專利名稱：變焦鏡頭單元、成像設備和便攜式信息終端設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及變焦鏡頭單元、成像設備和便攜式信息終端設備。
背景技術：
近年來，數字相機逐漸流行開來。使用者對數字相機的要求多種多樣。具體來說，使用者總是要求圖像質量高、尺寸小的相機，對于用作拍攝鏡頭的變焦鏡頭單元而言，要求性能高且結構緊湊這兩方面。從變焦鏡頭單元緊湊的觀點來看，需要縮短使用變焦鏡頭時的總長度(從最靠近物側的透鏡表面到像表面的距離)。此外，重要的是縮短每個透鏡組的厚度以限制變焦鏡頭單元塌縮時變焦鏡頭單元的總長度。從高性能變焦鏡頭單元的觀點來看，變焦鏡頭單元至少需要在整個變焦范圍內與10至15百萬像素的成像元件對應的清晰度。此外，許多使用者要求拍攝鏡頭具有廣角能力，并且希望變焦鏡頭廣角端的半場角為38度以上。38度的半場角對應于35mm銀鹽相機(所謂的Leica型)的28mm焦距。此外，優選希望有較大的放大率。對于35mm銀鹽相機來說，認為焦距大約為28-200mm(大約7. I倍)的變焦鏡頭單元可以適應幾乎全部一般拍攝條件。存在許多種用于數字相機的變焦鏡頭單元。作為一種適合高放大率的變焦鏡頭單元，知道存在以下變焦鏡頭單元，該變焦鏡頭單元從物側到像側依次包括具有正焦距的第一透鏡組；具有負焦距的第二透鏡組；具有正焦距的第三透鏡組；和具有正焦距的第四透鏡組，在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔改變。對于這種變焦鏡頭單元，在改變放大率時，可以讓第一透鏡組固定或者沿著向像側凸起的軌跡往復運動。如果試圖保證承擔主要的放大率改變功能的第二透鏡組發生較大位移，則設置在第三透鏡組附近的光圈即使在廣角端也從第一透鏡組離開，在試圖獲得廣角和高放大率時，第一透鏡組的尺寸趨向于增大。利用上述這種變焦鏡頭單元，為了實現廣角且高放大率的緊湊變焦鏡頭單元，優選第一透鏡組移動，以便第一透鏡組在遠攝端時較之在廣角端時更靠近物側，從而改變放大率。因此，與遠攝端相比，通過縮短變焦鏡頭單元廣角端的總長度，可以抑制第一透鏡組的尺寸增大，同時實現充分的廣角。與高放大率和長焦距相關，容易產生色差，并且已經熟知利用反常色散性的透鏡能有效校正色差。JPH08-248317A、JP3391342B、JP2004-333768A 和 JP2008-026837A 提出了一種變焦鏡頭單元，在上述這種變焦鏡頭單元中采用具有反常色散性的透鏡。在JP H08-248317A公開的變焦鏡頭單元中，在廣角端時半場角為25度。在JP3391342B中公開的以具有正/負/正/正屈光力的四透鏡組構成的變焦鏡頭單元示例中，廣角端的半場角約為29到32度。在JP H08-248317A和JP3391342B中公開的變焦鏡頭單元并不充分滿足目前在廣角方面的要求。
在JP2004-333768中公開的變焦鏡頭單元具有廣角，其中廣角端半場角約為37度，但是整個變焦鏡頭單元由許多透鏡組成，多達14個透鏡，使得縮短變焦鏡頭單元塌縮狀態的總體長度以及降低成本出現問題。在JP2008-026837A中公開的變焦鏡頭單元中，以相對簡單的結構實現了廣角和高放大率，但是變焦鏡頭單元遠攝端總長度太長，因此在縮減變焦鏡頭單元尺寸方面仍有改進空間。

發明內容
因此，本發明的目的至少是例如提出一種變焦鏡頭單元，其廣角端的半場角為38度以上，并且放大率為6. 5倍以上，以大約10個透鏡的較少透鏡來實現，該變焦鏡頭單元緊湊并且具有與10百萬至15百萬像素的成像元件對應的清晰度。本發明的另一個目標至少是提出一種成像設備、一種包括上述變焦鏡頭單元的便攜式信息終端設備。根據上述內容，本發明例如提出一種變焦鏡頭單元，從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；和具有正屈光力的第四透鏡組，光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大，第一透鏡組和第三透鏡組移動，以使第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端較之在廣角端更靠近物側，其中第三透鏡組具有由滿足以下方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡(I) I. 52 < nd < I. 62(2)65. 0 < vd < 75. 0(3)0. 015 < Pg, F- (-0. 001802 X vd+0. 6483) < 0. 050其中，nd表示光學玻璃材料的折射率，V d表示光學玻璃材料的Abbe數，而Pg，F表示光學玻璃材料的局部分散比，該局部分散比Pg，F由下式定義Pg，F = (ng-nF) / (nF-nC)其中，ng、nF和nC分別表示光學玻璃材料對于g線、F線和C線的折射率。本發明進一步提出例如一種變焦鏡頭單元，該變焦鏡頭單元從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；和具有正屈光力的第四透鏡組，在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大，第一透鏡組和第三透鏡組移動，以使第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端較之在廣角端更靠近物側，其中光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，并且變焦鏡頭單元的第一透鏡組具有以滿足以下方程的光學玻璃材料制成的正透鏡(21) I. 52 < nd < I. 62
(22)65. 0 < vd < 75. 0(23) 0. 015 < Pg, F- (_0. 001802 X vd+0. 6483) < 0. 050其中，nd表示形成正透鏡的光學玻璃材料的折射率，v d表示形成正透鏡的光學玻璃材料的Abbe數，而Pg，F表示形成正透鏡的光學玻璃材料的局部分散比，局部分散比Pg，F由下式定義Pg, F = (ng-nF) / (nF-nC)其中，ng、nF和nC表示上述形成正透鏡的光學玻璃材料分別對于g線、F線和C線的折射率。本發明進一步提出例如一種成像設備和一種便攜式信息終端設備，它們采用上述變焦鏡頭單元任意一種作為拍攝光學系統。根據本發明，可以提供一種緊湊的變焦鏡頭單元，其廣角端半場角為38度以上，并且放大率為6. 5以上，并且該變焦鏡頭單元具有與10百萬至15百萬像素的成像元件對應的清晰度，這種變焦鏡頭單元以較少的透鏡，大約10個透鏡來實現。此外，可以實現色差校正等功能方面的高性能。因此，可以實現一種高性能的成像設備和便攜式信息終端設備，其中上述變焦鏡頭單元至少一種用作拍攝光學系統。


