CN100429550C - 变焦镜头和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不增加透镜枚数、且适用于小型化的可以进行抖动校正的变焦透镜、以及使用该变焦透镜的摄像装置。该变焦透镜从物体侧开始依次配置有：具有正折射力的第一透镜群G1；具有负折射力的第二透镜群G2；具有正折射力的第三透镜群G3；具有正折射力的第四透镜群G4；具有正折射力的第五透镜群G5。透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，上述第一透镜群固定于光轴方向上，上述第二透镜群向图像侧移动，上述第三透镜群固定于光轴方向上，上述第四透镜群对随着上述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时，在近距离聚焦时，向光轴方向移动，上述第五透镜群固定于光轴方向，孔径光阑配置于上述第三透镜群的附近，上述第五透镜群由具有负折射力的负部分透镜群(L151)和具有正折射力的正部分透镜群(L152)构成，并可以通过上述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位。本发明满足以下的条件式(1)0.6＜f5p/Da＜1.4。其中，f5p作为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，Da作为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴的长度。

Description

变焦镜头和摄像装置
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头和拍摄装置，特别是，适用于摄像机或数码相机等利用摄影元件受光的照相机，并涉及一种抖动校正的变焦镜头、以及使用该变焦镜头的摄像装置。
背景技术
在现有技术中，有如下周知的方法：作为照相机中存储单元，通过摄像元件存储在摄像元件面上形成的被摄体图像。该存储动作在由各光电转换元件将被摄体图像的光量转换为电输出后进行。上述摄像元件采用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等光电转换元件。
随着近年来微加工技术的技术进步，实现了中央运算处理装置(CPU)的高速化和存储介质的高集成化，从而可以高速处理以前无法处理的大容量的图像数据。而且，受光元件也实现了高集成化和小型化，通过其高集成化可以存储更高的空间频率，通过其小型化可以实现照相机整体的小型化。
而且，为了能够在大范围的摄像环境中使用，对变焦镜头的要求、特别是对大变焦比的要求越来越高。
但是，由于在大变焦比的光学系统中望远端状态的视角变窄，所以，即使是微小的抖动，也会导致影像发生较大抖动。因此，特别是在大变焦比的摄像机中，有一种所谓的电子式抖动校正系统，该电子式抖动校正系统使受光元件的图像摄取范围移位，从而校正抖动。
而且，现有技术中有一种所谓的抖动校正光学系统，其通过使构成透镜系统的一部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移动，从而对使图像位置移位时发生的光学性能劣化进行校正。
抖动校正光学系统有例如：检测系统，检测随着快门释放引起的抖动而产生的照相机抖动；控制系统，根据从检测系统输出的信号而向透镜位置提供校正量；以及驱动系统，根据来自于控制系统的输出而使规定的透镜移位。从而该抖动校正光学系统可以作为光学式抖动校正系统发挥功能。
在该光学式抖动校正系统中，根据驱动系统驱动的透镜移位可以使图像移位，通过驱动系统驱动的透镜移位可以对照相机抖动导致的图像抖动进行校正。
作为这些抖动校正光学系统，现有技术有例如特开2002-244037号公报、特开2003-228001号公报、特开2003-295057号公报中记载的技术。
在特开2002-244037号公报记载的连续变焦透镜中，配置于孔径光阑的图像侧的第三透镜群由正部分透镜群和负部分透镜群构成，通过使上述正部分透镜群移位而使图像移位。
在特开2003-228001号公报记载的连续变焦透镜中，配置于孔径光阑的图像侧的第三透镜群由负部分透镜群和正部分透镜群构成，通过使上述正部分透镜群移位而使图像移位。
在特开2003-295057号公报中记载的变焦透镜中，通过使第三透镜群整体移动而使图像移位。
在上述现有技术的抖动校正光学系统中，存在以下问题：由于使孔径光阑附近的透镜群移位，所以，用于移位的驱动机构和用于开关孔径光阑的机构、以及在变焦或聚焦时使各透镜沿光轴方向移动的机构容易发生干扰，并且使镜筒在径方向上增大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种不增加透镜枚数、易于小型化的可以实现抖动校正的变焦透镜，以及使用该变焦透镜的摄像装置。
为了解决上述问题，本发明的变焦透镜从物体侧开始依次配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；具有正折射力的第五透镜群。当透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，上述第一透镜群固定于光轴方向上，上述第二透镜群向图像侧移动，上述第三透镜群固定于光轴方向上，上述第四透镜群对随着上述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时，在近距离聚焦时，向光轴方向移动，上述第五透镜群固定于光轴方向，孔径光阑配置于上述第三透镜群的附近，上述第五透镜群包括具有负折射力的负部分透镜群和具有正折射力的正部分透镜群，并可以通过上述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位。f5p作为配置在第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，Da作为沿着从配置在第五透镜群中的正部分透镜群中的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴的长度，则本发明的变焦透镜满足以下的条件式(1)0.6＜f5p/Da＜1.4。
