CN1725094A - 变焦透镜和图像拾取装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种变焦透镜，该变焦透镜包括从物侧开始依次布置的以下透镜组：具有正折射率的第一透镜组；具有负折射率的第二透镜组；具有正折射率的第三透镜组；具有正折射率的第四透镜组；以及具有负折射率的第五透镜组，通过移动所述第二透镜组和所述第四透镜组来进行变焦，其中所述第一透镜组包括从物侧开始依次布置的具有负折射率的前透镜组、用于使光路弯折的光学件、以及具有正折射率的后透镜组，其中所述第四透镜组包括一个单透镜，并且如果第五透镜组在物距为无限远时的成像能力为β5，则满足条件公式(1)1.0＜β5＜1.8。

Description

变焦透镜和图像拾取装置
相关申请的交叉引用
本发明包含的主题涉及于2004年6月14日向日本专利局提交的日本专利申请JP2004-175235，其全部内容在此作为参考引入。
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拾取透镜的图像拾取装置，尤其涉及一种后对焦型变焦透镜以及使用该变焦透镜的图像拾取装置，该后对焦型变焦透镜能够实现约3至5倍的可变光焦度，其适合于小尺寸图像拾取装置、例如数字静态照相机和家用摄像机。
背景技术
近年来，数字静态照相机和数字摄像机对于家用来说已经广泛地普及，此外，已根据这些小尺寸的图像拾取装置寻求小型化的设计。因此，根据安装在这些装置上的成像透镜、尤其是根据变焦透镜，也已寻求通过减小其整体长度、深度等来实现小型化。此外，关于这种尤其是用于数字静态照相机的成像透镜，除了小型化外，还寻求对应于图像拾取装置的大量像素的透镜性能的改进。
作为具有成像性能的变焦透镜，如专利文献1中所示的变焦透镜，该性能符合相关技术的具有大量像素的并具有缩短的整体长度的固态图像拾取装置，已知有四组变焦透镜，这四组变焦透镜通过从物侧开始依次布置以下的透镜组来构成：具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组。专利文献1所示的变焦透镜具有使光路弯折的棱镜，该棱镜被布置在第一透镜组中，用于在通向相关变焦透镜的入射光轴方向上的小型化，该小型化称为厚度减小。
【专利文献1】日本专利申请公开号：2000-131610
发明内容
在具有通过使用棱镜来使光路弯折的光学系统的变焦透镜中，棱镜的小型化允许进一步缩小尺寸和减小厚度。然而，为了保持成像性能，专利文献1中公开的变焦透镜在第一透镜组中要求一定程度的可变光焦度，而不能在直径和厚度方面减小包括在第一透镜组中的透镜。这不利地使棱镜进一步小型化变得困难，从而导致难以进一步使变焦透镜小型化并减小其厚度。
本发明根据上述问题而提出，并希望提供一种后对焦型变焦透镜，其能够通过将例如棱镜的使光路弯折的光学件进一步小型化而不使光学性能削弱来使整个透镜系统小型化。
此外，希望提供一种采用该后对焦型变焦透镜的图像拾取装置，该后对焦型变焦透镜能够通过将例如棱镜的使光路弯折的光学件小型化而不使光学性能削弱来使其整个透镜系统小型化。
根据本发明的实施方式，提供一种变焦透镜，该变焦透镜包括从物侧开始依次布置的具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组、以及具有负折射率的第五透镜组，用于通过移动第二透镜组和第四透镜组来进行变焦，其中第一透镜组包括从物侧开始依次布置的下列元件：具有负折射率的前透镜组，使光路弯折的光学件，以及具有正折射率的后透镜组，其中第四透镜组包括一个单透镜，并且如果将第五透镜组在物距为无限远时的成像能力设为β5，则满足下列条件公式(1)1.0＜β5＜1.8。
此外，根据本发明的实施方式，提供一种采用变焦透镜作为图像拾取透镜的图像拾取装置，该变焦透镜包括从物侧开始依次设置的具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组、以及具有负折射率的第五透镜组，用于通过移动第二透镜组和第四透镜组来进行变焦，其中第四透镜组包括一个单透镜，并且如果将第五透镜组在物距为无限远时的成像能力设为β5，则满足条件公式(1)1.0＜β5＜1.8。
因此，在本发明中，位于第一透镜组中的使光路弯折的光学件被小型化。
在变焦透镜中，该变焦透镜包括从物侧开始依次布置的具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组、以及具有负折射率的第五透镜组，并且该变焦透镜被这样构造，使得移动第二透镜组和第四透镜组能够进行变焦，本发明的变焦透镜的特征在于：第一透镜组包括从物侧开始依次布置的具有负折射率的前透镜组、使光路弯折的光学件、具有正折射率的后透镜组，第四透镜组由一个单透镜组成，并且如果第五透镜组在物距为无限远时的成像能力为β5，则满足条件公式(1)：
(1)1.0＜β5＜1.8
此外，在采用变焦透镜作为图像拾取透镜的图像拾取装置中，该变焦透镜包括从物侧开始依次布置的具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组、以及具有负折射率的第五透镜组，并且该变焦透镜被这样构造，使得移动第二透镜组和第四透镜组能够进行变焦，本发明的图像拾取装置的特征在于：第一透镜组包括从物侧开始依次布置的具有负折射率的前透镜组、使光路弯折的光学件、具有正折射率的后透镜组，第四透镜组由一个单透镜组成，并且如果第五透镜组在物距为无限远时的成像能力为β5，则满足条件公式(1)：
(1)1.0＜β5＜1.8
