專利名稱：變焦透鏡和具有變焦透鏡的圖像拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡和可在其上使用變焦透鏡的圖像拾取裝置。更具體地，本發(fā)明涉及用作諸如數(shù)字靜止照相機(jī)、攝像機(jī)、電視(TV)照相機(jī)、監(jiān)視照相機(jī)或鹵化銀膠片照相機(jī)之類的圖像拾取裝置的拍攝光學(xué)系統(tǒng)的變焦透鏡。
背景技術(shù)：
近年來，用于諸如數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的圖像拾取裝置中的圖像傳感器中的單位面積的像素?cái)?shù)不斷增大。為了最佳地利用這些高度先進(jìn)的圖像傳感器，希望用于圖像拾取裝置中的拍攝透鏡能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ钜约爸T如球面像差或彗形像差的單色(單波長)像差。另外，希望用于這樣的圖像拾取裝置中的拍攝透鏡被小型化并具有高的變焦比。此外， 希望其在望遠(yuǎn)端處的焦距是長的、具有高的變焦比的變焦透鏡能夠適當(dāng)?shù)貓?zhí)行初級消色差 (primary achromatism)并且還會邑夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ渭壒庾V(secondary spectrum)。為了滿足以上要求，已使用在最接近物側(cè)的位置處包含具有正折光力的透鏡單元的具有高變焦比的正引導(dǎo)型變焦透鏡。美國專利No. 6，594，087討論了一種對于包含于第一透鏡單元中的透鏡使用低的且異常色散的材料并且能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ畹恼龑?dǎo)型變焦透鏡。日本專利申請公開No. 2006-113453討論了一種從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、以及具有正折光力的第四透鏡單元的四單元變焦透鏡。在日本專利申請公開No. 2006-113453 中討論的變焦透鏡對于第三透鏡單元使用由具有異常色散的低色散材料制成的透鏡。另外，美國專利No. 7，304，805討論了從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元、以及具有正折光力的第五透鏡單元的五單元變焦透鏡。在美國專利 No. 7，304，805中討論的變焦透鏡對于第一透鏡單元使用具有異常色散的透鏡。對于正引導(dǎo)型變焦透鏡，減小整個(gè)變焦透鏡的尺寸并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的變焦比是相對容易的。但是，如果僅增大正引導(dǎo)型變焦透鏡的變焦比，那么在望遠(yuǎn)端處的變焦區(qū)域中出現(xiàn)軸上色差的大量次級光譜。為了減少色差，在變焦透鏡內(nèi)的適當(dāng)位置處使用由具有異常色散的低色散材料制成的透鏡是有效的。為了適當(dāng)?shù)匦Ｕ睿谕哥R材料的特性(阿貝數(shù)或相對部分色散等)來最佳地設(shè)定包含于變焦透鏡中的各透鏡單元的折光力是重要的。特別地，在上述的包含五個(gè)或四個(gè)透鏡單元的正引導(dǎo)型變焦透鏡中，除非構(gòu)成包含于具有正折光力的第三透鏡單元中的透鏡的材料的特性被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，否則，變得難以在增大變焦比時(shí)減少望遠(yuǎn)端處的次級光譜。結(jié)果，變得難以對于整個(gè)變焦范圍實(shí)現(xiàn)高的光學(xué)性能
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元；具有負(fù)折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；以及包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的后部透鏡單元。在變焦期間，各相鄰的透鏡單元之間的間隔變化， 使得第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處大，并且第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處小。第三透鏡單元包含至少一個(gè)負(fù)透鏡。當(dāng)vd3n和θ gF3n分別為負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)和相對部分色散時(shí)，滿足以下條件(-1. 68Xl(T3Xvd3n+0. 570) < θ gF3n < (3. 15 X IO-4X vd3n2-l. 86X IO-2X vd3n+ 0. 878)，5<vd3n<27。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)的描述， 本發(fā)明的其它特征和方面將變得清晰。


