CN102132189B - 变焦镜头、成像设备和用于制造变焦镜头的方法 - Google Patents

变焦镜头、成像设备和用于制造变焦镜头的方法 Download PDF

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Abstract

一种变焦镜头，其以从物体侧起的顺序包括：第一透镜组(G1)，其具有正折射光焦度；第二透镜组(G2)，其具有负折射光焦度；以及，第三透镜组(G3)，其具有正折射光焦度；在彼此相邻的所述透镜组之间的每一个距离在从广角端状态向远摄端状态变焦时改变，所述第一透镜组(G1)具有包括负透镜(L11)的胶合透镜，并且，所述第三透镜组(G3)具有胶合透镜(L32)和(L33)，并且满足给定的条件表达式，由此提供具有高光学性能的尺寸缩小的变焦镜头。

Description

变焦镜头、成像设备和用于制造变焦镜头的方法
技术领域
本发明涉及变焦镜头、成像设备和用于制造变焦镜头的方法。
背景技术
近些年来，诸如摄像机、数字照相机、使用固态成像装置的广播照相机和使用卤化银胶片的胶片照相机这样的成像设备迄今已经在它们的功能上被增强，并且在设备整体的尺寸上减小。因此，用在这样的成像设备中的成像光学系统需要镜头全长较短并且具有高分辨率的变焦镜头(例如，参见日本公开专利申请No.2006-284753)。
然而，传统的变焦镜头具有没有足够的光学性能水平的问题。
发明内容
在该情况下，根据如上所述的问题设计的本发明的目的是提供一种显示高光学性能的尺寸缩小的变焦镜头、一种成像设备和一种变焦镜头制造方法。
为了实现上面的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变焦镜头，其以从物体侧起的顺序包括：第一透镜组，其具有正折射光焦度；第二透镜组，其具有负折射光焦度；以及，第三透镜组，其具有正折射光焦度；在从广角端状态向远摄端状态变焦时在彼此相邻的所述透镜组之间的每一个距离改变，所述第一透镜组具有包括负透镜的胶合透镜，并且所述第三透镜组具有胶合透镜，并且满足下面的条件表达式(1)
1.90＜Ndn＜2.50    (1)
其中，Ndn表示所述第一透镜组的所述负透镜的相对于d线(λ＝587.56nm)而言的折射率。
根据本发明的另一个方面，提供了一种成像设备，包括本申请的变焦镜头。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造变焦镜头的方法，所述变焦镜头以从物体侧起的顺序包括：第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述方法包括步骤：布置所述第一透镜组的透镜，使得所述第一透镜组具有正折射光焦度，并且包括胶合透镜，所述胶合透镜包含负透镜，并且满足下面的条件表达式(1)：
1.90Ndn 2.50    (1)
其中，Ndn表示所述第一透镜组的所述负透镜的相对于d线(λ＝587.56nm)而言的折射率；布置所述第二透镜组的透镜，使得所述第二透镜组具有负折射光焦度；布置所述第三透镜组的透镜，使得所述第三透镜组具有正折射光焦度并且包括胶合透镜；以及，布置所述第一至所述第三透镜组，使得在从广角端状态向远摄端状态变焦时，在彼此相邻的所述透镜组之间的距离可变。
根据本发明，可提供显示高光学性能的尺寸缩小的变焦镜头、成像设备和用于制造变焦镜头的方法。
附图说明
图1是根据本申请的示例1的变焦镜头的透镜配置的截面图。
图2A、2B和2C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例1的变焦镜头的各种像差的图。
图3是根据本申请的示例2的变焦镜头的透镜配置的截面图。
图4A、4B和4C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例2的变焦镜头的各种像差的图。
图5是根据本申请的示例3的变焦镜头的透镜配置的截面图。
图6A、6B和6C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例3的变焦镜头的各种像差的图。
图7是根据本申请的示例4的变焦镜头的透镜配置的截面图。
图8A、8B和8C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例4的变焦镜头的各种像差的图。
图9是根据本申请的示例5的变焦镜头的透镜配置的截面图。
图10A、10B和10C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例5的变焦镜头的各种像差的图。
图11A和11B分别是包括本申请的变焦镜头的电子照相机的前视图和后视图。
图12是沿着在图11A中的线A-A’所取的截面图。
图13是示出用于制造本申请的变焦镜头的方法的流程图。
具体实施方式
以下，将描述变焦镜头、成像设备和用于制造本申请的变焦镜头的方法。
本申请的变焦镜头以从物体侧起的顺序包括：第一透镜组，其具有正折射光焦度；第二透镜组，其具有负折射光焦度；以及，第三透镜组，其具有正折射光焦度；在从广角端状态向远摄端状态改变放大率时在彼此相邻的所述透镜组之间的每一个距离改变，所述第一透镜组具有包括负透镜的胶合透镜，并且所述第三透镜组具有胶合透镜，并且满足下面的条件表达式(1)
1.90＜Ndn＜2.50    (1)
其中，Ndn表示所述第一透镜组的所述负透镜的相对于d线(λ＝587.56nm)而言的折射率。
通过包括由具有高折射率的光学玻璃构成的透镜，使得本申请的变焦镜头能够获得尺寸缩小和更高的光学性能。
条件表达式(1)指定了第一透镜组的负透镜的介质的相对于d线(λ＝587.56nm)而言的折射率。
当值小于条件表达式(1)的下限时，难以在远摄端状态良好地校正球面像差。注意，如果条件表达式(1)的下限值被设置为1.92，则本发明可以显示更多的效果。
当值超过条件表达式(1)的上限值时，珀兹伐和变得太大，并且难以校正弧矢图像平面。注意，如果条件表达式(1)的上限值被设置为2.20，则本发明可以显示更多的效果。此外，如果上限值被设置为2.00，则本发明可以显示更多效果。如果上限值被设置为1.96，则本发明可以显示最大效果。这种配置使得能够实现尺寸缩小并且具有高成像性能的变焦镜头。
而且，期望本申请的变焦镜头包括在第三透镜组的图像侧上的、具有正折射光焦度的第四透镜组，并且，在第三透镜组和第四透镜组之间的距离在从广角端状态向远摄端状态变焦时改变。
使用这种配置，可行的是，优选地校正场曲、畸变等。
而且，期望本申请的变焦镜头满足下面的条件表达式(2)：
