CN101369049B

CN101369049B - 变焦透镜和成像设备

Info

Publication number: CN101369049B
Application number: CN2008101351739A
Authority: CN
Inventors: 大竹基之
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2008-08-13
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2028-08-13
Also published as: CN101369049A; JP5163007B2; US20090046374A1; JP2009047785A; US7692870B2

Abstract

公开了一种变焦透镜和成像设备。变焦透镜按从物体侧到像平面侧的顺序包含具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有负屈光力的第四透镜组，和具有正屈光力的第五透镜组。在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，至少第二透镜组朝像侧移动，第三透镜组朝物体侧移动，在光轴方向固定第四透镜组。将孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧附近。第一到第五透镜组满足预定条件。

Description

变焦透镜和成像设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年8月15日提交到日本专利局的日本专利申请No.2007-211928的优先权，该申请的全部公开内容通过参考引用合并于此。

技术领域

本发明涉及变焦透镜和成像设备。更具体地，本发明涉及具有高变焦比的小尺寸和高性能的变焦透镜和使用该变焦透镜的成像设备。

背景技术

采用以下记录系统的数码相机已经流行。即，记录系统使用利用例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)的光电转换单元的成像设备作为照相机中的记录装置。成像设备在其表面上形成物体图像，并且通过使光电转换单元将物体图像的光量转换成电气输出来记录物体图像。

近来，在合并透镜的照相机中，许多用户对具有较高变焦比的变焦透镜的需求不断增长。

这是由于，不同于单镜头反光式相机，透镜不能在合并透镜的照相机中互换，使得如果变焦比低，则难以容纳各种摄影场景。

例如，在日本待审专利申请公开说明书No.2003-287681(专利文献1)、日本待审专利申请公开说明书No.2005-215385(专利文献2)和日本待审专利申请公开说明书No.2007-3554(专利文献3)中已经提出了实现高变焦比的变焦透镜。

在专利文献1中描述的变焦透镜通过按从物体侧开始的顺序布置具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有负屈光力的第四透镜组和具有正屈光力的第五透镜组来构成。在其实施例中，公开了变焦比大约为10倍的变焦透镜。

在专利文献2中描述的变焦透镜通过按从物体侧开始的顺序布置具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组来构成。在其实施例中，公开了变焦比大约为12倍的变焦透镜。

在专利文献3中描述的变焦透镜通过按从物体侧开始的顺序布置具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有正屈光力的第四透镜组和具有正屈光力的第五透镜组来构成。在其实施例中，公开了变焦比大约为20倍的变焦透镜。

发明内容

然而，较早开发的变焦透镜难以满足较高变焦能力、较高图像质量和小型化的全部要求。

在专利文献1描述的变焦透镜中，过多可移动透镜组的存在使透镜镜筒结构变得复杂，因而妨碍了小型化。

在专利文献2描述的变焦透镜中，可能在某种程度上满足了较高变焦比的需求，但是难以相容地实现小型化。

在专利文献3描述的变焦透镜中，公开了实现超过20倍的高变焦比的方法。然而，还存在总透镜长度较大和在近距离聚焦期间移动的第四透镜组的移动行程很大，使得这个变焦透镜不适于自动聚焦操作的问题。

因此，期望提供能够实现超过20倍的较高变焦比、高性能和小型化的全部目标的变焦透镜，和使用该变焦透镜的成像设备。

根据本发明的一个实施例，所提供的变焦透镜包含：按从物体侧到像平面侧的顺序，具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有负屈光力的第四透镜组和具有正屈光力的第五透镜组。在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，至少第二透镜组朝像侧移动，第三透镜组朝物体侧移动，并且第四透镜组固定在光轴方向。将孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧附近。满足以下条件表达式(1)和(2)：

(1)0.05＜f2/f4＜0.3，并且(2)0.1＜Δ3/ft＜0.2，

其中f2是第二透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，Δ3是第三透镜组在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间的移动量，并且ft是整个透镜系统在最大远摄状态下的焦距。

根据本发明的另一个实施例，提供包含上述变焦透镜和将变焦透镜形成的光图像转换成电信号的成像设备。

根据本发明的实施例，可实现超过20倍的高变焦比、高性能和小型化的全部目标。

本发明的上述概述没有打算描述本发明的每个图解实施例或每个实现。随后的附图和详细描述更具体地示例了这些实施例。

附图说明

图1是说明根据本发明实施例的变焦透镜的屈光力布置的图例；

图2是示出根据本发明第一实施例的变焦透镜的透镜构造的图例；

图3和图4到6一起示出通过将指定值应用到第一实施例获得的第一数字例子的像差曲线图，图3示出在最大广角状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差；

图4示出在第一中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图5示出在第二中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图6示出在最大远摄状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图7是示出根据本发明第二实施例的变焦透镜的透镜构造的图例；

图8和图9到11一起示出通过将指定值应用到第二实施例获得的第二数字例子的像差曲线图，图8示出在最大广角状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差；

图9示出在第一中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图10示出在第二中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图11示出在最大远摄状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图12是示出根据本发明第三实施例的变焦透镜的透镜构造的图例；

图13和图14到16一起示出通过将指定值应用到第三实施例获得的第三数字例子的像差曲线图，图13示出在最大广角状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差；

图14示出在第一中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图15示出在第二中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图16示出在最大远摄状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图17是示出根据本发明第四实施例的变焦透镜的透镜构造的图例；

图18和图19到21一起示出通过将指定值应用到第四实施例获得的第四数字例子的像差曲线图，图18示出在最大广角状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差；

图19示出在第一中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图20示出在第二中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图21示出在最大远摄状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图22是示出根据本发明第五实施例的变焦透镜的透镜构造的图例；

图23和图24到26一起示出通过将指定值应用到第五实施例获得的第五数字例子的像差曲线图，图23示出在最大广角状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差；

图24示出在第一中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图25示出在第二中间焦距状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；

图26示出在最大远摄状态下测量的球面像差、散光、畸变和横向像差的曲线图；和

图27是将根据本发明的实施例的成像设备应用于数码相机的实施例的电路模块图。

具体实施方式

下面将描述根据本发明的实施例的变焦透镜和成像设备的实施例。

根据本发明的实施例的变焦透镜包含，按从物体侧到像平面侧的顺序，具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有负屈光力的第四透镜组和具有正屈光力的第五透镜组。在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，至少第二透镜组朝像侧移动，第三透镜组朝物体侧移动，并且第四透镜组固定在光轴方向。将孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧附近。满足以下条件表达式(1)和(2)：

(1)0.05＜f2/f4＜0.3，和

(2)0.1＜Δ3/ft＜0.2，

根据本发明实施例的变焦透镜具有包含下述部分的变焦结构：按从物体侧到像平面侧的顺序，具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有负屈光力的第四透镜组和具有正屈光力的第五透镜组。

在合并透镜的照相机中，通常使用正-负-正-正四组变焦透镜或正-负-正-正-正五组变焦透镜。然而，由于透镜系统只具有一个负透镜组，并且具有负屈光力的第二透镜组主要负责变焦操作，所以抑制第二透镜组中出现的各种像差成为问题。

为了实现小型化和高变焦比，增加每个透镜组的屈光力是容易的方式。然而，这种容易方式会使得难以满意地校正在透镜变焦位置变化期间第二透镜组中单独出现的离轴像差的波动。结果，不能增加第二透镜组的屈光力，并且因而不能充分地实现小型化。

