JP4095131B2 - 防振機能を有した変倍光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は防振機能を有した変倍光学系に関し、特に変倍光学系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることにより、該変倍光学系が振動（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写真用カメラやビデオカメラ等に好適な防振機能を有した変倍光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
進行中の車や航空機等移動物体上から撮影をしようとすると撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にブレが生じる。
【０００３】
従来よりこのときの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と提案されている。
【０００４】
例えば特公昭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。
【０００５】
特開昭６１−２２３８１９号公報では最も被写体側に屈折型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屈折型可変頂角プリズムの頂角を変化させて画像を偏向させて画像の安定化を図っている。
【０００６】
特公昭５６−３４８４７号公報、特公昭５７−７４１４号公報等では撮影系の一部に振動に対して空間的に固定の光学部材を配置し、この光学部材の振動に対して生ずるプリズム作用を利用することにより撮影画像を偏向させ結像面上で静止画像を得ている。
【０００７】
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、このとき得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と直交する方向に振動させることにより静止画像を得る方法も行なわれている。
【０００８】
又、特開平７−１２８６１９号公報では、物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の第１群、変倍機能を有する負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、そして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有する正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有した変倍光学系であって、該第３群は負の屈折力の第３１群と正の屈折力の第３２群の２つのレンズ群より成り、該第３２群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動したときの撮影画像のブレを補正している。
【０００９】
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防振を行っている。
【００１０】
一方、特開平５−６０９７４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群を正レンズとメニスカス状の負レンズのテレフォトタイプより構成してレンズ全長の短縮化を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に防振光学系を撮影系の前方に配置し、該防振光学系の一部の可動レンズ群を振動させて撮影画像のブレを無くし、静止画像を得る方法は装置全体が大型化し、且つ該可動レンズ群を移動させる為の移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【００１２】
又、可動レンズ群を振動させたときの偏心収差の発生量が多くなり光学性能が大きく低下してくるという問題点もあった。
【００１３】
可変頂角プリズムを利用して防振を行なう光学系では特に長焦点距離側（望遠側）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った。
【００１４】
一方、撮影系の一部のレンズを光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行なう光学系においては、防振の為に特別な光学系は要しないという利点はあるが、移動させるレンズの為の空間を必要とし、又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った。
【００１５】
又前述した正、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群全体を光軸に垂直方向に移動させて防振を行った場合、第３群をレンズ全長短縮のため正レンズとメニスカス状の負レンズのテレフォトタイプで構成したとき、偏心収差、特に偏心歪曲収差が多く発生する。これをビデオカメラ等の動画撮影を行うものに使った場合、防振時の画像の変形が目立つといった問題点があった。
【００１６】
本発明は、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）したときの画像のブレを補正する際、該レンズ群のレンズ構成を適切に構成することにより、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該レンズ群を偏心させたときの偏心発生量を少なく抑え、偏心収差を良好に補正した防振機能を有した変倍光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【００１７】
本発明の防振機能を有した変倍光学系は、物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の第１群、変倍の際に移動する負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、そして変倍により変動する像面を補正すると共に合焦の際に移動する正の屈折力の第４群の４つのレンズ群から構成された変倍光学系であって、
