(57)【要約】      （修正有）【課題】単色収差及び色収差の訂正を提供する光学システムの構造を開発する。【解決手段】光学装置のデザインとズームレンズの光学システムの改善された構造に関する。ズームレンズの光学システムは、４つのレンズ群で統合される１３個のレンズを含み、撮影対象からカウントされる第１のレンズ群１０、第３のレンズ群３０及び第４のレンズ群４０は正の屈折率を有し、第２のレンズ群２０は負の屈折率を有して光軸に沿って移動する機能を有するように形成され、第１のレンズ群は４つのレンズで構成され、第１のレンズの外部表面はイメージの平面方向に凹んで形成され、第３のレンズ群はイメージの平面側に逆向きの凹表面を有する２つのメニスカスレンズで構成され、第４のレンズ群は凸凹接合レンズの形態で形成され、第２のレンズ群は光学システムの光軸に対する横断変位の機能を有するように形成される。【選択図】図１
2011107708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つのレンズ群で統合されたズームレンズの光学システムにおいて、
正の屈折率を有する第１のレンズ群と、
前記第１のレンズ群の後ろに配置され、負の屈折率を有する第２のレンズ群と、
前記第２のレンズ群の後ろに配置され、正の屈折率を有する第３のレンズ群と、
前記第３のレンズ群の後ろに配置され、正の屈折率を有する第４のレンズ群と、を含み、
前記第３のレンズ群は、
２つのメニスカスレンズと前記２つのメニスカスレンズの間に配置された１つの凸レンズとを含むことを特徴とするズームレンズの光学システム。
【請求項２】
前記第３のレンズ群は、
２つの非球面を含むことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項３】
前記第２のレンズ群は、
光軸を基準に線形移動が可能であることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項４】
広角端から望遠端に焦点距離が変化されることにより、
前記第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の間隔は広くなり、
前記第２のレンズ群と第３のレンズ群との間の間隔は狭くなるように、前記第２のレンズ群が移動することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項５】
前記第２のレンズ群は、  
高屈折素材のレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項６】
前記第４のレンズ群は、
接合レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項７】
前記第３のレンズ群は、
倍率が−０．５８乃至−０．４５内にあるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項８】
固定絞りを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【請求項９】
前記レンズを構成するレンズ及び材料のパラメータは、下記の表の値に対応することを特徴とする請求項１に記載のズームレンズの光学システム。
【表１】
2011107708.tif 000008
【表２】
2011107708.tif 000009
【表３】
2011107708.tif 000010
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうちいずれか一項に記載のズームレンズの光学システムを含むことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置の構造に関し、特に、ビデオカメラ及び他の撮影装置に利用され、振動時に手ぶれ補正機能が提供される大きな倍率を有する高級ズームレンズの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ズームレンズは焦点距離を連続的に変えることができるレンズであって、被写体を拡大または縮小することができる。高いズーム倍率を達成してズームレンズで発生する収差を軽減するために、ズームレンズには多数のレンズが組み合わせて使用される。これにより、ズームレンズは単焦点レンズより大きくて重い。
【０００３】
最近は、ズームレンズを適用したデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等のような撮像装置が広く普及されて使われている。これにより、このような撮像装置を小さくて軽く製造してユーザの便宜を図ろうとする努力が行われている。このような傾向により、ズームレンズの小型化、軽量化が求められる。
【０００４】
しかし、高いズーム倍率を達成し、ズームレンズで発生する収差を軽減するために、ズームレンズは上述のように多数のレンズが使われており、この多数のレンズのため、ズームレンズ光学系を更に小さくて軽く製造するのに多くの困難さをもたらす。例えば、ズームレンズ光学系の小型化、軽量化のためにレンズの個数を減らす場合、軸上色収差や倍率色収差が多く増加する可能性がある。
【０００５】
なお、このようなズームレンズのシステムの場合、操作者の手ぶれのようなズームレンズの横断方向への動きに対処するための装備を備えていない。
【０００６】
