变焦镜头和成像装置技术领域
本技术涉及变焦镜头和成像装置，并且具体涉及这样的变焦镜头和成像
装置的技术领域，其适用在可安装于数字单镜头反射型相机中的可互换镜头
中，并且能够以小尺寸制造，且即使当广角端的视角例如超过80°时也具有
高性能。
背景技术
在现有技术中，已经公开了这样的方法，其中，使用具有光电转换元件
（如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS））的成像元件
的成像装置（如相机）通过光电转换元件将成像元件表面上形成的物体图像
的光量转换为电输出，并记录所述物体图像。
近年来，伴随技术的进步，随着成像元件的像素数量增加并且可能进行
高空间频率的记录，光学系统也需要具有高性能的镜头。此外，随着用户需
求的多样化以及对于根据物体或拍摄位置选择最佳镜头的需求增加，变焦镜
头（具体地，用于可互换透镜的变焦镜头）正变得更加重要。
因此，对于具有高F数和广角的变焦镜头的需求也在增加。为了满足这
些需求，已经提出了在第一透镜组中安排负透镜组的负导引（minus lead）型
光学系统（例如，参见日本未审专利申请公开No.2005-49843）。
同时，近年来，随着工艺精度或量产的改进，通常已经使用非球面透镜，
并且已经提出了在第一透镜组中布置正透镜组的正导引型光学系统（例如，
参见日本未审专利申请公开No.2007-133138）。根据此提议，正导引型变焦
镜头具有广角，并且可以以小尺寸制造。
发明内容
在日本未审专利申请公开No.2005-49843中公开的负导引型光学系统
中，可以确保广角和足够的后焦距。然而，由于广角端的总光程增加，最接
近物方的透镜的直径和重量增加。
此外，在日本未审专利申请公开No.2007-133138中公开的正导引型光学
系统中，可以实现广角并降低总透镜长度。然而，如果广角端的视角例如超
过80°，则由于更需要确保广角和足够的后焦距，因此总透镜长度和滤光镜
的直径增加。
有鉴于上述，本技术的变焦镜头和成像装置克服上述问题，并且可以以
小的尺寸制造，且即使当广角端的视角大（例如，超过80°）时，也能够具
有高性能。
为了解决上述问题，根据本公开的第一实施例，提供了一种变焦镜头，
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，从物方起按顺序布置
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。当
透镜的位置状态从广角端改变为远摄端时，第一透镜组和第二透镜组之间的
间隔增加，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
镜组之间的间隔减小，孔径光阑布置在第二透镜组和第三透镜组之间，并且
第二透镜组在近距离聚焦内移动，并且变焦镜头满足下面的条件表达式（1）
和条件表达式（2），(1)0.95<|fw12|/fw<1.2(2)140<f1/βt234<150，其中，
在条件表达式（1）和条件表达式（2）中，fw12表示广角端的第一透镜组和
第二透镜组的合成焦距，fw表示广角端的整个透镜系统的焦距，f1表示第一
透镜组的焦距，并且βt234表示远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第四透
镜组的合成倍率。
因此，根据所述变焦镜头，使得广角端的第一透镜组和第二透镜组的合
成折射力、远摄端的第一透镜组的折射力、以及第二透镜组、第三透镜组和
第四透镜组的合成倍率合适。
根据本公开的第二实施例，对于上述变焦镜头，第一透镜组包括一个负
透镜和两个正透镜，并且变焦镜头满足条件表达式（3）Nd1>1.75。在条件
表达式（3）中，Nd1表示第一透镜组的两个正透镜的折射率。
对于上述变焦镜头，第一透镜组包括一个负透镜和两个正透镜，并且变
焦镜头满足条件表达式（3），使得大大折射了入射到第一透镜组的光。
根据本公开的第三实施例，第三透镜组包括从物方起按顺序布置的正透
镜、正透镜和负透镜，并且变焦镜头满足条件表达式（4）TL3/TLw<0.095，
并且在条件表达式（4）中，TL3表示第三透镜组的厚度，并且TLw表示广
角端的总光程。
第三透镜组包括从物方起按顺序布置的正透镜、正透镜和负透镜，并且
变焦镜头满足条件表达式（4），使得第三透镜组的主点（principal point）位
于物方。
根据本公开的第四实施例，对于上述变焦镜头，变焦镜头满足条件表达
式（5）0.0<(R3r-R4f)/(R3r+R4f)<0.55。在条件表达式（5）中，R3r表示第
三透镜组中面向像方并最接近像方布置的表面的曲率半径，并且R4f表示第
四透镜组中面向物方并最接近物方布置的表面的曲率半径。
变焦镜头满足条件表达式（5），使得从第三透镜组发出的光通量分散，
并可以入射到第四透镜组，同时维持光束的高度为高。
根据本公开的第五实施例，对于上述变焦镜头，变焦镜头满足条件表达
式（6）4≤2-βw34-1/βw34<4.1，其中，在条件表达式（6）中，βw34表示
广角端的第三透镜组和第四透镜组的合成倍率。
变焦镜头满足条件表达式（6），使得第三透镜组和第四透镜组的合成倍
率具有近似相同倍率的值。
