变焦透镜和图像拾取装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了变焦透镜和图像拾取装置。该变焦透镜从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元、具有整体正折光力并且包含至少一个透镜单元的后透镜组。第一透镜单元和所述后透镜组之间的间隔在望远端处比在广角端处小。第一透镜单元包括具有正的非球面量的第一非球面透镜，以及具有负的非球面量的第二非球面透镜，该第二非球面透镜位于第一非球面透镜的像侧。满足预定的条件式。
【专利说明】变焦透镜和图像拾取装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如适合于诸如数字静物照相机和视频照相机的图像拾取装置的图像拾取光学系统的变焦透镜。
【背景技术】
[0002]图像拾取装置的图像拾取光学系统需要小型的且宽视角的变焦透镜。负引导型变焦透镜已知为其中具有负折光力的透镜单元被布置在最接近物体侧的宽视角变焦透镜。
[0003]日本专利特开N0.( “JP”)2005-106878公开了一种如下这样的变焦透镜，该变焦透镜包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正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负折光力的第四透镜单元，并且在广角端的视角为120°，且变焦比为约2。
[0004]JP2008-046208公开了一种如下这样的变焦透镜，该变焦透镜包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元、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，并且在广角端的视角为106°，且变焦比为约2.1。
[0005]JP2008-233284包含如下这样的变焦透镜，该变焦透镜包括具有负折光力的第一透镜单元和具有正折光力的第二透镜单元，并且在广角端的视角为113°，且变焦比为约
1.7。
[0006]美国专利公开N0.( “US”)2011/0109974公开了具有约127°的视角的固定焦距透镜(单焦点透镜)。
[0007]为了实现具有被良好校正过的畸变的小型的且宽视角的变焦透镜，重要的是适当设定各透镜的透镜结构、各透镜单元的折光力、变焦类型等。例如，为了利用非球面透镜减小畸变，重要的是在光学系统中适当设定非球表面的位置、应用非球形状的透镜表面形状、非球面量等。非球面量例如为描述在法线方向上相对于基准球面的最大偏离的值。基准球面为通过表面顶点和光学有效直径的最外侧圆周部的球面。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种可在整个变焦范围中获得高光学性能的宽视角变焦透镜，以及具有该透镜的图像拾取装置。
[0009]根据本发明的变焦透镜从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元、具有正的总折光力并且包括至少一个透镜单元的后透镜组，该变焦透镜被配置为在变焦透镜的望远端处的在第一透镜单元和后透镜组之间的间隔小于在变焦透镜的广角端处的该间隔。第一透镜单元包括第一非球面透镜和第二非球面透镜，该第一非球面透镜的位置最大程度地接近物侧并且含有具有正的非球面量的非球表面，并且该第二非球面透镜位于第一非球面透镜的像侧，该第二非球面透镜含有具有负的非球面量的非球表面。满足以下条件式:
[0010]0.50<R1/BLD1<2.50[0011]0.30<D12/BLD1<0.80
[0012]其中，Rl指示第一非球面透镜的最接近物侧的透镜表面的曲率半径，D12指示从第一非球面透镜的非球表面到第二非球面透镜的非球表面的沿光轴的间隔，并且BLDl指示第一透镜单元的长度。
[0013]从下文参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清晰。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是根据本发明的第一实施例的变焦透镜的截面图。
[0015]图2A和2B是根据本发明的第一实施例的对于无限远物体的变焦透镜中的在广角端和望远端处的像差图。
[0016]图3是根据本发明的第二实施例的变焦透镜的截面图。
[0017]图4A和4B是根据本发明的第二实施例的对于无限远物体的变焦透镜中的在广角端和望远端处的像差图。
[0018]图5是根据本发明的第三实施例的变焦透镜的截面图。
[0019]图6A和6B是根据本发明的第三实施例的对于无限远物体的变焦透镜中的在广角端和望远端处的像差图。
[0020]图7是根据本发明的第四实施例的变焦透镜的截面图。
[0021 ] 图8A和SB是根据本发明的第四实施例的对于无限远物体的变焦透镜中的在广角端和望远端处的像差图。
[0022]图9是根据本发明的第五实施例的变焦透镜的截面图。
