專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng)、成像裝置和拍攝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡系統(tǒng)、成像裝置和拍攝設(shè)備，尤其是涉及對(duì)于數(shù)碼照相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)等設(shè)備的性能穩(wěn)定的高圖像質(zhì)量和尺寸小的變焦透鏡系統(tǒng)、包括該變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置以及包括該成像裝置的拍攝設(shè)備。
背景技術(shù)：
在采用諸如CCD(電耦合器件)和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)的固態(tài)圖像傳感器的數(shù)碼照相機(jī)中，為了諸如光學(xué)低通濾波器的構(gòu)件應(yīng)該被設(shè)置在透鏡元件的最后面部分與固態(tài)圖像傳感器之間，必須一種具有相對(duì)長(zhǎng)的后焦距的透鏡系統(tǒng)。另外，在數(shù)碼照相機(jī)的拍攝光學(xué)系統(tǒng)中，為了避免造成圖像表面周邊光量減小的陰影，需要滿意的遠(yuǎn)心特性。
在可以考慮的很多類型的數(shù)碼照相機(jī)中，有一款類型是緊湊型。作為適合于這種緊湊型數(shù)碼照相機(jī)的變焦的透鏡系統(tǒng)，在先有技術(shù)中已經(jīng)提出了三單元變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)從物方側(cè)開始的順序包括具有負(fù)光焦度的第一透鏡單元，具有正光焦度的第二透鏡單元和具有正光焦度的第三透鏡單元。本申請(qǐng)的發(fā)明者已經(jīng)提出一種適合于緊湊型的數(shù)碼照相機(jī)的三單元變焦透鏡系統(tǒng)(見專利文件1)。
國(guó)際公報(bào)第03/085440冊(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題雖然專利文件1中揭示的變焦透鏡系統(tǒng)有令人滿意的光學(xué)性能，但是有關(guān)在拍攝期間和不拍攝期間(也稱為縮回期間)的總長(zhǎng)度方面還有改進(jìn)的可能。如果將專利文件1中揭示的變焦透鏡系統(tǒng)的總長(zhǎng)直接變短，則整個(gè)透鏡系統(tǒng)的像差平衡將會(huì)降低。因此不能保持光學(xué)性能。
本發(fā)明的目標(biāo)之一是提供一種在拍攝和不拍攝期間有短總長(zhǎng)和高分辨率的變焦透鏡系統(tǒng)；以及采用這種變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置。另外，本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供包括該成像裝置的拍攝設(shè)備。
解決問題的手段下面的變焦透鏡系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上面描述的目標(biāo)之一。該變焦透鏡系統(tǒng)能通過可變的放大率形成物體的光學(xué)圖像。該變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元，正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中，這些透鏡單元分別沿著光軸移動(dòng)，使放大率隨著各個(gè)透鏡單元之間的距離的改變而變化，第一透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第一透鏡元件，該第一透鏡元件具有強(qiáng)曲率表面朝向像方側(cè)的負(fù)彎月形；和第二透鏡元件，該第二透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，所述第二透鏡單元包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第三透鏡單元僅包括一個(gè)正透鏡元件，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，所述第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)所述第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，且滿足以下條件|LW-LT|/LW＜0.1··(1)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，LW為在廣角極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，LT為在攝遠(yuǎn)極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，第二透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第三透鏡元件，該第三透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；為正透鏡元件的第四透鏡元件；為負(fù)透鏡元件的第五透鏡元件；和第六透鏡元件，該第六透鏡元件為凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件。
較好的是，所述第二透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第三透鏡元件，該第三透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；為負(fù)透鏡元件的第四透鏡元件；和第五透鏡元件，該第五透鏡元件為凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件。
較好的是，滿足以下條件1.9＜fG2/fW＜2.4··(2)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件3.2＜fG3/fW＜4.0··(3)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，fG3為第三透鏡單元的焦距，fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限條件下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件0.4＜fF/fG2＜1.1··(4)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及fF第二透鏡單元中最靠近物方側(cè)的透鏡元件的焦距。
較好的是，滿足以下條件0.9＜fR/fG2＜1.5··(5)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及
fR為第二透鏡單元中最靠近像方側(cè)的透鏡元件的焦距。
較好的是，滿足以下條件3＜r1F/fW＜10··(6)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，r1F為第一透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率，fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件2.0＜r2R/fW＜3.8··(7)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，r2R為第二透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率，fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件0.20＜dR/fG2×LW/fW＜0.29··(8)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，dR為第二透鏡元件的最靠近像方側(cè)的透鏡元件和與其相鄰的物方側(cè)的透鏡表面之間的軸向距離，fG2為第二透鏡單元的焦距，LW為在廣角極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度，以及fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件1.0＜rRF/fG2＜4.0··(9)
其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。較好的是，滿足以下條件-1.8＜(|rRF|-|rRR|)/fW＜-0.2··(10)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，rRR為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率半徑，rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑，fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件2＜rRF/fW＜5··(11)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑，fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
較好的是，滿足以下條件0.01＜(rRR+rRF)/(rRR-rRF)＜0.3··(12)其中，rRR為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率半徑，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
較好的是，滿足以下條件1.2＜(rRF+rNR)/(rRF-rNR)＜1.8··(13)其中，
rNR為第二透鏡單元中與最靠近像方側(cè)的透鏡元件相鄰的物方側(cè)的透鏡表面的曲率半徑，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
較好的是，第二透鏡單元沿著垂直于光軸的方向移動(dòng)，使由于變焦透鏡系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的圖像模糊可以得到補(bǔ)償，并且滿足以下條件1.7＜(1-mG2T)mG3T＜2.1··(14)其中，mG2T為當(dāng)拍攝距離為無窮大時(shí)在廣角極限下第二透鏡單元的放大率，以及mG3T為當(dāng)拍攝距離為無窮大時(shí)在廣角極限下第三透鏡單元的放大率。
下面的成像裝置可以實(shí)現(xiàn)上面提出的目標(biāo)之一。能夠?qū)⒈慌臄z物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)然后輸出該信號(hào)的成像裝置包括以可變放大率形成被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)；和將由變焦透鏡系統(tǒng)形成的被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)的圖像傳感器，其中，該變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元，正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中，這些透鏡單元分別沿著光軸移動(dòng)，使放大率隨著各個(gè)透鏡單元之間的距離的改變而變化，第一透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第一透鏡元件，該第一透鏡元件具有強(qiáng)曲率表面朝向像方側(cè)的負(fù)彎月形；和第二透鏡元件，該第二透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，所述第二透鏡單元包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第三透鏡單元僅包括一個(gè)正透鏡元件，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，所述第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)所述第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，且滿足上述條件(1)。
下面的拍攝設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)上面提出的目標(biāo)之一。能夠拍攝被拍攝物體的圖像并作為電圖像信號(hào)將其輸出的拍攝設(shè)備包括包括以可變放大率形成被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)和將由變焦透鏡系統(tǒng)形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)的圖像傳感器的成像裝置，其中，變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元，正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中，這些透鏡單元分別沿著光軸移動(dòng)，使放大率隨著各個(gè)透鏡單元之間的距離的改變而變化，第一透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第一透鏡元件，該第一透鏡元件具有強(qiáng)曲率表面朝向像方側(cè)的負(fù)彎月形；和第二透鏡元件，該第二透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，所述第二透鏡單元包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第三透鏡單元僅包括一個(gè)正透鏡元件，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，所述第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)所述第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，且滿足上述條件(1)。
本發(fā)明的效果本發(fā)明能夠提供具有在拍攝和不拍攝期間的短總體長(zhǎng)度以及高分辨率的變焦透鏡系統(tǒng)；和采用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置。另外，本發(fā)明能夠提供包括該成像裝置的拍攝設(shè)備。


