專(zhuān)利名稱(chēng):變焦透鏡系統(tǒng)和包括變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡系統(tǒng)和包括所述變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取設(shè)備,所述變 焦透鏡系統(tǒng)特別適合于使用固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取設(shè)備(例如,視頻相機(jī)、電子靜 態(tài)相機(jī)、廣播相機(jī)或監(jiān)視相機(jī))或者例如鹵化銀膠片相機(jī)的圖像拾取設(shè)備。
背景技術(shù):
近年來(lái),使用固態(tài)圖像拾取元件的圖像拾取設(shè)備(例如,視頻相機(jī)、數(shù)字靜態(tài)相 機(jī)、廣播相機(jī)或監(jiān)視相機(jī))以及鹵化銀膠片相機(jī)具有高性能,并且整個(gè)設(shè)備的尺寸縮小。 此外,用于圖像拾取設(shè)備的攝影光學(xué)系統(tǒng)需要是總透鏡長(zhǎng)度短、尺寸緊湊和變焦比高的高 分辨率變焦透鏡系統(tǒng)。作為滿足要求的變焦透鏡系統(tǒng)之一,已知一種稱(chēng)為后焦點(diǎn)型(rear focus type)的變焦透鏡系統(tǒng),其通過(guò)移動(dòng)除了物側(cè)的第一個(gè)透鏡單元之外的透鏡單元來(lái) 執(zhí)行聚焦。通常,后焦點(diǎn)型變焦透鏡系統(tǒng)的第一透鏡單元的有效直徑小于通過(guò)移動(dòng)第一透鏡 單元來(lái)執(zhí)行聚焦的其它類(lèi)型的變焦透鏡系統(tǒng),以易于實(shí)現(xiàn)尺寸小的整個(gè)透鏡系統(tǒng)。另外, 可易于執(zhí)行微距攝影(macro photography) 0此外,由于移動(dòng)小且輕的透鏡單元,所以所述 透鏡單元的小驅(qū)動(dòng)力足以使得可實(shí)現(xiàn)快速聚焦。作為后焦點(diǎn)型變焦透鏡系統(tǒng),已知這樣一 種變焦透鏡系統(tǒng),其按照從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有正折光力的第一透鏡單元、具有負(fù) 折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元、以及后面的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元。 在它們之中,已知一種包括5個(gè)透鏡單元的五單元變焦透鏡系統(tǒng),這5個(gè)透鏡單元按照從 物側(cè)到像側(cè)的順序具有正折光力、負(fù)折光力、正折光力、負(fù)折光力和正折光力(美國(guó)專(zhuān)利 No. 7,177,092)。另外,已知一種包括6個(gè)透鏡單元的六單元變焦透鏡系統(tǒng),這6個(gè)透鏡單 元按照從物側(cè)到像側(cè)的順序具有正折光力、負(fù)折光力、正折光力、負(fù)折光力、正折光力和負(fù) 折光力(美國(guó)專(zhuān)利No. 6,373,639)。通常,為了獲得整個(gè)系統(tǒng)尺寸縮小同時(shí)具有預(yù)先確定的變焦比的變焦透鏡系統(tǒng), 需要增強(qiáng)構(gòu)成所述變焦透鏡系統(tǒng)的每個(gè)透鏡單元的折光力(光焦度或焦距的倒數(shù))以減 少透鏡數(shù)量。然而,這樣的變焦透鏡系統(tǒng)具有伴隨變焦的大的像差變化,并且難以在整個(gè) 變焦范圍上獲得高的光學(xué)性能。特別是,難以校正各種像差,例如,望遠(yuǎn)端處的色差。為 了在上述五單元變焦透鏡系統(tǒng)或六單元變焦透鏡系統(tǒng)中獲得良好的光學(xué)性能,同時(shí)獲得 高變焦比并且縮小整個(gè)透鏡系統(tǒng)的尺寸,適當(dāng)?shù)卦O(shè)置每個(gè)透鏡單元的折光力和透鏡構(gòu)造 (configuration)以及每個(gè)透鏡單元在變焦時(shí)的移動(dòng)條件是重要的。特別是,適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第 一透鏡單元的折光力以及第一、第三和第四透鏡單元在變焦時(shí)的移動(dòng)條件是重要的。除非 適當(dāng)?shù)卦O(shè)置這些結(jié)構(gòu),否則難以獲得整個(gè)系統(tǒng)小、視場(chǎng)角寬、變焦比高并且光學(xué)性能高的變 焦透鏡系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)小、視場(chǎng)角寬、變焦比高并且在整個(gè)變焦范圍上光學(xué)性能高的變焦透鏡系統(tǒng),以及提供一種包括所述變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)按照從物側(cè)到像側(cè)的順序包括第一透鏡單元,所述 第一透鏡單元具有正折光力;第二透鏡單元,所述第二透鏡單元具有負(fù)折光力;第三透鏡 單元,所述第三透鏡單元具有正折光力;第四透鏡單元,所述第四透鏡單元具有負(fù)折光力; 和第五透鏡單元,所述第五透鏡單元具有正折光力,其中,在從廣角端變焦到望遠(yuǎn)端時(shí),第 一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元移動(dòng),以使得第一透鏡單元和第 二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處大于在廣角端處,第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的 間隔距離在望遠(yuǎn)端處小于在廣角端處,以及第三透鏡單元和第四透鏡單元之間的間隔變 化;并且滿足以下條件表達(dá)式8. 