CN102540428A - 变焦镜头和图像拍摄设备 - Google Patents

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CN102540428A CN2011103864469A CN201110386446A CN102540428A CN 102540428 A CN102540428 A CN 102540428A CN 2011103864469 A CN2011103864469 A CN 2011103864469A CN 201110386446 A CN201110386446 A CN 201110386446A CN 102540428 A CN102540428 A CN 102540428A
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宫谷崇太
丰田浩司
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Abstract

本发明涉及一种变焦镜头和图像拍摄设备。一种内对焦型变焦镜头包括：从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且通常位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组和具有正光焦度的第五镜头组，其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0。

Description

变焦镜头和图像拍摄设备
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头和图像拍摄设备，更具体地讲，涉及一种在光学方面校正由于拍摄期间的抖动导致的图像模糊的变焦镜头和具有该变焦镜头的图像拍摄设备。
背景技术
近年来，小型图像拍摄设备(诸如，视频照相机或数字静止照相机)已广泛用于家用以及消费者使用。关于小型成像装置，除成像装置的小型化之外，还需要这样的广角变焦镜头：其总体镜头系统具有小尺寸、高变焦比和高性能。
作为通常用于视频照相机的变焦镜头，存在内对焦(innerfocus)型变焦镜头，所述内对焦型变焦镜头通过移动除最接近物体侧的第一镜头组之外的镜头组执行聚焦。内对焦型变焦镜头允许总体镜头系统容易小型化并且允许具有大量像素的成像装置具有合适的图像形成性能。
作为内对焦型变焦镜头，主要使用四组内变焦镜头型(例如，参见日本未审专利申请公布No.2009-175628)。在四组内变焦镜头型中，第一镜头组和第三镜头组被固定，并且第二镜头组被沿光轴方向移动，由此主要执行变焦。另外，通过沿光轴方向移动第四镜头组经变焦执行焦点位置的校正和聚焦。
然而，在四组内变焦镜头型中，位于广角端的半视角在上述第一镜头组的结构中仅为30度。由于这个原因，如果试图实现广视角，则存在这样的问题：由于入射到第一镜头组的离轴光通量的光束高度增加，所以第一组镜头的有效直径增加。
相比之下，在四组内对焦型变焦镜头中，提出了第一镜头组具有五镜头结构的镜头，由此针对许多变型实现广角和小型化以及高变焦比(例如，参见日本专利No.4007258)。
发明内容
在上述现有技术中，在四组内对焦型变焦镜头中通过第一镜头组的五镜头结构试图实现广角和小型化。然而，现有技术中的四组内对焦型变焦镜头具有这样的结构：在形成无焦系统的具有负光焦度(refracting power)的构成因素和具有正光焦度的构成因素之间布置玻璃，以便抑制穿过第一镜头组的光束的倾斜角。由于这个原因，存在这样的问题：第一镜头组的第二镜头的厚度增加。另外，存在这样的问题：未充分支持近来日益需要的光学防抖功能。
希望在具有光学防抖功能的内对焦型变焦镜头中实现镜头数量的减小以及高变焦比、广视角和小型化。
根据本发明的实施例，提供了一种内对焦型变焦镜头，包括：从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组和具有正光焦度的第五镜头组，其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)；(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。由此，在变焦镜头中，从第一镜头组的负镜头的第一面的凹面的光焦度的角度，可以实现广角和前镜头直径的小型化。
另外，在实施例中，变焦镜头优选地还满足条件式(2)-8.0＜G1R1/fw＜-5.0。这进一步限制了条件式(1)的范围，因此可以进一步实现广角和前镜头直径的小型化。
另外，在实施例中，变焦镜头优选地还满足下面的条件式(3)0.03＜H1′/f1＜0.3。由此，从第一镜头组的主点和焦距的角度，可以实现广角和前镜头直径的小型化。
另外，在实施例中，变焦镜头优选地还满足条件式(4)3.9＜f1L/fw＜5.9，其中f1L是第一镜头组的最接近图像侧的镜头的焦距。由此，从第一镜头组的最接近图像侧的镜头的光焦度的角度，可以实现广角和前镜头直径的小型化。
另外，在实施例中，第一镜头组中至少一个面优选地是非球面。特别地，第一镜头组的最接近图像侧的镜头优选为非球面镜头。由此，可以很有效地在远摄端校正球面像差。
在实施例中，第五镜头组可从物体侧开始依次包括具有负光焦度的前组和具有正光焦度的后组，所述前组和后组中的任何一个可沿垂直于光轴的方向移动，由此形成在像面上的图像也可沿垂直于光轴的方向移动。由此，可以实现小型化或者校正图像模糊。
