CN102193176A - 变焦镜头、成像设备和信息设备 - Google Patents

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CN102193176A CN2011100624783A CN201110062478A CN102193176A CN 102193176 A CN102193176 A CN 102193176A CN 2011100624783 A CN2011100624783 A CN 2011100624783A CN 201110062478 A CN201110062478 A CN 201110062478A CN 102193176 A CN102193176 A CN 102193176A
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Abstract

本发明涉及变焦镜头、成像设备和信息设备。其中，变焦镜头从对象侧开始顺序包括：具有正折光力的第一透镜组；具有负折光力的第二透镜组，第二透镜组从对象侧开始顺序包括第一负透镜、以及包括在对象侧具有凸起形状的第二负透镜和正透镜的粘合透镜；具有正折光力的第三透镜组；具有正折光力的第四透镜组；以及布置在第二透镜组和第三透镜组之间的孔径光阑，当从短焦端到远焦端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，并且移动第一透镜组和第三透镜组，以被定位为在长焦端比短焦端更接近对象侧。

Description

变焦镜头、成像设备和信息设备
技术领域
本发明涉及一种具有通过改变焦距来改变张角(field angle)的放大功能的变焦镜头，尤其涉及一种适合于通过使用成像元件来获得被摄体(subject)的数字图像数据的数码相机、摄像机等的变焦镜头、使用这种变焦镜头作为成像光学系统的成像设备以及具有这种成像功能的诸如个人数字助理的信息设备。
背景技术
在数码相机市场中存在显著的增长，并且用户对于数码相机具有广泛的各种需求。特别地，用户总是希望高质量照片技术以及尺寸减小技术，这是数码相机用户的主要需求。由于该原因，用作拍摄镜头的变焦镜头也需要高质量照片技术和尺寸减小技术。
对于尺寸减小技术，首先，需要减小使用的透镜的整体长度(从最对象侧(most object side)透镜表面到成像平面的距离)，并且通过减小每个透镜组的厚度以塌陷状态(collapsed state)减小整体长度也很重要。对于高性能技术，整个变焦范围需要与具有至少1千万至1千5百万像素的成像元件相对应的分辨率。
此外，许多用户需要拍摄镜头的更广的张角，并且位于短焦端的变焦镜头的半张角优选地为38度或更大。在使用具有35mm的宽度的银盐胶卷(即莱卡胶卷)的银盐照相机的情况下，38度的半张角对应于28mm的焦距。
此外，也需要高放大率。具有与在35mm银盐照相机转换(大约7.1倍)中大约28到200mm相对应的焦距的变焦镜头能够进行所有通常的拍摄。
作为用于数码相机的变焦镜头，可以使用各种类型的变焦镜头。作为适合于高性能的变焦镜头，存在一种变焦镜头，该变焦镜头从对象侧开始顺序包括具有正折光力(refractive power)的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组，其中，当从短焦端到长焦端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且第三透镜组和第四透镜组之间的间隔改变。
这种类型的变焦镜头例如包括当改变放大率时第一透镜组固定的变焦镜头、以及当改变放大率时第一透镜组在图像侧以具有凸起形状的弧形往复运动的变焦镜头。在这种类型中，如果确保了主要分享放大功能的第二透镜组的大的位移，则即使当变焦镜头处于短焦端时，布置在第三透镜组周围的孔径光阑也从第一透镜组分离。相应地，对于广角的高放大率变焦镜头，第一透镜组的尺寸增大。因此，为了实现广角、高放大率和小变焦镜头，优选第一透镜组移动，以被定位成在长焦端比在短焦端更接近对象侧。通过与在长焦端相比减小在短焦端的镜头的整体长度，防止第一透镜组的尺寸增大，并且可以实现充足的广角。
由于第二透镜组被构成为具有主要放大功能的变换器，因此第二透镜组的构成非常重要。作为已知的第二透镜组，例如在日本专利申请No.2008-145501、2006-23531和日本专利No.3328001中描述了从对象侧开始顺序包括从对象侧开始顺序布置的在图像侧具有大的弯曲表面的负透镜、在对象侧具有凹入表面的负透镜和在对象侧具有凸起表面的正透镜三个透镜的第二透镜组。
此外，作为已知的第二透镜组，在日本专利申请No.2009-198798中描述了包括从对象侧开始顺序布置的在图像侧具有大的弯曲表面的负透镜、在对象侧具有凸起表面的负透镜和在对象侧具有凸起表面的正透镜三个透镜的第二透镜组。
然而，在日本专利申请No.2008-145501和2006-23531中的每个中描述的变焦镜头不是8倍或者更多的高性能变焦镜头。此外，第二透镜组中的从对象侧开始的第二负透镜和正透镜不接合，使得这些透镜的偏心量(eccentricamount)增大，导致分辨率降低。另一方面，在日本专利No.3328001中描述的变焦透镜具有高放大率。然而，位于长焦端的透镜的整体长度增大，从而没有实现小变焦透镜。
此外，在日本专利申请No.2009-198798中描述的变焦镜头不是8倍或更多的高性能变焦镜头。在该变焦镜头中，第二透镜组中的从对象侧开始的第二负透镜和第三透镜不接合，使得这些透镜的偏心量增大，导致分辨率降低。
发明内容
针对上述情形作出了本发明，并且本发明的目的是提供一种具有充足的广角、即具有在短焦端38度或更大的半张角以及8倍或更多的放大率的变焦镜头。该变焦透镜还实现了具有大约10个透镜的配置的小尺寸以及与对于整个放大范围具有1千万至1千5百万像素的成像元件相对应的分辨率。本发明的目标还在于提供使用这种变焦镜头的成像设备和信息设备。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种变焦镜头，该变焦镜头从对象侧开始顺序包括：具有正折光力的第一透镜组；具有负折光力的第二透镜组，第二透镜组从对象侧开始顺序包括第一负透镜、以及包括在对象侧具有凸起形状的第二负透镜和正透镜的粘合透镜；具有正折光力的第三透镜组；具有正折光力的第四透镜组；以及布置在第二透镜组和第三透镜组之间的孔径光阑。当从短焦端到远焦端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，并且移动第一透镜组和第三透镜组，以被定位成在长焦端比在短焦端更接近对象侧。
优选地，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组的第一负透镜的焦距是f21，且第二透镜组的第二负透镜的焦距是f22；
0.1＜f21/f22＜0.8。
优选地，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组的第一负透镜的焦距是f21，且第二透镜组的焦距是f2；
0.5＜f21/f2＜1.5。
优选地，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组在光轴上的厚度是D2，且整个镜头系统在短焦端的焦距是fw；
0.7＜D2/fw＜1.3。
优选地，满足以下条件表达式，其中，在短焦端的第二透镜组和孔径光阑之间的间隔是D2Sw，且在短焦端的孔径光阑和第三透镜组之间的间隔是DS3w；
0.3＜DS3w/D2Sw＜2.0。
优选地，第二透镜组的正透镜的图像侧表面具有在对象侧的凸起形状和球面。
优选地，满足以下条件表达式，其中，当从短焦端到长焦端改变放大率时第一透镜组和第二透镜组之间的间隔的变化是X1-2，且第二透镜组的焦距是f2；
2.0＜|X1-2/f2|＜4.0。