0 < fl/fw < 25. 0 ;和0. 35 < fl/ft < 0. 70,其中,Π表示第一透鏡單元的焦距,fw和ft分別表示整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距 和在望遠(yuǎn)端處的焦距。從以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述,本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清晰。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面(A)、在第一中間變 焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的廣角端處的像差圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖2C是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖2D是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面(A)、在第一中間變 焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的廣角端處的像差圖。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖4C是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖4D是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面(A)、在第一中間變 焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖6A是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的廣角端處的像差圖。圖6B是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖6C是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖6D是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面(A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖8A是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的廣角端處的像差圖;圖8B是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖8C是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖8D是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面(A)、在第一中間變 焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖IOA是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的廣角端處的像差圖。圖IOB是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖IOC是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖IOD是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面㈧、在第一中間變 焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖12A是根 據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的廣角端處的像差圖。圖12B是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖12C是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖12D是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的在廣角端處的透鏡截面㈧、在第一中間變 焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在望遠(yuǎn)端處的透鏡截 面⑶。圖14A是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的廣角端處的像差圖。圖14B是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的第一中間變焦位置處的像差圖。圖14C是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的第二中間變焦位置處的像差圖。圖14D是根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖15是示出在其中將根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)字相機(jī)的主要部分的 示意圖。
