CN102129119B - 变焦镜头、光学设备、和用于制造变焦镜头的方法 - Google Patents

变焦镜头、光学设备、和用于制造变焦镜头的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变焦镜头、光学设备，和用于制造变焦镜头的方法。提供了一种变焦镜头(ZL)，包括具有正折射光焦度的第一透镜组(G1)、具有负折射光焦度的第二透镜组(G2)、具有正折射光焦度的第三透镜组(G3)和具有正折射光焦度的第四透镜组(G4)，第一透镜组(G1)包括负弯月形透镜(L11)和正弯月形透镜(L12)，第二透镜组(G2)包括负弯月形透镜(L21)、双凹负透镜(L22)和正弯月形透镜(L23)，并且第四透镜组(G4)包括一个正透镜(L41)，并且在变焦镜头(ZL)中至少三个透镜的折射率大于1.9。

Description

变焦镜头、光学设备、和用于制造变焦镜头的方法
通过引用并入
本发明要求在此通过引用并入的日本专利申请No.2010-005900的利益。
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头、一种光学设备，和一种用于制造变焦镜头的方法。
背景技术
近来使用固态图像传感器的照相机例如摄影机、数字静态照相机和用于广播的照相机，以及图像拾取装置例如使用卤化银膜的照相机在功能和降低尺寸方面正在改进。作为被用于这些图像拾取装置的成像光学系统，要求这样一种变焦镜头，其镜头全长是短的并且分辨率是高的。作为用于满足这些要求的变焦镜头，已经提出了一种变焦镜头，按照从物体的次序包括：具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、具有正折射光焦度的第三透镜组，和具有正折射光焦度的第四透镜组，该变焦镜头通过移动每一个透镜组而执行变焦(例如见日本公开专利公报No.2009-210691)。
然而这些传统的变焦镜头具有如此问题，即不能在维持优良的光学性能的同时增加变焦比。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种变焦镜头、一种光学设备和一种用于制造变焦镜头的方法，该变焦镜头在具有较高变焦比的同时是紧凑的并且具有高的光学性能。
根据本发明的变焦镜头是这样一种变焦镜头，该变焦镜头按照从物体的次序包括：具有正折射光焦度的第一透镜组；具有负折射光焦度的第二透镜组；具有正折射光焦度的第三透镜组；和具有正折射光焦度的第四透镜组，其中在从广角端状态到远摄端状态变焦时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离、在第二透镜组和第三透镜组之间的距离和在第三透镜组和第四透镜组之间的距离分别地改变，该第一透镜组按照从物体的次序包括：负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜，该第二透镜组按照从物体的次序包括：第一负透镜、第二负透镜、和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜，该第四透镜组包括一个正透镜，并且以下条件表达式得以满足：1.90＜Nd11＜2.50、1.90＜Nda＜2.50，并且1.86＜Ndb＜2.50，这里Nd11表示在第一透镜组中最靠近物体的负透镜的折射率，Nda表示在第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组中的至少两个透镜中的、最靠近物体的透镜的折射率，并且Ndb表示在该至少两个透镜中比最靠近物体的透镜更加靠近图像的透镜的折射率。
在该变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：1.00＜TLt/ft＜1.80，这里TLt表示在远摄端状态中变焦镜头的全长(totallength)，并且ft表示在远摄端状态中变焦镜头的焦距。
在该变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：0.20＜X1/ft＜0.60，这里X1表示在从广角端状态到远摄端状态变焦时第一透镜组的移动量，并且ft表示在远摄端状态中变焦镜头的焦距。
在该变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：4.00＜f1/fw＜8.00，这里f1表示第一透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头的焦距。
在该变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：0.80＜(-f2)/fw＜1.50，这里f2表示第二透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头的焦距。
在该变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：1.20＜f3/fw＜2.00，这里f3表示第三透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头的焦距。
在该变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：
2.00＜f4/fw＜5.00，这里f4表示第四透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头的焦距。
在该变焦镜头中，优选的是在该至少两个透镜中最靠近物体的透镜是第二透镜组的透镜之一。
优选的是该第二透镜组的透镜之一是在第二透镜组中最靠近物体的正弯月形透镜。