为了克服这种情况，根据本发明的实施例的变焦透镜实现具有负屈光力的第四透镜组，因而使整个透镜系统的屈光力布置更加轴向对称，以降低第二透镜组承受的像差校正的负担。

通常，如果构成透镜系统的可移动透镜组数量增加，则会有更多变焦轨迹选项，并且因而可以满意地校正当变焦比增加时出现的各种像差的波动。然而，这引起增加驱动机构数量以使透镜镜筒结构复杂的另一个问题。即使透镜系统被降低尺寸，但当透镜镜筒结构复杂并且因而增加尺寸时，照相机主体还会被增加尺寸并且其可携带性会被牺牲。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，通过在变焦期间在光轴方向固定第四透镜组，可以相容地实现增强变焦和小型化的目标，而无需使透镜镜筒结构复杂化。可以在最像侧的位置处布置负透镜组。然而，当在光轴方向固定负透镜组时，与从最大广角状态到最大远摄状态的透镜变焦位置无关，负透镜组的横向放大倍率固定，因而对变焦操作不产生贡献。从另一方面来说，当将负透镜组移动到物体侧以对变焦产生贡献时，其不是优选的，因为最大远摄状态下的总透镜长度增加。同时，由于驱动机构数量的增加，也使透镜镜筒结构复杂。

在根据本发明实施例的变焦透镜中，至少第二透镜组朝像侧移动，第三透镜组朝物体侧移动，并且在光轴方向固定第四透镜组，使得在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减少，并且第三透镜组和第四透镜组之间的距离增加。另外，将孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧附近。

通过在透镜变焦位置变化期间以上述方式移动相应透镜组，可以满意地校正离轴像差的波动。

具体地，通过在最大广角状态下缩窄第一透镜组和第二透镜组之间的距离，穿过第一透镜组的离轴光束到达光轴附近，因而抑制屏幕图像外围处出现的彗差像差。此外，通过拉宽第二透镜组和孔径光阑之间的距离，穿过第二透镜组的离轴光束偏离光轴，使得可以满意地校正由于视角变化造成的彗差像差的波动。

通过在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间拉宽第一透镜组和第二透镜组之间的距离，穿过第一透镜组的离轴光束偏离光轴，使得可以满意地校正在透镜变焦位置变化期间出现的离轴像差的波动。此外，通过缩窄第二透镜组和第三透镜组之间的距离以及通过减少第二透镜组和孔径光阑之间的距离，穿过第二透镜组的离轴光束到达光轴附近，因而更满意地抑制在透镜变焦位置变化期间出现的离轴像差的波动。

此外，通过在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间朝物体侧移动第三透镜组，第三透镜组的横向放大倍率必定发生改变。即，第三透镜组对变焦操作产生贡献。

如果第三透镜组的移动量变得非常大，则需要朝物体侧移动第一透镜组和第二透镜组，因而增加总透镜长度。因而，期望适当地设置第三透镜组的移动量(参见上述条件表达式(2))。

条件表达式(1)旨在定义第二透镜组与第四透镜组的焦距比，并且因而定义相容地实现小型化和高性能的条件。

如果f2/f4低于条件表达式(1)的下限，则第二透镜组的屈光力增加并且第四透镜组的屈光力减少，因而减少第四透镜组对像差校正的影响，并且因此使得难以校正与透镜变焦位置变化相关的离轴像差的波动。

如果f2/f4超过条件表达式(1)的上限，则第二透镜组的屈光力减少并且第四透镜组的屈光力增加，使得在最大远摄状态下第一透镜组和第二透镜组之间的距离需要被加宽，因而增加总透镜长度。同时，第四透镜组执行的发散操作增加，因而进一步增加总透镜长度。

应当注意，在根据本发明的实施例的变焦透镜中，期望设置条件表达式(1)的上限为0.25，以便抑制都在制造期间出现的、由于第三透镜组和第四透镜组的相互偏心造成的其光学性能的下降，以及由于第四透镜组和第五透镜组的相互偏心造成的其光学性能的下降，并且因此最小化制造误差的影响并且保证稳定的光学质量。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，需要满足条件表达式(2)以便满意地校正与最大广角状态下视角的变化相关的离轴像差的波动。

条件表达式(2)旨在定义第三透镜组的变焦操作。

使变焦比Z为(Z＝ft/fw)，分母ft＝fw·Z。因此，条件表达式(2)中的Δ3/ft可以被表示为Δ3/(Z·fw)。因此，条件表达式(2)定义第三透镜组关于变焦比的移动量。

如果Δ3/ft低于条件表达式(2)的下限，则与透镜变焦位置的变化相关的第二透镜组的横向放大倍率的变化增加。因而，如果尝试保持透镜直径不变，则第二透镜组的屈光力增加，因而使得难以满意地校正与最大广角状态下视角的变化相关的离轴像差的波动。

相反，如果Δ3/ft超过条件表达式(2)的上限，则第三透镜组的移动量增加，即，第三透镜组的横向放大倍率的变化变得过大，因而使得难以满意地校正与第三透镜组中出现的透镜变焦位置的变化相关的离轴像差的波动。

在根据本发明的一个实施例的变焦透镜中，为了实现更小型化和更高性能，期望满足以下条件表达式(3)：

(3)0.15＜D4/TL＜0.3，

其中D4是从第四透镜组的最像侧的表面到像平面的距离，并且TL是最大远摄状态下的总透镜长度。

条件表达式(3)旨在定义第四透镜组的位置。

如果D4/TL超过条件表达式(3)的上限，则第四透镜组远离像侧，因而增加总透镜长度。

如果D4/TL低于条件表达式(3)的下限，则第四透镜组到达像平面附近，并且因此需要减少第五透镜组的移动行程。这增加了第四透镜组和第五透镜组的屈光力，因而使得难以满意地校正在透镜变焦位置变化期间出现的离轴像差，使得不能实现更高性能。

在根据本发明的一个实施例的变焦透镜中，期望第五透镜组在近距离聚焦期间沿光轴方向移动，以及满足以下条件表达式(4)：

(4)-0.1＜β5t＜0.6，

其中β5t是最大远摄状态下第五透镜组的横向放大倍率。

通常，当使用成像设备记录物体图像时，光学系统的出瞳位置远离像面，即，从光学系统出来的主光线近似地平行于光轴。同样地，当使用沿光轴方向驱动布置在光学系统的最像侧位置的透镜组的所谓后聚焦系统时，穿过透镜组的离轴光束的高度变化在沿光轴移动透镜系统时较小。结果，可以在各种像差的波动较少的状态下执行近距离聚焦。