従って、適正個数のレンズを用いて、手ぶれ補正効果をもたらすズームレンズの光学システムに対する開発が至急である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国特開第２０１０−００８９５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、単色収差及び色収差の訂正を提供する光学システムの構造を開発することであって、１０−２０ｘの範疇を有する高速ズームレンズにおいて、安定化角度±０.２でかつ最大焦点距離と実際的に同一の距離で値Ｔ（Ｎ＝１６０）＞０.２が到達できる光学システムの構造を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態にかかる手ぶれ補正機能を有するズームレンズの光学システムは（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＯＦ  ＺＯＯＭ  ＬＥＮＳ  ＷＩＴＨ  ＩＭＡＧＥ  ＳＴＡＢＩＬＩＺＡＴＩＯＮ）、４つのレンズ群で統合される１３個のレンズを含み、撮影対象からカウントされる第１のレンズ群、第３のレンズ群及び第４のレンズ群は正の屈折率を有し、第２のレンズ群は負の屈折率を有して光軸に沿って移動する機能を有するようい形成され、第１のレンズ群は４つのレンズで構成され、第１のレンズの外部表面はイメージの平面方向に凹んで形成され、前記第３のレンズ群はイメージの平面側に逆向きの凹表面を有する２つのメニスカスレンズで構成され、第４のレンズ群は凸凹接合レンズ（ｃｏｎｖｅｘｏ−ｃｏｎｃａｖｅ  ｇｌｕｅｄ  ｌｅｎｓ）の形態で形成され、第２のレンズ群は光学システムの光軸に対して横断変位の機能を有するように形成される。
【００１０】
本発明を実現する際に、前記第３のレンズ群は倍率が−０．５８乃至−０．４５内にあるように形成されることが好ましい。
【００１１】
本発明を実現する際に、絞りは前記イメージの平面に対して固定されていることが重要である。
【００１２】
一方、本発明の一実施形態にかかるズームレンズの光学システムは、正の屈折率を有する第１のレンズ群と、前記第１のレンズ群の後ろに配置され、負の屈折率を有する第２のレンズ群と、前記第２のレンズ群の後ろに配置され、正の屈折率を有する第３のレンズ群と、前記第３のレンズ群の後ろに配置され、正の屈折率を有する第４のレンズ群と、を含み、前記第３のレンズ群は、２つのメニスカスレンズと前記２つのメニスカスレンズの間に配置された１つの凸レンズとを含む。
【００１３】
なお、前記第３のレンズ群は、２つの比球面を含むことが好ましい。
【００１４】
そして、前記第２のレンズ群は、光軸を基準に線形移動が可能であることが好ましい。
【００１５】
なお、広角端から望遠端へと焦点距離が変化されることにより、前記第１のレンズ群と第２のレンズ群との間の間隔は広くなり、前記第２のレンズ群と第３のレンズ群との間の間隔は狭くなるように、前記第２のレンズ群が移動することが好ましい。
【００１６】
そして、前記第２のレンズ群は、高屈折素材のレンズを含むことが好ましい。
【００１７】
なお、前記第４のレンズ群は、接合レンズを含むことが好ましい。
【００１８】
そして、前記第３のレンズ群は、倍率が−０．５８乃至−０．４５内にあるように形成されることが好ましい。
【００１９】
なお、固定絞りを更に含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の他の側面にかかる撮像装置は、上述のような特徴を有するズームレンズ光学システムを含む。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、使用されるレンズの数と比球面表面の数が減少されることで、ズームレンズの光学システムの全長が減少し、ＭＴＦ値は改善され、手ぶれ補正機能を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるズームレンズの一般的な断面図を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる広角端でのズームレンズの断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる広角端での非点収差及び歪曲収差のダイアグラムを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる第１中間位置でのズームレンズの断面を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる第１中間位置での非点収差及び歪曲収差のダイアグラムを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる第２中間位置でのズームレンズの断面を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる第２中間位置での非点収差及び歪曲収差のダイアグラムを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる第３中間位置でのズームレンズの断面を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる第３中間位置での非点収差及び歪曲収差のダイアグラムを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる望遠端でのズームレンズの断面を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる望遠端での非点収差及び歪曲収差のダイアグラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳細に説明することで更に明白になるだろう。
【００２４】
