JP2006071993A - ズームレンズ及び撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで高変倍率を有すると共に手ぶれ補正機能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決する手段】 複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて構成され、最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群である第５レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、手ぶれ補正機能、すなわち、カメラの振動による撮影画像のブレを補正する機能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関する。特に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで高変倍率を有すると共に手ぶれ補正機能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置に関するものである。
近年、デジタルスチルカメラ等の個体撮像素子を用いた撮像装置が普及しつつある。このようなデジタルスチルカメラの普及に伴い一層の高画質化が求められており、特に、画素数の多い撮像素子を使用したデジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い個体撮像素子に対応した結像性能にすぐれた撮影用レンズ、特に、ズームレンズが求められている。
特に、最近は、撮影時の振動による撮影画像の像ブレを防ぐ、手ぶれ補正機能が強く要望されている。
その上、小型化への要求も強く、特に、奥行き方向、すなわち、入射光軸方向に小型なズームレンズが求められている。
例えば、特許文献１には、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負群と正群を有し全体として負の屈折力を有する第５レンズ群で構成されるズームレンズにおいて、第５レンズ群中の負群を光軸と垂直な方向に移動させることで、手ぶれ補正を行うズームレンズが提案されている。
また、一方では、レンズ間にプリズムを挿入することで光学系を折り曲げ、入射光軸方向の小型化を図ることが行われている。例えば、特許文献２に記載された光学系では、正負正正、４群構成の中にプリズムを用いて光軸を折り曲げることで、入射光軸方向での小型化を図ったズームレンズが提案されている。
特開平５−２２４１６０号公報 特開平８−２４８３１８号公報
しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズではレンズ枚数が多く、レンズ収納時でもカメラの奥行き方向、すなわち、入射光軸方向の厚みは小さくならない。また、特許文献１に記載のズームレンズでは、ブレ補正レンズ群を有する第５レンズ群が変倍時の可動群でもあるため、光軸方向への移動機構の外側にブレ補正レンズ群の駆動機構を配置しなければならず、第５レンズ群の部分で径方向の大きさも大きくなってしまう。
また、特許文献２に記載のズームレンズでは、前玉及び反射部材が大きく、小型化が十分ではない。
本発明は、上記した問題に鑑み、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタル入出力機器の撮影光学系に好適なコンパクトで高変倍率を有すると共に手ぶれ補正機能を有するズームレンズ及び該ズームレンズを使用した撮像装置を提供することを課題とする。
本発明ズームレンズは、上記した課題を解決するために、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせるものである。
また、本発明撮像装置は、上記した課題を解決するために、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、上記ズームレンズは、最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせるものである。
従って、本発明にあっては、手振れ補正が可能であると共に小型且つ高性能なズームレンズを得ることが出来、また、該ズームレンズを使用することにより、手振れ補正が可能であると共に小型且つ高性能な撮像装置を得ることが出来る。
本発明ズームレンズは、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせることを特徴とする。
また、本発明撮像装置は、複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、上記ズームレンズは、最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせることを特徴とする。
従って、本発明にあっては、手振れ補正が可能であると共に小型且つ高性能なズームレンズを得ることが出来、また、該ズームレンズを使用することにより、手振れ補正かが可能であると共に小型且つ高性能な撮像装置を得ることが出来る。
請求項２及び請求項１８に記載した発明にあっては、最も物体側のレンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、光軸を略９０度曲げるための反射部材を有するので、奥行方向、すなわち、ズームレンズへの入射光軸方向での小型化が可能になる。
請求項３、請求項４、請求項１９及び請求項２０に記載した発明にあっては、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、上記第４レンズ群を光軸方向に移動させて近接撮影時のフォーカシングを行うので、小型に構成することが出来る。
請求項５乃至請求項８及び請求項２１乃至請求項２４に記載した発明にあっては、ＣＲをブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径、Ｙmaxを撮像素子の最大像高として、以下の条件式
（１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
を満足するので、手振れ補正時の歪曲収差や片ボケの補正が容易であると共に、小型化が容易である。
請求項９乃至請求項１６及び請求項２５乃至請求項３２に記載した発明にあっては、βａをブレ補正レンズ群の倍率、βｂをブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率として、以下の条件式
（２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
を満足するので、ブレ補正レンズ群の少ないシフト量で且つ高い精度を要求されること無しに手振れ補正することが可能である。
