JP4630451B2 - ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスチルカメラやビデオカメラ、銀塩写真用カメラそしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関する。
【０００２】
この他本発明は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、該光学系が振動（傾動）した時の撮影画像のぶれ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ビデオカメラや銀塩写真用カメラ、デジタルカメラなどに好適な防振機能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
進行中の車や航空機等移動物体上から撮影しようとすると、撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にぶれが生じる。従来より撮影画像のぶれを防止する機能を有した防振光学系(ズームレンズ）が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭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。特開昭６１−２２３８１９号公報では、最も物体側に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可変頂角プリズムのプリズム頂角を変化させて画像の安定化を図っている。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、この時得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動させることにより静止画像を得ている。
【０００５】
また特開平７−１２８６１９号公報では、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第3レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群で構成し、正のレンズ群を振動することにより防振を行っている。特開平７−１９９１２４号公報では、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第3レンズ群全体を振動させて防振を行っている。一方、特開平５−６０９７４号広報では、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の第３レンズ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としてレンズ全長の短縮化を図っている。
【０００６】
また、本出願人は、特願平１１−２１３３７０号にて正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成にて第３群全体を振動させて防振を行うズームレンズを開示している。これは第１レンズ群を物体側から順に負レンズと正レンズからなる接合レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズの３枚構成としている。
【０００７】
また正、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１群を物体側より順に負レンズと正レンズからなる接合レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズを２枚設け合計４枚で構成されているズームレンズが、米国特許第５，５８３，６９９号、米国特許第５，８８６，８２８号、特開平７−９２４３１に開示されている。
【０００８】
【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ぶれを無くし、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ための移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【０００９】
可変頂角プリズムを利用して防振を行う光学系では、特に長焦点距離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。
【００１０】
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う光学系においては、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はあるが、移動させるレンズのための空間を必要とし、また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。
【００１１】
また正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第3レンズ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レンズ群を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、偏心コマや偏心像面湾曲といった偏心収差が発生して画質が劣化するという問題点があった。
【００１２】
更に、以上の従来例でズーム比が８倍以上のものはビデオカメラ等には対応出来るが、１００万画素以上の多くの画素より成る撮像手段を用いたデジタルカメラに使用するには収差補正の点で不十分であった。
【００１３】
第１群を負レンズと正レンズからなる接合レンズと、メニスカス状の正レンズ１枚の計３枚で構成した場合、レンズ構成は簡素化されるが８倍以上の変倍比で多くの画素の固体撮像素子を用いた撮像装置用としては、望遠側の軸上色収差において、二次スペクトルを良好に補正するのが難しい。
【００１４】
また、第１群を負レンズと正レンズからなる接合レンズと、２枚のメニスカス状の正レンズとして構成レンズ枚数を増やし、正レンズを低分散ガラスとすると二次スペクトルが低減される。このような構成において防振機能を有するズームレンズが、特開平７−９２４３１号公報で提案されているが、変倍時に第４群を固定とし第４群の一部を振動させて防振しているため、第４群の構成レンズ枚数が多く、小型化の点で不利である。また防振機能を持たない例としては米国特許第５，８８６，８２８号、米国特許第５，５８３，６９９号が挙げられるが、第２群を、負レンズ２枚、正レンズ１枚で構成しているため、ズーム比が８倍以上で１００万画素以上のデジタルカメラ用のズームレンズとしては、変倍全域における倍率色収差の補正が必ずしも十分でない。
【００１５】
本発明は、高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有した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。
【００１６】
この他本発明は、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、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、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時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、かつ望遠側の二次スペクトルを良好に補正し、１００万画素以上の撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズより構成され、前記第２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズより構成され、前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより構成され、前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３１ａ、Ｒ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂとしたとき、
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５
なる条件式を満足することしている。
【００１９】
この他、本発明のズームレンズは、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズより構成され、前記第２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズより構成され、前記第２群の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２３ａ、Ｒ２３ｂとしたとき、
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００３９】
図２は、本発明に係る防振系の光学的原理の説明図である。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態の数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４１】
図４〜図６は、数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４２】
図７は、本発明の実施形態の数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４３】
図８〜図１０は、数値実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４４】
図１１は、本発明の実施形態の数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４５】
図１２〜図１４は、数値実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４６】
図１５は、本発明の実施形態の数値実施例４のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４７】
図１６〜図１８は、数値実施例４の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４８】
本発明は大別して４つのグループの発明を含んでいる。
【００４９】
以下、４つのグループの発明のうち代表的なものを第１、第２、第３、第４発明と称する。
【００５０】
第１〜第３発明はズームレンズに関し、第４発明は第１〜第３発明のズームレンズを用いた光学機器に関する。
【００５１】
第１発明は高変倍比を有し、かつ多くの画素よりなる撮像手段を用いた場合でも十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズを対象としている。
