JP4867383B2 - 変倍光学系 - Google Patents

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Description

本発明は変倍光学系に関するものであり、例えば、被写体の映像を撮像素子で取り込むデジタルカメラ，ビデオカメラ，画像入力機能付きデジタル機器等に適した手ぶれ補正機能を有する変倍光学系に関するものである。
近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話の小型化が進んでおり、それらに搭載される撮像装置にも小型化・薄型化とともに手ぶれ補正機能が求められている。そして、これらの要望に応えるべく様々なタイプのズームレンズ系が従来より提案されている。例えば、特許文献１，２記載のズームレンズ系では、物体側から正・負・正・負・正の５群ズーム構成において、第２レンズ群全体又は第３レンズ群全体を光軸に対して垂直に移動させることで、手ぶれによる撮影画像のブレを補正する機能を持たせている。特許文献３記載のズームレンズ系では、物体側から正・負・正・正の４群ズーム構成において、第３レンズ群の部分群で手ぶれ補正を行う構成になっている。特許文献４記載のズームレンズ系は、正・負・正のズーム群を有するズーム構成において、第２レンズ群内に光路を折り曲げる屈曲部を配置することで、高倍率でありながらコンパクト化を達成している。
特開平１０−１１１４５５号公報 特開平１０−１１１４５６号公報 特開平１０−２６０３５５号公報 特開２００４−１０２０８９号公報
特許文献１，２で提案されているズームレンズ系では、第２レンズ群全体又は第３レンズ群全体を手ぶれ補正群として、光軸に対し垂直に移動させて手ぶれ補正を行っている。このため、手ぶれ補正に必要なアクチュエーターやメカ機構が大きくなり、その結果、撮像レンズユニットのサイズが大きくなる等の問題がある。特許文献３記載のズームレンズ系では、第３レンズ群の部分群で手ぶれ補正を行っているが、第１レンズ群がズーミング中位置固定であるため、第１レンズ群の径が大きくなっている。したがって、レンズユニットの小型化には向いていない。特許文献４には、高倍率でありながらコンパクトなズームレンズ系が記載されているが手ぶれ補正機能を有しておらず、手ぶれ補正に関する記載もない。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高性能かつコンパクトでありながら高い変倍比を有し、更に手ぶれ補正機能を有する変倍光学系を提供することにある。
上記目的を達成するために、第１の発明の変倍光学系は、手ぶれ補正機能を有し撮像素子に対して物体の光学像を変倍可能に形成する変倍光学系であって、物体側から順に、正パワーの第１レンズ群と、負パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、正パワー又は負パワーの後続レンズ群少なくとも１つと、を有し、広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群が物体側に移動し、前記第２レンズ群が位置固定であり、前記第３レンズ群が物体側に移動し、前記第３レンズ群を物体側部分と像側部分とに分けたとき、その像側部分を手ぶれ補正群として光軸に対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行い、前記手ぶれ補正群が正のパワーを有し、以下の条件式(1a),(2a)及び(3a)を満たすことを特徴とする。
1.4＜fas／f3＜2.9 …(1a)
0.5＜f3／√(fw×ft)＜1.0 …(2a)
0.6＜ΔT(3Gr)／ΔT(1Gr)＜1.4 …(3a)
ただし、
fas：手ぶれ補正群の焦点距離、
f3：第３レンズ群の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
ΔT(1Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第１レンズ群の移動量、
ΔT(3Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第３レンズ群の移動量、
である。
第２の発明の変倍光学系は、上記第１の発明において、前記手ぶれ補正群が単レンズ１枚から成ることを特徴とする。
第３の発明の変倍光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に、前記変倍において第３レンズ群と一体に移動する開口絞りを有することを特徴とする。
第４の発明の変倍光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記第３レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズと、全体として正パワーの接合レンズと、負パワーの単レンズと、正パワーの単レンズと、から成り、前記正パワーの単レンズが前記手ぶれ補正群であることを特徴とする。
第５の発明の変倍光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記後続レンズ群の移動によりフォーカシングを行うことを特徴とする。
第６の発明の変倍光学系は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記第２レンズ群内に光路を曲げる反射面を有することを特徴とする。
本発明によれば、各レンズ群の特徴的な移動により、高性能かつコンパクトでありながら高い変倍比の達成が可能となり、手ぶれ補正群として第３レンズ群の像側部分を用いることにより、良好な光学性能及びコンパクト性を保持しつつ効果的な手ぶれ補正が可能となる。その手ぶれ補正のための構成は、手ぶれ補正に必要なアクチュエータやメカ機構の小型化に有効であるため、第３レンズ群よりも物体側で光路を折り曲げる屈曲光学系においては、より一層良好な光学性能及びコンパクト性を保持しつつ効果的な手ぶれ補正を行うことが可能となる。したがって、高性能かつコンパクトでありながら高い変倍比を有し、更に手ぶれ補正機能を有する変倍光学系を実現することができる。
以下、本発明を実施した変倍光学系，撮像装置等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る撮像装置は、被写体の映像を光学的に取り込んで電気的な信号として出力する光学装置であって、被写体の静止画撮影や動画撮影に用いられるカメラの主たる構成要素を成すものである。そのようなカメラの例としては、デジタルカメラ，ビデオカメラ，監視カメラ，車載カメラ，テレビ電話用カメラ，ドアホーン用カメラ等が挙げられ、また、パーソナルコンピュータ，携帯情報機器(モバイルコンピュータ，携帯電話，携帯情報端末(ＰＤＡ：Personal Digital Assistant)等の小型で携帯可能な情報機器端末)，これらの周辺機器(マウス，スキャナー，プリンター，メモリー等)，その他のデジタル機器等に内蔵又は外付けされるカメラが挙げられる。これらの例から分かるように、撮像装置を用いることによりカメラを構成することができるだけでなく、各種機器に撮像装置を搭載することによりカメラ機能を付加することも可能である。例えば、カメラ付き携帯電話等の画像入力機能付きデジタル機器を構成することが可能である。
