专利名称：变焦镜头和图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新颖的变焦镜头，具体地说，涉及一种适合于摄像机或数码相机的变焦镜头，以及使用这种变焦镜头的图像拾取设备。具体来说，本发明涉及一种提供小型变焦镜头的技术，在得到广角变焦镜头的过程中，在传统技术的基础上，给变焦镜头的物体侧另外补充一个结构极简单的透镜，从而实现对总体系统进行平衡的像差校正，由此对除了畸变以外的各种像差进行适当校正，并且这种小型变焦镜头具有极小的前透镜直径，此外，还提供一种图像拾取设备，其中，通过对从图像拾取元件得到的视频信号进行处理，对由上述变焦镜头引起的畸变进行校正，从而得到精制的图像。
背景技术：
在主要用于消费者摄像机的变焦镜头中，主流是所谓的四组内焦点变焦系统(four group inner focus zoom system)，它具有四组结构，其中，折光力(refracting power)的配置是自物体侧正、负、正和正，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组的位置来改变放大倍数，通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦。作为与这种系统有关的变焦镜头的配置，已经提出了许多不同的型式，如在已经公开的序列号为Hei3-33710和Hei4-153615的日本专利申请中描述的型式。
在这些镜头的结构中，第一透镜组和第二透镜组的透镜结构使用了类型非常相似的透镜，因此，在广角端，拾取的图像的对角线的视角至多约为60度。例如，在已经公开的序列号为2000-28922的日本专利申请中描述的镜头力图通过使第一透镜组的影像侧的主点(principal point)更靠近第一透镜组的最靠近影像侧的表面来实现前透镜直径的小型化，但是不能实现将广角端的视角展宽到不小于60度，因此不能在展广角与使前透镜直径小型化之间实现兼顾。
作为一种力图实现使角度充分展宽的例子，在已经公开的序列号为Hei5-72475的日本专利申请中描述了一个已知的例子，它在已经公开的序列号为Hei3-33710的日本专利申请的基础上，已经开发了从三透镜结构到五透镜结构的第一透镜组。
另外，已经提出了在图像拾取设备一侧，利用电信号处理技术，对随变焦(可变倍率)而变化的畸变进行校正。例如，已知已经公开的序列号为Hei6-165024的日本专利申请。
在已经公开的序列号为Hei5-72475的日本专利申请中描述的，基于在已经公开的序列号为Hei3-33710的日本专利申请中示出的镜头类型的变焦镜头中，减小了到第一透镜组的第三透镜以及后面的透镜的主光线倾斜，从而能够通过在第一透镜组的物体侧布置其间具有大空间间隔的凹透镜和凸透镜来对各种像差进行校正，以便增加接近远焦系统的配置，如广角转换镜头。
但是，为了对由展广角而趋于增加的广角端的畸变以及经向场曲平衡地进行校正，需要以大空间间隔布置两个额外的透镜，因而不可避免地增加前透镜的直径。此外，由于该发明的变焦镜头的目的仅在于使已经公开的序列号为Hei3-33710的日本专利申请的镜头结构的角度展宽，因此它是通过对第一透镜组到第四透镜组的透镜结构进行精确调节实现的。考虑到如变焦比、光圈数(F-number)、前透镜直径、总长度以及后焦点等技术要求，希望的最佳镜头结构不总是可以得到的。
本发明的主题是提供一种能够最大限度地适合各种技术要求的广角变焦镜头，通过使第一透镜组制成与已经公开的序列号为Hei5-72475的日本专利申请不同的五透镜结构，结合对所谓的四组内焦点系统变焦镜头的许多不同变化，能够将在广角端的视角的角度展宽到不小于60度，并且使前透镜直径的增加最小，实现了展广角与使前透镜直径最小化之间的协调，另外，还将对传统型式的许多不同的变化型式应用于第三透镜组和第四透镜组。
另外，按照以下方式能够进一步实现小型化，其中，利用视频信号处理对由于实现展广角与使前透镜直径最小化之间的协调而不可避免地变得难以对其校正的畸变进行校正，并且，在畸变校正之后可以从像面得到的，广角端的视角与摄远端的视角的比值被重新定义为变焦比，由此减小了近轴变焦比(变焦比的一般定义)。本发明的主题是提供一种图像拾取设备，这种图像拾取设备通过主动地并且很大程度上在广角端引起负畸变，在摄远端引起正畸变，使得对于近轴焦距的改变来说，进行了畸变校正之后的视角的变化足够大，能够在达到所需变焦比的情况下实现小型化。
发明内容
为了解决所述问题，本发明的变焦镜头由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和具有正折光力的第四透镜组组成，这些透镜组自物体侧按顺序布置，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，变焦镜头主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组来改变放大倍数(变焦)，通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦，其中第一透镜组由以下五个透镜组成凹透镜；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜(cemented lens)；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且被配置为满足以下条件表达式(1)、(2)、(3)和(4)中的每个表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中f1为第一透镜组的焦距；
h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i个面到第(i+1)个面的轴向间隔；n1-i为在第一透镜组中，第i个面的d线折射率(refractive index)；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的顶点到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
因此，在本发明的变焦镜头中，能够对各种像差进行校正，并且同时满足了展广角和使前透镜直径小型化。
本发明的图像拾取设备包括变焦镜头；图像拾取装置，用于将由变焦镜头捕捉的图像转换为电图像信号；以及图像控制装置。图像控制装置被配置为经过坐标变换形成新的图像信号并且输出新的图像信号，其中，坐标变换是参照根据经过变焦镜头的可变放大倍率预先提供的变换坐标系数，将由图像拾取装置形成的图像信号所定义的图像上的点移位。变焦镜头由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和具有正折光力的第四透镜组组成，这些透镜组自物体侧按顺序布置，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，变焦镜头主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组来改变放大倍数，通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦。第一透镜组由以下五个透镜组成凹透镜；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并被配置为满足以下条件表达式中的每个表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中f1为第一透镜组的焦距；h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i表面到第(i+1)表面的轴向间距；n1-i为在第一透镜组中，第i表面的d线折射率；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的顶点到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
