CN101630060A - 变焦镜头和图像拾取装置 - Google Patents

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CN101630060A CN200910139690A CN200910139690A CN101630060A CN 101630060 A CN101630060 A CN 101630060A CN 200910139690 A CN200910139690 A CN 200910139690A CN 200910139690 A CN200910139690 A CN 200910139690A CN 101630060 A CN101630060 A CN 101630060A
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Abstract

在此公开了一种变焦镜头和包括变焦镜头的图像拾取装置。变焦镜头包括：具有正折射能力的第一镜头组；具有负折射能力的第二镜头组；具有正折射能力的第三镜头组；以及具有正折射能力的第四镜头组；从物体侧依序布置第一、第二、第三以及第四镜头组；第一镜头组仅仅包括粘合的镜头，其中该粘合的镜头包括从物体侧依序粘合的正镜头和负镜头并且通常具有正折射能力；并且第一镜头组被这样配置以便满足条件表达式(25≤νd11－νd12＜50)，其中，νd11是第一镜头组的正镜头的阿贝数，νd12是第一镜头组的负镜头的阿贝数。

Description

变焦镜头和图像拾取装置
技术领域
本发明涉及一种适用于数码静止相机、视频摄像机、监视摄像机等等装置的变焦镜头和一种包括变焦镜头的图像拾取器。
背景技术
近些年，数码相机的市场大大地扩展了，并且用户对于数码相机的要求也更加复杂化了。近些年不仅对图像拾取器镜头的高图像质量、小型化以及减小厚度有要求，而且对增加图像拾取器镜头的放大倍率和图像拾取角度的要求也增加了。
作为变焦镜头的一种，正引导(positive lead)类型的变焦镜头具有能够将变焦率设置成很高值的优点，其中在正引导类型的变焦镜头中，被定位于最靠近物体侧的镜头组具有正折射能力(refracting power)。因此，正引导类型的变焦镜头被经常地用作适合于诸如高的变焦率(例如高于四倍)的类型的变焦镜头。
具体地，作为正引导类型的紧凑的变焦镜头，包括从物体侧依序(inorder)具有正折射能力、负折射能力、正折射能力和正折射能力的四个镜头组的四组变焦镜头是众所周知的。例如在日本专利特许公开第2006-23529号(下文中称为专利文献1)、日本专利特许公开第2005-338740号(下文中称为专利文献2)、日本专利第3,977,150号(下文中称为专利文献3)以及日本专利特许公开第2006-308957号(下文中称为专利文献4)中公开了这样的四组镜头。
发明内容
虽然在专利文献1到4中公开的变焦镜头是正折射能力、负折射能力、正折射能力和正折射能力类型的变焦镜头，但在专利文献1到3中公开的变焦镜头不能实现足够高的变焦率。此外，由于该变焦镜头是具有以下特性的变焦类型的变焦镜头，即当其试图使图像拾取角变宽时，前(front)镜头的外直径通常易于变大，因此在专利文献1到3中公开的变焦镜头的任一种都不能实现使景物的图像拾取角变得足够宽，并且都不能足够的小型化。
此外，为了实现使光学系统的角度变宽和放大倍率的增加，必须执行足够的像差(aberration)校正，并且因此，通常使用许多镜头。虽然在专利文献4中公开了实现高放大倍率并且使角度变宽的变焦镜头，但由于上述原因增加了第一镜头组的镜头的数量，并且因此，专利文献4中公开的变焦镜头不能实现光学系统的尺寸的足够减少。
相应地，特别是当相机不用于图像拾取时，在将镜头折叠以实现良好容纳的可折叠的变焦镜头中，减少镜头的数量来减少处于折叠状态中相机的厚度是非常困难的。因此强烈地要求开发一种克服了上述的问题的小尺寸轻量化的、同时实现增加放大倍率以及使角度变宽的变焦镜头。
此外，在使用固态图像拾取元件的图像拾取装置中，优选地使用具有接近于其图像侧上的远心镜头(telecentric)形状的形状的变焦镜头，这是因为该变焦镜头能够提供均匀的场亮度。作为刚刚描述的这种类型的变焦镜头，在变焦镜头中被定位于最靠近图像侧的镜头组具有正折射能力是合适的。
因此，期望提供一种紧凑的变焦镜头以及一种合并了该变焦镜头的图像拾取装置，该变焦镜头在整个变焦区域上具有高的变焦率和高的光学性能并且能够实现使图像拾取角度变得足够宽以及因此适合于使用固态图像拾取元件作为图像拾取部件的图像拾取装置。
根据本发明的一个实施例，提供了一种变焦镜头，该变焦镜头包括从物体侧依序布置的第一、第二、第三以及第四镜头组，即具有正折射能力的第一镜头组、具有负折射能力的第二镜头组、具有正折射能力的第三镜头组，以及具有正折射能力的第四镜头组，当从广角端向远距(telephoto)端变焦时，第一镜头组移动以便增加与第二镜头组的距离，并且第二镜头组向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧，并且第三镜头组向物体侧移动，第一镜头组仅仅包括粘合(cemented)的镜头，并且第一镜头组被这样配置以便满足以下的条件表达式(1)，其中该粘合的镜头包括从物体侧依序粘合的正镜头和负镜头并且通常具有正折射能力。
(1)25＜vd11-vd12＜50
其中，vd11是第一镜头组的正镜头的阿贝数，vd12是第一镜头组的负镜头的阿贝数。
