專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng)和包含變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)，更特別地，涉及適用于諸如數(shù)字靜物照相機(jī)或視頻照 相機(jī)的圖像拾取裝置的變焦透鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
要求用于數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字視頻照相機(jī)等中的變焦透鏡系統(tǒng)提供寬的場(chǎng)角、高的 變焦比、小型的(compact)尺寸和高的光學(xué)性能。在各使用固態(tài)圖像拾取元件的照相機(jī)(圖像拾取裝置)中，諸如低通濾波器或色 校正濾波器的各種光學(xué)部件被設(shè)置在透鏡端部和固態(tài)圖像拾取元件之間。出于這種原因， 要求用于這些圖像拾取裝置中的變焦透鏡系統(tǒng)提供長(zhǎng)的后焦距(back focus)。并且，為了 防止顏色發(fā)暗(color shading)，要求變焦透鏡系統(tǒng)提供優(yōu)異的像側(cè)遠(yuǎn)心特性。作為被配置為容易地確保后焦距的光學(xué)系統(tǒng)，存在負(fù)先導(dǎo)(negative-lead)變焦 透鏡系統(tǒng)，其中，具有負(fù)折光力的透鏡單元被設(shè)置為最接近物側(cè)。這樣的變焦透鏡系統(tǒng)是已知的所述變焦透鏡系統(tǒng)被減小尺寸且在像側(cè)是遠(yuǎn)心 的，并且包含按從物側(cè)到像側(cè)的順序布置的具有負(fù)折光力的第一透鏡單元、具有正折光力 的第二透鏡單元和具有正折光力的第三透鏡單元(US 6822808,US 6498687、日本專利申請(qǐng) 公開 No. 2004-61675、US 7333275、US 7215483、US 7113347、US 7295381)。為了在包含這三個(gè)單元的變焦透鏡系統(tǒng)中，在使整個(gè)系統(tǒng)減小尺寸的同時(shí)在整個(gè) 變焦范圍中獲得高的光學(xué)性能，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各透鏡單元的透鏡配置是重要的。特別地，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定構(gòu)成第一透鏡單元的各透鏡的配置和材料以減少由變焦導(dǎo)致 的各種像差的變化是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)按從物側(cè)到像側(cè)的順序包含具有負(fù)折光力的第一透 鏡單元；具有正折光力的第二透鏡單元；和具有正折光力的第三透鏡單元，第一透鏡單元、 第二透鏡單元和第三透鏡單元移動(dòng)以執(zhí)行變焦，其中，第一透鏡單元按從物側(cè)到像側(cè)的順 序包含具有負(fù)折光力的第一透鏡元件和具有正折光力的第二透鏡元件，并且，其中，當(dāng)?shù)谝?透鏡元件的材料的折射率為附1、第二透鏡元件的材料的阿貝數(shù)為vl2、并且第一透鏡元件 在物側(cè)和像側(cè)的透鏡表面的曲率半徑分別為Rlla和Rllb時(shí)，滿足以下的條件1. 81 < Nil ；vl2<20.0;并且0 < (Rlla+Rllb)/(Rlla-Rllb) ( 1.0。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)整個(gè)透鏡系統(tǒng)是小型的并且在整個(gè)變焦范圍上提供高的光學(xué)性能 的變焦透鏡系統(tǒng)、以及包含該變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取裝置。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)截面圖。圖2A、圖2B和圖2C是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的像差圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)截面圖。圖4A、圖4B和圖4C是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的像差圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)截面圖。圖6A、圖6B和圖6C是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的像差圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)截面圖。圖8A、圖8B和圖8C是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的像差圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)的光學(xué)截面圖。圖10A、圖10B和圖10C是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的像差圖。