CN101819317A - 可变焦距透镜系统和成像装置 - Google Patents

可变焦距透镜系统和成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供可变焦距透镜系统和成像装置。可变焦距透镜系统包括从物体侧起具有正、负、正、负、正折射力的第一～第五透镜组。当透镜位置状态从广角向摄远改变时，第一透镜组与第二透镜组间的空气间隔增大，第二透镜组与第三透镜组间的空气间隔减小，第三透镜组与第四透镜组间的空气间隔改变，第四透镜组与第五透镜组间的空气间隔增大，第一透镜组单调地向物体侧移动，第二透镜组在光轴上固定，且第三透镜组和第四透镜组向物体侧移动。满足条件式0.2＜D23w/ft＜0.4和0.1＜f2/f4＜0.4，D23w、ft、f2及f4分别为在广角端第二透镜组与第三透镜组间的空气间隔、在摄远端透镜系统的总焦距、第二透镜组的焦距和第四透镜组的焦距。

Description

可变焦距透镜系统和成像装置
相关申请的参考
本申请包含涉及于2009年2月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-046783中所披露的主题，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及可变焦距透镜系统和成像装置。更具体地，本发明涉及用于数码摄像机、数码相机等并且具有大于5倍的变焦比的可变焦距透镜系统，以及使用该可变焦距透镜系统的成像装置。
背景技术
在现有技术中，为了在数码相机中执行记录，存在一种其中通过成像器件使用诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的光电转换器将形成在成像器件的表面上的物体的图像的光量转换成电输出，从而记录物体的图像的方法。
微信息处理技术的新发展已经导致中央处理单元(CPU)的处理速度和记录介质的集成水平的提高，使得过去不可能进行大量图像数据的高速处理的情况变得越来越可能。
对于光接收器件也已经实现了更高水平的集成度和小型化。更高水平的集成度使得更高空间频率的记录成为可能，并且光接收器件的小型化实现了相机的整体小型化。
然而，上述所提及的集成度和小型化的水平的提高导致各光电转换器的更狭窄的光接收面积，并且由于最终的(resulting)电输出的降低所导致的噪声影响变得显著。已经进行的以防止这些问题的尝试包括：通过增大光学系统的孔径比来增加到达光电转换器的光量，并且将微小的透镜元件(所谓的微透镜阵列)置于各光电转换器的前面。
然而，在用于将落在相邻光电转换器之间的光束引导至光电转换器之上的交换中，该微透镜阵列约束了透镜系统的出射光瞳的位置(从像面至出射光瞳的距离)。
这是因为当透镜系统的出射光瞳位置变得更接近光电转换器时，即，当到达各个光电转换器的主光线与光轴之间形成的角度变得更大时，朝向画平面的外围方向的轴外光束与光轴形成很大的角度，并且轴外光束未到达光电转换器，从而导致光量不足。
随着近年来数码相机变得越来越普及，所以用户的要求变得越来越多样化。具体地，装配有具有高变焦比的变焦透镜的数码相机在不断地增加，并且具有大于5倍变焦比的变焦透镜的数量在显著地增加。
一般而言，具有高变焦比的这些变焦透镜使用正、负、正、正四组型作为表示变焦透镜的配置的变焦类型。该正、负、正、正四组型的变焦透镜包括从物体侧依次配置的：具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组。
在该正、负、正、正四组型的变焦透镜的情况下，当透镜位置状态从具有最短焦距的广角端状态向具有最长焦距的摄远端状态改变时，第一至第三透镜组中各透镜组以第一透镜组与第二透镜组之间的间隔增加并且第二透镜组与第三透镜组之间的间隔减小的这种方式移动，并且通过单独地驱动第四透镜组的移动来补偿成像器件的像面位置(焦点位置)的变化(例如，日本未审查专利申请公开第2008-146016号)。
作为用作可交换透镜等的变焦透镜，存在正、负、正、负、正五组型的透镜作为通过增加可移动透镜组的数量来实现高变焦比或高光学性能的变焦型。
这五组型的变焦透镜包括从物体侧依次配置的：具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组、具有负折射力的第四透镜组以及具有正折射力的第五透镜组。
在这种五组型的变焦透镜的情况下，当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，各透镜组以第一透镜组与第二透镜组之间的间隔增大、第二透镜组与第三透镜组之间的间隔减小、第三透镜组与第四透镜组之间的间隔增大、并且第四透镜组与第五透镜组之间的间隔减小的这种方式移动(例如，日本未审查专利申请公开第2007-108398号)。
还存在应用于对于后焦距没有限制的非交换型相机的五组型的变焦透镜(例如，日本未审查专利申请公开第2007-264174号和日本未审查专利申请公开第2007-264395号)。
发明内容
在根据上述日本未审查专利申请公开第2008-146016号中所描述的现有技术的正、负、正、正四组型的变焦透镜的情况下，存在小型化的限制。实际上，可以通过增加第二透镜组的折射力以获得高变焦比并且减小第一透镜组与第二透镜组之间的间隔变化量或减小第二透镜组与第三透镜组之间的间隔变化量，在光轴方向上使变焦透镜小型化。
尽管这种小型化技术简单，但是在其中仅增加第二透镜组的折射力的变焦透镜的情况下，不可能以满意的方式校正在广角端状态下产生的负畸变和放大倍率色像差，使得难以获得足够的光学性能。这是因为由仅存在一个配置在变焦透镜内的负透镜组而导致的透镜系统的总折射力的配置变得不对称。
反之，在正、负、正、负、正五组型的变焦透镜的情况下，由于存在两个负透镜组，所以透镜系统的总折射力的配置变得对称，从而使得可以克服上述所描述的与正、负、正、正四组型的变焦透镜相关的问题。
然而，在上述日本未审查专利申请公开第2007-264174号中所描述的正、负、正、负、正五组型的变焦透镜的情况下，可移动透镜组的数量的增多增加了镜筒结构的复杂性。
在上述日本未审查专利申请公开第2007-264395号中所描述的正、负、正、负、正五组型的变焦透镜的情况下，由于将第一透镜组和第四透镜组在光轴方向上固定，所以镜筒结构没有变复杂。然而，由于在广角端状态下的总长度变得更长，所以变焦透镜不适于实现透镜直径的减小，同时，难以减小透镜的总长度。
所期望的是，提供一种适于同时实现小型化和更高的变焦比的可变焦距透镜系统。
根据本发明的实施方式，提供了一种根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统，从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组、具有负折射力的第四透镜组、以及具有正折射力的第五透镜组，其中，当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔(air space)增大，第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔减小，第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔改变，第四透镜组和第五透镜组之间的空气间隔增大，第一透镜组单调地(monotonously)向物体侧移动，第二透镜组在光轴方向上固定，并且第三透镜组和第四透镜组向物体侧移动；并且满足以下条件表达式(1)和(2)：
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w为是在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，ft是在摄远端状态下的可变焦距透镜系统整体的焦距，f2是第二透镜组的焦距，以及f4是第四透镜组的焦距。
条件表达式(1)限定了在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，并且将稍后所述的第一特征表示为数值限制。
即，在摄远端状态下，第二透镜组和第三透镜组被定位为彼此邻近，并且当透镜位置状态改变时，第二透镜组在光轴方向上固定。因此，在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔变得基本上等于伴随透镜位置状态改变的第三透镜组的移动量。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(1)的上限的值使穿过第一透镜组和第二透镜组的轴外光束远离光轴。具体地，在广角端状态下，在像面的边缘周围快速出现彗形像差，使得难以获得预定的光学性能。
低于条件表达式(1)的下限的值使穿过第二透镜组的轴外光束更接近光轴，使得难以同时校正轴上(on-axis)像差和轴外像差。结果，不可能以满意的方式校正伴随视角改变的轴外像差的变化。
条件表达式(2)用于适当地设置第二透镜组的焦距和第四透镜组的焦距，并且将稍后描述的第二特征表示为数值限制。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(2)的下限的值使第二透镜组的折射力加强或使第四透镜组的折射力变弱。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，如上所述，透镜系统的总长度变长，结果，不能实现足够的小型化。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能以满意的方式校正在广角端状态下产生的负畸变，使得难以获得满意的图像形成性能。
高于条件表达式(2)的上限的值使第二透镜组的折射力变弱或使第四透镜组的折射力加强。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，第二透镜组的折射力变弱，从而导致为了获得预定的变焦比，必须增加第一透镜组和第三透镜组的移动量。
结果，在广角端状态下，移动量增加的第一透镜组和在光轴方向上固定的第二透镜组彼此发生干涉，或者，在摄远端状态下，在光轴方向上固定的第二透镜组和移动量增加的第三透镜组彼此发生干涉。如果发生干涉，则不可能再保持第二透镜组在光轴方向上固定，这有悖于本发明的主旨。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能缩短在摄远端状态下透镜系统的总长度，使得难以实现足够的小型化。
根据本发明的实施方式，提供了一种包括可变焦距透镜系统的成像装置，以及一种将由该可变焦距透镜系统形成的光学图像转换成电信号的成像器件，其中，该可变焦距透镜系统从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组、具有负折射力的第四透镜组、以及具有正折射力的第五透镜组；当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔增大，第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔减小，第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔改变，第四透镜组与第五透镜组之间的空气间隔增大，第一透镜组单调地向物体侧移动，第二透镜组在光轴方向上固定，并且第三透镜组和第四透镜组向物体侧移动；并且满足以下条件表达式(1)和(2)：
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w是在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，ft是在摄远端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距，f2是第二透镜组的焦距，以及f4是第四透镜组的焦距。
在成像装置中的可变焦距透镜系统中，条件表达式(1)限定了在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，并且将稍后描述的第一特征表示为数值限制。
即，在摄远端状态下，第二透镜组与第三透镜组被定位为彼此邻近，并且当透镜位置状态改变时，第二透镜组在光轴方向上固定。因此，在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔变得基本上等于伴随透镜位置状态改变的第三透镜组的移动量。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(1)的上限的值使穿过第一透镜组和第二透镜组的轴外光束远离光轴。具体地，在广角端状态下，在像面的边缘周围快速出现彗形像差，使得难以获得预定的光学性能。
低于条件表达式(1)的下限的值使穿过第二透镜组的轴外光束更接近光轴，使得难以同时校正轴上像差和轴外像差。结果，不可能以满意的方式校正伴随视角改变的轴外像差的变化。
