CN102033306A - 可变焦距镜头系统和图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

在此公开了包括第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组的可变焦距镜头系统。从物体侧依次排列第一到第五镜头组。可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)到(3)：(1)0.95＜f13T/ft＜1.4(2)0.08＜f2/f4＜0.3(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22其中，f13T是在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，f2是第二镜头组的焦距，f4是第四镜头组的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。

Description

可变焦距镜头系统和图像拾取设备
技术领域
本发明涉及可变焦距镜头系统和图像拾取设备，且更具体地涉及摄像机、数字静态相机等中使用的可变焦距镜头系统和图像拾取设备的领域，其在广角端状态下的视角超过74度且其可变放大倍率比(variable power ratio)超过30倍。
背景技术
过去，已知使用光电转换元件(如CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)等)将图像拾取元件表面上形成的被摄体图像的光量转换为图像拾取元件的电输出、且记录电输出的方法作为在相机中的记录手段。
随着微加工的近来的进展，中央处理单元(CPU)在速度上已经增加，且存储介质在集成度上已经增加，使得在此以前不能被处理的高容量图像数据可以以更高的速度被处理。另外，光接收元件已经在集成度上增加且在尺寸上减少。增加的集成度已经允许高空间频率的记录，且减少的尺寸使得能够小型化作为整体的相机。
但是，上述增加的集成度和减少的尺寸降低了每个单独的光电转换元件(光接收元件)的光接收面积，且随着电输出降低，噪声的影响增加。因此，为了减少这种噪声影响，可以通过光系统的更高孔径比来增加到达光接收元件的光量。另外，称为显微镜头阵列的精密镜头元件(minute lens element)可以被安置在紧挨着光接收元件的前面。
显微镜头阵列将在彼此相邻元件之间流通的光通量引导到光接收元件上，但限制镜头系统的出瞳位置(从图像表面到出口瞳位置的距离)。这是因为当镜头系统的出瞳位置接近光接收元件时，在到达光接收元件的主光线和光轴之间形成的角度增加，因此去往屏幕的外围部分的离轴(off-axis)光通量与光轴形成很大角度，结果，必要的光量未到达光接收元件，因此引起光量的缺少。
近来随着数码相机的推广，用户需求已经多样化。特别是存在对在尺寸上减少且包括具有高可变放大倍率比的变焦镜头(可变焦距镜头系统)的相机的期望。
传统地已经使用正组、负组、正组和负组的四组配置作为表示具有高可变放大倍率比的可变焦距镜头系统的配置的类型。
通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力(refractive power)的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组和具有正折射力的第四镜头组，来形成正组、负组、正组和正组的四组配置的可变焦距镜头系统。
已知例如在日本专利特开No.2006-189598(此后称为专利文档1)中描述的可变焦距镜头系统，作为如上所述的正组、负组、正组和正组的四组配置的可变焦距镜头系统。
通常已知随着可移动镜头组的数量增加，在从广角端状态变焦到远摄端状态时每个镜头组的轨迹(locus)的选择的自由度增加，且因此能够实现更高的可变放大倍率比，并也实现了更高的性能。
例如，已知在日本专利特开No.2007-79194和日本专利特开No.2007-292994(分别称为专利文档2和专利文档3)中描述的可变焦距镜头系统作为实现这种更高的可变放大倍率比和这种更高性能的可变焦距镜头系统。
在专利文档2和专利文档3中描述的可变焦距镜头系统具有其中在正组、负组、正组和正组的四组配置的可变焦距镜头系统的图像侧安置在光轴的方向上固定的第五镜头组的配置。
另外，已知例如在日本专利特开No.2007-264174(此后称为专利文档4)中描述的正组、负组、正组、负组和正组的五组配置的可变焦距镜头系统，作为另一五组配置的可变焦距镜头系统。通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组和具有正折射力的第五镜头组来形成正组、负组、正组、负组和正组的五组配置的可变焦距镜头系统。
在专利文档4中描述的可变焦距镜头中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，第一镜头组和第三镜头组移动到物体侧，第二镜头组在一旦移动到图像侧之后移动到物体侧，第四镜头组被固定在光轴的方向上，且第五镜头组在光轴的方向上移动。
发明内容
但是，当在正组、负组、正组和正组的四组配置的可变焦距长度系统中要确保超过20倍的可变放大倍率比时，难以实现足够的小型化。
具体地，通过加强每个镜头组的折射力，可以提高可变焦距镜头系统的可变放大倍率比，而不增加总光长度。但是，当加强了每个镜头组的折射力时，可能不能校正各种像差的变化，该变化在总长度变化时发生。因此，当要通过加强每个镜头组的折射力来确保高可变放大倍率比时，可能不能获得预定光学性能。结果，为了确保高可变放大倍率比以及获得预定光学性能，难以避免尺寸增加。
当通过使得可变焦距镜头系统具有五组配置来增加可移动镜头组的数量时，另一方面，增加在变焦时每个镜头组的地方的选择的自由度。因此，可以极好地校正在改变焦距时其变化的各种像差的变化，且可以实现更高的可变倍率和更小的尺寸。
但是，在专利文档2和专利文档3中描述的可变焦距镜头系统具有第五镜头组作为在正组、负组、正组和正组的四组配置的图像侧安置的固定组，且不是其中向四组配置添加可移动镜头组的配置。因此，难以实现更高的可变倍率和更小的尺寸两者。
另外，在专利文档4中描述的可变焦距镜头系统的情况下，没有充分地缩短在远摄端状态下的总镜头长度。当要提高可变放大倍率比时，难以实现足够的小型化。
因此期望克服上述问题，并且保证小型化以及实现更高的可变倍率。
根据本发明的实施例，提供一种可变焦距镜头系统，包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列所述第一镜头组、所述第二镜头组、所述第三镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的空气间隔增加，在所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的空气间隔减少，在所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的空气间隔增加，且在所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的空气间隔变化，所述第二镜头组移动到图像侧，所述第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，并且孔径光阑(aperture stop)被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)到(3)：
(1)0.95＜f13T/ft＜1.4
(2)0.08＜f2/f4＜0.3
(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22
在f13T是在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距的情况下，f2是第二镜头组的焦距，f4是第四镜头组的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
该条件表达式(1)定义了在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距f13T，且由于第一到第三镜头组的加强的组合折射力而要最小化作为整体的镜头系统。
该可变焦距镜头系统特征为，条件表达式(1)的最大值小于现有技术中的值，以便缩短总镜头长度同时增加变焦比(zoom ratio)。
当f13T/ft超过条件表达式(1)的上限值时，在远摄端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度被加长，因此可变焦距镜头系统尺寸增加，这与本发明的精神相反。
当f13T/ft小于条件表达式(1)的下限值时，在远摄端状态下的可变焦距镜头中的第四镜头组的放大率(magnification)增加，且难以极好地校正轴向像差中的变化，该变化由镜头位置状态中的变化带来。
条件表达式(2)定义了在第二镜头组和第四镜头组之间的折射力比(refractive power ratio)，且用于极好地校正由于使得孔径光阑前面和后面的折射力布置接近对称型而趋于在广角端状态中发生的负畸变像差。
当f2/f4超过条件表达式(2)的上限值时，可变焦距镜头系统加强第四镜头组的负折射力，且同时减弱第二镜头组的负折射力，在广角端状态下入射到第一镜头组上的离轴光通量偏离光轴，且第一镜头组的镜头直径增加。
结果，在可变焦距镜头系统中，难以极好地校正在广角端状态下在屏幕的外围部分中发生的离轴像差，且可变焦距镜头系统不能充分地小型化。
当f2/f4小于条件表达式(2)的下限值时，可变焦距镜头系统加强第二镜头组的负折射力，且同时减弱第四镜头组的负折射力，且在广角端状态下通过第二镜头组的离轴光通量接近光轴。
结果，在可变焦距镜头系统中，在广角端状态下通过第二镜头组的离轴光通量的高度和在远摄端状态下通过第二镜头组的离轴光通量的高度之间的通道(passage)范围中不存在差异。因此，难以以很平衡的方式校正离轴像差中的变化和轴向像差中的变化，该变化随着镜头位置状态改变而发生。
条件表达式(3)定义在第三镜头组的行进量Δ3和远摄端状态下的焦距ft之间的比率，该第三镜头组的行进量Δ3由镜头位置状态中的改变带来，且要通过增加组合来实现高可变放大倍率比，使得彼此相邻的镜头组具有相反的折射力。
当Δ3/ft超过条件表达式(3)的上限值时，在可变焦距镜头系统中的第三镜头组的行进量增加，在第三镜头组和图像表面之间的距离大大地改变，且出瞳位置的变化增加，该变化由镜头位置状态带来。
结果，在可变焦距镜头系统中，远摄端状态下通过第五镜头组的离轴光通量极大地与光轴分离，且难以极好地校正在屏幕的外围部分中发生的慧形像差。
另一方面，当Δ3/ft小于条件表达式(3)的下限值时，第三镜头组维持在类似的位置上，而不管可变焦距镜头系统的镜头位置状态，且第二镜头组的横向放大率在广角端状态和远摄端状态下极大地改变。
因此，可变焦距镜头系统不能极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来，且难以充分地改进可变焦距镜头系统的性能。
另外，根据本发明的实施例，提供一种图像拾取设备，包括：可变焦距镜头系统；以及图像拾取元件，用于将可变焦距镜头系统形成的光图像转换为电信号；其中，所述可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列所述第一镜头组、所述第二镜头组、所述第三镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的空气间隔增加，在所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的空气间隔减少，在所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的空气间隔增加，且在所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的空气间隔变化，所述第二镜头组移动到图像侧，所述第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，并且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)到(3)：
(1)0.95＜f13T/ft＜1.4
(2)0.08＜f2/f4＜0.3
(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22
其中，f13T是在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，f2是第二镜头组的焦距，f4是第四镜头组的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
在图像拾取设备的可变焦距镜头系统中，该条件表达式(1)定义了在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距f13T，且由于第一到第三镜头组的加强的组合折射力而要最小化作为整体的镜头系统。
在该可变焦距镜头系统中，条件表达式(1)的最大值小于现有技术中的值，以便缩短总镜头长度同时增加变焦比。
当f13T/ft超过条件表达式(1)的上限值时，在远摄端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度被加长，且因此可变焦距镜头系统尺寸增加，这与本发明的精神相反。
当f13T/ft小于条件表达式(1)的下限值时，在远摄端状态下的可变焦距镜头中的第四镜头组的放大率增加，且难以极好地校正在轴向像差中的变化，该变化由该镜头位置状态中的变化带来。
条件表达式(2)定义了在第二镜头组和第四镜头组之间的折射力比率，且极好地校正了由于使得孔径光阑前面和后面的折射力布置接近对称类型而趋于在广角端状态中发生的负畸变像差。
当f2/f4超过条件表达式(2)的上限值时，可变焦距镜头系统加强了第四镜头组的负折射力，且同时减弱第二镜头组的负折射力，在广角端状态下的第一镜头组上入射的离轴光通量偏离光轴，且第一镜头组的镜头直径增加。
结果，在可变焦距镜头系统中，难以极好地校正在广角端状态下的屏幕的外围部分中发生的离轴像差，且可变焦距镜头系统不能充分地小型化。
当f2/f4小于条件表达式(2)的下限值时，可变焦距镜头系统加强第二镜头组的负折射力，且同时减弱第四镜头组的负折射力，且在广角端状态下通过第二镜头组的离轴光通量接近光轴。
结果，在可变焦距镜头系统中，在广角端状态下通过第二镜头组的离轴光通量的高度和远摄端状态下通过第二镜头组的离轴光通量的高度之间的通道范围中不存在差异。因此难以以很平衡的方式校正离轴像差的变化和光轴像差的变化，该变化随着镜头位置状态改变而发生。
条件表达式(3)定义在第三镜头组的行进量Δ3和远摄端状态下的焦距ft之间的比率，该第三镜头组的行进量Δ3由镜头位置状态中的改变带来，且要通过增加组合使得彼此相邻的镜头组具有相反的折射力来实现高可变放大倍率比。
当Δ3/ft超过条件表达式(3)的上限值时，在可变焦距镜头系统中的第三镜头组的行进量增加，在第三镜头组和图像表面之间的距离大大地改变，且出瞳位置的变化增加，该变化由镜头位置状态带来。
结果，在可变焦距镜头系统中，通过远摄端状态下的第五镜头组的离轴光通量极大地与光轴分离，且难以极好地校正在屏幕的外围部分中发生的慧形像差。
另一方面，当Δ3/ft小于条件表达式(3)的下限值时，第三镜头组维持在类似的位置上，而不管可变焦距镜头系统的镜头位置状态，且第二镜头组的横向放大率在广角端状态和远摄端状态下极大地改变。
结果，可变焦距镜头系统不能极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来，且难以充分地改进可变焦距镜头系统的性能。
另一种可变焦距镜头系统，通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组和具有正折射力的第五镜头组形成，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变到远摄端状态时，所述第一镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组在光轴的方向上移动，所述第二镜头组移动到图像侧，且所述第三镜头组移动到物体侧，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的间隔增加，所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的间隔减少，所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的间隔增加，且所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的间隔改变，相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，孔径光阑与第三镜头组整体地移动，并且所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(9)到(10)：