在变焦镜头中，由于第一镜头组仅仅由粘合镜头组成，因此能够减少镜头组的厚度。此外，当满足条件表达式(1)时，能够在变焦率的整个范围上有利地执行色差(chromatic)像差校正。
从而，根据本发明的一个实施例，能够提供一种紧凑的变焦镜头以及一种合并了该变焦镜头的图像拾取装置，所述变焦镜头在整个变焦范围上具有高变焦率和高光学性能，并且能够实现使图像拾取角变得足够宽。
当结合附图时，本发明的以上的和其他的特征和优点将从以下的描述中和所附的权利要求中变得清楚，在附图中，类似的部件或者元件由类似的参考标记表示。
附图说明
图1是根据本发明的第一工作实例的变焦镜头的剖视图；
图2是图示图1的变焦镜头的广角端处的纵像差(longitudinal aberration)的示意图；
图3是图示图1的变焦镜头的广角端处的横像差(lateral aberration)的示意图；
图4是图示图1的变焦镜头的中间聚焦(focus)位置处的纵像差的示意图；
图5是图示图1的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差的示意图；
图6是图示图1的变焦镜头的远距端处的纵像差的示意图；
图7是图示图1的变焦镜头的远距端处的横像差的示意图；
图8是根据本发明的第二工作实例的变焦镜头的剖视图；
图9是图示图8的变焦镜头的广角端处的纵像差的示意图；
图10是图示图8的变焦镜头的广角端处的横像差的示意图；
图11是图示图8的变焦镜头的中间聚焦位置处的纵像差的示意图；
图12是图示图8的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差的示意图；
图13是图示图8的变焦镜头的远距端处的纵像差的示意图；
图14是图示图8的变焦镜头的远距端处的横像差的示意图；
图15是根据本发明的第三工作实例的变焦镜头的剖视图；
图16是图示图15的变焦镜头的广角端处的纵像差的示意图；
图17是图示图15的变焦镜头的广角端处的横像差的示意图；
图18是图示图15的变焦镜头的中间聚焦位置处的纵像差的示意图；
图19是图示图15的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差的示意图；
图20是图示图15的变焦镜头的远距端处的纵像差的示意图；
图21是图示图15的变焦镜头的远距端处的横像差的示意图；
图22是根据本发明的第四工作实例的变焦镜头的剖视图；
图23是图示图22的变焦镜头的广角端处的纵像差的示意图；
图24是图示图22的变焦镜头的广角端处的横像差的示意图；
图25是图示图22的变焦镜头的中间聚焦位置处的纵像差的示意图；
图26是图示图22的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差的示意图；
图27是图示图22的变焦镜头的远距端处的纵像差的示意图；
图28是图示图22的变焦镜头的远距端处的横像差的示意图；以及
图29是示出应用本发明的实施例的图像拾取装置的框图。
具体实施方式
以下，详细地描述应用本发明的实施例的变焦镜头和图像拾取装置。
<变焦镜头>
应用本发明的实施例的变焦镜头具有以下配置。具体地，该变焦镜头具有高的变焦率或者高的放大倍率和宽视角并且该变焦镜头是紧凑的。为此，该变焦镜头包括从物体侧依序布置的具有正焦距的第一镜头组、具有负焦距的第二镜头组、具有正焦距的第三镜头组以及具有正焦距的第四镜头组。变焦镜头改变这些镜头组之间的空隙来执行从广角端到远距端的变焦。
具体地，在从广角端到远距端的变焦时，第一镜头组移动以便增加与第二镜头组的距离并且第二镜头组向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧，以及第三镜头组向物体侧移动。通过这些移动，能够同时实现光学系统的小型化和高的变焦率。
要注意的是，在变焦时第四镜头组也可以移动。具体地，在从广角端向远距端变焦时，如果第四镜头组向物体侧移动一次并且然后移动返回图像侧，则进一步升高了倍率(power)变化效应并且还可能实现光学系统的整体长度的减小。
此外，在变焦时还与第三镜头组一起完整地移动诸如孔径光阑(aperturestop)之类的用于确定光圈数(F number)的部件。此外，通过在与光轴的垂直的方向上移动第三镜头组来校正图像抖动或者相机抖动。
在变焦镜头中，第一镜头组仅仅包括粘合镜头并且被这样配置以便满足以下的条件表达式(1)，其中粘合镜头包括从物体侧依序粘合的正镜头和负镜头并且具有通常的正折射能力。
(1)25＜vd11-vd12＜50
其中，vd11：第一镜头组的正镜头的阿贝数，并且
      vd12：第一镜头组的负镜头的阿贝数。
由于第一镜头组仅仅由如上述的粘合镜头形成，能够利用小的厚度来形成它，并且相应地，能够减少当变焦镜头处于折叠状态时的相机尺寸。此外，由于两个镜头被粘合，所以能够将在变焦镜头制造时的镜头的安装误差减小到极低的程度，并且除此之外，还可能简化镜头框架(frame)的结构。相应地，除了减少尺寸和厚度之外，有可能实现光学系统的性能的增强以及同时实现成本的减少。
以上的条件表达式(1)定义了在形成第一镜头组的粘合镜头中正镜头的材料的阿贝数和负镜头的材料的阿贝数之间的差。如果选择用于这些镜头的材料使得该差在条件表达式(1)的下限之外，则很难校正色差像差。
具体地，由于显著出现广角侧上的变焦区域中的轴外(off-axis)色差像差和远距侧上的另一变焦区域中的轴上(on-axis)色差像差，引起了图像劣化。另外，如果上述的差在条件表达式(1)的下限之外，则vd11的值减少或者vd12的值增加。在前一种情形中，当正镜头试图实现使角度变宽并且增加放大倍率时，伴随正镜头出现的色差像差变大。在后一种情形中，有利地执行负镜头的色差像差的校正变得困难。
