專利名稱：變焦鏡頭和包含變焦鏡頭的圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦鏡頭，尤其但不排他地涉及適用于圖像拾取設(shè)備(例如，數(shù)字照相機(jī)和攝像機(jī))的變焦鏡頭。
背景技術(shù)：
對(duì)于使用固態(tài)圖像拾取器件的圖像拾取設(shè)備(例如，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和其他圖像拾取設(shè)備以及等同物)而言，具有較大變焦比的較小尺寸的變焦鏡頭將很有益。
這種類型的照相機(jī)包括布置在最后面的透鏡和固態(tài)圖像拾取器件之間的各種光學(xué)元件，如低通濾光片和彩色補(bǔ)償濾光片。
因此，在這種照相機(jī)中使用的變焦鏡頭典型地具有相對(duì)長的后焦距。
具有負(fù)折光力的前導(dǎo)透鏡單元的變焦鏡頭，即所謂的負(fù)前導(dǎo)型變焦鏡頭，是獲取長的后焦距的光學(xué)鏡頭系統(tǒng)的例子。
對(duì)于使用用于彩色圖像的固態(tài)圖像拾取器件的彩色照相機(jī)而言，高的像側(cè)遠(yuǎn)心特性對(duì)避免色彩發(fā)暗是有益的。
部署了一種含三個(gè)透鏡單元的變焦鏡頭，其中從物側(cè)到像側(cè)，第一透鏡單元具有負(fù)折光力，第二透鏡單元具有正折光力，而第三透鏡單元具有正折光力，其中前透鏡元件的直徑小且像側(cè)是遠(yuǎn)心的，這些在例如美國專利No.6545819、6822808、6862143、7023625、6999242和6498687中進(jìn)行了討論。
在例如日本專利公開No.2003-005072以及美國專利No.6744564和No.6809879中討論了這種類型的三單元變焦鏡頭(包括三個(gè)透鏡單元的變焦鏡頭)，其中所有透鏡單元都移動(dòng)以便進(jìn)行變焦，而且通過利用第二透鏡單元中的膠合透鏡補(bǔ)償色像差。
在例如日本專利公開N0.2002-055278中討論了旨在減少透鏡元件的數(shù)目的三單元變焦鏡頭，其中第一透鏡單元中具有負(fù)折光力的透鏡元件具有非球面物側(cè)表面和非球面像側(cè)表面。
在攝像機(jī)或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)中使用的變焦鏡頭具有較小尺寸和較高變焦比是非常有益的。
在包含上述的分別具有負(fù)、正和正折光力的透鏡單元的三單元變焦鏡頭中，第二透鏡單元的行程隨著變焦比變高而增大。這導(dǎo)致整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的長度增加，而且在實(shí)現(xiàn)較高變焦比時(shí)很難減小變焦鏡頭的尺寸。因此，許多三單元變焦鏡頭的變焦比為大約3x。
為了減小圖像拾取設(shè)備的厚度，使用所謂的“可折疊的鏡頭系統(tǒng)”，其中除了攝像期間之外透鏡單元之間的間隔都可以縮短。
為了減小該設(shè)備的厚度，可能需要減小每個(gè)透鏡單元的厚度。
在上述的三單元變焦鏡頭中，第二透鏡單元是用于改變放大率的主要透鏡單元。因此，為了實(shí)現(xiàn)較高的變焦比，在變焦期間的像差變化在第二透鏡單元中應(yīng)當(dāng)被減小。為此，需要一定數(shù)量的透鏡元件，由此導(dǎo)致第二透鏡單元的尺寸增大。
因此，為了在實(shí)現(xiàn)較高變焦比的同時(shí)減小整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的厚度，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置三單元變焦鏡頭中第二透鏡單元的配置很重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施例針對(duì)具有小型鏡頭系統(tǒng)和高變焦比的變焦鏡頭，而且針對(duì)包含該變焦鏡頭的圖像拾取設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種變焦鏡頭從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元。第一和第二透鏡單元中的每一個(gè)都可以為進(jìn)行變焦而移動(dòng)，使得在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的第一間隙小于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第一間隙，并使得在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的第二間隙大于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第二間隙。第二透鏡單元包括至少一個(gè)正膠合透鏡，而且在該至少一個(gè)正膠合透鏡中，第一膠合透鏡具有最大折光力，第一膠合透鏡包括第一正透鏡元件和第一負(fù)透鏡元件?？梢詽M足以下條件0.9＜f2c/f2＜1.51.8＜(N2p+N2n)/215＜v2n-v2p＜30其中，f2c是第一膠合透鏡的焦距，f2是第二透鏡單元的焦距，N2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的折射率，N2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的折射率，v2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的阿貝數(shù)，而v2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的阿貝數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種圖像拾取設(shè)備包括固態(tài)圖像拾取器件和配置為用于在該固態(tài)圖像拾取器件上形成圖像的變焦鏡頭。該變焦鏡頭從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元。第一和第二透鏡單元中的每一個(gè)都可以為進(jìn)行變焦而移動(dòng)，使得在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的第一間隙小于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第一間隙，以及使得在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的第二間隙大于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第二間隙。第二透鏡單元包括至少一個(gè)正膠合透鏡，而且在該至少一個(gè)正膠合透鏡中，第一膠合透鏡具有最大折光力，第一膠合透鏡包括第一正透鏡元件和第一負(fù)透鏡元件?？梢詽M足以下條件0.9＜f2c/f2＜1.51.8＜(N2p+N2n)/215＜v2n-v2p＜30其中，f2c是第一膠合透鏡的焦距，f2是第二透鏡單元的焦距，N2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的折射率，N2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的折射率，v2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的阿貝數(shù)，而v2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的阿貝數(shù)。
