变焦镜头和成像设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有高可变放大倍率同时能够减小尺寸并增加性能的变焦镜头。变焦镜头从物体侧顺序地包括正的第一透镜组(1G)、负的第二透镜组(2G)、正的第三透镜组(3G)、正的第四透镜组(4G)和负的第五透镜组(5G)。当放大倍率从广角端变化到长焦端时，在所有透镜组相对于成像位置移动的同时，第一透镜组(1G)与第二透镜组(2G)之间的距离(δ12)始终增加，第二透镜组(2G)与第三透镜组(3G)之间的距离(δ23)始终减小，第三透镜组(3G)与第四透镜组(4G)之间的距离(δ34)始终减小，以及第四透镜组(4G)与第五透镜组(5G)之间的距离(δ45)变化。当聚焦点从无穷远侧移动到近侧并进行聚焦时，仅第五透镜组(5G)从物体侧朝向图像侧移动，并且第五透镜组(5G)具有至少一个负透镜和至少一个正透镜。
【专利说明】变焦镜头和成像设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在诸如数字照相机、摄影机、广播用摄像机、监视照相机等中使用的具有高可变放大倍率的变焦镜头和一种包括该变焦镜头的成像设备。
【背景技术】
[0002]传统地，变焦镜头基本上包括从物体侧顺序布置的:具有正屈光力的第一透镜；具有负屈光力的第二透镜；具有正屈光力的第三透镜；具有正屈光力的第四透镜、和具有负屈光力的第五透镜，并被已知为具有相对较大可变放大倍率的变焦镜头。具有这种透镜结构的变焦镜头被已知为适于同时实现高可变放大倍率和尺寸减小(参见专利文献1、2和3)。
[0003][现有技术文献]
[0004][专利文献I]
[0005]日本未审查专利公开N0.H04 (1992) -70707
[0006][专利文献2]
[0007]日本未审查专利公开N0.H09 (1997) -197271
[0008][专利文献3]
[0009]日本未审查专利公开N0.Hll (1999)-64728
【发明内容】
[0010]近年来，需要一种为紧凑的但具有高可变放大倍率的变焦镜头，例如，具有超过12倍的高可变放大倍率但是仍然紧凑并且具有高性能的变焦镜头。
[0011]然而，传统已知的紧凑且高性能变焦镜头(例如，专利文献1-3中所公开的变焦镜头)具有小于10倍的可变放大倍率，并且不能具有高可变放大倍率。
[0012]鉴于上述情况已经形成了本发明。本发明的目的是提供一种具有高可变放大倍率但仍然是紧凑的并能够具有高性能的变焦镜头和一种包括该变焦镜头的成像设备。
[0013]本发明的变焦镜头基本上包括:
[0014]具有正屈光力的第一透镜组；
[0015]具有负屈光力的第二透镜组；
[0016]具有正屈光力的第三透镜组；
[0017]具有正屈光力的第四透镜组；和
[0018]具有负屈光力的第五透镜组，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变焦镜头的物体侧顺序地布置，
[0019]其中当放大倍率从广角端变化到长焦端时，在所有透镜组相对于成像位置移动的同时，第一透镜组与第二透镜组之间的距离始终增加，第二透镜组与第三透镜组之间的距离始终减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离始终减小，以及第四透镜组与第五透镜组之间的距离变化，[0020]其中当聚焦点从无穷远侧移动到近侧以实现聚焦时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧；以及
[0021]其中第五透镜组包括具有负屈光力的至少一个透镜和具有正屈光力的至少一个透镜。
[0022]变焦镜头可以基本上由五个透镜组构成。在这种情况下，表述“变焦镜头基本上由n个透镜组构成”表示除了 n个透镜组之外还包括下述的变焦镜头:基本上没有任何屈光力的透镜；除了透镜之外的诸如孔径和玻璃罩的光学元件；和诸如透镜法兰、透镜桶、成像元件和照相机震动校正机构的机械部件。
[0023]理想的是第五透镜组具有至少一个非球面表面并同时满足公式(A):10 < V5n-V5p<30和公式⑶:1.77 < N5n，并且更加理想的是第五透镜组同时满足公式(A’):12
<V5n-V5p < 25 和公式(B，):1.79 < N5n0
