CN1313857C - 变焦透镜、以及使用这种变焦透镜的成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变焦透镜、以及使用这种变焦透镜的成像装置，其中的变焦透镜从物侧开始依次包括具有正折射光焦度的第一透镜组，具有负折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，具有正折射光焦度的第四透镜组，以及具有负折射光焦度的第五透镜组，其中通过移动第二和第四透镜组进行变焦操作，其中第一透镜组从物侧开始包括，具有负折射光焦度的前透镜组，用于折叠光路的光学元件，以及具有正折射光焦度的后透镜组，满足条件1.0＜β5＜1.9，其中第五透镜组在物距为无限远处的成像能力为β5。

Description

变焦透镜、以及使用这种 变焦透镜的成像装置

本申请要求于2003年5月30日向日本专利局提交的日本优先权文本第2003-154760号的优先权，该文本在这里作为参考引入。

技术领域

本发明涉及一种变焦透镜，以及使用该变焦透镜作为图像摄取透镜的成像装置，特别涉及一种后焦点型变焦透镜以及使用这种变焦透镜的成像装置，所述后焦点型变焦透镜适合如数字静态照相机、家用摄像机等的小尺寸成像装置，并且还能够实现3到5倍的变焦比。

背景技术

近年来，数字静态照相机和数字摄像机作为家用设备已经得到广泛地普及，此外，对于那些小尺寸成像装置需要小型化的设计。由于这一原因，安装的图像摄取透镜，特别是变焦透镜需要使其总长度小型化，并缩短水平深度。而且，除了小型化设计之外，对于这种数字静态照相机所用的这种图像摄取透镜来说，需要根据这种成像装置中像素数的增多来改进该透镜的性能。

例如已经知道，可以使所谓后焦点型变焦透镜很容易地小型化整个透镜系统，并获得适合于具有大量像素的固体成像装置的成像性能，在该后焦点型变焦透镜中，移动与最接近物侧设置的第一透镜组不同的透镜组进行聚焦。关于这种后焦点型变焦透镜，具有五个透镜组的变焦透镜是公知的，其中变焦透镜配置为从物侧开始依次为具有正折射光焦度的第一透镜组，具有负折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，具有正折射光焦度的第四透镜组，具有负折射光焦度的第五透镜组，通过移动第二和第四透镜组实现变焦操作，通过移动第四透镜组实现聚焦操作。例如，在后面提到的专利文献1中，公开了一种满足下面方程式(1)至(3)的变焦透镜，其中第三透镜组和第五透镜组的焦距分别为f3和f5，第五透镜组在物距为无限远的位置处的成像能力为β5，第二透镜组的焦距为f2，整个系统在广角端和远摄端的焦距分别为fw和ft。

0.8＜|f5/f3|＜2.1                      ......(1)

1.2＜|β5|＜1.6                        ......(2)

$0.25<|f2/\sqrt{\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft}}|<0.37\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

近来，已经考虑通过折叠第一透镜组到像平面的中间的光路，并通过在装配到成像装置时缩短透镜的长度，以及通过设定透镜在来回方向的变焦操作中的可移动方向来除去图像摄取过程中透镜系统的突出部分。例如，已知的这种变焦透镜从物侧开始依次包括具有正折射光焦度的第一透镜组，具有负折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，和具有正折射光焦度的第四透镜组，如下面提到的专利文献2中所公开的。也就是说，这种常规的变焦透镜设置为包括具有四个透镜组的透镜结构，通过移动第二和第四透镜组进行变焦操作，其中第一透镜组从物侧依次包括具有负折射光焦度的单透镜的第一透镜，用于折叠光路的棱镜，以及具有正折射光焦度的单透镜的第二透镜。

专利文献1：JP 3015192

专利文献2：JOP 2000-131610

顺便提一下，在具有利用棱镜折叠光路的光学系统的变焦透镜中，通过使棱镜尺寸小型化可以实现进一步的小型化和薄型化(low-profile)的模型设计。但是在专利文献2公开的变焦透镜中，存在一个问题，即如果第一透镜组中包含的透镜的直径和厚度制造得很小，那么由于光学性能的降低很难进一步使棱镜小型化。

发明内容

本发明根据上述问题而提出，本发明的一个方面提出一种后焦点型变焦透镜，该变焦透镜能够通过进一步小型化棱镜且不使光学性能降低来小型化整个光学系统。

此外，本发明的另一方面提出一种采用后焦点型变焦透镜的成像装置，该变焦透镜能够通过进一步小型化棱镜且不使光学性能降低来小型化整个光学系统。

根据本发明，为了解决上述问题，在从物侧开始依次包括具有正折射光焦度的第一透镜组，具有负折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，具有正折射光焦度的第四透镜组和具有负折射光焦度的第五透镜组的本发明的变焦透镜中，通过移动第二透镜组和第四透镜组实现变焦操作，其中第一透镜组从物侧开始依次包括具有负折射光焦度的前透镜组，用于折叠光路的光学元件，以及具有正折射光焦度的后透镜组，并且其中如果第五透镜组在物距是无限远的成像能力是β5，那么满足条件1.0＜β5＜1.9。

