(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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レンズ群、変倍機能を有する負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、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レンズ群を有した変倍光学系であって、該第３レンズ群は少なくとも負の屈折力を持つ第３１レンズ群と、少なくとも２枚の正レンズを有し正の屈折力を持つ第３２レンズ群を有し、該第３２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した時の撮影画像のぶれを補正し、該第３レンズ群の最も像側のレンズの物体側曲率半径をｒ３ａ、像側曲率半径をｒ３ｂとしたとき、
０＜（ｒ３ａ＋ｒ３ｂ）／（ｒ３ａ−ｒ３ｂ）＜１．０
なる条件式を満足することを特徴とする防振機能を有した変倍光学系。
【請求項２】
前記第３レンズ群は物体側より順に負の屈折力の第３１レンズ群、正の屈折力の第３２レンズ群で構成されている事を特徴とする請求項１記載の防振機能を有した変倍光学系。
【請求項３】
前記第３２レンズ群は物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズにより成ることを特徴とする請求項２記載の防振機能を有した変倍光学系。
【請求項４】
前記第３レンズ群と第４レンズ群の広角端における光軸上間隔をＤ３４、広角端でのズーム全系の焦点距離をｆｗとするとき、
１．０ ＜ Ｄ３４／ｆｗ ＜ １．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３記載の防振機能を有した変倍光学系。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の防振機能を有した変倍光学系と、その像面側に色分解光学系と電気的撮像素子を有していることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【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電子スチルカメラ、そして３−ＣＣＤ対応の電子カメラなど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。
【０００３】
従来よりこのときの撮影画像のぶれを、撮影系のレンズ群の一部を平行偏心させることにより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。
【０００４】
例えば特開平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れ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４群構成の変倍光学系の第３レンズ群を正、負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。
【０００６】
特開平７−１９９１２４号公報では、正、負、正、正の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。
【０００７】
特開平１１−２３７５５０号広報では、正、負、正、正の４群構成の変倍光学系の第３レンズ群の一部を振動させることにより、３−ＣＣＤ対応の光学系の小型化と高画質化とを同時に実現させている。
【０００８】
いずれの例においても、充分な絞り前後間隔を確保した上で、全長の短縮と高性能化が達成されているとは、言い難い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に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。
【００１０】
また、近年民生用ビデオカメラにおいても高画質化のために、３−ＣＣＤ方式が一部のカメラでは採用されている。３−ＣＣＤ対応の正負正正の４群構成の変倍光学系において、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すると共に、偏心レンズ群の防振のための敏感度を大きくして光学系全体の小型化を図った防振機能を有した変倍光学系の提供が可能である。
【００１１】
一方、ＣＣＤの高密度化とともに求められる解像周波数が高くなると、特に絞り径が小さくなる状態、或いは真円形からかけ離れた絞り開口状態における回折による画像劣化が無視できなくなる。
【００１２】
これを解決する方法として、虹彩絞りの採用やＮＤフィルタの光路内挿入により、回折による影響を最小限に抑制する方法が考えられるが、このときの絞り機構の複雑化、ＮＤ挿入に要する軸上間隔の増大により、光学系が大型化しやすくなる欠点がある。
【００１３】
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したときの画像のぶれを補正する光学系において、高画質化を実現させるための機構上の要件を満足させた上で、適切な屈折力配置により光学系全体の全長短縮を図った防振機能を有した変倍光学系の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
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レンズ群、変倍機能を有する負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、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レンズ群を有した変倍光学系であって、該第３レンズ群は少なくとも負の屈折力を持つ第３１レンズ群と正の屈折力を持つ第３２レンズ群を有し、該第３２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した時の撮影画像のぶれを補正し該第３レンズ群の最も像側のレンズの物体側曲率半径をｒ３ａ、像側曲率半径をｒ３ｂとしたとき、
０＜（ｒ３ａ＋ｒ３ｂ）／（ｒ３ａ−ｒ３ｂ）＜１．０
なる条件式を満足することを特徴としている。
【００１５】
特に前記第３レンズ群は物体側から順に前記第３１レンズ群、第３２レンズ群の順に配置していることを特徴としている。
【００１６】