圖1A是根據(jù)實(shí)施例1(例1)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖1B]圖1B是根據(jù)實(shí)施例1(例1)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖； 圖1C是根據(jù)實(shí)施例1(例1)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖2A]圖2A是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2B]圖2B是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2C]圖2C是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2D]圖2D是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2E]圖2E是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2F]圖2F是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2G]圖2G是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2H]圖2H是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖2I]圖2I是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖3A]圖3A是根據(jù)實(shí)施例2(例2)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖3B]圖3B是根據(jù)實(shí)施例2(例2)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖3C]圖3C是根據(jù)實(shí)施例2(例2)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖4A]圖4A是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4B]圖4B是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4C]圖4C是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4D]圖4D是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4E]圖4E是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4F]圖4F是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4G]圖4G是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4H]圖4H是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖4I]圖4I是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖5A]圖5A是根據(jù)實(shí)施例3(例3)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖5B]圖5B是根據(jù)實(shí)施例3(例3)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖5C]圖5C是根據(jù)實(shí)施例3(例3)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖6A]圖6A是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6B]圖6B是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6C]圖6C是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6D]圖6D是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6E]圖6E是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖； 圖6F是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6G]圖6G是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6H]圖6H是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖6I]圖6I是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖7A]圖7A是根據(jù)實(shí)施例4(例4)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖7B]圖7B是根據(jù)實(shí)施例4(例4)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖7C]圖7C是根據(jù)實(shí)施例4(例4)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖8A]圖8A是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8B]圖8B是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8C]圖8C是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8D]圖8D是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8E]圖8E是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8F]圖8F是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8G]圖8G是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8H]圖8H是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖8I]圖8I是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖9A]圖9A是根據(jù)實(shí)施例5(例5)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖9B]圖9B是根據(jù)實(shí)施例5(例5)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖9C]圖9C是根據(jù)實(shí)施例5(例5)的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；[圖10A]圖10A是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10B]圖10B是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10C]圖10C是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10D]圖10D是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10E]圖10E是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10F]圖10F是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10G]圖10G是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10H]圖10H是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖10I]圖10I是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖；[圖11A]圖11A是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖11B]圖11B是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖； 圖11C是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖11D]圖11D是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖11E]圖11E是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；. 圖11F是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖12A]圖12A是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖12B]圖12B是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖12C]圖12C是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖12D]圖12D是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖12E]圖12E是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖12F]圖12F是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖13A]圖13A是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖13B]圖13B是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖13C]圖13C是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖13D]圖13D是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖13E]圖13E是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖13F]圖13F是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖14A]圖14A是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖14B]圖14B是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖14C]圖14C是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖14D]圖14D是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖14E]圖14E是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖14F]圖14F是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖15A]圖15A是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖15B]圖15B是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖15C]圖15C是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖15D]圖15D是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖15E]圖15E是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖15F]圖15F是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)在攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖；[圖16]圖16是根據(jù)實(shí)施例6的數(shù)碼照相機(jī)的橫截面結(jié)構(gòu)圖。