为了解决上述问题，本发明的摄像装置包括变焦透镜、以及将通过上述变焦透镜形成的光学图像变换为电信号的摄像元件，上述变焦透镜从物体侧开始按顺序配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；具有正折射力的第五透镜群。当透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，上述第一透镜群固定于光轴方向上，上述第二透镜群向图像侧移动，上述第三透镜群固定于光轴方向上，上述第四透镜群对随着上述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时在近距离聚焦时，向光轴方向移动，上述第五透镜群固定于光轴方向，孔径光阑配置于上述第三透镜群的附近，上述第五透镜群由具有负折射力的负部分透镜群和具有正折射力的正部分透镜群构成，并可以通过上述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位。f5p作为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，Da作为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴地长度，则本发明的摄像装置满足以下的条件式(1)0.6＜f5p/Da＜1.4。
因此，在本发明中，在作为可动透镜群的第四透镜群的图像侧配置作为固定透镜群的第五透镜群，并且，在图像移位时，使处于从孔径光阑离开的位置上的透镜(群)沿着与光轴大致垂直的方向移位。
关于本发明的变焦透镜，从物体侧开始按顺序配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；具有正折射力的第五透镜群。当透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，上述第一透镜群固定于光轴方向上，上述第二透镜群向图像侧移动，上述第三透镜群固定于光轴方向上，上述第四透镜群对随着上述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时在近距离聚焦时，向光轴方向移动，上述第五透镜群固定于光轴方向，孔径光阑配置于上述第三透镜群的附近，上述第五透镜群由具有负折射力的负部分透镜群和具有正折射力的正部分透镜群构成，并可以通过上述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位。f5p作为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，Da作为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴的长度，则本发明的变焦透镜满足以下的条件式(1)0.6＜f5p/Da＜1.4。
而且，本发明的摄像装置包括变焦透镜、以及将通过上述变焦透镜形成的光学图像变换为电信号的摄像元件，上述变焦透镜从物体侧开始按顺序配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；具有正折射力的第五透镜群。当透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，上述第一透镜群固定于光轴方向上，上述第二透镜群向图像侧移动，上述第三透镜群固定于光轴方向上，上述第四透镜群对随着上述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时在近距离聚焦时，向光轴方向移动，上述第五透镜群固定于光轴方向上，孔径光阑配置于上述第三透镜群的附近，上述第五透镜群由具有负折射力的负部分透镜群和具有正折射力的正部分透镜群构成，并可以通过上述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位。f5p作为配置于在第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，Da作为沿着从配置在第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴的长度，则本发明的摄像装置满足以下的条件式(1)0.6＜f5p/Da＜1.4。
因此，本发明由于配置有第五透镜群，减少了可动的第四透镜群的透镜枚数，实现轻量化，从而，可以实现驱动第四透镜群的机构的结构简化，透镜系统的小型化。
而且，当安装了抖动校正机构时，使透镜在与光轴大致垂直的方向上移位的机构不会和用于变焦或聚焦的透镜驱动机构或光阑开闭机构发生干扰，镜筒的尺寸、特别是径方向上的尺寸可以做得更小。
而且，因为满足了条件式(1)，所以可以将用于使第五透镜群中的正部分透镜群移动的驱动机构小型化，同时，还可以实现透镜全长的小型化，并且，可以抑制当上述正部分透镜群移位时(下面，称为“图像移位时”)，在画面中心部发生的偏心彗形像差过大的现象。
在本发明的第二方面和第十方面中，Db作为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近物体侧的面到孔径光阑的光轴的长度，并满足以下条件式(2)0.5＜f5p＜Db＜1.3，因此，可以很好地校正图像移位时发生的轴外像差的变动。
在本发明的第三方面、第四方面、第十一方面以及第十二方面中，f5n作为配置于第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离，ft作为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离，并满足条件式(3)0.3＜|f5n |/ft≤0.728，因此，可以很好地校正在第五透镜群中的负部分透镜群发生的正的球面像差。
在本发明的第五方面至第八方面以及第十三方面至第十六方面中，配置于所述第五透镜群中的正部分透镜群中至少有一枚正透镜和一枚负透镜，C5p作为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率(曲率半径的倒数)，并满足条件式(4)-5＜C5p·ft＜-2，因此，可以很好地校正在第五透镜群中的正部分透镜群发生的各像差，并在图像移位时获得良好的光学性能。
附图说明
图1是表示本发明的变焦透镜的折射力配置以及变焦时各透镜群是否可动的示意图；
图2是表示本发明的变焦透镜的第一实施例透镜构成的示意图；
图3是和图4至图8共同表示数值实施例1的各种像差图，该数值实施例1将具体数值适用于本发明的变焦透镜的第一实施例；本图3示出广角端状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图4示出中间焦点距离状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图5示出望远端状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图6示出广角端状态下的横向像差；
图7示出中间焦点距离状态下的横向像差；
图8示出望远端状态下的横向像差；
图9示出本发明的变焦透镜的第二实施例的透镜构成；
