专利名称：：变焦镜头系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于在诸如CCD或者CMOS等的成像装置上形成图像的成像镜头系统的变焦镜头系统。
背景技术：
：近年来，需要具有更小光圈数(F-number)的高质量和快速的变焦镜头系统，因为已经达到诸如CCD或者CMOS等的成像装置以及更高灵敏度的CCD的像素的进一步小型化。但是，现实中，短焦距极限具有大约为2.8至U3.5光圈数的相对缓慢的变焦镜头系统是主要的。上述常用变焦镜头系统的例子在例如日本未审查专利公开(此后縮写为JUPP)No.2001-318311、2003-015035、2005-70696、2005-70697，日本专禾UNo.3652179以及3709148禾卩JUPPNo.2006-126418中公开。通常当光圈数变得越小时，球面象差和其他象差的校正就变得极其困难。因此，为了校正象差，镜头元件的数目显著增加，镜头组的数目也增加。相应地，变焦镜头系统的进一步小型化基本上变得不可能。
发明内容本发明提供了三镜头组的变焦镜头系统，即具有负屈光力(此后称为负第一镜头组)的第一镜头组，具有正屈光力的第二镜头组(此后称为正第二镜头组)和具有正屈光力的第三镜头组(此后称为正第三镜头组)，并具有如下特征通过适当地确定每个镜头组中镜头元件的设置使短焦距极限处的光圈数足够小；整个变焦镜头系统被小型化；达到可处理更高栅格失真现象(pixdization)的更高光学质量。根据本发明的一个方面，提供了变焦镜头系统，从物方开始顺序包括负第一镜头组、正第二镜头组和正第三镜头组。负第一镜头组、正第二镜头组和正第三镜头组的每个都沿着光轴运动以执行变焦。负第一镜头组从物方开始顺序包括负镜头元件，负镜头元件和正镜头元件。正第二镜头组从物方开始顺序包括正镜头元件、正镜头元件和负镜头元件。像方正镜头元件和负镜头元件的结合屈光力为负，这些镜头元件彼此胶合。正第三镜头组从物方开始顺序包括彼此胶合的正镜头元件和负镜头元件。变焦镜头系统满足下列条件1.2<f2G/f21<2.0…(1)其中f^表示正第二镜头组的焦距；和fu表示正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距。变焦镜头系统优选满足下列条件-1<(R21o+R211)/(R21o-R2n)<-0.5...(2)其中R21o表示正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的物方表面的近轴曲率半径；和R2表示正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的像方表面的近轴曲率半径。变焦镜头系统优选满足下列条件1<|f22-23|/f21<2...(3)其中'f22.23(O)表示正第二镜头组中胶合的镜头元件(像方正镜头元件和负镜头元件)的结合焦距；和fu表示正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距。变焦镜头系统优选满足下列条件1.65<nd21...(4)射nd21表示正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的d-线的折射率。变焦镜头系统优选满足下列条件1.8<n1GA.v.…(5)其中n,cA.v.表示构成负第一镜头组的镜头元件的折射率的平均值。变焦镜头系统优选满足下列条件5<fc/f3G<50...(6)其中fc定义为rc/|ndp-ndn|;rc表示第三镜头组中胶合的镜头元件的结合表面的曲率半径；ndp表示正第三镜头组中正镜头元件的d-线的折射率；n化表示正第三镜头组中负镜头元件的d-线的折射率；和f犯表示正第三镜头组的焦距。变焦镜头系统优选满足下列条件20<vdp_vdn…(7)其中Vdp表示正第三镜头组中正镜头元件的阿贝(Abbe)数；和Vdn表示正第三镜头组中负镜头元件的阿贝数。将参照附图对本发明进行详细讨论，其中图1是根据本发明的第一实施例的短焦距极限处变焦镜头系统的图2A、2B、2C和2D显示了在图1中显示的镜头设置中短焦距极限处产生的象差(aberration);图3A、3B、3C和3D显示了在图1中显示的镜头设置中的中间焦距处产生的象差；图4A、4B、4C和4D显示了在图1中显示的镜头设置中长焦距极限处产生的象差；图5是根据本发明的第二实施例的短焦距极限处变焦镜头系统的镜头设置；图6A、6B、6C和6D显示了在图5中显示的镜头设置中短焦距极限处产生的象差；图7A、7B、7C和7D显示了在图5中显示的镜头设置中的中间焦距处产生的象差；图8A、8B、8C和8D显示了在图5中显示的镜头设置中长焦距极限处产生的象差；图9是根据本发明的第三实施例的短焦距极限处变焦镜头系统的镜头设置；图IOA、IOB、10C和10D显示了在图9中显示的镜头设置中短焦距极限处产生的象差；图11A、IIB、IIC和11D显示了在图9中显示的镜头设置中的中间焦距处产生的象差；图12A、12B、12C和12D显示了在图9中显示的镜头设置中长焦距极限处产生的象差；和图13是根据本发明的变焦镜头系统的镜头组运动路径的示意图。