条件表达式(2)用于适当地设置第二透镜组的焦距和第四透镜组的焦距，并且将稍后描述的第二特征表示为数值限制。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(2)的下限的值使第二透镜组的折射力加强或使第四透镜组的折射力变弱。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，如上所述，透镜系统的总长度变长，结果，不能实现足够的小型化。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能以满意的方式校正在广角端状态下产生的负畸变，使得难以获得满意的图像形成性能。
高于条件表达式(2)的上限的值使第二透镜组的折射力变弱或使第四透镜组的折射力加强。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，第二透镜组的折射力变弱，从而导致为了获得预定的变焦比，必须增加第一透镜组和第三透镜组的移动量。
结果，在广角端状态下，移动量增加的第一透镜组和在光轴方向上固定的第二透镜组彼此发生干涉，或者，在摄远端状态下，在光轴方向上固定的第二透镜组和移动量增加的第三透镜组彼此发生干涉。如果发生干涉，则不可能再保持第二透镜组在光轴方向上固定，这有悖于本发明的主旨。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能缩短在摄远端状态下透镜系统的总长度，使得难以实现足够的小型化。
根据本发明的实施方式，从物体侧起依次设置了具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组、具有负折射力的第四透镜组、以及具有正折射力的第五透镜组。当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔增大，第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔减小，第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔改变，第四透镜组与第五透镜组之间的空气间隔增大，第一透镜组单调地向物体侧移动，第二透镜组在光轴方向上固定，并且第三透镜组和第四透镜组向物体侧移动。此外，满足以下条件表达式(1)和(2)：
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w是在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，ft是在摄远端状态下的可变焦距透镜系统整体的焦距，f2是第二透镜组的焦距，以及f4是第四透镜组的焦距。
因此，根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统可以同时实现比现有技术进一步的小型化和高得多的变焦比。
此外，根据本发明的实施方式的成像装置通过使用可以同时实现比现有技术进一步的小型化和高得多的变焦比的可变焦距透镜系统，可以实现比现有技术高得多的变焦比和高得多的性能。
附图说明
图1是示出了根据各个数字实例的可变焦距透镜系统的折射力分布的示意图；
图2是示出了根据第一数字实例的可变焦距透镜系统的配置的示意性截面图；
图3A～图3C是示出了根据第一数字实例的各种像差的特征曲线图；
图4是示出了根据第二数字实例的可变焦距透镜系统的配置的示意性截面图；
图5A～图5C是示出了根据第二数字实例的各种像差的特征曲线图；
图6是示出了根据第三数字实例的可变焦距透镜系统的配置的示意性截面图；
图7A～图7C是示出了根据第三数字实例的各种像差的特征曲线图；
图8是示出了根据第四数字实例的可变焦距透镜系统的配置的示意性截面图；
图9A～图9C是示出了根据第四数字实例的各种像差的特征曲线图；以及
图10是示出了装配有根据本发明的实施方式的成像装置的数码相机的电路构造的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于执行本发明的最佳方式(下文中，称作实施方式)。将按以下主题的顺序进行描述。
1.实施方式(可变焦距透镜系统)
2.数字实例(第一～第四数字实例)
3.成像装置和数码相机
4.其他实施方式
<1.实施方式>
[1.1可变焦距透镜系统的配置]
在本发明的实施方式中，将其中焦点随着焦距改变而改变的透镜系统称作可变焦距透镜系统。反之，由于变焦透镜是配置为即使当焦距改变时焦点也不改变的透镜系统，所以将变焦透镜当作可变焦距透镜系统中的一种类型。
根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统从物体侧起依次具有：具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组、具有负折射力的第四透镜组、以及具有正折射力的第五透镜组。
具体地，以这种方式来配置可变焦距透镜系统：当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔增大，第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔减小，第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔改变，第四透镜组和第五透镜组之间的空气间隔增大，第一透镜组单调地向物体侧移动，第二透镜组在光轴方向上固定，并且第三透镜组和第四透镜组向物体侧移动。
此外，以这样的方式来配置该可变焦距透镜系统：独立地驱动第五透镜组的移动来补偿由第一透镜组、第三透镜组以及第四透镜组的移动导致的像面位置的变化。
一般而言，当形成变焦透镜的透镜的数量增加时，像差校正的自由度增加，所以即使当变焦比增大时，也可以实现足够高的光学性能。然而，如果简单地增加透镜的数量，则透镜驱动机制变复杂。解决该问题的通常方法是增添在光轴方向上固定的透镜组。
例如，在可交换透镜的情况下，作为正、负、正、负、正五组配置，存在其中第四透镜组在光轴方向上固定的变焦类型。具体地，在日本未审查专利申请公开第2003-241093号中公开了这种透镜。在这种类型的可交换透镜中，为了减小第一透镜组的移动量的目的，第四透镜组在光轴方向上固定。
反之，在透镜集成在照相机中的情况下，如果在广角端状态下总透镜长度变得更短，则使得在广角端状态下穿过第一透镜组的轴外光束更接近光轴，其对于促使透镜直径减小是有利的。
因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统的情况下，为了使在广角端状态下总透镜长度更短，在广角端状态和摄远端状态下第二透镜组在光轴方向上固定，从而，可以减少可移动透镜组的数量并且简化透镜系统的配置。
因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，在将可变透镜组的数量从5个减少至4个的同时，可以增大各透镜组之间的可变间隔，从而，使得可以通过简化透镜系统的整体配置来实现小型化并且还实现更高的变焦比。
首先，将给出构成根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统的各透镜组的功能的描述。在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，在广角端状态下，以彼此非常接近的方式配置第一透镜组和第二透镜组，从而，实现透镜直径的减小。
这是因为由于第一透镜组具有正折射力，所以第一透镜组使光强烈地弯曲，导致所形成的角度增大。因此，随着第一透镜组与第二透镜组之间的距离变得越大，穿过第一透镜组的轴外光束扩散越多。
这时，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，在广角端状态下，以彼此非常接近的方式配置第一透镜组和第二透镜组。结果，可以保持入射在第一透镜组上的轴外光束不会远离光轴，从而，使得可以抑制在像面的外围处出现的轴外像差。
同时，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，当透镜位置状态向摄远端状态改变时，第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔变宽。因此，穿过第一透镜组的轴外光束远离光轴，并且通过利用所导致的高度的改变，可以以满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。
特别地，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，改变总透镜长度以使其在广角端状态下更短而在摄远端状态下更长，从而，可以保持在具有宽视角的广角端状态下入射到第一透镜组上的轴外光束不会远离光轴太远。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，通过在广角端状态下加宽第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，穿过第二透镜组的轴外光束可远离光轴更远，从而，使得可以独立地校正轴上像差和轴外像差。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，当透镜位置状态向摄远端状态改变时，第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔变窄，从而使穿过第二透镜组的轴外光束更接近光轴。因此，可以以满意的方式来校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，以用于提高性能。
这时，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，第二透镜组在光轴方向上固定，并且同时，为了以满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，改变了第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，根据透镜位置状态的改变来移动第五透镜组以补偿像面位置的变化，从而，可以以更满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。
应当注意，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，具有负折射力的第四透镜组和具有正折射力的第五透镜组配置在第三透镜组的成像侧。通过配置两个负透镜组(第二透镜组和第四透镜组)，使透镜系统的总折射力的配置更接近对称，从而，可以以满意的方式校正(尤其在广角端状态下易于产生的)负畸变和放大倍率色像差。
然而，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，由于第二透镜组在光轴方向上固定，所以变焦轨迹选择的自由度减少，这会引起两个问题。
第一个问题是不能校正在透镜位置状态改变时出现的各种像差的变化，以及第二个问题是不能实现足够的小型化。一般而言，可以将小型化分为透镜直径的减小和总的透镜长度的缩短，其中，总的透镜长度的缩短为本发明的问题。
关于第一个问题，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，削弱第二透镜组的变焦作用，从而可以以满意的方式校正各种像差的变化。然而，由于仅削弱第二透镜组的变焦作用导致透镜系统的总的变焦比减小，所以在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，增强第三透镜组的变焦作用，从而获得预定的变焦比。
更具体地，可以通过增加第三透镜组的移动量或者加强第三透镜组的折射力来获得预定的变焦比。然而，如果加强了折射力，则就不可能以满意的方式校正在第三透镜组中产生的负球面像差。
因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了增强的变焦作用，增加了第三透镜组的移动量，从而在获得预定的变焦比的同时实现了高的光学性能。应当注意，增强变焦作用意味着增加了广角端状态与摄远端状态之间横向倍率的改变量。
另一方面，关于第二个问题，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了更弱的发散作用，削弱了具有负折射力的第二透镜组的折射力。结果，可以缩短透镜系统的总长度。
应当注意，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了以更有效的方式实现小型化，削弱了具有负折射力的第二透镜组的折射力，并且加强了具有负折射力的第四透镜组的折射力，从而使得可以实现第一～第三透镜组的焦距的进一步缩短。
然而，根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统具有的问题在于：如果过度地加强第四透镜组的折射力，则不可能将出射光瞳的位置设置在适当位置，或者如果过度地削弱第二透镜组的折射力，则在广角端状态下入射到第一透镜组上的轴外光束远离光轴，这不利于透镜直径的减小。