具體實(shí)施例方式以下描述根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)和包括所述變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取設(shè)備。 根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)至少包括5個(gè)透鏡單元,這5個(gè)透鏡單元按照從物側(cè)到像側(cè)的 順序?yàn)榫哂姓酃饬Φ牡谝煌哥R單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第 三透鏡單元、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元和具有正折光力的第五透鏡單元。在變焦時(shí),第 一透鏡單元至第四透鏡單元移動(dòng)。具體而言,在從廣角端變焦到望遠(yuǎn)端時(shí),第一透鏡單元、 第二透鏡單元和第三透鏡單元移動(dòng),以使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔在望 遠(yuǎn)端處大于在廣角端處,同時(shí)第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處小于在 廣角端處。此外,第四透鏡單元沿著與第三透鏡單元的軌跡不同的軌跡移動(dòng),以使得第三透鏡單元和第 四透鏡單元之間的間隔變化。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端(短焦距端)處 的透鏡截面(A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截 面(C)和在望遠(yuǎn)端(長(zhǎng)焦距端)處的透鏡截面⑶。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D分別是根據(jù) 第一實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端處、在第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處 和在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端處的透鏡截面 (A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在 望遠(yuǎn)端處的透鏡截面(D)。圖4A、圖4B、圖4C和圖4D分別是根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡系 統(tǒng)在廣角端處、在第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處和在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端處的透鏡截面 (A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在 望遠(yuǎn)端處的透鏡截面(D)。圖6A、圖6B、圖6C和圖6D是根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端處、在 第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處和在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端的透鏡截面 (A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在 望遠(yuǎn)端處的透鏡截面(D)。圖8A、圖8B、圖8C和圖8D分別是根據(jù)第四實(shí)施例的變焦透鏡系 統(tǒng)在廣角端處、在第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處和在望遠(yuǎn)端處的像差圖。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端的透鏡截面 (A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在 望遠(yuǎn)端處的透鏡截面(D)。