CN101819318B

CN101819318B - 可变焦距透镜系统以及成像装置

Info

Publication number: CN101819318B
Application number: CN2010101111041A
Authority: CN
Inventors: 大竹基之
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: US7920333B2; JP4678555B2; CN101819318A; JP2010204148A; US20100220399A1

Abstract

本发明提供了可变焦距透镜系统和成像装置，该可变焦距透镜系统包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组及具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。该系统满足-0.65＜(R33-R34)/(R33+R34)＜-0.25和-1.0＜(R22-R23)/(R22+R23)＜-0.6，其中R33表示第三透镜组的粘合透镜最靠近成像侧的表面的曲率半径，R34表示第三透镜组布置在最靠近成像侧的正透镜的物体侧表面的曲率半径，R22表示第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的曲率半径，并且R23表示第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧的表面的曲率半径。

Description

可变焦距透镜系统以及成像装置

相关申请的参考

本申请包含于2009年2月27日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-046325中所披露的相关主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种可变焦距透镜系统以及一种成像装置。更具体地，本发明特别涉及用于摄像机、数码相机等的并且在广角端状态下具有超过75度的视角以及超过10倍的变焦比的可变焦距透镜系统以及成像装置的技术领域。

背景技术

过去，使用了一种采用图像拾取器件作为相机中的记录装置的方法，该图像拾取器件使用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的光电转换元件来记录形成在图像拾取器件的表面上的对象图像，该记录操作是通过使用光电转换元件将该对象图像的光量转换成电输出而实现的。

近几年，随着微细加工技术的进步，中央处理单元(CPU)的速度以及存储介质的集成密度都增加了。因此，已开始对过去不能处理的大容量图像数据进行高速处理。另外，光接收元件也增加了集成密度，减小了尺寸。集成密度的增加能够使记录的空间频率更高，并且尺寸的减小能够使整个相机的尺寸减小。

然而，存在一个问题，即，上述集成密度的增加以及尺寸的减小导致了单个光电转换元件的光接收面积减小，并且产生的电输出会伴随着噪声影响的增大而降低。鉴于这一点，为了减小噪声的影响，有这样一种结构，在该结构中增大光学系统的孔径比，以增加到达光接收元件的光量。另外，还有一种结构，在该结构中将称作微透镜阵列的微透镜元件布置成紧挨在各个元件之前。

这些微透镜阵列将到达相邻元件之间的光通量引导到这些元件上，但限制了透镜系统的出射光瞳位置。这是因为，该透镜系统的出射光瞳位置与这些光接收元件越近，到达这些光接收元件的主光线与该光轴之间就形成越大的角度，因此指向画面外围区域的轴外光通量形成了相对于该光轴的一个大的角度，从而阻止了所期望的光量到达这些光接收元件并导致了光量的不足。

近些年，随着数码相机的普及，用户的要求也变得多样。

具体而言，期望的是尺寸小并包括具有高放大倍率的变焦透镜(一种可变焦距透镜系统)的一种相机，并且设置有具有超过10倍的放大倍率的变焦透镜。

一般地，正-负-正-正四组型被用作代表具有高放大倍率的变焦透镜的结构的一种类型。

该正-负-正-正四组型变焦透镜被配置为包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组和具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。在该正-负-正-正四组型变焦透镜中，在透镜的位置状态从具有最短焦距的广角端状态变为具有最长焦距的摄远端状态的过程中，第一到第三透镜组中的每一个都移动以使在第一与第二透镜组之间的间隔增加并且使第二与第三透镜组之间的间隔减小，并且通过第四透镜组的移动来补偿像面位置的波动。

作为这样一个正-负-正-正四组型变焦透镜，例如，使用日本未审查专利申请公开第2008-146016号中所述的变焦透镜。

另外，近年来，视角超过75度的广角变焦透镜增多。作为此类广角变焦透镜之一，过去经常使用包括具有正折射力的第一透镜组的一种所谓的负先行(negative-lead)型变焦透镜。

例如，在日本未审查专利申请公开第2007-94174号中所述的变焦透镜被配置为包括具有负折射力的第一透镜组和具有正折射力的第二透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。

另外，在日本未审查专利申请公开第2008-46208号中所述的变焦透镜被配置为包括具有负折射力的第一透镜组、具有正折射力的第二透镜组、具有负折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。

另外，近年来，非球面透镜已被普遍使用，并且包括具有正折射力的第一透镜组的所谓的正先行型变焦透镜也被经常使用。

这样一个正先行型变焦透镜包括日本未审查专利申请公开第2008-102165号、第2007-72117号和第2008-203453号等中所述的变焦透镜。

例如，在日本未审查专利申请公开第2008-102165号中所述的正先行型变焦透镜中，许多非球面透镜被用于实现广角和高放大倍率，并且第三透镜组被配置为包括具有两个凸面的正透镜以及具有朝向成像侧的凹面的弯月形负透镜，这些透镜从物体侧向成像侧依次布置。

在日本未审查专利申请公开第2007-72117号中所述的变焦透镜中，第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的粘合透镜和正透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜以及具有朝向成像侧的凹面的负透镜所形成。

在日本未审查专利申请公开第2008-203453号中所述的变焦透镜中，第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的具有两个凸面的正透镜和具有负折射力的粘合透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜以及具有朝向成像侧的凹面的负透镜所形成。

发明内容

然而，在试图实现超过75度的视角以及大约10倍的高放大倍率的负先行型变焦透镜中，光通量在摄远端状态下暂时扩散，因此通过第二透镜组后的这些透镜组的光通量的直径增加了。所以期望更好地校正球面像差。因此，存在这样一个问题，即，难于充分减小整个透镜长度和透镜直径。

另外，在现存的正先行型变焦透镜中，从该第二透镜组射出的轴外光通量被强烈扩散，以在确保尺寸减小的同时实现广角端状态下的广角。

因此，第三透镜组被配置为具有强的折射力。然而，如日本未审查专利申请公开第2008-102165号和第2008-203453号中所述的变焦透镜中，第三透镜组由正透镜和负透镜形成的结构具有以下问题：由于这些透镜相互的偏心率，光学性能明显劣化。

另外，在日本未审查专利申请公开第2007-72117号中所述的变焦透镜的第三透镜组中，该粘合透镜的成像侧表面的曲率半径和该正透镜的物体侧表面的曲率半径是相互接近的值。因此，存在以下问题，即，难于良好的校正球面像差。

鉴于以上方面，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统和成像装置中，期望解决上述问题，并且期望在确保尺寸减小的同时实现高放大倍率和广角。

鉴于上述问题，根据本发明实施方式的一种可变焦距透镜系统包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。在透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，第一与第二透镜组之间的间隔增加，第二与第三透镜组之间的间隔减小，第三与第四透镜组之间的间隔改变。在这些透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所有的透镜组都是可移动的。该第二透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的负透镜和粘合透镜，该负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有朝向成像侧的凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成。该第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的粘合透镜和具有两个凸面的正透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成。在该第二透镜组中，布置在物体侧的负透镜两个表面中的每个和粘合透镜的最靠近成像侧的表面被形成为非球面。该可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(1)和(2)：(1)-0.65＜(R33-R34)/(R33+R34)＜-0.25和(2)-1.0＜(R22-R23)/(R22+R23)＜-0.6，其中R33表示第三透镜组的粘合透镜最靠近成像侧的表面的曲率半径，R34表示第三透镜组布置在最靠近成像侧的正透镜的物体侧表面的曲率半径，R22表示第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的曲率半径，R23表示第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧表面的曲率半径。

因此，特别地，对在广角端状态下出现的负球面像差和正像场弯曲进行了良好的校正。因此，可以在确保尺寸减小的同时实现高的放大倍率和广角。

期望配置上述可变焦距透镜系统以满足以下条件表达式(3)：1.6＜f34w/fw＜2.1，其中，f34w表示在广角端状态下第三与第四透镜组的组合焦距，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距。

