CN105765436A - 变焦镜头、光学设备及变焦镜头的制造方法 - Google Patents

变焦镜头、光学设备及变焦镜头的制造方法 Download PDF

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Abstract

包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组(G1)、具有负光焦度的第2透镜组(G2)、具有正光焦度的第3透镜组(G3)、具有负光焦度的第4透镜组(G4)和具有正光焦度的第5透镜组(G5)，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，第1透镜组(G1)由两片透镜构成，在将第1透镜组(G1)的光轴上的厚度设为D1，将广角端状态下的变焦镜头(ZL)的焦距设为fw时，满足条件式(1)：0.07<D1/fw<0.46。

Description

变焦镜头、光学设备及变焦镜头的制造方法
技术领域
本发明涉及变焦镜头、光学设备及变焦镜头的制造方法。
背景技术
近年来，提出了薄型的变焦镜头(例如，参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-044190号公报
发明内容
发明要解决的课题
关于变焦镜头，与以往的变焦镜头相比，期待更加薄型化。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种薄型且具有优异的光学性能的变焦镜头、光学设备及变焦镜头的制造方法。
用于解决课题的技术方案
为了实现这样的目的，第1本发明的变焦镜头包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，所述第1透镜组由两片透镜构成，满足以下条件式。
0.07<D1/fw<0.46，
其中，
D1：所述第1透镜组的光轴上的厚度，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
在第1本发明的变焦镜头中，优选的是，在变倍时所有透镜组在光轴上移动。
在第1本发明的变焦镜头中，优选的是，所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离在望远端状态下比在广角端状态下大。
第1本发明的变焦镜头优选满足以下条件式。
0.23<(TL5-WL5)/ft<1.20，
其中，
WL5：广角端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
TL5：望远端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距。
在第1本发明的变焦镜头中，优选的是，所述第1透镜组由从物体侧起依次排列的负透镜和正透镜构成。
在第1本发明的变焦镜头中，所述第1透镜组由胶合透镜构成，该胶合透镜由所述两片透镜构成。
在第1本发明的变焦镜头中，优选的是，所述第2透镜组由从物体侧起依次排列的负透镜、负透镜和正透镜构成。
第1本发明的变焦镜头优选满足以下条件式。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
第1本发明的光学设备搭载上述变焦镜头中的任一个。
第2本发明的变焦镜头包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，所述第1透镜组由两片透镜构成，满足以下条件式。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
第2本发明的光学设备搭载上述变焦镜头中的任一个。
关于第1本发明的变焦镜头的制造方法，该变焦镜头包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，其中，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，所述第1透镜组由两片透镜构成，以满足以下条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜。
0.07<D1/fw<0.46，
其中，
D1：所述第1透镜组的光轴上的厚度，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
在第1本发明的变焦镜头的制造方法中，优选的是，以使所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离在望远端状态下比在广角端状态下大的方式在镜头镜筒内配置各透镜。
第1本发明的变焦镜头的制造方法优选以满足以下条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜。
0.23<(TL5-WL5)/ft<1.20，
其中，
WL5：广角端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
TL5：望远端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距。
第1本发明的变焦镜头的制造方法优选以满足以下条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
关于第2本发明的变焦镜头的制造方法，该变焦镜头包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，其中，所述第1透镜组由两片透镜构成，以满足以下条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
