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变焦镜头及具有该变焦镜头的摄像装置
    【技术领域】

    本发明涉及变焦镜头。进一步涉及具有变焦镜头的数码相机等摄像装置。

    背景技术

    近年来，在摄像装置的技术领域，数码相机已取代银盐相机成为主流。一般情况下，数码相机的摄像面尺寸比银盐相机小，因此更容易实现小型化。最近，由于比以向更加重视便携性，因此数码相机自身在向小型化发展。

    此外，顾客希望无论在室内或室外都能轻松地使用数码相机享受摄影的乐趣，因此要求作为光学系统使用的变焦镜头实现广角化和高变焦比。以往，为了实现这种小型、宽视场角、高变焦比的变焦镜头，提出过各种变焦镜头。

    例如在日本特开2008‑46529号公报和日本特开2007‑179015号公报中，公开了在最靠近物体侧配置有负屈光力的透镜组的负前置型变焦镜头。这种类型的变焦镜头有利于确保广角端的视场角，并且通过减小最靠近物体侧的透镜组的尺寸，有利于变焦镜头整体的小型化。

    另一方面，为了实现更高的变焦比，还需要进行进一步的设计。例如，在日本特开2008‑46529号公报和日本特开2007‑179015号公报所列举的变焦镜头中，它们的第1透镜组中的正透镜的折射率都很低，无法得到足够的正屈光力。或者，为了提高第1透镜组中的正透镜的折射率，需使用金刚石等的很难得到且不易加工的材料。

    此外，由于这些变焦镜头的第1透镜组中的负透镜的形状为弯月形，因此如果希望实现更高的变焦比和宽视场角，则需要赋予第1透镜组中的负透镜一侧较强的负屈光力，所以特别容易产生轴外像差。

    【发明内容】

    本发明正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种有利于实现小型化、高变焦比以及确保广角端的视场角，同时容易确保轴上和轴外的光学性能的变焦镜头。

    本发明的第1方面的变焦镜头从物体侧起依次包括：

    负屈光力的第1透镜组；

    正屈光力的第2透镜组；

    具有屈光力的第3透镜组，其中，

    在从广角端向长焦端变焦时，所述第1透镜组与所述第2透镜组之间的间隔变窄，所述第2透镜组与所述第3透镜组之间的间隔发生变化，

    所述第1透镜组从物体侧起依次包括作为负透镜的第1透镜和作为正透镜的第2透镜，

    所述负透镜和所述正透镜满足以下条件式（2）、（3）：

    2.01＜ｎｄ₁₂＜2.35（2）

    18.58＜νｄ₁₁‑νｄ₁₂＜50（3）

    其中，

    ｎｄ₁₂是所述第1透镜组中的第2透镜对于d线的折射率，

    νｄ₁₁是所述第1透镜组中的第1透镜的d线基准的阿贝数，

    νｄ₁₂是所述第1透镜组中的第2透镜的d线基准的阿贝数。

    另外，本发明的第2方面的摄像装置包括：

    变焦镜头；以及

    摄像元件，其配置在所述变焦镜头的像侧，并且将由所述变焦镜头形成的光学像转换成电信号，其中，

    所述变焦镜头是上面提到的变焦镜头。

    【附图说明】

    图1A、1B、1C是表示本发明的变焦镜头的实施例1的无限远物点对焦时的结构的沿光轴的剖视图，图1A表示处于广角端的状态，图1B表示中间状态，图1C表示处于长焦端的状态。

    图2A、2B、2C是本发明的变焦镜头的实施例2的与图1A、1B、1C同样的图。

    图3A、3B、3C是本发明的变焦镜头的实施例3的与图1A、1B、1C同样的图。

    图4A、4B、4C是本发明的变焦镜头的实施例4的与图1A、1B、1C同样的图。

    图5A、5B、5C是本发明的变焦镜头的实施例5的与图1A、1B、1C同样的图。

    图6A、6B、6C是表示实施例1的无限远物点对焦时的球面像差、像散、畸变像差和倍率色差的图，图6A表示处于广角端的状态，图6B表示中间状态，图6C表示处于长焦端的状态。

    图7A、7B、7C是实施例2的无限远物点对焦时的与图6A、6B、6C同样的图。

    图8A、8B、8C是实施例3的无限远物点对焦时的与图6A、6B、6C同样的图。

    图9A、9B、9C是实施例4的无限远物点对焦时的与图6A、6B、6C同样的图。

    图10A、10B、10C是实施例5的无限远物点对焦时的与图6A、6B、6C同样的图。

    图11是说明畸变像差的校正的图。

    图12是表示安装了本发明的伸缩式变焦镜头的数码相机的外观的前方立体图。

    图13是上述数码相机的后视图。

    图14是上述数码相机的剖视图。

    图15是数码相机主要部件的内部电路的结构框图。

    【具体实施方式】

    本发明的第一方面的变焦镜头的特征在于，从物体侧起依次具有负屈光力的第1透镜组、正屈光力的第2透镜组、具有屈光力的第3透镜组，在从广角端向长焦端变焦时，第1透镜组与第2透镜组之间的间隔变窄，第2透镜组与第3透镜组之间的间隔发生变化，第1透镜组从物体侧起依次具有作为负透镜的第1透镜和作为正透镜的第2透镜，负透镜和正透镜满足以下条件式（2）、（3）。优选特征是，满足条件式（1）。

    1.85＜ｎｄ₁₁＜2.35（1）

    2.01＜ｎｄ₁₂＜2.35（2）

    18.58＜νｄ₁₁‑νｄ₁₂＜50（3）

    其中，

    ｎｄ₁₁是第1透镜组中的第1透镜对于d线的折射率，

    ｎｄ₁₂是第1透镜组中的第2透镜对于d线的折射率，

    νｄ₁₁是第1透镜组中的第1透镜的d线基准的阿贝数，

    νｄ₁₂是第1透镜组中的第2透镜的d线基准的阿贝数。

    根据这种结构，将负屈光力的透镜组配置在最靠近物体侧，由此构成便于进行广角化和小型化的变焦镜头。在该变焦镜头中，通过改变负屈光力的第1透镜组与正屈光力的第2透镜组之间的间隔，来进行变焦。通过配置第3透镜组，能够利用第3透镜组的透镜作用。例如，如果第3透镜组采用正屈光力，则能够起到使出射光瞳与像面分离的作用，相反，如果第3透镜组采用负屈光力，则有利于第1透镜组和第2透镜组的小径化。此外，通过使第3透镜组移动，可以降低广角端和长焦端的出射光瞳的变动，并可对像面弯曲进行校正。此外，还可以使第3透镜组移动而使之具有变焦作用。