如上所述的变焦透镜包括从物侧开始依次具有正，负，正，正和负折射光焦度的五个透镜组，通过移动第二和第四透镜组进行变焦操作。在这种情况下，第一透镜组从物侧开始包括具有负折射光焦度的前透镜组，用于折叠光路的光学元件，和具有正折射光焦度的后透镜组，在变焦操作过程中第二和第四透镜组的可移动方向与第一透镜组中后透镜组的光轴方向一致，从而使透镜系统能够设计为紧凑(slim)模式。此外，通过将物距是无限远时的第五透镜组的成像能力β5增大到大于1.0，可以缩短相对更接近物侧设置的透镜组的焦距，并且可以不仅缩短透镜系统的总长度而且可以使第一透镜组的前透镜组和后透镜组的有效直径更小。但是，如果第五透镜组的成像能力β5增大到大于1.9，那么当F数更小时，对球面像差的适当校正将变得困难，并且像平面的成像性能变得更差。

此外，上述变焦透镜优选设置为通过从物侧向像侧移动第二透镜组，并通过从像侧向物侧移动第四透镜组来实现从广角端向远摄端的变焦操作。由此，甚至可以在变焦操作过程中第四透镜组沿一个方向移动的情况下有效地实现透镜系统的紧凑设计。此外在这种情况下，可以设置为通过移动第二透镜组进行聚焦操作。由此，使完成聚焦操作的必要行程变短。

根据本发明，本发明的变焦透镜从物侧开始依次包括具有正，负，正，正和负折射光焦度的五个透镜组。在这种情况下，可以通过移动其第二和第四透镜组进行变焦操作，另外，第一透镜组从物侧开始依次包括具有负折射光焦度的前透镜组，用于折叠光路的光学元件，和具有正折射光焦度的后透镜组，在变焦操作过程中第二和第四透镜组的可移动方向是在第一透镜组中后透镜组的光轴方向，从而可以实现透镜系统的紧凑设计。此外，通过将物距是无限远的第五透镜组的成像能力β5增大到大于1.0，可以缩短相对更接近物侧的透镜组的焦距，并且可以不仅缩短透镜系统的总长度，而且可以使第一透镜组中前透镜组和后透镜组的有效直径更小。但是，如果第五透镜组的成像能力β5大于1.9，那么当减少F数时很难实现对球面像差的适当校正，并且像平面的成像性能降低。因此，通过满足上述对第五透镜组的成像能力β5的条件，可以实现在第一透镜组中光学元件的小型化，以及整个透镜系统的紧凑设计，同时保持较好的光学性能。

此外，如果上述变焦透镜设置为通过从物侧向像侧移动第二透镜组，并通过从像侧向物侧移动第四透镜组来实现从广角端到远摄端的变焦操作，那么当变焦操作过程中第四透镜组的移动方向是一个方向时可以实现透镜系统的紧凑设计。此外在通过移动第二透镜组进行聚焦操作的情况下，聚焦操作的必要行程变得更短，因此能够缩短透镜系统的总长度。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的变焦透镜结构的截面图；

图2是第一实施方式中短焦距端的各种像差图；

图3是第一实施方式中的中间焦距处的各种像差图；

图4是第一实施方式中长焦距端的各种像差图；

图5是第二实施方式中短焦距端的各种像差图；

图6是第二实施方式中的中间焦距处的各种像差图；

图7是第二实施方式中长焦距端的各种像差图；

图8是第三实施方式中短焦距端的各种像差图；

图9是第三实施方式中的中间焦距处的各种像差图；

图10是第三实施方式中长焦距端的各种像差图；

图11是能够安装本发明的变焦透镜的数字静态照相机的示范性结构的框图；以及

图12是作为本发明一个实施方式的数字静态照相机中照相机机身的截面图。

具体实施方式

现在，参考附图描述本发明的一个实施方式。图1是根据本发明一个实施方式的变焦透镜结构的截面图。

图1示出用作如数字静态照相机等的成像装置的图像摄取透镜的一种变焦透镜结构。在该变焦透镜中，从物侧到像平面IMG侧依次提供具有正折射光焦度的第一透镜组GR1，具有负折射光焦度的第二透镜组GR2，具有正折射光焦度的第三透镜组GR3，具有正折射光焦度的第四透镜组GR4，以及具有负折射光焦度的第五透镜组GR5。此外在第三透镜组GR3的像平面IMG侧，提供用于调整光量的可变光阑IR，进一步在第五透镜组GR5的像平面IMG侧提供包括如IR(红外线)截止滤波器等低通滤波器的滤波器FL，以及成像设备的防护玻璃CG。像平面IMG成为如CCD(电荷耦合器件)的成像设备等的成像平面。

