变焦镜头和成像设备的制作方法
【专利摘要】[要解决的技术问题]为了提供一种实现低f数和获得高分辨率的高光学性能的紧凑且高放大倍率的变焦镜头。[技术方案]该变焦镜头从物体侧顺序地配备有具有正折射本领的第一透镜组(G1)、具有负折射本领的第二透镜组(G2)、具有正折射本领的第三透镜组(G3)、具有正折射本领的第四透镜组(G4)、以及位于第二透镜组(G2)中的最靠近图像侧表面和第三透镜组(G3)中的最靠近图像侧表面之间的光阑(St)。每一个透镜组的距离在从广角端向长焦端变焦时改变。第三透镜组(G3)从物体侧顺序地包括正透镜、包括正透镜和负透镜的粘合透镜、在物体侧面向凹面的负弯月透镜、和双凸透镜，并且满足预定的条件表达式。
【专利说明】变焦镜头和成像设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种变焦镜头和一种成像设备。具体地，本发明涉及一种适合数码相机、摄像机等的变焦镜头、以及包括该变焦镜头的成像设备。
【背景技术】
[0002]近年来，随着个人计算机向着普通家庭普及，可以输入通过拍照获得的诸如风景画和人像之类的图像信息至个人计算机的数码相机被广泛使用。由于数码相机的功能近年来变得较高，因此对上面安装有高放大倍率变焦镜头的数码相机的需求增加。
[0003]因此，例如，使用如在专利文献I中公开的具有高放大倍率的变焦镜头。该变焦镜头由从物体侧顺序地设置的具有正折射本领的第一透镜组、具有负折射本领的第二透镜组、具有正折射本领的第三透镜组和具有正折射本领的第四透镜组构成。通过改变所述透镜组之间的距离改变变焦镜头的放大倍率。专利文献2公开了一种具有类似于专利文献I的基本结构的基本结构的变焦镜头。专利文献2公开了一种作为具有高放大倍率的四组变焦式变焦镜头在广角端处具有小F数同时实现高的可变放大倍率的变焦镜头。专利文献3公开了一种具有出色的光学性能同时实现高放大倍率的变焦镜头。
[0004]相关技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:
[0007]日本未审查专利公开N0.2007-219040
[0008]专利文献2:
[0009]日本未审查专利公开N0.2003—207715
[0010]专利文献3:
[0011]日本未审查专利公开N0.2010-217478
【发明内容】
[0012]然而，近年来，对具有小F数和高图像质量同时实现小尺寸和高放大倍率的变焦镜头的需求也增加。专利文献I和专利文献2中公开的变焦镜头在广角端处或在长焦端处具有大的F数。因此，需要具有较小F数的镜头。进一步，在专利文献3中公开的变焦镜头中，整个镜头的总长度与图像尺寸的比值大。因此，需要进一步减小尺寸。
[0013]考虑到前述情况，本发明的目标是提供一种具有出色的光学性能的变焦镜头，其实现小F数和高图像质量同时该变焦镜头的尺寸小且该变焦镜头的放大倍率高，以及提供一种包括该变焦镜头的成像设备。
[0014]本发明的变焦镜头是下述一种变焦镜头，该变焦镜头基本上由以下所述构成:
[0015]四个透镜组，所述四个透镜组由从物体侧顺序地设置的具有正折射本领的第一透镜组、具有负折射本领的第二透镜组、具有正折射本领的第三透镜组；和具有正折射本领的第四透镜组形成；和[0016]光阑，所述光阑位于第二透镜组中的最靠近图像侧表面和第三透镜组中的最靠近图像侧表面之间，
[0017]其中透镜组之间的距离在放大倍率从广角端向长焦端变化时改变，并且
[0018]其中第三透镜组由从物体侧顺序地设置的正透镜、由正透镜和负透镜形成的粘合透镜、其凹面面向物体侧的负弯月透镜、和双凸透镜构成，并且
[0019]其中满足下述条件公式⑴:
[0020]-0.7<(R17+R18) / (R17-R18)〈1.4…(I)，其中
[0021]R17:第三透镜组中的负弯月透镜的图像侧表面的近轴曲率半径，以及
[0022]R18:第三透镜组中的双凸透镜的物体侧表面的近轴曲率半径。
[0023]在本发明中，每个“透镜组”没有必要由多个透镜构成。透镜组可以包括仅由一个透镜构成的透镜组。
[0024]表述“基本上由四个透镜组构成”表示除了这四个透镜组之外，本发明的成像镜头还包括基本上不具有任何折射本领的透镜、不是透镜的光学元件(如孔径光阑和盖玻璃)、机械部件(如透镜法兰、透镜镜筒、成像装置、手抖模糊校正机构)等。