    条件式（1）是关于第1透镜组中的第1透镜对于d线的折射率的条件式。通过满足条件式（1），即使作为负透镜的第1透镜的凹面的曲率绝对值较小，也能容易地得到确保视场角和变焦比所需的第1透镜组中的负屈光力。

    条件式（2）是关于第1透镜组中的第2透镜对于d线的折射率的条件式。通过满足条件式（2），即使作为正透镜的第2透镜的凸面的曲率绝对值较小，也能容易地得到像差校正所需的第1透镜组中的正屈光力。

    通过满足这些条件式，特别能够抑制广角端产生的像面弯曲和长焦端产生的球面像差。通过不低于条件式（1）和/或条件式（2）的下限，能够容易地降低广角端产生的像面弯曲和长焦端产生的球面像差。通过不超过条件式（1）和/或条件式（2）的上限，能够使用容易得到且便于加工的材料。

    条件式（3）是关于第1透镜组中的第1透镜和第2透镜对于d线的阿贝数的条件式。通过满足条件式（3），便于对第1透镜组产生的轴上色差以及倍率色差进行良好的校正。特别在希望得到高变焦比时，能够抑制长焦端产生色差。不低于条件式（3）的下限有利于降低广角端、长焦端的色差。通过不超过条件式（3）的上限，能够使用抑制成本上升的材料。

    另外，关于上述条件式（1）、（2）、（3），优选对上限值和下限值进行限定而分别满足以下条件式（1’）、（1”）、（2’）、（2”）、（3’）、（3”）：

    1.85＜ｎｄ₁₁＜2.0（1’）

    1.85＜ｎｄ₁₁＜1.9（1”）

    2.015＜ｎｄ₁₂＜2.20（2’）

    2.019＜ｎｄ₁₂＜2.11（2”）

    19.1＜νｄ₁₁‑νｄ₁₂＜35（3’）

    23.0＜νｄ₁₁‑νｄ₁₂＜25（3”）

    另外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第1透镜的形状满足以下条件式（4）：

    0.2＜（ｒ_1a＋ｒ_1b）／（ｒ_1a‑ｒ_1b）＜1.0（4）

    其中，ｒ_1a是第1透镜的物体侧透镜面的近轴曲率半径，ｒ_1b是第1透镜的像侧透镜面的近轴曲率半径。

    条件式（4）是关于第1透镜组中作为负透镜的第1透镜的优选形状的条件式。通过满足条件式（4），能够由第1透镜的物体侧透镜面和像侧透镜面良好地分担负屈光力，便于抑制广角端产生的像面弯曲和长焦端产生的球面像差。通过不低于条件式（4）的下限且不超过其上限，能够抑制负透镜的物体侧透镜面或像侧透镜面中任何一个面的近轴曲率，便于对广角端的像面弯曲和长焦端的球面像差进行校正。

    另外，关于上述条件式（4），优选对上限值和下限值进行限定而满足以下条件式（4’）、（4”）。

    0.5＜（ｒ_1a＋ｒ_1b）／（ｒ_1a‑ｒ_1b）＜0.98（4’）

    0.7＜（ｒ_1a＋ｒ_1b）／（ｒ_1a‑ｒ_1b）＜0.97（4”）

    此外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，在从广角端向长焦端变焦时，第3透镜组的移动满足以下条件式（5）：

    1.05＜β（ｔ）／β（ｗ）＜2.0（5）

    其中，β（ｗ）是第3透镜组的广角端的横向倍率，β（ｔ）是第3透镜组的长焦端的横向倍率。

    条件式（5）是关于第3透镜组的横向倍率变化的优选条件式。为了实现高变焦比，优选的是，除第2透镜组以外，第3透镜组也发挥变焦作用。通过满足条件式（5），能够简单地使第3透镜组具有变焦作用，并相对降低第2透镜组的屈光力，还特别有利于降低球面像差或缩短变焦镜头的总长。

    优选的是，不低于条件式（5）的下限来确保第3透镜组的变焦作用。通过不超过条件式（5）的上限，能够容易地抑制第3透镜组的移动量，由此便于进行驱动机构的小型化。

    另外，关于上述条件式（5），优选对上限值和下限值进行限定而满足以下条件式（5’）、（5”）。

    1.1＜β（ｔ）／β（ｗ）＜1.5（5’）

    1.3＜β（ｔ）／β（ｗ）＜1.4（5”）

    此外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    此外，在变焦镜头具有对焦机构的情况下，条件式采用变焦镜头对焦至距离最远的被摄体的状态下的值。对于其他条件式中的、对焦时其值发生变化的条件式而言，也是同样。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第3透镜组中的透镜总数为1。

    由于第3透镜组仅由一个透镜构成，因此有利于抑制成本，并有利于缩入时的薄型化。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第2透镜组具有至少2个正透镜和1个负透镜。

    由于第2透镜组采用了具有至少2个正透镜和1个负透镜的结构，因此即具有正屈光力的作用，又利用负透镜容易地消除了各种像差，降低了像差影响。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第2透镜组具有在光轴上接合多个透镜而成的接合透镜。

    由于第2透镜组具有接合透镜，因此与接合透镜中的各透镜为独立透镜的情况相比，能够防止透镜之间的光轴偏移。此外，通过选择接合透镜中的透镜材料，还可以对色差进行校正。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第2透镜组的最靠近物体侧的透镜面为非球面。