该变焦透镜设置为通过移动第二透镜组GR2和第四透镜组GR4进行变焦操作。如果从短焦距端向长焦距端进行变焦操作，那么第二透镜组GR2从物侧向像平面IMG侧移动，第四透镜组GR4从像平面IMG侧向物侧移动。此外，该变焦透镜采用所谓的后焦点型，并可以通过移动第四透镜组GR4或者第五透镜组GR5进行聚焦操作。

此外第一透镜组GR1从物侧开始依次包括具有负折射光焦度的一片透镜L1，用于折叠光路的棱镜P1，以及具有正折射光焦度的一片透镜L2。因此，在变焦和聚焦操作过程中透镜的可移动方向是透镜L2的光轴方向，该光轴方向与位于最接近物侧的透镜L1的光轴方向不同。在这种情况下，在本发明中，将透镜L1设置为凸面朝向物侧的弯月透镜，并且将透镜L2的两个表面都设置为凸面。

此外，将第二透镜组GR2设置为从物侧开始依次具有透镜L3，透镜LA和透镜L5这三块透镜，其中将透镜L4和透镜L5之间的透镜表面胶合。此外，将第三透镜组GR3配置有一片透镜L6。此外，将第四透镜组GR4配置有透镜L7和透镜L8这两块透镜，并将透镜L7和透镜L8之间的透镜表面胶合。另外，将第五透镜组GR5设置为具有透镜L9和透镜L10这两块透镜，并将透镜L9和透镜L10之间的透镜表面胶合。

现在，参考图1说明本发明的概要。本发明的变焦透镜设置为通过从物侧开始依次分别具有正，负，正，正和负折射光焦度的第一透镜组GR1至第五透镜组GR5的五个透镜组结构，并且通过移动第二透镜组GR2和第四透镜组GR4进行变焦操作。此外，第一透镜组GR1从物侧开始依次包括具有负折射光焦度的前透镜组，用于折叠光路的光学元件，以及具有正折射光焦度的后透镜组。通过按照如上所述构造第一透镜组GR1，可以使变焦和聚焦操作过程中透镜的可移动方向成为后透镜组的光轴方向，因此可以缩短透镜系统的水平深度，并且使水平深度在变焦操作和聚焦操作过程中始终为常数，或者不用考虑电源的开/关(on/off of the power)。

另外在该实施方式中，一片透镜L1和一片透镜L2分别设定为第一透镜组GR1的前透镜组和后透镜组，棱镜P1设定为用于折叠光路的光学元件。

此外，本发明的变焦透镜设置为满足下面方程式(4)。

1.0＜β5＜1.9                        ……(4)

假设当物距是无限远时第五透镜组GR5的成像能力为β5。如在该方程式(4)中所示，在将透镜系统设计为成像能力β5大于下限值的情况下，可以缩短比该透镜组更接近物侧设置的透镜的焦距。由此，能够缩短透镜系统的总长度，并能够使第一透镜组GR1中透镜的有效直径更小，与此同时能够使用于折叠光路的光学元件(图1中的棱镜P1)小型化，因此能够进一步缩短透镜系统的水平深度。

反之，如果成像能力β5低于方程式(4)的下限值，那么使第一透镜组GR1中前透镜组(图1中的透镜L1)的有效直径特别小就变得限困难。此外，如果成像能力β5大于方程式(4)的上限值，那么当F数设计为很小时不可能充分校正球面像差，另外，出射光瞳将接近像平面IMG，光入射到成像装置的角度也将在很大程度上偏离垂直，因此会产生阴影等，并且使成像性能降低。

在这种情况下，本发明的变焦透镜设置为满足上面的条件，因此能够将移动每个透镜组的可移动方向确定为从短焦距端到长焦距端进行变焦时的一个方向。特别是，通过使第二透镜组GR2从物侧移动到像平面IMG侧，并且使第四透镜组GR4从像平面IMG侧移动到物侧，能够实现从短焦距端到长焦距端的变焦操作。此外在上述变焦透镜中，通过因移动第四透镜组GR4而相当大地增加变焦比的变化可以使第二透镜组GR2的行程相对较小。