被包含于說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖2A、圖2B和圖2C分別是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖3是根據(jù)第二示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖4A、圖4B和圖4C分別是根據(jù)第二示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖5是根據(jù)第三示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖6A、圖6B和圖6C分別是根據(jù)第三示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖7是根據(jù)第四示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖8A、圖8B和圖8C分別是根據(jù)第四示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖9例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的阿貝數(shù)Vd與相對部分色散θ gF之間的示例性關(guān)系。圖10例示了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡的第一圖像拾取裝置。圖11例示了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡的第二圖像拾取裝置。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意，除非另外特別說明，否則，在這些實(shí)施例中闡述的部件的相對布置、數(shù)值表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。對于至少一個(gè)示例性實(shí)施例的以下描述在本質(zhì)上是示例性的，而決不是要限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
被視為本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員已知的工藝、技術(shù)、裝置和材料，例如，透鏡元件的制造和它們的材料，可能不被詳細(xì)討論，但是，在適當(dāng)?shù)那闆r下，要成為使得能夠?qū)崿F(xiàn)的描述的一部分。在本文例示和討論的所有例子中，任何特定的值，例如，變焦比和F數(shù)，應(yīng)當(dāng)被解釋為僅是示例性的而不是限制性的。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可具有不同的值。請注意，在以下的圖中，類似的附圖標(biāo)記和文字指的是類似的項(xiàng)目，因此，一旦在一個(gè)圖中定義了一個(gè)項(xiàng)目，那么可能就不在后續(xù)的圖中對該項(xiàng)目進(jìn)行討論。請注意，這里，當(dāng)提到誤差(例如，像差)的校正時(shí)，意圖是減小誤差和/或校正誤差。另外，如本文所使用的那樣，透鏡的要被成像的物體所處的一側(cè)被稱為透鏡的物側(cè)或前側(cè)；并且，透鏡的形成物體的圖像的一側(cè)被稱為透鏡的像側(cè)或后側(cè)。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力(光焦度=焦距的倒數(shù))的第一透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、以及包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的后部透鏡單元。在變焦期間，各相鄰的透鏡單元之間的間隔對于變焦而變化，使得第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處大，并且，第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處小。圖1是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端(短焦距端)處的透鏡斷面圖。圖2A 2C分別是根據(jù)第一示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端(長焦距端)處的像差圖。圖3是根據(jù)第二示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖4A 4C 分別是根據(jù)第二示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的
像差圖。圖5是根據(jù)第三示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖6A 6C 分別是根據(jù)第三示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的
像差圖。圖7是根據(jù)第四示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處的透鏡斷面圖。圖8A 8C 分別是根據(jù)第四示例性實(shí)施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間焦距處、以及在望遠(yuǎn)端處的
