CN101276045A - 变焦光学系统及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在维持良好的光学性能的同时将透镜全长缩短从而实现小型化的变焦光学系统及摄像装置。其特征在于，从物体侧起依次具备：在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第1透镜组(G1)、在变焦时移动的负的折射力的第2透镜组(G2)、在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第3透镜组(G3)、在变焦时移动且具有调焦功能的正的折射力的第4透镜组(G4)、和在变焦时移动的负的折射力的第5透镜组(G5)。且满足以下条件式。fw表示在广角端的全系统的焦距，f1表示第1透镜组(G1)的焦距，f2表示第2透镜组(G2)的焦距。0.4＜fw/f1＜0.8……(1)；0.5＜|f2/fw|＜0.8……(2)。

Description

变焦光学系统及摄像装置
技术领域
本发明涉及一种在具有摄像功能的小型机器尤其在数码静态相机、附带摄像头的手机及个人数字助理(PDA：Personal Digital Assistance)等上可适于使用的变焦光学系统及摄像装置。
背景技术
近几年，在数码静态相机等摄像装置中，随着CCD(Charge CoupledDevice)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等摄像元件的小型化的发展，作为装置整体也要求更进一步的小型化。伴随于此，要求摄影用透镜尤其变焦光学系统(变焦镜头)基于缩短全长等的薄型化。以往，作为用于数码静态相机等的变焦光学系统，公知的有如专利文献1所公开、整体由5组构成的变焦光学系统。专利文献1中所述的变焦光学系统为将构成透镜系的各光学部件在光轴方向不变更的状态下沿一个方向直线式排列的所谓直线型光学系统。在此，摄像装置的厚度方向的大小事实上由最靠近物体侧的光学部件至摄像元件的长度决定。另一方面，近几年为了满足摄像元件的高像素化及高性能化的要求，使得透镜片数增加而缩短透镜系的全长就变得困难起来。因此，实现摄像装置整体的薄型化就变得困难起来。于是，为了实现摄像装置的薄型化，开发了将透镜系的光路在中途弯折的所谓屈曲光学系统。
屈曲光学系统通过在第1透镜组内配置直角棱镜等反射部件将光路在中途弯折大致90°而使光学系统的厚度方向的长度缩短。作为此种屈曲型变焦光学系统，公知的有以往用整体上4组构成而在变焦时使第2透镜组和第4透镜组移动的变焦光学系统。另外，因为近几年要求更高变焦比的变焦光学系统，所以开发有用屈曲型变焦光学系统形成为整体上5组构成的、与4组构成相比谋求了高变焦比的变焦光学系统(参照专利文献2～4)。专利文献3所述的变焦光学系统，在变焦时仅使第2透镜组和第4透镜组移动，但专利文献2及4所述的变焦光学系统是除第2透镜组和第4透镜组外还使第5透镜组在变焦时移动的方式。特许文献2所述的变焦光学系统中，第5透镜组具有调焦功能，通过使第5透镜组向像面侧移动，而进行由无限远至近距离的调焦。另外，在变焦时通过第2透镜组及第4透镜组的线性动作使焦距变更，通过第5透镜组的非线性动作来进行像面变动的校正。
【专利文献1】特许第3196283号公报
【专利文献2】特开2006-301543号公报
【专利文献3】特开2006-323051号公报
【专利文献4】特开2006-98686号公报
然而，专利文献1所述的光学系统因第1透镜组的焦距f1长使得透镜全长变长，不利于小型化。另外，专利文献2所述的光学系统，因为是使第5透镜组向像面侧移动来进行调焦的方式，所以当调焦时移动第5透镜组之际，出瞳距离变动大，容易产生黑斑(shading)变化。并且，因为第5透镜组在调焦时接近像面，所以存在着第5透镜组的透镜表面附着的灰尘或瑕疵容易影响画面质量的问题。另外，专利文献3所述的光学系统在将第1透镜组从反射面分成前组和后组时，由于第1透镜组中的后组的焦距f1r被设定得长，因此透镜全长变长而不利于小型化。另外，专利文献4所述的光学系统，由于第2透镜组的焦距f2比设定得长，因此透镜全长变长而不利于小型化。
发明内容
本发明是鉴于相关的问题点而作成的，其目的在于，提供一种可在维持良好的光学性能的同时缩短透镜全长且实现小型化的变焦光学系统及摄像装置。