附圖標(biāo)號(hào)說明G1第一透鏡單元G2第二透鏡單元G3第三透鏡單元L1第一透鏡L2第二透鏡L3第三透鏡L4第四透鏡L5第五透鏡L6第六透鏡L7第七透鏡A 光闌P 平面平行板S 像表面1 變焦透鏡系統(tǒng)2 固態(tài)圖像傳感器3 液晶顯示監(jiān)視器4 主體5 主鏡筒6 移動(dòng)鏡筒7 圓柱形凸輪具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1到5)圖1A到圖1C是根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖3A到圖3C是根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖5A到圖5C是根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖7A到圖7C是根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖9A到圖9C是根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。每一幅圖都顯示了在無窮遠(yuǎn)聚焦條件下的變焦透鏡系統(tǒng)。圖1A，3A，5A，7A和9A顯示了在廣角極限(最短焦距條件焦距為fW)下的透鏡結(jié)構(gòu)。圖1B，3B，5B，7B和9B顯示了在中間位置(中間焦距條件焦距fM＝(fW*fT)))的透鏡結(jié)構(gòu)。圖1C，3C，5C，7C和9C顯示了在攝遠(yuǎn)極限(最長(zhǎng)焦距條件焦距fT)下的透鏡結(jié)構(gòu)。
根據(jù)實(shí)施例1到5的每個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元G1，光闌A，正光焦度的第二透鏡單元G2和正光焦度的第三透鏡單元G3。在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦距透鏡系統(tǒng)中，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)第二透鏡單元和光闌單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，第三透鏡單元以凸向或凹向像方側(cè)移動(dòng)的軌跡移動(dòng)。這里，在每幅圖中，圖中最左邊所示的直線表示圖像表面S的位置。在其物方側(cè)設(shè)置諸如光學(xué)低通濾波器或圖像傳感器的面板的平面平行板P。在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦距透鏡系統(tǒng)中，這些透鏡單元按所要求的光焦度結(jié)構(gòu)排列，這樣整個(gè)透鏡系統(tǒng)在維持系統(tǒng)的光學(xué)性能的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)尺寸的減小。
在根據(jù)實(shí)施例1到5的在變焦透鏡系統(tǒng)中，以從物方側(cè)開始的順序，第一透鏡單元G1包括第一透鏡元件L1，L1具有帶有朝向像方側(cè)的強(qiáng)曲率表面的負(fù)彎月形狀和第二透鏡元件L2，L2為帶有朝向物方側(cè)的強(qiáng)曲率表面的正透鏡元件。另外，在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且?guī)в谐蛭锓絺?cè)的強(qiáng)曲率表面的正透鏡元件，和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在靠近物方側(cè)并且?guī)в谐蛭锓絺?cè)的凸面的正透鏡元件。由于根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)具有上述結(jié)構(gòu)，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，在該光學(xué)系統(tǒng)中，每個(gè)透鏡單元都由少量透鏡元件組成，并且在不用的時(shí)候該系統(tǒng)可以被緊湊地收容。
尤其是，在根據(jù)實(shí)施例1到4的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第三透鏡元件L3(即第二透鏡單元的最靠近物方側(cè)的透鏡元件)，L3為帶有朝向物方側(cè)的強(qiáng)曲率表面的正透鏡元件；第四透鏡元件L4，L4為正透鏡元件，第五透鏡元件L5，L5為負(fù)透鏡元件，和第六透鏡元件L6(第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件)，L6為帶有朝向物方側(cè)的凸面的正透鏡元件。
在根據(jù)實(shí)施例1到4的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)诙哥R單元G2如上所述地構(gòu)造時(shí)，像差能夠得到充分補(bǔ)償。尤其是由于第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件由凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件構(gòu)成，第二透鏡單元G2的總體長(zhǎng)度能夠減小。
在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第二透鏡單元G2從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第三透鏡元件L3，L3為帶有朝向物方側(cè)的強(qiáng)曲率面的正透鏡元件；第四透鏡元件L4，L4為負(fù)透鏡元件，和第五透鏡元件L5，L5為帶有朝向物方側(cè)的凸面的正透鏡元件。
在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)?shù)诙哥R單元G2如上所述地構(gòu)造時(shí)，像差能夠得到充分補(bǔ)償。尤其是，由于第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件由凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件構(gòu)成，第二透鏡單元G2的總體長(zhǎng)度能被減小。另外，和根據(jù)實(shí)施例1到4的變焦透鏡系統(tǒng)相比，在根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡系統(tǒng)中，構(gòu)成第二透鏡單元G2的透鏡個(gè)數(shù)可以減少。這樣就減少了透鏡組裝過程中產(chǎn)生偏心像差的原因，實(shí)現(xiàn)能容易裝配和調(diào)節(jié)的變焦透鏡系統(tǒng)。
另外，在根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3僅由一個(gè)雙凸正透鏡元件組成(在實(shí)施例1到4中的第七透鏡元件L7和實(shí)施例5中的第六透鏡元件L6)。每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)都具有以上的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)在縮回過程中尺寸的減小。另外，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡單元G3沿著光軸移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)從無限遠(yuǎn)對(duì)焦條件到接近物體對(duì)焦條件的聚焦過程。
下文將敘述由根據(jù)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)滿足的條件。這里提出了多個(gè)由根據(jù)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)滿足的條件。這樣，滿足所有條件的變焦透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是最理想的。但是，當(dāng)滿足某一個(gè)條件時(shí)也可以得到實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的變焦透鏡系統(tǒng)。
每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)滿足下列條件(1)|LW-LT|/LW＜0.1··(1)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，LW為在廣角極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，LT為在攝遠(yuǎn)極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(1)是用來減小使用期間的總光學(xué)長(zhǎng)度的最大值同時(shí)確保令人滿意的成像特性的條件。當(dāng)在使用過程中的總光學(xué)長(zhǎng)度的最大值減小時(shí)，理想的是使在廣角極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度和攝遠(yuǎn)極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度相等。然而，如果意欲使廣角極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度和攝遠(yuǎn)極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度嚴(yán)格相等，在某些情況下成像特性將會(huì)降低。條件(1)就是考慮到這種情況得到的條件。當(dāng)條件(1)不滿足時(shí)，難以減小使用過程中的總光學(xué)長(zhǎng)度，同時(shí)也不能確保滿意的成像特性。
在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(2)1.9＜fG2/fW＜2.4··(2)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(2)是用來盡可能減小使用時(shí)的總光學(xué)長(zhǎng)度，同時(shí)采用令人滿意的平衡來補(bǔ)償各種像差發(fā)生的條件。當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元G2的物像距離將變大，從而使用期間的總光學(xué)長(zhǎng)度也會(huì)變長(zhǎng)。在這種情況下，當(dāng)?shù)谌哥R單元G3的放大率減小時(shí)，總光學(xué)長(zhǎng)度將會(huì)變小。然而，由于第三透鏡單元G3的光焦度變大，使第三透鏡單元G3中產(chǎn)生的場(chǎng)曲變小。這樣場(chǎng)曲很難由第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，盡管使用中的總光學(xué)長(zhǎng)度變小，在攝遠(yuǎn)極限條件下很難確保允許在第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2之間設(shè)置光闌的空氣間隔。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(2)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
1.95＜fG2/fW··(2)’fG2/fW＜2.2··(2)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(3)3.2＜fG3/fW＜4.0··(3)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，fG3為第三透鏡單元的焦距，fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限條件下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(3)是用來減小在最大圖像高度入射到固態(tài)圖像傳感器上的主光線的傾斜角即實(shí)現(xiàn)令人滿意的遠(yuǎn)心特性以及用來減小場(chǎng)曲的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，盡管能得到令人滿意的遠(yuǎn)心特性，但是整個(gè)透鏡系統(tǒng)的場(chǎng)曲不能得到補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，雖然場(chǎng)曲減小，但遠(yuǎn)心特性不足。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(3)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
3.5＜fG3/fW··(3)’fG3/fW＜3.7··(3)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(4)0.4＜fF/fG2＜1.1··(4)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及fF第二透鏡單元中最靠近物方側(cè)的透鏡元件的焦距。
