專利名稱：：變焦透鏡和包括它的攝像設備的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種變焦透鏡，該變焦透鏡適于用于攝像設備，如攝像機、數字照相機、播放相機、或面化銀攝影照相機的成像透鏡。
背景技術：
：重要的是，在使用固態(tài)攝像元件的攝像設備中使用的成像透鏡是緊湊、高性能、大功率變焦透鏡。作為移動除了物側的第一單元之外的單元的結果進行聚焦的后聚焦型變焦透鏡是滿足這種要求的一種變焦透鏡。從物側到像側按該順序包括四個單元(即第一至第四單元)的變焦透鏡作為后聚焦型變焦透鏡是已知的(參考美國專利No.5963378和No.6166864)。第一單元具有正折光力。第二單元具有負折光力。第三單元具有正折光力。第四單元具有正折光力。在包括四個單元的變焦透鏡中，第二單元被移動以改變放大率，并且作為放大率變化的結果，第四單元被移動以進行像場的聚焦和偏移。從物側到像側按該順序包括五個單元(即第一至第五單元)的變焦透鏡是已知的(參考日本專利公開No.2000-180724)。第一單元具有正折光力。第二單元具有負折光力。第三單元具有正折光力。笫四單元具有正折光力。第五單元具有正折光力。在包括五個單元的變焦透鏡中，第二單元被移動以改變放大率，并且第五單元被移動以進行聚焦。提出了另一種類型的變焦透鏡(參照美國專利No.2004/0233302和日本專利>^開No.2004-102089)。在變焦透鏡中，反射部件布置在變焦透鏡的光學系統中，并且光軸被彎曲大體90度以限制在物側方向(就是說，照相機的前后方向)上的光學厚度，由此實現薄的照相機。美國專利No.2004/0233302公開了一種具有高放大率的薄變焦透鏡，其中光路由在具有正折光力的第一單元中布置的棱鏡所彎曲。在美國專利No.2004/0233302中討論的變焦透鏡中，在變焦期間，第一單元是靜止的，并且第二單元和以后單元被大量移動以實現高變焦比。因此，從棱鏡到像場的距離增大。相應地，盡管這種結構對于減小光學系統的厚度是有利的，但整個照相機往往變大。日本專利公開No.2004-102089公開了一種變焦透鏡，作為在具有負折光力的第二單元中布置棱鏡以及光路由棱鏡彎曲的結果，變焦透鏡是緊湊的并且具有高放大率。在日本專利公開No.2004-102089中公開的變焦透鏡中，考慮到整個光學系統往往較大,
發(fā)明內容根據本發(fā)明的一個方面，一種變焦透鏡按照從物側到像側的順序包括具有正折光力的第一光學單元、具有負折光力的第二光學單元、包括孔徑的第三光學單元、具有正折光力的第四光學單元、及具有正折光力的第五光學單元。第二光學單元按照從物側到像側的順序包括負透鏡部件和棱鏡，并且在變焦期間是靜止的。當從廣角端到遠攝端進行變焦時，第一、第三及笫四光學單元被移動，從而在第一光學單元與第二光學單元之間的距離增大，在第二光學單元與第三光學單元之間的距離減小，及在第三光學單元與第四光學單元之間的距離減小。變焦透鏡滿足如下條件0.20<|/2|/V(,./T)<0.450.80<|fN/fW|<1.902.70<L/fW<4.20其中fw和汀分別代表整個系統在廣角端和遠攝端處的焦距，f2代表第二光學單元的焦距，fN代表負透鏡部件的焦距，棱鏡在光軸方向上的長度是空氣轉換長度，及L代表在光軸上從最靠近物側的第二光學單元的透鏡表面到在廣角端處的孔徑的距離。本發(fā)明的進一步特征由參照附圖的典型實施例的如下描述將成為顯然的。圖l是在廣角端處根據第一實施例的變焦透鏡的截面圖。圖2表明在根據第一實施例的變焦透鏡的廣角端處的各種像差。圖3表明在根據第一實施例的變焦透鏡的中間部分處在變焦位置處的各種像差。圖4表明在根據第一實施例的變焦透鏡的遠攝端處的各種像差。圖5是在廣角端處根據第二實施例的變焦透鏡的截面圖，圖6表明在根據第二實施例的變焦透鏡的廣角端處的各種像差。圖7表明在根據第二實施例的變焦透鏡的中間部分處在變焦位置處的各種像差。圖8表明在根據第二實施例的變焦透鏡的遠攝端處的各種像差。圖9是在廣角端處根據第三實施例的變焦透鏡的截面圖。圖IO表明在根據第三實施例的變焦透鏡的廣角端處的各種像差。圖11表明在根據第三實施例的變焦透鏡的中間部分處在變焦位置處的各種像差。圖12表明在根據第三實施例的變焦透鏡的遠攝端處的各種像差。圖13是在廣角端處根據第四實施例的變焦透鏡的截面圖。圖14表明在根據第四實施例的變焦透鏡的廣角端處的各種像差。圖15表明在根據第四實施例的變焦透鏡的中間部分處在變焦位置處的各種像差。圖16表明在根據第四實施例的變焦透鏡的遠攝端處的各種像差。圖17是在廣角端處根據第五實施例的變焦透鏡的截面圖。圖18表明在根據第五實施例的變焦透鏡的廣角端處的各種像差。圖19表明在根據第五實施例的變焦透鏡的中間部分處在變焦位置處的各種像差。圖20表明在根據第五實施例的變焦透鏡的遠攝端處的各種像差。圖21是在廣角端處根據第六實施例的變焦透鏡的截面圖。圖22表明在根據第六實施例的變焦透鏡的廣角端處的各種像差。圖23表明在根據第六實施例的變焦透鏡的中間部分處在變焦位置處的各種像差。圖24表明在根據第六實施例的變焦透鏡的遠攝端處的各種像差。圖25是根據本發(fā)明的攝像設備的主要部分的示意圖。圖26是在廣角端處根據本發(fā)明的變焦透鏡的截面圖，其中光路被彎曲。具體實施方式本發(fā)明的實施例提供多種變焦透鏡以及包括這些變焦透鏡任意之一的攝像設備。每種變焦透鏡在光學系統中使用光路彎曲棱鏡，其較小，及在高變焦比下和在整個變焦范圍上提供高光學性能。參照附圖將詳細描述這樣的變焦透鏡和光學設備，如攝像設備。典型實施例下面將描述根據本發(fā)明的變焦透鏡和包括其的攝像設備的典型實施例。圖l是當變焦透鏡的光路被延伸時在廣角端(短焦距端)處根據本發(fā)明第一實施例的變焦透鏡的截面圖。圖2、3、及4分別表明在根據第一實施例的變焦透鏡的廣角端、變焦位置(在變焦透鏡的中間部分處)、及遠攝端(長焦距端)處的像差。圖5是當變焦透鏡的光路被延伸時在廣角端處根據本發(fā)明第二實施例的變焦透鏡的截面圖。