屈折力を有する第３ａレンズ群、および正の屈折力を有する第３ｂレンズ群を備え、
前記第３ａレンズ群を、光軸と交差する方向に移動させて前記変倍光学系の振動に伴う撮影画像のブレを補正することを特徴とする防振機能付き変倍光学系。
前記第３ａレンズ群が、１枚のレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の防振機能付き変倍光学系。
前記第３ａレンズ群は、少なくとも１面の非球面形状のレンズ面を有することを特徴とする請求項１または２記載の防振機能付き変倍光学系。
前記第３ｂレンズ群が、正レンズと負レンズを接合してなる接合レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の防振機能付き変倍光学系。
前記第３ｂレンズ群が１枚の非球面レンズにより構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項記載の防振機能付き変倍光学系。