該第３群は、物体側から順に配置された、正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズから構成されテレフォト構成であると共に１つの非球面を有し、
該第３群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動したときの撮影画像のブレを補正しており、
該第３レンズ群，第４レンズ群の望遠端における近軸横倍率を各々β３ｔ，β４ｔ、防振時における第３レンズ群の最大移動量をＤｍ、全系の望遠端の焦点距離をｆＴとするとき
【数３】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明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、図２〜図４は本発明の数値実施例１〜３の広角端のレンズ断面図である。
【００１９】
図中、Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群である。
【００２０】
本実施形態では、第３群Ｌ３を光軸と垂直方向に移動させて変倍光学系が振動（傾動）したときの撮影画像のブレを補正している。
【００２１】
Ｌ４は正の屈折力の第４群である。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｌ３の前方に配置している。Ｇはフェースプレート等のガラスブロックである。ＩＰは像面である。
【００２２】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように第２群を像面側へ移動させると共に、変倍に伴う像面変動を第４群を移動させて補正している。
【００２３】
又、第４群を光軸上移動させてフォーカスを行うリヤーフォーカス式を採用している。同図に示す第４群の実線の曲線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。尚、第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際固定である。
【００２４】
本実施形態においては第４群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群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群と第４群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。
【００２５】
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へ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群を前方へ繰り出すことにより行っている。
【００２６】
本実施形態におけるズームレンズは第１群と第２群の合成系で形成した虚像を第３群と第４群で感光面上に結像するズーム方式をとっている。
【００２７】
本実施形態では従来の所謂４群ズームレンズにおいて第１群を繰り出してフォーカスを行う場合に比べて前述のようなリヤーフォーカス方式を採ることにより第１群の偏心誤差による性能劣化を防止しつつ第１群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。
【００２８】
そして開口絞りを第３群の直前に配置することにより可動レンズ群による収差変動を少なくし、開口絞りより前方のレンズ群の間隔を短くすることにより前玉レンズ径の縮少化を容易に達成している。
【００２９】
本発明の数値実施例１〜３においては第３群Ｌ３を光軸と垂直方向に移動させて変倍光学系が振動したときの像ブレを補正している。これにより従来の防振光学系に比べて防振の為のレンズ群や可変頂角プリズム等の光学部材を新たに付加することなく防振を行なっている。
【００３０】
次に本発明に係る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ブレを補正する防振系の光学的原理を図１４を用いて説明する。
【００３１】
図１４（Ａ）に示すように光学系が固定群Ｙ１・偏心群Ｙ２そして固定群Ｙ３の３つの部分から成り立っており、レンズから充分に離れた光軸上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点ｐとして結像しているものとする。
【００３２】
今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が図１４（Ｂ）のように手振れにより瞬間的に傾いたとすると、物点Ｐは像点ｐ′にやはり瞬間的に移動し、ブレた画像となる。
【００３３】
一方、偏心群Ｙ２を光軸と垂直方向に移動させると図１４（Ｃ）のように、像点ｐはｐ″に移動し、その移動量・方向はパワー配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。
【００３４】
そこで図１４（Ｂ）で手振れによってズレた像点ｐ′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ｐに戻すことで図１４（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００３５】
今、光軸をθ°補正するために必要なシフトレンズ群（偏心群）の移動量（シフト量）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、
Δ＝ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
の式で与えられる。
【００３６】
今、シフトレンズ群の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると移動量Δは小さな値となり、防振に必要なシフトレンズ群の移動量は小さくできるが、適切に防振を行う為の制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。
【００３７】
特にビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置ではＣＣＤ等の固体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為のシフトレンズ群のシフト量Δが小さくなる。
