CN101101367A - 变焦镜头和图像捕获装置 - Google Patents

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CN101101367A CNA2007101421563A CN200710142156A CN101101367A CN 101101367 A CN101101367 A CN 101101367A CN A2007101421563 A CNA2007101421563 A CN A2007101421563A CN 200710142156 A CN200710142156 A CN 200710142156A CN 101101367 A CN101101367 A CN 101101367A
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Abstract

本发明提供一种变焦镜头包括：从物方侧按顺序为，第一透镜组，具有正折射能力并且位置固定；第二透镜组，具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦；第三透镜组，具有正折射能力并且位置固定；第四透镜组，具有正折射能力并且位置可以移动，用于执行由于变焦引起的焦点位置修正和用于聚焦；和第五透镜组，包括一个位置固定的单个透镜。

Description

变焦镜头和图像捕获装置
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头和图像捕获装置。更具体地说，本发明涉及一种提供更高性能和更高变焦比同时具有小尺寸的变焦镜头，以及配置有这种变焦镜头的图像捕获装置。
背景技术
近年来，小尺寸图像捕获装置，例如家用摄像机和数码摄像机，已经广泛用于家庭。对于这类小尺寸图像捕获装置来说，便携性受到更多关注。小型化总是与更高图像质量一起受到关注。因此，关于图像捕获镜头，尤其是专门安装在小尺寸图像捕获装置中的变焦镜头，需要更小的尺寸和镜头性能的增强。更小的尺寸可以通过，例如减小整个长度和/或宽度来实现。此外，近来也强烈期望更高的变焦比。找到能满足小型化、更高图像质量和更高变焦比这些需求的合适的设计变得更加困难。
在这种情况下，例如，公开号为JP2000-89111的日本专利申请(在下文中，称为专利文档1)公开了一种变焦镜头，其中包括，从物方侧按顺序为，具有正折射能力的第一透镜组，具有负折射能力的第二透镜组，具有正折射能力的第三透镜组，具有正折射能力的第四透镜组，和具有接近零的折射能力的第五透镜组。第三透镜组配置有凸透镜和凹透镜的胶合透镜，而第五透镜组配置有凹透镜和凸透镜的胶合透镜。这种类型的镜头配置的使用可以获得十倍光学变焦比。
公开号为JP2001-33694的日本专利申请(在下文中，称为专利文档2)公开了一种不同类型的变焦镜头，其中包括，从物方侧按顺序为，具有正折射能力的第一透镜组，具有负折射能力的第二透镜组，具有正折射能力的第三透镜组，具有正折射能力的第四透镜组，具有正折射能力的第五透镜组。第五透镜组被配置为具有一个球面或者平面形状的透镜表面。这种类型的镜头配置可以获得25倍光学变焦比。
发明内容
但是，在相关技术领域中用于摄像机的变焦镜头中，尤其是，随着试图提供更高变焦比，具有以下问题。
在相关技术领域中已经设计出从最大广角状态到最大摄远状态(maximum wide-angle state)的整个变焦范围内，在无限远的物距实现满意的光学性能的变焦镜头。这种镜头配置被确定以便实现所需的光学性能，同时考虑小型化和更高变焦比等。
在专利文档1和2中公开的变焦镜头中，通过将镜头配置为包括五个透镜组，从而可以实现所需的满意的光学性能，同时实现了更高的变焦比。
但是，随着变焦比变得更高，尤其是，在需要高变焦比的摄远状态，物距的改变带来的场曲(curvature of field)的改变变得更大，超过其可忽视量。这一事实导致，关于最大摄远状态，例如，当物距变得更小时，图像的边缘逐渐变得模糊。另外，这一事实一般伴随着一个问题，即图像高度越高，换句话说，成像器，例如CCD(电荷耦合器件)的尺寸越大，场曲量越大。因此，图像质量的影响增加。在这种情况下，考虑到随着成像器尺寸的增加对更高象素密度的要求，如果因物距的改变而发生的波动被抑制，那么将更难以实现小型化。尤其是，随着物距变得更小，场曲下降。这一事实导致图像的边缘变得模糊，从而出现模糊图像。因为图像边缘的模糊方式发生大的变化，所以不能满意的捕获距离改变大的对象的图像。
在专利文档1和2中公开的变焦镜头中，第四和第五透镜组，其可以有效修正整个光学系统的场曲和物距的改变带来的场曲的变化，都只是形成为球形或者平面形状，和/或折射能力的分配不适合相应的透镜组。因此，不能实现满意的修正。尤其是，当变焦比和象素密度更高时，它们的影响变得更加突出。结果是，在实现提供高变焦比和具有小尺寸的变焦镜头方面出现严重的问题。
因此，希望提供，与适合小尺寸图像捕获装置，例如用户摄像机和数码摄像机的变焦镜头相关的具有高图像质量和高变焦比同时具有小尺寸的变焦镜头，和配置有该变焦镜头的图像捕获装置。本发明正是为了解决这些问题而进行的。
按照本发明的一个实施例的变焦镜头包括，从物方侧按顺序为，第一透镜组，具有正折射能力并且位置固定，第二透镜组，具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦，第三透镜组，具有正折射能力并且位置固定，第四透镜组，具有正折射能力并且位置可以移动，用于执行因变焦而带来的焦点位置修正和用于聚焦，第五透镜组，包括一个位置固定的透镜。在该变焦镜头中，从第三透镜组到第五透镜组中的每个透镜组具有至少一个非球面表面，并且满足下面的条件式(1)和(2)
(1)|f4/f5|＜0.12
(2)0.9＜β5＜1.2
其中f4时第四透镜组的焦距，f5是第五透镜组的焦距，β5是第五透镜组的横向放大率。
按照本发明的另一个实施例的图像捕获装置包括变焦镜头，和用于将变焦镜头形成的光学图像转换成电信号的成像装置。该变焦镜头包括，从物方侧按顺序为，第一透镜组，具有正折射能力并且位置固定，第二透镜组，具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦，第三透镜组，具有正折射能力并且位置固定，第四透镜组，具有正折射能力并且位置可以移动，用于执行因变焦而带来的焦点位置修正和用于聚焦，第五透镜组，包括一个位置固定的透镜。从第三透镜组到第五透镜组的每个透镜组具有至少一个非球面表面，满足以下条件等式(1)和(2)