本发明的实施例也执行近距离聚焦，并且因而可以在与沿光轴方向移动第五透镜组时的物距的变化相关的各种像差的波动较少的状态下进行近距离聚焦。

提供条件表达式(4)是为了定义第五透镜组的横向放大倍率，以及减少近距离聚焦需要的移动行程。

如果β5t超过条件表达式(4)的上限，则最大远摄状态下近距离聚焦需要的移动行程增加，因而增加驱动机构的负载。结果，这不能对节电充分产生贡献。

相反，如果β5t低于条件表达式(4)的下限，则从第四透镜组出来的光束在发散时进入第五透镜组，因而使总透镜长度增加。

期望第五透镜组保证近距离聚焦以及补偿与相应透镜组的移动相关的像平面位置的波动。这是由于可以利用第五透镜组的以下特征。即，第五透镜组具有正屈光力并且被布置在最像侧位置。结果，即使第五透镜组沿光轴方向移动，穿过第五透镜组的离轴光束的高度未极端变化。作为这个特征的结果，即使第五透镜组沿光轴方向移动，但由于离轴像差波动较少，所以第五透镜组适于补偿像平面位置。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，期望第五透镜组在近距离聚焦期间沿光轴方向移动，满足条件表达式(4)，以及满足以下条件表达式(5)：

(5)0.25＜β2w·β2t＜0.8，

其中β2w是第二透镜组在最大广角状态下的横向放大倍率，并且β2t是第二透镜组在最大远摄状态下的横向放大倍率。

结果，可以实现小型化和高性能。

条件表达式(5)用于定义第二透镜组的横向放大倍率。

为了减少总透镜长度，减少第五透镜组的移动行程是有效的。这是由于为了在光轴方向固定第四透镜组，在第四透镜组的像侧需要用于第五透镜组的移动行程的空间。

第五透镜组的移动行程由(A)补偿移动量和(B)聚焦移动量的总和表示。 (A)补偿移动量表示补偿像平面位置(当物体位置无穷远时)所需的移动量，并且(B)聚焦移动量表示在物体位置变化期间保持像平面位置固定所需的移动量。

因而，为了减少第五透镜组的移动行程，需要(a)减少关于无穷远物体第五透镜组在最大广角状态下的位置和在最大远摄状态下的位置之间的差，并且(b)减少最大远摄状态下的聚焦移动量。要求(b)可以通过满足条件表达式(4)来达到。条件表达式(5)对应于需求(a)。

在这个实施例中，第二透镜组的横向放大倍率在最大广角状态下大于-1并且在最大远摄状态下小于-1。结果，在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，由于包含第二透镜组的放大倍率等于1×(即，-1)时所在的位置，所以第五透镜组遵循这样的移动轨迹，其中第五透镜组首先朝物体侧移动，接着转动其方向以朝像侧移动。结果，与第五透镜组沿单一方向移动的情况相比，可以减少移动行程。

如果β2w·β2t低于条件表达式(5)的下限，则在最大远摄状态下的第二透镜组的横向放大倍率变小，因而将最大远摄状态下第五透镜组的位置朝物体侧移动。结果，补偿移动量增加，因而阻止总透镜长度的充分减少。

如果β2w·β2t超过条件表达式(5)的上限，则最大远摄状态下的第二透镜组的横向放大倍率变大。这使在最大远摄状态下穿过第一透镜组的离轴光束偏离光轴，因而阻止透镜直径的充分减少。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，期望第五透镜组在近距离聚焦期间沿光轴方向移动，满足条件表达式(4)和(5)，以及满足以下条件表达式(6)：

(6)0.3＜|f4|/ft＜1.5。

条件表达式(6)定义第四透镜组的焦距。

如果|f4|/ft超过条件表达式(6)的上限，则第四透镜组的屈光力减少，因而阻止第二透镜组的负屈光力提高，以便满意地校正最大广角状态下出现的负畸变。结果，需要在最大远摄状态下增加第一透镜组和第二透镜组之间的距离，因而难以减少总透镜长度。

相反，如果|f4|/ft低于条件表达式(6)的下限，则第四透镜组的屈光力提高，因而过度地增加在最大远摄状态下的总透镜长度，并且因而阻止充分满足小型化需求。

在根据本发明实施例的变焦透镜中，为了满意地校正出现在最大远摄状态下的负球面像差，期望第一透镜组由粘合透镜部件和布置在粘合透镜部件的像侧的一或多个正透镜部件构成，粘合透镜部件由具有面对像侧的凹面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜形成，并且满足以下表达式(7)和(8)：

(7)-0.15＜f1/f1a＜0.4，和

(8)vd1P＞70，

其中fla是布置在第一透镜组中的粘合透镜部件的焦距，fl是第一透镜组的焦距，并且vd1P是布置在第一透镜组中的粘合透镜部件的正透镜的阿贝数。

为了满意地校正单独出现在第一透镜组中的色差和负球面像差，优选地定义构成第一透镜组的粘合透镜部件和正透镜部件的功能。

在根据本实施例的变焦透镜中，可以通过被粘合透镜部件用来主要校正轴向色差和负球面像差的像差校正功能，并且通过被正透镜部件用来聚合光束的聚合功能，相容地提供小型化和高性能。

条件表达式(7)用于定义各功能。如果f1/f1a超过条件表达式(7)的上限，则不能通过粘合透镜部件充分地校正轴向色差。相反，如果f1/f1a低于条件表达式(7)的下限，则难以通过粘合透镜校正从正透镜部件出现的负球面像差。

此外，为了满意地校正在最大远摄状态下出现的轴向色差，期望构成粘合透镜部件的正透镜由满足条件表达式(8)的低发散玻璃材料制成。如果vd1P低于条件表达式(8)的下限，则难以满意地校正出现在最大远摄状态下的轴向色差。

在根据本发明实施例的变焦透镜中，期望通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形第一负透镜部件、两面凸的第二负透镜部件和具有面对物体侧的凸面的新月形正透镜部件来构成第二透镜组，并且满足以下条件表达式(9)和(10)：

(9)1.7＜n2a，和

(10)3.5＜(r2d+r3e)/fw＜12，

其中n2a是第一负透镜部件的关于d线(波长＝587.6纳米)的折射系数，r2d是第二负透镜部件的像平面侧透镜表面的曲率半径，并且r3e是正透镜部件的物体侧透镜表面的曲率半径。

在这个实施例中，通过定义每个镜头对像差校正的任务，可以满意地校正单独出现在第二透镜组中的各种像差，因而实现更高变焦比和更高光学性能。具体地，第一负透镜部件校正在最大广角状态下出现的离轴像差，并且第二负透镜部件和正透镜部件满意地校正轴向像差。

如果n2a低于条件表达式(9)的下限，则难以充分地校正离轴像差，因而难以实现更高性能。

如果(r2d+r3e)/fw低于条件表达式(10)的下限，则第二负透镜部件和正透镜部件的相互偏心造成使得光学性能大大降低，因而加剧由于制造期间的装配误差而造成的性能退化。

如果(r2d+r3e)/fw超过条件表达式(10)的上限，则穿过第一透镜组的离轴光束偏离光轴，因而阻止达到充分高的性能。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，期望第五透镜组由至少单个正透镜和单个负透镜构成。通过成对结构，可以同时校正离轴像差和轴向像差，并且因而可以满意地校正在物体位置变化期间出现的各种像差的波动。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，通过非球面透镜，可以实现更高光学性能。尤其是，通过在第三透镜组中使用非球面表面，可以进一步增强中心区域光学性能。此外，通过在第二透镜组中使用非球面透镜，可以满意地校正在最大广角状态下出现的由视角引起的彗差像差的波动。