为了解决上述问题，一种成像装置包括：变焦镜头；以及成像元件，配
置为将由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：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，从物方起按顺序布置所述第一透
镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组，并且当透镜的
位置状态从广角端改变为远摄端时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增
加，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
间的间隔减小，孔径光阑布置在第二透镜组和第三透镜组之间，并且第二透
镜组在近距离聚焦内移动，并且变焦镜头满足条件表达式（1）0.95<|fw12|/fw
<1.2和条件表达式（2）140<f1/βt234<150。在条件表达式（1）和条件表
达式（2）中，fw12表示广角端的第一透镜组和第二透镜组的合成焦距，fw
表示广角端的整个透镜系统的焦距，f1表示第一透镜组的焦距，并且βt234
表示远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的合成倍率。
因此，根据所述成像装置，在变焦镜头中，使得广角端的第一透镜组和
第二透镜组的合成折射力、远摄端的第一透镜组的折射力、以及第二透镜组、
第三透镜组和第四透镜组的合成倍率合适。
本技术的变焦镜头和成像装置可以以小的尺寸制造，且即使当广角端的
视角大（例如，超过80°）时，也能够具有高性能。
附图说明
图1与图2至图10一起图示用于体现本技术的变焦镜头的优选实施例，
并且是图示折射力分布的图；
图2是图示根据第一实施例的变焦镜头的透镜配置的图；
图3与图4和图5一起是图示具体数值应用到第一实施例的数值实施例
的像差的图，并且是图示广角端状态下的球面像差、像散、畸变像差和横向
像差的图；
图4是图示中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变像差和横向像差的
图；
图5是图示远摄端状态下的球面像差、像散、畸变像差和横向像差的图；
图6是图示根据第二实施例的变焦镜头的透镜配置的图；
图7与图8和图9一起是图示具体数值应用到第二实施例的数值实施例
的像差的图，并且是图示广角端状态下的球面像差、像散、畸变像差和横向
像差的图；
图8是图示中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变像差和横向像差的
图；
图9是图示远摄端状态下的球面像差、像散、畸变像差和横向像差的图；
以及
图10是图示成像装置的示例的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本技术的优选实施例。注意，在本说明书和
附图中，具有基本相同功能和结构的结构元件用相同的参考标号表示，并且
省略这些结构元件的重复说明。
以下，将描述根据优选实施例的本技术的变焦镜头和成像装置。
[变焦镜头的配置]
本技术的变焦镜头包括从物方按顺序布置的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。
此外，根据本技术的变焦镜头，当透镜的位置状态从广角端变为远摄端
时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增加，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减小，孔径光阑布置在
第二透镜组和第三透镜组之间，并且第二透镜组在近距离聚焦（close range
focusing）中移动。
根据本技术的变焦镜头，在广角端状态下，由于第一透镜组和第二透镜
组彼此相邻布置，并且两个透镜组的合成焦距具有负值，因此可以将第一透
镜组和第二透镜组认为是一个负透镜组。以相同方式，由于第三透镜组和第
四透镜组是正透镜组，并且两个透镜组的合成焦距具有正值，因此可以将第
三透镜组和第四透镜组认为是一个正透镜组。
因此，本技术的变焦镜头是在广角端状态下从物方到像方按顺序布置透
镜组的负-正反远距（retrofocus）型变焦镜头，并且具有对于广视角最佳的配
置。此外，在广角端状态下，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增加，使
得穿过第二透镜组的离轴光通量穿过与光轴分离的位置，因此可以与离轴光
通量独立地校正轴上光通量。
根据本技术的变焦镜头，在远摄端状态下，第一透镜组和第二透镜组之
间的间隔增加。此外，在远摄端状态下，第二透镜组和第三透镜组之间的间
隔以及第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小，使得第二透镜组、第三透
镜组和第四透镜组彼此相邻。由于三个透镜组的合成焦距具有正值，因此可
以将第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组认为是一个正透镜组。