なお、従来「デジタルカメラ」の語は、専ら光学的な静止画を記録するものを指していたが、静止画と動画を同時に扱えるデジタルスチルカメラや家庭用デジタルムービーカメラも提案されており、現在では特に区別されなくなってきている。したがって「デジタルカメラ」の語は、デジタルスチルカメラ，デジタルムービーカメラ，ウェッブカメラ(オープン型・プライベート型を問わず、ネットワークに接続されて画像の送受信を可能にする機器に接続されるカメラであって、ネットワークに直接接続されるもの、パーソナルコンピュータ等の情報処理機能を有する機器を介して接続されるもの、の両方を含む。)等のように、光学像を形成する撮影レンズ系，その光学像を電気映像信号に変換する撮像素子等を備えた撮像装置を主たる構成要素とするカメラすべてを含むものとする。
図２１及び図２２に、カメラＣＵ(デジタルカメラ，画像入力機能付きデジタル機器等に相当する。)の概略光学構成例を模式的断面で示す。図２１に示すカメラＣＵに搭載されている撮像装置ＬＵは光路の折り曲げがないストレートタイプの光学構成になっており、図２２に示すカメラＣＵに搭載されている撮像装置ＬＵは光路の折り曲げがある屈曲タイプの光学構成になっている。これらの撮像装置ＬＵは、物体(すなわち被写体)側から順に、物体の光学像(ＩＭ：像面)を変倍可能に形成するズームレンズ系ＺＬ(撮影レンズ系としての変倍光学系に相当する。ＳＴ：絞り)と、平行平面板ＰＴ(必要に応じて配置される光学的ローパスフィルター，赤外カットフィルター等の光学フィルター；撮像素子ＳＲのカバーガラス等に相当する。)と、ズームレンズ系ＺＬにより受光面ＳＳ上に形成された光学像ＩＭを電気的な信号に変換する撮像素子ＳＲとを備えており、デジタルカメラ等に相当するカメラＣＵの一部を成している。これらの撮像装置ＬＵでデジタルカメラを構成する場合、通常そのカメラのボディ内部に撮像装置ＬＵを配置することになるが、カメラ機能を実現する際には必要に応じた形態を採用することが可能である。例えば、ユニット化した撮像装置ＬＵをカメラボディに対して着脱自在又は回動自在に構成してもよく、ユニット化した撮像装置ＬＵを携帯情報機器(携帯電話，ＰＤＡ等)に対して着脱自在又は回動自在に構成してもよい。
図２２に示す撮像装置ＬＵでは、ズームレンズ系ＺＬ内の光路の途中に平面状の反射面ＲＬが配置されており、反射面ＲＬの前側と後側には各々少なくとも１枚のレンズが配置されている。この反射面ＲＬにより、ズームレンズ系ＺＬを屈曲光学系として使用するための光路の折り曲げが行われ、その際、光軸ＡＸが略９０度(つまり９０度又は実質的に９０度)折り曲げられるようにして光束が反射される。このようにズームレンズ系ＺＬの光路中に光路を折り曲げる反射面ＲＬを設ければ、撮像装置ＬＵの配置の自由度が高まるとともに、撮像装置ＬＵの厚さ方向のサイズを変化させて、撮像装置ＬＵの見かけ上の薄型化を達成することが可能となる。例えば、後述する第２〜第４の実施の形態(図６〜図８)のように第２レンズ群Ｇｒ２内に反射面ＲＬを配置した場合には、カメラ厚を効果的に短縮することができる。なお、光路の折り曲げ位置はズームレンズ系ＺＬの途中だけに限らず、必要に応じて更にズームレンズ系ＺＬの前側や後ろ側に設定してもよい。光路の適正な折り曲げにより、撮像装置ＬＵが搭載されるカメラＣＵの見かけ上の薄型化やコンパクト化を効果的に達成することが可能となる。
上記反射面ＲＬは、プリズム類(直角プリズム等)，ミラー類(平面ミラー等)等の反射部材により構成される。後述する各実施の形態(図２〜図４，図６〜図８)では、反射部材であるプリズムＰＲが、光軸ＡＸを折り曲げる屈曲手段として用いられている。そして、ズームレンズ系ＺＬの光軸ＡＸを略９０度折り曲げるように、１つの反射面ＲＬで光束を反射させる構成になっている。屈曲手段が有する反射面は２つ以上でもよい。つまり、２つ以上の反射面でズームレンズ系ＺＬの光軸ＡＸを略９０度折り曲げるように光束を反射させる反射部材を用いてもよい。光路を折り曲げるための光学的作用も反射に限らず、屈折，回折，又はそれらの組み合わせでもよい。つまり、反射面，屈折面，回折面，又はそれらを組み合わせて有する屈曲手段を用いてもよい。また、後述する各実施の形態に用いられているプリズムＰＲは、光学的なパワー(パワー：焦点距離の逆数で定義される量)を有していないが、光路を折り曲げる屈曲手段に光学的なパワーを持たせてもよい。例えば、プリズムＰＲの反射面ＲＬ，光入射側面，光射出側面；ミラーの反射面ＲＬ等に、ズームレンズ系ＺＬの光学的なパワーを一部負担させれば、レンズ素子のパワー負担を減らして光学性能を向上させることが可能となる。
ズームレンズ系ＺＬは複数のレンズ群から成っており、複数のレンズ群が光軸ＡＸに沿って移動し、レンズ群間隔を変化させることにより変倍(すなわちズーミング)を行う構成になっている。後述する第１，第２の実施の形態ではズームレンズ系ＺＬが正・負・正・正の４群ズーム構成になっており、第３の実施の形態ではズームレンズ系ＺＬが正・負・正・負・正の５群ズーム構成になっており、第４の実施の形態ではズームレンズ系ＺＬが正・負(負・負)・正・正の４群ズーム構成になっている。また、後述する第１の実施の形態は図２１に示す光路の折り曲げがないストレートタイプの光学構成になっており、第２〜第４の実施の形態は図２２に示す光路の折り曲げがある屈曲タイプの光学構成になっている。なお、撮像装置ＬＵに使用する撮影レンズ系はズームレンズ系に限らない。ズームレンズ系の代わりに、他のタイプの変倍光学系(例えば、バリフォーカルレンズ系，複数焦点距離切り替え型レンズ等の焦点距離可変の結像光学系)を撮影レンズ系として用いてもよい。
ズームレンズ系ＺＬで形成されるべき光学像は、撮像素子ＳＲの画素ピッチにより決定される所定の遮断周波数特性を有する光学的ローパスフィルター(図２１及び図２２中の平行平面板ＰＴに相当する。)を通過することにより、電気的な信号に変換される際に発生するいわゆる折り返しノイズが最小化されるように、空間周波数特性が調整される。これにより、色モアレの発生を抑えることができる。ただし、解像限界周波数周辺の性能を抑えてやれば、光学的ローパスフィルターを用いなくてもノイズの発生を懸念する必要がなく、また、ノイズがあまり目立たない表示系(例えば、携帯電話の液晶画面等)を用いてユーザーが撮影や鑑賞を行う場合には、撮影レンズ系に光学的ローパスフィルターを用いる必要がない。
なお、光学的ローパスフィルターとしては、複屈折型ローパスフィルターや位相型ローパスフィルター等が適用可能である。複屈折型ローパスフィルターとしては、結晶軸方向が所定方向に調整された水晶等の複屈折材料から成るもの、偏光面を変化させる波長板等を積層して成るもの等が挙げられる。位相型ローパスフィルターとしては、必要とされる光学的な遮断周波数特性を回折効果により達成するもの等が挙げられる。
撮像素子ＳＲとしては、例えば複数の画素を有するＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。そして、ズームレンズ系ＺＬにより(撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上に)形成された光学像は、撮像素子ＳＲにより電気的な信号に変換される。撮像素子ＳＲで生成した信号は、必要に応じて所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施されてデジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりして他の機器に伝送される。
