专利名称：变焦透镜和成像装置的制作方法
技术领域：
本技术涉及一种变焦透镜(zoom lens)和成像装置，并且更具体地涉及一种适合作为与诸如数字相机或家用摄像机之类的小型成像装置一起使用的成像透镜系统的变焦透镜和一种使用该变焦透镜的成像装置。
背景技术：
近年来，使用诸如数字相机之类的固态成像设备的成像装置已经变得并且正变得越来越普遍。随着如刚才描述的这样的数字相机变得越来越普遍，需要更高的图片质量。特别地在包括大量像素的数字相机或类似装置中，需要在与具有大量像素的固态成像设备相对应的成像性能方面优越的成像透镜，尤其是变焦透镜。此外，最近还强调对于小型化、视角的增加以及放大率的增加的要求，并且要求满足所有这些要求的变焦透镜。另外，关于小型化，同时地要求不仅在成像状态中减少总光程长、前透镜直径等，而且在透镜组被容纳在相机主机身中的状态中，即在收缩状态中，减小它们。尽管用于数字相机的各种类型的变焦透镜是可用的，但是已知包括以下描述的组合的四组配置的变焦透镜作为适合于小型化和增加放大率的透镜类型。具体而言，已知一种变焦透镜，其包括具有正折射力(refractingpower)的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组。所述类型的变焦透镜被公开在例如日本专利特开平N0.2009-186983中。
发明内容
在以上提及的变焦透镜中，第三透镜组是由从物体侧(object side)按顺序布置的正透镜以及另一个正透镜和负透镜的胶合透镜配置成的。在这样的透镜配置中，第三透镜组的主点被定位于相对于第三透镜组的实际位置的物体侧。因此，无法避免将第三透镜组布置在远离前透镜隔开的位置处，并且在孔径光阑被设置在第三透镜组附近的情况下，这增加了前透镜直径。另外，由于第三透镜组被定位靠近图像侧，所以同样地出射光瞳被定位靠近图像侧。这增加了光到成像平面的入射角，这是不可取的。另外，如果试图在如刚才描述的这样的配置中使角度变宽，则前透镜直径进一步增加，导致难以实现小型化。另外，如果第三透镜组中的图像侧的两个透镜被形成为与在以上描述的变焦透镜的情况下一样的胶合透镜，则存在通过在设计上降低自由度的像差(aberration)校正的约束而增加第三透镜组的折射力的限制。因此，这不适合于小型化和在变焦透镜的放大率方面的增加。因此，期望提供一种变焦透镜和一种成像装置，该变焦透镜和成像装置具有高成像性能，在广角端(wide angle end)具有足够宽的视角，具有足够的放大率，在总光程长上是短的，在前透镜直径方面是小的并且可以实现在收缩状态下的小型化。根据本技术的实施例，提供了一种变焦透镜，所述变焦透镜包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，所述第一、第二、第三以及第四透镜组从物体侧按顺序布置，所述透镜组在从所述变焦透镜的广角端变焦到远摄端(telephoto end)时移动使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离增加而所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离减小。在所述变焦透镜中，所述第一透镜组是由具有凹凸形状的负透镜和在其相对侧具有凸面的正透镜配置成的。所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置。所述第二透镜组是由负透镜、在其相对侧具有凹面的另一个负透镜以及正透镜配置成的。所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置。所述第三透镜组是由从所述物体侧按顺序布置的正透镜、负透镜以及另一个正透镜配置成的。所述第四透镜组是由正透镜配置成的。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(a):0.95 < F2/FW < 1.25...(a)其中，F2是所述第二透镜组的焦距，并且FW是在所述广角端的所述变焦透镜的焦距。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(b):0.75 < I β 3W < 1.0...(b)其中，β 3W是在所述广角端的所述第三透镜组的横向放大率。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(C):0.9 < L2/IM <1.3...(c)其中，L2是从所述第二透镜组中的所述物体侧的所述负透镜的物体侧面的顶点到所述正透镜的图像侧面的顶点的距离，并且IM是在所述图像平面上的记录范围内的最大图像高度。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(d):6.0 < I Tan (coW)/Tan(coT) | < 16.0...