圖6、7、及8分別表明在根據笫二實施例的變焦透鏡的廣角端、變焦位置(在變焦透鏡的中間部分處)、及遠攝端處的像差。圖9是當變焦透鏡的光路被延伸時在廣角端處根據本發(fā)明第三實施例的變焦透鏡的截面圖。圖10、11、及12分別表明在根據第三實施例的變焦透鏡的廣角端、變焦位置(在變焦透鏡的中間部分處)、及遠攝端處的像差。圖13是當變焦透鏡的光路被延伸時在廣角端處根據本發(fā)明第四實施例的變焦透鏡的截面圖.圖14、15、及16分別表明在根據第四實施例的變焦透鏡的廣角端、變焦位置(在變焦透鏡的中間部分處)、及遠攝端處的像差。圖17是當變焦透鏡的光路被延伸時在廣角端處根據本發(fā)明第五實施例的變焦透鏡的截面圖。圖18、19、及20分別表明在根據第五實施例的變焦透鏡的廣角端、變焦位置(在變焦透鏡的中間部分處)、及遠攝端處的像差。圖21是當變焦透鏡的光路被延伸時在廣角端處根據本發(fā)明第六實施例的變焦透鏡的截面圖。圖22、23、及24分別表明在根據第六實施例的變焦透鏡的廣角端、變焦位置(在變焦透鏡的中間部分處)、及遠攝端處的像差。圖25是包括根據本發(fā)明的變焦透鏡的數字照相機(攝像設備)的主要部分的示意圖。圖26是當根據第一實施例的變焦透鏡當它安裝到照相機上時作為變焦透鏡的光路彎曲結果的截面圖。每個實施例的變焦透鏡是在攝像設備中使用的成像透鏡系統。在其中光路被延伸的變焦透鏡的每個截面圖中，左側與物側(前側)相對應，并且右側與像側(后側)相對應。當相應實施例的變焦透鏡用作例如投影機的投影透鏡時，在其中光路被延伸的變焦透鏡的截面圖中，屏幕提供在左邊，并且投影圖像提供在右邊。在變焦透鏡的所述截面圖的每一個中，Ll指示具有正折光力(光學折光力=焦距的倒數)的第一單元(第一光學單元)，并且L2指示具有負折光力的第二單元(第二光學單元)。這里，將描述第一單元1、第二單元2、及第三至第五單元3至5。一個或多個光學元件(透鏡、孔徑、折射元件、反射元件等等)可以包括在這些單元中。更明確地說，每個單元可以包括一個透鏡或一個孔徑。這里，術語"單元，，可以叫做光學單元。在每個實施例中，第二單元L2包括負透鏡部件L2n，包括至少一個透鏡；以及棱鏡P。負透鏡部件可以包括一個負透鏡或多個負透鏡。如果負透鏡的總折光力是負的，則負透鏡部件可以包括正透鏡。在相應圖l、13、19和17、及21中表示的第一實施例和第四至第六實施例的每一個中，第三透鏡單元L3與包括孔徑光闌SP并具有正折光力的第三單元相對應。更明確地說，每個第三透鏡單元L3包括孔徑光闌和一個正透鏡。每個正透鏡是具有凸起物側的凹凸透鏡(meniscus)，但不需要一定是凹凸透鏡。在圖5中表示的第二實施例和在圖9中表示的第三實施例的每一個中，第三單元L3只包括孔徑光闌SP。因此，在圖5中表示的第二實施例和在圖9中表示的第三實施例的每一個中，笫三透鏡單元L3只包括孔徑光闌SP，并且不包括透鏡。這里，如以上描述的那樣，如在第二和第三實施例中那樣不包括透鏡的單元也將叫做第三單元L3。L4指示具有正折光力的第四單元，并且L5指示具有正折光力的第五單元。SP指示孔徑光闌。每個棱鏡P是把光路彎曲90度的棱鏡。在各個圖1、5、9、13、17、21、及24中表示的第一至第六實施例中的光路被表示在延伸狀態(tài)下。附圖標記G指示與光學濾波器、面板等等對應的光學塊。IP指示像場。當用作攝像機或數字照相機的攝影光學系統時，它與固態(tài)攝像元件(光電轉換元件)，如CCD傳感器或CMOS傳感器的攝像平面相對應。當用作卣化銀膠片照相機的攝像光學系統時，它與膠片平面相對應。在每個像差圖中，附圖標記d和g分別指示d-線和g-線，并且附圖標記AM和AS分別指示子午(meridional)4象面和弧矢(sagittal)像面。放大率的色差由g-線代表。在下面實施例的每一個中，廣角端和遠攝端是當第一單元L1和第四單元L4(它們是變焦單元)在沿機構的光軸方向上定位在其可移動范圍的相應端部處時的變焦位置。根據在圖5中表示的第二實施例的變焦透鏡和根據在圖9中表示的第三實施例的變焦透鏡的每一個可以作為變焦透鏡處理，該變焦透鏡包括四個單元作為一整體。當根據第一至第六實施例的變焦透鏡的任一種用在攝像設備(照相機)中時，如圖26中所示，作為由第二單元L2中布置的棱鏡P彎曲光路的結果來布置每個單元。相應地，在第二單元L2中布置的棱鏡P處把所述光路彎曲90度減小了照相機在照相機前后方向上的厚度。在實施例的每一個中，當從廣角端到遠攝端進行變焦時，每個單元和孔徑光闌SP如由箭頭指示的那樣移動。下面描述移動的細節(jié)。在實施例的每一個中，當從廣角端到遠攝端進行變焦時，第一單元L1向物側運動。第二單元L2靜止。第三單元L3、第四單元L4、及第五單元L5向物側運動。在實施例的每一個中，使用后部聚焦方法，其中作為沿光軸移動第五單元L5的結果來進行聚焦。關于笫五單元L5的實曲線5a和虛曲線5b是當聚焦在無限遠處的物和附近的物時，用來校正由放大率變化生成的像場位移的運動軌跡。這里，術語"像場位移"是指在光軸方向上由放大率變化生成的像場位移。短語"校正像場位移"是指補償(由放大率變化生成的)像場位移，就是說，通過移動第五單元減小像場位移量。相應地，通過在每個實施例中使用第五單元L5以定義向物側延伸的凸起形軌跡，在第四單元L4與第五單元L5之間的空氣被有效地使用，從而從棱鏡P到像場IP的整體透鏡長度被有效地減小。在遠攝端處，如由箭頭指示的那樣通過重復地向第五單元L5運動來進行從在無限遠處的物到附近的物的聚焦。在每個實施例中，由例如照相機運動生成的成像透鏡的運動可通過移動第四單元L4或在第四單元L4中的一個/多個透鏡而穩(wěn)定，從而具有與光軸垂直的分量。其次，將描述根據實施例每一個的透鏡結構。除非另有說明，在每種透鏡結構中的元件將描述成從物側到像側布置。第一單元Ll從物側包括負的(負折光力)第11透鏡11、正的(正折光力)第12透鏡12、及正的第13透鏡13。笫11透鏡11是在物側具有凸起表面的凹凸透鏡。第13透鏡13是在物側具有凸起表面的凹凸透鏡。在圖1、5、9、13、及17中表示的第一至第五實施例的每一個中，第二單元L2從物側包括負透鏡部件L2n、棱鏡P、負的第22透鏡22、及正的第23透鏡23。