另一方面，如果这样形成第一镜头组的粘合镜头，使得上述的差在条件表达式(1)的上限之外，则负镜头的材料的阿贝数变得极端地低，这不是优选的。由于通常具有低阿贝数的玻璃材料展示了与色散性(dispersion)一起的(具体地与高变焦率的变焦镜头一起的)部分色散性的增加，所以在远距侧的次级光谱很可能增加。
在本实施例的变焦镜头中，组成第一镜头组的正镜头是由双凸(biconvex)镜头形成的。当组成第一镜头组的正镜头是由双凸镜头形成的，则能够在粘合的镜头平面(lens plane)上有利地校正出现在被定位于最靠近物体侧的第一镜头组的镜头面(face)上的色差像差。变焦镜头被进一步优选地配置使得第一镜头组的正镜头的曲率满足以下的条件表达式(13)和(14)：
(13)3.0＜R11/IH＜7.0
(14)(IH×100)/|R12|＜4.0
其中，
R11：被定位于最靠近物体侧的第一镜头组的镜头面的曲率的半径
R12：第一镜头组中的粘合镜头平面的曲率的半径
IH：最大图像高度
条件表达式(13)和(14)定义了组成第一镜头组的双凸镜头的曲率。如果超过条件表达式(13)的下限来增加由R11定义的面的曲率，则出现在R11定义的平面上的各种像差增加并且引起图像劣化。另一方面，如果超过条件表达式(13)的上限来减少由R11定义的面的曲率，则从物体侧入射(incident)到由R11定义的平面上的轴外的光通量的入射角变大。相应地，当使光学系统的角度变宽时，轴外的像差的发生增加。除此之外，由于在R11定义的平面上旁轴理论(paraxial theory)的折射能力减少，所以第一镜头组的正折射能力也减少并且光学系统的小型化变得困难。
另一方面，如果由R12定义的平面的曲率变高超过条件表达式(14)的上限，则这意味着粘合的镜头平面的曲率变得极其高并且色差像差校正变得困难，该色差像差校正是在粘合的镜头平面上执行的以展示在整个变焦区域上处于良好平衡状态中的效果。因此，不可能同时实现放大倍率的增加、角度的变宽以及性能的增强的所有的这些。
此外，在变焦镜头中，由R11定义的面被优选地形成为非球面。这使得减少在该面上出现的各种像差(具体地是，广角侧上的轴外像差和远距侧上的球面像差)成为可能，并且相应地，进一步改进了光学性能。
本实施例的变焦镜头被这样配置使得第一镜头组满足以下条件表达式(2)和(3)：
(2)7.0＜f1/IH＜14
(3)2.2＜f1/√(fw·ft)＜3.6
其中
f1：第一镜头组的焦距
IH：最大图像高度
fw：在广角端处整个系统的焦距
ft：在远距端处整个系统的焦距
条件表达式(2)和(3)定义了第一镜头组的折射能力，并且如果该折射能力在条件表达式(2)和(3)的下限之外，则校正像差变得困难，并且因此，引入了图像劣化。另一方面，如果折射能力在条件表达式(2)和(3)的上限之外，则第一镜头组的折射能力变得极低并且同时实现放大倍率的增加、角度的变宽以及尺寸的减小变得困难。通过设置如条件表达式(2)和(3)定义的第一镜头组的折射能力，能够实现光学系统的放大倍率的增加和小型化，同时基于粘合的镜头将第一镜头组配置在小尺寸中。
在本实施例的变焦镜头中，被定位于最靠近图像侧的第一镜头组的镜头面具有向图像侧的凹形。通过这种配置，能够有利地执行在广角侧的轴外像差的校正(具体地是慧差(comatic)像差的校正)，以及在远距侧的球面像差的校正。相应地，实现了角度的变宽、放大倍率的增加和光学性能的改进。
优选地，这样配置变焦镜头使得上述的镜头面满足以下的条件表达式(15)，
(15)：0.01＜IH/R13/＜0.1
其中，
R13：被定位于最靠近图像侧的第一镜头组的镜头面的曲率的半径
IH：最大图像高度
条件表达式(15)定义了由R13定义的面的曲率。如果由R13定义的面的曲率在条件表达式(15)的下限之外，则由于从R13定义的面到图像侧出射(emerge)的光通量的出射角变得极其大，因此校正具体在广角侧上的轴外像差和在远距侧上的球面像差变得困难。另一方面，即使由R13定义的曲线的曲率在条件表达式(15)的上限之外，也很期望能执行各种像差的校正。此外，优选地将由R13定义的面形成为非球面。通过这种配置，能够进一步增强满足条件表达式(15)所实现的效果，即在广角侧上的轴外像差的校正效果和在远距侧上的球面像差的校正效果。
通过以上述的这种方式来配置第一镜头组，本实施例的变焦镜头清除了上文中描述的问题，并且为了实现该配置，重要的是从物体侧依序布置并粘合第一镜头组的正镜头和负镜头。
在本实施例的变焦镜头中，第二镜头组至少包括一对镜头，该对镜头包含从物体侧依序布置的负镜头和正镜头，并且可以由粘合的镜头或者多个单个镜头形成，第二镜头组满足以下的条件表达式(4)到(6)：
(4)1.0＜|f2/fw|＜1.6
(5)15＜vd2n-vd2p＜35
(6)ndP＞1.75
其中
f2：第二镜头组的焦距
fw：在广角端处的整个系统的焦距
vd2n：在第二镜头组中布置的所有负镜头的阿贝数的平均值
vd2p：在第二镜头组中布置的所有正镜头的阿贝数的平均值
ndP：在第二镜头组中布置的所有正镜头的折射率(index)的平均值
其中按照上述的方式来配置第二镜头组，这展示了这样的效果，具体地是有利地校正广角侧上的各种轴外像差和远距侧上的各种轴上像差。
