CN104698576B - 变焦镜头、镜头单元及摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供变焦镜头、镜头单元及摄像装置，能够实现40倍程度以上的变倍比和小型化，良好地校正各像差。变焦镜头从物体侧到像侧依次由第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第五透镜组构成，通过使各透镜组的间隔变化来进行变倍，第一透镜组从物体侧依次由第1‑1透镜、第1‑2透镜及第1‑3透镜构成，第五透镜组在变倍、对焦时不一起移动，满足以下条件式：νd12>80 (1)νd13>80 (2)nd11>1.9 (3)18<f1/fw<22 (4)其中，νd12：第1‑2透镜的阿贝数νd13：第1‑3透镜的阿贝数nd11：第1‑1透镜的折射率f1：第一透镜组的合成焦距fw：变焦镜头的广角端的焦距。
Description
技术领域
本发明涉及变焦镜头、镜头单元及摄像装置，用于例如利用摄像元件拍摄被摄对象的图像的光学单元等，尤其是涉及例如变倍比(変倍比)在40倍以上且包括较为广角的变焦区域的变焦镜头、镜头单元以及具备该镜头单元的摄像装置。
背景技术
近些年，实现了CCD(Charge Coupled Device：电荷藕合器件)型图像传感器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)型图像传感器等摄像元件的高集成化、小型化，伴随于此，在使用CCD或CMOS的数码相机或摄像机等摄像装置中，谋求实现高变倍比、高性能化和装置整体的小型化。
另外，伴随着数码相机等的普及，其所使用的场合也逐渐增多。因此，谋求实现数码相机等的便携性的进一步提高，即小型化及轻量化，因此也谋求实现其搭载的变焦镜头的进一步小型化。从进一步扩大拍摄区域的观点出发，20倍～30倍程度的变焦镜头逐渐普及，期待进一步的高变倍比化。
作为这样的高变倍比且紧凑的变焦镜头，公知正负正负正(从物体侧依次配置有具有正的光焦度的第一透镜组、具有负的光焦度的第二透镜组、具有正的光焦度的第三透镜组、具有负的光焦度的第四透镜组和具有正的光焦度的第五透镜组的结构，以下相同)的五组型的变焦镜头(参照以下专利文献1～3)。
专利文献1：日本特开2011-186417号公报
专利文献2：日本特开2012-247564号公报
专利文献3：日本特开2013-105142号公报
然而，为了使在专利文献1中所记载的变焦镜头性能良好，增多了透镜片数，因此成本变高。另外，虽然在专利文献2、3中所记载的变焦镜头的透镜片数少且变倍比达到15～30倍程度，但是近些年来，存在谋求实现更高变倍比化的实情。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而做出的，目的在于提供一种变焦镜头、镜头单元及使用该镜头单元的摄像装置，其能够实现40倍程度以上的变倍比，实现小型化，并且进一步良好地校正各种像差。
为了实现上述目的中的至少一个，反映本发明一个侧面的变焦镜头从物体侧向像侧依次由
具有正的光焦度的第一透镜组、
具有负的光焦度的第二透镜组、
具有光圈且具有正的光焦度的第三透镜组、
具有负的光焦度的第四透镜组、
具有正的光焦度的第五透镜组构成，
通过使各透镜组的间隔变化来进行变倍，
所述第一透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜、具有正的光焦度的第1-2透镜及具有正的光焦度的第1-3透镜构成，所述第五透镜组在变倍时、对焦时不一起移动，所述变焦镜头满足以下条件式：
νd12>80 (1)
νd13>80 (2)
nd11>1.9 (3)
18<f1/fw<22 (4)
其中，
νd12：所述第1-2透镜的阿贝数
νd13：所述第1-3透镜的阿贝数
nd11：所述第1-1透镜的折射率
f1：所述第一透镜组的合成焦距(mm)
fw：所述变焦镜头的广角端的焦距(mm)
变焦镜头整个系统从物体侧向像侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组、具有负的光焦度的第二透镜组、具有正的光焦度的第三透镜组、具有负的光焦度的第四透镜组和具有正的光焦度的第五透镜组构成。通过采用这样的结构，负透镜组为两组，成为从所述第一透镜组开始依次为正负正负正的配置，因此透镜系统整体的光焦度结构为对称结构，能够有效地对由畸变、慧差、倍率色差的对称形状校正的各像差进行校正。另外，通过使各透镜组的空气间隔(距离)变化，能够使各透镜组沿光轴方向移动而进行变倍及伴随着变倍的焦点位置变化校正(调焦)，由此像差校正的自由度增大，维持良好的光学性能、使整个长度及前透镜直径(第一透镜组的透镜最大直径)小型化，并且能够确保高变倍比。
另外，在所述第三透镜组中具有光圈，由此能够使出瞳位置远离摄像元件，因此容易确保在摄像元件为CCD或CMOS的情况下通常所需的远心性，进一步使入瞳位置更位于物体侧，因此能够实现前透镜直径和后透镜直径(第五透镜组的透镜最大直径)的小型化。
另外，通过使所述第一透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜、具有正的光焦度的第1-2透镜及具有正的光焦度的第1-3透镜构成，能够良好地进行校正望远端的球差及轴上色差、广角端的轴外光束的场曲及畸变。
