CN103163633A - 变焦镜头和图像拾取设备 - Google Patents

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CN103163633A CN2012105216751A CN201210521675A CN103163633A CN 103163633 A CN103163633 A CN 103163633A CN 2012105216751 A CN2012105216751 A CN 2012105216751A CN 201210521675 A CN201210521675 A CN 201210521675A CN 103163633 A CN103163633 A CN 103163633A
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zoom
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lens combination
refractive power
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宫谷崇太
米本和希
大道裕之
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Abstract

本发明涉及变焦镜头和图像拾取设备。变焦镜头从物体侧起包括具有正屈光力的位置固定的第一透镜组、具有负屈光力且在光轴方向上可移动以变焦的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组和在光轴方向上可移动的第四透镜组。第一透镜组包括从物体侧起依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，且满足(1)15.0＜ft/fw＜31.0(2)7.0＜f1/fw＜13.0(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0其中，fw和ft是整个镜头系统分别在广角端状态和摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。

Description

变焦镜头和图像拾取设备
技术领域
本发明涉及变焦镜头和图像拾取设备的技术领域，更具体地涉及这样的变焦镜头和图像拾取设备的技术领域，其中，增大了放大率(magnification)和角度二者，此外还减小了直径(diameter)。
背景技术
近年来，消费者使用的小型图像拾取设备，比如摄像机和数码相机，也已普遍用于家庭。
对于这种小型图像拾取设备，需要高性能广角变焦镜头，其中，整个镜头系统的尺寸被减小并且放大率被增大。
通常，作为用于摄像机的变焦镜头，可使用内对焦型变焦镜头(innerfocus type zoom lens)，其中，可移动大部分被布置在物体侧上的第一透镜组之外的透镜组来进行对焦。已知，在这种内对焦型变焦镜头中，可容易地减小整个镜头系统的尺寸，此外获得了适合于具有大量像素的图像拾取装置的成像性能。
在内对焦型变焦镜头中，经常使用四组型内变焦镜头系统(four-grouptype inner zoom lens system)，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，而第二透镜组在光轴方向上被移动以主要执行变焦。另外，第四透镜组在光轴方向上被移动以通过变焦和对焦来校正焦点位置。例如，日本专利早期公开号2009-175648(以下称为专利文件1)公开了一种内对焦型变焦镜头。
发明内容
然而，专利文件1中公开的这种内对焦型变焦镜头存在一个问题，即与其它透镜组的透镜相比，第一透镜组的透镜的孔径很大。尤其是，如果尝试实现广角配置，则在广角端位置或从广角端向摄远(telephoto)端侧一点的变焦位置处，很难保证最外围部分的视角处的光量和性能。因此，第一透镜组的直径变大。
另外，如果第一透镜组的直径变大，这会使整个图像拾取设备在直径方向上变大。
因此，希望提供使得放大率和角度两者均增大并且此外直径减小的变焦镜头和图像拾取设备，。
根据本发明的实施例，提供了变焦镜头，其包括具有正屈光力(refracting power)且通常位于固定位置的第一透镜组，具有负屈光力且在光轴方向可移动以进行变焦的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组，和在光轴方向可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦的第四透镜组，其中第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至成像侧依次被布置，第一透镜组由三个透镜组成，这三个透镜包括从物体侧至成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，并满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。
因此，在变焦镜头中，优化了第一透镜组的屈光力，并抑制了光通量在中间图像高度的遮暗(eclipse)现象。
优选地，第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面。
由于第一透镜组的透镜的面中的至少一个面被形成为非球面，因此抑制了中间位置至摄远端的像差的出现。
优选地，第四透镜组具有正屈光力。
由于第四透镜组具有正屈光力，因此抑制了第一至第三透镜组中从广角端至摄远端处出现的像差。
优选地，变焦镜头进一步包括第五透镜组，其具有正屈光力并被布置在第四透镜组的成像侧。
由于具有正屈光力的第五透镜组被设置在第四透镜组的成像侧，因此可抑制在振动控制时出现的偏心像差的出现以及在广角端处发生的像场弯曲。