【００５２】
又、第２発明、第３発明は防振機能を有し、高変倍比でかつ多くの画素よりなる撮像手段を用いた場合でも十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズを対象としている。
【００５３】
第１、第２、第３、第４発明を総称して「本発明」という。
【００５４】
本発明のズームレンズは物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなることを基本構成としている。
【００５５】
そして第１発明は、基本構成の基で第２群が３枚の負レンズと１枚の正レンズよりなることを特徴としている。
【００５６】
第２発明では基本構成の基で第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に移動させて該ズームレンズが振動した時の撮影画像のぶれを補正することを特徴としている。
【００５７】
第３発明では基本構成の基で第３レンズ群全体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時の撮影画像のぶれを補正しており、
前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき
６０＜ν１＜８５ ・・・（１）
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６ ・・・（２）
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６ ・・・（３）
を満足することを特徴としている。
【００５８】
次に本発明のズームレンズの説明では防振機能を有することを前提として説明するが、第１発明では防振機能を有していない点が異なっているだけであり、その他の構成は基本的に同じである。
【００５９】
図１において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群(第１群)、Ｌ２は負の屈折力の第2レンズ群(第２群）、Ｌ３は正の屈折力の第3レンズ群(第３群）、Ｌ４は正の屈折力の第4レンズ群(第４群）である。本実施例では、第３レンズ群を光軸に垂直方向に移動させることにより、光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に位置している。ＩＰは像面、Ｇはフェースプレート、フィルター等のガラス部材、ＦＰは固定絞りである。本実施例では、広角端から望遠端への変倍(ズーミング）に際して矢印のように、第２レンズ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レンズ群を移動させて補正している。また、第４レンズ群を光軸上移動させてフォーカシング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レンズ群の実線の曲線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ための移動軌跡を示している。尚、第１レンズ群と第３レンズ群は、変倍及びフォーカスの際固定であるが必要に応じて移動させても良い。
【００６０】
本実施形態においては、第４レンズ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レンズ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レンズ群と第４レンズ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。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には、同図の矢印４ｃに示すように第４レンズ群を前方に繰り出すことにより行っている。
【００６１】
本実施形態においては、第３レンズ群Ｌ３を防振のために光軸と垂直方向に移動させて光学系全体が振動したときの像ぶれを補正している。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っている。
【００６２】
次に本発明に係わるズームレンズにおいて、レンズ群を光軸と垂直方向に移動させて撮影画像のぶれを補正する防振系の光学的原理を図２を用いて説明する。
【００６３】
図２（Ａ）に示すように、光学系が物点Ｐ側より順に、固定群Ｙ１、偏心群(シフト群）Ｙ２そして固定群Ｙ３の３つの部分から成り立っており、光学系から十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。今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が、図２（Ｂ）のように手ぶ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、ぶれた画像となる。一方、偏心群Ｙ２を光軸と垂直方向に移動させると、図２（Ｃ）のように、像点ｐは点ｐ“に移動し、その移動量と方向は光学系の屈折力配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。そこで図２（Ｂ）で、手振れによってずれた像点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２（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００６４】
今、光軸をθ°補正するために必要な偏心群Ｙ２の移動量をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，偏心群Ｙ２の偏心敏感度をＴＳとするとΔは以下の式で与えられる。
【００６５】
Δ＝ ｆ・tan（θ）／ＴＳ
今、偏心群の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると、Δは小さな値となり防振に必要なシフト群の移動量は小さく出来るが、適切に防振を行うための制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、ＣＣＤなどの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ための偏心群のシフト量Δが小さくなる。従って、メカ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。
【００６６】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要な偏心群の移動量が大きくなってしまい、偏心群を駆動するためのアクチュエーターなどの駆動手段も大きくなってしまう。
【００６７】
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レンズ群の偏心敏感度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、アクチュエーターなどの駆動手段の負荷も少ないズームレンズを達成している。
【００６８】
次に第１、第２、第３発明のズームレンズの特徴について説明する。
【００６９】
（ア）第１発明
(ア−１）第１発明は物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなり、該第２群は３枚の負レンズと１枚の正レンズより成ることを特徴としている。
【００７０】
デジタルスチルカメラ用のズームレンズのような高解像力が必要な光学系では、変倍に伴なう倍率色収差を通常のビデオカメラ用のズームレンズに比べて、より良好に補正することが必要である。そのためには、第２レンズ群は、少なくとも３枚の負レンズと１枚の正レンズを有することが望ましい。負レンズが２枚だけでは、全長短縮のために第２レンズ群の屈折力を大きくして変倍における移動量を小さくしようとすると、倍率色収差の補正が困難になる。第１発明では、第２レンズ群を物体側から順に、物体側に比べ像面側に強い凹面（負の屈折力）を有するメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズで構成することで、第２レンズ群の前後の対称性を小さくすることで主点の色消し効果を高め、倍率色収差の補正を効果的に行なっている。
【００７１】
第１発明の目的は以上の構成により達成されるが更に高い光学性能を得るために好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足させるのが良い。
【００７２】
（ア−２)前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき
６０＜ν１＜８５ ・・・（１）
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６ ・・・（２）
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６ ・・・（３）
を満足することである。
【００７３】
（ア−３)前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることである。
【００７４】
（ア−４）前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとしたとき
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０・・・（４）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５・・・（５）
の条件式を満足することである。
【００７５】
（ア−５）前記第２群の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ２３ａ、像側の面の曲率半径をＲ２３ｂとしたとき
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９・・・（６）
の条件式を満足することである。
【００７６】
（イ）第２発明
（イ−１)第２発明は物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなり、該第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に移動させて該ズームレンズが振動した時の撮影画像のぶれを補正することを特徴としている。
【００７７】
第２発明及び後述する第３発明において第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時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ため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っている。