    由于第2透镜组的最靠近物体侧的透镜面为非球面，因此特别能够对球面像差进行良好的校正。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第1透镜组从物体侧起依次由第1透镜和第2透镜这2个透镜构成，并满足以下条件式（6）。

    ‑3.0＜（ｒ_2a＋ｒ_2b）／（ｒ_2a‑ｒ_2b）＜‑1.2（6）

    其中，ｒ_2a是第1透镜组的正透镜的物体侧透镜面的近轴曲率半径，ｒ_2b是第1透镜组的正透镜的像侧透镜面的近轴曲率半径。

    通过将第1透镜组的透镜个数设为2，有利于低成本化。条件式（6）是关于第1透镜组的正透镜的优选形状的条件式。

    通过满足条件式（6），能够适当抑制入射到正透镜的2个透镜面上的光线的入射角度，有利于像面弯曲等轴外像差的校正。不低于条件式（6）的下限且不超过其上限有利于广角侧的轴外像差的校正。

    另外，在上述条件式（6）中，优选对上限值和下限值进行限定而满足以下条件式（6’）。

    ‑2.8＜（ｒ_2a＋ｒ_2b）／（ｒ_2a‑ｒ_2b）＜‑1.7（6’）

    ‑2.6＜（ｒ_2a＋ｒ_2b）／（ｒ_2a‑ｒ_2b）＜‑2.0（6”）

    此外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    在发明的变焦镜头中，优选的是，第1透镜组中的第2透镜具有非球面，第1透镜组满足以下条件式（7）。

    ‑2.9＜Ｐ₁₁／Ｐ₁₂＜‑1.5（7）

    其中，Ｐ₁₁是第1透镜组中的第1透镜的屈光力，Ｐ₁₂是第1透镜组中的第2透镜的屈光力。

    条件式（7）是关于第1透镜组中的正透镜与负透镜之间的优选屈光力平衡的条件式。通过满足条件式（7），能够优化正透镜与负透镜之间的屈光力平衡，便于对第1透镜组产生的像面弯曲和彗形像差等各种轴外像差进行校正。因此，即使在宽视场角或高变焦比的情况下，也能够抑制光学性能的极端劣化。

    通过不低于条件式（7）的下限能够适当抑制负透镜的负屈光力，由此可容易地重点降低轴外的各种像差。通过不超过条件式（7）的上限能够确保负透镜的负屈光力，从而有利于变焦镜头的小型化。

    另外，关于上述的条件式（7），优选对上限值和下限值进行限定而满足以下条件式（7’）、（7”）。

    ‑2.7＜Ｐ₁₁／Ｐ₁₂＜‑2.0（7’）

    ‑2.6＜Ｐ₁₁／Ｐ₁₂＜‑2.3（7”）

    此外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，变焦镜头满足以下条件式（8）。

    3.8＜ｆ_t／ｆ_w＜10（8）

    其中，ｆ_w是变焦镜头的广角端的焦距，ｆ_t是变焦镜头的长焦端的焦距。

    条件式(8)是关于变焦镜头的优选变焦比的条件式。能够发挥本发明的功能而优选的是，不低于条件式(8)的下限以确保变焦比。不超过条件式(8)的上限可容易地降低尺寸和成本。此外，可容易地实现良好的光学性能。

    另外，关于上述条件式(8)，更加优选的是对上限值和下限值进行限定而满足以下条件式（8’）、（8”）。

    4.1＜ｆ_t／ｆ_w＜8.0（8’）

    4.4＜ｆ_t／ｆ_w＜5.0（8”）

    此外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第3透镜组具有正屈光力。

    通过使第3透镜组形成为正屈光力，可以提供出射光瞳远离像面的变焦镜头，有利于确保使用普通摄像元件时的画质。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第3透镜组具有负屈光力，与广角端相比，在长焦端第3透镜组更靠近物体侧。

    通过使第3透镜组形成为负屈光力，有利于第1透镜组和第2透镜组的小径化。可简单地使第3透镜组具有平场透镜（field flattener）的功能。由于与长焦端相比，在广角端第3透镜更靠近物体侧，因此可利用第3透镜组实现增焦作用，有利于缩短变焦镜头的总长。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第3透镜组满足以下条件式。

    0.1＜Ｇ_m3／Ｄ_t＜0.6（9）

    其中，Ｇ_m3是第3透镜组的从广角端到长焦端的移动量，设向物体侧移动的符号为正，Ｄ_t是将第3透镜组的像侧设为空气换算长度（空気換算長）时，长焦端的变焦镜头总长。

    条件式（9）是第3透镜组的移动量与长焦端的变焦镜头总长的优选条件式。通过满足条件式（9），可使负屈光力的第3透镜组发挥适当的变焦作用。

    通过不低于条件式（9）的下限，能够确保第3透镜组的变焦功能，有利于确保变焦和降低像差变动。

    通过不高于条件式（9）的上限，能够适当抑制第3透镜组的移动量，可以简单地进行包含移动机构的装置的小型化。

    另外，关于上述条件式（9），优选对上限值和下限值进行限定而满足以下条件（9’）、（9”）。

    0.2＜Ｇ_m3／Ｄ_t＜0.5（9’）

    0.3＜Ｇ_m3／Ｄ_t＜0.4（9”）

    此外，可以只确定条件式中的上限值或下限值。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，第2透镜组由3个正透镜和1个负透镜构成。

    通过该结构，由3个正透镜分担正屈光力的作用，同时包含有负透镜，由此有利于球面像差和色差的校正。

    在本发明的变焦镜头中，优选的是，在构成变焦镜头的透镜内的至少一面上施加防反射涂层。由此，有利于降低重影（ghost）和光斑（flare）从而提高画质。

    此外，本发明的第2方面的摄像装置的特征在于，具有：变焦镜头；以及摄像元件，其配置在变焦镜头的像侧，并且将由变焦镜头形成的光学像转换成电信号，变焦镜头是上述任意一个变焦镜头。根据该结构，能够提供良好地平衡了宽视场角、高变焦比以及小型化的摄像装置。

