变焦透镜系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置的制作方法

专利名称：变焦透镜系统和包含变焦透镜系统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系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置，更特别地，涉及 适用于用于静态照相机、摄像机、数字静物照相机、TV照相机或监视照相机的图像拾取光学 系统的变焦透镜系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置。
背景技术：
近年来，用于诸如数字照相机或摄像机的图像拾取装置的图像拾取元件的像素的 数量已增加了。用于包含图像拾取元件的图像拾取装置的图像拍摄透镜系统需要是不仅诸 如球面像差和彗形像差的单色像差而且色差也被优异地校正的变焦透镜系统。还需要高的 变焦比。特别地，在望远侧具有长焦距并且具有高的变焦比的变焦透镜系统需要具有得到 优异校正的二次光谱。作为具有高的变焦比的变焦透镜系统，正引导型变焦透镜系统是已知的。正引导 型变焦透镜系统从物侧到像侧依次包含具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第 二透镜单元和包含具有正折光力的透镜单元的后透镜组。作为具有正折光力的透镜单元 位置最接近物侧的正引导型变焦透镜系统，已知存在设置至少四个透镜单元并且使用异常 (anomalous)色散材料作为第一透镜单元的透镜材料以优异地校正色差的二次光谱的变焦 透镜系统(美国专利No. 6594087)。关于包含从物侧依次设置的具有正折光力的第一透镜 单元、具有负折光力的第二透镜单元、具有正折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第 四透镜单元的四单元变焦透镜系统，已知存在对于第一透镜单元使用由具有低色散和异常 色散的材料制成的透镜的变焦透镜系统(美国专利No. 7139131和美国专利No. 6404561)。 关于包含从物侧依次设置的具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单 元、具有正折光力的第三透镜单元、具有负折光力的第四透镜单元和具有正折光力的第五 透镜单元的五单元变焦透镜系统，已知存在对于第一透镜单元使用由具有异常色散的材料 制成的透镜的变焦透镜系统(美国专利No. 7304805和美国专利No. 7505214)。并且，已知 存在通过由具有异常色散的透明树脂制成的复型层减少色差的变焦透镜系统(日本专利 申请公开 No. 2008-191286)。正引导型变焦透镜系统相对容易在减小整个系统的尺寸的同时实现高的变焦比。 但是，在望远侧的变焦范围中轴向色差的二次光谱增加。在上述的四单元变焦透镜系统或 五单元变焦透镜系统中，在望远侧的变焦范围中第一透镜单元的入射光束高度是大的，由 此，主要在第一透镜单元中产生轴向色差。在这种情况下，为了减少二次光谱以校正轴向色 差，使用在望远侧的变焦范围中旁轴光线的高度大的第一透镜单元是重要的。为了减少第 一透镜单元中的轴向色差的二次光谱，对于包含于第一透镜单元中的透镜使用具有低色散 和异常色散的材料是有效的。但是，如萤石(fluorite)的典型情况中那样，具有低色散和异常色散的正常光学 材料具有低的折射率。因此，当要改变透镜的折光力以如希望的那样校正二次光谱时，必须 大大调整透镜的曲率。正引导型变焦透镜系统的第一透镜单元的旁轴光线的高度在望远
4端处是大的，由此，不仅更多地产生轴向色差而且更多地产生球面像差和彗形像差。因此， 当仅使用具有低色散和异常色散的光学材料或仅使用具有低折射率的树脂材料时，难以在 望远端处优异地校正色差、球面像差和彗形像差。为了优异地校正色差、球面像差和彗形像 差，包含于第一透镜单元中的透镜的数量会增加。但是，当第一透镜单元的透镜的数量增加 时，整个透镜长度更可能增加。

发明内容
根据本发明的变焦透镜系统从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单 元；具有负折光力的第二透镜单元；和包含具有正折光力的透镜单元的后透镜组，其中，第 一透镜单元和第二透镜单元中的至少一个为了变焦而移动，使得望远端处第一透镜单元和 第二透镜单元之间的间隔比广角端处第一透镜单元和第二透镜单元之间的间隔大，第一透 镜单元包含至少一个负透镜，并且，满足以下的条件-1. 68X l(T3Xvdln+0. 585 < OgFln < 3. 15X 1(T4X vdln2_l. 86X 1(T2X vdln+0. 87 8 ；禾口 5 < vdln < 27这里，vdln和0 gFln分别表示所述至少一个负透镜的材料的Abbe数和部分色散 比。根据本发明，可以以平衡的方式优异地校正色差、球面像差和彗形像差，并由此获 得在整个变焦范围上具有优异的光学性能的变焦透镜系统。通过参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。