以下に、本発明ズームレンズ及び撮像装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明ズームレンズは、図３、図５及び図９に示すように、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて構成され、第１レンズ群ＧＲ１、第３レンズ群ＧＲ３及び第５レンズ群ＧＲ５が変倍時に固定で、主に第２レンズ群ＧＲ２が光軸方向に移動して変倍を行い、第４レンズ群ＧＲ４が光軸方向に移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。
また、上記第５レンズ群ＧＲ５を負の屈折力を有する前群ＦＧと正の屈折力を有する後群ＲＧとで構成し、正の屈折力を有する後群ＲＧ又は該後群ＲＧの一部（以下、以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動させることによって像をシフトさせる。
本発明ズームレンズにあっては、最終レンズ群である第５レンズ群ＧＲ５を負の屈折力を有する前群ＦＧと正の屈折力を有する後群ＲＧとで構成することによって、前群ＦＧによって光線を一気に跳ね上げ、これを後群ＲＧによってテレセントリックな光線とすることによって第１レンズ群ＧＲ１特にその最も物体側のレンズ（前玉）Ｇ１の径を小さくして、ズームレンズ全体の小型化を可能にしている。
また、ブレ補正レンズ群を最後尾に配置することによって、小型化とレンズ枚数の削減を可能にしている。すなわち、ブレ補正レンズ群を最後尾に配置することによって、可動群（例えば、第２レンズ群ＧＲ２、第４レンズ群ＧＲ４）との干渉が無く、ブレ補正レンズ群の駆動機構を配置してもその部分で外径が大型化することがない。そして、レンズ群を光軸に直交する方向に移動させて手振れ補正を行う場合、収差変動、特に歪曲収差の変動が問題になり、それを補正するためにレンズ枚数を増やさざるを得なくなるが、本発明ズームレンズの場合、光線がテレセントリックとなる部分でのレンズ群を光軸に直交する方向に移動させて手振れ補正を行うので、収差変動が少なく、レンズ枚数を増やすこと無しに、高い光学性能を維持することが出来る。
本発明ズームレンズにあっては、固定群である第１レンズ群ＧＲ１中に光軸をほぼ９０゜折り曲げるための反射部材を配置することが好ましい。これによって、該ズームレンズへの入射光軸（最も物体側に位置するレンズの光軸）方向での大きさを小さくすることが出来、デジタルスチルカメラ等の撮像装置の奥行を小さくすること、すなわち、薄型化が可能になる。
また、本発明ズームレンズは、ＣＲをブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径、Ｙmaxを撮像素子の最大像高として、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
上記条件式（１）は、ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径を規定する条件式である。条件式（１）の下限値を下回ると、すなわち、ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径が条件式（１）によって規定された値より緩くなると、光学系の小型化が困難になる。また、条件式（１）の上限値を超えると、すなわち、ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径が条件式（１）によって規定された値より強くなると、手ぶれ補正時に発生する歪曲収差や片ボケの補正が困難になる。
さらに、本発明ズームレンズは、βａをブレ補正レンズ群の倍率、βｂをブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率として、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
上記条件式（２）は、ブレ補正レンズ群の移動量に対して像がシフトする割合を規定する条件式である。条件式（２）の下限値を下回ると所定量だけ像をシフトさせるのに必要なブレ補正レンズ群の移動量が大きくなり、その結果駆動系が大きくなってしまい小型化の妨げとなる。条件式（２）の上限値を超えるとブレ補正レンズ群が微小に移動しても像が大きくシフトしてしまうので、高い精度での制御が要求されることになり、部品精度や組付精度並びに検出系や駆動系に対する高精度な制御が必要となり、極めて高価なものとなってしまう。
上記したように、光軸を折り曲げるための反射部材にプリズムを使用する場合は、屈折率が高い硝材を使うこが望ましい。これによって、反射部材を小型化することが可能になり、ズームレンズ全体の小型化に有利である。
また、光量の調整のために絞り径を変化させる代わりに、ＮＤフィルターや、液晶調光素子を用いることが小型化のためにはさらに好ましい。
さらに、手ぶれ補正時に生じる色ずれを、電気的な信号処理で補正することが望ましい。これによって、色収差の補正に関するレンズ負荷が減少し、レンズ枚数の削減が可能になると共にレンズ設計が容易になる。
以下に、本発明撮像レンズの実施形態及び数値実施例について図１乃至図１２を参照して、また、表１乃至表１０を用いて説明する。
なお、数値実施例において使用する記号の意味は次のとおりである。
ω：半画角
ｓｉ：物体側から数えてｉ番目の面
ｒｉ：上記面Ｓｉの曲率半径
ｄｉ：物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の面間隔
ｎｉ：第ｉレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率
νｉ：第ｉレンズのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）におけるアッベ数
また、非球面形状は、次の数１式によって定義されるものとする。
Figure 2006071993
但し、
ｘ ： レンズ面頂点からの光軸方向の距離
ｙ ： 光軸と垂直な方向の高さ
ｃ ： レンズ頂点での近軸曲率
ε ： 円錐定数
A i ： 第 i 次の非球面係数
とする。
図１は本発明ズームレンズの第１の実施形態のレンズ構成を示す図である。第１の実施形態では、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて構成され、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１と、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面が非球面で構成された正レンズＧ３とで構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズとで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面が非球面で構成された正レンズＧ７で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、正レンズＧ８と負レンズＧ９の接合レンズで構成されている。第５レンズ群は、負レンズＧ１０から成る前群ＦＧと正レンズＧ１１から成る後群ＲＧとで構成され、上記後群ＲＧ（ブレ補正レンズ群）を光軸と垂直な方向に移動させることで像のシフトを行う。
