专利名称：变焦透镜以及配备该变焦透镜的图像拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及变焦透镜，并且尤其涉及适用于诸如数字照相机、视频照相机、TV照相机和监控照相机的图像拾取装置的变焦透镜。
背景技术：
近年来，使用固态图像传感器的图像拾取装置(诸如视频照相机和数字照相机)已在维持高功能性的同时被小型化。另外，当图像拾取装置在具有高功能性的情况下被小型化时，其中使用的光学系统需要是具有良好的光学性能(诸如宽视角、高变焦比以及高孔径t匕)的小型化的变焦透镜。此外，需要如下这样的可回缩变焦透镜，其中通过在其不使用时使每个透镜单元回缩直至与在成像状态下的距离不同的距离，减小透镜从照相机身突出的长度，以便获得紧凑的照相机以及变焦透镜的高变焦比。
作为具有小型化的整体变焦透镜、宽视角和高变焦比的变焦透镜，已知其中负折光力的透镜单元最接近物侧的负引导型变焦透镜。作为负引导型变焦透镜，已知三单元的变焦透镜，其从物侧到像侧依次包括负折光力的第一透镜单元、正折光力的第二透镜单元和正折光力的第三透镜单元(参照日本专利申请公开No. 2007-108531以及美国专利No. 6124984)。为了在负引导型三单元变焦透镜中获得整个变焦透镜的小型化并且维持高变焦t匕，增大该变焦透镜的各透镜单元的折光力是有效的。另外，为了获得紧凑的图像拾取装置，使用如下这样的可回缩变焦透镜是有效的，在该可回缩变焦透镜中，通过在其不使用时将各透镜单元回缩直至与成像状态的距离不同的距离来减小该透镜从照相机身突出的长度。但是，例如，如果各透镜单元的折光力被简单地加强以获得宽视角和高变焦比并且使整个变焦透镜小型化，则由变焦导致的像差的变化增大，从而难以在整个变焦范围上获得良好的光学性能。此外，如果对于变焦和聚焦的各透镜单元的移动量增大，则整个透镜长度因此增大，从而需要复杂的透镜筒配置以获得希望的回缩长度。通常，由于各透镜单元的移动量与变焦比强相关，因此这样的趋势随着变焦比增大而变得显著。另外，为了获得高孔径比，具有孔径光阑的透镜单元尺寸变大，并且边缘光线的直径增大。结果，大量的非必要光束入射到像面，从而光学性能劣化。出于此原因，必须提供高效地校正像差的对策(诸如增大透镜的数量)。如果各透镜单元的透镜的数量增大，则对于回缩的总透镜长度增大，从而难以使照相机小型化。出于此原因，在负引导型三单元变焦透镜中，重要的是适当地设定各透镜单元的配置以便在整个变焦透镜在具有宽视角和高变焦比的情况下被小型化时，获得希望的回缩长度。例如，如果在没有适当地设定第二透镜单元的配置或折光力的情况下获得宽视角和高变焦比，难以获得良好的光学性能。另外，整个变焦透镜尺寸变大。尽管上述日本专利申请公开No. 2007-108531提供了在35mm卤化银胶片照相机的情况下具有约36mm的焦距以及约3. 0的变焦比的变焦透镜，但是捕获视角不是宽视角，并且变焦比不足。另外，尽管美国专利No. 6124984提出了 F数为2. 7的变焦透镜，但是像侧透镜单元由于孔径光阑而具有大尺寸，并且孔径比不可忽略并且亮度不足。
发明内容
本发明的各方面针对如下这样的变焦透镜以及配备该变焦透镜的图像拾取装置，在整个变焦透镜紧凑的同时，该变焦透镜能够在整个变焦范围上获得具有宽视角和高变焦比的良好的光学性能。根据本发明的一个方面，变焦透镜从物侧到像侧依次包含负折光力的第一透镜单元、正折光力的第二透镜单元以及正折光力的第三透镜单元，各透镜单元在变焦期间移动，其中第二透镜单元从物侧到像侧依次包含两个正透镜、一个负透镜以及一个正透镜，并且满足以下条件式I. 73〈Nd2p〈l. 92 以及 I. 90〈Nd2n〈2. 40，其中，Nd2p指示该第二透镜单元中的正透镜的材料的对于d线的平均折射率，并且Nd2n指示该第二透镜单元中的负透镜的材料的对于d线的折射率。从参考附图对示例实施例的以下描述，本发明的其它特征和方面将变得清晰。
