專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng),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)，成像裝置和拍攝設(shè)備。具體來說，本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)，采用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置，以及采用該成像裝置的拍攝設(shè)備，所述變焦透鏡系統(tǒng)具有高分辨率，在整個(gè)可變放大倍數(shù)范圍中確保充分的周邊照度和對(duì)于場(chǎng)曲的高補(bǔ)償能力，同時(shí)還具有不使用時(shí)的短總光程。
背景技術(shù)：
在先有技術(shù)中已經(jīng)開發(fā)了大量通過透鏡在圖像傳感器上形成被拍攝物體的像，然后以圖像形式獲得該物體的像的光學(xué)儀器。近來，諸如數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的產(chǎn)品得到普及。于是，隨著用戶數(shù)量的增加，對(duì)這些產(chǎn)品的要求也不斷增長(zhǎng)。在這些產(chǎn)品的各種類型中，具有約三倍的變焦比的光學(xué)儀器雖然體積比較小但仍具有光學(xué)變焦的功能。因此，這些類型正作為袖珍型的或時(shí)髦型的數(shù)字照相機(jī)得到廣泛普及。
在袖珍型的數(shù)字照相機(jī)中，為了容易攜帶的特性就要求該儀器的尺寸進(jìn)一步減小。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字照相機(jī)尺寸進(jìn)一步減小，需要采用透鏡配置，使不使用時(shí)的總光程(從整個(gè)透鏡系統(tǒng)的最靠近物方側(cè)的透鏡表面的頂點(diǎn)到像面測(cè)量的距離)減小，同時(shí)在使用時(shí)通過多級(jí)鏡筒使相對(duì)于主體向外伸展的各個(gè)透鏡元件能被容納到主體中。
同時(shí)，作為適合于袖珍型數(shù)字照相機(jī)的變焦透鏡系統(tǒng)，已經(jīng)提出了大量三單元結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)，該三單元結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)例如按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元，具有正光焦度的第二透鏡單元和具有正光焦度的第三透鏡單元。
在這樣的三單元結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦(放大率變化)中，第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的空氣間距單調(diào)減少，同時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的空氣間距發(fā)生變化，第三透鏡單元被固定或被移動(dòng)。
在三單元結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)中的聚焦調(diào)整通過在光軸方向上移動(dòng)第一透鏡單元或第三透鏡單元進(jìn)行。具體來說，從減小整個(gè)光學(xué)儀器的尺寸的觀點(diǎn)看，在很多情況下，用不太重的第三透鏡單元進(jìn)行聚焦調(diào)整，這樣能在從無窮遠(yuǎn)到近距離的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)在被拍攝物體上聚焦。相反，當(dāng)用第一透鏡單元進(jìn)行聚焦調(diào)整時(shí)，因?yàn)榈谝煌哥R單元大于第三透鏡單元，因此需要大尺寸的電機(jī)。這樣就造成整個(gè)光學(xué)儀器的尺寸增大的趨勢(shì)。
具有正光焦度的第三透鏡單元具有補(bǔ)償場(chǎng)曲和使入射到圖像傳感器的受光面上的入射光進(jìn)入遠(yuǎn)心狀態(tài)的效果。另外，在很多情況下，第三透鏡單元用一個(gè)或兩個(gè)具有小外徑的透鏡元件構(gòu)成，因此能用小尺寸電機(jī)高速驅(qū)動(dòng)。這樣，當(dāng)?shù)谌哥R單元被用作聚焦調(diào)整的透鏡單元時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)具有經(jīng)減小的尺寸并且允許快速聚焦的光學(xué)儀器。
第一透鏡單元和第二透鏡單元沿圓柱形凸輪(cylindrical cam)中形成的凸輪槽平行于光軸移動(dòng)。在凸輪槽中，用于變焦的槽和用于不使用時(shí)的槽互相連接。用于不使用時(shí)的槽減小透鏡單元之間的間隔并將所有三個(gè)透鏡單元移動(dòng)到圖像傳感器側(cè)。該構(gòu)造減小不使用時(shí)的總光程。在這種情況下，如果每個(gè)透鏡單元的厚度能被減小，則不使用時(shí)的總光程還能進(jìn)一步減小。
這樣，在先有技術(shù)中，所進(jìn)行的設(shè)計(jì)使變焦透鏡系統(tǒng)具有上述減小有關(guān)聚焦調(diào)整的部分以及整個(gè)透鏡系統(tǒng)在不使用時(shí)的尺寸的構(gòu)造，使數(shù)字照相機(jī)的總光程減小。
例如，2005-134746號(hào)日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)公開了一種三單元變焦透鏡，該三單元變焦透鏡按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括由具有非球面的負(fù)光焦度透鏡(negative-poweredlens)和正光焦度透鏡(positive-powered lens)構(gòu)成的具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元；具有正光焦度的第二透鏡單元；和具有正光焦度的第三透鏡單元。在該三單元變焦透鏡中，第一透鏡單元的最靠近物方側(cè)的負(fù)光焦度透鏡具有高折射率，因此在廣角端場(chǎng)曲被補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下周邊部分的透鏡厚度被減小。這樣就減小了整個(gè)第一透鏡單元的厚度，因此也就減小了光學(xué)系統(tǒng)的尺寸。
另外，例如2005-084597號(hào)日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)公開了一種三單元變焦透鏡，該三單元變焦透鏡按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元，具有正光焦度并配備有光圈的第二透鏡單元，和具有正光焦度的第三透鏡單元，其中在放大倍數(shù)變化時(shí)，第一透鏡單元以接近第二透鏡單元的方向相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，第三透鏡單元先向物方側(cè)移動(dòng)，然后反向移動(dòng)到像方側(cè)，以及其中當(dāng)物距為無窮遠(yuǎn)時(shí)，第三透鏡單元在廣角端的位置相對(duì)于在攝遠(yuǎn)端的位置位于物方側(cè)。在該三單元變焦透鏡中以能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)曲補(bǔ)償和光學(xué)系統(tǒng)尺寸減小這樣的方式規(guī)定了有關(guān)第一透鏡單元的焦距的條件。
另外，當(dāng)前能夠相對(duì)容易地獲得具有在過去不可能獲得的范圍中的折射率或阿貝數(shù)(Abbenumber)的新光學(xué)材料。因此已經(jīng)提出了將這樣的光學(xué)材料應(yīng)用到變焦透鏡中包括的各個(gè)透鏡中從而在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)尺寸減小的提案。
例如2006-011096號(hào)日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)公開了一種變焦透鏡，該變焦透鏡按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括由具有非球面的負(fù)光焦度透鏡和正光焦度透鏡構(gòu)成的具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元，具有正光焦度的第二透鏡單元，和具有正光焦度的第三透鏡單元，其中第一透鏡單元包括折射率超過1.9的透鏡元件。
然而，2005-134746號(hào)在日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)中公開的三單元變焦透鏡的構(gòu)造中，在第一透鏡單元的像方側(cè)的正光焦度透鏡具有低折射率并且仍是球面透鏡。這樣就造成場(chǎng)曲補(bǔ)償不充分的問題。