因此，在本发明的图像拾取设备中，通过主动地并且很大程度上在广角端引起负畸变，在摄远端引起正畸变，从而对于近轴焦距的变化来说使得在进行了畸变校正之后的视角的变化足够大，能够在达到所需变焦比的情况下实现小型化。
图1为与图2到图4一起示出了本发明的变焦镜头的第一优选实施例的示意图，图1具体示出了透镜结构；图2示出了在广角端的球面像差、像散和畸变；图3示出了在广角端与摄远端之间的中焦位置的球面像差、像散和畸变；图4示出了在摄远端的球面像差、像散和畸变；图5为与图6到图8一起示出了本发明的变焦镜头的第二优选实施例的示意图，图5具体示出了透镜结构；图6示出了在广角端的球面像差、像散和畸变；图7示出了在广角端与摄远端之间的中焦位置的球面像差、像散和畸变；图8示出了在摄远端的球面像差、像散和畸变；图9为与图10到图12一起示出了本发明的变焦镜头的第三优选实施例的示意图，图9具体示出了透镜结构；图10示出了在广角端的球面像差、像散和畸变；图11示出了在广角端与摄远端之间的中焦位置的球面像差、像散和畸变；图12示出了在摄远端的球面像差、像散和畸变；图13为与图14到图16一起示出了本发明的变焦镜头的第四优选实施例的示意图，图13具体示出了透镜的结构。
图14示出了在广角端的球面像差、像散和畸变；
图15示出了在广角端与摄远端之间的中焦位置的球面像差、像散和畸变；图16示出了在摄远端的球面像差、像散和畸变；并且图17为示出了本发明的图像拾取设备的优选实施例的配置的框图。
实施本发明的最佳方式以下将参照附图对本发明的变焦镜头和图像拾取设备的优选实施例进行描述。图1到4示出了第一优选实施例。图5到8示出了第二优选实施例。图9到12示出了第三优选实施例。图13到16示出了第四优选实施例。
如图1、图5、图9和图13所示的，按照第一到第四优选实施例的变焦镜头1、2、3和4具有由第一透镜组Gr1、第二透镜组Gr2、第三透镜组Gr3和第四透镜组Gr4组成的光学系统，其中第一透镜组Gr1具有正折光力；第二透镜组Gr2具有负折光力并且可以沿着光轴方向移动，主要为了进行变焦(可变放大倍数)；第三透镜组Gr3具有正折光力；以及第四透镜组Gr4具有正折光力并且可以沿着光轴方向移动，以便在变焦期间对焦点位置的变动进行校正并且进行聚焦，这些透镜组自物体侧按顺序布置。
在第三透镜组Gr3和第四透镜组Gr4所要求的配置上，上述的各个变焦镜头1、2、3和4不同。上述的各个变焦镜头对第一透镜组Gr1和第二透镜组Gr2的要求相同。
在变焦镜头1、2、3和4中，第一透镜组Gr1由以下五个透镜组成凹透镜L1；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜L2；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜L3和凹透镜L4构成的粘合透镜；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜L5，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且满足以下条件表达式(1)、(2)、(3)和(4)中的每个表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；
(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中f1为第一透镜组的焦距；h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i表面到第(i+1)表面的轴向间距；n1-i为在第一透镜组中，第i透镜的d线折射率；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的顶点到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
条件表达式(1)表示即使将接近传统情况的配置应用于凹透镜L3和后面的透镜的透镜配置，通过利用凹透镜L1和凸透镜L2来采用接近于无焦点(afocal)的配置，也能够对像差充分进行校正，由此减少进入凹透镜L3的主光线的倾斜的条件。低于下限会使得难以充分减少进入凹透镜L3的主光线的倾斜。高于上限会增加从凹透镜L1到凸透镜L2的合成厚度，并且使前透镜的尺寸增大，由此使得难以实现前透镜直径的小型化，而这正是本发明的目的。
条件表达式(2)表示在满足条件表达式(1)的同时使前透镜的直径小于传统情况的条件。当对凹透镜L1和凸透镜L2之间的空间间隔中的主光线倾斜与凸透镜L2中的主光线倾斜进行比较时，通过凸透镜L2时的主光线倾斜较小。因此，为了通过条件表达式(1)得到相同的结果，对于使前透镜直径最小化来说，使上述的空间间隔减小并且增加凸透镜L2的厚度是有利的。因此，实现本发明的目的的先决条件是增加凸透镜L2的厚度，而不是减小上述的空间间隔。这个条件表达式的下限是根据通过凹透镜L1最外围的轴外光通量决定的有效直径，并且是使凹透镜L1和凸透镜L2能够被配置得相互接触的值。
表达式(3)表示通过进一步减小凸透镜L2内的主光线倾斜来使前透镜直径最小化的条件。低于下限会增加满足条件表达式(1)的凸透镜L2的厚度。结果，会增大前透镜的直径。
条件表达式(4)表示通过利用凹透镜L1和凸透镜L2来采用接近于无焦点的配置，提供具有适合于实现在展广角与前透镜直径最小化之间的协调的配置的第一透镜组Gr1的条件。通过定义各个透镜的折光力分布，使得第一透镜组Gr1的影像侧的主点在第一透镜组Gr1的足够靠近影像侧而不是最靠近影像侧的表面上生成，能够在满足展广角和前透镜直径小型化的同时，得到充分高的可变放大倍数比。
在变焦镜头1、2、3和4中，第二透镜组Gr2由以下三个透镜组成，即，具有很强的面向影像侧的凹度的凹弯月透镜L6，双凹透镜L7和凸透镜L8，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且满足条件表达式(5)(5)1.8＜(n2-1+n2-2)/2，式中n2-1为第二透镜组的凹弯月透镜的d线折射率；n2-2为第二透镜组的双凹透镜的d线折射率。
条件表达式(5)用于防止进行场曲校正所需要的佩茨瓦尔和(Petzval sum)过小。第一透镜组Gr1的结构与所谓的焦点后移型相同，其中，影像侧的主点伸向影像侧，因此，第一透镜组Gr1所固有的佩茨瓦尔和是正的并且值很小。这会使整个系统的佩茨瓦尔和过小，但这是必然的并且是不可避免的。为了使整个系统的佩茨瓦尔和为适当值，可以考虑减小第二透镜组Gr2的折光力的方法或者增加第二透镜组Gr2的凹透镜的折光力的方法。但是，如果减小第二透镜组Gr2的折光力，则可变放大倍数所需的第二透镜组Gr2的移动量增大，使整个系统扩大。因此，需要使第二透镜组Gr2的凹弯月透镜L6和双凹透镜L7的折光力的平均值在条件表达式(5)的范围以内，以利于对场曲进行校正。
变焦镜头1、2、3和4彼此不同之处在于与第三透镜组Gr3和第四透镜组Gr4的结构有关的条件。
关于第三透镜组和第四透镜组的结构，按照本发明的第一优选实施例的变焦镜头1具有以下结构。