图1是示出根据本发明的实施例1的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图2A、图2B和图2C是根据本发明的实施例1的变焦透镜系统中的像差图。图3是示出根据本发明的实施例2的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图4A、图4B和图4C是根据本发明的实施例2的变焦透镜系统中的像差图。图5是示出根据本发明的实施例3的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图6A、图6B和图6C是根据本发明的实施例3的变焦透镜系统中的像差图。图7是示出根据本发明的实施例4的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图8A、图8B和图8C是根据本发明的实施例4的变焦透镜系统中的像差图。图9是示出根据本发明的实施例5的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图10A、图10B和图10C是根据本发明的实施例5的变焦透镜系统中的像差图。图11是示出根据本发明的实施例6的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图12A、图12B和图12C是根据本发明的实施例6的变焦透镜系统中的像差图。图13是示出根据本发明的实施例7的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图14A、图14B和图14C是根据本发明的实施例7的变焦透镜系统中的像差图。图15是示出根据本发明的实施例8的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图16A、图16B和图16C是根据本发明的实施例8的变焦透镜系统中的像差图。图17是示出Abbe数(vd)和部分色散比(e gF)之间的关系的解释图。图18是示出根据本发明的图像拾取装置的主要部分示意图。
图19是示出根据本发明的图像拾取装置的主要部分示意图。
具体实施例方式以下，参照附图详细描述本发明的示例性实施例。根据本发明的变焦透镜系统从物侧到像侧依次包含具有正折光力的第一透镜单 元、具有负折光力的第二透镜单元和包含具有正折光力的透镜单元的后透镜组。在变焦期 间，各透镜单元之间的间隔改变，使得望远端处第一透镜单元和第二透镜单元之间的间隔 比广角端处第一透镜单元和第二透镜单元之间的间隔大。第一透镜单元包含至少一个负透 镜。该至少一个负透镜由满足后面描述的条件式(1)和(2)的材料制成。图1是示出根据本发明的实施例1的变焦透镜系统的广角端(短焦距端)的透镜 截面图。图2A、图2B和图2C分别是根据实施例1的变焦透镜系统中的广角端、中间变焦位 置和望远端(长焦距端)的像差图。图3是示出根据本发明的实施例2的变焦透镜系统的 广角端的透镜截面图。图4A、图4B和图4C分别是根据实施例2的变焦透镜系统中的广角 端、中间变焦位置和望远端的像差图。图5是示出根据本发明的实施例3的变焦透镜系统 的广角端的透镜截面图。图6A、图6B和图6C分别是根据实施例3的变焦透镜系统中的广 角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图7是示出根据本发明的实施例4的变焦透镜系 统的广角端的透镜截面图。图8A、图8B和图8C分别是根据实施例4的变焦透镜系统中的 广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图9是示出根据本发明的实施例5的变焦透镜系统的广角端的透镜截面图。图 10A、图10B和图10C分别是根据实施例5的变焦透镜系统中的广角端、中间变焦位置和望 远端的像差图。图11是示出根据本发明的实施例6的变焦透镜系统的广角端的透镜截面 图。图12A、图12B和图12C分别是根据实施例6的变焦透镜系统中的广角端、中间变焦位 置和望远端的像差图。图13是示出根据本发明的实施例7的变焦透镜系统的广角端的透 镜截面图。图14A、图14B和图14C分别是根据实施例7的变焦透镜系统中的广角端、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实施例8的变焦透镜系统的广角 端的透镜截面图。图16A、图16B和图16C分别是根据实施例8的变焦透镜系统中的广角 端、中间变焦位置和望远端的像差图。图17是示出Abbe数vd和部分色散比egF之间的 关系的解释图。图18是示出应用根据本发明的任何变焦透镜系统的摄像机(图像拾取装 置)的主要部分示意图。图19是示出应用根据本发明的任何变焦透镜系统的数字照相机 (图像拾取装置)的主要部分示意图。根据实施例中的每一个的变焦透镜系统是用于诸如摄像机、数字照相机、卤化银 胶片照相机或TV照相机的图像拾取装置的图像拍摄透镜系统。根据实施例中的每一个的 变焦透镜系统可被用作投影装置(投影仪)的投影光学系统。在透镜截面图中，左边是物 侧(前侧)，右边是像侧(后侧)。在透镜截面图中，当从物侧算起的透镜单元编号由“i” 表示时，第i个透镜单元由Bi表示。后透镜组LR包含两个或更多个透镜单元。设置孔径 光阑SP。光块G与滤光器、面板、低通滤波器或红外截止滤波器对应。当变焦透镜系统被用 作摄像机或数字照相机的图像拍摄光学系统时，像面IP与诸如CCD传感器或CMOS传感器 的固态图像拾取元件(光电换能器)的图像拾取表面对应。当变焦透镜系统被用作卤化银 胶片照相机的图像拍摄光学系统时，像面IP与胶片表面对应。箭头表示从广角端到望远端