此外，在单个光学系统中多个非球面表面的使用提供了更高光学性能。

在根据本发明的实施例的变焦透镜中，通过沿近似地垂直于光轴的方向移动构成透镜系统的透镜中的单个透镜组或单个透镜组中的一些透镜，可以移位图像。

透镜组中移位透镜的直径越小，驱动移位透镜的驱动机构就越节省电力并且尺寸越小。因而，期望沿近似地垂直于光轴的方向移位任何第三透镜组和第四透镜组，或透镜组中的一部分透镜。

由于第三透镜组被放置在孔径光阑附近，所以离轴光束在光轴附近穿过。因而，当移位第三透镜组时引起的离轴像差较少出现，因而利于高性能的实现。

在光轴方向固定第四透镜组，因而第四透镜组适合作为移位透镜组。这是由于移位透镜的驱动机构在光轴方向上被固定，并且因而轻易简化了透镜镜筒结构。

此外，布置低通滤波器以阻止在透镜系统的像侧出现波纹条纹，并且根据光接收单元的光谱灵敏度布置红外截止滤波器是可接受的。

接着，参考附图和表描述将指定值应用于实施例的变焦透镜的特定实施例和数字例子。

应当注意，实施例实现了非球面表面，并且假定每个非球面表面的形状通过以下表达式1定义。

[表达式1]

x＝cy²/(1+(1-(1+κ)c²y²)^1/2)+Ay⁴+By⁶+…

在表达式1中，y是距离光轴的高度，x是下垂量，c是曲率半径，κ是锥形常数，A，B，...是非球面系数。

图1示出根据本发明的第一到第五实施例的变焦透镜中的屈光力分布。在图1中，每个变焦透镜按从物体侧到像平面侧的顺序包含具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3、具有负屈光力的第四透镜组G4和具有正屈光力的第五透镜组G5。在从最大广角状态变焦到最大远摄状态期间，在光轴方向上固定第四透镜组G4，第二透镜组G2朝像侧移动，第三透镜组G3朝物体侧移动，第五透镜组G5首先朝物体侧移动并且接着朝像侧移动。可以自由地选择第一透镜组G1的移动轨迹，并且因而也可以固定第一透镜组G1。

图2是示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜1的透镜构造的图例。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置由具有面对物体侧的凸面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜构成的粘合透镜L11，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L12来构成第一透镜组G1。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形负透镜L21、两面凹的负透镜L22和具有面对物体侧的凸面的正透镜L23来构成第二透镜组G2。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对物体侧的凸面并且具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜L31，和由具有面对物体侧的凸面的正透镜和具有面对像侧的凹面的负透镜构成的粘合负透镜L32来构成第三透镜组G3。第四透镜组G4由具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜L4构成。第五透镜组G5由粘合正透镜L5构成，通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜和具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜来形成粘合正透镜L5。

将孔径光阑S布置在第三透镜组G3的物体侧，并且在透镜变焦位置变化期间沿独立于第三透镜组G3的轨迹移动。

此外，例如低通滤波器的滤波器FL被布置在第五透镜组G5和像平面IMG之间。

表1示出将指定值应用于变焦透镜1的第一数字例子的透镜数据。在表1和其它透镜数据表中，″表面编号″指示顺序地从物体侧计数的1，2，...，″曲率半径″表示从物体侧计数的第i个透镜表面的曲率半径，″表面距离″表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的轴向表面距离，″折射系数″表示从物体侧计数的第i个表面关于d线的折射系数，″阿贝数″表示从物体侧计数的第i个表面关于d线的阿贝数。此外，针对曲率半径″ri″的″0.000″指示表面是平坦表面，并且轴向表面距离的″Di″指示表面距离可变。

[表1]

表面编号曲率半径表面距离折射系数阿贝数

1： 11.555 0.317 1.90366 31.1

2： 6.692 0.933 1.49700 81.6

3： -786.073 0.037

4： 6.578 0.528 1.60300 65.5

5： 28.615 (D5)

6： 8.394 0.131 1.75500 52.3

7： 1.493 0.961

8： -5.924 0.112 1.77250 49.6

9： 4.435 0.088

10： 3.040 0.392 1.92286 20.8

11： 10.735 (D11)

12： 0.000 (D12) (孔径光阑)

13： 2.656 0.746 1.61800 63.4

14： -6.005 0.071

15： 2.325 0.339 1.60300 65.5

16： 8.890 0.112 1.80610 33.3

17： 1.735 (D17)

18： -4.663 0.112 1.80610 40.7

19： -6.843 (D19)

20： 3.582 0.519 1.58913 61.3

21： -3.410 0.103 1.92286 20.8

22： -4.897 (D22)

23： 0.000 0.267 1.51680 64.2

24： 0.000 (Bf)

在变焦透镜1中，第三透镜组G3的两面凸的透镜L31的物体侧表面(第13个表面)和第五透镜组G5的粘合正透镜L5的物体侧表面(第20个表面)由非球面表面形成。表2示出第一数字例子中的这些表面的第4、第6、第8和第10顺序非球面系数A，B，C和D和锥形常数″κ″。在表21中，“E-i”是以10为基的指数表示，即，“10^-i”；例如，″0.12345E-05″表示″0.12345×10^-5″。

[表2]

第13个表面κ＝-0.3727 A＝-0.813393E-02 B＝+0.228368E-03 C＝-0.126371E-02

D＝+0.100851E-02

第20个表面κ＝1.5265 A＝-0.107877E-01 B＝+0.208699E-02 C＝-0.234305E-02

D＝+0.675184E-03

在变焦透镜1中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D5、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D11、孔径光阑S和第三透镜组G3之间的表面距离D12、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D17、第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离D19、和第五透镜组G5和滤波器FL之间的表面距离D22，在从最大广角状态变焦到最大远摄状态期间发生改变。在表3中示出第一数字例子在其广角端(f＝1.000)、其第一中间焦距(f＝2.486)、其第二中间焦距(f＝6.236)，及其远距摄影端(f＝18.777)期间的相应距离的值，和焦距″f″，最大孔径F数″FNO″和视角″2ω″。

[表3]

f 1.000 2.486 6.236 18.777

FNO 2.87 3.90 3.52 4.45

2ω 74.62 32.43 13.31 4.37°

D5 0.140 2.280 5.451 7.602

D11 6.451 3.660 1.103 0.582

D12 1.556 0.028 0.858 0.515

D17 0.429 2.143 2.829 3.172

D19 1.908 1.096 0.470 1.951

D22 1.726 2.538 3.164 1.683

Bf 0.221 0.221 0.221 0.221

表4中示出第一数字例子的对应于相应条件表达式(1)至(10)的值。

[表4]

f2＝-1.914

f4＝-18.583

β5t＝0.424

β2w＝-0.229

β2t＝-2.1 75

f1＝11.3 11

f1a＝53.076

(1)f2/f4＝0.1 03

(2)Δ3/ft＝0.146

(3)D4/TL＝0.221

(4)β5t＝0.424

(5)β2w·β2t＝0.499

(6)|f4|/ft＝0.99

(7)f1/f1 a＝0.2 13

(8)vd1P＝81.6

(9)n2a＝1.755

(10)(r2d+r3e)/fw＝7.475

图3到6中的每个示出聚焦在无穷远处的第一数字例子中的各种像差曲线图。图3示出在最大广角状态(f＝1.000)期间获得的各种像差曲线图，图4示出在第一中间焦距状态(f＝2.486)期间获得的各种像差曲线图，图5示出在第二中间焦距状态(f＝6.236)期间获得的各种像差曲线图，并且图6示出在最大远摄状态(f＝18.777)期间获得的各种像差曲线图。