并入说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与描述一起用于解释本发明的原理。图I是示出在广角端的根据本发明的第一实施例的变焦透镜的透镜截面图。图2A、2B和2C是根据第一实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图3是示出在广角端的根据本发明的第二实施例的变焦透镜的透镜截面图。图4A、4B和4C是根据本发明的第二实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图5是示出在广角端的根据本发明的第三实施例的变焦透镜的透镜截面图。图6A、6B和6C是根据本发明的第三实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图7是示出在广角端的根据本发明的第四实施例的变焦透镜的透镜截面图。图8A、8B和SC是根据本发明的第四实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图9是示出在广角端的根据本发明的第五实施例的变焦透镜的透镜截面图。图10A、10B和IOC是根据本发明的第五实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图11是示出在广角端的根据本发明的第六实施例的变焦透镜的透镜截面图。图12A、12B和12C是根据本发明的第六实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图13是示出在广角端的根据本发明的第七实施例的变焦透镜的透镜截面图。
图14A、14B和14C是根据本发明的第七实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。
图15是示出根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的主要部件的示意图。
具体实施例方式下文将参照附图详细描述本发明的各示例性实施例、特征和方面。根据本发明的示例性实施例的变焦透镜是从物侧到像侧依次包含负折光力的第一透镜单元、正折光力的第二透镜单元以及正折光力的第三透镜单元的负引导型变焦透镜，其中各透镜单元在变焦期间移动。根据本发明的示例性实施例的变焦透镜是负引导型，其在宽视角和小型化方面是有利的。此外，为了获得高变焦比，使用包括负折光力、正折光力和正折光力的透镜单元的三单元配置。特别地，在第二透镜单元L2的透镜中使用高折射率玻璃材料，以实现高孔径比的小型化。对于由于大孔径导致的增大的球面像差，使用高折射率材料减小透镜的曲率并且抑制球面像差的增大。另外，通过布置比第二透镜单元L2的负透镜更接近物侧的两个或更多个正透镜并且减小射线的折射角，抑制球面像差或彗形像差(coma)的产生，从而在具有高孔径比的情况下获得良好的光学性能。图I是示出在广角端的根据第一实施例的变焦透镜的透镜截面图。图2A、2B和2C是根据第一实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第一实施例涉及变焦比为3. 8并且孔径比为2. r5. I的变焦透镜。图3是示出在广角端的根据第二实施例的变焦透镜的截面图。图4A、4B和4C是根据第二实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第二实施例涉及变焦比为3. 9并且孔径比为2. r5. 7的变焦透镜。图5是示出在广角端的根据本发明的第三实施例的变焦透镜的截面图。图6A、6B和6C是根据第三实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第三实施例涉及变焦比为3. 8并且孔径比为2. r5. 4的变焦透镜。图7是示出在广角端的根据第四实施例的变焦透镜的截面图。图8A、8B和SC是根据第四实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第四实施例涉及变焦比为3. 5并且孔径比为2. r5. I的变焦透镜。图9是示出在广角端的根据第五实施例的变焦透镜的截面图。图10AU0B和IOC是根据第五实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第五实施例涉及变焦比为3. 7并且孔径比为2. r5. 4的变焦透镜。图11是示出在广角端的根据第六实施例的变焦透镜的截面图。