专利名称：变焦透镜系统和包含该变焦透镜系统的图像拍摄设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及变焦透镜系统和包含该变焦透镜系统的图像拍摄设备，更具体地说，本发明涉及适合摄像机、卤化银照相机、数字照相机、TV照相机或者监视照相机的变焦透镜系统和包含该变焦透镜系统的图像拍摄设备。
背景技术：
近年来，作为用于使用固态图像拾取元件的诸如摄像机或数字静止照相机(stillcamera)的图像拍摄设备中的摄影光学系统，需要具有小F-数(Fno)、广场角、小型尺寸、高变焦比和高分辨率的变焦透镜系统。此外，还需要该变焦透镜系统提供用于防止所拍摄的图像模糊的图像稳定化功能。 为了满足上述的所有的需求，摄影光学系统的尺寸增大，并且整个设备的重量增大。例如，当执行图像稳定化的光学部件的尺寸增大时，必须应用具有大驱动力的驱动部以操作该光学部件，并且，包含驱动部的图像稳定化系统的尺寸增大从而增大整个设备的重量。另外，图像稳定化操作的响应劣化。对于图像稳定化，当在与光轴垂直的方向上移动作为变焦透镜系统的一部分的透镜单元时，出现偏心像差，从而光学性能易于劣化。因此，重要的是，在具有图像稳定化机构的变焦透镜系统中，用于透镜稳定化的透镜单元尺寸小、重量轻，并且由于图像稳定化而导致的光学性能的劣化低。存在这样的变焦透镜系统，该变焦透镜系统包含从物侧到像侧依次设置的分别具有正、负、正和正的折光力的四个透镜单元。已知存在四单元变焦透镜系统，在该四单元变焦透镜系统中，在变焦过程中移动第二透镜单元和第四透镜单元，并且移动这些透镜单元中的一部分以校正图像模糊。在这些变焦透镜系统中，已知有这样的变焦透镜系统其中，第三透镜单元被分成具有负折光力的透镜单元和具有正折光力的透镜单元，并且，在与光轴垂直的方向上移动具有正折光力的透镜单元以校正图像模糊(日本专利申请公开No. H07-128619、美国专利No. 6，606，194、日本专利申请公开No. 2002-244037和日本专利申请公开 No. 2003-322795)。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种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；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元，在变焦过程中第二透镜单元和第四透镜单元在光轴上移动，其中第三透镜单元从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第三A透镜单元；以及具有正折光力的第三B透镜单元，该第三B透镜单元沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移动以便移动成像位置；第三B透镜单元包含胶合透镜，在该胶合透镜中，正透镜和负透镜接合在一起；并且，当胶合透镜的物侧表面和像侧表面的曲率半径分别是R3A和R3B时，满足下面的条件5〈I(R3A+R3B)/(R3A-R3B)|〈30。根据本发明的另一个方面，一种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；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元，在变焦过程中第二透镜单元和第四透镜单元在光轴上移动，其中第三透镜单元从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第三A透镜单元；以及具有正折光力的第三B透镜单元，该第三B透镜单元沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移动以便移动成像位置；第三B透镜单元包含负透镜和至少一个正透镜，并且包含在第三A透镜单元的物侧的孔径光阑；并且，当在广角端在开口(open) F-数情况下的孔径光 阑的孔径直径为Spa，构成第三B透镜单元的正透镜的总厚度为Dp，并且构成第三B透镜单元的负透镜在以下高度处的总透镜厚度为Kn时，满足下述条件，所述高度距离光轴为在广角端在开口 F-数情况下的孔径光阑的孔径直径的一半0. 4< (Dp+Kn) /Spa〈0. 7。根据本发明，可以提供一种变焦比高并且在所有的变焦范围内的光学性能高的小型变焦透镜系统。此外，根据本发明，还提供这样的变焦透镜系统，该变焦透镜系统在用于图像稳定化的透镜单元偏心时的偏心像差小，并且光学性能高，同时减少了用于图像稳定化的透镜单元的尺寸。从下面参考附图的对示例实施例的描述中，本发明的其它特征变得明显。