條件(4)是用于采用令人滿意的平衡來補(bǔ)償?shù)诙哥R單元G2中產(chǎn)生的各種像差，同時(shí)也用于減小整個(gè)透鏡系統(tǒng)的使用中的總光學(xué)長(zhǎng)度的條件。當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元G2的物方側(cè)主點(diǎn)朝向物方側(cè)的偏離不夠。因此，在攝遠(yuǎn)極限下，如果使從第一透鏡單元G1的像方側(cè)主點(diǎn)到第二透鏡單元G2的物方側(cè)主點(diǎn)之間的間隔成為所要求的滿意的長(zhǎng)度，則用于在第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2之間設(shè)置光闌的空間將不能確保。相反，當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，第二透鏡單元G2的物方側(cè)主點(diǎn)朝向物方側(cè)的偏離充足。這樣，在攝遠(yuǎn)極限下，就能確保用于在第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2之間設(shè)置光闌的空間，同時(shí)，在使用過程中的總光學(xué)長(zhǎng)度可以減小。然而，與第二透鏡單元的最靠近物方側(cè)的透鏡元件相鄰設(shè)置的透鏡元件的光焦度變得過大。因此，這些透鏡元件中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其它透鏡通過滿意的平衡來補(bǔ)償。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(4)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
0.5＜fF/fG2··(4)’fF/fG2＜0.8··(4)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(5)0.9＜fR/fG2＜1.5··(5)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及
fR為第二透鏡單元中最靠近像方側(cè)的透鏡元件的焦距。
條件(5)也是用于采用令人滿意的平衡來補(bǔ)償在第二透鏡單元G2中產(chǎn)生的各種像差，同時(shí)也用來減小使用過程中整個(gè)透鏡系統(tǒng)的總光學(xué)長(zhǎng)度的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，第二透鏡單元G2的物方側(cè)主點(diǎn)朝向物方側(cè)的偏離不夠。因此，在攝遠(yuǎn)極限下，如果使從第一透鏡單元G1的像方側(cè)主點(diǎn)到第二透鏡單元G2的物方側(cè)主點(diǎn)的間隔成為所要求的長(zhǎng)度，則用于在第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2之間設(shè)置光闌的空間將不能確保。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元G2的物方側(cè)主點(diǎn)朝向物方側(cè)的偏離充足。這樣，在攝遠(yuǎn)極限下，就能確保用于在第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2之間設(shè)置光闌的空間，同時(shí)，使用過程中的總光學(xué)長(zhǎng)度也可以減小。然而，與第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件相鄰設(shè)置的透鏡元件的光焦度將會(huì)過大。因此，這些透鏡元件中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其它透鏡通過滿意的平衡來補(bǔ)償。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(5)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
1.1＜fR/fG2··(5)’fR/fG2＜1.3··(5)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(6)3＜r1F/fW＜10··(6)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，r1F為第一透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率，fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(6)是用來限制第一透鏡元件L1的物方側(cè)表面的曲率半徑從而減小在廣角極限下的負(fù)畸變的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，廣角極限下的負(fù)畸變變小。然而，彗差和像散將過量。這樣，將不能使拍攝的圖像的周邊部分的成像特性令人滿意。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，對(duì)于廣角極限下的負(fù)畸變將不能通過后面的透鏡表面減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(6)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
6＜r1F/fW··(6)’r1F/fW＜7··(6)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(7)2.0＜r2R/fW＜3.8··(7)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，r2R為第二透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率，fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(7)用來限制第二透鏡元件L2的像方側(cè)表面的曲率半徑從而減小在廣角極限下的負(fù)畸變的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，廣角極限下的畸變的絕對(duì)值變小。然而，彗差和像散將過量。這樣，不能使拍攝的圖像的周邊部分的成像特性令人滿意。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，對(duì)于廣角極限下的負(fù)畸變不能通過后面的透鏡表面減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(7)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
2.8＜r2R/fW··(7)’在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(8)0.20＜dR/fG2×LW/fW＜0.29··(8)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，dR為第二透鏡元件的最靠近像方側(cè)的透鏡元件和與其相鄰的物方側(cè)的透鏡表面之間的軸向距離，fG2為第二透鏡單元的焦距，LW為在廣角極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度，以及fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(8)是為了達(dá)到總長(zhǎng)度和第二透鏡單元G2的像差補(bǔ)償之間的平衡的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，透鏡單元G2中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其他透鏡利用滿意的平衡來補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件與物方側(cè)上鄰近于該最靠近像方側(cè)透鏡元件的透鏡表面之間的軸向表面距離將變大。從而在使用和不使用過程中的總光學(xué)長(zhǎng)度都不能得到減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(8)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
0.25＜dR/fG2×LW/fW··(8)’dR/fG2×LW/fW＜0.27··(8)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(9)1.0＜rRF/fG2＜4.0··(9)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
條件(9)也是為了達(dá)到總長(zhǎng)度和第二透鏡單元G2的像差補(bǔ)償之間的平衡的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，透鏡單元G2中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其他透鏡利用滿意的平衡來補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件與物方側(cè)上鄰近于該最靠近像方側(cè)透鏡元件的透鏡表面之間的軸向表面距離將變大。從而在使用和不使用時(shí)的總光學(xué)長(zhǎng)度都不能得到減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(9)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
1.5＜rRF/fG2··(9)’rRF/fG2＜1.7··(9)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(10)-1.8＜(|rRF|-|rRR|)/fW＜-0.2··(10)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，rRR為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率半徑，rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑，fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及
fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(10)也是為了達(dá)到總長(zhǎng)度和第二透鏡單元G2的像差補(bǔ)償之間的平衡的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，透鏡單元G2中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其他透鏡利用滿意的平衡來補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件與物方側(cè)上鄰近于該最像方側(cè)透鏡元件的透鏡表面之間的軸向表面距離將變大。從而在使用和不使用時(shí)的總光學(xué)長(zhǎng)度都不能得到減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(10)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
-1＜(|rRF|-|rRR|)/fW··(10)’(|rRF|-|rRR|)/fW＜-0.5··(10)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(11)2＜rRF/fW＜5··(11)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑，fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件(11)也是為了達(dá)到總長(zhǎng)度和第二透鏡單元G2的像差補(bǔ)償之間的平衡的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，透鏡單元G2中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其他透鏡利用滿意的平和來補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件與物方側(cè)上鄰近于該最靠近像方側(cè)透鏡元件的透鏡表面之間的軸向表面距離將變大。從而在使用和不使用時(shí)的總長(zhǎng)度都不能減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(11)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
3＜rRF/fW··(11)’rRF/fW＜4··(11)”在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(12)0.01＜(rRR+rRF)/(rRR-rRF)＜0.3··(12)其中，
rRR為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率半徑，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