具体实施例方式如图13的变焦路径所示，作为本发明的实施方式的变焦镜头系统从物方开始顺序包括负第一镜头组10、光圈S、正第二镜头组20和正第三镜头组30。当从短焦距极限(W)向长焦距极限(T)变焦时，负第一镜头组10首先向着图像运动，此后向着物体运动，正第二镜头组20单调地向着物体运动，并且正第三镜头组30单调地向着图像运动；负第一镜头组10和正第二镜头组20之间的距离縮短，正第二镜头组20和正第三镜头组30之间的距离增大。"I"表示图像平面；在数码相机中在紧邻该成像平面I之前处装备滤光组。当变焦时光圈S与正第二镜头组20—起运动。通过正第三镜头组30进行聚焦。作为替代，可以在正第二镜头组20和正第三镜头组30之间装备光圈S。如图1、5和9中显示的第一到第三实施方式中的每个所示，负第一镜头组IO从物方开始顺序包括负镜头元件11、负镜头元件12和正镜头元件13。正第二镜头组20从物方开始顺序包括正镜头元件21、正镜头元件22和负镜头元件23。正镜头元件22和负镜头元件23彼此结合°正第三镜头组30从物方开始顺序包括彼此胶合在一起的正镜头元件31和负镜头元件32。"CG"表示在成像装置前方装备的盖玻片。在短焦距极限处具有大约2.8到3.5光圈数的常规变焦镜头系统中，球面象差和畸变的校正可通过收集通过第一镜头组的轴向光线来进行，即使当第一镜头组由两个镜头元件，即负镜头元件和正镜头元件构成时也是如此。但是，伴随着作为本发明的目标之一的更小光圈数的设置，由第一镜头组收集的轴向光线束的直径变得越来越大。因此，如果尝试通过一个负镜头元件急剧的弯曲光线，则产生特别不可避免的球面象差。此外，通过使该负镜头元件形成具有发散的元件，在短焦距极限产生的负畸变也变得更大。即便负镜头元件和正镜头元件之间的距离变长，球面象差的距离敏感性变得不期望地更高。因此，在本发明中，负第一镜头组IO从物方开始顺序由三个镜头元件即负镜头元件、负镜头元件和正镜头元件构成，使负屈光力分布到两个镜头元件上。因此，轴向光线束被收集；并校正球面象差，并且畸变校正成为可能。关于正第二镜头组20，通常在最靠物方一侧的正镜头元件中产8在具有大约2.8到3.5范围内的光圈数的常规变焦镜头系统的情况下，第二镜头组为三联体镜头设置，即从物方开始顺序具有任一正镜头元件、另一正镜头元件和负镜头元件，或从物方开始顺序具有正镜头元件、负镜头元件和正镜头元件，特别可以进行球面象差的校正。但是，伴随着作为本发明的一个目标的更小光圈数设置，象差的校正变得困难。然后，在本发明中，通过充分确定整个正第二镜头组20的屈光力和正第二镜头组20的最靠物方一侧的镜头元件的屈光力两者，特别有可能校正球面象差。在最靠物方一侧的镜头组为聚焦镜头组的情况下，聚焦镜头组的直径变得更大以便避免聚焦时周围照明下降。此外，其机械结构变得更复杂且更大。因此，通常有利地是采用第三镜头组30作为聚焦镜头组。在具有更小光圈数的快速变焦镜头系统中，当进行聚焦时为了降低象差波动(尤其是场曲和横向色差)，从象差校正的观点来讲，通常有利的是由彼此胶合在一起的正镜头元件和负镜头元件构成的第三镜头组，而不是一个正镜头元件。条件(1)确定了整个正第二镜头组20的焦距和正第二镜头组20中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距的比率。通过将屈光力适当分布在正第二镜头组20上使条件(1)得到满足，能够合适的校正象差。如果正第二镜头组20中最靠物方一侧的正镜头元件的屈光力变得更强到f2c/fn超过条件(1)的上限的程度，则球面象差校正特别不足，并且其校正不能进行。在其中考虑孔径增加的情况下，需要适当校正球面象差。如果正第二镜头组20的总屈光力变得更强到f2C/f21超过条件(1)的下限的程度，则具有三个镜头元件的正第二镜头组20中的球面象差校正变得困难；并且当从短焦距极限向长焦距极限变焦时象差波动有尤其是慧差波动不能被校正。在具有作为本发明目标之一的较小光圈数的更大孔径变焦镜头系统中，球面象差在很大程度上在正第二镜头组20的最靠物方一侧的正镜头元件中产生。条件(2)确定正第二镜头组20中的最靠物方一侧的正镜头元件满足成形因子(shapingfactor)以便降低球面象差。如果(R210+R211)/(R2I0-R2)超过条件(2)的上限或下限，则在正第二镜头组20中产生的球面象差不能被充分校正。