变焦镜头、照相机装置、信息设备和移动信息终端装置的制作方法

专利名称：变焦镜头、照相机装置、信息设备和移动信息终端装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及变焦镜头、照相机装置、具有照相功能的信息设备和移动 信息终端装置。
背景技术：
最近，在广泛使用的数字相机中，进一步要求高性能和小尺寸，并且由此也需要安 装在数字相机中作为照相镜头的高性能和小尺寸变焦镜头。在变焦镜头中，为了减少尺寸，需要减少使用的整个长度(从最对象侧透镜表面 到成像平面的距离)。并且减少尺寸是重要的，从而通过减少每个镜头组的厚度以折叠状态 (collapsed state)减少整个长度。作为高性能的变焦镜头，对于整个变焦范围需要与图像拾取设备相对应的精度， 该图像拾取设备具有最少8百万像素、更优选地为1千万像素、进一步优选地为1千5百万像素。此外，许多用户需要照相镜头的更广的张角(field angle)，并且在广角端的变焦 镜头的半张角优选地为38度或更大。在使用具有35mm宽度的银盐胶卷(所谓的莱卡胶 卷)的银盐照相机的情况下，38度的半张角对应于^mm的焦距。此外，也需要高放大率。具有与在35mm银盐照相机转换(大约7. 1倍)中观到 200mm相对应的焦距的变焦镜头能够进行所有通用的照相。然而，通常使用大约8倍的放大 率并且需要更高的放大率，也就是说，需要在35mm银盐照相机转换(大约10. 7倍)中对应 于28到300mm的焦距。作为用于数码相机的变焦镜头，可以使用各种类型的变焦镜头。然而，包括5个镜 头组或更多的镜头组配置是不适用的，因为很难实现整个镜头系统的小尺寸和薄厚度。作为具有高放大率或大直径的变焦镜头，在日本专利申请No. 2008-107559、 2008-112013,2008-185782,2008-203453 和 2008-145501 的每一个中公开了变焦镜头，该 变焦镜头包括从对象侧顺序布置的具有正焦距的第一镜头组、具有负焦距的第二镜头组、 具有正焦距的第三镜头组和具有正焦距的第四镜头组。在上述文档中公开的变焦镜头中，具有包括正-负-正-正镜头组的四镜头组配 置，不存在具有38度或更大的半张角、8倍或更多的放大率以及对应于8百万像素的分辨率 所有的变焦镜头。作为适于高放大率的变焦镜头，变焦镜头包括从对象侧顺序布置的具有正焦距的 第一镜头组、具有负焦距的第二镜头组、具有正焦距的第三镜头组和具有正焦距的第四镜 头组。当将放大率从广角端改变为远距端(tel印hoto end)，增加了第一镜头组和第二镜头 组之间的间隔，减少了第二镜头组和第三镜头组之间的间隔以及改变了第三镜头组和第四 镜头组之间的间隔。作为这种类型的变焦镜头，当改变放大率时，第一镜头组往复运动并且以在图像 侧凸起的弧形运动。在这种类型中，如果尝试主要确保主要分享放大操作的功能以实现高放大率的第二镜头组的运动量，即使当变焦镜头处于广角端，在第三镜头组的周围提供的 孔径光阑远离第一镜头组。由此，当需要广角变焦镜头时，需要第一镜头组为大的。由此，为了实现广角、高放大率和小尺寸的变焦镜头，优选地移动第一镜头组以被 定位在远距端，至广角端的位置的对象侧的位置。将在广角端的变焦镜头的整个长度减少为小于在远距端的变焦镜头的整个长度， 使得防止第一镜头的尺寸的增大并可以实现充足的广角。另一方面，在通过增加放大率和焦距已经发生的色差的校正中，使用公知的具有 反常色散属性的镜头是有效的。日本专利公开号No. H08-248317和2008-(^6837以及日本专利号No. 3391342和 4405747中公开了使用反常色散属性的变焦镜头，作为包括从对象侧顺序布置的具有正焦 距的第一镜头组、具有负焦距的第二镜头组、具有正焦距的第三镜头组和具有正焦距的第 四镜头组的变焦镜头。其中改变放大率时，增加了第一镜头组和第二镜头组之间的间隔，减 少了第二镜头组和第三镜头组之间的间隔以及改变了第三镜头组和第四镜头组之间的间 隔。在这些文件中，在日本专利申请公开号NO.H08-M8317中公开的变焦镜头中，当 改变放大率时固定第一镜头组并且在广角端的半张角是5度并且广角端不足够。在日本专利No. 3391324中公开的变焦镜头包括具有正-负-正-正镜头组(见 例子1、2和6)的四镜头组配置，并且变焦镜头在广角端具有大约四到32度张角，使得没 有重复地实现广角。在日本专利No. 4405747中公开的变焦镜头具有广角，即，在广角端大约37度的半 张角。然而，镜头配置包括许多镜头，即，14个镜头，并且由此很难实现折叠状态中减少的整 个长度以及低成本。在日本专利申请公开No. 2008-026837中公开的变焦镜头具有相对少数目的镜 头，即9到11个镜头，使得以简单的配置实现广角和高放大率。然而，还存在小尺寸改善的 空间，因为在远距端的整个长度相对大。例如，在如被专利申请No. 2008-107559中公开的变焦镜头具有广的张角，即，在 广角端的40度的半张角，但是放大率大约为5倍。在日本专利申请公开No. 2008-112013 中公开的变焦镜头具有广角，即，在广角端的实质上40度的半张角以及9倍的放大率。然 而，在广角端的失真(distortion)为10%或更大，并且由此存在性能改善的空间。日本专利申请公开No. 2008-185782公开了具有大约9. 5倍放大率，但是在广角端 半张角大约为32度的变焦镜头作为特定例子。在日本专利申请公开No. 2008-203453和No. 2008-145501中公开的变焦镜头具有 好的性能和广角，但是存在放大率改善的空间。作为减少变焦镜头的尺寸的通用方法，已知通过增加每个镜头组的折射力 (power)来减少镜头的数目。然而，当仅使用这个方法时，很难校正各种像差并且增加了每 个镜头组的偏心(decenter)敏感度(通过偏心镜头的成像性能的恶化程度)，使得很难维 持高的光学性能。如果在执行该方法时试图实现广的张角，由于离轴光通量的高度的增加或者失真 的增大，更难校正各种像差同时抑制整个镜头系统的尺寸的增加。