本发明的第1观点所涉及的变焦光学系统，从物体侧起依次具备：在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第1透镜组；在变焦时移动的负的折射力的第2透镜组；在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第3透镜组；在变焦时移动且具有调焦功能的正的折射力的第4透镜组；和在变焦时移动的负的折射力的第5透镜组，并且，被构成得满足以下条件式。式中，fw表示在广角端的全系统的焦距，f1表示第1透镜组的焦距；f2表示第2透镜组的焦距。
0.4＜fw/f1＜0.8        ……(1)
0.5＜|f2/fw|＜0.8      ……(2)
在本发明的第1观点所涉及的变焦光学系统中，通过利用整体上5组构成且采用在变焦时使第2透镜组、第4透镜组及第5透镜组移动的方式，成为有利于高变焦比化的构成；通过有关第1透镜组及第2透镜组的焦距满足适当条件，由此，不仅维持良好的光学性能，且缩短透镜全长，从而小型化变得容易。而且，同使第5透镜组具有调焦功能的情况相比，通过使第4透镜组具有调焦功能，就使调焦时出瞳距离的变动也小，黑斑变化变小。并且，调焦时在最靠近像面的第5透镜组的透镜表面所附着的灰尘或瑕疵对画面质量的影响也变小。
本发明的第1观点所涉及的变焦光学系统中，第1透镜组也可从物体侧起依次由具有负的折射力的前组、使光路弯折的反射部件、和具有正的折射力的后组构成。此时，优选满足以下条件式。式中，f1f表示第1透镜组的前组的焦距，f1r表示第1透镜组的后组的焦距。
-3.5＜f1f/f1r＜-1.8        ……(3)
在此构成中，通过采用第1透镜组内配置的反射部件使光路弯折的屈曲光学系统的构成，不仅维持良好的光学性能，并抑制光学系统的厚度方向的长度，且使组装到摄像装置时的薄型化变得容易。在屈曲光学系统中，当组装到摄像装置时，其厚度更依存于使光路弯折部分的第1透镜组的大小，多于依赖于透镜的全长。通过满足条件式(3)，缩短全长的同时也使含有反射部件的第1透镜组的小型化变得容易。
本发明的第2观点所涉及的变焦光学系统从物体侧起依次具备：在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第1透镜组；在变焦时移动的负的折射力的第2透镜组；在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第3透镜组；在变焦时移动且具有调焦功能的正的折射力的第4透镜组；和在变焦时移动的负的折射力的第5透镜组，第1透镜组从物体侧起依次由具有负的折射力的前组、和使光路弯折的反射部件、和具有正的折射力的后组构成，且被构成得满足以下条件式。式中，f1f表示第1透镜组的前组的焦距，f1r表示第1透镜组的后组的焦距。
-3.5＜f1f/f1r＜-1.8       ……(3)
而且，优选被构成得满足以下条件式。式中，fw表示在广角端的全系统的焦距，f2表示第2透镜组的焦距。
0.5＜|f2/fw|＜0.8         ……(2)
在本发明的第2观点所涉及的变焦光学系统中，通过利用整体上5组构成且采用在变焦时使第2透镜组、第4透镜组及第5透镜组移动的方式，有利于高变焦比化。另外，通过采用第1透镜组内配置的反射部件使光路弯折的屈曲光学系统的构成，不仅维持良好的光学性能，并抑制光学系统的厚度方向的长度，且使组装到摄像装置时的薄型化变得容易。在屈曲光学系统中，当组装到摄像装置时，其厚度更依存于弯折光路部分的第1透镜组的大小，多于依赖于透镜的全长。通过满足条件式(3)，缩短全长的同时使含有反射部件的第1透镜组的小型化变得容易。而且，同使第5透镜组具有调焦功能的情况相比，通过使第4透镜组具有调焦功能，调焦时出瞳距离的变动也变小，黑斑变化变小。并且，调焦时在最靠近像面的第5透镜组G5的透镜表面附着的灰尘或瑕疵对画面质量的影响也变小。
在本发明的第1或第2观点所涉及的变焦光学系统中，在变焦时，使第2透镜组及第5透镜组按照在光轴上沿互不相同的移动方向且共同地进行线性直线运动的方式移动，并且第4透镜组按照进行非线性运动的方式移动也可。
由此，在使第2透镜组及第5透镜组移动时，可利用单一发动机使其移动，可实现原来每个移动透镜组所必需的发动机的个数削减、和移动控制的简单化，进而达成含有机构的摄影装置的小型化和廉价化。
另外，在本发明的第1或第2观点所涉及的变焦光学系统中，第1～第5透镜组的各透镜组中含有至少1片塑料透镜也可。由此，有利于光学系统的轻量化和廉价化。
另外，在本发明的第1或第2观点所涉及的变焦光学系统中，当第1透镜组在后组中具有至少1片正透镜、第2透镜组具有至少1片负透镜时，优选在第1透镜组的后组中的至少1片正透镜上使用塑料透镜，在第2透镜组中的至少1片负透镜上使用塑料透镜。由此，降低由使用塑料透镜引起的温度变化时的焦点移动。
本发明的摄像装置具备：本发明的第1或第2观点所涉及的变焦光学系统、和输出变焦光学系统形成的光学像所对应的摄像信号的摄像元件。
