CN102636865B - 变焦镜头、照相机、信息装置以及携带型信息终端装置 - Google Patents

变焦镜头、照相机、信息装置以及携带型信息终端装置 Download PDF

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CN102636865B CN201210022663.4A CN201210022663A CN102636865B CN 102636865 B CN102636865 B CN 102636865B CN 201210022663 A CN201210022663 A CN 201210022663A CN 102636865 B CN102636865 B CN 102636865B
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Abstract

本发明涉及变焦镜头、用该变焦镜头作为摄影光学***的照相机和信息装置以及携带型信息终端装置。其目的在于提供一种聚焦镜片组设置密集、聚焦移动量小、广角时半视角为36.8度以上、变倍比约为1.5～5倍、具有能够对应像素超过500万～1000万摄像元件的分辨能的高性能小型变焦镜头。其构成为从被摄体一方开始沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组(G1)、具有负折射能力的第二镜片组(G2)、具有负折射能力的第三镜片组(G3)、具有正折射能力的第四镜片组(G4)以及具有正折射能力的第五镜片组(G5)，第三镜片组进行聚焦，第二、第三镜片组的焦距与广角以及望远时整个***焦距的几何平均之间满足规定条件式。

Description

变焦镜头、照相机、信息装置以及携带型信息终端装置
技术领域
本发明涉及变焦镜头、用该变焦镜头作为摄影光学***的照相机、信息装置以及携带型信息终端装置。
背景技术
近年来，变焦镜头作为摄影光学***被广泛用于数码相机等信息装置中。尤其是焦距范围达到以35mm银盐照相机换算时视角约50mm的变焦镜头已广为所知。对于这些变焦镜头，用户进一步提出小型化、广角化、自动聚焦高速化等要求。
上述变焦镜头为具有从被摄体一方出发向成像面一方依次设置具有正折射能力的第一镜片组和具有负折射能力的第二镜片组以及后续镜片组结构的的、能够兼顾大变倍比和镜头长度小型化双方的所谓正镜片先行型(Positive-Lead type)变焦镜头。这类变焦镜头在专利文献1～5(JP特开平3-228008、特开平10-48518、特开平11-44848、特开2000-28923、特开2010-175954号公报)中有具体描述。而采用上述结构的理由首先在于容易提高变倍比，其次在于正镜片组先行结构有利于减小镜头整体长度。
现有技术中关于这类变焦镜头的聚焦方式，首先有专利文献1等公开的移动第二镜片组的方式，即所谓内部聚焦方式。该内部聚焦方式在聚焦时由于发生移动的镜片组重量较大，因此需要较大的驱动电机或执行器，造成镜筒的最大直径增大。
对此，专利文献2～5提出了减轻聚焦镜片组重量的方法，即从被摄体一方开始一次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组以及此后的后续镜片组，通过移动其中的第三镜片组来进行聚焦。但是，专利文献2～4公开的变焦镜头中的聚焦镜片组难以保证实现轻量化，不足以满足上述的用户要求。而专利文献5提出采用具有一片负镜片的聚焦镜片组的方案，该方法减轻了聚焦镜片组重量，有利于自动聚焦的高速化或镜筒直径小型化等，但是，各组镜片组的焦距范围不恰当，有必要改善像差补偿，此外，镜片组的小型化也不够充分。
关于内部聚焦方式，另有专利文献6～9(JP特许第3716418号、特许第3397686号、特许第4401451号、特开2009-251112号公报)也公开了在比光圈更接近被摄体一方依次从被摄体一侧开始设置具有正、负、负折射能力的第一、第二、第三镜片组，移动其中的第三镜片组进行聚焦。
其中专利文献9公开的变焦镜头也是用一片负镜片构成实行聚焦的第三镜片组，减轻了第三镜片组的重量，有利于聚焦的高速化。
但是专利文献4描述的变焦镜头中与聚焦有关的第三镜片组的横倍率的绝对值大，因而聚焦需要大移动量，变焦镜头在使用状态下的小型化的实现还有待进一步改善。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种适用于数码相机的高性能小型变焦镜头，该变焦镜头中的聚焦镜片组密集设置、聚焦移动量小、但能够进行高速聚焦并具有大视角。
本发明的目的还在于开发广角时半视角为36.8度以上、变倍比约为1.5～5倍、而且具有能够对应像素超过500万～1000万的摄像元件的分辨能的变焦镜头。
进而，本发明的目的还在于提供具备上述变焦镜头的照相机、信息装置以及携带型信息终端装置。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。
以下本发明(1)～(5)提供的变焦镜头从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组、具有正折射能力的第四镜片组以及具有正折射能力的第五镜片组，第三镜片组和第四镜片组之间设置光圈。
在从广角向望远变倍时，第一镜片组向被摄体一方移动，第一镜片组和第二镜片组之间的距离增大，第二镜片组和第三镜片组之间的距离增大，第三镜片组和第四镜片组之间的距离减小，第四镜片组和第五镜片组之间的距离减小。
第三镜片组以一片负镜片构成，通过该第三镜片组的移动来实行聚焦。
本发明(1)提供的变焦镜头的特征在于，第二镜片组的焦距F2、第三镜片组的焦距F3、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(1)，
-3.0＜(F2-F3)/Fm＜-0.5    式(1)
其中， F m = F w × F t .
本发明(2)是根据本发明(1)所述的变焦镜头，其特征在于，广角时第三镜片组的横倍率β3w和望远时第三镜片组的横倍率β3t分别满足以下条件式(2)和(3)，
|β3w|＜0.15    式(2)
|β3t|＜0.15    式(3)
本发明(3)是根据本发明(1)所述的变焦镜头，其特征在于，广角时的出射光瞳距离Exp和望远时的最大像高Y′之间满足以下条件式(4)，
1＜Exp/Y′＜3    式(4)。
本发明(4)是根据本发明(1)所述的变焦镜头，其特征在于，望远时的最大像高Y′和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(5)，
Y′/Fw＞0.75    式(5)。
本发明(5)是根据本发明(1)的变焦镜头，其特征在于，望远时整个***的焦距Ft和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(6)，
Ft/Fw＞1.5    式(6)。
本发明(6)提供的变焦镜头从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组、以及以多组或一组构成的后续镜片组，在从广角向望远变倍时，第一镜片组和第二镜片组之间的距离增大，第二镜片组和第三镜片组之间的距离增大，第三镜片组和后续镜片组之间的距离发生变化，通过该第三镜片组的移动来实行聚焦，进而还具有以下特征。
本发明(6)提供的变焦镜头的特征在于，第二镜片组的焦距F2、第三镜片组的焦距F3、望远时的第二镜片组和第三镜片组的合成焦距F23t、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(7)～(9)，
2.0＜F3/F23t＜3.0    式(7)
-2.5＜F2/Fm＜-1.0    式(8)
-1.4＜F3/Fm＜-0.5    式(9)
其中， F m = F w × F t .
本发明(7)提供的变焦镜头从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组、以及以多组或一组构成的后续镜片组，在从广角向望远变倍时，第一镜片组和第二镜片组之间的距离增大，第二镜片组和第三镜片组之间的距离增大，第三镜片组和后续镜片组之间的距离发生变化，通过该第三镜片组的移动来实行聚焦，其特征在于，用一片负镜片构成所述第三组镜片，并且，第二镜片组的焦距F2、第三镜片组的焦距F3、望远时的第二镜片组和第三镜片组的合成焦距F23t、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(7)～(9)，
2.0＜F3/F23t＜3.0    式(7)
-2.5＜F2/Fm＜-1.0    式(8)
-1.4＜F3/Fm＜-0.5    式(9)
其中， F m = F w × F t .
