專利名稱：變焦透鏡以及配備該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，并且尤其涉及適用于諸如數(shù)字照相機(jī)、視頻照相機(jī)、TV照相機(jī)和監(jiān)控照相機(jī)的圖像拾取裝置的變焦透鏡。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，使用固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取裝置(諸如視頻照相機(jī)和數(shù)字照相機(jī))已在維持高功能性的同時(shí)被小型化。另外，當(dāng)圖像拾取裝置在具有高功能性的情況下被小型化時(shí)，其中使用的光學(xué)系統(tǒng)需要是具有良好的光學(xué)性能(諸如寬視角、高變焦比以及高孔徑t匕)的小型化的變焦透鏡。此外，需要如下這樣的可回縮變焦透鏡，其中通過(guò)在其不使用時(shí)使每個(gè)透鏡單元回縮直至與在成像狀態(tài)下的距離不同的距離，減小透鏡從照相機(jī)身突出的長(zhǎng)度，以便獲得緊湊的照相機(jī)以及變焦透鏡的高變焦比。
作為具有小型化的整體變焦透鏡、寬視角和高變焦比的變焦透鏡，已知其中負(fù)折光力的透鏡單元最接近物側(cè)的負(fù)引導(dǎo)型變焦透鏡。作為負(fù)引導(dǎo)型變焦透鏡，已知三單元的變焦透鏡，其從物側(cè)到像側(cè)依次包括負(fù)折光力的第一透鏡單元、正折光力的第二透鏡單元和正折光力的第三透鏡單元(參照日本專利申請(qǐng)公開No. 2007-108531以及美國(guó)專利No. 6124984)。為了在負(fù)引導(dǎo)型三單元變焦透鏡中獲得整個(gè)變焦透鏡的小型化并且維持高變焦t匕，增大該變焦透鏡的各透鏡單元的折光力是有效的。另外，為了獲得緊湊的圖像拾取裝置，使用如下這樣的可回縮變焦透鏡是有效的，在該可回縮變焦透鏡中，通過(guò)在其不使用時(shí)將各透鏡單元回縮直至與成像狀態(tài)的距離不同的距離來(lái)減小該透鏡從照相機(jī)身突出的長(zhǎng)度。但是，例如，如果各透鏡單元的折光力被簡(jiǎn)單地加強(qiáng)以獲得寬視角和高變焦比并且使整個(gè)變焦透鏡小型化，則由變焦導(dǎo)致的像差的變化增大，從而難以在整個(gè)變焦范圍上獲得良好的光學(xué)性能。此外，如果對(duì)于變焦和聚焦的各透鏡單元的移動(dòng)量增大，則整個(gè)透鏡長(zhǎng)度因此增大，從而需要復(fù)雜的透鏡筒配置以獲得希望的回縮長(zhǎng)度。通常，由于各透鏡單元的移動(dòng)量與變焦比強(qiáng)相關(guān)，因此這樣的趨勢(shì)隨著變焦比增大而變得顯著。另外，為了獲得高孔徑比，具有孔徑光闌的透鏡單元尺寸變大，并且邊緣光線的直徑增大。結(jié)果，大量的非必要光束入射到像面，從而光學(xué)性能劣化。出于此原因，必須提供高效地校正像差的對(duì)策(諸如增大透鏡的數(shù)量)。如果各透鏡單元的透鏡的數(shù)量增大，則對(duì)于回縮的總透鏡長(zhǎng)度增大，從而難以使照相機(jī)小型化。出于此原因，在負(fù)引導(dǎo)型三單元變焦透鏡中，重要的是適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各透鏡單元的配置以便在整個(gè)變焦透鏡在具有寬視角和高變焦比的情況下被小型化時(shí)，獲得希望的回縮長(zhǎng)度。例如，如果在沒(méi)有適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元的配置或折光力的情況下獲得寬視角和高變焦比，難以獲得良好的光學(xué)性能。另外，整個(gè)變焦透鏡尺寸變大。盡管上述日本專利申請(qǐng)公開No. 2007-108531提供了在35mm鹵化銀膠片照相機(jī)的情況下具有約36mm的焦距以及約3. 0的變焦比的變焦透鏡，但是捕獲視角不是寬視角，并且變焦比不足。另外，盡管美國(guó)專利No. 6124984提出了 F數(shù)為2. 7的變焦透鏡，但是像側(cè)透鏡單元由于孔徑光闌而具有大尺寸，并且孔徑比不可忽略并且亮度不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面針對(duì)如下這樣的變焦透鏡以及配備該變焦透鏡的圖像拾取裝置，在整個(gè)變焦透鏡緊湊的同時(shí)，該變焦透鏡能夠在整個(gè)變焦范圍上獲得具有寬視角和高變焦比的良好的光學(xué)性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含負(fù)折光力的第一透鏡單元、正折光力的第二透鏡單元以及正折光力的第三透鏡單元，各透鏡單元在變焦期間移動(dòng)，其中第二透鏡單元從物側(cè)到像側(cè)依次包含兩個(gè)正透鏡、一個(gè)負(fù)透鏡以及一個(gè)正透鏡，并且滿足以下條件式I. 73〈Nd2p〈l. 92 以及 I. 90〈Nd2n〈2. 40，其中，Nd2p指示該第二透鏡單元中的正透鏡的材料的對(duì)于d線的平均折射率，并且Nd2n指示該第二透鏡單元中的負(fù)透鏡的材料的對(duì)于d線的折射率。從參考附圖對(duì)示例實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征和方面將變得清晰。