在本发明的摄像装置中，根据由本发明的变焦光学系统得到的高清晰的光学像，可获得高清晰的摄像信号。
根据本发明的第1观点所涉及的变焦光学系统，利用整体上5组构成，采用在变焦时使第2透镜组、第4透镜组及第5透镜组移动的方式，且关于第1透镜组及第2透镜组的焦距满足适当的条件，因此，能够不仅维持良好的光学性能，并缩短透镜全长，且达到小型化。
根据本发明的第2观点所涉及的变焦光学系统，利用整体上5组构成，采用在变焦时使第2透镜组、第4透镜组及第5透镜组移动的方式，并采用第1透镜组内配置的反射部件使光路弯折的屈曲光学系统的结构，且关于第1透镜组内的前组及后组的焦距满足适当条件，由此，能够不仅维持良好的光学性能，并缩短透镜全长，且达到小型化。
另外，根据本发明的摄像装置，由于输出由上述本发明的高性能的变焦光学系统形成的光学像所对应的摄像信号，因此，可获得高清晰的摄像信号。
附图说明
图1表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第1构成例，是对应于实施例1的透镜剖面图。
图2表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第2构成例，是对应于实施例2的透镜剖面图。
图3表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第3构成例，是对应于实施例3的透镜剖面图。
图4表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第4构成例，是对应于实施例4的透镜剖面图。
图5表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第5构成例，是对应于实施例5的透镜剖面图。
图6表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第6构成例，是对应于实施例6的透镜剖面图。
图7表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第7构成例，是对应于实施例7的透镜剖面图。
图8是表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统中的透镜移动机构例的剖面图。
图9是表示实施例1所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图10是表示实施例1所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图11是表示实施例2所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图12是表示实施例2所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图13是表示实施例3所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图14是表示实施例3所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图15是表示实施例4所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图16是表示实施例4所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图17是表示实施例5所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图18是表示实施例5所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图19是表示实施例6所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图20是表示实施例6所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图21是表示实施例7所涉及的变焦光学系统的透镜数据的图，(A)表示基本透镜数据，(B)表示变焦时移动的部分的面间隔的数据。
图22是表示实施例7所涉及的变焦光学系统有关的非球面的数据的图。
图23是将条件式有关的值针对各实施例进行概括表示的图。
