CN104865685A - 变焦透镜及摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实现了变焦透镜及具备该变焦透镜的摄像装置，该变焦透镜能够抑制对焦时的视场角变化，且相对于大的图像尺寸，能够小型·轻量地构成，并具有高的光学性能。变焦透镜从物侧依次由正的第一透镜组(G1)、移动透镜组(Gm)、光阑、正的最终透镜组(Ge)构成，该正的第一透镜组(G1)在倍率变更时固定，该移动透镜组(Gm)由在倍率变更时使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动的2个以上的透镜组构成，该正的最终透镜组(Ge)在倍率变更时固定。第一透镜组(G1)从物侧依次由负的第一透镜组前组(G1a)、正的第一透镜组中组(G1b)、正的第一透镜组后组(G1c)构成。在对焦时，仅第一透镜组中组(G1b)沿光轴方向移动。第一透镜组中组(G1b)至少包含1个满足规定的条件式的非球面透镜。

Description

变焦透镜及摄像装置
技术领域
本发明涉及变焦透镜及摄像装置，更详细而言，涉及适合于数码相机、摄像机、电影摄影用相机、广播用相机、监控相机等的变焦透镜及具备该变焦透镜的摄像装置。
背景技术
作为搭载于电视摄像机或广播用相机等的变焦透镜，已知有例如下述专利文献1～3中记载的4组类型的结构。在专利文献1～3中记载有一种透镜系统，其从物侧依次配置有：在倍率变更时固定的正的第一透镜组；在倍率变更时移动的第二透镜组；具有与倍率变更相伴的像面变动的修正功能的第三透镜组；以及在倍率变更时固定的正的第四透镜组。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2001-116993号公报
【专利文献2】日本专利第4478247号公报
【专利文献3】日本专利第5241166号公报
【发明的概要】
【发明要解决的课题】
在电影摄影用相机、广播用相机等中，期望对焦引起的视场角的变化小，因此大多采用将最靠物侧的第一透镜组由3个透镜组构成且仅使其中的中间的透镜组移动的内聚焦方式。除了需要将这样的第一透镜组由3个透镜组构成之外，为了进行望远侧的球面像差等的良好的修正，还使第一透镜组的透镜片数增多，且容易大型化并容易使重量变重。另一方面，近些年，使用CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)等摄像元件的电子摄像装置为主流，伴随摄像元件的高像素化而摄像元件的图像尺寸的大型化不断进展。与大的图像尺寸对应而可能使透镜系统扩大，但对于电影摄影用相机、广播用相机等而言，要求可搬运性，因此要求有一种即便对于大的图像尺寸，也能够小型且轻量地构成的透镜系统。然而，若要使专利文献1～3所记载的透镜系统与大的图像尺寸对应。则第一透镜组会变得非常大。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种变焦透镜及具备这样的变焦透镜的摄像装置，该变焦透镜能够抑制对焦时的视场角变化，且对于大的图像尺寸也能够实现小型化·轻量化，并具有高的光学性能。
【用于解决课题的手段】
本发明的变焦透镜的特征在于，所述变焦透镜实质上从物侧依次包括第一透镜组、移动透镜组、光阑、最终透镜组，该第一透镜组在倍率变更时相对于像面被固定且具有正的光焦度，该移动透镜组由倍率变更时使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动的2个以上的透镜组构成，该最终透镜组在倍率变更时相对于像面被固定且具有正的光焦度，第一透镜组实质上从物侧依次包括第一透镜组前组、第一透镜组中组及第一透镜组后组，该第一透镜组前组在对焦时相对于像面被固定且具有负的光焦度，该第一透镜组中组在对焦时沿光轴方向移动且具有正的光焦度，该第一透镜组后组在对焦时相对于像面被固定且具有正的光焦度，第一透镜组中组包含满足下述条件式(1)的至少1个非球面透镜，该非球面透镜具有的非球面中的至少1个满足下述条件式(2)，
0＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw  (1)
30＜Das·y/IH2＜100  (2)
其中，
yf：广角端的最大像高的主光线的在非球面透镜的物侧的面上的高度
yr：广角端的最大像高的主光线的在非球面透镜的像侧的面上的高度
Xf(yf)：非球面透镜的物侧的面与该面的近轴球面的在高度yf处的光轴方向的偏离量
Xr(yr)：非球面透镜的像侧的面与该面的近轴球面的在高度yr处的光轴方向的偏离量
fw：广角端的整个系统的焦点距离
Das：从非球面透镜的非球面到光阑的光轴上的距离
y：广角端的最大像高的主光线的在非球面透镜的非球面上的高度
IH：最大像高，
Xf(yf)的符号以在高度yf处非球面透镜的物侧的面处于比该面的近轴球面靠物侧的位置的情况为负，以在高度yf处非球面透镜的物侧的面处于比该面的近轴球面靠像侧的位置的情况为正，Xr(yr)的符号以在高度yr处非球面透镜的像侧的面处于比该面的近轴球面靠物侧的位置的情况为负，以在高度yr处非球面透镜的像侧的面处于比该面的近轴球面靠像侧的位置的情况为正。
在本发明的变焦透镜中，优选满足下述条件式(3)～(5)、(8)、(1-1)、(2-1)、(4-1)、(5-1)中的任1个或任意的组合，
0.002＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw＜0.05  (1-1)
40＜Das·y/IH2＜80  (2-1)
Das/(IH·Zr)＜2  (3)
3＜f1b/fw＜30  (4)
5＜f1b/fw＜15  (4-1)
2＜f1/fw＜15  (5)