优选的是在该至少两个透镜中比最靠近物体的透镜更加靠近图像的透镜是第三透镜组的透镜中的至少一个。
在该变焦镜头中，优选的是第一透镜组具有非球面表面。
在该变焦镜头中，优选的是第二透镜组具有非球面表面。
在该变焦镜头中，优选的是第三透镜组具有非球面表面。
在该变焦镜头中，优选的是第四透镜组具有非球面表面。
在该变焦镜头中，优选的是第四透镜组是由利用树脂材料形成的透镜构成的。
在该变焦镜头中，优选的是，在从广角端状态到远摄端状态变焦时，第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组分别地沿着光轴移动从而在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加、在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离增加。
在该变焦镜头中，优选的是在固态图像传感器的成像表面上形成物体的图像。
根据本发明的光学设备是包括用于在预定平面上形成物体的图像的变焦镜头的光学设备，并且该变焦镜头是根据本发明的变焦镜头。
此外，根据本发明的、用于制造变焦镜头的方法是用于通过如下所述制造变焦镜头的方法，即，按照从物体的次序，置放具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、具有正折射光焦度的第三透镜组和具有正折射光焦度的第四透镜组，其中在从广角端状态到远摄端状态变焦时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离、在第二透镜组和第三透镜组之间的距离、和在第三透镜组和第四透镜组之间的距离分别地改变，该第一透镜组按照从物体的次序包括：负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜，该第二透镜组按照从物体的次序包括：第一负透镜、第二负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜，该第四透镜组包括一个正透镜，并且以下条件表达式得以满足：1.90＜Nd11＜2.50、1.90＜Nda＜2.50并且1.86＜Ndb＜2.50，这里Nd11表示在第一透镜组中最靠近物体的负透镜的折射率，Nda表示在第二透镜组，第三透镜组和第四透镜组中的至少两个透镜中的、最靠近物体的透镜的折射率，并且Ndb表示在该至少两个透镜中比最靠近物体的透镜更加靠近图像的透镜的折射率。
本发明的有利效果
根据本发明，在具有较高变焦比的同时能够获得紧凑的并且具有高的光学性能的变焦镜头。
根据在下文中给出的详细说明，本发明进一步的适用性范围将变得明显。然而，应该理解，虽然示意了本发明的优选实施例，但是详细说明和具体实例是仅仅通过示意给出的，因为根据该详细说明，对于本领域技术人员而言，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改将变得明显。
附图简要说明
根据在下文中给出的详细说明和仅仅通过示意给出并且因此并不限制本发明的附图，本发明将得到更加充分的理解。
图1是描绘根据实例1的变焦镜头的配置和变焦轨迹的图表；
图2A是示出在广角端状态中在于无穷远上聚焦时根据实例1的变焦镜头的各种像差的曲线图，图2B是示出在中间焦距状态中在于无穷远上聚焦时变焦镜头的各种像差的曲线图，并且图2C是示出在远摄端状态中在于无穷远上聚焦时变焦镜头的各种像差的曲线图；
图3是描绘根据实例2的变焦镜头的配置和变焦轨迹的图表；
图4A是示出在广角端状态中在于无穷远上聚焦时根据实例2的变焦镜头的各种像差的曲线图，图4B是示出在中间焦距状态中在于无穷远上聚焦时变焦镜头的各种像差的曲线图，并且图4C是示出在远摄端状态中在于无穷远上聚焦时变焦镜头的各种像差的曲线图；
图5是描绘根据实例3的变焦镜头的配置和变焦轨迹的图表；
图6A是示出在广角端状态中在于无穷远上聚焦时根据实例3的变焦镜头的各种像差的曲线图，图6B是示出在中间焦距状态中在于无穷远上聚焦时变焦镜头的各种像差的曲线图，并且图6C是示出在远摄端状态中在于无穷远上聚焦时变焦镜头的各种像差的曲线图；
图7A是数字静态照相机的前视图，图7B是数字静态照相机的后视图，并且图7C是沿着图7A中的箭头A-A’截取的横截面视图；并且
图8是描绘用于制造变焦镜头的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的优选实施例。图7示出具有根据本发明的变焦镜头的数字静态照相机CAM。图7A示出数字静态照相机CAM的前视图，图7B示出数字静态照相机CAM的后视图，并且图7C示出沿着图7A中的箭头A-A’截取的横截面视图。
在图7所示数字静态照相机CAM中，如果按下未被示意的电源按钮，则图像捕捉镜头(ZL)的、未被示意的光闸被释放，来自物体的光被图像捕捉镜头(ZL)收集，并且在置于图像平面I上的图片元件C(例如CCD，CMOS)上形成图像。在图片元件C上形成的物体图像被显示在置于数字静态照相机CAM后面的液晶监视器M上。使用者在观察液晶监视器M的同时确定物体图像的构成，然后按下释放按钮B1以利用图片元件C捕捉物体图像，并且将其存储在未被示意的存储器中。
图像捕捉镜头由根据该实施例的、在以后述及的变焦镜头ZL构成。在数字静态照相机CAM中，置放了当物体是黑暗的时发射光的辅助光发射部分D、用于从广角端状态(W)到远摄端状态(T)变焦图像捕捉镜头(变焦镜头ZL)的广角(W)-远摄(T)按钮B2，和被用于为数字静态照相机CAM设置各种条件的功能按钮B3。