如图1所见，第三透镜组Gr3由单个凸透镜L9构成，并且至少一个表面为非球面。第四透镜组Gr4包括由具有很强的面向影像侧的凹度的凹弯月透镜L10和影像侧的表面是非球面的双凸透镜L11构成粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置。这些透镜满足以下各个条件表达式(6)、(7)和(8)(6)-0.4＜f3/r3-2＜0.4；(7)-1.25＜r4-1/r4-3＜-0.8；以及(8)0.3＜-2/f4＜0.6，式中f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距；r3-2为第三透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径；r4-1为第四透镜组中的凹弯月透镜的物体侧表面的曲率半径；r4-2为第四透镜组中的粘合面的曲率半径；并且r4-3为第四透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径。
条件表达式(6)定义了第三透镜组Gr3的非球面的单个凸透镜L9的形状，并且定义了涉及与在形成非球面时的偏心(未对准)以及第三透镜组Gr3与第四透镜组Gr4之间的相对偏心有关的敏感度的条件。非球面透镜的两个表面的偏心度取决于模子的偏心度。例如，玻璃模会产生约10μm的偏心。此外，当在透镜镜筒中装配时，在第三透镜组Gr3与第四透镜组Gr4之间会产生约20μm的相对偏心。为了在即使出现这样的误差的情况下，作品的图像质量也能够充分再现设计性能，对设计提出这样的要求，即，使各个表面之间的偏心对图像质量影响的这种敏感度减少。高于上限会增加各个表面之间的偏心对图像质量影响的这种敏感度，对成形和装配要求的精度会超过加工能力，因而难以实现性能稳定的批量生产。低于下限会难以平衡地对球面像差和场曲进行适当校正。
条件表达式(7)与第四透镜组Gr4的偏心敏感度有关。低于下限会使第四透镜组Gr4的正折光力集中在凹弯月透镜L10的物体侧表面上(其曲率半径为r4-1)，由该表面的偏心和倾斜引起的像差恶化变得明显，因此难以在批量生产中稳定地实现设计性能。即使第四透镜组Gr4有偏心和倾斜方面的误差，也可以通过适当地使第四透镜组Gr4的正折光力分散在凹弯月透镜L10的物体侧表面中和双凸透镜L11(其曲率半径为r4-3)的影像侧表面中，来降低使像差恶化的敏感度。但是，高于上限会增加从双凸透镜L11的影像侧表面产生的球面像差，并且会难以进行校正。
上述的条件表达式(8)与对慧形像差和场曲进行校正有关。在具有负折光力的凹弯月透镜L10与双凸透镜L11之间的粘合面的曲率半径r4-2满足条件表达式(7)的情况下，如果试图确定凹弯月透镜L10与双凸透镜L11的玻璃材料，则不能根据色差校正的条件得到很大的设计自由度。但是，由于上述的粘合面的形状对进行慧形像差和场曲校正有确定性作用，因此要求对玻璃材料进行选择，以满足条件表达式(7)和(8)。高于上限导致结果是，即使当将凹弯月透镜L10与双凸透镜L11之间的折射率的差异设计得很大时，两个透镜(凹弯月透镜L10和双凸透镜L11)的粘合面的负折光力也会变得过小，因此难以对向内的慧形像差和倾向于下侧的场曲进行校正。低于下限会导致颜色慧形像差，其中，g线向外跳到轴外光通量的上光线侧，变得很明显并且校正变得难以进行。
关于第三透镜组和第四透镜组的结构，按照本发明的第二优选实施例的变焦镜头2具有如下结构。
如图5所见，在变焦镜头2中，第三透镜组Gr3包括凸透镜G9以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜G10和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜G11构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组Gr4由单个凸透镜G12组成，并且至少一个表面是非球面。这些透镜组满足以下条件表达式(9)和(10)中的每个条件表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；以及
(10)0.75＜f3/f3-1＜1式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组Gr1时，在从第三透镜组Gr3的物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组Gr3的焦距；并且f3-1为第三透镜组Gr3的单个凸透镜的焦距。
条件表达式(9)表示通过缩短第四透镜组Gr4的焦距来缩短总长度的条件。高于上限会导致得不到明显的缩短总长度的效果。低于下限会导致佩茨瓦尔和变得过小，并且难以对场曲进行校正。
上述的条件表达式(10)与作为第三透镜组Gr3的第一透镜的凸透镜G9的偏心敏感度有关。在确定第三透镜组Gr3的各个表面的折光力分布以满足条件表达式(9)的过程中，如果过多的正折光力负担集中在凸透镜G9上，则当凸透镜G9中出现偏心或倾斜误差时，像差恶化变得明显，并且在批量生产中难以保持稳定的性能。因此，使作为第三透镜组Gr3的第二透镜的凸透镜G10分担一部分折光力以不超过上限是很重要的。低于下限会导致为了满足条件表达式(9)，需要增加构成第三透镜组Gr3的粘合透镜的凸透镜G10和凹透镜G11的总厚度。因此，即使当后焦点被缩短时，也不能实现缩短总长度，因此不能实现本发明的小型化的目的。
关于第三透镜组Gr3和第四透镜组Gr4的结构，按照本发明的第三优选实施例的变焦镜头3具有如下结构。
如图9所见，第三透镜组Gr3由单个凸透镜L9组成，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组Gr4包括由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜L10、凹透镜L11和凸透镜L12构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置。此外，至少最靠近物体侧的表面是非球面。这些透镜满足以下条件表达式(11)和(12)中的每个表达式(11)n4-2＞1.8；以及(12)0.1＜f3/f4＜0.7，
式中n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率；f3为第三透镜组的焦距；并且f4为第四透镜组的焦距。
条件表达式(11)定义了第四透镜组Gr4的凹透镜L11的玻璃材料。通过增加折射率，使凹透镜L10与凸透镜L12之间的粘合面的曲率减小，因此，对由与色差和球面像差有关的颜色引起的折射变动有抑制作用，并且，对朝向正侧校正佩茨瓦尔和有作用，其中，色差和球面像差是由第四透镜组Gr4的移动引起的，这对于对场曲进行校正有利。
条件表达式(12)与第三透镜组Gr3和第四透镜组Gr4的焦距有关。低于下限会难以抑制球面像差的变动，或者使第四透镜组Gr4的移动量增加，或者使总长度增加。高于上限会增加由第四透镜组Gr4的制造误差引起的像差，这是不利的。
关于第三透镜组和第四透镜组的结构，按照本发明的第四优选实施例的变焦镜头4具有如下结构。
如图13所见，在变焦镜头4中，第三透镜组Gr3包括凸透镜G9和由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜G10和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜G11构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组Gr4包括由双凸透镜L12以及由具有很强的面向影像侧的凸度的凹透镜L13构成的粘合透镜，并且至少一个表面是非球面。这些透镜组满足以下条件表达式(9)、(11)和(13)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；(11)n4-2＞1.8；以及(13)0.75＜f3/f3-1＜1.3，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组Gr1时，在从第三透镜组Gr3的物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组Gr3的焦距；f3-1为第三透镜组Gr3的单个凸透镜的焦距；并且n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率。
