JP2007279351A - 変倍光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】よりコンパクトかつ簡素な構成でありながら像ぶれ等に対する十分な補正機能を有し、良好な光学性能を発揮することのできる変倍光学系を提供する。
【解決手段】この変倍光学系は、正の第１のレンズ群Ｇ１と、負の第２のレンズ群Ｇ２と、正の第５のレンズ群Ｇ５と、正の第３のレンズ群Ｇ３と、第１〜第３のサブレンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３を含む負の第４のレンズ群Ｇ４とを物体側から順に備える。第２のレンズ群Ｇ２の移動により変倍を行い、第３のレンズ群Ｇ３の移動により変倍による像面変動の補正と合焦とを行う。第４のレンズ群Ｇ４は変倍および合焦の際に固定である。像ぶれの補正については、第２のサブレンズ群Ｇ４２のみを光軸Ｚ１に対して垂直な方向に移動させることで行う。これにより、十分に良好な像ぶれ補正機能を発揮すると共に、全体として簡素かつ、コンパクト化な構成を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンパクトなデジタルスチルカメラ（デジタルカメラ）および民生用ビデオカメラ等への搭載に適した変倍光学系に関する。

デジタルカメラや民生用ビデオカメラ等により撮影を行う際、撮影者の手ぶれやその他の原因による振動があると撮影画像にぶれが生じてしまい、像の劣化を招くこととなる。このような像ぶれを防止するために、従来より、撮影光学系の一部のレンズを像ぶれ補正群として光軸と垂直な方向に移動させ、光学的に像のぶれを補正する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

特許文献１には、例えば第４図にあるように、変倍時に固定の第１レンズ群Ｉと、変倍時に光軸に沿って移動する第２レンズ群ＩＩおよび第３レンズ群ＩＩＩとを備え、第１レンズ群Ｉから第３レンズ群ＩＩＩのいずれか１つを光軸と直交する方向に移動させることで振動に伴う撮影画像のぶれを補正するように構成された変倍光学系が開示されている。

また、特許文献２には、例えば第４図にあるように、変倍時に固定の負の第１レンズ群Ｉと、変倍時に光軸に沿って移動する正の第２レンズ群ＩＩおよび負の第３レンズ群ＩＩＩとを備え、第２レンズ群ＩＩを光軸と直交する方向に移動させることで振動に伴う撮影画像のぶれを補正するように構成された変倍光学系が開示されている。

また、特許文献３には、例えば第４図にあるように、変倍時に固定の負の第１レンズ群Ｉと、変倍時に光軸に沿って移動する正の第２レンズ群ＩＩおよび負の第３レンズ群ＩＩＩとを備え、第３レンズ群ＩＩＩを光軸と直交する方向に移動させることで振動に伴う撮影画像のぶれを補正するように構成された変倍光学系が開示されている。

さらに、特許文献４には、例えば図２にあるように、正の第１レンズ群Ｇ１と、変倍時に光軸に沿って移動する負の第２レンズ群Ｇ２と、正の第３レンズ群Ｇ３と、変倍時に光軸に沿って移動する正の第４レンズ群Ｇ４と、正の第５レンズ群Ｇ５とを順に備え、第５レンズ群Ｇ５のうちの一部を構成する正部分群を光軸と直交する方向へシフトさせることで像のシフトを行うように構成されたズームレンズが開示されている。
特許第２５３５９６９号公報 特許第２５６０３７７号公報 特許第２６０５３２６号公報 特開２００６−２３５９３号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３の変倍光学系では、像ぶれ補正を行うレンズ群（以下、補正レンズ群）が全体構成に対して占める割合が比較的大きいことから、補正レンズ群を駆動するための駆動部への電気的および機械的負荷が小さくないうえ、全体構成のコンパクト化に不利である。特に、補正レンズ群が変倍動作を行う変倍群としても機能する場合には、駆動部への負荷が特に大きくなるうえ、その機構も複雑となり易い。また、補正レンズ群の前後のレンズ（群）が変倍動作を行う変倍群であることから、機構上、密閉度を高めることが困難であり埃などの異物の侵入および付着が懸念される。特に、特許文献３の変倍光学系のように最終レンズ群（最も像側のレンズ群）が変倍群かつ移動群であると最終レンズ群に埃が付着しやすく、その場合には撮影画像にシェーディングの影響が現れることとなる。

また、上記特許文献４のズームレンズでは、全長が長くなる傾向にあり、コンパクト性の面で不十分なところがある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、よりコンパクトかつ簡素な構成でありながら、振動や傾き等に起因した像ぶれに対する十分な補正機能を有し、良好な光学性能を発揮することのできる変倍光学系を提供することにある。

