JP4717430B2 - 撮影レンズ及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮影レンズに関し、例えば一眼レフレックスカメラの交換レンズに好適なものである。

従来、写真用カメラ、ビデオカメラ等の撮像装置において、近距離物体の撮影を主たる目的とした撮影レンズにマクロレンズまたはマイクロレンズ（以下「マクロレンズ」と称する）と呼ばれるものがある。

マクロレンズは一般の標準レンズや望遠レンズなどの他の撮影レンズと比べて、特に近距離物体において高い光学性能が得られるように設計されている。

また、マクロレンズは多くの場合、近距離物体から無限遠物体に至る広範囲の物体に対しても利用されている。

一般に無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングの際、撮影倍率が大きくなるにつれて諸収差の変動が激しくなり、光学性能が悪化する。このため、諸収差の変動を補正するためにフォーカシングに際して、複数のレンズ群を独立して移動させる、所謂フローティングを利用した撮影レンズが提案されている（特許文献１、２）。

特許文献１、２では、正の屈折力の第１レンズ群、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群の３つのレンズから構成される近距離撮影可能なレンズ系において、低倍率（遠距離物体）から高倍率（近距離物体）へのフォーカシングを行うにあたり、第３レンズ群を像面に対して固定したまま第１レンズ群と第２レンズ群を物体側に、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔を変化させつつ移動させるフローティングを行っている。

一方、光学系の振動による撮影画像のぶれを補償する構成を具備した（防振機能を有する）光学系として、例えば光学系を構成するレンズ群の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させて振動による画像のぶれを補償する構成のものが提案されている（特許文献３〜６）。

このうち、特許文献３では、主としてレンズシャッターカメラ用の撮影レンズに適用するのに好適な実施形態を開示するもので、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群と、正の屈折力の第２レンズ群、負の屈折力の第３レンズ群により構成される３群ズームレンズの一部のレンズ群を光軸と垂直に移動させることで撮影画像のぶれを補償する構成を開示している。

又、特許文献４では、主として一眼レフカメラ用の標準型のズームレンズに適用するのに好適な実施形態を開示するもので、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群より構成される４群ズームレンズにおいて、第２レンズ群を光軸と垂直方向に移動させて撮影画像のぶれを補償する構成等を開示している。

又、特許文献５では、変倍中固定の第１レンズ群と、変倍レンズ群そして合焦用レンズ群を有する変倍光学系で、第１レンズ群中の少なくとも一部のレンズ群を光軸に対して垂直に移動させて振動時の画像のぶれの補償を行う構成等を開示している。

また、特許文献６では、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、そして第４レンズ群の４つのレンズ群を有するフローティングを利用した撮影レンズにおいて、第４レンズ群の一部のレンズ群を光軸と垂直方向に移動させて振動時の性能を補償している。
特開平２−１９８１４号公報 特開平２−２８５３１３号公報 特開平２−３５４０６号公報 特開平８−１３６８６２号公報 特開平１−２８４８２３号公報 特開２００１−２７２６０１号公報

一般にマクロレンズは広範囲の物体距離において撮影可能としているため、フォーカシングに際するフォーカスレンズ群の繰り出し量（移動量）が大きい。一般にフォーカスレンズ群の移動量が大きいと、オートフォーカス（自動合焦）機能を備えたカメラに適用した場合は駆動トルクが大きく、高速のオートフォーカスが難しくなる傾向がある。これに対してフォーカシング時に複数のレンズ群を移動させてフォーカシングを行うフローティング方式を利用すると、フォーカスに伴う収差変動が少なくなるという利点と共に、フォーカス時のレンズ群の移動量が比較的少なくなる。

この為マクロレンズにおいて、フローティング方式は撮影倍率の変化に伴う諸収差の変動を少なくし、収差を良好に補正するというだけでなく、オートフォーカス機能を備えたカメラのフォーカス方法として有効な方法である。

一方、振動補償機構を具備したレンズ系として示した前述の特許文献のうち、特許文献３では、主としてレンズシャッターカメラに適用するのに好適なズームレンズの構成に振動補償機能を搭載するもので、一眼レフカメラの交換レンズ用に適用する場合、バックフォーカスが不足する傾向がある。

また、特許文献４は、撮影倍率が等倍付近に至る物体距離においての焦点調節が難しい。

第１レンズ群の一部分のレンズ群によって振動による画像のブレを補償した特許文献５は、防振に用いるレンズ群の径は他のレンズ群と比較して大きく、防振機構を実装するのが難しくなる傾向があった。