变焦镜头ZL按照从物体的次序包括：具有正折射光焦度的第一透镜组G1、具有负折射光焦度的第二透镜组G2、具有正折射光焦度的第三透镜组G3和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。在从广角端状态到远摄端状态变焦时，第一到第四透镜组G1到G4分别地沿着光轴移动(例如见图1)，由此在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离、在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离、和在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离分别地改变。由低通滤波器或者红外截止滤波器构成的滤波器组FL被置于变焦镜头ZL和图像平面I之间。
第一透镜组G1按照从物体的次序进一步包括：负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜。第二透镜组G2按照从物体的次序进一步包括：第一负透镜、第二负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜。第四透镜组G4进一步包括一个正透镜。
在具有这个配置的变焦镜头ZL中，优选的是以下条件表达式(1)到(3)得以满足，这里Nd11表示在第一透镜组G1中最靠近物体的负透镜的折射率，Nda表示在第二透镜组G2到第四透镜组G4中的至少两个透镜中的、最靠近物体的透镜的折射率，并且Ndb表示在该至少两个透镜中在最靠近物体的透镜的图像侧处的透镜的折射率。然后总光学长度能够被减小并且各种像差能够被良好地校正，从而能够获得在具有大约×7变焦比的同时紧凑的并且具有高的光学性能的变焦镜头ZL、和具有这个变焦镜头的光学设备(数字静态照相机CAM)。特别地，在于包括本实施例的固态图像传感器的成像平面上形成物体的图像的变焦镜头ZL中实现了明显的效果。
1.90＜Nd11＜2.50...(1)
1.90＜Nda＜2.50...(2)
1.86＜Ndb＜2.50...(3)
这里条件表达式(1)规定了在第一透镜组G1中最靠近物体的负透镜的折射率。如果条件超过条件表达式(1)的上限数值，则在远摄端状态中球面像差的校正变得困难。当条件低于条件表达式(1)的下限数值时，在远摄端状态中球面像差的校正也变得困难。
如果条件表达式(1)的下限数值是1.92或者如果条件表达式(1)的上限数值是2.30，则能够更好地展示本发明的效果。如果条件表达式(1)的下限数值是1.93，或者如果条件表达式(1)的上限数值是2.10，则能够最充分地展示本发明的效果。
条件表达式(2)规定了在第二透镜组G2到第四透镜组G4中的至少两个透镜中最靠近物体的透镜的折射率。如果条件超过条件表达式(2)的上限数值，则场曲的校正变得困难。在另一方面，如果条件低于条件表达式(2)的下限数值，则彗差的校正变得困难。
如果条件表达式(2)的下限数值是1.92，或者如果条件表达式(2)的上限数值是2.30，则能够更好地展示本发明的效果。如果条件表达式(2)的下限数值是1.93，或者如果条件表达式(2)的上限数值是2.10，则能够最充分地展示本发明的效果。
条件表达式(3)规定了在第二透镜组G2到第四透镜组G4中的至少两个透镜中在图像侧处的透镜的折射率。如果条件超过条件表达式(3)的上限数值，则球面像差和彗差的校正变得不同。当条件低于条件表达式(3)的下限数值时，球面像差和彗差的校正也变得困难。
如果条件表达式(3)的下限数值是1.88，或者如果条件表达式(3)的上限数值是2.30，则能够更好地展示本发明的效果。如果条件表达式(3)的下限数值是1.89，或者如果条件表达式(3)的上限数值是2.10，则能够最充分地展示本发明的效果。
在这个变焦镜头ZL中，优选的是以下条件表达式(4)得以满足：
1.00＜TLt/ft＜1.80...(4)
这里TLt表示在远摄端状态中变焦镜头ZL的全长，并且ft表示在远摄端状态中变焦镜头ZL的焦距。
条件表达式(4)规定了在远摄端状态中变焦镜头ZL的全长。如果条件超过条件表达式(4)的上限数值，则变焦镜头ZL的全长变长，并且不能实现紧凑性。场曲的校正也变得困难。在另一方面，如果条件低于条件表达式(4)的下限数值，则球面像差的校正变得困难。
如果条件表达式(4)的下限数值是1.20，或者如果条件表达式(4)的上限数值是1.39，则能够更好地展示本发明的效果。
在这个变焦镜头ZL中，优选的是条件表达式(5)得以满足：
0.20＜X1/ft＜0.60...(5)
这里X1表示在从广角端状态到远摄端状态变焦时第一透镜组G1的移动量，并且ft表示在远摄端状态中变焦镜头ZL的焦距。
条件表达式(5)规定了在变焦时第一透镜组G1的移动量。如果条件超过条件表达式(5)的上限数值，则变焦镜头ZL的全长变长，并且不能实现紧凑性，并且场曲的校正也变得困难。在另一方面，如果条件低于条件表达式(5)的下限数值，则球面像差的校正变得困难。
如果条件表达式(5)的下限数值是0.25，或者如果条件表达式(5)的上限数值是0.37，则能够更好地展示本发明的效果。
在变焦镜头ZL中，优选的是以下条件表达式(6)得以满足：
4.00＜f1/fw＜8.00...(6)
这里f1表示第一透镜组G1的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距。
条件表达式(6)规定了第一透镜组G1的焦距和在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距的关系。如果条件超过条件表达式(6)的上限数值，则在广角端状态中畸变的校正变得困难。在另一方面，如果条件低于条件表达式(6)的下限数值，则在远摄端状态中球面像差的校正变得困难。
如果条件表达式(6)的下限数值是5.00，或者如果条件表达式(6)的上限数值是7.00，则能够更好地展示本发明的效果。
在变焦镜头ZL中，优选的是以下条件表达式(7)得以满足：
