專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng)，成像設(shè)備和拍攝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有對由手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因引起的圖像模糊進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償?shù)哪：a(bǔ)償功能的變焦透鏡系統(tǒng)，以及涉及使用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像設(shè)備和拍攝設(shè)備。
背景技術(shù)：
在先前的技術(shù)中，諸如數(shù)碼攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等圖像拍攝設(shè)備在圖像拍攝時(shí)存在圖像模糊的問題。因此阻止該問題發(fā)生的功能不可缺少。
例如，2001-66500號(hào)日本專利公開公報(bào)中所描述的圖像拍攝設(shè)備包括變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過在沿光軸的方向上移動(dòng)第一透鏡單元、第二透鏡單元和第四透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率，而手動(dòng)模糊所引起的圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行補(bǔ)償。
此外，2003-295059號(hào)日本專利公開公報(bào)中所描述的圖像拍攝設(shè)備包括變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過在沿光軸的方向上移動(dòng)第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率，而手動(dòng)模糊所引起的圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行補(bǔ)償。 .2001-66500號(hào)日本專利公開公報(bào)2003-295059日本專利公開公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題 在.2001-66500號(hào)日本專利公開公報(bào)中所描述的圖像拍攝設(shè)備中，圖像模糊在一定程度上可被補(bǔ)償。近年來圖像質(zhì)量高、孔徑大和尺寸小的需求不能被同時(shí)實(shí)現(xiàn)。此外，該圖像拍攝設(shè)備所使用的變焦透鏡系統(tǒng)具有僅為8或類似的可變放大倍率，而這是不夠的。
此外，同樣在2003-295059號(hào)日本專利公開公報(bào)中所描述的圖像拍攝設(shè)備中，圖像模糊在一定程度上可被補(bǔ)償。然而，由于可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)所有透鏡單元實(shí)現(xiàn)，因此總光學(xué)長度產(chǎn)生了很大變化。此外，由于變焦透鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中使用大量透鏡，因此其尺寸很難減小。
本發(fā)明目的是為了解決所述在先技術(shù)中的問題，其目的在于提供變焦透鏡系統(tǒng)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量、大孔徑和小尺寸，且可以對手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因所引起的模糊進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償；以及使用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像設(shè)備和拍攝設(shè)備。
解決方案 上述目標(biāo)之一可通過下面描述的變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。即，本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括 具有正光倍率的第一透鏡單元； 具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元； 具有正光倍率的第三透鏡單元； 具有正光倍率的第四透鏡單元，其中 可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元達(dá)到； 聚焦通過在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到； 圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行補(bǔ)償；并且 至少下列條件(1)和(2)之一被滿足 0＜(|ΔL|·f w)/(fT·IM)＜10×10-2(1) 0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15(2) (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 其中， ΔL是總光學(xué)長度的變化， ΔL3是從像面到在廣角端上第三透鏡單元的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔和從像面到在攝遠(yuǎn)端上第三透鏡單元的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔之間的差值， IM是圖像尺寸， fw是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且 fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
此外，上述目標(biāo)之一可通過下面描述的成像設(shè)備達(dá)到。即，本發(fā)明涉及能夠?qū)⑴臄z對象的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)，然后輸出該信號(hào)的成像設(shè)備，該成像設(shè)備包括 形成具有可變放大倍率的拍攝對象的光學(xué)圖像的的變焦透鏡系統(tǒng)；以及 將變焦透鏡系形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)的圖像傳感器，其中 該變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括 具有正光倍率的第一透鏡單元； 具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元； 具有正光倍率的第三透鏡單元； 具有正光倍率的第四透鏡單元，其中 可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元達(dá)到； 聚焦通過在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到； 圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行補(bǔ)償；并且 至少下列條件(1)和(2)之一被滿足 0＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜10×10-2 (1) 0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15(2) (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 其中， ΔL是總光學(xué)長度變化的總和， ΔL3是從像面到第三透鏡單元在廣角端的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔和從像面到第三透鏡單元在攝遠(yuǎn)端上的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔之間的差值， IM是圖像尺寸， fw是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且 fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