(9)0.4＜f1/ft＜0.6
(10)0.15＜Δ1/ft＜0.45
其中，f1是第一镜头组的焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ1是第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
因此，在另一可变焦距镜头系统中，保证第一镜头组的充分折射力，且第一镜头组的行进量减少。
上述另一可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(11)：
(11)0.8＜Lt/ft＜1.1
其中，Lt是在远摄端状态下的总长度。
当其他可变焦距镜头系统满足条件表达式(11)时，保证从广角端到远摄端的每个组的充分行进距离，且抑制了像差的发生。
上述另一可变焦距镜头系统期望满足以下条件表达式(12)：
(12)-2.5＜f4/(fw·ft)1/2＜-1.3
其中，f4是第四镜头组的焦距，且fw是在广角端状态下作为整体的镜头系统的焦距。
当其他可变焦距镜头系统满足条件表达式(12)时，保证第四镜头组的充分折射力，且可以极好地校正离轴像差。
在上述另一可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的负镜头和位于图像侧的正镜头而形成的粘合镜头和位于所述粘合镜头的图像侧的正镜头来形成所述第一镜头组。
如上所述形成的第一镜头组抑制球面像差和彩色像差的发生。
在上述另一可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的双凹形的负镜头和位于图像侧的双凸形的正镜头而形成的粘合镜头和位于粘合镜头的物体侧且具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头，来形成所述第二镜头组。
如上所述形成的第二镜头组抑制离轴像差的发生。
在上述另一可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的双凸形的正镜头和位于图像侧的双凹形的负镜头而形成的粘合镜头和位于所述粘合镜头的图像侧的正镜头来形成所述第三镜头组。
如上所述形成的第三镜头组抑制球面像差的变化。
在上述另一可变焦距镜头系统中，期望通过双凹形的负镜头来形成第四镜头组。
如上所述形成的第四镜头组抑制球面像差的变化。
在上述另一可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的双凸形的正镜头和位于图像侧并具有面对物体侧的双凹面的弯月形的负镜头来形成所述第五镜头组。
如上所述形成的第五镜头组抑制根据拍摄距离发生的像差变化。
另一种图像拾取设备，包括：可变焦距镜头系统；以及图像拾取元件，用于将可变焦距镜头系统形成的光图像转换为电信号；其中，所述可变焦距镜头系统通过从物体侧向图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组而形成，其中，第一镜头组、第四镜头组和第五镜头组在光轴的方向上移动，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，使得当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，在第一镜头组和第二镜头组之间的间隔增加，在第二镜头组和第三镜头组之间的间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的间隔增加，且在第四镜头组和第五镜头组之间的间隔变化，且孔径光阑与第三镜头组整体地移动，且该另一可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(9)到(10)：
(9)0.4＜f1/ft＜0.6
(10)0.15＜Δ1/ft＜0.45
其中，f1是第一镜头组的焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ1是第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
因此，在另一图像拾取设备中，确保第一镜头组的充分折射力，且第一镜头组的行进量减少。
根据本发明的实施例和本发明的另一实施例的可变焦距镜头系统可以实现比现有技术更高的可变放大倍率比和更小尺寸两者。
另外，根据本发明的上述实施例的图像拾取设备可以通过实现比现有技术更高的可变放大倍率比和更小的尺寸的可变焦距镜头系统来实现更高的性能。
附图说明
图1是示出在根据本发明的可变焦距镜头系统的每个实施例中的折射力分布的图；
图2是示出在根据本发明的可变焦距镜头系统的第一实施例的镜头配置的图；
图3，结合图4到7，是其中具体数值应用于第一实施例的数字例子的像差的图，该图示出在广角端状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差；
图4是示出在第一中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图5是示出在第二中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图6是示出在第三中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图7是示出在远摄端状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图8是示出在根据本发明的可变焦距镜头系统的第二实施例的镜头配置的图；
图9，结合图10到13，是其中具体数值应用于第二实施例的数字例子的像差的图，该图示出在广角端状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差；
图10是示出在第一中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图11是示出在第二中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图12是示出在第三中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图13是示出在远摄端状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图14是示出在根据本发明的可变焦距镜头系统的第三实施例的镜头配置的图；
图15，结合图16到19，是其中具体数值应用于第三实施例的数字例子的像差的图，该图示出在广角端状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差；
图16是示出在第一中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图17是示出在第二中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图18是示出在第三中间焦距状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图19是示出在远摄端状态下的球面像差、散光、畸变像差、和横向像差的图；
图20是示出在根据本发明的另一可变焦距镜头系统的每个实施例中的折射力分布的图；
图21是示出在根据本发明的可变焦距镜头系统的第四实施例的镜头配置的图；
图22，结合图23到27，是其中具体数值应用于第四实施例的数字例子的像差的图，该图示出在广角端状态下的球面像差、散光、和畸变像差；
图23是示出在远摄端状态下的横向像差的图；
图24是示出在中间焦距状态下的球面像差、散光、和畸变像差的图；
图25是示出在中间焦距状态下的横向像差的图；
图26是示出在远摄端状态下的球面像差、散光、和畸变像差的图；
图27是示出在远摄端状态下的横向像差的图；
图28是示出在根据本发明的可变焦距镜头系统的第五实施例的镜头配置的图；
图29，结合图30到34，是其中具体数值应用于第五实施例的数字例子的像差的图，该图示出在广角端状态下的球面像差、散光、和畸变像差；
图30是示出在远摄端状态下的横向像差的图；
图31是示出在中间焦距状态下的球面像差、散光、和畸变像差的图；
图32是示出在中间焦距状态下的横向像差的图；
图33是示出在远摄端状态下的球面像差、散光、和畸变像差的图；
图34是示出在远摄端状态下的横向像差的图；以及
图35是示出图像拾取设备的实施例的方框图。
具体实施方式
在本发明中，其焦点随着焦距的改变而改变的镜头系统将被称为可变焦距镜头系统(variable focal length lens system)。另一方面，变焦镜头(zoom lens)是其焦点即使当焦距改变时也不改变的镜头系统，且因此被定位作为可变焦距镜头系统之一。
[根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统和根据本发明的实施例的图像拾取设备]
以下将描述用于进行根据本发明的可变焦距镜头系统和根据本发明的图像拾取设备的最佳模式(实施例)。
[可变焦距镜头系统的配置]
根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统包括从物体侧依次包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组和具有正折射力的第五镜头组。
具体地，在可变焦距镜头系统中，当镜头位置状态从广角端状态改变到远摄端状态时，在第一镜头组和第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组和第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组和第五镜头组之间的空气间隔改变，且在一旦移动到图像侧之后，第一镜头组移动到物体侧，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体侧，第四镜头组可在光轴的方向上移动，且第五镜头组移动以便补偿图像表面位置的变化，图像表面位置的变化由每个镜头组的移动带来。
顺带提及，在可变焦距镜头系统中，孔径光阑置于第三镜头组的附近，例如在第三镜头组的物体侧，且在不依赖于第三镜头组的状态下移动。
通过将具有负折射力的第四镜头组置于可变焦距镜头系统中来实现在以下的三个效果[A]、[B]和[C]。
[A]通过加强在正方向上的第一到第三镜头组的组合折射力小型化作为整体的镜头系统。
[B]通过使得作为整体的镜头系统的折射力安排接近于对称类型极好地校正畸变像差。
[C]通过增加镜头组的力(power)变化效果防止光学性能的劣化，该劣化由放大率的增加带来。
另一方面，在具有正、负、正和正力的四组类型变焦镜头中，第一到第三镜头组的组合折射力弱，且难以缩短总焦距。
这是因为具有正、负、正和正力的四组类型变焦镜头通过将具有正、负和正力的三组类型镜头的第三镜头组划分为两个正镜头组来形成，且该四组类型变焦镜头具有通过改变两个正镜头组之间的间隔来抑制离轴像差的变化的期望，该变化由镜头位置的变化带来。
在该状态下，通过形成具有正、负、正和正力的四组类型变焦镜头以便在第三镜头组和第四镜头组之间的光线基本上是平行光，当两个镜头组(即第三镜头组和第四镜头组)之间的间隔改变时，球面像差不改变，但仅离轴像差改变。
实际上，在可变焦距镜头系统中，通过在第一到第三镜头组和第五镜头组之间安置具有负折射力的第四镜头组，可以加强第一到第三镜头组的组合折射力。结果，在第一到第三镜头组之间的相互间隔缩短，且因此总镜头长度可以缩短。可变焦距镜头系统可以因此提供上述效果[A]。
另外，可变焦距镜头系统包括分别是正、负、正、负和正的第一到第五镜头组，且具有置于第三镜头组附近的孔径光阑，由此可以在孔径光阑的物体侧和图像侧排列至少一个正镜头和一个负镜头。
结果，在可变聚焦镜头系统中，在孔径光阑前面和后面的折射力布置接近于对称类型，且可以极好地校正在广角端状态下趋于发生的负畸变像差。从而可变焦距镜头系统可以提供上述效果[B]。
将描述在可变焦距镜头系统中的每个镜头组的功能。通常，让
Figure BSA00000292837500131
和
Figure BSA00000292837500132
为两个镜头组GA和GB的折射力，且让d为镜头组GA和GB之间的间隔，组合折射力被表达式为
Figure BSA00000292837500134
当镜头组GA和GB的折射力具有不同的符号时，两个镜头组GA和GB的折射力彼此抵消，以便组合折射力
Figure BSA00000292837500135
的
Figure BSA00000292837500136
具有低值，且维持。这意味着，
Figure BSA00000292837500138
极大地影响了组合折射力
Figure BSA00000292837500139
且当间隔d改变时，组合折射力
Figure BSA000002928375001310
容易改变。
另一方面，当镜头组GA和GB的折射力具有相同的符号时，两个镜头组GA和GB的折射力彼此加强，以便组合折射力
Figure BSA000002928375001311
的
Figure BSA000002928375001312
具有高值。这意味着，
Figure BSA000002928375001313
极大地影响了组合折射力
Figure BSA000002928375001314
且当间隔d改变时，组合折射力
Figure BSA000002928375001315
改变小的程度。
也就是说，可以通过增加组合以便彼此相邻的镜头组具有相反的折射力来实现高可变放大倍率比。因此，通过从物体侧依次排列分别是正、负、正、负和正的第一到第五镜头组，可变焦距镜头系统可以由此提供上述效果[C]。
接下来将描述可变焦距镜头系统的像差校正功能。在广角端状态下，通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量由于广角视角而远离光轴。因此，在可变聚焦镜头系统中，通过彼此靠近地排列第一镜头组和第二镜头组来防止通过第一镜头组的离轴光通量扩散得太多。
当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，可变焦距镜头系统缩窄了视角，且缩短了在第二镜头组和孔径光阑之间的距离，以便通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量接近光轴。
因此，可变焦距镜头系统可以使用通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量的高度的这种变化极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来。
在可变焦距镜头系统中，在孔径光阑的图像侧排列第四镜头组和第五镜头组，以便当镜头位置状态改变时，在孔径光阑、第四镜头组和第五镜头组之间的距离改变。
结果，在可变聚焦镜头系统中，通过第四镜头组和第五镜头组的离轴光通量的高度改变，且因此可以极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来。
接下来将具体描述使用条件表达式的可变聚焦镜头系统的特征。实际上，可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，以便在第一镜头组合第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组合第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组合第五镜头组之间的空气间隔变化，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体则，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)：