此外，通过移动第二透镜组GR2或第四透镜组GR4，根据本发明的满足上面条件的变焦透镜能够实现聚焦操作，并且通过在进行聚焦操作的过程中移动第二透镜组GR2使透镜的行程变得很小，因此可以缩短透镜系统的总长度。

在包括5个透镜组结构的透镜系统的常规变焦透镜中，通常的操作是首先将第四透镜组GR4向物侧方向移动，然后在逐步进行从短焦距端到长焦距的变焦操作过程中，在途中使移动方向反向而使第四透镜组GR4向像平面IMG侧移动，但是在第四透镜组GR4具有变焦操作途中的转折点的情况下，存在这样一个问题，即在转折点附近利用第二透镜组GR2的聚焦操作变为不可能。在本发明的变焦透镜中不存在这种问题，可以通过移动第二透镜组GR2来进行聚焦操作。

至于透镜的移动空间，考虑到除变焦操作的行程之外的聚焦操作的行程，必须确定透镜的移动空间，但是在这种情况下，在长焦距端的聚焦操作需要比短焦距端的聚焦操作更长的行程。在本发明的情况下，在用于聚焦的必要行程很短的短焦距端，第二透镜组GR2设置在最靠近物侧的位置，在用于聚焦的必要行程限大的长焦距端，第二透镜组GR2设置在最靠近像平面IMG侧的位置。因此，在物侧，第二透镜组GR2用于聚焦操作的必要行程很小，在长焦距端，该行程是移动第二透镜组GR2和第四透镜组GR4之间的位置，因此为聚焦操作需要的行程所给出的对透镜系统总长度的影响变得很小。因此，可以缩短透镜系统的总长度。此外，如上所述，本发明的变焦透镜，其变焦操作过程中第二透镜组GR2的行程很小，因此缩短透镜系统总长度的效果显著。

为了实现在上述变焦和聚焦操作过程中的透镜驱动，优选使第二透镜组GR2和第四透镜组GR4的每个行程满足下面方程式(5)的条件。

0.5＜|dZ2/dZ4|＜1.2                   ……(5)

在这种情况下，第二透镀组GR2从短焦距端到长焦距端的行程是dZ2，物距在无限远处的第四透镜组GR4从短焦距端到长焦距端的行程是dZ4。在这种情况下，如果想低于上述方程式(5)的下限值，那么必须增大第四透镜组GR4的有效直径，并增加整个透镜系统的厚度。相反，如果想大于方程式(5)的上限值，那么必须增大第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的有效直径，并且基于同样的考虑也要增大整个透镜系统的厚度。

此外，本发明的变焦透镜优选设置为满足下面的方程式(6)，该方程式限定了第三透镜组GR3和第五透镜组GR5的焦距之比。

|f5/f3|＞2.1                          ……(6)

在这种情况下，第三透镜组GR3的焦距是f3，第五透镜组GR5的焦距是f5。因此在上述比值低于方程式(6)的下限值的情况下，当第五透镜组GR5的折射光焦度太大时，不可能通过增大负的佩兹伐和来校正图像弯曲。

此外，如上所述，第一透镜组GR1包括具有负折射光焦度的前透镜组，用于折叠光路的光学元件，以及具有正折射光焦度的后透镜组，通过使透镜L1成为具有朝向物侧的凸面的弯月透镜，以及使透镜L2的两个表面均为凸面，可以制造透镜L1的有效直径，并进一步使棱镜P1小型化。在这种结构中，透镜L1优选设置为满足下面的方程式(7)和(8)。

neL1＞1.8                        ......(7)

νeL1＜30                         ......(8)

在这种情况下，透镜L1对e线的折射率为neL1，基于透镜L1的e线的阿贝数为νeL1。在这种情况下，通过满足方程式(7)的条件，可以很容易地实现第一透镜组GR1的球面像差校正。此外，通过满足方程式(8)的条件，可以很容易地实现第一透镜组GR1的色差校正。

接着，描述具有如图1所示结构的变焦透镜的具体的数值例。第一实施方式的每个数值示于表1中。此外，表2示出在第一实施方式中的焦距f，F数以及在每个焦点处的半视场角ω的每个值。此外，表3示出在第一实施方式中配置为非球面的表面的非球面系数。

[表1]