另外，2005-084597號(hào)在日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)中公開的三單元變焦透鏡的構(gòu)造中，為了尺寸減小的目的，第一透鏡單元的焦距被設(shè)定得相當(dāng)短。然而，在這種情況下，雖然透鏡的直徑可以構(gòu)造得比較小，但當(dāng)?shù)谝煌哥R單元由兩個(gè)透鏡構(gòu)成時(shí)，物方側(cè)透鏡的光焦度變得過度。另外，為了補(bǔ)償色差的目的也提高了像方側(cè)透鏡的厚度。這樣就造成了在不使用時(shí)總光程增加的問題。
另外，在2006-011096日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)中公開的變焦透鏡的構(gòu)造具有入射到圖像傳感器上的光的入射角尤其在廣角端時(shí)過分大的問題。當(dāng)入射角如上所述變大時(shí)，取決于圖像傳感器的遮蔽特性(shading characteristic)將造成光量損失，從而減少了被攝取圖像中周邊光量。另外，在2006-011096日本專利申請(qǐng)公開公報(bào)中公開的變焦透鏡的構(gòu)造中，在變焦時(shí)入射角的波動(dòng)也大。這樣就造成周邊部分圖像的觀察條件波動(dòng)大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種變焦透鏡系統(tǒng)，采用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置，以及采用該成像裝置的拍攝設(shè)備，所述變焦透鏡系統(tǒng)具有高分辨率，在整個(gè)可變放大倍數(shù)范圍中確保充分的周邊照度和對(duì)于場(chǎng)曲的高補(bǔ)償能力，同時(shí)還具有不使用時(shí)的短總光程。
為了解決常規(guī)技術(shù)中的上述問題而完成了本文公開的新穎的概念，本文中公開了一種變焦透鏡系統(tǒng)，用于以可變放大倍數(shù)形成物體的光學(xué)圖像，按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元；具有正光焦度的第二透鏡單元；和具有正光焦度的第三透鏡單元，其中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，各個(gè)透鏡單元分別沿光軸以以下方式移動(dòng)，第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔減小，同時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)可變的放大倍數(shù)。
第一透鏡單元包括一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的物方側(cè)負(fù)透鏡元件；和一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的像方側(cè)正透鏡元件，并且所述像方側(cè)正透鏡元件配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件的像方側(cè)具有空氣間距。
構(gòu)成第一透鏡單元的兩個(gè)透鏡元件中的每一個(gè)都具有非球面，并且滿足下列條件(1)，(2)和(3)n12＞1.88 …(1)ν12＜26 …(2)5.0＜αiW＜20.0…(3)(這里，ωW＞30)其中，n12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)，αiW是在廣角端的最大像高處主光線入射到圖像傳感器上的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，以及ωW是廣角端的半視場(chǎng)角。
為了解決常規(guī)技術(shù)中的上述問題而完成了本文公開的新穎的概念，本文中公開了一種成像裝置，能夠?qū)⒈慌臄z物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)然后輸出該信號(hào)，該成像裝置包括以可變放大倍數(shù)形成被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)；和將由變焦透鏡系統(tǒng)形成的被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)的圖像傳感器，其中，
變焦透鏡系統(tǒng)按從作為被拍攝物體一側(cè)的物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元；具有正光焦度的第二透鏡單元；和具有正光焦度的第三透鏡單元，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，各個(gè)透鏡單元分別沿光軸以以下方式移動(dòng)，第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔減小，同時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)可變的放大倍數(shù)，第一透鏡單元包括一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的物方側(cè)負(fù)透鏡元件；和一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的像方側(cè)正透鏡元件，并且所述像方側(cè)正透鏡元件配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件的像方側(cè)具有空氣間距，構(gòu)成第一透鏡單元的兩個(gè)透鏡元件中的每一個(gè)都具有非球面，并且滿足下列條件(1)，(2)和(3)n12＞1.88 …(1)ν12＜26 …(2)5.0＜αiW＜20.0…(3)(這里，ωW＞30)其中，n12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)，αiW是在廣角端的最大像高處入射到圖像傳感器上的主光線的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，以及ωW是廣角端的半視場(chǎng)角。
為了解決常規(guī)技術(shù)中的上述問題而完成了本文公開的新穎的概念，本文中公開了一種拍攝設(shè)備，能夠拍攝被拍攝物體然后將其圖像作為電圖像信號(hào)輸出，該拍攝設(shè)備包括包括以可變放大倍數(shù)形成被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)和將由變焦透鏡系統(tǒng)形成的被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)的圖像傳感器的成像裝置，其中，變焦透鏡系統(tǒng)按從作為被拍攝物體一側(cè)的物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元；具有正光焦度的第二透鏡單元；和具有正光焦度的第三透鏡單元，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，各個(gè)透鏡單元分別沿光軸以以下方式移動(dòng)，第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔減小，同時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)可變的放大倍數(shù)，第一透鏡單元包括一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的物方側(cè)負(fù)透鏡元件；和一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的像方側(cè)正透鏡元件，并且所述像方側(cè)正透鏡元件配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件的像方側(cè)具有空氣間距，構(gòu)成第一透鏡單元的兩個(gè)透鏡元件中的每一個(gè)都具有非球面，并且滿足下列條件(1)，(2)和(3)n12＞1.88 …(1)ν12＜26 …2)5.0＜αiW＜20.0…(3)(這里，ωW＞30)其中，n12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)，αiW是在廣角端的最大像高處入射到圖像傳感器上的主光線的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，以及ωW是廣角端的半視場(chǎng)角。
本發(fā)明提供具有高分辨率，在整個(gè)可變放大倍數(shù)范圍中確保充分的周邊照度和對(duì)于場(chǎng)曲的令人滿意的補(bǔ)償能力，同時(shí)還具有第一透鏡單元的經(jīng)減小的厚度以及在不使用時(shí)的短總光程的變焦透鏡系統(tǒng)；和采用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置。本發(fā)明進(jìn)一步提供采用該成像裝置的體積小的高性能拍攝設(shè)備。