因此，在本发明中，由于第一透镜组包括具有负折射率的前透镜组、使光路弯折的光学件、以及具有正折射率的后透镜组，所以进行变焦时第二和第四透镜组的移动方向变为第一透镜组的后透镜组的光轴方向，这减小了透镜系统的厚度。另外，通过将第五透镜组在物距为无限远时的成像能力β5设为大于1.0，透镜组相对地在其物侧的成像能力、尤其是第一透镜组的成像能力被减小，并且第一透镜组的前透镜组和后透镜组的有效直径可以被制造得更小。此外，通过将第五透镜的成像能力β5设为小于1.8，即使F数被减小，也能校正第五透镜组的球面像差。
根据本发明的实施方式，提供一种变焦透镜，在该变焦透镜中的第一透镜组中，前透镜组包括一个具有负折射率的弯月形透镜，其被构成为朝向物侧的凸形，光学件包括棱镜，后透镜组包括一个两面均为凸面的透镜，并且如果组成前透镜组的弯月形透镜对d线的折射率为ndL1，对d线的阿贝数为vdL1，则满足条件公式(2)ndL1＞1.8和(3)vdL1＜30。因此，第一透镜组的第一透镜、也就是前透镜的有效直径被减小，这能够使棱镜进一步小型化。
根据本发明的实施方式，提供一种变焦透镜，在该变焦透镜中通过从物侧向像面侧移动所述第二透镜组并从像面侧向物侧移动第四透镜组来实现从短焦距端向长焦距端变焦，并且如果第二透镜组从短焦距端到长焦距端的行程为dZ2，而第四透镜组在物距为无限远时从短焦距端到长焦端距端的行程为dZ4，则满足条件公式(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。因此，在变焦时第二透镜组的行程缩短，而不增加第二透镜组和第四透镜组的有效直径，从而可以实现将透镜系统的整体长度进一步缩短。
根据本发明的实施方式，提供一种变焦透镜，其中第二透镜组中的至少一个负透镜、第三透镜组中的至少一个正透镜、以及第四透镜组由塑料透镜构成。因此，即使在采用对温度变化相当地敏感的塑料透镜的廉价结构的情况下，由于温度变化引起的特征变化在塑料负透镜和塑料正透镜之间被抵消，因此保持预定性能。
本发明的另外的特征以及因此所提供的优点将在下文中参考在附图中所示的本发明的特定实施方式来进行详细解释。
附图说明
图1是与图2至4一起示出本发明的变焦透镜的第一实施方式的视图，其中示出了透镜的结构；
图2是与图3和4一起示出将具体数值应用于第一实施方式的数值实施例1的球面像差、像散和畸变像差的曲线图，其中示出了在短焦距端的这些像差；
图是示出在短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处的球面像差、像散和畸变像差的曲线图；
图4是示出在长焦距端的球面像差、像散和畸变像差的曲线图；
图5是与图6至8一起示出本发明的变焦透镜的第二实施方式的视图，其中示出了透镜的结构；
图6是与图7和8一起示出将具体数值应用于第二实施方式的数值实施例2的球面像差、像散和畸变像差的曲线图，其中示出了在短焦距端的这些像差；
图7是示出在短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处的球面像差、像散和畸变像差的曲线图；
图8是示出在长焦距端的球面像差、像散和畸变像差的曲线图；
图9是与图10至12一起示出本发明的变焦透镜的第三实施方式的视图，其中示出了透镜的结构；
图10是与图11和12一起示出将具体数值应用于第三实施方式的数值实施例3的球面像差、像散和畸变像差的曲线图，其中示出了在短焦距端的这些像差；
图11是示出在短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处的球面像差、像散和畸变像差的曲线图；
图12是示出在长焦距端的球面像差、像散和畸变像差的曲线图；
图13是与图14一起示出本发明的图像拾取装置的实施方式的视图，其中示出了照相机壳体内部的布置结构的实施例；
图14是结构方框图。
具体实施方式
下面将参考附图描述实现本发明的变焦透镜和图像拾取装置的优选实施方式。
本发明的变焦透镜通过从物侧开始依次布置以下透镜组而构成：具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组，以及具有负折射率的第五透镜组，并且该变焦透镜被这样构造，使得移动第二透镜组和第四透镜组能够进行变焦。
第一透镜组包括具有负折射率的前透镜组、使光路弯折的光学件、以及具有正折射率的后透镜组，而第四透镜组由一个单透镜组成。
另外，如果在物距为无限远时第五透镜组的成像能力为β5，则满足下面的条件公式(1)：
(1)1.0＜β5＜1.8。
在如上所述的本发明的变焦透镜中，由于光路通过第一透镜组的光学件弯折，因此在变焦时第二透镜组和第四透镜组的移动方向为第一透镜组的后透镜组的光轴方向，因此深度、也就是说在第一透镜组的前透镜组的光轴方向上的尺寸可以被减小。
条件公式(1)限定了第五透镜组在物距为无限远时的成像能力β5。通过设定β5大于1.0，该透镜组相对地在第五透镜组的物侧的成像能力、尤其是第一透镜组的成像能力可被减小，从而使第一透镜组的前透镜组和后透镜组的有效直径也被减小。因此，通过减小前透镜组和后透镜组的有效直径，例如棱镜的使光路弯折的光学件能变得更小，由此实现厚度的减小和小型化。
然而，如果第五透镜组的成像能力β5变得大于1.8，并且在F数被设计为小的情况下，则不可能充分校正第五透镜组的球面像差。此外，第五透镜组的出瞳变为接近像面IMG，并且光进入图像拾取装置的角度很大地偏离垂直度。所以，出现阴影或类似情形，从而降低成像性能。
相反地，如果成像能力β5小于条件公式(1)的下限，则减小尤其是第一透镜组的前透镜组的有效直径变得困难。
在第一透镜组中，优选地，前透镜组由一个具有负折射率的弯月形透镜组成，该弯月形透镜被构成为朝向物侧的凸形，光学件由棱镜形成，以及后透镜组由一个两面均为凸面的透镜组成。通过以这种方式构造第一透镜组，前透镜组的有效直径可以变得更小，这可进一步减小用于使光路弯折的光学件的尺寸。在这种情况下，如果组成前透镜组的弯月形透镜对d线的折射率为ndL1，对d线的阿贝数为vdL1，则优选地的是满足下面的公式(2)和(3)：