本发明(8)是根据本发明(6)或(7)所述的变焦镜头，其特征在于，构成第三镜片组的负镜片的阿倍数满足以下条件式(10)，
vd＞50    式(10)
本发明(9)是根据本发明(6)或(7)所述的变焦镜头，其特征在于，后续镜片组为从被摄体一方开始向成像面一方依次设置的光圈以及具有正折射能力的第四镜片组和具有正折射能力的第五镜片组。
本发明(10)是根据本发明(6)或(7)所述的变焦镜头，其特征在于，构成为变倍时所有镜片组发生移动。
本发明(11)是根据本发明(6)或(7)所述的变焦镜头，其特征在于，望远时的最大像高Y′和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(11)，
Y′/Fw＞0.75    式(11)。
本发明(12)是根据本发明(6)或(7)所述的变焦镜头，其特征在于，望远时整个***的焦距Ft和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(12)，
Ft/Fw＞3.0    式(12)。
本发明(13)是根据(1)、(6)、(7)中任意一项所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头可用于信息装置，该信息装置以摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像，并且用电子处理对经过上述摄像元件信息化了的数据实行电子处理，以补偿该图像中发生的畸变，该畸变被允许发生在电子处理能够补偿的范围之内。
本发明(14)提供一种照相机，其特征在于，用本发明(1)～(13)中任意一项所述的变焦镜头作为摄影用光学***。
本发明(16)提供一种信息装置，其特征在于，用本发明(1)～(13)中任意一项所述的变焦镜头作为摄影用光学***。
照相机以及信息装置可以具有用摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像的功能，此时的变焦镜头机既可以是本发明(1)～(12)的变焦镜头，也可以是本发明(13)的变焦镜头。
也就是说，照相机以及信息装置既可以是数码相机或录像机，也可以是银盐照相机，而如数码相机那样具有用摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像的功能的照相机或信息装置更适于采用上述本发明(13)的变焦镜头。
本发明(15)是根据本发明(14)所述的照相机，其特征在于，具有用摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像的功能。
本发明(17)是根据本发明(16)所述的信息装置，其特征在于变焦镜头拍摄的图像在摄像元件的受光面上成像。
本发明(18)提供一种携带型信息终端装置，其特征在于用本发明(1)～(13)中任意一项所述的变焦镜头作为照相机功能部的摄影用光学***。
本发明(1)～(12)的效果首先在于实现了新型的变焦镜头。
其中本发明(1)～(5)的效果在于，实行聚焦的第三镜片组用一片负镜片构成，重量轻，减小了聚焦时所要的驱动能量，而且满足条件(2)和(3)来优化聚焦感度大小，减小了聚焦所要的移动量大小，有利于实现自动聚焦高速化和使用状态时的变焦镜头的小型化。
通过满足本发明(3)～(5)的各项条件式，有利于提供广角时半视角为36.8度以上、变倍比约1.5～5倍、相差能够得到充分补偿、而且具有能够对应像素超过500万～1000万的摄像元件的分辨能力的高性能小型变焦镜头。
本发明(6)～(12)的效果在于，聚焦镜片组设置紧凑且移动量小，减小了移动聚焦镜片组所要的驱动能量，有利于提供广角时半视角为36.8度以上、变倍比约为1.5～5倍、而且具有能够对应像素超过500万～1000万的摄像元件的分辨能的高性能小型变焦镜头。
本发明(13)的效果在于，允许发生能够以电子处理对经过摄像元件信息化后的数据补偿范围内的畸变，能够对畸变以外的像差进行极其良好的补偿。
进而，本发明(14)～(19)的效果在于，将本发明(1)～(13)的变焦镜头作为摄影用光学***使用，有利于实现大视角高变倍、聚焦镜片组移动量小、移动该聚焦镜片组所要力量下降、以及自动聚焦动作高速化，能够提供小型且能够获得高分辨率图像的信息装置以及携带型信息终端装置。
附图说明
图1是用于说明本发明实施例1的变焦镜头的结构以及变倍时各组镜片的移动状态的示意图。
图2是用于说明本发明实施例2的变焦镜头的结构以及变倍时各组镜片的移动状态的示意图。
图3是用于说明本发明实施例3的变焦镜头的结构以及变倍时各组镜片的移动状态的示意图。
图4是用于说明本发明实施例4的变焦镜头的结构以及变倍时各组镜片的移动状态的示意图。
图5是用于说明本发明实施例5的变焦镜头的结构以及变倍时各组镜片的移动状态的示意图。
图6是实施例1的变焦镜头位于广角时的像差曲线图。
图7是实施例1的变焦镜头位于中间焦距时的像差曲线图。
图8是实施例1的变焦镜头位于望远时的像差曲线图。
图9是实施例2的变焦镜头位于广角时的像差曲线图。
图10是实施例2的变焦镜头位于中间焦距时的像差曲线图。
图11是实施例2的变焦镜头位于望远时的像差曲线图。
图126是实施例3的变焦镜头位于广角时的像差曲线图。
图13是实施例3的变焦镜头位于中间焦距时的像差曲线图。
图14是实施例3的变焦镜头位于望远时的像差曲线图。
图15是实施例4的变焦镜头位于广角时的像差曲线图。
图16是实施例4的变焦镜头位于中间焦距时的像差曲线图。
图17是实施例4的变焦镜头位于望远时的像差曲线图。
图18是实施例5的变焦镜头位于广角时的像差曲线图。
图19是实施例5的变焦镜头位于中间焦距时的像差曲线图。
图20是实施例5的变焦镜头位于望远时的像差曲线图。
图21是本发明实施例6的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远时沿着光轴的截面。
图22是本发明实施例7的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远时沿着光轴的截面。
图23是本发明实施例8的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远)时沿着光轴的截面。
图24是本发明实施例9的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远)时沿着光轴的截面。
图25是图21所示实施例6的变焦镜头广角时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图26是图21所示实施例6的变焦镜头中焦距时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图27是图21所示实施例6的变焦镜头望远时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图28是图22所示实施例7的变焦镜头广角时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图29是图22所示实施例7的变焦镜头中焦距时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图30是图22所示实施例7的变焦镜头望远时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图31是图23所示实施例8的变焦镜头广角时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图32是图23所示实施例8的变焦镜头中焦距时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图33是图23所示实施例8的变焦镜头望远时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图34是图24所示实施例9的变焦镜头广角时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图35是图24所示实施例9的变焦镜头中焦距时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图36是图24所示实施例9的变焦镜头望远时所发生的球面像差、像散、畸变以及彗星像差的像差曲线图。
图37是用于说明用电子处理对畸变进行补偿的示意图。
图38是一例作为本发明第三实施方式的信息装置的数码像机外观的斜视图，该图是从被摄体方向观察时的图。
图39是从拍摄者方向观察图37所示的数码像机外观的斜视图。
图40是用于说明图37所示装置的功能结构的示意图。
标记的说明
G1第一镜片组，G2第二镜片组，G3第三镜片组，G4第四镜片组，G5第五镜片组，AD光圈，L1第一镜片，L2第二镜片，L3第三镜片，L4第四镜片，L5第五镜片，L6第六镜片，L7第七镜片，L8第八镜片，L9第九镜片，L10第十镜片，L11第十一镜片，FM滤光片等平行平板，101摄影镜头，102光学取景器，103曝光灯，104快门键，105相机主机，106电源开关，107液晶显示器，108操作键，109存储卡插槽，110变焦键，111中央运算器(CPU)，112图像处理装置，113受光元件，114信号处理装置，115半导体存储器，116通信卡等。
具体实施方式
以下基于本发明的实施方式，参考附图详细说明本发明的变焦镜头、信息装置以及携带型信息终端装置。
图1～图5所示的变焦镜头用于说明第一实施方式，同时也分别显示实施例1～5的变焦镜头，图21～图24所示的变焦镜头用于说明第二实施方式，同时也显示实施例6～9的变焦镜头。
为了简便，在上述各图中使用相同标记。标记G1表示第一镜片组，标记G2表示第二镜片组，标记G3表示第三镜片组，标记G4表示第四镜片组，标记G5表示第五镜片组，标记AD表示光圈。图的左方为被摄体一方，右方为成像面一方。
以下的图1～图5以及图21～图24中位于最上方的图均表示广角时的镜片设置，位于中间的图表示中焦距时的镜片设置，位于最下方的图均表示望远时的镜片设置，在从广角向望远变倍时变焦镜头中的各组镜片组按照箭头从图的最上方所示的状态向最下方所示状态移动。
另外，如图1所示，位于第五镜片组之后且成像面一方的平行平板表示的光学元件是指光学低通滤光片以及排除红外线的红外滤光片等各种滤光片或CMOS图像传感器之类的受光元件的盖玻璃(密封玻璃)。
各图中的标记FM表示成像面。
在详述具体的实施例之前，首先说明本发明实施方式的原理。
《第一实施方式》
图1～图5显示本发明的第一实施方式。
本发明中的条件式(1)表示第二镜片组的焦距F2和第三镜片组的焦距F3之间关系。由于第二镜片组和第三镜片组均具有负的折射能力，为此，焦距F2和F3均为负值。
如果条件式(1)的上限值大于-0.5，则实行计较的第三镜片组的能量相对减小，聚焦时的移动量增大，有碍于高速自动聚焦，或者第二镜片组的能量增大，引起制造误差感度增大，不利于镜片组装性能。
反之，如果条件式(1)的下限值小于-3.0，则第三镜片组的能量过于增大，使得制造感度上升，不利于加工性能，或者第二镜片组的能量减小，使得该第二镜片组与其它起变倍作用的镜片组之间失去能量平衡，难以进行各种像差补偿。
条件式(2)和(3)分别表示广角和望远时第三镜片组的横倍率范围。如果条件式(2)和(3)的上限值分别超出该范围，则聚焦感度降低，聚焦所要的移动量增大，不利于变焦镜头使用状态时的小型化。
所谓聚焦感度是指焦点移动量与聚焦镜片组(第三镜片组)聚焦所要的移动量之比，聚焦感度FS用以下公式定义。
FS＝(1-βF 2)×βr 2
其中，βF表示聚焦镜片组即第三镜片组的横倍率，βr表示比聚焦镜片组更接近成像面的所有镜片组即第四和第五镜片组的合成倍率。
上述条件式(1)～(3)的参数分别优选满足以下更狭窄的范围，
-2.8＜(F2-F3)/Fm＜-0.9    式(1A)
|β3w|＜0.11              式(2A)
|β3t|＜0.10              式(3A)。
在比光圈更接近成像面一方设置正的第四镜片组和争得第五镜片组将减轻第一～第三镜片组的变倍负担。
条件式(4)限定了变焦镜头实现小型化的条件即广角时的出射光瞳距离的范围。
如果条件式(4)的上限值超过3，则将引起整个光学***长度增加，或者将引起最接近成像面一方的镜片有效直径增加，不利于变焦镜头小型化。反之，如果下限值小于1，则周围像高的光线入射成像面的入射角增大，在利用摄像元件时，容易引起周围进光量减少等问题。
优选上述条件式(4)满足以下更加狭窄的范围，
1.4＜Exp/Y′＜2.8    式(4A)。
基于上述结构的本发明第一实施方式的变焦镜头，在从广角向望远变倍时，第一镜片组向被摄体一方移动，第一镜片组和第二镜片组之间的距离增大，第二镜片组和第三镜片组之间的距离增大，第三镜片组和第四镜片组之间的距离减小，第四镜片组和第五镜片组之间的距离减小。此时，移动所有第一～第五镜片组，使左右镜片组均起变倍作用，各组镜片组变倍作用的负担均能够获得减小，这样，不仅有利于像差补偿以及加工性能，而且有效减小了第一镜片组的移动量，有利于小型化。
条件式(5)用于限制视角大小，满足条件式(5)有助于实现广角时的半视角达到36.8度以上。
条件式(6)用于显示变焦时的变倍比，用于实现变倍比达到1.5倍以上。优选条件式(6)进一步满足以下条件。
1.8＜Ft/Fw＜3.5    式(6A)。
基于上述结构，在本发明第一实施方式中，变焦镜头的第一镜片组优选从被摄体一方开始依次设置一片负镜片和一片正镜片。具体为从被摄体一方开始向成像面一方依次设置凸面面向被摄体的负新月形镜片、以及面向被摄体的凸面具有较大曲率的正镜片，共计两片镜片，或者在此后再加一片正镜片。
若要提高变倍倍率，尤其是要增加望远时的焦距时，需要加大第二～第五镜片组的合成倍率，而合成倍率的增大将使得第一镜片组中发生的像差被在成像面上放大。
为此，在提高变倍倍率时必须充分减小第一镜片组中的像差，出于上述原因，优先第一镜片组具有上述结构。
优选第二镜片组以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置负镜片、负镜片、以及正镜片，最接近被摄体的负镜片中面对成像面的面的曲率较大。
该从被摄体一方开始依次设置负镜片、负镜片、以及正镜片的构成，使得第二镜片组的主点向成像面一方移动，有助于望远时整个光学***全长的缩短。
关于光圈，采用孔径与变倍值无关、为一定值的光圈，用以简化光圈机构。但是，光圈如果构成为望远时的孔径大于广角时的孔径，将有助于减小F值的变化。在需要减少到达成像面的进光量时，可以减小光圈孔径，但是优选不改变光圈孔径，而是通过***ND滤光片等来减少进光量，这样有利于防止发生衍射现象导致分辨能力下降。
以下说明本发明的实施例1～5。
图1～图5所示的变焦镜头分别为实施例1～5的变焦镜头。
以下所有实施例(1～9)中的符号如下。
f：整个***的焦距
F：F值
ω：半视角
R：曲率半径(非球面为傍轴曲率半径)
D：面间距
Nd：折射率
vd：阿贝数
K：非球面圆锥常数
A4：四次方非球面系数
A6：六次方非球面系数
A8：八次方非球面系数
A10：十次方非球面系数
A12：十二次方非球面系数
A14：十四次方非球面系数
非球面用公知的下式表示，其中，C为傍轴曲率半径的倒数即傍轴曲率、H为到光轴的高度、K为上述圆锥常数、A4～A12为非球面系数。
X = C H 2 1 + 1 - ( 1 + K ) C 2 H 2 + A 4 H 4 + A 6 H 6 + A 8 H 8 + A 10 H 10 + A 12 H 12 + A 14 H 14 式(13)
