变焦镜头和图像拍摄设备.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210540225.7	申请日：	2012.12.13
公开号：	CN103176264A	公开日：	2013.06.26
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G02B 15/173申请公布日:20130626\|\|\|公开
IPC分类号：	G02B15/173; H04N5/225	主分类号：	G02B15/173
申请人：	索尼公司
发明人：	甲斐英树; 槙秀慈
地址：	日本东京都
优先权：	2011.12.20 JP 2011-278265
专利代理机构：	中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038	代理人：	马景辉
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内容摘要

本发明涉及变焦镜头和图像拍摄设备。一种变焦镜头包括：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，以及具有正折光力的第四透镜组，第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列，其中，变焦是通过改变第一至第四透镜组的相邻的透镜组之间的距离而执行的，并且第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜以及胶合透镜，该胶合透镜由凸面面向物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。

权利要求书

权利要求书
1.   一种变焦镜头，其包括：
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，以及具有正折光力的第四透镜组，所述第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列；
其中，变焦是通过改变所述第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行的，并且
所述第四透镜组包括从所述物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜以及胶合透镜，所述胶合透镜由凸面面向所述物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。

2.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第三透镜组包括从物侧起按顺序排列的由第三凹凸透镜和正透镜构成的胶合透镜和第四负凹凸透镜，所述第三凹凸透镜具有面向所述物侧的凸面，并且所述第四负凹凸透镜具有面向像侧的凸面。

3.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足：
2≤f3/f4＜3    (1)
其中，f3是所述第三透镜组的焦距，并且f4是所述第四透镜组的焦距。

4.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足：
4＜ft/R31＜5     (2)
其中，ft是所述变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，并且R31是所述第三透镜组的最靠近物侧的透镜表面的曲率半径。

5.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足：
0＜|(R31+R35)/(R31‑R35)|＜1      (3)
其中，R31是所述第三透镜组的最靠近物侧的透镜表面的曲率半径，并且R35是所述第三透镜组的最靠近像侧的透镜表面的曲率半径。

6.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足：
2＜f4r/f4＜3     (4)
其中，f4r是所述第四透镜组中的胶合透镜的焦距，并且f4是所述第四透镜组的焦距。

7.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足：
|1/(f43×υ43)+1/(f44×υ44)|＜1×10‑4     (5)
其中，f43是所述第四透镜组中的第二负凹凸透镜的焦距，υ43是所述第四透镜组中的第二负凹凸透镜的阿贝数，f44是所述第四透镜组中的第二正透镜的焦距，并且υ44是所述第四透镜组中的第二正透镜的阿贝数。

8.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足：
2＜ft/dX1＜3     (6)
其中，ft是所述变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，并且dX1是当执行从广角端到远摄端的变焦时，所述第一透镜组在光轴方向上的移动距离。

9.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第四透镜组中的第一负凹凸透镜的物侧的透镜表面为非球面。

10.   根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，当执行从广角端到远摄端的变焦时，所述第一到至四透镜组被移动以增大所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离并减少所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离以及所述第三透镜组与所述第四透镜组之间的距离。

11.   一种图像拍摄设备，其具有变焦镜头和基于所述变焦镜头形成的光学图像输出图像拍摄信号的图像拍摄装置，所述变焦镜头包括：
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，以及具有正折光力的第四透镜组，所述第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列；
其中，变焦是通过改变所述第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行的，并且
所述第四透镜组包括从所述物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜以及胶合透镜，所述胶合透镜由凸面面向所述物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。