以下將參照實施方式以及附圖來說明本發明，在附圖中圖I是示出符合本發明示例I的變焦鏡頭單元結構的截面圖；圖2是示出符合本發明示例2的變焦鏡頭單元結構的截面圖；圖3是示出符合本發明示例3的變焦鏡頭單元結構的截面圖；圖4是示出符合本發明示例4的變焦鏡頭單元結構的截面圖；圖5是示出符合本發明示例5的變焦鏡頭單元結構的截面圖；圖6是符合示例I的變焦鏡頭單元短焦端的像差曲線圖；圖7是符合示例I的變焦鏡頭單元在中間焦距位置的像差曲線圖；圖8是符合示例I的變焦鏡頭單元長焦端的像差曲線圖；圖9是符合示例2的變焦鏡頭單元短焦端的像差曲線圖；圖10是符合示例2的變焦鏡頭單元在中間焦距位置的像差曲線圖；圖11是符合示例2的變焦鏡頭單元長焦端的像差曲線圖；圖12是符合示例3的變焦鏡頭單元短焦端的像差曲線圖；圖13是符合示例3的變焦鏡頭單元在中間焦距位置的像差曲線圖；圖14是符合示例3的變焦鏡頭單元長焦端的像差曲線圖；圖15是符合示例4的變焦鏡頭單元短焦端的像差曲線圖；圖16是符合示例4的變焦鏡頭單元在中間焦距位置的像差曲線圖；圖17是符合示例4的變焦鏡頭單元長焦端的像差曲線圖；圖18是符合示例5的變焦鏡頭單元短焦端的像差曲線圖；
圖19是符合示例5的變焦鏡頭單元在中間焦距位置的像差曲線圖；圖20是符合示例5的變焦鏡頭單元長焦端的像差曲線圖21A-21C是作為符合本發明的便攜式信息終端設備的實施方式來解釋相機的拍攝功能部件的視圖；圖22是解釋圖21A-21C所示便攜式信息終端設備的系統的圖形。
具體實施例方式在本發明的實施方式中，例如下面解釋的本發明實施方式I至5中，變焦鏡頭單元從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；和具有正屈光力的第四透鏡組，設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間的光圈；在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大，第一透鏡組和第三透鏡組移動，以便第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端時較之在廣角端時更靠近物側。此外，變焦鏡頭單元的第三透鏡組具有光學玻璃材料制成的正透鏡，所述光學玻璃材料滿足以下方程(I) I. 52 < nd < I. 62(2)65. 0 < vd < 75. 0(3) 0. 015 < Pg, F- (-0. 001802 X vd+0. 6483) < 0. 050其中，nd表不形成正透鏡的光學玻璃材料的折射率；vd表不形成正透鏡的光學玻璃材料的Abbe數；而Pg，F表示形成正透鏡的光學玻璃材料的局部分散比。上述局部分散比Pg、F由下式定義Pg, F = (ng-nF) / (nF_nC)其中，ng、nF和nC表不上述形成正透鏡的光學玻璃材料分別對于g線、F線和C線的折射率。在本發明的另一種實施方式中，變焦鏡頭從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；具有正屈光力的第四透鏡組；和具有正或負屈光力的第五透鏡組，光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小；而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大，第一透鏡組和第三透鏡組移動，以便第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端時較之在廣角端時更靠近物側，此外，第三透鏡組具有以滿足方程(I)至(3)的光學材料制成的正透鏡。對于滿足方程(I)至(3)并形成第三透鏡組的正透鏡的光學玻璃，連同方程(I)至(3)，優選滿足下述方程(4) 30 < FA < 500其中，FA表示后面將會解釋的光學玻璃材料磨損度。此外，優選變焦鏡頭單元滿足以下方程(5) I. 0 < fap/fff < 2. 0其中fap表示由滿足方程⑴至(3)的光學玻璃材料制成的第三透鏡組的正透鏡的焦距，fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。上述變焦鏡頭單元的第三透鏡組可以構造成讓第三透鏡組包括至少兩個正透鏡和一個負透鏡，并且所述至少兩個正透鏡中的一個具有非球面表面。
在這種情況下，具有非球面表面的正透鏡可以由不滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成，或者由滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成。在本發明進一步的實施方式中，變焦鏡頭單元的第三透鏡組具有至少一個負透鏡，并且所述至少一個負透鏡中的凹表面朝向像側曲率更大的一個負透鏡設置得最靠近第三透鏡組的像側。優選變焦鏡頭單元滿足以下方程(6) 0. 6 < I r3R | /fff < I. 3其中，r3R表示負透鏡上像側曲率更大的凹表面的曲率半徑，而fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。優選變焦鏡頭單元滿足以下方程(7) 0. 20 < Xl/fT < 0. 45其中，Xl表示從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組的總位移，而fT表示整個變焦鏡頭單元系統在遠攝端的焦距。優選，變焦鏡頭單元滿足以下方程(8) 0. 15 < X3/fT < 0. 40其中，X3表示從廣角端向遠攝端改變放大率時，第三透鏡組的總位移，而fT表示整個變焦鏡頭單元系統在遠攝端的焦距。優選，變焦鏡頭單元滿足以下方程(9) 0. 50 < I f2 | /f3 < 0. 85(10)5. 0 < fl/fff < 8. 0其中，fl表示第一透鏡組的焦距，f2表示第二透鏡組的焦距，f3表示第三透鏡組的焦距，而fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。在本發明進一步實施方式中，變焦鏡頭單元從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；光圈；具有正屈光力的第三透鏡組；和具有正屈光力的第四透鏡組，且在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大，第一透鏡組和第三透鏡組移動，以使第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端較之在廣角端更靠近物側。此外，第三透鏡組具有由滿足以下方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡(I) I. 52 < nd < I. 62(2)65. 0 < vd < 75. 0(3) 0. 015 < Pg, F- (-0. 001802 X vd+0. 6483) < 0. 050其中，nd表示光學玻璃材料的折射率，vd表示光學玻璃材料的Abbe數，而Pg，F表不光學玻璃材料的局部分散比。局部分散比Pg，F由下式定義Pg, F = (ng-nF) / (nF_nC)其中，ng、nF和nC分別表示光學玻璃材料對于g線、F線和C線的折射率。因此，這種變焦鏡頭單元是可行的，其中至少一個額外透鏡組可以布置在變焦鏡頭單元的第四透鏡組的像側，所述變焦鏡頭單元具有上述變焦鏡頭單元的四透鏡組結構作為最少必要透鏡組結構。