(1)|f4/f5|＜0.12
(2)0.9＜β5＜1.2
按照本发明，可以实现高图像质量和高变焦比以及小设备尺寸。
附图说明
图1显示了按照本发明第一实施例的变焦镜头的透镜配置；
图2和图3、图4一起显示了当物距为无限远时，对本发明变焦镜头的第一实施例应用特定的数值而得到的按照数字表示的实施例1的各种像差曲线图，图2的曲线图中图示了在最大广角状态的球差、像散和畸变，
图3图示了在中间焦距处的球差、像散和畸变；
图4图示了在最大摄远(telephoto)状态的球差、像散和畸变；
图5和图6、图7一起显示了当物距是2米时，对本发明变焦镜头的第一实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例1的各种像差曲线图，图5的曲线图中图示了在最大广角状态的球差、像散和畸变。
图6图示了在中间焦距处的球差、像散和畸变；
图7图示了在最大摄远状态的球差、像散和畸变；
图8图示了当物距为无限远时，第五透镜组中包括的非球面表面被近轴球面代替的情况下，对本发明变焦镜头的第一实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例1的在最大摄远状态的球差、像散和畸变。
图9显示了本发明变焦镜头的第二实施例的镜头结构；
图10和图11、图12一起显示了当物距是无限远时，对本发明变焦镜头的第二实施例应用特定数字值而得到的按照数字表示的实施例2的各种像差曲线图，图10中的曲线图图示了对于最大广角状态的球差、像散和畸变；
图11图示了中间焦距处球差、像散和畸变；
图12图示了最大摄远状态处的球差、像散和畸变；
图13和图14、图15一起显示了当物距是2米时，通过对本发明的变焦镜头的第二实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例2的各种像差曲线图，图13中的曲线图图示了在最大广角状态的球差、像散和畸变；
图14图示了在中间焦距处的球差、像散和畸变；
图15图示了在最大摄远状态的球差、像散和畸变；
图16图示了当物距为无限远时，第五透镜组中包括的非球形表面被近轴球面代替的情况下，对本发明的变焦镜头的第二实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例2在最大摄远状态的球差、像散和畸变。
图17显示了按照本发明变焦镜头的第三实施例的透镜配置；
图18和图19、图20一起显示了当物距是无限远时，对本发明的变焦镜头的第三实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例3的各种像差曲线图，图18中的曲线图图示了在最大广角状态的球差、像散和畸变；
图19图示了在中间焦距处的球差、像散和畸变；
图20图示了在最大摄远状态的球差、像散和畸变；
图21和图22、图23一起显示了当物距是2米时，对本发明的变焦镜头的第三实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例3的各种像差曲线图，图21中的曲线图图示了在最大广角状态的球差、像散和畸变；
图22图示了在中间焦距处的球差、像散和畸变；
图23图示了在最大摄远状态的球差、像散和畸变；
图24图示了当物距为无限远时，第五透镜组中包括的非球面表面被近轴球面代替的情况下，对本发明的变焦镜头的第三实施例应用特定的数字值而得到的按照数字表示的实施例3在最大摄远状态的球差、像散和畸变。
图25是一个显示了按照本发明的图像捕获装置的一个实施例的方块图。
具体实施方式
下面参照附图和图表来说明按照本发明的变焦镜头和图像捕获装置的实施例。
首先说明按照本发明的一个实施例的变焦镜头。
本实施例的变焦镜头(从物方侧按顺序)包括：第一透镜组，其具有正折射能力并且位置固定；第二透镜组，其具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦；第三透镜组，其具有正折射能力并且位置固定；第四透镜组，其具有正折射能力并且位置可以移动，用于执行由于变焦引起的焦点位置修正和用于聚焦；和第五透镜组，其包括一个位置固定的透镜。在该变焦镜头中，从第三透镜组到第五透镜组中的每个透镜组具有至少一个非球面表面，并且满足以下条件式(1)和(2)
(1)|f4/f5|＜0.12
(2)0.9＜β5＜1.2
其中f4是第四透镜组的焦距(focal length)，f5是第五透镜组的焦距，β5是第五透镜组的横向放大率(transverse magnification)。
上述透镜配置可以在获得小设备尺寸的同时获得高图像质量和高变焦比。
更具体地说，通过适当的设置第四透镜组的焦距f4和第五透镜组的焦距f5的比率或者能力(折射能力)比，可以控制摄远侧的出瞳位置，并使输出的图像获得满意的边缘亮度比(阴影)。此外，上述透镜配置允许修正广角侧或摄远侧的球差和彗差(coma aberration)，从而获得满意的分辨率。此外，通过适当的设置第五透镜组的横向放大率，该透镜配置允许修正从最大广角状态到中间焦距附近的变焦范围内的球差和彗差，从而获得满意的分辨率。此外，这种透镜配置允许控制摄远状态的出瞳位置，从而使输出图像获得满意的边缘亮度比(阴影)。此外，这种透镜配置允许在从最大广角状态到最大摄远状态的范围内修正球差和彗差，从而获得满意的分辨率。
条件式(1)是为了适当的设置第四透镜组的焦距f4和第五透镜组的焦距f5的比率或者能力(折射能力)比。
当|f4/f5|的值大于其上限时，第五透镜组的折射能力变得太强。结果，摄远侧的出瞳位置过于靠近像平面。因此，受成像器例如CCD和CMOS(互补金属氧化物半导体)的结构性问题的影响，输出图像的边缘亮度比(阴影)变差。广角侧(wide-angle side)或者摄远侧(telephoto side)的球差和彗差也可能降低，导致分辨率降低。
条件式(2)用于适当地设置第五透镜组的横向放大率β5。