6的变焦(倍率变化)期间的各透镜单元的移动轨迹。在像差图中，球面像差涉及四个波长(d线、g线、C线和F线)。像散涉及d线(波 长587. 56nm)和g线(波长435. 835nm)。在像散中，M(d)和S(d)代表d线的子午像面和 弧矢像面，M(g)和S(g)代表g线的子午像面和弧矢像面。横向色差涉及g线。半场角由 表示，F数由Fno表示。在以下的各实施例中，从机械结构的角度，广角端和望远端与用 于倍率变化的透镜单元位于透镜单元在光轴上可动的范围的两端中的每一端上的情况下 的变焦位置对应。在实施例中的每一个中，变焦透镜系统包含从物侧到像侧依次设置的具有正折光 力的第一透镜单元B1、具有负折光力的第二透镜单元B2和包含具有正折光力的透镜单元 的后透镜组LR。在变焦期间，透镜单元如箭头所示的那样移动。特别地，在变焦期间，第一 透镜单元B1和第二透镜单元B2之间的间隔改变。在实施例1 3、7和8中，后透镜组LR 包含具有正折光力的第三透镜单元B3和具有正折光力的第四透镜单元B4。在实施例4和 实施例6中，后透镜组LR包含具有正折光力的第三透镜单元B3、具有负折光力的第四透镜 单元B4和具有正折光力的第五透镜单元B5。在实施例5中，后透镜组LR包含具有负折光力的第三透镜单元B3和具有正折光 力的第四透镜单元B4。在实施例中的每一个中，包含于后透镜组LR中的透镜单元的数量和 透镜单元中的每一个的折光力是任意的，并且，希望后透镜组LR包含至少两个透镜单元。 在实施例中的每一个中，为了保证高的变焦比(高倍率变化比)并且优异地校正像差，从物 侧到像侧依次设置具有正折光力的透镜单元和具有负折光力的透镜单元。在实施例中的每 一个中，第一透镜单元B1包含至少一个负透镜。包含于第一透镜单元B1中的至少一个负 透镜的材料的Abbe数vdln和部分色散比0 gFln满足以下的条件。-1. 68X l(T3Xvdln+0. 585 < 0 gFln < 3. 15X 1(T4X vdln2_l. 86X 1(T2X vdln+0. 8 78 (1)5 < vdln < 27 (2)条件式(1)和(2)规定包含于第一透镜单元B1中的所述至少一个负透镜的材料 的Abbe数vdln和部分色散比9 gFln。当关于夫琅和费(Fraunhofer)线的d线、F线、C 线和g线的折射率由Nd、NF、NC和Ng表示时，材料的Abbe数vd和部分色散比e gF被定义 如下。 vd = (Nd-1) / (NF-NC)0 gF = (Ng-NF) / (NF-NC)在实施例中的每一个中，第一透镜单元B1包含由同时满足条件式(1)和(2)的材 料制成的至少一个负透镜。因此，二次光谱被优异地校正。图17是示出材料的Abbe数vd和部分色散比0 gF之间的关系的示图，并且，实线 表示条件式(1)和(2)之间的边界。横轴表示Abbe数vd，而纵轴表示部分色散比0gF。条件式(1)涉及用于规定包含于第一透镜单元B1中的所述至少一个负透镜的材 料的部分色散比的条件。满足条件式(1)的材料具有异常色散。不满足条件式(1)的条件 的材料是不希望的，原因是减少二次光谱所需要的异常色散是低的。满足条件式(1)的材料的例子包含含有20mol%或更多的二氧化碲(Te02) 的材料。与由以树脂等制成的复型层构成的光学元件相比，该材料可具有环境耐力(resistance)、易制造性、小的光学元件厚度限制和强的折光力。该材料关于湿度和温度的 环境耐力是优异的，并且具有足够的硬度，由此，该负透镜可被设置为最接近物侧。条件式 ⑴的数值范围更希望被设为由条件式(la)表达。由于玻璃材料的折射率容易增加并且对 于各种像差的校正效果变大，因此这是更希望的。-1. 68 X 1(T3 X vdln+0. 600 < 0 gFln < 3. 15 X 1(T4 X vdln2-l. 86 X 1(T2 X vdln+0. 878 (la)更希望条件式(1)的数值范围被设为由条件式(lb)表达。-1. 68 X 1(T3 X vdln+0. 620 < 0 gFln < 3. 15 X 1(T4 X vdln2-l. 86 X 1(T2 X vdln+0. 878 (lb)更希望条件式⑴的数值范围被设为由条件式(lc)表达。-1. 68 X10_3X vdln+0. 620 < 0 gFln < 3. 15X l(T4Xvdln2_l. 86 X10-2 X vdln+0. 800 (lc)条件式(2)涉及用于规定包含于第一透镜单元B1中的所述至少一个负透镜的材 料的Abbe数的条件。当Abbe数变得较大使得不满足条件式(2)的上限时，色散太小，由此 难以校正在包含于第一透镜单元B1中的正透镜中产生的一次色差。更希望条件式(2)的 数值范围被设为由下述的条件式(2a)表达。如果满足条件式(2a)，那么易于校正一次色 差。10 < vdln < 27(2a)更希望条件式⑵的数值范围被设为由条件式(2b)表达。15 < vdln < 27 (2b)更希望条件式⑵的数值范围被设为由条件式(2c)表达。15 < vdln < 25 (2c)在实施例1 6中，被设置为最接近物侧的第一透镜具有异常色散。在实施例7 中，从物侧算起的第一透镜和第二透镜具有异常色散。