专利名称：变焦镜头系统和使用该变焦镜头系统的电子摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦镜头系统和使用该变焦镜头系统的电子摄像装置。
背景技术：
近些年来，取代卤化银胶片相机(silver halide film camera)，使用CCD图像传感器(CCD image sensor)和CMOS型图像传感器(CMOStype image sensor)这样的固体摄像元件拍摄被摄体的数字相机成为了主流。进而，其在从业务用高性能类型到小型的普及类型这样的广泛的范围内具有多种类别。在本发明中，特别着眼于小型的普及类型这一类别。
这种普及类型的数字相机的用户希望随时随地简易地在广泛的场景(scene)中享受拍摄乐趣。因此，小型的商品、特别是易于放入衣服和包的口袋等中而便于携带的、厚度方向大小较薄的类型的数字相机受到人们欢迎。
另一方面，小型数字相机的变焦比一般为3倍左右，但为进一步拓宽拍摄区域而要求出现比以往更高变焦比的相机。
作为较高变焦比且小型的变焦镜头，已知有如下类型的技术，该变焦镜头从物体侧起具有光焦度为正的第1透镜组、光焦度为负的第2透镜组、光焦度为正的第3透镜组和光焦度为正的第4透镜组(例如参照日本特开2001-133687号公报、日本特开平11-119110号公报)。
相机大小中厚度方向的大小主要由镜筒(Lens barrel)的大小决定。由此，为了达成相机的薄型化就必须使镜筒薄型化。
因此，考虑镜筒的薄型化来构成变焦镜头光学系统这点是很重要的。而且，最近在相机使用状态下使镜筒从相机主体内伸出、而携带时使其收容于相机主体内的所谓伸缩式镜筒渐成主流。因此，考虑伸缩式的镜筒的薄型化来构成变焦镜头光学系统这点是很重要的。
具体而言，为了使镜筒在伸缩时的厚度变薄，重要之处在于用较少的透镜数量来构成变焦镜头组，或是缩短变焦镜头光学系统的全长。
但是，上述现有技术具有下面的问题点。在日本特开2001-133687号公报的实施例3中透镜的构成数量为8个，在日本特开平11-119100号公报的实施例1中透镜的构成数量为7个，在实施例3和实施例4中构成为8个这样较少的透镜数量。
在以往技术的结构中，由于光学系统全长较长所以具有难以使镜筒小型化的问题。而且，变焦比仅为3倍左右而未达成高变焦化。作为在保证小型化的前提下进行高变焦比化就难以确保良好的光学性能的原因，具有下面的问题。
在上述现有技术中，第1透镜组在变焦时相对于像面而成为大致固定的结构。因此无法使望远端处的第2透镜组的倍率变大，从而难以进行高变焦比化。或者为了进行高变焦比化必须增大第2透镜组的移动量，则招致变焦镜头系统的大型化。
而且，明亮度光圈被设为在变焦时固定，但基于下面的理由而具有问题。如果使光圈位置在变焦时固定，则难以对整个变焦区域下的倍率色差和畸变像差进行高效的校正。
并且，无法适当地控制入瞳位置、出瞳位置。即，难以对位于广角端的轴外光束的光线高度和望远端的轴外光束的光线高度取平衡。因此，难以平衡性良好地紧凑构成第1透镜组的外径和第4透镜组的外径。
特别地，一旦广角端的第1透镜组的外径增大，则在想对各透镜的边缘的壁厚确保其必须量时，导致透镜厚度增大，镜筒变厚。进而由于在广角端处，明亮度光圈和第3透镜组之间的间隔变大，所以第3透镜组之后的光线高度变大而镜筒的外径容易变大。而且，由于在第3透镜组中，特别是轴外的帧像差的产生过于增大，所以难以确保良好的光学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变焦镜头系统，该变焦镜头系统可同时满足小型化和高变焦比化，能良好地维持拍摄图像的画质，而且其适于与CCD图像传感器和CMOS型图像传感器等的电子摄像元件一起使用。
本发明的变焦镜头从物体侧起依次具有光焦度为正的第1透镜组、光焦度为负的第2透镜组、明亮度光圈、光焦度为正的第3透镜组和光焦度为正的第4透镜组，在该变焦镜头进行变焦时，上述第1透镜组、上述第2透镜组、上述第3透镜组、上述第4透镜组和上述明亮度光圈在变焦镜头的光轴方向上进行移动。
上述第1透镜组从物体侧起依次由负透镜和正透镜这两个透镜构成，上述第2透镜组从物体侧起依次由负透镜和正透镜这两个透镜构成，上述第3透镜组由包含1个正透镜和1个负透镜在内的3个以下的透镜构成，上述第4透镜组由1个正透镜构成。
而且，本发明的电子摄像装置具有上述的变焦镜头；以及电子摄像元件，其配置在上述变焦镜头的像侧而用于将由变焦镜头形成的像转换为电信号。
通过本发明，可以提供同时满足了相机的小型化和高变焦比化的变焦镜头。具体而言，可以提供适于使镜筒在伸缩时的厚度变薄，具有5倍左右的较高变焦比的变焦镜头。而且还可以提供具有这种变焦镜头和将由该变焦镜头形成的像转换为电信号的电子摄像元件的小型且易于携带的电子摄像装置。
本发明的其他特征及优势根据下述的具体实施方式
结合附随的附图和权利要求而变得明了。
将
具体实施例方式
结合附图来对本发明进行进一步了解，附图的形式仅为例证，因此不限定本发明，其中图1A到图1C是本发明的变焦镜头的实施例1的无限远物点对焦时的截面图，图1A是广角端的透镜截面图，图1B是中间状态的透镜截面图，图1C是望远端的透镜截面图。
图2A到图2C是本发明的变焦镜头的实施例2的无限远物点对焦时的截面图，图2A是广角端的透镜截面图，图2B是中间状态的透镜截面图，图2C是望远端的透镜截面图。
图3A到图3C是本发明的变焦镜头的实施例3的无限远物点对焦时的截面图，图3A是广角端的透镜截面图，图3B是中间状态的透镜截面图，图3C是望远端的透镜截面图。
图4A到图4C是本发明的变焦镜头的实施例4的无限远物点对焦时的截面图，图4A是广角端的透镜截面图，图4B是中间状态的透镜截面图，图4C是望远端的透镜截面图。
图5A到图5C是本发明的变焦镜头的实施例5的无限远物点对焦时的截面图，图5A是广角端的透镜截面图，图5B是中间状态的透镜截面图，图5C是望远端的透镜截面图。
图6A到图6C是本发明的变焦镜头的实施例6的无限远物点对焦时的截面图，图6A是广角端的透镜截面图，图6B是中间状态的透镜截面图，图6C是望远端的透镜截面图。
图7A到图7C是本发明的变焦镜头的实施例7的无限远物点对焦时的截面图，图7A是广角端的透镜截面图，图7B是中间状态的透镜截面图，图7C是望远端的透镜截面图。
图8A到图8C是本发明的变焦镜头的实施例8的无限远物点对焦时的截面图，图8A是广角端的透镜截面图，图8B是中间状态的透镜截面图，图8C是望远端的透镜截面图。
图9A到图9C是本发明的变焦镜头的实施例9的无限远物点对焦时的截面图，图9A是广角端的透镜截面图，图9B是中间状态的透镜截面图，图9C是望远端的透镜截面图。
图10A到图10C是实施例1的无限远物点对焦时的像差图，图10A是广角端的像差图，图10B是中间状态的像差图，图10C是望远端的像差图。
图11A到图11C是实施例2的无限远物点对焦时的像差图，图11A是广角端的像差图，图11B是中间状态的像差图，图11C是望远端的像差图。
图12A到图12C是实施例3的无限远物点对焦时的像差图，图12A是广角端的像差图，图12B是中间状态的像差图，图12C是望远端的像差图。
图13A到图13C是实施例4的无限远物点对焦时的像差图，图13A是广角端的像差图，图13B是中间状态的像差图，图13C是望远端的像差图。
图14A到图14C是实施例5的无限远物点对焦时的像差图，图14A是广角端的像差图，图14B是中间状态的像差图，图14C是望远端的像差图。
图15A到图15C是实施例6的无限远物点对焦时的像差图，图15A是广角端的像差图，图15B是中间状态的像差图，图15C是望远端的像差图。
图16A到图16C是实施例7的无限远物点对焦时的像差图，图16A是广角端的像差图，图16B是中间状态的像差图，图16C是望远端的像差图。
图17A到图17C是实施例8的无限远物点对焦时的像差图，图17A是广角端的像差图，图17B是中间状态的像差图，图17C是望远端的像差图。
图18A到图18C是实施例9的无限远物点对焦时的像差图，图18A是广角端的像差图，图18B是中间状态的像差图，图18C是望远端的像差图。
图19是表示本发明的数字相机的实施例的外观的前方立体图。
图20是图19的数字相机的背面图。
