專利名稱：變焦鏡頭、信息設(shè)備和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及優(yōu)選用在數(shù)碼相機中的變焦鏡頭，所述數(shù)碼相機配置成經(jīng)由圖像獲取設(shè)備諸如固態(tài)圖像獲取設(shè)備來獲取主體圖像，更具體地說，涉及優(yōu)選用作獲取移動圖像的視頻相機和獲取靜態(tài)圖像的靜態(tài)圖像相機以及以銀鹽膠片作為圖形記錄介質(zhì)的銀鹽相機中的成像光學(xué)系統(tǒng)，而且涉及具有該變焦鏡頭的信息設(shè)備，具有該變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)的成像裝置等等。
背景技術(shù)：
近來，取代以銀鹽膠片作為圖像記錄介質(zhì)的膠片型靜態(tài)相機，即銀鹽相機，一種成像裝置諸如借助固態(tài)圖像獲取設(shè)備諸如CCD(電荷耦接器件)圖像獲取設(shè)備、CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像獲取設(shè)備等獲取主體靜態(tài)圖像、視頻或移動圖像的數(shù)碼相機，以及具有這種相機功能的信息設(shè)備例如個人數(shù)字助理，已經(jīng)被廣泛采用。上述設(shè)備方面的用戶需求已經(jīng)越來越多樣化，具體來說，在用戶需求當(dāng)中，要求尺寸小且在較廣的場角中具有較高可變光焦度比(variable power ratio)的成像裝置。為了減小用作這種成像裝置中的成像光學(xué)系統(tǒng)的變焦鏡頭的尺寸，需要在改變變焦鏡頭放大率時減小鏡頭的總長度(就是說，從最靠近物側(cè)的鏡頭表面到像平面的距離)， 更具體地說，需要減小鏡頭在遠攝端的總長度。此外，為了減小成像裝置的尺寸，重要的是通過降低每個透鏡組的厚度來限制鏡頭收縮狀態(tài)下的總長度。為了實現(xiàn)高性能的變焦鏡頭，考慮到應(yīng)用于高端數(shù)碼相機的可能性，在整個變焦范圍內(nèi)需要與至少5百萬以上到10 百萬像素的圖像獲取設(shè)備對應(yīng)的清晰度。為了實現(xiàn)成像光學(xué)系統(tǒng)較廣的場角，優(yōu)選在廣角端實現(xiàn)半場角為38度或更大。在采用寬度為35mm的銀鹽膠片(所謂的Leica膠片)的銀鹽相機中，38度的半場角對應(yīng)于 28讓的焦距。為了實現(xiàn)更高的可變光焦度比，對于一般攝影而言，能從焦距28mm到300mm改變放大率的變焦鏡頭，即大約10倍的可變光焦度比足以滿足需要。雖然存在用于數(shù)碼相機的各種變焦鏡頭，但是具有5組或更多組透鏡的變焦鏡頭并不適合小尺寸相機，因為難于降低透鏡組的總厚度。作為適合高可變光焦度比以及大光圈的、具有四個透鏡組的變焦鏡頭，在日本專利申請公開 2004-199000，2005-326743，2008-76493，2008-96924，2008-26837， 2008-112013，and 2008-107559中公開一種變焦鏡頭的例子，該變焦鏡頭包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、孔徑光闌、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)依次設(shè)置，在變焦鏡頭從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大，第二和第三透鏡組之間的間隔減小，第三和第四透鏡組之間的間隔改變，并且第二透鏡組從物側(cè)開始依次包括負透鏡、正透鏡和負透鏡。日 本專利申請公開文件 2004-199000，2005-326743，2008-76493，and2008_96924 中公開的變焦鏡頭具有大約2. 8到6. 8倍的可變光焦度比，因此不足以滿足上述用戶需求。日本專利申請公開文件2008-26837公開的變焦鏡頭具有大約10倍的可變光焦度比，但是具有較大的遠攝比，因此并不優(yōu)選用于提供緊湊的尺寸。日本專利申請公開文件2008-112013公開的變焦鏡頭具有顯著較大的可變光焦度比，就是說大約9. 5倍，和廣角端大約40度的場角以及相對較小的遠攝比。在這一點，滿足用戶需求，但是鏡頭性能、像差諸如色差需要進一步改善。就是說，參照日本專利申請公開文件2008-112013中所示的具體配置，如上所述可以在廣角端獲得較廣的半場角以及足夠大的可變光焦度比。但是，在遠攝端，畸變較大，即10%或更大，因此即使校正了畸變，校正量也很大，所以圖像質(zhì)量退化。日本專利申請公開文件2008-107559中公開的變焦鏡頭在一種具體配置示例中， 在廣角端具有大約40度的寬半場角，但是可變光焦度比大約為5倍。此外，廣角端畸變大約為10%，因此即使校正了畸變，校正量也很大，所以圖像質(zhì)量退化。如上所述，上述現(xiàn)有技術(shù)中公開的變焦鏡頭無法滿足用戶需求，即實現(xiàn)高可變光焦度比、較廣的場角以及較小的尺寸，同時減小像差。