	表面编号	曲率R	间隔d	折射率ne	阿贝数νe
						L1	S1	18.85	0.65	1.93323	20.7
S2	7.895	2.679
			P1	S3	无限远		10.0	1.83962	42.8
s4	无限远	0.2
				L2	S5	15.469(ASP)	2.205			1.77173	49
S6	-17.407(ASP)	0.8到3.765到5.828
			L3		S7	31.101	0.5	1.88815	40.6
S8	6.777	1.021
				L4	S9	-8.746	0.45			1.6998	55.3
S10	6.823	0.954
			L5		1.85505	23.6
				S11			22.9	5528到2563到0.5
L6	S12	12.202(ASP)							1347	1.81081	40.5
			S13	-43.386	1.0
	IR	S14				-	6.522到4.142到1.5	-	-
L7			S15	12.708(ASP)	2.639					1.58547	59.2
	S16	-5.0228				0.6
			L8	1.85505	23.6
S17							-8.941	1.0到3.38到6.022
	L9	S18				25.643			0.5	1.81986	44.3
S19			4.988	2.162
		L10			1.48914	70.2
	S20						-254.055	7.107
FL			S21	无限远					1.0	1.51872	64.0
	S22	无限远			1.12
			CG	S23		无限远	0.5	1.51872	64.0
S24	无限远	0.99
				-	IMG	无限远	-			-	-

[表2]

	短焦距端	中间焦距	长焦距端
				f	5.66	9.52	16.02
F数	3.60	3.92	16.02
				ω	35.11°	21.48°	12.97°

[表3]

表面编号	k	C4	C6	C8	C10
						S5	0	-0.990946E-04	0.356844E-05	-0.114056E-06	0.205596E-08
S6	0	-0.246753E-04	0.477309E-05	-0.172616E-06	0.308678E-08
						S12	0	-0.219817E-03	0.864301E-06	-0.724639E-06	0.886169E-07
S15	0	-0.211020E-03	0.934006E-05	-0.427936E-06	0.253006E-07

在表1(与后面描述的表2和表3相同)中，表面编号S1至S24表示从物侧依次排列的位于透镜L1至L10，棱镜P1，可变光阑IR，滤光器FL以及防护玻璃CG的中心轴上的光的入射面和出射面。例如，表面编号S1表示透镜L1的物侧透镜表面，表面编号S2表示位于其像平面IMG侧的透镜表面。此外，表面编号S3表示棱镜P1的物侧表面，表面编号S4表示其像平面IMG侧的表面。至于胶合透镜，用同一个表面编号表示胶合面。例如，表面编号S10表示透镜L4和L5的胶合面。

此外，参考标记R是各个表面的曲率，d是表面之间的间隔，ne是对e线的折射率，νe是基于e线的阿贝数。在曲率R那一列中，数值后面用(ASP)标明的表面表示该表面配置为非球面。此外，间隔d表示表面和位于靠近像平面IMG侧的表面之间的间隔。例如，在该列中对应表面编号S1写入的间隔d的值表示透镜L1的物侧与其像平面IMG侧之间的厚度。另外，在变焦和聚焦操作过程中移动的间隔d依次表示在变焦操作过程中的短焦距端，中间焦距和长焦距端。

此外，在该第一实施方式中，透镜L2的两个侧面(S5和S6)，透镜L6的物侧表面(S12)，透镜L7的物侧表面(S15)分别配置为非球面。非球面的形状由下面方程式(9)表示：

$x=\frac{y^2/r}{1+{(1-\mathrm{\&kappa;}\&CenterDot;y^2/r^2)}^{1/2}}+C4\&CenterDot;y^4+C6\&CenterDot;y^6+C8\&CenterDot;y^8+C10\&CenterDot;y^{10}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(9\right)$

在这种情况下，沿光轴方向离开每个透镜表面的距离是x，曲率半径是r，圆锥常数是κ。此外，第四阶，第六阶，第八阶和第十阶非球面系数分别是C4，C6，C8和C10，表3(与后面的表6和表9描述的相同)指出这些非球面系数的值。此外，表3(与后面的表6和表9描述的相同)中的字符“E”表示10为底的指数符号。

与第一实施方式类似，通过将第一透镜组GR1中包含的透镜的至少一个透镜表面配置为非球面，可以通过使透镜L1的有效直径很小来校正失真，并最小化棱镜P1。此外在第五透镜组GR5中，透镜L9和透镜L10的胶合面(S19)设置为朝向物侧的凸面，因此可以校正色差，并降低第五透镜组GR5相对于透镜性能降低的敏感度。在这种情况下，可以避免由透镜组中的偏心造成的像平面倾斜，来降低出现的慧差的量，并易于制造。

图2至图4分别是在短焦距端，中间焦距和长焦距端的各个像差图。在这种情况下，这些像差图中的每一个曲线图(A)都表示球面像差，其中垂直轴是快门打开时与F数的比，水平轴是聚焦量(focus amount)。此外，在球面像差的曲线图中，实线表示e线(波长为546.1nm)，虚线表示g线(在435.8nm波长处)，点划线(dot chain line)表示C线(波长为656.3nm)。此外，这些像差图中的每一个曲线图(B)都表示像散，其中垂直轴是像的高度，水平轴是聚焦量，另外实线表示矢形图像表面中的值，虚线表示经向图像面中的值。此外，这些像差图中的每一个曲线图(C)都表示失真，其中垂直轴是像的高度，水平轴是比率(％)。这与后面描述的图5至图10中的相同。