发明效果
根据本发明，能够提供一种薄型且具有优异的光学性能的变焦镜头、光学设备及变焦镜头的制造方法。
附图说明
图1是示出第1实施例的变焦镜头的结构的剖面图，其中(W)示出广角端状态下的各透镜组的位置，(M)示出中间焦距状态下的各透镜组的位置，(T)示出望远端状态下的各透镜组的位置。
图2(a)、图2(b)及图2(c)是第1实施例的变焦镜头的各像差图，其中图2(a)是广角端状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图2(b)是中间焦距状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图2(c)是望远端状态下的摄影距离无限远处的各像差图。
图3是示出第2实施例的变焦镜头的结构的剖面图，其中(W)示出广角端状态下的各透镜组的位置，(M)示出中间焦距状态下的各透镜组的位置，(T)示出望远端状态下的各透镜组的位置。
图4(a)、图4(b)及图4(c)是第2实施例的变焦镜头的各像差图，其中图4(a)是广角端状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图4(b)是中间焦距状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图4(c)是望远端状态下的摄影距离无限远处的各像差图。
图5是示出第3实施例的变焦镜头的结构的剖面图，其中(W)示出广角端状态下的各透镜组的位置，(M)示出中间焦距状态下的各透镜组的位置，(T)示出望远端状态下的各透镜组的位置。
图6(a)、图6(b)及图6(c)是第3实施例的变焦镜头的各像差图，其中图6(a)是广角端状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图6(b)是中间焦距状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图6(c)是望远端状态下的摄影距离无限远处的各像差图。
图7(a)是使用第1和第2实施方式的变焦镜头的数字静态相机的主视图，图7(b)是该数字静态相机的背视图。
图8是沿着图7(a)中的箭头A-A′的剖面图。
图9是示出第1和第2实施方式的变焦镜头的制造方法的流程图。
具体实施方式
(第1和第2实施方式)
首先，参照附图，说明第1实施方式。如图1所示，第1实施方式的变焦镜头ZL具有沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、具有正光焦度的第3透镜组G3、具有负光焦度的第4透镜组G4和具有正光焦度的第5透镜组G5，在从广角端状态向望远端状态的变倍(变焦)时，各透镜组的间隔发生变化，第1透镜组G1由两片透镜构成，满足如下的条件式(1)。
0.07<D1/fw<0.46…(1)
其中，
D1：第1透镜组G1的光轴上的厚度，
fw：广角端状态下的变焦镜头ZL的焦距。
如上所述，第1实施方式的变焦镜头ZL在变倍时通过使各透镜组的间隔发生变化的结构，能够良好地校正由变焦引起的像面位置的变动。另外，第1透镜组G1由两片构成，从而能够实现薄型化。
条件式(1)规定第1透镜组G1的厚度。通过满足条件式(1)，能够实现光学系统的薄型化，并且减小球面像差、像散和倍率色差。如果超过条件式(1)的上限值，则无法确保第2透镜组G2和第3透镜组G3的由变倍引起的移动量，需要增强第2透镜组G2和第3透镜组G3的光焦度，因此难以抑制由变倍引起的球面像差、像散的变动。如果低于条件式(1)的下限值，则在第1透镜组G1中产生的倍率色差和球面像差的量增大，特别是难以良好地校正望远端状态下的倍率色差、球面像差。
为了使得第1实施方式的效果可靠，优选将条件式(1)的下限值设为0.09。为了使得第1实施方式的效果更可靠，优选将条件式(1)的下限值设为0.11。为了使得第1实施方式的效果进一步变得可靠，优选将条件式(1)的下限值设为0.13。
在第1实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，在变倍时所有透镜组在光轴上移动。通过该结构，能够使第1透镜组G1的直径小型化，并且良好地校正像面位置的变动。
在第1实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，第5透镜组G5的最靠物体侧的面至像面的距离在望远端状态下比在广角端状态下大。通过该结构，能够抑制由变倍引起的出瞳的变动。此外，在第5透镜组G5的最靠物体侧的面至像面的距离在望远端状态下比在广角端状态下变小的情况下，通过使其他组移动，也能够抑制出瞳的变动，但在该情况下，难以抑制像面位置的变动。
第1实施方式的变焦镜头ZL优选满足如下的条件式(2)。
0.23<(TL5-WL5)/ft<1.20…(2)
其中，
WL5：广角端状态下的第5透镜组G5的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
TL5：望远端状态下的第5透镜组G5的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
ft：望远端状态下的变焦镜头ZL的焦距。
条件式(2)规定从广角端状态到望远端状态下的第5透镜组G5的移动量和移动方向(向物体侧的移动)。通过满足条件式(2)，能够减小由像面弯曲和变倍引起的出瞳的变动。如果超过条件式(2)的上限值，则像面弯曲变大，难以得到平坦的像面。如果低于条件式(2)的下限值，则像面弯曲变得良好，但出瞳的变动变得过大。此处，如果为了抑制出瞳的变动而使其他透镜组移动，则难以抑制像面位置的变动，使得透镜大型化，因此不优选。