符合本發明的成像設備包括上述任一變焦鏡頭單元作為成像光學系統，所述成像設備可以構造成銀鹽相機，并且優選所述成像設備構造成數字相機。本發明的便攜信息終端設備包括上述任一變焦鏡頭單元作為相機功能部件的成像光學設備。此外，上述成像設備可以用作所述相機功能部件。在包括具有正/負/正/正屈光力的四透鏡組的變焦鏡頭單元中，一般第二透鏡組構造為所謂的變換器，承擔主要的放大率改變功能。但是，在本發明中，第三透鏡組配置成分擔放大率改變功能，因此通過減輕第二 透鏡組的負擔，可以保證靈活校正像差，在廣角高放大率的情況下，相差校正很困難。在從廣角端向遠攝端改變放大率時，通過向物側大距離移動第一透鏡組，在廣角端通過第一透鏡組的光線高度降低，因此可以減小與廣角相關的第一透鏡組尺寸加大，而在遠攝端時，保證了第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔較大，這對于長焦來說具有優勢。就是說，在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，而第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，并且通過第二透鏡組的像放大率(絕對值)和通過第三透鏡組的像放大率(絕對值)增大，所以放大率改變功能被互相分擔。對于符合本發明并實現了較高放大率的變焦鏡頭單元來說，在特別期望遠攝端的較長焦距時，對“遠攝端軸向色差二次光譜”的校正變得困難。此外，在廣角端較短的焦距以及實現廣角是理想的時，對“廣角端放大率的色差二次光譜”的校正變得困難。在符合本發明的變焦鏡頭單元中，反常色散材料(反常色散較高的材料)用來校正遠攝端的軸向色差和廣角端放大率色差以及它們的二次光譜。反常色散材料的施加位置及其光學屬性非常重要。一般來說，為了減少軸向色散的二次光譜，如果專用低色散玻璃用于軸線上光線高度較高的透鏡組，則效果顯著。第三透鏡組的軸線上光線高度在透鏡組中僅小于第一透鏡組，因此，在第三透鏡組上采用專用低色散玻璃，可以充分減少軸向色差的二次光譜。但是，通常專用低色散玻璃的折射率較低，因此單色差校正能力容易下降。因此，在形成透鏡較少的第三透鏡組并以平衡方式努力降低單色差和色差時，使用低色散玻璃并不能總是實現充分的效果。在本發明中，第三透鏡組中至少一個正透鏡由折射率、Abbe數和反常色散性落入滿足方程(I)至(3)的范圍的光學玻璃材料制成，并且即使第三透鏡組中的透鏡較少，只有3個,也可以減少色差的二次光譜,并且充分校正單色差。如果上述光學玻璃材料的折射率nd為I. 52以下，則單色差校正不充分。如果Abbe數vd為65.0以下，則色差校正不充分。如果方程(3)的參數為0.015以下，則色差二次光譜校正不充分。參數超過方程(I)至(3)上限的光學玻璃材料不存在，或者即使這種光學玻璃材料存在，也非常特殊且昂貴，使用這種光學玻璃材料作為透鏡材料不切合實際。
下面解釋關于磨損度FA的方程(4)，優選滿足方程(I)至(3)并用來形成第三透鏡組的正透鏡的光學玻璃材料滿足方程(4)。磨損度FA通過以下方程計算FA = {(m/d) / (m0/d0)} xlOO,
其中，m表示具有9cm2測量區域的樣本保持在距離以60rpm在水平面上旋轉的鑄鐵平板中心80mm的固定位置，并且施加研磨流體持續5分鐘，研磨同時施加9. 807N的載荷時的磨損，在所述研磨流體中20ml的水均勻添加到IOg平均尺寸為20 ii m的氧化鋁磨粒中，m0表示由日本光學玻璃制造業協會規定的標準標本(BSC7)在如上所述的相同條件下研磨時的磨損，d表示樣本密度,而dO表示標準標本密度。隨著磨損、m增大，或密度d減小，磨損度增大。一般來說，色散和反常色散相對較低的大多數光學材料具有較大的磨損度。尤其是對于磨損度超過500的光學玻璃材料來說，這些問題導致難于在“透鏡加工過程中諸如研磨、對中及清洗”中實現較高的精度，并且容易損壞，而且這是質量下降的一個因素，而且因產出率較低而使成本升高。以滿足方程(I)至(3)并且磨損度小于500的光學玻璃材料形成第三透鏡組的正透鏡對于保持變焦鏡頭單元質量高且成本低來說，非常重要。如果這種光學玻璃材料的磨損度小于30，則需要較長時間來研磨這種光學玻璃材料，原因是這種光學玻璃材料難于消磨，因此透鏡制造效率下降，并且這也是成本升高的一個因素。以滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制造的第三透鏡組的至少一個正透鏡優選滿足方程(5)，下面解釋方程(5)。如果方程(5)的參數fap/fW大于2.0，則使用反常色散材料制成的透鏡的屈光力將不足以充分減少二次光譜，可能導致色差校正不充分。與此對照，如果參數fap/fW小于I. 0，則難于實現色差校正和球面像差校正之間的平衡。此外，由于正透鏡每個表面的曲率增大所以在加工精度方面不具有優勢。優選在靠近光圈的地方使用非球面表面來矯正球面像差。與此對照，通過保持以反常色散材料制成的透鏡一定程度遠離光圈，不僅可以減少軸向色差的二次光譜而且可以減少放大率色差的二次光譜。根據這一觀點，在第三透鏡組包括至少兩個正透鏡和一個負透鏡的情況下，一種合理的結構是讓使用不滿足方程(I)至(3)的非球面透鏡作為所述至少兩個正透鏡中布置得離光圈較近的一個，而使用以反常色散材料制成的透鏡用作所述至少兩個正透鏡中布置得離光圈較遠的另一個正透鏡。如上所述，第三透鏡組是與第二透鏡組分擔放大率改變功能的重要透鏡組，并且扮演成像、充分校正像差的角色，通過采用上述結構，使得這樣的第三透鏡組成為可能。此外，如果至少在廣角端時，設置在第三透鏡組的物側的光圈一定程度地遠離第三透鏡，即使最靠近光圈的正透鏡以反常色散材料制成，也可以實現不僅減少軸向色差二次光譜而且減少放大率色差二次光譜的效果。
此外，色散和反常色散較低的大多數光學玻璃材料具有相對較低的轉變點Tg，并且可以低溫模制，因此它們適合以玻璃模制技術來制造非球面透鏡。因此，這也是一種用于第三透鏡組的合理結構，以滿足方程⑴至(3)的反常色散材料制成的非球面透鏡作為第三透鏡組的兩個正透鏡中布置得離光圈較近的一個正透鏡。第三透鏡組是如上所述扮演放大率改變功能和成像功能的重要透鏡組，并且采用這種結構，充分的像差校正成為可能。此外，即使在以玻璃模制技術生產以反常色散材料制成的透鏡的情況下，在大多 數情況下仍需要“諸如研磨的冷處理”來形成預制件，該預制件是成形加工之前的基體材料，并且材料的磨損度仍然非常重要，和前述一樣。方程(6)是實現更優良的像差校正的條件。如果方程(6)的參數I r3R I/fW小于0.6，則球面像差容易校正過度，如果|r3R|/fW大于I. 3，則球面像差容易校正不足。如果方程(6)的參數超出上述范圍，則難于實現慧形相差以及球面像差的平衡，并且容易在離軸周邊區域產生外傾或內曲慧形像差。如果方程(7)的參數Xl/fT小于0. 20，則伴隨放大率改變的第一透鏡組位移太小，并且第二透鏡組對于放大率改變的作用減弱，而且用來改變放大率的第三透鏡組的負擔加重，或者第一透鏡組和第二透鏡組的屈光力必須加強，使得在任一情況下，各種像差加重。此外，整個變焦鏡頭在廣角端的總長度加長，并且通過第一透鏡組的光線高度增大，使得第一透鏡組加大。另一方面，如果參數Xl/fT大于0. 45，則伴隨放大率改變的第一透鏡組位移太大，則廣角端的總長度變得太短，或者遠攝端的總長度變得太長。