需要提供一種可變光焦度比較高、場角較廣并且尺寸較小以及像差較小的變焦鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種變焦鏡頭、信息設(shè)備成像裝置，它們能充分校正像差，并具有足夠廣的場角，即廣角端半場角為38度或更大，具有10倍或更大的較高可變光焦度比，并且具有足以用于5百萬以上到10百萬像素的小尺寸高清晰度圖像獲取設(shè)備的較高清晰度。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，符合本發(fā)明實施方式的變焦鏡頭包括具有正屈光力 (refractive power)的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置；和設(shè)置在第三透鏡組的物側(cè)的孔徑光闌，所述第二透鏡組包括從物側(cè)起依次設(shè)置的負透鏡、正透鏡和負透鏡。在所述變焦鏡頭從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大， 第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔改變。滿足以下條件式⑴和⑵(1) 0. 50 < fΙ/ft < 0. 80 ； (2) vdlave > 47,其中fl是第一透鏡組的焦距，ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，而vdlave是第一透鏡組的平均Abbe數(shù)。


圖IA是符合示例1或11的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖IB是符合示例1或11的變焦鏡頭在預(yù)定中間焦距位置的截面示意圖；圖IC是符合示例1或11的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖2是符合示例1或11的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖3是符合示例1或11的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖4是符合示例1或11的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖5A是符合示例2、6或12的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖5B是符合示例2、6或12的變焦鏡頭在預(yù)定中間焦距位置的截面示意圖；圖5C是符合示例2、6或12的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖；圖6是符合示例2、6或12的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖7是符合示例2、6或12的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖8是符合示例2、6或12的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖9A是符合示例3、7或13的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖9B是符合示例3、7或13的變焦鏡頭在預(yù)定中間焦距位置的截面示意圖；圖9C是符合示例3、7或13的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖；圖10是符合示例3、7或13的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖11是符合示例3、7或13的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖12是符合示例3、7或13的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖13A是符合示例4、8或14的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖13B是符合示例4、8或14的變焦鏡頭在中間焦距位置的截面示意圖；圖13C是符合示例4、8或14的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖；圖14是符合示例4、8或14的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖15是符合示例4、8或14的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖16是符合示例4、8或14的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖17A是符合示例5的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖17B是符合示例5的變焦鏡頭在預(yù)定中間焦距位置的截面示意圖；圖17C是符合示例5的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖；圖18是符合示例5的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖19是符合示例5的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差 