专利名称：变焦透镜和具有变焦透镜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和可在其上使用变焦透镜的图像拾取装置。更具体地，本发明涉及用作诸如数字静止照相机、摄像机、电视(TV)照相机、监视照相机或卤化银胶片照相机之类的图像拾取装置的拍摄光学系统的变焦透镜。
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中的图像传感器中的单位面积的像素数不断增大。为了最佳地利用这些高度先进的图像传感器，希望用于图像拾取装置中的拍摄透镜能够适当地校正色差以及诸如球面像差或彗形像差的单色(单波长)像差。另外，希望用于这样的图像拾取装置中的拍摄透镜被小型化并具有高的变焦比。此外， 希望其在望远端处的焦距是长的、具有高的变焦比的变焦透镜能够适当地执行初级消色差 (primary achromatism)并且还會邑够适当地校正次级光谱(secondary spectrum)。为了满足以上要求，已使用在最接近物侧的位置处包含具有正折光力的透镜单元的具有高变焦比的正引导型变焦透镜。美国专利No. 6，594，087讨论了一种对于包含于第一透镜单元中的透镜使用低的且异常色散的材料并且能够适当地校正色差的正引导型变焦透镜。日本专利申请公开No. 2006-113453讨论了一种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的四单元变焦透镜。在日本专利申请公开No. 2006-113453 中讨论的变焦透镜对于第三透镜单元使用由具有异常色散的低色散材料制成的透镜。另外，美国专利No. 7，304，805讨论了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、具有负折光力的第四透镜单元、以及具有正折光力的第五透镜单元的五单元变焦透镜。在美国专利 No. 7，304，805中讨论的变焦透镜对于第一透镜单元使用具有异常色散的透镜。对于正引导型变焦透镜，减小整个变焦透镜的尺寸并且同时实现高的变焦比是相对容易的。但是，如果仅增大正引导型变焦透镜的变焦比，那么在望远端处的变焦区域中出现轴上色差的大量次级光谱。为了减少色差，在变焦透镜内的适当位置处使用由具有异常色散的低色散材料制成的透镜是有效的。为了适当地校正色差，基于透镜材料的特性(阿贝数或相对部分色散等)来最佳地设定包含于变焦透镜中的各透镜单元的折光力是重要的。特别地，在上述的包含五个或四个透镜单元的正引导型变焦透镜中，除非构成包含于具有正折光力的第三透镜单元中的透镜的材料的特性被适当地设定，否则，变得难以在增大变焦比时减少望远端处的次级光谱。结果，变得难以对于整个变焦范围实现高的光学性能
发明内容
根据本发明的一个方面，一种变焦透镜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；以及包含一个或更多个透镜单元的后部透镜单元。在变焦期间，各相邻的透镜单元之间的间隔变化， 使得第一透镜单元与第二透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处大，并且第二透镜单元与第三透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处小。第三透镜单元包含至少一个负透镜。当vd3n和θ gF3n分别为负透镜的材料的阿贝数和相对部分色散时，满足以下条件(-1. 68Xl(T3Xvd3n+0. 570) < θ gF3n < (3. 15 X IO-4X vd3n2-l. 86X IO-2X vd3n+ 0. 878)，5<vd3n<27。对于本领域普通技术人员而言，参照附图阅读示例性实施例的以下详细的描述， 本发明的其它特征和方面将变得清晰。