4.50＜f1/fw＜7.00    (2)
其中，f1表示第一透镜组的焦距，并且，fw表示在广角端状态中的变焦镜头的焦距。
条件表达式(2)是，相对于在广角端状态中的本申请的变焦镜头的焦距，指定第一透镜组的焦距。
当值小于条件表达式(2)的下限值时，轴上色像差和球面像差在远摄端状态中变差，这是不期望有的方面。注意，如果条件表达式(2)的下限值被设置为4.90，则本发明可以显示更多的效果。
当值超过条件表达式(2)的上限值时，场曲和彗差在广角端状态中变差，这是不期望有的方面。应当注意，如果条件表达式(2)的上限值被设置为6.50，则本发明可以显示更多的效果。而且，如果上限值被设置为6.00，则本发明可以显示更多得多的效果，并且，如果上限值被设置为5.60，则本发明可以显示最大效果。
而且，期望本申请的变焦镜头满足下面的条件表达式(3)：
0.50＜X1/fw＜1.80    (3)
其中，X1表示在从广角端状态向远摄端状态变焦时第一透镜组的沿着光轴的移动量；并且fw表示在广角端状态中的变焦镜头的焦距。
条件表达式(3)是，相对于在广角端状态中的本申请的变焦镜头的焦距，指定从广角端状态向远摄端状态变焦时第一透镜组的沿着光轴的移动量。
当该值小于条件表达式(3)的下限值时，场曲变得在远摄端状态中校正不足，这是不期望的方面。注意，如果条件表达式(3)的下限值被设置为0.60，则本发明可以显示更多的效果。
当该值超过条件表达式(3)的上限值时，第一透镜组的沿着光轴的移动量变得太大，导致难以缩小镜头的全长并且难以校正在远摄端状态中的球面像差。应当注意，如果条件表达式(3)的上限值被设置为1.50，则本发明可以显示更多效果。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，第三透镜组以从物体侧起的顺序包括如上所述的正透镜和胶合透镜，并且第三透镜组的胶合透镜以从物体侧起的顺序包括正透镜和负透镜。
这种配置使得本申请的变焦镜头能够优选地校正球面像差和纵向色像差。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，第二透镜组以从物体侧起的顺序包括第一负透镜、第二负透镜和正透镜。
这种配置也使得本申请的变焦镜头能够良好地校正球面像差和纵向色像差。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，第二透镜组的第一负透镜的图像侧表面是非球面。
使用这种配置，本申请的变焦镜头可以良好地校正在广角端状态中的畸变。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，通过一个正透镜来构造第四透镜组。
使用这种配置，本申请的变焦镜头可以缩小尺寸并且也在重量上降低。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增大，而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大。
这种配置使得本申请的变焦镜头能够减小第一透镜组的直径，并且有利于变焦比的提高。因此，也可以在远摄端状态中良好地校正球面像差。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在光轴上移动。
这种配置有利于变焦比的提高，并且使得能够在远摄端状态中良好地校正球面像差。
期望本申请的变焦镜头满足下面的条件表达式(4)：
7.00＜Lw/fw＜7.80    (4)
其中，Lw表示在广角端状态中的变焦镜头的镜头全长；并且，fw表示在广角端状态中的变焦镜头的焦距。
条件表达式(4)是，相对于在广角端状态中的变焦镜头的焦距，指定在广角端状态中的变焦镜头的镜头全长。
当值小于条件表达式(4)的下限值时，每一个变焦组(在从广角端状态向远摄端状态变焦时移动的每一个透镜组)的折射光焦度变得太大，导致难以校正在广角端状态中的彗差。注意，如果条件表达式(4)的下限值被设置为7.15，则本发明可以显示更多的效果。
当值超过条件表达式(4)的上限值时，镜头全长延长，导致难以校正在广角端状态中的球面像差。应当注意，如果条件表达式(4)的上限值被设置为7.60，则本发明可以显示更多得多的效果。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，第三透镜组具有非球面。
这种配置使得本申请的变焦镜头能够良好地校正球面像差。
而且，期望在本申请的变焦镜头中，第四透镜组具有非球面。
这种配置使得本申请的变焦镜头能够良好地校正场曲。
而且，成像设备特征在于包括具有如上所述的配置的变焦镜头。
使用这种配置，可行的是，实现具有高图像形成性能的尺寸缩小的成像设备。
而且，一种用于变焦变焦镜头的方法是一种用于变焦本申请的变焦镜头的方法，本申请的变焦镜头以从物体侧起的顺序包括：第一透镜组，其具有正折射光焦度；第二透镜组，其具有负折射光焦度；第三透镜组，其具有正折射光焦度；以及，第四透镜组，其具有正折射光焦度，其中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时在彼此相邻的所述透镜组之间的每一个距离改变，所述第一透镜组具有包括负透镜的胶合透镜，所述第三透镜组具有胶合透镜，并且满足下面的条件表达式(1)：
1.90＜Ndn＜2.50    (1)
其中，Ndn表示第一透镜组的负透镜的相对于d线(λ＝587.56nm)的折射率。
使用这种配置，可实现用于变焦具有高光学性能的尺寸缩小的变焦镜头的方法。
以下将参考图13来描述用于制造变焦镜头的方法的概述，该变焦镜头以从物体侧起的顺序包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组。
开始，将各个透镜布置在圆柱镜头镜筒内，使得所述第一透镜组包括胶合透镜，胶合透镜具有正折射光焦度，并且包含满足下面的条件表达式(1)的负透镜：
1.90＜Ndn＜2.50    (1)
第二透镜组的各个透镜被布置使得具有负折射光焦度；
第三透镜组的各个透镜被布置使得具有正折射光焦度并且包括胶合透镜；并且
第一透镜组至第三透镜组被布置以便使得能够在从广角端状态向远摄端状态变焦时在相邻的透镜组之间的距离改变；
其中，Ndn表示第一透镜组的负透镜的相对于d线(λ＝587.56nm)的折射率。
而且，期望将变焦镜头的各个透镜布置为满足下面的条件表达式(2)：
4.50＜f1/fw＜7.00    (2)
其中，f1表示第一透镜组的焦距；并且，fw表示在广角端状态中的变焦镜头的焦距。
而且，期望将变焦镜头的各个透镜布置为满足下面的条件表达式(3)：