发明内容
本发明用于解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种变焦镜头，该变焦镜 头包括具有正-负-正-正折射力的四镜头配置并且具有充分宽的张角，即，在广角端38 度或更大的半张角以及7. 1倍或更大的放大率。变焦镜头也通过约9个镜头配置和对应于 具有10到15百万像素的图像拾取装置的分辨率的小尺寸，同时成功地校正色像差，特别是 已经生成的轴上色像差和放大率的色像差。根据本发明的实施例的变焦镜头包括从对象侧顺序布置的具有正折射力的第一 镜头组、具有负折射力的第二镜头组、孔径光阑、具有正折射力的第三镜头组和具有正折射 力的第四镜头组，其中，第一镜头组具有从对象侧顺序布置的负镜头和在对象侧具有凸出 表面的正镜头；当改变从广角端到远距端的变焦镜头的放大率时，第一镜头组和第二镜头 组之间的间隔增大并且第二镜头组和第三镜头组之间的间距减小；第一镜头组和第三镜头 组分别从广角端的位置朝向在远距端对象侧的位置移动；满足下面的条件(1) 1. 52 < nd P < 1. 62(2)60. 0 < vd P < 85. 0其中ndP是对于d线的第一镜头组的正镜头的材料的折射率并且VdP是色散；由下面的公式定义部分色散率1 ，F
Pg, F = (ng-nF) / (nF-nC)其中ng是用于g线的镜头材料的折射率，nF是用于F线的镜头材料折射率，并且 nC是用于C线的镜头材料的折射率；Pg，FP是用于第一镜头组的正镜头的镜头材料的部分 色散率，并且Pg，FN是用于第一镜头组的负镜头的镜头材料的部分色散率；满足下面的条 件(3) 0. 007 < Δ Pg, FP < 0. 050其中AI^g，FP由下面的公式定义APg, FP = Pg, FP-(-0. 001802 Xvd Ρ+0. 6483)；并且满足下面的条件(4) I Δ Pg, FP- Δ Pg, FN | < 0· 025其中AI^g，FN由下面定义Δ Pg, FN = Pg, FP- (-0. 001802 X vd N+0. 6483)其中vdN是第一镜头组的负镜头的材料的色散。


图1是表示例子1的变焦镜头的配置以及当改变放大率时每个镜头组的位移 (displacement)的视图；图2是表示例子2的变焦镜头的配置以及当改变放大率时每个镜头组的位移 (displacement)的视图；图3是表示例子3的变焦镜头的配置以及当改变放大率时每个镜头组的位移 (displacement)的视图；图4是表示例子4的变焦镜头的配置以及当改变放大率时每个镜头组的位移 (displacement)的视 图5是表示例子5的变焦镜头的配置以及当改变放大率时每个镜头组的位移 (displacement)的视图；图6是表示在广角端根据例子1的变焦镜头中的像差曲线的视图7是表示在中间焦距位置根据例子1的变焦镜头中的像差曲线的视图
图8是表示在远距端根据例子1的变焦镜头中的像差曲线的视图9是表示在广角端根据例子2的变焦镜头中的像差曲线的视图10是表示在中间焦距位置根据例子2的变焦镜头中的像差曲线的视图
图11是表示在远距端根据例子2的变焦镜头中的像差曲线的视图12是表示在广角端根据例子3的变焦镜头中的像差曲线的视图13是表示在中间焦距位置根据例子3的变焦镜头中的像差曲线的视图
图14是表示在远距端根据例子3的变焦镜头中的像差曲线的视图15是表示在广角端根据例子5的变焦镜头中的像差曲线的视图16是表示在中间焦距位置根据例子4的变焦镜头中的像差曲线的视图
图17是表示在远距端根据例子4的变焦镜头中的像差曲线的视图18是表示在广角端根据例子5的变焦镜头中的像差曲线的视图19是表示在中间焦距位置根据例子5的变焦镜头中的像差曲线的视图
图20是表示在远距端根据例子5的变焦镜头中的像差曲线的视图21是表示根据例子6的变焦镜头的镜头配置的视图22是表示在广角端根据例子6的变焦镜头中的像差曲线的视图23是表示在中间焦距位置根据例子6的变焦镜头中的像差曲线的视图
图24是表示在远距端根据例子6的变焦镜头中的像差曲线的视图
图25是表示根据例子7的变焦镜头的镜头配置的视图26是表示在广角端根据例子7的变焦镜头中的像差曲线的视图27是表示在中间焦距位置根据例子7的变焦镜头中的像差曲线的视图
图28是表示在远距端根据例子7的变焦镜头中的像差曲线的视图
图29是表示根据例子8的变焦镜头的镜头配置的视图30是表示在广角端根据例子8的变焦镜头中的像差曲线的视图31是表示在中间焦距位置根据例子8的变焦镜头中的像差曲线的视图
图32是表示在远距端根据例子8的变焦镜头中的像差曲线的视图
图33是表示根据例子9的变焦镜头的镜头配置的视图34是表示在广角端根据例子9的变焦镜头中的像差曲线的视图35是表示在中间焦距位置根据例子9的变焦镜头中的像差曲线的视图