根据本发明的另一个实施例，提供了包括变焦镜头和图像摄取装置的图像拾取设备，该图像摄取装置被配置为将变焦镜头形成的光学图像转换为电信号，变焦镜头包括具有正屈光力且通常位于固定位置的第一透镜组，具有负屈光力且在光轴方向可移动以进行变焦的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组，和在光轴方向可移动以通过变焦来校正焦点位置并进行对焦的第四透镜组，其中第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至成像侧依次被布置，第一透镜组由三个透镜组成，包括从物体侧至成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，并满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。
因此，在图像拾取设备中，优化了第一透镜组的屈光力，并抑制了在中间图像高度处光通量的遮暗的出现。
优选地，在中间变焦区域中的预定变焦区间内，改变图像拾取装置的读取区域。
通过在中间变焦区域中的预定变焦区间内改变图像拾取装置的读取区域，可抑制变焦过程中变焦速度的畸形变化。
总之，通过根据本发明实施例的变焦镜头和图像拾取设备，可以实现放大率和角度两者的增大，并且此外可实现直径的减小。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦镜头的透镜配置的示意图；
图2是图示根据将特定数值应用于变焦镜头的数值示例，图1的变焦镜头在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的图解视图；
图3是类似示图但图示了图1的变焦镜头在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差；
图4是类似示图但图示了图1的变焦镜头在摄远端状态下的球面像差、像散和失真像差；
图5是示出根据本发明的第二实施例的变焦镜头的透镜配置的示意图；
图6是图示根据将特定数值应用于变焦镜头的数值示例的图5的变焦镜头在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的图解视图；
图7是类似示图但图示了图5的变焦镜头在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差；
图8是类似示图但图示了图5的变焦镜头在摄远端状态下的球面像差、像散和失真像差；
图9是示出根据本发明的第三实施例的变焦镜头的透镜配置的示意图；
图10是图示根据将特定数值应用于变焦镜头的数值示例的图9的变焦镜头在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的图解视图；
图11是类似示图但图示了图9的变焦镜头在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差；
图12是类似示图但图示了图9的变焦镜头在摄远端状态下的球面像差、像散和失真像差；和
图13是示出根据本发明实施例的图像拾取设备的示例的框图。
具体实施方式
在下文中，将描述根据本发明优选实施例的变焦镜头和图像拾取设备。
在根据本发明实施例的变焦镜头和图像拾取设备中，可保证35mm等效视角中的33mm以下的广视角，且可保证大约20至30倍的变焦比。
[变焦镜头的配置]
根据本发明实施例的变焦镜头包括具有正屈光力且通常位于固定位置的第一透镜组，具有负屈光力且在光轴方向可移动以进行变焦的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组，和在光轴方向可移动以通过变焦来校正焦点位置并且用于对焦的第四透镜组，其中第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至成像侧依次被布置，第一透镜组由三个透镜组成，包括负透镜、正透镜和另一正透镜，这三个透镜从物体侧至成像侧依次被布置，并且满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。
条件表达式(1)定义了整个镜头系统在广角端状态下的焦距与在摄远端状态下的焦距的比率。
条件表达式(2)涉及第一透镜组的焦距。
如果未超过条件表达式(2)的上限，则第一透镜组的屈光力会变得过度低，且第一透镜组的大小在直径方向上会变得很大。另外，会产生光通量在中间图像高度处被大量地遮暗的不利影响。
反之，如果超过了条件表达式(2)的下限，则尽管有可能减小第一透镜组的直径，但是第一透镜组的屈光力会变得过度高，且很难校正像差。
条件表达式(3)定义了第一透镜组的负透镜的焦距与整个镜头系统在广角端处的焦距之间的比率。
如果超过了条件表达式(3)的下限，则降低光通量高度的作用会变弱，导致很难减小直径。
反之，如果超过了条件表达式(3)的上限，则第一透镜组的负透镜的屈光力会变得过高，导致难以进行像差校正。
因此，根据本发明实施例的变焦镜头具有高分辨率(其可充分满足35毫米等效视角中的33毫米以下的广角)，大约20至30倍的放大率的增大，以及高密度(HD)，此外可减小直径。
另外，可降低整个变焦区域范围内的光通量的高度，以减小直径并很好地校正像差。
在根据本发明实施例的变焦镜头中，第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面。
第一透镜组的透镜的至少一个面被形成非球面时，可有效地校正从中间位置至摄远端的位置上的像差。
在根据本发明实施例的变焦镜头中，第四透镜组优选具有正屈光力。
第四透镜组具有正屈光力的情况下，可有效校正广角端至摄远端范围内屈光力由条件表达式(1)至(3)定义的第一至第三透镜组内出现的各种像差。
在根据本发明实施例的变焦镜头中，优选地，将具有正屈光力的第五透镜组设置在第四透镜组的成像侧。
在具有正屈光力的第五透镜组被设置在第四透镜组的成像侧的情况下，可有效校正在控制振动时出现的偏心像差以及在广角端发生的像场弯曲。
[变焦镜头的数值的工作示例]
在下文中，将参考附图和表格描述根据本发明实施例的变焦镜头的具体实施例以及将具体数值应用于实施例的变焦镜头的几个数值示例。
应注意，表格中以及下文中使用的符号具有以下含义等等。