优选地，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组的第一负透镜的对象侧表面的有效光束直径是
Figure BSA00000451638100041
且第二透镜组的第二负透镜的对象侧表面的有效光束直径是
Figure BSA00000451638100042
0.50＜φ2/φ1＜0.80。
本发明的实施例还提供包括根据本发明的实施例的变焦透镜作为成像光学系统的成像设备。
本发明的实施例还提供包括根据本发明的实施例的变焦透镜作为成像光学系统的具有成像功能的信息设备。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起，用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的第一实施例的实施例1的变焦镜头的光学系统的配置和变焦轨迹的示意图。
图2是示出在短焦端(广角端)根据图1所示的实施例1的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图3是示出在中间焦距根据图1所示的实施例1的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图4是示出在长焦端(远焦端(telephoto end))根据图1所示的实施例1的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图5是示出根据本发明的第一实施例的实施例2的变焦镜头的光学系统的配置和变焦轨迹的示意图。
图6是示出在短焦端(广角端)根据图5所示的实施例2的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图7是示出在中间焦距根据图5所示的实施例2的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图8是示出在长焦端(远焦端)根据图5所示的实施例2的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图9是示出根据本发明的第一实施例的实施例3的变焦镜头的光学系统的配置和变焦轨迹的示意图。
图10是示出在短焦端(广角端)根据图9所示的实施例3的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图11是示出在中间焦距根据图9所示的实施例3的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图12是示出在长焦端(远焦端)根据图9所示的实施例3的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图13是示出根据本发明的第一实施例的实施例4的变焦镜头的光学系统的配置和变焦轨迹的示意图。
图14是示出在短焦端(广角端)根据图13所示的实施例4的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图15是示出在中间焦距根据图13所示的实施例4的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图16是示出在长焦端(远焦端)根据图13所示的实施例4的变焦镜头中的球面像差、散光、失真和慧形像差的像差曲线的视图。
图17是示出根据本发明的第二实施例的从被摄体侧看到的作为成像设备的数码相机的外观的立体图。
图18是示出图17中的从摄影者侧看到的数码相机的外观的立体图。
图19是示出图17中的数码相机的功能配置的框图。
图20是示出根据本发明的实施例的描述通过图像处理对失真进行的电校正的成像域的示意图。
具体实施方式
下文中，参考附图，描述根据本发明的实施例的变焦镜头、成像设备和信息设备的细节。
根据本发明的第一实施例的变焦镜头从对象侧开始顺序包括具有正折光力的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组，其中，当从短焦端(广角端)到长焦端(远焦端)改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，并且移动第一透镜组和第三透镜组，以被定位成在长焦端比在短焦端更接近对象侧。
首先，根据本发明的实施例的变焦镜头的第一特征是在第二透镜组和第三透镜组之间布置孔径光阑，并且使第二透镜组从对象侧开始顺序包括第一负透镜、在对象侧具有凸起形状的第二负透镜以及正透镜，第二负透镜和正透镜彼此紧密地附着以形成粘合透镜(cemented lens)。
接下来，根据本发明的实施例的变焦透镜的第二特征是满足以下条件表达式，
0.1＜f21/f22＜0.8
其中，f21是第二透镜组的第一负透镜(L21)的焦距，且f22是第二透镜组的第二负透镜(L22)的焦距。
根据本发明的实施例的变焦镜头的第三特征是满足以下条件表达式，
0.5＜f21/f2＜1.5
其中，f21是第二透镜组的第一负透镜(L21)的焦距，且f2是整个第二透镜组的焦距。
根据本发明的实施例的变焦透镜的第四特征是满足以下条件表达式，
0.7＜D2/fw＜1.3
其中，D2是第二透镜组在光轴上的厚度，且fw是在短焦端的焦距。
根据本发明的实施例的变焦透镜的第五特征是满足以下条件表达式，
0.3＜DS3w/D2Sw＜2.0
其中，D2Sw是在短焦端的第二透镜组和孔径光阑之间的间隔，且DS3w是在短焦端的孔径光阑和第三透镜组之间的间隔。
根据本发明的实施例的变焦镜头的第六特征是第二透镜组的正透镜的图像侧表面具有在对象侧的凸起形状(即第二透镜组的正透镜的图像侧表面是凹入表面)和球面。
根据本发明的实施例的变焦镜头的第七特征是满足以下条件表达式，
2.0＜|X1-2/f2|＜4.0
其中，X1-2是当从短焦端到长焦端改变放大率时第一透镜组和第二透镜组之间的间隔的变化，f2是整个第二透镜组的焦距。
根据本发明的实施例的变焦镜头的第八特征是满足以下条件表达式，
0.50＜φ2/φ1＜0.80
其中，
Figure BSA00000451638100071
是第二透镜组的第一负透镜(L21)的对象侧表面的有效光束直径，
Figure BSA00000451638100072
是第二透镜组的第二负透镜(L22)的对象侧表面的有效光束直径。
在包括正、负、正、正四个透镜组的变焦镜头中，第二透镜组通常具有作为变换器的主要放大功能。当从短焦端到长焦端改变放大率时，第一透镜组显著向对象侧移动，使得在短焦端通过第一透镜组的光束的高度降低。相应地，在更广角的变焦镜头中防止第一透镜组的尺寸增大，并且在长焦端确保第一透镜组和第二透镜组之间的大的间隔，以实现长焦距。
当从短焦端到长焦端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，并且第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，使得第二透镜组和第三透镜组两者的放大率(绝对值)增大，因此由第二透镜组和第三透镜组分享放大功能。
在传统光学设计中，第二透镜组中的最对象侧的负透镜仅具有特定量的折光力。由于该原因，为了减小短焦端的失真，第二透镜组中的从对象侧开始的第二负透镜(L22)的对象侧表面具有凹入形状，以增大相对于离轴光束的表面的入射角，从而获得对短焦端的离轴像差的校正的自由度。然而，通过利用图像处理校正图像的失真，可以获得接受失真的设计。
因此，在根据本发明的实施例的变焦镜头中，第二透镜组从对象侧开始顺序包括负透镜(L21)以及粘合透镜，在粘合透镜中，在对象侧的凸起形状的负透镜(L22)和正透镜(L23)彼此紧密附着。
通过接受短焦端的失真，第二透镜组中的最对象侧负透镜(L21)具有大的折光力，从而可以充分校正第二透镜组中的离轴像差。因此，通过使用第二透镜组中的从对象侧开始的第二负透镜(L22)的对象侧表面的凸起表面，可以减少在该表面中产生的像差，并且可以减小偏心率(eccentricity)等的影响。另外，通过将负透镜(L22)和在短焦端具有大折光力的正透镜(L23)结合，可以充分抑制负透镜(L22)相对于正透镜(L23)的偏心率的影响。
