變焦鏡頭和成像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種變焦鏡頭包括分別具有負(fù)、正、負(fù)和正屈光力且從物體側(cè)依次布置的第一至第四透鏡組。第一透鏡組包括負(fù)透鏡。第四透鏡組由一個正透鏡構(gòu)成。從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作允許第一到第三透鏡組沿著光軸移動，并且允許第四透鏡組固定。對焦操作允許第三透鏡組沿著光軸移動。滿足條件表達(dá)式：1＜(R1a+R1b)/(R1a-R1b)＜5和2＜(R4a+R4b)/(R4a-R4b)＜7，其中R1a和R1b分別是第一透鏡組中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的物體側(cè)上和圖像側(cè)上的曲率半徑，并且R4a和R4b分別是第四透鏡組中的正透鏡在物體側(cè)上和在圖像側(cè)上的曲率半徑。
【專利說明】變焦鏡頭和成像設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及變焦鏡頭并且涉及包括變焦鏡頭的成像設(shè)備。具體地，本公開涉及如 下變焦鏡頭，該變焦鏡頭適于用在電子攝像機(jī)諸如數(shù)字視頻攝像放像機(jī)和數(shù)字式照相機(jī) 中，并且具有減小的尺寸和改進(jìn)的性能。本公開另外涉及包括這樣的變焦鏡頭的成像設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 近來，使用固態(tài)成像器件諸如CXD (電荷耦合器件）和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo) 體）的數(shù)字?jǐn)z像放像機(jī)、數(shù)字式照相機(jī)等等在快速地獲得廣泛應(yīng)用。數(shù)字式照相機(jī)等等的 該廣泛應(yīng)用已經(jīng)引起對于具有高可移動性和適于大量像素的高性能的變焦鏡頭的日益增 加的需求。
[0003] 具體地，使用者已經(jīng)期待以合理的價格擁有一種小型且高性能的變焦透鏡，其具 有：大約37°的廣角端狀態(tài)下的半視角，大約2. 5的變焦放大倍數(shù)，和大約F3. 5的光圈F 數(shù)。在其中負(fù)透鏡組、正透鏡組、負(fù)透鏡組和正透鏡組從物體側(cè)依次布置的負(fù)-正-負(fù)-正 的變焦類型中，更易于減小前透鏡直徑（最物體側(cè)的透鏡的直徑），并且偏軸像差有利地 通過將負(fù)透鏡組布置在光圈的前方和后方來校正。另外，這樣的變焦類型已知為與上述使 用者的需求相匹配的類型，因?yàn)樽顖D像側(cè)的正透鏡組抑制了偏軸光線進(jìn)入成像平面的角 度，并且減小了廣角端狀態(tài)下的遮蔽（例如，見日本未審專利申請公布No. 2012-58406 (JP 2012-58406A)和 2012-133230(JP 2012-133230A))。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] JP 2012-58406A中公開的變焦鏡頭具有長的總光程，并且不足夠小型化。另一方 面，JP 2012-133230A中公開的變焦鏡頭采用非球面透鏡用于最物體側(cè)的負(fù)透鏡組和最圖 像側(cè)的正透鏡組，由此減少了總長度。但是，由于最物體側(cè)的負(fù)透鏡組和最圖像側(cè)的正透鏡 組兩者均遠(yuǎn)離光圈，其透鏡直徑是大的，這在其使用非球面透鏡時引起高的成本。
[0005] 希望提供一種變焦鏡頭，其能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸和成本的減小，同時具有良好的光學(xué)性 能，并且希望提供一種設(shè)有這樣的變焦鏡頭的成像設(shè)備。
[0006] 根據(jù)本公開的實(shí)施例，提供了一種變焦鏡頭，其包括：具有負(fù)屈光力（refractive power)并且包括多個負(fù)透鏡的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組；具有負(fù)屈光力的 第三透鏡組；和具有正屈光力并且由一個正透鏡構(gòu)成的第四透鏡組。第一至第四透鏡組從 物體側(cè)朝向圖像側(cè)依次布置。從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作允許第一到第三透鏡組沿著光 軸移動，并且允許第四透鏡組固定。對焦操作允許第三透鏡組沿著光軸移動。滿足以下條 件表達(dá)式：
[0007] K (Rla+Rlb)/(Rla-Rlb) <5......(1)
[0008] 2< (R4a+R4b) / (R4a-R4b) <7......(2)
[0009] 其中Rla是第一透鏡組中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，Rlb是第 一透鏡組中的所述最物體側(cè)的負(fù)透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑，R4a是第四透鏡組中的正透 鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，并且R4b是第四透鏡組中的正透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑。 [0010] 根據(jù)本公開的實(shí)施例，提供了一種成像設(shè)備，其包括變焦鏡頭和構(gòu)造成基于由變 焦鏡頭形成的光學(xué)圖像輸出成像信號的成像器件。變焦鏡頭包括：第一透鏡組，其具有負(fù)屈 光力并且包括多個負(fù)透鏡；第二透鏡組，其具有正屈光力；第三透鏡組，其具有負(fù)屈光力； 和第四透鏡組，其具有正屈光力并且由一個正透鏡構(gòu)成。第一至第四透鏡組從物體側(cè)朝向 圖像側(cè)依次布置。從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作允許第一到第三透鏡組沿著光軸移動，并 且允許第四透鏡組固定。對焦操作允許第三透鏡組沿著光軸移動。滿足以下條件表達(dá)式，