(1)0.95＜f13T/ft＜1.4
其中，f13T是在远摄端状态下的第一到第三镜头组的组合焦距，且ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距。
该条件表达式(1)定义了在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距f13T，且由于第一到第三镜头组的加强的组合折射力要提供上述效果[A]。
该可变焦距镜头系统特征为，条件表达式(1)的最大值小于现有技术中的值，以便缩短总镜头长度同时增加变焦比。
当f13T/ft超过条件表达式(1)的上限值时，在远摄端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度被加长，且因此可变焦距镜头系统尺寸增加，这与本发明的精神相反。
当f13T/ft小于条件表达式(1)的下限值时，在远摄端状态下的可变聚焦镜头中的第四镜头组的放大率增加，且难以极好地校正在轴向像差中的变化，该变化由该镜头位置状态中的变化带来。
另外，可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，以便在第一镜头组合第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组合第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组合第五镜头组之间的空气间隔变化，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体则，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(2)：
(2)0.08＜f2/f4＜0.3
其中，f2是第二镜头组的焦距，且f4是第四镜头组的焦距。
条件表达式(2)定义了在第二镜头组和第四镜头组之间的折射力比，且由于使得孔径光阑前面和后面的折射力布置接近对称类型而提供上述效果[B]。
当f2/f4超过条件表达式(2)的上限值时，可变焦距镜头系统加强了第四镜头组的负折射力，且同时减弱第二镜头组的负折射力，在广角端状态下入射在第一镜头组上的离轴光通量偏离光轴，且第一镜头组的镜头直径增加。
结果，在可变焦距镜头系统中，难以极好地校正在广角端状态下的屏幕的外围部分中发生的离轴像差，且可变焦距镜头系统不可能充分地小型化。
当f2/f4小于条件表达式(2)的下限值时，可变焦距镜头系统加强第二镜头组的负折射力，且同时减弱第四镜头组的负折射力，且在广角端状态下通过第二镜头组的离轴光通量接近光轴。
结果，在可变焦距镜头系统中，在广角端状态下通过第二镜头组的离轴光通量的高度和远摄端状态下通过第二镜头组的离轴光通量的高度之间的通道范围中不存在差异。因此难以以很平衡的方式校正离轴像差中的变化和光轴像差中的变化，该变化随着镜头位置状态改变而发生。
另外，可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，以便在第一镜头组合第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组合第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组合第五镜头组之间的空气间隔变化，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体则，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(3)：
(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22
其中，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
条件表达式(3)定义第三镜头组的行进量Δ3和远摄端状态下的焦距ft之间的比率，第三镜头组的行进量Δ3由镜头位置状态的变化带来，且要提供上述效果[C]。
让Z为变焦比(ft/fw)，条件表达式(3)的分母ft可以被写为ft＝fw·Z。然后，通过用fw·Z替换分母ft并归一化fw，条件表达式(3)还可以被说为定义Δ3/Z。
当Δ3/ft超过条件表达式(3)的上限值时，在可变焦距镜头系统中的第三镜头组的行进量增加，在第三镜头组和图像表面之间的距离大大地改变，且出瞳位置的变化增加，该变化由镜头位置状态带来。
结果，在可变焦距镜头系统中，远摄端状态下通过第五镜头组的离轴光通量大大地与光轴分离，且难以极好地校正在屏幕的外围部分中发生的慧形像差。
另一方面，当Δ3/ft小于条件表达式(3)的下限值时，第三镜头组维持在类似的位置上，而不管可变焦距镜头系统的镜头位置状态，且第二镜头组的横向放大率在广角端状态和远摄端状态下极大地改变。
结果，可变焦距镜头系统不能极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来，且难以充分地改进可变焦距镜头系统的性能。
通过适当地设置广角端状态和远摄端状态下的第二镜头组的横向放大率，可在性能上改进并小型化可变焦距镜头系统，且期望满足以下条件表达式(4)，具体地：
(4)0.35＜β2w·β2t＜0.6
其中，β2w是在广角端状态下的第二镜头组的横向放大率，且β2t是在远摄端状态下的第二镜头组的横向放大率。
条件表达式(4)定义第二镜头组的横向放大率。可变焦距镜头系统可以在镜头直径上减少，同时通过满足条件表达式(4)来实现预定的光学性能。
当β2w·β2t小于条件表达式(4)的下限值时，在广角端状态下可变焦距镜头系统中的第五镜头组位于很靠近图像侧的位置，接近图像表面，且在远摄端状态下与图像表面分离，具体地，在广角端状态下去往屏幕的外围部分的光通量由第五镜头组很强地折射。
结果，可变焦距镜头系统使得在屏幕的外围部分中的像差的高程度，且因此不能提供预定光学性能。
另一方面，当β2w·β2t超过条件表达式(4)的上限值时，在远摄端状态下可变焦距镜头系统中的第五镜头组位于很靠近图像侧的位置，与图像表面分离，且在远摄端状态下接近图像表面，且出瞳位置的变化极大地增加，该变化由镜头位置状态带来。
结果，在可变焦距镜头系统中，具体地，在远摄端状态下去往屏幕的外围部分的光通量由芯片上镜头(on-chip lens)共享。因此，周围光量必须进一步增加，且难以实现镜头镜头的减少。
当被摄体位置改变时，可变焦距镜头系统期望在光轴的方向上移动第五镜头组，且期望满足以下条件表达式(5)：
(5)0.45＜β5t＜0.7
其中，β5t是在远摄端状态下的第五镜头组的横向放大率。
在可变焦距镜头系统中，用于聚焦调整的第五镜头组位于镜头系统的图像侧的最前面。因此，轴向光通量和离轴光通量以分开状态通过第五镜头组。由此，当被摄体位置改变时，可变聚焦镜头系统容易校正当第五镜头组移动时发生的离轴像差的变化，且可以提供高的光学性能，而不管被摄体距离。
条件表达式(5)定义在远摄端状态下的第五镜头组的横向放大率。当β5t超过条件表达式(5)的上限值时，在可变聚焦镜头系统中的第五镜头组的行进量增加，该行进量由被摄体位置的变化带来。
因此，在可变焦距镜头系统中，用于给定被摄体的第五镜头组的镜头行进量增加，且第五镜头组的工作负载也增加。结果，在可变焦距镜头系统中，操作速度不增加，且用户具有不舒适的感觉，或者驱动系统在尺寸上增加，且镜头筒(barrel)尺寸增加，
另一方面，当β5t小于条件表达式(5)的下限值时，在可变焦距镜头系统的远摄端状态下的第一到第四镜头组的组合折射力减弱。因此，在远摄端状态下的总镜头长度加长，且可变焦距镜头系统在尺寸上增加。
另外，可变焦距镜头系统期望满足条件表达式(6)以便进一步缩短在远摄端状态下的总镜头长度：
(6)0.3＜f1/ft＜0.5
其中，f1是第一镜头组的焦距。
条件表达式(6)定义第一镜头组的焦距f1。当f1/ft超过条件表达式(6)的上限值时，可变焦距镜头系统不可缩短远摄端状态下的总镜头长度，且因此不能进一步小型化。
另一方面，当f1/ft小于条件表达式(6)的下限值时，通过可变焦距镜头系统的远摄端状态下的第一镜头组的离轴光通量远离光轴，且导致镜头直径的增加。
另外，在可变焦距镜头系统中，通过适当地设置第一镜头组的行进量，该行进量由镜头位置状态的变化带来，使得镜头直径的降低和性能的改进彼此相容，且可以实现性能上的进一步改进。此时，期望满足条件表达式(7)。
(7)0.03＜Δ1/ft＜0.2
其中，Δ1是在广角端状态和远摄端状态下的第一镜头组的改变量(假设从图像表面到物体侧的方向是正方向)。
条件表达式(7)定义第一镜头组的行进量，该行进量由镜头位置状态的变化带来。让Z为变焦比(ft/fw)，条件表达式(7)的分母ft可以被写为ft＝fw·Z。然后，通过用fw·Z替换分母ft并归一化fw，条件表达式(7)还可以被说为定义Δ1/Z。
当Δ1/ft超过条件表达式(7)的上限值时，在广角端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度缩短，且第二镜头组的负折射力加强，且同时，通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量接近光轴。结果，在可变焦距镜头设备中，难以极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的变化带来。
另一方面，当Δ1/ft小于条件表达式(7)的下限值时，在广角端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度加长。在这种情况下，当在广角端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度加长时，第一镜头组从收缩状态到广角端状态的行进量增加，使得镜头筒的旋转量增加，该旋转量是进行从收缩状态向广角端状态转变所需要的，且从广角端状态到远摄端状态的旋转角度减少。
结果，在可变焦距镜头系统中，用于移动每个镜头组的凸轮(cam)的倾斜角增加得太大，且因此可能不形成镜头筒。在可变焦距镜头系统中，可以通过增加镜头筒的直径来降低凸轮的倾斜角。但是，镜头筒的增加的直径导致了在携带时的相机的尺寸的增加。
另外，可变焦距镜头系统期望满足条件表达式(8)以通过即使当获得非常高的变焦放大率时也缩短远摄端状态下的总镜头长度来小型化。
(8)0.7＜TLt/ft＜0.9
其中，TLt是在远摄端状态下的总镜头长度。
该条件表达式(8)定义在远摄端状态下的总镜头长度，且特征为小于1.0。
当TLt/ft超过条件表达式(8)的上限值时，可变焦距镜头系统增加相机的尺寸，且因此削弱了便携性，这与本发明的精神相反。这是因为在远摄端状态下的总镜头长度加长，且通过根据本发明的实施例的变焦类型而小型化的效果丢失。
另一方面，当TLt/ft小于条件表达式(8)的下限值时，可变焦距镜头系统不能在制造时提供稳定的光学性能。这是因为在远摄端状态下的总镜头长度变得极短，且甚至在制造时发生的微小轴偏(minute decentration)也极大地劣化了光学性能。
顺带提及，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，期望如下形成每个镜头组以便实现高的光学性能和小型化两者。
在可变焦距镜头系统中，为了实现更高的性能，期望从物体侧依次通过负镜头和正镜头的粘合镜头和位于该粘合镜头的图像侧的两个正镜头来形成第一镜头组。
因为使得轴向光通量入射到特别是在远摄端状态下具有大光通量直径的第一镜头组，因此负球面像差趋于发生。另外，因为使得离轴光通量在与光轴分离的状态下入射到第一镜头组上，因此离轴像差趋于发生。
在该可变焦距镜头系统中，由负镜头和正镜头形成的粘合镜头位于第一镜头组中的物体侧的最前面，由此极好地校正负球面像差和纵向彩色像差。
顺带提及，在可变焦距镜头系统中，位于第一镜头组中的粘合镜头的图像侧的两个正镜头极好地校正了慧形像差的主要变化，该变化由视角的变化带来。通过划分每个镜头的功能，可以实现甚至更高的光学性能。
顺带提及，在可变焦距镜头系统中，为了实现甚至更高的性能，在被分离为两个镜头(即正镜头和负镜头)的状态下，期望形成第一镜头组中的粘合镜头。
另外，在可变焦距镜头系统中，为了极好地校正在第二镜头组中发生的各种像差且获得甚至更好的光学性能，期望由两个部分组(即第一部分组和第二部分组)来形成第二镜头组。
具体地，第一部分组由具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头来形成，且其在广角端状态下位于离孔径光阑一定距离处。因此，通过的光线的高度根据视角的改变而极大地改变。因此，第一部分组适用于校正离轴像差。
第二部分组由至少一个负镜头和一个正镜头构成，且从物体侧依次通过双凹形的负镜头和具有面对物体侧的凸面的正镜头来形成。第二部分组的构成通过使得正镜头和负镜头形成粘合镜头来简化，或可以通过由正镜头和负镜头的粘合镜头形成正镜头来实现甚至更高的性能。
另外，第二镜头组被置于靠近孔径光阑，且因此主要意图校正轴向像差。因此，第二镜头组期望是双合(doublet)配置或三合(triplet)配置。
在该可变焦距镜头系统中，第二镜头组由两个部分组(即上述的第一部分组和第二部分组)来形成，由此清楚地划分在像差校正中的角色，且获得极好的成像性能。
在可变焦距镜头系统的第三镜头组中，具有面对物体侧的凸面的正镜头期望位于物体侧的最前面。由此，可以缩短可变焦距镜头系统的总镜头长度。
具体地，通过向第三镜头组给予通过从物体侧依次排列三个镜头(即第一正镜头、负镜头和第二正镜头)而形成的所谓三合配置，可以获得高的光学性能，而不管第三镜头组的位置状态。
另外，通过将第三镜头组中的第一正镜头和负镜头形成为粘合镜头，可以通过两个镜头块来形成第三镜头组，且因此在制造时也可以获得稳定的光学性能。顺带提及，通过将在第三镜头组中的物体侧最前的镜头表面形成为非球面形，即使在强的折射力的情况下，也可以极好地校正负球面像差。
可变焦距镜头系统的第四镜头组期望具有通过从物体侧依次排列三个镜头(即第一负镜头、正镜头和第二负镜头)而形成的三合配置。结果，可变焦距镜头系统可以通过第四镜头组自身校正在第四镜头组中发生的轴向像差和离轴像差。因此，可以实现甚至更高的性能，而不考虑镜头位置状态。
可变焦距镜头系统的第五镜头组期望具有通过从物体侧依次排列具有面对物体侧的凸面的正镜头和具有面对图像侧的凹面的负镜头而形成的双合配置。由此，可变焦距镜头系统可以同时校正离轴像差和轴向像差，且极好地校正当被摄体位置改变时发生的各种像差的变化。顺带提及，还可以通过相对低散射(dispersion)的单镜头来形成第五镜头组。
另外，在可变焦距镜头系统中，高不规则可散射性的玻璃材料期望用于第一镜头组以便更好地抑制彩色像差的变化。具体地，形成在可变焦距镜头系统中的第一镜头组的粘合镜头的正镜头的高不规则可散射性的玻璃材料使得可能极好地校正在远摄端状态下的屏幕的中心部分中发生的二级散射。
另外，可变焦距镜头系统可以通过使用第一到第五镜头组的非球面镜头来实现甚至更高的光学性能。具体地，通过使用在第二镜头组中的非球面镜头，可变焦距镜头系统还可以极好地校正由于在广角端状态下出现的视角而产生的彗形像差的变化。顺带提及，在可变焦距镜头系统中，不需要说，可以通过使用在一个光学系统中的多个非球面来获得甚至更高的光学性能。
另外，可变焦距镜头系统可以通过在基本上垂直于光轴的方向上偏移形成光学系统的第一到第五镜头组中的一个镜头组或一个镜头组的镜头组件的一部分，来关于图像表面来偏移图像位置。具体地，在可变焦距镜头系统中，在基本上垂直于光轴的方向上偏移第三镜头组，且可以减少此时的像差变化。
实际上，能够偏移这种图像位置的可变焦距镜头系统可以与用于通过检测相机的降低作为移动角度来获得手移动信息的检测系统、用于基于手移动信息计算校正手移动所需的镜头位置信息、和用于根据镜头位置信息来偏移一个镜头的驱动系统组合。
可变焦距镜头系统由此使得相机用作通过镜头移动来消除或减轻由于在快门释放时发生的手移动等而造成的图像模糊的抗震相机。
顺带提及，可变焦距镜头系统当然允许低通滤波器置于其中，以防止在镜头系统的图像侧的所谓叠栅条纹(moire fringe)，或根据光接收元件的光谱敏感特性允许红外截止滤光器置于其中。
[根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统的数值例子]
以下将参考附图(见图1到19)和表(见表1到12)描述其中具体数值被应用于根据本发明的前述实施例的可变焦距镜头系统的数值例子。在每个数值例子中，通过以下等式1来表达非球面：
[等式1]
x = cy 2 [ 1 + { 1 - ( 1 + k ) c 2 y 2 } 1 / 2 ] + Ay 4 + By 6 + . . .