【００７８】
第２発明の目的は以上の構成により達成されるが、更に高い光学性能を得るには次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。
【００７９】
（イ−２）前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることである。
【００８０】
第３群中に、像面側に凹面を向けた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。
【００８１】
このような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。
これが防振時における偏心歪曲が大きくなる原因となる。
【００８２】
この減少を低減させるには、第３レンズ群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。
【００８３】
本実施形態では、負レンズの像面側に正レンズを配置することによってある程度のテレフォト構成を維持しつつ、第３レンズ群内で歪曲収差を補正し、第３レンズ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。
【００８４】
(イ−３)前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとしたとき
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０・・・（４）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５・・・（５）
の条件式を満足することである。
【００８５】
（イ−４）前記第２群は、物体側より順に、物体側に比べ像側に強い凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズよりなることである。
【００８６】
第２群のレンズ構成の特徴は第１発明と同じである。
【００８７】
（イ−５)前記第２群の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ２３ａ、像側の面の曲率半径をＲ２３ｂとしたとき
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９・・・（６）
の条件式を満足することである。
【００８８】
（ウ）第３発明
（ウ−１)第３発明は物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなり、該第３レンズ群全体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時の撮影画像のぶれを補正しており、前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき ６０＜ν１＜８５ ・・・（１）
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６ ・・・（２）
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６ ・・・（３）
の条件式を満足することである。
【００８９】
第３群を偏心させて防振を行うことの特徴は第２発明と同様である。
【００９０】
（ウ−２)前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることである。
【００９１】
第３群の特徴は第２発明と同様である。
【００９２】
（ウ−３)前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとしたとき
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０・・・（４）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５・・・（５）
の条件式を満足することである。
【００９３】
（ウ−４)前記第２群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側の面が大きく、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズよりなることである。
【００９４】
第２群の特徴は第１発明と同様である。
【００９５】
（ウ−５)前記第２群の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ２３ａ、像側の面の曲率半径をＲ２３ｂとしたとき
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９・・・（６）
の条件式を満足することである。
【００９６】
（エ）第１〜第３発明において、更に変倍に伴なう収差変動を少なくし、前変倍範囲にわたり高い光学性能を得るには次の諸条件のうちの１以上を満足させるのが良い。
【００９７】
（エ−１）前記第３群の最も物体側のレンズ面は非球面であることである。
【００９８】
第３群中の最も物体側のレンズに非球面を設けると、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するのに好ましい。
【００９９】
（エ−２）前記第４群は、２枚の正レンズと負レンズで構成されることである。
【０１００】
第４レンズ群を２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成すると、変倍時やフォーカス寺院第４レンズ群が移動する事による球面収差や像面湾曲の変動を低減するのに好ましい。
【０１０１】
（エ−３）前記第４群の少なくとも１枚の正レンズは非球面を有することである。
【０１０２】
（エ−４）前記ズームレンズは、開口絞りを有し、変倍時に該開口絞りの最大開放径を全系の焦点距離に応じて可変とすることである。
【０１０３】
本発明のズームレンズにおいて、さらに防振時の光量変化低減を達成するためには変倍時に絞り開口径を望遠側で小さくして中心光量を制限することで相対的に周辺光量を増加するようにしてやるのが良い。
【０１０４】
（エ−５）前記第３群の物体側又は像面側に固定の絞りを設けることである。
【０１０５】
防振のためのシフト群（第３群）の敏感度を適切に設定することが防振性能に大きく影響する。
【０１０６】
本発明において、第３レンズ群は防振のために移動する分、レンズ径をそれだけ大きくしてやる必要がある。従って、余計な軸上光束が入り過ぎないようにするには、第３レンズ群の物体側あるいは像面側に固定の絞りを配置するのが望ましい。本実施例では、第３レンズ群と第４レンズ群の間に固定絞りを配置することでスペースを有効に利用しつつ、不要な光束が入らないようにしている。
【０１０７】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【０１０８】
条件式（１）は、第１群の正レンズの材質のアッベ数を規定する式である。本発明のズームレンズは、第１群の正レンズを低分散ガラスとして望遠側の二次スペクトルを低減している。一般に、アッベ数が大きいほど低分散傾向となるが、アッベ数が８０を超えるガラスは加えて異常分散性があり、二次スペクトルの補正には有利であるがコストが極めて高いという課題を有する。とりわけ汎用性を要するズームレンズの場合は、コスト面で条件式（１）の上限を超えないのが望ましい。また条件式（１）の下限を超えると、第１群のメニスカスレンズを２枚としても、硝材自体の色分散が大きく二次スペクトルの発生が大きくなるため良くない。
【０１０９】
条件式（２）は、第１群の屈折力を規定する式である。条件式（２）の下限を超えて第１群の屈折力が強くなると、条件式（１）を満たしていても二次スペクトルの発生量が大きく好ましくない。また、広角側で発生する倍率色収差が大きくなり補正困難となるためよくない。逆に上限を超えて第１群の屈折力が弱まると、レンズ全長が長くなり小型化の点でよくない。
【０１１０】
条件式（３）は、第２群の屈折力を規定する式である。条件式（３）の下限を超えて第２レンズ群の屈折力が強くなると、変倍時の第２レンズ群の移動量は小さくなるが、ペッツバール和が全体に負の方向に大きくなり像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に条件式（３）の上限を超えると、第２レンズ群の変倍時の移動量が大きくなり、レンズ系全体が小型にならないと共に、防振時の周辺光量変化に関しても不利になるので良くない。
【０１１１】
条件式（４）は、第３群の最も物体側の正レンズの形状因子を規定する式である。条件式（４）は、１より大きいと物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。条件式（４）の上限を超えて、メニスカスの度合いが強まると各レンズ面で発生するコマ収差が大きくなり、高次のコマ収差が発生する。特に、防振時の偏芯コマ収差の発生が顕著になり、防振時の性能劣化となるためよくない。また下限を超えて両凸形状となると、物体側の面で発生する倍率色収差を像側面で補正する作用が弱まるためよくない。
【０１１２】
条件式（５）は、第３群の負レンズの形状因子を規定する式である。条件式（５）は、−１より小さいと像側に凹面を向けたメニスカス形状である。条件式（５）の下限を超えてメニスカスの度合いが強まると、像側レンズ面において一次の軸上色収差が補正過剰に作用し、ｇ線がｄ線に対してオーバーとなりすぎるためよくない。また上限を超えてメニスカスの度合いが弱まると、第３レンズ群をテレフォト構成とする作用が弱まり、レンズ全長が長くなるためよくない。
【０１１３】
条件式（６）は、第２群の正レンズの形状因子を規定する式である。条件式（６）は、０のとき物体側のレンズ面と像側のレンズ面の曲率が等しい両凸形状であり、１のとき物体側に凸面を向けた凸平形状であり、０より大きく１より小さい間は、像側のレンズ面より物体側のレンズ面の曲率の方がきつい両凸形状である。条件式（６）の上限を超えて凸平形状に近づくと、広角側にて像側レンズ面で倍率色収差を補正する効果が薄れ補正不足となる。また下限を超えて同曲率形状に近づくと、望遠側にて像側レンズ面での倍率色収差を補正する効果が強まりすぎ補正過剰となる。よって変倍全域にて倍率色収差を補正するには条件式（６）の範囲内が好ましい。
【０１１４】
図３、図７、図１１、図１５の本発明の数値実施例の光学系の具体的な構成について説明する。
【０１１５】