参考までに、本発明を説明するうえで関連する公知機能あるいはアクチュエータ、ボディ部のような一般的で必須的な構成に対する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断される場合はその詳細な説明を省略する。
【００２５】
以下では図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態にかかる、ズームレンズの一般的な断面図を示す図である。ここで、Liはレンズ、ｒiは曲率半径を示す。
【００２７】
図１に示すように、ズームレンズは、第１のレンズ群１０、第２のレンズ群２０、第３のレンズ群３０、第４のレンズ群４０、結像面５０、光学フィルタ６０、カバーグラス７０及び絞りｒ１５を含む。このような複数のレンズ群１０、２０、３０、４０が組み合わせて使われることで、ズームレンズは広角端（ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ  ｅｎｄ）から望遠端（ｔｅｌｅｐｈｏｔｏ  ｅｎｄ）まで焦点距離が変えられるようになる。
【００２８】
図１において被写体は第１のレンズ群１０の左側に位置し、被写体の像が結像される結像面５０は第４のレンズ群４０の右側に位置する。即ち、被写体から順次的に第１、２、３、４のレンズ群１０、２０、３０、４０が配置される。これから、「被写体方向」という用語は被写体に向く方向（図１において左方向）を指し、「像方向」という用語は結像面５０に向く方向（図１において右方向）を指すことにする。
【００２９】
本発明の一実施形態にかかる第１のレンズ群１０は、正の屈折率を有し、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、第３のレンズＬ３及び第４のレンズＬ４を含む。ここで、第１、２のレンズＬ１、Ｌ２は、接合された接合レンズ（ｃｅｍｅｎｔｅｄ  ｌｅｎｓ）で構成される。第１のレンズＬ１は被写体方向に曲線の半径がｒ１である表面と像方向に曲線の半径がｒ２である表面とを有する。第２のレンズＬ２は被写体方向に曲線の半径がｒ２である表面と像方向に曲線の半径がｒ３である表面とを有する。第３のレンズＬ３は被写体方向に曲線の半径がｒ４である表面と像方向に曲線の半径がｒ５である表面とを有する。第４のレンズＬ４は被写体方向に曲線の半径がｒ６である表面と像方向に曲線の半径がｒ７である表面とを有する。ここで、第１のレンズ群１０は、図１に示されるように、４つのレンズ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）で構成されていて非点収差、歪曲収差を補正するのに効果的である。ここで、第１のレンズ群１０は固定されている。
【００３０】
第２のレンズ群２０は第１のレンズ群１０の後ろに配置され、負の屈折率を有する。第２のレンズ群２０は、第５のレンズＬ５、第６のレンズＬ６、第７のレンズＬ７及び第８のレンズＬ８を含む。第５のレンズＬ５は被写体方向に曲線の半径がｒ８である表面と像方向に曲線の半径がｒ９である表面とを有する。第６のレンズＬ６は被写体方向に曲線の半径がｒ１０である表面と像方向に曲線の半径がｒ１１である表面とを有する。第７のレンズＬ７は被写体方向に曲線の半径がｒ１２である表面と像方向に曲線の半径がｒ１３である表面とを有する。第８のレンズＬ８は被写体方向に曲線の半径がｒ１３である表面と像方向に曲線の半径がｒ１４である表面とを有する。第２のレンズ群２０では高屈折素材のレンズを使用するため、カメラの全長の長さを縮小させることができるようになる。よって、ズームレンズが採用されるカメラもしくはビデオカメラのサイズが縮小できるようになる。ここで、第２のレンズ群２０は、アクチュエータ（図示せず）によって光軸に沿って線形移動が可能である。
【００３１】
第３のレンズ群３０は第２のレンズ群２０の後ろに配置され、正の屈折率を有する。第３のレンズ群３０は、第９のレンズＬ９、第１０のレンズＬ１０及び第１１のレンズＬ１１を含む。第９のレンズＬ９は被写体方向に曲線の半径がｒ１６である表面と像方向に曲線の半径がｒ１７である表面とを有する。第１０のレンズＬ１０は被写体方向に曲線の半径がｒ１８である表面と像方向に曲線の半径がｒ１９である表面とを有する。第１１のレンズＬ１１は被写体方向に曲線の半径がｒ２０である表面と像方向に曲線の半径がｒ２１である表面とを有する。ここで、第３のレンズ群３０は、２枚のメニスカスレンズ（Ｌ９、Ｌ１１）、１枚の凸レンズ（Ｌ１０）が含まれる。また、第３のレンズ群３０は非球面を含んでいるため、球面収差の除去に効果的であり、手ぶれの補正時に性能を保障することができるようになる。ここで、第３のレンズ群３０は固定されている。このとき、第３のレンズ群３０の倍率が−0．５８乃至−０．４５内にあるように形成されることができる。上述した実施例では第３のレンズ群３０が２枚のメニスカスレンズを含むことができるものと想定したが、これは一実施例に過ぎず、第３のレンズ群３０のメニスカスレンズは３つ以上で実現されることもできる。
【００３２】
第３のレンズ群３０は、正の屈折率を有する第９のレンズＬ９の被写体方向側の面上に形成される絞りｒ１５を更に含む。ここで、絞りｒ１５は固定絞りであることが好ましい。これは、絞りの駆動のための別途の機械的な部品が不要になりズームレンズ光学系の構造が単純化できるからである。
【００３３】
第４のレンズ群４０は第３のレンズ群３０の後ろに配置され、正の屈折率を有する。第４のレンズ群４０は、第１２のレンズＬ１２及び第１３のレンズＬ１３を含む。ここで、第１２、１３のレンズＬ１２、Ｌ１３は、接合された接合レンズ（ｃｅｍｅｎｔｅｄ  ｌｅｎｓ）で構成される。第１２のレンズＬ１２は被写体方向に曲線の半径がｒ２２である表面と像方向に曲線の半径がｒ２３である表面とを有する。第１３のレンズＬ１３は被写体方向に曲線の半径がｒ２３である表面と像方向に曲線の半径がｒ２４である表面とを有する。このとき、第４のレンズ群４０は色収差の補正に効果的である。また、第４のレンズ群はＡＦ移動が可能である。