3＜f1/fw＜8  (5-1)
-6＜f1a/fw＜-3  (8)
其中，
Zr：变焦比
f1b：第一透镜组中组的焦点距离
f1：第一透镜组的焦点距离
f1a：第一透镜组前组的焦点距离。
另外，在本发明的变焦透镜中，优选第一透镜组前组实质上从物侧依次包括负透镜和接合透镜，该接合透镜通过将负透镜及正透镜从物侧依次接合而成，且所述变焦透镜满足下述条件式(6)、(7)，更优选所述变焦透镜满足下述条件式(6-1)、(7-1)，
1.7＜Nd(1a-)  (6)
1.75＜Nd(1a-)  (6-1)
vd(1a+)＜28  (7)
vd(1a+)＜25  (7-1)
其中，
Nd(1a-)：第一透镜组前组具有的负透镜的相对于d线的平均折射率
vd(1a+)：第一透镜组前组具有的正透镜的相对于d线的阿贝数。
另外，在本发明的变焦透镜中，优选第一透镜组中组为实质上从物侧依次包括正透镜、负透镜、正透镜的3片结构，或者为实质上从物侧依次包括2片正透镜、负透镜、正透镜的4片结构。
另外，在本发明的变焦透镜中，优选构成移动透镜组的透镜组中，从像侧开始第1个及第2个透镜组都具有负的光焦度。
另外，在本发明的变焦透镜中，优选第一透镜组中组由在对焦时使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动的2个透镜组构成。
本发明的摄像装置的特征在于，具备上述记载的本发明的变焦透镜。
需要说明的是，上述各“透镜组”未必一定由多个透镜构成，还包括仅由1片透镜构成的情况。
需要说明的是，上述的“实质上…包括”中的“实质上”除了列举的构成要素以外，实质上还可以包括不具有放大率的透镜、光阑、玻璃罩或滤光片等透镜以外的光学要素等。
需要说明的是，本说明书中记载的光焦度的符号、透镜的面形状只要没有特别说明，对于包含非球面的情况而言，就是近轴区域的光焦度的符号、透镜的面形状。
【发明效果】
根据本发明，在从物侧依次包括正的固定组、由多个透镜组构成的移动组、及正的固定组的透镜系统中，使最靠物侧的正的固定组由3个透镜组构成，其中仅使中间的透镜组为聚焦组，且使该聚焦组具有满足规定的条件式的非球面，因此能够提供一种变焦透镜及具备这样的变焦透镜的摄像装置，该变焦透镜能够抑制对焦时的视场角变化，相对于大的图像尺寸而能够实现小型化·轻量化，且具有高的光学性能。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的变焦透镜的广角端的透镜结构的剖视图。
图2是用于说明条件式(1)、(2)的记号的图。
图3是用于说明Xf(yf)的图。
图4是表示本发明的实施例1的变焦透镜的透镜结构的剖视图，上段是广角端状态的透镜结构的剖视图，中段是中间焦点距离状态的透镜结构的剖视图，下段是望远端状态的透镜结构的剖视图。
图5是表示本发明的实施例2的变焦透镜的透镜结构的剖视图，上段是广角端状态的透镜结构的剖视图，中段是中间焦点距离状态的透镜结构的剖视图，下段是望远端状态的透镜结构的剖视图。
图6是表示本发明的实施例3的变焦透镜的透镜结构的剖视图，上段是广角端状态的透镜结构的剖视图，中段是中间焦点距离状态的透镜结构的剖视图，下段是望远端状态的透镜结构的剖视图。
图7是表示本发明的实施例4的变焦透镜的透镜结构的剖视图，上段是广角端状态的透镜结构的剖视图，中段是中间焦点距离状态的透镜结构的剖视图，下段是望远端状态的透镜结构的剖视图。
图8是表示本发明的实施例5的变焦透镜的透镜结构的剖视图，上段是广角端状态的透镜结构的剖视图，中段是中间焦点距离状态的透镜结构的剖视图，下段是望远端状态的透镜结构的剖视图。
图9是本发明的实施例1的变焦透镜的各像差图，上段是广角端状态的各像差图，中段是中间焦点距离状态的各像差图，下段是望远端状态的各像差图，各状态的像差图都从左依次为球面像差图、像散图，歪曲像差图、倍率色差图。
图10是本发明的实施例2的变焦透镜的各像差图，上段是广角端状态的各像差图，中段是中间焦点距离状态的各像差图，下段是望远端状态的各像差图，各状态的像差图都从左依次为球面像差图、像散图、歪曲像差图、倍率色差图。
图11是本发明的实施例3的变焦透镜的各像差图，上段是广角端状态的各像差图，中段是中间焦点距离状态的各像差图，下段是望远端状态的各像差图，各状态的像差图都从左依次为球面像差图、像散图、歪曲像差图、倍率色差图。
图12是本发明的实施例4的变焦透镜的各像差图，上段是广角端状态的各像差图，中段是中间焦点距离状态的各像差图，下段是望远端状态的各像差图，各状态的像差图都从左依次为球面像差图、像散图、歪曲像差图、倍率色差图。
图13是本发明的实施例5的变焦透镜的各像差图，上段是广角端状态的各像差图，中段是中间焦点距离状态的各像差图，下段是望远端状态的各像差图，各状态的像差图都从左依次为球面像差图、像散图、歪曲像差图、倍率色差图。
图14是本发明的实施方式的摄像装置的简要的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细地说明。在图1中示出表示本发明的一实施方式的变焦透镜的向无限远物体对焦的状态下的广角端的透镜结构的剖视图。需要说明的是，图1所示的例子与后述的实施例1对应。在图1中，纸面左侧为物侧，纸面右侧为像侧。
在将该变焦透镜搭载于摄像装置时，优选具备与保护用的玻璃罩或摄像装置的规格对应的低通滤光片、红外线截止滤光片等各种滤光片，在图1中，示出将假定了上述结构的平行平板状的光学构件PP配置在透镜系统与像面Sim之间的例子。
本发明的变焦透镜实质上沿着光轴Z从物侧依次包括：在倍率变更时相对于像面Sim固定的具有正的光焦度的第一透镜组G1；由倍率变更时使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动的2个以上的透镜组构成的移动透镜组Gm；开口光阑St；在倍率变更时相对于像面Sim固定的具有正的光焦度的最终透镜组Ge。需要说明的是，图1所示的开口光阑St不表示形状或大小，而表示光轴上的位置。