被包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的示例性实施例、特征和方面，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图1是根据第一示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图2A、图2B和图2C分别是根据第一示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的像差图。图3是根据第二示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图4A、图4B和图4C分别是根据第二示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的像差图。图5是根据第三示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图6A、图6B和图6C分别是根据第三示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的像差图。图7是根据第四示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图8A、图8B和图8C分别是根据第四示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的像差图。图9例示了根据本发明示例性实施例的阿贝数Vd与相对部分色散θ gF之间的示例性关系。图10例示了使用根据本发明示例性实施例的变焦透镜的第一图像拾取装置。图11例示了使用根据本发明示例性实施例的变焦透镜的第二图像拾取装置。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的各示例性实施例。应当注意，除非另外特别说明，否则，在这些实施例中阐述的部件的相对布置、数值表达式和数值不限制本发明的范围。对于至少一个示例性实施例的以下描述在本质上是示例性的，而决不是要限制本发明、其应用或用途。
被视为本领域 普通技术人员已知的工艺、技术、装置和材料，例如，透镜元件的制造和它们的材料，可能不被详细讨论，但是，在适当的情况下，要成为使得能够实现的描述的一部分。在本文例示和讨论的所有例子中，任何特定的值，例如，变焦比和F数，应当被解释为仅是示例性的而不是限制性的。因此，示例性实施例的其它例子可具有不同的值。请注意，在以下的图中，类似的附图标记和文字指的是类似的项目，因此，一旦在一个图中定义了一个项目，那么可能就不在后续的图中对该项目进行讨论。请注意，这里，当提到误差(例如，像差)的校正时，意图是减小误差和/或校正误差。另外，如本文所使用的那样，透镜的要被成像的物体所处的一侧被称为透镜的物侧或前侧；并且，透镜的形成物体的图像的一侧被称为透镜的像侧或后侧。根据本发明示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包含具有正折光力(光焦度=焦距的倒数)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、以及包含一个或更多个透镜单元的后部透镜单元。在变焦期间，各相邻的透镜单元之间的间隔对于变焦而变化，使得第一透镜单元与第二透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处大，并且，第二透镜单元与第三透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处小。图1是根据第一示例性实施例的变焦透镜在广角端(短焦距端)处的透镜断面图。图2A 2C分别是根据第一示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端(长焦距端)处的像差图。图3是根据第二示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图4A 4C 分别是根据第二示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的
像差图。图5是根据第三示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图6A 6C 分别是根据第三示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的
像差图。图7是根据第四示例性实施例的变焦透镜在广角端处的透镜断面图。图8A 8C 分别是根据第四示例性实施例的变焦透镜在广角端处、在中间焦距处、以及在望远端处的