なお、図２１及び図２２に示す撮像装置ＬＵでは、ズームレンズ系ＺＬによって拡大側の被写体から縮小側の撮像素子ＳＲへの縮小投影が行われるが、撮像素子ＳＲの代わりに２次元画像を表示する表示素子(例えば液晶表示素子)を用い、ズームレンズ系ＺＬを投影レンズ系として使用すれば、縮小側の画像表示面から拡大側のスクリーン面への拡大投影を行う画像投影装置を構成することができる。つまり、以下に説明する各実施の形態のズームレンズ系ＺＬは、撮影レンズ系としての使用に限らず、投影レンズ系としても好適に使用することが可能である。
図１〜図４は、第１〜第４の実施の形態を構成するズームレンズ系ＺＬにそれぞれ対応するレンズ構成図であり、広角端(Ｗ)でのレンズ配置を光学断面(第２〜第４の実施の形態については屈曲光学系の光路展開状態における光学断面)でそれぞれ示している。また、図５〜図８は、第１〜第４の実施の形態を構成するズームレンズ系ＺＬにそれぞれ対応する光路図であり、広角端(Ｗ)での光学配置を光学断面(第２〜第４の実施の形態については屈曲光学系の光路折り曲げ状態における光学断面)でそれぞれ示している。
図１〜図４中、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された面は物体側から数えてｉ番目の面(ｒｉに＊印が付された面は非球面)であり、ｄｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)が付された軸上面間隔は、物体側から数えてｉ番目の軸上面間隔のうち、ズーミングにおいて変化する可変間隔である。また各レンズ構成図中、矢印ｍ１，ｍ２，ｍ２ａ，ｍ２ｂ，ｍ３，ｍ４，ｍ５は広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおける第１レンズ群Ｇｒ１，第２レンズ群Ｇｒ２，前群Ｇｒ２ａ，後群Ｇｒ２ｂ，第３レンズ群Ｇｒ３，第４レンズ群Ｇｒ４，第５レンズ群Ｇｒ５の移動(つまり像面ＩＭに対する相対的な位置の変化)をそれぞれ模式的に示しており、矢印ｍＰは平行平面板ＰＴがズーミングにおいて位置固定であることを示している。ただし、図１〜図３中の矢印ｍ２は第２レンズ群Ｇｒ２、図３中の矢印ｍ４は第４レンズ群Ｇｒ４、図４中の矢印ｍ２ａは前群Ｇｒ２ａが、それぞれズーミングにおいて位置固定であることを示している。また、矢印ｍＦは無限遠撮影から近距離撮影へのフォーカスレンズ群(第１，第２，第４の実施の形態では第４レンズ群Ｇｒ４、第３の実施の形態では第５レンズ群Ｇｒ５である。)の移動を模式的に示しており、矢印ｍＶは手ぶれ補正を行うための手ぶれ補正群の移動(つまり光軸ＡＸに対して垂直方向の偏芯)を模式的に示している。なお、いずれの実施の形態においても第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３との間には絞り(つまり開口絞り)ＳＴが配置されており、その絞りＳＴは第３レンズ群Ｇｒ３と一体にズーム移動する構成(矢印ｍ３)になっている。
第１〜第４の実施の形態のズームレンズ系ＺＬは、手ぶれ補正機能を有し撮像素子ＳＲに対して物体の光学像ＩＭを変倍可能に形成する変倍光学系であって、物体側から順に、正のパワー(パワー：焦点距離の逆数で定義される量)を有する第１レンズ群Ｇｒ１と、負のパワーを有する第２レンズ群Ｇｒ２と、正のパワーを有する第３レンズ群Ｇｒ３と、正又は負のパワーを有する少なくとも１つの後続群と、から成り、各レンズ群間隔を変化させることによりズーミングを行うズーム構成になっている。また、第２〜第４の実施の形態のズームレンズ系ＺＬは、第２レンズ群Ｇｒ２内に光軸ＡＸを折り曲げるプリズムＰＲを屈曲手段として有する屈曲光学系の構成になっている。各実施の形態のレンズ構成を以下に詳しく説明する。
第１の実施の形態(図１，図５)では、正・負・正・正のストレートタイプの４群ズーム構成において、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群との間には絞りＳＴが配置されており、各レンズ群は以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、両凸の正レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、物体側面が非球面から成る物体側に凸の正メニスカスレンズと、両凸の正レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズから成る接合レンズと、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、手ぶれ補正群ＧｒＶを構成する物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、物体側から順に、両凸の正レンズと、物体側面が非球面から成る物体側に凹の負メニスカスレンズと、で構成されている。
第１の実施の形態(図１，図５)では、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群Ｇｒ１は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第４レンズ群Ｇｒ４は物体側への移動後に物体側から像側へＵターン移動する(つまり、物体側に凸の軌跡を描くように移動する。)。第２レンズ群Ｇｒ２は固定群である。フォーカシングは第４レンズ群Ｇｒ４で行われる。つまり、第４レンズ群Ｇｒ４を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う方式を採用している。また、第３レンズ群Ｇｒ３において最も像側の正レンズ１枚を手ぶれ補正群ＧｒＶとして、光軸ＡＸに対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行う方式を採用している。
第２の実施の形態(図２，図６)では、正・負・正・正の屈曲タイプの４群ズーム構成において、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群との間には絞りＳＴが配置されており、各レンズ群は以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、プリズムＰＲと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、物体側面が非球面から成る物体側に凸の正メニスカスレンズと、両凸の正レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズから成る接合レンズと、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、手ぶれ補正群ＧｒＶを構成する物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、物体側から順に、両面が非球面から成る両凸の正レンズと、物体側に凹の負メニスカスレンズと、で構成されている。