条件表达式(9)表示通过缩短第四透镜组Gr4的焦距来缩短总长度的条件。高于上限会导致得不到明显的缩短总长度的效果。低于下限会导致佩茨瓦尔和变得过小，并且难以对场曲进行校正。
条件表达式(11)定义了第四透镜组Gr4的凹透镜L13的玻璃材料。通过增加折射率，使与双凸透镜L12的粘合面的曲率减小，因此，对由颜色引起的色差和球面像差的折射变动有抑制作用，并且，对朝向正侧校正佩茨瓦尔和有作用，其中，色差和球面像差是由第四透镜组Gr4的移动引起的，这对于对场曲进行校正有利。
条件表达式(13)与作为第三透镜组Gr3的第一透镜的凸透镜L9的偏心敏感度有关。在确定第三透镜组Gr3的各个表面的折光力分布以满足条件表达式(9)的过程中，如果过多的正折光力负担集中在凸透镜L9上，则当在凸透镜L9中出现偏心或倾斜误差时，像差恶化变得很明显，并且在批量生产中难以保持稳定的性能。因此，使作为第三透镜组Gr3的第二透镜的凸透镜L10分担一部分正折光力以不超过上限是很重要的。低于下限会导致为了满足条件表达式(9)，需要增加构成第三透镜组Gr3的粘合透镜的凸透镜L10和凹透镜L11的总厚度。即使当后焦点被缩短时，也不能实现使总长度缩短，因此不能实现本发明的小型化的目的。
图17为示出了按照本发明的图像拾取设备100的结构的例子的框图。在图17中，数字101表示能够变焦的图像拾取器镜头，它配备有聚焦透镜101a和变换器透镜(variator lens)101b；102表示图像拾取元件如CCD；103表示图像控制电路，用于控制各种操作，如对图像畸变进行校正；104表示第一图像存储器，用于存储可以从图像拾取元件102得到的图像数据；并且105表示第二图像存储器，用于存储其中的畸变已经被校正的图像数据。数字106表示数据表，用于存储畸变信息；并且107表示变焦开关，用于将操作者的变焦指令转换为电信号。
例如，如果将按照以上各个优选实施例的变焦镜头1、2、3和4应用于上述的图像拾取镜头101，则聚焦透镜101a对应于第四透镜组Gr4，而变换器透镜101b对应于第二透镜组Gr2。
如与图像拾取镜头101的畸变有关的图2到图4，图6到图8，图10到图12以及图14到图16所示，畸变曲线的变化取决于变焦。因此，畸变的变动取决于变换器透镜101b的位置。因此，数据表106存储变换坐标系数，它将第一图像存储器104和第二图像存储器105中的关于变换器透镜101b的某个位置的二维位置信息联系起来。此外，从广角端到摄远端，将变换器透镜101b的位置划分为许多位置，与它们的各个位置对应的变换坐标系数被存储在数据表106中。
如果操作者操作变焦开关107以改变变换器透镜101b的位置，则图像控制电路103通过使聚焦透镜101a移动来进行控制，使焦点不再模糊，并且，图像控制电路103还从数据表106接收与变换器透镜101b的位置对应的变换坐标系数。当变换器透镜101b的位置与预先划分的位置都不对应时，借助于如内插等处理，根据该位置附近的位置的变换坐标系数，得到适当的变换坐标系数。变换坐标系数是用于对在二维中离散分布的图像上的点的位置进行移动的系数。对于离散分布的点之间的图像，根据如内差等处理找到移动目的地的位置。通过根据这个变换坐标系数进行垂直和水平的图像移位处理，图像控制电路103对从图像拾取元件102得到的第一图像存储器104的信息进行畸变校正，并且，在第二图像存储器105中建立畸变已经被校正的图像信息，然后，将基于在第二图像存储器105中建立的图像信息的信号输出为视频信号。
以下将对在按照上述的各个优选实施例的变焦镜头1、2、3和4中的数值实施例进行描述。
在上述的变焦镜头1、2和4中，位置固定的光圈IR紧挨在第三透镜组Gr3的前面，滤光片FL介于第四透镜组Gr4与影像面IMG之间。在变焦镜头3中，位置固定的光圈IR紧挨在第三透镜组Gr3的后面，滤光片FL介于第四透镜组Gr4与影像面IMG之间。
在以下的说明中，“si”表示自物体侧计数的第i个面；“ri”表示自物体侧计数的第i个面“si”的曲率半径；“di”表示自物体侧计数的第i个面“si”与第(i+1)个面“si+1”之间的轴向间隔；“ni”表示构成第i个透镜“Li”或“Gi”的材料对d线(波长587.6nm)的折射率；“vi”表示构成第i个透镜“Li”或“Gi”的材料对d线的雅比数(Abbe number)；“nFL”表示构成滤光片FL的材料对d线的折射率；“vFL”表示构成滤光片F的材料对d线的雅比数；“Fno”表示开F值(光圈数)；并且“ω”表示半视角。
由以下公式定义非球面的形状(公式1)xi=H2ri[1+1-H2ri2]+ΣAjHj,]]>式中，“xi”代表非球面的深度，“H”代表距离光轴的高度。
表格1示出了按照第一优选实施例的变焦镜头1的数值实施例的相应值。
表格1
第三透镜组Gr3的单个凸透镜L9的两个表面s16、s17以及第四透镜组Gr4的双凸透镜L11的影像侧的表面s20形成非球面。表格2示出了上述的各个表面s16、s17和s20的第四阶、第六阶和第八阶非球面系数A4、A6和A8。
表格2
在变焦镜头1中，轴向间隔d9、d14、d17和d20随变焦而变化。表格3示出了在广角端、中焦位置和摄远端的焦距、光圈数Fno、像场角(2ω)以及轴向间隔d9、d14、d17和d20。
表格3
图2到图4示出了上述数值实施例中的变焦镜头1的球面像差、畸变和像散。在球面像差图中，实线表示e线的值；虚线表示g线的值(波长为435.8nm)；点划线表示C线的值(波长为656.3nm)。在像散图中，实线表示矢形影像表面畸变值；虚线表示经向影像面畸变值。
以下示出了上述变焦镜头1的数值实施例的各个条件表达式(1)到(8)的值。
(1)h1-1/h1-4＝1.3485(2)d1-2/d1-3＝0.228(3)n1-2＝1.83481(4)H1′/f1＝0.2477，f1＝3.953
(5)(n2-1+n2-2)/2＝1.88300(6)f3/r3-2＝-0.221，f3＝4.794(7)r4+1/r4-3＝-0.9076(8)r4-2/f4＝0.4151，f4＝4.091表格4示出了按照第二优选实施例的变焦镜头2的数值实施例的相应值。
表格4
第三透镜组Gr3的凸透镜G9的表面s16以及第四透镜组Gr4的单个凸透镜G12的两个表面s21、s22形成非球面。表格5示出了上述的各个表面s16、s21和s22的第四阶、第六阶和第八阶非球面系数A4、A6和A8。
表格5
在变焦镜头2中，轴向间隔d9、d14、d20和d22随变焦而变化。在表格6示出了在广角端、中焦位置和摄远端的焦距、光圈数Fno、像场角(2ω)以及轴向间隔d9、d14、d20和d22。
表格6
图6到图8示出了上述数值实施例中的变焦镜头2的球面像差、畸变和像散。在球面像差图中，实线表示e线的值；虚线表示g线的值(波长为435.8nm)；点划线表示C线的值(波长为656.3nm)。在像散图中，实线表示矢形影像表面畸变值；虚线表示经向影像面畸变值。
以下示出了上述变焦镜头2的数值实施例的各个条件表达式(1)到(5)、(9)和(10)的值。
(1)h1-1/h1-4＝1.4461(2)d1-2/d1-3＝0.178
(3)n1-2＝1.83500(4)H1′/f1＝0.3488，f1＝3.705(5)(n2-1+n2-2)/2＝1.88300(8)h3-5/h3-1＝0.533(9)f3/f3-1＝-0.843，f3＝2.981表格7示出了按照第三优选实施例的变焦镜头3的数值实施例的相应值。
表格7
