CN108139571B - 变焦镜头以及光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组(G1)、孔径光阑(S)、具有正的光焦度的第2透镜组(G2)、具有负的光焦度的第3透镜组(G3)以及具有正的光焦度的第4透镜组(G4)而构成变焦镜头(ZL)。在该变焦镜头(ZL)中，在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，孔径光阑(S)与第1透镜组(G1)之间的间隔、孔径光阑(S)与第2透镜组(G2)之间的间隔以及孔径光阑(S)与第3透镜组(G3)之间的间隔变化，孔径光阑(S)在光轴方向上移动。

Description

变焦镜头以及光学设备
技术领域
本发明涉及变焦镜头、使用了该变焦镜头的光学设备以及该变焦镜头的制造方法。
背景技术
以往，作为变焦比为两倍左右的广角变焦镜头，提出了沿着光轴从物体侧依次由负的光焦度的第1透镜组和正的光焦度的第2透镜组构成且使各透镜组移动来进行变倍的变焦镜头(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中提出的变焦镜头虽然通过使凹凸的两个透镜组能够在进行变倍时移动来实现了两倍左右的变倍比，但是追求进一步的大口径化和高变倍化。特别是，追求适合于使用了固体摄像元件等的摄像机、电子静态相机等的广角大口径且高变倍比的变焦镜头。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-62770号公报
发明内容
本发明的变焦镜头构成为，具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组、孔径光阑、具有正的光焦度的第2透镜组、具有负的光焦度的第3透镜组以及具有正的光焦度的第4透镜组，在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，所述孔径光阑与所述第1透镜组之间的间隔、所述孔径光阑与所述第2透镜组之间的间隔以及所述孔径光阑与所述第3透镜组之间的间隔变化，所述孔径光阑在光轴方向上移动。
本发明的光学设备搭载上述变焦镜头而构成。
本发明的制造方法是变焦镜头的制造方法，该变焦镜头具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组、孔径光阑、具有正的光焦度的第2透镜组、具有负的光焦度的第3透镜组以及具有正的光焦度的第4透镜组，其中，以如下方式在镜头镜筒内配置所述第1透镜组～所述第4透镜组以及所述孔径光阑：在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，所述孔径光阑与所述第1透镜组之间的间隔、所述孔径光阑与所述第2透镜组之间的间隔以及所述孔径光阑与所述第3透镜组之间的间隔变化，所述孔径光阑在光轴方向上移动。
附图说明
图1是示出本实施方式的第1实施例的变焦镜头的镜头结构的剖视图。
图2(a)、图2(b)以及图2(c)分别是第1实施例的变焦镜头的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的各像差图。
图3是示出本实施方式的第2实施例的变焦镜头的镜头结构的剖视图。
图4(a)、图4(b)以及图4(c)分别是第2实施例的变焦镜头的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的各像差图。
图5是示出本实施方式的第3实施例的变焦镜头的镜头结构的剖视图。
图6(a)、图6(b)以及图6(c)分别是第3实施例的变焦镜头的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的各像差图。
图7是示出本实施方式的第4实施例的变焦镜头的镜头结构的剖视图。
图8(a)、图8(b)以及图8(c)分别是第4实施例的变焦镜头的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的各像差图。
图9是示出具备本实施方式的变焦镜头的相机的结构的概略图。
图10是示出本实施方式的变焦镜头的制造方法的概略的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的变焦镜头、光学设备进行说明。如图1所示，作为本实施方式的变焦镜头ZL的一例的变焦镜头ZL(1)具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组G1、孔径光阑S、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有负的光焦度的第3透镜组G3以及具有正的光焦度的第4透镜组G4而构成。在该变焦镜头ZL中，在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，第1～第4透镜组G1～G4以及孔径光阑S全部分别如图1中由箭头所示地在光轴方向上移动。即，在进行变倍时，相邻的透镜组之间的间隔变化，孔径光阑S与第1透镜组G1之间的间隔、孔径光阑S与第2透镜组G2之间的间隔以及孔径光阑S与第3透镜组G3之间的间隔也变化。
本实施方式的变焦镜头ZL也可以是图3所示的变焦镜头ZL(2)、图5所示的变焦镜头ZL(3)及图7所示的变焦镜头ZL(4)。
通过如上所述地构成本实施方式的变焦镜头ZL，能够在维持镜头整体的尺寸、像散和色差的同时，实现广角化和高倍率化。根据本实施方式，能够得到适合于使用了固体摄像元件等的摄像机、电子静态相机等的变焦镜头。
在上述结构下，本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(1)。
3.00<D1/D2<7.00…(1)
其中，
D1：广角端状态下的从第1透镜组到孔径光阑为止的距离，
D2：从孔径光阑到第2透镜组为止的距离。
条件式(1)规定从第1透镜组到孔径光阑为止的距离与从孔径光阑到第2透镜组为止的距离的比的适当范围，在低于该条件式(1)的下限时，彗差、像散恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(1)的下限值为3.50。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(1)的下限值为4.00。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(1)的下限值为4.50。