为了以上原因，作为根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统的第一特征，适当地设置在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的间隔，并且作为第二特征，适当地设置第二透镜组的焦距和第四透镜组的焦距。
因此，根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统不论透镜位置状态如何都可提供高的光学性能，并且不管其小尺寸和高变焦比都可实现增强的性能。
具体地，根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统从物体侧起依次具有：具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组、具有负折射力的第四透镜组、以及具有正折射力的第五透镜组，并且被这样配置：当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔增大，第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔减小，第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔改变，第四透镜组与第五透镜组之间的空气间隔增大，第一透镜组单调地向物体侧移动，第二透镜组在光轴方向上固定，并且第三透镜组和第四透镜组向物体侧移动；并且满足以下条件表达式(1)和(2)：
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w是在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，ft是在摄远端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距，f2是第二透镜组的焦距，以及f4是第四透镜组的焦距。
条件表达式(1)限定了在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔，并且将以上所述的第一特征表示为数值限制。
即，在摄远端状态下，第二透镜组和第三透镜组被定位为彼此邻近，并且当透镜位置状态改变时，第二透镜组在光轴方向上固定。因此，在广角端状态下第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔变得基本上等于伴随透镜位置状态改变的第三透镜组的移动量。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(1)的上限的值使穿过第一透镜组和第二透镜组的轴外光束远离光轴。具体地，在广角端状态下，在像面的边缘周围快速出现彗形像差，使得难以获得预定的光学性能。
低于条件表达式(1)的下限的值使穿过第二透镜组的轴外光束更接近光轴，使得难以同时校正轴上像差和轴外像差。结果，不可能以满意的方式校正伴随视角改变的轴外像差的变化。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，等于或低于条件表达式(1)的上限的值可以获得足够的光学性能。在这点上，为了进一步使穿过第一透镜组的轴外光束更接近于光轴以实现透镜直径的减小，期望将上限设置为“0.35”。
条件表达式(2)用于适当地设置第二透镜组的焦距和第四透镜组的焦距，并且将以上所述的第二特征表示为数值限制。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(2)的下限的值使第二透镜组的折射力加强或使第四透镜组的折射力变弱。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，如上所述，透镜系统的总长度变长，结果，不能实现足够的小型化。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能以满意的方式校正在广角端状态下产生的负畸变，使得难以获得满意的图像形成性能。
高于条件表达式(2)的上限的值使第二透镜组的折射力变弱或使第四透镜组的折射力加强。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，第二透镜组的折射力变弱，导致为了获得预定的变焦比，必须增加第一透镜组和第三透镜组的移动量。
结果，在广角端状态下，移动量增加的第一透镜组和在光轴方向上固定的第二透镜组彼此发生干涉，或者，在摄远端状态下，在光轴方向上固定的第二透镜组和移动量增加的第三透镜组彼此发生干涉。如果发生干涉，则不可能再保持第二透镜组在光轴方向上固定，这有悖于本发明的主旨。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能缩短在摄远端状态下透镜系统的总长度，使得难以实现足够的小型化。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中的第四透镜组具有将通过第一～第三透镜组形成的物体的图像放大的作用。因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，随着第四透镜组的负折射力变得越强，通过第一～第三透镜组形成的物体的像的放大倍率变得越高。
结果，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，甚至可以将伴随制造过程中所引入的小的偏心率(eccentricity)的图像劣化在第一至第三透镜组中放大，而其使得难以在大量生产时保持稳定的光学性能。
因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了在保持透镜系统的总长度较短的同时在大量生产时获得稳定的光学性能，期望将条件表达式(2)的上限设置为“0.3”。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了通过抑制伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化来获得更高的光学性能，期望满足以下条件表达式(3)：
(3)0.3＜|f2|/(fw·ft)1/2＜0.55
其中，f2是第二透镜组的焦距，fw是在广角端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距，以及ft是在摄远端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距。
条件表达式(3)限定了第二透镜组的折射力。在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(3)的下限的值使第二透镜组的折射力在负侧加强。因此，随着透镜位置状态改变，变得难以独立地校正在第二透镜组中产生的轴外像差的变化。
反之，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了获得预定的变焦比，高于条件表达式(3)的上限的值必须使第一透镜组和第二透镜组的移动量增加，使得难以实现充分缩短透镜系统的总长度。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，改变第三透镜组与第四透镜组之间的间隔，从而抑制伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。在这点上，期望满足以下条件表达式(4)以确保小型化与性能增强之间的平衡：
(4)0.3＜Δ4/Δ3＜0.9
其中，Δ4是从广角端状态至摄远端状态第四透镜组的移动量，以及Δ3是从广角端状态至摄远端状态第三透镜组的移动量。
条件表达式(4)限定了第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔的变化量。在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(4)的下限的值使第四透镜组的变焦作用变弱，这需要通过其他透镜组来加强变焦作用。结果，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不利地是，伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化变大。
反之，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(4)的上限的值使在摄远端状态下第三透镜组与第四透镜组之间的空气间隔变窄。因此，后焦距变的更长，导致透镜系统的总长度增大。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了抑制伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，同时为了减小第二透镜组的厚度，期望的是，第二透镜组从物体侧起依次包括凹面面向成像侧的负透镜L21、具有双凹形状的负透镜L22以及凸面面向物体侧的正透镜L23这三个透镜，并且满足以下条件表达式(5)：
(5)1＜|f21|/fw＜1.7
其中，f21是负透镜L21的焦距。
条件表达式(5)限定了配置在第二透镜组内的负透镜L21的折射力。在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(5)的下限的值使入射到第二透镜组的负透镜L21上的轴外光束更接近光轴，从而，允许透镜直径的减小。
然而，在这种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，伴随在广角端状态下视角改变的彗形像差的变化变得极大，使得难以实现足够的性能增强。
反之，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(5)的上限的值使在广角端状态下入射到第二透镜组的负透镜L21上的轴外光束远离光轴，即，使入射到第一透镜组上的轴外光束大大地远离光轴。因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，在第一透镜组中产生的彗形像差变得极大，使得难以实现足够的性能增强。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了减小各个透镜组中的透镜直径，并且为了以满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，期望的是，将孔径光阑配置在第三透镜组的附近。
一般而言，在当透镜位置状态改变时的情况下，与孔径光阑的距离改变的透镜组的数量越多，穿过各个透镜组的轴外光束的高度改变的可能性越大。通过利用该高度来校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。这时，积极地改变轴外光束的高度可使得以满意的方式执行该校正。
特别地，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，如果将孔径光阑配置在第三透镜组附近，则可以以良好平衡的方式将多个可移动的透镜配置在孔径光阑的前面和后面。因而，可以以满意的方式校正彗形像差，从而，使得性能增强。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，将孔径光阑配置在整个透镜系统的中部的附近，从而保持穿过各透镜组的轴外光束不会在高度上变得太远。结果，可以减小透镜直径。
应当注意，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，将孔径光阑配置在第三透镜组的物体侧，并且随着透镜位置状态改变，整体地移动孔径光阑和第三透镜组，从而，实现透镜直径的进一步减小和镜筒结构的简化。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，通过将孔径光阑配置在第三透镜组的物体侧，特别地，可以使在广角端状态下穿过第一透镜组的轴外光束的高度更接近光轴从而实现小型化。
同时，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，由于使在广角端状态下穿过第一透镜组的轴外光束更接近光轴，所以可以抑制在像面边缘的周围出现的彗形像差，从而实现性能增强。
顺便提及，当从位于无穷远处的物体向位于近距离处的物体进行对焦时(下文中，这将称作“渐进对焦(close-in focusing)”)，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，期望的是，在光轴方向上移动第五透镜组。
这是因为由于第五透镜组配置在接近像面位置的位置处，并且轴上光束和轴外光束在这些光束彼此远离的状态下穿过第五透镜组，所以对于轴上光束和轴外光束可以独立地执行校正，这适于校正伴随物体的位置改变的轴外像差的变化。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了以良好平衡的方式实现透镜直径的减小和透镜系统的总长度的缩短，期望满足以下条件表达式(6)：