[0011] K (Rla+Rlb)/(Rla-Rlb) <5......(1)
[0012] 2< (R4a+R4b) / (R4a-R4b) <7......(2)
[0013] 其中Rla是第一透鏡組中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，Rlb是第 一透鏡組中的所述最物體側(cè)的負(fù)透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑，R4a是第四透鏡組中的正透 鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，并且R4b是第四透鏡組中的正透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑。
[0014] 在根據(jù)本公開上述實(shí)施例的變焦鏡頭和成像設(shè)備中，從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操 作允許第一到第三透鏡組沿著光軸移動。對焦操作允許第三透鏡組沿著光軸移動。第一至 第四透鏡組中的每組的構(gòu)造被優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)尺寸和成本的降低同時實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)性能。
[0015] 根據(jù)依據(jù)本公開上述實(shí)施例的變焦鏡頭和成像設(shè)備，第一至第四透鏡組中的每組 的構(gòu)造被優(yōu)化。因此，可以在實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)性能的情況下實(shí)現(xiàn)尺寸和成本的降低。例如， 可以實(shí)現(xiàn)如下性能：實(shí)現(xiàn)大約37°的廣角端狀態(tài)下的半視角，大約2. 5的變焦放大倍數(shù)，以 及大約F3. 5的光圈F數(shù)。
[0016] 要指出的是，本公開的效果不局限于如上所述的效果，而可以是在本公開中說明 的任何效果。
[0017] 將理解，上文概述以及隨后的詳細(xì)說明僅是示例性的，并且旨在提供關(guān)于所要求 保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步解釋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 所包括的附圖用以提供關(guān)于本公開的進(jìn)一步理解，并且被整合在本說明書中且構(gòu) 成本說明書的一部分。附圖例示了實(shí)施例，并且結(jié)合說明書用以解釋本技術(shù)的原理。
[0019] 圖1是透鏡橫截面圖，例示了根據(jù)本公開的實(shí)施例，的變焦鏡頭的第一構(gòu)造示例。
[0020] 圖2是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖1所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例1中在廣角 端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0021] 圖3是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖1所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例1中在中間 焦距狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0022] 圖4是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖1所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例1中在遠(yuǎn)攝 端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0023] 圖5是示出變焦鏡頭的第二構(gòu)造示例的透鏡橫截面圖。
[0024] 圖6是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖5所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例2中在廣角 端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0025] 圖7是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖5所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例2中在中間 焦距狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0026] 圖8是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖5所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例2中在遠(yuǎn)攝 端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0027] 圖9是示出變焦鏡頭的第三構(gòu)造示例的透鏡橫截面圖。