、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線 視圖；圖20是符合示例5的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖21A是符合示例9的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖21B是符合示例9的變焦鏡頭在預(yù)定中間焦距位置的截面示意圖；圖21C是符合示例9的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖；圖22是符合示例9的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖23是符合示例9的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖24是符合示例9的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖25A是符合示例10的變焦鏡頭在廣角端的截面示意圖；圖25B是符合示例10的變焦鏡頭在預(yù)定中間焦距位置的截面示意圖；圖25C是符合示例10的變焦鏡頭在遠攝端的截面示意圖；圖26是符合示例10的變焦鏡頭在廣角端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖27是符合示例10的變焦鏡頭在中間焦距位置的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖；圖28是符合示例10的變焦鏡頭在遠攝端的球面像差、像散性、畸變和彗形像差的像差曲線視圖。
具體實施例方式符合本發(fā)明的變焦鏡頭、信息設(shè)備和成像裝置的優(yōu)選實施方式將在下文中參照附圖詳細說明。首先，解釋本發(fā)明的基本實施方式。符合本發(fā)明第一實施方式的變焦鏡頭包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)(也稱為像平面?zhèn)?依次設(shè)置；和設(shè)置在第三透鏡組的物側(cè)的孔徑光闌。 第二透鏡組可以包括負透鏡、正透鏡和負透鏡，它們從物側(cè)依次設(shè)置。在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭的放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大，第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔變化。優(yōu)選滿足以下條件式(1)和(2)(1) 0. 50 < fl/ft < 0. 80 ；(2)vdlave > 47,其中Π是第一透鏡組的焦距，ft是變焦鏡頭在遠攝端的焦距，而vdlave是第一透鏡組的平均Abbe數(shù)。條件式(1)是通過控制第一透鏡組的焦距來實現(xiàn)像差校正的條件，這對于廣角、 遠攝和小尺寸變焦鏡頭而言都非常重要。如果(Π/ft)值為0. 8或更大，則第一透鏡組在遠攝端的延伸量需要增大，以便實現(xiàn)較大的可變光焦度比，所以難于實現(xiàn)小尺寸的變焦鏡頭。如果(fl/ft)值為0.5或更小， 則隨著屈光力增大，每一種像差增大，所以難于充分校正像差。如果滿足條件式(1)，則可以以較大的可變光焦度比實現(xiàn)小尺寸變焦鏡頭，同時充分校正像差。更優(yōu)選，滿足以下范圍更窄的更嚴格的條件(IA) 0. 52 < fl/ft < 0. 72對于條件式(2)來說，如果第一組透鏡的平均Abbe數(shù)為47或更小，則發(fā)生色差的情況增多，所以難于校正像差。就是說，如果滿足條件式(2)，則變焦鏡頭能良好地校正色差。從廣角端到遠攝端，為了實現(xiàn)抑制各種像差且清晰度高的變焦鏡頭，在改變變焦鏡頭的放大率時，需要抑制像差的變化，具體來說，需要在可變放大率的整個范圍內(nèi)成功地校正用來改變放大率的第二透鏡組的像差。因此，如上所述，第二透鏡組的配置非常重要。 從物側(cè)起的第二正透鏡和第三負透鏡可以彼此結(jié)合。在上述變焦鏡頭中，優(yōu)選滿足以下條件式(3)(3) 1. 0 < Tpr < 1. 5,其中Tpr是遠攝比，由遠攝端的整個長度除以變焦鏡頭遠攝端焦距來獲得，就是說Tpr =(遠攝端的整個長度)/ (變焦鏡頭遠攝端的焦距)。條件式(3)是通過控制第一透鏡組的延伸量來充分校正像差的條件，這個條件對于廣角、遠攝和小尺寸變焦鏡頭都非常重要。如果遠攝比Tpr為1. 5或更大，則第一透鏡組的延伸量增大，所以難于實現(xiàn)小尺寸變焦鏡頭，并且也容易出現(xiàn)為確保遠攝端的周邊通光量而使徑向尺寸增大、或者因制造誤差諸如鏡頭筒傾斜而使成像性能退化等情況。如果遠攝比Tpr為1. 0或更小，則第一透鏡組的運動量減小，并且第一透鏡組對于第二透鏡組的放大率的作用減小。