图21是图19的数字相机的截面示意图。
图22是图19的数字相机的框图。
图23A和图23B是表示该数字相机中的图像显示和图像保存的动作的概要的流程图。
图24A和图24B是表示该数字相机中的调焦(focusing)动作的概要的流程图。
具体实施方式
如上所述，本发明的变焦镜头从物体侧起按照顺序具有光焦度为正的第1透镜组、光焦度为负的第2透镜组、明亮度光圈、光焦度为正的第3透镜组和光焦度为正的第4透镜组。而且在变焦时第1透镜组、第2透镜组、第3透镜组、第4透镜组和明亮度光圈在变焦镜头的光轴方向进行移动。并且上述第1透镜组从物体侧起按照顺序由负透镜和正透镜这两个透镜构成，上述第2透镜组从物体侧起按照顺序由负透镜和正透镜这两个透镜构成，上述第3透镜组由包含1个正透镜和1个负透镜在内的3个以下的透镜构成，上述第4透镜组由1个正透镜构成。
上述这样从物体侧起按照顺序具有光焦度为正的第1透镜组、光焦度为负的第2透镜组、明亮度光圈、光焦度为正的第3透镜组和光焦度为正的第4透镜组的变焦镜头在用于达成较高的变焦比、例如5倍左右的变焦比方面是十分有利的。
为了在这种光焦度配置的变焦镜头中使镜筒小型化，首先需要使伸缩时的景深方向的厚度变薄。为此必须既考虑光学性能，又以尽可能较少的透镜组件来构成变焦镜头。
因此将第1透镜组从物体侧起按照顺序由负透镜和正透镜这两个透镜构成，将第2透镜组从物体侧起按照顺序由负透镜和正透镜这两个透镜构成，将第3透镜组由包含1个正透镜和1个负透镜在内的3个以下的透镜构成，将第4透镜组由1个正透镜构成。
其中，通过用正透镜和负透镜这2个透镜来构成以往在透镜组的厚度方向上的大小特别大的第1透镜组和第2透镜组这2个组，从而可以同时实现透镜组内的像差校正和透镜组在厚度方向上的小型化这两方，而且还可以使透镜组的外径方向的大小也变小。
其可以进行小型化的理由如下。在第1透镜组和第2透镜组中由于来自轴外光线的光轴的高度变高，所以如果要确保透镜边缘的壁厚为必需的量，就非常容易使透镜在光轴上的壁厚变得很厚。
而且如果第1透镜组和第2透镜组的透镜数量变多，则从物体侧观察到入瞳位置变远，所以通过第1透镜组和第2透镜组的轴外光线的高度逐渐变高，用于确保边缘壁厚的光轴上的壁厚变得更厚。
而且，光轴上的壁厚的总和将增大透镜数量增加的量。因此随着透镜数量的增加，该透镜组在径向的大小和光轴上的壁厚变得更大，无法充分进行伸缩状态下镜筒的紧凑化。
因此，分别用2个这样的较少数量的透镜来构成第1透镜组和第2透镜组的结构，对镜筒的紧凑化做出了很大贡献。
而且，通过使变焦作用较大的第3透镜组构成为至少具有1个正透镜和1个负透镜的结构，可以进行良好的像差校正，还能够达成高性能化。而且，用3个以下的透镜构成第3透镜组，可以达成小型化。
并且通过用1个正透镜构成第4透镜组，从而实现小型化。
而且，为了既维持性能又进行高变焦化，需要对各透镜组高效赋予变焦作用，而且对整个变焦区域良好地校正像差。因此，在变焦时使第1至第4透镜组和明亮度光圈都沿着光轴移动。
通过这样使所有的透镜组移动，从而可以高效地对各透镜组赋予变焦作用。由此即使进行高变焦化也可以达成高性能。
并且通过移动明亮度光圈，不仅可以高效校正倍率色差和畸变像差，还可以适当控制入瞳位置和/或出瞳位置。
即，通过移动明亮度光圈，可以对广角端的轴外光束的光线高度和望远端的轴外光束的光线高度取平衡。因此，可以平衡良好地使第1透镜组和第4透镜组的外径小型化。特别地，在广角端减小第1透镜组的外径的做法对于透镜组在厚度方向上的大小的紧凑化也是有效果的。
并且还可以减小变焦时的出瞳位置的变动。因此，可以将入射到CCD图像传感器或CMOS型图像传感器等中的光线的角度保持在适当的范围内。其结果，可以防止在图像的周围部产生明亮度上的阴影(黑斑)，所以适于一起使用变焦镜头与电子摄像元件。
这样，可以提供一种小型且高性能、非常适于与CCD图像传感器和CMOS型图像传感器等的电子摄像元件一起使用的变焦镜头。通过使用该变焦镜头，可以同时实现相机的小型化和高变焦比化，能满足用户对于希望使用便于携带的相机来拓宽拍摄区域的期望。而且能良好地维持所拍摄的图像的画质。
在本发明的实施例中，为了进一步实现小型化，而且得到良好的光学性能，除了上述技术之外还施加了各种措施。下面对其逐一说明。
从小型化和光学性能之间的平衡的观点来看，优选将第1透镜组的光焦度设定为满足下面的条件。
0.50＜f1/ft＜2.00 (1)。
其中，f1是上述第1透镜组的焦距，ft是处于望远端时的变焦镜头的焦距。
当f1/ft超过条件(1)的上限时，由于第1透镜组的光焦度变得过小，所以变焦镜头的全长变长，难以实现镜筒的小型化。当f1/ft低于条件(1)的下限时，第1透镜组的光焦度变得过大，在望远端产生过大的球面像差和帧像差，难以确保良好的光学性能。
并且优选满足下面的条件(1-1)。
0.70＜f1/ft＜1.60 (1-1)。
并且更优选满足下面的条件(1-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
0.90＜f1/ft＜1.20 (1-2)。
由于第2透镜组担负变焦作用，所以需要具有较大的负光焦度。如上所述，如果用负透镜和正透镜这2个透镜构成第2透镜组，则第2透镜组的负透镜为1个而担负实现较大的负光焦度的作用。
另外，为了在整个变焦区域确保较高的光学性能，尽可能将第2透镜组内的像差的产生抑制得较小是很重要的。特别地，将在该负透镜中产生的像差抑制得较小是很重要的。即，虽然该负透镜具有较大的光焦度，但必须减小像差的产生。
因此，优选使该负透镜为双凹透镜而具有较大的光焦度，并使透镜的形状满足下面的条件(2)。
0.35＜SF2n＜1.00(2)。
其中，SF2n为由SF2n＝(R2nf+R2nr)/(R2nf-R2nr)定义，R2nf是第2透镜组中的负透镜的物体侧面的曲率半径，R2nr是第2透镜组中的负透镜的像侧面的曲率半径。
当SF2n超过条件(2)的上限时，第2透镜组中的负透镜的像侧面的曲率变得过大，特别在广角端产生的畸变像差和像面弯曲等的轴外像差变大。当SF2n低于条件(2)的下限时，第2透镜组中的负透镜的物体侧面的曲率变得过大，广角端产生的轴外各像差变得过大。
而且优选满足下面的条件(2-1)。
0.45＜SF2n＜0.85 (2-1)。
并且更优选满足下面的条件(2-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
0.55＜SF2n＜0.70 (2-2)。
为了抑制像差的产生而得到良好的光学性能，优选第2透镜组中的负透镜中的至少1个透镜面为非球面。还可以使2个透镜面的两面都为非球面。此时优选满足下面的条件(3)。
0.030＜(|ASP2nf|+|ASP2nr|)/fw＜0.110 (3)。
其中，ASP2nf是第2透镜组中的负透镜的物体侧面的非球面偏斜量，ASP2nr是第2透镜组中的负透镜的像侧面的非球面偏斜量，fw是处于广角端时的变焦镜头的焦距。
此处，所谓非球面偏斜量，是从光轴起的高度在有效直径/2的位置上向平行于光轴的方向进行测量而得到的基准球面(reference sphere)与相应非球面之间的距离，所谓基准球面，是具有与相应非球面的在光轴上的曲率半径相同的曲率半径，在光轴上与相应非球面接触的球面。而且，当透镜面为球面时，非球面偏斜量为零。
当(|ASP2nf|+|ASP2nr|)/fw超过条件(3)的上限时，第2透镜组中的负透镜的非球面所实现的像差校正的作用变得过强。其结果，由于制造误差而在非球面透镜的面之间产生偏心时的光学性能恶化将会易于变强。当(|ASP2nf|+|ASP2nr|)/fw低于条件(3)的下限时，第2透镜组中的负透镜的非球面所实现的像差校正的作用变得过弱，容易导致广角端处的畸变像差和像面弯曲的校正不充分。
而且优选满足下面的条件(3-1)。
0.040＜(|ASP2nf|+|ASP2nr|)/fw＜0.100 (3-1)。
并且更优选满足下面的条件(3-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
0.050＜(|ASP2nf|+|ASP2nr|)/fw＜0.095 (3-2)。
优选使得用于第2透镜组的透镜的材料满足下面的条件。