本発明の変倍光学系は、物体側から順に正の屈折力を有する第１のレンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群と、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、負の屈折力を有すると共に複数のサブレンズ群を含む第４のレンズ群とを少なくとも備え、第２のレンズ群を光軸上で移動させることにより変倍を行うと共に、第３のレンズ群を光軸上で移動させることにより変倍による像面変動の補正と合焦とを行うように構成されている。第４のレンズ群は、変倍および合焦の際に固定であると共に、複数のサブレンズ群のうちの１つが光軸に対して垂直な方向に移動することにより像を移動させるように構成されている。

本発明の変倍光学系では、変倍および合焦の際に固定である第４のレンズ群に含まれる一のサブレンズ群のみが光軸に対して垂直方向に移動することにより像が移動し、振動や傾き等に伴う像ぶれが補正されるようになっている。このため、第４のレンズ群は、十分な像ぶれ補正機能を発揮し、かつ、全体構成に占める割合が比較的小さいものとなる。また、第１〜第４のレンズ群が順に正、負、正、負の屈折力を有しているので、全系の像側主点の位置がより物体側に位置するようになる。よって、バックフォーカスが短くなり全長の短縮化に有利な構成となる。ここでは、第４のレンズ群の屈折力が負である点が全長の短縮化に大きく寄与している。

本発明の変倍光学系では、第４のレンズ群は、物体側から順に配置された第１〜第３のサブレンズ群を有しており、第２のサブレンズ群全体が光軸に対して垂直な方向に移動することにより像が移動し、振動や傾き等に伴う像のぶれを補正するように構成されているとよい。その場合、像ぶれ補正レンズ群として機能する第２のサブレンズ群は、変倍時および合焦時に移動しない第１および第３のサブレンズ群によって前後を挟まれた構成となる。第３のサブレンズ群については、例えば正の屈折力を有する単レンズにより構成することができる。この第３のサブレンズ群を設けることにより、結像面へ向かう光線の射出角を小さくし易くなると共に第２のサブレンズ群による像ぶれ補正の感度が高まることとなる。また、第３のサブレンズ群を含まずに、第１および第２のサブレンズ群のみによって第４のレンズ群が構成されてもよい。その場合には、全体構成がより簡素化される。

本発明の変倍光学系では、第１のサブレンズ群として、少なくとも一方の面が非球面である単レンズを用いるとよい。その場合には、像面湾曲および歪曲収差を補正し易くなる。また、第２のサブレンズ群については、物体側から順に配置された正レンズと負レンズとによって構成された接合レンズとすることが望ましい。その場合には、球面収差および色収差の低減に有利となる。

本発明の変倍光学系では、さらに下記の条件式（１）を満足するように構成されていることが望ましい。
０．３＜｜（１−βｔＳＬ）×βｔｒ｜＜１．０ ……（１）
ここで、βｔＳＬは第２のサブレンズ群における望遠端での結像倍率であり、βｔｒは第２のサブレンズ群よりも像側に位置するレンズ全体における望遠端での結像倍率（但し、第２のサブレンズ群よりも像側に位置するレンズが存在しない場合は１とする）である。この条件式（１）を満足することにより、例えば望遠端での補正画角を０．５°とすることができ、像ぶれ補正の感度と像ぶれ補正レンズ群の移動量とのバランスがより適正化される。

本発明の変倍光学系では、第１のレンズ群が、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する単レンズと、光路を折り曲げる光路変換部材と、少なくとも１枚の正の屈折力を有する単レンズとを物体側から順に備えるようにするとよい。こうすることで効率的な空間の使用がなされ、例えば薄型化されたカメラなどの撮像装置への搭載に適したものとなる。

本発明の変倍光学系では、さらに、第２のレンズ群と第３のレンズ群との間に正の屈折力を有する固定の第５のレンズ群を備えるようにするとよい。第５のレンズ群を設けることにより、変倍比の増大に有利となる。

本発明の変倍光学系によれば、物体側から順に正、負、正、負の屈折力を有する第１〜第４のレンズ群のうち、第２のレンズ群を変倍を行う変倍群として用いると共に、第３のレンズ群を変倍による像面変動の補正と合焦とを行う移動群として用い、さらに、変倍および合焦の際に固定である第４のレンズ群のうちの一のサブレンズ群のみを振動や傾き等に伴う像ぶれ補正のための補正群として用いるようにしたので、十分に良好な像ぶれ補正機能を発揮すると共に、全体として簡素かつ、コンパクト化な構成を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（実施例１：図８，図９）のレンズ構成に対応している。特に、図１（Ａ）は広角端における無限遠合焦時のレンズ配置を示し、図１（Ｂ）は望遠端における無限遠合焦時のレンズ配置を示している。図１（Ｂ）において、符号Ｓｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面（ｉ＝１〜２７）を示す。符号Ｒｉは、面Ｓｉの曲率半径を示す。図１（Ａ）において、符号Ｄｉは、ｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。