通過下文的敘述結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例以及參考附圖，本發(fā)明的上述目的和其他目的將變得更清晰，其中圖1A到1C是根據(jù)實(shí)施例1(實(shí)例1)的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖；圖2A到2I是根據(jù)實(shí)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；圖3A到3C是根據(jù)實(shí)施例2(實(shí)例2)的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖；
圖4A到4I是根據(jù)實(shí)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；圖5A到5C是根據(jù)實(shí)施例3(實(shí)例3)的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖；圖6A到6I是根據(jù)實(shí)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；圖7A到7C是根據(jù)實(shí)施例4(實(shí)例4)的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖；圖8A到8I是根據(jù)實(shí)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；圖9A到9C是根據(jù)實(shí)施例5(實(shí)例5)的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖；圖10A到10I是根據(jù)實(shí)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；以及圖11是根據(jù)實(shí)施例6的數(shù)字照相機(jī)的示意性構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式
(實(shí)施例1到5)圖1A到1C是根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖3A到3C是根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖5A到5C是根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖7A到7C是根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖9A到9C是根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)的構(gòu)造圖。圖1A到1C，3A到3C，5A到5C，7A到7C以及9A到9C中的每一幅圖都顯示了在無窮遠(yuǎn)聚焦條件下的變焦透鏡系統(tǒng)。圖1A，3A，5A，7A和9A顯示了在廣角端(最短焦距條件焦距fW)的透鏡結(jié)構(gòu)。圖1B，3B，5B，7B和9B顯示了在中間位置(中間焦距條件焦距fM＝(fW*fT))的透鏡結(jié)構(gòu)。圖1C，3C，5C，7C和9C顯示了在攝遠(yuǎn)端(最長(zhǎng)焦距條件焦距fT)的透鏡結(jié)構(gòu)。
根據(jù)實(shí)施例1到5的每個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元G1；光圈A；具有正光焦度的第二透鏡單元G2；和具有正光焦度的第三透鏡單元G3。在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元G1以凸的軌跡移動(dòng)到像方側(cè)，同時(shí)第二透鏡單元G2和光圈A單調(diào)地移動(dòng)到物方側(cè)，第三透鏡單元G3的移動(dòng)改變與第二透鏡單元G2的間隔。也就是，在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，各個(gè)透鏡單元分別沿光軸以以下方式移動(dòng)，第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2之間的間隔減小，同時(shí)第二透鏡單元G2和第三透鏡單元G3之間的間隔發(fā)生變化。進(jìn)一步，在圖1A到1C，3A到3C，5A到5C，7A到7C以及9A到9C中的每一幅圖中，在最右側(cè)畫的直線表示像面S的位置。在其物方側(cè)設(shè)置諸如紅外截止濾光片(infrared cut filter)，圖像傳感器面板等平行平板P。
如圖1A到1C所示，在根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括兩個(gè)透鏡元件，這兩個(gè)透鏡元件由具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形像方側(cè)正透鏡元件L2構(gòu)成，并且像方側(cè)正透鏡元件L2配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1的像方側(cè)具有空氣間距。物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和像方側(cè)正透鏡元件L2中的每一個(gè)透鏡元件都具有非球面的像方側(cè)表面。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形第三透鏡元件L3；具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第四透鏡元件L4；具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第五透鏡元件L5；和雙凸的第六透鏡元件L6。在這些透鏡元件中，第三透鏡元件L3和第四透鏡元件L4互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件，同時(shí)第五透鏡元件L5和第六透鏡元件L6互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件。另外，用作第二透鏡單元G2的最靠近物方側(cè)透鏡元件的第三透鏡元件L3具有非球面的物方側(cè)表面。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3僅包括具有面向像方側(cè)的凸表面的正彎月形第七透鏡元件L7。該第七透鏡元件L7具有非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)中，如下述表16所示，構(gòu)成第一透鏡單元G1的像方側(cè)正透鏡元件L2具有值得注意的高折射率。因此，在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1中容易確保大光束高度處的厚度，使透鏡厚度能被減小。因此，在根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)中，不使用時(shí)的總光程被減小。
如圖3A到3C所示，在根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括兩個(gè)透鏡元件，這兩個(gè)透鏡元件由具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形像方側(cè)正透鏡元件L2構(gòu)成，并且像方側(cè)正透鏡元件L2配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1的像方側(cè)具有空氣間距。物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和像方側(cè)正透鏡元件L2中的每一個(gè)透鏡元件都具有非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形第三透鏡元件L3；具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形第四透鏡元件L4；具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第五透鏡元件L5；和雙凸的第六透鏡元件L6。在這些透鏡元件中，第四透鏡元件L4和第五透鏡元件L5互相接合，從而構(gòu)成接合透鏡元件。另外，用作第二透鏡單元G2的最靠近物方側(cè)透鏡元件的第三透鏡元件L3具有非球面的物方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3僅包括雙凸的第七透鏡元件L7。該第七透鏡元件L7具有非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)中，如下述表16所示，構(gòu)成第一透鏡單元G1的像方側(cè)正透鏡元件L2具有比較高的折射率。這樣，即使透鏡中心厚度減小也相對(duì)容易確保邊緣厚度，使透鏡厚度能被減小。因此，在根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)中，不使用時(shí)的總光程被減小。