0.80＜(-f2)/fw＜1.50...(7)
这里f2表示第二透镜组G2的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距。
条件表达式(7)规定了第二透镜组G2的焦距和在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距的关系。如果条件超过条件表达式(7)的上限数值，则彗差的校正变得困难。在另一方面，如果条件低于条件表达式(7)的下限数值，则在变焦时场曲的波动增加。
如果条件表达式(7)的下限数值是1.00，或者如果条件表达式(7)的上限数值是1.22，则能够更好地展示本发明的效果。
在变焦镜头ZL中，优选的是以下条件表达式(8)得以满足：
1.20＜f3/fw＜2.00...(8)
这里f3表示第三透镜组G3的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距。
条件表达式(8)规定了第三透镜组G3的焦距和在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距的关系。如果条件超过条件表达式(8)的上限数值，则球面像差的校正变得困难。在另一方面，如果条件低于条件表达式(8)的下限数值，则在变焦时彗差的波动增加。
如果条件表达式(8)的下限数值是1.50，或者如果条件表达式(8)的上限数值是1.75，则能够更好地展示本发明的效果。
在变焦镜头ZL中，优选的是以下条件表达式(9)得以满足：
2.00＜f4/fw＜5.00...(9)
这里f4表示第四透镜组G4的焦距，并且fw表示在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距。
条件表达式(9)规定了第四透镜组G4的焦距和在广角端状态中变焦镜头ZL的焦距的关系。如果条件超过条件表达式(9)的上限数值，则场曲的校正变得困难。当条件低于条件表达式(9)的下限数值时场曲的校正也变得困难。
如果条件表达式(9)的下限数值是3.00，或者如果条件表达式(9)的上限数值是3.78，则能够更好地展示本发明的效果。
优选的是，规定了条件表达式(2)的透镜是第二透镜组G2的透镜之一，并且更加具体地，在第二透镜组G2中最靠近图像的正弯月形透镜。然后场曲和彗差能够被有效地校正。优选的是，满足条件表达式(3)的透镜是第三透镜组G3中的透镜中的至少一个。然后球面像差和彗差能够被有效地校正。
在这个变焦镜头ZL中，优选的是第一透镜组G1具有非球面表面。然后各种像差例如球面像差能够被良好地校正。优选的是第二透镜组G2具有非球面表面，由此各种像差例如球面像差能够被良好地校正。优选的是第三透镜组G3具有非球面表面，由此各种像差例如球面像差能够被良好地校正。并且优选的是第四透镜组G4具有非球面表面，由此各种像差例如球面像差能够被良好地校正。
在这个变焦镜头ZL中，优选的是第四透镜组G4由利用树脂材料形成的透镜构成。然后能够容易地加工构成第四透镜组G4的透镜。
在这个变焦镜头ZL中，优选的是，在从广角端状态到远摄端状态变焦时，第一透镜组G1到第四透镜组G4分别地沿着光轴移动，从而在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。然后能够减小在变焦时各种像差例如球面像差的波动。
现在将参考图8描述用于制造具有上述配置的变焦镜头ZL的方法。首先，在柱形镜头镜筒中组装本实施例的第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4(步骤S1)。当每一个透镜被组装在镜头镜筒中时，可以沿着光轴按照次序一次一个地在镜头镜筒中组装每一个透镜组，或者部分或者全部透镜组可以被一体地保持在保持部件上，并且然后被组装在镜头镜筒中。在如此在镜头镜筒中组装每一个透镜组之后，在其中每一个透镜组被组装在镜头镜筒中的状态中检查物体图像是否被形成，即，每一个透镜组的中心是否对准(步骤S2)。在检查是否形成图像之后，检查变焦镜头ZL的各种操作(步骤S3)。
各种操作的实例有其中用于变焦的透镜组(在该实施例中第一透镜组G1到第四透镜组G4)沿着光轴移动的变焦操作，其中从在长距离处的物体到在短距离处的物体执行聚焦的透镜组(在该实施例中第四透镜组G4)沿着光轴移动的聚焦操作，和其中透镜的至少一个部分移动从而具有垂直于光轴的分量的手部运动模糊校正操作。在本实施例中，在从广角端状态到远摄端状态变焦时，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离、在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离、和在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离分别地改变。检查各种操作的顺序是任意的。根据这个制造方法，能够获得在具有大约×7变焦比的同时是紧凑的并且具有高的光学性能的变焦镜头ZL。
实例
(实例1)
现在将参考附图描述本发明的每一个实例。将参考图1、图2和表格1描述第一实例1。图1是描绘根据实例1的变焦镜头的配置和变焦轨迹的图表。根据实例1的变焦镜头ZL按照从物体的次序包括：具有正折射光焦度的第一透镜组G1、具有负折射光焦度的第二透镜组G2、孔径光阑S1、具有正折射光焦度的第三透镜组G3、用于防止不必要的光进入的耀斑截断光阑S2，和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。