この変倍光学系は、例えばコンパクトカメラ、デジタルスチルカメラおよび民生用のビデオカメラ等に搭載されて使用されるものであり、光軸Ｚ１に沿って物体側から順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２のレンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３のレンズ群Ｇ３と、負の屈折力を有すると共に第１〜第３のサブレンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３を含む第４のレンズ群Ｇ４と、平行平面板ＧＣとを備えている。さらに、第２のレンズ群Ｇ２と第３のレンズ群Ｇ３との間には、正の屈折力を有する第５のレンズ群Ｇ５が設けられている。結像面Ｓimgには、図示しないＣＣＤ（電荷結合素子）等の撮像素子の撮像面が配置される。絞りＳｔは、例えば、第５のレンズ群Ｇ５の像側に配置されている。

この変倍光学系は、第２のレンズ群Ｇ２を光軸Ｚ１上で移動させることにより変倍動作を行う。例えば広角側から望遠側へと変倍させる際には、物体側から像側に向かうように第２のレンズ群Ｇ２を移動させる。第２のレンズ群Ｇ２の移動軌跡は図１に示したようにほぼ直線状となっている。この第２のレンズ群Ｇ２の移動の際、併せて第３のレンズ群Ｇ３を光軸Ｚ１上で移動させることにより、変倍による像面変動の補正が行われるようになっている。第３のレンズＧ３の移動により、併せて合焦も行われる。なお、第３のレンズ群Ｇ３は、図１に実線で表した曲線状の軌跡を描くように移動する。一方、第１のレンズ群Ｇ１、第５のレンズ群Ｇ５および第４のレンズ群Ｇ４は、変倍および合焦の際には移動しない固定群となっている。

第１のレンズ群Ｇ１は、例えば、レンズＬ１１〜Ｌ１３が物体側から順に配設された３枚構成となっている。レンズＬ１１は、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。レンズＬ１２は、例えば両凸レンズである。レンズＬ１１，Ｌ１２は、例えば接合レンズを構成している。レンズＬ１３は、例えば物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状をなしている。

第２のレンズ群Ｇ２は、例えば、レンズＬ２１〜Ｌ２３が物体側から順に配設された３枚構成となっている。レンズＬ２１は、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズである。レンズＬ２２は例えば両凹レンズであり、レンズＬ２３は例えば両凸レンズである。レンズＬ２２とＬ２３とによって接合レンズが構成されている。

第５のレンズ群Ｇ５は、正の屈折力を有する単一のレンズＬ５１によって構成されている。レンズＬ５１は、近軸において例えば両凸形状をなしている。レンズＬ５１の両面Ｓ１１，Ｓ１２は、例えば非球面係数Ａｉとして奇数次の項および偶数次の項をそれぞれ少なくとも１つずつ用いた式（ＡＳＰ）によって規定される非球面形状をなしていることが望ましい。

Ｚ＝Ｃ×Ｙ²／｛１＋（１−Ｋ×Ｃ²×Ｙ²）^1/2｝＋Σ（Ａｉ×Ｙｉ） ……（ＡＳＰ）

式（ＡＳＰ）において、Ｚは非球面の深さ、Ｙは光軸Ｚ１から各レンズ面までの距離（高さ）、Ｃは近軸曲率＝１／Ｒ（Ｒは近軸曲率半径）、Ｋは離心率、Ａｉは第ｉ次（ｉ＝３以上の整数）の非球面係数をそれぞれ示す。非球面の深さＺは、より詳しくは、光軸から高さＹの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さを示す。

第３のレンズ群Ｇ３は、例えば、物体側から順にレンズＬ３１〜Ｌ３３が配設されたものである。レンズＬ３１は例えば両凸レンズであり、レンズＬ３２は例えば両凹レンズである。ここでレンズＬ３１とレンズＬ３２とによって接合レンズが構成されている。レンズＬ３３は、例えば両面（面Ｓ１７，面１８）が式（ＡＳＰ）で表される非球面であり、近軸において例えば両凸形状をなすように構成されている。

第４のレンズ群Ｇ４は、第１〜第３のサブレンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３が物体側から順に配置された構成となっている。サブレンズ群Ｇ４１は、例えば負の屈折力を有する単一のレンズＬ４１によって構成されている。レンズＬ４１の両面Ｓ１９，Ｓ２０はいずれも式（ＡＳＰ）で表される非球面であり、近軸において例えば両凹形状をなすように構成されている。第２のサブレンズ群Ｇ４２は、例えば両凸形状をなすレンズＬ４２と両凹形状をなすレンズＬ４３とが物体側から順に配置されてなる接合レンズであり、全体として負の屈折力を有している。この第２のサブレンズ群Ｇ４２全体を光軸Ｚ１に対して垂直方向に移動させることにより、振動に伴う像のぶれが補正されるようになっている。第３のサブレンズ群Ｇ４３は、例えば両凸形状をなす単一のレンズＬ４４によって構成されている。

