CN101625453B

CN101625453B - 变焦距透镜单元、成像装置以及便携式信息终端设备

Info

Publication number: CN101625453B
Application number: CN2009101401395A
Authority: CN
Inventors: 大桥和泰
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: EP2144108B1; JP2010019931A; EP2144108A1; JP5206174B2; CN101625453A; US20100007967A1; US7855842B2

Abstract

本发明公开了一种变焦距透镜单元、成像装置以及便携式信息终端设备，其中，所述变焦距透镜单元按照从物体侧到成像表面侧的次序，包括：具有正的折射率的第一透镜组；具有负折射率的第二透镜组；具有正折射的率第三透镜组；以及具有正折射率的第四透镜组，其中当将放大率从广角端改变到长焦端时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间距增加，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的间距减小，所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的间距增加，其中参照在无限远物体上的聚焦状态，当至少在长焦端处聚焦于近距离物体上时，所述第一透镜组和所述第二透镜组固定，所述第三透光镜组向所述图像表面侧移动，而所述第四透镜组向所述物体侧移动。

Description

变焦距透镜单元、成像装置以及便携式信息终端设备

技术领域

本发明涉及一种变焦距透镜单元、成像装置以及包括所述变焦距透镜单元的便携式信息终端设备。

背景技术

近年来，用户对成像装置(例如，数码相机)的功能的需求已经增加。特别地，数码相机的高质量图片性能和紧凑性的要求需要改进。

因此，对于用作拍摄透镜的变焦距透镜单元自然需要高性能和紧凑性。

从变焦距透镜单元的紧凑性的角度看，首先当使用时需要缩短变焦距透镜单元的总长(从距离物体侧最近的透镜表面到图像表面的距离)。另外，重要的是缩短每个透镜组的厚度以便当所述透镜单元收缩(collapse)时抑制变焦距透镜的总长度。

从变焦距透镜单元的高性能的角度看，至少与在所有变焦区域内具有一千万像素的图像拾取设备对应的分辨率是变焦距透镜单元需要的。另外，优选希望尽可能大的放大率。事实上，对于35毫米胶片相机，具有大约28-200毫米(大约7.1倍)焦距的变焦距透镜单元被认为能够适用于几乎所有一般的拍摄条件。

另外，许多用户需要具有广角能力的拍摄透镜，并且希望在广角端处变焦距透镜单元的半视角是38度或更大。38度的半视角对应于根据35毫米胶片相机(所谓的莱卡牌照相机版本)的28毫米的焦距。

而且，微距照相功能是用户对变焦距透镜单元的需要之一。该微距照相功能是一种功能，该功能能够聚焦在位于比能够在一般拍摄中被聚焦的物体距离的范围更近的范围内的物体上，并且能够拍摄，以及需要获得更高的图像放大率(较宽的放大能力)。

已经实现了多种用于数码相机的变焦距透镜单元。作为一种适合于紧凑性和高放大率的变焦距透镜，下面的变焦距透镜单元从JP2008-26837A 和JP2001-059938A中获知，按照从物体侧的次序，其包括具有正的折射率的第一透镜组；具有负的折射率的第二透镜组；具有正的折射率的第三透镜组；具有正的折射率的第四透镜组，并且当将放大率从广角端改变到长焦端时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增加，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，以及第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增加。

在具体的实施方式中，JP2008-26837A和JP2001-059938A中描述的变焦距透镜组实现了紧凑性、高性能、广视角以及高放大率，并且满足用户的需要。

近来，处于焦距相对较长(所谓的远距功能)状态的远距拍摄功能是用户需要数码相机。这是因为，具有远距功能，通过在焦距较长(视角较窄)的状态下使得远距能够拍摄，甚至具有相同的图像放大率，存在一些优点例如可以抑制如透视带来的物体图像的变形，工作距离能被固定，以及灯光等的自由度增加。

JP2001-059938A公开了一种变焦距透镜单元，该变焦距透镜单元具有正/负/正/正折射率的四个透镜组，并且具有远距拍摄功能，并且即使所述远距拍摄功能已足够了，但是仍存在改进远距拍摄功能的空间。

发明内容

本发明的至少一个目的是通过具有正/负/正/正四个透镜组的变焦距透镜单元来实现远距功能。根据本发明的变焦距透镜单元能实现足够的高性能、高放大率以及广视角，并且能够实现足够的远距功能。

本发明的另一目的是例如提供一种包括上述变焦距透镜单元的成像装置和便携式信息终端设备。

鉴于以上所述，本发明例如推荐一种变焦距透镜单元，其按照从物体侧到成像表面侧次序包括：具有正的折射率的第一透镜组；具有负的折射率的第二透镜组；具有正的折射率的第三透镜组；具有正的折射率的第四透镜组，并且当将放大率从广角端改变到长焦端时，第一透镜组和第二透镜组之间的间距增加，第二透镜组和第三透镜组之间的间距减小，以及第三透镜组和第四透镜组之间的间距增加。

另外，孔径光阑布置在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间。

本发明例如还推荐了一种成像装置，该成像装置包括作为拍摄光学系统的上述变焦距透镜单元。

本发明例如还推荐了一种包括上述成像装置的便携式信息终端装置。

根据本发明的一个方面，在包括具有正/负/正/正折射率的四个透镜组的变焦距透镜单元中，如同本发明的变焦距透镜单元一种，一般地，具有负折射率的第二透镜组被构造为所谓的变化器以担负主要变化的放大功能。然而，具有正的折射率的第三透镜组被配置成共享变化放大功能，因此能保证对用高放大率是困难的像差修正进行柔性修正。

