JP3919580B2

JP3919580B2 - Zoom lens and optical apparatus having the same

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Publication number: JP3919580B2
Application number: JP2002102764A
Authority: JP
Inventors: 則廣難波; 博之浜野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: JP2003295057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチルカメラ、ビデオカメラ、銀塩写真用カメラそしてデジタルスチルカメラ等に好適なズームレンズ及びそれを有する光学機器に関する。
【０００２】
この他本発明は、光学系の一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させることにより、該光学系が振動（傾動）した時の撮影画像（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銀塩写真用カメラ、デジタルカメラなどに好適な防振機能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器に関するものである。
【０００３】
【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。従来より撮影画像のぶれを防止する機能（防振機能）を有した防振光学系(ズームレンズ)が種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭５６−２１１３３号公報では、光学装置に振動状態を検知する検知手段を設け、該検知手段からの出力信号に応じて、光学装置内の一部の光学部材を、振動による画像の振動的変位を相殺する方向に移動させることにより画像のぶれを補正し（防振を行い）画像の安定化を図っている。特開昭６１−２２３８１９号公報では、最も物体側に可変頂角プリズムを配置した撮影系において、撮影系の振動に対応させて該可変頂角プリズムのプリズム頂角を変化させて画像のぶれを補正し、画像の安定化を図っている。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せることにより画像のぶれを補正し、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、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて第３レンズ群を正、負の屈折力の二つのレンズ群より構成し、このうち正の屈折力のレンズ群を振動させることにより画像のぶれを補正している。特開平７−１９９１２４号公報では、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第３レンズ群全体を振動させて画像のぶれを補正している。一方、特開平５−６０９７４号公報では、正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第３レンズ群を正レンズとメニスカス形状の負レンズより成るテレフォトタイプとしてレンズ全長の短縮化を図っている。
【０００６】
また、本出願人は、特開平１０−２６０３５６号公報、特開平１１−２９５５９４号公報、特開２００１−４２２１３号公報、特開２００１−６６５００号公報、特開２０００−３２１４９４号公報にて正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第３レンズ群全体を振動させて画像のぶれを補正するズームレンズを開示している。
【０００７】
このうち特開平１０−２６０３５６号公報、特開平１１−２９５５９４号公報では、第２レンズ群を３枚のレンズで構成した例を開示している。又、特開２００１−６６５００号公報、特開２０００−３２１４９４号公報では、第４レンズ群を３枚のレンズで構成した例を開示している。また特開２０００−３２１４９４号公報では第２レンズ群を４枚のレンズ、第３レンズ群を３枚のレンズ、第４レンズ群を２枚のレンズで構成した例を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、画像のぶれを補正する防振手段を撮影系の前方に配置し、該防振手段の構成する一部の可動レンズ群（可動部材）を振動させて撮影画像のぶれを無くし、静止画像を得る方法は装置全体が大型化し、且つ該可動レンズ群を移動させるための移動機構が複雑化してくるという問題点があった。
【０００９】
又、可変頂角プリズムを利用して防振を行う光学系では、特に長焦点距離側において防振時に偏心倍率色収差の発生量が多くなるという問題点があった。
【００１０】
一方、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防振光学系においては、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。
【００１１】
また正、負、正、正の屈折力の第１、第２、第３、第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズにおいて、第３レンズ群全体を光軸に垂直方向に移動させて防振を行った場合、第３レンズ群を全長短縮のため正レンズとメニスカス形状の負レンズのテレフォトタイプで構成したとき、偏心コマや偏心像面湾曲といった偏心収差が多く発生して画質が劣化するという問題点があった。
【００１２】
また正、負、正、正の屈折力の第１，第２，第３，第４レンズ群より成る４群構成のズームレンズの第２レンズ群を３枚のレンズで構成すると、第２レンズ群の屈折力を大きくして変倍の際の移動量を短縮しようとした場合に倍率色収差の補正が不十分となる傾向があった。
【００１３】
またこのタイプの４群構成のズームレンズの第４レンズ群を３枚以上のレンズで構成すると２枚のレンズを用いた構成に比べ小型化の点で不利となるばかりか、変倍およびフォーカシングの際に第４レンズ群が移動する際の駆動トルクが大きくなる傾向があった。
【００１４】
本発明は、高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【００１５】
この他本発明は、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の成分を持つように移動させて、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、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した防振機能を有し、１００万画素以上の画素を含む撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応することができるズームレンズ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のズームレンズは、
物体側より順に、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レンズ群から構成されるズームレンズにおいて、
該第２レンズ群は物体側より順に、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側に強く、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、物体側に凸面を向けた正の第２３レンズ、負の第２４レンズからなり、第３レンズ群は物体側より順に、物体側に凸面を向けた正の第３１レンズ、像側に凹面を向けた負の第３２レンズ、正の第３３レンズからなり、第４レンズ群は正レンズ、負レンズからなり、該第３２レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ３２ｂ、該第３３レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ３３ａ、該第３レンズ群の焦点距離をｆ３、広角端での全系の焦点距離をｆｗ、前記第３２レンズの焦点距離をｆ３２、とするとき、
０．１＜Ｒ３２ｂ／Ｒ３３ａ＜０．９
３．０＜ｆ３／ｆｗ＜４．０
０．８＜｜ｆ３２｜／ｆ３≦１．２８７
を満足することを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２、前記第４レンズ群の焦点距離をｆ４とするとき、
１．０＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．５
３．１＜ｆ４／ｆｗ＜４．１
を満足することを特徴としている。
【００１８】
請求項３の発明は請求項２の発明において、
前記第３１レンズは、物体側に凸面を向けたメニスカス形状でかつ物体側のレンズ面が非球面であることを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、
前記第３レンズ群全体を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて結像位置を変位させることを特徴としている。
【００２０】
請求項５の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、
撮像素子上に像を形成する為の光学系であることを特徴としている。
【００２１】