また、本実施の形態の変倍光学系では、望遠端での補正画角Δθが０．５°のとき、さらに下記の条件式（１）を満足するように構成されていることが望ましい。ここで、βｔＳＬは第２のサブレンズ群Ｇ４２における望遠端での結像倍率であり、βｔｒは第２のサブレンズ群Ｇ４２よりも像側に位置するレンズ全体（すなわちレンズＬ４４）における望遠端での結像倍率である。
０．３＜｜（１−βｔＳＬ）×βｔｒ｜＜１．０ ……（１）

次に、以上のように構成された変倍光学系の作用および効果を説明する。

この変倍光学系では、第１〜第４のレンズ群Ｇ１〜Ｇ４が順に正、負、正、負の屈折力を有しているので、全長が短く、コンパクトな構成が実現されている。具体的には、全系の像側主点の位置がより物体側に位置するようになる。よって、バックフォーカスが短くなり全長が短縮される。ここでは、第４のレンズ群Ｇ４の屈折力が負である点がコンパクト化に特に大きく寄与している。

また、像ぶれ補正を行うにあたり、第４のレンズ群Ｇ４を構成する第１〜第３のサブレンズ群Ｇ４１〜Ｇ４３のうちの第２のサブレンズ群Ｇ４２のみを光軸Ｚ１に対して垂直方向に移動させるようになっている。このため、像ぶれ補正レンズ群として機能する第２のサブレンズ群Ｇ４２が変倍光学系の全体構成に占める割合は、従来よりも小さくなっている。さらに、第４のレンズ群Ｇ４は変倍時や合焦時に移動することのない固定群であることから、この変倍光学系をカメラなどの撮像装置に実装する場合において、第２のサブレンズ群Ｇ４２を駆動させるための駆動機構への電気的、機械的な負荷を軽減することができるうえ、その機構自体も簡素化される。また、第２のサブレンズ群Ｇ４２が固定群である第１および第３のサブレンズ群Ｇ４１，Ｇ４３によって前後を挟まれた形態となっているので、移動群の近くに像ぶれ補正レンズ群を配置した場合と比べて密閉度が高まり、埃の侵入や付着を防止することができる。特に、この変倍光学系では第４のレンズ群Ｇ４が最も像側のレンズ群であることから、シェーディングの発生を回避し易い構成となっている。

また、正のレンズＬ４４（第３のサブレンズ群Ｇ４３）を設けることにより、次の２つの効果が得られる。第１に、結像面Ｓimgへ向かう光線の射出角が小さくなる（光軸Ｚ１に対して平行をなすように近づく）ので、結像面Ｓimgに配置された撮像素子の受光効率を向上させることができる。第２に、像ぶれ補正の感度が高まり、第２のサブレンズ群Ｇ４２の少ない移動量によって効果的に像ぶれ補正を行うことができる。

また、両面Ｓ１９，Ｓ２０が非球面形状であるレンズＬ４１（第１のサブレンズ群Ｇ４１）を像ぶれ補正レンズ群である第２のサブレンズ群Ｇ４２の直前に配置することにより、像面湾曲および歪曲収差をより良好に補正することができる。このレンズＬ４１の直前には両面Ｓ１７，Ｓ１８が非球面形状をなすレンズＬ３３が配置されており、両者によって諸収差の補正が効率的に行われるようになっている。これらレンズＬ３３とレンズＬ４１とを隣り合うように配置することで、非球面レンズとしての光学作用をバランス良く分担させることができる。このため、成型時および組立時に生じる偏芯や軸ずれの解像度への影響を緩和することができ、製造誤差の許容範囲が広がることとなる。

また、第２のサブレンズ群Ｇ４２が、正のレンズＬ４２と負のレンズＬ４３とによって構成された接合レンズであることから、球面収差および色収差について特に良好に補正される。