本実施例では、第１レンズ群を物体側から順に負レンズ１１と正レンズ１２からなる正の接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズ１３、１４で構成している。二波長に対してバックフォーカスが一致するように軸上色収差を補正したときに、他波長での残存色収差を二次スペクトルというが、一般的には、軸上ランド光線の光軸からの高さが高くなる望遠レンズにおいて大きく発生する。正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいては、望遠側ほど第１レンズ群における軸上ランド光線の光軸からの高さが高くなるため、二次スペクトルは、第１レンズ群において望遠側ほど大きく発生する。本実施例では、第１群のメニスカス状の正レンズを２枚として収斂作用を分担させるとともに、正レンズに低分散ガラスを用いて、二次スペクトルの発生を極力低減している。これにより、蛍石等の加工の難しい材料を用いず、二次スペクトル補正を良好に図っている。
【０１１６】
本実施例では、第３レンズ群を物体側から順に正レンズ３１、像面側に凹面をむけたメニスカス状の負レンズ３２、正レンズ３３で構成している。正レンズ３１はその物体側の面が非球面である。第３レンズ群中に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ３２を設けることにより、第３レンズ群全体をテレフォト構成として第２レンズ群と第３レンズ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。
【０１１７】
このようなメニスカス状の負レンズ３２を設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生し、これが防振時における偏心歪曲が大きくなる原因となる。この減少を低減させるには、第３レンズ群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。本実施例では、メニスカス状の負レンズ３２の像面側に、正レンズ３３を配置することによって、ある程度のテレフォト構成を維持しつつ、第３レンズ群内で歪曲収差を補正し、第３レンズ群をシフト(偏心）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。
【０１１８】
また本実施例では、正レンズ３１の物体側の面を非球面形状とすることにより、第３レンズ群で発生する球面収差を抑制するとともに、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。
【０１１９】
また本実施例では、第４レンズ群を２枚の正レンズ４１、４３と１枚の負レンズ４２で構成することにより、変倍時やフォーカス時に、第４レンズ群が移動することによる球面収差や像面湾曲の変動を低減している。本実施例では、正レンズ４３の１つのレンズ面を非球面形状とすることにより変倍全域に渡って像面彎曲をさらに良好に補正している。
【０１２０】
以上のように、本発明によれば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群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）したときの画像のぶれを補正するよう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を図りつつ、該レンズ群の偏心させたときの偏心収差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ズームレンズを達成することが出来る。
【０１２１】
特に本発明のズームレンズでは、変倍比８以上の大きな変倍比を持ちながら、従来のビデオカメラ用レンズと比較して望遠側の二次スペクトルが良好に補正され高い光学性能を有し、１００万画素以上の画素を有するデジタルカメラにも十分対応できるズームレンズ及びそれを用いた各種の光学機器を実現することが出来る。
【０１２２】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラ(光学機器)の実施形態を図１９を用いて説明する。
【０１２３】
図１９において、１０はカメラ本体、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は被写体像を観察するためのファインダーである。
【０１２４】
１３はストロボ装置、１４は測定窓、１５はカメラの動作を知らせる液晶表示窓、１６はレリーズボタン、１７は各種のモードを切り替える操作スイッチである。
【０１２５】
次に本発明の数値実施例１〜４の数値データを示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目と第ｉ＋１番目間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番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。又前述の各条件式と数値実施例の関係を表−１に示す。
【０１２６】
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、Ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｅを各々非球面係数としたとき
【０１２７】
【数１】
【０１２８】
なる式で表している。
【０１２９】
「ｅ−ｘ」は１０-xを意味している。
【０１３０】
ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ｗは画角を示す。
【０１３１】
【外１】
【０１３２】
【外２】
【０１３３】
【外３】
【０１３４】
【外４】
【０１３５】
【表１】
【０１３６】
【発明の効果】
本発明によれば高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有した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。
【０１３７】
この他本発明によれば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、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、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時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、かつ望遠側の二次スペクトルを良好に補正し、１００万画素以上の撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応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】本発明におけるズームレンズの近軸屈折力配置の概略図
【図２】本発明における防振系の光学的原理の説明図
【図３】数値実施例１のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図４】数値実施例１のズームレンズの広角端での収差図
【図５】数値実施例１のズームレンズの中間位置での収差図
【図６】数値実施例１のズームレンズの望遠端での収差図
【図７】数値実施例２のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図８】数値実施例２のズームレンズの広角端での収差図
【図９】数値実施例２のズームレンズの中間位置での収差図
【図１０】数値実施例２のズームレンズの望遠端での収差図
【図１１】数値実施例３のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１２】数値実施例３のズームレンズの広角端での収差図
【図１３】数値実施例３のズームレンズの中間位置での収差図
【図１４】数値実施例３のズームレンズの望遠端での収差図
【図１５】数値実施例４のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１６】数値実施例４のズームレンズの広角端での収差図
【図１７】数値実施例４のズームレンズの中間位置での収差図
【図１８】数値実施例４のズームレンズの望遠端での収差図
【図１９】本発明の光学機器の要部概略図
【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
Ｌ４…第４レンズ群
ｄ…ｄ線
ｇ…ｇ線
C…C線
F…F線
ΔＭ…メリディオナル像面
ΔＳ…サジタル像面
ＳＰ…絞り
ＦＰ…フレアカット絞り
ＩＰ…結像面
Ｇ…ＣＣＤのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
【発明の属する技術分野】
本発明はスチルカメラやビデオカメラ、銀塩写真用カメラそしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関する。
【０００２】
この他本発明は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、該光学系が振動（傾動）した時の撮影画像のぶれ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ビデオカメラや銀塩写真用カメラ、デジタルカメラなどに好適な防振機能を有したズームレンズ及びそれを用いた光学機器に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
進行中の車や航空機等移動物体上から撮影しようとすると、撮影系に振動が伝わり手振れとなり撮影画像にぶれが生じる。従来より撮影画像のぶれを防止する機能を有した防振光学系(ズームレンズ）が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭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。特開昭６１−２２３８１９号公報では、最も物体側に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可変頂角プリズムのプリズム頂角を変化させて画像の安定化を図っている。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、この時得られる信号に応じ、撮影系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に振動させることにより静止画像を得ている。
【０００５】
また特開平７−１２８６１９号公報では、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第3レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群で構成し、正のレンズ群を振動することにより防振を行っている。特開平７−１９９１２４号公報では、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第3レンズ群全体を振動させて防振を行っている。一方、特開平５−６０９７４号広報では、正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の第３レンズ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としてレンズ全長の短縮化を図っている。