条件表达式(4)定义了第二镜头组的折射能力。如果超过条件表达式(4)的下限以增加第二镜头组的折射能力，则校正像差变得困难，导致了图像质量的劣化。另一方面，如果超过条件表达式(4)的上限，则第二镜头组的折射能力变得不够，并且实现光学系统小型化以及增加光学系统的放大倍率变得困难。
条件表达式(5)定义了在第二镜头组中布置的所有的负镜头的阿贝数的平均值与所有正镜头的阿贝数的平均值之差。如果这样配置第二镜头组使得超过条件表达式(5)的上限或者下限，则校正广角侧上的轴外像差和远距侧上的轴上色差像差变得困难。相应地，实现光学系统的放大倍率的增加和角度的变宽变得困难。
条件表达式(6)定义了在第二镜头组中布置的所有正镜头的折射率的平均值。如果该平均值变小超过了条件表达式(6)的下限，则由于第二镜头组的Petzbar和在负方向上的增加，当旨在实现光学系统的放大倍率的增加和角度的变宽时，校正场(field)的曲率变得困难。
此外，在变焦镜头中，如果第二镜头组由包括从物体侧依序布置的负能力、负能力和正能力镜头的三个镜头并且满足以下的条件表达式(4)、(7)和(8)，则上述的优势变得更加有效：
(4)1.0＜|f2/fw|＜1.6
(7)15＜{(vd21+vd22)/2}-vd23＜30
(8)nd23＞1.84
其中，
f2：第二镜头组的焦距
fw：在广角端处的整个系统的焦距
vd21：被布置在最靠近物体侧的第二镜头组的负镜头的阿贝数
vd22：被布置在次靠近物体侧的第二镜头组的负镜头的阿贝数
vd23：被布置在最靠近图像侧的第二镜头组的正镜头的阿贝数
nd23：被定位于最靠近图像侧的第二镜头组的正镜头的折射率
变焦镜头满足有关与在从广角端向远距端变焦时第二镜头组的移动的、以下的条件表达式(9)和(10)：
(9)0.7＜|ΔWM2|/IH＜1.2
(10)|ΔWT2|/IH＜0.7
其中
ΔWM2：从广角端处的第二镜头组的位置到在中间聚焦位置处的第二镜头组的位置的距离(fm＝√(fw·ft))
ΔWT2：从广角端处的第二镜头组的位置到在远距端处的第二镜头组的位置的距离
IH：最大图像高度
条件表达式(9)和(10)定义了在变焦时第二镜头组移动的摆动(stroke)。如果第二镜头组移动的摆动变得大大超过条件表达式(9)或(10)的上限，则用于在光学轴方向上移动第二镜头组的凸轮环(cam ring)的厚度变大。因此，减少处于变焦镜头折叠状态中的相机的尺寸变得困难。另一方面，如果超过条件表达式(9)的下限，则第二镜头组移动的摆动变得极其小，并且因此，减少光学系统的整体的长度的尺寸变得困难。
在本实施例的变焦镜头中，第三镜头组至少包括由正镜头和负镜头形成的一个粘合的镜头并且该粘合的镜头的玻璃材料满足以下的表达式(11)：
(11)25＜vd3p-vd3n＜70
其中，
vd3p：组成第三镜头组的正镜头的阿贝数
vd3n：组成第三镜头组的负镜头的阿贝数
如果这样形成第三镜头组中的粘合的镜头使得超过了条件表达式(11)的下限，则第三镜头中的色差像差的出现增加，并且因此，升高光学系统的变大倍率变得困难。另一方面，如果这样配置粘合的镜头使得超过条件表达式(11)的上限，则由于组成第三镜头组的正镜头的折射率易于变小，所以整个第三镜头组的正折射能力变小。相应地，实现足够高的放大倍率变得困难。
在本实施例的变焦镜头中，第三和第四镜头组的焦距满足以下条件表达式(12)：
(12)0.25＜f3/f4＜1.0
其中
f3：第三镜头组的焦距
f4：第四镜头组的焦距
条件表达式(12)定义了在第三和第四镜头组之间的焦距比率。如果焦距比率在下限之外，则第四镜头组的折射能力变低并且在变焦期间内像差变化变大，导致实现高放大倍率变得困难。另一方面，如果超过上限，则第三镜头组的折射能力变低并且整个长度变长，导致实现尺寸的减少变得困难。
本实施例的变焦镜头的第四镜头组可以由具有正折射能力的单个镜头组件形成。此外，为了形成本实施例的变焦镜头以便使其简单并且具有高性能，该第四镜头组可以由具有至少一个非球面并且具有正折射能力的单个镜头形成。
此外，第四镜头组促使光学系统接近(approach)图像侧的远心(telecentric)光学系统。相应地，第四镜头组扮演了场镜头的角色以便适合于通过第一到第四镜头组在固态图像拾取元件上形成图像的图像拾取装置。
优选地，由包括相对少数目的镜头组件的第四镜头组来执行聚焦。这使得减少聚焦镜头单元的尺寸成为可能并且还有利地减少对聚焦致动器(focusing actuator)的负荷和减少功耗。
此外，如果第四镜头组由塑模(plastic molding)生产的单一的正镜头组成，则本实施例的变焦镜头的优点变得进一步有效。另外，实现聚焦镜头单元的重量和成本的减少成为可能。
工作实例
下面，描述根据本发明的实施例的变焦镜头的四个具体的工作实例。图1到28示出了这些工作实例的镜头配置和几种像差。此外，在表格1、5、9和13中表示在这些工作实例中的光学系统的数据。同时，在表格2、6、10和14中表示在能力变化时这些工作实例中距离的变化；表格3、7、11和15中表示这些工作实例中非球面的非球面系数；以及在表格4、8、12和16中表示在这些工作实例中条件表达式的数值。
要注意的是，在工作实例中使用的数值中的参考符号具有以下含义：
FNo：光圈数
f：焦距
ω：一半的视角
si：从物体侧计数的第i个面
ri：第i个面si的曲率的半径
di：从物体侧的第i个面与第i+1个面之间的面距离
ni：第i个镜头的d-线(波长587.6nm)处的折射率
vi：第i个镜头的d-线(波长587.6nm)处的阿贝数
期间，由以下表达式定义非球面的形状：
x＝cy2/(1+(1-(1+k)c2y2)1/2)+Ay4+By6+...