本発明は、フォーカシングを迅速に行い、しかも基準状態と防振状態の双方において、フォーカシングに伴う諸収差の変動を良好に補正した撮影レンズの提供を目的とする。

本発明の撮影レンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカスに際して、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動する撮影レンズであって、
前記第１レンズ群は、光軸と垂直方向の成分を持つように移動することによって前記撮影レンズが形成する像を変位させる負の屈折力のレンズ成分を有することを特徴としている。

この他本発明の撮影レンズは、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカスに際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が独立に物体側へ移動する撮影レンズであって、
前記第１レンズ群は、光軸と垂直方向の成分を持つように移動することによって前記撮影レンズが形成する像を変位させる負の屈折力のレンズ成分を有することを特徴としている。

本発明によれば、フォーカシングを迅速に行い、しかも基準状態と防振状態の双方において、フォーカシングに伴う諸収差の変動を良好に補正することができる。

以下に図面を用いて本発明の撮影レンズの実施形態について説明する。

図１（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例１の撮影レンズのレンズ断面図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１（等倍）の近距離物体に合焦しているときを示している。

図２（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例１の撮影レンズの基準状態（光軸が傾いていないとき）の縦収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１．０の近距離物体に合焦しているときを示している。

図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は各々本発明の実施例１の撮影レンズの横収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているときを示している。

図４（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例２の撮影レンズのレンズ断面図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１（等倍）の近距離物体に合焦しているときを示している。

図５（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例２の撮影レンズの基準状態（光軸が傾いていないとき）の縦収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１．０の近距離物体に合焦しているときを示している。

図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は各々本発明の実施例２の撮影レンズの横収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているときを示している。

図７（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例３の撮影レンズのレンズ断面図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１（等倍）の近距離物体に合焦しているときを示している。

図８（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例３の撮影レンズの基準状態（光軸が傾いていないとき）の縦収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１．０の近距離物体に合焦しているときを示している。

図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は各々本発明の実施例３の撮影レンズの横収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例４の撮影レンズのレンズ断面図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１（等倍）の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１１（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例４の撮影レンズの基準状態（光軸が傾いていないとき）の縦収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１．０の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は各々本発明の実施例４の撮影レンズの横収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１３（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例５の撮影レンズのレンズ断面図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１（等倍）の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１４（Ａ），（Ｂ）は、各々、本発明の実施例５の撮影レンズの基準状態（光軸が傾いていないとき）の縦収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−１．０の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は各々本発明の実施例５の撮影レンズの横収差図であり、順に無限遠物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで無限遠物体に合焦しているとき、撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているとき、光軸（画角）を０．３°傾けたときで撮影倍率β＝−０．３３の近距離物体に合焦しているときを示している。

図１６は、本発明の撮影レンズを備える一眼レフカメラ（撮像装置）の要部概略図である。

実施例１〜５の撮影レンズは、例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ、フィルム用カメラ等の撮像装置に用いられ、撮影画角（有動画角）２０°、Ｆナンバー２．８程度のインナーフォーカス式のマクロレンズ系として好適なものである。

レンズ断面図において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

実施例１〜４は４つのレンズ群Ｌ１〜Ｌ４より成り、実施例５は３つのレンズ群Ｌ１〜Ｌ３より成っている。レンズ断面図において、Ｌ１は、正の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）の第１レンズ群であり、正の屈折力の第１ａレンズ群Ｌ１ａと、負の屈折力の第１ｂレンズ群Ｌ１ｂを有している。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は負の屈折力の第４レンズ群である。

ＳＰは開口絞りであり、第２レンズ群Ｌ２と第３レンズ群Ｌ３との間に配置されている。ＩＰは像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の像を受光する固体撮像素子（光電変換素子）やフィルム等の感光材料が配置されている。

収差図において、ΔＳはサジタル像面、ΔＭはメリディオナル像面、ｇΔＳはｇ線のサジタル像面、ｇΔＭはｇ線のメリディオナル像面、ＦｎｏはＦナンバー、Ｙは像高である。ｄ，ｇ，Ｃ，Ｆは各々ｄ線，ｇ線，Ｃ線，Ｆ線である。Ｓ．Ｃは正弦条件である。

次に実施例１〜５のインナーフォーカス式のマクロレンズ（撮影レンズ）のレンズ構成の特徴について説明する。

実施例１〜４の撮影レンズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際し、第１レンズ群Ｌ１は固定であり、第２レンズ群Ｌ２は像側に移動し、第３レンズ群Ｌ３は物体側に移動する。第２、第３レンズ群Ｌ２、Ｌ３を互いに逆方向に移動させることによって、レンズ全長を一定に保ちながら撮影倍率を無限遠物体の撮影時から等倍まで撮影可能としている。