另外，所述第五透镜组是离摄像元件最近的透镜组，假如采用使所述第五透镜组在变倍及/或对焦时移动的结构，则由于摄像元件与所述第五透镜组的距离接近，所以存在容易受到所述第五透镜组的杂物、损伤映入的影响，尤其是，在小型化的变焦镜头中，由于离像侧最近的透镜与摄像元件的距离更近，所以该倾向较为显著。因此，在本发明中，通过不使所述第五透镜组沿光轴方向移动，能够密封离像侧最近的透镜与摄像元件之间的空间，能够抑制杂物、损伤的影响。另外，利用所述第五透镜组和镜筒能够使摄像元件处于密封状态，因此能够防止尘埃等杂物混入摄像元件上。
条件式(1)、(2)是规定所述第一透镜组的正透镜的阿贝数的条件式。在高变倍比系统的变焦镜头中，望远端的轴上色差容易变大，其成为性能变差的原因。在望远端，由于在各透镜组中所述第一透镜组的光线高最高，所以受到玻璃材料的影响最大。因此，需要减小在所述第一透镜组所产生的轴上色差。相对于此，如条件式(1)、(2)所示，由于在所述第一透镜组使用两个低色散的玻璃材料，所以能够减小在所述第一透镜组所产生的轴上色差。由此，能够减小望远端的轴上色差，并且能够确保良好的性能。
条件式(3)是规定所述第一透镜组的负透镜的折射率的条件式。通过在所述第一透镜组中使用两个满足(1)、(2)式的低色散的玻璃材料能够减小轴上色差，但是导致实际存在的玻璃材料的光焦度变弱并使光学系统变得大型化。通过使用条件式(3)的值超过下限的折射率的玻璃材料，能够使变焦镜头小型化。
条件式(4)规定所述第一透镜组的焦距与广角端的焦距的比。通过同时满足条件式(3)，并且使条件式(4)的值低于上限，能够减弱所述第一透镜组的光焦度，不使用于变倍的移动量增大即可满足要求，因此能够实现光学系统的小型化。而且，通过使条件式(4)的值超过下限，能够不使所述第一透镜组的光焦度变得过强，因此主要能够抑制广角端的轴外光束所产生的场曲及畸变、望远端所产生的球差、轴上色差，能够确保良好的光学性能。另外，在将所述第一透镜组安装于镜筒时，相对于作为透镜组的偏芯误差的像差波动不会变得过大，量产性变得良好。在从物体侧依次为正负正负正的透镜组内，所述第一透镜组是从物体侧依次为负正正的透镜结构，所述第五透镜组不移动，在这样的结构中，通过满足条件式(1)～(4)，能够确保光学系统的小型化和良好的光学性能、量产性。
本镜头单元将上述变焦镜头安装在对所述变焦镜头进行保持的镜筒。
本摄像装置具有上述变焦镜头、对该变焦镜头进行保持的镜筒和对利用该变焦镜头形成的图像进行光电转换的固体摄像元件。
根据本发明，能够提供一种变焦镜头、镜头单元及使用该镜头单元的摄像装置，其能够实现40倍程度以上的变倍比，实现小型化，并且进一步良好地校正各像差。
附图说明
图1是本实施方式的摄像装置的一个例子即数码相机的从正面上部侧看到的立体图(a)及从背面下部侧看到的立体图(b)。
图2是具有本实施方式的变焦镜头的摄像装置的框图。
图3是实施例1的变焦镜头的广角端(a)、中间(b)、望远端(c)的镜头剖面图。
图4是(a)是实施例1的变焦镜头的广角端的球差、象散及畸变的像差图，图4(b)是实施例1的变焦镜头的中间的球差、象散及畸变的像差图，图4(c)是实施例1的变焦镜头的望远端的球差、象散及畸变的像差图。
图5是实施例2的变焦镜头的广角端(a)、中间(b)、望远端(c)的镜头剖面图。
图6是(a)是实施例2的变焦镜头的广角端的球差、象散及畸变的像差图，图6(b)是实施例2的变焦镜头的中间的球差、象散及畸变的像差图，图6(c)是实施例2的变焦镜头的望远端的球差、象散及畸变的像差图。
图7是实施例3的变焦镜头的广角端(a)、中间(b)、望远端(c)的镜头剖面图。
图8(a)是实施例3的变焦镜头的广角端的球差、象散及畸变的像差图，图8(b)是实施例3的变焦镜头的中间的球差、象散及畸变的像差图，图8(c)是实施例3的变焦镜头的望远端的球差、象散及畸变的像差图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本实施方式的摄像装置的一个例子即数码相机的从正面上部侧看到的立体图(a)及从背面下部侧看到的立体图(b)，图2是具有本实施方式的变焦镜头的摄像装置的框图。
在图1(a)中，数码相机DC具有：收缩式的透镜镜筒80，其内置(保持)变焦镜头101作为镜头单元并相对于相机机体81能够收缩；取景窗口82；释放按钮83；闪光灯发光部84；挂带安装部87；USB端子88；镜头盖89。在打开镜头盖89时，未图示的开关被进行打开操作，透镜镜筒80向前方伸出而处于拍摄状态，另一方面，在拍摄结束后，在关闭镜头盖89时，未图示的开关被进行关闭操作，透镜镜筒80收缩。此外，对于使透镜镜筒80收缩的结构，由于其被广泛知晓，因此以下不对其做详细说明。
而且，在图1(b)中，数码相机DC具有：取景器接目部91；红色和绿色显示灯92，其在释放按钮83被按下时通过发光或闪烁向拍摄者显示AF或AE信息；变焦按钮93，其根据拍摄者的操作进行放大、缩小；各种设定用的菜单/设置按钮95；选择按钮即四方向切换键96；显示图像或其他文字信息等的LCD显示器112；用于在LCD显示器112进行所拍摄的图像的回放的回放按钮97；选择在LCD显示器112显示的图像或其他文字信息的显示或隐藏的显示按钮98；进行拍摄记录的图像的删除的删除按钮99；三脚架孔71；开闭自如的电池/存储卡盖72。拍摄者利用菜单/设定按钮95使各种菜单在LCD显示器112上显示，利用选择按钮96进行选择，利用菜单/设定按钮95能够对设定进行确定。在电池/存储卡盖72的内部，装填有供给数码相机DC的电源的电池和记录所拍摄的图像的存储卡型的可移动式存储器。