其中
x：在光学轴方向上距离镜头面顶部(top)的距离
y：在与光学轴正交的方向上的高度
c：在镜头的顶部处的旁轴曲率
k：圆锥(conic)常数
A、B、...：非球面常数
此外，在以下描述的数值实例中，表格中的术语“ASP”表示该面以非球面形状形成；“STO”表示该面以孔径光阑形成；而“INFINITY”表示该面以平面形成。
<工作实例1>
图1示出了根据工作实例1的变焦镜头的配置。参照图1，该变焦镜头包括从物体侧依序布置的具有正折射能力的第一镜头组GR1、具有负折射能力的第二镜头组GR2、具有正折射能力的第三镜头组GR3、以及具有正折射能力的第四镜头组GR4。在该变焦镜头中，当从广角端向远距端变焦时，第一镜头组GR1移动以便增加与第二镜头组GR2的距离，并且第二镜头组GR2向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧。此外，第三镜头组GR3向物体侧移动。
第一镜头组GR1仅仅由包括从物体侧依序粘合的正镜头L11和负镜头L12的粘合镜头组成，并且通常具有正折射能力。第二镜头组GR2由从物体侧依序布置的负镜头L21、另一负镜头L22和正镜头L23组成并且通常具有负折射能力。第三镜头组GR3由从物体侧依序布置的正镜头L31、孔径光阑STO、另一正镜头L32和负镜头L33组成并且通常具有正折射能力。第四镜头组GR4由正镜头L4组成并且通常具有正折射能力。
图2图示在工作实例1的变焦镜头的广角端处的纵像差。图3图示在工作实例1的变焦镜头的广角端处的横像差。图4图示在工作实例1的变焦镜头的中间聚焦位置处的纵像差。图5图示在工作实例1的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差。图6图示在工作实例1的变焦镜头的远距端处的纵像差。图7图示在工作实例1的变焦镜头的远距端处的横像差。
表格1表示了工作实例1中的光学系统的数据；表格2表示工作实例1的能力变化时的距离变化；表格3表示了工作实例1中的非球面的非球面常数；以及表格4中表示了工作实例1的条件表达式的数值。
[表格1]
Figure G2009101396908D00121
[表格2]
距离的变化
  f   5.2   13.24   34.29
  d3   0.350   8.000   16.600
  d9   10.935   3.296   0.350
  d15   4.985   4.687   12.287
  d17   2.250   6.251   4.500
[表格3]
非球面系数
  si   K   A   B   C   D
  1   0.00000E+00   -2.06413E-06   -3.74390E-08   4.70427E-10   -3.26858E-12
  4   0.00000E+00   9.36954E-04   -1.47440E-05   1.97110E-07   -2.95845E-09
  5   0.00000E+00   6.81593E-04   4.69463E-05   -8.45045E-07   6.67494E-08
  8   0.00000E+00   -9.87670E-04   2.51897E-05   -6.15310E-06   3.12460E-07
  9   0.00000E+00   -7.84495E-04   -1.16576E-06   -3.15051E-06   1.87203E-07
  10   0.00000E+00   -6.24519E-04   -2.09471E-05   -1.13662E-07   1.51498E-06
  11   0.00000E+00   9.96814E-04   -6.45312E-05   2.32484E-05   -5.78960E-07
  16   0.00000E+00   -2.22915E-05   1.96390E-05   -4.34006E-07   -4.17676E-08
  17   0.00000E+00   2.83555E-04   5.62335E-06   6.67357E-08   -5.27455E-08
[表格4]
条件表达式的数值
Figure G2009101396908D00131
<工作实例2>
图8示出了根据工作实例2的变焦镜头的配置。参照图8，该变焦镜头包括从物体侧依序布置的具有正折射能力的第一镜头组GR1、具有负折射能力的第二镜头组GR2、具有正折射能力的第三镜头组GR3以及具有正折射能力的第四镜头组GR4。在该变焦镜头中，当从广角端向远距端变焦时，第一镜头组GR1移动以便增加与第二镜头组GR2的距离，并且第二镜头组GR2向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧。此外，第三镜头组GR3向物体侧移动。
第一镜头组GR1仅仅由包括从物体侧依序粘合的正镜头L11和负镜头L12的粘合镜头组成，并且通常具有正折射能力。第二镜头组GR2由从物体侧依序布置的负镜头L21、另一负镜头L22和正镜头L23组成并且通常具有负折射能力。第三镜头组GR3由从物体侧依序布置的正镜头L31、孔径光阑STO、另一正镜头L32和负镜头L33组成并且通常具有正折射能力。第四镜头组GR4由正镜头L4组成并且通常具有正折射能力。
图9图示在工作实例2的变焦镜头的广角端处的纵像差。图10图示在工作实例2的变焦镜头的广角端处的横像差。图11图示在工作实例2的变焦镜头的中间聚焦(intermediate focal)位置处的纵像差。图12图示在工作实例2的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差。图13图示在工作实例2的变焦镜头的远距端处的纵像差。图14图示在工作实例2的变焦镜头的远距端处的横像差。
表格5表示了工作实例2中的光学系统的数据；表格6表示工作实例2在能力变化时的距离变化；表格7表示了工作实例2中的非球面的非球面常数；以及表格8中表示了工作实例2的条件表达式的数值。
[表格5]
f＝5.20～34.29  FNo＝3.25～5.41  ω＝38.52～6.43
  si   ri   di   ni   vi
  1(ASP)   18.883   3.340   1.76802   49.240
  2   -2949.099   0.500   1.94595   17.980
  3   71.254   (d3)
  4(ASP)   299.101   0.720   1.85135   40.100
  5(ASP)   6.964   2.270
  6   -169.906   0.500   1.81600   46.570
  7   6.873   0.800
  8(ASP)   9.440   1.734   1.90680   21.200
  9(ASP)   69.442   (d9)
  10(ASP)   4.505   1.420   1.69350   53.200
  11(ASP)   -14.302   0.000
  STO   无限大   0.150
  13   3.969   1.000   1.49700   81.610
  14   -55.589   0.350   1.90366   31.320
  15   2.960   (d15)
  16(ASP)   13.585   1.205   1.52470   56.460
  17(ASP)   -46.662   (d17)
  18   无限大   0.300   1.51680   64.200
  19   无限大   0.750
  20   无限大   0.500   1.55671   58.562
  21   无限大   0.600
  IMG   无限大
[表格6]
距离的变化
  f   5.20   13.36   34.29
  d3   0.350   8.000   16.026