第２の実施の形態(図２，図６)では、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群Ｇｒ１は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第４レンズ群Ｇｒ４は物体側への移動後に物体側から像側へＵターン移動する(つまり、物体側に凸の軌跡を描くように移動する。)。第２レンズ群Ｇｒ２は固定群である。フォーカシングは第４レンズ群Ｇｒ４で行われる。つまり、第４レンズ群Ｇｒ４を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う方式を採用している。また、第３レンズ群Ｇｒ３において最も像側の正レンズ１枚を手ぶれ補正群ＧｒＶとして、光軸ＡＸに対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行う方式を採用している。
第３の実施の形態(図３，図７)では、正・負・正・負・正の屈曲タイプの５群ズーム構成において、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群との間には絞りＳＴが配置されており、各レンズ群は以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、プリズムＰＲと、両凹の負レンズ及び両凸の正レンズから成る接合レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、物体側面が非球面から成る両凸の正レンズと、両凸の正レンズ及び両凹の負レンズから成る接合レンズと、像側面が非球面から成る像側に凹の負メニスカスレンズと、手ぶれ補正群ＧｒＶを構成する物体側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、物体側に凹の負メニスカスレンズ１枚で構成されている。第５レンズ群Ｇｒ５は、物体側から順に、両面が非球面から成る像側に凸の正メニスカスレンズと、像側に凸の正メニスカスレンズと、で構成されている。
第３の実施の形態(図３，図７)では、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群Ｇｒ１は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第３レンズ群Ｇｒ３は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第５レンズ群Ｇｒ５は像側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動する。第２レンズ群Ｇｒ２と第４レンズ群Ｇｒ４は固定群である。フォーカシングは第５レンズ群Ｇｒ５で行われる。つまり、第５レンズ群Ｇｒ５を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う方式を採用している。また、第３レンズ群Ｇｒ３において最も像側の正レンズ１枚を手ぶれ補正群ＧｒＶとして、光軸ＡＸに対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行う方式を採用している。
第４の実施の形態(図４，図８)では、正・負(負・負)・正・正の屈曲タイプの４群ズーム構成において、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群との間には絞りＳＴが配置されており、各レンズ群は以下のように構成されている。第１レンズ群Ｇｒ１は、物体側から順に、像側に凹の負メニスカスレンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズ２枚と、で構成されている。第２レンズ群Ｇｒ２は、物体側から順に、負パワーの前群Ｇｒ２ａと、負パワーの後群Ｇｒ２ｂと、の２つの部分群から成っている。前群Ｇｒ２ａは、物体側から順に、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、プリズムＰＲと、で構成されており、後群Ｇｒ２ｂは、物体側から順に、両凹の負レンズと、両凸の正レンズと、で構成されている。第３レンズ群Ｇｒ３は、物体側から順に、物体側面が非球面から成る物体側に凸の正メニスカスレンズと、両凸の正レンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズから成る接合レンズと、像側面が非球面から成る両凹の負レンズと、手ぶれ補正群ＧｒＶを構成する両凸の正レンズと、で構成されている。第４レンズ群Ｇｒ４は、物体側から順に、両面が非球面から成る像側に凸の正メニスカスレンズと、像側面が非球面から成る物体側に凹の負メニスカスレンズと、で構成されている。
第４の実施の形態(図４，図８)では、広角端(Ｗ)から望遠端(Ｔ)へのズーミングにおいて、第１レンズ群Ｇｒ１は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第２レンズ群Ｇｒ２の後群Ｇｒ２ｂは像側への移動後に像側から物体側へＵターン移動し(つまり、像側に凸の軌跡を描くように移動する。)、第３レンズ群Ｇｒ３は物体側へ単調に(つまり、ほぼ直線的に)移動し、第４レンズ群Ｇｒ４は物体側への移動後に物体側から像側へＵターン移動する(つまり、物体側に凸の軌跡を描くように移動する。)。第２レンズ群Ｇｒ２の前群Ｇｒ２ａは固定群である。フォーカシングは第４レンズ群Ｇｒ４で行われる。つまり、第４レンズ群Ｇｒ４を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う方式を採用している。また、第３レンズ群Ｇｒ３において最も像側の正レンズ１枚を手ぶれ補正群ＧｒＶとして、光軸ＡＸに対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行う方式を採用している。なお、第４の実施の形態では第２レンズ群Ｇｒ２の後群Ｇｒ２ｂが移動するため、この点で第４の実施の形態は本発明の参考のための一形態にすぎず、本発明には属さないものである。
上記のように第１〜第３の実施の形態は、物体側から順に、正パワーの第１レンズ群と、負パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、正パワー又は負パワーの後続レンズ群少なくとも１つと、を有し、広角端から望遠端への変倍において、第１レンズ群が物体側に移動し、第２レンズ群が位置固定であり、第３レンズ群が物体側に移動し、第３レンズ群を物体側部分と像側部分とに分けたとき、その像側部分を手ぶれ補正群として光軸に対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行う構成になっている。変倍光学系が、物体側から順に正・負・正の３つのレンズ群を有し、広角端から望遠端までの変倍において、第１レンズ群が物体側に移動する構成になっているため、高倍率・高変倍でありながら第１レンズ群のレンズ径が小さいコンパクトな変倍光学系とすることが可能となる。変倍において第２レンズ群が位置固定になっているため、移動レンズ群の数を減らすことができ、レンズ移動用のアクチュエーターを減らすことができる。また、広角端から望遠端までの変倍において第３レンズ群が物体側に移動する構成になっているため、高倍率化・高変倍化に寄与することができる。