像差圖。圖9例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的阿貝數(shù)Vd與相對部分色散θ gF之間的示例性關(guān)系。圖10例示了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡的攝像機(jī)(圖像拾取裝置)的主要部件。圖11例示了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡的攝像機(jī)(圖像拾取裝置)的主要部件。根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡是用于諸如攝像機(jī)、數(shù)字靜止照相機(jī)、鹵化銀膠片照相機(jī)、或TV照相機(jī)之類的圖像拾取裝置中的拍攝透鏡系統(tǒng)。根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡可被用作投影裝置(投影儀)的投影光學(xué)系統(tǒng)。在表示變焦透鏡的斷面的示圖(圖1、圖3、圖5和圖7)中的每一個(gè)中，“i”表示從物側(cè)算起的透鏡單元的序號，“Bi”表示第i個(gè)透鏡單元?！癓R”表示包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的后部透鏡單元。此外，“SP”表示孔徑光闌?！癋P” (圖5)表示耀斑(flare)截止光闌?！癎”表示諸如濾光器、面板、低通濾波器或紅外截止濾光器的光學(xué)塊。
“IP”表示像面。當(dāng)根據(jù)本 發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡被用作攝像機(jī)或數(shù)字照相機(jī)的拍攝光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，像面IP等同于諸如電荷耦合器件(CCD)傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器的固態(tài)圖像傳感器(光電轉(zhuǎn)換元件)的成像面。如果根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡被用作鹵化銀膠片照相機(jī)的拍攝光學(xué)系統(tǒng)，那么像面IP是等同于鹵化銀膠片照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)的膠片表面的感光表面。在表示變焦透鏡的斷面的示圖(圖 1、圖3、圖5和圖7)中的每一個(gè)中，各透鏡單元在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦(可變倍率)期間沿著由箭頭指示的移動軌跡而移動。像差圖(圖2A 2C、圖4A 4C、圖6A 6C和圖8A 8C)分別例示了球面像差、 像散、畸變和倍率色差。在各像差圖(圖2A 2C、圖4A 4C、圖6A 6C和圖8A 8C) 的表示球面像差的部分中，實(shí)線表示關(guān)于d線光(波長587.6nm)的球面像差。一長兩短交替的虛線表示關(guān)于g線光(波長435. 8nm)的球面像差。長短交替的虛線表示關(guān)于C線光(波長656. 3nm)的球面像差。點(diǎn)線表示關(guān)于F線光(波長486. Inm)的球面像差。在各像差圖(圖2A 2C、圖4A 4C、圖6A 6C和圖8A 8C)的表示像散的部分中，實(shí)線和點(diǎn)線分別表示關(guān)于d線光的弧矢像面和子午像面。一長兩短交替的虛線和長短交替的虛線分別表示關(guān)于g線光的弧矢像面和子午像面?；兪顷P(guān)于d線光被表示的。在各像差圖(圖2A 2C、圖4A 4C、圖6A 6C 和圖8A 8C)的表示倍率色差的部分中，一長兩短交替的虛線、長短交替的虛線以及點(diǎn)線分別表示關(guān)于g線光、C線光和F線光的倍率色差。在以下的示例性實(shí)施例中的每一個(gè)中，廣角端和望遠(yuǎn)端中的每一個(gè)指的是當(dāng)可變倍率的透鏡單元位于該倍率變化的透鏡單元可沿著光軸機(jī)械地移動的范圍的端部中的每一個(gè)處時(shí)的變焦位置。根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元Bi、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元B2、具有正折光力的第三透鏡單元B3、以及包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的具有總體正折光力的后部透鏡單元LR。在變焦期間，各相鄰的透鏡單元之間的間隔變化。在本發(fā)明的第一到第三示例性實(shí)施例中，后部透鏡單元LR包含具有正折光力的第四透鏡單元B4。在第四示例性實(shí)施例中，后部透鏡單元LR包含具有負(fù)折光力的第四透鏡單元B4和具有正折光力的第五透鏡單元B5。但是，在各示例性實(shí)施例中，后部透鏡單元LR可包含任意數(shù)量的透鏡單元。換句話說，在各示例性實(shí)施例中，后部透鏡單元LR可包含至少一個(gè)透鏡單元。在根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡中，第三透鏡單元B3包含至少一個(gè)負(fù)透鏡。該負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)和相對部分色散(vd3n、θ gF3n)滿足以下條件-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 570 < θ gF3n < 3. 15Xl(T4Xvd3n2-l. 86Xl(T2Xvd3n+0.878 (1)5 < vd3n < 27(2)。材料的阿貝數(shù)vd和相對部分色散θ gF可由下式定義vd = (Nd-I)/(NF-NC)θ gF = (Ng-NF) / (NF-NC)，這里，“Nd”、“NF”、“NC”和“Ng”分別表示弗勞恩霍費(fèi)爾(Fraunhofer)線的關(guān)于d線光、F線光、C線光和 g線光的折射率。為了實(shí)現(xiàn)具有高的變焦比并且能夠適當(dāng)?shù)匦Ｕ鞣N像差的變焦透鏡，根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、以及包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的后部透鏡單元。