“面号码”是从物体侧朝着成像侧进行计数的第i个面的面号码；“Ri”为第i个面的近轴曲率半径；“Di”为第i个面与第i+1个面之间的轴上面距离，即透镜的中心厚度或空气距离(air distance)；“Ni”为从第i个面开始的透镜等在d线(波长为587.6nm)处的折射率(refractiveindex)；“vi”为从第i个面开始的透镜等在d线处的阿贝数(Abbenumber)。
“面号码”的“非球面”表示该面是非球面；“Ri”的“无穷远”表示该面是平面；“Di”的“可变”表示轴上面距离是可变的距离。
“κ”为锥形常数，“A4”、“A6”、“A8”和“A10”分别为第四、第六、第八和第十次非球面系数。
“f”为焦距；“Fno.”为光圈值(F number)；“ω”为半视角。
应注意，在下面给出的包括非球面系数的表格中，“E-n”代表底数为10的指数计数法，即“10-n”，例如“0.12345E-05”代表“0.12345×10-5”。
本实施例中使用的变焦镜头包括非球面透镜面。其中，“x”是在光轴方向上离透镜表面顶点的距离或中垂度(sag amount)；“y”为与光轴方向垂直的方向上的高度，即图像高度；“c”为透镜顶点处的近轴曲率半径，即曲率半径的倒数；“κ”为锥形常数；“A”、“B”、“C”、“D”和“E”分别为第四、第六、第八、第十和第十二次非球面系数，非球面形状是由以下表达式1定义的：
x = cy 2 1 + [ 1 - ( 1 + κ ) c 2 y 2 ] 1 / 2 + A 2 y 2 + A 4 y 2 + A 6 y 2
(表达式1)
<第一实施例>
图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦镜头1的透镜配置。
参考图1，变焦镜头1包括具有正屈光力的第一透镜组GR1、具有负屈光力的第二透镜组GR2、具有正屈光力的第三透镜组GR3、具有正屈光力的第四透镜组GR4，和具有正屈光力的第五透镜组GR5。第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5从物体侧至成像侧依次被布置。
第一透镜组GR1通常位于固定位置，而第二透镜组GR2在光轴方向上可移动以进行变焦。第三透镜组GR3通常位于固定位置，而第四透镜组GR4在光轴方向上可移动以通过变焦来校正焦点位置并用于对焦。
变焦镜头1的变焦比被设置为17.5倍。
第一透镜组GR1由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的负透镜L1和正透镜L2的胶合透镜，以及正透镜L3。
第二透镜组GR2由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的负透镜L4、以及正透镜L5和正透镜L6的胶合透镜。
第三透镜组GR3由两个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的正透镜L7和负透镜L8。
第四透镜组GR4由设置在物体侧的正透镜L9和设置在成像侧的负透镜L10所形成的胶合透镜构成。
第五透镜组GR5由可移动组和固定组构成，其中，可移动组由负透镜L11构成且在与光轴垂直的方向上可移动以控制振动，固定组由正透镜L12构成且通常位于固定位置。可移动组和固定组从物体侧至成像侧按顺序依次被布置。
在第五透镜组GR5和像平面IMG之间布置有滤光器FL。孔径光阑S被布置在第三透镜组GR3的物体侧附近。
表格1示出了数值示例1的透镜数据，其中，具体数值被应用于根据第一实施例的变焦镜头1。
[表格1]
  面号码   Ri   Di   Ni vi
  1   -54.569   0.700   1.911   35.250
  2   23.176   3.559   1.729   54.673
  3   -57.948   0.100
  4(非球面)   23.122   3.222   1.729   54.041
  5(非球面)   -56.955   可变
  6(非球面)   -29.448   0.550   1.911   35.250
  7(非球面)   5.609   1.572
  8   -9.872   0.450   1.883   40.805
  9   32.101   1.416
  10   18.108   1.251   1.946   17.984
  11   -18.732   可变
  12(孔径光阑)   无限远   1.000
  13(非球面)   8.108   2.610   1.694   53.201
  14(非球面)   -21.213   1.534
  15   40.000   0.450   2.001   13.400
  16   8.139   可变
  17(非球面)   9.647   2.765   1.592   67.023
  18   -7.671   0.500   1.847   23.785
  19   -11.727   可变
  20   2546.417   0.500   1.652   58.404
  21   8.883   6.080
  22(非球面)   10.251   2.200   1.592   67.023
  23(非球面)   -18.735   0.689
  24   无限远   0.100   1.517   64.198
  25   无限远   1.270
  26   无限远   0.500   1.517   64.198
  27   无限远   0.530
  IMG   无限远   0
在变焦镜头1中，第一透镜组GR1的正透镜L3的相对面，即第四和第五个面，第二透镜组GR2的负透镜L4的相对面，即第六和第七个面，第三透镜组GR3的正透镜L7的相对面，即第十三和第十四个面，第四透镜组GR4的正透镜L9在物体侧的面，即第十七个面，以及第五透镜组GR5的正透镜L12的相对面，即第二十二和第二十三个面，被形成为非球面。表格2示出了数值示例1中的非球面的第四、第六、第八和第十次非球面系数A4、A6、A8和A10，以及锥形常数κ。
[表格2]
  面号码   κ   A4   A6   A8   A10
  4   0   -3.674E-06   -1.353E-08   -7.607E-11   -5.842E-13
