CN102914858A - 变焦镜头和成像装置 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种变焦镜头，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、具有正屈光力的第四透镜组、以及具有负屈光力的第五透镜组。各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动。所述第四透镜组在光轴方向上移动，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正。满足条件表达式（1）：0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中f1：所述第一透镜组的焦距fw：在广角端的整个系统的焦距ft：在远摄端的整个系统的焦距。

Description

变焦镜头和成像装置
技术领域
本公开涉及在镜头可更换的数字相机等的可更换镜头装置中使用的变焦镜头、和包含这样的变焦镜头的成像装置。
背景技术
对于镜头可更换数字相机系统的尺寸减小和便携性改善的要求仍然较强。特别是近些年来，这些要求因为具有无反射镜机构的镜头可更换数字相机的主体的迅速普及而正在变得更强。通常，在无反射镜的镜头可更换数字相机中，凸缘（flange）焦距短，并且，与现有的单镜头反射式相机相比，主体本身也被设计得小。因此，也需要透镜具有进一步减小的尺寸，使得可以不破坏系统的便携性。
而且，近些年来，相对于具有移动图像拍摄功能的镜头可更换数字相机的普及的背景，需要适合于移动图像拍摄的镜头。通常，在镜头可更换数字相机中，使用大尺寸成像元件，并且镜头的实际焦距长。因此，需要允许承受浅景深的的高度精确的聚焦。另外，也需要相机具有用于物体跟踪的高速聚焦功能。为了实现它们，需要获得在从广角端到远摄端的范围内的适当的聚焦灵敏度、以及减小聚焦透镜组的重量。
作为被用作镜头可更换相机的可更换镜头的变焦镜头，其中至少三个透镜组移动的多组变焦镜头在近些年来是主流。通常，该多组变焦镜头在像差校正方面有益，因为它具有在与放大率变化相关联的各个透镜组的相对位置上的改变的高度灵活性，并且容易允许性能增强。而且，通过将放大率变化作用分散到各个透镜组，便利了实现高放大率和在放大率变化中各个组的移动量的减小。
日本公开专利No.Hei 9-230238（以下，专利文件1）提出了一种变焦镜头，其中，将具有正折射率的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组和具有负折射率的第五透镜组从物侧起按此顺序布置。在这个变焦镜头中，在从广角端到远摄端的放大率变化中，至少第一透镜组和第五透镜组向物侧移动，以使得：在第一透镜组和第二透镜组之间的气隙增大，在第二透镜组和第三透镜组之间的气隙减小，并且在第四透镜组和第五透镜组之间的气隙减小。而且，至少第四透镜组移动以使得在第二透镜组和第四透镜组之间的轴上距离减小。另外，沿着光轴移动第四透镜组以执行在近处物体上的聚焦。
日本公开专利No.Hei 8-43734（以下，专利文件2）提出了一种变焦镜头，其从物侧起按下述顺序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、具有正屈光力的第四透镜组和具有负屈光力的第五透镜组。在这个变焦镜头中，在从广角端到远摄端的放大率变化中，至少第一透镜组和第五透镜组向物侧移动，以使得：在第一透镜组和第二透镜组之间的气隙增大，在第三透镜组和第四透镜组之间的气隙增大，并且在第四透镜组和第五透镜组之间的气隙减小。而且，在从广角端到远摄端的放大率变化中，第三透镜组和第五透镜组一体地移动。
发明内容
在上述专利文件1和2中描述的变焦镜头是包括五个可移动组、并且便利于实现高放大率和性能增强的变焦镜头。而且，它们是容易允许在光轴方向上的透镜镜筒的尺寸减小的配置，因为可以通过将放大率变化作用分散到各个组来抑制各个组的移动量。而且，将正透镜组用作最接近物侧的第一透镜组，并且将负透镜组用作最接近像侧的第五透镜组，并且，减小整个系统的远摄比率。由此，缩短光学系统的总长度。
而且，上述的专利文件1提出了将接近孔径光阑的第四透镜组用作聚焦组，由此抑制聚焦组的透镜直径和重量，并且便利于其驱动系统的尺寸减小并且因此便利透镜镜筒的尺寸减小。另外，可以通过在从广角端到远摄端的范围中适当地设置第四透镜组和第五透镜组的横向放大率来设置适合于移动图像拍摄的聚焦灵敏度。
然而，在上述专利文件1中描述的实施例示例中，作为聚焦组的第四透镜组由至少两个透镜组成。在镜头可更换数字相机中使用的光学系统的单独透镜元件与用于小型相机和可携式摄像机（video camcorder）的透镜元件相比，通常具有更大的尺寸和更重的重量。这也适用于聚焦组。如果聚焦组的重量重，则需要大的驱动力，因此，致动器的尺寸变大，这在透镜镜筒的尺寸减小上不利。而且，失去了在驱动上的静默性，并且透镜变为不适合于移动图像拍摄的透镜。因此，在镜头可更换数字相机中使用的可更换镜头的光学系统中需要在聚焦组的重量上的进一步减小。
而且，虽然在上述的专利文件1和2中描述的变焦镜头具有五个透镜组并且是在高放大率和性能增强的实现上有益的配置，但是放大率变化的负担被偏向第五透镜组，并且在放大率变化中第五透镜组的移动量很大。结果，在从广角端状态到远摄端状态的放大率变化中各个组的移动量大，并且难以在远摄端缩短整个系统的总长度。另外，通常需要多级移动结构以实现这样的光学系统，并且因此在径向方向上尺寸增大。
需要本公开提供具有适合于移动图像拍摄的小尺寸轻量聚焦组的变焦镜头和成像装置。