其中，y是离光轴的高度，x是垂度(sag)的量，c是曲率(curvature)，k是二次曲线常数(conic constant)，且A，B，...是非球面系数。
图1示出了根据本发明的每个数值例子的作为整体的可变焦距镜头系统1的折射力布置，可变焦距镜头系统通过从物体侧依次的具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3、具有负折射力的第四镜头组G4和具有正折射力的第五镜头组G5来形成。
在可变焦距镜头系统1中，在从广角端状态到远摄端状态的倍率变化中，在第一镜头组G1和第二镜头组G2之间的空气间隔增加，第二镜头组G2和第三镜头组G3之间的空气间隔降低，第三镜头组G3和第四镜头组G4之间的空气间隔增加，且第四镜头组和第五镜头组之间的空气间隔改变。
此时，在一旦移动到图像侧之后，第一镜头组G1移动到物体侧，第二镜头组G2移动到图像侧，第三镜头组G3移动到物体侧，第四镜头组G4在光轴的方向上移动同时描述S或反S的形状的曲线，且第五镜头组G5在一旦移动到物体侧之后移动到图像侧。顺带提及，第五镜头组G5移动以便补偿图像表面位置的变化，图像表面位置的变化由每个镜头组的移动带来，且在短范围聚焦时移动到物体侧。
<第一实施例(第一数值例子)>
图2示出了第一数值例子中的可变焦距镜头系统11，可变焦距镜头系统11通过从物体侧依次的具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3、具有负折射力的第四镜头组G4和具有正折射力的第五镜头组G5来形成。
在该可变焦距镜头系统11中，通过具有面对物体侧的凸面的弯月形的负镜头和具有面对物体侧的凸面的正镜头的粘合镜头L11、具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L12和具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L13来形成第一镜头组G1。
通过具有面对图像侧的凹面的负镜头L21、双凹形的负镜头L22和双凸形的正镜头L23来形成第二镜头组G2。
通过具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头的粘合镜头L31和双凸形的正镜头L32来形成第三镜头组G3。
通过具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头L41、双凸形的正镜头L42和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头L43来形成第四镜头组G4。
通过双凸形的正镜头和具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头的粘合镜头L5来形成第五镜头组G5。第五镜头组G5用于聚焦调整。
顺带提及，可变焦距镜头系统11具有位于第三镜头组G3的物体侧在第三镜头组G3附近的孔径光阑S。孔径光阑与第三镜头组G3整体地移动。顺带提及，在可变焦距镜头系统11中的第五镜头组G5和图像表面IMG之间放置用于保护图像表面IMG的IR截止滤光器CF和密封玻璃SG。
因此，具有上述镜头元件配置的可变焦距镜头系统11可以实现高的可变放大倍率比和小型化两者，且极好地校正镜头系统的各种像差。
以下表1示出了在本发明中的第一数值例子的规范值。在第一数值例子中的规范表中，f表示焦距，FNO表示F-数，且2ω表示视角，且折射率是对应于d-线(587.6nm的波长)的值。顺带提及，在表1中的曲率半径“0.0000”意思是平面。
[表1]
f      1.00～2.284～7.377～15.277～33.723
FNO    2.88～3.55～4.00～4.16～4.99
2ω    86.56～39.05～12.49～6.07～2.71°
  表面号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   24.0711   0.316   1.91082   35.26
  2   9.6397   1.179   1.49700   81.60
  3   -170.2927   0.023
  4   10.0481   0.654   1.60300   65.50
  5   32.5872   0.023
  6   14.0309   0.528   1.60300   65.50
  7   54.3531   (D7)
  8   0.0000   0.226   1.88072   37.30
  9   2.2079   1.076
  10   -6.6061   0.135   1.84548   43.20
  11   5.6597   0.023
  12   4.5669   0.564   1.94595   17.98
  13   -69.9367   (D13)
  14(孔径光阑)   0.0000   0.248
  15   2.3180   0.808   1.76802   50.33
  16   41.2872   0.135   1.79978   29.86
  17   2.2033   0.124
  18   6.3185   0.226   1.77263   49.61
  19   -7.5875   (D19)
  20   -3.3829   0.135   1.75119   30.00
  21   45.2652   0.048
  22   4.2865   0.394   1.80390   25.50
  23   -4.5371   0.147
  24   15.1649   0.113   1.80550   28.97
  25   2.8191   (D25)
  26   3.5641   0.632   1.59535   66.32
  27   -2.5023   0.124   1.80258   28.25
  28   -6.3517   (D28)
  29   0.0000   0.097   1.51680   64.20
  30   0.0000   0.226   1.55440   63.41
  31   0.0000   (Bf)
顺带提及，第8表面、第9表面、第13表面、第15表面和第23表面具有非球面形状，且表2中示出了表面的非球面系数。顺带提及，例如，“0.26029E-05”表示“0.26029×10-5”。
[表2]
Figure BSA00000292837500241
Figure BSA00000292837500251
接下来，在以下表3中示出了当镜头位置状态在可变焦距镜头系统11中改变时的可变间隔。
[表3]
  f   1.000   2.284   7.377   15.277   33.723
  D7   0.169   2.672   7.167   8.930   10.062
  D13   10.213   5.870   2.777   1.272   0.237
  D19   0.338   2.000   3.588   4.129   4.130
  D25   2.059   1.985   1.068   0.793   2.843
  D28   2.302   2.376   3.206   3.481   1.431
  Bf   0.159   0.159   0.159   0.159   0.159
以下表4示出了根据第一数值例子的可变焦距镜头系统11中的条件表达式对应值。Bf表示反焦点(back focus)。
[表4]
  f13T＝36.6022
  f2＝-2.1233
  f4＝-10.4794
  Δ3＝3.7042
  β2w＝-0.1971
  β2t＝-2.4175
  β5t＝0.5554
  f1＝14.0338
  Δ1＝3.6201
  (1)f13T/ft＝1.085
  (2)f2/f4＝0.203
  (3)Δ3/ft＝0.110
  (4)β2w·β2t＝0.477
  (5)β5t＝0.555
  (6)f1/ft＝0.416
  (7)Δ1/ft＝0.107
  (7)TLt/ft＝0.803
接下来，图3到7是在第一数值例子的无限聚焦状态中的各种像差的图。图3示出了在广角端状态(f＝1.000)下的各种像差。图4示出了在第一中间焦距状态(f＝2.284)中的各种像差。图5示出了在第二中间焦距状态(f＝7.377)中的各种像差。图6示出了在第三中间焦距状态(f＝15.277)中的各种像差。图7示出了在远摄端状态(f＝33.723)中的各种像差。
在图3到7中，球面像差图中的实线指示球面像差，在散光图中的实线表示径向(sagittal)图像表面，且在散光图中的虚线表示经向(meridional)图像表面，在畸变像差图中的实线指示畸变像差，且在横向像差图中的A表示视角(半视角)且在横向像差图中的y表示图像高度。从像差图中清楚地，根据第一数值例子的可变焦距镜头系统11极好地校正各种像差，且具有极好的成像性能。
<第二实施例(第二数值例子)>
图8示出了第二数值例子中的可变焦距镜头系统12，可变焦距镜头系统12通过从物体侧依次的具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3、具有负折射力的第四镜头组G4和具有正折射力的第五镜头组G5来形成。
在该可变焦距镜头系统12中，通过具有面对物体侧的凸面的弯月形的负镜头和具有面对物体侧的凸面的正镜头的粘合镜头L11、具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L12和具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L13来形成第一镜头组G1。
通过具有面对图像侧的凹面的负镜头L21、双凹形的负镜头L22和双凸形的正镜头L23来形成第二镜头组G2。
通过具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头的粘合镜头L31和双凸形的正镜头L32来形成第三镜头组G3。
通过具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头L41、双凸形的正镜头L42和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头L43来形成第四镜头组G4。
通过双凸形的正镜头和具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头的粘合镜头L5来形成第五镜头组G5。第五镜头组G5用于聚焦调整。
顺带提及，可变焦距镜头系统12具有位于第三镜头组G3的物体侧第三镜头组G3附近的孔径光阑S。孔径光阑与第三镜头组G3整体地移动。顺带提及，在可变焦距镜头系统12中的第五镜头组G5和图像表面IMG之间放置用于保护图像表面IMG的IR截止滤光器CF和密封玻璃SG。
因此，具有上述镜头元件配置的可变焦距镜头系统12可以实现高的可变放大倍率比和小型化两者，且极好地校正镜头系统的各种像差。
以下表5示出了在本发明中的第二数值例子的规范值。在第二数值例子中的规范表中，f表示焦距，FNO表示F-数，且2ω表示视角，且折射率是对应于d-线(587.6nm的波长)的值。顺带提及，在表5中的曲率半径“0.0000”意思是平面。
[表5]
f      1.00～2.295～4.987～15.948～33.792
FNO    2.87～3.52～3.83～4.01～5.58
9ω    79.77～35.13～16.36～5.15～2.39°
  表面号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   22.6862   0.279   1.91082   35.26
  2   8.7195   1.051   1.49700   81.60
  3   -113.7351   0.020
  4   9.1954   0.542   1.60300   65.50
  5   26.4829   0.020
  6   12.8318   0.509   1.60300   65.50
  7   82.3048   (D7)
  8   0.0000   0.199   1.88072   37.30
  9   3.0614   0.947
  10   -3.9918   0.120   1.84548   43.20
  11   4.1123   0.020
  12   3.6832   0.564   1.94595   17.98
  13   -531.7063   (D13)
  14(孔径光阑)   0.0000   0.219
  15   2.2369   0.738   1.75500   52.30
  16   26.5820   0.120   1.80000   29.9
  17   2.1815   0.138
  18   6.7075   0.199   1.80420   46.50
  19   -7.3457   (D19)
  20   -2.9914   0.120   1.71736   29.50
  21   8.3298   0.056
  22   4.0859   0.409   1.80518   25.46
  23   -4.0548   0.185
  24   6.8609   0.100   1.72825   28.50
  25   2.4928   (D25)
  26   3.1659   0.632   1.60300   65.50
  27   -2.5198   0.110   1.80000   29.90
  28   -7.2331   (D28)
  29   0.0000   0.086   1.51680   64.20
  30   0.0000   0.199   1.55440   63.41
  31   0.0000   (Bf)
顺带提及，第8表面、第9表面、第13表面、第15表面和第23表面具有非球面形状，且表6中示出了表面的非球面系数。顺带提及，例如，“0.26029E-05”表示“0.26029×10-5”。
[表6]
Figure BSA00000292837500281
接下来，在以下表7中示出了当镜头位置状态在可变焦距镜头系统12中改变时的可变间隔。
[表7]
  f   1.000   2.295   4.987   15.948   33.792
  D7   0.150   2.425   5.169   7.904   8.550
  D13   10.216   6.019   3.887   1.320   0.209
  D19   0.299   1.879   3.097   3.815   4.857
  D25   2.191   2.118   1.459   1.150   2.940
  D28   2.356   2.394   2.730   3.039   1.261
  Bf   0.142   0.142   0.142   0.142   0.142
以下表8示出了根据第二数值例子的可变焦距镜头系统12中的条件表达式对应值。Bf表示反焦点。
[表8]
  f13T＝34.7961
  f2＝-2.0978
  f4＝-9.6469
  Δ3＝4.2111
  β2w＝-0.2254
  β2t＝-2.3191
  β5t＝0.5690
  f1＝12.5717
  Δ1＝2.6048
  (1)f13T/ft＝1.030
  (2)f2/f4＝0.217
  (3)Δ3/ft＝0.125
  (4)β2w·β2t＝0.523
  (5)β5t＝0.569
  (6)f1/ft＝0.372
  (7)Δ1/ft＝0.077
  (7)TLt/ft＝0.756