像差图。图9例示了根据本发明示例性实施例的阿贝数Vd与相对部分色散θ gF之间的示例性关系。图10例示了使用根据本发明示例性实施例的变焦透镜的摄像机(图像拾取装置)的主要部件。图11例示了使用根据本发明示例性实施例的变焦透镜的摄像机(图像拾取装置)的主要部件。根据各示例性实施例的变焦透镜是用于诸如摄像机、数字静止照相机、卤化银胶片照相机、或TV照相机之类的图像拾取装置中的拍摄透镜系统。根据各示例性实施例的变焦透镜可被用作投影装置(投影仪)的投影光学系统。在表示变焦透镜的断面的示图(图1、图3、图5和图7)中的每一个中，“i”表示从物侧算起的透镜单元的序号，“Bi”表示第i个透镜单元。“LR”表示包含一个或更多个透镜单元的后部透镜单元。此外，“SP”表示孔径光阑。“FP” (图5)表示耀斑(flare)截止光阑。“G”表示诸如滤光器、面板、低通滤波器或红外截止滤光器的光学块。
“IP”表示像面。当根据本 发明示例性实施例的变焦透镜被用作摄像机或数字照相机的拍摄光学系统时，像面IP等同于诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的固态图像传感器(光电转换元件)的成像面。如果根据本发明示例性实施例的变焦透镜被用作卤化银胶片照相机的拍摄光学系统，那么像面IP是等同于卤化银胶片照相机的光学系统的胶片表面的感光表面。在表示变焦透镜的断面的示图(图 1、图3、图5和图7)中的每一个中，各透镜单元在从广角端向望远端的变焦(可变倍率)期间沿着由箭头指示的移动轨迹而移动。像差图(图2A 2C、图4A 4C、图6A 6C和图8A 8C)分别例示了球面像差、 像散、畸变和倍率色差。在各像差图(图2A 2C、图4A 4C、图6A 6C和图8A 8C) 的表示球面像差的部分中，实线表示关于d线光(波长587.6nm)的球面像差。一长两短交替的虚线表示关于g线光(波长435. 8nm)的球面像差。长短交替的虚线表示关于C线光(波长656. 3nm)的球面像差。点线表示关于F线光(波长486. Inm)的球面像差。在各像差图(图2A 2C、图4A 4C、图6A 6C和图8A 8C)的表示像散的部分中，实线和点线分别表示关于d线光的弧矢像面和子午像面。一长两短交替的虚线和长短交替的虚线分别表示关于g线光的弧矢像面和子午像面。畸变是关于d线光被表示的。在各像差图(图2A 2C、图4A 4C、图6A 6C 和图8A 8C)的表示倍率色差的部分中，一长两短交替的虚线、长短交替的虚线以及点线分别表示关于g线光、C线光和F线光的倍率色差。在以下的示例性实施例中的每一个中，广角端和望远端中的每一个指的是当可变倍率的透镜单元位于该倍率变化的透镜单元可沿着光轴机械地移动的范围的端部中的每一个处时的变焦位置。根据各示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包含具有正折光力的第一透镜单元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、以及包含一个或更多个透镜单元的具有总体正折光力的后部透镜单元LR。在变焦期间，各相邻的透镜单元之间的间隔变化。在本发明的第一到第三示例性实施例中，后部透镜单元LR包含具有正折光力的第四透镜单元B4。在第四示例性实施例中，后部透镜单元LR包含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。但是，在各示例性实施例中，后部透镜单元LR可包含任意数量的透镜单元。换句话说，在各示例性实施例中，后部透镜单元LR可包含至少一个透镜单元。在根据各示例性实施例的变焦透镜中，第三透镜单元B3包含至少一个负透镜。该负透镜的材料的阿贝数和相对部分色散(vd3n、θ gF3n)满足以下条件-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 570 < θ gF3n < 3. 15Xl(T4Xvd3n2-l. 86Xl(T2Xvd3n+0.878 (1)5 < vd3n < 27(2)。材料的阿贝数vd和相对部分色散θ gF可由下式定义vd = (Nd-I)/(NF-NC)θ gF = (Ng-NF) / (NF-NC)，这里，“Nd”、“NF”、“NC”和“Ng”分别表示弗劳恩霍费尔(Fraunhofer)线的关于d线光、F线光、C线光和 g线光的折射率。为了实现具有高的变焦比并且能够适当地校正各种像差的变焦透镜，根据各示例性实施例的变焦透镜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、以及包含一个或更多个透镜单元的后部透镜单元。