[0028] 圖10是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖9所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例3中在廣 角端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0029] 圖11是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖9所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例3中在中 間焦距狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0030] 圖12是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖9所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例3中在遠(yuǎn) 攝端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0031] 圖13是示出變焦鏡頭的第四構(gòu)造示例的透鏡橫截面圖。
[0032] 圖14是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖13所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例4中在廣 角端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0033] 圖15是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖13所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例4中在中 間焦距狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0034] 圖16是示出在其中具體數(shù)值被應(yīng)用于圖13所示的變焦鏡頭的數(shù)值示例4中在遠(yuǎn) 攝端狀態(tài)下的各種像差的像差圖。
[0035] 圖17是示出成像設(shè)備的構(gòu)造示例的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面將參考附圖詳細(xì)地描述本公開的一些實(shí)施例。說明書將以如下順序提供。
[0037] 1.鏡頭的基本構(gòu)造
[0038] 2.功能和效果3.成像設(shè)備的適用例
[0039] 4.鏡頭的數(shù)值示例
[0040] 5.其它實(shí)施例
[0041] [1.鏡頭的基本構(gòu)造]
[0042] 圖1示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的變焦鏡頭的第一構(gòu)造示例。圖5示出了變焦鏡 頭的第二構(gòu)造示例。圖9示出了變焦鏡頭的第三構(gòu)造示例。圖13示出了變焦鏡頭的第四構(gòu) 造示例。其中具體數(shù)值被應(yīng)用于上述構(gòu)造示例的數(shù)值示例將稍后描述。在圖1等等中，符 號IMG表示象平面，符號Zl表示光軸。光學(xué)構(gòu)件諸如用于保護(hù)成像器件和各種濾光器（例 如，濾光器FL)的密封玻璃可以布置在變焦鏡頭和象平面IMG之間。
[0043] 根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭的構(gòu)造將稍后適當(dāng)?shù)貐⒖紙D1等等中所示的構(gòu)造示例 來描述。但是，根據(jù)本公開的技術(shù)不局限于所示的構(gòu)造示例。
[0044] 根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭基本上由四個透鏡組構(gòu)成，其中第一透鏡組GRl、第二透 鏡組GR2、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4從物體側(cè)沿著光軸Zl依次布置。第一透鏡組 GRl具有負(fù)屈光力。第二透鏡組GR2具有正屈光力。第三透鏡組GR3具有負(fù)屈光力。第四 透鏡組GR4具有正屈光力。
[0045] 在圖1、5、9和13的各圖中，上部、中部和下部分別示出了鏡頭在廣角端狀態(tài)、在中 間焦距狀態(tài)和在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的位置。鏡頭根據(jù)從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作移動到箭頭 所示的位置。實(shí)線箭頭顯示變焦操作中的運(yùn)動。如圖1等等所示，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦 鏡頭中，當(dāng)執(zhí)行從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作時，第一透鏡組GR1、第二透鏡組GR2和第三 透鏡組GR3沿著光軸移動，并且第四透鏡組GR4固定。當(dāng)執(zhí)行對焦操作時，第三透鏡組GR3 沿著光軸移動。
[0046] 在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，第一透鏡組GRl包括多個負(fù)透鏡。第四透鏡組GR4 由一個正透鏡構(gòu)成。
[0047] 另外，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭可以理想地滿足預(yù)定的條件表達(dá)式等等，這將稍 后說明。
[0048] [ 2·功能和效果]
[0049] 接著，將描述根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭的功能和效果。另外，將描述根據(jù)本實(shí)施例 的變焦鏡頭的有利構(gòu)造。
[0050] 要指出的是，本說明書中描述的效果僅是示例。本公開的效果不局限于此，而可以 包括其它效果。