并入說(shuō)明書中并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖I是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖2A、2B和2C是根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。圖3是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖4A、4B和4C是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。圖5是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖6A、6B和6C是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。圖7是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖8A、8B和SC是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。圖9是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖10A、10B和IOC是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。圖11是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖12A、12B和12C是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。圖13是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。
圖14A、14B和14C是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖像拾取裝置的主要部件的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各示例性實(shí)施例、特征和方面。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的變焦透鏡是從物側(cè)到像側(cè)依次包含負(fù)折光力的第一透鏡單元、正折光力的第二透鏡單元以及正折光力的第三透鏡單元的負(fù)引導(dǎo)型變焦透鏡，其中各透鏡單元在變焦期間移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的變焦透鏡是負(fù)引導(dǎo)型，其在寬視角和小型化方面是有利的。此外，為了獲得高變焦比，使用包括負(fù)折光力、正折光力和正折光力的透鏡單元的三單元配置。特別地，在第二透鏡單元L2的透鏡中使用高折射率玻璃材料，以實(shí)現(xiàn)高孔徑比的小型化。對(duì)于由于大孔徑導(dǎo)致的增大的球面像差，使用高折射率材料減小透鏡的曲率并且抑制球面像差的增大。另外，通過(guò)布置比第二透鏡單元L2的負(fù)透鏡更接近物側(cè)的兩個(gè)或更多個(gè)正透鏡并且減小射線的折射角，抑制球面像差或彗形像差(coma)的產(chǎn)生，從而在具有高孔徑比的情況下獲得良好的光學(xué)性能。圖I是示出在廣角端的根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡的透鏡截面圖。圖2A、2B和2C是根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第一實(shí)施例涉及變焦比為3. 8并且孔徑比為2. r5. I的變焦透鏡。圖3是示出在廣角端的根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡的截面圖。圖4A、4B和4C是根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第二實(shí)施例涉及變焦比為3. 9并且孔徑比為2. r5. 7的變焦透鏡。圖5是示出在廣角端的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡的截面圖。圖6A、6B和6C是根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第三實(shí)施例涉及變焦比為3. 8并且孔徑比為2. r5. 4的變焦透鏡。圖7是示出在廣角端的根據(jù)第四實(shí)施例的變焦透鏡的截面圖。圖8A、8B和SC是根據(jù)第四實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第四實(shí)施例涉及變焦比為3. 5并且孔徑比為2. r5. I的變焦透鏡。圖9是示出在廣角端的根據(jù)第五實(shí)施例的變焦透鏡的截面圖。圖10AU0B和IOC是根據(jù)第五實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第五實(shí)施例涉及變焦比為3. 7并且孔徑比為2. r5. 4的變焦透鏡。圖11是示出在廣角端的根據(jù)第六實(shí)施例的變焦透鏡的截面圖。