圖10A、圖10B、圖IOC和圖IOD分別是根據(jù)第五實(shí)施例的變焦透 鏡系統(tǒng)在廣角端處、在第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處和在望遠(yuǎn)端處的像差 圖。圖11示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端處的透鏡截面 (A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在 望遠(yuǎn)端處的透鏡截面(D)。圖12A、圖12B、圖12C和圖IOD分別是根據(jù)第六實(shí)施例的變焦透 鏡系統(tǒng)在廣角端處、在第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處和在望遠(yuǎn)端處的像差 圖。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)分別在廣角端處的透鏡截面 (A)、在第一中間變焦位置處的透鏡截面(B)、在第二中間變焦位置處的透鏡截面(C)和在 望遠(yuǎn)端處的透鏡截面(D)。圖14A、圖14B、圖14C和圖14D分別是根據(jù)第七實(shí)施例的變焦透 鏡系統(tǒng)在廣角端處、在第一中間變焦位置處、在第二中間變焦位置處和在望遠(yuǎn)端處的像差 圖。圖15是示出包括本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的相機(jī)(圖像拾取設(shè)備)的主要部分的 示意圖。每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為用于圖像拾取設(shè)備(例如,視頻相機(jī)、數(shù)字相機(jī)和鹵 化銀膠片相機(jī))的攝影透鏡系統(tǒng)。在透鏡截面中,左側(cè)對(duì)應(yīng)于對(duì)象側(cè)(物側(cè))(前側(cè)),而右 側(cè)對(duì)應(yīng)于像側(cè)(后側(cè))。在透鏡截面中,i表示從物側(cè)起的透鏡單元的順序,Li表示第i個(gè) 透鏡單元。在分別在圖1、圖3、圖7、圖11和圖13中示出的第一實(shí)施例、第二實(shí)施例、第四實(shí)施例、第六實(shí)施例和第七實(shí)施例的透鏡截面中,變焦透鏡系統(tǒng)包括具有正折光力的第一 透鏡單元Li、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元L2、具有正折光力的第三透鏡單元L3、具有負(fù) 折光力的第四透鏡單元L4和具有正折光力的第五透鏡單元L5。這些實(shí)施例中的每一個(gè)都 描述了正引導(dǎo)(positive-lead)型五單元變焦透鏡系統(tǒng)。在圖5中示出的第三實(shí)施例的透鏡截面中,變焦透鏡系統(tǒng)包括具有正折光力的 第一透鏡單元Li、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元L2、具有正折光力的第三透鏡單元L3、具 有負(fù)折光力的第四透鏡單元L4、具有正折光力的第五透鏡單元L5和具有負(fù)折光力的第六 透鏡單元L6。第三實(shí)施例描述正引導(dǎo)型六單元變焦透鏡系統(tǒng)。在圖9中示出的第五實(shí)施例 的透鏡截面中,變焦透鏡系統(tǒng)包括具有正折光力的第一透鏡單元Li、具有負(fù)折光力的第 二透鏡單元L2、具有正折光力的第三透鏡單元L3、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元L4、具有 正折光力的第五透鏡單元L5和具有正折光力的第六透鏡單元L6。第五實(shí)施例描述正引導(dǎo) 型六單元變焦透鏡系統(tǒng)。在每個(gè)實(shí)施例中,孔徑光闌SP置于第三透鏡單元L3的物側(cè)。光學(xué)塊G對(duì)應(yīng)于濾 光器、面板、晶體低通濾光器、紅外切割濾光器等。當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)用作視頻相機(jī)或數(shù)字靜 態(tài)相機(jī)的攝影光學(xué)系統(tǒng)時(shí),將諸如電荷耦合器件(CCD)傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)傳感器的固態(tài)圖像拾取元件(光電變換元件)的成像面設(shè)為像面IP。作為備選的 方案,當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)用于鹵化銀膠片相機(jī)時(shí),將與膠片表面對(duì)應(yīng)的感光表面設(shè)為像面IP。 在像差圖中,d、g、C和F分別表示d線、g線、C線和F線。ΔΜ和Δ S分別表示子午像面 (meridional image plane)禾口弧矢像面(sagittal image plane)。橫向色差用 g 線、C 線 和F線表示。符號(hào)ω表示半視場(chǎng)角(成像視場(chǎng)的角度的一半值),以及Fno表示F數(shù)。此 外,在下述每個(gè)實(shí)施例中,廣角端和望遠(yuǎn)端是指當(dāng)用于變倍的透鏡單元位于可沿著光軸機(jī) 械移動(dòng)的范圍的每個(gè)末端處的變焦位置。在每個(gè)實(shí)施例中,箭頭指示從廣角端到望遠(yuǎn)端的 變焦或者聚焦時(shí)的移動(dòng)軌跡。