专利名称：变焦透镜系统和具有该系统的图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦透镜系统，特别(但不是排他地)涉及一种可与光学摄影系统结合使用或者用于光学摄影系统中的变焦透镜系统。
背景技术：
近年来，随着使用周态图像拾取元件的摄像机和数码静物相机的发展，需要可用于照相机中的图像拾取光学系统具有包括宽视角和大孔径比的变焦透镜。
在这种类型的照相机中，各种光学元件(例如低通滤波器和色彩校正滤波器)可设置在透镜最后面部分和图像拾取元件之间。因此，用于常规照相机中的光学系统需要具有比较靠后的焦点的透镜系统。另外，在使用适于彩色图像的图像拾取元件的照相机中，可用于照相机中的光学系统需要在图像一侧具有令人满意的远心性能以避免色彩发暗。
目前，常规系统采用所谓的短变焦类型的两单元变焦透镜，这种类型的变焦透镜由两个透镜单元构成具有负屈光力的第一透镜单元；以及具有正屈光力和在改变透镜之间的间隔的同时进行变焦的第二透镜单元。在这些短变焦类型的变焦透镜中，可具有正屈光力的第二透镜单元移动以改变放大率，并且可具有负屈光力的第一透镜单元移动以补偿与放大率的变化相关的图像位置。在这样两个透镜单元中，变焦比大约为2。
另外，为了使得整个透镜形成紧凑的形状同时达到二或者更高的变焦比，常规系统采用所谓的三单元变焦透镜，其中具有负或者正屈光力的第三透镜单元设置在两单元变焦透镜的像侧(例如，日本审定专利申请公开(Kokoku)No.7-3507(对应于USP 4810072)和日本审定专利申请公开(Kokoku)No.6-40170(对应于USP 4647160))。常规系统论述了各种三单元变焦透镜(例如，日本未审定专利公开(Kokai)No.63-13593(对应于USP 4838666)，日本未审定专利公开(Kokai)No.7-261083)。
在日本未审定专利公开(Kokai)No.3-288113(对应于USP5270863)中描述的常规三单元变焦透镜中，变焦透镜包括具有负屈光力的固定的第一透镜单元以及可移动以进行变焦的具有正屈光力的第二和第三透镜单元。
另外，在其中第一透镜单元具有负屈光力以及第二和第三透镜单元具有正屈光力的三单元变焦透镜中，常规系统论述了一种构造，其中第二透镜单元是由正第一透镜子单元、正第二透镜子单元、负第三透镜子单元和负第四透镜子单元构成(例如，日本未审定专利公开(Kokai)No.9-258103(对应于USP 5872660)，日本未审定专利公开(Kokai)No.11-52246(对应于USP 6124984)，日本未审定专利公开(Kokai)No.11-174322，日本未审定专利公开(Kokai)No.11-194274，日本专利No.3466385，日本未审定专利公开(Kokai)No.2002-23053(对应于USP 6618210)，日本未审定专利公开(Kokai)No.2002-196240(对应于USAA 2002149857))。
其他常规系统论述了三单元变焦透镜，它由具有负、正和正屈光力的透镜单元构成，具有三或者更高的变焦比(例如，日本未审定专利公开(Kokai)No.4-217219，日本未审定专利公开(Kokai)No.10-039214，日本未审定专利公开(Kokai)No.10-213745，日本未审定专利公开(Kokai)No.11-119101(对应于USP 6038084)，日本未审定专利公开(Kokai)No.11-174322，日本未审定专利公开(Kokai)No.2001-42218(对应于USP 6304389)，日本未审定专利公开(Kokai)No.2002-365545(对应于USAA 2003103157)，日本未审定专利公开(Kokai)No.2002-267930(对应于USP 6498688)，日本未审定专利公开(Kokai)No.2003-156686以及日本专利No.2895843(对应于USP4828372))。
为35毫米胶卷照片设计的常规三单元变焦透镜具有这样一个过长的后焦点和不令人满意的远心性能，这样的透镜通常不适于用在使用固态图像拾取元件的图像拾取设备中。
另一方面，一种所谓的回缩类型的变焦透镜已经广泛使用，其中在非拍摄时间，透镜单元之间的间隔被减小到不同于在拍摄时刻的间隔，并且从照相机主体伸出的透镜的长度减小以实现照相机的紧凑尺寸和变焦透镜的高变焦比。
一般地，当构成变焦透镜的每一个透镜单元的透镜数量较大时，每一个透镜单元在光轴上的长度增大。当每一个透镜单元在变焦和聚焦中的移动量大时，透镜系统的总长度增大。因此，通常不能达到所需的回缩长度，并且使得使用一种回缩类型的变焦透镜变得困难。当变焦透镜的变焦比增大时，这种趋势增大。
另一方面，当使用非球面透镜时，透镜的数量可减少。但是，非球面透镜比球面透镜贵。因此，当非球面透镜的数量增大时，成本增大。
发明内容
至少一个实施例涉及一种变焦透镜，其中构成透镜的数量被设定地尽可能少但具有极好的光学性能。
根据至少一个实施例的变焦透镜系统按照从物侧到像侧的顺序包括具有负折射能力的第一透镜单元、具有正折射能力的第二透镜单元和具有正折射能力的第三透镜单元。另外，在变焦过程中第一和第二透镜单元之间的间隔以及第二和第三透镜单元之间的间隔改变。在这样的变焦透镜系统中，每一个透镜单元的构造和各个透镜单元的布置被适合设定。
图1示出了实施例1的变焦透镜的截面图；图2示出了实施例1的变焦透镜的像差图；图3示出了实施例2的变焦透镜的截面图；
图4示出了实施例2的变焦透镜的像差图；图5示出了实施例3的变焦透镜的截面图；图6示出了实施例3的变焦透镜的像差图；图7示出了实施例4的变焦透镜的截面图；图8示出了实施例4的变焦透镜的像差图；图9示出了实施例5的变焦透镜的截面图；图10示出了实施例5的变焦透镜的像差图；图11示出了实施例6的变焦透镜的截面图；图12示出了实施例6的变焦透镜的像差图；图13示出了实施例7的变焦透镜的截面图；图14示出了实施例7的变焦透镜的像差图；图15示出了实施例8的变焦透镜的截面图；图16示出了实施例8的变焦透镜的像差图；图17示出了实施例9的变焦透镜的截面图；图18示出了实施例9的变焦透镜的像差图；图19示出了实施例10的变焦透镜的截面图；图20示出了实施例10的变焦透镜的像差图；图21示出了实施例11的变焦透镜的截面图；图22示出了实施例11的变焦透镜的像差图；图23示出了实施例12的变焦透镜的截面图；图24示出了实施例12的变焦透镜的像差图；图25示出了实施例13的变焦透镜的截面图；图26示出了实施例13的变焦透镜的像差图；图27示出了实施例14的变焦透镜的截面图；图28示出了实施例14的变焦透镜的像差图；以及图29示出了一个图像拾取设备的主要部分的示意图。
具体实施例方式
实施例的下列描述仅是说明性的并且不是对本发明、其应用和用途的限制。
实施例可以可操作的方式与形成成像系统的各种成像装置相连(例如，电子照相机、便携式摄像放像一体机、摄像机、数码静物相机、胶片照相机、广播照相机、本领域技术人员已知的其他成像装置以及等同装置)。
本领域技术人员已知的方法、技术、设备和材料不再详细描述但在适合的情况下可为允许描述的一部分。例如，透镜和透镜单元被讨论并且可用于形成透镜的任何材料应该落入实施例的保护范围内(例如，玻璃、硅)。另外，透镜的实际尺寸没有被讨论但是从微距透镜到纳米级透镜的任何尺寸可在实施例的保护范围内(例如，直径为纳米尺寸、微米尺寸、厘米尺寸和米尺寸的透镜)。
另外，实施例不限于可视成像装置(例如，光学照相系统)，例如，该系统可被设计成与红外或者其他波长成像系统结合使用的形式。例如，实施例可与非数字系统以及数字系统结合使用(例如，使用CCD的照相系统)。
注意的是，类似的附图标记和字母指的是在下列图中的基本上类似的部件，这些部件在图与图之间根据与每一个图关联的数字示例可具有不同的具体性能。例如，L1一般涉及第一透镜单元。与数字示例1相关的图1中的第一透镜单元L1可具有不同于与数字示例2相关的图3中的第一透镜单元L1的具体性能。
下面将描述至少一个实施例所涉及的变焦透镜系统的实施例。首先，将描述实施例1至9的变焦透镜。
图1示出了实施例1所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图2(A)到(C)分别示出了实施例1所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例1的示例涉及具有约3.1的变焦比和约2.9到5.2的孔径比的变焦透镜。
图3是实施例2所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图4(A)到(C)分别示出了实施例2所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例2的示例涉及具有约3.7的变焦比和约3.4到7.0的孔径比的变焦透镜。
图5是实施例3所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图6(A)到(C)分别示出了实施例3所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例3的示例涉及具有约3.8的变焦比和约3.1到7.0的孔径比的变焦透镜。