而且，如图2所示，数码相机DC所搭载的摄像装置100具备：变焦镜头101；固定摄像元件102；A/D转换部103；控制部104；光学系统驱动部105；时刻产生部106；摄像元件驱动部107；图像存储器108；图像处理部109；图像压缩部110；图像记录部111；LCD显示器112；包括参照图1进行记载的按钮组的操作部113。
变焦镜头101具有使被摄对象在固体摄像元件102的摄像面上成像的功能。本实施方式的变焦镜头101是从物体侧向像侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组、具有负的光焦度的第二透镜组、具有光圈且具有正的光焦度的第三透镜组、具有负的光焦度的第四透镜组、具有正的光焦度的第五透镜组构成，并且通过使各透镜组的间隔变化来进行变倍的变焦镜头，后文将对其进行详细说明，第一透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜、具有正的光焦度的第1-2透镜及具有正的光焦度的第1-3透镜构成，第五透镜组在变倍时、对焦时不一起移动，并且满足以下条件式。
νd12>80 (1)
νd13>80 (2)
nd11>1.9 (3)
18<f1/fw<22 (4)
其中，
νd12：第1-2透镜的阿贝数
νd13：第1-3透镜的阿贝数
nd11：第1-1透镜的折射率
f1：第一透镜组的合成焦距
fw：变焦镜头的广角端的焦距
固体摄像元件102是CCD或CMOS等摄像元件，具备RGB滤色器，分别按照R、G、B对入射光进行光电转换而输出其模拟信号。A/D转换部103将模拟信号转换为数字的图像数据。
控制部104对摄像装置100的各部分进行控制。控制部104包括CPU(CentralProcess1ng Unit：中央处理器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)和ROM(Read Only Memory：只读存储器)，通过从ROM读取而在RAM中展开的各种程序和CPU的共同协作来执行各种处理。
光学系统驱动部105利用控制部104的控制，在变倍、对焦、露出等时，对变焦镜头101进行驱动控制。时刻产生部106输出模拟信号输出用的时序信号。摄像元件驱动部107对固体摄像元件102进行驱动控制。
图像存储器108能够读取及写入地存储图像数据。图像处理部109对图像数据实施各种图像处理。图像压缩部110利用JPEG(Joint Photographic Experts Group：联合图象专家组)等压缩方式，对摄像图像数据进行压缩。图像记录部111将图像数据记录在设置于未图示的卡槽的存储卡等记录媒介中。
LCD显示器112是彩色液晶面板等，显示拍摄后的图像数据、拍摄前的预览图像、各种操作界面等。操作部113经由参照图1所记载的按钮组，将使用者操作输入的信息输出到控制部104。
在这里，对摄像装置100的动作进行说明。在被摄对象的拍摄中，进行被摄对象的查看(预览图像显示)和图像拍摄。在查看时，经由变焦镜头101得到的被摄对象的像在固体摄像元件102的受光面(摄像面)上成像。配置在变焦镜头101的拍摄光轴后方的固体摄像元件102被时刻产生部106、摄像元件驱动部107驱动，将与每隔一定周期成像的光学像对应的作为光电转换输出的模拟信号作为一个画面的量输出。
该模拟信号被按照RGB各原色成分进行适宜的增益调整后，被A/D转换部103转换为数字数据。该数字数据被图像处理部109进行包括像素插值处理及γ校正处理的彩色处理，生成数字值的亮度信号Y及色差信号Cb、Cr(图像数据)而存储于图像存储器108，定期地读取该信号而生成其视频信号，输出到LCD显示器112。此外，白平衡调整机构即控制部104对拍摄图像的白平衡进行调整。
LCD显示器112在查看时具有作为电子取景器的功能，大致实时地显示摄像图像。在该状态下，随时基于拍摄者经由操作部113的输入，利用光学系统驱动部105的驱动对变焦镜头101的变倍、对焦、露出等进行设定。
在这样的观察状态下，在想要进行静止图像拍摄时，使用者通过对释放按钮83进行操作，能够拍摄静止图像数据。根据释放按钮83的操作，读取存储在图像存储器108中的一帧的图像数据，利用图像压缩部110进行压缩。该压缩的图像数据利用图像记录部111记录在可移动存储器中。
以下，对变焦镜头优选的实施方式进行说明。
优选上述变焦镜头满足以下条件式。
1.9<MD2/(β2t/β2w)<3.1 (5)
其中，
MD2：从所述第二透镜组的广角端到望远端的光轴方向的移动量(mm)
β2t：所述第二透镜组的望远端的横向放大率
β2w：所述第二透镜组的广角端的横向放大率
条件式(5)是规定从所述第二透镜组的广角端到望远端的光轴方向的移动量、所述第二透镜组的望远端与广角端的横向放大率的比的条件式。通过使条件式(5)的值低于上限，从而不需要扩大从所述第二透镜组的广角端到望远端的移动量，因此变焦镜头的小型化成为可能。通过使条件式(5)的值超过下限，从而不需要扩大从所述第二透镜组的广角端到望远端的横向放大率的比，因此不会使所述第二透镜组的光焦度过强。因此，所述第二透镜组所产生的慧差、象散不会变得过大，能够确保良好的光学性能。通过满足条件式(5)，能够确保光学系统的小型化和良好的光学性能。此外，优选满足以下公式。
2.1<MD2/(β2t/β2w)<3.1 (5')
另外，优选满足以下条件式。
8<|f1/f2|<10 (6)
其中，
f2：所述第二透镜组的合成焦距(mm)