在每個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)執(zhí)行變焦時(shí),至少第一透鏡單元Ll至第四透鏡單元L4移動(dòng)。 在這種情況下,第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2之間的間隔在望遠(yuǎn)端處大于在廣角端 處,而第二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3之間的間隔在望遠(yuǎn)端處小于在廣角端處。具體 而言,在從廣角端變焦到望遠(yuǎn)端時(shí),第一透鏡單元Ll如箭頭所示沿著朝像側(cè)凸出的軌跡移 動(dòng)。這里,在變焦期間第一透鏡單元Ll最靠近像面的變焦位置為第一中間變焦位置。整個(gè) 系統(tǒng)在廣角端處的焦距和在望遠(yuǎn)端處的焦距分別表示為fV和ft。在這種情況下,當(dāng)整個(gè)系 統(tǒng)的焦距為fm2時(shí),滿足以下等式(A)的焦距fm2的變焦位置為第二中間變焦位置。fm2 = (fwXft)172. . . (A)第二透鏡單元L2以非線性方式朝像側(cè)移動(dòng)。第三透鏡單元L3朝物側(cè)移動(dòng)。第 四透鏡單元L4沿著與第三透鏡單元L3的軌跡不同的軌跡朝物側(cè)單調(diào)(monotonously)移 動(dòng),或者沿著朝物側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)。第四透鏡單元L4的移動(dòng)軌跡為朝物側(cè)凸出的軌跡, 因此,第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4之間的間隔被有效利用以有效地減小總透鏡長(zhǎng) 度。第五透鏡單元L5沿著朝物側(cè)凸出的軌跡移動(dòng),以校正伴隨變倍的像面變化。另外,采 用后焦點(diǎn)型,其中,在光軸上移動(dòng)第五透鏡單元L5以進(jìn)行聚焦。通過(guò)如每個(gè)透鏡截面中的 箭頭5c所示的那樣將第五透鏡單元L5驅(qū)動(dòng)到前側(cè),執(zhí)行在望遠(yuǎn)端從無(wú)限遠(yuǎn)處的物體到短 距離處的物體的聚焦。關(guān)于第五透鏡單元L5的實(shí)線曲線5a和虛線曲線5b分別表示用于校正當(dāng)聚集在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體或者短距離處的物體上時(shí)伴隨從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦的像面變化的移動(dòng)軌跡。注意可通過(guò)移動(dòng)第四透鏡單元L4來(lái)執(zhí)行聚焦。在分別于圖5和圖 9中示出的第三實(shí)施例和第五實(shí)施例中,第六透鏡單元L6不為了變焦而移動(dòng)。在每個(gè)實(shí)施 例中,孔徑光闌SP獨(dú)立于透鏡單元移動(dòng)。在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中,從物側(cè)到像側(cè)提供至少五個(gè)透鏡單元,這五個(gè) 透鏡單元包括具有正折光力的第一透鏡單元Li、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元L2、具有 正折光力的第三透鏡單元L3、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元L4和具有正折光力的第五透 鏡單元L5。以此方式,通過(guò)將具有負(fù)折光力的第四透鏡單元L4置于比孔徑光闌SP更靠近 像面?zhèn)?,前透鏡有效直徑可小于包括具有正折光力的透鏡單元、負(fù)折光力的透鏡單元、正折 光力的透鏡單元和正折光力的透鏡單元的四單元變焦透鏡系統(tǒng)的前透鏡有效直徑,從而容 易地實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)角。原因如下。在離軸光束的情況下,相對(duì)于孔徑光闌SP,距離光軸的光束 高度在物側(cè)和像側(cè)之間顛倒(inverted)。當(dāng)離軸光束穿過(guò)相對(duì)于孔徑光闌SP被置于像面 側(cè)的具有負(fù)折光力的透鏡單元時(shí),離軸光束受到發(fā)散作用,而其光束高度被顛倒的在孔徑 光闌SP的物側(cè)的離軸光束受到會(huì)聚作用。因此,在包括相對(duì)于孔徑光闌SP在像面?zhèn)鹊木?有負(fù)折光力的第四透鏡單元L4的透鏡構(gòu)造中,可使得穿過(guò)前透鏡(第一透鏡單元Li)的離 軸光束的入射高度小。另外,在每個(gè)實(shí)施例中,移動(dòng)第一透鏡單元Ll、第二透鏡單元L2和第 三透鏡單元L3來(lái)進(jìn)行變焦。在這種情況下,第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2之間的間隔在望遠(yuǎn)端處相對(duì) 于在廣角端處增大,從而增加第二透鏡單元L2的倍率。然后,移動(dòng)每個(gè)透鏡單元,以使得第 二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3之間的間隔減小。