如圖5A到5C所示，在根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括兩個(gè)透鏡元件，這兩個(gè)透鏡元件由雙凹的物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形像方側(cè)正透鏡元件L2構(gòu)成，并且像方側(cè)正透鏡元件L2配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1的像方側(cè)具有空氣間距。物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和像方側(cè)正透鏡元件L2中的每一個(gè)透鏡元件都具有非球面的像方側(cè)表面。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形第三透鏡元件L3；具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第四透鏡元件L4；具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第五透鏡元件L5；和雙凸的第六透鏡元件L6。在這些透鏡元件中，第三透鏡元件L3和第四透鏡元件L4互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件，同時(shí)第五透鏡元件L5和第六透鏡元件L6互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件。另外，用作第二透鏡單元G2的最靠近物方側(cè)的透鏡元件的第三透鏡元件L3具有非球面的物方側(cè)表面。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3僅包括具有面向像方側(cè)的凸表面的正彎月形第七透鏡元件L7。該第七透鏡元件L7具有非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡系統(tǒng)中，如下述表16所示，構(gòu)成第一透鏡單元G1的物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1具有低折射率，同時(shí)大光束高度處的厚度小。但是，第一透鏡單元G1的像方側(cè)正透鏡元件L2具有比較高的折射率并且在像方側(cè)具有非球面。這樣，即使當(dāng)物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1在大光束高度處的厚度小而使對(duì)廣角端側(cè)的畸變或場(chǎng)曲的補(bǔ)償不充分時(shí)，在根據(jù)實(shí)施例3的整個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)中，像方側(cè)正透鏡元件L2的補(bǔ)償效果也能使像方側(cè)正透鏡元件L2充分補(bǔ)償廣角端側(cè)的畸變和場(chǎng)曲。
如圖7A到7C所示，在根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括兩個(gè)透鏡元件，這兩個(gè)透鏡元件由具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形像方側(cè)正透鏡元件L2構(gòu)成，并且像方側(cè)正透鏡元件L2配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1的像方側(cè)具有空氣間距。物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和像方側(cè)正透鏡元件L2中的每一個(gè)透鏡元件都具有非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括雙凸的第三透鏡元件L3；雙凹的第四透鏡元件L4；具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形第五透鏡元件L5；和雙凸的第六透鏡元件L6。在這些透鏡元件中，第三透鏡元件L3和第四透鏡元件L4互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件，同時(shí)第五透鏡元件L5和第六透鏡元件L6互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件。另外，用作第二透鏡單元G2的最靠近物方側(cè)的透鏡元件的第三透鏡元件L3具有非球面的物方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3僅包括雙凸的第七透鏡元件L7。該第七透鏡元件L7具有非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)中，構(gòu)成第一透鏡單元G1的兩個(gè)透鏡元件L1和L2在來自物體的光通過處的附近互相接觸。因此，整個(gè)第一透鏡單元G1的厚度能夠被減小。另外，即使當(dāng)?shù)谝煌哥R單元G1的物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和像方側(cè)正透鏡元件L2互相接近而使補(bǔ)償畸變的能力降低，在整個(gè)根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)中對(duì)廣角端時(shí)的畸變?nèi)员涣钊藵M意地補(bǔ)償，因?yàn)槿缦率霰?6所示像方側(cè)正透鏡元件L2是具有比較高折射率并且在像方側(cè)具有非球面的透鏡元件。
如圖9A到9C所示，在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括兩個(gè)透鏡元件，這兩個(gè)透鏡元件由具有面向物方側(cè)的凸表面的負(fù)彎月形物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和具有面向物方側(cè)的凸表面的正彎月形像方側(cè)正透鏡元件L2構(gòu)成，并且像方側(cè)正透鏡元件L2配置成在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1的像方側(cè)具有空氣間距。物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1和像方側(cè)正透鏡元件L2中的每一個(gè)透鏡元件都具有非球面的像方側(cè)表面。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括雙凸的第三透鏡元件L3；雙凹的第四透鏡元件L4；和雙凸的第五透鏡元件L5。在這些透鏡元件中，第三透鏡元件L3和第四透鏡元件L4互相接合，從而構(gòu)成正接合透鏡元件。另外，用作第二透鏡單元G2的最靠近物方側(cè)的透鏡元件的第三透鏡元件L3具有非球面的物方側(cè)表面。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3僅包括具有面向像方側(cè)的凸表面的正彎月形第六透鏡元件L6。該第六透鏡元件L6具有非球面的物方側(cè)表面和非球面的像方側(cè)表面。
在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，如下述表16所示，構(gòu)成第一透鏡單元G1的像方側(cè)正透鏡元件L2具有值得注意的高折射率。因此，在物方側(cè)負(fù)透鏡元件L1中容易確保大光束高度處的厚度，使透鏡厚度能夠被減小。因此，在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，不使用時(shí)的總光程被減小。
在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，以要求的光焦度構(gòu)造配置透鏡單元G1到G3，因此在處于滿足優(yōu)良的光學(xué)性能的狀態(tài)下在整個(gè)透鏡系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)尺寸的減小。
具體來說，在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元G1由一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的物方側(cè)負(fù)透鏡元件和一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的像方側(cè)正透鏡元件構(gòu)成。另外，第二透鏡單元G2由每一組都通過接合兩個(gè)透鏡元件制成的兩組正接合透鏡元件構(gòu)成，或者具有這樣的構(gòu)造，一組接合透鏡元件被置于每一個(gè)都被配置在物方側(cè)或像方側(cè)的正透鏡元件之間。而且，第三透鏡單元G3由一個(gè)透鏡元件構(gòu)成。這樣，根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了具有構(gòu)成每個(gè)透鏡單元的小數(shù)量的透鏡元件和不使用時(shí)的短總光程的透鏡系統(tǒng)。