图36是表示在远距端根据例子9的变焦镜头中的像差曲线的视图37A是表示具有照相功能的信息设备的实施例的示例视图37B是表示具有照相功能的信息设备的实施例的示例视图38是表示图37A和37B所示的信息设备的系统配置的示例视图。
具体实施方式

第一实施例
根据本发明第一实施例的变焦镜头包括从对象侧顺序布置的具有正折射力 (refractive power)的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、孔径光阑、具有正折射力 的第三镜头组以及具有正折射力的第四镜头组。具有正折射力的第一镜头组具有从对象侧顺序布置的负镜头和在对象侧具有凸 起表面的正镜头。当改变从广角端到远距端的变焦镜头的放大率时，增大了第一镜头组和第二镜头 组之间的间距，减少了第二镜头组和第三镜头组之间的间距。第一镜头组和第三镜头组从 广角端的位置朝向分别在远距端在对象侧的位置。满足下面的条件(1)到(4)，即，(1) 1. 52 < nd P < 1. 62(2)60. 0 < vd P < 85. 0(3) 0. 007 < Δ Pg, FP < 0. 050(4) I Δ Pg, FP- Δ Pg, FN | < 0. 025在条件(1)中的参数ndP是用于d线的第一镜头组的正镜头的材料的反射系数。条件O)中的参数VdP是第一镜头组的正镜头的材料的色散(dispersion)。公知地，部分色散率Pg，F由以下公式定义
Pg, F = (ng-nF) / (nF_nC)其中ng，nF和nC是分别用于g线、F线和C线的镜头材料的反射系数。Pg, FP是用于第一镜头组的正镜头的镜头材料的部分色散率，并且Pg，FN是用于 第一镜头组的负镜头的镜头材料的部分色散率。在条件(3)中的参数Δ Pg, FP由以下公式定义Δ Pg, FP = Pg, FP- (-0. 001802 X vd P+0. 6483)在条件⑷中的参数Δ Pg, FN由以下公式定义Δ Pg, FN = Pg, FP- (-0. 001802 X vd N+0. 6483)其中vdN是第一镜头组的负镜头的材料的色散。S卩，上面的条件(1)、(2)和(3)给出了第一镜头组的正镜头的材料的反射系数和 色散，以及ΔΙ^，FP的范围，并且上述条件(4)与上述条件一起给出了第一镜头组的负镜头 的反射系数和色散以及ΔΙ^，FN的范围。在变焦镜头中，优选地满足下面的条件
(5) 4. 0 < fap/fw <8.0其中fap是第一镜头组的正镜头的焦距并且fw是在广角端的变焦镜头的焦距。在变焦镜头中，优选地满足下面的条件(6)5. 0 < fl/fw < 8. 0其中fl是第一镜头组的焦距并且fw是在广角端的变焦镜头的焦距。在变焦镜头中，优选地满足下面的条件(7) 0. 50 < I f2 I /f3 < 0. 85其中f2是第二镜头组的焦距并且f3是在第三镜头组的焦距。在变焦镜头中，优选地满足下面的条件(8)0. 10 < Xl/fT < 0. 35
其中Xl是当将变焦镜头的放大率时从广角端到远距端第一镜头组的总移动量， 并且fT是在远距端的变焦镜头的焦距。在变焦镜头中，优选地满足下面的条件(9)0. 10 < X3/fT < 0. 30其中X3是当将变焦镜头的放大率时从广角端到远距端第三镜头组的总移动量， 并且fT是在远距端的变焦镜头的焦距。在变焦镜头中，第三镜头组可以具有最图像侧镜头，该镜头在图像侧具有大的凹 陷表面的负镜头，优选地满足下面的条件(10)0. 5 < |r3R|/fw < 1. 2其中r3R是负镜头的图像侧表面的曲线半径，并且fw是在广角侧变焦镜头的焦距。在变焦镜头中，第一镜头组的正镜头优选地具有非球面表面。在这种情况下，第一 镜头组的负镜头和正镜头优选地彼此接合。根据本发明的实施例的照相机装置具有变焦镜头作为照相光学系统。根据本发明的实施例的移动信息终端装置或个人数字助理可以具有包括变焦镜 头的照相机功能设备作为照相装置。此后，将进行补充说明。在根据本发明的实施例的这样的变焦镜头中，S卩，具有正-负-正-正折射力的四 镜头配置的变焦镜头，通常地，第二镜头组被配置为所谓的“变焦透镜”，其具有主要的放大 功能。然而，在根据本发明的实施例的变焦镜头中，第三镜头组也具有放大功能以减小第二 镜头组的负担，使得可以确保像差校正的自由度，这在更广角和更高放大率的变焦镜头中 是困难的。此外，如果从广角端到远距端改变变焦镜头的放大率时第一镜头组朝向对象侧大 幅移动，降低了在广角端通过第一镜头组的光通量的高度。由此，配置变焦镜头使得防止第 一镜头组的尺寸在更广角的变焦镜头中增长，并且在第一和第二镜头组之间确保足够的间 隔以实现大的焦距。S卩，当从广角端到远距端改变放大率时，增大第一镜头组和第二镜头组之间的间 隔并且减少第二镜头组和第三镜头组之间的间隔，使得增加放大率(绝对值)并且由此由 第二和第三镜头组共享放大功能。通常，如果试图实现高的放大率，特别是在远距端的大的焦距，很难在远距端的轴 上校正色像差的次级光谱。此外，如果试图在广角端减小焦距以实现广的张角，很难校正在 广角端的放大率的色像差的次级光谱。根据本发明的实施例的变焦镜头通过使用反常色散材料(具有大的反常色散属 性的材料)来校正这些色像差。变焦镜头具有光学属性中的特征。为了减少轴上的色像差的次级光谱(secondary spectrum)，使用特别低的色散玻 璃是有效的。