(2)ndL1＜1.8，
(3)vdL1＜30。
这里，满足条件公式(2)的条件允许对第一透镜组的球面像差的矫正容易地被实现。另外，满足条件公式(3)的条件允许对第一透镜组的色差的矫正容易地被实现。
在本发明的变焦透镜中，如上所述，由于第五透镜组的成像能力比较大，所以当从短焦距端向长焦距端变焦时，各个移动透镜组的移动方向可以是一个方向。更特别的是，通过从物侧向像面侧移动第二透镜组并且通过从像面侧向物侧移动第四透镜组，能够实现从短焦距端到长焦距端的变焦。在该变焦透镜中，由于采用第四透镜组的移动主要改变变焦比(variable power ratio)的构造，所以第二透镜组的行程可以相对地小。因此，即使在第四透镜组被设计成在变焦时在一个方向移动的情况下，光学系统的整个长度也不会变得显著更长。
如果第二透镜组从短焦距端到长焦距端的行程为dZ2，而第四透镜组在物距为无限远时从短焦距端到长焦距端的行程为dZ4，则期望在变焦时在第二透镜组和第四透镜组的相应行程之间建立下面的条件公式(4)：
(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。
如果|dZ2/dZ4|小于条件公式(4)的下限，则出现增大第四透镜组的有效直径的必要性，因此整个透镜系统的厚度被增加。此外，如果|dZ2/dZ4|大于条件公式(4)的上限，则出现增大第一透镜组和第二透镜组的有效直径的必要性，这类似地增加了整个透镜系统的厚度。
此外，在本发明的变焦透镜中，优选地，第二透镜组的至少一个负透镜和第三透镜组的至少一个正透镜以及第四透镜组为塑料透镜。利用此构造，即使在采用对温度变化相当敏感的塑料透镜的廉价构造的情况下，由于温度变化引起的特性变化在塑料负透镜和塑料正透镜之间被抵消，因此能够保持所期望的性能。
此外，在本发明的变焦透镜中，在需要时采用非球面能够更容易地校正各种像差并导致更高的成像性能。尤其是，将组成第一透镜组的透镜的至少一个表面构成非球面是有效的。
现在来描述本发明的变焦透镜的实施方式以及将具体数值应用于这些实施方式的数值实施例。
图1至4示出了本发明的变焦透镜的第一实施方式。图1是表示根据第一实施方式的变焦透镜1的透镜结构的视图。该变焦透镜1被用作例如数字静态照相机的图像拾取装置的图像拾取透镜。
在该变焦透镜1中，从物侧到像面IMG侧依次布置有：具有正折射率的第一透镜组GR1，具有负折射率的第二透镜组GR2，具有正折射率的第三透镜组GR3，具有正折射率的第四透镜组GR4以及具有负折射率的第五透镜组GR5。此外，在第三透镜组GR3的像面IMG侧布置有调节光量的可变光阑IR，而第五透镜组GR5的像面IMG侧布置有由例如红外线截止滤光器的低通滤光器等等制成的滤光器FL和图像拾取装置的防护玻璃罩CG。像面IMG是例如CCD(电荷耦合器件)的图像拾取装置的光接收表面。
该变焦透镜1被如此构造以致移动第二透镜组GR2和第四透镜组GR4来变焦。当执行从短焦距端到长焦距端的变焦时，分别从物侧向像面IMG侧移动第二透镜组GR2以及从像面IMG侧向物侧移动第四透镜组GR4。此外，为该变焦透镜1采用所谓的后对焦系统，并且因此移动第四透镜组GR4或者第五透镜组GR5能够实现聚焦。
此外，第一透镜组GR1从物侧开始依次包括：一个具有负折射率的透镜L1，用于使光路弯折的棱镜P，以及一个具有正折射率的透镜L2。因此，在变焦和聚焦时所移动的透镜的移动方向为透镜L2的光轴方向，该方向与最接近于物体的透镜L1的光轴方向不同。在本实施方式中，透镜L1由被构成为朝向物侧的凸形的弯月形透镜制成，而透镜L2由两个透镜表面均被构成为凸形的塑料非球面透镜制成。
此外，第二透镜组GR2由从物侧开始依次布置的三个透镜L3、L4、L5组成，并且透镜L4和透镜L5之间的透镜表面被胶合。第三透镜组GR3由一个透镜L6组成。第四透镜组GR4由一个透镜L7组成。此外，第五透镜组GR5由两个透镜L8和L9组成，并且透镜L8和L9之间的透镜表面被胶合。
表1示出了将具体数值应用于根据第一实施方式的变焦透镜1的数值实施例1的相应数值。在该表中，“si”表示从物侧开始在透镜L1至L10、棱镜P、可变光阑(孔径光阑)IR、滤光器FL以及防护玻璃罩CT的中心轴上的光入射表面和出射表面中的第i个表面，“ri”表示从物侧开始第i个表面的曲率半径，“di”表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的表面间隔，“ni”表示从物侧开始第i个玻璃材料对d线(λ＝587.6nm)的折射率，以及“vi”表示从物侧开始第i个玻璃材料对d线的阿贝数。此外，“无限远”表明相应表面为平面，而“ASP”表明相应表面为非球面。在上述各表面之中的胶合表面通过相同的表面数字标明。
【表1】
si ri di ni vi
  1   r1＝155.186  d1＝0.70   n1＝1.922860  v1＝20.88
  2   r2＝12.807  d2＝1.20
  3   r3＝无限远  d3＝7.80   n2＝1.835000  v2＝42.98
  4   r4＝无限远  d4＝0.30
  5   r5＝8.396(ASP)  d5＝2.55   n3＝1.524700  v3＝56.24
  6   r6＝-14.471(ASP)  d6＝可变的
  7   r7＝52.128  d7＝0.50   n4＝1.835000  v4＝42.98
  8   r8＝5.189  d8＝1.188
  9   r9＝-10.880  d9＝0.45   n5＝1.683321  v5＝56.70
