專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng)，透鏡鏡筒，成像裝置和拍攝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)、透鏡鏡筒、成像裝置和拍攝設(shè)備。本發(fā)明尤其涉及一種適用于諸如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)這類小型、高圖像質(zhì)量拍攝設(shè)備的、并具有大的可變放大倍率和高分辨率的變焦透鏡系統(tǒng)；一種保持該變焦透鏡系統(tǒng)并在收納時具有短的全長和低的全高(overall height)的透鏡鏡筒；一種包括該透鏡鏡筒的成像裝置；以及一種采用該成像裝置的薄型緊湊式拍攝設(shè)備。
背景技術(shù)：
近來，隨著諸如CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)這種具有高像素的固體圖像傳感器的開發(fā)進(jìn)展，與上述高像素的固體圖像傳感器相適應(yīng)而采用包括高光學(xué)性能的成像光學(xué)系統(tǒng)的成像裝置的數(shù)碼相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)正迅速普及。
其中尤其是數(shù)碼相機(jī)，近來提出了諸多薄型結(jié)構(gòu)的方案以取得給予最優(yōu)先考慮的、令人滿意的收納或攜帶便利性。作為用于實現(xiàn)這種薄型數(shù)碼相機(jī)的可能手段，提出了大量的使光束改變90°方向的變焦透鏡系統(tǒng)。
例如，日本特開2004-004533號和特開2003-202500號專利公報揭示了一種結(jié)構(gòu)，其中在設(shè)置有變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置中，在位于最靠物側(cè)的透鏡單元的內(nèi)部布置有直角棱鏡，該直角棱鏡具有用來使光束彎折90度的內(nèi)部反射面。在日本特開2004-004533號和特開2003-202500號專利公報揭示的成像裝置中，由于物體光在垂直于入射透鏡單元光軸的平面內(nèi)被彎折，故成像裝置的厚度由直角棱鏡和相對于該直角棱鏡位于物側(cè)的透鏡元件所決定。這減小了厚度。
此外，日本特開2004-102089號專利公報揭示了一種結(jié)構(gòu)，其中在設(shè)置有由具有正、負(fù)、正和正結(jié)構(gòu)的四單元組成的變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置中，具有用于使光束彎折90度的內(nèi)部反射面的直角棱鏡被布置在具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元的內(nèi)部。在日本特開2004-102089號專利公報中，直角棱鏡布置在相對于具有正光焦度的第一透鏡單元位于圖像側(cè)的透鏡單元的內(nèi)部。這使得直角棱鏡結(jié)構(gòu)緊湊。
然而，在特開2004-004533號專利公報所揭示的變焦透鏡系統(tǒng)中，雖然提供了緊湊成像裝置，但可變的放大倍率很小，小到大約為3。而且，周邊的光學(xué)性能不足。
此外，在特開2003-202500和2004-102089號專利公報所揭示的變焦透鏡系統(tǒng)中，成像裝置的厚度減小被其固有的結(jié)構(gòu)所限制。而且，周邊的光學(xué)性能不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有大的可變放大倍率和高分辨率的變焦透鏡系統(tǒng)；一種保持該變焦透鏡系統(tǒng)并在收納時具有短的全長和低的全高的透鏡鏡筒；一種包括該透鏡鏡筒的成像裝置；以及一種采用該成像裝置的薄且小型的拍攝設(shè)備。
實現(xiàn)在此披露的各新穎構(gòu)思以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，這里披露如下一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成，其中所述透鏡單元當(dāng)中至少任何兩個透鏡單元之間的間距被改變使得以連續(xù)可變的放大倍率形成物體的光學(xué)圖像，所述變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，且該第二透鏡單元包括具有用于彎折來自物體的光束的反射面的透鏡元件；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元，且滿足下面的條件(1)0.50＜(C-S)/H＜1.00 …(1)其中，C是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的有效半徑，使第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面與具有反射面的透鏡元件之間的間距等于第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的垂度C＝(2R·dR-dR2)，S是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面在高度H處的垂度，H是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度的一半，R是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的曲率半徑，
dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距。
實現(xiàn)在此披露的各新穎構(gòu)思以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，這里披露如下一種用于保持形成物體的光學(xué)圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡鏡筒，其中所述成像光學(xué)系統(tǒng)是變焦透鏡系統(tǒng)，該變焦透鏡系統(tǒng)包括至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成，其中所述透鏡單元當(dāng)中至少任何兩個透鏡單元之間的間距被改變使得以連續(xù)可變的放大倍率形成物體的光學(xué)圖像，所述變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，且該第二透鏡單元包括具有用于彎折來自物體的光束的反射面的透鏡元件；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元，且滿足下面的條件(1)0.50＜(C-S)/H＜1.00 …(1)其中，C是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的有效半徑，使第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面與具有反射面的透鏡元件之間的間距等于第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的垂度C＝(2R·dR-dR2)，S是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面在高度H處的垂度，H是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度的一半，R是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的曲率半徑，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距，且其中，在成像狀態(tài)時，以在來自物體的光線的方向上可移動的方式保持所述第一透鏡單元，且在收納狀態(tài)時，具有反射面的透鏡元件退避到不同于成像狀態(tài)時所處位置的退避位置。實現(xiàn)在此披露的各新穎構(gòu)思以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，這里披露如下一種成像裝置，能夠?qū)⑽矬w的光學(xué)圖像作為電子圖像信號輸出，該成像裝置包括形成所述物體的光學(xué)圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)；和將所述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號的圖像傳感器，其中，所述成像光學(xué)系統(tǒng)是變焦透鏡系統(tǒng)，該變焦透鏡系統(tǒng)包括至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成，其中所述透鏡單元當(dāng)中至少任何兩個透鏡單元之間的間距被改變使得以連續(xù)可變的放大倍率形成物體的光學(xué)圖像，所述變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，且該第二透鏡單元包括具有用于彎折來自物體的光束的反射面的透鏡元件；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元，且滿足下面的條件(1)0.50＜(C-S)/H＜1.00 …(1)其中，C是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的有效半徑，使第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面與具有反射面的透鏡元件之間的間距等于第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的垂度C＝(2R·dR-dR2)，S是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面在高度H處的垂度，H是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度的一半，R是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的曲率半徑，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距。實現(xiàn)在此披露的各新穎構(gòu)思以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，這里披露如下一種拍攝設(shè)備，用于將物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號，并隨后對經(jīng)過轉(zhuǎn)換的圖像信號執(zhí)行顯示和存儲中的至少一個，該拍攝設(shè)備包括成像裝置，該成像裝置包括形成所述物體的光學(xué)圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)；和將所述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號的圖像傳感器，其中，所述成像光學(xué)系統(tǒng)是變焦透鏡系統(tǒng)，該變焦透鏡系統(tǒng)包括至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成，其中所述透鏡單元當(dāng)中至少任何兩個透鏡單元之間的間距被改變使得以連續(xù)可變的放大倍率形成物體的光學(xué)圖像，所述變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，且該第二透鏡單元包括具有用于彎折來自物體的光束的反射面的透鏡元件；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元，且滿足下面的條件(1)0.50＜(C-S)/H＜1.00 …(1)
其中，C是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的有效半徑，使第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面與具有反射面的透鏡元件之間的間距等于第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的垂度C＝(2R·dR-dR2)，S是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面在高度H處的垂度，H是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度的一半，R是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的曲率半徑，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距。本發(fā)明提供一種具有大的可變放大倍率和高分辨率的變焦透鏡系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還提供一種保持該變焦透鏡系統(tǒng)并在收納時具有短的全長和低的全高的透鏡鏡筒。而且，本發(fā)明提供一種包括該透鏡鏡筒的成像裝置，以及一種采用該成像裝置的薄且小型的拍攝設(shè)備。