在实施例8中，从物侧算起的第一透 镜和第三透镜具有异常色散。特别地，在实施例中的每一个中，设置从物侧到像侧依次具有 正折光力和负折光力的透镜结构，以实现具有高的变焦比和小的尺寸的变焦透镜系统。第 一透镜单元的所述至少一个负透镜的材料具有高的色散和异常色散的结构被设置，以在望 远侧减少二次光谱。当第一透镜单元的至少一个负透镜满足条件式(1)和(2)时，广角端 的横向色差的产生可被减少，由此，容易减小第二透镜单元和随后的透镜单元的尺寸。在实施例中的每一个中，为了获得其中诸如轴向色差、横向色差和球面像差的各 种像差被优异地校正的高变焦比和小尺寸的变焦透镜系统，希望满足以下的各种条件中的 一个或更多个。第一透镜单元B1的所述至少一个负透镜的焦距由fin表示。第一透镜单 元B1的焦距和第二透镜单元B2的焦距分别由H和f2表示。变焦透镜系统在广角端的焦 距及其在望远端的焦距分别由fW和fT表示。望远端的F数由FnoT表示。第一透镜单元B1的所述至少一个负透镜的在光轴上 的厚度由tin表示。第二透镜单元B2的透镜的在光轴上的厚度中的最小厚度由t2min表 示。第一透镜单元B1的所述至少一个负透镜的材料的努氏(Knoop)硬度由HKln表示。第 二透镜单元B2的透镜材料的努氏硬度中的最小努氏硬度由HK2min表示。在这种情况下，希望满足以下的条件中的一个或更多个。0. 9 < |fln|/fl < 70. 0(3)5. 0 < fT/ | f2 | < 25. 0(4)0. 3 < fl/fT < 10. 0(5)
8
3. 2 < (fT/fff) /FnoT < 15. 01. 65 < Ndln < 2. 503. 0 < fl/|f2| < 10. 00. 8 < tln/t2min < 5. 00. 5 < HKln/HK2min
(6)
(7) ⑶
(9) (10)条件式(3)是用于规定第一透镜单元B1中的具有高的色散和异常色散的所述至 少一个负透镜的焦距的表达式。当具有高的色散和异常色散的负透镜的焦距太长使得不 满足条件式(3)的上限时，即，当所述负透镜的折光力太弱使得不满足条件式(3)的上限 时，第一透镜单元B1的一次色差被不充分地校正，由此残留变焦期间的色差变动。这是不 希望的。与此相反，为了充分地校正第一透镜单元B1的一次色差，必须加长整个系统的总 长，由此难以实现尺寸的减小。当所述负透镜的焦距太短使得不满足条件式(3)的条件的 下限时，g卩，当所述负透镜的折光力太强使得不满足条件式(3)的条件的下限时，佩兹伐和 (Petzval sum)在负侧变得较大以增加像场弯曲。这是不希望的。另外，难以在第一透镜单 元B1中抑制高次球面像差和有色球面像差。这是不希望的。希望条件式(3)的数值范围被设为由下述的以下的条件式(3a)表达。因此，易于 在望远端校正球面像差。0. 9 < |fln|/fl < 10. 0(3a)更希望条件式(3)的数值范围被设为由条件式(3b)表达。1. 0 < |fln|/fl < 5. 0(3b)条件式(4)基于第二透镜单元B2的焦距规定整个系统在望远端的焦距。当第二 透镜单元B2的焦距变得较小使得不满足条件式(4)的上限时，易于实现高的变焦比并且缩 短整个透镜长度。但是，佩兹伐和沿负方向变得较大以增加像场弯曲。这是不希望的。当 第二透镜单元B2的焦距变得较大使得不满足条件式(4)的下限时，为了实现高的变焦比， 必须增加第二透镜单元B2的移动量或改进设置在第二透镜单元B2的像侧的后透镜组的倍 率变化作用。当第二透镜单元B2的移动量增加时，整个透镜长度加长。这是不希望的。当 改进设置在第二透镜单元B2的像侧的后透镜组的倍率变化作用时，整个透镜系统的总长 加长，透镜的数量增加。这是不希望的。希望条件式(4)的数值范围被设为由以下的条件 式(4a)表达。因此，易于在整个变焦范围上抑制像场弯曲和像散。这是希望的。7. 0 < fT/ | f2 | < 20. 0(4a)条件式(5)基于第一透镜单元B1的焦距规定整个系统在望远端的焦距。当第一 透镜单元B1的焦距太长使得不满足条件式(5)的上限时，难以在望远端处校正球面像差， 由此必须通过设置在第二透镜单元B2的像侧的后透镜组校正球面像差。因此，后透镜组的 透镜的数量增加。这是不希望的。当第一透镜单元B1的焦距太短使得不满足条件式(5) 的下限时，色差在望远端处增加。这不希望的。希望条件式(5)的数值范围被设为由以下 的条件式(5a)表达。因此，易于校正球面像差并减小整个系统的尺寸。0. 4 < fl/fT < 5. 0(5a)条件式(6)基于望远端的F数规定整个系统在广角端的焦距和整个系统在望远端 的焦距之间的比值。当望远端处F数太大使得不满足条件式(6)的上限时，易于在望远端 处校正球面像差和轴向色差以获得高的成像性能。但是，由光阑(stop)导致的像面变动增加。这是不希望的。当望远端处F数变得较小使得不满足条件式(6)的下限时，为了校正 望远端处球面像差，必须增加第一透镜单元B1的透镜的数量。因此，第一透镜单元B1的尺 寸沿直径方向增加。通过直径方向的尺寸的增加，离轴光束的闪光(flare)成分在整个变 焦范围上增加。这是不希望的。当负透镜的材料具有高的折射率使得不满足条件式(7)的上限时，透镜表面的曲 率半径变得较大，由此难以校正各种像差，特别是校正广角端的球面像差。