條件(12)也是為了達(dá)到總長(zhǎng)度和第二透鏡單元G2的像差補(bǔ)償之間的平衡的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，透鏡單元G2中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其他透鏡利用滿意的平衡來補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件與物方側(cè)上鄰近于該最靠近像方側(cè)透鏡元件的透鏡表面之間的軸向表面距離將變大。從而在使用時(shí)和不使用時(shí)的總光學(xué)長(zhǎng)度都不能減小。
這里，在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，當(dāng)條件(12)的范圍如下設(shè)置時(shí)，上面提到的效果將可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
(rRR+rRF)/(rRR-rRF)＜0.2··(12)’在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好滿足下列條件(13)1.2＜(rRF+rNR)/(rRF-rNR)＜1.8··(13)其中，rNR為第二透鏡單元中與最靠近像方側(cè)的透鏡元件相鄰的物方側(cè)的透鏡表面的曲率半徑，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
條件(13)也是為了達(dá)到總長(zhǎng)度和第二透鏡單元G2的像差補(bǔ)償之間的平衡的條件。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，透鏡單元G2中產(chǎn)生的球差和彗差將很難由其他透鏡利用滿意的平衡來補(bǔ)償。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件與物方側(cè)上鄰近于該最靠近像方側(cè)透鏡元件的透鏡表面之間的軸向表面距離將變大。從而在使用時(shí)和不使用時(shí)的總光學(xué)長(zhǎng)度都不能減小。
在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，最好第二透鏡單元在垂直于光軸的方向移動(dòng)，這樣，由于變焦透鏡系統(tǒng)的振動(dòng)產(chǎn)生的圖像模糊可以得到補(bǔ)償，以及最好滿足下列條件(14)1.7＜(1-mG2T)mG3T＜2.1··(14)其中，mG2T和mG3T分別為當(dāng)拍攝距離為無窮大時(shí)在廣角極限下第二透鏡單元和第三透鏡單元的放大率。
條件(14)是為了在圖像模糊補(bǔ)償過程中得到令人滿意的圖像特性的條件式。當(dāng)條件式的值低于下限時(shí)，第二透鏡單元G2的造成圖像中偏心預(yù)定數(shù)量必須的偏心過量。這樣，由于第二透鏡單元G2的平行移動(dòng)產(chǎn)生的像差波動(dòng)將變大，從而圖像周邊部分的成像特性變差。相反，當(dāng)條件式的值超過上限時(shí)，第二透鏡單元G2的造成圖像中偏心預(yù)定數(shù)量必須的偏心極小。這樣，用于第二透鏡單元G2的高精確度的平行移動(dòng)的處理很難進(jìn)行。結(jié)果，拍攝過程中像素的偏差不能充分減小。因此，在圖像模糊補(bǔ)償過程中難以得到令人滿意的成像特性。
這里，為了得到更令人滿意的成像特性，條件(14)的范圍可以如下設(shè)置。從而上面的效果可以更成功地實(shí)現(xiàn)。
1.8＜(1-mG2T)mG3T··(14)’(1-mG2T)mG3T＜2.0··(14)”這里，組成各個(gè)實(shí)施例的透鏡單元僅由通過折射偏轉(zhuǎn)入射光的折射型透鏡(即，偏轉(zhuǎn)在每一種都有不一樣的折射率的介質(zhì)的界面上實(shí)現(xiàn)的類型的透鏡)構(gòu)成。然而，本發(fā)明不限于此。例如，每個(gè)透鏡單元可以由通過衍射偏轉(zhuǎn)入射光的衍射透鏡；通過衍射和折射的組合偏轉(zhuǎn)入射光的折射衍射混合型透鏡；或者通過在介質(zhì)中的折射系數(shù)分布偏轉(zhuǎn)入射光的梯度折射率型透鏡構(gòu)成。
另外，在根據(jù)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中，可以在光路中設(shè)置折射表面，這樣光路可以在變焦透鏡系統(tǒng)前、后或者中間彎曲。光路彎曲的位置可以根據(jù)需要任意設(shè)定。當(dāng)光路被適當(dāng)彎曲時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)照相機(jī)外觀厚度減小。
另外，在每個(gè)實(shí)施例中可以給出一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中設(shè)置一塊板，該板包括設(shè)置在變焦透鏡系統(tǒng)的最后表面和圖像傳感器之間的光學(xué)低通濾波器。該低通濾波器可以是由例如其預(yù)定晶向被調(diào)節(jié)的晶體構(gòu)成的雙折射型的低通濾波器，或者是通過衍射效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光截止頻率的所要求特性的相位型低通濾波器。另外，在每個(gè)實(shí)施例中，取決于接收光學(xué)圖像的固態(tài)圖像傳感器的特性，在變焦透鏡系統(tǒng)中低通濾波器可以省略。
(實(shí)施例6)圖16是根據(jù)實(shí)施例6的數(shù)碼照相機(jī)的剖視結(jié)構(gòu)圖。在圖16中，數(shù)碼照相機(jī)由以下裝置組成包括變焦透鏡系統(tǒng)1和CCD固態(tài)圖像傳感器2的成像裝置；液晶顯示監(jiān)視器3；主體4等。采用的變焦透鏡系統(tǒng)1是根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)。在圖16中，變焦透鏡系統(tǒng)包括第一透鏡單元G1，第二透鏡單元G2，光闌A和第三透鏡單元G3。在主體4中，變焦透鏡系統(tǒng)1設(shè)置在主體的前側(cè)，而CCD固態(tài)圖像傳感器2設(shè)置在變焦透鏡系統(tǒng)1的后側(cè)。液晶顯示監(jiān)視器3設(shè)置在主體4的后側(cè)。通過變焦透鏡系統(tǒng)1獲得的被拍攝物體的光學(xué)圖像在圖像表面S上形成。
固態(tài)圖像傳感器2具有水平2304×垂直1728的記錄像素?cái)?shù)(大約4百萬(wàn)個(gè)像素)，水平2.5微米×垂直2.5微米的像素間距，和水平5.76亳米×垂直4.32毫米(對(duì)角線7.2毫米)的記錄屏尺寸。每個(gè)像素含有一個(gè)顯微正透鏡。
鏡筒包括主鏡筒5，移動(dòng)鏡筒6和圓柱形凸輪7。當(dāng)圓柱形凸輪7旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一透鏡單元G1，第二透鏡單元G2和第三透鏡單元G3相對(duì)于固態(tài)圖像傳感器2朝向預(yù)定位置移動(dòng)，這樣，放大率可在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的范圍內(nèi)變化。第三透鏡單元框架G3可通過電動(dòng)機(jī)在光軸方向移動(dòng)，用于焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。
這樣，當(dāng)在數(shù)碼照相機(jī)中采用實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)時(shí)，數(shù)碼照相機(jī)可以設(shè)置成具有大約3倍的變焦率，在廣角極限下65度等的視場(chǎng)角，高分辨率，以及不用時(shí)在深度方向的薄尺寸。這里，在圖16所示的數(shù)碼照相機(jī)中，例2到5中的任何一個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)都可以用來替代例1的變焦透鏡系統(tǒng)。另外，圖16所示的數(shù)碼照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)可以用在用于活動(dòng)圖像的數(shù)碼攝像機(jī)中。在這種情況下，除了得到靜止圖像，還可以得到分辨率高的活動(dòng)圖像。
包括上述實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)和諸如CCD或CMOS的圖像傳感器的成像裝置可以應(yīng)用到手機(jī)，PDA(個(gè)人數(shù)字助理)，監(jiān)視系統(tǒng)中的監(jiān)視攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以及車載攝像機(jī)等。
另外，當(dāng)在上述數(shù)碼照相機(jī)中安裝圖形模糊補(bǔ)償功能時(shí)，可以添加用于在垂直于光軸方向移動(dòng)第二透鏡單元G2的機(jī)構(gòu)和圖像模糊補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)等，然后圖像模糊補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)可以通過圖像模糊補(bǔ)償信號(hào)控制。圖像模糊補(bǔ)償信號(hào)可以通過眾所周知的方法產(chǎn)生，諸如從通過眾所周知的角速度傳感器對(duì)數(shù)碼照相機(jī)的振動(dòng)探測(cè)的結(jié)果產(chǎn)生的方法，或者從固態(tài)圖像傳感器中形成的圖像信號(hào)通過圖像處理產(chǎn)生的方法。
另外，在上述數(shù)碼照相機(jī)中可以安裝數(shù)碼變焦功能，在數(shù)碼變焦過程中，通過信號(hào)處理電路將形成在固態(tài)圖像傳感器中心部分的圖像放大到整個(gè)屏幕。當(dāng)使用數(shù)碼變焦功能時(shí)，如下所述可以得到模糊補(bǔ)償功能帶來的顯著效果。
在變焦透鏡因圖像模糊而傾斜的情況下圖像模糊不清晰程度可以通過使用圖像偏心量和固態(tài)圖像傳感器對(duì)角線長(zhǎng)度的比值(圖像偏心率)評(píng)估。當(dāng)不考慮拍攝圖像信號(hào)的打印尺寸時(shí)該比率是常數(shù)。在不使用數(shù)碼變焦功能的情況下拍攝圖像的對(duì)角線長(zhǎng)度和固態(tài)圖像傳感器的有效面積的對(duì)角線長(zhǎng)度相等。相反，在使用數(shù)碼變焦功能的情況下拍攝圖像的對(duì)角線長(zhǎng)度小于固態(tài)圖像傳感器的對(duì)角線長(zhǎng)度。這樣，在圖像偏心值為常數(shù)的情況下，當(dāng)使用數(shù)碼變焦功能時(shí)，圖像偏心率變大，因此圖像模糊不清楚的程度增大。
當(dāng)使用圖像模糊補(bǔ)償功能時(shí)，圖像偏心量將顯著變小。這樣，即使在使用數(shù)碼變焦功能時(shí)，圖像偏心率也變小，從而圖像模糊不清晰程度將會(huì)有顯著的改進(jìn)。
在如圖16所示的數(shù)碼照相機(jī)中，即使當(dāng)?shù)诙哥RG2的平行移動(dòng)量相同時(shí)，在取決于第二透鏡單元G2的方向的某些情況下，成像特性也會(huì)有不同。在這種情況下，當(dāng)在固態(tài)圖像傳感器中調(diào)節(jié)傾斜時(shí)，圖像特性的差異將會(huì)減小。
另外，在如圖16所示的數(shù)碼照相機(jī)中，實(shí)施例2到5中的任何一個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)都可以用來替代實(shí)施例1的變焦透鏡系統(tǒng)。另外，替代上述4百萬(wàn)象素的固態(tài)圖像傳感器，可以采用具有水平2560×垂直1920(大約5百萬(wàn)象素)記錄像素，水平2.2微米×垂直2.2微米的象素間距，水平5.623毫米×垂直4.224毫米(對(duì)角線7.04毫米)的記錄屏尺寸的固態(tài)圖像傳感器。
另外，圖16所示的數(shù)碼照相機(jī)的結(jié)構(gòu)可以用于活動(dòng)圖像的攝像機(jī)中。這種情況下，在活動(dòng)圖像外還可以得到高分辨率的靜止圖像。
下文將敘述根據(jù)實(shí)施例1到5的變焦透鏡系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)施的若干實(shí)例。在該若干實(shí)例中，表格中的長(zhǎng)度單位都是mm(毫米)。另外，在該若干實(shí)例中，r為曲率半徑；d為軸向距離；nd是d線的折射率；νd為Abbe數(shù)。在該若干實(shí)例中，標(biāo)有*的表面是非球面，并且非球面的形狀通過下面的表達(dá)式來定義Z=h2/r1+1-(1+κ)(h/r)2+Dh4+Eh6+Fh8+Gh10+Hh12+Ih14+Jh16]]>這里，κ為圓錐常數(shù)，同時(shí)D，E，F(xiàn)，G，H，I和J分別為四次，六次，八次，十次，十二次，十四次，十六次非球面系數(shù)。
(例1)例1的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖1A到1C中顯示的實(shí)施例1。表1顯示例1的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表2顯示非球面數(shù)據(jù)。表3顯示拍攝距離為無窮大時(shí)的焦距，F(xiàn)數(shù)，視場(chǎng)角，總光學(xué)長(zhǎng)度以及可變軸向距離數(shù)據(jù)。
表1