  5   0   1.166E-05   -2.832E-08   -6.726E-11   -2.126E-14
  6   0   -5.584E-04   5.403E-05   -1.809E-06   2.793E-08
  7   0   -1.096E-03   4.709E-05   0.000E+00   0.000E+00
  13   0   -3.525E-04   6.352E-07   -3.908E-08   -1.515E-09
  14   0   -3.283E-05   8.050E-06   -2.531E-07   2.323E-09
  17   0   -3.917E-04   7.937E-06   -3.290E-07   6.700E-09
  22   0   1.565E-03   -1.369E-05   -6.869E-06   1.415E-07
  23   0   3.800E-03   -4.518E-05   -2.253E-05   8.942E-07
在变焦镜头1中，当在广角端状态和摄远端状态之间变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距D5、第二透镜组GR2和孔径光阑S之间的面距D11、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距D16以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距D19会改变。表格3示出数值示例1中在广角端状态、中间焦距状态和摄远端状态下面距之间的可变距离，以及焦距f、光圈值Fno.和半视角ω。
[表格3]
  广角端   中间   摄远端
  f   3.200   13.387   56.00
  Fno.   1.85   2.70   3.50
  ω   38.1   8.1   2.3
  D5   0.600   14.308   22.091
  D11   22.291   8.584   0.800
  D16   5.829   2.647   4.326
  D19   1.000   4.182   2.503
图2至图4图示了数值示例1中无限远对焦状态下的各种像差。具体地，图2图示了广角端状态下的各种像差；图3图示了中间焦距状态下的各种像差；图4图示了摄远端状态下的各种像差。
在图2至图4的球面像差示意图中，实线曲线指示在d线(波长：587.56nm)上的值；虚线曲线指示在C线(波长：656.3nm)上的值；点划线曲线指示在g线(波长：435.8nm)上的值。在像散示意图中，实线曲线指示在d线的弧矢像平面(sagittal image plane)上的值；虚线曲线指示在d线的子午像平面(meridional image plane)上的值。在失真的像差示意图中，实线指示在d线上的值。
从像差示意图可以很明显地看出，由于良好地校正了像差，因此数值示例1具有优越的成像性能。
<第二实施例>
图5示出根据本发明第二实施例的变焦镜头2的透镜配置。
参考图5，变焦镜头2包括具有正屈光力的第一透镜组GR1、具有负屈光力的第二透镜组GR2、具有正屈光力的第三透镜组GR3、具有正屈光力的第四透镜组GR4和具有正屈光力的第五透镜组GR5。第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5按顺序从物体侧至成像侧依次布置。
第一透镜组GR1通常位于固定位置，第二透镜组GR2在光轴方向上可移动以进行变焦。第三透镜组GR3通常位于固定位置，第四透镜组GR4在光轴方向上可移动以通过变焦来校正焦点位置并且用于对焦。
变焦镜头2的变焦比被设置为23.0倍。
第一透镜组GR1由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的负透镜L1和正透镜L2形成的胶合透镜，以及正透镜L3。
第二透镜组GR2由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的负透镜L4、负透镜L5和正透镜L6。
第三透镜组GR3由两个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的正透镜L7和负透镜L8。
第四透镜组GR4由设置在物体侧的正透镜L9和设置在成像侧的负透镜L10所形成的胶合透镜构成。
第五透镜组GR5由可移动组和固定组构成，其中，可移动组由负透镜L11构成且在与光轴垂直的方向上可移动以控制振动，固定组由正透镜L12构成且通常位于固定位置。可移动组和固定组从物体侧至成像侧依次被布置。
在第五透镜组GR5和像平面IMG之间设置有滤光器FL。孔径光阑S被布置在第三透镜组GR3的物体侧附近。
表格4示出数值示例2的透镜数据，其中，具体数值被应用于根据第二实施例的变焦镜头2。
[表格4]
  面号码   Ri   Di   Ni vi
  1   -797.919   0.600   1.911   35.250
  2   15.899   2.778   1.729   54.673
  3   2363.775   0.100
  4(非球面)   19.337   2.723   1.729   54.041
  5(非球面)   -56.172   可变
  6(非球面)   -40.356   0.500   1.911   35.250
  7(非球面)   4.597   1.312
  8   -9.400   0.450   1.883   40.805
  9   12.264   0.100
  10   10.393   1.175   1.946   17.984
  11   -23.840   可变
  12(孔径光阑)   无限远   0.800
  13(非球面)   6.211   2.500   1.589   61.251
  14(非球面)   -9.536   0.204
  15   63.000   0.400   1.883   40.805
  16   7.995   可变