また、第１レンズ群ＧＲ１、第３レンズ群ＧＲ３及び第５レンズ群ＧＲ５が変倍時に固定で、主に第２レンズ群ＧＲ２が光軸方向に移動して変倍を行い、第４レンズ群ＧＲ４が光軸方向に移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。
なお、図１中、ＬＰＦは第５レンズ群ＧＲ５と結像面ＩＭＧとの間に介挿されたローパスフィルタである。また、開口絞りＩＲは第３レンズ群ＧＲ３の像面側に近接して配置され、変倍時に固定である。
表１に第１の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例１の光学系のデータを示す。なお、以下の表において、「ＡＳＰ」は当該面が非球面形状で構成されていることを示し、「ＩＮＦＩＮＩＴＹ」は当該面が平面で構成されていることを示す。
Figure 2006071993
第１の実施の形態において、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔ｄ１１、開口絞りＩＲと第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔ｄ１４及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔ｄ１７は変倍時に可変である。そこで、広角端位置、広角端と望遠端との間の中間焦点位置及び望遠端位置での上記各面間隔ｄ６、ｄ１１、ｄ１４及びｄ１７の数値実施例１における値を焦点距離、Ｆナンバー、半画角ωと共に表２に示す。
Figure 2006071993
第１の実施の形態において、第１レンズ群ＧＲ１の第２レンズＧ３の両面ｓ５、ｓ６、第３レンズ群ＧＲ３を構成する正レンズＧ７の両面ｓ１２、ｓ１３及び第４レンズ群ＧＲ４を構成する接合レンズの物体側の面ｓ１５は非球面で構成されている。そこで、数値実施例１における上記各面ｓ５、ｓ６、ｓ１２、１３及びｓ１５の４次、６次、８次、１０次の非球面係数を円錐定数εと共に表３に示す。
Figure 2006071993
図２に広角端位置における、図３に広角端と望遠端との間の中間焦点位置における、図４に望遠端位置における数値実施例１の諸収差図を示す。なお、これら収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、破線がＣ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル像面を、破線がメリジオナル像面を表わす。歪曲収差では縦軸が像高、横軸は％で表わす。
図５は本発明ズームレンズの第２の実施形態のレンズ構成を示す図である。第２の実施形態では、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて構成され、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１と、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面を非球面で構成された正レンズＧ３とで構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズと、負レンズＧ７で構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面が非球面で構成された正レンズＧ８で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、物体側の面が非球面で構成された正レンズＧ８と負レンズＧ９の接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ１１から成る前群ＦＧと正レンズＧ１２と両面が非球面で構成された負レンズＧ１３とから成る後群ＲＧとで構成され、上記後群ＲＧの一部分である正レンズＧ１２（ブレ補正レンズ群）を光軸と垂直な方向に移動させることで像のシフトを行う。
また、第１レンズ群ＧＲ１、第３レンズ群ＧＲ３及び第５レンズ群ＧＲ５が変倍時に固定で、主に第２レンズ群ＧＲ２が光軸方向に移動して変倍を行い、第４レンズ群ＧＲ４が光軸方向に移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。
なお、図５中、ＬＰＦは第５レンズ群ＧＲ５と結像面ＩＭＧとの間に介挿されたローパスフィルタである。また、開口絞りＩＲは第３レンズ群ＧＲ３の像面側に近接して配置され、変倍時に固定である。
表４に第２の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例２の光学系のデータを示す。
Figure 2006071993
第２の実施の形態において、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔ｄ１３、開口絞りＩＲと第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔ｄ１６及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔ｄ１９は変倍時に可変である。そこで、広角端位置、広角端と望遠端との間の中間焦点位置及び望遠端位置での上記各面間隔ｄ６、ｄ１３、ｄ１６及びｄ１９の数値実施例２における値を焦点距離、Ｆナンバー、半画角ωと共に表５に示す。
Figure 2006071993
第２の実施の形態において、第１レンズ群ＧＲ１の第２レンズＧ３の両面ｓ５、ｓ６、第３レンズ群ＧＲ３を構成する正レンズＧ７の両面ｓ１４、ｓ１５、第４レンズ群ＧＲ４を構成する接合レンズの物体側の面ｓ１７及び第５レンズ群ＧＲ５の後群ＲＧの像側のレンズＧ１３の両面ｓ２４、２５は非球面で構成されている。そこで、数値実施例２における上記各面ｓ５、ｓ６、ｓ１４、１５、ｓ１７、ｓ２４及びｓ２５の４次、６次、８次、１０次の非球面係数を円錐定数εと共に表６に示す。
Figure 2006071993
図６に広角端位置における、図７に広角端と望遠端との間の中間焦点位置における、図８に望遠端位置における数値実施例２の諸収差図を示す。なお、これら収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、破線がＣ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル像面を、破線がメリジオナル像面を表わす。歪曲収差では縦軸が像高、横軸は％で表わす。