0.50＜X1/fw＜1.80    (3)
其中，X1表示在从广角端状态向远摄端状态变焦时第一透镜组的沿着光轴的移动量；并且fw表示在广角端状态中的变焦镜头的焦距。
以下基于附图通过数值的示例来描述本申请的变焦镜头。
<示例1>
图1是根据本申请的示例1的变焦镜头的透镜配置(布局)的截面图。
根据示例1的变焦镜头以从物体侧起的顺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。
第一透镜组G1以从物体侧起的顺序由胶合透镜构成，通过将具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L11和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L12胶合而构造该胶合透镜。注意，负弯月形透镜L11由玻璃构成，该玻璃的相对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率大于1.90。
第二透镜组G2以从物体侧起的顺序由下述部分构成：负弯月形透镜L21，其具有朝向物体侧的凸表面；双凹负透镜L22；以及，具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L23。注意，负弯月形透镜L21的图像侧表面是非球面。
第三透镜组G3以从物体侧起的顺序由双凸正透镜L31和胶合透镜构造，通过双凸正透镜L32与双凹负透镜L33胶合来构造该胶合透镜。注意，双凸正透镜L31的物体侧表面是非球面。
第四透镜组G4由双凸正透镜L41构成。顺便提及，双凸正透镜L41的物体侧表面是非球面。
在根据示例1的变焦镜头中，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间布置孔径光阑S，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间布置耀斑截断光阑FS。因此，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，这些光阑S和FS与第三透镜组G3一体地移动。
而且，在第四透镜组G4和图像屏幕I之间布置由低通滤波器、红外线截断滤波器等构成的滤波器组FL。
在如此构造的根据示例1的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3沿着光轴移动，使得在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增大，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之间的距离增大。
下面的表1示出根据本申请的示例1的变焦镜头的各个数据项的值。
在表1中，f表示焦距，并且BF指示后焦距。
在[表面数据]中，分别地，表面编号表示从物体侧计数的透镜表面的顺序，r表示透镜表面的曲率半径，d表示透镜表面的轴上间隙，nd表示相对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率，vd表示相对于d线(波长λ＝587.6nm)的阿贝数。而且，分别地，“物体表面”指定物体表面，“可变”表示可变表面间隙，(光阑S)指示孔径光阑，(光阑FS)指示耀斑截断光阑FS，并且“图像平面”表示图像平面I。注意，曲率半径r的“∞”指示平坦的表面。而且，如果透镜表面被分类为非球面，则以“*”标注透镜表面，并且，在曲率半径的列中给出了近轴曲率半径。
在以下面的表达式表达其形状的情况下，相对于在[表面数据]中给出的非球面，在[非球面数据]中示出非球面系数和锥体常数：
S(y)＝(y2/R)/[1+(1-K·y2/R2)1/2]+A4·y4+A6·y6+A8·y8+A10·y10
其中，S(y)是沿着光轴从非球面的顶点处的切平面到在非球面上距光轴在高度y处的位置的距离(垂度量)，R是参考球体的曲率半径(近轴曲率半径)，K是锥形系数，并且A4、A6、A8、A10被设置为非球面系数。顺便提及，省略非球面系数“0”(零)的描述。注意，[E-n]表示[×10-n]，其中，[1.234E-05]表示[1.234×10-5]。
在[规格]中，分别地，FNO表示f数(f-number)，2ω表示视角(覆盖角)，Y代表图像高度，TL表示镜头全长，并且di(i：整数)指示第i个表面的可变表面距离。应当注意，分别地，W表示广角端状态，M表示中间焦距状态，并且T表示远摄端状态。
在此，焦距f、曲率半径r和其他数据项涉及一般使用[mm]来作为长度单位。然而，光学系统即使当成比例地被放大或缩小时也获取相同的光学性能，因此不限于这个单元。
注意，在下面描述的各个示例的表格中以相同的方式使用在表1中如上所述的符号。
(表1)示例1
[非球面数据]
表面编号＝5
K＝0.1204
A4＝4.79980E-04
A6＝1.71200E-05
A8＝-2.94550E-07
A10＝1.79160E-08
表面编号＝11
K＝-0.9399
A4＝-1.24470E-07
A6＝1.11480E-05
A8＝-1.71350E-06
A10＝8.25590E-08
表面编号＝17
K＝-0.8261
A4＝-7.79540E-05
A6＝5.31310E-06
A8＝-2.80520E-07
A10＝4.63620E-09
[规格]
变焦比＝4.713
         W            M            T
f＝      6.48900      14.08743     30.58339
FNO＝    3.01         3.65         5.35
2ω＝    63.6°       29.4°       13.6°
Y＝      3.75         3.75         3.75
TL＝    48.80759    50.41897    58.50411
BF＝    1.06984     1.05699     1.03191
d3＝    1.38393     7.18641     10.16713
d9＝    15.77947    7.31912     2.35477
d16＝   4.55368     7.45583     18.92418
d18＝   4.31104     5.69762     4.31650
[透镜组数据]
组   I     焦距
1    1     34.99973
2    4     -8.05192
3    11    11.97090