【０００６】
また、本出願人は、特願平１１−２１３３７０号にて正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成にて第３群全体を振動させて防振を行うズームレンズを開示している。これは第１レンズ群を物体側から順に負レンズと正レンズからなる接合レンズと物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズの３枚構成としている。
【０００７】
また正、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１群を物体側より順に負レンズと正レンズからなる接合レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス状の正レンズを２枚設け合計４枚で構成されているズームレンズが、米国特許第５，５８３，６９９号、米国特許第５，８８６，８２８号、特開平７−９２４３１に開示されている。
【０００８】
【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ぶれを無くし、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ための移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【０００９】
可変頂角プリズムを利用して防振を行う光学系では、特に長焦点距離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。
【００１０】
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う光学系においては、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はあるが、移動させるレンズのための空間を必要とし、また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。
【００１１】
また正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成の変倍光学系の第3レンズ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レンズ群を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、偏心コマや偏心像面湾曲といった偏心収差が発生して画質が劣化するという問題点があった。
【００１２】
更に、以上の従来例でズーム比が８倍以上のものはビデオカメラ等には対応出来るが、１００万画素以上の多くの画素より成る撮像手段を用いたデジタルカメラに使用するには収差補正の点で不十分であった。
【００１３】
第１群を負レンズと正レンズからなる接合レンズと、メニスカス状の正レンズ１枚の計３枚で構成した場合、レンズ構成は簡素化されるが８倍以上の変倍比で多くの画素の固体撮像素子を用いた撮像装置用としては、望遠側の軸上色収差において、二次スペクトルを良好に補正するのが難しい。
【００１４】
また、第１群を負レンズと正レンズからなる接合レンズと、２枚のメニスカス状の正レンズとして構成レンズ枚数を増やし、正レンズを低分散ガラスとすると二次スペクトルが低減される。このような構成において防振機能を有するズームレンズが、特開平７−９２４３１号公報で提案されているが、変倍時に第４群を固定とし第４群の一部を振動させて防振しているため、第４群の構成レンズ枚数が多く、小型化の点で不利である。また防振機能を持たない例としては米国特許第５，８８６，８２８号、米国特許第５，５８３，６９９号が挙げられるが、第２群を、負レンズ２枚、正レンズ１枚で構成しているため、ズーム比が８倍以上で１００万画素以上のデジタルカメラ用のズームレンズとしては、変倍全域における倍率色収差の補正が必ずしも十分でない。
【００１５】
本発明は、高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有した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。
【００１６】
この他本発明は、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、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、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時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、かつ望遠側の二次スペクトルを良好に補正し、１００万画素以上の撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のズームレンズは、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズより構成され、前記第２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズより構成され、前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより構成され、前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３１ａ、Ｒ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂとしたとき、
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５
なる条件式を満足することしている。
【００１９】
この他、本発明のズームレンズは、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズより構成され、前記第２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズより構成され、前記第２群の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２３ａ、Ｒ２３ｂとしたとき、
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００３９】
図２は、本発明に係る防振系の光学的原理の説明図である。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態の数値実施例１のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４１】
図４〜図６は、数値実施例１の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４２】
図７は、本発明の実施形態の数値実施例２のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４３】
図８〜図１０は、数値実施例２の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４４】
図１１は、本発明の実施形態の数値実施例３のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４５】
図１２〜図１４は、数値実施例３の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４６】
図１５は、本発明の実施形態の数値実施例４のズームレンズのレンズ断面図である。
【００４７】
図１６〜図１８は、数値実施例４の広角端、中間のズーム位置、望遠端の収差図である。
【００４８】
本発明は大別して４つのグループの発明を含んでいる。
【００４９】
以下、４つのグループの発明のうち代表的なものを第１、第２、第３、第４発明と称する。
【００５０】
第１〜第３発明はズームレンズに関し、第４発明は第１〜第３発明のズームレンズを用いた光学機器に関する。
【００５１】
第１発明は高変倍比を有し、かつ多くの画素よりなる撮像手段を用いた場合でも十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズを対象としている。
【００５２】
又、第２発明、第３発明は防振機能を有し、高変倍比でかつ多くの画素よりなる撮像手段を用いた場合でも十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズを対象としている。
【００５３】
第１、第２、第３、第４発明を総称して「本発明」という。
【００５４】
本発明のズームレンズは物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなることを基本構成としている。
【００５５】
そして第１発明は、基本構成の基で第２群が３枚の負レンズと１枚の正レンズよりなることを特徴としている。
【００５６】
第２発明では基本構成の基で第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に移動させて該ズームレンズが振動した時の撮影画像のぶれを補正することを特徴としている。
【００５７】
第３発明では基本構成の基で第３レンズ群全体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時の撮影画像のぶれを補正しており、
前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき
６０＜ν１＜８５ ・・・（１）
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６ ・・・（２）
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６ ・・・（３）
を満足することを特徴としている。
【００５８】
次に本発明のズームレンズの説明では防振機能を有することを前提として説明するが、第１発明では防振機能を有していない点が異なっているだけであり、その他の構成は基本的に同じである。
【００５９】