如果廣角端的總長度太短，則第三透鏡組的移動空間將受限，并且第三透鏡組對于放大率改變的作用減弱。因此，難于校正全部像差。如果整個變焦鏡頭單元遠攝端總長度太長，則不僅妨礙了總長度方向上的尺寸縮減，而且徑向尺寸需要增大以保證遠攝端的周邊光線量，并且成像性能也容易因制造誤差諸如鏡筒下垂而變差。更為優選方程(7)的參數Xl/fT滿足以下方程(7A) 0. 25 < Xl/fT < 0. 40。如果方程(8)的的參數X3/fT小于0. 15，則伴隨放大率改變的第三透鏡組位移將變小，第三透鏡組對于改變放大率的作用將減弱，并且第二透鏡組的負擔加重，必須加強第三透鏡組本身的屈光力，使得在任一種情況下，各種像差加重。另一方面，如果參數X3/fT大于0. 40，則整個變焦鏡頭單元廣角端總長度加長，而通過第三透鏡組的光線高度增大，使得第三透鏡組的尺寸增加。更優選方程(8)的參數X3/fT滿足以下方程(8A) 0. 20 < X3/fT <0.35。如果方程(9)的參數|f2|/f3小于0. 50，則第二透鏡組的屈光力變得太強，如果參數I f2 I/f3大于0.85，則第三透鏡組的屈光力變得太強。因此，離開方程(9)的范圍，則改變放大率時，容易發生像差波動加劇。如果方程(10)的參數fl/fW小于5. 0，則對較高的放大率具有優勢，因為第二透鏡組的成像放大率接近相同放大率，并且改變放大率的效率提高。但是，要求第一透鏡組中的每個透鏡具有較大的屈光力，并且容易產生負面影響諸如特別是遠攝端色差加重。此外，第一透鏡組中的每個透鏡厚度和直徑增大，并且不利于降低塌縮狀態下的尺寸。如果方程(10)的參數fl/fW大于8. 0，則第二透鏡組對于改變放大率的作用減弱，并且難于實現較高的放大率。在符合本發明的變焦鏡頭單元中，光圈設置在第二和第三透鏡組之間，并且可以獨立于相鄰的透鏡組進行移動。 利用這種結構，可以在6. 5倍以上的較大放大率變化范圍內的任意位置選擇最合適的光路。因此，校正像差諸如特別是慧形像差和場曲(field curvature)的靈活性提高，并且離軸性能得到改善。優選光圈和第三透鏡組之間在廣角端的間隔大于在遠攝端的間隔。通過讓利用滿足方程(I)至(3)的反常色散材料制成的第三透鏡組在廣角端時遠離光圈，而在遠攝端時接近光圈，反常色散性有效地用來“校正廣角端放大率色差的二次光譜”，并且用來有效地“校正遠攝端軸向色差的二次光譜”。因此，可以在整個放大率范圍內，更好地校正色差，此外可以讓光圈在廣角端時更接近第一透鏡組并且讓通過第一透鏡組的光線高度降低，因此可以進一步縮減第一透鏡組的尺寸。因此，在光圈和第三透鏡組之間在廣角端的間隔設置地比在遠攝端的間隔更寬時，優選滿足以下方程(11)0. 05 < dsw/fT < 0. 20。其中，dsw表示在廣角端時光圈和第三透鏡組中最靠近物側的表面之間軸向距離，而fT表示整個變焦鏡頭單元系統遠攝端焦距。如果方程(11)的參數dsw/fT小于0. 50，則在廣角端時通過第三透鏡組的光線高度降低，使得難于有效減少廣角端放大率色差二次光譜。此外，在廣角端時通過第一透鏡組的光線高度變得太大，使得第一透鏡組變大。如果參數dsw/fT大于0. 20，則在廣角端時通過第三透鏡組的光線高度變得太大。從而，像平面超出規定規格(falls to the over side),并且鏡筒形狀扭曲增大。特別是，難于在較寬的場角下保證性能。優選第一透鏡組從物側起包括至少一個負透鏡和至少一個正透鏡。特別是，優選第一透鏡組包括從物側起依次布置的雙透鏡結構一個凸表面指向物側的負彎月形透鏡和一個指向物側的凸表面凸起更高的正透鏡；或者從物側起依次布置的三透鏡結構一個凸表面指向物側的負彎月形透鏡、一個指向物側的凸表面凸起更高的正透鏡和指向物側的凸表面凸起更高的正透鏡。為了實現較高的放大率，特別是讓遠攝端的焦距更長，需要增大遠攝端時“第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組的結合放大率”，并且第一透鏡組中產生的像差在像平面上相應增大。因此，需要將“第一透鏡組的像差量”減小得足夠小，以實現較高的放大率，因此優選將第一透鏡組形成上述結構。優選第二透鏡組包括從物側起依次布置的三透鏡結構一個指向像側的表面曲率更大的負透鏡、一個 指向像側的表面曲率更大的正透鏡和一個指向物側的表面曲率更大的負透鏡。已經熟知具有三透鏡結構的負屈光力放大透鏡組從物側起依次包括負透鏡、負透鏡和正透鏡。與這種熟知的結構相比，第二透鏡組的上述結構在“有關廣角的放大率色差校正能力”方面更為優秀。從物側起的第二和第三透鏡可以適當接合。優選第二透鏡組的每個透鏡滿足以下方程(12) I. 75 < N21 < 2. 10，25 < V21 < 55(13) I. 75 < N22 < 2. 10，15 < V22 < 35(14) I. 75 < N23 < 2. 10，25 < V23 < 55其中N2i，v2i (i = lto3)分別表示第二透鏡組中從物側起第i個透鏡的折射率和Abbe 數。通過選擇一種滿足上述方程的玻璃，可以實現色差校正優秀且單色差被抑制地足夠小的效果。優選第三透鏡組包括從物側起依次布置的三個透鏡正透鏡、正透鏡和負透鏡，并且從物側起的第二和第三透鏡可以適當接合。本發明的變焦鏡頭單元中的第四透鏡組主要具有“保證出射光瞳距離(遠心屬性)”和“移動第四透鏡組聚焦”的功能。對于縮減變焦鏡頭尺寸而言，讓第四透鏡組具有盡可能簡單的結構比較好，并且優選第四透鏡組由一個正透鏡構成。為了進一步縮減尺寸同時保持良好的像差校正，需要采用非球面表面，并且在本發明中，優選讓至少第二透鏡組和第三透鏡組分別具有一個以上的非球面表面。尤其是在第二透鏡組中，如果最靠近物側和最靠近像側的表面兩者都是非球面表面，則可以實現對畸變像差、像散性等隨著廣角加重的像差的高效校正。作為具有模制光學玻璃材料和模制光學塑料材料(玻璃模制非球面表面和塑料模制非球面透鏡)的非球面透鏡，可以使用這樣的玻璃透鏡，該玻璃透鏡具有其上模制薄樹脂層的透鏡表面并且該透鏡表面形成非球面表面(稱為混合非球面表面、仿形非球面表面等)，也可以使用其他玻璃透鏡。為了簡化機構，比較好的是讓光圈的開口直徑保持恒定而與放大率改變無關。但是，可以通過相對于短焦端而增大長焦端的開口直徑來減少與改變放大率相關的F數變化。此外，如果需要減少到達像平面的光通量，則可以減小光圈的直徑。但是，優選插A ND濾鏡等而不明顯改變光圈的直徑，從而減少光通量，因為可以防止因折射現象導致的