  d9   10.664   3.291   0.350
  d15   4.862   4.522   11.685
  d17   2.221   6.150   4.500
[表格7]
非球面系数
  K   A   B   C   D
  1   0.00000E+00   -1.43402E-06   -2.79024E-08   3.40690E-10   -2.18023E-12
  4   0.00000E+00   1.06611E-03   -1.96863E-05   1.36364E-07   -5.86011E-10
  5   0.00000E+00   9.80014E-04   4.83591E-05   -4.02096E-08   -7.35445E-09
  8   0.00000E+00   -7.66752E-04   6.16852E-05   -7.04224E-06   2.91214E-07
  9   0.00000E+00   -7.42151E-04   3.23451E-05   -4.81031E-06   2.21369E-07
  10   0.00000E+00   -7.29532E-04   -4.14670E-05   5.74580E-06   7.87515E-07
  11   0.00000E+00   9.98841E-04   -6.64244E-05   2.31226E-05   -7.26052E-07
  16   0.00000E+00   -1.62061E-04   -2.22401E-06   -3.84055E-07   -7.72845E-08
  17   0.00000E+00   8.02270E-05   -1.86767E-05   4.72744E-09   -7.23224E-08
[表格8]
条件表达式的数值
Figure G2009101396908D00151
<工作实例3>
图15示出了根据工作实例3的变焦镜头的配置。参照图15，该变焦镜头包括从物体侧依序布置的具有正折射能力的第一镜头组GR1、具有负折射能力的第二镜头组GR2、具有正折射能力的第三镜头组GR3以及具有正折射能力的第四镜头组GR4。在该变焦镜头中，当从广角端向远距端变焦时，第一镜头组GR1移动以便增加与第二镜头组GR2的距离，并且第二镜头组GR2向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧。此外，第三镜头组GR3向物体侧移动。
第一镜头组GR1仅仅由包括从物体侧依序粘合的正镜头L11和负镜头L12的粘合镜头组成，并且通常具有正折射能力。第二镜头组GR2由从物体侧依序布置的负镜头L21、另一负镜头L22和正镜头L23组成并且通常具有负折射能力。第三镜头组GR3由从物体侧依序布置的正镜头L31、孔径光阑STO、另一正镜头L32和负镜头L33组成并且通常具有正折射能力。第四镜头组GR4由正镜头L4组成并且通常具有正折射能力。
图16图示在工作实例3的变焦镜头的广角端处的纵像差。图17图示在工作实例3的变焦镜头的广角端处的横像差。图18图示在工作实例3的变焦镜头的中间聚焦位置处的纵像差。图19图示在工作实例3的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差。图20图示在工作实例3的变焦镜头的远距端处的纵像差。图21图示在工作实例3的变焦镜头的远距端处的横像差。
表格9表示了工作实例3中的光学系统的数据；表格10表示工作实例3在能力变化时的距离变化；表格11表示了工作实例3中的非球面的非球面常数；以及表格12中表示了工作实例3的条件表达式的数值。
[表格9]
f＝5.20～34.29  FNo＝3.28～5.40  ω＝39.40～6.30
si ri di ni vi
  1(ASP)   19.881   3.320   1.76802   49.240
  2   -354.865   0.500   1.94595   17.980
  3   84.954   (d3)
  4(ASP)   140.596   0.720   1.79626   45.484
  5(ASP)   6.595   2.270
  6   -2546.541   0.500   1.83939   44.271
  7   7.045   0.800
  8(ASP)   9.437   1.710   1.90680   21.200
  9(ASP)   50.849   (d9)
  10(ASP)   4.561   1.159   1.69350   53.200
  11(ASP)   -14.480   0.000
  STO   无限大   0.150
  13   3.906   1.000   1.49700   81.610
  14   -257.594   0.350   1.90366   31.320
  15   2.960   (d15)
  16(ASP)   12.760   1.049   1.52470   56.460
  17(ASP)   -124.935   (d17)
  18   无限大   0.300   1.51680   64.200
  19   无限大   0.750
  20   无限大   0.500   1.55671   58.562
  21   无限大   0.600
  IMG   无限大
[表格10]
距离的变化
  f   5.20   13.35   34.29
  d3   0.350   8.000   16.521
  d9   10.720   3.354   0.350
  d15   4.925   4.600   11.252
  d17   2.315   6.252   4.500
[表格11]
非球面系数
si K A B C D
  1   0.00000E+00   -1.04330E-06   -1.03875E-08   7.69751E-11   -6.05181E-13
  4   0.00000E+00   1.10864E-03   -4.01616E-05   7.96337E-07   -7.48167E-09
  5   0.00000E+00   1.19199E-03   2.35967E-05   -7.65382E-07   3.07377E-09
  8   0.00000E+00   -6.23661E-04   5.26022E-05   -6.99579E-06   2.99830E-07
  9   0.00000E+00   -6.68096E-04   2.65686E-05   -4.36606E-06   2.18083E-07
  10   0.00000E+00   -7.35933E-04   -4.16242E-05   -5.07637E-08   1.64044E-06
  11   0.00000E+00   9.22728E-04   -9.45884E-05   2.42176E-05   -6.04859E-07
  16   0.00000E+00   3.87626E-04   -2.58867E-05   -1.29009E-06   -7.08422E-08
  17   0.00000E+00   7.43144E-04   -1.91155E-05   -3.47335E-06   1.73649E-08
[表格12]
条件表达式的数值
<工作实例4>
图22示出了根据工作实例4的变焦镜头的配置。参照图22，该变焦镜头包括从物体侧依序布置的具有正折射能力的第一镜头组GR1、具有负折射能力的第二镜头组GR2、具有正折射能力的第三镜头组GR3，以及具有正折射能力的第四镜头组GR4。在该变焦镜头中，当从广角端向远距端变焦时，第一镜头组GR1移动以便增加与第二镜头组GR2的距离，并且第二镜头组GR2向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧。此外，第三镜头组GR3向物体侧移动。