下面通過參考附圖、結(jié)合各優(yōu)選實施形態(tài)進(jìn)行的說明，本發(fā)明的上述以及其他目的和特征將會清楚。附圖如下圖1A示出采用實施形態(tài)1的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖1B示出采用實施形態(tài)1的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2A示出實施形態(tài)1在廣角極限的成像狀態(tài)下成像光學(xué)系統(tǒng)配置的透鏡配置圖；圖2B示出實施形態(tài)1在收納狀態(tài)下成像光學(xué)系統(tǒng)配置的透鏡配置圖；圖3A至3C示出分別在攝遠(yuǎn)極限的成像狀態(tài)、廣角極限的成像狀態(tài)和收納狀態(tài)下實施形態(tài)1的成像裝置的透鏡鏡筒配置的剖視圖；圖4A示出采用實施形態(tài)1的修改方案的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4B示出采用實施形態(tài)1的修改方案的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖5A示出采用實施形態(tài)2的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖5B示出采用實施形態(tài)2的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖6A示出實施形態(tài)2在廣角極限的成像狀態(tài)下的成像光學(xué)系統(tǒng)配置的透鏡配置圖；圖6B示出實施形態(tài)2在收納狀態(tài)下的成像光學(xué)系統(tǒng)配置的透鏡配置圖；
圖7A至7C示出分別在攝遠(yuǎn)極限的成像狀態(tài)、廣角極限的成像狀態(tài)和收納狀態(tài)下實施形態(tài)2的成像裝置的透鏡鏡筒配置的剖視圖；圖8A示出采用實施形態(tài)3的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖8B示出采用實施形態(tài)3的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖9A示出采用實施形態(tài)4的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖9B示出采用實施形態(tài)4的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖10A示出采用實施形態(tài)5的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖10B示出采用實施形態(tài)5的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖11A至11C示出實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)(實例1)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的透鏡配置圖；圖12A至12I示出實例1的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的縱向像差圖；圖13A至13F示出實例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；圖14A至14C示出實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)(實例2)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的透鏡配置圖；圖15A至15I示出實例2的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的縱向像差圖；圖16A至16F示出實例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；圖17A至17C示出實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)(實例3)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的透鏡配置圖；圖18A至18I示出實例3的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的縱向像差圖；圖19A至19F示出實例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；圖20A至20C示出實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)(實例4)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的透鏡配置圖；圖21A至21I示出實例4的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的縱向像差圖；圖22A至22F示出實例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；圖23A至23C示出實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)(實例5)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的透鏡配置圖；
圖24A至24I示出實例5的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角極限、中間位置、以及攝遠(yuǎn)極限下處于無窮遠(yuǎn)對焦?fàn)顟B(tài)的縱向像差圖；和圖25A至25F示出實例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖。
具體實施例方式
(實施形態(tài)1)圖1A示出采用實施形態(tài)1的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖。圖1B示出采用實施形態(tài)1的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)下的外形結(jié)構(gòu)的透視圖。這里圖1A和圖1B示意地表示實施形態(tài)1的成像裝置圖。因此比例和具體布局可與能實際有異。
圖1A和1B中，采用實施形態(tài)1的成像裝置的拍攝設(shè)備包括主體1，圖像傳感器2，快門按鈕3，物側(cè)透鏡單元4，具有反射面的透鏡元件5，和像側(cè)透鏡單元6。其中，物側(cè)透鏡單元4、具有反射面的透鏡元件5和像側(cè)透鏡單元6構(gòu)成變焦透鏡系統(tǒng)，因而在圖像傳感器2的光接受表面上形成物體的光學(xué)圖像。它們之中，變焦透鏡系統(tǒng)由后述的圖3所示的透鏡鏡筒中的透鏡保持鏡筒所保持，同時，透鏡保持鏡筒所保持的變焦透鏡系統(tǒng)和圖像傳感器2構(gòu)成成像裝置。因此，拍攝設(shè)備包括主體1；及由變焦透鏡系統(tǒng)和圖像傳感器2構(gòu)成的成像裝置。
在圖1A所示的成像狀態(tài)中，圖像傳感器2是諸如CCD或CMOS的圖像傳感器，根據(jù)由變焦透鏡系統(tǒng)在光接受表面上形成的光學(xué)圖像，產(chǎn)生并輸出電子圖像信號?？扉T按鈕3設(shè)在主體1的頂面上，當(dāng)操作者操作時決定圖像傳感器2的圖像信號的取得時刻。物側(cè)透鏡單元4保持在透鏡保持鏡筒內(nèi)，透鏡保持鏡筒能沿光軸的方向AX1伸縮。透鏡元件5備設(shè)置有反射面5a，用來彎折來自物體的光束，并將該光束彎折成水平方向，即，反射面5a是用于使物側(cè)透鏡單元4的光軸AX1(來自物體的軸向主光線)彎折大約90度，從而將從物側(cè)透鏡單元4離開的物體光偏轉(zhuǎn)向像側(cè)透鏡單元6。像側(cè)透鏡單元6布置于光軸AX2上，從而將經(jīng)反射面5a偏轉(zhuǎn)的物體光傳輸?shù)綀D像傳感器2。
在圖1B所示的收納狀態(tài)下，物側(cè)透鏡單元4被縮進(jìn)并收納到主體1中。在成像狀態(tài)下布置在物側(cè)透鏡單元4的像側(cè)的具有反射面的透鏡元件5沿光軸AX2退避到圖像傳感器2側(cè)，即變焦透鏡系統(tǒng)的像側(cè)。而且，像側(cè)透鏡單元6也沿光軸AX2退避到圖像傳感器2側(cè)，即變焦透鏡系統(tǒng)的像側(cè)。這樣一來，變焦透鏡系統(tǒng)完全地收納進(jìn)主體1。
在從圖1A所示的成像狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖1B所示的收納狀態(tài)中，像側(cè)透鏡單元6首先沿光軸AX2移向圖像傳感器2，如箭頭a3所示。然后具有反射面的透鏡元件5沿光軸AX2移向圖像傳感器2，如箭頭a2所示。最后，保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1收縮，如箭頭a1所示，縮進(jìn)到由像側(cè)透鏡單元6和具有反射面的透鏡元件5的移動所形成的空間中。結(jié)果，完成轉(zhuǎn)換到收納狀態(tài)。
反之，在從圖1B所示的收納狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖1A所示的成像狀態(tài)中，保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1伸出，如箭頭b1所示。然后具有反射面的透鏡元件5沿光軸AX2移動，如箭頭b2所示，進(jìn)入由保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒的伸出所形成的空間中。進(jìn)而，像側(cè)透鏡單元6沿光軸AX2移動，如箭頭b3所示，從而完成轉(zhuǎn)換到成像狀態(tài)。
圖2A示出實施形態(tài)1在廣角極限的成像狀態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)配置的透鏡配置圖。圖2B示出實施形態(tài)1在收納狀態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)配置的透鏡配置圖。實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元G1；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元G2；以及隨后的光圈A，第三透鏡單元G3，第四透鏡單元G4和第五透鏡單元G5。此外，在圖中最右側(cè)畫出的直線表示像面S的位置。在其物側(cè)，設(shè)置有平面平行板P，諸如光學(xué)低通濾波器，圖像傳感器的面板等。用作具有反射面的透鏡元件的棱鏡L5置于第二透鏡單元G2內(nèi)部。
當(dāng)實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)在如圖2B所示的收納狀態(tài)下時，在第二透鏡單元G2組件中，位于最靠近物側(cè)的負(fù)彎月透鏡元件L4以與棱鏡L5、后續(xù)透鏡元件L6和L7相分開的方式被收納，棱鏡L5用作具有反射面的透鏡元件。即，負(fù)彎月透鏡元件L4與棱鏡L5和后續(xù)的透鏡元件L6、L7分開地保持，因而不跟隨由棱鏡L5和后續(xù)透鏡元件L6、L7構(gòu)成的透鏡組件沿光軸AX2的退避。因此，負(fù)彎月透鏡元件L4與第一透鏡單元G1一起沿光軸AX1縮進(jìn)并收納。