または前記構成において、第３２レンズ群は物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズにより構成されている事を特徴としている。
【００１７】
または前記構成において、第３レンズ群と第４レンズ群の広角端における光軸上間隔をＤ３４、広角端でのズーム全系の焦点距離をｆｗとするとき、
１．０ ＜ Ｄ３４／ｆｗ ＜ １．５
なる条件を満足することを特徴としている。
【００１８】
または、前記構成の変倍光学系と、その像面側に色分解光学系と電気的撮像素子を配置することで、撮像装置を形成することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を用いて具体的に説明する。
【００２０】
図１〜図３は本発明の防振機能を有した変倍光学系の、後述する数値実施例１〜３のレンズ断面図、図４〜図６は数値実施例１〜３の諸収差図を各々示す。各収差図においてＡは広角端における収差図、Ｂは中間のズーム位置における収差図、Ｃは望遠端における諸収差図を示す。
【００２１】
図１に本発明の数値実施例１の光学系の断面図を示す。図中Ｌ１は正の屈折力の第１レンズ群、Ｌ２は負の屈折力の第２レンズ群、Ｌ３は正の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。ＳＰは開口絞りであり、第３レンズ群Ｌ３の直前に配置している。
【００２２】
ＧＢは色分解プリズムやＣＣＤのフェ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である。
【００２３】
本実施例においては、第３レンズ群Ｌ３は負の屈折力の第３１レンズ群Ｌ３１と正の屈折力の第３２レンズ群Ｌ３２より構成されている。
【００２４】
撮影時には、第３２レンズ群Ｌ３２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。
【００２５】
本実施例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。
【００２６】
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。
【００２７】
本実施例においては第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。
【００２８】
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。
【００２９】
本実施例におけるズームレンズは、第１レンズ群と第２レンズ群の合成系で形成した虚像を、第３レンズ群と第４レンズ群で感光面上に結像するズーム方式をとっている。
【００３０】
本実施例では従来の所謂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、前述のようなリアフォーカス方式を採ることにより、第１レンズ群のレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。
【００３１】
そして開口絞りを第３レンズ群の直前、または第３レンズ群中または第３レンズ群と第４レンズ群の間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、
開口レンズ群の感覚を短くすることにより前玉レンズ径の縮小化を容易に達成している。
【００３２】
本発明の数値実施例においては第３レンズ群Ｌ３を第３１レンズ群Ｌ３１と第３２レンズ群Ｌ３２より構成し、このうち第３２レンズ群Ｌ３２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。
【００３３】
今、光軸をθ°補正するために必要なシフトレンズ群の移動量をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，シフト群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。
【００３４】
Δ＝ｆ・ｔａｎ（θ）／ＴＳ
上式より判る通り、シフト群の偏心敏感度ＴＳが小さすぎるとΔは大きな値となり防振に必要なシフト群の移動量が大きくなり過ぎてレンズ径が大きくなってしまう。
【００３５】
特に３−ＣＣＤ対応のビデオカメラ用レンズでは像面側に色分解のためのプリズムを配置するための空間が必要であるため通常の単板式のレンズよりもバックフォーカスが必要となる。このため第３レンズ群の屈折力が第４レンズ群に対して弱くなり、第３レンズ群の光軸に垂直方向の敏感度が小さくなる。従って第３レンズ群全体を光軸方向に対して垂直方向に移動させて防振を行おうとすると第３レンズ群の移動量が大きくなり過ぎてしまう。
【００３６】
そこで第３レンズ群を負の屈折力の第３１レンズ群と正の屈折力の第３２レンズ群に分割することにより第３２レンズ群の屈折力を大きくし、その偏心敏感度ＴＳも大きくすることで３−ＣＣＤ対応でありながらコンパクトな防振光学系が達成できる。
【００３７】
本発明のズームタイプにおいては、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が最小となるのは、望遠端においてであり、この際に第３レンズ群の物体側に配置された絞り機構と第２レンズ群とが配置上干渉しないことが重要である。特に画質向上を目的とした撮影系では、多数枚の絞り羽を有する虹彩絞りを採用することで、ボケ味の改善が可能となる。
【００３８】
また、光量調整をするためのＮＤフィルタの光路内への出し入れをするための機構などを追加するために、絞りを挟んだ第２レンズ群と第３レンズ群との間隔を従来以上に広げている。
【００３９】
本発明において十分な絞り前後間隔を確保した上で、レンズ全長の短縮するためには、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔を削減する必要がある。
【００４０】
このとき、高い光学性能を両立するためには、第３レンズ群の最も像側のレンズの物体側曲率半径をｒ３ａ、像側曲率半径をｒ３ｂとしたとき、
０＜（ｒ３ａ＋ｒ３ｂ）／（ｒ３ａ−ｒ３ｂ）＜１．０…（１）
なる条件式を満足することが求められる。
【００４１】
条件式（１）は第３レンズ群の最も像側のレンズ形状に関するものである。
【００４２】
物体側の面の曲率半径ｒ３ａに対し、像側の面の曲率半径ｒ３ｂが小さくした上で、全長を短縮するために第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を短縮すると、周辺像面のコマ収差の悪化する。
【００４３】