为了使第1实施方式的效果可靠，优选将条件式(2)的上限值设为1.00。为了使第1实施方式的效果更可靠，优选将条件式(2)的上限值设为0.80。为了使第1实施方式的效果进一步变得可靠，优选将条件式(2)的上限值设为0.60。
在第1实施方式的变焦镜头ZL中，第1透镜组G1优选由从物体侧起依次排列的负透镜和正透镜构成。通过该结构，能够使第1透镜组G1的直径小型化，并且良好地校正在第1透镜组G1中产生的球面像差。
在第1实施方式的变焦镜头ZL中，第1透镜组G1优选由胶合透镜构成，该胶合透镜由所述两片透镜构成。通过该结构，能够使第1透镜组G1的光轴上的厚度变薄，并良好地校正在第1透镜组G1中产生的倍率色差。
在第1实施方式的变焦镜头ZL中，第2透镜组G2优选由从物体侧起依次排列的负透镜、负透镜和正透镜构成。通过该结构，能够良好地校正由变焦引起的像散的变动。
第1实施方式的变焦镜头ZL优选满足如下的条件式(3)。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|…(3)
其中，
W45β：广角端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率，
T45β：望远端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率，
ft：望远端状态下的变焦镜头ZL的焦距，
fw：广角端状态下的变焦镜头ZL的焦距。
条件式(3)规定从广角端状态向望远端状态进行变倍时的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率的变化量。通过满足条件式(3)，能够减小球面像差和倍率色差。如果低于条件式(3)的下限值，则无法使得望远端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率相对于广角端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率足够大。因此，比第4透镜组G4靠物体侧的组的变倍作用变大，光学系统的全长变得过大。此处，如果为了小型化而增强各组的光焦度，则在第1透镜组G1中产生的倍率色差与像散的量增大，在第3透镜组G3中，球面像差的量增大，因此特别是在望远端状态下难以使这些像差变得良好。
为了使第1实施方式的效果可靠，优选将条件式(3)的上限值设为0.50。为了使第1实施方式的效果更可靠，优选将条件式(3)的上限值设为0.40。由此，能够良好地校正彗形像差等。
根据具备上述的结构的第1实施方式的变焦镜头ZL，能够实现薄型且具有优异的光学性能的变焦镜头。
在图7和图8中，作为具备第1实施方式的变焦镜头ZL的光学设备，示出数字静态相机CAM(光学设备)的结构。该数字静态相机CAM在按下未图示的电源按钮时，打开摄影镜头(变焦镜头ZL)的未图示的快门，通过变焦镜头ZL收集来自被摄体(物体)的光，在配置于像面I(参照图1)的摄像元件C(例如，CCD、CMOS等)上成像。成像于摄像元件C的被摄体像显示在配置于数字静态相机CAM的背后的液晶监视器M。摄影者在观察液晶监视器M并且确定被摄体像的构图之后，按下释放按钮B1而通过摄像元件C对被摄体像进行摄影，并记录保存在未图示的存储器中。
在相机CAM配置有在被摄体较昏暗的情况下发出辅助光的辅助光发光部EF、在数字静态相机CAM的各种条件设定等中使用的功能按键B2等。此处，例示了相机CAM与变焦镜头ZL一体成形而得到的紧凑型相机，但作为光学设备，也可以是具有变焦镜头ZL的镜头镜筒与相机机身可装卸的单镜头反光相机。
根据具备上述的结构的第1实施方式的相机CAM，搭载上述变焦镜头ZL以作为摄影镜头，从而能够实现薄型且具有优异的光学性能的相机。
接下来，参照图9，说明第1实施方式的变焦镜头ZL的制造方法。首先，在镜筒内，以沿着光轴从物体侧起依次排列具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组和具有正光焦度的第5透镜组的方式，配置各透镜(步骤ST10)。此时，以在从广角端状态向望远端状态进行变倍时各透镜组的间隔发生变化的方式配置各透镜(步骤ST20)。以第1透镜组G1由两片透镜构成的方式在镜筒内配置各透镜(步骤ST30)。然后，以满足如下的条件式(1)的方式，在镜筒内配置各透镜(步骤ST40)。
0.07<D1/fw<0.46…(1)
其中，
D1：第1透镜组G1的光轴上的厚度，
fw：广角端状态下的变焦镜头ZL的焦距。
在第1实施方式的变焦镜头ZL的制造方法中，优选的是，以使第5透镜组G5的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离在望远端状态下比在广角端状态下大的方式，在镜头镜筒内配置各透镜。
在第1实施方式的变焦镜头ZL的制造方法中，优选以满足上述条件式(2)的方式，在镜头镜筒内配置各透镜。
在第1实施方式的变焦镜头ZL的制造方法中，优选以满足上述条件式(3)的方式，在镜头镜筒内配置各透镜。