根据本公开的实施例，提供了一种变焦镜头，包括被配置来具有正屈光力的第一透镜组、被配置来具有负屈光力的第二透镜组、被配置来具有正屈光力的第三透镜组、被配置来具有正屈光力的第四透镜组和被配置来具有负屈光力的第五透镜组。所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物侧起以此顺序布置。各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动。所述第四透镜组在光轴方向上移动，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正。满足条件表达式（1）。
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中
f1：所述第一透镜组的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
ft：在远摄端的整个系统的焦距
根据本公开的另一个实施例，提供了一种成像装置，包括变焦镜头和被配置来根据由所述变焦镜头形成的光学图像来输出成像信号的成像元件。由根据本公开的上述实施例的变焦镜头构成所述变焦镜头。
在根据本公开的实施例的变焦镜头或成像装置中，所述第一至第五透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动，并且第四透镜组作为聚焦组移动。
根据本公开的实施例的变焦镜头或成像装置，所述第四透镜组被用作聚焦组，并且优化各个透镜组的配置。因此，可以实现适合于移动图像拍摄的小尺寸轻量聚焦组。
附图说明
图1是示出根据本公开的一个实施例的变焦镜头的第一配置示例并且对应于数值工作示例1的透镜截面图；
图2是示出变焦镜头的第二配置示例并且对应于数值工作示例2的透镜截面图；
图3是示出变焦镜头的第三配置示例并且对应于数值工作示例3的透镜截面图；
图4A和4B是示出各个透镜组在放大率变化中如何移动的说明图；
图5是示出与数值工作示例1对应的变焦镜头在广角端的像差的像差图：图5A示出球面像差，图5B示出像散，并且图5C示出畸变；
图6是示出与数值工作示例1对应的变焦镜头在中间焦距状态中的像差的像差图：图6A示出球面像差，图6B示出像散，并且图6C示出畸变；
图7是示出与数值工作示例1对应的变焦镜头在远摄端的像差的像差图：图7A示出球面像差，图7B示出像散，并且图7C示出畸变；
图8是示出与数值工作示例2对应的变焦镜头在广角端的像差的像差图：图8A示出球面像差，图8B示出像散，并且图8C示出畸变；
图9是示出与数值工作示例2对应的变焦镜头在中间焦距状态中的像差的像差图：图9A示出球面像差，图9B示出像散，并且图9C示出畸变；
图10是示出与数值工作示例2对应的变焦镜头在远摄端的像差的像差图：图10A示出球面像差，图10B示出像散，并且图10C示出畸变；
图11是示出与数值工作示例3对应的变焦镜头在广角端的像差的像差图：图11A示出球面像差，图11B示出像散，并且图11C示出畸变；
图12是示出与数值工作示例3对应的变焦镜头在中间焦距状态中的像差的像差图：图12A示出球面像差，图12B示出像散，并且图12C示出畸变；
图13是示出与数值工作示例3对应的变焦镜头在远摄端的像差的像差图：图13A示出球面像差，图13B示出像散，并且图13C示出畸变；
图14A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例1对应的变焦镜头在广角端的横向像差的像差图，并且图14B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图15A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例1对应的变焦镜头在中间焦距状态中的横向像差的像差图，并且图15B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图16A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例1对应的变焦镜头在远摄端的横向像差的像差图，并且图16B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图17A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例2对应的变焦镜头在广角端的横向像差的像差图，并且图17B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图18A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例2对应的变焦镜头在中间焦距状态中的横向像差的像差图，并且图18B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图19A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例2对应的变焦镜头在远摄端的横向像差的像差图，并且图19B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图20A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例3对应的变焦镜头在广角端的横向像差的像差图，并且图20B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图21A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例3对应的变焦镜头在中间焦距状态中的横向像差的像差图，并且图21B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；
图22A是示出当不执行图像稳定化时、与数值工作示例3对应的变焦镜头在远摄端的横向像差的像差图，并且图22B是示出当执行图像稳定化时的横向像差的像差图；以及