1.76＜nd2n＜2.00(4)1.84＜nd2p＜2.20(5)35.0＜Vd2n＜50.0(6)13.0＜Vd2p＜30.0(7)，其中，nd2n是上述第2透镜组的上述负透镜相对于d线的折射率，nd2p是上述第2透镜组的上述正透镜相对于d线的折射率，Vd2n是上述第2透镜组的上述负透镜相对于d线的阿贝数(abbe number)，Vd2p是上述第2透镜组的上述正透镜相对于d线的阿贝数。
当nd2n超过条件(4)的上限时，第2透镜组的负透镜的材料的量产性和获得性变差，所以会导致成本上升。当nd2n低于条件(4)的下限时，为了使第2透镜组的负透镜具有期望的光焦度，而必须增大透镜面的曲率，从而导致容易广角端处产生的畸变像差和像面弯曲、广角端和望远端处产生的帧像差等变大。设定条件(5)的理由也相同。
另外，当Vd2n超过条件(6)的上限时，作为第2透镜组的负透镜的材料，在现有的材料中只能得到折射率较低的材料。当Vd2n低于条件(6)的下限时，第2透镜组的负透镜的色散(color dispersion)变得过大，所以色差产生得过大，图像上易于产生颜色模糊(color blur)。
此外，当Vd2p超过条件(7)的上限时，难以用第2透镜组的正透镜来充分校正在第2透镜组的负透镜上产生的色差。当Vd2p低于条件(7)的下限时，反常色散(anomalous dispersion)变大而2级光谱(secondaryspectrum)的校正变得不充分，图像上易于产生颜色模糊。
而且优选满足下面的条件(4-1)、(5-1)、(6-1)、(7-1)。
1.78＜nd2n＜1.95(4-1)1.87＜nd2p＜2.10(5-1)3 7.0＜Vd2n＜47.0(6-1)1 5.0＜Vd2p＜25.0(7-1)。
并且更优选满足下面的条件(4-2)、(5-2)、(6-2)、(7-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
1.80＜nd2n＜1.89(4-2)1.90＜nd2p＜2.02(5-2)40.0＜Vd2n＜43.0(6-2)17.0＜Vd2p＜21.0(7-2)。
如上所述，在用负透镜和正透镜这2个透镜构成第2透镜组时，优选第2透镜组的负透镜为双凹形状。但是这样构成就会特别容易在广角端处产生负的畸变像差。
为了高效校正在第2透镜组产生的畸变像差，而且对其他的轴外各像差也进行平衡较好的校正，优选将第1透镜组的正透镜设定为满足下面的条件(8)的形状。
-1.80＜SF1p＜-0.55(8)，其中，SF1p由SF1p＝(R1pf+R1pr)/(R1pf-R1pr)定义，R1pf是上述第1透镜组中的上述正透镜的物体侧面的曲率半径，R1pr是上述第1透镜组中的上述正透镜的像侧面的曲率半径。
当SF1p超过条件(8)的上限时，虽然可以良好地校正广角端处的畸变像差，但望远端处的帧像差的校正不充分。当SF1p低于条件(8)的下限时，广角端处的负的畸变像差的校正将会不充分。无论上述何种情况，在整个变焦区域内都难以平衡较好地进行良好的像差校正。
而且优选满足下面的条件(8-1)。
-1.50＜SF1p＜-0.70(8-1)。
并且更优选满足下面的条件(8-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
-1.20＜SF1p＜-0.85(8-2)。
优选第1透镜组的负透镜和正透镜为接合透镜。如果使这些透镜为接合透镜，则可以特别地对望远端的轴上色差高效地进行校正。另外，可以抑制由于组装误差而带来的透镜的相对偏心导致的光学性能的恶化，对成品率的提高和成本降低做出贡献。
另外，如果不接合第1透镜组的负透镜和正透镜，而用独立的单透镜来分别构成各透镜组时，在负透镜和正透镜之间形成空气透镜，可以更高效地校正广角端处的畸变像差、帧像差和望远端处的帧像差。
优选上述第1透镜组的负透镜和正透镜之间的空气透镜满足下面的条件(9)。
-1 05.0＜SFlair＜0(9)，其中，SFlair由SFlair＝(R1nr+R1pf)/(R1nr-R1pf)定义，R1nr是上述第1透镜组中的上述负透镜的像侧面的曲率半径，R1pf是上述第1透镜组中的上述正透镜的物体侧面的曲率半径。
当SFlair超过条件(9)的上限时，虽然可以良好地对广角端处和望远端处的帧像差进行校正，但广角端处的畸变像差校正变得不充分。当SFlair低于条件(9)的下限时，虽然可以良好地对广角端处的畸变像差进行校正，但广角端处和望远端处的帧像差校正变得不充分。而且，由于组装误差而产生的第1透镜组中的负透镜和正透镜的相对偏心所导致的光学性能恶化容易变剧烈。
而且优选满足下面的条件(9-1)。
-75.0＜SFlair＜-5.0(9-1)。
并且更优选满足下面的条件(9-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
-45.0＜SFlair＜-10.0(9-2)。
第3透镜组可以从物体侧起按照顺序由正透镜和负透镜这2个透镜构成。
通过用为了对在同一透镜组中产生的各像差和色差进行校正而需要的最小数量的透镜来构成第3透镜组，从而可以使镜筒薄型化。进而通过上述结构，可以将第3透镜组的前侧主点移动到物体侧，可以减小变焦时的第3透镜组的移动量，能够使变焦镜头小型化。
另外，第3透镜组还可以从物体侧起按照顺序由正透镜、正透镜和负透镜这3个透镜构成。此时，优选接合从物体侧起第2个正透镜和负透镜。
通过接合第3透镜组的正透镜和负透镜，可以更高效地校正轴上色差。另外，通过将正的光焦度分配给2个正透镜，而且接合正透镜和负透镜，从而可以防止组装工序中产生的透镜彼此的相对偏心导致的光学性能的恶化。因此，将有利于成品率的提高和成本降低。
无论是在用2个透镜构成第3透镜组时，还是用3个透镜构成第3透镜组时，都优选第3透镜组中最靠近物体侧的正透镜为满足下面的条件(10)的形状。
-1.00＜SF3p＜-0.05(10)，其中，SF3p由SF3p＝(R3pf+R3pr)/(R3pf-R3pr)定义，R3pf是上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜的物体侧面的曲率半径，R3pr是上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜的像侧面的曲率半径。
当SF3p超过条件(10)的上限时，容易导致对帧像差和非点像差的校正不充分，难以得到良好的光学性能。当SF3p低于条件(10)的下限时，像差的校正容易过度，当组装时产生了透镜的相对偏心的情况下，光学性能的恶化容易变剧烈。
而且优选满足下面的条件(10-1)。
-0.85＜SF3p＜-0.15(10-1)。
并且更优选满足下面的条件(10-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
-0.70＜SF3p＜-0.25(1 0-2)。
如果在第3透镜组内配置了1面以上的非球面，则对于球面像差和帧像差的校正具有效果。如果在多个透镜中分别配置非球面，透镜的相对偏心导致的光学性能的恶化容易变剧烈，但如果使1个透镜的两面为非球面，则可以将透镜的相对偏心导致的光学性能的恶化抑制得较小，而且可以更好地校正球面像差和帧像差。
优选第2透镜组的光焦度满足下面的条件(11)。
-0.50＜f2/ft＜-0.10(11)，其中，f2是上述第2透镜组的焦距，ft是在处于望远端时的上述变焦镜头的焦距。
当f2/ft超过条件(11)的上限时，由于第2透镜组的光焦度变得过小，所以用于变焦的第2透镜组的移动量变大。当f2/ft低于条件(11)的下限时，第2透镜组的近轴成像倍率变小，用于变焦的移动量变大。而且还难以进行像差校正。
而且优选满足下面的条件(11-1)。
-0.40＜f2/ft＜-0.15(11-1)。
并且更优选满足下面的条件(11-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
-0.30＜f2/ft＜-0.20(11-2)。
优选第3透镜组的光焦度满足下面的条件(12)。
0.20＜f3/ft＜0.45(12)，其中，f3是上述第3透镜组的焦距，ft是在处于望远端时的上述变焦镜头的焦距。