4    17    25.54613
I：每个透镜组的开始表面编号
[条件表达式的值]
(1)Ndn＝1.92286
(2)f1/fw＝5.394
(3)X1/fw＝1.4975
(4)Lw/fw＝7.522
图2A、2B和2C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例1的变焦镜头的各种像差的图。
可以从图2A、2B和2C明白，根据示例1的变焦镜头优选地校正从广角端状态改变到远摄端状态的各种像差，并且显示良好的光学性能。
注意，FNO表示f数，并且A表示分别在图2A、2B和2C中的半视角。而且，在图2A、2B和2C的每一个中，球面像差的图示出与最大孔径对应的f数的值，像散的图和畸变的图示出半视角的最大值，彗差的图示出半视角的各个值。因此，分别地，d表示d线(λ＝587.56nm)，g指定g线(λ＝435.8nm)，C表示C线(λ＝656.3nm)，并且F表示F线(λ＝486.1nm)。而且，在图2A、2B和2C的像散图中，分别地，实线表示弧矢图像平面，而虚线指示子午图像平面。注意，在示出在下面描述的示例中的各种像差的图中，也要使用与在示例1中的那些相同的符号。
<示例2>
图3是根据本申请的示例2的变焦镜头的透镜配置的截面图。
根据示例2的变焦镜头以从物体侧起的顺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。
第一透镜组G1由胶合透镜构成，通过以从物体侧起的顺序将具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L11和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L12胶合而构造该胶合透镜。注意，负弯月形透镜L11由玻璃构成，该玻璃的相对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率大于1.90。第二透镜组G2以从物体侧起的顺序由下述部分构成：负弯月形透镜L21，其具有朝向物体侧的凸表面；双凹负透镜L22；以及，具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L23。注意，负弯月形透镜L21的图像侧表面是非球面。
第三透镜组G3以从物体侧起的顺序由双凸正透镜L31和胶合透镜构造，通过具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L32与具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L33胶合来构造该胶合透镜。注意，双凸正透镜L31的物体侧表面是非球面。
第四透镜组G4由具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L41构成。顺便提及，正弯月形透镜L41的物体侧表面是非球面。
在根据示例2的变焦镜头中，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间布置孔径光阑S，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间布置耀斑截断光阑FS。因此，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，这些光阑S和FS与第三透镜组G3一体地移动。而且，在第四透镜组G4和图像平面I之间布置由低通滤波器、红外线截断滤波器等构成的滤波器组FL。
在如此构造的根据示例2的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3沿着光轴移动，使得在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增大，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之间的距离增大。
下面的表2示出根据本申请的示例2的变焦镜头的各个数据项的值。
(表2)示例2
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号＝5
K＝-2.3094
A4＝1.48730E-03
A6＝-2.10070E-05
A8＝6.44450E-07
A10＝-5.10190E-09
表面编号＝11
K＝0.4779
A4＝-2.03480E-04
A6＝7.56130E-06
A8＝-1.49140E-06
A10＝9.90580E-08
表面编号＝17
K＝4.6827
A4＝-4.69160E-04
A6＝-1.80560E-05
A8＝8.24810E-07
A10＝-5.36670E-08
[规格]
变焦比＝4.695
         W           M           T
f＝      7.00400     14.00000    32.88298
FNO＝    3.65        4.25        5.82
2ω＝    63.7°      31.8°      13.5°
Y＝      4.05        4.05        4.05
TL＝     50.31075    50.58228    56.983
BF＝     0.61701     0.60000     0.58300
d3＝     1.20000     7.06161     12.15828
d9＝     17.52768    8.65222     2.00920
d16＝    4.71823     6.52061     15.48467
d18＝    3.71992     5.21992     4.21992
[透镜组数据]
组   I     焦距
1    1     36.00480
2    4     -9.31061
3    11    12.71852
4    17    24.42822
I：每个透镜组的开始表面编号
[条件表达式的值]
(1)Ndn＝1.92286
(2)f1/fw＝5.141
(3)X1/fw＝0.9526
(4)Lw/fw＝7.183
图4A、4B和4C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例2的变焦镜头的各种像差的图。
可以从图4A、4B和4C明白，根据示例2的变焦镜头优选地校正从广角端状态改变到远摄端状态的各种像差，并且显示良好的光学性能。
<示例3>
