专利名称：变焦镜头和成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦镜头和成像设备。具体地，本发明涉及一种适用于数码照相机、摄像机或使用诸如CCD (电荷耦合装置)和CMOS (互补金属氧化物半导体)的成像装置的类似产品的变焦镜头，以及一种包括该变焦镜头的成像设备。
背景技术：
近年来，随着个人电脑在普通家庭中的普及，可以将通过摄影技术获得的诸如风景和肖像的图像信息输入到个人电脑的数码照相机已被广泛地使用。作为透镜系统，变焦镜头主要用在这种数码照相机中。近来，除对于增加变焦放大倍率的需求之外，对于减小照相机尺寸的要求也在增加。通常，例如在专利文献I至4中公开的透镜被已知为由5个组构成的用于照相机的变焦镜头。在所述镜头中，专利文献2至4公开了构成偏转光学系统的镜头，其中，光路在光路的某一点处被偏转。专利文献I公开了一种被构造成使得在改变放大倍率期间所有五个透镜组都移动的变焦镜头。专利文献2公开了一种变焦镜头，其中第五透镜组为正透镜组，第二透镜组由三个透镜构成，所述三个透镜从物体侧开始依次为负透镜、负透镜和正透镜。专利文献3和4公开了其中第二透镜组由四个透镜构成的变焦镜头，其中所述四个透镜为从物体侧开始依次布置的负透镜、负透镜、正透镜、和负透镜的顺序。相关技术文献专利文献专利文献1:日本未审专利 公开N0.9(1997)-230237专利文献2:日本未审专利公开N0.2010-217228专利文献3:日本未审专利公开N0.2005-181635专利文献4:日本未审专利公开N0.2009-19872
发明内容
近年来，相对于前述领域中的变焦镜头，需要将透镜构造成使得该透镜在确保例如约5倍的较高的放大倍率的同时具有宽广视角。此外，需要将透镜构造成使得当透镜被安装在成像设备上时可以减小成像设备的尺寸，并且还要求降低成本。然而，在专利文献I中公开的变焦镜头中，作为包括最大外径透镜的最靠近物体侧组的第一透镜组是移动组。因此，用于移动该透镜组的驱动系统变大。因此，专利文献I在降低尺寸和成本方面是不利的。在专利文献2中公开的变焦镜头中，广角端处的全视角约为82度，其中82度是宽广的。但具有大外径的最靠近物体侧透镜是具有高折射率的非球面透镜。因此，当成本是重要因素时，该透镜没有优势。专利文献3中公开的变焦镜头具有约5倍的可变放大倍率。然而，广角端处的全视角约为65度，因此难以被认定为广角。在专利文献4中公开的变焦镜头中，可变放大倍率为约6.7倍，并且广角端处的全视角约为80度。然而，总长度过长，并且构成变焦镜头的透镜的数量大。因此需要在减小尺寸和降低成本方面做出改进。考虑到前文所述的情况，本发明的目的是提供一种变焦镜头，该变焦镜头的尺寸被减小，该变焦镜头的视角被加宽，并且可以以成本低构造该变焦镜头，同时确保优良的光学性能和高放大倍率。此外，本发明的另一个目的是提供一种包括所述变焦镜头的成像设备。本发明的第一变焦镜头是包括下述部件的变焦镜头:第一透镜组,其具有正折射光焦度(refractive power),并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定；第二透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动；第三透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定；第四透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间移动；第五透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且其中构成所述第一透镜组的透镜组由从物体侧开始依此顺序的前透镜组和后透镜组构成，所述前透镜组具有负折射光焦度，所述后透镜组具有正折射光焦度，并且其中所述第二透镜 组由从物体侧开始依此顺序布置的负透镜、正透镜、负透镜和正透镜形成的四个透镜构成，或者由从物体侧开始依此顺序布置的负透镜、正透镜、负透镜和负透镜形成的四个透镜构成。本发明的第一变焦镜头是由至少五个透镜组形成的变焦镜头。折射光焦度为正、负、正、正、和负的五个透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且第二透镜组、第四透镜组和第五透镜组在改变放大倍率期间移动。在该变焦镜头中，第一透镜组在改变放大倍率期间和调焦期间始终固定，并且透镜结构被适当地设定，并且尤其地第二透镜组由四个透镜构成，所述四个透镜的折射光焦度的布置被最优化。