接下来，图9到13是在第二数值例子的无限聚焦状态中的各种像差的图。图9示出了在广角端状态(f＝1.000)下的各种像差。图10示出了在第一中间焦距状态(f＝2.295)中的各种像差。图11示出了在第二中间焦距状态(f＝4.987)中的各种像差。图12示出了在第三中间焦距状态(f＝15.948)中的各种像差。图13示出了在远摄端状态(f＝33.792)中的各种像差。
在图9到13中，球面像差图中的实线指示球面像差，在散光图中的实线表示径向图像表面，且在散光图中的虚线表示经向图像表面，在畸变像差图中的实线指示畸变像差，且在横向像差图中的A表示视角(半视角)且在横向像差图中的y表示图像高度。从像差图中清楚地，根据第二数值例子的可变焦距镜头系统12极好地校正各种像差，且具有极好的成像性能。
<第三实施例(第三数值例子)>
图14示出了第三数值例子中的可变焦距镜头系统13，可变焦距镜头系统12通过从物体侧依次的具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3、具有负折射力的第四镜头组G4和具有正折射力的第五镜头组G5来形成。
在该可变焦距镜头系统13中，通过具有面对物体侧的凸面的弯月形的负镜头和具有面对物体侧的凸面的正镜头的粘合镜头L11、具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L12和具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L13来形成第一镜头组G1。
通过具有面对图像侧的凹面的负镜头L21、双凹形的负镜头L22和双凸形的正镜头L23来形成第二镜头组G2。
通过具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头的粘合镜头L31和双凸形的正镜头L32来形成第三镜头组G3。
通过具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头L41、双凸形的正镜头L42和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头L43来形成第四镜头组G4。
通过双凸形的正镜头和具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头的粘合镜头L5来形成第五镜头组G5。第五镜头组G5用于聚焦调整。
顺带提及，可变焦距镜头系统13具有位于第三镜头组G3的物体侧第三镜头组G3附近的孔径光阑S。孔径光阑与第三镜头组G3整体地移动。顺带提及，在可变焦距镜头系统13中的第五镜头组G5和图像表面IMG之间放置用于保护图像表面IMG的IR截止滤光器CF和密封玻璃SG。
因此，具有上述镜头元件配置的可变焦距镜头系统13可以实现高的可变放大倍率比和小型化两者，且极好地校正镜头系统的各种像差。
以下表9示出了在本发明中的第三数值例子的规范值。在第三数值例子中的规范表中，f表示焦距，FNO表示F-数，且2ω表示视角，且折射率是对应于d-线(587.6nm的波长)的值。顺带提及，在表9中的曲率半径“0.0000”意思是平面。
[表9]
f      1.00～2.495～7.377～15.274～33.798
FNO    2.87～3.64～3.93～4.01～5.21
2ω    87.34～35.71～12.47～6.07～2.71°
  表面号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   24.6541   0.316   1.91082   35.26
  2   9.6986   1.188   1.49700   81.60
  3   -128.4048   0.023
  4   10.1787   0.613   1.60300   65.50
  5   27.9198   0.023
  6   13.5203   0.575   1.60300   65.50
  7   65.5489   (D7)
  8   0.0000   0.225   1.88072   37.30
  9   2.2277   1.071
  10   -7.4585   0.135   1.84548   43.20
  11   5.0668   0.023
  12   4.4598   0.638   1.94595   17.98
  13   -92.4708   (D13)
  14(孔径光阑)   0.0000   0.248
  15   2.4446   0.834   1.75598   51.22
  16   22.6732   0.135   1.80000   29.90
  17   2.3502   0.156
  18   7.1054   0.225   1.77250   49.62
  19   -8.0419   (D19)
  20   -3.3820   0.135   1.71736   29.50
  21   -53.0545   0.063
  22   4.2874   0.462   1.77167   27.47
  23   -4.5810   0.210
  24   22.8638   0.113   1.72825   28.50
  25   2.8183   (D25)
  26   3.5460   0.715   1.60300   65.50
  27   -2.5734   0.124   1.80000   29.90
  28   -7.0273   (D28)
  29   0.0000   0.097   1.51680   64.20
  30   0.0000   0.225   1.55440   63.41
  31   0.0000   (Bf)
顺带提及，第8表面、第9表面、第13表面、第15表面和第23表面具有非球面形状，且表10中示出了表面的非球面系数。顺带提及，例如，“0.26029E-05”表示“0.26029×10-5”。
[表10]
Figure BSA00000292837500311
接下来，在以下表11中示出了当镜头位置状态在可变焦距镜头系统13中改变时的可变间隔。
[表11]
  f   1.000   2.495   7.377   15.274   33.798
  D7   0.169   3.001   7.165   8.982   9.985
  D13   10.256   5.651   2.747   1.256   0.282
  D19   0.338   2.613   4.511   5.068   5.421
  D25   2.102   1.948   1.053   0.841   2.764
  D28   2.098   2.256   3.148   3.352   1.445
  Bf   0.158   0.158   0.158   0.158   0.158
以下表12示出了根据第三数值例子的可变焦距镜头系统13中的条件表达式对应值。Bf表示反焦点。
[表12]
  f13T＝43.4872
  f2＝-2.1512
  f4＝-16.0695
  Δ3＝5.0919
  β2w＝-0.2000
  β2t＝-2.2920
  β5t＝0.5482
  f1＝14.0354
  Δ1＝4.9343
  (1)f13T/ft＝1.287
  (2)f2/f4＝0.133
  (3)Δ3/ft＝0.151
  (4)β2w·β2t＝0.458
  (5)β5t＝0.548
  (6)f1/ft＝0.415
  (7)Δ1/ft＝0.146
  (7)TLt/ft＝0.847
接下来，图15到19是在第三数值例子的无限聚焦状态中的各种像差的图。图15示出了在广角端状态(f＝1.000)下的各种像差。图16示出了在第一中间焦距状态(f＝2.495)中的各种像差。图17示出了在第二中间焦距状态(f＝7.377)中的各种像差。图18示出了在第三中间焦距状态(f＝15.274)中的各种像差。图19示出了在远摄端状态(f＝33.798)中的各种像差。
在图15到19中，球面像差图中的实线指示球面像差，在散光图中的实线表示径向图像表面，且在散光图中的虚线表示经向图像表面，在畸变像差图中的实线指示畸变像差，且在横向像差图中的A表示视角(半视角)且在横向像差图中的y表示图像高度。从像差图中清楚地，根据第三数值例子的可变焦距镜头系统13极好地校正各种像差，且具有极好的成像性能。
顺带提及，在第三数值例子中，可变焦距镜头系统13的镜头组G1线性地从图像表面侧移动到物体侧，而不在一旦移动到图像侧之后移动到物体侧。
因此，根据第一到第三数值例子，可变焦距镜头系统11、12、和13具有主要大约75度到95度的非常宽的视角，如图所示为79.77度、86.56度和87.34度。同时，可变焦距镜头系统11、12和13具有大约30倍到40倍的非常高的变焦比，如所示为33.72倍到33.80倍。
也就是说，可变焦距镜头系统11、12和13最适用于其在广角端状态下的F-数是大约2.8的变焦镜头，且可变焦距镜头系统11、12和13可以实现大约75度到95度的非常宽的视角和大约30倍到大约40倍的非常高的变焦比。
[具有根据本实施例的可变焦距镜头系统的根据本实施例的图像拾取设备的构成]
以下将描述根据本发明的实施例的图像拾取设备。该图像拾取设备包括根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统1(或11、12或13)和由CCD(电荷耦合器件)传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器形成的图像拾取元件，例如用于将由可变焦距镜头系统1形成的光图像转换为电信号。
可变焦距镜头系统1(图1)包括从物体侧依次排列的具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3、具有负折射力的第四镜头组G4和具有正折射力的第五镜头组G5。
具体地，在可变焦距镜头系统中，当镜头位置状态从广角端状态改变到远摄端状态时，在第一镜头组和第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组和第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组和第五镜头组之间的空气间隔改变，且第一镜头组在一旦移动到图像侧之后就移动到物体侧，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体侧，第四镜头组可在光轴的方向上移动，且第五镜头组移动以便补偿图像表面位置的变化，该图像表面位置的变化由每个镜头组的移动带来。
顺带提及，在可变焦距镜头系统中，孔径光阑被置于第三镜头组的附近，例如在第三镜头组的物体侧，且在不依赖于第三镜头组的状态下移动。
通过将具有负折射力的第四镜头组置于可变焦距镜头系统中来实现在以下的三个效果[A]、[B]和[C]。
[A]可以通过加强在正方向上的第一到第三镜头组的组合折射力来小型化作为整体的镜头系统。
[B]可以通过使得作为整体的镜头系统的折射力布置接近于对称类型来极好地校正畸变像差。
[C]可以通过增加镜头组的力变化效果来防止光学性能的劣化，该劣化由放大率的增加代理。
另一方面，在具有正、负、正和正力的四组类型变焦镜头中，第一到第三镜头组的组合折射力弱，且难以缩短总焦距。
这是因为通过将具有正、负和正力的三组类型变焦镜头的第三镜头组划分为两个正镜头组来形成具有正、负、正和正力的四组类型变焦镜头，且该四组类型变焦镜头具有通过改变在两个正镜头组之间的间隔来抑制离轴像差的变化的目的，该变化由镜头位置的变化带来。
在该状态下，通过形成具有正、负、正和正力的四组类型变焦镜头以便在第三镜头组和第四镜头组之间的光线基本上是平行光，当在两个镜头组之间的间隔、即第三镜头组和第四镜头组改变时球面像差不改变，但仅离轴像差改变。
实际上，在可变焦距镜头系统中，通过在第一到第三镜头组和第五镜头组之间安置具有负折射力的第四镜头组，可以加强第一到第三镜头组的组合折射力。因此，在第一到第三镜头组之间的相互间隔缩短，且因此总镜头长度可以缩短。可变焦距镜头系统可以因此提供上述效果[A]。
另外，可变焦距镜头系统包括分别是正、负、正、负和正的第一到第五镜头组，且具有置于第三镜头组附近的孔径光阑，由此可以在孔径光阑的物体侧和图像侧排列至少一个正镜头和一个负镜头。
结果，在可变聚焦镜头系统中，在孔径光阑前面和后面的折射力布置接近于对称类型，且可以极好地校正趋于在广角端状态下发生的负畸变像差。因此，可变焦距镜头系统可以提供上述效果[B]。
将描述在可变焦距镜头系统中的每个镜头组的功能。通常，让
Figure BSA00000292837500341
和
Figure BSA00000292837500342
为两个镜头组GA和GB的折射力，且让d为镜头组GA和GB之间的间隔，组合折射力被表述为
Figure BSA00000292837500352
当镜头组GA和GB的折射力具有不同的符号时，两个镜头组GA和GB的折射力彼此抵消，使得组合折射力
Figure BSA00000292837500353
的
Figure BSA00000292837500354
具有低值，且
Figure BSA00000292837500355
维持。这意味着，
Figure BSA00000292837500356
极大地影响了组合折射力
Figure BSA00000292837500357
且当间隔d改变时，组合折射力
Figure BSA00000292837500358
容易地改变。
另一方面，当镜头组GA和GB的折射力具有相同的符号时，两个镜头组GA和GB的折射力彼此加强，使得组合折射力
Figure BSA00000292837500359
的
Figure BSA000002928375003510
具有高值。这意味着，
Figure BSA000002928375003511
极大地影响了组合折射力且当间隔d改变时，组合折射力
Figure BSA000002928375003513
改变小的程度。
也就是说，可以通过增加组合使得彼此相邻的镜头组具有相反的折射力来实现高可变放大倍率比。因此，通过从物体侧依次排列分别是正、负、正、负和正的第一到第五镜头组，可变焦距镜头系统可以由此提供上述效果[C]。
接下来将描述可变焦距镜头系统的像差校正功能。在广角端状态下，通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量由于广角视角而远离光轴。因此，在可变聚焦镜头系统中，通过彼此靠近地排列第一镜头组和第二镜头组来防止通过第一镜头组的离轴光通量扩散得太大。
当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，可变焦距镜头系统缩窄了视角，且缩短了在第二镜头组和孔径光阑之间的距离，使得通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量接近光轴。
因此，可变焦距镜头系统使用通过第一镜头组和第二镜头组的离轴光通量的高度的这种改变可以极好地校正离轴像差的变化，该变化依赖于镜头位置状态的改变。
在可变焦距镜头系统中，在孔径光阑的图像侧排列第四镜头组和第五镜头组，使得当镜头位置状态改变时，在孔径光阑、第四镜头组和第五镜头组之间的距离改变。结果，在可变聚焦镜头系统中，通过第四镜头组和第五镜头组的离轴光通量的高度改变，且因此可以极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来。
接下来将具体描述使用条件表达式的可变聚焦镜头系统的特征。实际上，可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，使得在第一镜头组合第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组合第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组合第五镜头组之间的空气间隔变化，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)：