    在本发明的摄像装置中，优选的是，具有图像转换部，该图像转换部通过图像处理，将包含由变焦镜头引起的畸变的电信号转换成畸变校正后的图像信号。

    根据这种结构，可以在对变焦镜头的畸变进行了电校正后，进行图像的记录和显示。因此，允许产生由变焦镜头的畸变引起的像差，有利于像面弯曲和彗形像差的校正，从而可以利用小型变焦镜头容易地得到良好的画质。

    在本发明的摄像装置中，优选的是，具有图像转换部，该图像转换部通过图像处理，将包含由变焦镜头引起的倍率色差的电信号转换成倍率色差校正后的图像信号。

    此外，优选具有图像转换部，该图像转换部通过图像处理，将变焦镜头拍摄的图像的电信号转换成校正了由倍率色差引起的色差后的图像信号。通过对变焦镜头的倍率色差进行电校正，能够得到更加良好的图像。

    并且，由于允许产生变焦镜头的倍率色差，因此能够确保镜头的材料选择的自由度，有利于低成本化、薄型化和高性能化。

    另外，可以只将上述各条件式中的上限值或下限值设为新的上限值或下限值。此外，更加优选的是，同时满足上述各发明中的任意多个发明。并且，关于各条件式，可以只对进一步限定的条件式的数值范围的上限值或下限值进行限定。此外，上述各结构可以进行任意组合。

    根据本发明的变焦镜头，能够提供有利于实现小型化、高变焦比并确保广角端的视场角，同时容易确保光学性能的变焦镜头。进一步讲，能够提供适合如下这样的摄像元件的变焦镜头，所述摄像元件即使在光线向摄像元件的摄像区域内的周边部分的入射角较大的情况下也能进行良好的摄像。并且，能够提供一种具有这种变焦镜头的小型摄像装置。

    以下，根据附图详细说明本发明的变焦镜头及摄像装置的实施例。但本发明不受这些实施例的限定。

    下面对本发明的变焦镜头的实施例1～5进行说明。图1A～图5C分别表示实施例1～5的无限远物点对焦时的广角端（图1A、2A、3A、4A、5A）的镜头剖视图、中间焦距状态（图1B、2B、3B、4B、5B）的镜头剖视图、长焦端（图1C、2C、3C、4C、5C）的镜头剖视图。在图1A～图5C中，G1表示第1透镜组，G2表示第2透镜组，S表示亮度（孔径）光圈，G3表示第3透镜组，F表示施加了限制红外线的波段限制涂层的构成低通滤波器的平行平板，C表示作为电子摄像元件的保护玻璃（over glass）的平行平板，I表示像面。另外，可以在保护玻璃C的表面上形成用于限制波段的多层膜。此外，也可以使该保护玻璃C具有低通滤波作用。

    此外，在各实施例中，亮度光圈S与第2透镜组G2一体地移动。数值数据都是对焦至无限远被摄体的状态下的数据。各数值的长度单位是mm，角度单位是°（度）。在任意实施例中，对焦都是通过第3透镜组G3的移动来进行的。不过也可以通过第1透镜组G1的移动来进行对焦。这对于第3透镜组G3的焦点灵敏度过高或过低的情况是有效的。此外，变焦数据为广角端（WE）的值、本发明所定义的中间变焦状态（ST）的值、以及长焦端（TE）的值。

    如图1A、1B、1C所示，实施例1的变焦镜头从物体侧起依次配置有负屈光力的第1透镜组G1、孔径光圈S，正屈光力的第2透镜组G2以及负屈光力的第3透镜组G3。

    在从广角端向长焦端变焦时，第1透镜组G1在向像侧移动后向物体侧移动。第2透镜组G2向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。

    第1透镜组G1从物体侧起依次由双凹负透镜和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起依次由接合透镜和双凸正透镜构成，该接合透镜是由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜以及双凸正透镜接合而成。第3透镜组G3由凸面朝向像侧的负凹凸透镜构成。

    以下6个面采用非球面：第1透镜组G1的双凹透镜的两面、第1透镜组G1的正凹凸透镜的两面、第2透镜组G2的正凹凸透镜的物体侧的面、以及第3透镜组G3的负凹凸透镜的物体侧的面。

    如图2A、2B、2C所示，实施例2的变焦镜头从物体侧起依次配置有负屈光力的第1透镜组G1、孔径光圈S、正屈光力的第2透镜组G2以及负屈光力的第3透镜组G3。

    在从广角端向长焦端变焦时，第1透镜组G1在向像侧移动后向物体侧移动。第2透镜组G2向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。

    第1透镜组G1从物体侧起依次由双凹负透镜和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜构成。第2透镜组G2由接合透镜构成，该接合透镜由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜以及双凸正透镜接合而成。第3透镜组G3由凸面朝向像侧的负凹凸透镜构成。

    以下7个面采用非球面：第1透镜组G1的双凹透镜的两面、第1透镜组G1的正凹凸透镜的两面、第2透镜组G2的正凹凸透镜的物体侧的面、第2透镜组G2的双凸正透镜的像侧的面、以及第3透镜组G3的负凹凸透镜的物体侧的面。

    如图3A、3B、3C所示，实施例3的变焦镜头从物体侧起依次配置有负屈光力的第1透镜组G1、孔径光圈S、正屈光力的第2透镜组G2以及负屈光力的第3透镜组G3。

    在从广角端向长焦端变焦时，第1透镜组G1在向像侧移动后向物体侧移动。第2透镜组G2向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。

    第1透镜组G1从物体侧起依次由双凹负透镜和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起依次由接合透镜和双凸正透镜构成，该接合透镜是由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜以及双凸正透镜接合而成。第3透镜组G3由凸面朝向像侧的负凹凸透镜构成。

    以下7个面采用非球面：第1透镜组G1的双凹透镜的两面、第1透镜组G1的正凹凸透镜的两面、第2透镜组G2的正凹凸透镜的物体侧的面、第2透镜组G2的双凸正透镜的像侧的面、以及第3透镜组G3的负凹凸透镜的物体侧的面。