根据本发明的另一实施例，提供了一种内对焦类型变焦镜头，包括：从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组，其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)；(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是位于最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。由此，在变焦镜头中，从第一镜头组的负镜头的第一面的凹面的光焦度的角度，可以实现广角和前镜头直径的小型化。
根据本发明的另一实施例，提供了一种图像拍摄设备，包括：变焦镜头，包括多个镜头组并通过改变所述多个镜头组之间的距离执行变焦；成像元件，把由变焦镜头形成的光学图像转换成电信号，其中所述变焦镜头是内对焦型变焦镜头，该内对焦型变焦镜头包括从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且通常位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组和具有正光焦度的第五镜头组，其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)；(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是位于最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。由此，在变焦镜头中，从第一镜头组的负镜头的第一面的凹面的光焦度的角度，可以实现广角和前镜头直径的小型化。
根据本发明的实施例，可以在内对焦类型变焦镜头中实现镜头数量的减少以及高变焦比、广视角和小型化。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的变焦镜头的结构例子的示图。
图2A至2C是表示根据本发明第一实施例的变焦镜头的在广角端的各像差的示图。
图3A至3C是表示根据本发明第一实施例的变焦镜头的在广角端和远摄端之间的中间焦距的各像差的示图。
图4A至4C是表示根据本发明第一实施例的变焦镜头的在远摄端的各像差的示图。
图5是表示根据本发明第二实施例的变焦镜头的结构例子的示图。
图6A至6C是表示根据本发明第二实施例的变焦镜头的在广角端的各像差的示图。
图7A至7C是表示根据本发明第二实施例的变焦镜头的在广角端和远摄端之间的中间焦距的各像差的示图。
图8A至8C是表示根据本发明第二实施例的变焦镜头的在远摄端的各像差的示图。
图9是表示根据本发明第三实施例的变焦镜头的结构例子的示图。
图10A至10C是表示根据本发明第三实施例的变焦镜头的在广角端的各像差的示图。
图11A至11C是表示根据本发明第三实施例的变焦镜头的在广角端和远摄端之间的中间焦距的各像差的示图。
图12A至12C是表示根据本发明第三实施例的变焦镜头的在远摄端的各像差的示图。
图13是表示根据第一至第三实施例的变焦镜头应用于图像拍摄设备的例子的示图。
具体实施方式
根据本发明实施例的变焦镜头是内对焦型变焦镜头，它从物体侧开始依次包括：第一镜头组GR1，具有正光焦度并且通常位于固定位置；第二镜头组GR2，具有负光焦度并且可沿光轴方向移动以用于变焦；第三镜头组GR3，具有正光焦度；第四镜头组GR4，可移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦；和第五镜头组GR5，具有正光焦度，其中第一镜头组GR1包括从物体侧依次布置的负镜头L1、第一正镜头L2和第二正镜头L3，其中负镜头L1的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，其中变焦镜头满足条件式(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。变焦镜头满足条件式(1)，由此可以在第一镜头组GR1具有三镜头结构的情况下实现前镜头的小型化和在远摄端的焦距的广角。另外，第五镜头组GR5可省略。
条件式(1)指示用于把适合实现广角和前镜头直径的小型化的结构给予第一镜头组GR1的条件，并指示凹面(第一面)的光焦度的强度。通过定义面向物体侧的凹面(第一面)的曲率半径可实现广角和前镜头直径的小型化。如果值小于条件式(1)的下限，则在第一面收集光束的能力显著变弱，这引起前镜头直径的大尺寸。此时，如果保持该尺寸，则难以实现所希望的广角。另外，如果值大于条件式(1)的上限，则在第一面由于强烈的负光焦度导致产生负畸变和像散，这引起性能的恶化。
另外，根据本发明实施例的变焦镜头优选地还满足位于条件式(1)的范围内的条件式(2)-8.0＜G1R1/fw＜-5.0。
另外，根据本发明实施例的变焦镜头优选地还满足条件式(3)0.03＜H1′/f1＜0.3，其中H1′是第一镜头组的最接近图像侧的面的顶点和第一镜头组的图像侧的主点(该主点以图像侧作为基准，“-”表示物体侧并且“+”表示图像侧)之间的距离，f1是第一镜头组的焦距。
条件式(3)指示用于把适合实现广角和前镜头直径的小型化的结构给予第一镜头组GR1的条件。通过定义各镜头的光焦度布置以使得第一镜头组GR1的图像侧的主点产生于图像侧以便与第一镜头组GR1的最接近图像侧的面相比足够地近。如果值小于条件式(3)的下限，则由于第一镜头组GR1和第二镜头组GR2之间的主点距离变长所以难以实现广角。如果值大于条件式(3)的上限，则穿过第一镜头组GR1的离轴光通量的高度增加，这引起前镜头直径的大尺寸。