  10   r10＝4.458  d10＝1.08   n6＝1.841061  v6＝39.49
  11   r11＝16.459  d11＝可变的
  12   r12＝11.430(ASP)  d12＝1.462   n7＝1.693500  v7＝53.20
  13   r13＝-20.000  d13＝1.00
  14   r14＝无限远  d14＝可变的   孔径光阑
  15   r15＝10.594  d15＝1.57   n8＝1.583129  v8＝59.46
  16   r16＝-17.548(ASP)  d16＝可变的
  17   r17＝-32.177  d17＝0.50   n9＝1.850000  v9＝23.50
  18   r18＝4.539  d18＝2.05   n10＝1.546235  v10＝64.52
  19   r19＝-14.532  d19＝6.63
  20   r20＝无限远  d20＝1.70   n11＝1.552320  v11＝63.42
  21   r21＝无限远  d21＝1.00
  22   r22＝无限远  d22＝0.50   n12＝1.516798  v12＝64.20
  23   r23＝无限远  d23＝0.99
  24   r24＝无限远  像面(IMG)
在变焦透镜1中，在变焦期间，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔d6、第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的表面间隔d11、可变光阑IR和第四透镜组GR4之间的表面间隔d14、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的表面间隔d16是可变的。在表2中，根据数值实施例1的在短焦距端、在短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处、以及在长焦距端的各表面间隔d6、d11、d14、d16的相应数值连同焦距、F数和半视场角ω(度)一起被示出。
【表2】
  焦距   6.18   10.40   17.49
  F数   3.88   4.20   5.10
  ω(度)   29.3   17.6   10.5
  d6   0.70   3.63   5.43
  d11   5.43   2.51   0.70
  d14   8.35   5.55   2.36
  d16   2.98   5.79   8.98
在变焦透镜1中，透镜L2的两个表面(s5和s6)、透镜L6的物侧表面(s12)、以及透镜L7在像面侧的表面(s16)被构成为非球面。各非球面的形状由下面的表达式来表示：
x＝y2/r/(1+(1-k·y2/r2)1/2)+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y10    (1)
在上面的表达式中，从每个透镜表面的顶点沿着光轴方向的距离为x，透镜在顶点处的曲率半径为r，圆锥常数为k。此外，第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数分别为C4、C6、C8和C10。在表3中，各表面s5、s6、s12和s16的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数C4、C6、C8和C10与圆锥常数k一起被示出。表3(与后面描述的表6和9类似)中的“E”表示以10为底的指数计数法。
【表3】
si   k   C4   C6   C8   C10
  5   0   -.243475E-03   0.000000E+00   0.000000E+00   0.000000E+00
  6   0   0.141703E-03   0.378581E-05   -.134346E-06   0.300699E-08
  12   0   -.301361E-03   -.263572E-05   -.173829E-06   0.373133E-07
  15   0   0.306284E-03   0.516207E-06   -.502485E-06   0.505476E-07
如该数值实施例1中所示，通过将第一透镜组GR1包括的透镜的至少一个透镜表面构成为非球面，来校正畸变像差，并减小透镜L1的有效直径，由此减小棱镜P的尺寸。此外，在第五透镜组GR5中，通过将透镜L9和透镜L10之间的胶合表面构成为在物侧的凸面，来校正色差，并能降低第五透镜组GR5关于透镜性能降级的敏感度。通过使用胶合透镜，可以降低由于相关透镜组内的偏心而造成的像面的扰动，并易于制造。
图2至4示出了在短焦距端、在中间焦距处和在长焦距端的各种像差的曲线图。
在此，在这些图中的每一个中，曲线图(A)都表示球面像差，其中纵坐标表示相对于打开的F数的比率，横坐标表示聚焦量(focus amount)。此外，实线表示d线(波长587.6nm)的球面像差，短虚线表示g线(波长435.8nm)的球面像差，点划线表示C线(656.3nm)的球面像差。此外，在这些图中的每一个中的曲线图(B)都表示像散，其中纵坐标表示像高，横坐标表示聚焦量。实线表示在矢形图像表面上的值，短虚线表示子午线像面的值。此外，在这些图中的每一个中的曲线图(C)都表示畸变像差，其中纵坐标表示像高，横坐标表示百分率(％)(与后面描述的图6至8和图10至12类似)。
图5至8示出了本发明的变焦透镜的第二实施方式。图5是示出根据第二实施方式的变焦透镜2的透镜结构的视图。该变焦透镜2也可被用作例如数字静态照相机的图像拾取装置的图像拾取透镜。