因此，可以容易地减小尺寸、扩宽视角、降低成本，同时确保极好的光学性能和高放大倍率。本发明的第二变焦镜头是包括下述部件的变焦镜头:第一透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定；第二透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动；第三透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定；第四透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间移动；第五透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且其中构成所述第一透镜组的透镜组由从物体侧开始依此顺序的前透镜组和后透镜组构成，所述前透镜组具有负折射光焦度，所述后透镜组具有正折射光焦度，并且其中满足以下公式(2A):
0.70 < I fG2/fw | < 0.89...(2A)，其中fG2:第二透镜组的焦距，和fw:整个系统在广角端处的焦距。本发明的第二变焦镜头是由至少五个透镜组形成的变焦镜头。折射光焦度为正、负、正、正、和负的五个透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且第二透镜组、第四透镜组和第五透镜组在改变放大倍率期间移动。在该变焦镜头中，第一透镜组在改变放大倍率期间和调焦期间始终固定，并且透镜结构被适当地设定，并且尤其地第二透镜的折射光焦度以满足公式(2A)的方式被优化。因此，可以容易地减小尺寸、扩宽视角、降低成本，同时确保极好的光学性能和高放大倍率。在本发明的第一和第二变焦镜头中，理想的是进一步提供设置偏转第一透镜组中的前透镜组和后透镜组之间的光路的反射元件。在本发明的第一变焦镜头中，理想的是满足以下公式(I):0.70 < IH/fw < 0.90...(I)，其中IH:最大图像高度，和fw:整个系统在广角端处的焦距。在本发明的第一变焦镜头中，理想的是满足以下公式(2):
0.70 < I fG2/fw | < 0.95...(2)，其中fG2:第二透镜组的焦距，和fw:整个系统在广角端处的焦距。在本发明的第一变焦镜头中，理想的是所述第二透镜组中最靠近图像侧透镜具有至少一个非球面表面，并且满足以下公式(3):-0.3 < fw/f24 < 0.3...(3)，其中fw:整个系统在广角端的焦距。f24:第二透镜组G2中的最靠近图像侧透镜的焦距。在本发明的第一变焦镜头中，理想的是所述第二透镜组包括由塑料材料制成的至少一个非球面透镜。在本发明的第一变焦镜头中，理想的是满足以下公式(4):10.0 < TL/(fw X tan (cow)) < 13.0...(4)，其中TL:从整个系统中最靠近物体侧透镜的物体侧表面到像面的光轴的长度；fw:整个系统在广角端处的焦距；和ωψ:广角端处的半视角。在本发明的第一和第二变焦镜头中，理想的是所述第一透镜组中的前透镜组由具有负折射光焦度的球面透镜构成。在本发明的第一和第二变焦镜头中，理想的是所述第一透镜组中的后透镜组由两个透镜构成，每一个都具有正折射光焦度，并且至少所述两个透镜中的物体侧透镜具有外径形状的一部分被切除的形状。在本发明的第一和第二变焦镜头中，当每个透镜都是非球面透镜时，透镜的折射光焦度的符号表示在近轴区域内的折射光焦度。当变焦镜头与布置在该变焦镜头的像面处的成像装置一起被安装在设备上时，可以例如基于基于成像装置的成像平面的尺寸确定最大成像高度。例如，当成像平面为矩形，并且变焦镜头的光轴穿过成像平面的中心时，并且在没有限制图像高度的其他因素时，成像平面的对角线长度的一半可以被用作像高度。本发明的成像设备包括前述的本发明的变焦镜头和成像装置，该成像装置对由所述变焦镜头形成的光学图像进行成像，并输出电信号。根据本发明的变焦镜头，由至少五组类型形成的变焦镜头的透镜结构被适当地设定，并且尤其地，第二透镜组的结构被最优化。因此，可以减小尺寸、扩宽视角、降低成本，同时确保极好的光学性能和高放大倍率。根据本发明的成像设备，该设备包括本发明的变焦镜头。因此，可以以广视角进行成像，可以减小尺寸并降低成本，同 时确保包括极好的光学性能和高放大倍率的高成像性倉泛。