また、条件式（１）は、第２のサブレンズ群Ｇ４２における望遠端での光軸Ｚ１と直交する方向の最大移動量Ｓを規定するものである。最大移動量Ｓと、それに対応する結像面Ｓimg上の像の変位量ΔＹとの関係は、以下の式（２）のように表すことができる。
｜（１−βｔＳＬ）×βｔｒ｜×Ｓ＝ΔＹ ……（２）
ここで、変位量ΔＹは、望遠端での全系の焦点距離ｆｔと、望遠端での補正画角Δθとを用いて
ΔＹ＝ｆｔ×ｔａｎΔθ ……（３）
と表すことができる。よって、式（２），（３）から
｜（１−βｔＳＬ）×βｔｒ｜＝ｆｔ×ｔａｎΔθ／Ｓ
となり、
Ｓ＝ｆｔ×ｔａｎΔθ／｜（１−βｔＳＬ）×βｔｒ｜ ……（４）
となる。一般的に、補正画角Δθが０．５°以上であることが要求される。このとき条件式（１）を満足するように構成することにより、最大移動量Ｓを適正化し、良好な像ぶれ補正操作を行うことができる。条件式（１）において下限を下回ると、像ぶれ補正の感度が低下し応答性が劣化するうえ、十分な像ぶれ補正を行うために最大移動量Ｓが増大する。その結果、重量や寸法が増大して小型化が困難となるうえ、駆動機構に対する負荷も増大する。一方、条件式（１）において、上限を上回ると像ぶれ補正の感度が過敏になり、第２のサブレンズ群Ｇ４２の移動量調整が煩雑となる。

また、第５のレンズ群Ｇ５を設けることにより、より大きな変倍比を確保することができる。

このように、本実施の形態の変倍光学系では、十分に良好な像ぶれ補正機能を発揮しつつ、全体として簡素かつコンパクトな構成を実現している。

［第２の実施の形態］
次に、本発明における第２の実施の形態としての変倍光学系について説明する。図２は、第２の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第２の数値実施例（実施例２：図１０，図１１）のレンズ構成に対応している。本実施の形態の変倍光学系は屈曲光学系を採用したものであるが、その基本構成は上記第１の実施の形態における変倍光学系（図１）と同様である。したがって、ここでは両者の相違する箇所について主に説明をすることとし、重複箇所については適宜説明を省略する。

本実施の形態では、第１のレンズ群Ｇ１が、例えば物体側に凸面を向けた負のメニスカス形状をなすレンズＬ１１と、反射面ＲＳを有する直角プリズムＬ１２と、像側に凸面を向けた平凸形状のレンズＬ１３と、両凸形状をなすレンズＬ１４とを物体側から順に有している。このため、反射面ＲＳによって入射光線の光路が屈曲した屈曲光学系が構成され、効率的な空間の使用がなされる。その結果、十分に良好な像ぶれ補正機能を発揮しつつ、例えば薄型化されたカメラなどの撮像装置への搭載に適したコンパクトな構成を実現することができる。なお、良好な収差補正をおこなうという観点から、レンズＬ１４の両面Ｓ７，Ｓ８がいずれも式（ＡＳＰ）で規定される非球面形状をなしていることが望ましい。また、レンズＬ４１は、例えば近軸において物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなしている。

［第３の実施の形態］
次に、本発明における第３の実施の形態としての変倍光学系について説明する。図３は、第３の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第３の数値実施例（実施例３：図１２，図１３）のレンズ構成に対応している。本実施の形態の変倍光学系は、第４のレンズ群Ｇ４が２つのサブレンズ群によって形成されている点を除き、上記第１の実施の形態の変倍光学系（図１）とほぼ同様の構成である。したがって、以下では、両者の相違する箇所について主に説明をすることとし、重複箇所については適宜説明を省略する。

本実施の形態の変倍光学系では、第４のレンズ群Ｇ４が、物体側から順に配置された第１および第２のサブレンズ群Ｇ４１，Ｇ４２のみを有している。ここで、第１のサブレンズ群Ｇ４１は、例えば正の屈折力を有する単一のレンズＬ４１によって構成されている。レンズＬ４１は、近軸において像側に凸面を向けたメニスカス形状をなしている。第２のサブレンズ群Ｇ４２は、例えば像側に凸面を向けた正のメニスカス形状をなすレンズＬ４２と両凹形状をなすレンズＬ４３とが物体側から順に配置されてなる接合レンズからなり、全体として負の屈折力を有している。
このような構成により、上記第１の実施の形態としての変倍光学系と比べて全長がさらに短縮され、よりいっそうのコンパクト化を図ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明における第４の実施の形態としての変倍光学系について説明する。図４は、第４の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第４の数値実施例（実施例４：図１４，図１５）のレンズ構成に対応している。本実施の形態の変倍光学系は、第４のレンズ群Ｇ４が２つのサブレンズ群によって形成されている点を除き、上記第２の実施の形態の変倍光学系（図２）とほぼ同様の構成である。したがって、以下では、両者の相違する箇所について主に説明をすることとし、重複箇所については適宜説明を省略する。