(1)0.95＜f13T/ft＜1.4
其中，f13T是在远摄端状态下的第一到第三镜头组的组合焦距，且ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距。
该条件表达式(1)定义了在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距f13T，且由于第一到第三镜头组的加强的组合折射力而要提供上述效果[A]。
该可变焦距镜头系统特征为，条件表达式(1)的最大值小于现有技术中的值，以便缩短总镜头长度同时增加变焦比。
当f13T/ft超过条件表达式(1)的上限值时，在远摄端状态下的可变焦距镜头系统的总镜头长度被加长，且因此可变焦距镜头系统尺寸增加，这与本发明的精神相反。
当f13T/ft小于条件表达式(1)的下限值时，在远摄端状态下的可变聚焦镜头中的第四镜头组的放大率增加，且难以极好地校正在轴向像差中的变化，该变化由该镜头位置状态中的变化带来。
另外，可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，以便在第一镜头组合第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组合第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组合第五镜头组之间的空气间隔变化，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(2)：
(2)0.08＜f2/f4＜0.3
其中，f2是第二镜头组的焦距，且f4是第四镜头组的焦距。
条件表达式(2)定义了在第二镜头组和第四镜头组之间的折射力比，且由于使得孔径光阑前面和后面的折射力布置接近对称类型而提供上述效果[B]。
当f2/f4超过条件表达式(2)的上限值时，可变焦距镜头系统加强了第四镜头组的负折射力，且同时减弱第二镜头组的负折射力，在广角端状态下的第一镜头组上入射的离轴光通量偏离光轴，且第一镜头组的镜头直径增加。
结果，在可变焦距镜头系统中，难以极好地校正在广角端状态下的屏幕的外围部分中发生的离轴像差，且可变焦距镜头系统不能充分地小型化。
当f2/f4小于条件表达式(2)的下限值时，可变焦距镜头系统加强第二镜头组的负折射力，且同时减弱第四镜头组的负折射力，且通过广角端状态下的第二镜头组的离轴光通量接近光轴。
结果，在可变焦距镜头系统中，在通过广角端状态下的第二镜头组的离轴光通量的高度和通过远摄端状态下的第二镜头组的离轴光通量的高度之间的通道范围中不存在差异。因此难以以很平衡的方式校正在离轴像差中的变化和在光轴像差中的变化，该变化随着镜头位置状态改变而发生。
另外，可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组、第四镜头组和第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，使得在第一镜头组合第二镜头组之间的空气间隔增加，在第二镜头组合第三镜头组之间的空气间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的空气间隔增加，且在第四镜头组合第五镜头组之间的空气间隔变化，第二镜头组移动到图像侧，第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在第三镜头组附近，且可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(3)：
(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22
其中，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
条件表达式(3)定义第三镜头组的行进量Δ3和远摄端状态下的焦距ft之间的比率，该第三镜头组的行进量Δ3依赖于镜头位置状态的变化，且要提供上述效果[C]。
让Z为变焦比(ft/fw)，条件表达式(3)的分母ft可以被写为ft＝fw·Z。然后，通过用fw·Z替换分母ft并归一化fw，条件表达式(3)还可以被说为定义Δ3/Z。
当Δ3/ft超过条件表达式(3)的上限值时，在可变焦距镜头系统中的第三镜头组的行进量增加，在第三镜头组和图像表面之间的距离大大地改变，且出瞳位置的变化增加，该变化由镜头位置状态带来。
结果，在可变焦距镜头系统中，通过远摄端状态下的第五镜头组的离轴光通量极大地与光轴分离，且难以极好地校正在屏幕的外围部分中发生的慧形像差。
另一方面，当Δ3/ft小于条件表达式(3)的下限值时，第三镜头组维持在类似的位置上，而不管可变焦距镜头系统的镜头位置状态，且第二镜头组的横向放大率在广角端状态和远摄端状态下极大地改变。
结果，可变焦距镜头系统不能极好地校正离轴像差的变化，该变化由镜头位置状态的改变带来，且难以充分地改进可变焦距镜头系统的性能。
[根据本发明的另一实施例的可变焦距镜头系统和根据本发明的实施例的图像拾取设备]
接下来将描述用于执行根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统和根据本发明的实施例的图像拾取设备的最佳模式。
[另一可变焦距镜头系统的配置]
根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组和具有正折射力的第五镜头组来形成。
另外，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，在第一镜头组和第二镜头组之间的间隔增加，在第二镜头组和第三镜头组之间的间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的间隔增加，且在第四镜头组和第五镜头组之间的间隔改变。
另外，在根据本发明的实施例可变焦距镜头系统中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，第一镜头组、第四镜头组和第五镜头组在光轴的方向上移动，第二镜头组移动到图像侧，且第三镜头组移动到物体侧。
另外，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑与第三镜头组整体地移动。
另外，根据本发明的可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(9)和(10)：
(9)0.4＜f1/ft＜0.6
(10)0.15＜Δ1/ft＜0.45
其中，f1是第一镜头组的焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ1是第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
条件表达式(9)定义在远摄端状态下的第一镜头组的焦距。
当f1/ft超过条件表达式(9)的上限值时，第一镜头组的折射力变得太弱。因此，从广角端到远摄端的行进距离必须被加长，以获得高的可变放大倍率比，且变得难以小型化。
另一方面，当f1/ft小于条件表达式(9)的下限值时，第一镜头组的折射力变得太强。因此，虽然可以实现小型化，但是在第一镜头组中趋于发生像差，且第二和随后的镜头组难以校正在第一镜头组中发生的像差。
因此，当可变焦距镜头系统满足条件表达式(9)时，可以实现更高的可变力和小型化，且可以通过抑制在第一镜头组中的像差的出现来实现更高的性能。
条件表达式(10)定义了第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
当Δ1/ft超过条件表达式(10)的上限值时，第一镜头组的行进量增加，作为整体的镜头系统的行进量增加，且因此变得难以小型化。
另一方面，在其中Δ1/ft小于条件表达式(10)的下限值的情况下，当第一镜头组的折射力加强以实现更高的可变力时，像差趋于发生，使得劣化了特性。
因此，当可变焦距镜头系统满足条件表达式(10)时，可以实现更高的可变力和小型化，且可以通过抑制在第一镜头组中的像差的出现来实现更高的性能。
顺带提及，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，第五镜头组移动以便补偿图像表面位置的变化，该变化由每个镜头组的移动带来，且孔径光阑位于第三镜头组的附近。
如上所述形成的根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统可以保证75度到95度的广角端状态下的视角，30倍到40倍的可变放大倍率比，和作为广角端状态下的F-数的大约2.8的值。
因此，保证了小型化，且可以实现更高的可变力。另外，可以简化镜头筒结构。
根据本发明实施例的可变焦距镜头系统期望满足以下条件表达式(11)：
(11)0.8＜Lt/ft＜1.1
其中，Lt是在远摄端状态下的总长度。
条件表达式(11)定义了在远摄端状态下的总长度和焦距之间的关系。
当Lt/ft超过条件表达式(11)的上限值时，总长度增加，且因此不能实现小型化。
另一方面，当Lt/ft小于条件表达式(11)的下限值时，每个组从广角端状态向远摄端状态的行进距离减少得太多。因此，每个组的折射力必须被加强以实现更高的可变力。因此，趋于发生像差。
因此，当可变焦距镜头系统满足条件表达式(11)时，可以实现更高的可变力和小型化，且可以通过抑制在第一镜头组中的像差的出现来实现更高的性能。
根据本发明实施例的可变焦距镜头系统期望满足以下条件表达式(12)：
(12)-2.5＜f4/(fw·ft)1/2＜-1.3
其中，f4是第四镜头组的焦距，且fw是在广角端状态下作为整体的镜头系统的焦距。
条件表达式(12)定义第四镜头组的焦距。
当f4/(fw·ft)1/2超过条件表达式(12)的上限值时，第四镜头组的折射力变得太弱，且难以校正离轴像差。另外，光学系统在尺寸上增加。
另一方面，当f4/(fw·ft)1/2小于条件表达式(12)的下限值时，第四镜头组的折射力变得太强，且难以平衡在其他镜头组中发生的离轴像差。
因此，当可变焦距镜头系统满足条件表达式(12)时，可以实现由于离轴像差的极好校正的更高性能和小型化。
在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的负镜头和位于图像侧的正镜头而形成的粘合镜头和位于所述粘合镜头的图像侧的正镜头来形成所述第一镜头组。
如上所述形成的第一镜头组可以抑制在实现更高可变力时发生的球面像差和彩色像差。
另外，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的双凹形的负镜头和位于图像侧的双凸形的正镜头而形成的粘合镜头和位于粘合镜头的物体侧且具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头，来形成所述第二镜头组。
如上所述形成的第二镜头组可以减少在变焦时发生的离轴像差。
另外，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，期望通过结合位于物体侧的双凸形的正镜头和位于图像侧的双凹形的负镜头而形成的粘合镜头和位于所述粘合镜头的图像侧的正镜头来形成所述第三镜头组，在物体侧最前面的表面被形成为非球面。
如上所述形成的第三镜头组可以极好地校正在变焦时发生的球面像差的变化。
另外，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，期望通过双凹形的负镜头来形成第四镜头组，在物体侧的表面被形成为非球面。
如上所述形成的第四镜头组可以减少在变焦时发生的球面像差。
另外，在根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统中，期望通过由连接位于物体侧的双凸形的正镜头和位于图像侧的具有面对物体侧的双凹面的弯月形的负镜头形成的粘合镜头来形成所述第五镜头组。
如上所述形成且在光轴的方向上移动的第五镜头组可以抑制根据拍摄距离发生的像差变化。
顺带提及，根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统可以通过在基本上垂直于光轴的方向上移动(偏移)第一到第五镜头组当中的一个镜头组或一个镜头组的一部分来偏移图像。通过在基本上垂直于光轴的方向上如此移动移动镜头组或镜头组的一部分，并组合可变焦距镜头系统与用于检测图像模糊的检测系统、用于偏移每个镜头组的驱动系统、和用于基于检测系统的输出向驱动系统给出偏移量的控制系统，可以使得可变焦距镜头系统也用作抗震光学系统
另外，通过将孔径光阑放置于第三镜头组附近，离轴光通量靠近光轴通过。因此，能够抑制当在基本上垂直的方向上偏移第三镜头组时发生的离轴像差的变化。
另外，根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统允许用于防止叠栅条纹的低通滤波器置于其中，在镜头系统的图像侧，或根据光接收元件的光谱敏感特性允许红外截止滤光器置于其中。
另外，可以通过在可变焦距镜头系统的光学系统中形成多个非球面来保证更高的光学性能。
[根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统的数值例子]
以下将参考图(见图20到34)和表(见表13到21)描述根据本发明的可变焦距镜头系统的其他具体实施例和其中具体数值被应用于实施例的数值例子。
顺带提及，在每个表中示出的符号的意思等和以下的描述如下。
与表面号(r)有关的“ASP”表示讨论的表面是非球面。“BF”表示反焦点。“K”表示二次曲线常数(conic constant)。“A”、“B”、“C”和“D”分别表示第4级、第6级、第8级和第10级的非球面系数。
折射率是对应于d-线(λ＝587.6nm)的值。曲率半径“∞”意味着讨论的表面是平面。
图20示出根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统2的每个例子中的折射力分布。
通过从物体侧向图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3、具有负折射力的第四镜头组G4和具有正折射力的第五镜头组G5来形成所述可变焦距镜头系统2。
在可变焦距镜头系统2中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，在第一镜头组G1和第二镜头组G2之间的间隔增加，在第二镜头组G2和第三镜头组G3之间的间隔降低，在第三镜头组G3和第四镜头组G4之间的间隔增加，且在第四镜头组G4和第五镜头组G5之间的间隔改变。此时，第一镜头组G1在一旦移动到图像侧之后移动到物体侧，第二镜头组G2移动到图像侧，第三镜头组G3移动到物体侧，第四镜头组G4在光轴的方向上移动，且第五镜头组G5在一旦移动到物体侧之后移动到图像侧。第五镜头组G5移动以便补偿图像表面位置的变化，该图像表面位置的变化由每个镜头组的移动带来，且在短范围聚焦时移动到物体侧。孔径光阑被置于在第三镜头组G3的物体侧的第三镜头组G3的附近，且与第三镜头组G3整体地移动。
<第四实施例(第四数值例子)>
图21示出了根据第四实施例的可变焦距镜头系统14的镜头配置。可变焦距镜头系统14具有12个镜头。
通过从物体侧到图像侧依次排列由通过结合具有面对物体侧的凸面的弯月形的负镜头L1和双凸形的正镜头L2而形成的粘合镜头以及具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L3，来形成第一镜头组G1。
通过从物体侧到图像侧依次排列具有面对图像侧的凹面的负镜头L4和通过结合双凹形的负镜头L5和双凸形的正镜头L6而形成的粘合镜头，来形成第二镜头组G2。