第一透镜组Gr1的凸透镜L5的物体侧表面s8、第三透镜组Gr3的单个凸透镜L9的物体侧表面s15以及第四透镜组Gr4的凸透镜L10的物体侧表面s18形成非球面。表格8示出了上述的各个表面s8、s15和s18的第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面系数A4、A6、A8和A10。
表格8
在变焦镜头3中，轴向间隔d9、d14、d17和d21随变焦而变化。在表格9示出了在广角端、中焦位置和摄远端的焦距、光圈数Fno、像场角(2ω)以及轴向间隔d9、d14、d17和d21。
表格9
图10到图12示出了上述数值实施例中的变焦镜头3的球面像差、畸变和像散。在球面像差图中，实线表示e线的值；虚线表示g线的值(波长为435.8nm)；点划线表示C线的值(波长为656.3nm)。在像散图中，实线表示矢形影像表面畸变值；虚线表示经向影像面畸变值。
以下示出了上述变焦镜头3的数值实施例的各个条件表达式(1)到(5)、(11)和(12)的值。
(1)h1-1/h1-4＝1.400
(2)d1-2/d1-3＝0.228(3)n1-2＝1.835(4)H1′/f1＝0.265(5)(n2-1+n2-2)/2＝1.828(11)n4-2＝1.847(12)f3/f4＝0.65表格10示出了按照第四优选实施例的变焦镜头4的数值实施例的相应值。
表格10
第三透镜组Gr3的凸透镜L9的影像侧表面s17以及第四透镜组Gr4的双凸透镜L12的物体侧表面s21形成非球面。表格11示出了上述的各个表面s17和s21的第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面系数A4、A6、A8和A10。
表格11
在变焦镜头4中，轴向间隔d9、d14、d20和d23随变焦而变化。在表格12示出了在广角端、中焦位置和摄远端的焦距、光圈数Fno、像场角(2ω)以及轴向间隔d9、d14、d20和d23。
表格12
图14到图16示出了上述数值实施例中的变焦镜头4的球面像差、畸变和像散。在球面像差图中，实线表示e线的值；虚线表示g线的值(波长为435.8nm)；点划线表示C线的值(波长为656.3nm)。在像散图中，实线表示矢形影像表面畸变值；虚线表示经向影像面畸变值。
以下示出了变焦镜头4的上述数值实施例的各个条件表达式(1)到(5)、(9)、(11)和(13)的值。
(1)h1-1/h1-4＝1.400(2)d1-2/d1-3＝0.393(3)n1-2＝1.835
(4)H1′/f1＝0.277(5)(n2-1+n2-2)/2＝1.803(9)h3-5/h3-1＝0.771(11)n4-2＝1.805(13)f3/f3-1＝1.261仅利用将本发明应用于实际时实施的例子示出了在上述优选实施例中示出的各个部分的所有形状和数值，不应该将这些局限地理解为本发明的技术范围。
如根据以上描述所见，本发明(1)的变焦镜头由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和具有正折光力的第四透镜组组成，这些透镜组自物体侧按顺序布置，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，变焦镜头主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组的位置来改变放大倍数，通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦，其特征在于第一透镜组由五个透镜组成凹透镜；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且被配置为满足以下条件表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中，f1为第一透镜组的焦距；h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i表面到第(i+1)表面的轴向间距；n1-i为在第一透镜组中，第i透镜的d线折射率；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的顶点到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
因此，本发明的变焦镜头能够对各种像差进行校正，并且能够兼顾展广角和减小前透镜直径。例如，在性能方面，变焦比约为十倍，广角端的视角超过76度，广角端的光圈数约为F1.7到F1.8，它可以实现超小型化，即，前透镜的直径约为对角线尺寸的五到七倍。
在本发明(2)中，第二透镜组包括三个透镜具有很强的面向影像侧的凹度的凹弯月透镜；以及由双凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体一侧按顺序布置，并且被配置为满足条件表达式(5)(5)1.8＜(n2-1+n2-2)/2，式中n2-1为第二透镜组的凹弯月透镜的d线折射率；并且，n2-2为第二透镜组的双凹透镜的d线折射率。因此，通过防止佩茨瓦尔和过小，可以优化佩茨瓦尔和，并且有利于对场曲进行校正，因此能够得到精致的图像。
在本发明(3)和(4)中，第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组包括由具有很强的面向影像侧的凹度的凹弯月透镜和双凸透镜构成的粘合透镜，其影像侧的表面是非球面，这些透镜自物体一侧按顺序布置。这些透镜被配置为满足以下各个条件表达式(6)-0.4＜f3/r3-2＜0.4；(7)-1.25＜r4-1/r4-3＜-0.8；以及(8)0.3＜r4-2/f4＜0.6，式中f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距；r3-2为第三透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径；r4-1为第四透镜组中的凹弯月透镜的物体侧表面的曲率半径；r4-2为第四透镜组中的粘合面的曲率半径；并且r4-3为第四透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径。因此，可以平衡地对慧形像差、球面像差以及场曲进行适当校正，另外，可以减小对影响图像质量的各个透镜之间的偏心和透镜组之间的偏心的敏感度，从而能够进行质量稳定的批量生产。
在本发明(5)和(6)中，第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向物体侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面。这些透镜组满足以下各个条件表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；以及(10)0.75＜f3/f3-1＜1，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；并且f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距。因此，可以在对各种像差进行适当校正的同时，缩短总长度，由此对小型化有利。