图23是示出成像装置的一个配置示例的框图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本公开的实施例。
[透镜配置]
图1示出根据本公开的一个实施例的变焦镜头的第一配置示例。该配置示例对应于后述的数值工作示例1的透镜配置。图1对应于在广角端聚焦在无限远的透镜布置。类似地，图2和图3示出与后述的数值工作示例2和3的透镜配置对应的第二和第三配置示例的截面配置。在图1至图3中，符号Simg指示像面。符号di指示在光轴Z1上第i表面和第i+1表面之间的表面距离。仅对于与放大率变化相关联地改变的部分的表面距离而示出这个符号di（例如，在图1中的d5、d10、d16、d18）。
根据本实施例的变焦镜头实质上由五个透镜组组成。这五个透镜组是沿着光轴Z1从物侧起以下述顺序布置的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、具有正屈光力的第四透镜组G4和具有负屈光力的第五透镜组G5。
优选的是，将孔径光阑St布置为与第三透镜组G3接近且相邻。作为具体配置示例，在根据第一和第三配置示例的变焦镜头1和3中，将孔径光阑St布置为在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间靠近第三透镜组G3。在根据第二配置示例的变焦镜头2中，将孔径光阑St布置为在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间靠近第三透镜组G3。
在根据本实施例的变焦镜头中，如图4A和4B中所示，各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动。顺便提及，图4A示出在广角端的各个透镜组的布置，并且图4B示出在远摄端的各个透镜组的布置。而且，通过虚线来示出在放大率变化中各个透镜组的移动的轨迹。如图4A和4B中所示，在从广角端到远摄端的放大率变化中，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的气隙增大，并且在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的气隙减小。而且，至少第一透镜组G1、第三透镜组G3和第五透镜组G5向物侧单调地移动。另外，在光轴Z1的方向上移动第四透镜组G4，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正。
优选的是，孔径光阑St和第三透镜组G3在放大率变化中一体地移动。而且，优选的是，第三透镜组G3和第五透镜组G5在放大率变化中沿着光轴Z1一体地移动。
根据本实施例的变焦镜头被配置使得满足下面的条件表达式。
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)
而且，优选的是，因此选择性地满足下面的条件表达式。
0<|f2|/(fw·ft)1/2<0.29…(2)
0.45<log(Z)[β2t/β2w]<0.85…(3)
在这些表达式中，各个参数被定义如下。
f1：第一透镜组G1的焦距
f2：第二透镜组G2的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
ft：在远摄端的整个系统的焦距
Z：放大率变化比率
β2w：第二透镜组G2在广角端的横向放大率
β2t：第二透镜组G2在远摄端的横向放大率
在条件表达式（3）中，Z是底，并且[β2t/β2w]是反对数。
优选的是，第四透镜组G4具有至少一个非球面表面。优选的是，第四透镜组G4由单个透镜配置。作为具体配置示例，在根据第一和第三配置示例的变焦镜头1和3中，第四透镜组G4由单个透镜（双凸透镜L4）构成。
优选的是，第五透镜组G5由具有负屈光力的前组L51和具有正屈光力的后组L52从物侧起以此顺序组成，并且通过在垂直于光轴Z1的方向上移动前组L51来执行图像的模糊校正。优选的是，前组L51具有至少一个非球面表面。优选的是，前组L51由单个透镜构成。
优选的是，关于第五透镜组G5而满足下面的条件表达式。
0.53<f51/f5<1.0…(4)
在这个表达式中，各个参数被定义如下。
f51：前组L51的焦距
f5：第五透镜组G5的焦距
[操作和效果]
下面将描述根据本实施例的变焦镜头的操作和效果。
（聚焦组的重量减小）
根据本实施例的变焦镜头是适合于移动图像拍摄的透镜系统。下面，将考虑如何减小聚焦组的重量以便提供更适合于移动图像拍摄的变焦镜头系统。对于聚焦组的重量减小，作为第一条件，减小构成聚焦组的透镜的直径。替代地，作为第二条件，减小构成聚焦组的透镜的数量。
为了作为第一条件而减小构成聚焦组的透镜的直径，减小通过聚焦组的光通量的直径。因为这一点，所需的透镜直径减小，并且也可以减小保证边缘厚度差所需的中心厚度，这有益于聚焦组的重量减小。
作为第二条件，将描述用于减少构成聚焦组的透镜的数量的方法。通常，当构成这个组的透镜的数量增大时，在像差校正方面的灵活性增大，这是更有益的。相反，减少透镜的数量使得难以保持良好的光学性能。具体地说，减少构成在孔径光阑附近布置的透镜组的透镜的数量使得增大了球面像差和彗差（球面像差和彗差根据瞳高而显著地增大），因此使得难以保持光学系统的良好成像性能。为了在上述前提下减少特定组的透镜的数量，通过仍然减少通过这个组的光通量的直径、并且减小通过的光束相对于光轴Z1的高度，来抑制所产生的像差的数量。
因为上述原因，减小通过聚焦组的光通量的直径使得聚焦组的重量减小，并且导致提供适合于移动图像拍摄的聚焦组。
（用于减小聚焦组的光通量直径的方法）
因此，将具体描述用于减小通过聚焦组的光通量的直径的方法。实质上由孔径光阑直径来确定通过光学系统的光通量的直径。因此，如果减小孔径光阑直径，则自然地，作为聚焦组的第四透镜组G4的光束通过高度变小。然而，如果仅减小孔径光阑直径，则最大孔径值变大，并且获得所需的规格变得困难。