当β5的值大于其上限时，第四透镜组的折射能力变得太强。在从最大广角状态到中间焦距附近的变焦范围内球差和彗差降低，导致分辨率降低。相反地，当β5的值小于其下限时，第四透镜组的折射能力变弱，而第五透镜组的折射能力变得太强。结果，摄远侧出瞳位置过于接近像平面，导致输出图像的边缘亮度比(阴影)变差。还可能出现在最大广角状态到最大摄远状态范围内的球差和彗差增加，伴随着分辨率的下降。
在本发明变焦镜头的一个实施例中，希望第三透镜组被配置为具有正折射能力的单个透镜，第四透镜组被配置为三胶合透镜(triple cemented lens)，由一个具有正折射能力(positive refractive power)的透镜，一个具有负折射能力的透镜和一个具有正折射能力的透镜组成。
包括在第四透镜组中、用于在第三透镜组后面的透镜组负责消色差效果的凹透镜的折射能力按照消色差的要求确定。但是，通过将凸透镜分别胶合到该凹透镜的前后，可以增加该凹透镜的曲率半径的容许自由度，从而允许使每个凹透镜表面发生的像差最小化。另外，通过将透镜彼此胶合，误差的因素，例如在组装时发生的未对准等因素会减少，这可以抑制制造阶段出现的光学性能降低，从而使制造过程简单。这样能够制造出具有高图像质量和高变焦比以及小装置尺寸的变焦镜头。
在本发明变焦镜头的一个实施例中，希望第五透镜组中包括的非球面表面的形状满足下面的条件式(3)和(4)，假设MTa是在最大摄远状态相对于最大图像高度在经线方向上的场曲，MTs是当第五透镜组中包括的非球面表面被近轴球面表面代替时，在最大摄远状态相对于最大图像高度在经线方向上的场曲，STa是在最大摄远状态全孔径范围出现的球差，STs是当第五透镜组中包括的非球面表面被近轴球面表面代替时，在最大摄远状态全孔径范围出现的球差。
(3)|MTa/MTs|＜1.0
(4)|(STa-STs)/STa|＜1.0
因此，通过适当的设置第四透镜组和第五透镜组的能力(折射能力)比，并且适当的设置第五透镜组中包括的非球面表面的形状，第五透镜组中包括的非球面表面可以参与修正整个光学系统的场曲，第四透镜组中包括的非球面表面可以参与减小由于物距的改变而带来的场曲的波动，从而获得能提供高图像质量和高变焦比以及小设备尺寸的变焦镜头。
条件式(3)是为了适当的设置第五透镜组中包括的非球面表面的形状。
当|MTa/MTs|的值大于其上限时，非球面表面不能有效地修正场曲。由于物距的改变而带来的场曲的波动不能被完全抑制，波动对于图像的影响不能被忽略。
条件式(4)是为了适当的设置第五透镜组中包括的非球面表面的形状。
当|STa/STs|大于其上限时，按照非球面表面效果的折射能力变得太强。摄远侧的球差降低，伴随着显示器中心部分的分辨率下降。或者，显示器边缘部分处的彗差在最大广角状态到最大摄远状态的范围内降低，导致分辨率在变焦的很大范围内降低。
现在参照附图和图表说明本发明变焦镜头的特定实施方式和通过对该特定的实施例应用特定的数值得到的数字表示的实施例。
需要注意的是在每个实施例中都引入了非球面表面，非球面表面的形状将由下面等式1来确定，假设「Xi」是一个非球面表面相对于第i个表面在光轴方向上的坐标，「Ci」是相对于第i个表面的近轴曲率(曲率半径的倒数)，「Y」是到光轴的距离。
[等式1]
Xi＝(Ci·Y2)/{1+(1-Ci2·Y2)1/2}+A4·Y4+A6·Y6+A8·Y8+A10·Y10
在等式1中，A4，A6，A8和A10分别表示第四、第六、第八和第十级非球面系数。
按照第一、第二和第三实施例的变焦镜头1A(图1)，1B(图9)，1C(图17)的每一个变焦镜头包括(从物方侧按顺序为)：第一透镜组GR1，具有正折射能力并且位置固定；第二透镜组GR2，具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦；第三透镜组GR3，具有正折射能力并且位置固定；第四透镜组GR4具有正折射能力并且位置可以移动，以便在光轴方向上移动来执行由于变焦带来的焦点位置修正并且进行聚焦；第五透镜组GR5配置有位置固定的单个透镜。从第三透镜组GR3到第五透镜组GR5中的每个透镜组都至少具有一个非球面表面。
下面说明每个实施例的细节。
按照第一实施例的变焦镜头1A总共包括11个透镜，如图1所示。
第一透镜组GR1整体上具有正折射能力，配置有三个透镜L1，L2和L3。需要注意的是对于透镜L1和L2，分别在透镜L1的像平面侧和透镜L2的物方侧并且具有相同曲率半径的凹面和凸面被胶合在一起成为具有胶合表面R2的胶合透镜。
第二透镜组GR2整体上具有负折射能力，配置有三个透镜L4、L5和L6。第二透镜组GR2位置可以移动以便在光轴方向上移动，主要用于进行变焦。需要注意的是相对于透镜L5和L6，分别在透镜L5的像平面侧和透镜L6的物方侧并且具有相同的曲率半径的凹面和凸面被胶合在一起形成具有胶合表面R9的胶合透镜。
第三透镜组GR3配置有一个具有正折射能力的透镜L7，透镜L7具有凸面朝向物方的半月形透镜形状。透镜L7被配置为其相对的表面R12和R13都是非球面。
第四透镜组GR4整体上具有正折射能力，配置有三个透镜L8、L9和L10。第四透镜组GR4可以在光轴方向上移动以便执行由于变焦带来的焦点位置修正和进行聚焦。需要注意的是对于透镜L8，L9和L10，它们分别在像平面侧和物方侧并且具有相同的曲率半径的表面被胶合在一起形成分别具有胶合表面R15和R16的三胶合透镜。距离物方侧最近的透镜L8的入射表面R14是非球面的。
第五透镜组GR5配置有一个具有正折射能力的透镜L11，透镜L11具有凸面朝向物方的半月形透镜形状。透镜L11被配置为其在像平面侧的表面R19为非球面。
需要注意的是光阑IR(光阑表面R11)被放置在第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间，滤光器FL被放在第五透镜组GR5和像平面(图像捕获平面)IMG之间。
表1中显示了对第一实施例的变焦镜头1A应用了特定数值得到的数字表示的实施例1的透镜数据。需要注意的是，在表1以及下面显示透镜数据的表中，「Ri」表示从物方侧计数的第i个表面(第i号表面)和其曲率半径，「Di」表示从物方侧计数的第i个表面和第i+1个表面之间的表面间隙(透镜中心厚度或者空气间隙)，「Ni」是关于第i个透镜(Li)包括的材料的d-线(波长587.6nm)的折射率，「vi」是关于第i个透镜(Li)包括的材料的d-线(波长587.6nm)的阿贝数。此外，下面将要描述的滤光器的表面间隙、折射率和阿贝数分别表示为「DFL」，「NFL」和「vFL」。此外，关于曲率半径「Ri」，「∞」表示相关的表面是平面，关于表面间隙「Di」，「可变」表示相关的表面间隙是可变的。