如图1～图5所示，实施例1～5的变焦镜头从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组G1、具有负折射能力的第二镜片组G2、具有负折射能力的第三镜片组G3、具有正折射能力的第四镜片组G4以及具有正折射能力的第五镜片组G5，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间设置光圈AD，在从广角向望远变倍时，第一镜片组G1向被摄体一方移动，第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的距离增大，第二镜片组G2和第三镜片组G3之间的距离增大，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的距离减小，第四镜片组G4和第五镜片组G5之间的距离减小。
第三镜片组G3以1片负镜片构成，通过该第三镜片组G3的移动来实行聚焦。光圈AD与第四镜片组G4一起移动。
以下的实施例1～实施例5满足上述各项变焦镜头条件式(1)～(6)。
<实施例1>
图1显示实施例1的变焦镜头结构。如图1所示，实施例1的变焦镜片的第一镜片组G1构成为，从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体一方的负新月形镜片(第一镜片L1)以及面凸面面向被摄体一方的正新月形镜片(第二镜片L2)。
第二镜片组G2以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体且被摄体一侧的面为非球面的负新月形镜片(第三镜片L3)、位于成像面一侧的凹面的曲率较大的双凹负镜片(第四镜片L4)、以及位于被摄体一侧的凸面的曲率较大的双凸正镜片(第五镜片L5)。
第三镜片组G3以一片双凹镜片(第六镜片L6)构成，该镜片的被摄体一方的凹面的曲率较大。
第四镜片组G4构成为从被摄体一方开始设置面向被摄体一方的凸面的曲率较大且该被摄体一方的面为非球面的双凸镜片(第七镜片L7)、面向被摄体一方的凸面的曲率较大的双凸镜片(第八镜片L8)以及凸面面向被摄体的负新月形镜片(第九镜片L9)。
第五镜片组G5以面向被摄体一方的凸面的曲率较大的双凸镜片(第十镜片L10)以及凸面面向成像面且两侧均为非球面的负新月形镜片(第十一镜片L11)构成。
本实施例1中用玻璃制造企业名来表示玻璃种类，其中，HOYA表示豪雅(HOYA)公司，OHARA表示小原公司。该表示在以下的各个实施例中相同。
本实施例1中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝15.99～46.53，F＝3.66～5.81，ω＝41.8～17.08。
实施例1的数据如表1所示。
表1
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   39.12273   1.2   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R2   23.28233   6.87824   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R3   124.3126   可变DA
  R4＊   51.18576   0.9   1.9027   31   0.5943   LLAH86   OHARA
  R5   9.80471   5.13832
  R6   -53.7786   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R7   40.9171   0.1
  R8   17.43533   3.08478   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R9   -49.33344   可变DB
  R10   -19.12351   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R11   99.43789   可变DC
  R12   ∞   0.4
  R13＊   20.92318   1.78393   1.58913   61.15   0.5382   LBAL35   OHARA
  R14   -40.36773   0.1
  R15   11.55704   4.21375   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R16   -39.61642   0.1
  R17   223.6179   0.9   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R18   12.13573   可变DD
  R19   13.21477   4.80138   1.51823   58.9   0.5457   SNSL3   OHARA
  R20   -16.47821   3.08285
  R21＊   -10.3597   0.9   1.864   40.58   0.5669   LLAH83   OHARA
  R22＊   -25.28317   任意
  R23   ∞   2.3   1.5168   64.2   各种滤光片
  R24   ∞   1.5
  R25   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R26   ∞
表1中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表1中附有标记“*”的第4面、第13面、第21面以及第22面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第4面：K＝0，A4＝1.056440E-06，A6＝4.970200E-08，A8＝-7.07385E-10，A10＝5.361300E-12，A12＝-1.57191E-14
第13面：K＝0，A4＝-7.78796E-05，A6＝-2.65621E-07，A8＝-1.50697E-09
第21面：K＝0，A4＝3.625180E-05，A6＝1.430340E-06，A8＝-1.49906E-08
第22面：K＝0，A4＝1.042670E-04，A6＝1.381650E-06，A8＝-1.17092E-08
上述数据中，例如-1.17092E-08表示1.17092×10-8，该表示在以下其他实施例中相同。
实施例1的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、以及第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD，这些参数随着变倍而发生的变动如表2所示。
表2
  焦距f   15.99   27.14   46.53
  可变DA   0.80000   7.14187   15.11568
  可变DB   2.16319   2.4815   3.69545
  可变DC   10.23376   6.27306   3.7
  可变DD   4.47212   3.38477   2.42395
图6～图8依次显示实施例1的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。球面像差曲线图中的虚线表示正弦条件、象散曲线图中的实线表示弧矢，虚线表示子午。d表示d线，g表示g线。该表示在以下其他实施例中相同。
<实施例2>
图2显示实施例2的变焦镜头结构。
实施例2中除了第二镜片组G2的第四镜片L4为面向成像面一方的凹面的曲率较大的双凹镜片、第四镜片组G4的第九镜片L9为面向成像面一方的凹面的曲率较大的双凹镜片，其他与实施例1相同。
本实施例1中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝18.65～54.3，F＝3.62～5.83，ω＝37.5～14.8。
实施例2的数据如表3所示。
表3
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   34.87529   1.2   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R2   20.88097   6.4864   1.762   40.1   0.5765   SLAM55   OHARA
  R3   274.4841   可变DA
  R4＊   83.17104   0.9   1.9027   31   0.5943   LLAH86   OHARA
  R5   11.04146   4.70677
  R6   -71.07226   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R7   35.27754   0.1
  R8   17.30152   2.79533   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R9   -47.57628   可变DB
  R10   -16.6178   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R11   392.0196   可变DC
  R12   ∞   0.4
  R13＊   25.28309   1.86904   1.58913   61.15   0.5382   LBAL35   OHARA
  R14   -33.48911   0.1
  R15   11.13412   4.02771   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R16   -21.68179   0.1
  R17   -50.30385   0.9   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R18   12.84878   可变DD
  R19   14.1697   3.92313   1.54072   47.23   0.5651   STIL2   OHARA
  R20   -20.88484   6.7438
  R21＊   -9.13029   0.9   1.864   40.58   0.5669   LLAH83   OHARA
  R22＊   -17.25279   任意
  R23   ∞   2.3   1.5168   64.2   各种滤光片
  R24   ∞   1.5
  R25   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R26   ∞
表3中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表3中附有标记“*”的第4面、第13面、第21面以及第22面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第4面：K＝0，A4＝-2.56108E-06，A6＝1.044020E-07，A8＝-1.4309E-09，A10＝1.355110E-11，A12＝-5.04361E-14
第13面：K＝0，A4＝-9.25137E-05，A6＝-3.51547E-07，A8＝-8.00052E-09
第21面：K＝0，A4＝-2.51375E-04，A6＝3.572660E-06，A8＝1.359970E-08
第22面：K＝0，A4＝-1.75754E-04，A6＝4.150840E-06，A8＝-1.1655E-08
实施例2的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD、这些参数随着变倍而发生的变动如表4所示。
表4
  焦距f   18.65   31.67   54.30
  可变DA   0.80000   7.14675   14.74821
  可变DB   2.34612   2.74197   4.08503
  可变DC   9.71508   6.17599   3.7
  可变DD   3.39079   2.77585   2.23637
图9～图11依次显示实施例1的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
<实施例3>
本实施例3中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝16.15～38，F＝3.63～5.86，ω＝41.5～20.6。
实施例3的数据如表5所示。
表5
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   47.76035   1.2   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R2   26.40714   4.14071   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R3   157.9338   可变DA
  R4＊   317.0593   0.9   1.9027   31   0.5943   LLAH86   OHARA
  R5   11.33016   4.09559
  R6   -32.4071   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R7   -147.884   0.1
  R8   18.6336   2.62463   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R9   -54.59411   可变DB
  R10   -15.1769   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R11   116.3303   可变DC
  R12   ∞   0.4
  R13＊   21.56915   1.81261   1.58913   61.15   0.5382   LBAL35   OHARA
  R14   -35.00674   0.1
  R15   11.54805   2.26864   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R16   -62.39683   0.1
  R17   84.20776   1.24552   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R18   15.65855   可变DD
  R19   19.02132   3.04876   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R20   -19.88286   3.40451
  R21＊   -20.70843   0.9   1.864   40.58   0.5669   LLAH83   OHARA
  R22＊   -930.2132   任意
  R23   ∞   2.3   1.5168   64.2   各种滤光片
  R24   ∞   1.5
  R25   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R26   ∞
