專利名稱：：變焦透鏡系統(tǒng)和包含變焦透鏡系統(tǒng)的照相機的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種變焦透鏡系統(tǒng)，其適用于諸如視頻照相機、電子靜態(tài)照相機、廣播照相機或監(jiān)視照相機的使用固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取裝置，或諸如使用銀膠片的照相機的圖像拾取裝置，并涉及包含所述變焦透鏡系統(tǒng)的照相機。
背景技術：
：近年來，諸如使用固態(tài)圖像拾取元件的視頻照相機、電子靜態(tài)照相機、廣播照相機和監(jiān)視照相機以及使用銀膠片的照相機的圖像拾取裝置已非常復雜并且總體尺寸減小。作為用于圖像拾取裝置中的圖像拍攝光學系統(tǒng)，存在對于具有長的總長度、緊湊的尺寸、高變焦比和高分辨能力的變焦透鏡系統(tǒng)的需求。正引導型變焦透鏡系統(tǒng)已知為滿足該需求的變焦透鏡系統(tǒng)。在正引導型變焦透鏡系統(tǒng)中，在物側設置具有正折光力的透鏡單元。作為正引導型變焦透鏡系統(tǒng)，已知四單元變焦透鏡系統(tǒng)，其從物側到像側依次包含具有正折光力的第一透鏡單元、具有負折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元和具有正折光力的第四透鏡單元。日本專利特開第2001-042215號(美國對應專利美國專利第6633437號)和日本專利特開第2004-199000號^^開了具有簡單結構的四單元變焦透鏡系統(tǒng)，其中由一個透鏡元件形成第一透鏡單元。日本專利特開第2006-235062號(美國對應專利美國專利第7167320號)也公開了具有簡單結構的四單元變焦透鏡系統(tǒng)，其中第一透鏡單元由一個負透鏡元件和一個正透鏡元件構成。曰本專利特開第2006-308649號(美國對應專利美國專利第7333274號)和日本專利特開第2000-347102號(美國對應專利美國專利第6867925號)也公開了四單元變焦透鏡系統(tǒng)，其中第一透鏡單元由負透鏡元件和正透鏡元件的接合透鏡形成并且第二透鏡單元包含三個負透鏡元件和一個正透鏡元件。日本專利特開第2006-189627號(美國對應專利美國專利申請公開第2006/0146417Al號)乂>開了一種四單元變焦透鏡系統(tǒng)，其中第三透鏡單元沿具有與光軸垂直(正交)的分量的方向移動，以便校正由變焦透鏡系統(tǒng)的振動導致的圖像模糊。一般地，為了在維持預定的變焦比的同時減小變焦透鏡系統(tǒng)的總體尺寸，在變焦透鏡系統(tǒng)中，在增加透鏡單元的折光力的同時減少透鏡元件的數(shù)量。但是，在這種情況下，當透鏡元件的厚度隨透鏡表面的折光力的增加而增加時，變得更加難以校正各種像差。在上述的四單元變焦透鏡系統(tǒng)中，為了在保證高變焦比和減小的總體尺寸的同時獲得高的光學性能，適當?shù)卦O定透鏡單元的折光力和透鏡配置以及透鏡單元在變焦過程中的移動條件是重要的。特別地，適當?shù)卦O定透鏡單元在變焦過程中的移動條件以及第一和第二透鏡單元的折光力和透鏡配置是重要的。如果上述的因素沒有被適當?shù)卦O定，那么在保證最前面透鏡的減小的直徑并保證高變焦比的同時在整個變焦范圍上獲得高的光學性能是非常困難的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供實現(xiàn)高變焦比、最前面透鏡的小直徑并在整個變焦范圍上具有高光學性能的緊湊變焦透鏡系統(tǒng)。^U居本發(fā)明的一個方面的變焦透鏡系統(tǒng)從物側到^f象側依次包含具有正光焦度的第一透鏡單元；具有負光焦度的第二透鏡單元；具有正光焦度的第三透鏡單元；和具有正光焦度的第四透鏡單元。通過改變相鄰透鏡單元之間的距離執(zhí)行變焦，使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離在望遠端比在廣角端長，第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的距離在望遠端比在廣角端短，并且，第三透鏡單元和第四透鏡單元之間的距離在望遠端與在廣角端是不同的。在此變焦透鏡系統(tǒng)中，第一透鏡單元和第二透鏡單元的透鏡配置和焦距被適當?shù)卦O定。通過參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得顯而易見。圖1A、圖1B和圖1C是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖2包含笫一實施例中的在廣角端的像差圖。圖3包含第一實施例中的在中間變焦位置的像差圖。圖4包含第一實施例中的在望遠端的像差圖。圖5A、圖5B和圖5C是根據(jù)本發(fā)明的笫二實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖6包含第二實施例中的在廣角端的像差圖。圖7包含第二實施例中的在中間變焦位置的像差圖。圖8包含第二實施例中的在望遠端的像差圖。圖9A、圖9B和圖9C是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖10包含第三實施例中的在廣角端的像差圖。圖11包含第三實施例中的在中間變焦位置的像差圖。圖12包含第三實施例中的在望遠端的像差圖。