图1是显示了根据本发明的一个实施例的变焦镜头的透镜结构的横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图2是用于说明第一透镜组中的透镜的外径形状的示意图；图3是显示了本发明的示例I中的变焦镜头的透镜结构横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图4是显示了本发明的示例2中的变焦镜头的透镜结构横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图5是显示了本发明的示例3中的变焦镜头的透镜结构横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图6是显示了本发明的示例4中的变焦镜头的透镜结构横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图7是显示了本发明的示例5中的变焦镜头的透镜结构横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图8是显示了本发明的示例6中的变焦镜头的透镜结构横截面图，并且图(A)是在广角端处的状态，图(B)是在长焦端处的状态；图9(A)至9(L)是本发明的示例I中的变焦镜头的像差示意图；图10(A)至IO(L)是本发明的示例2中的变焦镜头的像差示意图；图11 (A)至11 (L)是本发明的示例3中的变焦镜头的像差示意图；图12(A)至12 (L)是本发明的示例4中的变焦镜头的像差示意图；图13㈧至13(L)是本发明的示例5中的变焦镜头的像差示意图；图14(A)至14 (L)是本发明的示例6中的变焦镜头的像差示意图；图15是根据本发明的一个实施例的成像透镜的前侧透视图；以及图16是根据本发明的一个实施例的成像透镜的后侧透视图。
具体实施例方式下文中，将参照附图对本发明的实施例加以详细的说明。首先，将参照图1(A)和图1(B)对根据本发明的一个实施例的变焦镜头进行说明。图1 (A)和图1 (B)是根据本发明的一个实施例的变焦镜头I的结构示例的横截面图。图1㈧和图1⑶中所示的结构示例与随后将予以说明的示例I中的变焦镜头相对应。图1(A)和图1(B)分别示出了在聚焦于无限远处的物体上的状态下在广角端和长焦端处的透镜的结构。进一步地，图1(A)和图1(B)之间的箭头示意性地示出了在改变放大倍率时每个透镜组的移动路径。变焦镜头I包括由第一透镜组Gl至第五透镜组G5形成的五个透镜组。变焦镜头I可安装在诸如摄像机或数码静物照相机的成像设备上。图UA)和图1(B)还示出了成像装置5，考虑到变焦镜头I被应用于成像设备中的情形，所述成像装置被布置在变焦镜头I的像面Sim中。在图1(A)和图1(B)中，成像装置5以简化的方式示出，但在实际情况中，成像装置5被布置成使得成像装置5的成像平面与像面Sim的位置相匹配。成像装置5对由变焦镜头I形成的光学图像进行成像，并输出电信号。例如，CCD、CMOS等可以用作所述成像装置5。根据本发明的一个实施例的成像设备至少包括所述变焦镜头I和成像装置5。当变焦镜头I安装在成像设备上时，理想的是成像装置被构造成使得包括诸如低通滤光器和红外线截止滤光器的各种滤光器和用于保护成像装置的成像平面的盖玻片，其中可以基于成像设备的规格适当地选择所述滤光器。图1(A)和图1(B)示出了表现为盖玻片和各种滤光器的平行平板状光学部件PP的图像侧表面被布置成使得与变焦镜头的像面Sim相匹配。光学部件PP的位置不限于图1(A)和图1(B)中所示的位置。在所述光学部件PP和所述像面Sim之间可以设置一空气隙。变焦镜头I包括从物体侧开始沿着光轴依此顺序布置的具有正折射光焦度的第一透镜组G1、具有负折射光焦度的第二透镜组G2、具有正折射光焦度的第三透镜组G3、具有正折射光焦度的第四透镜组G4、和具有负折射光焦度的第五透镜组G5。变焦镜头I被构造成使得通过改变透镜组之间的距离来改变放大倍率。具体地，第一透镜组Gl和第三透镜组G3在改变放大倍率期间以及在调焦期间总是固定。第二透镜组G2、第四透镜组G4、和 第五透镜组G5在改变放大倍率期间在光轴Z上移动。第四透镜组G4具有调焦功能，并且在调焦期间在光轴Z上移动。通过向每个透镜组赋予前述折射光焦度，并且通过移动第二透镜组G2、第四透镜组G4和第五透镜组G5改变放大倍率，可以有利地获得高放大倍率。此外，包括具有大外径的透镜的最靠近物体侧的第一透镜组Gl在改变放大倍率期间以及在调焦期间总是固定。因此，可以减小驱动系统上的载荷，并且可以降低尺寸和成本。第一透镜组Gl可以例如由从物体侧开始依次顺序布置的具有负折射光焦度的前透镜组GF、作为用于偏转光路的折射部件的棱镜LP、以及具有正折射光焦度的后透镜组GR构成。理想的是前透镜组GF由具有负折射光焦度的一个球面透镜构成，该球面透镜为透镜Lll0透镜Lll可以是双凹透镜。当整个系统中最靠近物体侧透镜为负透镜时，可以有利地扩宽视角。