另外，根据各示例性实施例的变焦透镜使用具有满足上述条件(1)和(2)的异常色散的高色散材料作为包含于具有正折光力的第三透镜单元B3中的至少一个负透镜的材料。因此，根据各示例性实施例的变焦透镜可实现具有高变焦比并适当地减少望远端处的次级光谱的变焦透镜。特别地，由于第三透镜单元B3包含由同时满足条件(1)和(2)的材料制成的负透镜，因此，根据各示例性实施例的变焦透镜可适当地执行初级消色差并可适当地校正次级光谱。图9例示了根据本发明示例性实施例的阿贝数vd与相对部分色散θ gF之间的示例性关系。参照图9，存在于被实线包围的区域内的阿贝数vd和相对部分色散egF满足条件(1)和(2)。图9中例示的黑点表示现有光学材料的值。条件(1)提供关于包含于第三透镜单元B3中的至少一个负透镜的材料的相对部分色散的条件。满足条件(1)的材料具有异常色散。换句话说，不满足条件(1)的范围的材料不具有适当地减少次级光谱所需的足够高的相对部分色散。例如，如果该负透镜包含20mol%或更高的二氧化碲(TeO2)作为其玻璃成分之一， 那么阿贝数vd和相对部分色散θ gF的值可被控制为希望的值。如果使用上述负透镜，那么，由于不限制环境阻力、可制造性和光学元件的厚度，因此，该负透镜可容易地被分配高折光力。这是与使用由诸如树脂层的复型层(replica layer)构成的光学元件的情况的不同点。为了更容易地增大玻璃材料的折射率并增强校正各种像差的效果，如果如下地变更条件(1)中的值的范围，那么是更加有用的-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 600 < θ gF3n < 3. 15Xl(T4Xvd3n2-l. 86Xl(T2Xvd3n+0. 878 (la)。为了再更容易地增大玻璃材料的折射率并进一步增强校正各种像差的效果，如果如下地变更条件(Ia)中的值的范围，那么是更加有用的-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 620 < θ gF3n < 3. 15X 1(Γ4X vd3n2-l. 86 X 1(Γ2 X vd3n+0. 878 (lb)。为了又更容易地增大玻璃材料的折射率并再进一步增强校正各种像差的效果，如果如下地变更条件(Ib)中的值的范围，那么是更加有用的-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 620 < θ gF3n < 3. 15Xl(T4Xvd3n2-l. 86Xl(T2Xvd3n+0. 80 (Ic)。条件(2)提供关于包含于第三透镜单元B3中的负透镜的材料的阿贝数的条件。如果大于条件(2)的上限值，那么色散可减小到极低的水平。结果，变得难以校正在包含于第三透镜单元B3中的正透镜中出现的初级色差。为了增强初级消色差的效果，如果如下地变更条件(2)中的值的范围，那么是更加有用的
10 < vd3n < 27 (2a)。为了再更加容易 地增强初级消色差的效果，如果如下地变更条件(2a)中的值的范围，那么是更加有用的15 < vd3n < 27 (2b)。为了又再更加容易地增强初级消色差的效果，如果如下地变更条件(2b)中的值的范围，那么是更加有用的15 < vd3n < 25 (2c)。通过上述配置，本发明的各示例性实施例可实现对于整个变焦范围具有高的变焦比和高的光学性能的变焦透镜。如果根据各示例性实施例的变焦透镜满足以下条件中的至少一个，那么是更加有用的。第三透镜单元B3的至少一个负透镜的焦距(f3n)，第三透镜单元B3的至少一个负透镜的材料的折射率(Nd3n)，第一透镜单元Bi、第二透镜单元B2和第三透镜单元B3的焦距(fl、f2、f3)，整个变焦透镜在广角端处和在望远端处的焦距(fW、fT)，望远端处的F数 (FnoT)，第三透镜单元B3的至少一个负透镜在光轴上的厚度(t3n)，以及包含于第一透镜单元Bl中的透镜之中的在光轴上具有最小厚度值的透镜的厚度(tlmin)满足以下条件中的至少一个0. 5 < I f3n | /f3 <6.0 (3)5. 0 < fT/ I f2 I < 25. 0 (4)0. 1 < f3/fT <1.0(5)3. 2 < (fT/fff)/FnoT < 15 (6)1. 84 < Nd3n < 2. 50(7)3. 0 < fl/|f2| < 10. 0 (8)0. 8 < tlmin/t3n < 5. 0 (9)。