圖13A、圖13B和圖13C是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖14包含第四實施例中的在廣角端的像差圖。圖15包含第四實施例中的在中間變焦位置的像差圖。圖16包含第四實施例中的在望遠端的^^差圖。圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照相機的主要部分的示意圖。具體實施例方式以下將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的變焦透鏡系統(tǒng)和照相機。根據(jù)本發(fā)明的實施例的變焦透鏡系統(tǒng)從物側到像側依次包含具有正折光力(即，光焦度，其等于焦距的倒數(shù))的第一透鏡單元、具有負折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元和具有正折光力的第四透鏡單元。在變焦過程中，相鄰的透鏡單元之間的距離(第一和第二透鏡單元之間的距離、第二和第三透鏡單元之間的距離以及第三和笫四透鏡單元之間的距離)改變。圖1A、圖1B和圖1C是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖2、圖3和圖4分別是第一實施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的在廣角端(短焦距端)、中間變焦位置和望遠端(長焦距端)的像差圖。圖5A、圖5B和圖5C是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖6、圖7和圖8分別是第二實施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的在廣角端、中間變焦位置和望遠端的像差圖。圖9A、圖9B和圖9C是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖10、圖ll和圖12分別是第三實施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的在廣角端、中間變焦位置和望遠端的像差圖。圖13A、圖13B和圖13C是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖。圖14、圖15和圖16分別是第四實施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的在廣角端、中間變焦位置和望遠端的像差圖。圖17是示出包含本發(fā)明的任一實施例的變焦透鏡系統(tǒng)的照相機的主要部分的示意圖。在這些實施例中，變焦透鏡系統(tǒng)是用于諸如視頻照相機、數(shù)字照相機或銀膠片照相機的圖像拾取裝置中的圖像拍攝透鏡系統(tǒng)。在變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖中，A、B和C分別表示廣角端、中間變焦位置和望遠端。在變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖中，左側是物側(前側)，右側是像側(后側)。在變焦透鏡系統(tǒng)的截面圖中，Ll表示具有正折光力的笫一透鏡單元，L2表示具有負折光力的第二透鏡單元，L3表示具有正折光力的第三透鏡單元，L4表示具有正折光力的第四透鏡單元。SP表示設置在第三透鏡單元L3的物側的孔徑光闌。FP表示設置在第三透鏡單元L3的像側的耀斑截止光闌(flare-cutstop)。G表示與濾光器、面板、晶體低通濾波器或紅外截止濾波器對應的光學塊。IP表示像面。當實施例的變焦透鏡系統(tǒng)被用作視頻照相機或數(shù)字靜態(tài)照相機中的圖像拍攝光學系統(tǒng)時，像面IP對應于諸如CCD傳感器或CMOS傳感器的固態(tài)圖像拾取元件(光電轉換元件)的圖像拾取面。當實施例的變焦透鏡系統(tǒng)被用作銀膠片照相機中的圖像拍攝光學系統(tǒng)時，<象面IP對應于膠片表面。在像差圖中，d和g分別表示d線和g線。AM和AS分別表示子午像面和弧矢像面。橫向色差由g線表示，co表示半場角，F(xiàn)NO表示f數(shù)。在以下的實施例中，廣角端和望遠端指的是用于變焦的透鏡單元被放置在光軸上的機械可移動范圍的兩端的變焦位置。在實施例中，透鏡單元在從廣角端向望遠端的變焦過程中如箭頭所示地移動。具體而言，在從廣角端到望遠端的變焦過程中，第一透鏡單元L1向像側移動，然后向物側移動。換句話說，第一透鏡單元Ll移動而形成朝像側凸起的軌跡。此外，第二透鏡單元L2向像側移動，然后向物側移動。換句話說，第二透鏡單元L2移動而形成朝像側凸起的軌跡。在從廣角端到望遠端的變焦過程中，第三透鏡單元L3向物側移動。第四透鏡單元L4移動而形成朝物側凸起的軌跡，以補償由于變焦導致的像面變化。變焦透鏡系統(tǒng)采用通過沿光軸移動第四透鏡單元L4以執(zhí)行聚焦的后聚焦方法。為了在望遠端從無限遠物體向近距離物體執(zhí)行聚焦，在透鏡截面圖中示出的第四透鏡單元L4朝物側(前側)移動。在實施例中，孔徑光闌SP和耀斑截止光闌FP在變焦過程中與第三透鏡單元L3—起移動。當孔徑光闌SP與第三透鏡單元L3—起移動時，移動單元的數(shù)量比當孔徑光闌SP與第三透鏡單元L3分開移動時少。這可容易地簡化機械結構。在實施例中，第一透鏡單元Ll由一個正透鏡元件和一個負透鏡元件構成。第二透鏡單元L2由三個負透鏡元件和一個正透鏡元件構成。