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置的主要部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)包含按從物側(cè)到像側(cè)的順序布置的具有負(fù)折光力的 第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元和具有正折光力的第三透鏡單元，并且移動(dòng) 各透鏡單元以執(zhí)行變焦。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端(短焦距端)的透 鏡截面圖。圖2A、圖2B和圖2C分別是根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中在廣角端、中間 變焦位置和望遠(yuǎn)端(長(zhǎng)焦距端)的像差圖。第一實(shí)施例表示變焦比約為4. 71并且孔徑比 (apertureratio)約為2. 94至6. 00的變焦透鏡系統(tǒng)。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的 變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的透鏡截面圖。圖4A、圖4B和圖4C分別是根據(jù)第二實(shí)施例的變焦 透鏡系統(tǒng)中在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差圖。第二實(shí)施例表示變焦比約為4. 72 并且孔徑比約為2. 88至6. 05的變焦透鏡系統(tǒng)。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的透鏡截面圖。圖 6A、圖6B和圖6C分別是根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn) 端的像差圖。第三實(shí)施例表示變焦比約為4. 75并且孔徑比約為2. 73至6. 06的變焦透鏡系 統(tǒng)。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的透鏡截面圖。圖8A、 圖8B和圖8C分別是根據(jù)第四實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端 的像差圖。第四實(shí)施例表示變焦比約為4. 47并且孔徑比約為2. 83至6. 10的變焦透鏡系 統(tǒng)。圖9是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端的透鏡截面圖。圖10A、 圖10B和圖10C分別是根據(jù)第五實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端 的像差圖。第五實(shí)施例表示變焦比約為4. 63并且孔徑比約為2. 88至7. 78的變焦透鏡系 統(tǒng)。圖11是示出包含本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的數(shù)字靜物照相機(jī)的主要部分的示意圖。根據(jù)各實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)是用于圖像拾取裝置中的圖像拍攝透鏡系統(tǒng)。在透 鏡截面圖中，左側(cè)是物側(cè)(前方)，右側(cè)是像側(cè)(后方)。在透鏡截面圖中，從物側(cè)到像側(cè)的 各透鏡單元的次序由“i”表示，并且，第i個(gè)透鏡單元由Li表示。描述根據(jù)第一到第五實(shí) 施例的變焦透鏡系統(tǒng)的特征。在圖1、圖3、圖5、圖7和圖9的透鏡截面圖中，第一透鏡單元
5L1具有負(fù)折光力(光焦度=焦距的倒數(shù)(inverse))，第二透鏡單元L2具有正折光力，第三 透鏡單元L3具有正折光力。F數(shù)確定部件SP(以下，也被稱為“孔徑光闌”)用作用于確定(限制)開口(open) F數(shù)(Fno)光通量的孔徑光闌，并且設(shè)置在第二透鏡單元L2的像側(cè)。光學(xué)塊G與光學(xué)濾波 器、面板、晶體低通濾波器或紅外截止濾波器對(duì)應(yīng)。像面IP被設(shè)置。當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)被用 作視頻照相機(jī)或數(shù)字靜物照相機(jī)的圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，諸如CCD傳感器或CMOS傳感器的 固態(tài)圖像拾取元件(光電變換器)的圖像拾取表面被放置在像面IP中。當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)被用作鹵化銀膠片照相機(jī)的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，與膠片表面對(duì) 應(yīng)的感光表面被放置在像面IP中。在像差圖中，F(xiàn)數(shù)由Fno表示，d線和g線分別由d和g 表示，子午像面和弧矢像面分別由AM和AS表示，橫向色差由g線表示。半場(chǎng)角由《表 示。