(d)其中，《W是在所述广角端的所述变焦透镜的视角的一半，并且ωΤ是在所述远摄端的所述变焦透镜的视角的一主。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(e):5.0 < F1/FW < 7.5...(e)其中，Fl是所述第一透镜组的焦距，并且FW是在所述广角端的所述变焦透镜的焦距。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(f):1.0 < |LT/FT| < 1.5...(f)其中，LT是在所述远摄端的所述变焦透镜的总光程长，并且FT是在所述远摄端的所述变焦透镜的焦距。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(g):0.5 < FI/FT < 1.2...(g)其中，Fl是所述第一透镜组的焦距，并且FT是在所述广角端的所述变焦透镜的焦距。所述变焦透镜可以满足以下条件表达式(h):2.1 < I β 3Τ/ β 3ff < 2.6...(h)其中，β 3T是在所述远摄端的所述第三透镜组的横向放大率，并且β 3W是在所述广角端的所述第三透镜组的横向放大率。所述变焦透镜可以被配置成使得所述第一透镜的负透镜和正透镜被结合在一起以形成胶合透镜，并且所述第二透镜组中的所述第二负透镜和所述第三正透镜没有从物体侧结合在一起。所述第一透镜组的所述正透镜的所述图像侧面和在所述第二透镜组中被定位在最靠近所述物体侧的所述负透镜的所述图像侧面与图像侧面可以具有非球面形状。所述变焦透镜可以还包括孔径光阑，该孔径光阑被设置在所述第二透镜组与所述第三透镜组之间并且在变焦时与所述第三透镜组整体地移动使得F值被限定在每个变焦位置。在所述物体侧的所述正透镜与所述第三透镜组的所述负透镜可以形成为所述透镜被结合在一起的胶合透镜。所述变焦透镜可以配置成使得在对焦在物体上时，仅所述第四透镜组移动，并且所述变焦透镜满足以下条件表达式(i):0.2 < FM/FT < 0.8...(i)其中，FM是在对焦位置的所述第四透镜组的焦距，在所述对焦位置处所述第四透镜组的所述正透镜在对焦在无限远定位的物体上时被定位最靠近所述图像侧，并且FT是在所述远摄端的所述变焦透镜的焦距。根据本技术的另一个实施例，提供了一种包括变焦透镜和成像设备的成像装置，所述变焦透镜包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，所述第一、第二、第三以及第四透镜组从物体侧按顺序布置，所述透镜组在从所述变焦透镜的广角端变焦到远摄端时移动使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离增加而所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离减小，并且所述成像设备被配置成将由所述变焦透镜形成的光学图像转换成电子信号。所述第一透镜组是由负凹凸透镜以及在其相对侧具有凸面的正透镜配置成的，所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置。所述第二透镜组是由负透镜、在其相对侧具有凹面的另一个负透镜以及正透镜配置成的，所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置。所述第三透镜是由从所述物体侧按顺序布置的正透镜、负透镜以及另一个正透镜配置成的。所述第四透镜组是由正透镜配置成的。本技术可以实现以下卓越的优点:所述变焦透镜具有高成像性能，在广角端具有足够宽的视角，具有足够的放大率，在总光程长上是短的，在前透镜直径方面是小的并且可以实现在收缩状态下的小型化。本技术的以上及其它特征和优点将会从结合附图进行的以下描述和权利要求书变得清晰，其中相同的部分或元件由相同的附图标记来表示。
图1A至IC是示出了根据本技术的第一实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图2A至2C是图示了在图1A至IC的变焦透镜的短焦距端的像差的示意图；图3A至3C是图示了在图1A至IC的变焦透镜的广角端与远摄端之间的中间标准焦距的像差的示意图4A至4C是图示了在图1A至IC的变焦透镜的长焦距端的像差的示意图；图5A至5C是示出了根据本技术的第二实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图6A至6C是图示了在图5A至5C的变焦透镜的短焦距端的像差的示意图；图7A至7C是图示了在图5A至5C的变焦透镜的广角端与远摄端之间的中间标准焦距的像差的示意图；图8A至SC是图示了在图5A至5C的变焦透镜的长焦距端的像差的示意图；图9A至9C是示出了根据本技术的第三实施例的变焦透镜的透镜配置的示意图；图1OA至IOC是图示了在图9A至9C的变焦透镜的短焦距端的像差的示意图；图1lA至IlC是图示了在图9A至9C的变焦透镜的广角端与远摄端之间的中间标准焦距的像差的示意图；图12A至12C是图示了在图9A至9C的变焦透镜的长焦距端的像差的示意图；图13是示出了图1A至1C、5A至5C或9A至9C的变焦透镜中的任何一个所适用于的成像装置的框图。