此外，上述目標(biāo)之一可通過下面將描述的拍攝設(shè)備達(dá)到。即，本發(fā)明涉及能夠拍攝拍攝對象并將其圖像輸出為電子圖像信號(hào)的拍攝設(shè)備，該拍攝設(shè)備包括 成像設(shè)備，形成具有可變放大倍率的拍攝對象的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)，和將由變焦透鏡系形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)的圖像傳感器，其中 該變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括 具有正光倍率的第一透鏡單元； 具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元； 具有正光倍率的第三透鏡單元； 具有正光倍率的第四透鏡單元，其中 可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元達(dá)到； 聚焦通過在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到； 圖像模糊通過在垂直于光軸方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行補(bǔ)償；并且 至少下列條件(1)和(2)之一被滿足 0＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜10×10-2(1) 0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15 (2) (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 其中， ΔL是總光學(xué)長度變化的總和， ΔL3是從像面到第三透鏡單元在廣角端上的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔和從像面到第三透鏡單元在攝遠(yuǎn)端上的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔之間的差值， IM是圖像尺寸， fw是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且 fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，變焦透鏡系統(tǒng)被提供，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量、大孔徑和小尺寸，以及使用手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因所引起的圖像光學(xué)補(bǔ)償模糊的模糊補(bǔ)償功能。
此外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)上述變焦透鏡系統(tǒng)被使用時(shí)，體積小和高性能的成像設(shè)備和拍攝設(shè)備可被提供，其中圖像模糊在光學(xué)上可被補(bǔ)償。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至5的變焦透鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例1的廣角端的縱向像差圖； 圖4是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例1的中間位置的縱向像差圖； 圖5是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例1的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖6是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例1的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖7是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例2的廣角端的縱向像差圖； 圖8是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例2的中間位置的縱向像差圖； 圖9是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例2的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖10是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例2的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖11是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例3的廣角端的縱向像差圖； 圖12是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例3的中間位置的縱向像差圖； 圖13是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例3的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖14是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例3的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖15是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例4的廣角端的縱向像差圖； 圖16是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例4的中間位置的縱向像差圖； 圖17是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例4的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖18是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例4的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖20是顯示顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例5的廣角端的縱向像差圖； 圖21是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例5的中間位置的縱向像差圖； 圖22是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例5的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖23是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例5的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖24是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖26是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例6的廣角端的縱向像差圖； 圖27是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例6的中間位置的縱向像差圖； 圖28是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例6的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖29是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例6的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖30是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例7的廣角端的縱向像差圖； 圖31是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例7的中間位置的縱向像差圖； 圖32是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例7的攝遠(yuǎn)端的縱向像差圖； 圖33是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例7的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行模糊補(bǔ)償時(shí)的橫向像差圖； 圖34是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例8的數(shù)碼攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖35是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例9的數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
參考標(biāo)號(hào)描述 341變焦透鏡 342低通濾波器 343圖像傳感器 344 信號(hào)處理電路 345 取景器 346 驅(qū)動(dòng)單元 347 檢測器 351 收縮型透鏡圓筒 353 光學(xué)取景器 354 快門 G1第一透鏡單元 G2第二透鏡單元 G3第三透鏡單元 G4第四透鏡單元 L1第一透鏡元件 L2第二透鏡元件 L3第三透鏡元件 L4第四透鏡元件 L5第五透鏡元件 L6第六透鏡元件 L7第七透鏡元件 L8第八透鏡元件 L9第九透鏡元件 L10第十透鏡元件 L11第十一透鏡元件 L12第十二透鏡元件 L13第十三透鏡元件 A 光圈 P 平面平行板 S 像面