在以下的各實(shí)施例中，廣角端和望遠(yuǎn)端與用于變倍(magnification varying)的透鏡 單元(第二透鏡單元L2)在機(jī)構(gòu)上位于該透鏡單元在光軸上可移動(dòng)的范圍的兩端的情況中 的變焦位置對(duì)應(yīng)。在各實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，在從廣角端向望遠(yuǎn)端的變焦期間，第一透鏡單元 L1基本上沿朝像側(cè)凸起的軌跡往復(fù)移動(dòng)。第二透鏡單元L2向物側(cè)移動(dòng)，第三透鏡單元L3 向像側(cè)移動(dòng)。在這種狀態(tài)中，在望遠(yuǎn)端，各透鏡單元移動(dòng)，使得與廣角端相比，第一透鏡單元 L1和第二透鏡單元L2之間的間隔變小并且第二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3之間的間 隔變大，以執(zhí)行變焦。各實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)移動(dòng)第二透鏡單元L2以進(jìn)行主變倍，并且 往復(fù)移動(dòng)第一透鏡單元L1以校正由變倍導(dǎo)致的像點(diǎn)的移動(dòng)。還通過第三透鏡單元L3的移動(dòng)進(jìn)行變倍。與通過一個(gè)透鏡單元執(zhí)行變倍的情況 相比，防止了各透鏡單元的折光力增大。通過向物側(cè)移動(dòng)第三透鏡單元L3，執(zhí)行從無(wú)限遠(yuǎn) 物體到近距離物體上的聚焦。F數(shù)確定部件SP沿光軸方向被設(shè)置在第二透鏡單元L2的像 側(cè)。利用如上所述的孔徑光闌SP的布置，可以減小望遠(yuǎn)端的第一透鏡單元L1和第二透鏡 單元L2之間的間隔。出于這種原因，可以充分地確保變焦期間第二透鏡單元L2向物例的移動(dòng)量。結(jié) 果，可以以高的變焦比縮短望遠(yuǎn)端的透鏡的總長(zhǎng)度。在各實(shí)施例中，F(xiàn)數(shù)確定部件SP的孔 徑尺寸在各變焦位置上改變，以確定各變焦位置處的最小Fno(F數(shù))。結(jié)果，廣角端和望遠(yuǎn) 端的F數(shù)的變化減小，并且防止了第二透鏡單元L2的有效直徑增大。在各實(shí)施例中，第一透鏡單元L1包含從物側(cè)起依次布置的具有負(fù)折光力的第 一-第一透鏡元件Gl 1和具有正折光力的第一-第二透鏡元件G12。第一透鏡單元L1包含 優(yōu)異地校正色差所必需的最少數(shù)量的透鏡，以由此使第一透鏡單元L1減小尺寸。第一透鏡 單元L1的第一 _第一透鏡元件G11由低色散(dispersed)材料制成，其第一-第二透鏡元 件G12由高色散材料制成，以使第一 _第一透鏡元件G11和第一-第二透鏡元件G12的折 光力盡可能小，從而減小各透鏡的厚度。并且，第一 _第一透鏡元件Gl 1和第一-第二透鏡 元件G12由折射率高的材料制成，以使第一透鏡單元L1變薄。在各實(shí)施例中，假定第一 _第一透鏡元件G11的材料的折射率為附1，第一-第二 透鏡元件G12的材料的阿貝數(shù)為V12，并且第一-第一透鏡元件在物側(cè)和像側(cè)的透鏡表面的 曲率半徑分別為Rlla和Rllb。在這種情況下，滿足以下的條件式。1. 81 < Nil…⑴
vl2 < 20. 0... (2)0 < (Rlla+Rllb)/(Rlla-Rllb)彡 1. 0 ... (3)條件式(1)涉及構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一 _第一透鏡元件G11的材料的折 射率。當(dāng)該折射率比條件式(1)的下限小時(shí)，為了獲得希望的折光力，透鏡外周部(outer periphery)變得較厚。因此，難以使第一透鏡單元L1變薄。并且，在廣角側(cè)頻繁出現(xiàn)像場(chǎng) 彎曲(fieldcu rvature)，因此，不希望該折射率比條件式(1)的下限小。條件式(2)涉及構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一 _第二透鏡元件G12的材料的阿貝 數(shù)。當(dāng)該阿貝數(shù)比條件式(2)的上限大時(shí)，校正色差所必需的第一-第二透鏡元件G12的 折光力變高，并且，第一 _第二透鏡元件G12變厚。因此，難以使第一透鏡單元L1變薄。條件式(3)涉及構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一 _第一透鏡元件G11的透鏡配置。為 了使第一-第一透鏡元件(第一前透鏡元件)G11的透鏡直徑減小尺寸，優(yōu)選盡可能在物側(cè) 布置入射光瞳位置。為了實(shí)現(xiàn)該布置，優(yōu)選第一 _第一透鏡元件G11在物側(cè)的透鏡表面向 著物側(cè)不是凸起而是凹進(jìn)。當(dāng)物側(cè)的透鏡表面超過條件式(3)的上限、并且提供向物側(cè)凸 起的極度彎月配置時(shí)，入射光瞳位置位于像側(cè)，并且第一-第一透鏡元件G11的透鏡直徑增 大。當(dāng)物側(cè)的透鏡表面降到其下限之下且提供向物側(cè)凹進(jìn)的配置并且其曲率增大時(shí)，像場(chǎng) 彎曲在廣角側(cè)增大，并且球面像差在望遠(yuǎn)側(cè)增大。