表2

表3

(例2)例2的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖3A到3C中顯示的實(shí)施例2。表4顯示例2的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表5顯示非球面數(shù)據(jù)。表6顯示拍攝距離為無窮大時(shí)的焦距，F(xiàn)數(shù)，視場(chǎng)角，總光學(xué)長(zhǎng)度以及可變軸向距離數(shù)據(jù)。
表4

表5

表6

(例3)例3的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖5A到5C中顯示的實(shí)施例3。表7顯示例3的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表8顯示非球面數(shù)據(jù)。表9顯示拍攝距離為無窮大時(shí)的焦距，F(xiàn)數(shù)，視場(chǎng)角，總光學(xué)長(zhǎng)度以及可變軸向距離數(shù)據(jù)。
表7

表8

表9

(例4)例4的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖7A到7C中顯示的實(shí)施例4。表10顯示例4的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表11顯示非球面數(shù)據(jù)。表12顯示拍攝距離為無窮大時(shí)的焦距，F(xiàn)數(shù)，視場(chǎng)角，總光學(xué)長(zhǎng)度以及可變軸向距離數(shù)據(jù)。
表10

表11

表12

(例5)例5的變焦透鏡系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于圖9A到9C中顯示的實(shí)施例5。表13顯示例5的變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡數(shù)據(jù)。表14顯示非球面數(shù)據(jù)。表15顯示拍攝距離為無窮大時(shí)的焦距，F(xiàn)數(shù)，視場(chǎng)角，總光學(xué)長(zhǎng)度以及可變軸向距離數(shù)據(jù)。
表13