条件(3)说明了正第二镜头组20的像方正镜头元件和负镜头元件的组合焦距(负屈光力)和正第二镜头组20中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距的比率。如果胶合的镜头元件的负屈光力变得较弱以致于|&2-23|"21超过条件(3)的上限，则校正在正第二镜头组20中产生的象差的正第二镜头组20的负发散元件变得更弱。相应地，球面象差不能被充分校正。如果胶合的镜头元件的负屈光力变得更强以致于lf22-d/f2i超过条件(3)的下限，则正第二镜头组20的负发散元件变得过强。相应地，球面象差被过度校正。条件(4)说明了正第二镜头组20中的最靠物方一侧的正镜头元件的d-线的折射率。在校正大孔径镜头系统中产生的球面象差的情况下，如果采用具有低折射率的玻璃材料，以致于nd2i到超过条件(4)的下限的程度，则正第二镜头组20中的最靠物方一侧的正镜头元件的曲率半径变得太小。结果，特别是球面象差不能被校正。条件(5)说明了构成负第一镜头组10的镜头元件的折射率的平均值。如果负第一镜头组10的玻璃材料的折射率低到nwA.v超过条件(5)的下限的程度，则特别是畸变不能被校正。条件(6)涉及从物方顺序由正镜头元件和负镜头元件彼此胶合构成的正第三镜头组30。如果胶合的镜头元件的结合表面的曲率半径变得大到fc/f3e超过条件(6)的上限的程度，则轴向色差和横向色差不能被充分校正，尤其是在短焦距极限。如果胶合的镜头元件的结合表面的曲率半径变得小到fc/f3(}超过条件(6)的下限的程度，则轴向色差和横向色差被过度校正。条件(7)说明了由正镜头元件31和负镜头元件32彼此胶合在一起构成的正第三镜头组30的阿贝数。如果正第三镜头组30的正镜头元件和负镜头元件之间的阿贝数之差变得小到Vdp-v&超过条件(7)的下限的程度，则当进行聚焦时尤其是在长焦距极限一侧进行聚焦吋象差(尤其是横向色差)波动。实施例中的特定数值的数据将在下面描述。在由球面象差表示的色差(轴向色差)的图表中，实线和两种类型的虚线分别表示相对于d、g和c线的球面象差。在横向色差的图表中，两种类型的虚线分别表示相对于g和c线的放大，但是，作为基线的d线与坐标一致。在像散图表中，S表示弧矢图像，M表示子午图像。在图表中，FNo.表示光圈数，f表示整个变焦镜头系统的焦距，W表示半视角(halfangle-of-view)(°)，ffi表示后焦距，r表示曲率半径，d表示镜头元件的厚度或者镜头元件(镜头组)之间的距离，Nd表示d-线的折射率，v表示阿贝数。距离"d"的值、光圈数"FNO"、焦距"f"、半视角"W"和后焦距"ffi"的值按短焦距极限、中间焦距和长焦距极限的顺序被指出。除了上述以外，相对于光轴对称的非球面定义如下x=cy2/[l+{l-(l+K)c2y2}1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10....其中c表示非球面顶点的曲率(1/r);y表示到光轴的距离；K表示二次曲线系数；禾口A4表示四级非球面系数；A6表示六级非球面系数；A8表示八级非球面系数；和A10表示十级非球面系数。图1是根据本发明的第一实施例的在短焦距极限的变焦镜头系统的镜头设置。图2A到2D显示了在图1中显示的镜头设置中的短焦距极限产生的象差。图3A到3D显示了在图1中显示的镜头设置中的中间焦距产生的象差。图4A到4D显示了在图1中显示的镜头设置中的长焦距极限产生的象差。表1显示了第一实施例的数值的数据。负第一镜头组10(表面No.l到6)从物方开始顺序包括负镜头元件ll、负镜头元件12和正镜头元件13。正第二镜头组20(表面No.7到11)从物方开始顺序包括正镜头元件21、正镜头元件22和负镜头元件23。像方一侧的正镜头元件22和负镜头元件23彼此胶合以构成胶合的镜头元件。正第三镜头组30(表面No.l2到14)从物方开始顺序包括彼此胶合的正镜头元件31和负镜头元件32。"CG"表示盖玻片(表面No.l5和16)。正第二镜头组20(表面No.7)的前面(物方)0.90处设置光圈S。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>10-11.8190.701.7043528.7114.9688.25-15.19-25.58--12*22.0003.201.6935053.213-11.0000.801.6727031.314-32.3701.70-0.81-0.57--15CO1.001.5163364.116oo一_符号*表示相对于光轴旋转对称的非球面。