特别地，至少在远距端，由于第一镜头组具有最大高度的轴上光通量，通过使用特 殊低色散玻璃用于第一镜头组，可以充分地减少轴上色像差的次级光谱。然而，通常地，特别低的色散玻璃具有低的反射系数，使得已经减少了单色像差的校正能力。由此，如果以平衡的方式减少了单色像差和色像差同时通过少量镜头配置第一 镜头组，使用特别低的色散玻璃不是必须充分有效的。在变焦镜头中，通过具有满足上述条件⑴到(3)的范围内的反射系数、阿贝 (Abbe)值和反常色散属性(APg，FP)的正镜头和具有满足符合条件⑴到(3)的条件⑷ 的反常色散属性(ΔΙ^，FN)的负镜头配置第一镜头组。由此，可能由少量的镜头(即两个镜头)配置第一镜头组，减少色像差中的次级光 谱并且充分地校正单色像差。如果条件(1)的值小于下限，不能充分地校正单色像差，并且如果条件(2)的值小 于下限，不能充分地校正色像差。如果条件(3)的值小于下限或者条件的值大于上限，不能充分地校正色像差 中的次级光谱。不存在其中条件(1)、(幻和C3)的值高于上限的光学玻璃，或者即使存在，仅可能 存在特殊和贵的光学玻璃，并且由此实际上不能使用。第一镜头组的正镜头优选地满足上述条件(5)。如果条件(5)的值大于上限，使用反常色散材料的正镜头的折射力不足以充分地 减少次级光谱，使得在某些情况下不能充分地校正色像差。如果条件(5)中的值小于下限， 那么很难平衡色像差校正和球面像差校正，使得由于第一镜头组的正镜头的每个表面的大 的曲线，在处理精度上存在缺陷。条件(6)对于减少整个变焦镜头的尺寸是有效的，同时成功地校正其他像差。如果条件(6)的值小于下限，则第二镜头组的成像放大率接近于1并且增加了放 大效率，并且由此有利于高的放大率。然而，需要第一镜头组的每个镜头具有大的折射力， 并且特别是在远距端的色像差被恶化。由此，需要第一镜头组具有大的厚度和大的直径，使 得特别是在折叠状态下实现小尺寸的变焦镜头存在缺点。如果条件(6)的值大于上限，减少对于第二镜头组的放大率的贡献，并且由此不 能容易地实现高可变的放大率。从像差校正的观点，条件(7)用于控制每个镜头组的折射力。如果条件(7)的值小于下限，第二镜头组的折射力太大。如果条件(7)的值大于 上限，第三镜头组的折射力太大。在两种情况下，已经增加了当改变放大率时的像差变化。条件(8)用于控制第一镜头组的移动量，其对于更广角和更大的焦距来说是重要 的。如果条件(8)的值小于下限，减少第二镜头组对于放大率的贡献并且需要增加第 三镜头组的负担，或者需要增加第一和第二镜头组的折射力。在这两种情况下，每个像差已 经恶化。此外，在广角端的变焦镜头的整个长度增加，使得增加经过第一镜头组的光通量 的高度，并且第一镜头组具有大尺寸。如果条件(8)的值大于上限，在广角端的变焦镜头的整个长度已经减少太多或者 在远距端的变焦镜头的整个长度已经增加太多。当在广角端的变焦镜头的整个长度减少太 多时，减少第三镜头组的移动间距，并且减少了第三镜头组对放大率的贡献，使得用于整个 变焦镜头的像差校正变得困难。
当在远距端的变焦镜头的整个长度增加太多时，禁止在整个长度方向上的小尺 寸，并且增加在径向方向上的变焦镜头的尺寸以在远距端获取外围光，并且由于例如镜头 筒(barrel)倾斜等制造错误已经恶化了图像性能。条件(8)的参数优选地满足下面的条件(8A) 0. 15 < Xl/fT < 0. 30条件(9)用于控制第三镜头组的移动量，第三镜头组与第二镜头组共享放大操 作。如果条件(9)的值小于下限，减少了第三镜头组对于放大率的贡献，并且由此需 要增加第二镜头组对放大率操作的负担或者增加第三镜头组的折射力。在这两种情况下， 已经恶化了每个像差。如果条件(9)的值大于上限，增加了在广角端变焦镜头的整个长度，并且由此增 加了经过第一镜头组的光通量的高度，使得已经增加了第一镜头组的尺寸。条件(9)的参数优选地满足下面的条件(9A) 0. 15 < X3/fT < 0. 25条件(10)用于成功地校正像差。如果条件(10)的值小于下限，已经过分地校正了球面像差。如果条件(10)的 值大于上限，已经不充分地校正了球面像差。如果条件(10)的值在条件(10)之外，很难 校正慧形像差以及球面像差的平衡。已经在离轴外围部分发生了正或负慧形像差(coma aberration)0条件(10)的参数优选地满足下面的条件(IOA) 0. 7 < I r3R | /fff <1.0为了增加像差校正的自由度，可以配置第一镜头组正镜头以具有至少一个非球 面。作为具有满足条件(1)到(3)的反常色散属性的光学玻璃，已经开发了由玻璃注模技 术适于非球面上注模的光学玻璃，并且由此可以获得具有稳定性能的低成本非球面镜头。在远距端，重的光通量通过第一镜头组，使得在第一镜头组中的每个镜头表面需 要具有高表面精度。被注模并形成为注模的物品的非球面镜头很难具有与被形成为切割物 体的球面镜头相关联的表面精度。由此，作为非球面镜头的正镜头和作为球面镜头的负镜 头彼此接合。由此，可以抑制由于接合表面上的表面精度的恶化引起的图像性能的恶化。在变焦镜头中，在第二镜头组和第三镜头组之间布置孔径光阑，并且可以从相邻 镜头组(第二镜头组和第三镜头组)独立地移动孔径光阑。通过上述配置，可以在大的放大率范围(即10倍或更多)内的任何位置选择更恰 当的光通量路径。由此，特别地改善了慧形像差、场曲率(fieldcurvature)等的校正中的 自由度，使得可以改善离轴性能。孔径光阑和第三镜头组之间的间隔优选地在广角端比在远距端增加地更多。如果将反常色散材料用于第三镜头组，第三镜头组在广角端与孔径光阑分开并且 在远距端移动到与孔径光阑接近。由此，反常色散属性被有效地校正在广角端的放大率的 色像差的次级光谱，并且被有效地校正在远距端在轴上色像差的次级光谱。由此，可以在放大的整个范围内成功地校正色像差。此外，可以在广角端相对地移动孔径光阑至第一镜头组以减少经过第一镜头组的光通量的高度，使得可以进一步改善第一镜头组的小尺寸。如上所述，如果孔径光阑和第三镜头组之间的间隔在广角端比在远距端增加的更 多，对于间隔优选地满足下面的条件0. 05 < dSff/fT < 0. 20其中SW是孔径光阑和在广角端的光学轴上第三镜头组的最对象侧表面之间的间