通過下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其余特征將變得更為顯而易見。


圖1示出了根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的光學(xué)截面圖；圖2示出了根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于廣角端時(shí)出現(xiàn)的像差；圖3示出了根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于中間變焦位置時(shí)出現(xiàn)的像差；圖4示出了根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)出現(xiàn)的像差；圖5示出了根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的光學(xué)截面圖；圖6示出了根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于廣角端時(shí)出現(xiàn)的像差；圖7示出了根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于中間變焦位置時(shí)出現(xiàn)的像差；圖8示出了根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)出現(xiàn)的像差；圖9示出了根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的光學(xué)截面圖；圖10示出了根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于廣角端時(shí)出現(xiàn)的像差；圖11示出了根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于中間變焦位置時(shí)出現(xiàn)的像差；圖12示出了根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)出現(xiàn)的像差；圖13示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖像拾取設(shè)備的簡圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述本質(zhì)上僅僅是示意性的，而決不意欲限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
沒有詳細(xì)討論相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的處理、技術(shù)、設(shè)備和材料，但在適當(dāng)情況下，它們意欲作為該說明書的一部分，例如透鏡元件的制作和它們的材料。
在此示出和討論的所有實(shí)例中，任何具體值，例如變焦比和F數(shù)，都應(yīng)當(dāng)被解釋為僅僅是示意性的而非限制性的。因此，這些示例性實(shí)施例的其它實(shí)例可以具有不同的值。
注意，在下面的附圖中，類似的附圖標(biāo)記和字母表示類似的項(xiàng)目，因此一旦在一個(gè)附圖中限定了一個(gè)項(xiàng)目，在以下的附圖中可能不會(huì)再對(duì)其進(jìn)行討論。
在此應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)談及誤差(例如像差)的校正或修正時(shí)，意味著要減小誤差和/或校正誤差。
下面描述變焦鏡頭以及包含變焦鏡頭的圖像拾取設(shè)備的示例性實(shí)施例。
圖1示出了當(dāng)變焦鏡頭處于廣角端(短焦距端)時(shí)根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的截面圖。圖2、3和4分別示出了當(dāng)根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于廣角端、處于中間變焦位置以及處于遠(yuǎn)攝端(長焦距端)時(shí)出現(xiàn)的像差。根據(jù)第一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的變焦比為3.81x，F(xiàn)數(shù)為大約2.83-5.67。
圖5示出了在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的截面圖。圖6、7和8分別示出了當(dāng)根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于廣角端、處于中間變焦位置以及處于遠(yuǎn)攝端時(shí)出現(xiàn)的像差。根據(jù)第二個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭變焦比為3.99x，F(xiàn)數(shù)為大約2.87-5.86。
圖9示出了在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的截面圖。圖10、11和12分別示出了當(dāng)根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭處于廣角端、處于中間變焦位置以及處于遠(yuǎn)攝端時(shí)出現(xiàn)的像差。根據(jù)第三個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭變焦比為3.83x，F(xiàn)數(shù)為大約2.85-5.73。
圖13示出了包含根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭的數(shù)字照相機(jī)的簡圖。
根據(jù)這些示例性實(shí)施例的變焦鏡頭系統(tǒng)可以是在圖像拾取設(shè)備中使用的攝像鏡頭系統(tǒng)。在變焦鏡頭的截面圖中，左側(cè)代表對(duì)象(物)側(cè)(前)而右側(cè)代表像側(cè)(后)。
在圖1、5和9的截面圖所示意的變焦系統(tǒng)鏡頭中，第一透鏡單元L1a-c具有負(fù)折光力(光焦度)焦距的倒數(shù))，第二透鏡單元L2a-c具有正折光力，而第三透鏡單元L3a-c具有正折光力。
F數(shù)確定部件SP(下文中也稱為“孔徑光闌”)起用于確定(限制)由開放(open)F數(shù)(Fno)限定的光線的孔徑光闌的作用。