負透鏡部件L2n包括負的第21透鏡21。第22透鏡22具有在像場側比在物側大的絕對折光力值。在第一至第五實施例的每一個中，負透鏡部件L2n包括一個雙凹透鏡。在第六實施例中，負透鏡部件L2n包括負透鏡21a，該負透鏡21a是在物側具有凸起表面的凹凸透鏡。就是說，負透鏡部件L2n包括一個或多個負透鏡。棱鏡P可布置在第二單元L2中在負透鏡部件L2n后面(像側)。當棱鏡P布置在最靠近物側的第二單元L2的部分中時，包括第二單元L2中的大部分離軸光線的光束入射在棱鏡P上。由于棱鏡P的厚度取決于光線入射在棱鏡P上的高度，所以其中離軸光線的入射高度值較大的棱鏡P變得較大。因此，照相機變得較厚和較大。類似地，當棱鏡P布置在最靠近像側的第二單元L2的部分中時，比棱鏡P更靠近物側的透鏡數量變得較大。因此，照相機變得較厚和較大。因此，其中從具有正折光力的第一單元L1會聚的光束由具有負折光力的第二單元L2散射的結構對于尺寸減小是有利的。當從具有正折光力的第一單元Ll會聚的光束由具有負折光力的第二單元L2散射時，通過第二單元L2的光束以較大高度值入射在棱鏡P上，并且以離光軸的緩角(gentleangle)傳播。因此，棱鏡P較小，并且可減小比棱鏡P更靠近物側的透鏡的數量。因此，照相機可容易地減小尺寸。當在棱鏡P的像側處的透鏡結構包括負透鏡和正透鏡時，可減小由變焦引起的色差的變化。作為結果，光學性能良好。比棱鏡更靠近物側定位的負表面的至少一個能夠是非球形表面。這使得適當地校正由變焦生成的像差的變化較容易。在變焦透鏡中，隨著離孔徑光闌SP的距離增大，離軸光線穿過在廣角端附近的透鏡的周緣。為了減小前透鏡的直徑，第二單元L2的負折光力需要增大。由于上述原因，增大離軸光線入射在第二單元L2的每個透鏡表面上的角度，由此增大像散。為了克服這個問題，在每個實施例中，在第二單元L2中在負透鏡部件L2n中遠離孔徑光闌SP的負的第21透鏡(透鏡21a)的至少一個表面是非球形表面。這防止前透鏡直徑的增大，并且允許像差在靠近廣角端的較大圖像高度處被適當地校正。在圖1、17及21中分別表示的第一實施例、第五實施例、及第六實施例的每一個中，第三單元L3包括孔徑光闌SP和正的第31透鏡31。正的第31透鏡31可以是在物側具有凸起形式的凹凸透鏡。在圖5中表示的第二實施例和在圖9中表示的第三實施例的每一個中，第三單元L3只包括孔徑光闌SP。在圖13中表示的第四實施例中，第三單元L3包括孔徑光闌SP和負的第31透鏡31。負的第31透鏡31可以是在物側具有凸起形式的凹凸透鏡。這里，在其中孔徑光闌SP和透鏡構成一個單元的第一實施例和第四實施例至笫六實施例的每一個中，第31透鏡31的至少一個表面是非球形表面。當靠近孔徑光闌SP的透鏡表面是非球形表面時，像差的變化，特別是由變焦生成的球形像差和彗星像差，被適當地校正。在每個實施例中，第四單元L4包括在物側處具有凸起表面的正的笫41透鏡41、在物側處具有凸起表面的負的第42凹凸透鏡42、及具有雙凸形式的正的笫43透鏡43。當非球形表面提供在第四單元L4中時，它能夠以可能的程度提供在物側處的正的第41透鏡41處，因為可有效地校正像差。特別是，在廣角端處，可適當地校正球形像差。非球形表面的形式當它提供在最靠近物側的表面處時能是這樣的，從而正折光力從透鏡中心到透鏡的周緣變得較弱。在實施例的每一個中，為了減小整個透鏡系統的尺寸，重要的是足夠地減小在具有正折光力的第四單元L4處的光束的直徑。在根據每個實施例的變焦類型的變焦透鏡中，來自第二單元L2的發(fā)散光會自然地入射在第四單元L4上。因此，為了在使它變細之后發(fā)射入射光，使第四單元L4的正折光力被設置為繁重地較大。為了克服這個問題，在第四單元L4中正的第41透鏡41的物側表面形成為非球形表面。在這種情況下，即使折光力增加，像差也能保持較低。使像差保持在適當狀態(tài)下，光束直徑被減小并被發(fā)射。這進一步減小在第四單元L4與第五單元L5之間的距離，從而減小整個透鏡系統的尺寸。在每個實施例中，發(fā)散光入射在正的第41透鏡41的物側非球形透鏡表面上，并且在透鏡表面處會聚。另外，第41透鏡41的像側透鏡表面使會聚光入射在其上，從而像差被適當地校正。在每個實施例中，笫五單元L5包括正的第51透鏡51和負的第52透鏡52。這里，正的第51透鏡51能夠是雙凸透鏡，并且負的第52透鏡52能夠是在像側具有凸起表面的凹凸透鏡。這樣，當進行聚焦時出現的色差變化在第五單元L5處被減小。當如以上描述的那樣形成每個單元時，在從廣角端到遠攝端變焦期間，每個單元被移動為使在第一單元與第二單元之間的距離增大，在第二單元與第三單元之間的距離減小，及在第三單元與第四單元之間的距離減小。這里，使包括把光路彎曲大體90度(就是說，角度大于或等于80度且小于或等于100度)的棱鏡的第二單元靜止，并且第一單元、第三單元、及第四單元可被移動，以校正在第五單元處的像場位移(由變焦生成)。在每個實施例中，滿足如下條件的至少一個。這樣，提供與每個條件相對應的優(yōu)點。在廣角端和在遠攝端處整個系統的焦距分別是fw和fT。第一單元Ll的焦距和第二單元L2的焦距分別是fl和f2。負透鏡部件L2n的焦距是fN。在光軸上從最靠近物側的笫二單元L2的透鏡表面到在廣角端處的孔徑光闌SP的距離是L。這里，棱鏡P在光軸方向上的長度是"空氣轉換長度"，后者是棱鏡P在光軸方向上的長度轉換成棱鏡P在空氣中的長度。更明確地說，它是棱鏡P在光軸方向上的長度除以棱鏡的折射率。組成負透鏡部件(L2n)的材料的折射率的平均值是n21。棱鏡P在光軸上的厚度是D。對于從廣角端到遠攝端變焦所要求的第一單元Ll、第三單元L3、及笫四單元L4的移動量的絕對值分別是M1、M3、及M4。移動量是指在每個單元中在廣角端中的位置與在遠攝端中的位置之間的差(就是說，從在廣角端中的位置到在遠攝端中的位置的距離)。第41透鏡的物側表面的曲率半徑和中心壁厚度分別是R41和D41。第42透鏡的物側表面的曲率半徑和第42透鏡的像側表面的曲率半徑分別是R42a和R42b。