    如图4A、4B、4C所示，实施例4的变焦镜头从物体侧起依次配置有负屈光力的第1透镜组G1、孔径光圈S、正屈光力的第2透镜组G2以及负屈光力的第3透镜组G3。

    在从广角端向长焦端变焦时，第1透镜组G1在向像侧移动后向物体侧移动。第2透镜组G2向物体侧移动。第3透镜组G3向物体侧移动。

    第1透镜组G1从物体侧起依次由双凹负透镜和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜构成。第2透镜组G2由接合透镜构成，该接合透镜由凸面朝向物体侧的正凹凸透镜、凸面朝向物体侧的负凹凸透镜以及双凸正透镜接合而成。第3透镜组G3由凸面朝向像侧的负凹凸透镜构成。

    以下7个面采用非球面：第1透镜组G1的双凹透镜的两面、第1透镜组G1的正凹凸透镜的两面、第2透镜组G2的正凹凸透镜的物体侧的面、第2透镜组G2的双凸正透镜的像侧的面、以及第3透镜组G3的负凹凸透镜的物体侧的面。

    如图5A、5B、5C所示，实施例5的变焦镜头从物体侧起依次配置有负屈光力的第1透镜组G1、孔径光圈S、正屈光力的第2透镜组G2以及负屈光力的第3透镜组G3。

    在从广角端向长焦端变焦时，第1透镜组G1在向像侧移动后向物体侧移动。第2透镜组G2向物体侧移动。第3透镜组G3向像侧移动。

    第1透镜组G1从物体侧起依次由双凹负透镜和凸面朝向物体侧的正凹凸透镜构成。第2透镜组G2从物体侧起依次由双凸正透镜、双凸正透镜与双凹负透镜的接合透镜、以及双凸正透镜构成。第3透镜组G3由双凸正透镜构成。

    以下7个面采用非球面：第1透镜组G1的双凹透镜的两面、第1透镜组G1的正凹凸透镜的两面、第2透镜组G2的最靠近物体侧的双凸正透镜的两面、以及第3透镜组G3的双凸正透镜的像侧的面。

    下面示出上述各实施例的数值数据。除了上述标号之外，R表示各透镜面的曲率半径，D表示各透镜的厚度或间隔，Nd表示各透镜的d线上的折射率，Vd表示各透镜的d线上的阿贝数，K表示圆锥系数，A4、A6、A8、A10、A12分别表示非球面系数。另外，下述数值数据为无限远对焦时的值。此外，通过第3透镜组的移动来进行对焦。

    此外，使用各实施例中的各个非球面系数，用下式表示各个非球面形状。

    其中，将光轴方向的坐标设为Z，将与光轴垂直的方向的坐标设为Y。

    Ｚ＝（Ｙ²／ｒ）／［1＋｛1‑（1＋Ｋ）·（Ｙ／ｒ）²｝^1/2］

    ＋Ａ4×Ｙ⁴＋Ａ6×Ｙ⁶＋Ａ8×Ｙ⁸＋Ａ10×Ｙ¹⁰＋Ａ12×Ｙ¹²

    其中，r是近轴曲率半径，K是圆锥系数，A4、A6、A8、A10、A12分别是4次、6次、8次、10次、12次的非球面系数。此外，非球面系数中的“e‑n”（n为整数）表示“10‑n”。

    数值实施例1

    单位mm

    

    

    非球面数据

    第1面

    K=0.000

    A4=‑2.87813e‑04,A6=2.47626e‑05,A8=‑6.27904e‑07,A10=4.84460e‑09

    第2面

    K=0.000

    A4=‑1.04797e‑03,A6=2.14391e‑05,A8=3.92387e‑07,A10=‑4.18151e‑08

    第3面

    K=0.000

    A4=‑8.74780e‑04

    第4面

    K=0.000

    A4=‑7.87833e‑04

    第6面

    K=‑0.361

    A4=‑3.40502e‑04,A6=5.75448e‑06,A8=‑2.15507e‑07

    第12面

    K=‑0.348

    A4=‑7.14649e‑04,A6=‑2.69680e‑05,A8=‑6.73354e‑06,A10=5.90625e‑07

    

    组焦距

    f1＝‑11.69    f2=8.90    f3=‑20.65

    数值实施例2

    单位mm

    

    

    非球面数据

    第1面

    K=0.000

    A4=‑3.51426e‑04,A6=3.64633e‑05,A8=‑8.44796e‑07,A10=5.69497e‑09

    第2面

    K=0.000

    A4=‑1.10927e‑03,A6=3.99690e‑05,A8=8.63183e‑07,A10=‑6.28724e‑08

    第3面

    K=0.000

    A4=‑7.22676e‑04,A6=7.30897e‑06,A8=‑1.56744e‑07,A10=‑6.40406e‑09

    第4面

    K=0.000

    A4=‑6.53589e‑04,A6=3.99974e‑06,A8=‑1.88627e‑07,A10=‑4.86970e‑09

    第6面

    K=‑0.345

    A4=‑3.22516e‑04,A6=2.22027e‑06,A8=1.08211e‑07

    第9面

    K=11.771

    A4=1.00828e‑03,A6=3.77184e‑05,A8=‑1.37351e‑06,A10=3.89816e‑07

    第10面

    K=‑0.399

    A4=‑1.07359e‑03,A6=‑8.54420e‑05,A8=1.62897e‑06,A10=‑1.00663e‑06

    

    组焦距

    f1=‑11.41    f2=9.41    f3=‑45.88

    数值实施例3

    单位mm

    

    

    非球面数据

    第1面

    K=0.000

    A4=‑3.20058e‑04,A6=3.10909e‑05,A8=‑7.92171e‑07,A10=6.10314e‑09

    第2面

    K=0.000

    A4=‑1.12448e‑03,A6=3.27663e‑05,A8=8.21328e‑07,A10=‑5.94616e‑08

    第3面

    K=0.000

    A4=‑8.00540e‑04,A6=6.76366e‑07

    第4面

    K=0.000

    A4=‑7.01577e‑04,A6=‑3.25633e‑06

    第6面

    K=‑0.352

    A4=‑3.72388e‑04,A6=3.72034e‑06,A8=‑2.32283e‑07

    第9面

    K=0.000

    第12面

    K=‑0.313

    A4=‑4.13323e‑04,A6=‑2.24764e‑05,A8=‑1.05345e‑07,A10=‑1.09212e‑07

    