在超过条件式(1)的上限时，彗差、像散也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(1)的上限值为6.70。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(1)的上限值为6.40。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(2)。
1.20<M2/Ms<1.60…(2)
其中，
Ms：从广角端状态变倍到远焦端状态时的孔径光阑的移动量，
M2：从广角端状态变倍到远焦端状态时的第2透镜组的移动量。
条件式(2)规定孔径光阑与第2透镜组的移动量比的优选范围，在低于该条件式的下限时，彗差、像散恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(2)的下限值为1.25。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(2)的下限值为1.30。
在超过条件式(2)的上限时，彗差、像散也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(2)的上限值为1.55。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(2)的上限值为1.50。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(1)的上限值为1.45。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(3)。
1.10<TLw/TLt<1.30…(3)
其中，
TLw：广角端状态下的变焦镜头的全长，
TLt：远焦端状态下的变焦镜头的全长。
条件式(3)规定广角端状态下的全长与远焦端状态下的全长的比例的优选范围。全长表示空气换算全长。在低于该条件式的下限时，球面像差、轴向色差恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(3)的下限值为1.12。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(3)的下限值为1.14。
在超过条件式(3)的上限时，像散、畸变恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(3)的上限值为1.26。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(3)的上限值为1.22。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(4)。
0.80<-β2t<1.10…(4)
其中，
β2t：第2透镜组的远焦端状态下的倍率。
条件式(4)规定第2透镜组的远焦端状态下的倍率的适当范围，在低于该条件式的下限时，像散、畸变恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(4)的下限值为0.84。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(4)的下限值为0.88。
在超过条件式(4)的上限时，球面像差、轴向色差恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(4)的上限值为1.05。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(4)的上限值为1.00。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(5)。
1.30<β3w<1.90…(5)
其中，
β3w：第3透镜组的广角端状态下的倍率。
条件式(5)规定第3透镜组的广角端状态下的倍率的适当范围，在低于该条件式的下限值时，彗差、像散恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(5)的下限值为1.35。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(5)的下限值为1.40。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(5)的下限值为1.45。
在超过条件式(5)的上限时，彗差恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(5)的上限值为1.80。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(5)的上限值为1.70。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(5)的上限值为1.60。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(6)。
-0.30<(Rn2+Rn1)/(Rn2-Rn1)<1.00…(6)
其中，
Rn1：第1透镜组中在从物体侧起的第二个配置的负透镜的物体侧的面的曲率半径，
Rn2：第1透镜组中在从物体侧起的第二个配置的负透镜的像侧的面的曲率半径。
条件式(6)规定在从物体侧起的第二个配置的负透镜的形状因子的适当范围，在低于该条件式的下限时，彗差、像散恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(6)的下限值为-0.20。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(6)的下限值为-0.10。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(6)的下限值为0.00。