(6)1.8＜f1/(fw·ft)1/2＜2.7
其中，f1是第一透镜组的焦距，fw是在广角端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距，以及ft是在摄远端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距。
条件表达式(6)限定了第一透镜组。在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(6)的上限的值使第一透镜组的会聚作用变弱，导致在摄远端状态下透镜系统的总长度增加。
反之，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(6)的下限的值使第一透镜组的会聚作用加强。因此，在广角端状态下轴外光束远离光轴，导致透镜直径增大。
顺便提及，随着第一透镜组的折射力变得越强，越难以以满意的方式独立地校正在摄远端状态下在第一透镜组中产生的高阶球面像差。在这种情况下，虽然可以将孔径光阑形成为可变光阑从而随着透镜位置状态的改变来改变全孔径，但是当在低光水平下拍摄物体时，这会引起诸如噪声增加的问题。
为此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了以更满意的方式独立地校正在第一透镜组中出现的高阶球面像差，并且使在摄远端状态下的全孔径F值明亮(bright)，期望将条件表达式(6)的下限设置为“2.0”。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，为了独立地校正在第一透镜组中产生的球面像差并且特别地，为了在摄远端状态下实现满意的光学性能，期望的是，第一透镜组包括凹面面向成像侧的负透镜和凸面面向物体侧的正透镜的粘合透镜。
还可以将该粘合透镜分离成负透镜和正透镜，在该情况下，可以在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中以满意的方式校正在第一透镜组中产生的色像差或者球面像差。
然而，如果在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中将粘合透镜分离成负透镜和正透镜，则在制造过程中所引入的小的偏心率也会导致光学性能的明显劣化。为此，粘合透镜是更期望的。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，在第一透镜组的上述配置的条件下，满足以下条件表达式(7)，从而即使当视角在广角端状态下变宽时，也可以获得足够的光学性能：
(7)0.01＜fw/R13＜0.12
其中，R13为第一透镜组位于最靠近成像侧的透镜表面的曲率半径。
条件表达式(7)限定了第一透镜组的形状。在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，高于条件表达式(7)的上限的值使难以以满意的方式校正在摄远端状态下由于第一透镜组而产生的负球面像差，因此使得难以实现足够的性能增强。
反之，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，低于条件表达式(7)的下限的值使入射到第一透镜组上的轴外光束远离光轴，导致其中从第一透镜组出射的轴外光束急剧折射的状态。
结果，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，不可能抑制由于在制造过程所引入的第一透镜组和第二透镜组相对于彼此的偏心率所导致的光学性能的劣化，使得难以确保稳定的光学质量。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，使用非球面透镜以实现进一步增强的光学性能。具体地，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，通过在第二透镜组中使用非球面透镜，可以以满意的方式来校正在广角端状态下产生的由于视角所导致的彗形像差的变化。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，通过将非球面透镜引入第三～第五透镜组可以进一步增强中心性能。此外，不用说，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，可以通过在单个光学系统中使用多个非球面来获得进一步增强的光学性能。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，可以通过移动构成透镜系统的透镜组之一或者构成单个透镜组的某些透镜而在基本垂直于光轴的方向上移动图像。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，透镜系统与用于检测相机的倾斜的检测系统、用于基于来自检测系统的抖动信息计算移动量的计算系统、以及用于根据来自计算系统的移动量信息移动预定的透镜的驱动系统结合。
因此，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，可以通过透镜移动来消除或者减轻由在快门释放时发生的相机抖动所引起的图像模糊。特别地，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，可以减小当在基本垂直于光轴的方向上移动第三透镜组时产生的性能的改变。
此外，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，如果将孔径光阑配置在第三透镜组附近，则轴外光束在光轴附近穿过，从而，使得可以抑制当在基本垂直于光轴的方向上移动第三透镜组时出现的轴外像差的变化。
不用说，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统中，当然可以将低通滤光片配置在透镜系统的成像侧以防止所谓的莫尔条纹的产生，或者根据光接收器件的光谱灵敏度特性来配置红外截止滤光片。
<2.数字实例>
接下来，参照附图和表格，在下文中，将给出其中将具体数值应用于根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统的数字实例的描述。在数字实例中，通过以下等式1表示非球面：
x＝cy2/(1+(1-(1+k)c2y2)1/2)+Ay4+By6+...(1)
其中，y表示离光轴的高度，x表示下沉量，c表示曲率，k表示圆锥常数(conic constant)，以及A、B、...表示非球面系数。
在图1中，参考数字1表示总体上根据本发明的各个数字实例的可变焦距透镜系统的折射力分布，从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5。
在可变焦距透镜系统1中，当从广角端状态向摄远端状态变焦时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的空气间隔增大，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔减小，以及第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的空气间隔增大。
这时，在可变焦距透镜系统1中，当第一透镜组G1、第三透镜组G3、以及第四透镜组G4向物体侧移动时，第二透镜组G2在光轴方向上固定。第五透镜组G5移动以补偿伴随各个透镜组移动的像面位置的变化，并且在近距离对焦时向物体侧移动。
[2-1.第一数字实例]
在图2中，参考数字11表示总体上根据第一数字实例的可变焦距透镜系统，其从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5。
在可变焦距透镜系统11中，第一透镜组G1包括：凸面面向物体侧的具有弯月形的负透镜和凸面面向物体侧的正透镜的粘合透镜L1。
此外，在可变焦距透镜系统11中，第二透镜组G2包括：凹面面向成像侧的具有弯月形的负透镜L21、具有双凹形状的负透镜L22、以及凸面面向物体侧的具有弯月形的正透镜L23。
此外，在可变焦距透镜系统11中，第三透镜组G3包括具有双凸形状的正透镜L3，并且第四透镜组G4包括凹面面向物体侧的具有弯月形的正透镜和凹面面向物体侧的具有弯月形的负透镜的粘合透镜L4。
此外，在可变焦距透镜系统11中，第五透镜组G5包括具有双凸形状的正透镜L5。
在可变焦距透镜系统11中，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近并且配置在物体侧，并且将用于保护像面IMG的密封玻璃SG配置在第五透镜组G5与像面IMG之间。
以该方式，可变焦距透镜系统11采用上述透镜元件配置，从而，使得可以实现更高的变焦比和更广的角度，并且可以以满意的方式校正透镜系统中的各种像差。
以下表1列出了根据本发明的第一数字实例的规格。在根据第一数字实例的规格表中，“f”表示焦距，FNO表示F数，以及2ω表示视角，并且折射率是对于d线(波长：587.6nm)的值。应当注意，在表1中，曲率半径0表示平面。
[表1]
f       1.00～3.12～6.59
F NO    3.52～5.55～6.35
2ω    74.14～26.74～12.63°
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   3.3019   0.117   1.92286   20.80
  2   1.9925   0.702   1.83500   42.98
  3   13.2532   (D3)
  4   12.6520   0.126   1.88300   40.80
  5   1.1873   0.402
  6   -5.1283   0.087   1.72317   53.86
  7   1.7476   0.106
  8   1.5905   0.191   1.94595   17.98
  9   2.8885   (D9)
  10(孔径光阑)   0.0000   0.194
  11   1.5651   0.431   1.59201   67.05
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  12   -1.8863   (D12)
  13   -5.9528   0.313   1.88515   39.50
  14   -0.6803   0.107   1.75520   27.53
  15   2.5339   (D15)
  16   9.4104   0.348   1.61800   63.39
  17   -2.2171   (D17)
  18   0.0000   0.181   1.51633   64.20
  19   0.0000   (Bf)
表1根据第一数字实例的规格
应当注意，第4表面、第5表面、第11表面、第12表面、第15表面、以及第16表面为非球面，并且它们的非球面系数如表2所示。例如，0.26029E-05表示0.26029×10-5。
[表2]
  第4表面  κ＝0.0000   A＝0.150416E+00   B＝-0.475468E-01   C＝0.317622E-02   D＝-0.419138E-02
  第5表面  κ＝0.9046   A＝0.146891E+00   B＝0.502663E-01   C＝0.413334E+00   D＝-0.426043E-01
  第11表面  κ＝-1.1038   A＝-0.826855E-01   B＝-0.438730E-01   C＝0.420582E-01   D＝0.000000E+00
  第12表面  κ＝0.0000   A＝-0.230199E-01   B＝0.000000E+00   C＝0.000000E+00   D＝0.000000E+00
  第15表面  κ＝0.0000   A＝0.225214E+00   B＝0.665918E-01   C＝0.748884E+00   D＝0.000000E+00
  第16表面  κ＝0.0000   A＝-0.158512E-01   B＝0.320069E-01   C＝-0.136418E-01   D＝0.000000E+00
表2根据第一数字实例的非球面系数
随后，在以下表3中示出了当在可变焦距透镜系统11中透镜位置状态改变时的可变间隔。
[表3]
  f   1.000   3.117   6.592
  D3   0.078   1.275   2.204
  D9   2.082   0.882   0.291
  f   1.000   3.117   6.592
  D13   0.691   1.041   1.432