図９は本発明ズームレンズの第３の実施形態のレンズ構成を示す図である。第３の実施形態では、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５が配列されて構成され、第１レンズ群ＧＲ１は、負レンズＧ１と、光軸を９０°折り曲げるための直角プリズムＧ２と、両面を非球面で構成された正レンズＧ３とで構成される。第２レンズ群ＧＲ２は、負レンズＧ４と、負レンズＧ５と正レンズＧ６の接合レンズとで構成されている。第３レンズ群ＧＲ３は、両面が非球面で構成された正レンズＧ７で構成される。第４レンズ群ＧＲ４は、正レンズＧ８と負レンズＧ９の接合レンズで構成されている。第５レンズ群ＧＲ５は、負レンズＧ１０から成る前群ＦＧと物体側の面が非球面で構成された正レンズＧ１１から成る後群ＲＧとで構成され、後群ＲＧである正レンズＧ１１（ブレ補正レンズ群）を光軸と垂直方向に移動させることで像のシフトを行う。
また、第１レンズ群ＧＲ１、第３レンズ群ＧＲ３及び第５レンズ群ＧＲ５が変倍時に固定で、主に第２レンズ群ＧＲ２が光軸方向に移動して変倍を行い、第４レンズ群ＧＲ４が光軸方向に移動して変倍時の像面位置の変動の補正と近距離撮影時のフォーカシングを行う。
なお、図９中、ＬＰＦは第５レンズ群ＧＲ５と結像面ＩＭＧとの間に介挿されたローパスフィルタである。また、開口絞りＩＲは第３レンズ群ＧＲ３の像面側に近接して配置され、変倍時に固定である。
表７に第３の実施の形態に具体的数値を適用した数値実施例３の光学系のデータを示す。
Figure 2006071993
第３の実施の形態において、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間の面間隔ｄ６、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間の面間隔ｄ１１、開口絞りＩＲと第４レンズ群ＧＲ４との間の面間隔ｄ１４及び第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との間の面間隔ｄ１７は変倍時に可変である。そこで、広角端位置、広角端と望遠端との間の中間焦点位置及び望遠端位置での上記各面間隔ｄ６、ｄ１１、ｄ１４及びｄ１７の数値実施例３における値を焦点距離、Ｆナンバー、半画角ωと共に表８に示す。
Figure 2006071993
第３の実施の形態において、第１レンズ群ＧＲ１の第２レンズＧ３の両面ｓ５、ｓ６、第３レンズ群ＧＲ３を構成する正レンズＧ７の両面ｓ１２、ｓ１３、第４レンズ群ＧＲ４を構成する接合レンズの物体側の面ｓ１５及び第５レンズ群ＧＲ５の後群ＲＧを構成する正レンズＧ１１の物体側の面ｓ２０は非球面で構成されている。そこで、数値実施例３における上記各面ｓ５、ｓ６、ｓ１２、１３、ｓ１５及びｓ２０の４次、６次、８次、１０次の非球面係数を円錐定数εと共に表９に示す。
Figure 2006071993
図１０に広角端位置における、図１１に広角端と望遠端との間の中間焦点位置における、図１２に望遠端位置における数値実施例３の諸収差図を示す。なお、これら収差図において、球面収差では縦軸は開放Ｆ値との割合、横軸にデフォーカスをとり、実線がｄ線、破線がＣ線、１点鎖線がｇ線での球面収差を表わす。非点収差では縦軸が像高、横軸がフォーカスで、実線がサジタル像面を、破線がメリジオナル像面を表わす。歪曲収差では縦軸が像高、横軸は％で表わす。
上記各条件式（１）、（２）の各数値実施例１〜３における対応値を表１０に示す。
Figure 2006071993
上記各数値実施例１〜３のズームレンズは、上記表１０から明らかなように、条件式（１）及び（２）を満足し、また、各収差図に示すように、広角端位置、広角端と望遠端との間の中間焦点位置及び望遠端位置において、各収差ともバランス良く補正されていることが分かる。
次に、上記ズームレンズを用いた撮像装置の例について説明する。図１３は、本発明のズームレンズを搭載可能なデジタルスチルカメラの構成例を示すブロック図である。
図１３に示すデジタルスチルカメラ１００は、撮像機能を担うカメラブロック１０と、撮像された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０と、撮像された画像等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、メモリカード５１への書き込み／読み出しを行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、装置全体を制御するＣＰＵ６０と、ユーザによる操作入力のための入力部７０と、カメラブロック１０内のレンズの駆動を制御するレンズ駆動制御部８０を具備する。なお、レンズ駆動制御部８０には、シャッターレリーズ時に生じる予期しないカメラの振動、いわゆる手振れの方向と量を検出する検出系、上記検出系の検出結果に基づき手振れによる画像のブレをキャンセルする方向に及び画像の上記ブレをキャンセルするに足りる量だけ上記ブレ補正レンズ群を光軸に垂直な方向に移動させる駆動系を有する手振れ補正機構が含まれている。
カメラブロック１０は、本発明が適用されるズームレンズ１１（上記実施の形態乃至数値実施例１乃至３にかかるズームレンズを使用することができる）を含む光学系や、ＣＣＤ等の撮像素子１２等により構成される。カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２からの出力信号に対するデジタル信号への変換や、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の信号処理を行う。画像処理部３０は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸長復号化処理や、解像度等のデータ仕様の変換処理等を行う。
メモリカード５１は、着脱可能な半導体メモリからなる。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データをメモリカード５１に書き込み、またメモリカード５１に記録された画像データを読み出す。ＣＰＵ６０は、デジタルスチルカメラ内の各回路ブロックを制御する制御処理部であり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。
入力部７０は、例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等により構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力する。レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて、ズームレンズ１１内のレンズを駆動する図示しないモータ等を制御する。
以下、このデジタルスチルカメラの動作を簡単に説明する。
撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮像された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、入力部７０からのズーミングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて、ズームレンズ１１内の所定のレンズが移動される。