因此，本技术的变焦镜头在远摄端状态下具有从物方到像方按顺序布置
透镜组的正-正组配置，并且具有适合远摄端接近于标准视角时的组配置。
此外，在远摄端状态下，由于第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，
所以穿过第二透镜组的离轴光通量穿过与光轴相邻的位置。
如上所述，每组的折射力布置和透镜位置的改变优化，使得可以实现期
望的光学系统。此外，穿过第二透镜组的离轴光通量的高度改变，使得成功
地校正由于透镜位置的改变而出现的离轴像差。在本技术的变焦镜头中，具
体地，第二透镜组的配置对于像差校正是重要的。
本技术的变焦镜头配置为满足下面的条件表达式（1）和条件表达式（2）。
(1)0.95<|fw12|/fw<1.2
(2)140<f1/βt234<150
在条件表达式（1）和条件表达式（2）中，fw12表示广角端的第一透镜
组和第二透镜组的合成焦距，fw表示广角端的整个透镜系统的焦距，f1表示
第一透镜组的焦距，并且βt234表示远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第
四透镜组的合成倍率。
条件表达式（1）涉及广角端的第一透镜组和第二透镜组的合成焦距相对
于广角端的整个透镜系统的焦距。
如果未达到条件表达式（1）的下限，则广角端的第一透镜组和第二透镜
组的合成折射力增加，使得可以减小滤光镜的直径和总光程。然而，伽玛像
差可能增加或偏心灵敏度（eccentricity sensitivity）可能增加。
同时，如果达到条件表达式（1）的上限，则广角端的第一透镜组和第二
透镜组的合成折射力减小，使得增加滤光镜的直径可能增加，并且总光程可
能增加。
因此，变焦镜头满足条件表达式（1），使得广角端的第一透镜组和第二
透镜组的合成折射力适当，因此，可以减小滤光镜的直径和总光程，并且降
低伽玛像差或偏心灵敏度。
条件表达式（2）定义远摄端的第一透镜组的焦距相对于第二透镜组、第
三透镜组和第四透镜组的合成倍率的比率。
如果未达到条件表达式（2）的下限，则由于第一透镜组的折射力增加或
远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的合成倍率增加，由于制造
时出现的互偏心率，偏心灵敏度可能增加，并且光学性能可能显著降低。
同时，如果达到条件表达式（2）的上限，则由于远摄端的第一透镜组的
折射力降低或远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的合成倍率降
低，光学规格可能出现问题，例如，第一透镜组的直径可能增加，或可能不
能确保远摄端需要的焦距。
因此，变焦镜头满足条件表达式（2），使得远摄端的第一透镜组的折射
力和第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的合成倍率合适，因此可以通过
偏心灵敏度的降低来改进光学性能，并降低第一透镜组的直径。
优选地，本技术的变焦镜头满足下面的条件（I）到条件（IV）。（I）第
一透镜组的正透镜使用高折射性材料。（II）第三透镜组包括三个透镜，包括
从物方到像方按顺序布置的第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜。（III）在
第三透镜组中最接近像方布置具有面向像方的凹表面的负透镜，并且在第四
透镜组中最接近物方布置具有面向物方的凸表面的正透镜。（IV）第三透镜组
和第四透镜组的合成倍率具有接近广角端的相同倍率的值。
条件（I）是用于减小第一透镜组的尺寸和减小第一透镜组中出现的像差
的条件。
在第一透镜组的正透镜中使用高折射性材料，使得可以大大地折射入射
到第一透镜组上的光束，导致第一透镜组的尺寸的减小。
此外，与在第一透镜组的正透镜中使用低折射性材料的情况相比，由于
不需要减小透镜的曲率半径以便折射入射光束，因此可以降低当光束穿过第
一透镜组时出现的像差。
条件（II）是用于减小总光程的条件。
在通过第二透镜组（负透镜组）分散由第一透镜组（正透镜组）会聚的
光通量的配置中，如果第三透镜组的主点位于像表面侧，则难以减小总光程。
关于这点，允许第三透镜组具有从物方到像方按顺序布置正透镜和负透
镜的配置，使得可以通过允许第三透镜组的主点位于像方而减小总光程。此
外，布置两个正透镜，使得可以成功校正轴上像差。
条件（III）是用于维持大直径透镜中的光束的高度的条件。
在大直径透镜中，为了确保光量，需要在预定位置形成图像，同时维持
光束的高度高。
关于此点，在第三透镜组中，最接近像方布置面向像方的凹表面，使得
从第三透镜组发出的光通量分散，并且可以入射到第四透镜组，同时维持光
束的高度高。此外，在第四透镜组中，最接近物方布置面向物方的凸表面，
使得从第三透镜组发出的光通量在入射到第四透镜组之后会聚，并且可以在
成像表面上形成图像，同时维持预定光量（F数）。
条件（IV）是用于减小广角端的从孔径光阑到像表面的总长度的条件。
允许第三透镜组和第四透镜组的合成倍率具有接近相同倍率（β=-1）的
值，使得可以通过减小第三透镜组和第四透镜组中的结合长度而减小广角端