具體實(shí)施例方式 (實(shí)施例1至5) 圖1為關(guān)于實(shí)施例1至5的表示變焦透鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，變焦透鏡系統(tǒng)為四單元結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元。在變焦透鏡系統(tǒng)中，可變放大倍率(變焦)通過在光軸方向上移動(dòng)的第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元達(dá)到，其中聚焦通過進(jìn)一步在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到。此外，手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因所引起的圖像模糊通過在垂直于光軸的方向移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。
首先，將在下面對實(shí)施例1至4進(jìn)行詳細(xì)描述。
關(guān)于實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光倍率的第一透鏡單元、具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元、光圈、具有正光倍率的第三透鏡單元和具有正光倍率的第四透鏡單元。
在關(guān)于實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)所有透鏡單元達(dá)到，其中聚焦通過進(jìn)一步在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到，而圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。
特別地，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，第一透鏡單元移動(dòng)到物側(cè)。在第一透鏡單元移動(dòng)到物側(cè)的結(jié)構(gòu)中，入瞳位于在視角很大的廣角范圍內(nèi)的物側(cè)。這樣，通過第一透鏡單元的光束高度可被降低。因此，可以進(jìn)一步減小畸變，像散和放大倍率色差。
此外，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，第三透鏡單元位于廣角端上的最靠近像側(cè)的位置。在本實(shí)施例1至4中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元和具有正光倍率的第三透鏡單元之間的間隔變小。這樣，為了減小變焦透鏡系統(tǒng)尺寸且仍然確保高可變放大比率， 第三透鏡單元更適合于被安排在廣角端上的最靠近像側(cè)的位置，并在放大倍率變化時(shí)被拉向物側(cè)。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)具有通過在光軸方向上移動(dòng)所有透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率的結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明并不局限于該種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以是通過在光軸方向上至少移動(dòng)三個(gè)透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率的結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)具有從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化的結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谌哥R單元位于廣角端的最靠近像側(cè)的位置時(shí)，第一透鏡單元移動(dòng)到物側(cè)。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
圖2是根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，第一透鏡單元G1包括透鏡元件L1至L3。第二透鏡單元G2包括透鏡元件L4至L7。第三透鏡單元G3包括透鏡元件L8至L10。第四透鏡單元G4包括透鏡元件L11。
在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，光圈A被安排在第二透鏡單元G2的透鏡元件L7和第二透鏡單元G3的透鏡元件L8之間。繪制在圖2最右邊的直線指示像面S的位置。在其物側(cè)設(shè)置有與光學(xué)低通濾波器、紅外截止濾光片、或如CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體)等圖像傳感器的面板的平面平行板P。
在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第一透鏡元件L1；具有面向物側(cè)的凸表面的雙凸第二透鏡元件L2(實(shí)施例1至2)或平-凸第二透鏡元件L2(實(shí)施例3至4)；以及具有面向物側(cè)凸表面的正彎月形第三透鏡元件L3。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第四透鏡元件L4；雙凸的第五透鏡元件L5；雙凸的第六透鏡元件L6；以及雙凸的第七透鏡元件L7。其中，第六透鏡元件L6和第七透鏡元件L7互相接合。此外，第七透鏡元件L7的像側(cè)表面r12為非球面。
在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的正彎月形第八透鏡元件L8；雙凸的第九透鏡元件L9；雙凸的第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9和第十透鏡元件L10互相接合。此外，第九透鏡元件L9的像側(cè)表面r16為非球面。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4僅包括雙凸的第十一透鏡元件L11。并且，第十一透鏡元件L11的像側(cè)r19為非球面。
在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件和由正透鏡元和負(fù)透鏡元件組成的接合透鏡單元。從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件、正透鏡元件和負(fù)透鏡元件的第三透鏡單元G3結(jié)構(gòu)比負(fù)透鏡元件被安排在關(guān)于正透鏡元件的物側(cè)的結(jié)構(gòu)更適合，因?yàn)橥哥R半徑可以被減小。這里，正透鏡元件和負(fù)透鏡元件不需要互相接合。此外，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)可以依次包括正透鏡元件、負(fù)透鏡元件和正透鏡元件。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例1至4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4包括唯一的正透鏡元件。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
接下來，在下面對實(shí)施例5進(jìn)行詳細(xì)描述。
在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光倍率的第一透鏡單元、具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元、光圈、具有正光倍率的第三透鏡單元和具有正光倍率的第四透鏡單元。
在關(guān)于實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)所有透鏡單元達(dá)到，其中聚焦通過進(jìn)一步在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到，而圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。
特別地，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，第一透鏡單元移動(dòng)到物側(cè)。在第一透鏡單元移動(dòng)到物側(cè)的結(jié)構(gòu)中，入瞳位于在視角很大的廣角范圍內(nèi)的物側(cè)。這樣，通過第一透鏡單元的光束高度可被降低。因此，可以進(jìn)一步降低畸變，像散和放大倍率色差。