当透镜具有双凹形状时，可以提供较强的负折射光焦度，并且可以更加有利地扩宽视角。由于作为最靠近物体侧透镜的透镜Lll的外径较大，因此如果透镜Lll为球面透镜，则与使用非球面透镜的情况相比较，可以大大降低成本。棱镜LP构成偏转光学系统,该偏转光学系统以直角偏转前透镜组GF和后透镜组GR之间的光路。由于构造出了这种偏转光学系统，当变焦镜头I安装在成像设备上时，可以减小成像设备的厚度。作为用于偏转光路的反射部件，替代所述棱镜LP，可以使用诸如反射镜的不同部件。理想的是后透镜组GR由两个透镜L12和L13构成，每个都具有正折射光焦度。理想的是布置在后透镜组GR中的棱镜LP侧的透镜L12的物体侧表面为平坦表面。在这种情况下，可提高生产率，并且具有成本优势，并还有助于减小尺寸。理想的是布置在后透镜组GR的图像侧的透镜L13的至少一个表面为非球面。在这种情况下，可以在改变放大倍率期间容易地抑制像差波动。当第一透镜组Gl的后透镜组GR由两个正透镜构成时，理想的是这两个正透镜中的至少物体侧透镜具有外径形状的一部分被切除的形状。这种结构可以有助于减小上面安装有变焦镜头I的成像设备的厚度。图2(A)和图2(B)示出了当透镜L12具有外径形状的一部分被切除的形状的结构示例。图2(A)是包括光轴Z的横截面，图2(B)是与所述光轴垂直的平面内的平面图。透镜L12可以具有如图2(A)和图2(B)中的阴影所示的切除部分L12a、L12b被从透镜L12切除的形状。尤其地，理想的是在前透镜组GF中与透镜Lll相邻的切除部分L12b被切除，如图2(A)中所示。当透镜L12具有这种形状时，即使前透镜组GF和后透镜组GR被设置成彼此靠近，透镜也不会彼此干涉。因此，可以减小上面安装有变焦镜头I的成像设备的厚度。此夕卜，当设置面 向切除部L12b的切除部L12a时，可以有助于减小上面安装有变焦镜头I的成像设备的厚度。当变焦镜头I与布置在变焦镜头I的像面Sim处的成像装置5 —起安装在所述成像设备上时，理想的是基于成像装置的形状设定一个或多个切除部分的形状、尺寸和位置。通常，成像装置5是矩形。因此，即使所述透镜的外径形状的一部分被切除，如果基于成像装置的形状设定一个或多个切除部分的结构，则可以认为不会在成像性能方面产生问题。第二透镜组G2可以通过布置由从物体侧开始依此顺序的负透镜L21、正透镜L22、负透镜L23、和正或负透镜L24形成的四个透镜被构造而成。当作为移动组的第二透镜组G2由四个透镜构成时，可以提供较高的像差校正能力。例如，当扩宽视角时，认为应当在第一透镜组Gl中的最靠近物体侧透镜中设置非球面表面来校正像差。在这种情况下，由于第一透镜组Gl中最靠近物体侧透镜具有较大的外径，因此成本变高。然而，当第二透镜组G2由四个透镜构成时，如上文中本实施例的变焦镜头I，即使视角被扩宽，也可以以极好的方式校正像差，而不需要在第一透镜组Gl中最靠近物体侧透镜中设置非球面表面。此外，由于在第二透镜组G2中远离物体侧的第一位置和第二位置处的透镜分别为负透镜和正透镜，并且尤其是所述正透镜布置在远离物体侧的第二位置处，第二位置处的正透镜可以立即校正由于在第一位置处的负透镜处时光线偏转而产生的色像差。因此，可以容易地抑制在改变放大倍率期间横向色像差的波动，并且有利于扩宽视角。如果第二透镜组G2中远离物体侧的第一位置和第二位置处的两个透镜都是负透镜，则在第一位置处由于偏转光纤所产生的色像差变得比第二位置处的负透镜产生的色像差更大。因此，即使将正透镜布置在第二位置处的负透镜的图像侧，也会对正透镜施加较重的色像差校正载荷。在这些情形中，本发明的前述变焦镜头I的第二透镜组G2的折射光焦度布置是适当的。具体地，例如透镜L21可以是双凹透镜，透镜L22可以是双凸透镜，透镜L23可以是双凹透镜。当第二透镜组G2中的两个负透镜是双凹透镜时，可以向第二透镜组G2赋予一定水平的负折射光焦度。此外，还可以抑制光学系统的总长度。此外，理想的是透镜L22为双凸透镜以与两个双凹透镜保持光焦度平衡。理想的是透镜L22和透镜L23被粘合在一起以在不降低可允许的制造误差值的情况下校正色像差。此外，理想的是第二透镜组G2包括至少一个透镜，其中所述至少一个透镜的表面中的至少一个为非球面。当作为可移动组的第二透镜组G2包括非球面透镜时，可以容易地抑制由于改变放大倍数所导致的像差波动。此外，当第二透镜组G2包括非球面透镜时，理想的是一个或多个非球面透镜中的至少一个由塑料材料制成。因此，可以降低成本。由塑料透镜的温度变化而导致的性能变化大于玻璃透镜。因此，理想的是具有相对较弱的折射光焦度的透镜为塑料透镜。同时，由于塑料透镜的制造方法，因此在塑料透镜的外周上的毛刺的形成是不可避免的。