当第三透镜组共享变化放大功能时，第一透镜组和第二透镜组之间的间距增加，并且所述第二透镜组和第三透镜组之间的间距减小，并且通过第二透镜组的图像的放大率(绝对值)增加以及通过第三透镜组的图像的放大率(绝对值)增加。因此，能满足高放大率。

在这种变焦距透镜单元中，第四个透镜组一般用来实现聚焦。在此情况下，当进行从无限远到近距离聚焦时，该第四透镜组向物体侧移动，但是由于支撑和移动透镜组的机构的限制，其不能无限地向物体侧移动。

也就是说，在将第四透镜组移位用于聚焦的方面存在限制。更一般地说，能认为在第四透镜组能从图像表面移开的距离上存在物理限制。

另一方面，为了在位于某一有限距离处的物体上聚焦而第四透镜组需要的移位要求在长焦端最大。因此，为了实现足够的远距功能，需要一种能够使第四透镜组从图像表面尽可能远移开的机构。

根据本发明的优选实施方式，在根据本发明的变焦距透镜单元中，当在近距离物体上聚焦时，至少在长焦端处，参照无限远的物体上的聚焦状态，第一透镜组和第二透镜组被固定，第三透光镜组能够向图像表面侧移动，并且第四透镜组能够向物体侧移动。

通过该聚焦操作，即使在第四透镜组的位移方面存在限制，具有更大的图像放大率的近距离拍摄是可能的，并且能够实现足够的远距功能。正在向图像表面侧移动的第三透镜组与一种事实不符合，该事实是当将放大率从广角端改变到长焦端时，第二透镜组和第三透镜组之间的间距减小，并且第三透镜组和第四透镜组之间的间距增加。即，当在长焦端开始聚焦在近距离物体上时，第三透镜组处于邻近第二透镜组的状态中，第四透镜组处于远离第三透镜组的状态。

另外，通过移动与聚焦相关的第三透镜组和第四透镜组时，焦距短于当聚焦在无限远的物体上时的焦距，并且由于被配置成以担负主要变化放大功能的第二透镜组没在移动(相对地向第一透镜组移动)，焦距被保持成始终较长，并且能实现远距功能。

根据本发明的另一优选实施方式，在本发明的变焦距透镜单元中，其中上述操作得以进行，当进行聚焦于近距离物体上时，至少在长焦端处，通常，仅第四透镜组移动，并且当仅通过移动第四透镜组不能实现聚焦时，移动第三透镜组。

优选在尽可能短的时间内进行聚焦。当仅通过移动第四透镜组时能聚焦时，不移动第三透镜组防止了操作次序的复杂性，并且导致聚焦时间减小。当单独的执行机构被用来移动第三透镜组和第四透镜组中的每个时，当在同一时驱动执行机构时出现了能量消耗的缺点，然而，通过采用上述操作，能量消耗的问题得以避免。

根据本发明的另一优选实施方式，至少在长焦端，变焦距透镜单元的聚焦范围包括第一范围和第二范围，在该第一范围中能够聚焦在位于从无限远处到特定范围的区域中的物体上；而在该第二范围中能够聚焦在位于包括特定范围在内的更近范围中的物体上，以及当该物体在第一范围时，仅第四透镜组移动以进行聚焦，并且当该物体在第二范围时，第三透镜组移动到不同于在位于第一范围中的物体上进行聚焦时的位置并被固定该位置，然后第四透镜组移动以进行聚焦。

因而，用户能明确地设定第一范围和第二范围，因此简化了操作次序，并且能够减小聚焦时间。而且，因为第三透镜组和第四透镜组不同时移动，从能量消耗的角度看也是有利的。

根据本发明的另一实施方式，优选当第四透镜组在放大过程中移动时，在长焦端，处于聚焦在无限远处的物体上的状态的第四透镜组的位置最接近图像表面侧。

在长焦端处在无限远物体上的聚焦状态下，如果第四透镜组处于在可移动范围内向物体侧移动的状态下，通过移动第四透镜组聚焦范围变窄。因此，通过在长焦端处将处于在无限远物体上聚焦的状态下的第四透镜组布置在距离的图像表面侧最近的位置，当聚焦在近距离物体上是在长焦端进行时，第四透镜组的可移动范围能最有效的使用，并且与第三透镜组的移动结合使用，能实现保证足够的图像放大的远距功能。

根据本发明的另一优选实施方式，为了获得变焦距透镜单元的广视角能力和高放大率，当将放大率从广角端变化到长焦端时，优选将第一透镜组和第三透镜组中的每个移动到某一对应位置，该对应位置在长焦端比在广角端更邻近物体侧。

当将放大率从广角端变化到长焦端时，通过将第一透镜组大大地移动向物体侧，在广角端，穿过第一透镜组的光线的高度减小，因而能够抑制与广角有关的第一透镜组的尺寸的增加，并且在长焦端，第一透镜组和第二透镜组之间的间距被确保很大，这对较长的焦距是有利的。