在该变焦透镜2中，从物侧到像面IMG侧依次布置有：具有正折射率的第一透镜组GR1，具有负折射率的第二透镜组GR2，具有正折射率的第三透镜组GR3，具有正折射率的第四透镜组GR4以及具有负折射率的第五透镜组GR5。此外，在第三透镜组GR3的物侧布置有调节光量的可变光阑IR，并且在第五透镜组GR5的像面IMG侧布置有由例如红外线截止滤光器的低通滤光器等等制成的滤光器FL和图像拾取装置的防护玻璃罩CG。像面IMG是例如CCD(电荷耦合器件)的图像拾取装置的光接收表面。
该变焦透镜2被如此构造，以致移动第二透镜组GR2和第四透镜组GR4来变焦。当执行从短焦距端到长焦距端的变焦时，分别从物侧向像面IMG侧移动第二透镜组GR2，以及从像面IMG侧向物侧移动第四透镜组GR4。此外，为该变焦透镜2采用所谓的后对焦系统，并且因此移动第四透镜组GR4或者第五透镜组GR5能够实现聚焦。
此外，第一透镜组GR1从物侧开始依次包括：一个具有负折射率的透镜L1，用于使光路弯折的棱镜P，以及一个具有正折射率的透镜L2。因此，在变焦和聚焦时所移动的透镜的移动方向为透镜L2的光轴方向，该方向与最接近物体的透镜L1的光轴方向不同。在本实施方式中，透镜L1由被构成为朝向物侧的凸形的弯月形透镜制成，而透镜L2由两个表面均为非球面的透镜制成，其中两个透镜表面均被构成为凸形。
此外，第二透镜组GR2由从物侧开始依次布置的三个透镜L3、L4、L5组成，并且透镜L4和透镜L5之间的透镜表面被胶合。第三透镜组GR3由一个透镜L6组成。第四透镜组GR4由一个透镜L7组成。此外，第五透镜组GR5由两个透镜L8和L9组成，并且透镜L8和L9之间的透镜表面被胶合。透镜L6是物侧表面为非球面的塑料透镜，而透镜L7是像面侧表面为非球面的塑料透镜。
表4示出了将具体数值应用于根据第二实施方式的变焦透镜2的数值实施例2的相应数值。
【表4】
si ri di ni vi
  1   r1＝52.704  d1＝0.65   n1＝1.846663   v1＝23.78
  2   r2＝8.834  d2＝1.40
  3   r3＝无限远  d3＝7.00   n2＝1.846663   v2＝23.78
  4   r4＝无限远  d4＝0.30
  5   r5＝12.844(ASP)  d5＝2.26   n3＝1.693500   v3＝53.20
  6   r6＝-15.965(ASP)  d6＝可变的
  7   r7＝46.540  d7＝0.50   n4＝1.835000   v4＝42.98
  8   r8＝7.227  d8＝0.92
  9   r9＝-9.628  d9＝0.45   n5＝1.696802   v5＝55.46
  10   r10＝15.221  d10＝0.89   n6＝1.846663   v6＝23.78
  11   r11＝-80.741  d11＝可变的
  12   r12＝无限远  d12＝1.50   孔径光阑
  13   r13＝8.150(ASP)  d13＝1.28   n7＝1.524700   v7＝56.24
  14   r14＝-50.034  d14＝可变的
  15   r15＝13.216  d15＝1.26   n8＝1.524700   v8＝56.24
  16   r16＝-25.508(ASP)  d16＝可变的
  17   r17＝333.253  d17＝0.50   n9＝1.805181   v9＝25.46
  18   r18＝4.519  d18＝2.05   n10＝1.568829   v10＝56.04
  19   r19＝-41.266  d19＝7.10
  20   r20＝无限远  d20＝0.38   n11＝1.552320   v11＝63.42
  21   r21＝无限远  d21＝1.84
  22   r22＝无限远  d22＝0.50   n12＝1.516798   v12＝64.20
  23   r23＝无限远  d23＝0.99
  24   r24＝无限远   像面(IMG)
在变焦透镜2中，在变焦期间，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔d6、第二透镜组GR2和可变光阑IR之间的表面间隔d11、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的表面间隔d14、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的表面间隔d16是可变的。在表5中，根据数值实施例2的在短焦距端、在短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处、以及在长焦距端的各表面间隔d6、d11、d14和d16的相应数值连同焦距、F数和半视场角ω(度)一起被示出。
【表5】
  焦距   6.18   10.40   17.49
  F数   3.80   3.93   4.14
  ω(度)   29.4   17.5   10.5
  d6   0.50   4.80   8.31
  d11   8.81   4.51   1.00
  d14   6.52   4.69   3.16
  d16   1.80   3.63   5.16
在变焦透镜2中，透镜L2的两个表面(s5和s6)、透镜L6在物侧的表面(s13)、以及透镜L7在像侧的表面(s16)被构成为非球面。在表6中，各表面s5、s6、s13和s16的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数C4、C6、C8和C10连同其圆锥常数k一起被示出。