条件式(6)是规定所述第一透镜组的合成焦距与所述第二透镜组的合成焦距的比的条件式。通过使条件式(6)的值低于上限，从而不会使所述第一透镜组的光焦度变得过弱，不需要增大用于确保变倍的所述第一透镜组的移动量，因此变焦镜头全长的缩短化成为可能。或者，由于确保变倍而所述第二透镜组的光焦度不会变得过强，所以在所述第二透镜组产生的慧差、象散变大，能够确保良好的性能。通过使条件式(6)的值超过下限，从而使所述第一透镜组的光焦度不会变得过强，能够缩小在所述第一透镜组所产生的场曲、畸变，因此能够确保良好的光学性能。或者，由于所述第二透镜组的光焦度不会变得过弱，所以不需要为了确保变焦而使所述第二透镜组大幅度地移动，光学系统的小型化成为可能。通过满足条件式(6)，能够确保光学系统的小型化和良好的光学性能。此外，优选满足以下公式。
8<|f1/f2|<9.5 (6')
另外，优选满足以下条件式。
1.5<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<3.5 (7)
其中，
β2t：所述第二透镜组的望远端的横向放大率。
β2w：所述第二透镜组的广角端的横向放大率
β3t：所述第三透镜组的望远端的横向放大率
β3w：所述第三透镜组的广角端的横向放大率
条件式(7)规定所述第二透镜组的望远端和广角端的横向放大率的比、所述第三透镜组的望远端和广角端的横向放大率的比。通过使条件式(7)的值低于上限，从而能够使所述第二透镜组的横向放大率的比不变得过大，因此能够不使所述第二透镜组的变倍过大。因此，能够抑制由所述第二透镜组的光焦度变强所导致的慧差、象散的产生，或者防止由所述第二透镜组的移动量变大而导致的光学系统的大型化。通过使条件式(7)的值超过下限，从而不会使所述第三透镜组的变倍过大。因此，能够抑制由所述第三透镜组的光焦度变强所导致的球差、慧差，或者防止由所述第三透镜组的移动量变大所导致的光学系统的大型化。通过满足条件式(7)，能够确保光学系统的小型化和良好的光学性能。此外，优选满足下式。
2.0<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<3.0 (7')
另外，优选满足以下条件式。
1.8<|f2/fw|<3.0 (8)
其中，
f2：所述第二透镜组的合成焦距(mm)
条件式(8)规定所述第二透镜组的焦距与广角端的整个系统的焦距的比。通过使条件式(8)的值低于上限，从而所述第二透镜组的光焦度不会变得过弱，因此不需要增大变倍所需的移动量，并且光学系统的小型化成为可能。通过使条件式(8)的值超过下限，从而所述第二透镜组的光焦度不会变得过强，因此能够防止在所述第二透镜组所产生的慧差、象散、场曲等的轴外像差的产生，能够确保良好的光学性能。另外，在将所述第二透镜组安装于镜筒时，相对于作为透镜组的偏芯误差的像差波动不会变得过大，量产性变得良好。通过满足条件式(8)，能够确保光学系统的小型化和良好的光学性能，能够确保量产性。此外，优选满足以下公式。
2.0<|f2/fw|<2.6 (8')
另外，优选满足以下条件式。
3<f3/fw<5 (9)
其中，
f3：所述第三透镜组的合成焦距(mm)
条件式(9)规定所述第三透镜组的焦距与广角端的整个系统的焦距的比。通过使条件式(9)的值低于上限，从而不会使所述第三透镜组的光焦度过弱，因此不需要扩大变倍所需的移动量，并且光学系统的小型化成为可能。另外，通过使条件式(9)的值超过下限，从而不会使所述第三透镜组的光焦度过强，因此能够抑制在所述第三透镜组所产生的球差、慧差等，能够确保良好的光学性能。另外，在将所述第二透镜组安装于镜筒时，相对于作为透镜组的偏芯误差的像差波动不会变得过大，量产性变得良好。通过满足条件式(9)，能够确保光学系统的小型化和良好的光学性能，能够确保量产性。此外，优选满足下式。
3.5<f3/fw<4.5 (9')
另外，在所述第一透镜组中，所述第1-1透镜与所述第1-2透镜构成彼此接合的接合透镜1-12，并且优选满足以下条件式。
νd1p-νd1n>45 (10)
其中，
νd1p：所述第一透镜组所包含的所述接合透镜内的具有正的光焦度的透镜的至少一片的阿贝数
νd1n：所述第一透镜组所包含的所述接合透镜内的具有负的光焦度的透镜的至少一片的阿贝数
通过在所述第一透镜组中使用负正接合透镜1-12，能够良好地校正在所述第一透镜组所产生的轴上色差。另外，通过使条件式(10)的值超过下限，从而能够减小所述第一透镜组内的轴上色差、倍率色差，因此能够确保良好的光学性能。
另外，优选所述第二透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的第2-1透镜、具有负的光焦度的第2-2透镜、具有正的光焦度的第2-3透镜构成。
所述第二透镜组从物体侧依次由负透镜、负透镜、正透镜构成，从而成为在从正透镜向物体侧排列两片负透镜的结构，能够立即缩小从直径大的所述第一透镜组以大的角度入射的光线的入射角度，并且能够有效地校正场曲和畸变。而且，将正透镜配置在比两片负透镜更靠像侧的位置，从而能够有效地校正广角端的倍率色差和望远端的轴上色差。由此，能够以少的透镜片数良好地校正场曲、畸变、倍率色差。
另外，所述第三透镜组从物体侧依次由具有所述光圈且具有正的光焦度的第3-1透镜、具有正的光焦度的第3-2透镜、具有负的光焦度的第3-3透镜、具有正的光焦度的第3-4透镜构成，所述第3-2透镜与所述第3-3透镜成为接合的第3-23透镜，优选所述第3-23透镜满足以下条件式。
νd3p-νd3n>20 (11)
其中，
νd3p：在所述第3-23透镜内，具有正的光焦度的透镜的阿贝数