说明书

说明书变焦镜头和图像拍摄设备
技术领域
本发明涉及适合作为可附接到例如数码单反相机的可替换的镜头的变焦镜头和使用这种变焦镜头的图像拍摄设备。
背景技术
作为数字相机中的记录手段，已知有一种记录在图像拍摄装置的平面上形成的被摄体图像的方法，所述图像拍摄装置比如为使用光电转换器通过借助于光电转换器基于光量将被摄体图像转换为电输出的CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)。近年来，随着处理技术等的发展，图像拍摄装置具有很高的像素，可实现更高空间频率的记录。因此，对于光学系统而言，提高高频成份的成像性能是很必要的。
近年来，随着数码单反相机的普及，作为可替换镜头，覆盖从广角到远摄的高倍率(high power)的一体化变焦镜头的需求大增。除了需要这种可替换镜头具有高成像性能之外，期望这种可替换镜头小型和轻型化，因为这种可替换镜头通常被附接到相机主体上来携带。
正‑负‑正‑正四组变焦类型(涉及日本未经审查的专利申请公开No.2000‑275523、2007‑114432、2009‑58980、2003‑241092、2002‑323656以及2003‑177317)或正‑负‑正‑负‑正五组变焦类型(涉及日本未经审查的专利申请公开No.2009‑156891以及2010‑237453)常被用作高倍率变焦镜头。这些变焦类型通过在执行从广角端到远摄端的变焦时移动第二透镜组来获得主要的变焦比。因此，为了实现更高倍率，需要增大第二透镜组的折光力。然而，当第二透镜组的折光力大了时，获得了高变焦比，但是另一方面，也增加了各种象差(aberrations)。因此，难以良好地校正随着变焦而变化的轴外象差变动。
例如，在日本未经审查的专利申请公开No.2000‑275523和2007‑114432中描述的正‑负‑正‑正四组变焦镜头中，出现在第二透镜组或其它透镜组的各种象差通过增加透镜的数量来校正。然而，尽管这些象差是被校正了，但是因透镜数量的增加而引起的重量和成本的增加是不可避免的。
此外，在日本未经审查的专利申请公开No.2009‑156891和2010‑237453中描述的正‑负‑正‑负‑正五组变焦镜头中，一部分变焦功能通过改变第三透镜组和第四透镜组之间的距离以及第四透镜组和第五透镜组之间的距离来实现。因此，在不极端地增加第二透镜组的折光力的情况下获得高变焦比，从而有利于实现更高倍率并校正象差。然而，增加可移动组的数量使变焦镜头的机械配置变复杂并引起透镜数量的增加。结果，难以减少变焦镜头的重量和尺寸。
期望提供高倍率的但是小型轻型并且高性能的变焦镜头和图像拍摄设备。
发明内容
根据本公开的实施例，提供了一种变焦镜头，其包括：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，以及具有正折光力的第四透镜组，第一到第四透镜组从物侧起按顺序排列，其中，变焦通过改变第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行，并且第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜和胶合透镜，该胶合透镜由具有面向物侧的凸面的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。
根据本公开的实施例，提供了一种具有变焦镜头和图像拍摄装置的图像拍摄设备，图像拍摄装置基于变焦镜头形成的光学图像输出图像拍摄信号，所述变焦镜头包括：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，以及具有正折光力的第四透镜组，第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列，其中，变焦通过改变第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行，并且第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜和胶合透镜，该胶合透镜由具有面向物侧的凸面的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。
在根据本发明的实施例的变焦镜头或图像拍摄设备中，正‑负‑正‑正四组变焦类型配置中的各个透镜组配置都被优化，从而获得适合附接至例如数码单反相机的可替换镜头的性能。
在根据本发明的实施例的变焦镜头或图像拍摄设备中，采用了正‑负‑正‑正四组变焦类型配置，并且优化了每个透镜组的配置；因此，尽管具有高倍率，但仍可实现适合于可附接至例如数码单反相机的可替换镜头的小型轻型化并且高性能的特征。
应该理解，前面的一般说明和以下的详细描述都是示例性的，它们旨在进一步说明所要求保护的技术。
附图说明
附图被包括以提供对本技术的进一步的理解，并且附图被并入且构成说明书的一部分。各示图图示说明实施例，并且连同说明书用于解释本技术的原理。
图1A至1C是图示根据本发明实施例的与数值示例1对应的变焦镜头的第一配置示例的镜头剖视图。
图2A至2C示出与数值示例2对应的变焦镜头的第二配置示例的镜头剖视图。
图3是图示移动时放大倍率发生变化的各种状态下的各个透镜组的折光力的排列的说明性示意图，其中，部分(A)图示广角端状态，并且部分(B)图示远摄端状态。
图4A、4B、4C和4D分别图示与数值示例1相对应的变焦镜头在广角端状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。
图5A、5B、5C和5D分别图示与数值示例1相对应的变焦镜头在中间焦距状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。
图6A、6B、6C和6D是分别图示与数值示例1相对应的变焦镜头在远摄端状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。
图7A、7B、7C和7D是分别图示与数值示例2相对应的变焦镜头在广角端部状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。
图8A、8B、8C和8D分别图示与数值示例2相对应的变焦镜头在中间焦距状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。
图9A、9B、9C和9D是分别图示与数值示例2相对应的变焦镜头在远摄端状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。
图10是图示图像拍摄设备的配置示例的框图。
具体实施方式
下面参考附图详细地描述本发明的优选的实施例。
[镜头的基本配置]
图1A至1C图示根据本公开实施例的变焦镜头的第一配置示例。该配置示例与下文中将描述的数值示例1中的镜头配置相对应。应该注意，图1A、1B和1C分别与广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的镜头布置相对应。类似地，图2A、2B和2C图示了下文中将描述的与数值示例2中的镜头配置相对应的第二配置示例。在图1A至1C和图2A至2C中，符号“Simg”表示像平面，符号“Di”表示第i个表面和第i+1个表面之间在光轴Z1上的表面距离。应该注意，Di仅仅指定随着放大倍率的变化而改变的表面距离(D5、D14和D20)。
根据该实施例的变焦镜头基本上由四个透镜组构成，即，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和具有正折光力的第四透镜组G4，这四个透镜组沿着光轴Z1按从物侧起的顺序排列。
孔径光阑St位于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间最靠近第三透镜组G3的物侧的位置，且当随放大倍率变化而改变镜头位置状态时，其与第三透镜组G3一起移动。
图3中的部分(A)和(B)图示随放大倍率变化透镜组移动的各种状态下的各个透镜组的折光力排列。如图3中的部分(A)和(B)所示，变焦是通过改变第一至第四透镜组G1至G4的相邻透镜组之间的距离而执行的。更具体地说，当镜头位置状态从变焦镜头的焦距最短的广角端状态(参考图3中的部分(A))变化到焦距最长的远摄端状态(参考图3中的部分(B))时，所有的透镜组被如此移动以增大第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离D5，并减少第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离D14以及第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离D20。
变焦镜头通过例如沿着光轴Z1移动第二透镜组G2来聚焦在近范围中的物体上。
此外，根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下预定的条件表达式。
[各个透镜组的配置和功能]
接下来，在下文中将描述各个透镜组的配置和功能。
(第一透镜组G1和第二透镜组G2)
在广角端，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离被缩小。因为这两个组的复合焦距是负焦距，因此第一透镜组G1和第二透镜组G2的结合被认为是一个负透镜组。在这种情况下，前面的组事实上用作负透镜组，从而形成适合于广角的镜头配置。在远摄端，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离较宽。在这种情况下，因为第一透镜组G1具有正折光力，第二透镜组G2具有负折光力，所以这两个组的这种布置是一个远摄类型，因此，形成了适合于远摄镜头的镜头配置。
(第二透镜组G2和第三透镜组G3)
在广角端，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离是较宽的。因此，穿过第二透镜组G2的轴外光束背离光轴Z1，结果，轴上象差和轴外象差彼此独立地被校正。在远摄端，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离是较窄的。因此，穿过第二透镜组G2的轴外光束接近光轴Z1，轴外象差在不同于在广角端的位置被校正。
(第三透镜组G3和第四透镜组G4)
因为第三透镜组G3和第四透镜组G4都有正折光力，即使二者之间的距离改变，也不会大幅度地改变放大倍率。然而，当它们之间的距离被改变时，轴外象差，尤其是，像场弯曲能被良好地被校正。
优选地，第三透镜组G3和第四透镜组G4满足以下条件[I]和[II]。
[I]第三透镜组G3按从物侧起的顺序包括：具有面向物侧的凸面并在本发明中作为第三负凹凸透镜的第一透镜L31，作为正双凸透镜的第二透镜L32，和具有面向像侧的凸面并在本发明中作为第四负凹凸透镜的第三透镜L33，并且第一透镜L31和第二透镜L32胶合在一起以形成正胶合透镜。
[II]第四透镜组G4按从物侧起的顺序包括：作为第一正双凸透镜的第一透镜L41，具有面向物侧的凸面并在本发明中作为第一负凹凸透镜的第二透镜L42和具有面向物侧的凸面并在本发明中作为第二负凹凸透镜的第三透镜L43以及作为第二正双凸透镜的第四透镜L44，并且第三透镜L43和第四透镜L44胶合在一起以形成正胶合透镜。
条件[I]是用于在第三透镜组G3中校正像差和减少误差灵敏度的条件。通常，表面的折光力随着曲率半径的减小而增大；因此，偏心误差发生时性能退化是增大的。在第三透镜组G3中，折射率为1.8或更高的高折射率玻璃材料用于负的第一透镜L31；因此，第一透镜L31的物侧表面的曲率半径增大，结果是，误差发生时性能退化被减低。此外，低折射率玻璃材料被用于第二透镜L32，象差校正利用透镜L31和L32之间的折射率的差异在第二透镜L32的被胶合到第一透镜L31的表面进行。因此，能够在不增加透镜元件的数量的情况下实现适当的象差校正。此外，当具有面向像侧的凸面的负凹凸透镜被提供作为第三镜片L33时，整个第三透镜组G3的正折光力减小，并且第三透镜组G3对第四透镜组G4的相对灵敏度也减小。
条件[II]是用于在第四透镜组G4的简化与象差校正之间取得平衡的条件。第四透镜组G4的配置对于四组变焦镜头中的光学性能特别重要。结果，如增加透镜的数量或使用许多非球面的方法被采用来提高性能。在该实施例中，通过以适当的折光力布置排列正的第一透镜L41和负的第二透镜L42来良好地校正象差。此时，当负的第二透镜L42的物侧表面为非球面时，轴上象差更加良好地被校正。而且，当由负的第三透镜L43和正的第四透镜L44构成的胶合透镜形成所谓的具有小的折射率差异和大的阿贝数差异的消色差透镜时，远摄端的象差将被良好地校正。
[条件表达式的描述]
在根据该实施例的变焦镜头中，当各个透镜组的配置被优化以满足以下条件表达式的其中一个，优选地，两个或多个以下条件表达式的组合时，将获得更好的性能。
根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(1)：