另外，变化的放大率功能是通过移动第三透镜组得以共享的，因此其能确保会由于宽视角和高放大率变得困难的像差修正的灵活性。另外，当改变放大率时，第三透镜组自身的移动是用于聚焦和改变放大率的共用功能并且是有利的，对于本发明的变焦距透镜，对其而言当聚焦于近距离范围物体上时移动第三透镜组是必需的。

根据本发明的另一方面，成像装置(例如，照相机)能将上述变焦距透镜单元用作拍摄光学系统。如果该照相机是将其中图像元件以二维布置的电子图像拾取设备用作成像仪的数码相机，远距功能可以通过和电处理(electrical processing)相结合得到进一步地提升。

首先，在当至少在长焦端处在近距离物体上进行聚焦时移动第三透镜组的情况下，图像周围部分的阴影能得到电修正。

当第三透镜组移动向图像表面侧时，焦距缩短一点，因此视角增加一点，并且周围的亮度减小。

由于通过减小周围亮度而在图像周围部分产生阴影，希望电修正该阴影。在聚焦过程中，周围亮度的减小量随着第三透镜组移动增加很大，因此还希望与第三透镜组的位移一致改变阴影修正量。因此，足够的远距功能可以通过这种处理得以实现，而不会引起为了确保周围亮度而扩大透镜系统的不利之处。

根据本发明的优选实施方式，在使用上述变焦距透镜单元的成像装置中，在至少在长焦端处当聚焦于近距离物体上时移动第三透镜组的情况下，像素阵列的预定范围的周围部分没有用于输出图像。

在所述微距功能中，重要的是扩大图像放大率。当考虑到作为图像最终输出形式的打印时，通过所谓的裁剪，可以提高扩展系数(expansion factor)。因此，所述远距功能通过提供一种选择得以改进，其中所述选择未使用像素阵列的预定范围的周围部分来输出图像，并且仅裁剪图像的中心部分并使用它。

如果仅裁剪图像的中心部分，具有另一优点，即由于上述周围的亮度降低而导致的图像周围部分的阴影不会是相当大的问题。

根据以上解释的本发明，能提供一种具有高放大率和广视角的新式紧凑型的变焦距透镜单元，其具有与一千万像素或更大的图像拾取设备对应的分辨能力。另外，通过利用上述变焦距的透镜单元可以获得具有较好性能的成像装置(相机)和便携式信息终端设备。

附图说明

下面将参照示例性的实施方式和示意性的附图进一步描述本发明，其中：

图1是图示根据本发明的第一实施方式的变焦距透镜单元结构和当改变放大率时透镜组的移动的横截面视图；

图2是图示根据第一实施方式的变焦距透镜单元的长焦端处的聚焦方法的光线图；

图3是图示根据本发明的第二实施方式的变焦距透镜单元结构和当改变放大率时透镜组的移动的横截面视图；

图4是图示根据第二实施方式的变焦距透镜单元的长焦端处的聚焦方法的光线图；

图5是图示根据第三实施方式的变焦距透镜单元的长焦端处的聚焦方法的光线图；

图6图示根据第一实施例的变焦距透镜单元的广角端处的像差示意图；

图7图示根据第一实施例的变焦距透镜单元的中间焦距的像差示意图；

图8图示根据第一实施例的变焦距透镜单元的长焦端处的像差示意图；

图9图示根据第二实施例的变焦距透镜单元的广角端处的像差示意图；

图10图示根据第二实施例的变焦距透镜单元的中间焦距的像差示意图；

图11图示根据第二实施例的变焦距透镜单元的长焦端处的像差示意图；

图12A到12C图示根据本实施方式的便携式信息终端设备的实施方式的外观；以及

图13是根据本发明的便携式信息终端设备的系统结构的方块示意图。

具体实施方式

图1图示根据本发明的包括多个透镜组的变焦距透镜单元的第一实施方式。该实施方式涉及稍后解释的第一实施例。

在图1中，上部的图图示广角端处的多个透镜组的结构，中间的图图示中间焦距处的多个透镜组的结构，以及下部的图图示长焦端的多个透镜组的结构。

图1中对应于透镜组(I-IV)和孔径光阑(S)的每个箭头表示当将放大率从广角端变化到长焦端时多个透镜组(I-IV)中的每个透镜组和孔径光阑(S)的移位。基准F表示作为单个透明板的各个滤光器。

如图1所示，按照从物体侧(图1的左侧)到图像表面侧的次序，根据第一实施方式的变焦距透镜单元包括：具有正的折射率的第一透镜组(I)；具有负的折射率的第二透镜组(II)；具有正的折射率的第三透镜组(III)；具有正的折射率的第四透镜组(IV)，并且当将放大率从广角端(图1的上部图)改变到长焦端(图1的下部图)时，第一透镜组(I)和第二透镜组(II)之间的间距增加，第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间的间距减小，以及第三透镜组(III)和第四透镜组(IV)之间的间距增加。另外，孔径光阑(S)布置在第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间。

图2图示在示于图1的变焦距透镜单元的长焦端聚焦。

当在长焦端处在近距离范围物体上进行聚焦时，参考无限远物体(图2的上部图)上聚焦的状态，第一透镜单元(I)和第二透镜单元(II)被固定，第三透镜组(III)能够向图像表面侧移动，第四透镜组(IV)能移动向物体侧。

