CN102540429A - 变焦镜头和成像装置 - Google Patents

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CN102540429A CN2011104164810A CN201110416481A CN102540429A CN 102540429 A CN102540429 A CN 102540429A CN 2011104164810 A CN2011104164810 A CN 2011104164810A CN 201110416481 A CN201110416481 A CN 201110416481A CN 102540429 A CN102540429 A CN 102540429A
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安泽卓也
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Abstract

一种变焦镜头，包括：从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组，其中变焦镜头满足条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。

Description

变焦镜头和成像装置
技术领域
本公开涉及变焦镜头和成像装置。更具体地，本公开涉及具有大约三十到五十倍的高变焦比并且实现在广角端的29度或更大度数的半视角的宽视角和小型化的变焦镜头、以及具有该变焦镜头的成像装置。
背景技术
近年来，诸如用于消费者使用的摄像机和数字相机的小尺寸成像装置也已经变得广泛用于家庭使用。关于小尺寸成像装置，随着诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)的成像器件的小型化，已经存在对于总体镜头系统具有小尺寸、高变焦比和高性能的广角变焦镜头的需要。
然而，如果要在广角变焦镜头中实现高变焦比，则第一透镜组的透镜的直径趋于增加，并且因为存在对于像差校正的强烈需要，所以存在需要更多透镜的问题，其导致实现小尺寸和轻重量的困难。
关于该需要，已经提出了一种变焦镜头，其中实现高变焦比，并且然后在具有正、负、正和正折射力的四组内部聚焦类型中尝试小型化(例如，参见日本专利No.4007258)。
发明内容
然而，在日本专利No.4007258中公开的变焦镜头中，在四组配置中尝试实现高变焦比和小型化，但是还没有尝试加宽角度用于实现在广角端的29度或更大度数的半视角。
希望提供一种变焦镜头和成像装置，能够实现高变焦比、小型化和广角。
根据本公开的实施例，提供一种变焦镜头，包括：从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组，其中变焦镜头满足条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
因此，在变焦镜头中，优化第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率，并且当试图实现高变焦比时，在远射端有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差像差。
在变焦镜头中，优选地，第五透镜组具有可在与光轴垂直的方向上移动的可移动组，并且能够通过在与光轴垂直的方向上移动可移动组，在与光轴垂直的方向上移动在像面上形成的图像，并且变焦镜头满足条件等式(3)1.50＜|f1×f5m|/100＜3.20，其中f1是第一透镜组的焦距，并且f5m是第五透镜组中的可移动组的焦距。
如上所述配置变焦镜头以便满足条件等式(3)，并且从而抑制第一透镜组的折射力的增加。
在变焦镜头中，优选地，第五透镜组包括以从物方到像方的顺序安排的、具有负折射力的可移动组以及具有正折射力并且通常位于固定位置的固定组，并且变焦镜头满足条件等式(4)0.5＜(|f5m|-5.2)/1.66＜6.0和(5)0.8＜ft1～2/|f5m×φ|＜3.1，其中ft1～2是在远摄端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距，并且φ是第一透镜组中最接近物方的透镜的有效直径。
如上所述配置变焦镜头以便满足条件等式(4)和(5)。从而，有利地校正外围光束的场曲，并且降低可移动透镜组的灵敏度，并且减少可移动透镜组的移动量。
在变焦镜头中，优选地，第五透镜组包括以从物方到像方的顺序安排的、具有负折射力并且通常位于固定位置的固定组以及具有正折射力的可移动组，并且变焦镜头满足以下条件等式(4)(4)0.5＜(|f5m|-5.2)/1.66＜6.0和(5)0.8＜ft1～2/|f5m×φ|＜3.1，其中ft1～2是在远摄端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距，并且φ是第一透镜组中最接近物方的透镜的有效直径。
如上所述配置变焦镜头以便满足条件等式(4)和(5)。从而，有利地校正外围光束的场曲，并且降低可移动透镜组的灵敏度，并且减少可移动透镜组的移动量。
在变焦镜头中，第二透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
第二透镜组中的至少一个面优选地为非球面，并且因此通过非球面有利地校正所有像差。
在变焦镜头中，第三透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
第三透镜组中的至少一个面优选地为非球面，并且因此通过非球面有利地校正所有像差。
在变焦镜头中，第四透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
第四透镜组中的至少一个面优选地为非球面，并且因此通过非球面有利地校正所有像差。
在变焦镜头中，第五透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
第五透镜组中的至少一个面优选地为非球面，并且因此通过非球面有利地校正所有像差。
根据本公开的另一实施例，提供一种成像装置，包括：变焦镜头；以及将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像器件，其中变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组，其中变焦镜头满足以下条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
因此，在成像装置中，优化第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率，并且当试图实现高变焦比时，在远射端有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差像差。
根据本公开的另一实施例，提供一种变焦镜头，包括：从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、以及具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组，其中变焦镜头满足以下条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
因此，在根据实施例的变焦镜头中，优化第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率，并且当试图实现高变焦比时，在远射端有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差像差。
根据本公开的另一实施例，提供一种成像装置，包括：变焦镜头；以及将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像器件，其中变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、以及具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组，其中变焦镜头满足以下条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
因此，在成像装置中，优化第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率，并且当试图实现高变焦比时，在远射端有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差像差。