2≤f3/f4＜3         (1)
其中，f3是第三透镜组G3的焦距，f4是第四透镜组G4的焦距。
该条件表达式(1)规定了第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的焦距比并涉及小型化。在焦距比低于条件表达式(1)的下限的情况下，第四透镜组G4的收敛功能被削弱以增大送光学长度，结果是，小型化未实现。在焦距比高于条件表达式(1)的上限的情况下，第三透镜组G3的折光力被削弱以增大穿过第三透镜组G3的光线的高度，从而不利于在直径方向小型化。
应该注意，上述条件表达式(1)的取值范围优选地设置为以下条件表达式(1)′：
2≤f3/f4＜2.5        (1)′
根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(2)：
4＜ft/R31＜5......(2)
其中，ft是变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，R31是第三透镜组G3的最靠近物侧的表面的曲率半径。
该条件表达式(2)规定了变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距和第三透镜组G3的最靠近物侧的表面的曲率半径，并以数值的形式表达上述条件[I]的细节。在ft/R31低于条件表达式(2)的下限的情况下，第三透镜组G3的最靠近物侧的表面的曲率半径增大以使得该镜头表面的折光力不足，因此象差没有适当地被校正。在ft/R31高于条件表达式(2)的上限的情况下，该透镜表面的曲率半径太小；因此，该透镜表面的折光力被增大以便增加该透镜表面的偏心灵敏度。结果是，制造时造成的偏心误差大大降低了光学性能。
应该注意，上述条件表达式(2)的取值范围优选地设置为以下条件表达式(2)′：
4.5＜ft/R31＜4.9       (2)′
根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(3)：
0＜|(R31+R35)/(R31‑R35)|＜1      (3)
其中，R31是第三透镜组G3的最靠近物侧的表面的曲率半径，R35是第三透镜组G3的最靠近像侧的表面的曲率半径。
该条件表达式(3)规定了第三透镜组G3的最靠近物侧的表面和第三透镜组G3的最靠近像侧的表面的曲率半径，以便良好地校正象差以及当误差发生时减小性能退化。在|(R31+R35)/(R31‑R35)|比条件表达式(3)的下限低的情况下，相对于第三透镜组G3的最靠近物侧的表面的曲率半径，第三透镜组G3的最靠近像侧的表面的曲率半径被过渡减小。结果是，难以良好地校正轴上象差和轴外象差。在|(R31+R35)/(R31‑R35)|高于条件表达式(3)的上限的情况下，面向像侧的凹面按照第三透镜组G3的最靠近像侧的透镜表面的曲率半径而形成；因此，变焦镜头具有不满足上述条件[I]的配置。结果是，第三透镜组G3对第四透镜组G4的相对灵敏度增大，使得误差发生时性能退化增大。
应该注意，上述条件表达式(3)的取值范围优选地设置为以下条件表达式(3)′：
0.1＜|(R31+R35)/(R31‑R35)|＜0.5      (3)′
根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(4)：
2＜f4r/f4＜3......(4)
其中，f4r是第四透镜组G4中的胶合透镜的焦距，f4是第四透镜组G4的焦距。
该条件表达式(4)规定了第四透镜组G4和第四透镜组G4中的胶合透镜之间的焦距比。在该焦距比低于条件表达式(4)的下限的情况下，胶合透镜的折光力被增大以增加偏心灵敏度，结果是，制造时造成的偏心误差大大降低了光学性能。在该焦距比高于条件表达式(4)的上限的情况下，胶合透镜的折光力过度减小；因此，难以良好地校正轴外象差。
应该注意，上述条件表达式(4)的取值范围优选地设置为以下条件表达式(4)′：
2.3＜f4r/f4＜3      (4)′
根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(5)：
|1/(f43×v43)+1/(f44×v44)|＜1×10‑4         (5)
其中，f43是第四透镜组G4中的第二负凹凸透镜的焦距，v43是第四透镜组G4中的第二负凹凸透镜的阿贝数，f44是第四透镜组G4中的第二正透镜的焦距，v44是第四透镜组G4中的第二正透镜的阿贝数。
该条件表达式(5)是涉及到上述条件[II]中描述的胶合透镜中的色象差减少的条件表达式。当条件表达式(5)被满足时，高倍率变焦镜头的远摄端的轴上色象差良好地被校正。
根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式(6)：
2＜ft/dX1＜3……(6)
其中，dX1是当执行从广角端到远摄端的变焦时，第一透镜组G1在光轴方向上的移动距离。
该条件表达式(6)规定了变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距和当执行从广角端到远摄端的变焦时第一透镜组G1在光轴方向上的移动距离。在ft/dX1比条件表达式(6)的下限低的情况下，第一透镜组G1在光轴方向上的移动距离增大。结果是，穿过第一透镜组G1的轴外光束背离光轴Z1，从而增加第一透镜组G1的透镜直径。在ft/dX1比条件表达式(6)的上限高的情况下，第一透镜组G1在光轴方向上的移动距离减小。结果是，为了保证所需的变焦比，需要增大第二透镜组G2在光轴方向上的移动距离，结果是，变焦镜头在广角端的整个长度增大。
应该注意，上述条件表达式(6)的取值范围优选地设置为以下条件表达式(6)′：
2.2＜ft/dX1＜2.4          (6)′
如上所述，在该实施例中，变焦镜头具有一个正‑负‑正‑正四组变焦构造，且各个透镜组的配置被优化；因此，例如，可实现适合作为附接至例如数码单反相机的可替换镜头的高倍率(例如，放大倍率为7至8.5)但是体积小、重量轻并且性能高的变焦镜头。
[图像拍摄设备的应用示例]
图10图示了使用根据该实施例的变焦镜头的图像拍摄设备100的配置示例。图像拍摄设备100是，例如，数码静态相机，其包括相机块10、相机信号处理部20、图像处理部30、LCD(液晶显示器)40，R/W(读写器)50、CPU(中央处理器)60和输入部70。
相机块10具有图像拍摄功能，并包括光学系统，该光学系统包括作为图像拍摄镜头的变焦镜头11(在图1A至1C或图2A至2C中示出的变焦镜头1或2)以及图像拍摄装置12，比如CCD(电荷耦合器件))或CMOS(补充的金属氧化物半导体)。该图像拍摄装置12基于变焦镜头11形成的光学图像通过将光学图像转变成电信号而输出图像拍摄信号(图像信号)。
相机信号处理部20对从图像拍摄装置12输出的图像信号执行各种信号处理，比如模拟‑数字转换、噪声去除、图像质量校正和转换成亮度色度信号。
图像处理部30执行记录和再现图像信号的处理，基于预定的图像数据格式对图像信号执行压缩编码和解压解码，以及数据规格(比如分辨率)的转换，等等。
液晶显示器40具有显示用户在输入部70上的操作的状态以及诸如拍摄的图像的各种数据的功能。R/W 50将由图像处理部30编码的图像数据写入存储卡1000中以及读取记录在存储卡1000上的图像数据。该存储卡1000例如是可与连接到R/W 50的插槽连接或分离的半导体存储器。
CPU(中央处理器)60用作控制处理部，控制包括在图像拍摄设备100中的各个电路块，并基于来自输入部70等的指令输入信号来控制每个电路块。输入部70由允许用户执行所希望的操作的各种开关之类构成，并且例如可包括用于执行快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择器开关，等等。输入部70将与用户操作相应的指令输入信号输出到CPU 60。透镜驱动控制部80控制对置于相机块10中的透镜的驱动，并基于来自CPU 60的控制信号来控制驱动变焦镜头11的各透镜的电机之类(未示出)。
下文将描述图像拍摄设备100中的操作。在摄影的待机状态下，在CPU 60的控制下，在相机块10中摄取的图像信号通过相机信号处理部20被输出到LCD 40，然后，图像信号被显示为穿越相机的图像。而且，当用于变焦或聚焦的指令输入信号从输入部70输入时，CPU 60将控制信号输出至透镜驱动器控制部80，并且变焦镜头11的预定镜头基于镜头驱动器控制部80的控制而移动。
当相机块10中的快门(未示出)被来自输入部70的指令输入信号操控时，所摄取的图像信号从相机信号处理部20输出到图像处理部30，并且图像信号被压缩编码以被转换为预定数据格式的数字数据。转换后的数据被输出到R/W 50，然后被写入到存储卡1000。
应该注意的是，例如，当输入部70的快门释放按钮被按到一半或完全按下以记录(拍摄)时，聚焦是基于来自CPU 60的控制信号，由透镜驱动器控制部80移动变焦镜头11的预定镜头而执行的。
当记录在存储卡1000上的图像数据被再现时，R/W 50根据输入部70上的操作从存储卡1000读取预定的图像数据，且该图像数据被图像处理部30解压解码以便形成再现的图像信号。然后，再现的图像信号被输出到LCD 40以便显示。
应该注意，在上述的实施例中，图像拍摄设备作为数码静态相机的例子被描述；然而，图像拍摄设备的应用范围并不限制于数码静态相机。该图像拍摄设备可以用作其它各种电子设备，例如，具有可替换镜头的相机、数码摄像机等以及配备有数码摄像机等的移动电话和配备有数码摄像机等的PDA。
[示例]
接下来，根据该实施例的变焦镜头的具体数值示例将在下文被描述。应该注意，在以下表格和描述中所示的符号的含义如下。“Si”是第i个表面的表面编号，从位于最靠近物侧的组件的表面(其作为第一表面)开始并朝向像侧以1为单位递增，“ri”是第i个表面的曲率半径(mm)，“Di”是第i个表面和第i+1个表面之间在光轴上的距离(mm)，“Ndi”是具有第i个表面的光学元件材料(介质)在d线(波长为587.6毫微米)处的折射率值，“vdi”是具有第i个表面的光学元件材料在d线处的阿贝数。此外，Fno是F值，f是变焦镜头的整个系统的焦距，ω是半视角。表面编号后面跟着“STO”的表面为停止表面。
在各个示例中，非球面的形状通过以下表达式表示。在非球面系数的数据中，符号“E”表示“E”之后的数值是以10为基数的指数，由10为基数的指数函数代表的数值乘以“E”之前的数值。例如，“1.0E‑05”表示“1.0×10‑5”。
(非球面的表达式)
x＝cy2/(1+(1‑(1+k)c2y2)1/2)+Ay4+By6+...
其中，y是自光轴Z1起的高度，x是垂量，C是曲率，K是二次曲线常数，A，B...的每个是非球面系数。
根据以下的数值示例的变焦镜头1和2的每个基本上由四个透镜组构成，即，从物侧起按顺序排列的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和具有正折光力的第四透镜组G4。当镜头位置状态从广角端状态向远摄端状态变化时，所有的透镜组如此移动以增大第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离D5，并减少第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离D14以及第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离D20。孔径光阑St位于最靠近第三透镜组G3的物侧的位置，并且当镜头位置状态随放大倍率改变而变化时，孔径光阑连同第三透镜组G3一起移动。
第一透镜组G1按照从物侧起的顺序包括：由凸面面向物侧的凹凸形负透镜L11和凸面面向物侧的正透镜L12构成的胶合透镜，和凸面面向物侧的凹凸形正透镜。第二透镜组G2包括：凸面面向物侧的凹凸形的第一负透镜L21，双面凹形状的第二负透镜L22，双面凸形状的正透镜L23，和凹面面向物侧的凹凸形第三负透镜L24。
第三透镜组G3包括按照从物侧起的顺序包括：作为凸面面向物侧的第一负凹凸透镜的第一透镜L31，作为正双凸透镜的第二透镜L32，和作为凸面面向像侧的第二负凹凸透镜的第三透镜L33。第一透镜L31和第二透镜L32被胶合在一起的以形成正胶合透镜。
第四透镜组G4从物侧起按顺序包括：作为第一正双凸透镜的第一透镜L41，作为凸面面向物侧的第一负凹凸透镜的第二透镜L42，和作为凸面面向物侧的第二负凹凸透镜的第三透镜L43，以及作为第二正双凸透镜的第四透镜L44。第三透镜L43和第四透镜L44被胶合在一起以形成正胶合透镜。
[数值示例1]
表格1至3图示了与根据图1A至1C中所示第一配置示例的变焦镜头1相对应的具体透镜数据。更具体地说，表格1图示基本透镜数据，表格2图示非球面的数据，表格3图示其它数据。在变焦镜头1中，各个透镜组随着放大倍率的变化移动；因此，这些透镜组的相邻透镜组之间的表面距离可变化的。可变化的表面距离的数据在表格3中被示出。表格3还示出Fno、f和ω的值。
[表格1]