図１において、Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群(第１群)、Ｌ２は負の屈折力の第2レンズ群(第２群）、Ｌ３は正の屈折力の第3レンズ群(第３群）、Ｌ４は正の屈折力の第4レンズ群(第４群）である。本実施例では、第３レンズ群を光軸に垂直方向に移動させることにより、光学系全体が振動（傾動）したときの撮影画像のぶれを補正している。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の前方に位置している。ＩＰは像面、Ｇはフェースプレート、フィルター等のガラス部材、ＦＰは固定絞りである。本実施例では、広角端から望遠端への変倍(ズーミング）に際して矢印のように、第２レンズ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レンズ群を移動させて補正している。また、第４レンズ群を光軸上移動させてフォーカシング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レンズ群の実線の曲線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ための移動軌跡を示している。尚、第１レンズ群と第３レンズ群は、変倍及びフォーカスの際固定であるが必要に応じて移動させても良い。
【００６０】
本実施形態においては、第４レンズ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レンズ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レンズ群と第４レンズ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。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には、同図の矢印４ｃに示すように第４レンズ群を前方に繰り出すことにより行っている。
【００６１】
本実施形態においては、第３レンズ群Ｌ３を防振のために光軸と垂直方向に移動させて光学系全体が振動したときの像ぶれを補正している。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っている。
【００６２】
次に本発明に係わるズームレンズにおいて、レンズ群を光軸と垂直方向に移動させて撮影画像のぶれを補正する防振系の光学的原理を図２を用いて説明する。
【００６３】
図２（Ａ）に示すように、光学系が物点Ｐ側より順に、固定群Ｙ１、偏心群(シフト群）Ｙ２そして固定群Ｙ３の３つの部分から成り立っており、光学系から十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。今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が、図２（Ｂ）のように手ぶ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、ぶれた画像となる。一方、偏心群Ｙ２を光軸と垂直方向に移動させると、図２（Ｃ）のように、像点ｐは点ｐ“に移動し、その移動量と方向は光学系の屈折力配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。そこで図２（Ｂ）で、手振れによってずれた像点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２（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００６４】
今、光軸をθ°補正するために必要な偏心群Ｙ２の移動量をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，偏心群Ｙ２の偏心敏感度をＴＳとするとΔは以下の式で与えられる。
【００６５】
Δ＝ ｆ・tan（θ）／ＴＳ
今、偏心群の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると、Δは小さな値となり防振に必要なシフト群の移動量は小さく出来るが、適切に防振を行うための制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、ＣＣＤなどの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ための偏心群のシフト量Δが小さくなる。従って、メカ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。
【００６６】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要な偏心群の移動量が大きくなってしまい、偏心群を駆動するためのアクチュエーターなどの駆動手段も大きくなってしまう。
【００６７】
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レンズ群の偏心敏感度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、アクチュエーターなどの駆動手段の負荷も少ないズームレンズを達成している。
【００６８】
次に第１、第２、第３発明のズームレンズの特徴について説明する。
【００６９】
（ア）第１発明
(ア−１）第１発明は物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなり、該第２群は３枚の負レンズと１枚の正レンズより成ることを特徴としている。
【００７０】
デジタルスチルカメラ用のズームレンズのような高解像力が必要な光学系では、変倍に伴なう倍率色収差を通常のビデオカメラ用のズームレンズに比べて、より良好に補正することが必要である。そのためには、第２レンズ群は、少なくとも３枚の負レンズと１枚の正レンズを有することが望ましい。負レンズが２枚だけでは、全長短縮のために第２レンズ群の屈折力を大きくして変倍における移動量を小さくしようとすると、倍率色収差の補正が困難になる。第１発明では、第２レンズ群を物体側から順に、物体側に比べ像面側に強い凹面（負の屈折力）を有するメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズで構成することで、第２レンズ群の前後の対称性を小さくすることで主点の色消し効果を高め、倍率色収差の補正を効果的に行なっている。
【００７１】
第１発明の目的は以上の構成により達成されるが更に高い光学性能を得るために好ましくは次の諸条件のうちの１以上を満足させるのが良い。
【００７２】
（ア−２)前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき
６０＜ν１＜８５ ・・・（１）
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６ ・・・（２）
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６ ・・・（３）
を満足することである。
【００７３】
（ア−３)前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることである。
【００７４】
（ア−４）前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとしたとき
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０・・・（４）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５・・・（５）
の条件式を満足することである。
【００７５】
（ア−５）前記第２群の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ２３ａ、像側の面の曲率半径をＲ２３ｂとしたとき
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９・・・（６）
の条件式を満足することである。
【００７６】
（イ）第２発明
（イ−１)第２発明は物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなり、該第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に移動させて該ズームレンズが振動した時の撮影画像のぶれを補正することを特徴としている。
【００７７】
第２発明及び後述する第３発明において第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時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ため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っている。
【００７８】
第２発明の目的は以上の構成により達成されるが、更に高い光学性能を得るには次の諸条件のうちの１以上を満足するのが良い。
【００７９】
（イ−２）前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることである。
【００８０】
第３群中に、像面側に凹面を向けた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。
【００８１】
このような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。
これが防振時における偏心歪曲が大きくなる原因となる。
【００８２】
この減少を低減させるには、第３レンズ群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。
【００８３】
本実施形態では、負レンズの像面側に正レンズを配置することによってある程度のテレフォト構成を維持しつつ、第３レンズ群内で歪曲収差を補正し、第３レンズ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。
【００８４】
(イ−３)前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとしたとき
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０・・・（４）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５・・・（５）
の条件式を満足することである。
【００８５】
（イ−４）前記第２群は、物体側より順に、物体側に比べ像側に強い凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズよりなることである。
【００８６】
第２群のレンズ構成の特徴は第１発明と同じである。
【００８７】
（イ−５)前記第２群の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ２３ａ、像側の面の曲率半径をＲ２３ｂとしたとき
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９・・・（６）
の条件式を満足することである。
【００８８】
（ウ）第３発明