圖3A至3C示出包括實施形態(tài)1的成像裝置中的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡鏡筒配置的剖視圖。圖3A示出在攝遠(yuǎn)極限的成像狀態(tài)下透鏡鏡筒配置的剖視圖。圖3B示出在廣角極限的成像狀態(tài)下透鏡鏡筒配置的剖視圖。圖3C示出在收納狀態(tài)下透鏡鏡筒配置的剖視圖。
實施形態(tài)1的成像裝置的透鏡鏡筒包括主筒10，第一透鏡單元多級保持筒11，第二透鏡單元保持筒12，第三透鏡單元保持筒13，第四透鏡單元保持筒14，第五透鏡單元保持筒15，導(dǎo)軸16a和導(dǎo)軸16b。
主筒10是在收納狀態(tài)下能收納成像裝置的全部結(jié)構(gòu)的筒體。在圖3A和3B所示的成像狀態(tài)中，第二透鏡單元保持筒12，第三透鏡單元保持筒13，第四透鏡單元保持筒14，第五透鏡單元保持筒15，導(dǎo)軸16a和導(dǎo)軸16b均位于主筒10中。
第一透鏡單元多級保持筒11是可伸長的三級透鏡鏡筒。沿光軸AX1的伸出和鏡筒退避均由未圖示的電動機(jī)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)所驅(qū)動。在第一透鏡單元多級保持筒11中，第一透鏡單元被保持在具有最小內(nèi)徑的鏡筒內(nèi)。此外，具有最大內(nèi)徑的鏡筒設(shè)置有保持部分11a，用于保持第二透鏡單元中位于最靠近物側(cè)的負(fù)彎月透鏡元件L4。
第二透鏡單元保持筒12保持第二透鏡單元組件中相對于棱鏡L5位于圖像傳感器側(cè)的組件。第三透鏡單元保持筒13，第四透鏡單元保持筒14分別保持第三透鏡單元和第四透鏡單元。第五透鏡單元保持筒15保持第五透鏡單元、平面平行板P和圖像傳感器2。
第二透鏡單元保持筒12，第三透鏡單元保持筒13，第四透鏡單元保持筒14在平行于光軸AX2的兩個導(dǎo)軸16a和16b上被引導(dǎo)，并以可沿光軸AX2移動的方式被保持。此外，第二透鏡單元保持筒12，第三透鏡單元保持筒13和第四透鏡單元保持筒14沿光軸AX2均由未圖示的電動機(jī)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)所驅(qū)動。16a和16b中各自的一端由第五透鏡單元保持筒15所支持，另一端支持在主筒10的頂端10a上，從而導(dǎo)軸被固定。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在圖3A所示的攝遠(yuǎn)極限的成像狀態(tài)中，透鏡鏡筒中，第一透鏡單元多級保持筒11沿光軸AX1伸出到最大，同時第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距保持為最大。而且，在攝遠(yuǎn)極限下第二透鏡單元保持筒12、第三透鏡單元保持筒13、第四透鏡單元保持筒14、第五透鏡單元保持筒15分別配置在光軸AX2的預(yù)定位置上。
在從圖3A所示攝遠(yuǎn)極限的成像狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖3B所示廣角極限的成像狀態(tài)中，第一透鏡單元多級保持筒11沿光軸AX1縮短到最小長度，然后停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距為最小的位置上。這時，在第一透鏡單元多級保持筒11縮短期間，被保持在第一透鏡單元多級保持筒11的保持部分11a的透鏡元件L4被固定，使與棱鏡5的間距不變。此外，在廣角極限下，第三和第四透鏡單元保持筒13和14以被導(dǎo)軸16a和16b引導(dǎo)的方式沿光軸AX2移動，然后分別停止在光軸AX2的預(yù)定位置上。在此期間，第二透鏡單元保持筒12和第五透鏡單元保持筒15被固定。
如圖3A和3B所示，在成像時從廣角極限向攝遠(yuǎn)極限變焦中，由第一透鏡單元多級保持筒11的保持部分11a保持的透鏡元件L4與由第二透鏡單元保持筒12保持的棱鏡L5之間的間距不變。因此，相對于由第二透鏡單元保持筒12保持的棱鏡L5位于圖像傳感器側(cè)的第二透鏡單元的結(jié)構(gòu)被固定在光軸AX2的預(yù)定位置上。即，在成像時從廣角極限向攝遠(yuǎn)極限變焦中，第二透鏡單元在光軸方向上不移動。
在從圖3B所示廣角極限的成像狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖3C所示的收納狀態(tài)中，第三和第四透鏡單元保持筒13和14以被導(dǎo)軸16a和16b引導(dǎo)的方式沿光軸AX2移動，然后分別停止在預(yù)定位置上，以便形成收納第二透鏡單元保持筒12的空間。在此移動期間，第五透鏡單元保持筒15被固定。此外，第二透鏡單元保持筒12沿光軸AX2移動，從而，退避除第二透鏡單元組件中位于最靠近物側(cè)的透鏡元件L4以外的透鏡元件。此后，第一透鏡單元多級保持筒11沿光軸AX1縮進(jìn)，保持最小長度，從而收納到主筒10中，然后停止。
如上所述，根據(jù)實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)，在收納狀態(tài)中，具有反射面的透鏡元件能退避到不同于成像狀態(tài)時所處位置的退避位置。因此，可有效利用成像狀態(tài)中產(chǎn)生的空間，使得具有大的可變放大倍率和高放大倍率的變焦透鏡系統(tǒng)在來自物體的軸向光束的光軸方向上能以緊湊和薄的方式被容納。
此外，根據(jù)實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)包括有透鏡元件，該透鏡元件具有用來彎折來自物體的光束而且將該光束彎折成水平方向的反射面，即用于使來自物體的軸向主光線彎折大約90度的反射面。因此在成像狀態(tài)中，可在來自物體的軸向光束的光軸方向上，以薄的方式構(gòu)成變焦透鏡系統(tǒng)。
此外，實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)包括相對于具有反射面的透鏡元件位于物側(cè)的物側(cè)透鏡單元；和相對于具有反射面的透鏡元件位于像側(cè)的像側(cè)透鏡單元。因此，即使高放大倍率的變焦透鏡系統(tǒng)具有大的透鏡單元移動量，在來自物體的軸向光束的光軸方向上，其也能以緊湊和薄的方式被構(gòu)成。
此外，根據(jù)實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)，具有反射面的透鏡元件在垂直于來自物體的未被反射的主軸光線的方向上退避。這允許變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在來自物體的軸向光束的光軸方向上變薄。特別是，根據(jù)實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)，具有反射面的透鏡元件的退避被執(zhí)行到變焦透鏡系統(tǒng)的像側(cè)。因此，可利用成像狀態(tài)中產(chǎn)生的空間作為具有反射面的透鏡元件的收納空間。這實現(xiàn)了更為緊湊的收納狀態(tài)。
此外，實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元。此外，具有反射面的透鏡元件被安排在第二透鏡單元內(nèi)。這樣，可減小該反射面的尺寸。特別能在來自物體的軸向光束的光軸方向上以薄的樣式構(gòu)成該變焦透鏡系統(tǒng)。還有，可減小具有反射面的精密透鏡元件的尺寸。這就降低了變焦透鏡系統(tǒng)的成本。
特別是，根據(jù)實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)，在收納狀態(tài)中，負(fù)彎月透鏡元件與具有反射面的透鏡元件分離并不必退避。這就避免了具有強(qiáng)光焦度和因而高偏心靈敏度(highdecentration sensitivity)的負(fù)彎月透鏡元件在光軸上移動的必要性。這樣，在從收納狀態(tài)轉(zhuǎn)換到成像狀態(tài)中，在第一透鏡單元和負(fù)彎月透鏡元件之間保持相對空間配置的狀態(tài)下達(dá)到復(fù)位。
這里，實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)一般被收納進(jìn)透鏡鏡筒，如圖3C所示的狀態(tài)。這時，在來自物體軸向光束的光軸方向上能以特別緊湊和薄的樣式構(gòu)成變焦透鏡系統(tǒng)。另一方面，可采取所述收納狀態(tài)為已經(jīng)完成從圖3A所示的攝遠(yuǎn)極限狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖3B所示的廣角極限狀態(tài)，使得第一透鏡單元多級保持筒被縮短至最小長度并停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距變得最小的位置上。這時，例如可縮短從成像裝置的通電啟動至照相的時間。
圖4A示出采用實施形態(tài)1的改進(jìn)的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。圖4B示出采用實施形態(tài)1的改進(jìn)的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。在圖4A和4B中，與實施形態(tài)1相同的部件標(biāo)以相同數(shù)字，并省略其說明。
改進(jìn)的成像裝置與圖1A至1B，圖2A至2B和圖3A至3C說明的實施形態(tài)1的成像裝置的不同之點在于，具有反射面7a的透鏡元件7具有立方體形狀。這樣，具有反射面的透鏡元件的實施形態(tài)不限于某個特定實施形態(tài)。然而，諸如表面反射棱鏡的棱鏡是較佳的。此外，加工反射面可用任一種已知方法，包括如鋁等金屬的蒸鍍(vapor deposition)；和多層介質(zhì)膜(dielectric multilayer film)的成型。此外，反射面不需要100％的反射率。因此當(dāng)需要從物體光中提取測光或光學(xué)取景器系統(tǒng)用的光時，或當(dāng)將反射面用作光路的一部分用來投射自動聚焦輔助光時，可適當(dāng)調(diào)節(jié)反射率。
這里，至于圖4A和4B所示的拍攝設(shè)備中采用的透鏡鏡筒，也與上述情況類似，可采取所述收納狀態(tài)為已經(jīng)完成從攝遠(yuǎn)極限狀態(tài)轉(zhuǎn)換到廣角極限狀態(tài)，使得第一透鏡單元多級保持筒被縮短至最小長度并停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距變得最小的位置上。
(實施形態(tài)2)圖5A示出采用實施形態(tài)2的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。圖5B示出采用實施形態(tài)2的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。在圖5A和5B中，與實施形態(tài)1相同的部件標(biāo)以相同數(shù)字，并省略其說明。
實施形態(tài)2的成像裝置與實施形態(tài)1的成像裝置的不同之點在于，在收納狀態(tài)中退避的組件包括相對于具有反射面的透鏡元件5位于物側(cè)的透鏡元件5b。
在從圖5A所示的成像狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖5B所示的收納狀態(tài)中，像側(cè)透鏡單元6首先沿光軸AX2移向圖像傳感器2，如箭頭a3所示。然后，具有反射面的透鏡元件5和透鏡元件5b沿光軸AX2移向圖像傳感器2，如箭頭a2所示。最后，保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1縮進(jìn)到由像側(cè)透鏡單元6、具有反射面的透鏡元件5和透鏡元件5b的移動所形成的空間中，如箭頭a1所示。結(jié)果完成轉(zhuǎn)換到收納狀態(tài)。