圖12A、12B和12C是根據(jù)第六實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第六實(shí)施例涉及變焦比為3. 7并且孔徑比為2. r5. 4的變焦透鏡。圖13是示出在廣角端的根據(jù)第七實(shí)施例的變焦透鏡的截面圖。圖14A、14B和14C是根據(jù)第七實(shí)施例的變焦透鏡的分別在廣角端、中間焦距和望遠(yuǎn)端的像差圖。第七實(shí)施例涉及變焦比為3. 8并且孔徑比為2. r5. I的變焦透鏡。圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖像拾取裝置的主要部件的示意圖。各實(shí)施例的變焦透鏡是諸如視頻照相機(jī)或數(shù)字照相機(jī)的圖像拾取裝置中使用的照相透鏡系統(tǒng)。在透鏡截面圖中，左側(cè)指的是物側(cè)(前側(cè))，并且右側(cè)指的是像側(cè)(后側(cè))。在透鏡截面圖中，i指示透鏡單元的從物側(cè)起的順序，并且Li指示第i個(gè)透鏡單元。對(duì)于各實(shí)施例的透鏡，將考慮曲率、折射率和沿光軸的厚度，而不管材料如何。例如，在復(fù)制透鏡(replica lens)的情況下，該透鏡可通過(guò)接合多個(gè)透鏡被得到。在此情況下，接合透鏡的折射率可表示其中接合的透鏡的折射率的均值。G指示諸如濾光器、相位差板(phase plate)、晶體低通濾波器和紅外截止濾波器或者它們的組合的光學(xué)塊。IP指示像面，當(dāng)變焦透鏡用于視頻照相機(jī)或數(shù)字照相機(jī)的拍攝光學(xué)系統(tǒng)中時(shí)，該像面對(duì)應(yīng)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。在像差圖中，d和g分別指示夫浪和費(fèi)(Fraunhofer) d線和g線，并且AM和AS分別指示子午像面和弧矢像面。倍率的色差由g線表示。《指示半視角(以度來(lái)衡量)，并且Fno指示F數(shù)。在下文所述的各實(shí)施例中，廣角端和望遠(yuǎn)端指的是當(dāng)變焦透鏡單元定位在機(jī)構(gòu)的光軸上的可移動(dòng)范圍內(nèi)的各端部時(shí)的變焦位置。 各實(shí)施例的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包括負(fù)折光力的第一透鏡單元LI、正折光力的第二透鏡單元L2和正折光力的第三透鏡單元L3。在從廣角端到望遠(yuǎn)端變焦期間，如透鏡截面圖中的箭頭所指示的，第一透鏡單元LI通過(guò)朝像側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)，第二透鏡單元L2朝物側(cè)移動(dòng)，并且第三透鏡單元L3朝像側(cè)移動(dòng)。各實(shí)施例的變焦透鏡通過(guò)移動(dòng)第二透鏡單元L2執(zhí)行主變焦，并且通過(guò)沿朝像側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)第一透鏡單元LI并且朝像側(cè)移動(dòng)第三透鏡單元L3，校正由變焦導(dǎo)致的像面的移動(dòng)。特別地，通過(guò)允許第三透鏡單元L3用作物鏡(field lens)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)使用固態(tài)圖像傳感器等獲得的圖像拾取裝置中所必需的像側(cè)遠(yuǎn)心聚焦。具有固定孔徑比的機(jī)械光闌(耀斑截止光闌(flare-cut stop)) FS被布置在第二透鏡單元L2的像側(cè)。機(jī)械光闌FS切斷使光學(xué)性能劣化的有害光線。通常，如果在整個(gè)變焦范圍上孔徑增大，則軸向光束以大的量入射。但是，同時(shí)，軸外光束也入射直至該軸向光束通過(guò)的高度。如果大量光入射，則軸外光束的上方光束(over-beam)經(jīng)受彗形耀斑，這樣對(duì)光學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。機(jī)械光闌FS切斷軸外光束的上方光束。在這樣的機(jī)械光闌FS中,通過(guò)設(shè)定最大有效直徑,軸外光束的上方光束的彗形耀斑在整個(gè)變焦范圍上被最大地切斷，在該最大有效直徑下在望遠(yuǎn)端的軸向光束沒(méi)有被切斷。結(jié)果，在整個(gè)變焦范圍上可獲得良好的光學(xué)性能。另外，在不增大透鏡數(shù)量的情況下，通過(guò)在第一和第三透鏡單元LI和L3之間插入孔徑光闌以使用第一和第三透鏡單元LI和L3去除各種軸外像差，可獲得良好的光學(xué)性能。接下來(lái)，將詳細(xì)描述各透鏡單元的配置。第一透鏡單元LI從物側(cè)到像側(cè)依次包含具有面向像側(cè)的凹面的負(fù)透鏡11和具有面向像側(cè)的凹面的彎月形的正透鏡12。第一透鏡單元LI具有將軸外主光束聚焦到孔徑光闌的中心的功能。特別地，在廣角側(cè)，由于軸外主光束的折射量大，因此容易產(chǎn)生尤其包括像散和畸變的各種軸外像差。在這一點(diǎn)上，根據(jù)本實(shí)施例，使用包括單個(gè)負(fù)透鏡11和單個(gè)正透鏡12的第一透鏡單元LI，抑制最接近物側(cè)的透鏡的直徑的增大。