    组焦距

    f1=‑11.44    f2=8.90    f3=‑21.01

    数值实施例4

    单位mm

    

    非球面数据

    第1面

    K=0.000

    A4=‑3.54677e‑04,A6=3.52730e‑05,A8=‑8.75691e‑07,A10=6.80601e‑09

    第2面

    K=0.000

    A4=‑1.07615e‑03,A6=3.88899e‑05,A8=8.22463e‑07,A10=‑6.49599e‑08

    第3面

    K=0.000

    A4=‑4.41705e‑04,A6=1.51983e‑05,A8=3.99161e‑08,A10=‑1.42829e‑09

    第4面

    K=0.000

    A4=‑3.35156e‑04,A6=1.06471e‑05,A8=‑7.58852e‑08,A10=9.34243e‑10

    第6面

    K=‑0.343

    A4=‑2.33902e‑04,A6=‑2.45066e‑06,A8=8.94586e‑07

    第9面

    K=12.523

    A4=1.04221e‑03,A6=2.99909e‑05,A8=‑6.60241e‑07,A10=4.57366e‑07

    第10面

    K=‑0.445

    A4=‑8.04839e‑04,A6=‑5.12295e‑05,A8=‑1.58345e‑06,A10=‑2.72685e‑07

    

    组焦距

    f1＝‑11.71    f2=9.24    f3=‑32.31

    数值实施例5

    单位mm

    

    非球面数据

    第1面

    K=0.000

    A4=9.99446e‑05,A6=‑9.63628e‑07,A8=2.04237e‑10

    第2面

    K=‑3.135

    A4=5.89117e‑04,A6=8.42873e‑06,A8=‑2.01401e‑07,A10=4.25352e‑10

    第3面

    K=0.000

    A4=‑6.52342e‑04,A6=2.15344e‑05,A8=‑2.39305e‑07

    第4面

    K=0.000

    A4=‑4.06555e‑04,A6=1.37777e‑05,A8=‑1.79159e‑07

    第6面

    K=0.182

    A4=‑4.09857e‑04,A6=7.08265e‑05,A8=‑9.43953e‑06,A10=7.54600e‑07

    第7面

    K=0.000

    A4=2.84443e‑04,A6=9.45190e‑05,A8=‑1.26285e‑05,A10=1.16903e‑06

    第14面

    K=0.000

    A4=4.47090e‑04,A6=‑1.15034e‑05,A8=1.76973e‑07

    

    

    组焦距

    f1=‑13.00    f2=11.02    f3=19.02

    图6A～图10C分别表示以上实施例1～5的无限远物点对焦时的像差图。在这些像差图中，图6A、7A、8A、9A、10A表示广角端的球面像差（SA）、像散（AS）、畸变像差（DT）和倍率色差（CC），图6B、7B、8B、9B、10B表示中间焦距状态的球面像差（SA）、像散（AS）、畸变像差（DT）和倍率色差（CC），图6C、7C、8C、9C、10C表示长焦端的球面像差、像散、畸变像差和倍率色差。各图中“ω”表示半视场角。

    接下来，列举各实施例的条件式（1）～（10）的值。这里，畸变（distortion）电校正时的像高是广角端状态下的值。此外，对畸变进行广角端残留‑3%的图像处理。

    另外，关于畸变的校正，在中间焦距状态和长焦端状态下，不改变上述值。因此，省略对重复值的记载。

    

    

    （防反射涂层）

    为了防止产生重影和光斑，通常在透镜的空气接触面上施加防反射涂层。另一方面，在接合透镜的接合面上，粘结材料的折射率比空气的折射率高得多。因此在大多情况下，粘结材料的反射率原本就相当于或低于单层涂层的反射率，从而很少施加涂层。

    但是，如果在接合面上也积极地施加防反射涂层，则能够进一步减轻重影和光斑，得到更加良好的图像。特别在最近，由于高折射率玻璃的普及及其像差校正效果的提高，高折射率玻璃已经广泛应用于照相机光学系统，而在将高折射率玻璃用作接合透镜的情况下，也就不能忽视接合面上的反射。在这种情况下，在接合面上施加防反射涂层效果显著。

    在日本特开平2‑27301号公报、日本特开2001‑324676号公报、日本特开2005‑92115号公报以及美国专利7116482等中公开了接合面涂层的有效使用方法。作为使用的涂层材料，可以根据基础透镜的折射率和粘结材料的折射率，适当选择折射率较高的Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、ＣｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｙ₂Ｏ₃等涂层材料，以及折射率较低的ＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等涂层材料等，并对膜厚进行设定以满足相位条件。

    当然，也可以与对透镜的空气接触面进行的涂覆同样地，将接合面涂层形成为多层涂层。通过适当组合2层或者2层以上的膜数的涂层材料和膜厚，能够进一步降低反射率，并进行反射率的分光特性和角度特性等的控制等。此外，显然基于同样的思想对第1透镜组以外的透镜接合面进行接合面涂覆也是有效的。

    (畸变的信号处理)

    本实施方式的变焦镜头在广角端会在矩形的光电转换面上产生桶形的畸变像差。另一方面，在中间焦距状态附近及长焦端抑制了畸变像差的产生。为了对畸变像差进行电校正，使得有效摄像区域在广角端为桶形形状，在中间焦距状态及长焦端为矩形形状。而且，通过图像处理对预先设定的有效摄像区域进行图像转换，将其转换成降低了畸变的矩形图像信息。使广角端的像高IHw小于中间焦距状态的像高IHs和长焦端的像高IHt。