另外，更优选地在条件式(3)中满足0.07＜H1′/f1＜0.2。
另外，优选地根据本发明实施例的变焦镜头还满足条件式(4)3.9＜f1L/fw＜5.9，其中f1L是第一镜头组GR1的最接近图像侧的镜头的焦距。
条件式(4)定义第一镜头组GR1的最接近图像侧的镜头的光焦度。如果值大于条件式(4)的上限，则光束高度在本发明的实施例中由三个镜头形成的第一镜头组GR1中可能无法充分减小，这引起了当从光阑S观看时位于物体侧的前镜头组(GR1和GR2)的大尺寸。另外，如果值小于条件式(4)的下限，则最接近图像侧的镜头的曲率增加，因此难以实现根据变焦的像差校正。
另外，更优选地在条件式(4)中满足4.2＜f1L/fw＜5.9。
另外，在根据本发明实施例的变焦镜头中，第一镜头组GR1中的至少一个面是非球面，优选地，第一镜头组GR1的最接近图像侧的镜头L3是非球面镜头。使用非球面镜头形成第一镜头组GR1的最接近图像侧的镜头L3，由此可以很有效地在远摄端校正球面像差。
在根据本发明实施例的变焦镜头中，第五镜头组GR5包括具有负光焦度的前组L11和具有正光焦度的后组L12，前组L11和后组L12中的任何一个沿垂直于光轴的方向移动，由此形成在像面上的图像也沿垂直于光轴的方向移动。由此，通过沿基本上垂直于光轴的方向移动第五镜头组GR5中的可移动组校正由于抖动导致的图像模糊。第五镜头组GR5中的最接近图像侧的可移动组设置为用于防抖动的可移动镜头组，由此由于光通量的有效直径是相对较小的部分所以可防止镜头镜筒的大尺寸。另外，对其它镜头组中的光通量位置的变化的影响很小，因此可以防止镜头镜筒的大尺寸。另外，对可移动镜头前后的空间的获得的限制也很小，因此可提高光学性能并使镜头镜筒最小化。
以下，将描述本发明的实施例。将按照下面的次序进行描述。
1、第一实施例(数值例子1)
2、第二实施例(数值例子2)
3、第三实施例(数值例子3)
4、应用例子(图像拍摄设备)
另外，下面的表或描述中显示的符号的含义等如下。也就是说，“面编号”表示当从物体侧计数时的第i面，“Ri”表示第i面的曲率半径，“Di”表示当从物体侧计数时的第i面和第(i+1)面之间的轴向表面间隔(镜头中心厚度或空隙)。“Ni”表示形成第i镜头的材料的d光(波长587.6nm)的右眼图像，“vi”表示形成第i镜头的材料的d光(波长587.6nm)的阿贝数，“f”表示总体镜头系统的焦距，“Fno”表示最大光圈，“ω”表示半视角。另外，“∞”表示对应的面是平面，“ASP”表示对应的面是非球面。另外，轴向表面间隔“Di”的可变间隔表示为“可变”。
另外，存在这样的情况：在各实施例中使用的变焦镜头中，镜头表面是非球面。如果在光轴方向上距镜头表面的顶点的距离是“x”，在垂直于光轴的方向上高度是“y”，在镜头顶点的近轴曲率是“c”，并且锥形常数是“κ”，则x定义为x＝cy2/(1+(1-(1+κ)c2y2)1/2)+A2y2+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10。这里，A2、A4、A6、A8和A10分别是2阶、4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数。
1、第一实施例
变焦镜头的结构
图1是表示根据本发明第一实施例的结构例子的示图。根据第一实施例的变焦镜头包括从物体侧开始依次布置的第一镜头组GR1、第二镜头组GR2、第三镜头组GR3、第四镜头组GR4和第五镜头组GR5。第一镜头组GR1具有正光焦度，第二镜头组GR2具有负光焦度，第三镜头组GR3具有正光焦度，第四镜头组GR4具有正光焦度，第五镜头组GR5具有正光焦度。
第一镜头组GR1从物体侧开始依次包括三个镜头，即具有面向物体侧的强凹面的负镜头L1和正镜头L2的粘合镜头阵列以及正镜头L3。镜头L3由非球面镜头形成。
第二镜头组GR2从物体侧开始依次包括三个镜头，即具有在图像侧的强凹面的负镜头L4以及双凹镜头L5和正镜头L6的粘合镜头阵列。镜头L4具有两个都为非球面的表面。
第三镜头组GR3从物体侧开始依次包括两个镜头，即正镜头L7和负镜头L8。镜头L7具有两个都为非球面的表面。
第四镜头组GR4包括正镜头L9和负镜头L10的粘合镜头阵列。正镜头L9的位于物体侧的表面是非球面。
第五镜头组GR5包括：可移动组，由具有负光焦度的镜头L11形成并且可沿垂直于光轴的方向移动；和固定组，由具有正光焦度的镜头L12形成并且通常位于固定位置。另外，镜头L12具有两个都为非球面的表面。
另外，光阑S位于第二镜头组GR2和第三镜头组GR3之间，滤光器FL位于第五镜头组GR5和像面IMG之间。
变焦镜头的数据
表1显示详细数值应用于根据第一实施例的变焦镜头的数值例子1的镜头数据。
表1
  表面编号   R   D   N   v
  1   -6.673   0.274   1.904   31.3
  2   10.319   1.630   1.603   60.7
  3   -6.555   0.046
  4(ASP)   5.800   1.027   1.729   54.0
  5(ASP)   -9.912   0.152
  6(ASP)   8.148   0.183   1.851   40.1
  7(ASP)   1.591   0.506
  8   -1.623   0.131   1.835   42.7
  9   4.587   0.369   1.946   18.0
  10   -5.043   4.219
  光阑   无穷大   0.396
  12(ASP)   2.200   0.903   1.623   58.2