因此，不優(yōu)選增大的曲率。更優(yōu)選地，條 件式⑴和⑶的數(shù)值范圍可被如下設(shè)定1. 825 < Nil. . . (la)vl2 < 19... (2a)0. 3 < (Rlla+Rllb)/(Rlla-Rllb)彡 1. 0 …(3a)。如上所述，各實(shí)施例可獲得廣角端的半場(chǎng)角為37°或更大的寬場(chǎng)角、變焦比為4 或更大的高變焦比的減小透鏡直徑的小型變焦透鏡系統(tǒng)。并且，優(yōu)選滿足以下各種條件中 的一個(gè)或更多個(gè)。假定構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一-第二透鏡元件G12在像側(cè)的透鏡表面的曲率 半徑為R12b。假定構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一-第二透鏡元件G12在物側(cè)的透鏡表面的 曲率半徑為R12a。假定構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一 _第一透鏡元件G11的材料的阿貝數(shù) 為vll并且第一 _第二透鏡元件G12的材料的折射率為附2。假定第一透鏡單元L1、第二 透鏡單元L2和第三透鏡單元L3的焦距分別為fl、f2和f3。假定整個(gè)系統(tǒng)在廣角端和望 遠(yuǎn)端的焦距分別為fV和ft。假定第二透鏡單元L2的沿光軸方向的從廣角端延伸到望遠(yuǎn)端 的移動(dòng)量為M2。假定構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一-第二透鏡元件G12的焦距為H2。第 二透鏡單元L2包含最接近物側(cè)的、其物側(cè)表面為凸形的第二-第一透鏡元件G21，并且假定 第二-第一透鏡元件G21的材料的折射率為N21。在這種情況下，優(yōu)選滿足以下條件式中的 一個(gè)或更多個(gè)。-0. 5 < (Rlla+R12b)/(Rlla-R12b)彡 1. 0. . . (4)-7. 0 < (Rllb+R12a)/(Rllb-R12a) < -3. 0 …(5)30 < vll < 50. . . (6)1. 90 < N12…(7)0. 3 < | fl | /ft < 0. 6... (8)0. 3 < f2/ft < 0. 6. . . (9)
0. 6 < f3/ft <1.23. 5 < M2/fw < 5. 01. 4 < fl2/|fl | < 21. 8 < N21
(10) (11) (12) (13)條件式(4)涉及構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一-第一透鏡元件G11在物側(cè)的透鏡 表面、和構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一-第二透鏡元件G12在像側(cè)的透鏡表面。S卩，條件式 (4)涉及第一透鏡單元L1的入射表面和出射表面的配置。當(dāng)所述透鏡表面超過條件式(4) 的上限、并且第一-第一透鏡元件G11在物側(cè)的透鏡表面和第一-第二透鏡元件G12在像側(cè) 的透鏡表面均向物側(cè)凸起時(shí)，在望遠(yuǎn)側(cè)頻繁出現(xiàn)球面像差的高次分量(high-dimensional component)。當(dāng)所述透鏡表面降到條件式(4)的下限之下、并且第一-第一透鏡元件G11 在物側(cè)的透鏡表面的曲率比第一-第二透鏡元件G12在像側(cè)的透鏡表面的曲率大時(shí)，第一 透鏡單元L1的主點(diǎn)位置(principal point position)在物側(cè)傾斜。結(jié)果，在望遠(yuǎn)端，第一 透鏡單元L1和第二透鏡單元L2之間的間隔變得不足，這使得難以實(shí)現(xiàn)高的變焦比。條件式(5)涉及包含第一 _第一透鏡元件G11和第一-第二透鏡元件G12的空氣 透鏡的形狀因子。滿足條件式(5)的空氣透鏡為向物側(cè)凸起的彎月配置。當(dāng)所述形狀因子 超過條件式(5)的上限時(shí)，在廣角側(cè)像場(chǎng)彎曲和像散增大。當(dāng)所述形狀因子降到條件式(5) 的下限之下時(shí)，在望遠(yuǎn)側(cè)球面像差和軸向色差增大。條件式(6)涉及構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一-第一透鏡元件G11的材料的阿貝 數(shù)。當(dāng)所述阿貝數(shù)比條件式(6)的上限大時(shí)，即，當(dāng)所述材料具有低色散時(shí)，在一般的光學(xué) 玻璃中折射率變低。因此，難以使第一-第一透鏡元件G11變薄。當(dāng)所述阿貝數(shù)比條件式 (6)的下限小時(shí)，即，當(dāng)所述材料具有高色散時(shí)，在廣角端橫向色差增大，并且在望遠(yuǎn)端軸向 色差增大。條件式(7)涉及構(gòu)成第一透鏡單元L1的第一 _第二透鏡元件G12的材料的折射 率。當(dāng)所述折射率比條件式(7)的下限小時(shí)，難以使第一-第二透鏡元件G12變薄。當(dāng)?shù)?一-第二透鏡元件G12厚時(shí)，第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2之間的間隔在望遠(yuǎn)端變 得不足，這使得難以實(shí)現(xiàn)高的變焦比。