图7示出了实施例4所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图8(A)到(C)分别示出了实施例4所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例4的示例涉及具有约3.8的变焦比和约3.3到7.0的孔径比的变焦透镜。
图9是实施例5所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图10(A)到(C)分别示出了实施例5所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例5的示例涉及具有约3.8的变焦比和约3.0到6.0的孔径比的变焦透镜。
图11是实施例6所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图12(A)到(C)分别示出了实施例6所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例6的示例涉及具有约3.8倍的变焦比和约3.0到6.0的孔径比的变焦透镜。
图13示出了实施例7所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图14(A)到(C)分别示出了实施例7所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例7的示例涉及具有约3.8的变焦比和约3.0到6.0的孔径比的变焦透镜。
图15是实施例8所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图16(A)到(C)分别示出了实施例8所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例8的示例涉及具有约3.8的变焦比和约2.8到6.0的孔径比的变焦透镜。
图17是实施例9所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图18(A)到(C)分别示出了实施例9所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例9的示例涉及具有约3.8的变焦比和约3.0到6.0的孔径比的变焦透镜。
实施例1到9的变焦透镜是可用在图像拾取设备中的摄影透镜系统。当每个变焦透镜用作例如摄影机或数码静物相机的摄影光学系统时，所述变焦透镜可在例如CCD或CMOS传感器的固态成像拾取元件(光电转换元件)的图像拾取表面上形成图像。当每个变焦透镜用作用于银盐膜的摄影机的摄影光学系统时，所述变焦透镜可在膜表面上形成图像。
在每个透镜截面图中，左侧是物侧(前侧)，而右侧是像侧(后侧)。在透镜截面图中，L1表示具有负屈光力(折射能力＝焦距的倒数)的第一透镜单元、L2表示具有正屈光力的第二透镜单元、以及L3表示具有正屈光力的第三透镜单元。而且，SP表示孔，并被布置在第二透镜单元L2的物侧上。此外，G表示相当于滤光器、面板的玻璃块。
在每个像差图中，d、g分别表示d-线和g-线，而M、S分别表示经向图像平面和径向图像平面。放大倍率的像差(横向色像差)由g-线表示。
应该注意的是，在每个实施例1到9中，广角端和望远端都是指在用于改变放大倍率的透镜单元被布置在其中所述单元沿光轴可移动的机构区域的相对端时的变焦位置。
每个实施例1到9所涉及的变焦透镜从物侧到像侧按顺序都具有三个透镜单元具有负屈光力的第一透镜单元L1；具有正屈光力的第二透镜单元L2；以及具有正屈光力的第三透镜单元L3。而且，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元沿凸状轨迹向像侧移动(A)、第二透镜单元向物侧移动(B)以及第三透镜单元向像侧移动(C)。
根据每个实施例1到9，变焦透镜通过第二透镜单元L2的移动进行主放大倍率改变。而且，与放大倍率改变相关，由第一透镜单元L1沿凸状轨迹的移动和第三透镜单元向像侧移动的移动补偿图像平面的移动。
与图像拾取元件的小型化有关，第三透镜单元L3可共享摄影透镜的屈光力的增加，因此在由第一和第二透镜单元构成的短变焦系统中可减小屈光力。可减少在构成第一透镜单元的透镜中形成的像差以实现令人满意的光学性能。通过用作场透镜功能的第三透镜单元L3有助于特别在像侧上的远心图像的形成。
而且，第一透镜单元L1从物侧到像侧按顺序包括两个透镜元件其凸面指向物侧并具有弯月面形状的负透镜G11；其凹面指向像侧并具有弯月面形状的正透镜G12。应该注意的是，负透镜G11的像侧表面可为非球面的表面。第二透镜单元L2从物侧到像侧按顺序包括通过组合(例如，粘接)双凸面正透镜G21、双凸面正透镜G22以及双凹面负透镜G23而获得的组合透镜；以及正透镜G24。第三透镜单元L3具有至少一个正单透镜。
实施例中所述的每个透镜单元都有助于形成具有高变焦比的小型透镜系统以及具有减小突出的透镜系统，同时在变焦过程中基本保持光学性能。
而且，由于每个实施例1到9都只包括一个非球状透镜用作第一透镜单元L1的负透镜G11，因此可实现低成本的变焦透镜。
第一透镜单元L1具有在孔的中心上形成轴外(离轴)主光线的瞳孔图像的功能。由于在广角侧所述轴外主光线的折射量特别大，因此容易产生各种各样的轴外像差，尤其是散光(像散)和变形像差。
为了有助于减少轴外像差，每个实施例1到9都具有负透镜和正透镜的结构以便以与广角透镜中相同的方式抑制最靠近物侧的透镜直径的增加。
而且，负透镜G11在像侧的透镜表面可被形成为非球面的以便于弱化外围中的负屈光力，因此以良好的平衡性补偿散光和变形像差。此外，第一透镜单元可仅具有两个透镜，这有助于整个透镜系统的小型尺寸。
而且，构成第一透镜单元L1的每个透镜都具有其中心在孔SP与光线的交叉点上的近似于同心球形的形状，以便于抑制由于轴外主光线的折射而产生的轴外像差的产生。
另外，可具有双凸面正透镜G21和G22的第二透镜单元L2具有这样一种形状，即，从第一透镜单元中发射出来的轴外主光线的折射角被减小，并且没有产生任何轴外像差。
而且，正透镜G21可为这样一种透镜，所述透镜可具有穿过轴上光线的最大高度并且主要可用于球面像差和彗形像差的校正。
在实施例1到9中，所述光线由正透镜G21和G22逐渐折射从而减小球面像差和彗形像差。
另外，组合于正透镜G22的负透镜G23是以这样一种方式成形的，即，将其凹面指引到像侧上，因此减少了在正透镜G21和G22中产生的像差。
在实施例1到9中，由于在第二透镜单元L2中不需要非球形表面，因此可促进低成本变焦透镜的形成。
另外，第三透镜单元L3可包括双凸面正透镜G31，并且具有用于将所述单元设定得在像侧上远心的场透镜的功能。
现在假定后焦点(最靠近像侧的透镜表面与图像平面之间沿光轴的空气换算长度)为sk′，第三透镜单元的焦距为f3，而第三透镜单元的成像放大倍率为β3，可建立以下关系sk′＝f3(1-β3)，其中0＜β3＜1.0。
这里，在从广角端到望远端的变焦过程中当第三透镜单元L3向像侧移动时，在远距侧所述后焦点sk′减小并且第三透镜单元L3的成像放大倍率β3增加。
这样，作为结果，由于第三透镜单元L3可共享放大倍率，因此可减小第二透镜单元L2的移动量。而且，由于可减小第二透镜单元L2的移动量，因此可节省空间，这有助于整个变焦透镜系统的小型化。
如果使用实施例1到9所涉及的变焦透镜拍摄短程目标的话，当第一透镜单元L1向物侧移动时基本可保持令人满意的性能。另外，第三透镜单元L3可向物侧移动。
当第一透镜单元L1被聚焦并被布置得最靠近物侧时这可有助于前透镜直径的减小，在可具有最大透镜重量的第一透镜单元移动时这还可避免致动器上的载荷增加。此外，当通过第三透镜单元L3执行调焦时，第一透镜单元L1可被简单地连接于第二透镜单元L2(例如，通过凸轮)，并且在变焦时移动，因此至少一个实施例简化了机构结构并增强了精确度。
此外，当通过第三透镜单元执行调焦时，当在从广角端到望远端的变焦过程中第三透镜单元向像侧移动时，在其中调焦移动量较大的望远端所述第三透镜单元L3可被布置得更靠近于像侧。因此，在至少一个实施例中，可减小变焦和调焦过程中第三透镜单元L3的总移动量，这有助于小型化透镜系统的发展。
应该注意的是，在每个实施例1到9中所涉及的变焦透镜中为了在高变焦比下获得令人满意的光学性能，可满足以下条件的至少一项。
(1-1)为了在高放大倍率下获得令人满意的光学性能，可满足以下条件1.2＜|β23T|＜1.9...... (1)其中β23T是在望远端所述第二和第三透镜单元L2和L3的组合放大倍率。
β23T的数值是影响透镜系统的望远端的焦距的数值。
当所述数值变得小于条件公式(1)的下限值时，望远端的焦距缩短。因此，为了确保预定放大倍率可增强第一透镜单元L1的屈光力。第一透镜单元L1的外径也增加。因此，变得难于校正像差(例如，散光和彗形像差)。另外，外径的增加可导致成本增加。