非球面数据(没有表示的非球面系数为0(O.OO)):表面编号KA4A6A820.00-0.83454X10-40.73222X10-6-0.41250X10-70.00-0.56445XI0-4-0.89245XI0-6-0.64189X10—860.00-0.31664X1(T4-0.15332X10—50.12128Xl(T770.00-0.22882X1(T3-0.28265Xl(T50.61911X10—880.000.13747X10-3-0.95852X10-6-0.57596X10—7120.00-0.42178XI(T40.30208X10-5-0.84081X10—7图5是根据本发明的第二实施例的在短焦距极限的变焦镜头系统的镜头设置。图6A到6D显示了在图5中显示的镜头设置中的短焦距极限产生的象差。图7A到7D显示了在图5中显示的镜头设置中的中间焦距产生的象差。图8A到8D显示了在图5中显示的镜头设置中的长焦距极限产生的象差。表2显示了第二实施例的数值的数据。第二实施例的基本镜头设置与第一实施例的基本镜头设置相同。正第二镜头组20(表面No.7)的前面(物方)0.90处设置光圈S。[表2]FN0.=1:2.0-3.0-4.3f=8.00-13.49-23.39(变焦比=2.92)W=30.8—19.1-11.6ffl=1.90-1.89-1.89面编号rdNdV134.5230.751.8830040.82*8.7973.01--3-33.3800.751.7346836.84151.7051.22--5承21.8912.061.8466623.86求-275.83319.78-12.08-3.98--8.3603.651.7066253.38承-34.3910.20--921.9992.321.8830040.810-12.0790.651.7255129.2115.1377.96-17.23-27.90--12*22.0003.251.6968055.513-11.5000.751.6295134.414-35.5852.99-0.58-0.49--15oo1.001.5163364.116___符号*表示相对于光轴旋转对称的非球面。非球面数据(没有表示的非球面系数为0(0.00)):面编号KA4A6A820.00-0.98552X10-40.12916X10-6-0.46221X10—70.00-0.50448XI0-4-0.85519X10—6-0.11457X10—760.00-0.32997Xl(T4-0.15589X1CT50.15203Xl(T770.00-0.21061X10—3-0.27562X10—50.28270X10—880.000.13454X10-3画0.11646X10-5-0.64425X10—7120.00-0.36769X1(T40.27113X10-5-0.83081X10-7图9是根据本发明的第三实施例的在短焦距极限的变焦镜头系统的镜头设置。图IOA到10D显示了在图9中显示的镜头设置中的短焦距极限产生的象差。图11A到11D显示了在图9中显示的镜头设置中的中间焦距产生的象差。图12A到12D显示了在图9中显示的镜头设置中的长焦距极限产生的象差。表3显示了第三实施例的数值的数据。第三实施例的基本镜头设置与第一实施例的基本镜头设置相同。正第二镜头组20(表面No.7)的前面(物方)0.90处设置光圈S。虔3]=1:2.0-3.0-4.2f=8.00-13.50-23.39(变焦比=2.92)W=31.3_19.1-11.6ffl=2.00-2.00—2.00面编号rdNdV130.2170.801.8830040.89.0193.13---30.1230.701.7803240.64121.5550.99--5承21.5092.081.8466623.86承-989.79217.64-8.52-1.90--7*8.5483.191.6798855.18承-33.4630.20--917.5492.771.8830040.810-11.3670.701.6998729.0114.9107.61-14.41-24.39--12*28.1493.201.6935053.213-12.1160.801.7475227.814-23.5191.92-0.92-0.81--151.001.5163364.11600--符号*表示相对于光轴旋转对称的非球面。