因此，必然會增大第三透鏡組的負擔(dān)，或者需要增大第二透鏡組的屈光力，因此在這兩種情況下，各種像差都增大。優(yōu)選滿足以下條件式(3A) 1. 0 < Tpr < 1. 3。為了在這種鏡頭中形成技術(shù)優(yōu)勢或提供更高的性能，優(yōu)選第二透鏡組中至少一個負透鏡以混合非球面透鏡形成。這里所說的混合非球面透鏡這樣形成在玻璃制成的球面透鏡上形成以樹脂制成的薄膜，以使表面呈非球面，并將玻璃制成的球面和薄膜形成非球面結(jié)合成一體以使該透鏡總體上作為非球面透鏡。利用這種混合非球面透鏡，不僅實現(xiàn)了如上所述的技術(shù)優(yōu)勢以及更高性能，而且實現(xiàn)了自由選擇玻璃材料并且實現(xiàn)了低成本變焦鏡頭。此外，為了提供高性能，優(yōu)選第二透鏡組的兩個負透鏡都是混合非球面透鏡。此外，為了實現(xiàn)更高性能的變焦鏡頭，優(yōu)選第一透鏡組包括一個負透鏡和兩個正透鏡，并且最靠近像側(cè)的表面為非球面表面。為了實現(xiàn)更高的性能，優(yōu)選第三透鏡組包括一個負透鏡和兩個正透鏡，并且設(shè)置在最靠近物側(cè)的一個透鏡具有非球面表面。此外，優(yōu)選第三透鏡組最靠近物側(cè)的透鏡具有彼此相對的兩個非球面表面。根據(jù)這種配置，可以校正各種像差，從而可以實現(xiàn)更高的性能。為了實現(xiàn)更高的性能，優(yōu)選第四透鏡組包括至少一個正透鏡和至少一個負透鏡，并且在最靠近物側(cè)具有非球面表面。通過在第四透鏡組最靠近物側(cè)設(shè)置非球面透鏡，由于光通量遠離光軸，所以在校正像平面方面，可以獲得非球面表面的更大作用。在上述變焦鏡頭中，優(yōu)選滿足以下條件式(8)(8)ft/fw > 7,其中ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，而fw是變焦鏡頭廣角端焦距。這里，條件式(8)用來控制變焦比，并且可以實現(xiàn)較高的可變比率，諸如7倍或更高，以及高性能且緊湊的變焦鏡頭。進一步優(yōu)選滿足以下條件式(M)(8A)ft/fw > 10。此外，優(yōu)選滿足以下條件式(9)(9)0. 78 ^ Y' /fw,其中Y’是最大像高，fw是變焦鏡頭廣角端焦距。這里，條件式(9)用來控制場角，并且可以提供高性能緊湊變焦鏡頭，該變焦鏡頭的可變光焦度比較高且廣角端的半場角為38度或更大。在上述變焦鏡頭中，在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭放大率時，第一和第三鏡頭組向物側(cè)移動，而第二鏡頭組向像側(cè)移動，并且第四鏡頭組在朝向物側(cè)凸起彎曲的軌跡上運動。利用這種配置，可以有效減少第一透鏡組的運動量并且可以有利地校正像差。在聚焦于有限距離時，優(yōu)選僅第四透鏡組移動，以使僅需要移動重量最輕的物體。優(yōu)選孔徑光闌的光圈直徑恒定，獨立于可變放大率，以簡化機構(gòu)。但是，如果遠攝端光圈直徑設(shè)定為大于廣角端光圈直徑，則F數(shù)的變化可以減少。在需要減少到達像平面的光通量時，孔徑光闌的光圈直徑可以收窄。另一方面，更優(yōu)選可以通過插入ND濾鏡等減少光量，而不改變光圈直徑，因為可以阻止衍射現(xiàn)象造成的清晰度退化。符合本發(fā)明實施方式的信息設(shè)備具有利用符合上述第一實施方式的變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)進行成像的功能。這種信息設(shè)備可以配置成使得物體圖像通過變焦鏡頭成像在圖像獲取設(shè)備的光接收表面上。如上所述，信息設(shè)備實施為數(shù)碼相機、視頻相機、銀鹽相機等，并且優(yōu)選配置為個人數(shù)字助理。根據(jù)上述符合本發(fā)明第一實施方式的變焦鏡頭的配置，可以提供一種能充分校正像差且場角足夠廣的變焦鏡頭，就是說，廣角端半場角為38度或更大且可變光焦度比為10 倍或更大的變焦鏡頭。而且，可以提供清晰度足以用于小尺寸高清晰度圖像獲取設(shè)備的變焦鏡頭。利用這種變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)，可以獲得尺寸小但性能高的成像功能。符合本發(fā)明第二實施方式的變焦鏡頭包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置；和設(shè)置在第三透鏡組的物側(cè)的孔徑光闌。第二透鏡組可以包括負透鏡、正透鏡和負透鏡，它們從物側(cè)依次設(shè)置。在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大，第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔改變。滿足以下條件式(4)(4) 1. 6 < (β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) < 3· 5， 其中β 2w是第二透鏡組廣角端的橫向放大率，β 2t是第二透鏡組遠攝端橫向放大率，β 3w是第三透鏡組廣角端橫向放大率，β 3t是第三透鏡組遠攝端橫向放大率。