清晰度變差。此外，本發明的變焦鏡頭單元并不限于四透鏡組結構。至少一個透鏡組，例如具有正屈光力或負屈光力的第五透鏡組可以布置在第四透鏡組的像側，從而增加變焦鏡頭單元校正像差和保證性能的自由度。此外，還有空間在像側布置第六透鏡組。在本發明的進一步實施方式中，例如在以下解釋的本發明實施方式2至5中，變焦鏡頭單元從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；和具有正屈光力的第四透鏡組，在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大，第一透鏡組和第三透鏡組移動，以使第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端較之在廣角端更靠近物側。此外，光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，并且變焦鏡頭單元的第一透鏡組具有以滿足以下方程的光學玻璃材料制成的正透鏡(21) I. 52 < nd < I. 62(22)65. 0 < vd < 75. 0(23)0. 015 < Pg, F-(-0. 001802 X vd+0. 6483) < 0. 050其中，nd表示形成正透鏡的光學玻璃材料的折射率，vd表示形成正透鏡的光學玻璃材料的Abbe數，而Pg，F表示形成正透鏡的光學玻璃材料的局部分散比。 上述局部分散比Pg，F由下式定義Pg, F = (ng-nF) / (nF_nC)其中，ng、nF和nC表不上述形成正透鏡的光學玻璃材料分別對于g線、F線和C線的折射率。如果較高的放大率特別是遠攝端的較長焦距是理想的，則難于校正遠攝端的軸向色差二次光譜。此外，在期望廣角端的較短焦距以及實現廣角時，難于校正廣角端放大率色差的二次光譜。在以下解釋的本發明實施方式2至5中，反常色散材料(具有較高反常色散性的材料)用來校正這些色差。反常色散材料的光學屬性非常重要。一般來說，為了減少軸向色散的二次光譜，如果專用低色散玻璃用于軸線上光線高度較高的透鏡組，則效果顯著。特別是，至少在遠攝端時，第一透鏡組軸線上的光線高度最大，因此，通過在第一透鏡組中采用專用低色散玻璃，可以充分減少軸向色差的二次光譜。但是，通常專用低色散玻璃的折射率較低，因此單色差校正能力容易下降。因此，在形成透鏡較少的第一透鏡組并以平衡方式努力降低單色差和色差時，使用專用低色散玻璃并不能總是實現充分的效果。在以下解釋的本發明的實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，第一透鏡組中至少一個正透鏡由折射率、Abbe數和反常色散性落入滿足方程(21)至(23)的范圍的光學玻璃材料制成。因此，即使第一透鏡組中的透鏡較少，只有3個或更少，也可以減少色差的二次光譜，并且充分校正單色差。如果上述光學玻璃材料的折射率nd為1.52以下，則單色差校正不充分。如果Abbe數vd為65. 0以下，則色差校正不充分。如果方程(23)的參數Pg，F-(-0. 001802X vd+0. 6483)為0. 015以下，則色差二次光譜校正不充分。參數超過方程(21)至(23)上限的光學玻璃材料不存在，或者即使這種光學玻璃材料存在，也非常特殊且昂貴，使用這種光學玻璃材料作為透鏡材料不切合實際。在以下解釋的本發明實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，優選滿足方程(21)至(23)并用來形成第一透鏡組的正透鏡的光學玻璃材料滿足有關磨損度FA的方程(4)(24) 30 < FA < 500一般來說，色散和反常色散相對較低的大多數光學材料具有較大的磨損度。尤其是對于磨損度超過500的光學玻璃材料來說，這些問題導致難于在“透鏡加工過程中諸如研磨、對中及清洗”中實現較高的精度，并且容易損壞，而且這是質量下降的一個因素，而且因產出率較低而使成本升高。以滿足方程(21)至(23)并且磨損度小于500的光學玻璃材料形成第一透鏡組的正透鏡對于保持變焦鏡頭單元質量高而成本低來說，非常重要。如果磨損度低于30，則需要長時間來研磨光學玻璃材料，這是增加成本的一個因素，并且是不期望的。此 外，磨損度通過下述方程計算(24，)FA = {(m/d)/(m0/d0)} xlOO，其中，m表示具有9cm2測量區域的樣本保持在距離以60rpm在水平面上旋轉的鑄鐵平板中心80mm的固定位置，并且施加研磨流體持續5分鐘，進行研磨同時施加9. 807N的載荷時的磨損，在所述研磨流體中20ml的水均勻添加到IOg平均尺寸為20 ii m的氧化鋁磨粒中，m0表示由日本光學玻璃制造業協會規定的標準標本(BSC7)在如上所述的相同條件下研磨時的磨損，d表示樣本密度，而d0表示標準標本密度。此外，在以下解釋的實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，優選以滿足方程
(21)至(23)的光學玻璃材料制成的第一透鏡組的至少一個正透鏡具有滿足以下方程的屈光力(25) 5. 0 < fap/fff < 15. 0其中fap表示由滿足方程(21)至(23)的光學玻璃材料制成的第一透鏡組的正透鏡的焦距，fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。如果方程(25)的參數fap/fW大于15. 0，則采用反常色散材料的透鏡屈光力不足以充分減少二次光譜，可能導致色差校正不充分。相反，如果參數fap/fW小于5. 0，則難于實現色差校正和球面像差校正之間的平衡。此外，由于正透鏡每個表面的曲率增大所以在加工精度方面不具有優勢。在以下解釋的實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，可能第一透鏡組的至少其中一個正透鏡具有非球面表面，用來增加像差校正自由度。優選具有非球面表面的正透鏡滿足方程(21)至(23)。對于滿足方程(21)至(23)且具有反常色散性的玻璃材料而言，已經研發出適合以玻璃模制技術模制非球面表面的一種光學玻璃材料，并且可以實現性能恒定且成本低廉的非球面表面。在這種情況下，優選第一透鏡組具有兩個正透鏡。由于其中一個正透鏡可以是球面透鏡，所以折射率和Abbe數的選擇范圍寬泛，并且可以由兩個透鏡分擔正光焦度而實現像差校正優化。特別是，通過選擇具有更高折射率的一個正透鏡，可以實現色差校正和單色差校正的平衡。此外，即使在以玻璃模制技術生產以反常色散材料制成的透鏡的情況下，在大多數情況下仍需要諸如研磨的冷處理來形成預制件，該預制件是成形加工之前的基體材料，并且材料的磨損度仍然非常重要，和前述一樣。為了實現良好的像差校正，例如在實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，則指向像側的凹表面凹陷更深的負透鏡設置成最靠近第三透鏡組的像側，此外，優選滿足以下方程(26) 0. 6 < I r3R | /fff <1.3其中，r3R表示第三透鏡組最靠近像側的表面的曲率半徑。如果方程(26)的參數I r3R I/fW小于0.6，則球面像差容易校正過度，如果|r3R|/fW大于I. 3，則球面像差容易校正不足。如果方程(26)的參數超出上述范圍，則難于實現慧形相差以及球面像差的平衡，并且容易在離軸周邊區域產生外傾或內曲慧形像差。此外，對于廣角和長焦距而言非常重 要的第一透鏡組位移，通過滿足以下方程可以實現充分的像差校正(27) 0. 20 < Xl/fT < 0. 45其中，Xl表示從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組的總位移，而fT表示整個變焦鏡頭單元系統在遠攝端的焦距。如果方程(27)的參數Xl/fT小于0. 20，則第二透鏡組對于放大率改變的作用減弱，而且用來改變放大率的第三透鏡組的負擔加重，或者第一透鏡組和第二透鏡組的屈光力必須加強，使得在任一情況下，各種像差加重。