并且，滿足以下的條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>這里，fw表示整個變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的焦距，fl表示第一透鏡單元L1的焦距，f2表示第二透鏡單元L2的焦距。條件表達式(1)規(guī)定了第一透鏡單元L1的焦距，即折光力。當該值比上限大并且折光力太弱時，正引導型中的折光力的布局被擾亂，并且，第一透鏡單元L1和第三透鏡單元L3的移動行程(移動量)增加以獲得高的變焦比。結果，變焦透鏡系統(tǒng)的總長在望遠端增加。當該值比下限小并且折光力太強時，在第一透鏡單元Ll由兩個透鏡元件構成時在望遠端出現(xiàn)許多球面像差。當增加第一透鏡單元Ll中的透鏡元件的數(shù)量以校正這種情況下的像差時，最前面透鏡的直徑不希望地增加。條件表達式(2)規(guī)定了第二透鏡單元L2的焦距，即折光力。在該值比上限值大并且折光力太弱的情況下，當在廣角端增加圖像拍攝視角時，最前面透鏡的直徑增加。為了實現(xiàn)寬的視角以及最前面透鏡的更小的直徑兩者，必須將第二透鏡單元L2的折光力增加使得該值不超過上限的程度。當該值比下限小并且折光力太強時，不希望地，在廣角端出現(xiàn)許多像場彎曲，并且在望遠端出現(xiàn)許多球面像差。更優(yōu)選地將條件表達式(1)和(2)中的數(shù)值設定在以下范圍內(nèi)8.5<fl/fw<12.0(la)l.l<|f2|/fw<1.6(2a)通過如上所述的那樣規(guī)定結構，本發(fā)明的實施例的正引導型變焦透鏡系統(tǒng)可在整個變焦范圍上對于像差被適當校正，并且可在維持寬視角和高變焦比的同時，利用最前面透鏡的小直徑而變得緊湊。雖然通過滿足上述的條件實現(xiàn)了滿足本發(fā)明的初始目的的變焦透鏡系統(tǒng)，但更優(yōu)選地滿足以下的條件2.0<ml/fw<5.0(3)這里，ml(絕對值)表示第一透鏡單元Ll在廣角端沿光軸方向的位置和第一透鏡單元Ll在望遠端沿光軸方向的位置之間的距離(位移量)。條件表達式(3)規(guī)定了由于變焦導致的透鏡單元L1的位移量。當該值比上限大并且位移量太大時，變焦透鏡系統(tǒng)的總長在望遠端不希望地增加，并且這使得最前面透鏡的直徑增加。此外，當通過可回縮鏡筒形成變焦透鏡系統(tǒng)時，滑動部分的數(shù)量增加，并且鏡筒的直徑增加。相反，當該值比下限小并且位移量太小時，通過改變第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2之間的距離獲得的變焦效果減小。出于這種原因，為了獲得希望的變焦比，需要增加第二透鏡單元L2或第三透鏡單元L3的折光力。但是，這導致許多像場彎曲和球面像差。更優(yōu)選地將條件表達式(3)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)2.5<ml/fw<4.5(3a)并且，優(yōu)選地滿足以下的條件1.5<f3/fw<2.7(4)這里，f3表示第三透鏡單元L3的焦距。條件表達式(4)規(guī)定了第三透鏡單元L3的焦距，即折光力。當該值比上限大并且折光力太弱時，通過移動第三透鏡單元L3獲得的變焦效果減小。因此，必須增加第一透鏡單元L1或第三透鏡單元L3的位移量。結果，變焦透鏡系統(tǒng)在望遠端的總長非理想地增加。相反，當該值比下限小并且折光力太強時，在第三透鏡單元L3處出現(xiàn)許多球面像差和彗形像差。更優(yōu)選地將條件表達式(4)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)1.7<f3/fw<2.5(4a)并且，優(yōu)選地滿足以下的條件4.0<f4/fw<7.0(5)這里，f4表示第四透鏡單元L4的焦距。條件表達式(5)規(guī)定了第四透鏡單元L4的焦距，即折光力。當該值比上限大并且折光力太弱時，補償由于變焦導致的像場彎曲的效果減弱，并且用于聚焦的移動距離變長。因此，快速聚焦變得困難。相反，當該值比下限小并且折光力太強時，匹茲閥和增加，并且，像場彎曲在整個變焦范圍上增加。如果增加第四透鏡單元L4中的透鏡元件的數(shù)量以防止像場彎曲，那么第四透鏡單元L4的重量增加。這增加了用于驅動第四透鏡單元L4的扭矩。更優(yōu)選地將條件表達式(5)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)5.0<f4/fw<6.5(5a)優(yōu)選地滿足以下的條件0.2<||32w|/(l/(ft/fw)-1/2)<0.6(6)這里，J32w表示第二透鏡單元L2在廣角端的橫向倍率，ft表示整個透鏡系統(tǒng)在望遠端的焦距。條件表達式(6)規(guī)定了第二透鏡單元L2在廣角端的橫向倍率。當該值比上限大并且橫向倍率的絕對值太大時，難以增加在廣角端的圖像拍攝視角以及實現(xiàn)寬視角。當該值比下限小并且橫向倍率的絕對值太小時，在第二透鏡單元L2處出現(xiàn)許多像差。特別地，在廣角側出現(xiàn)許多像場彎曲并在望遠側出現(xiàn)許多球面像差。12更優(yōu)選地將條件表達式(6)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)0.3<||32w|/(l/(ft/fw)-1/2)<0.5(6a)優(yōu)選地滿足以下的條件-3.0<(Rla+Rlb)/(Rla-Rlb)<國l.O(7)這里，Rla和Rlb分別表示第一透鏡單元Ll中的最接近物側的透鏡表面和最接近像側的透鏡表面的曲率半徑。