    Ri     Di     Ni vi
    R1     26.175     D1     0.380     N1     1.84666     v1     23.78
    R2     8.787     D2     1.292     N2     1.69680     v2     55.46
    R3     -75.913     D3     0.057
    R4     8.376     D4     0.759     N3     1.80420     v3     46.50
    R5     24.664     D5     可变
    R6     24.664     D6     0.163     N4     1.83481     v4     42.72
    R7     2.562     D7     0.821
    R8     -3.146     D8     0.171     N5     1.77250     v5     49.62
    R9     4.377     D9     0.451     N6     1.94595     v6     17.98
    R10     -324.133     D10     可变
    R11     光阑∞     D11     0.418
    R12     3.131     D12     0.989     N7     1.58313     v7     59.46
    R13     6.769     D13     可变
    R14     5.035     D14     0.532     N8     1.69350     v8     53.20
    R15     -7.676     D15     0.171     N9     1.92286     v9     20.88
    R16     19.501     D16     0.533     N10     1.48749     v10     70.44
    R17     -3.378     D17     可变
    R18     13.528     D18     0.380     N11     1.52470     v11     56.24
    R19     28.217     D19     1.139
    R20     滤光器∞     D20     0.535     N12     1.51680     v12     64.20
    R21     滤光器∞     D21
表1
从最大广角状态到最大摄远状态的透镜位置的改变导致第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隙D5，第二透镜组GR2和光阑IR之间的表面间隙D10，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的表面间隙D13，和第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的表面间隙D17发生变化。这种情况下，表2显示了当物距为无限远时，按照数字表示的实施例1在最大广角状态(f＝1.00)，中间焦距(f＝4.84)和最大摄远状态(f＝23.45)每个表面间隙D5，D10，D13和D17的值。表3中显示了当物距是2米时这些表面间隙的值。
表2
焦距(无限远)     1     4.842     23.451
    D5     0.277     5.320     8.129
    D10     8.156     3.113     0.304
    D13     2.198     0.981     3.192
    D17     1.591     2.809     0.597
表3
    焦距(2米)     1     4.842     23.451
    D5     0.277     5.320     8.129
    D10     8.156     3.113     0.304
    D13     2.197     0.947     2.459
    D17     1.593     2.843     1.330
第三透镜组GR3中包括的单个透镜L7的相对的表面R12，R13，第四透镜组GR4中最靠近物方侧的表面R14，第五透镜组GR5中包括的单个透镜L11的像侧表面R19是非球面。这种情况下，表4显示了按照数字表示的实施例1的各个表面的第四、第六、第八和第十级非球面系数A4，A6，A8和A10。需要注意的是，在表4和后面显示非球面系数的表格中，「E-i」代表10的指数符号，换句话说，代表「10-i」，例如，「0.12345E-05」被表示为「0.12345×10-5」。
表4
像散系数     A4     A6     A8     A10
    R12  5.8194E-04  8.6594E-04  -5.5031E-05  1.1399E-04
    R13  5.6839E-03  2.9457E-03  4.7431E-04  -6.1093E-05
    R14  -8.3482E-03  2.0003E-03  -7.4153E-04  6.3604E-05
    R19  9.5742E-03  -2.8906E-02  6.0840E-02  -3.8259E-02
表5显示了按照数字表示的实施例1条件式(1)至(4)的值，和整个透镜系统的焦距「f」的值，第四透镜组GR4的焦距「f4」，第五透镜组GR5的焦距「f5」，F数「FNo.」和视场角「2ω」。
表5
    |f4/f5|     0.09