[0023]图1OA和IOB是根据本发明的第五实施例的对于无限远物体的变焦透镜中的在广角端和望远端处的像差图。
[0024]图11是根据本发明的第六实施例的变焦透镜的截面图。
[0025]图12A和12B是根据本发明的第六实施例的对于无限远物体的变焦透镜中的在广角端和望远端处的像差图。
[0026]图13是用于解释非球面量的定义的示图。
[0027]图14是用于解释图像拾取装置的主要部分的示图。
【具体实施方式】
[0028]将参照附图详细描述本发明的实施例。根据本发明的变焦透镜从物侧到像侧依次包含第一透镜单元和后透镜组，该第一透镜单元具有负折光力，并且后透镜组包括至少一个透镜并且总体具有正折光力。第一透镜单元和后透镜组之间的间隔距离在望远端处比在广角端处小。第一透镜单元包括位于最接近物体侧的具有正的非球面量的第一非球面透镜，以及位于第一非球面透镜的像侧并且具有负的非球面量的第二非球面透镜。
[0029]图1是根据本发明的第一实施例的位于广角端(短焦距端)的变焦透镜的透镜截面图。图2A和2B分别是根据第一实施例的变焦透镜的在广角端和望远端(长焦距边缘)处的像差图。第一实施例提供了变焦比为2.06并且数值孔径为4.10的变焦透镜。图3是根据本发明的第二实施例的位于广角端的变焦透镜的透镜截面图。图4A和4B是根据第二实施例的变焦透镜的在广角端和望远端处的像差图。第二实施例提供了变焦比为2.06并且数值孔径为4.10的变焦透镜。图5是根据本发明的第三实施例的位于广角端的变焦透镜的透镜截面图。图6A和6B是根据第三实施例的变焦透镜的在广角端和望远端处的像差图。第三实施例提供了变焦比为2.06并且数值孔径为约4.16?4.14的变焦透镜。图7是根据本发明的第四实施例的位于广角端的变焦透镜的透镜截面图。图8A和SB是根据第四实施例的变焦透镜的在广角端和望远端处的像差图。第四实施例提供了变焦比为2.06并且数值孔径为约4.10的变焦透镜。图9是根据本发明的第五实施例的位于广角端的变焦透镜的透镜截面图。图1OA和IOB是根据第五实施例的变焦透镜的在广角端和望远端处的像差图。第五实施例提供了变焦比为2.06并且数值孔径为约4.10的变焦透镜。图11是根据本发明的第六实施例的位于广角端的变焦透镜的透镜截面图。图12A和12B是根据第六实施例的变焦透镜的在广角端和望远端处的像差图。第六实施例提供了变焦比为2.01并且数值孔径为约4.10的变焦透镜。图13是用于解释非球面量的示图。图14是包含根据本发明的变焦透镜的数字静物照相机(图像拾取装置)的主要部分的示意图。在透镜截面图中，左侧是物侧(前侧)，并且右侧是像侧(后侧)。
[0030]在透镜截面图中，“i”指示从物侧到像侧的各透镜单元的顺序，并且Li为第i透镜单元。LR指示包含一个或多个透镜单元并且整体上具有正折光力的后透镜组。SP指示F数(Fno)确定器，其用作被配置为确定(限制)孔径F数光束的孔径光阑(下文被称为“孔径光圈”)。IP指示像面，在用于视频照相机、数字静物照相机等的图像拾取光学系统时诸如CCD传感器和CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电转换元件)的图像拾取平面位于该像面上，或者在用于基于胶片的照相机的图像拾取光学系统时感光面或胶片面位于该像面上。
[0031]在球面像差图中，实线指示d线(波长为587.6nm)并且虚线指示F线(波长为435.8nm)。在像散图中，虚线指示子午像面，并且实线指示弧矢像面。横向色差代表F线相对于d线的差异。Fno指示F数。《指示图像拾取视角的一半。
[0032]在以下实施例中，广角端和望远端是当变倍透镜位于光轴上的两个机械可实现的端部处时的变焦位置。在透镜截面图中，箭头指示在从广角端向望远端变焦时各透镜单元的移动轨迹。
[0033]在图1、7、9和11所示的第一、第四至第六实施例的透镜截面图中，LI指示具有负焦度的第一透镜单元(光焦度是焦距的倒数)，L2指示具有正折光力的第二透镜单元，并且L3指示具有正折光力的第三透镜单元。在第一、第四至第六实施例中，后透镜组LR从物侧到像侧依次包含具有正折光力的第二透镜单元以及具有正折光力的第三透镜单元。
[0034]在第一、第四至第六实施例的变焦透镜中，第一透镜单元LI在从广角端向望远端变焦期间在像侧大致以凸形轨迹往复移动，并且校正与变倍相关联的像面波动。第二透镜单元L2单调地移动至物侧。第三透镜单元L3移动至物侧。各透镜单元移动以使得与在广角端处相比，在望远端处，第一透镜单元LI与第二透镜单元L2之间的间隔更小而第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔更大。为了从无限远物体(无限远距离物体)到近距离物体的聚焦，第二透镜单元L2移动至像侧。F数确定器SP位于第二透镜单元L2的物侦牝并且在变焦时与第二透镜单元L2 —起移动。