通过满足条件表达式(3)的可变焦距透镜系统，入射到第三透镜组上的主光线相对于光轴形成了一个小的角度。因此，可以减小整个透镜长度和第一透镜组的透镜直径。

期望配置上述可变焦距透镜系统以满足以下条件表达式(4)：2.3＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中，f1表示第一透镜组的焦距，ft表示在摄远端状态下整个透镜系统的焦距。

通过满足条件表达式(4)的可变焦距透镜系统，在摄远端状态下该第一透镜组的整体长度减小了，并且由该第一透镜组引起的负球面像差得到了良好的校正。

期望配置上述可变焦距透镜系统以满足以下条件表达式(5)：1.0＜∑2/fw＜1.3，其中，∑2表示第二透镜组沿光轴的厚度，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距。

通过满足条件表达式(5)的可变焦距透镜系统，抑制了基于透镜表面的位置的折射力的变化，并且入射到第一透镜组上的轴外光通量朝光轴移动。因此，可以改善光学性能并且实现尺寸的减小。

期望配置上述可变焦距透镜系统，以满足以下条件表达式(6)：0.25＜R22/D2w＜0.35，其中，D2w表示在广角端状态下从孔径光阑到第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的距离。

通过满足条件表达式(6)的可变焦距透镜系统，抑制了在第二透镜组的负透镜中的像场弯曲的出现，并且入射到该第二透镜组上的轴外光通量相对于光轴形成了一个小的角度。因此，可以改善光学性能。

期望配置上述可变焦距透镜系统，以使该孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧并在透镜的位置状态改变的过程中与该第三透镜组一起整体移动，并且期望配置该可变焦距透镜系统以满足以下条件表达式(7)：0.06＜dS3/R31＜0.10，其中，dS3表示在该孔径光阑与第三透镜组最靠近物体侧的表面之间沿光轴的距离，R31表示第三透镜组最靠近物体侧的表面的曲率半径。

通过如上配置并且满足条件表达式(7)的可变焦距透镜系统，在第三透镜组中出现的负球面像差得到了良好的校正，并且在摄远端状态下该透镜系统的整体长度减小了。

期望配置上述可变焦距透镜系统以满足以下条件表达式(8)：2＜f3/fw＜2.3，其中，f3表示第三透镜组的焦距。

通过满足条件表达式(8)的可变焦距透镜系统，伴随广角端状态下视角变化的彗形像差的波动得到良好的校正，并且无论这些透镜的位置状态如何，该透镜系统的整体长度都减小。

期望能够配置上述可变焦距透镜系统以满足以下条件表达式(9)：-1＜1/β2t＜-0.8，其中，β2t表示在摄远端状态下第二透镜组的横向倍率。

通过满足条件表达式(9)的可变焦距透镜系统，对在第二透镜组中出现的正球面像差进行满意而充分地校正，并且在摄远端状态下该透镜系统的整体长度减小了。

鉴于上述问题，根据本发明实施方式的一种成像装置包括可变焦距透镜系统和图像拾取器件，该图像拾取器件将由该可变焦距透镜系统形成的光学图像转换成电信号。该可变焦距透镜系统包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。在透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，第一与第二透镜组之间的间隔增加，第二与第三透镜组之间的间隔减小，第三与第四透镜组之间的间隔改变。在这些透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所有的透镜组都是可移动的。该第二透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的负透镜和粘合透镜，该负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有朝向成像侧的凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成。该第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的粘合透镜和具有两个凸面的正透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成。在该第二透镜组中，布置在物体侧的负透镜的两个表面中的每个和该粘合透镜最靠近成像侧的表面被形成为非球面。该可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(1)和(2)：(1)-0.65＜(R33-R34)/(R33+R34)＜-0.25和(2)-1.0＜(R22-R23)/(R22+R23)＜-0.6，其中R33表示第三透镜组的粘合透镜的最靠近成像侧的表面的曲率半径，R34表示第三透镜组布置在最靠近成像侧的正透镜的物体侧表面的曲率半径，R22表示第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的曲率半径，R23表示第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧的表面的曲率半径。

因此，特别地，对在广角端状态下出现的负球面像差和正像场弯曲进行了良好的校正。因此，可以在确保尺寸减小的同时，实现高的放大倍率和广角。

附图说明

图1是与图2～图4一起示出了用于实现根据本发明的实施方式的成像装置和可变焦距透镜系统的优选实施方式、并示出了该可变焦距透镜系统折射力分布的示意图；

图2是示出了根据本发明的第一实施方式的可变焦距透镜系统的透镜结构的示意图；

图3是与图4和图5一起示出了通过将具体数值应用于第一实施方式所获得的数值实施方式的像差示图、并示出了在广角端状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图4是示出了在中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图5是示出了在摄远端状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图6是示出了根据本发明的第二实施方式的可变焦距透镜系统的透镜结构的示意图；

图7是与图8和图9一起示出了通过将具体数值应用于第二实施方式所获得的数值实施方式的像差示图、并示出了在广角端状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图8是示出了在中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图9是示出了在摄远端状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图10是示出了根据本发明的第三实施方式的可变焦距透镜系统的透镜结构的示意图；

图11是与图12和图13一起示出了通过将具体数值应用于第三实施方式所获得的数值实施方式的像差示图、并示出了在广角端状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图12是示出了在中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；

图13是示出了在摄远端状态下的球面像差、像散、畸变像差以及横向像差的示意图；并且

图14是示出了根据本发明的实施方式的成像装置的框图。

具体实施方式

下面将对用于实现根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统和成像装置的优选实施方式进行描述。

可变焦距透镜系统的结构

首先对根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统进行描述。

根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统被配置为包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。

另外，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，在透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，第一与第二透镜组之间的间隔增加，第二与第三透镜组之间的间隔减小，第三与第四透镜组之间的间隔改变。另外，在这些透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所有的透镜组都是可移动的。

另外，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，该第二透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的负透镜和粘合透镜，该负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有朝向成像侧的凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成。

此外，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，该第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的粘合透镜和具有两个凸面的正透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成。

此外，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，在该第二透镜组中，布置在物体侧的该负透镜的两个表面中的每一个以及该粘合透镜最靠近成像侧的表面被形成为非球面。

下面将对形成根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统的各个透镜组的功能进行描述。

根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统被配置为使该第一和第二透镜组在广角端状态下彼此靠近地布置以使入射到该第一透镜组上的轴外光通量朝该光轴移动。因此，可以减小透镜直径。同时，在这些透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，第一与第二透镜组之间的间隔增加，从而使得通过该第一透镜组的轴外光通量远离该光轴移动。

根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统利用上述轴外光通量高度的变化，对伴随这些透镜的位置状态变化的轴外像差的波动进行良好的校正。

此外，在广角端状态下第二与第三透镜组之间的间隔增加，以使通过该第二透镜组的轴外光通量远离光轴移动。因此，可以对轴向像差和轴外像差分别进行校正。

另外，在这些透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，第二与第三透镜组之间的间隔减小，以使通过该第二透镜组的轴外光通量朝光轴移动。因此，可以对伴随这些透镜的位置状态变化的轴外像差的波动进行良好的校正，从而实现高性能。

在配置为包括如上所述的四个透镜组的可变焦距透镜系统中，试图增加广角端状态下的视角并实现尺寸减小和高性能涉及以下两个问题(A)和(B)：(A)伴随广角端状态下视角变化的轴外像差波动的增加，以及(B)由于在制造过程中出现的透镜的偏心率而引起的性能劣化的增加。