图24是表示实施例1所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图25是表示实施例1所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图26是表示实施例2所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图27是表示实施例2所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图28是表示实施例3所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图29是表示实施例3所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图30是表示实施例4所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图31是表示实施例4所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图32是表示实施例5所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图33是表示实施例5所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图34是表示实施例6所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图35是表示实施例6所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图36是表示实施例7所涉及的变焦光学系统在广角端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图37是表示实施例7所涉及的变焦光学系统在望远端的诸像差的像差图，(A)表示球差，(B)表示像散，(C)表示畸变，(D)表示倍率色差。
图中：
GC-光学部件，G1-第1透镜组，G2-第2透镜组，G3-第3透镜组，G4-第4透镜组，G5-第5透镜组，G1f-第1透镜组内的前组，G1r-第1透镜组内的后组，G1p-反射部件，LP-直角棱镜，St-光阑，Ri-从物体侧起第i透镜面的曲率半径，Di-从物体侧起第i和第i+1透镜面的面间隔，Z1-光轴，100-摄像元件。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1(A)、(B)表示本发明的一实施方式所涉及的变焦光学系统的第1构成例。此构成例对应于下述第1数值实施例(图9(A)、图9(B)及图10)的透镜构成。另外，图1(A)对应于在广角端(最短焦距状态)的光学系统配置，图1(B)对应于在望远端(最长焦距状态)的光学系统配置。同样的，将对应于下述第2～第7数值实施例的透镜构成的第2～第7构成例的剖面构成示于图2(A)、(B)～图7(A)、(B)。在图1(A)、(B)～图7(A)、(B)中，符号Ri表示将最靠近物体侧的构成要素的面作为第1号并按照随着朝向像侧(成像侧)依次增加的方式赋予符号的第i号的面(即，第i面)的曲率半径。符号Di表示第i面和第i+1面在光轴Z1上的面间隔。另外，关于符号Di，仅对变焦时变化的部分的面间隔D8、D13、D16、D21、D23赋予符号。再者，由于各构成例的基本构成相同，因此，以下将图1(A)、(B)所示的第1构成例作为基础进行说明。
此变焦光学系统在具有摄像功能的小型机器例如数码静态相机、附带摄像头的手机、及PDA等上装载使用。此变焦光学系统沿光轴Z1从物体侧起依次具备：具有正的折射力的第1透镜组G1、具有负的折射力的第2透镜组G2、具有正的折射力的第3透镜组G3、调节光量的孔径光阑St、具有正的折射力的第4透镜组G4、和具有负的折射力第5透镜组G5。
此变焦光学系统的成像面配置有CCD等摄像元件100。至少通过此变焦光学系统和摄像元件100构成本发明的摄像装置。也可以在第5透镜组G5和摄像元件100之间，根据装载透镜的相机侧的构成，配置各种光学部件GC。例如可配置用于保护摄像面的防护玻璃或红外线截止滤波器等平板状光学部件。
此变焦光学系统的第1透镜组G1及第3透镜组G3在变焦及调焦时始终固定，在变焦时使第2透镜组G2、第4透镜组G4及第5透镜组G5在光轴Z1上移动。而且，第4透镜组G4具有调焦功能，除变焦时外，在调焦时也使第4透镜组G4在光轴Z1上移动。此变焦光学系统随着自广角端向望远端变焦，各移动组自图1(A)的状态向图1(B)的状态以描画图中用实线表示的轨迹的方式移动。在该情况下，第2透镜组G2及第5透镜组G5按照在光轴Z1上沿互不相同的移动方向且共同地进行线性直线运动的方式移动。第4透镜组G4按照进行非线性运动的方式移动。第2透镜组G2及第5透镜组G5主要担当变焦作用，第4透镜组G4担当在变焦时对像面变动的校正作用。