そして、入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが切られると（この時、上記した手振れ補正機構が作動して、手振れによる画像のシフトを補正する）、撮像された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード５１に書き込まれる。
なお、フォーカシングは、例えば、シャッタレリーズボタンが半押しされた場合、あるいは記録のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がズームレンズ１１内の所定のレンズを移動させることにより行われる。
また、メモリカード５１に記録された画像データを再生する場合は、入力部７０による操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によりメモリカード５１から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０で伸張復号化処理された後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力される。これにより再生画像が表示される。
図１４では、図中左側に被写体が存在する場合のデジタルスチルカメラの内部を示している。ズームレンズ１１は、カメラ筐体９０の内部に収納されており、その下部に撮像素子１２が設けられる。また、ＬＣＤ４０は、被写体と対向する側のカメラ筐体９０面に設けられ、撮影時に画角を合わせるために使用される。
本発明のズームレンズは、被写体からの光の光軸をプリズムによって折り曲げ、さらにその折り曲げた方向（図中の上下方向）に沿って所定のレンズを移動させることでズーミングやフォーカシングを行うことが可能となっている。従って、ズームレンズ１１をカメラ筐体９０から突出させずに撮影を行うことが可能で、撮影時のカメラ本体の奥行きが短縮される。これに加えて、上述した条件を満足するようにズームレンズ１１が設計されることにより、カメラ筐体９０のさらなる薄型化、および上下方向の小型化が可能となり、小型でありながら、３〜５倍程度のズーミングが可能で、かつ、手振れが補正され、各種焦点距離において収差の少ない高画質な撮影画像を得ることが可能である。
なお、上記した実施の形態では、本発明撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した場合について説明したが、例えば、ビデオカメラといった他の撮像装置等に適用することも可能である。
その他、上記した各実施の形態及び各数値実施例において示した各部の具体的な形状や構造並びに数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって、本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
比較的小型でシャッターレリーズ時に手振れを生じやすいデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の小型撮像装置に適用して好適である。
図２乃至図４と共に本発明ズームレンズの第１の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。 広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図６乃至図８と共に本発明ズームレンズの第２の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。 広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図１０乃至図１２と共に本発明ズームレンズの第３の実施の形態を示すものであり、本図はレンズ構成を示す概略図である。 広角端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 広角端と望遠端との中間焦点位置における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 望遠端における球面収差、非点収差及び歪曲収差を示す図である。 図１４と共に本発明撮像装置の実施の形態を示すものであり、本図は構成ブロック図である。 カメラ筐体内への配置構造の例を示す図である。
符号の説明
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、ＦＧ…前群、ＲＧ…後群、１００…デジタルスチルカメラ（撮像装置）、１１…ズームレンズ、１２…撮像素子

Claims (32)

  1. 複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズであって、
    最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、
    上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせる
    ことを特徴とするズームレンズ。
  2. 最も物体側のレンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、光軸を略９０度曲げるための反射部材を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  3. 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、上記第４レンズ群を光軸方向に移動させて近接撮影時のフォーカシングを行う
    ことを特徴とする請求項１に記載のズームレンズ。
  4. 物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、上記第４レンズ群を光軸方向に移動させて近接撮影時のフォーカシングを行う
    ことを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