此外，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，第三透鏡單元位于廣角端上的最靠近像側(cè)的位置。在本實(shí)施例5中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元和具有正光倍率的第三透鏡單元之間的間隔變小。這樣，為了使變焦透鏡系統(tǒng)尺寸減小并且仍然確保高可變放大比率，第三透鏡單元更適合于安排在廣角端的最靠近像側(cè)的位置，且在放大倍率變化時(shí)被拉至物側(cè)。
如上所述，關(guān)于實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)具有通過在光軸方向上移動(dòng)所有透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率的結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明并不局限于該種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以是通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率的結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)具有從廣角端到攝遠(yuǎn)端放大倍率發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谌哥R單元位于在廣角端上的最靠近像側(cè)的位置時(shí)，第一透鏡單元移動(dòng)到物側(cè)。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
圖19是根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖19所示，第一透鏡單元G1包括透鏡元件L1至L3。第二透鏡單元G2包括透鏡元件L4至L7。第三透鏡單元G3包括透鏡元件L8至L10。第四透鏡單元G4包括透鏡元件L11。
在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，光圈A被安排在第二透鏡單元G2的透鏡元件L7和第二透鏡單元G3的透鏡元件L8之間。此外，繪制在圖2最右邊的直線顯示了像面S的位置。在起物側(cè)，設(shè)置與本實(shí)施例1至4相似的平面平行板P。
在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第一透鏡元件L1；雙凸第二透鏡元件L2；以及具有面向物側(cè)的凸表面的正彎月形第三透鏡元件L3。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第四透鏡元件L4；雙凸的第五透鏡元件L5；具有面向物側(cè)的凸表面的平-凸第六透鏡元件L6和具有面向物側(cè)的凸表面的平-凸第七透鏡元件L7。其中，第六透鏡元件L6和第七透鏡元件L7互相接合。此外，第七透鏡元件L7的圖像側(cè)表面r12為非球面。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的正彎月形第八透鏡元件L8；雙凸的第九透鏡元件L9；雙凸的第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9的物側(cè)表面r16為非球面。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4僅包括具有面向物側(cè)的凸表面的正彎月形第十一透鏡元件L11。第十一透鏡元件L11的物側(cè)表面r20為非球面。
在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件、負(fù)透鏡元件和正透鏡元件。該結(jié)構(gòu)更適合于來自第三透鏡單元G3的最靠近像側(cè)表面的反射光在像面上不是入射光的情況，因此可以抑制重影和雜像散的發(fā)生。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4包括唯一的正透鏡元件。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
(實(shí)施例6至7) 圖24是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖24所示，變焦透鏡系統(tǒng)是四單元結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光倍率的第一透鏡單元、具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元、具有正光倍率的第三透鏡單元和具有正光倍率的第四透鏡單元。在變焦透鏡系統(tǒng)中，可變放大倍率(變焦)通過在光軸方向上移動(dòng)第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元達(dá)到，其中聚焦通過進(jìn)一步在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元達(dá)到。此外，手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因所引起的圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。
特別地，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，第一透鏡單元位于廣角端的最靠近像側(cè)的位置上。在本實(shí)施例6至7中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化中，具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元和具有正光倍率的第三透鏡單元之間的間隔變小。這樣，為了使變焦透鏡系統(tǒng)尺寸減小且仍然確保高可變放大比率， 第三透鏡單元更適合于安排在廣角端的最靠近像側(cè)的位置上，且在放大倍率變化時(shí)下被拉至物側(cè)。
同樣，本實(shí)施例6至7中的變焦透鏡系統(tǒng)具有從廣角端到攝遠(yuǎn)端的放大倍率變化的結(jié)構(gòu)，第三透鏡單元位于廣角端上的最靠近像側(cè)的位置上。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖25所示，第一透鏡單元G1包括透鏡元件L1至L3。第二透鏡單元G2包括透鏡元件L4至L7。第三透鏡單元G3包括透鏡元件L8至L1第四透鏡單元G4包括透鏡元件L11至L13。
在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，光圈A被安排在第二透鏡單元G2的透鏡元件L7和第二透鏡單元G3的透鏡元件L8之間。此外，繪制在圖2最右邊的直線顯示了像面S的位置。在其物側(cè)提供與實(shí)施例1至5相似的平面平行板P。
在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第一透鏡元件L1；雙凸的第二透鏡元件L2；以及具有面向物側(cè)的凸表面的正彎月形第三透鏡元件L3。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第四透鏡元件L4；具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第五透鏡元件L5(實(shí)施例6)或平-凸的第五透鏡元件L5(實(shí)施例7)；雙凸的第六透鏡元件L6；以及雙凸的第七透鏡元件L7。其中，第六透鏡元件L6和第七透鏡元件L7互相接合。此外，第七透鏡元件L7的像側(cè)表面r12為非球面。
在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有面向物側(cè)的凸表面的正彎月形第八透鏡元件L8；雙凸的第九透鏡元件L9；雙凸的第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9的物側(cè)表面r16為非球面。此外，第九透鏡元件L9的物側(cè)表面r16為非球面。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4從物側(cè)到像側(cè)依次包括雙凸的第十一透鏡元件L11；雙凸的第十二透鏡元件L12；以及雙凸的第十三透鏡元件L13。此外，第十三透鏡元件L13的圖像側(cè)表面r22為非球面。
在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件和由正透鏡元和負(fù)透鏡元組成的接合透鏡單元。從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件、正透鏡元件和負(fù)透鏡元件的第三透鏡單元G3結(jié)構(gòu)比負(fù)透鏡元件被安排在正透鏡元件的物側(cè)的結(jié)構(gòu)更適合，因?yàn)橥哥R半徑可以被減小。這里，正透鏡元件和負(fù)透鏡元件不需要互相接合。此外，第三透鏡單元G3，從物側(cè)到像側(cè)可能依次包括正透鏡元件、負(fù)透鏡元件和正透鏡元件。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例6至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4由接合透鏡單元組成，從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件、負(fù)透鏡元件和正透鏡元件。然而，本發(fā)明并不局限于該結(jié)構(gòu)。