此外，整個變焦鏡頭在廣角端的總長度加長，并且通過第一透鏡組的光線高度增大，使得第一透鏡組尺寸加大。另一方面，如果參數Xl/fT大于0. 45，則廣角端的總長度變得太短，或者遠攝端的總長度變得太長。如果廣角端的總長度太短，則第三透鏡組的移動空間將受限，并且第三透鏡組對于放大率改變的作用減弱。因此，難于校正全部像差。如果整個變焦鏡頭單元遠攝端總長度太長，則不僅妨礙了總長度方向上的尺寸縮減，而且徑向尺寸需要增大以保證遠攝端的周邊光線量，并且成像性能也容易因制造誤差諸如鏡筒下垂而變差。更優選滿足以下方程 (27A) 0. 25 < Xl/fT < 0. 40。對于與第二透鏡組分擔放大率改變功能的第三透鏡組的位移而言，優選滿足以下方程(28) 0. 15 < X3/fT < 0. 40其中，X3表示從廣角端向遠攝端改變放大率時，第三透鏡組的總位移。如果方程(28)的的參數X3/fT小于0. 15，則第三透鏡組對于改變放大率的作用將減弱，并且第二透鏡組的負擔加重，必須加強第三透鏡組本身的屈光力，使得在任一種情況下，各種像差加重。另一方面，如果參數X3/fT大于0. 40，則整個變焦鏡頭單元廣角端總長度加長，而通過第一透鏡組光線高度增大，使得第一透鏡組的尺寸變大。更優選滿足以下方程(28A) 0. 20 < X3/fT < 0. 35。此外，對于每個透鏡組的屈光力而言，優選滿足以下方程(29) 0. 50 < | f2 | /f3 < 0. 85(30) 5. 0 < fl/fff < 8. 0其中，fl表示第一透鏡組的焦距，f2表示第二透鏡組的焦距，f3表示第三透鏡組的焦距，而fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。如果方程(29)的參數I f2 I /f3小于0. 50，則第二透鏡組的屈光力變得太強，如果參數I f2 I /f3大于0. 85，則第三透鏡組的屈光力變得太強，因此改變放大率時，在任一種情況下容易發生像差波動加劇。如果方程(30)的參數fl/fW小于5. 0，則對較高的放大率具有優勢，因為第二透鏡組的成像放大率接近相同放大率，并且改變放大率的效率提高。但是，要求第一透鏡組中的每個透鏡具有較大的屈光力，并且容易產生負面影響諸如特別是遠攝端色差加重。此外，第一透鏡組中的每個透鏡厚度和直徑增大，并且不利于減少塌縮狀態下的尺寸。如果方程
(30)的參數fl/fW大于8. 0，則第二透鏡組對于改變放大率的作用減弱，并且難于實現較高的放大率。在以下解釋的本發明實施方式2至5的變焦鏡頭單元中，光圈設置在第二和第三透鏡組之間，并且可以獨立于相鄰的透鏡組進行移動。利用這種結構，可以在6. 5倍以上的較大放大率變化范圍內的任意位置選擇最合適的光路。因此，校正像差諸如特別是慧形像 差和場曲的靈活性提高，并且離軸性能得到改善。優選光圈和第三透鏡組之間在廣角端的間隔大于在遠攝端的間隔。通過讓以反常色散材料制成的第三透鏡組在廣角端時遠離光圈，而在遠攝端時接近光圈，反常色散性有效地用來校正廣角端放大率色差的二次光譜，并且用來有效地校正遠攝端軸向色差的二次光譜。因此，可以在整個放大率范圍內，更好地校正色差，此外可以讓光圈在廣角端時更接近第一透鏡組并且讓通過第一透鏡組的光線高度降低，因此可以進一步縮減第一透鏡組的尺寸。因此，在光圈和第三透鏡組之間在廣角端的間隔設置成比在遠攝端的間隔更寬時，對于所述間隔，優選滿足以下方程(31) 0. 05 < dsw/fT < 0. 20,其中，dsw表示在廣角端時光圈和第三透鏡組最靠近物側的表面之間軸向距離。如果方程(31)的參數dsw/fT小于0. 50,則在廣角端時通過第三透鏡組的光線高度降低，使得難于有效減少廣角端放大率色差二次光譜。此外，在廣角端時通過第一透鏡組的光線高度變得太大，使得第一透鏡組尺寸變大。如果參數dsw/fT大于0. 20,則在廣角端時通過第三透鏡組的光線高度變大。從而，像平面落到超過規定規格，并且鏡筒形狀扭曲增大。特別是，難于在較寬的場角下保證性能。在以下解釋的本發明實施方式2至5的每個變焦鏡頭單元中，優選第一透鏡組從物側起包括至少一個負透鏡和至少一個正透鏡。特別是，優選第一透鏡組包括從物側起依次布置的雙透鏡結構一個凸表面指向物側的負彎月形透鏡和一個指向物側的凸表面凸起更高的正透鏡；或者從物側起依次布置的三透鏡結構一個凸表面指向物側的負彎月形透鏡、一個指向物側的凸表面凸起更高的正透鏡和一個指向物側的凸表面凸起更高的正透鏡。為了實現較高的放大率，特別是讓遠攝端的焦距更長，需要增大遠攝端時第二透鏡組、第三透鏡組和第四透鏡組的結合放大率，并且第一透鏡組中產生的像差在像平面上相應增大。因此，需要將第一透鏡組的像差量抑制地足夠小，以實現較高的放大率，因此優選將第一透鏡組形成上述結構。優選第二透鏡組包括從物側起依次布置的三透鏡結構一個指向像側的表面曲率更大的負透鏡、一個指向像側的表面曲率更大的正透鏡和一個指向物側的表面曲率更大的負透鏡。已經熟知具有三透鏡結構的負屈光力放大透鏡組從物側起依次包括負透鏡、負透鏡和正透鏡。與這種熟知的結構相比，上述結構在有關廣角的放大率色差校正能力方面更為優秀。這里，從物側起的第二和第三透鏡可以適當接合。優選第二透鏡組的每個透鏡滿足以下方程(32) I. 75 < N21 < 2. 10,25 < V21 < 55(33) I. 75 < N22 < 2. 10，15 < V22 < 35(34) I. 75 < N23 < 2. 10,25 < V23 < 55其中N2i，v2i (i = Ito 3)分別表示第二透鏡組中從物側起第i個透鏡的折射率和Abbe 數。通過選擇一種滿足上述方程的玻璃，可以實現色差校正優秀且單色差被減小足夠小的效果。優選第三透鏡組包括從物側起依次布置的三個透鏡正透鏡、正透鏡和負透鏡，并且從物側起的第二和第三透鏡可以適當接合。本發明的變焦鏡頭單元中的第四透鏡組主要用于保證出射光瞳距離(遠心屬性)和通過移動第四透鏡組進行聚焦。對于縮減變焦鏡頭尺寸而言，讓第四透鏡組具有盡可能簡單的結構比較好，并且優選第四透鏡組由一個正透鏡構成。此外，本發明實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元并不限于四透鏡組結構。至少一個透鏡組，例如第五透鏡組可以布置在第四透鏡組的像側，如果需要在改變放大率時增加變焦鏡頭單元保證性能諸如抑制各種像差的自由度的話。為了進一步縮減尺寸同時保持良好的像差校正，需要采用非球面表面，并且在本發明中，優選讓至少第二透鏡組和第三透鏡組分別具有一個以上的非球面表面。尤其是在第二透鏡組中，如果最靠近物側和最靠近像側的表面兩者都是非球面表面，則可以實現對畸變像差、像散性等隨著廣角加重的像差的高效校正。作為具有模制光學玻璃材料和模制光學塑料材料(玻璃模制非球面表面和塑料模制非球面透鏡)的非球面透鏡，可以使用這樣的玻璃透鏡，該玻璃透鏡具有其上模制薄樹脂層的透鏡表面并且該透鏡表面形成非球面表面(稱為混合非球面表面、仿形非球面表面等)，也可以使用其他玻璃透鏡。為了簡化機構，比較好的是讓光圈的開口直徑保持恒定且與放大率改變無關。但是，可以通過相對于短焦端而增大長焦端的開口直徑來減少與改變放大率相關的F數變化。此外，如果需要減少到達像平面的光量，則可以減小光圈的直徑。但是，優選插入ND濾鏡等而不明顯改變光圈的直徑，從而減少光通量，因為可以防止因折射現象導致的清晰度變差。此外，在以下解釋的本發明實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，可以讓第三透鏡組具有以滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡，或者第一透鏡組具有以 滿足方程(21)至(23)的光學玻璃材料制成的正透鏡，或者同時讓第三透鏡具有以滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡且第一透鏡組具有以滿足方程(21)至(23)的光學玻璃材料制成的正透鏡。圖I示出了本發明變焦鏡頭第一實施方式。該實施方式涉及以下解釋的示例I。