條件表達式(7)規(guī)定了形成第一透鏡單元Ll的接合透鏡的形狀因子。當條件表達式(7)中的值比-1小時，接合透鏡的形狀類似于具有朝物側凸起的表面的彎月。當該值比上限大，并且接合透鏡的形狀不類似于具有朝物側凸起的表面的彎月時，離軸光線的入射角度在廣角端增加，并且這導致許多像散。當該值比下限小并且彎月度過度增加時，在望遠端出現(xiàn)許多球面像差。更優(yōu)選地將條件表達式(7)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)-2.8<(Rla+Rlb)/(Rla畫Rlb)<-1.2(7a)優(yōu)選地滿足以下的條件-1.6<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<-1.0(8)這里，R4a和R4b分別表示第四透鏡單元L4中的最接近物側的透鏡表面和最接近像側的透鏡表面的曲率半徑。條件表達式(8)規(guī)定了形成第四透鏡單元L4的正透鏡元件的形狀因子。當條件表達式(8)中的值比-1小時，正透鏡元件的形狀類似于具有朝物側凸起的表面的彎月。當該值比上限大，并且正透鏡元件的形狀不類似于具有朝物側凸起的表面的彎月時，消除由于物距的變化在第一透鏡單元L1中導致的像場彎曲的變化的效果減弱。因此，變得難以從無限遠物體到近距離物體獲得良好的圖像特性。當該值比下限小并且彎月度過度增加時，離軸光線的入射角度增加，并且這導致許多像散和橫向色差。更優(yōu)選地將條件表達式(8)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)-1.50<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<-1，02(8a)優(yōu)選地滿足以下的條件1.9<N2p(9)15<v2p<20(10)這里，N2p和v2p分別表示形成第二透鏡單元L2中的正透鏡元件的材料的折射率和阿貝數(shù)。條件表達式(9)規(guī)定了第二透鏡單元L2中的正透鏡元件的折射率。當該值比下限小并且折射率太低時，正透鏡元件的厚度不能被減小，但第二透鏡單元L2的厚度增加。結果，最前面透鏡的直徑增加。條件表達式(10)規(guī)定了形成第二透鏡單元L2中的正透鏡元件的材料的阿貝數(shù)，即色散力(dispersivepower)。當該值比上限大并且色散力太小時，校正色差的效果減弱，并且必須增加正透鏡元件的折光力。結果，在望遠側出現(xiàn)許多球面像差。當該值比下限值小并且色散力太大時，這在色差的校正方面是有利的。但是，在典型的玻璃材料的情況下，部分色散比率增加，并且在望遠側出現(xiàn)大量的次級光謙。更優(yōu)選地將條件表達式(9)和(10)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)1.9<N2p<2.2(9a)16<v2p<19(10a)更優(yōu)選地將條件表達式(9a)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)1.91<N2p<2.10(9b)優(yōu)選地第三透鏡單元L3具有滿足以下的條件的負透鏡元件1.9<N3n(11)15<v3n<30(12)這里，N3n表示負透鏡元件的材料的折射率，v3n表示負透鏡元件的材料的阿貝數(shù)。條件表達式(11)規(guī)定了形成第三透鏡單元L3中的負透鏡元件的材料的折射率。當該值比下限小并且折射率太低時，負透鏡元件的表面的曲率增加。結果，出現(xiàn)許多彗形像差。當通過沿具有與光軸垂直的分量的方向移動第三透鏡單元L3校正運動模糊(執(zhí)行圖像穩(wěn)定)時，常常出現(xiàn)像面傾斜。條件表達式(12)規(guī)定了第三透鏡單元L3中的負透鏡元件的材料的阿貝數(shù)，即色散力。當該值比上限大并且色散力太小時，校正色差的效果減弱，并且必須增加負透鏡元件的折光力。結果，在整個變焦范圍上出現(xiàn)許多球面像差和彗形像差。當該值比下限小并且色散力太大時，這在色差的校正方面是有利的。但是，在典型的玻璃材料的情況下，部分色散比率增加，并且在整個變焦范圍上出現(xiàn)大量的軸向次級光鐠。更優(yōu)選地將條件表達式(11)和(12)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)1.9<N3n<2.2(lla)16<v3n<29(12a)更優(yōu)選地將條件表達式(lla)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)1.95<N3n<2.16(lib)優(yōu)選地滿足以下的條件1.5<D2/D1<2.5(13)這里，Dl和D2分別表示第一透鏡單元LI和第二透鏡單元L2在光軸上的厚度(第一透鏡單元LI和第二透鏡單元L2中的最接近物側的透鏡表面和最接近像側的透鏡表面之間的距離)。條件表達式(13)規(guī)定了第一透鏡單元LI和第二透鏡單元L2沿光軸的厚度。為了減小最前面透鏡的直徑，一般優(yōu)選地減小在廣角側的從孔徑光闌SP到第一透鏡單元L1的距離。在這種情況下，可通過適當?shù)卮_定第一透鏡單元LI和第二透鏡單元L2的厚度，實現(xiàn)尺寸的減小和高光學性能。當該值比上限大，并且與第一透鏡單元LI的厚度相比，第二透鏡單元L2的厚度太大時，可以在第二透鏡單元L2中獲得足夠的空氣間隙。