如果列举第1实施方式中的透镜配置的一例，则在图1所示的变焦镜头ZL中，作为具有正光焦度的第1透镜组G1，在镜筒内装入一片胶合透镜，该一片胶合透镜由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L11与凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L12的胶合透镜构成。作为具有负光焦度的第2透镜组G2，以沿着光轴从物体侧起依次排列凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L21、双凹形状的负透镜L22和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L23的方式在镜筒内装入各透镜。作为具有正光焦度的第3透镜组G3，以沿着光轴从物体侧起依次排列凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L31、双凸形状的正透镜L32与双凹形状的负透镜L33的胶合透镜以及双凸形状的正透镜L34的方式在镜筒内装入各透镜。作为具有负光焦度的第4透镜组G4，在镜筒内装入双凹形状的负透镜L41。作为具有正光焦度的第5透镜组G5，在镜筒内装入凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L51。然后，各透镜以满足上述条件式(1)的方式装入到镜筒内(条件式(1)的对应值是0.454)。
根据上述第1实施方式的变焦镜头ZL的制造方法，能够制造薄型且具有优异的光学性能的变焦镜头。
接下来，参照附图，说明第2实施方式。如图1所示，第2实施方式的变焦镜头ZL具有沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、具有正光焦度的第3透镜组G3、具有负光焦度的第4透镜组G4和具有正光焦度的第5透镜组G5，在从广角端状态向望远端状态进行变倍(变焦)时，各透镜组的间隔发生变化，第1透镜组G1由两片透镜构成，满足如下的条件式(3)。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|…(3)
其中，
W45β：广角端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率，
T45β：望远端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率，
ft：望远端状态下的变焦镜头ZL的焦距，
fw：广角端状态下的变焦镜头ZL的焦距。
如上所述，第2实施方式的变焦镜头ZL通过在变倍时各透镜组的间隔进行变化的结构，能够良好地校正由变焦引起的像面位置的变动。另外，通过将第1透镜组G1以两片构成，能够实现薄型化。
条件式(3)规定在从广角端状态向望远端状态进行变倍时的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率的变化量。通过满足条件式(3)，能够减小球面像差和倍率色差。如果低于条件式(3)的下限值，则无法使得望远端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率相对于广角端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率足够大。因此，比第4透镜组G4靠物体侧的组的变倍作用变大，光学系统的全长变得过大。此处，如果为了小型化而增强各组的光焦度，则在第1透镜组G1中产生的倍率色差与像散的量增大，在第3透镜组G3中球面像差的量增大，因此特别是在望远端状态下，难以使这些像差变得良好。
为了使第2实施方式的效果可靠，优选将条件式(3)的上限值设为0.50。为了使第2实施方式的效果更可靠，优选将条件式(3)的上限值设为0.40。由此，能够良好地校正彗形像差等。
根据具备上述的结构的第2实施方式的变焦镜头ZL，能够实现薄型且具有优异的光学性能的变焦镜头。
在图7和图8中，作为具有第2实施方式的变焦镜头ZL的光学设备，示出数字静态相机CAM(光学设备)的结构。该数字静态相机CAM与第1实施方式相同，由于已经进行了其结构说明，因此省略此处的说明。
根据具备上述的结构的第2实施方式的相机CAM，通过搭载上述变焦镜头ZL以作为摄影镜头，能够实现薄型且具有优异的光学性能的相机。
接下来，参照图9，说明第2实施方式的变焦镜头ZL的制造方法。首先，在镜筒内，以沿着光轴从物体侧起依次排列具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组和具有正光焦度的第5透镜组的方式，配置各透镜(步骤ST10)。此时，以在从广角端状态向望远端状态进行变倍时各透镜组的间隔发生变化的方式配置各透镜(步骤ST20)。以第1透镜组G1由两片透镜构成的方式在镜筒内配置各透镜(步骤ST30)。然后，以满足如下的条件式(3)的方式在镜筒内配置各透镜(步骤ST40)。
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|…(3)
其中，
W45β：广角端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率，
T45β：望远端状态下的第4透镜组G4与第5透镜组G5的合成倍率，
ft：望远端状态下的变焦镜头ZL的焦距，
fw：广角端状态下的变焦镜头ZL的焦距。