因此,第三透鏡單元L3被構(gòu)造成具有 使得伴隨變焦的變動(dòng)(例如球面像差或像場(chǎng)彎曲)被有效抑制的變倍效果。另外,第四透 鏡單元L4沿著與第三透鏡單元L3的軌跡不同的軌跡移動(dòng),并且第四透鏡單元L4被構(gòu)造成 具有變倍效果,從而作為整個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高變焦比。在上述五單元變焦透鏡系統(tǒng)或 六單元變焦透鏡系統(tǒng)中,當(dāng)試圖實(shí)現(xiàn)20或更高的高變焦比時(shí),可能在望遠(yuǎn)端處發(fā)生大的縱 向色差。為了避免這種情況,優(yōu)選與倍率成比例地弱化第一透鏡單元Ll的折光力。然而,如果弱化第一透鏡單元Ll的折光力,則伴隨從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦的第 一透鏡單元的移動(dòng)量增大,因此,總透鏡長(zhǎng)度在望遠(yuǎn)端處增大。總透鏡長(zhǎng)度的增大不僅導(dǎo)致 攝影時(shí)操控(handle)攝影透鏡的難度,而且還導(dǎo)致第一透鏡單元和比第一透鏡單元要靠 近像面的各透鏡單元之間的相對(duì)偏心,所述相對(duì)偏心易于由構(gòu)成透鏡筒的各部件之間的小 的間隙(松弛)產(chǎn)生。結(jié)果,傾向于容易地發(fā)生成像性能或周邊光量的劣化。另外,當(dāng)在試 圖實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)角(其半視場(chǎng)角在廣角端處約為35度或更大)的同時(shí)試圖弱化第一透鏡單 元Ll的折光力時(shí),第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4的折光力變得太強(qiáng),以至于不能充 分地校正變焦時(shí)的周邊像面變化和閃耀(flare)。因此,在每個(gè)實(shí)施例中,用fl表示第一 透鏡單元Ll的焦距,并分別用fV和ft表示整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距和在望遠(yuǎn)端處的焦 距。在這種情況下,滿足以下條件表達(dá)式。8. 0 < fl/fw < 25. 0. . . (1)0. 35 < fl/ft < 0. 70. . . (2)接著,對(duì)條件表達(dá)式(1)和(2)的技術(shù)意義進(jìn)行描述。條件表達(dá)式(1)和(2)分 別定義在廣角端處和在望遠(yuǎn)端處相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的焦距的第一透鏡單元Ll的折光力。如果第一透鏡單元Ll的折光力變得如此小,以至于條件表達(dá)式(1)中的上限值被超過(guò),則第 三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4的折光力變得太大,以至于不能實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)角(其半視 場(chǎng)角在廣角端處約為35度或更大),這不是所期望的。結(jié)果,難以充分地校正變焦時(shí)周邊 像面變化和屏幕上的閃耀。另外,第一透鏡單元Ll在變焦時(shí)的移動(dòng)量增大,因此,總透鏡長(zhǎng) 度和前透鏡有效直徑增大。另一方面,如果第一透鏡單元Ll的折光力變得如此大,以至于 條件表達(dá)式(1)中的下限值被超過(guò),則第一透鏡單元Ll處的離軸光束的入射高度增大。然 后,在廣角端處發(fā)生大的橫向色差,使得難以通過(guò)其它透鏡單元校正橫向色差。如果第一透鏡單元Ll的折光力變得如此小,以至于條件表達(dá)式(2)中的上限值 被超過(guò),則第一透鏡單元Ll在變焦時(shí)的移動(dòng)量增大,使得總透鏡長(zhǎng)度和前透鏡有效直徑增 大。另一方面,如果第一透鏡單元Ll的折光力變得如此大,以至于條件表達(dá)式(2)中的下 限值被超過(guò),則在望遠(yuǎn)端處發(fā)生大的縱向色差,使得難以在整個(gè)變焦范圍中實(shí)現(xiàn)良好的光 學(xué)性能。優(yōu)選如下設(shè)置條件表達(dá)式(1)和(2)中的數(shù)值范圍。10. 0 < fl/fw < 23. 0. · · (la)0. 4 < fl/ft < 0. 7 ... (2a)更優(yōu)選地,如下設(shè)置條件表達(dá)式(Ia)和(2a)中的數(shù)值范圍。 12. 0 < fl/fw < 22. 0. . . (lb)0. 45 < fl/ft < 0. 70. · · (2b)在每個(gè)實(shí)施例中,通過(guò)上述每個(gè)元件的結(jié)構(gòu),可獲得這樣的變焦透鏡系統(tǒng),所述變 焦透鏡系統(tǒng)的整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)小、視場(chǎng)角寬、變焦比高、光學(xué)性能高(充分地校正像差,例如, 整個(gè)變焦范圍上的縱向色差、橫向色差、球面像差和像場(chǎng)彎曲)的。在每個(gè)實(shí)施例中,更優(yōu) 選地,滿足以下條件中的至少一個(gè)。