为了以高水平控制偏心率等的影响，希望满足以下条件表达式(1)。
0.1＜f21/f22＜0.8
其中，f21是第二透镜组的第一负透镜(L21)的焦距，且f22是第二透镜组的第二负透镜(L22)的焦距。
在上述条件表达式(1)中，如果该值在上限值和下限值的范围之外，则第二透镜组的第一负透镜(L21)或者第二透镜组的第二负透镜(L22)具有强折光力，并且具有强折光力的镜头产生大的像差，从而难以校正整个变焦范围的像差。也难以控制具有强折光力的镜头的偏心率的影响。
更优选满足以下条件表达式(1’)。
0.2＜f21/f22＜0.7
为了以高水平控制偏心率等的影响，优选满足以下条件表达式(2)。
0.5＜f21/f2＜1.5
其中，f21是第二透镜组的第一负透镜(L21)的焦距，且f2是整个第二透镜组的焦距。
在上述条件表达式(2)中，如果值超过上限值，则在短焦端通过第二透镜组的离轴光束的高度增大，从而难以校正短焦端的离轴像差。如果值低于下限值，则在负透镜(L21)的图像侧表面产生的像差变得太大，从而难以校正整个变焦范围的像差。在图像质量方面负透镜(L21)的图像侧表面的偏心率的影响也增大。
更优选满足以下条件表达式(2’)。
0.7＜f21/f2＜1.2
为了进一步改善变焦镜头的性能并且减小变焦镜头的尺寸，优选满足以下条件表达式(3)。
0.7＜D2/fw＜1.3
其中，D2是第二透镜组在光轴上的厚度，fw是整个镜头系统在短焦端的焦距。
在上述条件表达式(3)中，如果值超过上限值，则第二透镜组在光轴上的厚度增大，并且改变第二透镜组的放大率的空间减小，从而难以校正整个变焦范围的像差。如果值低于下限值，则构成第二透镜组的空间变得太小，从而难以校正第二透镜组中的像差。
更优选满足以下条件表达式(3’)。
0.8＜D2/fw＜1.2
为了进一步改善变焦镜头的性能并且减小变焦镜头的尺寸，优选满足以下条件表达式(4)。
0.3＜DS3w/D2Sw＜2.0
其中，D2Sw是在短焦端的第二透镜组和孔径光阑之间的间隔，且DS3w是在短焦端的孔径光阑和第三透镜组之间的间隔。
如果值低于下限值，则第二透镜组和孔径光阑之间的间隔增大，并且在短焦端通过第二透镜组的离轴光束的高度变得太高，从而难以校正第二透镜组中的离轴像差，导致第二透镜组的尺寸增大。如果值超过上限值，则第三透镜组和孔径光阑之间的间隔增大，并且在短焦端通过第三透镜组的离轴光束的高度变得太高，从而难以校正第三透镜组中的像差，导致第三透镜组的尺寸增大。
更优选满足以下条件表达式(4’)。
0.6＜DS3w/D2Sw＜1.5
另外，优选构成变焦镜头，使得当从短焦端到长焦端改变放大率时，孔径光阑和第三透镜组之间的间隔减小。
为了进一步改善变焦镜头的性能，优选第二透镜组的正透镜的图像侧表面具有在对象侧的凸起表面，并且是球形表面。如果球形表面的形状被形成为负折光力减小，则可以控制第二透镜组中的像差。
如果第二透镜组的正透镜满足以下条件表达式，则可以进一步改善性能。
2.2＞Nd_23＞1.95
25＞νd_23＞15
其中，Nd_23是第二透镜组的正透镜(L23)的d线的折射率，υd_23是根据第二透镜组的正透镜(L23)的d线的阿贝数。
为了进一步改善性能，优选满足以下条件表达式(5)。
2.0＜|X1-2/f2|＜4.0
其中，X1-2是当从短焦端到长焦端改变放大率时第一透镜组和第二透镜组之间的间隔的变化，且f2是整个第二透镜组的焦距。
在上述条件表达式(5)中，如果值超过上限值，则第二透镜组的放大率变得太大，并且不能获得第三透镜组的放大效果，从而难以校正整个变焦范围的像差。如果值低于下限值，则第二透镜组的放大率变得太小，变得需要第三透镜组具有大的放大率，从而难以校正作为整个变焦范围的像差。
更优选满足以下条件表达式(5’)。
2.5＜|X1-2/f2|＜3.5
为了改善性能并且控制偏心率等的影响，优选满足以下条件表达式(6)。
0.50＜φ2/φ1＜0.80
其中，
Figure BSA00000451638100101
是第二透镜组的负透镜(L21)的对象侧表面的有效光束直径，且
Figure BSA00000451638100102
是第二透镜组的负透镜(L22)的对象侧表面的有效光束直径。
在上述条件表达式(6)中，如果值超过上限值，则在短焦端通过第二透镜组的离轴光束的直径增大，从而难以校正短焦端的离轴像差。如果值小于下限值，则在负透镜(L21)的图像侧产生的像差变得太大，从而难以校正整个变焦范围的像差。在图像质量方面负透镜(L21)的图像侧表面的偏心率的影响也增大。
更优选满足以下条件表达式(6’)。
0.6＜φ2/φ1＜0.75
为了减小变焦镜头的尺寸并且进一步改善变焦镜头的性能，优选满足以下条件表达式(7)。
-1.5＜f2/fw＜-0.8
在上述条件表达式(7)中，如果值超过上限值，则第二透镜组的折光力太强，从而难以校正第二透镜组中的像差。如果在第二透镜组中进一步增加透镜的数量，则第二透镜组的尺寸增大。如果值低于下限值，则第二透镜组的折光力弱，并且对第二透镜组的放大率的贡献减小，使得需要改善对第三透镜组的放大率的贡献，并且难以校正第三透镜组中的像差。
为了进一步改善变焦镜头的性能并且减小变焦镜头的尺寸，优选满足以下条件表达式(8)。
0.8＜TLt/ft＜1.5
其中，TLt是短焦端的整个长度，ft是长焦端的焦距。
在上述条件表达式(8)中，如果值超过上限值，则长焦端的整个长度增大，从而长焦端的整个长度相对于照相机的厚度变得占支配地位。如果值低于下限值，则不能确保长焦端的足够的整体长度，从而难以校正长焦端的像差。
通过将孔径光阑的开口直径设置为在长焦端比在短焦端大，可以减小当改变放大率时的F数(F-number)的改变。当需要减小到达成像平面的光量时，可以减小孔径光阑的尺寸，但是优选通过在不显著改变孔径光阑的尺寸的情况下插入ND滤波器等来减小光量，因为可以防止由折射现象导致的分辨率降低。
可以通过扩展整个系统来进行聚焦操作，但是优选仅通过第四透镜组的移动来进行聚焦操作。
上面描述了根据本发明的第一实施例的变焦镜头的基本配置。下文中，基于具体数字示例，参考图1-16在下面描述的实施例中描述根据本实施例的变焦镜头的细节。
接下来，参考图17-19，描述使用根据本发明的第一实施例的变焦镜头作为成像光学系统的作为根据本发明的第二实施例的成像设备的数字照相机。图17是示出从作为对象侧、即被摄体侧的前侧看到的数码相机的外观的立体图。图18是示出从作为摄影者侧的后侧看到的数码相机的外观的立体图。图19是示出数码相机的功能配置的框图。另外，使用数码相机作为示例描述成像设备，但是根据本发明的实施例的变焦镜头可以适用于使用银盐胶片作为图像记录介质的银盐胶片照相机。此外，广泛使用诸如例如PDA(个人数据助理)的便携式数字助理和蜂窝电话的具有照相机功能的信息设备。虽然外观稍有不同，但是这种信息设备具有与数码相机基本类似的功能和配置。作为这种信息设备中的成像光学系统，可以使用根据本发明的实施例的变焦镜头。
如图17、18所示，数码相机包括拍摄镜头101、光学取景器102、频闪观测器(闪光灯)103、快门按钮104、照相机体105、电源开关106、液晶监视器107、操作按钮108、存储卡槽109和变焦开关110。如图19所示，数码相机包括中央处理单元(CPU)111、图像处理器112、光接收元件113、信号处理器114、半导体存储器115和通信卡116。
数码相机包括作为成像光学系统的拍摄镜头101和例如CMOS(互补金属氧化物半导体)和CCD(电荷耦合器件)的作为图像传感器的光接收元件113。光接收元件113读取由拍摄镜头101聚焦的被摄体(对象)光学图像。作为该摄影镜头103，使用根据本发明的第一实施例的变焦镜头。
由CPU 111控制的单个处理器114处理光接收元件113的输出，并将该输出转换为数字图像信息。更具体地，该数码相机包括将拍摄的图像(被摄体图像)转换为数字图像信息的单元。该单元由光接收元件113、信号处理器114和控制这些单元的CPU 111等构成。