請求項６の発明の光学機器は、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のズームレンズと、該ズームレンズによって形成された像を受光する撮像素子を有することを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のズームレンズ及びそれを有する光学機器の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施形態１の広角端におけるレンズ断面図、図２、図３、図４は本発明の実施形態１の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２７】
図５は本発明の実施形態２の広角端におけるレンズ断面図、図６、図７、図８は本発明の実施形態２の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２８】
図９は本発明の実施形態３の広角端におけるレンズ断面図、図１０、図１１、図１２は本発明の実施形態３の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００２９】
図１３は本発明の実施形態４の広角端におけるレンズ断面図、図１４、図１５、図１６は本発明の実施形態４の広角端、中間のズーム位置、望遠端における収差図である。
【００３０】
図１７は本発明のズームレンズの近軸屈折力配置の要部概略図である。
【００３１】
図１８は本発明において、光学系が振動したときに生ずる画像ぶれを補正する光学的原理の説明図である。
【００３２】
各実施形態のズームレンズのレンズ断面図と図１７において、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の前方に位置している。
【００３３】
Ｇは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。ＩＰは像面であり、撮像手段の撮像面が位置している。ＦＰはフレアーカット絞りであり、不要光をカットしている。
【００３４】
各実施形態では、第３レンズ群Ｌ３の全部を光軸に垂直方向の成分を持つように移動（変移）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。尚、第３レンズ群Ｌ３の一部を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて撮影画像のぶれを補正しても良い。
【００３５】
各実施形態では、広角端から望遠端への変倍(ズーミング)に際して矢印のように、第２レンズ群Ｌ２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Ｌ４を移動させて補正している。また、第４レンズ群Ｌ４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。第４レンズ群Ｌ４に関する実線の曲線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Ｌ１と第３レンズ群Ｌ３は、変倍及びフォーカスの為には光軸方向に不動である。
【００３６】
各実施形態においては、第４レンズ群Ｌ４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Ｌ４を移動させてフォーカスを行うようにしている。特に、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。これにより第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４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。各実施形態において例えば、望遠端において無限遠物体から近距離物体へフォーカスを行う場合には、矢印４ｃに示すように第４レンズ群Ｌ４を前方に繰り出すことで行っている。
【００３７】
各実施形態においては、第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直方向の成分を持つように移動（変移）させて光学系全体が振動したときの像ぶれを補正するようにしている。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うようにし、光学系全体が大型化するのを防止している。
【００３８】
次にレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて撮影画像のぶれを補正する防振系の光学的原理を図１８を用いて説明する。
【００３９】
図１８（Ａ）に示すように、光学系が物点Ｐ側より順に、固定群（固定レンズ群）Ｙ１、偏心群(偏心レンズ群、シフト群)Ｙ２そして固定群（固定レンズ群）Ｙ３の３つのレンズ群から成り立っており、光学系から十分に離れた光軸Ｌａ上の物点Ｐが撮像面ＩＰの中心に像点ｐとして結像しているものとする。今、撮像面ＩＰを含めた光学系全体が、図１８（Ｂ）のように手ぶれにより瞬間的に傾いたとすると、物点Ｐは像点Ｐ'にやはり瞬間的に移動し、ぶれた画像となる。一方、偏心群Ｙ２を光軸Ｌａと垂直方向に移動させると、図１８（Ｃ）のように、像点ｐは点ｐ"に移動し、その移動量と方向は光学系の屈折力配置に依存し、そのレンズ群の偏心敏感度として表される。そこで図１８（Ｂ）で、手振れによってずれた像点ｐ'を偏心群Ｙ２を適切な量だけ光軸と垂直方向に移動させることによって、もとの結像位置ｐに戻すことで図１８（Ｄ）に示すとおり、手振れ補正つまり防振を行っている。
【００４０】
今、光軸をθ°補正するために必要な偏心群Ｙ２の移動量（シフト量）をΔ、光学系全体の焦点距離をｆ，偏心群Ｙ２の偏心敏感度をＴＳとすると移動量Δは以下の式で与えられる。
【００４１】
Δ＝ｆ・tan（θ）／ＴＳ
今、偏心群Ｙ２の偏心敏感度ＴＳが大きすぎると、移動量Δは小さな値となり防振に必要なシフト群Ｙ２の移動量は小さく出来るが、適切に防振を行うための制御が困難になり、補正残りが生じてしまう。特に、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、ＣＣＤなどの撮像素子のイメージサイズが銀塩フィルムと比べて小さく、同一画角に対する焦点距離が短いため、同一角度を補正するための偏心群Ｙ２のシフト量Δが小さくなる。従って、メカの精度が同程度だと画面上での補正残りが相対的に大きくなることになってしまう。
【００４２】
一方偏心敏感度ＴＳが小さすぎると制御のために必要な偏心群Ｙ２の移動量が大きくなってしまい、偏心群Ｙ２を駆動するためのアクチュエーターなどの駆動手段も大きくなってしまう。
【００４３】
各実施形態では、各レンズ群の屈折力配置を適切な値に設定することで、第３レンズ群Ｌ３の偏心敏感度ＴＳを適正な値とし、メカの制御誤差による防振の補正残りが少なく、アクチュエーターなどの駆動手段の負荷も少ないズームレンズを達成している。
【００４４】
次に各実施形態のレンズ構成の特徴について説明する。
【００４５】
各実施形態では第３レンズ群Ｌ３を物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正の第３１レンズ、像面側に凹面をむけたメニスカス形状の負の第３２レンズ、正の第３３レンズで構成している。第３１レンズはその物体側の面が非球面形状より成っている。第３レンズ群Ｌ３中に像面側に凹面を向けたメニスカス形状の第３２レンズを設けることにより第３レンズ群Ｌ３全体をテレフォトタイプのレンズ構成として第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を短縮し、レンズ全長の短縮化を達成している。
【００４６】
第３レンズ群Ｌ３中に、このようなメニスカス形状の負の第３２レンズを設けた場合、そのレンズ面で正の歪曲収差が発生し、これが防振時における偏心歪曲が大きくなる原因となる。この偏心歪曲を低減させるには第３レンズ群Ｌ３全体で発生する歪曲収差を少なくしてやればよい。各実施形態ではメニスカス形状の負の第３２レンズの像面側に正の第３３レンズを配置することによってある程度のテレフォトタイプのレンズ構成を維持しつつ、第３レンズ群Ｌ３内で歪曲収差を補正し、第３レンズ群Ｌ３をシフトして防振を行う際に発生する偏心歪曲収差の発生を低減している。
【００４７】
また各実施形態では第３１レンズの物体側の面を非球面形状とすることにより、第３レンズ群Ｌ３で発生する球面収差を抑制するとともに、防振時に発生する偏心コマ収差を低減している。さらに第３１レンズの像側の面も非球面とすると高次の球面収差と偏芯コマ収差の補正が両立しやすくなり、より大口径化を図ることができる。
【００４８】
また各実施形態では第４レンズ群Ｌ４を１枚の正の第４１レンズと１枚の負の第４２レンズで構成することにより色収差の補正とレンズ系全体のコンパクト化の両立を図っている。
【００４９】
また１００万画素以上の撮像素子を用いたデジタルカメラ、ビデオカメラ用のズームレンズのような高解像力が必要な光学系では、変倍に伴なう倍率色収差を十分に補正する必要がある。そのためには第２レンズ群Ｌ２は少なくとも３枚の負レンズと１枚の正レンズを有するようにしている。第２レンズ群Ｌ２を２枚の負レンズで構成し、レンズ全長を短縮するために第２レンズ群Ｌ２の屈折力を大きくして変倍に伴う移動量を小さくしようとすると、倍率色収差の補正が困難になる。各実施形態では第２レンズ群Ｌ２を物体側から順に、屈折力の絶対値が物体側に比べ像側に強く、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負の第２１レンズ、負の第２２レンズ、物体側に凸面を向けた正の第２３レンズ、負の第２４レンズで構成し、第２レンズ群Ｌ２の前後の対称性を小さくすることで主点の色消し効果を高め、倍率色収差の補正を効果的に行なっている。