[0035]图3是根据第二实施例的透镜截面图。LI指示具有负折光力的第一透镜单元，并且L2指示具有正折光力的第二透镜单元。[0036]在第二实施例中，后透镜组LR包含具有正折光力的第二透镜单元。在根据第二实施例的变焦透镜中，第一透镜单元LI在从广角端向望远端变焦期间在像侧大致以凸形轨迹往复移动，并且校正与变倍相关联的像面波动。对于主要变倍，第二透镜单元L2单调移动至物侧。第一透镜单元LI与第二透镜单元L2之间的间隔在望远端处比在广角端处小。
[0037]作为第二透镜单元L2的一部分的透镜单元L2F移动至像侧以用于从无限远物体向近距离物体聚焦。F数确定器SP位于第二透镜单元L2的物侧，并且在变焦时与第二透镜单元L2 —起移动。
[0038]在图5所示的根据第三实施例的透镜截面图中，LI指示具有负折光力的第一透镜单元，L2指示具有正折光力的第二透镜单元，L3指示具有正折光力的第三透镜单元，并且L4指示具有负折光力的第四透镜单元。
[0039]在根据第三实施例的变焦透镜中，第一透镜单元LI在从广角端向望远端变焦期间在像侧大致以凸形轨迹往复移动，并且校正与变倍相关联的像面波动。第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4移动到物侧。各透镜单元移动以使得与在广角端处相比，在望远端处，第一透镜单元LI与第二透镜单元L2之间的间隔较小，第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的间隔较小，并且第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的间隔较大。
[0040]第二透镜单元L2移动到像侧以用于从无限远物体向近距离物体聚焦。F数确定器SP位于第二透镜单元L2的物侧，并且在变焦时与第二透镜单元L2 —起移动。
[0041]在第三实施例中，后透镜组LR从物侧到像侧依次包含具有正折光力的第二透镜单元、具有正折光力的第三正透镜单元和具有负折光力的第四透镜单元。
[0042]现在将描述本发明中的非球面量的定义。如图13所示，非球面量Ar表示非球表面R相对于基准球面Rref的偏差量的最大值。基准球面Rref的半径(曲率半径)是由表面顶点和该表面的光线有效直径确定的球面的半径。
[0043]非球面量在非球表面Ra相对于基准球面Rref的偏差方向为对于基准球面Rref的介质安装方向时被定义为正，并且在非球表面Ra相对于基准球面Rref的偏差方向为介质切割方向时被定义为负。例如，图13所示的非球表面Ra具有正的非球面量。在两个透镜表面为非球面的非球面透镜中，非球面透镜的非球面量为各透镜表面的非球面量之和。根据本发明，具有正的非球面量的非球面透镜满足以下条件式(xa)并且具有负的非球面量的非球面透镜满足以下条件式(xb):
[0044]0.010<(Arl/Eal+Ar2/Ea2) XNd (xa)
[0045]-0.002〉(Arl/Eal+Ar2/Ea2)X Nd(xb)
[0046]这里，Arl指示物侧的透镜表面的非球面量，并且Ar2指示像侧的透镜表面的非球面量。非球面透镜的非球面量Asp由Arl和Ar2表示。Eal指示物侧的透镜表面上的光线有效直径，并且Ea2指示像侧的透镜表面上的光线有效直径。Nd是非球面透镜的材料的折射率。
[0047]不满足条件式(xa)或(xb)的非球面透镜的非球面效果对于本发明的效果过小，并且这样的非球面透镜不被包含在本发明内。
[0048]接下来描述用于基于公知文献中的透镜数据以及实际透镜确定非球面量的符号的方法以及用于具体计算非球面量的方法。为了确定非球面量的符号以及计算非球面量，必须一开始计算基准球面的(曲率)半径，并且出于该目的，必须获得光线有效直径。
[0049]文献中的透镜数据可能不包含有效直径。在该情况下，最容易的获得光线有效直径的方法是基于透镜截面图的图像上的透镜总长度的实际大小以及数值数据中指示的已知透镜总长度来计算绘制倍率，以及将图像上的弯曲表面部分的直径的实际大小乘以该绘制倍率。透镜图像的弯曲表面部分的直径被设定稍大于实际光线有效直径，但是此方法足以粗略地找到非球面量或者确定非球面量的符号。
[0050]用于更精确地计算光线有效直径的方法可使用具有负折光力的第一透镜单元中的边缘(marginal)接触部分或者双凸透镜。在宽视角图像拾取透镜中，通过减小具有负折光力的第一透镜单元中的一连串负透镜之间的间隔，使整个系统小型化并且校正像场弯曲变得更容易。因此，大多数宽视角图像拾取透镜具有其中负透镜的透镜周边相互接触的边缘接触透镜对。
[0051]通常，通过使得透镜周边厚度尽可能薄，使整个系统小型化以及校正双凸透镜的周边的像场弯曲变得更容易。通过将透镜表面之间的交点设定为临时有效直径，对于第一透镜单元的所有透镜表面提供光线跟踪。作为结果，在对应于临时有效直径之一的一点处确定最外侧光束，并且在各透镜表面上的光线的高度为光线有效直径。
[0052]现在将描述基于实际透镜计算光线有效直径的方法。最容易的获得光线有效直径的方法是测量各透镜的被抛光的表面部分的直径。在大多数透镜中，使得被抛光表面关于最外侧直径的容限量相对于有效直径尽量小以便减小体重。因此，当抛光表面直径被测量时，可获得更精确的光线有效直径，其足以确定非球面量的符号并且知晓粗略的非球面量。
