CN104136956A - 变焦光学系统、光学装置和制造变焦光学系统的方法 - Google Patents

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Abstract

提供变焦光学系统、光学系统和制造该变焦光学系统的方法。该变焦光学系统是小型的，并且沿光轴按从物体侧的顺序包括：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)和具有负屈光力的第五透镜组(G5)，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变第一透镜组(G1)和第二透镜组(G2)之间的距离、第二透镜组(G2)和第三透镜组(G3)之间的距离、第三透镜组(G3)和第四透镜组(G4)之间的距离以及第四透镜组(G4)和第五透镜组(G5)之间的距离，由此提供高变焦比和极高光学性能。

Description

变焦光学系统、光学装置和制造变焦光学系统的方法
技术领域
本发明涉及适合于相机的可换镜头、数码相机、视频摄像机等等的变焦光学系统、光学装置和制造变焦光学系统的方法。
背景技术
已经提出了用于单镜头反射式相机的可换镜头等等各种变焦光学系统，其中，最物体侧透镜组具有正屈光力。例如，参见日本专利申请公开No.2002-365547。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开No.2002-365547
发明内容
要解决的技术问题
然而，存在传统的变焦光学系统如果想获得小型和高变焦比，则非常难以获得足够高的光学性能的问题。
鉴于上述问题，做出了本发明，并且本发明的目的是提供具有高变焦比和极高光学性能的小型变焦光学系统、光学装置和制造变焦光学系统的方法。
解决该问题的手段
根据本发明，提供一种变焦光学系统，沿光轴按从物体侧的顺序包括：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；具有负屈光力的第四透镜组，以及具有负屈光力的第五透镜组；
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离以及所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离分别改变。
此外，根据本发明，提供具有所述变焦光学系统的光学装置。
此外，根据本发明，提供制造变焦光学系统的方法，包括下述步骤，沿光轴按从物体侧的顺序，设置：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，以及具有负屈光力的第五透镜组；并且
构造成使得在从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离以及所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离。
有益效果
根据本发明，提供具有高变焦比和极高光学性能的小型变焦光学系统、光学装置和制造变焦光学系统的方法。
附图说明
图1示出根据本申请的第一例子的变焦光学系统的广角端状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态和远摄端状态的截面图。
图2A和2B是示出在聚焦无限远时，根据第一例子的变焦光学系统的广角端状态和第一中间焦距状态的各种像差的图。
图3A和3B是示出在聚焦无限远时，根据第一例子的变焦光学系统的第二中间焦距状态和远摄端状态的各种像差的图。
图4示出根据本申请的第二例子的变焦光学系统的广角端状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态和远摄端状态的截面图。
图5A和5B是示出在聚焦无限远时，根据第二例子的变焦光学系统的广角端状态和第一中间焦距状态的各种像差的图。
图6A和6B是示出在聚焦无限远时，根据第二例子的变焦光学系统的第二中间焦距状态和远摄端状态的各种像差的图。
图7示出根据本申请的第三例子的变焦光学系统的广角端状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态和远摄端状态的截面图。
图8A和8B是示出在聚焦无限远时，根据第三例子的变焦光学系统的广角端状态和第一中间焦距状态的各种像差的图。
图9A和9B是示出在聚焦无限远时，根据第三例子的变焦光学系统的第二中间焦距状态和远摄端状态的各种像差的图。
图10是示出配备有根据本申请的变焦光学系统的相机的构造的视图。
图11是示意性地示出制造根据本申请的变焦光学系统的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，说明本申请的变焦光学系统、光学装置和制造变焦光学系统的方法。
本申请的变焦光学系统沿光轴按从物体侧的顺序包括：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、具有负屈光力的第四透镜组和具有负屈光力的第五透镜组，并且