在考虑使用塑料透镜的结构时，理想的是塑料透镜布置在透镜组中最靠近物体侧或最靠近图像侧以抑制在组装期间由毛刺导致的偏心。此夕卜，当将强负折射光焦度赋予给第二透镜组G2中通过正的第一透镜组会聚的光线所进入的最靠近物体侧透镜时，可以使第二透镜组G2的主点更靠近第一透镜组Gl侧，并且有利于减小尺寸。在这些情形中，理想的是第二透镜组G2中最靠近图像侧透镜为由塑料材料制成的非球面透镜。第三透镜组G3可以由例如一个透镜L31构成。例如，两个表面都可以是非球面的，并且该透镜可以在近轴区域具有正的弯月面形状。孔径光阑St可以被布置在例如透镜组G3的物体侧附近，并且被构造为使得在改变放大倍率期间固定。当孔径光阑St被布置成基本上在整个系统的中间时，可以抑制第一透镜组Gl和第五透镜组G5中的光线的高度，并有助于减小尺寸。图UA)和图1(B)中示出的孔径光阑St并不是表示该孔径光阑的尺寸或形状，而是仅表示出了在光轴上的位置。第四透镜组G4是在改变放大倍率期间移动并且还在调焦期间移动的透镜组。理想的是高放大倍率变焦镜头包括非线性移动组，该移动组以在改变放大倍率期间该移动组本身的移动量与其他透镜组·的移动量具有非线性的关系的方式移动，从而保持像面恒定。在变焦镜头I中，第四透镜组G4用作所述非线性移动组。具体地，当放大倍率从广角端变为长焦端时，第四透镜组G4向物体侧移动，并且随后在移动中的某一点处反向朝向图像侧移动。第四透镜组G4以画出一条朝向物体侧突出的弧形移动路径的方式移动。当在改变放大倍率期间移动的非线性移动组还在调焦期间移动时，可以简化设备的机械结构，并且有助于减小尺寸并降低成本。第四透镜组G4可以由从物体侧开始依此顺序的正透镜L41和负透镜L42形成的粘合透镜构成。当在位于孔径光阑St的任一侧并且均为移动组的第二透镜组G2和第四透镜组G4中均设有粘合透镜时，可以容易地抑制在改变放大倍率期间横向色像差的波动。第五透镜组G5可以由例如一个透镜L51构成。透镜L51可以是负弯月面透镜，该负弯月面透镜具有朝向物体侧凸起的表面。当作为最靠近图像侧组的第五透镜组G5由具有朝向物体侧的凸起表面的一个负弯月面透镜构成时，可以以极好的方式校正像场弯曲，并且可以减小尺寸和降低成本。理想的是所述变焦镜头I被构造成使得恰当地并且任选地满足下述公式。作为理想模式，可以只满足下述公式中的一个，或者可以满足多个公式的任意组合。
理想的是变焦镜头I满足下述公式(I):0.70 < IH/fw < 0.90...(I)，其中IH:最大图像高度，和fw:整个系统在广角端处的焦距。公式(I)与广角端处的视角有关。当该值小于公式(I)的下限时，不能获得充分宽的视角。当该值超过公式(I)的上限时，视角将变得太宽，并且第一透镜组Gl的尺寸变大，总长度变长。理想的是代替公式(I)满足以下公式(IA)，以进一步减小尺寸，同时扩宽视角。0.70 < IH/fw < 0.85...(IA)此外，理想的是变焦镜头I满足以下公式(2):0.70 < fG2/fw < 0.95...(2)，其中fG2:第二透镜组G2的焦距，和fw:整个系统在广角端处的焦距。公式(2)与第二透镜组G2的焦距与整个系统在广角端处的焦距的比值有关。当该值低于公式(2)的下限时，第二透镜组G2的折射光焦度将变得太强。因此，变得难以校正像差。当该值超过公式(2)的上限时，第二透镜组G2的折射光焦度将变得太弱。因此，在改变放大倍率期间的移动量变大，并且总长度变长。这里，当替代公式(2)满足公式(2`A)时，可以进一步减小尺寸同时确保极好的光学性能。以下公式(2A)限定了第二透镜组G2适于充分满足当前同时实现极好的光学特性和减小尺寸的需求的焦距范围。0.70 < I fG2/fw | < 0.89...(2A)理想的是代替公式(2A)满足公式(2B)，以获得更加极好的光学性能。0.80 < I fG2/fw | < 0.89...(2B)此外，理想的是当第二透镜组G2中最靠近图像侧透镜L24具有至少一个非球面表面时，变焦镜头I满足以下公式(3):-0.3 < fw/f24 < 0.3...(3)，其中fw:整个系统在广角端处的焦距。F24:第二透镜组G2中最靠近图像侧透镜的焦距。当透镜L24是非球面透镜时，公式(3)与透镜L24的焦距与整个系统在广角端处的焦距的比值有关。使用塑料材料用于非球面透镜具有成本优势。当透镜L24由塑料制成时，如果所述值低于公式(3)的下限或超过公式(3)的上限，则透镜L24的折射光焦度变强，并且温度变化对于性能的影响也变大。当透镜L24由塑料制成时，更理想的是代替公式(3)满足以下公式(3A)，以进一步抑制温度变化对性能的影响。此外，甚至更理想的是代替公式(3)满足以下公式(3B)以进一步抑制所述影响。-0.25 < fw/f24 < 0.25...(3A)-0.1 < fw/f24 < 0.25...(3B)理想的是变焦镜头I满足以下公式⑷:10.0 < TL/(fw X tan (cow)) < 13.0...(4)，其中