【００５０】
そして、各実施形態では該第３２レンズの像側のレンズ面の曲率半径をＲ３２ｂ、該第３３レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ３３ａ、第ｉレンズ群の焦点距離をｆｉ、広角端における全系の焦点距離をｆｗ、該第３２レンズの焦点距離をｆ３２、該第３１レンズの材料の屈折率をＮ３１、該第３３レンズの材料のアッベ数をν３３、前記第３１レンズの物体側のレンズ面の曲率半径と３次非球面係数を各々Ｒ３１ａ、Ａ´３１とするとき、
０．１＜Ｒ３２ｂ／Ｒ３３ａ＜０．９・・・（１）
３．０＜ｆ３／ｆｗ＜４．０・・・（２）
０．８＜｜ｆ３２｜／ｆ３≦１．２８７・・・（３）
１．０＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．５・・・（４）
３．１＜ｆ４／ｆｗ＜４．１・・・（５）
１．５５＜Ｎ３１＜１．８５・・・（６）
６５＜ν３３・・・（７）
０．００１＜Ｒ３１ａ×（｜Ａ'３１｜）^1/2＜０．２・・・（８）
なる条件式のうち１以上を満足するようにしている。
【００５１】
次に各条件式の技術的意味について説明する。
【００５２】
条件式（１）は第３レンズ群Ｌ３の第３２レンズの像側の面と第３３レンズの物体側の面で構成される空気レンズの形状を規定した式である。第３３レンズの物体側の面が第３２レンズの像側の面と同じ曲率半径のとき条件式（１）は１となるため、条件式（１）が１未満にて空気レンズの屈折力は負となる。第３１レンズの物体側の面でプラス側になりがちなペッツバール和を補正するためには空気レンズの屈折力は負であるのがよい。特にペッツバール和を良好に補正するためには条件式（１）の上限を越えないことが好ましい。また条件式（１）の下限を超えて空気レンズの負の屈折力が強くなりすぎると第３２レンズと第３３レンズの偏芯精度が厳しくなり製造誤差により偏芯コマ収差、像面倒れが発生するため好ましくない。
【００５３】
条件式（２）は第３レンズ群Ｌ３の焦点距離を規定した式である。条件式（２）の上限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が長すぎると絞りから像面までの距離が長くなりレンズ系全体の小型化の点でよくない。下限を超えて第３レンズ群Ｌ３の焦点距離が短すぎると第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間隔が短くなりすぎ第４レンズ群Ｌ４が変倍と合焦のために必要とする移動空間が十分確保できなくなりよくない。
【００５４】
条件式（３）は第３２レンズの焦点距離を規定した式である。条件式（３）の上限を超えて第３２レンズの焦点距離が長すぎると第３レンズ群Ｌ３をテレフォトタイプのレンズ構成として第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３の主点間隔を短縮し、レンズ全長を短縮する効果が薄れてしまいレンズ系全体の小型化の点でよくない。下限を超えて第３２レンズの焦点距離が短すぎると球面収差、コマ収差をともに良好に補正することが困難となるためよくない。
【００５５】
条件式（４）は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離を規定した式である。条件式（４）の上限を超えて第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が長すぎると変倍に必要な第２レンズ群Ｌ２の移動量が増大するためレンズ全長が長くなるだけでなく前玉径の増大も招くためよくない。下限を超えて第２レンズ群Ｌ２の焦点距離が短すぎるとペッツバール和が負の方向に大となりオーバー側に像面彎曲が発生するためよくない。
【００５６】
条件式（５）は第４レンズ群Ｌ４の焦点距離を規定した式である。条件式（５）の上限を超えて第４レンズ群Ｌ４の焦点距離が長すぎるとレンズバックが長くなり小型化の点でよくない。下限を超えて第４レンズ群Ｌ４の焦点距離が短すぎるとレンズ全長の短縮の点では有利であるがフィルター等を挿入するために必要な長さのバックフォーカスが確保できなくなってくるので良くない。
【００５７】
条件式（６）は第３１レンズの材料の屈折率を規定した式である。上限を超えて屈折率が大きすぎると一般に精密加工が難しくとなるためよくない。また一般に上限を超える硝材はアッベ数が小さく分散が大きいため色収差補正の点でも好ましくない。下限を超えて屈折率が小さすぎると所望の屈折力を得るために特に物体側の面の曲率がきつくなり、球面収差の補正とコマ収差の補正の両立が困難となるばかりか、防振のために第３レンズ群Ｌ３を光軸に垂直方向の成分を持つように移動させたときの第３１レンズへの入射角変動が大きすぎて偏芯コマ収差、像面倒れが発生し防振時の性能劣化を招くためよくない。
【００５８】
条件式（７）は第３３レンズの材料のアッベ数を規定する式である。条件式（７）の下限を超えてアッベ数が小さくなると分散が大きくなり特に軸上色収差が補正不足となるためよくない。
【００５９】
条件式（８）は第３１レンズの物体側の面の非球面形状を規定する式である。数値実施例ではｍｍ単位で表わしている為、上限値と下限値の単位はｍｍとなっている。
【００６０】
正、負、正、正の屈折力のレンズ群より成る４群ズームレンズにおいて、特に変倍比が高い場合、絞り開放での軸上光束は広角端では絞りにて径が決められる。又、望遠端では第１レンズ群又は第２レンズ群の有効径を決めることにより前玉の小型化を図っている。この場合、軸上ランド光線が第３レンズ群Ｌ３中の各レンズを通過する高さは広角端より望遠端で低くなる。よって第３レンズ群Ｌ３中に用いられる非球面では、望遠端での軸上ランド光線が通る高さまでの非球面形状は変倍全域の収差補正に関与するが、これより高い位置での非球面形状は広角側の収差補正に関与する。よって非球面の周辺部は広角側の高次の球面収差補正のために形状を設定することが可能である。レンズ中心域とレンズ周辺域をある程度独立して形状をコントロールするには、非球面の形状を特定する式において次数の離れた低次係数と高次係数を適切に設定するのが有効である。よって光軸から中間の高さまでは比較的低次の非球面項の組合せにて緩やかな曲率変化とし、中間の高さ以上では高次の非球面項により低次の非球面項から定義されるレンズ周辺形状を補正して所望の曲率変化となるようにするのがよい。このためには非球面項として最も低次である３次から高次側は９〜１０次程度までの非球面係数を有する定義式が望ましい。特に３次非球面係数を用いることにより光軸近傍から中間の高さまでの曲率を緩やかに変化させることが可能となる。
【００６１】
条件式（８）の上限を超えて曲率半径Ｒ３１ａに対して３次非球面係数Ａ´３１が大きくなると光軸近傍の曲率変化が大きすぎるため、特に望遠側の球面収差に対し補正過剰となりよくない。また下限を超えて曲率半径Ｒ３１ａに対して３次非球面係数Ａ´３１が小さすぎると中間の高さまで緩やかに曲率変化させる効果が薄れてくるため、広角端における低次と高次の球面収差の両立が難しくなりよくない。
【００６２】
尚、更に好ましくは前述の条件式１、２、４〜８の数値を次のごとく設定するのが良い。
【００６３】
０．１２＜Ｒ３２ｂ／Ｒ３３ａ＜０．８５・・・（１ａ）
３．１＜ｆ３／ｆｗ＜３．９・・・（２ａ）
１．０５＜｜ｆ２｜／ｆｗ＜１．４・・・（４ａ）
３．２＜ｆ４／ｆｗ＜４．０・・・（５ａ）
１．６５＜Ｎ３１＜１．８２・・・（６ａ）
６８＜ν３３・・・（７ａ）
０．０１＜Ｒ３１ａ×（｜Ａ'３１｜）^1/2＜０．１６・・・（８ａ）
各実施形態において、防振時の光量変化の低減を図るためには変倍時に絞りＳＰの開口径を望遠側で小さくして中心光束を制限することで相対的に周辺光量を増加するようにしてやるのが良い。
【００６４】
また第３レンズ群Ｌ３は、防振のために光軸と直交する方向に移動する長さ分、レンズ有効径をそれだけ大きくしてやるのが良い。従って余計な軸上光束が入り過ぎないようにするには第３レンズ群Ｌ３の物体側あるいは像面側に固定の絞りを配置するのが望ましい。各実施形態では第３レンズ群Ｌ３と第４レンズ群Ｌ４の間に固定絞りＦＰを配置することでスペースを有効に利用しつつ、不要な光束が入らないようにしている。
【００６５】
以上のように、各実施形態では、ズームレンズの一部を構成する比較的小型軽量の第３レンズ群Ｌ３を光軸と垂直方向の成分を持つように移動させて、該ズームレンズが振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画像ぶれを補正するための第３レンズ群Ｌ３のレンズ構成および屈折力配置等を適切なものとすることにより、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第３レンズ群Ｌ３を偏心させた時の偏心収差を良好に補正した防振機能を有し、１００万画素以上のデジタルカメラ、ビデオカメラにも十分対応出来るズームレンズを達成している。
【００６６】
次に、本発明の実施形態１〜４に各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、Ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。またｋを離心率、Ａ´，Ｂ，Ｂ´，Ｃ，Ｃ´，Ｄ，Ｄ´，Ｅ・・・を非球面係数、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、非球面形状は、
【００６７】
【数１】