当在长焦端处聚焦于近距离范围物体上时，一般地，仅第四透镜组(IV)向物体侧移动(从图2的上部图到中间图)。当聚焦不能仅通过移动第四透镜组(IV)得以实现时，第三透镜组(III)向图像表面侧移动以进行聚焦(从图2的中间图到下部图)。

至少在长焦端，变焦距透镜单元的聚焦范围包括第一范围和第二范围，在该第一范围中能够在位于从无限远处到特定范围的区域中的物体上聚焦；而在该第二范围中能够在位于包括所述特定范围在内的更近范围中的物体上聚焦。当该物体在第一范围时，仅第四透镜组向物体侧移动以进行聚焦，并且当该物体在第二范围时，在第三透镜组移动到一个位置之后，其中所述位置不同于在位于第一范围中的物体上进行聚焦时的位置，并被固定在该位置，第四透镜组移动到物体侧以进行聚焦。

在此，“包括第一范围中的特定范围的第二范围”表示第一范围和第二范围彼此重叠，并且重叠区域包括特定范围。

另外，对于变焦距透镜单元，长焦端的最大图像放大率，即，β_Tmax满足公式(1)

-0.5＜β_Tmax＜-0.1 (1)

如果公式(1)的参数β_Tmax大于-0.1，其是公式(1)的上限，具有足够的图像放大率的远距功能不能精确地确保。如果β_Tmax小于-0.1(作为绝对值会更大)，变焦距透镜单元然后能实现远距功能。

另一方面，如果参数β_Tmax小于-0.5，其是公式(1)的下限，可能使使用性恶化，例如图像放大率会变得太大，产生很大的像差并且图像恶化，在手持拍照中会发生转向模糊的问题。

另外，对于变焦距透镜单元，在长焦端处于在无限远的物体上聚焦状态的第三透镜组的成像放大率，即，M_3GT，以及在长焦端处于在无限远的物体上聚焦状态的第四透镜组的成像放大率，即，M_4GT，满足公式(2)

-1.0＜(1-M_3GT ²)×M_4GT ²＜-0.3 (2)

如果公式(2)的参数：(1-M_3GT ²)×M_4GT ²大于-0.3，其是公式(2)的上限，当在长焦端在近距离范围的物体上进行聚焦时，第三透镜组的移位会变得很大，变焦距透镜单元的小型化以及透镜位移机构的简化会很困难。

另一方面，如果(1-M_3GT ²)×M_4GT ²小于-1.0，其是公式(2)的下限，当在长焦端在近距离范围的物体上进行聚焦时，图像表面的位移(焦点的移动长度)与第三透镜组的位移的比率变得很大，第三透镜组需要微动，透镜位移机构的载荷增加。

第一实施方式的变焦距透镜单元满足公式(1)和(2)，如示于随后解释的第一实施方式中。另外，如图1所示，当改变放大率时移动第四透镜组(IV)，在长焦端，处于在无限远处的物体上聚焦状态的第四透镜组(IV)的位置距离图像表面侧最近(图1的下部图)。也就是说，在每个放大率处，在与改变放大率伴随的位移轨迹中，在长焦端，在无限远处的物体上聚焦的第四透镜组(IV)距离图像表面侧最近。

而且，如图1所示，当将放大率从广角端(图1的上部图)变化到长焦端(图1的下部图)时，第一透镜组(I)和第三透镜组(III)的每个移动到相应位置处，该相应位置在长焦端处比在广角端处更靠近物体侧。

图3和图4图示变焦距透镜单元的第二实施方式，分别类似于图1和图2。这实施方式涉及以后解释的第二个实施例。

如图3所示，按照从物体侧(图3的左侧)到图像表面的顺序，根据第二实施方式的变焦距透镜单元包括：具有正的折射率的第一透镜组(I)；具有负的折射率的第二透镜组(II)；具有正的折射率的第三透镜组(III)；具有正的折射率的第四透镜组(IV)，并且当将放大率从广角端(图3的上部图)改变到长焦端(图3的下部图)时，第一透镜组(I)和第二透镜组(II)之间的间距增加，第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间的间距减小，以及第三透镜组(III)和第四透镜组(IV)之间的间距增加。

图4图示如图3所示的变焦距透镜单元在长焦端聚焦。

当在长焦端处聚焦于近距离范围物体上时，参考在无限远物体(图4的上部图)上的聚焦状态，第一透镜单元(I)和第二透镜单元(II)被固定，第三透镜组(III)能够移动向图像表面侧，第四透镜组(IV)能移动向物体侧。

当在长焦端处聚焦于近距离范围物体上时，一般地，仅第四透镜组(IV)移动向物体侧(从图4的上部图到中间图)。当聚焦不能仅通过移动第四透镜组(IV)得以实现时，第三透镜组(III)移动向图像表面侧以进行聚焦(从图4的中间图到下部图)。

第二实施方式的变焦距透镜单元满足公式(1)和(2)，如以后解释的实施例2所示。另外，如图3所示，当改变放大率时移动第四透镜组(IV)，在长焦端，处于在无限远处的物体上聚焦状态的第四透镜组(IV)距离图像表面侧最近(图3的下部图)。

而且，如图3所示，当将放大率从广角端(图3的上部图)变化到长焦端(图3的下部图)时，第一透镜组(I)和第三透镜组(III)的每个移动到与在广角端相比在长焦端更靠近物体侧的相应位置。

