CN105652423A - 变焦镜头和包括变焦镜头的摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了变焦镜头和包括变焦镜头的摄像装置。所述变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：分别具有正屈光力、负屈光力、正屈光力以及负屈光力的第一至第四镜头单元，以及具有正屈光力或负屈光力的第五镜头单元。在所述变焦镜头中，在变焦期间使相邻镜头单元之间的间隔改变。所述第三镜头单元包括四个或更多个透镜，并且在所述第三镜头单元中，最接近所述像侧布置的透镜、从所述像侧起第二个布置的透镜和从所述像侧起第三个布置的透镜被布置为其间具有气隙。所述变焦镜头的远摄端的焦距以及在从广角端向远摄端变焦期间所述第一镜头单元的移动量被适当地设定。

Description

变焦镜头和包括变焦镜头的摄像装置

技术领域

本发明涉及变焦镜头，该变焦镜头适用于例如在诸如数字静态照相机、摄像机、监控摄像机、广播照相机、卤化银胶片照相机等的摄像装置中使用的摄像光学系统。

背景技术

近年来，在使用固态摄像元件的摄像装置中，伴随摄像装置的功能增加或者整个装置的小型化，固态摄像元件的尺寸增加。然后，作为在摄像装置中使用的摄像光学系统，要求明亮的且具有广角端的广视角、高变焦比的以及在整个变焦范围具有高光学性能的变焦镜头。作为满足这些要求的变焦镜头，已知一种五单元变焦镜头，该五单元变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括分别具有正、负、正、负和正屈光力的第一至第五镜头单元。

在日本特开2007-264174号公报中，公开了如下变焦镜头：第一镜头单元至第三镜头单元以及第五镜头单元被构造为在变焦期间移动，并且变焦镜头具有约10的变焦比。在日本特开2013-117667号公报中，公开了如下变焦镜头：镜头单元被构造为在变焦期间移动，其中第四镜头单元被构造为在聚焦期间移动，并且变焦镜头具有约5的变焦比。

由于五单元变焦镜头具有上述屈光力布置，因此相对容易减小变焦镜头的尺寸，以实现大孔径(aperture)比、广视角和高变焦比，并且获得高光学性能。然而，在实现大孔径比的同时，要增加远摄端(telephotoend)的焦距以进一步提高变焦比的情况下，诸如球面像差、像散以及色差等的各种像差增大，因此难以维持高光学性能。特别地，当要减小f值(f-number)来提高亮度时，在远摄端，诸如球面像差和彗差等的各种像差的发生增大。此外，当要增大视角时，在广角端，诸如像散和横向色像差等的各种像差的发生增大，并且前镜头直径增大。

在五单元变焦镜头中，为了减小变焦镜头的尺寸，以实现大孔径比、广视角和高变焦比并且在整个变焦范围获得高光学性能，适当地设置镜头单元的屈光力和镜头配置。此外，伴随变焦适当地设置镜头单元的移动条件等是重要的。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种变焦镜头，所述变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：

第一镜头单元，其具有正屈光力；

第二镜头单元，其具有负屈光力；

第三镜头单元，其具有正屈光力；

第四镜头单元，其具有负屈光力；以及

第五镜头单元，其具有正屈光力或负屈光力；

其中，在变焦期间使相邻镜头单元之间的间隔改变，

其中，所述第三镜头单元包括四个或更多个透镜，并且在所述第三镜头单元中，最接近所述像侧布置的透镜、从所述像侧起第二个布置的透镜和从所述像侧起第三个布置的透镜被布置为其间具有气隙，并且

其中，满足以下条件表达式：

-0.8<M1/ft<-0.4

其中，ft表示所述变焦镜头的远摄端的焦距，M1表示在从广角端向远摄端变焦期间所述第一镜头单元的移动量，在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的物体侧的情况下，所述移动量的符号为负，而在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的像侧的情况下，所述移动量的符号为正。

此外，根据本发明的一个实施例，提供一种变焦镜头，所述变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：

第一镜头单元，其具有正屈光力；

第二镜头单元，其具有负屈光力；

第三镜头单元，其具有正屈光力；

第四镜头单元，其具有负屈光力；以及

第五镜头单元，其具有正屈光力或负屈光力；

其中，在变焦期间使相邻镜头单元之间的间隔改变，

其中，所述第二镜头单元包括四个或更少个透镜，所述第三镜头单元包括四个或更多个透镜，并且在所述第三镜头单元的最接近所述像侧布置的透镜和从所述像侧起第二个布置的透镜中的一个是正透镜，另一个是负透镜，并且