【００６８】
なる式で表わしている。但しＲは曲率半径である。また例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。また、各数値実施例における上述した条件式との対応を表１に示す。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角を示す。
【００６９】
【外１】

【００７０】
【外２】

【００７１】
【外３】

【００７２】
【外４】

【００７３】
【表１】

【００７４】
次に本発明のズームレンズを撮影光学系として用いたビデオカメラ（光学機器）の実施形態を図１９を用いて説明する。
【００７５】
図１９において、１０はビデオカメラ本体、１１は本発明のズームレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録手段、１４は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子１２上に形成された被写体像が表示される。
【００７６】
このように本発明のズームレンズをビデオカメラ等の光学素子に適用することにより、小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば高変倍比で多くの画素よりなる固体撮像素子を用いたときにも、十分対応できる高い光学性能を有したズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【００７８】
この他本発明によれば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の成分を持つように移動させて、該光学系が振動（傾動）したときの画像のぶれを補正するように構成するとともに、画素のぶれを補正するためのレンズ群の構成を適切なものとすることにより、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した防振機能を有し、１００万画素以上の画素を含む撮像素子を用いたカメラであっても、十分対応することができるズームレンズ及びそれを有する光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１のレンズ断面図
【図２】本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明の数値実施例１の中間のズーム位置の収差図
【図４】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】本発明の数値実施例２のレンズ断面図
【図６】本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図７】本発明の数値実施例２の中間のズーム位置の収差図
【図８】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図９】本発明の数値実施例３のレンズ断面図
【図１０】本発明の数値実施例３の広角端の収差図
【図１１】本発明の数値実施例３の中間のズーム位置の収差図
【図１２】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１３】本発明の数値実施例４のレンズ断面図
【図１４】本発明の数値実施例４の広角端の収差図
【図１５】本発明の数値実施例４の中間のズーム位置の収差図
【図１６】本発明の数値実施例４の望遠端の収差図
【図１７】本発明のズームレンズの近軸屈折力配置の概略図
【図１８】本発明における防振の光学的原理の説明図
【図１９】本発明の光学機器の要部概略図
【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
ｄｄ線
ｇｇ線
ΔＭメリディオナル像面
ΔＳサジタル像面
ＳＰ絞り
ＦＰフレアーカット絞り
ＩＰ結像面
ＧＣＣＤのフォ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
ω 半画角
ｆｎｏＦナンバー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a zoom lens suitable for a still camera, a video camera, a silver salt photography camera, a digital still camera, and the like, and an optical apparatus having the same.
[0002]
In addition to this, the present invention moves a part of the lens group of the optical system so as to have a component in a direction perpendicular to the optical axis, thereby blurring a captured image (image) when the optical system vibrates (tilts). The present invention relates to a zoom lens having an anti-vibration function suitable for a video camera, a silver halide photography camera, a digital camera, and the like, which are optically corrected to obtain a still image and to stabilize a captured image, and an optical apparatus having the same. Is.
[0003]
[Prior art]
If an attempt is made to shoot from a moving object such as an ongoing car or aircraft, vibrations are transmitted to the photographic system, causing camera shake and blurring of the captured image. Conventionally, various anti-vibration optical systems (zoom lenses) having a function (anti-vibration function) for preventing blurring of captured images have been proposed.
[0004]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 56-21133, an optical device is provided with detection means for detecting a vibration state, and some optical members in the optical device are imaged by vibration according to an output signal from the detection means. In order to stabilize the image, image blur is corrected (vibration-proof) by moving in a direction that cancels the vibrational displacement of the image. In JP-A-61-223819, in an imaging system in which a variable apex angle prism is arranged closest to the object side, image blurring is caused by changing the prism apex angle of the variable apex angle prism in response to vibration of the imaging system. The image is corrected to stabilize the image. In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 1-116619 and 2-124521, an acceleration sensor is used to detect vibration of the photographing system, and a part of the lens group of the photographing system is moved to the optical axis according to a signal obtained at this time. By shaking in the vertical direction, image blurring is corrected and a still image is obtained.
[0005]
In Japanese Patent Laid-Open No. 7-128619, the third lens group is positive in a zoom lens having a four-group structure including first, second, third, and fourth lens groups having positive, negative, positive, and positive refractive powers. The lens unit is composed of two lens units having negative refractive power, and image blurring is corrected by vibrating the lens unit having positive refractive power. In Japanese Patent Laid-Open No. 7-199124, in a zoom lens having a four-group configuration including first, second, third, and fourth lens groups having positive, negative, positive, and positive refractive powers, the entire third lens group is vibrated. Image blurring correction. On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-60974, in a zoom lens having a four-group structure including first, second, third, and fourth lens groups having positive, negative, positive, and positive refractive powers, The telephoto type is composed of a positive lens and a meniscus negative lens to shorten the overall lens length.
[0006]
Further, the applicant of the present application is positive in JP-A-10-260356, JP-A-11-295594, JP-A-2001-42213, JP-A-2001-66500, and JP-A-2000-32494. In a zoom lens having a four-group configuration including first, second, third, and fourth lens groups having negative, positive, and positive refractive powers, a zoom lens that vibrates the entire third lens group to correct image blurring is provided. Disclosure.
[0007]
Of these, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-260356 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-295594 disclose examples in which the second lens group is composed of three lenses. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2001-66500 and 2000-32494 disclose an example in which the fourth lens group is composed of three lenses. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-32494 discloses an example in which the second lens group is composed of four lenses, the third lens group is composed of three lenses, and the fourth lens group is composed of two lenses.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In general, an image stabilization unit that corrects image blur is disposed in front of the imaging system, and a part of the movable lens group (movable member) that constitutes the image stabilization unit is vibrated to eliminate the blur of the captured image. However, there is a problem in that the whole apparatus becomes large and the moving mechanism for moving the movable lens group becomes complicated.
[0009]
Further, in an optical system that performs vibration isolation using a variable apex angle prism, there is a problem in that the amount of decentered magnification chromatic aberration generated increases during vibration isolation, particularly on the long focal length side.
[0010]
On the other hand, an anti-vibration optical system that performs anti-vibration by decentering some lenses in the photographing system in the direction perpendicular to the optical axis has the advantage that no extra optical system is required for anti-vibration However, there is a problem in that it requires a space for the lens to be moved, and the amount of decentration aberrations generated during image stabilization increases.
[0011]
Further, in a zoom lens having a four-group structure including first, second, third, and fourth lens groups having positive, negative, positive, and positive refractive powers, the entire third lens group is moved in a direction perpendicular to the optical axis. When anti-vibration is performed, when the third lens unit is configured with a telephoto type of a positive lens and a negative meniscus lens in order to shorten the overall length, a large amount of decentration aberrations such as decentration coma and decentered field curvature occur and image quality is reduced. There was a problem of deterioration.
[0012]