在由CPU 111控制的图像处理器112中对由信号处理器114数字化的图像信息进行预定图像处理之后，将图像信息记录在诸如非易失性存储器的半导体存储器115中。在这种情况下，半导体存储器115可以是加载到存储卡槽109中的存储卡，并且可以是内置在照相机体中的半导体存储器(板上存储器)。液晶监视器107可以在拍摄时显示图像，并且可以显示记录在半导体存储器115中的图像。可以经由加载到未示出的通信卡槽中的通信卡116等，将记录在半导体存储器115中的图像发送到外部。
在手持状态下由未示出的镜头挡板覆盖拍摄镜头101的对象侧表面。如果用户通过操作电源开关106而接通开关，则镜头挡板打开，并且露出对象面。在这种情况下，在拍摄镜头101的镜头筒(lens barrel)中，构成变焦镜头的每个组的光学系统例如布置在短焦端(广角端)，通过操作变焦开关110来改变每个组的光学系统的位置，并且可以进行经由中间焦距对长焦端(远焦端)改变放大率的操作。另外，优选光学取景器102的光学系统与拍摄镜头101的张角的改变结合地改变放大率。
在许多情况下，通过半按下快门按钮104来进行聚焦。可以通过移动构成变焦镜头的多个组的光学系统的一部分组并且移动光接收器，来进行根据本发明的实施例的变焦镜头中的聚焦。如果完全按下快门按钮104，则进行拍摄，之后进行上述处理。
当在液晶监视器107上显示记录在半导体存储器115中的图像，并且经由通信卡116等发送到外部时，按照规定对操作按钮108进行操作。将半导体存储器115、通信卡116等加载到诸如存储卡槽109和通信卡槽的专用槽或者通用槽中。
如上所述，可以在作为成像光学系统的上述数码相机(成像设备)和信息设备上使用使用第一实施例所示的变焦镜头构成的拍摄镜头101。因此，可以实现使用具有1千万至1千5百万像素或者更多的光接收元件的、高质量并且紧凑的数码相机(成像设备)或者信息设备。
[实施例1]
接下来将描述根据上述本发明的第一实施例的变焦镜头的具体实施例。实施例1-4是根据依照本发明的实施例的变焦镜头的具体数字示例的具体配置的实施例。在实施例1-4中，示出了变焦镜头的配置和具体数字示例。
在实施例1-4中的每一个中，具有布置在第四透镜组的图像侧的平行板的光学元件例如采用诸如光学低通滤波器和红外截止滤波器的各种光学滤波器以及诸如CMOS图像传感器的光接收元件的覆盖玻璃(屏蔽玻璃)。在这种情况下，将其称为滤波器等(FM)。
除了实施例1-4中的变焦镜头中的每个中的第四透镜组的正透镜的材料是光学塑料之外，实施例1-4中的变焦镜头中的每个中的透镜的材料是光学玻璃。
在实施例1-4中的每个中，第二透镜组的最对象侧表面和最图像侧表面(most image side)两者、第三透镜组的最图像侧透镜的表面和第四透镜组的对象侧表面两者分别是非球形表面。另外，将实施例1-4中的非球形表面描述为如铸塑非球形透镜那样将每个透镜表面直接制造为非球形表面的表面。然而，非球形透镜可以由混合非球形表面等构成，这通过在球形透镜的表面上设置形成非球形表面的树脂薄膜获得类似的非球形表面。
实施例1-4中的像差被很好地校正。实施例1-4中的变焦镜头可以对应于具有1千万至1千5百万像素或者更多的光接收元件。通过构成根据本发明的实施例的变焦镜头，从实施例1-4显而易见，可以在充分减小变焦镜头的尺寸的同时，获得更好的图像性能。
另外，在实施例1-4的变焦镜头中，如上所述，通过图像处理校正失真。即，在实施例1-4的变焦镜头中，如图20所示，在短焦端的矩形光接收元件的光接收面TF上产生诸如成像区域WF的桶形失真。另外，在图20中，TF是光接收元件的成像区域(中间焦距和长焦端(远焦端)的成像区域)，WF是短焦端(广角端)的成像区域。另一方面，在中间焦距、接近中间焦距的状态和长焦端控制失真的产生。为了对失真进行电校正，有效成像区域在短焦端设置为桶形(WF)，而在中间焦距和长焦端设置为矩形(TF)。通过图像处理将短焦端的有效成像区域(WF)的图像转换为减小了失真的矩形图像信息。因此，在实施例1-4中的每个中，将短焦端的图像高度设置为小于中间焦距的图像高度和长焦端的图像高度。
另外，下面的实施例1-4中的参考符号的含义如下。
f：变焦镜头的整个系统的焦距
F：F值(F数)
ω：半张角
R：曲率半径
D：表面间隔
Nd：折射率
υd：阿贝教
Figure BSA00000451638100141
有效光束直径
K：非球形表面的圆锥常数
A4：四阶非球形表面系数
A6：六阶非球形表面系数
A8：八阶非球形表面系数
A10：十阶非球形表面系数
由下面的方程式1定义非球形表面，其中，C是近轴曲率半径(近轴曲率)的逆，H是离光轴的高度，且A2i是在光轴方向上离表面顶点的移位。
[方程式1]
X = CH 2 1 + { 1 - ( 1 + K ) C 2 H 2 }
+ A 4 · H 4 + A 6 · H 6 + A 8 · H 8 + A 10 · H 10
图1是示出根据本发明的第一实施例的实施例1的变焦镜头的光学系统的配置和从短焦端(广角端)经由预定中间焦距到长焦端(远焦端)的变焦轨迹的示意图；(a)示出了短焦端(广角(Wide))的沿着光轴的截面图；(b)示出了短焦端和中间焦距之间的焦距(广角-中间(Wide-Mean))的沿着光轴的截面图；(c)示出了中间焦距(中间(Mean))的沿着光轴的截面图；(d)示出了中间焦距和长焦端之间的焦距(中间-远焦(Mean-Tele))的沿着光轴的截面图；(e)示出了长焦端(远焦(Tele))的沿着光轴的截面图。另外，在示出实施例1的透镜组配置的图1中，图中的左侧是对象(被摄体)侧。
图1所示的变焦镜头从对象侧开始沿着光轴顺序包括具有正折光力的第一透镜组G1、具有负折光力的第二透镜组G2、具有正折光力的第三透镜组G3、具有正折光力的第四透镜组G4以及在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的孔径光阑AD。第一透镜组包括第一透镜L11、第二透镜L12和第三透镜L13。第二透镜组G2包括第一透镜L21、第二透镜L22和第三透镜L23。第三透镜组G3包括第一透镜L31、第二透镜L32和第三透镜L33。第四透镜组G4包括单个透镜L40。
第一-第四透镜组G1-G4分别由透镜组中的每个公共的支持框架支持，并且在变焦时针对每个透镜组一起工作。孔径光阑AD独立于每个组工作。在图1中，示出了每个光学表面的表面编号。另外，图1中的附图标记用于每个实施例，以避免由于附图标记的数字增加而使描述复杂。由于该原因，在应用与另一实施例的图中的数字公共的附图标记的情况下，这些不总是与另一实施例共同的配置。
当从短焦端(广角端)到长焦端(远焦端)改变放大率时，移动所有第一-第四透镜组G1-G4，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的间隔增大，并且移动第一透镜组G1和第三透镜组G3，以被定位为在长焦端比在短焦端更接近对象侧。
第一透镜组G1从对象侧开始顺序包括具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第一透镜(负透镜)L11、具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜的第二透镜(第一正透镜)L12和具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第三透镜(第三正透镜)L13。第一透镜L11和第二透镜L12两个透镜彼此紧密附着，以形成具有两个透镜的粘合透镜。
第二透镜组G2从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一负透镜)L21，其是具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜和在对象侧形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第二透镜(第二负透镜)L22；以及第三透镜(正透镜)L23，其是具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜和在图像侧形成非球形表面的非球形透镜。第二透镜L22和第三透镜L23两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