當第五單元L5被移動并且在遠攝端處聚焦在無限遠處的物上時的橫向放大率是p5T。這里，滿足如下數值條件(1)至(11)的至少一個020<ff21/V<fw.fT〉<0.80<|fN/fw|<1.90...(2)2.70<L/fW<4.20...(3)1.80<n21<1.95...H)1.10<|D/f2|<2.00...(5)0.90<Ml/M4<1.70...(6)0.20<M3/M4<1.20…n)0.15<D41/R41<0.40...(8)1.50<R42a/R42b<4,50...(9)0,55<J35T<0.85...(10)0.35<fl/fT<0.85...(11)其次，將描述上述條件每一個的技術意義。條件(1)是用來得到具有高變焦比的小變焦透鏡。當超過條件(1)的上限時，第二單元L2的焦距變得較長。這對于適當地保持光學性能是有利的。然而，在這種情況下，為了得到預定的變焦比，第一單元L1和第四單元L4被移動較大的量，由此增加整個透鏡長度和前透鏡的直徑。這是不希望的。當l/2lV7^通過條件(1)的下限時，第二單元L2的焦距變得較短。這對于減小整個透鏡系統的尺寸是有利的。然而，Petzval和(Petzvalsum)在負方向上增大，使場曲率擴大。因此，難以保持良好的光學性能。條件(2)是用來得到具有良好光學性能的小變焦透鏡。當超過條件(2)的上限時，第二單元L2的負透鏡部件L2n的焦距fN增大。這對于其圖像高度值在廣角端附近較大的位置處便于進行像散的校正是有利的。然而，與減小負透鏡部件L2n的折光力的數量相對應，距離其中離軸光線所通過的光軸布置的、并且確定第一單元Ll的有效直徑的所述位置變高。因此，前透鏡的直徑增大，由此增大照相機的厚度。因此，難以減小照相機的尺寸。當lfN/fWI通過條件(2)的下限時，第二單元L2的負透鏡部件L2n的焦距fN縮短。這對于尺寸減小是有利的。然而，像散增大，由此降低光學性能，這是不希望的。條件(3)是用來減小變焦透鏡的尺寸。具體地說，它是在廣角端處限制離軸光線的擴展、確定前透鏡的直徑的條件。當超過條件(3)的上限時，從第二單元L2的物側表面到孔徑光闌SP的距離增大。因此，前透鏡的直徑增大，由此使得難以減小變焦透鏡的尺寸。這里，在從第二單元L2的物側透鏡表面到孔徑光闌SP的距離內，棱鏡P在光軸上的距離轉換成在空氣中的距離。當棱鏡P在光軸上的距離是8.8mm，并且棱鏡P的材料的折射率是2.0時，空氣轉換長度是8.8+2.0=4.4mm。為了在孔徑光闌SP遠離第二單元L2的同時減小前透鏡的直徑，第二單元L2的負透鏡部件L2n的材料的折射率需要被增大。然而，如果負透鏡部件L2n的折射率增大，則不再能提供良好的光學性能，這是不希望的。當L/fW通過條件(3)的下限時，減小從第二單元L2的物側透鏡表面到孔徑光闌SP的距離，由此減小前透鏡的有效直徑。因此，這對于減小變焦透鏡的尺寸是有利的。然而，增大在孔徑光闌SP與第四單元L4之間的距離。當增大在孔徑光闌SP與第四單元L4之間的距離時，增大軸向光線入射在笫四單元L4上的高度，由此增大第四單元L4的有效直徑。當增大來自光軸的軸向光線入射在第四單元L4上高度時，增大了球形像差和彗星像差。另外，由于增大第四單元L4的有效直徑，所以增大透鏡厚度以滿足透鏡制造條件。這對于減小變焦透鏡的尺寸是不利的，并且是不希望的。條件(4)與第二單元L2的負透鏡部件L2n的材料的折射率有關。當超過條件(4)的上限時，增大負透鏡部件L2n的材料的折射率。這對于校正場的曲率是有利的。然而，可用材料實際上受到限制，這是不希望的。當n21通過條件(4)的下限時，減小負透鏡部件L2n的材料的折射率，由此增大在負方向上的Petzval和。這放大了所述像場。而且，與折射率的減小相對應，減小透鏡表面的曲率，由此要求額外的空氣空間。這對于減小變焦透鏡的尺寸是不希望的。條件(5)與棱鏡P在光軸上的厚度有關，其用來把光路彎曲90度。當超過條件(5)的上限時，增大棱鏡P在光軸上的厚度，由此增大照相機的厚度。這對于減小變焦透鏡的尺寸是不利的，并因而是不希望的。當ID/f2l通過條件(5)的下限時，減小棱鏡P在光軸上的厚度。因此，為了使光線穿過棱鏡，第二單元L2的負透鏡部件L2n的折射率需要增大。結果，當增大負透鏡部件L2n的折射率時，增大了4象散，由此阻止實現良好的光學性能。條件(6)與在變焦期間第一單元L1和第四單元L4的移動量有關。當超過條件(6)的上限時，增大第一單元L1的移動量，由此增大在遠攝端處的整個透鏡長度。當Ml/M4通過條件(6)的下限時，減小第一單元L1的移動量，由此增大第一單元Ll的折光力。因此，增大放大率的色差，由此阻止實現良好的光學性能。條件(7)與第三單元L3和第四單元L4的移動量有關。當超過條件(7)的上限時，增大第三單元L3的移動量，由此增大前透鏡的直徑。這對于尺寸減小是不利的，并因而是不希望的。相反，當M3/M4通過條件(7)的下限時，減小第三單元L3的移動量，由此減小前透鏡的有效直徑。因此，這對于尺寸減小是有利的。然而，增大了在孔徑光闌SP與第四單元L4之間的距離，由此增大球形像差和彗星像差。這使得難以提供良好的光學性能。條件(8)與第41透鏡的中心壁厚有關。當超過條件(8)的上限時，增大第41透鏡41的中心壁厚，由此增大第41透鏡41的體積。因此，增大第41透鏡41的重量，這是不希望的。當進行模壓時，增大模壓通道的長度。這對于制造變焦透鏡和減小第四單元L4的尺寸是不利的。當D41/R41通過條件(8)的下限時，減小第41透鏡41的中心壁厚，由此減小離軸光線當它在像側透鏡表面處折射時離開光軸的高度。因此，離軸彗星像差的校正不足。具體地說，當第41透鏡41的像側透鏡表面是非球形表面時，在曲率變化由于非球形形式而較大的透鏡周緣區(qū)域處，減小了校正離軸彗星像差的效果。這是不希望的。條件(9)與第42透鏡42的透鏡形式有關。當超過條件(9)的上限時，透鏡形式被改變。這使第四單元L4的后側主點太靠近物側，由此減小在第四單元L4與第五單元L5之間的距離。結果，變得難以提供第四單元L4的足夠移動空間，該第四單元L4為變焦和聚焦操作而移動。