    β5     1.0
    |MTa/MTs|     0.6
    |(STa-STs)/STa|     0.4
    f     1.0～23.451
    f4     4.55
    f5     48.87
    FNo.     1.9～3.3
    2ω     65.0°～2.7°
图2至4显示了物距为无限远时按照数字表示的实施例1在最大广角状态(f＝1.00)，中间焦距(f＝4.48)和最大摄远状态(f＝23.45)的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。图5至7显示了物距为2米远时按照数字表示的实施例1在最大广角状态，中间焦距和最大摄远状态的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。图8显示了物距为无限远时当第五透镜组GR5中包括的非球面表面R19被近轴球面表面代替时按照数字表示的实施例1在最大摄远状态的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。
需要注意的是，在球差曲线图中，实线表示d-线的值，虚线表示g-线(波长435.8nm)的值，点划线表示C-线(波长656.3)的值。在像散曲线图中，实线表示径向图像平面的值，虚线表示经线图像平面的值。
按照第二实施例的变焦镜头1B总共包括11个透镜，如图9所示。
第一透镜组GR1整体上具有正折射能力，配置有三个透镜L1，L2和L3。需要注意的是对于透镜L1和L2，分别在透镜L1的像平面侧和透镜L2的物方侧并且具有相同曲率半径的凹面和凸面被胶合在一起成为具有胶合表面R2的胶合透镜。
第二透镜组GR2整体上具有负折射能力，配置有三个透镜L4、L5和L6。第二透镜组GR2位置可以移动以便在光轴方向上移动，主要用于变焦。需要注意的是对于透镜L5和L6，分别在透镜L5的像平面侧和透镜L6的物方侧并且具有相同的曲率半径的凹面和凸面被胶合在一起形成具有胶合表面R9的胶合透镜。
第三透镜组GR3配置有一个具有正折射能力的透镜L7，且透镜L7具有凸面朝向物体的半月形透镜的形状。透镜L7被配置为其相对的表面R12和R13都是非球面。
第四透镜组GR4整体上具有正折射能力，配置有三个透镜L8、L9和L10。第四透镜组GR4位置可以移动以便在光轴方向上移动以执行由于变焦带来的焦点位置修正和进行聚焦。需要注意的是对于透镜L8，L9和L10，它们分别在像平面侧和物方侧并且具有相同的曲率半径的表面被胶合在一起形成分别具有胶合表面R15和R16的三胶合透镜。距离物方侧最近的透镜L8的入射表面R14和距离像平面侧最近的透镜L10的出射表面R17都是非球面的。
第五透镜组GR5配置有一个具有正折射能力的透镜L11，透镜L11具有凸面朝向物体的半月形透镜的形状。透镜L11被配置为其在像平面侧的表面R19为非球面。
需要注意的是光阑IR(光阑表面R11)被放置在第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间，滤光器FL被放在第五透镜组GR5和像平面(图像捕获平面)IMG之间。
表6显示了对第二实施例的变焦镜头1B应用特定数值获得的数字表示的实施例2的透镜数据。
    Ri     Di     Ni     Vi
    R1     25.681     D1     0.384     N1     1.84666     v1     23.78
    R2     8.968     D2     1.295     N2     1.69680     v2     55.46
    R3     -76.806     D3     0.058
    R4     8.277     D4     0.768     N3     1.80420     v3     46.50
    R5     23.057     D5     可变
    R6     23.057     D6     0.165     N4     1.90366     v4     31.32
    R7     2.510     D7     0.837
    R8     -2.898     D8     0.173     N5     1.80420     v5     46.50
    R9     4.398     D9     0.539     N6     1.94595     v6     17.98
    R10     -14.884     D10     可变
    R11     光阑∞     D11     0.422
    R12     3.159     D12     1.075     N7     1.58313     v7     59.46
    R13     6.679     D13     可变
    R14     4.036     D14     0.588     N8     1.69350     v8     53.20
    R15     -10.484     D15     0.173     N9     1.92286     v9     20.88
    R16     10.504     D16     0.493     N10     1.48749     v10     70.44
    R17     -4.017     D17     可变
    R18     89.642     D18     0.384     N11     1.52470     v11     56.24
    R19     -36.902     D19     1.152
    R20     滤光器∞     D20     0.655     N12     1.51680     v12     64.20
    R21     滤光器∞     D21
表6