[0024]在这种情况下，V5n是构成第五透镜组的具有负屈光力的每一个透镜的阿贝数(基于d线)的平均值；v5p是构成第五透镜组的具有正屈光力的每一个透镜的阿贝数(基于d线)的平均值；以及N5n是构成第五透镜组的具有负屈光力的每一个透镜的折射率(d线)的平均值。
[0025]理想的是变焦镜头满足公式(C):-0.6 < 1-^512 < -2.5，并且更理想地满足公式(C’ ):5.5 < 1 β512 < -2.9。β51是当在长焦端处聚焦在无穷远处时第五透镜组的成像放大倍率。
[0026]第五透镜组可以从物体侧顺序地布置包括具有正屈光力的透镜和具有负屈光力的透镜。
[0027]本发明的成像设备配备有本发明的变焦镜头。
[0028]根据本发明的变焦镜头和包括该变焦镜头的设备基本上包括:
[0029]具有正屈光力的第一透镜组；
[0030]具有负屈光力的第二透镜组；
[0031]具有正屈光力的第三透镜组；
[0032]具有正屈光力的第四透镜组；和
[0033]具有负屈光力的第五透镜组，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变焦镜头的物体侧顺序地布置，
[0034]其中当放大倍率从广角端变化到长焦端时，第一透镜组与第二透镜组之间的距离始终增加，第二透镜组与第三透镜组之间的距离始终减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离始终减小，以及第四透镜组与第五透镜组之间的距离变化，使得所有透镜组相对于成像位置移动，
[0035]其中当聚焦点从无穷远侧移动到近侧以实现聚焦时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧；以及
[0036]其中第五透镜组包括具有负屈光力的至少一个透镜和具有正屈光力的至少一个透镜，从而使得变焦镜头能够具有高可变放大倍率，但仍然是紧凑的并且能够具有高性能。
[0037]因此，例如，可以获得在超过75°的广角端处具有全视场角(即，大视场角)并进一步具有超过12倍的高可变放大倍率但仍然是紧凑的并能够具有高性能的变焦镜头。
[0038]进一步地，第五透镜组被设计成具有至少一个负透镜和至少一个正透镜，并且当从无穷远侧朝向近侧聚焦时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧。这可以抑制当聚焦时性能恶化，并且进一步能够减小作为移动组的第五透镜组的尺寸和重量。这例如能够使包括变焦镜头的成像设备中的聚焦机构的负担减小，并且可以实现高速聚焦。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是显示根据本发明的一个实施例的变焦镜头的结构和包括该变焦镜头的成像设备的示意性剖视图；
[0040]图2A是显示示例I的变焦镜头的剖视图；
[0041]图2B是显示示例I的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0042]图3A是显示示例2的变焦镜头的剖视图；
[0043]图3B是显示示例2的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0044]图4A是显示示例3的变焦镜头的剖视图；
[0045]图4B是显示示例3的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0046]图5A是显示示例4的变焦镜头的剖视图；
[0047]图5B是显示示例4的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0048]图6A是显示示例5的变焦镜头的剖视图；
[0049]图6B是显示示例5的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端的情况和所述变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端的情况中的每一种的剖视图；
[0050]图7是示例I的畸变图；
[0051]图8是示例2的畸变图；
[0052]图9是示例3的畸变图；
[0053]图10是示例4的畸变图；以及
[0054]图11是示例5的畸变图。
【具体实施方式】
[0055]在下文中，以下将参照附图描述本发明的变焦镜头和包括该变焦镜头的成像设备。
[0056]图1是显示根据本发明的一个实施例的变焦镜头的结构和包括该变焦镜头的成像设备的示意性剖视图。