在从广角端状态聚焦到远摄端状态时，分别改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离以及所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离。
通过上述构造，使本申请的变焦光学系统能够实现变焦并且可以抑制由变焦引起的畸变变化。
此外，本申请的变焦光学系统具有作为如上所述的负透镜组的第五透镜组，由此可以将变焦光学系统的主点设置在物体侧并且在从广角端状态到远摄端状态的整个变焦范围中，降低变焦光学系统的全长(entire length)。此外，能使从光轴到边缘光束的距离小，因此，能使第五透镜组的直径小。假定第五透镜组是正透镜组，如果变焦光学系统的全长与第五透镜组的直径相同，与第五透镜组为负透镜组的情形相比，每一透镜组的屈光力将更大。因此，在这种假定情形下，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，难以抑制球面像差的变化和像散的变化。
由于上述原因，根据本发明，可以实现具有高变焦比和极高光学性能的小型变焦光学系统。
优选的是，本申请的变焦光学系统满足下述条件式(1)：
1.80<(-f5)/fw  (1)
其中，f5表示第五透镜组的焦距，并且fw表示广角端状态中，变焦光学系统的焦距。
条件式(1)定义第五透镜组的最佳焦距的范围和当确保变焦比时，抑制由变焦引起的像差的变化的条件。通过满足条件式(1)，本申请的变焦光学系统能抑制由变焦引起的畸变变化和像散变化，并且能实现极高光学性能。
如果本申请的条件式(1)的(-f5)/fw的值等于或降至低于下限，则第五透镜组的焦距变得太小。为此，变得第五透镜组不可能抑制由变焦引起的畸变变化和像散变化，由此，不能获得极高光学性能。
顺便提一下，为了确保获得本申请的效果，优选的是将条件式(1)的下限值设定到2.40。
更优选将条件式(1)的上限值设定到10.0。如果本申请的变焦光学系统的条件式(1)的(-f5)/fw的值等于或降至低于条件式(1)的该上限值，则第五透镜组可以抑制由变焦引起的畸变变化和像散变化，由此，能获得极高光学性能。顺便提一下，为了更确保获得本申请的效果，优选的是将条件式(1)的上限值设定成8.50。
此外，优选的是本申请的变焦光学系统满足下述条件式(2)：
0.40<f5/f4<4.20  (2)
其中，f4表示第四透镜组的焦距，并且f5表示第五透镜组的焦距。
条件式(2)定义第五透镜组的焦距与第四透镜组的焦距的最佳比，并且是用于抑制由变焦引起的像差的变化的条件。通过满足条件式(2)，可以抑制由变焦引起的畸变的变化和像散的变化，由此能获得极高光学性能。
如果本申请的变焦光学系统的条件式(2)的f5/f4的值等于或降至低于条件式(2)的下限值，则相对于第四透镜组的焦距，第五透镜组的焦距变得太小。为此，变得不可能抑制由变焦引起的畸变变化和像散变化，使得不能获得极高光学性能。
顺便提一下，为了更确保获得本申请的效果，优选的是将条件式(2)的下限值设定到0.52。此外为了更确保获得本申请的效果，更优选将条件式(2)的下限值设定到0.66。
另一方面，如果本申请的变焦光学系统的条件式(2)的f5/f4的值等于或超过条件式(2)的上限值，则第四透镜组的焦距变得相当小。这导致不可能抑制在第四透镜组生成的像散的变化，使得不能实现极高光学性能。
顺便提一下，为了更确保获得本申请的效果，优选的是将条件式(2)的上限值设定到2.80。此外，为更确保获得本申请的效果，更优选将条件式(2)的上限值设定到1.60。
此外，优选本申请的变焦光学系统满足下述条件式(3)：
0.88<(-f5)/f3<8.20  (3)
其中，f3表示第三透镜组的焦距，并且f5表示第五透镜组的焦距。
条件式(3)定义第五透镜组的焦距与第三透镜组的焦距之间的最佳比，并且是抑制由变焦引起的像差的变化的条件。通过满足条件式(3)，可以抑制由变焦引起的畸变、像散、球面像差和彗差的各个变化，由此能获得极高光学性能。
如果本申请的变焦光学系统的条件式(3)的值(-f5/f3)等于或降至低于条件式(3)的下限值，则第五透镜组的焦距相对于第三透镜组的焦距变得太小。为此，变得不可以抑制由变焦引起的畸变的变化和像散的变化，因此，不能获得极高光学性能。
顺便提一下，为更确保获得本申请的效果，优选将条件式(3)的下限值设定到1.20。此外，为了更确保获得本申请的效果，更优选将条件式(3)的下限值设定到1.46。
另一方面，如果本申请的变焦光学系统的条件式(3)的(-f5)/f3的值等于或超过条件式(3)的上限值，则第三透镜组的焦距变得相对小。这导致不可能抑制在第三透镜组生成的球面像差的变化和彗差的变化，因此，不能实现极高光学性能。
顺便提一下，为了更确保获得本申请的效果，优选的是将条件式(3)的上限值设定成7.50。为了更确保获得本申请的效果，更优选将条件式(3)的上限值设定成5.80。
此外，优选本申请的变焦光学系统满足下述条件式(4)：
0.066<R5/f5<0.600  (4)
其中，f5表示第五透镜组的焦距，并且R5表示第五透镜组中，其表面是面向物体侧的凹形并且其曲率半径绝对值最小的透镜表面的曲率半径。
条件式(4)定义用于抑制本申请的变焦光学系统的像差的变化的条件。条件式(4)中的R5是向物体侧的凹形并且其符号为负的透镜表面的曲率半径。通过满足条件式(4)，本申请的变焦光学系统能抑制由变焦引起的像散的变化和彗差的变化，由此能实现极高光学性能。