图5是根据本申请的示例3的变焦镜头的透镜配置的截面图。
根据示例3的变焦镜头以从物体侧起的顺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。
第一透镜组G1由胶合透镜构成，通过以从物体侧起的顺序将具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L11和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L12胶合而构造该胶合透镜。注意，负弯月形透镜L11由玻璃构成，该玻璃的相对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率大于1.90。
第二透镜组G2以从物体侧起的顺序由下述部分构成：负弯月形透镜L21，其具有朝向物体侧的凸表面；双凹负透镜L22；以及，具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L23。注意，负弯月形透镜L21的图像侧表面是非球面。
第三透镜组G3以从物体侧起的顺序由双凸正透镜L31和胶合透镜构造，通过具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L32与具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L33胶合来构造该胶合透镜。注意，双凸正透镜L31的物体侧表面是非球面。
第四透镜组G4由具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L41构成。顺便提及，正弯月形透镜L41的物体侧表面是非球面。
在根据示例3的变焦镜头中，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间布置孔径光阑S，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间布置耀斑截断光阑FS。因此，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，这些光阑S和FS与第三透镜组G3一体地移动。而且，在第四透镜组G4和图像平面I之间布置由低通滤波器、红外线截断滤波器等构成的滤波器组FL。
在如此构造的根据示例3的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3沿着光轴移动，使得在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增大，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之间的距离增大。
下面的表3示出根据本申请的示例3的变焦镜头的各个数据项的值。
(表3)示例3
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号＝5
K＝0.3865
A4＝2.63800E-04
A6＝4.58160E-06
A8＝2.63520E-08
A10＝1.90530E-09
表面编号＝11
K＝0.5467
A4＝-2.25580E-04
A6＝8.33200E-06
A8＝-1.70340E-06
A10＝1.14030E-07
表面编号＝17
K＝4.2076
A4＝-4.72180E-04
A6＝-1.60940E-05
A8＝6.43130E-07
A10＝-4.77060E-08
[规格]
变焦比＝4.695
        W           M           T
f＝     7.00400     14.00000    32.88298
FNO＝   3.65        4.29        5.94
2ω＝   63.8°      31.7°      13.5°
Y＝     4.05        4.05        4.05
TL＝    50.19397    49.86559    55.983
BF＝    0.61701     0.60000     0.58300
d3＝    1.20000     6.44583     11.21094
d9＝    17.68973    8.64336     2.02068
d16＝   5.06505     7.05421     16.04619
d18＝   3.15619     4.65619     3.65619
[透镜组数据]
组   I     焦距
1    1     34.58296
2    4     -9.17092
3    11    12.45658
4    17    24.71802
I：每个透镜组的开始表面编号
[条件表达式的值]
(1)Ndn＝1.92286
(2)f1/fw＝4.938
(3)X1/fw＝0.8265
(4)Lw/fw＝7.166
图6A、6B和6C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例3的变焦镜头的各种像差的图。
可以从图6A、6B和6C明白，根据示例3的变焦镜头优选地校正从广角端状态改变到远摄端状态的各种像差，并且显示良好的光学性能。
<示例4>
图7是根据本申请的示例4的变焦镜头的透镜配置的截面图。
根据示例4的变焦镜头以从物体侧起的顺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。
第一透镜组G1以从物体侧起的顺序由具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L11和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L12的胶合透镜构成。注意，负弯月形透镜L11由玻璃构成，该玻璃的相对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率大于1.90。
第二透镜组G2以从物体侧起的顺序由下述部分构成：负弯月形透镜L21，其具有朝向物体侧的凸表面；双凹负透镜L22；以及，双凸正透镜L23。注意，负弯月形透镜L21的图像侧表面是非球面。
第三透镜组G3以从物体侧起的顺序由双凸正透镜L31和胶合透镜构造，通过具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L32与具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L33胶合来构造该胶合透镜。注意，双凸正透镜L31的物体侧表面是非球面。