When the second lens group of the four-group zoom lens including the first, second, third, and fourth lens groups having positive, negative, positive, and positive refractive powers is constituted by three lenses, the second lens When an attempt was made to shorten the amount of movement during zooming by increasing the refractive power of the group, the correction of lateral chromatic aberration tended to be insufficient.
[0013]
In addition, if the fourth lens group of this type of four-group zoom lens is composed of three or more lenses, it is disadvantageous in terms of miniaturization compared to the configuration using two lenses, as well as zooming and focusing. At this time, the driving torque when the fourth lens group moves tends to increase.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a zoom lens having a high optical performance that can sufficiently cope with a solid-state imaging device including a large number of pixels with a high zoom ratio and an optical apparatus having the same.
[0015]
In addition, according to the present invention, a relatively small and light lens group constituting a part of the optical system is moved so as to have a component in a direction perpendicular to the optical axis, and the image of the optical system is vibrated (tilted). By configuring the lens group to correct blurring and making the lens group configuration suitable for correcting pixel blurring, the entire apparatus can be downsized, the mechanism can be simplified, and the load on the driving means can be reduced. Even if the camera has an image stabilization function that satisfactorily corrects decentration aberrations when the lens group is decentered and uses an image sensor including 1 million pixels or more, it can sufficiently cope with it. An object of the present invention is to provide a zoom lens and an optical apparatus having the same.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  The zoom lens of the invention of claim 1 comprises:
  In order from the object side, a first lens unit having a positive refractive power, a second lens unit having a negative refractive power having a zooming function, a third lens group having a positive refractive power, and an image plane that varies due to zooming are corrected. And a fourth lens unit having a positive refractive power and a focusing functionComposed ofIn zoom lenses,
  The second lens group has, in order from the object side, an absolute value of refractive power that is stronger on the image side than on the object side, a meniscus negative 21st lens with a concave surface facing the image side, a negative 22nd lens, and an object side The third lens group consists of a positive 31st lens with a convex surface facing the object side and a negative lens with a concave surface facing the image side, in order from the object side. The fourth lens group is composed of a positive lens and a negative lens. The radius of curvature of the lens surface on the image side of the 32nd lens is R32b, and the object side of the 33rd lens is on the object side. The radius of curvature of the lens surface is R33a, the focal length of the third lens group is f3, the focal length of the entire system at the wide angle end is fw,When the focal length of the thirty-second lens is f32,
      0.1 <R32b / R33a <0.9
      3.0 <f3 / fw <4.0
      0.8 <| f32 | /f3≦1.287
It is characterized by satisfying.
[0017]
  The invention of claim 2 is the invention of claim 1,
  in frontThe focal length of the second lens group is f2, and the focal length of the fourth lens group is f4.The
      1.0 <| f2 | / fw <1.5
      3.1 <f4 / fw <4.1
It is characterized by satisfying.
[0018]
  The invention of claim 3 is the invention of claim 2,
  The thirty-first lens has a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and the lens surface on the object side is an aspherical surface.
[0019]
  The invention of claim 4 is the invention of any one of claims 1 to 3,
The image forming position is displaced by moving the entire third lens group so as to have a component perpendicular to the optical axis.
[0020]
  The invention of claim 5 is the invention of any one of claims 1 to 4,
  It is an optical system for forming an image on an image sensor.
[0021]
  The optical instrument of the invention of claim 6
  A zoom lens according to any one of claims 1 to 5, and an image sensor that receives an image formed by the zoom lens.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a zoom lens and an optical apparatus having the same according to the present invention will be described.
[0026]
1 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end of Embodiment 1 of the present invention, and FIGS. 2, 3, and 4 are aberration diagrams at the wide-angle end, the intermediate zoom position, and the telephoto end of Embodiment 1 of the present invention.
[0027]
FIG. 5 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 6, 7, and 8 are aberration diagrams at the wide-angle end, the intermediate zoom position, and the telephoto end according to the second embodiment of the present invention.
[0028]
FIG. 9 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end according to Embodiment 3 of the present invention, and FIGS. 10, 11, and 12 are aberration diagrams at the wide-angle end, intermediate zoom position, and telephoto end according to Embodiment 3 of the present invention.
[0029]
FIG. 13 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end according to Embodiment 4 of the present invention, and FIGS. 14, 15, and 16 are aberration diagrams at the wide-angle end, intermediate zoom position, and telephoto end according to Embodiment 4 of the present invention.
[0030]
FIG. 17 is a schematic view of the main part of the paraxial refractive power arrangement of the zoom lens according to the present invention.
[0031]
FIG. 18 is an explanatory diagram of the optical principle for correcting image blurring that occurs when the optical system vibrates in the present invention.
[0032]
In the lens cross-sectional view of the zoom lens of each embodiment and FIG. 17, L1 is a first lens group having a positive refractive power, L2 is a second lens group having a negative refractive power, and L3 is a third lens group having a positive refractive power. , L4 is a fourth lens unit having a positive refractive power. SP is an aperture stop, which is located in front of the third lens unit L3.
[0033]
G is an optical block corresponding to an optical filter, a face plate, or the like. IP is an image plane, and the imaging plane of the imaging means is located. FP is a flare-cut stop and cuts unnecessary light.
[0034]
In each embodiment, the entire third lens unit L3 is moved (shifted) so as to have a component perpendicular to the optical axis, thereby correcting blurring of a captured image when the entire optical system vibrates (tilts). ing. Note that a blur of the photographed image may be corrected by moving a part of the third lens unit L3 so as to have a component perpendicular to the optical axis.
[0035]
In each embodiment, the second lens unit L2 is moved to the image plane side as indicated by an arrow during zooming from the wide-angle end to the telephoto end, and the image plane variation caused by zooming is changed to the fourth lens unit L4. To correct it. Further, a rear focus type is employed in which the fourth lens unit L4 is moved on the optical axis to perform focusing. A solid line curve 4a and a dotted line curve 4b relating to the fourth lens unit L4 are for correcting image plane fluctuations accompanying zooming from the wide-angle end to the telephoto end when focusing on an object at infinity and an object at close distance, respectively. The movement trajectory is shown. The first lens unit L1 and the third lens unit L3 are immovable in the optical axis direction for zooming and focusing.
[0036]
In each embodiment, the fourth lens unit L4 is moved to correct image plane fluctuations accompanying zooming, and the fourth lens unit L4 is moved to perform focusing. In particular, as shown by the