另外，根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡使用具有滿足上述條件(1)和(2)的異常色散的高色散材料作為包含于具有正折光力的第三透鏡單元B3中的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料。因此，根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡可實(shí)現(xiàn)具有高變焦比并適當(dāng)?shù)販p少望遠(yuǎn)端處的次級光譜的變焦透鏡。特別地，由于第三透鏡單元B3包含由同時(shí)滿足條件(1)和(2)的材料制成的負(fù)透鏡，因此，根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡可適當(dāng)?shù)貓?zhí)行初級消色差并可適當(dāng)?shù)匦Ｕ渭壒庾V。圖9例示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的阿貝數(shù)vd與相對部分色散θ gF之間的示例性關(guān)系。參照圖9，存在于被實(shí)線包圍的區(qū)域內(nèi)的阿貝數(shù)vd和相對部分色散egF滿足條件(1)和(2)。圖9中例示的黑點(diǎn)表示現(xiàn)有光學(xué)材料的值。條件(1)提供關(guān)于包含于第三透鏡單元B3中的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的相對部分色散的條件。滿足條件(1)的材料具有異常色散。換句話說，不滿足條件(1)的范圍的材料不具有適當(dāng)?shù)販p少次級光譜所需的足夠高的相對部分色散。例如，如果該負(fù)透鏡包含20mol%或更高的二氧化碲(TeO2)作為其玻璃成分之一， 那么阿貝數(shù)vd和相對部分色散θ gF的值可被控制為希望的值。如果使用上述負(fù)透鏡，那么，由于不限制環(huán)境阻力、可制造性和光學(xué)元件的厚度，因此，該負(fù)透鏡可容易地被分配高折光力。這是與使用由諸如樹脂層的復(fù)型層(replica layer)構(gòu)成的光學(xué)元件的情況的不同點(diǎn)。為了更容易地增大玻璃材料的折射率并增強(qiáng)校正各種像差的效果，如果如下地變更條件(1)中的值的范圍，那么是更加有用的-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 600 < θ gF3n < 3. 15Xl(T4Xvd3n2-l. 86Xl(T2Xvd3n+0. 878 (la)。為了再更容易地增大玻璃材料的折射率并進(jìn)一步增強(qiáng)校正各種像差的效果，如果如下地變更條件(Ia)中的值的范圍，那么是更加有用的-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 620 < θ gF3n < 3. 15X 1(Γ4X vd3n2-l. 86 X 1(Γ2 X vd3n+0. 878 (lb)。為了又更容易地增大玻璃材料的折射率并再進(jìn)一步增強(qiáng)校正各種像差的效果，如果如下地變更條件(Ib)中的值的范圍，那么是更加有用的-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 620 < θ gF3n < 3. 15Xl(T4Xvd3n2-l. 86Xl(T2Xvd3n+0. 80 (Ic)。條件(2)提供關(guān)于包含于第三透鏡單元B3中的負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)的條件。如果大于條件(2)的上限值，那么色散可減小到極低的水平。結(jié)果，變得難以校正在包含于第三透鏡單元B3中的正透鏡中出現(xiàn)的初級色差。為了增強(qiáng)初級消色差的效果，如果如下地變更條件(2)中的值的范圍，那么是更加有用的
10 < vd3n < 27 (2a)。為了再更加容易 地增強(qiáng)初級消色差的效果，如果如下地變更條件(2a)中的值的范圍，那么是更加有用的15 < vd3n < 27 (2b)。為了又再更加容易地增強(qiáng)初級消色差的效果，如果如下地變更條件(2b)中的值的范圍，那么是更加有用的15 < vd3n < 25 (2c)。通過上述配置，本發(fā)明的各示例性實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)變焦范圍具有高的變焦比和高的光學(xué)性能的變焦透鏡。如果根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡滿足以下條件中的至少一個(gè)，那么是更加有用的。第三透鏡單元B3的至少一個(gè)負(fù)透鏡的焦距(f3n)，第三透鏡單元B3的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的折射率(Nd3n)，第一透鏡單元Bi、第二透鏡單元B2和第三透鏡單元B3的焦距(fl、f2、f3)，整個(gè)變焦透鏡在廣角端處和在望遠(yuǎn)端處的焦距(fW、fT)，望遠(yuǎn)端處的F數(shù) (FnoT)，第三透鏡單元B3的至少一個(gè)負(fù)透鏡在光軸上的厚度(t3n)，以及包含于第一透鏡單元Bl中的透鏡之中的在光軸上具有最小厚度值的透鏡的厚度(tlmin)滿足以下條件中的至少一個(gè)0. 5 < I f3n | /f3 <6.0 (3)5. 