当负透镜的材料 具有低的折射率使得不满足条件式(7)的下限时，透镜表面的曲率半径减小以提供预定的 折光力，并由此难以校正像散。这是不希望的。还难以减小整个系统的尺寸。希望条件式 (7)的数值范围被设为由以下的条件式(7a)表达。因此，易于进一步减小整个系统的尺寸。1. 8 < Ndln < 2. 4(7a)条件式(8)被用于适当地设定第二透镜单元B2的焦距，由此维持适当的倍率变化 比并校正佩兹伐和。当不满足条件式(8)的上限时，在变焦期间第一透镜单元B1和第二透 镜单元B2的像差的变动是大的，由此尤其难以校正像场弯曲。当不满足条件式(8)的下限 时，第二透镜单元B2的移动量变得较大以实现高的变焦比，并且，整个透镜长度和径向尺 寸增加。这是不希望的。更希望条件式(8)的数值范围被设为由以下的条件式(8a)表达。4. 0 < fl/| f2 | < 7. 0(8a)对于第一透镜单元B1的所述至少一个负透镜限定条件式(9)以校正色差并且优 异地校正球面像差和彗形像差。当不满足条件式(9)的上限时，相对于透镜系统，第一透镜 单元B1的所述负透镜的尺寸变得较大。这是不希望的。当不满足条件式(9)的下限时，难 以保证第一透镜单元B1的所述负透镜的负折光力并且在望远端对于球面像差和彗形像差 获得校正效果。更希望条件式(9)的数值范围被设为由以下的条件式(9a)表达。0. 9 < tln/t2min < 4. 0(9a)条件式(10)规定由施加外力的环境或玻璃的自重和紧固(tighten)导致的变 形。在条件式(10)中，努氏硬度是表示工业材料的硬度的度量中的一种。通过将压痕 (indentation)表面积除以所施加的测试力算出努氏硬度HK。
PHK =这里，L2 =压痕表面积(单位mm2)Cp =校正系数(=0. 070279)P =重量(单位 kgf)。当不满足条件式(10)的下限时，机械性能是不够的。当第一透镜单元B1的所述 至少一个负透镜位置最接近物侧时，会出现变形或畸变。这是不希望的。希望后透镜组LR 包含至少一个非球面透镜。为了将广角端的F数设为相对小的值并简化后透镜组的透镜结构，希望设置非球 面。希望得到的后透镜组LR的折光力是正的。当使得得到的后透镜组LR的折光力为正时， 可以实现高的光学性能。希望后透镜组LR包含具有正折光力的第三透镜单元B3。因此，易于保证希望的变
10焦比、缩短整个透镜长度并简化透镜系统。包含于第三透镜单元B3中的透镜具有非球面的 结构是所希望的，原因在于，即使当直径比大时也可维持优异的成像性能。如上所述，根据实施例中的每一个，当各透镜单元的结构被适当地设定时，获得具 有高的变焦比和高的成像性能的变焦透镜系统。下面，描述根据各实施例的变焦透镜系统的透镜结构。在图1、图3、图13和图15 所示的实施例1、实施例2、实施例7和实施例8中，在从广角端到望远端的变焦期间，如箭 头所示，第二透镜单元B2向像侧移动以执行倍率变化。通过沿向物侧凸起的轨迹移动第四 透镜单元B4校正由于倍率变化导致的像面变动。变焦透镜为在光轴上移动第四透镜单元 B4以执行聚焦的后焦点类型。关于第四透镜单元B4的实线曲线4a和虚线曲线4b分别表 现用于校正由于在无限远物体上聚焦期间和在近距离物体上聚焦期间的倍率变化导致的 像面变动的移动轨迹。第四透镜单元B4如上面描述的那样沿向物侧凸起的轨迹移动，由 此，第三透镜单元B3和第四透镜单元B4之间的间隔被用于有效缩短整个透镜长度。在从 无限远物体到近距离物体的聚焦期间，第四透镜单元向物侧移动。在实施例1、实施例2、实施例7和实施例8中，在变焦期间，第一透镜单元B1和第 三透镜单元B3被保持以将整个系统的可动透镜单元的数量设为两个。因此，可在变焦期间 使整个透镜长度保持恒定。孔径光阑SP在变焦期间不移动。因此，用于移动孔径光阑SP 的致动器是不必要的，由此结构可被简化。第一透镜单元B1、第三透镜单元B3和孔径光阑SP在变焦和聚焦期间不沿光轴方 向移动，但是，为了优异地校正像差，如果必要的话，它们可以移动。在图5所示的实施例3中，在从广角端到望远端的变焦期间，如箭头所示，第一透 镜单元B1向物侧移动并且第二透镜单元B2向像侧移动。第三透镜单元B3向物侧非线性 移动。第四透镜单元B4沿向物侧凸起的轨迹移动，以校正由于倍率变化导致的像面变动。 孔径光阑SP沿向物侧凸起的轨迹移动。第四透镜单元B4在光轴上移动以执行聚焦。在望远端处从无限远物体到近距离物体聚焦的情况下，如箭头4c所示，第四透镜 单元B4向物侧移动。关于第四透镜单元B4的实线曲线4a和虚线曲线4b分别表现用于校 正由于在无限远物体上聚焦期间和在近距离物体上聚焦期间从广角端到望远端的变焦导 致的像面变动的移动轨迹。重量轻的第四透镜单元B4为了聚焦而移动，由此有利于迅速的 聚焦。第四透镜单元B4沿向物侧凸起的轨迹移动，由此第三透镜单元B3和第四透镜单元 B4之间的间隔被有效地用于有效缩短整个透镜长度。当变焦时，与广角端的情况相比，在望 远端的情况下，第一透镜单元B1移动以位于物侧，第二透镜单元B2移动以位于像面侧，而 第三透镜单元B3移动以位于物侧。因此，在缩短整个透镜长度的同时获得高的变焦比。孔 径光阑SP沿向物侧凸起的轨迹移动，由此防止为了保持中间变焦位置中的周边光束而增 大前透镜直径，由此减小前透镜直径。在图7所示的实施例4中，在从广角端到望远端的变焦期间，如箭头所示，第一透 镜单元B1向物侧移动并且第二透镜单元B2向像侧移动，由此执行主倍率变化。