从最大广角状态到最大摄远状态的透镜位置的改变导致第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隙D5，第二透镜组GR2和光阑IR之间的表面间隙D10，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的表面间隙D13，和第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的表面间隙D17发生变化。这种情况下，表7显示了当物距为无限远时，按照数字表示的实施例2在最大广角(f＝1.00)，中间焦距(f＝4.84)和最大摄远状态(f＝23.42)处每个表面间隙D5，D10，D13和D17的值。表8显示了当物距是2米时这些表面间隙的值。
表7
焦距(无限远)     1     4.840     23.424
    D5     0.280     5.386     8.173
    D10     8.200     3.094     0.307
    D13     2.236     1.066     3.247
    D17     1.479     2.648     0.468
表8
焦距(2米)     1     4.840     23.424
    D5     0.280     5.386     8.173
    D10     8.200     3.094     0.307
    D13     2.234     1.034     2.538
    D17     1.481     2.681     1.177
第三透镜组GR3中包括的单个透镜L7的相对的表面R12，R13，第四透镜组GR4中最靠近物方侧的表面R14和最靠近像侧的表面R17，第五透镜组GR5中包括的单个透镜L11的像侧表面R19是非球面的。这种情况下，表9显示了按照数字表示的实施例2的各个表面的第四、第六、第八和第十级非球面系数A4，A6，A8和A10。
表9
像散系数     A4     A6     A8     A10
    R12 -2.0857E-03   1.7016E-03  -4.7916E-04   1.6591E-04
    R13 1.8399E-03   3.8861E-03  -9.9923E-06   -5.5551E-05
    R14 -4.2215E-03   2.4951E-03  3.6388E-04   -2.6067E-04
    R17 5.8959E-03   3.3725E-03  -5.9961E-04   0.0000E+00
    R19 5.7963E-03   -1.9743E-02  4.3171E-02   -2.4693E-02
表10显示了按照数字表示的实施例2的条件式(1)至(4)的值，和整个透镜系统的焦距「f」的值，第四透镜组GR4的焦距「f4」，第五透镜组GR5的焦距「f5」，F数「Fno」和视场角「2ω」。
表10
    |f4/f5|     0.09
    β5     1.0
    |MTa/MTs|     0.6
    |(STa-STs)/STa|     0.2
    f     1.0～23.424
    f4     4.54
    f5     49.66
    FNo.     1.9～3.3
    2ω     66.2°～2.7°
图10至12是物距为无限远时按照数字表示的实施例2在最大广角状态(f＝1.00)，中间焦距(f＝4.84)和最大摄远状态(f＝23.42)的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。图13至15显示了物距为2米远时按照数字表示的实施例2在最大广角状态，中间焦距和最大摄远状态的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。图16显示了物距为无限远时当第五透镜组GR5中包括的非球面表面R19被近轴球面表面代替时按照数字表示的实施例2在最大摄远状态的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。
需要注意的是，在球差曲线图中，实线表示d-线的值，虚线表示g-线(波长435.8nm)的值，点划线表示C-线(波长656.3)的值。在像散曲线图中，实线表示径向图像平面的值，虚线表示经线图像平面的值。
按照第三实施例的变焦镜头1C总共包括11个透镜，如图17所示。
第一透镜组GR1整体上具有正折射能力，配置有三个透镜L1，L2和L3。需要注意的是对于镜头L1和L2，分别在镜头L1的像平面侧和镜头L2的物方侧并且具有相同曲率半径的凹面和凸面被胶合在一起成为具有胶合表面R2的胶合透镜。
第二透镜组GR2整体上具有负折射能力，配置有三个透镜L4，L5和L6。第二透镜组GR2位置可以移动以便在光轴方向上移动，主要用于进行变焦。需要注意的是对于透镜L5和L6，分别在透镜L5的像平面侧和透镜L6的物方侧并且具有相同的曲率半径的凹面和凸面被胶合在一起形成具有胶合表面R9的胶合透镜。
第三透镜组GR3配置有一个具有正折射能力的透镜L7，透镜L7具有凸面朝向物体的半月形透镜形状。透镜L7被配置为其相对的表面R12和R13都是非球面。
第四透镜组GR4整体上具有正折射能力，配置有三个透镜L8，L9和L10。第四透镜组GR4位置可以移动以便在光轴方向上移动以执行由于变焦带来的焦点位置修正和进行聚焦。需要注意的是对于透镜L8，L9和L10，它们分别在像平面侧和物方侧并且具有相同的曲率半径的表面被胶合在一起形成分别具有胶合表面R15和R16的三胶合透镜。距离物方侧最近的透镜L8的入射表面R14是非球面的。
第五透镜组GR5配置有一个具有正折射能力的透镜L11，且透镜L11具有凸面朝向物体的半月形透镜形状。透镜L11被配置为其相对面R18和表面R19均为非球面。
需要注意的是光阑IR(光阑表面R11)被放置在第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间，滤光器FL被放在第五透镜组GR5和像平面(图像捕获平面)IMG之间。
表11中显示了对第三实施例的变焦镜头1C应用了特定数值得到的数字表示的实施例3的透镜数据。
    Ri     Di     Ni vi