如果本申请的变焦光学系统的条件式(4)的R5/f5的值等于或降至低于条件式(4)的下限，变得不可以抑制由变焦引起的像散的变化，因此，不能获得极高光学性能。
顺便提一下，为了更确保获得本申请的效果，优选将条件式(4)的下限值设定成0.087。此外，为了更确保本申请的效果，更优选将条件式(4)的下限值设定成0.098。
另一方面，如果本申请的变焦光学系统的条件式(4)的R5/f5的值等于或超过条件式(4)的上限值，则第五透镜组变得难以抑制由第三透镜组至第四透镜组生成的彗差的变化和像散的变化，因此，不能实现极高光学性能。
顺便提一下，为了更确保本申请的效果，优选将条件式(4)的上限值设定成0.490。为了更确保本申请的效果，更优选将条件式(4)的上限值设定成0.350。
在本申请的变焦光学系统中，优选第五透镜组具有胶合透镜，并且在第五透镜组中的、是向物体侧的凹形并且其曲率半径绝对值最小的透镜表面是胶合透镜的胶合表面。通过这种构造，本申请的变焦光学系统能抑制使由于透镜表面的制造误差而生成的彗差偏心，因此，能实现极高光学性能。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选在从广角端状态变焦到远摄端状态时，第三透镜组和第四透镜组之间的距离从广角端状态到中间焦距状态增加，并且从中间焦距状态到远摄端状态减小。通过这种构造，本申请的变焦光学系统能抑制在第三透镜组至第四透镜组处生成的像散的变化，因此，能实现极高光学性能。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选的是在从广角端状态变焦到远摄端状态时，第四透镜组与第五透镜组之间的距离从广角端状态到中间焦距状态减小，并且从中间焦距状态到远摄端状态增加。通过这种构造，本申请的变焦光学系统能抑制在第四透镜组至第五透镜组处生成的像散的变化，因此，能实现极高光学性能。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选的是，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，一体地移动第三透镜组和第五透镜组。通过这种构造，可以在结构上简化本申请的变焦光学系统的第三透镜组和第五透镜组的构造，并且能抑制相互偏心，因此，能实现极高光学性能。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选的是，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，并且第二透镜组与第三透镜组之间的距离减小。通过这种构造，本申请的变焦光学系统能抑制在每一透镜组处生成的球面像差和像散，因此，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，变得可以抑制球面像差的变化和像散的变化。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选的是第五透镜组具有非球面。通过这种构造，本申请的变焦光学系统能抑制在第五透镜组生成的彗差和像散，因此，能实现极高光学性能。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选第五透镜组中的非球面是最物体侧表面。通过这种构造，本申请的变焦光学系统能抑制在第五透镜组处生成的彗差和像散，因此，能实现极高光学性能。
此外，优选的是本申请的变焦光学系统在第三透镜组中或其附近具有孔径光阑。通过这种构造，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，本申请的变焦光学系统能抑制离轴像差，特别地，能抑制像散的变化。
此外，在本申请的变焦光学系统中，优选的是在从广角端状态变焦到远摄端状态时，孔径光阑与第三透镜组一体地一起移动。通过这种构造，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，本申请的变焦光学系统能抑制离轴像差，特别地，能抑制像散的变化。
本申请的光学装置的特征在于配备有具有上述构造的变焦光学系统，由此，实现具有高变焦比和极高光学系统的小型光学装置。
制造根据本申请的变焦光学系统的方法的特征在于步骤：按从物体侧的顺序，设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负屈光力的第五透镜组，并且
构造成使得在从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组与所述第四透镜组之间的距离、所述第四透镜组与所述第五透镜组之间的距离。因此，可以制造具有高变焦比和极高光学性能的小型变焦光学系统。
在下文中，将参考附图，说明与本申请的数值例子有关的变焦光学系统。
<第一例子>
图1示出根据本申请的第一例子的变焦光学系统的广角端状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态和远摄端状态的截面图。在图1中，W表示广角端状态；M1表示第一中间焦距状态；M2表示第二中间焦距状态，并且T表示远摄端状态。在稍后所述的每一例子的截面图中，它们是相同的。