條件式(4)定義了第二透鏡組和第三透鏡組的可變光焦度比的適當(dāng)比率。如果條件式(4)中的(i3 2t/i3 2w)/(i3 3t/i3 3w)值取上限值或更大，則第二透鏡組可變光焦度比的負擔(dān)增大，而第二透鏡組與第一和/或第三透鏡組之間的間隔變化增大。為了抑制間隔變化，雖然需要增大第二透鏡組的光焦度(屈光力)，但是隨著光焦度增大會出現(xiàn)不利的像差，因為難于校正像差。如果條件式(4)的值取下限值或更小，則第三透鏡組可變光焦度比的負擔(dān)將增大，而第三透鏡組與第二和/或第四透鏡組之間的間隔變化將增大。為了抑制間隔變化，雖然需要增大第三透鏡組的光焦度，但是隨著光焦度增大會出現(xiàn)不利的像差，這是因為難于校正像差。如果每個透鏡組的光焦度增大，則偏心誤差敏感性將增大。因此，偏心容差要求嚴格，且需要進行調(diào)節(jié)來抑制所述變化，所以成本不利地升尚ο進一步優(yōu)選滿足以下條件式(4A)(4A) 1. 6 < ( β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) <3.2。在上述變焦鏡頭中，優(yōu)選滿足以下條件式(5)和(6)(5) 4. 0 < β 2t/ β 2w < 5. 5 ；(6) 1. 5 < β 3t/ β 3w < 3· 5。條件式(5)限定第二透鏡組可變光焦度比的適當(dāng)范圍。如果條件式(5)的i3 2t/ ？'2w值超過上限值，則第二透鏡組可變光焦度比的負擔(dān)將增大，所以第二透鏡組與第一和 /或第三透鏡組之間的間隔變化增大。為了抑制間隔變化，需要增大第二透鏡組的光焦度， 但是光焦度增大導(dǎo)致像差，所以難于校正像差。因此，并不優(yōu)選增大第二透鏡組的光焦度。然后，條件式(6)限定第三透鏡組適當(dāng)?shù)目勺児饨苟缺鹊姆秶Ｈ绻麠l件式(6)的 β 3t/i3 3w值超過上限值，則第三透鏡組可變光焦度比的負擔(dān)將增大，所以第三透鏡組與第二和/或第四透鏡組之間的間隔變化將增大。為了抑制間隔變化，需要增大第三透鏡組的光焦度，但是光焦度增大導(dǎo)致像差，所以難于校正像差。因此，并不優(yōu)選增大第三透鏡組的光焦度。此外，如果每個透鏡組的光焦度增大，則偏心誤差敏感性也增大，所以偏心容差要求嚴格且需要進行調(diào)節(jié)來抑制所述變化，所以成本不利地升高。在上述變焦鏡頭中，優(yōu)選滿足以下條件式(7)(7) 1. 0 < Tpr < 1. 5,其中Tpr是遠攝端整個長度除以變焦鏡頭遠攝端焦距獲得的遠攝比，就是說Tpr =(遠攝端整個長度)/ (變焦鏡頭遠攝端焦距)。條件式(7)是通過控制第一透鏡組的延伸量來充分校正像差的條件，這個條件對于廣角、遠攝和小尺寸變焦鏡頭都非常重要。如果遠攝比Tpr為1. 5或更大，則第一透鏡組的延伸量增大，所以難于實現(xiàn)小尺寸變焦鏡頭，并且徑向的尺寸也增大，所以容易出現(xiàn)為確保遠攝端的周邊光量而增大徑向尺寸或者成像性能因制造誤差諸如鏡頭筒傾斜而退化的情形。如果遠攝比Tpr為1. 0或更小， 則第一透鏡組的運動量減少，且第一透鏡組對第二透鏡組放大率的作用減小。因此，需要增大第三透鏡組的負擔(dān)或者增大第二透鏡組的屈光力，因此在這兩種情況下，各種像差也變大。優(yōu)選滿足以下條件式
(7A) 1· 0 < Tpr < 1· 3。為了在這種變焦鏡頭中提供技術(shù)優(yōu)勢或高性能，優(yōu)選第二透鏡組的至少一個負透鏡以混合非球面透鏡形成。這里，混合非球面透鏡這樣形成在玻璃制成的球面透鏡上形成樹脂制成的薄膜，以使表面非球面化，并將玻璃球面與薄膜非球面結(jié)合成一體，從而該透鏡總體上作為非球面透鏡。利用這種混合非球面透鏡，實現(xiàn)了不僅提供如上所述的技術(shù)優(yōu)勢和高性能，而且實現(xiàn)了自由選擇玻璃材料并且實現(xiàn)了低成本變焦鏡頭。此外，為了提供高性能，優(yōu)選第二透鏡組的兩個負透鏡都是混合非球面透鏡。此外，為了實現(xiàn)性能更高的變焦鏡頭，優(yōu)選第一透鏡組包括一個負透鏡和兩個正透鏡，且在最靠近像側(cè)具有非球面。為了實現(xiàn)更高的性能，優(yōu)選第三透鏡組包括一個負透鏡和兩個正透鏡，并且設(shè)置在最靠近物側(cè)的一個透鏡具有非球面。根據(jù)這種配置，可以校正各種像差，以便實現(xiàn)更高的性能。為了實現(xiàn)更高的性能，優(yōu)選第四透鏡組包括至少一個正透鏡，并且在最靠近物側(cè)具有非球面。將非球面表面設(shè)置在第四透鏡組最靠近物側(cè)，由于光通量遠離光軸，所以在校正像平面方面，可以發(fā)揮非球面更大的作用。在上述變焦鏡頭中，優(yōu)選滿足以下條件式(8)(8)ft/fw > 7,其中ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，而fw是變焦鏡頭廣角端焦距。這里，條件式(8)用來控制變焦比，并且可以實現(xiàn)較高可變比率諸如7倍或更高且性能高的緊湊變焦鏡頭。進一步優(yōu)選滿足以下條件式(M)(8A)ft/fw > IO0此外，在上述變焦鏡頭中，優(yōu)選滿足以下條件式(9)(9)0. 