手ぶれ補正群を光軸に対して垂直に移動させて手ぶれ補正を行うことにより、レンズ移動(つまり偏芯)による収差劣化を抑えながら手ぶれ補正を行なうことができる。その手ぶれ補正群として、第３レンズ群の像側部分(つまり第３レンズ群の最も像側のレンズを含む部分群)を用いることにより、レンズ径やレンズ偏芯量を小さくし、しかも軽量化することができる。その結果、手ぶれ補正用のアクチュエーター及びメカ機構を小さくすることができる。第３レンズ群ではレンズ径を小さくできるので、その一部を手ぶれ補正群とすれば、他のレンズ群(例えば、第２レンズ群や第４レンズ群)を用いた場合よりも、手ぶれ補正の際の移動スペースが小さくて済む。第３レンズ群の物体側部分のレンズ径も小さいが、それを手ぶれ補正群とすると偏芯による手ぶれ補正時の性能劣化が大きくなる。つまり、第３レンズ群での収差補正(色収差補正等)は第３レンズ群の物体側部分で行うことができるため、第３レンズ群の像側部分を手ぶれ補正群として用いても性能劣化を抑えることが可能となる。
手ぶれ補正群として用いる像側部分のパワーは正，負のいずれでもよい。ただし、像側部分に負パワーを持たせた場合、物体側部分の正パワーを強くしなければならなくなり、収差補正が難しくなる。像側部分に正パワーを持たせれば、第３レンズ群の正パワーを補うことができるので良好な収差補正が可能になる。つまり、正・負・正を物体側に有するズームタイプは高倍率化・高変倍化に有利であり、その第３レンズ群における像側部分に正パワーを持たせることにより、良好な光学性能を保持しつつ効果的な手ぶれ補正が可能となる。したがって、手ぶれ補正群として用いる像側部分のパワーは正であることが好ましい。
第３レンズ群よりも像側に正又は負のパワーを持ったレンズ群(すなわち後続レンズ群)を有することで、手ぶれ補正群の偏芯による像移動の感度を上げることができ、手ぶれ補正群の短い移動距離で手ぶれ補正を行うことができる。したがって、手ぶれ補正用のメカ機構を小さくすることができる。各ズームタイプにおいて、第４レンズ群以降は手ぶれ補正群の偏芯による像移動の感度を上げること(つまり偏芯量を減少させる)を可能にする。例えば、正・負・正・正の４群ズームは高倍率化に有利で安定した性能を得ることのできるズームタイプであるが、その正パワーの第４レンズ群は手ぶれ補正群の偏芯量を減少させるように作用する。手ぶれ補正群が像面から離れるほど、同じパワーでも曲がった光線がより大きく曲がって像面に到達するので、手ぶれ補正群から像面までの距離を大きくし、その間隔にレンズ群を少なくとも１つ配置すれば、大きな手ぶれ補正効果を得ることが可能となる。
上述したように、各レンズ群の特徴的な移動により、高性能かつコンパクトでありながら高い変倍比の達成が可能となり、手ぶれ補正群として第３レンズ群の像側部分を用いることにより、良好な光学性能及びコンパクト性を保持しつつ効果的な手ぶれ補正が可能となる。その手ぶれ補正のための構成は、手ぶれ補正に必要なアクチュエータやメカ機構の小型化に有効であるため、第３レンズ群よりも物体側で光路を折り曲げる屈曲光学系においては、より一層良好な光学性能及びコンパクト性を保持しつつ効果的な手ぶれ補正を行うことが可能となる。したがって、高性能化とコンパクト化を達成しながら高い変倍比と手ぶれ補正機能を達成することが可能である。そして、その変倍光学系を備えた撮像装置をデジタルカメラ等の機器に用いれば、その薄型・軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，高機能化等に寄与することができる。これらの効果をバランス良く得るとともに、更に高い光学性能等を達成するための条件等を以下に説明する。なお、以下に説明する条件等を満足する際の変倍比は、高性能化，小型化等とのバランスから、好ましくは７倍以上、更に好ましくは７〜１０倍である。
手ぶれ補正群が正のパワーを有し、以下の条件式(1)を満たすことが望ましい。
0.9＜fas／f3＜3.5 …(1)
ただし、
fas：手ぶれ補正群の焦点距離、
f3：第３レンズ群の焦点距離、
である。
条件式(1)は、手ぶれ補正群のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(1)の上限を越えると、手ぶれ補正群のレンズ移動量に対する像面移動量の感度が小さくなる。このため、手ぶれ補正のレンズ移動量を大きくしなければならなくなり、手ぶれ補正メカ機構が大きくなる。つまり、手ぶれ補正群のパワーが弱くなると、レンズ移動量(すなわち偏芯量)が大きくなり、その結果、周辺のメカ構成も含めて偏芯移動のためのスペースを大きく確保する必要が生じて、撮像装置の小型化に向かなくなる。逆に、条件式(1)の下限を越えると、手ぶれ補正時のレンズ偏芯により、軸上のコマ収差や周辺の片ボケによる性能劣化が大きくなる。
以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。
1.4＜fas／f3＜2.9 …(1a)
この条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
以下の条件式(2)を満たすことが望ましい。
0.3＜f3／√(fw×ft)＜1.3 …(2)
ただし、
f3：第３レンズ群の焦点距離、
fw：広角端における全系の焦点距離、
ft：望遠端における全系の焦点距離、
である。
条件式(2)は、第３レンズ群のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(2)の上限を越えると、変倍比を稼ぐために３群の移動量が大きくなり、レンズ全長が長くなるためコンパクト化に不利になる。第３レンズ群の移動量が増大しないようにしようとすれば、第２，第３レンズ群間隔の変化によって稼ぐ変倍比が小さくなり、第１レンズ群のパワーや移動量を大きく増大させる必要が生じ、その結果、収差性能(例えば像面性能)の劣化が生じてしまう。逆に、条件式(2)の下限を越えると、第３レンズ群内部で発生する球面収差を抑えることができずＭＴＦが劣化してしまう。
以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。
0.5＜f3／√(fw×ft)＜1.0 …(2a)
この条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
第１〜第４の実施の形態(図１〜図４)では、手ぶれ補正群ＧｒＶが単レンズ１枚で構成されている。各実施の形態のように、手ぶれ補正群は単レンズ１枚から成ることが好ましい。手ぶれ補正群を単レンズ１枚で構成することにより、手ぶれ補正群を更に軽量化することができ、手ぶれ補正群を駆動するアクチュエーターを小型のものにすることができる。また、単レンズとすることで、レンズを保持するメカ構成も簡単になり、周辺のメカ部材も軽量小型化することができる。
第１〜第４の実施の形態(図１〜図４)では、第２レンズ群Ｇｒ２と第３レンズ群Ｇｒ３との間に、ズーミングにおいて第３レンズ群Ｇｒ３と一体に移動する開口絞りＳＴが配置されている。各実施の形態のように、第２レンズ群と第３レンズ群との間に、変倍において第３レンズ群と一体に移動する開口絞りを有することが好ましい。第３レンズ群の物体側(つまり第２，第３レンズ群間)に開口絞りを配置し、変倍の際に第３レンズ群と開口絞りが一体的に移動する構成とすることにより、手ぶれ補正群のレンズ径を小さくすることができ、手ぶれ機構を更に小型化することができる。