另外，負(fù)透鏡11的物側(cè)透鏡表面被設(shè)定為具有其中負(fù)折光力從透鏡中心到透鏡周邊增大的非球面形狀，并且像側(cè)透鏡表面被設(shè)定為具有其中負(fù)折光力從透鏡中心向透鏡周邊減小的非球面形狀。結(jié)果，適當(dāng)?shù)匦Ｕ裆ⅰＡ硗?，由于第一透鏡單元LI包括少量透鏡(兩個(gè)透鏡)，整個(gè)透鏡具有緊湊的尺寸。由于第一透鏡單元LI包括由高折射率材料制成的少量透鏡(兩個(gè)透鏡)，在徑向方向上也獲得緊湊的尺寸。在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖像拾取裝置中，可通過(guò)圖像處理(電子校正)校正圖像的畸變。結(jié)果，容易使整個(gè)變焦透鏡小型化。另外，第一透鏡單元LI的負(fù)透鏡11的物側(cè)透鏡表面之外的每一透鏡表面具有近似于以孔徑光闌SP與光軸的交點(diǎn)為中心的同心球面表面的透鏡形狀，以便抑制由軸外主光束的折射產(chǎn)生的軸外像差。負(fù)透鏡11的物側(cè)透鏡表面具有近軸平坦的或者近似平坦的形狀，以便在允許有多至可電子校正的量的畸變的同時(shí)校正像場(chǎng)彎曲。第二透鏡單元L2包括具有面向物側(cè)的凸面的正透鏡21、具有面向物側(cè)的凸面的正透鏡22、具有面向像側(cè)的凹面的負(fù)透鏡23、以 及正透鏡24。盡管正透鏡22和負(fù)透鏡23被接合以提供接合透鏡，但是它們可被獨(dú)立地設(shè)置。如果在廣角端實(shí)現(xiàn)大的孔徑，則在孔徑光闌SP附近的軸向光束在徑向方向上變寬，使得諸如球面像差或彗形像差的像差增大。通常，當(dāng)光束在透鏡表面被折射時(shí)生成像差。像差隨著折射增大而增大。出于此原因，正透鏡21被布置在光軸上的如下這樣的位置，在該位置處像側(cè)軸向光束通過(guò)孔徑光闌SP被升高至徑向方向上的最高位置。另外，通過(guò)使得透鏡具有面向物側(cè)的凸形形狀并且適當(dāng)?shù)卦O(shè)定折光力(折光力等于焦距的倒數(shù))，光束被平穩(wěn)地折射，并且各種像差的生成被抑制。另外，通過(guò)使得正透鏡21的兩個(gè)表面都具有非球面形狀，尤其包括球面像差和彗形像差的像差被適當(dāng)?shù)匦Ｕ?。變焦透鏡被配置為通過(guò)在正透鏡21的像側(cè)布置具有面向物側(cè)的凸形形狀的正透鏡22來(lái)分割光束的折射，從而抑制球面像差的產(chǎn)生。球面像差或彗形像差由在正透鏡21和22處折射光束而產(chǎn)生。通過(guò)使得負(fù)透鏡23的像側(cè)透鏡表面朝像側(cè)為凹形以逆向地折射光束，來(lái)校正在正透鏡21和22中產(chǎn)生的諸如球面像差或彗形像差的這樣的像差。為了校正正透鏡21和22中產(chǎn)生的各種像差，負(fù)透鏡23的像側(cè)透鏡表面具有一定的折光力是必要的。另外，在廣角端第二透鏡單元L2在光軸方向上的位置由整個(gè)透鏡系統(tǒng)中的折光力的布置限定。為了在具有大孔徑比的情況下維持光學(xué)性能，正透鏡21、正透鏡22和負(fù)透鏡23的在光軸方向上的位置被唯一地確定。具體來(lái)說(shuō)，在大孔徑尺寸時(shí)，焦深尤其在廣角端變淺。因此，必須適當(dāng)?shù)匦Ｕ駡?chǎng)彎曲。在此情況下，如果整個(gè)變焦透鏡的折光力未被優(yōu)化，則Petzval和被破壞，從而難以校正像場(chǎng)彎曲。另外，為了獲得高孔徑比，第二透鏡單元L2的最后一個(gè)透鏡被布置在像面附近是有利的。在具有高孔徑比的透鏡系統(tǒng)中，軸向光束在入射到像面IP時(shí)的角度隨著孔徑增大而增大。出于此原因，如果沒(méi)有通過(guò)在像面附近布置正透鏡24來(lái)折射軸向光束，則在該處在廣角端軸向光束被升高至最高位置的正透鏡21沿徑向方向增大，使得難以校正球面像差。因此，通過(guò)除了布置在像面附近的正折光力的第三透鏡單元L3之外還布置在第二透鏡單元L2的像側(cè)的正透鏡24以分割折射，緩解了球面像差的生成，并且抑制了正透鏡21的大小。結(jié)果，可有助于高孔徑比。
基于上文描述，正透鏡21、正透鏡22以及負(fù)透鏡23的在光軸方向上的位置以及最接近于第二透鏡單元L2的正透鏡24的像側(cè)透鏡表面的在光軸方向上的位置變得重要，以便尤其當(dāng)孔徑增大時(shí)抑制球面像差的生成。如果通過(guò)使第二透鏡單元L2的最接近像側(cè)的正透鏡24更接近正透鏡21、正透鏡22和負(fù)透鏡23來(lái)實(shí)現(xiàn)小型化，則由于第二透鏡單元L2的折光力的布置而難以校正像場(chǎng)彎曲。此外，難以減小變焦期間的球面像差的變化。特別地，第三透鏡單元L3包括具有面向物側(cè)的凸面的正透鏡31，并且用作用于使像側(cè)遠(yuǎn)心的物鏡。如果sk’指示后焦距(back focus，BF)，f3指示第三透鏡單元L3的焦距，以及￠3指示第三透鏡單元L3的成像倍率，則建立以下關(guān)系s k' =f3 (I- ^ 3),其中，0〈33〈1.0·