其中，满足以下条件表达式：

-1.9<f3/f2<-1.2

-0.8<M1/ft<-0.4

其中，f2表示所述第二镜头单元的焦距，f3表示所述第三镜头单元的焦距，ft表示所述变焦镜头的远摄端的焦距，M1表示在从广角端向远摄端变焦期间所述第一镜头单元的移动量，在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的物体侧的情况下，所述移动量的符号为负，而在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的像侧的情况下，所述移动量的符号为正。

通过以下参照附图对实例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据本发明的实施例1的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图2A是用于示出根据实施例1的变焦镜头的广角端的各种像差的图。

图2B是用于示出根据实施例1的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图2C是用于示出根据实施例1的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图3是根据本发明的实施例2的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图4A是用于示出根据实施例2的变焦镜头的广角端的各种像差的图。

图4B是用于示出根据实施例2的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图4C是用于示出根据实施例2的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图5是根据本发明的实施例3的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图6A是用于示出根据实施例3的变焦镜头的广角端的各种像差的图。

图6B是用于示出根据实施例3的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图6C是用于示出根据实施例3的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图7是根据本发明的实施例4的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图8A是用于示出根据实施例4的变焦镜头的广角端的各种像差的图。

图8B是用于示出根据实施例4的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图8C是用于示出根据实施例4的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图9是根据本发明的实施例5的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图10A是用于示出根据实施例5的变焦镜头在广角端的各种像差的图。

图10B是用于示出根据实施例5的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图10C是用于示出根据实施例5的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图11是根据本发明的实施例6的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图12A是用于示出根据实施例6的变焦镜头的广角端的各种像差的图。

图12B是用于示出根据实施例6的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图12C是用于示出根据实施例6的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图13是根据本发明的实施例7的变焦镜头的广角端的镜头截面图。

图14A是用于示出根据实施例7的变焦镜头的广角端的各种像差的图。

图14B是用于示出根据实施例7的变焦镜头的中间变焦位置的各种像差的图。

图14C是用于示出根据实施例7的变焦镜头的远摄端的各种像差的图。

图15是实施例3的变焦镜头的广角端(A)、中间变焦位置(B)以及远摄端(C)的光路图。

图16是作为摄像装置的实施例的主要部分的示意图。

具体实施方式

下文中参照附图描述本发明的优选实施例。根据本发明的变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：第一镜头单元，其具有正屈光力；第二镜头单元，其具有负屈光力；第三镜头单元，其具有正屈光力；第四镜头单元，其具有负屈光力；以及第五镜头单元，其具有正屈光力和负屈光力中的一者。相邻镜头单元之间的间隔在变焦期间改变。

图1是根据本发明的实施例1的变焦镜头的广角端(短焦距端)的镜头截面图。图2A、图2B和图2C分别是实施例1的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端(长焦距端)的像差图。实施例1的变焦镜头的变焦比(zoomratio)为9.64，F值为2.88到5.77。

图3是根据本发明的实施例2的变焦镜头的广角端的镜头截面图。图4A、图4B和图4C分别是实施例2的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端的像差图。实施例2的变焦镜头的变焦比为9.56，F值为2.88至5.77。

图5是根据本发明的实施例3的变焦镜头的广角端的镜头截面图。图6A、图6B和图6C分别是实施例3的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端的像差图。实施例3的变焦镜头的变焦比为3.80，F值为2.40到3.84。

图7是根据本发明的实施例4的变焦镜头的广角端的镜头截面图。图8A、图8B和图8C分别是实施例4的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端的像差图。实施例4的变焦镜头的变焦比为3.80，F值为2.88到4.86。

图9是根据本发明的实施例5的变焦镜头的广角端的镜头截面图。图10A、图10B和图10C分别是实施例5的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端的像差图。实施例5的变焦镜头的变焦比为9.55，F值为2.88到5.77。

图11是根据本发明的实施例6的变焦镜头的广角端的镜头截面图。图12A、图12B和图12C分别是实施例6的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端的像差图。实施例6的变焦镜头的变焦比为3.80，F值为2.40到3.89。

图13是根据本发明的实施例7的变焦镜头的广角端的镜头截面图。图14A、图14B和图14C分别是实施例7的变焦镜头的广角端、中间变焦位置以及远摄端的像差图。实施例7的变焦镜头的变焦比为3.80，F值为2.88到4.58。