图12A、12B和12C是根据第六实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第六实施例涉及变焦比为3. 7并且孔径比为2. r5. 4的变焦透镜。图13是示出在广角端的根据第七实施例的变焦透镜的截面图。图14A、14B和14C是根据第七实施例的变焦透镜的分别在广角端、中间焦距和望远端的像差图。第七实施例涉及变焦比为3. 8并且孔径比为2. r5. I的变焦透镜。图15是示出根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的主要部件的示意图。各实施例的变焦透镜是诸如视频照相机或数字照相机的图像拾取装置中使用的照相透镜系统。在透镜截面图中，左侧指的是物侧(前侧)，并且右侧指的是像侧(后侧)。在透镜截面图中，i指示透镜单元的从物侧起的顺序，并且Li指示第i个透镜单元。对于各实施例的透镜，将考虑曲率、折射率和沿光轴的厚度，而不管材料如何。例如，在复制透镜(replica lens)的情况下，该透镜可通过接合多个透镜被得到。在此情况下，接合透镜的折射率可表示其中接合的透镜的折射率的均值。G指示诸如滤光器、相位差板(phase plate)、晶体低通滤波器和红外截止滤波器或者它们的组合的光学块。IP指示像面，当变焦透镜用于视频照相机或数字照相机的拍摄光学系统中时，该像面对应于诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的固态图像传感器(光电转换元件)的成像面。在像差图中，d和g分别指示夫浪和费(Fraunhofer) d线和g线，并且AM和AS分别指示子午像面和弧矢像面。倍率的色差由g线表示。《指示半视角(以度来衡量)，并且Fno指示F数。在下文所述的各实施例中，广角端和望远端指的是当变焦透镜单元定位在机构的光轴上的可移动范围内的各端部时的变焦位置。 各实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括负折光力的第一透镜单元LI、正折光力的第二透镜单元L2和正折光力的第三透镜单元L3。在从广角端到望远端变焦期间，如透镜截面图中的箭头所指示的，第一透镜单元LI通过朝像侧凸出的轨迹移动，第二透镜单元L2朝物侧移动，并且第三透镜单元L3朝像侧移动。各实施例的变焦透镜通过移动第二透镜单元L2执行主变焦，并且通过沿朝像侧凸出的轨迹移动第一透镜单元LI并且朝像侧移动第三透镜单元L3，校正由变焦导致的像面的移动。特别地，通过允许第三透镜单元L3用作物镜(field lens)，实现通过使用固态图像传感器等获得的图像拾取装置中所必需的像侧远心聚焦。具有固定孔径比的机械光阑(耀斑截止光阑(flare-cut stop)) FS被布置在第二透镜单元L2的像侧。机械光阑FS切断使光学性能劣化的有害光线。通常，如果在整个变焦范围上孔径增大，则轴向光束以大的量入射。但是，同时，轴外光束也入射直至该轴向光束通过的高度。如果大量光入射，则轴外光束的上方光束(over-beam)经受彗形耀斑，这样对光学性能产生不利影响。机械光阑FS切断轴外光束的上方光束。在这样的机械光阑FS中,通过设定最大有效直径,轴外光束的上方光束的彗形耀斑在整个变焦范围上被最大地切断，在该最大有效直径下在望远端的轴向光束没有被切断。结果，在整个变焦范围上可获得良好的光学性能。另外，在不增大透镜数量的情况下，通过在第一和第三透镜单元LI和L3之间插入孔径光阑以使用第一和第三透镜单元LI和L3去除各种轴外像差，可获得良好的光学性能。接下来，将详细描述各透镜单元的配置。第一透镜单元LI从物侧到像侧依次包含具有面向像侧的凹面的负透镜11和具有面向像侧的凹面的弯月形的正透镜12。第一透镜单元LI具有将轴外主光束聚焦到孔径光阑的中心的功能。特别地，在广角侧，由于轴外主光束的折射量大，因此容易产生尤其包括像散和畸变的各种轴外像差。在这一点上，根据本实施例，使用包括单个负透镜11和单个正透镜12的第一透镜单元LI，抑制最接近物侧的透镜的直径的增大。另外，负透镜11的物侧透镜表面被设定为具有其中负折光力从透镜中心到透镜周边增大的非球面形状，并且像侧透镜表面被设定为具有其中负折光力从透镜中心向透镜周边减小的非球面形状。结果，适当地校正像散。