为了在保持最大孔径值的同时减小孔径光阑直径，配置被设计使得比孔径光阑St更接近物体的正透镜的屈光力被增强以在通过孔径光阑之前很大程度地会聚（converge）光通量，使得入射瞳孔（pupil）直径可能大于孔径光阑直径。在本实施例中的光学系统中，增强第一透镜组G1的正透镜的屈光力。
条件表达式（1）用于定义关于第一透镜组G1的焦距f1的适当范围。如果焦距f1超过条件表达式（1）的上限，则第一透镜组G1的会聚作用是不够的，并且不能充分地减小孔径光阑直径。因此，在第四透镜组G4中产生的球面像差和彗差、以及聚焦中的图像表面变化增大。如果焦距f1在条件表达式（1）的下限之下，则第一透镜组G1的屈光力太强。因此，在此组中的像差的产生量增加，并且难以保持良好的成像性能。而且，在组之间的偏心灵敏度变高，这在制造方面不利。另外，导致在远离孔径光阑St的透镜的直径增大，这在尺寸减小上不利。
为了进一步减小尺寸，优选的是，如通过下面的条件表达式（1）’所示，将条件表达式（1）的上限设置为1.04。
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.04…(1)’
而且，为了减小聚焦透镜组的重量，更优选的是，如通过下面的条件表达式（1）”所示，将条件表达式（1）的上限设置为1.00。
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.00…(1)’’
通过同时使用孔径光阑St被布置得与第三透镜组G3接近且相邻、并且在放大率变化中与第三透镜组G3一体地移动的形式，可以将与第三透镜组G3相邻的第四透镜组G4的透镜直径抑制为小直径。而且，通过如上所述将孔径光阑St布置得与第三透镜组G3相邻，使得光学系统以孔径光阑为中心的对称性良好，并且可以避免比孔径光阑St更接近物侧和像侧的透镜系统的尺寸增大。因此，该形式对于透镜镜筒的尺寸减小和透镜重量减小是有效的。而且，通过将作为聚焦组的第四透镜组G4与孔径光阑St分离，减小第四透镜组G4的可移动部分的重量，并且可以避免致动器的尺寸增大。因此，这在尺寸减小上也有益。
如果根据条件表达式（1）来增强第一透镜组G1的正透镜的屈光力，则由已经通过第一透镜组G1的离轴光通量和光轴Z1形成的角度变大。因此，整个光学系统的透镜直径变大，或者变得难以保证相对照度。为了防止这一点，优选的是，同时也增强第二透镜组G2的负透镜的屈光力，以减小由已经通过第二透镜组G2的离轴光通量和光轴Z1形成的角度。这可以避免离轴像差的产生、以及被布置得比孔径光阑St更接近图像的透镜的直径增大。
条件表达式（2）用于定义关于第二透镜组G2的焦距f2的适当范围。如果焦距f2超过条件表达式（2）的上限，则第二透镜组G2的屈光力相对于第一透镜组G1的屈光力是不够的。因此，由已经通过第二透镜组G2的离轴光通量和光轴Z1形成的角度大，并且难以保持离轴性能。而且，导致比孔径光阑St更接近图像的透镜的直径增大，这在尺寸减小上不利。另外，聚焦组的尺寸和重量也变大。如果焦距f2在条件表达式（2）的下限之下，则第二透镜组的屈光力太强。因此，在第二透镜组中产生的像差量和在组之间的偏心灵敏度大，因此这不是优选的。
优选的是，如通过下面的条件表达式（2）’所示，将条件表达式（2）的上限设置为0.27，以便获得更良好的离轴性能。
0<|f2|/(fw·ft)1/2<0.27…(2)’
而且，为了减小聚焦透镜组的重量，更优选的是，如通过下面的条件表达式（2）”所示，将条件表达式（2）的上限设置为0.23。
0<|f2|/(fw·ft)1/2<0.23…(2)’’
（用于抑制放大率变化中的像差变化的方法和用于减小尺寸的方法）
作为优选实施例，通过使用非球面形状作为构成聚焦组的第四透镜组G4的至少一个表面的形状，可以良好地校正球面像差和彗差、以及与聚焦相关联的图像表面变化。这可以提供在所有变焦位置和在所有聚焦位置具有良好的成像性能的变焦镜头系统。
作为更优选的实施例，如果作为聚焦组的第四透镜组G4由单个透镜构成，则可以提供最适合于移动图像拍摄的极其轻量的聚焦组。
条件表达式（3）用于定义关于第二透镜组G2的放大率变化负担的适当范围。通过将第五透镜组G5的放大率变化负担分散至第二透镜组G2并且减小与放大率变化相关联的第五透镜组G5的移动量，在放大率变化中各个组的移动量变小，并且可以使用单级移动结构配置透镜镜筒。因此，便利了透镜镜筒的尺寸减小。如果此时第二透镜组G2的屈光力被设置使得满足条件表达式（2），则第二透镜组G2可以以小的移动量来获得高的放大率变化比率，并且不排除尺寸减小。
为了进一步的性能增强和尺寸减小，优选的是，设置条件表达式（3）的数值范围，如通过下面的条件表达式（3）’所示。
0.52<log(Z)[β2t/β2w]<0.75…(3)’
在根据本实施例的变焦镜头中，优选的是，第三透镜组G3和第五透镜组G5在放大率变化中沿着光轴Z1一体地移动，以便避免因为使用多组变焦系统而导致的在透镜镜筒结构的复杂度增大。使用第三透镜组G3和第五透镜组G5在放大率变化中一体地移动的形式使得可以使用下述结构：其中，一体地配置第三透镜组G3、第四透镜组G4和第五透镜组G5的凸轮圆柱（camcylinder），并且作为聚焦组的第四透镜组G4在其中移动。结果，简化了透镜镜筒结构，并且便利了透镜镜筒的尺寸减小和成本降低。而且，可以以高的相对位置精度来装配在组之间的相对偏心灵敏度趋向于高的这些透镜组。该配置适合于近来的在透镜中包含聚焦组的致动器的可更换镜头。
（用于图像稳定化和模糊校正的方法）
在根据本实施例的变焦镜头中，可以通过下述方式来执行对所拍摄的图像的模糊校正：将第五透镜组G5从物侧起按下述顺序划分为具有负屈光力的前组L51和具有正屈光力的后组L52，并且在垂直于光轴Z1的方向上移动前组L51。