非球面数据(没有表示的非球面系数为0(0.00)):面编号KA4A6A820.00-0.71077X10—40.90188X10-6-0.53543X10-750.00-0.57470X10—4-0.94945X10—6-0.46518X10-860.00-0.39144X10—4-0.15164X10-50.12228X10-770.00-0.23036X10—3-0.28088X10—50.11864X1(T780.000.13362X10-3-0.90504X10-6-0.52579X10-7120.00-0.44916X10-40.30239X10-5-0.84661X10—7在表4中显示对于每个实施例的每个条件的数值([表4]条件(l)条件(2)条件(3)条件(4)条件(5)条件(7)^施例11.51-0.601.451.691.8427.821.9尽施例2实施例31.701.42-0.61-0.591.281.541.711.681.821.849.111.321.225.5通过表4可以理解，第一到第三实施例满足条件(1)到条件(7)。此外，通过象差图解可以理解，各种象差都被适当地校正。根据本发明，可得到具有下列特征的三个镜头组(即从物方开始顺序为负第一镜头组、正第二镜头组和正第三镜头组)的变焦镜头系统；通过适当确定每个镜头组中镜头元件的设置，短焦距极限的光圈数足够小，例如大约为2。整个变焦镜头系统被小型化；得到了可处理高栅格失真现象的更高光学质量。在本文中描述的本发明的特定实施例中可进行明显的变化，这些修改都在本发明要求保护的精神和范围内。应当指出，包含在本文中的所有物质都是示意性的，而不是对本发明的范围的限制。权利要求1、一种变焦镜头系统，从物方开始顺序包括负第一镜头组，正第二镜头组和正第三镜头组，其中所述负第一镜头组、所述正第二镜头组和所述正第三镜头组的每个都沿着光轴运动以进行变焦；其中所述负第一镜头组从物方开始顺序包括负镜头元件，负镜头元件和正镜头元件；其中所述正第二镜头组从物方开始顺序包括正镜头元件、正镜头元件和负镜头元件，像方一侧的正镜头元件和所述负镜头元件的结合屈光力为负，并且所述像方一侧的正镜头元件和所述负镜头元件彼此胶合；其中所述正第三镜头组从物方开始顺序包括彼此胶合的正镜头元件和负镜头元件；以及其中所述变焦镜头系统满足下列条件1.2＜f2G/f21＜2.0其中f2G表示所述正第二镜头组的焦距；以及f21表示所述正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距。2、根据权利要求1的变焦镜头系统，满足下列条件-1<(R21o+R21I)/(R2io—R2ii)<-0.5g巾R21o表示所述正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的物方表面的近轴曲率半径；和R211表示所述正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的像方表面的近轴曲率半径。3、根据权利要求1的变焦镜头系统，满足下列条件1<If22-23卩f21<2其中f22.23(O)表示所述正第二镜头组中胶合的镜头元件的结合焦距；和f21表示所述正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距。4、根据权利要求1的变焦镜头系统，满足下列条件1.65<nd2i其中nd21表示所述正第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的d-线的折射率。5、根据权利要求1的变焦镜头系统，满足下列条件1.8<n1GA.v.其中nwA.v.表示构成所述负第一镜头组中镜头元件的折射率的平均值。6、根据权利要求1的变焦镜头系统，满足下列条件5<fc/f3G<50…(6)射fc定义为rc/|ndp-ndn|;rc表示所述第三镜头组中胶合的镜头元件的结合表面的曲率半径;ndp表示所述正第三镜头组中正镜头元件的d-线的折射率；ridn表示所述正第三镜头组中负镜头元件的d-线的折射率；以及f3(3表示所述正第三镜头组的焦距。7、根据权利要求1的变焦镜头系统，满足下列条件20<vdp_vdn…(7)其中Vdp表示所述正第三镜头组中正镜头元件的阿贝数；和全文摘要本发明公开了一种变焦镜头系统，其包括负第一镜头组、正第二镜头组和正第三镜头组。第一到第三镜头组的每个都沿着光轴运动以进行变焦。第一镜头组包括负镜头元件，负镜头元件和正镜头元件。第二镜头组包括正镜头元件、正镜头元件和负镜头元件。像方的正镜头元件和负镜头元件的结合屈光力为负，这些镜头元件彼此胶合。第三镜头组从物方顺序包括彼此胶合的正镜头元件和负镜头元件。变焦镜头系统满足下列条件1.2＜f<sub>2G</sub>/f<sub>21</sub>＜2.0…(1)其中f<sub>2G</sub>表示第二镜头组的焦距；以及f<sub>21</sub>表示第二镜头组中最靠物方一侧的正镜头元件的焦距。文档编号G02B9/12GK101315459SQ20081009849公开日2008年12月3日申请日期2008年5月28日优先权日2007年5月30日发明者榎本隆申请人:Hoya株式会社