在超过条件式(6)的上限时，彗差、像散也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(6)的上限值为0.80。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(6)的上限值为0.60。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(6)的上限值为0.50。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(7)。
0.40<(R31+R32)/(R31-R32)<2.50…(7)
其中，
R31：第3透镜组中的最靠物体侧的面的曲率半径，
R32：第3透镜组中的最靠像侧的面的曲率半径。
条件式(7)规定第3透镜组的形状因子的适当范围，在低于该条件式的下限时，彗差、像散恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(7)的下限值为0.45。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(7)的下限值为0.50。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(7)的下限值为0.55。
在超过条件式(7)的上限时，彗差、像散也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(7)的上限值为2.20。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(7)的上限值为1.90。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(7)的上限值为1.60。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(8)。
0.20<(R21+R12)/(R21-R12)<0.90…(8)
其中，
R12：第1透镜组中在最靠物体侧配置的透镜的像侧的面的曲率半径，
R21：第1透镜组中在从物体侧起的第二个配置的透镜的物体侧的面的曲率半径。
条件式(8)规定在将第1透镜组中在最靠物体侧配置的透镜与在从物体侧起的第二个配置的透镜之间的空气间隔看作空气透镜时的空气透镜的形状因子的适当范围，在低于该条件式的下限时，彗差、像散恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(8)的下限值为0.30。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(8)的下限值为0.40。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(8)的下限值为0.50。
在超过条件式(8)的上限时，彗差、像散也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(8)的上限值为0.80。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(8)的上限值为0.70。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(8)的上限值为0.60。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(9)。
39.00°<ωw<70.00°…(9)
其中，
ωw：广角端状态下的半视场角。
条件式(9)是规定广角端状态下的半视场角的最佳的值的条件式。通过满足该条件式，能够具有广半视场角且良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正。当低于条件式(9)的下限时，视场角变窄，这些像差恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(9)的下限值为41.00°。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(9)的下限值为43.00°。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(9)的下限值为45.00°。
在超过条件式(9)的上限时，彗差、像面弯曲、畸变等各像差也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(9)的上限值为60.00°。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(9)的上限值为55.00°。
本实施方式的变焦镜头ZL优选满足下述的条件式(10)。
15.00°<ωt<34.00°…(10)
其中，
ωt：远焦端状态下的半视场角。
条件式(10)是规定远焦端状态下的半视场角的最佳的值的条件式。通过满足该条件式，能够良好地对彗差、像面弯曲、畸变等各像差进行校正。当低于条件式(10)的下限时，这些像差恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(10)的下限值为16.50°。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(10)的下限值为18.00°。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(10)的下限值为20.00°。
在超过条件式(10)的上限时，彗差、像面弯曲、畸变等各像差也恶化，因此是不优选的。为了可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(10)的上限值为31.00°。为了更可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(10)的上限值为28.00°。为了进一步可靠地得到本实施方式的效果，优选使条件式(10)的上限值为26.00°。
在本实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，第1透镜组、第2透镜组以及第3透镜组在光轴方向上移动。由此，能够在维持镜头整体的尺寸、像散和色差的同时，实现广角化和高倍率化。