這里，如果在從廣角端到望遠(yuǎn)端變焦期間第三透鏡單元L3朝像側(cè)移動(dòng)，則后焦距sk’減小，并且第三透鏡單元L3的成像倍率P 3在廣角端增大。結(jié)果，由于第三透鏡單元L3可分擔(dān)可變倍率(variable power),則可減小第二透鏡單元L2的移動(dòng)量。另外,通過(guò)減小用于獲得預(yù)定的變焦比的第二透鏡單元L2的變焦期間的移動(dòng)量，可有助于整個(gè)變焦透鏡的小型化。當(dāng)使用各實(shí)施例的變焦透鏡將近的物體成像時(shí)，第一透鏡單元LI朝物側(cè)移動(dòng)?？商娲?，第三透鏡單元L3可朝物側(cè)移動(dòng)。另外，當(dāng)使用第三透鏡單元L3執(zhí)行聚焦時(shí)，通過(guò)在從廣角端到望遠(yuǎn)端變焦期間朝像側(cè)移動(dòng)第三透鏡單元L3，在對(duì)于聚焦移動(dòng)量增大的廣角端的像側(cè)布置第三透鏡單元L3。出于此原因，可使變焦和聚焦所需的第三透鏡單元L3的總移動(dòng)量最小。結(jié)果，可容易地使整個(gè)變焦透鏡小型化。在各實(shí)施例中，第二透鏡單元L2從物側(cè)到像側(cè)依次包含兩個(gè)正透鏡、一個(gè)負(fù)透鏡和一個(gè)正透鏡。當(dāng)Nd2p指示該第二透鏡單元L2中的正透鏡的材料的對(duì)于d線的平均折射率，并且Nd2n指示該第二透鏡單元L2中的負(fù)透鏡的材料的對(duì)于d線的折射率時(shí)，滿足以下條件式I. 73<Nd2p<l. 92(1)I. 90<Nd2n<2. 40(2)條件式(I)和(2)將適當(dāng)?shù)叵薅ǖ诙哥R單元L2的正透鏡的材料的平均折射率以及第二透鏡單元L2的負(fù)透鏡的材料的折射率，以便獲得高孔徑比和良好光學(xué)性能。如果超出條件式(I)和(2)中任一個(gè)的下限，則盡管第二透鏡單元L2被稍微小型化，但是Petzval和被破壞。結(jié)果，像場(chǎng)彎曲大大增大，并且難以獲得良好的光學(xué)性能。另外，必須增大第二透鏡單元L2的透鏡有效直徑，以便獲得高孔徑比。因此，球面像差增大，并且難以獲得良好的光學(xué)性能。另外，更有用的，條件式(I)和(2)可被如下地重新建立I. 73<Nd2p<l. 90 (Ia)I. 90<Nd2n<2. 30 (2a)條件式(la)和(2a)要限定條件式(I)和(2)的上限的數(shù)值。如果值高于該上限，則各透鏡的折射率增大，并且透鏡的厚度可減小。但是，隨著孔徑增大，球面像差和彗形像差劣化。此外，在望遠(yuǎn)端的軸向色差劣化，使得難以獲得良好的光學(xué)性能。
在各實(shí)施例中，更有用地是，滿足以下條件式中的至少一個(gè)。fl指示第一透鏡單元LI的焦距，f2指示第二透鏡單元L2的焦距，fw指示整個(gè)變焦透鏡在廣角端的焦距，ft指示整個(gè)變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的焦距，f21指示第二透鏡單元L2的位于最接近物側(cè)的位置處的正透鏡21的焦距，并且m2指示在從廣角端到望遠(yuǎn)端變焦期間第二透鏡單元L2的在光軸方向上的移動(dòng)量(當(dāng)朝像側(cè)移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)量的符號(hào)被設(shè)定為正)。Dd2指示第二透鏡單元L2在光軸上的厚度，并且Dd21指示第二透鏡單元L2的最接近物側(cè)的正透鏡21的該光軸上的厚度。Nd2min指示第二透鏡單元L2的透鏡的材料之中的最小的對(duì)于d線的折射率。f2p指示第二透鏡單元L2的正透鏡的平均焦距。R21a指示第二透鏡單元L2的最接近物側(cè)的正透鏡21的物側(cè)透鏡表面的曲率半徑，并且R21b指示正透鏡21的像側(cè)透鏡表面的曲率半徑。這里，有用地是，滿足以下條件式中的至少一個(gè)0. 15<f2/ V (fw ft)〈I. 15(3) 0. 75<f21/f2<l. 60(4)0. 95<m2/f21<2. 20(5)I. 90〈Dd2/Dd21〈4. 00 (6)I. 65<Nd2min<l. 85(7)0. 90<f2p/f2<4. 00 (8)-I. 30〈(R21a+R21b)/(R21a_R21b)〈-I.00 (9)0. 90<f2/|fl |<1. 20(10)I. 50<f2/fw<2. 60(11)接下來(lái)，將描述各條件式的技術(shù)含義。條件式(3)涉及整個(gè)變焦透鏡在廣角端的焦距和整個(gè)變焦系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端的焦距之間的積的平方根對(duì)于第二透鏡單元L2的焦距的比率。條件式(3)是用于通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元L2的焦距使整個(gè)透鏡系統(tǒng)小型化并且獲得高孔徑比和良好光學(xué)性能的條件式。如果超出條件式(3)的上限，則第二透鏡單元L2的正折光力減小。因此，在變焦期間第二透鏡單元L2的移動(dòng)量增大，以便獲得希望的變焦比，使得難以使整個(gè)變焦透鏡小型化。更有用地，條件式(3a)被如下設(shè)定0. 20<f2/ V (fw ft)〈I. 15 (3a)如果超出條件式(3a)的下限，并且第二透鏡單元L2的折光力增大，則像場(chǎng)彎曲尤其在廣角端增大，并且像散劣化。此外，球面像差由于高孔徑比而劣化，使得難以獲得良好的光學(xué)性能。另外，由于第二透鏡單元L2的透鏡的數(shù)量增大以便校正像散和彗形像差，因此難以獲得小型化。