表5中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表5中附有标记“*”的第4面、第13面、第21面以及第22面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第4面：K＝0，A4＝2.777450E-05，A6＝-3.99444E-08，A8＝6.048460E-10，A10＝1.095400E-12，A12＝-2.48491E-14
第13面：K＝0，A4＝-9.36505E-05，A6＝4.158310E-08，A8＝-5.89151E-09
第21面：K＝0，A4＝5.741240E-06，A6＝-1.82504E-06，A8＝4.009180E-09
第22面：K＝0，A4＝1.736520E-04，A6＝-1.06638E-06，A8＝2.185120E-08
实施例3的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD、这些参数随着变倍而发生的变动如表6所示。
表6
  焦距f   16.15   24.79   38.00
  可变DA   0.80000   5.90137   13.5357
  可变DB   2.34612   2.31144   3.32017
  可变DC   9.71508   5.58473   3.7
  可变DD   3.39079   1.89864   1
图12～图14依次显示实施例3的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
<实施例4>
图4显示实施例4的变焦镜头结构。
实施例4中除了以下两处，即第一镜片组G1的第二镜片L2为面向成像面一方的凸面的曲率较大的双凸镜片、以及第五镜片组G5的第十一镜片L11为位于成像面一方的面为非球面，与实施例1的变焦镜头不同，其他与实施例1相同。
本实施例4中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝16.15～31.66，F＝3.62～5.84，ω＝41.5～24.3。
实施例4的数据如表7所示。
表7
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   83.13818   1.1   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R2   35.23645   3.06595   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R3   -1098.942   可变DA
  R4＊   72.91434   0.9   1.9027   31   0.5943   LLAH86   OHARA
  R5   10.82705   3.43129
  R6   -37.55262   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R7   93.3434   0.1
  R8   16.89882   2.42724   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R9   -52.03616   可变DB
  R10   -14.10128   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R11   87.39539   可变DC
  R12   ∞   0.4
  R13＊   26.39605   1.49002   1.7432   49.29   0.5529   LLAM60   OHARA
  R14   -75.65242   0.1
  R15   11.88519   2.22222   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R16   -71.13735   0.1637
  R17   242.9493   0.9   2.00069   25.46   0.6133   TAFD40   HOYA
  R18   25.12199   可变DD
  R19   14.62481   3.33144   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R20   -20.51756   4.205
  R21   -13.433   0.9   1.864   40.58   0.5669   LLAH83   OHARA
  R22＊   -40：47867   任意
  R23   ∞   2.3   1.5168   64.2   各种滤光片
  R24   ∞   1.5
  R25   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R26   ∞
表7中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表7中附有标记“*”的第4面、第13面、第21面以及第22面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第4面：K＝0，A4＝5.736250E-06，A6＝1.541920E-07，A8＝-1.54552E-09，A10＝2.609640E-11，A12＝-1.36118E-13
第13面：K＝0，A4＝-6.60531E-05，A6＝-9.67387E-08，A8＝-6.97485E-09
第22面：K＝0，A4＝2.216200E-04，A6＝2.466620E-06，A8＝-2.45507E-08，A10＝6.485260E-10
实施例4的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD，这些参数随着变倍而发生的变动如表8所示。
表8
  焦距f   16.15   22.65   31.66
  可变DA   0.80000   4.05898   9.84558
  可变DB   1.95868   2.01912   2.53384
  可变DC   6.90823   4.98661   3.7
  可变DD   2.51971   1.58386   1
图15～图17依次显示实施例4的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
<实施例5>
图5显示实施例5的变焦镜头结构。
实施例5的镜片结构与实施例1相同。
本实施例5中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝15.99～46.56，F＝3.65～5.85，ω＝41.8～17.07。
实施例5的数据如表9所示。
表9
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   40.67199   1.2   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R2   23.68628   5.77418   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R3   131.1395   可变DA
  R4＊   59.03292   0.9   1.9027   31   0.5943   LLAH86   OHARA
  R5   10.72146   5.25932
  R6   -64.05069   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R7   43.98409   0.35569
  R8   19.15126   3.19144   1.92286   18.9   0.6495   SNPH2   OHARA
  R9   -52.5303   可变DB
  R10   -19.97082   0.9   1.883   40.76   0.5667   SLAH58   OHARA
  R11   139.5677   可变DC
  R12   ∞   0.4
  R13＊   20.55518   1.74731   1.58913   61.15   0.5382   LBAL35   OHARA
  R14   -51.17341   0.1
  R15   11.55689   4.22074   1.497   81.54   0.5375   SFPL51   OHARA
  R16   -41.75375   0.1
  R17   166.2512   0.9   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R18   12.05572   可变DD
  R19   12.90449   4.87317   1.51823   58.9   0.5457   SNSL3   OHARA
  R20   -17.00145   3.31255
  R21＊   -10.01064   0.9   1.864   40.58   0.5669   LLAH83   OHARA
  R22＊   -26.34596   任意
  R23   ∞   2.3   1.5168   64.2   各种滤光片
  R24   ∞   1.5
  R25   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R26   ∞
表9中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表9中附有标记“*”的第4面、第13面、第21面以及第22面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第4面：K＝0，A4＝3.219740E-06，A6＝3.603850E-08，A8＝-5.10179E-10，A10＝3.418800E-1，A12＝-8.46642E-15
第13面：K＝0，A4＝-7.30888E-05，A6＝-2.79226E-07，A8＝-1.37626E-09
第21面：K＝0，A4＝2.979630E-05，A6＝1.179710E-06，A8＝-6.349E-09
第22面：K＝0，A4＝9.580120E-05，A6＝1.208010E-06，A8＝-8.5897E-09
实施例5的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD，这些参数随着变倍而发生的变动如表10所示。
表10
  焦距   15.99   27.15   46.56
  可变DA   0.80000   6.30035   15.1167
  可变DB   2.42693   2.6565   4.26083
  可变DC   11.25392   6.56736   3.7
  可变DD   4.5809   3.73281   2.84179
图18～图20依次显示实施例5的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
上述实施例1～5中各项条件式的参数值如表11所示。
表11
  实施例1   実施例2   実施例3   実施例4   実施例5
  条件式(1)   -0.942   -1.047   -2.747   -1.978   -1.180
  条件式(2)   0.107   0.065   0.021   0.078   0.087
  条件式(3)   0.061   0.004   -0.002   0.069   0.041
  条件式(4)   2.217   2.101   2.100   2.103   2.102
  条件式(5)   2.910   2.911   2.353   1.961   2.912
  条件式(6)   0.894   0.767   0.886   0.886   0.894
从表11可知，实施例1～5的变焦镜头均满足条件式(1)～(6)。
如上所述，实施例1～5中的各组镜片结构均为以负·正两片镜片构成第一镜片组G1、以负·负·正三片镜片构成第二镜片组G2、以一片负镜片构成第三镜片组G3、以正·正·负三片镜片构成第四镜片组G4、以正·负两片镜片构成第五镜片组G5。
从广角向望远变倍时，实施例1～5的变焦镜头中均以第一镜片组G1向被摄体一方大幅度移动，用以减小广角时通过第一镜片组G1的光线的高度，抑制因广角化而发生的第一镜片组的大型化。
《第二实施方式》
图21～图24显示本发明的第二实施方式。在本发明第二实施方式中，变焦镜头从被摄体一方开始向成像面一方依次设置具有正折射能力的第一镜片组G1、具有负折射能力的第二镜片组G2、具有负折射能力的第三镜片组G3、具有正折射能力的第四镜片组G4、以及具有正折射能力的第五镜片组G5，在从广角向望远变倍时，所有镜片组发生移动，其中，第一件片组G1、第四镜片组G4以及第五镜片组G5始终向被摄体一方移动，第二镜片组G2和第三镜片组G3沿着向成像面一方凸出的弧形轨迹或其中一部分轨迹移动，第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的距离增大，第二镜片组G2和第三镜片组G3之间的距离增大，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的距离减小，第四镜片组G4和第五镜片组G5之间的距离减小，光圈AD与第四镜片组G4一体移动。
第一镜片组G1构成为从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体的负新月形镜片即第一镜片L1、以及凸面面向被摄体的正新月形镜片即第二镜片L2，共计两片镜片。其中第一镜片L1和第二镜片L2紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第二镜片组G2以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的凸面面向被摄体的负新月形镜片即第三镜片L3、面对成像面的凹面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凹镜片即第四镜片L4、以及面对成像面的凸面的曲率较大的双凸镜片即第五镜片L5。
第三镜片组G3以面对被摄体一方的凹面的曲率较大的双凹镜片及第六镜片L6构成。
第四镜片组G4以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置面对成被摄体的凸面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凸镜片即第七镜片L7、面向被摄体的凸面的曲率较大的双凸镜片即第八镜片L8、以及面对成像面的凹面的曲率较大的双凹镜片即第九镜片。其中第八镜片L8和第九镜片L9紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第五镜片组G5以面向成像面的凸面的曲率较大且镜片两侧均为非球面的双凸镜片即第十镜片L10、以及凸面面向成像面的负新月形镜片即第十一镜片L11构成。
在基于上述结构的本发明第二实施方式的变焦镜头中，第二镜片组的焦距F2、第三镜片组的焦距F3、望远时的第二镜片组和第三镜片组的合成焦距F23t、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(7)～(9)，
2.0＜F3/F23t＜3.0    式(7)
-2.5＜F2/Fm＜-1.0    式(8)
-1.4＜F3/Fm＜-0.5    式(9)
其中， F m = F w &times; F t .