如果列举第2实施方式中的透镜配置的一例，则在图1所示的变焦镜头ZL中，作为具有正光焦度的第1透镜组G1，在镜筒内装入一片胶合透镜，该胶合透镜由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L11和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L12的胶合透镜构成。作为具有负光焦度的第2透镜组G2，以沿着光轴从物体侧起依次排列凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L21、双凹形状的负透镜L22和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L23的方式在镜筒内装入各透镜。作为具有正光焦度的第3透镜组G3，以沿着光轴从物体侧起依次排列凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L31、双凸形状的正透镜L32与双凹形状的负透镜L33的胶合透镜以及双凸形状的正透镜L34的方式在镜筒内装入各透镜。作为具有负光焦度的第4透镜组G4，在镜筒内装入双凹形状的负透镜L41。作为具有正光焦度的第5透镜组G5，在镜筒内装入凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L51。而且，各透镜以满足上述条件式(3)的方式装入到镜筒内(条件式(3)的对应值是0.194)。
根据上述第2实施方式的变焦镜头ZL的制造方法，能够制造薄型且具有优异的光学性能的变焦镜头。
第1和第2实施方式的实施例
从此处开始，根据附图来说明第1和第2实施方式所涉及的各实施例。以下，示出表1～表3，这些是第1实施例～第3实施例中的各要素的表。
此外，针对第1实施例的图1的各参考标号，为了避免由于参考标号的位数的增大而导致的说明的繁杂化，针对每个实施例独立地使用。因而，即使附加与其他实施例的附图共同的参考标号，它们也不一定是与其他实施例共同的结构。
在各实施例中，作为像差特性的计算对象，选择了C线(波长656.2730nm)、d线(波长587.5620nm)、F线(波长486.1330nm)、g线(波长435.8350nm)。
在表中的[透镜要素]中，面编号表示沿着光线行进的方向的从物体侧起的光学面的顺序，R表示各光学面的曲率半径，D表示从各光学面到下一个光学面(或者像面)的光轴上的距离即面间隔，nd表示光学部件的材质的相对于d线的折射率，νd表示光学部件的材质的以d线作为基准的阿贝数。物面表示物体面，(可变)表示可变的面间隔，曲率半径的“∞”表示平面或者开口，(光圈S)表示孔径光阑S，像面表示像面I。空气的折射率“1.000000”省略。在光学面是非球面的情况下，对面编号附加*记号，在曲率半径R的栏中示出近轴曲率半径。
在表中的[非球面数据]中，关于[透镜要素]所示的非球面，以下式(a)表示其形状。X(y)表示从非球面的顶点处的切平面到高度y处的非球面上的位置为止的沿着光轴方向的距离，R表示基准球面的曲率半径(近轴曲率半径)，κ表示圆锥常数，Ai表示第i次方的非球面系数。“E-n”表示“×10-n”。例如，1.234E-05＝1.234×10-5。
X(y)＝(y2/R)/{1+(1－κ×y2/R2)1/2}+A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10…(a)
在表中的[整体要素]中，f表示整个透镜系统的焦距，FNo表示光圈数，ω表示半视场角(最大入射角，单位：°)，Y表示像高，Bf表示对光轴上的从透镜最终面到近轴像面的距离进行空气换算而得到的数值，TL表示透镜全长(对光轴上的从透镜最前面到透镜最终面的距离加上Bf而得到的数值)。
在表中的[变焦数据]中，示出广角端、中间焦距、望远端的各状态下的可变间隔的值Di。此外，Di表示第i面与第(i+1)面的可变间隔。
在表中的[变焦透镜组数据]中，G表示组编号，组初面表示各组的最靠物体侧的面编号，组焦距表示各组的焦距，透镜结构长度表示各组的最靠物体侧的透镜面到最靠像面侧的透镜面的光轴上的距离。
在表中的[条件式]中，示出与上述条件式(1)～(3)对应的值。
以下，在所有要素值中，所记载的焦距f、曲率半径R、面间隔D、其他长度等在不特别注明的情况下通常使用“mm”，但变焦镜头即使进行比例放大或者比例缩小，也能够得到同等的光学性能，因此不限于此。另外，单位不限定于“mm”，能够使用其他适当的单位。
到此为止的表的说明在所有实施例中都是共通的，省略以下的说明。
(第1实施例)
使用图1、图2和表1来说明第1实施例。如图1所示，第1实施例的变焦镜头ZL(ZL1)包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、以调节光量为目的的孔径光阑S、具有正光焦度的第3透镜组G3、具有负光焦度的第4透镜组G4、具有正光焦度的第5透镜组G5和滤波器组FL。
第1透镜组G1由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L11与凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L12的胶合透镜构成。
第2透镜组G2由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L21、双凹形状的负透镜L22和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L23构成。此外，在双凹形状的负透镜L22的两面形成有非球面。
第3透镜组G3由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L31、双凸形状的正透镜L32与双凹形状的负透镜L33的胶合透镜以及双凸形状的正透镜L34构成。此外，在凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L31的两面形成有非球面。另外，在双凸形状的正透镜L34的像侧面形成有非球面。