[表格2]

[表格3]

[数值示例2]
表格4至6图示了与根据图2A至2C中示出的第二配置示例的变焦镜头2相应的具体透镜数据。更具体地说，表格4图示基本透镜数据，表格5图示非球面的数据，表格6图示其它数据。在变焦镜头2中，各个透镜组随着放大倍率的变化而移动；因此，在这些透镜组的相邻透镜组之间的表面距离是可变化的。可变化的表面距离的数据在表格6中被示出。表格6还示出Fno、f和ω的值。
[表格4]

[表格5]

[表格6]

[各个示例的其它数值数据]
表格7图示各个数值示例中的上述条件表达式的值。如表格7所示，各个数值示例的值落在各个条件表达式的取值范围内。
[表格7]
序号条件表达式示例1示例2(1)f3/f42.182.18(2)ft/R314.64.9(3)|(R35+R31)/(R35‑R31)|0.170.25(4)f4r/f42.542.39(5)|1/(f43xv43)+1/(f44xv44)|5.1E‑053.0E‑05(6)ft/dX12.262.26
[象差性能]
图4A‑4D至图9A‑9D图示各个数值示例的象差性能。图4A‑4D至图9A‑9D图示在无限远聚焦时的象差。
图4A、4B、4C和4D分别图示与数值示例1相对应的变焦镜头1在广角端状态下的非球面象差(spherical aberration)、象散(astigmatism)、歪曲(distortion)和横向象差(lateral aberration)。图5A至5D图示在中间焦距状态下的这些象差。图6A至6D图示在远摄端状态下的这些象差。在这些象差示意图中，图示了在d线(587.6纳米)的参考波长处的象差。在象散的示意图中，S(实线)和T(虚线)分别地显示在径向方向和切线方向的象差。作为横向象差，示出了在多个相对视场高度(relative field height)情况下的象差。
类似地，图7A‑7D至图9A‑9D示出与数值示例2相应的变焦镜头2的球面象差、象散、歪曲和横向象差。
从各个象差示意图中明显地看出，在各个例子中，可实现放大倍率超过7的高倍率、轻型和小型化且高性能的变焦镜头。
(其它实施例)
本公开不局限于上述实施例和上述示例，并且可做出各种修改。例如，在上述数值示例中示出的组件的形状和数值仅仅是实现本公开的示例，并且本公开的技术范围不应因形状和数值解释具有限制性意义。
而且，在上述实施例和上述示例中，包括四个透镜组的配置被描述；然而，可使用另外包括基本上没有折光力的透镜的配置。
而且，例如，本公开可以有以下配置。
(1)一种变焦镜头包括：
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，具有正折光力的第四透镜组，第一到第四透镜组从物侧起按顺序排列，
其中，变焦通过改变第一到第四透镜组的相邻透镜组之间的距离来进行，并且
第四透镜组包括从物体起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜和胶合镜片，该胶合镜片由凸面面向物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。
(2)根据(1)的变焦镜头，其中，第三透镜组包括从物侧起按顺序排列的由第三凹凸透和正透镜构成的胶合透镜和第四负凹凸透镜，该第三凹凸透镜具有面向物侧的凸面，而第四负凹凸透镜具有面向像侧的凸面。
(3)根据(1)或(2)的变焦镜头，其中满足以下条件表达式：
2≤f3/f4＜3            (1)
其中，f3是第三透镜组的焦距，f4是第四透镜组的焦距。
(4)根据(1)到(3)中任何一个的变焦镜头，其中满足以下条件表达式：
4＜ft/R31＜5              (2)
其中，ft是变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，R31是第三透镜组的最靠近物侧的透镜表面的曲率半径。
(5)根据(1)到(4)中任何一个的变焦镜头，其中满足以下条件表达式：
0＜|(R31+R35)/(R31‑R35)|＜1       (3)
其中，R31是第三透镜组的最靠近物侧的透镜表面的曲率半径，R35是第三透镜组的最靠近像侧的透镜表面的曲率半径。
(6)根据(1)到(5)中任何一个的变焦镜头，其中满足以下条件表达式：
2＜f4r/f4＜3……(4)
其中，f4r是第四透镜组中的胶合透镜的焦距，f4是第四透镜组的焦距。
(7)根据(1)到(6)中任何一个的变焦镜头，其中满足以下条件表达式：
|1/(f43×v43)+1/(f44×v44)|＜1×10‑4      (5)
其中，f43是第四透镜组中的第二负凹凸透镜的焦距，v43是第四透镜组中的第二负凹凸透镜的阿贝数，f44是第四透镜组中的第二正透镜的焦距，以及v44是第四透镜组中的第二正透镜的阿贝数。
(8)根据(1)到(7)中任何一个的变焦镜头，其中满足以下条件表达式：
2＜ft/dX1＜3......(6)
其中，ft是变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，dX1是当执行从广角端到远摄端的变焦时，第一透镜组在光轴方向上的移动距离。
(9)根据(1)到(8)中任何一个的变焦镜头，其中，第四透镜组中的第一负凹凸透镜的物侧的透镜表面是非球面。
(10)根据(1)到(9)中任何一个的变焦镜头，其中，当执行从广角端到远摄端的变焦时，第一到第四透镜组被移动以增大第一透镜组与第二透镜组之间的距离并减少第二透镜组与第三透镜组之间的距离以及第三透镜组与第四透镜组之间的距离。
(11)根据(1)到(10)中任何一个的变焦镜头，还包括基本上不具有折光力的透镜。
(12)一种图像拍摄设备，其具有变焦镜头和基于变焦镜头形成的光学图像输出图像拍摄信号的图像拍摄装置，变焦镜头包括：
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，以及具有正折光力的第四透镜组，第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列，
其中，变焦是通过改变第一至第四透镜组的相邻的透镜组之间的距离而执行的，并且
第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜和胶合透镜，该胶合透镜由凸面面向物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。
(13)根据(12)的图像拾取设备，其中，变焦镜头还包括实质上不具备折光力的透镜。
本发明包含的主题与2011年12月20日在日本专利局提交的日本优先权专利申请No.2011‑278265所公开的内容有关，其全部内容通过引用并入本文中。
本领域的技术人员应该理解由于设计需要以及其他因素，各种修改、组合、子组合和改变都可能发生，只要它们在所附权利要求书或其等同的范围内。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103176264 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103176264 A *CN103176264A* (21)申请号 201210540225.7 (22)申请日 2012.12.13 2011-278265 2011.12.20 JP G02B 15/173(2006.01) H04N 5/225(2006.01) (71)申请人索尼公司地址日本东京都 (72)发明人甲斐英树槙秀慈 (74)专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人马景辉 (54) 发明名称变焦镜头和图像拍摄设备 (57) 摘要本。