第一镜头组GR1仅仅由包括从物体侧依序粘合的正镜头L11和负镜头L12的粘合镜头组成，并且通常具有正折射能力。第二镜头组GR2由从物体侧依序布置的负镜头L21、另一负镜头L22和正镜头L23组成并且通常具有负折射能力。第三镜头组GR3由从物体侧依序布置的正镜头L31、孔径光阑STO、另一正镜头L32和负镜头L33组成并且通常具有正折射能力。第四镜头组GR4由正镜头L4组成并且通常具有正折射能力。
图23图示在工作实例4的变焦镜头的广角端处的纵像差。图24图示在工作实例4的变焦镜头的广角端处的横像差。图25图示在工作实例4的变焦镜头的中间聚焦位置处的纵像差。图26图示在工作实例4的变焦镜头的中间聚焦位置处的横像差。图27图示在工作实例4的变焦镜头的远距端处的纵像差。图28图示在工作实例4的变焦镜头的远距端处的横像差。
表格13表示了工作实例4中的光学系统的数据；表格14表示工作实例4在能力变化时的距离变化；表格15表示了工作实例4中的非球面的非球面常数；以及表格16中表示了工作实例4的条件表达式的数值。
[表格13]
f＝5.20～34.29  FNo＝3.34～5.54  ω＝38.49～6.35
  ri   di   ni   vi
  1(ASP)   19.019   3.350   1.61881   63.850
  2   -450.332   0.600   1.94595   17.980
  3   190.473   (d3)
  4   30.388   0.500   1.88300   40.800
  5   6.000   0.100   1.53420   41.734
  6(ASP)   5.528   2.324
  7   -1.591E+05   0.500   1.88300   40.800
  8   7.376   0.800
  9(ASP)   10.135   1.814   1.90680   21.200
  10(ASP)   397.968   (d10)
  11(ASP)   4.719   1.540   1.69350   53.200
  12(ASP)   -19.868   0.000
  STO   无限大   0.150
  14   3.717   1.030   1.49700   81.610
  15   -60.026   0.350   1.90366   31.320
  16   3.019   (d16)
  17(ASP)   9.476   1.672   1.52470   56.460
  18(ASP)   -586.310   (d18)
  19   无限大   0.300   1.51680   64.200
  20   无限大   0.400
  21   无限大   0.500   1.55671   58.562
  22   无限大   0.539
  IMG   无限大
[表格14]
距离的变化
  f   5.20   13.36   34.29
  d3   0.350   8.716   17.002
  d10   11.430   3.491   0.350
  d16   5.582   5.745   13.483
  d18   2.397   6.210   5.323
[表格15]
非球面系数
  si   K   A   B   C   D
  1   0.00000E+00   -1.72029E-06   -5.03072E-08   7.01440E-10   -4.83386E-12
  6   0.00000E+00   -2.58670E-04   1.37788E-05   -2.60820E-06   9.58351E-08
  9   0.00000E+00   -3.38728E-04   1.91802E-05   -4.39390E-06   1.88716E-07
  10   0.00000E+00   -4.41782E-04   1.63421E-05   -3.85340E-06   1.56368E-07
  11   0.00000E+00   -2.28381E-04   9.60064E-05   -1.80119E-05   3.91231E-06
  12   0.00000E+00   1.13360E-03   6.96076E-05   -3.23757E-06   3.65245E-06
  17   0.00000E+00   -7.57352E-04   6.38650E-05   -4.77646E-06   7.40568E-08
  18   0.00000E+00   -5.23695E-04   6.61104E-05   -5.55643E-06   1.00473E-07
[表格16]
条件表达式的数值
能够认识到工作实例1到4的变焦镜头的数值满足条件表达式(1)到(15)，并且如从用于图示变焦镜头的像差的示意性图中看出是，在广角端位置处、在广角端和远距端之间的中间聚焦的位置处以及在远距端位置处，像差被校正处于良好的平衡的状态。
<图像拾取装置：数码静止相机>
现在，描述一种根据本发明的实施例在其中合并了变焦镜头的图像拾取装置。图29示出了应用了上述的本发明的实施例的变焦镜头的、以数码静止相机的形式的图像拾取装置的配置的实例。
参照图29，所示的数码静止相机100包括：具有图像拾取功能的相机块10；相机信号处理部件20，用于对由相机块10拾取的图像的图像信号执行诸如模数转换的信号处理；以及图像处理部件30，用于对图像信号执行记录和重现处理。数码静止相机100还包括用于显示由相机块10拾取的图像的显示部件40，诸如LCD(液晶显示器)单元或者有机EL(电致发光)显示单元等，以及用于执行向存储卡51写入/或者从存储卡51读出的读取器/写入器(R/W)50。数码静止相机100还包括：中央处理器单元(CPU)60，用于控制整个数码静止相机100；用户可操作的输入部件70，用于输入操作信号；以及镜头驱动控制部件80，用于控制相机块10中的镜头系统的驱动。
相机块10包括光学系统，该光学系统包括：应用本发明的实施例的变焦镜头11、图像拾取元件12(诸如CCD(电荷耦合器件)元件或者CMOS(互补金属氧化物半导体)元件)等等。相机信号处理部件20执行信号处理，诸如将来自图像拾取元件12的输出信号转换为数字信号、减少噪声、画面质量校正和向亮度和色差信号的转换。图像处理部件30基于预定的图像数据格式执行对图像信号的压缩编码和解压缩解码处理，对诸如分辨率之类的数据规范(specification)进行转换处理等等。
存储卡51包括可移除的半导体存储器。读取器/写入器50将由图像处理部件30编码的图像数据写入到存储卡51并且读出在存储卡51中记录的图像数据。CPU 60是用于控制数码静止相机中的电路块的控制处理部件并且基于来自输入部件70等等的指令输入信号控制电路块。
输入部件70包括，例如，用于执行快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关以及其他必要的按钮和开关，并且响应于由用户执行的操作向CPU 60输出指令输入信号。镜头驱动控制部件80基于来自CPU 60的控制信号来控制用于驱动变焦镜头11中的多个镜头的电机等等。
简要地描述数码静止相机100的操作。在图像拾取的等待状态中，由相机块10拾取的图像信号在CPU 60的控制下通过相机信号处理部件20被输出到显示部件40并且基于通过相机(camera-through)信号在显示部件40上被显示。
如果从输入部件70输入用于变焦的指令输入信号，则CPU 60向镜头驱动控制部件80输出控制信号。相应地，在镜头驱动控制部件80的控制下，移动变焦镜头11中的预定的镜头或者多个镜头。