νd3n：在所述第3-23透镜内，具有负的光焦度的透镜的阿贝数
所述第三透镜组从物体侧依次由正透镜、正透镜与负透镜的接合透镜、正透镜构成。所述第三透镜组具有光圈，由于光圈附近的光束变粗，所以容易产生球差、慧差，为了对其良好地进行校正，以往通常采用正负正的三片结构、或者正的单透镜与一组正·负接合透镜等三片透镜。然而，如果是具有高的变倍比，尤其是40倍以上的倍率的变焦镜头，三片透镜的像差的校正力不足，可能会经常产生慧差等轴外像差。因此，在本发明中，通过在比正的单透镜与正·负的接合透镜(第3-23透镜)更靠像侧的位置追加另一片正的单透镜(第3-4透镜)，抑制轴外像差的产生，得到良好的光学性能。
另外，优选所述第二透镜组、所述第三透镜组各组分别具有至少一片满足以下条件式的透镜。
nd>1.9 (12)
其中，
nd：相对于d线的折射率
所述第二透镜组、所述第三透镜组各组的至少一片透镜通过使用满足条件式(12)的材料，能够容易地增强各组的光焦度，缩小各组的移动量，因此使变焦镜头整体小型化成为可能。另外，通过使用满足条件式(12)的透镜，能够减缓透镜的曲率半径，因此能够抑制各种像差的产生且确保良好的光学性能。另外，由于曲率半径变缓，能够抑制相对于向镜筒安装时的偏芯误差的像差波动。通过使用满足条件式(12)的透镜，能够确保变焦镜头的小型化和良好的光学性能，并且使量产性提高。
另外，优选通过使所述第三透镜组沿光轴正交方向移动，对像面上的图像的模糊进行光学校正。
优选通过使所述第三透镜组沿与光轴正交的方向移动而对图像模糊进行校正。第三透镜组通常是小型轻量的透镜组，在校正图像模糊的情况下，优选使小型轻量的透镜组沿光轴正交方向移动。这是因为，通过以小型轻量的透镜组为校正透镜组来防止用于对图像模糊进行校正的执行机构变得复杂且大型化。另外，在图像模糊校正后为了确保良好的光学性能，需要校正沿光轴正交方向移动的透镜组所产生的像差。因此，通过以小型轻量且良好地进行了像差校正的所述第三透镜组为抖动校正组，能够实现良好的光学性能的确保和用于图像模糊校正的执行机构的小型化。
另外，优选所述第四透镜组由单透镜构成。所述第四透镜组仅次于所述第五透镜组地靠近像面，因此穿过所述第四透镜组的光束变细，能够将球差、慧差的产生量抑制得较小。因此，从实现低成本化、光学系统的小型化的观点来看，优选以单透镜构成所述第四透镜组。
另外，优选通过使所述第四透镜组沿光轴方向移动来进行调焦。通过利用所述第四透镜组进行调焦，能够不引起透镜组伸出所带来的光学全长的增加、前透镜直径的增大，直到近距离的被摄对象都能够形成鲜明的像。
另外，所述第五透镜组由具有正的光焦度的塑料制的单透镜构成，优选具有至少一个非球面。由于所述第五透镜组靠近像面，所以穿过其的光束变细，能够将球差、慧差的产生量抑制得较小。因此，从实现低成本化和光学系统的小型化的观点来看，优选利用单透镜构成所述第五透镜组。另外，所述第五透镜能够将球差、慧差的产生量抑制得较小，因此通过使所述第五透镜为塑料制，且是具有至少一个非球面的形状，能够兼顾低成本化和良好的像差特性。
另外，上述变焦镜头也可以具有实质上不具有光焦度的透镜。也就是说，在上述变焦镜头的结构中，施加实质上不具有光焦度的伪透镜的情况也在本发明的适用范围内。
(实施例)
接着，对在上述实施方式中优选的实施例进行说明。但是，本发明并不限于以下所示的实施例。
Fno：F数
R：透镜面的曲率半径(mm)
D：透镜面的间隔(mm)
Nd：透镜材料的d线的折射率
νd：透镜材料的阿贝数
f：焦距(mm)
fB：后焦点(mm)
2Y：固体摄像元件的摄像面对角最大像高(mm)
ENTP：入瞳位置(从第一面到入瞳位置的距离)
EXTP：出瞳位置(从摄像面到出瞳位置的距离)
H1：前侧主点位置(从第一面到前侧主点位置的距离)
H2：后侧主点位置(从最终面到后侧主点位置的距离)
另外，面序号中的*表示非球面，在以面的顶点为原点、以光轴方向为X轴的正交坐标系中，以顶点曲率为C、以圆锥常数为K、以非球面系数为A4、A6、A8、A10、A12而使用以下计算式表示。此外，此后(包括表中的透镜数据)，使用E(例如，2.5×E-03)来表示10的幂数(例如2.5×10-03)。另外，在记载以下实施例的比较数据的表内所记载的F数、视场角、后焦点均表示无限远的物体距离时的值。另外，后焦点是指，从保护玻璃的最终面到成像位置的距离。只要没有特别的限制，表示距离的数值的单位为mm。
【数学式1】
(实施例1)
实施例1的透镜数据如表1所示。图3是实施例1的变焦镜头的广角端(a)、中间(b)、望远端(c)的镜头剖面图。在本实施例中，从物体侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组G1、具有负的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3、具有负的光焦度的第四透镜组G4、具有正的光焦度的第五透镜组G5构成。第一透镜组G1从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜L11、具有正的光焦度的第1-2透镜L12及具有正的光焦度的第1-3透镜L13构成，第1-1透镜L11与第1-2透镜L12接合而构成第1-12透镜L112。第二透镜组G2从物体侧依次由具有负的光焦度的第2-1透镜L21、具有负的光焦度的第2-2透镜L22、具有正的光焦度的第2-3透镜L23构成，第2-2透镜L22与第2-3透镜L23接合而构成第2-23透镜L223。第三透镜组L3从物体侧依次由具有光圈S且具有正的光焦度的第3-1透镜L31、具有正的光焦度的第3-2透镜L32、具有负的光焦度的第3-3透镜L33、具有正的光焦度的第3-4透镜L34构成，第3-2透镜L32与第3-3透镜L33接合而构成第3-23透镜L323。第四透镜组G4由具有负的光焦度的第4-1透镜L41构成。第五透镜组G5由具有正的光焦度的塑料制的第5-1透镜L51构成。F为IR截止滤光器，CG为保护玻璃，I为固体摄像元件的摄像面。