根据本例子的变焦光学系统按从物体侧的顺序，由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以及具有负屈光力的第五透镜组G5构成。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：通过将具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L11和具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L12胶合在一起构成的胶合透镜，以及具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L13构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L21、具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L22、双凸正透镜L23和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L24构成。负弯月透镜L21是将其非球面应用在像平面侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第三透镜组G3沿光轴按从物体侧的顺序，由：通过将具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L31和双凸正透镜L32胶合在一起构成的胶合透镜、具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L33、和由双凸正透镜L34和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L35胶合在一起构成的胶合透镜构成。在第三透镜组G3的物体侧的附近，设置孔径光阑S。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，仅由通过将双凹负透镜L41和双凸正透镜L42胶合在一起构成的胶合透镜构成。第四透镜组G4中的最物体侧负透镜L41是其非球面被应用在物体侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第五透镜组G5沿光轴按从物体侧的顺序，仅由通过将双凸正透镜L51胶合到具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L52构成的胶合透镜构成。在第五透镜组G5中的、是面向物体侧的凹形并且其曲率半径绝对值最小的透镜表面是正透镜L51和负弯月透镜L52之间的胶合表面。第五透镜组G5中位于最物体侧的正透镜L51是其非球面被应用到物体侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
在具有如上所述构造的根据本例子的变焦光学系统中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2从广角端状态W到第一中间焦距状态M1移向像侧，然后，从第一中间焦距状态M1到远摄端状态T移向物体侧；第三透镜组G3、第四透镜组G4和第五透镜组G5单调地移向物体侧。此时，孔径光阑S、第三透镜组G3和第五透镜组G5一体地一起移动。因此，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的距离从广角端状态W到第一中间焦距状态M1增加，并且从第一中间焦距状态M1到远摄端状态T减小，并且第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的距离从广角端状态W到第一中间焦距状态M1减小，并且从第一中间焦距状态M1到远摄端状态T增加。
在表1中，列出了与根据本例子的变焦光学系统有关的各种值。
在表1中，f表示焦距，并且Bf表示后焦距。
在[表面数据]中，m表示按从物体侧的顺序计数的透镜表面编号，r表示透镜表面的曲率半径，d表示到下一表面的距离，nd表示材料在d线(波长λ＝587.6nm)的折射率，并且νd表示材料在d线(波长λ＝587.6nm)的阿贝数。OP表示物平面，并且I表示像平面。
同时，曲率半径r列中的∞表示平表面。在折射率列nd中，忽略空气nd＝1.000000的折射率。
在[非球面数据]中，由下述公式显示[表面数据]中所示的非球面：
x＝(h2/r)/[1+[1-κ(h/r)2]1/2]
+A4×h4+A6×h6+A8×h8+A10×h10
其中，h表示离光轴的垂直高度，x表示作为在离光轴垂直高度h处，沿光轴从非球面的顶点的切面到非球面的距离的垂度，κ表示圆锥系数，A4、A6、A8和A10表示非球面系数，r表示作为基准球面的曲率半径的近轴曲率半径。“E-n”(n：整数)表示“×10-n”，例如“1.234E-5”表示“1.234×10-5”。