第三透镜 单元B3和第四透镜单元B4向物侧移动。第五透镜单元B5沿非线性轨迹移动，以校正由于 倍率变化导致的像面位置的变动。孔径光阑SP独立地向物侧移动。关于第五透镜单元B5 的实线曲线5a和虚线曲线5b分别表现用于校正由于在无限远物体上聚焦期间和在近距离 物体上聚焦期间从广角端到望远端的倍率变化导致的像面变动的移动轨迹。第五透镜单元B5如上面描述的那样沿向物侧凸起的轨迹移动，由此第四透镜单元B4和第五透镜单元B5 之间的间隔被用于有效缩短整个透镜长度。在实施例4中，在从无限远物体到近距离物体的聚焦期间，如图7中的线5c所示， 第五透镜单元B5向物侧移动。在图9所示的实施例5中，在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元B2向 像侧移动以执行主倍率变化。第三透镜单元B3沿向物侧凸起的轨迹移动以校正由于倍率 变化导致的像面变动。通过第一透镜单元B1执行聚焦。当要执行从无限远物体到近距离 物体的聚焦时，第一透镜单元B1如箭头F所示的那样向物侧偏移。在实施例5中，在变焦期间，第一透镜单元B1和第四透镜单元B4被保持以将整个 系统的可动透镜单元的数量减少为两个。因此，可以在变焦期间使整个透镜长度保持恒定。 在图11所示的实施例6中，在从广角端到望远端的变焦期间，各透镜单元如箭头所示的那 样移动。具体而言，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元B1向物侧移动并且第 二透镜单元B2非线性地向像侧移动。第三透镜单元B3非线性地向物侧移动。第四透镜单 元B4非线性地向像侧移动。第五透镜单元B5非线性地向物侧移动。孔径光阑SP在变焦过程中与第三透镜单元B3整体(integrally)移动，但是，可 以与其分开地移动或者可被保持。在孔径光阑SP与第三透镜单元B3整体地移动时，更可能 简化机械结构。变焦透镜为第二透镜单元B2在光轴上移动以执行聚焦的后焦点类型。关 于第二透镜单元B2的实线曲线2a和虚线曲线2b分别表现用于校正由于在无限远物体上 聚焦期间和在近距离物体上聚焦期间从广角端到望远端的变焦导致的像面变动的移动轨 迹。例如，在各实施例中，当在望远端处执行从无限远物体到近距离物体的聚焦时，第二透 镜单元B2如箭头2c所示的那样向物侧移动。在实施例3、实施例4和实施例6中，在变焦 期间，各透镜单元移动以减小透镜系统的尺寸。因此，变焦期间的像差变动被抑制。下面，参照图18和图19描述各自使用根据本发明的实施例中的任一个的变焦透 镜系统作为图像拍摄光学系统的摄录机和数字静物照相机。在图18中，照相机主体10包含图像拍摄光学系统11、诸如(XD传感器或CMOS传 感器的固态图像拾取元件(光电换能器)12和取景器13。图像拍摄光学系统11包含根据 实施例1 8中的任一个的变焦透镜系统。固态图像拾取元件12被并入在照相机主体中， 并且接收通过图像拍摄光学系统11形成的物体图像。取景器13包含液晶显示面板等，并 被用于观察在固态图像拾取元件12上形成的物体图像。在图19中，照相机主体20包含图像拍摄光学系统21和诸如(XD传感器或CMOS 传感器的固态图像拾取元件(光电换能器)22。图像拍摄光学系统21包含根据实施例1 8中的任一个的变焦透镜系统。固态图像拾取元件22被并入在照相机主体中，并且接收通 过图像拍摄光学系统21形成的物体图像。下面，描述与实施例1 8对应的数值实施例1 8。在数值实施例中，表面号“i” 是从物侧算起的。另外，ri表示从物侧算起的第i个表面的曲率半径，而di表示从物侧算 起的第i个表面和第(i+1)个表面之间的透镜厚度和空气间隔。并且，ndi和vdi分别表 示从物侧算起的第i个光学构件的材料的折射率和Abbe数。表1示出各条件式和各数值 实施例之间的关系。假定光轴方向为X轴，与光轴垂直的方向是H轴，并且光行进方向是正 的。在这种情况下，当旁轴曲率半径由R表示、圆锥常数由K表示并且非球面系数由A4 A10 0111
0112
0113
0114
0115
0116
表示时，非球面形状由以下的表达式表达。 式2
0141
0142
0143
0144
0145
0146
0147
0117]表面号Rdndvd0gF0118]143. 8591. 1518466626.80579970119]220. 6434. 6516030065.40540160120]3-520.7770. 200121]419. 6443. 3116968055.50543350122]561. 808(可变)0123]648. 1450. 6018830040.80566720124]75. 0992. 300125]8-22. 4050. 6017725049.60552050126]912. 5930. 500127]1010.1031. 4719228618.90649520128]1150. 485(可变)0129]12*10. 0142. 511.5831359.40.542300130]13-156.3941. 400131]14 (光阑)OO2. 300132]1535. 1070. 6018466623.80620460133]169. 9890. 150134]17*11. 0081. 851.5831359.40.542300135]18-94. 159(可变)0136]1915. 8381. 7318040046.60557180137]20-18.7070. 5519228618.90649520138]21-54. 476(可变)0139]22OO1. 0015163364.10535240140]23OO1. 00