  17(非球面)   8.351   2.000   1.593   68.624
  18   -7.457   0.400   2.003   19.317
  19   -10.638   可变
  20(非球面)   -24.823   0.400   1.804   46.503
  21(非球面)   5.297   2.961
  22(非球面)   4.136   2.000   1.497   81.560
  23(非球面)   -12.582   1.400
  24   无限远   0.100   1.517   64.198
  25   无限远   1.500
  26   无限远   0.500   1.517   64.198
  IMG   无限远   0.530
  IMG   无限远   0.000
在变焦镜头2中，第一透镜组GR1的正透镜L3的相对面，即第四和第五个面，第二透镜组GR2的负透镜L4的相对面，即第六和第七个面，第三透镜组GR3的正透镜L7的相对面，即第十三和第十四个面，第四透镜组GR4的正透镜L9在物体侧的面，即第十七个面以及第五透镜组GR5的负透镜L11的相对面，即第二十和第二十一个面以及第五透镜组GR5的正透镜L12的相对面，即地二十二和第二十三个面为非球面。表格5示出数值示例2中的非球面的第四、第六、第八和第十次非球面系数A4、A6、A8和A10以及锥形常数κ。
[表格5]
  面号码   κ   A4   A6   A8   A10
  4   0   1.304E-05   -2.868E-07   1.262E-09   -8.314E-13
  5   0   3.795E-05   -4.616E-07   3.375E-09   -1.007E-11
  6   0   -1.647E-03   1.842E-04   -6.985E-06   6.537E-08
  7   0   -2.627E-03   1.791E-04   0.000E+00   0.000E+00
  13   0   -7.019E-04   -1.914E-05   1.327E-06   -5.512E-08
  14   0   6.510E-04   -1.084E-05   1.121E-06   -4.779E-08
  17   0   -4.205E-04   8.838E-06   -8.723E-07   3.380E-08
  20   0   2.355E-03   9.651E-05   -8.732E-06   0.000E+00
  21   0   1.681E-03   1.919E-04   -1.743E-06   0.000E+00
  22   0   7.245E-04   -9.074E-05   -3.705E-06   -3.547E-07
  23   0   4.525E-03   -2.676E-04   -9.155E-06   8.810E-07
在变焦镜头2中，当在广角端状态和摄远端状态之间进行变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距D5、第二透镜组GR2和孔径光阑S之间的面距D11、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距D16以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距D19会改变。表格6示出数值示例2中的广角端状态、中间焦距状态和摄远端状态下面距之间的变化距离以及焦距f、光圈值Fno.和半视角ω。
[表格6]
  广角端   中间   摄远端
  f   2.20   10.55   50.60
  Fno.   1.85   2.34   3.50
  ω   37.9   6.37   1.8
  D5   0.604   13.626   20.158
  D11   20.355   7.333   0.800
  D16   4.598   2.243   3.505
  D19   1.010   3.365   2.104
图6至图8图示了数值示例2中无限远对焦状态下的各种像差。具体地，图6图示了广角端状态下的各种像差；图7图示了中间焦距状态下的各种像差；图8图示了摄远端状态下的各种像差。
在图6至图8的球面像差示意图中，实线曲线指示在d线(波长：587.56nm)上的值；虚线曲线指示在C线(波长：656.3nm)上的值；点划线曲线指示在g线(波长：435.8nm)上的值。在像散示意图中，实线曲线指示在d线的弧矢像平面上的值；虚线曲线指示在d线的子午像平面上的值。在失真像差示意图中，实线指示在d线上的值。
从像差示意图可以很明显地看出，由于良好地校正了像差，因此数值示例2具有优越的成像性能。
<第三实施例>
图9示出根据本发明第三实施例的变焦镜头3的透镜配置。
参考图9，变焦镜头3包括具有正屈光力的第一透镜组GR1、具有负屈光力的第二透镜组GR2、具有正屈光力的第三透镜组GR3、具有正屈光力的第四透镜组GR4和具有正屈光力的第五透镜组GR5。第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5从物体侧至成像侧依次布置。
第一透镜组GR1通常置于固定位置，第二透镜组GR2在光轴方向上可移动以进行变焦。第三透镜组GR3通常位于固定位置，第四透镜组GR4在光轴方向上可移动以通过变焦来校正焦点位置并且用于对焦。
变焦镜头3的变焦比被设置为26.5倍。
第一透镜组GR1由四个透镜构成，包括从物体侧至成像侧依次布置的负透镜L1和正透镜L2形成的胶合透镜，正透镜L3和正透镜L4。
第二透镜组GR2由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的负透镜L5、负透镜L6和正透镜L7。
第三透镜组GR3由两个透镜构成，包括从物体侧至成像侧按顺序依次布置的正透镜L8和负透镜L9。
第四透镜组GR4由设置在物体侧的正透镜L10和设置在成像侧的负透镜L11所形成的胶合透镜构成。