图I是根据本发明第一实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图2A、2B和2C是本发明第一实施例的变焦透镜系统的像差图。图3是根据本发明第二实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图4A、4B和4C是本发明第二实施例的变焦透镜系统的像差图。图5是根据本发明第三实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图6A、6B和6C是本发明第三实施例的变焦透镜系统的像差图。图7是根据本发明第四实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图8A、8B和8C是本发明第四实施例的像差图。图9是根据本发明第五实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图10A、10B和IOC是本发明第五实施例的变焦透镜系统的像差图。图11是示出根据本发明的图像拍摄设备的主要部分的示意图。
具体实施例方式在下面参考附图描述根据本发明实施例的变焦透镜系统和包含该变焦透镜系统的图像拍摄设备。根据本发明的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、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、以及具有正折光力的第四透镜单元。在变焦过程中，第二透镜单元和第四透镜单元在光轴上移动。第三透镜单元包含具有负折光力的第三A透镜单元、以及具有正折光力的第三B透镜单元(图像稳定化透镜单元)，该第三B透镜单元沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移动以便移动成像位置。图I是根据第一实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图2A、2B和2C是根据第一实施例的变焦透镜系统分别在广角端(短焦距端)、中间变焦位置和望远端(长焦距端)处聚焦到无限远物体时的像差图。图3是根据第二实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图4A、4B和4C是第二实施例的变焦透镜系统分别在广角端、中间变焦位置和望远端聚焦到无限远物体时的像差图。图5是根据第三实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图6A、6B和6C是第三实施例的变焦透镜系统分别在广角端、中间变焦位置和望远端聚焦到无限远物体时的像差图。图7是根据第四实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图8A、8B和SC是第四实施例的变焦透镜系统分别在广角端、中间变焦位置和望远端聚焦到无限远物体时的像差图。图9是根据第五实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图10AU0B和IOC是第五实施例的变焦透镜系统分别在广角端、中间变焦位置和望远端聚焦到无限远物体时的像差图。图11是示出包含本发明的变焦透镜系统的摄像机(图像拍摄设备)的主要部分的示意图。每一个透镜截面图示出具有正折光力(光焦度=焦距的倒数)的第一透镜单元BI、具有负折光力的第二透镜单元B2、具有正折光力的第三透镜单元B3、以及具有正折光力的第四透镜单元B4。第三透镜单元B3包含具有负折光力的第三A透镜单元B3A和具有正折光力的第三B透镜单元B3B，该第三B透镜单元B3B沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移动以便图像稳定化(以便校正图像模糊)。用于图像稳定化的移动可以是绕作为旋转中心的光轴上的某一点的摆动(旋转移动)。沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移 动用于图像稳定化的第三B透镜单元B3B，使得可在像面上移动成像位置。光学块G对应于滤光器或面板(face plate)，并且表示稍后描述的数值实施例中的没有折光力的第五透镜单元。提供像面IP。当变焦透镜系统用作摄像机或数字静止照相机的摄影光学系统时，像面IP对应于诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电变换器)的图像拍摄表面。当变焦透镜系统用作卤化银胶片照相机时，像面IP对应于胶片表面。孔径光阑SP位于第三A透镜单元B3A的物侧。