具体实施例方式根据本公开的变焦透镜包括沿着光轴从物体侧按顺序布置的具有正折射力的第一透镜组GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3以及具有正折射力的第四透镜组GR4。在从广角端变焦到远摄端时，透镜组移动使得第一透镜组GRl与第二透镜组GR2之间的距离增加而第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的距离减小。第一透镜组GRl是由从物体侧按顺序布置的负凹凸透镜Lll以及在其相对侧具有凸面的正透镜L12配置成的。第二透镜组GR2是由从物体侧按顺序布置的负透镜L21、在其相对侧具有凹面的负透镜L22以及正透镜L23配置成的。第三透镜组GR3是由从物体侧按顺序布置的正透镜L31、负透镜L32以及另一个正透镜L33配置成的。第四透镜GR4是由正透镜L41配置成的。在变焦时，第一透镜组GRl与第二透镜组GR2之间的距离变化以改变第二透镜组GR2的横向放大率。另外，在变焦时，主要负责变焦透镜的成像动作的第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的距离也变化，并且因此，提高了透镜组上变焦负担的自由度并且可以利用小尺寸来实施高放大率。另外，在变焦时，第三透镜组GR3与第四透镜组GR4之间的距离也变化。因此，变焦动作还利用第四透镜组GR4提供，并且不仅可以实现进一步的小型化，而且能够有效地抑制由变焦等引起的场曲率的变化。由于第一透镜组GRl具有包括从物体侧按照顺序布置的负凹凸透镜Lll和正透镜L12的双透镜配置，所以可以将第一透镜组GRl做得更薄同时抑制主要在远摄端侧的轴向色差。另外，如果可以将第一透镜组GRl做得更薄，则从第一透镜组GRl到孔径光阑的距离减小，并且第一透镜组GRl与入射光瞳之间的距离必然减小。结果，可以实现更宽的角度同时抑制前透镜直径的增加。另外，如果前透镜直径减小，则第一透镜组GRl的正透镜L12的所需的边缘厚度进一步减小，并且可以实现自第一透镜组是由三个或更多个透镜配置成的变焦透镜的所要求的边缘厚度上的进一步减少。如上所述的第一透镜组GRl的这样的小型化不仅有助于总光程长的减少和前透镜直径的减少，而且有助于在收缩状态下的变焦透镜的小型化。如果第一透镜组是由三个透镜配置成的，则由于入射光瞳与变焦透镜的物体侧面隔开，所以前透镜直径增加。另外，在这个实例中，无法减少光轴上的第一透镜组的中心厚度，并且因此，第一透镜组的三透镜配置不适合于在收缩状态下的小型化。另外，在这个实例中，如果尝试使角度变宽，则前透镜直径进一步增加，并且因此，这不适合于角度的展宽。第二透镜组GR2是由从物体侧按顺序布置的负透镜L21、在其相对侧具有凹面的负透镜L22以及正透镜L23配置成的。通过在以上描述的这样的三透镜配置中形成总体上具有负折射力的第二透镜组GR2，即使变焦透镜具有等于或高于六倍的高放大率，也可以抑制在广角端的场曲率和放大的色差以及在远摄端的球面像差。第三透镜组GR3是由从物体侧按顺序布置的正透镜L31、负透镜L32以及另一个正透镜L33配置成的。由于第三透镜组GR3是以这种方式布置的，所以可以有利地校正遍及从广角端到远摄端的整个范围的球面像差和场曲率。另外，如果孔径光阑被布置在第三透镜组GR3的物体侧，则入射光瞳位置与图像平面隔开，并且可以使得光入射到图像平面的角度变小。因此，可以减少在成像区的外围部分的光量的降低和虚色的出现。如果第三透镜组是另外由四个或更多个透镜配置成的，则不能使得第三透镜组的中心厚度变薄，并且因此，这个配置不适合于在收缩状态下的小型化。第四透镜组GR4是由单个正透镜配置成的并且校正在变焦时的成像位置的变化和各种像差的变化。另外，由于第四透镜组GR4是由单个小型透镜配置成的，所以它在重量上是轻的并且适合用于在各种物体距离时对焦。通过在如以上描述的这样的配置中形成透镜组，即使在变焦透镜具有六倍或更多的放大率的情况下，也可以合适地校正在各个变焦区中的球面像差、场曲率以及变形像差。另外，可以减少总光程长和前透镜直径。另外，由于变焦透镜是由总共9个透镜配置成的，所以也可以实施在收缩状态下的小型化。另外，根据本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(a):0.95 < F2/FW < 1.25...(a)其中，F2是第二透镜组GR2的焦距，并且FW是在广角端的变焦透镜的焦距。条件表达式(a)使在广角端具有该焦距的第二透镜组GR2的焦距标准化。为了在像差被充分地校正时实现光轴的总长的减少，有必要适当地分配透镜组的焦距。