當R42a/R42b通過條件(9)的下限時，透鏡形式被改變。這把第四單元L4的后側主點向物移動，由此減小尺寸減小的效果，并且增大整個透鏡長度。條件(IO)作為減小由聚焦生成的像差變化的結果，用來減小整個光學系統的尺寸。當超過條件(10)的上限時，增大第五單元L5的橫向放大率，由此減小第一單元L5對于聚焦的敏感性。因此，增大當聚焦附近的物時第五單元L5的向前移動量。這阻止減小在第四單元L4與第五單元L5之間的距離，由此使得難以實現尺寸減小。當在聚焦時增大第五單元L5的移動量時，增大由聚焦生成的像差變化。這是不希望的。相反，當P5T通過條件(10)的下限時，橫向放大率被減小，由此增大后焦點并且增大整個透鏡長度。這是不希望的。條件(11)與第一單元Ll的焦距有關。當超過條件(11)的上限時，第一單元L1的焦距被增大，由此增大整個透鏡系統的焦距。這使得難以提供預定焦距范圍(變焦范圍)，并因而是不希望的。相反，當fl/fT通過條件(11)的下限時，第一單元L1的焦距被減小，由此繁重地增大第一單元L1的折光力。尤其是，放大率的球形像差和色差在遠攝端處被增大。因此，這種情形是不希望的。在實施例的每一個中，上述相應條件的數值范圍可按如下設置200710152980.7說明書第16/31頁0.24<If2I/V(fW'fT)<0,42......(la)1.05<IfN/fwj<1-65...(2a)2.90<L/fW<4.10...(3a)1.83<n21<1.90...(4a)1.20<lD/f2l<1.90...(5a)1.10<M1/M4<1.50...(6a)0.35M3/M4<0.90...(7a)0.20<<0.32...(8a)1.90<R42a/R42b<4-00...(9a>0.60<(35T<0,75...(10a)0.44<fl/fT<0.72...(11a)根據申請發(fā)明的變焦透鏡不必滿足條件(1)至(11)和(la)至(lla)的全部。只需要滿足條件的至少一個。具體地說，滿足條件(1)至(3)的至少一個(或者，如有可能，滿足全部)。在實施例的每一個中，具有較小折光力的單元可以添加到第一單元LI的物側或第五單元L5的像側。例如，遠轉換器透鏡或寬轉換器透鏡可以布置在物側或#>側處。相應地，根據每個實施例，提供一種包括透鏡系統并且提供高光學性能而與高變焦比無關的變焦透鏡，該透鏡系統的整體尺寸較小。另外，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡使用后焦點系統，并且在從9X至12X的高變焦比處和在從廣角端到遠攝端的整體變焦區(qū)域內提供良好的光學性能。使第二單元L2靜止以用于變焦，并且光路被彎曲，從而可減小照相機的尺寸。與從9X至12X的高變焦比無關，提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡在整個變焦范圍上提供高光學性能。其次，將給出實施例的數值例子。在每個數值例子中，i代表距離物側表面的順序，Ri代表第i(i)表面的曲率半徑，Di代表在i表面與i+l表面之間的距離，及Ni和vi分別代表折射率和關于d-線的Abbe數。另外，在每個數值例子中，最靠近像側的兩個表面是與光學塊G相對應的平面表面。k、B、C、D、E、及F代表非球形系數。當在具有距離光軸的高度h的位置處、在光軸的方向上的位移相對于表面頂點是x時，非球形形狀按如下定義x=(h2/R)/{l+[l-(l+k)(h/R)21/2}+Bh4+Ch6+Dh8+Eh10+Fh12其中R代表近軸曲率半徑。而且，例如，"e-Z，，指"10-z"。f代表焦距，Fno代表F數，及co代表半視角。在上迷條件的每一個與數值例子的每一個之間的關系如表l中指示的那樣。數值例1f5.96-56.31Fno2,88-4.333.6eR1一29.08401=1.30N1=1.805181v1=25.4R2=19.623D2=4.40N21.496999v281,5R3=R4-R5*=R6=R7R8-R9RIORll-R12■=R13=R"=R15-R16-R17R18=R19=R20=R21-R22-R23=R"=R25=R26=R27=R28=692-72522，287-".3287.975108,1699,3269,56420,893孔徑23,802445917625-3418-16-17-32,427,635450,036,502637,014,301,384.932.789D3D4D5D6D7D8'D9-D10DllD12D13D14D15D16D17D18D19D20D21D22D23D24D25D26D27'0，152.650*652.408.800.100,550.471.55變量1.001.00變量2.151.53.55,75，20變量，703055變量0.0,0.0N31,603112N41.882997N5=2,003300N51.772499N6=2.00N8■=1.693501N9=1.846660N10>=1,603112Nile1.603112N12-1.922860N131.516330v3一60.6v4=40.BV5=28.3v5-49,6v6-18.9v7—49,6v8-53.29。23.9vlO=60.6vll=60,6v12-18.9V13=64,焦距/變量間隔D5D13D22D265.9615.0356.311.098.50177610.904-121.603.961.520.657.7613.3322.626.4910,134.03非球形表面系數R6k=l,51736e+01R15k=4.53019e+00E=2.22"5e-09R17k--4.40287e-01B=".81219e-050-2.43245e-06D<=3.65244e-07E=-l,28667e_08B頃1.85":ie-040-9.02884e-07D=-3.10691e-08Fs-1.22545e-liB=-3.09819e-05C=3.23536e-09D<=-1,36000e-07數值例2f5.82-65,24Fno一2,70-4.3303=31.50-3,13R1=30,692D1tt工'30R2-20.116D2一4,50R3--551.357D3=0.15R420*561D4=2.80R5-69.41505。