另外，由于第一透镜单元LI包括少量透镜(两个透镜)，整个透镜具有紧凑的尺寸。由于第一透镜单元LI包括由高折射率材料制成的少量透镜(两个透镜)，在径向方向上也获得紧凑的尺寸。在根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置中，可通过图像处理(电子校正)校正图像的畸变。结果，容易使整个变焦透镜小型化。另外，第一透镜单元LI的负透镜11的物侧透镜表面之外的每一透镜表面具有近似于以孔径光阑SP与光轴的交点为中心的同心球面表面的透镜形状，以便抑制由轴外主光束的折射产生的轴外像差。负透镜11的物侧透镜表面具有近轴平坦的或者近似平坦的形状，以便在允许有多至可电子校正的量的畸变的同时校正像场弯曲。第二透镜单元L2包括具有面向物侧的凸面的正透镜21、具有面向物侧的凸面的正透镜22、具有面向像侧的凹面的负透镜23、以 及正透镜24。尽管正透镜22和负透镜23被接合以提供接合透镜，但是它们可被独立地设置。如果在广角端实现大的孔径，则在孔径光阑SP附近的轴向光束在径向方向上变宽，使得诸如球面像差或彗形像差的像差增大。通常，当光束在透镜表面被折射时生成像差。像差随着折射增大而增大。出于此原因，正透镜21被布置在光轴上的如下这样的位置，在该位置处像侧轴向光束通过孔径光阑SP被升高至径向方向上的最高位置。另外，通过使得透镜具有面向物侧的凸形形状并且适当地设定折光力(折光力等于焦距的倒数)，光束被平稳地折射，并且各种像差的生成被抑制。另外，通过使得正透镜21的两个表面都具有非球面形状，尤其包括球面像差和彗形像差的像差被适当地校正。变焦透镜被配置为通过在正透镜21的像侧布置具有面向物侧的凸形形状的正透镜22来分割光束的折射，从而抑制球面像差的产生。球面像差或彗形像差由在正透镜21和22处折射光束而产生。通过使得负透镜23的像侧透镜表面朝像侧为凹形以逆向地折射光束，来校正在正透镜21和22中产生的诸如球面像差或彗形像差的这样的像差。为了校正正透镜21和22中产生的各种像差，负透镜23的像侧透镜表面具有一定的折光力是必要的。另外，在广角端第二透镜单元L2在光轴方向上的位置由整个透镜系统中的折光力的布置限定。为了在具有大孔径比的情况下维持光学性能，正透镜21、正透镜22和负透镜23的在光轴方向上的位置被唯一地确定。具体来说，在大孔径尺寸时，焦深尤其在广角端变浅。因此，必须适当地校正像场弯曲。在此情况下，如果整个变焦透镜的折光力未被优化，则Petzval和被破坏，从而难以校正像场弯曲。另外，为了获得高孔径比，第二透镜单元L2的最后一个透镜被布置在像面附近是有利的。在具有高孔径比的透镜系统中，轴向光束在入射到像面IP时的角度随着孔径增大而增大。出于此原因，如果没有通过在像面附近布置正透镜24来折射轴向光束，则在该处在广角端轴向光束被升高至最高位置的正透镜21沿径向方向增大，使得难以校正球面像差。因此，通过除了布置在像面附近的正折光力的第三透镜单元L3之外还布置在第二透镜单元L2的像侧的正透镜24以分割折射，缓解了球面像差的生成，并且抑制了正透镜21的大小。结果，可有助于高孔径比。
基于上文描述，正透镜21、正透镜22以及负透镜23的在光轴方向上的位置以及最接近于第二透镜单元L2的正透镜24的像侧透镜表面的在光轴方向上的位置变得重要，以便尤其当孔径增大时抑制球面像差的生成。如果通过使第二透镜单元L2的最接近像侧的正透镜24更接近正透镜21、正透镜22和负透镜23来实现小型化，则由于第二透镜单元L2的折光力的布置而难以校正像场弯曲。此外，难以减小变焦期间的球面像差的变化。特别地，第三透镜单元L3包括具有面向物侧的凸面的正透镜31，并且用作用于使像侧远心的物镜。如果sk’指示后焦距(back focus，BF)，f3指示第三透镜单元L3的焦距，以及￠3指示第三透镜单元L3的成像倍率，则建立以下关系s k' =f3 (I- ^ 3),其中，0〈33〈1.0·