  13(ASP)   -3.617   0.312
  14   -67.694   0.183   1.806   33.3
  15   2.535   1.335
  16(ASP)   2.548   0.989   1.553   71.7
  17   -2.071   0.183   1.923   20.9
  18   -2.917   0.458
  19   4.797   0.168   1.773   49.6
  20   1.827   1.229
  21(ASP)   4.419   0.485   1.553   71.7
  22(ASP)   -2.957   0.125
  23   无穷大   0.030   1.517   64.2
  24   无穷大   0.387   0.0
  25   无穷大   0.152   1.517   64.2
  26   无穷大   0.162
  IMG   无穷大   0.000
在根据第一实施例的变焦镜头中，第4面、第5面、第6面、第7面、第12面、第13面、第16面、第21面和第22面如上所述具有非球面形状。表2显示各个面的4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及锥形常数κ。
表2
  表面编号   K   A4   A6   A8   A10
  4(ASP)   0   -4.617E-04   2.286E-05   0.000E+00   0.000E+00
  5(ASP)   0   1.191E-03   0.000E+00   0.000E+00   0.000E+00
  6(ASP)   0   -2.187E-02   3.988E-02   -8.520E-03   0.000E+00
  7(ASP)   0   -3.725E-02   3.902E-02   3.902E-02   0.000E+00
  12(ASP)   0   -1.399E-02   -1.271E-03   -1.601E-04   0.000E+00
  13(ASP)   0   1.381E-02   -3.701E-04   0.000E+00   0.000E+00
  16(ASP)   0   -1.64E-02   -4.523E-04   -3.792E-04   0.000E+00
  21(ASP)   0   -4.330E-02   2.215E-02   -9.671E-02   6.591E-02
  22(ASP)   0   5.293E-02   -4.996E-02   -1.753E-02   3.454E-02
在第一实施例中，当镜头位置从广角端向远摄端改变时，各镜头组之间的距离改变。也就是说，存在第一镜头组GR1和第二镜头组GR2之间的距离D5、第二镜头组GR2和光阑之间的距离D10、第三镜头组GR3和第四镜头组GR4之间的距离D15以及第四镜头组GR4和第五镜头组GR5之间的距离D18的变化。在广角端(f＝1.0)、中间焦距(f＝2.92)和远摄端(f＝8.5)的距离D5、D10、D15和D18、焦距f、最大光圈Fno以及半视角ω的各数值显示在表3中。
表3
  f   1.000   2.918   8.500
  Fno.   1.850   2.621   3.500
  ω   36.190   12.529   4.307
  D5   0.152   2.455   3.977
  D10   4.219   1.916   0.394
  D15   1.335   0.624   0.565
  D18   0.458   1.169   1.227
变焦镜头的像差
图2A至4C显示根据本发明第一实施例的变焦镜头的各像差。图2A至2C显示根据本发明第一实施例的变焦镜头的在广角端的各像差。图3A至3C显示根据本发明第一实施例的变焦镜头的在广角端和远摄端之间的中间焦距的各像差。图4A至4C显示根据本发明第一实施例的变焦镜头的在远摄端的各像差。在各图中，A显示球面像差，B显示像散，C显示畸变像差。
另外，在球面像差示图中，实线表示在d光(波长587.56nm)的值，虚线表示在C光(波长656.3nm)的值，点划线表示在g光(波长435.8nm)的值。另外，在像散示图中，实线DS表示在矢状(sagittal)像面的值，虚线DM表示在子午线(meridional)像面的值。
2、第二实施例
变焦镜头的结构
图5是表示根据本发明第二实施例的结构例子的示图。根据第二实施例的变焦镜头以与第一实施例相同的方式包括从物体侧开始依次布置的第一镜头组GR1、第二镜头组GR2、第三镜头组GR3、第四镜头组GR4和第五镜头组GR5。另外，以与第一实施例相同的方式，第一镜头组GR1具有正光焦度，第二镜头组GR2具有负光焦度，第三镜头组GR3具有正光焦度，第四镜头组GR4具有正光焦度，第五镜头组GR5具有正光焦度。
第一镜头组GR1从物体侧开始依次包括三个镜头，即具有面向物体侧的强凹面的负镜头L1、正镜头L2和正镜头L3。镜头L3由非球面镜头形成。
第二镜头组GR2从物体侧开始依次包括三个镜头，即具有面向图像侧的强凹面的负镜头L4以及双凹镜头L5和正镜头L6的粘合镜头阵列。镜头L4具有两个都为非球面的表面。
第三镜头组GR3从物体侧开始依次包括三个镜头，即正镜头L7以及正镜头L8和负镜头L9的粘合镜头阵列。镜头L7具有两个都为非球面的表面。
第四镜头组GR4仅包括一个正镜头L10。镜头L10具有两个都为非球面的表面。