條件式(8)涉及第一透鏡單元L1的焦距。當(dāng)?shù)谝煌哥R單元L1的焦距比條件式(8) 的上限長(zhǎng)時(shí)，在廣角端透鏡的整個(gè)長(zhǎng)度(從第一透鏡表面到像面的距離)增大。當(dāng)?shù)谝煌?鏡單元L1的焦距比條件式(8)的下限短時(shí)，在第一透鏡單元L1中頻繁出現(xiàn)各種像差。特 別地，在廣角側(cè)像場(chǎng)彎曲和橫向色差增大，并且，在望遠(yuǎn)側(cè)球面像差和慧差增大。條件式(9)涉及第二透鏡單元L2的焦距。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2的焦距比條件式
(9)的上限長(zhǎng)時(shí)，獲得希望的變焦比所需要的第二透鏡單元L2的移動(dòng)量太大，并且，在望遠(yuǎn) 端透鏡的整個(gè)長(zhǎng)度增大。特別地，在保持透鏡的鏡筒可伸縮(collapsible)的配置中，當(dāng)嘗 試縮短可伸縮鏡筒的長(zhǎng)度時(shí)，鏡筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，并且，單元被增大尺寸且復(fù)雜化。因此，不優(yōu) 選第二透鏡單元L2的增大的焦距。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2的焦距比條件式(9)的下限短時(shí)， 各種像差增大。特別地，在整個(gè)變焦范圍上球面像差、慧差和軸向色差增大。條件式(10)涉及第三透鏡單元L3的焦距。當(dāng)?shù)谌哥R單元L3的焦距比條件式
(10)的上限長(zhǎng)時(shí)，由于使離軸光束(off-axislight flux)彎曲的作用弱化，因此對(duì)于像面 的入射角太大。結(jié)果，在固態(tài)圖像拾取元件中取得光的效率劣化，從而增加發(fā)暗。當(dāng)?shù)谌哥R單元L3的焦距比條件式(10)的下限短時(shí)，在第三透鏡單元L3中產(chǎn)生的各種像差頻繁出 現(xiàn)。特別地，在整個(gè)變焦范圍上橫向色差和像場(chǎng)彎曲增大。由于后焦距太短，因此難以確保 其中插入諸如低通濾波器或紅外截止濾波器的光學(xué)部件的空間。條件式(11)涉及由第二透鏡單元L2的變焦導(dǎo)致的移動(dòng)距離(移動(dòng)量，符號(hào)為 正)。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2的移動(dòng)距離比條件式(11)的上限長(zhǎng)時(shí)，保持透鏡的鏡筒的厚度沿 光軸方向增大。特別地，當(dāng)鏡筒可伸縮時(shí)，可伸縮的鏡筒的長(zhǎng)度增大，并且，難以配置薄的圖 像拾取裝置。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2的移動(dòng)距離比條件式(11)的下限短時(shí)，為了獲得希望的 變焦比(變倍比)，必須增大第二透鏡單元L2的折光力。在這種情況下，難以通過數(shù)量減少 的透鏡校正像差，并且，難以實(shí)現(xiàn)尺寸減小和較高性能。條件式(12)涉及第一透鏡單元L1的第一 _第二透鏡元件G12的焦距。當(dāng)?shù)谝?第 二透鏡元件G12的焦距比條件式(12)的上限長(zhǎng)時(shí)，對(duì)于第一透鏡單元L1中的色差的校正 不足，并且，在整個(gè)變焦范圍上，對(duì)于軸向色差和橫向色差的校正不足。當(dāng)?shù)谝?第二透鏡 元件G12的焦距顯著地比條件式(12)的下限短時(shí)，在望遠(yuǎn)側(cè)球面像差和慧差增大。條件式(13)限定第二透鏡單元L2的被布置為最接近物側(cè)的第二-第一透鏡元件 G21的材料的折射率。當(dāng)所述折射率比條件式(13)的下限低時(shí)，在整個(gè)變焦范圍上球面像 差和慧差增大。結(jié)果，即使使用非球面，也難以優(yōu)異地校正像差。更優(yōu)選地，條件式(4)至
(13)的數(shù)值范圍可被如下設(shè)定。-0. 4 < (Rlla+R12b)/(Rlla-R12b)彡 1. 0 …(4a)-6. 0 < (Rllb+R12a)/(Rllb-R12a) < _3. 5 …(5a)35 < vll < 49. . . (6a)1. 92 < N12. . . (7a)0. 40 < | fl | /ft < 0. 55... (8a)0. 4 < f2/ft < 0. 5... (9a)0. 7 < f3/ft < 1. 1... (10a)3. 7 < M2/fw < 4. 8. . . (11a)1. 45 < fl2/|fl | < 2. 3. . . (12a)1. 82 < N21... (13a)以下描述各透鏡單元的透鏡配置的具體特征。在第一到第五實(shí)施例中，第一透鏡 單元L1由按從物側(cè)到像側(cè)的順序布置的第一 _第一透鏡元件G11和第一-第二透鏡元件 G12制成，第一-第一透鏡元件G11具有負(fù)折光力，其像側(cè)的表面為凹形配置的；第一-第二 透鏡元件G12具有正折光力，其物側(cè)的表面為凸形和彎月配置的。