这里，如果在从广角端到望远端变焦期间第三透镜单元L3朝像侧移动，则后焦距sk’减小，并且第三透镜单元L3的成像倍率P 3在广角端增大。结果，由于第三透镜单元L3可分担可变倍率(variable power),则可减小第二透镜单元L2的移动量。另外,通过减小用于获得预定的变焦比的第二透镜单元L2的变焦期间的移动量，可有助于整个变焦透镜的小型化。当使用各实施例的变焦透镜将近的物体成像时，第一透镜单元LI朝物侧移动。可替代地，第三透镜单元L3可朝物侧移动。另外，当使用第三透镜单元L3执行聚焦时，通过在从广角端到望远端变焦期间朝像侧移动第三透镜单元L3，在对于聚焦移动量增大的广角端的像侧布置第三透镜单元L3。出于此原因，可使变焦和聚焦所需的第三透镜单元L3的总移动量最小。结果，可容易地使整个变焦透镜小型化。在各实施例中，第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包含两个正透镜、一个负透镜和一个正透镜。当Nd2p指示该第二透镜单元L2中的正透镜的材料的对于d线的平均折射率，并且Nd2n指示该第二透镜单元L2中的负透镜的材料的对于d线的折射率时，满足以下条件式I. 73<Nd2p<l. 92(1)I. 90<Nd2n<2. 40(2)条件式(I)和(2)将适当地限定第二透镜单元L2的正透镜的材料的平均折射率以及第二透镜单元L2的负透镜的材料的折射率，以便获得高孔径比和良好光学性能。如果超出条件式(I)和(2)中任一个的下限，则尽管第二透镜单元L2被稍微小型化，但是Petzval和被破坏。结果，像场弯曲大大增大，并且难以获得良好的光学性能。另外，必须增大第二透镜单元L2的透镜有效直径，以便获得高孔径比。因此，球面像差增大，并且难以获得良好的光学性能。另外，更有用的，条件式(I)和(2)可被如下地重新建立I. 73<Nd2p<l. 90 (Ia)I. 90<Nd2n<2. 30 (2a)条件式(la)和(2a)要限定条件式(I)和(2)的上限的数值。如果值高于该上限，则各透镜的折射率增大，并且透镜的厚度可减小。但是，随着孔径增大，球面像差和彗形像差劣化。此外，在望远端的轴向色差劣化，使得难以获得良好的光学性能。
在各实施例中，更有用地是，满足以下条件式中的至少一个。fl指示第一透镜单元LI的焦距，f2指示第二透镜单元L2的焦距，fw指示整个变焦透镜在广角端的焦距，ft指示整个变焦透镜在望远端的焦距，f21指示第二透镜单元L2的位于最接近物侧的位置处的正透镜21的焦距，并且m2指示在从广角端到望远端变焦期间第二透镜单元L2的在光轴方向上的移动量(当朝像侧移动时，移动量的符号被设定为正)。Dd2指示第二透镜单元L2在光轴上的厚度，并且Dd21指示第二透镜单元L2的最接近物侧的正透镜21的该光轴上的厚度。Nd2min指示第二透镜单元L2的透镜的材料之中的最小的对于d线的折射率。f2p指示第二透镜单元L2的正透镜的平均焦距。R21a指示第二透镜单元L2的最接近物侧的正透镜21的物侧透镜表面的曲率半径，并且R21b指示正透镜21的像侧透镜表面的曲率半径。这里，有用地是，满足以下条件式中的至少一个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)接下来，将描述各条件式的技术含义。条件式(3)涉及整个变焦透镜在广角端的焦距和整个变焦系统在望远端的焦距之间的积的平方根对于第二透镜单元L2的焦距的比率。条件式(3)是用于通过适当地设定第二透镜单元L2的焦距使整个透镜系统小型化并且获得高孔径比和良好光学性能的条件式。如果超出条件式(3)的上限，则第二透镜单元L2的正折光力减小。因此，在变焦期间第二透镜单元L2的移动量增大，以便获得希望的变焦比，使得难以使整个变焦透镜小型化。更有用地，条件式(3a)被如下设定0. 20<f2/ V (fw ft)〈I. 15 (3a)如果超出条件式(3a)的下限，并且第二透镜单元L2的折光力增大，则像场弯曲尤其在广角端增大，并且像散劣化。此外，球面像差由于高孔径比而劣化，使得难以获得良好的光学性能。另外，由于第二透镜单元L2的透镜的数量增大以便校正像散和彗形像差，因此难以获得小型化。另外，更有用地，条件式(3a)的数值范围被如下设定0. 40<f2/ V (fw ft)〈I. 15 (3b)条件式(4)用于限定第二透镜单元L2的最接近物侧的正透镜21的焦距。如果超出条件式(4)的下限，则第二透镜单元L2的最接近物侧的正透镜21中的用于折射轴向光束的折光力大大增大，使得难以校正球面像差、彗形像差等。另外，由于焦深随着孔径比增大而变浅，因此必须适当地校正像场弯曲。但是，如果条件式(4)的下限被超出，则Petzval和减小，并且显著地产生像场弯曲，这不是有用的。更有用地，条件式(4)被如下设定