的从孔径光阑到成像表面的总长度。
根据按照本技术的实施例的变焦镜头，第一透镜组包括一个负透镜和两
个正透镜，并且优选地满足下面的条件表达式（3）。
(3)Nd1>1.75
在条件表达式（3）中，Nd1表示第一透镜组的两个正透镜的折射率。
条件表达式（3）使用具体数值定义条件（I）。
满足条件表达式（3），使得可以减小第一透镜组的透镜直径，并且减小
第一透镜组中像差的出现。
根据按照本技术的实施例的变焦镜头，第三透镜组包括从物方到像方按
顺序布置的正透镜和正透镜，并且优选地满足下面的条件表达式（4）。
(4)TL3/TLw<0.095
在条件表达式（4）中，TL3表示第三透镜组的厚度，并且TLw表示广
角端的总光程。
条件表达式（4）定义第三透镜组的厚度相对于广角端的总光程的比率，
并且基于条件（II）。
根据所述变焦镜头，为了实现对于大直径透镜足够的光学性能，优选地，
从物方到像方按顺序布置三个透镜（正透镜、正透镜和负透镜）。此外，满足
条件表达式（4），使得可以实现总光程短的透镜配置，并且成功地校正轴上
像差。
如果达到条件表达式（4）的上限，则难以减小第三透镜组的尺寸，因为
广角端的总长度增加。
根据按照本技术的实施例的变焦镜头，优选地，满足下面的条件表达式
（5）。
(5)0.0<(R3r-R4f)/(R3r+R4f)<0.55
在条件表达式（5）中，R3r表示在第三透镜组中面向像方并最接近像方
布置的表面的曲率半径，并且R4f表示在第四透镜组中面向物方并最接近物
方布置的表面的曲率半径。
条件表达式（5）基于条件（III），并且定义了第三透镜组中面向像方并
且最接近像方布置的表面的曲率半径和第四透镜组中面向物方并且最接近物
方布置的表面的曲率半径之间的关系。
如果达到条件表达式（5）的上限，则由于第四透镜组中面向物方并且最
接近物方布置的表面的曲率半径相对于第三透镜组中面向像方并且最接近像
方布置的表面的曲率半径过小，未成功校正伽玛像差，并且第三透镜组和第
四透镜组之间的偏心灵敏度增加，使得光学性能可能由于制造时出现的互偏
心率而显著降低。
同时，如果未达到条件表达式（5）的下限，则由于第四透镜组中面向物
方并且最接近物方布置的表面的曲率半径相对于第三透镜组中面向像方并且
最接近像方布置的表面的曲率半径过大，不能成功校正像差，并且可能出现
屏幕周围的球面像差和伽玛像差。
因此，满足条件表达式（5），使得可以通过成功地校正每个像差而改进
光学性能。
根据按照本技术的实施例的变焦镜头，优选地，满足下面的条件表达式
（6）。
(6)4≤2-βw34-1/βw34<4.1
在条件表达式（6）中，βw34定义广角端的第三透镜组和第四透镜组的
合成倍率。
条件表达式（6）使用具体数值定义条件（IV）。
满足条件表达式（6），使得可以最小化广角端的从孔径光阑到成像表面
的距离，并且减小总光程。
[变焦镜头的数值实施例]
以下，将参照附图和表格描述根据本技术的变焦镜头的具体实施例和对
实施例应用具体数值的数值实施例。
下面的表格或描述中的标记的含义等如下。
“Si”表示从物方到像方计数的第i个表面的表面号，“Ri”表示第i表
面的近轴曲率半径，“Di”表示第i表面和第（i+1）表面之间的轴向表面距离
（透镜的中心的厚度或空气间隔），“Nd”表示从第i表面开始的透镜等的d
线（λ=587.6nm）中的折射率，并且“νd”表示从第i表面开始的透镜等的d
线中的阿贝数。
关于“Si”，“ASP”表示对应表面是非球面。关于“Ri”，“Inf”表示对
应表面是平坦的。关于“Di”，“BF”表示后焦距。
“κ”表示锥形常数，并且“A”、“B”、“C”、“D”和“E”分别表示第
四、第六、第八、第十和第十二阶非球面系数。
“f”表示焦距，“Fno”表示F数，并且“2ω”表示视角。
在下面的指示非球面系数的表格中，“E-n”表示以10为底的指数表达
式，即，表示“10-n”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
在每个实施例中使用的变焦镜头中，透镜表面可以用非球面形成。非球
形通过下面的等式1定义，其中“x”表示从透镜表面的顶点起在光轴方向的
距离（矢量），“y”表示在垂直于光轴方向的方向上的高度（图像高度），“c”
表示透镜的顶点处的近轴曲率半径（曲率半径的倒数），“κ”表示锥形常数，
并且“A”、“B”、“C”、“D”和“E”分别表示第四、第六、第八、第十和第
十二阶非球面系数。
等式1
x = cy 2 1 + { 1 - ( 1 + k ) c 2 y 2 } 1 / 2 + Ay 4 + By 6 + · · · ]]>
图1是根据本技术的每个实施例的变焦镜头的折射力分布的图。在每个
实施例中，从物方到像方按顺序布置具有正折射力的第一透镜组GR1、具有
负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3、以及具有正
折射力的第四透镜组GR4。
在每个实施例中，当透镜的位置状态从广角端改变为远摄端时，第一透
镜组GR1和第二透镜组GR2之间的间隔增加，第二透镜组GR2和第三透镜
组GR3之间的间隔减小，并且第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的间