在本实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，将比最靠像侧的透镜组靠近物体侧的透镜组的至少一部分作为对焦透镜。由此，能够减少对焦时的球面像差、彗差等各像差的变动。另外，是如下结构：在进行从无限远向近距离物体的对焦时，构成对焦透镜的、比最靠像侧的透镜组靠近物体侧的透镜组的至少一部分向光轴方向上的像侧移动。
在本实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，将比最靠像侧的透镜组靠近物体侧且比最靠物体侧的透镜组靠近像侧的透镜组的至少一部分作为对焦透镜。由此，能够减少对焦时的球面像差、彗差等各像差的变动。另外，是如下结构：在进行从无限远向近距离物体的对焦时，构成对焦透镜的、比最靠像侧的透镜组靠近物体侧且比最靠物体侧的透镜组靠近像侧的透镜组的至少一部分向光轴方向上的像侧移动。
在本实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，将第3透镜组的至少一部分作为对焦透镜。由此，能够减少对焦时的球面像差、彗差等各像差的变动。另外，是如下结构：在进行从无限远向近距离物体的对焦时，构成对焦透镜的第3透镜组的至少一部分向光轴方向上的像侧移动。
在本实施方式的变焦镜头ZL中，优选的是，第2透镜组的至少一部分构成具有与光轴垂直的方向的位移分量的防抖透镜组。由此，能够减少手抖校正时的彗差等各像差的变动。
本实施方式的光学设备具备上述结构的变焦镜头ZL而构成。作为其具体例，根据图9对具备上述变焦镜头ZL的相机(光学设备)进行说明。如图9所示，该相机1是具备上述实施方式的变焦镜头ZL来作为摄影镜头2的的数码相机。在相机1中，来自未图示的物体(被摄体)的光被摄影镜头2聚光而到达摄像元件3。由此，来自被摄体的光通过该摄像元件3而被摄像，作为被摄体图像记录在未图示的存储器中。由此，摄影者能够进行基于相机1的被摄体的摄影。另外，该相机可以是无反光镜相机，也可以是具有快速复原反光镜的单反类型的相机。
通过以上的结构，搭载上述变焦镜头ZL来作为摄影镜头2的相机1适合于使用了固体摄像元件等的摄像机、电子静态相机等，能够抑制镜头整体的尺寸，在维持像散和色差的同时得到广角且高倍率的性能。
接着，参照图10对上述的变焦镜头ZL的制造方法进行概述。首先，在镜筒内，沿着光轴从物体侧依次排列配置具有负的光焦度的第1透镜组G1、孔径光阑S、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有负的光焦度的第3透镜组G3以及具有正的光焦度的第4透镜组G4(步骤ST1)。接着，构成为在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，孔径光阑S与第1透镜组G1之间的间隔、孔径光阑S与第2透镜组G2之间的间隔以及孔径光阑S与第3透镜组G2之间的间隔变化，孔径光阑S在光轴方向上移动。(步骤ST2)。
根据本实施方式的制造方法，能够制造能够良好地对各像差进行校正、广角大口径且具有优秀的光学性能的变焦镜头。
实施例
以下，根据附图对本实施方式的实施例的变焦镜头ZL进行说明。
图1、图3、图5、图7是示出第1～第4实施例的变焦镜头ZL{ZL(1)～ZL(4)}的结构等的剖视图。在这些图的下部示出的箭头表示在从广角端状态向远焦端状态进行缩放(变倍动作)时的第1～第4透镜组G1～G4以及孔径光阑S的移动方向。
在这些图中，通过标号G与数字的组合来表示各透镜组，通过标号L与数字的组合来表示各透镜。在该情况下，为了防止标号、数字的种类以及数变大而变得复杂，对每个实施例分别独立使用标号与数字的组合来表示透镜组等。因此，即使在实施例之间使用相同的标号与数字的组合，也不意味着是相同的结构。
以下示出表1～表4，这些是表示第1～第4实施例中的各参数数据的表。
在[透镜参数]的表中，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(使曲率中心位于像侧的面为正的值)，D表示从各光学面到下一个光学面为止的光轴上的距离、即面间隔，nd表示光学构件的材质的对d线(波长587.6nm)的折射率，νd表示光学构件的材质的以d线为基准的阿贝数。面编号表示沿着光线行进的方向的从物体侧起的透镜面的顺序。曲率半径的“∞”表示平面或开口，(光圈S)表示孔径光阑S。省略空气的折射率nd＝1.00000的记载。在透镜面为非球面时，在面编号上附上*标记，在曲率半径R的栏中表示近轴曲率半径。
在[整体参数]的表中示出变焦镜头整体的参数，f表示镜头整个系统的焦距，Fno.表示F值，ω表示半视场角(最大入射角，单位为“°”)。BF表示无限远对焦时的光轴上的从透镜最终面到像面I为止的距离(后焦距)，TL为镜头全长，表示在光轴上的从透镜最前面到透镜最终面为止的距离上加上BF的距离。另外，这些值分别针对广角端状态(Wide)、中间焦距(Middle)、远焦端状态(Tele)的各变倍状态下的值示出。
在[非球面数据]的表中，关于[透镜参数]中所示的非球面，通过下式(a)表示其形状。X(y)表示从非球面的顶点处的切面到高度y处的非球面上的位置为止的沿着光轴方向的距离(凹陷量)，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次的非球面系数。“E-n”表示“×10-n”。例如，1.234E-05＝1.234×10-5。另外，二次非球面系数A2为0，省略其记载。
X(y)＝(y2/R)/{1+(1-κ×y2/R2)1/2}+A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10
…(a)
[可变间隔数据]的表示出在表示[透镜参数]的表中面间隔为“可变”的面编号i中的到下一个面为止的面间隔Di。例如，在第1实施例中，示出面编号6、7、15、17、20处的面间隔D6、D7、D15、D17、D20。F表示变焦镜头整个系统的焦距。
在[透镜组数据]的表中，示出第1～第4(或第5)透镜组中的组初面(最靠物体侧的面)的面编号、各组的焦距、透镜结构长度。
在[条件式对应值]的表中，示出与上述的条件式(1)～(10)对应的值。
以下，在所有的参数值中，对于所记载的焦距f、曲率半径R、面间隔D、其他长度等，在没有特别记载的情况下一般使用“mm”，但是即使对光学系统进行比例放大或比例缩小也能够得到相同的光学性能，因此并不限定于此。
以上，是在所有的实施例中相同的事项的说明，省略以下的各实施例中的重复的说明。