而且，当所述数值超过条件公式(1)的上限值时，望远端的焦距加长。因此，为了确保预定放大倍率可弱化第一透镜单元L1的屈光力。其中超过了条件公式(1)的上限值的这样一种状态导致减小第一透镜单元L1的外径，但是第一透镜单元L1的厚度增加了。因此，这不利于小型化的透镜系统。
可如下所述设定条件公式(1)的数值范围1.25＜|β23T|＜1.85......(1a)(1-2)为了减小总透镜长度并获得令人满意的光学性能，可满足以下条件
0.35＜d/D＜0.60...... (2-1)；以及1.45＜D/fW＜1.80......(2-2)其中d表示正透镜G22和负透镜G23沿光轴的总厚度，D表示沿光轴最靠近物侧的第二透镜单元L2的表面和最靠近像侧的单元表面之间的间隔，而fW是在广角端整个变焦透镜系统的焦距。
当数值超过了条件公式(2-1)的上限值时，难于校正望远端的球面像差。
当数值变得小到超过了条件公式(2-1)的下限值时，难于校正望远端的像差，并且不利于小型化透镜系统。
而且，在实施例1到9中，当满足条件公式(2-1)时，由于在第二透镜单元L2中不需要非球形表面，因此可促进小型化变焦透镜系统的形成。
当组合透镜的厚度减小到这样一种程度，即，超过了条件公式(2-1)的下限值时，可能不会抑制球面像差，除非增加第一透镜单元L1中透镜间隔。在这样一种情况下，整个变焦透镜系统增大了。当组合透镜的厚度增加到这样一种程度，即，超过了条件公式(2-1)的上限值时，当在第二透镜单元L2中仅使用球面透镜时不可能抑制球面像差。
也就是说，当满足条件公式(2-1)时，令人满意地抑制了像差，并且可有助于形成小型化变焦透镜。因此，即使在第二透镜单元L2中没有非球形表面的话，也可确保令人满意的光学性能。因此，可减少整个变焦透镜系统的非球面透镜的数量，这有助于成本降低。
当数值变得大到超过条件公式(2-2)的上限时，所述数值不支持所述透镜的小型化设定。
当数值变得小到超过条件公式(2-2)的下限时，所述数值有利于所述透镜的小型化设定，但是不利于减少球面像差。
可如下所述设定条件公式(2-1)的数值范围0.4＜d/D＜0.55...... (2-1a)；以及1.5＜D/fW＜1.75......(2-2b)
(1-3)为了减小光学系统的总透镜长度可满足以下条件-2.8＜f1/fW＜-2.0...... (3)其中f1表示第一透镜单元L1的焦距。
当超过了条件公式(3)的上限值时，光学系统的总长度缩短了。然而，第一透镜单元L1的焦距的缩短不利于总变焦区域中像差的减少，尤其是变形像差。
而且，当超过了条件公式(3)的下限值时，在变焦期间第一透镜单元L1的移动量增加了，并且光学系统的总长度也增加了。
可如下所述设定条件公式(3)的数值范围-2.7＜f1/fW＜-2.1...... (3a)(1-4)为了减小光学系统的总透镜长度可满足以下条件2.0＜f2/fW＜2.7...... (4)其中f2表示第二透镜单元L2的焦距。
当超过了条件公式(4)的上限值时，在变焦期间第二透镜单元L2的移动量增加了，并且光学系统的总长度加长了。
当超过了条件公式(4)的下限值时，在变焦期间第二透镜单元L2的移动量减小了，并且光学系统的总长度加长了。然而，第二透镜单元L2的焦距的缩短不利于总变焦区域中像差的减少。
可如下所述设定条件公式(4)的数值范围2.1＜f2/fW＜2.6...... (4a)(1-5)为了获得光学系统的远心性能可满足以下条件4.0＜f3/fW＜5.0...... (5)其中f3表示第三透镜单元L3的焦距。
当超过了条件公式(5)的上限值时，发射瞳孔位置变得接近于图像平面，并且远心性能降低了。
当超过了条件公式(5)的下限值并且第三透镜单元L3的焦距缩短时，远心性能变得令人满意，但是散光增加了，并且难于校正散光。
可如下所述设定条件公式(5)的数值范围4.1＜f3/fW＜4.9...... (5a)
接下来，将描述实施例1到9的数值数据。在每个数字示例中，i表示从物侧处开始的表面的次序，Ri表示第i个透镜表面的曲率半径，Di表示沿光轴第i个表面与第i+1个表面之间的间隔，Ni和vi分别表示折射率和根据d-线的阿贝常数。
而且，最靠近像侧的两个平面构成了玻璃块G。假定光线行进方向是正的，x表示沿光轴方向从表面凸起处的位移，h表示沿垂直于光轴的方向从光轴处开始的高度，R表示轴旁曲率半径，k表示圆锥常数，以及B、C、D和E是非球面系数，非球面表面形状由以下公式表示x＝(h2/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)2}1/2]+Bh4+Ch6+Dh8+Eh10而且，“e-0X”是指“×10-X99”。另外，f表示焦距，Fno表示F数，以及ω表示半场角。另外，在表1中示出了每个上述条件公式和每个数值示例之间的关系。
数字示例1f＝5.50到17.28Fno＝2.90到5.242ω＝29.7°到10.0°R1＝49.729D1＝1.50 N1＝1.683430v1＝52.4R2＝4.941 D2＝2.80R3＝8.810 D3＝1.70 N2＝1.846660v2＝23.9R4＝14.324D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝14.614D6＝1.75 N3＝1.696797v3＝55.5R7＝-47.546 D7＝0.10R8＝6.508 D8＝2.35 N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-14.435 D9＝1.85 N5＝1.806100v5＝33.3R10＝5.344D10＝1.36R11＝44.265 D11＝1.50N6＝1.772499v6＝49.6R12＝-20.712 D12＝变量R13＝17.600 D13＝1.50N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-37.974 D14＝变量R15＝∞ D15＝0.81N8＝1.516330v8＝64.1
R16＝∞焦距 5.50 12.95 17.28可变间隔D419.11 3.20 3.22D12 4.06 13.91 19.62D14 4.71 4.36 3.92非球面系数R2 k＝-1.57051e+00B＝1.00040e-03C＝2.52797e-06D＝-2.11744e-07E＝5.48035e-09数字例2F＝5.20至19.40Fno ＝3.38至3.982ω＝29.7°至8.5°R1＝41.517D1＝1.20N1＝1.683430v1＝52.4R2＝4.534 D2＝2.70R3＝7.970 D3＝2.00N2＝1.846660v2＝23.9R4＝12.658D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝7.558 D6＝1.95N3＝1.487490v3＝70.2R7＝-34.663 D7＝0.28R8＝6.322 D8＝2.05N4＝1.638539v4＝55.4R9＝-7.499D9＝1.50N5＝1.834000v5＝37.2R10＝4.833D10＝0.83R11＝20.441 D11＝1.50 N6＝1.696797v6＝55.5R12＝-21.202 D12＝变量R13＝46.140 D13＝1.25 N7＝1.834807v7＝42.7R14＝-35.618 D14＝变量R15＝∞D15＝0.81N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.20 15.95 19.40可变间隔
D4 16.80 2.94 1.80D12 3.12 17.24 21.45D14 4.56 3.28 2.69非球面系数R2 k＝-1.77797e+00B＝1.66314e-03C＝-1.23495e-05D＝3.81177e-07E＝-4.17703e-09数字例3f＝5.15至19.40Fno＝3.14至6.982ω＝29.2°至8.5°R1＝37.036D1＝1.20N1＝1.683430v1＝52.4R2＝4.500 D2＝3.26R3＝8.896 D3＝2.00N2＝1.846660v2＝23.9R4＝14.947D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝9.411 D6＝1.85N3＝1.516330v3＝64.1R7＝-41.935 D7＝0.28R8＝6.373 D8＝2.05N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-10.716 D9＝2.05N5＝1.834000v5＝37.2R10＝5.161D10＝0.83R11＝28.615 D11＝1.50 N6＝1.603112v6＝60.6R12＝-14.456 D12＝变量R13＝31.147 D13＝1.25 N7＝1.712995v7＝53.9R14＝-28.821 D14＝变量R15＝∞ D15＝0.81 N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.15 15.75 19.40可变间隔D4 17.24 3.68 2.41D12 2.69 19.77 24.64D14 5.54 3.42 2.76