變量N1=1.805181v1=25.4N2=1，496999v281.5N3一1.603112v360.6487D60.65R76.992D72.20R800D8:la8.80R900D9=c0.15RIO=D100.55Rll13.348Dll=0.40R12=12*639D121.35R13a:39.135D13變量R14=孔徑D14變量R1510.503D152.30R16-82*375D16一4.06R1716.478D170,60R18SB8.180D180.68R1927.076D191,20R20-49.819D20as變量R21豕19.486D212.75R22-15."8D220.30R23as-"."1D23as0.55R24-20.601D24變量R2500D25'2.00R26-oo焦距/5,8211,00變量間隔.P51.264.95D139.934,45N4=1,882997v"40.8N52.003300v528.3N5■=1.696797v555.5N6=1.922860v6=18,9N7=1,677900v7=55.3N8=1.922860V8■18.9N9=1.603112v9=>60.6N10=1,603112vlO=60.6Nil<=1.922860vll=18.9N12=1.516330vl264,165-2417.691.58咖5,9010，7923*04D247,3910,873.21非球形表面系數k=8.21639e+00B3.33593e-04C=-3.51908e-062.69097e-08E=2.47456e-10.92604e-12R15k"6.480"e-01B"4,60172e-05C--5."73108e-06D-6.3"76e-0"7E-2,26301e-08數值例3f-5.5052.42288-4.333.9°R130.191D工1.30N1=1.805181v1=25.4R2=20.205D2=4,10N2=1,496999v2s81.5R3=259-345D0.15R4=21.276D42.75N3=1.603112v3，60.6R5=78*535D5變量R6=-38.33SD6sa0.65N4==1.8829"v440..8R76,774DE=2.60R8=ooD8'8.80N5=2,003300v5一28.3R9*00D9'0.09RIO=-313577.572DID豕0.55N5=1v5-55*5Rll■17,4"DU0.39R1215.058D12=1.25N6-1.922860v618.9R13=49.910D13as變量R14=孔徑D14變量R15=10.461D152.50R16-49.586D163.12R17=16.304D170.55R188.102D181.15R19=".623D19ss1.20R20=-43,220D20:s變量R21=".688D21as3.25R22=-17.248D220.30R23=-16,503D230.55R24=-28,734D24變量R25C300D25:2.00R26SB00焦距/5,5010.0定量間隔D51.374.41D137."1.08D149.087.00D206.2912，82D245'507.37非球形表面系數R6kl,37463e+01B3.l6820e-04E=9,33347e-10F一-160821e-11R15Jc=;U24610e+OOB=-2.86430e-04E=1.34362e-09N7=1.693501v753,2N81,922860v8=18.9N9=1.603112v9=60.6N10=1.603U2vlO=60.6Nil=1.922860vll18.9N121.516330vl264.152.4218.201.310.5223,403.05C--3.27593e-06D=1.36507e-08C=-1.26083e-06D=-l,1583'2e-07數值例4、5,77-65,23￡"no=2,88-4,330)=31.8。-R1=R2=R3=R4=R5=R6R7=R8=R9=RIO=Rll=R12=R13=R14=R15=R16=R17=R18=R19一29,19,999,22.87,-50.8689462698"58772740590.10.98612922.813孔徑27.71526.4818.261-69,97928.911D1D2D3D4D5D6D7DB'D9=D10DllD12D13D14D15D16D17D18D191.304.400,152，60變量0.652.408.800.090.550.281.45變量0,801.00變量..2.502.920.55H2=.1,496999N3—1.603112NA-NS-2.003300N5=N6=1.922860.772499N8■=1.693501N9-1.846660v1=25,4v281.5v360.6v440,8v5=28.3v5■=49,6vS=18,9v7-49.6v853.2v923.9R20-7*357D20-0.79R21=>29.398D211.20N101,,603112vlO='60.6R22--28.992D22=變量R2318.549D23■=2.70Nil=1..603112vll-"0.6R24=-16.317D240.30R25=-19.493D25=0.55N12=1.,922860v12''18.9R26=-33.893D26=變量R27=00D27-2.00N13=516330v13=".1R28CO焦距/5.7712.1665*23變量間隔D51.025.5419.19D1311.764.391.30D163.152.211.29D226,4810.6