孔径光阑AD布置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间。第三透镜组G3从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一正透镜)L31，其是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和在两个表面形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜的第二透镜(第二正透镜)L32；以及具有在图像侧的强凹入表面的双凹负透镜的第三透镜(负透镜)L33。第二透镜L32和第三透镜L33两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
第四透镜组G4包括单个正透镜L40，透镜L40是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和具有在对象侧的非球形表面的非球形透镜。
在这种情况下，如图1所示，当从短焦端(广角端)到长焦端(远焦端)改变放大率时，第一透镜组G1从图像侧向对象侧单调移动，第二透镜组G2向图像侧移动以描绘凸起轨迹，以及，第三透镜组G3从图像侧向对象侧移动、从对象侧向图像侧移动并且再次从图像侧向对象侧移动，第四透镜组G4向对象侧移动以描绘凸起轨迹。
实施例1中的每个光学元件的光学特征如下面的表1。
[表1]
光学特征
Figure BSA00000451638100171
在表1中，“*”表示非球形表面，“HOYA”和“OHARA”分别表示玻璃制造商HOYA INC.和OHARA INC.的名称。这在另一实施例中相同。
即，在表1中，应用了“*”的第六、第十、第十二、第十三和第十七表面中的每个光学表面是非球形表面，并且方程式1中的每个非球形表面的参数如下面的表2所示。
[表2]
非球形表面系数
  K   A4   A6   A8   A10
  6   0   -3.59577E-04   2.88790E-06   1.05189E-07   -2.41047E-09
  10   0   -7.38687E-04   -4.12163E-06   5.00682E-07   -9.07816E-08
  12   0   -6.50523E-04   2.94728E-05   -2.54075E-06   1.16148E-07
  13   0   1.73404E-04   4.00476E-05   -3.54538E-06   1.57333E-07
  17   0   -5.77707E-05   4.41283E-06   -1.53886E-07   2.60428E-09
在实施例1中，随着变焦，如下面的表3所示地改变整个光学系统的焦距f，F值F，第一和第二透镜组G1、G2之间的变化间隔DA，第二透镜组G2和孔径光阑AD之间的变化间隔DB，孔径光阑AD和第三透镜组G3之间的变化间隔DC，第三和第四透镜组G3、G4之间的变化间隔DD以及第四透镜组G4和滤波器FM之间的变化间隔DE等。
[表3]
变化间隔
Figure BSA00000451638100181
长焦(远焦)端的孔径光阑的开口直径是
Figure BSA00000451638100182
该图像高度Y’＝4.1。参考图20，如上所述，为了通过图像处理校正失真，长焦端(中间焦距)的成像区域基本符合光接收元件的成像区域，以获得矩形成像区域，在短焦(广角)端产生失真使得短焦端的成像区域变为作为Y’＝3.75的桶形。然后，通过图像处理将短焦端的桶形有效成像区域的图像转换为减小了失真的矩形图像信息。
相应地，与条件表达式(1)-(8)相对应的值如下面的表4，并且满足下面的条件表达式(1)-(8)。
[表4]
条件表达式
  条件表达式(1)   f21/f22   0.59
  条件表达式(2)   f21/f2   1.10
  条件表达式(3)   D2/fw   1.09
  条件表达式(4)   DS3w/D2Sw   0.96
  条件表达式(5)   |X1-2/f2|   3.08
  条件表达式(6)   φ2/φ1   0.67
  条件表达式(7)   f2/fw   -1.07
  条件表达式(8)   TLt/ft   1.10
图2、3、4示出了实施例1中的在短焦端、中间焦距和远焦端的慧形像差、失真、散光和球面像差的像差视图。在这些视图中，球面像差中的虚线表示正弦条件，散光中的实线和虚线分别表示弧矢(sagittal)和子午(meridional)。球面像差、散光和慧形像差的像差视图中的附图标记g、d分别表示g线和d线。这些与另一实施例中的像差视图相同。
[实施例2]
图5是示出根据本发明的第一实施例的实施例2的变焦镜头的光学系统的配置和从短焦端(广角端)经由预定中间焦距到长焦端(远焦端)的变焦轨迹的示意图；(a)示出了短焦端(广角)的沿着光轴的截面图；(b)示出了短焦端和中间焦距之间的焦距(广角-中间)的沿着光轴的截面图；(c)示出了中间焦距(中间)的沿着光轴的截面图；(d)示出了中间焦距和长焦端之间的焦距(中间-远焦)的沿着光轴的截面图；(e)示出了长焦端(远焦)的沿着光轴的截面图。在示出实施例2中的透镜组配置的图5中，图的左侧是对象侧。
图5所示的变焦镜头从对象侧开始沿着光轴顺序包括具有正折光力的第一透镜组G1、具有负折光力的第二透镜组G2、具有正折光力的第三透镜组G3、具有正折光力的第四透镜组G4以及在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的孔径光阑AD。第一透镜组G1包括第一透镜L11、第二透镜L12和第三透镜L13。第二透镜组G2包括第一透镜L21、第二透镜L22和第三透镜L23。第三透镜组G3包括第一透镜L31、第二透镜L32和第三透镜L33。第四透镜组G4包括单个透镜L40。
第一-第四透镜组G1-G4分别由透镜组中的每个公共的支持框架支持，并且在变焦时针对每个透镜组一起工作。孔径光阑AD独立于每个组工作。在图5中，示出了每个光学表面的表面编号。另外，图5中的附图标记用于每个实施例，以避免由于附图标记的数字增加而使描述复杂。由于该原因，在应用与另一实施例的图中的数字公共的附图标记的情况下，这些不总是与另一实施例共同的配置。
当从短焦端到长焦端改变放大率时，移动所有第一-第四透镜组G1-G4，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的间隔增大，并且移动第一透镜组G1和第三透镜组G3，以被定位为在长焦端比短焦端更接近对象侧。
第一透镜组G1从对象侧开始顺序包括具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第一透镜(负透镜)L11、具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第二透镜(第一正透镜)L12和具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第三透镜(第三正透镜)L13。第一透镜L11和第二透镜L12两个透镜彼此紧密附着，以形成具有两个透镜的粘合透镜。