非球面系数R2 k＝-1.61834e+00B＝1.40026e-03C＝-1.85711e-05D＝9.56155e-07E＝-2.06096e-08数字例4f＝5.15至19.40Fno＝3.26至6.982ω＝29.9°至8.5°R1＝58.781D1＝1.40N1＝1.683430v1＝52.4R2＝4.725 D2＝3.01R3＝8.849 D3＝2.00N2＝1.846660v2＝23.9R4＝14.412D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝8.077 D6＝2.20N3＝1.487490v3＝70.2R7＝-26.024 D7＝0.10R8＝6.002 D8＝2.40N4＝1.622992v4＝58.2R9＝-7.902D9＝1.50N5＝1.834000v5＝37.2R10＝4.629D10＝0.55R11＝22.011 D11＝1.50 N6＝1.712995v6＝53.9R12＝-24.802 D12＝变量R13＝37.187 D13＝1.30 N7＝1.772499v7＝49.6R14＝-28.934 D14＝变量R15＝∞ D15＝0.81 N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.15 16.05 19.40可变间隔D4 16.42 2.91 1.80D12 3.45 17.45 21.41D14 4.11 3.09 2.80非球面系数R2 k＝-1.75960e+00B＝1.37386e-03C＝-6.07840e-06D＝-6.23270e-08E＝4.79777e-09
数字例5f＝5.56至21.00Fno＝2.99至6.002ω＝29.6°至8.4°R1＝45.108D1＝1.55N1＝1.683430v1＝52.4R2＝5.063 D2＝2.92R3＝8.903 D3＝1.65N2＝1.846660v2＝23.9R4＝14.057D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝25.157D6＝1.55N3＝1.696797v3＝55.5R7＝-25.157 D7＝0.10R8＝6.523 D8＝3.30N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-11.354 D9＝1.25N5＝1.806100v5＝33.3R10＝5.778D10＝2.02R11＝354.322 D11＝1.25 N6＝1.772499v6＝49.6R12＝-15.778 D12＝变量R13＝37.868 D13＝1.50 N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-42.556 D14＝变量R15＝∞ D15＝0.81 N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.56 17.43 21.00可变间隔D4 20.48 3.38 2.03D12 4.10 19.88 24.36D14 4.77 3.89 3.61非球面系数R2 k＝-1.32539e+00B＝7.16011e-04C＝5.94492e-06D＝-1.87944e-07E＝4.19999e-09数字例6f＝5.56至21.00Fno＝2.99至6.002ω＝29.6°至8.4°R1＝48.120D1＝1.55N1＝1.683430v1＝52.4
R2＝5.150 D2＝2.92R3＝9.002 D3＝1.65N2＝1.846660v2＝23.9R4＝14.267D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝25.053D6＝1.70N3＝1.696797v3＝55.5R7＝-29.069 D7＝0.10R8＝6.765 D8＝3.25N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-11.281 D9＝1.60N5＝1.806100v5＝33.3R10＝5.998D10＝1.63R11＝189.465 D11＝1.25 N6＝1.772499v6＝49.6R12＝-15.275 D12＝变量R13＝19.279 D13＝1.50 N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-35.146 D14＝变量R15＝∞ D15＝0.81 N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.56 17.39 21.00可变间隔D4 20.31 3.26 1.90D12 3.99 19.69 24.20D14 4.94 3.99 3.63非球面系数R2 k＝-1.47717e+00B＝8.18024e-04C＝3.91469e-06D＝-1.75977e-07E＝4.03752e-09数字例7f＝5.56至21.00Fno＝2.99至6.002ω＝29.6°至8.4°R1＝42.286D1＝1.55N1＝1.683430v1＝52.4R2＝5.125 D2＝3.01R3＝8.875 D3＝1.65N2＝1.846660v2＝23.9R4＝13.534D4＝变量
R5＝孔 D5＝0.70R6＝20.648 D6＝1.45N3＝1.696797v3＝55.5R7＝-32.144D7＝0.10R8＝6.676 D8＝3.60N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-9.670 D9＝0.70N5＝1.806100v5＝33.3R10＝6.052 D10＝1.61R11＝-60.080 D11＝1.25 N6＝1.804000v6＝46.6R12＝-12.288 D12＝变量R13＝20.874D13＝2.25 N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-35.146 D14＝变量R15＝∞D15＝0.81 N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.56 17.39 21.00可变间隔D4 20.51 3.27 1.96D12 4.11 19.64 24.27D14 4.77 4.06 3.62非球面系数R2 k＝-1.62555e+00B＝9.93078e-04C＝2.60059e-07D＝-7.38079e-08E＝2.96694e-09数字例8f＝5.60至21.39Fno＝2.80至6.012ω＝29.4°至8.1°R1＝56.335D1＝1.70N1＝1.693500v1＝53.2R2＝4.974 D2＝3.49R3＝9.269 D3＝1.85N2＝1.846660v2＝23.9R4＝13.650D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝14.159D6＝2.15N3＝1.719995v3＝50.2R7＝-39.252 D7＝0.10
R8＝6.742 D8＝2.45 N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-13.884D9＝1.90 N5＝1.806100v5＝33.3R10＝5.305 D10＝1.60R11＝70.397D11＝1.60N6＝1.772499v6＝49.6R12＝-21.912 D12＝变量R13＝21.213D13＝1.60N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-35.146 D14＝变量R15＝∞D15＝0.81N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.60 17.92 21.39可变间隔D4 18.08 3.56 2.49D12 4.02 21.78 26.79D14 5.00 5.00 5.00非球面系数R2 k＝-1.72660e+00B＝1.06844e-03C＝4.12539e-06D＝-4.57521e-07E＝1.16819e-08数字例9f＝5.60至21.00Fno＝3.01至6.002ω＝29.4°至8.2°R1＝39.307D1＝1.70N1＝1.693500v1＝53.2R2＝5.346 D2＝3.04R3＝8.995 D3＝1.85N2＝1.846660v2＝23.9R4＝13.650D4＝变量R5＝孔D5＝0.70R6＝14.756D6＝2.15N3＝1.719995v3＝53.9R7＝-57.854 D7＝0.10R8＝6.551 D8＝2.45N4＝1.603112v4＝60.6R9＝-15.543 D9＝1.65N5＝1.806100v5＝33.3R10＝5.411D10＝1.62