(第1实施例)
使用图1、图2以及表1对第1实施例进行说明。图1是示出本实施方式的第1实施例的变焦镜头ZL(1)的镜头结构的图。该变焦镜头ZL(1)构成为，如图所示地具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组G1、进行变倍时在光轴方向上移动的孔径光阑S、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有负的光焦度的第3透镜组G3以及具有正的光焦度的第4透镜组G4。标在各透镜组符号的标号(+)或(-)表示各透镜组的光焦度。在比第4透镜组G4靠像侧处靠近像面I而设置有滤光片FL和盖玻璃CG(像面I的保护玻璃)。滤光片FL由低通滤光片或红外截止滤光片等构成。
在进行变倍时，除了第1～第4透镜组G1～G4的全部以外还有孔径光阑S如图1中由箭头所示地分别沿轴向移动。因此，它们的面间隔D6、D7、D15、D17、D20为可变，将该值表示在[可变间隔数据]的表中。
第1透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的凸面(第1面)朝向物体侧的负弯月透镜L11、双凹形状的负透镜L12以及凸面朝向物体侧的正弯月透镜L13。另外，负弯月透镜L11的像侧的第2面和负透镜L12的像侧的第4面为非球面。
第2透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的双凸形状的正透镜L21、双凸形状的正透镜L22、双凹形状的负透镜L23、凸面朝向物体侧的负弯月透镜L24以及双凸形状的正透镜L25。正透镜L22和负透镜L23被一体接合而形成接合透镜。负弯月透镜L24和正透镜L25也被一体接合而形成接合透镜。另外，正透镜L21的两面(第8面和第9面)以及正透镜L25的像侧的第15面为非球面。
第3透镜组具有凸面朝向物体侧的负弯月透镜L31。该负弯月透镜L31的像侧的第17面为非球面。
第4透镜组G4具备沿着光轴从物体侧依次排列的双凸形状的正透镜L41和凸面朝向像侧的负弯月透镜L42，双透镜L41、L42被一体地接合而形成接合透镜。
在第1透镜组G1与第2透镜组G2之间，配置有以调节光量为目的的孔径光阑S。该孔径光阑S在进行变倍时独立于第1～第4透镜组G1～G4而在光轴方向上移动。
在变焦镜头ZL(1)中，通过使构成第3透镜组G3的负弯月透镜L31向像面方向移动来进行从无限远(远距离物体)向近距离物体的对焦。
在变焦镜头ZL(1)中，第2透镜组G2的至少一部分(可以是第2透镜组G2整体，也可以是构成第2透镜组G2的透镜L21～L25的任意一个或者它们的组合)构成具有与光轴垂直的方向的位移分量的防抖透镜组，进行像面I上的像抖动校正(防抖、手抖校正)。
在以下的表1中示出第1实施例的光学系统的参数的值。
(表1)
[透镜数据]
Figure GDA0002489762090000151
Figure GDA0002489762090000161
[整体参数]
Figure GDA0002489762090000162
Figure GDA0002489762090000171
[非球面数据]
Figure GDA0002489762090000172
[可变间隔数据]
Figure GDA0002489762090000173
[透镜组数据]
Figure GDA0002489762090000174
[条件式对应值]
条件式(1)D1/D2＝6.20
条件式(2)M2/Ms＝1.35
条件式(3)TLw/TLt＝1.19
条件式(4)-β2t＝0.92
条件式(5)β3w＝1.52
条件式(6)(Rn2+Rn1)/(Rn2-Rn1)＝0.06
条件式(7)(R31+R32)/(R31-R32)＝1.53
条件式(8)(R21+R12)/(R21-R12)＝0.56
条件式(9)ωw＝50.38°
条件式(10)ωt＝23.65°
如上述[条件式对应值]的表所示，图1所示的第1实施例的变焦镜头ZL(1)满足所有的上述条件式(1)～(10)。
图2(a)、图2(b)以及图2(c)分别是第1实施例的变焦镜头ZL(1)的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的无限远对焦时的各像差图。
通过各像差图可知，第1实施例的变焦镜头ZL(1)从广角端状态到远焦端状态良好地对各像差进行校正并具有优秀的成像性能。另外，能够通过摄像后的图像处理对畸变进行校正，不需要光学性的校正。
在图2中，FNO表示F值，ω表示对于各像高的半视场角(单位为“°”)。D表示d线(λ＝587.6nm)下的像差，g表示g线(λ＝435.8nm)下的像差。在球面像差图、像散图以及彗差图中，实线表示弧矢像面的像差，虚线表示子午相面的像差。关于该说明，在以下的各实施例的所有的像差图中相同，省略以下的重复的说明。
(第2实施例)
使用图3、图4以及表2对第2实施例进行说明。图3是示出本实施方式的第2实施例的变焦镜头ZL(2)的镜头结构的图。该变焦镜头ZL(2)构成为，如图所示地具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组G1、进行变倍时在光轴方向上移动的孔径光阑S、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有负的光焦度的第3透镜组G3以及具有正的光焦度的第4透镜组G4。在第4透镜组G4的像面侧，设置有由低通滤光片或红外截止滤光片等构成的滤光片FL和像面I。
在进行变倍时，除了第1～第3透镜组G1～G3以外还有孔径光阑S如图3中由箭头所示地分别沿轴向移动。另外，第4透镜组G4不移动。因此，它们的面间隔D6、D7、D15、D17为可变，将该值表示在[可变间隔数据]的表中。
第1透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的凸面(第1面)朝向物体侧的负弯月透镜L11、双凹形状的负透镜L12以及凸面朝向物体侧的正弯月透镜L13。另外，负弯月透镜L11的像侧的第2面和双凹负透镜L12的像侧的第4面为非球面。