反之，在從圖5B所示的收納狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖5A所示的成像狀態(tài)中，保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1伸出，如圖箭頭b1所示。具有反射面的透鏡元件5和透鏡元件5b沿光軸AX2移動，如箭頭b2所示，進(jìn)入由保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒的伸出所形成的空間中，此外，像側(cè)透鏡單元6沿光軸AX2移動，如箭頭b3所示，從而完成轉(zhuǎn)換到成像狀態(tài)。
圖6A示出實施形態(tài)2在廣角極限成像狀態(tài)中變焦透鏡系統(tǒng)配置的透鏡配置圖。圖6B示出實施形態(tài)2在收納狀態(tài)中變焦透鏡系統(tǒng)配置的透鏡配置圖。實施形態(tài)2的變焦透鏡系統(tǒng)具有與實施形態(tài)1的變焦透鏡系統(tǒng)相同的結(jié)構(gòu)。該變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元G1；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元G2；及后續(xù)的光圈A，第三透鏡單元G3，第四透鏡單元G4和第五透鏡單元G5。此外，圖中最右側(cè)畫出的直線表示像面S的位置。在其物側(cè)，有諸如光學(xué)低通濾波器、圖像傳感器的面板等的平面平行板P。用作具有反射面的透鏡元件的棱鏡L5置于第二透鏡單元G2內(nèi)。
在實施形態(tài)2的變焦透鏡系統(tǒng)中，在圖6B所示的收納狀態(tài)中，第二透鏡單元G2的全部，即包括位于最靠近物側(cè)的負(fù)彎月透鏡元件L4、用作具有反射面的透鏡元件的棱鏡L5和后續(xù)透鏡元件L6、L7的結(jié)構(gòu)，整體地退避。
圖7A至7C示出實施形態(tài)2成像裝置中包括變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡鏡筒的配置剖視圖。圖7A示出在攝遠(yuǎn)極限成像狀態(tài)中透鏡鏡筒的配置剖視圖。圖7B示出在廣角極限成像狀態(tài)中透鏡鏡筒的配置剖視圖。圖7C示出收納狀態(tài)中透鏡鏡筒的配置剖視圖。實施形態(tài)2的透鏡鏡筒不同于實施形態(tài)1的之處在于，第二透鏡單元保持鏡筒22保持第二透鏡單元從透鏡元件L4經(jīng)棱鏡L5到兩個后續(xù)的透鏡元件的全部。
實施形態(tài)2中，在從圖7A所示的攝遠(yuǎn)成像狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖7B所示的廣角極限成像狀態(tài)中，其操作類似于實施形態(tài)1。另一方面，從圖7B所示的廣角極限成像狀態(tài)到圖7C所示收納狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，第二透鏡單元保持鏡筒22沿光軸AX2移動，從而退避整個第二透鏡單元。之后，第一透鏡單元多級保持筒21沿光軸AX1收縮，以保持最小長度，從而收納進(jìn)主鏡筒10，然后停止。
如圖7A和7B所示，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限成像時的變焦中，由第二透鏡單元保持鏡筒22保持的從透鏡元件L4經(jīng)棱鏡L5到兩個后續(xù)透鏡元件的全部固定在光軸AX2的預(yù)定位置上。這樣，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限成像時的變焦中，第二透鏡單元不在光軸方向上移動。
如上所述，根據(jù)實施形態(tài)2的變焦透鏡系統(tǒng)，除了實施形態(tài)1所述的共同結(jié)構(gòu)外，在收納狀態(tài)中，整個第二透鏡單元與具有反射面的透鏡元件一起退避。因此，在從收納狀態(tài)到成像狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，在第二透鏡單元中保持相對位置關(guān)系的狀態(tài)下達(dá)到復(fù)位。這就改善了復(fù)位準(zhǔn)確度。
這里，至于圖7A至7C所示的透鏡鏡筒，也與上述情況類似，所述收納狀態(tài)可為圖7B的狀態(tài)，其中已經(jīng)完成從攝遠(yuǎn)極限的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到廣角極限的狀態(tài)，使得第一透鏡單元多級保持筒被縮短至最小長度并停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距變得最小的位置上。
(實施形態(tài)3)圖8A示出采用實施形態(tài)3的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。圖8B示出采用實施形態(tài)3的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。在圖8A和8B中，與實施形態(tài)1相同的部件標(biāo)以相同數(shù)字，并省略其說明。
實施形態(tài)3的成像裝置與實施形態(tài)1的成像裝置的不同之點在于，收納狀態(tài)中的組件退避不在像側(cè)透鏡單元6的光軸AX2的方向上，而在垂直于光軸AX2的方向上。
在從圖8A所示的成像狀態(tài)到圖8B所示的收納狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，具有反射面的透鏡元件5首先在垂直于光軸AX2的方向上移動，如箭頭a4所示。然后保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1收縮，如箭頭a1所示，進(jìn)入由具有反射面的透鏡元件5的移動所形成的空間。結(jié)果，完成到收納狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
反之，在從圖8B所示的收納狀態(tài)到圖8A所示的成像狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，保持物側(cè)透鏡單元4透鏡保持鏡筒沿光軸AX1伸出，如箭頭b1所示。然后具有反射面的透鏡元件5在垂直于光軸AX2的方向上移動，如箭頭b4所示，并進(jìn)入由保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒的伸出所形成的空間。結(jié)果，完成到成像狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
如上所述，在實施形態(tài)3的變焦透鏡系統(tǒng)中，除了實施形態(tài)1中所述的共同結(jié)構(gòu)外，具有反射面的透鏡元件在垂直于光軸AX2的方向上退避。因此，在轉(zhuǎn)換到收納狀態(tài)時像側(cè)透鏡單元不需要移動。這就簡化了機(jī)構(gòu)，并使變焦透鏡系統(tǒng)在光軸AX2的方向上結(jié)構(gòu)緊湊。
這里，圖8A和圖8B所示的拍攝設(shè)備中采用的透鏡鏡筒也類似于上述的情況，所述收納狀態(tài)可為已經(jīng)完成從攝遠(yuǎn)極限狀態(tài)轉(zhuǎn)換到廣角極限狀態(tài)，使得第一透鏡單元多級保持筒被縮短至最小長度，然后停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距變得最小的位置上。
(實施形態(tài)4)圖9A示出采用實施形態(tài)4的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。圖9B示出采用實施形態(tài)4的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。在圖9A和9B中，與實施形態(tài)2相同的部件標(biāo)以相同的數(shù)字，并省略其說明。
實施形態(tài)4的成像裝置與實施形態(tài)2的成像裝置的不同之點在于，收納狀態(tài)中的組件退避不在像側(cè)透鏡單元6的光軸AX2的方向上，而在垂直于光軸AX2的方向上。
在從圖9A所示的成像狀態(tài)到圖9B所示的收納狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，具有反射面的透鏡元件5和透鏡元件5b首先在垂直于光軸AX2的方向上移動，如箭頭a4所示。然后保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1收縮，如箭頭a1所示，進(jìn)入由具有反射面的透鏡元件5和透鏡元件5b的移動所形成的空間。結(jié)果，完成到收納狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
反之，在從圖9B所示的收納狀態(tài)到圖9A所示的成像狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒沿光軸AX1伸出，如箭頭b1所示。然后具有反射面的透鏡元件5和透鏡元件5b在垂直于光軸AX2的方向上移動，如箭頭b4所示，并進(jìn)入由保持物側(cè)透鏡單元4的透鏡保持鏡筒的伸出所形成的空間。結(jié)果，完成到成像狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
如上所述，在實施形態(tài)4的透鏡鏡筒中，除了實施形態(tài)2中所述的共同結(jié)構(gòu)外，具有反射面的透鏡元件在垂直于光軸AX2的方向上退避。因此，在轉(zhuǎn)換到收納狀態(tài)時像側(cè)透鏡單元不需要移動。這就簡化了機(jī)構(gòu)，并使變焦透鏡系統(tǒng)在光軸AX2的方向上結(jié)構(gòu)緊湊。
這里，圖9A和圖9B所示的拍攝設(shè)備中采用的透鏡鏡筒也類似于上述的情況，所述收納狀態(tài)可為已經(jīng)完成從攝遠(yuǎn)極限的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到廣角極限的狀態(tài)，使得第一透鏡單元多級保持筒被縮短至最小長度，然后停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距變得最小的位置上。
(實施形態(tài)5)圖10A示出采用實施形態(tài)5的成像裝置的拍攝設(shè)備在成像狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。圖10B示出采用實施形態(tài)5的成像裝置的拍攝設(shè)備在收納狀態(tài)中外形結(jié)構(gòu)的透視圖。在圖10A和10B中，與實施形態(tài)1相同的部件標(biāo)以相同的數(shù)字，并省略其說明。
實施形態(tài)5的成像裝置與實施形態(tài)1至4的成像裝置相同。但拍攝設(shè)備中配置時光軸AX2的配置方向是不同的。即，在采用實施形態(tài)1至4的成像裝置的拍攝設(shè)備中，光軸AX2被安排成垂直于快門按鈕3的行程方向，因此成像裝置布置成水平方向。相反，在采用實施形態(tài)5的成像裝置的拍攝設(shè)備中，光軸AX2被布置成平行于快門按鈕3的行程方向，因此成像裝置布置成垂直方向。