本実施の形態の変倍光学系では、第４のレンズ群Ｇ４が、上記第３の実施の形態と同様に物体側から順に配置された第１および第２のサブレンズ群Ｇ４１，Ｇ４２のみを有している。したがって、上記第２の実施の形態としての変倍光学系と比べて全長がさらに短縮され、よりいっそうのコンパクト化を図ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明における第５の実施の形態としての変倍光学系について説明する。図５は、第５の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第５の数値実施例（実施例５：図１６，図１７）のレンズ構成に対応している。本実施の形態の変倍光学系は、第５のレンズ群Ｇ５が配置されていない点を除き、上記第２の実施の形態の変倍光学系（図２）とほぼ同様の構成である。したがって、以下では、両者の相違する箇所について主に説明をすることとし、重複箇所については適宜説明を省略する。

本実施の形態の変倍光学系は、第５のレンズ群Ｇ５を含まず、物体側から順に配置された第１〜第４のレンズ群Ｇ１〜Ｇ４のみによって構成されている。このため、全体構成が簡素化され、軽量化および小型化の点で有利なものとなっている。

［第６の実施の形態］
次に、本発明における第６の実施の形態としての変倍光学系について説明する。図６は、第６の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第６の数値実施例（実施例６：図１８，図１９）のレンズ構成に対応している。上記第１〜第５の実施の形態では最も物体側の第１のレンズ群Ｇ１を固定群としたが、本実施の形態では、第２のレンズ群Ｇ２と共に第１のレンズ群Ｇ１についても光軸Ｚ１に沿って移動させることにより変倍が行われるようになっている。例えば広角側から望遠側へと変倍させる際には、第２のレンズ群Ｇ２を、一旦物体側から像側に向かうようにわずかに移動させたのち、徐々に物体側へ移動させ、再度、物体側から像側に向かうようにわずかに移動させるようにする。第１のレンズ群Ｇ１の移動軌跡は図６に示したようにＳ字状の曲線を描くこととなる。

本実施の形態では、望遠側において第１のレンズ群Ｇ１を物体側へ移動させるようにしたので、第１のレンズ群Ｇ１と第２のレンズ群Ｇ２との相互間隔を十分に広げることができる。このため、全長を短く維持しつつ、より大きな変倍比を得ることができる。一方、広角側において第１のレンズ群Ｇ１を像側へ移動させて絞りＳｔに近づけるようにしたので、第１のレンズ群Ｇ１を構成する各レンズの外径を縮小することができる。

［第７の実施の形態］
次に、本発明における第７の実施の形態としての変倍光学系について説明する。図７は、第７の実施の形態としての変倍光学系の一構成例を示している。この構成例は、後述の第７の数値実施例（実施例７：図２０，図２１）のレンズ構成に対応している。本実施の形態の変倍光学系は、第４のレンズ群Ｇ４が２つのサブレンズ群によって形成されている点を除き、上記第６の実施の形態の変倍光学系（図６）とほぼ同様の構成である。本実施の形態の変倍光学系では、第４のレンズ群Ｇ４が、物体側から順に配置された第１および第２のサブレンズ群Ｇ４１，Ｇ４２のみを有している。ここで、第１のサブレンズ群Ｇ４１は、例えば負の屈折力を有する単一のレンズＬ４１によって構成されている。レンズＬ４１は、近軸において像側に凸面を向けたメニスカス形状をなしている。第２のサブレンズ群Ｇ４２は、例えば像側に凸面を向けた正のメニスカス形状をなすレンズＬ４２と両凹形状をなすレンズＬ４３とが物体側から順に配置されてなる接合レンズからなり、全体として負の屈折力を有している。このような構成により、上記第６の実施の形態としての変倍光学系と比べて全長が短縮され、さらなるコンパクトが達成される。

次に、本実施の形態における変倍光学系の具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１〜第７の数値実施例（実施例１〜７）をまとめて説明する。

図８および図９は、図１に示した変倍光学系に対応する具体的なレンズデータ（実施例１）を示している。同様に、図１０〜図２１は、図２〜図７に示した各変倍光学系に対応する具体的なレンズデータ（実施例２〜７）をそれぞれ示している。そのうち、図８、図１０、図１２、図１４、図１６、図１８および図２０には各実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分（以下、基本レンズデータという。）を示し、図９、図１１、図１３、図１５、図１７、図１９および図２１には各実施例のレンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分（以下、非球面データという。）を示す。