首先将对问题(A)进行描述。

一般而言，试图增加广角端状态下的视角时，入射到第一透镜组上的轴外光通量远离光轴移动，所以透镜的直径增加。特别是，在该第一透镜组具有正折射力的情况下，当试图通过使用现有技术来增加视角时，从该第一透镜组出射的光通量相对于光轴形成了一个明显大的角度。因此，增加了基于视角的轴外像差的波动。

鉴于以上方面，根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统关注以下事实：如果入射到该第一透镜组上的轴外光通量朝该光轴移动，那么可以抑制伴随视角变化的轴外像差的波动。确切地说，如下所述，减小该第二透镜组的厚度以对伴随视角变化的轴外像差的波动进行抑制。

为了减小该第二透镜组的厚度，该第二透镜组被配置为包括负透镜和粘合透镜，该负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有朝向成像侧的凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成，这些透镜从物体侧向成像侧依次布置。

作为现有结构，例如，如在日本未审查专利申请公开第2007-292994号中所述的，存在一种结构，在该结构中，第二透镜组包括弯月形负透镜和粘合透镜，该负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有两个凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成，这些透镜从物体侧到成像侧依次布置。

然而，在这样一种结构中，该粘合透镜最靠近物体侧的表面是朝向物体侧的凹面。因此，期望增加该负透镜与该粘合透镜之间的间隔。

因此，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，第二透镜组布置在物体侧的负透镜形成为非球面透镜，从而降低该粘合透镜最靠近物体侧的表面的像差校正功能并将该粘合透镜形成为具有朝向物体侧的凸面的形状。由此，实现了厚度的减小。

另外，作为另一种现有结构，例如，如在日本未审查专利申请公开第2008-191291号中所述的，存在一种结构，在该结构中，三个透镜从物体侧向成像侧依次布置，这三个透镜包括具有朝向成像侧的凹面的弯月形负透镜、具有两个凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的正透镜。

然而，在这样的一种结构中，该第二透镜不包括粘合透镜。因此，该第二透镜的厚度增加。

鉴于以上方面，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，第二透镜组最靠近成像侧的表面形成为非球面，从而对当位于成像侧的两个透镜形成为粘合透镜时产生的负球面像差进行了满意校正，并且形成了抑制像差的粘合透镜。因此，在本发明中，位于成像侧的这两个透镜(即，负透镜和正透镜)之间的间隔被消除从而实现了厚度的减小。

另外，如下所述，根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统还关注第三透镜组的结构。

作为现有结构，例如，如在日本未审查专利申请公开第2008-203453号中所述的，存在这样一种结构，其中，第三透镜组包括正透镜和粘合透镜，该正透镜具有两个凸面，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成，这些透镜从物体侧向成像侧依次布置。

然而，在这样的一种结构中，主光线通过第三透镜组布置在物体侧的正透镜会聚，并且此后通过粘合透镜扩散。因此，入射到第三透镜组上的主光线(从第二透镜组出射)相对于光轴形成了一个大的角度。由于主光线相对于光轴的大的角度，因此使得入射到第一透镜组上的轴外光通量远离光轴移动。

因此，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的粘合透镜和具有两个凸面的正透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成，从而改变在现有结构中的第三透镜组的折射力结构。

因此，入射到第三透镜组上的主光线(从第二透镜组出射)相对于光轴形成了一个小的角度，并且入射到第一透镜组上的轴外光通量朝光轴移动。因此，实现了透镜直径的减小。

接下来，将对问题(B)进行描述。

作为现有结构，例如，如在上述的日本未审查专利申请公开第2008-203453号中所述的，存在这样一种结构，其中，第三透镜组具有强的正折射力，并且包括具有正折射力的正透镜和具有负折射力的粘合透镜。

然而，在这样的一种结构中，由于该正透镜和该粘合透镜相互的偏心率，引起了光学性能的明显劣化。

因此，在本发明中，该第三透镜组的粘合透镜和正透镜被配置为相互可接触的。因此，通过使粘合透镜和正透镜相互接触，无需通过在其间插入另外的构件来固定该粘合透镜和该正透镜。因此，可以减小在制造过程中产生的相互的偏心率，并且因此可以确保制造过程中的稳定光学品质。

另外，存在另一种现有结构，在该结构中，第二透镜组由负透镜和粘合透镜形成，该粘合透镜具有作为最靠近物体侧表面的凹面，并且在该结构中，在该负透镜的成像侧表面有效直径的外周上形成一个平坦部，以使该负透镜和该粘合透镜相互可接触。

然而，在这样的一种结构中，粘合透镜的物体侧表面是一个凹面。因此，期望在粘合透镜的物体侧表面有效直径的外周上也形成一个平坦部，从而使得负透镜的成像侧表面的平坦部和粘合透镜的物体侧表面的平坦部相互接触。因此，通过将负透镜的平坦部和粘合透镜的平坦部相互接触，该粘合透镜可能由于这些平坦部而倾斜。

因此，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，该粘合透镜的物体侧表面形成为一个凸面。由此，可以使负透镜和粘合透镜相互接触，而无需在粘合透镜的物体侧表面的有效直径的外周上形成平坦部。因此，在制造过程中防止了粘合透镜由于这些平坦部而引起的倾斜。因此，可以减小在制造过程中出现的相互的偏心率，因此可以在制造过程中实现稳定的光学品质。

通过如上所述的结构，本发明能够在确保尺寸减小的同时实现高的放大倍率和广角。

根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统被配置为满足以下条件表达式(1)和(2)：(1)-0.65＜(R33-R34)/(R33+R34)＜-0.25和(2)-1.0＜(R22-R23)/(R22+R23)＜-0.6，其中R33表示第三透镜组的粘合透镜最靠近成像侧的表面的曲率半径，R34表示第三透镜组布置在最靠近成像侧的正透镜的物体侧表面的曲率半径，R22表示第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的曲率半径，R23表示第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧的表面的曲率半径。

条件表达式(1)是规定第三透镜组的粘合透镜与布置在该粘合透镜成像侧的正透镜之间形成的间隔形状的表达式。

如果获得高于条件表达式(1)的上限值的值，那么粘合透镜最靠近成像侧的表面的曲率半径和正透镜物体侧表面的曲率半径彼此接近并且降低了这两个面的像差校正功能。因此，没有对负球面像差进行良好的校正，并且没有获得良好的光学性能。

同时，如果获得低于条件表达式(1)的下限值的值，那么没有对在广角端状态下产生正像场弯曲进行良好的校正，并且没有获得良好的成像性能。

因此，通过满足条件表达式(1)的该可变焦距透镜系统，可以对在广角端状态下产生的负球面像差和正像场弯曲进行良好的校正，并且因此可以改善光学性能。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，在广角端状态下视角是宽的。一般而言，视角越宽，性能越容易由于在制造过程中产生的偏心率而发生劣化。

因此，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，为了在设计阶段改善光学性能以便在制造过程中也实现更高的光学性能，期望对基于视角的彗形像差的波动(易于在广角端状态下产生)进行更良好的校正。在这种情况下，期望将条件表达式(1)的上限值设为-0.30。

条件表达式(2)是规定第二透镜组的负透镜与布置在该负透镜成像侧的粘合透镜之间形成的间隔形状的表达式。

如果获得高于条件表达式(2)的上限值的值，那么在广角端状态下入射到第一透镜组上的轴外光通量远离该光轴移动。因此，在画面外围区域出现大的彗形像差，并且没有获得良好的光学性能。而且，第一透镜组的透镜直径增加。

同时，如果获得低于条件表达式(2)的下限值的值，那么该第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧的表面被形成为朝向物体侧的凹面。因此，如上所述，在制造过程中出现的负透镜和粘合透镜的相互的偏心率增加。因此，在制造过程中难于确保稳定的光学性能。

因此，通过满足条件表达式(2)的该可变焦距透镜系统，抑制了画面外围区域中彗形像差的出现并且减小了在制造过程中出现的负透镜与粘合透镜的相互的偏心率。因此，可以改善光学性能。