另外，更有用地，條件式(3a)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定0. 40<f2/ V (fw ft)〈I. 15 (3b)條件式(4)用于限定第二透鏡單元L2的最接近物側(cè)的正透鏡21的焦距。如果超出條件式(4)的下限，則第二透鏡單元L2的最接近物側(cè)的正透鏡21中的用于折射軸向光束的折光力大大增大，使得難以校正球面像差、彗形像差等。另外，由于焦深隨著孔徑比增大而變淺，因此必須適當(dāng)?shù)匦Ｕ駡?chǎng)彎曲。但是，如果條件式(4)的下限被超出，則Petzval和減小，并且顯著地產(chǎn)生像場(chǎng)彎曲，這不是有用的。更有用地，條件式(4)被如下設(shè)定
0. 75<f21/f2<l. 50 (4a)條件式(4a)用于限定條件式(4)的上限。如果條件式(4a)的上限被超出，則第二透鏡單元L2的最接近物側(cè)的正透鏡21的折光力增大，使得難以校正球面像差、彗形像差等，這不是有用的。更有用地，條件式(4a)被如下設(shè)定0. 75<f21/f2<l. 25 (4b)更有用地，條件式(4b)被如下設(shè)定 0. 75<f21/f2<l. 15 (4c)條件式(5)是用于關(guān)于在從廣角端到望遠(yuǎn)端變焦期間第二透鏡單元L2的移動(dòng)量m2主要使透鏡系統(tǒng)最小化并且獲得良好的光學(xué)性能的條件的條件式。這里，當(dāng)?shù)诙哥R單元L2在望遠(yuǎn)端相對(duì)于廣角端位于像側(cè)時(shí)，移動(dòng)量m2的符號(hào)被設(shè)為正，或者當(dāng)?shù)诙哥R單元L2位于物側(cè)時(shí)，移動(dòng)量m2的符號(hào)被設(shè)為負(fù)。如果條件式(5)的上限被超出，則第二透鏡單元L2的用于變焦的移動(dòng)量增大，并且總透鏡長(zhǎng)度增大，這不是有用的。更有用地，條件式(5)被如下設(shè)定I. 00<m2/f21<2. 20 (5a)如果條件式(5a)的下限被超出，則第二透鏡單元L2的在變焦期間的移動(dòng)量減小。因此，為了獲得希望的變焦比，必須增大第二透鏡單元L2的折光力。結(jié)果，第二透鏡單元L2增大球面像差和軸向色差，這不是有用的。另外，由于第二透鏡單元L2的透鏡的透鏡表面的曲率增大，第二透鏡單元L2的厚度增大，并且總透鏡長(zhǎng)度增大，使得難以實(shí)現(xiàn)小型化。更有用地，條件式(5a)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定I. 25<m2/f21<2. 20 (5b)更有用地，條件式(5b)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定I. 50<m2/f21<2. 15 (5c)條件式(6)是用于通過(guò)限定第二透鏡單元L2在光軸上的厚度來(lái)使透鏡系統(tǒng)小型化的條件式。如果條件式(6)的上限被超出，則第二透鏡單元L2在光軸上的厚度增大，使得難以實(shí)現(xiàn)小型化。另外，更有用地，條件式(6)被如下設(shè)定2. 0〈Dd2/Dd21〈3. 70 (6a)條件式(7)是用于通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元L2的透鏡的材料的折射率使透鏡系統(tǒng)小型化并且獲得良好光學(xué)性能的條件式。如果條件式(7)的下限被超出，則必須增加第二透鏡單元L2的各透鏡的折光力以便獲得希望的變焦比。出于此原因，透鏡表面的曲率、尤其是像側(cè)透鏡表面的曲率半徑減小，使得難以執(zhí)行透鏡形成。另外，由于第二透鏡單元2的透鏡的數(shù)目增大以便通過(guò)減小曲率獲得希望的變焦比，因而整個(gè)變焦透鏡的尺寸增大，這不是有用的。在包括從物側(cè)到像側(cè)依次布置的負(fù)折光力的第一透鏡單元和正折光力的第二透鏡單元的變焦透鏡中，第二透鏡單元L2中的光束的高度尤其在廣角側(cè)增大。出于此原因，在第二透鏡單元L2中誤差敏感性容易增大。如果在第二透鏡單元L2的透鏡中使用高折射率光學(xué)材料，則可在不增加透鏡表面的曲率的情況下增大透鏡的折光力。
更有用地，條件式(7)被如下設(shè)定I. 69<Nd2min<l. 80 (7a)條件式(8 )是用于通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元L2的正透鏡的焦距(折光力的倒數(shù))來(lái)使透鏡系統(tǒng)小型化并且獲得良好的光學(xué)性能的條件式。如果條件式(8)的下限被超出，則第二透鏡單元L2的各正透鏡的透鏡表面的曲率增大，使得難以校正球面像差。如果條件式(8)的上限被超出，則正透鏡的折光力減小，使得難以校正在第一透鏡單元LI中產(chǎn)生的負(fù)的Petzval和。這使得難以獲得良好的光學(xué)性倉(cāng)泛。更有用地，條件式(8)被如下設(shè)定0. 95<f2p/f2<3. 50 (8a)