[0057]如图所示的变焦镜头100具有高可变放大倍率，但仍然是紧凑的并且能够具有高性能。配备有该变焦镜头100的成像设备200用作数字静止相机、摄像机、监视相机等。
[0058]变焦镜头100从物体侧(图的-Z侧)顺序地包括:具有正屈光力的第一透镜组1G、具有负屈光力的第二透镜组2G、具有正屈光力的第三透镜组3G、具有正屈光力的第四透镜组4G和具有负屈光力的第五透镜组5G。
[0059]当从广角端变焦到长焦端(连续改变放大倍率)时，在所有透镜组1G-5G相对于作为变焦镜头100的成像位置的成像表面Mk移动的同时，变焦镜头100始终增加第一透镜组IG与第二透镜组2G之间的距离S 12、始终减小第二透镜组2G与第三透镜组3G之间的距离S 23、始终减小第三透镜组3G与第四透镜组4G之间的距离S 34、以及改变第四透镜组4G与第五透镜组5G之间的距离S 45。
[0060]进一步地，当聚焦点从无穷远侧移动到近侧时，以上变焦镜头100被设计为仅仅使第五透镜组5G从物体侧(图中的-Z侧)移动到图像侧(图中的+Z侧)以实现聚焦。
[0061]此外，以上第五透镜组5G包括具有负屈光力(在下文中，还被缩写并称为负透镜)的至少一个透镜和具有正屈光力(在下文中，还被缩写并称为正透镜)的至少一个透镜。
[0062]变焦镜头100的基本结构如上所述。
[0063]应该注意的是第五透镜组5G具有至少一个非球面表面，并且理想的是第五透镜组5G同时满足公式(A):10 < V5n-V5p < 30和公式⑶:1.77 < N5n,并且更加理想的是第五透镜组同时满足公式(A' ):12 < V5n-V5p < 25和公式(B，):1.79 < N5n0
[0064]在这种情况下，V5n是构成第五透镜组的具有负屈光力的每一个透镜的阿贝数(基于d线)的平均值；v5p是构成第五透镜组的具有正屈光力的每一个透镜的阿贝数(基于d线)的平均值；以及N5n是构成第五透镜组的具有负屈光力的每一个透镜的折射率(d线)的平均值。
[0065]如上所述，如果第五透镜组具有至少一个非球面表面，则可以在聚焦时有利地抑制性能变化。
[0066]公式(A)调节构成第五透镜组`5G的负透镜和正透镜的相对于d线的阿贝数。如果变焦镜头被构造成使得V5n-V5p的值低于由公式(A)限定的下限，则在第五透镜组5G内的色像差的校正将不足，并且色像差在焦点移动时将成为问题。同时，如果变焦镜头被构造成使得V5n-V5p的值超过由公式(A)限定的上限，则第五透镜组5G内的色像差的校正是充分的，但是负透镜的折射率将被迫变小。这将导致周边图像的像场曲率变大的问题。
[0067]公式⑶调节第五透镜组5G内的负透镜的相对于d线的折射率。如果变焦镜头100被构造成使得N5n低于由公式(B)限定的下限，则第五透镜组5G内的负透镜的折射率变得太小，这将导致周边图像的像场曲率将变得更加可能会出现的问题。
[0068]进一步地，理想的是变焦镜头100满足公式(C):-0.6 < 1-^512 < -2.5，并且更理想地满足公式(C，):-5.5 < 1.^512 < -2.9.[0069]^ 5T是当在长焦端聚焦在无穷远处时第五透镜组的成像放大倍率。
[0070]公式(C)调节在第五透镜组5G中在长焦端处聚焦在无穷远处时图像移动相对于焦点移动的敏感度。如果变焦镜头100被构造成使得1-P5t2的值低于由公式(C)限定的下限，则在长焦端处第五透镜组5G的图像移动相对于焦点移动的敏感度将被过度增加，这将导致第五透镜组5G的用于获得最好聚焦点的幅度移动的量被过度减小。因此，将会发生变得难以执行聚焦控制(例如，第五透镜组5G的焦点移动被暂停)的问题。如果变焦镜头100被构造成使得1-P5t2的值超过由公式(C)限定的上限，则第五透镜组5G的图像移动相对于焦点移动的敏感度将在长焦端处是可接受的，但是在广角端处的敏感度被过度降低。这将导致第五透镜组5G的用于获得最好聚焦点的幅度移动的量被过度增加。因此，例如，将会发生在焦点位移时由聚焦机构产生的异常噪声的问题。
[0071]第五透镜组5G由正透镜和负透镜构造而成，并且理想的是从物体侧顺序地布置正透镜和负透镜。这能够使第五透镜组5G由必需的最小数量的透镜构造而成，其可以抑制在聚焦时性能变化，因此减小聚焦机构的负担并实现高速聚焦。进一步地，从物体侧顺序地布置正透镜和负透镜有助于在成像元件的成像表面上被反射并且其返回到第五透镜组5G的光束在每一个透镜表面上的反射的发散性，这是因为构成第五透镜组5G的透镜的多个凸面面向图像侧。这减少了眼睛捕捉幻象的产生。