如上所述，在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2由兩組正接合透鏡元件構(gòu)成，或者具有這樣的構(gòu)造，一組接合透鏡元件被置于每一個(gè)都被配置在物方側(cè)或像方側(cè)的正透鏡元件之間。作為替代，第二透鏡單元G2可以按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序包括一組正接合透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件，因此可以實(shí)現(xiàn)具有不使用時(shí)的短總光程的透鏡系統(tǒng)。
在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，構(gòu)成第一透鏡單元G1的每一個(gè)物方側(cè)負(fù)透鏡元件和像方側(cè)正透鏡元件都具有非球面，同時(shí)像方側(cè)正透鏡元件具有特定的折射率和特定的阿貝數(shù)。因此根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)具有優(yōu)良的例如補(bǔ)償場(chǎng)曲的光學(xué)性能。
下文將敘述由如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)滿足的條件。該根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)按從物方側(cè)到像方側(cè)包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元，具有正光焦度的第二透鏡單元，和具有正光焦度的第三透鏡單元，其中第一透鏡單元G1由一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的物方側(cè)負(fù)透鏡元件和一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的像方側(cè)正透鏡元件構(gòu)成，以及其中構(gòu)成第一透鏡單元的兩個(gè)透鏡元件中的每一個(gè)透鏡元件都具有非球面。這里對(duì)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)規(guī)定了所要滿足的多個(gè)條件。滿足所有條件的結(jié)構(gòu)是最合乎要求的變焦透鏡系統(tǒng)。但是，當(dāng)滿足個(gè)別的條件時(shí)就能夠獲得提供相應(yīng)效果的變焦透鏡系統(tǒng)。
例如，在如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中滿足下列條件(1)，(2)和(3)n12＞1.88 …(1)ν12＜26 …(2)5.0＜αiW＜20.0…(3)(這里，ωW＞30)其中，n12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)，αiW是在廣角端的最大像高處主光線入射到圖像傳感器上的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，以及ωW是廣角端的半視場(chǎng)角。
條件(1)和(2)規(guī)定了構(gòu)成第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的折射率和阿貝數(shù)。當(dāng)這些條件(1)和(2)滿足時(shí)，像方側(cè)正透鏡元件的中心厚度變小，同時(shí)廣角端側(cè)的場(chǎng)曲受到抑制，在像方側(cè)表面中的大曲率不再必要，因此容易確保邊緣厚度。這樣，可以減小第一透鏡單元的厚度。這樣也就減小整個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)的厚度，因此減小不使用時(shí)的總光程。
條件(3)規(guī)定了在廣角端的最大像高處入射到圖像傳感器上的主光線的入射角。當(dāng)條件(3)滿足時(shí)，入射到圖像傳感器上的最離軸主光線的入射角變小。這樣就減小了遮蔽的影響。當(dāng)該值超過條件(3)的上限時(shí)，圖像傳感器的遮蔽的影響造成周邊光量下降的可能性上升。相反，當(dāng)該值低于條件(3)的下限時(shí)，攝遠(yuǎn)端的最離軸主光線的負(fù)角在放大倍數(shù)變化時(shí)變大。這樣就造成尤其在攝遠(yuǎn)端的周邊光量減少的可能性。
這里，當(dāng)滿足至少一個(gè)下列條件(1)’和(2)’時(shí)，就能更成功地實(shí)現(xiàn)上述效果。當(dāng)下列條件(1)’滿足時(shí)，第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件可以具有大Z值(物方側(cè)表面的曲率和像方側(cè)表面的曲率之間的差)，這樣透鏡的中心對(duì)準(zhǔn)容易。另外，當(dāng)下列條件(2)’滿足時(shí)，第一透鏡單元中產(chǎn)生的色差可以更令人滿意地得到補(bǔ)償。
n12＞1.95 …(1)’ν12＜24 …(2)’進(jìn)一步，當(dāng)下列條件(3)’滿足時(shí)，變焦過程中在最大像高處入射到圖像傳感器上的主光線的入射角的波動(dòng)受到抑制，因此周邊光量的波動(dòng)也受到抑制。因此，該構(gòu)造顯著有效。
αiW＜15.0 …(3)’進(jìn)一步，例如，在如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(4)，(5)，(6)和(7)n11＞1.50 …(4)ν11＞35 …(5)n12-n11＞0.10 …(6)ν11-ν12＞15.0…(7)其中，n11是第一透鏡單元的物方側(cè)負(fù)透鏡元件的折射率，ν11是第一透鏡單元的物方側(cè)負(fù)透鏡元件的阿貝數(shù)，n12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是第一透鏡單元的像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)。
條件(4)和(5)規(guī)定了構(gòu)成第一透鏡單元的物方側(cè)負(fù)透鏡元件的折射率和阿貝數(shù)。條件(6)和(7)涉及進(jìn)行令人滿意的變焦透鏡系統(tǒng)的色差補(bǔ)償?shù)臈l件，其中第一透鏡單元為負(fù)前導(dǎo)(negative-lead)的透鏡單元并具有負(fù)光焦度，同時(shí)第一透鏡單元包括物方側(cè)負(fù)透鏡元件和像方側(cè)正透鏡元件。當(dāng)這些條件(4)，(5)，(6)和(7)滿足時(shí)，避免了透鏡元件的光軸上的厚度隨著光束高度的增加而增加的可能性，并且避免了當(dāng)為了改進(jìn)制造工藝的目的增加中心厚度時(shí)整個(gè)第一透鏡單元的厚度進(jìn)一步增加的可能性。同時(shí)，色差可以令人滿意地得到補(bǔ)償。
進(jìn)一步，當(dāng)滿足至少一個(gè)下列條件(4)’，(5)’，(6)’和(7)’時(shí)，就能更成功地實(shí)現(xiàn)上述效果。另外，當(dāng)滿足至少一個(gè)下列條件(5)”和(7)”時(shí)，可以更令人滿意地補(bǔ)償?shù)谝煌哥R單元中產(chǎn)生的色差。
n11＞1.75 …(4)’ν11＞38 …(5)’
65＞ν11 …(5)”n12-n11＞0.12 …(6)’ν11-ν12＞17.5…(7)’45.0＞ν11-ν12…(7)”進(jìn)一步，例如，在如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(8)T1/Y＜1.5 …(8)其中，T1是第一透鏡單元的中心厚度，以及Y是最大像高。
條件(8)規(guī)定了變焦透鏡系統(tǒng)中第一透鏡單元的中心厚度，其中第一透鏡單元為負(fù)前導(dǎo)的透鏡單元(negative-lead)并且具有負(fù)光焦度，因此容易變大。當(dāng)滿足條件(8)時(shí)，避免了第一透鏡單元的厚度過分增加因此不使用時(shí)的總光程過分增加的可能性。
進(jìn)一步，當(dāng)滿足下列條件(8)’時(shí)，光焦度被賦予第一透鏡單元中的空氣透鏡。這樣，在廣角側(cè)易于進(jìn)行場(chǎng)曲的補(bǔ)償。
0.8＜T1/Y …(8)’進(jìn)一步，例如，在如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(9)(T1+T2+T3)/Y＜3.5 …(9)其中，T1是第一透鏡單元的中心厚度，T2是第二透鏡單元的中心厚度，T3是第三透鏡單元的中心厚度，以及Y是最大像高。