在球差图中，实线是d-线，双点划线是g_线。在像散图中，点线是子午像面，实线是弧矢像面。横向色差由g_线表示。F-数由Fno表示，并且，半场角由to表示。在下面的各个实施例中，在广角端和望远端的变焦位置是用于倍率改变的变焦透镜单元(各个实施例中的第二透镜单元B2)位于该透镜单元可在光轴上机械地移动的范围的两端的变焦位置。在各个实施例中，在从广角端向望远端的变焦的过程中，向像侧移动第二透镜单元B2以进行倍率改变,并且,通过以部分凸状的轨迹(partial convex locus)向物侧移动第四透镜单元B4来校正由于倍率改变而导致的像面振动。应用其中在光轴上移动第四透镜单元B4以进行聚焦的后焦点系统(rear focus system)。第四透镜单元B4的由实线表示的曲线4a和由点线表示的曲线4b分别是当对无限远物体和近距离物体进行聚焦时在从广角端到望远端的变焦的过程中用于校正像面振动的移动轨迹。以这种方式，沿着向物侧凸起的轨迹移动第四透镜单元B4，以有效地使用第三透镜单元B3和第四透镜单元B4之间的空间，从而有效地减少该透镜系统的整个长度。对于变焦和聚焦，不移动第一透镜单元BI和第三透镜单元B3。在各个实施例中，例如，当在望远端从无限远物体到近距离物体移动聚焦时，向物侧移动第四透镜单元B 4，如箭头4c所示。在各个实施例中，沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移动第三B透镜单元(图像稳定化透镜单元)B3B，以校正在整个光学系统振动时的图像模糊。根据各个实施例的变焦透镜系统被配置为从物侧到像侧依次提供具有正、负、正和正的折光力的透镜单元，以便在广角端保持广场角(摄影场角)的同时获得高倍率改变比(高变焦比)。在从广角端向望远端的变焦的过程中，移动第二透镜单元B2和第四透镜单元B4，以在保持高变焦比的同时维持高性能，并且通过减少了的数量的移动透镜单元来实现高变焦比。在各个实施例中，第一透镜单元BI包含负透镜、正透镜、正透镜和正透镜。更具体地说，第一透镜单元BI包含从物侧到像侧依次设置的负透镜、具有双凸形状的正透镜、具有向物侧凸起的形状的正透镜、以及具有向物侧凸起的弯月形状的正透镜。第二透镜单元B2包含从物侧到像侧依次设置的两个各自具有向像侧凹入的弯月形状的负透镜、具有双凹形状的负透镜、以及具有双凸形状的正透镜。按照这种透镜配置，第二透镜单元B2减少了变焦过程中的像差变动。第三透镜单元B3包含一个或更多个非球面。在第三透镜单元B3中，尤其是，在广角端轴上光束通过较高的位置，并且，在很大程度上出现球差和彗差。由于此原因，引入非球面，以便于有效的像差校正。优选的是，第三透镜单元包含其物侧表面和像侧表面为非球面的透镜。在第三透镜单元B3中，在变焦中间区中，离轴光束通过较高的位置，并且，在很大程度上出现像散和场曲。由于此原因，引入非球面，以便于有效的像差校正。此外，透镜的两个表面都为非球面的，从而容易同时进行上述的广角端的像差校正和变焦中间区中的像差校正，而没有增加非球面透镜的数量。第三透镜单元B3包含从物侧到像侧依次设置的具有负折光力的第三A透镜单元B3A和具有正折光力的第三B透镜单元B3B。通过这种配置，确保具有足够长度的后焦点(back focus)。第三A透镜单元B3A从物侧到像侧依次包含胶合透镜和负透镜，在该胶合透镜中，负透镜和双凸正透镜接合在一起。可选地，第三A透镜单元B3A包含其中负透镜和正透镜接合在一起的胶合透镜。可选地，第三A透镜单元B3A包含其中负透镜、正透镜和负透镜接合在一起的胶合透镜。第三B透镜单元B3B包含具有非球面形状的透镜表面的正透镜、以及其中负透镜和正透镜接合在一起的胶合透镜。可选地，第三B透镜单元B3B包含具有非球面形状的透镜表面的正透镜、以及其中正透镜和负透镜接合在一起的胶合透镜。第三B透镜单元B3B包含负透镜和至少一个正透镜，并且包含非球面透镜，从而即使在图像稳定化操作期间也良好地保持像差变动。在这种情况下，使得第三B透镜单元B3B的正透镜和负透镜的形状适当，以减少第三B透镜单元B3B的体积，从而构成重量轻的图像稳定化透镜单元。第四透镜单元B4从物侧依次包含正透镜、以及由负透镜和正透镜构成的胶合透镜。第四透镜单元B4包含一个或更多个非球面，并且进行聚焦操作。通过这种透镜配置，良好地校正在聚焦操作期间出现的像差变动。优选的是，第四透镜单元B4包含其物侧表面和像侧表面为非球面的透镜。在第四透镜单元B4中，在望远端离轴光束通过较高位置，并且在很大程度上出现像散和场曲。由于此原因，引入非球面，以便于有效的像差校正。此外，透镜的两个表面都是非球面的，从而容易同时进行上述的聚焦操作期间的像差变动的校正和望远端的像差校正，而没有增加非球面透镜的数量。