第五镜头组GR5包括：可移动组，由具有负光焦度的镜头L11形成并且可沿垂直于光轴的方向移动；和固定组，由具有正光焦度的镜头L12形成并且通常位于固定位置。另外，镜头L11和镜头L12具有两个都为非球面的表面。
另外，光阑S位于第二镜头组GR2和第三镜头组GR3之间，滤光器FL位于第五镜头组GR5和像面IMG之间。
变焦镜头的数据
表4显示详细数值应用于根据第二实施例的变焦镜头的数值例子2的镜头数据。
表4
  表面编号   R   D   N   v
  1   -6.431   0.356   2.001   29.1
  2   58.079   0.477
  3   15.293   0.949   1.497   81.6
  4   -6.121   0.044
  5(ASP)   5.920   0.890   1.729   54.0
  6(ASP)   -10.488   0.222
  7(ASP)   -11.866   0.178   1.851   40.1
  8(ASP)   1.941   0.613
  9   -1.475   0.148   1.835   42.7
  10   37.706   0.350   1.946   18.0
  11   -2.902   4.059
  光阑   无穷大   0.297
  13(ASP)   3.802   0.613   1.851   40.1
  14(ASP)   -6.598   0.562
  15   6.321   0.606   1.497   81.6
  16   -2.246   0.178   2.001   25.5
  17   7.969   1.532
  18(ASP)   3.348   0.623   1.553   71.7
  19(ASP)   -3.276   0.626
  20   6.645   0.297   1.773   49.6
  21   2.381   0.854
  22(ASP)   -15.528   0.534   1.553   71.7
  23(ASP)   -13.319   0.403
  24   无穷大   0.030   1.517   64.2
  25   无穷大   0.377
  26   无穷大   0.148   1.517   64.2
  27   无穷大   0.157
  IMG   无穷大   0.000
另外，第5面、第6面、第7面、第8面、第13面、第14面、第18面、第19面、第22面和第23面如上所述具有非球面形状。表5显示各个面的2阶、4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数A2、A4、A6、A8和A10以及锥形常数κ。
表5
  表面编号   K   A2   A4   A6   A8   A10
  5(ASP)   0.000   0.000   -2.296E-04   1.992E-05   -1.702E-06   0.000E+00
  6(ASP)   0.000   0.000   1.878E-03   -3.248E-05   -6.746E-07   0.000E+00
  7(ASP)   0.000   0.000   3.684E-02   -4.107E-05   -1.109E-03   0.000E+00
  8(ASP)   0.000   0.000   1.735E-02   2.093E-02   0.000E+00   0.000E+00
  13(ASP)   0.000   0.000   -1.764E-03   2.095E-04   -5.813E-05   0.000E+00
  14(ASP)   0.000   0.000   6.541E-04   0.000E+00   0.000E+00   0.000E+00
  18(ASP)   0.000   0.000   -1.015E-02   -3.718E-03   2.535E-04   -1.674E-04
  19(ASP)   0.000   0.000   6.598E-03   -5.286E-03   4.073E-04   0.000E+00
  22(ASP)   0.000   1.345E-01   1.116E-02   0.000E+00   0.000E+00   0.000E+00
  23(ASP)   0.000   -1.307E-01   7.661E-02   0.000E+00   0.000E+00   0.000E+00
在第二实施例中，当镜头位置从广角端向远摄端改变时，各镜头组之间的距离改变。也就是说，存在第一镜头组GR1和第二镜头组GR2之间的距离D5、第二镜头组GR2和光阑S之间的距离D10、第三镜头组GR3和第四镜头组GR4之间的距离D15以及第四镜头组GR4和第五镜头组GR5之间的距离D18的变化。在广角端(f＝1.0)、中间焦距(f＝2.89)和远摄端(f＝8.34)的距离D5、D10、D15和D18、焦距f、最大光圈Fn0以及半视角ω的各数值显示在表6中。
表6
f 1.000 2.893 8335
  Fno.   1.850   2.703   3.500
  ω   35.500   12.406   4.250
  D6   0.222   2.415   3.941
  D11   4059   1.867   0.341
  D17   1532   0.702   1.037