图10是和图11至图15共同表示数值实施例2的各种像差图，该数值实施例2将具体数值适用于本发明的变焦透镜的第二实施例；图10示出广角端状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图11示出中间焦点距离状态中的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图12示出望远端状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图13示出广角端状态下的横向像差；
图14示出中间焦点距离状态下的横向像差；
图15示出望远端状态下的横向像差；
图16示出本发明的变焦透镜的第三实施例的透镜构成；
图17是和图18至图22共同表示数值实施例3的各种像差图，该数值实施例3将具体数值适用于本发明的变焦透镜的第三实施例；图17示出广角端状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图18示出中间焦点距离状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图19示出望远端状态下的球面像差、像散现象、失真像差以及彗形像差；
图20示出广角端状态下的横向像差；
图21示出中间焦点距离状态下的横向像差；
图22示出望远端状态下的横向像差；以及
图23是表示适用于数码照相机的本发明摄像装置的实施例的框图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的变焦透镜和摄像装置的优选实施例进行说明。
本发明涉及的变焦透镜从物体侧开始依次配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；具有正折射力或负折射力的第五透镜群。
第二透镜群具有变焦功能，第四透镜群具有校正功能，通过将两者组合，当第二透镜群从物体侧移动到图像侧时，在保持像面位置不变的情况下，焦点距离从广角端状态变化为望远端状态。
第四透镜群具有上述校正功能的同时，还具有聚焦功能，对被摄体位置变化导致的像面位置的变化进行补偿。
第五透镜群由负部分透镜群以及隔着空气间隔配置在其图像侧的正部分透镜群所组成，并可通过使正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位。
孔径光阑配置于上述第三透镜群的附近。
在本发明的变焦透镜中，具有可以使第二透镜群和第四透镜群沿光轴方向移动的结构，所以，变焦时或聚焦时的驱动方法可以采用与现有技术相同的驱动方法。此外，通过使比第四透镜群更靠近图像侧配置的第五透镜群中的正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位，因此，减少变焦时或聚焦时的驱动机构和驱动孔径光阑的机构之间的干扰，缩小各透镜群彼此之间的间隔。其结果是，可以实现透镜系统的小型化，可以在抖动校正时，以图像劣化较少的状态进行图像移位。
此外，对于本发明的变焦透镜，即使是不进行图像移位，也可以充分发挥高光学性能。以往，在光学系统的图像侧配置有颜色分解棱镜的变焦透镜中，可动的第四透镜群多由三枚构成，这样，第四透镜群变重，存在难以实现自动聚焦高速化和驱动机构的结构简易化的问题。本发明的变焦透镜，通过在可动的第四透镜群的图像侧配置固定于光轴方向的第五透镜群，可以减少构成第四透镜群的透镜枚数，随着第四透镜群的轻量化，可以实现自动聚焦高速化、以及用于驱动第四透镜群的驱动机构的结构简化。
如果将f5p作为配置在第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，将Da作为沿着光轴的长度，该长度从配置在第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置，则本发明的变焦透镜满足以下的条件式(1)：
0.6＜f5p/Da＜1.4     (1)
上述条件式(1)是规定配置在第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离和逆光聚焦的比率的条件式，并且是规定抖动校正系数的条件式。
抖动校正系数是图像移位量相对于透镜移位量的比率，该透镜移位量是使规定的透镜群在与光轴大致垂直的方向上移动时的透镜移位量。在本发明中，移位透镜群(第五透镜群的正部分透镜群)配置于最靠近图像侧，因此，如果正部分透镜群的横向倍率是βs，则抖动校正系数γ可以用以下公式表示：
γ＝1-βs
例如，条件式(1)是1时，射入到正部分透镜群的轴光接近于平行光，因为βs几乎是0，所以，抖动校正系数γ是接近于1的数值。而且，当条件式(1)是大于1的数值时，βs是正值，反之，当条件式(1)是小于1的数值时，βs是负值。
在本发明的变焦透镜中，超过条件式(1)的上限值时，抖动校正系数变小，在只进行规定量的图像移位时所需要的透镜移位量过大，从而导致驱动机构的大型化。
反之，在低于条件式(1)的下限值时，在分母变大的情况下，则会导致透镜全长的大型化。此外，在分子变小的情况下，移位透镜群的焦点距离过短，当图像移位时、在画面中心部产生的偏心彗形像差过大，从而导致难以对其进行校正，无法确保规定的光学性能。
在本发明的变焦透镜中，为了很好地校正图像移位时发生的轴外像差的变动，优选Db作为沿着从配置在第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近物体侧的面到孔径光阑的光轴的长度，并满足以下条件式(2)：
0.5＜f5p/Db＜1.3         (2)
上述条件式(2)位条件式，用于规定第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离、与孔径光阑和正部分透镜群之间距离的比，并规定射出瞳孔的位置。
当超过条件式(2)的上限值时，射出瞳孔位置接近像面位置，即、入射到CCD上主光线以离开光轴的方式进行，为了获得规定的周围光量，则无法避免透镜直径的大型化的问题。
反之，当低于条件式(2)的下限值时，在分母变大的情况下，会引起透镜全长的大型化。此外，在分子变小的情况下，透镜移位时发生的入射角度的变化过大。其结果是，即使在画面中心部对抖动进行了较好地校正，在画面周围部却无法进行图像抖动校正。
在本发明中，为了进一步实现高性能化，优选f5n作为配置于第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离，ft作为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离，并满足以下条件式(3)。
0.3＜|f5n |/ft≤0.728       (3)