隔。 如果值dSW/fT是0. 05或更小，减少在广角侧通过第三镜头组的光通量的高度，使 得很难有效地减少在广角侧放大率的色像差的次级光谱。相似地，过分地增加在广角侧经 过第一镜头组的光通量的高度，使得增大了第一镜头组的尺寸。如果dSW/fT是0. 20或更大，过分地增加在广角侧经过第三镜头组的光通量的高 度，使得发生了正向上的场弯曲(field curvature)或者增加了桶形失真。然而，很难确保 特别在广角范围的性能。第一镜头组优选地由两个镜头配置，S卩，从对象侧顺序布置的在对象侧具有凸出 表面的负凹凸镜头和在对象侧具有大致凸出表面的正镜头。为了实现高放大率并且特别是在远距端的大的焦距，需要增加第二镜头组、第三 镜头组和第四镜头组的组合放大率，并且然后在图像平面上放大第一镜头组中发生的像差。由此，为了促进高放大率，需要减少在第一镜头组中发生的像差量并且由此如上 所述配置第一镜头组。优选地由三个镜头配置第二镜头组，S卩，在图像侧具有大曲率表面的负镜头、在图 像侧具有大曲率表面的负镜头、以及在对象侧具有大曲率表面的正镜头。通过从对象侧顺序布置负镜头、负镜头和正镜头，使得第二镜头组的关键点是位 于图像侧以减少在远距端的光学系统的整个长度。此时，在第一镜头组的每个镜头的材料满足如下条件1. 75 < N21 < 2. 10、25 < v21 < 551. 75 < N22 < 2. 10、25 < v22 < 551. 75 < N23 < 2. 10、15 < v23 < 35其中N2i (i = 1到3)是在第二镜头组中从对象侧顺序布置的第i镜头的反射系 数，并且v2i (i = 1到幻是在第二镜头组中从对象侧顺序布置的第i镜头的Abbe数。通过这样的玻璃类型的选择，可以充分地抑制单色像差并且成功的校正色像差。优选地通过三个镜头配置第三镜头组。即，从对象侧顺序布置的正镜头、正镜头和 负镜头。从对象侧的第二镜头和第三镜头可以恰当地彼此接合。在变焦镜头中的第四镜头组是用于通过主要确保出射光瞳距离来确保焦阑属性 并且通过移动第四镜头组来执行对焦。为了实现小尺寸的变焦镜头系统，第四镜头优选地 具有简单的配置并且优选地由单个正镜头配置。此外，变焦镜头具有四个镜头组配置，但是也可以具有五个镜头组配置，其中第五 镜头组布置在第四镜头组的图像侧以改善用于确保性能的自由度。为了促进减少的尺寸同时维持好的像差校正，非球面是必要的，并且至少每个第 二镜头组和第三镜头组优选地具有至少一个非球面。
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特别地，在第二镜头组中，最对象侧的对象侧表面和图像侧表面均为非球面表面， 使得有效地校正通过更广角已经增加的失真、散光等。作为非球面镜头，可以使用光学玻璃、注模光学塑料(玻璃注模的非球面表面、塑 料注模的非球面表面)、薄树脂层注模并形成在将为非球面表面的波浪镜头的表面上(参 考作为混合非球面表面、复制非球面表面等)等。优选地孔径光阑的孔径直径是独立于可变放大的常数以简化机制。然而，如果在 远距端的孔径直径被设置得大于在广角端的孔径直径，通过改变放大率可以减少F值的变 化。当必须减少到达图像平面的光通量的数量时，可以使得孔径光阑的孔径直径变 窄。另一方面，更优选地通过插入ND滤光器等可以减少光量而不改变孔径直径，因为可以 防止由于衍射现象引起的分辨率的恶化。此后将描述例子。图1到5示出了变焦镜头的例子。为了简单的原因，在这些图中使用共同的附图标记。图1到5所示的变焦镜头分别对应于后面描述的例子1到5。图1到5表示在变焦镜头中的镜头、镜头组配置以及当改变放大率时每个镜头组 的移动状态。在图1到5的每一个中，在最上侧显示了在广角端的镜头组配置，并且在最下 侧显示了在远距端的镜头组配置，以通过箭头显示在广角端和远距端之间的某些放大位置 每个镜头组的移动状态。图1到5中每一个所示的变焦镜头包括从对象侧(在图中为左手侧)到图像侧 (成像平面侧，在图中为右手侧)顺序布置的具有正折射力的第一镜头组G1、具有负折射力 的第二镜头组G2、具有正折射力的第三镜头组G3以及具有正折射力的第四镜头组G4，并且 孔径光阑布置在第二镜头组G2和第三镜头组G3之间。每个镜头组彼此独立地移动以执行 变焦操作。当从广角端到远距端改变放大率时，第一镜头组Gl和第三镜头组G3在光轴上朝 向对象侧单调地运动。由此，在远距端(在图中最下侧)第一镜头组Gl和第三镜头组G3的位置被设置 为在广角端(图中的最上侧)的位置的对象侧的位置。另一方面，当从广角端到远距端改变放大率时，第二镜头组单调地朝向图像侧移 动并且第四镜头组G4首先朝向对象侧移动并且然后，在中间焦距位置之后，移动以朝向图 像侧返回。如图所示，从镜头组独立地移位孔径光阑S。移动孔径光阑S使得当改变放大率时 以弯曲形状曲线移位。第一镜头组Gl具有从对象侧顺序布置的包括在对象侧的凸出表面的负凹凸镜头 以及在对象侧具有凸出镜头的正镜头，并且第二镜头组G2具有从对象侧顺序布置的具有 与对象侧表面相比更大折射力的图像侧表面的双凹负镜头、在图像侧具有凹陷表面的负镜 头以及在对象侧具有凸出表面的正镜头。由三个镜头配置第三镜头组G3，S卩，从对象侧顺序步骤的正镜头、正镜头、和负镜 头。在图像侧的正镜头和负镜头是接合的镜头。