上述条件式(7)～(9)意在在第二镜片组的焦距F2和第三镜片组的焦距F3之间获得适当平衡。本发明的变焦镜头中主要由第二镜片组和第三镜片组起变倍作用，为此，在需要实现变焦镜头小型化时，有必要优化第二镜片组和第三镜片组之间的能量配置，该第三镜片组除了起变倍作用外，还兼备聚焦作用。
条件式(7)表示第二镜片组和第三镜片组之间保持适当平衡时的范围。如果该式(7)的上限值超过3.0，则第三镜片组的能量过小，聚焦时移动量增大，或者第二镜片组能量增大，致使制造感度上升，不利于加工性能。相反，如果下限值小于2.0，则不仅第三镜片组能量过大，制造感度上升，不利于加工性能，而且第二镜片组能量下降，与参与变倍的其他镜片组之间失去平衡，难以进行各种像差补偿。
条件式(8)和(9)分别为第二镜片组和第三镜片组各自应有的范围。如果条件式(8)和(9)上限值分别超出-1.0和-0.5，则各自的镜片组能量增大，对第二镜片组来说，变倍范围变小，对第三镜片组来说，聚焦时的移动距离减小，虽然有利于小型化，但是制造误差感度上升，不利于加工性能。相反，如果条件式(8)和(9)各自的下限值分别小于-2.5和-1.4，则虽然制造误差感度下将，有利于加工，但是不仅变倍和聚焦时的移动距离变大，而且增加其他镜片组的负担，为此会失去平衡，难以进行各种像差补偿。
为此，进一步优选满足以下的条件式(7A)、(8A)、(9A)。
2.2＜F3/F23t＜2.8    式(7A)
-2.4＜F2/Fm＜-1.2    式(8A)
-1.2＜F3/Fm＜-0.8    式(9A)
为了进一步减轻聚焦镜片组重量，优选变焦镜头的第三镜片组以一片负镜片构成，有利于聚焦高速化并减小噪音。
为了提高性能，优选变焦镜头的第三镜片组的负镜片的阿贝数满足条件式(10)，
vd＞50    式(10)
第三镜片组用一片镜片构成，该镜片采用低分散玻璃，以抑制各种像差的发生，减小其他镜片组负担，有利于像差补偿。
进一步优选第三镜片组的阿贝数v d满足以下的条件式(10A)。
v d＞60    式(10A)
为了进一步提高性能，优选变焦镜头的后续镜片组为从被摄体一方开始向成像面一方依次设置的光圈、具有正折射能力的第四镜片组以及具有正折射能力的第五镜片组。
增加后续镜片组可减小前方镜片组的变倍负担，增加自由度，因此有利于像差补偿以及加工性能，但需要与光学***小型化权衡舍取，在此，设置正折射能力的第四镜片组和第五镜片组是恰当的。
为了进一步提高性能，优选变倍是所有镜片组均发生移动。
所有镜片组均对变倍起作用可减小各组镜片的变倍负担，不但在像差补偿以及加工性能上有利，而且能够有效降低第一镜片组的移动量，有利于小型化。
本实施方式的变焦镜头在望远时的最大像高Y′和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(11)，
Y′/Fw＞0.75    式(11)。
条件式(11)用于显示视角，获得广角时的半视角达到36.8度以上，而且镜片配设紧凑的变焦镜头。
本实施方式的变焦镜头在望远时整个***的焦距Ft和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(12)，
Ft/Fw＞3.0    式(12)。
条件式(12)用于限制变焦比，获得变焦比为3倍以上且在广角时镜片排列排设的高性能变焦镜头。
进而优选满足以下条件式(12A)，
3.0＜Ft/Fw＞5.0    式(12A)。
关于光圈，可以采用与孔径变倍无关且保持一定的光圈用以简化光圈机构。但是，光圈如果构成为望远时的孔径大于广角时的孔径，将有助于减小F值的变化。在需要减少到达成像面的进光量时，可以减小光圈孔径，但是优选不改变光圈孔径，而是通过***ND滤光片等来减少进光量，这样有利于防止发生衍射现象导致分辨能力下降。
<实施例6>
图21是本发明实施例6的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远时沿着光轴的截面。如图21所示，变焦镜头中沿着光轴从被摄体一方即图的左侧开始，依次设置具有正折射能力的第一镜片组G 1、具有负折射能力的第二镜片组G2、具有负折射能力的第三镜片组G3、具有正折射能力的第四镜片组G4，以及具有正折射能力的第五镜片组G5，第二镜片组G3和第三镜片组G4之间设有光圈AD，从广角向望远变倍时，所有镜片组移动，其中，第一件片组G1、第四镜片组G4以及第五镜片组G5始终向被摄体一方移动，第二镜片组G2和第三镜片组G3沿着向成像面一方凸出的弧形轨迹或其中一部分轨迹移动，第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的距离增大，第二镜片组G2和第三镜片组G3之间的距离增大，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的距离减小，第四镜片组G4和第五镜片组G5之间的距离减小，光圈AD与第四镜片组G4一体移动。
第一镜片组G1构成为从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体的负新月形镜片即第一镜片L1、以及凸面面向被摄体的正新月形镜片即第二镜片L2，共计两片镜片。该第一镜片L1和第二镜片L2紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第二镜片组G2以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的凸面面向被摄体的负新月形镜片即第三镜片L3、面对成像面的凹面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凹镜片即第四镜片L4、以及面对成像面的凸面的曲率较大的双凸镜片即第五镜片。
第三镜片组G3以面对被摄体一方的凹面的曲率较大的双凹镜片即第六镜片L6构成。
第四镜片组G4以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的面对被摄体的凸面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凸镜片即第七镜片L7、面向被摄体的凸面的曲率较大的双凸镜片即第八镜片L8、以及面对成像面的凹面的曲率较大的双凹镜片即第九镜片L9。其中第八镜片L8和第九镜片L9紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第五镜片组G5以面向成像面的凸面的曲率较大且镜片两侧均为非球面的双凸镜片即第十镜片L10、以及凸面面向成像面的负新月形镜片即第十一镜片L11构成。
第一镜片组G1～第四镜片组G4各自受到支持框等支持，并在变焦等之际各组镜片分别一体动作，光圈AD独立于各组镜片动作。图21～24中还显示了各片镜片的光学镜面的标记。关于图21～24中的标记，出于简化的目的，各项实施例均采用相同的标记，但这并不表示各项实施例构成相同。
以下显示本实施方式的各个实施例的变焦镜头的具体数值。本实施例中的最大像高均为14.3。但是为了在广角时用畸变补偿图像处理来补偿图像中发生的畸变，预先发生负的畸变，在此考虑到畸变大小，设定最大象高为12.3mm。
也就是说，在以下实施例6～9的变焦镜头中实行上述畸变的图像处理以补偿像差。具体为在实施例6～9的变焦镜头中的广角时发生呈酒桶形状的畸变。
另一方面，中焦距及其附近以及望远时，畸变的发生受到抑制。因此，若要用电子处理补偿畸变，则需要在广角时形成酒桶形状的摄像范围，并在中焦距或望远时形成矩形的摄影范围。而后，用图像处理转换有效摄像范围，使得补偿后的摄像范围达到像高为14.3mm且畸变得以减小的矩形图像信息。为此，在以下实施例6～9中，将广角时的傍轴像高摄位12.3mm，小与中焦距或望远时的像高。其结果，各个实施例中的像差均获得了良好的补偿，能够对应具有超过500万～1000万像素的受光元件的分辨能力。从以下的实施例6～9可知，利用本发明的变焦镜头的结构，能够充分实现小型化并确保获得良好的图像形能。
表12显示实施例6中的各个光学元件的光学特性。
实施例中用玻璃制造企业名来表示玻璃种类，其中，HOYA表示豪雅(HOYA)公司，OHARA表示小原公司。该表示在以下的各个实施例中相同。
本实施例6中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝16.15～53.85，F＝3.65～5.87，ω＝41.5～14.87。
表12
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   32.15521   1.2   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R2   22.29223   5.20908   1.741   52.64   0.5467   SLAL61   OHARA
  R3   141.0522   可变DA
  R4   226.2625   0.90001   2.00069   25.46   0.6133   TAFD40   HOYA
  R5   11.3979   4.21149
  R6*   -95.51088   1.88618   1.8086   40.42   0.5691   LLAH84   OHARA
  R7*   29.99998   1.5949
  R8   25.41606   3.71791   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R9   -24.21009   可变DB
  R10   -18.84443   0.8   1.603   65.44   0.5401   SPHM53   OHARA
  R11   139.8617   可变DC
  R12   ∞   1.45
  R13*   15.30486   5.13996   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R14*   -21.16253   0.10033
  R15   13.91577   3.97268   1.53172   48.84   0.5631   STIL6   OHARA
  R16   -22.57576   0.8   1.834   37.16   0.5776   SLAH60   OHARA
  R17   12.48307   可变DD
  R18*   22.67726   4.77012   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R19*   -12.28485   0.96674
  R20   -20.62258   0.91905   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R21   -282.5977   任意
  R22   ∞   2.31   1.5168   64.2   各种滤光片
  R23   ∞   1.5
  R24   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R25   ∞   B.F.