0. 75<f21/f2<l. 50 (4a)条件式(4a)用于限定条件式(4)的上限。如果条件式(4a)的上限被超出，则第二透镜单元L2的最接近物侧的正透镜21的折光力增大，使得难以校正球面像差、彗形像差等，这不是有用的。更有用地，条件式(4a)被如下设定0. 75<f21/f2<l. 25 (4b)更有用地，条件式(4b)被如下设定 0. 75<f21/f2<l. 15 (4c)条件式(5)是用于关于在从广角端到望远端变焦期间第二透镜单元L2的移动量m2主要使透镜系统最小化并且获得良好的光学性能的条件的条件式。这里，当第二透镜单元L2在望远端相对于广角端位于像侧时，移动量m2的符号被设为正，或者当第二透镜单元L2位于物侧时，移动量m2的符号被设为负。如果条件式(5)的上限被超出，则第二透镜单元L2的用于变焦的移动量增大，并且总透镜长度增大，这不是有用的。更有用地，条件式(5)被如下设定I. 00<m2/f21<2. 20 (5a)如果条件式(5a)的下限被超出，则第二透镜单元L2的在变焦期间的移动量减小。因此，为了获得希望的变焦比，必须增大第二透镜单元L2的折光力。结果，第二透镜单元L2增大球面像差和轴向色差，这不是有用的。另外，由于第二透镜单元L2的透镜的透镜表面的曲率增大，第二透镜单元L2的厚度增大，并且总透镜长度增大，使得难以实现小型化。更有用地，条件式(5a)的数值范围被如下设定I. 25<m2/f21<2. 20 (5b)更有用地，条件式(5b)的数值范围被如下设定I. 50<m2/f21<2. 15 (5c)条件式(6)是用于通过限定第二透镜单元L2在光轴上的厚度来使透镜系统小型化的条件式。如果条件式(6)的上限被超出，则第二透镜单元L2在光轴上的厚度增大，使得难以实现小型化。另外，更有用地，条件式(6)被如下设定2. 0〈Dd2/Dd21〈3. 70 (6a)条件式(7)是用于通过适当地设定第二透镜单元L2的透镜的材料的折射率使透镜系统小型化并且获得良好光学性能的条件式。如果条件式(7)的下限被超出，则必须增加第二透镜单元L2的各透镜的折光力以便获得希望的变焦比。出于此原因，透镜表面的曲率、尤其是像侧透镜表面的曲率半径减小，使得难以执行透镜形成。另外，由于第二透镜单元2的透镜的数目增大以便通过减小曲率获得希望的变焦比，因而整个变焦透镜的尺寸增大，这不是有用的。在包括从物侧到像侧依次布置的负折光力的第一透镜单元和正折光力的第二透镜单元的变焦透镜中，第二透镜单元L2中的光束的高度尤其在广角侧增大。出于此原因，在第二透镜单元L2中误差敏感性容易增大。如果在第二透镜单元L2的透镜中使用高折射率光学材料，则可在不增加透镜表面的曲率的情况下增大透镜的折光力。
更有用地，条件式(7)被如下设定I. 69<Nd2min<l. 80 (7a)条件式(8 )是用于通过适当地设定第二透镜单元L2的正透镜的焦距(折光力的倒数)来使透镜系统小型化并且获得良好的光学性能的条件式。如果条件式(8)的下限被超出，则第二透镜单元L2的各正透镜的透镜表面的曲率增大，使得难以校正球面像差。如果条件式(8)的上限被超出，则正透镜的折光力减小，使得难以校正在第一透镜单元LI中产生的负的Petzval和。这使得难以获得良好的光学性倉泛。更有用地，条件式(8)被如下设定0. 95<f2p/f2<3. 50 (8a)
更有用地，条件式(8a)的数值范围被如下设定0. 98<f2p/f2<3. 30 (8b)条件式(9)是用于通过适当地设定第二透镜单元的最接近物侧的正透镜21的透镜形状来获得良好的光学性能的条件式。在具有高孔径比的变焦透镜中，从正折光力的第二透镜单元L2中的最接近物侧的正透镜21显著地产生球面像差。条件式(9)限定了为了抑制球面像差的量的第二透镜单元L2中的最接近物侧的正透镜21所满足的形状因子(透镜形状)。如果条件式(9)的上限被超出，则难以高效地校正从第二透镜单元L2产生的球面像差。另外，更有用地，条件式(9)被如下设定-I. 25〈(R21a+R21b)/(R21a-R21b)〈-l. 00 (9a)条件式(9a)用于提供条件式(9)的另一个下限。即使当条件式(9a)的下限被超出，仍难以高效地校正在第二透镜单元L2中产生的球面像差。