光學(xué)塊G的實(shí)例包括濾光片、面板、晶體低通濾光片、紅外截止濾光片、相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它濾光片，以及等同物。在變焦鏡頭系統(tǒng)被用作攝像機(jī)或數(shù)字照相機(jī)中的攝像光學(xué)系統(tǒng)的情況下，固態(tài)圖像拾取器件(光電變換裝置)(例如，電荷耦合器件(CCD)傳感器、或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器、相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它圖像拾取器件，以及等同物)的圖像拾取表面被布置在像面IP上。
在變焦鏡頭被用作基于膠片的照相機(jī)中的攝像光學(xué)系統(tǒng)的情況下，對(duì)應(yīng)于膠片表面的感光表面被布置在像面IP上。
在顯示像差的圖解中，“d”表示d-線，“g”表示g-線，“M”表示子午像面，“S”表示弧矢像面，而橫向色像差由g-線表示，其中球面像差的曲線中的Y軸是入射光瞳半徑(或F數(shù))，而像散、畸變以及放大率色像差的曲線中的Y軸為像高。
在上述的示例性實(shí)施例中，廣角端和遠(yuǎn)攝端表示在用于改變放大率的透鏡單元(第二透鏡單元L2a-c)存在于該透鏡單元沿光軸機(jī)械可移動(dòng)的范圍的相對(duì)端時(shí)的變焦位置。另外，表述“變焦鏡頭處于廣角端”表示變焦鏡頭處于廣角端配置。
在根據(jù)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭系統(tǒng)中，當(dāng)變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)，使第一透鏡單元L1a-c基本上往復(fù)移動(dòng)以便以軌跡凸面朝向像側(cè)的方式沿光軸移動(dòng)，第二透鏡單元L2a-c沿光軸朝向物側(cè)移動(dòng)，而第三透鏡單元L3a-c沿光軸朝向像側(cè)移動(dòng)。
通過移動(dòng)(A1-A3、B1-B3、C1-C3)每個(gè)透鏡單元執(zhí)行變焦，使得與變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端的對(duì)應(yīng)間隙相比，第一透鏡單元L1a-c和第二透鏡單元L2a-c之間的間隙在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)較小，而第二透鏡單元L2a-c和第三透鏡單元L3a-c之間的間隙在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)較大。
在根據(jù)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭中，主要通過第二透鏡單元L2a-c的移動(dòng)來改變放大率，而且通過第一透鏡單元L1a-c的往復(fù)移動(dòng)來校正放大率改變時(shí)出現(xiàn)的像點(diǎn)的位移。
F數(shù)確定部件SP布置在透鏡元件G21c-e的物側(cè)頂點(diǎn)G21a和點(diǎn)G21b之間，其中，在第二透鏡單元L2a-c的透鏡元件中，透鏡元件G21c-e布置得最靠近物側(cè)，而在點(diǎn)G21b處透鏡元件G21c-e的物側(cè)表面S6與外圍(邊緣)P6相交。
F數(shù)確定部件SP如上所述被布置在第二透鏡單元L2a-c中，并且在變焦期間與第二透鏡單元L2a-c一起移動(dòng)(B1-B3)，由此減小了在廣角側(cè)入射光瞳和第一透鏡單元L1a-c之間的距離。
由于上述的孔徑光闌SP的放置使得能減小變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)第一透鏡單元L1a-c和第二透鏡單元L2a-c之間的距離，所以可以提供第二透鏡單元L2a-c朝向物側(cè)足夠的用于變焦的移動(dòng)量(B1-B3)。因此，當(dāng)變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的長度的增加可以得到抑制，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高變焦比。
為了調(diào)整光量，可以在第二透鏡單元L2a-c的像側(cè)布置能夠縮小光圈的光圈元件、用于中性密度(ND)濾光片的插入/移除元件，和/或相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其它元件。
下面描述鏡頭結(jié)構(gòu)的具體特性。
第一透鏡單元L1a-c從物側(cè)到像側(cè)依次包括負(fù)透鏡元件G11和正透鏡元件G12。負(fù)透鏡元件G11具有凹像側(cè)表面。正透鏡元件G12具有彎月形狀和凸物側(cè)表面。這種結(jié)構(gòu)在用少量透鏡元件減小整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的尺寸的同時(shí)，令人滿意地補(bǔ)償各種像差。
第一透鏡單元L1a-c包括一個(gè)或多個(gè)非球面表面。因此，在廣角側(cè)變焦范圍內(nèi)的畸變和像場(chǎng)彎曲以及在遠(yuǎn)攝側(cè)的球面像差都得到令人滿意的補(bǔ)償。其中一個(gè)非球面表面是在負(fù)透鏡元件G11的像側(cè)表面形成的。這種非球面形狀是曲率朝著外圍方向而降低的形狀，而這種形狀補(bǔ)償了像差。
第二透鏡單元L2a-c包括至少一個(gè)具有正折光力而且由正透鏡元件和負(fù)透鏡元件組成的膠合透鏡。
具體來說，在圖1和5所示的第一和第二個(gè)示例性實(shí)施例中，第二透鏡單元L2a-b從物側(cè)到像側(cè)依次分別包括正膠合透鏡G25a-b和負(fù)膠合透鏡G26a-b。正膠合透鏡G25a-b從物側(cè)到像側(cè)依次包括正透鏡元件G21c-d和負(fù)透鏡元件G22a-b。正膠合透鏡G26a-b從物側(cè)到像側(cè)依次包括負(fù)透鏡元件G23a-b和負(fù)透鏡元件G24a-b。
在圖9所示的第三個(gè)示例性實(shí)施例中，正透鏡元件G21e和負(fù)透鏡元件G22c分離。然而，它們可以是一個(gè)膠合透鏡。
第二透鏡單元L2a-c傾向于隨著放大率的變化而使像差變化。這些像差變化可以通過利用第二透鏡單元L2a-c中相對(duì)對(duì)稱的鏡頭結(jié)構(gòu)來減小。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2a-c處于中間變焦位置時(shí)，獲得放大率1x。第二透鏡單元L2a-c具有發(fā)展成熟的三透鏡結(jié)構(gòu)，由正、負(fù)、負(fù)和正透鏡元件組成，其令人滿意地補(bǔ)償了各種像差，同時(shí)減小了由放大率的變化而引起的像差變化。特別是在高變焦比的情況下，具有上述鏡頭結(jié)構(gòu)的第二透鏡單元L2a-c對(duì)于像差補(bǔ)償很有效。
在第二透鏡單元L2a-c的透鏡元件中，布置得最靠近物側(cè)的正透鏡元件G21c-e的物側(cè)表面是凸的，以便防止由通過了第一透鏡單元L1a-c的被較大程度地折射的離軸主光線導(dǎo)致的離軸像差的顯著出現(xiàn)。
另外，正透鏡元件G21c-e的物側(cè)表面是凸的，以便抑制由通過了第一透鏡單元L1a-c的軸向發(fā)散光線產(chǎn)生的球面像差的量。此外，物側(cè)表面可以是非球面的，從而允許令人滿意地補(bǔ)償在變焦鏡頭的直徑增大時(shí)出現(xiàn)的球面像差。