表14

表15

下列表16顯示對(duì)應(yīng)于例1到5中的條件式的值。
表16

圖2A到2I是根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖4A到4I是根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖6A到6I是根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖8A到8I是根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。圖10A到10I是根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的縱向像差圖。
圖2A到2C，4A到4C，6A到6C，8A到8C，10A到10C顯示廣角極限下的像差。圖2D到2F，4D到4F，6D到6F，8D到8F，10D到10F顯示中間位置時(shí)的像差。圖2G到2I，4G到4I，6G到6I，8G到8I，10G到10I顯示攝遠(yuǎn)極限下的像差。圖2A，2D，2G，4A，4D，4G，6A，6D，6G，8A，8D，8G，10A，10D，10G顯示非球面像差。圖2B，2E，2H，4B，4E，4H，6B，6E，6H，8B，8E，8H，10B，10E，10H顯示像散。圖2C，2F，2I，4C，4F，4I，6C，6F，6I，8C，8F，8I，10C，10F，10I顯示畸變。在球差圖中，垂直軸表示F數(shù)。實(shí)線，短虛線，長(zhǎng)虛線分別表示d線，F(xiàn)線，C線的特征。在像散圖中，垂直軸表示半視場(chǎng)角。實(shí)線和虛線分別表示弧矢圖像平面和子午圖像平面的特性。在畸變圖中，垂直軸表示半視場(chǎng)角。
圖11A到11F為攝遠(yuǎn)極限下根據(jù)例1的變焦透鏡系統(tǒng)的橫向像差圖。圖12A到12F為攝遠(yuǎn)極限下根據(jù)例2的變焦透鏡系統(tǒng)的橫向像差圖。圖13A到13F為攝遠(yuǎn)極限下根據(jù)例3的變焦透鏡系統(tǒng)的橫向像差圖。圖14A到14F為攝遠(yuǎn)極限條件下根據(jù)例4的變焦透鏡系統(tǒng)的橫向像差圖。圖15A到15F為攝遠(yuǎn)極限條件下根據(jù)例5的變焦透鏡系統(tǒng)的橫向像差圖。
圖11A到11C，12A到12C，13A到13C，14A到14C，15A到15C為相應(yīng)于沒有進(jìn)行圖像模糊補(bǔ)償?shù)幕鶓B(tài)的攝遠(yuǎn)極限下的橫向像差圖。圖11D到11F，12D到12F，13D到13F，14D到14F，15D到15F為對(duì)應(yīng)于攝遠(yuǎn)極限下的圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)的橫向像差圖，其中整個(gè)第二透鏡單元以垂直于光軸的方向移動(dòng)預(yù)定量。在這些基本狀態(tài)的橫向像差圖中，圖11A，12A，13A，14A，15A對(duì)應(yīng)于最大圖像高度的75％的像點(diǎn)處的橫向像差。圖11B，12B，13B，14B，15B對(duì)應(yīng)于軸上像點(diǎn)處的橫向像差。另外，圖11C，12C，13C，14C，15C對(duì)應(yīng)于最大圖像高度的-75％的像點(diǎn)處的橫向像差。在這些圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)的橫向像差圖中，圖11D，12D，13D，14D，15D對(duì)應(yīng)于最大圖像高度的75％的像點(diǎn)處的橫向像差。圖11E，12E，13E，14E，15E對(duì)應(yīng)于軸上像點(diǎn)處的橫向像差。另外，圖11F，12F，13F，14F，15F對(duì)應(yīng)于最大圖像高度的-75％的像點(diǎn)處的橫向像差。這里，在橫向像差圖中，子午圖像平面被用作包含第一透鏡單元G1和第二透鏡單元G2的光軸的平面。
這里，在圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)中第二透鏡單元G2沿垂直于光軸的方向的移動(dòng)量在例1中為0.094mm，例2中為0.094mm，例3中為0.095mm，例4中為0.094mm，例5中為0.098mm。這里，在攝遠(yuǎn)極限下拍攝距離為無窮大時(shí)變焦透鏡系統(tǒng)傾斜0.6度的情況下圖像偏心量與整個(gè)變焦透鏡G2在垂直于光軸的方向平行移動(dòng)每個(gè)上述數(shù)值的情況下的圖像偏心量相等。
從橫向像差圖中可以看到，軸上像點(diǎn)處的橫向像差中得到令人滿意的對(duì)稱性。另外，當(dāng)+75％圖像點(diǎn)以及-75％處圖像點(diǎn)的橫向像差在基態(tài)中互相比較時(shí)，都有較小程度的彎曲和在像差曲線中幾乎相同的傾斜。從而，偏心彗差和偏心像散都小。這表明，即使在圖像模糊補(bǔ)償狀態(tài)都可以得到充分的成像特性。另外，當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)的圖像模糊補(bǔ)償角相同時(shí)，圖像模糊補(bǔ)償所需要的平行移動(dòng)量將隨著整個(gè)透鏡系統(tǒng)焦距的減小而減小。這樣，在任意變焦位置，可以對(duì)于直至0.6度的圖像模糊補(bǔ)償角度進(jìn)行充分的圖像模糊補(bǔ)償且不降低成像特性。
工業(yè)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)適用于諸如數(shù)碼照相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，手機(jī)，PDA(個(gè)人數(shù)字助理)，監(jiān)視系統(tǒng)中的監(jiān)視攝像機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和車載攝像機(jī)的數(shù)碼輸入設(shè)備。本變焦透鏡系統(tǒng)尤其適合于諸如對(duì)圖像質(zhì)量要求很高的數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)的光學(xué)拍攝系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，以可變放大率形成物體的光學(xué)圖像，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元，正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中，這些透鏡單元分別沿著光軸移動(dòng)，使得放大率隨著各個(gè)透鏡單元之間的距離的改變而變化，所述第一透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第一透鏡元件，該第一透鏡元件具有強(qiáng)曲率表面朝向像方側(cè)的負(fù)彎月形；和第二透鏡元件，該第二透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，所述第二透鏡單元包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，所述第三透鏡單元僅包括一個(gè)正透鏡元件，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，所述第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)所述第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，且滿足以下條件|LW-LT|/LW＜0.1··(1)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，LW為在廣角極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，LT為在攝遠(yuǎn)極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第三透鏡元件，該第三透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；為正透鏡元件的第四透鏡元件；為負(fù)透鏡元件的第五透鏡元件；和第六透鏡元件，該第六透鏡元件為凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第三透鏡元件，該第三透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；為負(fù)透鏡元件的第四透鏡元件；和第五透鏡元件，該第五透鏡元件為凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件1.9＜fG2/fW＜2.4··(2)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件3.2＜fG3/fW＜4.0··(3)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，fG3為第三透鏡單元的焦距，fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限條件下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
6.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件0.4＜fF/fG2＜1.1··(4)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及fF第二透鏡單元中最靠近物方側(cè)的透鏡元件的焦距。
7.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件0.9＜fR/fG2＜1.5··(5)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及fR為第二透鏡單元中最靠近像方側(cè)的透鏡元件的焦距。