在图3到6中的每个的像差曲线图中，球面像差曲线图中的实线表示球面像差，散光曲线图中的实线和虚线分别表示弧矢像平面和子午线像平面。在横向像差曲线图中，A表示视角并且y表示图像高度。

从相应像差曲线图可以看出，第一数字例子满意地校正其像差并且因而具有出众的成像性能。

图7是示出根据本发明的第二实施例的变焦透镜2的透镜构造的图例。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置由具有面对物体侧的凸面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜形成的粘合透镜L11，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L12来构成第一透镜组G1。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形负透镜L21、两面凹的负透镜L22，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L23来构成第二透镜组G2。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对物体侧的凸面并且具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜L31，和由具有面对物体侧的凸面的正透镜和具有面对像侧的凹面的负透镜形成的粘合负透镜L32来构成第三透镜组G3。第四透镜组G4由具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜L4构成。第五透镜组G5由粘合正透镜L5构成，通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜和具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜来形成粘合正透镜L5。

此外，例如低通滤波器的滤波器FL被布置在第五透镜组G5和像面IMG之间。

表5示出将指定值应用于变焦透镜2的第二数字例子的透镜数据。

[表5]

表面编号曲率半径表面距离折射系数阿贝数

1： 11.511 0.358 1.90366 31.1

2： 6.508 1.218 1.49700 81.6

3： -156.675 0.038

4： 6.292 0.534 1.60300 65.5

5： 30.571 (D5)

6： 13.388 0.132 1.75500 52.3

7： 1.645 1.058

8： -7.344 0.113 1.75500 52.3

9： 4.406 0.066

10： 3.098 0.437 1.92286 20.8

11： 9.643 (D11)

12： 0.000 (D12) (孔径光阑)

13： 2.718 0.753 1.61800 63.4

14： -6.815 0.019

15： 2.333 0.482 1.60300 65.5

16： 9.712 0.113 1.80610 33.3

17： 1.694 (D17)

18： -4.705 0.113 1.80610 40.7

19： -6.883 (D19)

20： 3.426 0.510 1.58913 61.3

21： -3.371 0.104 1.92286 20.8

22： -4.857 (D22)

23： 0.000 0.269 1.51680 64.2

24： 0.000 (Bf)

在变焦透镜2中，第三透镜组G3的两面凸的透镜L31的物体侧表面(第13个表面)和第五透镜组G5的粘合正透镜L5的物体侧表面(第20个表面)由非球面表面形成。表6示出第二数字例子中的这些表面的第4、第6、第8和第10顺序非球面系数A，B，C和D和锥形常数″κ″。

[表6]

第13个表面κ＝-0.2267 A＝-0.753075E-02 B＝+0.980418E-06 C＝-0.741406E-03

D＝+0.625055E-03

第20个表面κ＝-1.9803 A＝-0.355047E-03 B＝+0.203291E-02 C＝-0.173856E-02

D＝+0.539025E-03

在变焦透镜2中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D5、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D11、孔径光阑S和第三透镜组G3之间的表面距离D12、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D17、第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离D19、和第五透镜组G5和滤波器FL之间的表面距离D22，在从最大广角状态变焦到最大远摄状态期间发生改变。在表7中示出第二数字例子在其广角端(f＝1.000)、其第一中间焦距(f＝2.595)、其第二中间焦距(f＝6.924)，及其远距摄影端(f＝18.776)期间的相应距离的值，和焦距″f″，最大孔径F数″FNO″和视角″2ω″。

[表7]

f 1000 2595 6924 18776

FNO 2.87 3.76 3.58 4.46

2ω 75.16 31.47 12.13 4.41°

D5 0.141 2.203 5.149 6.842

D11 7.493 3.863 1.285 0.597

D12 1.441 0.028 0.589 0.269

D17 0.395 1.996 2.636 2.956

D19 1.885 1.032 0.484 1.979

D22 1.669 2.522 3.070 1.574

Bf 0.223 0.223 0.223 0.223

表8中示出第二数字例子的对应于相应条件表达式(1)至(10)的值。

[表8]

f2＝-2.006

f4＝-18.879

β5t＝0.433

β2w＝-0.268

β2t＝-2.601

fl＝10.565

fla＝49.939

(1)f2/f4＝0.106

(2)Δ3/ft＝0.136

(3)D4/TL＝0.224

(4)β5t＝0.433

(5)β2w·β2t＝0.698

(6)|f4|/ft＝1.005

(7)fl/f1a＝0.212

(8)vd1P＝81.6

(9)n2a＝1.755

(10)(r2d+r3e)/fw＝7.504

图8到11中的每个示出聚焦在无穷远处的第二数字例子中的各种像差曲线图。图8示出在最大广角状态(f＝1.000)期间获得的各种像差曲线图，图9示出在第一中间焦距状态(f＝2.595)期间获得的各种像差曲线图，图10示出在第二中间焦距状态(f＝6.924)期间获得的各种像差曲线图，并且图11示出在最大远摄状态(f＝18.776)期间获得的各种像差曲线图。

在图8到11的每个的像差曲线图中，球面像差曲线图中的实线表示球面像差，散光曲线图中的实线和虚线分别表示弧矢像平面和子午线像平面。在横向像差曲线图中，A表示视角并且y表示图像高度。

相应像差曲线图清楚地表明第二数字例子满意地校正像差并且因而具有出众的成像性能。

图12是示出根据本发明的第三实施例的变焦透镜3的透镜构造的图例。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置由具有面对物体侧的凸面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜构成的粘合透镜L11，具有面对物体侧的凸面的正透镜L12，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L13来构成第一透镜组G1。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形负透镜L21、两面凹的负透镜L22，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L23来构成第二透镜组G2。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对物体侧的凸面并且具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜L31，和由具有面对物体侧的凸面的正透镜和具有面对像侧的凹面的负透镜形成的粘合负透镜L32来构成第三透镜组G3。第四透镜组G4由具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜L4构成。第五透镜组G5由粘合正透镜L5构成，通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜和具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜来形成粘合正透镜L5。

表9示出将指定值应用于变焦透镜3的第三数字例子的透镜数据。

[表9]

表面编号曲率半径表面距离折射系数阿贝数

1： 12.315 0.354 1.90366 31.1

2： 6.572 0.981 1.49700 81.6

3： 37.374 0.037

4： 14.082 0.315 1.60300 65.5

5： 28.007 0.037

6： 6.613 0.563 1.60300 65.5

7： 43.947 0.140

8： 12.329 0.136 1.75500 52.3

9： 1.589 1.022

10： -6.847 0.112 1.75500 52.3

11： 4.350 0.071

12： 3.047 0.418 1.92286 20.8

13： 9.548 (D13)

14： 0.000 (D14) (孔径光阑)

15： 2.723 0.746 1.61800 63.4

16： -6.505 0.173

17： 2.177 0.373 1.60300 65.5

18： 10.138 0.112 1.80610 33.3

19： 1.679 (D19)

20： -4.663 0.112 1.74950 35.3

21： -6.665 (D21)