負(fù)透鏡元件G22a-c包括凹像側(cè)表面。負(fù)透鏡元件G22a-c的這種像側(cè)表面補(bǔ)償了在正透鏡元件G21c-e的物側(cè)表面中出現(xiàn)的彗形像差。
因此，上述的正透鏡元件G21c-e和負(fù)透鏡元件G22a-c的形狀令人滿意地補(bǔ)償了球面像差和慧形像差二者。
由于包含正透鏡元件G21c-d和負(fù)透鏡元件G22a-c的正膠合透鏡G25a-c總體上是彎月形，所以很難顯著地增大折光力。因此，在示例性實(shí)施例中，第二透鏡單元L2a-c的正折光力主要由布置在像側(cè)的正膠合透鏡G26a-c支持。為了減小具有這種強(qiáng)折光力的正膠合透鏡G26a-c的厚度，使用具有高折射率的玻璃材料是有效的。如同在膠合透鏡中期望的那樣，保持消色差也很有益。因此，在示例性實(shí)施例中，包含在正膠合透鏡G26a-c中的負(fù)透鏡元件G23a-c和正透鏡元件G24a-c的玻璃材料的結(jié)合滿足了每種玻璃材料都展現(xiàn)高折射率，而且在這兩個(gè)透鏡元件的玻璃材料之間的阿貝數(shù)存在一些差別。此外，正膠合透鏡G26a-c具有適當(dāng)?shù)恼酃饬ε渲茫纱思染S持了消色差也減小了厚度。
上述的結(jié)構(gòu)減少了在整個(gè)變焦范圍內(nèi)因?qū)崿F(xiàn)較高變焦比而引起的第二透鏡單元L2a-c中的像差的發(fā)生，并且便于減小鏡頭結(jié)構(gòu)的厚度。
正透鏡元件G21c-e和負(fù)透鏡元件G22a-c不必構(gòu)成膠合透鏡，而且它們可以分離開，只要能夠令人滿意地補(bǔ)償球面像差和慧形像差即可?；蛘撸鼈兛梢杂镁哂型刮飩?cè)表面的彎月形單透鏡元件來替代。在此情況下，有必要例如通過使用正膠合透鏡G26a-c來補(bǔ)償色像差。
第三透鏡單元L3a-c具有正折光力。第三透鏡單元L3a-c用作場(chǎng)鏡，從而在利用固態(tài)圖像拾取器件的圖像拾取設(shè)備所需的像側(cè)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心圖像形成。
當(dāng)變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)，第三透鏡單元L3a-c朝像側(cè)移動(dòng)(C1-C3)。然而，在根據(jù)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭中，當(dāng)變焦鏡頭變焦時(shí)，第三透鏡單元L3a-c可以靜止不動(dòng)。在第三透鏡單元L3a-c在變焦期間不移動(dòng)的情況下，不必提供驅(qū)動(dòng)所需的機(jī)構(gòu)和致動(dòng)器。在第三透鏡單元L3a-c為進(jìn)行變焦而被移動(dòng)(C1-C3)的情況下，在變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)，可能有必要使第三透鏡單元L3a-c不顯著地朝物側(cè)移動(dòng)。如果第三透鏡單元L3a-c朝向物側(cè)移動(dòng)，則第三透鏡單元L3a-c的放大率降低，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的變焦比。因此，為實(shí)現(xiàn)較高的變焦比，有必要在變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)，增大第二透鏡單元L2a-c和第三透鏡單元L3a-c之間的間隙。另外，如果第三透鏡單元L3a-c在變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)朝向像側(cè)移動(dòng)，則進(jìn)一步增強(qiáng)改變放大率的有益效果。
在根據(jù)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭中，可能有必要通過具有少量透鏡元件的第三透鏡單元L3a-c執(zhí)行聚焦。這對(duì)于聚集透鏡單元的尺寸減小很有用。
上述示例性實(shí)施例可應(yīng)用于移動(dòng)兩個(gè)透鏡單元(例如第一和第二透鏡單元或第一和第三透鏡單元)以進(jìn)行變焦的變焦鏡頭中，使得透鏡單元之間的間隙變化，而不用移動(dòng)三個(gè)透鏡單元。
可以在物側(cè)對(duì)第一透鏡單元L1a-c和/或在像側(cè)對(duì)第三透鏡單元L3a-c添加具有小折光力的另一透鏡單元。
根據(jù)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭并不局限于分別包含負(fù)、正和正折光力的透鏡單元的三單元結(jié)構(gòu)?？蓱?yīng)用的變焦鏡頭結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括其中第二透鏡單元被劃分為兩個(gè)正透鏡單元，并且整個(gè)系統(tǒng)由分別為負(fù)、正、正、正折光力的四個(gè)透鏡單元構(gòu)成的四單元結(jié)構(gòu)；以及其中第二透鏡單元被劃分為一個(gè)為正，另一個(gè)為負(fù)的兩個(gè)透鏡單元，且整個(gè)系統(tǒng)由分別為負(fù)、正、負(fù)、正折光力的四個(gè)透鏡單元構(gòu)成的另一種四單元結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)示例性實(shí)施例，在包括具有負(fù)折光力的前導(dǎo)透鏡單元的變焦鏡頭中，構(gòu)成上述透鏡單元實(shí)現(xiàn)了高性能和大約4x的高變焦比，并且減小了透鏡單元的厚度。
在根據(jù)示側(cè)性實(shí)施例的變焦鏡頭中，為了獲得滿意的光學(xué)性能和/或減小整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的尺寸，要滿足以下條件中的至少一個(gè)?？梢垣@得與對(duì)應(yīng)條件相關(guān)的有益效果。
可以滿足以下條件中的至少一個(gè)0.9＜f2c/f2＜1.5.....(1)1.8＜(N2p+N2n)/2.....(2)15＜v2n-v2p＜30.....(3)0.40＜|f2n|/f2＜1.30.....(4)1.0[mm]＜D2c/((N2p+N2n)/2)＜1.3[mm].....(5)4.0[mm]＜M2/(ft/fw)＜5.0[mm].....(6)0.01＜L12t/ft＜0.06.....(7)0.5＜|f1|/ft＜0.8.....(8)1.0＜f3/ft＜1.5.....(9)0.03＜D2c/{((N2p+N2n)/2)·ft}＜0.06.....(10)0.7＜M2/ft＜0.8.....(11)其中，f2c是在第二透鏡單元L2a-c的一個(gè)或多個(gè)膠合透鏡中具有最大折光力的正膠合透鏡G26a-c的焦距，f1是第一透鏡單元L1a-c的焦距，f2是第二透鏡單元L2a-c的焦距，f3是第三透鏡單元L3a-c的焦距，N2p是正膠合透鏡G26a-c的正透鏡元件G24a-c的材料的折射率，N2n是正膠合透鏡G26a-c的負(fù)透鏡元件G23a-c的材料的折射率，v2p是正膠合透鏡G26a-c的正透鏡元件G24a-c的材料的阿貝數(shù)，v2n是正膠合透鏡G26a-c的負(fù)透鏡元件G23a-c的材料的阿貝數(shù)，f2n是正膠合透鏡G26a-c的負(fù)透鏡元件G23a-c的折射率，D2c是正膠合透鏡G26a-c的中心厚度，M2是在變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)第二透鏡單元L2a-c沿光軸的最大移動(dòng)量，fw是在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距，ft是在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距，而L12t是在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)，從第一透鏡單元L1a-c的第一像側(cè)透鏡表面沿光軸到第二透鏡單元L2a-c的第一物側(cè)透鏡表面的距離，第一像側(cè)透鏡表面在第一透鏡單元L1a-c中最接近于像側(cè)，第一物側(cè)透鏡表面在第二透鏡單元L2a-c中最接近于物側(cè)。