【００３４】
第４のレンズ群４０と結像面５０との間には光学フィルタ６０、カバーグラス７０が配置され、不要は波長領域の光をフィルタリングすることができる。
【００３５】
図１に示されたズームレンズには２つの非球面が使用される。一つ目の非球面は第３のレンズ群３０の第１０のレンズＬ１０の被写体方向側の面ｒ１８になることができる。二つ目の非球面は第３のレンズ群３０の第１１のレンズＬ１１の像方向側の面ｒ２１になることができる。上述したように、このような非球面により、球面収差を効果的に除去することができ、手ぶれ補正時に性能を保障することができるようになる。
【表１】
2011107708.tif 000003
【００３６】
発明による非球面表面の主要パラメータは、上記で言及した表に示されており、次式によって計算される。
【００３７】
【数１】
2011107708.tif 000004
【００３８】
ここで、ｘはレンズの頂点（ｖｅｒｔｅｘ）から光軸方向への距離を意味し、ｈは光軸に対して垂直な方向への距離を意味し、ｒはレンズの頂点での曲率半径を意味し、ｋはこーニック定数（ｃｏｎｉｃ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）を意味し、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは非球面係数を意味する。
【００３９】
図２〜図１１を参照してズームレンズの作動状態を説明することにする。図２は、広角端でのズームレンズを示す図であり、図４は、第１中間位置でのズームレンズを示す図であり、図６は、第２中間位置でのズームレンズを示す図であり、図８は、第３中間位置でのズームレンズを示す図であり、図１０は、望遠端でのズームレンズを示す図である。ズームの動作時における本発明の一実施形態にかかるレンズ群の位置は、次の表に示されている通りである。
【００４０】
【表２】
2011107708.tif 000005
【００４１】
図２、４、６、８、１０から分かるように、第１、３のレンズ群１０、３０は固定されており、第２、４のレンズ群２０、４０は光軸方向に沿って移動可能である。このとき、第２のレンズ群２０は光軸方向に線形移動が可能である。即ち、広角端から望遠端に焦点距離が変化されズーミング作動をすることにより、第１のレンズ群１０と第２のレンズ群２０との間の間隔は広くなり、第２のレンズ群２０と第３のレンズ群３０との間の間隔は狭くなるように、第２のレンズ群２０が移動する。なお、第４のレンズ群４０はＡＦ移動が可能である。
【００４２】
表３〜４は、本発明の一実施形態にかかるズームレンズの数値データを示すものである。
【００４３】
表４において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ第４のレンズＬ４と第５のレンズＬ５との間の距離、 第８のレンズＬ８と第９のレンズＬ９との間の距離、 第１１のレンズＬ１１と第１２のレンズＬ１２との間の距離、 第１３のレンズＬ１３と光学フィルタ６０との間の距離である。
【００４４】
【表３】
2011107708.tif 000006
【００４５】
【表４】
2011107708.tif 000007
【００４６】
以下では、図３、５、７、９、１１に基づいてズームレンズの作動状態による非点収差及び歪曲収差を説明することにする。図３は、広角端での非点収差及び歪曲収差のグラフを示すものであり、図５は、第１中間位置での非点収差及び歪曲収差のグラフを示すものであり、図７は、第２中間位置での非点収差及び歪曲収差のグラフを示すものであり、図９は、第３中間位置での非点収差及び歪曲収差のグラフを示すものであり、図１１は、望遠端での非点収差及び歪曲収差のグラフを示すものである。
【００４７】
このとき、基準波長は５４６．０７ｎｍの波長であって、図３、５、７、９、１１をみると分かるように、非点収差及び歪曲収差ともに満たせる範囲内にある。
【００４８】
本発明は、機械的または電子的な安定化のための装備を導入することなく、手あるいは移動プラットフォームから質的な撮影を提供する、フィルムメーキング装備に使用されるズームレンズをデザインするときに応用することができる。
【００４９】
上述したように本発明の一実施形態によると、使用されたレンズの数と比球面表面の数が減少されることで、ズームレンズの光学システムの全長が減少し、MTFは改善され、手ぶれ補正機能を向上させることができるようになる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５１】
１０        第１のレンズ群
２０        第２のレンズ群
３０        第３のレンズ群
４０        第４のレンズ群
５０        結像面
６０        光学フィルタ
７０        カバーグラス
ｒ１５      絞り
【図１】
2011107708.tif 000011
【図２】
2011107708.tif 000012
【図３】
2011107708.tif 000013
【図４】
2011107708.tif 000014
【図５】
2011107708.tif 000015
【図６】
2011107708.tif 000016
【図７】
2011107708.tif 000017
【図８】
2011107708.tif 000018
【図９】
2011107708.tif 000019
【図１０】
2011107708.tif 000020
【図１１】
2011107708.tif 000021