图1所示的变焦透镜沿着光轴Z从物侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有负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、开口光阑St、具有正的光焦度的第五透镜组G5构成，在从广角端向望远端倍率变更时，第一透镜组G1、第五透镜组G5相对于像面Sim固定，第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动。在图1所示的例子中，由第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4构成的透镜组与移动透镜组Gm对应，第五透镜组G5与最终透镜组Ge对应。
在图1的第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4的下方记载的曲线状的箭头简要地表示从广角端向望远端倍率变更时移动的各透镜组的移动轨迹。在图1所示的例子中，在从广角端向望远端倍率变更时，第二透镜组G2不向物侧移动而始终向像侧移动，第三透镜组G3也不向物侧移动而始终向像侧移动，第四透镜组G4暂且向物侧移动之后向像侧移动。
在图1所示的例子中，第一透镜组G1从物侧依次由透镜L11～透镜L19这9片透镜构成，第二透镜组G2由透镜L21这1片透镜构成，第三透镜组G3从物侧依次由透镜L31～透镜L35这5片透镜构成，第四透镜组G4从物侧依次由透镜L41～透镜L42这2片透镜构成，第五透镜组G5从物侧依次由透镜L51～透镜L62这12片透镜构成。
在该变焦透镜中，通过使最靠物侧的第一透镜组G1为正透镜组，从而能够实现透镜系统全长的缩短，对小型化有利。另外，通过使最靠像侧的第五透镜组G5为正透镜组，从而能够抑制轴外光线的主光线向像面Sim入射的入射角变大的情况，能够抑制暗影。由于最靠物侧的透镜组和最靠像侧的透镜组在倍率变更时固定，因此在倍率变更时透镜系统全长不会发生变化。这样的从物侧依次由正的固定组、移动组、开口光阑St及正的固定组构成的结构能够实现小型化且高性能化，利便性高，尤其适合于电影摄影用相机或广播用相机，其中，该移动组由使各透镜组的间隔变化而移动的多个透镜组构成。
构成移动透镜组Gm的多个透镜组中，优选从像侧开始第1个及第2个透镜组都具有负的光焦度，在这样的情况下，能够抑制透镜系统全长。若使从移动透镜组的像侧开始第1个、第2个透镜组分别为正透镜组、负透镜组的情况下，在从广角端向望远端倍率变更时，负透镜组向像侧移动，正透镜组向物侧移动，因此为了透镜组的移动而需要长的空间，从而使透镜系统大型化。
移动透镜组Gm例如可以为由使相互的空气间隔变化而移动的2个负透镜组构成的2组结构，在这样的情况下，能够将移动透镜组Gm以最少数目的透镜组构成，因此能够简化驱动机构，且能够实现装置的小型化。或者，移动透镜组Gm也可以为由使相互的空气间隔变化而移动的3个负透镜组构成的3组结构，在这样的情况下，与2组结构的情况相比，对倍率变更时的各像差的变化的抑制更有利。
或者，移动透镜组Gm也可以为从物侧依次由使相互的空气间隔变化而移动的正透镜组、负透镜组、负透镜组构成的3组结构。在这样的情况下，能够抑制望远侧的第一透镜组G1的有效径，且能够抑制第一透镜组G1的外径，因此能够实现小型化·轻量化，并且，能够抑制倍率变更时的球面像差的变化，即便在使透镜系统为高倍率的情况下，在倍率变更时也能够维持良好的性能。
另外，移动透镜组Gm的最靠像侧的负透镜组例如可以由将负透镜、正透镜从物侧依次接合而成1组的接合透镜构成，通过在开口光阑St附近配置这样的接合透镜，由此对抑制倍率变更时的色差的变化有利。
该变焦透镜的第一透镜组G1实质上由3个透镜组构成，这3个透镜组从物侧依次由具有负的光焦度的第一透镜组前组G1a、具有正的光焦度的第一透镜组中组G1b及具有正的光焦度的第一透镜组后组G1c构成。并且，在从无限远物体向近距离物体的对焦时，第一透镜组前组G1a和第一透镜组后组G1c相对于像面Sim固定，仅第一透镜组中组G1b沿光轴方向移动。通过采用这样的结构，能够抑制对焦时的像差变化和视场角变化。在图1中，在第一透镜组中组G1b的下方记入水平方向的直线状的箭头来表示第一透镜组中组G1b为聚焦组的情况。
在图1所示的例子中，第一透镜组前组G1a从物侧依次由透镜L11～透镜L13构成，第一透镜组中组G1b从物侧依次由透镜L14～透镜L16构成，第一透镜组后组G1c从物侧依次由透镜L17～透镜L19构成。
优选第一透镜组前组G1a实质上从物侧依次由负透镜和接合透镜构成，该接合透镜通过将负透镜及正透镜从物侧依次结合而成，在这样的情况下，能够抑制广角侧的像面弯曲、歪曲像差，且能够对望远侧的球面像差进行良好地修正。
优选第一透镜组中组G1b为实质上从物侧依次由正透镜、负透镜及正透镜构成的3片结构，或者为实质上从物侧依次由2片正透镜、负透镜及正透镜构成的4片结构，在这样的情况下，能够抑制对焦时的性能变化。
图1所示的例子采用对焦时使3片透镜L14～透镜L16一体地移动的结构。但是，也可以与此不同，而采用使第一透镜组中组G1b由2个透镜组构成且对焦时以使相互的空气间隔变化的方式来使上述2个透镜组移动的、所谓浮动聚焦方式。在采用浮动聚焦方式的情况下，能够抑制望远侧的对焦时的球面像差的变化。
该变焦透镜构成为，第一透镜组中组G1b包括满足下述条件式(1)的至少1个非球面透镜，且该非球面透镜具有的非球面中的至少1个满足下述条件式(2)。通过在第一透镜组中组G1b中使用这样的非球面，由此即便对于大的图像尺寸，也能够实现第一透镜组G1的小型化·轻量化，且能够抑制对焦时的性能变化。
0＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw  (1)
30＜Das·y/IH2＜100  (2)
其中，
yf：广角端的最大像高的主光线的在非球面透镜的物侧的面上的高度
yr：广角端的最大像高的主光线的在非球面透镜的像侧的面上的高度
Xf(yf)：非球面透镜的物侧的面与该面的近轴球面的在高度yf处的光轴方向的偏离量
Xr(yr)：非球面透镜的像侧的面与该面的近轴球面的在高度yr处的光轴方向的偏离量
fw：广角端的整个系统的焦点距离
Das：从非球面透镜的非球面到开口光阑的光轴上的距离
y：广角端的最大像高的主光线的在非球面透镜的非球面上的高度
IH：最大像高
Xf(yf)的符号以在高度yf处非球面透镜的物侧的面处于比该面的近轴球面靠物侧的位置的情况为负，以在高度yf处非球面透镜的物侧的面处于比该面的近轴球面靠像侧的位置的情况为正，Xr(yr)的符号以在高度yr处非球面透镜的像侧的面处于比该面的近轴球面靠物侧的位置的情况为负，以在高度yr处非球面透镜的像侧的面处于比该面的近轴球面靠像侧的位置的情况为正。“高度”是距光轴Z的径向上的距离。
需要说明的是，上述的y在对物侧的非球面进行考虑的情况下，与yf相等，在对像侧的非球面进行考虑的情况下，与yr相等。例如，在图1所示的例子中，第一透镜组中组G1b中包含的非球面透镜仅为透镜L14，透镜L14的物侧的面为非球面，像侧的面为球面，因此在图1所示的例子中，y＝yf。
图2是在图1的例子的变焦透镜中将轴上光束11、最大像高的光束12、最大像高的主光线12c一并示出且例示地表示与条件式(1)、(2)相关的高度yf、yr、y、距离Das、最大像高IH的剖视图。需要说明的是，在图2中，为了避免图的繁杂化，将透镜L14以外的透镜的符号、透镜组的符号省略。
另外，在图3中示出用于说明物侧的面为非球面的情况的Xf(yf)的概念图。如图3所示，Xf(yf)是非球面透镜的物侧的面Sa与面Sa的近轴球面Sp的在高度yf处的光轴方向的偏离量。在此，面Sa的近轴球面Sp是以面Sa的近轴曲率半径Rp为半径且通过面Sa与光轴Z的交点的球面。在图3中也图示出近轴球面Sp的中心O。Xr(yr)对于像侧的面而言，也同样地进行考虑。在图1所示的例子的透镜L14中，像侧的面为球面，因此Xr(yr)的值为0。
通过以不成为条件式(1)的下限以下的方式构成，从而容易抑制对焦时的性能变化。另外，优选该变焦透镜满足下述条件式(1-1)。通过以不成为条件式(1-1)的下限以下的方式构成，从而能够提高与条件式(1)相关的上述效果。通过以不成为条件式(1-1)的上限以上的方式构成，从而能够对球面像差、歪曲像差、像散等各像差高平衡地良好地进行修正。
0.002＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw＜0.05  (1-1)
通过以不成为条件式(2)的下限以下的方式构成，从而容易进行歪曲像差、像散的良好的修正。通过以不成为条件式(2)的上限以上的方式构成，从而即便对于大的图像尺寸，也容易小型化，且在望远侧能够对球面像差进行良好地修正。为了提高与条件式(2)相关的上述效果，更优选满足下述条件式(2-1)。
40＜Das·y/IH2＜80  (2-1)
满足条件式(1)的非球面透镜既可以为正透镜，也可以为负透镜。满足条件式(2)的非球面既可以为物侧的面，也可以为像侧的面，但由于在广角侧通过第一透镜组中组G1b的周边光线的在物侧的面上的光线高度比在像侧的面上的光线高度高，因此仅在物侧的面和像侧的面中任一方形成满足条件式(2)的非球面的情况下，能够得到比形成于物侧的面上更高的轴外像差的修正效果。另外，满足条件式(2)的非球面既可以为凸面，也可以为凹面，但在形成为凹面的情况下，容易成为周边部的放大率比透镜中心部的放大率强的形状，可能成为修正过剩，与此相对，在形成为凸面的情况下，容易成为周边部的放大率比透镜中心部的放大率弱的形状，且能够抑制像差的产生，并容易取得像差的平衡。
另外，优选该变焦透镜满足下述条件式(3)。
Das/(IH·Zr)＜2  (3)
其中，
Das：从非球面透镜的非球面到开口光阑的光轴上的距离
IH：最大像高
Zr：变焦比。
通过以不成为条件式(3)的上限以上的方式构成，从而能够确保电影摄影用相机、广播用相机等所期望的变焦比、例如10倍左右的变焦比，且能够使第一透镜组G1小型化。
另外，优选该变焦透镜满足下述条件式(4)
3＜f1b/fw＜30  (4)
其中，
f1b：第一透镜组中组的焦点距离
fw：广角端的整个系统的焦点距离
通过以不成为条件式(4)的下限以下的方式抑制第一透镜组中组G1b的光焦度，从而能够抑制对焦时的像差变化。通过以不成为条件式(4)的上限以上的方式确保第一透镜组中组G1b的光焦度，从而能够防止对焦时的第一透镜组中组G1b的移动量变大而使第一透镜组G1大型化的情况。为了提高与条件式(4)相关的上述效果，更优选满足下述条件式(4-1)。
5＜f1b/fw＜15  (4-1)
另外，优选该变焦透镜满足下述条件式(5)。
2＜f1/fw＜15  (5)
其中，
f1：第一透镜组的焦点距离
fw：广角端的整个系统的焦点距离。
通过以不成为条件式(5)的下限以下的方式抑制第一透镜组G1的光焦度，从而能够避免正的光焦度变得过强的情况，且容易进行球面像差的良好的修正。通过以不成为条件式(5)的上限以上的方式确保第一透镜组G1的光焦度，从而能够避免正的光焦度变得过弱的情况，且能够抑制第一透镜组G1的大径化。为了提高与条件式(5)相关的上述效果，更优选满足下述条件式(5-1)。
3＜f1/fw＜8  (5-1)