821,79D266.5910.703.59非球形表面系數74717e+00B=1.57117e-04C=-l,12064e~06D=-2.40O64e-O803911e-O9F=-1.10285e-ll98741e+01B5.96282e-04C=-2,05798e-05D-4.47065e-0842370e-0886722e-01B2.50568e-04O1.24985e-063,84261e-0734063e—08R6k=-l,E1.R15ka-7,E=3.R17k--3.E—_2,數值例55,96-56.32Fno=2.88-4.33a-30.9°-3.6'R1R2R3.R4R5R6R"7R8R9RIOfUlR12R13R14R15R16R17R18R19R20R21R22291910652067一368,923,817,081,331,625,273,052,265.843■966,759-69,:8.18.'19.'孔徑24*58683-0058.152670.00518*9075-83936.274-24，956D1=D2=D3=D4*D5=D6<=DTDS—D9=D10=DU-D12=D13。D14=D15=D16=D17sD18=D19。D20-D21-0221.304.400.152.85變量0.652.400.000.420.550.431.55變量1,001.00變量2.301,150.550.791.20變量N1=1.805181N2=1.496999N3=1,603112H4=1,882997N52.003300N5=1.772499N6=1,922860,772499N8=N9N10v.l=25.4v2=81.5v360.6v4■=40.8v5=28.3v5=49.6v6=18.9,603112v7=49,68=53.2v9=23.9vlO60,6R23■=18.913D23=2*60Nil-1.603112vll-60.6R24=-17.528D240,30R25=-21.825D250.55M12=1.922860v12=18.9R26=-58.211D26=變量R2"7at00D27■2.00N13=1.516330v13=化lR28焦距/5.9615,2356,32變量間隔D50.787.9017.20D139.312.681.60D164.732.300.51D2210.1412.8323.05D265.0011.374.02非球形表面系數R6k=2.283"e+03B=E=8.87312e-10F-7,46469e—12IU5k=1.62906e+01B=E-9，83389e-09E"3,71156e-099.43762e_05C豕-2.60075e-08D=—3.39267e-08*874586-05O-l,61897e-06D1.77639e—07數值例6f=5.96-56.29Fno=2,88_4.33o=30,9e-3.6R1R2R3R4R5R6R7R8R9RIORllR12R13R14R15R16R17R18R20R21R22R23R2438.24,24,-1819.25.85.187.23,54,9.6477767294石82260132"495316542-1809.1108-8679，23017.9?？讖?2.64321.4246.54015.01813.9696.10325.35623=45=6=7=8=9D10=Dll=D12=D13=D14■=D15=。16=D17=D18=D19-D20=D21D22=D23一D24■=1.300-303.850.182.60變量0,650.730.502.008.800.090.550.481.25變量J.001.00變量2.000,300.801.401.70N2=1.496999N3N4N5N6N6,603112,772499,772499..922860,.804000N8N9N10Nil1.603112v1=254v2=81.5v360.6v4=40.8v5=■46.6649.6v'6=49,6v"7=18.9v8=化6v9=53.2vlO=23.9vll=■60,6R26R27R29R30=R31--19*86317.751-20.963-24.643—94,323D25D26=D27■=D28=D29=D30=變量2.200.300.55變量2.00N12=1.592400N13=1.922860N14=1,516330v12-68,:v13=18.9v1464,焦距/5*96"."56.29變量間隔D6■0.898.9421.33D1611.214.431.59D195.312.98D.50D257.2813.4223.77D296.489.454，43非球形表面系數R7-5.54514e+03B=80276e-04-3.57488e'-06D=-2.89965e-'088.70855e-10-2.23230e-'12B8k=4.44124e+00B=7.32601e-06c=9.77828e'-07D=_2.28"2e-■073.12"5e-09-l.102"e+001.90002e-05c=1,54841e'-06D-1,"938e-'07R20k=4.92528e-01B=.-2,78882e-'04o'-8.40554e'-06D-5.04028e-07E=2.05188e-08R21k2，31497e+0001149e-04o.-4.U221e'-06_4.65700e-'07E=5."391e-08表l<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>其次，使用圖26將描述把根據本發(fā)明的變焦透鏡用作攝影光學系統的實施例的數字照相機(光學設備)。在圖26中，附圖標記20指示數字照相機本體，并且附圖標記21指示包括根據上述實施例任一個的變焦透鏡的攝影光學系統。附圖標記P指示棱鏡。它把透過攝影光學系統21的物像(投影光)引導到攝像元件(光電轉換元件)22，如CCD傳感器。