以下将详细描述条件(3) (9)中的每一个的技术意义(significance)。条件 (3)提供关于包含于第三透镜单元B3中的、由高色散材料制成并具有异常色散的至少一个负透镜的焦距的条件。如果具有异常色散的高色散负透镜的焦距变得较长，致使大于条件(3)的上限值 (即，如果该负透镜的折光力变得非常低)，那么变得难以通过第三透镜单元B3来增强可变倍率的效果。结果，整个变焦透镜的透镜总长可能变得非常长。因此，在这种情况下，变得难以减小整个变焦透镜的尺寸。另一方面，如果该负透镜的焦距变得非常短，致使小于条件(3)的下限值(即，如果该负透镜的折光力变得非常高)，那么Petzval和可能沿负号值的方向变得非常大。结果，变得难以抑制像场弯曲。另外，在这种情况下，变得难以抑制高次球面像差和球面色差。为了进一步适当地校正望远端处的球面像差，如果如下地变更条件(3)中的值的范围，那么是更加有用的0. 5 < I f3n | /f3 <3.0 (3a)。为了再进一步适当地校正望远端处的球面像差，如果如下地变更条件(3a)中的值的范围，那么是更加有用的0. 6 < |f3n|/f3 < 1. 2 (3b)。
条件(4)基于第二透镜单元B2的焦距来提供关于整个光学系统在望远端处的焦距的条件。如果第二透镜单元B2的焦距变得较小，致使大于条件(4)的上限值，那么，虽然在这种情况下可更容易地增大变焦比并且可更容易地减小透镜总长，但是，Petzval和可能沿负号值的方向变得非常大。结果，像场弯曲量可能增大。如果第二透镜单元B2的焦距变得较长，致使小于条件(4)的下限值，那么，为了实现高的变焦比，变得必须增大第二透镜单元B2在变焦期间的移动量或者通过第三透镜单元B3来增强可变倍率的效果。如果仅增大第二透镜单元B2在变焦期间的移动量，那么透镜总长可能增大。如果仅增强通过第三透镜单元B3实现的可变倍率的效果，那么变得难以对于整个变焦范围均衡地校正球面像差和彗形像差。为了对于整个变焦范围更有效地抑制像场弯曲和像散，如果如下地变更条件(4) 中的值的范围，那么是更加有用的7. 0 < fT/ I f2 I < 20. 0 (4a)。条件(5)基于第三透镜单元B3的焦距提供关于整个变焦透镜在望远端处的焦距的条件。如果第三透镜单元B3的焦距变得较长，致使大于条件(5)的上限值，那么校正球面像差的效果变得极低。结果，变得必须通过第三透镜单元B3之后的透镜单元来校正球面像差。因此，在这种情况下，构成透镜的总数可能增大。如果第三透镜单元B3的焦距变得较短，致使小于条件(5)的下限值，那么变得难以对于整个变焦范围均衡地校正球面像差和彗形像差。结果，关于由于第三透镜单元B3和第三透镜单元B3之后的透镜单元的相对偏心而可能出现的轴上彗形像差的水平与像场弯曲之间的差异，变焦透镜对于制造误差的敏感度可能变高。为了更有效地校正球面像差并且更容易减小整个变焦透镜的总尺寸，如果如下地变更条件(5)中的值的范围，那么是更加有用的0. 1 < f3/fF < 0. 5 (5a)。条件(6)基于望远端处的F数提供关于整个变焦透镜在广角端处的焦距与在望远端处的焦距之间的比的条件。如果望远端处的F数变得较小，从而使得(fT/fW)/FnoT大于条件(6)的上限值， 那么，虽然可以在不在望远端处充分地校正球面像差和轴上色差的情况下形成高质量图像，但是，由于光阑而可能出现的像面上的变化量可能增大。如果望远端处的F数变得较大，从而使得(fT/fW)/FnoT小于条件(6)的下限值， 那么需要增加第一透镜单元Bl中包含的透镜的数量以校正望远端处的球面像差。另外，在这种情况下，需要增大透镜的外径。结果，对于整个变焦范围，轴外光线的耀斑成分的量可能增多。如果如下地变更条件(6)中的值的范围，那么是更加有用的3. 25 < (fT/fff) /FnoT < 6. 50 (6a)。条件(7)提供关于包含于第三透镜单元B3中的至少一个负透镜的材料的折射率的条件。如果第三透镜单元B3的至少一个负透镜的材料的折射率变得比条件(7)的上限值高，那么透镜表面的曲率半径可能变得非常大。结果，不能适当地在望远端处校正诸如球面像差的各种像差。另一方面，如果第三透镜单元B3的至少一个负透镜的材料的折射率变得比条件 (7)的下限值低，那么曲率半径可能变小以向该负透镜分配预定的焦度。结果，变得难以校正像散。另外，在这种情况下，变得难以减小整个变焦透镜的总尺寸。如果如下地变更条件(7)中的值的范围，那么是更加有用的1. 84 < Nd3n < 2. 