[0072]图1中所示的成像设备200包括变焦镜头100和成像元件210,所述成像元件210由对通过变焦镜头100形成的光学图像Hk (表示对象H的光学图像)进行成像的(XD、CM0S等构成。成像元件210的成像表面211是成像镜头100的成像位置(成像表面Mk)。
[0073]在这种情况下，光学构件Dg设置在最靠近图像侧透镜(如由图1的变焦镜头100中的项Se表示)与成像表面211之间。
[0074]可以采用各种光学构件作为光学构件Dg，这取决于配备有成像镜头100的成像设备200的结构。例如，可以设置对应于成像表面保护玻璃罩、红外线切除滤光器、ND滤光器等的单个或多个构件。
[0075]在下文中，将具体地参照图2A、2B-6A、6B、7_11等描述本发明的变焦镜头的示例1-5。
[0076]示例1-5的每一个变焦镜头满足变焦镜头100的结构并包括以下组件。
[0077]示例1-5的每一个变焦镜头包括由三个透镜构成的第一透镜组1G、由四个透镜构成的第二透镜组2G、由五个透镜构成的第三透镜组3G、由三个透镜构成的第四透镜组4G和由两个透镜构成的第五透镜组5G。
[0078]在第一透镜组IG中，第一组第一透镜L1、第一组第二透镜L2和第一组第三透镜L3从物体侧顺序地布置。
[0079]进一步地，在第二透镜组2G中，第二透镜组第一透镜L4、第二透镜组第二透镜L5、第二透镜组第三透镜L6和第二透镜组第四透镜L7从物体侧顺序地布置。
[0080]进一步地，在第三透镜组3G中，第三透镜组第一透镜L8、第三透镜组第二透镜L9、第三透镜组第三透镜L10、第三透镜组第四透镜LI I和第三透镜组第五透镜L12从物体侧顺序地布置。
[0081 ] 在第四透镜组4G中，第四透镜组第一透镜L13、第四透镜组第二透镜L14和第四透镜组第三透镜L15从物体侧顺序地布置。
[0082]进一步地，在第五透镜组5G中，第五组第一透镜L16和第五组第二透镜L17从物体侧顺序地布置。
[0083]由如上所述的五个透镜构成的第三透镜组3G被构造成具有最靠近物体侧布置的三个透镜(具有正屈光力的第三a透镜组3aG)和最靠近图像侧布置的两个透镜(第三b透镜组3bG)。第三b透镜组3bG被构造成可在垂直于光轴(XY平面延伸的方向)的方向上移动，这能够使相机震动校正功能工作。
[0084]在这种情况下，第三a透镜组3aG由第三组第一透镜L8、第三组第二透镜L9和第三组第三透镜LlO构成，而第三b透镜组3bG由第三组第四透镜Lll和第三组第五透镜L12构成。
[0085]孔径光阑St设置在第二透镜组2G与第三透镜组3G之间，并被设计成在改变放大倍率时与第三透镜组3G —体地沿光轴方向Zl移动。[0086]< 示例 1>
[0087]图2A和2B示出了示例I的变焦镜头。图2A是显示示例I的变焦镜头的结构的详细图。图2B示出了其中在上部处示例I的变焦镜头的变焦设置被设定到广角端(如由图中的“广角端”所示)的状态和其中在下部处示例I的变焦镜头的变焦设置被设定到长焦端(如由图中的“长焦端”所示)的状态。进一步地，箭头表示分别当放大倍率从广角端变化到长焦端时透镜组的移动路径。
[0088]在示例I的变焦镜头的第五透镜组5G中，两个透镜(即，负透镜和正透)从物体侧顺序地布置。
[0089]进一步地，随后所述的表1显示了与示例I的变焦镜头有关的各种数据。表1A的上部显示透镜数据，中部显示变焦镜头的示意性规格，而底部显示每一个透镜组的焦距。
[0090]在表1A的上部处的透镜数据中，表面编号i表示第i(i = 1、2、3......)个个透
镜表面等，并且编号从最靠近物体侧朝向图像侧序列地增加。孔径光阑St和光学构件Dg也被列在这些透镜数据中。
[0091]曲率半径Ri表示第i(i=l、2、3......)个表面的曲率半径。表面之间的距离Di (i
=1、2、3......)表示第i个表面与第(i+1)个表面之间在光轴Zl上的距离。透镜数据中
的项Ri和项Di对应于表示透镜表面等的项Si (i = 1、2、3......)。
[0092]在表面(i = 1、2、3......)之间的距离Di的列中，存在列出了表示表面之间的距
离的数字值的情况和列出了 Dm(m是整数)的情况。项Dm中的数字对应于表面之间的距离(空间距离)、透镜组之间的距离，并且表面之间的距离(空间距离)基于可变放大倍率(变焦放大倍率)而改变。