條件(9)規(guī)定了各個(gè)透鏡單元的中心厚度的總和。當(dāng)條件(9)滿足時(shí)，避免了各個(gè)透鏡單元的厚度總和過分增加因此不使用時(shí)的總光程也過分增加的可能性。
當(dāng)滿足下列條件(9)’時(shí)，就能更成功地實(shí)現(xiàn)上述效果。另外，當(dāng)滿足下列條件(9)”時(shí)，能夠確保每個(gè)透鏡單元的厚度，尤其是第一透鏡單元和第二透鏡單元的厚度。這樣就可能得到更令人滿意的場(chǎng)曲補(bǔ)償。
(T1+T2+T3)/Y＜3.2…(9)’2.5＜(T1+T2+T3)/Y…(9)”進(jìn)一步，例如，在如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(10)3.0＜f3/fW＜5.5 …(10)(這里，ωW＞30)其中，f3是第三透鏡單元的組合焦距，fW是整個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的焦距，以及ωW是廣角端的半視場(chǎng)角。
條件(10)規(guī)定了第三透鏡單元的適當(dāng)?shù)慕咕?。?dāng)該值低于條件(10)的下限時(shí)，第三透鏡單元的必要的光焦度變大。這樣就造成在第三透鏡單元比較接近物方側(cè)的可變放大倍數(shù)范圍內(nèi)補(bǔ)償球差或彗差的困難。相反，當(dāng)該值超過條件(10)的上限時(shí)，第三透鏡單元的必要的光焦度變小。這樣就造成第三透鏡單元移動(dòng)量增加，因此而造成光學(xué)系統(tǒng)尺寸減小的困難。
這里，當(dāng)滿足至少一個(gè)下列條件(10)’和(10)”時(shí)，就能更成功地實(shí)現(xiàn)上述效果。
3.8＜f3/fW…(10)’f3/fW＜4.4 …(10)”進(jìn)一步，例如，在如根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(11)|αiW-αiT|＜15.0…(11)(這里，ωW＞30)其中，αiW是在廣角端的最大像高處主光線入射到圖像傳感器上的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，αiT是在攝遠(yuǎn)端的最大像高處主光線入射到圖像傳感器上的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，以及
ωW是廣角端時(shí)的半視場(chǎng)角。
條件(11)規(guī)定了變焦時(shí)最大像高處主光線入射到圖像傳感器上的入射角。當(dāng)條件(11)滿足時(shí)，入射到圖像傳感器上的最離軸主光線的入射角的波動(dòng)小，因此周邊部分的圖像的觀看條件的波動(dòng)保持在允許的范圍內(nèi)。
這里，當(dāng)同時(shí)滿足條件(3)和條件(11)時(shí)，可以適當(dāng)保持圖像周邊的照度。因此，該構(gòu)造為非常優(yōu)選的構(gòu)造。
這里，構(gòu)成實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡單元唯一由通過折射使入射光偏轉(zhuǎn)的折射型透鏡元件(即，在每一個(gè)都具有不同折射率的介質(zhì)之間的界面實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的類型的透鏡元件)構(gòu)成。但是，本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)的變焦透鏡系統(tǒng)。例如，透鏡單元可以采用通過衍射使入射光偏轉(zhuǎn)的衍射型透鏡元件，通過衍射和折射的組合使入射光偏轉(zhuǎn)的折射衍射混合型透鏡元件；或通過介質(zhì)中折射率的分布使入射光偏轉(zhuǎn)的梯度折射率型透鏡元件。
進(jìn)一步，在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)反射表面可配置在光路中時(shí)，該光路可以在變焦透鏡系統(tǒng)的前后或中間彎曲。彎曲位置可以取決于必要性而任意設(shè)定。當(dāng)光路被適當(dāng)彎曲時(shí)，就可以在拍攝設(shè)備中實(shí)現(xiàn)外觀厚度的減小。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明可以獲得令人滿意地補(bǔ)償場(chǎng)曲并且還具有第一透鏡單元的經(jīng)減小的厚度以及不使用時(shí)的短總光程的變焦透鏡系統(tǒng)。
(實(shí)施例6)圖11是根據(jù)實(shí)施例6的數(shù)字照相機(jī)的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖11中，數(shù)字照相機(jī)包括包括變焦透鏡系統(tǒng)1和CCD的圖像傳感器2的成像裝置；液晶顯示監(jiān)視器3和主體4。所采用的變焦透鏡系統(tǒng)1為根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)。圖11中，變焦透鏡系統(tǒng)1包括第一透鏡單元G1，光圈A，第二透鏡單元G2，和第三透鏡單元G3。在主體4中，變焦透鏡系統(tǒng)1配置在前側(cè)，而圖像傳感器2配置在變焦透鏡系統(tǒng)1的后側(cè)。液晶顯示監(jiān)視器3配置在主體4的后側(cè)，而通過變焦透鏡系統(tǒng)1獲得的被拍攝物體的光學(xué)圖像形成在像面S上。
透鏡鏡筒包括主鏡筒5，移動(dòng)鏡筒6和圓柱形凸輪7。當(dāng)圓柱形凸輪7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一透鏡單元G1，第二透鏡單元G2和第三透鏡單元G3移動(dòng)到相對(duì)于圖像傳感器2的預(yù)定位置，因此可以實(shí)現(xiàn)從廣角端到攝遠(yuǎn)端的范圍的可變放大倍數(shù)。第三透鏡單元G3可通過電機(jī)在光軸方向上移動(dòng)用于聚焦調(diào)整。
這樣，當(dāng)根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)被用到數(shù)字照相機(jī)時(shí)，就能得到具有高分辨率，對(duì)場(chǎng)曲的高補(bǔ)償能力以及不使用時(shí)的短總光程的小型數(shù)字照相機(jī)。這里，在如圖11所示的數(shù)字照相機(jī)中，可以采用任何一種根據(jù)實(shí)施例2到5的變焦透鏡系統(tǒng)以替代根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)。另外，如圖11所示的數(shù)字照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)可以應(yīng)用到用于活動(dòng)圖像的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)上。在這種情況下，除了靜止圖像外還可以獲得高分辨率的活動(dòng)圖像。
包括根據(jù)上述實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)和諸如CCD或CMOS的圖像傳感器的成像裝置可以應(yīng)用到移動(dòng)電話，PDA(個(gè)人數(shù)字助理)，監(jiān)視系統(tǒng)中的監(jiān)視拍攝設(shè)備，Web拍攝設(shè)備，車載拍攝設(shè)備等上。
下文將敘述實(shí)際實(shí)施根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的數(shù)值實(shí)例。在這些數(shù)值實(shí)例中，表中的長(zhǎng)度單位都是“mm”。表中角度的單位都是“度”。另外，r是曲率半徑，d是軸向距離，nd是d線的折射率，νd是d線的阿貝數(shù)。在這些數(shù)值實(shí)例中，標(biāo)記有*的表面為非球面，非球面的垂度z由下面的表達(dá)式定義z=ch21+{1-(1+k)c2h2+Ah4+Bh6+Ch8+Dh10+Eh12]]>式中，h是從光軸算起的高度，c是曲率，k是圓錐常數(shù)，A，B，C，D，E分別是四階，六階，八階，十階和十二階非球面系數(shù)。
(實(shí)例1)實(shí)例1的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)圖1A到1C所示的實(shí)施例1。表1顯示實(shí)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表2顯示非球面數(shù)據(jù)。表3顯示當(dāng)拍攝距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)的焦距f、F數(shù)、視角2ω、總光程L、和可變軸向距離數(shù)據(jù)d4、d11和d13。
表1