在本发明(7)和(8)中，第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组包括由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置。此外，至少最靠近物体侧的表面是非球面。这些透镜组被配置为满足以下各个条件表达式(11)n4-2＞1.8；以及(12)0.1＜f3/f4＜0.7，式中n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率；f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距。因此，通过对由与色差和球面像差有关的颜色引起的折射变动进行抑制，并且通过对朝向正侧的佩茨瓦尔和进行校正，能够有效地对场曲进行校正，其中，色差和球面像差是由第四透镜组的移动引起的。另外，能够在不降低性能的情况下，在抑制球面像差变动的同时使变焦镜头的整个系统最小化。此外，可以减少由第四透镜组的制造容差引起的性能下降。
在本发明(9)和(10)中，第三透镜组包括凸透镜和由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面。第四透镜组包括由双凸透镜和具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜构成的粘合透镜，并且至少一个表面是非球面。这些透镜组被配置为满足以下各个条件表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；(11)n4-2＞1.8；以及(13)0.75＜f3/f3-1＜1.3，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组Gr1时，在第三透镜组Gr3的自物体侧的第i个面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组Gr3的焦距；f3-1为第三透镜组Gr3的的单个凸透镜的焦距；并且n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率。因此，能够在对各种像差进行适当校正的同时，缩短总长度从而实现小型化。
本发明(11)的图像拾取设备包括变焦镜头；图像拾取装置，用于将由变焦镜头捕捉的图像转换为电图像信号；以及图像控制装置。图像控制装置被配置为经过坐标变换形成新的图像信号并且输出新的图像信号，其中，坐标变换是在参照按照经过变焦镜头的可变放大倍数预先提供的变换坐标系数的同时，将由图像拾取装置形成的图像信号所定义的图像上的点移位。变焦镜头由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和具有正折光力的第四透镜组组成，这些透镜组自物体侧按顺序布置。第一透镜组和第三透镜组是固定的，变焦镜头主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组的位置来改变放大倍数，通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦。第一透镜组由五个透镜组成凹透镜；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置。其特征在于这些透镜被配置为满足以下各个条件表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中f1为第一透镜组的焦距；h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i表面到第(i+1)表面的轴向间距；n1-i为在第一透镜组中，第i透镜的d线折射率；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的凹透镜到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
因此，在本发明(11)的图像拾取设备中，通过主动地并且很大程度上在广角端引起负畸变，在摄远端引起正畸变，对于近轴焦距的变化来说，畸变校正之后的视角变化足够大，由此能够在达到所需变焦比的情况下实现小型化。
在本发明(12)中，利用本发明(2)的变焦镜头能够防止佩茨瓦尔和过小，并且有利于对场曲进行校正。
在本发明(13)和(14)中，利用本发明(3)和(4)的变焦镜头，能够平衡地对慧形像差、球面像差以及场曲进行适当校正，另外，可以减小对影响图像质量的各个透镜之间的偏心和透镜组之间的偏心的敏感度，从而能够进行质量稳定的批量生产。
在本发明(15)和(16)中，利用本发明(5)和(6)的变焦镜头，能够在对各种像差进行适当校正的同时，缩短总长度，以有利于小型化。
在本发明(17)和(18)中，利用本发明(7)和(8)的变焦镜头能够抑制由与色差和球面像差有关的颜色引起的折射变动，其中，色差和球面像差是由第四透镜组的移动引起的。通过朝向正侧校正佩茨瓦尔和，能够对场曲进行有效校正，并且，能够在不降低性能的情况下，使变焦镜头的整个系统小型化。此外，可以减少由于第四透镜组的制造容差引起的性能下降。
在本发明(19)和(20)中，利用本发明(9)和(10)的变焦镜头，能够在对各种像差进行适当校正的同时，缩短总长度从而实现小型化。
权利要求
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和具有正折光力的第四透镜组，这些透镜组自物体侧按顺序布置，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，变焦镜头主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组来改变放大倍数，通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦，其特征在于所述第一透镜组包括五个透镜凹透镜；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且所述第一透镜组被配置为满足以下条件表达式中的每个表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中f1为第一透镜组的焦距；h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i表面到第(i+1)表面的轴向间距；n1-i为在第一透镜组中，第i透镜的d线折射率；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的顶点到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于第二透镜组包括三个透镜具有很强的面向影像侧的凹度的凹弯月透镜；双凹透镜；以及凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且其特征在于满足以下条件表达式(5)(5)1.8＜(n2-1+n2-2)/2，式中n2-1为第二透镜组的凹弯月透镜的d线折射率；并且n2-2为第二透镜组的双凹透镜的d线折射率。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组包括由具有面向影像侧的凹度的凹弯月透镜和影像侧表面是非球面的双凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且其特征在于满足以下条件表达式(6)、(7)和(8)中的每个表达式(6)-0.4＜f3/r3-2＜0.4；(7)-1.25＜r4-1/r4-3＜-0.8；以及(8)0.3＜r4-2/f4＜0.6，式中f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距；r3-2为第三透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径；r4-1为第四透镜组中的凹弯月透镜的物体侧表面的曲率半径；r4-2为第四透镜组中的粘合面的曲率半径；并且r4-3为第四透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径。