TL:光轴上从整个系统中最靠近物体侧透镜的物体侧表面到像面的长度；fw:整个系统在广角端处的焦距；和Ow:广角端处的半视角。公式(4)与总体长度、广角端处的焦距和半视角有关。当值低于公式(4)的下限时，出射光瞳位置变得靠近像面Sim，并且进入成像装置5的大视角的光线的入射角变大，并且会出现周边光量不足、颜色差等。当该值超过公式(4)的上限时，总体长度变长。因此，当图1(A)和图1(B)中示出的偏转光学系统被安装在照相机上时，照相机在该照相机的高度方向上的尺寸将变大。理想的是代替公式(4)满足以下公式(4A)以改进通过满足公式(4)获得的效果。11.0 < TL/(fw X tan (cow)) < 12.5...(4A)这里，当在恶劣的条件下例如户外使用变焦镜头I时，理想的是设置在最靠近物体侧的透镜使用抵抗由于风雨以及由日光直射导致的温度变化使表面恶化的材料、耐化学物(例如油脂和清洁剂)的材料。换言之，理想的是使用高度防水、耐天气变化、耐酸、耐化学物等的材料。此外，理想的是使用坚硬并且不易破损的材料。当满足这些要求是重要时，理想的是设置在最靠近物体侧的透镜的材料为玻璃。可选地，也可以使用透明陶瓷。当变焦镜头I在恶劣条件下使用时，理想的是涂敷多层防护涂层。除防护涂层之外，还可涂敷用于减少使用期间的鬼光的防反射涂层。在图1(A)和图1(B)示出的示例中，光学部件PP被布置成更靠近最靠近图像侧透镜的图像侧。可选地，可以在透镜之间布置各种滤光器。可选地，具有与各种滤光器类似的功能的涂层也可以涂敷到透镜中的一个的透镜表面上。
接下来，将描述本发明的成像设备的实施例。图15和图16分别为根据本发明的成像设备的一个实施例的数码照相机10的前侧和后侧的透视图。数码照相机10包括在前侧的上方中部处的输出闪光的闪光输出单元21。此外，来自拍摄目标的光通过其进入的拍摄开口 22被设置在闪光输出单元21侧。此外，数码照相机10包括在上表面上的快门按钮23和电源按钮24、和在后侧的显示单元25和操作单元26、27。数码照相机10包括作为成像透镜在壳体中的根据本发明的一个实施例的变焦镜头I。然而，在图15中，仅示意性地示出了变焦镜头I。此外，例如CXD和CMOS的成像装置设置在数码照相机10的壳体中，使得成像装置的成像平面与变焦镜头I的像面的位置相匹配。变焦镜头I被布置成使得最靠近物体侧透镜11位于设置在前侧拍摄开口 22处。此外，从偏转光路的棱镜LP到像面的一部分被安装成使得该部分的光轴Z和照相机主体的垂直方向(Zl方向)相互匹配。当以这种方式构造数码照相机时，可以减小照相机主体的厚度(XI方向)，并且减小照相机的厚度。可选地，从偏转光路的棱镜LP到像面的一部分可以被安装成使得该部分的光轴Z与照相机主体的水平方向(Yl方向)相互匹配。接下来，将描述本发明的变焦镜头的数值实施例。图3至图8分别示出了示例I至示例6的变焦镜头的透镜横截面。图3至图8中示出的结构示例还采用了通过棱镜LP偏转光路的偏转光学系统。在图3至图8中，形成偏转光路。另一种示出图3至图8的方法基本上与示出图1的方法类似。表I示出了示例I的变焦镜头的基本透镜数据，表2示出了组之间的距离的数据，表3示出了非球面系数。类似地，表4至表18示出了示例2至示例6的变焦镜头的基本透镜数据、各组之间距离的数据和非球面系数。接下来，将以示例I的表为例，描述各表中的符号的含义。示例2至示例6的表中的符号的含义基本上类似。在表I的基本透镜数据中，列Si示出了第i个表面(i = 1，2，3，...)的表面编号。最靠近物体侧元件的物体侧的表面的表面编号为一，并且该表面编号朝向图像侧依序增加。列Ri示出了第i个表面的曲率半径。列Di示出了第i个表面与第(i+1)个表面之间在光轴Z上的距离。列Ndj示出了当最靠近物体侧透镜为第一透镜时，第j个透镜(j =1，2，3，...)相对于d线(波长为587.6nm)的折射率，并且j的值朝向图像侧依序增加。此夕卜，列vdj示出了第j个透镜相对于d线的Abbe数。当表面的形状朝向物体侧凸起时，曲率半径的符号为正，当表面的形状朝向图像侧凸起时，则曲率半径的符号为负。此外，基本透镜数据包括孔径光阑St和光学部件PP。符号(St)与表面编号连写在一起用于孔径光阑的表面。此外，表I项部的值表不当放大倍率由广角端变为长焦端时，焦距f (mm)，fn0.和全视角2 ω (度)的范围。