22： 3.294 0.468 1.58913 61.3

23： -3.997 0.103 1.92286 20.8

24： -5.868 (D24)

25： 0.000 0.267 1.51680 64.2

26： 0.000 (Bf)

在变焦透镜3中，第三透镜组G3的两面凸的透镜L31的物体侧表面(第15个表面)和第五透镜组G5的粘合正透镜L5的物体侧表面(第22个表面)由非球面表面构成。表10示出第三数字例子中的这些表面的第4、第6、第8和第10顺序非球面系数A，B，C和D和锥形常数″κ″。

[表10]

第15个表面κ＝-0.1697 A：-0.820141E-02 B：0.128802E-03 C：-0.110335E-02

D：0.925580E-03

第22个表面κ＝-2.0657 A：0.793996E-03 B：0.281684E-02 C：-0.251941E-02

D：0.803339E-03

在变焦透镜3中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D13、孔径光阑S和第三透镜组G3之间的表面距离D14、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D19、第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离D21，和第五透镜组G5和滤波器FL之间的表面距离D24，在从最大广角状态变焦到最大远摄状态期间发生改变。在表11中示出第三数字例子在其广角端(f＝1.000)、其第一中间焦距(f＝2.614)、其第二中间焦距(f＝7.091)，及其远距摄影端(f＝18.778)期间的相应距离的值，和焦距″f″，最大孔径F数″FNO″和视角″2ω″。

[表11]

f 1.000 2.614 7.091 18.778

FNO 2.87 3.70 3.61 4.46

2ω 74 62 30.89 11.71 4.36°

D7 0.140 2.292 5.207 6.765

D13 7.357 3.804 1.447 0.774

D14 1.348 0.028 0.435 0.134

D19 0.397 1.903 2.506 2.807

D21 1.947 1.066 0.540 2.023

D24 1.526 2.408 2.933 1.450

Bf 0.221 0.221 0.221 0.221

表12中示出第三数字例子的对应于相应条件表达式(1)至(10)的值。

[表12]

f2＝-1.938

f4＝-2 1.222

5t＝0.484

2w＝-0.262

2t＝-2.530

f1＝10.421

f1a＝-1511.65

(1)f2/f4＝0.091

(2)Δ3/ft＝0.128

(3)D4/TL＝0.220

(4)β5t＝0.484

(5)β2w·β2t＝0.663

(6)|f4|/ft＝1.130

(7)fl/fla＝-0.007

(8)vd1P＝81.6

(9)n2a＝1.755

(10)(r2d+r3e)/fw＝7.397

图13到16中的每个示出聚焦在无穷远处的第三数字例子中的各种像差曲线图。图13示出在最大广角状态(f＝1.000)期间获得的各种像差曲线图，图14示出在第一中间焦距状态(f＝2.614)期间获得的各种像差曲线图，图15示出在第二中间焦距状态(f＝7.091)期间获得的各种像差曲线图，并且图16示出在最大远摄状态(f＝18.778)期间获得的各种像差曲线图。

在图13到16的每个像差曲线图中，球面像差曲线图中的实线表示球面像差，散光曲线图中的实线和虚线分别表示弧矢像平面和子午线像平面。在横向像差曲线图中，A表示视角并且y表示图像高度。

相应像差曲线图清楚地表明第三数字例子满意地校正像差并且因而具有出众的成像性能。

图17是示出根据本发明的第四实施例的变焦透镜4的透镜构造的图例。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置由具有面对物体侧的凸面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜构成的粘合透镜L11，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L12来构成第一透镜组G1。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形负透镜L21、两面凹的负透镜L22，和由两面凸的正透镜和两面凹的负透镜构成的粘合透镜L23来构成第二透镜组G2。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对物体侧的凸面并且具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜L31，和由具有面对物体侧的凸面的正透镜和具有面对像侧的凹面的负透镜构成的粘合负透镜L32来构成第三透镜组G3。第四透镜组G4由两面凹的负透镜L4构成。第五透镜组G5由粘合正透镜L5构成，通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜和具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜来形成粘合正透镜L5。

表13示出将指定值应用于变焦透镜4的第四数字例子的透镜数据。

[表13]

表面编号曲率半径表面距离折射系数阿贝数

1： 15.145 0.261 1.90366 31.1

2： 8.220 0.851 1.49700 81.6

3： -65.476 0.037

4： 7.563 0.627 1.60300 65.5

5： 31.906 (D5)

6： 9.199 0.136 1.88300 40.8

7： 1.685 0.966

8： -5.340 0.112 1.75500 52.3

9： 6.732 0.054

10： 3.565 0.494 1.92286 20.8

11： -230.842 0.112 1.77250 49.6

12： 12.373 (D12)

13： 0.000 (D13) (孔径光阑)

14： 3.048 0.746 1.61800 63.4

15： -6.125 0.493

16： 2.921 0.424 1.61800 63.4

17： -2.051 0.112 1.59551 39.2

18： 1.735 (D18)

19： -836.036 0.112 1.69680 55.3

20： 6.196 (D20)

21： 2.786 0.616 1.58913 61.3

22： -3.951 0.103 1.92286 20.8

23： -5.749 (D23)

24： 0.000 0.267 1.51680 64.2

25： 0.000 (Bf)

在变焦透镜4中，第三透镜组G3的两面凸的透镜L31的物体侧表面(第14个表面)和第五透镜组G5的粘合正透镜L5的物体侧表面(第21个表面)由非球面表面形成。表14示出第四数字例子中的这些表面的第4、第6、第8和第14顺序非球面系数A，B，C和D和锥形常数″κ″。

[表14]

第14个表面κ＝2.0000 A＝-0.183439E-01 B＝-0.287054E-02 C＝-0.113602E-03

D＝-0.221056E-03

第21个表面κ＝-4.5634 A＝+0.177025E-01 B＝-0.535615E-03 C＝-0.283188E-02

D＝+0.118958E-02

在变焦透镜4中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D5、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D12、孔径光阑S和第三透镜组G3之间的表面距离D13、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D18、第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离D20、和第五透镜组G5和滤波器FL之间的表面距离D23，在从最大广角状态变焦到最大远摄状态期间发生改变。在表15中示出第四数字例子在其广角端(f＝1.000)、其第一中间焦距(f＝4.624)、其第二中间焦距(f＝10.820)，及其远距摄影端(f＝22.530)期间的相应距离的值，和焦距″f″，最大孔径F数″FNO″和视角″2ω″。

[表15]

f 1.000 4.624 10.820 22.530

FNO 2.87 3.52 3.44 4.42

2ω 74.20 17.57 7.62 3.59°

D5 0.140 5.241 7.600 8.731

D12 8.417 2.614 0.386 0.373

D13 0.299 0.028 0.900 0.514

D18 0.287 2.218 2.990 3.376

D20 2.191 1.033 0.832 2.314

D23 1.395 2.553 2.754 1.272

Bf 0.225 0.225 0.225 0.225

表16中示出第四数字例子的对应于相应条件表达式(1)至(10)的值。

[表16]

f2＝-2.001

f4＝-8.826

β5t＝0.448

β2w＝-0.206

β2t＝-1.809

fl＝12.703

fla＝55.302

(1)f2/f4＝0.227

(2)Δ3/ft＝0.136

(3)D4/TL＝0.205

(4)β5t＝0.448

(5)β2w·β2t＝0.373

(6)|f4|/ft＝0.390

(7)fl/f1a＝0.230

(8)vd1P＝81.6

(9)n2a＝1.755

(10)(r2d+r3e)/fw＝10.285

图18到21的每个示出聚焦在无穷远处的第四数字例子中的各种像差曲线图。图18示出在最大广角状态(f＝1.000)期间获得的各种像差曲线图，图19示出在第一中间焦距状态(f＝4.624)期间获得的各种像差曲线图，图20示出在第二中间焦距状态(f＝10.820)期间获得的各种像差曲线图，并且图21示出在最大远摄状态(f＝22.530)期间获得的各种像差曲线图。