  D16   0.979   2.092   2.263
  D18   0.290   0.026   0.056
  BF   0.274   0.274   0.274
表3根据第一数字实例的可变间隔
以下表4示出了在根据第一数字实例的可变焦距透镜系统11中与条件表达式相对应的值。
[表4]
表4根据第一数字实例与条件表达式相对应的值
随后，图3A～图3C均为当根据第一数字实例在无穷远对焦时的各种像差示图。图3A、3B和3C分别为在广角端状态下(f＝1.000)、在中间焦距状态下(f＝3.117)、以及在摄远端状态下(f＝6.592)的各种像差示图。
在图3A～图3C的各个图中，球面像差示图中的实线表示球面像差，像散示图中的实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面，畸变示图中的实线表示畸变，并且横向像差示图中的“A”和“y”分别表示视角和像高。从这些像差示图中显而易见的是，根据第一数字实例的可变焦距透镜系统11可以以满意的方式校正各种像差，因此，具有良好的图像形成性能。
[2-2.第二数字实例]
在图4中，参考数字12表示总体上根据第二数字实例的可变焦距透镜系统，其从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5。
在可变焦距透镜系统12中，第一透镜组G1包括：凸面面向物体侧的具有弯月形的负透镜和凸面面向物体侧的正透镜的粘合透镜L1。
此外，在可变焦距透镜系统12中，第二透镜组G2包括：凹面面向成像侧的具有弯月形的负透镜L21、具有双凹形状的负透镜L22、以及凸面面向物体侧的具有弯月形的正透镜L23。
此外，在可变焦距透镜系统12中，第三透镜组G3包括具有双凸形状的正透镜L3，并且第四透镜组G4包括凹面面向物体侧的具有弯月形的正透镜和凹面面向物体侧的具有弯月形的负透镜的粘合透镜L4。
此外，在可变焦距透镜系统12中，第五透镜组G5包括具有双凸形状的正透镜L5。
在可变焦距透镜系统12中，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近并且配置在物体侧，并且将用于保护像面IMG的IR截止滤光片CF和密封玻璃SG配置在第五透镜组G5与像面IMG之间。
以该方式，可变焦距透镜系统12采用上述透镜元件配置，从而，使得可以实现更高的变焦比和更广的角度，并且可以以满意的方式校正透镜系统中的各种像差。
以下表5列出了根据本发明的第二数字实例的规格。在根据第二数字实例的规格表中，“f”表示焦距，FNO表示F数，以及2ω表示视角，并且折射率是对于d线(波长：587.6nm)的值。应当注意，在表5中，曲率半径0表示平面。
[表5]
f       1.00～2.43～5.65
F NO    3.51～4.61～5.36
2ω    76.44～33.81～14.58°
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   3.0714   0.117   1.92286   20.80
  2   1.8622   0.688   1.83500   42.98
  3   11.8814   (D3)
  4   3.8787   0.126   1.88300   40.80
  5   0.8935   0.370
  6   -5.1604   0.087   1.75500   52.30
  7   1.7476   0.106
  8   1.6441   0.186   1.94595   17.98
  9   3.3666   (D9)
  10(孔径光阑)   0.0000   0.408
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  11   1.5001   0.485   1.59201   67.05
  12   -1.7442   (D12)
  13   -6.4928   0.326   1.88300   40.80
  14   -0.7160   0.107   1.75520   27.53
  15   2.5339   (D15)
  16   5.8347   0.347   1.61800   63.39
  17   -2.6796   (D17)
  18   0.0000   0.181   1.51633   64.20
  19   0.0000   (Bf)
表5根据第二数字实例的规格
应当注意，第5表面、第11表面、第12表面、第15表面以及第16表面为非球面，并且它们的非球面系数如表6所示。例如，0.26029E-05表示0.26029×10-5。
[表6]
  第5表面   κ＝0.3279   A＝-0.327493E-01   B＝-0.148551E+00   C＝0.419734E+00   D＝-0.950325E+00
  第11表面   κ＝-0.9846   A＝-0.975031E-01   B＝-0.631318E-01   C＝0.102016E+00   D＝0.000000E+00
  第12表面   κ＝0.0000   A＝-0.250704E-01   B＝0.000000E+00   C＝0.000000E+00   D＝0.000000E+00
  第15表面   κ＝0.0000   A＝0.226151E+00   B＝0.137797E+00   C＝0.395054E+00   D＝0.000000E+00
  第16表面   κ＝0.0000   A＝0.219957E-03   B＝0.380373E-01   C＝-0.197005E-01   D＝0.000000E+00
表6根据第二数字实例的非球面系数
随后，在以下表7中示出了当在可变焦距透镜系统12中透镜位置状态改变时的可变间隔。
[表7]
  f   1.000   2.525   5.651
  D3   0.078   1.047   2.016
  D9   1.580   0.680   0.036
  f   1.000   2.525   5.651
  D13   0.606   0.843   1.270
  D16   0.929   1.700   1.918
  D18   0.302   0.194   0.194
  BF   0.274   0.274   0.274
表7根据第二数字实例的可变间隔
以下表8示出了在根据第二数字实例的可变焦距透镜系统12中与条件表达式相对应的值。
[表8]
  f2＝-0.925
  f4＝-3.884
  f1＝5.213
  f21＝-1.341
  (1)D23w/ft＝0.280
  (2)f2/f4＝0.238
  (3)|f2|/(fw·ft)1/2＝0.389
  (4)Δ4/Δ3＝0.570(Δ4＝0.881，Δ3＝1.545)
  (5)|f21|/fw＝1.341
  (6)f1/(fw·ft)1/2＝2.193
  (7)fw/R13＝0.084
表8根据第二数字实例与条件表达式相对应的值
随后，图5A～图5C均为当根据第二数字实例在无穷远对焦时的各种像差示图。图5A、5B以及5C分别为在广角端状态下(f＝1.000)、在中间焦距状态下(f＝2.525)、以及在摄远端状态下(f＝5.651)的各种像差示图。
在图5A～图5C中的各个图中，球面像差示图中的实线表示球面像差，像散示图中的实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面，畸变示图中的实线表示畸变，并且横向像差示图中的“A”和“y”分别表示视角和像高。从这些像差示图中显而易见的是，根据第二数字实例的可变焦距透镜系统12可以以满意的方式校正各种像差，因此，具有良好的图像形成性能。
[2-3.第三数字实例]
在图6中，参考数字13表示总体上根据第三数字实例的可变焦距透镜系统，其从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5。
在可变焦距透镜系统13中，第一透镜组G1包括：凸面面向物体侧的具有弯月形的负透镜和凸面面向物体侧的正透镜的粘合透镜L1。
此外，在可变焦距透镜系统13中，第二透镜组G2包括：凹面面向成像侧的具有弯月形的负透镜L21、具有双凹形状的负透镜L22、以及凸面面向物体侧的具有弯月形的正透镜L23。
此外，在可变焦距透镜系统13中，第三透镜组G3包括具有双凸形状的正透镜和凹面面向物体侧的具有弯月形的负透镜的粘合正透镜L3。
此外，在可变焦距透镜系统13中，第四透镜组G4包括凹面面向物体侧的具有弯月形的正透镜和凹面面向物体侧的具有弯月形的负透镜的粘合透镜L4。
此外，在可变焦距透镜系统13中，第五透镜组G5包括具有双凸形状的正透镜L5。
在可变焦距透镜系统13中，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近并且配置在物体侧，并且将用于保护像面IMG的IR截止滤光片CF和密封玻璃SG配置在第五透镜组G5与像面IMG之间。
以该方式，可变焦距透镜系统13采用上述透镜元件配置，从而，使得可以实现更高的变焦比和更广的角度，并且可以以满意的方式校正透镜系统中的各种像差。
以下表9列出了根据本发明的第三数字实例的规格。在根据第三数字实例的规格表中，“f”表示焦距，FNO表示F数，以及2ω表示视角，并且折射率是对于d线(波长：587.6nm)的值。应当注意，在表9中，曲率半径0表示平面。
[表9]
f       1.00～2.23～5.18
F NO    3.42～4.40～5.26
2ω    76.44～36.57～15.89°
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   3.0469   0.136   1.92286   20.80
  2   1.8692   0.649   1.83500   42.98
  3   11.4399   (D3)
  4   4.9827   0.136   1.88300   40.80
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  5   0.8774   0.363
  6   -5.0344   0.097   1.75500   52.30
  7   1.7476   0.106
  8   1.9185   0.203   1.92286   20.80
  9   10.8811   (D9)
  10(孔径光阑)   0.0000   0.389
  11   1.6133   0.474   1.61756   63.37
  12   -0.7767   0.097   1.55860   45.20
  13   -2.7909   (D13)
  14   -2.7184   0.256   1.88300   40.80
  15   -1.0095   0.087   1.84666   23.83
  16   -6.5322   (D16)
  17   19.4175   0.352   1.61800   63.39
  18   -2.0230   (D18)
  19   0.0000   0.161   1.51633   64.20
  20   0.0000   (Bf)
表9根据第三数字实例的规格
应当注意，第5表面、第11表面、第16表面以及第17表面为非球面，并且它们的非球面系数如表10所示。例如，0.26029E-05表示0.26029×10-5。
[表10]
  第5表面  κ＝0.2358   A＝-0.362278E-01   B＝-0.171370E+00   C＝0.361696E+00   D＝-0.926748E+00
  第11表面  κ＝-2.1529   A＝-0.197512E-01   B＝-0.717410E-02   C＝-0.108141E+00   D＝0.000000E+00
  第16表面  κ＝0.0000   A＝0.120955E+00   B＝0.780125E-01   C＝-0.396449E-01   D＝0.000000E+00
  第17表面  κ＝0.0000   A＝0.122760E-01   B＝0.371070E-02   C＝-0.116457E-01   D＝0.000000E+00
表10根据第三数字实例的非球面系数
随后，在以下表11中示出了当在可变焦距透镜系统13中透镜位置状态改变时的可变间隔。
[表11]
  f   1.000   2.230   5.180
  D3   0.078   1.029   1.980
  D9   1.517   0.710   0.024
  D13   0.906   1.173   1.666
  D16   0.569   1.294   1.578
  D18   0.621   0.436   0.345
  BF   0.136   0.136   0.136
表11根据第三数字实例的可变间隔