根据本公开的实施例，可能一种变焦镜头和成像装置，能够实现高变焦比、小型化和广角。
附图说明
图1是图示根据第一实施例的变焦镜头的镜头配置的图。
图2是与图3和图4一起在详细数值应用到第一实施例的数值示例中的像差图，并且是图示广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图3是图示中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图4是图示远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图5是图示根据第二实施例的变焦镜头的镜头配置的图。
图6是与图7和图8一起在详细数值应用到第二实施例的数值示例中的像差图，并且是图示广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图7是图示中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图8是图示远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图9是图示根据第三实施例的变焦镜头的镜头配置的图。
图10是与图11和图12一起在详细数值应用到第三实施例的数值示例中的像差图，并且是图示广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图11是图示中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图12是图示远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图13是图示根据第四实施例的变焦镜头的镜头配置的图。
图14是与图15和图16一起在详细数值应用到第四实施例的数值示例中的像差图，并且是图示广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图15是图示中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图16是图示远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的图。
图17是图示成像装置的示例的框图。
具体实施方式
下文中，将描述用于实施变焦镜头和成像装置的示例性实施例。
根据实施例的变焦镜头的配置
根据本公开实施例的变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组。
也就是说，在根据本公开实施例的变焦镜头中，变焦镜头具有正、负、正、正和正折射力、或者正、负、正、正和负折射力的五组配置。在光轴方向移动第二透镜组用于变焦，并且在光轴方向移动第四透镜组用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
根据本公开实施例的变焦镜头满足条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和条件等式(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
条件等式(1)定义具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组的折射力与具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组的折射力的比率。
如果值小于条件等式(1)的下限值，则第三透镜组的折射力变得太强或第四透镜组的折射力变得太弱。如果第三透镜组的折射力变得太强，则在广角端没有充分校正球面像差，并且在聚焦期间由于球面像差的变化的校正困难。如果第四透镜组的折射力变得太弱，则在聚焦期间移动量增加，从而诸如场曲和慧差的像差变化增加。此外，后焦点比所需的延长，从而难以减少总体光学系统的长度。
相反，如果值大于条件等式(1)的上限值，则第三透镜组的折射力变得太弱，或第四透镜组的折射力变得太强。
如果第三透镜组的折射力变得太弱，则过度校正广角端的球面像差。如果第四透镜组的折射力变得太强，则没有充分校正广角端的球面像差。
因此，通过变焦镜头满足条件等式(1)，成像装置可以通过第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率的优化，有利地校正所有像差，并且可以通过减少总体光学系统的长度实现小型化。
条件等式(2)定义第二透镜组的焦距和广角性能之间的关系。
如果值小于条件等式(2)的下限值，则第二透镜组的折射力变得太强，因此当要实现高变焦比时第一透镜组的折射力相对增加。从而，难以在远摄端抑制第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差。
相反，如果值大于条件等式(2)的上限值，则降低第二透镜组的折射力，因此不可能确保对于广角所需的第二透镜组的强折射力。从而，不可能实现广角。
因此，通过变焦镜头满足条件等式(2)，当尝试高变焦比时，变焦镜头可以有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差，并且可以通过确保第二透镜组的强折射力实现广角。
如上所述，在正、负、正、正和正折射力、或者正、负、正、正和负折射力的五组配置中，通过满足条件等式(1)和(2)，变焦镜头可以实现高变焦比、小型化和广角。
此外，条件等式(1)的范围更优选地是1.10＜f3/f4＜2.00，以便更有利地校正所有像差，并且因此进一步减少总体光学系统的长度。
此外，条件等式(2)的范围更优选地是1.10＜|fw1～2/f2|＜1.40，以便通过更有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差实现更高变焦比，并且通过确保第二透镜组的更强折射力实现更广角。
在根据本公开实施例的变焦镜头中，优选地，第五透镜组具有可在与光轴垂直的方向上移动的可移动组，并且可以通过在与光轴垂直的方向上移动可移动组，在与光轴垂直的方向上移动在像面上形成的图像。这里，变焦镜头满足条件等式(3)1.50＜|f1×f5m|/100＜3.20，其中f1是第一透镜组的焦距，并且f5m是第五透镜组中的可移动组的焦距。
第五透镜组配置为具有在与光轴垂直的方向上可移动的可移动组。从而，可移动组用作防抖可移动透镜组(偏移透镜组)，并且因此可能通过在与光轴垂直的方向上移动在像面上形成的图像，执行模糊校正。
条件等式(3)从第一透镜组和第五透镜组之间的关系定义镜头的广角性能、光学抖动性能和尺寸。
如果值小于条件等式(3)的下限值，则第五透镜组的防抖可移动透镜组的放大率相对于总体镜头的放大率减小，以便增加防抖可移动透镜组的移动量，从而导致镜头的直径方向上尺寸的增加。
相反，如果值大于条件等式(3)的上限值，则对于广角需要第二透镜组的强折射力，并且因此当试图实现高变焦比时增加第一透镜组的折射力。此外，因为第五透镜组的防抖可移动透镜组的放大率增加以便匹配用于有效相机抖动校正的总体镜头的减小放大率，所以增加可移动透镜组的灵敏度，并且因此降低了光学稳定器机构的控制精度。
因此，通过满足条件等式(3)的变焦镜头，可以通过抑制第一透镜组的折射力的增加实现高变焦比，并且可以通过抑制可移动透镜组的灵敏度的增加确保光学稳定器机构的有利的控制精度。
此外，作为现有技术中的变焦镜头，存在这样的变焦镜头，其中第三透镜组是在与光轴垂直的方向上可移动以便校正由于相机抖动的图像变化的可移动透镜组。
然而，第三透镜组中的光通量的直径与除了第一透镜组外的其它透镜组相比趋于增加。因此，如果第三透镜组是可移动透镜组，那么透镜面上的有效直径变得太大，从而不可能实现小型化。
此外，第三透镜组配置为在光轴方向上基本位于中心，并且具有强折射力。因此，当第三透镜组在与光轴垂直的方向上移动时，其它透镜组中光通量位置的变化增加，因此形成其它透镜组的透镜面上的有效直径也增加，并且从而小型化困难。
因此，如上所述，变焦镜头具有提供有可移动透镜组的第五透镜组，并且从而当第三透镜组是可移动透镜组时阻碍小型化的因素不出现。此外，满足条件等式(3)，并且因此可能确保光学稳定器机构的有利的控制精度，并且实现变焦镜头的小型化。
此外，在正、负、正、正和正折射力、或者正、负、正、正和负折射力的五组配置中，配置变焦镜头以提供第五透镜组中的可移动透镜组，以便满足条件等式(1)到(3)，从而实现高变焦比、广角和小型化，并且提供有利地校正除了畸变像差外的所有像差的变焦镜头。