利用上述的配置，在第一 透鏡單元L1由兩個(gè)透鏡制成并且整個(gè)透鏡系統(tǒng)被減小尺寸的同時(shí)，優(yōu)異地校正各種像差。在第一實(shí)施例中，第二透鏡單元L2包含其中按從物側(cè)到像側(cè)的順序布置的第 二 _第一透鏡元件G21被接合到第二 -第二透鏡元件G22的膠合透鏡(cemented lens)，第 二 _第一透鏡元件G21具有正折光力，其物側(cè)的表面為凸形和彎月配置的；第二 _第二透鏡 元件G22具有負(fù)折光力，其物側(cè)的表面為凸形和彎月配置的。第二透鏡單元L2還包含其中 第二 _第三透鏡元件G23被接合到具有雙凸配置的第二 _第四透鏡元件G24的膠合透鏡， 第二-第三透鏡元件G23具有負(fù)折光力，其物側(cè)的表面為凸形和彎月配置的。在第二、第三 和第四實(shí)施例中，第二透鏡單元L2包含第二-第一透鏡元件G21、其中第二-第二透鏡元件G22被接合到第二 -第三透鏡元件G23的膠合透鏡、和第二 _第四透鏡元件G24，第二 -第 一透鏡元件G21具有正折光力，其物側(cè)的表面為凸形的；第二 -第二透鏡元件G22具有正折 光力，其物側(cè)的表面為凸形的；第二 _第三透鏡元件G23具有負(fù)折光力，其像側(cè)的表面為凹 形的；第二 _第四透鏡元件G24具有正折光力。 在第五實(shí)施例中，第二透鏡單元L2包含其中第二 _第一透鏡元件G21被接合到第 二 _第二透鏡元件G22的膠合透鏡、和具有正折光力的第二 -第三透鏡元件G23，第二 -第 一透鏡元件G21具有正折光力，其物側(cè)的表面為凸形的；第二 -第二透鏡元件G22具有負(fù)折 光力，其像側(cè)的表面為凹形的。第二透鏡單元L2如上面描述的那樣被配置，使得色差和離 軸像差減小，并且，球面像差、慧差等被優(yōu)異地校正。第三透鏡單元L3用作用于確保遠(yuǎn)心性 質(zhì)的物鏡，并且由單個(gè)的第三_第一透鏡元件G31制成，第三-第一透鏡元件G31具有正折 光力，是雙凸配置的。 下面，描述與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)值實(shí)施例。在數(shù)值實(shí)施例 中，從物側(cè)對(duì)表面號(hào)“i”進(jìn)行計(jì)數(shù)。在數(shù)值實(shí)施例中，ri表示從物側(cè)計(jì)數(shù)的第i個(gè)透鏡表 面的曲率半徑，di表示從物側(cè)計(jì)數(shù)的第i個(gè)表面的透鏡厚度和空氣間隔。并且，ndi和vdi 分別表示從物側(cè)計(jì)數(shù)的第i個(gè)玻璃的材料相對(duì)于d線的折射率和阿貝數(shù)。表1示出上述的 各條件式和各數(shù)值實(shí)施例之間的關(guān)系。假定光軸方向?yàn)閄軸，與光軸垂直的方向是H軸，并 且光行進(jìn)方向?yàn)檎?。在這種情況下，當(dāng)旁軸曲率半徑由R表示，錐形常數(shù)由K表示，并且非 球面系數(shù)由A4、A6、A8、A10和A12表示時(shí)，非球面形狀由下式來(lái)表達(dá)。[等式1] +A4XH4+A6XH6+A8XH8+A10XH10 + A12XH12[e+x]意味著[X10+x]，并且，[e_x]意味著[X10_x]。通過由空氣換算從透鏡后表 面到旁軸像面的距離(后焦距)獲得的值由BF表示。通過將BF加到從透鏡前表面到透鏡 后表面的距離，獲得透鏡的總長(zhǎng)度。通過對(duì)表面號(hào)的后面添加*表示非球面。[數(shù)值實(shí)施例1]
單位mm
表面數(shù)據(jù)
表面號(hào)rdndvd
1oo1. 051..8495440.1
2*5. 1551. 23
37. 9631. 701..9459518.0
415. 503(可變)
5*3. 8301. 701.8495440.1
635. 0880. 501..8051825.4
73. 2280. 80
811. 6640. 501..6989530.1
95. 7592. 001..7725049.6
10-22. 0850. 50CN 10852912 A說明書
第五表面
K = -2. 51823e-001A4 =--2. 88572e-004A6 =--6.45912e
A8 = 2. 41205e-007A10 =-1. 45631e-008A12 =0
第十三表面
K = -8. 66414e+002A4 = lL57251e-004A6 =--3.29303e
A8 = 1.21213e-006A10 =-1.83080e-008A12 =0
各種數(shù)據(jù)
變焦比4. 72
廣角中間望遠(yuǎn)
焦距4. 427. 6420. 85
F數(shù)2. 883. 986. 05
場(chǎng)角37. 0026. 8810. 53
像高3. 333. 883. 88
總透鏡長(zhǎng)度32. 5629. 3638. 45
BF4. 174. 123. 93
d413. 346. 390. 35
dl23. 287. 0722. 40
dl44. 174. 123. 93
dl61. 001. 001. 000178
0179
0180 0181 0182
0183
0184
0185
0186
0187
0188
0189
0190
0191
0192
0193
0194
0195
0196
0197
0198
0199
0200 0201 0202
0203
0204
