专利名称：变焦透镜和图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本技术涉及一种变焦透镜和图像拾取设备的技术领域。具体地讲，本技术涉及一种在实现成本的降低、重量的减小和放大率的增加的同时确保良好的光学性能的变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备的技术领域。
背景技术：
近年来，对数字静止照相机和数字视频照相机的变焦透镜的需求已增加并且正在增加。具体地讲，针对具有集成透镜的数字照相机，对成本的降低、重量的减小和放大率的增加的需求正在增加。另外，存在这样的趋势，即图像拾取装置的像素的数量每年在增力口，并且对图片质量的提高的需求也在增加。例如，在日本专利提前公开N0.2004-272187(以下，称为专利文件I)和日本专利提前公开N0.2009-204942(以下，称为专利文件2)中，已提出并且公开了各种类型的变焦透镜以满足如上所述的这种需求。
发明内容
然而，在如专利文件I和2中所公开的这种光学系统中，构成光学系统的几乎所有光学元件(即，透镜)由玻璃材料制成。因此，它们具有这样的问题:难以实现成本的降低。另外，在不仅实现成本的降低还实现尺寸的减小和放大率的增加以便满足近年来的需求的同时，变焦透镜还必须确保良好的光学性能。因此，希望提供一种在实现成本的降低、重量的减小和放大率的增加的同时克服上述问题并确保良好的光学性能的变焦透镜和图像拾取设备。根据本技术的一种模式，提供了一种变焦透镜，包括:第一透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置；第二透镜组，具有负屈光力并且可沿光轴的方向移动以用于变焦；和第三透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置；从物侧到像侧依次布置第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组；构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜之中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成；该变焦透镜满足下面的条件表达式⑴和⑵:(I) 4.0<ft/fw(2)-100.0〈fl 3/fw〈_6.4其中fw是在广角端状态下的整个透镜系统的焦距，ft是在远摄端状态下的整个透镜系统的焦距，并且3是在所有变焦位置的第一透镜组至第三透镜组的合成焦距。在该变焦透镜中，抑制了温度特性的恶化，诸如散焦或分辨率性能的恶化。优选地，满足下面的条件表达式(3):(3)-1.0<fpl/fw<2.5其中fpl是第一透镜组的前侧主点的位置，表示与第一透镜组的最接近物侧的面的距离，其中在像侧的距离具有正号。
在变焦透镜满足条件表达式(3)的情况下，在广角端的视角很大，并且有利地校正了在广角端的各种像差。优选地，具有正屈光力并且可沿光轴的方向移动以通过变焦校正焦点位置并聚焦的第四透镜组布置在第三透镜组的像侧。在具有正屈光力并且可沿光轴的方向移动以通过变焦校正焦点位置并聚焦的第四透镜组布置在第三透镜组的像侧的情况下，透射穿过第一透镜组至第三透镜组的光被第四透镜组高效地聚集。更优选地，第四透镜组由从物侧到像侧依次布置的具有正屈光力的正透镜和具有负屈光力的负透镜构成，并且正透镜和负透镜之一由玻璃材料形成，而正透镜和负透镜中的另一个由树脂材料形成。在正透镜和负透镜之一由玻璃材料形成而另一个由树脂材料形成的情况下，在整体上补偿温度特性的变化，并且有利地执行像差校正。根据本技术的另一模式，提供了一种图像拾取设备，包括:变焦透镜；和图像拾取装置，用于把由变焦透镜形成的光学像转换成电信号；变焦透镜包括:第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有正屈光力并且通常位于固定位置，第二透镜组具有负屈光力并且可沿光轴的方向移动以用于变焦，并且第三透镜组具有正屈光力并且通常位于固定位置，从物侧到像侧依次布置第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜之中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成，该变焦透镜满足下面的条件表达式⑴和⑵:(1)4.0<ft/fw(2)-100.0〈fl 3/fw〈_6.4其中fw是在广角端状态下的整个透镜系统的焦距，ft是在远摄端状态下的整个透镜系统的焦距，并且3是在所有变焦位置的第一透镜组至第三透镜组的合成焦距。在该图像拾取设备中，抑制了温度特性的恶化，诸如散焦或分辨率性能的恶化。利用本技术的变焦透镜和图像拾取设备，实现了成本的降低、重量的减小和放大率的增加，并且确保良好的光学性能。通过下面结合附图的描述和所附权利要求，本技术的以上和其它特征和优点将会变得清楚，其中相同的零件或元件由相同的标号表示。
图1是显示根据本技术第一实施例的变焦透镜的透镜结构的示意图；图2是与图3和4 一起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图1的变焦透镜的广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图3是类似示图，但表示图1的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差；图4是类似示图，但表示图1的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差；图5是与图6和7 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图1的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；