[0051] 通過允許變焦鏡頭由如上所述的負(fù)、正、負(fù)和正四個透鏡組構(gòu)成，相鄰的透鏡組具 有相反符號的光焦度（power)。因此，更易于因鏡頭的移動而提高放大倍數(shù)效果，并且另外， 變焦鏡頭變得在減少前透鏡直徑（最物體側(cè)的鏡頭的直徑）方面是有利的。由于最圖像側(cè) 的第四透鏡組GR4是正透鏡組，抑制了進(jìn)入成像平面的偏軸光線的角度，并且減少了廣角 端狀態(tài)下的遮蔽。由于第四透鏡組GR4布置在最圖像側(cè)的位置，其透鏡直徑很可能是大的。 允許第四透鏡組GR4由一個固定的正透鏡構(gòu)成有助于簡化鏡筒構(gòu)造并且減少其成本。
[0052] 根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭可以理想地滿足以下條件表達(dá)式（1)和（2)，
[0053] K (Rla+Rlb)/(Rla-Rlb) <5......(1)
[0054] 2< (R4a+R4b) / (R4a-R4b) <7......(2)
[0055] 其中Rla是第一透鏡組GRl中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，Rlb 是第一透鏡組GRl中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑，R4a是在第四透鏡組GR4 中的正透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，并且R4b是第四透鏡組GR4中的正透鏡的圖像側(cè)上的 曲率半徑。
[0056] 條件表達(dá)式（1)限定第一透鏡組GRl中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的優(yōu)選形狀，用于有 利地校正遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的球差。當(dāng)（Rla+Rlb) ARla-Rlb)的值小于條件表達(dá)式（1)的下限 值時，最物體側(cè)的負(fù)透鏡的兩個表面的曲率是小的（其曲率半徑的絕對值較大），因此遠(yuǎn)攝 端狀態(tài)下的的非球差嚴(yán)重處于校正不足狀態(tài)。當(dāng)（Rla+Rlb) ARla-Rlb)的值大于條件表達(dá) 式（1)的上限值時，最物體側(cè)的負(fù)透鏡的兩個表面的曲率是大的（其曲率半徑的絕對值較 ?。虼诉h(yuǎn)攝端狀態(tài)下的的球差嚴(yán)重處于過度校正狀態(tài)。
[0057] 條件表達(dá)式（2)限定第四透鏡組GR4中的正透鏡的優(yōu)選形狀，用于有利地校正場 曲。當(dāng)（R4a+R4bV(R4a-R4b)的值小于條件表達(dá)式（2)的下限值時，第四透鏡組GR4中正 透鏡的兩個表面的曲率是小的，因此沿負(fù)號方向的場曲的校正效果被減弱。當(dāng)（R4a+R4b)/ (R4a-R4b)的值大于條件表達(dá)式（2)的上限值時，第四透鏡組GR4中的正透鏡的兩個表面的 曲率是大的，因此沿負(fù)號方向的場曲的校正效果被過度實(shí)現(xiàn)。
[0058] 相應(yīng)地，通過允許變焦鏡頭滿足上述基本構(gòu)造和條件表達(dá)式（1)和（2)，球差和場 曲被適當(dāng)?shù)匦Ｕ?。因此，可以?shí)現(xiàn)尺寸和成本的降低，同時實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)性能。
[0059] 要指出的是，條件表達(dá)式（1)的數(shù)值范圍具有下限值2和上限值4會是更加優(yōu)選 的，如在下面條件表達(dá)式（1)'中那樣。條件表達(dá)式（2)的數(shù)值范圍具有下限值3和上限值 6會是更加優(yōu)選的，如在下面條件表達(dá)式（2)'中那樣。
[0060] 2<(Rla+Rlb)/(Rla-Rlb) <4......(1)，
[0061] 3< (R4a+R4b) / (R4a-R4b) <6......(2) '
[0062] 此外，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭可以理想地滿足以下條件表達(dá)式（3)，
[0063] 0. 5<|f2/f3|<0. 9......(3)
[0064] 其中f2是所述第二透鏡組GR2的焦距，并且f3是第三透鏡組GR3的焦距。
[0065] 條件表達(dá)式（3)限定第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3的有利的光焦度比，用于 實(shí)現(xiàn)尺寸減小同時有利地校正球差和彗差。當(dāng)I f2/f3 I的值小于條件表達(dá)式（3)的下限值 時，第二透鏡組GR2的光焦度過分強(qiáng)，因此可能難以校正球差、彗差等等。替代地，第三透鏡 組GR3的光焦度弱并且對焦行程變長。因此，鏡頭的總長變長，這防止了尺寸的減小。反過 來，當(dāng)|f2/f3|的值大于條件表達(dá)式（3)的上限值時，第二透鏡組GR2的光焦度過分弱，且 第二透鏡組GR2的移動量增大。因此，可能難實(shí)現(xiàn)尺寸減小。替代地，第三透鏡組GR3的光 焦度過分強(qiáng)并且因?qū)共僮髟斐傻膱銮儎釉龃螅乙虼丝赡芙档投叹嚯x拍攝時的光學(xué)性 能。
[0066] 相應(yīng)地，通過允許變焦鏡頭滿足條件表達(dá)式（3)，第二透鏡組GR2和第三透鏡組 GR3中的每一者的光焦度和移動量均被優(yōu)化。因此，變焦鏡頭在尺寸減小上變得有利，同時 有利地校正球差和彗差。
[0067] 要指出的是，條件表達(dá)式（3)的數(shù)值范圍具有下限值0.6和上限值0.8會是更為 有利的，如以下條件表達(dá)式（3)'中那樣。
[0068] 0. 6<|f2/f3|<0. 8......(3)，
[0069] 此外，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭可以理想地滿足以下條件表達(dá)式（4)，
[0070] 0. 2<|f3/f4|<0. 6......(4)