接着描述第二实施方式。表4示出第二实施方式中的每个数值。在这种情况下，表5示出第二实施方式中焦距f，F数，和每个焦点处半视场角ω的每个值。此外，表6示出在第二实施方式中形成为非球面的表面的非球面系数。

[表4]

	表面编号	曲率R	间隔d	折射率ne	阿贝数νe
						L1	S1	16.818	0.9	1.93323	20.7
S2	6.891	3.032
			P1	S3	无限远		10.0	1.83962	42.8
S4	无限远	0.2
				L2	S5	20.194(ASP)	2.227			1.77173	49
S6	-14.309(ASP)	0.8到4.059到6.256
			L3		S7	28.146	0.5	1.88815	40.6
S8	6.851	1.067
				L4	S9	-10.025	0.45			1.6998	55.3
S10	6.776	0.996
			L5		1.85505	23.6
				S11			23.912	5.596到2.695到0.5
L6	S12	11.819(ASP)							1.349	1.81081	40.5
			S13	-71.148	1.0
	IR	S14				-	7.12到4.489到1.5	-	-
L7			S15	13.230(ASP)	2.787					1.58547	59.2
	S16	-5.025				0.6
			L8	1.85505	23.6
S17							-9.281	1.0到3.631到6.62
	L9	S18				19.92			0.5	1.81986	44.3
S19			4.910	2.279
		L10			1.48914	70.2
	S20						-400.000	6.752
FL			S21	无限远					1.1	1.51872	64.0
	S22	无限远			1.12
			CG	S23		无限远	0.5	1.51872	64.0
S24	无限远	0.99
				-	IMG	无限远	-			-	-

[表5]

	短焦距端	中间焦距	长焦距端
				f	5.15	8.66	14.58
F数	3.57	3.89	4.64
				ω	37.78°	23.42°	14.20°

[表6]

表面编号	k	C4	C6	C8	C10
						S5	0	-0.123023E-03	0.647597E-05	-0.273536E-06	0.731890E-08
S6	0	-0.543948E-04	0.715252E-05	-0.312731E-06	0.797487E-08
						S12	0	-0.210634E-03	-0.133435F-05	0.240134E-06	-0.734445E-08
S15	0	-0.135241E-03	0.937743E-05	-0.447298E-06	0.277759E-07

在该第二实施方式中，透镜L2的两个侧面(S5和S6)，透镜L6的物侧表面(S12)，透镜L7的物侧表面(S15)分别配置为非球面。

在上面的第二实施方式中，类似于第一实施方式，第一透镜组GR1的透镜L2的两个侧面(S5和S6)配置为非球面，由此校正失真，并使棱镜P1小型化。此外，将第五透镜组GR5中所用的胶合透镜(透镜L9和L10)的胶合面(S19)设置为朝向物侧的凸面，并校正色差。

图5至7分别是在短焦距端，中间焦距，和长焦距端的各个像差图。在每幅图中，每个曲线图(A)表示球面像差，曲线图(B)表示像散，曲线图(C)表示失真。

接着描述第三实施方式。表7示出在第三实施方式中的每个数值。此外，表8示出在各个焦点处的焦距f、 F数、半视场角ω的第个值。此外，表9示出在第三实施方式中形成为非球面的表面的非球面系数。

[表7]

	表面编号	曲率R	间隔d	折射率ne	阿贝数νe
						L1	S1	18.626	0.9	1.93323	20.7
S2	7.970	3.913
			P1	S3	无限远		12.0	1.83962	42.8
S4	无限远	0.2
				L2	S5	18.475(AsP)	2.467			1.77173	49.0
s6	-16.163(AsP)	0.75到3.536到5.216
			L3		S7	17.109	0.5	1.88815	40.6
s8	5.654	1.275
				L4	S9	-8.111	0.45			1.70559	40.9
S10	5.626	1.041
			L5		1.93323	20.7
				S11			17.256	4.966到2.180到0.5
L6	S12	12.978(ASP)							1.288	1.81081	40.5
			S13	-34.489(AsP)	1.0
	IR	S14				-	8.246到5.123到15	-	-
L7			S15	14.072(ASP)	3.077					1.58547	59.2
	S16	-4.843				0.6
			L8	1.85505	23.6
S17							-8.763	1.0到4.123到7.746
	L9	S18				15.203			0.5	1.81986	44.3
S19			4.980	2.538
		L10			1.48914	70.2
	S20						-100.0	5.492
FL			s21	无限远					1.0	1.51872	64.0
	S22	无限远			1.12
			CG	S23		无限远	0.5	1.51872	64.0
S24	无限远	0.99
				-	IMG	无限远	-			-	-