【００３８】
従って、メカ（機構）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。
【００３９】
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が大きくなってしまい、シフトレンズ群を駆動する為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。
【００４０】
本発明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３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光学系を達成している。
【００４１】
本実施形態では第３群を物体側から順に両レンズ面が凸面の正レンズＬ３１、像面側に強い凹面を向けたメニスカス状の負レンズＬ３２、物体側面に凸面を向けたメニスカス状の正レンズＬ３３より構成している。
【００４２】
図２，図３に示す数値実施例１，２では、正レンズＬ３１の物体側のレンズ面と正レンズＬ３３の像面側のレンズ面を非球面形状としている。
【００４３】
第３群中に像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを設けることにより第３群全体をテレフォト構成として、第２群と第３群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。
【００４４】
このようなメニスカス状の負レンズを設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生する。
【００４５】
今、第３群全体で正の歪曲収差を持っていたとする。防振のために第３群全体が図３（Ａ）に示すように上方向に偏心したとする。このとき点Ｓ１に来る軸外光線が第３群を通過する高さが小さくなり、正の歪曲が減少する。逆に点Ｓ２の側へ来る光線では正の歪曲が増加する。従って、４角形の物体は像面上で図３（Ｂ）の実線に示すような形に変形する。
【００４６】
逆に第３群が下方向に移動した場合、図３（Ｂ）の点線のような形に変形するため、振動が加わった場合、それに伴って画像が変形し、特に動画像では観る人に違和感を与える。この減少を低減させるには第３群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。
【００４７】
数値実施例１，２ではメニスカス状の負レンンズＬ３２の像面側に正レンズＬ３３を配置し、その像面側に非球面を設けることによってテレフォト構成を維持しつつ、第３群内で歪曲収差を補正し、第３群をシフトして防振を行う際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。
【００４８】
また数値実施例１，２ではレンズＬ３１の物体側のレンズ面に非球面を設けることにより、第３群で球面収差を抑制し、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。
【００４９】
図４に示す数値実施例３では、メニスカス状の負レンズＬ３２の像面側のレンズ面に非球面を設けることによってテレフォト構成を維持しつつ、第３群内で歪曲収差を補正し、第３群をシフトして防振を行う際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。またレンズＬ３１の物体側のレンズ面に非球面を導入して、第３群内の球面収差やコマ収差を小さくして防振時に発生する偏心コマ収差の発生を抑制している。
【００５０】
本発明の防振機能を有した変倍光学系は以上のような条件を満足することにより実現されるが、更にレンズ全長の短縮を図りつつ、良好な光学性能を達成する為には、以下の条件のうち少なくとも１つを満足することが望ましい。
【００５１】
（イ−１）前記負レンズＬ３Ｎと前記第３群の焦点距離を各々ｆ３Ｎ，ｆ３としたとき、
１．０＜｜ｆ３Ｎ／ｆ３｜＜１．６ ・・・・・・(1)
なる条件を満足することである。
【００５２】
条件式(1) は第３群をテレフォトタイプとして光学系全体の小型化を達成する為のものである。条件式(1) の下限値を越えて第３群中の負レンズの屈折力が強くな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。逆に上限値を越えてしまうとレンズ全長短縮が不十分になってしまう。
【００５３】
（イ−２）前記第３群の焦点距離をｆ３、全系の広角端の焦点距離をｆＷとしたとき、
２．３＜ｆ３／ｆＷ＜４．０ ・・・・・・(2)
なる条件を満足することである。
【００５４】
条件式(2) はレンズ全長の短縮化を図りつつ、防振のためのシフトレンズ群の敏感度を適切に設定し、防振性能を良好に維持する為のものである。条件式(2) の下限値を越えて第３群の屈折力を強くすると、シフトレンズ群の敏感度が大きくなりすぎ、メカ精度を厳しくしないと防振時の補正残りが大きくなってしまうので良くない。逆に上限値を越えて第３群の屈折力を弱くしてしまうと、防振のために必要な第３群のシフト量が大きくなったり、レンズ全長が大きくなったりするので良くない。
【００５５】
（イ−３）前記第２群の焦点距離をｆ２、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとしたとき、
【００５６】
【数３】
なる条件を満足することである。
【００５７】
条件式(3) の下限値を越えて第２レンズ群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、像面湾曲や歪曲の変倍全域にわたる変動を補正するのが困難になるので良くない。また条件式(3) の上限値を越えて第２群の屈折力が弱くなりすぎると変倍に必要な第２群の移動量が大きくなりすぎるので良くない。
【００５８】
尚、本発明の防振光学系において、防振のために十分な補正角を確保しつつ防振時の光学性能を維持するには前記第３群，第４群のレンズ群の望遠端における近軸横倍率を各々β３ｔ，β４ｔ、防振時における第３群の最大移動量をＤｍとするとき前述した条件式（４）を満足するようにしている。即ち、
【００５９】
【数４】
なる条件を満足するようにするのが良い。
【００６０】