更有用地，條件式(8a)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定0. 98<f2p/f2<3. 30 (8b)條件式(9)是用于通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元的最接近物側(cè)的正透鏡21的透鏡形狀來(lái)獲得良好的光學(xué)性能的條件式。在具有高孔徑比的變焦透鏡中，從正折光力的第二透鏡單元L2中的最接近物側(cè)的正透鏡21顯著地產(chǎn)生球面像差。條件式(9)限定了為了抑制球面像差的量的第二透鏡單元L2中的最接近物側(cè)的正透鏡21所滿足的形狀因子(透鏡形狀)。如果條件式(9)的上限被超出，則難以高效地校正從第二透鏡單元L2產(chǎn)生的球面像差。另外，更有用地，條件式(9)被如下設(shè)定-I. 25〈(R21a+R21b)/(R21a-R21b)〈-l. 00 (9a)條件式(9a)用于提供條件式(9)的另一個(gè)下限。即使當(dāng)條件式(9a)的下限被超出，仍難以高效地校正在第二透鏡單元L2中產(chǎn)生的球面像差。更有用地，條件式(9a)的數(shù)值范圍被如下地設(shè)定-I. 18〈(R21a+R21b)/(R21a-R21b)〈-l. 00(9b)更有用地，條件式(9b)的數(shù)值范圍被如下地設(shè)定-I. 13〈(R21a+R21b)/(R21a-R21b)〈-l. 00(9c)條件式(10)用于限定第二透鏡單元L2和第一透鏡單元LI之間的折光力的比率。如果條件式(10)的下限被超出，則第二透鏡單元L2的正折光力顯著增大。因此，特別地，像場(chǎng)彎曲在廣角端增大，并且像散劣化。另外，必須增大在變焦期間第一透鏡單元LI的移動(dòng)量。因此，前透鏡有效直徑增大，并且總透鏡長(zhǎng)度增大，這不是有用的。更有用地，條件式(10)被如下設(shè)定0. 90<f2/|fl |<1. IO(IOa)條件式(IOa)用于提供條件式(10)的另一個(gè)上限。如果條件式(IOa)的上限被超出，則第二透鏡單元L2的正折光力減小。因此，必須增大第一和第三透鏡單元LI和L3之間的空氣距離的變化量，以便獲得希望的變焦比。結(jié)果，整個(gè)變焦透鏡尺寸變大，這不是有用的。更有用地，條件式(IOa)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定0. 85<f2/|fl |<1. 05 (IOb)條件式(11)是用于通過(guò)關(guān)于第二透鏡單元L2的焦距和整個(gè)變焦透鏡在廣角端的焦距之間的比率適當(dāng)?shù)卦O(shè)定第二透鏡單元L2的焦距以使整個(gè)變焦透鏡小型化并且獲得光學(xué)性能的平衡的條件式。如果條件式(11)的上限被超出，則第二透鏡單元L2的正折光力減小。因此，必須增大第一和第三透鏡單元LI和L3之間的空氣距離的變化量，以便獲得希望的變焦比。結(jié)果，整個(gè)變焦透鏡的尺寸變大，這不是有用的。更有用地，條件式(11)被如下設(shè)定I. 60<f2/fw<2. 60 (Ila)條件式(11 a )用于提供條件式(11)的另一下限。如果條件式(Ila)的下限被超出，則第二透鏡單元L2的正折光力過(guò)大地增大。因此，在第二透鏡單元L2中顯著地產(chǎn)生各種像差，使得難以使用少量的透鏡校正像差。更有用地，條件式(Ila)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定
I. 70<f2/fw<2. 50 (Ilb)更有用地，條件式(Ilb)的數(shù)值范圍被如下設(shè)定I. 80<f2/fw<2. 30 (Ilc)另外，在上述條件式中的每一個(gè)中，只有通過(guò)進(jìn)一步限定各條件式的范圍獲得的附加條件式的上限或下限可被前述條件式的上限或下限替代。如上所述，根據(jù)各示例性實(shí)施例，可獲得在從廣角端到望遠(yuǎn)端的整個(gè)變焦范圍中具有高孔徑比、高性能、寬視角和高變焦比的緊湊的變焦透鏡。接下來(lái)，將對(duì)于具體數(shù)值數(shù)據(jù)描述對(duì)應(yīng)于第一至第七實(shí)施例的數(shù)值示例I 7。在各數(shù)值示例中，i指示在物側(cè)的光學(xué)表面的順序指示透鏡表面的曲率半徑；di指示第i表面和第(i + I)表面之間的在光軸上的距離或間隔；并且ndi和vdi分別指示相對(duì)于d線的第i光學(xué)部件的材料的折射率和阿貝數(shù)。各透鏡單元可具有球面表面和非球面表面的組合。因此，為了進(jìn)行區(qū)分，非球面表面由在表面號(hào)右側(cè)的星號(hào)(*)指示。在非球面表面中，以表面頂點(diǎn)為基準(zhǔn)在距光軸為高度h的位置處沿光軸方向的位移X可被如下表達(dá)X= (h2/R)/[l+{l-(l+k) (h/R)2} ] 1/2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10,其中，k指示錐形常數(shù)，A4、A6、AS和AlO分別指示四階、六階、八階和十階非球面常數(shù)，并且R指示旁軸曲率半徑。以科學(xué)記數(shù)法“e - 00x”表達(dá)的值等同于以指數(shù)記數(shù)法“XIO-x”表達(dá)的值。另外，上述的條件式和數(shù)值示例之間的關(guān)系在表I中示出。