图6是类似示图，但表示图1的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差；图7是类似示图，但表示图1的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差；图8是与图9和10 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图1的变焦透镜的远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图9是类似示图，但表示图1的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差；图10是类似示图，但表示图1的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;图11是显示根据本技术第二实施例的变焦透镜的透镜结构的示意图；图12是与图13和14 一起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图11的变焦透镜的广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图13是类似示图，但表示图11的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差;图14是类似示图，但表示图11的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;图15是与图16和17 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图11的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图16是类似示图，但表示图11的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差;图17是类似示图，但表示图11的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;图18是与图19和20 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图11的变焦透镜的远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图19是类似示图，但表示图11的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差;图20是类似示图，但表示图11的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;图21是显示根据本技术第三实施例的变焦透镜的透镜结构的示意图；图22是与图23和24 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图21的变焦透镜的广角端状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图23是类似示图，但表示图21的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差;图24是类似示图，但表示图21的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;图25是与图26和27 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图21的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图26是类似示图，但表示图21的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差;图27是类似示图，但表示图21的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;图28是与图29和30 —起表示根据特定数值应用于变焦透镜的数值例子在图21的变焦透镜的远摄端状态下的球面像差、像散和畸变像差的示图，并具体地表示变焦透镜在常温下的像差；图29是类似示图，但表示图21的变焦透镜在高温下的球面像差、像散和畸变像差;图30是类似示图，但表示图21的变焦透镜在低温下的球面像差、像散和畸变像差;和图31是显示图像拾取设备的例子的方框图。
具体实施例方式在下面，描述根据本技术的优选模式的变焦透镜和图像拾取设备。变焦透镜的结构本技术的变焦透镜包括:第一透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置;第二透镜组，具有负屈光力并且可沿光轴的方向移动以进行变焦；和第三透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置。从物侧到像侧依次布置第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组。另外，在本技术的变焦透镜中，构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜之中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成，并且满足以下给出的条件表达式⑴和⑵:(1)4.0<ft/fw(2)-100.0〈fl 3/fw〈_6.4其中fw是在广角端状态下的整个透镜系统的焦距，ft是在远摄端状态下的整个透镜系统的焦距，并且f广3是第一透镜组至第三透镜组的合成焦距(在所有变焦位置)。