图5图示变焦距透镜单元的第三实施方式，类似于图2。该实施方式涉及以后解释的第三实施例。

如图5所示，按照从物体侧(图5的左侧)到图像表面侧的顺序，根据第三实施方式的变焦距透镜单元包括：具有正的折射率的第一透镜组(I)；具有负的折射率的第二透镜组(II)；具有正的折射率的第三透镜组(III)；具有正的折射率的第四透镜组(IV)。

对于图5所示的变焦距透镜单元，当将放大率从广角端改变到长焦端时，第一透镜组(I)和第二透镜组(II)之间的间距增加，第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间的间距减小，以及第三透镜组(III)和第四透镜组(IV)之间的间距增加。

图5图示在变焦距透镜单元的长焦端聚焦。

当在长焦端处聚焦于近距离范围物体上时，参考无限远物体(图5的上部图)上的聚焦状态，第一透镜单元(I)和第二透镜单元(II)被固定，第三透镜组(III)能够移动向图像表面侧，第四透镜组(IV)能移动向物体侧。

至少在长焦端，图5所示的变焦距透镜单元的聚焦范围包括第一范围和第二范围，在该第一范围中能够在位于从无限远处到特定范围的区域中的物体上聚焦(从图5的最顶部的图到第二图)；而在该第二范围中能够在位于包括特定范围的更近范围中的物体上聚焦(从图5的第三图图到第四图)。当该物体在第一范围时，仅第四透镜组移动向物体侧以进行聚焦，并且当该物体在第二范围时，在第三透镜组移动到一个位置(图5中的第三图)并被固定在该位置之后，第四透镜组移动到物体侧以进行聚焦，其中所述位置不同于在位于第一范围中的物体上进行聚焦的位置。

第三实施方式的变焦距透镜单元满足公式(1)和(2)，如以后解释的第三实施例所示。

另外，当改变放大率时移动第四透镜组(IV)，在长焦端，处于在无限远处的物体上聚焦状态的第四透镜组(IV)距离图像表面侧最近。而且，当将放大率从广角端变化到长焦端时，第一透镜组(I)和第三透镜组(III)的每个移动到相应位置，该相应位置在长焦端比在广角端更靠近物体侧。

在上述的每个实施方式中，孔径光阑(S)在当改变放大率时与透镜组无关地移动，并且在聚焦时被固定。

本发明的成像设备例如是数码相机，该数码相机具有其中图像元件被布置成二维的电子图像拾取设备。该照相机具有图像处理部分，该图像处理部分被配置成当至少在长焦端在近距离范围物体上进行聚焦且第三透镜组移动时电修正图像周围部分的阴影。

另外，本发明的成像设备例如是数码相机，该数码相机具有其中图像元件被布置成二维的电子图像拾取设备。该照相机具有图像处理部分，该图像处理部分被配置成以进行处理，当至少在长焦端在近距离范围物体上聚焦且第三透镜组移动时，该处理没有使用像素阵列的预定范围的周围部分来用于输出图像。

接下来，将参照图12A到12C和13描述便携式信息终端设备的实施方式。

便携式信息终端设备包括作为具有拍摄功能部分的成像设备(例如，相机)。

图12A到12C图示根据本发明的实施方式的便携式信息终端设备的外观，图13图示便携式信息终端设备的系统结构。

便携式信息终端设备30包括拍摄透镜31和光接收元件45(例如，其中图像元件被布置成二维的电子图像拾取设备)，如图12A到12C所示。在便携式信息终端设备30中，由拍摄透镜31形成的拍摄物体的图像被光接收元件45读取。

作为拍摄透镜31，可以使用例如上述变聚焦透镜单元的任何一个，更具体地说，后述实施例中解释的变焦距透镜单元。

来自光接收元件45的输出结果被信号处理部分42处理，其中所述信号处理部分42接受中央处理部分40的控制，并被转化成数字信息。在接收中央处理部分40控制的图像处理部分41中接收预定的图像处理之后，数字化的图像信息被记录在半导体存储器44中。

液晶监视器38能够在图像处理部分41中进行图像处理之后在拍摄过程中显示图像，并且能够显示被记录在半导体存储器44中的图像。而且，记录在半导体存储器44中的图像能通过使用通信卡43等被输出。

上述阴影的电修正、图像中心部分的裁剪等能通过图像处理部分41得以实现。

如图12A所示，当携带便携式信息终端设备时，拍摄透镜31处于收缩状态。当电源开关36被用户操作以打开电源时，如图12B所示，镜筒伸出。

此时，在镜筒内，变焦距透镜单元的每个透镜组例如被布置在广角端的对应位置，通过操作变焦杆34，每个透镜组的布置改变，将放大变化到长焦端。另外，拍摄透镜31的视角中的变化可以在取影器33中反映。

聚焦是通过半按下快门按钮35得以实现的。

至少在长焦端，聚焦是基于预定的操作顺序通过移动第三透镜组和第四透镜组得以实现的。

在长焦端之外的聚焦可以通过仅移动第四透镜组得以实现的。

当进一步按下快门按钮35时，实现拍摄，然后进行上述处理。

当将记录在半导体存储器44中的图像在液晶监视器38上显示时，以及当通过使用通信卡43等导出图像时，可以使用示于图12C的操作按钮37。为了使用，半导体存储器和通信卡43等被分别插入到专用或通用的狭槽39A、39B中。