數(shù)值示例I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)依次包含負(fù)折光力的第一透鏡單元、正折光力的第二透鏡單元以及正折光力的第三透鏡單元，各透鏡單元在變焦期間移動(dòng)， 其中第二透鏡單元從物側(cè)到像側(cè)依次包含兩個(gè)正透鏡、一個(gè)負(fù)透鏡以及一個(gè)正透鏡，并且 其中滿足以下條件式I. 73〈Nd2p〈l. 92 以及1.90〈Nd2n〈2. 40， 這里，Nd2p指示該第二透鏡單元中的正透鏡的材料的對(duì)于d線的平均折射率，并且Nd2n指示該第二透鏡單元中的負(fù)透鏡的材料的對(duì)于d線的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式O.15<f2/ V (fw · ft)〈I.15， 這里，f2指示該第二透鏡單元的焦距，fw指示整個(gè)變焦透鏡在廣角端的焦距，并且ft指示整個(gè)變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式O.75<f21/f2<l. 60, 這里，f2指示該第二透鏡單元的焦距，并且f21指示該第二透鏡單元中的最接近物側(cè)的正透鏡的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式0.95<m2/f21<2.20, 這里，f21指示該第二透鏡單元中的最接近物側(cè)的正透鏡的焦距，并且m2指示在從廣角端到望遠(yuǎn)端變焦期間該第二透鏡單元的沿光軸方向的移動(dòng)量，當(dāng)該第二透鏡單元朝像側(cè)移動(dòng)時(shí)該移動(dòng)量的符號(hào)為正。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式I.90〈Dd2/Dd21〈4. 00， 這里，Dd2指示該第二透鏡單元的在光軸上的厚度，并且Dd21指示該第二透鏡單元的最接近物側(cè)的正透鏡的在所述光軸上的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式1.65〈Nd2min〈l.85， 這里，Nd2min指示該第二透鏡單元中的透鏡的材料中的對(duì)于d線的具有最小折射率的材料的折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式O.90<f2p/f2<4. 00， 這里，f2指示該第二透鏡單元的焦距，并且f2p指示該第二透鏡單元中的正透鏡的平均焦距。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式-I. 30〈(R21a+R21b)/(R21a_R21b)<_1· 00， 這里，R21a指示該第二透鏡單元中的最接近物側(cè)的正透鏡的物側(cè)透鏡表面的曲率半徑，并且R21b指示該第二透鏡單元中的最接近物側(cè)的正透鏡的像側(cè)透鏡表面的曲率半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式.0.90<f2/|fl|<1.20， 這里，fl指示該第一透鏡單元的焦距，并且f2指示該第二透鏡單元的焦距。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，滿足以下條件式 . 1.50<f2/fw<2. 60, 這里，f2指示該第二透鏡單元的焦距，并且fw指示整個(gè)變焦透鏡在廣角端的焦距。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，該第一透鏡單元包括一個(gè)負(fù)透鏡和一個(gè)正透鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，該第三透鏡單元包括一個(gè)正透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變焦透鏡，其中，該變焦透鏡被配置為在固態(tài)圖像傳感器上形成圖像。
14.一種圖像拾取裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的變焦透鏡以及被配置為接收由所述變焦透鏡形成的圖像的固態(tài)圖像傳感器。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了變焦透鏡以及配備該變焦透鏡的圖像拾取裝置。該變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包含負(fù)折光力的第一透鏡單元、正折光力的第二透鏡單元以及正折光力的第三透鏡單元，各透鏡單元在變焦期間移動(dòng)，其中第二透鏡單元從物側(cè)到像側(cè)依次包含兩個(gè)正透鏡、一個(gè)負(fù)透鏡以及一個(gè)正透鏡，并且該第二透鏡單元中的正透鏡的材料的對(duì)于d線的平均折射率Nd2p以及該第二透鏡單元中的負(fù)透鏡的材料的對(duì)于d線的折射率Nd2n被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
文檔編號(hào)G02B15/177GK102798966SQ201210159798
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者大久保洋輔 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社