图15是实施例3的变焦镜头的广角端(A)、中间变焦位置(B)以及远摄端(C)的光路图。图16是根据本发明的摄像装置的主要部分的示意图。

在各个实施例中的变焦镜头是与诸如视频摄像机、数字照相机、监控摄像机或电视摄像机等的摄像装置使用的摄像光学系统。在镜头截面图中，左侧是被摄体侧(物体侧)(前侧)，右侧是像侧(后侧)。在镜头截面图中，例示了具有正屈光力(光学功率(opticalpower)＝焦距的倒数)的第一镜头单元L1、具有负屈光力的第二镜头单元L2、具有正屈光力的第三镜头单元L3、具有负屈光力的第四镜头单元L4以及具有正屈光力或负屈光力的第五镜头单元L5。

在实施例1、实施例2以及实施例4至7的各个的变焦镜头中，第五镜头单元L5的屈光力为正。在实施例3的变焦镜头中，第五镜头单元L5的屈光力为负。在各实施例的镜头截面图中，以开口f值确定光线的孔径光阑(aperturestop)SP布置在第三镜头单元L3的物体侧或者布置在第三镜头单元L3中。光学块P对应于光学滤光器、面板等。在变焦镜头用作摄像机或数字照相机的成像光学系统的情况下，像面I对应于固态摄像元件(光电变换器)(诸如CCD传感器以及CMOS传感器)的摄像面，并且在变焦镜头用作卤化银胶片照相机的摄像光学系统的情况下，像面I对应于胶片面。

在像差图中，由Fno表示f值，由ω表示半视角(度)。在球面像差中，由d表示d线(实线)，由g表示g线(虚线)。在像散中，分别由ΔM和ΔS表示相对于d线的子午像面和矢状像面。在畸变(distortion)中，示出了d线。在横向色像差中，示出了相对于d线的g线的像差。

在镜头截面图中，箭头指示在从广角端向远摄端变焦期间并且在从无穷远处的物体向近距离处的物体聚焦时的镜头单元的移动方向。请注意，在以下各个实施例中，广角端和远摄端分别是指当变倍镜头单元位于变倍镜头单元在光轴上可机械地移动的范围的一端和另一端的情况下的变焦位置。

在实施例1、实施例2和实施例5的各个中，如箭头所指示，第一镜头单元L1至第四镜头单元L4被构造为在变焦期间移动。第五镜头单元L5被构造为不移动。在实施例3、实施例4、实施例6和实施例7的各个中，第一镜头单元L1至第五镜头单元L5被构造为如箭头所指示在变焦期间移动。

在实施例1至7的各个中，采用在光轴上移动第四镜头单元L4以进行聚焦的后焦点式。关于第四镜头单元L4的实曲线4a和虚曲线4b是用于伴随当分别对无穷远处的物体和近距离处的物体聚焦时的变倍(varyingmagnification)来校正像面变化的移动轨迹。此外，当在远摄端从无穷远处的物体向近距离处的物体进行聚焦的情况下，通过如箭头4c所指示向像侧驱动第四镜头单元L4来进行聚焦。

根据本发明的变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：具有正屈光力的第一镜头单元；具有负屈光力的第二镜头单元；具有正屈光力的第三镜头单元；具有负屈光力的第四镜头单元；以及具有正屈光力和负屈光力中的一者的第五镜头单元。利用这种结构，获得变焦镜头的小型化以及高变焦比。

在变焦期间使镜头单元之间的间隔改变。在变焦期间，当第一镜头单元L1被构造为不移动时，第二镜头单元L2和后续的镜头单元的移动被不利地限制。其结果是，第一镜头单元的正屈光力增强，并且主要由第一镜头单元L1和第二镜头单元L2之间的间隔的改变来进行变倍。同时，在第一镜头单元L1的正屈光力强的情况下，变得难以利用小数量的构成透镜来校正远摄端的轴向色像差和球面像差。

因此，根据本发明，在变焦期间移动第一镜头单元L1以与正屈光力和第一镜头单元L1的正屈光力相同的第三镜头单元L3共享正屈光力。然后，通过第一镜头单元L1与第二镜头单元L2之间的间隔的改变以及第二镜头单元L2与第三镜头单元L3之间的间隔的改变二者来有效地进行变倍。此外，为了减小变焦镜头的尺寸，增强镜头单元作为整体的屈光力是有效的，但是增大构成透镜的数量用于校正像差。具体地，在具有大的有效直径的镜头单元中，尺寸和质量增大。