当拍摄透镜31处于收缩状态时，变焦距透镜单元的每个透镜组不需要排列在光轴上。例如，如果使用第三透镜组和/或第四透镜组从光轴退回并被与其他透镜组平行地储存的机构，则便携式信息终端设备的厚度能进一步减小。

在上述将相机作为具有拍摄功能的一部件的便携式信息终端设备中，实施方式1-3的变焦距透镜单元可以被用作拍摄透镜31，能实现紧凑、高图像质量的便携式信息终端设备，该便携式信息终端设备具有相机功能并装备有一千万像素或更大的光接收元件45。

实施例

在下文中，将详细地描述根据本发明的变焦距透镜单元的实施例。

这些实施例的像差示意图图示处于在无限远处的物体上聚焦状态的像差示意图，并且每个像差被足够修正并且能够对应于一千万像素或更高的光接收元件。

实施例中的标号的意义如下：

f：整个变焦距透镜单元系统的焦距

F：F-数

ω：半视角

R：曲率半径

D：表面距离

N_d：折射率

ν_d：Abbe数

K：非球面的圆锥常数(cone constant number)

A₄：4阶的非球面系数

A₆：6阶的非球面系数

A₈：8阶的非球面系数

A₁₀：10阶的非球面系数

A₁₂：12阶的非球面系数

A₁₄：14阶的非球面系数

A₁₆：16阶的非球面系数

A₁₈：18阶的非球面系数

实施例中的非球面可以使用近轴曲率半径(近轴曲率)的倒数，C，距离光轴的高度，H，光轴方向的深度，X，非球面的圆锥常数，K，以及非球面系数，A₄-A₁₈通过下面的方程表示。

X = {CH}^{2} / {1 + \sqrt{1 - (1 + K) C^{2} H^{2}}} + A_{4} \cdot H^{4} + A_{6} \cdot H^{6} + A_{8} \cdot H^{8}

A_{10} \cdot H^{10} + A_{12} \cdot H^{12} + A_{14} \cdot H^{14} + A_{16} \cdot H^{16} + A_{18} \cdot H^{18}

实施例1

f：5.16-35.09，F：3.49-5.49，ω：39.34-6.50

表面号

R

D

N_d

ν_d

Δθg，F

玻璃

01	37.931	1.00	1.92286	18.90	0.0386	OHARA S-NPH2
							02	23.364	2.44	1.60300	65.44	0.0045	OHARA S-PHM53
03	69.500	0.10
							04^*	16.909	2.88	1.77250	49.60	-0.0092	OHARA S-LAH66
05	51.728	变量(A)
							06^*	26.690	0.74	1.88300	40.76	-0.0088	OHARA S-LAH58
07	3.993	2.26
							08	32.718	2.00	1.92286	18.90	0.0386	OHARA S-NPH2
09	-9.991	0.64	2.00330	28.27	0.0023	OHARA S-LAH79

10^*	277.401	变量(B)
							11	孔径	变量(C)
12^*	6.697	3.08	1.58913	61.15	-0.0043	OHARA L-BAL35
							13^*	-9.190	0.10
14	10.603	2.13	1.60300	65.44	0.0045	OHARA S-PHM53
							15	-8.995	0.60	1.69895	30.13	0.0103	OHARA S-TIM35
16	4.836	变量(D)
							17^*	11.374	2.17	1.52470	56.20		光学塑料
18	-61.183	变量(E)
							19	∞	0.80	1.51680	64.20		各种滤光器
20	∞

另外，表面号表示从物体侧的表面(包括孔径表面)的顺序，表面距离D表示光轴上的表面之间的距离。

非球面

非球面是上述数据中附有星号“^*”的一个。在下面的实施例中类似。

第四表面

K＝0.0

A₄＝-2.99145×10^-6

A₆＝-2.31719×10^-8

A₈＝1.30994×10^-10

A₁₀＝-1.04295×10^-12

第六表面

K＝0.0

A₄＝5.30475×10^-5

A₆＝-3.02550×10^-6

A₈＝1.75806×10^-7

A₁₀＝-4.41619×10^-9

A₁₂＝-5.03303×10^-11

A₁₄＝2.21259×10^-12

第十表面

K＝0.0

A₄＝-5.72615×10^-4

A₆＝2.64313×10^-7

A₈＝-1.43524×10^-6

A₁₀＝-4.40696×10^-8

第十二表面

K＝0.0

A₄＝-7.86511×10^-4

A₆＝2.14725×10^-5

A₈＝-1.35163×10^-6

A₁₀＝4.22984×10^-8

第十三表面

K＝0.0

A₄＝4.01016×10^-4

A₆＝2.39857×10^-5

A₈＝-1.41367×10^-6

A₁₀＝4.90779×10^-8

第十七表面

K＝0.0

A₄＝-8.52233×10^-5

A₆＝1.17201×10^-5

A₈＝-4.70061×10^-7

A₁₀＝8.05532×10^-9

变量大小

	广角端	中间焦距	长焦端	长焦端	长焦端
							无限远	无限远	无限远	0.3米	0.2米
	f＝5.156	f＝13.392	f＝35.091	f＝28.927	f＝25.312
						A	0.600	7.511	14.457	14.457	14.457
B	6.999	2.145	0.900	0.900	0.900
						C	3.827	1.726	0.650	0.650	1.760
D	2.579	3.308	11.981	6.648	5.538
						E	4.172	7.058	2.698	8.031	8.031