在[各种数据]中，FNO表示F数，ω表示以度为单位的半视角，Y表示像高，TL表示变焦光学系统的总透镜长度(total lens length)，即，当聚焦在无限远物体上时，从第一透镜组G1的最物体侧表面到像平面I的距离，di(i:整数)表示从第i表面的可变面间距离，并且φ表示孔径光阑直径。W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，并且T表示远摄端状态。
在[透镜组数据]中，ST表示每一透镜组的起始表面，即，每一透镜组中的最物体侧透镜表面。
在[用于条件式的值]中，示出了相对于条件式的各个值。
在用于各种值的表1中，“mm”通常用于长度的单位，诸如焦距f、曲率半径r等等。然而，由于通过成比例放大或缩小其尺寸的光学系统，能获得类似的光学性能，因此，单位不一定限于“mm”，能使用任何其他适当的单位。上述参考符号的说明在其他例子中是相同的，因此，将省略重复的说明。
(表1)第一例子
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号：7
表面编号：23
表面编号：26
[各种数据]
[透镜组数据]
[用于条件式的值]
(1)(-f5)/fw＝-3.532
(2)f5/f4＝0.856
(3)(-f5)/f3＝2.462
(4)R5/f5＝0.158
图2A和2B分别是示出在聚焦无限远时，根据第一例子的变焦光学系统在广角端状态中和在第一中间焦距状态中的各种像差的图。
图3A和3B分别是示出在聚焦无限远时，根据第一例子的变焦光学系统在第二中间焦距状态中和在远摄端状态中的各种像差的图。
在各个图中，FNO表示f数，并且A表示光线的入射角(以度为单位)。在各个图中，d表示在d线(波长λ＝587.6nm)时的像差曲线，并且g表示在g线(波长λ＝435.8nm)时的像差曲线。没有d或g出现的图表示d线时的像差曲线。
在示出像散的图中，实线表示矢状像平面，并且虚线表示子午像平面。有关各个像差图的上述说明与其他例子是相同的。
从各个图可以看出，根据本例子的变焦光学系统由于对从广角端状态到远摄端状态的范围中的各种像差的良好校正而示出极好光学性能。
<第二例子>
图4示出根据本申请的第二例子的变焦光学系统的广角端状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态和远摄端状态的截面图。
根据本例子的变焦光学系统沿光轴按从物体侧的顺序，由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以及具有负屈光力的第五透镜组G5构成。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：通过具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L11和双凸正透镜L12胶合在一起构成的胶合透镜，以及具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L13构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L21、具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L22、双凸正透镜L23和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L24构成。负弯月透镜L21是将非球面应用在像平面侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第三透镜组G3沿光轴按从物体侧的顺序，由：通过具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L31和双凸正透镜L32胶合在一起构成的胶合透镜、具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L33和由双凸正透镜L34和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L35胶合在一起构成的胶合透镜构成。在第三透镜组G3的物体侧的附近，设置孔径光阑S。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，仅由通过将双凹负透镜L41和双凸正透镜L42胶合在一起构成的胶合透镜构成。第四透镜组G4中的最物体侧负透镜L41是其非球面被应用在物体侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第五透镜组G5沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L51，以及双凸正透镜L52和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L53胶合在一起构成的胶合透镜构成。第五透镜组G5中的、是面向物体侧的凹形并且其曲率半径绝对值最小的透镜表面是正透镜L52和负弯月透镜L53之间的胶合表面。第五透镜组G5中位于最物体侧的正透镜L51是其非球面被应用到物体侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