第四镜头组G4是单个正镜头。如稍后描述的特定实例1到5所示，在图1到5的每一个中的变焦镜头满足条件 ⑴到(10)。在图1到5中的附图标记“F”指示在第四镜头组的图像侧提供的平行板光学元 件，并且可以是例如光学低通滤光器、红外截止滤光器等各种类型的光学滤光器中的一个， 或者可以是例如CCD传感器等图像拾取设备的覆盖玻璃(密封玻璃)。图37A、37B是示出根据本发明的实施例的移动信息终端装置的示例性视图。图37A是表示该装置的前侧和上侧的视图并且图37B是表示装置的后侧的视图。 附图标记1指示照相镜头。照相镜头1是变焦镜头。附图标记2指示取景器(finder)，3 指示频闪观测器(strobe)，4指示快门按钮，6指示电源开关以及7指示IXD监视器。图38是表示移动信息终端装置的系统配置的视图。图38所示的移动信息终端装置具有照相镜头1作为变焦镜头以及光接收设备13 作为图像拾取装置。配置移动信息终端装置使得通过光接收设备13获取由照相镜头形成 的照相的目标图像。由中央处理单元(CPU) 11控制的信号处理器14来处理来自光接收设 备13的输出以转化为数字信息。通过转换输出获得的数字信息作为图像被显示在IXD计数器7上、存储在半导体 存储器15中并且通过使用通信卡16与外界通信。除了通信功能之外的配置构成照相机装置。作为照相镜头1，使用根据本发明的实施例，特别是例子1到9的变焦镜头。在IXD监视器7上，可以显示在照相过程中的图像和存储在半导体存储器15中的 图像。如图37A所示，当携带但是没有使用照相机时照相镜头处于折叠状态，并且然后 当通过操作电源开关开启电源时，镜头筒延伸出来。此时，在镜头筒中的变焦镜头的每个镜 头组例如布置在广角端的位置。如果操作未示出的变焦杆，移动每个镜头组以朝向远距端 执行放大。此时，根据照相镜头1的张角的改变也改变取景器2的放大率。通过半按压快门按钮4来执行聚焦。如上所述，通过移动第四镜头组或移动光接收设备来执行聚焦。当进一步按压快 门按钮4时，执行照相并且然后执行上述处理。当在IXD监视器7上显示半导体存储器15中的存储的图像或者通过使用通信卡 15与外部通信时，使用操作按钮8。半导体存储器15、通信卡16等被分别插入要被使用的 特定或通用槽9。当照相镜头处于折叠状态时，变焦镜头中的每个镜头组不必布置在光轴上。例如， 使用第三镜头组和/或第四镜头被配置为与其他镜头组平行存储的机制，可以实现进一步 减少移动信息终端装置的厚度。此后，作为变焦镜头的特定例子，将描述例子1到5。在例子1到5中，最大图像高度是3. 850mm，但是为了应用失真校正图像处理用于 通过生成的负失真中的差值来放大图像并且在广角端生成放大后的图像，图像高度被设置 为如稍后所述考虑了失真量的减少。
在广角端的失真量在广角端的图像高度例子1-10.4%3.717例子2-10. 3%3.717例子3-10. 3%3.717例子4-14. 8%3.511例子5-16. 3%3.470在每个例子中，在第四镜头组的图像侧提供的平行板光学元件可以使各种光学滤 光器的一个，例如光学低通滤光器、红外截止滤光器等，或者可以是用于例如CCD传感器等 的图像拾取装置的覆盖玻璃(密封玻璃)。在每个例子中共同地使用下面的附图标记。f 变焦镜头的整个系统的焦距Fno :F 值ω 半张角R 曲线半径D 表面间隔Nd:用于d线的折射率vd :Abbe 值K 非球面表面的圆锥常数A4:第四阶非球面系数A6 第六阶非球面系数A8 第八阶非球面系数AlO 第十阶非球面系数A12 第十二阶非球面系数A14 第十四阶非球面系数通过下面的公式定义所有非球面表面X = CH2/{1+ V (1- (1+K) C2H2)} +A4 · Η4+Α6 · Η6+Α8 · H8+A10 · H10+A12 · H12+A14 · H14其中X是光轴方向上的深度，C是反近轴曲线半径(近轴曲率)，H是从变焦镜头 的光轴的高度。由HOYA INC. ,OHARA INC.和SUMITA Optical glassINC.的光学玻璃名称 指示玻璃类型。在长度维度上的量的单位是“mm”，除非指示使用了其他单位。由 HOYA INC.，OHARA INC.和 SUMITA Optical glass INC.的光学玻璃名称指示 例子中玻璃材料。[例子1]f = 5. 05 52. 00、F = 3. 68 5. 79、ω = 39. 39 4. 13
16表而号RDNdν d玻璃类型120.1550.91.8080922.76S-NPH1 (OHARA)214.9683.91.5920167.02M-PCD51(HOYA)3*-112.112变量丨〔A)4*119.2950.811.8640040.58L-LAH83(OHARA)5*4.9381.926OC)0.81.7170047.93S-LAM3(OHARA)712.150. 188.0211.431.9228618.90S-NPH2(OHARA)921.106变量(B)