在根据本公开实施例的变焦镜头中，优选地，第五透镜组包括以从物方到像方的顺序安排的、具有负折射力的可移动组以及具有正折射力并且通常位于固定位置的固定组，并且变焦镜头满足条件等式(4)0.5＜(|f5m|-5.2)/1.66＜6.0和(5)0.8＜ft1～2/|f5m×φ|＜3.1，其中ft1～2是在远摄端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距，并且φ是第一透镜组中最接近物方的透镜的有效直径。
条件等式(4)限定第五透镜组的可移动透镜组和广角性能之间的关系。
如果值大于条件等式(4)的上限值，则可移动透镜组的折射力减小。从而，不可能有效执行外围光束的场校正，并且因此不可能校正外围光束的场曲。因此，不可能实现广角。
相反，如果值小于条件等式(4)的下限值，则因为增加可移动透镜组的放大率以便匹配用于有效相机抖动校正的总体镜头的减小放大率，所以增加可移动透镜组的灵敏度，并且因此降低了光学稳定器机构的控制精度。
因此，通过满足条件等式(4)的变焦镜头，可以通过有利地校正外围光束的场曲实现广角，并且可以通过增加可移动透镜组的放大率以便匹配总体镜头的减小放大率并且抑制可移动透镜组的灵敏度的增加，确保光学稳定器机构的有利的控制精度。
条件等式(5)限定第五透镜组的可移动透镜组、防抖性能和镜头尺寸之间的关系。
如果值大于条件等式(5)的上限值，则因为增加可移动透镜组的放大率以便匹配用于有效相机抖动校正的总体镜头的减小放大率，所以增加可移动透镜组的灵敏度，并且因此降低了光学稳定器机构的控制精度。
如果值小于条件等式(5)的下限值，则可移动透镜组的放大率相对于总体镜头的放大率减小，以便增加可移动透镜组的移动量，从而导致镜头的直径方向上的大尺寸。
因此，通过满足条件等式(5)的变焦镜头，可以通过抑制可移动透镜组的灵敏度的增加确保光学稳定器机构的有利的控制精度，并且通过减少可移动透镜组的移动量实现直径方向上的镜头的小型化。
在根据本公开实施例的变焦镜头中，可能存在这样的配置，其中第五透镜组包括以从物方到像方的顺序安排的、具有负折射力并且通常位于固定位置的固定组以及具有正折射力的可移动组，并且变焦镜头满足以下条件等式(4)0.5＜(|f5m|-5.2)/1.66＜6.0和(5)0.8＜ft1～2/|f5m×φ|＜3.1，其中ft1～2是在远摄端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距，并且φ是第一透镜组中最接近物方的透镜的有效直径。
如上所述，除了以从物方到像方的顺序安排具有负折射力的可移动组以及具有正折射力的固定组的配置外，第五透镜组可以具有以从物方到像方的顺序安排具有负折射力的固定组以及具有正折射力的可移动组的配置。
同样在以从物方到像方的顺序安排具有负折射力的固定组以及具有正折射力的可移动组的这种配置中，满足条件等式(4)和(5)，并且从而实现根据条件等式(4)和(5)的效果。
也就是说，变焦镜头满足条件等式(4)，从而可以通过有利地校正外围光束的场曲实现广角，并且可以通过增加可移动透镜组的放大率以便匹配总体镜头的减小放大率并且抑制可移动透镜组的灵敏度的增加，确保光学稳定器机构的有利的控制精度。
此外，变焦镜头满足条件等式(5)，从而可以通过抑制可移动透镜组的灵敏度的增加确保光学稳定器机构的有利的控制精度，并且通过减少可移动透镜组的移动量实现直径方向上的镜头的小型化。
此外，通过实现第一透镜组中最接近物方的透镜的广角和直径的小型化，通过图像信号处理校正必然难以校正的畸变像差，并且校正畸变像差之后从像面获得的广角端和远摄端的视角的比率再次定义为变焦比。从而，减少旁轴焦距比率(变焦比的一般定义)，并且因此可以实现进一步小型化。
此外，通过生成广角端的负畸变像差和远摄端的正畸变像差以便为大，使得校正畸变像差之后的视角的变化远大于旁轴焦距的变化，并且因此必要变焦比的小型化是可能的。
在根据本公开实施例的变焦镜头中，第二透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
在根据本公开实施例的变焦镜头中，第三透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
在根据本公开实施例的变焦镜头中，第四透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
此外，在根据本公开实施例的变焦镜头中，第五透镜组中的至少一个面优选地为非球面。
如上所述，第二透镜组中的至少一个面、第三透镜组中的至少一个面、第四透镜组中的至少一个面、以及第五透镜组中的至少一个面是非球面，因此可以通过非球面有利地校正所有像差，并且从而可以改进变焦镜头的光学性能。
根据另一实施例的变焦镜头的配置
根据本公开的另一实施例的变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、以及具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组。
也就是说，在根据本公开实施例的变焦镜头中，变焦镜头具有正、负、正和正折射力、或者正、负、正和正折射力的四组配置。在光轴方向移动第二透镜组用于变焦，并且在光轴方向移动第四透镜组用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
根据本公开的另一实施例的变焦镜头满足条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和条件等式(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
变焦镜头满足条件等式(1)，并且因此成像装置可以通过第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率的优化，有利地校正所有像差，并且可以通过减少总体光学系统的长度实现小型化。
变焦镜头满足条件等式(2)，并且从而当尝试高变焦比时，成像装置可以有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差，并且可以通过确保第二透镜组的强折射力实现广角。
如上所述，在正、负、正和正折射力、或者正、负、正和正折射力的四组配置中，通过满足条件等式(1)和(2)，变焦镜头可以实现高变焦比、小型化和广角。
变焦镜头的数值示例
下文中，将参照附图和表格描述变焦镜头的详细实施例和详细数值应用到各实施例的数值示例。
此外，在以下表格或描述中示出的符号的含义等如下：
“Si”代表当从物方到像方计数时第i面的面号，“Ri”代表第i面的曲率半径，并且“Di”代表第i面和第(i+1)面之间的轴向面距离(透镜中心厚度或空气隙)。“Ni”代表从第i面开始的透镜等在d线(波长587.6nm)的折射率，并且“vi”代表从第i面开始的透镜等在d线的阿贝数。
“STO”代表关于“面号Si”的光阑，并且“ASP”代表关于“面号Si”的非球面。“INFINITY”代表关于“曲率半径Ri”相应的面是平面，并且“VARIABLE(可变)”代表关于“轴向面距离Di”相应的距离可变。
“K”代表圆锥常数，并且“A4”、“A6”、...分别代表第4、第6、...非球面系数。
“f”代表焦距，“Fno.”代表F数(F number)，并且“ω”代表半视角。
此外，在示出以下非球面系数的各个表格中，“E-n”指示以10为基底的指数表示，也就是说，“10的负n次方”，并且例如，“0.12345E-05”指示“0.12345×(10-5)”。
此外，存在在各个实施例中使用的变焦镜头中透镜表面是非球面的情况。如果在光轴方向距透镜表面的顶点的距离是“x”，在垂直于光轴的方向上高度是“y”，在透镜顶点的旁轴曲率是“c”，圆锥常数是“K”，并且第4级、第6级、第8级和第10级非球面系数分别是A4、A6、A8和A10，则通过以下等式1定义非球面形状。
等式1
x＝cy2/(1+(1-(1+K)c2y2)1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10
第一实施例
图1是图示根据第一实施例的变焦镜头1的镜头配置的图。
变焦镜头1包括从物方到像方按顺序安排的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。第一透镜组GR1具有正折射力，第二透镜组GR2具有负折射力，第三透镜组GR3具有正折射力，第四透镜组GR4具有正折射力，并且第五透镜组GR5具有正折射力。
第一透镜组GR1通常位于固定位置，第二透镜组GR2可在光轴方向移动用于变焦，并且第三透镜组GR3通常位于固定位置。第四透镜组GR4可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
第一透镜组GR1包括从物方到像方按顺序安排的四个透镜，位于物方的双凹透镜L1和位于像方的凸透镜L2的粘合透镜阵列、双凸透镜L3、以及具有转向物方的强凸面的凸透镜L4。