圖2示出了本發明變焦鏡頭第二實施方式。該實施方式涉及以下解釋的示例2。圖3示出了本發明變焦鏡頭第三實施方式。該實施方式涉及以下解釋的示例3。圖4示出了本發明變焦鏡頭第四實施方式。該實施方式涉及以下解釋的示例4。圖5示出了本發明變焦鏡頭第五實施方式。該實施方式涉及以下解釋的示例5。圖I至4所示每個變焦鏡頭單元從物側(每幅 圖的左側)到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組(I);具有負屈光力的第二透鏡組(II);具有正屈光力的第三透鏡組(III);和具有正屈光力的第四透鏡組(IV)，光圈(S)設置在第二透鏡組(II)和第三透鏡組(III)之間。即，實施方式I至4中每個變焦鏡頭單元的屈光力分布為正、負、正和正。圖5所示變焦鏡頭單元從物側(圖5的左側)到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組(I);具有負屈光力的第二透鏡組(II);具有正屈光力的第三透鏡組(III);具有正屈光力的第四透鏡組(IV)和具有正屈光力的第五透鏡組(V)，光圈(S)設置在第二透鏡組(II)和第三透鏡組(III)之間。即，實施方式I至4中每個變焦鏡頭單元的屈光力分布為正、負、正、正和正。在從廣角端(圖I至5中的上圖)向遠攝端(圖I至5中的下圖)改變放大率時，第一透鏡組(I)和第二透鏡組(II)之間的間隔增大，第二透鏡組(II)和第三透鏡組(III)之間的間隔減小；而第三透鏡組(III)和第四透鏡組(IV)之間的間隔增大，并且第一透鏡組(I)和第三透鏡組(III)移動，以便在遠攝端時較之在廣角端時更靠近物側，圖5所示變焦鏡頭的第五透鏡組(V)由一個凸表面指向物側的正彎月形透鏡構成，并且在改變放大率時不移動。S卩，在圖5所示實施方式5中，第五透鏡組(V)是固定透鏡組。在圖I至5所示每個實施方式中，可以讓第三透鏡組(III)具有兩個正透鏡(位于物側的兩個雙凸透鏡)和一個負透鏡(最靠近像側的透鏡)。設置成最靠近像側的負透鏡與位于其物側的一個雙凸透鏡接合，而設置成最靠近像側的負透鏡是指向像側的凹陷表面曲率更大的雙凹透鏡。在實施方式I至5的每個變焦鏡頭單元中，可以讓第三透鏡組(III)具有以滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡。此外，在實施方式2至5的每一個變焦鏡頭單元中，可以讓第三透鏡組(III)具有以滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡，或者第一透鏡組(I)具有以滿足方程(21)至(23)的光學玻璃材料制成的正透鏡，或者同時讓第三透鏡(III)具有以滿足方程(I)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡且第一透鏡組(I)具有以滿足方程(21)至
(23)的光學玻璃材料制成的正透鏡。在圖I至3所示實施方式(以下解釋的示例I至3)中，可以讓第三透鏡組(III)中最靠近物側(每一幅中的左側)的雙凸透鏡的光學玻璃材料滿足方程(I)至(3)。在這種情況下，可以讓該雙凸透鏡的光學玻璃材料與不滿足方程(I)至(3)的負透鏡接合。在圖4所示實施方式(以下解釋的示例4)中，可以讓第三透鏡組(III)中與負透鏡接合的雙凸透鏡的光學玻璃材料滿足方程(I)至(3)，而設置成最靠近物側的雙凸透鏡的光學玻璃材料不滿足方程(I)至(3)。在圖5所示實施方式(以下解釋的示例5)中，可以讓第三透鏡組(III)中與負透鏡燒結的雙凸透鏡的光學玻璃材料滿足方程(I)至(3)，而設置成最靠近物側的雙凸透鏡的光學玻璃材料不滿足方程(2)和(3)。此外，可以讓分別與實施方式I至5示例I至5對應的每個變焦鏡頭單元滿足方程
(4)至(11)以及方程(7A)和(8A)。此外，可以讓分別與實施方式2至5對應的示例2至5的每個變焦鏡頭單元滿足方程(4)至(11)和方程(7A)和(8A)，或者方程(24)至(31)和方程(27A)和(28A)，或者全部方程(4)至(11)和(7A)和(8A)以及(24)至(31)和(27A)和(28A)。接下來，將參照圖21A至21C和22來解釋便攜式信息終端設備的實施方式。便攜式信息終端設備包括成像設備，例如相機，作為相機功能部件。圖2IA至2IC示出了符合本發明實施方式的相機(便攜式信息終端設備的相機功能部件)的外觀形狀，而圖22示出了便攜式信息終端設備的系統結構。如圖22所示，便攜式信息終端設備30包括拍攝鏡頭31和光接收元件45 (例如，電子成像元件，其中10百萬至15百萬像素以二維形式布置)，由拍攝鏡頭31形成拍攝物體的像由光接收元件45讀取。作為拍攝鏡頭31，可以使用例如上述變焦鏡頭的單元任一種，更具體地說，以下解釋的示例中的變焦鏡頭單元。光接收元件45的輸出由信號處理設備42處理并將其轉換成數字信息，該信號處理設備接收中央處理設備40的控制。在接受中央處理設備40的控制的圖像處理設備41中進行預定圖像處理之后，數字化的圖像信息記錄在半導體存儲器44中。在拍攝過程中，液晶顯示器38可以顯示經過圖像處理設備41進行圖像處理之后的圖像，以及記錄在半導體存儲器44中的圖像。此外，記錄在半導體存儲器44中的圖像可以利用通信卡43等導出。圖像處理設備41具有執行電子陰影校正、剪裁圖像中央部分等功能。如圖21A所示，在攜帶便攜式信息終端設備時，拍攝鏡頭31處于塌縮狀態，而在使用者操作電力供應開關36打開電源時，鏡頭筒伸出，如圖21B所示。此時，在鏡筒內，變焦鏡頭單元的每個透鏡組例如設置在廣角端的對應位置，通過操作變焦桿34，每個透鏡組的布置發生變化并且可以進行向遠攝端改變放大率。此外，拍攝鏡頭31的場角變化反映在取景器33中。通過半按快門按鍵35來進行聚焦。可以通過移動第二透鏡組或第四透鏡組或者光接收元件45來進行聚焦，或者通過移動第二透鏡組或第四透鏡組以及移動光接收元件45來進行聚焦。在液晶顯示器38上顯示存儲在半導體存儲器44中的圖像時，以及在利用通信卡43等導出圖像時，可以使用圖21C所示的操作按鍵37。半導體存儲器和通信卡等分別插入專用或通用卡槽39A、39B中進行使用。在拍攝鏡頭31處于塌縮狀態時，變焦鏡頭的每個透鏡組不需要排列在光軸上。例如，如果使用這樣的機構，在該機構中第三透鏡組和/或第四透鏡組從光軸后退并且與其他透鏡組平行存放，則可以進一步減小便攜式信息終端設備的厚度。在具有相機作為拍攝功能的一部分的上述便攜式信息終端設備中，可以使用示例I至5的變焦鏡頭的每一個作為拍攝鏡頭31，并且可以實現緊湊、圖像質量高且具有相機功能的便攜式信息終端設備，該設備裝備有10百萬像素以上的光接收元件45。示例以下將詳細解釋符合本發明的變焦鏡頭單元的示例。在所有示例中，最大像高為4. 05mmo在每一個示例中，設置在第四透鏡組(IV)的像側的平行板(圖I至4，以“F”表示)假設為各種濾鏡諸如光學低通濾鏡和紅外線切斷濾鏡或者光接收元件諸如CCD傳感器蓋板玻璃(密封玻璃)的平行板等同物。