第1透镜组G1从物体侧起依次由具有负的折射力的前组G1f、使光路弯折的反射部件G1p、和具有正的折射力的后组G1r构成。前组G1f例如由1片负透镜L11而成。后组G1r例如由2片正透镜L12、L13而成。反射部件G1p，例如由具有将光路弯折大致90°的内部反射面的直角棱镜LP构成。
第2透镜组G2例如从物体侧起依次由1片负透镜L21、和由负透镜L22及正透镜L23而成的接合透镜构成。第3透镜组G3例如由1片正透镜L31构成。第4透镜组G4例如从物体侧起依次由2片透镜L41、L42而成的接合透镜、和凸面面向物体侧的正透镜L43构成。第5透镜组G5例如由1片负透镜L51构成。
此变焦光学系统满足以下条件式(1)、(2)。式中，fw表示在广角端的全系统的焦距，f1表示第1透镜组G1的焦距，f2表示第2透镜组G2的焦距。
0.4＜fw/f1＜0.8        ……(1)
0.5＜|f2/fw|＜0.8      ……(2)
此变焦光学系统优选满足以下条件式(3)。式中，f1f表示第1透镜组G1的前组G1f的焦距，f1r表示第1透镜组G1的后组G1r的焦距。
-3.5＜f1f/f1r＜-1.8    ……(3)
图8表示此变焦光学系统中的透镜移动机构的构成例。另外，图8表示自正面侧(光的入射侧)看到的此变焦光学系统的构成。此透镜移动机构具备：使第2透镜组G2及第5透镜组G5移动的线性移动机构、和使第4透镜组G4非线性移动的非线性移动机构。
非线性移动机构具有单一发动机M2、与发动机M2连接的轴20、和螺合于轴20的传送块21。在轴20形成有外螺纹，当轴20随发动机M2的旋转而自转时，螺合于轴20的传送块21就直线移动。未图示的透镜驱动控制部通过控制此发动机M2的旋转量等，使第4透镜组G4非线性移动。
线性移动机构具有单一发动机M1、与其连接的轴10、和螺合于轴10的2个传送块11、12。发动机M1根据来自未图示的透镜驱动控制部的指示而驱动，将其旋转力供给轴10。轴10按照与直角棱镜LP反射后的光轴平行的方式配置，在相当于第2透镜组G2的移动范围的部分形成有第1外螺纹10A，在相当于第5透镜组G5的移动范围的部分形成有第2外螺纹10B。
第1外螺纹10A和第2外螺纹10B，其螺纹旋合方向(screwing direct)相反方向。即，若第1外螺纹10A为右螺丝，则第2外螺纹10B为左螺丝。而且，第1外螺纹10A和第2外螺纹10B，其螺纹导程(lead)量也不同。因此，使轴10旋转一周时，第1外螺纹10A的进量和第2外螺纹10B的进量不同。在此第1外螺纹10A螺合有第1传送块11，在第2外螺纹10B螺合有第2传送块12。并且，第1传送块11与第2透镜组G2物理性连接，第2传送块12与第5透镜组G5物理性连接。其结果，当基于发动机M1的驱动而轴10自转时，第1传送块11及第2传送块12分别直线驱动。此时，第1外螺纹10A及第2外螺纹10B，由于其螺纹旋合方向相反，因此，在它们上螺合的第1传送块11及第2传送块12沿互不相同的方向移动。并且，与此第1传送块11及第2传送块12物理性连接的第2透镜组G2及第5透镜组G5也沿互不相同的方向移动。另外，由于第1外螺纹10A及第2外螺纹10B的螺纹导程量也互不相同，因此，第1传送块11及第2传送块12的移动量也互不相同，结果是第2透镜组G2及第5透镜组G5的移动量也不同。其结果，仅通过驱动单一发动机M1就可使第2透镜组G2及第5透镜组G5沿所期望的方向以所期望的移动量进行线性直线运动。
在此透镜移动机构中，变焦时的第2透镜组G2及第5透镜组G5的焦距变更动作和第4透镜组G4的像面位置校正动作被分离。由此，可简化第2透镜组G2及第5透镜组G5的移动机构，其结果，可谋求成本削减或省空间化。此外，图8的线性移动机构为一例，只要是可使第2透镜组G2及第5透镜组G5线性移动的机构，其他方式也可以。例如，在上述例中虽使用了具有轴10和传送块11、12的传送机构，但只要是可以将来自单一发动机M1的驱动力同时传送至进行移动方向及移动量均不同的直线运动的2个透镜组G2、G5的构成，使用其他传送机构也可以。例如，也可以是具有间距互不相同且共同连接于发动机的旋转轴的2种小齿轮、和与该2种小齿轮卡合的2种齿条的传送机构。
接下来说明如以上构成的变焦光学系统的作用及效果。
在此变焦光学系统中，通过利用整体上5组构成，且在变焦时使第2透镜组G2、第4透镜组G4及第5透镜组G5移动的方式，可形成为有利于高变焦比化的构成；并且，关于第1透镜组G1及第2透镜组G2的焦距满足适当的条件式(1)、(2)，由此，在维持良好的光学性能的同时使透镜全长缩短，就使小型化变得容易。