    R1     23.976     D1     0.513     N1     1.84666     v1     23.78
    R2     11.816     D2     2.057     N2     1.48749     v2     70.44
    R3     -49.732     D3     0.077
    R4     10.807     D4     1.155     N3     1.77250     v3     49.62
    R5     34.265     D5     可变
    R6     15.823     D6     0.231     N4     1.83400     v4     37.34
    R7     2.455     D7     1.476
    R8     -3.933     D8     0.501     N5     1.69680     v5     55.46
    R9     3.134     D9     0.814     N6     1.84666     v6     23.78
    R10     ∞     D10     可变
    R11     光阑∞     D11     0.564
    R12     2.559     D12     1.282     N7     1.52470     v7     56.24
    R13     2.635     D13     可变
    R14     4.321     D14     0.941     N8     1.58313     v8     59.46
    R15     ∞     D15     0.231     N9     1.84666     v9     23.78
    R16     4.944     D16     0.884     N10     1.69680     v10     55.46
    R17     -6.198     D17     可变
    R18     7.679     D18     0.513     N11     1.52470     v11     56.24
    R19     7.504     D19     0.513
    R20     滤光器∞     D20     0.798     N12     1.51680     v12     64.20
    R21     滤光器∞     D21
表11
从最大广角状态到最大摄远状态的透镜位置的改变导致第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隙D5，第二透镜组GR2和光阑IR之间的表面间隙D10，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的表面间隙D13，和第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的表面间隙D17发生变化。这种情况下，表12显示了当物距为无限远时，按照数字表示的实施例3在最大广角状态(f＝1.00)，中间焦距(f＝6.30)和最大摄远状态(f＝39.74)处每个表面间隙D5，D10，D13和D17的值。表13中显示了当物距是2米时这些表面间隙的值。
表12
焦距(无限远)     1     6.304     39.743
    D5     0.436     8.208     11.673
    D10     11.750     3.978     0.513
    D13     4.028     2.298     5.606
    D17     2.459     4.189     0.881
表13
焦距(2米)     1     6.304     39.743
    D5     0.436     8.208     11.673
    D10     11.750     3.978     0.513
    D13     4.027     2.244     4.382
    D17     2.460     4.243     2.105
第三透镜组GR3中包括的单个透镜L7的相对的表面R12，第四透镜组GR4中最靠近物方侧的表面R14，且第五透镜组GR5中包括的单个透镜L11的相对的表面R18，R19是非球面。这种情况下，表14显示了按照数字表示的实施例3的各个表面的第四、第六、第八和第十级非球面系数A4，A6，A8和A10。
表14
像散系数     A4     A6     A8     A10
    R12 -3.2982E-03 -3.4556E-04 -9.8240E-05  4.9579E-06
    R14 -3.7751E-03 -3.6154E-04 1.7272E-04  -3.0961E-05
    R18 -2.3657E-02 5.8940E-02 -4.2408E-02  1.0809E-02
    R19 -3.3722E-02 9.9116E-02 -8.2600E-02  2.4644E-02
表15显示了按照数字表示的实施例3的条件式(1)至(4)的值，和整个透镜系统的焦距「f」的值，第四透镜组GR4的焦距「f4」，第五透镜组GR5的焦距「f5」，F数「FNo.」和视场角「2ω」。
表15
    |f4/f5|     0.00
    β5     1.0
    |MTa/MTs|     1.0
    |(STa-STs)/STa|     0.9
    f     1.0～39.743
    f4     4.93
    f5     61372.13
    FNo.     1.9～4.0
    2ω     65.0°～2.7°