因此，根据本发明，具有相对小的镜头有效直径的第三镜头单元L3的构成透镜的数量是四个或更多个，以良好地校正各种像差同时抑制尺寸和质量的增大。然后，第三镜头单元L3的像侧的三个透镜布置为空气介于其间。换言之，在第三镜头单元L3中，最接近像侧布置的透镜、从像侧起第二个布置的透镜和从像侧起第三个布置的透镜布置为气隙介于其间，并且在第三镜头单元L3的像侧布置的透镜校正场曲。

另外，在第三镜头单元L3的物体侧布置的透镜校正球面像差，其未能良好地校正。为了利用少量构成透镜良好地校正像差，从第三镜头单元L3的像侧起的三个透镜布置为空气介于其间，以增大用于校正像差的透镜面的数量。此外，在第三镜头单元L3的物体侧布置的透镜趋于增加由制造误差而导致的球面像差，但是调整第三镜头单元L3的像侧起的三个透镜之间的气隙，以便于球面像差的校正。

从第三镜头单元L3的像侧起的两个透镜以从物体侧到像侧的顺序由正透镜和负透镜构成，或者以从物体侧到像侧的顺序由负透镜和正透镜构成。负透镜布置为从第三镜头单元L3的像侧起的第一透镜或第二透镜，离轴光线的入射高度在此处变高，以校正横向色像差。然而，应当注意，当具有负屈光力的透镜布置在第三镜头单元L3的像侧时，正屈光力在第三镜头单元L3的物体侧变强，从而增大球面像差和彗差。

因此，根据本发明，第三镜头单元L3的像侧的两个透镜是正透镜和负透镜，以抑制第三镜头单元L3的物体侧的正屈光力的集中。

图15的光路图中的光线代表当以实施例3作为示例时的轴向光线和最离轴光线。表示光线的线是光线的最外周的光束以及光线的中心处的光束。从图15可以看出，在本发明的变焦镜头中，进入第三镜头单元L3的轴向光线在整个变焦范围内密集，并且第三镜头单元L3的物体侧的透镜非常有助于球面像差和彗差的校正。

因此，当具有负屈光力的透镜布置在第三镜头单元L3的像侧并且因此正屈光力在第三镜头单元L3的物体侧增强时，变得难以校正球面像差和彗差。此外，由于轴向光线和离轴光线从第三镜头单元L3朝向像侧行进，光线被分离，并且离轴光线的光束的入射高度增大，其结果是，可以看出对横向色像差的贡献增大。

如上所述构造本发明的变焦镜头以良好地校正横向色像差同时抑制负屈光力在第三镜头单元L3的像侧的布置。此外，从第三镜头单元L3的像侧起的第二透镜和第三透镜被介于其间的空气分离，以有效地校正横向色像差。

由于上述原因，在本发明的变焦镜头中，第三镜头单元L3包括四个或更多个透镜，并且第三透镜单元L3的像侧的三个透镜布置为气隙介于其间。然后，由ft表示变焦镜头的远摄端的焦距。由M1表示从广角端向远摄端变焦期间第一镜头单元L1的移动量，其中，当镜头单元相对于广角端位于远摄端的物体侧时，移动量的符号为负，并且当镜头单元相对于广角端位于远摄端的像侧时，移动量的符号为正。然后，满足下面的条件表达式：

-0.8<M1/ft<-0.4···(1)。

接下来，对上述的条件表达式的技术含义进行描述。条件表达式(1)限定了变焦镜头的远摄端的焦距与从广角端向远摄端变焦期间第一镜头单元L1的移动量之间的比率。当比率超过条件表达式(1)的上限值时，第一镜头单元L1的正屈光力变强以维持高变焦比，因此难以校正远摄端的轴向色像差和球面像差。可选地，增大第二镜头单元L2与第三镜头单元L3之间的间隔，并且在广角端延长入射光瞳的位置，其结果是当加宽视角时，前镜头有效直径增大。

与此相反，当比率低于下限值时，镜头总长度(通过将空气换算的后焦点(air-convertedbackfocus)与从第一透镜面到最终透镜面的距离相加而获得的值)在远摄端增大，这是不期望的。可选地，为了获得期望的视角同时减小在广角端第二镜头单元L2与第三镜头单元L3之间的间隔，第二镜头单元L2的负屈光力相对于第一镜头单元L1的正屈光力变强，因此难以校正广角端的场曲和横向色像差。

在本发明的变焦镜头中，更优选满足以下的条件表达式中的至少一个。由f2表示第二镜头单元L2的焦距。由f3表示第三镜头单元L3的焦距。由f4表示第四镜头单元L4的焦距。由Ro31和Ri32分别表示第三镜头单元L3的最接近像侧布置的透镜的物体侧的透镜面的曲率半径以及从第三镜头单元L3的像侧起第二个布置的透镜的像侧的透镜面的曲率半径。由fw表示变焦镜头的广角端的焦距。