条件式(1)是第1透镜组G1的焦距f1有关的式子，通过满足此式可将光学系统小型化，可良好地校正整个变焦范围的像差。当低于条件式(1)的下限时，因为第1透镜组G1的折射力变小，所以透镜全长变长，又因为包含反射部件G1p的第1透镜组G1的外径也扩大，所以不能达成光学系统的小型化。当高于上限时，因为第1透镜组G1的折射力变强，所以有利于光学系统的小型化，但由于在第1透镜组G1发生的像差增大，由此很难良好地校正整个变焦范围的像差。
条件式(2)是第2透镜组G2的焦距f2有关的式子，通过满足此式可将光学系统小型化，可良好地校正整个变焦范围的像差。当低于条件式(2)的下限时，由于第2透镜群G2的折射力变大，从而有利于小型化，但是，在第2透镜群G2发生的像差增大，就很难良好地校正整个变焦范围的像差。当高于上限时，第2透镜组G2的折射力变小，在第2透镜组G2发生的像差缩小，但是，透镜全长变长，不能达成小型化。
在此变焦光学系统中，入射于第1透镜组G1的物体光，由直角棱镜LP的内部反射面朝第2透镜组G2侧弯折大致90°，在按照相对于第1透镜组G1的入射面为正交的方式配置的摄像元件100上成像。通过采用此种屈曲光学系统的构成，可在维持良好的光学性能的同时抑制光学系统的厚度方向的长度，可达成组装到摄像装置时的薄型化。在此种屈曲光学系统的构成中，第1透镜组G1从物体侧起依次由具有负的折射力的前组G1f、使光路弯曲的反射部件G1p、和具有正的折射力的后组G1r构成，通过在反射部件G1p前配置具有负的折射力的前组G1f，可达成反射部件G1p的小型化和光学系统的薄型化。
条件式(3)是关于第1透镜组G1内具有负的折射力的前组G1f和具有正的折射力的后组G1r的焦距f1f、f1r的式子，通过满足此式可达成包含反射部件G1p的第1透镜组G1的外径的小型化和缩短透镜全长。当低于条件式(3)的下限时，因为第1透镜组G1内的前组G1f的折射力变小且通过反射部件G1p的光束直径变大，所以含有反射部件G1p的第1透镜群G1的外径就变大。当高于上限时，因为第1透镜组G1内的后组G1r的折射力变小，所以透镜全长变长。
而且，在此变焦光学系统中，在变焦时使第2透镜组G2及第5透镜组G5移动之际以不同的移动方向且共同进行线性直线运动，由此在使第2透镜组G2及第5透镜组G5移动之际，如图8所示，可利用单一发动机M1使其移动。由此，可实现原来每个移动透镜组时所必需的发动机的个数削减、和移动控制的简化，并且达成含有机构的摄影装置的小型化和廉价化。而且，通过使第4透镜组G4在调焦时移动，在调焦时出瞳距离的变动也变小，可减少黑斑的变化。并且，与使最靠近像面的第5透镜组G5移动的方式相比，在调焦时第5透镜组G5的透镜表面附着的灰尘或瑕疵对画面质量影响也变小。
另外，在此变焦光学系统中，在第1～第5透镜组G1～G5的各透镜组中至少含有1片塑料透镜也可。由此，可谋求光学系统的轻量化和廉价化。此时，优选在第1透镜组G1的后组G1r中的至少1片正透镜上使用塑料透镜，在第2透镜组G2中的至少1片负透镜上使用塑料透镜。塑料透镜在温度变化时的折射率变化和膨胀率大于玻璃透镜，为此，若频繁使用塑料透镜则温度变化时的焦点移动就增大，但通过在第1透镜组G1的后组G1r中的至少1片正透镜上使用塑料透镜、在第2透镜组G2中的至少1片负透镜上使用塑料透镜，可减少温度变化时的焦点移动。
如以上说明，根据本实施方式所涉及的变焦光学系统，可在维持良好的光学性能的同时将透镜全长缩短，从而实现小型化的光学系统。而且，根据本实施方式所涉及的摄像装置，由于形成得输出由本实施方式所涉及的高性能变焦光学系统形成的光学像所对应的摄像信号，由此可获得高清晰的摄像信号。
接着，说明本实施方式所涉及的变焦光学系统的具体的数值实施例。以下概括说明第1～第7的数值实施例。
图9(A)、(B)及图10表示对应于图1(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据。尤其图9(A)表示其基本的透镜数据，图9(B)及图10表示其它数据。在图9(A)所示的透镜数据中的面号码Si栏，表示对实施例1所涉及的变焦光学系统将最靠近物体侧的构成要素的面作为第1号且按照随着朝向像侧依次增加的方式赋予符号的第i号(i＝1～25)面(即，第i面)的号码。在曲率半径Ri栏，表示与图1中赋予的符号Ri对应而从物体侧起第i面的曲率半径值(mm)。关于面间隔Di栏，也同样表示从物体侧起第i面Si和第i+1面Si+1在光轴上的间隔(mm)。在Ndi栏中表示从物体侧起第i面Si和第i+1面Si+1之间的相对于d线(587.6nm)的折射率值。在νdj栏，表示从物体侧起第j光学要素相对于d线的阿贝数值。图8(A)中还表示作为诸数据的在广角端及望远端的全系统的近轴焦距f(mm)、F数(FNO.)及视角2ω(ω：半视角)的值。