這樣，實施形態(tài)5的成像裝置中，當(dāng)該成像裝置應(yīng)用于拍攝設(shè)備時增大了配置靈活性，因而也增大了拍攝設(shè)備設(shè)計中的靈活性。
這里，圖10A和圖10B所示的拍攝設(shè)備中采用的透鏡鏡筒也類似于上述的情況，所述收納狀態(tài)可為已經(jīng)完成從攝遠(yuǎn)極限狀態(tài)轉(zhuǎn)換到廣角極限狀態(tài)，使得第一透鏡單元多級保持筒被縮短至最小長度，然后停止在第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間距變得最小的位置上。
(實施形態(tài)6至10)參照附圖進(jìn)一步詳細(xì)地說明適用于實施形態(tài)1至5的成像裝置的變焦透鏡系統(tǒng)。圖11A至圖11C是實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置圖。圖14A至圖14C是實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置圖。圖17A至圖17C是實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置圖。圖20A圖20C是實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置圖。圖23A圖23C是實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡配置圖。圖11A、14A、17A、20A、和23A表示廣角極限的透鏡結(jié)構(gòu)(最短焦距情況焦距fW)。圖11B、14B、17B、20B、和23B表示中間位置的透鏡結(jié)構(gòu)(中等焦距情況焦距fM＝(fM*fT))。圖11C、14C、17C、20C和23C表示攝遠(yuǎn)極限的透鏡結(jié)構(gòu)(最大焦距情況焦距fT)。
實施形態(tài)6至10的各變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元G1；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元G2；光圈A；具有正光焦度的第三透鏡單元G3；具有正光焦度的第四透鏡單元G4；具有正光焦度的第五透鏡單元G5。這里，圖11A至11C，14A至14C，17A至17C，20A至20C，及23A至23C中所示的第二透鏡單元G2的每個第五透鏡元件L5相當(dāng)于具有反射面的透鏡元件(棱鏡)。在本說明書中，反射面表示為5a。而且圖11A至11C，14A至14C，17A至17C，20A至20C，及23A至23C的各自中，在最右側(cè)上畫出的直線表示像面S的位置。在其物側(cè)，有諸如光學(xué)低通濾波器、圖像傳感器等的平面平行板P。在實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)中以所需光焦度結(jié)構(gòu)配置這些透鏡單元，使在實現(xiàn)高放大可變化率和高光學(xué)性能的狀態(tài)下，實現(xiàn)整個透鏡系統(tǒng)尺寸的減小。
如圖11A至11C所示，實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第一透鏡元件L1，具有面向物側(cè)的凸面；平凸第二透鏡元件L2，具有面向物側(cè)的凸面；和正彎月第三透鏡元件L3，具有面向物側(cè)的凸面。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第四透鏡元件L4，具有面向物側(cè)的凸面；具有平的入射、出射表面和反射面5a的透鏡元件L5；雙凹第六透鏡元件L6；和雙凸第七透鏡元件L7。
實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3從物側(cè)至像側(cè)依次包括正彎月第八透鏡元件L8，具有面向物側(cè)的凸面；雙凸第九透鏡元件L9；和雙凹第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9和第十透鏡元件L10互相接合。
實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4只包括正彎月第十一透鏡元件L11，具有面向物側(cè)的凸面。
實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)中，第五透鏡單元G5從物側(cè)至像側(cè)依次包括雙凸第十二透鏡元件L12；負(fù)彎月第十三透鏡元件L13，具有面向像側(cè)的凸面。第十二透鏡元件L12和第十三透鏡元件L13互相接合。
實施形態(tài)6的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的變焦中，第一透鏡單元G1和第三透鏡單元G3移向物側(cè)，同時第四透鏡單元G4以凸的軌跡(locus ofa convex)移動到物側(cè)，改變與第三透鏡單元G3的間距，同時相對于像面固定第二透鏡單元G2和第五透鏡單元G5。
如圖14A至圖14C所示，實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第一透鏡元件L1，具有面向物側(cè)的凸面；平凸第二透鏡元件L2，具有面向物側(cè)的凸面；和正彎月第三透鏡元件L3，具有面向物側(cè)的凸面。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第四透鏡元件L4，具有面向物側(cè)的凸面；具有平的入射、出射表面和反射面5a的透鏡元件L5；雙凹第六透鏡元件L6；和雙凸第七透鏡元件L7。
實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3從物側(cè)至像側(cè)依次包括正彎月第八透鏡元件L8，具有面向物側(cè)的凸面；雙凸第九透鏡元件L9；和雙凹第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9和第十透鏡元件L10互相接合。
實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4只包括正彎月第十一透鏡元件L11，具有面向物側(cè)的凸面。
在實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)中，第五透鏡單元G5從物側(cè)至像側(cè)依次包括雙凸的第十二透鏡元件L12；負(fù)彎月第十三透鏡元件L13，具有面向像側(cè)的凸面。第十二透鏡元件L12和第十三透鏡元件L13互相接合。
實施形態(tài)7的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的變焦中，第一透鏡單元G1和第三透鏡單元G3移向物側(cè)，同時第四透鏡單元G4以凸向物側(cè)的軌跡移動，改變與第三透鏡單元G3的間距，同時相對于像面固定第二透鏡單元G2和第五透鏡單元G5。
如圖17A至17C所示，實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第一透鏡元件L1，具有面向物側(cè)的凸面；平凸第二透鏡元件L2，具有面向物側(cè)的凸面；及正彎月第三透鏡元件L3，具有面向物側(cè)的凸面。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第四透鏡元件L4，具有面向物側(cè)的凸面；具有平的入射、出射表面和反射面5a的透鏡元件L5；雙凹的第六透鏡元件L6；及雙凸第七透鏡元件L7。
實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3從物側(cè)至像側(cè)依次包括正彎月第八透鏡元件L8，具有面向物側(cè)的凸面；雙凸的第九透鏡元件L9；及雙凹的第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9和第十透鏡元件L10互相接合。
此外，實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4只包括正彎月第十一透鏡元件L11，具有面向物側(cè)的凸面。
此外，實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)中，第五透鏡單元G5從物側(cè)至像側(cè)依次包括雙凸的第十二透鏡元件L12；負(fù)彎月第十三透鏡元件L13，具有面向像側(cè)的凸面。第十二透鏡元件L12和第十三透鏡元件L13互相接合。
實施形態(tài)8的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的變焦中，第一透鏡單元G1和第三透鏡單元G3移向物側(cè)，同時第四透鏡單元G4以凸向物側(cè)的軌跡移動，改變與第三透鏡單元G3的間距，同時相對于像面固定第二透鏡單元G2和第五透鏡單元G5。
如圖20A至20C所示，實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第一透鏡元件L1，具有面向物側(cè)的凸面；平凸第二透鏡元件L2，具有面向物側(cè)的凸面；及正彎月第三透鏡元件L3，具有面向物側(cè)的凸面。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第四透鏡元件L4，具有面向物側(cè)的凸面；具有平的入射、出射表面和反射面5a的透鏡元件L5；雙凹的第六透鏡元件L6；及雙凸的第七透鏡元件L7。
此外，實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3從物側(cè)至像側(cè)依次包括正彎月第八透鏡元件L8，具有面向物側(cè)的凸面；雙凸的第九透鏡元件L9；及雙凹的第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9和第十透鏡元件L10互相接合。
此外，實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4只包括正彎月第十一透鏡元件L11，具有面向物側(cè)的凸面。
此外，實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)中，第五透鏡單元G5只包括雙凸的第十二透鏡元件L12。
實施形態(tài)9的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的變焦中，第一透鏡單元G1和第三透鏡單元G3移向物側(cè)，同時第四透鏡單元G4以凸向物側(cè)的軌跡移動，改變與第三透鏡單元G3的間距，同時相對于像面固定第二透鏡單元G2和第五透鏡單元G5。
如圖23A至23C所示，實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第一透鏡元件L1，具有面向物側(cè)的凸面；平凸第二透鏡元件L2，具有面向物側(cè)的凸面；及正彎月第三透鏡元件L3，具有面向物側(cè)的凸面。其中，第一透鏡元件L1和第二透鏡元件L2互相接合。
實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物側(cè)至像側(cè)依次包括負(fù)彎月第四透鏡元件L4，具有面向物側(cè)的凸面；具有平的入射、出射表面和反射面5a的透鏡元件L5；雙凹的第六透鏡元件L6；及雙凸的第七透鏡元件L7。
此外，實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3從物側(cè)至像側(cè)依次包括正彎月第八透鏡元件L8，具有面向物側(cè)的凸面；雙凸的第九透鏡元件L9；及雙凹的第十透鏡元件L10。其中，第九透鏡元件L9和第十透鏡元件L10互相接合。