第二透镜组GR2包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向像方的强凹面的凹透镜L5、以及位于物方的双凹透镜L6和位于像方的双凸透镜L7的粘合透镜阵列。
第三透镜组GR3包括双凸透镜L8的一个透镜。
第四透镜组GR4包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向物方的凸面的凸透镜L9、具有转向像方的凹面的凹透镜L10、以及双凸透镜L11，并且凸透镜L9、凹透镜L10、以及双凸透镜L11形成粘合透镜阵列。
第五透镜组GR5包括从物方到像方按顺序安排的两个透镜，形成可移动组并且具有负折射力以及转向像方的凹面的凹透镜L12、以及形成固定组并且具有正折射力以及转向物方的凸面的双凸透镜L13。可移动组在垂直于光轴的方向可移动，并且固定组通常固定。
光阑ST0布置在第三透镜组GR3的物方周围的位置。
滤光器FL和玻璃盖CG从物方到像方按顺序布置在第五透镜组GR5和像平面IMG之间。
表1示出其中详细数值应用到根据第一实施例的变焦镜头1的数值示例1的镜头数据。
表1
Si Ri Di Ni vi
  1   -73.721   1.5   1.847   23.78
  2   54.25   4.2   1.593   68.62
  3   -46.112   0.15
  4   60.955   2.026   1.697   55.46
  5   -165.279   0.15
  6   22.622   1.889   1.883   40.81
  7   47.743   VARIABLE
  8(ASP)   240.423   0.6   1.851   40.1
  9(ASP)   5.713   1.751
  10   -6.612   0.4   1.883   40.81
  11   9.38   1.4   1.946   17.98
  12   -23.5   VARIABLE
  13(STO)   INFINITY   1
  14(ASP)   19.409   2.3   1.583   59.46
  15(ASP)   -28.154   VARIABLE
  16(ASP)   11.806   1.9   1.821   42.71
  17   INFINITY   1   1.923   20.88
  18   9.845   1.812   1.639   55.45
  19   -12.477   VARIABLE
  20(ASP)   172.006   0.6   1.623   5.82
  21(ASP)   5.454   2.87
  22(ASP)   6.543   2.7   1.497   81.56
  23(ASP)   -12.975   1.498
  24   INFINITY   0.3   1.517   64.2
  25   INFINITY   0.25
  26   INFINITY   0.5   1.517   64.2
  27   INFINITY   0.53
  IMG   INFINITY
在变焦镜头1中，凹透镜L5的两个面(第8面和第9面)、双凸透镜L8的两个面(第14面和第15面)、在凸透镜L9的物方的面(第16面)、凹透镜L12的两个面(第20面和第21面)、以及双凸透镜L13的两个面(第22面和第23面)具有非球面形状。
表2连同圆锥常数K一起示出数值示例1中非球面的非球面系数。
表2
  Si   K   A4   A6   A8   A10
  8   0.000   -2.12E-04   1.30E-05   1.49E-06   -5.03E-08
  9   0.000   -5.14E-04   1.88E-05   -1.64E-06   6.86E-07
  14   0.000   -2.73E-04   -1.68E-06   4.70E-07   0.00E+00
  15   0.000   -2.46E-04   2.12E-06   4.23E-07   0.00E+00
  16   0.000   -2.74E-04   1.07E-06   2.22E-08   0.00E+00
  20   0.000   -1.57E-03   3.77E-04   -4.15E-05   1.43E-06
  21   0.000   -1.91E-03   3.04E-04   -2.00E-05   -6.65E-07
  22   0.000   8.88E-04   -2.45E-04   5.16E-05   -3.41E-06
  23   0.000   3.62E-03   -4.79E-04   1.05E-04   -8.00E-06
在变焦镜头1中，当在广角端状态和远摄端状态之间执行变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距离D7，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3(光阑STO)之间的面距离D12、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距离D15、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距离D19变化。
根据数值示例1，表3连同F数Fno.和半视角ω一起示出在广角端状态(f＝2.341)、中间焦距状态(f＝12.186)以及远摄端状态(f＝63.214)下的每个面距离。
表3
  f   2.341   12.186   63.214
  Fno.   1.89   2.49   3.48
  ω(°)   34.4   6.97   1.34
  D7   0.798   14.772   21.577
  D12   21.679   7.705   0.9
  D15   6.918   3.945   6.864
  D19   2.233   5.207   2.288
图2到4示出数值示例1中无限远聚焦状态下的所有像差，其中图2、3和4分别示出广角端状态、中间焦距状态以及远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差。
在图2到4中，在球面像差图中，实线代表在d线(波长587.6nm)的值，链条线代表在g线(波长435.8nm)的值，并且点线代表在c线(波长656.3nm)的值。此外，在像散图中，实线代表在径向像面的值，并且点线代表在经向像面的值。
从各个像差图显而易见的是根据数值示例1，有利地校正所有像差并且获得好的成像性能。
第二实施例
图5是图示根据第二实施例的变焦镜头2的镜头配置的图。
变焦镜头2包括从物方到像方按顺序安排的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。第一透镜组GR1具有正折射力，第二透镜组GR2具有负折射力，第三透镜组GR3具有正折射力，第四透镜组GR4具有正折射力，并且第五透镜组GR5具有负折射力。
第一透镜组GR1通常位于固定位置，第二透镜组GR2可在光轴方向移动用于变焦，并且第三透镜组GR3通常位于固定位置。第四透镜组GR4可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
第一透镜组GR1包括从物方到像方按顺序安排的四个透镜，位于物方的双凹透镜L1和位于像方的凸透镜L2的粘合透镜阵列、双凸透镜L3、以及具有转向物方的强凸面的凸透镜L4。
第二透镜组GR2包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向像方的强凹面的凹透镜L5、双凹透镜L6和双凸透镜L7。
第三透镜组GR3包括具有转向物方的凸面的凸透镜L8的一个透镜。
第四透镜组GR4包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向物方的凸面的凸透镜L9、具有转向像方的凹面的凹透镜L10、以及双凸透镜L11，并且凸透镜L9、凹透镜L10、以及双凸透镜L11形成粘合透镜阵列。
第五透镜组GR5包括从物方到像方按顺序安排的两个透镜，形成固定组并且具有负折射力以及转向像方的凹面的凹透镜L12、以及形成可移动组并且具有正折射力以及转向物方的凸面的双凸透镜L13。可移动组在垂直于光轴的方向可移动，并且固定组通常固定。
光阑ST0布置在第三透镜组GR3的物方周围的位置。
滤光器FL和玻璃盖CG从物方到像方按顺序布置在第五透镜组GR5和像平面IMG之间。
表4示出其中详细数值应用到根据第二实施例的变焦镜头2的数值示例1的镜头数据。
表4
Si Ri Di Ni vi