  D19   0.626   1.456   1.121
变焦镜头的像差
图6A至8C显示根据本发明第二实施例的变焦镜头的各像差。图6A至6C显示根据本发明第二实施例的变焦镜头的在广角端的各像差。图7A至7C显示根据本发明第二实施例的变焦镜头的在广角端和远摄端之间的中间焦距的各像差。图8A至8C显示根据本发明第二实施例的变焦镜头的在远摄端的各像差。在各图中，A显示球面像差，B显示像散(astigmatism)，C显示畸变像差。另外，各像差示图中的线的种类与第一实施例中描述的线的种类相同。
3、第三实施例
变焦镜头的结构
图9是表示根据本发明第三实施例的结构例子的示图。根据第三实施例的变焦镜头以与第一实施例相同的方式包括从物体侧开始依次布置的第一镜头组GR1、第二镜头组GR2、第三镜头组GR3、第四镜头组GR4和第五镜头组GR5。另外，以与第一实施例相同的方式，第一镜头组GR1具有正光焦度，第二镜头组GR2具有负光焦度，第三镜头组GR3具有正光焦度，第四镜头组GR4具有正光焦度，第五镜头组GR5具有正光焦度。
第一镜头组GR1从物体侧开始依次包括三个镜头，即具有面向物体侧的强凹面的负镜头L1和正镜头L2的粘合镜头阵列以及正镜头L3。镜头L3由非球面镜头形成。
第二镜头组GR2从物体侧开始依次包括三个镜头，即具有面向图像侧的强凹面的负镜头L4以及双凹镜头L5和正镜头L6的粘合镜头阵列。镜头L4具有两个都为非球面的表面。
第三镜头组GR3从物体侧开始依次包括三个镜头，即正镜头L7、正镜头L8和负镜头L9。镜头L7具有两个都为非球面的表面。
第四镜头组GR4仅包括一个正镜头L10。镜头L10具有两个都为非球面的表面。
第五镜头组GR5包括：可移动组，由具有负光焦度的镜头L11形成并且可沿垂直于光轴的方向移动；和固定组，由具有正光焦度的镜头L12形成并且通常位于固定位置。另外，镜头L11和镜头L12具有两个都为非球面的表面。
另外，光阑S位于第二镜头组GR2和第三镜头组GR3之间，滤光器FL位于第五镜头组GR5和像面IMG之间。
变焦镜头的数据
表7显示详细数值应用于根据第三实施例的变焦镜头的数值例子3的镜头数据。
表7
  表面编号   R   D   N   v
  1   -5.883   0.297   2.001   29.1
  2   -522.824   0.951   1.497   81.6
  3   -5.639   0.189
  4(ASP)   5.798   1.024   1.729   54.0
  5(ASP)   -7.782   0.223
  6(ASP)   -14.855   0.178   1.851   40.1
  7(ASP)   1.834   0.504
  8   -1.510   0.149   1.835   42.7
  9   15.101   0.372   1.946   18.0
  10   -3.048   4.083
  光阑   无穷大   0.297
  12(ASP)   4.072   0.612   1.851   40.1
  13(ASP)   -5.859   0.534
  14   7.559   0.562   1.497   81.6
  15   -2.424   0.178   2.001   25.5
  16   7.976   1.668
  17(ASP)   3.535   0.606   1.553   71.7
  18(ASP)   -3.430   0.471
  19(ASP)   3.699   0.297   1.773   49.2
  20(ASP)   1.877   1.124
  21(ASP)   7.311   0.654   1.553   71.7
  22(ASP)   -4.696   0.416
  23   无穷大   0.030   1.517   64.2
  24   无穷大   0.377
  25   无穷大   0.149   1.517   64.2
  26   无穷大   0.157
  IMG   无穷大   0.000
另外，第4面、第5面、第6面、第7面、第12面、第13面、第17面、第18面、第19面、第20面、第21面和第22面如上所述具有非球面形状。表8显示各个面的2阶、4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数A2、A4、A6、A8和A10以及锥形常数κ。
表8
  表面编号   K   A2   A4   A6   A8   A10
  4(ASP)   0.000   0.000   -4.390E-04   1.992E-05   1.373E-06   0.000E+00
  5(ASP)   0.000   0.000   2.036E-03   -7.779E-05   3.915E-06   0.000E+00
  6(ASP)   0.000   0.000   1.497E-02   1.740E-02   -6.664E-03   0.000E+00
  7(ASP)   0.000   0.000   -7.136E-03   3.376E-02   0.000E+00   0.000E+00
  12(ASP)   0.000   0.000   -2.979E-03   8.539E-05   -4.577E-05   0.000E+00
  13(ASP)   0.000   0.000   5.233E-05   0.000E+00   0.000E+00   0.000E+00