第五透镜组GR5由可移动组和固定组构成，其中，可移动组由负透镜L12构成且在与光轴垂直的方向上可移动以控制振动，固定组由正透镜L13构成且通常位于固定位置。可移动组和固定组从物体侧至成像侧按顺序依次被布置。
在第五透镜组GR5和像平面IMG之间设置有滤光器FL。孔径光阑S被布置在第三透镜组GR3的物体侧附近。
表格7示出数值示例3的透镜数据，其中，具体数值被应用于根据第三实施例的变焦镜头3。
[表格7]
  面号码   Ri   Di   Ni vi
  1   -22.400   1.665   1.883   40.805
  2   12.838   2.503   1.729   54.673
  3   197.192   0.103
  4   21.743   2.775   1.593   68.624
  5   -25.710   0.100
  6(非球面)   28.890   1.663   1.729   54.673
  7   -45.202   可变
  8(非球面)   -174.913   0.400   1.883   40.805
  9(非球面)   3.507   1.351
  10   -6.556   0.400   1.729   54.673
  11   39.979   0.100
  12   11.727   0.934   1.946   17.984
  13   -41.388   可变
  14(孔径光阑)   无限远   0.800
  15(非球面)   5.502   3.191   1.5273   56.000
  16(非球面)   -10.509   0.131
  17   18.591   0.350   1.904   31.315
  18   6.119   可变
  19(非球面)   6.045   2.809   1.437   95.100
  20   -4.308   0.400   1.911   35.250
  21   -5.839   可变
  22   1144.553   0.400   1.652   58.404
  23   6.823   4.750
  24(非球面)   -9.194   0.855   1.437   95.100
  25(非球面)   -2.850   0.100
  26   无限远   0.100   1.517   64.198
  IMG   无限远   1.500
  IMG   无限远   0.500   1.517   64.198
  IMG   无限远   0.530
  IMG   无限远   0.000
在变焦镜头3中，第一透镜组GR1的正透镜L4在物体侧的面，即第六面，第二透镜组GR2的负透镜L5的相对面，即第八和第九个面，第三透镜组GR3的正透镜L8的相对面，即第十五和第十六个面，第四透镜组GR4的正透镜L10在物体侧的面，即第十九L个面以及第五透镜组GR5的正透镜L13的相对面，即第二十四和第二十五个面被形成为非球面。表格8示出数值示例3中的非球面的第四、第六、第八和第十次非球面系数A4、A6、A8和A10以及锥形常数κ。
[表格8]
  面号码   κ   A4   A6   A8   A10
  6   0   -4.114E-05   -8.900E-08   2.115E-10   -3.923E-12
  8   0   -1.804E-03   1.810E-04   -3.286E-06   -2.863E-07
  9   0   -3.157E-03   7.693E-05   0.000E+00   0.000E+00
  15   0   -7.140E-04   -2.002E-05   2.198E-07   -3.138E-09
  16   0   6.705E-04   -1.314E-05   8.781E-07   -4.876E-09
  19   0   -9.655E-04   -3.643E-06   -8.817E-07   1.282E-07
  24   0   -1.525E-03   1.777E-03   -2.202E-04   1.414E-05
  25   0   1.258E-02   1.765E-03   -2.632E-04   2.827E-05
在变焦镜头3中，当在广角端状态和摄远端状态之间进行变焦时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的面距D7、第二透镜组GR2和孔径光阑S之间的面距D13、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的面距D18以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的面距D21会改变。表格9示出数值示例3中广角端状态、中间焦距状态和摄远端状态下面距之间的变化距离以及焦距f、光圈值Fno.和半视角ω。
[表格9]
  广角端   中间   摄远端
  f   2.000   10.296   53.019
  Fno.   1.85   2.50   4.95
  Ω   42.1   6.9   1.62
  D7   0.433   12.613   18.628
  D13   18.896   6.715   0.700
  D18   4.619   1.851   4.330
  D21   1.000   3.769   1.290
图10至图12图示了数值示例3中无限远对焦状态下的各种像差。具体地，图10图示了广角端状态下的各种像差；图11图示了中间焦距状态下的各种像差；图12图示了摄远端状态下的各种像差。
在图10至图12的球面像差示意图中，实线曲线指示在d线(波长：587.56nm)上的值；虚线曲线指示在C线(波长：656.3nm)上的值；点划线曲线指示在g线(波长：435.8nm)上的值。在像散示意图中，实线曲线指示在d线的弧矢像平面上的值；虚线曲线指示在d线的子午像平面上的值。在失真像差示意图中，实线指示在d线上的值。
从像差示意图可以很明显地看出，由于良好地校正了像差，因此数值示例3具有优越的成像性能。