第一透镜组G1按照从物体的次序进一步包括：具有面向物体的凸形表面的负弯月形透镜L11，和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜L12，并且负弯月形透镜L11和正弯月形透镜L12被胶合。正弯月形透镜L12的面向图像的透镜表面是非球面。第二透镜组G2按照从物体的次序进一步包括：具有面向物体的凸形表面的负弯月形透镜L21、双凹负透镜L22和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜L23，并且负透镜L22的两个透镜表面是非球面。第三透镜组G3按照从物体的次序进一步包括：双凸第一正透镜L31、双凸第二正透镜L32和双凹负透镜L33，并且第二正透镜L32和负透镜L33被胶合。第一正透镜L31的两个透镜表面是非球面。第四透镜组G4仅仅由双凸正透镜L41构成，并且在正透镜L41中面向物体的透镜表面是非球面。从在无穷远处的物体到在有限距离处的物体的聚焦是通过移动第四透镜组G4执行的。
孔径光阑S1被靠近在第三透镜组G3中最靠近物体置放的第一正透镜L31的物体侧置放，并且在从广角端状态到远摄端状态变焦时与第三透镜组G3一起地移动。耀斑截断光阑S2被靠近在第三透镜组G3中最靠近图像置放的负透镜L33的图像侧置放，并且在从广角端状态到远摄端状态变焦时与第三透镜组G3一起地移动。被置于第四透镜组G4和图像平面I之间的滤波器组FL由低通滤波器或者红外截止滤波器构成。
在具有这个配置的变焦镜头ZL中，在从广角端状态到远摄端状态变焦时，第一透镜组G1到第四透镜组G4沿着光轴移动，由此在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。此时，第一透镜组G1只是向图像侧移动，第二透镜组G2速度逐渐增加地向图像侧移动，并且第三透镜组G3只是向物体侧移动，并且第四透镜组G4一度向物体侧移动，然后向图像侧移动。
在下面示出的表格1到表格3是列出与根据实例1到实例3的变焦镜头有关的数据的数值的表格。在每一个表格中的[总体数据]中，f是焦距，FNO是F数，ω是半视角(最大入射角：单位是“°”)，Y是图像高度，Bf是后焦距(空气转换长度)，并且TL是镜头全长(空气转换长度)。在[透镜数据]中，第一列N示出从物体侧数起的透镜表面的顺序，第二列R示出透镜表面的曲率半径，第三列D示出在透镜表面之间的距离，第四列nd示出在d线(波长λ＝587.6nm)处的折射率，并且第五列vd示出在d线(波长λ＝587.6nm)处的阿贝数。在第一列中赋予右侧的“*”示意这个透镜表面是非球面。曲率半径“0.0000”示意平面。
在[非球面数据]中，非球面系数由以下条件表达式(10)给出，这里y表示沿着垂直于光轴的方向的高度，X(y)表示沿着光轴从非球面表面的顶点处的切平面到在非球面表面上在高度y处的位置的距离，R表示基准球面表面的曲率半径(近轴曲率半径)，κ是锥形系数，并且An是n(＝4，6，8，10)阶非球面系数。在每一个实例中，2阶非球面系数A2是0，这里予以省略。在[非球面数据]中，[E-n]示意×10-n。
X(y)＝(y2/R)/{1+(1-κ×y2/R2)1/2}+A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10    ...(10)
在[可变距离数据]中，示出了在每一个透镜组之间的可变距离。在下文中的全部数据数值中，“mm”一般地被用于焦距f、曲率半径R、表面距离D和其它长度的单位，但是可以替代地使用另一适当的单位，因为即便光学系统被成比例地扩大或者成比例地减小，也获得了等价的光学性能。还在下面将描述的实例2和实例3中的数据数值中使用与这个实例相同的符号。
表格1示出实例1的每一个数据。在表格1中的表面编号1到22对应于图1中的表面1到22，并且在表格1中的组编号G1到G4对应于图1中的每一个透镜组G1到G4。在实例1中，第三表面、第六表面、第七表面、第十一表面、第十二表面和第十七表面被形成为非球面。
(表格1)
[总体数据]
变焦比＝6.67
[透镜数据]
[非球面数据]
第三表面
κ＝1.0000，A4＝5.83570E-06，A6＝-4.83260E-09，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第六表面
κ＝1.0000，A4＝-2.90730E-03，A6＝2.77580E-04，A8＝-1.08750E-05，A10＝1.68000E-07
第七表面
κ＝1.3365，A4＝-3.25170E-03，A6＝3.31210E-04，A8＝-1.39660E-05，A10＝2.33610E-07
第十一表面
κ＝1.6252，A4＝-2.53300E-03，A6＝-1.01600E-04，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第十二表面
κ＝3.8965，A4＝1.07790E-03，A6＝1.30970E-06，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第十七表面
κ＝1.0000，A4＝3.04690E-04，A6＝1.11620E-05，A8＝-6.96600E-07，A10＝1.76830E-08
[可变距离数据]
[变焦透镜组数据]
[条件表达式对应数值]
条件表达式(1)Nd11＝1.945950
条件表达式(2)Nda＝1.945950
条件表达式(3)Ndb＝1.903660
条件表达式(4)TLt/ft＝1.378
条件表达式(5)X1/ft＝0.340
条件表达式(6)f1/fw＝5.901
条件表达式(7)(-f2)/fw＝1.161
条件表达式(8)f3/fw＝1.645
条件表达式(9)f4/fw＝3.508
以此方式，在该实例中所有的条件表达式(1)到(9)得以满足。