[0025]进一步，在根据本发明的一个实施例的变焦镜头中，希望的是，第三透镜组中的负弯月透镜的图像侧表面是非球面表面，在该非球面表面中，正折射本领从光轴向着该表面的周边变弱。
[0026]希望的是，根据本发明的该实施例的变焦镜头满足下述条件公式(2):
[0027]1.9<f3 / fw〈2.6…(2)，其中
[0028]f3:第三透镜组的焦距，以及
[0029]fw:整个透镜系统在广角端处的焦距。
[0030]希望的是，根据本发明的该实施例的变焦镜头满足下述条件公式(3):
[0031]6.6〈fl / fw〈8.5…(3)，其中
[0032]fl:第一透镜组的焦距，以及
[0033]fw:整个透镜系统在广角端处的焦距。
[0034]在本发明的变焦镜头中，希望的是，由变焦镜头的振动引起的图像的位移通过沿正交于光轴的方向移动第三透镜组被校正。
[0035]本发明的成像设备包括本发明的前述变焦镜头。
[0036]本发明的变焦镜头包括从物体侧顺序地设置的分别具有正折射本领、负折射本领、正折射本领和正折射本领的第一至第四透镜、以及位于第二透镜组中的最靠近图像侧表面和第三透镜组中的最靠近图像侧表面之间的光阑。进一步，透镜组的距离在放大倍率从广角端向长焦端变化时改变。进一步，第三透镜组由从物体侧顺序地设置的正透镜、由正透镜和负透镜形成的粘合透镜、其凹面面向物体侧的负弯月透镜、和双凸透镜构成。因此，能够实现出色的光学性能，从而实现小F数和高图像质量，同时变焦镜头的尺寸小，且变焦镜头的放大倍率高。进一步，本发明的变焦镜头满足条件公式(I)。因此，能够减小变焦镜头的尺寸，同时维持高的光学性能，其中以匀称方式校正从视场角的中心到视场角的周边的像差。
[0037]当第三透镜组中的其凹面面向物体侧的负弯月透镜的图像侧表面采用其中正折射本领从光轴向着该表面的周边变弱的非球面表面时，能够更出色地校正球面像差。[0038]进一步，当本发明满足条件公式(2)时，能够更出色地校正球面像差，并减小F数，同时维持变焦镜头的小尺寸。进一步，当本发明满足条件公式(3)时，能够减小变焦镜头的尺寸同时出色地校正纵向像差。
[0039]当通过沿正交于光轴的方向移动第三透镜组，校正由变焦镜头的振动引起的图像的位移时，能够更出色地校正由变焦镜头的振动引起的各种像差。
[0040]本发明的成像设备包括本发明的高性能的成像镜头。因此，能够减小整个设备的尺寸，并增加放大倍率，且获得具有较高图像质量的拍摄图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是图示本发明的示例I中的变焦镜头的镜头结构的横截面；
[0042]图2是图示本发明的示例2中的变焦镜头的镜头结构的横截面；
[0043]图3是图示本发明的示例3中的变焦镜头的镜头结构的横截面；
[0044]图4是图示本发明的示例4中的变焦镜头的镜头结构的横截面；
[0045]图5是图示本发明的示例5中的变焦镜头的镜头结构的横截面；
[0046]图6是图示本发明的示例6中的变焦镜头的镜头结构的横截面；
[0047]图7(A)至图7(0)是本发明的示例I中的变焦镜头的像差示意图；
[0048]图8(A)至图8(0)是本发明的示例2中的变焦镜头的像差示意图；
[0049]图9(A)至图9(0)是本发明的示例3中的变焦镜头的像差示意图；
[0050]图10(A)至图10(0)是本发明的示例4中的变焦镜头的像差示意图；
[0051]图11 (A)至图11 (O)是本发明的示例5中的变焦镜头的像差示意图；
[0052]图12(A)至图12(0)是本发明的示例6中的变焦镜头的像差示意图；
[0053]图13A是根据本发明的一个实施例的成像设备的前侧的透视图；和
[0054]图13B是根据本发明的该实施例的成像设备的后侧的透视图。
【具体实施方式】
[0055]接下来，将参照附图详细描述本发明的实施例。
[0056]图1是图示根据本发明的一个实施例的变焦镜头的结构的横截面，并对应于稍后将被描述的示例I中的变焦镜头。图2至图6是分别图示稍后将被描述的示例2至示例6中的变焦镜头的结构的横截面。图1至图6中图示的变焦镜头的基本结构彼此相似，并且图示方式也相似。因此，作为示例，将主要描述图1中图示的变焦镜头。