78 ^ Y' /fw,其中Y’是最大像高，fw是變焦鏡頭廣角端焦距。這里，條件式(9)用來控制場角，并且可以實現(xiàn)可變光焦度比較高且廣角端半場角為38度或更大的高性能緊湊變焦鏡頭。在上述變焦鏡頭中，在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭的放大率時，第一和第三透鏡組向物側(cè)移動，第二透鏡組向像側(cè)移動，而第四頭透鏡組在朝向物側(cè)凸起彎曲的軌跡上運動。利用這種配置，可以有效減少第一透鏡組的運動量，而且可以有利地校正像差。在聚焦于有限遠時，優(yōu)選僅第四透鏡組移動，所以僅需要移動重量最輕的物體。優(yōu)選孔徑光闌的光圈直徑保持恒定，獨立于可變放大率，從而簡化機構(gòu)。但是，如果遠攝端光圈直徑設(shè)置為大于廣角端光圈直徑，則F數(shù)變化可以減小。如果需要減少到達像平面的光通量，則孔徑光闌的光圈直徑可以收縮。另一方面，更優(yōu)選可以通過插入ND濾鏡等來減少光量，而不改變光圈直徑，因為可以阻止衍射現(xiàn)象導(dǎo)致的清晰度下降。符合本發(fā)明實施方式的信息設(shè)備具有利用符合本發(fā)明上述第二實施方式的變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)的成像功能。這種信息系設(shè)備可以配置成讓物體圖像通過變焦鏡頭成像在圖像獲取設(shè)備的光接收表面上。如上所述， 信息設(shè)備可以實施為數(shù)碼相機、視頻相機、銀鹽相機等，并且優(yōu)選配置為個人數(shù)字助理。
根據(jù)符合本發(fā)明第二實施方式的變焦鏡頭配置，可以提供能充分校正像差的變焦鏡頭，該鏡頭具有足夠廣的場角，就是說，廣角端的半場角為38度或更大，且可變光焦度比為10倍或更大。而且，可以提供清晰度足以用于小尺寸高清晰度圖像獲取設(shè)備的變焦鏡頭。利用這種變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)，可以獲得小尺寸且高性能的成像功能。符 合本發(fā)明第三實施方式的變焦鏡頭包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置；和設(shè)置在第二和第三透鏡組之間的孔徑光闌。在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭的放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大，第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔增大。第一透鏡組包括負透鏡、正透鏡和正透鏡，它們從物側(cè)依次設(shè)置。第二透鏡組包括負透鏡、正透鏡和負透鏡，它們從物側(cè)依次設(shè)置。第四透鏡組包括至少一個正透鏡和至少一個負透鏡。滿足以下條件式(10)(10)5 < fl/fw < 8,其中Π是第一透鏡組的焦距，fw是變焦鏡頭廣角端焦距。條件式(10)是第一透鏡組焦距與變焦鏡頭在廣角端整體光學(xué)系統(tǒng)焦距的比率范圍。如果焦距比率取上限值8或更大，則變焦鏡頭收縮狀態(tài)下的尺寸將增大，所以難于提供緊湊的變焦鏡頭。如果焦距比率取下限值5或更小，則難于充分校正各種像差。根據(jù)這種配置，優(yōu)選第一透鏡組最靠近像側(cè)的正透鏡具有非球面表面。將非球面透鏡作為第一透鏡組最靠近像側(cè)的透鏡，可以實現(xiàn)良好的像差校正效果。這種配置對于畸變校正特別有效。根據(jù)上述變焦鏡頭，優(yōu)選滿足以下條件式(11)到(13)(11)0. 2 < ((D1+D2) Xfw)/(Y，maxX ft) < 0. 5 ；(12)0. 9 < Tpr < 1. 5 ；(13)1 < (LmaxXfw)/(Y，maxXft) < 2 ；其中fw是變焦鏡頭廣角端焦距，ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，Dl是第一透鏡組在光軸處的厚度，D2是第二透鏡組在光軸處的厚度，Y’ max是最大像高，Tpr是遠攝端的遠攝比，就是說(遠攝端的整個長度)+ (變焦鏡頭遠攝端焦距)，而Lmax是整個焦距范圍內(nèi)從最靠近物側(cè)表面到像平面的距離最大值。條件式(11)是第一透鏡組和第二透鏡組在光軸上的厚度之和除以可變光焦度比以及最大像高獲得的取值范圍。如果條件式(11)值取上限值0. 5或更大，則變焦鏡頭收縮狀態(tài)下的尺寸將增大， 所以難于提供緊湊的變焦鏡頭。如果條件式(U)值取下限值0.2或更小，則難于充分校正各種像差。條件式(12)是遠攝端的遠攝比范圍，并示出了所述遠攝比適合遠攝比大于0.9且小于1. 5的光學(xué)系統(tǒng)。條件式(13)是從最靠近物側(cè)表面到像平面的最大距離Lmax與可變光焦度比以及最大像高之間的關(guān)系。如果條件式(13)值取上限值或更大，則變焦鏡頭收縮狀態(tài)下的尺寸將增大，所以難于實現(xiàn)緊湊的相機。如果條件式(13)值取下限值1. 0或更小， 則難于充分校正各種像差。