第2透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的双凸形状的正透镜L21、双凸形状的正透镜L22、双凹形状的负透镜L23、凸面朝向物体侧的负弯月透镜L24以及双凸形状的正透镜L25。正透镜L22和负透镜L23被一体接合而形成接合透镜。负弯月透镜L24和正透镜L25也被一体接合而形成接合透镜。另外，正透镜L21的两面(第8面和第9面)以及正透镜L25的像侧的第15面为非球面。
第3透镜组具有凸面朝向物体侧的负弯月透镜L31。该负弯月透镜L31的像侧的第17面为非球面。
第4透镜组G4具备沿着光轴从物体侧依次排列的双凸形状的正透镜L41和凸面朝向像侧的负弯月透镜L42，双透镜L41、L42被一体地接合而形成接合透镜。
在第1透镜组G1与第2透镜组G2之间，配置有以调节光量为目的的孔径光阑S。该孔径光阑S在进行变倍时独立于第1～第4透镜组G1～G4而在光轴方向上移动。
在变焦镜头ZL(2)中，通过使构成第3透镜组G3的负弯月透镜L31向像面方向移动来进行从无限远(远距离物体)向近距离物体的对焦。
在变焦镜头ZL(2)中，第2透镜组G2的至少一部分构成具有与光轴垂直的方向的位移分量的防抖透镜组，进行像面I上的像抖动校正(防抖、手抖校正)。
在以下的表2中示出第2实施例的光学系统的参数的值。
(表2)
[透镜数据]
Figure GDA0002489762090000201
Figure GDA0002489762090000211
[整体参数]
Figure GDA0002489762090000212
[非球面数据]
Figure GDA0002489762090000213
Figure GDA0002489762090000221
[可变间隔数据]
Figure GDA0002489762090000222
[透镜组数据]
Figure GDA0002489762090000223
[条件式对应值]
条件式(1)D1/D2＝5.21
条件式(2)M2/Ms＝1.38
条件式(3)TLw/TLt＝1.19
条件式(4)-β2t＝0.94
条件式(5)β3w＝1.55
条件式(6)(Rn2+Rn1)/(Rn2-Rn1)＝0.37
条件式(7)(R31+R32)/(R31-R32)＝1.19
条件式(8)(R21+R12)/(R21-R12)＝0.55
条件式(9)ωw＝50.71°
条件式(10)ωt＝23.83°
如上述[条件式对应值]的表所示，图2所示的第2实施例的变焦镜头ZL(2)满足所有的上述条件式(1)～(10)。
图4(a)、图4(b)以及图4(c)分别是第2实施例的变焦镜头ZL(2)的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的无限远对焦时的各像差图。
通过各像差图可知，第2实施例的变焦镜头ZL(2)从广角端状态到远焦端状态良好地对各像差进行校正并具有优秀的成像性能。
(第3实施例)
使用图5、图6以及表3对第3实施例进行说明。图5是示出本实施方式的第3实施例的变焦镜头ZL(3)的镜头结构的图。该变焦镜头ZL(3)构成为，如图所示地具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组G1、进行变倍时在光轴方向上移动的孔径光阑S、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有负的光焦度的第3透镜组G3以及具有正的光焦度的第4透镜组G4。在第4透镜组G4的像面侧，具备由低通滤光片或红外截止滤光片等构成的滤光片FL并设置有像面I。
在进行变倍时，除了第1～第4透镜组G1～G4以外还有孔径光阑S如图5中由箭头所示地分别沿轴向移动。因此，它们的面间隔D6、D7、D15、D17、D19为可变，将该值表示在[可变间隔数据]的表中。
第1透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的凸面(第1面)朝向物体侧的负弯月透镜L11、双凹形状的负透镜L12以及凸面朝向物体侧的正弯月透镜L13。另外，负弯月透镜L11的像侧的第2面和双凹负透镜L12的像侧的第4面为非球面。
第2透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的双凸形状的正透镜L21、双凸形状的正透镜L22、双凹形状的负透镜L23、凸面朝向物体侧的负弯月透镜L24以及双凸形状的正透镜L25。正透镜L22和负透镜L23被一体接合而形成接合透镜。负弯月透镜L24和正透镜L25也被一体接合而形成接合透镜。另外，正透镜L21的两面(第8面和第9面)以及正透镜L25的像侧的第15面为非球面。
第3透镜组具有双凹形状的负透镜L31。该负透镜L31的两面(第16面和第17面)为非球面。
第4透镜组G4具有双凸形状的正透镜L41。该正透镜L41的物体侧的第18面为非球面。
在第1透镜组G1与第2透镜组G2之间，配置有以调节光量为目的的孔径光阑S。该孔径光阑S在进行变倍时独立于第1～第4透镜组G1～G4而在光轴方向上移动。
在变焦镜头ZL(3)中，通过使构成第3透镜组G3的负透镜L31向像面方向移动来进行从无限远(远距离物体)向近距离物体的对焦。
在变焦镜头ZL(3)中，第2透镜组G2的至少一部分构成具有与光轴垂直的方向的位移分量的防抖透镜组，进行像面I上的像抖动校正(防抖、手抖校正)。
在以下的表3中示出第3实施例的光学系统的参数的值。
(表3)
[透镜数据]
Figure GDA0002489762090000241
Figure GDA0002489762090000251
[整体参数]
Figure GDA0002489762090000252
Figure GDA0002489762090000261
[非球面数据]
Figure GDA0002489762090000262
[可变间隔数据]
Figure GDA0002489762090000263
[透镜组数据]
Figure GDA0002489762090000264
[条件式对应值]
条件式(1)D1/D2＝4.96
条件式(2)M2/Ms＝1.42
条件式(3)TLw/TLt＝1.17
条件式(4)-β2t＝0.95
条件式(5)β3w＝1.54
条件式(6)(Rn2+Rn1)/(Rn2-Rn1)＝0.04
条件式(7)(R31+R32)/(R31-R32)＝0.62
条件式(8)(R21+R12)/(R21-R12)＝0.62
条件式(9)ωw＝50.38°
条件式(10)ωt＝23.74°