另外，在该变焦透镜的第一透镜组前组G1a实质上从物侧依次由负透镜和接合透镜构成的情况下，优选满足下述条件式(6)、(7)，其中，该接合透镜通过将负透镜及正透镜从物侧依次接合而成。
1.7＜Nd(1a-)  (6)
vd(1a+)＜28  (7)
其中，
Nd(1a-)：第一透镜组前组具有的负透镜的相对于d线的平均折射率
vd(1a+)：第一透镜组前组具有的正透镜的相对于d线的阿贝数。
通过以不成为条件式(6)的下限以下的方式选择材质，从而能够对歪曲像差、像面弯曲进行良好地修正。为了提高与条件式(6)相关的上述效果，更优选满足下述条件式(6-1)。
1.75＜Nd(1a-)  (6-1)
通过以不成为条件式(7)的上限以上的方式选择材质，从而能够对倍率色差进行良好地修正。为了提高与条件式(7)相关的上述效果，更优选满足下述条件式(7-1)。
vd(1a+)＜25  (7-1)
另外，优选该变焦透镜满足下述条件式(8)。
-6＜f1a/fw＜-3  (8)
其中，
f1a：第一透镜组前组的焦点距离
fw：广角端的整个系统的焦点距离。
通过以不成为条件式(8)的下限以下的方式确保第一透镜组前组G1a的负的光焦度，从而能够确保第一透镜组中组G1b的正的光焦度，能够避免从无限远物体向近距离物体对焦用的空间变得过大的情况。另外，通过以不成为条件式(8)的下限以下的方式确保第一透镜组前组G1a的负的光焦度，从而能够抑制第一透镜组前组G1a、第一透镜组中组G1b的透镜直径的大径化。通过以不成为条件式(8)的上限以上的方式抑制第一透镜组前组G1a的光焦度，从而能够抑制广角侧的歪曲像差、望远侧的球面像差。
以上叙述的本实施方式的变焦透镜例如能够适合适用于10倍左右的变焦比的透镜系统。需要说明的是，构成本发明的变焦透镜的各透镜组的透镜片数、透镜形状没有限定于图1所示的例子，也可以采用其他的结构。另外，上述的优选的结构或可能的结构可以任意地组合，优选根据变焦透镜所要求的规格而适当选择性地采用。
接着，对本发明的变焦透镜的具体的数值实施例进行说明。以下所示的实施例1～5是以使广角端的整个系统的焦点距离成为10.00的方式进行了标准化的实施例。
<实施例1>
图4中示出表示实施例1的变焦透镜的向无限远物体对焦的状态下的透镜结构的剖视图。在图4中，在标注为“WIDE”的上段示出广角端状态的透镜结构的剖视图，在标注为“MIDDLE”的中段示出中间焦点距离状态的透镜结构的剖视图，在标注为“TELE”的下段示出望远端状态的透镜结构的剖视图。在图4中，纸面左侧为物侧，纸面右侧为像侧。
实施例1的变焦透镜的简要结构如以下这样。实施例1的变焦透镜实质上由5个透镜组构成，这5个透镜组从物侧依次由具有正的光焦度的第一透镜组G1、具有正的光焦度的第二透镜组G2、具有负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、开口光阑St及具有正的光焦度的第五透镜组G5构成。在从广角端向望远端倍率变更时，第一透镜组G1、第五透镜组G5相对于像面Sim固定，第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动。即，由第二透镜组G2、第三透镜组G3、第四透镜组G4构成的透镜组与移动透镜组Gm对应，第五透镜组G5与最终透镜组Ge对应。第一透镜组G1实质上由3个透镜组构成，这3个透镜组从物侧依次由具有负的光焦度的第一透镜组前组G1a、具有正的光焦度的第一透镜组中组G1b、具有正的光焦度的第一透镜组后组G1c构成。在从无限远物体向近距离物体对焦时，第一透镜组前组G1a和第一透镜组后组G1c相对于像面Sim固定，仅第一透镜组中组G1b沿光轴方向移动。第一透镜组前组G1a从物侧依次由透镜L11～L13构成，第一透镜组中组G1b从物侧依次由透镜L14～L16构成，第一透镜组后组G1c从物侧依次由透镜L17～L19构成。第一透镜组中组G1b具有的非球面透镜仅为透镜L14，透镜L14的物侧的面为非球面，像侧的面为球而。
作为实施例1的变焦透镜的详细结构，在表1中示出基本透镜数据，在表2中示出相对于d线的各种因素和可变面间隔，在表3中示出非球面系数。需要说明的是，在以下所示的各表中记载以规定的位数四舍五入后的数值。
在表1中，Si一栏中表示将最靠物侧的构成要素的物侧的面作为第一个而随着朝向像侧依次增加的第i个(i＝1、2、3、...)面编号，Ri一栏中表示第i个面的曲率半径，Di一栏中表示第i个面与第i+1个面的在光轴Z上的面间隔。需要说明的是，在Di的最下栏记载的数值是表1中记载的最靠像侧的面与像面Sim的在光轴Z上的面间隔。表1的Ndj一栏中表示将最靠物侧的构成要素作为第一个而随着朝向像侧依次增加的第j个(j＝1、2、3、...)构成要素的相对于d线(波长为587.56nm)的折射率，vdj一栏中表示第j个构成要素的相对于d线的阿贝数。
表1的曲率半径的符号以凸面朝向物侧的面形状的情况为正，以凸面朝向像侧的面形状的情况为负。在表1中还示出开口光阑St及光学构件PP，在相当于开口光阑St的面的面编号一栏中记载面编号和(St)这样的语句。
在表1中，关于对焦时变化的面间隔，将向无限远物体对焦的状态下的值和(inf)这样的语句一并示出。另外，在表1中，关于倍率变更时变化的面间隔，使用DD[]这样的记号，在[]中标注该间隔的物侧的面编号。具体而言，表1的DD[16]、DD[18]、DD[27]、DD[30]是倍率变更时变化的可变面间隔，分别对应于第一透镜组G1与第二透镜组G2的间隔、第二透镜组G2与第三透镜组G3的间隔、第三透镜组G3与第四透镜组G4的间隔、第四透镜组G4与开口光阑St的间隔。
在表2中示出广角端、中间焦点距离状态(在表2中，简略记载为中间)、望远端各自的相对于d线的各种因素和上述可变面间隔的值。表2的f是整个系统的焦点距离，Bf是空气换算长度下的后焦距，FNo.是F值，2ω是全视场角(单位为度)。