10孔径光阑变量(C)11*2. 741.5533271.68M-FCD500(HOYA)12*-9.1620. 1138.0211.971.,6485053.02S-BSM71(OHARA)14-7.7370.811.9108235.25TAFD35(HOYA)154.365变量(D)16*9.9622.531..5252856.2光学树脂17360.115118OCj0. 281..5377066.60各种滤光器19CX)0.51..5000064.00各种滤光器20CX5
在上述表示中，并且页在下面的例子中，“*”才昔示非球面表[Uo
[非球面表面]
第三表_面
K = O.0，A4 =1. 09635E-05, A6 =9.10281E-08, A8 = ■-3. 46715E-09, AlO
5.91674E-11, A12 = -5. 25291E-13，A14 = 1.91404E-15第四表面K = 0. 0，A4 = -6. 37154E-04，A6 = 4. 15580E-05，A8 = -1. 17226E-06，AlO = 1.27640E-08, A12 = 6.91443E-11，A14 = -2. 21332E-12第五表面K = -1. 00544，A4 = 8. 06488E-05，A6 = 5. 17980E-05，A8 = 1. 08845E-06，AlO =-1. 82076E-09, A12 = -7. 99599E-10，A14 = 1.91470E-11第11表面K = -0. 53335，A4 = -4. 35750E-04，A6 = -8. 76444E-06，A8 = 1. 57593E-06，AlO =-3. 66583E-08, A12 = -3. 08470E-09，第12表面K = 3. 42935，A4 = 1. 02373E-03，A6 = 1. 94730E-05，A8 = 1. 11171E-06第16表面K = 2. 33691，A4 = -3. 72766E-04，A6 = 1. 43074E-05，A8 = -1. 71770E-06，AlO =5. 43386E-08，A12 = -5. 37347E-10，A14 = -2. 06217E-11在上面的表述中，例如，“-2.06217E-11”意味着“-2.06217ΧΚΓ11”，并且此后将使 用这样的表述。[可变量]
权利要求
1.一种变焦镜头，包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、孔径光阑、具有正折射力的 第三镜头组和具有正折射力的第四镜头组，所述第一镜头组、第二镜头组、孔径光阑、第三 镜头组和第四镜头组从对象侧开始顺序布置，其中，第一镜头组具有从对象侧开始顺序布置的负镜头和正镜头，正镜头在对象侧具有凸出 表面；当从广角端到远距端改变变焦镜头的放大率时，第一镜头组和第二镜头组之间的间距 增大并且第二镜头组和第三镜头组之间的间距减小；第一镜头组和第三镜头组分别从广角端的位置朝向在远距端对象侧的位置移动； 满足下面的条件(1)1. 52 < nd P < 1. 62(2)60.0 < vd P < 85. 0其中ndP是对于d线的第一镜头组的正镜头的材料的折射率，vdP是色散； 由下面的公式定义部分色散率Pg，F Pg, F = (ng-nF) / (nF-nC)其中ng是用于g线的镜头材料的折射率，nF是用于F线的镜头材料折射率，并且nC是 用于C线的镜头材料的折射率；Pg, FP是用于第一镜头组的正镜头的镜头材料的部分色散率，并且Pg，FN是用于第一 镜头组的负镜头的镜头材料的部分色散率； 满足下面的条件(3)0.007 < APg, FP < 0. 050 其中AI^g，FP由下面的公式定义APg, FP = Pg, FP-(-0. 001802 X vd P+0. 6483)；并且满足下面的条件(4)I APg，FP-APg, FN| < 0. 025 其中AI^g，FN由下面定义APg, FN = Pg, FP- (-0. 001802 X vd N+0. 6483) 其中vdN是第一镜头组的负镜头的材料的色散。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件(5)4. 0 < fap/fw <8.0其中fap是第一镜头组的正镜头的焦距并且fV是在广角端变焦镜头的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件(6)5.0 < fl/fw < 8. 0其中Π是第一镜头组的焦距并且fV是在广角端的变焦镜头的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件(7)0.50 < f 2 I /f 3 < 0. 85其中f2是第二镜头组的焦距并且f3是第三镜头组的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件(8)0.10 < Xl/fT < 0. 