第１，第２，第４の実施の形態(図１，図２，図４)では、第３レンズ群Ｇｒ３が、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズと、全体として正パワーの接合レンズと、負パワーの単レンズと、正パワーの単レンズと、から成り、前記正パワーの単レンズが手ぶれ補正群ＧｒＶとなっている。これらのように、第３レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズと、全体として正パワーの接合レンズと、負パワーの単レンズと、正パワーの単レンズと、から成り、前記正パワーの単レンズが前記手ぶれ補正群であることが好ましい。物体側に凸の正メニスカスレンズと、全体として正パワーの接合レンズと、に正パワーを分けることにより、球面収差の発生を抑えながら全体として強い正パワーを配置することができる。また、接合レンズを物体側に凸形状とすることで球面収差の発生を抑えることが可能であり、接合レンズによる色収差補正も可能である。負パワーの単レンズではペッツバール和を改善することができ、正パワーの単レンズでは手ぶれ補正を行うことができる。負パワーの単レンズに非球面を配置することで、第３レンズ群の物体側部分での収差補正が可能となる。手ぶれ補正群である正パワーの単レンズにまで非球面を設けると、手ぶれ補正時に軸上でのＭＴＦの劣化が避けられなくなる。正メニスカスレンズと接合レンズで発生した収差を負パワーの単レンズまでに補正完了しておくことにより、手ぶれ補正群に悪影響が及ばないようにすることができる。
第１〜第４の実施の形態(図１〜図４)では、後続レンズ群(第１，第２，第４の実施の形態では第４レンズ群Ｇｒ４、第３の実施の形態では第５レンズ群Ｇｒ５)の移動によりフォーカシングを行う構成になっている。各実施の形態のように、後続レンズ群の移動によりフォーカシングを行うことが好ましい。つまり、第３レンズ群よりも像側に位置するレンズ群を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う方式を採用するのが好ましい。各実施の形態では、矢印ｍＦ(図１〜図４)で示すように第４レンズ群Ｇｒ４又は第５レンズ群Ｇｒ５を物体側に移動させることにより、無限遠物体から近接物体へのフォーカシングを行う構成になっている。第１レンズ群でフォーカシングを行なうと第１レンズ群のレンズ径が大きくなり、変倍光学系を小型化できなくなる。第２レンズ群又は第３レンズ群でフォーカシングを行なうと、フォーカシング中の像倍率の変化が大きくなるため好ましくない。第３レンズ群よりも像側に位置する後続レンズ群でフォーカシングを行なう構成にすれば、像倍率の変化が小さくなり、またズーミングによる像面湾曲変動を小さくすることができる。
第２〜第４の実施の形態(図２〜図４，図６〜図８)では、第２レンズ群Ｇｒ２内に光路を曲げる反射面ＲＬを有している。これらのように、第２レンズ群内に光路を曲げる反射面を有することが好ましい。第２レンズ群は変倍中に固定されているため、第２レンズ群内部又は第２レンズ群近傍に屈曲手段(例えば、プリズム，ミラー)を固定して配置することができる。ズーミングにおいて位置固定のレンズ群であれば、体積の大きい屈曲手段をズーミング中に移動させずに済むため、変倍光学系をコンパクトにすることができる。
以下の条件式(3)を満たすことが望ましい。
0.4＜ΔT(3Gr)／ΔT(1Gr)＜1.7 …(3)
ただし、
ΔT(1Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第１レンズ群の移動量、
ΔT(3Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第３レンズ群の移動量、
である。
条件式(3)は、第１レンズ群と第３レンズ群との移動量バランスに関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(3)の上限を越えて、第１レンズ群の移動量に対する第３レンズ群の移動量が大きくなりすぎると、変倍光学系の全長を短くすることができなくなって、コンパクト化の達成が困難になる。逆に、条件式(3)の下限を越えて、第１レンズ群の移動量に対する第３レンズ群の移動量が小さくなりすぎると、第３レンズ群のズームへの寄与が不足し、高倍率化・高変倍化ができなくなる。
以下の条件式(3a)を満足することが更に望ましい。
0.6＜ΔT(3Gr)／ΔT(1Gr)＜1.4 …(3a)
この条件式(3a)は、上記条件式(3)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいた更に好ましい条件範囲を規定している。
第４の実施の形態(図４，図８)では、第２レンズ群Ｇｒ２が負パワーの前群Ｇｒ２ａと負パワーの後群Ｇｒ２ｂとの２つの部分群から成っており、ズーミング中位置固定の前群Ｇｒ２ａとの間隔を微少量変化させるように後群Ｇｒ２ｂがＵターン移動する構成になっている。つまり、後群Ｇｒ２ｂは広角端(Ｗ)からミドル(Ｍ)まで像側に移動し(前群Ｇｒ２ａとの間隔増加)、ミドル(Ｍ)から望遠端(Ｔ)まで物体側に移動する(前群Ｇｒ２ａとの間隔減少)ようにＵターン移動する。このように、第２レンズ群が、物体側から順に、負パワーの前群と、負パワー又は正パワーの後群と、の２つの部分群から成り、いずれか一方の部分群が変倍において単調ではない移動を行う構成とすることが好ましい。また変倍において、前群と後群のうちの一方を位置固定とし、他方を光軸方向に微少量移動させる構成とすることが好ましい。第２レンズ群の前群と後群との間隔を変倍時微少量変化させることにより、第２レンズ群の変倍中の収差変動(例えば、広角側での像面の倒れ等の像面性能の劣化)を抑えることができ、変倍時の性能を更に改善することができる。
第２レンズ群内でのレンズ間隔変化(つまり前群と後群との間隔変化)は、変倍群の間隔変化と比較して微少量である。その変化の程度として、以下の条件式(4)を満たすことが望ましい。
ΔT2max／ΔT(3Gr)＜0.25 …(4)
ただし、
ΔT2max：第２レンズ群内の変倍中のレンズ間隔の最大変位量(絶対値)、
ΔT(3Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第３レンズ群の移動量、
である。
各実施の形態を構成しているズームレンズ系ＺＬには、入射光線を屈折作用により偏向させる屈折型レンズ(つまり、異なる屈折率を有する媒質同士の界面で偏向が行われるタイプのレンズ)が用いられているが、使用可能なレンズはこれに限らない。例えば、回折作用により入射光線を偏向させる回折型レンズ，回折作用と屈折作用との組み合わせで入射光線を偏向させる屈折・回折ハイブリッド型レンズ，入射光線を媒質内の屈折率分布により偏向させる屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。ただし、媒質内で屈折率が変化する屈折率分布型レンズは、その複雑な製法がコストアップを招くため、屈折率分布の均一な均質素材レンズを用いることが望ましい。また、各実施の形態を構成しているズームレンズ系ＺＬには、光学素子としてレンズ以外に絞りＳＴが用いられているが、不要光をカットするための光束規制板(例えばフレアカッター)等を必要に応じて配置してもよい。
以下、本発明を実施したズームレンズ系の構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４は、前述した第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第４の実施の形態を表す光学構成図(図１〜図８)は、対応する実施例１〜４のレンズ構成，光路等をそれぞれ示している。したがって、第４の実施の形態に対応する実施例４は本発明の単なる参考例であり、本発明に属さないものである。