R11＝44.972 D11＝1.60N6＝1.772499v6＝49.6R12＝-22.392D12＝变量R13＝19.832 D13＝1.60N7＝1.517417v7＝52.4R14＝-35.146D14＝变量R15＝∞ D15＝0.81N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 5.60 17.44 21.00可变间隔D4 21.24 3.41 1.98D12 3.87 18.96 23.22D14 4.76 3.87 3.62(表1)
应该注意的是，尽管在附图1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25和27中参考项目号(例如G21)始终如一地表示基本透镜元件，但是每个图都和与一个数字示例相关的具体实施例有关。例如，图1对应于具有第一透镜单元元件G11的实施例1，与具有大约为49.729的R1值的数字示例1相对应，而图3的第一透镜单元元件G11对应于第二实施例和第二数字示例，具有大约为41.517的R1值。因此，尽管从一幅图到另一幅图所述单元可具有相同的附图标号，但是所述图代表实施例的示例(即，数字示例)并且相同的附图标号单元为统一的标志并且从一个示例到另一个示例可具有不同的透镜特征。
当如实施例1到9中披露的变焦透镜中那样设定每个元件时，可获得这样的变焦透镜，所述变焦透镜尤其适用于使用固态图像拾取元件的摄影系统(例如，摄影机或数码静物相机)、由于由较少数量的构成透镜构成而小型化、适合于用作回缩类型的变焦透镜、并且具有卓越的光学性能(例如，大约为三倍或四倍的变焦比)。
而且，当在第一透镜单元L1中有效地引入非球面表面时，并且尤其是当适当地设定第一和第二透镜单元L1和L2的屈光力时，可有效地减少轴外像差(例如，散光和变形像差)，并且当孔径增大时可有效地减少球面像差。
而且，由于在第二透镜单元L2中不需要非球形表面，因此可减少整个变焦透镜中的非球面表面的数量，并且可实现成本降低。
应该注意的是，依照实施例1到9，每个变焦透镜都可包括三个透镜单元，但是在透镜单元的数量上不存在任何限制。例如，在第三透镜单元L3的像侧可增加具有弱正或负屈光力的透镜单元以构成四-单元结构。
接下来，将描述实施例10到14的变焦透镜。
图19是实施例10所涉及的变焦透镜的广角端(短焦距端)的透镜截面图。图20(A)到(C)分别示出了实施例10所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端(长焦距端)的像差图。实施例10的示例涉及具有约4.6的变焦比和约2.6到6.0的孔径比的变焦透镜。
图21是实施例11所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图22(A)到(C)分别示出了实施例11所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例11的示例涉及具有约5.4的变焦比和约2.7到7.0的孔径比的变焦透镜。
图23是实施例12所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图24(A)到(C)分别示出了实施例12所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例12的示例涉及具有约5.9变焦比和约2.1到6.9的孔径比的变焦透镜。
图25是实施例13所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图26(A)到(C)分别示出了实施例13所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例13的示例涉及具有约4.6的变焦比和约2.5到6.0的孔径比的变焦透镜。
图27是实施例14所涉及的变焦透镜的广角端的透镜截面图。图28(A)到(C)分别示出了实施例14所涉及的变焦透镜的广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。实施例14的示例涉及具有约4.6的变焦比和约2.5到6.0的孔径比的变焦透镜。
实施例10到14的变焦透镜是可用在图像拾取设备中的摄影透镜系统。在每个透镜截面图中，左侧是物侧(前侧)，而右侧是像侧(后侧)。
在图19、21、23、25和27的透镜截面图中，如上所述的，L1表示具有负屈光力的第一透镜单元、L2表示具有正屈光力的第二透镜单元、以及L3表示具有正屈光力的第三透镜单元。而且，SP表示孔，并被布置在第二透镜单元L2的物侧上。
此外，G表示相当于滤光器、面板、晶体低通滤波器、红外线切割过滤器的光学块。另外，IP表示图像平面。当透镜用作例如摄影机或数码静物相机的摄影光学系统时，可布置感光表面，所述感光表面相当于例如CCD或CMOS传感器的固态成像拾取元件(光电转换元件)的图像拾取表面。
在每个像差图中，d、g分别表示d-线和g-线，而ΔM、ΔS分别表示经向图像平面和径向图像平面，并且放大倍率的像差由g-线表示。
应该注意的是，在每个实施例10到14中，广角端和望远端都是指在用于改变放大倍率的透镜单元(第二透镜单元L2)被布置在其中所述单元沿光轴可移动的机构区域的相对端时的变焦位置。
在每个实施例10到14所涉及的变焦透镜中，在从广角端到望远端变焦期间，第一透镜单元L1基本沿凸状轨迹往复向像侧移动、第二透镜单元向物侧移动，以及第三透镜单元向像侧移动。
根据每个实施例10到14，变焦透镜通过第二透镜单元L2的移动执行主放大倍率改变。而且，与放大倍率改变相关，由第一透镜单元L1的往复和第三透镜单元L3朝向像侧的移动补偿图像的移动。
接下来，将描述透镜结构的典型特征。
第一透镜单元L1从物侧到像侧按顺序包括两个透镜其凸面指向物侧并具有弯月面形状的负透镜G11；其凹面指向像侧并具有弯月面形状的正透镜G12。
第一透镜单元L1具有在孔的中心SP上形成轴外主光线的瞳孔图像的功能。由于广角侧上轴外主光线的折射量特别大，因此容易产生各种各样的轴外像差，尤其是散光和变形像差。
为了有助于减少轴外像差，每个实施例10到14都具有负透镜和正透镜的结构以便于以与通用广角透镜中相同的方式抑制最靠近物侧的透镜直径的增加。
而且，负透镜G11在像侧的透镜表面可被形成为非球面的以便于弱化透镜外围中的负屈光力，因此以良好的平衡性补偿散光和变形像差。此外，第一透镜单元可仅具有两个透镜，这有助于整个透镜系统的小型尺寸。
而且，构成第一透镜单元L1的每个透镜都具有其中心在孔SP与光线的交叉点上的近似于同心球形的形状，以便于抑制由于轴外主光线的折射而产生的轴外像差的产生。
第二透镜单元L2从物侧到像侧按顺序包括通过组合(例如，粘接)在物侧具有凸面的正透镜G21、其相对侧透镜表面具有凸形形状的正透镜G22以及其相对侧透镜表面具有凹形形状的负透镜G23而获得的组合透镜；以及正透镜G24。
可在物侧具有正透镜G21和G22的第二透镜单元L2具有这样一种透镜形状，即，从第一透镜单元L1中发射出来的轴外主光线的折射角被减小，并且减少任何轴外像差。
而且，正透镜G21为这样一种透镜，所述透镜可具有穿过轴光线的最大高度并且主要可用于球面像差和彗形像差的校正。在至少一个实施例中，布置有正透镜G21和G22，并且光通量被逐渐折射，从而令人满意地校正球面像差和彗形像差。
而且，组合于正透镜G22的负透镜G23的表面可被形成为凹面形状的，因此可消除在正透镜G21和G22中产生的像差。
第三透镜单元L3可包括正透镜G31，其在物侧的至少一个表面可具有凸面形状。
与图像拾取元件的小型化有关，第三透镜单元L3共享每个透镜单元的屈光力的增加，因此在由第一和第二透镜单元L1、L2构成的短变焦系统中可减小屈光力。因此，可在构成第一透镜单元L1的透镜中抑制像差的产生以实现令人满意的光学性能。通过用作场透镜功能的第三透镜单元L3有助于像侧上远心图像的形成，尤其要求使用固态图像拾取元件的摄影设备。
现在假定后焦点为sk′，第三透镜单元L3的焦距为f3，而第三透镜单元L3的成像放大倍率为β3，可建立以下关系sk′＝f3(1-β3)，其中0＜β3＜1.0。
这里，在从广角端到望远端的变焦期间当第三透镜单元L3向像侧移动时，在远距侧上后焦点sk′减小并且第三透镜单元L3的成像放大倍率β3增加。这样，作为结果，由于第三透镜单元L3共享放大倍率的改变，因此减小了第二透镜单元L2的移动量。而且，由于减小了第二透镜单元L2的移动量，因此可节省空间，这有助于透镜系统的小型化。
当使用实施例10到14所涉及的变焦透镜拍摄短程目标的话，当第一透镜单元L1向物侧移动时，获得了令人满意的性能。在执行调焦时，第三透镜单元L3可向物侧移动。
当第一透镜单元L1被布置得最靠近物侧并且在调焦期间移动时这可有助于前透镜直径的减小，在可具有最大透镜重量的第一透镜单元移动时这还可避免致动器上的载荷增加。此外，当第一透镜单元L未移动以便于调焦时，第一透镜单元L1可被简单地连接于第二透镜单元L2(例如，通过凸轮)，并且在变焦时移动，因此至少一个实施例简化了机构结构并增强了精确度。