条件表达式（4）用于定义关于作为图像稳定化透镜组的前组L51的屈光力的适当范围。如果f51/f5超过条件表达式（4）的上限，则在前组L51的发散作用是不够的。因此，为了在图像表面处获得期望的图像高度，后焦变得冗余，并且降低透镜镜筒的紧凑度。因此，这不是优选的。而且，图像稳定化透镜组的直径变大，并且导致用于驱动图像稳定化透镜组的致动器的尺寸增大，这在透镜镜筒的尺寸减小上是不利的。因此，这不是优选的。如果f51/f5在条件表达式（4）的下限之下，则前组L51的屈光力太强，并且难以使用小数量的透镜来校正像差。因此，难以使用小数量的透镜来构成图像稳定化透镜组。如果透镜的数量增加，则用于驱动图像稳定化透镜组的致动器的尺寸变大，这在透镜镜筒的尺寸减小上不利。因此，这不是优选的。
为了在图像稳定化和透镜镜筒的尺寸减小中的良好成像性能，更优选的是，设置条件表达式（4）的数值范围，如通过下面的条件表达式（4）’所示。
0.6<f51/f5<0.9…(4)’
作为优选实施例，可以将非球面形状用作构成图像稳定化透镜组的前组L51的至少一个表面的形状。这可以提供一种变焦镜头，该变焦镜头在图像稳定化透镜组与模糊校正相关联地在光轴方向上移动时实现对像差变化量的抑制，并且在图像稳定化中也具有良好的成像性能。
作为更优选的实施例，如果作为图像稳定化透镜组的前组L51由单个透镜构成，则可以实现极其轻量的图像稳定化透镜组，并且便利了用于驱动图像稳定化透镜组的致动器的尺寸减小。因此，可以提供小尺寸的变焦镜头。
如上所述，本实施例可以提供下面的变焦镜头系统。具体地说，这个变焦镜头系统具有适合于移动图像拍摄的聚焦组，并且在从聚焦在无限远至聚焦在近处物体的每种情况下具有以小的放大率变化的良好成像性能。另外，该变焦镜头系统具有对所拍摄的图像的模糊校正的功能，并且适合于尺寸减小。
[对成像装置的应用示例]
图23示出被应用根据本实施例的变焦镜头的成像装置100的一个配置示例。该成像装置100例如是数字照像机。中央处理单元（CPU）110执行对整个装置的整体控制，并且由在图1中所示的变焦镜头1（或在图2或图3中所示的变焦镜头2或3）获得的光学图像被成像元件140转换为电信号，然后它被发送到视频分离电路150。作为成像元件140，使用例如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）的光电转换元件。视频分离电路150基于电信号产生聚焦控制信号，并且将其发送到CPU 110。另外，视频分离电路150在随后的阶段向视频处理电路（未示出）发送电信号中的与视频部分对应的视频信号。视频处理电路执行向适合于随后的处理的信号格式的转换，并且经转换的信号用于对于显示部分的视频显示处理、对于预定记录介质的记录处理、经由预定通信接口的数据传送处理，等等。
CPU 110被从外部供应聚焦操作等的操作信号，并且根据该操作信号来执行各种处理。例如，当通过聚焦按钮被供应聚焦操作信号时，CPU 110使得驱动电机130经由驱动器电路120操作，以便根据这个命令提供聚焦状态。由此，成像装置100的CPU 110根据聚焦操作信号，沿着光轴来移动聚焦透镜组（第四透镜组G4）。成像装置100的CPU 110使得此时的聚焦透镜组的位置信息被反馈到它，并且当下次经由驱动电机130移动聚焦透镜组时参考该位置信息。类似地，当被供应变焦的操作信号时，CPU 110使得驱动电机130经由驱动器电路120来操作。
该成像装置100也包括振动（shake）检测器，用于检测伴随相机振动的装置的振动。CPU 110基于从振动检测器输出的信号来使得驱动电机130经由驱动器电路120来操作。由此，CPU 110根据振动量在垂直于光轴Z1的方向上移动图像稳定化透镜组（第五透镜组G5的前组L51）。
在上述实施例中，进行了关于将数字照像机用作成像装置100的特定对象的情况的说明。然而，该特定对象不限于此，并且可以将其他各种电子设备用作成像装置100的特定对象。例如，诸如镜头可更换数字相机、可携式数字摄像机、其中包含可携式数字摄像机等的蜂窝电话、以及个人数字助理（PDA）的其他各种电子设备可以被用作成像装置100的特定对象。
[工作示例]
下面将描述根据本实施例的变焦镜头的具体数值工作示例。
在下面的各个表和说明中所示的符号等的含义如下。“表面编号”指示第i表面的编号，该第i表面被给出该编号使得最接近物体的组成元件的表面被定义为第一表面，并且该编号向着像侧依序增大。“Ri”表示第i表面的曲率半径（mm）。“di”表示在第i表面和第i+1表面之间的光轴上的距离（mm）。“ni”表示具有第i表面的光学元件的材料的相对于d射线（波长是587.6nm）的折射率的值。“νi”表示具有第i表面的光学元件的材料的相对于d射线的阿贝数的值。而且，Fno表示F数，f表示整个系统的焦距，ω表示半场角，并且Bf表示后焦（从最后的透镜表面至像表面Simg的距离）。
符号“STO”指示光阑表面。表面编号被给出“*”的表面是非球面表面。通过下面的表达式来表示非球面表面的形状。在非球面系数的数据中，符号“E”指示在其后的数值是以10为底的“指数”，并且指示在“E”前面的数值乘以由以10为底的指数函数表示的数值。例如，“1.0E-05”表示“1.0×10-5”。
[表达式1]
z ( y ) = y 2 / R 1 + ( 1 - ( 1 + k ) y 2 / R 2 ) 1 / 2 + C 4 &CenterDot; y 4 + C 6 &CenterDot; y 6 + C 8 &CenterDot; y 8 + &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot;
在该表达式中，各个参数被定义如下。
y：在垂直于光轴的方向上的高度
z(y)：在高度y距光轴方向上的透镜表面顶点的距离
R：在透镜表面顶点处的近轴曲率半径
k：圆锥系数
Ci：第i阶非球面系数
[数值工作示例1]
[表1]至[表3]示出与根据图1中所示的第一配置示例的变焦镜头1对应的具体透镜数据。具体地说，[表1]示出其基本透镜数据，并且[表2]示出与非球面表面相关的数据。[表3]示出其他数据。在这个变焦镜头1中，各个透镜组与放大率变化相关联地移动。因此，各个透镜组的前和后的表面距离的值是可变的。在[表3]中示出这些可变表面距离的数据。