条件式(4) の下限を越えると防振の補正角が小さくなり、防振効果が小さくなってしまう。又上限を越えると防振時に光学性能の劣化や光量変化等が目立ってしまうので良くない。
【００６１】
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００６２】
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。
【００６３】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、
【００６４】
【数５】
なる式で表わしている。又「e-0X」は10-Xを意味している。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、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）したときの画像のブレを補正する際、該レンズ群のレンズ構成を適切に構成することにより、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該レンズ群を偏心させたときの偏心発生量を少なく抑え、偏心収差を良好に補正した防振機能を有した変倍光学系及びそれを有する撮像装置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】 本発明の数値実施例１の広角端のレンズ断面図
【図３】 本発明の数値実施例２の広角端のレンズ断面図
【図４】 本発明の数値実施例３の広角端のレンズ断面図
【図５】 本発明の数値実施例１の広角端の諸収差図
【図６】 本発明の数値実施例１の望遠端の諸収差図
【図７】 本発明の数値実施例１の望遠端の諸収差図
【図８】 本発明の数値実施例２の広角端の諸収差図
【図９】 本発明の数値実施例２の望遠端の諸収差図
【図１０】 本発明の数値実施例２の望遠端の諸収差図
【図１１】 本発明の数値実施例３の広角端の諸収差図
【図１２】 本発明の数値実施例３の望遠端の諸収差図
【図１３】 本発明の数値実施例３の望遠端の諸収差図
【図１４】 本発明に係る防振系の光学的原理の説明図
【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
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】
本発明は防振機能を有した変倍光学系に関し、特に変倍光学系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させることにより、該変倍光学系が振動（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写真用カメラやビデオカメラ等に好適な防振機能を有した変倍光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
進行中の車や航空機等移動物体上から撮影をしようとすると撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にブレが生じる。
【０００３】
従来よりこのときの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と提案されている。
【０００４】
例えば特公昭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。
【０００５】
特開昭６１−２２３８１９号公報では最も被写体側に屈折型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屈折型可変頂角プリズムの頂角を変化させて画像を偏向させて画像の安定化を図っている。
【０００６】
特公昭５６−３４８４７号公報、特公昭５７−７４１４号公報等では撮影系の一部に振動に対して空間的に固定の光学部材を配置し、この光学部材の振動に対して生ずるプリズム作用を利用することにより撮影画像を偏向させ結像面上で静止画像を得ている。
【０００７】
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、このとき得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と直交する方向に振動させることにより静止画像を得る方法も行なわれている。
【０００８】
又、特開平７−１２８６１９号公報では、物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の第１群、変倍機能を有する負の屈折力の第２群、開口絞り、正の屈折力の第３群、そして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有する正の屈折力の第４群の４つのレンズ群を有した変倍光学系であって、該第３群は負の屈折力の第３１群と正の屈折力の第３２群の２つのレンズ群より成り、該第３２群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動したときの撮影画像のブレを補正している。
【０００９】
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防振を行っている。
【００１０】
一方、特開平５−６０９７４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群を正レンズとメニスカス状の負レンズのテレフォトタイプより構成してレンズ全長の短縮化を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に防振光学系を撮影系の前方に配置し、該防振光学系の一部の可動レンズ群を振動させて撮影画像のブレを無くし、静止画像を得る方法は装置全体が大型化し、且つ該可動レンズ群を移動させる為の移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【００１２】
又、可動レンズ群を振動させたときの偏心収差の発生量が多くなり光学性能が大きく低下してくるという問題点もあった。
【００１３】
可変頂角プリズムを利用して防振を行なう光学系では特に長焦点距離側（望遠側）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った。
【００１４】