表12中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表12中附有标记“*”的第6面、第7面、第13面、第14面、第18面以及第19面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第6面：K＝0，A4＝-4.574070E-05，A6＝2.025770E-07，A8＝4.226600E-09，A10＝-1.133690E-10，A12＝1.002020E-12
第7面：K＝0，A4＝-6.053710E-05，A6＝4.194320E-07，A8＝-5.241680E-09，A10＝4.414260E-11
第13面：K＝0，A4＝-3.767330E-05，A6＝-1.265330E-06，A8＝2.299780E-08，A10＝-5.701440E-10
第14面：K＝0，A4＝2.657950E-05，A6＝-1.333820E-06，A8＝2.149520E-08，A10＝-5.004250E-10
第18面：K＝1.150062，A4＝1.119530E-05，A6＝-7.160660E-07，A8＝1.145640E-08，A10＝1.598030E-10
第19面：K＝-2.234150E-01，A4＝9.627960E-05，A6＝8.898440E-08，A8＝-1.344540E-09，A10＝1.925800E-10，A12＝1.432410E-12
实施例6的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD随着变倍而发生的变动如表13所示。
表13
  焦距   16.15   29.49   53.85
  可变DA   0.64445   5.67289   15.61308
  可变DB   2.26354   2.82469   3.7246
  可变DC   16.68541   7.63858   2.75001
  可变DD   3.63001   1.98001   1.78659
图25～图27依次显示实施例6的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
上述实施例6在条件式(7)～(12)中的各项值如下表所示。
表14
  实施例6
  条件式(7)   2.279
  条件式(8)   -2.301
  条件式(9)   -0.932
  条件式(10)   65.44
  条件式(11)   0.886
  条件式(12)   3.34
从表14可知，实施例6的变焦镜头满足条件式(7)～(12)。
<实施例7>
图22是本发明第二实施方式中的实施例7的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远)时沿着光轴的截面。如图22所示，变焦镜头中沿着光轴从被摄体一方即图的左侧开始，依次设置具有正折射能力的第一镜片组G1、具有负折射能力的第二镜片组G2、具有负折射能力的第三镜片组G3、具有正折射能力的第四镜片组G4，以及具有正折射能力的第五镜片组G5，第二镜片组G3和第三镜片组G4之间设有光圈AD，从广角向望远变倍时，所有镜片组移动，其中，第一件片组G1、第四镜片组G4以及第五镜片组G5始终向被摄体一方移动，第二镜片组G2和第三镜片组G3沿着向成像面一方凸出的弧形轨迹或其中一部分轨迹移动，第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的距离增大，第二镜片组G2和第三镜片组G3之间的距离增大，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的距离减小，第四镜片组G4和第五镜片组G5之间的距离减小，光圈AD与第四镜片组G4一体移动。
第一镜片组G1构成为从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体的负新月形镜片即第一镜片L1、以及凸面面向被摄体的正新月形镜片即第二镜片L2，共计两片镜片。该第一镜片L1和第二镜片L2紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第二镜片组G2以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的凸面面向被摄体的负新月形镜片即第三镜片L3、面对被摄体的凹面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凹镜片即第四镜片L4、以及两侧镜面曲率半径相等的双凸镜片即第五镜片L5。
第三镜片组G3以面对被摄体一方的凹面的曲率较大的双凹镜片即第六镜片L6构成。
第四镜片组G4以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的面对被摄体的凸面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凸镜片即第七镜片L7、面向被摄体的凸面的曲率较大的双凸镜片即第八镜片L8、以及面对成像面的凹面的曲率较大的双凹镜片即第九镜片L9。其中第八镜片L8和第九镜片L9紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第五镜片组G5以面向成像面的凸面的曲率较大且镜片两侧均为非球面的双凸镜片即第十镜片L10、以及凸面面向成像面的负新月形镜片即第十一镜片L11构成。
本实施例的镜片结构中存在以下两处与实施例6不同，即第二镜片组G2的第四镜片L4为被摄体一侧的凹面的曲率较大且成像面一侧的面为非球面的双凹镜片、第五镜片L5为两侧镜面曲率半径相等的双凸镜片。
以下显示本实施例的变焦镜头的具体数值。本实施例中的最大像高为14.3mm。但是为了在广角时用畸变补偿图像处理来补偿图像中发生的畸变，预先发生负的畸变，在此考虑到畸变大小，设定最大象高为12.3mm。
其结果，如图28～30所示，本实施例7中的像差均获得了良好的补偿，能够对应具有超过500万～1000万像素的受光元件的分辨能力。从本实施例7可知，利用本发明的变焦镜头的结构，能够充分实现小型化并确保获得良好的图像形能。
表15显示实施例7中的各个光学元件的光学特性。
本实施例7中用玻璃制造企业名来表示玻璃种类，其中，HOYA表示豪雅(HOYA)公司，OHARA表示小原公司。该表示在以下的各个实施例中相同。
本实施例7中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝16.15～53.9，F＝3.68～5.85，ω＝41.5～14.87。
表15
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   41.92345   1.20001   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R2   26.39469   6.20704   1.7725   49.6   0.5520   SLAH66   OHARA
  R3   190.2691   可变DA
  R4   371.3578   0.9   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R5   10.59186   4.6906
  R6*   -53.56537   1.84683   1.8086   40.42   0.5691   LLAH84   OHARA
  R7*   109.9411   0.26477
  R8   29.62053   3.29747   1.80809   22.76   0.6307   SNPH1   OHARA
  R9   -29.62053   可变DB
  R10   -17.32548   0.8   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R11   426.8727   可变DC
  R12   ∞   1.45
  R13*   15.42745   6.8   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R14*   -19.80443   0.1
  R15   21.51894   3.24108   1.53172   48.84   0.5631   STIL6   OHARA
  R16   -32.1677   0.8   1.834   37.16   0.5776   SLAH60   OHARA
  R17   17.02535   可变DD
  R18*   29.38099   4.78296   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R19*   -12.77332   1
  R20   -18.24904   0.80001   1.801   34.97   0.5864   SLAM66   OHARA
  R21   -93.27733   任意
  R22   ∞   2.31   1.5168   64.2   各种滤光片
  R23   ∞   1.5
  R24   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R25   ∞   B.F.
表15中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表15中附有标记“*”的第6面、第7面、第13面、第14面、第18面以及第19面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第6面：K＝0，A4＝3.123280E-05，A6＝-1.689150E-06，A8＝2.900870E-08，A10＝-1.762800E-10，A12＝-2.332320E-13
第7面：K＝0，A4＝-7.601240E-06，A6＝-1.543080E-06，A8＝2.339940E-08，A10＝-1.740290E-10
第13面：K＝0，A4＝-6.154640E-05，A6＝-9.647410E-07，A8＝9.545830E-09，A10＝-1.932580E-10
第14面：K＝0，A4＝3.097760E-05，A6＝-1.074140E-06，A8＝1.148390E-08，A10＝-1.725320E-10
第18面：K＝1.483171E+00，A4＝-7.552000E-06，A6＝3.933000E-07，A8＝-2.707560E-08，A10＝5.570440E-10
第19面：K＝-2.013300E-01，A4＝5.438610E-05，A6＝2.628790E-07，A8＝7.452260E-09，A10＝-3.862870E-10，A12＝8.237870E-12
实施例7的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD，这些参数随着变倍而发生的变动如表16所示。
表16
  焦距   16.15   29.49   53.85
  可变DA   0.61881   4.09941   21.07712
  可变DB   2.6532   2.84596   4.10683
  可变DC   16.46451   6.63804   2.60001
  可变DD   3.78172   2.26578   1.65
图28～图30依次显示实施例7的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
上述实施例7在条件式(7)～(12)中的各项值如下表所示。
表17
  实施例7
  条件式(7)   2.726
  条件式(8)   -1.214
  条件式(9)   -1.158
  条件式(10)   70.24
  条件式(11)   0.886
  条件式(12)   3.34
从表17可知，实施例7的变焦镜头满足条件式(7)～(12)。
<实施例8>
图23是本发明第二实施方式中的实施例8的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远)时沿着光轴的截面。如图22所示，变焦镜头中沿着光轴从被摄体一方即图的左侧开始，依次设置具有正折射能力的第一镜片组G1、具有负折射能力的第二镜片组G2、具有负折射能力的第三镜片组G3、具有正折射能力的第四镜片组G4，以及具有正折射能力的第五镜片组G5，第二镜片组G3和第三镜片组G4之间设有光圈AD，从广角向望远变倍时，所有镜片组移动，其中，第一件片组G1、第四镜片组G4以及第五镜片组G5始终向被摄体一方移动，第二镜片组G2和第三镜片组G3沿着向成像面一方凸出的弧形轨迹或其中一部分轨迹移动，第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的距离增大，第二镜片组G2和第三镜片组G3之间的距离增大，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的距离减小，第四镜片组G4和第五镜片组G5之间的距离减小，光圈AD与第四镜片组G4一体移动。
第一镜片组G1构成为从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体的负新月形镜片即第一镜片L1、以及凸面面向被摄体的正新月形镜片即第二镜片L2，共计两片镜片。该第一镜片L1和第二镜片L2紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第二镜片组G2以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的凸面面向被摄体的负新月形镜片即第三镜片L3、面对成像面的凹面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凹镜片即第四镜片L4、以及两侧镜面为曲率半径相同的双凸镜片即第五镜片。
第三镜片组G3以凸面面对成像面负新月形镜片的第6镜片L6构成。
第四镜片组G4以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的面对被摄体的凸面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凸镜片即第七镜片L7、面向被摄体的凸面的曲率较大的双凸镜片即第八镜片L8、以及面对成像面的凹面的曲率较大的双凹镜片即第九镜片L9。其中第八镜片L8和第九镜片L9紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第五镜片组G5以面向成像面的凸面的曲率较大且镜片两侧均为非球面的双凸镜片即第十镜片L10、以及凸面面向成像面的负新月形镜片即第十一镜片L11构成。
以下显示本实施例的变焦镜头的具体数值。本实施例中的最大像高为14.3mm。但是为了在广角时用畸变补偿图像处理来补偿图像中发生的畸变，预先发生负的畸变，在此考虑到畸变大小，设定最大象高为12.3mm。
其结果，如图31～33所示，本实施例8中的像差均获得了良好的补偿，能够对应具有超过500万～1000万像素的受光元件的分辨能力。从本实施例8可知，利用本发明的变焦镜头的结构，能够充分实现小型化并确保获得良好的图像形能。
表18显示实施例8中的各个光学元件的光学特性。
本实施例8中用玻璃制造企业名来表示玻璃种类，其中，HOYA表示豪雅(HOYA)公司，OHARA表示小原公司。该表示在以下的各个实施例中相同。
本实施例8中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝16.15～53.85，F＝3.69～5.60，ω＝41.5～14.9。
表18
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   34.48295   1.20006   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R2   23.45104   5.79667   1.741   52.64   0.5467   SLAL61   OHARA
  R3   149.157   可变DA
  R4   259.7069   0.8998   2.001   29.13   0.5994   TAFD55   HOYA
  R5   11.37035   4.2485
  R6*   -75.67448   0.80001   1.8086   40.42   0.5691   LLAH84   OHARA
  R7*   35.75016   1.31204
  R8   26.3569   3.6056   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R9   -26.3569   可变DB
  R10   -18.5483   0.8   1.58913   61.13   0.5407   SBAL35   OHARA
  R11   -991.8804   可变DC
  R12   ∞   1.45
  R13*   16.19943   3.84867   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R14*   -25.46186   0.10002
  R15   13.27982   3.76041   1.53172   48.84   0.5631   STIL6   OHARA
  R16   -29.32047   2.03985   1.834   37.16   0.5776   SLAH60   OHARA
  R17   11.87883   可变DD
  R18*   22.8304   5.29988   1.58913   61.15   0.5382   LBAL35   OHARA
  R19*   -13.12567   0.35789
  R20   -19.67938   1.50033   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R21   -374.3567   任意
  R22   ∞   2.31   1.5168   64.2   各种滤光片
  R23   ∞   1.5
  R24   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R25   ∞   B.F.