隔减小。此时，第二透镜组GR2移动到近距离聚焦。
图2和图6分别图示根据本技术的变焦镜头的第一实施例和第二实施例
的变焦镜头1和变焦镜头2的透镜配置。
在图2和图6中，上面部分指示透镜在广角端状态（W）的位置，中间
状态指示透镜在中间焦距状态（M）的位置，并且下面部分指示透镜在远摄
端状态（T）的位置。
<第一实施例>
图2图示根据本技术的第一实施例的变焦镜头1的透镜配置。
在变焦镜头1中，从物方到像方按顺序布置具有正折射力的第一透镜组
GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3和
具有正折射力的第四透镜组GR4。
变焦镜头1具有可变倍率2.94。
第一透镜组GR1具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置通过
将其凸表面面向物方的半月负透镜G1与双凸正透镜G2结合而形成的粘合透
镜、以及其凸表面面向物方的半月正透镜G3。
第二透镜组GR2具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置其凸
表面面向物方的半月负透镜G4、双凹负透镜G5、双凸正透镜G6、以及通过
将双凹负透镜G7与双凸正透镜G8结合而形成的粘合透镜。负透镜G4具有
复合非球面。
第三透镜组GR3具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置双凸
正透镜G9、其凸表面面向物方的半月正透镜G10、以及双凹负透镜G11。
第四透镜组GR4具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置双凸
正透镜G12、双凹负透镜G13、通过将双凹负透镜G14与双凸正透镜G15结
合而形成的粘合透镜、以及双凸正透镜G15。负透镜G13具有复合非球面。
在第四透镜组GR4和像面IMG之间从物方到像方按顺序布置滤光镜（未
示出）和保护玻璃（未示出）。
孔径光阑S邻近第三透镜组GR3的物方布置，位于第二透镜组GR2和
第三透镜组GR3之间，并且与第三透镜组GR3一起移动。
下面的表1图示将具体数值应用到根据第一实施例的变焦镜头1的数值
实施例1的透镜数据。
表1
在变焦镜头1中，第二透镜组GR2的负透镜G4的面向物方的表面（第
六表面）和第四透镜组GR4的负透镜G13的面向像方的表面（第27表面）
用非球面形成。在数值实施例1中，下面的表2图示非球面的第四、第六、
第八、第十和第十二阶非球面系数A、B、C、D和E以及锥形常数κ。
表2
下面的表3图示数值实施例1的广角端状态、中间焦距状态和远摄端状
态的焦距f、F数Fno和视角2ω。
表3
广角端
中间焦距
远摄端
|
f
16.48
28.28
48.50
Fno
2.89
2.89
2.89
2ω
85.5
54.3
33.0
在变焦镜头1中，倍率在广角端状态和中间焦距状态之间改变，导致第
一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔D6、第二透镜组GR2和孔
径光阑S之间的表面间隔D17、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的
表面间隔D24以及后焦距BF的改变。下面的表4图示数值实施例1中的每
个表面间隔在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的可变间隔。
表4
广角端
中间焦距
远摄端
|
D5
2.43
14.09
25.76
D15
13.35
6.08
1.10
D22
7.54
3.11
1.00
BF
37.34
47.98
59.87
图3至图5图示数值实施例1的无穷远聚焦状态的像差，其中，图3图
示广角端状态的像差，图4图示中间焦距状态的像差，并且图5图示远摄端
状态的像差。
在图3至图5中，在像散图中，通过实线指示矢像表面的值，并且通过
虚线指示子午像表面的值。
如从每个像差图明显的，在数值实施例1中，成功校正所有像差，并且
首先优良的成像性能。
<第二实施例>
图6图示根据本技术的第二实施例的变焦镜头2的透镜配置。
在变焦镜头2中，从物方到像方按顺序布置具有正折射力的第一透镜组
GR1、具有负折射力的第二透镜组GR2、具有正折射力的第三透镜组GR3和
具有正折射力的第四透镜组GR4。
变焦镜头2具有可变倍率2.94。
第一透镜组GR1具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置通过
将其凸表面面向物方的半月负透镜G1与其凸表面面向物方的半月正透镜G2
结合而形成的粘合透镜、以及其凸表面面向物方的半月正透镜G3。
第二透镜组GR2具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置其凸
表面面向物方的半月负透镜G4、双凹负透镜G5、双凸正透镜G6、以及通过
将双凹负透镜G7与双凸正透镜G8结合而形成的粘合透镜。负透镜G4具有
复合非球面。