  1   -66.667   0.85   1.847   23.78
  2   39.659   4.329   1.593   68.62
  3   -51.988   0.15
  4   60.473   2.018   1.773   49.62
  5   -136.857   0.15
  6   24.67   1.845   1.911   0.35
  7   64.309   VARIABLE
  8(ASP)   -21.277   0.6   1.806   40.73
  9(ASP)   5.699   1.579
  10   -7.692   0.4   1.911   0.35
  11   14.028   0.267
  12   13.993   1.348   1.946   17.98
  13   -16.327   VARIABLE
  14(STO)   INFINITY   1.1
  15(ASP)   10.133   2.336   1.801   45.45
  16(ASP)   22.082   VARIABLE
  17(ASP)   10.212   1.8   1.583   59.46
  18   INFINITY   0.676   1.847   23.78
  19   8.315   1.724   1.697   55.46
  20   -15.187   VARIABLE
  21(ASP)   18.269   0.451   1.851   40.1
  22(ASP)   5.02   1.922
  23   5.637   2.464   1.553   71.68
  24(ASP)   -10.468   0.949
  25   INFINITY   1.045   1.552   63.42
  26   INFINITY   0.5   1.517   64.2
  27   INFINITY   0.8
  IMG   INFINITY
在变焦镜头2中，凹透镜L5的两个面(第8面和第9面)、凸透镜L8的两个面(第15面和第16面)、在凸透镜L9的物方的面(第17面)、凹透镜L12的两个面(第21面和第22面)、以及在双凸透镜L13的像方的面(第24面)具有非球面形状。
表5连同圆锥常数K一起示出数值示例5中非球面的非球面系数。
表5
  Si   K   A4   A6   A8   A10
  8   0.000   2.36E-03   -2.59E-04   1.66E-05   -3.92E-07
  9   0.000   2.25E-03   -2.14E-04   3.54E-06   1.04E-06
  15   0.000   2.45E-04   1.39E-05   1.86E-07   2.59E-09
  16   0.000   4.46E-04   2.65E-05   3.09E-07   1.96E-08
  17   0.000   -3.42E-04   9.04E-06   -3.72E-07   7.49E-09
  21   0.000   -2.81E-03   8.96E-05   6.51E-05   -6.44E-06
  22   0.000   -3.28E-03   -1.65E-04   1.44E-04   -1.34E-05
  24   0.000   2.45E-03   1.23E-04   -3.00E-05   1.73E-06
在变焦镜头2中，当在广角端状态和远摄端状态之间执行变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距离D7，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3(光阑STO)之间的面距离D13、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距离D16、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距离D20变化。
根据数值示例2，表6连同F数Fno.和半视角ω一起示出在广角端状态(f＝2.315)、中间焦距状态(f＝12.072)以及远摄端状态(f＝62.952)下的每个面距离。
表6
  f   2.315   12.072   62.952
  Fno.   1.89   2.31   3.54
  ω(°)   35   7   1.34
  D7   0.957   14.847   21.871
  D13   21.743   7.852   0.828
  D16   6.194   2.795   7.959
  D20   3.767   7.166   2.003
图6到8示出数值示例2中无限远聚焦状态下的所有像差，其中图6、7和8分别示出广角端状态、中间焦距状态以及远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差。
在图6到8中，在球面像差图中，实线代表在d线(波长587.6nm)的值，链条线代表在g线(波长435.8nm)的值，并且点线代表在c线(波长656.3nm)的值。此外，在像散图中，实线代表在径向像面的值，并且点线代表在经向像面的值。
从各个像差图显而易见的是根据数值示例2，有利地校正所有像差并且获得好的成像性能。
第三实施例
图9是图示根据第三实施例的变焦镜头3的镜头配置的图。
变焦镜头3包括从物方到像方按顺序安排的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。第一透镜组GR1具有正折射力，第二透镜组GR2具有负折射力，第三透镜组GR3具有正折射力，第四透镜组GR4具有正折射力，并且第五透镜组GR5具有负折射力。
第一透镜组GR1通常位于固定位置，第二透镜组GR2可在光轴方向移动用于变焦，并且第三透镜组GR3通常位于固定位置。第四透镜组GR4可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
第一透镜组GR1包括从物方到像方按顺序安排的五个透镜，双凹透镜L1、位于物方并且具有转向像方的凹面的凹凸透镜(concave meniscus lens)L2和双凸透镜L3的粘合透镜阵列、双凸透镜L4、以及具有转向物方的强凸面的凸透镜L5。
第二透镜组GR2包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向像方的强凹面的凹透镜L6、以及位于物方的双凹透镜L7和位于像方的双凸透镜L8的粘合透镜阵列。
第三透镜组GR3包括双凸透镜L9的一个透镜。
第四透镜组GR4包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向物方的凸面的凸透镜L10、具有转向像方的凹面的凹透镜L11、以及双凸透镜L12，并且凸透镜L10、凹透镜L11、以及双凸透镜L12形成粘合透镜阵列。
第五透镜组GR5包括从物方到像方按顺序安排的两个透镜，形成可移动组并且具有负折射力的双凹透镜L13、以及形成固定组并且具有正折射力的双凸透镜L14。可移动组在垂直于光轴的方向可移动，并且固定组通常固定。
光阑ST0布置在第三透镜组GR3的物方周围的位置。
滤光器FL和玻璃盖CG从物方到像方按顺序布置在第五透镜组GR5和像平面IMG之间。
表7示出其中详细数值应用到根据第三实施例的变焦镜头3的数值示例3的镜头数据。
表7
  Si   Ri   Di   Ni   v i
  1   -82.587   0.9   1.923   20.88
  2   57.388   1.866
  3   74.654   1.214   1.946   17.98
  4   76.747   3.081   1.618   63.4
  5   -51.331   0.15
  6   63.207   21   1.911   0.35
  7   -143.149   0.15
  8   21.458   2.034   1.62   60.34
  9   48.659   VARIABLE
  10(ASP)   35.321   0.6   1.806   40.73
  11(ASP)   5.274   1.763
  12   -6.235   0.4   1.883   40.81
  13   10.683   1.372   1.946   17.98
  14   -21.931   VARIABLE
  15(STO)   INFINITY   11
  16(ASP)   17.73   2.406   1.583   59.46