在下文中，以下所描述的條件通過變焦透鏡系統(tǒng)得到更適合的滿足，如根據(jù)本實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)，即，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光倍率的第一透鏡單元、具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元、具有正光倍率的第三透鏡單元和具有正光倍率的第四透鏡單元，其中可變放大倍率通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元達(dá)到，聚焦通過進(jìn)一步在光軸方向上移動(dòng)光軸第四透鏡單元達(dá)到，而圖像模糊通過在垂直于光軸方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。這里，提出根據(jù)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)更適合使用的多個(gè)不同條件。雖然希望能夠獲得滿足所有條件變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)單個(gè)條件被滿足時(shí)，仍然可以獲得提供相應(yīng)作用的變焦透鏡系統(tǒng)。
例如，如根據(jù)本實(shí)施例1至7中變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)至少滿足下列條件(1)和(2)之一 0＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜10×10-2(1) 0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15 (2) (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 其中， ΔL是總光學(xué)長度變化的總和， ΔL3是從像面到第三透鏡單元在廣角端上的最靠近物側(cè)表面的間隔和從像面到第三透鏡單元在攝遠(yuǎn)端上的最靠近物側(cè)表面的間隔之間的差值， IM是圖像尺寸， fw是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且 fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
條件(1)是關(guān)于第一透鏡單元的移動(dòng)和性能的條件。當(dāng)數(shù)值低于條件(1)的下限時(shí)，通過第一透鏡單元達(dá)到的放大倍率的變化非常小。這樣，為了使變焦透鏡系統(tǒng)尺寸減小，第二透鏡單元的光倍率需要增加。這會(huì)引起諸如場區(qū)等的像差。相反，當(dāng)數(shù)值高于條件(1)的上限時(shí)，通過第一透鏡單元的光束高度的變化變大。這會(huì)特別導(dǎo)致與可變放大倍率中變化相關(guān)聯(lián)的像散發(fā)生極大變化。當(dāng)條件(1)被滿足時(shí)，可以在像差波動(dòng)被抑制的狀態(tài)下使變焦透鏡系統(tǒng)的尺寸減小。
這里，在本發(fā)明描述中所定義的圖像尺寸IM通過下列公式進(jìn)行計(jì)算。
| M＝2fw×tan ω 其中， fw是整個(gè)系統(tǒng)在廣角端上的焦距，且 ω是入射半視角。
此外，當(dāng)至少下列公式(1)’和(1)”之一被滿足時(shí)，上述作用可達(dá)到更成功。
2.0×10-2＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)(1)’ (|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜9.5×10-2(1)” (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 條件(2)是關(guān)于第三透鏡單元移動(dòng)、尺寸和性能的條件。當(dāng)數(shù)值低于條件(2)的下限時(shí)，軸向光束的立體角變大。這樣，盡管F數(shù)可以被減小，但第一透鏡單元和光圈之間的距離變長。這會(huì)引起入瞳距離的增加。這樣，通過第一透鏡單元的光束高度變高。這阻止了變焦透鏡系統(tǒng)的尺寸減小，并進(jìn)一步增大了像散和畸變。相反，當(dāng)數(shù)值高于條件(2)的上限時(shí)，通過第三透鏡單元的光束高度變低。雖然有利于減小變焦透鏡系統(tǒng)尺寸，但是單軸向光束的立體角變小，因此產(chǎn)生的衍射降低圖像的質(zhì)量。此外，為了使孔徑放大，第三透鏡單元的有效直徑需要被增大。這會(huì)引起球差和透鏡重量的增加，從而增加模糊補(bǔ)償時(shí)的制動(dòng)器負(fù)載。當(dāng)條件(2)被滿足時(shí)，在變焦透鏡系統(tǒng)中達(dá)到尺寸減小被滿足的狀態(tài)下，F(xiàn)數(shù)能被調(diào)節(jié)至4或類似數(shù)值。因此，由衍射所引起的圖像衰變可被避免。
這里，例如，當(dāng)F數(shù)為5.6，到C線的理想透鏡的MTF(調(diào)制傳遞函數(shù)分辨率程度)在220行/毫米的情況下變得小于10％。然而，當(dāng)F數(shù)為4.0時(shí)，到C線的理想透鏡的MTF在到達(dá)300行/毫米的情況下變成10％或更大。
此外，當(dāng)至少下列公式(2)’和(2)”之一被滿足時(shí)，上述作用可達(dá)到更成功。
0.008＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)(2)’ (|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.12 (2)” (這里，Z＝f T/fw＞8.0) 此外，例如，在類似根據(jù)本實(shí)施例1至7中變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，下列條件(3)得到更適合的滿足。
-1.0＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM＜3.5×10-3(3) (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 其中， φ1是第一透鏡單元的光倍率， φ2是第二透鏡單元的光倍率， φ3是第三透鏡單元的光倍率， φ4是第四透鏡單元的光倍率，且 IM是圖像尺寸。
條件(3)是關(guān)于具有正光倍率的三個(gè)透鏡單元和具有負(fù)光倍率的透鏡單元的光倍率總和的條件。當(dāng)數(shù)值變負(fù)時(shí)，第二透鏡單元的光倍率變大。當(dāng)數(shù)值低于條件(3)的下限時(shí)，第二透鏡單元的負(fù)光倍率變得非常大。這會(huì)引起當(dāng)圖像高度增加時(shí)，像面從遠(yuǎn)離物鏡點(diǎn)的方向傾斜的情況。相反，當(dāng)數(shù)值高于條件(3)的上限時(shí)，正光倍率變大。這會(huì)引起像面從接近物鏡點(diǎn)的方向傾斜的情況。當(dāng)條件(3)被滿足時(shí)，場區(qū)能被更好地?cái)M制。這樣，分辨率峰值可從中心到外圍部分進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)。并且，特別地，第二透鏡單元中產(chǎn)生的圖像外圍的像散和在廣角端側(cè)的畸變可被充分?jǐn)M制。
此外，當(dāng)至少下列公式(3)’，(3)”和(3)之一被滿足時(shí)，上述作用可達(dá)到更成功。
-1.0×10-4＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM(3)’ 0＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM (3)” (φ1+φ2+φ3+φ4)/IM＜3.3×10-3(3) (這里，Z＝fT/fw＞8.0) 這里，由根據(jù)本實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)構(gòu)成的透鏡單元由除了通過折射來偏轉(zhuǎn)入射光的折射型透鏡元件(即，在每個(gè)具有不同折射率的媒介之間的界面上實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的透鏡元件)之外的元件組成。然而，本發(fā)明并不只局限于該種結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)。例如，透鏡單元可使用通過衍射來偏轉(zhuǎn)入射光的衍射型透鏡元件；通過反射和折射的結(jié)合來偏轉(zhuǎn)入射光的折射-反射混合式透鏡元件；或者通過媒介中分布的不同折射率偏轉(zhuǎn)入射光的梯度指數(shù)型透鏡元件。