20 (7a)。条件(8)提供用于适当地设定第二透镜单元B2的焦距以维持适当的变焦比并用于适当地校正Petzval和的条件。如果大于条件(8)的上限值，那么在变焦期间可能出现的第一透镜单元Bl和第二透镜单元B2中的像差的变化量可能变得非常大。结果，变得难以校正诸如像场弯曲的各种像差。另一方面，如果小于条件(8)的下限值，那么变得必须在变焦期间使第二透镜单元B2移动大的量以实现高的变焦比。此外，透镜的透镜总长和外径可能增大。为了有效地校正像差，如果如下地变更条件(8)中的值的范围，那么是更加有用的4. 0 < fl/|f2| < 7. 0 (8a)。条件(9)提供用于通过包含于第三透镜单元B3中的至少一个负透镜适当地校正色差并用于均衡地校正球面像差和彗形像差的条件。如果大于条件(9)的上限值，那么需要增大包含于第三透镜单元B3中的负透镜的尺寸。如果小于条件(9)的下限值，那么变得难以维持包含于第三透镜单元B3中的负透镜的足够高的焦度。结果，变得难以适当地校正望远端处的球面像差和彗形像差。为了有效地校正像差，如果如下地变更条件(9)中的值的范围，那么是更加有用的0. 9 < tlmin/t3n < 4. 0 (9a)。在根据本发明的各示例性实施例的变焦透镜中，包含于第三透镜单元B3中的至少一个负透镜的材料的Knoop硬度(Hk3n)和包含于第一透镜单元Bl中的透镜的材料的 Knoop硬度中的最小Knoop硬度(Hklmin)可满足以下条件0. 5 < Hk3n/Hklmin (10)。条件(10)提供关于当向透镜施加外力时或者由于材料的自重或者由于透镜上的物理紧固而可能出现的透镜的玻璃材料的变形的条件。如果小于条件(10)的下限值，那么机械强度可能变得不足。结果，透镜可能变形或翘曲。另外，如果第三透镜单元B3具有至少一个非球面透镜表面，那么是有用的。通过上述配置，本发明的各示例性实施例可容易地实现高的孔径比。此外，通过上述配置，各示例性实施例可在望远端处实现相对小的F数。另外，在具有上述配置的各示例性实施例中， 可以简化第三透镜单元B3之后的透镜单元的配置。另外，如果后部透镜单元LR具有总体正折光力(即，通过组合包含于后部透镜单元LR中的透镜单元的折光力而获取的总体折光力)，那么是有用的。通过向后部透镜单元 LR分配总体正折光力，对于根据各示例性实施例的变焦透镜而言实现高的光学性能变得容易。在根据各示例性实施例的变焦透镜中，后部透镜单元LR可包含具有正折光力的第四透镜单元。作为替代方案，后部透镜单元LR可包含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。通过上述配置，本发明的各示例性实施例可以在实现希望的焦距比(变焦比)的同时用简单的配置实现具有适当短的透镜总长的变焦透镜。在图1和图3所示的第一和第二示例性实施例中，在从广角端向望远端的变焦期间，通过向着像侧移动第二透镜单元B2来执行可变倍率，并且，通过沿向着物侧凸起的轨迹部分地移动第四透镜单元B4来校正由于可变倍率而可能出现的像面上的变化。根据各示例性实施例的变焦透镜是通过沿光轴移动第四透镜单元B4来执行聚焦的后对焦(rear focus)型变焦透镜。在图1和图3所示的例子中，第四透镜单元B4沿着由实曲线4a或点曲线4b指示的移动轨迹移动，以校正当在无限远物体上和在近距离物体上聚焦时在从广角端向望远端的变焦期间可能出现的像面上的变化。通过沿向着物侧凸起的轨迹移动第四透镜单元B4，各示例性实施例可有效地利用存在于第三透镜单元B3与第四透镜单元B4之间的空间。另外，各示例性实施例可有效地减小透镜总长。第一透镜单元Bi、第三透镜单元B3和孔径光阑SP在变焦和聚焦期间是静止的。在各示例性实施例中，通过如箭头4c指示的那样向着前方(向着物侧)移动第四透镜单元B4，在望远端处的变焦位置处从无限远物体向近距离物体执行聚焦。在第一示例性实施例中，第三透镜单元B3从物侧到像侧依次包含正透镜、孔径光阑SP、由具有异常色散的材料制成的负透镜、以及正透镜。在第二示例性实施例中，第三透镜单元B3从物侧到像侧依次包含正透镜和由具有异常色散的材料制成的负透镜。在图5所示的第三示例性实施例中，在从广角端向望远端的变焦(可变倍率)期间，第一透镜单元Bl向着物侧移动。第二透镜单元B2向着像侧移动。第三透镜单元B3向着物侧移动。设置在第三透镜单元B3的物侧的孔径光阑SP沿向着物侧凸起的轨迹移动。 第四透镜单元B4沿向着物侧凸起的轨迹移动，以校正由于可变倍率而可能出现的像面上的变化。