[0071] 其中f4是所述第四透鏡組GR4的焦距。
[0072] 條件表達(dá)式（4)限定第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4的優(yōu)選的光焦度比，用于 實(shí)現(xiàn)尺寸減小且同時有利地校正偏軸像差。當(dāng)If3/f4|的值小于條件表達(dá)式（4)的下限 值時，第三透鏡組GR3的光焦度過分強(qiáng)，并且因?qū)共僮饕鸬膱銮儎釉黾印Ｏ鄳?yīng)地，短 距離拍攝時的光學(xué)性能可能下降。替代地，第四透鏡組GR4的光焦度過分弱，并且畸變和場 曲的校正可能不足。反過來，當(dāng)If3/f4|的值大于條件表達(dá)式（4)的上限值時，第三透鏡組 GR3的光焦度過分弱，且對焦行程變長。相應(yīng)地，鏡頭的總長度是長的。替代地，第四透鏡組 GR4的光焦度過分強(qiáng)，且不可能確保足夠的后焦點(diǎn)。
[0073] 相應(yīng)地，通過允許變焦鏡頭滿足條件表達(dá)式（4)，第三透鏡組GR3的光焦度和移動 量以及第四透鏡組GR4的光焦度被優(yōu)化。因此，變焦鏡頭在有利地校正偏軸像差的同時在 實(shí)現(xiàn)尺寸減小上變得有利。
[0074] 要指出的是，條件表達(dá)式（4)的數(shù)值范圍具有下限值0.3和上限值0.4會是更為 有利的，如以下條件表達(dá)式（4)'中那樣。
[0075] 0. 3<|f3/f4|<0. 4......(4) '
[0076] 此外，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭可以理想地滿足以下條件表達(dá)式（5)，
[0077] l<|fl/f2|<2......(5)
[0078] 其中f 1是所述第一透鏡組Gl的焦距。
[0079] 條件表達(dá)式（5)限定第一透鏡組GRl和第二透鏡組GR2的有利光焦度比，用于實(shí) 現(xiàn)尺寸減小同時有利地校正球差和彗差。當(dāng)I fl/f2 I的值小于條件表達(dá)式（5)的下限值時， 第一透鏡組GRl的光焦度過分強(qiáng)，并且進(jìn)入第二透鏡組GR2R光線高度過分高。因此可能難 以校正球差、彗差等等。替代地，當(dāng)?shù)诙哥R組GR2的光焦度較弱時，第二透鏡組GR2的移 動量增加，并且尺寸減小可能是困難的。反過來，當(dāng)I fl/f2 I的值大于條件表達(dá)式（5)的上 限值時，第一透鏡組GRl的光焦度過分弱，且因此可能難以實(shí)現(xiàn)總長度的減小。替代地，第 二透鏡組GR2的光焦度過分強(qiáng)，并且因此難以校正球差、彗差等等。
[0080] 相應(yīng)地，通過允許變焦鏡頭滿足條件表達(dá)式（5)，第一透鏡組GRl和第二透鏡組 GR2的光焦度和移動量均被優(yōu)化。因此，變焦鏡頭在尺寸減小上變得有利，同時有利地校正 球差和彗差。
[0081] 要指出的是，條件表達(dá)式（5)的數(shù)值范圍具有下限值1.3和上限值1.5會是更為 有利的，如以下條件表達(dá)式（5)'中那樣。
[0082] I. 3<|fl/f2|<l. 5......(5)，
[0083] 另外，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，第三透鏡組GR3可以理想地由一個負(fù)透鏡 構(gòu)成。通過允許第三透鏡組GR3由一個負(fù)透鏡構(gòu)成，聚焦透鏡的重量減小。相應(yīng)地，變焦鏡 頭在減少驅(qū)動鏡頭的致動器負(fù)荷以及增加對焦操作速度上變得有利。
[0084] 另外，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，調(diào)節(jié)光量的光圈（孔徑光闌S)可以理想地 設(shè)置在第二透鏡組GR2中。通過將調(diào)節(jié)光量的光圈設(shè)置在第二透鏡組GR2中，穿過第一透 鏡組GRl和第四透鏡組GR4的光線的高度被優(yōu)化。因此，變焦鏡頭在改進(jìn)遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的 性能上變得有利。另外，變焦鏡頭在減少前透鏡直徑和減小鏡筒尺寸上變得有利。
[0085] 另外，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，第四透鏡組GR4中的正透鏡可以理想地由 球面透鏡構(gòu)成，并且其所有的透鏡表面可以理想地是球形。一般地，已知非球面透鏡具有高 次像差修正效果，但明顯增大了成本，因?yàn)槠渫哥R直徑增加。通過允許第四透鏡組GR4中的 正透鏡由球面透鏡構(gòu)成，可以抑制遠(yuǎn)離光圈且趨于具有大的透鏡直徑的四透鏡組GR4的成 本。
[0086] 另外，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，第一透鏡組GRl可以理想地僅由球面透鏡 構(gòu)成，并且其所有的透鏡表面可以理想地是球形的。通過允許第一透鏡組GRl僅僅由球面 透鏡構(gòu)成，可以抑制遠(yuǎn)離光圈且趨于具有大的透鏡直徑的第一透鏡組GRl的成本。
[0087] 另外，在根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭中，第一透鏡組GRl可以理想地由三個透鏡構(gòu) 成，即從物體側(cè)依次布置的第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡和正透鏡。通過允許第一透鏡組GRl由 這樣的三個透鏡構(gòu)成，第一透鏡組GRl整體來看實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)的負(fù)光焦度，并且變焦鏡頭在校 正廣角端狀態(tài)下的場曲和彗差上變得有利。這有助于減小尺寸且提高性能。
[0088] 此外，根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭可以理想地滿足以下條件表達(dá)式（6)，