在这种情况下，优选满足以下条件表达式之一。

-0.08<(Ro31-Ri32)/(Ro31+Ri32)<0.05···(2)

-1.9<f3/f2<-1.2···(3)

1.5<f3/fw<2.3···(4)

-1.5<f2/fw<-0.9···(5)

-15.00<f4/fw<-2.50···(6)

接下来，对条件表达式(2)至(6)的技术含义进行描述。

条件表达式(2)限定了第三镜头单元的像侧起第一透镜与第二透镜之间的空气(空气透镜)的形状因子。在比率超过条件表达式(2)的上限值或低于下限值的情况下，空气透镜的屈光力变强，因此随着从第三透镜单元L3的像侧起第一透镜与第二透镜之间的气隙的改变，球面像差的改变变大。其结果是，变得难以调整由制造误差劣化的球面像差。

条件表达式(3)限定了第二镜头单元L2的焦距与第三镜头单元L3的焦距之间的比率。当比率超过条件表达式(3)的上限时，变得难以主要地校正在整个变焦范围的球面像差。相反，当比率低于下限值时，则变得难以校正广角端的像散。

条件表达式(4)限定了第三镜头单元L3的焦距与变焦镜头的广角端的焦距之间的比率。当比率超过条件表达式(4)的上限值时，第三镜头单元L3的移动量在变焦期间变大，并且镜头总长度增大。相反，当比率低于下限值时，则变得难以良好地主要地校正在整个变焦范围的球面像差。

条件表达式(5)限定了第二镜头单元L2的焦距与变焦镜头的广角端的焦距之间的比率。当比率超过条件表达式(5)的上限值时，则变得难以校正广角端的像散。相反，当比率低于下限值时，则第二镜头单元L2与第三镜头单元L3之间的间隔趋于增大，以增大广角端的拍摄角度，其结果是入射光瞳被延长以增大第一镜头单元L1和第二镜头单元L2的有效直径。

条件表达式(6)限定了第四镜头单元L4的焦距与变焦镜头的广角端的焦距之间的比率。当比率超过条件表达式(6)的上限值时，在远摄侧畸变增大，并且变得难以校正像差。相反，当比率低于下限值时，为了伴随变倍来校正像面变化将第四镜头单元L4移动的量增大，从而增大镜头总长度。

请注意，进一步优选设定条件表达式(1)到(6)的数值范围如下。

-0.73<M1/ft<-0.4···(1a)

-0.040<(Ro31-Ri32)/(Ro31+Ri32)<0.045···(2a)

-1.90<f3/f2<-1.24···(3a)

1.62<f3/fw<2.06···(4a)

-1.38<f2/fw<-1.00···(5a)

-14.60<f4/fw<-2.67···(6a)

此外，在本发明的另一变焦镜头中，第二镜头单元L2包括四个或更少个透镜，并且第三镜头单元L3包括四个或更多个透镜。然后，第三镜头单元L3的最接近像侧布置的透镜和从像侧起第二个布置的透镜中的一个由正透镜构成，并且另一个由负透镜构成。然后，上述的条件表达式(1)和条件表达式(3)满足：

-0.8<M1/ft<-0.4···(1)

-1.9<f3/f2<-1.2···(3)。

在本发明的另一变焦镜头中，具有相对小的镜头有效直径的第三镜头单元L3的构成透镜的数量是四个或更多个，并且趋于具有比第三镜头单元L3更大的有效直径的第二镜头单元L2包括四个或更少个透镜。更具体地，第二镜头单元L2包括三个或四个透镜以良好地校正各种像差，同时抑制尺寸和质量的增大。请注意，当第五镜头单元L5被构造为具有正屈光力时，场曲被有利地校正，这有助于第二镜头单元L2的透镜的数量是三个或四个的结构。

从第三镜头单元L3的像侧起的两个透镜以从物体侧到像侧的顺序由正透镜和负透镜构成，或者以从物体侧到像侧的顺序由负透镜和正透镜构成。作为从像侧起的第一透镜或第二透镜，在第三镜头单元L3中离轴光线的入射高度在此处增大，负透镜被布置为校正横向色像差。然而，应当注意，当具有负屈光力的透镜布置在第三镜头单元L3的像侧时，正屈光力在第三镜头单元L3的物体侧变强，从而增大球面像差和彗差。