[0057]在这里，图1的左侧是物体侧，图1的右侧是图像侧。在图1中，顶部图示变焦镜头在广角端处聚焦在无穷远处的物体上时的透镜布置，中间部分图示变焦镜头在中间位置处聚焦在无穷远处的物体上时的透镜布置，底部图示变焦镜头在长焦端处聚焦在无穷远处的物体上时的透镜布置。顶部和中断之间的实线曲线以及中断和底部之间的实线曲线示意性地图示在放大倍率变化期间透镜组的移动路径。
[0058]图1中图示的变焦镜头包括从物体侧沿着光轴Z顺序地设置的具有正折射本领的第一透镜组G1、具有负折射本领的第二透镜组G2、具有正折射本领的第三透镜组G3、和具有正折射本领的第四透镜组G4。变焦镜头被构造成使得透镜组之间的距离在放大倍率从广角端向长焦端变化时改变。具体地，在本发明的变焦镜头中，第一透镜组Gl和第二透镜组G2之间的距离、第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离、以及第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离在放大倍率从广角端向长焦端变化时改变。进一步，孔径光阑St设置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间。
[0059]例如，在图1中图示的变焦镜头中，透镜组在放大倍率从广角端向长焦端变化时以绘制由示意图中的箭头指示的路径的方式移动。具体地，四个透镜组，即，第一透镜组G1，第二透镜组G2，第三透镜组G3和第四透镜组G4中的每一个沿光轴的方向移动，使得第一透镜组Gl和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。进一步，第四透镜组G4和图像形成表面100之间的距离在放大倍率变化期间也改变。在图1中图示的变焦镜头的示例中，孔径光阑St在放大倍率变化期间以与第三透镜组G3成一体的方式移动。
[0060]图1图示的孔径光阑St没有必要表示孔径光阑St的尺寸或形状，而是表示孔径光阑St在光轴Z上的位置。
[0061]当变焦镜头应用于成像设备时，希望的是上面安装有该镜头相机的结构，将盖玻璃、各种滤光器，如红外截止滤光器和低通滤光器等设置在最靠近图像侧透镜和图像形成表面(成像表面)100之间。图1图示了一种其中被假设是这种构件的平行平板形光学构件PP设置在第四透镜组G4的图像侧的示例。
[0062]在图1中图示的示例中，例如，当变焦镜头应用于成像设备时，成像装置的成像表面设置在图像形成表面100处。
[0063]将详细地描述图1中图示的变焦镜头的每个透镜组的结构。
[0064]第一透镜组Gl整体上具有正折射本领。在这里，第一透镜组Gl由从物体侧顺序地设置的负透镜Lll和正透镜L12形成的粘合透镜构成。
[0065]第二透镜组G2整体上具有负折射本领。希望的是，第二透镜组G2由从物体侧顺序地设置的负透镜L21、双凹负透镜L22和正透镜L23构成。进一步，希望的是，第二透镜组G2中的双凹负透镜L22的表面中的至少一个是非球面透镜。在这里，负透镜L22的两个表面都是非球面的。
[0066]第三透镜组G3整体上具有正折射本领。第三透镜组G3由从物体侧顺序地设置的正透镜L31、由正透镜L32和负透镜L33形成的粘合透镜、其凹面面向物体侧的负弯月透镜L34、和双凸正透镜L35构成。
[0067]对于作为第三透镜组G3中从图像侧开始的第一个透镜和第二个透镜的负透镜34和双凸透镜L35，换句话说，第三透镜组G3中最靠近图像侧的透镜，希望的是，这两个透镜的四个表面中的三个表面为凸面，如在图1中图示的示例中一样。
[0068]进一步，如在图1中图示的示例中一样，希望的是，负弯月透镜L34的图像侧表面是非球面表面，其中正折射本领从光轴向该表面的周边变弱。
[0069]进一步，负弯月透镜L34的物体侧表面可以是非球面透镜。进一步，最靠近物体侧正透镜L31的一个表面或两个表面可以是非球面的。在这里，正透镜L31的物体侧表面是非球面的。
[0070]希望的是，通过沿正交于光轴的方向移动第三透镜组G3校正能够校正由变焦镜头的振动引起的图像的位移。
[0071]第四透镜组G4整体上具有正折射本领。在这里，第四透镜组G4由正透镜L41 一个透镜构成。
[0072]进一步，该变焦镜头满足下述条件公式(I):
[0073]-0.7<(R17+R18) / (R17-R18)〈1.4…(I)，其中
[0074]R17:第三透镜组中的负弯月透镜的图像侧表面的近轴曲率半径，以及