然而，在它们之间，作为所谓的变焦组的第二透镜组GR2的焦距优选地保留在条件表达式的范围内。如果第二透镜组GR2的折射力变得过大且超过条件表达式(a)的上限，则在远摄端的场曲率也变得过大，并且在维持成像性能时提高放大率变得困难。另一方面，如果第二透镜组GR2的折射力变得过小且低于条件表达式(a)的下限，则用于变焦的折射力变得低，这不适合于总光程长的减少。另外，由于入射光瞳位置远离第一透镜组GRl的物体位置，所以前透镜直径增加。要注意的是，在本公开的变焦透镜中，条件表达式(a)的数值范围被更优选地设置成以下条件表达式(a’ )的范围:1.00 < F2/FW < 1.20...(a，)此外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(a’ )0.75 < I β 3ff < 1.0...(b)其中，β 3W是在广角端的第三透镜组GR3的横向放大率。
条件表达式(b)限定了在广角端的第三透镜组GR3的横向放大率的绝对值。如果在广角端的第三透镜组GR3的横向放大率的绝对值变得过高且超过条件表达式(b)的上限，则在远摄端的横向放大率的绝对值变得过高。因此，在远摄端由第一透镜组GRl和第二透镜组GR2引起的球面像差、色差以及场曲率通过第三透镜组GR3扩大了很多的量，导致难以增加放大率。另一方面，如果第三透镜组的横向放大率的绝对值变得低于条件表达式(b)的下限，则第二透镜组GR2与在广角端的第三透镜组GR3的距离变得过大，这就增加了前透镜直径。因此，无法实现广角。另外，由于第三透镜组靠近图像侧，所以光入射到图像平面的角度变得过大，并且因此，在成像平面的外围部分容易发生光量的减少和虚色的出现。要注意的是，在本公开的变焦透镜中，条件表达式(b)的数值范围被优选地设置成以下条件表达式(b’ )给定的范围:0.80 < I β 3W < 1.05...(b，)另外，本公开的变焦透镜更加优选地满足以下条件表达式(C):0.9 < L2/IM <1.3...(C)其中，L2是从第二透镜组GR2中的物体侧的负透镜L21的物体侧面的顶点到正透镜L23的图像侧面的顶点的距离，并且IM是在图像平面上的记录范围内的最大图像高度。条件表达式(C)限定了从第二透镜组GR2的负透镜L21的物体侧面的顶点到正透镜L23的图像侧面的顶点的距离，即，在光轴上的第二透镜组GR2的中心厚度。頂是在变焦光学系统的图像平面上的记录范围内的最大图像高度，即，最大视角的光的通量所到达的图像高度。在其中最大图像高度在变焦透镜的不同的变焦区中不相同的变焦光学系统的情况下，最大图像闻度IM是在远摄端的最大图像闻度。在本公开的变焦透镜中，如果满足条件表达式(C)，则可以实现对于以上描述的透镜组的透镜配置最佳的像差校正，同时维持用于要求的变焦距的折射力。因此，可以实施总光程长的减少和前透镜直径的减少。具体而言，如果L2变得小于条件表达式(c)的下限，则第二透镜组GR2变得过薄，并且如果校正了场曲率、放大率色差等，则变得难以获得期望的折射力。另外，如果第二透镜组GR2中的负透镜L21的曲率由于厚度的减少而减少，则第二透镜组GR2的折射力被减小，并且因此，总光程长和前透镜直径增加。另一方面，如果L2超过条件表达式(c)的上限，则第二透镜组GR2变得过厚，并且用于变焦的空气距离减小以及总光程长增加。另外，必然造成在收缩状态下在第二透镜组GR2的厚度方向上的尺寸的增加。要注意的是，在本公开的变焦透镜中，条件表达式(C)的数值范围被更优选地设置成以下条件表达式(c’ )给定的范围:1.0 < (L21-L23)/IM < 1.2...(C，)此外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(d):6.0 < I Tan (coW)/Tan(coT) | < 16.0...(d)其中，off是在广角端的变焦透镜的视角的一半，并且ω T是在远摄端的变焦透镜的视角的一半。条件表达式(d)将在远摄端的视角与在广角端的视角之间的比率限定为本技术的效果被特别显著地表现出来的范围。如果视角的比率变得过高且超过条件表达式(d)的上限，则在本公开中的透镜配置中，变得难以在整个变焦区中实施良好的像差校正。另一方面，如果视角的比率变得低于条件表达式(d)的下限，则本公开的变焦透镜无法实施籍此期望的所需的高放大率，并且透镜配置有时候变得在如上所述的这样的最佳配置之外。要注意的是，在本公开的变焦透镜中，条件表达式(d)的数值范围被更优选地设置成由以下条件表达式(d’ )限定的范围:7.0 < I Tan (off)/Tan(coT) | < 14.0...((!，)另外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(e):5.0 < FI/Fff < 7.5...(e)其中，Fl是第一透镜组GRl的焦距，并且FW是在广角端的变焦透镜的焦距。