因此，在本发明的另一变焦镜头中，第三镜头单元L3的最接近像侧布置的透镜和从像侧起第二个布置的透镜中的一个是正透镜，并且另一个是负透镜，以抑制正屈光力在第三镜头单元L3的物体侧的集中。

在本发明的另一变焦镜头中，进一步优选满足以下条件表达式中的至少一个。

-0.08<(Ro31-Ri32)/(Ro31+Ri32)<0.05···(2)

1.5<f3/fw<2.3···(4)

-1.5<f2/fw<-0.9···(5)

-15.00<f4/fw<-2.50···(6)

请注意，进一步优选设定条件表达式(1)至(6)的数值范围如下。

-0.73<M1/ft<-0.4···(1a)

-0.040<(Ro31-Ri32)/(Ro31+Ri32)<0.045···(2a)

-1.90<f3/f2<-1.24···(3a)

1.62<f3/fw<2.06···(4a)

-1.38<f2/fw<-1.00···(5a)

-14.60<f4/fw<-2.67···(6a)

在本发明的变焦镜头中，期望第四镜头单元L4和第五镜头单元L5各自包括两个或更少个透镜。与第三镜头单元L3相比，第四镜头单元L4的像侧的镜头单元趋于具有更大的有效直径，其结果是构成透镜的数量增大，从而增加质量。此外，与第二镜头单元L2相比，第四镜头单元L4和第五镜头单元L5在变焦期间对像差变化做出更小的贡献。因此，即使利用两个或更少个透镜，也变得易于良好地校正像差。此外，在本发明的变焦镜头中，期望第一镜头单元L1包括四个或更少个透镜。

第一镜头单元L1在校正各种像差中是重要的，并且是具有最大有效直径的镜头单元。因此，除非甚至将明亮透镜的数量抑制到四个或更少个，否则仍难以减小变焦镜头的尺寸。此外，在本发明的变焦镜头中，期望在具有垂直于光轴的方向上的分量的方向上移动第三镜头单元L3的最接近像侧布置的透镜和从像侧起第二个布置的透镜，进行相机抖动校正(像稳定)。

为了即使当手持照相机时也获得高图像质量的拍摄结果，期望进行照相机抖动校正。然而，随着照相机包括大的摄像元件，整个镜头系统也变大，并且用于校正照相机抖动的镜头不利地变重。第三镜头单元L3的有效直径趋于变小，并且第三镜头单元L3的像侧的两个透镜由正透镜和负透镜构成。因此，在能够抑制因照相机抖动校正期间的偏心导致的横向色像差的改变的结构中使用最少数量的透镜。此外，在本发明的变焦镜头中，第四镜头单元L4被构造为在聚焦期间移动。

在本发明的变焦镜头中，不提供被构造为仅针对聚焦而移动的镜头单元，而是与被构造为在变倍期间校正像平面移动的镜头单元共享以简化机构。此外，更优选的是在聚焦期间拍摄视角的变化更小，并且在本发明的变焦镜头中，优选由具有小的变倍作用、布置在第三镜头单元L3的像侧的镜头单元进行聚焦。在还考虑到聚焦镜头单元的重量的减少的情况下，当聚焦镜头单元在第三镜头单元L3附近时容易减小有效直径，从而期望第四镜头单元L4进行聚焦。

此外，由于制造误差，在第三镜头单元L3的物体侧布置的透镜的球面像差增大，并且在调整从第三镜头单元L3中的像侧起的三个透镜之间的气隙以校正球面像差的情况下，焦点位置改变。因此，利用对球面像差具有小的影响的第四镜头单元L4来调整焦点位置，其结果是即使在焦点位置调整之后，也良好地维持球面像差。

接下来，参照图16描述将根据本发明的变焦镜头用作摄像光学系统的数字照相机的实施例。在图16中，数码照相机包括照相机主体10和包括实施例1至4中的任意一者中描述的变焦镜头的摄像光学系统11。诸如CCD传感器或CMOS传感器等的固态摄像元件(光电转换器)12被包括在照相机主体中，以接收由摄像光学系统11形成的被摄体像。

存储器13记录与由固态摄像元件12光电转换的被摄体像相对应的信息。取景器14由液晶显示面板等构成，并用于观察固态摄像元件12上形成的被摄体像。

本发明同样可以应用于使用本发明的变焦镜头作为摄像光学系统的摄像机(摄像装置)。通过以这种方式将本发明的变焦镜头应用于诸如数字照相机或摄像机等的摄像装置，能够实现具有高光学性能的紧凑的摄像装置。请注意，如果诸如CCD等的电子摄像元件被用作摄像元件，则像差被电子校正，从而使得输出图像的图像质量增强。