在表I的基本透镜数据中，变化d8、变化dl5、变化dl8、变化d23、和变化25被写在表面距离的行中，其中当放大倍率变化时，所述表面距离也变化。变化d8是第一透镜组Gl与第二透镜组G2之间的距离，变化dl5是第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的距离，变化dl8是第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的距离，变化d23是第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的距离，变化d25是第五透镜组G5与光学部件PP之间的距离。表2中各组之间距离的数据示出了在广角端、中点、和长焦端处整个系统的焦距、变化d8、变化dl5、变化dl8、变化d23、和变化25。在表I的透镜数据中，非球面表面的表面编号上标有*标记。表示I示出了作为非球面表面的曲率半径的近轴曲率半径的数值。表3示出了所述非球面表面的非球面系数。在表3的非球面系数的数值中，“Ε-η” (η为整数)表示“ X 10_η”，而“Ε+η”表示“ X 10η”。在下面的非球面公式中，非球面系数为系数KA，Am(m = 3,4,5,...):
Zd = C.h2/{l+(l-KA.C2.h2)1/2} + Σ AM.hm，其中Zd:非球面表面的深度(从该非球面表面上高度为h的点到与该非球面表面的顶点相接触并与光轴垂直的平面之间的垂直长度)，h:高度(从光轴到透镜表面的长度)，C:近轴曲率，和KA, Am:非球面系数(m = 3,4,5,...)。这里，mm用作长度单位。然而，由于光学系统在使用时可以成比例地放大或缩小，因此其他适当的单位也可以使用。此外，在每个表中，数值都被四舍五入至预定数位。[表 I]示例I基本透镜数据f = 5.12 24.11，Fn0.= 4.0 5.2，2 ω = 80.0 17.权利要求
1.一种变焦镜头，包括: 第一透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定； 第二透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动； 第三透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定； 第四透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间移动； 第五透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且 其中构成所述第一透镜组的透镜组由具有负折射光焦度的前透镜组和具有正折射光焦度的后透镜组构成，所述前透镜组和所述后透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且其中所述第二透镜组由从物体侧开始依此顺序布置的负透镜、正透镜、负透镜和正透镜形成的四个透镜构成，或者由从物体侧开始依此顺序布置的负透镜、正透镜、负透镜和负透镜形成的四个透镜构成。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，还包括: 反射部件，其偏转所述第一透镜组中的前透镜组和后透镜组之间的光路。
3.如权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(I):0.70 < IH/fw < 0.90...(1)，其中 IH:最大图像高度，和 fw:整个系统在广角端处的焦距。
4.如权利要求1至3中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(2):0.70 < I fG2/fw I < 0.95...(2)，其中 fG2:第二透镜组的焦距，和 fw:整个系统在广角端处的焦距。
5.如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，所述第二透镜组中最靠近图像侧透镜具有至少一个非球面表面；以及 满足以下公式⑶:-0.3 < fw/f24 < 0.3...(3)，其中fw:整个系统在广角端处的焦距，和f24:第二透镜组中最靠近图像侧透镜的焦距。
6.如权利要求1至5中任一项所述的变焦镜头，其中，所述第二透镜组包括由塑料材料制成的至少一个非球面透镜。