上述条件式(3)是规定第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离的条件式。
当低于条件式(3)的下限值时，则难以更好地校正负部分透镜群中产生的正球面像差，并且无法获得规定的光学性能。
在本发明的变焦透镜中，为了很好地对第五透镜群中的正部分透镜群单独产生的各像差进行校正，从而在图像移位时也可以获得更加好的光学性能，优选正部分透镜群至少由一枚正透镜和一枚负透镜构成，C5p作为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率(曲率半径的倒数)，并满足以下的条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2     (4)
上述条件式(4)是规定正部分透镜群的最靠近图像侧的透镜面曲率半径的条件式。
当超过条件式(4)的上限值时(曲率半径增大)，则无法控制图像移位时画面中心部产生的彗形像差。
反之，当低于条件式(4)的下限值时(曲率半径减小)，则图像移位时在画面周围部产生的彗形像差的变动增大。
在本发明的变焦透镜中，由于采用了非球面透镜，因此可实现更高的光学性能。特别是，通过在第五透镜群中导入非球面，可以进一步实现中心性能的更高的性能化。此外，通过在第二透镜群中使用非球面透镜，还可以更好地校正广角端状态下产生的视角导致的彗形像差的变动。
而且，无庸讳言，通过在本发明的变焦透镜中采用多个非球面，可以获得更高的光学性能。
此外，为了防止莫尔图的发生，也可以在第五透镜群的图像侧配置低通滤光镜，或者根据CCD等受光元件的光谱灵敏度特性配置红外线截止滤光镜。
下面，对本发明的变焦透镜的各实施例和数值实施例进行说明。
此外，在各实施例中采用了非球面，下面的等式1表示非球面形状。
【等式1】
x＝cy2/(1+(1-(1+κ)c2y2)1/2)+c4y4+c6y6+...
这里，
y为距离光轴的高度
x为下垂量
c为曲率
κ为圆锥常数
C4、C6...为非球面系数
图1示出本发明实施例所涉及的变焦透镜的折射力分配，从物体侧开始，依次排列有具有正折射力的第一透镜群G1、具有负折射力的第二透镜群G2、具有负折射力的第三透镜群G3、具有正折射力的第四透镜群G4、具有正折射力或负折射力的第五透镜群G5。当从广角端状态向望远端状态变焦时，第二透镜群G2向图像侧移动，以使第一透镜群G1和第二透镜群G2之间的空气间隔增大，第二透镜群G2和第三透镜群G3之间的空气间隔减小。这时，第一透镜群G1、第三透镜群G3、第五透镜群G5固定于光轴方向，第四透镜群G4进行移动，以校正随着第二透镜群G2的移动而产生的像面位置的变动，并且，在近距离聚焦时向物体侧移动。
图2示出本发明变焦透镜的第一实施例的透镜结构。第一透镜群G1由凸面朝向物体侧的半月形负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜的组合透镜L 111、以及凸面朝向物体侧的正透镜L 112构成；第二透镜群G2由凹面朝向图像侧的负透镜L 121、以及两侧凹面形状的负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜的组合透镜L 122构成；第三透镜群G3由正半月形(meniscus)透镜L 13构成；第四透镜群G4由两侧凸面透镜和凹面朝向物体侧的半月形负透镜的组合透镜L14构成；第五透镜群G5由凹面朝向图像侧的负透镜L 151、以及两侧凸面透镜和凹面朝向物体侧的半月形负透镜的组合正透镜L152构成。
在该第一实施例中，孔径光阑S配置于第三透镜群G3的物体侧，而在透镜位置状态变化时是固定的。
在该第一实施例中，配置于第五透镜群G5中的负透镜L 151作为负部分透镜群、组合正透镜L 152作为正部分透镜群而发挥功能，并可以通过组合正透镜L 152沿着与光轴垂直的方向移位而移动图像。此外，在第五透镜群G5的图像侧配置有棱镜PP和低通滤波器LPF 1。
表1示出将具体数值适用于上述第一实施例中的数值实施例一的各个值。该数值实施例一和后面说明的各数值实施例的各个表中的f表示焦点距离、FNo表示F号码、2ω表示视角，折射率和阿贝(abbe)数是与d线(λ＝587.6nm)对应的值。此外，表1中的曲率半径0表示平面。
【表1】
f    2.94    ～    7.31    ～    276
FNO  1.72    ～    1.80    ～    2.79
2ω 56.73    ～   22.28    ～    5.93°
面序号    曲率半径    面间隔    折射率    阿贝数
1：       58.6067     0.700     1.84666   23.8
2：       19.1434     3.250     1.60738   56.8
3：      -66.3164     0.140
4：       18.6022     2.100     1.80400   46.6
5：       72.8181     (D5)
6：       72.8181     0.400     1.83500   43.0
7：        6.2198     2.150
8：       -8.1923     0.500     1.74430   49.2
9：        7.3027     2.394     1.92286   20.9
10：       0.0000     (D10)
11：       0.0000     1.390     (孔径光阑)
12：     -36.6362     2.500     1.48749   70.4
13：     -13.2678     (D13)
14：      18.7886     2.150     1.77250   49.6
15：     -11.2294     0.450     1.92286   20.9
16：     -19.5023     (D16)
17：     -63.8851     0.600     1.83400   37.4
18：      29.2408     0.800
19：     287.7006     0.500     1.92286   20.9
20：      49.9719     1.750     1.69350   53.2
21：     -10.4358     1.000
22：       0.00001    1.000     1.58913   61.3
23：       0.0000     1.900     1.51680   64.2
24：       0.0000     (Bf)