此外，当通过第三透镜单元L3执行调焦时，当在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元可向像侧移动时，在其中调焦移动量大于广角端的望远端所述第三透镜单元L3可被布置得更靠近于像侧。因此，可使得变焦和调焦所需的第三透镜单元L3的移动总量最小化，这可容易地获得小型化透镜系统。
如上所述的，当每个透镜单元可被形成为由于建立所需的屈光力布置和像差校正的透镜结构时，可在保持令人满意的光学性能的同时获得完整的小型化透镜系统、高变焦比以及减小的突出透镜长度。
应该注意的是，在每个实施例10到14中所涉及的变焦透镜中为了获得令人满意的光学性能或使得整个透镜系统最小化，可满足以下条件的至少一项或多项。因此，获得与每个条件公式相对应的作用。
假定在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元L2的移动量为Δ2X(对于向物侧移动的移动量Δ2X的符号为正的，而相反移动的符号为负的)；在广角端所述第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的间隔为D23W；第一、第二、第三透镜单元L1、L2和L3的焦距按顺序分别为f1、f2和f3；在广角端所述整个系统的焦距为fW；在广角端和望远端所述第二透镜单元L2的成像放大倍率分别为β2W和β2T；在广角端和望远端所述第三透镜单元L3的成像放大倍率分别为β3W和β3T；构成第一透镜单元L1的透镜材料的折射率的平均值n1a；第二透镜单元L2具有负透镜；以及负透镜的材料折射率为n2b，可满足以下条件[公式3]
1.7<Δ2X/|f1×f2|<2.3......(6);]]>0.5＜D23W/fW＜1.2......(7)；3.8＜(β2T×β3W)/(β2W×β3T)＜5.2......(8)；1.88＜n1a......(9)；1.85＜n2b......(10)；1.9＜f3/f2＜2.5......(11)；以及5.2＜f3/fW＜6.4......(12)当变焦期间第二透镜单元L2的移动量Δ2X小到超过了条件公式(6)的下限值时，第一和第二透镜单元L1、L2的屈光力弱化。因此，为了确保预定变焦比增加每个透镜单元的移动量，并且难于获得小型化的整个系统。
而且，当超过了条件公式(6)的上限值时，第一和第二透镜单元L1、L2的屈光力增强。因此，由于为了确保预定变焦比而减小每个透镜单元的移动量，因此整个系统趋向于小型化，但是不利于像差的减少(例如，散光和变形像差)。
当间隔D23W增加得超过条件公式(7)的上限值时，在通过第三透镜单元L3调焦期间最靠近的目标可在广角端被容易地调焦。然而，由于总透镜长度增加了，因此难于获得小型化的整个系统。
当间隔D23W减小得超过条件公式(7)的下限值时，仅在广角端通过第三透镜单元L3难于在最靠近的目标上调焦。因此，例如，由于第一透镜单元L1需要移动得更多以便于调焦，因此机构变得复杂。当使得第一透镜单元L1移动以便于调焦时，第一透镜单元的有效直径增加了，这不利于小型化系统的设定。
当超过了条件公式(8)的下限值时，第二透镜单元L2不充分地共享放大倍率的改变，并且难于获得超过4的变焦比。在变焦期间第三透镜单元L3的移动量增加了，并且总长度可增加。
而且，当超过了条件公式(8)的上限值时，第二透镜单元L2过度地共享放大倍率的改变。因此，构成第二透镜单元L2的透镜数量可增加以便于分散第二透镜单元L2中的像差载荷，并且第二透镜单元L2的总长度可增加。
当超过了条件公式(9)的下限值时，构成第一透镜单元L1的每个透镜的屈光力可增加以便于获得预定变焦比。因此，透镜表面的曲率半径，尤其是透镜表面在像侧的曲率半径减小了，因此难于模制所述透镜。当缓和所述曲率以便于获得预定变焦比时，第一透镜单元L1的透镜的数量增加了，并且整个系统可增大。
而且，当超过了条件公式(10)的下限值时，构成第二透镜单元L2的透镜的数量可增加或者负透镜的厚度可增加以便于获得预定变焦比。因此，难于获得小型化的整个系统。
当弱化第二透镜单元L2的屈光力以超过条件公式(11)的上限值时，第二透镜单元L2的移动量增加以便于确保预定变焦比，并且这不利于小型化系统的设定。
而且，当第三透镜单元L3的屈光力增强以超过上限值时，透镜的数量可增加以便于校正散光，并且难于获得小型化的整个系统。
当第二透镜单元L2的屈光力增强以超过条件公式(11)的下限值时，第二透镜单元L2的透镜的数量可增加以便于校正彗形像差，并且难于获得小型化的整个系统。
当超过了条件公式(12)的上限值时，发射瞳孔位置靠近于图像平面，并且远心特性降低。
而且，当第三透镜单元L3的屈光力增强以超过条件公式(12)的下限值时，远心特性变得令人满意，但是散光增加了，并且难于减少所述散光。
可如下所述为像差校正和整个透镜系统的小型化设定上述每个条件公式的数值范围。
可满足以下条件[公式4]1.72<Δ2X/|f1×f2|<2.20......(6a);]]>0.6＜D23W/fW＜1.1......(7a)；3.9＜(β2T×β3W)/(β2W×β3T)＜5.1......(8a)；
1.90＜n1a......(9a)；1.90＜n2b......(10a)；2.0＜f3/f2＜2.4......(11a)；以及5.3＜f3/fW＜6.35......(12a)当如实施例10到14中设定每个元件时，可获得这样的变焦透镜，所述变焦透镜尤其适用于使用固态图像拾取元件的摄影系统(例如，摄影机或数码静物相机)、由于由较少数量的构成透镜构成而小型化、适合于用作弹出系统、并且具有卓越的光学性能(例如，大约为四倍或六倍的变焦比)。
而且，依照实施例10到14，当在第一透镜单元L1中有效地引入非球面表面时，并且尤其是当适当地设定第一和第二透镜单元L1和L2的屈光力时，可有效地减少轴外像差，尤其是散光和变形像差，并且当孔径增大时可有效地减少球面像差。
应该注意的是，在上述实施例10到14中，每个变焦透镜都可由于这样的变焦类型，即，在变焦期间使得两个透镜单元(例如，第一和第二透镜单元、第一和第三透镜单元或第二和第三透镜单元)以改变透镜单元的间隔这样一种方式移动取代使得三个透镜单元移动。
而且，甚至在第一透镜单元L1的物侧和/或第三透镜单元L3的像侧增加具有小屈光力的透镜单元时，在实施例中获得的作用基本也不会改变。
接下来，将描述数字示例10到14。由于在数字示例10到14中由符号表示的意思与上述数字示例1到9中的那些相同，因此将省略对其的描述。
数字示例10f＝4.69至21.60Fno＝2.56至5.972ω＝65.5°至15.9°R1＝28.278D1＝1.80N1＝1.882997v1＝40.8R2＝5.123 D2＝2.84R3＝9.485 D3＝1.75N2＝1.922860v2＝18.9R4＝16.168D4＝变量
R5＝孔 D5＝0.40R6＝13.007 D6＝1.50N3＝1.693501v3＝53.2R7＝690.521D7＝0.10R8＝6.185 D8＝2.25N4＝1.696797v4＝55.5R9＝-18.336D9＝1.60N5＝1.901355v5＝31.6R10＝5.092 D10＝0.81R11＝23.853D11＝1.30 N6＝1.719995v6＝50.2R12＝-17.457 D12＝变量R13＝18.330D13＝1.60 N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-36.938 D14＝变量R15＝∞D15＝1.00 N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 4.69 12.90 21.60可变间隔D4 20.33 5.16 1.80D12 4.02 15.03 26.52D14 4.33 4.08 3.36非球面系数R2 k＝-1.57269e+00B＝9.31352e-04C＝-9.32116e-07D＝1.10249e-08E＝3.97985e-10R8 k＝-1.77870e-01B＝5.38565e-05C＝2.46566e-06数字例11f＝4.50至24.35Fno＝2.74至7.002ω＝67.7°至14.1°R1＝28.104D1＝1.80N1＝1.882997v1＝40.8R2＝5.326 D2＝2.67R3＝9.520 D3＝1.75N2＝1.922860v2＝18.9R4＝16.301D4＝变量R5＝孔D5＝0.20R6＝10.497D6＝1.50N3＝1.620411v3＝60.3