條件表達(dá)式(5)和(6)的數(shù)值范圍在以毫米表示下述的數(shù)值實(shí)例的情況下示出。如果改變這些數(shù)值實(shí)例的單位，則數(shù)值范圍的單位也會(huì)相應(yīng)地改變。
下面描述上述條件表達(dá)式的技術(shù)含義。
條件表達(dá)式(1)限定了在第二透鏡單元L2a-c中具有最大折光力的正膠合透鏡G26a-c的焦距(即，折光力)。如果該數(shù)值高于上限且焦距太長，即折光力太弱，則相應(yīng)地需要其它透鏡元件來支持第二透鏡單元L2a-c的折光力。結(jié)果，需要其它透鏡元件來補(bǔ)償?shù)诙哥R單元L2a-c中出現(xiàn)的球面像差和慧形像差。此外，為了便于支持折光力，透鏡元件數(shù)量增加，第二透鏡單元L2a-c的厚度增大，因此很難減小變焦鏡頭的厚度。如果該數(shù)值低于下限且焦距太短，即折光力太強(qiáng)，則正膠合透鏡G26a-c中出現(xiàn)的球面像差和慧形像差增大，而且第二透鏡單元L2a-c作為整體很難補(bǔ)償增大的像差。
條件表達(dá)式(2)限定了在第二透鏡單元L2a-c的正膠合透鏡G26a-c中所包含的正透鏡元件G24a-c和負(fù)透鏡元件G23a-c的玻璃材料的折射率的平均值。
如果該數(shù)值低于下限且平均折射率低，則有必要增大膠合透鏡的每個(gè)表面的曲率以便獲得有益的折光力。在此情況下，正透鏡元件的厚度增大以維持有益的邊緣厚度差，使得很難進(jìn)一步減小變焦鏡頭的厚度。
在示例性實(shí)施例中，第二透鏡單元L2a-c的厚度減小是通過使用滿足平均折射率大于下限的玻璃材料實(shí)現(xiàn)的。
條件表達(dá)式(3)限定了在第二透鏡單元L2a-c的正膠合透鏡G26a-c中所包含的正透鏡元件G24a-c的材料和負(fù)透鏡元件G23a-c的材料之間的阿貝數(shù)之差。
如果該數(shù)值低于下限且阿貝數(shù)之差太小，則有必要同時(shí)增大負(fù)透鏡元件G23a-c的折光力和正透鏡元件G24a-c的折光力以便實(shí)現(xiàn)消色差。如果折光力增大，則特別是正透鏡元件G24a-c的厚度也增大以保持有益的邊緣厚度差，使得很難進(jìn)一步減小變焦鏡頭的厚度。如果該數(shù)值高于上限且阿貝數(shù)之差太大，則不必增大每個(gè)透鏡元件的折光力就可以實(shí)現(xiàn)消色差。然而，當(dāng)從現(xiàn)實(shí)玻璃中選出了滿足阿貝數(shù)之差大于上限的玻璃材料時(shí)，很難在正透鏡元件G24a-c中使用具有高折光力的玻璃材料。結(jié)果，與使用具有高折光力的玻璃材料的情況相比，很難減小鏡頭厚度。
條件表達(dá)式(4)限定了在第二透鏡單元L2a-c的正膠合透鏡G26a-c中包含的負(fù)透鏡元件G23a-c的焦距。如果該數(shù)值大于上限且焦距太大，即折光力太小，則作為正膠合透鏡G26a-c所期望的消色差不足，而且色像差的補(bǔ)償也不夠。如果該數(shù)值低于下限且焦距太小，即折光力太大，則膠合透鏡表面的曲率增大，而且正透鏡元件G24a-c的厚度增大。結(jié)果很難減小變焦鏡頭的厚度。
條件表達(dá)式(5)限定了第二透鏡單元L2a-c中正膠合透鏡G26a-c的厚度與正膠合透鏡G26a-c的材料的平均折射率之間的關(guān)系。
如果該數(shù)值高于上限且透鏡厚度相對(duì)于平均折射率較大，則正膠合透鏡G26a-c的減小不足。如果正透鏡元件G24a-c有足夠的邊緣厚度差，則透鏡厚度的進(jìn)一步減小對(duì)尺寸的減小是有益的。如果正透鏡元件G24a-c沒有足夠的邊緣厚度差，即正透鏡元件G24a-c的折光力太強(qiáng)，則通過在正透鏡元件G24a-c和負(fù)透鏡元件G23a-c之間提供足夠的阿貝數(shù)之差來降低折光力對(duì)于減小變焦鏡頭的厚度是有益的。
如果該數(shù)值低于下限且透鏡厚度相對(duì)于平均折射率太小，則正透鏡元件G24a-c可能沒有執(zhí)行處理所需的足夠邊緣厚度差。因此，應(yīng)當(dāng)避免這種情況。如果正透鏡元件G24a-c的折光力弱且該數(shù)值低于下限，則正膠合透鏡G26a-c本身的折光力太小。在此情況下，通過利用其它透鏡元件來支持第二透鏡單元L2a-c的折光力是有益的。為了便于通過利用其它透鏡元件來支持折光力同時(shí)補(bǔ)償在第二透鏡單元L2a-c中出現(xiàn)的球面像差和慧形像差，可以增加透鏡元件的數(shù)目，結(jié)果，第二透鏡單元L2a-c的厚度增大，因此很難減小變焦鏡頭的厚度。
條件表達(dá)式(6)限定了與變焦有關(guān)的第二透鏡單元L2a-c的移動(dòng)量。如果該數(shù)值大于上限且移動(dòng)量太大，則在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)鏡頭的長度很長，因此很難減小尺寸。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2a-c具有孔徑光闌時(shí)，在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)F數(shù)相對(duì)于處于廣角端的情況太暗(大)。尤其是在使用具有小像素間距的固態(tài)圖像拾取器件時(shí)，在高空間頻率下較高的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)是必要的。然而，在大F數(shù)的情況下，即使在補(bǔ)償了像差時(shí)，由于衍射的影響，也很難在高空間頻率下增大MTF。如果該數(shù)值低且移動(dòng)量太小，則有必要增大第二透鏡單元L2a-c的折光力以獲得有益的變焦比。在此情況下，隨著變焦而出現(xiàn)的球面像差和慧形像差的變化量增大，結(jié)果，很難在整個(gè)變焦范圍內(nèi)獲得高光學(xué)性能。
條件表達(dá)式(7)限定了變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)第一透鏡單元L1a-c和第二透鏡單元L2a-c之間的間隙。如果該數(shù)值高于上限且間隙太大，則變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的長度很大，因此很難減小尺寸。
如果該數(shù)值小于下限而且間隙太小，則考慮制造誤差時(shí)的間隙公差不足。如果制造誤差大，則透鏡表面可能接觸，應(yīng)當(dāng)避免這種情況。