[0093]进一步地,项Nj表示第j (j=l、2、3......)个光学元件相对于587.6nm波长(d线)
的折射率，并且所示数字从物体侧朝向图像侧序列地增加。项Vj表示第j个光学元件基于d线的阿贝数。
[0094]在表1A的透镜数据中，曲率半径和表面之间的距离的单位是毫米。当凸面面向物体侧时，曲率半径为正，而当凸面面向图像侧时，曲率半径为负。
[0095]如上所述的光学系统在诸如透镜等的光学元件的尺寸成比例地增加或减小的任一情况下整体能够保持预定性能水平，因此其中整个透镜数据的数字成比例增加或减小的变焦镜头也可以是与本发明有关的示例。
[0096]表1A的中部表示广角端(WIDE)、可变放大倍率的中间(MID)和长焦端(TELE)的每一个值，即透镜组之间的距离:D5、D13、D23、D28和D32 ；f:整个透镜系统的焦距(每一个值的单位为毫米)；Fno:F数；和2?:整个视场角(单位为“。”)。可变放大倍率的中间(MID)可以被认为是中间焦距位置。
[0097]进一步地，表1A的底部表示每一组的焦距。在这种情况下，F1:第一透镜组IG的焦距，F2:第二透镜组2G的焦距，F3:第三透镜组3G的焦距，F4:第四透镜组4G的焦距，F5:第五透镜组5G的焦距，F3a:第三a透镜组3aG的焦距，和F3b:第三b透镜组3bG的焦距。
[0098]表1A中描述的术语“第三b组(OIS) ”(0IS:光学图像稳定性)表示能够通过允许第三b透镜组3bG在垂直于光轴 的方向(在XY平面延伸的方向)上移动来实现照相机震动校正功能的性能。
[0099][表1A]
【权利要求】
1.一种变焦镜头，基本上包括: 具有正屈光力的第一透镜组； 具有负屈光力的第二透镜组； 具有正屈光力的第三透镜组； 具有正屈光力的第四透镜组；和 具有负屈光力的第五透镜组，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变焦镜头的物体侧顺序地布置， 其中当放大倍率从广角端变化到长焦端时，在所有透镜组相对于成像位置移动的同时，第一透镜组与第二透镜组之间的距离始终增加，第二透镜组与第三透镜组之间的距离始终减小，第三透镜组与第四透镜组之间的距离始终减小，以及第四透镜组与第五透镜组之间的距离变化， 其中当聚焦点从无穷远侧移动到近侧以实现聚焦时，仅第五透镜组从物体侧移动到图像侧；以及 其中第五透镜组包括具有负屈光力的至少一个透镜和具有正屈光力的至少一个透镜。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中第五透镜组(5G)具有至少一个非球面表面，以及 其中同时满足以下公式(A)和⑶:
10 < V5n-V5p < 30 (A);和
1.77 < N5n(B)，其中 v5n:构成第五透镜组的具有负屈光力的每一个透镜的阿贝数(基于d线)的平均值 V5p:构成第五透镜组的具有正屈光力的每一个透镜的阿贝数(基于d线)的平均值，和 N5n:构成第五透镜组的具有负屈光力的每一个透镜的折射率(d线)的平均值。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中满足以下公式(A’):12<V5n-V5p <25 (A’)。
4.根据权利要求2或3所述的变焦镜头，其中满足以下公式(B’):1.79< N5n(B，)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中满足以下公式(C):-0.6<1-^5T2 < -2.5 (C)，其中 ^ 5T:当在长焦端处聚焦在无穷远处时第五透镜组的成像放大倍率。
6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中满足以下公式(C’):-5.5 < 1-^512 < -2.9(C，)。
7.根据权利要求1-6中 任一项所述的变焦镜头，其中第五透镜组(5G)由从物体侧顺序地布置的正透镜和负透镜构造而成。
8.一种成像设备，包括: 根据权利要求1-7中任一项所述的变焦镜头。
【文档编号】G02B15/20GK103620473SQ201280030528
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2011年6月21日
【发明者】田中刚, 长伦生 申请人:富士胶片株式会社