当f3/ft超过条件(12)的上限时，由于第3透镜组的光焦度变得过小，所以用于变焦的第2透镜组的移动量变大。当f3/ft低于条件(12)的下限时，第3透镜组的近轴成像倍率变小，用于变焦的移动量变大，而且还难以进行像差校正。
而且优选满足下面的条件(12-1)。
0.25＜f3/ft＜0.40(1 2-1)。
并且更优选满足下面的条件(12-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
0.30＜f3/ft＜0.35(12-2)。
优选第4透镜组的光焦度满足下面的条件。
0.35＜f4/ft＜0.90(13)，其中，f4是上述第4透镜组的焦距，ft是在处于望远端时的上述变焦镜头的焦距。
当f4/ft超过条件(13)的上限时，由于第4透镜组的光焦度变得过小，所以整个变焦区域的非点像差和畸变像差成为校正不充分。当f4/ft低于条件(13)的下限时，第4透镜组的光焦度变得过大，导致整个变焦区域的非点像差和畸变像差的校正过度。
而且优选满足下面的条件(13-1)。
0.45＜f4/ft＜0.80(13-1)。
并且更优选满足下面的条件(13-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
0.55＜f4/ft＜0.70(13-2)。
优选第4透镜组由塑料材料形成。第4透镜组的主要作用为将出瞳配置在适当的位置上来高效地将光线射入CCD图像传感器和CMOS型图像传感器等的电子摄像元件中。
在发挥这种作用时，只要将光焦度设定在上述条件(13)的范围内，就可以使用塑料透镜那样的折射率较低的材料。通过在第4透镜组中使用塑料透镜可以将成本抑制得较低，可以提供更廉价的变焦镜头。
第4透镜组的正透镜如上所述具有用于将出瞳位置适当进行设定的功能，但通过在第4透镜组配置非球面还可以积极地使其具有像差校正的作用。
由于第4透镜组位于轴外光线变高之处，所以如果在第4透镜组上配置非球面，则主要对畸变像差和像面弯曲的校正具有效果。此时，优选非球面偏斜量满足下面的条件(14)。
0＜|ASP4p/f4|＜0.02(14)，其中，ASP4p是配置在上述第4透镜组的非球面的非球面偏斜量，f4是上述第4透镜组的焦距。
如后所述，在本发明的变焦镜头中，通过第4透镜组来进行调焦是很有利的，但如果|ASP4p/f4|超过条件(14)的上限则非球面导致的像差校正过度，极近物点拍摄时的像差变动变得较大。
而且优选满足下面的条件(14-1)。
0＜|ASP4p/f4|＜0.015(14-1)。
并且更优选满足下面的条件(14-2)。通过这些条件，可以更高效地获得上述效果。
0＜|ASP4p/f4|＜0.008(14-2)。
关于变焦时透镜组的移动方法，优选从广角端向望远端变焦时，第1透镜组移动到位于比广角端更靠近望远端的位置的物体侧。此时，第1透镜组也可以只向物体侧移动，也可以沿着凸轨迹向像侧移动。第2透镜组也可以只向像侧移动，也可以沿着凸轨迹向像侧移动。第3透镜组优选仅向物体侧移动。第4透镜组可以只向物体侧移动，也可以只向像侧移动。或者还可以沿着凸轨迹向物体侧移动，或是还可以沿着凸轨迹向像侧移动。
优选明亮度光圈和快门单元在变焦时与第3透镜组一体移动。由此可以在从物体侧观察为较近的位置形成入瞳，可以在从像面观察为较远的位置形成出瞳。而且，由于第3透镜组的附近为轴外光线的高度变低之处，所以可以不使快门单元变得很大，可以使得移动明亮度光圈和快门单元时的闭死空间(dead space)很小。
而且为了去除鬼影(ghost)、眩光(flare)等无用光，还可以在明亮度光圈之外设置眩光光圈。眩光光圈可以配置在第1透镜组的物体侧、第1透镜组和第2透镜组之间、第2透镜组和第3透镜组之间、第3透镜组和第4透镜组之间、第4透镜组和像面之间中的某个位置上。既可以构成为用作为镜筒的构成要素的框部件来去除眩光光线，又可以设置其他部件。另外还可以直接在光学系统上印刷或涂装来描绘眩光光圈。还可以在光学系统上粘结薄膜等来作为眩光光圈。
眩光光圈的开口形状可以是由圆形、椭圆形、矩形、多边形、函数曲线所包围的形状等任何形状。而且不仅可以去除有害光束，还可以去除画面周围的帧眩光等的光束。
而且也可以对各透镜面进行反射防止涂布，来减轻鬼影、眩光。作为反射防止涂布，优选使用多层反射防止膜，可以高效地减轻鬼影、眩光。还可以在透镜面、玻璃罩等上进行红外去除涂布。
优选在第4透镜组中进行调焦。如果在第4透镜组中进行调焦，则由于透镜重量较轻而施加给调焦用的驱动电机的负荷较少。进而，由于调焦时变焦镜头的全长不会发生变化，能够在镜筒内部配置驱动电机，所以对镜筒的小型化是有利的。
还可以在第1、第2或者第3透镜组中进行调焦。还可以移动多个透镜组进行调焦。而且也可以对透镜系统整体进行进给而对其进行调焦，还可以移动一部分的透镜进行调焦。
还可以通过移动设置于CCD图像传感器的微距镜头(macro lens)来减轻图像周围部的明亮度的阴影(黑斑)。例如还可以按照各像高上的光线的入射角来改变设置于CCD图像传感器的微距镜头的设计。另外，也可以通过图像处理来校正图像周围部的下降量。
然而，为了防止鬼影、眩光的产生，一般对镜头的空气接触面上实施反射防止涂布。另一方面，在接合透镜的接合面上，粘接材料的折射率远远大于空气的折射率。因此，一般形成原来的单层涂布和/或其以下的反射率，实施反射防止涂布的情况反而很少。
但是，如果对接合面也积极实施反射防止涂布，则能够进一步减少鬼影、眩光，且能够获得良好的图像。特别是最近在普及高折射率的玻璃材料，像差校正方面的效果较好，因此能够广泛用于相机光学系统，但当将高折射率的玻璃材料作为接合透镜使用时，接合面上的反射也是无法忽略的。在这种情况下，先对接合面实施反射防止涂布的做法是特别有效的。
关于接合面涂层的有效使用方法，在日本特开平2-27301号、日本特开2001-324676号、日本特开2005-92115号、USP7116482等中有所公开。在这些文献中，对正前型(positive lead type)变焦镜头的第1透镜组内的接合透镜的接合面所设的涂层进行了特别描述，对于本发明的正光焦度的第1透镜组内的接合透镜面也按照这些文献所公开的方法实施处理即可。作为所使用的涂布材料，根据成为基板的透镜的折射率和接合材料的折射率，来适当选择较高折射率的Ta2O5、TiO2、Nb2O5、ZrO2、HfO2、CeO2、SnO2、In2O3、ZnO、Y2O3等；或较低折射率的MgF2、SiO2、Al2O3等，设定为满足以上条件的膜厚即可。
对镜头的空气接触面的涂布同样使接合面涂层为多重涂层(multicoat)即可。通过将2层或其以上的涂层材料或膜厚适当组合，可以进行反射率的进一步减小、反射率的分光特性/角度特性等的控制等。并且，对于第1透镜组以外的透镜接合面，也可根据同样的思想进行接合面涂布。
而且还可以有意地在光学系统中产生畸变像差，用图像传感器进行拍摄而转换为电信号之后进行图像处理来校正畸变。
而且优选第1透镜组的所有透镜面为球面。由于第1透镜组的透镜外径容易变大，所以为了在第1透镜组上配置非球面就需要大口径的非球面透镜，这在成本和成品率的方面是很不利的。因此，根据成本和成品率的观点，第1透镜组最好都为球面。
优选本发明的变焦镜头满足下面的条件(15)。
4.0＜ft/fw＜10.0(15)，其中，fw是在处于广角端时的上述变焦镜头的焦距，ft是在处于望远端时的上述变焦镜头的焦距。
当ft/fw超过条件(15)的上限时，难以确保足够的光学性能。当ft/fw低于条件(15)的下限时，变焦比变小而并非是理想的。
而且优选满足下面的条件(15-1)。
4.3＜ft/fw＜7.0(15-1)。
并且更优选满足下面的条件(15-2)。通过这些条件，可以高效地获得上述效果。
4.7＜ft/fw＜5.0(15-2)。
本发明的电子摄像装置具有上述变焦镜头以及电子摄像元件，该电子摄像元件配置在变焦镜头的像侧，将由变焦镜头形成的像转换为电信号。
上述变焦镜头适于出瞳距离离像面较远的结构。因此，优选用于具有将由变焦镜头形成的像转换为电信号的电子摄像元件的电子摄像装置。
而且上述结构可以进行任意组合。另外，对于各条件还可以仅对进一步进行了限定的条件的数值范围的上限值或者下限值进行限定。