条件表达式(e)使在广角端的第一透镜组GRl的焦距标准化。如果第一透镜组GRl的焦距变得过大且超过条件表达式(e)的上限，则由第一透镜组GRl与第二透镜组GR2之间的距离的变化引起的变焦动作变得很弱。因此，变得难以实现高放大率。另一方面，如果第一透镜组GRl的焦距变得过小且小于条件表达式(e)的下限，则由第一透镜组GRl产生的主要在远摄端的球面像差和轴上色差变大。由于像差与放大率的增加成比例地增加，所以高放大率变得难以实现。要注意的是，在本公开的变焦透镜中，条件表达式(e)的数值范围被更优选地设置成由以下条件表达式(e，)限定的范围:5.0 < |F1/FW| < 6.5...(e，)另外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(f):1.0 < |LT/FT| < 1.5...(f)其中，LT是在远摄端的变焦透镜的总光程长，并且FT是在远摄端的变焦透镜的焦距。条件表达式(f)是表示在远摄端的变焦透镜的总光程长与在远摄端的焦距的比率的远摄比率。这里的总光程长是(按照通常地理解)从物体侧的第一透镜组GRl的表面顶点到图像侧的焦点的光轴上的距离。远摄比率变得过高且超过条件表达式(f)的上限表示在远摄端的总光程长增加并且扰乱了所需的小型化的实现。另一方面，远摄比率变得低于条件表达式(f)的下限表示在远摄端的总光程长变得过短。因此，如果采用这样的总光程长，则由于第一透镜组GRl和第二透镜组GR2的折射力变得过高，并且因此，变得难以在远摄端实现球面像差和轴上色差的校正。`另外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(g):0.5 < FI/FT < 1.2...(g)其中，Fl是第一透镜组GRl的焦距，并且FT是在广角端的变焦透镜的焦距。条件表达式(g)使在远摄端的第一透镜组GRl的焦距标准化。如果第一透镜组GRl的焦距变得过大且超过条件表达式(g)的上限，则由第一透镜组GRl与第二透镜组GR2之间的距离的变化引起的变焦动作变得很弱。因此，变得难以实现所需的高放大率。另一方面，如果第一透镜组GRl的焦距变得小于条件表达式(g)的下限，则由第一透镜组GRl产生的主要在远摄端的球面像差和轴上色差增加。由于这样的像差随着放大率的增加而增加，所以变得难以实现高放大率。要注意的是，在本公开的变焦透镜中，条件表达式(g)的数值范围被更优选地设置成由以下条件表达式(g’)限定的范围:
0.6 < FI/FT < 1.1...(g，)另外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(h):2.1 < I β 3Τ/ β 3ff < 2.6...(h)其中，β 3Τ是在远摄端的第三透镜组GR3的横向放大率，并且β 3W是在广角端的第三透镜组GR3的横向放大率。条件表达式(h)是第三透镜组GR3的在远摄端的横向放大率与在广角端的横向放大率之间的比率的绝对值。该比率的绝对值变高且超过条件表达式(h)的上限表示第三透镜组GR3的变焦动作变得过高并且增加了第三透镜组GR3的移动量。因此，总光程长的减少变得困难。另外，在光圈被布置在第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的情况下，F值的变化在从广角端移动到远摄端时变得过大，导致在远摄端难以确保所需的口径比。或者，需要用于确保该口径比的诸如可变化的光圈的额外机构，导致机构的尺寸的增加。以上描述的比率的绝对值变得小于条件表达式(h)的下限表示第三透镜组GR3的变焦动作变得过低。因此，由于通过第一透镜组GRl与第二透镜组GR2之间的距离的变化而对变焦动作的造成的负担变高，所以总光程长增加。此外，如果第一透镜组GRl与第二透镜组GR2之间的距离的变化变得过大，则在变焦时的场曲率的变化也变得过大，并且变得难以确保所需的成像性能。优选地，本公开的变焦透镜被配置成使得负透镜Lll和正透镜L12结合在一起以形成胶合透镜，而负透镜L22和正透镜L23没有结合在一起。在配置成第一透镜组GRl的负透镜Lll和正透镜L12没有结合在一起的情况下，透镜之间的偏心率可能发生，并且产生场曲率和放大率色差的不对称性的偏心像差将变得可能发生。另外，由于第一透镜组GRl的主点位置相对于透镜组的实际位置靠近图像侧，所以在第一透镜组GRl被配置成具有相同的折射力的情况下，其总长度增加。在负透镜Lll和正透镜L12被形成为它们被结合在一起的胶合透镜的情况下，可以抑制透镜的偏心像差。此外，有助于偏心地移动胶合透镜以校正在整个变焦透镜上产生的偏心像差的对准，该胶合透镜是由负透镜Lll和正透镜L12形成为单式构件。另外，通过以彼此独立的关系来配置负透镜L22和正透镜L23，提高了在负透镜L22与正透镜L23之间的空气距离处的像差校正的自由度。因此，可以有效地校正在广角端的轴外像差和在远摄端的轴上和轴外像差。