在本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，即使当该第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧的表面形成为凹面时，可以通过偏心率调整来改善由相互的偏心率引起的劣化的性能。

为了使入射到该第一透镜组上的轴外光通量朝光轴移动以减小透镜直径，期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(3)：1.6＜f34w/fw＜2.1，其中，f34w表示在广角端状态下第三与第四透镜组的组合焦距，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距。

条件表达式(3)是规定在广角端状态下第三与第四透镜组的组合焦距的表达式。

如果获得高于条件表达式(3)的上限值的值，那么无论该透镜系统的位置如何，第三透镜组的位置都朝物体侧移动。因此，整个透镜长度增加，并且没有实现尺寸的充分减小。

同时，如果获得低于条件表达式(3)的下限值的值，那么入射到第三透镜组上的主光线相对于光轴形成了一个大的角度。因此，入射到第一透镜组上的轴外光通量远离光轴移动，并且第一透镜组的透镜直径增加。

因此，通过满足条件表达式(3)的可变焦距透镜系统，可以减小整个透镜长度以及第一透镜组的透镜直径。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，第三与第四透镜组均具有正折射力。因此，通过这些透镜组的轴外光通量的高度不会根据这些透镜的位置状态而轻易改变。

因此，为了对伴随这些透镜的位置状态改变的通过这些透镜组的轴外光通量的高度的改变进行良好平衡，并且为了对伴随这些透镜的位置状态改变的轴外像差进行良好的校正，期望将条件表达式(3)的下限值设为1.7。

期望将条件表达式(3)的下限值设为1.7的原因将在下面进行描述。在使用图像拾取器件记录拍摄的图像或视频时，从第四透镜组出射的主光线基本上与光轴平行。因此，随着f34w/fw的值减小，第三透镜组的折射力增加，而第四透镜组的折射力减小。因此，用于对伴随这些透镜的位置状态改变的像面位置的改变进行校正的第四透镜组的移动距离增加。因此，通过第四透镜组的轴外光通量高度的变化增加，而通过第三透镜组的轴外光通量高度的变化减小。

因此，如上所述，条件表达式(3)的下限值被设为1.7，以对通过第三和第四透镜组的轴外光通量高度的变化进行适当设置。因此，可以确保高度变化的良好的平衡，并且可以对伴随这些透镜位置状态改变的轴外像差进行良好的校正。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，期望对如下所述的第一透镜组进行适当配置以实现更高的放大倍率、进一步减小的尺寸和更高的性能。

在摄远端状态下焦距较长。因此，如果放大倍率增加，那么期望对色像差和球面像差进行良好的校正。而且，为了实现高性能，对在每个透镜组中产生的色像差和球面像差进行良好的校正是至关重要的。为了对此类像差进行良好的校正并实现高性能，期望使用至少一个正透镜和至少一个负透镜。

另外，为了减小在摄远端状态下整个透镜长度和透镜直径，期望将第一透镜组配置为包括具有朝向成像侧的凹面的负透镜、具有朝向物体侧的凸面的第一正透镜和具有朝向物体侧的凸面的第二正透镜，这些透镜从物体侧向成像侧依次布置。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，如上所述对第一透镜组进行配置。通过布置在最靠近物体侧的负透镜，入射到第一透镜组上的轴外光通量朝光轴移动。同时，布置这两个正透镜以确保强的正折射力。

期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统被配置为满足以下条件表达式(4)：2.3＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中，f1表示第一透镜组的焦距，ft表示在摄远端状态下整个透镜系统的焦距。

条件表达式(4)是规定第一透镜组的焦距并同时更良好的实现了高放大倍率、减小的尺寸和高性能的表达式。

如果获得高于条件表达式(4)的上限值的值，那么在摄远端状态下第一透镜组的整体长度增加。

同时，如果获得低于条件表达式(4)的下限值的值，那么没有对由第一透镜组引起的负球面像差进行良好的校正。具体地，在摄远端状态下，没有实现光学性能的进一步改善。

因此，通过满足条件表达式(4)的可变焦距透镜系统，可以减小在摄远端状态下的第一透镜组的整体长度，并且可以对由第一透镜组引起的负球面像差进行良好的校正从而改善光学性能。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，期望将条件表达式(4)的下限值设为2.4以使通过第一透镜组的轴外光通量朝光轴移动，从而减小透镜直径。

另外，为了对由在制造过程中产生的装配误差引起的性能劣化进行抑制，并为了在制造过程中也实现稳定的光学性能，期望将负透镜和第一正透镜粘合到一起。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，如上所述第二透镜组使用了非球面透镜。特别地，通过对第二透镜组的厚度进行适当设置，均可以实现尺寸减小和高性能。

尺寸减小和高性能二者的实现基于将两个非球面置于第二透镜组中的相互远离的位置处，从而对在光轴附近的位置处的折射力和在远离光轴的位置处的折射力分别进行校正。

确切地说，对近轴区域中的入射光瞳位置和画面外围区域中的入射光瞳位置分别进行校正。因此，可以使入射到第一透镜组的轴外光通量朝光轴移动。因此，可以减小透镜直径，并且同时对伴随视角变化的轴外像差的波动进行良好的校正。

为了维持尺寸减小与高性能之间的平衡，期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统被配置为满足以下条件表达式(5)：1.0＜∑2/fw＜1.3，其中∑2表示第二透镜组沿光轴的厚度。

条件表达式(5)是确定第二透镜组沿光轴的厚度的表达式。

如果获得低于条件表达式(5)的下限值的值，那么第二透镜组的厚度减小。因此，可以减小透镜直径。然而，负透镜的物体侧表面的折射力在中央区域与外围区域之间明显不同。因此，甚至很小的偏心率也会导致光学性能相当大的劣化。另外，与负透镜的物体侧表面相似，粘合透镜的成像侧表面的折射力在中央区域与外围区域之间也明显不同。因此，光学性能劣化。

如果获得高于条件表达式(5)的上限值的值，那么入射到第一透镜组上的轴外光通量远离光轴移动，因此增加了透镜直径。

因此，通过满足条件表达式(5)的可变焦距透镜系统，可以对基于这些透镜表面的位置的折射力的变化进行抑制，并且因此可以改善光学性能。另外，通过入射到第一透镜组上的轴外光通量朝光轴移动，可以实现尺寸的减小。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，在广角端状态下视角较宽。因此，为了实现较高的性能，对伴随广角端状态下视角变化的彗形像差的波动进行良好的校正是至关重要的。因此，期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(6)：0.25＜R22＜D2w＜0.35，其中，D2w表示在广角端状态下从孔径光阑到第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的距离。

条件表达式(6)是规定第二透镜组的负透镜的曲率半径的表达式。

如果获得低于条件表达式(6)的下限值的值，那么在第二透镜组的负透镜中产生高阶的像场弯曲。因此，光学性能劣化。

同时，如果获得高于条件表达式(6)的上限值的值，那么入射到第二透镜组上的轴外光线相对于光轴形成了一个大的角度。因此，由于制造过程中产生的第二透镜组的偏心率引起了光学性能明显的劣化。

因此，通过满足条件表达式(6)的可变焦距透镜系统，抑制了在第二透镜组的负透镜中的像场弯曲的产生，并且入射到第二透镜组上的轴外光通量与光轴形成了一个小角度。因此，可以改善光学性能。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，孔径光阑被布置在第三透镜组的物体侧。另外，在这些透镜的位置状态改变的过程中，孔径光阑和第三透镜组是整体移动的。因此，可以实现透镜直径的进一步减小以及更简单的镜筒结构。