表18中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表18中附有标记“*”的第6面、第7面、第13面、第14面、第18面以及第19面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第6面：K＝0.0，A4＝-3.432080E-05，A6＝-1.317580E-07，A8＝1.551760-09，A10＝-3.77847E-11，A12＝90109900E-13
第7面：K＝0.0，A4＝-5.719400E-05，A6＝-3.697210E-08，A8＝-5.3321940E-09，A10＝8.765160E-11
第13面：K-0.0，A4＝-1.261050E-05，A6＝-5.882750E-07，A8＝1.310640E-08，A10＝-3.236260E-10
第14面：K＝0.0，A4＝3.021540E-05，A6＝-6.444950E-0.7，A8＝1.762480E-08，A10＝3.9-3.948560E-10
第18面：K＝1.392250E-01，A4＝2.530150E-06，A6＝5.784150E-08，A8＝-2.182630E-09，A10＝1.154860E-10
第19面：K＝9.257800E-02，A4＝7.928330E-05，A6＝4.663410E-07，A8＝-1.003880E-08，A10＝1.913560E-10
实施例8的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DG、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD随着变倍而发生的变动如表19所示。
表19
  焦距   16.15   29.48   53.85
  可变DA   0.64298   6.61647   17.81478
  可变DB   2.46509   2.84115   3.96433
  可变DC   16.61881   7.49801   2.59956
  可变DD   4.8022   2.33625   1.83023
图31～图33依次显示实施例7的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
上述实施例8在条件式(7)～(12)中的各项值如下表所示。
表20
  实施例8
  条件式(7)   2.602
  条件式(8)   -1.395
  条件式(9)   -1.088
  条件式(10)   61.13
  条件式(11)   0.886
  条件式(12)   3.34
从表20可知，实施例8的变焦镜头满足条件式(7)～(12)。
<实施例9>
图24是本发明第二实施方式中的实施例9的变焦镜头光学***结构以及该变焦镜头光学***的变焦轨迹的示意图，其中(a)是广角时、(b)是中焦距时、(c)是望远)时沿着光轴的截面。如图24所示，变焦镜头中沿着光轴从被摄体一方即图的左侧开始，依次设置具有正折射能力的第一镜片组G1、具有负折射能力的第二镜片组G2、具有负折射能力的第三镜片组G3、具有正折射能力的第四镜片组G4，以及具有正折射能力的第五镜片组G5，第二镜片组G3和第三镜片组G4之间设有光圈AD，从广角向望远变倍时，所有镜片组移动，其中，第一件片组G1、第四镜片组G4以及第五镜片组G5始终向被摄体一方移动，第二镜片组G2和第三镜片组G3沿着向成像面一方凸出的弧形轨迹或其中一部分轨迹移动，第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的距离增大，第二镜片组G2和第三镜片组G3之间的距离增大，第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的距离减小，第四镜片组G4和第五镜片组G5之间的距离减小，光圈AD与第四镜片组G4一体移动。
第一镜片组G1构成为从被摄体一方开始依次设置凸面面向被摄体的负新月形镜片即第一镜片L1、以及凸面面向被摄体的正新月形镜片即第二镜片L2，共计两片镜片。该第一镜片L1和第二镜片L2紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第二镜片组G2以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的凸面面向被摄体的负新月形镜片即第三镜片L3、面对成像面的凹面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凹镜片即第四镜片L4、以及两侧镜面的曲率半径相等的的双凸镜片即第五镜片。
第三镜片组G3以凸面面向成像面的负新月形镜片即第六镜片L6构成。
第四镜片组G4以三片镜片构成，即从被摄体一方开始依次设置的面对被摄体的凸面的曲率较大且镜片两侧的面均为非球面的双凸镜片即第七镜片L7、面向被摄体的凸面的曲率较大的双凸镜片即第八镜片L8、以及面对成像面的凹面的曲率较大的双凹镜片即第九镜片L9。其中第八镜片L8和第九镜片L9紧贴在一起并粘结形成为一体的结合镜片。
第五镜片组G5以面向成像面的凸面的曲率较大且镜片两侧均为非球面的双凸镜片即第十镜片L10、以及凸面面向成像面的负新月形镜片即第十一镜片L11构成。
以下显示本实施例的变焦镜头的具体数值。本实施例中的最大像高亦为14.3mm。
其结果，如图34～36所示，本实施例7中的像差均获得了良好的补偿，能够对应具有超过500万～1000万像素的受光元件的分辨能力。从本实施例9可知，利用本发明的变焦镜头的结构，能够充分实现小型化并确保获得良好的图像形能。
表21显示实施例9中的各个光学元件的光学特性。
本实施例9中用玻璃制造企业名来表示玻璃种类，其中，HOYA表示豪雅(HOYA)公司，OHARA表示小原公司。该表示在以下的各个实施例中相同。
本实施例9中整个光学***的焦距f、F值、半视角ω的变焦时的变化范围分别为f＝16.15～53.85，F＝3.68～5.55，ω＝41.5～14.87。
表21
  面编号   r   d   nd   vd   θgF   玻璃材料   制造厂商
  R1   34.95704   1.30001   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R2   23.60593   5.86984   1.741   52.64   0.5467   SLAL61   OHARA
  R3   151.1807   可变DA
  R4   299.9571   0.97009   2.001   29.13   0.5994   TAFD55   HOYA
  R5   11.13285   4.29663
  R6   -70.40818   0.8   1.8086   40.42   0.5691   LLAH84   OHARA
  R7   36.93918   0.99318
  R8   25.74916   3.66798   1.84666   23.78   0.6205   STIH53   OHARA
  R9   -25.74916   可变DB
  R10   -18.53351   0.8   1.58913   61.13   0.5407   SBAL35   OHARA
  R11   -393.5047   可变DC
  R12   ∞   1.44993
  R13   15.66887   4.15645   1.48749   70.24   0.5300   SFSL5   OHARA
  R14   -27.94159   0.1
  R15   13.07805   3.77258   1.53172   48.84   0.5631   STIL6   OHARA
  R16   -26.8818   2.00933   1.834   37.16   0.5776   SLAH60   OHARA
  R17   12.0058   可变DD
  R18   24.19269   5.29997   1.58913   61.15   0.5382   LBAL35   OHARA
  R19   -13.20634   0.37853
  R20   -19.02546   0.79998   1.90366   31.32   0.5947   TAFD25   HOYA
  R21   -138.0287   任意
  R22   ∞   0.7   1.5168   64.2   各种滤光片
  R23   ∞   1.5
  R24   ∞   0.7   1.5168   64.2   盖玻璃
  R25   ∞   B.F.
表21中尾部加有标记*的面编号表示非球面。
表21中附有标记“*”的第6面、第7面、第13面、第14面、第18面以及第19面的光学面为非球面，上述式(13)中使用的各项非球面参数如下。
第6面：K＝0，A4＝-3.843970E-05，A6＝1.211950E-07，A8＝-5.466700E-09，A10＝3.589930E-11，A12＝5.576910E-13
第7面：K＝0，A4＝-6.229330E-05，A6＝1.289240E-07，A8＝-9.269550E-09，A10＝1.049680E-10
第13面：K＝0，A4＝4.838910E-06，A6＝-2.840070E-07，A8＝8.697220E-09，A10＝-1.836370E-11
第14面：K＝0，A4＝4.698360E-05，A6＝-1.627670E-07，A8＝5.742440E-09，A10＝2.564070E-11
第18面：K＝-1.373112E+00，A4＝1.668360E-05，A6＝1.266830E-07，A8＝-5.146740E-09，A10＝1.518190E-10
第19面：K＝-2.895300E-02，A4＝7.250660E-05，A6＝6.967700E-07，A8＝-1.676340E-08，A10＝2.591100E-10
实施例9的第一镜片组G1和第二镜片组G2之间的可变距离DA、第二镜片组G2和光圈AD之间的可变间隔DB、光圈AD和第三镜片组G3之间的可变距离DC、第三镜片组G3和第四镜片组G4之间的可变距离DD，这些参数随着变倍而发生的变动如表22所示。
表22
  焦距   16.15   29.49   53.85
  可变DA   0.66174   6.7367   18.34407
  可变DB   2.4583   2.84657   4.01201
  可变DC   16.66876   7.46702   2.60012
  可变DD   5.11922   2.44084   1.86599
图34～图36依次显示实施例9的变焦镜头在广角、中焦距、望远时的像差图。
上述实施例9在条件式(7)～(12)中的各项值如下表所示。
表23
  实施例9
  条件式(7)   2.674
  条件式(8)   -1.303
  条件式(9)   -1.120
  条件式(10)   61.13
  条件式(11)   0.886
  条件式(12)   3.34
从表23可知，实施例9的变焦镜头满足条件式(7)～(12)。
此外，在图像的信息化处理中，将镜头拍摄的图像在摄像元件的摄像面上成像，用摄像元件对该图像信息化，此时，对经过信息化的数据进行电子处理，补偿图像的畸变。
因此，在能够实行畸变补偿的情况下，上述第一实施方式和第二实施方式的变焦镜头可用于照相机或信息装置，该信息装置等用摄像元件读取该变焦镜头拍摄的图像，此时，允许发生能够用电子处理对经过摄像元件信息化处理后的数据进行补偿的补偿范围内的畸变，由此能够进一步良好补偿畸变以外的像差，有助于广角化、高变倍、以及高性能的实现。
镜头的视角越大、越是容易发生畸变，至少在广角时，优选在包括广角和中焦距的变倍区域中能够进行畸变补偿。用电字处理大约能够进行20％畸变补偿。