[0053]获得更精确的光线有效直径的方法是测量在大多数情况下非常可能存在于具有负折光力的第一透镜单元中的遮光件的内径。
[0054]通常，当强烈的光入射到抛光表面和粗糙摩擦表面之间的边界的边缘部分时，光被漫反射，并且生成假像。因此，适合于光线有效直径的遮光件被布置在抛光表面和粗糙摩擦表面之间的边界处，以便截断不必要的光。通过将遮光件的直径设定为临时有效直径提供光线跟踪。
[0055]结果,确定对应于临时有效直径之一的最外侧光束，并且各透镜表面上的光线的高度是光线有效直径。将从另一个方面描述获得精确光线有效直径的方法。
[0056]其是如下这样的方法，该方法通过组合透镜系统与图像拾取装置或投影装置，在透镜系统的最前部表面中来将遮光件从透镜外周部分逐渐插入中心。正好在被捕获或者投影的图像开始包含阴影之前的遮光件的位置对应于透镜系统的最前部表面上的光线有效直径。可找到除第一透镜单元的最前部表面之外的光线有效直径。
[0057]将描述本发明如何获得具有小畸变和高性能的宽视角变焦透镜。JP2005-106878公开了包括具有负、正、正和负折光力的第一到第四透镜单元的宽视角的四单元变焦透镜。当具有负折光力的第一透镜单元包含两个非球面透镜时，可获得小的整体系统、宽的视角以及低的畸变，但是，存在大量像散以及大量彗形像差。
[0058]通常，为了小型化配置和宽视角，宽视角透镜需要使得具有负折光力的第一透镜单元的焦度强，从而导致大的筒形畸变量。因此，在许多情况下，具有正的非球面量的非球面透镜被布置为第一透镜单元，其中，离轴主光线的入射高度ha高，从而校正了筒形畸变并且扩展了视角。[0059]JP2005-106878布置均具有正的非球面量的两个非球面透镜作为具有负折光力的第一透镜单元，并且有效地校正畸变。但是，正的非球面效果使得图像周围的像散增大，并且周边性能不足。
[0060]JP2008-046208公开了包含具有负、正、负和正折光力的第一至第四透镜单元的宽视角的四单元变焦透镜。此变焦透镜对于具有负折光力的第一透镜单元使用两个非球面透镜，并且实现了小的整体系统、宽的视角以及高的性能，但是畸变校正不足。JP2008-046208布置具有正的非球面量的非球面透镜作为具有高的离轴主光线的入射高度ha并且最接近于物体的透镜，并且通过布置具有负的非球面量的非球面透镜作为从物侧数起的第二透镜来校正由此透镜导致的像散。
[0061]但是，具有正的非球面量的非球面透镜的效果以及具有负的非球面量的非球面透镜的效果相互抵消，并且畸变校正效果不一定是足够的。物侧的透镜表面的基准球面的非常大的半径使得在旁轴分量中的发散折光力也增强，导致了大的筒形畸变量。即使利用正的非球面分量，仍难以充分校正该畸变。
[0062]JP2008-233284公开了宽视角的二单元变焦透镜，该变焦透镜包括具有负折光力和正折光力的第一和第二透镜单元。该变焦透镜对于具有负折光力的第一透镜单元使用两个非球面透镜实现宽视角和高性能，但是其大小大并且畸变校正效果不足。
[0063]JP2008-233284布置具有正的非球面量的非球面透镜作为具有相对高的离轴主光线的入射高度ha的从物侧数起的第二透镜，并且校正畸变。其通过布置具有负的非球面量的非球面透镜作为从物侧数起的第三透镜来校正由非球面透镜导致的像散。由于具有正的非球面量的透镜的效果以及具有负的非球面量的透镜的效果相互抵消，因此畸变校正效果不一定是足够的，并且整体系统大小可能变得更大。
[0064]US2011/0109974公开了固定焦距、宽视角透镜，该透镜对于第二透镜使用在透镜周边具有非常大的倾角的非球面，并且获得强的正的非球面量、宽视角和低畸变。
[0065]在尝试通过使用此宽视角的透镜系统提供变焦时，当通过第一透镜单元的离轴主光线的入射高度ha改变时，非球面量在各光线位置处大大改变。因此，畸变和像散之间的关系剧烈变化。因此，难以将其应用于宽视角变焦透镜。
[0066]因此，对于本发明，对于最接近物侧的并且在整个系统中具有最高的离轴主光线的入射高度ha的透镜，使用具有正的非球面量的非球面透镜，并且获得足够的畸变校正效果。具有负的非球面量的非球面透镜布置在离轴主光线的入射高度ha变得较低的位置处，但是仍存在离轴像差校正效果，以便减小由具有正的非球面量的非球面透镜导致的像散。由此，像散可被适当地校正，而没有抵消最接近物体的非球面透镜中的畸变校正效果。
[0067]通过布置该非球面透镜，筒形畸变在从广角端向望远端变焦时变得较弱。同时，第一透镜单元中的离轴主光线的入射高度ha变得较低，畸变校正效果在具有正的非球面量的非球面透镜中减小，并且非球面透镜生成的像散减小。此外，具有负的非球面量的非球面透镜中的离轴主光线的入射高度ha也变得较低，并且像散校正效果也降低。由于此关系，畸变和像散可被以良好平衡的方式被校正。
[0068]通过减小最接近物体的(或者换句话说，距像面最远的)非球面透镜的物侧的透镜表面的(基准球面的)曲率半径，离轴光线可在法线方向上行进，并且可限制旁轴分量中的筒形畸变。由于光轴方向上的距离从透镜表面顶点到透镜表面周边增大，因此有可能确保正的非球面量。