[0075]R18:第三透镜组中的双凸透镜的物体侧表面的近轴曲率半径。
[0076]进一步，希望的是，该变焦镜头满足下述条件公式(2)至出)。理想模式可以满足条件公式(2)至(6)中的一个。可替换地，可以满足公式(2)至(6)的任意组合:
[0077]1.9<f3 / fw<2.6...(2)；
[0078]6.6<fl / fw<8.5...(3)；
[0079]-60.0〈(R16+R17) / (R16-R17)〈-0.8...(4);
[0080]5.5<fw.tan ω <7.0...(5);和[0081 ] 36〈 ω〈44...(6),其中
[0082]f3:第三透镜组的焦距，
[0083]fl:第一透镜组的焦距，
[0084]R16:第三透镜组中的负弯月透镜的物体侧表面的近轴曲率半径，
[0085]fw:整个透镜系统 在广角端处的焦距，以及
[0086]ω:半视场角。
[0087]在根据本发明的该实施例的变焦镜头中，希望的是，设置在最靠近物体侧的具体材料是玻璃。可替换地，可以采用透明陶瓷。
[0088]可以采用玻璃作为上面形成有非球面表面的透镜的材料，。可替换地，可以采用塑料。当采用塑料时，能够降低重量和成本。
[0089]进一步，希望的是，将多层保护涂层涂覆至根据本发明的该实施例的变焦镜头。进一步，除了保护涂层，可以涂覆用于减少使用期间的重影光等的抗反射涂层。
[0090]图1图示了光学构件PP设置在透镜系统和图像形成表面之间的示例。代替设置各种滤光器，如低通滤光器和截止特定波长带的滤光器等，这些各种滤光器可以设置在透镜之间。可替换地，具有类似于各种滤光器的作用的涂层可以涂覆至透镜的透镜表面中的一个。
[0091]孔径光阑可以设置在任何位置处，只要孔径光阑位于第二透镜组的最靠近图像侧表面和第三透镜组的最靠近图像侧表面之间。进一步，孔径光阑是否移动不限于前述示例。例如，孔径光阑在放大倍率变化期间可以固定。可替换地，孔径光阑可以独立于透镜组移动。
[0092]将描述如上所述被构造而成的变焦镜头的作用和效果。
[0093]如上所述，图1中图示的变焦镜头包括:从物体侧顺序地设置的第一至第四透镜组，所述第一至第四透镜组是正透镜组、负透镜组、负透镜组和正透镜组；以及位于第二透镜组中最靠近图像侧表面和第三透镜组中最靠近图像侧表面之间的光阑。在该变焦镜头中，透镜组之间的距离在放大倍率从广角端向长焦端变化时改变。进一步，第三透镜组由从物体侧顺序地设置的正透镜、由正透镜和负透镜形成的粘合透镜、其凹面面向物体侧的负弯月透镜、和双凸透镜构成。因此，能够以小F数和高图像质量实现出色的光学性能，同时该变焦镜头具有小尺寸和高放大倍率。特别地，这种结构与常规结构相比可以减少位于孔径光阑St附近的第三透镜组G3在放大倍率变化期间的移动量。换句话说，能够使靠近孔径光阑St定位且位于在孔径光阑St的图像侧的透镜组离开图像形成表面的移动量小。因此，能够在长焦端和广角端处都实现小F数。相反,例如,在专利文献的示例I中,F数在长焦端处和在广角端处都大。在专利文献2中，F数在长焦端处大。
[0094]进一步，前述结构可以优化每个透镜组的折射本领。因此，能够实现可以处理大于常规图像尺寸的图像尺寸的变焦镜头，例如，如2 / 3英寸的图像尺寸，同时减小变焦镜头的总长度。因此，能够满足将采用较大尺寸图像传感器来提高数码相机等的图像质量的发展的需求。相反，例如，在专利文献3中公开的变焦镜头中，变焦镜头的总长度与图像尺寸相比相对太长。因此，不能够在维持变焦镜头的总长度的紧凑性的同时，实现对应于大图像传感器的图像尺寸，如2 / 3英寸图像尺寸。
[0095]进一步，在专利文献2中，广角端处的视场角小。相反，具有前述结构的变焦镜头可以在维持广角端处的视场角的同时实现前述效果。
[0096]进一步，由于第一透镜组Gl由两个透镜构成，因此可以使第一透镜组Gl的厚度(沿光轴方向的长度)小，并减小尺寸。进一步，当负透镜Lll和正透镜L12是粘合透镜时，能够使负透镜Lll和正透镜L12之间的气隙为零。这有助于减小第一透镜组Gl的厚度。进一步，由于第一透镜组Gl中的透镜的数量被限制，因此能够降低成本。
[0097]进一步，第二透镜组G2包括双凹负透镜L22，其是从物体侧开始的第二个透镜。因此，能够适当地抑制像差在放大倍率变化期的波动，同时确保第二透镜组G2具有足够的负折射本领。进一步，能够有效地抑制在第二透镜组G2中产生的各种像差。