【表6】
si   k   C4   C6   C8   C10
  5   0   -.111276E-03   0.000000E+00   0.000000E+00   0.000000E+00
  6   0   0.249131E-05   -.592313E-06   0.730325E-07   -.183715E-08
  13   0   -.305020E-03   -.248110E-05   0.247976E-06   -.152147E-07
  16   0   0.334075E-03   -.362803E-05   0.369631E-06   -.180932E-07
在该数值实施例2中，类似于数值实施例1，通过将第一透镜组GR1中的透镜L2的两个表面(s5和s6)构成为非球面，来校正畸变像差，并减小棱镜P的尺寸。此外，通过将第五透镜组GR5中所用的胶合透镜(透镜L9和透镜L10)的胶合面构成为在物侧的凸面，来良好地校正色差。
图6至8是示出在短焦距端、在中间焦距处和在长焦距端的各种像差的曲线图。在每幅图中，曲线图(A)都表示球面像差，曲线图(B)表示像散，以及曲线图(C)表示畸变像差。
图9至12示出了本发明的变焦透镜的第三实施方式。图9是示出根据第三实施方式的变焦透镜3的透镜结构的视图。该变焦透镜3也可被用作例如数字静态照相机的图像拾取装置的图像拾取透镜。
在该变焦透镜3中，从物侧到像面IMG侧依次布置有：具有正折射率的第一透镜组GR1，具有负折射率的第二透镜组GR2，具有正折射率的第三透镜组GR3，具有正折射率的第四透镜组GR4以及具有负折射率的第五透镜组GR5。此外，在第三透镜组GR3的物侧布置有调节光量的可变光阑IR，而在第五透镜组GR5的像面IMG侧布置有由例如红外线截止滤光器的低通滤光器等等制成的滤光器FL和图像拾取装置的防护玻璃罩CG。像面IMG是例如CCD(电荷耦合器件)的图像拾取装置的光接收表面。
该变焦透镜3被如此构造，以致移动第二透镜组GR2和第四透镜组GR4来变焦。当执行从短焦距端到长焦距端的变焦时，分别从物侧向像面IMG侧移动第二透镜组GR2，并且从像面IMG侧向物侧移动第四透镜组GR4。此外，为该变焦透镜3采用所谓的后对焦系统，并且因此移动第四透镜组GR4或者第五透镜组GR5能够实现聚焦。
此外，第一透镜组GR1从物侧开始依次包括：一个具有负折射率的透镜L1，用于使光路弯折的棱镜P，以及一个具有正折射率的透镜L2。因此，在变焦和聚焦时所移动的透镜的移动方向为透镜L2的光轴方向，该方向与最接近物体的透镜L1的光轴方向不同。在本实施方式中，透镜L1由被构成为朝向物侧的凸形的弯月形透镜制成，而透镜L2由两个表面均为非球面的透镜制成，其中两个透镜表面均被构成为凸形。
此外，第二透镜组GR2由从物侧开始依次布置的透镜L3和L4组成。第三透镜组GR3由一个透镜L5组成。第四透镜组GR4由一个透镜L6组成。此外，第五透镜组GR5由两个透镜L7和L8组成，并且透镜L7和透镜L8之间的透镜表面被胶合。透镜L3是两个表面均为非球面的塑料透镜，透镜L5是在物侧的表面为非球面的塑料透镜，以及透镜L6是在像面侧的表面为非球面的塑料透镜。
表7示出了将具体数值应用于根据第三实施方式的变焦透镜3的数值实施例3的相应数值。
【表7】
si ri di ni vi
  1   r1＝32.085  d1＝0.65   n1＝1.922860   v1＝20.88
  2   r2＝8.872  d2＝1.40
  3   r3＝无限远  d3＝7.00   n2＝1.846663   v2＝23.78
  4   r4＝无限远  d4＝0.30
  5   r5＝12.622(ASP)  d5＝2.26   n3＝1.693500   v3＝53.20
  6   r6＝-16.623(ASP)  d6＝可变的
  7   r7＝-8.395(ASP)  d7＝0.60   n4＝1.524700   v4＝56.24
  8   r8＝3.930(ASP)  d8＝0.61
  9   r9＝6.466  d9＝0.84   n5＝1.922860   v5＝20.88
  10   r10＝9.034  d10＝可变的
  11   r11＝无限远  d11＝1.50   孔径光阑
  12   r12＝9.544(ASP)  d12＝1.18   n6＝1.524700   v6＝56.24
  13   r13＝-35.584  d13＝可变的
  14   r14＝19.436  d14＝1.25   n7＝1.524700   v7＝56.24
  15   r15＝-22.981(ASP)  d15＝可变的
  16   r16＝17.908  d16＝0.50   n8＝1.922860   v8＝20.88
  17   r17＝5.504  d17＝1.97   n9＝1.516798   v9＝64.20
  18   r18＝-37.924  d18＝6.63
  19   r19＝无限远  d19＝0.38   n10＝1.552320   v10＝63.42
  20   r20＝无限远  d20＝1.84
  21   r21＝无限远  d21＝0.50   n11＝1.516798   v11＝64.20
  22   r22＝无限远  d22＝0.99
  23   r23＝无限远   像面(IMG)