图18至20显示了物距为无限远时按照数字表示的实施例3在最大广角状态(f＝1.00)，中间焦距(f＝6.30)和最大摄远状态(f＝39.74)的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。图21至23显示了物距为2米远时按照数字表示的实施例3在最大广角状态，中间焦距和最大摄远状态的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。图24显示了物距为无限远时当第五透镜组GR5中包括的非球面表面R18，R19被近轴球面表面代替时按照数字表示的实施例3在最大摄远状态的球差曲线图，像散曲线图和畸变曲线图。
需要注意的是，在球差曲线图中，实线表示d-线的值，虚线表示g-线(波长435.8nm)的值，点划线表示C-线(波长656.3nm)的值。在像散曲线图中，实线表示径向图像平面的值，虚线表示经线图像平面的值。
下面说明本发明的图像捕获装置。
本发明的图像捕获装置包括变焦镜头和将变焦镜头形成的光学图像转换成电信号的成像装置。该变焦镜头包括，从物方侧按顺序为，第一透镜组，具有正折射能力并且位置固定，第二透镜组，具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于变焦，第三透镜组，具有正折射能力并且位置固定，第四透镜组，具有正折射能力并且位置可以移动，以便执行因变焦带来的焦点位置修正和进行聚焦，第五透镜组包括一个位置固定的透镜。从第三透镜组到第五透镜组中的每个透镜组具有至少一个非球面表面，并且满足以下条件式(1)和(2)
(1)|f4/f5|＜0.12
(2)0.9＜β5＜1.2
这种透镜配置可以获得高图像质量和高变焦比，以及小设备尺寸。
图25是按照本发明的图像捕获装置的一个实施例的方块图。
图像捕获装置10包括变焦镜头20和用于将变焦镜头20形成的光学图像转换成电信号的成像装置30。需要注意的是作为成像装置30的例子，可应用那些使用光电传感器例如CCD和CMOS的成像装置。本发明的变焦镜头可以应用于变焦镜头20。图25中显示了按照图1中的第一实施例的变焦镜头1A，其中采用简化的方式，每个透镜组以一个透镜的形状表示。当然代替第一实施例的变焦镜头1A，可以使用第二和第三实施例的变焦镜头1B和1C或者具有不同于本说明书中公开的配置的按照本发明的任何类型的变焦镜头。
成像装置20形成的电信号，通过图像分离电路40，作为焦距控制信号被发送到控制电路50，并且作为图像信号被发送到图像处理电路。图像处理电路接收的信号被处理成适合后续处理程序的信号形式，然后被进行各种处理，例如被显示装置显示，记录到记录介质，被通信装置传输等。
那些通过诸如变焦按钮等操作给出的外部操作信号，例如，被输入到控制电路50，从而响应这些操作信号进行各种处理。通过例如变焦按钮输入变焦命令，使驱动部分61，71通过驱动电路60，70进行操作，从而使焦距被移动到基于输入的命令的位置，使每个透镜组GR2，GR4移动到预定位置。通过相应的传感器62，72获得的有关每个透镜组GR2，GR4的位置信息被输入到控制电路50，然后涉及输出命令信号应该输出到驱动电路60，70。通过基于图像分离电路40发出的信号检验焦点位置以后，控制电路50还提供第四透镜组GR4的位置控制，通过驱动电路70使驱动部分71操作，以便获得最佳焦点位置。图像捕获装置10在应用于产品时可以采用各种形式。例如可以广泛应用于各种相机，例如数码照相机和数码摄像机，或者作为诸如集成了相机的移动电话或者与相机集成的PDA等数码输入/输出装置的相机部分。
需要注意的是这里描述的实施例和数字表示的实施例中包括的各部分的特定形式和数值仅仅是为了实施本发明而示意性的，本发明的范围应当解释为说明性的并且不限定于此。
本申请包括与2006年6月1日在日本专利局提交的申请号为2006-153511的日本专利申请相关的主题，其全部内容在此引入作为参考。
本领域技术人员应当理解，在所附的权利要求和等同方式的范围内可以根据设计需要和其他因素进行各种变型、合并、子合并和改变。

Claims (4)

1、一种变焦镜头，其从物方侧按顺序包括：
第一透镜组，其具有正折射能力并且位置固定，
第二透镜组，其具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦，
第三透镜组，其具有正折射能力并且位置固定，
第四透镜组，其具有正折射能力并且位置可以移动，用于执行因变焦引起的焦点位置修正和用于聚焦，和
第五透镜组，其包括一个位置固定的单个透镜，其中
从第三透镜组到第五透镜组的每个透镜组至少具有一个非球面表面，并且
满足下面的条件式(1)和(2)
(1)|f4/f5|＜0.12
(2)0.9＜β5＜1.2
其中
f4是第四透镜组的焦距，
f5是第五透镜组的焦距，
β5是第五透镜组的横向放大率。
2、按照权利要求1的变焦镜头，其中
第三透镜组包括具有正折射能力的单个透镜，和
第四透镜组包括三胶合透镜，一个具有负折射能力的透镜，和一个具有正折射能力的透镜，其中，该三胶合透镜包括一个具有正折射能力的透镜。
3、按照权利要求1或2的变焦镜头，其中
第五透镜组中包括的非球面表面的形状满足下面的条件式(3)和(4)
(3)|MTa/MTs|＜1.0
(4)|(STa-STs)/STa|＜1.0
其中
MTa是在最大摄远状态下相对于最大图像高度在经线方向上的场曲，
MTs是当第五透镜组中包括的非球面表面被近轴球面表面代替时，在最大摄远状态相对于最大图像高度在经线方向上的场曲，
STa是在最大摄远状态全孔径范围出现的球差，
STs是当第五透镜组中包括的非球面表面被近轴球面表面代替时在最大摄远状态全孔径范围出现的球差。
4、一种图像捕获装置，其包括
变焦镜头，和
成像装置，用于将变焦镜头形成的光学图像转换成电信号，其中该变焦镜头从物方侧按顺序包括，
第一透镜组，具有正折射能力并且位置固定，
第二透镜组，具有负折射能力并且位置可以移动，主要用于进行变焦，
第三透镜组，具有正折射能力并且位置固定，
第四透镜组，具有正折射能力并且位置可以移动，用于执行由于变焦引起的焦点位置修正和用于聚焦，和
第五透镜组，包括一个位置固定的单个透镜，其中
从第三透镜组到第五透镜组的每个透镜组至少具有一个非球面表面，并且满足下面的条件式(1)和(2)
(1)|f4/f5|＜0.12
(2)0.9＜β5＜1.2
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