在全部示例中，構成第四透鏡組(IV)的正透鏡以光學塑料制成，全部其他透鏡以光學玻璃材料制成。示例中符號的意義如下f :整個變焦鏡頭單元系統的焦距；F :F 數o :半場角R :曲率半徑D :表面距離Nd :折射率vd Abbe 數K :非球面表面的錐度常數A4 4階非球面表面系數A6 6階非球面表面系數A8 8階非球面表面系數Altl : 10階非球面表面系數A12 :12階非球面表面系數A14 :14階非球面表面系數A16 :16階非球面表面系數A18 :18階非球面表面系數示例中的非球面表面可以由以下方程(A)利用近軸曲率半徑(近軸曲率)C、距離光軸的高度H、光軸方向上的非球面量X、非球面表面的錐度常數K以及非球面表面系數A4-A18 表不。(A) X = CH2/{1+ V (1-(1+K)C2H2)}+A4 *H4+A6 *H6+A8 *H8+A10 *H1ci+A12 *H12+A14 .H14+A16 .H16+A18 H18示例 I表If = 5. 07-34. 50，F = 3. 48-5. 65，w = 39. 79-6. 5權利要求
1.一種變焦鏡頭單元，從物側到像側依次包括 具有正屈光力的第一透鏡組； 具有負屈光力的第二透鏡組； 具有正屈光力的第三透鏡組；和 具有正屈光力的第四透鏡組， 且在從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間隔增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔減小，而第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔增大， 且第一透鏡組和第三透鏡組移動，以使第一透鏡組和第三透鏡組在遠攝端較之在廣角端更靠近物側， 光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，并且 變焦鏡頭單元的第一透鏡組具有由光學玻璃材料制成的正透鏡，且第一透鏡組的正透鏡滿足以下方程 (21)I. 52 < nd < I. 62(22)65.O < vd < 75. O (23)0.015 < Pg, F- (-0. 001802 X vd+0. 6483) < 0. 050 其中，nd表不形成正透鏡的光學玻璃材料的折射率，vd表不形成正透鏡的光學玻璃材料的Abbe數，而Pg，F表示形成正透鏡的光學玻璃材料的局部分散比，局部分散比Pg，F由下式定義Pg,F = (ng-nF)/ (nF-nC) 其中，ng、nF和nC表示上述形成正透鏡的光學玻璃材料分別對于g線、F線和C線的折射率。
2.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，滿足以下方程(24)30 < FA < 500 其中FA表示形成滿足方程(21)至(23)的所述第一透鏡組的正透鏡的光學玻璃材料的磨損度。
3.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，滿足以下方程 (25)5.0 < fap/fff < 15. 0 其中fap表示由光學玻璃材料制成并滿足方程(21)至(23)的第一透鏡組的正透鏡的焦距，fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。
4.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，第一透鏡組的至少其中一個正透鏡 具有非球面表面，并且具有非球面表面的正透鏡滿足方程(21)至(23)。
5.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，第一透鏡組具有兩個正透鏡。
6.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，指向像側的凹表面凹陷更深的負透鏡設置得最靠近第三透鏡組的像側，并且滿足以下方程 (26)0.6 < r3R | /fff < I. 3 其中，r3R表示第三透鏡組最靠近像側的表面的曲率半徑，而fW表示整個變焦鏡頭單兀系統在廣角端的焦距。
7.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，滿足以下方程(27)0.20 < Xl/fT < 0. 45其中，Xl表示從廣角端向遠攝端改變放大率時，第一透鏡組的總位移，而fT表示整個變焦鏡頭單元系統在遠攝端的焦距。
8.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，滿足以下方程(28)0.15 < X3/fT < 0. 40 其中，X3表示從廣角端向遠攝端改變放大率時，第三透鏡組的總位移，而fT表示整個變焦鏡頭單元系統在遠攝端的焦距。
9.如權利要求I所述的變焦鏡頭單元，其特征在于，滿足以下方程 (29)0.50 < f 2 I /f 3 < 0. 85(30)5.0 < fl/fff < 8. 0 其中，fl表示第一透鏡組的焦距，f2表示第二透鏡組的焦距，f3表示第三透鏡組的焦距，而fW表示整個變焦鏡頭單元系統在廣角端的焦距。
10.一種成像設備，包括權利要求I至9中任一項所述的變焦鏡頭單元作為拍攝光學系統。
11.一種便攜式信息終端設備，包括權利要求I至9中任一項所述的變焦鏡頭單元作為相機功能部件的拍攝光學系統。
全文摘要
一種變焦鏡頭單元，從物側到像側依次包括具有正屈光力的第一透鏡組；具有負屈光力的第二透鏡組；具有正屈光力的第三透鏡組；和具有正屈光力的第四透鏡組，光圈設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間，第三透鏡組具有由滿足以下方程(1)至(3)的光學玻璃材料制成的正透鏡(1)1.52＜nd＜1.62；(2)65.0＜vd＜75.0；(3)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050，其中，nd表示光學玻璃材料的折射率，vd表示光學玻璃材料的Abbe數，而Pg，F表示光學玻璃材料的局部分散比，該分散比由下式定義Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)，其中，ng、nF和nC分別表示光學玻璃材料對于g線、F線和C線的折射率。
文檔編號G02B15/173GK102645734SQ20121010991
公開日2012年8月22日 申請日期2010年4月23日 優先權日2009年4月24日
發明者大橋和泰 申請人:株式會社理光