第三透镜组GR3具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置双凸
正透镜G9、其凸表面面向物方的半月正透镜G10、以及双凹负透镜G11。
第四透镜组GR4具有这样的配置，其中，从物方到像方按顺序布置双凸
正透镜G12、双凹负透镜G13、通过将双凹负透镜G14与双凸正透镜G15结
合而形成的粘合透镜、以及双凸正透镜G15。负透镜G13具有复合非球面。
在第四透镜组GR4和像面IMG之间从物方到像方按顺序布置滤光镜（未
示出）和保护玻璃（未示出）。
孔径光阑S邻近第三透镜组GR3的物方布置，位于第二透镜组GR2和
第三透镜组GR3之间，并且与第三透镜组GR3一起移动。
下面的表5图示将具体数值应用到根据第二实施例的变焦镜头2的数值
实施例2的透镜数据。
表5
在变焦镜头2中，第二透镜组GR2的负透镜G4的面向物方的表面（第
六表面）和第四透镜组GR4的负透镜G13的面向像方的表面（第27表面）
用非球面形成。在数值实施例2中，下面的表6图示非球面的第四、第六、
第八、第十和第十二阶非球面系数A、B、C、D和E以及锥形常数κ。
表6
下面的表7图示数值实施例2的广角端状态、中间焦距状态和远摄端状
态的焦距f、F数Fno和视角2ω。
表7
广角端
中间焦距
远摄端
|
f
16.48
28.28
48.50
Fno
2.88
2.88
2.88
2ω
84.3
54.2
33.0
在变焦镜头2中，倍率在广角端状态和中间焦距状态之间改变，导致第
一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔D6、第二透镜组GR2和孔
径光阑S之间的表面间隔D17、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的
表面间隔D24以及后焦距BF的改变。下面的表8图示数值实施例2中的每
个表面间隔在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的可变间隔。
表8
广角端
中间焦距
远摄端
|
D5
2.25
13.39
24.98
D15
13.59
5.88
1.00
D22
7.37
3.04
1.00
BF
37.34
49.31
62.35
图7至图9图示数值实施例2的无穷远聚焦状态的像差，其中，图7图
示广角端状态的像差，图8图示中间焦距状态的像差，并且图9图示远摄端
状态的像差。
在图7至图9中，在像散图中，通过实线指示矢像表面的值，并且通过
虚线指示子午像表面的值。
如从每个像差图明显的，在数值实施例2中，成功校正所有像差，并且
实现优良的成像性能。
[变焦镜头的条件表达式的值]
以下，将描述本技术的变焦镜头的条件表达式的值。
下面的表9图示变焦镜头1和变焦镜头2中的条件表达式（1）至条件表
达式（6）的值。
表9
如从上面的表9明显的，变焦镜头1和变焦镜头2配置为满足条件表达
式（1）至条件表达式（6）。
[成像装置的配置]
本技术的成像装置包括变焦镜头、以及配置为将由变焦镜头形成的光学
图像转换为电信号的成像元件，其中，变焦镜头包括从物方起按顺序布置的
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。
此外，根据本技术的成像装置的变焦镜头，当透镜的位置状态从广角端
变为远摄端时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增加，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减小，孔径
光阑布置在第二透镜组和第三透镜组之间，并且第二透镜组在近距离聚焦中
移动。
根据本技术的成像装置的变焦镜头，在广角端状态，由于第一透镜组和
第二透镜组彼此相邻布置，并且两个透镜组的合成焦距具有负值，因此可以
将第一透镜组和第二透镜组认为是一个负透镜组。以相同方式，由于第三透
镜组和第四透镜组是正透镜组，并且两个透镜组的合成焦距具有正值，因此
可以将第三透镜组和第四透镜组认为是一个正透镜组。
因此，本技术的成像装置的变焦镜头是在广角端状态下从物方到像方按
顺序布置透镜组的负-正反远距型变焦镜头，并且具有对于广视角最佳的配
置。此外，在广角端状态下，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增加，使
得穿过第二透镜组的离轴光通量穿过与光轴分离的位置，因此可以与离轴光
通量独立地校正轴上光通量。
根据本技术的成像装置的变焦镜头，在远摄端状态下，第一透镜组和第
二透镜组之间的间隔增加。此外，在远摄端状态下，第二透镜组和第三透镜
组之间的间隔以及第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小，使得第二透镜
组、第三透镜组和第四透镜组彼此相邻。由于三个透镜组的合成焦距具有正
值，因此可以将第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组认为是一个正透镜组。
因此，本技术的成像装置的变焦镜头在远摄端状态下具有从物方到像方
按顺序布置透镜组的正-正组配置，并且具有适合远摄端接近于标准视角时的