第13面、第21面的各透镜面是由非球面构成，非球面系数如表2所示。此外，在表2和以下示出非球面系数的表中“E-i”是以10为底的指数表示，即、表示“10-i”，例如、“0.26029E-05”表示“0.26029×10-05”。
【表2】
第13面
κ＝+0.000  C4＝+0.23076×10-3  C6＝+0.70769×10-5
            C8＝-0.32205×10-6  C10＝+0.11069×10-7
第21面
κ＝+0.000  C4＝+0.38815×10-3  C6＝-0.34876×10-5
            C8＝+0.21930×10-6  C10＝-0.53874×10-8
随着透镜位置状态由广角端状态向望远端状态变化，第一透镜群G1和第二透镜群G2之间的面间隔D5、第二透镜群G2和孔径光阑S之间的面间隔D10、第三透镜群G3和第四透镜群G4之间的面间隔D13、第四透镜群G4和第五透镜群G5之间的面间隔D 16也发生变化。因此，在表3中，焦点距离f同时表示：上述各面间隔的广角端状态、广角端和望远端之间的中间焦点距离状态、以及望远端状态下的各值。
【表3】
可变间隔表
f      2.940        7.312         27.628
D5     0.420        7.353         13.851
D10   15.971        9.038          2.540
D13    8.830        6.942          8.808
D16    1.192        3.079          1.213
Bf     0.811        0.811          0.811
表4示出数值实施例一中的各条件式(1)、(2)、(3)、(4)的对应值。
【表4】
f5n＝-12.864
f5p＝+13.559
(1)f5p/Da＝0.922
(2)f5p/Db＝0.757
(3)|f5n |/ft＝0.466
(4)C5p·ft  ＝-2.647
图3至图5分别示出上述数值实施例一的无限聚焦状态下的各像差图。图3示出广角端状态(f＝2.940)下的各像差图，图4示出中间焦点距离状态(f＝7.312)下的各像差图，图5示出望远端状态(f＝27.628)下的各像差图。
在图3至图5的各像差图中，像散现象图中的实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。在彗形像差图中A表示视角。
图6至图8分别示出上述数值实施例一的无限聚焦状态下的透镜移位大致0.5度的状态下的横向像差图。图6示出广角端状态(f＝2.940)下的横向像差图，图7示出中间焦点距离状态(f＝7.312)下的横向像差图，图8示出望远端状态(f＝27.628)下的横向像差图。
根据各像差图可以明确看出在数值实施例一中各像差得到了较好的校正，并具有较好的成像性能。
图9示出本发明变焦透镜的第二实施例的透镜结构。第一透镜群G1由凸面朝向物体侧的半月形负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜的组合透镜L 211、以及凸面朝向物体侧的正透镜L 212构成；第二透镜群G2由凹面朝向图像侧的负透镜L 221、以及两侧凹面形状的负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜的组合透镜L 222构成；第三透镜群G3由负半月形透镜L 231以及两侧凸面透镜L 232构成；第四透镜群G4由两侧凸面透镜以及凹面朝向物体侧的半月形负透镜的组合透镜L 24构成；第五透镜群G5由两侧凹面透镜L 251以及两侧凸面透镜L 252构成。
在第二实施例中，孔径光阑S配置于第三透镜群G3的物体侧，并在透镜位置状态变化时是固定的。
在该第二实施例中，配置于第五透镜群G5中的负透镜L 251作为负部分透镜群、两侧凸面透镜L 252作为正部分透镜群发挥功能，通过两侧凸面透镜L 252沿着与光轴垂直的方向移位，可以移动图像。此外，在第五透镜群G5的图像侧配置有棱镜PP和低通滤光镜LPF 2。
表5示出将具体数值适用于上述第二实施例的数值实施例二的各个值。
【表5】
f        2.94     ～      7.31     ～       27.6
FNO      1.75     ～      1.98     ～       2.40
2ω     56.72     ～     22.59     ～       5.99°
面序号    曲率半径    面间隔    折射率    阿贝数
1：       30.3357     0.700     1.84666   23.8
2：       14.8545     3.070     1.69680   55.3
3：     -310.2570     0.100
4：       16.3110     1.900     1.75500   52.3
5：       48.4268     (D5)
6：       26.6368     0.400     1.88300   40.8
7：        5.3926     2.250
8：       -6.8120     0.400     1.83500   43.0
9：        5.4927     1.750     1.92286   20.9
10：    -123.8628     (D10)
11：       0.0000     1.430     (孔径光阑)
12：     -20.1104     1.000     1.69350   53.2
13：     -32.5214     1.650
14：      29.0170     1.450     1.48749   70.4
15：     -14.7718     (D15)
16：      27.2370     1.900     1.60300   65.5
17：      -9.7700     0.400     1.92286   20.9
18：     -14.5822     (D18)
19：     -52.7915     0.600     1.88300   40.8
20：     100.0000     0.800
21：      42.3276     1.850     1.48749   70.4
22：      -9.2283     1.000
23：       0.00001    1.000     1.58913   61.3