[0069]根据本发明的变焦透镜包括具有负折光力的第一透镜单元、以及整体具有正折光力的并且包括一个或多个透镜单元的后透镜组LR。第一透镜单元和后透镜组LR之间的间隔在望远端处比在广角端处小。正引导型变焦透镜对于高变焦比是有利的。但是，最接近物体的透镜单元具有正折光力，使离轴光束会聚，并且不适合于其中图像拾取视角在广角端处大于100°的变焦透镜。
[0070]在根据本发明的变焦透镜中，Rl指示最接近物体的透镜表面的曲率半径(在为球形时其是曲率半径，并且在为非球形时其是基准球面的曲率半径)。D12指示从第一非球面透镜的非球表面到第二非球面透镜的非球表面的在光轴上的间隔，并且BLDl指示第一透镜单元的透镜单元长度。此时，满足以下条件式:
[0071]0.50<R1/BLD1<2.50(1)
[0072]0.30<D12/BLD1<0.80 (2)
[0073]在根据本发明的变焦透镜中，第一透镜单元中的最接近物体的透镜具有正的非球面量，并且包含满足条件式(I)的第一非球面透镜以及在第一非球面透镜的像侧的具有负的非球面量的第二非球面透镜。它们的位置关系满足条件式(2)。对于其中在整个系统中离轴主光线的入射高度ha最高的最接近物体的透镜提供正的非球面量，由此有效校正筒形畸变。另外，当最接近物体的透镜的物侧的透镜表面满足条件式(I)时，可适当地校正畸变。
[0074]条件式(I)是用于通过指弓I离轴光线尽可能地接近法线方向来抑制最接近物体的透镜的在物侧的透镜表面中的筒形畸变的条件式。当曲率半径超出条件式(I)的上限时，最接近物体的透镜的在物侧的透镜表面上的弯曲变得过弱，发散折光力变得过强，并且发生大的筒形畸变量。作为结果，难以校正具有正的非球面量的非球面透镜上的畸变。当曲率半径变得低于条件式(I)时，最接近物体的透镜的在物侧的透镜表面上的弯曲变得过强，并且透镜成形变得困难。
[0075]接下来，由于各实施例的变焦透镜满足条件式(2)，因此，畸变和像散被以良好平衡的方式校正。
[0076]条件式(2)是用于保持具有正的非球面量的第一非球面透镜和具有负的非球面量的第二非球面透镜之间的光轴间隔的条件式。当该值高于条件式(2)的上限时，具有负的非球面量的第二非球面透镜上的离轴主光线的入射高度ha过小，并且变得难以适当校正由具有正的非球面量的第一非球面透镜产生的像散。
[0077]当值低于条件式(2)的下限时，具有负的非球面量的第二非球面透镜上的离轴主光线的入射高度ha过大，并且具有正的非球面量的第一非球面透镜的畸变校正效果被抵消。条件式可满足以下数值范围:
[0078]0.70〈R1/BLD1〈1.80 (Ia)
[0079]0.35<D12/BLD1<0.60 (2a)
[0080]因此，可获得在整个变焦范围中具有高光学性能的变焦透镜。
[0081]将描述本发明中的用于获得更有利的效果的条件。第一非球面透镜Al可以是弯月形状的负透镜，具有面向物侧的凸面。满足条件式(I)的透镜可以是具有正焦度的透镜。当正透镜被布置为最接近物体的透镜时可获得适当的畸变校正效果，但是使离轴光线会聚的最接近物体的透镜在扩宽视角方面是低效的，这导致整个系统变大。
[0082]当第一非球面透镜Al的两个透镜表面为非球面时，具有较大非球面量的透镜表面可被设为在物侧的透镜表面而不是在像面侧的透镜表面。在具有弯月形状和强折光力的负透镜中，离轴主光线的入射高度ha在物侧的透镜表面和像侧的透镜表面之间显著不同。因此，通过将具有较大的非球面量的透镜表面布置为具有较大的入射高度ha的在物侧的透镜表面，可有效地获得畸变校正效果。
[0083]接下来，第二非球面透镜A2可以是具有面向像侧的凹面的负透镜(具有负折光力的透镜)。因此，在旁轴分量中可获得发散力(divergent power)，并且像散可被有效地校正。
[0084]更具体而言，假设R2在第二非球面透镜A2的在像侧的透镜表面为球面时被定义为曲率半径，并且在第二非球面透镜A2的在像侧的透镜表面为非球面时被定义为基准球面的半径。然后，可满足以下条件式:
[0085]0.30〈R2/BLD1〈0.80 (3)
[0086]当该值高于条件式(3)的上限时，在第二非球面透镜A2的在像侧的透镜表面上发散力变得更弱，并且像散校正效果变得较小。当该值小于条件式(3)的下限时，在第二非球面透镜A2的在像侧的透镜表面上的发散力变得过强，并且出现大的畸变量。条件式(3)的数值范围可被如下地设定:
[0087]0.35<R2/BLD1<0.65 (3a)
[0088]具有正的非球面量的第三非球面透镜A3可被布置在第一非球面透镜Al和第二非球面透镜A2之间。此配置可获得更强的畸变校正量，并且有助于宽的视角和低的畸变。
[0089]具有负折光力的第一透镜单元LI可从物侧到像侧依次包含三个连续的弯月透镜。通过在物侧布置作为具有弯月形状的负透镜的宽视角透镜，使得离轴主光线的入射高度ha在物侧的透镜表面和像侧的透镜表面之间大大不同。因此，通过在具有低的入射高度ha的在像侧的凹面上获得发散力，在具有高的入射高度ha的在物侧的凸面上获得畸变校正效果。
[0090]此外，从最接近物体的位置向像侧依次布置的三个连续的负弯月透镜使得第一透镜单元LI的发散力在这些透镜之间分散，扩宽了视角，并且抑制了筒形畸变。