在每种情况下参数值

β_Tmax＝-0.133(在0.2米处的图像放大率)

(1-M_3GT ²)×M_4GT ²＝-0.749

图1图示当放大率从广角端变化到长焦端时每个透镜组的移动。另外，图2图示当在长焦端在近距离范围物体上进行聚焦时第三透镜组和第四透镜组的移动。

如图2所示，在第一实施例中，当物体处于从无限远到0.3米的物体距离的范围内时通过将第四透镜组(IV)向物体侧移动进行聚焦。

第四透镜组(IV)向物体侧的移动抵达物体距离为0.3米处的极限，因此，在从0.2米到0.3米的物体距离范围内通过将第三透镜组(III)向图像表面侧移动进行聚焦。

而且，上述有限距离(物体距离)表示从物体到图像表面的数值。在以下实施例中类似。

实施例2

f：5.07-34.52，F：3.47-5.37，ω：39.78-6.55

表面号	R	D	N_d	ν_d	Δθg，F	玻璃
							01	35.747	1.00	1.92286	18.90	0.0386	OHARA S-NPH2
02	22.738	2.57	1.69100	54.82	-0.0079	OHARA S-LAL9
							03	87.337	0.10

04	20.283	2.24	1.77250	49.60	-0.0092	OHARA S-LAH66
							05	53.982	变量(A)
06^*	38.877	0.74	1.88300	40.76	-0.0088	OHARA S-LAH58
							07	4.391	2.40
08	37.914	2.09	1.92286	18.90	0.0386	OHARA S-NPH2
							09	-10.647	0.64	2.00330	28.27	0.0023	OHARA S-LAH79
10^*	-542.845	变量(B)
							11	孔径	变量(C)
12^*	5.908	2.95	1.49700	81.54	0.0280	OHARA L-FPL51
							13^*	-8.300	0.10
14	6.965	2.07	1.60311	60.64	-0.0019	OHARA S-BSM14
							15	-32.448	0.60	1.85026	32.27	0.0036	OHARA S-LAH71
16	4.424	变量(D)
							17^*	10.148	2.17	1.52470	56.20		光学塑料
18	116.933	变量(E)
							19	∞	0.80	1.51680	64.20		各种滤光器
20	∞

非球面

第六表面

K＝0.0

A₄＝4.12990×10^-5

A₆＝-2.87882×10^-6

A₈＝1.69888×10^-7

A₁₀＝-3.90967×10^-9

A₁₂＝-2.11481×10^-11

A₁₄＝1.13636×10^-12

第十表面

K＝0.0

A₄＝-4.44827×10^-4

A₆＝-9.66459×10^-7

A₈＝-3.94591×10^-7

A₁₀＝-3.59280×10^-8

第十二表面

K＝0.0

A₄＝-8.93667×10^-4

A₆＝1.91061×10^-5

A₈＝-1.11334×10^-6

A₁₀＝7.66269×10^-8

第十三表面

K＝0.0

A₄＝6.00577×10^-4

A₆＝3.02246×10^-5

A₈＝-1.73003×10^-6

A₁₀＝1.35009×10^-7

第十七表面

K＝0.0

A₄＝-8.12060×10^-5

A₆＝9.50517×10^-6

A₈＝-3.34654×10^-7

A₁₀＝5.95659×10^-9

变量大小

	广角端	中间焦距	长焦端	长焦端	长焦端
							无限远	无限远	无限远	0.3米	0.15米
	f＝5.072	f＝13.168	f＝34.520	f＝28.883	f＝22.454
						A	0.600	8.259	14.734	14.734	14.734
B	8.629	3.006	0.900	0.900	0.900
						C	4.312	2.532	0.650	0.650	2.778
D	3.201	4.878	11.790	6.214	4.086
						E	3.439	5.377	3.073	8.649	8.649

在每种情况下参数值

β_Tmax＝-0.166(在0.15米处的图像放大率)

(1-M_3GT ²)×M_4GT ²＝-0.769

图3图示当放大率从广角端变化到长焦端时每个透镜组的移动。另外，图4图示当在长焦端在近距离范围物体上进行聚焦时第三透镜组和第四透镜组的移动。

如图4所示，在第二实施例中，当物体处于从无限远到0.3米的物体距离的范围内时通过将第四透镜组(IV)向物体侧移动进行聚焦。第四透镜组(IV)向物体侧的移动抵达物体距离为0.3米处的极限，因此，在从0.15米到0.3米的物体距离范围内聚焦是通过将第三透镜组(III)向图像表面侧移动得以进行的。

实施例3

在第三实施例中，使用了与第二实施例相似的透镜结构，但聚焦方法不同于第二实施例的聚焦方法。

因此，在第三实施例中当放大率从广角端变化到长焦端时每个透镜组的结构和每个透镜组的移动类似于第二个实施例中的那些。图5图示当在长焦端在近距离范围物体上进行聚焦时第三透镜组和第四透镜组的移动。如图5所示，在第三个实施例中，当物体处于从无限远到物体距离为0.3米的区域(第一范围)中时，聚焦是通过将第四透镜组(IV)向物体侧移动得以实现的。

另外，当物体处于从物体距离为0.15米到0.6米的区域(第二范围)中时，聚焦是通过将第三透镜组(III)向不同于当聚焦是在位于第一范围的物体上进行时的位置的一个位置(图像表面侧)移动以及将第三透镜组(III)固定在其中之后并将第四透镜组(IV)向物体侧移动得以实现的。