7.如权利要求1至6中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(4):10.0 < TL/(fw X tan (cow)) < 13.0...(4)，其中 TL:从整个系统中最靠近物体侧透镜的物体侧的表面到像面的光轴长度； fw:整个系统在广角端处的焦距；和 W:广角端处的半视角。
8.一种变焦镜头，包括: 第一透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定； 第二透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动；第三透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间固定； 第四透镜组，其具有正折射光焦度，并且在改变放大倍率期间和调焦期间移动；和 第五透镜组，其具有负折射光焦度，并且在改变放大倍率期间移动， 所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组、所述第四透镜组和所述第五透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且 其中构成所述第一透镜组的透镜组由具有负折射光焦度的前透镜组和具有正折射光焦度的后透镜组构成，所述前透镜组和所述后透镜组从物体侧开始依此顺序布置，并且其中满足以下公式(2A):·0.70 < I fG2/fw I < 0.89...(2A)，其中fG2:第二透镜组的焦距，和fw:整个系统在广角端处的焦距。
9.如权利要求8所述的变焦镜头，还包括 反射元件，其偏转所述第一透镜组中的前透镜组和后透镜组之间的光路。
10.如权利要求1至9中任一项所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组中的前透镜组由具有负折射光焦度的球面透镜构成。
11.如权利要求10所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组中的后透镜组由两个透镜构成，每一个透镜都具有正折射光焦度，并且 其中至少所述两个透镜中的物体侧透镜具有外径形状的一部分被切除的形状。
12.如权利要求1至11中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(IA):0.70 < IH/fw < 0.85...(IA)，其中 IH:最大图像高度，和 fw:整个系统在广角端处的焦距。
13.如权利要求1至12中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(2B):0.80 < I fG2/fw I < 0.89...(2B)，其中 fG2:第二透镜组的焦距，和 fw:整个系统在广角端处的焦距。
14.如权利要求1至13中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(3B):-0.1 < fw/f24 < 0.25...(3B)，其中 fw:整个系统在广角端处的焦距；和 f24:第二透镜组中最靠近图像侧透镜的焦距。
15.如权利要求1至14中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(4A): · 11.0 < TL/(fw X tan (cow)) < 12.5...(4A)，其中 TL:从整个系统中最靠近物体侧透镜的物体侧表面到像面的光轴长度； fw:整个系统在广角端处的焦距；和 W:广角端处的半视角。
16.—种成像设备,包括: 如利要求I至15中任一项所述的变焦镜头，和 成像装置，其对由所述变焦镜头形成的光学图像进行成像，并且输出电信号。
全文摘要
[技术问题]为了在变焦透镜中确保优良的光学性能和高放大倍率，并且实现增加的紧凑型，宽视角，和低成本。[技术方案]变焦镜头(1)从物体侧依序设有正的第一透镜组(G1)，其在改变放大倍率和调焦期间固定；负的第二透镜组(G2)，其在改变放大倍率期间移动；正的第三透镜组(G3)，其在改变放大倍率和调焦期间固定；正的第四透镜组(G4)，其在改变放大倍率和调焦期间移动；和负的第五透镜组(G5)，其在改变放大倍率期间移动。构成第一透镜组(G1)的透镜组从物体侧依序包括负的前透镜组(GF)和正的后透镜组(GR)。第二透镜组(G2)具有由四部分组成的结构，其中负透镜、正透镜、负透镜、正透镜或负透镜从物体侧依此顺序阵列。
文档编号G02B15/20GK103250083SQ20118005905
公开日2013年8月14日 申请日期2011年12月6日 优先权日2010年12月7日
发明者富冈领子 申请人:富士胶片株式会社