以下表12示出了在根据第三数字实例的可变焦距透镜系统13中与条件表达式相对应的值。
[表12]
Figure GSA00000016827500401
表12根据第三数字实例与条件表达式相对应的值
随后，图7A～图7C均为当根据第三数字实例在无穷远对焦时的各种像差示图。图7A、7B以及7C分别为在广角端状态下(f＝1.000)、在中间焦距状态下(f＝2.230)、以及在摄远端状态下(f＝5.180)的各种像差示图。
在图7A～图7C中的各个图中，球面像差示图中的实线表示球面像差，像散示图中的实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面，畸变示图中的实线表示畸变，并且横向像差示图中的“A”和“y”分别表示视角和像高。从这些像差示图中显而易见的是，根据第三数字实例的可变焦距透镜系统13可以以满意的方式校正各种像差，因此，具有良好的图像形成性能。
[2-4.第四数字实例]
在图8中，参考数字14表示总体上根据第四数字实例的可变焦距透镜系统，其从物体侧起依次包括：具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5。
在可变焦距透镜系统14中，第一透镜组G1包括：凸面面向物体侧的具有弯月形的负透镜和凸面面向物体侧的正透镜的粘合透镜L11、以及被配置在粘合透镜L11的成像侧并且凸面面向物体侧的具有弯月形的正透镜L12。
此外，在可变焦距透镜系统14中，第二透镜组G2包括：凹面面向成像侧的具有弯月形的负透镜L21、具有双凹形状的负透镜L22、以及凸面面向物体侧的具有弯月形的正透镜L23。
此外，在可变焦距透镜系统14中，第三透镜组G3包括具有双凸形状的正透镜和凹面面向物体侧的具有弯月形的负透镜的粘合正透镜L3。
此外，在可变焦距透镜系统14中，第四透镜组G4包括凸面面向物体侧的具有弯月形的负透镜L4。
此外，在可变焦距透镜系统14中，第五透镜组G5包括具有双凸形状的正透镜L5。
在可变焦距透镜系统14中，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近并且配置在物体侧，并且以彼此粘结的状态将用于保护像面IMG的IR截止滤光片CF和密封玻璃SG配置在第五透镜组G5与像面IMG之间。
以此方式，可变焦距透镜系统14采用上述透镜元件配置，从而，使得可以实现更高的变焦比和更广的角度，并且可以以满意的方式校正透镜系统中的各种像差。
以下表13列出了根据本发明的第四数字实例的规格。在根据第四数字实例的规格表中，“f”表示焦距，FNO表示F数，以及2ω表示视角，并且折射率是对于d线(波长：587.6nm)的值。应当注意，在表13中，曲率半径0表示平面。
[表13]
f       1.00～2.90～11.28
F NO    3.59～4.94～6.02
2ω    86.85～31.12～8.11°
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   6.9807   0.158   1.84666   23.83
  2   4.8125   0.767   1.49700   81.60
  3   26.6325   0.023
  表面编号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  4   5.5250   0.533   1.75500   52.30
  5   16.9137   (D5)
  6   112.7583   0.158   1.88300   40.80
  7   1.3490   0.690
  8   -1.9760   0.101   1.51633   64.20
  9   5.1421   0.045
  10   3.1777   0.451   1.94595   17.98
  11   99.1200   (D11)
  12(孔径光阑)   0.0000   0.090
  13   2.8025   0.789   1.61800   63.40
  14   -0.9854   0.090   1.71736   29.50
  15   -1.8002   (D15)
  16   3.2131   0.113   1.90366   31.13
  17   2.0297   (D17)
  18   3.3437   0.439   1.55332   71.68
  19   -11.2758   (D19)
  20   0.0000   0.210   1.51633   64.20
  21   0.0000   (Bf)
表13根据第四数字实例的规格
应当注意，第7表面、第8表面、第13表面、第18表面以及第19表面为非球面，并且它们的非球面系数如表14所示。例如，0.26029E-05表示0.26029×10-5。
[表14]
  第7表面   κ＝0.0000   A＝0.713504E-01   B＝-0.179568E-1   C＝0.000000E+00   D＝0.000000E+00
  第8表面   κ＝-1.8730   A＝0.175765E+00   B＝0.518883E-01   C＝0.724655E-01   D＝0.319983E-01
  第13表面   κ＝-3.5846   A＝-0.340076E-01   B＝0.641509E-01   C＝-0.205333E+00   D＝0.304004E+00
  第18表面   κ＝-10.0000   A＝0.654760E-01   B＝-0.318486E-01   C＝-0.239076E-01   D＝0.467604E-02
  第19表面   κ＝0.0000   A＝0.589257E-01   B＝-0.660123E-01   C＝-0.000000E+00   D＝0.000000E+00
表14根据第四数字实例的非球面系数
随后，在以下表15中示出了当在可变焦距透镜系统14中透镜位置状态改变时的可变间隔。
[表15]
  f   1.000   2.905   11.283
  D3   0.079   2.236   4.777
  D9   2.886   1.249   0.068
  D13   0.763   0.661   0.383
  D16   0.820   2.475   4.171
  D18   0.908   0.992   0.755
  BF   0.183   0.183   0.183
表15根据第四数字实例的可变间隔
以下表16示出了在根据第四数字实例的可变焦距透镜系统14中与条件表达式相对应的值。
[表16]
表16根据第四数字实例与条件表达式相对应的值
随后，图9A～图9C均为当根据第四数字实例在无穷远对焦时的各种像差示图。图9A、9B以及9C分别为在广角端状态下(f＝1.000)、在中间焦距状态下(f＝2.905)、以及在摄远端状态下(f＝11.283)的各种像差示图。
在图9A～图9C中的各个图中，球面像差示图中的实线表示球面像差，像散示图中的实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面，畸变示图中的实线表示畸变，并且横向像差示图中的“A”和“y”分别表示视角和像高。从这些像差示图中显而易见的是，根据第四数字实例的可变焦距透镜系统14可以以满意的方式校正各种像差，因此，具有良好的图像形成性能。
<3.成像装置和数码相机>
[3-1.成像装置的构造]
接下来，将描述根据本发明的实施方式的成像装置。成像装置包括：根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统1(或者11、12、13、14)，以及由诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器形成的用于将由可变焦距透镜系统1形成的光学图像转换成为电信号的成像器件。
可变焦距透镜系统1(图1)从物体侧起依次具有：具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5。
具体地，以这种方式来配置可变焦距透镜系统1：当透镜位置状态从广角端向摄远端改变时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的空气间隔增大，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔减小，第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的空气间隔改变，第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的空气间隔增大，第一透镜组G1单调地向物体侧移动，第二透镜组G2在光轴方向上固定，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4向物体侧移动。
此外，以这种方式来配置可变焦距透镜系统1：单独地驱动第五透镜组G5的移动来补偿由第一透镜组G1、第三透镜组G3以及第四透镜组G4的移动导致的像面位置的变化。
在可变焦距透镜系统1中，通过在从广角端状态向摄远端状态改变时将第二透镜组G2在光轴方向上固定，在将可变透镜组的数量从5个减少至4个的同时还可以增大各透镜组之间的可变间隔，从而，使得可以通过简化透镜系统的整体配置来实现小型化并且还实现更高的变焦比。
在可变焦距透镜系统1中，在广角端状态下，通过将第一透镜组G1和第二透镜组G2配置为彼此非常接近，可以保持入射到第一透镜组G1上的轴外光束不会远离光轴，从而实现透镜直径的减小。
这是因为由于第一透镜组G1具有正折射力，所以第一透镜组G1使光强烈地曲折，导致所形成的角度增大。因此，随着第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的距离变得越大，穿过第一透镜组G1的轴外光束扩散越多。
同时，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统1中，当透镜位置状态向摄远端状态改变时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的空气间隔变宽。因此，穿过第一透镜组G1的轴外光束远离光轴，并且通过利用所导致的高度的改变，以满意的方式校正了伴随透镜位置改变的轴外像差的变化。
具体地，在可变焦距透镜系统1中，改变总的透镜长度以使其在广角端状态下更短而在摄远端状态下更长，从而，可以保持在具有宽视角的广角端状态下入射到第一透镜组G1上的轴外光束不会远离光轴太远。
此外，在可变焦距透镜系统1中，通过加宽在广角端状态下第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔，穿过第二透镜组G2的轴外光束远离光轴更远，从而，使得可以独立地校正轴上像差和轴外像差。
此外，在可变焦距透镜系统1中，当透镜位置状态向摄远端状态改变时，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔变窄，从而使穿过第二透镜组G2的轴外光束更接近光轴。因此，可以以满意的方式来校正伴随透镜位置状态的改变的轴外像差的变化，以用于增强性能。
这时，在可变焦距透镜系统1中，第二透镜组G2在光轴方向上固定，同时，为了以满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，改变了第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的空气间隔。
此外，在可变焦距透镜系统1中，根据透镜位置状态的改变来移动第五透镜组，以补偿像面位置的变化，从而，以更满意的方式校正了伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。
应当注意，在可变焦距透镜系统1中，将具有负折射力的第四透镜组G4和具有正折射力的第五透镜组G5配置在第三透镜组G3的成像侧。通过配置两个负透镜组(第二透镜组G2和第四透镜组G4)，使透镜系统的总的折射力的配置更接近对称，从而，以满意的方式校正(尤其在广角端状态下易于出现的)负畸变和放大倍率色像差。
然而，在可变焦距透镜系统1中，由于第二透镜组G2在光轴方向上固定，所以变焦轨迹选择的自由度减少，这会引起两个问题。
第一个问题是不能校正在透镜位置状态改变时产生的各种像差的变化，以及第二个问题是不能实现足够的小型化。一般而言，可以将小型化分为透镜直径的减小和总的透镜长度的缩短，其中，总的透镜长度缩短为本发明的问题。
关于第一个问题，在可变焦距透镜系统1中，削弱了第二透镜组G2的变焦作用，从而以满意的方式校正各种像差的变化。然而，由于仅削弱第二透镜组G2的变焦作用导致透镜系统的总变焦比减小，所以在可变焦距透镜系统1中，增强第三透镜组G3的变焦作用，从而获得预定的变焦比。
更具体地，可以通过增加第三透镜组G3的移动量或者加强第三透镜组G3的折射力来获得预定的变焦比。然而，如果加强了折射力，则不可能以满意的方式校正在第三透镜组G3中产生的负球面像差。