24：       0.0000     1.900     1.51680   64.2
25：       0.0000     (Bf)
第12面、第21面、第22面的各透镜面由非球面构成，表6示出非球面系数。
【表6】
第12面
κ＝+0.000  C4＝-0.23700×10-3  C6＝-0.11404×10-4
            C8＝+077423×10-6   C10＝-0.34115×10-7
第21面
κ＝+0.000  C4＝-0.29538×10-3  C6＝-0.75249×10-5
            C8＝-0.11808×10-5  C10＝+0.31175×10-7
第22面
κ＝+0.000  C4＝+0.25661×10-3  C6＝-0.19920×10-4
            C8＝+0.00000        C10＝+0.00000
随着透镜位置状态由广角端状态向望远端状态变化，第一透镜群G1和第二透镜群G之间的面间隔D5、第二透镜群G2和孔径光阑S之间的面间隔D10、第三透镜群G3和第四透镜群G4之间的面间隔D 15、第四透镜群G4和第五透镜群G5之间的面间隔D 18也发生变化。在表7中，焦点距离f同时表示：上述各面间隔的广角端状态、广角端和望远端之间的中间焦点距离状态、以及望远端状态下的各值。
【表7】
可变间隔表
f            2.941          7.312         27.615
D5           0.420          5.849         11.231
D10         13.351          7.922          2.540
D15          5.392          2.262          5.349
D18          0.987          4.117          1.031
Bf           0.809          0.809          0.809
表8示出数值实施例二中的各条件式(1)、(2)、(3)、(4)的对应值。
【表8】
f5n＝-13.171
f5p＝+11.947
(1)f5p/Da＝0.812
(2)f5p/Db＝0.765
(3)|f5n|/ft＝0.477
(4)C5p·ft＝-2992
图10至图12分别示出上述数值实施例二的无限聚焦状态下的各像差图。图10示出广角端状态(f＝2.941)下的各像差图，图11示出中间焦点距离状态(f＝7.312)下的各像差图，图12示出望远端状态(f＝27.615)下的各像差图。
在图10至图12的各像差图中，像散现象图中的实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。在彗形(慧尾)像差图中A表示视场角。
图13至图15分别示出上述数值实施例二的无限聚焦状态下的透镜移位大致0.5度状态下的横向像差图。图13示出广角端状态(f＝2.941)下的横向像差图，图14示出中间焦点距离状态(f＝7.312)下的横向像差图，图15示出望远端状态(f＝27.615)下的横向像差图。
从各像差图可以明确看出，在数值实施例二中各像差得到了较好的校正，并具有很好的成像性能。
图16示出本发明变焦透镜的第三实施例的透镜结构。第一透镜群G1由凸面朝向物体侧的半月形的负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜的组合透镜L 311、以及凸面朝向物体侧的正透镜L 312构成；第二透镜群G2由凹面朝向图像侧的负透镜L 321、以及两侧凹面形状的负透镜和凸面朝向物体侧的正透镜的组合透镜L 322构成；第三透镜群G3由负半月形透镜L 331以及两侧凸面透镜L 332构成；第四透镜群G4由两侧凸面透镜和凹面朝向物体侧的半月形负透镜的组合透镜L 34构成；第五透镜群G5由两侧凹面透镜L 351以及两侧凸面透镜L 352构成。
在第三实施例中，孔径光阑S配置于第三透镜群G3的物体侧，并且不取决于透镜位置状态变化而被固定住。
在该第三实施例中，配置于第五透镜群G5中的负透镜L 351作为负部分透镜群、两侧凸面透镜L 352作为正部分透镜群发挥功能，并可以通过两侧凸面透镜L 352沿着与光轴垂直的方向移位而移动图像。此外，在第五透镜群G5的图像侧配置有棱镜PP和低通滤光镜LPF 3。
表9示出将具体数值适用于上述第三实施例的数值实施例三的各个值。
【表9】
f            2.94      ～        7.31     ～      27.6
FNO          1.75      ～        1.97     ～      2.31
2ω         56.72      ～       22.46     ～      5.94°
面序号    曲率半径    面间隔    折射率    阿贝数
1：       29.3835     0.700     1.84666   23.8
2：       15.0400     3.800     1.69680   55.3
3：     -199.9795     0.100
4：       17.1421     2.250     1.75500   53.3
5：       44.1766     (D5)
6：       32.1142     0.400     1.88300   40.8
7：        5.6901     2.070
8：       -7.0860     0.400     1.83500   43.0
9：        5.2586     1.830     1.92286   20.9
10：       0.0000     (D10)
11：       0.0000     1.430     (孔径光阑)
12：     -20.0000     1.000     1.69350   53.3
13：     -63.9524     1.180
14：      26.2395     1.660     1.48749   70.4
15：     -13.0529     (D15)
16：      21.6861     2.040     1.62041   60.3
17：      -9.1741     0.400     1.92286   20.9
18：     -14.0265     (D18)
19：     -40.1627     0.600     1.88300   40.8
20：     100.0000     0.800
21：    -183.8033     1.720     1.58913   61.3