0 < fT/ I f2 I < 25. 0 (4)0. 1 < f3/fT <1.0(5)3. 2 < (fT/fff)/FnoT < 15 (6)1. 84 < Nd3n < 2. 50(7)3. 0 < fl/|f2| < 10. 0 (8)0. 8 < tlmin/t3n < 5. 0 (9)。以下將詳細(xì)描述條件(3) (9)中的每一個(gè)的技術(shù)意義(significance)。條件 (3)提供關(guān)于包含于第三透鏡單元B3中的、由高色散材料制成并具有異常色散的至少一個(gè)負(fù)透鏡的焦距的條件。如果具有異常色散的高色散負(fù)透鏡的焦距變得較長，致使大于條件(3)的上限值 (即，如果該負(fù)透鏡的折光力變得非常低)，那么變得難以通過第三透鏡單元B3來增強(qiáng)可變倍率的效果。結(jié)果，整個(gè)變焦透鏡的透鏡總長可能變得非常長。因此，在這種情況下，變得難以減小整個(gè)變焦透鏡的尺寸。另一方面，如果該負(fù)透鏡的焦距變得非常短，致使小于條件(3)的下限值(即，如果該負(fù)透鏡的折光力變得非常高)，那么Petzval和可能沿負(fù)號值的方向變得非常大。結(jié)果，變得難以抑制像場彎曲。另外，在這種情況下，變得難以抑制高次球面像差和球面色差。為了進(jìn)一步適當(dāng)?shù)匦Ｕh(yuǎn)端處的球面像差，如果如下地變更條件(3)中的值的范圍，那么是更加有用的0. 5 < I f3n | /f3 <3.0 (3a)。為了再進(jìn)一步適當(dāng)?shù)匦Ｕh(yuǎn)端處的球面像差，如果如下地變更條件(3a)中的值的范圍，那么是更加有用的0. 6 < |f3n|/f3 < 1. 2 (3b)。
條件(4)基于第二透鏡單元B2的焦距來提供關(guān)于整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端處的焦距的條件。如果第二透鏡單元B2的焦距變得較小，致使大于條件(4)的上限值，那么，雖然在這種情況下可更容易地增大變焦比并且可更容易地減小透鏡總長，但是，Petzval和可能沿負(fù)號值的方向變得非常大。結(jié)果，像場彎曲量可能增大。如果第二透鏡單元B2的焦距變得較長，致使小于條件(4)的下限值，那么，為了實(shí)現(xiàn)高的變焦比，變得必須增大第二透鏡單元B2在變焦期間的移動量或者通過第三透鏡單元B3來增強(qiáng)可變倍率的效果。如果僅增大第二透鏡單元B2在變焦期間的移動量，那么透鏡總長可能增大。如果僅增強(qiáng)通過第三透鏡單元B3實(shí)現(xiàn)的可變倍率的效果，那么變得難以對于整個(gè)變焦范圍均衡地校正球面像差和彗形像差。為了對于整個(gè)變焦范圍更有效地抑制像場彎曲和像散，如果如下地變更條件(4) 中的值的范圍，那么是更加有用的7. 0 < fT/ I f2 I < 20. 0 (4a)。條件(5)基于第三透鏡單元B3的焦距提供關(guān)于整個(gè)變焦透鏡在望遠(yuǎn)端處的焦距的條件。如果第三透鏡單元B3的焦距變得較長，致使大于條件(5)的上限值，那么校正球面像差的效果變得極低。結(jié)果，變得必須通過第三透鏡單元B3之后的透鏡單元來校正球面像差。因此，在這種情況下，構(gòu)成透鏡的總數(shù)可能增大。如果第三透鏡單元B3的焦距變得較短，致使小于條件(5)的下限值，那么變得難以對于整個(gè)變焦范圍均衡地校正球面像差和彗形像差。結(jié)果，關(guān)于由于第三透鏡單元B3和第三透鏡單元B3之后的透鏡單元的相對偏心而可能出現(xiàn)的軸上彗形像差的水平與像場彎曲之間的差異，變焦透鏡對于制造誤差的敏感度可能變高。為了更有效地校正球面像差并且更容易減小整個(gè)變焦透鏡的總尺寸，如果如下地變更條件(5)中的值的范圍，那么是更加有用的0. 1 < f3/fF < 0. 5 (5a)。條件(6)基于望遠(yuǎn)端處的F數(shù)提供關(guān)于整個(gè)變焦透鏡在廣角端處的焦距與在望遠(yuǎn)端處的焦距之間的比的條件。如果望遠(yuǎn)端處的F數(shù)變得較小，從而使得(fT/fW)/FnoT大于條件(6)的上限值， 那么，雖然可以在不在望遠(yuǎn)端處充分地校正球面像差和軸上色差的情況下形成高質(zhì)量圖像，但是，由于光闌而可能出現(xiàn)的像面上的變化量可能增大。如果望遠(yuǎn)端處的F數(shù)變得較大，從而使得(fT/fW)/FnoT小于條件(6)的下限值， 那么需要增加第一透鏡單元Bl中包含的透鏡的數(shù)量以校正望遠(yuǎn)端處的球面像差。另外，在這種情況下，需要增大透鏡的外徑。結(jié)果，對于整個(gè)變焦范圍，軸外光線的耀斑成分的量可能增多。如果如下地變更條件(6)中的值的范圍，那么是更加有用的3. 25 < (fT/fff) /FnoT < 6. 50 (6a)。條件(7)提供關(guān)于包含于第三透鏡單元B3中的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的折射率的條件。如果第三透鏡單元B3的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的折射率變得比條件(7)的上限值高，那么透鏡表面的曲率半徑可能變得非常大。結(jié)果，不能適當(dāng)?shù)卦谕h(yuǎn)端處校正諸如球面像差的各種像差。另一方面，如果第三透鏡單元B3的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的折射率變得比條件 (7)的下限值低，那么曲率半徑可能變小以向該負(fù)透鏡分配預(yù)定的焦度。結(jié)果，變得難以校正像散。另外，在這種情況下，變得難以減小整個(gè)變焦透鏡的總尺寸。如果如下地變更條件(7)中的值的范圍，那么是更加有用的1. 