條件表達(dá)式(8)限定了第一透鏡單元L1a-c的焦距。如果該數(shù)值高于上限而且焦距太大，即折光力太小，則后聚焦型的折光力設(shè)置太弱。結(jié)果，在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)焦距很難實(shí)現(xiàn)增大的廣角。
另外，無法維持具有在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)插入濾光片所需的長度的后焦距。如果該數(shù)值低于下限而且焦距太短，即，折光力太大，則后聚焦型的折光力設(shè)置太強(qiáng)。在此情況下，后焦距太長且整個(gè)鏡頭系統(tǒng)的長度增大，結(jié)果很難減小尺寸。即使使用非球面透鏡元件，也很難用少量的透鏡元件來補(bǔ)償在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)的像場(chǎng)彎曲和畸變像差。因此，為了減小第一透鏡單元L1a-c的厚度和補(bǔ)償像差兩方面的目的，該數(shù)值等于或大于下限是有益的。
條件表達(dá)式(9)限定了第三透鏡單元L3a-c的焦距。如果該數(shù)值大于上限而且焦距太長，即，折光力太小，則作為場(chǎng)鏡所期望的效果降低，因此很難使出射光瞳的位置遠(yuǎn)離像面。結(jié)果，在使用固態(tài)圖像拾取器件的情況下外圍的光量降低。在通過第三透鏡單元L3a-c執(zhí)行聚焦的情況下，由于前導(dǎo)量增大，所以聚焦行程增大，而且很難減小包含透鏡鏡筒結(jié)構(gòu)的尺寸。如果該數(shù)值低于下限而且焦距太短，即折光力太大，則Petzval和在正方向上增大，像場(chǎng)彎曲于在下的方向上增大，而這種情況應(yīng)當(dāng)避免。另外，在整個(gè)變焦范圍內(nèi)出現(xiàn)顯著的橫向色像差。這可通過增大透鏡元件數(shù)來減小，但是增大的透鏡元件數(shù)使得厚度的減小變難。
條件表達(dá)式(10)限定了在第二透鏡單元L2a-c中的正膠合透鏡G26a-c的厚度、其材料的平均折射率、以及在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距之間的關(guān)系。
如果該數(shù)值高于上限而且透鏡厚度相對(duì)于平均折射率較大，則正膠合透鏡G26a-c的厚度的減小不足。如果正透鏡元件G24a-c有足夠的邊緣厚度差，則透鏡厚度的進(jìn)一步減小對(duì)于尺寸的減小有益。如果正透鏡元件G24a-c沒有足夠的邊緣厚度差，即正透鏡元件G24a-c的折光力太強(qiáng)，則通過正透鏡元件G24a-c和負(fù)透鏡元件G23a-c之間的阿貝數(shù)之差來降低折光力對(duì)于減小變焦鏡頭的厚度是有益的。
如果該數(shù)值低于下限而且透鏡厚度相對(duì)于平均折射率太小，則正透鏡元件G24a-c可能不具備執(zhí)行處理所需的足夠邊緣厚度差，因此，這種情況應(yīng)當(dāng)避免。如果折光力弱而且該數(shù)值低于下限，則正膠合透鏡G26a-c本身的折光力太小，在此情況下，必須通過使用其它透鏡元件來支持第二透鏡單元L2a-c的折光力。為了便于通過利用其它透鏡元件來支持折光力同時(shí)補(bǔ)償在第二透鏡單元L2a-c中出現(xiàn)的球面像差和慧形像差，可以增加透鏡元件數(shù)，結(jié)果第二透鏡單元L2a-c的厚度增大，而且很難減小變焦鏡頭的厚度。
條件表達(dá)式(11)限定了與變焦有關(guān)的第二透鏡單元L2a-c的移動(dòng)量與在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距之間的關(guān)系。如果該數(shù)值高于上限而且移動(dòng)量太大，則變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)鏡頭的長度很長，而且很難減小尺寸。當(dāng)?shù)诙哥R單元L2a-c具有孔徑光闌時(shí)，變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的F數(shù)相對(duì)于處于廣角端的情況太暗(大)。尤其是當(dāng)使用具有小像素間距的固態(tài)圖像拾取器件時(shí)，在高空間頻率下較高的MTF是必要的。然而在大F數(shù)的情況下，即使在補(bǔ)償了像差時(shí)，由于衍射的影響，很難在高空間頻率下增大MTF。如果該數(shù)值低而且移動(dòng)量太小，則有必要增大第二透鏡單元L2a-c的折光力以獲得有益的變焦比。在此情況下，隨著變焦而出現(xiàn)的球面像差和慧形像差的變化量增大，結(jié)果很難在整個(gè)變焦范圍內(nèi)獲得高光學(xué)性能。
在示例性實(shí)施例中，條件表達(dá)式(1)-(11)的數(shù)值范圍可以如下設(shè)置0.95＜f2c/f2＜1.3.....(1a)1.85＜(N2p+N2n)/2.....(2a)18＜v2n-v2p＜27.....(3a)0.45＜|f2n|/f2＜1.20.....(4a)1.10[mm]＜D2c/((N2p+N2n)/2)＜1.25[mm]..(5a)4.2[mm]＜M2/(ft/fw)＜4.8[mm].....(6a)0.02＜L12t/ft＜0.05.....(7a)0.55＜|f1|/ft＜0.7.....(8a)1.1＜f3/ft＜1.47.....(9a)0.04＜D2c/{((N2p+N2n)/2)·ft}＜0.055...(10a)0.71＜M2/ft＜0.78.....(11a)如上所述，這些示例性實(shí)施例提供了具有包含負(fù)、正、正折光力的透鏡單元的三單元結(jié)構(gòu)的變焦鏡頭。該變焦鏡頭實(shí)現(xiàn)了高變焦比，能夠在整個(gè)變焦范圍內(nèi)令人滿意地補(bǔ)償像差，減小了透鏡單元的厚度，而且在保持小型化的同時(shí)使出射光瞳的位置離像面足夠遠(yuǎn)。該變焦鏡頭適合于使用固態(tài)圖像拾取器件的照相機(jī)。
下面描述數(shù)值實(shí)例。在每個(gè)數(shù)值實(shí)例中，i代表一個(gè)表面從物側(cè)開始的序號(hào)，Ri代表第i個(gè)表面的曲率半徑，Di代表第i個(gè)表面和第(i+1)個(gè)表面之間的距離(透鏡厚度或透鏡元件之間的間隙)，Ni代表第i個(gè)透鏡表面對(duì)d-線的折射率，而vi代表第i個(gè)透鏡表面對(duì)d-線的阿貝數(shù)。最靠近像側(cè)的兩個(gè)表面為濾光片(例如，晶體低通濾光片和紅外截止濾光片)，而B、C、D和E為非球面系數(shù)。非球面形狀是由以下的表達(dá)式表示的X=(1/R)H21+1-(1+K)(H/R)2+BH4+CH6+DH8+EH10]]>其中x是在距光軸的高度為H處相對(duì)于頂點(diǎn)的偏移量，R是近軸曲率半徑，而k是錐形常數(shù)。
在這些數(shù)值實(shí)例中，“e-0X”是指“×10-X”，f是焦距，F(xiàn)no是F數(shù)，而ω是視角的一半。表1示出了上述的條件表達(dá)式和數(shù)值實(shí)例之間的關(guān)系。