[0098]进一步，第二透镜组G2仅由单透镜构成。因此，与其中第二透镜组G2包括粘合透镜的情况相比，与空气接触的表面的数量大。这对于视场角增加时校正像差来说是有利的。
[0099]第三透镜组G3包括其凹面面向物体侧的负弯月透镜L34。因此，能够平衡视场角的外围处的各种像差，同时维持变焦镜头的短的总长度。进一步，对于位于第三透镜组G3的最靠近图像侧的两个透镜，这两个透镜的四个表面中的三个表面是凸起的。因此，与专利文献I中公开的变焦镜头和专利文献2中公开的变焦镜头相比，能够减小变焦镜头的尺寸，同时出色地校正球面像差和像散。
[0100]当负弯月透镜L34的图像侧表面是其正折射本领从光轴向着该表面的周边变弱的非球面表面时，即使球面像差随着F数变小而往往会增加，也能够出色地校正球面像差。
[0101]当第三透镜组中的正透镜L32和负透镜L33是粘合透镜时，这有助于减小第三透镜组G3的厚度。进一步，能够出色地校正色像差和其它各种像差。
[0102]当通过沿正交于光轴的方向移动第三透镜组G3来校正由变焦镜头的振动引起的图像的位移时，即使变焦镜头具有小F数，也能够如图1所示通过移动整个第三透镜组G3来更加出色地校正由变焦镜头的振动引起的各种像差。相反，当第三透镜组G3的一部分，例如，仅第三透镜组中的一个透镜如专利文献2中一样沿正交方向移动时，不能够充分地校正如图1所示的具有小F数的变焦镜头在变焦镜头的振动期间的各种像差。
[0103]当第四透镜组G4由一个透镜构成时，这有助于减小整个变焦镜头的总长度，这是期望的。进一步，能够以轻的重量构造第四透镜组G4。因此，当由第四透镜组G4进行聚焦时，能够容易地进行快速聚焦。
[0104]条件公式(I)限定包括在第三透镜组G3中其凹面面向物体侧的负弯月透镜L34和双凸透镜L35在光轴附近的曲率半径的理想范围。条件公式(I)限定透镜L34的图像侧表面的曲率半径和透镜L35的物体侧表面的曲率半径的理想范围。如果所述值低于条件公式(I)的下限时，则变得难以在保持像差的平衡的同时维持负弯月透镜L34的折射本领。因此，变得需要增加变焦镜头的总长度以保持像差的平衡。如果所述值超过条件公式(I)的上限，则图像形成区域的周边部分中的像散增加。当变焦镜头被以使负弯月透镜L34和双凸透镜L35的曲率半径满足条件公式(I)的方式构造而成时，能够在减小变焦镜头的总长度的同时还能够出色地校正图像形成区域的周边部分中的像散。希望的是，条件公式(I)的数值范围如下所述，以在减小总长度的同时获得更出色的光学性能:
[0105]-0.6<(R17+R18) / (R17-R18)〈1.1...(I—I)。
[0106]更希望的是满足下述条件公式:
[0107]-0.5<(R17+R18) / (R17-R18)〈1.0…(I一2)。
[0108]条件公式(2)限定第三透镜组G3的焦距与整个变焦镜头在广角端处的焦距的比值的理想范围。如果所述值低于条件公式(2)的下限，这对应于减小整个变焦镜头的总长度和实现小F数是有 利的，但球面像差往往会增加。如果所述值超过条件公式(2)的上限，则第三透镜组G3的折射本领变弱。因此，变得难以在将变焦镜头的总长度保持为小的同时减小F数。因此，当第三透镜组G3和其它透镜组被构造成满足条件公式(2)时，能够在抑制球面像差和变焦镜头的总长度的增加的同时减小变焦镜头的F数。希望的是，条件公式
(2)的数值范围如下以在减小总长度的同时获得更出色的光学性能:
[0109]2.Kf3 / fw<2.3...(2—1)。
[0110]条件公式(3)限定第一透镜组Gl的焦距与整个变焦镜头在广角端处的焦距的比值的理想范围。如果所述值低于条件公式(3)的下限，则第一透镜组Gl的折射本领变强。因此，畸变往往会增加，并且长焦端处的纵向像差往往会增加。如果畸变和纵向像差增加，则变得需要采取其它措施，如增加透镜和将球面透镜变为非球面透镜，并且这是不希望的。如果所述值超过条件公式(3)的上限，则第一透镜组Gl的折射本领变弱。因此，变得需要增加第一透镜组Gl在放大倍率变化期间的移动量。因此，变得难以将变焦镜头在长焦端处的总长度保持为短。因此，当第一透镜组Gl和其它透镜组被构造以满足条件公式(3)时，能够抑制畸变的增加并抑制在长焦端处的纵向像差的增加。进一步，能够维持变焦镜头的总长度的紧凑性。希望的是，条件公式(3)的数值范围如下以在减小总长度的同时获得更出色的光学性能:
[0111]7.3〈fl / fw〈7.8...(3—I)。
[0112]条件公式(4)限定包括在第三透镜组G3中的其凹面面向物体侧的负弯月透镜L34的图像侧表面和物体侧表面在光轴附近的曲率半径的理想范围。如果所述值低于条件公式
(4)的下限，则负弯月透镜L34的负折射本领变弱。因此，不能充分地校正图像形成区域的周边部分中在第三透镜组G3中产生的球面像差和像散。如果所述值超过条件公式(4)的上限，则负弯月透镜L34的负折射本领变强，并且第三透镜组G3的折射本领变弱。因此，变得难以在将变焦镜头的总长度保持为短的同时减小F数。因此，当变焦镜头被以使得负弯月透镜L34的曲率半径满足条件公式(4)的方式构造而成时，能够在减小变焦镜头的总长度和减小F数的同时出色地校正图像形成区域的周边部分中的球面像差和像散。希望的是，条件公式(4)的数值范围如下以在减小总长度的同时获得更出色的光学性能:[0113]-50.0〈(R16+R17) / (R16-R17) <_1.0...(4—I)。
[0114]条件公式(5)限定整个系统在广角端处的半视场角和焦距的乘积的范围。如果所述值低于条件公式(5)的下限，则变焦镜头的总长度与图像尺寸相比相对较大。因此，变得难以处理大的图像尺寸。如果所述值超过条件公式(5)的上限，则镜头直径往往会增加。因此，当满足条件公式(5)时，能够实现可以处理大图像尺寸的变焦镜头，同时维持透镜直径的紧凑性和变焦镜头的总长度的紧凑性。
[0115]条件公式(6)限定半视场角的理想范围。如果所述值低于条件公式(6)的下限，则即使在广角范围中也变得难以进行拍照。如果所述值超过条件公式(6)的上限，则畸变增加。进一步，需要增加透镜直径。因此，变得难以减小变焦镜头的尺寸。在这里，当满足条件公式(6)时，能够容易地校正畸变，并实现具有小尺寸和宽视场角的变焦镜头。
[0116]如上所述，在根据本发明的该实施例的变焦镜头中，由四组构成的变焦镜头的镜头结构被优化，并且适当地满足一个或多个合适的条件公式。因此，能够维持出色的光学性能，从而实现小F数和高图像质量，同时变焦镜头具有小尺寸和高放大倍率。进一步，根据上面安装有根据本发明的该实施例的变焦镜头的成像设备，能够减小整个设备的尺寸，同时维持伴具有高可变放大倍率的出色的成像性能。
[0117]接下来，将描述本发明的变焦镜头的数值示例。图1至图6分别图示示例I至示例6的变焦镜头的透镜横截面。
[0118]稍后将示出的表1至表3示出对应于图1中图示的成像镜头的结构的具体透镜数据。具体地,表1示出示例I中的变焦镜头的透镜数据,表2示出该变焦镜头的非球面表面数据，表3示出该变焦镜头的可变放大倍率数据和各种数据。类似地，表4至表18示出示例2至6中的变焦镜头的透镜数据、非球面表面数据和可变放大倍率数据。接下来，将采用示例I作为示例，说明表中的符号的含义。示例2至6的表中的符号的含义基本上类似。
[0119]在表1的透镜数据中，Si表示第i(i=l、2、3、......)个表面的表面编号。结构元`件的最靠近物体侧表面的表面编号是1，且表面编号向着图像侧顺序地增加。Ri表示第i个表面的曲率半径。Di表示第i个表面和第(i+1)个表面之间在光轴Z上的距离。在表面之间的距离一栏中，最下面一行表不表中最后一个表面和图像形成表面之间的距离。在表1的透镜数据中，Ndj表示当最靠近物体侧透镜是第一个光学元件时，第j(j = 1、2、3、……)个光学元件关于d线(波长是587.6nm)的折射率，且j的值向着图像侧顺序地增加。进一步，vdj表示第j个光学元件关于d线的阿贝数。透镜数据包括孔径光阑St和光学构件PP0对于对应于曲率半径一栏中的孔径光阑St的表面写入术语“(孔径光阑)”。透镜数据中的曲率半径在表面凸向物体侧时为正，且在表面凸向图像侧时为负。
[0120]在表1的透镜数据中，DD3(变量)、DD9(变量)、DD19(变量)、DD21(变量)和DD23(变量)被写在分别对应于第一透镜组Gl和第二透镜组G2之间的距离、第二透镜组G2和孔径光阑St之间的距离、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离、第四透镜组G4和光学构件PP之间的距离、以及光学构件PP和图像形成表面之间的距离的表面距离行中，这些距离在放大倍率变化时改变。