因此，可以容易地在廣角側校正離軸像差。不幸的是，最前面透鏡的直徑增加。當該值比下限小，并且與第一透鏡單元L1的厚度相比，第二透鏡單元L2的厚度太小時，第二透鏡單元L2中的空氣間隙太小。因此，在廣角側出現(xiàn)許多像場彎曲和像散。15更優(yōu)選地將條件表達式(13)中的數(shù)值設定在如下范圍內(nèi)1.6<D2/D1<2.4(13a)通過在實施例中設定上述的條件，可在整個變焦范圍上對于像差適當?shù)匦Ｕ兘雇哥R系統(tǒng)，同時維持約5的高變焦比和37度的寬圖像拍攝視角?，F(xiàn)在將描述實施例中的變焦透鏡單元的透鏡配置的特性。在實施例中，在變焦過程中，第一透鏡單元Ll移動而形成朝像側凸起的軌跡，以增加第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2之間的距離。此外，第二透鏡單元L2移動而形成朝像側凸起的軌跡，使得第二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3之間的距離在望遠端比在廣角端短。而且，第三透鏡單元L3向物側移動。通過移動第四透鏡單元L4補償由變焦引起的像場彎曲。在實施例中，通過在變焦過程中移動第一透鏡單元Ll，使變焦透鏡系統(tǒng)的在廣角端的總長縮短以減小最前面透鏡的直徑。此外，通過在變焦過程中改變第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2之間的距離，變焦效果提高。另外，在從廣角端到望遠端的變焦過程中第三透鏡單元L3向物側移動，使得笫三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4之間的距離變得在望遠端比在廣角端長。這使得第三透鏡單元L3可分擔變焦功能。因此，可以減少通過改變第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2之間的距離提供的變焦功能，并且其間的距離在望遠端減小。結果，在望遠側，變焦透鏡系統(tǒng)的總長減小，并且，最前面透鏡的直徑減小。通過由從物側向〗象側依次排列的負透鏡元件11和正透鏡元件12構成的接合透鏡13,形成第一透鏡單元Ll。作為消色差透鏡單元，第一透鏡單元Ll具有盡可能少數(shù)量的透鏡元件，以便適當?shù)匦Ｕv向色差并減小第一透鏡單元Ll的尺寸。接合透鏡13的形狀類似于具有向物側凸起的表面的彎月，使得離軸光線在透鏡表面上的入射角度減小，從而減少像散。第二透鏡單元L2從物側到像側包含形狀類似于在像側具有凹面的彎月的兩個負透鏡元件21和22、在物側具有凹面的負透鏡元件23和具有朝物側凸出的表面的正透鏡元件24。在第四實施例中，第二透鏡單元L2從物側到像側包含形狀類似于在像側具有凹面的彎月的兩個負透鏡元件21和22、具有朝物側凸出的表面的正透鏡元件23和在物側具有凹面的負透鏡元件24。在這些實施例中，在一定程度上增加第二透鏡單元L2的負折光力，以便減小第一透鏡單元Ll的尺寸，同時在廣角端維持寬的視角(圖像拍攝視角)。在這種情況下，在第二透鏡單元L2處出現(xiàn)像差。特別地，在廣角側出現(xiàn)許多像場彎曲，并且在望遠側出現(xiàn)許多球面像差。因此，在本發(fā)明的實施例中，通過由三個負透鏡元件分擔第二透鏡單元L2的負折光力，并使物側的兩個負透鏡元件具有類似于在像側具有凹面的彎月的形狀，減少這些像差。通過此透鏡配置，在實現(xiàn)寬視角的同時，最前面透鏡的直徑減小并且獲得高的光學性能。第一到第三實施例中的正透鏡元件24和第四實施例中的正透鏡元件23由阿貝數(shù)小于20且大于15的高色散材料形成。這使得無需在第二透鏡單元L2中將正透鏡元件的折光力增加很多就可校正色差。因此，不需要在必要情況以外還增加這三個負透鏡元件的折光力，并且可減小透鏡元件的像差。為了增加第二透鏡單元L2的折光力，如在實施例的變焦透鏡系統(tǒng)中那樣，由諸如高色散材料形成正透鏡元件是有效的。并且，形成正透鏡元件的高色散材料具有大于1.9的折射率。這減小正透鏡元件的厚度。第三透鏡單元L3包含由四個透鏡元件限定的三個單元，即，從物側到^象側包含正透鏡元件31、正透鏡元件32和負透鏡元件33的接合透鏡35、和正透鏡元件34。在實施例中，在一定的程度上增加第三透鏡單元L3的折光力，以便增加第三透鏡單元L3的變焦功能。在這種情況下，在第三透鏡單元L3處出現(xiàn)像差。特別地，在整個變焦范圍上常常出現(xiàn)球面像差、彗形像差和縱向色差。因此，第三透鏡單元L3的正折光力由具有正折光力的三個正透鏡元件分擔，以減少這些像差。特別地，通過使得正透鏡元件31的兩個透鏡表面均為非球面，適當?shù)匦Ｕ蛎嫦癫詈湾缧蜗癫睢?yōu)選地，非球面正透鏡元件31的形狀為使得正折光力從透鏡中心向透鏡周邊減小。接合透鏡35在物側具有凸面并在像側具有凹面。這可校正球面像差和彗形像差兩者。負透鏡元件33由具有大于1.9的高折射率的材料形成。這可減小在像側的透鏡表面的曲率，并可減小高次彗形像差。并且，可以減小由于第三透鏡單元L3的移位偏心導致的像面變化。負透鏡元件33的材料是阿貝數(shù)小于30且大于15的高色散材料。此結構使得無需將負透鏡元件33的折光力增加很多就可校正色差。因此，不需要在必要情況以外還增加這三個正透鏡元件的折光力，并且可以減少透鏡元件處的像差。第三透鏡單元L3中的最接近像側的正透鏡元件34具有朝像側凸出的表面，以減小從像側透鏡表面發(fā)出離軸主光線的角度。這可減小由于第三透鏡單元L3的移位偏心導致的像面變化。