此外，實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)中，第四透鏡單元G4只包括正彎月第十一透鏡元件L11，具有面向物側(cè)的凸面。
此外，實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)中，第五透鏡單元G5只包括雙凸的第十二透鏡元件L12。
實施形態(tài)10的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的變焦中，第一透鏡單元G1和第三透鏡單元G3移向物側(cè)，同時第四透鏡單元G4以凸向物側(cè)的軌跡移動，改變與第三透鏡單元G3的間距，同時相對于像面固定第二透鏡單元G2和第五透鏡單元G5。
如上所述，實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)具有至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成。這里，只要變焦透鏡系統(tǒng)包括具有正光焦度的第一透鏡單元；包括具有反射面的透鏡元件并具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元；包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元的后續(xù)透鏡單元，那么構(gòu)成這種變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡單元數(shù)目不限于特定的值。即可用五單元結(jié)構(gòu)作為實施形態(tài)6至10，也可用另外的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)中，改變至少三個透鏡單元中至少任何兩個透鏡元之間的間距，來實現(xiàn)變焦。然后在垂直于光軸的方向上移動這些透鏡單元中的任一個，透鏡元件中的任一個，或者構(gòu)成一個透鏡單元的多個相鄰?fù)哥R元件，以在光學(xué)上補(bǔ)償由手動、振動等引起的圖像模糊。
上述的各實施形態(tài)，在圖像模糊補(bǔ)償中，當(dāng)在垂直于光軸的方向上移動透鏡單元的中任一個，透鏡元件中的任一個，或者構(gòu)成一個透鏡單元的相鄰?fù)哥R元件時，能以這樣的方式光學(xué)地補(bǔ)償圖像模糊，即以在抑制整個變焦透鏡系統(tǒng)尺寸增大的同時實現(xiàn)優(yōu)良成像特性(如小的偏心彗差和偏心像差)的方式。
各實施形態(tài)中，當(dāng)在垂直于光軸的方向上移動除第二透鏡單元外的任一個透鏡單元，除具有反射面的透鏡元件外的任一個透鏡元件，或者除具有反射面的透鏡元件之外且構(gòu)成一個透鏡單元的多個相鄰?fù)哥R元件時，能更緊湊地構(gòu)成整個變焦透鏡系統(tǒng)。此外，能在實現(xiàn)優(yōu)良成像特性的狀態(tài)下補(bǔ)償圖像模糊。因此，這種結(jié)構(gòu)是較佳的。更佳的是，在垂直于光軸的方向上移動不包括具有反射面的透鏡元件的透鏡單元中的任一個透鏡單元。
此外，各實施形態(tài)中，當(dāng)在垂直于光軸的方向上移動相對于第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元中的任一個，構(gòu)成相對于第二透鏡單元位于像側(cè)的任一透鏡單元的透鏡元件中的任一個，或者構(gòu)成相對于第二透鏡單元位于像側(cè)的一個透鏡單元的多個相鄰?fù)哥R元件時，能更緊湊地構(gòu)成整個變焦透鏡系統(tǒng)。此外，能在實現(xiàn)優(yōu)良成像特性的狀態(tài)下補(bǔ)償圖像模糊。因此，這種結(jié)構(gòu)是較佳的。更佳的是，在垂直于光軸的方向上移動不包括具有反射面的透鏡元件的透鏡單元中的任一個透鏡單元。
此外，各實施形態(tài)中，當(dāng)在垂直于光軸的方向上移動后續(xù)透鏡單元中的任一個，尤其是移動后續(xù)透鏡單元中位于最靠近物側(cè)的第三透鏡單元時，能顯著緊湊地構(gòu)成整個變焦透鏡系統(tǒng)。此外，能在實現(xiàn)優(yōu)良成像特性的狀態(tài)下補(bǔ)償圖像模糊。因此，這種結(jié)構(gòu)顯然是較佳的。
下面說明由實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)那樣的變焦透鏡系統(tǒng)較佳地滿足的條件，在從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；包括具有反射面的透鏡元件用來彎折來自物體的光束的并具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元；及包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元的后續(xù)透鏡單元。這里對各實施形態(tài)的變焦透鏡系統(tǒng)提出多個較佳條件。滿足所有多個條件的結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)是最希望的。但是，當(dāng)滿足單個條件時，能獲得具有相應(yīng)效果的變焦透鏡系統(tǒng)。
例如，在如實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)那樣的變焦透鏡系統(tǒng)中，滿足下述條件(1)
0.50＜(C-S)/H＜1.00 …(1)其中，C是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的有效半徑，使第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面與具有反射面的透鏡元件之間的間距等于第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的垂度C＝(2R·dR-dR2)，S是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面在高度H處的垂度，H是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度的一半，R是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的曲率半徑，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距。
條件(1)是變焦透鏡系統(tǒng)達(dá)到滿意的成像特性和實現(xiàn)尺寸減小的條件。當(dāng)該值超過條件(1)的上限時，反射面使來自物體的光束彎折進(jìn)入水平方向變得困難。反之，當(dāng)該值低于條件(1)的下限時，周邊部分的成像性能下降。因此，為改善成像性能，這就引起整個變焦透鏡系統(tǒng)中尺寸增大的傾向。
這里，當(dāng)滿足下面條件(1)’和(1)”中至少一個時，可更有效地達(dá)到上述效果。
0.75＜(C-S)/H …(1)’(C-S)/H＜0.95 …(1)”此外，例如在如實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)那樣的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下述條件(2)1.2＜dR·fw/d2＜1.8 …(2)(其中，Z＝fT/fw＞5.0)其中，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距，d2是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與第二透鏡單元中相對于所述反射面在像側(cè)的透鏡元件之間的間距，fw是在廣角極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，fT是在攝遠(yuǎn)極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(2)是變焦透鏡系統(tǒng)達(dá)到滿意的成像特性和實現(xiàn)尺寸減小的條件。當(dāng)該值超過條件(2)的上限時，周邊部分的成像性能下降。因此，為改善成像性能，這就引起整個變焦透鏡系統(tǒng)中尺寸增大的傾向。反之，當(dāng)該值低于條件(2)的下限時，由于反射面的原因，會出現(xiàn)難以將來自物體的光束水平地彎折的傾向。
這里，當(dāng)滿足下述條件(2)’時，可更有效地達(dá)到上述效果。
1.2＜dR·fw/d2＜1.5 …(2)’(其中，Z＝fT/fw＞5.0)此外，例如在像實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)那樣的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元的后續(xù)透鏡單元中的任一個在垂直于光軸的方向上移動時，最好整個變焦透鏡系統(tǒng)滿足下面的條件(3)和(4)YT＞Y …(3)0.0＜(Y/YT)/(f/fT)＜3.0 …(4)(其中，Z＝fT/fw＞5.0)其中，f是整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，fT是在攝遠(yuǎn)極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，Y是整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距為f的情形在光軸的垂直方向上移動的透鏡單元在最大模糊補(bǔ)償時的移動量，YT是在攝遠(yuǎn)極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距為fT的情形在光軸的垂直方向上移動的透鏡單元在最大模糊補(bǔ)償時的移動量，fw是在廣角極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(3)和(4)涉及整個變焦透鏡系統(tǒng)在最大模糊補(bǔ)償時沿垂直于光軸方向移動的透鏡單元的移動量。在變焦透鏡系統(tǒng)時，當(dāng)在整個變焦范圍內(nèi)補(bǔ)償角為恒定時，在垂直于光軸方向上移動的透鏡單元的移動量隨變焦比率的增大而增大。反之，在垂直于光軸方向上移動的透鏡單元的移動量隨變焦比率的減小而減小。當(dāng)不滿足條件(3)，或者當(dāng)該值超過條件(4)的上限時，模糊補(bǔ)償變得過度。這會引起光學(xué)性能的明顯下降。當(dāng)該值低于條件(4)的下限時，模糊補(bǔ)償不足，因此不能達(dá)到期望的足夠的模糊補(bǔ)償效果。
這里當(dāng)滿足下面的條件(4)’和(4)”中的至少一個時，就更有效地達(dá)到上述效果。
1.0＜(Y/YT)/(f/fT) …(4)’(Y/YT)/(f/fT)＜2.0 …(4)”(其中，Z＝fT/fw＞5.0)此外，例如當(dāng)保持如實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)那樣的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡鏡筒被用于如實施形態(tài)1至5的成像裝置中時，在收納狀態(tài)中第二透鏡單元沿光軸方向退避到變焦透鏡系統(tǒng)的像側(cè)，較佳的，變焦透鏡系統(tǒng)滿足下面的條件(5)0.25＜∑D/∑dA＜0.60 …(5)其中，∑D是相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元的光軸厚度的總和，∑dA是相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元與在變焦中移動到所述光軸方向的透鏡單元之間的光軸空氣間距的總和。