図８、図１０、図１２、図１４、図１６、図１８および図２０に示した基本レンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の変倍光学系について、図１〜図７にそれぞれ示した符号Ｓｉに対応させて、最も物体側にある構成要素の面を１番目として、射出瞳側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜３０）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１〜図７で示した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１〜図７で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｄｊ，νｄｊの欄には、それぞれ物体側からｊ番目（ｊ＝１〜１６）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。また、面番号Ｓｉの左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。具体的には、実施例１，３，６〜７ではレンズＬ５１の面Ｓ１１，Ｓ１２と、レンズＬ３３の面Ｓ１７，Ｓ１８と、レンズＬ４１の面Ｓ１９，Ｓ２０とが非球面である。実施例２，４ではレンズＬ１４の面Ｓ７，Ｓ８と、レンズＬ５１の面Ｓ１４，Ｓ１５と、レンズＬ３３の面Ｓ２０，Ｓ２１と、レンズＬ４１の面Ｓ２２，Ｓ２３とが非球面である。実施例５ではレンズＬ１４の面Ｓ７，Ｓ８と、レンズＬ３３の面Ｓ１８，１９と、レンズＬ４１の面Ｓ２０，２１とが非球面である。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸）の曲率半径の数値を示している。

また、各非球面データには、上記した式（ＡＳＰ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａｉ，Ｋの値を記す。各非球面データに示したように、実施例１〜７の変倍光学系における各非球面は、非球面係数Ａｉとして、偶数次の項のみならず奇数次の項をも有効に用いて構成されている。

実施例１，３，６〜７では、変倍に伴って第２のレンズ群Ｇ２および第４のレンズ群Ｇ４が（実施例６，７では、さらに第１のレンズ群Ｇ１も）光軸上を移動するので、面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１３，Ｄ１８の値がそれぞれ可変となっている。同様に、実施例２，４では面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１の値がそれぞれ可変となっており、実施例５では面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１９の値がそれぞれ可変となっている。

実施例１における可変の面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１３，Ｄ１８の広角端および望遠端における各値を、その他のレンズデータとして図２２に示す。同様に、実施例２における可変の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１の広角端および望遠端における各値を図２３に示し、実施例３における可変の面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１３，Ｄ１８の広角端および望遠端における各値を図２４に示し、実施例４における可変の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１６，Ｄ２１の広角端および望遠端における各値を図２５に示し、実施例５における可変の面間隔Ｄ８，Ｄ１３，Ｄ１４，Ｄ１９の広角端および望遠端における各値を図２６に示し、実施例６における可変の面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１３，Ｄ１８の広角端および望遠端における各値を図２７に示し、実施例７における可変の面間隔Ｄ５，Ｄ１０，Ｄ１３，Ｄ１８の広角端および望遠端における各値を図２８に示す。なお、図２２〜２８には、広角端および望遠端での全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）の値についても併せて示す。

図２９に、条件式（１）に関する値を、各実施例についてまとめて示す。図２９に示したように、各実施例の値がすべて条件式（１）の数値範囲内となっている。

さらに図３０（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーション（歪曲収差）および倍率色収差を示している。図３１（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例１の変倍光学系における望遠端での同様の各収差を示している。これらの収差図は、像ぶれ補正を行う第２のサブレンズ群Ｇ４２が通常位置にあり、かつ手ぶれ等の振動の影響を受けていない通常状態での収差である。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。

同様にして、実施例２における諸収差を、広角端については図３２（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図３３（Ａ）〜（Ｄ）に示し、実施例３における諸収差を、広角端については図３４（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図３５（Ａ）〜（Ｄ）に示し、実施例４における諸収差を、広角端については図３６（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図３７（Ａ）〜（Ｄ）に示し、実施例５における諸収差を、広角端については図３８（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図３９（Ａ）〜（Ｄ）に示し、実施例６における諸収差を、広角端については図４０（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図４１（Ａ）〜（Ｄ）に示し、実施例７における諸収差を、広角端については図４２（Ａ）〜（Ｄ）に示し、望遠端については図４３（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

上記の各収差図から分かるように、各実施例では、通常状態において広角端から望遠端に至るまで良好な収差補正がなされている。

さらに、図４４（Ａ）〜（Ｆ）には、実施例１についての手ぶれ補正時の収差変動を通常状態と比較して示す。図４４（Ａ）〜（Ｃ）には、望遠端における通常状態での横収差を示し、図４４（Ｄ）〜（Ｆ）には、望遠端における像ぶれ補正時（補正画角０．５°）での横収差を示す。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示す。ＦＮＯ．はＦ値、ωは半画角、Ｙは光軸から像点までの距離（像高）（ｍｍ）を示す。

同様に、実施例２についての横収差を図４５（Ａ）〜（Ｆ）に示し、実施例３についての横収差を図４６（Ａ）〜（Ｆ）に示し、実施例４についての横収差を図４７（Ａ）〜（Ｆ）に示し、実施例５についての横収差を図４８（Ａ）〜（Ｆ）に示し、実施例６についての横収差を図４９（Ａ）〜（Ｆ）に示し、実施例７についての横収差を図５０（Ａ）〜（Ｆ）に示す。