表2

表3

(實(shí)例2)實(shí)例2的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)圖3A到3C所示的實(shí)施例2。表4顯示實(shí)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表5顯示非球面數(shù)據(jù)。表6顯示當(dāng)拍攝距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)的焦距f、F數(shù)、視角2ω、總光程L、和可變軸向距離數(shù)據(jù)d4、d12和d14。
表4

表5

表6

(實(shí)例3)實(shí)例3的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)圖5A到5C所示的實(shí)施例3。表7顯示實(shí)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表8顯示非球面數(shù)據(jù)。表9顯示當(dāng)拍攝距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)的焦距f、F數(shù)、視角2ω、總光程L、和可變軸向距離數(shù)據(jù)d4、d11和d13。
表7

表8

表9

(實(shí)例4)實(shí)例4的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)圖7A到7C所示的實(shí)施例4。表10顯示實(shí)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表11顯示非球面數(shù)據(jù)。表12顯示當(dāng)拍攝距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)的焦距f、F數(shù)、視角2ω、總光程L、和可變軸向距離數(shù)據(jù)d4、d11和d13。
表10

表11

表12

(實(shí)例5)實(shí)例5的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)圖9A到9C所示的實(shí)施例5。表13顯示實(shí)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表14顯示非球面數(shù)據(jù)。表15顯示當(dāng)拍攝距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)的焦距f、F數(shù)、視角2ω、總光程L、和可變軸向距離數(shù)據(jù)d4、d10和d12。
表13