在图18到21的每个像差曲线图中，球面像差曲线图中的实线表示球面像差，散光曲线图中的实线和虚线分别表示弧矢像平面和子午线像平面。在横向像差曲线图中，A表示视角并且y示图像高度。

相应像差曲线图清楚地表明第四数字例子满意地校正其像差并且因而具有出众的成像性能。

图22是示出根据本发明的第五实施例的变焦透镜5的透镜构造的图例。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置由具有面对物体侧的凸面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜构成的粘合透镜L11，和具有面对物体侧的凸面的正透镜L12来构成第一透镜组G1。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形负透镜L21、两面凹的负透镜L22，和由两面凸的正透镜和两面凹的负透镜构成的粘合透镜L23来构成第二透镜组G2。通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对物体侧的凸面的两面凸的正透镜L31，和具有面对像侧的凹面并且两表面由非球面表面形成的新月形负透镜L32来构成第三透镜组G3。第四透镜组G4由粘合负透镜L4构成，通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置两面凸的正透镜和两面凹的负透镜来形成粘合负透镜L4。第五透镜组G5由粘合正透镜L5构成，通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有由非球面表面形成的物体侧表面的两面凸的正透镜和具有面对物体侧的凹面的新月形负透镜来形成粘合正透镜L5。

将孔径光阑S布置在第三透镜组G3的物体侧，并且在透镜变焦位置变化期间与第三透镜组G3一起整体地移动。

表17示出将指定值应用于变焦透镜5的第五数字例子的透镜数据。

[表17]

表面编号曲率半径表面距离折射系数阿贝数

1： 12.358 0.261 1.90366 31.1

2： 8.010 0.871 1.49700 81.6

3： -95.889 0.037

4： 7.745 0.667 1.49700 81.6

5： 30.201 (D5)

6： 9.103 0.131 1.88300 40.8

7： 1.632 0.928

8： -5.585 0.112 1.83400 37.4

9： 6.360 0.060

10： 3.545 0.653 1.92286 20.8

11： -20.985 0.112 1.72000 50.3

12： 15.842 (D12)

13： 0.000 0.485 (孔径光阑)

14： 1.561 0.653 1.49700 81.6

15： -8.973 0.296

16： 8.067 0.186 1.68893 31.1

17： 2.797 (D17)

18： 5.593 0.284 1.48749 70.4

19： -3.185 0.112 1.51742 52.4

20： 3.325 (D20)

21： 3.552 0.430 1.88300 40.8

22： -4.402 0.103 1.92286 20.8

23： -78.128 (D23)

24： 0.000 0.267 1.51680 64.2

25： 0.000 (Bf)

在变焦透镜5中，第三透镜组G3的新月形负透镜L32的表面(第16和第17个表面)和第五透镜组G5的粘合正透镜L5的物体侧表面(第21个表面)由非球面表面形成。表18示出第五数字例子中的这些表面的第4、第6、第8和第10顺序非球面系数A，B，C和D和锥形常数″κ″。

[表18]

第16个表面κ＝0.0000 A＝-0.334259E-01 B＝+0.000000E+00 C＝+0.000000E+00

D＝+0.000000E+00

第17个表面κ＝0.1078 A＝+0.184724E-01 B＝+0.212785E-01 C＝+0.103078E-01

D＝+0.117476E-01

第2 1个表面κ＝0.0000 A＝-0.192 126E-02 B＝+0.426335E-02 C＝-0.445547E-02

D＝+0.170572E-02

在变焦透镜5中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D5、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D12、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D17、第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离D20、和第五透镜组G5和滤波器FL之间的表面距离D23，在从最大广角状态变焦到最大远摄状态期间发生改变。在表19中示出第五数字例子在其广角端(f＝1.000)、第一中间焦距(f＝5.036)、第二中间焦距(f＝10.816)，和远距摄影端(f＝22.521)期间的相应距离的值，和焦距″f″，最大孔径F数″FNO″和视角″2ω″。

[表19]

f 1.000 5.036 10.816 22.521

FNO 2.88 3.26 3.46 4.40

2ω 74.18 16.13 7.60 3.49°

D5 0.140 5.904 7.993 9.144

D12 7.982 1.856 0.690 0.298

D17 0.299 2.256 3.039 3.430

D20 2.474 1.144 0.979 2.460

D23 1.087 2.417 2.582 1.101

Bf 0.223 0.222 0.222 0.222

表20中示出第五数字例子的对应于相应条件表达式(1)至(10)的值。

[表20]

f2＝-1.959

f4＝-13.475

β5t＝0.552

β2w＝-0.192

β2t＝-1.666

f1＝13.308

fla＝35.809

(1)f2/f4＝0.145

(2)Δ3/ft＝0.140

(3)D4/TL＝0.197

(4)β5t＝0.552

(5)β2w·β2t＝0.320

(6)|f4|/ft＝0.599

(7)f1/f1 a＝0.372

(8)vd1P＝81.6

(9)n2a＝1.834

(10)(r2d+r3e)/fw＝9.908

图23到26的每个示出聚焦在无穷远处的第五数字例子中的各种像差曲线图。图23示出在最大广角状态(f＝1.000)期间获得的各种像差曲线图，图24示出在第一中间焦距状态(f＝5.036)期间获得的各种像差曲线图，图25示出在第二中间焦距状态(f＝10.816)期间获得的各种像差曲线图，并且图26示出在最大远摄状态(f＝22.521)期间获得的各种像差曲线图。

在图23到26的每个像差曲线图中，球面像差曲线图中的实线表示球面像差，散光曲线图中的实线和虚线分别表示弧矢像平面和子午线像平面。在横向像差曲线图中，A表示视角并且y示图像高度。

相应像差曲线图清楚地表明第五数字例子满意地校正其像差并且因而具有出众的成像性能。

接着，描述根据本发明的实施例的成像设备。

根据本发明的实施例的成像设备包含变焦透镜和将变焦透镜形成的光学图像转换成电信号的成像装置。变焦透镜按从物体侧到像平面侧的顺序包含具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组、具有负屈光力的第四透镜组和具有正屈光力的第五透镜组。在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，至少第二透镜组朝像侧移动，第三透镜组朝物体侧移动，并且在光轴方向固定第四透镜组。将孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧附近。满足以下条件表达式(1)和(2)：

(1)0.05＜f2/f4＜0.3，和

(2)0.1＜Δ3/ft＜0.2，

其中f2是第二透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，Δ3是在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间第三透镜组的移动量，并且ft是整个透镜系统在最大远摄状态下的焦距。