  17(ASP)   -27.21   VARIABLE
  18(ASP)   9.916   1.392   1.694   53.2
  19   IN FINITY   0.451   1.923   20.88
  20   14.522   1.597   1.497   81.61
  21   -11.065   VARIABLE
  22   -58.554   1.496   1.729   54.04
  23(ASP)   6.046   2.788
  24(ASP)   5.609   2.795   1.497   81.56
  25(ASP)   -9.507   1.329
  26   INFINITY   1.01   1.552   63.42
  27   INFINITY   0.25
  28   INFINITY   0.5   1.517   64.2
  29   INFINITY   0.53
  IMG   INFINITY
在变焦镜头3中，凹透镜L6的两个面(第10面和第11面)、双凸透镜L9的两个面(第16面和第17面)、在凸透镜L10的物方的面(第18面)、在双凹透镜L13的像方的面(第23面)、以及双凸透镜L14的两个面(第24面和第25面)具有非球面形状。
表8连同圆锥常数K一起示出数值示例3中非球面的非球面系数。
表8
  Si   K   A4   A6   A8   A10
  10   0.000   -1.20E-03   1.35E-04   -6.34E-06   1.29E-07
  11   0.000   -1.80E-03   1.47E-04   -5.97E-06   2.29E-07
  16   0.000   -1.34E-04   -4.50E-06   2.79E-07   0.00E+00
  17   0.000   -9.29E-05   -1.97E-06   2.68E-07   0.00E+00
  18   0.000   -3.49E-04   -1.66E-06   8.15E-08   -2.30E-09
  23   0.000   -1.51E-04   -2.19E-04   4.40E-05   -2.97E-06
  24   0.000   4.98E-04   -1.96E-04   3.18E-05   -9.23E-07
  25   0.000   3.91E-03   -3.21E-04   4.64E-05   -1.02E-06
在变焦镜头3中，当在广角端状态和远摄端状态之间执行变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距离D9，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3(光阑STO)之间的面距离D14、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距离D17、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距离D21变化。
根据数值示例3，表9连同F数Fno.和半视角ω一起示出在广角端状态(f＝2.336)、中间焦距状态(f＝12.152)以及远摄端状态(f＝63.221)下的每个面距离。
表9
  f   2.336   12.152   63.221
  Fno.   1.89   2.55   3.69
  ω(°)   34.36   6.93   1.33
  D9   0.72   15.364   22.515
  D14   22.595   7.951   0.8
  D17   7.164   4.069   7.198
  D21   2.098   5.193   2.064
图10到12示出数值示例3中无限远聚焦状态下的所有像差，其中图10、11和12分别示出广角端状态、中间焦距状态以及远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差。
在图10到12中，在球面像差图中，实线代表在d线(波长587.6nm)的值，链条线代表在g线(波长435.8nm)的值，并且点线代表在c线(波长656.3nm)的值。此外，在像散图中，实线代表在径向像面的值，并且点线代表在经向像面的值。
从各个像差图显而易见的是根据数值示例3，有利地校正所有像差并且获得好的成像性能。
第四实施例
图13是图示根据第四实施例的变焦镜头4的镜头配置的图。
变焦镜头4包括从物方到像方按顺序安排的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。第一透镜组GR1具有正折射力，第二透镜组GR2具有负折射力，第三透镜组GR3具有正折射力，第四透镜组GR4具有正折射力，并且第五透镜组GR5具有正折射力。
第一透镜组GR1通常位于固定位置，第二透镜组GR2可在光轴方向移动用于变焦，并且第三透镜组GR3通常位于固定位置。第四透镜组GR4可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
第一透镜组GR1包括从物方到像方按顺序安排的四个透镜，位于物方的双凹透镜L1和位于像方的凸透镜L2的粘合透镜阵列、双凸透镜L3、以及具有转向物方的强凸面的凸透镜L4。
第二透镜组GR2包括从物方到像方按顺序安排的四个透镜，具有转向像方的强凹面的凹透镜L5、位于物方的双凹透镜L6和位于像方的双凸透镜L7的粘合透镜阵列、以及具有转向像方的凹面的凸透镜L8。
第三透镜组GR3包括双凸透镜L9的一个透镜。
第四透镜组GR4包括从物方到像方按顺序安排的三个透镜，具有转向物方的凸面的凸透镜L10、具有转向像方的凹面的凹透镜L11、以及双凸透镜L12，并且凸透镜L10、凹透镜L11、以及双凸透镜L12形成粘合透镜阵列。
第五透镜组GR5包括从物方到像方按顺序安排的两个透镜，形成可移动组并且具有负折射力的双凹透镜L13、以及形成固定组并且具有正折射力的双凸透镜L14。可移动组在垂直于光轴的方向可移动，并且固定组通常固定。
光阑ST0布置在第三透镜组GR3的物方周围的位置。
滤光器FL和玻璃盖CG从物方到像方按顺序布置在第五透镜组GR5和像平面IMG之间。
表10示出其中详细数值应用到根据第四实施例的变焦镜头4的数值示例4的镜头数据。
表10
  Si   Ri   Di   Ni   vi
  1   -86.548   0.9   1.847   23.78
  2   47.982   3.537   1.593   68.62
  3   -52.448   0.15
  4   51.14   2.191   1.697   55.46
  5   -163.012   0.15
  6   21.502   1.83   1.883   40.81
  7   43.246   VARIABLE
  8(ASP)   91.662   0.6   1.806   40.73
  9(ASP)   4.794   1.821
  10   -7.092   0.4   1.883   40.81
  11   9.573   1.473   1.946   17.98
  12   -20.387   0.15
  13(ASP)   18.058   0.6   1.806   40.73
  14(ASP)   14.567   VARIABLE
15(STO)   INFINITY 1.1
  16(ASP)   14.084   2.066   1.583   59.46
  17(ASP)   -26.234   VARIABLE
  18(ASP)   10.715   1.299   1.694   53.2
  19   INFINITY   0.45   1.923   20.88
  20   13.53   1.704   1.497   81.61
  21   -10.069   VARIABLE
  22   -27.754   1.5   1.729   54.04
  23(ASP)   5.993   2.336
  24(ASP)   5.131   2.8   1.497   81.56
  25(ASP)   -8.011   1.2
  26   INFINITY   1.01   1.552   63.42
  27   INFINITY   0.25
  28   INFINITY   0.5   1.517   64.2
  29   INFINITY   0.53
  IMG   INFINITY