接下来，对分别与本发明的实施例相对应的数值实施例进行描述。在各数值实施例中，符号i表示从物体侧起的光学平面的顺序。符号ri表示第i个光学平面的曲率半径；di为第i个平面间隔；ndi和νdi分别为第i个光学原件的材料相对于d线的折射率和阿贝(Abbe)常数。后焦点(BF)为最终透镜面与近轴像面之间的空气换算的距离。镜头总长度为通过将后焦点(BF)和第一透镜面与最终透镜面之间的距离相加而获得的值。

在数值实施例中，最后两个面是光学块(例如光学滤光器或面板)的面。此外，符号K代表偏心率，符号A4、A6和A8代表非球面系数，并且符号X表示在从光轴起的高度H的位置处、相对于面顶点在光轴方向上的位移。然后，由以下表达式表达非球面形状。

$X=\frac{(1/R)H^2}{1+\sqrt{1-(1+K){(H/R)}^2}}+A4H^4+A6H^6+A8H^8$

数值实施例1

单位mm

面数据

非球面数据

第十三面

K＝-3.80870e-001A4＝-1.93618e-005

第十四面

K＝3.79865e+003A4＝7.61748e-006

第二十面

K＝-4.63980e+000A4＝3.70395e-005

各种数据

变焦镜头单元数据

数值实施例2

单位mm

面数据

非球面数据

第十二面

K＝-8.50368e-001A4＝1.36385e-005

第十三面

K＝-1.00382e+004A4＝4.51561e-006

第十八面

K＝-3.72187e+000A4＝4.33347e-005

各种数据

变焦镜头单元数据

数值实施例3

单位mm

面数据

非球面数据

第十三面

K＝3.97031e-001A4＝-2.96707e-005

A6＝7.00951e-008A8＝-2.29304e-009

第十四面

K＝1.63357e+001A4＝2.62704e-005

A6＝2.77825e-007A8＝-2.52376e-009

第二十一面

K＝-7.55889e+001A4＝2.32380e-006

A6＝2.61899e-007A8＝-6.88004e-009

各种数据

变焦镜头单元数据

数值实施例4

单位mm

面数据

非球面数据

第十三面

K＝-4.49467e-001A4＝6.36803e-006

A6＝-9.68889e-008A8＝-5.42751e-009

第十四面

K＝4.92473e+002A4＝3.10116e-005

A6＝-3.11498e-007A8＝-8.48583e-009

第二十一面

K＝2.38764e+000A4＝-3.00330e-005

A6＝2.04655e-007A8＝-8.87921e-009

各种数据

变焦镜头单元数据

数值实施例5

单位mm

面数据

非球面数据

第十二面

K＝-8.45227e-001A4＝1.39440e-005

第十三面

K＝-8.68505e+003A4＝4.10606e-006

第十九面

K＝-3.85528e+000A4＝4.55958e-005

各种数据

变焦镜头单元数据

数值实施例6

单位mm

面数据

非球面数据

第十三面

K＝2.53248e-001A4＝-2.53982e-005

A6＝-1.06214e-007A8＝-3.09056e-009

第十四面

K＝2.10348e+002A4＝1.67348e-005

A6＝-8.65891e-008A8＝-3.32223e-009

第二十一面

K＝-6.39018e+001A4＝-8.25182e-006

A6＝3.65207e-008A8＝-7.72772e-009

各种数据

变焦镜头单元数据

数值实施例7

单位mm

面数据

非球面数据

第十三面

K＝-3.84955e-001A4＝6.19189e-006

A6＝1.39029e-007A8＝-4.48947e-009

第十四面

K＝4.06610e+002A4＝2.81417e-005

A6＝4.04992e-008A8＝-8.33981e-009

第二十一面

K＝-1.04071e+002A4＝-2.47251e-005

A6＝9.50983e-008A8＝-8.10456e-009

各种数据

变焦镜头单元数据

表1

虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (22)

1.一种变焦镜头，所述变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：

第一镜头单元，其具有正屈光力；

第二镜头单元，其具有负屈光力；

第三镜头单元，其具有正屈光力；

第四镜头单元，其具有负屈光力；以及

第五镜头单元，其具有正屈光力或负屈光力；

其中，在变焦期间使相邻镜头单元之间的间隔改变，

其中，所述第三镜头单元包括四个或更多个透镜，并且在所述第三镜头单元中，最接近所述像侧布置的透镜、从所述像侧起第二个布置的透镜和从所述像侧起第三个布置的透镜被布置为其间具有气隙，并且