通过从物体侧到图像侧依次排列通过结合具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L7和具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头L8而形成的粘合镜头以及双凸形的正镜头L9，来形成第三镜头组G3。
通过双凹形的负镜头L10来形成所述第四镜头组G4。
通过结合双凸形的正镜头L11和具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头L12的粘合镜头来形成第五镜头组G5。
孔径光阑S位于第三镜头组的物体侧，且与第三镜头组整体地移动。
滤光器FL和密封玻璃SG被置于第五镜头组G5和图像表面IMG之间。
表13示出其中具体数值被应用于根据第四实施例的可变焦距镜头系统14的第四数值例子的镜头数据。
[表13]
  表面号   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
  1   90.833   1.4   1.91082   35.25
  2   42.338   6.186   1.497   81.61
  3   -249.504   0.1
  4   38.969   4.734   1.59282   68.63
  5   217.347   (D5)
  6(ASP)   ∞   1.0   1.88072   37.30
  7(ASP)   8.757   4.704
  8   -20.461   0.435   1.90366   31.32
  9   15.722   3.917   2.00178   19.32
  10(ASP)   -41.960   (D10)
  11   ∞   1.2   (孔径光阑)
  12(ASP)   10.082   3.302   1.76802   49.24
  13   44.087   0.611   1.80610   33.27
  14   9.756   0.464
  15   19.783   2.452   1.59282   68.63
  16   -24.126   (D16)
  17(ASP)   -65.364   1.0   1.688935   31.16
  18   91.707   (D18)
  19(ASP)   17.708   2.950   1.58313   59.46
  20   -11.595   0.7   1.90366   31.32
  21   -26.642   (D21)
  22   ∞   0.43   1.516798   64.19
  23   ∞   1.0   1.552320   63.4
  24   ∞   (BF)
被形成为可变焦距镜头系统14中的非球面是在第二镜头组G2中的负镜头L4的两个表面(表面号6和表面号7)、在第二镜头组G2中的正镜头L6的图像侧的表面(表面号10)、在第三镜头组G3中的正镜头L7的物体侧的表面(表面号12)、在第四镜头组G4中的负镜头L10的物体侧的表面(表面号17)和在第五镜头组G5中的正镜头L11的物体侧的表面(表面号19)。在表14中示出了在第四数值例子中的非球面的第4级、第6级、第8级和第10级的非球面系数A，B，C，和D以及二次曲线常数K。
顺带提及，在表14和示出稍后描述的非球面系数每个表中，“E-i”是具有基数10的指数表示，即“E-i”表示“10-i”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
[表14]
在可变焦距镜头系统14中，当在广角端状态和远摄端状态之间改变放大倍率时，改变的是在第一镜头组G1和第二镜头组G2之间的表面间隔D5、在第二镜头组G2和孔径光阑S之间的表面间隔D10、在第三镜头组G3和第四镜头组G4之间的表面间隔D16、在第四镜头组G4和第五镜头组G5之间的表面间隔D18和在第五镜头组G5和滤光器FL之间的表面间隔D21。在表15中示出在第四数值例子中在反焦点的广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的每个表面间隔和可变间隔以及F-数、视角、图像高度和总镜头长度。
[表15]
  广角端   中间焦距   远摄端
  焦距   4.38   22.10   148.44
  F-数   2.84   3.67   5.02
  视角   86.7   19.67   2.92
  图像高度   3.88   3.88   3.88
  总镜头长度   98.16   109.71   128.9
  D5   0.75   28.037   49.136
  D10   40.635   11.28   1.15
  D16   3.942   9.34   16.027
  D18   6.681   7.368   17.893
  D21   7.585   15.12   6.12
  BF   2.087   2.065   2.072
在表16中示出在第四数值例子中的每个组的开始表面和焦距。
[表16]
  组   开始表面   焦距
  1   1   67.459
  2   6   -8.85
  3   12   19.161
  4   17   -54.834
  5   19   25.810
图22到27是在第四数值例子的无限聚焦状态下的像差的图。图22是图23是在广角端状态下的像差的图。图24和图25是在中间焦距状态下的像差的图。图26和27是在远摄端状态下的像差的图。
在图22到27中，在散光图中的实线表示在径向图像表面上的值，且在散光图中的虚线表示在经向图像表面上的值，且在横向像差图中的A表示视角(半视角)且横向像差图中的y表示图像高度。
从像差图中清楚地，第四数值例子极好地校正各种像差，并具有极好的成像性能。
<第五实施例(第五数值例子)>
图28示出了根据第五实施例的可变焦距镜头系统15的镜头配置。可变焦距镜头系统15具有13个镜头。通过从物体侧到图像侧依次排列通过结合具有面对物体侧的凸面的弯月形的负镜头L1和双凸形的正镜头L2而形成的粘合镜头以及具有面对物体侧的凸面的弯月形的正镜头L3，来形成第一镜头组G1。
通过从物体侧到图像侧依次排列具有面对图像侧的凹面的负镜头L4、通过结合双凹形的负镜头L5和双凸形的正镜头L6而形成的粘合镜头、和具有面对图像侧的凸面的弯月形的正镜头L7，来形成第二镜头组G2。
通过从物体侧到图像侧依次排列通过结合双凸形的正镜头L8和双凹形的负镜头L9而形成的粘合镜头和双凸形的正镜头L10来形成第三镜头组G3。
通过具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头L11来形成第四镜头组G4。
通过结合双凸形的正镜头L12和具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头L13的粘合镜头来形成第五镜头组G5。
孔径光阑S位于第三镜头组的物体侧，且与第三镜头组整体地移动。
滤光器FL和密封玻璃SG被置于第五镜头组G5和图像表面IMG之间。
表17示出其中具体数值被应用于根据第五实施例的可变焦距镜头系统15的第五数值例子的镜头数据。
[表17]
 表面号(r)   曲率半径   表面间隔   折射率   阿贝数
 1   109.946   1.4   1.91082   35.25
 2   52.606   6.5   1.497   81.61
 3   -327.243   0.1
 4   46.805   5.0   1.59282   68.63
 5   178.822   (D5)
 6(ASP)   ∞   1.2   1.88072   37.30
 7(ASP)   7.839   4.221
 8   -26.466   0.4   1.90366   31.32
 9   11.655   2.565   1.94595   17.98
 10   -134.870   0.318
 11   -90.396   0.8   1.88300   40.25
 12(ASP)   -38.27   (D12)
 13   ∞   1.1   (孔径光阑)
  14(ASP)   9.103   4.2   1.76802   49.24
  15   -284.136   0.7   1.80610   33.27
  16   8.604   0.627
  17   20.642   1.565   1.61800   63.4
  18   -17.477   (D18)
  19(ASP)   -12.433   1.0   1.82115   24.06
  20   -18.852   (D20)
  21(ASP)   21.116   2.770   1.58313   59.46
  22   -12.041   0.7   1.90366   31.32
  23   -20.520   (D23)
  24   ∞   0.43   1.516798   64.19
  25   ∞   1.0   1.552320   63.4
  26   ∞   (BF)
被形成为可变焦距镜头系统15中的非球面是在第二镜头组G2中的负镜头L4的两个表面(表面号6和表面号7)、在第二镜头组G2中的正镜头L7的图像侧的表面(表面号12)、在第三镜头组G3中的正镜头L8的物体侧的表面(表面号14)、在第四镜头组G4中的负镜头L11的物体侧的表面(表面号19)和在第五镜头组G5中的正镜头L12的物体侧的表面(表面号21)。在表18中示出了在第五数值例子中的非球面的第4级、第6级、第8级和第10级的非球面系数A、B、C和D以及二次曲线常数K。
[表18]
Figure BSA00000292837500471
在可变焦距镜头系统15中，当在广角端状态和远摄端状态之间改变倍率时，改变的是在第一镜头组G1和第二镜头组G2之间的表面间隔D5、在第二镜头组G2和孔径光阑S之间的表面间隔D12、在第三镜头组G3和第四镜头组G4之间的表面间隔D18、在第四镜头组G4和第五镜头组G5之间的表面间隔D20和在第五镜头组G5和滤光器FL之间的表面间隔D23。在表19中示出在第五数值例子中在反焦点的广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的每个表面间隔和可变间隔以及F-数、视角、图像高度和总镜头长度。
[表19]
  广角端   中间焦距   远摄端
  焦距   4.43   22.14   150.16
  F-数   2.87   3.77   5.01
  视角   82.4   19.86   2.9
  图像高度   3.88   3.88   3.88
  总镜头长度   81.4   112.5   143.2
  D5   0.75   36.621   68.353
  D12   27.745   6.602   1.1
  D18   4.0   9.17   11.439
  D20   2.668   5.418   16.815
  D23   7.396   14.814   6.66
  BF   2.39   2.381   2.387
在表20中示出在第五数值例子中的每个组的开始表面和焦距。
[表20]
  组   开始表面   焦距
  1   1   87.7
  2   6   -8.31
  3   13   16.42
  4   19   -47.37
  5   21   22.60
图29到34是在第五数值例子的无限聚焦状态下的像差的图。图29和图30是在广角端状态下的像差的图。图31和图32是在中间焦距状态下的像差的图。图33和34是在远摄端状态下的像差的图。
在图29到34中，在散光图中的实线表示在径向图像表面上的值，且在散光图中的虚线表示在经向图像表面上的值，且在横向像差图中的A表示视角(半视角)且横向像差图中的y表示图像高度。
从像差图中清楚地，第五数值例子极好地校正各种像差，并具有极好的成像性能。
[在可变焦距镜头系统中的条件表达式的值]
表21示出在可变焦距镜头系统14和可变焦距镜头系统15中的条件表达式(9)到(12)的值。
[表21]
  第四数值例子   第五数值例子
  f1   67.46   87.7
  ft   148.44   150.16
  条件表达式(9)   f1/ft   0.454   0.584
  Δ1   30.73   61.8
  条件表达式(10)   Δ1/ft   0.207   0.411
  Lt   128.9   143.2
  条件表达式(11)   Lt/ft   0.868   0.953
  f4   -54.83   -47.38
  fw   4.38   4.43
  条件表达式(12)   f4/(fw·ft)1/2   -2.15   -1.84
如从表21清楚地，可变焦距镜头系统14和可变焦距镜头系统15满足条件表达式(9)到(12)。
[具有根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统的根据本发明的实施例的图像拾取设备的构成]
以下将描述包括根据本发明的实施例的可变焦距镜头系统的根据本发明的实施例的图像拾取设备。
根据本发明的实施例的图像拾取设备包括可变焦距镜头系统和用于将可变焦距镜头系统形成的光图像转换为电信号的图像拾取元件。
在根据本发明的实施例的图像拾取设备中，可变焦距镜头系统通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组和具有正折射力的第五镜头组来形成。
另外，在根据本发明的实施例的图像拾取设备的可变焦距镜头系统中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，在第一镜头组和第二镜头组之间的间隔增加，在第二镜头组和第三镜头组之间的间隔降低，在第三镜头组和第四镜头组之间的间隔增加，且在第四镜头组和第五镜头组之间的间隔改变。
另外，在根据本发明的实施例的图像拾取设备的可变焦距镜头系统中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，第一镜头组、第四镜头组和第五镜头组在光轴的方向上移动，第二镜头组移动到图像侧，且第三镜头组移动到物体侧。
另外，在根据本发明的实施例的图像拾取设备的可变焦距镜头系统中，相比于广角端状态，在远摄端状态下第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑与第三镜头组整体地移动。
另外，根据本发明的实施例的图像拾取设备的可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(9)和(10)：
(9)0.4＜f1/ft＜0.6
(10)0.15＜Δ1/ft＜0.45
其中，f1是第一镜头组的焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ1是第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
条件表达式(9)定义在远摄端状态下的第一镜头组的焦距。
当f1/ft超过条件表达式(9)的上限值时，第一镜头组的折射力变得太弱。因此，从广角端到远摄端的行进距离必须被加长，以获得高的可变放大倍率比，且变得难以小型化。
另一方面，当f1/ft小于条件表达式(9)的下限值时，第一镜头组的折射力变得太强。因此，虽然可以实现小型化，但是在第一镜头组中趋于发生像差，且第二和随后的镜头组难以校正在第一镜头组中发生的像差。
因此，当可变焦距镜头系统满足条件表达式(9)时，可以实现更高的可变力和小型化，且可以通过抑制在第一镜头组中的像差的出现来实现更高的性能。
条件表达式(10)定义了第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