    （关于倍率色差的信号处理）

    通常，在电子静态照相机中，将被摄体的像分解成第1原色、第2原色、第3原色这3原色的像，通过运算使各输出信号重合，由此再现彩色图像。在变焦镜头存在倍率色差的情况下，当考虑将第1原色的光形成的像作为基准时，由第2原色和第3原色的光形成的像的成像位置偏离第1原色的像的成像位置。

    为了对图像的倍率色差进行电校正，根据变焦镜头的像差信息，针对摄像元件的各像素预先求出第2原色和第3原色的光相对于第1原色的成像位置偏移量。然后，只要对摄影图像的各像素分别进行坐标变换来校正与第1原色之间的偏移量即可。对例如由红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色的输出信号构成的图像进行说明，此时只要针对各像素预先求出R和B相对于G的成像位置偏差，进行摄影图像的坐标转换来消除与G之间的偏差，然后输出R和B的信号即可。

    虽然倍率色差随着变焦、对焦以及光圈值而变化，但只要按照各镜头位置（变焦、对焦、光圈值），将该第2原色和第3原色相对于第1原色的偏移量作为校正数据预先存储在存储保持装置中即可。通过与镜头位置对应地参照该校正数据，能够输出校正了第2原色和第3原色相对于第1原色信号的偏差的第2和第3原色信号。

    （畸变像差的校正）

    在使用本发明的变焦镜头时，以电的方式对像的畸变进行数字校正。下面说明对像的畸变进行数字校正的基本概念。

    例如图11所示，固定以光轴与摄像面的交点为中心、与有效摄像面的长边内切的半径为R的圆周上（像高）的倍率，将该圆周作为校正基准。然后，沿大致放射方向移动其他任意半径r（ω）的圆周上（像高）的各点，使这些点呈同心圆状地移动而形成半径ｒ’（ω），通过这种方式进行校正。

    例如在图11中，使位于半径R的圆内侧的任意半径ｒ₁（ω）的圆周上的点P₁，朝向圆中心移动至所应校正成的半径ｒ₁’（ω）的圆周上的点P₂。此外，使位于半径R的圆外侧的任意半径ｒ₂（ω）的圆周上的点Q₁，朝向离开圆中心的方向移动至所应校正成的半径ｒ₂’（ω）的圆周上的点Q₂。

    这里，ｒ’（ω）可以表示如下。

    ｒ’（ω）＝α·ｆ·ｔａｎω（0≤α≤1）

    其中，ω是被摄体的半视场角，f是成像光学系统（在本发明中为变焦镜头）的焦距。

    这里，若将与上述半径为R的圆（像高）对应的理想像高设为Y，则

    α＝Ｒ／Ｙ＝Ｒ／（ｆ·ｔａｎω）

    在理想情况下，光学系统是相对于光轴旋转对称的，即，畸变像差也是相对于光轴旋转对称地产生的。因此，如上所述，在对光学上产生的畸变像差进行电校正时，如果能够以如下方式进行校正，则对于数据量和运算量来讲是有利的，即：固定再现图像上以光轴和摄像面的交点作为中心、与有效摄像面的长边内切的半径为R的圆的圆周上（像高）的倍率，沿大致放射方向移动其他半径为ｒ（ω）的圆周上（像高）的各点，使这些点呈同心圆状地移动而形成半径ｒ’（ω）。

    但是，光学像在被电子摄像元件拍摄到时（由于采样）不再是连续量。因此，严格地讲，只要电子摄像元件上的像素未呈放射状排列，在光学像上描绘出的上述半径为R的圆就不是正圆。

    即，在按照每个离散坐标点而表示的图像数据的形状校正中，不存在能够固定上述倍率的圆。因此，可以使用分别确定各像素（Xi，Yj）的移动目的地坐标（Xi′，Yj′）的方法。另外，在两点以上的（Xi，Yj）移动至坐标（Xi′，Yj′）的情况下，求取各像素具有的值的平均值。此外，在不存在移动来的点的情况下，可以使用周围几个像素的坐标（Xi′，Yj′）的值进行插值。

    这种方法对于以下情况的校正特别有效，即：在具有变焦镜头的电子摄像装置中，由于光学系统或电子摄像元件的制造误差等导致相对于光轴的畸变显著，从而在上述光学像上描绘出的上述半径为R的圆变得非对称。此外，对于以下情况等的校正也是有效的，即：在摄像元件或各种输出装置中将信号再现成图像时发生了几何畸变等。

    在本发明的电子摄像装置中，为了计算校正量ｒ’（ω）‑ｒ（ω）可以采用以下结构：将ｒ（ω）即半视场角与像高的关系，或者实际像高r与理想像高ｒ’/α的关系存储在内置于电子摄像装置中的存储介质中。

    另外，为了避免畸变校正后的图像在短边方向两端的光量极端不足的情况，只要使上述半径R满足以下条件式即可。

    0≤Ｒ≤0.6Ｌｓ

    其中，Ls是有效摄像面的短边长度。

    优选的是，上述半径R满足以下条件式。

    0.3Ｌｓ≤Ｒ≤0.6Ｌｓ

    进一步讲，半径R与有效摄像面的短边方向的内切圆的半径大致一致最为有利。另外，对于在半径R=0的附近即轴附近固定了倍率的校正而言，虽然从画质方面考虑存在些许不利，但是能够确保在广角化下实现小型化的效果。

    另外，将需要校正的焦距区间分割成几个焦点区域。然后，可以利用与能够在该分割后的焦点区域内的长焦端附近得到大致满足下式的校正结果的情况相同的校正量进行校正。

    ｒ’（ω）＝α·ｆ·ｔａｎω

    但是在该情况下，在分割后的焦点区域内的广角端，残留有一定程度的桶形畸变量。此外，不希望当分割区域数量增加时，在存储介质中保存过多的校正所需的固有数据。因此，预先计算出与分割后的焦点区域内的各焦距相关联的1个或多个系数。该系数可以基于仿真或实机测定来确定。