22：      -8.6252     1.000
23：       0.00001    1.000     1.58913   61.3
24：       0.0000     1.900     1.51680   64.2
25：       0.0000     (Bf)
第12面、第21面、第22面的各透镜面由非球面构成，表10示出非球面系数。
【表10】
第12面
κ＝+0.000  C4＝-032050×10-3  C6＝-0.10580×10-4
            C8＝+037615×10-6  C10＝-0.16632×10-7
第21面
κ＝+0.000  C4＝-0.36738×10-3  C6＝-0.94788×10-5
            C8＝-0.13654×10-5  C10＝+0.38979×10-7
第22面
κ＝+0.000  C4＝+0.21270×10-3  C6＝-0.21110×10-4
            C8＝+0.00000        C10＝+0.00000
随着透镜位置状态由广角端状态向望远端状态变化，第一透镜群G1和第二透镜群G 2之间的面间隔D5、第二透镜群G2和孔径光阑S之间的面间隔D10、第三透镜群G3和第四透镜群G4之间的面间隔D15、第四透镜群G4和第五透镜群G5之间的面间隔D18发生变化。在表11中，焦点距离f同时表示：上述各面间隔的广角端状态、广角端和望远端之间的中间焦点距离状态、以及望远端状态下的各值。
【表11】
可变间隔表
f       2.942           7.313         27.617
D5      0.420           5.856         11.256
D10    13.376           7.940          2.540
D15     4.636           2.058          4.595
D18     0.988           3.566          1.029
Bf      0.811           0.811          0.811
表12示出数值实施例三中的各条件式(1)、(2)、(3)、(4)的对应值。
【表12】
f5n＝-20.092
f5p＝+14.994
(1)f5p/Da＝1.019
(2)f5p/Db＝1.017
(3)|f5n|/ft＝0.728
(4)C5p·ft＝-3.202
图17至图19分别示出上述数值实施例三的无限聚焦状态下的各像差图。图17示出广角端状态(f＝2.942)下的各像差图，图18示出中间焦点距离状态(f＝7.313)下的各像差图，图19示出望远端状态(f＝27.617)下的各像差图。
在图17至图19的各像差图中，像散现象图中的实线表示矢形像面，虚线表示子午像面。在彗形像差图中A表示视角。
图20至图22分别示出上述数值实施例三的无限聚焦状态下的透镜移位大致0.5度状态下的横向像差图。图20示出广角端状态(f＝2.942)下的横向像差图，图21示出中间焦点距离状态(f＝7.313)下的横向像差图，图22示出望远端状态(f＝27.617)下的横向像差图。
从各像差图可以明确看出，在数值实施例三中各像差得到了较好的校正，并具有很好的成像性能。
图23示出使用了本发明的变焦透镜的摄像装置的实施例。此外，图23所示的实施例是将本发明适用于数码照相机的实施例。
数码照相机100包括：照相机单元10，承担摄像功能；照相机信号处理部20，进行所拍摄的图像信号的模拟-数字变换等的信号处理；图像处理部30，进行图像信号的存储重放处理；LCD(LiquidCrystal Display：液晶显示)40，显示所拍摄的图像等；R/W(读入器/写入器)50，向存储卡51进行写入/读出；CPU 60，对装置整体进行控制；输入部70，用于客户的操作输入；以及透镜驱动控制部80，控制照相机单元10内的透镜的驱动。此外，透镜驱动控制部80包括抖动校正机构，该抖动校正机构包括：检测系统，用于检测快门释放时产生的没有预想到的照相机振动，即抖动的方向和量；以及驱动系统，根据上述检测系统的检测结果，使第五透镜群G5中的正部分透镜群沿着与光轴垂直的方向，向消除抖动导致的图像抖动的方向、只移动足以消除图像的上述抖动的量。
照相机单元10由光学系统或者CCD等摄像元件12等构成，其中，该光学系统包括适用本发明的变焦透镜11(可以使用上述实施例以及数值实施例1至3所涉及的变焦透镜)。照相机信号处理部20进行如下信号处理：即将从摄像元件12输出的输出信号变换为数字信号、除去噪音、画质校正、变换成灰度·色差信号等。图像处理部30进行根据规定图像格式的图像信号的压缩编码·扩展解码处理、析像度等数据规格的变换处理等。
存储卡51由可安装拆卸的半导体存储器构成。R/W 50将图像处理部30编码的图像数据写入存储卡51，或者读出存储卡51中存储的图像数据。CPU 60是用于控制数码照相机内的各电路单元的控制处理部，根据来自输入部70的指示输入信号等来控制各电路单元。
输入部70由例如用于进行快门操作的快门释放按钮、用于选择动作模式的选择开关等构成，向CPU 60输出与用户的操作对应的指示输入信号。透镜驱动控制部80根据来自CPU 60的控制信号，控制未图示的用于驱动变焦透镜11中的透镜的电动机等。
下面，简单说明该数码照相机的动作。
在摄像待机状态下，在CPU 60的控制下，通过照相机单元10拍摄到的图像信号通过摄像信号处理部20输出到LCD 40，作为照相机到图像(camera-through image)进行显示。此外，当输入来自输入部70的用于变焦的指示输入信号时，CPU 60向透镜驱动控制部80输出控制信号，并根据透镜驱动控制部80的控制，移动变焦透镜11内的规定透镜。
然后，当根据来自输入部70的指示输入信号，关闭未图示的照相机单元10的快门时(此时，如果发生抖动，上述抖动校正机构开始动作，对抖动导致的图像移位进行校正)，所拍摄的图像信号从照相机信号处理部20输出到图像处理部30，并进行压缩编码处理，变换为规定数据格式的数字数据。将变换后的数据输出到R/W 50，并写入存储卡51中。
此外，例如在半按下快门释放按钮时，或者为了存储而完全按下快门释放按钮时，根据来自CPU 60的控制信号，由透镜驱动控制部80移动变焦透镜11中的规定透镜来进行聚焦。
此外，当再生存储卡51中存储的图像数据时，根据输入部70的操作，由R/W 50从存储卡51中读出规定的图像数据，在图像处理部30进行扩展解码处理后，将再生图像信号输出到LCD 40。从而显示再生图像。
此外，在上述实施例中，示出了将本发明适用于数码照相机的示例，但是，本发明并不仅限于适用于数码照相机，也可以适用于数字摄像机或者其他的照相机。