图2A到图2C是示出根据实例1的变焦镜头ZL的各种像差的曲线图。换言之，图2A是示出在广角端状态中(f＝5.12mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图，图2B是示出在中间焦距状态中(f＝13.22mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图，并且图2C是示出在远摄端状态中(f＝34.13mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图。在示出像差的每一曲线图中，FNO表示F数，并且A表示相对于每一个图像高度的半视角。在示出像差的每一曲线图中，d表示d线(λ＝587.6nm)，g表示g线(λ＝435.8nm)，C表示C线(λ＝656.3nm)并且F表示F线(λ＝486.1nm)。在示出像散的曲线图中，实线示意弧矢图像表面，并且虚线示意子午图像表面。关于示出像差的曲线图的说明对于其它实例而言是相同的。
如在示出像差的每一曲线图中看到地，在实例1中在从广角端状态到远摄端状态的每一个焦距状态中，各种像差被良好地校正，从而示意存在优良的光学性能。结果，同样能够对于具有实例1的变焦镜头ZL的数字静态照相机1确保优良的光学性能。
(实例2)
现在将参考图3、图4和表格2描述本发明的实例2。图3是描绘根据实例2的变焦镜头的配置和变焦轨迹的图表。实例2的变焦镜头具有与实例1的变焦镜头相同的配置，并且因此每一个构成元件由与实例1相同的参考符号表示，并且省略了其详细说明。
表格2示出实例2的每一个数据。表格2中的表面编号1到22对应于图3中的表面1到22，并且表格2中的组编号G1到G4对应于图3中的每一个透镜组G1到G4。在实例2中，第三表面、第六表面、第七表面、第十一表面、第十二表面和第十七表面被形成为非球面。
(表格2)
[总体数据]
变焦比＝6.67
[透镜数据]
[非球面数据]
第三表面
κ＝1.0000，A4＝5.81060E-06，A6＝-4.76750E-09，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第六表面
κ＝1.0000，A4＝-2.88540E-03，A6＝2.77170E-04，A8＝-1.08830E-05，A10＝1.68000E-07
第七表面
κ＝1.3958，A4＝-3.23280E-03，A6＝3.29380E-04，A8＝-1.38780E-05，A10＝2.29690E-07
第十一表面
κ＝0.5277，A4＝-1.43380E-03，A6＝-4.99690E-05，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第十二表面
κ＝1.9631，A4＝5.50290E-04，A6＝-4.62800E-05，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第十七表面
κ＝1.0000，A4＝3.10140E-04，A6＝1.08000E-05，A8＝-6.63950E-07，A10＝1.67470E-08
[可变距离数据]
[变焦透镜组数据]
[条件表达式对应数值]
条件表达式(1)Nd11＝1.945950
条件表达式(2)Nda＝1.945950
条件表达式(3)Ndb＝1.903660
条件表达式(4)TLt/ft＝1.378
条件表达式(5)X1/ft＝0.340
条件表达式(6)f1/fw＝5.901
条件表达式(7)(-f2)/fw＝1.161
条件表达式(8)f3/fw＝1.645
条件表达式(9)f4/fw＝3.508
以此方式，在该实例中所有的条件表达式(1)到(9)得以满足。
图4A到图4C是示出根据实例2的变焦镜头ZL的各种像差的曲线图。换言之，图4A是示出在广角端状态中(f＝5.12mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图，图4B是示出在中间焦距状态中(f＝13.20mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图，并且图4C是示出在远摄端状态中(f＝34.14mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图。如在示出像差的每一曲线图中看到地，在实例2中在从广角端状态到远摄端状态的每一个焦距状态中，各种像差被良好地校正，从而示意存在优良的光学性能。结果，同样能够对于具有实例2的变焦镜头ZL的数字静态照相机1确保优良的光学性能。
(实例3)
现在将参考图5、图6和表格3描述本发明的实例3。图5是描绘根据实例3的变焦镜头的配置和变焦轨迹的图表。除了第三透镜组G3的一部分的形状之外，实例3的变焦镜头具有与实例1的变焦镜头相同的配置，因此每一个构成元件由与实例1相同的参考符号表示，并且省略了其详细说明。在实例3的第三透镜组G3中，第二正透镜L32是具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜，负透镜L33是具有面向物体的凸形表面的负弯月形透镜，并且第二正透镜L32和负透镜L33被胶合。
表格3示出实例3的每一个数据。表格3中的表面编号1到22对应于图5中的表面1到22，并且表格3中的组编号G1到G4对应于图5中的每一个透镜组G1到G4。在实例3中，第三表面、第六表面、第七表面、第十一表面、第十二表面和第十七表面被形成为非球面。
(表格3)
[总体数据]
变焦比＝6.65
[透镜数据]
[非球面数据]
第三表面
κ＝1.0000，A4＝5.65830E-06，A6＝-4.03790E-09，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第六表面