此外，在根據(jù)本實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)中，反射表面可被安排在光學(xué)路徑中，以使得光學(xué)路徑在變焦透鏡系統(tǒng)之前或之后或者中間可以被彎曲。彎曲位置根據(jù)需要可以任意設(shè)置。當(dāng)光學(xué)路徑適當(dāng)?shù)貜澢鷷r(shí)，在拍攝設(shè)備中可以減小表面的厚度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以獲得變焦透鏡系統(tǒng)，其可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量、大孔徑和小尺寸，并且具有對使用手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因所引起的圖像模糊進(jìn)行光學(xué)模糊補(bǔ)償?shù)哪：a(bǔ)償功能。
(實(shí)施例8) 圖34是根據(jù)本實(shí)施例8的數(shù)碼攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其提供了使用本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的成像設(shè)備。
如圖34所示，根據(jù)實(shí)施例8的數(shù)碼攝像機(jī)使用了成像設(shè)備，其包括具有變焦透鏡341和安排在變焦透鏡341像側(cè)的低通濾波器342，并形成拍攝對象的光學(xué)圖像的可變放大倍率的變焦透鏡系統(tǒng)；以及可將拍攝對象的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)的圖像傳感器343。此外，取景器345通過信號(hào)處理電路344被連接于圖像傳感器343。這里，關(guān)于實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)被作為變焦透鏡系統(tǒng)使用。這樣，具有高性能模糊補(bǔ)償功能的數(shù)碼攝像機(jī)得到實(shí)現(xiàn)。此外，用于檢測模糊的檢測器347，經(jīng)由用于在垂直于光軸方向上移動(dòng)第三透鏡單元的驅(qū)動(dòng)單元346，被連接到變焦透鏡341的第三透鏡單元上。
這里，在實(shí)施例8中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)被作為變焦透鏡系統(tǒng)使用。然而，為了替代該變焦透鏡系統(tǒng)，例如，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2至7的變焦透鏡系統(tǒng)可被使用。即使當(dāng)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2至7的變焦透鏡系統(tǒng)被同樣使用時(shí)，具有高性能模糊補(bǔ)償功能的數(shù)碼攝像機(jī)仍可得到實(shí)現(xiàn)。
(實(shí)施例9) 圖35是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例9的數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其提供了使用本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的成像設(shè)備。
如圖35所示，根據(jù)實(shí)施例9的數(shù)碼相機(jī)采用其包括形成拍攝對象的光學(xué)圖像的可變放大倍率的變焦透鏡系統(tǒng)351，并且由收縮型透鏡圓筒352和將變焦透鏡系統(tǒng)351形成的拍攝對象的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)的圖像傳感器(沒有顯示)所支撐的成像設(shè)備；光學(xué)取景器353；以及遮光器354。這里，根據(jù)本實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)被作為變焦透鏡系統(tǒng)使用。這樣，具有高性能模糊補(bǔ)償功能的數(shù)碼相機(jī)得到實(shí)現(xiàn)。
這里，在實(shí)施例9中，顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)被作為變焦透鏡系統(tǒng)使用。然而，為了替代該變焦透鏡系統(tǒng)，例如，顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2至7的變焦透鏡系統(tǒng)可被使用。即使當(dāng)顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2至7的變焦透鏡系統(tǒng)被同樣使用時(shí)，具有高性能模糊補(bǔ)償功能的數(shù)碼相機(jī)可得到實(shí)現(xiàn)。
此外，除了根據(jù)實(shí)施例8的數(shù)碼攝像機(jī)和根據(jù)實(shí)施例9的數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用之外，成像設(shè)備還包括根據(jù)實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)和應(yīng)用在諸如移動(dòng)電話、PDA(個(gè)人數(shù)碼助理)、檢視系統(tǒng)中的檢視相機(jī)、網(wǎng)絡(luò)拍攝設(shè)備、車輛裝配拍攝設(shè)備等等中的CCS或CMOS等圖像傳感器。
數(shù)值實(shí)例1至7將在下面描述以作為根據(jù)實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。
這里，在每個(gè)數(shù)值實(shí)例中，在透鏡數(shù)據(jù)表格中，長度的單位均為“毫米”。符號(hào)r表示透鏡元件表面的曲率半徑。符號(hào)d表示透鏡元件的厚度或透鏡元件之間的空氣間隙。符號(hào)nd表示透鏡元件到d線的折射率。符號(hào)vd表示透鏡元件到d線的阿貝數(shù)。
此外，在每個(gè)數(shù)值實(shí)例中，在非球面表面數(shù)據(jù)表格中的“D+00”等數(shù)值表示“×10+00”等數(shù)值。非球面表面的垂度“SAG”表示在非球面表面上相對于光軸的預(yù)定高度上的一點(diǎn)與非球面表面頂端的距離(垂度)，且由下述公式定義得到。
其中， h是相對于光軸的高度， r是非球面表面頂端的曲率半徑， K是圓錐常數(shù)，且 D，E，F(xiàn)，G，H，I和J分別為四階、六階、八階、十階、十二階、十四階和十六階的非球面系數(shù)。
在每個(gè)數(shù)值實(shí)例中，可變空氣間隙數(shù)據(jù)表示結(jié)合坐落在透鏡元件頂端無限遠(yuǎn)位置的物鏡點(diǎn)情況下的鏡頭推近或拉遠(yuǎn)而改變的空氣間隙(毫米)。在可變空氣間隙數(shù)據(jù)表格中，中間位置表示第二透鏡單元的放大倍率變成數(shù)值-1的位置。這里，顯示可變空氣間隙數(shù)據(jù)的表格同時(shí)列出了焦距f(毫米)、在變焦透鏡系統(tǒng)的廣角端上的F數(shù)F/No和入射視角2ω、中間位置和攝遠(yuǎn)端。
(實(shí)例1) 實(shí)例1中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖2所示的實(shí)施例1。表格1顯示了實(shí)例1中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格2顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格3顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格1 表格2 表格3 (實(shí)例2) 實(shí)例2中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖2所示的實(shí)施例2。表格4顯示了實(shí)例2中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格4顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格5顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格4 表格5 表格6 (實(shí)例3) 實(shí)例3中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖2所示的實(shí)施例3。表格7顯示了實(shí)例3中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格8顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格9顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格7 表格8 表格9 (實(shí)例4) 實(shí)例4中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖2所示的實(shí)施例4。