需要说明的是，在表1中，在非球面的面编号上标注*标记，在非球面的曲率半径一栏中记载近轴的曲率半径的数值。在表3中表示上述各非球面的非球面系数。表3的非球面系数的数值的“E-n”(n：整数)是指“×10-n”。非球面系数是下式表示的非球面式中的各系数KA、Am(m是自然数，采用值因实施例而不同)的值。下式中的∑是指关于m项的和。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑Am·hm
其中，
Zd：非球面深度(从高度h的非球面上的点向非球面顶点相接的垂直于光轴的平面引出的垂线的长度)
h：高度(从光轴到透镜面的距离)
C：近轴曲率
KA、Am：非球面系数(m＝3，4，5，...)
【表1】
实施例1基本透镜数据
【表2】
实施例1 各种因素和可变面间隔
【表3】
实施例1 非球面系数
在图9的标注为“WIDE”的上段示出实施例1的变焦透镜的广角端的各像差，在标注为“MIDDLE”的中段示出实施例1的变焦透镜的中间焦点距离状态下的各像差，在标注为“TELE”的下段示出实施例1的变焦透镜的望远端的各像差。图9所示的像差是向无限远物体对焦的状态下的像差，在图9中，各状态的像差图都从左依次表示球面像差、像散、歪曲像差(失真)、倍率色差(倍率的色差)的各像差图。
在图9中，在球面像差图中，分别用实线、长虚线、短虚线表示与d线(波长587.6nm)、C线(波长656.3nm)、F线(波长为486.1nm)相关的像差，在像散图中，分别用实线、短虚线表示径向、切向的与d线相关的像差，在歪曲像差图中，用实线表示与d线相关的像差，在表示倍率色差的像差图中，分别用长虚线、短虚线表示与C线、F线相关的像差。球面像差图的FNo.是指F值，其他的像差图的ω是指向无限远物体对焦的状态下的最大全视场角的一半值(半视场角)。
上述的实施例1的说明中叙述的各数据的记号、意思、记载方法只要没有特别说明，就在以下的实施例的变焦透镜中也同样，因此以下省略重复说明。
<实施例2>
在图5中示出表示实施例2的变焦透镜的向无限远物体对焦的状态下的透镜结构的剖视图。实施例2的变焦透镜的简要结构与实施例1的变焦透镜的简要结构大致同样，但在实施例2中，在如下这一点上与实施例1的变焦透镜的结构不同，即，第一透镜组中组G1b由第一透镜组中组前部G1bf和第一透镜组中组后部G1br这2个透镜组构成，在对焦时，第一透镜组中组前部G1bf和第一透镜组中组后部G1br使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动。第一透镜组前组G1a从物侧依次由透镜L11～L13构成，第一透镜组中组前部G1bf由透镜L14构成，第一透镜组中组后部G1br从物侧依次由透镜L15～L16构成，第一透镜组后组G1c从物侧依次由透镜L17～L18构成。第一透镜组中组G1b具有的非球面透镜仅为透镜L14，透镜L14的物侧的面为非球面，像侧的面为球面。
在表4、表5、表6中分别示出实施例2的变焦透镜的基本透镜数据、各种因素和可变面间隔、非球面系数。
【表4】
实施例2 基本透镜数据
【表5】
实施例2 各种因素和可变面间隔
【表6】
实施例2 非球面系数
在图10的标注为“WIDE”的上段示出实施例2的变焦透镜的广角端的各像差，在标注为“MIDDLE的中段示出实施例2的变焦透镜的中间焦点距离状态下的各像差，在标注为“TELE”的下段示出实施例2的变焦透镜的望远端状态下的各像差。图10所示的像差是向无限远物体对焦的状态下的像差，在图10中，各状态的像差图都从左依次表示球面像差、像散、歪曲像差(失真)、倍率色差(倍率的色差)的各像差图。
<实施例3>
在图6中示出表示实施例3的变焦透镜的向无限远物体对焦的状态下的透镜结构的剖视图。实施例3的变焦透镜的简要结构与实施例1的变焦透镜的简要结构大致同样，但在实施例3中，在第一透镜组中组G1b从物侧依次由透镜L14～L17构成且第一透镜组后组G1c从物侧依次由透镜L18～L19构成这一点、第一透镜组中组G1b具有的非球面透镜仅为透镜L15这一点上与实施例1的变焦透镜的结构不同。透镜L15的物侧的面为非球面，像侧的面为球面。
在表7、表8、表9中分别示出实施例3的变焦透镜的基本透镜数据、各种因素和可变面间隔、非球面系数。在表9中，没有非球面系数的情况取代数值而记入“-”。
【表7】
实施例3 基本透镜数据
【表8】
实施例3 各种因素和可变面间隔
【表9】
实施例3 非球面系数
在图11的标注为“WIDE”的上段示出实施例3的变焦透镜的广角端的各像差，在标注为“MIDDLE”的中段示出实施例3的变焦透镜的中间焦点距离状态下的各像差，在标注为“TELE”的下段示出实施例3的变焦透镜的望远端状态下的各像差。图11所示的像差是向无限远物体对焦的状态下的像差，在图11中，各状态的像差图都从左依次表示球面像差、像散、歪曲像差(失真)、倍率色差(倍率的色差)的各像差图。
<实施例4>
在图7中示出表示实施例4的变焦透镜的向无限远物体对焦的状态下的透镜结构的剖视图。实施例4的变焦透镜的简要结构与实施例2的变焦透镜的简要结构大致同样，但在第二透镜组G2具有负的光焦度这一点、第一透镜组中组前部G1bf由透镜L14～L15构成、第一透镜组中组后部G1br从物侧依次由透镜L16～L17构成且第一透镜组后组G1c从物侧依次由透镜L18～L20构成这一点、第一透镜组中组G1b具有的非球面透镜仅为透镜L16这一点上与实施例2的变焦透镜的结构不同。透镜L16的物侧的面为非球面，像侧的面为球面。
在表10、表11、表12中分别示出实施例4的变焦透镜的基本透镜数据、各种因素和可变面间隔、非球面系数。
【表10】
实施例4 基本透镜数据
【表11】
实施例4 各种因素和可变面间隔