通過這樣形成負透鏡元件33和正透鏡元件34，第三透鏡單元L3沿具有與光軸垂直的分量的方向^皮驅動，并由此減小運動模糊校正(圖像穩(wěn)定)過程中的像面變化。這使得易于在維持較高的光學性能的同時校正運動模糊。第四透鏡單元L4由一個正透鏡元件41形成。在實施例中，通過移動第四透鏡單元L4執(zhí)行聚焦。通過由此使得透鏡單元緊湊和輕，可以減小用于聚焦的驅動扭矩。為了減小由于物距的變化導致的像面變化，優(yōu)選地，第四透鏡單元L4具有朝物側凸出的表面。隨著物距改變，在第一透鏡單元L1處導致的像場彎曲改變。為了通過利用第四透鏡單元L4聚焦來消除像場彎曲的變化，并從無限遠物體到近距離物體獲得良好的像面特性，優(yōu)選地第四透鏡單元L4具有朝物側凸出的表面。以下將描述與本發(fā)明的第一到第四實施例相對應的第一到第四數(shù)值例子。在這些數(shù)值例子中，i表示從物側起的光學表面的序號，ri表示從物側起的第i個透鏡表面的曲率半徑，di表示從物側起的第i個透鏡表面的透鏡厚度或空氣間隙，ndi表示從物側起的第i個材料的對于d線的折射率，vdi表示該材料對于d線的阿貝數(shù)(vd)。阿貝數(shù)vd由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>這里，Nd表示對于d線(波長587.6nm)的折射率，NF表示對于F線(波長486.1nm)的折射率，NC表示對于C線(波長656.3nm)的折射率。表1表示上述的條件表達式和數(shù)值例子之間的關系。非球面形狀由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>這里，X軸表示光軸方向，H軸表示與光軸垂直的方向，光行進方向是正方向，R表示旁軸曲率半徑，K是錐形常數(shù)，A4、A6和A8是非J求面系數(shù)。在非球面系數(shù)的值中，例如，"E-Z"意指"10-z"。在數(shù)值例子中，最后兩個表面(第二十三和第二十四表面)構成光學組塊G。BF表示用作從變焦透鏡系統(tǒng)的最后表面到旁軸像面的等效空氣長度的后焦距?？偼哥R長度指的是最前面透鏡表面和最后透鏡表面之間的距離與后焦距的總和。非球形表面的表面號碼注有星號"*"。第一數(shù)值例子單位mm表面數(shù)據(jù)表面號碼rdndvd127.3641.201.8466623.9220.088機1.7725049.666.608(可變)421.1540.951.8830040.857.8542.52617.2110.901.8830040.878.7313.148-24.4030.801.8040046.69166.5760.201016.9171.801.9228618.91194.775(可變)12(光闌)001.5013*12.0892.201.5831359.414*-21.6980.20156.0032.401.4874970.21613.6480.702細6925.5175.5371.4618-19.4381.201.4874970.219-10.1310.5020耀斑截止光闌oo(可變)2115.3012.001.4874970.222109.326(可變)23001.101.5163364.12400(可變)像面0020非球面表面數(shù)據(jù)第13表面K=1.43178e+000A4=-2.01411e-004A6=-1.69744e-006A8=2.82246e-008第14表面K=-6.18021e-001A4=1.13642e-004A6=-6.70660e-007A8=5.94851e-008各種數(shù)據(jù)變焦比4.81廣角中間望遠焦距6.2213.5229.89F數(shù)2.883.494,57視角36.7818.978.84圖像高度4.654.654.65透鏡長度57.1359,5676.99BF6.卯11.5910,32d30.308.7820.58dll17.496.042.08d204.775.4916.35d225.5810.268.99d240.600.600.60變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面焦距11S9.9724-8.9931213.9142136.24523oo第二數(shù)值例子單位mm表面數(shù)據(jù)表面號碼rdndvd125.6821.201.8466623.9218.4584.501.7725049.6366.212(可變)422.1500.951.8830040.856.8172,82614細0"01.8830040.877.3812.258-41.4010.801.8040046.6932.3210.201012.0191.801.9459518.01138.931(可變)12(光闌)001.5013*11.4532.201.5831359.414*-15.8090.20155,7602.401.4874970.21629.1500.702.0033028.3175.6681.4418-18.7171.201.4874970.219-8.6820.5020耀斑截止光闌oo(可變)2115-5372.001.4874970.222772.512(可變)23001.101.5163364.12400(可變)像面Q0非球面表面數(shù)據(jù)第13表面K=2.02711e+000A4=-2.51997e-004A6=2.64914e-006A8=-3.89547e-008第14表面K=1.21