表格10顯示了實(shí)例4中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格11顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格12顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格10 表格11 表格12 (實(shí)例5) 實(shí)例5中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖19所示的實(shí)施例5。表格13顯示了實(shí)例5中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格14顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格15顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格13 表格14 表格15 (實(shí)例6) 實(shí)例6中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖25所示的實(shí)施例6。表格16顯示了實(shí)例6中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格17顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格18顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格16 表格17 表格18 (實(shí)例7) 實(shí)例7中的變焦透鏡系統(tǒng)對應(yīng)于圖25所示的實(shí)施例7。表格19顯示了實(shí)例7中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表格20顯示了非球面數(shù)據(jù)。表格21顯示了可變空氣間隙數(shù)據(jù)。
表格19 表格20 表格21 表格22顯示了對應(yīng)于實(shí)例1至7中的條件的數(shù)值。
表格22 根據(jù)本實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)的像差性能根據(jù)像差圖表在下面進(jìn)行描述。
圖3至5是根據(jù)實(shí)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖7至9是根據(jù)實(shí)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖11至13是根據(jù)實(shí)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖15至17是根據(jù)實(shí)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖20至22是根據(jù)實(shí)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖26至28是根據(jù)實(shí)例6的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖30至32是根據(jù)實(shí)例7的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。
圖3，7，11，15，20，26和30顯示在廣角端上的單個(gè)像差性能。圖4，8，12，16，21，27和31顯示在中間位置上的單個(gè)像差性能。圖5，9，13，17，22，28和32顯示在攝遠(yuǎn)端上的單個(gè)像差性能。
在每個(gè)縱向像差圖中，(a)部分是球差圖，其中垂直軸表示焦F數(shù)，而實(shí)線表示d線的特征。(b)部分是像散圖，其中垂直軸表示半視角ω，而實(shí)線表示弧矢像面，虛線表示子午像面。(c)部分是畸變圖，其中垂直軸表示半視角ω。(d)部分是軸向色差圖，其中垂直軸表示F數(shù)，而實(shí)線表示d線的特征，短虛線表示F線的特征，長虛線表示C線的特征。(e)部分是放大倍率色差圖，其中垂直軸表示半視角ω，而短虛線表示F線的特征，長虛線表示C線的特征。
從像差性能圖3至5，7至9，11至13，15至17，20至22，26至28，和30至32可以看出，本實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)具有足夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的像差補(bǔ)償能力。
圖6是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例1的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.35°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。圖10是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例2的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.30°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。圖14是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例3的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.33°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。圖18是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例4的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.33°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。圖23是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例5的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.47°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。圖29是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例6的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.47°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。圖33是顯示在變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)例7的攝遠(yuǎn)端進(jìn)行0.33°模糊補(bǔ)償時(shí)的像差性能的橫向像差圖。
在每個(gè)橫向像差圖中，(a)部分是在相對像高為0.75時(shí)的橫向像差圖。(b)部分是像中心的橫向像差圖。(c)部分是在相對像為-0.75時(shí)的橫向像差圖。此外，在每個(gè)橫向像差圖中，實(shí)線表示d線的特征，而短虛線表示F線的特征，長虛線表示C線的特征，點(diǎn)劃線表示g線的特征。
從像差性能圖6，10，14，18，23，29和33可以看出，本實(shí)施例1至7的變焦透鏡系統(tǒng)在模糊補(bǔ)償時(shí)具有令人滿意的像差性能。
工業(yè)應(yīng)用 根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)應(yīng)用在諸如數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA(個(gè)人數(shù)碼助手)、檢視系統(tǒng)中的檢視拍攝設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)拍攝設(shè)備或車輛裝配拍攝設(shè)備等的拍攝設(shè)備中。特別地，變焦透鏡系統(tǒng)更適合于應(yīng)用于諸如需要高圖像質(zhì)量、大孔徑和小尺寸且同時(shí)需要圖像模糊補(bǔ)償?shù)臄?shù)碼攝像機(jī)或數(shù)碼拍攝設(shè)備等的拍攝設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，從物側(cè)到像側(cè)依次包括
具有正光倍率的第一透鏡單元；
具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元；
具有正光倍率的第三透鏡單元；以及
具有正光倍率的第四透鏡單元，其中，
通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率，