像面①
非球面数据 第十二表面 K = -8. 85802e-001 A8 = 5.21683e-009 第十七表面 K = -3. 29557e-002
A4 = 3. 56682e-005
A4 = -2. 10744e-004
A6 = -3.42001e-007CN 10852911 A说明书
2337. 807 (可变)
24*16. 564 2. 501.58313 59.4 0.54230
25-114.982 (可变)
26① 1.001.51633 64.1 0.53524
27① 2.00
像面oo
非球面数据
第十五表面
K = -1. 79527e-001A4 = -1. 55788e--004A6 = -4. 02659e-007
A8 = -9. 95380e-008A10 = 2. 12024e--009
第二十四表面
K = 3. 17692e+000A4 = -1. 15655e-004 A6 = -3. 79021e_007
A8 = -2. 08695e-008
各种数据
变焦比18. 56
广角中间望远
焦距5. 1618. 3495. 85
F数2. 853. 615. 27
场角36. 8811. 932. 32
像高3. 883. 883. 88
整个透镜长度86. 7692. 18118.76
BF10. 6717. 1412. 33
d50. 7022. 0741. 23
dl327. 769. 823. 52
dl48. 764. 722. 07
d211. 640. 955. 02
d232. 012. 2419. 36
d258. 0114. 489. 67
变焦透镜单元数据
透镜单元最物侧面焦距
1163. 72
26-9. 46
314OO
41519. 45
522-90.25
62425. 00
726OO
数值实施例5
单位mm
整个透镜长度61. 83618361. 83
BF8. 8411425. 19
d60. 55108021. 05
dl222. 5512302. 05
dl75. 793.219. 44
d206. 529.102. 87
变焦透镜单元S女据
透镜单元最物侧面焦距
1131.85
27-5.50
31317.64
41815.72
521OO
数值实施例8
单位mm
表面数据
表面号Rdndvd0gF
144. 4121. 201.8466623. 80.62046
222. 5804. 381.6031160. 60.56923
3-2093. 8930. 20
422. 1900. 552.0080010. 20.56923
521. 5772. 621.7673549. 60.56115
664. 083(可变)
744. 0760. 801.8830040. 80.56672
86. 3202. 08
9-24. 2660. 501.7990947. 10.56561
107. 6110. 80
119. 1981. 521.9228618. 90.64952
1238. 947(可变)
13 (光阑)OO1. 56
14*7. 0243. 361.5831359. 40.54230
15*-44. 3230. 15
1611. 2370. 701.8466623. 80.62046
176. 476(可变)
1812. 6083. 041.4874970. 20.53001
19-5. 6300. 601.8061033. 30.58811
20-9.706(可变)
21OO2. 001.5163364. 10.53524
22OO1. 00
像面OC)
非球面数据
第十四表面
K = -5. 35812e--001A4 ==-9. 25135e-006
A8 = -3. 52289e-009
第十五表面
K = -4. 04570e+001A4 ==2.09662e-004
各种数据
变焦比19. 94
广角中间望远
焦距3. 639. 8972. 40
F数1. 852. 203. 50
场角28. 8511. 431. 58
像高2. 002. 002. 00
整个透镜长度61. 8861. 8861. 88
BF8. 8311. 445. 18
d60. 5510. 9121. 28
dl222. 7812. 412. 05
dl75. 663. 059. 31
d206. 519. 122. 86
变焦透镜单元■〔据
透镜单元最物侧面焦距
1132. 02
27-5. 55
31317. 64
41815. 77
521OO
表1对应于与实施例相关的条件式的值
A6 = -2. 55624e-007
A6 = -2. 84336e-006
24 虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例 性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这些修改与等同的结构 和功能。
权利要求