一方、撮影系の一部のレンズを光軸に対して垂直方向に平行偏心させて防振を行なう光学系においては、防振の為に特別な光学系は要しないという利点はあるが、移動させるレンズの為の空間を必要とし、又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った。
【００１５】
又前述した正、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群全体を光軸に垂直方向に移動させて防振を行った場合、第３群をレンズ全長短縮のため正レンズとメニスカス状の負レンズのテレフォトタイプで構成したとき、偏心収差、特に偏心歪曲収差が多く発生する。これをビデオカメラ等の動画撮影を行うものに使った場合、防振時の画像の変形が目立つといった問題点があった。
【００１６】
本発明は、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）したときの画像のブレを補正する際、該レンズ群のレンズ構成を適切に構成することにより、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該レンズ群を偏心させたときの偏心発生量を少なく抑え、偏心収差を良好に補正した防振機能を有した変倍光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
【００１７】
本発明の防振機能を有した変倍光学系は、物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の第１群、変倍の際に移動する負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、そして変倍により変動する像面を補正すると共に合焦の際に移動する正の屈折力の第４群の４つのレンズ群から構成された変倍光学系であって、
該第３群は、物体側から順に配置された、正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズから構成されテレフォト構成であると共に１つの非球面を有し、
該第３群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動したときの撮影画像のブレを補正しており、
該第３レンズ群，第４レンズ群の望遠端における近軸横倍率を各々β３ｔ，β４ｔ、防振時における第３レンズ群の最大移動量をＤｍ、全系の望遠端の焦点距離をｆＴとするとき
【数３】
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明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、図２〜図４は本発明の数値実施例１〜３の広角端のレンズ断面図である。
【００１９】
図中、Ｌ１は正の屈折力の第１群、Ｌ２は負の屈折力の第２群、Ｌ３は正の屈折力の第３群である。
【００２０】
本実施形態では、第３群Ｌ３を光軸と垂直方向に移動させて変倍光学系が振動（傾動）したときの撮影画像のブレを補正している。
【００２１】
Ｌ４は正の屈折力の第４群である。ＳＰは開口絞りであり、第３群Ｌ３の前方に配置している。Ｇはフェースプレート等のガラスブロックである。ＩＰは像面である。
【００２２】
本実施形態では広角端から望遠端への変倍に際して矢印のように第２群を像面側へ移動させると共に、変倍に伴う像面変動を第４群を移動させて補正している。
【００２３】
又、第４群を光軸上移動させてフォーカスを行うリヤーフォーカス式を採用している。同図に示す第４群の実線の曲線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。尚、第１群と第３群は変倍及びフォーカスの際固定である。
【００２４】
本実施形態においては第４群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群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群と第４群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。
【００２５】
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へ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群を前方へ繰り出すことにより行っている。
【００２６】
本実施形態におけるズームレンズは第１群と第２群の合成系で形成した虚像を第３群と第４群で感光面上に結像するズーム方式をとっている。
【００２７】
本実施形態では従来の所謂４群ズームレンズにおいて第１群を繰り出してフォーカスを行う場合に比べて前述のようなリヤーフォーカス方式を採ることにより第１群の偏心誤差による性能劣化を防止しつつ第１群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。
【００２８】
そして開口絞りを第３群の直前に配置することにより可動レンズ群による収差変動を少なくし、開口絞りより前方のレンズ群の間隔を短くすることにより前玉レンズ径の縮少化を容易に達成している。
【００２９】
本発明の数値実施例１〜３においては第３群Ｌ３を光軸と垂直方向に移動させて変倍光学系が振動したときの像ブレを補正している。これにより従来の防振光学系に比べて防振の為のレンズ群や可変頂角プリズム等の光学部材を新たに付加することなく防振を行なっている。
【００３０】
次に本発明に係る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ブレを補正する防振系の光学的原理を図１４を用いて説明する。
【００３１】
図１４（Ａ）に示すように光学系が固定群Ｙ１・偏心群Ｙ２そして固定群Ｙ３の３つの部分から成り立っており、レンズから充分に離れた光軸上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点ｐとして結像しているものとする。
【００３２】
今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が図１４（Ｂ）のように手振れにより瞬間的に傾いたとすると、物点Ｐは像点ｐ′にやはり瞬間的に移動し、ブレた画像となる。