[0089] 3<Lmax/Y<7......(6)
[0090] 其中Lmax是所述變焦透鏡在從廣角端狀態(tài)到遠(yuǎn)攝端狀態(tài)的范圍內(nèi)的總長度的最 大值，并且Y是最大圖像高度。
[0091] 條件表達(dá)式￠)限定變焦鏡頭在從廣角端狀態(tài)到遠(yuǎn)攝端狀態(tài)的范圍內(nèi)的總長度 的最大值與最大圖像高度的優(yōu)選比，用于減小鏡筒的尺寸。當(dāng)Lmax/Y的值小于條件表達(dá)式 (6)的下限值時，可能必然過分提高每一透鏡組的光焦度。相應(yīng)地，每一透鏡組的偏心率誤 差敏感性可能增大，且制造難度加大。相應(yīng)地，生產(chǎn)成本也可能增大。反過來，當(dāng)Lmax/Y的 值大于條件表達(dá)式（6)的上限值時，透鏡系統(tǒng)的總長度過分大。相應(yīng)地，可能難以實(shí)現(xiàn)尺寸 減小。
[0092] 相應(yīng)地，通過允許變焦鏡頭滿足條件表達(dá)式￠)，變焦鏡頭在鏡筒的尺寸減小上變 得有利。
[0093] 要指出的是，條件表達(dá)式（6)的數(shù)值范圍具有下限值4. 5和上限值5. 5會是更為 有利的，如以下條件表達(dá)式￠)'中那樣。
[0094] 4. 5<Lmax/Y<5. 5......(6)，
[0095] [3·成像設(shè)備的適用例]
[0096] 圖17示出了應(yīng)用了根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭的成像設(shè)備100的構(gòu)造示例。成像 設(shè)備100可以例如是數(shù)字式照相機(jī)。成像設(shè)備100可以包括照相機(jī)部10、照相機(jī)信號處理 部20、圖像處理部30、LCD (液晶顯示器）40、R-W(讀寫器）50、CPU (中央處理單元）60、輸 入部70和鏡頭驅(qū)動控制部80。
[0097] 照相機(jī)部10具有成像功能。照相機(jī)部10包括：光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括作為成 像透鏡的變焦鏡頭11 ;和成像器件12,諸如CXD (電荷耦合器件）和CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體）。成像器件12通過將由變焦鏡頭11形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成為電信號基于光學(xué)圖 像輸出成像信號（圖像信號）。作為變焦鏡頭11，圖1、5、9和13中分別示出的構(gòu)造示例中 的任何變焦透鏡1、2、3和4是適用的。
[0098] 照相機(jī)信號處理部20對于從成像器件12輸出的圖像信號執(zhí)行各種信號處理，諸 如模數(shù)轉(zhuǎn)換、噪聲去除、圖像質(zhì)量校正、轉(zhuǎn)換為亮度-顏色-差值信號。
[0099] 圖像處理部30對于圖像信號執(zhí)行記錄和再現(xiàn)處理。圖像處理部30基于預(yù)定圖像 數(shù)據(jù)格式執(zhí)行諸如壓縮-編碼/擴(kuò)展-解碼處理的處理，以及對諸如分辨率之類的數(shù)據(jù)規(guī) 格的轉(zhuǎn)換。
[0100] IXD 40具有顯示各種數(shù)據(jù)的功能，包括例如使用者關(guān)于輸入部70的工作狀態(tài)和 拍攝圖像。R-W 50將圖像處理部30編碼的圖像數(shù)據(jù)寫入存儲卡1000,并且讀取寫入存儲 卡1000中的圖像數(shù)據(jù)。存儲卡1000可以是例如可附接到與R-W 50相連的槽口且可從其 拆掉的半導(dǎo)體存儲器。
[0101] CPU 60用作控制在成像設(shè)備100中設(shè)置的各電路部件的控制處理部。CPU 60基 于例如來自輸入部70等等的指令輸入信號來控制每個電路部件。輸入部70由諸如供使用 者執(zhí)行必要操作的各種開關(guān)的部件構(gòu)成。輸入部70可以由例如用于執(zhí)行快門操作的快門 釋放按鈕、用于選擇操作模式的選擇開關(guān)等等構(gòu)成。輸入部70根據(jù)使用者的操作將指令輸 入?目號輸出到CPU 60。鏡頭驅(qū)動控制部80控制對照相機(jī)部10中布直的透鏡的驅(qū)動。鏡頭 驅(qū)動控制部80可以基于來自CPU 60的控制信號控制例如驅(qū)動變焦鏡頭11中的各透鏡的 馬達(dá)（未示出）。
[0102] 下面將說明成像設(shè)備100中的操作。
[0103] 在用于拍攝的備用狀態(tài)，在CPU 60的控制下，照相機(jī)部10中的圖像拍攝的圖像信 號被經(jīng)由照相機(jī)信號處理部20輸出到IXD 40,以顯示為照相機(jī)直通圖像。另外，例如，當(dāng)輸 入部70輸入用于變焦操作、對焦操作等等的指令輸入信號時，CPU 60輸出控制信號到鏡頭 驅(qū)動控制部80,并且變焦鏡頭11中的預(yù)定透鏡基于鏡頭驅(qū)動控制部80的控制移動。
[0104] 當(dāng)照相機(jī)部10的快門（未示出）響應(yīng)于來自輸入部70的指令輸入信號操作時， 照相機(jī)信號處理部20輸出拍攝圖像信號至圖像處理部30。圖像處理部30對圖像信號執(zhí)行 壓縮編碼處理并且將圖像信號轉(zhuǎn)換成為預(yù)定數(shù)據(jù)格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。圖像處理部30將轉(zhuǎn)換 后數(shù)據(jù)輸出到R-W 50, R-W 50將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)寫入存儲卡1000。
[0105] 要指出的是，可以例如通過允許變焦鏡頭11中的預(yù)定透鏡由鏡頭驅(qū)動控制部80 響應(yīng)于來自CPU 60的控制信號驅(qū)動移動來執(zhí)行對焦操作，例如當(dāng)輸入部70的快門釋放按 鈕被半按或者當(dāng)快門釋放按鈕被全壓下用于記錄（拍攝）時。