作为具体的透镜配置，第四透镜单元B4包含具有双凸形状的正透镜、以及胶合透镜，在该胶合透镜中，具有向像侧凹入的弯月形状的负透镜和向物侧凸起的正透镜接合在一起。通过这种配置，减少了聚焦时的像差变动。在根据各个实施例的变焦透镜系统中，第三B透镜单元B3B包含其中正透镜和负透镜接合在一起的胶合透镜。假设胶合透镜的物侧表面和像侧表面的曲率半径分别是R3A和R3B。在这种情况中，满足下面的条件式5〈 I (R3A+R3B) / (R3A-R3B) |〈30... (I)。第三B透镜单元B3B包含至少一个正透镜和至少一个负透镜，以抑制在图像稳定化操作期间出现的横向色差的变动。在从广角端到望远端的变焦期间，当实现其中第二透镜单元B2和第四透镜单元B4构成移动透镜单元的倍率改变机构时，整个透镜系统的尺寸 易于增大，并且图像稳定化透镜单元的尺寸也增大。在各个实施例中，满足与构成第三B透镜单元B3B的其中正透镜和负透镜接合在一起的胶合透镜的配置有关的条件式(1)，从而构成重量较轻的图像稳定化透镜单元。条件式(I)与第三B透镜单元B3B中的胶合透镜的物侧表面的曲率半径和其像面侧表面的曲率半径之差有关。当该差降到低于条件式(I)的下限时，构成第三B透镜单元B3B的透镜的曲率半径之差大，这意味着胶合透镜是具有小的曲率半径的透镜。当曲率半径小时，在正透镜的情况中，透镜的厚度增大，从而透镜的体积增大。因此，这不是优选的，因为作为图像稳定化透镜单元的第三B透镜单元B3B的重量增大。类似地，当负透镜的曲率半径小时，该透镜的边缘部分的体积增大，从而作为图像稳定化单元的第三B透镜单元B3B的重量增大，这不是优选的。当该差超过条件式(I)的上限时，胶合透镜的物侧表面的曲率半径和其像面侧表面的曲率半径之差小。当该物侧表面的曲率半径和该像面侧表面的曲率半径之差小时，难以接合这些透镜，并且制造误差增大，这不是优选的。为了在减少第三B透镜单元B3B的重量的同时确保制造稳定性，优选的是，条件式(I)的数值范围满足下面的条件式(Ia):8〈 I (R3A+R3B) / (R3A-R3B) |〈26... (Ia)。 此外，在各个实施例的变焦透镜系统中，第三B透镜单元B3B包含负透镜和至少一个正透镜。孔径光阑SP位于第三A透镜单元B3A的物侧。假设在广角端在开口 F-数情况下的孔径光阑的孔径直径为Spa，并且构成第三B透镜单元B3B的正透镜的总厚度为Dp。假设构成第三B透镜单元B3B的负透镜在以下高度处的总透镜厚度为Kn，所述高度距离光轴为在广角端在开口 F-数情况下的孔径光阑SP的孔径直径的一半。在这种情况中，满足下述条件0. 4< (Dp+Kn) /Spa〈0. 7…⑵。条件式(2)与构成第三B透镜单元B3B的正透镜的总厚度和负透镜的边缘部分的厚度有关。当该厚度超过条件式(2)的上限时，第三B透镜单元B3B的透镜的体积增大，SP，重量增大，这不是优选的。当该厚度降到低于条件式(2)的下限时，构成第三B透镜单元B3B的正透镜的边缘厚度减小，或者，负透镜的中心厚度太薄以至于难以制造，这不是优选的。为了在减少第三B透镜单元B3B的重量的同时确保制造稳定性，更优选的是，条件式(2)的数值范围满足下述条件式(2a)0. 44< (Dp+Kn) /Spa〈0. 60…(2a)。通过上述配置，在各个实施例中，可以获得这样的变焦透镜系统，该变焦透镜系统可以在保持高变焦比的同时减少图像稳定化透镜单元的尺寸和重量。此外，为了在减少图像稳定化透镜单元的尺寸的同时维持图像稳定化期间的良好的光学性能，优选的是，满足下述条件式中的至少一个。据此，根据各个条件式获得优势。假设第三A透镜单元B3A和第三B透镜单元B3B的焦距分别为f3A和f3B。假设第三透镜单元B3的焦距为f3，并且，整个系统在广角端和望远端的焦距分别为fV和ft。假设第一透镜单元BI的焦距为H。假设第一透镜单元BI的一个正透镜的材料的阿贝数是vlA，并且，另一个正透镜的材料的阿贝数是vlB。在这种情况中，优选的是，满足下述条件中的至少一个I. 3< I f3A/f3B I <2. 5— (3) 公式23. O < f 3 / ^/( f w * f I. ) <7.0(4)0. 7<fl/ft<l. 0... (5) 65〈 V 1A〈75... (6)70< V IB…(7)。条件式(3)用于维持适当的图像稳定化作用和图像稳定化操作期间的充分高的光学性能。条件式(3)与第三透镜单元B3内的两个部分的透镜单元的折光力的优选范围有关。当折光力超过条件式(3)的上限，并且第三A透镜单元B3A的负折光力变得较强时，分割第三透镜单元B3的效果减小，并且图像稳定化的作用减小，这不是优选的。当图像稳定化作用减少时，在图像稳定化操作期间必须同样多地增加移动图像稳定化透镜单元的量。