组配置。
此外，在远摄端状态下，由于第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，
所以穿过第二透镜组的离轴光通量穿过与光轴相邻的位置。
如上所述，每组的折射力布置和透镜位置的改变优化，使得可以实现期
望的光学系统。此外，穿过第二透镜组的离轴光通量的高度改变，使得成功
地校正由于透镜位置的改变而出现的离轴像差。在本技术的成像装置中，具
体地，第二透镜组的配置对于像差校正是重要的。
本技术的成像装置的变焦镜头配置为满足下面的条件表达式（1）和条件
表达式（2）。
(1)0.95<|fw12|/fw<1.2
(2)140<f1/βt234<150
在条件表达式（1）和条件表达式（2）中，fw12表示广角端的第一透镜
组和第二透镜组的合成焦距，fw表示广角端的整个透镜系统的焦距，f1表示
第一透镜组的焦距，并且βt234表示远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第
四透镜组的合成倍率。
条件表达式（1）涉及广角端的第一透镜组和第二透镜组相对于广角端的
整个透镜系统的焦距的合成焦距。
如果未达到条件表达式（1）的下限，则广角端的第一透镜组和第二透镜
组的合成折射力增加，使得可以减小滤光镜的直径和总光程。然而，伽玛像
差可能增加或偏心灵敏度可能增加。
同时，如果达到条件表达式（1）的上限，则广角端的第一透镜组和第二
透镜组的合成折射力减小，使得增加滤光镜的直径可能增加，并且总光程可
能增加。
因此，变焦镜头满足条件表达式（1），使得广角端的第一透镜组和第二
透镜组的合成折射力适当，因此，可以减小滤光镜的直径和总光程，并且降
低伽玛像差或偏心灵敏度。
条件表达式（2）定义远摄端的第一透镜组的焦距相对于第二透镜组、第
三透镜组和第四透镜组的合成倍率的比率。
如果未达到条件表达式（2）的下限，则由于第一透镜组的折射力增加或
远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的合成倍率增加，由于制造
时出现的互偏心率，偏心灵敏度可能增加，并且光学性能可能显著降低。
同时，如果达到条件表达式（2）的上限，则由于远摄端的第一透镜组的
折射力降低或远摄端的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的合成倍率降
低，光学规格可能出现问题，例如，第一透镜组的直径可能增加，或可能不
能确保远摄端需要的焦距。
因此，变焦镜头满足条件表达式（2），使得远摄端的第二透镜组、第三
透镜组和第四透镜组的合成倍率合适，因此可以通过偏心灵敏度的降低来改
进光学性能，并降低第一透镜组的直径。
[成像装置的实施例]
图10是根据本技术的成像装置的实施例的数字照相机的框图。
成像装置（数字照相机）100包括具有成像功能的相机块10、配置为执
行拍摄图像信号的如模数转换的信号处理的相机信号处理单元20、以及配置
为执行图像信号的记录/再现处理的图像处理单元30。此外，成像装置100包
括：液晶显示器（LCD）40，配置为显示拍摄图像等；读取器/写入器（R/W）
50，配置为执行从存储卡1000读取图像信号/将图像信号写入存储卡1000；
中央处理单元（CPU）60，配置为控制整个成像装置；输入单元70，具有通
过用户执行预定操作的各种开关等；以及镜头驱动控制单元80，配置为控制
相机块10中布置的透镜的驱动。
相机块10包括具有变焦镜头11（应用了本技术的变焦镜头1和变焦镜
头2）、以及诸如电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）
等的成像元件12的光学系统。
相机信号处理单元20配置用于关于来自成像元件12的输出信号的各种
信号处理，如转换为数字信号、噪声移除、图像质量转换或转换为亮度色差
信号。
图像处理单元30配置为关于基于预定图像数据格式的图像信号执行压
缩编码-扩展解码处理，或数据规格（包括分辨率等）的转换处理。
LCD 40具有显示用户对输入单元70的操作状态或各块数据（如拍摄图
像）的功能。
R/W 50配置为将由图像处理单元30编码的图像数据写到存储卡1000，
或读取存储卡1000上记录的图像数据。
CPU 60用作用于控制成像装置100中提供的每个电路块的控制处理单
元，并且配置为基于来自输入单元70的指令输入信号等控制每个电路块。
输入单元70例如包括用于执行快门操作的快门释放按钮、用于选择操作
模式等的选择开关，并且配置为将对应于用户的操作的指令输入信号输出到
CPU 60。
镜头驱动控制单元80配置为基于来自CPU 60的控制信号控制用于驱动
变焦镜头11的每个透镜的马达（未示出）等。
存储卡1000例如包括可附接到与R/W 50连接的插槽/从所述插槽分离的
半导体存储器。
以下，将描述成像装置100的操作。
在拍摄待机状态下，相机块10中拍摄的图像信号通过相机信号处理单元
20输出到LCD 40，并且在CPU 60的控制下显示为相机的直播图像。此外，
如果从输入单元70输入用于变焦的指令输入信号，则CPU 60将控制信号输
出到镜头驱动控制单元80，并且基于镜头驱动控制单元80的控制移动变焦