84 < Nd3n < 2. 20 (7a)。條件(8)提供用于適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元B2的焦距以維持適當(dāng)?shù)淖兘贡炔⒂糜谶m當(dāng)?shù)匦Ｕ齈etzval和的條件。如果大于條件(8)的上限值，那么在變焦期間可能出現(xiàn)的第一透鏡單元Bl和第二透鏡單元B2中的像差的變化量可能變得非常大。結(jié)果，變得難以校正諸如像場彎曲的各種像差。另一方面，如果小于條件(8)的下限值，那么變得必須在變焦期間使第二透鏡單元B2移動大的量以實(shí)現(xiàn)高的變焦比。此外，透鏡的透鏡總長和外徑可能增大。為了有效地校正像差，如果如下地變更條件(8)中的值的范圍，那么是更加有用的4. 0 < fl/|f2| < 7. 0 (8a)。條件(9)提供用于通過包含于第三透鏡單元B3中的至少一個(gè)負(fù)透鏡適當(dāng)?shù)匦Ｕ畈⒂糜诰獾匦Ｕ蛎嫦癫詈湾缧蜗癫畹臈l件。如果大于條件(9)的上限值，那么需要增大包含于第三透鏡單元B3中的負(fù)透鏡的尺寸。如果小于條件(9)的下限值，那么變得難以維持包含于第三透鏡單元B3中的負(fù)透鏡的足夠高的焦度。結(jié)果，變得難以適當(dāng)?shù)匦Ｕh(yuǎn)端處的球面像差和彗形像差。為了有效地校正像差，如果如下地變更條件(9)中的值的范圍，那么是更加有用的0. 9 < tlmin/t3n < 4. 0 (9a)。在根據(jù)本發(fā)明的各示例性實(shí)施例的變焦透鏡中，包含于第三透鏡單元B3中的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的Knoop硬度(Hk3n)和包含于第一透鏡單元Bl中的透鏡的材料的 Knoop硬度中的最小Knoop硬度(Hklmin)可滿足以下條件0. 5 < Hk3n/Hklmin (10)。條件(10)提供關(guān)于當(dāng)向透鏡施加外力時(shí)或者由于材料的自重或者由于透鏡上的物理緊固而可能出現(xiàn)的透鏡的玻璃材料的變形的條件。如果小于條件(10)的下限值，那么機(jī)械強(qiáng)度可能變得不足。結(jié)果，透鏡可能變形或翹曲。另外，如果第三透鏡單元B3具有至少一個(gè)非球面透鏡表面，那么是有用的。通過上述配置，本發(fā)明的各示例性實(shí)施例可容易地實(shí)現(xiàn)高的孔徑比。此外，通過上述配置，各示例性實(shí)施例可在望遠(yuǎn)端處實(shí)現(xiàn)相對小的F數(shù)。另外，在具有上述配置的各示例性實(shí)施例中， 可以簡化第三透鏡單元B3之后的透鏡單元的配置。另外，如果后部透鏡單元LR具有總體正折光力(即，通過組合包含于后部透鏡單元LR中的透鏡單元的折光力而獲取的總體折光力)，那么是有用的。通過向后部透鏡單元 LR分配總體正折光力，對于根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡而言實(shí)現(xiàn)高的光學(xué)性能變得容易。在根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡中，后部透鏡單元LR可包含具有正折光力的第四透鏡單元。作為替代方案，后部透鏡單元LR可包含具有負(fù)折光力的第四透鏡單元B4 和具有正折光力的第五透鏡單元B5。通過上述配置，本發(fā)明的各示例性實(shí)施例可以在實(shí)現(xiàn)希望的焦距比(變焦比)的同時(shí)用簡單的配置實(shí)現(xiàn)具有適當(dāng)短的透鏡總長的變焦透鏡。在圖1和圖3所示的第一和第二示例性實(shí)施例中，在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦期間，通過向著像側(cè)移動第二透鏡單元B2來執(zhí)行可變倍率，并且，通過沿向著物側(cè)凸起的軌跡部分地移動第四透鏡單元B4來校正由于可變倍率而可能出現(xiàn)的像面上的變化。根據(jù)各示例性實(shí)施例的變焦透鏡是通過沿光軸移動第四透鏡單元B4來執(zhí)行聚焦的后對焦(rear focus)型變焦透鏡。在圖1和圖3所示的例子中，第四透鏡單元B4沿著由實(shí)曲線4a或點(diǎn)曲線4b指示的移動軌跡移動，以校正當(dāng)在無限遠(yuǎn)物體上和在近距離物體上聚焦時(shí)在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦期間可能出現(xiàn)的像面上的變化。通過沿向著物側(cè)凸起的軌跡移動第四透鏡單元B4，各示例性實(shí)施例可有效地利用存在于第三透鏡單元B3與第四透鏡單元B4之間的空間。另外，各示例性實(shí)施例可有效地減小透鏡總長。第一透鏡單元Bi、第三透鏡單元B3和孔徑光闌SP在變焦和聚焦期間是靜止的。在各示例性實(shí)施例中，通過如箭頭4c指示的那樣向著前方(向著物側(cè))移動第四透鏡單元B4，在望遠(yuǎn)端處的變焦位置處從無限遠(yuǎn)物體向近距離物體執(zhí)行聚焦。在第一示例性實(shí)施例中，第三透鏡單元B3從物側(cè)到像側(cè)依次包含正透鏡、孔徑光闌SP、由具有異常色散的材料制成的負(fù)透鏡、以及正透鏡。在第二示例性實(shí)施例中，第三透鏡單元B3從物側(cè)到像側(cè)依次包含正透鏡和由具有異常色散的材料制成的負(fù)透鏡。在圖5所示的第三示例性實(shí)施例中，在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦(可變倍率)期間，第一透鏡單元Bl向著物側(cè)移動。第二透鏡單元B2向著像側(cè)移動。第三透鏡單元B3向著物側(cè)移動。