  5. 以下の条件式（１）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。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  6. 以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  7. 以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  8. 以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  9. 以下の条件式（２）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。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  10. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  11. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項３に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  12. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項４に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  13. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項５に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  14. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項６に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  15. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項７に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  16. 以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項８に記載のズームレンズ。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  17. 複数の群から成り群間隔を変えることにより変倍を行うズームレンズと、上記ズームレンズによって形成された光学像を電気的な信号に変換する撮像素子とを備えた撮像装置であって、
    上記ズームレンズは、最も像側に位置し負の屈折力を有する最終レンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、負の前群と正の後群で構成され、
    上記正の後群又は正の後群の一部分（以下、「ブレ補正レンズ群」という）を光軸と直交する方向に移動可能に構成し、上記ブレ補正レンズ群を光軸と直交する方向に移動することによって像をシフトさせる
    ことを特徴とする撮像装置。
  18. 上記ズームレズの最も物体側のレンズ群が変倍時に光軸方向に固定であると共に、光軸を略９０度曲げるための反射部材を有する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
  19. 上記ズームレズが、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、上記第４レンズ群を光軸方向に移動させて近接撮影時のフォーカシングを行う
    ことを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
  20. 上記ズームレズが、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群が配列されて構成され、上記第４レンズ群を光軸方向に移動させて近接撮影時のフォーカシングを行う
    ことを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
  21. 上記ズームレンズが、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  22. 上記ズームレンズが、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  23. 上記ズームレンズが、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１９に記載の撮像装置。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  24. 上記ズームレンズが、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項２０に記載の撮像装置。
    （１）０．００２＜（１／ＣＲ）／Ｙmax＜０．０５
    但し
    ＣＲ：ブレ補正レンズ群の最も物体側のレンズ面の曲率半径
    Ｙmax：撮像素子の最大像高
    とする。
  25. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１７に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  26. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  27. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１９に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  28. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２０に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  29. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２１に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  30. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２２に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  31. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２３に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
  32. 上記ズームレンズが、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２４に記載の撮像装置。
    （２）０．５＜ ( １ − βａ )×βｂ ＜ １．２
    但し
    βａ：ブレ補正レンズ群の倍率
    βｂ：ブレ補正レンズ群より像面側にあるレンズ群の倍率
    とする。
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