【表12】
实施例4 非球面系数
在图12的标注为“WIDE”的上段示出实施例4的变焦透镜的广角端的各像差，在标注为“MIDDLE”的中段示出实施例4的变焦透镜的中间焦点距离状态下的各像差，在标注为“TELE”的下段示出实施例4的变焦透镜的望远端状态下的各像差。图12所示的像差是向无限远物体对焦的状态下的像差，在图12中，各状态的像差图都从左依次表示球面像差、像散、歪曲像差(失真)、倍率色差(倍率的色差)的各像差图。
<实施例5>
在图8中示出表示实施例5的变焦透镜的向无限远物体对焦的状态下的透镜结构的剖视图。实施例5的变焦透镜的简要结构如以下这样。实施例5的变焦透镜实质上由4个透镜组构成，这4个透镜组从物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、具有负的光焦度的第三透镜组G3、开口光阑St、具有正的光焦度的第四透镜组G4构成。在从广角端向望远端倍率变更时，第一透镜组G1、第四透镜组G4相对于像面Sim固定，第二透镜组G2、第三透镜组G3使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动。即，由第二透镜组G2、第三透镜组G3构成的透镜组与移动透镜组Gm对应，第四透镜组G4与最终透镜组Ge对应。第一透镜组G1实质上由3个透镜组构成，这3个透镜组从物侧依次由具有负的光焦度的第一透镜组前组G1a、具有正的光焦度的第一透镜组中组G1b、具有正的光焦度的第一透镜组后组G1c构成。在从无限远物体向近距离物体对焦时，第一透镜组前组G1a和第一透镜组后组G1c相对于像面Sim固定，仅第一透镜组中组G1b沿光轴方向移动。第一透镜组前组G1a从物侧依次由透镜L11～L13构成，第一透镜组中组G1b从物侧依次由透镜L14～L17构成，第一透镜组后组G1c从物侧依次由透镜L18～L20构成。第一透镜组中组G1b具有的非球面透镜仅为透镜L16，透镜L16的物侧的面为非球面，像侧的面为球面。
在表13、表14、表15中分别示出实施例5的变焦透镜的基本透镜数据、各种因素和可变面间隔、非球面系数。
【表13】
实施例5 基本透镜数据
【表14】
实施例5 各种因素和可变面间隔
【表15】
实施例5 非球面系数
在图13的标注为“WIDE”的上段示出实施例5的变焦透镜的广角端的各像差，在标注为“MIDDLE”的中段示出实施例5的变焦透镜的中间焦点距离状态下的各像差，在标注为“TELE”的下段示出实施例5的变焦透镜的望远端状态下的各像差。图13所示的像差是向无限远物体对焦的状态下的像差，在图13中，各状态的像差图都从左依次表示球面像差、像散、歪曲像差(失真)、倍率色差(倍率的色差)的各像差图。
在表16中示出上述实施例1～5的变焦透镜的条件式(1)～(8)的对应值和与上述条件式相关的值。
【表16】
根据以上的数据可知，实施例1～5的变焦透镜是如下这样的变焦透镜，即，变焦比处于8倍～12倍的范围内且高倍率地构成，而且相对于大的图像尺寸而小型且轻量地构成，各像差被良好地修正，倍率变更时的像差变化也被适当地抑制，从而在变焦整个区域维持良好的性能，且实现高的光学性能。
接着，参照图14，对本发明的实施方式的摄像装置进行说明。在图14中示出使用了本发明的实施方式的变焦透镜1的本发明的一实施方式的摄像装置10的简要结构图。作为摄像装置10，例如能够列举出数码相机、摄像机、电影摄影用相机、广播用相机、监控相机等。
摄像装置10具备变焦透镜1、在变焦透镜1的像侧配置的滤光片2、在滤光片2的像侧配置的摄像元件3。变焦透镜1由第一透镜组前组G1、移动透镜组Gm、最终透镜组Ge构成。第一透镜组前组G1由第一透镜组前组G1a、第一透镜组中组G1b、第一透镜组后组G1c构成。移动透镜组Gm由第二透镜组G2～第四透镜组G4构成，最终透镜组Ge由第五透镜组G5构成，但这仅为一例，构成移动透镜组Gm的透镜组的个数没有限定于该例。需要说明的是，在图14中，简要地图示出各透镜组。摄像元件3是将通过变焦透镜1形成的光学像转换为电信号的元件，例如可以使用CCD、CMOS等。摄像元件3以使其摄像面与变焦透镜1的像面一致的方式配置。
摄像装置10还具备：对从摄像元件3输出的输出信号进行运算处理的信号处理部5；显示通过信号处理部5形成的像的显示部6；对变焦透镜1的倍率变更进行控制的变焦控制部7；对变焦透镜1的对焦进行控制的聚焦控制部8。需要说明的是，在图14中仅图示出1个摄像元件3，但本发明的摄像装置没有限定于此，也可以为具有3个摄像元件的所谓3板方式的摄像装置。
以上，举出实施方式及实施例而说明了本发明，但本发明没有限定为上述实施方式及实施例，能够进行各种变形。例如，构成各透镜组的透镜和其片数、以及各透镜的曲率半径、面间隔、折射率、阿贝数、非球面系数的值没有限定为上述各实施例中示出的值。

Claims (17)

1.一种变焦透镜，其特征在于，
实质上从物侧起依次包括第一透镜组、移动透镜组、光阑、最终透镜组构成，该第一透镜组在倍率变更时相对于像面被固定且具有正的光焦度，该移动透镜组由倍率变更时使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动的2个以上的透镜组构成，该最终透镜组在倍率变更时相对于像面被固定且具有正的光焦度，
所述第一透镜组实质上从物侧起依次包括第一透镜组前组、第一透镜组中组及第一透镜组后组，该第一透镜组前组在对焦时相对于像面被固定且具有负的光焦度，该第一透镜组中组在对焦时沿光轴方向移动且具有正的光焦度，该第一透镜组后组在对焦时相对于像面被固定且具有正的光焦度，
所述第一透镜组中组包含满足下述条件式(1)的至少1个非球面透镜，该非球面透镜具有的非球面中的至少1个满足下述条件式(2)，
0＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw   (1)
30＜Das·y/IH2＜100   (2)
其中，
yf：广角端的最大像高的主光线的在所述非球面透镜的物侧的面上的高度
yr：广角端的最大像高的主光线的在所述非球面透镜的像侧的面上的高度
Xf(yf)：所述非球面透镜的物侧的面与该面的近轴球面的在高度yf处的光轴方向的偏离量
Xr(yr)：所述非球面透镜的像侧的面与该面的近轴球面的在高度yr处的光轴方向的偏离量
fw：广角端的整个系统的焦点距离
Das：从所述非球面透镜的非球面到所述光阑的在光轴上的距离
y：广角端的最大像高的主光线的在所述非球面透镜的非球面上的高度
IH：最大像高，
Xf(yf)的符号以在高度yf处所述非球面透镜的物侧的面处于比该面的近轴球面靠物侧的位置的情况为负，以在高度yf处所述非球面透镜的物侧的面处于比该面的近轴球面靠像侧的位置的情况为正，Xr(yr)的符号以在高度yr处所述非球面透镜的像侧的面处于比该面的近轴球面靠物侧的位置的情况为负，以在高度yr处所述非球面透镜的像侧的面处于比该面的近轴球面靠像侧的位置的情况为正。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(3)，
Das/(IH·Zr)＜2   (3)
其中，
Zr：变焦比。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(4)，
3＜f1b/fw＜30   (4)
其中，
f1b：所述第一透镜组中组的焦点距离。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(5)，
2＜f1/fw＜15   (5)
其中，
f1：所述第一透镜组的焦点距离。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述第一透镜组前组实质上从物侧起依次包括负透镜和接合透镜，该接合透镜通过将负透镜及正透镜从物侧依次接合而成，
所述变焦透镜满足下述条件式(6)、(7)，
1.7＜Nd(1a-)   (6)
vd(1a+)＜28   (7)
其中，
Nd(1a-)：所述第一透镜组前组具有的负透镜的相对于d线的平均折射率
vd(1a+)：所述第一透镜组前组具有的正透镜的相对于d线的阿贝数。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述第一透镜组中组是实质上从物侧起依次包括正透镜、负透镜、正透镜的3片结构，或者是实质上从物侧起依次包括2片正透镜、负透镜、正透镜的4片结构。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(8)，
-6＜f1a/fw＜-3   (8)
其中，
f1a：所述第一透镜组前组的焦点距离。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦透镜，其中，
构成所述移动透镜组的所述透镜组中，从像侧起的第1个及第2个所述透镜组都具有负的光焦度。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦透镜，其中，
所述第一透镜组中组由在对焦时使相互的空气间隔变化而沿光轴方向移动的2个透镜组构成。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦透镜，其中，
包含于所述第一透镜组中组且满足所述条件式(1)的至少1个非球面透镜具有的非球面中的至少1个满足下述条件式(2-1)，
40＜Das·y/IH2＜80   (2-1)。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦透镜，其中，
所述第一透镜组中组包含满足下述条件式(1-1)的至少1个非球面透镜，该非球面透镜具有的非球面中的至少1个满足下述条件式(2)，
0.002＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw＜0.05   (1-1)
30＜Das·y/IH2＜100   (2)。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的变焦透镜，其中，
所述第一透镜组中组包含满足下述条件式(1-1)的至少1个非球面透镜，该非球面透镜具有的非球面中的至少1个满足下述条件式(2-1)，
0.002＜[Xr(yr)-Xf(yf)]/fw＜0.05   (1-1)
40＜Das·y/IH2＜80   (2-1)。
13.根据权利要求3所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(4-1)，
5＜f1b/fw＜15   (4-1)。
14.根据权利要求4所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(5-1)，
3＜f1/fw＜8   (5-1)。
15.根据权利要求5所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(6-1)，
1.75＜Nd(1a-)   (6-1)。
16.根据权利要求5所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足下述条件式(7-1)，
vd(1a+)＜25   (7-1)。
17.一种摄像装置，其特征在于，
所述摄像装置具备权利要求1至16中任一项所述的变焦透镜。
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