与上述第一和第二示例性实施例类似，第三示例性实施例采用通过移动第四透镜单元B4来执行聚焦的后对焦方法。在第三示例性实施例中，第三透镜单元B3从物侧到像侧依次包含正透镜、由具有异常色散的材料制成的负透镜、以及正透镜。在图7所示的第四示例性实施例中，在从广角端向望远端的变焦期间，第二透镜单元B2如箭头指示的那样向着像侧移动。第一透镜单元Bi、第三透镜单元B3和第四透镜单元B4向着物侧移动。第五透镜单元B5沿向着物侧凸起的轨迹移动，以校正由于可变倍率而可能出现的像面上的变化。第四示例性实施例采用通过沿光轴移动第五透镜单元B5来执行聚焦的后对焦方法。在从无限远物体向近距离物体聚焦期间，在望远端处，第五透镜单元B5如图7中的箭头5c指示的那样向前移动。在图7所示的例子中，第五透镜单元B5沿着由实曲线5a或点曲线5b指示的移动轨迹移动，以校正当在无限远物体上和在近距离物体上聚焦时在从广角端向望远端的变焦期间可能出现的像面上的变化。在第四示例性实施例中，第三透镜单元B3从物侧到像侧依次包含正透镜、由具有异常色散的材料制成的负透镜、以及通过由具有异常色散的材料制成的负透镜和正透镜构成的胶合(cemented)透镜。现在，将在下面参照图10来描述使用根据本发明的各示例性实施例的变焦透镜作为拍摄光学系统的便携式摄像机(摄像机)的示例性实施例。图10例示了使用根据本发明示例性实施例的变焦透镜的便携式摄像机(摄像机)的主要部件。参照图10，便携式摄像机包括照相机体10和拍摄光学系统11。拍摄光学系统11 由根据上述示例性实施例中的任一个的变焦透镜构成。照相机体10包含诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的固态图像传感器(光电转换元件)12。图像传感器12被设置在照相机体10内。此外，图像传感器12接收由拍摄光学系统11形成的物体图像。另外，照相机体10包含取景器13，经由取景器13，照相机的用户可观察在图像传感器12上形成的物体图像。现在，将在下面参照图11来描述使用根据本发明的各示例性实施例的变焦透镜作为拍摄光学系统的数字静止照相机(图像拾取装置)的示例性实施例。图11例示了使用根据本发明示例性实施例的变焦透镜的数字静止照相机(图像拾取装置)的主要部件。参照图11，数字静止照相机包括照相机体20和由根据本发明的上述示例性实施例中的任一个的变焦透镜构成的拍摄光学系统21。另外，照相机体20包含诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像传感器(光电转换元件)22。图像传感器22被设置在照相机体 20内。此外，图像传感器22接收由拍摄光学系统21形成的物体图像。以下阐述分别与本发明的第一到第四示例性实施例对应的数值例1 4。在数值例1 4中的每一个中，“i”(这里，i = 1、2、3...)表示从物侧算起的表面的序号，“ri”表示第i个光学表面(第i个透镜表面)的曲率半径，“di”表示第i个表面与第(i+Ι)个表面之间的轴向空间，“ndi”和“vdi”分别表示第i个光学构件的材料关于d线光的折射率和阿贝数。“ θ gF”表示相对部分色散。最接近像侧的最后两个表面等同于玻璃块G。另外，“K”表示圆锥系数(conic coefficient)。“A3”、“A4”、“A5”、“A6”、“A7，，、 “A8”、“A9”和“A10”中的每一个表示非球面系数。非球面形状被表达为X = (H2/R)) / [1+ {1- (1+K) (H/R)2}1/2] +A3H3+A4H4+A5H5+A6H6+A7H7+A8H8+A9H9+A1OH10 这里，“X”表示在到光轴的高度为“H”的位置处的沿着光轴的从表面顶点开始的位移，“R”表示旁轴曲率半径。在各数值例中，星号“ * ”表示非球面表面。各非球面系数的科学计数法“ e-x，，等同于指数计数法“1X10_X”。“BF”表示空气等效后焦点。在表1中阐述上述的各条件与各数值例之间的关系。数值例1单位mm表面数据
权利要求