根據(jù)變焦鏡頭的上述配置，進一步優(yōu)選滿足以下條件式(14)(14)6 < L3max/Y，max < 8，其中L3max是在整個焦距范圍內(nèi)從第三透鏡組最靠近物側(cè)表面到像平面的最大距離，而Y’ max是最大像高。條件式(14)是整個焦距范圍內(nèi)從第三透鏡組最靠近物側(cè)的表面到像平面的最大距離L3max與最大像高Y’ max的比率。如果該比率取上限值8或更大，則用來延伸第三透鏡組的絲杠長度將加長，因此變焦鏡頭在收縮狀態(tài)下的尺寸將增大，所以難于提供緊湊的相機。如果該比率取下限值6 或更小，則第三透鏡組無法具有足夠的可變光焦度功能，因此難于提供良好的功能平衡來校正各透鏡組的像差，所以難于充分校正各種像差。因此，通過滿足條件式(14)，可以提供一種收縮狀態(tài)下尺寸緊湊的變焦鏡頭，并且實現(xiàn)良好的像差校正。根據(jù)變焦鏡頭的上述配 置，進一步優(yōu)選滿足以下條件式(15)(15)ft/fw > 7,其中ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，而fw是變焦鏡頭廣角端焦距。條件式(15)是可變光焦度比，就是說，可變光焦度比適當(dāng)為7或更大。符合本發(fā)明實施方式的成像裝置可以采用符合第三實施方式的變焦鏡頭作為光學(xué)系統(tǒng)，并且可以配置成讓第三和第四透鏡組至少一組配置成在收縮狀態(tài)下從變焦鏡頭的光軸退出。就是說，雖然在本發(fā)明上述第三實施方式中，示出了實現(xiàn)緊湊變焦鏡頭和良好像差校正功能的條件式，但是允許第三和第四透鏡組至少一組在收縮狀態(tài)下從光軸退出，可以提供改良的緊湊變焦鏡頭。此外，如上所述，在從物側(cè)到像平面?zhèn)纫来伟ň哂姓饬Φ牡谝煌哥R組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組的變焦鏡頭中，就是說，在具有正-負-正-正4個透鏡組的變焦鏡頭中，第二透鏡組用作執(zhí)行放大率改變操作的變量。但是，在上述變焦鏡頭中，第三透鏡組也用作這種變量，因此減輕了第二透鏡組的負擔(dān)。于是，即使在廣角和高可變光焦度變焦鏡頭中，即通常難于充分校正像差的情況下，也可以保證校正功能的靈活性。向著物側(cè)移動第一透鏡組，同時從廣角端到遠攝端改變放大率，在廣角端通過第一透鏡組的光通量高度降低，從而抑制了廣角變焦鏡頭第一透鏡組的尺寸增大，并且第一和第二透鏡組之間的間隔得到充分保證，以抑制長焦側(cè)F值(數(shù))增大。因此，上述變焦鏡頭能充分校正像差和保持尺寸較小。并且用于5百萬以上到10 百萬像素的圖像獲取設(shè)備。使用這種變焦鏡頭，可以實現(xiàn)小尺寸高性能的數(shù)碼相機。(示例 1)接下來，詳細解釋本發(fā)明上述實施方式的具體示例。下述示例1到3和4是具有本發(fā)明第一實施方式的配置的變焦鏡頭的具體數(shù)值示例。以下示例5、6、7、8、9和10是具有本發(fā)明第二實施方式配置的變焦鏡頭的具體數(shù)值示例。以下示例11、12、13和14是具有本發(fā)明第三實施方式配置的變焦鏡頭的具體數(shù)值示例。在示例1到14中，設(shè)置在第四透鏡組像平面?zhèn)鹊钠叫邪骞鈱W(xué)元件例如是光學(xué)濾鏡諸如光學(xué)低通濾鏡、紅外切斷濾鏡等、圖像獲取設(shè)備諸如CCD傳感器的端蓋玻璃(密封玻璃)等，并稱為濾鏡FM。在示例1到14中，第一透鏡組最靠近像平面?zhèn)韧哥R的物側(cè)表面、第二透鏡組最靠近像平面?zhèn)缺砻婧妥羁拷飩?cè)表面、第三透鏡組最靠近物側(cè)透鏡的物側(cè)和像平面?zhèn)缺砻嬉约暗谒耐哥R組最靠近物側(cè)表面分別是非球面表面。為了實現(xiàn)非球面表面，正如所述的模制非球面透鏡，每個透鏡表面可以直接形成為非球面表面，或者正如所述混合非球面透鏡，可以以樹脂薄膜覆蓋球面透鏡表面來形成非球面表面。示例1到14中的像差得到充分校正并且變焦鏡頭可以用于8到10百萬像素或更高像素的光接收元件。通過使用符合本發(fā)明實施方式的變焦鏡頭配置，清楚地發(fā)現(xiàn)根據(jù)示例1到14可以提供尺寸足夠小且成像性能良好的變焦鏡頭。

以下附圖標(biāo)記在示例1到14中通用。f 變焦鏡頭整個系統(tǒng)的焦距F:F 數(shù)ω 半場角R 曲率半徑(或非球面表面的近軸曲率半徑)D 表面間隔Nd:折射率vd:Abbe 數(shù)K 非球面表面的錐度常數(shù)A4:第四階非球面系數(shù)A6:第六階非球面系數(shù)A8:第八階非球面系數(shù)Altl 第十階非球面系數(shù)A12 第十二階非球面系數(shù)A14:第十四階非球面系數(shù)用于下述示例的非球面形式由以下方程(16)限定，并且獲得了近軸曲率、錐度常數(shù)以及各階非球面系數(shù)來指定該形式