（ウ−１)第３発明は物体側より順に、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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、該第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズからなり、該第３レンズ群全体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時の撮影画像のぶれを補正しており、前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点距離をｆ２、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、望遠端での全系の焦点距離をｆｔとしたとき ６０＜ν１＜８５ ・・・（１）
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６ ・・・（２）
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６ ・・・（３）
の条件式を満足することである。
【００８９】
第３群を偏心させて防振を行うことの特徴は第２発明と同様である。
【００９０】
（ウ−２)前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることである。
【００９１】
第３群の特徴は第２発明と同様である。
【００９２】
（ウ−３)前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３１ａ、像側の面の曲率半径をＲ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側の面の曲率半径をＲ３２ａ、像側の面の曲率半径をＲ３２ｂとしたとき
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０・・・（４）
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５・・・（５）
の条件式を満足することである。
【００９３】
（ウ−４)前記第２群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側の面が大きく、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズよりなることである。
【００９４】
第２群の特徴は第１発明と同様である。
【００９５】
（ウ−５)前記第２群の正レンズの物体側の面の曲率半径をＲ２３ａ、像側の面の曲率半径をＲ２３ｂとしたとき
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９・・・（６）
の条件式を満足することである。
【００９６】
（エ）第１〜第３発明において、更に変倍に伴なう収差変動を少なくし、前変倍範囲にわたり高い光学性能を得るには次の諸条件のうちの１以上を満足させるのが良い。
【００９７】
（エ−１）前記第３群の最も物体側のレンズ面は非球面であることである。
【００９８】
第３群中の最も物体側のレンズに非球面を設けると、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するのに好ましい。
【００９９】
（エ−２）前記第４群は、２枚の正レンズと負レンズで構成されることである。
【０１００】
第４レンズ群を２枚の正レンズと１枚の負レンズで構成すると、変倍時やフォーカス寺院第４レンズ群が移動する事による球面収差や像面湾曲の変動を低減するのに好ましい。
【０１０１】
（エ−３）前記第４群の少なくとも１枚の正レンズは非球面を有することである。
【０１０２】
（エ−４）前記ズームレンズは、開口絞りを有し、変倍時に該開口絞りの最大開放径を全系の焦点距離に応じて可変とすることである。
【０１０３】
本発明のズームレンズにおいて、さらに防振時の光量変化低減を達成するためには変倍時に絞り開口径を望遠側で小さくして中心光量を制限することで相対的に周辺光量を増加するようにしてやるのが良い。
【０１０４】
（エ−５）前記第３群の物体側又は像面側に固定の絞りを設けることである。
【０１０５】
防振のためのシフト群（第３群）の敏感度を適切に設定することが防振性能に大きく影響する。
【０１０６】
本発明において、第３レンズ群は防振のために移動する分、レンズ径をそれだけ大きくしてやる必要がある。従って、余計な軸上光束が入り過ぎないようにするには、第３レンズ群の物体側あるいは像面側に固定の絞りを配置するのが望ましい。本実施例では、第３レンズ群と第４レンズ群の間に固定絞りを配置することでスペースを有効に利用しつつ、不要な光束が入らないようにしている。
【０１０７】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【０１０８】
条件式（１）は、第１群の正レンズの材質のアッベ数を規定する式である。本発明のズームレンズは、第１群の正レンズを低分散ガラスとして望遠側の二次スペクトルを低減している。一般に、アッベ数が大きいほど低分散傾向となるが、アッベ数が８０を超えるガラスは加えて異常分散性があり、二次スペクトルの補正には有利であるがコストが極めて高いという課題を有する。とりわけ汎用性を要するズームレンズの場合は、コスト面で条件式（１）の上限を超えないのが望ましい。また条件式（１）の下限を超えると、第１群のメニスカスレンズを２枚としても、硝材自体の色分散が大きく二次スペクトルの発生が大きくなるため良くない。
【０１０９】
条件式（２）は、第１群の屈折力を規定する式である。条件式（２）の下限を超えて第１群の屈折力が強くなると、条件式（１）を満たしていても二次スペクトルの発生量が大きく好ましくない。また、広角側で発生する倍率色収差が大きくなり補正困難となるためよくない。逆に上限を超えて第１群の屈折力が弱まると、レンズ全長が長くなり小型化の点でよくない。
【０１１０】
条件式（３）は、第２群の屈折力を規定する式である。条件式（３）の下限を超えて第２レンズ群の屈折力が強くなると、変倍時の第２レンズ群の移動量は小さくなるが、ペッツバール和が全体に負の方向に大きくなり像面湾曲の補正が困難になるので良くない。逆に条件式（３）の上限を超えると、第２レンズ群の変倍時の移動量が大きくなり、レンズ系全体が小型にならないと共に、防振時の周辺光量変化に関しても不利になるので良くない。
【０１１１】
条件式（４）は、第３群の最も物体側の正レンズの形状因子を規定する式である。条件式（４）は、１より大きいと物体側に凸面を向けたメニスカス形状である。条件式（４）の上限を超えて、メニスカスの度合いが強まると各レンズ面で発生するコマ収差が大きくなり、高次のコマ収差が発生する。特に、防振時の偏芯コマ収差の発生が顕著になり、防振時の性能劣化となるためよくない。また下限を超えて両凸形状となると、物体側の面で発生する倍率色収差を像側面で補正する作用が弱まるためよくない。
【０１１２】
条件式（５）は、第３群の負レンズの形状因子を規定する式である。条件式（５）は、−１より小さいと像側に凹面を向けたメニスカス形状である。条件式（５）の下限を超えてメニスカスの度合いが強まると、像側レンズ面において一次の軸上色収差が補正過剰に作用し、ｇ線がｄ線に対してオーバーとなりすぎるためよくない。また上限を超えてメニスカスの度合いが弱まると、第３レンズ群をテレフォト構成とする作用が弱まり、レンズ全長が長くなるためよくない。
【０１１３】
条件式（６）は、第２群の正レンズの形状因子を規定する式である。条件式（６）は、０のとき物体側のレンズ面と像側のレンズ面の曲率が等しい両凸形状であり、１のとき物体側に凸面を向けた凸平形状であり、０より大きく１より小さい間は、像側のレンズ面より物体側のレンズ面の曲率の方がきつい両凸形状である。条件式（６）の上限を超えて凸平形状に近づくと、広角側にて像側レンズ面で倍率色収差を補正する効果が薄れ補正不足となる。また下限を超えて同曲率形状に近づくと、望遠側にて像側レンズ面での倍率色収差を補正する効果が強まりすぎ補正過剰となる。よって変倍全域にて倍率色収差を補正するには条件式（６）の範囲内が好ましい。
【０１１４】
図３、図７、図１１、図１５の本発明の数値実施例の光学系の具体的な構成について説明する。
【０１１５】
本実施例では、第１レンズ群を物体側から順に負レンズ１１と正レンズ１２からなる正の接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズ１３、１４で構成している。二波長に対してバックフォーカスが一致するように軸上色収差を補正したときに、他波長での残存色収差を二次スペクトルというが、一般的には、軸上ランド光線の光軸からの高さが高くなる望遠レンズにおいて大きく発生する。正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいては、望遠側ほど第１レンズ群における軸上ランド光線の光軸からの高さが高くなるため、二次スペクトルは、第１レンズ群において望遠側ほど大きく発生する。本実施例では、第１群のメニスカス状の正レンズを２枚として収斂作用を分担させるとともに、正レンズに低分散ガラスを用いて、二次スペクトルの発生を極力低減している。これにより、蛍石等の加工の難しい材料を用いず、二次スペクトル補正を良好に図っている。
【０１１６】
本実施例では、第３レンズ群を物体側から順に正レンズ３１、像面側に凹面をむけたメニスカス状の負レンズ３２、正レンズ３３で構成している。正レンズ３１はその物体側の面が非球面である。第３レンズ群中に、像面側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ３２を設けることにより、第３レンズ群全体をテレフォト構成として第２レンズ群と第３レンズ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。
【０１１７】
このようなメニスカス状の負レンズ３２を設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生し、これが防振時における偏心歪曲が大きくなる原因となる。この減少を低減させるには、第３レンズ群全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。本実施例では、メニスカス状の負レンズ３２の像面側に、正レンズ３３を配置することによって、ある程度のテレフォト構成を維持しつつ、第３レンズ群内で歪曲収差を補正し、第３レンズ群をシフト(偏心）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。
【０１１８】
また本実施例では、正レンズ３１の物体側の面を非球面形状とすることにより、第３レンズ群で発生する球面収差を抑制するとともに、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。
【０１１９】