此外，上述各实施例和数值实施例中所示的各部的具体形状以及数值，均为仅是实施本发明时的一个具体化示例，并不是用于限定本发明的技术范围。
产业上的可利用性
可以提供一种小型、轻量、性能优良、且包括抖动校正功能的变焦透镜，以及使用该变焦透镜的摄像装置，本发明可以广泛应用于数字摄像机、数码照相机等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种变焦透镜，从物体侧开始依次配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；以及具有正折射力的第五透镜群，
当透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，所述第一透镜群固定于光轴方向上，所述第二透镜群向图像侧移动，所述第三透镜群固定于光轴方向上，所述第四透镜群对随着所述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时，在近距离聚焦时，向光轴方向移动，所述第五透镜群固定于光轴方向上，
孔径光阑配置于所述第三透镜群的附近，
所述第五透镜群由具有负折射力的负部分透镜群和具有正折射力的正部分透镜群构成，通过所述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位，可以进行图像移位，
所述变焦透镜的特征在于，满足以下的条件式(1)：
0.6＜f5p/Da＜1.4(1)
其中，
f5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，
Da为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴的长度。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下的条件式(2)：
0.5＜f5p/Db＜1.3(2)
其中，
Db为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近物体侧的面到孔径光阑的光轴的长度。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下的条件式(3)：
0.3＜|f5n|/ft≤0.728(3)
其中，
f5n为配置于第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
4.根据权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下的条件式(3)：
0.3＜|f5n|/ft≤0.728(3)
其中，
f5n为配置于第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
6.根据权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
7.根据权利要求3所述的变焦透镜，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率。
8.根据权利要求4所述的变焦透镜，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率。
9.一种摄像装置，包括变焦透镜、以及将通过所述变焦透镜形成的光学图像变换为电信号的摄像元件，
所述变焦透镜从物体侧开始依次配置有：具有正折射力的第一透镜群；具有负折射力的第二透镜群；具有正折射力的第三透镜群；具有正折射力的第四透镜群；具有正折射力的第五透镜群，
当透镜位置状态从广角端状态变化到望远端状态时，所述第一透镜群固定于光轴方向上，所述第二透镜群向图像侧移动，所述第三透镜群固定于光轴方向上，所述第四透镜群对随着所述第二透镜群的移动而产生的像面位置的变动进行校正，同时，在近距离聚焦时，向光轴方向移动，所述第五透镜群固定于光轴方向上，
孔径光阑配置于所述第三透镜群的附近，
所述第五透镜群由具有负折射力的负部分透镜群和具有正折射力的正部分透镜群构成，并可以通过所述正部分透镜群沿着与光轴大致垂直的方向移位而进行图像移位，
所述摄像装置的特征在于，满足以下条件式(1)：
0.6＜f5p/Da＜1.4(1)
其中，
f5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的焦点距离，
Da为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像侧的面到近轴像位置的光轴的长度。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其特征在于，满足以下的条件式(2)：
0.5＜f5p/Db＜1.3(2)
其中，
Db为沿着从配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近物体侧的面到孔径光阑的光轴的长度。
11.根据权利要求9所述的摄像装置，其特征在于，满足以下的条件式(3)：
0.3＜|f5n|/ft≤0.728(3)
其中，
f5n为配置于第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
12.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，满足以下的条件式(3)：
0.3＜|f5n|/ft≤0.728(3)
其中，
f5n为配置于第五透镜群中的负部分透镜群的焦点距离，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
13.根据权利要求9所述的摄像装置，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
14.根据权利要求10所述的摄像装置，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率，
ft为望远端状态下的透镜系统整体的焦点距离。
15.根据权利要求11所述的摄像装置，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率。
16.根据权利要求12所述的摄像装置，其特征在于，配置于第五透镜群中的正部分透镜群至少包括一枚正透镜和一枚负透镜，所述变焦透镜满足以下条件式(4)：
-5＜C5p·ft＜-2(4)
其中，
C5p为配置于第五透镜群中的正部分透镜群的最靠近图像面的透镜面的曲率。
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