上述各实施例的变焦镜头允许在广角时发生电子处理补偿范围内的畸变，并用电子处理来补偿这些畸变。即将变焦镜头在广角时的傍轴像高设定得较小，具体为如第一实施方式中为13mm，第二实施方式中为如上所述的12.3mm，而后用电子处理将该像高补偿到14.3mm。
目前存在多种用于补偿畸变的电子处理方法，在此参考图37说明其中一例。
图37中，标记Im1表示摄像元件的受光面形状，该受光面呈矩形。该受光面Im1的外接圆IC1是围绕受光面Im1的假想圆，为望远和中间焦距时的成像范围。
Im2表示广角附近的像面形状。在广角附近，预先设定发生负的畸变，使像面形状Im2呈两端小中间大的酒桶形状。在此，为了方便说明，图37所示的负的畸变稍有夸张。
用电子处理来补偿上述酒桶形状的畸变，使像面形状Im2形成为与受光面Im1形状一致。
如图37所示，考虑从受光面Im1中心出发与纵向基准线之间形成θ角度的线上的一点像素。
如图所示，该像素相距受光元件中心的距离为X，当设定距离中心为X的畸变量为Dis(X)％时，可将上述直线上相距中心距离X的位置转换为(100X/(100+Dis(X))，以此来进行补偿。如此，拍摄的图象便能够在广角时获得良好的畸变补偿。
通过上述电子补偿，中焦距和广角时的理想像高达到所要求的假想圆的大小14.3mm。换言之，将中焦距和广角时的假想圆大小转换成所要假想圆大小的(100/(100+Dis(X))倍。
在能够用上述电子处理来补偿畸变的情况下，允许在电子处理的补偿范围内发生畸变，而且，其他像差补偿的自由度以及变倍比条件也得到缓和，有望大幅度提高变倍比率。而且，如上所述，减小中焦距和广角时的假想圆，对广角化也具有显著效果。
《第三实施方式》
本发明的第三实施方式的信息装置为采用上述本发明的变焦镜头作为摄影光学***的、具有摄影功能的信息装置，该信息装置中用变焦镜头拍摄的被摄体图像在摄像元件的受光面上成像。即如前文所述，信息装置既可以是数码相机或录像机，也可以是银盐照相机，而如数码相机那样具有用摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像的功能的照相机更适于采用上述本发明(12)的变焦镜头。
具有上述结构的本发明的变焦镜头中，聚焦镜片组配设紧凑，聚焦镜片移动量小，聚焦镜片组移动能量也小，有利于聚焦动作高速化和减小噪音，采用该广角时半视角为36.8度以上、变倍比为1.5～5倍、能够实行充分的像差补偿、并具有对应高分辨率的摄像元件的分辨能力的变焦镜头用于作为摄像用光学***，有利于提供高性能的小型信息装置以及携带型信息终端装置。
以下参考附图说明采用上述第一以及第二实施方式的变焦镜头作为摄像用光学***的信息装置，在此以图38～图40所示的数码像机为例进行说明。图38是从被摄体一方观察到的数码像机前面的外观的示意图，图39是从拍摄者观察到的数码像机背面的外观的示意图。图40是表示数码相机的功能结构的模块图。在此以数码相机为例说明，但是本发明也适用于现有的图像记录媒体即利用银盐胶卷的银盐胶卷照相机中的变焦镜头。另外，目前普遍使用的所谓个人数据助手(personal data assistant)或手机等携带型信息终端装置之类的信息装置中也安装照相机功能，这类信息装置在外观上虽然与数码相机不同，但是其中包含的功能以及结构在本质上与数码相机相同。为此，本发明亦可用于作为这类信息装置中搭载的摄像用光学***。
如图38所示，数码相机包括摄影镜头101、光学取景器102、曝光灯103、快门键104、相机主机105、电源开关106、液晶显示器107、操作键108、存储卡插槽109以及变焦开关110等。进而如图23所示，数码相机中还包括中央运算装置(CPU)111、图像处理装置112、受光元件113、信号处理装置114、半导体存储器115以及通信卡116等。
数码相机还包括设应用光学***的摄影镜头101和用CMOS(互补金属氧化物半导体)摄像元件或CCD(电荷耦合元件)摄像元件等作为图像传感器的受光元件113，受光元件113读取摄影镜头101拍摄的摄影对象的像。该摄影镜头101采用本发明第一或第二实施方式所述的本发明的变焦镜头(对应于本发明(13)或(15))。
受中央运算处理器111控制的信号处理装置114处理该受光元件113的输出，并将其转换为数字信息。即这类数码像机中包含将拍摄了的被摄体图像转换成数字图像信息的装置，该装置实际上构成为包括受光元件113、信号处理装置114以及实行控制的中央运算处理器(CPU)111。
上述数字信息的图象在同样受中央运算处理器111控制的图像处理装置112中受到规定的图像处理之后，被保存到非易失性存储装置等半导体存储装置115。此时的半导体存储装置115既可以是插在存储卡插槽109中的存储卡，也可以是相机主机内藏的半导体存储器。液晶显示器107即可显示正在拍摄之中的图像，何可显示保存在半导体存储器115中的图像。半导体存储器115中的图像能够通过通信卡16向外部输出。
携带期间数码相机中的摄影镜头101的对物面被镜盖盖住，用户操作电源开关106接通电源后，镜盖被打开，露出对物面。此时，摄影镜头101的镜筒内部变焦镜头中的各组镜片比如呈短焦距(广角)时的设置，通过操作变焦键110，来改变各组镜片的设置，经由中焦距向长焦距(望远)变倍。此时，优选取景器102的光学***连动于摄影镜头101的视角变化而进行变倍。
在一般情况下，半按快门键104来进行聚焦。
本发明的变焦镜头既可移动变焦镜头中多组镜片组中的一部分镜片组来聚焦，也可移动受光元件来聚焦。进一步按动快门键104完成摄影，而后实行上述处理。
按规定操作操作键108，在液晶显示器7上显示半导体存储装置115中保存的图象、或者用通信卡116等向外部发送该半导体存储装置115中的图象时，可将半导体存储装置115以及通信卡116等分别***插槽109或通信卡插槽等专用或通用的插槽。
在上述数码相机等摄像装置或信息装置中能够利用既已描述了的第一实施方式所示的变焦镜头构成的摄影镜头101作为摄像用光学***。为此，有望实现具备500万～1000万像素或更多象素的受光元件的高画质小型摄像装置或信息装置。
进而，本发明的变焦镜头还可用于作为银盐照相机的变焦摄影镜头或投影机的头影镜头。

Claims (18)

1.一种变焦镜头，其构成为从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组、具有正折射能力的第四镜片组以及具有正折射能力的第五镜片组，第三镜片组和第四镜片组之间设置光圈，在从广角向望远变倍时，所述第一镜片组向被摄体一方移动，该第一镜片组和所述第二镜片组之间的距离增大，该第二镜片组和所述第三镜片组之间的距离增大，该第三镜片组和所述第四镜片组之间的距离减小，该第四镜片组和所述第五镜片组之间的距离减小,所述第三镜片组以一片负镜片构成，通过该第三镜片组的移动来实行聚焦，其特征在于，在所述第二镜片组的焦距F2、所述第三镜片组的焦距F3、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(1)，
-3.0＜(F2-F3)/Fm＜-0.5  式(1)
其中， F m = F w &times; F t .
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，广角时所述第三镜片组的横倍率β3w和望远时第三镜片组的横倍率β3t分别满足以下条件式(2)和(3)，
|β3w|＜0.15     式(2)
|β3t|＜0.15     式(3)。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，广角时的出射光瞳距离Exp和望远时的最大像高Y′之间满足以下条件式(4)，
1＜Exp/Y′＜3     式(4)。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，望远时的最大像高Y′和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(5)，
Y′/Fw＞0.75     式(5)。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，望远时整个***的焦距Ft和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(6)，
Ft/Fw＞1.5     式(6)。
6.一种变焦镜头，其构成为从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组、以及以多组或一组构成的后续镜片组，在从广角向望远变倍时，所述第一镜片组和所述第二镜片组之间的距离增大，该第二镜片组和所述第三镜片组之间的距离增大，该第三镜片组和所述后续镜片组之间的距离发生变化，通过该第三镜片组的移动来实行聚焦，其特征在于，在第二镜片组的焦距F2、第三镜片组的焦距F3、望远时的第二镜片组和第三镜片组的合成焦距F23t、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(7)～(9)，
2.0＜F3/F23t＜3.0      式(7)
-2.5＜F2/Fm＜-1.0     式(8)
-1.4＜F3/Fm＜-0.5     式(9)
其中， F m = F w &times; F t .
7.一种变焦镜头，其构成为从被摄体一方开始向成像面一方沿着光轴依次设置具有正折射能力的第一镜片组、具有负折射能力的第二镜片组、具有负折射能力的第三镜片组、以及以多组或一组构成的后续镜片组，在从广角向望远变倍时，所述第一镜片组和所述第二镜片组之间的距离增大，该第二镜片组和所述第三镜片组之间的距离增大，该第三镜片组和所述后续镜片组之间的距离发生变化，通过该第三镜片组的移动来实行聚焦，其特征在于，用一片负镜片构成所述第三镜片组，并且，在所述第二镜片组的焦距F2、第三镜片组的焦距F3、望远时的第二镜片组和第三镜片组的合成焦距F23t、广角时整个***的焦距Fw和望远时整个***的焦距Ft的几何平均Fm之间满足以下条件式(7)～(9)，
2.0＜F3/F23t＜3.0      式(7)
-2.5＜F2/Fm＜-1.0     式(8)
-1.4＜F3/Fm＜-0.5     式(9)
其中， F m = F w &times; F t .
8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，构成所述第三镜片组的所述负镜片的阿倍数满足以下条件式(10)，
vd＞50     式(10)。
9.根据权利要求6或7所述的变焦镜头，其特征在于，后续镜片组为从被摄体一方开始向成像面一方依次设置的光圈以及具有正折射能力的第四镜片组和具有正折射能力的第五镜片组。
10.根据权利要求6或7所述的变焦镜头，其特征在于，构成为变倍时所有镜片组发生移动。
11.根据权利要求6或7所述的变焦镜头，其特征在于，望远时的最大像高Y′和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(11)，
Y′/Fw＞0.75     式(11)。
12.根据权利要求6或7所述的变焦镜头，其特征在于，望远时整个***的焦距Ft和广角时整个***的焦距Fw之间满足以下条件式(12)，
Ft/Fw＞3.0     式(12)。
13.根据权利要求1、6、7中任意一项所述的变焦镜头，其特征在于，可用于信息装置，该信息装置用摄像元件读取该变焦镜头拍摄的图像，该变焦镜头中允许发生能够用电子处理对经过摄像元件信息化处理后的数据进行补偿的补偿范围以内的畸变。
14.一种照相机，其特征在于，用权利要求1～13中任意一项所述的变焦镜头作为摄影用光学***。
15.根据权利要求14所述的照相机，其特征在于，具有用摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像的功能。
16.一种信息装置，其特征在于，用权利要求1～13中任意一项所述的变焦镜头作为摄影用光学***。
17.根据权利要求16所述的信息装置，其特征在于，具有用摄像元件读取变焦镜头拍摄的图像的功能。
18.一种携带型信息终端装置，其特征在于用权利要求1～13中任意一项所述的变焦镜头作为照相机功能部的摄影用光学***。
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