更优选地，本公开的变焦透镜在正透镜L12的图像面以及在负透镜L21的物体侧面和图像侧面处具有非球面形状。在正透镜L12的图像侧面被形成为非球面形状的情况下，即使在第一透镜组GRl具有包括仅两个透镜的配置的情况下，也易于校正远摄侧的单色差，尤其是球面像差和场曲率，并且有助于在收缩状态下的总光程长和总长度的减少。通过在为非球面形状中在物体侧和图像侧形成负透镜L21的相对面，即使负透镜L21的折射力被加强，也可以维持在广角侧的变形像差和场曲率的矫正效果，并且实现超过70度的成像视角的广角变得相对容易。同样地，由于提高了整个第二透镜组GR2的折射力并且在变焦时透镜组的移动量减小了，所以可以实现总光程长的减小。另外，本公开的变焦透镜被更优选地被配置成使得在各变焦位置处限定F值的孔径光阑被设置在第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间，并且在变焦时，孔径光阑与第三透镜组GR3整体地移动。作为在每个变焦位置处限定F值的可变光圈的孔径被优选地布置在第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间，并且如果孔径被布置在第三透镜组GR3附近，则这在广角侧的球面像差和慧形像差的抑制方面是有效的。具体而言，如果孔径被配置成在变焦时使第三透镜组GR3保持在其上的机构部分一起移动，则没有必要用额外的机构部分来移动该可变光圈。这对小型化是优选的。在本公开中的变焦透镜被更优选地配置成使得第三透镜组GR3的正透镜L31和负透镜L32形成为它们被结合在一起的胶合透镜。通过形成正透镜L31和负透镜L32以便接合在一起并且将它们结合在一起，就变得易于校正在整个变焦区上的轴上像差，并且还便于组装。另外，本公开的变焦透镜被更优选地配置成使得仅第四透镜组GR4在对焦在物体上时移动。通过使用第四透镜组GR4作为用于对焦的透镜组，可以容易地避免具有用于执行快门单元或可变光圈单元的驱动控制的驱动系统或者用于移位透镜组的振动控制驱动系统的第四透镜组GR4的干扰，并且可以预期到小型化。要注意的是，正透镜L41更优选地具有用于获得像差校正的自由度的非球面形状。另外，正透镜L41更优选地是由树脂材料模制成的以实现在重量和成本上的减少。另外，本公开的变焦透镜更优选地满足以下条件表达式(i):0.2 < FM/FT < 0.8...(i)其中，FM是在变焦位置的第四透镜组GR4的焦距，在该变焦位置处第四透镜组GR4的正透镜L41在对焦在无限远定位的物体时被定位最靠近所述图像侧，并且FT是在远摄端的变焦透镜的焦距。条件表达式(i)表示在远摄位置的焦距与在变焦位置的焦距之间的比率，在该变焦位置处第四透镜组GR4在对焦在无限远定位的物体时被定位最靠近图像侧。如果满足了条件表达式(i)，则在变焦透镜被对焦在无限远定位的物体上的状态中的变焦透镜的变焦时，第四透镜组GR4在除广角端和远摄端之外的中间变焦区中被定位成最接近图像侧。因此，可以确保在对焦在无限远定位的物体上时第四透镜组GR4的物体侧的空间，并且因此，可以减少第四透镜组GR4的移动量的范围。当比率低于条件表达式⑴的下限时，即，在变焦透镜是其中第四透镜组GR4在变焦时被定位于最靠近广角侧的图像侧的类型的情况下，第四透镜组GR4必然被定位在物体侧而不是在广角端而是在远摄端。因此，由于第四透镜组GR4的横向放大率在远摄端比在广角端更大，所以第四透镜组GR4对变焦的贡献将消失，这不是期望的。另一方面，当比率高于条件表达式(i)的上限时，或者换句话说，在变焦透镜是其中第四透镜组GR4在变焦时被定位于最靠近远摄端的图像侧的类型时，尽管整个变焦透镜系统的焦距增加，但是第四透镜组GR4的对焦敏感性下降。因此，由于第四透镜组GR4的移动量在对焦在位于无限远的物体上时变大，所以小型化变得困难。要注意的是，在本公开中的变焦透镜的对焦敏感性表示图像在光轴方向上的移动量与在光轴方向上作为对焦透镜组的第四透镜组GR4的移动量的比率。另外，除非另有规定，否则本公开中的焦距、视角、入射光瞳位置、出射光瞳位置、横向放大率等表示相对于d线的波长的光的通量的各种数值。因此，由于本公开的成像装置包括在上文描述的变焦透镜，所以它具有高成像性能并且可以在广角端并且以六倍或更大的变焦比实现从大约70°至90°的成像视角，而成像装置在成像状态和收缩状态两者下在大小上都很小。要注意的是，在变焦透镜中，第一透镜组GRl至第四透镜组GR4中的一个或这样的一个透镜组中的一些透镜可以在基本上垂直于光轴的方向上移动或移位以移动图像。以此方式，本公开的变焦透镜包括用于在基本上垂直于光轴的方向上移动透镜组或透镜组中的一些透镜以检测相机抖动的检测系统、用于偏移透镜组的驱动系统以及用于基于检测系统的输出将偏移量提供给驱动系统的控制系统。通过结合检测系统、驱动系统以及控制系统，能够使变焦透镜充当振动控制光学系统。具体而言，在本公开的变焦透镜中，通过在基本上垂直于光轴的方向上偏移整个第三透镜组GR3，可以在很小量的像差变化的情况下偏移图像。