第二透镜组G2从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一负透镜)L21，其是具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜和在对象侧形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第二透镜(第二负透镜)L22；以及第三透镜(正透镜)L23，其是具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜和在图像侧形成非球形表面的非球形透镜。第二透镜L22和第三透镜L23两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
孔径光阑AD布置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间。
第三透镜组G3从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一正透镜)L31，其是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和在两个表面形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜的第二透镜(第二正透镜)L32；以及具有在图像侧的强凹入表面的双凹负透镜的第三透镜(负透镜)L33。第二透镜L32和第三透镜L33两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
第四透镜组G4包括单个正透镜L40，透镜L40是具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜和具有在对象侧的非球形表面的非球形透镜。
在这种情况下，如图5所示，当从短焦端(广角端)到长焦端(远焦端)改变放大率时，第一透镜组G1从图像侧向对象侧单调移动，第二透镜组G2向图像侧移动以描绘凸起轨迹，并且第三透镜组G3从图像侧向对象侧移动、从对象侧向图像侧移动并且再次从图像侧向对象侧移动，第四透镜组G4向对象侧移动以描绘凸起轨迹。
实施例2中的每个光学元件的光学特征如下面的表5所示。
[表5]
光学特征
Figure BSA00000451638100221
在表5中，“*”表示非球形表面，“HOYA”和“OHARA”分别表示玻璃制造商HOYA INC.和OHARA INC.的名称。这在另一实施例中相同。
即，在表5中，应用了“*”的第六、第十、第十二、第十三和第十七表面中的每个光学表面是非球形表面，并且方程式1中的每个非球形表面的参数如下面的表6所示。
[表6]
非球形表面系数
  K   A4   A6   A8   A10
  6   0   -1.55548E-04   3.71202E-06   -5.52669E-08   4.22128E-10
  10   0   -5.18794E-04   1.81659E-06   -5.38944E-07   -1.23131E-08
  12   0   -6.41712E-04   2.82143E-05   -2.79043E-06   1.16780E-07
  13   0   1.75023E-04   3.95581E-05   -3.73008E-06   1.51988E-07
  17   0   -1.64923E-05   3.14180E-07   8.55118E-08   -1.87844E-09
在实施例2中，随着变焦，如下面的表7所示地改变整个光学系统的焦距f，F值F，半张角ω，第一和第二透镜组G1、G2之间的变化间隔DA，第二透镜组G2和孔径光阑AD之间的变化间隔DB，孔径光阑AD和第三透镜组G3之间的变化间隔DC，第三和第四透镜组G3、G4之间的变化间隔DD以及第四透镜组G4和滤波器FM之间的变化间隔DE等。
[表7]
变化间隔
Figure BSA00000451638100231
长焦(远焦)端的孔径光阑AD的开口直径是该图像高度Y’＝4.1。参考图20，如上所述，为了通过图像处理校正失真，长焦端(中间焦距)的成像区域基本符合光接收元件的成像区域，以获得矩形成像区域，在短焦(广角)端产生失真使得短焦端的成像区域变为作为Y’＝3.75的桶形。然后，通过图像处理将短焦端的桶形有效成像区域的图像转换为减小了失真的矩形图像信息。
相应地，与条件表达式(1)-(8)相对应的值如下面的表8所示，并且满足下面的条件表达式(1)-(8)。
[表8]
条件表达式
  条件表达式(1)   f21/f22   0.41
  条件表达式(2)   f21/f2   0.95
  条件表达式(3)   D2/fw   1.10
  条件表达式(4)   DS3w/D2Sw   0.81
  条件表达式(5)   |X1-2/f2|   2.89
  条件表达式(6)   φ2/φ1   0.67
  条件表达式(7)   f2/fw   -1.25
  条件表达式(8)   TLt/ft   1.09
图6、7、8示出了实施例2中的在广角端、中间焦距和远焦端的慧形像差、失真、散光和球面像差的像差视图。在这些视图中，球面像差中的虚线表示正弦条件，散光中的实线和虚线分别表示弧矢和子午。球面像差、散光和慧形像差的像差视图中的附图标记g、d分别表示g线和d线。这些与另一实施例中的像差视图相同。
[实施例3]
图9是示出根据本发明的第一实施例的实施例3的变焦镜头的光学系统的配置和从短焦端(广角端)经由预定中间焦距到长焦端(远焦端)的变焦轨迹的示意图；(a)示出了短焦端(广角)的沿着光轴的截面图；(b)示出了短焦端和中间焦距之间的聚焦(广角-中间)的沿着光轴的截面图；(c)示出了中间焦距(中间)的沿着光轴的截面图；(d)示出了中间焦距和长焦端之间的焦距(中间-远焦)的沿着光轴的截面图；(e)示出了长焦端(远焦)的沿着光轴的截面图。在示出实施例3的透镜组配置的图9中，图的左侧是对象侧。
图9所示的变焦镜头从对象侧开始沿着光轴顺序包括具有正折光力的第一透镜组G1、具有负折光力的第二透镜组G2、具有正折光力的第三透镜组G3、具有正折光力的第四透镜组G4以及在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的孔径光阑AD。第一透镜组包括第一透镜L11、第二透镜L12和第三透镜L13。第二透镜组G2包括第一透镜L21、第二透镜L22和第三透镜L23。第三透镜组G3包括第一透镜L31、第二透镜L32和第三透镜L33。第四透镜组G4包括单个透镜L40。
当从短焦端到长焦端改变放大率时，移动所有第一-第四透镜组G1-G4，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的间隔增大，并且移动第一透镜组G1和第三透镜组G3，以被定位为在长焦端比短焦端更接近对象侧。
第一透镜组G1从对象侧开始顺序包括具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第一透镜(负透镜)L11、具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第二透镜(第一正透镜)L12和具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第三透镜(第二正透镜)L13。第一透镜L11和第二透镜L12两个透镜彼此紧密附着，以形成具有两个透镜的粘合透镜。
第二透镜组G2从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一负透镜)L21，其是具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜和在对象侧形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第二透镜(第二负透镜)L22；以及第三透镜(正透镜)L23，其是具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜和在图像侧形成非球形表面的非球形透镜。第二透镜L22和第三透镜L23两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