进而，可以提供如下的数字相机等的电子摄像装置具有该变焦镜头，并且具有被要求射向摄像面的光束的入射角度在某种程度上接近垂直的电子摄像元件。
接着说明本发明的变焦镜头的具体例(specific examples)。
图1A到图9C是本发明的变焦镜头的实施例1-9的无限远物点对焦时的截面图，图1A、2A、3A、…是广角端的截面图，图1B、2B、3B、…是中间状态的截面图，图1C、2C、3C、…是望远端的截面图。在这些图中，分别将第1透镜组表示为G1、将第2透镜组表示为G2、明亮度光圈表示为S、第3透镜组表示为G3、第4透镜组表示为G4、进行了限制红外光的波段限制涂布的低通滤波器(平行平板)表示为F、电子摄像元件的玻璃罩(平行平板)表示为C、像面表示为I。而且可以在玻璃罩C的表面上设置波段限制用的多层薄膜。且还可以使玻璃罩C具有低通滤波器的作用。
实施例1如图1A至图1C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向物体侧移动之后再翻转移动方向而向像侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜(meniscus lens)和第2双凸正透镜构成。在第1负弯月透镜和第2双凸正透镜之间形成有空气透镜。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜和将凸面朝向物体侧的第6负弯月透镜构成。第4透镜组G4由第7双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第7双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例2如图2A至图2C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向物体侧移动之后再翻转移动方向而向像侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和将凸面朝向物体侧的第2正弯月透镜构成。第1负弯月透镜和第2正弯月透镜接合在一起。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例3如图3A至图3C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和将凸面朝向物体侧的第2正弯月透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例4如图4A至图4C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和将凸面朝向物体侧的第2正弯月透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例5如图5A至图5C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向物体侧移动之后再翻转移动方向而向像侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和第2双凸正透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例6如图6A至图6C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向物体侧移动之后再翻转移动方向而向像侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和将凸面朝向物体侧的第2正弯月透镜构成。第1负弯月透镜和第2正弯月透镜之间形成有空气透镜。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例7如图7A至图7C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4向像侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和第2双凸正透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例8如图8A至图8C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2向像侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和将凸面朝向物体侧的第2正弯月透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
实施例9如图9A至图9C所示，从物体侧起按顺序具有光焦度为正的第1透镜组G1、光焦度为负的第2透镜组G2、明亮度光圈S、光焦度为正的第3透镜组G3、光焦度为正的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变焦时，第1透镜组G1向物体侧移动，第2透镜组G2先向像侧移动之后再翻转移动方向而向物体侧移动，第3透镜组G3向物体侧移动，第4透镜组G4先向物体侧移动之后再翻转移动方向而向像侧移动。
当对位于近距离处的物体进行调焦时，第4透镜组G4沿着光轴移动。
第1透镜组G1从物体侧起按顺序由将凸面朝向物体侧的第1负弯月透镜和第2双凸透镜构成。第1负弯月透镜和第2双凸透镜之间形成有空气透镜。第2透镜组G2从物体侧起按顺序由第3双凹负透镜和将凸面朝向物体侧的第4正弯月透镜构成。第3透镜组G3从物体侧起按顺序由第5双凸正透镜、第6双凸正透镜和第7双凹负透镜构成。第6双凸正透镜和第7双凹负透镜接合在一起。第4透镜组G4由第8双凸正透镜构成。
非球面被用在第3双凹负透镜的两面、第5双凸正透镜的两面和第8双凸正透镜的物体侧面这5个面上。
下面表示上述各实施例的数值数据。除了上述之外的记号中，f为变焦镜头的焦距、FNO为F序号、ω是半视角、WE是广角端、ST是中间状态、TE是望远端、R是各透镜面的曲率半径、D是各透镜面间的间隔、Nd是各透镜的d线的折射率、Vd是各透镜的阿贝数。与面序号一同表示的记号(AS)表示该面为非球面。非球面的形状可以在以面与光轴之间的交点为原点、以光轴为x轴(以光的行进方向为正)、以通过原点并垂直于x轴的方式来取y轴的坐标系中通过下面的式子来表示。
X＝(y2/r)/[1+{1-(K+1)(y/r)2}1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12，其中，r是近轴曲率半径、K是圆锥系数、A4、A6、A8、A10、A12分别为4次、6次、8次、10次、12次的非球面系数。另外，在非球面系数中，[e-n](n为整数)表示[10-n]。
实施例1
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例2
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例3
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例4
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例5
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例6
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例7
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例8
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
实施例9
非球面系数
非球面系数
变焦数据(∞)
调焦数据