1.一种变焦透镜，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；以及包含一个或更多个透镜单元的后部透镜单元，其中，在变焦期间，各相邻的透镜单元之间的间隔变化，使得第一透镜单元与第二透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处大，并且第二透镜单元与第三透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处小，其中，第三透镜单元包含至少一个负透镜，以及其中，当vd3n和θ gF3n分别为第三透镜单元的至少一个负透镜的材料的阿贝数和相对部分色散时，满足以下条件(-1. 68X l(T3Xvd3n+0. 570) < θ gF3n < (3. 15 X ICT4X vd3n2_l· 86Χ 1(Γ2Χ vd3n+0. 878)，5 < vd3n < 27。
2.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当f3n是第三透镜单元的至少一个负透镜的焦距并且f3是第三透镜单元的焦距时，满足以下条件0. 5 < f 3n I /f 3 < 6. 0。
3.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当fT是整个变焦透镜在望远端处的焦距并且f2 是第二透镜单元的焦距时，满足以下条件5. 0 < fT/ I f 2 < 25. 0。
4.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当fT是整个变焦透镜在望远端处的焦距并且f3 是第三透镜单元的焦距时，满足以下条件0.1 < f3/fl < 1. 0。
5.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当fW和fT分别是整个变焦透镜在广角端处的焦距和在望远端处的焦距并且FnoT是望远端处的F数时，满足以下条件3. 2 < (fT/fff) /FnoT <15。
6.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当Nd3n是第三透镜单元的至少一个负透镜的材料的折射率时，满足以下条件1.84 < Nd3n < 2. 50。
7.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当fl和f2分别是第一透镜单元的焦距和第二透镜单元的焦距时，满足以下条件3. O < fl/|f2 < 10. 0。
8.根据权利要求1的变焦透镜，其中，当t3n是第三透镜单元的至少一个负透镜在光轴上的厚度并且tlmin是包含于第一透镜单元中的透镜之中的在光轴上具有最小厚度值的透镜的厚度时，满足以下条件0. 8 < tlmin/t3n < 5. 0。
9.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后部透镜单元对于整个变焦范围具有总体正折光力。
10.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后部透镜单元由具有正折光力的第四透镜单元组成。
11.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后部透镜单元由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组成。
12.—种图像拾取装置，包括根据权利要求1 11中的任一项的变焦透镜；和被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像的图像传感器。
全文摘要
本发明涉及变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置。一种变焦透镜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；以及包含一个或更多个透镜单元的后部透镜单元。在变焦期间，各相邻的透镜单元之间的间隔变化，使得第一透镜单元与第二透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处大，并且，第二透镜单元与第三透镜单元之间的间隔在望远端处比在广角端处小。第三透镜单元包含至少一个负透镜。基于预定的条件式来适当地设定负透镜的材料的阿贝数(vd3n)和相对部分色散(θgF3n)。
文档编号G02B15/20GK102221740SQ20111009723
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者宫沢伸幸, 斋藤慎一郎, 木村友纪 申请人:佳能株式会社