4.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组包括由具有面向影像侧的凹度的凹弯月透镜和影像侧表面是非球面的双凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且其特征在于满足以下条件表达式(6)、(7)和(8)中的每个表达式(6)-0.4＜f3/r3-2＜0.4；(7)-1.25＜r4-1/r4-3＜-0.8；以及(8)0.3＜r4-2/f4＜0.6，式中f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距；r3-2为第三透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径；r4-1为第四透镜组中的凹弯月透镜的物体侧表面的曲率半径；r4-2为第四透镜组中的粘合面的曲率半径；并且r4-3为第四透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)和(10)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；以及(10)0.75＜f3/f3-1＜1，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；并且f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距。
6.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)和(10)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；以及(10)0.75＜f3/f3-1＜1，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；并且f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组包括由具有面向物体侧的凸度的凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且，至少最靠近物体侧的表面是非球面，其特征在于满足以下条件表达式(11)和(12)中的每个表达式(11)n4-2＞1.8；以及(12)0.1＜f3/f4＜0.7，式中n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率；f3为第三透镜组的焦距；并且f4为第四透镜组的焦距。
8.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组包括由具有面向物体侧的凸度的凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且，至少最靠近物体侧的表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(11)和(12)中的每个表达式(11)n4-2＞1.8；以及(12)0.1＜f3/f4＜0.7，式中n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率；f3为第三透镜组的焦距；并且f4为第四透镜组的焦距。
9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组包括由双凸透镜和具有面向影像侧的凸度的凹透镜构成的粘合透镜，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)、(11)和(13)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；(11)n4-2＞1.8；以及(13)0.75＜f3/f3-1＜1.3，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距；并且n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率。
10.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且第四透镜组包括由双凸透镜和具有面向影像侧的凸度的凹透镜构成的粘合透镜，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)、(11)和(13)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；(11)n4-2＞1.8；以及(13)0.75＜f3/f3-1＜1.3，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距；并且n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率。
11.一种图像拾取设备，包括变焦镜头；图像拾取装置，用于将由变焦镜头捕捉的图像转换为电图像信号；以及图像控制装置，其特征在于所述图像控制装置被配置为经过坐标变换形成新的图像信号并且输出该新的图像信号，其中，坐标变换是参照根据经过所述变焦镜头的可变放大倍率预先提供的变换坐标系数，将由所述图像拾取装置形成的图像信号所定义的图像上的点移位；所述变焦镜头由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和具有正折光力的第四透镜组组成，这些透镜组自物体侧按顺序布置，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，变焦镜头主要通过沿着光轴方向移动第二透镜组来改变放大倍数，并通过沿着光轴方向移动第四透镜组来对影像位置变动进行校正和聚焦；并且所述第一透镜组由五个透镜组成凹透镜；具有很强的面向影像侧的凸度的凸透镜；由具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜；以及具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，其特征在于满足以下条件表达式中的每个表达式(1)1.25＜h1-1/h1-4＜1.55；(2)d1-2/d1-3＜0.4；(3)1.65＜n1-2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6，式中f1为第一透镜组的焦距；h1-i为当允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；d1-i为在第一透镜组中，从第i表面到第(i+1)表面的轴向间距；n1-i为在第一透镜组中，第i透镜的d线折射率；并且H1′为从第一透镜组中最靠近影像侧的面的顶点到第一透镜组中的影像侧主点的间隔(“-”表示物体侧，“+”表示影像侧)。
12.如权利要求11所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第二透镜组由三个透镜组成具有很强的面向影像侧的凹度的凹弯月透镜；双凹透镜；以及凸透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且满足以下的条件表达式(5)(5)1.8＜(n2-1+n2-2)/2，式中n2-1为第二透镜组的凹弯月透镜的d线折射率；并且n2-2为第二透镜组的双凹透镜的d线折射率。