更有用地，条件式(9a)的数值范围被如下地设定-I. 18〈(R21a+R21b)/(R21a-R21b)〈-l. 00(9b)更有用地，条件式(9b)的数值范围被如下地设定-I. 13〈(R21a+R21b)/(R21a-R21b)〈-l. 00(9c)条件式(10)用于限定第二透镜单元L2和第一透镜单元LI之间的折光力的比率。如果条件式(10)的下限被超出，则第二透镜单元L2的正折光力显著增大。因此，特别地，像场弯曲在广角端增大，并且像散劣化。另外，必须增大在变焦期间第一透镜单元LI的移动量。因此，前透镜有效直径增大，并且总透镜长度增大，这不是有用的。更有用地，条件式(10)被如下设定0. 90<f2/|fl |<1. IO(IOa)条件式(IOa)用于提供条件式(10)的另一个上限。如果条件式(IOa)的上限被超出，则第二透镜单元L2的正折光力减小。因此，必须增大第一和第三透镜单元LI和L3之间的空气距离的变化量，以便获得希望的变焦比。结果，整个变焦透镜尺寸变大，这不是有用的。更有用地，条件式(IOa)的数值范围被如下设定0. 85<f2/|fl |<1. 05 (IOb)条件式(11)是用于通过关于第二透镜单元L2的焦距和整个变焦透镜在广角端的焦距之间的比率适当地设定第二透镜单元L2的焦距以使整个变焦透镜小型化并且获得光学性能的平衡的条件式。如果条件式(11)的上限被超出，则第二透镜单元L2的正折光力减小。因此，必须增大第一和第三透镜单元LI和L3之间的空气距离的变化量，以便获得希望的变焦比。结果，整个变焦透镜的尺寸变大，这不是有用的。更有用地，条件式(11)被如下设定I. 60<f2/fw<2. 60 (Ila)条件式(11 a )用于提供条件式(11)的另一下限。如果条件式(Ila)的下限被超出，则第二透镜单元L2的正折光力过大地增大。因此，在第二透镜单元L2中显著地产生各种像差，使得难以使用少量的透镜校正像差。更有用地，条件式(Ila)的数值范围被如下设定
I. 70<f2/fw<2. 50 (Ilb)更有用地，条件式(Ilb)的数值范围被如下设定I. 80<f2/fw<2. 30 (Ilc)另外，在上述条件式中的每一个中，只有通过进一步限定各条件式的范围获得的附加条件式的上限或下限可被前述条件式的上限或下限替代。如上所述，根据各示例性实施例，可获得在从广角端到望远端的整个变焦范围中具有高孔径比、高性能、宽视角和高变焦比的紧凑的变焦透镜。接下来，将对于具体数值数据描述对应于第一至第七实施例的数值示例I 7。在各数值示例中，i指示在物侧的光学表面的顺序指示透镜表面的曲率半径；di指示第i表面和第(i + I)表面之间的在光轴上的距离或间隔；并且ndi和vdi分别指示相对于d线的第i光学部件的材料的折射率和阿贝数。各透镜单元可具有球面表面和非球面表面的组合。因此，为了进行区分，非球面表面由在表面号右侧的星号(*)指示。在非球面表面中，以表面顶点为基准在距光轴为高度h的位置处沿光轴方向的位移X可被如下表达X= (h2/R)/[l+{l-(l+k) (h/R)2} ] 1/2+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10,其中，k指示锥形常数，A4、A6、AS和AlO分别指示四阶、六阶、八阶和十阶非球面常数，并且R指示旁轴曲率半径。以科学记数法“e - 00x”表达的值等同于以指数记数法“XIO-x”表达的值。另外，上述的条件式和数值示例之间的关系在表I中示出。数值示例I表面数据
权利要求
1. 一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包含负折光力的第一透镜单元、正折光力的第二透镜单元以及正折光力的第三透镜单元，各透镜单元在变焦期间移动， 其中第二透镜单元从物侧到像侧依次包含两个正透镜、一个负透镜以及一个正透镜，并且 其中满足以下条件式I. 73〈Nd2p〈l. 92 以及1.90〈Nd2n〈2. 40， 这里，Nd2p指示该第二透镜单元中的正透镜的材料的对于d线的平均折射率，并且Nd2n指示该第二透镜单元中的负透镜的材料的对于d线的折射率。