另外，虽然在本文中给出了包括第一透镜组GRl至第四透镜组GR4的变焦透镜的描述，但是可以额外地提供基本上不具有折射力的透镜。同样地在这个实例中，对整个变焦透镜系统的性能没有影响。在下文中，对本技术的实施例进行了描述。按以下顺序给出描述。1.第一实施例(数值示例I)2.第二实施例(数值示例2)3.第三实施例(数值示例3)4.应用(成像装置)要注意的是，如在各种表和以下描述中所描述的这样的符号具有以下意义。具体而言，FN0.表示F值(F数)，f表示整个透镜系统的焦距，ω表示视角的一半，ri表示第i个面的曲率半径，di表示第i个透镜面的距离，ni表示玻璃或材料在第i个表面相对于d线(波长:587.6nm)的折射率，以及vi表示第i个面的阿贝(Abbe)数。另外，由“ASP”表示的面是非球面，其具有由以下表达式表示的形状:X = (y2.C2)) / (1+ (1- (1+ K).y2.c2)1/2+ Σ Ai.Yi其中，X是从透镜面顶点在光轴的方向上的距离，y是在垂直于光轴方向上的高度，C是在透镜顶点的近轴曲率，K是二次曲线常数，并且Ai是第i个非球面系数。〈1.第一实施例〉透镜配置图1A至IC示出了根据本技术的第一实施例的变焦透镜的透镜配置。参照图1A至1C，变焦透镜包括具有正折射力的第一透镜组GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3以及具有正折射力的第四透镜组GR4。第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3以及第四透镜组GR4朝着图像平面从物体侧按顺序排列。第一透镜组GRl是由负透镜Lll和正透镜L12的胶合透镜配置成的，该胶合透镜在图像侧具有非球面并且具有双凸面形状。第二透镜组GR2是由从物体侧按顺序布置的在其相对侧具有非球面的负透镜L21、具有双凹面形状的另一个负透镜L22以及正透镜L23配置成的。光圈被布置在第三透镜组GR3的物体侧。第三透镜组GR3是由正透镜L31和负透镜L32的胶合透镜以及双凸面形状的正透镜L33配置成的。第四透镜组GR4是由在其相对侧具有非球面的单个正透镜L41配置成的并且是由光学树脂模制成的。要注意的是，密封玻璃板SG被布置在第四透镜组GR4与图像平面MG之间。在本第一实施例中，当透镜位置从短焦距端变化到长焦距端时，透镜组之间的距离变化。图1A图示了在短焦距端状态中的透镜位置；图1B图示了在标准焦距端状态中的透镜位置；图1C图示了在长焦距端状态中的透镜位置。
透镜的各种尺寸表I指示了数值示例I的透镜数据，其中具体的数值适用于第一实施例的变焦透镜。[表1]
权利要求
1.一种变焦透镜，包括: 具有正折射力的第一透镜组； 具有负折射力的第二透镜组； 具有正折射力的第三透镜组； 具有正折射力的第四透镜组； 所述第一、第二、第三以及第四透镜组从物体侧按顺序布置， 所述透镜组在从所述变焦透镜的广角端向远摄端变焦时移动使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离增加并且所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离减小，所述第一透镜组是由具有凹凸形状的负透镜以及在其相对侧具有凸面的正透镜配置成的，所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置， 所述第二透镜组是由负透镜、在其相对侧具有凹面的另一个负透镜以及正透镜配置成的，所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置， 所述第三透镜组是由从所述物体侧按顺序布置的正透镜、负透镜以及另一个正透镜配置成的， 所述第四透镜组是由正透镜配置成的。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(a):0.95 < F2/FW < 1.25...(a) 其中，F2是所述第二透镜 组的焦距，Fff是在所述变焦透镜的广角端上的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(b): 0.75 < I β 3W < 1.0...(b) 其中，P3W是所述第三透镜组在所述广角端的横向放大率。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(c):0.9 < L2/IM <1.3...(c) 其中，L2是所述第二透镜组中的从最物体侧的所述负透镜的物体侧面的顶点到所述正透镜的图像侧面的顶点的距离，IM是在图像平面上的记录范围内的最大图像高度。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(d): 6.0 < I Tan (off)/Tan(coT) | < 16.0...