13.如权利要求11所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组包括由具有面向影像侧的凹度的凹弯月透镜和影像侧的表面是非球面的双凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且其特征在于满足以下各个条件表达式(6)、(7)和(8)(6)-0.4＜f3/r3-2＜0.4；(7)-1.25＜r4-1/r4-3＜-0.8；以及(8)0.3＜r4-2/f4＜0.6，式中f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距；r3-2为第三透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径；r4-1为第四透镜组中的凹弯月透镜的物体侧表面的曲率半径；r4-2为第四透镜组中的粘合面的曲率半径；并且r4-3为第四透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径。
14.如权利要求12所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组包括由具有面向影像侧的凹度的凹弯月透镜和影像侧的表面是非球面的双凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且其特征在于满足以下各个条件表达式(6)、(7)和(8)(6)-0.4＜f3/r3-2＜0.4；(7)-1.25＜r4-1/r4-3＜-0.8；以及(8)0.3＜r4-2/f4＜0.6，式中f3为第三透镜组的焦距；f4为第四透镜组的焦距；r3-2为第三透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径；r4-1为第四透镜组中的凹弯月透镜的物体侧表面的曲率半径；r4-2为第四透镜组中的粘合面的曲率半径；并且r4-3为第四透镜组中的凸透镜的影像侧表面的曲率半径。
15.如权利要求11所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向物体侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)和(10)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；以及(10)0.75＜f3/f3-1＜1，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；并且f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距。
16.如权利要求12所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)和(10)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；以及(10)0.75＜f3/f3-1＜1，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；并且f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距。
17.如权利要求11所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组包括由具有面向物体侧的凸度的凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且，至少最靠近物体侧的表面是非球面，其特征在于满足以下条件表达式(11)和(12)中的每个表达式(11)n4-2＞1.8；以及(12)0.1＜f3/f4＜0.7，式中n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率；f3为第三透镜组的焦距；并且f4为第四透镜组的焦距。
18.如权利要求12所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组由单个凸透镜组成，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组包括由具有面向物体侧的凸度的凸透镜、凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且，至少最靠近物体侧的表面是非球面，其特征在于满足以下条件表达式(11)和(12)中的每个表达式(11)n4-2＞1.8；以及(12)0.1＜f3/f4＜0.7，式中n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率；f3为第三透镜组的焦距；并且f4为第四透镜组的焦距。
19.如权利要求11所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组包括由双凸透镜和具有面向影像侧的凸度的凹透镜构成的粘合透镜，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)、(11)和(13)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；(11)n4-2＞1.8；以及(13)0.75＜f3/f3-1＜1.3，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；f3-1为第三透镜组的的单个凸透镜的焦距；并且n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率。
20.如权利要求12所述的图像拾取设备，其特征在于所述变焦镜头的第三透镜组包括凸透镜以及由具有很强的面向物体侧的凸度的凸透镜和具有很强的面向影像侧的凹度的凹透镜构成的粘合透镜，这些透镜自物体侧按顺序布置，并且至少一个表面是非球面；并且所述变焦镜头的第四透镜组包括由双凸透镜和具有面向影像侧的凸度的凹透镜构成的粘合透镜，并且至少一个表面是非球面，并且其特征在于满足以下条件表达式(9)、(11)和(13)中的每个表达式(9)0.4＜h3-5/h3-1＜0.7；(11)n4-2＞1.8；以及(13)0.75＜f3/f3-1＜1.3，式中h3-i为当在广角端允许与光轴平行的近轴光线进入第一透镜组时，在第三透镜组的自物体侧的第i个表面中的近轴光线的高度；f3为第三透镜组的焦距；f3-1为第三透镜组的单个凸透镜的焦距；并且n4-2为第四透镜组的凹透镜的d线折射率。
全文摘要
一种变焦镜头，包括自物体侧按顺序排列的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和具有正折光力的第四透镜组，其中，第一透镜组和第三透镜组是固定的，第二透镜组沿着光轴方向移动，主要用于改变放大倍数，第四透镜组沿着光轴方向移动，用于对影像位置变动进行校正和聚焦，其特征在于第一透镜组包括自物体侧按顺序排列的五个透镜，即凹透镜；凸度很强的凸面指向影像侧的凸透镜；由凹度很强的凹面指向影像侧的凹透镜和凸透镜构成的粘合透镜；以及凸度很强的凸面指向影像侧的凸透镜，并且满足以下条件表达式；(1)1.25＜h1－1/h1－4＜1.55；(2)d1－2/d1－3＜0.4；(3)1.65＜n1－2；以及(4)0.1＜H1′/f1＜0.6。
文档编号G02B13/18GK1739052SQ20038010884
公开日2006年2月22日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年1月17日
发明者南条雄介, 有田信一 申请人:索尼株式会社