curves

4a and 4b, the zoom lens is moved so as to have a convex locus toward the object side when zooming from the wide-angle end to the telephoto end. As a result, the space between the third lens unit L3 and the fourth lens unit L4 is effectively used, and the overall length of the lens is effectively shortened. In each embodiment, for example, when focusing from an infinitely distant object to a close object at the telephoto end, the fourth lens unit L4 is extended forward as indicated by an arrow 4c.
[0037]
In each embodiment, the third lens unit L3 is moved (shifted) so as to have a component perpendicular to the optical axis so as to correct image blur when the entire optical system vibrates. As a result, image stabilization is performed without newly adding an optical member such as a variable apex angle prism or a lens group for image stabilization, and the entire optical system is prevented from being enlarged.
[0038]
Next, the optical principle of the image stabilization system that corrects the blur of the photographed image by moving the lens group so as to have a component perpendicular to the optical axis will be described with reference to FIG.
[0039]
As shown in FIG. 18A, the optical system includes a fixed group (fixed lens group) Y1, an eccentric group (decentered lens group, shift group) Y2, and a fixed group (fixed lens group) Y3 in order from the object point P side. It is assumed that the object point P on the optical axis La sufficiently away from the optical system is formed as an image point p at the center of the imaging surface IP. Now, assuming that the entire optical system including the imaging surface IP is instantaneously tilted due to camera shake as shown in FIG. 18B, the object point P is also instantaneously moved to the image point P ′. Become. On the other hand, when the eccentric group Y2 is moved in the direction perpendicular to the optical axis La, the image point p is moved to the point p "as shown in FIG. 18C, and the amount and direction of movement are determined by the refractive power arrangement of the optical system. 18B, the image point p ′ shifted due to camera shake is moved by an appropriate amount in the direction perpendicular to the optical axis in the eccentric group Y2. By returning to the original imaging position p, as shown in FIG. 18D, camera shake correction, that is, image stabilization is performed.
[0040]
Now, if the movement amount (shift amount) of the eccentric group Y2 necessary for correcting the optical axis by θ is Δ, the focal length of the entire optical system is f, and the eccentricity sensitivity of the eccentric group Y2 is TS, the movement amount Δ is It is given by the following formula.
[0041]
Δ = f · tan (θ) / TS
Now, if the eccentricity sensitivity TS of the eccentric group Y2 is too large, the movement amount Δ becomes a small value, and the movement amount of the shift group Y2 necessary for vibration isolation can be reduced, but control for appropriately performing vibration isolation becomes difficult. As a result, the correction remains. In particular, in video cameras and digital still cameras, the image size of an image sensor such as a CCD is smaller than that of a silver halide film, and the focal length for the same angle of view is short. Therefore, the shift amount of the eccentric group Y2 for correcting the same angle Δ becomes smaller. Therefore, if the accuracy of the mechanism is approximately the same, the remaining correction on the screen becomes relatively large.
[0042]
On the other hand, if the eccentricity sensitivity TS is too small, the amount of movement of the eccentric group Y2 required for control increases, and the driving means such as an actuator for driving the eccentric group Y2 also increases.
[0043]
In each embodiment, by setting the refractive power arrangement of each lens group to an appropriate value, the eccentricity sensitivity TS of the third lens group L3 is set to an appropriate value, and there is little residual vibration correction due to mechanical control errors. In addition, a zoom lens with a small load on driving means such as an actuator has been achieved.
[0044]
Next, features of the lens configuration of each embodiment will be described.
[0045]
In each embodiment, the third lens unit L3 is arranged in order from the object side, a meniscus positive 31st lens with a convex surface facing the object side, a meniscus negative 32nd lens with a concave surface on the image side, positive It consists of a 33rd lens. The thirty-first lens has an aspheric surface on the object side. By providing a meniscus thirty-second lens having a concave surface facing the image surface side in the third lens unit L3, the entire third lens unit L3 is formed as a telephoto type lens configuration, and the second lens unit L2 and the third lens unit L3. The distance between the principal points of the lens is shortened, and the overall length of the lens is shortened.
[0046]
When such a meniscus negative 32nd lens is provided in the third lens unit L3, positive distortion occurs on the lens surface, which causes a large eccentric distortion during image stabilization. In order to reduce the decentering distortion, it is only necessary to reduce the distortion aberration generated in the entire third lens unit L3. In each embodiment, the positive 33rd lens is arranged on the image plane side of the meniscus negative 32nd lens, thereby maintaining a certain degree of telephoto type lens configuration, and distortion in the third lens unit L3. Correction is performed to reduce the occurrence of decentering distortion that occurs when the third lens unit L3 is shifted to perform image stabilization.
[0047]
In each embodiment, the surface on the object side of the 31st lens is aspherical, so that spherical aberration generated in the third lens unit L3 is suppressed and decentration coma generated during image stabilization is reduced. . Further, if the image-side surface of the 31st lens is also aspheric, it becomes easy to make corrections for higher-order spherical aberration and decentered coma aberration, and a larger aperture can be achieved.
[0048]
In each embodiment, the fourth lens unit L4 is composed of one positive forty-first lens and one negative forty-second lens, thereby achieving both correction of chromatic aberration and downsizing of the entire lens system.
[0049]
In an optical system that requires high resolution such as a zoom lens for a digital camera or video camera using an image sensor with 1 million pixels or more, it is necessary to sufficiently correct the lateral chromatic aberration associated with zooming. For this purpose, the second lens unit L2 has at least three negative lenses and one positive lens. If the second lens unit L2 is composed of two negative lenses and the refractive power of the second lens unit L2 is increased to reduce the amount of movement accompanying zooming in order to shorten the total lens length, the lateral chromatic aberration is corrected. Becomes difficult. In each embodiment, in order from the object side to the second lens unit L2, the negative value of the meniscus negative 21st lens in which the absolute value of the refractive power is stronger on the image side than on the object side and the concave surface is directed to the image side, 22 lenses, a positive 23rd lens having a convex surface facing the object side, and a negative 24th lens. By reducing the symmetry of the front and rear of the second lens unit L2, the achromatic effect of the principal point is enhanced and the magnification is increased. It effectively corrects chromatic aberration.
[0050]
In each embodiment, the radius of curvature of the image-side lens surface of the thirty-second lens is R32b, the radius of curvature of the lens-side lens surface of the thirty-third lens is R33a, the focal length of the i-th lens group is fi, and the wide-angle end. , The focal length of the thirty-second lens is f32, the refractive index of the material of the thirty-first lens is N31, the Abbe number of the material of the thirty-third lens is ν33, the object side of the thirty-first lens When the radius of curvature of the lens surface and the third-order aspheric coefficient are R31a and A′31, respectively,
      0.1 <R32b / R33a <0.9 (1)
      3.0 <f3 / fw <4.0 (2)
      0.8 <| f32 | / f3≦ 1.287              ... (3)
      1.0 <| f2 | / fw <1.5 (4)
      3.1 <f4 / fw <4.1 (5)
      1.55 <N31 <1.85 (6)
      65 <ν33 (7)
      0.001 <R31a × (| A'31 |)^1/2<0.2 (8)
One or more of the following conditional expressions are satisfied.
[0051]
Next, the technical meaning of each conditional expression will be described.
[0052]
Conditional expression (1) is an expression that defines the shape of the air lens formed by the image side surface of the 32nd lens and the object side surface of the 33rd lens of the third lens unit L3. Conditional expression (1) is 1 when the object-side surface of the 33rd lens has the same radius of curvature as the image-side surface of the 32nd lens. Therefore, when conditional expression (1) is less than 1, the refractive power of the air lens is Become negative. In order to correct the Petzval sum that tends to be positive on the object side surface of the 31st lens, the refractive power of the air lens should be negative. In particular, in order to correct the Petzval sum well, it is preferable not to exceed the upper limit of the conditional expression (1). If the negative refractive power of the air lens becomes too strong beyond the lower limit of conditional expression (1), the decentering accuracy of the 32nd lens and 33rd lens becomes severe, and decentering coma and image plane tilt occur due to manufacturing errors. Therefore, it is not preferable.