在本技术的变焦透镜中，如上所述，构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜之中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成。因此，能够预料到成本的降低和重量的减小。条件表达式(I)定义放大率，并且条件表达式(2)定义第一透镜组至第三透镜组的合成焦距和在广角端的整个透镜系统的焦距之比。在如上所述许多透镜由具有响应于温度变化表现出很大变化的折射率的树脂材料形成的情况下，存在这样的可能性:在温度变化时的散焦和由这种散焦导致的分辨率性能的恶化可能发生。具体地讲，对于实现了如条件表达式(I)所表示的提高了放大率的变焦透镜，在温度变化时的散焦和由这种散焦导致的分辨率性能的恶化可能发生在所有变焦位置。因此，对于本技术的变焦透镜，根据条件表达式⑴实现增大的放大率，而且根据条件表达式(2)抑制上述散焦和分辨率性能的恶化。具体地讲，如果第一透镜组至第三透镜组的合成焦距变得更小而超出条件表达式(2)的下限，则在温度变化时的折射率的变化量也一起增加。因此，变得难以抑制在此时发生的温度特性的恶化，诸如散焦和分辨率性能的恶化。另外，如果以上描述的比例未在所有变焦位置落在条件表达式(2)的范围内，则难以在所有变焦位置补偿光学性能。因此，如果变焦透镜满足条件表达式(I)和(2)，则能够在实现增大的放大率的同时确保良好的光学性能。应该注意的是，变焦透镜更优选地满足下面的条件表达式(2) ’:(2) ’ -50.0〈fl 3/fw〈_8.0在变焦透镜满足条件表达式(2) ’的情况下，能够进一步抑制散焦和分辨率性能的恶化。根据本技术的一种形式的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式(3):(3)-1.0<fpl/fw<2.5其中fpl是第一透镜组的前侧主点的位置，即与第一透镜组的最接近物侧的面的距离，其中在像侧的距离具有正号。条件表达式(3)定义第一透镜组的前侧主点的位置和在广角端的整个透镜系统的焦距之比。如果第一透镜组的前侧主点位于物侧并超过条件表达式(3)的下限，则在广角端的视角受到限制，并且使用的方便性降低。相反地，如果第一透镜组的前侧主点位于物侧并超出条件表达式(3)的上限，则在第一透镜组由在折射率或变化方面受到限制的树脂材料形成的情况下，难以校正在广角端的各种像差。因此，在变焦透镜满足条件表达式(3)的情况下，能够实现在广角端通过视角的增加和像差的良好校正获得光学性能的提高。应该注意的是，变焦透镜更优选地满足下面的条件表达式(3) ’:(3) ’ 0.0<fpl/fw<l.5如果变焦透镜满足条件表达式(3) ’，则能够实现在广角端通过视角的增加和像差的良好校正而获得光学性能的进一步提高。优选地，在根据本技术的形式的变焦透镜中，具有正屈光力并且可沿光轴的方向移动以通过变焦校正焦点位置及聚焦的第四透镜组布置在第三透镜组的像侧。当布置具有正屈光力并执行聚焦的第四透镜组时，在满足条件表达式(2)的情况下透射穿过第一透镜组至第三透镜组的光束在基本上接近于无焦状态的状态下被发射并被第四透镜组高效地聚集。因此，能够在整个变焦区域上高效地执行像差校正，并且能够针对距离变化确保有效的光学性能。优选地，在根据本技术的形式的变焦透镜中，第四透镜组由从物侧到像侧依次布置的具有正屈光力的正透镜和具有负屈光力的负透镜构成，并且正透镜和负透镜之一由玻璃材料形成，而另一个由树脂材料形成。当第四透镜组以这种方式由从物侧到像侧依次布置的正透镜和负透镜构成时，能够预料到光学系统的总体长度的减小。另外，由于具有正屈光力的第四透镜组的透镜之一由在温度特性方面表现出很大移位的树脂材料形成，所以便于在整体上补偿在温度特性方面的变化。
另外，通过由树脂材料形成第四透镜组的透镜之一，能够预料到成本和重量的进一步减小。另外，第四透镜组的另一个透镜由玻璃材料形成的事实提供这样的效果:这是对光学系统中的像差校正的有效手段，在该光学系统中构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜中的三分之二或更多透镜由树脂材料形成。变焦透镜的数值的工作例子在下面，参照附图和表描述本技术的变焦透镜的特定实施例和特定数值应用于实施例的变焦透镜的数值的几个例子。应该注意的是，在表和下面的描述中使用的符号具有下面的含义等。“面编号Si”是从物侧朝着像侧计数的第i面的面编号；“Ri”是第i面的近轴曲率半径；“Di”是第i面和第(i+1)面之间的轴上面间隔，即透镜的中心的厚度或空气间隔；“Ni”是开始于第i面的透镜等的在d线(λ=587.6ηπι)处的折射率；并且“ v i ”是开始于第i面的透镜等的在d线处的阿贝数。“面编号”的“非球面(ASP)”表示该面是非球面；“Ri”的 ”表示该面是平面；并且“Di ”的“可变”表示轴上面间隔是可变间隔。“ K ”是圆锥常数，并且“A4”、“A6”、“A8”和“A10”是四阶、六阶、八阶和十阶非球
面系数。“f”是焦距；“FN0”是F数 ；并且“ω”是半视角。应该注意的是，在以下给出的包括非球面常数的表中，“E-n”表示底数10的指数记数法，即 “(Γη，，，例如，“0.12345Ε-05” 表示 “0.12345Χ1(Γ5”。在实施例中使用的变焦透镜包括非球面透镜面。在“X”是从透镜面的顶点沿光轴的方向上的距离或下降量；“y”是在垂直于光轴的方向的方向上的高度，即图像高度；“c”是在透镜的顶点处的近轴曲率，即曲率半径的倒数；“ K ”是圆锥常数；并且“A4”、“A6”、“AS”和“A10”分别是四阶、六阶、八阶和十阶非球面常数的情况下，非球面形状由下面的表达式I定义:表达式I
rv