当Δ1/ft超过条件表达式(10)的上限值时，第一镜头组的行进量增加，作为整体的镜头系统的行进量增加，且因此变得难以小型化。
另一方面，在其中Δ1/ft小于条件表达式(10)的下限值的情况下，当第一镜头组的折射力加强以实现更高的可变力时，像差趋于发生，使得劣化了特性。
因此，当可变焦距镜头系统满足条件表达式(10)时，可以实现更高的可变力和小型化，且可以通过抑制在第一镜头组中的像差的出现来实现更高的性能。
顺带提及，在根据本发明的实施例的图像拾取设备的可变焦距镜头系统中，第五镜头组移动以便补偿图像表面位置的变化，该变化由每个镜头组的移动带来，且孔径光阑位于第三镜头组的附近。
如上形成的根据本发明的实施例的图像拾取设备的可变焦距镜头系统可以保证75度到95度的广角端状态下的视角，30倍到40倍的可变放大倍率比，和作为广角端状态下的F-数的大约2.8的值。
因此，保证了小型化，且可以实现更高的放大倍数。另外，可以简化镜头筒结构。
[图像拾取设备的一个实施例]
图35是根据本发明的图像拾取设备的实施例的数字静态相机和根据本发明的图像拾取设备的方块图。
图像拾取设备(数字静态相机)100包括用于进行图像拾取功能的相机块16、用于将拍摄的图像信号经过诸如模拟到数字转换等的信号处理的相机信号处理部分20、和用于记录和再现图像信号的图像处理部分30。图像拾取设备100还包括用于显示拍摄的图像等的LCD(液晶显示器)40、用于将图像信号读到存储卡1000和从存储卡1000读图像信号的R/W(读取器/写入器)50、和用于控制整个图像拾取设备100的CPU(中央处理单元)60。图像拾取设备100还包括由在其上由用户进行期望的操作的各种开关等形成的输入部分70、和用于控制在相机块16中布置的镜头的驱动的镜头驱动控制部分80。
相机块16由光学系统形成，该光学系统包括可变焦距镜头系统17(对其应用了本发明的可变焦距镜头系统11、12、13、14和15)和诸如CCD(电荷耦合器件)、CMOS(互补金属氧化物半导体)等的图像拾取元件18。
相机信号处理部分20进行各种信号处理，诸如将来自图像拾取元件18的输出信号转换为数字信号、噪声去除、图像质量校正、转换为亮度信号和色差信号等等。
图像处理部分30基于预定图像数据格式对图像信号进行压缩编码和解压缩解码的处理和转换数据规范(如分辨率)等的处理。
LCD 40具有显示由用户在输入部分70上输入操作的状态和诸如拍摄的图像等的各种数据的功能。
R/W 50将图像处理部分30编码的图像数据写入存储卡1000，且读取在存储卡1000中记录的图像数据。
CPU 60用作用于控制在图像拾取设备100中提供的每个电路块的控制处理部分。CPU 60基于来自输入部分70等的指令输入信号来控制每个电路块。
输入部分70包括例如用于进行快门操作的快门释放按钮和用于选择操作模式的选择开关。输入部分70向CPU 60输出对应于操作的指令输入信号。
镜头驱动控制部分80基于来自CPU 60的控制信号来控制用于驱动可变焦距镜头系统17的每个镜头的如图35所示的马达等。
存储卡1000是例如可以被插入与R/W 50连接的槽中和从其移除的半导体存储器。
以下将描述图像拾取设备100的操作。
在拍照的待机状态下，在CPU 60的控制下，由相机块16拍摄的图像信号经由相机信号处理部分20被输出到LCD 40以被显示为相机直通的图像。另外，当从输入部分70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU 60向镜头驱动控制部分80输出控制信号，以便基于镜头驱动控制部分80的控制来移动在可变焦距镜头系统17中的预定镜头。
当根据来自输入部分70的指令输入信号来操作在相机块16内的未在图35中示出的快门时，拍摄的图像信号从相机信号处理部分20向图像处理部分30输出，经过压缩编码处理，并转换为预定数据格式的数字数据。转换的数据输出到R/W 50，并写入存储卡1000。
顺带提及，当输入部分70的快门释放按钮被半按压或全按压用于记录(拍摄)时，例如基于来自CPU 60的控制信号，通过镜头驱动控制部分80来移动在可变焦距镜头系统17中的预定镜头进行聚焦。
当再现在存储卡1000中记录的图像数据时，R/W 50根据输入部分70的操作从存储卡1000读取预定图像数据，且图像处理部分30将图像数据经过解压缩解码处理。此后，再现的图像信号输出到LCD 40，且显示再现的图像。
<其他实施例>
在以上实施例中，已经描述了其中孔径光阑S被置于第三镜头组G3附近且在第三镜头组G3的物体侧以便减少每个镜头组的镜头直径并极好地校正离轴像差的变化的情况，该变化由镜头位置状态的变化带来。
但是，本发明不限于此。孔径光阑S可以置于第三镜头组G3附近且在第三镜头组G3的图像侧。
另外，在以上实施例中，已经描述了其中孔径光阑置于第三镜头组G3的物体侧在第三镜头组G3附近且与第三镜头组G3整体地移动的情况。但是，本发明不限于此。孔径光阑可以通过与第三镜头组G3分离地驱动而与第三镜头组G3无关地移动。
另外，在以上实施例中，已经图示了其中图像拾取设备应用于数字静态相机的例子。但是，图像拾取设备的应用的范围不限于数字静态相机。图像拾取设备可广泛地用作例如数字输入-输出设备(如数字摄像机、包括相机的便携式电话、包括相机的PDA(个人数字助理)等)的相机部分。
在以上实施例的每个中示出的各个部分的形状和数值每个仅是应用进行本发明的实施例的例子，且本发明的技术范围不以这些形状和数值限制的方式解释。
本申请包含涉及2009年10月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-245743和2009年10月1日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-229578中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (16)

1.一种可变焦距镜头系统，包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列所述第一镜头组、所述第二镜头组、所述第三镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组，其中，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的空气间隔增加，在所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的空气间隔减少，在所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的空气间隔增加，且在所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的空气间隔变化，所述第二镜头组移动到图像侧，所述第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在所述第三镜头组附近，并且
可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)到(3)：
(1)0.95＜f13T/ft＜1.4
(2)0.08＜f2/f4＜0.3
(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22
其中，f13T是在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，f2是第二镜头组的焦距，f4是第四镜头组的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
2.根据权利要求1的可变焦距镜头系统，
其中，所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(4)：
(4)0.35＜β2w·β2t＜0.6
其中，β2w是在广角端状态下的第二镜头组的横向放大率，且β2t是在远摄端状态下的第二镜头组的横向放大率。
3.根据权利要求1的可变焦距镜头系统，
其中，当被摄体位置改变时，所述第五镜头组在光轴的方向上移动，且满足以下条件表达式(5)：
(5)0.45＜β5t＜0.7
其中，β5t是在远摄端状态下的第五镜头组的横向放大率。
4.根据权利要求1的可变焦距镜头系统，
其中，所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(6)：
(6)0.3＜f1/ft＜0.5
其中，f1是第一镜头组的焦距。
5.根据权利要求4的可变焦距镜头系统，
其中，所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(7)：
(7)0.03＜Δ1/ff＜0.2
其中，Δ1是在广角端状态和远摄端状态下的第一镜头组的改变量，从图像表面到物体侧的方向是正方向。
6.根据权利要求1的可变焦距镜头系统，
其中，所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(8)：
(8)0.7＜TLt/ft＜0.9
其中，TLt是在远摄端状态下的总镜头长度。
7.一种图像拾取设备，包括：
可变焦距镜头系统；以及
图像拾取元件，用于将由所述可变焦距镜头系统形成的光学图像转换为电信号；
其中所述可变焦距镜头系统包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组，从物体侧依次排列所述第一镜头组、所述第二镜头组、所述第三镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组，当镜头位置状态从广角端状态改变为远摄端状态时，每个镜头组移动，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的空气间隔增加，在所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的空气间隔减少，在所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的空气间隔增加，且在所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的空气间隔变化，所述第二镜头组移动到图像侧，所述第三镜头组移动到物体侧，相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，且孔径光阑被安置在所述第三镜头组附近，并且
可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(1)到(3)：
(1)0.95＜f13T/ft＜1.4
(2)0.08＜f2/f4＜0.3
(3)0.06＜Δ3/ft＜0.22
其中，f13T是在远摄端状态下第一到第三镜头组的组合焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，f2是第二镜头组的焦距，f4是第四镜头组的焦距，且Δ3是第三镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
8.一种可变焦距镜头系统，通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组和具有正折射力的第五镜头组形成，
其中，当镜头位置状态从广角端状态改变到远摄端状态时，所述第一镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组在光轴的方向上移动，所述第二镜头组移动到图像侧，且所述第三镜头组移动到物体侧，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的间隔增加，所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的间隔减少，所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的间隔增加，且所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的间隔改变，
相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，
孔径光阑与第三镜头组整体地移动，以及
所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(9)到(10)：
(9)0.4＜f1/ft＜0.6
(10)0.15＜Δ1/ft＜0.45
其中，f1是第一镜头组的焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ1是第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
9.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(11)：
(11)0.8＜Lt/ft＜1.1
其中，Lt是在远摄端状态下的总长度。
10.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(12)：
(12)-2.5＜f4/(fw·ft)1/2＜-1.3
其中，f4是第四镜头组的焦距，且fw是在广角端状态下作为整体的镜头系统的焦距。
11.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述第一镜头组由通过结合位于物体侧的负镜头和位于图像侧的正镜头而形成的粘合镜头和位于所述粘合镜头的图像侧的正镜头形成。
12.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述第二镜头组通过结合位于物体侧的双凹形的负镜头和位于图像侧的双凸形的正镜头而形成的粘合镜头和位于粘合镜头的物体侧且具有面对图像侧的凹面的弯月形的负镜头形成。
13.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述第三镜头组通过结合位于物体侧的双凸形的正镜头和位于图像侧的双凹形的负镜头而形成的粘合镜头和位于所述粘合镜头的图像侧的正镜头形成。
14.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述第四镜头组通过双凹形的负镜头形成。
15.根据权利要求8的可变焦距镜头系统，
其中，所述第五镜头组通过结合位于物体侧的双凸形的正镜头和位于图像侧并具有面对物体侧的凹面的弯月形的负镜头而形成的粘合镜头形成。
16.一种图像拾取设备，包括：
可变焦距镜头系统；以及
图像拾取元件，用于将由所述可变焦距镜头系统形成的光学图像转换为电信号；
其中所述可变焦距镜头系统通过从物体侧到图像侧依次排列具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头组、具有负折射力的第四镜头组、和具有正折射力的第五镜头组形成，
当镜头位置状态从广角端状态改变到远摄端状态时，所述第一镜头组、所述第四镜头组和所述第五镜头组在光轴的方向上移动，所述第二镜头组移动到图像侧，且所述第三镜头组移动到物体侧，使得在所述第一镜头组和所述第二镜头组之间的间隔增加，所述第二镜头组和所述第三镜头组之间的间隔减少，所述第三镜头组和所述第四镜头组之间的间隔增加，且所述第四镜头组和所述第五镜头组之间的间隔改变，
相比于广角端状态，在远摄端状态下所述第一镜头组位于物体侧，
孔径光阑与第三镜头组整体地移动，以及
所述可变焦距镜头系统满足以下条件表达式(9)到(10)：
(9)0.4＜f1/ft＜0.6
(10)0.15＜Δ1/ft＜0.45
其中，f1是第一镜头组的焦距，ft是在远摄端状态下作为整体的镜头系统的焦距，且Δ1是第一镜头组从广角端状态到远摄端状态的行进量。
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