另外，通过布置在第三透镜组的物体侧的孔径光阑，可以使通过第一透镜组的轴外光通量特别是在广角端状态下朝光轴移动，因此可以实现尺寸的减小。同时，通过在广角端状态下通过第一透镜组的轴外光通量朝光轴移动，可以抑制画面外围区域中彗形像差的产生，因此可以实现高性能。

为了对仅在第三透镜组中产生的负球面像差进行良好的校正并且减小透镜系统的整体长度，期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(7)：0.06＜dS3/R31＜0.10，其中，dS3表示在孔径光阑与第三透镜组最靠近物体侧的表面之间沿光轴的距离，R31表示第三透镜组最靠近物体侧的表面的曲率半径。

条件表达式(7)是规定第三透镜组最靠近物体侧的表面的形状的表达式。

第三透镜组具有强的折射力以使由第二透镜组分散的光通量会聚。因此，第三透镜组最靠近物体侧的表面的作用对于优化第三透镜组的形状并实现较高的性能是很重要的。

如果获得高于条件表达式(7)的上限值的值，那么没有对在第三透镜组中产生的负球面像差进行良好的校正，并且没有实现较高的性能。

同时，如果获得低于条件表达式(7)的下限值的值，那么没有实现在摄远端状态下透镜系统的整体长度的减小。

因此，通过满足条件表达式(7)的可变焦距透镜系统，可以对在第三透镜组中产生的负球面像差进行良好的校正，并可以减小在摄远端状态下透镜系统的整体长度。

为了实现较高的性能，期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(8)：2＜f3/fw＜2.3，其中，f3表示第三透镜组的焦距。

条件表达式(8)是规定第三透镜组焦距的表达式。

如果获得低于条件表达式(8)的下限值的值，那么难以对伴随广角端状态下视角变化的彗形像差的波动进行良好的校正，并且没有实现足够高的性能。

同时，如果获得高于条件表达式(8)的上限值的值，那么无论这些透镜的位置状态如何，透镜系统的整体长度增加。因此，没有实现尺寸的进一步减小。

因此，通过满足条件表达式(8)的可变焦距透镜系统，可以对广角端状态下彗形像差的波动进行良好的校正，并且无论这些透镜的位置状态如何，都可以减小透镜系统的整体长度。

为了对由第二透镜组引起的正球面像差进行良好的校正并且实现更高的性能，期望根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(9)：-1＜1/β2t＜-0.8，其中，β2t表示在摄远端状态下第二透镜组的横向倍率。

条件表达式(9)是规定第二透镜组的横向倍率的表达式。

如果获得高于条件表达式(9)的上限值的值，那么没有对在第二透镜组中产生的正球面像差进行充分校正。因此，没有实现足够高的性能。

同时，如果获得低于条件表达式(9)的下限值的值，那么没有充分减小在摄远端状态下的透镜系统的整体长度。因此，没有实现尺寸的充分减小。

因此，通过满足条件表达式(9)的可变焦距透镜系统，可以对出现在第二透镜组中的正球面像差进行充分校正，并可以减小在摄远端状态下透镜系统的整体长度。

在适用于成像装置(相机)(其通过使用图像拾取器件来记录对象图像)的透镜中，出射光瞳位置远离像面，即，主光线基本上与光轴平行。因此，当通过第四透镜组的光通量在光轴方向上移动时，光线高度的变化很小。由于这个小的高度的变化，第四透镜组适用于所谓的短距离对焦操作，以对当对象位置改变时出现的像面位置的波动进行补偿。

鉴于以上方面，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，对第四透镜组进行配置以在短距离对焦操作时进行移动。

孔径光阑的位置对于实现透镜直径的减小以及高性能是很重要的。

一般而言，随着在透镜的位置状态变化的过程中改变与孔径光阑的距离的透镜组数目的增加，通过各个透镜组的轴外光通量高度更容易改变。通过利用轴外光通量高度的改变对伴随这些透镜位置状态变化的轴外像差的波动进行校正。如果积极地改变轴外光通量高度，那么可以对轴外像差的波动进行更良好的校正。另外，如果孔径光阑布置在透镜系统的中部附近，那么可以减小透镜直径。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，如上所述，孔径光阑被布置在第三透镜组附近，以实现透镜直径的减小以及高性能。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，如果选自第一到第四透镜组的一个透镜组或其一部分在基本上垂直于光轴的方向上移动(移位)，那么图像可以被移位。通过检测系统、驱动系统和控制系统的组合，还可以使可变焦距透镜系统起到防振光学系统的作用，其中该检测系统以上述方式在基本上与光轴垂直的方向上移动透镜组或其一部分并且检测图像模糊，该驱动系统使各个透镜组移位，且该控制系统基于来自检测系统的输出为驱动系统提供移位量。

特别地，在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，如果第三透镜组在基本上与光轴垂直的方向上移位，那么可以减小在移位中产生的性能的变化。

另外，如果孔径光阑布置在第三透镜组附近，那么轴外光通量通过光轴附近的区域。因此，可以对当第三透镜组在基本上与光轴垂直的方向上移位时产生的轴外像差的波动进行抑制。

在根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统中，还可以在透镜系统的成像侧设置低通滤光片以防止莫尔条纹的产生，并且可以根据光接收元件的光谱灵敏度特性设置红外截止滤光片。

另外，当假设在高性能和尺寸减小之间，优先考虑高性能时，期望在第一透镜组的第二正透镜的成像侧设置第三正透镜，该第三正透镜具有正折射力并具有朝向物体侧的凸面。

另外，如果在第三或第四透镜组中引入了非球面透镜，那么可以在中央区域实现较高的性能。

此外，如果在可变焦距透镜系统的光学系统中形成了多个非球面，那么可以确保较高的光学性能。

数值实施方式

接下来，将参照附图以及表，对根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统的具体实施方式、以及通过将具体数值施加于实施方式而获得的多个数值实施方式进行说明。

在以下多个表和说明中所用符号的意义等如下。

符号“f”和“Fno”分别表示焦距和F数，“2ω”和“Di”分别表示视角和第i面与第i+1面之间的轴向表面间隔。关于表面编号，“S”表示孔径光阑。关于曲率半径，“ASP”表示相应的面是非球面。另外，“K”表示圆锥常数，而“A”、“B”、“C”和“D”分别表示4阶非球面系数、6阶非球面系数、8阶非球面系数和10阶非球面系数。另外，“Bf”表示后焦点。

另外，折射率表示在d线(λ＝587.6nm)的值，曲率半径“0.0000”表示相应的面是平坦表面。

用在数值实施方式中的一些透镜包括形成为非球面的透镜表面。非球面的形状是通过下面的式1定义的，其中，“x”表示在光轴方向上与透镜表面顶点的距离，“y”表示在与光轴垂直的方向上的高度(像高)，“c”表示在透镜顶点处的近轴曲率(曲率半径的倒数)，“κ”表示圆锥常数，“A”、“B”等表示4阶非球面系数、6阶非球面系数等。

式1

X＝cy²/[1+{1-(1+κ)c²y²}^1/2]+Ay⁴+By⁶+…

图1是示出了根据本发明实施方式的可变焦距透镜系统的折射力分布的示图。每个实施方式均被配置为包括具有正折射力的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3以及具有正折射力的第四透镜组G4，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。

在这些实施方式中，在透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间隔增加，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间隔减小，第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的间隔改变。

另外，在这些透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所有透镜组G1、G2、G3和G4均是可移动的。孔径光阑S布置在第三透镜组G3的物体侧附近。移动第四透镜组G4以对伴随透镜组G1、G2、G3和G4移动的像面位置的波动进行补偿，并且第四透镜组在短距离对焦操作时朝物体侧移动。

第一实施方式

图2示出了根据本发明的第一实施方式的可变焦距透镜系统1的透镜结构。可变焦距透镜系统1包括10个透镜。

第一透镜组G1被配置为包括粘合透镜L11和弯月形第二正透镜L12，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的弯月形负透镜和具有朝向物体侧的凸面的第一正透镜形成，该第二正透镜具有朝向物体侧的凸面。