実施例５の撮影レンズにおいて、無限遠物体から近距離物体へのフォーカシングに際し、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を物体側に独立に移動して撮影倍率を無限遠物体の撮影時から等倍まで撮影可能としている。

各実施例では、撮影レンズ（撮像装置）が振動したときの画像のブレを、第１レンズ群Ｌ１中の負の屈折力のレンズ成分である第１ｂレンズ群Ｌ１ｂを光軸に対し垂直方向の成分を有するように移動させることにより、全系の結像位置を光軸と垂直面内で変化させて補正している。

このように各実施例の撮影レンズでは、第１レンズ群Ｌ１の像側にフォーカスの際に移動する複数のレンズ群を有しており、このうち第１レンズ群Ｌ１中の負の屈折力の第１ｂレンズ群Ｌ１ｂを防振用として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、撮影レンズが形成する像を変位させている。

各実施例の撮影レンズにおいて、第１レンズ群Ｌ１中の防振用の負の屈折力の第１ｂレンズ群Ｌ１ｂの焦点距離をｆｎ、全系の焦点距離をｆとするとき
−２．１＜ｆｎ／ｆ＜−１ ‥‥‥（１）
なる条件を満足している。

条件式（１）は、撮像装置に防振機構を搭載するに当たって、良好な防振性能を得るために、防振の際に光軸に対して垂直に移動させる負の屈折力の第１ｂレンズ群Ｌ１ｂに適度な防振敏感度を与える為のものである。

条件式（１）の下限値を超えると、第１ｂレンズ群Ｌ１ｂに適度な防振敏感度を与えることが困難になり、この結果、良好な防振性能を得ることが困難となる。又、上限値を超えると第１ｂレンズ群Ｌ１ｂの屈折力が強くなりすぎて、無限遠物体から至近距離物体へのフォーカスの際に生じる諸収差の変動を良好に補正する事が困難になる。

更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を
さらに、本条件式において、
−１．９８＜ｆｎ／ｆ＜−１．５ ‥‥‥（１ａ）
とすることが、良好な防振性能を得る上で好ましい。

また、振動時の撮影画像のブレの補正を行う防振用の第１ｂレンズ群Ｌ１ｂは、少なくとも正の屈折力のレンズと負の屈折力のレンズを含むことが、偏心時の諸収差の変動を少なくする上で望ましい。

また、全系の最も物体側の面又は／及び最も像側の面を非球面形状とするのが良く、これによれば、球面収差と軸外収差（コマ、非点収差）を良好に補正することが容易となる。

本実施例は以上のように、各要素を特定することによって、特に第１レンズ群Ｌ１の像側に、フォーカスの際に移動する複数のレンズ群Ｌ２〜Ｌ４（又はＬ２，Ｌ３）を有し、第１レンズ群Ｌ１の負の屈折力の第１ｂレンズ群Ｌ１ｂ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、撮影レンズが形成する像を変位させ、撮影レンズ（撮像装置）が振動（傾動）したときの画像のブレ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ている。

次に各実施例の各レンズ群のレンズ構成について説明する。

第１ａレンズ群Ｌ１ａは、物体側から像側へ順に、像側が凹面の負レンズ、両レンズ面が凸形状の正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズより構成している。

第１ｂレンズ群Ｌ１ｂは、両レンズ面が凹形状の負レンズと正レンズとを接合した接合レンズより構成している。

第２レンズ群Ｌ２は、物体側より像側へ順に、像側の面が凹形状の負レンズを含む１又は２枚の負レンズ、両レンズ面が凹形状の負レンズと正レンズとの接合レンズより構成している。

第３レンズ群Ｌ３は、実施例１〜４では、物体側より像側へ順に、両レンズ面が凸形状の正レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズより構成している。

実施例５では、両レンズ面が凸形状の正レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、像側の面が凹形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズとの接合レンズ、像側の面が凹形状でメニスカス形状の正レンズより構成している。

実施例１〜３における第４レンズ群Ｌ４は、像側の面が凹形状の負レンズと物体側の面が凸形状の正レンズとの接合レンズ、像側の面が凹形状でメニスカス形状の正レンズより構成している。実施例４における第４レンズ群Ｌ４は像側の面が凹形状の負レンズ、物体側の面が凸形状の正レンズより構成している。