在本实施例中，在从广角端向望远端侧进行变倍时，第一透镜组G1向物体侧移动，第二透镜组G2向像侧移动，第三透镜组G3向物体侧移动，第四透镜组G4向物体侧移动，第五透镜组G5被固定，即在变倍时、对焦时不移动。此外，在本实施例中，在图像模糊校正时，第三透镜组G3向相对于由第一透镜组G1至第五透镜组G5构成的光轴的正交方向被驱动。另外，在调焦时，第四透镜组G4沿光轴方向被驱动。在本实施例中，第二透镜组G2的第2-1透镜L21或第2-3透镜L23、第三透镜组G3的L3-3透镜L33满足nd>1.9。
图4(a)表示实施例1的变焦镜头的广角端的球差、象散及畸变的像差图，图4(b)表示实施例1的变焦镜头的中间的球差、象散及畸变的像差图，图4(c)表示实施例l的变焦镜头的望远端的球差、象散及畸变的像差图。在这里，在球差图中，g表示相对于g线的球差量，d表示相对于d线的球差量。另外，在象散图及子午慧差图中，实线S表示弧矢面，虚线M表示子午面(以下相同)。
【表1】
实施例1
f(整个系统的焦距)＝4.08-23.30-163.11[广角、中间、望远]
Fno＝3.05-5.05-6.70[广角、中间、望远]
变焦比＝40.0
1组：1面～6面
2组：7面～12面
3组：13面～21面
4组：22面～23面
5组：24面～25面
各位置的焦距、F数、视场角(°)、固体摄像元件的摄像面对角线长、组间距、fB
入瞳位置、出瞳位置(均为L1开始像侧为正)、前侧主点位置、后侧主点位置(均从L1开始像侧为正)
透镜组数据
非球面系数
实施例2的透镜数据如表2所示。图5是实施例2的变焦镜头的广角端(a)、中间(b)、望远端(c)的镜头剖面图。在本实施例中，从物体侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组G1、具有负的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3、具有负的光焦度的第四透镜组G4、具有正的光焦度的第五透镜组G5构成。第一透镜组G1从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜L11、具有正的光焦度的第1-2透镜L12及具有正的光焦度的第1-3透镜L13构成，第1-1透镜L11与第1-2透镜L12接合而构成第1-12透镜L112。第二透镜组G2从物体侧依次由具有负的光焦度的第2-1透镜L21、具有负的光焦度的第2-2透镜L22、具有正的光焦度的第2-3透镜L23构成，第2-2透镜L22与第2-3透镜L23接合而构成第2-23透镜L223。第三透镜组L3从物体侧依次由具有光圈S且具有正的光焦度的第3-1透镜L31、具有正的光焦度的第3-2透镜L32、具有负的光焦度的第3-3透镜L33、具有正的光焦度的第3-4透镜L34构成，第3-2透镜L32与第3-3透镜L33接合而构成第3-23透镜L323。第四透镜组G4由具有负的光焦度的第4-1透镜L41构成。第五透镜组G5由具有正的光焦度的塑料制的第5-1透镜L51构成。F为IR截止滤光器，CG为保护玻璃，I为固体摄像元件的摄像面。在本实施例中，第二透镜组G2的第2-3透镜L23、第三透镜组G3的L3-3透镜L33满足nd>1.9。
在本实施例中，在从广角端向望远端侧进行变倍时，第一透镜组G1向物体侧移动，第二透镜组G2向像侧移动，第三透镜组G3向物体侧移动，第四透镜组G4向物体侧移动，第五透镜组G5被固定，即在变倍时、对焦时不移动。此外，在本实施例中，在图像模糊校正时，第三透镜组G3沿相对于由第一透镜组G1至第五透镜组G5构成的光轴的正交方向被驱动。另外，在调焦时第四透镜组G4沿光轴方向被驱动。
图6(a)表示实施例2的变焦镜头的广角端的球差、象散及畸变的像差图，图6(b)表示实施例2的变焦镜头的中间的球差、象散及畸变的像差图，图6(c)表示实施例2的变焦镜头的望远端的球差、象散及畸变的像差图。
【表2】
实施例2
f(整个系统的焦距)＝4.08-23.30-183.62
Fno＝3.05-5.08-6.73[广角、中间、望远]
变焦比＝45.0[广角、中间、望远]
1组：1面～6面
2组：7面～12面
3组：13面～21面
4组：22面～23面
5组：24面～25面
各位置的焦距、F数、视场角(°)、固体摄像元件的摄像面对角线长、组间隔、fB
入瞳位置、出瞳位置(均从L1开始像侧为正)、前侧主点位置、后侧主点位置(均从L1开始像侧为正)
透镜组数据
非球面系数