在这个变焦镜头1中，第一透镜组G1由下述部分从物侧起按下述顺序构成：胶合透镜L11，其由负弯月形透镜和双凸透镜组成，该负弯月形透镜具有面向物侧的凸表面；以及正弯月形透镜L12，其具有面向物侧的凸表面。第二透镜组G2由下述部分从物侧起按下述顺序构成：胶合透镜L21，其由双凹透镜和正弯月形透镜组成，该正弯月形透镜具有面向物侧的凸表面；以及负透镜L22，其具有双凹形状。第三透镜组G3由下述部分从物侧起按下述顺序构成：双凸透镜L31和胶合透镜L32，胶合透镜L32由双凸透镜和双凹透镜组成。第四透镜组G4由两个表面均具有非球面形状的双凸透镜L4构成。第五透镜组G5由前组L51和后组L52从物侧起按此顺序构成。前组L51是两个表面均具有非球面形状的双凹透镜。后组L52是胶合透镜，其由双凸透镜和双凹透镜组成。
在这个变焦镜头1中，在从无限远的物体至近处物体的聚焦中，第四透镜组G4向物侧移动，并且第三透镜组G3和第五透镜组G5在放大率变化中在光轴方向上一体地移动。孔径光阑St被布置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，并且在放大率变化中与第三透镜组G3一体地移动。通过在垂直于光轴Z1的方向上移动第五透镜组G5的前组L51来执行对所拍摄的图像的模糊校正。
[表1]
Figure BDA00001938630700141
(*：非球面表面)
[表2]
Figure BDA00001938630700152
[表3]
Figure BDA00001938630700153
[数值工作示例2]
[表4]至[表6]示出了与根据图2中所示的第二配置示例的变焦镜头2对应的具体透镜数据。具体地说，[表4]示出其基本透镜数据，并且[表5]示出与非球面表面相关的数据。[表6]示出其他数据。在这个变焦镜头2中，各个透镜组与放大率变化相关联地移动。因此，各个透镜组的前和后的表面距离的值是可变的。在[表6]中示出这些可变表面距离的数据。
在这个变焦镜头2中，第一透镜组G1由下述部分从物侧起按下述顺序构成：胶合透镜L11，其由负弯月形透镜和双凸透镜组成，该负弯月形透镜具有面向物侧的凸表面；以及正弯月形透镜L12，其具有面向物侧的凸表面。第二透镜组G2由下述部分从物侧起按下述顺序构成：胶合透镜L21，其由双凹透镜和正弯月形透镜组成，该正弯月形透镜具有面向物侧的凸表面；以及负透镜L22，其具有面向物侧的凹表面，并且具有弯月形形状。第三透镜组G3由下述部分从物侧起按下述顺序构成：双凸透镜L31和胶合透镜L32，胶合透镜L32由双凸透镜和双凹透镜组成。第四透镜组G4由胶合透镜构成，该胶合透镜由在物侧的表面具有非球面形状的双凸透镜L4、以及具有面向物侧的凹表面的负弯月形透镜L42组成。第五透镜组G5由前组L51和后组L52从物侧起按此顺序构成。前组L51是两个表面均具有非球面形状的双凹透镜L51。后组L52是胶合透镜，其由双凸透镜和双凹透镜组成。
在这个变焦镜头2中，在从无限远的物体至近处物体的聚焦中，第四透镜组G4向物侧移动，并且第三透镜组G3和第五透镜组G5在放大率变化中在光轴方向上一体地移动。孔径光阑St被布置在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间，并且在放大率变化中与第三透镜组G3一体地移动。通过在垂直于光轴Z1的方向上移动第五透镜组G5的前组L51来执行对所拍摄的图像的模糊校正。
[表4]
Figure BDA00001938630700162
Figure BDA00001938630700171
(*：非球面表面)
[表5]
Figure BDA00001938630700172
[表6]
Figure BDA00001938630700182
[数值工作示例3]
[表7]至[表9]示出了与根据图3中所示的第三配置示例的变焦镜头3对应的具体透镜数据。具体地说，[表7]示出其基本透镜数据，并且[表8]示出与非球面表面相关的数据。[表9]示出其他数据。在这个变焦镜头3中，各个透镜组与放大率变化相关联地移动。因此，各个透镜组的前和后的表面距离的值是可变的。在[表9]中示出这些可变表面距离的数据。
在这个变焦镜头3中，第一透镜组G1由下述部分从物侧起按下述顺序构成：胶合透镜L11，其由负弯月形透镜和双凸透镜组成，该负弯月形透镜具有面向物侧的凸表面；以及正弯月形透镜L12，其具有面向物侧的凸表面。第二透镜组G2由下述部分从物侧起按下述顺序构成：胶合透镜L21，其由双凹透镜和正弯月形透镜组成，该正弯月形透镜具有面向物侧的凸表面；以及负透镜L22，其具有面向物侧的凹表面，并且具有弯月形形状。第三透镜组G3由下述部分从物侧起按下述顺序构成：双凸透镜L31和胶合透镜L32，胶合透镜L32由双凸透镜和双凹透镜组成。第四透镜组G4由在物侧的表面具有非球面形状的双凸透镜L4构成。第五透镜组G5由前组L51和后组L52从物侧起按此顺序构成。前组L51是两个表面均具有非球面形状的双凹透镜L51。后组L52是胶合透镜，其由双凸透镜和双凹透镜组成。
在这个变焦镜头3中，在从无限远的物体至近处物体的聚焦中，第四透镜组G4向物侧移动，并且第三透镜组G3和第五透镜组G5在放大率变化中在光轴方向上一体地移动。孔径光阑St被布置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，并且在放大率变化中与第三透镜组G3一体地移动。通过在垂直于光轴Z1的方向上移动第五透镜组G5的前组L51来执行对所拍摄的图像的模糊校正。
[表7]
Figure BDA00001938630700191
(*：非球面表面)
[表8]
Figure BDA00001938630700202
[表9]
Figure BDA00001938630700203
[每个工作示例的其他数值数据]