分别在图10A到图18C中表示实施例1到9的无限远物点对焦时的像差图。在这些图中，图10A、11A、12A、...表示广角端处的球面像差(SA)、非点像差(FC)、畸变像差(DT)和倍率色差(CC)；图10B、11B、12B、...表示中间状态的球面像差(SA)、非点像差(FC)、畸变像差(DT)和倍率色差(CC)；图10C、11C、12C、...表示望远端处的球面像差(SA)、非点像差(FC)、畸变像差(DT)和倍率色差(CC)。各图中“FIY”为最大像高。
各实施例中的条件(1)-(15)的值如下。
接着，作为本发明的电子摄像装置的实施例，说明应用了本发明的变焦镜头的数字相机。
图19到图21是应用了本发明的变焦镜头的数字相机的结构的示意图。图19是表示数字相机的外观的前方立体图，图20是图19的数字相机的背面图，图21是图19的数字相机的截面示意图。在图19和图21中，表示出摄影光学系统在非伸缩时的状态。
数字相机140具有具有摄影用光路142的摄影光学系统141、具有取景用光路144的取景光学系统143、快门释放按钮145、闪光灯146、液晶显示监视器147、焦距变更按钮161、设定变更开关162等。在摄影光学系统141伸缩时，通过滑动罩160而用罩160覆盖摄影光学系统141和取景光学系统143以及闪光灯146。如果打开罩160使相机140处于摄影状态时，摄影光学系统141处于图21所示的非伸缩状态。如果按压配置在相机140的上部的快门释放按钮145，则与其连动地通过摄影光学系统141进行摄影。在图21的例子中，使用实施例1的变焦镜头作为摄影光学系统141。由摄影光学系统141通过进行了波段限制涂布的低通滤波器F和玻璃罩C而在CCD图像传感器149的摄像面上形成所拍摄的物体的像。由CCD图像传感器149接收的物体像被转换为电信号，经由处理单元151而作为电子图像显示在设置于相机背面上的液晶显示监视器147上。而且，处理单元151连接有记录单元152，其可以记录所拍摄的电子图像。该记录单元152既可以与处理单元151一体设置，又可以单独设置。作为记录单元152，可以使用硬盘驱动器(HDD)、存储卡、DVD等。
在取景用光路144上配置有取景用物镜光学系统153。取景用物镜光学系统153由多个透镜组(图中为3个透镜组)和2个棱镜构成，为与摄影光学系统141的变焦连动地改变焦距的变焦光学系统。通过取景用物镜光学系统153，在作为像正立部件(image erecting member)的正立棱镜155的视场框157上形成物体像。在正立棱镜155的后方配置有将正立的物体像引导到观察者的眼球E的目镜光学系统159。在目镜光学系统159的射出侧配置有罩部件150。
图22是图19所示的数字相机的框图。在相机140的内部配置有摄像元件149、CDS/AGC电路103、A/D转换部104、总线105、SDRAM106、图像处理部107、JPEG处理部108、存储器I/F109、作为记录单元152的一部分的记录介质110、LCD驱动器111、作为液晶显示监视器147使用的LCD112、微型计算机(CPU)113、操作部114和闪存115。
摄像元件149是将Bayer排列的彩色滤波器配置于由光电二极管构成的各像素的前面的摄像元件。如果根据微型计算机(CPU)113的指令而启动摄像驱动电路116，则摄像驱动电路116控制由降低噪声成分的CDS(Correlated Double Sampling，相关双采样)电路和使信号电平稳定化的AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)电路构成的CDS/AGC电路、将模拟电信号转换为数字电信号的A/D转换部。
摄像元件149用构成各像素的光电二极管来接受经由摄影光学系统141而形成的物体像。此处将摄影光学系统141分为2个部分101a和101b来表示，但第1部分101a相当于变焦镜头的第1透镜组G1到第3透镜组G3，第2部分101b相当于第4透镜组G4。在该例中在第4透镜组G4进行调焦，第1透镜组G1到第3透镜组G3担负大部分的变焦功能。因此，将第1部分101a称为变焦部、将第2部分101b称为调焦部。用摄像元件149对所接受的光学像进行光电转换，光量被转换为电荷量，输出给CDS/AGC电路103。此处，Bayer排列是在垂直方向上交替配置如下的两种类型的行而构成的像素排列一种是在水平方向上交替排列R(Red)像素和G(Green)像素而得到的行，另一种是在水平方向上交替排列G像素和B(Blue)像素而得到的行。而且，摄像元件149可以是CMOS型图像传感器或者CCD图像传感器中的任意一种。虽然没有图示，但是包含驱动摄像元件的定时信号产生器在内的摄像驱动电路116、CDS/AGC电路103和A/D转换部104都由AFE(模拟前端电路)IC元件构成。
作为摄像元件149，设想为可以在至少包括像素相加读取模式和全部像素读取模式的多个模式下进行动作的元件。像素相加读取模式是使相邻的多个像素的电荷相加之后读取的动作模式。而且，全部像素读取模式是将来自摄像元件的有效像素的电荷全都读取出来的动作模式。
对于从摄像元件149中读取的电信号(模拟图像信号)，CDS/AGC电路103在降低了复位噪声等的基础上进行波形整形，然后进行增益放大以使图像的明亮度达到作为目标的明亮度。A/D转换部104将在CDS/AGC电路103进行了前处理的模拟图像信号转换为数字图像信号(下面称为图像数据)。
总线105是用于将在相机内部产生的各种数据传输给相机内的各部上的传输路径，其与A/D转换部104、SDRAM106、图像处理部107、JPEG处理部108、存储器I/F109、LCD驱动器111、CPU113连接。在A/D转换部104得到的图像数据经由总线105而暂时存储在SDRAM106中。SDRAM106是暂时存储从A/D转换部104得到的图像数据和在图像处理部107、JPEG处理部108中进行了处理的图像数据等的各种数据的存储部。
图像处理部107读取出存储在SDRAM106中的图像数据来对其进行图像处理。该图像处理部107具有白平衡(WB)校正电路107a、同步电路107b、颜色转换/颜色再现电路107c、γ转换电路107d、边缘提取电路107e、噪声降低处理电路107f和插值缩放处理电路107g。
WB校正电路107a对于从SDRAM106中读取出的图像数据中的R数据和B数据乘以由CPU113指示的白平衡增益来进行白平衡校正。同步电路107b根据WB校正电路107a输出的图像数据来生成将R、G、B这3个颜色作为1个像素分量的图像数据。颜色转换/颜色再现电路107c对于从同步电路107b输出的图像数据，进行对其乘以由CPU113指示的色彩矩阵的线性转换来校正图像数据的颜色，而且使用由CPU113指示的色度/色相系数来通过运算改变图像的颜色。γ转换电路107d对于从颜色转换/颜色再现电路107c输出的图像数据施加伽马转换(灰度转换)处理，将图像数据的灰度校正为适于显示和印刷。
边缘提取电路107e使用由CPU113所指示的BPF(带通滤波器)系数来提取图像数据中的轮廓(边缘)成分。噪声降低处理电路107f使用由CPU113所指示的滤波器参数对图像数据进行滤波处理，从而降低图像数据中的噪声。插值缩放处理电路107g进行图像数据的插值处理和用于调整输出大小的缩放处理。
在上述那样的图像处理部107中，进行了图像处理的图像数据再次被存储在SDRAM106中。
JPEG处理部108从SDRAM106中读取出进行了图像处理的图像数据，按照JPEG规格对其进行压缩处理。而且，JPEG处理部108还具有读取出记录在记录介质110中的JPEG压缩图像数据，对其进行解压缩处理的功能。被JPEG处理部108压缩的图像数据被存储在SDRAM106中之后，经由存储器I/F109而记录于记录介质110中。作为记录介质110如上所述可以使用例如能拆装于相机主体上的存储卡，但并不限于此。
LCD驱动器111进行图像在LCD112上的显示。显示记录在记录介质110中的JPEG压缩图像数据时，通过JPEG处理部108来读取出记录在记录介质110中的JPEG压缩图像数据，在进行了解压缩处理之后暂时存储在SDRAM106中。LCD驱动器111从SDRAM106中读取出该图像数据，将其转换为视频信号之后在LCD112上进行图像显示。