第4透镜组G4由双凹形状的负透镜L41构成。此外，在双凹形状的负透镜L41的两面形成有非球面。
第5透镜组G5由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L51构成。
滤波器组FL由用于切断配置于像面I的CCD等固体摄像元件的极限分辨率以上的空间频率的低通滤波器、红外截止滤波器等构成。
在本实施例的变焦镜头ZL1中，在从广角端状态向望远端状态进行变倍时，各透镜组的间隔发生变化，并且从第1透镜组G1到第5透镜组G5的所有透镜组移动。具体地说，第1透镜组G1向物体侧移动。第2透镜组G2暂时向像面侧移动，其后向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。第4透镜组G4向物体侧移动。第5透镜组G5暂时向物体侧移动，其后向像面侧移动。孔径光阑S与第3透镜组G3成为一体而向物体侧移动。
在下述的表1中，示出第1实施例中的各要素的值。表1中的面编号1～25与图1所示的m1～m25的各光学面对应。
(表1)
[透镜要素]
[非球面数据]
[整体要素]
[变焦数据]
[变焦透镜组数据]
[条件式]
条件式(1)D1/fw＝0.454
条件式(2)(TL5-WL5)/ft＝0.323
条件式(3)|(W45β-T45β)/(ft/fw)|＝0.194
根据表1可知，本实施例的变焦镜头ZL1满足条件式(1)～(3)。
图2是第1实施例的变焦镜头的各像差图(球面像差图、像散图、畸变像差图、彗形像差图和倍率色差图)。图2(a)是本实施例的广角端状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图2(b)是本实施例的中间焦距状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图2(c)是望远端状态下的摄影距离无限远处的各像差图。
在各像差图中，FNO表示光圈数，A表示针对各像高的半视场角(单位：°)。d表示d线的像差，g表示g线的像差，C表示C线的像差，F表示F线的像差。另外，未记载的是表示d线的像差。在像散图中，实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。此外，在后述的各实施例的像差图中，也使用与本实施例相同的标号。
根据图2所示的各像差图可以明确得知，在第1实施例的变焦镜头ZL1中，良好地校正了各像差，具有优异的光学性能。
(第2实施例)
使用图3、图4和表2来说明第2实施例。如图3所示，第2实施例的变焦镜头ZL(ZL2)由沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、以调节光量为目的的孔径光阑S、具有正光焦度的第3透镜组G3、具有负光焦度的第4透镜组G4、具有正光焦度的第5透镜组G5和滤波器组FL构成。
第1透镜组G1由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L11与凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L12的胶合透镜构成。
第2透镜组G2由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L21、双凹形状的负透镜L22以及凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L23构成。此外，在双凹形状的负透镜L22的两面形成有非球面。
第3透镜组G3由沿着光轴从物体侧起依次排列的双凸形状的正透镜L31、双凸形状的正透镜L32与双凹形状的负透镜L33的胶合透镜以及双凸形状的正透镜L34构成。此外，在双凸形状的正透镜L31的两面形成有非球面。另外，在双凸形状的正透镜L34的像侧面形成有非球面。
第4透镜组G4由双凹形状的负透镜L41构成。此外，在双凹形状的负透镜L41的两面形成有非球面。
第5透镜组G5由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L51构成。
滤波器组FL由用于切断配置于像面I的CCD等固体摄像元件的极限分辨率以上的空间频率的低通滤波器、红外截止滤波器等构成。
在本实施例的变焦镜头ZL2中，在从广角端状态向望远端状态进行变倍时，各透镜组的间隔发生变化，并且从第1透镜组G1到第5透镜组G5的所有透镜组移动。具体地说，第1透镜组G1向物体侧移动。第2透镜组G2暂时向像面侧移动，其后向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。第4透镜组G4向物体侧移动。第5透镜组G5暂时向物体侧移动，其后向像面侧移动。孔径光阑S与第3透镜组G3成为一体而向物体侧移动。
在下述的表2中，示出第2实施例中的各要素的值。表2中的面编号1～25与图3所示的m1～m25的各光学面对应。
(表2)
[透镜要素]
[非球面数据]
[整体要素]
[变焦数据]
[变焦透镜组数据]
[条件式]
条件式(1)D1/fw＝0.365
条件式(2)(TL5-WL5)/ft＝0.595
条件式(3)|(W45β-T45β)/(ft/fw)|＝0.081
根据表2可知，本实施例的变焦镜头ZL2满足条件式(1)～(3)。
图4是第2实施例的变焦镜头的各像差图(球面像差图、像散图、畸变像差图、彗形像差图和倍率色差图)。图4(a)是本实施例的广角端状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图4(b)是本实施例的中间焦距状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图4(c)是望远端状态下的摄影距离无限远处的各像差图。