一种变焦透镜系统，该变焦透镜系统从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；和包含具有正折光力的透镜单元的后透镜组，其中，第一透镜单元和第二透镜单元中的至少一个为了变焦而移动，使得望远端处第一透镜单元和第二透镜单元之间的间隔比广角端处第一透镜单元和第二透镜单元之间的间隔大，第一透镜单元包含至少一个负透镜，并且，满足以下的条件-1.68×10-3×vd1n+0.585＜θgF1n＜3.15×10-4×vd1n2-1.86×10-2×vd1n+0.878；和5＜vd1n＜27这里，vd1n和θgF1n分别表示所述至少一个负透镜的材料的Abbe数和部分色散比。
2.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件 0. 9 < fln|/fl < 70. 0这里，fin表示第一透镜单元的所述至少一个负透镜的焦距，而Π表示第一透镜单元 的焦距。
3.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件 5. 0 < fT/ I f 2 < 25. 0这里，fT表示所述变焦透镜系统在望远端处的焦距，而f2表示第二透镜单元的焦距。
4.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件0.3 < fl/fT < 10. 0这里，fT表示所述变焦透镜系统在望远端处的焦距，而fl表示第一透镜单元的焦距。
5.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件 3. 2 < (fT/fff) /FnoT < 15. 0这里，fff表示所述变焦透镜系统在广角端处的焦距，fT表示所述变焦透镜系统在望远 端处的焦距，而FnoT表示所述变焦透镜系统在望远端处的F数。
6.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件1.65 < Ndln < 2. 50这里，Ndln表示第一透镜单元的所述至少一个负透镜的材料的折射率。
7.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件 3. O < fl/|f2 < 10. O这里，Π表示第一透镜单元的焦距，而f2表示第二透镜单元的焦距。
8.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件 0. 8 < tln/t2min < 5. O这里，tin表示第一透镜单元的所述至少一个负透镜的在光轴上的厚度，而t2min表示 在包含于第二透镜单元中的透镜的在光轴上的厚度之中厚度最小的透镜的厚度。
9.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，满足以下的条件 0.5 < HKln/HK2min这里，HKln表示第一透镜单元的所述至少一个负透镜的材料的努氏硬度，而HK2min表 示在包含于第二透镜单元中的透镜的材料的努氏硬度之中努氏硬度最小的透镜的材料的努氏硬度。
10.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，所述后透镜组包含从物侧到像侧依次设置 的具有正折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元。
11.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，所述后透镜组包含从物侧到像侧依次设置 的具有负折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元。
12.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，所述后透镜组包含从物侧到像侧依次设置 的具有正折光力的第三透镜单元、具有负折光力的第四透镜单元和具有正折光力的第五透 镜单元。
13.根据权利要求1的变焦透镜系统，该变焦透镜系统在光电换能器上形成图像。
14.一种图像拾取装置，包括根据权利要求1 13中的任一项的变焦透镜系统；和 用于接收通过变焦透镜系统形成的图像的光电换能器。
全文摘要
本发明涉及一种变焦透镜系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置，其中可以以平衡的方式优异地校正色差、球面像差和彗形像差以在整个变焦范围上获得优异的光学性能，所述变焦透镜系统从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；和包含具有正折光力的透镜单元的后透镜组，其中，第一透镜单元和第二透镜单元中的至少一个为了变焦而移动，使得望远端处它们之间的间隔比广角端处的间隔大，第一透镜单元包含至少一个负透镜，并且，所述至少一个负透镜的材料的Abbe数(vd1n)和部分色散比(θgF1n)被适当地设定。
文档编号G02B15/16GK101852911SQ20101014988
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月31日
发明者宫泽伸幸, 斋藤慎一郎, 木村友纪 申请人:佳能株式会社