[表8]

	短焦距端	中间焦距	长焦距端
				f	4.40	7.40	12.45
F数	3.56	3.93	4.93
				ω	42.27°	26.89°	16.50°

[表9]

表面编号	k	C4	C6	C8	C10
						S5	0	-0.160836E-03	0.858892E-05	-0.303811E-06	0.619147E-08
S6	0	-0.619020E-04	0.992205E-05	-0.376070E-06	0.736266E-08
						S12	0	-0.252116E-03	-0.983812E-05	0.315849E-05	-0.453587E-06
S15	0	-0.104660E-03	0.948091E-05	-0.498136E-06	0.314417E-07

在第三实施方式中，透镜L2的两个侧面(S5和S6)，透镜L6的物侧表面(S12)，以及透镜L7的物侧表面(S15)分别配置为非球面。

在上述第三实施方式中，类似于第一实施方式，第一透镜组GR1中的透镜L2的两个侧面(S5和S6)配置为非球面，校正失真，并使棱镜P1小型化。此外，将第五透镜组GR5中所用的胶合透镜(透镜L9和L10)的胶合面(S19)设置为朝向物侧的凸面，并校正色差。

图8至10分别是在短焦距端，中间焦距，和长焦距端的各个像差图。在每幅图中，每个曲线图(A)表示球面像差，曲线图(B)表示像散，曲线图(C)表示失真。

在表10中，示出在第一，第二，和第三实施方式中，得到的方程式(4)至(8)中每个条件的数值。

[表10]

	第一实施方式	第二实施方式	第三实施方式
				方程式(4)：β5	1.40	1.30	1.09
方程式(5)：|dZ2/dZ4|	1.00	0.971	0.662
				方程式(6)：|f5/f3|	2.42	2.93	9.32
方程式(7)：neL1	1.93323	1.93323	1.93323
				方程式(8)：νeL1	20.7	20.7	20.7

如表10中所示，上述第一至第三实施方式满足方程式(4)至(8)的每个条件。此外，如从图2至10的各个像差图中显而易见，在每个实施方式中，在短焦距端，中间焦距，和长焦距端处很明显各种像差校正得达到很好的平衡。因此，优选的变焦透镜以用于成像装置的具有大约3倍变焦比的变焦透镜来实现，特别是用于具有大量像素的数字静态照相机。

现在，描述采用上述变焦透镜的成像装置的一个实施方式。图11是显示一种数字静态照相机的示范性结构的框图，该数字静态照相机能够安装本发明的变焦透镜。

图11中的数字静态照相机包括具有成像功能的照相机组件10，用于对成像的图像信号实现如模拟数字转换等的信号处理的照相机信号处理单元20，用于实现为写入和读取所进行的处理的图像处理单元30，用于显示拾取的图像信号，即摄取的图像等的LCD(液晶显示器)40，用于从存储卡51中读出或者写入到存储卡51的R/W 50(阅读器/写入器)，用于控制整个数字静态照相机的CPU 60，用于通过用户输入的操作的输入单元70，以及用于控制对照相机组件10中的透镜进行驱动的透镜驱动控制单元80。

照相机组件10包括一光学系统，该光学系统包括本发明的变焦透镜11，诸如CCD的成像装置12等。照相机信号处理单元20进行信号处理，如来自成像装置12的输出信号的数字信号转换、噪声消除、图像质量修正、转换为亮度信号和一对颜色差信号等处理。图像处理单元30实现图像信号的压缩编码和扩展解码处理，以及基于预定的图像数据格式对如分辨率等数据规范进行的转换处理。

存储卡51例如是一种可拆卸半导体存储器。R/W 50将图像处理单元30编码的图像数据写入存储卡51，并从存储卡51读出存储的图像数据。CPU 60是一种用以控制数字静态照相机中每个电路块的控制处理单元，根据来自输入单元70等的命令输入信号来控制每个电路块。

输入单元70设置为具有快门操作的快门释放按钮，用于选择操作方式等等的选择开关，输入单元70根据用户的操作向CPU 60提供命令输入信号。透镜驱动控制单元80根据CPU 60的控制信号来控制用于控制变焦透镜11中的透镜的马达等(未示出)。

数字静态照相机的操作简单描述如下。在摄取图像的准备状态下，由照相机组件10成像的图像信号在CPU 60的控制下，经由照相机信号处理单元20供给LCD 40，并作为通过照相机的图像而显示。此外，当从输入单元70键入用于变焦操作的命令输入信号时，CPU 60向透镜驱动控制单元80输出控制信号，根据透镜驱动控制单元80的控制移动变焦透镜11中的预定透镜。