因此，在可变焦距透镜系统1中，为了增强的变焦作用，增加了第三透镜组G3的移动量，从而在获得预定的变焦比的同时实现高光学性能。应当注意，增强变焦作用意味着增加了广角端状态与摄远端状态之间的横向倍率的改变量。
另一方面，关于第二个问题，在可变焦距透镜系统1中，为了更弱的发散作用，削弱了具有负折射力的第二透镜组G2的折射力。结果，可以缩短透镜系统的总长度。
应当注意，在可变焦距透镜系统1中，为了以更有效的方式实现小型化，削弱了具有负折射力的第二透镜组G2的折射力，并且加强了具有负折射力的第四透镜组G4的折射力，从而使得可以实现第一～第三透镜组G1～G3的焦距的进一步缩短。
然而，可变焦距透镜系统1具有的问题在于：如果过度地加强第四透镜组G4的折射力，则不可能将出射光瞳的位置设置在适当位置，或者如果过度地削弱第二透镜组G2的折射力，则在广角端状态下入射到第一透镜组G1上的轴外光束远离光轴，这不利于透镜直径的减小。
为了以上原因，作为可变焦距透镜系统1的第一特征，适当地设置在广角端状态下第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间隔，并且作为第二特征，适当地设置第二透镜组G2的焦距和第四透镜组G4的焦距。
因此，可变焦距透镜系统1不论透镜位置状态如何都可提供高的光学性能，并且不管其小尺寸和高变焦比都可实现增强的性能。
具体地，可变焦距透镜系统1从物体侧起依次具有，具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3、具有负折射力的第四透镜组G4、以及具有正折射力的第五透镜组G5，并且被这样配置：当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的空气间隔增大，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔减小，第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的空气间隔改变，第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的空气间隔增大，第一透镜组G1单调地向物体侧移动，第二透镜组G2在光轴方向上固定，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4向物体侧移动；并且满足以下条件表达式(1)和(2)：
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w是在广角端状态下第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔，ft是在摄远端状态下的可变焦距透镜系统整体的焦距，f2是第二透镜组G2的焦距，以及f4是第四透镜组的焦距G4。
条件表达式(1)限定了在广角端状态下第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔，并且将以上所述的第一特征表示为数值限制。
即，在摄远端状态下，第二透镜组G2与第三透镜组G3被定位为彼此邻近，并且当透镜位置状态改变时，第二透镜组G2在光轴方向上固定。因此，在广角端状态下第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的空气间隔变得基本上等于伴随透镜位置状态改变的第三透镜组G3的移动量。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统1中，高于条件表达式(1)的上限的值使穿过第一透镜组G1和第二透镜组G2的轴外光束远离光轴。具体地，在广角端状态下，在像面的边缘周围快速出现彗形像差，使得难以获得预定的光学性能。
低于条件表达式(1)的下限的值使穿过第二透镜组G2的轴外光束更接近光轴，使得难以同时校正轴上像差和轴外像差。结果，不可能以满意的方式校正伴随视角改变的轴外像差的变化。
在可变焦距透镜系统1中，等于或低于条件表达式(1)的上限的值可以获得足够的光学性能。在这点上，为了进一步使穿过第一透镜组G1的轴外光束更接近光轴以实现透镜直径的减小，期望将上限设置为“0.35”。
条件表达式(2)用于适当地设置第二透镜组G2的焦距和第四透镜组G4的焦距，并且将以上所述的第二特征表示为数值限制。
在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统1中，低于条件表达式(2)的下限的值使第二透镜组G2的折射力加强或者使第四透镜组G4的折射力变弱。在前一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统1中，如上所述，透镜系统的总长度变长并且，结果，不能实现足够的小型化。
另一方面，在后一种情况下，在根据本发明的实施方式的可变焦距透镜系统1中，不可能以满意的方式校正在广角端状态下产生的负畸变，使得难以获得满意的图像形成性能。
高于条件表达式(2)的上限的值使第二透镜组G2的折射力变弱或者使第四透镜组G4的折射力加强。在前一种情况下，在可变焦距透镜系统1中，第二透镜组G2的折射力变弱，导致为了获得预定的变焦比，必须增加第一透镜组G1和第三透镜组G3的移动量。
结果，在广角端状态下，移动量增加的第一透镜组G1和在光轴方向上固定的第二透镜组G2彼此发生干涉，或者，在摄远端状态下，在光轴方向上固定的第二透镜组G2和移动量增加的第三透镜组G3彼此发生干涉。如果发生干涉，则不可能再保持第二透镜组G2在光轴方向上固定，这有悖于本发明的主旨。
另一方面，在后一种情况下，在可变焦距透镜系统1中，不可能在摄远端状态下缩短透镜系统的总长度，使得难以实现足够的小型化。
在可变焦距透镜系统1中的第四透镜组G4具有将通过第一～第三透镜组G1～G3形成的物体的图像放大的作用。因此，在可变焦距透镜系统1中，随着第四透镜组G4的负折射力变得越强，第一～第三透镜组G1～G3的物体图像的放大倍率变得越高。
结果，在可变焦距透镜系统1中，甚至可以将伴随在制造过程中所引入的小的偏心率的图像劣化在第一～第三透镜组G1～G3中放大，其使得难以在大量生产时保持稳定的光学性能。
因此，在可变焦距透镜系统1中，为了在保持透镜系统的总长度很短的同时在大量生产时获得稳定的光学性能，期望将条件表达式(2)的上限设置为“0.3”。
此外，在可变焦距透镜系统1中，为了通过抑制伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化来获得更高的光学性能，期望满足以下条件表达式(3)：
(3)0.3＜|f2|/(fw·ft)1/2＜0.55
其中，f2是第二透镜组G2的焦距，fw是在广角端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距，以及ft是在摄远端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距。
条件表达式(3)限定了第二透镜组G2的折射力。在可变焦距透镜系统1中，低于条件表达式(3)的下限的值使第二透镜组G2的折射力在负侧上加强。因此，随着透镜位置状态改变，变得难以独立地校正在第二透镜组G2中产生的轴外像差的变化。
反之，在可变焦距透镜系统1中，为了获得预定的变焦比，高于条件表达式(3)的上限的值必须使第一透镜组G1和第二透镜组G2的移动量增加，使得难以实现充分缩短透镜系统的总长度。
此外，在可变焦距透镜系统1中，改变第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的间隔，从而抑制伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。在这点上，期望满足以下条件表达式(4)以确保小型化与性能增强之间的平衡：
(4)0.3＜Δ4/Δ3＜0.9
其中，Δ4是从广角端状态至摄远端状态第四透镜组G4的移动量，以及Δ3是从广角端状态至摄远端状态第三透镜组G3的移动量。
条件表达式(4)限定了第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的空气间隔的变化量。在可变焦距透镜系统1中，低于条件表达式(4)的下限的值使第四透镜组G4的变焦作用变弱，这有必要通过其他透镜组来加强变焦作用。结果，在可变焦距透镜系统1中，不利地是，伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化变大。
反之，在可变焦距透镜系统1中，高于条件表达式(4)的上限的值使第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的空气间隔在摄远端状态下变窄。因此，后焦距变得更长，导致透镜系统的总长度增大。
此外，在可变焦距透镜系统1中，为了抑制伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，同时，为了减小第二透镜组G2的厚度，期望的是，第二透镜组G2从物体侧起依次包括凹面面向成像侧的负透镜L21、具有双凹形状的负透镜L22以及凸面面向物体侧的正透镜L23这三个透镜，并且满足以下条件表达式(5)：
(5)1＜|f21|/fw＜1.7
其中，f21是负透镜L21的焦距。
条件表达式(5)限定了配置在第二透镜组G2内的负透镜L21的折射力。在可变焦距透镜系统1中，低于条件表达式(5)的下限的值使入射到第二透镜组G2的负透镜L21上的轴外光束更接近光轴，从而，允许透镜直径的减小。
然而，在这种情况下，在可变焦距透镜系统1中，在广角端状态下伴随视角改变的彗形像差的变化变得极大，使得难以实现足够的性能增强。
反之，在可变焦距透镜系统1中，高于条件表达式(5)的上限的值使在广角端状态下入射到第二透镜组G2的负透镜L21上的轴外光束远离光轴，即，使入射到第一透镜组G1上的轴外光束大大地远离光轴。因此，在可变焦距透镜系统1中，在第一透镜组G1中产生的彗形像差变得极大，使得难以实现足够的性能增强。
此外，在可变焦距透镜系统1中，为了减小各个透镜组中的透镜直径，并且为了以满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，期望的是，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近。
一般而言，在当透镜位置状态改变时的情况下，与孔径光阑S的距离改变的透镜组的数量越多，穿过各个透镜组的轴外光束的高度改变的可能性越大。通过利用该高度来校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化。这时，积极地改变轴外光束的高度可使得以更满意的方式执行该校正。
特别地，在可变焦距透镜系统1中，如果将孔径光阑S配置在第三透镜组G3附近，则可以以良好平衡的方式将多个可移动的透镜配置在孔径光阑S的前面和后面。因而，可以以更满意的方式校正彗形像差，从而使得性能增强。
在可变焦距透镜系统1中，第三透镜组G3位于透镜系统的中部的附近，从而保持穿过各透镜组的轴外光束不会在高度上变得太远。结果，可以减小透镜直径。
应当注意，在可变焦距透镜系统1中，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的物体侧，并且随着透镜位置状态改变，整体地移动孔径光阑S和第三透镜组G3，从而，实现透镜直径的进一步减小以及镜筒结构的简化。
在可变焦距透镜系统1中，通过将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的物体侧，特别地，可以使在广角端状态下穿过第一透镜组G1的轴外光束的高度更接近光轴，从而实现小型化。
同时，在可变焦距透镜系统1中，由于使在广角端状态下穿过第一透镜组G1的轴外光束更接近光轴，所以可以抑制在像面边缘的周围出现的彗形像差，从而实现性能增强。
顺便提及，当从位于无穷远处的物体向位于近距离处的物体进行对焦时(下文中，这将称作“渐进对焦”)，在可变焦距透镜系统1中，期望的是，在光轴方向上移动第五透镜组G5。
这是因为由于将第五透镜组G5配置在接近像面位置的位置处，并且轴上光束和轴外光束在这些光束彼此远离的状态下穿过第五透镜组G5，所以对于轴上光束和轴外光束可以独立地执行校正，这适于校正伴随物体的位置改变的轴外像差的变化。
此外，在可变焦距透镜系统1中，为了以良好平衡的方式实现透镜直径的减小以及透镜系统的总长度的缩短，期望满足以下条件表达式(6)：
(6)1.8＜f1/(fw·ft)1/2＜2.7
其中，f1是第一透镜组的焦距，fw是在广角端状态下可变焦距透镜系统整体的焦距，以及ft是在摄远端状态下的可变焦距透镜系统整体的焦距。
条件表达式(6)限定了第一透镜组G1。在可变焦距透镜系统1中，高于条件表达式(6)的上限的值使第一透镜组G1的会聚作用变弱，导致在摄远端状态下透镜系统的总长度增加。
反之，在可变焦距透镜系统1中，低于条件表达式(6)的下限的值使第一透镜组G1的会聚作用加强。因此，在广角端状态下轴外光束远离光轴，导致透镜直径增大。