κ＝1.0000，A4＝-2.99610E-03，A6＝2.66240E-04，A8＝-9.94400E-06，A10＝1.45790E-07
第七表面
κ＝1.4816，A4＝-3.37780E-03，A6＝3.09620E-04，A8＝-1.24590E-05，A10＝1.92130E-07
第十一表面
κ＝-0.0877，A4＝-8.86590E-04，A6＝-5.73010E-05，A8＝0.00000E+00，A10＝0.00000E+00
第十二表面
κ＝0.3677，A4＝5.70870E-05，A6＝-6.80290E-05，A8＝0.00000E+00，A 10＝0.00000E+00
第十七表面
κ＝-2.0974，A4＝3.00910E-04，A6＝1.83900E-05，A8＝-1.04090E-06，A10＝2.27840E-08
[可变距离数据]
[变焦透镜组数据]
[条件表达式对应数值]
条件表达式(1)Nd11＝1.945950
条件表达式(2)Nda＝1.945950
条件表达式(3)Ndb＝1.903660
条件表达式(4)TLt/ft＝1.379
条件表达式(5)X1/ft＝0.341
条件表达式(6)f1/fw＝5.908
条件表达式(7)(-f2)/fw＝1.165
条件表达式(8)f3/fw＝1.640
条件表达式(9)f4/fw＝3.421
以此方式，在该实例中所有的条件表达式(1)到(9)得以满足。
图6A到图6C是示出根据实例3的变焦镜头ZL的各种像差的曲线图。换言之，图6A是示出在广角端状态中(f＝5.13mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图，图6B是示出在中间焦距状态中(f＝13.22mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图，并且图6C是示出在远摄端状态中(f＝34.14mm)在于无穷远上聚焦时变焦镜头ZL的各种像差的曲线图。如在示出像差的每一曲线图中看到地，在实例3中在从广角端状态到远摄端状态的每一个焦距状态中，各种像差被良好地校正，从而示意存在优良的光学性能。结果，同样能够对于具有实例3的变焦镜头ZL的数字静态照相机1确保优良的光学性能。
根据每一个实例，能够实现适用于高像素固态图像传感器的并且具有大约×7变焦比的优良光学性能的变焦镜头和光学设备(数字静态照相机)。
在以上实施例中，在并不减弱光学性能的范围内能够采用以下内容。
在每一个上述实例中，示出了一种由四个透镜组构成的变焦镜头，但是本发明还能够被应用于使用不同数目的透镜组例如五个透镜组或者六个透镜组的配置。在该配置中，透镜或者透镜组可以被添加到最靠近物体的一侧，或者透镜或者透镜组可以被添加到最靠近图像的一侧。透镜组指的是如下的部分，即，该部分具有被在变焦时改变的空气间隔隔离的至少一个透镜。
单个或者多个透镜组或者局部透镜组可以被设计成通过沿着光轴方向移动而从在无穷远处的物体到在附近距离处的物体执行聚焦的聚焦透镜组。这个聚焦透镜组能够被应用于自动聚焦，并且还适用于驱动用于自动聚焦的马达(例如使用超声波马达驱动)。特别优选的是第四透镜组被设计成聚焦透镜组。
透镜组或者局部透镜组可以被设计成隔振透镜组，通过移动透镜组或者局部透镜组从而具有垂直于光轴的分量，或者在包括光轴的平面内方向旋转(振荡)透镜组或者局部透镜组，隔振透镜组校正由手部运动产生的图像模糊。特别优选的是第二透镜组的至少一部分被设计成隔振透镜组。
透镜表面可以被形成为球面表面或者平面，或者非球面表面。如果透镜表面是球面表面或者平面，则透镜加工、组装和调节是容易的，并且能够防止由于加工、组装和调节的误差而引起光学性能降低。即便图像平面移位，绘图性能也不受非常大的影响，这是理想的。如果透镜表面是非球面表面，则非球面表面能够是通过磨削产生的非球面表面、通过使用模具以非球面形状形成玻璃而产生的玻璃模制非球面表面、和通过在玻璃表面上将树脂形成为非球面形状而产生的合成非球面表面中的任何非球面表面。透镜表面可以是衍射表面，并且透镜可以是折射率分布透镜(GRIN透镜)或者塑料透镜。
优选的是孔径光阑被靠近第三透镜组置放，但是孔径光阑的作用被透镜框架替代，而不用作为孔径光阑置放单独的元件。
可以利用在宽的波长区域中具有高透射率的抗反射薄膜涂覆每一个透镜表面，从而降低耀斑和幻象，并且实现具有高对比度的、高的光学性能。
本实施例的变焦镜头(变焦光学系统)的变焦比是大约5到10。
在本实施例的变焦镜头中(变焦光学系统)，优选的是第一透镜组具有一个正透镜构件。优选的是第二透镜组具有一个正透镜构件和两个负透镜构件。此时，优选的是透镜构件按照从物体的次序在其间带有空气间隔地被以负、负和正的顺序置放。优选的是第三透镜组具有一个正透镜构件和一个负透镜构件，或者两个正透镜构件。优选的是第四透镜组具有一个正透镜构件。
本实施例的变焦镜头(变焦光学系统)被用于数字静态照相机，但是本发明不限于此，而是还能够被用于光学设备例如数字摄影机。
如此描述了本发明，将会清楚，本发明可以被以很多方式改变。这种变化不被视为偏离本发明的精神和范围，并且期望将对于本领域技术人员而言明显的所有的这种修改包括在以下权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种变焦镜头，按照从物体的次序实质上由以下组成：
具有正折射光焦度的第一透镜组；具有负折射光焦度的第二透镜组；具有正折射光焦度的第三透镜组；和具有正折射光焦度的第四透镜组，
在从广角端状态到远摄端状态变焦时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、和在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离分别地改变，