[变焦镜头的条件表达式的值]
在下文中，将描述根据本发明实施例的变焦镜头的条件表达式的值。
表格10示出变焦镜头1至3的条件表达式(1)至(3)的值。
[表格10]
Figure BDA00002538748400201
从表格10中可明显看出，变焦镜头1至3被配置为满足条件表达式(1)至(3)。
[图像拾取设备的配置]
根据本发明实施例的图像拾取设备包括变焦镜头，变焦镜头包括具有正屈光力且通常置于固定位置的第一透镜组、具有负屈光力且在光轴方向上可移动以进行变焦的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组和在光轴方向上可移动以通过变焦校正焦点位置且用于对焦的第四透镜组，第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至成像侧依次被布置，第一透镜组由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一正透镜，并且满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。
条件表达式(1)定义了整个镜头系统在广角端状态和摄远端状态下的焦距的比率。
条件表达式(2)涉及第一透镜组的焦距。
如果超过了条件表达式(2)的上限，则第一透镜组的屈光力会变得过低且第一透镜组的大小在直径方向上会变得很大。另外，会产生光通量在中间图像高度处被大量遮暗的不利影响。
反之，如果超过条件表达式(2)的下限，则尽管可能减小第一透镜组的直径，但是第一透镜组的屈光力会变得过高，且很难校正像差。
因此，根据本发明实施例的图像拾取设备可减小变焦镜头的直径，固时保证35毫米的等效视角中的33毫米或更小的广角，且可预期大约10倍的放大率以及满足高密度的高分辨率。
条件表达式(3)定义了第一透镜组的负透镜的焦距与整个镜头系统在广角端时的焦距的比率。
如果超过条件表达式(3)的下限，则降低光通量高度的作用会变得很弱，导致很难减小直径。
反之，如果超过条件表达式(3)的上限，则第一透镜组的负透镜的屈光力会变得过高，导致很难校正像差。
因此，根据本发明实施例的变焦镜头具有高分辨率(其可充分满足35毫米等效视角中的33毫米以下的广角)，大约20至30倍的放大率增大，和高密度(HD)，并且此外可减小直径。
另外，可降低整个变焦区域范围内的光通量的高度，以减小直径并很好地校正像差
在根据本发明实施例的图像拾取设备中，可在中间变焦区域内的预定变焦区间内进行电子变焦，其可改变图像拾取装置的读取区域。
通过在中间变焦区域中的预定变焦区间内改变图像拾取装置的读取区域，可抑制变焦过程中变焦速度的畸形变化，且可防止用户观察到遮暗。
应注意，如果遮暗量过大，则有必要更大量地应用电子变焦，但这会导致分辨率恶化。然而，在本发明中，为了消除应用高程度的电子变焦的必要性，设置了表达式(2)和(3)。
[图像拾取设备的实施例]
图13示出形成根据本发明实施例的图像拾取设备的数码静止相机的框图。
参考图13，数码静止相机形式的图像拾取设备100包括负责图像拾取功能的相机模块10、以及用于对相机模块10所拾取的图像信号进行信号处理，比如模数转换的相机信号处理部20。图像拾取设备100进一步包括图像处理部30，用于记录并再现图像信号。图像拾取设备100进一步包括在其上显示所拾取的图像等的LCD(液晶显示器)单元40，和用于将图像信号写入存储卡1000以及从其读取图像信号的读写器(R/W)50。图像拾取设备100进一步包括用于控制整个图像拾取设备的CPU(中央处理单元)60、包括各种由用户操作的开关等的输入部70，和用于控制相机模块10内设置的透镜的驱动的透镜驱动控制部80。
相机模块10由光学系统、图像拾取装置12等构成，该光学系统包括可以是应用了本发明的实施例的变焦镜头1、2和3中的任何一个的变焦镜头11，该图像拾取装置12比如为CCD(电荷耦合器件)单元或CMOS(互补金属氧化物半导体)单元等等。
相机信号处理部20对图像拾取装置12输出信号进行各种处理，比如转换为数字信号、噪音消除、图像质量校正以及转换为亮度和色差信号。
图像处理部30执行基于预定图像数据格式的图像信号的压缩编码和解压缩解码、分辨率等的数据规范的转换处理，以及其它必要的处理。
LCD单元40具有在其上显示用户对输入部70所进行的操作的状态以及各种数据(比如拾取的图像)的功能。
读写器50将由图像处理部30编码的图像数据写入存储卡1000，并读出存储卡1000内记录的图像数据。
CPU 60起到控制图像拾取设备100内设置的电路模块的控制处理部的作用，并基于来自输入部70等的指令输入信号来控制电路模块。
输入部70例如由用于触发快门动作的快门释放按钮、用于选择操作方式的选择开关和其它必要元件构成。输入部70将与用户的操作相对应的指令输入信号输出至CPU 60。
透镜驱动控制部80基于来自CPU 60的控制信号控制未示出的电机和其它部件以用于驱动变焦镜头11的透镜。
存储卡1000为半导体存储器，其被可移动地插入例如连接至读写器50的插槽中。
在下文中，将描述图像拾取设备100的操作。
在用于图像拾取的待机状态下，相机模块10所拾取的图像信号在CPU60的控制下通过相机信号处理部20被输出至LCD单元40，且作为相机直通图像(camera-through image)在LCD单元40上显示。另一方面，如果从输入部70输入用于变焦的指令输入信号，则CPU 60将控制信号输出至透镜驱动控制部80以使得变焦镜头11的预定透镜在透镜驱动控制部80的控制下移动。
如果响应来自输入部70的指令输入信号驱动相机模块10的快门(未显示)移动，则所拾取的图像信号从相机信号处理部20被输出，并经受图像处理部30所进行的压缩编码处理，从而将其转换为预定数据格式的数字数据。得到的数据被输出至读写器50，并被写入存储卡1000。
例如，当半按或全按输入部70的快门释放按钮以记录或拾取图像时，移动变焦镜头11的预定透镜的透镜驱动控制部80基于来自CPU 60的控制信号执行对焦。
为了再现记录在存储卡1000中的图像数据，由读写器50响应于对输入部70的操作从存储卡1000读出预定图像数据，且由图像处理部30对图像数据进行解压缩解码处理。然后，再现图像信号从图像处理部30被输出至LCD单元40以使得再现图像被显示在LCD单元40上。