顺便提及，随着第一透镜组G1的折射力越强，越难以以满意的方式独立地校正在摄远端状态下在第一透镜组G1中产生的高阶球面像差。在这种情况下，虽然可以将孔径光阑S形成为可变光阑从而随着透镜位置状态的改变来改变全孔径，但是当在低光水平下拍摄物体时，这会引起诸如噪声增加的问题。
为此，在可变焦距透镜系统1中，为了以更满意的方式独立地校正在第一透镜组G1中产生的高阶球面像差，并且使在摄远端状态下的全孔径F值明亮，期望将条件表达式(6)的下限设置为“2.0”。
此外，在可变焦距透镜系统1中，为了独立地校正在第一透镜组G1中产生的球面像差并且特别地，为了实现在摄远端状态下的满意的光学性能，期望第一透镜组G1包括凹面面向成像侧的负透镜和凸面面向物体侧的正透镜的粘合透镜。
还可以将该粘合透镜分离成负透镜和正透镜，在该情况下，还可以以满意的方式校正在第一透镜组G1中产生的色像差或者球面像差。
然而，如果在可变焦距透镜系统1中将粘合透镜分离成负透镜和正透镜，则在制造过程中所引入的小的偏心率也会导致光学性能的明显劣化。为此，粘合透镜是更期望的。
此外，在可变焦距透镜系统1中，在第一透镜组G1的上述配置的条件下，满足以下条件表达式(7)，从而即使当在广角端状态下视角变宽时，也可以获得足够的光学性能：
(7)0.01＜fw/R13＜0.12
其中，R13为第一透镜组G1位于最靠近成像侧的透镜表面的曲率半径。
条件表达式(7)限定了第一透镜组G1的形状。在可变焦距透镜系统1中，高于条件表达式(7)的上限的值使得难以以满意的方式校正在摄远端状态下由于第一透镜组G1而产生的负球面像差，因此使得难以实现足够的性能增强。
反之，在可变焦距透镜系统1中，低于条件表达式(7)的下限的值使入射到第一透镜组G1上的轴外光束远离光轴，导致从第一透镜组G1出射的轴外光束急剧折射的状态。
结果，在可变焦距透镜系统1中，不可能抑制由于在制造过程中所引入的第一透镜组G1和第二透镜组G2相对于彼此的偏心率所导致的光学性能的劣化，使得难以确保稳定的光学质量。
此外，在可变焦距透镜系统1中，使用非球面透镜以实现进一步增强的光学性能。特别地，在可变焦距透镜系统1中，通过在第二透镜组G2中使用非球面透镜，可以以满意的方式校正在广角端状态下产生的由于视角所导致的彗形像差的变化。
在可变焦距透镜系统1中，通过将非球面透镜引入第三～第五透镜组G3～G5可以进一步增强中心性能。此外，不用说，在可变焦距透镜系统1中，可以通过在单个光学系统中使用多个非球面来获得进一步增强的光学性能。
此外，在可变焦距透镜系统1中，可以通过移动构成透镜系统的透镜组之一或者构成单个透镜组的某些透镜而在基本垂直于光轴的方向上移动图像。
在可变焦距透镜系统1中，透镜系统与用于检测相机的倾斜的检测系统、用于基于来自检测系统的抖动信息计算移动量的计算系统、以及用于根据来自计算系统的移动量信息移动预定的透镜的驱动系统结合。
因此，在可变焦距透镜系统1中，可以通过透镜移动来消除或者减轻由在快门释放时出现的相机抖动所导致的图像模糊。具体地，在可变焦距透镜系统1中，可以减小当在基本垂直于光轴的方向上移动第三透镜组G3时发生的性能的改变。
此外，在可变焦距透镜系统1中，如果将孔径光阑S配置在第三透镜组G3附近，则轴外光束在光轴附近穿过，从而，使得可以抑制当在基本垂直于光轴的方向上移动第三透镜组G3时产生的轴外像差的变化。
不用说，在可变焦距透镜系统1中，当然可以将低通滤光片配置在透镜系统的成像侧以防止所谓的莫尔条纹的出现，或者根据光接收器件的光谱灵敏度特性配置红外截止滤光片。
[3-2.数码相机的配置]
如图10所示，装配有上述成像装置的数码相机100包括具有成像功能的相机组块15、以及对于通过由相机组块15所捕获的图像信号执行诸如模拟/数字转换的信号处理的相机信号处理部20。
此外，数码相机100具有：图像处理部30，执行诸如图像信号的记录和再生的处理；LCD(液晶显示装置)40，显示拍摄的图像等；以及读取/写入器50，将数据写入至存储卡51/从存储卡51读取数据。
此外，数码相机100具有：CPU(中央处理单元)60，控制整个相机；输入部70，用于用户进行输入操作；以及透镜驱动控制部80，控制相机组块15中的透镜的驱动。
相机组块15被配置为包括可变焦距透镜系统1(或者11、12、13、14)的光学系统、以及由诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器所形成的成像器件16的组合。
相机信号处理部20对来自成像器件16的输出信号执行诸如数字信号转换、噪声去除、图像质量校正、以及向亮度/色差信号转换的信号处理。
图像处理部30基于预定的图像数据格式执行图像信号的压缩/编码和解压缩/解码、诸如分辨率的数据规格转换等。
通过可移除的半导体存储器来构成存储卡51。读取/写入器50将通过图像处理部30所编码的图像数据写入存储卡51，或者读取记录在存储卡51上的图像数据。
CPU 60以集中的方式控制数码相机100中的各个电路组块，并且基于来自输入部70的指令输入信号等来控制各个电路组块。
输入部70例如包括：用于快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关等，并且将基于用户的操作的指令输入信号输出至CPU 60。
透镜驱动控制部80基于来自CPU 60的控制信号来控制驱动可变焦距透镜系统1(或11、12、13、14)中的透镜的电动机等(未示出)。
接下来，将简要地描述数码相机100的操作。在数码相机100中，当在拍摄待命状态时，在CPU 60的控制下，将由相机组块15所捕获的图像信号经由相机信号处理部20输出至LCD 40，并且将其显示为通过相机直接观看的图像(camera-through image)。
在数码相机100中，当从输入部70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU 60将控制信号输出至透镜驱动控制部80，并且基于透镜驱动控制部80的控制来移动可变焦距透镜系统1中的预定透镜。
然后，在数码相机100中，当响应于来自输入部70的指令输入信号，释放相机组块15的快门(未示出)时，将所捕获的图像信号从相机信号处理部20输出至图像处理部30。
在图像处理部30中，从相机信号处理部20所提供的图像信号进行预定的压缩和编码，然后将其转换成预定数据格式的数字数据，其可以经由读取/写入器50写入存储卡51。
应当注意，例如，当为了记录将快门按下一半或者全部按下时，通过透镜驱动控制部80基于来自CPU 60的控制信号控制可变焦距透镜系统1(或11、12、13、14)的驱动来执行对焦。
为了再生记录在存储卡51上的图像数据，CPU 60根据输入部70上的操作从存储卡51读取图像数据，并且在由图像处理部30执行解压缩/解码之后，将所得的图像输出至LCD 40。
在LCD 40中，基于在图像处理部30中已经进行解压缩/解码的图像数据来显示再生图像。
虽然以上描述指出了将根据本发明的实施方式的成像装置应用于数码相机的情况，但是还可以将根据本发明的实施方式的成像装置应用于(例如)诸如数码摄像机的其他类型的成像装置。
<4.其他实施方式>
上述实施方式，以及在第一～第四数字实例中所表示的单独部分的指定的形状和结构及数值仅为执行本发明的实施方式的示例性实例，并且不应解释为限制本发明的技术范围。
实施方式的以上描述指出了这样的情况：为了减小各个透镜组的透镜直径并且以满意的方式校正伴随透镜位置状态改变的轴外像差的变化，将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近并且配置在关于第三透镜组G3的物体侧。
然而，本发明不限于此。可以将孔径光阑S配置在第三透镜组G3的附近并且配置在关于第三透镜组G3的成像侧。
此外，虽然上述实施方式指出将成像装置装配在(例如)数码相机100中的情况，但是其中装配有成像装置的设备不仅限于此，而可以将成像装置应用于诸如数码摄像机、移动电话、装配有相机的个人计算机、以及内嵌相机的PDA的宽范围的其他各种类型的电子设备。
本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、子组合和替换，均应包含在本发明所附的权利要求或等同物的范围之内。

Claims (10)

1.一种可变焦距透镜系统，从物体侧起依次包括：
第一透镜组，具有正折射力；
第二透镜组，具有负折射力；
第三透镜组，具有正折射力；
第四透镜组，具有负折射力；以及
第五透镜组，具有正折射力，
其中，当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔增大，所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔减小，所述第三透镜组与所述第四透镜组之间的空气间隔改变，所述第四透镜组与所述第五透镜组之间的空气间隔增大，所述第一透镜组单调地向物体侧移动，所述第二透镜组在光轴方向上固定，并且所述第三透镜组和所述第四透镜组向物体侧移动，以及满足以下条件表达式(1)和(2)
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w为在广角端状态下所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔，ft为在摄远端状态下所述可变焦距透镜系统整体的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距，以及f4为所述第四透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，至少满足以下条件表达式(3)和(4)之一
(3)0.3＜|f2|/(fw·ft)1/2＜0.55
(4)0.3＜Δ4/Δ3＜0.9
其中，f2为所述第二透镜组的焦距，fw为在所述广角端状态下所述可变焦距透镜系统整体的焦距，Δ4为从广角端状态至摄远端状态所述第四透镜组的移动量，以及Δ3为从广角端状态至摄远端状态所述第三透镜组的移动量。
3.根据权利要求1或2所述的可变焦距透镜系统，其中，
所述第二透镜组包括3个透镜，从物体侧起依次为，其凹面面向成像侧的负透镜(L21)、具有双凹形状的负透镜(L22)、以及其凸面面向物体侧的正透镜(L23)；以及
满足以下条件表达式(5)
(5)1＜|f21|/fw＜1.7
其中，f21为所述负透镜(L21)的焦距。
4.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，孔径光阑配置在所述第三透镜组的附近。
5.根据权利要求4所述的可变焦距透镜系统，其中，所述孔径光阑配置在所述第三透镜组的物体侧，并且随着透镜位置状态改变，所述孔径光阑与所述第三透镜组一起整体地移动。
6.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，所述第五透镜组移动以补偿随着物体位置改变而发生的像面位置的变化。
7.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，其中，满足以下条件表达式(6)
(6)1.8＜f1/(fw·ft)1/2＜2.7
其中，f1为所述第一透镜组的焦距。
8.根据权利要求7所述的可变焦距透镜系统，其中，所述第一透镜组包括粘合透镜，所述粘合透镜从物体侧起依次具有凹面面向成像侧的具有弯月形的负透镜以及凸面面向物体侧的正透镜。
9.根据权利要求8所述的可变焦距透镜系统，其中，满足条件表达式(7)
(7)0.01＜fw/R13＜0.12
其中，R13为所述第一透镜组位于最靠近成像侧的透镜表面的曲率半径。
10.一种成像装置，包括：
可变焦距透镜系统；以及
成像器件，将由所述可变焦距透镜系统形成的光学图像转换成电信号，
其中，所述可变焦距透镜系统从物体侧起依次包括：
第一透镜组，具有正折射力；
第二透镜组，具有负折射力；
第三透镜组，具有正折射力；
第四透镜组，具有负折射力；以及
第五透镜组，具有正折射力，
当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔增大，所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔减小，所述第三透镜组与所述第四透镜组之间的空气间隔改变，所述第四透镜组与所述第五透镜组之间的空气间隔增大，所述第一透镜组单调地向物体侧移动，所述第二透镜组在光轴上固定，并且所述第三透镜组和所述第四透镜组向物体侧移动，以及
满足以下条件表达式(1)和(2)
(1)0.2＜D23w/ft＜0.4
(2)0.1＜f2/f4＜0.4
其中，D23w为在所述广角端状态下所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔，ft为在所述摄远端状态下所述可变焦距透镜系统整体的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距，以及f4为所述第四透镜组的焦距。
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