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置；和設(shè)置在第二和第三透鏡組之間的孔徑光闌，在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭的放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大， 第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔增大； 第一透鏡組包括從物側(cè)起依次設(shè)置的負透鏡、正透鏡和正透鏡， 第二透鏡組包括從物側(cè)起依次設(shè)置的負透鏡、正透鏡和負透鏡， 第四透鏡組包括至少一個正透鏡和至少一個負透鏡；和滿足以下條件式(10)(10)5< fl/fw < 8，其中Π是第一透鏡組的焦距，fw是變焦鏡頭廣角端焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，第一透鏡組最靠近像側(cè)的正透鏡具有非球面表面。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件式(11)到(13)(11)0.2 < ((D1+D2) Xfw)/(Y，maxXft) < 0. 5 ；(12)0.9 < Tpr < 1. 5 ；(13)1< (LmaxXfw)/(Y，maxXft) < 2 ；其中fw是變焦鏡頭廣角端焦距，ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，Dl是第一透鏡組在光軸上的厚度，D2是第二透鏡組在光軸上的厚度，Y’ max是最大像高，Tpr是變焦鏡頭遠攝端整個長度與遠攝端焦距的遠攝比，就是說(遠攝端的整個長度)+ (變焦鏡頭遠攝端焦距)，而 Lmax是整個焦距范圍內(nèi)從最靠近物側(cè)表面到像平面的距離最大值。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件式(14)(14)6< L3max/Y，max < 8，其中L3max是在整個聚焦范圍內(nèi)從第三透鏡組最靠近物側(cè)表面到像平面的最大距離， 而Y’ max是最大像高。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件式(15)(15)ft/fw> 7，其中ft是變焦鏡頭遠攝端焦距，而fw是變焦鏡頭廣角端焦距。
6.一種信息設(shè)備，具有利用權(quán)利要求1至3中任一項所述變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)的成像功能。
7.一種變焦鏡頭，包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力的第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置；和設(shè)置在第三透鏡組的物側(cè)的孔徑光闌， 第二透鏡組包括從物側(cè)起依次設(shè)置的負透鏡、正透鏡和負透鏡， 其中，在從廣角端向遠攝端改變變焦鏡頭放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大，第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔改變，和滿足以下條件式⑷(4)1. 6 < (β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) < 3· 5，其中β 2w是第二透鏡組廣角端的橫向放大率，β 2t是第二透鏡組遠攝端橫向放大率， β 3w是第三透鏡組廣角端橫向放大率，β 3t是第三透鏡組遠攝端橫向放大率。
8.如權(quán)利要求7所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件式(5)和(6)(5)4.O < β 2 /β 2w < 5. 5 ；(6)1. 5 < β 3t/ β 3w < 3. 5。
9.如權(quán)利要求7所述的變焦鏡頭，其特征在于，滿足以下條件式(7)(7)1. O < Tpr < 1. 5，其中Tpr是遠攝端整個長度與變焦鏡頭遠攝端焦距的遠攝比，就是說Tpr =(遠攝端整個長度)/ (變焦鏡頭遠攝端焦距)。
10.一種信息設(shè)備，具有利用權(quán)利要求7至9中任一項所述的變焦鏡頭作為成像光學(xué)系統(tǒng)的成像功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變焦鏡頭，包括具有正屈光力的第一透鏡組、具有負屈光力第二透鏡組、具有正屈光力的第三透鏡組和具有正屈光力的第四透鏡組，所述透鏡組從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置；和設(shè)置在第三透鏡組的物側(cè)的孔徑光闌。在所述變焦鏡頭從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一和第二透鏡組之間的間隔增大，第二和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三和第四透鏡組之間的間隔改變。
文檔編號G02B15/173GK102323659SQ20111029439
公開日2012年1月18日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者厚海廣道, 高野洋平 申請人:株式會社理光