实施例3的透镜数据如表3所示。图7是实施例3的变焦镜头的广角端(a)、中间(b)、望远端(c)的镜头剖面图。在本实施例中，从物体侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组G1、具有负的光焦度的第二透镜组G2、具有正的光焦度的第三透镜组G3、具有负的光焦度的第四透镜组G4、具有正的光焦度的第五透镜组G5构成。第一透镜组G1从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜L11、具有正的光焦度的第1-2透镜L12及具有正的光焦度的第1-3透镜L13构成，第1-1透镜L11与第1-2透镜L12接合而构成第1-12透镜L112。第二透镜组G2从物体侧依次由具有负的光焦度的第2-1透镜L21、具有负的光焦度的第2-2透镜L22、具有正的光焦度的第2-3透镜L23构成，第2-2透镜L22与第2-3透镜L23接合而构成第2-23透镜L223。第三透镜组L3从物体侧依次由具有光圈S且具有正的光焦度的第3-1透镜L31、具有正的光焦度的第3-2透镜L32、具有负的光焦度的第3-3透镜L33、具有正的光焦度的第3-4透镜L34构成，第3-2透镜L32与第3-3透镜L33接合而构成第3-23透镜L323。第四透镜组G4由具有负的光焦度的第4-1透镜L41构成。第五透镜组G5由具有正的光焦度的塑料制的第5-1透镜L51构成。F为IR截止滤光器，CG为保护玻璃，I为固体摄像元件的摄像面。在本实施例中，第二透镜组G2的第2-1透镜L21或第2-3透镜L23、第三透镜组G3的L3-3透镜L33满足nd>1.9。
在本实施例中，在从广角端向望远端侧进行变倍时，第一透镜组G1向物体侧移动，第二透镜组G2向像侧移动，第三透镜组G3向物体侧移动，第四透镜组G4向物体侧移动，第五透镜组G5被固定，即在变倍时、对焦时不移动。此外，在本实施例中，在图像模糊校正时，第三透镜组G3沿相对于由第一透镜组G1至第五透镜组G5构成的光轴的正交方向被驱动。另外，在调焦时，第四透镜组G4沿光轴方向被驱动。
图8(a)表示实施例3的变焦镜头的广角端的球差、象散及畸变的像差图，图8(b)表示实施例3的变焦镜头的中间的球差、象散及畸变的像差图，图8(c)表示实施例3的变焦镜头的望远端的球差、象散及畸变的像差图。
【表3】
实施例3
f(整个系统的焦距)＝4.08-28.83-204.07[广角、中间、望远]
Fno＝3.05-5.11-6.84[广角、中间、望远]
变焦比＝50.0
1组：1面～6面
2组：7面～12面
3组：13面～21面
4组：22面～23面
5组：24面～25面
各位置的焦距、F数、视场角(°)、固体摄像元件的摄像面对角线长、组间距、fB
入瞳位置、出瞳位置(均从Ll开始像侧为正)、前侧主点位置、后侧主点位置(均从Ll开始像侧为正)
透镜组数据
非球面系数
表4中汇总表示了在技术方案中所记载的条件式的值。对于条件式(12)的值，如表1至3所示。
【表4】
条件式的值
| 下限 | 上限 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | ||
| 条件式(1) | vd12 | 80 | - | 81.608 | 81.608 | 81.608 |
| 条件式(2) | vd13 | 80 | - | 81.608 | 81.608 | 81.608 |
| 条件式(3) | nd1 | 1.9 | - | 1.904 | 1.904 | 1.911 |
| 条件式(4) | f1/fw | 18 | 22 | 20.541 | 18.500 | 21.945 |
| 条件式(5) | MD2/(β2t/β2w) | 1.9 | 3.1 | 2.668 | 2.200 | 3.100 |
| 条件式(6) | |f1/f2| | 8 | 10 | 9.153 | 9.016 | 8.501 |
| 条件式(7) | (β2t/β2w)/(β3t/β3w) | 1.5 | 3.5 | 2.109 | 2.485 | 2.808 |
| 条件式(8) | |f2/fw| | 1.8 | 3 | 2.244 | 2.052 | 2.582 |
| 条件式(9) | f3/fw | 3 | 5 | 3.609 | 3.787 | 4.498 |
| 条件式(10) | vd1p-vd1n | 45 | - | 50.293 | 50.293 | 46.358 |
| 条件式(11) | vd3p-vd3n | 20 | - | 39.126 | 28.948 | 20.200 |
上述实施方式及各实施例是本发明优选的变焦镜头及摄像装置的一个例子，但本发明不限于此，另外，本摄像装置也能够搭载于摄像机。即，本发明不限于本说明书所述的实施方式或实施例，其他实施例、变形例对于本领域技术人员来说是从本说明书所记载的实施方式、实施例、技术思想而显而易见的。
附图标记说明
71 三脚架孔
72 存储卡盖
80 透镜镜筒
81 相机机体
82 取景窗口
83 释放按钮
84 闪光灯发光部
87 挂带安装部
88 USB端子
89 镜头盖
91 取景器接目部
92 显示灯
93 变焦按钮
95 设定按钮
96 四方向切换键
96 选择按钮
97 回放按钮
98 显示按钮
99 删除按钮
100 摄像装置
101 变焦镜头
102 固体摄像元件
103 转换部
104 控制部
105 光学系统驱动部
106 时刻产生部
107 摄像元件驱动部
108 图像存储器
109 图像处理部
110 图像压缩部
111 图像记录部
112 LCD显示器
113 操作部
DC 数码相机
G1～G5 透镜组
F IR 截止滤光器
CG 保护玻璃
I 固体摄像元件的摄像面
S 光圈
Claims (17)
1.一种变焦镜头，其从物体侧向像侧依次由
具有正的光焦度的第一透镜组、
具有负的光焦度的第二透镜组、
具有光圈且具有正的光焦度的第三透镜组、