然后，如果响应于来自输入部件70的指令输入信号，相机块10的快门(未示出)被释放，则所拾取的图像信号从相机信号处理部件20被输出到图像处理部件30并且经历图像处理部件30的压缩编码处理使得其被转换为预定的数据格式的数字信号。经转换的数据被输出到读取器/写入器50并且被写入到存储卡51。
要注意的是这样执行聚焦使得例如当快门释放按钮被半按下或者被完全按下用于记录时，镜头驱动控制部件80基于来自CPU 60的控制信号移动变焦镜头11中的预定的镜头或者多个镜头。
另一方面，当在存储卡51上记录的图像数据要被重现时，响应于输入部件70的操作通过读取器/写入器50从存储卡51中读出预定的图像数据。然后，该图像信号经历图像处理部件30的解压缩解码处理，并且作为结果的重现图像信号被输出到显示部件40。相应地，在显示部件40上显示重现的图像。
要注意的是，尽管在上述的本发明的实施例中，根据本发明的实施例的图像拾取装置被应用到数码静止相机中，但将根据本发明的实施例的图像拾取装置应用到其他图像拾取装置(诸如摄像机)也是可能的。
此外，上述的本发明的实施例的组件的具体形状、结构和数值以及数值的实例仅仅是体现本发明的实例并且本发明的技术范围不应当被解释为限制性地依赖于它们。
本发明包含于2008年7月2日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-173096所公开的有关的主题，在此通过引用合并其全部内容。

Claims (15)

1.一种变焦镜头，包括：
具有正折射能力的第一镜头组；
具有负折射能力的第二镜头组；
具有正折射能力的第三镜头组；以及
具有正折射能力的第四镜头组；
从物体侧依序布置所述第一、第二、第三以及第四镜头组；
当从广角端向远距端变焦时，所述第一镜头组移动以便增加与所述第二镜头组的距离，并且所述第二镜头组向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧，并且所述第三镜头组向物体侧移动；
所述第一镜头组仅仅包括
粘合的镜头，其包括
正镜头，以及
负镜头；
从物体侧依序粘合所述正镜头和所述负镜头；
所述粘合的镜头通常具有正折射能力；
所述第一镜头组被这样配置以便满足以下的条件表达式(1)：
(1)25＜vdll-vd12＜50
其中，vd11是所述第一镜头组的所述正镜头的阿贝数，vd12是所述第一镜头组的所述负镜头的阿贝数。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中组成所述第一镜头组的所述正镜头是由双凸镜头形成的。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第一镜头组满足以下条件表达式(2)和(3)：
(2)7.0＜f1/IH＜14
(3)2.2＜f1/√(fw·ft)＜3.6
其中f1是所述第一镜头组的焦距，IH是最大图像高度，fw是在广角端处整个系统的焦距而ft是在远距端处整个系统的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中被定位于最靠近图像侧的所述第一镜头组的镜头面具有向图像侧的凹形状。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第二镜头组包括一对镜头，其包括
负镜头，以及
正镜头，
从物体侧依序布置所述负镜头和所述正镜头，并且
所述第二镜头组满足以下的条件表达式(4)到(6)：
(4)1.0＜|f2/fw|＜1.6
(5)15＜vd2n-vd2p＜35
(6)ndP＞1.75
其中f2是所述第二镜头组的焦距，fw是在广角端处的整个系统的焦距，vd2n是在所述第二镜头组中布置的所有负镜头的阿贝数的平均值，vd2p是在所述第二镜头组中布置的所有正镜头的阿贝数的平均值，以及ndP是在所述第二镜头组中布置的所有正镜头的折射率的平均值。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第二镜头组具有三个镜头并且满足以下的条件表达式(4)、(7)和(8)，所述三个镜头包括从物体侧依序布置的负能力、负能力和正能力的镜头：
(4)1.0＜|f2/fw|＜1.6
(7)15＜{(vd21+vd22)/2}-vd23＜30
(8)nd23＞1.84
其中，f2是所述第二镜头组的焦距，fw是在广角端处的整个系统的焦距，vd21是被布置在最靠近物体侧的所述第二镜头组的负镜头的阿贝数，vd22是被布置在次靠近物体侧的所述第二镜头组的负镜头的阿贝数，vd23是被布置在最靠近图像侧的所述第二镜头组的正镜头的阿贝数，以及nd23是被定位于最靠近图像侧的所述第二镜头组的正镜头的折射率。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足当从广角端向远距端变焦时关于所述第二镜头组的移动的以下的条件表达式(9)和(10)：
(9)0.7＜|ΔWM2|/IH＜1.2
(10)|ΔWT2|/IH＜0.7
其中ΔWM2是从广角端处的所述第二镜头组的位置到在中间聚焦位置处的所述第二镜头组的位置的距离，ΔWT2是从广角端处的所述第二镜头组的位置到远距端处的所述第二镜头组的位置的距离，以及IH是最大图像高度，中间聚焦位置由fm＝√(fw·ft)给出，其中fm是中间聚焦位置，fw是在广角端处的整个系统的焦距，而ft是在远距端处的整个系统的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第三镜头组至少包括由正镜头和负镜头形成的一个粘合的镜头并且该粘合镜头由玻璃材料制成，并满足以下的表达式(11)：
(11)25＜vd3p-vd3n＜70
其中，vd3p是形成所述第三镜头组的正镜头的阿贝数，vd3n是形成所述第三镜头组的负镜头的阿贝数。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第三和第四镜头组的焦距满足以下表达式(12)：
(12)0.25＜f3/f4＜1.0
其中f3是所述第三镜头组的焦距，f4是所述第四镜头组的焦距。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中在光学轴的方向上移动所述第四镜头组以执行聚焦。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中在从广角端向远距端变焦时，所述第四镜头组首先向物体侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中在与光学轴正交的方向上移动所述第三镜头组以执行对图像抖动的校正。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第四镜头组是由塑模形成的单一的正镜头制成的。
14.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中通过所述第一到第四镜头组在固态图像拾取元件上形成图像。
15.一种图像拾取装置，包括
变焦镜头，其包括
具有正折射能力的第一镜头组；
具有负折射能力的第二镜头组；
具有正折射能力的第三镜头组；以及
具有正折射能力的第四镜头组；
从物体侧依序布置所述变焦镜头的所述第一、第二、第三以及第四镜头组；以及
固态图像拾取元件，用于将由所述变焦镜头形成的光学图像转换为电信号；
当从广角端向远距端变焦时，所述第一镜头组移动以便增加与所述第二镜头组的距离，并且所述第二镜头组向图像侧移动一次并且然后移动以便返回物体侧，并且所述第三镜头组向物体侧移动；
所述第一镜头组仅仅包括
粘合的镜头，其包括
正镜头，以及
负镜头；
从物体侧依序粘合所述正镜头和所述负镜头；
所述粘合的镜头通常具有正折射能力；
所述变焦镜头的所述第一镜头组被这样配置以便满足以下的条件表达式(1)：
(1)25＜vd11-vd12＜50
其中，vd11是所述第一镜头组的所述正镜头的阿贝数，vd12是所述第一镜头组的所述负镜头的阿贝数。
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