逆にｒ３ａがｒ３ｂに対して小さくなると、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔短縮と、充分なバックフォーカスの確保を両立することが、困難になる。
【００４４】
また同時に、レンズ全長の短縮のためには、第３レンズ群と第４レンズ群の広角端における光軸上間隔をＤ３４、広角端でのズーム全系の焦点距離をｆｗとするとき、
１．０ ＜ Ｄ３４／ｆｗ ＜ １．５  …（２）
なる条件を満足することが求められる。
【００４５】
条件式（２）は第３レンズ群と第４レンズ群の間隔に関するものである。条件式（２）の下限を超えて第３レンズ群と第４レンズ群が近接した場合は、ズームの中間状態から、望遠端にかけて、近距離物体に対するフォーカスストロークを充分に確保できなくなる。逆に条件式（２）の上限を超えると、レンズ全長の短縮と言う、所期の目的を得ることが困難になる。
【００４６】
本実施例では第３レンズ群を物体側から順に固定の第３１レンズ群、防振のために光軸に垂直方向にシフトする第３２レンズ群で構成し、第３１レンズ群を両凹レンズと正レンズ、第３２レンズ群を、物体側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズ、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズで構成している。
【００４７】
そして第３１レンズ群と第３２レンズ群の各々少なくとも１面に非球面レンズを設けることにより各レンズ群内で発生する諸収差を小さくし、防振時の光学性能の劣化を抑制している。
【００４８】
本実施例では第３１レンズ群の最も像面側、第３２レンズ群の最も物体側に非球面を導入し、各群内で発生する球面収差、コマ収差を小さくすることにより、防振時に発生する偏心収差特に偏心コマ収差を良好に補正している。
【００４９】
本発明における非球面の位置は、各群の異なる面でもよい。
【００５０】
また偏心の倍率色収差や偏心による像面湾曲を補正するためには、シフト群単独で出来るだけ色収差が補正されてペッツヴァール和が小さくなっていることが望ましい。従ってシフトレンズ群（第３２レンズ群）には少なくとも１枚の負レンズ群を含むように構成するのが、色収差の補正やペッツヴァール和を小さくするのに効果的である。
【００５１】
またこの時、全系の色収差を良好に保つためには、第３２レンズ群以外に第３レンズ群内に少なくとも１枚の正レンズを有するようにするのが良い。
【００５２】
また変倍全域に渡って十分な倍率色収差の補正を行うには第２レンズ群は物体側から順に像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズ、両凹レンズ、正レンズ、負レンズで構成するのが良い。
【００５３】
また３−ＣＣＤ対応でバックフォーカスを伸ばしたとき第４レンズ群の屈折力が強くなると共に、軸上光線が第４レンズ群を通る高さが高くなって球面収差が発生し易くなるので、第４レンズ群は少なくとも１枚の負レンズと２枚の正レンズで構成し、少なくとも１面の非球面を有するようにするのが望ましい。
【００５４】
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は物体側より順に第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。又前述の各条件式と数値実施例の関係を表―１に示す。
【００５５】
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を金軸曲率半径、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｅを各々非球面係数としたとき
【００５６】
【数１】
0004109896.tif 000002
【００５７】
なる式で表している。
また例えば「ｅ−０Ｘ」の表示は「１０−Ｘ」を意味する。
【００５８】
【外１】
0004109896.tif 000003
【００５９】
【外２】
0004109896.tif 000004
【００６０】
【外３】
0004109896.tif 000005
【００６１】
【表１】
0004109896.tif 000006
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、絞り前後間隔を十分に取った光学系において、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）したときの画像のぶれを補正するように構成する際のレンズ構成、及び形状を適切にすることで、装置全長の短縮、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変倍光学系を達成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の数値実施例１の広角端のレンズ断面図
【図２】  本発明の数値実施例２の広角端のレンズ断面図
【図３】  本発明の数値実施例３の広角端のレンズ断面図
【図４Ａ】  本発明の数値実施例１の諸収差図
【図４Ｂ】  本発明の数値実施例１の諸収差図
【図４Ｃ】  本発明の数値実施例１の諸収差図
【図５Ａ】  本発明の数値実施例２の諸収差図
【図５Ｂ】  本発明の数値実施例２の諸収差図
【図５Ｃ】  本発明の数値実施例２の諸収差図
【図６Ａ】  本発明の数値実施例３の諸収差図
【図６Ｂ】  本発明の数値実施例３の諸収差図
【図６Ｃ】  本発明の数値実施例３の諸収差図
【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
Ｌ３１    第３１レンズ群
Ｌ３２    第３２レンズ群
ｄ        ｄ線
ｇ        ｇ線
ΔＭ    メリディオナル像面
ΔＳ    サジタル像面
収差図において（Ａ）は広角端、（Ｂ）はズーム中間、
（Ｃ）は望遠端である。
【図４Ａ】
0004109896.tif 000007
【図４Ｂ】
0004109896.tif 000008
【図４Ｃ】
0004109896.tif 000009
【図５Ａ】
0004109896.tif 000010
【図５Ｂ】
0004109896.tif 000011
【図５Ｃ】
0004109896.tif 000012
【図６Ａ】
0004109896.tif 000013
【図６Ｂ】
0004109896.tif 000014
【図６Ｃ】
0004109896.tif 000015
【図１】
0004109896.tif 000016
【図２】
0004109896.tif 000017
【図３】
0004109896.tif 000018