(d) 其中，《W是在所述变焦透镜的广角端上的半个视角，ωT是在所述变焦透镜的远摄端的半个视角。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(e): 5.0 < FI/Fff < 7.5...(e) 其中，Fl是所述第一透镜组的焦距，Fff是在所述变焦透镜的广角端上的焦距。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(f):1.0 < LT/FT < 1.5...(f) 其中，LT是在所述变焦透镜的远摄端上的总光程长，FT是在所述变焦透镜的远摄端上的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(g):, 0.5 < FI/FT < 1.2...(g) 其中，Fl是所述第一透镜组的焦距，FT是在所述变焦透镜的广角端上的焦距。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(h): 2.1 < I β 3Τ/ β 3ff < 2.6...(h) 其中，β3Τ是在所述第三透镜组的远摄端上的横向放大率，3 3W是在所述第三透镜组的广角端上的横向放大率。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中: 所述第一透镜组的所述正透镜和所述负透镜被结合在一起以形成胶合透镜，并且 所述第二透镜组中的所述第二负透镜和所述第三正透镜没有从所述物体侧结合在一起。
11.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第一透镜组的所述正透镜的所述图像侧面和在所述第二透镜组中被定位于最靠近所述物体侧的所述负透镜的物体侧面与图像侧面具有非球面形状。
12.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括: 孔径光阑，被设置在所述第二透镜组与所述第三透镜组之间并且在变焦时与所述第三透镜组整体地移动使得F值被限定在每个变焦位置。
13.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在所述第三透镜组中，物体侧的所述正透镜和所述负透镜被形成为所述透镜被结合在一起的胶合透镜。
14.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在对焦在物体上时，仅所述第四透镜组移动，并且所述透镜组满足以下条件表达式(i): 0.2 < FM/FT < 0.8...(i) 其中，FM是在向无限远定位的物体对焦时所述第四透镜组中的正透镜被定位在最靠近图像侧上的变焦位置处的焦距，FT是在所述变焦透镜的远摄端上的焦距。
15.一种成像装置，包括: 变焦透镜，所述变焦透镜包括具有正折射力的第一透镜组具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，所述第一、第二、第三以及第四透镜组从所述物体侧按顺序布置，所述透镜组在从所述变焦透镜的广角端向远摄端变焦时移动使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离增加并且所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离减小；以及 成像设备，被配置成将由所述变焦透镜形成的光学图像转换成电子信号， 所述第一透镜组是由负凹凸透镜以及在其相对侧具有凸面的正透镜配置成的，所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置， 所述第二透镜组是由负透镜、在其相对侧具有凹面的另一个负透镜以及正透镜配置成的，所述负透镜和所述正透镜从所述物体侧按顺序布置， 所述第三透镜组是由从所述物体侧按顺序布置的正透镜、负透镜以及另一个正透镜配置成的， 所述第四透镜组是由 正透镜配置成的。
全文摘要
本发明公开了变焦透镜和成像装置。所公开的是一种变焦透镜，所述变焦透镜包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，所述第一、第二、第三以及第四透镜组从物体侧按顺序布置，所述透镜组在从所述变焦透镜的广角端变焦到远摄端时移动使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离增加而所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离减小。
文档编号G02B15/173GK103163634SQ20121052608
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月14日
发明者松井拓未 申请人:索尼公司