【００３３】
一方、偏心群Ｙ２を光軸と垂直方向に移動させると図１４（Ｃ）のように、像点ｐはｐ″に移動し、その移動量・方向はパワー配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。
【００３４】
そこで図１４（Ｂ）で手振れによってズレた像点ｐ′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ｐに戻すことで図１４（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００３５】
今、光軸をθ°補正するために必要なシフトレンズ群（偏心群）の移動量（シフト量）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、
Δ＝ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
の式で与えられる。
【００３６】
今、シフトレンズ群の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると移動量Δは小さな値となり、防振に必要なシフトレンズ群の移動量は小さくできるが、適切に防振を行う為の制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。
【００３７】
特にビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置ではＣＣＤ等の固体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為のシフトレンズ群のシフト量Δが小さくなる。
【００３８】
従って、メカ（機構）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。
【００３９】
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が大きくなってしまい、シフトレンズ群を駆動する為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。
【００４０】
本発明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３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光学系を達成している。
【００４１】
本実施形態では第３群を物体側から順に両レンズ面が凸面の正レンズＬ３１、像面側に強い凹面を向けたメニスカス状の負レンズＬ３２、物体側面に凸面を向けたメニスカス状の正レンズＬ３３より構成している。
【００４２】
図２，図３に示す数値実施例１，２では、正レンズＬ３１の物体側のレンズ面と正レンズＬ３３の像面側のレンズ面を非球面形状としている。
【００４３】
第３群中に像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズを設けることにより第３群全体をテレフォト構成として、第２群と第３群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。
【００４４】
このようなメニスカス状の負レンズを設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生する。
【００４５】
今、第３群全体で正の歪曲収差を持っていたとする。防振のために第３群全体が図３（Ａ）に示すように上方向に偏心したとする。このとき点Ｓ１に来る軸外光線が第３群を通過する高さが小さくなり、正の歪曲が減少する。逆に点Ｓ２の側へ来る光線では正の歪曲が増加する。従って、４角形の物体は像面上で図３（Ｂ）の実線に示すような形に変形する。
【００４６】
逆に第３群が下方向に移動した場合、図３（Ｂ）の点線のような形に変形するため、振動が加わった場合、それに伴って画像が変形し、特に動画像では観る人に違和感を与える。この減少を低減させるには第３群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。
【００４７】
数値実施例１，２ではメニスカス状の負レンンズＬ３２の像面側に正レンズＬ３３を配置し、その像面側に非球面を設けることによってテレフォト構成を維持しつつ、第３群内で歪曲収差を補正し、第３群をシフトして防振を行う際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。
【００４８】
また数値実施例１，２ではレンズＬ３１の物体側のレンズ面に非球面を設けることにより、第３群で球面収差を抑制し、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。
【００４９】
図４に示す数値実施例３では、メニスカス状の負レンズＬ３２の像面側のレンズ面に非球面を設けることによってテレフォト構成を維持しつつ、第３群内で歪曲収差を補正し、第３群をシフトして防振を行う際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。またレンズＬ３１の物体側のレンズ面に非球面を導入して、第３群内の球面収差やコマ収差を小さくして防振時に発生する偏心コマ収差の発生を抑制している。
【００５０】
本発明の防振機能を有した変倍光学系は以上のような条件を満足することにより実現されるが、更にレンズ全長の短縮を図りつつ、良好な光学性能を達成する為には、以下の条件のうち少なくとも１つを満足することが望ましい。
【００５１】
（イ−１）前記負レンズＬ３Ｎと前記第３群の焦点距離を各々ｆ３Ｎ，ｆ３としたとき、
１．０＜｜ｆ３Ｎ／ｆ３｜＜１．６ ・・・・・・(1)
なる条件を満足することである。
【００５２】
条件式(1) は第３群をテレフォトタイプとして光学系全体の小型化を達成する為のものである。条件式(1) の下限値を越えて第３群中の負レンズの屈折力が強くな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。逆に上限値を越えてしまうとレンズ全長短縮が不十分になってしまう。
【００５３】
（イ−２）前記第３群の焦点距離をｆ３、全系の広角端の焦点距離をｆＷとしたとき、
２．３＜ｆ３／ｆＷ＜４．０ ・・・・・・(2)