第二透镜组G2被配置为包括弯月形第一负透镜L21和粘合透镜L22，该第一负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有朝向成像侧的凹面的第二负透镜和具有朝向物体侧的凸面的正透镜形成。

第三透镜组G3被配置为包括粘合透镜L31和第二正透镜L32，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的第一正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成，该第二正透镜具有两个凸面。

第四透镜组G4被配置为包括正透镜L4，该正透镜具有两个凸面。

第四透镜组G4与像面IMG之间设置了滤光片FL。

表1表示了通过将具体数值应用到根据本发明第一实施方式的可变焦距透镜系统1而获得的数值实施方式1的透镜数据。

表1

f	1.00～2.10～9.42
		Fno	3.58～4.38～5.79
2ω	87.12～41.94～9.62

表面编号	曲率半径	表面间隔	折射率	阿贝数
					1	6.5315	0.226	1.84666	23.83
2	4.5115	0.740	1.49700	81.60
					3	32.5526	0.034
4	6.0493	0.456	1.75500	52.30
					5	23.2039	(D5)
6	9.6836(ASP)	0.180	1.85135	40.10
					7	1.0206(ASP)	0.557
8	38.3310	0.079	1.61800	63.39
					9	1.9169	0.332	2.00178	19.32
10	5.0807(ASP)	(D10)
					11(S)	0.0000	0.090
12	1.0195(ASP)	0.521	1.74330	49.22
					13	0.0000	0.090	1.76182	26.61
14	0.9781	0.072
					15	3.4011	0.239	1.56384	60.83
16	-1.9726	(D16)
					17	3.1029(ASP)	0.365	1.55332	71.67
18	-225.5158(ASP)	(D18)
					19	0.0000	0.210	1.51680	64.20
20	0.0000	(Bf)

在可变焦距透镜系统1中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的物体侧表面(R6)、第二透镜组G2的第一负透镜L21的成像侧表面(R7)、第二透镜组G2的粘合透镜L22最靠近成像侧的表面(R10)、第三透镜组G3的粘合透镜L31最靠近物体侧的表面(R12)、第四透镜组G4的正透镜L4的物体侧表面(R17)、第四透镜组G4的正透镜L4的成像侧表面(R18)中的每一个都形成为非球面。除了圆锥常数κ，表2还示出了在数值实施方式1中的每个非球面的4阶非球面系数A、6阶非球面系数B、8阶非球面系数C和10阶非球面系数D。

在表2和后面将描述的示出非球面系数的其他表中，“E-i”表示以10为底的指数表达式，即“10^-i”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10^-5”。

在可变焦距透镜系统1中，当放大倍率在广角端状态与摄远端状态间变化的过程中，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间隔D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间隔D10、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间隔D16以及第四透镜组G4与滤光片FL之间的表面间隔D18发生变化。除了后焦点Bf，表3还示出了数值实施方式1中各表面间隔在广角端状态下(焦距f＝1.000)、中间焦距状态(焦距f＝2.101)和摄远端状态下(焦距f＝9.420)的可变间隔。

表3

f	1.000	2.101	9.420
				D5	0.079	1.394	4.346
D10	2.499	1.180	0.056
				D16	0.541	1.006	3.103
D18	1.189	1.508	0.528
				Bf	0.182	0.182	0.182

图3～图5示出了数值实施方式1中在无穷远对焦状态下的像差示图。图3示出了在广角端状态下(焦距f＝1.000)的像差示图。图4示出了在中间焦距状态下(焦距f＝2.101)的像差示图。图5示出了在摄远端状态下(焦距f＝9.420)的像差示图。

在图3～图5的像散图中，实线表示弧矢像面上的值，而虚线表示子午像面上的值。在横向像差示图中，“y”和“A”分别表示像高和半视角。

从这些像差示图可知，显然，数值实施方式1对像差进行了良好的校正并且具有出色的成像性能。

第二实施方式

图6示出了根据本发明的第二实施方式的可变焦距透镜系统2的透镜结构。可变焦距透镜系统2包括10个透镜。

第四透镜组G4与像面IMG之间设置了滤光片FL。

表4示出了通过将具体数值应用到根据本发明第二实施方式的可变焦距透镜系统2而获得的数值实施方式2的透镜数据。

表4

f	1.00～2.10～9.41
		Fno	3.56～4.37～5.75
2ω	87.19～42.28～9.62

表面编号	曲率半径	表面间隔	折射率	阿贝数
					1	5.9308	0.214	1.84666	23.83
2	4.0138	0.715	1.49700	81.60
					3	17.0965	0.045
4	6.2807	0.451	1.80420	46.50
					5	32.8475	(D5)
6	30.4916(ASP)	0.180	1.85135	40.10
					7	1.1005(ASP)	0.557
8	22.5561	0.079	1.61800	63.39
					9	1.9173	0.341	2.00178	19.32
10	5.1425(ASP)	(D10)
					11(S)	0.0000	0.079
12	1.0684(ASP)	0.573	1.74330	49.22
					13	-600.8425	0.090	1.76182	26.61
14	1.0150	0.065
					15	3.4374	0.232	1.60300	65.44
16	-2.2049	(D16)
					17	2.9276(ASP)	0.352	1.55332	71.67
18	-225.5608(ASP)	(D18)
					19	0.0000	0.113	1.51680	64.20
20	0.0000	(Bf)

在可变焦距透镜系统2中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的物体侧表面(R6)、第二透镜组G2的第一负透镜L21的成像侧表面(R7)、第二透镜组G2的粘合透镜L22最靠近成像侧的表面(R10)、第三透镜组G3的粘合透镜L31最靠近物体侧的表面(R12)、第四透镜组G4的正透镜L4的物体侧表面(R17)、第四透镜组G4的正透镜L4的成像侧表面(R18)中的每个都形成为非球面。除了圆锥常数κ，表5还示出了在数值实施方式2中的每个非球面的4阶非球面系数A、6阶非球面系数B、8阶非球面系数C和10阶非球面系数D。

在可变焦距透镜系统2中，当放大倍率在广角端状态与摄远端状态间变化的过程中，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间隔D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间隔D10、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间隔D16以及第四透镜组G4与滤光片FL之间的表面间隔D18发生变化。表6除了后焦点Bf还示出了数值实施方式2中各表面间隔在广角端状态下(焦距f＝1.000)、中间焦距状态(焦距f＝2.101)和摄远端状态下(焦距f＝9.414)的可变间隔。

表6

f	1.000	2.101	9.414
				D5	0.079	1.331	4.290
D10	2.599	1.248	0.056
				D16	0.637	1.282	3.213
D18	1.156	1.394	0.533
				Bf	0.228	0.228	0.228

图7～图9示出了数值实施方式2中在无穷远对焦状态下的像差示图。图7示出了在广角端状态下(焦距f＝1.000)的像差示图。图8示出了在中间焦距状态下(焦距f＝2.101)的像差示图。图9示出了在摄远端状态下(焦距f＝9.414)的像差示图。