0205
0206
0207
0208
0209
0210 0211
313 單位mm 表面數(shù)據(jù) 表面號(hào) r
I* -40. 730 2* 6.281
310.941
422.988 5* 5.891
661.833
77.014
8376. 377
93. 749
10378.272
II-14.946 12 (光闌)① 13* 47.747 14 -16. 572 像面
非球面數(shù)據(jù)
第一表面
K = -2. 56017e+002 A8 = -5. 59595e-008
第二表面
K = -2. 50216e+000 A8 = 9. 94260e-007
第五表面
K = -2. 34319e-001 A8 = 7. 77388e-007 第十三表面 K = -6. 59795e+002 A8 = 1.21213e-006 各種數(shù)據(jù)
20. 95
d
1.05
2.12 1. 70 (可變)
1. 56 0. 20 1. 10 0. 40 0. 80 0. 90
0.50 (可變)
1.70 (可變)
nd
1. 90000
1. 94595
1. 90000
1. 69680 1. 80518
1. 69680 1. 69350
vd 48. 0
18. 0
48. 0
55. 5 25. 4
55. 5 53. 2
A4 = 9.66865e-005 A10 = 3. 31152e-010
A4 = 1.42822e-003 A10 = -1. 78646e-008
A4 = -3. 16178e-004 A10 = -4. 10861e-008
A4 = 3.95186e-004 A10 = -1. 83080e-008
A6 = 1.86470e-006 A12 = 0
A6 = -2. 45712e-005 A12 = 0
A6 = - 6. 54470e-006 A12 = 0
A6 = -3. 30974e-005 A12 = 0
0212]變焦比4. 750213]廣角中間望遠(yuǎn)0214]焦距4. 027. 0319. 100215]F數(shù)2. 733. 816. 060216]場(chǎng)角39. 6528. 8811. 47CN 10852912 A說明書
廣角中間望遠(yuǎn)
焦距4. 5513. 2321. 07
F數(shù)2. 885. 467. 78
場(chǎng)角36. 8816. 3210. 42
像高3. 413. 883. 88
總透鏡長(zhǎng)度32. 7231. 0937. 50
BF3. 603. 583. 56
d413. 642. 460. 29
dlO4. 9114. 4823. 08
dl23. 603. 583. 56
dl41. 241. 241. 24
變焦透鏡單元_女據(jù)
透鏡單元第一表面焦距
1 5 11
-10. 67 9. 23 19. 99
在表1中示出上述的各條件式和數(shù)值實(shí)施例中的各種數(shù)值之間的關(guān)系, [表1] 表1
16 下面，參照?qǐng)D11描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)字靜物照相機(jī)(圖像拾取裝置)， 其中，使用根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)作為圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)。在圖11中，數(shù)字靜物照相 機(jī)包含照相機(jī)主體20、和通過根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)配置的圖像拍攝光學(xué)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(光電變換器)22被并入照相機(jī)主體20 中，并且接收通過圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)21形成的對(duì)象圖像的光。存儲(chǔ)器23記錄與通過固態(tài) 圖像拾取元件22光電轉(zhuǎn)換的對(duì)象圖像對(duì)應(yīng)的信息。取景器24包含液晶顯示板等，并且被 用于觀察在固態(tài)圖像拾取元件22上形成的對(duì)象圖像。根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)被應(yīng)用 于諸如數(shù)字靜物照相機(jī)的圖像拾取裝置，由此實(shí)現(xiàn)具有高的光學(xué)性能的小圖像拾取裝置。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性 實(shí)施例。隨附的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的 結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