なる条件を満足することである。
【００５４】
条件式(2) はレンズ全長の短縮化を図りつつ、防振のためのシフトレンズ群の敏感度を適切に設定し、防振性能を良好に維持する為のものである。条件式(2) の下限値を越えて第３群の屈折力を強くすると、シフトレンズ群の敏感度が大きくなりすぎ、メカ精度を厳しくしないと防振時の補正残りが大きくなってしまうので良くない。逆に上限値を越えて第３群の屈折力を弱くしてしまうと、防振のために必要な第３群のシフト量が大きくなったり、レンズ全長が大きくなったりするので良くない。
【００５５】
（イ−３）前記第２群の焦点距離をｆ２、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとしたとき、
【００５６】
【数３】
なる条件を満足することである。
【００５７】
条件式(3) の下限値を越えて第２レンズ群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、像面湾曲や歪曲の変倍全域にわたる変動を補正するのが困難になるので良くない。また条件式(3) の上限値を越えて第２群の屈折力が弱くなりすぎると変倍に必要な第２群の移動量が大きくなりすぎるので良くない。
【００５８】
尚、本発明の防振光学系において、防振のために十分な補正角を確保しつつ防振時の光学性能を維持するには前記第３群，第４群のレンズ群の望遠端における近軸横倍率を各々β３ｔ，β４ｔ、防振時における第３群の最大移動量をＤｍとするとき前述した条件式（４）を満足するようにしている。即ち、
【００５９】
【数４】
なる条件を満足するようにするのが良い。
【００６０】
条件式(4) の下限を越えると防振の補正角が小さくなり、防振効果が小さくなってしまう。又上限を越えると防振時に光学性能の劣化や光量変化等が目立ってしまうので良くない。
【００６１】
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは物体側より第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎｉとνｉは各々物体側より順に第ｉ番目のレンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【００６２】
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。
【００６３】
非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを各々非球面係数としたとき、
【００６４】
【数５】
なる式で表わしている。又「e-0X」は10-Xを意味している。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、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）したときの画像のブレを補正する際、該レンズ群のレンズ構成を適切に構成することにより、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該レンズ群を偏心させたときの偏心発生量を少なく抑え、偏心収差を良好に補正した防振機能を有した変倍光学系及びそれを有する撮像装置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】 本発明の数値実施例１の広角端のレンズ断面図
【図３】 本発明の数値実施例２の広角端のレンズ断面図
【図４】 本発明の数値実施例３の広角端のレンズ断面図
【図５】 本発明の数値実施例１の広角端の諸収差図
【図６】 本発明の数値実施例１の望遠端の諸収差図
【図７】 本発明の数値実施例１の望遠端の諸収差図
【図８】 本発明の数値実施例２の広角端の諸収差図
【図９】 本発明の数値実施例２の望遠端の諸収差図
【図１０】 本発明の数値実施例２の望遠端の諸収差図
【図１１】 本発明の数値実施例３の広角端の諸収差図
【図１２】 本発明の数値実施例３の望遠端の諸収差図
【図１３】 本発明の数値実施例３の望遠端の諸収差図
【図１４】 本発明に係る防振系の光学的原理の説明図
【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
ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
Claims (6)
- 物体側より順に変倍及び合焦の際に固定の正の屈折力の第１群、変倍の際に移動する負の屈折力の第２群、正の屈折力の第３群、そして変倍により変動する像面を補正すると共に合焦の際に移動する正の屈折力の第４群の４つのレンズ群から構成された変倍光学系であって、
該第３群は、物体側から順に配置された、正レンズ、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、正レンズから構成されテレフォト構成であると共に１つの非球面を有し、
該第３群を光軸と垂直方向に移動させて該変倍光学系が振動したときの撮影画像のブレを補正しており、
該第３レンズ群，第４レンズ群の望遠端における近軸横倍率を各々β３ｔ，β４ｔ、防振時における第３レンズ群の最大移動量をＤｍ、全系の望遠端の焦点距離をｆＴとするとき
- 前記負レンズと前記第３群の焦点距離を各々ｆ３Ｎ，ｆ３としたとき、
１．０＜｜ｆ３Ｎ／ｆ３｜＜１．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１の防振機能を有した変倍光学系。 - 前記負レンズ又はその像面側に配置されたレンズに非球面を有するレンズが配置されていることを特徴とする請求項１又は２の防振機能を有した変倍光学系。
- 前記第３群の焦点距離をｆ３、全系の広角端の焦点距離をｆＷとしたとき、
２．３＜ｆ３／ｆＷ＜４．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の防振機能を有した変倍光学系。 - 前記第２群の焦点距離をｆ２、全系の広角端と望遠端の焦点距離を各々ｆＷ，ｆＴとしたとき、
- 請求項１から５のいずれか１項の防振機能を有した変倍光学系を用いて物体像を固体撮像素子上に形成していることを特徴とする撮像装置。
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