R7＝91.154 D7＝0.10R8＝6.413 D8＝2.05 N4＝1.788001v4＝47.4R9＝-27.354D9＝1.50 N5＝2.003300v5＝28.3R10＝5.137 D10＝0.50R11＝24.649D11＝1.20N6＝1.834000v6＝37.2R12＝-22.165 D12＝变量R13＝15.118D13＝1.60N7＝1.516330v7＝64.1R14＝-112.010 D14＝变量R15＝∞D15＝1.00N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 4.50 14.14 24.35可变间隔D4 23.38 5.25 1.80D12 3.95 16.12 28.69D14 4.25 3.96 3.25非球面系数R2 k＝-1.31424e+00B＝6.16883e-04C＝3.16840e-06D＝1.01182e-08E＝3.58477e-10R8 k＝-2.76663e+00B＝1.25488e-03C＝-1.10959e-0.5D＝3.02464e-07数字例12f＝4.29至25.30Fno＝2.50至6.902ω＝70.2°至13.6°R1＝33.847 D1＝1.80N1＝1.882997v1＝40.8R2＝5.319 D2＝2.49R3＝9.526 D3＝1.75N2＝1.922860v2＝18.9R4＝16.478 D4＝变量R5＝孔 D5＝0.20R6＝10.394 D6＝1.45N3＝1.639999v3＝60.1R7＝62.083 D7＝0.10
R8＝6.334 D8＝2.10 N4＝1.772499v4＝49.6R9＝-51.827 D9＝1.55 N5＝2.003300v5＝28.3R10＝5.096 D10＝0.55R11＝22.577 D11＝1.20N6＝1.834000v6＝37.2R12＝-21.511D12＝变量R13＝12.440 D13＝1.60N7＝1.516330v7＝64.1R14＝110.419D14＝变量R15＝∞ D15＝1.00N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 4.29 14.31 25.30可变间隔D4 22.31 4.94 1.78D12 3.54 16.87 30.62D14 4.16 3.50 2.42非球面系数R1 k＝1.66792e+01B＝3.29890e-05C＝-3.75031e-06D＝7.54949e-08E＝-8.64945e-10R2 k＝-1.28756e+00 B＝6.38450e-04C＝5.28748e-06D＝-1.07260e-07 E＝7.71211e-10R8 k＝-3.00310e+00 B＝1.38557e-03C＝-1.77869e-05D＝5.11304e-07数字例13f＝4.69至21.60Fno＝2.52至5.972ω＝65.5°至15.9°R1＝27.781D1＝1.80N1＝1.882997v1＝40.8R2＝5.112 D2＝2.87R3＝9.459 D3＝1.75N2＝1.922860v2＝18.9R4＝16.081D4＝变量R5＝孔D5＝0.40R6＝12.693D6＝1.50N3＝1.693501v3＝53.2
R7＝748.560D7＝0.10R8＝6.188 D8＝2.25 N4＝1.696797v4＝55.5R9＝-17.856D9＝1.60 N5＝1.901355v5＝31.6R10＝5.062 D10＝0.90R11＝24.749D11＝1.30N6＝1.719995v6＝50.2R12＝-17.554 D12＝变量R13＝20.052D13＝1.60N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-32.668 D14＝变量R15＝∞D15＝1.00N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 4.69 17.55 21.60可变间隔D4 19.84 5.11 1.80D12 3.00 14.28 26.27D14 4.99 4.58 3.48非球面系数R2 k＝-1.55604e+00B＝9.15097e-04C＝-5.65375e-08D＝7.02344e-09E＝2.63734e-10R8 k＝-2.86351e-01B＝1.03856e-04C＝4.26746e-06数字例14f＝4.69至21.60Fno＝2.58至5.972ω＝65.5°至15.9°R1＝28.388D1＝1.80N1＝1.882997v1＝40.8R2＝5.087 D2＝2.90R3＝9.529 D3＝1.75N2＝1.922860v2＝18.9R4＝16.168D4＝变量R5＝孔D5＝0.10R6＝13.199D6＝1.50N3＝1.693501v3＝53.2R7＝554.461 D7＝0.10R8＝6.184 D8＝2.25N4＝1.696797v4＝55.5
R9＝-18.358D9＝1.60 N5＝1.901355v5＝31.6R10＝5.115 D10＝0.81R11＝22.733D11＝1.30N6＝1.719995v6＝50.2R12＝-16.955 D12＝变量R13＝16.884D13＝1.60N7＝1.487490v7＝70.2R14＝-49.680 D14＝变量R15＝∞D15＝1.00N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞焦距 4.69 12.98 21.60可变间隔D420.79 5.40 1.96D12 5.06 15.84 26.79D14 3.58 3.27 2.80非球面系数R2 k＝-1.49618e+00B＝8.75196e-04C＝-3.59972e-07D＝1.41022e-08E＝3.46972e-10R8 k＝-4.33552e-01B＝1.86343e-04C＝5.39556e-06
(表1) 接下来，将参照图29描述数码静物相机(图像拾取设备)的实施例。在所述相机中，实施例的变焦透镜系统可用作摄影光学系统。
在图29中附图标记20表示相机主体；21表示由实施例的变焦透镜系统构成的摄影光学系统；22表示例如CCD或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电转换元件)，所述CCD或CMOS传感器被安装在相机主体中并且接收由摄影光学系统21形成的主题图像；23表示用于记录通过光电转换元件22光电转换的与主题图像相对应的信息的存储器；以及24表示探测器，所述探测器可包括显示板(例如，液晶显示板)并且用于观察形成在固态图像拾取元件22上的主题图像。
当至少一个实施例的变焦透镜系统以这种方式应用于诸如数码静物相机的图像拾取设备时，可实现具有高光学性能的小型化图像拾取设备。
虽然已结合实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不局限于所披露的实施例。所附权利要求应遵循最广泛的涵义，从而包含所有所述修正和等效结构以及功能。
权利要求
1.一种变焦透镜系统，从物侧到像侧按顺序包括具有负折射能力的第一透镜单元，其中第一透镜单元从物侧到像侧按顺序仅包括作为透镜元件的第一负透镜元件和第二正透镜元件；具有正折射能力的第二透镜单元，其中第二透镜单元从物侧到像侧按顺序仅包括作为透镜元件的第三正透镜元件、第四正透镜元件、第五负透镜元件和第六正透镜元件；以及具有正折射能力的第三透镜单元，其中在变焦过程中第一和第二透镜单元之间的间隔以及第二和第三透镜单元之间的间隔变化，并且在从广角端到望远端的变焦过程中，第三透镜单元向像侧移动。
2.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第四正透镜元件和第五负透镜元件构成组合透镜。
3.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元沿光轴在像侧具有凸状的轨迹上移动，并且第二透镜单元同时沿光轴向物侧移动。
4.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定在望远端所述第二和第三透镜单元的组合放大倍率为β23T，满足以下条件1.2＜|β23T|＜1.9。
5.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一负透镜元件在像侧具有非球面表面，并且具有在像侧具有凹面表面的弯月面形状，并且第二正透镜元件具有在物侧具有凸面表面的弯月面形状。
6.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三正透镜元件具有双凸面形状，第四正透镜元件具有双凸面形状，以及第五负透镜元件具有双凹面形状。
7.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定第四正透镜和第五负透镜沿光轴的总厚度为d，沿光轴最靠近物侧的第二透镜单元表面和最靠近像侧的第二透镜单元表面之间的间隔为D，满足以下条件0.35＜d/D＜0.60。
8.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定沿光轴最靠近物侧的第二透镜单元表面和最靠近像侧的第二透镜单元表面之间的间隔为D，在广角端整个系统的焦距为fW，满足以下条件1.45＜D/fW＜1.80。
9.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜单元的焦距为f1，并且在广角端整个系统的焦距为fW，满足以下条件-2.8＜f1/fW＜-2.0。