以上のように、各レンズ群を構成することによって、レンズ系全体の小型化を図りつつ、ＡＦ（自動合焦操作）に有利なインナーフォーカス方式を採用したとき、無限遠物体から等倍までの物体距離全般にわたり諸収差の変動を効果的に補正し、基準状態と防振状態の双方の収差を良好に補正したマクロレンズ系として好適なレンズ系を達成している。

次に本発明の撮影レンズを用いた一眼レフカメラシステムの実施形態を、図１６を用いて説明する。

図１６において、１０は一眼レフカメラ本体、１１は本発明による撮影レンズを搭載した交換レンズ、１２は交換レンズ１１を通して得られる被写体像を記録するフィルムや光電変換素子などの撮像面、１３は交換レンズ１１からの被写体像を観察するファインダー光学系、１４は交換レンズ１１からの被写体像を撮像面１２とファインダー光学系１３に切り替えて伝送するための回動するクイックリターンミラーである。ファインダーで被写体像を観察する場合は、クイックリターンミラー１４を介してピント板１５に結像した被写体像をペンタプリズム１６で正立像としたのち、接眼光学系１７で拡大して観察する。撮影時にはクイックリターンミラー１４が矢印方向に回動して被写体像は撮像面１２に形成される。１８はサブミラー、１９は焦点検出装置である。

このように本発明の撮影レンズを一眼レフカメラ交換レンズ等の光学機器に適用することにより、高い光学性能を有した光学機器が実現できる。

尚、本発明はクイックリターンミラーのないＳＬＲ（Ｓingle Ｌens Reflex）カメラにも同様に適用することができる。

次に実施例１〜５に対応する数値実施例１〜５を示す。

各数値実施例においては、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線を基準とした第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。

Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８，Ｃ１０，Ｃ１２を非球面係数とし、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、
ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１−（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］
＋Ｃ４・ｈ^４＋Ｃ６・ｈ^６＋Ｃ８・ｈ^８＋Ｃ１０・ｈ^１０＋Ｃ１２・ｈ^１２
で表示される。但しＲは曲率半径である。「ｅ−０Ｘ」は「×１０^−ｘ」を意味している。ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーである。

−０．５Ｘ、−１．０Ｘは、結像倍率が−０．５倍、−１倍を意味している。

実施例１の撮影レンズのレンズ断面図 実施例１の撮影レンズの縦収差図 実施例１の撮影レンズの横収差図 実施例２の撮影レンズのレンズ断面図 実施例２の撮影レンズの縦収差図 実施例２の撮影レンズの横収差図 実施例３の撮影レンズのレンズ断面図 実施例３の撮影レンズの縦収差図 実施例３の撮影レンズの横収差図 実施例４の撮影レンズのレンズ断面図 実施例４の撮影レンズの縦収差図 実施例４の撮影レンズの横収差図 実施例５の撮影レンズのレンズ断面図 実施例５の撮影レンズの縦収差図 実施例５の撮影レンズの横収差図 撮像装置の要部概略図

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
Ｌ１ａ 第１ａレンズ成分
Ｌ１ｂ 第１ｂレンズ成分
ＳＰ 開口絞り
ＩＰ 像面
ｄ ｄ線
ｇ ｇ線
Ｃ Ｃ線
Ｆ Ｆ線
ΔＳ サジタル像面
ΔＭ メリディオナル像面
Ｓ．Ｃ 正弦条件
ｆ 焦点距離
Ｆｎｏ ｆナンバー

Claims (6)

1. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、負の屈折力の第４レンズ群を有し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカスに際して、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群が物体側へ移動する撮影レンズであって、
   前記第１レンズ群は、光軸と垂直方向の成分を持つように移動することによって前記撮影レンズが形成する像を変位させる負の屈折力のレンズ成分を有することを特徴とする撮影レンズ。
2. 物体側より像側へ順に、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群を有し、無限遠物体から近距離物体へのフォーカスに際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群と前記第３レンズ群が独立に物体側へ移動する撮影レンズであって、
   前記第１レンズ群は、光軸と垂直方向の成分を持つように移動することによって前記撮影レンズが形成する像を変位させる負の屈折力のレンズ成分を有することを特徴とする撮影レンズ。
3. 前記負の屈折力のレンズ成分の焦点距離をｆｎ、全系の焦点距離をｆとするとき、
   −２．１＜ｆｎ／ｆ＜−１
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２の撮影レンズ。
4. 前記負の屈折力のレンズ成分は、正レンズと負レンズより成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項の撮影レンズ。
5. 固体撮像素子に像を形成するための光学系であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の撮影レンズ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮影レンズと、該撮影レンズによって形成された像を受光する固体撮像素子を有することを特徴とする撮像装置。