在图7～图9的像散图中，实线表示弧矢像面上的值，而虚线表示子午线像面上的值。在横向像差示图中，“y”和“A”分别表示像高和半视角。

从这些像差示图可知，显然，数值实施方式2对像差进行了良好的校正并且具有出色的成像性能。

第三实施方式

图10示出了根据本发明的第三实施方式的可变焦距透镜系统3的透镜结构。可变焦距透镜系统3包括10个透镜。

第四透镜组G4与像面IMG之间设置了滤光片FL。

表7示出了通过将具体数值应用到根据本发明第三实施方式的可变焦距透镜系统3而获得的数值实施方式3的透镜数据。

表7

f	1.00～2.10～9.43
		Fno	3.58～4.38～5.76
2ω	87.33～42.16～9.59

表面编号	曲率半径	表面间隔	折射率	阿贝数
					1	6.3953	0.214	1.84666	23.83
2	4.2727	0.704	1.49700	81.60
					3	21.9577	0.045
4	5.9937	0.426	1.77250	49.62
					5	29.4615	(D5)
6	16.3833(ASP)	0.181	1.88072	37.27
					7	1.0756(ASP)	0.555
8	11.2892	0.079	1.65100	56.16
					9	1.7689	0.396	2.00178	19.32
10	4.8697(ASP)	(D10)
					11(S)	0.0000	0.079
12	1.1021(ASP)	0.603	1.75700	47.82
					13	11.2892	0.090	1.80518	25.42
14	1.0443	0.060
					15	2.9154	0.262	1.61800	63.39
16	-2.3470	(D16)
					17	3.0353(ASP)	0.332	1.49700	81.61
18	-225.7846(ASP)	(D18)
					19	0.0000	0.113	1.51680	64.20
20	0.0000	(Bf)

在可变焦距透镜系统3中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的物体侧表面(R6)、第二透镜组G2的第一负透镜L21的成像侧表面(R7)、第二透镜组G2的粘合透镜L22最靠近成像侧的表面(R10)、第三透镜组G3的粘合透镜L31最靠近物体侧的表面(R12)、第四透镜组G4的正透镜L4的物体侧表面(R17)、第四透镜组G4的正透镜L4的成像侧表面(R18)中的每一个都形成为非球面。除了圆锥常数κ，表8还示出了在数值实施方式3中的每个非球面的4阶非球面系数A、6阶非球面系数B、8阶非球面系数C和10阶非球面系数D。

在可变焦距透镜系统3中，当放大倍率在广角端状态与摄远端状态间变化的过程中，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间隔D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间隔D10、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间隔D16以及第四透镜组G4与滤光片FL之间的表面间隔D18发生变化。除了后焦点Bf，表9还示出了数值实施方式3中各表面间隔在广角端状态下(焦距f＝1.000)、中间焦距状态(焦距f＝2.101)和摄远端状态下(焦距f＝9.434)的可变间隔。

表9

f	1.000	2.100	9.434
				D5	0.079	1.335	4.269
D10	2.754	1.331	0.056
				D16	0.681	1.236	3.201
D18	1.148	1.418	0.522
				Bf	0.228	0.228	0.228

图11～图13示出了数值实施方式3中在无穷远对焦状态下的像差示图。图11示出了在广角端状态下(焦距f＝1.000)的像差示图。图12示出了在中间焦距状态下(焦距f＝2.100)的像差示图。图13示出了在摄远端状态下(焦距f＝9.434)的像差示图。

在图11～图13的像散图中，实线表示弧矢像面上的值，而虚线表示子午线像面上的值。在横向像差示图中，“y”和“A”分别表示像高和半视角。

从这些像差示图可知，显然，数值实施方式3对像差进行了良好的校正并且具有出色的成像性能。

条件表达式的各个值

表10示出了在可变焦距透镜系统1～3中的上述条件表达式(1)～(9)的各个值。

即，表10示出了条件表达式(1)的R33、R34和(R33-R34)/(R33+R34)，条件表达式(2)的R22、R23和(R22-R23)/(R22+R23)，条件表达式(3)的f34w、fw和f34w/fw，条件表达式(4)的f1、ft和f1/(fw·ft)^1/2，条件表达式(5)的∑2和∑2/fw，条件表达式(6)的D2w和R22/D2w，条件表达式(7)的dS3、R31和dS3/R31，条件表达式(8)的f3和f3/fw，以及条件表达式(9)的β2t和1/β2t。

从表10中可见，显然可变焦距透镜系统1～3被配置为满足条件表达式(1)～(9)。

成像装置的结构

接着，将对根据本发明实施方式的成像装置进行描述。

根据本发明实施方式的成像装置是一种包括可变焦距透镜系统和图像拾取器件的设备，图像拾取器件将由可变焦距透镜系统形成的光学图像转换成电信号。

在根据本发明实施方式的成像装置中，可变焦距透镜系统被配置为包括具有正折射力的第一透镜组、具有负折射力的第二透镜组、具有正折射力的第三透镜组以及具有正折射力的第四透镜组，这些透镜组从物体侧向成像侧依次布置。

另外，在根据本发明实施方式的成像装置中，可变焦距透镜系统被配置为，在透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，使第一与第二透镜组之间的间隔增加、第二与第三透镜组之间的间隔减小、第三与第四透镜组之间的间隔改变。

另外，在根据本发明实施方式的成像装置中，可变焦距透镜系统被配置为使第二透镜组包括负透镜和粘合透镜，该负透镜具有朝向成像侧的凹面，该粘合透镜由具有朝向成像侧的凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成，这些透镜从物体侧向成像侧依次布置。

另外，在根据本发明实施方式的成像装置中，可变焦距透镜系统被配置为使第三透镜组包括粘合透镜和具有两个凸面的正透镜，该粘合透镜由具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成，这些透镜从物体侧向成像侧依次布置。

此外，在根据本发明实施方式的成像装置中，可变焦距透镜系统被配置为使在第二透镜组中，布置在物体侧的负透镜的两个表面中的每一个以及粘合透镜的最靠近成像侧表面形成为非球面。

在根据本发明实施方式的成像装置中，通过如上所述的可变焦距透镜系统，可以在确保尺寸减小的同时实现高的放大倍率和广角。

在根据本发明实施方式的成像装置中，可变焦距透镜系统被配置为满足以下条件表达式(1)和(2)：(1)

-0.65＜(R33-R34)/(R33+R34)＜-0.25和(2)

-1.0＜(R22-R23)/(R22+R23)＜-0.6，其中R33表示第三透镜组的粘合透镜最靠近成像侧的表面的曲率半径，R34表示第三透镜组布置在最靠近成像侧的正透镜的物体侧表面的曲率半径，R22表示第二透镜组布置在最靠近物体侧的负透镜的成像侧表面的曲率半径，R23表示第二透镜组的粘合透镜最靠近物体侧的表面的曲率半径。

在根据本发明实施方式的成像装置中，通过满足条件表达式(1)的可变焦距透镜系统，可以对在广角端状态下出现的负球面像差和正像场弯曲进行良好的校正，因此可以改善光学性能。

另外，在根据本发明实施方式的成像装置中，通过满足条件表达式(2)的可变焦距透镜系统，抑制了画面外围区域中彗形像差的出现并且减小了制造过程中出现的负透镜与粘合透镜相互的偏心率。因此，可以改善光学性能。

图14示出了根据本发明实施方式的成像装置的实施方式的数码相机的框图。

成像装置(数码相机)100包括相机组块10、相机信号处理单元20、图像处理单元30、LCD(液晶显示器)40、R/W(读取/写入器)50、CPU(中央处理单元)60、输入单元70以及透镜驱动控制单元80。相机组块10执行成像的作用。相机信号处理单元20执行信号处理，如拍摄的图像信号的模数转换。图像处理单元30对图像信号进行记录和再生处理。LCD 40显示拍摄的图像等。R/W50将图像信号写入存储卡1000中以及将图像信号从其读出。CPU60控制整个成像装置100。输入单元70是由用户用来执行所期望操作的多个开关等形成的。透镜驱动控制单元80控制设置在相机组块10中的透镜的驱动。

相机组块10被配置为包括光学系统，该光学系统包括可变焦距透镜系统11(应用本发明的可变焦距透镜系统1、2或3)和图像拾取器件12，如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)等。