此外，当利用输入单元70的命令输入信号来激活照相机组件10的快门(图中未示出)时，将拾取图像信号从照相机信号处理单元20供给图像处理单元30，实现压缩编码处理，并转换成预定数据格式的数字数据。这样，被转换的数据输出到R/W50，并写入到存储卡51中。

当为了写入操作等而半压下，全压下快门释放按钮时，例如，根据来自CPU60的控制信号，由透镜驱动控制单元80移动变焦透镜11中的预定透镜来实现聚焦操作。

此外，如果从存储卡51中读出写入的图像数据的话，那么在进行扩展解码处理之后，R/W 50响应输入单元70的操作从存储卡51中读出预定的图像数据，由此将读出的图像数据输出到LCD 40。从而显示读出的图像信息。

图12是显示数字静态照相机中部件装配结构的截面图。在图12中，示出数字静态照相机的内部，其中物体位于图的左侧。变焦透镜11容纳于照相机机身90内部，成像装置12设置于其下侧。此外，LCD 40设置于照相机机身90与物体相对的那一侧，并用于调整图像角度(image angle)。

这样设置本发明的变焦透镜，能够通过利用棱镜折叠从物体开始的光的光轴，并进一步通过沿折叠光轴的方向移动预定透镜来实现变焦和聚焦操作。因此，不用使变焦透镜11从照相机机身90伸出就可以进行成像，并在摄取图像的情况下缩短照相机机身的水平深度。除此以外，变焦透镜11设计为满足上述条件，使得沿照相机机身90上下方向的进一步紧凑设计和小型化成为可能，大约3到5倍的变焦操作也可实现，并且可以进一步获得在每个聚焦处具有更少像差的高质量摄取图像。

此外，在上述实施方式中，描述了本发明的变焦透镜用于数字静态照相机的情况，但是其也可以用于其他成像装置，如摄像机等。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，包括：

从物侧开始依次为具有正折射光焦度的第一透镜组；具有负折射光焦度的第二透镜组；具有正折射光焦度的第三透镜组；具有正折射光焦度的第四透镜组；以及具有负折射光焦度的第五透镜组，其中

通过移动第二透镜组和第四透镜组进行变焦操作，其中：

所述第一透镜组从物侧开始依次包括：

具有负折射光焦度的前透镜组；

用于折叠光路的光学元件；以及

具有正折射光焦度的后透镜组，其中：

满足条件1.0＜β5＜1.9，其中β5是第五透镜组在物距为无限远处的成像能力。

2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中：

通过从物侧向像平面侧移动第二透镜组并且通过从像平面侧向物侧移动第四透镜组来实现从广角端到远摄端的变焦操作。

3.根据权利要求2所述的变焦透镜，其中：

通过移动第二透镜组实现聚焦操作。

4.根据权利要求3所述的变焦透镜，其中：

满足条件0.5＜|dZ2/dZ4|＜1.2，其中dZ2是第二透镜组从短焦距端到长焦距端的行程，dZ4是第四透镜组从短焦距端到物距为无限远时的长焦距端的行程。

5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中：

满足条件|f5/f3|＞2.1，其中f3是第三透镜组的焦距，f5是第五透镜组的焦距。

6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中：

第一透镜组中包含的透镜的表面之一配置为非球面。

7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中：

第五透镜组包括一个具有胶合面的胶合透镜，其中与物侧相对的表面配置为凸面。

8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中：

所述前透镜组包括一片凸面朝向物侧形成的弯月透镜，且具有负折射光焦度；

所述光学元件包括一棱镜；以及

所述后透镜组包括一片双面均为凸面的透镜。

9.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中：

满足条件neL1＞1.8和veL1＜30，其中neL1是前透镜组对e线的折射率，veL1是前透镜组基于e线的阿贝数。

10.一种采用变焦透镜作为图像摄取透镜的成像装置，所述变焦透镜包括：

从物侧开始依次为具有正折射光焦度的第一透镜组；具有负折射光焦度的第二透镜组；具有正折射光焦度的第三透镜组；具有正折射光焦度的第四透镜组；以及具有负折射光焦度的第五透镜组，其中

通过移动第二透镜组和第四透镜组进行变焦操作，其中：

所述第一透镜组从物侧开始依次包括：

具有负折射光焦度的前透镜组；

用于折叠光路的光学元件；以及

具有正折射光焦度的后透镜组，其中：

满足条件1.0＜β5＜1.9，其中β5是第五透镜组在物距为无限远处的成像能力。

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