在变焦镜头4中，凹透镜L5的两个面(第8面和第9面)、凸透镜L8的两个面(第13面和第14面)、双凸透镜L9的两个面(第16面和第17面)、凸透镜L10的物方的面(第18面)、双凹透镜L13的像方的面(第23面)、以及双凸透镜L14的两个面(第24面和第25面)具有非球面形状。
表11连同圆锥常数K一起示出数值示例4中非球面的非球面系数。
表11
  Si   K   A4   A6   A8   A10
  8   0.000   4.94E-04   -1.41E-04   1.38E-05   -3.94E-07
  9   0.000   9.96E-04   -1.75E-04   -5.87E-06   2.66E-06
  13   0.000   1.28E-03   -4.28E-04   1.11E-05   1.10E-06
  14   0.000   7.96E-04   -4.09E-04   1.49E-05   7.23E-07
  16   0.000   5.30E-06   -1.88E-05   6.30E-07   0.00E+00
  17   0.000   9.46E-05   -1.72E-05   6.47E-07   0.00E+00
  18   0.000   -3.59E-04   -6.01E-06   1.75E-07   0.00E+00
  23   0.000   -2.70E-04   -1.68E-04   2.96E-05   -1.92E-06
  24   0.000   -1.56E-04   -3.93E-06   6.18E-06   5.43E-07
  25   0.000   3.10E-03   1.51E-04   -3.10E-05   4.49E-06
在变焦镜头4中，当在广角端状态和远摄端状态之间执行变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距离D7，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3(光阑STO)之间的面距离D14、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距离D17、以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距离D21变化。
根据数值示例4，表12连同F数Fno.和半视角ω一起示出在广角端状态(f＝2.327)、中间焦距状态(f＝12.165)以及远摄端状态(f＝63.507)下的每个面距离。
表12
  f   2.327   12.165   63.507
  Fno.   1.89   2.46   3.51
  ω(°)   34.48   6.98   1.33
  D7   0.781   13.974   20.363
  D14   20.382   7.188   0.8
  D17   5.918   2.742   5.911
  D21   2.102   5.278   2.11
图14到16示出数值示例4中无限远聚焦状态下的所有像差，其中图14、15和16分别示出广角端状态、中间焦距状态以及远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差。
在图14到16中，在球面像差图中，实线代表在d线(波长587.6nm)的值，链条线代表在g线(波长435.8nm)的值，并且点线代表在c线(波长656.3nm)的值。此外，在像散图中，实线代表在径向像面的值，并且点线代表在经向像面的值。
从各个像差图显而易见的是根据数值示例4，有利地校正所有像差并且获得好的成像性能。
变焦镜头的条件等式中的各个值
表13示出根据数值示例1到数值示例4的条件等式(1)到条件等式(5)中的各个值。
表13
如从表13清楚的，数值示例1到数值示例4满足条件等式(1)到条件等式(5)。
根据实施例的成像装置的配置
根据本公开实施例的成像装置包括变焦镜头和将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像器件。变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组。
也就是说，在根据本公开实施例的成像装置中，变焦镜头具有正、负、正、正和正折射力、或者正、负、正、正和负折射力的五组配置。在光轴方向移动第二透镜组用于变焦，并且在光轴方向移动第四透镜组用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
在根据本公开实施例的成像装置中，变焦镜头满足条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和条件等式(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
条件等式(1)定义具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组的折射力与具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组的折射力的比率。
如果值小于条件等式(1)的下限值，则第三透镜组的折射力变得太强或第四透镜组的折射力变得太弱。如果第三透镜组的折射力变得太强，则在广角端没有充分校正球面像差，并且在聚焦期间由于球面像差的变化的校正困难。如果第四透镜组的折射力变得太弱，则在聚焦期间移动量增加，从而诸如场曲和慧差的像差变化增加。此外，后焦点比所需的延长，从而难以减少总体光学系统的长度。
相反，如果值大于条件等式(1)的上限值，则第三透镜组的折射力变得太弱，或第四透镜组的折射力变得太强。
如果第三透镜组的折射力变得太弱，则过度校正广角端的球面像差。如果第四透镜组的折射力变得太强，则没有充分校正广角端的球面像差。
因此，通过变焦镜头满足条件等式(1)，成像装置可以通过第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率的优化，有利地校正所有像差，并且可以通过减少总体光学系统的长度实现小型化。
条件等式(2)定义第二透镜组的焦距和广角性能之间的关系。
如果值小于条件等式(2)的下限值，则第二透镜组的折射力变得太强，因此当要实现高变焦比时第一透镜组的折射力相对增加。从而，难以在远摄端抑制第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差。
相反，如果值大于条件等式(2)的上限值，则降低第二透镜组的折射力，因此不可能确保对于广角所需的第二透镜组的强折射力。从而，不可能实现广角。
因此，通过变焦镜头满足条件等式(2)，当尝试高变焦比时，变焦镜头可以有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差，并且可以通过确保第二透镜组的强折射力实现广角。
如上所述，在正、负、正、正和正折射力、或者正、负、正、正和负折射力的五组配置中，通过满足条件等式(1)和(2)，变焦镜头可以实现高变焦比、小型化和广角。
此外，条件等式(1)的范围更优选地是1.10＜f3/f4＜2.00，以便更有利地校正所有像差，并且因此进一步减少总体光学系统的长度。
此外，条件等式(2)的范围更优选地是1.10＜|fw1～2/f2|＜1.40，以便通过更有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差实现更高变焦比，并且通过确保第二透镜组的更强折射力实现更广角。
根据另一实施例的成像装置的配置
根据本公开的另一实施例的成像装置包括变焦镜头和将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像器件。变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、以及具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组。
也就是说，在根据本公开实施例的成像装置中，变焦镜头具有正、负、正和正折射力、或者正、负、正和正折射力的四组配置。在光轴方向移动第二透镜组用于变焦，并且在光轴方向移动第四透镜组用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦。
根据本公开的另一实施例的成像装置满足条件等式(1)1.00＜f3/f4＜2.49和条件等式(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
变焦镜头满足条件等式(1)，并且因此成像装置可以通过第三透镜组的折射力和第四透镜组的折射力的比率的优化，有利地校正所有像差，并且可以通过减少总体光学系统的长度实现小型化。