2、发明涉及变焦镜头和图像拍摄设备。一种变焦镜头包括：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，以及具有正折光力的第四透镜组，第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列，其中，变焦是通过改变第一至第四透镜组的相邻的透镜组之间的距离而执行的，并且第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜以及胶合透镜，该胶合透镜由凸面面向物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 14 页附图 12 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请。

3、权利要求书2页说明书14页附图12页 (10)申请公布号 CN 103176264 A CN 103176264 A *CN103176264A* 1/2 页 2 1. 一种变焦镜头，其包括：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，以及具有正折光力的第四透镜组，所述第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列；其中，变焦是通过改变所述第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行的，并且所述第四透镜组包括从所述物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜以及胶合透镜，所述胶合透镜由凸面面向所述物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。。

4、 2. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，所述第三透镜组包括从物侧起按顺序排列的由第三凹凸透镜和正透镜构成的胶合透镜和第四负凹凸透镜，所述第三凹凸透镜具有面向所述物侧的凸面，并且所述第四负凹凸透镜具有面向像侧的凸面。 3. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足： 2 f3/f4 3 (1) 其中， f3 是所述第三透镜组的焦距，并且 f4 是所述第四透镜组的焦距。 4. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足： 4 ft/R31 5 (2) 其中， ft 是所述变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，并且 R31 是所述。

5、第三透镜组的最靠近物侧的透镜表面的曲率半径。 5. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足： 0 |(R31+R35)/(R31-R35)| 1 (3) 其中， R31 是所述第三透镜组的最靠近物侧的透镜表面的曲率半径，并且 R35 是所述第三透镜组的最靠近像侧的透镜表面的曲率半径。 6. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足： 2 f4r/f4 3 (4) 其中， f4r 是所述第四透镜组中的胶合透镜的焦距，并且 f4 是所述第四透镜组的焦距。 7. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足： |1/。

6、(f4343)+1/(f4444)| 110-4 (5) 其中， f43 是所述第四透镜组中的第二负凹凸透镜的焦距， 43 是所述第四透镜组中的第二负凹凸透镜的阿贝数， f44 是所述第四透镜组中的第二正透镜的焦距，并且 44 是所述第四透镜组中的第二正透镜的阿贝数。 8. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，以下条件表达式被满足： 2 ft/dX1 3 (6) 其中， ft 是所述变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距，并且 dX1 是当执行从广角端到远摄端的变焦时，所述第一透镜组在光轴方向上的移动距离。 9. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，所述第四透镜组中的第。

7、一负凹凸透镜的物侧的透镜表面为非球面。 10. 根据权利要求 1 所述的变焦镜头，其中，当执行从广角端到远摄端的变焦时，所述第一到至四透镜组被移动以增大所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离并减少所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离以及所述第三透镜组与所述第四透镜组之间的距离。权利要求书 CN 103176264 A 2 2/2 页 3 11. 一种图像拍摄设备，其具有变焦镜头和基于所述变焦镜头形成的光学图像输出图像拍摄信号的图像拍摄装置，所述变焦镜头包括：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，以及具有正折。

8、光力的第四透镜组，所述第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列；其中，变焦是通过改变所述第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行的，并且所述第四透镜组包括从所述物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜以及胶合透镜，所述胶合透镜由凸面面向所述物侧的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。权利要求书 CN 103176264 A 3 1/14 页 4 变焦镜头和图像拍摄设备技术领域 0001 本发明涉及适合作为可附接到例如数码单反相机的可替换的镜头的变焦镜头和使用这种变焦镜头的图像拍摄设备。背景技术 0002 作为数字相机中的记录手段，已知有一种记录在图像拍摄装置的。

9、平面上形成的被摄体图像的方法，所述图像拍摄装置比如为使用光电转换器通过借助于光电转换器基于光量将被摄体图像转换为电输出的 CCD( 电荷耦合器件 ) 或 CMOS( 互补金属氧化物半导体 )。近年来，随着处理技术等的发展，图像拍摄装置具有很高的像素，可实现更高空间频率的记录。因此，对于光学系统而言，提高高频成份的成像性能是很必要的。 0003 近年来，随着数码单反相机的普及，作为可替换镜头，覆盖从广角到远摄的高倍率 (high power)的一体化变焦镜头的需求大增。除了需要这种可替换镜头具有高成像性能之外，期望这种可替换镜头小型和轻型化，因为这种可替换镜头通。

10、常被附接到相机主体上来携带。 0004 正 - 负 - 正 - 正四组变焦类型 ( 涉及日本未经审查的专利申请公开 No.2000-275523、 2007-114432、 2009-58980、 2003-241092、 2002-323656以及2003-177317) 或正 - 负 - 正 - 负 - 正五组变焦类型 ( 涉及日本未经审查的专利申请公开 No.2009-156891 以及 2010-237453) 常被用作高倍率变焦镜头。这些变焦类型通过在执行从广角端到远摄端的变焦时移动第二透镜组来获得主要的变焦比。因此，为了实现更高倍率，。

11、需要增大第二透镜组的折光力。然而，当第二透镜组的折光力大了时，获得了高变焦比，但是另一方面，也增加了各种象差 (aberrations)。因此，难以良好地校正随着变焦而变化的轴外象差变动。 0005 例如，在日本未经审查的专利申请公开No.2000-275523和2007-114432中描述的正 - 负 - 正 - 正四组变焦镜头中，出现在第二透镜组或其它透镜组的各种象差通过增加透镜的数量来校正。然而，尽管这些象差是被校正了，但是因透镜数量的增加而引起的重量和成本的增加是不可避免的。 0006 此外，在日本未经审查的专利申请公开No.2009-156891和。

12、2010-237453中描述的正 - 负 - 正 - 负 - 正五组变焦镜头中，一部分变焦功能通过改变第三透镜组和第四透镜组之间的距离以及第四透镜组和第五透镜组之间的距离来实现。因此，在不极端地增加第二透镜组的折光力的情况下获得高变焦比，从而有利于实现更高倍率并校正象差。然而，增加可移动组的数量使变焦镜头的机械配置变复杂并引起透镜数量的增加。结果，难以减少变焦镜头的重量和尺寸。 0007 期望提供高倍率的但是小型轻型并且高性能的变焦镜头和图像拍摄设备。发明内容 0008 根据本公开的实施例，提供了一种变焦镜头，其包括：具有正折光力的第一透镜组，具有负折光力的。

13、第二透镜组，具有正折光力的第三透镜组，以及具有正折光力的第四透说明书 CN 103176264 A 4 2/14 页 5 镜组，第一到第四透镜组从物侧起按顺序排列，其中，变焦通过改变第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行，并且第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜和胶合透镜，该胶合透镜由具有面向物侧的凸面的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。 0009 根据本公开的实施例，提供了一种具有变焦镜头和图像拍摄装置的图像拍摄设备，图像拍摄装置基于变焦镜头形成的光学图像输出图像拍摄信号，所述变焦镜头包括：具有正折光力的第一透镜组，具有。

14、负折光力的第二透镜组，具有正折光力的第三透镜组，以及具有正折光力的第四透镜组，第一至第四透镜组从物侧起按顺序排列，其中，变焦通过改变第一至第四透镜组的相邻透镜组之间的距离而执行，并且第四透镜组包括从物侧起按顺序排列的第一正透镜、第一负凹凸透镜和胶合透镜，该胶合透镜由具有面向物侧的凸面的第二负凹凸透镜和第二正透镜构成。 0010 在根据本发明的实施例的变焦镜头或图像拍摄设备中，正 - 负 - 正 - 正四组变焦类型配置中的各个透镜组配置都被优化，从而获得适合附接至例如数码单反相机的可替换镜头的性能。 0011 在根据本发明的实施例的变焦镜头或图像拍摄设备中，采用。