相机信号处理单元20对来自图像拾取器件12的信号输出执行多种信号处理，如转换成数字信号、噪声消除、图像质量校正以及转换成亮度-色差信号。

图像处理单元30基于预定的图像数据格式对图像信号执行压缩编码和扩展解码处理、执行数据规格(如，分辨率)的转换处理等。

LCD 40具有显示多种数据(如由用户对输入单元70执行的操作的状态以及拍摄的图像)的功能。

R/W 50将由图像处理单元30编码的图像数据写入存储卡1000中，以及将记录在存储卡1000中的图像数据读出。

CPU 60起到控制处理单元的作用，控制处理单元对设置在成像装置100中的各个电路组块进行控制，并且基于从输入单元70接收的指令输入信号等对各个电路组块进行控制。

例如，输入单元70被配置为包括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等，并且输入单元根据用户执行的操作将指令输入信号输出到CPU 60。

透镜驱动控制单元80基于从CPU 60接收的控制信号，对用于驱动可变焦距透镜系统11的各个透镜的电动机(未示出)等进行控制。

存储卡1000是一种半导体存储器，例如，其可附接到连接至R/W 50的凹槽上并可从其上拆卸。成像装置的操作

下面将对成像装置100的操作进行描述。

在拍摄待命状态下，在CPU 60的控制之下，由相机组块10拍摄的图像信号经由相机信号处理单元20被输出到LCD 40，并且作为通过相机直接观看的图像而被显示。另外，当从输入单元70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU 60将控制信号输出到透镜驱动控制单元80，并且可变焦距透镜系统11的预定透镜基于透镜驱动控制单元80的控制而移动。

在相机组块10的快门(未示出)根据从输入单元70接收的指令输入信号操作时，将拍摄的图像信号从相机信号处理单元20输出到图像处理单元30上、对其进行压缩编码处理，并且将其转换成预定数据格式的数字数据。转换的数据被输出到R/W 50并且被写入到存储卡1000中。

例如，为了记录(拍摄)操作，在半按输入单元70的快门释放按钮或全按快门释放按钮时，透镜驱动控制单元80基于从CPU60接收的控制信号来移动可变焦距透镜系统11的预定透镜，从而执行对焦操作。

在记录在存储卡1000中的图像数据的再生过程中，R/W 50依据对输入单元70执行的操作从存储卡1000中读取预定的图像数据，并且图像处理单元30执行扩展解码处理。此后，再生的图像信号输出到LCD 40上，并且显示再生的图像。

上述实施方式示出了成像装置应用于数码相机的实例。然而，成像装置的应用范围并不限于数码相机。因此，成像装置可以广泛应用于数字输入-输出设备(如数码摄像机、带有内置相机的移动电话、以及带有内置相机的PDA(个人数字助理))的相机单元等。

本领域的技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、子组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims

1.一种可变焦距透镜系统，包括：

具有正折射力的第一透镜组；

具有负折射力的第二透镜组；

具有正折射力的第三透镜组；以及

具有正折射力的第四透镜组，

其中，所述第一透镜组到第四透镜组从物体侧向成像侧依次布置，

其中，在透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的间隔增加，所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的间隔减小，所述第三透镜组与所述第四透镜组之间的间隔改变，

其中，在所述透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所有透镜组都是可移动的，

其中，所述第二透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的负透镜和粘合透镜，所述负透镜具有朝向成像侧的凹面，所述粘合透镜由从物体侧向成像侧依次布置的具有朝向成像侧的凹面的负透镜和具有朝向物体侧的凸面的弯月形正透镜形成，

其中，所述第三透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的粘合透镜和具有两个凸面的正透镜，该粘合透镜由从物体侧向成像侧依次布置的具有朝向物体侧的凸面的正透镜和具有朝向成像侧的凹面的负透镜形成，

其中，在所述第二透镜组中，布置在物体侧的所述负透镜的两个表面中的每一个和所述粘合透镜的最靠近成像侧表面形成为非球面，

其中，所述可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(1)和(2)：(1)-0.65＜(R33-R34)/(R33+R34)＜-0.25和(2)-1.0＜(R22-R23)/(R22+R23)＜-0.6，并且

其中，R33表示所述第三透镜组的所述粘合透镜最靠近成像侧的表面的曲率半径，R34表示所述第三透镜组布置在最靠近成像侧的所述正透镜的物体侧表面的曲率半径，R22表示所述第二透镜组布置在最靠近物体侧的所述负透镜的成像侧表面的曲率半径，R23表示所述第二透镜组的所述粘合透镜最靠近物体侧的表面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(3)：1.6＜f34w/fw＜2.1，

其中，f34w表示在广角端状态下所述第三透镜组与所述第四透镜组的组合焦距，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距。

3.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，

其中，所述第一透镜组被配置为包括从物体侧向成像侧依次布置的三个透镜，这三个透镜包括具有朝向成像侧的凹面的负透镜、具有朝向物体侧的凸面的第一正透镜以及具有朝向物体侧的凸面的第二正透镜，

其中，所述可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(4)：2.3＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，并且

其中，f1表示所述第一透镜组的焦距，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距，而ft表示在摄远端状态下整个透镜系统的焦距。

4.根据权利要求2所述的可变焦距透镜系统，

其中，f1表示所述第一透镜组的焦距，ft表示在摄远端状态下整个透镜系统的焦距。

5.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(5)：1.0＜∑2/fw＜1.3，

其中，∑2表示所述第二透镜组沿光轴的厚度，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距。

6.根据权利要求2所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(5)：1.0＜∑2/fw＜1.3，

其中∑2表示所述第二透镜组沿光轴的厚度。

7.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(6)：0.25＜R22/D2w＜0.35，

其中，D2w表示在广角端状态下从孔径光阑到所述第二透镜组布置在最靠近物体侧的所述负透镜的成像侧表面的距离。

8.根据权利要求2所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(6)：0.25＜R22/D2w＜0.35，

9.根据权利要求7所述的可变焦距透镜系统，

其中，所述孔径光阑被布置在所述第三透镜组的物体侧，并且在所述透镜的位置状态改变的过程中，与所述第三透镜组一起整体移动，

其中，所述可变焦距透镜系统满足以下条件表达式(7)：0.06＜dS3/R31＜0.10，并且

其中，dS3表示在所述孔径光阑与所述第三透镜组最靠近物体侧的表面之间的距离，R31表示所述第三透镜组最靠近物体侧的表面的曲率半径。

10.根据权利要求8所述的可变焦距透镜系统，

11.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(8)：2＜f3/fw＜2.3，

其中，f3表示所述第三透镜组的焦距，fw表示在广角端状态下整个透镜系统的焦距。

12.根据权利要求2所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(8)：2＜f3/fw＜2.3，

其中，f3表示所述第三透镜组的焦距。

13.根据权利要求1所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(9)：-1＜1/β2t＜-0.8，

其中，β2t表示在摄远端状态下所述第二透镜组的横向倍率。

14.根据权利要求2所述的可变焦距透镜系统，满足以下条件表达式(9)：-1＜1/β2t＜-0.8，

其中，β2t表示在摄远端状态下所述第二透镜组的横向倍率。

15.一种成像装置，包括：

可变焦距透镜系统；以及

图像拾取器件，被配置为将所述可变焦距透镜系统所形成的光学图像转换成电信号，

其中，所述可变焦距透镜系统包括

具有正折射力的第一透镜组，

具有负折射力的第二透镜组，

具有正折射力的第三透镜组，以及

具有正折射力的第四透镜组，

其中，所述第一透镜组到第四透镜组从物体侧到成像侧依次布置，

其中，在所述透镜的位置状态从广角端状态变为摄远端状态的过程中，所有透镜组都是可移动的,

其中，在所述第二透镜组中，布置在物体侧的所述负透镜的两个表面中的每一个和所述粘合透镜最靠近成像侧的表面形成为非球面，