663e-001A4=2.24871e-004A6=5.72449e-006A8=3.731卯e隱008各種數(shù)據(jù)變焦比焦距F數(shù)視角圖像高度透鏡長度BF4.91廣角6.092.8837.374.6552.415.78中間13.833.6918.584.6557.3212.88望遠29.884.968.844.6577.239.75d30.308.1519.33dll12.913.611.81d205.865.1218.79d224.4611.568.42d240.600.600.60變焦透鏡單元數(shù)據(jù)23單元第一表面焦距1154.1224-7.0031212.2442132.50523oo第三數(shù)值例子單位mm表面數(shù)據(jù)表面號碼rdndvd129.2621.201.8466623.9221.6323.601.7725049.663.618(可變)417.7560.951.8830040.857.7972.62617.8160.901.8830040.8了8.8433.078-25.1390.801.8040046.69536.5480.201016.5551.802.1435217.81138.838(可變)12(光闌)001.5013*12.2012.201.5831359.414*-30.5480.20156.3302.401.4874970.2168,3810.702.1435217.8175.6061.31<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>非球面表面數(shù)據(jù)第13表面<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>d224.679.719.25d240.600.600.60變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面焦距1170.0024-9.4431213.6142139.54523w第四數(shù)值例子單位mm表面數(shù)據(jù)表面號碼rdndvd128.0381.201.8466623.9222.2364.001.6031160.63148.408(可變)421.4480.951.8830040.857.2194.45668.9550.901.8830040,8"712.5921.60811.9191.801.9228618.9928.1001,0010-50.0000.801.8040046.6117993.949(可變)12(光闌)1.5013*10.4722.201.5831359.414*-19.9卯0.20156.1532.401.4874970.21613.8390.702.0006925.5175.4811.4718-20.3卯1.201.4874970.219-ll扁0.5020耀斑截止光闌oo(可變)2118,0002.001.4874970.222187.114(可變)23000.601.5163364.12400(可變)像面00非球面表面數(shù)據(jù)第13表面K=1.11586e+000A4=-1.18995e-004A6=-2.40460e-006A8=5.54405e-007第14表面K=-6.28423e+000A4=1.87183e-004A6=-3.58591e-007A8=6.88720e-007各種數(shù)據(jù)變焦比4.70廣角中間望遠焦距6.3613.7529.87F數(shù)2.883.584.77視角36.1818.688.84圖像高度4.654.654.65透鏡長度56.7559.6777.58BF4.8911.6110.59<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>變焦透鏡單元數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>現(xiàn)在將參照圖17描述使用根據(jù)任一實施例的變焦透鏡系統(tǒng)作為圖像拍攝光學系統(tǒng)的數(shù)字靜態(tài)照相機。參照圖17，數(shù)字靜態(tài)照相機包含照相機體20、由根據(jù)上述的第一到第四實施例中的任一個的變焦透鏡系統(tǒng)形成的圖像拍攝光學系統(tǒng)21、諸如CCD傳感器或CMOS傳感器的固態(tài)圖像拾取元件(光電轉換元件)22、存儲器23和取景器24。固態(tài)圖像拾取元件22結合到照相機體20中，并接收通過圖像拍攝光學系統(tǒng)21形成的光學物像。存儲器23存儲關于通過固態(tài)圖像拾取元件22光電轉換的物像的信息。取景器24由例如液晶顯示面板形成，并允許通過其觀察在固態(tài)圖像拾取元件22上形成的物^^。通過這樣對于諸如數(shù)字靜態(tài)照相機的圖像拾取裝置應用根據(jù)本發(fā)明的實施例中的任一個的變焦透鏡系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)具有高光學性能的緊湊圖像拾取裝置。雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實施例。以下的權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋以包含所有的變型以及等同的結構和功能。