15、了正 - 负 - 正 - 正四组变焦类型配置，并且优化了每个透镜组的配置；因此，尽管具有高倍率，但仍可实现适合于可附接至例如数码单反相机的可替换镜头的小型轻型化并且高性能的特征。 0012 应该理解，前面的一般说明和以下的详细描述都是示例性的，它们旨在进一步说明所要求保护的技术。附图说明 0013 附图被包括以提供对本技术的进一步的理解，并且附图被并入且构成说明书的一部分。各示图图示说明实施例，并且连同说明书用于解释本技术的原理。 0014 图 1A 至 1C 是图示根据本发明实施例的与数值示例 1 对应的变焦镜头的第一配置示例的镜头剖视图。 0015 图 2A 。

16、至 2C 示出与数值示例 2 对应的变焦镜头的第二配置示例的镜头剖视图。 0016 图 3 是图示移动时放大倍率发生变化的各种状态下的各个透镜组的折光力的排列的说明性示意图，其中，部分 (A) 图示广角端状态，并且部分 (B) 图示远摄端状态。 0017 图 4A、 4B、 4C 和 4D 分别图示与数值示例 1 相对应的变焦镜头在广角端状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。 0018 图 5A、 5B、 5C 和 5D 分别图示与数值示例 1 相对应的变焦镜头在中间焦距状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。 0019 图 6A、 6B、 6C 和 6D。

17、是分别图示与数值示例 1 相对应的变焦镜头在远摄端状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。 0020 图 7A、 7B、 7C 和 7D 是分别图示与数值示例 2 相对应的变焦镜头在广角端部状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。 0021 图 8A、 8B、 8C 和 8D 分别图示与数值示例 2 相对应的变焦镜头在中间焦距状态下的球面象差、象散、歪曲和横向象差的象差图。 0022 图 9A、 9B、 9C 和 9D 是分别图示与数值示例 2 相对应的变焦镜头在远摄端状态下的说明书 CN 103176264 A 5 3/14 页 6 球面象差、象散。

18、、歪曲和横向象差的象差图。 0023 图 10 是图示图像拍摄设备的配置示例的框图。具体实施方式 0024 下面参考附图详细地描述本发明的优选的实施例。 0025 镜头的基本配置 0026 图 1A 至 1C 图示根据本公开实施例的变焦镜头的第一配置示例。该配置示例与下文中将描述的数值示例 1 中的镜头配置相对应。应该注意，图 1A、 1B 和 1C 分别与广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的镜头布置相对应。类似地，图 2A、 2B 和 2C 图示了下文中将描述的与数值示例 2 中的镜头配置相对应的第二配置示例。在图 1A 至 1C 和图 2A 至 2C 中，符号 “Si。

19、mg” 表示像平面，符号 “Di” 表示第 i 个表面和第 i+1 个表面之间在光轴 Z1 上的表面距离。应该注意， Di 仅仅指定随着放大倍率的变化而改变的表面距离 (D5、 D14 和 D20)。 0027 根据该实施例的变焦镜头基本上由四个透镜组构成，即，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和具有正折光力的第四透镜组 G4，这四个透镜组沿着光轴 Z1 按从物侧起的顺序排列。 0028 孔径光阑 St 位于第二透镜组 G2 和第三透镜组 G3 之间最靠近第三透镜组 G3 的物侧的位置，且当随放大倍率变化而改变镜头位置状。

20、态时，其与第三透镜组 G3 一起移动。 0029 图 3 中的部分 (A) 和 (B) 图示随放大倍率变化透镜组移动的各种状态下的各个透镜组的折光力排列。如图 3 中的部分 (A) 和 (B) 所示，变焦是通过改变第一至第四透镜组 G1 至 G4 的相邻透镜组之间的距离而执行的。更具体地说，当镜头位置状态从变焦镜头的焦距最短的广角端状态 ( 参考图 3 中的部分 (A) 变化到焦距最长的远摄端状态 ( 参考图 3 中的部分 (B) 时，所有的透镜组被如此移动以增大第一透镜组 G1 和第二透镜组 G2 之间的距离D5，并减少第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离D14以及第三透。

21、镜组G3和第四透镜组 G4 之间的距离 D20。 0030 变焦镜头通过例如沿着光轴 Z1 移动第二透镜组 G2 来聚焦在近范围中的物体上。 0031 此外，根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下预定的条件表达式。 0032 各个透镜组的配置和功能 0033 接下来，在下文中将描述各个透镜组的配置和功能。 0034 ( 第一透镜组 G1 和第二透镜组 G2) 0035 在广角端，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离被缩小。因为这两个组的复合焦距是负焦距，因此第一透镜组 G1 和第二透镜组 G2 的结合被认为是一个负透镜组。在这种情况下，前面的组事实上用作负透镜组，从而形成。

22、适合于广角的镜头配置。在远摄端，第一透镜组 G1 和第二透镜组 G2 之间的距离较宽。在这种情况下，因为第一透镜组 G1 具有正折光力，第二透镜组 G2 具有负折光力，所以这两个组的这种布置是一个远摄类型，因此，形成了适合于远摄镜头的镜头配置。 0036 ( 第二透镜组 G2 和第三透镜组 G3) 0037 在广角端，第二透镜组 G2 和第三透镜组 G3 之间的距离是较宽的。因此，穿过第二透镜组 G2 的轴外光束背离光轴 Z1，结果，轴上象差和轴外象差彼此独立地被校正。在远摄说明书 CN 103176264 A 6 4/14 页 7 端，第二透镜组 G2 和第三。

23、透镜组 G3 之间的距离是较窄的。因此，穿过第二透镜组 G2 的轴外光束接近光轴 Z1，轴外象差在不同于在广角端的位置被校正。 0038 ( 第三透镜组 G3 和第四透镜组 G4) 0039 因为第三透镜组G3和第四透镜组G4都有正折光力，即使二者之间的距离改变，也不会大幅度地改变放大倍率。然而，当它们之间的距离被改变时，轴外象差，尤其是，像场弯曲能被良好地被校正。 0040 优选地，第三透镜组 G3 和第四透镜组 G4 满足以下条件 I 和 II。 0041 I 第三透镜组 G3 按从物侧起的顺序包括：具有面向物侧的凸面并在本发明中作为第三负凹凸透镜的第一透镜。

24、 L31，作为正双凸透镜的第二透镜 L32，和具有面向像侧的凸面并在本发明中作为第四负凹凸透镜的第三透镜L33，并且第一透镜L31和第二透镜L32胶合在一起以形成正胶合透镜。 0042 II 第四透镜组 G4 按从物侧起的顺序包括：作为第一正双凸透镜的第一透镜 L41，具有面向物侧的凸面并在本发明中作为第一负凹凸透镜的第二透镜 L42 和具有面向物侧的凸面并在本发明中作为第二负凹凸透镜的第三透镜 L43 以及作为第二正双凸透镜的第四透镜 L44，并且第三透镜 L43 和第四透镜 L44 胶合在一起以形成正胶合透镜。 0043 条件 I 是用于在第三透镜组 G3 中校正像差。

25、和减少误差灵敏度的条件。通常，表面的折光力随着曲率半径的减小而增大；因此，偏心误差发生时性能退化是增大的。在第三透镜组 G3 中，折射率为 1.8 或更高的高折射率玻璃材料用于负的第一透镜 L31 ；因此，第一透镜 L31 的物侧表面的曲率半径增大，结果是，误差发生时性能退化被减低。此外，低折射率玻璃材料被用于第二透镜L32，象差校正利用透镜L31和L32之间的折射率的差异在第二透镜 L32 的被胶合到第一透镜 L31 的表面进行。因此，能够在不增加透镜元件的数量的情况下实现适当的象差校正。此外，当具有面向像侧的凸面的负凹凸透镜被提供作为第三镜片 L3。