在第一至第三個(gè)數(shù)值實(shí)例中，D5的值為負(fù)。這是因?yàn)镕數(shù)確定部件和正透鏡元件G21是從物側(cè)計(jì)數(shù)的。這表明，在具體的結(jié)構(gòu)中，如圖1、5和9所示，F(xiàn)數(shù)確定部件(孔徑光闌)SP被布置成與第二透鏡單元L2a-c中更接近物側(cè)的透鏡元件G21c-e的物側(cè)表面S6上的物側(cè)頂點(diǎn)G12a相比，更靠近像側(cè)達(dá)D5的絕對(duì)值的長度。
(數(shù)值實(shí)例1)f＝5.96-22.74 Fno＝2.83-5.672ω＝58.7°-16.8°R1＝70.717 D1＝1.60N1＝1.859600v1＝40.4R2＝5.697 D2＝1.80R3＝9.942 D3＝2.15N2＝1.846660v2＝23.9R4＝31.390 D4＝可變R5＝孔徑光闌D5＝-0.50R6＝4.649 D6＝1.94N3＝1.804470v3＝40.9R7＝13.609 D7＝0.50N4＝1.728250v4＝28.5R8＝3.922 D8＝0.83R9＝10.518 D9＝0.50N5＝2.003300v5＝28.3R10＝5.308 D10＝1.80 N6＝1.772499v6＝49.6R11＝-37.360D11＝可變R12＝12648 D12＝1.50 N7＝1.487490v7＝70.2
R13＝113.450D13＝可變R14＝∞ D14＝1.40N8＝1.516330v8＝64.1R15＝∞ 非球面系數(shù)R2k＝-2.11620e+00B＝9.84449e-04C＝-1.16189e-05D＝1.96807e-07E＝-1.99226e-09R6k＝-4.32438e-01B＝2.01382e-04C＝5.92409e-06 D＝4.04660e-07E＝0.00000e+00(數(shù)值實(shí)例2)f＝5.97-23.80 Fno＝2.87-5.862ω＝58.6°-16.0°R1＝74.124D1＝1.20N1＝1.851350v1＝40.1R2＝5.717 D2＝1.80R3＝9.882 D3＝2.15N2＝1.846660v2＝23.9R4＝29.414D4＝可變R5＝孔徑光闌 D5＝-0.50R6＝4.513 D6＝1.94N3＝1.804470v3＝40.9R7＝7.214 D7＝0.50N4＝1.805181v4＝25.4R8＝3.854 D8＝0.83R9＝9.715 D9＝0.50N5＝2.000690v5＝25.5
R10＝5.594 D10＝1.80N6＝1.772499v6＝49.6R11＝-36.753D11＝可變R12＝11.371 D12＝1.50N7＝1.487490v7＝70.2R13＝50.010 D13＝可變R14＝∞ D14＝1.40N8＝1.516330v8＝64.1R15＝∞ 非球面系數(shù)R2k＝-2.13650e+00B＝9.90788e-04C＝-1.06669e-05D＝1.25998e-07E＝-5.67618e-10R6k＝-4.23174e-01B＝2.28241e-04C＝6.49652e-06 D＝5.91858e-07E＝0.00000e+00(數(shù)值實(shí)例3)f＝5.93-22.74Fno＝2.85-5.732ω＝58.9°-16.8°R1＝60.706 D1＝1.40 N1＝1.859600v1＝40.4R2＝5.639D2＝1.80R3＝9.685D3＝2.15 N2＝1.846660v2＝23.9R4＝27.516 D4＝可變R5＝孔徑光闌 D5＝-0.50R6＝5.422D6＝1.80 N3＝1.804470v3＝40.9
R7＝8.653 D7＝0.20R8＝6.686 D8＝0.70 N4＝1.761821v4＝26.5R9＝4.624 D9＝0.83R10＝15.406D10＝0.50N5＝2.187000v5＝24.0R11＝6.370 D11＝1.80N6＝1.804000v6＝46.6R12＝-18.670 D12＝可變R13＝14.038D13＝1.50N7＝1.487490v7＝70.2R14＝113.450 D14＝可變R15＝∞D(zhuǎn)15＝1.40N8＝1.516330v8＝64.1R16＝∞ 非球面系數(shù)R2k＝-1.99863e+00B＝9.37155e-04C＝-6.39487e-06D＝8.78059e-09E＝7.48206e-10R6k＝-4.64253e-01B＝6.78602e-05C＝1.90961e-06 D＝6.75275e-08E＝0.00000e+00
表1

在第一至第三個(gè)示例性實(shí)施例中，變焦鏡頭中的所有三個(gè)透鏡單元(第一至第三透鏡單元)都沿光軸移動(dòng)以進(jìn)行變焦。然而，本發(fā)明并不局限于這種結(jié)構(gòu)。例如，第三透鏡單元可以在變焦期間在光軸方向上靜止不動(dòng)，而且通過僅沿光軸移動(dòng)第一和第二透鏡單元，變焦鏡頭就可以從遠(yuǎn)攝端變焦到廣角端。換言之，只要透鏡單元之間的間隙可以改變，不是所有的透鏡單元都要為進(jìn)行變焦而移動(dòng)(變焦期間)。
在示例性實(shí)施例中使用的術(shù)語“膠合透鏡”表示其中多個(gè)透鏡元件在它們的通光孔徑內(nèi)(至少在光軸的位置上)基本上在它們的整個(gè)前表面上接合在一起的透鏡。因此，在示例性實(shí)施例中的“膠合透鏡”不包括其中透鏡元件僅在它們的通光孔徑外部的部分上接合(緊密附著)在一起的透鏡。
下面參考圖13描述使用根據(jù)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭作為攝像光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字照相機(jī)(圖像拾取設(shè)備)的示例性實(shí)施例。
在圖13中，照相機(jī)機(jī)身20結(jié)合了固態(tài)圖像拾取器件(例如，光電變換器件)22，其被配置為用于接收由攝像光學(xué)系統(tǒng)21所形成的物的圖像的光，攝像光學(xué)系統(tǒng)21包括根據(jù)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭。固態(tài)圖像拾取器件22的實(shí)例包括CCD傳感器和CMOS傳感器。存儲(chǔ)器23用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于經(jīng)過光電變換的物的圖像的信息。取景器24可以由例如液晶顯示板、或相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的用于觀察在固態(tài)圖像拾取器件22上形成的物的像的其它顯示裝置制作。
如上所述，根據(jù)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的變焦鏡頭可以應(yīng)用于圖像拾取設(shè)備(例如，數(shù)字照相機(jī))，由此便于使小型圖像拾取設(shè)備具有高光學(xué)性能。
如上所述，根據(jù)至少一個(gè)示例性實(shí)施例，提供了具有小型全鏡頭系統(tǒng)且展現(xiàn)高變焦比的變焦鏡頭、以及包括這種變焦鏡頭的圖像拾取設(shè)備。