[表10]示出与关于每一个数值工作示例的上述各个条件表达式相关的值的编译数据。从[表10]可以明白，每一个数值工作示例的值落在各个条件表达式的数值范围内。
[表10]
Figure BDA00001938630700211
[像差性能]
图5A至22B示出每一个数值工作示例的像差性能。在图5A至22B中所示的像差是在聚焦在无限远时的每一个像差。
图5A至5C分别示出与数值工作示例1对应的变焦镜头1在广角端的球面像差、像散和畸变。图6A至6C示出在中间焦距状态中的相同的各个像差。图7A至7C示出在远摄端的相同的各个像差。在这些各个像差图中，示出关于作为参考波长的d射线（587.6nm）的像差。在球面像差图中，也示出关于g射线（435.84nm）和C射线（656.28nm）的像差。在像散图中，S（实线）指示在弧矢（sagittal）方向上的像差，并且T（一点链线）指示在子午（meridional）方向上的像差。符号Fno表示F数，并且ω表示半场角。
类似地，在图8A至10C中示出关于与数值工作示例2对应的变焦镜头2的球面像差、像散和畸变。类似地，在图11A至13C中示出关于与数值工作示例3对应的变焦镜头3的球面像差、像散和畸变。
图14A示出当未执行图像稳定化时、与数值工作示例1对应的变焦镜头1在广角端的横向像差，并且图14B示出当执行图像稳定化时的横向像差。当未执行图像稳定化时，图像稳定化透镜组（第五透镜组G5的前组L51）出现在基准位置。当执行图像稳定化时，图像稳定化透镜组在使得在垂直于光轴的方向上从基准位置移位的状态中。当执行图像稳定化时的图14B的横向像差是当通过图像稳定化透镜组来校正+0.3°的振动角度时的像差。类似地，图15A和15B示出当未执行图像稳定化时和当执行图像稳定化时的在中间焦距状态中的横向像差。图16A和16B示出当未执行图像稳定化时和当执行图像稳定化时的在远摄端的横向像差。
类似地，在图17A至19B中示出关于与数值工作示例2对应的变焦镜头2的当未执行图像稳定化时和当执行图像稳定化时的横向像差。在图20A至22B中示出关于与数值工作示例3对应的变焦镜头3的当未执行图像稳定化时和当执行图像稳定化时的横向像差。
从上述的各个像差图可以明白，关于每一个工作示例，在从广角端向远摄端的每一个放大率变化范围中以良好平衡的方式来校正各个像差。而且，当校正图像模糊时的像差也是良好的。
从上述的各个数值数据和各个像差图可以明白，可以实现下面的变焦镜头。具体地说，这个变焦镜头具有适合于移动图像拍摄的聚焦组，并且在从聚焦在无限远至聚焦在近处物体的每种情况下具有以小的像差变化的良好成像性能。另外，此变焦镜头具有对所拍摄的图像的模糊校正的功能，并且具有减小的尺寸。
<其他实施例>
基于本公开的技术不被上述实施例和工作示例的说明限制，并且各种修改的实施例是可能的。
例如，在上述的各个数值工作示例中所示的各个部分的形状和数值各自仅是用于执行本技术的一个具体示例，并且，不应当以被它们限制的方式来解释本技术的技术范围。
而且，虽然在上述的实施例和工作示例中描述了由五个透镜组组成的配置，但是可以使用进一步包括基本上没有屈光力的透镜的配置。
而且，例如，本技术可以采用下面的配置。
[1]一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，被配置为具有正屈光力；
第二透镜组，被配置为具有负屈光力；
第三透镜组，被配置为具有正屈光力；
第四透镜组，被配置为具有正屈光力；以及
第五透镜组，被配置为具有负屈光力，其中，
将所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物侧起按此顺序布置，
各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动，
所述第四透镜组在光轴方向上移动，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正，并且
满足条件表达式（1）：
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中
f1：所述第一透镜组的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
ft：在远摄端的整个系统的焦距
[2]根据上述[1]所述的变焦镜头，其中
与所述第三透镜组接近和相邻地布置孔径光阑，并且
所述第三透镜组和所述孔径光阑在放大率变化中一体地移动。
[3]根据上述[1]或[2]所述的变焦镜头，其中
满足条件表达式（2）
0<|f2|/(fw·ft)1/2<0.29…(2)，其中
f2：所述第二透镜组的焦距。
[4]根据上述[1]至[3]的任何一项所述的变焦镜头，其中
所述第四透镜组具有至少一个非球面表面。
[5]根据上述[1]至[4]的任何一项所述的变焦镜头，其中
所述第四透镜组由单个透镜构成。
[6]根据上述[1]至[5]的任何一项所述的变焦镜头，其中
满足条件表达式（3），
0.45<log(Z)[β2t/β2w]<0.85…(3)，其中
Z是底，并且[β2t/β2w]是反对数
Z：放大率变化比率
β2w：所述第二透镜组在广角端的横向放大率
β2t：所述第二透镜组在远摄端的横向放大率
[7]根据上述[1]至[6]的任何一项所述的变焦镜头，其中
所述第三透镜组和所述第五透镜组在放大率变化中沿着光轴一体地移动。
[8]根据上述[1]至[7]的任何一项所述的变焦镜头，其中
所述第五透镜组由具有负屈光力的前组和具有正屈光力的后组从物侧起按此顺序构成，并且，通过在与光轴垂直的方向上移动所述前组来执行图像的模糊校正，并且
满足条件表达式（4）
0.53<f51/f5<1.0…(4)，其中
f51：所述前组的焦距
f5：所述第五透镜组的焦距
[9]根据上述[8]所述的变焦镜头，其中
所述前组具有至少一个非球面表面。
[10]根据上述[8]或[9]所述的变焦镜头，其中