26、3 时，整个第三透镜组 G3 的正折光力减小，并且第三透镜组 G3 对第四透镜组 G4 的相对灵敏度也减小。 0044 条件 II 是用于在第四透镜组 G4 的简化与象差校正之间取得平衡的条件。第四透镜组 G4 的配置对于四组变焦镜头中的光学性能特别重要。结果，如增加透镜的数量或使用许多非球面的方法被采用来提高性能。在该实施例中，通过以适当的折光力布置排列正的第一透镜 L41 和负的第二透镜 L42 来良好地校正象差。此时，当负的第二透镜 L42 的物侧表面为非球面时，轴上象差更加良好地被校正。而且，当由负的第三透镜 L43 和正的第四透镜 L44 构成的胶合透镜形成。

27、所谓的具有小的折射率差异和大的阿贝数差异的消色差透镜时，远摄端的象差将被良好地校正。 0045 条件表达式的描述 0046 在根据该实施例的变焦镜头中，当各个透镜组的配置被优化以满足以下条件表达式的其中一个，优选地，两个或多个以下条件表达式的组合时，将获得更好的性能。 0047 根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式 (1) ： 0048 2 f3/f4 3 (1) 0049 其中， f3 是第三透镜组 G3 的焦距， f4 是第四透镜组 G4 的焦距。 0050 该条件表达式 (1) 规定了第三透镜组 G3 和第四透镜组 G4 之间的焦距比并涉及小型化。在焦距比低于条。

28、件表达式 (1) 的下限的情况下，第四透镜组 G4 的收敛功能被削弱以说明书 CN 103176264 A 7 5/14 页 8 增大送光学长度，结果是，小型化未实现。在焦距比高于条件表达式 (1) 的上限的情况下，第三透镜组 G3 的折光力被削弱以增大穿过第三透镜组 G3 的光线的高度，从而不利于在直径方向小型化。 0051 应该注意，上述条件表达式 (1) 的取值范围优选地设置为以下条件表达式 (1) ： 0052 2 f3/f4 2.5 (1) 0053 根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式 (2) ： 0054 4 ft/R31 5(2) 0055 其中，。

29、 ft 是变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距， R31 是第三透镜组 G3 的最靠近物侧的表面的曲率半径。 0056 该条件表达式 (2) 规定了变焦镜头的整个系统在远摄端的焦距和第三透镜组 G3 的最靠近物侧的表面的曲率半径，并以数值的形式表达上述条件 I 的细节。在 ft/R31 低于条件表达式(2)的下限的情况下，第三透镜组G3的最靠近物侧的表面的曲率半径增大以使得该镜头表面的折光力不足，因此象差没有适当地被校正。在 ft/R31 高于条件表达式 (2) 的上限的情况下，该透镜表面的曲率半径太小；因此，该透镜表面的折光力被增大以便增加该透镜表面的偏心灵敏度。结果是，。

30、制造时造成的偏心误差大大降低了光学性能。 0057 应该注意，上述条件表达式 (2) 的取值范围优选地设置为以下条件表达式 (2) ： 0058 4.5 ft/R31 4.9 (2) 0059 根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式 (3) ： 0060 0 |(R31+R35)/(R31-R35)| 1 (3) 0061 其中， R31 是第三透镜组 G3 的最靠近物侧的表面的曲率半径， R35 是第三透镜组 G3 的最靠近像侧的表面的曲率半径。 0062 该条件表达式 (3) 规定了第三透镜组 G3 的最靠近物侧的表面和第三透镜组 G3 的最靠近像侧的表面的曲率半径，以便良好。

31、地校正象差以及当误差发生时减小性能退化。在 |(R31+R35)/(R31-R35)| 比条件表达式 (3) 的下限低的情况下，相对于第三透镜组 G3 的最靠近物侧的表面的曲率半径，第三透镜组 G3 的最靠近像侧的表面的曲率半径被过渡减小。结果是，难以良好地校正轴上象差和轴外象差。在 |(R31+R35)/(R31-R35)| 高于条件表达式(3)的上限的情况下，面向像侧的凹面按照第三透镜组G3的最靠近像侧的透镜表面的曲率半径而形成；因此，变焦镜头具有不满足上述条件 I 的配置。结果是，第三透镜组 G3 对第四透镜组 G4 的相对灵敏度增大，使得误差发生时性能退化增。

32、大。 0063 应该注意，上述条件表达式 (3) 的取值范围优选地设置为以下条件表达式 (3) ： 0064 0.1 |(R31+R35)/(R31-R35)| 0.5 (3) 0065 根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式 (4) ： 0066 2 f4r/f4 3(4) 0067 其中， f4r 是第四透镜组 G4 中的胶合透镜的焦距， f4 是第四透镜组 G4 的焦距。 0068 该条件表达式 (4) 规定了第四透镜组 G4 和第四透镜组 G4 中的胶合透镜之间的焦距比。在该焦距比低于条件表达式 (4) 的下限的情况下，胶合透镜的折光力被增大以增加偏心灵敏度，结果是，。

33、制造时造成的偏心误差大大降低了光学性能。在该焦距比高于条件表达式 (4) 的上限的情况下，胶合透镜的折光力过度减小；因此，难以良好地校正轴外象差。 0069 应该注意，上述条件表达式 (4) 的取值范围优选地设置为以下条件表达式 (4) ：说明书 CN 103176264 A 8 6/14 页 9 0070 2.3 f4r/f4 3 (4) 0071 根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式 (5) ： 0072 |1/(f43v43)+1/(f44v44)| 110-4 (5) 0073 其中， f43 是第四透镜组 G4 中的第二负凹凸透镜的焦距， v43 是第。

34、四透镜组 G4 中的第二负凹凸透镜的阿贝数， f44是第四透镜组G4中的第二正透镜的焦距， v44是第四透镜组 G4 中的第二正透镜的阿贝数。 0074 该条件表达式 (5) 是涉及到上述条件 II 中描述的胶合透镜中的色象差减少的条件表达式。当条件表达式 (5) 被满足时，高倍率变焦镜头的远摄端的轴上色象差良好地被校正。 0075 根据该实施例的变焦镜头优选地满足以下条件表达式 (6) ： 0076 2 ft/dX1 3(6) 0077 其中， dX1 是当执行从广角端到远摄端的变焦时，第一透镜组 G1 在光轴方向上的移动距离。 0078 该条件表达式 (6) 规定了变焦镜头的。

35、整个系统在远摄端的焦距和当执行从广角端到远摄端的变焦时第一透镜组 G1 在光轴方向上的移动距离。在 ft/dX1 比条件表达式 (6)的下限低的情况下，第一透镜组G1在光轴方向上的移动距离增大。结果是，穿过第一透镜组 G1 的轴外光束背离光轴 Z1，从而增加第一透镜组 G1 的透镜直径。在 ft/dX1 比条件表达式 (6) 的上限高的情况下，第一透镜组 G1 在光轴方向上的移动距离减小。结果是，为了保证所需的变焦比，需要增大第二透镜组 G2 在光轴方向上的移动距离，结果是，变焦镜头在广角端的整个长度增大。 0079 应该注意，上述条件表达式 (6) 的取值范围优。

36、选地设置为以下条件表达式 (6) ： 0080 2.2 ft/dX1 2.4 (6) 0081 如上所述，在该实施例中，变焦镜头具有一个正 - 负 - 正 - 正四组变焦构造，且各个透镜组的配置被优化；因此，例如，可实现适合作为附接至例如数码单反相机的可替换镜头的高倍率 ( 例如，放大倍率为 7 至 8.5) 但是体积小、重量轻并且性能高的变焦镜头。 0082 图像拍摄设备的应用示例 0083 图 10 图示了使用根据该实施例的变焦镜头的图像拍摄设备 100 的配置示例。图像拍摄设备100是，例如，数码静态相机，其包括相机块10、相机信号处理部20、图像处理部。

37、 30、 LCD( 液晶显示器 )40， R/W( 读写器 )50、 CPU( 中央处理器 )60 和输入部 70。 0084 相机块 10 具有图像拍摄功能，并包括光学系统，该光学系统包括作为图像拍摄镜头的变焦镜头11(在图1A至1C或图2A至2C中示出的变焦镜头1或2)以及图像拍摄装置 12，比如 CCD( 电荷耦合器件 ) 或 CMOS( 补充的金属氧化物半导体 )。该图像拍摄装置 12 基于变焦镜头 11 形成的光学图像通过将光学图像转变成电信号而输出图像拍摄信号 ( 图像信号 )。 0085 相机信号处理部 20 对从图像拍摄装置 12 输出的图像信号执行各种信号处理，比。