[0091]在根据本发明的变焦透镜中，假定f I指示第一透镜单元的焦距，并且fw指示整个系统在广角端的焦距。然后，可满足以下条件式:
[0092]1.00<|fl |/fw<2.50(4)
[0093]条件式(4)是用于通过适当设定第一透镜单元LI的负焦度(折光力)以实现整个系统的小型化并且减小畸变的条件式。当值大于条件式(4)的上限时，第一透镜单元LI的负焦度变得过弱，并且整个系统变得较大。
[0094]当值小于条件式(4)的下限时，第一透镜单元LI的负焦度变得过强，并且发生较大的筒形畸变量。条件式(4)的数值范围可被如下地设定:
[0095]1.40<-f I/fw<l.90 (4a)
[0096]如上所述，根据本发明的具有正的或者负的非球面量的非球面透镜满足(xa)和(xb)中的至少一个，但是，非球面透镜的条件可进一步满足下列数值范围:
[0097]0.015< (Aspl/Eal+Asp2/Ea2) XNcK0.100 (xaa)[0098]-0.050< (Aspl/Eal+Asp2/Ea2) XNd〈_0.004 (xbb)
[0099]当值高于条件式(xaa)的上限或者低于条件式(xbb)的下限时，非球面量变得过大。作为结果，当离轴主光线的入射高度ha在变焦时改变时，效果显著变化，并且在整个变焦区域中变得难以实现高性能。
[0100]在值小于条件式(xaa)的下限或者高于条件式(xbb)的上限时，如上所述，非球面效果变小。
[0101]在根据本发明的变焦透镜中，当相邻透镜之间的距离在变焦中改变时，这些透镜属于彼此不同的透镜单元，并且当相邻透镜之间的距离在变焦中不改变时，各透镜属于同
一透镜单元。
[0102]本发明可应用于具有上述光学系统的图像拾取装置(或者图像投影仪或者另一光学装置)。
[0103]将描述各实施例的透镜配置。第一实施例提供了三单元变焦透镜，其从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。在广角端的整体图像拾取视角为125°。
[0104]第一透镜单元LI从物侧到像侧依次包含三个弯月负透镜、负双凹透镜以及正双凸透镜，该三个弯月负透镜中的每一个均在物侧具有凸面。由此，发散力在多个负透镜之中分散，而不会剧烈地造成大的筒形畸变量，并且容易提供宽视角。特别地，物侧的三个弯月负透镜在离轴主光线的入射高度ha低的在像侧的透镜表面上获得强的发散力，并且在入射高度ha高的在物侧的透镜上抑制筒形畸变。
[0105]最接近物体的负弯月透镜是其中物侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜Al，并且对应于本发明中的第一非球面透镜。更具体而言，具有高的入射高度ha的在物侧的透镜表面具有正的非球面量，并且有效地校正筒形畸变。非球面透镜Al的在物侧的透镜表面满足条件式(I)。由此，离轴光线通过透镜表面的法线方向，并且旁轴分量中的畸变被抑制。
[0106]从物侧数起的第三负弯月透镜是在像侧的透镜表面上具有负的非球面量的非球面透镜A2，并且对应于本发明中的第二非球面透镜。更具体而言，像侧的透镜表面具有负的非球面量，并且适当地校正像散。同时，非球面透镜A2的在像侧的透镜表面具有面向像侧的凹面，并且满足条件式(3)。由此，视角变得更宽，并且像散被有效地校正。
[0107]非球面透镜Al和非球面透镜A2之间的光轴上的间隔满足条件式(2)，并且获得畸变校正效果和像散校正效果，而它们不抵消。此配置获得了具有小的畸变量的高性能、宽视角的变焦透镜。从物侧数起的第二负弯月透镜为非球面透镜A3，其中在像侧的透镜表面具有正的非球面量，并且对应于本发明中的第三非球面透镜。由此，畸变校正效果可更强，可使得视角更宽，并且畸变可被良好地校正。
[0108]第一透镜单元LI的焦度满足条件式(4)，并且有助于整个系统小型化和畸变校正。这三个非球面透镜Al、A2和A3满足条件式(xaa)和(xbb)。由此，可充分获得各透镜处的畸变校正效果，并且当入射高度ha在变焦中改变时非球面分量中抑制强的像差波动。
[0109]第二实施例提供了二单元变焦透镜，其从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元LI和具有正折光力的第二透镜单元L2。在广角端处总的图像拾取视角为125°。第一透镜单元LI从物侧到像侧依次包含三个弯月负透镜、负双凹透镜和正双凸透镜，该三个弯月负透镜中的每一个均在物侧具有凸面。最接近物体的负弯月透镜为其中两个透镜表面均具有正的非球面量的非球面透镜Al，并且对应于本发明中的第一非球面透镜。
[0110]从物侧数起的第三负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有负的非球面量的非球面透镜A2，并且对应于本发明中的第二非球面透镜。从物侧数起的第二负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜A3，并且对应于本发明中的第三非球面透镜。各透镜单元和非球面透镜的操作与第一实施例中的那些相似。