所述前组由单个透镜构成。
[11]根据上述[1]至[10]的任何一项所述的变焦镜头，还包括：
透镜，其实质上没有屈光力。
[12]一种成像装置，包括：
变焦镜头；以及
成像元件，其被配置来根据由所述变焦镜头形成的光学图像来输出成像信号，其中
在所述变焦镜头中，
将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、以及具有负屈光力的第五透镜组从物侧起按此顺序布置，
各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动，
所述第四透镜组在光轴方向上移动，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正，并且
满足条件表达式（1）：
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中
f1：所述第一透镜组的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
ft：在远摄端的整个系统的焦距
[13]根据上述[12]所述的成像装置，其中
所述变焦镜头还包括实质上没有屈光力的透镜。
本公开包含与于2011年8月5日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP2011-171728中公开的主题相关的主题，其整体内容通过引用被包含在此。

Claims (11)

1.一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，被配置为具有正屈光力；
第二透镜组，被配置为具有负屈光力；
第三透镜组，被配置为具有正屈光力；
第四透镜组，被配置为具有正屈光力；以及
第五透镜组，被配置为具有负屈光力，其中，
将所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物侧起按此顺序布置，
各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动，
所述第四透镜组在光轴方向上移动，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正，并且
满足条件表达式（1）：
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中
f1：所述第一透镜组的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
ft：在远摄端的整个系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
与所述第三透镜组接近和相邻地布置孔径光阑，并且
所述第三透镜组和所述孔径光阑在放大率变化中一体地移动。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
满足条件表达式（2）：
0<|f2|/(fw·ft)1/2<0.29…(2)，其中
f2：所述第二透镜组的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
所述第四透镜组具有至少一个非球面表面。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
所述第四透镜组由单个透镜构成。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
满足条件表达式（3）：
0.45<log(Z)[β2t/β2w]<0.85…(3)，其中
Z是底，并且[β2t/β2w]是反对数
Z：放大率变化比率
β2w：所述第二透镜组在广角端的横向放大率
β2t：所述第二透镜组在远摄端的横向放大率。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
所述第三透镜组和所述第五透镜组在放大率变化中沿着光轴一体地移动。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中
所述第五透镜组由具有负屈光力的前组和具有正屈光力的后组从物侧起按此顺序构成，并且，通过在与光轴垂直的方向上移动所述前组来执行图像的模糊校正，并且
满足条件表达式（4）：
0.53<f51/f5<1.0…(4)，其中
f51：所述前组的焦距
f5：所述第五透镜组的焦距。
9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中
所述前组具有至少一个非球面表面。
10.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中
所述前组由单个透镜构成。
11.一种成像装置，包括：
变焦镜头；以及
成像元件，其被配置来根据由所述变焦镜头形成的光学图像来输出成像信号，其中
在所述变焦镜头中，
将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、以及具有负屈光力的第五透镜组从物侧起按此顺序布置，
各个透镜组在从广角端到远摄端的放大率变化中移动，
所述第四透镜组在光轴方向上移动，以校正与放大率变化相关联的成像位置的变化，并且执行与物距改变相关联的成像位置的校正，并且
满足条件表达式（1）：
0.60<f1/(fw·ft)1/2<1.10…(1)，其中
f1：所述第一透镜组的焦距
fw：在广角端的整个系统的焦距
ft：在远摄端的整个系统的焦距。
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PB01 Publication
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