8.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件3＜r1F/fW＜10··(6)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，r1F為第一透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率，fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
9.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件2.0＜r2R/fW＜3.8··(7)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，r2R為第二透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率，fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
10.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件0.20＜dR/fG2×LW/fW＜0.29··(8)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，dR為第二透鏡元件的最靠近像方側(cè)的透鏡元件和與其相鄰的物方側(cè)的透鏡表面之間的軸向距離，fG2為第二透鏡單元的焦距，LW為在廣角極限下的總光學(xué)長(zhǎng)度，以及fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
11.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件1.0＜rRF/fG2＜4.0··(9)其中，fG2為第二透鏡單元的焦距，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
12.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件-1.8＜(|rRF|-|rRR|)/fW＜-0.2··(10)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，rRR為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率半徑，rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑，fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
13.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件2＜rRF/fW＜5··(11)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑，fW為在廣角極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fT為在攝遠(yuǎn)極限下的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
14.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件0.01＜(rRR+rRF)/(rRR-rRF)＜0.3··(12)其中，rRR為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的像方側(cè)表面的曲率半徑，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
15.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，該變焦透鏡系統(tǒng)滿足以下條件1.2＜(rRF+rNR)/(rRF-rNR)＜1.8··(13)其中，rNR為第二透鏡單元中與最靠近像方側(cè)的透鏡元件相鄰的物方側(cè)的透鏡表面的曲率半徑，以及rRF為第二透鏡單元的最靠近像方側(cè)的透鏡元件的物方側(cè)表面的曲率半徑。
16.如權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡單元沿著垂直于光軸的方向移動(dòng)，使由于變焦透鏡系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的圖像模糊可以得到補(bǔ)償，且滿足以下條件1.7＜(1-mG2T)mG3T＜2.1··(14)其中，mG2T為當(dāng)拍攝距離為無窮大時(shí)在廣角極限下第二透鏡單元的放大率，以及mG3T為當(dāng)拍攝距離為無窮大時(shí)在廣角極限下第三透鏡單元的放大率。
17.一種成像裝置，能夠?qū)⒈慌臄z物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電圖像信號(hào)并且然后輸出該信號(hào)，其特征在于，該成像裝置包括以可變放大率形成被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)；和將由變焦透鏡系統(tǒng)形成的被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的圖像傳感器，其中，該變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元，正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中，這些透鏡單元分別沿著光軸移動(dòng)，使放大率隨著各個(gè)透鏡單元之間的距離的改變而變化，第一透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第一透鏡元件，該第一透鏡元件具有強(qiáng)曲率表面朝向像方側(cè)的負(fù)彎月形；和第二透鏡元件，該第二透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第二透鏡單元包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第三透鏡單元僅包括一個(gè)正透鏡元件，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，且滿足以下條件|LW-LT|/LW＜0.1··(1)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，LW為在廣角極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，LT為在攝遠(yuǎn)極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
18.一種拍攝設(shè)備，能夠拍攝被拍攝物體的圖像并將其作為電圖像信號(hào)輸出，其特征在于，該拍攝設(shè)備包括成像裝置，該成像裝置包括以可變放大率形成被拍攝物體的光學(xué)圖像的變焦透鏡系統(tǒng)；和將由變焦透鏡系統(tǒng)形成的被拍攝物體的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的圖像傳感器，其中，該變焦透鏡系統(tǒng)從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元，正光焦度的第二透鏡單元和正光焦度的第三透鏡單元，其中，這些透鏡單元分別沿著光軸移動(dòng)，使放大率隨著各個(gè)透鏡單元之間的距離的改變而變化，第一透鏡單元從物方側(cè)到像方側(cè)依次包括第一透鏡元件，該第一透鏡元件具有強(qiáng)曲率表面朝向像方側(cè)的負(fù)彎月形，和第二透鏡元件，該第二透鏡元件為強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第二透鏡單元包括至少三個(gè)透鏡元件，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件；和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，第三透鏡單元僅包括一個(gè)正透鏡元件，在從廣角極限到攝遠(yuǎn)極限的放大率變化的過程中，第一透鏡單元以凸向像方側(cè)的軌跡移動(dòng)，同時(shí)第二透鏡單元單調(diào)地向物方側(cè)移動(dòng)，且滿足以下條件|LW-LT|/LW＜0.1··(1)(這里，Z＝fT/fW＞2.5)其中，LW為在廣角極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，LT為在攝遠(yuǎn)極限下的總體光學(xué)長(zhǎng)度，fT為在攝遠(yuǎn)極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距，以及fW為在廣角極限下整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種在拍攝和不拍攝時(shí)都有短總長(zhǎng)度和高分辨率的變焦透鏡系統(tǒng)；采用該變焦透鏡系統(tǒng)的成像裝置；以及包括該成像裝置的拍攝。該變焦透鏡系統(tǒng)用來以可變的放大率形成物體的光學(xué)圖像，并且從物方側(cè)依次包括負(fù)光焦度的第一透鏡單元(G1)，正光焦度的第二透鏡單元(G2)和正光焦度的第三透鏡單元(G3)。這些透鏡單元各自沿著光軸移動(dòng)，從而使放大率隨著這些透鏡單元之間的距離的改變而變化。第二透鏡單元(G2)由至少三個(gè)透鏡元件構(gòu)成，包括第二透鏡單元的物方側(cè)透鏡元件，該物方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近物方側(cè)并且強(qiáng)曲率表面朝向物方側(cè)的正透鏡元件，和第二透鏡單元的像方側(cè)透鏡元件，該像方側(cè)透鏡元件為設(shè)置在最靠近像方側(cè)并且凸面朝向物方側(cè)的正透鏡元件。
文檔編號(hào)G02B15/20GK1977205SQ20058002188
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者吉次慶記 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社