[0111]第三实施例提供了四单元变焦透镜，其从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2、具有正折光力的第三透镜单元L3和具有负折光力的第四透镜单元L4。在广角端的整体图像拾取视角为125°。
[0112]第一透镜单元LI从物侧到像侧依次包含三个弯月负透镜、负双凹透镜以及正双凸透镜，该三个弯月负透镜中的每一个均在物侧具有凸面。最接近物体的负弯月透镜为其中在物侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜Al，并且对应于本发明中的第一非球面透镜。
[0113]从物侧数起的第三负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有负的非球面量的非球面透镜A2，并且对应于本发明中的第二非球面透镜。从物侧数起的第二负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜A3，并且对应于本发明中的第三非球面透镜。各透镜单元和非球面透镜的操作与第一实施例中的那些相似。
[0114]第四实施例提供了三单元变焦透镜，其从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。在广角端的整体图像拾取视角为125°。最接近物侧的弯月透镜Al为其中在物侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜，并且对应于本发明中的第一非球面透镜。
[0115]从物侧数起的第三负弯月透镜是在物侧的透镜表面具有负的非球面量的非球面透镜A2，并且对应于本发明中的第二非球面透镜。物侧的第二负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜A3，并且对应于本发明中的第三非球面透镜。各透镜单元和非球面透镜的操作与第一实施例中的那些相似。
[0116]第五实施例提供了三单元变焦透镜，其从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。在广角端的整体图像拾取视角为125°。第一透镜单元LI从物侧到像侧依次包含三个弯月负透镜、负双凹透镜以及正双凸透镜，该三个弯月负透镜中的每一个均在物侧具有凸面。
[0117]最接近物体的负弯月透镜为其中在像侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜Al，并且对应于本发明中的第一非球面透镜。在第一非球面透镜Al中，物侧的透镜表面可以是其中离轴主光线的入射高度ha高的非球形，但是尽管尺寸变得稍大，如第五实施例中的像侧的正的非球面量仍可足够地提供本发明的效果。
[0118]从物侧数起的第三负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有负的非球面量的非球面透镜A2，并且对应于第二非球面透镜。从物侧数起的第二负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有正的非球面量的非球面透镜A3，并且对应于第三非球面透镜。各透镜单元和非球面透镜的操作与第一实施例中的那些相似。
[0119]第六实施例提供了三单元变焦透镜，其从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。在广角端的整体图像拾取视角为123°。第一透镜单元LI从物侧到像侧依次包含两个弯月负透镜、在像侧具有凹面的负透镜、负双凹透镜以及正双凸透镜，该两个弯月负透镜中的每一个均在物侧具有凹面。最接近物体的负弯月透镜为其中两个透镜表面均具有正的非球面量的非球面透镜Al，并且对应于本发明中的第一非球面透镜。
[0120]从物侧数起的第二负弯月透镜是在像侧的透镜表面具有负的非球面量的非球面透镜A2，并且对应于本发明中的第二非球面透镜。
[0121]在第六实施例中，在第一非球面透镜Al和第二非球面透镜A2之间不存在第三非球面透镜，而仅从物侧起连续设置两个弯月透镜。此实施例在畸变校正和高性能之间进行折中方面稍差于其它实施例，但是仍足以保持本发明的效果。除了不存在第三非球面透镜之外，各透镜单元和非球面透镜的操作与第一实施例中的那些相似。
[0122]接下来为根据本发明的各实施例的数值示例。在各数值示例中，i指示从物体数起的表面的次序，ri指示透镜表面上的曲率半径，di指示透镜厚度以及第i表面和第i+1表面之间的空气间隔，并且ndi和vdi为针对d线的折射率和阿贝数。BF指示由从最后的透镜表面到像面的距离代表的后焦距。透镜总长为从第一透镜表面到像面的距离。非球面形状由以下表达式表不，其中光轴方向被设定为X轴,垂直于光轴的方向被设定为H轴,光行进方向被设定为正，R为旁轴曲率半径，K为圆锥常数，并且A4，A6, A8, A10, A12和A14为非球面常数:
「01231 X =——pJESL= + A4x H-' + AGx H6 + A8xHs + AlOxH'0 +A12xH12+ A14x Hw
[0124][e+X]指示[XIO+x]并且[e_X]指示[X10_x]。非球面由表面号之后添加*来指示。各光学表面上的间隔d为(可变)的部分指的是在变焦时的可变间隔，并且根据焦距的表面间隔在单独的表中被指示。各光学表面的有效直径为(可变)的部分指的是在变焦时的各光学表面的可变有效直径。在单独的表中可变表面号被表不为“eai”,代表根据焦距的有效直径。表I指示各参数、各条件式和数值表达式之间的关系。
[0125](数值例I)
[0126]单位 _
[0127]表面数据
[0128]
【权利要求】
1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元、具有整体正折光力并且包含至少一个透镜单元的后透镜组，所述变焦透镜被配置为使得在第一透镜单元和所述后透镜组之间的间隔在所述变焦透镜的望远端处比在所述变焦透镜的广角端处小， 其中，所述第一透镜单元包含第一非球面透镜和第二非球面透镜，所述第一非球面透镜的位置最大程度地接近物侧并且含有具有正的非球面量的非球表面，并且所述第二非球面透镜位于所述第一非球面透镜的像侧并且含有具有负的非球面量的非球表面， 以下条件式被满足:
0.50〈R1/BLD1〈2.50
0.30〈D12/BLD1〈0.80 这里，Rl指示第一非球面透镜的最接近物侧的透镜表面的曲率半径，D12指示从第一非球面透镜的非球表面到第二非球面透镜的非球表面的沿光轴的间隔，并且BLDl指示第一透镜单元的长度。
2.根据权利要求1的变焦透镜，其中第一非球面透镜包含在物侧具有凸面的负弯月透镜。
3.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第一非球面透镜中的位于物侧的透镜表面和位于像侧的透镜表面两者都是非球面，并且位于物侧的透镜表面的非球面量大于位于像侧的非球表面的非球面量。
4.根据权利要求1的变焦透镜，其中所述第二非球面透镜为在像侧具有凹面的负透镜。
5.根据权利要求1的变焦透镜，以下条件式被满足:
0.30〈R2/BLD1〈0.80 这里，R2是第二非球面透镜的位于像侧的透镜表面的曲率半径。
6.根据权利要求1的变焦透镜，进一步包含第三非球面透镜，所述第三非球面透镜在光轴上位于第一非球面透镜和第二非球面透镜之间，并且具有正的非球面量。
7.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述第一透镜单元包含依次从最接近物侧的位置到像侧连续布置的三个负弯月透镜。
8.根据权利要求1的变焦透镜，其中以下条件式被满足:
1.00<|fl |/fw<2.50 这里，fl指示第一透镜单元的焦距，并且fw指示整个系统在广角端的焦距。
9.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后透镜组从物侧到像侧依次包含具有正折光力的第二透镜单元和具有正折光力的第三透镜单元，其中，在从广角端向望远端变焦时，第二透镜单元和第三透镜单元被配置为向物侧移动。
10.根据权利要求1的变焦透镜，所述后透镜组从物侧到像侧依次包含具有正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负折光力的第四透镜单元，其中，在从广角端向望远端变焦时，第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为向物侧移动。
11.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后透镜组包含具有正折光力的第二透镜单元，其中，在从广角端向望远端变焦时，第二透镜单元被配置为向物侧移动。
12.—种图像拾取装置，所述图像拾取装置包含变焦透镜，所述变焦透镜从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一透镜单元、具有整体正折光力并且包含至少一个透镜单元的后透镜组，所述变焦透镜被配置为使得在第一透镜单元和所述后透镜组之间的间隔在所述变焦透镜的望远端处比在所述变焦透镜的广角端处小， 其中，所述第一透镜单元包含第一非球面透镜和第二非球面透镜，所述第一非球面透镜的位置最大程度地接近物侧并且含有具有正的非球面量的非球表面，并且所述第二非球面透镜位于所述第一非球面透镜的像侧并且含有具有负的非球面量的非球表面， 以下条件表达式被满足:
`0.50〈R1/BLD1〈2.50
`0.30〈D12/BLD1〈0.80 这里，Rl指示最接近物侧的透镜表面的曲率半径，D12指示从第一非球面透镜的非球表面到第二非球面透镜的非`球表面的沿光轴的间隔，并且BLDl指示第一透镜单元的长度。
【文档编号】G02B15/177GK103529541SQ201310267886
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】杉田茂宣 申请人:佳能株式会社