35其中Xl是当从广角端到远距端改变变焦镜头的放大率时第一镜头组的总移动量，并且fT是在远距端变焦镜头的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下述条件(9)0.10 < X3/fT < 0. 30其中X3是当从广角端到远距端改变变焦镜头的放大率时第三镜头组的总移动量，并 且fT是在远距端变焦镜头的焦距。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第三镜头组具有最图像侧镜头，所述最图像 侧镜头是在图像侧具有大的凹陷表面的负镜头；并且满足下面的条件(10)0.5 < r3R | /fw < 1. 2其中r3R是负镜头的图像侧表面的曲率半径并且fw是广角端的变焦镜头的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一镜头组的正镜头具有非球面表面。
9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中，第一镜头组的负镜头和正镜头彼此接合。
10.一种照相机装置，包括根据权利要求1所述的变焦镜头作为照相光学系统。
11.一种移动信息终端装置，包括照相机功能设备，该照相机功能设备具有根据权利要 求1所述的变焦镜头作为照相装置。
12.一种变焦镜头，包括具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、具有正折射力的第三镜头 组和具有正折射力的第四镜头组，所述第一镜头组、第二镜头组、第三镜头组和第四镜头组 从对象侧开始顺序布置；以及孔径光阑，布置在第二镜头组和第三镜头组之间， 其中当改变变焦镜头的放大率时每个镜头组独立地移动；在远距端将第一镜头组和第三镜头组分别设置到在广角端的位置的对象侧的位置； 第一镜头组包括从对象侧顺序布置的在对象侧具有凸出表面的负凸凹镜头以及在对 象侧具有凸出表面的正镜头；第二镜头组包括从对象侧顺序布置的双凹负镜头、在图像侧具有凹陷表面的负镜头以 及在对象侧具有凸出表面的正镜头，其中双凹负镜头具有至少一个非球面表面并且具有在 图像侧比在对象侧具有更大折射力的表面； 满足下述条件(11)0.3 < I ( β 2t/ β 2w)/(ft/fw) I < 0. 8其中β 2w是在广角端第二镜头组的成像放大率，fw是在广角端变焦镜头的焦距，以及 ft是在远距端变焦镜头的焦距。
13.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件(12)5.0 < fl/fw < 8. 0 其中fl是第一镜头组的焦距。
14.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，在第二镜头组的最对象侧布置的双凹负 镜头具有双侧的非球面表面。
15.根据权利要求14所述的变焦镜头，其中， 由下面的公式定义部分色散率θ gF θ gF = (ng-nF) / (nF-nC)其中在夫琅和费线中，ng是用于g线的折射力，nF是用于F线的折射力，并且nC是用 于C线的折射力；在垂直轴指示θ gF并且水平轴指示阿贝值vd的二维坐标中，连接标准玻璃类型K7(vd =60. 49，θ gF = 0. 5436)的坐标点和标准玻璃类型 F2 (vd = 36. 26，θ gF = 0. 5828)的坐 标点的线被设置为标准线；每个玻璃类型的反常色散属性△ θ gf是在二维坐标中在垂直轴方向从标准线的每个 玻璃的部分色散率的偏差量；并且满足下面的条件(13)0.025 < Δ θ gf23(14)1. 8 < N23其中N23是用于d线在第二镜头组的最图像侧布置的正镜头的材料的折射力，并且 Δ 9gf23是反常色散属性。
16.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，第三镜头组具有从对象侧顺序布置的正 镜头、正镜头和负镜头。
17.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，第四镜头组是单个正镜头并且具有至少 一个非球面表面。
18.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中，满足下述条件(15)11 > ft/fw > 9. 0。
19.一种信息设备，包括利用根据权利要求12所述的变焦镜头作为照相光学系统的照 相功能。
20.一种移动信息终端装置，包括具有照相功能的根据权利要求19所述的信息设备。
全文摘要
本发明涉及变焦镜头、照相机装置、信息设备和移动信息终端装置。照相镜头包括从对象侧顺序布置的具有正折射力的第一镜头组、具有负折射力的第二镜头组、孔径光阑、具有正折射力的第三镜头组和具有正折射力的第四镜头组。第一镜头组具有从对象侧顺序布置的负镜头和在对象侧具有凸出表面的正镜头。当改变从广角端到远距端的变焦镜头的放大率时，第一镜头组和第二镜头组之间的间隔增大并且第二镜头组和第三镜头组之间的间距减小。第一镜头组和第三镜头组分别从广角端的位置朝向在远距端它们的对象侧的位置移动。设置参数以成功地校正色像差同时实现紧凑尺寸、在广角侧的广半张角、好的性能以及高放大率。
文档编号G02B15/16GK102096178SQ201010594570
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者中山贵裕 申请人:株式会社理光