條件(5)涉及收納狀態(tài)中成像裝置的厚度。當(dāng)該值超過條件(5)的上限時，退避的光學(xué)元件變大。這引起成像裝置尺寸增大的傾向。反之，當(dāng)該值低于條件(5)的下限時，整個變焦透鏡系統(tǒng)難以進(jìn)行足夠的像差補(bǔ)償。
這里當(dāng)滿足下面的條件(5)’和(5)”中的至少一個時，就更有效地達(dá)到上述效果。
0.30＜∑D/∑dA…(5)’∑D/∑dA＜0.40 …(5)”此外，例如當(dāng)保持如實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)那樣的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡鏡筒被用于如實施形態(tài)1至5的成像裝置中時，在收納狀態(tài)中第二透鏡單元沿光軸方向退避到變焦透鏡系統(tǒng)的像側(cè)，最好變焦透鏡系統(tǒng)滿足下面的條件(6)0.80＜(∑D12+H2)/∑dA＜1.25 …(6)其中，∑D12是所述第一透鏡單元和所述第二透鏡單元的光軸厚度的總和，H2是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度，∑dA是相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元與在變焦中移動到所述光軸方向的透鏡單元之間的光軸空氣間距的總和。
條件(6)涉及收納狀態(tài)中成像裝置的厚度。當(dāng)該值超過條件(6)的上限時，退避的光學(xué)元件變大。這引起成像裝置尺寸增大的傾向。反之，當(dāng)該值低于條件(6)的下限時，整個變焦透鏡系統(tǒng)難以進(jìn)行足夠的像差補(bǔ)償。
這里，當(dāng)滿足下面的條件(6)’和(6)”中的至少一個時，就更有效地達(dá)到上述效果。
0.90＜(∑D12+H2)/∑dA…(6)’(∑D12+H2)/∑dA＜1.20 …(6)”根據(jù)實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)是具有正、負(fù)、正、正、和正的結(jié)構(gòu)的五單元的變焦透鏡系統(tǒng)，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元；光圈A；具有正光焦度的第三透鏡單元；具有正光焦度的第四透鏡單元；及具有正光焦度的第五透鏡單元。但，本發(fā)明不限于這一結(jié)構(gòu)。例如，采用的結(jié)構(gòu)可以是正、負(fù)和正的三單元結(jié)構(gòu)；正、負(fù)、正、和正的，或正、負(fù)、正和負(fù)的四單元結(jié)構(gòu)；或者正、負(fù)、正、正和負(fù)的，或正、負(fù)、正、負(fù)和正的五單元結(jié)構(gòu)。即是，只要包括具有正光焦度的第一透鏡單元，具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，以及包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元的后續(xù)透鏡單元的任一種變焦透鏡系統(tǒng)都可合適地用到例如實施形態(tài)1至5的成像裝置中。
這里，構(gòu)成實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)專門由通過折射偏轉(zhuǎn)入射光的折射型透鏡元件(即是在各具不同折射率的介質(zhì)之間實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的型透鏡元件)構(gòu)成。但是，本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)。例如，透鏡單元可用通過衍射來偏轉(zhuǎn)入射光的衍射型透鏡元件；通過衍射和折射的組合來偏轉(zhuǎn)入射光的折射-衍射混合型透鏡元件；通過介質(zhì)中折射系數(shù)的分布來偏轉(zhuǎn)入射光的梯度系數(shù)型透鏡元件。
包括上述的實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置和諸如CCD或CMOS的圖像傳感器，可應(yīng)用于移動電話，PDA(個人數(shù)字助理)，監(jiān)視系統(tǒng)中的覽視攝像機(jī)，Web攝像機(jī)，車載攝像機(jī)等。
此外，數(shù)字靜態(tài)拍攝設(shè)備和上述實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于運動圖像的數(shù)字視頻攝像機(jī)。這時，除靜態(tài)圖像外還可獲得具有高分辨率的運動圖像。
以下，說明作為根據(jù)實施形態(tài)6至10的變焦透鏡系統(tǒng)的實際實施的數(shù)字實例。在數(shù)字實例中，表中長度的單位均為“mm”。而且，數(shù)字實例中，r是曲率半徑，d是軸向距離，nd是d線的折射系數(shù)，以及vd是d線的阿貝系數(shù)。在數(shù)字實例中，用*標(biāo)出的表面是非球面，并由下式定義該非球面結(jié)構(gòu)z=h2/r1+1-(1+κ)(h/r)2+Dh4+Eh6+Fh8+Gh10]]>式中，k為圓錐常數(shù)，D、E、F和G分別為第四階、第六階、第八階和第十階非球面系數(shù)。
圖12A至12I是實例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖15A至15I是實例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖18A至18I是實例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖21A至21I是實例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖24A至24I是實例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。
圖12A至12C，15A至15C，18A至18C，21A至21C及24A至24C表示廣角極限的縱向像差。圖12D至12F，15D至15F，18D至18F，21D至21F及24D至24F表示中間位置的縱向像差。圖12G至12I，15G至15I，18G至18I，21G至21I及24G至24I表示攝遠(yuǎn)極限的縱向像差。圖12A，12D，12G，15A，15D，15G，18A，18D，18G，21A，21D，21G，24A，24D及24G是球面像差圖。圖12B，12E，12H，15B，15E，15H，18B，18E，18H，21B，21E，21H，24B，24E及24H是像散像差圖。圖12C，12F，12I，15C，15F，15I，18C，18F，18I，21C，21F，21，24C，24F及24I是畸變圖。各球面像差圖中，垂直軸表示F數(shù)，實線、短虛線和長虛線分別表示d線、F線和C線的特性。各像散像差圖中，垂直軸表示半視場角，實線和虛線分別表示弧矢像面(在各圖中表示為“s”)和子午線像面(各圖中表示為“m”)。各畸變圖中，垂直軸表示半視場角。
圖13A至13F是實例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖。圖16A至16F是實例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖。圖19A至19F是實例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖。圖22A至22F是實例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖。圖25A至25F是實例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖。
圖13A至13C，16A至16C，19A至19C，22A至22C及25A至25C是對應(yīng)于未實施圖像模糊補(bǔ)償?shù)幕緺顟B(tài)的在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖。圖13D至13F，16D至16F，19D至19F，22D至22F及25D至25F是對應(yīng)于圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)的在攝遠(yuǎn)極限的橫向像差圖，其中第三透鏡單元G3全體在垂直于光軸方向上移動一預(yù)定的量。在基本狀態(tài)的橫向像差圖中，圖13A，16A，19A，22A，和25A表示在最大圖像高度的75％像點上的橫向像差。圖13B，16B，19B，22B，和25B表示在軸向像點上的橫向像差。圖13C，16C，19C，22C，和25C表示在最大圖像高度的-75％像點上的橫向像差。在圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)的橫向像差圖中，圖13D，16D，19D，22D，和25D表示在最大圖像高度的75％像點上的橫向像差。圖13E，16E，19E，22E，和25E表示在軸向像點上的橫向像差。圖13F，16F，19F，22F，和25F表示在最大圖像高度的-75％像點上的橫向像差。在各橫向像差圖中，水平軸表示離光孔表面上主光線的距離，實線、短虛線和長虛線分別表示對d線、F線和C線的特性。在圖13A至13F，16A至16F，19A至19F，22A至22F及25A至25F的橫向像差圖中，采用子午線像平面作為包含第一透鏡單元G1的光軸和第三透鏡單元G3的光軸的平面。
這里，在圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)中沿垂直于第三透鏡單元G3的光軸的方向的移動量，例1中為0.211mm，例2中為0.192mm，例3中為0.208mm，例4中為0.210mm，例5中為0.209mm。這里，當(dāng)攝遠(yuǎn)極限拍攝距離為無限遠(yuǎn)時，在變焦透鏡系統(tǒng)傾斜0.3°情況下圖像偏心量等于在第三透鏡單元G3的全部在垂直于光軸方向上平行移動各為上述值的情況下的圖像偏心量。
如從橫向像差圖可見，在軸向像點上橫向像差得到滿意的對稱性。此外，當(dāng)互相比較基本狀態(tài)中+75％像點的橫向像差和-75％像點的橫向像差時，像差曲線中全都具有小的彎曲度和幾乎相同的傾度。因此，偏心彗差和偏心像散是小的。這表明即使在圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)中也能得到足夠的圖像性能。此外，當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)的圖像模糊補(bǔ)償角相同時，圖像模糊補(bǔ)償所需要的平行移動的量隨著整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距減小而減小。因此，在任何變焦位置上能對高達(dá)0.3°的圖像模糊補(bǔ)償角實施足夠的圖像模糊補(bǔ)償而不降低圖像的特性。
(實例1)實例1的變焦透鏡系統(tǒng)相當(dāng)于圖11A至11C所示的實施形態(tài)6。表1示出實例1的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表2示出當(dāng)拍攝距離為無限遠(yuǎn)時的焦距，F(xiàn)數(shù)，半視場角和可變的軸向距離的數(shù)據(jù)。表3示出非球面數(shù)據(jù)。
表1