第四透镜组G4由具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L41构成。顺便提及，正弯月形透镜L41的物体侧表面是非球面。
在根据示例4的变焦镜头中，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间布置孔径光阑S，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间布置耀斑截断光阑FS。因此，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，这些光阑S和FS与第三透镜组G3一体地移动。而且，在第四透镜组G4和图像平面I之间布置由低通滤波器、红外线截断滤波器等构成的滤波器组FL。
在如此构造的根据示例4的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3沿着光轴移动，使得在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增大，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之间的距离增大。
下面的表4示出根据本申请的示例4的变焦镜头的各个数据项的值。
(表4)示例4
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号＝5
K＝-1.6659
A4＝1.11460E-03
A6＝-7.40700E-06
A8＝2.79370E-07
A10＝-8.40530E-10
表面编号＝11
K＝0.4161
A4＝-2.21620E-04
A6＝1.07680E-05
A8＝-2.10040E-06
A10＝1.39160E-07
表面编号＝17
K＝4.9697
A4＝-4.93780E-04
A6＝-1.50460E-05
A8＝5.73090E-07
A10＝-5.22590E-08
[规格]
变焦比＝4.695
        W           M           T
f＝     7.00400     14.00000    32.88298
FNO＝   3.65        4.26        5.96
2ω＝   63.9°      31.7°      13.5°
Y＝     4.05        4.05        4.05
TL＝    50.30074    49.68146    54.983
BF＝    0.61701     0.60001     0.58300
d3＝    1.20000     6.44583     11.21094
d9＝    18.18384    8.93704     2.00000
d16＝   5.19542     6.88247     15.66922
d18＝   2.63847     4.13847     3.13847
[透镜组数据]
组   I     焦距
1    1     34.80802
2    4     -9.31152
3    11    12.28038
4    17    24.15307
I：每个透镜组的开始表面编号
[条件表达式的值]
(1)Ndn＝1.92286
(2)f1/fw＝4.970
(3)X1/fw＝0.6685
(4)Lw/fw＝7.182
图8A、8B和8C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例4的变焦镜头的各种像差的图。
可以从图8A、8B和8C明白，根据示例4的变焦镜头优选地校正从广角端状态改变到远摄端状态的各种像差，并且显示良好的光学性能。
<示例5>
图9是根据本申请的示例5的变焦镜头的透镜配置的截面图。
根据示例5的变焦镜头以从物体侧起的顺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。
第一透镜组G1以从物体侧起的顺序由通过具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L11与具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L12胶合而构造的胶合透镜构成。注意，负弯月形透镜L11由玻璃构成，该玻璃的相对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率大于1.90。
第二透镜组G2以从物体侧起的顺序由下述部分构成：负弯月形透镜L21，其具有朝向物体侧的凸表面；双凹负透镜L22；以及，具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L23。注意，负弯月形透镜L21的图像侧表面是非球面。
第三透镜组G3以从物体侧起的顺序由双凸正透镜L31和胶合透镜构造，通过具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L32与具有朝向物体侧的凸表面的负弯月形透镜L33胶合来构造该胶合透镜。注意，双凸正透镜L31的物体侧表面是非球面。
第四透镜组G4由具有朝向物体侧的凸表面的正弯月形透镜L41构成。顺便提及，正弯月形透镜L41的物体侧表面是非球面。
在根据示例5的变焦镜头中，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间布置孔径光阑S，并且在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间布置耀斑截断光阑FS。因此，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，这些光阑S和FS与第三透镜组G3一体地移动。而且，在第四透镜组G4和图像平面I之间布置由低通滤波器、红外线截断滤波器等构成的滤波器组FL。
在如此构造的根据示例5的变焦镜头中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3沿着光轴移动，使得在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增大，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之间的距离增大。