[0106] 當(dāng)再現(xiàn)記錄在存儲卡1000中的圖像數(shù)據(jù)時，R-W 50響應(yīng)于關(guān)于輸入部70的操作 而從存儲卡1000讀取預(yù)定的圖像數(shù)據(jù)。圖像處理部30對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行擴(kuò)展解碼處理，并 且將圖像信號再現(xiàn)到IXD 40。由此，顯示出再現(xiàn)的圖像。
[0107] 要指出的是，雖然在上述實(shí)施例中已經(jīng)說明了其中成像設(shè)備應(yīng)用于數(shù)字式照相機(jī) 的示例，本成像設(shè)備的應(yīng)用范圍不局限于數(shù)字式照相機(jī)，并且其它各種電子設(shè)備可以是成 像設(shè)備100的可能特定應(yīng)用。例如，成像設(shè)備100可廣泛地應(yīng)用為數(shù)字輸入輸出設(shè)備的照相 機(jī)部件等等，諸如數(shù)字視頻攝像放像機(jī)、設(shè)有照相機(jī)的移動式電話和設(shè)有照相機(jī)的PDA(個 人數(shù)字助理）。
[0108] [示例]
[0109] [4.鏡頭的數(shù)值示例]
[0110] 接著，將說明根據(jù)本實(shí)施例的變焦鏡頭的具體數(shù)值示例。將分別說明其中具體數(shù) 值被應(yīng)用于圖1、5、9和13中所示的構(gòu)造示例中的變焦透鏡1、2、3和4的數(shù)值示例。
[0111] 以下在表格和說明書中的符號等等表示如下含意。"表面編號"表示指示從最物體 側(cè)計(jì)算的第i個表面。"曲率半徑"表示第i個表面的近軸曲率半徑的值（mm)。"間隔"表 示在第i個表面和第（i+1)個表面之間的沿著光軸的間隔的值（mm)。關(guān)于所述間隔，根據(jù) 變焦操作可變的的間隔描述為"Di"。"折射率"表示具有第i個表面的光學(xué)構(gòu)件的材料的 d-線（具有587. 6nm的波長）的折射率。"阿貝數(shù)"表示具有第i個表面的光學(xué)構(gòu)件的材 料的關(guān)于d-線的阿貝數(shù)的值。"曲率半徑"的"c?"值表示相關(guān)表面是平面表面或者孔徑表 面（孔徑光闌S)。"表面編號"中的"ST0"是指相關(guān)表面是孔徑光闌S。"f"表示透鏡系統(tǒng) 的總焦距。"Fno"表示F數(shù)。"ω"表示半視角。
[0112] 數(shù)值示例中使用的一些透鏡具有非球面透鏡表面。"表面編號"中的"ASP"指示相 關(guān)表面是非球面的。非球面表面的形狀由以下非球面表面表達(dá)式定義，其中"X"是從透鏡 表面的頂點(diǎn)沿著光軸的距離（凹下量），"y"是沿垂直于光軸的方向的高度（圖像高度）， "c"是在透鏡的頂點(diǎn)處的近軸曲率（曲率半徑的倒數(shù)），以及"k"是二次曲線常量。"A"、 和"D"分別是4階、6階、8階和10階的非球面表面系數(shù)。要指出的是，在以下示 出非球面表面系數(shù)的表格中，"E-i"表示以10為基數(shù)的指數(shù)表達(dá)式，即"104"。舉例來說， "0· 12345E-05" 表示 "0· 12345ΧΚΓ5"。
[0113][非球面表面的表達(dá)式]
[0114] X = cy2/[1+(1-(1+κ ) c2y2} 1/2]+Ay4+By6+Cy8+Dy 10
[0115] [數(shù)值示例的共用構(gòu)造]
[0116] 應(yīng)用于以下數(shù)值示例的變焦透鏡1、2、3和4中的任一個具有滿足透鏡基本構(gòu)造和 上述理想狀態(tài)的構(gòu)造。變焦透鏡1、2、3和4中的任一者基本上由四個透鏡組構(gòu)成，其中第 一透鏡組GR1、第二透鏡組GR2、第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4從物體側(cè)依次布置。第 一透鏡組GRl具有負(fù)屈光力。第二透鏡組GR2具有正屈光力。第三透鏡組GR3具有負(fù)屈光 力。第四透鏡組GR4具有正屈光力。
[0117] 第一透鏡組GR1、第二透鏡組GR2和第三透鏡組GR3是可移動的組，并且當(dāng)執(zhí)行從 廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作時沿著光軸移動。當(dāng)執(zhí)行對焦操作時，第三透鏡組GR3沿著光 軸移動。
[0118] [數(shù)值示例1]
[0119] 在圖1所示的變焦鏡頭1中，第一透鏡組GRl由從物體側(cè)朝向圖像側(cè)依次布置的、 具有面向物體側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡G1、負(fù)雙凹面透鏡G2和具有面向物體側(cè)的凸面的正 彎月透鏡G3構(gòu)成。第二透鏡組GR2由從物體側(cè)朝向圖像側(cè)依次布置的、正雙凸面透鏡G4、 由彼此膠合的正雙凸面透鏡G5和負(fù)雙凹面透鏡G6構(gòu)成的膠合透鏡、具有面向圖像側(cè)的凸 面的正彎月透鏡G7和具有面向物體側(cè)的凸面的正彎月透鏡G8構(gòu)成。第三透鏡組GR3由負(fù) 雙凹面透鏡G9構(gòu)成。第四透鏡組GR4由具有面向圖像側(cè)的凸面的正彎月透鏡GlO構(gòu)成。濾 光器FL布置在第四透鏡組GR4和像平面MG之間?？讖焦怅@S布置在第二透鏡組GR2中。 當(dāng)執(zhí)行變焦操作時，孔徑光闌S與第二透鏡組GR2 -同移動。
[0120] 表格1示出了其中具體數(shù)值被應(yīng)用于變焦鏡頭1的數(shù)值示例1的透鏡數(shù)據(jù)。在變 焦鏡頭1中，第二透鏡組GR2中正透鏡G4的兩個表面（第7和第8表面）、正透鏡G7的兩 個表面（第13和第14表面）以及第三透鏡組GR3中的負(fù)透鏡G9的兩個表面（第17和18 表面）是非球面的。上述非球面表面的第4、6、8和10非球面表面系數(shù)A、B、C和D的值與 二次曲線常量κ在表格2中一同示出。