在根据如上所述构造的本例子的变焦光学系统中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2从广角端状态W到第二中间焦距状态M2移向像侧，然后，从第二中间焦距状态M2到远摄端状态T移向物体侧；第三透镜组G3、第四透镜组G4和第五透镜组G5单调地移向物体侧。此时，孔径光阑S、第三透镜组G3和第五透镜组G5一体地一起移动。因此，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的距离从广角端状态W到第二中间焦距状态M2增加，并且从第二中间焦距状态M2到远摄端状态T减小，并且第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的距离从广角端状态W到第二中间焦距状态M2减小，并且从第二中间焦距状态M2到远摄端状态T增加。
在表2中，列出了与根据第二例子的变焦光学系统有关的各种值。
(表2)第二例子
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号：7
表面编号：23
表面编号：26
[各种数据]
[透镜组数据]
[用于条件式的值]
(1)(-f5)/fw＝7.479
(2)f5/f4＝1.327
(3)(-f5)/f3＝4.619
(4)R5/f5＝0.106
图5A和5B分别是示出在聚焦无限远时，根据本申请的第二例子的变焦光学系统在广角端状态中和在第一中间焦距中状态的各种像差的图。
图6A和6B分别是示出在聚焦无限远时，根据本申请的第二例子的变焦光学系统在第二中间焦距状态中和在远摄端状态中的各种像差的图。
如从各个图可以看出，根据本例子的变焦光学系统由于对从广角端状态到远摄端状态的范围中的各种像差的良好校正而示出极好光学性能。
<第三例子>
图7示出根据本申请的第三例子的变焦光学系统的广角端状态、第一中间焦距状态、第二中间焦距状态和远摄端状态的截面图。
根据本例子的变焦光学系统沿光轴按从物体侧的顺序，由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、具有负屈光力的第五透镜组G5以及具有正屈光力的第六透镜组G6构成。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：通过将具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L11和双凸正透镜L12胶合在一起构成的胶合透镜，以及具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L13构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L21、具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L22、双凸正透镜L23和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L24构成。负弯月透镜L21是将其非球面应用在像平面侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第三透镜组G3沿光轴按从物体侧的顺序，由：通过将具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L31和双凸正透镜L32胶合在一起构成的胶合透镜、具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L33、和由双凸正透镜L34和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L35构成的胶合透镜构成。在第三透镜组G3中，在正透镜L32和正透镜L33之间设置孔径光阑S。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，仅由通过将双凹负透镜L41和双凸正透镜L42胶合在一起构成的胶合透镜构成。第四透镜组G4中的最物体侧负透镜L41是其非球面被应用在物体侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第五透镜组G5沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有面向物体侧的凸表面的负弯月透镜L51，以及通过将双凸正透镜L52和具有面向物体侧的凹表面的负弯月透镜L53胶合在一起构成的胶合透镜构成。第五透镜组G5中的、是面向物体侧的凹形并且其曲率半径绝对值最小的透镜表面是正透镜L52和负弯月透镜L53之间的胶合表面。第五透镜组G5中位于最物体侧的正透镜L51是其非球面被应用到物体侧透镜表面的玻璃模制型非球面透镜。
第六透镜组G6仅由具有面向物体侧的凸表面的正弯月透镜L61构成。