表2

表3

(實例2)實例2的變焦透鏡系統(tǒng)相當(dāng)于圖14A至14C所示的實施形態(tài)7。表4示出實例2的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表5示出當(dāng)拍攝距離為無限遠(yuǎn)時的焦距，F(xiàn)數(shù)，半視場角和可變的軸向距離數(shù)據(jù)。表6示出非球面數(shù)據(jù)。
表4

表5

表6

(實例3)實例3的變焦透鏡系統(tǒng)相當(dāng)于圖17A至17C所示的實施形態(tài)8。表7示出實例3的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表8示出當(dāng)拍攝距離為無限遠(yuǎn)時的焦距，F(xiàn)數(shù)，半視場角和可變的軸向距離數(shù)據(jù)。表9示出非球面數(shù)據(jù)。
表7

表8

表9

(實例4)實例4的變焦透鏡系統(tǒng)相當(dāng)于圖20A至20C所示的實施形態(tài)9。表10示出實例4的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表11示出當(dāng)拍攝距離為無限遠(yuǎn)時的焦距，F(xiàn)數(shù)，半視場角和可變的軸向距離數(shù)據(jù)。表12示出非球面數(shù)據(jù)。
表10

表11

表12

(實例5)實例5的變焦透鏡系統(tǒng)相當(dāng)于圖23A至23C所示的實施形態(tài)10。表13示出實例5的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表14示出當(dāng)拍攝距離為無限遠(yuǎn)時的焦距，F(xiàn)數(shù)，半視場角和可變的軸向距離數(shù)據(jù)。表15示出非球面數(shù)據(jù)。
表13

表14

表15

上述條件對應(yīng)的值列入表16中，表16中YW和YM的意義如下YW是整個變焦透鏡系統(tǒng)在廣角極限的焦距fW中最大模糊補(bǔ)償時在垂直于光軸方向上移動的透鏡單元(第三透鏡單元)的移動量，和YM是整個變焦透鏡系統(tǒng)在中間位置的焦距fM中最大模糊補(bǔ)償時在垂直于光軸方向上移動的透鏡單元(第三透鏡單元)的移動量。然后計算的是變焦透鏡系統(tǒng)為在廣角極限的情況下，即在條件(4)中Y＝Y(jié)W(f＝fW)的情況下對應(yīng)的值(YW/YT)/(fW/fT)；和變焦透鏡系統(tǒng)為在中間位置的情況下，即在條件(4)中Y＝Y(jié)M(f＝fM)的情況下對應(yīng)的值(YW/YT)/(fW/fT)。
表16

本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)可應(yīng)用于諸如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、移動電話、PDA(個人數(shù)字助理)、監(jiān)視系統(tǒng)中的監(jiān)視拍攝設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)拍攝設(shè)備或車載拍攝設(shè)備這類數(shù)字輸入裝置。具體來說，本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)適用于諸如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)這類需要高圖像品質(zhì)的拍攝設(shè)備。
雖結(jié)合附圖通過舉例對本發(fā)明進(jìn)行了充分的說明，但要理解，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言各種變型和修改是顯然的。因此，除非這樣的變型和修改背離本發(fā)明范圍，否則均應(yīng)解釋成為本發(fā)明所包括。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，包括至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成，其中所述透鏡單元當(dāng)中至少任何兩個透鏡單元之間的間距被改變使得以連續(xù)可變的放大倍率形成物體的光學(xué)圖像，所述變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，且該第二透鏡單元包括具有用于彎折來自物體的光束的反射面的透鏡元件；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元，且滿足下面的條件(1)0.50＜(C-S)/H＜1.00 …(1)其中，C是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的有效半徑，使第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面與具有反射面的透鏡元件之間的間距等于第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的垂度C＝(2R·dR-dR2)，S是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面在高度H處的垂度，H是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度的一半，R是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件的像側(cè)表面的曲率半徑，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，滿足下面條件(2)1.2＜dR·fw/d2＜1.8 …(2)(這里，Z＝fT/fw＞5.0)其中，dR是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與具有反射面的透鏡元件之間的間距，d2是第二透鏡單元中最靠近物側(cè)透鏡元件與第二透鏡單元中相對于所述反射面在像側(cè)的透鏡元件之間的間距，fw是在廣角極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，fT是在攝遠(yuǎn)極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述反射面使來自物體的軸向主光線彎折近90°。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述反射面使來自物體的光束彎折成水平方向。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述具有反射面的透鏡元件是棱鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，成像時從廣角極限向攝遠(yuǎn)極限變焦的過程中變焦，所述第二透鏡單元在所述光軸方向上不移動。
7.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡單元中的任一個、所述透鏡元件中的任一個、或者構(gòu)成一個透鏡單元的多個相鄰?fù)哥R元件在垂直于光軸的方向上移動。
8.如權(quán)利要求7所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，除所述第二透鏡單元之外的任一個透鏡單元、除具有反射面的透鏡元件之外的任一個透鏡元件、或者除具有反射面的透鏡元件之外的且構(gòu)成一個透鏡單元的多個相鄰?fù)哥R元件在垂直于光軸的方向上移動。
9.如權(quán)利要求7所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的任一個透鏡單元、構(gòu)成相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的任一個透鏡單元的任一個透鏡元件、或者構(gòu)成相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的一個透鏡單元的多個相鄰?fù)哥R元件在垂直于光軸的方向上移動。
10.如權(quán)利要求7所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，后續(xù)透鏡單元中的任一個在垂直于光軸的方向上移動，且所述整個變焦透鏡系統(tǒng)滿足下面的條件(3)和(4)YT＞Y …(3)0.0＜(Y/YT)/(f/fT)＜3.0 …(4)(這里，Z＝fT/fw＞5.0)其中，f是整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，fT是在攝遠(yuǎn)極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，Y是整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距為f的情形在光軸的垂直方向上移動的透鏡單元在最大模糊補(bǔ)償時的移動量，YT是在攝遠(yuǎn)極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距為fT的情形在光軸的垂直方向上移動的透鏡單元在最大模糊補(bǔ)償時的移動量，fw是在廣角極限下整個變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
11.一種用于保持形成物體的光學(xué)圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡鏡筒，其特征在于，所述成像光學(xué)系統(tǒng)是如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，且其中，在成像狀態(tài)時，以在來自物體的光線的方向上可移動的方式保持所述第一透鏡單元，以及在收納狀態(tài)時，具有反射面的透鏡元件退避到不同于成像狀態(tài)時所處位置的退避位置。
12.如權(quán)利要求11所述的透鏡鏡筒，其特征在于，在所述收納狀態(tài)時，所述第二透鏡單元退避到不同于成像狀態(tài)時所處位置的退避位置。
13.如權(quán)利要求12所述的透鏡鏡筒，其特征在于，所述第二透鏡單元沿光軸方向退避到成像光學(xué)系統(tǒng)的像側(cè)。
14.如權(quán)利要求13所述的透鏡鏡筒，其特征在于，所述成像光學(xué)系統(tǒng)滿足下面的條件(5)0.25＜ΣD/ΣdA＜0.60 …(5)其中，ΣD是相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元的光軸厚度的總和，ΣdA是相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元與在變焦中移動到所述光軸方向的透鏡單元之間的光軸空氣間距的總和。
15.如權(quán)利要求13所述的透鏡鏡筒，其特征在于，所述成像光學(xué)系統(tǒng)滿足下面的條件(6)0.80＜(ΣD12+H2)/ΣdA＜1.25 …(6)其中，ΣD12是所述第一透鏡單元和所述第二透鏡單元的光軸厚度的總和，H2是具有反射面的透鏡元件的光軸厚度，ΣdA是相對于所述第二透鏡單元位于像側(cè)的透鏡單元與在變焦中移動到所述光軸方向的透鏡單元之間的光軸空氣間距的總和。
16.一種成像裝置，能夠?qū)⑽矬w的光學(xué)圖像作為電子圖像信號輸出，其特征在于，該成像裝置包括形成所述物體的光學(xué)圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)；和將所述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號的圖像傳感器，其中，所述成像光學(xué)系統(tǒng)是如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)。
17.一種拍攝設(shè)備，用于將物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號，并隨后對經(jīng)過轉(zhuǎn)換的圖像信號執(zhí)行顯示和存儲中的至少一個，其特征在于，該拍攝設(shè)備包括成像裝置，該成像裝置包括形成所述物體的光學(xué)圖像的成像光學(xué)系統(tǒng)；和將所述成像光學(xué)系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像信號的圖像傳感器，其中，所述成像光學(xué)系統(tǒng)是如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)。
全文摘要
一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括至少三個透鏡單元，每個透鏡單元由至少一個透鏡元件組成，其中所述透鏡單元當(dāng)中至少任兩個透鏡單元之間的間距被改變使得以連續(xù)可變的放大倍率形成物體的光學(xué)圖像，所述變焦透鏡系統(tǒng)包括具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負(fù)光焦度的第二透鏡單元，且該第二透鏡單元包括具有用于彎折來自物體的光束的反射面的透鏡元件；和后續(xù)透鏡單元，該后續(xù)透鏡單元包括至少一個具有正光焦度的透鏡單元，且滿足條件0.50＜(C－S)/H＜1.00(C＝
文檔編號G02B7/02GK101021611SQ20071008522
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者吉次慶記, 美藤恭一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社