在变焦透镜3中，在变焦期间，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔d6、第二透镜组GR2和可变光阑IR之间的表面间隔d10、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的表面间隔d13、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的表面间隔d15是可变的。在表8中，根据数值实施例3的在短焦距端、在短焦距端和长焦距端之间的中间焦距处、在长焦距端的各表面间隔d6、d10、d13和d15的相应数值连同焦距、F数和半视场角ω(度)一起被示出。
【表8】
  焦距   6.18   10.40   17.49
  F数   3.80   4.06   4.43
  ω(度)   29.6   17.5   10.5
  d6   0.65   4.58   7.76
  d10   8.11   4.18   1.00
  d13   7.36   4.63   2.20
  d15   2.78   5.51   7.94
在变焦透镜3中，透镜L2的两个表面(s5和s6)、透镜L3的两个表面(s7和s8)、透镜L5在物侧的表面(s12)、以及透镜L6在像面侧的表面(s15)被构成为非球面。在表9中，各表面s5、s6、s7、s8、s12和s15的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数C4、C6、C8和C10连同其圆锥常数k一起被示出。
【表9】
  si   k   C4   C6   C8   C10
  5   0   -.111187E-03   0.000000E+00   0.000000E+00   0.000000E+00
  6   0   -.132288E-05   -.880579E-06   0.828097E-07   -.200010E-12
  7   0   -.110126E-02   0.324871E-03   -.320597E-04   0.137024E-05
  8   0   -.392627E-02   0.333569E-03   -.483612E-04   0.254223E-05
  12   0   -.291258E-03   -.463126E-06   0.128598E-06   0.922757E-08
  15   0   0.185663E-03   -.173893E-05   0.263855E-06   -.112370E-07
在该数值实施例3中，类似于数值实施例1，通过将第一透镜组GR1中的透镜L2的两个表面(s5和s6)构成为非球面，来校正畸变像差，并减小棱镜P的尺寸。此外，在第五透镜组GR5中，通过将胶合透镜(透镜L7和透镜L8)的胶合面构成为在物侧的凸面，来校正色差。
此外，透镜L3、透镜L5和透镜L6由塑料模制材料制成，并且至少一个负透镜和至少一个正透镜均为塑料的，因此抵消由于温度变化而引起的特性变化，并发挥更大的作用。
图10至12是示出在短焦距端、在中间焦距处和在长焦距端的各种像差的曲线图。在每幅图中，曲线图(A)表示球面像差，曲线图(B)表示像散，以及曲线图(C)表示畸变像差。
表10示出了数值实施例1至3中对应于上述条件公式的值。
【表10】
  条件公式   数值实施例1   数值实施例2   数值实施例3
  (1)β5   1.58   1.44   1.10
  (2)|dZ2/dZ4|   0.88   1.76   1.00
  (3)neL1   1.922860   1.846663   1.922860
  (3)veL1   20.88   23.78   20.88
现在，描述采用上述变焦透镜的图像拾取装置的一个实施例。图14是示出能够安装本发明的变焦透镜的数字静态照相机的结构实施例的方框图。
图14中所示的数字静态照相机100包括：具有图像拾取功能的照相机组件10，用于对拾取的图像信号进行诸如模拟数字转换等信号处理的照相机信号处理部分20，用于对图像信号进行记录复制处理的图像处理部分30，用于显示拾取的图像等的LCD(液晶显示器)40，用于执行对存储卡51的读/写的R/W(读取器和写入器)50，用于控制整个装置的CPU 60，用于由用户输入的操作的输入部分70，以及用于控制对照相机组件10中的透镜的驱动的透镜驱动控制部分80。
照相机组件10由包括应用本发明的变焦透镜11(可以使用上述的变焦透镜1至3)的光学系统、例如CCD等的图像拾取装置12组成。照相机信号处理部分20执行信号处理，例如将来自图像拾取装置12的输出信号转换为数字信号、噪声消除、图像质量修正、以及转换为亮度和颜色差信号等。图像处理部分30执行基于预定的图像数据格式的图像信号的压缩和编码/扩展和解码处理、对例如分辨率的数据规格的转换处理，等等。
存储卡51由可折卸的半导体存储器制成。R/W 50将通过图像处理部分30编码的图像数据写入存储卡51，并读出存储卡51中记录的图像数据。CPU 60是用于控制数字静态照相机的各电路块的控制处理部分，其基于来自输入部分70等的指令输入信号来控制各电路块。
输入部分70例如包括：用于执行快门操作的快门释放按钮，用于选择操作方式等的选择开关。输入部分70根据用户的操作向CPU 60输出指令输入信号。透镜驱动控制部分80基于来自CPU 60的控制信号来控制用于驱动变焦透镜11中的透镜的马达(图中未示出)等。
在下文中，将简要地描述该数字静态照相机的操作。
在照相的备用状态中，在CPU 60的控制下，在照相机组件10中拾取的图像信号经由照相机信号处理部分20输出给LCD 40，以便作为通过照相机的图像而显示。此外，当从输入部分70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU 60向透镜驱动控制部分80输出控制信号，以便基于对透镜驱动控制部分80的控制来移动变焦透镜11中的预定透镜。