实施例1所涉及的变焦光学系统，因为在变焦时使第2透镜组G2、第4透镜组G4及第5透镜组G5在光轴上移动，所以这些各组的前后面间隔D8、D13、D16、D21、D23的值可变。作为这些面间隔D8、D13、D16、D21、D23在变焦时的数据，在图9(B)中表示其在广角端及望远端的值。
图9(A)的透镜数据中，在面号码的左侧赋予的符号“*”表示其透镜面为非球面形状。实施例1所涉及的变焦光学系统，第1透镜组G1内的透镜L13的两面S7及S8、第3透镜组G3的透镜L31的两面S14及S15、和第4透镜组G4内的透镜L43的两面S20及S21全部为非球面形状。作为这些非球面的曲率半径，在图9(A)的基本透镜数据中表示光轴附近的曲率半径数值，。
在图10中表示实施例1所涉及的变焦光学系统的非球面数据。在作为非球面数据所表示的数值中，符号“E”表示其之后的数值是以10为底数的“幂指数”，表示由以10为底的指数函数所示的数值与“E”前的数值相乘。例如，若「1.0E-02」，则表示「1.0×10-2」。
作为实施例1所涉及的变焦光学系统的非球面数据，标记由以下式(A)表示的非球面形状的式的各系数An、K的值。更详细而言，Z表示从距光轴具有高度Y的位置上的非球面上的点垂下到非球面的顶点切向平面(垂直于光轴的平面)的垂直长度(mm)。
实施例1所涉及的变焦光学系统，作为非球面系数An，适当有效地使用A3～A20的次数表示。
Z＝C·Y2/{1+(1-K·C2·Y2)1/2}+∑An·Yn        ……(A)
(n＝3以上的整数)
在此，
Z：非球面的深度(mm)
Y：光轴至透镜面的距离(高度)(mm)
K：离心率
C：近轴曲率＝1/R
(R：近轴曲率半径)
An：第n次的非球面系数
与以上实施例1所涉及的变焦光学系统同样，将对应于图2(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据作为实施例2，示于图11(A)、图11(B)及图12。并且，同样将对应于图3(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据作为实施例3，示于图13(A)、图13(B)及图14。并且，同样将对应于图4(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据作为实施例4，示于图15(A)、图15(B)及图16。再同样将对应于图5(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据作为实施例5，示于图17(A)、图17(B)及图18。又同样将对应于图6(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据作为实施例6，示于图19(A)、图19(B)及图20。再同样将对应于图7(A)、(B)所示的变焦光学系统的构成的具体透镜数据作为实施例7，示于图21(A)、图21(B)及图22。
另外，关于实施例2～6的任一变焦光学系统，也与实施例1所涉及的变焦光学系统同样，第1透镜组G1内的透镜L13的两面S7及S8、第3透镜组G3的透镜L31的两面S14及S15、和第4透镜组G4内的透镜L43的两面S20及S21全部为非球面形状。
关于实施例7的变焦光学系统，也与实施例1所涉及的变焦光学系统同样，第1透镜组G1内的透镜L13的两面S7及S8、第3透镜组G3的透镜L31的两面S14及S15、和第4透镜组G4内的透镜L43的两面S20及S21全部为非球面形状。而且，在实施例7的变焦光学系统中，除此之外，第2透镜组G2内的透镜L21的两面S9及S10为非球面形状。另外，在实施例7的变焦光学系统中，第1～第5透镜组G1～G5的各透镜组中包含有1片塑料透镜。具体而言，在第1透镜组G1的后组G1r中的正透镜L13、第2透镜组G2中的负透镜L21、第3透镜组G3中的正透镜L31、第4透镜组G4中的正透镜L43、第5透镜组G5中的负透镜L51上使用塑料透镜。
图23表示将上述各条件式有关的值针对各实施例归纳后的表格。从图23得知，各实施例的值在各条件式的数值范围内。
图24(A)～图24(D)分别表示实施例1所涉及的变焦光学系统在广角端的球差、像散、畸变(畸变)及倍率色差。图25(A)～图25(D)表示在望远端的同样的各像差。各像差图中表示以d线(587.6nm)为基准波长的像差。球差图及倍率色差图中还表示有关波长460nm、615nm的像差。像散图中的实线表示弧矢方向的像差，虚线表示子午方向的像差。FNO.表示F值，ω表示半视角。