CPU113总体控制相机主体的各种程序。CPU113连接有操作部114和存储着相机程序和调焦透镜位置数据的闪存115。操作部114是电源按钮、释放按钮、各种输入键等的操作部件。通过用户对操作部114进行操作，从而CPU113执行对应于该操作部114的操作的各种程序。闪存115是存储白平衡增益、色彩矩阵、滤波器参数等的各种参数的存储部。CPU113从闪存115中读取出各种程序中所必需的参数，对各处理部发出指示。基准用传感器14是检测调焦透镜101b是否在基准位置上的传感器。温度传感器121检测温度并将该检测结果通知给CPU113。
操作部114是用于接受来自摄影者的各种指示，将其通知给CPU113的各种按钮和开关等，例如对应于图19所示的用于指示摄影开始等的释放按钮145、焦距变更按钮161、设定变更开关162等。而且，可以根据相机的特性设置用于指示AF(自动调焦)模式/MF(手动调焦)模式的切换的调焦模式切换按钮、用于在MF模式选择时指示调焦部101b的移动的MF驱动按钮、用于指示调焦部101b的位置的数据的存储的预置按钮、用于指示读取所存储的调焦部101b的位置的数据的预置值读取按钮、用于进行将调焦部101b移动到对应于变焦状态的无限远对焦位置上的指示的无限远按钮等各种的操作按钮、开关等。
CPU113通过执行预先容纳在闪存115中的相机程序，从而控制该电子相机整体的动作。例如进行基于被摄体像的对比度的AF处理(对比度AF处理)等。
变焦用电机120经由由驱动电路构成的变焦控制部118而接受来自CPU113的指令来驱动变焦部101a。调焦用电机119经由由驱动电路构成的调焦控制部117而接受来自CPU113的指令来驱动调焦部101b。而且，调焦部101b在AF模式和MF模式这两个模式中被调焦用电机119驱动。
此处，说明存储在闪存115中的相机程序的一个例子。图24A和24B是表示在将调焦部的调焦透镜预置到将其与无限远处对焦而得到的位置(对应于无限远的位置)时执行的处理的处理内容的流程图的一个例子。在图24A中，首先，在步骤S21中，判断处于选择中的调焦模式是否为MF模式，当其判断结果为“是”时，进入步骤S22的处理，当其判断结果为“否”时，进入步骤S23的处理。并且，在调焦模式中，如前所述，由摄影者操作(按下)调焦模式切换按钮来选择MF模式或AF模式中的某一种。
在步骤S23中，判断操作释放按钮后，释放按钮是否被按到1st释放位置，当其判断结果为“是”时，进入步骤S24的处理，当其判断结果为“否”时，重复本步骤。在步骤S24中，进行基于图24B所示的对比度AF方式的通常AF处理。
在步骤S25中，判断释放按钮是否被按到2nd释放位置而用于摄影开始指示，当其判断结果为“是”时，进入步骤S26的处理，当其判断结果为“否”时，重复本步骤。在步骤S26中，进行AE处理，确定曝光条件(快门速度、光圈值等)。在步骤S27中，基于前步骤所确定的曝光条件来进行曝光。即，通过CCD来对基于该曝光条件形成的被摄体像进行光电转换，通过摄像处理部进行了前述的处理而得到数字电信号即图像数据。并且，对于该图像数据进行压缩处理等的规定的图像处理，记录在存储卡中，结束本流程。
另外，在图24B中，首先在步骤S201中，调焦透镜移动到下限位置(调焦到最短距离处的位置)。在步骤S202中，调焦透镜向上限位置(调焦到无限远处的位置)移动规定单位量。在步骤S203中，取入形成在摄像元件上的被摄体像的规定区域内的图像，求出该规定区域内的图像的对比度值。在步骤S204中，判断在从下限位置到此为止的移动期间内，是否存在规定的对比度峰值，当其判断结果为“是”时，进入步骤S207的处理，当其判断结果为“否”时，进入步骤S205的处理。这样，当判断为在从下限位置到后述的上限位置的范围内，确有对比度峰值时，将得到该对比度峰值的调焦位置作为对焦位置，缩短对焦位置的检测时间。在步骤S205中，判断调焦透镜位置是否为上限位置，当其判断结果为“是”时，进入步骤S206的处理，当其判断结果为“否”时，返回到步骤S202的处理。在步骤S206中，当在前述的步骤S204的处理中未发现确有对比度峰值时，根据在前述的步骤S203的处理中求出的从下限位置到上限位置的每个规定单位量的位置上的对比度值来求出对比度值最大的调焦透镜位置、即存在对比度峰值的调焦透镜位置。在步骤S207中将调焦透镜移动到在前步骤中求出的存在对比度峰值的调焦透镜位置，图24B的流程进行返回，回到图24A，在步骤S25中，判断释放按钮是否被按到2nd释放位置，当其判断结果为“是”时，进入S26的处理，当其判断结果为“否”时，重复本步骤。
图23A和图23B是表示图像显示和图像保存的动作的概要的流程图。这些动作的控制都是由CPU113按照存储在内部的闪存115中的动作程序来执行的。
参照图23A和图23B来说明这些动作。
首先用构成摄像元件的各像素(光电二极管)来接受经由作为摄影光学系统的变焦部101a和调焦部101b所形成的物体像(步骤S1)。
接着在CDS/AGC电路103中，对于从摄像元件149中读取的电信号(模拟图像信号)，在降低了复位噪声等的基础上进行波形整形，进而进行使增益提高的处理，以使图像的明亮度达到作为目标的明亮度(步骤S2)。之后将在CDS/AGC电路103中经过了前处理的模拟图像信号A/D转换为数字图像信号(下面称为图像数据)(步骤S3)。在A/D转换步骤S3中得到的图像数据经由总线105而暂时存储在SDRAM106中(步骤S4)。
LCD驱动器111从SDRAM106中读取出该图像数据后，将其转换为视频信号，在LCD112上进行图像显示(步骤S9)。
另一方面，为了进行保存，从SDRAM106中读取出的图像数据接受图像处理(压缩)(步骤S5)。在该图像处理(压缩)步骤S5中，如图23B所示，进行图像处理(步骤S501)、对从SDRAM106中读取出的图像数据中的R数据和B数据乘以CPU113所指示的白平衡增益，从而实现白平衡校正的WB校正处理(步骤S502)、和生成以R、G、B这3个颜色为1个像素分量的图像数据的同步处理(步骤S503)。经过这些处理的图像数据等的各种数据暂时存储在SDRAM106中。从SDRAM106中读取出该图像数据等，再对其进行JPEG压缩处理(步骤S504)，然后再存储在SDRAM106中(步骤S6)。该所压缩的图像数据等被从SDRAM106中读取出来(步骤S7)，经由存储器I/F109而被写入到记录介质110中(步骤S8)。
这样构成的数字相机140使用本发明的变焦镜头作为摄影光学系统141。因此在伸缩时的厚度极小，具有高变焦比，而且在整个变焦区域内的成像性能都很稳定。所以能够实现相机的高性能化、小型化和广角化。
显而易见，关于上述发明，同样的情况下可能有不同形式的变化。这样的改变不应被视为对本发明精神和范围的背离。需要强调的是，对本发明的范围的定义应由后附的权利要求及其合法等效来体现。所有对于本领域一般技术人员显而易见的修正都包含在后附的权利要求范围内。
权利要求
1.一种变焦镜头，该变焦镜头从物体侧起依次具有光焦度为正的第1透镜组、光焦度为负的第2透镜组、明亮度光圈、光焦度为正的第3透镜组和光焦度为正的第4透镜组，该变焦镜头的特征在于，在该变焦镜头进行变焦时，上述第1透镜组、上述第2透镜组、上述第3透镜组、上述第4透镜组和上述明亮度光圈沿变焦镜头的光轴发生移动，上述第1透镜组从物体侧起依次由负透镜和正透镜这两个透镜构成，上述第2透镜组从物体侧起依次由负透镜和正透镜这两个透镜构成，上述第3透镜组由包含1个正透镜和1个负透镜在内的3个以下的透镜构成，上述第4透镜组由1个正透镜构成。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足下面的条件，0.50＜f1/ft＜2.00(1)，其中，f1是上述第1透镜组的焦距，ft是上述变焦镜头在望远端处的焦距。
3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第2透镜组的上述负透镜为双凹透镜，且该双凹透镜满足下面的条件，0.35＜SF2n＜1.00(2)，其中，SF2n由SF2n＝(R2nf+R2nr)/(R2nf-R2nr)来进行定义，R2nf是第2透镜组中的负透镜的物体侧面的曲率半径，R2nr是第2透镜组中的负透镜的像侧面的曲率半径。