具有负的光焦度的第四透镜组、
具有正的光焦度的第五透镜组构成，
通过使各透镜组的间隔变化而进行变倍，所述变焦镜头的特征在于，
所述第一透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的第1-1透镜、具有正的光焦度的第1-2透镜及具有正的光焦度的第1-3透镜构成，所述第五透镜组在变倍时、对焦时不一起移动，
所述变焦镜头满足以下条件式：
νd12>80 (1)
νd13>80 (2)
nd11>1.9 (3)
18<f1/fw<22 (4)
其中，
νd12：所述第1-2透镜的阿贝数
νd13：所述第1-3透镜的阿贝数
nd11：所述第1-1透镜的折射率
f1：所述第一透镜组的合成焦距(mm)
fw：所述变焦镜头的广角端的焦距(mm)。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件式：
1.9<MD2/(β2t/β2w)<3.1 (5)
其中，
MD2：从所述第二透镜组的广角端到望远端的光轴方向的移动量(mm)
β2t：所述第二透镜组的望远端的横向放大率
β2w：所述第二透镜组的广角端的横向放大率。
3.根据权利要求l所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件式：
8<|f1/f2|<10 (6)
其中，
f2：所述第二透镜组的合成焦距(mm)。
4.根据权利要求l所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件式：
1.5<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<3.5 (7)
其中，
β2t：所述第二透镜组的望远端的横向放大率
β2w：所述第二透镜组的广角端的横向放大率
β3t：所述第三透镜组的望远端的横向放大率
β3w：所述第三透镜组的广角端的横向放大率。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件式：
1.8<|f2/fw|<3.0 (8)
其中，
f2：所述第二透镜组的合成焦距(mm)。
6.根据权利要求l所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件式：
3<f3/fw<5 (9)
其中，
f3：所述第三透镜组的合成焦距(mm)。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
在所述第一透镜组，构成有所述第1-1透镜与所述第1-2透镜相互接合的接合透镜1-12，并且满足以下条件式：
νd1p-νd1n>45 (10)
其中，
νd1p：所述第一透镜组所包含的所述接合透镜内的具有正的光焦度的透镜的至少一片的阿贝数
νd1n：所述第一透镜组所包含的所述接合透镜内的具有负的光焦度的透镜的至少一片的阿贝数。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第二透镜组从物体侧依次由具有负的光焦度的第2-1透镜、具有负的光焦度的第2-2透镜、具有正的光焦度的第2-3透镜构成。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第三透镜组从物体侧依次由具有所述光圈且具有正的光焦度的第3-1透镜、具有正的光焦度的第3-2透镜、具有负的光焦度的第3-3透镜、具有正的光焦度的第3-4透镜构成，所述第3-2透镜与所述第3-3透镜成为接合的第3-23透镜，所述第3-23透镜满足以下条件式：
νd3p-νd3n>20 (11)
其中，
νd3p：所述第3-23透镜内的具有正的光焦度的透镜的阿贝数
νd3n：所述第3-23透镜内的具有负的光焦度的透镜的阿贝数。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第二透镜组、所述第三透镜组各组分别至少具有一片满足以下条件式的透镜，
nd>1.9 (12)
其中，
nd：相对于d线的折射率。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
通过使所述第三透镜组沿光轴正交方向移动，对像面上的图像模糊进行光学校正。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第四透镜组由单透镜构成。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，通过使所述第四透镜组沿光轴方向移动来进行调焦。
14.根据权利要求l所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第五透镜组由具有正的光焦度的塑料制的单透镜构成，并且具有至少一个非球面。
15.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述变焦镜头具有实质上不具有光焦度的透镜。
16.一种镜头单元，其特征在于，
将权利要求1至15中任一项所述的变焦镜头安装在保持所述变焦镜头的镜筒。
17.一种摄像装置，其特征在于，具有：
权利要求1至15中任一项所述的变焦镜头；保持该变焦镜头的镜筒；对利用该变焦镜头形成的图像进行光电转换的固体摄像元件。
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