図４４（Ａ）〜（Ｆ）、図４５（Ａ）〜（Ｆ）、図４６（Ａ）〜（Ｆ）、図４７（Ａ）〜（Ｆ）、図４８（Ａ）〜（Ｆ）、図４９（Ａ）〜（Ｆ）および図５０（Ａ）〜（Ｆ）から分かるように、各実施例について像ぶれ補正時の収差変動が少なく抑えられている。

以上の各数値データおよび各収差図により、各実施例において、コンパクトな全体構成としながらも、像ぶれ補正時の光学性能を良好に維持することできる高性能な変倍光学系が実現されていることが確認できた。

以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例１に対応する断面図である。 本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例２に対応する断面図である。 本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例３に対応する断面図である。 本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例４に対応する断面図である。 本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例５に対応する断面図である。 本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例６に対応する断面図である。 本発明における第１の実施の形態としての変倍光学系における一構成例を示すものであり、実施例７に対応する断面図である。 実施例１の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例１の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例２の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例２の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例３の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例３の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例４の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例４の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例５の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例５の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例６の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例６の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例７の変倍光学系における基本レンズデータを示す説明図である。 実施例８の変倍光学系における非球面データを示す説明図である。 実施例１の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 実施例２の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 実施例３の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 実施例４の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 実施例５の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 実施例６の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 実施例７の変倍光学系におけるその他のレンズデータを示す説明図である。 条件式（１）に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。 実施例１の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例１の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例２の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例２の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例３の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例３の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例４の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例４の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例５の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例５の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例６の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例６の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例７の変倍光学系における広角端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例７の変倍光学系における望遠端での球面収差、非点収差、ディストーションおよび倍率色収差を示す収差図である。 実施例１の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。 実施例２の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。 実施例３の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。 実施例４の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。 実施例５の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。 実施例６の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。 実施例７の変倍光学系における望遠端での像ぶれ補正時の性能変化を、通常状態と比較して示す横収差図である。

符号の説明

Ｇ１〜Ｇ５…第１〜第５のレンズ群、Ｇ４１〜Ｇ４３…第１〜第３のサブレンズ群、Ｓｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第（ｉ＋１）番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。

Claims (11)

1. 物体側から順に正の屈折力を有する第１のレンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群と、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、負の屈折力を有すると共に複数のサブレンズ群を含む第４のレンズ群とを少なくとも備え、
   前記第２のレンズ群を光軸上で移動させることにより変倍を行うと共に、前記第３のレンズ群を光軸上で移動させることにより前記変倍による像面変動の補正と合焦とを行うように構成され、
   前記第４のレンズ群は、変倍および合焦の際に固定であると共に、前記複数のサブレンズ群のうちの１つが光軸に対して垂直な方向に移動することにより像を移動させるように構成されている
   ことを特徴とする変倍光学系。
2. 前記第４のレンズ群は、物体側から順に配置された第１から第３のサブレンズ群を有しており、前記第２のサブレンズ群全体が光軸に対して垂直な方向に移動することにより像を移動させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
3. 前記第３のサブレンズ群は、正の屈折力を有する単レンズにより構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の変倍光学系。
4. 前記第４のレンズ群は、物体側から順に配置された第１および第２のサブレンズ群を有しており、前記第２のサブレンズ群全体が光軸に対して垂直な方向に移動することにより像を移動させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の変倍光学系。
5. 前記第１のサブレンズ群は、少なくとも一方の面が非球面である単レンズにより構成されている
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の変倍光学系。
6. 前記第２のサブレンズ群は、物体側から順に配置された正レンズと負レンズとによって構成された接合レンズである
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の変倍光学系。
7. さらに下記の条件式（１）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の変倍光学系。
   ０．３＜｜（１−βｔＳＬ）×βｔｒ｜＜１．０ ……（１）
   ここで、
   βｔＳＬ：第２のサブレンズ群における望遠端での結像倍率。
   βｔｒ：第２のサブレンズ群よりも像側に位置するレンズ全体における望遠端での結像倍率（但し、第２のサブレンズ群よりも像側に位置するレンズが存在しない場合は１とする）。
8. 前記第１のレンズ群は、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する単レンズと、光路を折り曲げる光路変換部材と、少なくとも１枚の正の屈折力を有する単レンズとを物体側から順に備えたものである
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の変倍光学系。
9. さらに、前記第２のレンズ群と前記第３のレンズ群との間に、正の屈折力を有すると共に変倍および合焦の際に固定である第５のレンズ群を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の変倍光学系。
10. 前記第１のレンズ群は、変倍および合焦の際に固定された状態を維持することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
11. 前記第１のレンズ群は、変倍の際に光軸上を移動することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の変倍光学系。
    

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