在根据如上所述构造的本例子的变焦光学系统中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2从广角端状态W到第一中间焦距状态M1移向像侧，然后，从第一中间焦距状态M1到远摄端状态T移向物体侧；并且第三透镜组G3、第四透镜组G4、第五透镜组G5和第六透镜组G6单调地移向物体侧。此时，孔径光阑S、第三透镜组G3和第五透镜组G5一体地一起移动。因此，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的距离从广角端状态W到第二中间焦距状态M2增加，并且从第二中间焦距状态M2到远摄端状态T减小，第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的距离从广角端状态W到第二中间焦距状态M2减小，并且从第二中间焦距状态M2到远摄端状态T增加，并且第五透镜组G5和第六透镜组G6之间的距离增加。
在表3中，列出了与根据第三例子的变焦光学系统有关的各种值。
(表3)第三例子
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号：7
表面编号：23
表面编号：26
[各种数据]
[透镜组数据]
[用于条件式的值]
(1)(-f5)/fw＝4.915
(2)f5/f4＝0.734
(3)(-f5)/f3＝3.275
(4)R5/f5＝0.158
图8A和8B分别是示出在聚焦无限远时，根据第三例子的变焦光学系统在广角端状态中和在第一中间焦距状态中的各种像差的图。
图9A和9B分别是示出在聚焦无限远时，根据第三例子的变焦光学系统在第二中间焦距状态中和在远摄端状态中的各种像差的图。
如从各个图可以看出，根据本例子的变焦光学系统由于对从广角端状态到远摄端状态的范围中的各种像差的良好校正而示出极好光学性能。
根据上述每一例子，可以实现具有高变焦比和极好光学性能的变焦光学系统。上述例子仅示出了本发明的具体例子。因此，本发明不限于那些例子。
在不劣化本申请的变焦光学系统的光学性能的情况下，可以适当地采用下述内容。
作为本申请的变焦光学系统的数值例子，上文示出了具有五个组构造或六个组构造的光学系统，但本申请不限于它们，而是具有其他构造，诸如七个组构造的光学系统也是可能的。更具体地说，可以将透镜或透镜组添加到本申请的变焦光学系统的最物体侧或最像侧。顺便提一下，术语“透镜组”用来指具有由变焦时改变的空气间隔分离的至少一个透镜的部分。
在本申请的变焦光学系统中，可以将透镜组的一部分、单个透镜组的全部或多个透镜组作为变焦透镜组构造成在光轴的方向中可移动，以便从无限远物体聚焦到近距离物体。特别地，优选的是将第四透镜组的至少一部分用作聚焦透镜组。该聚焦透镜组可以用于自动对焦，并且适合于由诸如超声马达的自动对焦马达驱动。
在根据本申请的变焦光学系统中，可以在包括垂直于光轴的分量的方向中，移动透镜组或透镜组的一部分，作为减震透镜组，或在包括光轴的方向中倾斜(或摆动)，用于校正由相机抖动引起的图像模糊。在根据本申请的变焦光学系统中，特别优选将第三透镜组的至少一部分用作减震透镜组。
构成根据本申请的变焦光学系统的透镜的透镜表面可以是球面、平面或非球面。当透镜表面是非球面或平面时，透镜加工、组装或调整变得容易，并且能防止由透镜加工、组装和调整误差引起的光学性能劣化，因此是优选的。此外，即使表面偏移，光学性能的劣化也小，因此，也是优选的。当透镜表面是非球面时，可以通过精研工艺、通过模具将玻璃材料形成为非球面形状的玻璃模塑工艺、或将树脂材料在玻璃透镜表面上形成为非球面形状的复合型工艺，来制作非球面。透镜表面可以是衍射光学表面，并且透镜可以是渐变折射率型透镜(GRIN)或塑料透镜。
在根据本申请的变焦光学系统中，优选的是在第二透镜组和第三透镜组之间，或在第三透镜组内部设置孔径光阑，并且在不设置作为孔径光阑的构件的情况下，该功能可以由透镜框取代。
可以将在宽波长范围上具有高透射率的防反射涂层应用于根据本申请的变焦光学系统的每一透镜表面来减少耀斑或幻像，因此，能获得具有高对比度的高光学性能。
在根据本申请的变焦光学系统中，变焦比为3至20。
将参考图10，说明配备有根据本申请的变焦光学系统的相机。
图10是示出配备有根据本申请的变焦光学系统的相机的构造的图。
本相机1是配备有根据第一例子的变焦光学系统作为成像镜头2的单镜头反射数码相机。
在本相机中，从待拍摄的物体(未示出)发出的光由成像镜头2会聚，由快速返回反射镜3反射，并且聚焦在聚焦屏4上。聚焦在聚焦屏4上的光由五棱镜5反射多次，并且被引导到目镜6。因此，拍摄者能通过目镜作为正立像观察物体像。
当拍摄者按下快门按钮(未示出)时，快速返回镜3从光路缩回，由成像设备7检测来自物体(未示出)的光，并且捕捉被摄图像并且将其存储在存储器(未示出)中。用这种方式，拍摄者能通过相机1拍摄物体的图像。
在此应注意到作为成像镜头2安装在本相机1上的根据第一例子的变焦光学系统是小型的并且具有高变焦比和良好光学性能。因此，能使本相机1是小型的并且可以实现极高光学性能，同时获得高变焦比。配备有根据上述第二或第三例子的变焦光学系统的相机能执行与相机1相同的效果。即使不具有快速返回镜3的相机配备有根据上述每一例子的变焦光学系统的情形，能也获得与上述相机1相同的效果。
最后，将参考图11，说明根据本申请的制造变焦光学系统的方法的概述。
图11中所示的制造根据本申请的变焦光学系统的方法包括下述步骤S1和S2：