表１〜表８に実施例１〜実施例４のコンストラクションデータを示し、表９に各実施例の条件式対応値等のデータを示す。表１，表３，表５，表７に示す基本的な光学構成(ｉ：面番号)において、ｒｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面の曲率半径(ｍｍ)、ｄｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は物体側から数えてｉ番目の面と(ｉ＋１)番目の面との間の軸上面間隔(ｍｍ)を示しており(ここでは偏芯前状態について示す。)、Ｎｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)，νｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は軸上面間隔ｄｉに位置する光学材料のｄ線に対する屈折率(Ｎｄ)，アッベ数(νｄ)をそれぞれ示している。また、ズーミングにおいて変化する軸上面間隔ｄｉは、広角端(最短焦点距離状態，Ｗ)〜ミドル(中間焦点距離状態，Ｍ)〜望遠端(最長焦点距離状態，Ｔ)での可変空気間隔であり、ｆ，ＦＮＯは各焦点距離状態(Ｗ)，(Ｍ)，(Ｔ)に対応する全系の焦点距離(ｍｍ)，Ｆナンバーをそれぞれ示している。
曲率半径ｒｉのデータに＊印が付された面は、非球面(非球面形状の屈折光学面、非球面と等価な屈折作用を有する面等)であり、非球面の面形状を表わす以下の式(AS)で定義される。表２，表４，表６，表８中に、各実施例の非球面データを示す。ただし、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-nである。
Ｘ(Ｈ)＝(Ｃ０・Ｈ2)／{１＋√(１−ε・Ｃ０2・Ｈ2)}＋Σ(Ａｊ・Ｈj) …(AS)
ただし、式(AS)中、
Ｘ(Ｈ)：高さＨの位置での光軸ＡＸ方向の変位量(面頂点基準)、
Ｈ：光軸ＡＸに対して垂直な方向の高さ、
Ｃ０：近軸曲率(＝１／ｒｉ)、
ε：２次曲面パラメータ、
Ａｊ：ｊ次の非球面係数、
である。
図９〜図１２は実施例１〜実施例４にそれぞれ対応する偏芯前(通常状態)，無限遠合焦状態での縦収差図であり、(Ｗ)は広角端，(Ｍ)はミドル，(Ｔ)は望遠端における諸収差(左から順に、球面収差等，非点収差，歪曲収差である。ＦＮＯはＦナンバー、Ｙ’(ｍｍ)は撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での最大像高(光軸ＡＸからの距離に相当する。)である。)を示している。球面収差図において、実線ｄはｄ線に対する球面収差(ｍｍ)を表しており、破線ＳＣは正弦条件不満足量(ｍｍ)を表している。非点収差図において、破線ＤＭはメリディオナル面、実線ＤＳはサジタル面でのｄ線に対する各非点収差(ｍｍ)を表している。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲(％)を表している。
図１３〜図２０は、実施例１〜実施例４にそれぞれ対応する偏芯前(通常状態)及び偏芯後(手ぶれ補正状態)の無限遠合焦状態での横収差図であり、図１３及び図１４は実施例１、図１５及び図１６は実施例２、図１７及び図１８は実施例３、図１９及び図２０は実施例４にそれぞれ対応している。図１３〜図２０中、(Ａ)，(Ｂ)は偏芯前の横収差図であり、(Ｃ)〜(Ｅ)は偏芯後の横収差図である(ｙ’(ｍｍ)は撮像素子ＳＲの受光面ＳＳ上での最大像高(光軸ＡＸからの距離に相当する。)である。)。図１３，図１５，図１７，図１９は、広角端(Ｗ)で０．４度の角度の手ぶれを手ぶれ補正群の偏芯により補正したときの軸上及び最大像高での横収差の劣化を表しており、図１４，図１６，図１８，図２０は、望遠端(Ｔ)で０．１度の角度の手ぶれを手ぶれ補正群の偏芯により補正したときの軸上及び最大像高での横収差の劣化を表している。図１３〜図２０から分かるように、収差劣化は小さく手ぶれ補正状態でも良好な性能が確保できている。
また、表１０に各実施例の手ぶれ補正時のレンズ偏芯量を示す(単位：ｍｍ，偏芯方向：光軸ＡＸに対して垂直方向)。表１０中、Wideは広角端(Ｗ)で０．４度の傾きを補正したときのレンズ偏芯量を示しており、Teleは望遠端(Ｔ)で０．１度の傾きを補正したときのレンズ偏芯量を示している。
第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。 第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。 第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。 第４の実施の形態(実施例４)のレンズ構成図。 第１の実施の形態(実施例１)の光路図。 第２の実施の形態(実施例２)の光路図。 第３の実施の形態(実施例３)の光路図。 第４の実施の形態(実施例４)の光路図。 実施例１の偏芯前の縦収差図。 実施例２の偏芯前の縦収差図。 実施例３の偏芯前の縦収差図。 実施例４の偏芯前の縦収差図。 実施例１の偏芯前後，広角端での横収差図。 実施例１の偏芯前後，望遠端での横収差図。 実施例２の偏芯前後，広角端での横収差図。 実施例２の偏芯前後，望遠端での横収差図。 実施例３の偏芯前後，広角端での横収差図。 実施例３の偏芯前後，望遠端での横収差図。 実施例４の偏芯前後，広角端での横収差図。 実施例４の偏芯前後，望遠端での横収差図。 光路ストレートタイプの撮像装置を搭載したカメラの概略光学構成例を模式的断面で示す側面図。 光路折り曲げタイプの撮像装置を搭載したカメラの概略光学構成例を模式的断面で示す側面図。
符号の説明
ＣＵ カメラ
ＬＵ 撮像装置
ＺＬ ズームレンズ系(変倍光学系)
Ｇｒ１ 第１レンズ群
Ｇｒ２ 第２レンズ群
Ｇｒ３ 第３レンズ群
Ｇｒ４ 第４レンズ群
Ｇｒ５ 第５レンズ群
ＧｒＶ 手ぶれ補正群
Ｇｒ２ａ 前群
Ｇｒ２ｂ 後群
ＰＲ プリズム(屈曲手段)
ＲＬ 反射面
ＳＴ 絞り(開口絞り)
ＰＴ 平行平面板
ＳＲ 撮像素子
ＳＳ 受光面
ＩＭ 像面
ＡＸ 光軸

Claims (6)

  1. 手ぶれ補正機能を有し撮像素子に対して物体の光学像を変倍可能に形成する変倍光学系であって、物体側から順に、正パワーの第１レンズ群と、負パワーの第２レンズ群と、正パワーの第３レンズ群と、正パワー又は負パワーの後続レンズ群少なくとも１つと、を有し、広角端から望遠端への変倍において、前記第１レンズ群が物体側に移動し、前記第２レンズ群が位置固定であり、前記第３レンズ群が物体側に移動し、前記第３レンズ群を物体側部分と像側部分とに分けたとき、その像側部分を手ぶれ補正群として光軸に対し垂直方向に偏芯させることにより手ぶれ補正を行い、前記手ぶれ補正群が正のパワーを有し、以下の条件式(1a),(2a)及び(3a)を満たすことを特徴とする変倍光学系；
    1.4＜fas／f3＜2.9 …(1a)
    0.5＜f3／√(fw×ft)＜1.0 …(2a)
    0.6＜ΔT(3Gr)／ΔT(1Gr)＜1.4 …(3a)
    ただし、
    fas：手ぶれ補正群の焦点距離、
    f3：第３レンズ群の焦点距離、
    fw：広角端における全系の焦点距離、
    ft：望遠端における全系の焦点距離、
    ΔT(1Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第１レンズ群の移動量、
    ΔT(3Gr)：広角端から望遠端までの変倍における第３レンズ群の移動量、
    である。
  2. 前記手ぶれ補正群が単レンズ１枚から成ることを特徴とする請求項１記載の変倍光学系。