通過在光軸方向上移動(dòng)所述第四透鏡單元實(shí)現(xiàn)聚焦，
通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)所述第三透鏡單元進(jìn)行圖像模糊補(bǔ)償，并且
至少下列條件(1)和(2)之一被滿足
0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2 (1)
0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15(2)
(這里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
ΔL是總光學(xué)長度變化的總和，
ΔL3是從像面到第三透鏡單元在廣角端上的最靠近物側(cè)表面的間隔和從像面到第三透鏡單元在攝遠(yuǎn)端上的最靠近物側(cè)表面的間隔之間的差值，
IM是圖像尺寸，
fW是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且
fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端上的放大倍率變化過程中，所述第一透鏡單元向物側(cè)移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述第三透鏡單元位于廣角端上的最靠近像側(cè)的位置上。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下列條件(3)
-1.0＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM＜3.5×10-3 (3)
(這里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
φ1是第一透鏡單元的光倍率，
φ2是第二透鏡單元的光倍率，
φ3是第三透鏡單元的光倍率，
φ4是第四透鏡單元的光倍率，且
IM是圖像尺寸。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，從物側(cè)到像側(cè)，第三透鏡單元依次包括正透鏡元件、正透鏡元件和負(fù)透鏡元件。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，從物側(cè)到像側(cè)，第三透鏡單元依次包括正透鏡元件、負(fù)透鏡元件和正透鏡元件。
7.一種能夠?qū)⑴臄z對象的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)然后輸出該信號(hào)的成像設(shè)備，其特征在于，該成像設(shè)備包括
以可變放大倍率形成拍攝對象的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)；以及
將由變焦透鏡系形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)的圖像傳感器，其中
該變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括
具有正光倍率的第一透鏡單元；
具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元；
具有正光倍率的第三透鏡單元；以及
具有正光倍率的第四透鏡單元，其中
通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率；
通過在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元實(shí)現(xiàn)聚焦；
通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行圖像模糊補(bǔ)償；并且
至少下列條件(1)和(2)之一被滿足
0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2 (1)
0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15(2)
(這里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
ΔL是總光學(xué)長度變化的總和，
ΔL3是從像面到第三透鏡單元在廣角端上的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔和從像面到第三透鏡單元在攝遠(yuǎn)端上的最靠近物側(cè)表面的間隔之間的差值，
IM是圖像尺寸，
fW是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且
fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
8.一種能夠拍攝拍攝對象并將其圖像輸出為電子圖像信號(hào)的拍攝設(shè)備，其特征在于，該拍攝設(shè)備包括
具有以可變放大倍率形成拍攝對象的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)，和將由變焦透鏡系形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換至電子圖像信號(hào)的圖像傳感器的成像設(shè)備，其中，
變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括
具有正光倍率的第一透鏡單元；
具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元；
具有正光倍率的第三透鏡單元；以及
具有正光倍率的第四透鏡單元，其中
通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率；
通過在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元實(shí)現(xiàn)聚焦；
通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)光軸第三透鏡單元進(jìn)行圖像模糊補(bǔ)償；并且
至少下列條件(1)和(2)之一被滿足
0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2(1)
0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15 (2)
(這里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
ΔL是總光學(xué)長度變化的總和，
ΔL3是從像面到第三透鏡單元在廣角端上的最遠(yuǎn)物側(cè)表面的間隔和從像面到第三透鏡單元在攝遠(yuǎn)端上的最靠近物側(cè)表面的間隔之間的差值，
IM是圖像尺寸，
fW是在廣角端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距，且
fT是在攝遠(yuǎn)端上整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
9.如權(quán)利要求8所述的拍攝設(shè)備，其特征在于，該拍攝設(shè)備是能夠獲得拍攝對象的動(dòng)態(tài)圖像的數(shù)碼攝像機(jī)。
10.如權(quán)利要求8所述的拍攝設(shè)備，其特征在于，該拍攝設(shè)備是能夠獲得拍攝對象的靜態(tài)圖像的數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量、大孔徑和小尺寸，并可以對使用手動(dòng)模糊、顫動(dòng)或類似原因所引起的圖像模糊進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償?shù)淖兘雇哥R系統(tǒng)；并且提供成像設(shè)備和拍攝設(shè)備。本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光倍率的第一透鏡單元、具有負(fù)光倍率的第二透鏡單元、具有正光倍率的第三透鏡單元和具有正光倍率的第四透鏡單元，其中通過在光軸方向上移動(dòng)至少三個(gè)透鏡單元實(shí)現(xiàn)可變放大倍率，聚焦通過在光軸方向上移動(dòng)第四透鏡單元實(shí)現(xiàn)，圖像模糊通過在垂直于光軸的方向上移動(dòng)第三透鏡單元進(jìn)行補(bǔ)償，并且至少條件(1)0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2，條件(2)0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15(這里，Z＝fT/fW＞8.0)其中之一被滿足；并且涉及成像設(shè)備和拍攝設(shè)備。
文檔編號(hào)G02B13/18GK101124504SQ20068000537
公開日2008年2月13日 申請日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者山田克 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社