附圖標記23指示記錄由攝像元件22接收的物像的記錄單元。附圖標記24指示用來觀察在顯示元件(未表示)上顯示的物像的取景器。顯示元件包括例如液晶面板，并且顯示在攝像元件22上形成的物像，附圖標記25指示設有與取景器的功能相等效的功能的液晶顯示面板。相應地，作為把根據本發(fā)明的變焦透鏡應用于諸如數字照相機之類的光學設備上的結果，實現了提供高光學性能的小攝像設備。根據上述實施例，提供一種緊湊變焦透鏡，該變焦透鏡在高變焦比下以及在整個變焦范圍上提供高光學性能，并且包括作為整體較薄的光學系統。盡管參照典型實施例已經描述了本發(fā)明，但要理解本發(fā)明不限于公開的典型實施例。如下權利要求書的范圍要符合最廣義解釋，以便包容所有修改、等效結構及功能。權利要求1.一種變焦透鏡，按照從物側到像側的順序包括第一光學單元，具有正折光力；第二光學單元，具有負折光力；第三光學單元，包括孔徑；第四光學單元，具有正折光力；以及第五光學單元，具有正折光力，其中所述第二光學單元按照從物側到像側的順序包括負透鏡部件和棱鏡，并且在變焦期間是靜止的，其中，當從廣角端到遠攝端進行變焦時，第一、第三及第四光學單元被移動，從而在第一光學單元與第二光學單元之間的距離增大，在第二光學單元與第三光學單元之間的距離減小，及在第三光學單元與第四光學單元之間的距離減小，以及其中滿足如下條件<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mn>0.20</mn><mo><</mo><mo>|</mo><mi>f</mi><mn>2</mn><mo>|</mo><mo>/</mo><msqrt><mrow><mo>(</mo><mi>fW</mi><mo>·</mo><mi>fT</mi><mo>)</mo></mrow></msqrt><mo><</mo><mn>0.45</mn></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="A2007101529800002C1.gif"wi="219"he="24"img-content="drawing"img-format="tif"/-->0.80＜|fN/fW|＜1.902.70＜L/fW＜4.20其中fw和fT分別代表整個系統在廣角端和遠攝端處的焦距，f2代表第二光學單元的焦距，fN代表負透鏡部件的焦距，棱鏡在光軸方向上的長度是空氣轉換長度，及L代表在光軸上從最靠近物側的第二光學單元的透鏡表面到在廣角端處的孔徑的距離。2.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中作為在變焦期間移動所述第五光學單元的結果，由變焦引起的像場的位移被減小。3.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中第二光學單元按從物側到像側的順序包括所述負透鏡部件、棱鏡、負透鏡及正透鏡，并且滿足如下條件1.80<n21<1.95其中n21代表所述負透鏡部件的材料的平均折射率值。4.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中滿足如下條件1.10<|D/f2|<2.00其中D代表所述棱鏡在光軸上的厚度。5.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中所述負透鏡部件包括至少一個非球形表面。6.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中滿足如下條件0.90<M1/M4<1.70其中Ml和M4分別代表對于從廣角端到遠攝端變焦所要求的第一光學單元和第四光學單元的移動量的絕對值。7.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中，滿足如下條件0.20<M3/M4<1.20其中M3和M4分別代表對于從廣角端到遠攝端變焦所要求的第三光學單元和第四光學單元的移動量的絕對值。8.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中所述第四光學單元按從物側到像側的順序包括，正的第41透鏡，其物側具有凸起形式，負的第42凹凸透鏡，其物側具有凸起形式，以及正的第43雙凸透鏡，并且滿足如下條件0.15<D41/R41<0.40其中R41代表第41透鏡的物側表面的曲率半徑，并且D41代表第41透鏡的中心壁厚度。9.根據權利要求8所述的變焦透鏡，其中滿足如下條件1.50<R42a/R42b<4.50其中R42a代表第42透鏡的物側表面的曲率半徑，并且R42b代表第42透鏡的像側表面的曲率半徑。10.根據權利要求1所述的變焦透鏡，其中滿足如下條件0.55<p5T<0.85其中P5T代表當在聚焦期間第五光學單元被移動并且被聚焦在遠攝端處無限遠的物上時的橫向放大率。11.根據權利要求l所述的變焦透鏡，其中滿足如下條件0.35<fl/fT<0.85其中fl代表所述第一光學單元的焦距。12.—種攝像設備，包括固態(tài)攝像元件；以及根據權利要求1至11任一項的變焦透鏡，它把圖像聚焦在所述固態(tài)攝像元件上。全文摘要一種變焦透鏡按照從物到像側的順序包括具有正折光力的第一光學單元；具有負折光力的第二光學單元，按照從物到像側的順序包括負透鏡部件和棱鏡，并且在變焦期間是靜止的；包括孔徑的第三光學單元；及具有正折光力的第四光學單元和第五光學單元。所述變焦透鏡滿足如下條件(見圖上公式)其中fw和fT代表整個系統在廣角端和遠攝端處的焦距，f2代表第二光學單元的焦距，fN代表負透鏡部件的焦距，棱鏡的光軸方向長度是空氣轉換長度，及L代表在光軸上從最靠近物側的第二光學單元透鏡表面到在廣角端處的孔徑的距離。文檔編號G02B15/16GK101153954SQ200710152980公開日2008年4月2日申請日期2007年9月29日優(yōu)先權日2006年9月29日發(fā)明者伊藤大介申請人:佳能株式會社