应注意，虽然以上描述的实施例涉及图像拾取设备被应用于数码静止相机的示例，但是图像拾取设备的应用范围并不局限于数码静止相机。具体地，图像拾取设备可被广泛地用作数码摄像机的数字输入和输出功能的相机部等、包含相机的便携式电话机、包含相机的PDA(个人数字助手)以及类似设备。
[其它]
在根据本发明实施例的变焦镜头和图像拾取设备中，可设置基本上不具有透镜光学能力(lens power)的透镜，可设置除第一至第五透镜组之外的包括这种透镜的透镜组。在本示例中，根据本发明实施例的变焦镜头和图像拾取设备大体上可由包括除第一至第五透镜组之外而设置的透镜的六个或更多个透镜组构成。
[本发明]
本发明还可具有下文中的配置。
<1>一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，其具有正屈光力且通常位于固定位置；
第二透镜组，其具有负屈光力且在光轴方向上可移动以进行变焦；
第三透镜组，其具有正屈光力；和
第四透镜组，其在光轴方向上可移动以通过变焦校正焦点位置并进行对焦；
第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至成像侧依次被布置；
第一透镜组由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，且满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。
<2>根据<1>的变焦镜头，其中，第一透镜组的透镜的至少一个面被形成为非球面。
<3>根据<1>或<2>的变焦镜头，其中，第四透镜组具有正屈光力。
<4>根据<1>至<3>的任何一个的变焦镜头，其进一步包括具有正屈光力且布置在第四透镜组的成像侧的第五透镜组。
<5>一种图像拾取设备，包括：
变焦镜头；和
图像拾取装置，其被配置为将变焦镜头形成的光学图像转换为电信号；
变焦镜头包括：
第一透镜组，其具有正屈光力且通常位于固定位置，
第二透镜组，其具有负屈光力且在光轴方向上可移动以进行变焦，
第三透镜组，其具有正屈光力，和
第四透镜组，其在光轴方向上可移动以通过变焦校正焦点位置并进行对焦；
第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧至成像侧依次被布置；
第一透镜组由三个透镜构成，包括从物体侧至成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜，且满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是第一透镜组的焦距，fL1是第一透镜组的负透镜的焦距。
<6>根据<5>的图像拾取设备，其中，在中间变焦区域中的预定变焦区间内改变图像拾取装置的读取区域。
<7>根据<1>至<4>的任何一个的变焦镜头，或根据<5>或<6>的图像拾取设备，其中，布置有基本上不具有透镜光学能力的透镜。
以上描述的实施例中所规定的组件的形状和数值仅仅是执行本发明的实施例的示例，本发明的技术范围不应通过它们被限制性地解释。
本发明包含的主题与2011年12月13日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-272383所公开的主题有关，因此其整个内容通过引用结合到本文中。

Claims (6)

1.一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，其具有正屈光力且通常位于固定位置；
第二透镜组，其具有负屈光力且在光轴方向上可移动以进行变焦；
第三透镜组，其具有正屈光力；和
第四透镜组，其在光轴方向上可移动以通过变焦校正焦点位置并进行对焦；
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从物体侧至成像侧依次被布置；
所述第一透镜组由三个透镜构成，所述三个透镜包括从所述物体侧至所述成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜并且满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是所述第一透镜组的焦距，fL1是所述第一透镜组的负透镜的焦距。
2.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的面被形成为非球面。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第四透镜组具有正屈光力。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，进一步包括：
第五透镜组，其具有正屈光力且被布置在所述第四透镜组的成像侧。
5.一种图像拾取设备，包括：
变焦镜头；和
图像拾取装置，其被配置为将所述变焦镜头形成的光学图像转换为电信号；
所述变焦镜头包括：
第一透镜组，其具有正屈光力且通常位于固定位置，
第二透镜组，其具有负屈光力且在光轴方向上可移动以进行变焦，
第三透镜组，其具有正屈光力，和
第四透镜组，其在光轴方向上可移动以通过变焦校正焦点位置并进行对焦；
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从物体侧至成像侧依次被布置；
所述第一透镜组由三个透镜构成，所述三个透镜包括从所述物体侧至所述成像侧依次布置的负透镜、正透镜和另一个正透镜并且满足以下条件表达式(1)、(2)和(3)：
(1)15.0＜ft/fw＜31.0
(2)7.0＜f1/fw＜13.0
(3)-8.5＜fL1/fw＜-4.0
其中，fw是整个镜头系统在广角端状态下的焦距，ft是整个镜头系统在摄远端状态下的焦距，f1是所述第一透镜组的焦距，fL1是所述第一透镜组的负透镜的焦距。
6.根据权利要求5所述的图像拾取设备，其中，所述图像拾取装置的读取区域在中间变焦区域中的预定变焦区间内被改变。
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