29權利要求1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，該變焦透鏡系統(tǒng)從物側到像側依次包含具有正光焦度的第一透鏡單元，該第一透鏡單元由正透鏡元件和負透鏡元件構成；具有負光焦度的第二透鏡單元，該第二透鏡單元由正透鏡元件和三個負透鏡元件構成；具有正光焦度的第三透鏡單元；和具有正光焦度的第四透鏡單元，其中，第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離在望遠端比在廣角端長，第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的距離在望遠端比在廣角端短，并且第三透鏡單元和第四透鏡單元之間的距離在望遠端與在廣角端是不同的，并且，滿足以下的條件8.0＜f1/fw＜13.01.0＜|f2|/fw＜1.7這里，fw表示變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的焦距，f1表示第一透鏡單元的焦距，f2表示第二透鏡單元的焦距。2，根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，滿足以下的條件2.0<ml/fw<5.0這里，ml表示第一透鏡單元在廣角端沿光軸方向的位置與第一透鏡單元在望遠端沿光軸方向的位置之間的距離。3.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，滿足以下的條件1.5<f3/fw<2.7這里，f3表示第三透鏡單元的焦距。4,根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，滿足以下的條件4.0<f4/fw<7.0這里，f4表示第四透鏡單元的焦距。5，根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，第三透鏡單元包含被設置為最接近像側并具有朝像側凸出的表面的正透鏡元件。6，根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，滿足以下的條件0.2<||32w|/(l/(ft/fw)-1/2)<0.6這里，P2w表示第二透鏡單元在廣角端的橫向倍率，ft表示變焦透鏡系統(tǒng)在望遠端的焦距。7.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，第一透鏡單元中的正透鏡元件和負透鏡元件構成接合透鏡，并且，滿足以下的條件-3.0<(Rla+Rlb)/(Rla-Rlb)<-1.0這里，Rla和Rlb分別表示第一透鏡單元中的最接近物側的透鏡表面和最接近像側的透鏡表面的曲率半徑。8.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，第四透鏡單元由正透鏡元件構成，并且，其中，滿足以下的條件-1.6<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<誦l.O這里，R4a和R4b分別表示第四透鏡單元中的最接近物側的透鏡表面和最接近像側的透鏡表面的曲率半徑。9.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，滿足以下的條件1.9<N2p15<v2p<20這里，N2p和v2p分別表示第二透鏡單元中的正透鏡元件的材料的折射率和阿貝數(shù)。10，根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，第三透鏡單元包含滿足以下條件的負透鏡元件1.9<N3n15<v3n<30這里，N3n和v3n分別表示所述負透鏡元件的材料的折射率和阿貝數(shù)。11.根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，滿足以下的條件1.5<D2/D1<2.5這里，Dl和D2分別表示第一透鏡單元和第二透鏡單元沿光軸方向的厚度。12.根椐權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，在從廣角端到望遠端的變焦過程中，第一透鏡單元移動而形成朝像側凸起的軌跡，第二透鏡單元移動而形成朝像側凸起的軌跡，第三透鏡單元向物側移動，并且，第四透鏡單元移動而形成朝物側凸起的軌跡，并且，其中，第一透鏡單元在望遠端沿光軸方向的位置比第一透鏡單元在廣角端沿光軸方向的位置更接近物側。13.—種照相4幾，該照相才幾包括根據(jù)權利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)；和被配置為接收由所述變焦透鏡系統(tǒng)形成的光學圖像的固態(tài)圖像拾取元件。全文摘要本申請?zhí)峁┳兘雇哥R系統(tǒng)和包含變焦透鏡系統(tǒng)的照相機。該變焦透鏡系統(tǒng)從物側到像側依次包含具有正折光力的第一透鏡單元；具有負折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；和具有正折光力的第四透鏡單元。相鄰的透鏡單元之間的距離在變焦過程中改變。通過適當?shù)卦O置第一透鏡單元和第二透鏡單元的透鏡配置和焦距，實現(xiàn)緊湊的變焦透鏡系統(tǒng)。文檔編號G03B19/02GK101539659SQ20091012894公開日2009年9月23日申請日期2009年3月17日優(yōu)先權日2008年3月17日發(fā)明者難波則廣申請人:佳能株式會社