[0053]
Conditional expression (2) defines the focal length of the third lens unit L3. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded and the focal length of the third lens unit L3 is too long, the distance from the stop to the image plane becomes long, which is not good in terms of downsizing the entire lens system. If the lower limit is exceeded and the focal length of the third lens unit L3 is too short, the distance between the third lens unit L3 and the fourth lens unit L4 becomes too short, and the fourth lens unit L4 is required for zooming and focusing. It ’s not good because we ca n’t secure enough space.
[0054]
Conditional expression (3) defines the focal length of the thirty-second lens. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded and the focal length of the thirty-second lens is too long, the third lens unit L3 is used as a telephoto type lens configuration, and the distance between the principal points of the second lens unit L2 and the third lens unit L3 is shortened. However, the effect of shortening the overall lens length is diminished, which is not good in terms of downsizing the entire lens system. If the focal length of the thirty-second lens is too short beyond the lower limit, it is difficult to satisfactorily correct both spherical aberration and coma aberration.
[0055]
Conditional expression (4) defines the focal length of the second lens unit L2. If the focal length of the second lens unit L2 exceeds the upper limit of the conditional expression (4), the amount of movement of the second lens unit L2 necessary for zooming increases, so that not only the total lens length increases but also the front lens diameter. It is not good because it also causes an increase of. If the lower limit is exceeded and the focal length of the second lens unit L2 is too short, the Petzval sum becomes large in the negative direction, and an image surface curvature occurs on the over side, which is not good.
[0056]
Conditional expression (5) defines the focal length of the fourth lens unit L4. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded and the focal length of the fourth lens unit L4 is too long, the lens back becomes long, which is not good in terms of miniaturization. If the focal length of the fourth lens unit L4 is too short beyond the lower limit, it is advantageous in terms of shortening the total lens length, but it is not good because it becomes impossible to secure a back focus of a length necessary for inserting a filter or the like. .
[0057]
Conditional expression (6) defines the refractive index of the material of the 31st lens. If the refractive index is too large beyond the upper limit, it is generally not good because precision machining becomes difficult. In general, a glass material exceeding the upper limit is not preferable in terms of correcting chromatic aberration because the Abbe number is small and the dispersion is large. If the refractive index is too small beyond the lower limit, the curvature of the object-side surface is particularly tight to obtain the desired refractive power, making it difficult to achieve both spherical aberration correction and coma aberration correction. For this reason, when the third lens unit L3 is moved so as to have a component perpendicular to the optical axis, the incident angle fluctuation to the 31st lens is too large, causing decentration coma and image plane tilt, and during image stabilization. It is not good because it causes performance degradation.
[0058]
Conditional expression (7) defines the Abbe number of the material of the 33rd lens. If the Abbe number decreases beyond the lower limit of conditional expression (7), the dispersion increases, and in particular, axial chromatic aberration is not sufficiently corrected, which is not good.
[0059]
Conditional expression (8) defines the aspherical shape of the object side surface of the 31st lens. In the numerical examples, since the unit is expressed in mm, the unit of the upper limit value and the lower limit value is mm.
[0060]
In a four-unit zoom lens composed of positive, negative, positive, and positive refractive power lens groups, particularly when the zoom ratio is high, the axial luminous flux at the wide open end is determined by the aperture at the wide angle end. At the telephoto end, the front lens is reduced in size by determining the effective diameter of the first lens group or the second lens group. In this case, the height at which the axial land ray passes through each lens in the third lens unit L3 is lower at the telephoto end than at the wide-angle end. Therefore, in the aspherical surface used in the third lens unit L3, the aspherical shape up to the height through which the axial land ray passes at the telephoto end is involved in aberration correction in the entire zooming range, but the aspherical surface at a higher position than this. The shape is involved in aberration correction on the wide angle side. Therefore, the shape of the peripheral part of the aspherical surface can be set for correcting higher-order spherical aberration on the wide angle side. In order to control the shape of the lens central area and the lens peripheral area to some extent independently, it is effective to appropriately set the low-order coefficient and the high-order coefficient that are separated from each other in the formula for specifying the shape of the aspheric surface. Therefore, a moderate change in curvature is obtained by combining a relatively low-order aspheric term at an intermediate height from the optical axis, and a low-order aspheric term is defined by a high-order aspheric term above the intermediate height. It is preferable to correct the lens peripheral shape so as to obtain a desired curvature change. For this purpose, it is desirable to use a definition formula having an aspheric coefficient of about 9 to 10 on the third to higher order, which is the lowest order as an aspheric term. In particular, by using a third-order aspheric coefficient, the curvature from the vicinity of the optical axis to the intermediate height can be changed gently.
[0061]
If the third-order aspherical coefficient A′31 increases with respect to the radius of curvature R31a beyond the upper limit of the conditional expression (8), the change in curvature near the optical axis is too large, and it may be overcorrected especially for spherical aberration on the telephoto side. Absent. If the third-order aspherical coefficient A'31 is too small with respect to the radius of curvature R31a beyond the lower limit, the effect of gently changing the curvature to an intermediate height is diminished. It is not good that it becomes difficult to balance.
[0062]
  More preferably, the above-mentionedArticle ofFormula1, 2, 4-8It is good to set the numerical value of as follows.
[0063]
      0.12 <R32b / R33a <0.85 (1a)
      3.1 <f3 / fw <3.9 (2a)
      1.05 <| f2 | / fw <1.4 (4a)
      3.2 <f4 / fw <4.0 (5a)
      1.65 <N31 <1.82 (6a)
      68 <ν33 (7a)
      0.01 <R31a × (| A'31 |)^1/2<0.16 (8a)
  In each embodiment, in order to reduce the change in the amount of light at the time of image stabilization, the peripheral light amount is relatively increased by reducing the aperture diameter of the aperture stop SP on the telephoto side and restricting the central beam at the time of zooming. Good to do.
[0064]
For the third lens unit L3, it is preferable to increase the effective lens diameter by the length that moves in the direction orthogonal to the optical axis for image stabilization. Accordingly, in order to prevent an excessive on-axis light beam from entering excessively, it is desirable to dispose a fixed stop on the object side or the image plane side of the third lens unit L3. In each embodiment, the fixed aperture FP is disposed between the third lens unit L3 and the fourth lens unit L4, so that unnecessary space is prevented from entering while effectively using the space.
[0065]
As described above, in each embodiment, the relatively small and light third lens unit L3 constituting a part of the zoom lens is moved so as to have a component in a direction perpendicular to the optical axis, and the zoom lens vibrates ( The apparatus is configured to correct image blur when tilted), and the lens configuration and refractive power arrangement of the third lens unit L3 for correcting image blur are appropriate, thereby reducing the overall size of the apparatus. Has a vibration-proof function that satisfactorily corrects decentration aberrations when the third lens unit L3 is decentered, while reducing the load on the driving means, and simplifying the mechanism. It has achieved a zoom lens that can be used with cameras and video cameras.
[0066]
Next, Numerical Examples 1 to 4 corresponding to Embodiments 1 to 4 of the present invention will be described. In each numerical example, i indicates the order of the optical surfaces from the object side, Ri is the radius of curvature of the i-th optical surface (i-th surface), Di is the distance between the i-th surface and the i + 1-th surface, Ni and νi indicate the refractive index and Abbe number of the material of the i-th optical member with respect to the d-line, respectively. K is the eccentricity, A ′, B, B ′, C, C ′, D, D ′, E... Are the aspheric coefficients, and the displacement in the optical axis direction at the position of the height h from the optical axis. When x is defined with respect to the surface vertex, the aspherical shape is
[0067]
[Expression 1]