4.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第2透镜组的负透镜中的至少一个透镜面为非球面，并满足下面的条件，0.030＜(|ASP2nf|+|ASP2nr|)/fw＜0.110 (3)，其中，ASP2nf是第2透镜组中的负透镜的物体侧面的非球面偏斜量，ASP2nr是第2透镜组中的负透镜的像侧面的非球面偏斜量，fw是广角端处的变焦镜头的焦距。
5.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第2透镜组的上述负透镜和上述正透镜满足下面的条件，1.76＜nd2n＜2.00(4)1.84＜nd2p＜2.20(5)35.0＜Vd2n＜50.0(6)13.0＜Vd2p＜30.0(7)，其中，nd2n是上述第2透镜组的上述负透镜相对于d线的折射率，nd2p是上述第2透镜组的上述正透镜相对于d线的折射率，Vd2n是上述第2透镜组的上述负透镜相对于d线的阿贝数，Vd2p是上述第2透镜组的上述正透镜相对于d线的阿贝数。
6.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第1透镜组的上述正透镜满足下面的条件，-1.80＜SF1p＜-0.55 (8)，其中，SF1p由SF1p＝(R1pf+R1pr)/(R1pf-R1pr)来进行定义，R1pf是上述第1透镜组中的上述正透镜的物体侧面的曲率半径，R1pr是上述第1透镜组中的上述正透镜的像侧面的曲率半径。
7.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第1透镜组的上述负透镜和上述正透镜是彼此接合的。
8.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第1透镜组的上述负透镜和上述正透镜由分别独立的单透镜构成，而且互相之间未被接合。
9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中，在上述第1透镜组的上述负透镜和上述正透镜之间形成空气透镜，且该空气透镜满足以下条件，-105.0＜SFlair＜0(9)，其中，SFlair由SFlair＝(R1nr+R1pf)/(R1nr-R1pf)进行定义，R1nr是上述第1透镜组中的上述负透镜的像侧面的曲率半径，R1pf是上述第1透镜组中的上述正透镜的物体侧面的曲率半径。
10.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第3透镜组从物体侧起依次由正透镜和负透镜这2个透镜构成。
11.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第3透镜组从物体侧起依次由正透镜、正透镜和负透镜这3个透镜构成。
12.根据权利要求10所述的变焦镜头，其中，上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜满足下面的条件，-1.00＜SF3p＜-0.05(10)，其中，SF3p由SF3p＝(R3pf+R3pr)/(R3pf-R3pr)进行定义，R3pf是上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜的物体侧面的曲率半径，R3pr是上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜的像侧面的曲率半径。
13.根据权利要求11所述的变焦镜头，其中，上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜满足下面的条件，-1.00＜SF3p＜-0.05(10)，其中，SF3p由SF3p＝(R3pf+R3pr)/(R3pf-R3pr)进行定义，R3pf是上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜的物体侧面的曲率半径，R3pr是上述第3透镜组中最靠近物体侧的上述正透镜的像侧面的曲率半径。
14.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足下面的条件，-0.50＜f2/ft＜-0.10(11)，其中，f2是上述第2透镜组的焦距，ft是上述变焦镜头在望远端处的焦距。
15.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足下面的条件，0.20＜f3/ft＜0.45 (12)，其中，f3是上述第3透镜组的焦距，ft是上述变焦镜头在望远端处的焦距。
16.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足下面的条件，0.35＜f4/ft＜0.90(13)，其中，f4是上述第4透镜组的焦距，ft是上述变焦镜头在望远端处的焦距。
17.根据权利要求15所述的变焦镜头，其中，上述第4透镜组由塑料材料形成。
18.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，在上述第4透镜组中配置有非球面，且该非球面满足下面的条件，0＜|ASP4p/f4|＜0.02 (14)，其中，ASP4p是配置在上述第4透镜组的非球面的非球面偏斜量，f4是上述第4透镜组的焦距。
19.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，上述第1透镜组的所有透镜面都是球面。
20.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足下面的条件，4.0＜ft/fw＜10.0 (15)，其中，fw是上述变焦镜头在广角端处的焦距，ft是上述变焦镜头在望远端处的焦距。
21.一种电子摄像装置，该电子摄像装置具有权利要求1或2所述的变焦镜头；以及电子摄像元件，其配置在上述变焦镜头的像侧，且该电子摄像元件用于将由上述变焦镜头形成的像转换为电信号。
22.一种对拍摄到的图像进行记录的方法，该方法包括执行如下处理的步骤用摄像元件接受由权利要求1所述的变焦镜头形成的像；保持由该摄像元件输出的图像信号，在对其进行增益控制之后进行A/D转换；将经过了该A/D转换的图像信号存储在存储器中；对从上述存储器中读取出的图像信号进行图像压缩处理；以及将图像压缩处理后的数据记录在记录介质中。
23.一种对拍摄到的图像进行记录的方法，该方法包括执行如下处理的步骤用摄像元件接受由权利要求1所述的变焦镜头形成的像；保持由该摄像元件输出的图像信号，在对其进行增益控制之后进行A/D转换；将经过了该A/D转换的图像信号存储在存储器中；以及从上述存储器中读取出图像信号以显示在显示部上。
24.一种由摄影装置拍摄图像的方法，该方法包括根据被摄体像的对比度进行自动调焦的自动对焦步骤；以及通过手动方式来进行调焦的手动对焦步骤，该方法还包括执行如下处理的步骤选择上述自动对焦步骤或上述手动对焦步骤中的任一种步骤；判断是否由释放按钮进行了摄影开始指示，在进行了摄影开始指示之后，确定曝光条件；以及根据该曝光条件，通过摄像元件来接受由权利要求1所述的变焦镜头形成的被摄体的像。
全文摘要
本发明提供一种变焦镜头系统和使用该变焦镜头系统的电子摄像装置，其中，所述变焦镜头从物体侧起按照顺序具有光焦度为正的第1透镜组、光焦度为负的第2透镜组、明亮度光圈、光焦度为正的第3透镜组和光焦度为正的第4透镜组，在变焦时第1透镜组、第2透镜组、第3透镜组、第4透镜组和明亮度光圈发生移动，第1透镜组从物体侧起按照顺序由负透镜和正透镜构成，第2透镜组从物体侧起按照顺序由负透镜和正透镜构成，第3透镜组由包含1个正透镜和1个负透镜在内的3个以下的透镜构成，第4透镜组由1个正透镜构成。
文档编号H04N5/232GK101086551SQ20071010896
公开日2007年12月12日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者左部校之, 金高文和 申请人:奥林巴斯映像株式会社