同样，将实施例2所涉及的变焦光学系统有关的诸像差示于图26(A)～图26(D)(广视角)及图27(A)～图27(D)(望远端)。同样，将实施例3所涉及的变焦光学系统有关的诸像差示于图28(A)～图28(D)(广角端)及图29(A)～图29(D)(望远端)；将实施例4所涉及的变焦光学系统有关的诸像差示于图30(A)～图30(D)(广角端)及图31(A)～图31(D)(望远端)；将实施例5所涉及的变焦光学系统有关的诸像差示于图32(A)～图32(D)(广角端)及图33(A)～图33(D)(望远端)；将实施例6所涉及的变焦光学系统有关的诸像差示于图34(A)～图34(D)(广角端)及图35(A)～图35(D)(望远端)。另外，将实施例7所涉及的变焦光学系统有关的诸像差示于图36(A)～图36(D)(广角端)及图37(A)～图37(D)(望远端)。
从以上各数值数据及各像差图得知，关于各实施例，良好地校正诸像差并在维持良好的光学性能的同时缩短透镜全长且达成小型化，从而能够实现适合装载于摄像装置且薄型化的变焦光学系统。
另外，本发明不受限于上述实施方式及各实施例，可以进行各种变形实施。例如，各透镜成分的曲率半径、面间隔及折射率值等不受限于上述各数值实施例所示的值，可取其他值。

Claims (8)

1.一种变焦光学系统，其特征在于，
从物体侧起依次具备：
在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第1透镜组；
在变焦时移动的负的折射力的第2透镜组；
在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第3透镜组；
在变焦时移动且具有调焦功能的正的折射力的第4透镜组；和
在变焦时移动的负的折射力的第5透镜组，
并且，被构成得满足以下条件式：
0.4＜fw/f1＜0.8        ……(1)
0.5＜|f2/fw|＜0.8      ……(2)
在此，
fw：在广角端的全系统的焦距，
f1：第1透镜组的焦距，
f2：第2透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其特征在于，
上述第1透镜组从物体侧起依次由具有负的折射力的前组、使光路弯折的反射部件、和具有正的折射力的后组构成，且被构成得满足以下条件式：
-3.5＜f1f/f1r＜-1.8          ……(3)
在此，
f1f：第1透镜组中的前组的焦距，
f1r：第1透镜组中的后组的焦距。
3.一种变焦光学系统，其特征在于，
从物体侧起依次具备：在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第1透镜组、在变焦时移动的负的折射力的第2透镜组、在变焦及调焦时处于固定的正的折射力的第3透镜组、在变焦时移动且具有调焦功能的正的折射力的第4透镜组、和在变焦时移动的负的折射力的第5透镜组，
上述第1透镜组从物体侧起依次由具有负的折射力的前组、使光路弯折的反射部件、和具有正的折射力的后组构成，且被构成得满足以下条件式：
-3.5＜f1f/f1r＜-1.8         ……(3)
在此，
f1f：第1透镜组中的前组的焦距，
f1r：第1透镜组中的后组的焦距。
4.根据权利要求3所述的变焦光学系统，其特征在于，
还满足以下条件式：
0.5＜|f2/fw|＜0.8           ……(2)
此处，
fw：在广角端的全系统的焦距，
f2：第2透镜组的焦距。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，
在变焦时，上述第2透镜组及上述第5透镜组按照在光轴上沿互不相同的移动方向且共同地进行线性直线运动的方式移动，并且上述第4透镜组按照进行非线性运动的方式移动。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，
上述第1～第5透镜组的各透镜组中包含至少一片塑料透镜。
7.根据权利要求2或权利要求3～6中任一项所述的变焦光学系统，其特征在于，
上述第1透镜组在上述后组中至少具有一片正透镜；
上述第2透镜组至少具有一片负透镜，
在上述第1透镜组的上述后组中的至少一片上述正透镜上使用塑料透镜，并且在上述第2透镜组中的至少一片上述负透镜上使用塑料透镜。
8.一种摄像装置，其特征在于，具备：
权利要求1～7中任一项所述的变焦光学系统；和
输出上述变焦光学系统形成的光学像所对应的摄像信号的摄像元件。
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