  17(ASP)   0.000   0.000   -1.118E-02   8.463E-04   -1.810E-03   -5.302E-04
  18(ASP)   0.000   0.000   2.948E-03   -6.474E-04   -2.124E-03   0.000E+00
  19(ASP)   0.000   0.000   -2.717E-02   -2.025E-02   1.634E-02   0.000E+00
  20(ASP)   0.000   0.000   -3.852E-02   -3.813E-02   2.787E-02   0.000E+00
  21(ASP)   0.000   7.491E-02   1.423E-02   0.000E+00   0.000E+00   0.000E+00
22(ASP) 0.000 -4.901E-02 7.626E-02 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
在第三实施例中，当镜头位置从广角端向远摄端改变时，各镜头组之间的距离改变。也就是说，存在第一镜头组GR1和第二镜头组GR2之间的距离D5、第二镜头组GR2和光阑S之间的距离D10、第三镜头组GR3和第四镜头组GR4之间的距离D15以及第四镜头组GR4和第五镜头组GR5之间的距离D18的变化。在广角端(f＝1.0)、中间焦距(f＝2.90)和远摄端(f＝8.34)的距离D5、D10、D15和D18、焦距f、最大光圈Fno以及半视角ω的各数值显示在表9中。
表9
  f   1.000   2.895   8.348
  Fno.   1.850   2.580   3.500
  ω   35.504   12.372   4.253
  D5   0.223   2.417   3.964
  D10   4.083   1.888   0.342
  D16   1.668   0.744   0.929
  D18   0.471   1.395   1.211
变焦镜头的像差
图10A至12C显示根据本发明第三实施例的变焦镜头的各像差。图10A至10C显示根据本发明第三实施例的变焦镜头的在广角端的各像差。图11A至11C显示根据本发明第三实施例的变焦镜头的在广角端和远摄端之间的中间焦距的各像差。图12A至12C显示根据本发明第三实施例的变焦镜头的在远摄端的各像差。在各图中，A显示球面像差，B显示像散，C显示畸变像差。另外，各像差示图中的线的种类与第一实施例中描述的线的种类相同。
条件式的集合
表10显示根据第一至第三实施例的数值例子1至3中的各个值。根据这些值清楚可见，满足条件式(1)至(4)。如各像差示图中所示，能够看出，在广角端、广角端和远摄端之间的中间焦距位置和远摄端以平衡的方式校正了各像差。
表10
  数值例子1   数值例子2   数值例子3
  fw   1.00   1.00   1.00
  G1R1   -6.67   -6.43   -5.88
  H1′   0.76   0.77   0.58
  f1   5.64   5.34   5.61
  f1L   5.16   5.31   4.69
  G1R1/fw   -6.67   -6.43   -5.88
  H1′/f1   0.13   0.14   0.10
  f1L/fw   5.16   5.31   4.69
4、应用例子
图像拍摄设备的结构
图13是表示根据第一至第三实施例的变焦镜头应用于图像拍摄设备100的例子的示图。图像拍摄设备100包括根据第一至第三实施例的变焦镜头120和把由变焦镜头120形成的光学图像转换成电信号的成像装置130。成像装置130可使用光电转换元件，诸如CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)。变焦镜头120简要地把根据第一至第三实施例的镜头组显示为单个镜头。
由成像装置130产生的电信号被提供给控制电路150作为用于由图像分离电路140执行的聚焦控制的信号，并且被提供给后级的图像处理电路(未示出)作为用于图像的信号。发送给图像处理电路的信号被处理以适合随后的处理，并用于各处理(诸如，显示、记录和传输)。
当从外部装置输入操作信号(例如，变焦按钮的操作)时，控制电路150响应于该操作信号执行多种处理。例如，当使用变焦按钮输入变焦指令时，控制电路150通过经驱动器电路160和170操作驱动单元161和171移动各镜头组GR2和GR4，以便响应于该指令进入焦距状态。由各传感器162和172获得的各镜头组GR2和GR4的位置信息被输入到控制电路150，并且当指令信号被输出到驱动器电路160和170时被参考。另外，控制电路150基于从图像分离电路140发送的信号检查聚焦状态，并经由驱动器电路170和驱动单元171控制第四镜头组GR4的位置，以便获得最佳聚焦状态。
图像拍摄设备100具有防抖动功能。例如，抖动检测电路180根据快门释放按钮的按压检测成像装置130中的抖动。抖动检测电路180由例如陀螺传感器实现。当来自抖动检测电路180的信号被输入到控制电路150时，控制电路150计算用于补偿图像模糊的模糊校正角度。控制电路150经由驱动器电路190操作驱动单元191，并基于计算的模糊校正角度沿垂直于光轴的方向移动第五镜头组GR5的镜头L12。第五镜头组GR5的镜头L12的位置由传感器192检测，由传感器192获得的镜头L12的位置信息被输入到控制电路150并且当指令信号被发送给驱动器电路190时被参考。