孔径光阑AD布置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间。
第三透镜组G3从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一正透镜)L31，其是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和在两个表面形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜的第二透镜(第二正透镜)L32；以及具有在图像侧的强凹入表面的双凹负透镜的第三透镜(负透镜)L33。第二透镜L32和第三透镜L33两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
第四透镜组G4包括单个正透镜L40，透镜L40是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和具有在对象侧的非球形表面的非球形透镜。
在这种情况下，如图9所示，当从短焦端(广角端)到长焦端(远焦端)改变放大率时，第一透镜组G1从图像侧向对象侧单调移动，第二透镜组G2向图像侧移动以描绘凸起轨迹，第三透镜组G3从图像侧向对象侧移动、从对象侧向图像侧移动、并且再次从图像侧向对象侧移动，第四透镜组G4向对象侧移动以描绘凸起轨迹。
实施例3中的每个光学元件的光学特征如下面的表9所示。
[表9]
光学特征
在表9中，“*”表示非球形表面，“HOYA”和“OHARA”分别表示玻璃制造商HOYA INC.和OHARA INC.的名称。这在另一实施例中相同。
即，在表9中，应用了“*”的第六、第十、第十二、第十三和第十七表面中的每个光学表面是非球形表面，并且方程式1中的每个非球形表面的参数如下面的表10所示。
[表10]
非球形表面系数
  K   A4   A6   A8   A10
  6   0   -2.01225E-07   3.03676E-06   -9.28013E-08   8.85457E-10
  10   0   -4.71631E-04   1.31394E-06   -4.32224E-07   -3.24959E-08
  12   0   -7.00887E-04   3.06337E-05   -2.76257E-06   1.25320E-07
  13   0   1.92836E-04   4.13616E-05   -3.68036E-06   1.65944E-07
  17   0   -9.81990E-05   3.85346E-06   -8.48706E-08   7.29562E-10
在实施例3中，随着变焦，如下面的表11所示地2改变整个光学系统的焦距f，F值F，半张角ω，第一和第二透镜组G1、G2之间的变化间隔DA，第二透镜组G2和孔径光阑AD之间的变化间隔DB，孔径光阑AD和第三透镜组G3之间的变化间隔DC，第三和第四透镜组G3、G4之间的变化间隔DD以及第四透镜组G4和滤波器FM之间的变化间隔DE等。
[表11]
变化间隔
长焦(远焦)端的孔径光阑的开口直径是
Figure BSA00000451638100282
该图像高度Y’＝4.1。参考图20，如上所述，为了通过图像处理校正失真，长焦端(中间焦距)的成像区域基本符合光接收元件的成像区域，以获得矩形成像区域，在短焦(广角)端产生失真使得短焦端的成像区域变为作为Y’＝3.85的桶形。然后，通过图像处理将短焦端的桶形有效成像区域的图像转换为减小了失真的矩形图像信息。
相应地，与条件表达式(1)-(8)相对应的值如下面的表12所示，并且满足下面的条件表达式(1)-(8)。
[表12]
条件表达式
  条件表达式(1)   f21/f22   0.31
  条件表达式(2)   f21/f2   0.87
  条件表达式(3)   D2/fw   1.10
  条件表达式(4)   DS3w/D2Sw   0.75
  条件表达式(5)   |X1-2/f2|   3.01
  条件表达式(6)   φ2/φ1   0.68
  条件表达式(7)   f2/fw   -1.25
  条件表达式(8)   TLt/ft   1.15
图10、11、12示出了实施例3中的在广角端、中间焦距和远焦端的慧形像差、失真、散光和球面像差的像差视图。在这些视图中，球面像差中的虚线表示正弦条件，散光中的实线和虚线分别表示弧矢和子午。球面像差、散光和慧形像差的像差视图中的附图标记g、d分别表示g线和d线。这些与另一实施例中的像差视图相同。
[实施例4]
图13是示出根据本发明的第一实施例的实施例4的变焦镜头的光学系统的配置和从短焦端(广角端)经由预定中间焦距到长焦端(远焦端)的变焦轨迹的示意图；(a)示出了短焦端(广角)的沿着光轴的截面图；(b)示出了短焦端和中间焦距之间的焦距(广角-中间)的沿着光轴的截面图；(c)示出了中间焦距(中间)的沿着光轴的截面图；(d)示出了中间焦距和长焦端之间的焦距(中间-远焦)的沿着光轴的截面图；(e)示出了长焦端(远焦)的沿着光轴的截面图。
图13所示的变焦镜头从对象侧开始沿着光轴顺序包括具有正折光力的第一透镜组G1、具有负折光力的第二透镜组G2、具有正折光力的第三透镜组G3、具有正折光力的第四透镜组G4以及在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的孔径光阑AD。第一透镜组G1包括第一透镜L11、第二透镜L12和第三透镜L13。第二透镜组G2包括第一透镜L21、第二透镜L22和第三透镜L23。第三透镜组G3包括第一透镜L31、第二透镜L32和第三透镜L33。第四透镜组G4包括单个透镜L40。
当从短焦端到长焦端改变放大率时，移动所有第一-第四透镜组G1-G4，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的间隔增大，并且移动第一透镜组G1和第三透镜组G3，以被定位为在长焦端比短焦端更接近对象侧。
第一透镜组G1从对象侧开始顺序包括具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第一透镜(负透镜)L11、具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第二透镜(第一正透镜)L12和具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜的第三透镜(第二正透镜)L13。第一透镜L11和第二透镜L12两个透镜彼此紧密附着，以形成具有两个透镜的粘合透镜。
第二透镜组G2从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一负透镜)L21，其是具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜和在对象侧形成非球形表面的非球形透镜；具有在对象侧的凸起表面的负半月形透镜的第二透镜(第二负透镜)L22；以及第三透镜(正透镜)L23，其是具有在对象侧的凸起表面的正半月形透镜和在图像侧形成非球形表面的非球形透镜。第二透镜L22和第三透镜L23两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
孔径光阑AD布置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间。
第三透镜组G3从对象侧开始顺序包括：第一透镜(第一正透镜)L31，其是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和在两个表面形成非球形表面的非球形透镜；第二透镜(第二正透镜)L32具有双凸正透镜，该双凸正透镜具有在对象侧的强凸起表面；以及具有在图像侧的强凹入表面的双凹负透镜的第三透镜(负透镜)L33。第二透镜L32和第三透镜L33两个透镜彼此紧密附着，以形成两个透镜的粘合透镜。