38、如模拟 - 数字转换、噪声去除、图像质量校正和转换成亮度色度信号。 0086 图像处理部 30 执行记录和再现图像信号的处理，基于预定的图像数据格式对图像信号执行压缩编码和解压解码，以及数据规格 ( 比如分辨率 ) 的转换，等等。 0087 液晶显示器40具有显示用户在输入部70上的操作的状态以及诸如拍摄的图像的说明书 CN 103176264 A 9 7/14 页 10 各种数据的功能。 R/W 50将由图像处理部30编码的图像数据写入存储卡1000中以及读取记录在存储卡 1000 上的图像数据。该存储卡 1000 例如是可与连接到 R/W 50 的插槽连接或分离的半。

39、导体存储器。 0088 CPU( 中央处理器 )60 用作控制处理部，控制包括在图像拍摄设备 100 中的各个电路块，并基于来自输入部 70 等的指令输入信号来控制每个电路块。输入部 70 由允许用户执行所希望的操作的各种开关之类构成，并且例如可包括用于执行快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择器开关，等等。输入部 70 将与用户操作相应的指令输入信号输出到CPU 60。透镜驱动控制部80控制对置于相机块10中的透镜的驱动，并基于来自CPU 60 的控制信号来控制驱动变焦镜头 11 的各透镜的电机之类 ( 未示出 )。 0089 下文将描述图像拍摄设备 100 中。

40、的操作。在摄影的待机状态下，在 CPU 60 的控制下，在相机块 10 中摄取的图像信号通过相机信号处理部 20 被输出到 LCD 40，然后，图像信号被显示为穿越相机的图像。而且，当用于变焦或聚焦的指令输入信号从输入部 70 输入时， CPU 60将控制信号输出至透镜驱动器控制部80，并且变焦镜头11的预定镜头基于镜头驱动器控制部 80 的控制而移动。 0090 当相机块 10 中的快门 ( 未示出 ) 被来自输入部 70 的指令输入信号操控时，所摄取的图像信号从相机信号处理部 20 输出到图像处理部 30，并且图像信号被压缩编码以被转换为预定数据格式的数字数据。。

41、转换后的数据被输出到 R/W 50，然后被写入到存储卡 1000。 0091 应该注意的是，例如，当输入部 70 的快门释放按钮被按到一半或完全按下以记录 ( 拍摄 ) 时，聚焦是基于来自 CPU 60 的控制信号，由透镜驱动器控制部 80 移动变焦镜头 11 的预定镜头而执行的。 0092 当记录在存储卡 1000 上的图像数据被再现时， R/W 50 根据输入部 70 上的操作从存储卡 1000 读取预定的图像数据，且该图像数据被图像处理部 30 解压解码以便形成再现的图像信号。然后，再现的图像信号被输出到 LCD 40 以便显示。 0093 应该注意，在上述的实施例中。

42、，图像拍摄设备作为数码静态相机的例子被描述；然而，图像拍摄设备的应用范围并不限制于数码静态相机。该图像拍摄设备可以用作其它各种电子设备，例如，具有可替换镜头的相机、数码摄像机等以及配备有数码摄像机等的移动电话和配备有数码摄像机等的 PDA。 0094 示例 0095 接下来，根据该实施例的变焦镜头的具体数值示例将在下文被描述。应该注意，在以下表格和描述中所示的符号的含义如下。 “Si” 是第 i 个表面的表面编号，从位于最靠近物侧的组件的表面 ( 其作为第一表面 ) 开始并朝向像侧以 1 为单位递增，“ri” 是第 i 个表面的曲率半径 (mm)，“Di” 是。

43、第 i 个表面和第 i+1 个表面之间在光轴上的距离 (mm)，“Ndi” 是具有第i个表面的光学元件材料(介质)在d线(波长为587.6毫微米)处的折射率值， “vdi” 是具有第 i 个表面的光学元件材料在 d 线处的阿贝数。此外， Fno 是 F 值， f 是变焦镜头的整个系统的焦距，是半视角。表面编号后面跟着 “STO” 的表面为停止表面。 0096 在各个示例中，非球面的形状通过以下表达式表示。在非球面系数的数据中，符号 “E” 表示 “E” 之后的数值是以 10 为基数的指数，由 10 为基数的指数函数代表的数值乘以 “E” 之前的数值。例如，“1.0E-05” 表示。

44、“1.010-5” 。说明书 CN 103176264 A 10 8/14 页 11 0097 ( 非球面的表达式 ) 0098 x cy2/(1+(1-(1+k)c2y2)1/2)+Ay4+By6+. 0099 其中， y 是自光轴 Z1 起的高度， x 是垂量， C 是曲率， K 是二次曲线常数， A， B. 的每个是非球面系数。 0100 根据以下的数值示例的变焦镜头1和2的每个基本上由四个透镜组构成，即，从物侧起按顺序排列的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 和具有正折光力的第四透镜组 G4。当镜头位置状态。

45、从广角端状态向远摄端状态变化时，所有的透镜组如此移动以增大第一透镜组 G1 和第二透镜组 G2 之间的距离D5，并减少第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离D14以及第三透镜组G3和第四透镜组 G4 之间的距离 D20。孔径光阑 St 位于最靠近第三透镜组 G3 的物侧的位置，并且当镜头位置状态随放大倍率改变而变化时，孔径光阑连同第三透镜组 G3 一起移动。 0101 第一透镜组G1按照从物侧起的顺序包括：由凸面面向物侧的凹凸形负透镜L11和凸面面向物侧的正透镜 L12 构成的胶合透镜，和凸面面向物侧的凹凸形正透镜。第二透镜组 G2 包括：凸面面向物侧的凹凸形的。

46、第一负透镜 L21，双面凹形状的第二负透镜 L22，双面凸形状的正透镜 L23，和凹面面向物侧的凹凸形第三负透镜 L24。 0102 第三透镜组 G3 包括按照从物侧起的顺序包括：作为凸面面向物侧的第一负凹凸透镜的第一透镜 L31，作为正双凸透镜的第二透镜 L32，和作为凸面面向像侧的第二负凹凸透镜的第三透镜 L33。第一透镜 L31 和第二透镜 L32 被胶合在一起的以形成正胶合透镜。 0103 第四透镜组 G4 从物侧起按顺序包括：作为第一正双凸透镜的第一透镜 L41，作为凸面面向物侧的第一负凹凸透镜的第二透镜 L42，和作为凸面面向物侧的第二负凹凸透镜的第。

47、三透镜 L43，以及作为第二正双凸透镜的第四透镜 L44。第三透镜 L43 和第四透镜 L44 被胶合在一起以形成正胶合透镜。 0104 数值示例 1 0105 表格 1 至 3 图示了与根据图 1A 至 1C 中所示第一配置示例的变焦镜头 1 相对应的具体透镜数据。更具体地说，表格 1 图示基本透镜数据，表格 2 图示非球面的数据，表格 3 图示其它数据。在变焦镜头 1 中，各个透镜组随着放大倍率的变化移动；因此，这些透镜组的相邻透镜组之间的表面距离可变化的。可变化的表面距离的数据在表格 3 中被示出。表格 3 还示出 Fno、 f 和的值。 0106 表格 1 01。

48、07 说明书 CN 103176264 A 11 9/14 页 12 0108 0109 表格 2 0110 说明书 CN 103176264 A 12 10/14 页 13 0111 表格 3 0112 0113 数值示例 2 0114 表格 4 至 6 图示了与根据图 2A 至 2C 中示出的第二配置示例的变焦镜头 2 相应的具体透镜数据。更具体地说，表格 4 图示基本透镜数据，表格 5 图示非球面的数据，表格 6 图示其它数据。在变焦镜头 2 中，各个透镜组随着放大倍率的变化而移动；因此，在这些透镜组的相邻透镜组之间的表面距离是可变化的。可变化的表面距离的数据在表格 6 中被示出。表格 6 还示出 Fno、 f 和的值。 0115 表格 4 0116 说明书 CN 103176264 A 13 11/14 页 14 0117 表格 5 0118 0119 说明书 CN 103176264 A 14 12/14 页 15 0120 表格 6 0121 0122 各。

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