所述第一透镜组按照从物体的次序实质上由负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜组成，
所述第二透镜组按照从物体的次序实质上由第一负透镜、第二负透镜、和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜组成，
所述第四透镜组由一个双凸正透镜组成，并且
以下条件表达式得以满足：
1.90<Nd11<2.50
1.90<Nda<2.50
1.86<Ndb<2.50
这里Nd11表示在所述第一透镜组中最靠近物体的负透镜的折射率，Nda表示在所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组中的两个透镜中更加靠近物体的透镜的折射率，并且Ndb表示在所述两个透镜中更加靠近图像的透镜的折射率，并且
以下条件表达式得以满足：
1.00<TLt/ft<1.39
这里TLt表示在远摄端状态中所述变焦镜头的全长，并且ft表示在远摄端状态中所述变焦镜头的焦距，以及
0.340<X1/ft<0.37
这里X1表示在从广角端状态到远摄端状态变焦时所述第一透镜组的移动量，并且ft表示在远摄端状态中所述变焦镜头的焦距。
2.根据权利要求1的变焦镜头，其中以下条件表达式得以满足：
4.00<f1/fw<8.00
这里f1表示所述第一透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中所述变焦镜头的焦距。
3.根据权利要求1的变焦镜头，其中以下条件表达式得以满足：
0.80<(-f2)/fw<1.50
这里f2表示所述第二透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中所述变焦镜头的焦距。
4.根据权利要求1的变焦镜头，其中以下条件表达式得以满足：
1.20<f3/fw<2.00
这里f3表示所述第三透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中所述变焦镜头的焦距。
5.根据权利要求1的变焦镜头，其中以下条件表达式得以满足：
2.00<f4/fw<5.00
这里f4表示所述第四透镜组的焦距，并且fw表示在广角端状态中所述变焦镜头的焦距。
6.根据权利要求1的变焦镜头，其中在所述两个透镜中所述更加靠近物体的透镜是所述第二透镜组的透镜之一。
7.根据权利要求6的变焦镜头，其中所述第二透镜组的所述透镜之一是在所述第二透镜组中最靠近物体的正弯月形透镜。
8.根据权利要求1的变焦镜头，其中在所述两个透镜中更加靠近图像的透镜是所述第三透镜组的透镜中的至少一个。
9.根据权利要求1的透镜组，其中所述第一透镜组具有非球面表面。
10.根据权利要求1的变焦镜头，其中所述第二透镜组具有非球面表面。
11.根据权利要求1的变焦镜头，其中所述第三透镜组具有非球面表面。
12.根据权利要求1的变焦镜头，其中所述第四透镜组具有非球面表面。
13.根据权利要求1的变焦镜头，其中所述第四透镜组由利用树脂材料形成的透镜构成。
14.根据权利要求1的变焦镜头，其中在从广角端状态到远摄端状态变焦时，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组分别地沿着光轴移动，从而在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小，并且在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离增加。
15.根据权利要求1的变焦镜头，其中在固态图像传感器的成像表面上形成物体的图像。
16.一种包括用于在预定平面上形成物体的图像的变焦镜头的光学设备，所述变焦镜头是根据权利要求1的变焦镜头。
17.一种用于通过如下所述制造变焦镜头的方法，即，按照从物体的次序，置放具有正折射光焦度的第一透镜组、具有负折射光焦度的第二透镜组、具有正折射光焦度的第三透镜组、和具有正折射光焦度的第四透镜组，
在从广角端状态到远摄端状态变焦时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离、在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离、和在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离分别地改变，
所述第一透镜组按照从物体的次序实质上由负透镜和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜组成，
所述第二透镜组按照从物体的次序实质上由第一负透镜、第二负透镜、和具有面向物体的凸形表面的正弯月形透镜组成，
所述第四透镜组由一个双凸正透镜组成，并且
以下条件表达式得以满足：
1.90<Nd11<2.50
1.90<Nda<2.50
1.86<Ndb<2.50
这里Nd11表示在所述第一透镜组中最靠近物体的负透镜的折射率，Nda表示在所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组中的两个透镜中更加靠近物体的透镜的折射率，并且Ndb表示在所述两个透镜中更加靠近图像的透镜的折射率，并且
以下条件表达式得以满足：
1.00<TLt/ft<1.39
这里TLt表示在远摄端状态中所述变焦镜头的全长，并且ft表示在远摄端状态中所述变焦镜头的焦距，以及
0.340<X1/ft<0.37
这里X1表示在从广角端状态到远摄端状态变焦时所述第一透镜组的移动量，并且ft表示在远摄端状态中所述变焦镜头的焦距。
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