镜头11的预定透镜。
如果通过来自输入单元70的指令输入信号操作相机块10的快门（未示
出），则拍摄图像信号从相机信号处理单元20输出到图像处理单元30，经历
压缩编码处理，并转换为具有预定数据格式的数字数据。转换的数据输出到
R/W 50并写入存储卡1000。
例如，当半按或全按输入单元70的快门释放按钮用于记录（拍摄）时，
镜头驱动控制单元80基于来自CPU 60的控制信号移动变焦镜头11的预定透
镜，导致实现聚焦。
当再现存储卡1000上记录的图像数据时，根据输入单元70的操作，由
R/W 50从存储卡1000读取预定图像数据，并且将其经历图像处理单元30的
扩展解码处理。然后，再现图像信号输出到LCD 40，导致再现图像的显示。
在上述实施例中，已经描述了成像装置应用到数字照相机的示例。然而，
成像装置的应用范围不限于数字照相机。例如，成像装置可广泛应用为数字
输入/输出设备（如数字摄像机、提供有相机的蜂窝电话、或提供有相机的个
人数字助理（PDA））的相机单元等。
[本技术]
此外，本技术还可如下配置。
（1）一种变焦镜头，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，从物方起按顺序布置所述第一透镜组、所
述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组，
其中，当透镜的位置状态从广角端改变为远摄端时，第一透镜组和第二
透镜组之间的间隔增加，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减小，孔径光阑布置在第二透镜组和第三透镜
组之间，并且第二透镜组在近距离聚焦内移动，并且
变焦镜头满足下面的条件表达式（1）和条件表达式（2），
(1)0.95<|fw12|/fw<1.2
(2)140<f1/βt234<150
其中，在条件表达式（1）和条件表达式（2）中，fw12表示广角端的第
一透镜组和第二透镜组的合成焦距，fw表示广角端的整个透镜系统的焦距，
f1表示第一透镜组的焦距，并且βt234表示远摄端的第二透镜组、第三透镜
组和第四透镜组的合成倍率。
（2）根据（1）的变焦镜头，其中，第一透镜组包括一个负透镜和两个
正透镜，并且变焦镜头满足下面的条件表达式（3），
(3)Nd1>1.75
其中，在条件表达式（3）中，Nd1表示第一透镜组的两个正透镜的折射
率。
（3）根据（1）或（2）的变焦镜头，其中，第三透镜组包括从物方起按
顺序布置的正透镜、正透镜和负透镜，并且变焦镜头满足下面的条件表达式
（4），
(4)TL3/TLw<0.095
其中，在条件表达式（4）中，TL3表示第三透镜组的厚度，并且TLw
表示广角端的总光程。
（4）根据（1）或（3）的任一的变焦镜头，其中，变焦镜头满足下面的
条件表达式（5），
(5)0.0<(R3r-R4f)/(R3r+R4f)<0.55
其中，在条件表达式（5）中，R3r表示第三透镜组中面向像方并最接近
像方布置的表面的曲率半径，R4f表示第四透镜组中面向物方并最接近物方
布置的表面的曲率半径。
（5）根据（1）至（4）的任一的变焦镜头，其中，变焦镜头满足下面的
条件表达式（6），
(6)4≤2-βw34-1/βw34<4.1
其中，在条件表达式（6）中，βw34表示广角端的第三透镜组和第四透
镜组的合成倍率。
（6）一种成像装置，包括：
变焦镜头；以及
成像元件，配置为将由变焦镜头形成的光学图像转换为电信号；
其中，所述变焦镜头包括：
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，从物方起按顺序布置所述第一透镜组、所
述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组，
其中，当透镜的位置状态从广角端改变为远摄端时，第一透镜组和第二
透镜组之间的间隔增加，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减小，孔径光阑布置在第二透镜组和第三透镜
组之间，并且第二透镜组在近距离聚焦内移动，并且
变焦镜头满足下面的条件表达式（1）和条件表达式（2），
(1)0.95<|fw12|/fw<1.2
(2)140<f1/βt234<150
其中，在条件表达式（1）和条件表达式（2）中，fw12表示广角端的第
一透镜组和第二透镜组的合成焦距，fw表示广角端的整个透镜系统的焦距，
f1表示第一透镜组的焦距，并且βt234表示远摄端的第二透镜组、第三透镜
组和第四透镜组的合成倍率。
上述实施例中的每个元件的形状和数值仅是用于执行本技术的实施例的
示例，并且应当注意，本技术的技术范围不由这些实施例限制的方式解释。
本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修
改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。
本技术包含涉及于2011年6月6日向日本专利局提交的日本优先权专利
申请JP 2011-126681中公开的主题，其全部内容通过引用合并于此。