根据图4所示的各像差图可以明确得知，在第2实施例的变焦镜头ZL2中，良好地校正了各像差，具有优异的光学性能。
(第3实施例)
使用图5、图6和表3来说明第3实施例。如图5所示，第3实施例的变焦镜头ZL(ZL3)由沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组G1、具有负光焦度的第2透镜组G2、以调节光量为目的的孔径光阑S、具有正光焦度的第3透镜组G3、具有负光焦度的第4透镜组G4、具有正光焦度的第5透镜组G5和滤波器组FL构成。
第1透镜组G1由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L11与双凸形状的正透镜L12的胶合透镜构成。
第2透镜组G2由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L21、双凹形状的负透镜L22以及凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L23构成。此外，在凸面朝向物体侧的负凹凸透镜L21的像侧面形成有非球面。
第3透镜组G3由沿着光轴从物体侧起依次排列的凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L31、双凸形状的正透镜L32与双凹形状的负透镜L33的胶合透镜以及双凸形状的正透镜L34构成。此外，在凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L31的两面形成有非球面。另外，在双凸形状的正透镜L34的像侧面形成有非球面。
第4透镜组G4由双凹形状的负透镜L41构成。此外，在双凹形状的负透镜L41的两面形成有非球面。
第5透镜组G5由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜L51构成。
滤波器组FL由用于切断配置于像面I的CCD等固体摄像元件的极限分辨率以上的空间频率的低通滤波器、红外截止滤波器等构成。
在本实施例的变焦镜头ZL3中，在从广角端状态向望远端状态的变倍时，各透镜组的间隔发生变化，并且从第1透镜组G1到第5透镜组G5的所有透镜组移动。具体地说，第1透镜组G1向物体侧移动。第2透镜组G2暂时向像面侧移动，其后向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。第4透镜组G4向物体侧移动。第5透镜组G5暂时向物体侧移动，其后向像面侧移动。孔径光阑S与第3透镜组G3成为一体而向物体侧移动。
在下述的表3中，示出第3实施例中的各要素的值。表3中的面编号1～25与图5所示的m1～m25的各光学面对应。
(表3)
[透镜要素]
[非球面数据]
[整体要素]
[变焦数据]
[变焦透镜组数据]
[条件式]
条件式(1)D1/fw＝0.134
条件式(2)(TL5-WL5)/ft＝0.231
条件式(3)|(W45β-T45β)/(ft/fw)|＝0.342
根据表3可知，本实施例的变焦镜头ZL3满足条件式(1)～(3)。
图6是第3实施例的变焦镜头的各像差图(球面像差图、像散图、畸变像差图、彗形像差图和倍率色差图)。图6(a)是本实施例的广角端状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图6(b)是本实施例的中间焦距状态下的摄影距离无限远处的各像差图，图6(c)是望远端状态下的摄影距离无限远处的各像差图。
根据图6所示的各像差图可以明确得知，在第3实施例的变焦镜头ZL3中，良好地校正了各像差，具有优异的光学性能。
到此为止，为了使本发明容易理解，带有实施方式的构成要件地进行了说明，但本发明当然不限定于此。
例如，在上述实施例中，示出了5组结构，但也能够应用于其他组结构。另外，也可以是在最靠物体侧追加了透镜或者透镜组的结构、在最靠像侧追加了透镜或者透镜组的结构。另外，透镜组表示由在变倍时变化的空气间隔分离的、具有至少一片透镜的部分。
另外，也可以形成为使单独的或者多个透镜组、或者部分透镜组向光轴方向移动而从无限远物体向近距离物体进行对焦的对焦透镜组。该对焦透镜组也能够应用于自动聚焦，也适用于自动聚焦用的(使用超声波马达等的)马达驱动。特别是，优选将第4透镜组G4形成为对焦透镜组。另外，也可以将第5透镜组G5形成为对焦透镜组。或者也可以使第4透镜组G4与第5透镜组G5同时移动来进行对焦。
另外，也可以形成为使透镜组或者部分透镜组以具有与光轴垂直的方向的分量的方式进行移动或者在包含光轴的面内方向上进行旋转移动(摆动)来校正由于手抖动而产生的图像抖动的防振透镜组。特别是，优选将第2透镜组G2或者第3透镜组G3形成为防振透镜组。
另外，透镜面可以由球面或者平面形成，也可以由非球面形成。在透镜面是球面或者平面的情况下，透镜加工和组装调整变得容易，防止由加工和组装调整的误差导致的光学性能的劣化，因此是优选的。另外，即使在像面偏移的情况下描绘性能的劣化也较小，因此是优选的。在透镜面是非球面的情况下，非球面可以是由研削加工而得到的非球面、用模具将玻璃形成为非球面形状而得到的玻璃模非球面、在玻璃的表面将树脂形成为非球面形状而得到的复合型非球面中的任一种非球面。另外，透镜面可以形成为衍射面，也可以将透镜形成为渐变折射率透镜(GRIN透镜)或者塑料透镜。
孔径光阑S优选配置于第3透镜组G3的附近，但也可以不设置作为孔径光阑的部件而用透镜的框来代替其作用。