第三实施例中的变量如下：

变量

在每种情况下参数值

β_Tmax＝-0.166(在0.15米处的图像放大率)

(1-M_3GT ²)×M_4GT ²＝-0.769

如上所述，物体距离为从0.3到0.6的范围是第一范围和第二范围重叠的范围，即，特定的范围，并且每个聚焦方法能用来实现该聚焦。

图6-8图示分别在广角端、中间焦距和长焦端的根据第一实施例的变焦距透镜单元的像差示意图。图9-11图示分别在广角端、中间焦距和长焦端的根据第二(三)实施例的变焦距透镜单元的像差示意图。

如上所述，这些像差示意图图示在无限远物体上聚焦状态的像差示意图。另外，球面像差示意图中的虚线图示正弦条件，像散示意图中的实线图示径向的，并且像散示意图中的虚线图示经线的。

另外，在第一到第三实施例中，Δθg，F表示意外的分散性(从部分分散率Δθg，F的标准线偏差)，“玻璃”表示玻璃产品的名字。

应当注意到，虽然已经参照示例性实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此。鉴于前述，目的在于，本发明涵盖落入以下权利要求范围内的修改、变化以及它们的等同物。

对相关申请交叉引用

2008年7月8日提交的日本专利申请第JP 2008-178381号的整个内容，其中在该申请中要求了其的优先权，以引用的方式被并入于此。

Claims

1.一种变焦距透镜单元，按照从物体侧到图像表面侧的次序，该变焦距透镜单元包括：

第一透镜组，该第一透镜组具有正的折射率；

第二透镜组，该第二透镜组具有负的折射率；

第三透镜组，该第三透镜组具有正的折射率；以及

第四透镜组，该第四透镜组具有正的折射率，

其中当将放大率从广角端改变到长焦端时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间距增加，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的间距减小，以及所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的间距增加，

其中参照无限远的物体上的聚焦状态，当至少在长焦端处在近距离范围的物体上进行聚焦时，所述第一透镜组和所述第二透镜组被固定，所述第三透镜组能够向所述图像表面侧移动，并且所述第四透镜组能够向所述物体侧移动，

其中满足以下公式：

-0.5＜β_Tmax＜-0.1 (1)

其中β_Tmax表示长焦端的最大图像放大率，

并且，还满足以下公式：

-1.0＜(1-M_3GT ²)×M_4GT ²＜-0.3 (2)

其中M_3GT表示在长焦端处于在无限远的物体上聚焦状态的第三透镜组的成像放大率，M_4GT表示在长焦端处于在无限远的物体上聚焦状态的第四透镜组的成像放大率。

2.如权利要求1的变焦距透镜单元，其中至少在长焦端，当在所述近距离范围的物体上进行聚焦时，仅所述第四透镜组向所述物体侧移动，并且当不能仅通过移动所述第四透镜组实现聚焦时，所述第三透镜组移动向所述图像表面侧以进行聚焦。

3.如权利要求1的变焦距透镜单元，其中至少在长焦端处变焦距透镜单元的聚焦范围包括第一范围和第二范围，其中在该第一范围中，能够在位于从无限远处到特定范围的区域中的物体上进行聚集；而在该第二范围中能够在位于包括特定范围的更近范围中的物体上进行聚焦，

其中当该物体在所述第一范围内时，仅所述第四透镜组移动向所述物体侧以进行聚焦，当该物体在所述第二范围中时，在第三透镜组移动到一个位置并固定之后，所述第四透镜组移动向所述物体侧以进行聚焦，其中所述位置不同于当在位于所述第一范围中的物体上进行聚焦时的位置。

4.如权利要求1到3中的任一项的变焦距透镜单元，其中当放大率变化时移动所述第四透镜组，并且在所述长焦端，处于在无限远处的物体上聚焦状态的第四透镜组的位置位于最靠近所述图像表面侧。

5.如权利要求1到3中的任一项的变焦距透镜单元，其中当放大率从所述广角端变化到所述长焦端时，所述第一透镜组和所述第三透镜组中的每个移动到对应位置，所述第一透镜组和所述第三透镜组中的每个在所述长焦端处的该对应位置比所述第一透镜组和所述第三透镜组中的每个在所述广角端处的位置更靠近物体侧。

6.一种成像装置，该成像装置包括作为拍摄光学系统的根据权利要求1到5中的任一项的变焦距透镜单元。

7.如权利要求6的成像装置，其中所述成像装置是数码相机，该数码相机具有其中图像元件被布置成二维的电子图像拾取设备，该成像装置包括图像处理部分，该图像处理部分被配置成：至少在所述长焦端当在近距离范围的物体上进行聚焦时移动所述第三透镜组的情况下，电修正图像的周围部分的阴影。

8.如权利要求6的成像装置，其中所述成像装置是数码相机，该数码相机具有其中图像元件被布置成二维的电子图像拾取设备，该成像装置包括图像处理部分，该图像处理部分被配置成：至少在所述长焦端当在近距离范围的物体上进行聚焦时移动所述第三透镜组的情况下，进行处理，该处理没有将像素阵列的预定范围的周围部分用于输出图像。

9.一种便携式信息终端设备，该便携式信息终端设备包括根据权利要求6到8中任一项的成像装置。