    然后，可以计算在上述分割后的区域内的长焦端附近得到大致满足

    ｒ’（ω）＝α·ｆ·ｔａｎω

    的校正结果的情况下的校正量，并针对每个焦距，一律将上述系数与该校正量相乘而得到最终的校正量。

    另外，在对无限远物体进行成像而得到的像未发生畸变的情况下，

    ｆ＝ｙ／ｔａｎω

    成立。

    其中，y是像点相对于光轴的高度（像高），f是成像系统（在本发明中为变焦镜头）的焦距，ω是与摄像面上的距离中心y的位置上所成的像点对应的物点方向相对于光轴的角度（被摄体的半视场角）。

    在成像系统中存在桶形畸变像差时，下式成立。

    ｆ＞ｙ／ｔａｎω

    即，当成像系统的焦距f和像高y固定时，ω的值变大。

    （数码相机）

    图12～图14是表示将上述变焦镜头组装到摄影光学系统141中的基于本发明的数码相机的结构的概念图。图12是表示数码相机140的外观的前方立体图，图13是其后方正面图，图14是表示数码相机140的结构的示意性剖视图。其中，在图12和图14中示出了摄影光学系统141的非缩入时的状态。在该例的情况下，数码相机140包括具有摄影用光路142的摄影光学系统141、具有取景用光路144的取景光学系统143、快门按钮145、闪光灯146、液晶显示监视器147、焦距变更按钮161、设定变更开关162等，在摄影光学系统141缩入时，通过盖160的滑动，用该盖160覆盖摄影光学系统141、取景光学系统143和闪光灯146。并且，在打开盖160将数码相机140设定为摄影状态时，摄影光学系统141成为图14的非缩入状态，如果按压配置在数码相机140上部的快门按钮145，则与此联动地通过摄影光学系统141（例如实施例1的变焦镜头）进行拍摄。由摄影光学系统141形成的物体像经由施加了波段限制涂层的低通滤波器F和保护玻璃C而形成在CCD 149的摄像面上。由该CCD149接收的物体像经由处理单元151而作为电子图像显示在照相机背面设置的液晶显示监视器147上。此外，该处理单元151还可以连接记录单元152，存储所拍摄的电子图像。而且，该记录单元152可以与处理单元151分体设置，并可以利用软盘、存储卡、MO等进行电子方式的记录写入。此外，也可以采用配置有银盐胶片的银盐相机，来代替CCD 149。

    此外，在取景用光路144上配置有取景用物镜光学系统153。取景用物镜光学系统153由多个透镜组（图中为3组）和2个棱镜构成，即，由与摄影光学系统141的变焦镜头联动地改变焦距的变焦镜头光学系统构成，由该取景用物镜光学系统153形成的物体像成像在作为正像部件的正像棱镜155的视野框157上。在该正像棱镜155的后方，配置有将形成的正像引导至观察者眼球E的目镜光学系统159。另外，在目镜光学系统159的出射侧配置有盖部件150。

    对于这种结构的数码相机140而言，利用本发明显著减小了摄影光学系统141的缩入时的厚度，使得在高变焦状态下的整个变焦范围内，成像性能都非常稳定，因此能够实现高性能、小型化以及宽视场角。

    （内部电路结构）

    图15是上述数码相机140的主要部分的内部电路的结构框图。其中，在以下说明中，上述处理单元例如由CDS/ADC部124、临时存储器117、图像处理部118等构成，存储单元例如由存储介质部119等构成。

    如图15所示，数码相机140具有：操作部112；与该操作部112连接的控制部113；经由总线114和115与该控制部113的控制信号输出端口连接的摄像驱动电路116、临时存储器117、图像处理部118、存储介质部119、显示部120以及设定信息存储部121。

    上述临时存储器117、图像处理部118、存储介质部119、显示部120以及设定信息存储部121构成为可经由总线122相互进行数据的输入和输出。此外，在摄像驱动电路116上连接有CCD 149和CDS/ADC部124。

    操作部112是具有各种输入按钮和开关，并经由这些输入按钮和开关将从外部（相机使用者）输入的事件信息通知给控制部的电路。

    控制部113例如是由CPU等构成的中央运算处理装置，即，控制部113是这样的电路：内置有未图示的程序存储器，按照该程序存储器中存储的程序，接收相机使用者经由操作部112输入的指示命令，对整个数码相机140进行控制。

    CCD 149接收通过本发明的摄影光学系统141形成的物体像。CCD149是由摄像驱动电路116驱动控制，并将该物体像中各个像素的光亮分别转换成电信号而输出给CDS/ADC部124的摄像元件。

    CDS/ADC部124是这样的电路：对从CCD 149输入的电信号进行放大以及模拟/数字转换，将只进行了该放大和数字转换的映像原始数据（拜尔数据，以下称为原始数据（RAW DATA））输出到临时存储器117。

    临时存储器117例如是由SDRAM等构成的缓存器，是临时存储从CDS/ADC部124输出的上述原始数据的存储装置。图像处理部118是这样的电路：读取存储在临时存储器117中的原始数据或存储在存储介质部119中的原始数据，根据由控制部113指定的画质参数，以电的方式进行包含畸变像差校正在内的各种图像处理。

    存储介质部119可装卸自如地安装例如由闪存等构成的卡式或棒型的存储介质，是将从临时存储器117传送来的原始数据和经图像处理部118图像处理后的图像数据记录保持在这些卡式或棒式闪存内的装置控制电路。

    显示部120具有液晶显示监视器，是在该液晶显示监视器上显示图像和操作菜单等的电路。在设定信息存储部121中设有：ROM部，其预先存储各种画质参数；以及RAM部，其存储根据操作部112的输入操作于从该ROM部读取的画质参数中选择出的画质参数。设定信息存储部121是控制这些存储器的输入输出的电路。

    对于这种结构的数码相机140而言，利用本发明而使摄影光学系统141具有充分的广角范围，形成紧凑的结构，同时使得在高变焦状态下的整个变焦范围内，成像性能都非常稳定，因此能够实现高性能、小型化以及宽视场角。并且，可以在广角侧和长焦侧进行快速的对焦动作。

    如上所述，本发明的变焦镜头有利于在实现小型化、高变焦比以及确保广角端的视场角的同时，确保光学性能。