这里，已描述了移动第五镜头组GR5的位于图像侧的镜头L12的位置的例子。通常，高色散玻璃材料用于第五镜头组GR5的镜头L11，并且低色散玻璃材料用于第五镜头组GR5的镜头L12。由于在为了防抖动而移动镜头的情况下发生由色差导致的恶化，所以可以通过镜头L12(如果可能，镜头L12使用低色散玻璃材料)的移动抑制色差的发生。然而，可移动镜头L11。
另外，在不需要防抖功能的情况下，可省略第五镜头组GR5。因此，在这种情况下，变焦镜头由第一镜头组至第四镜头组形成。
应用图像拍摄设备100的详细产品可采用多种形式。例如，该图像拍摄设备可广泛应用为数字输入和输出设备(诸如，数字静止照相机、数字视频照相机、嵌入有照相机的移动电话或者嵌入有照相机的PDA(个人数字助手))的照相机部分等。
如此，根据本发明的实施例，在具有高变焦比和光学防抖机构的变焦镜头中，可以使第一镜头组包括三个镜头以及实现半视角为36度的广视角和前镜头直径的小型化。
另外，本发明的实施例显示了用于实现本发明的例子，如本发明的实施例中清楚所述，本发明实施例中的事项分别与说明权利要求中的内容的事项具有对应关系。以相同的方式，说明权利要求中的内容的事项分别与本发明实施例中的事项具有对应关系。然而，本发明不限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明的精神的范围中通过实施例的多种修改来实现。
本申请包含与2010年12月7日提交给日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-272131公开的主题相关的主题，该专利申请的全部内容通过引用包含于此。

Claims (9)

1.一种内对焦型变焦镜头，包括：
从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组和具有正光焦度的第五镜头组，
其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，
其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，
其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)；
(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，还满足下面的条件式(2)；
(2)-8.0＜G1R1/fw＜-5.0。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，还满足下面的条件式(3)；
(3)0.03＜H1′/f1＜0.3，其中H1′是第一镜头组的位于最接近图像侧的面的顶点和第一镜头组的图像侧的主点之间的距离，-表示物体侧并且+表示图像侧，f1是第一镜头组的焦距。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，还满足下面的条件式(4)；
(4)3.9＜f1L/fw＜5.9，其中f1L是第一镜头组的最接近图像侧的镜头的焦距。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第一镜头组中至少一个面是非球面。
6.如权利要求5所述的变焦镜头，其中所述第一镜头组的最接近图像侧的镜头是非球面镜头。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第五镜头组从物体侧开始依次包括具有负光焦度的前组和具有正光焦度的后组，
其中通过所述前组和后组中的任何一个沿垂直于光轴的方向移动，形成在像面上的图像也沿垂直于光轴的方向移动。
8.一种内对焦型变焦镜头，包括：
从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组，
其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，
其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，
其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)；
(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是位于最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。
9.一种图像拍摄设备，包括：
变焦镜头，包括多个镜头组并通过改变所述多个镜头组之间的距离执行变焦；
成像元件，把由变焦镜头形成的光学图像转换成电信号，
其中所述变焦镜头是内对焦型变焦镜头，该内对焦型变焦镜头包括从物体侧开始依次布置的具有正光焦度并且通常位于固定位置的第一镜头组、具有负光焦度并且能够沿光轴方向移动以用于变焦的第二镜头组、具有正光焦度的第三镜头组、能够移动以用于由于变焦导致的焦点位置的校正以及用于聚焦的第四镜头组和具有正光焦度的第五镜头组，
其中所述第一镜头组包括从物体侧开始依次布置的负镜头、第一正镜头和第二正镜头，
其中所述负镜头的第一面具有面向物体侧的凹面的形状，
其中所述变焦镜头满足下面的条件式(1)；
(1)-10.0＜G1R1/fw＜-3.0，其中G1R1是位于最接近物体侧的镜头表面的曲率半径，fw是在广角端的总体镜头系统的焦距。
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