下面的表5示出根据本申请的示例5的变焦镜头的各个数据项的值。
(表5)示例5
[表面数据]
[非球面数据]
表面编号＝5
K＝-2.5841
A4＝1.57530E-03
A6＝-2.57130E-05
A8＝7.65800E-07
A10＝-6.48840E-09
表面编号＝11
K＝0.5230
A4＝-2.20960E-04
A6＝8.47600E-06
A8＝-1.70750E-06
A10＝1.14730E-07
表面编号＝17
K＝3.7055
A4＝-4.83960E-04
A6＝-2.19170E-05
A8＝1.03460E-06
A10＝-6.31190E-08
[规格]
变焦比＝4.695
         W           M              T
f＝      7.00400     14.00000       32.88297
FNO＝    3.65        4.19           5.78
2ω＝    63.8°      31.9°         13.5°
Y＝      4.05        4.05           4.05
TL＝     50.24582    50.01994       54.983
BF＝     0.61701     0.60000        0.58298
d3＝     1.20000     7.20901        11.92124
d9＝     18.23131    9.11522        2.01663
d16＝    5.30880     6.70700        15.07343
d18＝    2.62271     4.12271        3.12271
[透镜组数据]
组   I     焦距
1    1     35.70153
2    4     -9.43720
3    11    12.36132
4    17    24.05167
I：每个透镜组的开始表面编号
[条件表达式的值]
(1)Ndn＝1.94594
(2)f1/fw＝5.097
(3)X1/fw＝0.6764
(4)Lw/fw＝7.174
图10A、10B和10C是分别示出在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中在无限远距离聚焦状态中的根据本申请的示例5的变焦镜头的各种像差的图。
可以从图10A、10B和10C明白，根据示例5的变焦镜头优选地校正从广角端状态改变到远摄端状态的各种像差，并且显示良好的光学性能。
根据如上所述的示例，实现具有高光学性能的尺寸缩小的变焦镜头是可行的。在此，通过本申请的本发明的具体示例例示相应的示例，然而，本申请的本发明不限于这些工作示例。应当注意，可以在不影响本申请的变焦镜头的光学性能的范围内正确地采用下面的内容。
已经通过本申请的变焦镜头的数值的示例例示了4组配置，然而，本申请不限于这种透镜组配置，并且建立5组配置、6组配置等的变焦镜头也是可行的。具体地说，可例示在最接近物体侧上增加正透镜组的配置、在最接近图像侧上增加正或负透镜组的配置和在第一透镜组和第四透镜组之间增加正或负透镜组的配置。
而且，本申请的变焦镜头可以采用下述配置：在光轴的方向上移动透镜组的一部分、一个透镜组或多个透镜组作为(一个或多个)聚焦透镜组，以便从无限远距离物体聚焦在近距离物体上。特别地，优选的是，第一透镜组或第四透镜组被用作聚焦透镜组。而且，聚焦透镜组也可以被应用到自动聚焦，并且适合于驱动用于自动聚焦的电机(诸如超声波电机)。
而且，本发明的变焦镜头也可以采用下述配置：通过在垂直于光轴的方向上移动透镜组或透镜组的一部分作为减振透镜组来校正由手振动(照相机震动)引起的图像模糊。具体地说，优选的是，在本申请的变焦镜头中，第二透镜组或第三透镜组的至少一部分用作减振透镜组。
而且，配置本申请的变焦镜头的透镜的每一个的透镜表面可以是球面或平面或非球面。透镜表面是球面或平面的情况便利透镜处理和组件调整，并且是优选的，因为防止了由于处理和组件调整的误差导致的光学性能变差。即使图像平面偏离，表现性能变差的量也小，这是期望的方面。而且，如果透镜表面是非球面，则通过将这个非球面形成为下述的任何一个，不引起任何不方便：基于细磨的非球面、通过以非球面形状塑造玻璃来形成的玻璃模塑非球面以及通过以非球面形状在玻璃的表面上涂敷树脂而形成的复合非球面。而且，透镜表面可以被形成为衍射光学表面，并且透镜可以被形成为梯度折射率透镜(GRIN透镜)或塑料透镜。
而且，优选的是，孔径光阑被布置在第三透镜组附近，然而，一种可用的配置是透镜框替代孔径光阑的角色，而不用提供作为孔径光阑的构件。
而且，配置本申请的变焦镜头的透镜的透镜表面可以被涂敷防反射膜，该防反射膜在宽波长范围内具有高透射率。使用本发明，可行的是，通过减少炫光和幻影来获得高对比度和高光学性能。
本申请的变焦镜头具有在3.5到10的数量级上的变焦比，并且更优选的是，变焦比在4至6的数量级上。
而且，优选的是，在本申请的变焦镜头中，第一透镜组包括一个正透镜元件和一个负透镜元件。
而且，优选的是，在本申请的变焦镜头中，第二透镜组包括一个正透镜元件和两个负透镜元件。而且，优选的是，第二透镜组的这些透镜元件以从物体侧起的顺序被以负/负/正的顺序布置，其间具有空气距离。
而且，优选的是，在本申请的变焦镜头中，第三透镜组包括两个正透镜元件或者一个正透镜元件和一个负透镜元件。而且，期望第三透镜组的这些透镜元件以从物体侧起的顺序被以正/正或正/负的顺序，其间具有空气距离。
接下来，以下将参考图11A和11B来描述配备了本变焦镜头的照相机。
图11A和11B分别是包括本申请的变焦镜头的电子照相机的前视图和后视图。而且，图12是沿着在图11A中的线A-A’所取的截面图。
照相机1被分类为电子照相机，其如图11A、11B和12中所示包括作为根据示例1的拍摄镜头2而给出的变焦镜头。
在照相机1中，当拍摄者按下未示出的电源按钮时，打开了覆盖拍摄镜头2的未示出的快门。在这个操作时，从未示出的物体(要成像的物体)过来的光束入射在拍摄镜头2上，然后，拍摄镜头2将光束聚焦于在图像平面I上布置的成像装置(例如，CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)等)C上，并且物体图像被形成在其上。物体图像被成像装置C捕获，并且被显示在设置于照相机1的后表面上的液晶监视器3上。利用这个操作，拍摄者在观看液晶监视器3的同时确定物体图像的构图后按下释放按钮4，结果是成像装置C拍摄了物体图像，并且所拍摄的图像被记录和存储在未示出的存储器中。因此，拍摄者可以通过照相机1来拍摄物体。