2.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式O.15<f2/ V (fw · ft)〈I.15， 这里，f2指示该第二透镜单元的焦距，fw指示整个变焦透镜在广角端的焦距，并且ft指示整个变焦透镜在望远端的焦距。
3.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式O.75<f21/f2<l. 60, 这里，f2指示该第二透镜单元的焦距，并且f21指示该第二透镜单元中的最接近物侧的正透镜的焦距。
4.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式0.95<m2/f21<2.20, 这里，f21指示该第二透镜单元中的最接近物侧的正透镜的焦距，并且m2指示在从广角端到望远端变焦期间该第二透镜单元的沿光轴方向的移动量，当该第二透镜单元朝像侧移动时该移动量的符号为正。
5.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式I.90〈Dd2/Dd21〈4. 00， 这里，Dd2指示该第二透镜单元的在光轴上的厚度，并且Dd21指示该第二透镜单元的最接近物侧的正透镜的在所述光轴上的厚度。
6.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式1.65〈Nd2min〈l.85， 这里，Nd2min指示该第二透镜单元中的透镜的材料中的对于d线的具有最小折射率的材料的折射率。
7.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式O.90<f2p/f2<4. 00， 这里，f2指示该第二透镜单元的焦距，并且f2p指示该第二透镜单元中的正透镜的平均焦距。
8.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式-I. 30〈(R21a+R21b)/(R21a_R21b)<_1· 00， 这里，R21a指示该第二透镜单元中的最接近物侧的正透镜的物侧透镜表面的曲率半径，并且R21b指示该第二透镜单元中的最接近物侧的正透镜的像侧透镜表面的曲率半径。
9.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式.0.90<f2/|fl|<1.20， 这里，fl指示该第一透镜单元的焦距，并且f2指示该第二透镜单元的焦距。
10.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，满足以下条件式 . 1.50<f2/fw<2. 60, 这里，f2指示该第二透镜单元的焦距，并且fw指示整个变焦透镜在广角端的焦距。
11.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，该第一透镜单元包括一个负透镜和一个正透镜。
12.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，该第三透镜单元包括一个正透镜。
13.根据权利要求I所述的变焦透镜，其中，该变焦透镜被配置为在固态图像传感器上形成图像。
14.一种图像拾取装置，包括根据权利要求1-13中任一项所述的变焦透镜以及被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像的固态图像传感器。
全文摘要
本申请公开了变焦透镜以及配备该变焦透镜的图像拾取装置。该变焦透镜从物侧到像侧依次包含负折光力的第一透镜单元、正折光力的第二透镜单元以及正折光力的第三透镜单元，各透镜单元在变焦期间移动，其中第二透镜单元从物侧到像侧依次包含两个正透镜、一个负透镜以及一个正透镜，并且该第二透镜单元中的正透镜的材料的对于d线的平均折射率Nd2p以及该第二透镜单元中的负透镜的材料的对于d线的折射率Nd2n被适当地设定。
文档编号G02B15/177GK102798966SQ201210159798
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月22日 优先权日2011年5月23日
发明者大久保洋辅 申请人:佳能株式会社