雖然參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于所公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求書的范圍將給予最廣義的解釋，以便涵蓋所有的修正、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元；具有正折光力的第二透鏡單元；和具有正折光力的第三透鏡單元，第一和第二透鏡單元中的每一個(gè)都為進(jìn)行變焦而移動(dòng)，使得在該變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的第一間隙小于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第一間隙，并使得在該變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的第二間隙大于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第二間隙，以及第二透鏡單元包括至少一個(gè)正膠合透鏡，其中，在該至少一個(gè)正膠合透鏡中，第一膠合透鏡具有最大折光力，第一膠合透鏡包括第一正透鏡元件和第一負(fù)透鏡元件，而且滿足以下條件0.9＜f2c/f2＜1.51.8＜(N2p+N2n)/215＜v2n-v2p＜30其中，f2c是第一膠合透鏡的焦距，f2是第二透鏡單元的焦距，N2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的折射率，N2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的折射率，v2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的阿貝數(shù)，而v2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的阿貝數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中，滿足以下條件0.40＜|f2n|/f2＜1.30其中f2n是第一負(fù)透鏡元件的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中，滿足以下條件0.03＜D2c/{((N2p+N2n)/2)·ft}＜0.06其中D2c是第一膠合透鏡的中心厚度，而ft是在該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中，滿足以下條件0.7＜M2/ft＜0.8其中M2是在該變焦鏡頭從廣角端變焦到遠(yuǎn)攝端時(shí)第二透鏡單元沿光軸的最大移動(dòng)量，而ft是在該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中，滿足以下條件0.01＜L12t/ft＜0.06其中L12t是在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)，從第一透鏡單元的第一像側(cè)透鏡表面沿光軸到第二透鏡單元的第一物側(cè)透鏡表面的距離，所述第一像側(cè)透鏡表面在第一透鏡單元中最接近于像側(cè)，所述第一物側(cè)透鏡表面在第二透鏡單元中最接近于物側(cè)，而ft是在該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中，滿足以下條件0.5＜|f1|/ft＜0.81.0＜f3/ft＜1.5其中f1是第一透鏡單元的焦距，f3是第三透鏡單元的焦距，而ft是在變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中第二透鏡單元從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有凸物側(cè)表面的正透鏡元件，具有凸物側(cè)表面的負(fù)透鏡元件，以及其中具有凸物側(cè)表面的負(fù)透鏡元件和具有凸物側(cè)表面的正透鏡元件接合在一起的膠合透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭在固態(tài)圖像拾取器件上形成圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦鏡頭，其中第三透鏡單元移動(dòng)以用于變焦。
10.一種圖像拾取設(shè)備，包括固態(tài)圖像拾取器件，和配置為用于在該固態(tài)圖像拾取器件上形成圖像的變焦鏡頭，該變焦鏡頭從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元；具有正折光力的第二透鏡單元；和具有正折光力的第三透鏡單元，第一和第二透鏡單元中的每一個(gè)都為進(jìn)行變焦而移動(dòng)，使得在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的第一間隙小于變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第一間隙，并使得在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的第二間隙大于該變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第二間隙，以及第二透鏡單元包括至少一個(gè)正膠合透鏡，其中，在該至少一個(gè)正膠合透鏡中，第一膠合透鏡具有最大折光力，第一膠合透鏡包括第一正透鏡元件和第一負(fù)透鏡元件，而且滿足以下條件0.9＜f2c/f2＜1.51.8＜(N2p+N2n)/215＜v2n-v2p＜30其中，f2c是第一膠合透鏡的焦距，f2是第二透鏡單元的焦距，N2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的折射率，N2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的折射率，v2p是在第一膠合透鏡中包含的第一正透鏡元件的材料的阿貝數(shù)，而v2n是在第一膠合透鏡中包含的第一負(fù)透鏡元件的材料的阿貝數(shù)。
全文摘要
至少一個(gè)示例性實(shí)施例針對(duì)一種變焦鏡頭，該變焦鏡頭從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有負(fù)折光力的第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元、和具有正折光力的第三透鏡單元。在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第一和第二透鏡單元之間的第一間隙小于變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第一間隙，在變焦鏡頭處于廣角端時(shí)第二和第三透鏡單元之間的第二間隙大于變焦鏡頭處于遠(yuǎn)攝端時(shí)的該第二間隙。第二透鏡單元包括至少一個(gè)正膠合透鏡。
文檔編號(hào)G02B15/163GK1928614SQ20061012819
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者難波則廣 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社