应当注意，照相机1进一步包括：辅助发光单元5，其在暗拍摄环境的情况下发射辅助光；广角/远摄开关6，用于将作为拍摄镜头2的变焦镜头从广角端状态向远摄端状态变焦；以及，功能按钮7，用于设置照相机1的多个条件；等等。
在此，由于在示例1中所述的特性透镜配置，作为拍摄镜头2被安装在照相机1中的根据示例1的变焦镜头是显示高光学性能的、尺寸缩小的变焦镜头。这种配置使得照相机1能够获得尺寸缩小和高光学性能。
注意，当然可以显示与照相机1相同的效果，即使当配置安装了作为根据第二至第五工作示例的每一个的拍摄镜头2的变焦镜头的照相机时。
而且，不限于如上所述的电子照相机，本申请的变焦镜头可以被应用到其他类型的成像设备，诸如数字摄像机和胶片照相机/摄像机。而且，本申请的变焦镜头也可以被应用为镜头交换类型的镜头。
基于迄今描述的内容，可行的是，提供显示高光学性能的、尺寸缩小的变焦镜头、成像设备、改变变焦镜头的放大率的方法和变焦镜头制造方法。

Claims (21)

1.一种变焦镜头，其以从物体侧起的顺序包括：
第一透镜组，其具有正折射光焦度；
第二透镜组，其具有负折射光焦度；以及，
第三透镜组，其具有正折射光焦度；
在彼此相邻的所述透镜组之间的每一个距离在从广角端状态向远摄端状态变焦时改变，
所述第一透镜组具有包括负透镜的胶合透镜，并且
所述第三透镜组具有胶合透镜，并且
满足下面的条件表达式：
1.90<Ndn<2.50，并且
4.90<f1/fw<6.00，
其中，Ndn表示所述第一透镜组的所述负透镜的相对于d线的折射率，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的所述变焦镜头的焦距，所述d线的波长是λ=587.56nm。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件表达式：
0.50<X1/fw<1.80
其中，X1表示在从广角端状态向远摄端状态变焦时所述第一透镜组的沿着光轴的移动量；并且fw表示在广角端状态中的所述变焦镜头的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第三透镜组以从物体侧起的顺序包括正透镜和胶合透镜，并且所述第三透镜组的所述胶合透镜以从物体侧起的顺序包括正透镜和负透镜。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第二透镜组以从物体侧起的顺序包括第一负透镜、第二负透镜和正透镜。
5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其中，所述第二透镜组的所述第一负透镜的图像侧表面是非球面。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增大，并且在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组在光轴上移动。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下面的条件表达式：
7.00<Lw/fw<7.80
其中，Lw表示在广角端状态中的所述变焦镜头的镜头全长；并且fw表示在广角端状态中的所述变焦镜头的焦距。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第三透镜组具有非球面。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，仅通过包括所述负透镜的胶合透镜来构造所述第一透镜组。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组的透镜表面的每一个被形成为球面或平面。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组的所述负透镜采用具有朝向物体侧的凸表面的弯月形状。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组的所述负透镜被布置在最接近物体的侧上。
14.根据权利要求1所述的变焦镜头，进一步包括在所述第三透镜组的图像侧上的、具有正折射光焦度的第四透镜组，
其中，在从广角端状态向远摄端状态变焦时，在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离改变。
15.根据权利要求14所述的变焦镜头，其中，仅通过一个正透镜来构造所述第四透镜组。
16.根据权利要求14所述的变焦镜头，其中，在广角端状态向远摄端状态变焦时，在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离增大。
17.根据权利要求14所述的变焦镜头，其中，所述第四透镜组具有非球面。
18.一种成像设备，配备有根据权利要求1所述的变焦镜头。
19.一种用于制造变焦镜头的方法，所述变焦镜头以从物体侧起的顺序包括：第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，所述方法包括步骤：
布置所述第一透镜组的透镜，使得所述第一透镜组具有正折射光焦度并且包括胶合透镜，所述胶合透镜包含负透镜，所述负透镜满足下面的条件表达式：
1.90<Ndn<2.50，并且
4.90<f1/fw<6.00，
其中，Ndn表示所述第一透镜组的所述负透镜的相对于d线的折射率，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的所述变焦镜头的焦距，所述d线的波长是λ=587.56nm；
布置所述第二透镜组的透镜，使得所述第二透镜组具有负折射光焦度；
布置所述第三透镜组的透镜，使得所述第三透镜组具有正折射光焦度并且包括胶合透镜；以及，
布置所述第一至所述第三透镜组，使得在从广角端状态向远摄端状态变焦时，在彼此相邻的所述透镜组之间的距离可变。
20.根据权利要求19所述的用于制造变焦镜头的方法，进一步包括步骤：
布置所述变焦镜头的所述透镜，使得满足下面的条件表达式：
0.50<X1/fw<1.80
其中，X1表示在从广角端状态向远摄端状态变焦时所述第一透镜组的沿着光轴的移动量；并且fw表示在广角端状态中的所述变焦镜头的焦距。
21.根据权利要求19所述的用于制造变焦镜头的方法，进一步包括步骤：
将所述第一透镜组的透镜表面的每一个形成为球面或平面。
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