10.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第二透镜单元的焦距为f2，并且在广角端整个系统的焦距为fW，满足以下条件2.0＜f2/fW＜2.7。
11.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元只具有正透镜元件作为透镜元件。
12.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元的焦距为f3，并且在广角端整个系统的焦距为fW，满足以下条件4.0＜f3/fW＜5.0。
13.按照权利要求1所述的变焦透镜系统，所述系统在光电转换元件上形成图像。
14.一种变焦透镜系统，从物侧到像侧按顺序包括具有负折射能力的第一透镜单元；具有正折射能力的第二透镜单元；以及具有正折射能力的第三透镜单元，其中，在变焦过程中第一和第二透镜单元之间的间隔以及第二和第三透镜单元之间的间隔改变，并且假定在从广角端到望远端的变焦过程中第二透镜单元的移动量为Δ2X；在广角端所述第二透镜单元与第三透镜单元之间的间隔为D23W；第一和第二透镜单元的焦距分别为f1和f2；在广角端整个系统的焦距为fW，满足以下条件1.7<Δ2X/|f1×f2|<2.3]]>以及0.5＜D23W/fW＜1.2。
15.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定在广角端和望远端所述第二透镜单元的成像放大倍率分别为β2W和β2T；在广角端和望远端所述第三透镜单元的成像放大倍率分别为β3W和β3T，满足以下条件3.8＜(β2T×β3W)/(β2W×β3T)＜5.2。
16.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元沿光轴在像侧具有凸状的轨迹上移动，第二透镜单元单调地沿光轴向物侧移动，并且第三透镜单元沿光轴向像侧移动。
17.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜单元仅包括作为透镜元件的负透镜元件和正透镜元件，并且负透镜元件的至少一个表面具有非球面形状。
18.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜单元仅包括作为透镜元件的在像侧具有凹面表面的弯月面形状的负透镜元件和在物侧具有凸面表面的弯月面形状的正透镜元件，并且负透镜元件的像侧表面具有非球面形状。
19.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，第二透镜单元从物侧到像侧按顺序仅包括作为透镜元件的正透镜元件、正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。
20.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，第二透镜单元从物侧到像侧按顺序仅包括作为透镜元件的物侧表面上具有凸面形状的正透镜元件、具有双凸面形状的正透镜元件、具有双凹面形状的负透镜元件，以及正透镜元件。
21.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定构成存在于第一透镜单元中的两个透镜元件的材料的折射率的平均值为n1a，满足以下条件1.88＜n1a。
22.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定构成第二透镜单元的材料的折射率为n2b，第二透镜单元具有负透镜元件，该负透镜元件满足以下条件1.85＜n2b。
23.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定第三透镜单元的焦距为f3，满足以下条件1.9＜f3/f2＜2.5。
24.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定第三透镜单元的焦距为f3，满足以下条件5.2＜f3/fW＜6.4。
25.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元仅包括正透镜元件作为透镜元件。
26.按照权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于，在光电转换元件上形成图像。
27.一种变焦透镜系统，从物侧到像侧按顺序包括具有负折射能力的第一透镜单元，其中第一透镜单元仅包括两个透镜元件作为透镜元件；具有正折射能力的第二透镜单元；以及具有正折射能力的第三透镜单元，其中，在变焦过程中第一和第二透镜单元之间的间隔以及第二和第三透镜单元之间的间隔改变，并且假定在从广角端到望远端的变焦过程中第二透镜单元的移动量为Δ2X；第一和第二透镜单元的焦距分别为f1和f2，满足以下条件1.7<Δ2X/f1×f2<2.3.]]>
28.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定在广角端和望远端所述第二透镜单元的成像放大倍率分别为β2W和β2T；在广角端和望远端所述第三透镜单元的成像放大倍率分别为β3W和β3T，满足以下条件3.8＜(β2T×β3W)/(β2W×β3T)＜5.2。
29.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元沿光轴在像侧具有凸状的轨迹上移动，第二透镜单元同时沿光轴向物侧移动，并且第三透镜单元沿光轴向像侧移动。
30.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜单元仅包括作为透镜元件的负透镜元件和正透镜元件，并且负透镜元件的至少一个表面具有非球面形状。
31.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜单元仅包括作为透镜元件的在像侧具有凹面表面的弯月面形状的负透镜元件和在物侧具有凸面表面的弯月面形状的正透镜元件，并且负透镜元件的像侧表面具有非球面形状。
32.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，第二透镜单元从物侧到像侧按顺序仅包括作为透镜元件的正透镜元件、正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。
33.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，第二透镜单元从物侧到像侧按顺序仅包括作为透镜元件的其物侧的表面上具有凸面形状的正透镜元件、具有双凸面形状的正透镜元件、具有双凹面形状的负透镜元件，以及正透镜元件。
34.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定构成存在于第一透镜单元中的两个透镜元件的材料的折射率的平均值为n1a，满足以下条件1.88＜n1a。
35.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定构成第二透镜单元的材料的折射率为n2b，第二透镜单元具有负透镜元件，该负透镜元件满足以下条件1.85＜n2b。
36.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定第三透镜单元的焦距为f3，满足以下条件1.9＜f3/f2＜2.5。
37.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，假定第三透镜单元的焦距为f3，并且在广角端整个系统的焦距为fW，满足以下条件5.2＜f3/fW＜6.4。
38.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元仅包括正透镜元件作为透镜元件。
39.按照权利要求27所述的变焦透镜系统，其特征在于，在光电转换元件上形成图像。
40.一种图像拾取设备，包括权利要求1所述的变焦透镜系统，以及用于接收由所述变焦透镜系统形成的图像的光电转换元件。
41.一种图像拾取设备，包括权利要求14所述的变焦透镜系统，以及用于接收由所述变焦透镜系统形成的图像的光电转换元件。
42.一种图像拾取设备，包括权利要求27所述的变焦透镜系统，以及用于接收由所述变焦透镜系统形成的图像的光电转换元件。
全文摘要
至少一个实施例涉及一种变焦透镜系统，从物侧到像侧按顺序包括具有负折射能力的第一透镜单元；具有正折射能力的第二透镜单元；以及具有正折射能力的第三透镜单元，在该具体实施例中，在变焦过程中，所述变焦透镜系统改变第一和第二透镜单元之间的间隔以及第二和第三透镜单元之间的间隔。
文档编号G02B9/12GK1790087SQ20051012968
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月16日
发明者伊藤大介 申请人:佳能株式会社