[0068]
It is expressed by the following formula. Where R is the radius of curvature. For example, the display of “e-Z” is “10^-Z"Means. Table 1 shows the correspondence with the above-described conditional expressions in each numerical example. f represents a focal length, Fno represents an F number, and ω represents a half angle of view.
[0069]
[Outside 1]

[0070]
[Outside 2]

[0071]
[Outside 3]

[0072]
[Outside 4]

[0073]
[Table 1]

[0074]
Next, an embodiment of a video camera (optical apparatus) using the zoom lens of the present invention as a photographing optical system will be described with reference to FIG.
[0075]
In FIG. 19, 10 is a video camera body, 11 is a photographic optical system constituted by the zoom lens of the present invention, 12 is an image sensor such as a CCD that receives a subject image by the photographic

optical system

11, and 13 is received by the image sensor 12. A recording means 14 for recording the subject image, and a finder for observing the subject image displayed on a display element (not shown). The display element is constituted by a liquid crystal panel or the like, and a subject image formed on the image sensor 12 is displayed.
[0076]
In this manner, by applying the zoom lens of the present invention to an optical element such as a video camera, a small-sized optical device having high optical performance is realized.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to achieve a zoom lens having high optical performance that can sufficiently cope with an optical apparatus having the same, even when a solid-state imaging device having many pixels with a high zoom ratio is used.
[0078]
In addition, according to the present invention, an image when the optical system is vibrated (tilted) by moving a relatively small and light lens group constituting a part of the optical system so as to have a component perpendicular to the optical axis. It is configured so as to correct blurring, and by appropriately configuring the lens group for correcting pixel blurring, it is possible to reduce the size of the entire apparatus, simplify the mechanism, and reduce the load on the driving means. Even if the camera has an image stabilization function that corrects decentration aberrations when the lens group is decentered, and uses an image sensor that includes more than 1 million pixels, it is fully compatible. A zoom lens and an optical apparatus having the same can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a lens according to Numerical Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is an aberration diagram at the wide-angle end according to Numerical Example 1 of the present invention.
FIG. 3 is an aberration diagram at an intermediate zoom position according to Numerical Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is an aberration diagram at the telephoto end according to Numerical Example 1 of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a lens according to Numerical Example 2 of the present invention.
FIG. 6 is an aberration diagram at the wide-angle end according to Numerical Example 2 of the present invention.
FIG. 7 is an aberration diagram at an intermediate zoom position according to Numerical Example 2 of the present invention.
FIG. 8 is an aberration diagram at the telephoto end according to Numerical Example 2 of the present invention.
FIG. 9 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 3 of the present invention.
FIG. 10 is an aberration diagram at the wide-angle end according to Numerical Example 3 of the present invention.
FIG. 11 is an aberration diagram at an intermediate zoom position according to Numerical Example 3 of the present invention.
FIG. 12 is an aberration diagram at the telephoto end according to Numerical Example 3 of the present invention.
FIG. 13 is a lens cross-sectional view of Numerical Example 4 of the present invention.
FIG. 14 is an aberration diagram at the wide-angle end according to Numerical Example 4 of the present invention.
FIG. 15 is an aberration diagram at an intermediate zoom position according to Numerical Example 4 of the present invention.
FIG. 16 shows aberration diagrams at the telephoto end according to Numerical Example 4 of the present invention.
FIG. 17 is a schematic view of a paraxial refractive power arrangement of the zoom lens according to the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram of the optical principle of image stabilization in the present invention.
FIG. 19 is a schematic view of the main part of the optical apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
L1 first lens group
L2 Second lens group
L3 Third lens group
L4 4th lens group
d d line
g g line
ΔM Meridional image plane
ΔS Sagittal image plane
SP Aperture
FP flare cut diaphragm
IP imaging plane
G Glass blocks such as CCD force plate and low-pass filter
ω half angle of view
fno F number

Claims

In order from the object side, a first lens unit having a positive refractive power, a second lens unit having a negative refractive power having a zooming function, a third lens group having a positive refractive power, and an image plane that varies due to zooming are corrected. And a zoom lens composed of a fourth lens unit having a positive refractive power and a focusing function,
The second lens group has, in order from the object side, an absolute value of refractive power that is stronger on the image side than on the object side, a meniscus negative 21st lens with a concave surface facing the image side, a negative 22nd lens, and an object side The third lens group consists of a positive 31st lens with a convex surface facing the object side and a negative lens with a concave surface facing the image side, in order from the object side. The fourth lens group is composed of a positive lens and a negative lens. The radius of curvature of the lens surface on the image side of the 32nd lens is R32b, and the object side of the 33rd lens is on the object side. When the radius of curvature of the lens surface is R33a, the focal length of the third lens group is f3, the focal length of the entire system at the wide angle end is fw, and the focal length of the thirty-second lens is f32.
0.1 <R32b / R33a <0.9
3.0 <f3 / fw <4.0
0.8 <| f32 | /f3≦1.287
A zoom lens characterized by satisfying

Can and the focal length of the front Stories second lens group f2, the focal length of the fourth lens group and f4,
1.0 <| f2 | / fw <1.5
3.1 <f4 / fw <4.1
The zoom lens according to claim 1, wherein:

The zoom lens according to claim 2, wherein the thirty-first lens has a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and the lens surface on the object side is an aspherical surface.

It said third zoom lens according to any one of claims 1 to 3 entire lens groups are moved so as to have an optical axis perpendicular direction component, characterized in that to displace the imaging position.

The zoom lens according to claim 1 , wherein the zoom lens is an optical system for forming an image on an image sensor.

6. An optical apparatus comprising: the zoom lens according to claim 1 ; and an image sensor that receives an image formed by the zoom lens.