在各透镜面上，为了减轻反射光斑、双重影像而实现高对比度的较高的光学性能，也可以施加在较宽的波长区域中具有较高的透射率的防反射膜。
标号说明
ZL(ZL1～ZL3)变焦镜头
G1第1透镜组
G2第2透镜组
G3第3透镜组
G4第4透镜组
G5第5透镜组
S孔径光阑
FL滤波器组
I像面
CAM数字静态相机(光学设备)。

Claims (16)

1.一种变焦镜头，其特征在于，
包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，
所述第1透镜组由两片透镜构成，
并满足以下的条件式：
0.07<D1/fw<0.46，
其中，
D1：所述第1透镜组的光轴上的厚度，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
在变倍时，所有透镜组在光轴上移动。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离在望远端状态下比在广角端状态下大。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足以下的条件式：
0.23<(TL5-WL5)/ft<1.20，
其中，
WL5：广角端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
TL5：望远端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第1透镜组由从物体侧起依次排列的负透镜和正透镜构成。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第1透镜组由胶合透镜构成，该胶合透镜由所述两片透镜构成。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第2透镜组由从物体侧起依次排列的负透镜、负透镜和正透镜构成。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足以下的条件式：
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
9.一种光学设备，其特征在于，
搭载权利要求1所述的变焦镜头。
10.一种变焦镜头，其特征在于，
包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，
所述第1透镜组由两片透镜构成，
满足以下的条件式：
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
11.一种光学设备，其特征在于，
搭载权利要求10所述的变焦镜头。
12.一种变焦镜头的制造方法，该变焦镜头包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，
所述变焦镜头的制造方法的特征在于，
所述第1透镜组由两片透镜构成，
以满足以下的条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜：
0.07<D1/fw<0.46，
其中，
D1：所述第1透镜组的光轴上的厚度，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
13.根据权利要求12所述的变焦镜头的制造方法，其特征在于，
以使所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离在望远端状态下比在广角端状态下大的方式，在镜头镜筒内配置各透镜。
14.根据权利要求12所述的变焦镜头的制造方法，其特征在于，
以满足以下的条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜：
0.23<(TL5-WL5)/ft<1.20，
其中，
WL5：广角端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
TL5：望远端状态下的所述第5透镜组的最靠物体侧的面至像面的光轴上的距离，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距。
15.根据权利要求12所述的变焦镜头的制造方法，其特征在于，
以满足以下的条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜：
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
16.一种变焦镜头的制造方法，该变焦镜头包括沿着光轴从物体侧起依次排列的具有正光焦度的第1透镜组、具有负光焦度的第2透镜组、具有正光焦度的第3透镜组、具有负光焦度的第4透镜组以及具有正光焦度的第5透镜组，在变倍时各透镜组的间隔发生变化，
所述变焦镜头的制造方法的特征在于，
所述第1透镜组由两片透镜构成，
以满足以下的条件式的方式在镜头镜筒内配置各透镜：
0.08<|(W45β-T45β)/(ft/fw)|，
其中，
W45β：广角端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
T45β：望远端状态下的所述第4透镜组与所述第5透镜组的合成倍率，
ft：望远端状态下的所述变焦镜头的焦距，
fw：广角端状态下的所述变焦镜头的焦距。
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