設(shè)置在第三透鏡單元B3的物側(cè)的孔徑光闌SP沿向著物側(cè)凸起的軌跡移動。 第四透鏡單元B4沿向著物側(cè)凸起的軌跡移動，以校正由于可變倍率而可能出現(xiàn)的像面上的變化。與上述第一和第二示例性實(shí)施例類似，第三示例性實(shí)施例采用通過移動第四透鏡單元B4來執(zhí)行聚焦的后對焦方法。在第三示例性實(shí)施例中，第三透鏡單元B3從物側(cè)到像側(cè)依次包含正透鏡、由具有異常色散的材料制成的負(fù)透鏡、以及正透鏡。在圖7所示的第四示例性實(shí)施例中，在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦期間，第二透鏡單元B2如箭頭指示的那樣向著像側(cè)移動。第一透鏡單元Bi、第三透鏡單元B3和第四透鏡單元B4向著物側(cè)移動。第五透鏡單元B5沿向著物側(cè)凸起的軌跡移動，以校正由于可變倍率而可能出現(xiàn)的像面上的變化。第四示例性實(shí)施例采用通過沿光軸移動第五透鏡單元B5來執(zhí)行聚焦的后對焦方法。在從無限遠(yuǎn)物體向近距離物體聚焦期間，在望遠(yuǎn)端處，第五透鏡單元B5如圖7中的箭頭5c指示的那樣向前移動。在圖7所示的例子中，第五透鏡單元B5沿著由實(shí)曲線5a或點(diǎn)曲線5b指示的移動軌跡移動，以校正當(dāng)在無限遠(yuǎn)物體上和在近距離物體上聚焦時(shí)在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦期間可能出現(xiàn)的像面上的變化。在第四示例性實(shí)施例中，第三透鏡單元B3從物側(cè)到像側(cè)依次包含正透鏡、由具有異常色散的材料制成的負(fù)透鏡、以及通過由具有異常色散的材料制成的負(fù)透鏡和正透鏡構(gòu)成的膠合(cemented)透鏡?，F(xiàn)在，將在下面參照圖10來描述使用根據(jù)本發(fā)明的各示例性實(shí)施例的變焦透鏡作為拍攝光學(xué)系統(tǒng)的便攜式攝像機(jī)(攝像機(jī))的示例性實(shí)施例。圖10例示了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡的便攜式攝像機(jī)(攝像機(jī))的主要部件。參照圖10，便攜式攝像機(jī)包括照相機(jī)體10和拍攝光學(xué)系統(tǒng)11。拍攝光學(xué)系統(tǒng)11 由根據(jù)上述示例性實(shí)施例中的任一個(gè)的變焦透鏡構(gòu)成。照相機(jī)體10包含諸如電荷耦合器件(CCD)傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器的固態(tài)圖像傳感器(光電轉(zhuǎn)換元件)12。圖像傳感器12被設(shè)置在照相機(jī)體10內(nèi)。此外，圖像傳感器12接收由拍攝光學(xué)系統(tǒng)11形成的物體圖像。另外，照相機(jī)體10包含取景器13，經(jīng)由取景器13，照相機(jī)的用戶可觀察在圖像傳感器12上形成的物體圖像?，F(xiàn)在，將在下面參照圖11來描述使用根據(jù)本發(fā)明的各示例性實(shí)施例的變焦透鏡作為拍攝光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字靜止照相機(jī)(圖像拾取裝置)的示例性實(shí)施例。圖11例示了使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的變焦透鏡的數(shù)字靜止照相機(jī)(圖像拾取裝置)的主要部件。參照圖11，數(shù)字靜止照相機(jī)包括照相機(jī)體20和由根據(jù)本發(fā)明的上述示例性實(shí)施例中的任一個(gè)的變焦透鏡構(gòu)成的拍攝光學(xué)系統(tǒng)21。另外，照相機(jī)體20包含諸如CCD傳感器或CMOS傳感器的固態(tài)圖像傳感器(光電轉(zhuǎn)換元件)22。圖像傳感器22被設(shè)置在照相機(jī)體 20內(nèi)。此外，圖像傳感器22接收由拍攝光學(xué)系統(tǒng)21形成的物體圖像。以下闡述分別與本發(fā)明的第一到第四示例性實(shí)施例對應(yīng)的數(shù)值例1 4。在數(shù)值例1 4中的每一個(gè)中，“i”(這里，i = 1、2、3...)表示從物側(cè)算起的表面的序號，“ri”表示第i個(gè)光學(xué)表面(第i個(gè)透鏡表面)的曲率半徑，“di”表示第i個(gè)表面與第(i+Ι)個(gè)表面之間的軸向空間，“ndi”和“vdi”分別表示第i個(gè)光學(xué)構(gòu)件的材料關(guān)于d線光的折射率和阿貝數(shù)?！?θ gF”表示相對部分色散。最接近像側(cè)的最后兩個(gè)表面等同于玻璃塊G。另外，“K”表示圓錐系數(shù)(conic coefficient)?！癆3”、“A4”、“A5”、“A6”、“A7，，、 “A8”、“A9”和“A10”中的每一個(gè)表示非球面系數(shù)。非球面形狀被表達(dá)為X = (H2/R)) / [1+ {1- (1+K) (H/R)2}1/2] +A3H3+A4H4+A5H5+A6H6+A7H7+A8H8+A9H9+A1OH10 這里，“X”表示在到光軸的高度為“H”的位置處的沿著光軸的從表面頂點(diǎn)開始的位移，“R”表示旁軸曲率半徑。在各數(shù)值例中，星號“ * ”表示非球面表面。各非球面系數(shù)的科學(xué)計(jì)數(shù)法“ e-x，，等同于指數(shù)計(jì)數(shù)法“1X10_X”?！癇F”表示空氣等效后焦點(diǎn)。在表1中闡述上述的各條件與各數(shù)值例之間的關(guān)系。