[0121]在表1的透镜数据中,标记*附于非球面表面的表面编号。表1不出作为非球面表面的曲率半径的近轴曲率半径的数值。表2中的非球面表面数据示出非球面表面的表面编号S1、和与非球面表面相关的非球面系数。非球面表面系数是下述非球面公式(6)中的系数 KA，Am(m=3、4、5、......20):
[0122]Zd=Oh2/ {1+(1-KA.C2.h2)1/2}+Σ Am.hn…(6)，其中
[0123]Zd:非球面表面的深度(从非球面表面上在高度h处的点至接触非球面表面的顶点且垂直于光轴的平面的垂直线的长度)，
[0124]h:高度(从光轴至透镜表面的距离)，
[0125]C:近轴曲率半径的倒数，以及
[0126]KA，Am:非球面系数(m=3、4、5、......20)。
[0127]表3示出可变放大倍率数据和各种数据。表3中的可变放大倍率数据示出在广角端处、中间处和长焦端处整个系统的焦距f以及表面距离DD3、DD9、DD19、DD21和DD23的值。进一步，表3中的各种数据示出广角端、中间和长焦端中的每一个位置的变焦放大倍率(可变放大倍率)、焦距f，后焦距Bf(空间中的距离)，F数Fn0.和全视场角2ω的值。
[0128]可以采用“mm”作为表1中的R1、Di和f的单位、表3中的f、DD3、DD9、DD19、DD21和DD23的单位、以及公式(A)中的Zd和h的单位。然而，由于能够按比例地放大或按比例地缩小光学系统而利用该光学系统， 因此所述单位不限于并且可以采用其它合适的单位。在表1中，全视场角2 ω的单位是度。
[0129]在示例4至6中，除了示例I至3中提供的非球面表面，正透镜L31的图像侧表面也是非球面的。
[0130]表19示出对应于示例I至6中的条件公式⑴至(6)的值。如表19所示，全部示例I至6都满足条件公式⑴至(6)。
[0131]图7(A)至图7(E)分别示出示例I的变焦镜头在广角端处的球面像差、正弦条件违反量(在示意图中写入“正弦条件”)、像散、畸变(畸变像差)和横向像差(横向色像差)的像差示意图。图7(F)至图7(J)分别示出示例I的变焦镜头在中间范围中的球面像差、正弦条件违反量(在示意图中写入“正弦条件”)、像散、畸变(畸变像差)和横向像差(横向色像差)的像差示意图。图7(Κ)至图7(0)分别示出示例I的变焦镜头在长焦端处的球面像差、正弦条件违反量(在示意图中写入“正弦条件”)、像散、畸变(畸变像差)和横向像差(横向色像差)的像差不意图。
[0132]球面像差、正弦条件违反量(在示意图中写入“正弦条件”)、像散和畸变(畸变像差)的像差示意图图示d线(波长是587.6nm)是参考波长时的像差。球面像差和横向像差的示意图通过实线、单点虚线、双点虚线和灰线分别图示关于d线的像差，关于C线(656.3nm)的像差、关于F线(波长是486.1nm)的像差和关于g线(波长是435.8nm)的像差。在像散示意图中，沿径向方向的像差和沿切向方向的像差分别由实线和虚线表示。在球面像差和正弦条件违反量的示意图中，Fn0.表示F数,在其它示意图中，ω表示半视场角。
[0133]类似地，图8(A)至图8(0)图示示例2中的变焦镜头在广角端处、在中间处和在长焦端处的像差。图9(A)至图9(0)图示示例3中的变焦镜头在广角端处、在中间处和在长焦端处的像差。图10(A)至图10(0)图示示例4中的变焦镜头在广角端处、在中间处和在长焦端处的像差。图1l(A)至图11(0)图示示例5中的变焦镜头在广角端处、在中间处和在长焦端处的像差。图12(A)至图12(0)图示示例6中的变焦镜头在广角端处、在中间处和在长焦端处的像差。[0134]如前述数据所示，示例I至6的变焦镜头具有小尺寸、约3.8倍的高放大倍率和出色的光学性能，从而实现小F数和高图像质量。
[0135]接下来，将描述本发明的成像设备的实施例。图13A和图13B分别是根据本发明的成像设备的一种的实施例的数码相机10的前侧和后侧的透视图。
[0136]如图13A所示，数码相机10包括根据本发明的一个实施例的变焦镜头12、取景器的物体窗13a、和输出闪光至对象的闪光输出设备14,所述变焦镜头12、取景器的物体窗13a、和闪光输出设备14设置在相机本体11的前侧。进一步，快门按钮15设置在相机本体11的顶表面上。进一步，成像装置16，如C⑶和CMOS，设置在相机本体11中。成像装置16对对象的由变焦镜头12形成的图像进行成像。