,Jj(￡OΗ| Λ-s 國+ A4y + Afifi + A奪8 + A My 〈第一实施例〉图1显示根据本技术第一实施例的变焦透镜I的透镜结构。参照图1，变焦透镜I包括:第一透镜组GR1，具有正屈光力；第二透镜组GR2，具有负屈光力；第三透镜组GR3，具有正屈光力；和第四透镜组GR4，具有正屈光力。从物侧到像侧依次布置第一透镜组GRl、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4。第一透镜组GRl通常位于固定位置，并且第二透镜组GR2可沿光轴的方向移动以用于变焦。第三透镜组GR3通常位于固定位置，并且第四透镜组GR4可沿光轴的方向移动以通过变焦校正焦点位置并聚焦。变焦透镜I具有设置为4.80倍的变焦比。第一透镜组GRl由两个透镜构成，包括从物侧到像侧依次布置的负透镜LI和正透镜L2。第二透镜组GR2由两个透镜构成，包括从物侧到像侧依次布置的负透镜L3和正透镜L4。第三透镜组GR3由一个透镜构成，即正透镜L5。第四透镜组GR4由两个透镜构成，包括从物侧到像侧依次布置的正透镜L6和负透镜L7。滤光器FL布置在第四透镜组GR4和像平面IMG之间。孔径光阑S在像侧布置在第三透镜组GR3附近。在变焦透镜I中，第一透镜组GRl的负透镜LI和正透镜L2、第二透镜组GR2的负透镜L3和正透镜L4、第三透镜组GR3的正透镜L5以及第四透镜组GR4的负透镜L7由树脂材料形成。同时，第四透镜组GR4的正透镜L6由玻璃材料形成。因此，在变焦透镜I中，第一透镜组GRl至第三透镜组GR3的所有的总共五个透镜由树脂材料形成。表I指示特定数值应用于根据第一实施例的变焦透镜I的数值例子I的透镜数据。表I
权利要求
1.一种变焦透镜，包括: 第一透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置； 第二透镜组，具有负屈光力并且能够沿光轴的方向移动以用于变焦；和 第三透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置； 从物侧到像侧依次布置第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组； 构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成； 该变焦透镜满足下面的条件表达式(I)和(2): (1)4.0〈ft/fw(2)-100.0<fr3/fw<-6.4 其中fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，ft是整个透镜系统在远摄端状态下的焦距，并且3是在所有变焦位置的第一透镜组至第三透镜组的合成焦距。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中所述变焦透镜满足下面的条件表达式(3):(3)-1.0<fpl/fw<2.5 其中fpl是第一透镜组的前侧主点的位置，表示与第一透镜组的最接近物侧的面的距离，其中在像侧的距离具有正号。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中具有正屈光力并且可沿光轴的方向移动以通过变焦校正焦点位置并聚焦的第四透镜组布置在第三透镜组的像侧。
4.如权利要求3所述的变焦透镜，其中所述第四透镜组由从物侧到像侧依次布置的具有正屈光力的正透镜和具有负屈光力的负透镜构成，并且 正透镜和负透镜之一由玻璃材料形成，而正透镜和负透镜中的另一个由树脂材料形成。
5.一种图像拾取设备，包括: 变焦透镜；和 图像拾取装置，用于把由变焦透镜形成的光学像转换成电信号； 变焦透镜包括: 第一透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置， 第二透镜组，具有负屈光力并且能够沿光轴的方向移动以用于变焦，和 第三透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置； 从物侧到像侧依次布置第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组， 构成第一透镜组至第三透镜组的多个透镜之中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成， 该变焦透镜满足下面的条件表达式(I)和(2): (1)4.0〈ft/fw(2)-100.0<fr3/fw<-6.4 其中fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，ft是整个透镜系统在远摄端状态下的焦距，并且Π 3是在所有变 焦位置的第一透镜组至第三透镜组的合成焦距。
全文摘要
本发明涉及变焦透镜和图像拾取设备。一种变焦透镜包括第一透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置；第二透镜组，具有负屈光力并且可沿光轴的方向移动；和第三透镜组，具有正屈光力并且通常位于固定位置，从物侧到像侧依次布置第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组。第一透镜组至第三透镜组的多个透镜中的三分之二或更多的透镜由树脂材料形成。该变焦透镜满足下面的条件表达式(1)和(2)(1)4.0<ft/fw；(2)-100.0<f1~3/fw<-6.4。其中fw是整个透镜系统在广角端的焦距，ft是整个透镜系统在远摄端的焦距，并且f1~3是在所有变焦位置的第一透镜组至第三透镜组的合成焦距。
文档编号H04N5/225GK103217787SQ20131001017
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月11日 优先权日2012年1月20日
发明者宫谷崇太, 田村正树 申请人:索尼公司