其中，满足以下条件表达式：

-0.8<M1/ft<-0.4

其中，ft表示所述变焦镜头的远摄端的焦距，M1表示在从广角端向远摄端变焦期间所述第一镜头单元的移动量，在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的物体侧的情况下，所述移动量的符号为负，而在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的像侧的情况下，所述移动量的符号为正。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第四镜头单元被构造为在聚焦期间移动。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

-0.08<(Ro31-Ri32)/(Ro31+Ri32)<0.05

其中，Ro31表示在所述第三镜头单元的最接近像侧布置的透镜的物体侧的透镜面的曲率半径，Ri32表示从所述第三镜头单元L3的像侧起第二个布置的透镜的像侧的透镜面的曲率半径。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

-1.9<f3/f2<-1.2

其中，f2表示所述第二镜头单元的焦距，f3表示所述第三镜头单元的焦距。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

1.5<f3/fw<2.3

其中，f3表示所述第三镜头单元的焦距，fw表示所述变焦镜头的、广角端的焦距。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

-1.5<f2/fw<-0.9

其中，f2表示所述第二镜头单元的焦距，fw表示所述变焦镜头的、广角端的焦距。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

-15.00<f4/fw<-2.50

其中，f4表示所述第四镜头单元的焦距，fw表示所述变焦镜头的、广角端的焦距。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第四镜头单元和所述第五镜头单元各自由两个或更少个透镜构成。

9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一镜头单元由四个或更少个透镜构成。

10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，在使像稳定期间，在所述第三镜头单元的最接近像侧布置的透镜和从像侧起第二个布置的透镜被构造为在与光轴垂直的方向上具有分量的方向上移动。

11.一种摄像装置，所述摄像装置包括：

根据权利要求1至10中任一项所述的变焦镜头；以及

摄像元件，其被构造为接收由所述变焦镜头形成的像的光。

12.一种变焦镜头，所述变焦镜头以从物体侧到像侧的顺序包括：

第一镜头单元，其具有正屈光力；

第二镜头单元，其具有负屈光力；

第三镜头单元，其具有正屈光力；

第四镜头单元，其具有负屈光力；以及

第五镜头单元，其具有正屈光力或负屈光力；

其中，在变焦期间使相邻镜头单元之间的间隔改变，

其中，所述第二镜头单元由四个或更少个透镜构成，所述第三镜头单元由四个或更多个透镜构成，并且在所述第三镜头单元的最接近所述像侧布置的透镜和从所述像侧起第二个布置的透镜中的一个是正透镜，另一个是负透镜，并且

其中，满足以下条件表达式：

-1.9<f3/f2<-1.2

-0.8<M1/ft<-0.4

其中，f2表示所述第二镜头单元的焦距，f3表示所述第三镜头单元的焦距，ft表示所述变焦镜头的远摄端的焦距，M1表示在从广角端向远摄端变焦期间所述第一镜头单元的移动量，在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的物体侧的情况下，所述移动量的符号为负，而在所述第一镜头单元相对于所述广角端位于所述远摄端的像侧的情况下，所述移动量的符号为正。

13.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，所述第五镜头单元具有正屈光力，并且所述第二镜头单元由三个或四个透镜构成。

14.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，从所述第三镜头单元的所述像侧起第二个布置的透镜和第三个布置的透镜被布置为其间具有气隙。

15.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

1.5<f3/fw<2.3

其中，fw表示所述变焦镜头的、广角端的焦距。

16.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

-1.5<f2/fw<-0.9

其中，fw表示所述变焦镜头的、广角端的焦距。

17.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式：

-15.00<f4/fw<-2.50

其中，f4表示所述第四镜头单元的焦距，并且fw表示所述变焦镜头的、广角端的焦距。

18.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，所述第四镜头单元和所述第五镜头单元各自由两个或更少个透镜构成。

19.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，所述第一镜头单元由四个或更少个透镜构成。

20.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，在使像稳定期间，在所述第三镜头单元的最接近所述像侧布置的透镜和从所述像侧起第二个布置的透镜被构造为在具有在与光轴垂直的方向上的分量的方向上移动。

21.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，所述第四镜头单元被构造为在聚焦期间移动。

22.一种摄像装置，所述摄像装置包括：

根据权利要求12至21中任一项所述的变焦镜头；以及

摄像元件，其被构造为接收由所述变焦镜头形成的像的光。