然后，当通过来自输入部分70的指令输入信号来释放照相机组件10中的图中未示出的快门时，将拾取的图像信号从照相机信号处理部分20输出到图像处理部分30，以便进行压缩和编码处理，并将其转换成预定数据格式的数字数据。将所转换的数据输出到R/W 50，以便写入存储卡51中。
例如，在为了进行记录等而将快门释放按钮半压或全压下的情况下，基于来自CPU 60的控制信号，由移动变焦透镜11中的预定透镜的透镜驱动控制部分80来实现聚焦。
此外，当复制记录在存储卡51中的图像数据时，R/W 50根据输入部分70的操作从存储卡51中读出预定图像数据，并在图像处理部分30中对其进行扩展和解码处理，然后将该复制图像信号输出给LCD 40。这允许显示复制图像。
图13示出了在物体位于图中的左侧的情况下数字静态照相机的内部。变焦透镜11被容纳于照相机壳体90的内部，图像拾取装置12被设置于该变焦透镜11的下面。此外，LCD 40被设置于与物体相反的一侧的照相机壳体90表面内，并被用于在照相时匹配视角。
本发明的变焦透镜通过棱镜来使来自物体的光的光轴弯折，并沿着折射方向(图中为垂直方向)移动预定透镜，这能够实现变焦和聚焦。因此，无需使变焦透镜11从照相机壳体90伸出就可以进行照相，并因此减小在照相时照相机机身的深度。另外，变焦透镜11被设计为满足上述条件，这能进一步减小照相机壳体90的厚度，并减小其在垂直方向的尺寸。因此，尽管结构紧凑，也能够实现约3倍到5倍的变焦，并能在各种焦距处获得具有较小像差的高质量的拾取图像。
此外，通过沿着垂直于光轴的方向移动所配置的整个变焦组或其部分，也可以校正由于照相机震动而引起的图像移动。
虽然在上述实施方式中描述了将图像拾取装置应用于数字静态照相机的情况，但也可以将其应用于其他图像拾取装置或类似物、例如摄像机等。
各实施方式和各数值实施例中所表示的各部件的具体形状、结构和数值仅仅是在实现本发明时进行的实施方式的实施例。本发明的技术范围不应当被限制性地解释。
优选的是将本发明应用于需要小型化和高质量的例如摄像机或数字静态照相机的图像拾取装置。
本领域的普通技术人员应该理解，取决于设计需要以及其他因素，可以存在各种修改、组合、子组合以及替代方案，只要它们位于所附的权利要求或其等价物的范围内。

Claims (9)

1.一种变焦透镜，包括从物侧开始依次布置的以下透镜组：
具有正折射率的第一透镜组；
具有负折射率的第二透镜组；
具有正折射率的第三透镜组；
具有正折射率的第四透镜组；以及
具有负折射率的第五透镜组；
所述变焦透镜被配置为通过移动所述第二透镜组和所述第四透镜组来进行变焦；
其中所述第一透镜组包括从物侧开始依次布置的具有负折射率的前透镜组、使光路弯折的光学件、以及具有正折射率的后透镜组，
其中所述第四透镜组包括一个单透镜，以及
其中如果所述第五透镜组在物距为无限远时的成像能力被设为β5，则满足下面的条件公式(1)：
(1)1.0＜β5＜1.8。
2.如权利要求1所述的变焦透镜：
其中在所述第一透镜组中，所述前透镜组包括一个具有负折射率的弯月形透镜，该弯月形透镜被构成为朝向物侧的凸形，所述光学件包括棱镜，以及所述后透镜组包括一个两个表面均为凸面的透镜，以及
其中如果组成所述前透镜组的所述弯月形透镜对d线的折射率被设为ndL1，并且对d线的阿贝数被设为vdL1，则满足下面的条件公式(2)和(3)：
(2)ndL1＞1.8，
(3)vdL1＜30。
3.如权利要求1所述的变焦透镜：
其中通过从物侧向像面侧移动所述第二透镜组并从像面侧向物侧移动所述第四透镜组来实现从短焦距端到长焦距端的变焦，以及
其中如果所述第二透镜组从短焦距端到长焦距端的行程被设为dZ2，并且所述第四透镜组在物距为无限远时从短焦距端到长焦距端的行程被设为dZ4，则满足下面的条件公式(4)：
(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。
4.如权利要求2所述的变焦透镜：
其中通过从物侧向像面侧移动所述第二透镜组并从像面侧向物侧移动所述第四透镜组来实现从短焦距端到长焦距端的变焦，以及
其中如果所述第二透镜组从短焦距端到长焦距端的行程被设为dZ2，并且所述第四透镜组在物距为无限远时从短焦距端到长焦距端的行程被设为dZ4，则满足下面的条件公式(4)：
(4)0.6＜|dZ2/dZ4|＜2.0。
5.如权利要求1所述的变焦透镜：
其中所述第二透镜组中的至少一个负透镜、所述第三透镜组中的至少一个正透镜、以及所述第四透镜组由塑料透镜制成。
6.如权利要求2所述的变焦透镜：
其中所述第二透镜组中的至少一个负透镜、所述第三透镜组中的至少一个正透镜、以及所述第四透镜组由塑料透镜制成。
7.如权利要求3所述的变焦透镜：
其中所述第二透镜组中的至少一个负透镜、所述第三透镜组中的至少一个正透镜、以及所述第四透镜组由塑料透镜制成。
8.如权利要求4所述的变焦透镜：
其中所述第二透镜组中的至少一个负透镜、所述第三透镜组中的至少一个正透镜、以及所述第四透镜组由塑料透镜制成。
9.一种采用变焦透镜作为图像拾取透镜的图像拾取装置，所述变焦透镜包括从物侧开始依次布置的以下透镜组：
具有正折射率的第一透镜组；
具有负折射率的第二透镜组；
具有正折射率的第三透镜组；
具有正折射率的第四透镜组；以及
具有负折射率的第五透镜组；
所述变焦透镜被配置为通过移动所述第二透镜组和所述第四透镜组来进行变焦；
其中所述第四透镜组包括一个单透镜，以及
其中如果所述第五透镜组在物距为无限远时的成像能力被设为β5，则满足下面的条件公式(1)：
(1)1.0＜β5＜1.8。
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