因此，在根据本发明的实施例的成像设备中，可以实现超过20倍的高变焦比、高性能和小型化的全部目标。

接着，描述成像设备的一个具体实施例。在这个实施例中，将成像设备应用于数码相机。在图27中用方框图示出数码相机的结构例子。

数码相机100包含执行图像获取功能的透镜模块10、执行例如所获取图像信号的模数转换的信号处理的照相机信号处理部分20、执行图像信号的记录/播放的图像处理部分30、显示所获取图像等等的LCD(液晶显示器)40、执行针对存储器卡51的读/写的读出器/写入器(R/W)、控制整个设备的CPU(中央处理单元)60、输入用户控制的输入部分70，和控制透镜模块10内透镜的驱动的透镜驱动控制部分80。

透镜模块10配有包含根据本发明的实施例的变焦透镜1的光学系统、例如CCD的成像装置12。照相机信号处理部分20执行例如将来自成像装置12的输出信号转换成数字信号、噪声清除、图像质量校正、转换成亮度/色差信号等等的图像处理。图像处理部分30基于预定图像数据格式对图像信号执行压缩编码/解压缩解码处理，对例如分辨率的数据规范进行转换处理等等。可以将根据本发明的实施例的变焦透镜1到5和数字例子1到5用作变焦透镜1。此外，也可以使用以除了上述实施例和数字例子之外的模式实施本发明的任何其它变焦透镜。

存储器卡51包含可分离/可连接半导体存储器。读出器/写入器50将图像处理部分30编码的图像数据写入到存储器卡51，或读取记录在存储器卡51上的图像数据。CPU60是控制数码相机内各种电路模块，并且根据来自输入部分70的指令输入信号等等控制各种电路模块的控制处理部分。

输入部分70包含例如执行快门操作的快门释放按钮和选择工作模式的模式选择开关等等，并且将响应用户控制的指令输入信号输出到CPU60。透镜驱动控制部分80控制电机(未示出)等等，响应来自CPU60的控制信号驱动变焦透镜1内的透镜。

下面简要地描述这个数码相机的操作。

在图像获取的等待期间，在CPU60的控制下，透镜模块10获取的图像信号通过照相机信号处理部分20被输出到LCD40，以显示为照相机直通图像。并且，当接收来自输入部分70的用于变焦的指令输入信号时，CPU60输出控制信号到透镜驱动控制器部分80，并且根据透镜驱动控制器部分80的控制移动变焦透镜1内的预定透镜。

接着，当来自输入部分70的指令输入信号释放透镜模块10的快门(未示出)时，所获取的图像信号从照相机信号处理部分20输出到图像处理部分30，并且经过压缩编码处理并且转换成预定数据格式的数字数据。转换的数据被输出到读出器/写入器50，并且写入到存储器卡51。

透镜驱动控制器部分80执行聚焦以使变焦透镜1内的预定透镜根据来自CPU60的控制信号移动，例如，当半按快门释放按钮时，全部按下用于记录，等等。

此外，为了播放记录在存储器卡51上的图像数据，读出器/写入器50响应输入部分70的控制从存储器卡51读取预定图像数据。在图像数据经过在图像处理部分30中解码处理的解压缩之后，播放图像信号被输出到LCD40。结果，显示播放图像。

虽然在前面的实施例中描述了根据本发明的实施例的成像设备被应用于数码相机的情形，然而它也可以被应用于例如摄像机等等的其它成像设备。

此外，相应部分的形状和结构以及上述实施例涉及的数值和数字例子仅仅出于示例性目的而作为例子来提供，以便容易理解实施本发明的各种实施例，并且这些实施例不会被解释为限制本发明的技术范围。

Claims

1.一种变焦透镜，按从物体侧到像平面侧的顺序，所述变焦透镜包括：

具有正屈光力的第一透镜组；

具有负屈光力的第二透镜组；

具有正屈光力的第三透镜组；

具有负屈光力的第四透镜组；和

具有正屈光力的第五透镜组，

其中，在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间，至少第二透镜组朝像侧移动，第三透镜组朝物体侧移动，并且第四透镜组被固定在光轴方向上，

孔径光阑被布置在第三透镜组的物体侧附近，并且

满足以下条件表达式(1)和(2)：

(1)0.05＜f2/f4＜0.3，和

(2)0.1＜Δ3/ft＜0.2，

其中f2是第二透镜组的焦距，

f4是第四透镜组的焦距，

Δ3是在透镜变焦位置从最大广角状态变化到最大远摄状态期间第三透镜组的移动量，并且

ft是整个透镜系统在最大远摄状态下的焦距。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中

满足以下条件表达式(3)：

(3)0.15＜D4/TL＜0.3，

其中D4是从第四透镜组的最像侧表面到像平面的距离，并且TL是最大远摄状态下的总透镜长度。

3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，

第五透镜组在近距离聚焦期间沿光轴方向移动，并且

满足以下条件表达式(4)：

(4)-0.1＜β5t＜0.6，

其中β5t是第五透镜组在最大远摄状态下的横向放大倍率。

4.如权利要求3所述的变焦透镜，其中满足以下条件表达式(5)：

(5)0.25＜β2w·β2t＜0.8，

5.如权利要求4所述的变焦透镜，其中满足条件表达式(6)：

(6)0.3＜|f4|/ft＜1.5。

6.如权利要求1所述的变焦透镜，其中：

第一透镜组由粘合透镜部件和单个或复数个被布置在粘合透镜部件的像侧的正透镜部件构成，所述粘合透镜部件由具有面对像侧的凹面的新月形负透镜和具有面对物体侧的凸面的正透镜形成，并且

满足以下条件表达式(7)和(8)：

(7)-0.15＜f1/f1a＜0.4，和

(8)vd1P＞70，

其中f1a是布置在第一透镜组中的粘合透镜部件的焦距，f1是第一透镜组的焦距，并且vd1P是布置在第一透镜组中的粘合透镜部件的正透镜的阿贝数。

7.如权利要求1所述的变焦透镜，其中：

第二透镜组是通过按从物体侧到像平面侧的顺序放置具有面对像侧的凹面的新月形第一负透镜部件、两面凹的第二负透镜部件和具有面对物体侧的凸面的新月形正透镜部件而构成的，并且

满足以下条件表达式(9)和(10)：

(9)1.7＜n2a，和

(10)3.5＜(r2d+r3e)/fw＜12，

其中n2a是第一负透镜部件的关于d线(波长＝587.6纳米)的折射系数，r2d是第二负透镜部件的像平面侧透镜表面的曲率半径，并且r3e是所述正透镜部件的物体侧透镜表面的曲率半径。

8.一种成像设备，包括：

变焦透镜；和

用于将由所述变焦透镜形成的光图像转换成电信号的成像装置，

其中，所述变焦透镜按从物体侧到像平面侧的顺序包含：

具有正屈光力的第一透镜组；

具有负屈光力的第二透镜组；

具有正屈光力的第三透镜组；

具有负屈光力的第四透镜组；和

具有正屈光力的第五透镜组，

孔径光阑被布置在第三透镜组的物体侧附近，并且

满足以下条件表达式(1)和(2)：

(1)0.05＜f2/f4＜0.3，和

(2)0.1＜Δ3/ft＜0.2，

其中f2是第二透镜组的焦距，

f4是第四透镜组的焦距，

ft是整个透镜系统在最大远摄状态下的焦距。