[0121] 表格3示出了在廣角端狀態(tài)、中間焦距狀態(tài)和遠(yuǎn)攝端狀態(tài)中各狀態(tài)下的透鏡系統(tǒng) 總焦距f、F數(shù)Fno和半視角ω的值。在變焦鏡頭1中，當(dāng)執(zhí)行從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操 作時，第一透鏡組GRl和第二透鏡組GR2之間的間隔D6變化。另外，第二透鏡組GR2和第 三透鏡組GR3之間的間隔D16變化。另外，第三透鏡組GR3和第四透鏡組GR4之間的間隔 D18變化。表格4示出了上述的可變的間隔連同在廣角端狀態(tài)、中間焦距狀態(tài)和遠(yuǎn)攝端狀態(tài) 下的透鏡系統(tǒng)的總焦距f。
[0122] [表格 1]
[0123]

【權(quán)利要求】
1. 一種變焦鏡頭，包括： 第一透鏡組，所述第一透鏡組具有負(fù)屈光力并且包括多個負(fù)透鏡； 第二透鏡組，所述第二透鏡組具有正屈光力； 第三透鏡組，所述第三透鏡組具有負(fù)屈光力；和 第四透鏡組，所述第四透鏡組具有正屈光力并且由一個正透鏡構(gòu)成，所述第一至第四 透鏡組從物體側(cè)至圖像側(cè)依次布置，其中 從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作允許所述第一到第三透鏡組沿著光軸移動，并且允許所 述第四透鏡組固定， 對焦操作允許所述第三透鏡組沿著所述光軸移動，并且 滿足以下條件表達(dá)式， l<(Rla+Rlb)/(Rla-Rlb)<5......(1) 2〈（R4a+R4b)/(R4a-R4b)〈7......(2) 其中Rla是所述第一透鏡組中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑， Rib是所述第一透鏡組中的所述最物體側(cè)的負(fù)透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑， R4a是所述第四透鏡組中的正透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，并且 R4b是所述第四透鏡組中的正透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中滿足以下條件表達(dá)式， 0. 5<|f2/f3|<0. 9......(3) 其中f2是所述第二透鏡組的焦距，并且 F3是所述第三透鏡組的焦距。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中滿足以下條件表達(dá)式， 0. 2<|f3/f4|<0. 6......(4) 其中f4是所述第四透鏡組的焦距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中滿足以下條件表達(dá)式， l<|fl/f2|<2......(5) 其中fl是所述第一透鏡組的焦距。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第三透鏡組由一個負(fù)透鏡構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，進(jìn)一步包括位于所述第二透鏡組中的光圈，所述 光圈構(gòu)造成調(diào)節(jié)光量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第四透鏡組中的正透鏡的全部透鏡表面 是球形的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第一透鏡組中的全部透鏡表面是球形 的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中所述第一透鏡組由從所述物體側(cè)朝向所述圖 像側(cè)依次布置的第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡和正透鏡構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中滿足以下條件表達(dá)式， 3<Lmax/Y<7......(6) 其中Lmax是所述變焦鏡頭在從廣角端狀態(tài)到遠(yuǎn)攝端狀態(tài)的范圍內(nèi)的總長度的最大 值，并且 Y是最大圖像高度。
11. 一種成像設(shè)備，包括： 變焦鏡頭；和 成像器件，所述成像器件構(gòu)造成基于由所述變焦鏡頭形成的光學(xué)圖像輸出成像信號， 所述變焦鏡頭包括 第一透鏡組，所述第一透鏡組具有負(fù)屈光力并且包括多個負(fù)透鏡， 第二透鏡組，所述第二透鏡組具有正屈光力， 第三透鏡組，所述第三透鏡組具有負(fù)屈光力，和 第四透鏡組，所述第四透鏡組具有正屈光力并且由一個正透鏡構(gòu)成，所述第一至第四 透鏡組從物體側(cè)至圖像側(cè)依次布置，其中 從廣角端到遠(yuǎn)攝端的變焦操作允許所述第一到第三透鏡組沿著光軸移動，并且允許所 述第四透鏡組固定， 對焦操作允許所述第三透鏡組沿著所述光軸移動，并且 滿足以下條件表達(dá)式， l<(Rla+Rlb)/(Rla-Rlb)<5......(1) 2〈（R4a+R4b)/(R4a-R4b)〈7......(2) 其中Rla是所述第一透鏡組中的最物體側(cè)的負(fù)透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑， Rib是所述第一透鏡組中的所述最物體側(cè)的負(fù)透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑， R4a是所述第四透鏡組中的正透鏡的物體側(cè)上的曲率半徑，并且 R4b是所述第四透鏡組中的正透鏡的圖像側(cè)上的曲率半徑。
【文檔編號】G02B15/177GK104459961SQ201410457790
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】金高文和, 永松廣大 申請人:索尼公司