また本実施例では、第４レンズ群を２枚の正レンズ４１、４３と１枚の負レンズ４２で構成することにより、変倍時やフォーカス時に、第４レンズ群が移動することによる球面収差や像面湾曲の変動を低減している。本実施例では、正レンズ４３の１つのレンズ面を非球面形状とすることにより変倍全域に渡って像面彎曲をさらに良好に補正している。
【０１２０】
以上のように、本発明によれば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群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）したときの画像のぶれを補正するよう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を図りつつ、該レンズ群の偏心させたときの偏心収差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ズームレンズを達成することが出来る。
【０１２１】
特に本発明のズームレンズでは、変倍比８以上の大きな変倍比を持ちながら、従来のビデオカメラ用レンズと比較して望遠側の二次スペクトルが良好に補正され高い光学性能を有し、１００万画素以上の画素を有するデジタルカメラにも十分対応できるズームレンズ及びそれを用いた各種の光学機器を実現することが出来る。
【０１２２】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたデジタルカメラ(光学機器)の実施形態を図１９を用いて説明する。
【０１２３】
図１９において、１０はカメラ本体、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は被写体像を観察するためのファインダーである。
【０１２４】
１３はストロボ装置、１４は測定窓、１５はカメラの動作を知らせる液晶表示窓、１６はレリーズボタン、１７は各種のモードを切り替える操作スイッチである。
【０１２５】
次に本発明の数値実施例１〜４の数値データを示す。数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは物体側より順に第ｉ番目と第ｉ＋１番目間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番目の光学部材の材質の屈折率とアッベ数である。又前述の各条件式と数値実施例の関係を表−１に示す。
【０１２６】
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、Ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｅを各々非球面係数としたとき
【０１２７】
【数１】
なる式で表している。
【０１２９】
「ｅ−ｘ」は１０-xを意味している。
【０１３０】
ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ｗは画角を示す。
【０１３１】
【外１】
【外２】
【外３】
【外４】
【表１】
【発明の効果】
本発明によれば高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有した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。
【０１３７】
この他本発明によれば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、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、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時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、かつ望遠側の二次スペクトルを良好に補正し、１００万画素以上の撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応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】本発明におけるズームレンズの近軸屈折力配置の概略図
【図２】本発明における防振系の光学的原理の説明図
【図３】数値実施例１のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図４】数値実施例１のズームレンズの広角端での収差図
【図５】数値実施例１のズームレンズの中間位置での収差図
【図６】数値実施例１のズームレンズの望遠端での収差図
【図７】数値実施例２のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図８】数値実施例２のズームレンズの広角端での収差図
【図９】数値実施例２のズームレンズの中間位置での収差図
【図１０】数値実施例２のズームレンズの望遠端での収差図
【図１１】数値実施例３のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１２】数値実施例３のズームレンズの広角端での収差図
【図１３】数値実施例３のズームレンズの中間位置での収差図
【図１４】数値実施例３のズームレンズの望遠端での収差図
【図１５】数値実施例４のズームレンズの広角端のレンズ断面図
【図１６】数値実施例４のズームレンズの広角端での収差図
【図１７】数値実施例４のズームレンズの中間位置での収差図
【図１８】数値実施例４のズームレンズの望遠端での収差図
【図１９】本発明の光学機器の要部概略図
【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
Ｌ４…第４レンズ群
ｄ…ｄ線
ｇ…ｇ線
C…C線
F…F線
ΔＭ…メリディオナル像面
ΔＳ…サジタル像面
ＳＰ…絞り
ＦＰ…フレアカット絞り
ＩＰ…結像面
Ｇ…ＣＣＤのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
Claims (12)
- 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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズより構成され、前記第２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズより構成され、前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズより構成され、前記第３群の最も物体側の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３１ａ、Ｒ３１ｂ、前記第３群の負レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ３２ａ、Ｒ３２ｂとしたとき、
１．０＜（Ｒ３１ｂ＋Ｒ３１ａ）／（Ｒ３１ｂ−Ｒ３１ａ）＜１２．０
−４．０＜（Ｒ３２ｂ＋Ｒ３２ａ）／（Ｒ３２ｂ−Ｒ３２ａ）＜−１．５
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第２群の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２３ａ、Ｒ２３ｂとしたとき、
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９
の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。 - 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、正の屈折力の第３群、変倍により変動する像面を補正すると共に合焦機能を有する正の屈折力の第４群より構成されるズームレンズにおいて、前記第１群は、物体側より順に、負レンズと正レンズで構成された接合レンズ、物体側に凸面を向けた２枚のメニスカス状の正レンズより構成され、前記第２群は、３枚の負レンズと１枚の正レンズより構成され、前記第２群の正レンズの物体側と像側のレンズ面の曲率半径を各々Ｒ２３ａ、Ｒ２３ｂとしたとき、
０．２＜（Ｒ２３ｂ＋Ｒ２３ａ）／（Ｒ２３ｂ−Ｒ２３ａ）＜０．９
なる条件式を満足することを特徴とするズームレンズ。 - 前記第３群は、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズ、像側に凹面を向けた負レンズ、両レンズ面が凸面の正レンズで構成されることを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
- 前記第１群の正レンズの材質のアッベ数の平均をν１、前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離をｆ２、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、
６０＜ν１＜８５
２．０＜ｆ１／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜２．６
０．３＜｜ｆ２｜／（ｆｗ×ｆｔ）1/2＜０．６
の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のズームレンズ。 - 前記第３レンズ群全体を光軸と垂直方向に移動させて前記ズームレンズが振動した時の撮影画像のぶれを補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第２群は、物体側より順に、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側の面が大きく、像側に凹面を向けたメニスカス状の負レンズ、負レンズ、物体側に凸面を向けた正レンズ、負レンズよりなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第３群の最も物体側のレンズ面は非球面であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第４群は、２枚の正レンズと負レンズで構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 前記第４群の少なくとも１枚の正レンズは非球面を有することを特徴とする請求項９に記載のズームレンズ。
- 開口絞りを有し、該開口絞りの最大開放径が全系の焦点距離に応じて可変であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のズームレンズ。
- 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載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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