步骤S1：沿光轴按从物体侧的顺序设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，以及具有负屈光力的第五透镜组。
步骤S2：提供公知的移动机构，使得当从广角端状态变焦到远摄端状态时，可以分别改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离以及所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离。
通过根据本申请的制造变焦光学系统的方法，变得可以制造具有高变焦比和良好光学性能的小型变焦光学系统。

Claims (16)

1.一种变焦光学系统，沿光轴按从物体侧的顺序，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，以及
具有负屈光力的第四透镜组，以及
具有负屈光力的第五透镜组，以及
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离以及所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离。
2.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足以下条件式：
1.80<(-f5)/fw
其中，f5表示所述第五透镜组的焦距，并且fw表示广角端状态中，所述变焦光学系统的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足以下条件式：
0.40<f5/f4<4.20
其中，f4表示所述第四透镜组的焦距，并且f5表示所述第五透镜组的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足以下条件式：
0.88<(-f5)/f3<8.20
其中，f3表示所述第三透镜组的焦距，并且f5表示所述第五透镜组的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足以下条件式：
0.066<R5/f5<0.600
其中，f5表示所述第五透镜组的焦距，并且R5表示在所述第五透镜组中的、是面向物体侧的凹形并且曲率半径绝对值最小的透镜表面的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足以下条件式：
0.066<R5/f5<0.600
其中，f5表示所述第五透镜组的焦距，并且R5表示在所述第五透镜组中的、是面向物体侧的凹形并且曲率半径绝对值最小的透镜表面的曲率半径；并且
其中，所述第五透镜组具有胶合透镜，并且在所述第五透镜组中的、是面向物体侧的凹形并且曲率半径绝对值最小的所述透镜表面是所述胶合透镜的胶合表面。
7.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离从广角端状态到中间焦距状态增加，并且从中间焦距状态到远摄端状态减小。
8.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离从广角端状态到中间焦距状态减小，并且从中间焦距状态到远摄端状态增加。
9.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，一体地移动所述第三透镜组和所述第五透镜组。
10.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，并且所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离减小。
11.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第五透镜组具有非球面。
12.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第五透镜组具有非球面，并且
所述非球面是所述第五透镜组中的最物体侧表面。
13.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在所述第三透镜组的内部或附近设置孔径光阑。
14.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在所述第三透镜组的内部或附近设置孔径光阑，并且
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，所述孔径光阑与所述第三透镜组一体地一起移动。
15.一种光学装置，配备有根据权利要求1所述的变焦光学系统。
16.一种制造变焦光学系统的方法，包括步骤：
沿光轴按从物体侧的顺序，设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，和具有负屈光力的第五透镜组，并且
构造成使得在从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离以及所述第四透镜组和所述第五透镜组之间的距离。
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