如上述[条件式对应值]的表所示，图5所示的第3实施例的变焦镜头ZL(3)满足所有的上述条件式(1)～(10)。
图6(a)、图6(b)以及图6(c)分别是第3实施例的变焦镜头ZL(3)的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的无限远对焦时的各像差图。
通过各像差图可知，第3实施例的变焦镜头ZL(3)从广角端状态到远焦端状态良好地对各像差进行校正并具有优秀的成像性能。
(第4实施例)
使用图7、图8以及表4对第4实施例进行说明。图7是示出本实施方式的第4实施例的变焦镜头ZL(4)的镜头结构的图。该变焦镜头ZL(4)构成为，如图所示地具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组G1、进行变倍时在光轴方向上移动的孔径光阑S、具有正的光焦度的第2透镜组G2、具有负的光焦度的第3透镜组G3、具有正的光焦度的第4透镜组G4以及具有负的光焦度的第5透镜组G5。在第5透镜组G5的像面侧，具备由低通滤光片或红外截止滤光片等构成的滤光片FL并设置有像面I。
在进行变倍时，除了第1～第4透镜组G1～G4以外还有孔径光阑S如图7中由箭头所示地分别沿轴向移动。另外，第5透镜组G5不沿轴向移动。因此，它们的面间隔D6、D7、D15、D17、D19为可变，将该值表示在[可变间隔数据]的表中。
第1透镜组G1具备沿着光轴从物体侧依次排列的凸面(第1面)朝向物体侧的负弯月透镜L11、双凹形状的负透镜L12以及凸面朝向物体侧的正弯月透镜L13。另外，负弯月透镜L11的像侧的第2面和双凹负透镜L12的像侧的第4面为非球面。
第2透镜组G2具备沿着光轴从物体侧依次排列的双凸形状的正透镜L21、凸面朝向物体侧的正弯月透镜L22、凸面朝向物体侧的负弯月透镜L23、凸面朝向物体侧的负弯月透镜L24以及双凸形状的正透镜L25。正弯月透镜L22和负弯月透镜L23被一体接合而形成接合透镜。负弯月透镜L24和正透镜L25也被一体接合而形成接合透镜。另外，正透镜L21的两面(第8面和第9面)以及正透镜L25的像侧的第15面为非球面。
第3透镜组具有双凹形状的负透镜L31。该负透镜L31的两面(第16面和第17面)为非球面。
第4透镜组G4具有双凸形状的正透镜L41。该正透镜L41的物体侧的第18面为非球面。
第5透镜组G5具有凸面朝向像侧的负弯月透镜L51。
在第1透镜组G1与第2透镜组G2之间，配置有以调节光量为目的的孔径光阑S。该孔径光阑S在进行变倍时独立于第1～第5透镜组G1～G5而在光轴方向上移动。
在变焦镜头ZL(4)中，通过使构成第3透镜组G3的负透镜L31向像面方向移动来进行从无限远(远距离物体)向近距离物体的对焦。
在变焦镜头ZL(4)中，第2透镜组G2的至少一部分构成具有与光轴垂直的方向的位移分量的防抖透镜组，进行像面I上的像抖动校正(防抖、手抖校正)。
在以下的表4中示出第4实施例的光学系统的参数的值。
(表4)
[透镜数据]
Figure GDA0002489762090000291
Figure GDA0002489762090000301
[整体参数]
Figure GDA0002489762090000302
[非球面数据]
Figure GDA0002489762090000303
[可变间隔数据]
Figure GDA0002489762090000311
[透镜组数据]
Figure GDA0002489762090000312
[条件式对应值]
条件式(1)D1/D2＝4.86
条件式(2)M2/Ms＝1.42
条件式(3)TLw/TLt＝1.17
条件式(4)-β2t＝0.96
条件式(5)β3w＝1.53
条件式(6)(Rn2+Rn1)/(Rn2-Rn1)＝0.17
条件式(7)(R31+R32)/(R31-R32)＝0.83
条件式(8)(R21+R12)/(R21-R12)＝0.58
条件式(9)ωw＝49.79°
条件式(10)ωt＝23.51°
如上述[条件式对应值]的表所示，图7所示的第4实施例的变焦镜头ZL(4)满足所有的上述条件式(1)～(10)。
图8(a)、图8(b)以及图8(c)分别是第4实施例的变焦镜头ZL(4)的广角端状态、中间焦距状态、远焦端状态下的无限远对焦时的各像差图。
通过各像差图可知，第3实施例的变焦镜头ZL(4)从广角端状态到远焦端状态良好地对各像差进行校正并具有优秀的成像性能。
上述各实施例示出本申请发明的一具体例，本申请发明并不限定于此。
能够在不损坏本实施方式的变焦镜头的光学性能的范围内适当采用以下的内容。
作为本实施方式的变焦镜头的实施例，虽然示出了4组和5组结构，但是本申请并不限定于此，还能够构成其他组结构(例如，6组等)的变焦镜头。具体地讲，也可以是在本实施方式的变焦镜头的最靠物体侧或最靠像面侧增加了透镜或透镜组的结构。另外，透镜组表示被进行变倍时变化的空气间隔分离的、具有至少一个透镜的部分。
也可以是使单独或多个透镜组、或者部分透镜组在光轴方向上移动来进行从无限远物体向近距离物体的对焦的对焦透镜组。该对焦透镜组还能够应用于自动对焦，也适合于自动对焦用的(使用了超声波电机等)电机驱动。特别是，优选将第3透镜组的至少一部分作为对焦透镜组。另外，也可以将第4透镜组的至少一部分作为对焦透镜组。
也可以是使透镜组或部分透镜组以具有与光轴垂直的方向的分量的方式移动、或者在包含光轴的面内方向上旋转移动(摆动)而作为对由手抖产生的像抖动进行校正的防抖透镜组。特别是，优选将第2透镜组的至少一部分作为防抖透镜组。
透镜面可以由球面或平面形成，也可以由非球面形成。在透镜面为球面或平面的情况下，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引起的光学性能的劣化，因此是优选的。另外，即使在像面偏移的情况下，描绘性能的劣化也少，因此是优选的。
在透镜面为非球面时，非球面可以是基于研磨加工的非球面、通过模具将玻璃形成为非球面形状的玻璃模铸非球面、在玻璃的表面将树脂形成为非球面形状的复合型非球面中的任意一种非球面。另外，透镜面也可以是衍射面，也可以使透镜为折射率分布型透镜(GRIN透镜)或塑料透镜。
孔径光阑虽然优选配置于第2透镜组附近或其中，但是也可以不设置作为孔径光阑的构件，而通过透镜的框来代替其作用。
在各透镜面上，为了减轻眩光和重影并实现高对比度的光学性能，也可以施加在宽波长区域中具有高透射率的增透膜。
本实施方式的变焦镜头(变倍光学系统)的变倍比为1.5～7。