一種變焦透鏡系統(tǒng)，按從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元；具有正折光力的第二透鏡單元；以及具有正折光力的第三透鏡單元，第一透鏡單元、第二透鏡單元和第三透鏡單元移動(dòng)以執(zhí)行變焦，其中，第一透鏡單元按從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有負(fù)折光力的第一透鏡元件和具有正折光力的第二透鏡元件，以及其中，當(dāng)?shù)谝煌哥R元件的材料的折射率為N11、第二透鏡元件的材料的阿貝數(shù)為ν12、并且第一透鏡元件在物側(cè)和像側(cè)的透鏡表面的曲率半徑分別為R11a和R11b時(shí)，滿足以下的條件1.81＜N11；ν12＜20.0；以及0＜(R11a+R11b)/(R11a-R11b)≤1.0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)诙哥R元件在像側(cè)的透鏡表面的曲率 半徑為R12b時(shí)，滿足以下的條件-0. 5 < (Rlla+R12b)/(Rlla-R12b) ( 1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)诙哥R元件在物側(cè)的透鏡表面的曲率 半徑為R12a時(shí)，滿足以下的條件-7. 0 < (Rllb+R12a)/(Rllb-R12a)彡-3. 0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)谝煌哥R元件的材料的阿貝數(shù)為ν11、并 且第二透鏡元件的材料的折射率為N12時(shí)，滿足以下的條件30 < ν 11 < 50 ；1. 90 < N12。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)谝煌哥R單元的焦距為Π、并且整個(gè)系統(tǒng) 在望遠(yuǎn)端的焦距為ft時(shí)，滿足以下的條件0.3 < |n |/ft < ο. 6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)诙哥R單元的焦距為f2、并且整個(gè)系統(tǒng) 在望遠(yuǎn)端的焦距為ft時(shí)，滿足以下的條件0. 3 < f2/ft < 0. 6。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)谌哥R單元的焦距為f3、并且整個(gè)系統(tǒng) 在望遠(yuǎn)端的焦距為ft時(shí)，滿足以下的條件0.6 < f3/ft < 1. 2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)诙哥R單元的沿光軸方向的從廣角端 延伸到望遠(yuǎn)端的移動(dòng)距離為M2、并且整個(gè)系統(tǒng)在廣角端的焦距為fV時(shí)，滿足以下的條件3. 5 < M2/fw < 5. 0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)诙哥R元件的焦距為f12、并且第一透 鏡單元的焦距為Π時(shí)，滿足以下的條件1.4 < fl2/|fl I < 2. 5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)诙哥R單元包括最接近物側(cè)的、其在物側(cè)的表面為凸形的、具有正折光力的第三透鏡元件時(shí)，并且當(dāng)?shù)谌哥R元件的材料的折 射率為N21時(shí)，滿足以下的條件I.8 < N21。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中，當(dāng)從無(wú)限遠(yuǎn)物體聚焦到近距離物體上時(shí)， 第三透鏡單元向物側(cè)移動(dòng)。
12. —種圖像拾取裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)的變焦透鏡系統(tǒng)；以及 用于接收通過所述變焦透鏡系統(tǒng)形成的圖像的固態(tài)圖像拾取元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)和包含變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取裝置。提供一種小型的且高光學(xué)性能的變焦透鏡系統(tǒng)，按從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元；具有正折光力的第二透鏡單元；和具有正折光力的第三透鏡單元，第一透鏡單元、第二透鏡單元和第三透鏡單元移動(dòng)以執(zhí)行變焦。第一透鏡單元按從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有負(fù)折光力的第一透鏡元件和具有正折光力的第二透鏡元件，并且，其中，第一透鏡元件的材料的折射率(N11)、第二透鏡元件的材料的阿貝數(shù)(v12)、和第一透鏡元件在物側(cè)和像側(cè)的透鏡表面的曲率半徑(R11a、R11b)被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
文檔編號(hào)H04N5/225GK101852912SQ20101014974
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
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