[0137]如图13B所示，用于显示图像和各种设置屏幕的IXD(液晶显示器)17、取景器的观察窗13b、用于改变变焦镜头12的放大倍率的变焦杆18、和用于执行各种设置的操作按钮19设置在相机本体11的后侧。根据本发明的该实施例的数码相机10被构造成使得对象的被引导通过取景器前侧的物体窗13a的光在取景器后侧的观察窗13b处是可识别的。
[0138]变焦镜头12被以变焦镜头12的光轴的方向与相机本体11的厚度的方向相同的方式布置。如已经描述的那样，根据本发明的该实施例的变焦镜头12的尺寸足够小。因此，当变焦镜头12折叠并容纳在相机本体11的主体中时，光学系统沿光轴方向的总长度短。因此，能够构造数码相机10使得数码相机10的厚度薄。进一步，由于根据本发明的该实施例的变焦镜头12具有宽视场角和出色的光学性能，因此数码相机10可以以宽视场角进行拍照，并获得优质图像。
[0139]到目前为止，已经通过采用实施例和示例描述了本发明。然而，本发明不限于前述实施例或示例，而是可以进行多种修改。例如，每个透镜元件的曲率半径、表面之间的距离、折射率、阿贝数等的值不限于前述数值示例中的值，并且可以是其它值。
[0140]在本发明的变焦镜头中，在放大倍率变化期间移动的透镜组和移动方向不限于前述示例。
[0141]在前述实施例中，数码相机作为成像设备的示例被描述。然而，本发明不限于数码相机。本发明可以应用于其它成像设备，例如，如摄像机和监视摄像机。
[0142][表I]
【权利要求】
1.一种变焦镜头，基本上由以下所述构成: 四个透镜组，所述四个透镜组由从物体侧顺序地设置的具有正折射本领的第一透镜组、具有负折射本领的第二透镜组、具有正折射本领的第三透镜组；和具有正折射本领的第四透镜组形成；和 光阑，所述光阑位于第二透镜组中的最靠近图像侧表面和第三透镜组中的最靠近图像侧表面之间， 其中透镜组之间的距离在放大倍率从广角端向长焦端变化时改变，并且其中第三透镜组由从物体侧顺序地设置的正透镜、由正透镜和负透镜形成的粘合透镜、其凹面面向物体侧的负弯月透镜、和双凸透镜构成，并且其中满足下述条件公式(I):
-0.7<(R17+R18) / (R17-R18)〈l.4…(I)，其中 R17:第三透镜组中的负弯月透镜的图像侧表面的近轴曲率半径，以及 R18:第三透镜组中的双凸透镜的物体侧表面的近轴曲率半径。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中满足下述条件公式(I一I):
-0.6<(R17+R18) / (R17-R18)〈l.1…(I—I)。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中进一步满足下述条件公式(I一2):
-0.5<(R17+R18) / (R17-R18)〈l.0…(I一2)。`
4.根据权利要求1一3中任一项所述的变焦镜头，其中第三透镜组中的负弯月透镜的图像侧表面是非球面表面，在该非球面表面中，正折射本领从光轴向着该表面的周边变弱。
5.根据权利要求1一4中任一项所述的变焦镜头，其中满足下述条件公式(2):
1.9<f3 / fw<2.6...(2)，其中
f3:第三透镜组的焦距，以及 fw:整个透镜系统在广角端处的焦距。
6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中满足下述条件公式(2— I):
2.Kf3 / fw<2.3...(2—1)。
7.根据权利要求1一6中任一项所述的变焦镜头，其中满足下述条件公式(3):
6.6<fl / fw<8.5...(3)，其中
Π:第一透镜组的焦距。
8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其中满足下述条件公式(3— I):
7.3<fl / fw<7.8...(3—1)。
9.根据权利要求1一8中任一项所述的变焦镜头，其中由变焦镜头的振动引起的图像的位移通过沿正交于光轴的方向移动第三透镜组被校正。
10.一种成像设备，包括: 根据权利要求1一9中任一项所述的变焦镜头。
【文档编号】G03B17/02GK103733110SQ201280039271
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2011年8月11日
【发明者】野田大雅, 长伦生 申请人:富士胶片株式会社