由于移动量的增加而使空间扩宽，从而使图像稳定化机构的尺寸增大，这不是优选的。当进一步增加移动量时，响应速度和可控性劣化，这不是优选的。当折光力降到低于条件式(3)的下限时，为了保持第三透镜单元B3整体上为正折光力，第三B透镜单元B3B的正折光力随着该折光力而变得太强，并且，图像稳定化操作期间的光学性能劣化，这不是优选的。为了保持图像稳定化操作期间的图像稳定化作用和光学性能，更优选的是，条件式(3)的数值范围满足下述的条件式(3a)I. 3〈|f3A/f3B|〈2. 3... (3a)。另一条件式(4)用于在保持广场角和高变焦比的同时实现高性能。条件式(4)与变焦比(倍率改变率)和像差校正有关。当该值降到低于条件式(4)的下限时，难以校正在第三透镜单元B3中出现的像差。尤其是，在第三透镜单元B3中，轴上光束通过较高的位置，并且大大地出现球差，并且，变得难以校正，这不是优选的。当该值超过条件式(4)的上限时，难以充分地获得作为构成第三透镜单元B3的两个部分的透镜单元的第三A透镜单元B3A和第三B透镜单元B3B之间的光轴上的间隔。当该间隔变窄时，难以提供用于第三B透镜单元B3B的机构以操作图像稳定化，这不是优选的。为了在确保高性能的同时在定位图像稳定化机构的过程中保持第三A透镜单元B3A和第三B透镜单元B3B之间的充分的间隔，更优选的是，条件式⑷的数值范围满足下述的条件式(4a)公式权利要求
1.一种变焦透镜系统，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； 具有正折光力的第三透镜单元；以及 具有正折光力的第四透镜单元， 在变焦过程中第二透镜单元和第四透镜单元在光轴上移动，其中 第三透镜单元从物侧到像侧依次包含 具有负折光力的第三A透镜单元；以及 具有正折光力的第三B透镜单元，该第三B透镜单元沿着在与光轴垂直的方向上具有分量的方向移动以便移动成像位置； 第三B透镜单元包含胶合透镜，在该胶合透镜中，正透镜和负透镜接合在一起； 并且包含在第三A透镜单元的物侧的孔径光阑；并且， 当该胶合透镜的物侧表面和像侧表面的曲率半径分别是R3A和R3B，孔径光阑的最大孔径直径为Spa，构成第三B透镜单元的正透镜的光轴上的总厚度为Dp，并且在广角端的构成第三B透镜单元的负透镜在距离光轴为所述最大孔径直径的一半的高度处的总透镜厚度为Kn时,满足下面的条件5〈I(R3A+R3B)/(R3A-R3B)|〈30，0.44〈(Dp+Kn)/Spa〈0.60。
2.根据权利要求I所述的变焦透镜系统，其中，当第三A透镜单元和第三B透镜单元的焦距分别是f3A和f3B时，满足下述条件 1.3< I f3A/f3B I <2. 5。
3.根据权利要求I所述的变焦透镜系统，其中，当第三透镜单元的焦距是f3，并且整个系统在广角端和望远端的焦距分别是fV和ft时，满足下述条件3.0 < f 3 / aJ if w ■ I' t ) < 7. OO
4.根据权利要求I所述的变焦透镜系统，其中 第一透镜单元从物侧到像侧依次包含负透镜、正透镜、正透镜和正透镜；以及当第一透镜单元的焦距是H，整个系统在望远端的焦距是ft，第一透镜单元中的一个正透镜的材料的阿贝数是V 1A，并且第一透镜单元中的另一个正透镜的材料的阿贝数是V IB时，满足下述条件0.7<fl/ft<l. 065〈 V1A<7570< VIB0
5.根据权利要求I所述的变焦透镜系统，其中，第四透镜单元包含物侧的正透镜、以及负透镜和正透镜接合在一起的像侧的胶合透镜。
6.一种图像拍摄设备，包含 根据权利要求I至5中的任何一项所述的变焦透镜系统；以及 接收由变焦透镜系统形成的图像的光的固态图像拾取元件。
全文摘要
本发明涉及变焦透镜系统和包含该变焦透镜系统的图像拍摄设备。该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；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元，在变焦过程中第二透镜单元和第四透镜单元在光轴上移动。第三透镜单元从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第三A透镜单元；以及具有正折光力的第三B透镜单元，该第三B透镜单元包含接合在一起的正透镜和负透镜。当胶合透镜的物侧表面和像侧表面的曲率半径分别是R3A和R3B时，满足下面的条件5<|(R3A+R3B)/(R3A-R3B)|<30。
文档编号G02B27/64GK102749700SQ20121022912
公开日2012年10月24日 申请日期2010年3月26日 优先权日2009年3月31日
发明者萩原泰明 申请人:佳能株式会社