表14

表15

表16顯示對(duì)應(yīng)實(shí)例1到5中的條件的值。
表16

圖2A到2I是根據(jù)實(shí)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖4A到4I是根據(jù)實(shí)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖6A到6I是根據(jù)實(shí)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖8A到8I是根據(jù)實(shí)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖10A到10I是根據(jù)實(shí)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。
圖2A到2C，圖4A到4C，圖6A到6C，圖8A到8C，圖10A到10C顯示了廣角端的縱向像差。圖2D到2F，圖4D到4F，圖6D到6F，圖8D到8F，圖10D到10F顯示了大致中間位置的縱向像差。圖2G到2I，圖4G到4I，圖6G到6I，圖8G到8I，圖10G到10I顯示了攝遠(yuǎn)端的縱向像差。圖2A，2D，2G，4A，4D，4G，6A，6D，6G，8A，8D，8G，10A，10D，10G為球差圖。圖2B，2E，2H，4B，4E，4H，6B，6E，6H，8B，8E，8H，10B，10E，10H為像散圖。圖2C，2F，2I，4C，4F，4I，6C，6F，6I，8C，8F，8I，10C，10F，10I為畸變圖。在每個(gè)球差圖中，垂直軸表示F數(shù)，實(shí)線、短劃線和長(zhǎng)劃線分別表示d線、F線和C線的特性。在每個(gè)像散圖中，垂直軸表示半視場(chǎng)角ω，實(shí)線和短劃線分別表示弧矢像面(在每個(gè)圖中表示為“s”)和子午像面(在每個(gè)圖中表示為“m”)。在每個(gè)畸變圖中，垂直軸表示半視場(chǎng)角ω。
根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)可應(yīng)用到諸如數(shù)字照相機(jī)的拍攝設(shè)備，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，移動(dòng)電話，PDA(個(gè)人數(shù)字助理)，監(jiān)視系統(tǒng)中的監(jiān)視拍攝設(shè)備，Web拍攝設(shè)備或車載拍攝設(shè)備中。本變焦透鏡系統(tǒng)尤其適用于要求高圖像質(zhì)量的諸如數(shù)字照相機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的拍攝設(shè)備。
雖然通過實(shí)例的方式并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了全面的敘述，但應(yīng)該理解的是，各種變化和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，除非這種變化和修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則這樣的變化和修改都應(yīng)該被認(rèn)為包括在本發(fā)明的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，用于以可變放大倍數(shù)形成物體的光學(xué)圖像，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元，具有正光焦度的第二透鏡單元，和具有正光焦度的第三透鏡單元，其中，在從廣角端到攝遠(yuǎn)端的變焦過程中，所述各個(gè)透鏡單元分別沿光軸以以下方式移動(dòng)，所述第一透鏡單元和所述第二透鏡單元之間的間隔減小，同時(shí)所述第二透鏡單元和所述第三透鏡單元之間的間隔發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)可變的放大倍數(shù)，所述第一透鏡單元包括一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的物方側(cè)負(fù)透鏡元件；和一個(gè)具有面向物方側(cè)的凸表面的像方側(cè)正透鏡元件，并且所述像方側(cè)正透鏡元件配置成在所述物方側(cè)負(fù)透鏡元件的像方側(cè)具有空氣間距，構(gòu)成所述第一透鏡單元的兩個(gè)透鏡元件中的每一個(gè)都具有非球面，并且滿足下列條件(1)，(2)和(3)n12＞1.88…(1)ν12＜26 …(2)5.0＜αiW＜20.0 …(3)(這里，ωW＞30)其中，n12是所述第一透鏡單元的所述像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是所述第一透鏡單元的所述像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)，αiW是在廣角端的最大像高處主光線入射到圖像傳感器上的入射角(這里，當(dāng)主光線離開光軸入射在圖像傳感器的受光面上時(shí)入射角被定義為正)，以及ωW是廣角端的半視場(chǎng)角。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(4)，(5)，(6)和(7)n11＞1.50 …(4)ν11＞35…(5)n12-n11＞0.10 …(6)ν11-ν12＞15.0 …(7)其中，n11是所述第一透鏡單元的所述物方側(cè)負(fù)透鏡元件的折射率，ν11是所述第一透鏡單元的所述物方側(cè)負(fù)透鏡元件的阿貝數(shù)，n12是所述第一透鏡單元的所述像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是所述第一透鏡單元的所述像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(8)T1/Y＜1.5…(8)其中，T1是所述第一透鏡單元的中心厚度，以及Y是最大像高。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(9)(T1+T2+T3)/Y＜3.5…(9)其中，T1是所述第一透鏡單元的中心厚度，T2是所述第二透鏡單元的中心厚度，T3是所述第三透鏡單元的中心厚度，以及Y是最大像高。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述第三透鏡單元由一個(gè)透鏡元件構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成所述第二透鏡單元的最靠近物方側(cè)透鏡元件的物方側(cè)表面為非球面，以及其中，所述第二透鏡單元，按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括一組正接合透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件，或包括一個(gè)正透鏡元件、一組接合透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件，或包括兩組正接合透鏡元件。
7.一種成像裝置，能夠?qū)⒈慌臄z物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)然后輸出該信號(hào)，其特征在于，該成像裝置包括以可變放大倍數(shù)形成所述被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)；和將由所述變焦透鏡系統(tǒng)形成的所述被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)的圖像傳感器，其中，所述變焦透鏡系統(tǒng)如權(quán)利要求1所述。
8.如權(quán)利要求7所述的成像裝置，其特征在于，所述變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(4)，(5)，(6)和(7)n11＞1.50…(4)ν11＞35 …(5)n12-n11＞0.10…(6)ν11-ν12＞15.0 …(7)其中，n11是所述第一透鏡單元的所述物方側(cè)負(fù)透鏡元件的折射率，ν11是所述第一透鏡單元的所述物方側(cè)負(fù)透鏡元件的阿貝數(shù)，n12是所述第一透鏡單元的所述像方側(cè)正透鏡元件的折射率，ν12是所述第一透鏡單元的所述像方側(cè)正透鏡元件的阿貝數(shù)。
9.如權(quán)利要求7所述的成像裝置，其特征在于，所述變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(8)T1/Y＜1.5…(8)其中，T1是所述第一透鏡單元的中心厚度，以及Y是最大像高。
10.如權(quán)利要求7所述的成像裝置，其特征在于，所述變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(9)(T1+T2+T3)/Y＜3.5 …(9)其中，T1是所述第一透鏡單元的中心厚度，T2是所述第二透鏡單元的中心厚度，T3是所述第三透鏡單元的中心厚度，以及Y是最大像高。
11.如權(quán)利要求7所述的成像裝置，其特征在于，所述變焦透鏡系統(tǒng)的所述第三透鏡單元由一個(gè)透鏡元件構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求7所述的成像裝置，其特征在于，構(gòu)成所述變焦透鏡系統(tǒng)的所述第二透鏡單元的最靠近物方側(cè)透鏡元件的物方側(cè)表面為非球面，以及其中所述第二透鏡單元按從物方側(cè)到像方側(cè)的順序依次包括一組正接合透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件，或包括一個(gè)正透鏡元件、一組接合透鏡元件和一個(gè)正透鏡元件，或包括兩組正接合透鏡元件。
13.一種拍攝設(shè)備，能夠拍攝被拍攝物體然后將其圖像作為電圖像信號(hào)輸出，其特征在于，該拍攝設(shè)備包括包括以可變放大倍數(shù)形成所述被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)和將由所述變焦透鏡系統(tǒng)形成的所述被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)的圖像傳感器的成像裝置，其中所述變焦透鏡系統(tǒng)如權(quán)利要求1所述。
14.如權(quán)利要求13所述的拍攝設(shè)備，其特征在于，該拍攝設(shè)備是能夠獲得所述被拍攝物體的靜止圖像的數(shù)字照相機(jī)。
15.如權(quán)利要求13所述的拍攝設(shè)備，其特征在于，該拍攝設(shè)備是能夠獲得所述被拍攝物體的活動(dòng)圖像的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。
全文摘要
一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元、正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中在變焦時(shí)，各個(gè)透鏡單元分別沿光軸移動(dòng)，使第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔減小，同時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔隨著可變放大倍數(shù)發(fā)生變化，該第一透鏡單元包括一個(gè)物方側(cè)負(fù)透鏡元件和一個(gè)像方側(cè)正透鏡元件，這些透鏡元件具有非球面，并且滿足n12＞1.88，ν12＜26和5.0＜αi
文檔編號(hào)G02B13/18GK101034202SQ200710087718
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者栗岡善昭 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社