变焦镜头满足条件等式(2)，并且从而当尝试高变焦比时，成像装置可以有利地校正第一透镜组中生成的球面像差和轴向色差，并且可以通过确保第二透镜组的强折射力实现广角。
如上所述，在正、负、正和正折射力、或者正、负、正和正折射力的四组配置中，通过满足条件等式(1)和(2)，成像装置可以实现高变焦比、小型化和广角。
成像装置的示例
图17示出作为根据本公开实施例的成像装置的示例的数字摄像机的框图。
成像装置(数字摄像机)100包括具有成像功能的相机块10、执行诸如捕获图像信号的模拟-数字转换的信号处理的相机信号处理单元20、以及对于图像信号执行记录和再现处理的图像处理单元30。此外，成像装置100包括显示捕获图像的LCD(液晶显示器)40、写入图像信号到存储卡1000和从存储卡1000读取图像信号的R/W(读取器/写入器)50、控制总体成像装置的CPU(中央处理单元)60、用于用户执行必要操作并且包括各种开关等的输入单元70、以及控制相机块10中布置的镜头的驱动的镜头驱动控制单元80。
相机块10具有包括变焦镜头11(根据本公开实施例的变焦透镜1、2、3和4)的光学系统以及诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属半导体)的成像器件12。
相机信号处理单元20对于来自成像器件20的输出信号执行各种信号处理，诸如转换为数字信号、噪声消除、图像质量校正和转换为亮度和色差信号。
图像处理单元30基于预定图像数据格式，对于图像信号执行压缩编码和解压解码处理或数据规范(如分辨率)的转换处理。
LCD 40显示用户对输入单元70的操作状态或各种数据(如捕获的图像)。
R/W 50将由图像处理单元30编码的图像数据写入存储卡1000中，并且读取存储卡1000中记录的图像数据。
CPU 60用作控制处理单元，其控制成像装置100中安装的各个电路块，并且基于来自输入单元70等的指令输入信号控制各个电路块。
输入单元70包括例如快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关等，并且输出对应于通过用户操作的指令输入信号到CPU 60。
镜头驱动控制单元80基于来自CPU 60的控制信号控制驱动变焦镜头11的各个透镜的马达(未示出)。
存储卡1000例如是可附接到连接到R/W 50的插槽和可从连接到R/W 50的插槽拆卸的半导体存储器。
下文中，将描述成像装置100的操作。
在拍摄待机状态下，在CPU 60的控制下，由相机块10捕获的图像的信号经由相机信号处理单元20输入到LCD 40，并且显示为相机直达图像(camera-through image)。此外，当从输入单元70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU 60输出控制信号到镜头驱动控制单元80，并且基于镜头驱动控制单元80移动变焦镜头11的预定透镜。
当响应于来自输入单元70的指令输入信号操作相机块10的快门(未示出)时，捕获图像信号从相机信号处理单元20输出到图像处理单元30，并且通过压缩编码用预定数据格式转换为数字数据。转换的数据输出到R/W 50并且写入存储卡1000中。
此外，例如在半按输入单元70的快门释放按钮、或者全按输入单元70的快门释放按钮用于记录(拍摄)的情况下，镜头驱动控制单元80基于来自CPU 60的控制信号移动变焦镜头11的预定透镜，从而执行聚焦。
在再现存储卡1000中记录的图像数据的情况下，响应于到输入单元70的操作经由R/W 50从存储卡1000读取预定图像数据，在图像处理单元30中经历解压解码，然后再现图像信号输出到LCD 40以便显示为再现图像。
尽管在上面的实施例中已经描述了成像装置应用于数字摄像机的示例，但是成像装置不限于数字摄像机，并且可以广泛应用为诸如数字相机、数字摄像机、内置相机的移动电话或内置相机的PDA(个人数字助理)的数字输入和输出装置的相机部分等。
本申请包含涉及于2010年12月14日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-278529中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。
本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。

Claims (11)

1.一种变焦镜头，包括：
从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组，
其中变焦镜头满足以下条件等式(1)和(2)
(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其中第五透镜组具有可在与光轴垂直的方向上移动的可移动组，
其中能够通过在与光轴垂直的方向上移动可移动组，在与光轴垂直的方向上移动在像面上形成的图像，并且
其中变焦镜头满足条件等式(3)，
(3)1.50＜|f1×f5m|/100＜3.20，其中f1是第一透镜组的焦距，并且f5m是第五透镜组中的可移动组的焦距。
3.如权利要求2所述的变焦镜头，其中第五透镜组包括以从物方到像方的顺序安排的、具有负折射力的可移动组以及具有正折射力并且通常位于固定位置的固定组，并且
其中变焦镜头满足条件等式(4)和(5)，
(4)0.5＜(|f5m|-5.2)/1.66＜6.0和(5)0.8＜ft1～2/|f5m×φ|＜3.1，其中ft1～2是在远摄端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距，并且φ是第一透镜组中最接近物方的透镜的有效直径。
4.如权利要求2所述的变焦镜头，其中第五透镜组包括以从物方到像方的顺序安排的、具有负折射力并且通常位于固定位置的固定组以及具有正折射力的可移动组，并且
其中变焦镜头满足以下条件等式(4)和(5)，
(4)0.5＜(|f5m|-5.2)/1.66＜6.0和(5)0.8＜ft1～2/|f5m×φ|＜3.1，其中ft1～2是在远摄端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距，并且φ是第一透镜组中最接近物方的透镜的有效直径。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其中第二透镜组中的至少一个面为非球面。
6.如权利要求1所述的变焦镜头，其中第三透镜组中的至少一个面为非球面。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其中第四透镜组中的至少一个面为非球面。
8.如权利要求1所述的变焦镜头，其中第五透镜组中的至少一个面为非球面。
9.一种成像装置，包括：
变焦镜头；以及
将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像器件，
其中变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组、以及第五透镜组，
其中变焦镜头满足以下条件等式(1)和(2)
(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
10.一种变焦镜头，包括：
从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、以及具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组，
其中变焦镜头满足以下条件等式(1)和(2)
(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
11.一种成像装置，包括：
变焦镜头；以及
将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号的成像器件，
其中变焦镜头包括从物方到像方按顺序安排的、具有正折射力并且通常位于固定位置的第一透镜组、具有负折射力并且可在光轴方向移动用于变焦的第二透镜组、具有正折射力并且通常位于固定位置的第三透镜组、以及具有正折射力并且可在光轴方向移动用于由于变焦的聚焦位置的校正和用于聚焦的第四透镜组，
其中变焦镜头满足以下条件等式(1)和(2)
(1)1.00＜f3/f4＜2.49和(2)1.00＜|fw1～2/f2|＜1.50，其中f2是第二透镜组的焦距，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距，并且fw1～2是在广角端的第一透镜组和第二透镜组的组合焦距。
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