數(shù)值例1單位mm表面數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元；具有負(fù)折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；以及包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的后部透鏡單元，其中，在變焦期間，各相鄰的透鏡單元之間的間隔變化，使得第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處大，并且第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處小，其中，第三透鏡單元包含至少一個(gè)負(fù)透鏡，以及其中，當(dāng)vd3n和θ gF3n分別為第三透鏡單元的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)和相對部分色散時(shí)，滿足以下條件(-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 570) < θ gF3n < (3. 15 X ICT4X vd3n2_l· 86Χ 1(Γ2Χ vd3n+0. 878)，5 < vd3n < 27。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)f3n是第三透鏡單元的至少一個(gè)負(fù)透鏡的焦距并且f3是第三透鏡單元的焦距時(shí)，滿足以下條件0. 5 < f 3n I /f 3 < 6. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)fT是整個(gè)變焦透鏡在望遠(yuǎn)端處的焦距并且f2 是第二透鏡單元的焦距時(shí)，滿足以下條件5. 0 < fT/ I f 2 < 25. 0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)fT是整個(gè)變焦透鏡在望遠(yuǎn)端處的焦距并且f3 是第三透鏡單元的焦距時(shí)，滿足以下條件0.1 < f3/fl < 1. 0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)fW和fT分別是整個(gè)變焦透鏡在廣角端處的焦距和在望遠(yuǎn)端處的焦距并且FnoT是望遠(yuǎn)端處的F數(shù)時(shí)，滿足以下條件3. 2 < (fT/fff) /FnoT <15。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)Nd3n是第三透鏡單元的至少一個(gè)負(fù)透鏡的材料的折射率時(shí)，滿足以下條件1.84 < Nd3n < 2. 50。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)fl和f2分別是第一透鏡單元的焦距和第二透鏡單元的焦距時(shí)，滿足以下條件3. O < fl/|f2 < 10. 0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，當(dāng)t3n是第三透鏡單元的至少一個(gè)負(fù)透鏡在光軸上的厚度并且tlmin是包含于第一透鏡單元中的透鏡之中的在光軸上具有最小厚度值的透鏡的厚度時(shí)，滿足以下條件0. 8 < tlmin/t3n < 5. 0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述后部透鏡單元對于整個(gè)變焦范圍具有總體正折光力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述后部透鏡單元由具有正折光力的第四透鏡單元組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，所述后部透鏡單元由具有負(fù)折光力的第四透鏡單元和具有正折光力的第五透鏡單元組成。
12.—種圖像拾取裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1 11中的任一項(xiàng)的變焦透鏡；和被配置為接收由所述變焦透鏡形成的圖像的圖像傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及變焦透鏡和具有變焦透鏡的圖像拾取裝置。一種變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有正折光力的第一透鏡單元；具有負(fù)折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；以及包含一個(gè)或更多個(gè)透鏡單元的后部透鏡單元。在變焦期間，各相鄰的透鏡單元之間的間隔變化，使得第一透鏡單元與第二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處大，并且，第二透鏡單元與第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處比在廣角端處小。第三透鏡單元包含至少一個(gè)負(fù)透鏡。基于預(yù)定的條件式來適當(dāng)?shù)卦O(shè)定負(fù)透鏡的材料的阿貝數(shù)(vd3n)和相對部分色散(θgF3n)。
文檔編號G02B15/20GK102221740SQ20111009723
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者宮沢伸幸, 齋藤慎一郎, 木村友紀(jì) 申請人:佳能株式會社