标号说明
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 FL 滤光片
I 像面 S 孔径光阑

Claims (16)

1.一种变焦镜头，其特征在于，
具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组、孔径光阑、具有正的光焦度的第2透镜组、具有负的光焦度的第3透镜组以及具有正的光焦度的第4透镜组，
在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，所述孔径光阑与所述第1透镜组之间的间隔、所述孔径光阑与所述第2透镜组之间的间隔以及所述孔径光阑与所述第3透镜组之间的间隔变化，所述孔径光阑在光轴方向上移动，
且满足下述的条件式：
39.00°<ωw<70.00°
0.40<(R31+R32)/(R31-R32)<2.50
4.00<D1/D2<7.00
其中，
ωw：广角端状态下的半视场角，
R31：所述第3透镜组中的最靠物体侧的面的曲率半径，
R32：所述第3透镜组中的最靠像侧的面的曲率半径，
D1：广角端状态下的从所述第1透镜组到所述孔径光阑为止的距离，
D2：从所述孔径光阑到所述第2透镜组为止的距离。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
1.20<M2/Ms<1.60
其中，
Ms：从广角端状态变倍到远焦端状态时的所述孔径光阑的移动量，
M2：从广角端状态变倍到远焦端状态时的所述第2透镜组的移动量。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
1.10<TLw/TLt<1.30
其中，
TLw：广角端状态下的变焦镜头的全长，
TLt：远焦端状态下的变焦镜头的全长。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
0.80<-β2t<1.10
其中，
β2t：所述第2透镜组的远焦端状态下的倍率。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
1.30<β3w<1.90
其中，
β3w：所述第3透镜组的广角端状态下的倍率。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
-0.30<(Rn2+Rn1)/(Rn2-Rn1)<1.00
其中，
Rn1：所述第1透镜组中在从物体侧起的第二个配置的负透镜的物体侧的面的曲率半径，
Rn2：所述第1透镜组中在从物体侧起的第二个配置的负透镜的像侧的面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
0.20<(R21+R12)/(R21-R12)<0.90
其中，
R12：所述第1透镜组中在最靠物体侧配置的透镜的像侧的面的曲率半径，
R21：所述第1透镜组中在从物体侧起的第二个配置的透镜的物体侧的面的曲率半径。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
满足下述的条件式：
15.00°<ωt<34.00°
其中，
ωt：远焦端状态下的半视场角。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，所述第1透镜组、所述第2透镜组以及所述第3透镜组在光轴方向上移动。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
将比最靠像侧的透镜组靠近物体侧的透镜组的至少一部分作为对焦透镜。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
将比最靠像侧的透镜组靠近物体侧且比最靠物体侧的透镜组靠近像侧的透镜组的至少一部分作为对焦透镜。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
将所述第3透镜组的至少一部分作为对焦透镜。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，
所述第2透镜组的至少一部分构成具有与光轴垂直的方向的位移分量的防抖透镜组。
14.一种光学设备，搭载权利要求1～13中的任意一项所述的变焦镜头而构成。
15.一种变焦镜头，其特征在于，
具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组、孔径光阑、具有正的光焦度的第2透镜组、具有负的光焦度的第3透镜组以及具有正的光焦度的第4透镜组，
在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，所述孔径光阑与所述第1透镜组之间的间隔、所述孔径光阑与所述第2透镜组之间的间隔以及所述孔径光阑与所述第3透镜组之间的间隔变化，所述孔径光阑在光轴方向上移动，
且满足下述的条件式：
15.00°<ωt<34.00°
0.40<(R31+R32)/(R31-R32)<2.50
4.00<D1/D2<7.00
其中，
ωt：远焦端状态下的半视场角，
R31：所述第3透镜组中的最靠物体侧的面的曲率半径，
R32：所述第3透镜组中的最靠像侧的面的曲率半径，
D1：广角端状态下的从所述第1透镜组到所述孔径光阑为止的距离，
D2：从所述孔径光阑到所述第2透镜组为止的距离。
16.一种变焦镜头，其特征在于，
具备沿着光轴从物体侧依次排列的具有负的光焦度的第1透镜组、孔径光阑、具有正的光焦度的第2透镜组、具有负的光焦度的第3透镜组以及具有正的光焦度的第4透镜组，
在从广角端状态向远焦端状态进行变倍时，所述孔径光阑与所述第1透镜组之间的间隔、所述孔径光阑与所述第2透镜组之间的间隔以及所述孔径光阑与所述第3透镜组之间的间隔变化，所述孔径光阑在光轴方向上移动，
且满足下述的条件式：
1.10<TLw/TLt<1.30
0.40<(R31+R32)/(R31-R32)<2.20
其中，
TLw：广角端状态下的变焦镜头的全长，
TLt：远焦端状态下的变焦镜头的全长，
R31：所述第3透镜组中的最靠物体侧的面的曲率半径，
R32：所述第3透镜组中的最靠像侧的面的曲率半径。
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