  3. 前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間に、前記変倍において第３レンズ群と一体に移動する開口絞りを有することを特徴とする請求項１又は２記載の変倍光学系。
  4. 前記第３レンズ群が、物体側から順に、物体側に凸の正メニスカスレンズと、全体として正パワーの接合レンズと、負パワーの単レンズと、正パワーの単レンズと、から成り、前記正パワーの単レンズが前記手ぶれ補正群であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  5. 前記後続レンズ群の移動によりフォーカシングを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
  6. 前記第２レンズ群内に光路を曲げる反射面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5172247B2 (ja) * 2007-08-31 2013-03-27 株式会社シグマ ズームレンズ
JP5084437B2 (ja) * 2007-10-19 2012-11-28 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP5241377B2 (ja) * 2008-08-19 2013-07-17 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP5464873B2 (ja) * 2009-03-09 2014-04-09 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
US8503097B2 (en) 2009-05-27 2013-08-06 Nikon Corporation Lens system, optical apparatus and manufacturing method
JP5369898B2 (ja) * 2009-05-27 2013-12-18 株式会社ニコン ズームレンズ、光学機器
JP5504792B2 (ja) * 2009-09-25 2014-05-28 カシオ計算機株式会社 ズームレンズ及び投射型表示装置
JP5523092B2 (ja) * 2009-12-28 2014-06-18 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP5492658B2 (ja) * 2010-05-24 2014-05-14 株式会社タムロン 高変倍率ズームレンズ
JP5942235B2 (ja) * 2010-08-02 2016-06-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ズームレンズ系、交換レンズ装置及びカメラシステム
JP5872791B2 (ja) * 2011-05-02 2016-03-01 オリンパス株式会社 ズームレンズ及びそれを備えた撮像装置
JP5773793B2 (ja) * 2011-08-04 2015-09-02 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP5755745B2 (ja) 2011-08-11 2015-07-29 富士フイルム株式会社 ズームレンズおよび撮像装置
CN103733111B (zh) 2011-08-11 2016-06-01 富士胶片株式会社 变焦镜头和成像设备
JP5436518B2 (ja) 2011-10-21 2014-03-05 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP5787716B2 (ja) * 2011-10-24 2015-09-30 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP6025440B2 (ja) * 2012-07-31 2016-11-16 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP5592925B2 (ja) * 2012-11-28 2014-09-17 オリンパスイメージング株式会社 ズームレンズ及びそれを備えた撮像装置
JP6056534B2 (ja) * 2013-02-19 2017-01-11 株式会社ニコン レンズ鏡筒および撮像装置
JP2014174340A (ja) * 2013-03-08 2014-09-22 Ricoh Co Ltd ズーム投射光学系および画像表示装置
JP6225441B2 (ja) * 2013-03-19 2017-11-08 株式会社ニコン 撮影レンズ及びこの撮影レンズを有する撮像装置
CN105452930B (zh) 2013-06-28 2018-10-02 株式会社尼康 变倍光学***、光学设备和该变倍光学***的制造方法
JP6452405B2 (ja) * 2014-11-28 2019-01-16 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP6789719B2 (ja) 2016-08-09 2020-11-25 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置
JP6497597B2 (ja) * 2017-10-31 2019-04-10 株式会社ニコン 変倍光学系及び光学機器
JP6987717B2 (ja) * 2018-08-21 2022-01-05 富士フイルム株式会社 ズームレンズ及び撮像装置
CN114002831A (zh) * 2020-07-28 2022-02-01 华为技术有限公司 光学镜头、镜头模组和终端
CN114236791B (zh) * 2021-11-17 2023-09-19 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种具有扫描成像功能的多模连续变焦光学***
CN115421286A (zh) * 2022-07-28 2022-12-02 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 紧凑型宽波段连续变焦光学***

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2773131B2 (ja) * 1988-03-31 1998-07-09 ミノルタ株式会社 コンパクトな高変倍率ズームレンズ系
JPH01314219A (ja) * 1988-06-14 1989-12-19 Minolta Camera Co Ltd コンパクトな高変倍率ズームレンズ系
JP4330196B2 (ja) * 1999-02-05 2009-09-16 マミヤ・デジタル・イメージング株式会社 ズームレンズ
JP2004102089A (ja) * 2002-09-12 2004-04-02 Minolta Co Ltd 撮像装置
JP4438046B2 (ja) * 2003-08-11 2010-03-24 キヤノン株式会社 ズームレンズ及びそれを有する撮像装置

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