第四透镜组G4包括单个正透镜L40，透镜L40是具有在对象侧的强凸起表面的双凸正透镜和具有在对象侧的非球形表面的非球形透镜。
在这种情况下，如图13所示，当从短焦端(广角端)到长焦端(远焦端)改变放大率时，第一透镜组G1从图像侧向对象侧单调移动，第二透镜组G2向图像侧移动以描绘凸起轨迹，并且第三透镜组G3从图像侧向对象侧移动、从对象侧向图像侧移动、且再次从图像侧向对象侧移动，第四透镜组G4向对象侧移动以描绘凸起轨迹。
实施例4中的每个光学元件的光学特征如下面的表13所示。
[表13]
光学特征
Figure BSA00000451638100321
在表13中，“*”表示非球形表面，“HOYA”和“OHARA”分别表示玻璃制造商HOYA INC.和OHARA INC.的名称。这在另一实施例中相同。
即，在表13中，应用了“*”的第六、第十、第十二、第十三和第十七表面中的每个光学表面是非球形表面，且方程式(9)中的每个非球形表面的参数如下面的表14所示。
[表14]
非球形表面系数
  K   A4   A6   A8   A10
  6   0   -2.13100E-04   5.36880E-06   -1.07091E-08   -8.91080E-10
  10   0   -6.87197E-04   -8.00907E-06   7.90956E-07   -9.47677E-08
  12   0   -6.68388E-04   2.76877E-05   -2.52557E-06   1.10843E-07
  13   0   1.82600E-04   3.92416E-05   -3.58749E-06   1.52005E-07
  17   0   -2.42568E-05   3.24165E-06   -1.12435E-07   1.76648E-09
在实施例4中，随着变焦，如下面的表15所示地改变整个光学系统的焦距f，F值F，半张角ω，第一和第二透镜组G1、G2之间的变化间隔DA，第二透镜组G2和孔径光阑AD之间的变化间隔DB，孔径光阑AD和第三透镜组G3之间的变化间隔DC，第三和第四透镜组G3、G4之间的变化间隔DD以及第四透镜组G4和滤波器FM之间的变化间隔DE等。
[表15]
变化间隔
Figure BSA00000451638100331
长焦(远焦)端的孔径光阑AD的开口直径是
Figure BSA00000451638100332
该图像高度Y’＝4.1。参考图20，如上所述，为了通过图像处理校正失真，长焦端(中间焦距)的成像区域基本符合光接收元件的成像区域，以获得矩形成像区域，在短焦(广角)端产生失真使得短焦端的成像区域变为作为Y’＝3.65的桶形。然后，通过图像处理将短焦端的桶形有效成像区域的图像转换为减小了失真的矩形图像信息。
相应地，与条件表达式(1)-(8)相对应的值如下面的表16所示，并且满足下面的条件表达式(1)-(8)。
[表16]
条件表达式
  条件表达式(1)   f21/f22   0.44
  条件表达式(2)   f21/f2   0.98
  条件表达式(3)   D2/fw   1.02
  条件表达式(4)   DS3w/D2Sw   1.24
  条件表达式(5)   |X1-2/f2|   2.68
  条件表达式(6)   φ2/φ1   0.69
  条件表达式(7)   f2/fw   -1.06
  条件表达式(8)   TLt/ft   1.04
图14、15、16示出了实施例4中的在广角端、中间焦距和远焦端的慧形像差、失真、散光和球面像差的像差视图。在这些视图中，球面像差中的虚线表示正弦条件，散光中的实线和虚线分别表示弧矢和子午。球面像差、散光和慧形像差的像差视图中的附图标记g、d分别表示g线和d线。这些与另一实施例中的像差视图相同。
如上所述，根据本发明的第一实施例的实施例1-4，可以提供具有充足的广角、即具有在短焦端38度或更大的半张角以及8倍或更多的放大率的变焦镜头。该变焦透镜还实现了具有大约10个透镜的配置的小尺寸以及与对于整个放大范围具有1千万至1千5百万像素的成像元件相对应的分辨率。根据本发明的第二实施例，通过使用根据本发明的第一实施例的变焦镜头，可以实现包括良好覆盖通用拍摄区域的放大范围的诸如数码相机的小并且高质量的成像设备，并且可以实现包括该成像设备的诸如便携式数字助理的信息设备。
此外，通过良好地校正短焦端的离轴像差，可以提供高性能并且小的变焦镜头，通过使用这种变焦镜头，可以实现在短焦端的屏幕的外围部分获得好照片的小成像设备和小信息设备。
此外，通过进一步良好地校正每个像差，可以提供具有高性能的稳定的变焦镜头，并且可以实现高质量的成像设备和具有高分辨率的信息设备。
虽然下面描述了本发明的实施例，但是本发明不限于此。应当理解，本领域技术人员可以在描述的实施例中进行变化，而不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种变焦镜头，从对象侧开始顺序包括：
具有正折光力的第一透镜组；
具有负折光力的第二透镜组，第二透镜组从对象侧开始顺序包括第一负透镜、以及包括在对象侧具有凸起形状的第二负透镜和正透镜的粘合透镜；
具有正折光力的第三透镜组；
具有正折光力的第四透镜组；以及
布置在第二透镜组和第三透镜组之间的孔径光阑，
当从短焦端到远焦端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，并且移动第一透镜组和第三透镜组，以被定位为在长焦端比短焦端更接近对象侧。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组的第一负透镜的焦距是f21，且第二透镜组的第二负透镜的焦距是f22；
0.1＜f21/f22＜0.8。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组的第一负透镜的焦距是f21，且第二透镜组的焦距是f2；
0.5＜f21/f2＜1.5。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组在光轴上的厚度是D2，且整个镜头系统在短焦端的焦距是fw；
0.7＜D2/fw＜1.3。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式，其中，在短焦端的第二透镜组和孔径光阑之间的间隔是D2Sw，且在短焦端的孔径光阑和第三透镜组之间的间隔是DS3w；
0.3＜DS3w/D2Sw＜2.0。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第二透镜组的正透镜的图像侧表面具有在对象侧的凸起形状和非球形面。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，，满足以下条件表达式，其中，当从短焦端到长焦端改变放大率时第一透镜组和第二透镜组之间的间隔的变化是X1-2，且第二透镜组的焦距是f2；
2.0＜|X1-2/f2|＜4.0。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件表达式，其中，第二透镜组的第一负透镜的对象侧表面的有效光束直径是
Figure FSA00000451638000021
，且第二透镜组的第二负透镜的对象侧表面的有效光束直径是
Figure FSA00000451638000022
；
0.50＜φ2/φ1＜0.80。
9.一种成像设备，包括根据权利要求1所述的变焦镜头作为成像光学系统。
10.一种信息设备，具有包括根据权利要求1所述的变焦镜头作为成像光学系统的成像功能。
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