分別用f2和f5表示第二透鏡單元L2的焦距和第五透 鏡單元L5的焦距。分別用ml、m3和m4表示第一透鏡單元Li、第三透鏡單元L3和第四透 鏡單元L4隨著從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦的移動(dòng)量。注意,假定當(dāng)在光軸方向上每個(gè)透鏡 單元在望遠(yuǎn)端處的位置相對(duì)于所述透鏡單元在廣角端處的位置在像面?zhèn)葧r(shí),移動(dòng)量的符號(hào) 是正的,同時(shí)如果在光軸方向上每個(gè)透鏡單元在望遠(yuǎn)端處的位置相對(duì)于所述透鏡單元在廣 角端處的位置在物側(cè),則所述符號(hào)是負(fù)的。認(rèn)為第一透鏡單元Ll在變焦期間最靠近像面時(shí) 的變焦位置是第一中間變焦位置,在這種情況下,用mlmid表示第一透鏡單元Ll從廣角端 到第一中間變焦位置的移動(dòng)量。該移動(dòng)量的符號(hào)與以上所述的相同。當(dāng)透鏡單元在第一 中間變焦位置處的位置在所述透鏡單元在廣角端處的位置的像面?zhèn)葧r(shí),所述符號(hào)被定義為 正,同時(shí)當(dāng)透鏡單元在第一中間變焦位置處的位置在所述透鏡單元在廣角端處的位置的物 側(cè)時(shí),所述符號(hào)被定義為負(fù)。分別用β 2w和β 2t表示第二透鏡單元L2在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端處 的橫向倍率。分別用β 3w和β 3t表示第三透鏡單元L3在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端 處的橫向倍率。分別用0 和β 4t表示第四透鏡單元L4在廣角端處的橫向倍率和在望 遠(yuǎn)端處的橫向倍率。第一透鏡單元Ll包括膠合透鏡,在所述膠合透鏡中,負(fù)透鏡Gll和正 透鏡G12被膠合。用vdlp表示形成構(gòu)成膠合透鏡的正透鏡G12的材料的阿貝數(shù),用θ gFlp 表示所述材料的部分色散比(partial dispersion ratio)。這里,用等式θ gF = (Ng-NF)/ (NF-NC)表達(dá)部分色散比9gF,其中,分別用NC、NF、Ng表示C線、F線和g線上的折射率。 用Lt表示在望遠(yuǎn)端處第一透鏡單元Ll中最靠近物側(cè)的第一透鏡表面和像面之間的距離。在這種情況下,優(yōu)選滿足以下條件表達(dá)式中的至少一個(gè)。5. 0 < f5/fw < 15. 0 …(3)0. 4 < m4/m3 < 1. 5 ... (4)-12. 0 < fl/f2 < -4. 0 …(5)1. 0 < ml/m3 <2.1 ... (6)0. 05 < mlmid/ | ml | < 0. 60 ... (7)10 < (β 2tX β 3 )/(β 2wX β 3w) < 40 . . . (8)-2. 8 < f2/fw < -1. 5 …(9)1. 0 < β 4t/ β 4w < 3. 0 …(10)-0. 0016vdlp+0. 641 < θ gFlp …(11)0. 7 < Lt/ft <1.4 ... (12)1. 5 < ( β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) < 5. 0 ... (13)接著,對(duì)上述條件表達(dá)式的技術(shù)意義進(jìn)行描述。條件表達(dá)式(3)定義第五透鏡單元L5的折光力。如果第五透鏡單元L5的折光力 變得如此小,以至于條件表達(dá)式(3)中的上限值被超過(guò),則不能通過(guò)第五透鏡單元L5充分 地校正伴隨變倍的像面變化,特別是在靠近望遠(yuǎn)端的變焦范圍內(nèi)不能通過(guò)第五透鏡單元L5 充分地校正伴隨變倍的像面變化。結(jié)果,第五透鏡單元在變焦時(shí)的移動(dòng)量變得太大,以至于 總透鏡長(zhǎng)度增大,這不是所期望的。另外,在靠近望遠(yuǎn)端的變焦范圍內(nèi),第五透鏡單元L5的 伴隨聚焦的移動(dòng)量變得太大,以至于不能將到可被拍攝的短距離處的物體的距離設(shè)置為短 值。另一方面,如果第五透鏡單元L5的折光力變得如此大,以至于條件表達(dá)式(3)中的下 限值被超過(guò),則伴隨聚焦的像差(例如,縱向色差、橫向色差和像場(chǎng)彎曲)的變化變得太大, 因此,關(guān)于短距離處的物體的光學(xué)性能劣化。條件表達(dá)式(4)定義第四透鏡單元L4隨著變焦相對(duì)于第三透鏡單元L3的移動(dòng) 量。如果第四透鏡單元L4隨著變焦的移動(dòng)量m4變得如此大,以至于條件表達(dá)式(4)的上限 值被超過(guò),則隨著變焦在第四透鏡單元L4中產(chǎn)生的像場(chǎng)彎曲的變動(dòng)量變得太大,這難以通 過(guò)其它透鏡單元來(lái)校正。另一方面,如果第四透鏡單元L4隨著變焦的移動(dòng)量m4變得如此 小,以至于條件表達(dá)式(4)中的下限值被超過(guò),則不能將足夠的倍率給予第四透鏡單元L4, 因此,難以獲得高變焦比。條件表達(dá)式(5)定義第一透鏡單元Ll的折光力和第二透鏡單元L2的折光力之間 的比率。如果第二透鏡單元L2的折光力變得如此小,以至于條件表達(dá)式(5)中的上限值被 超過(guò),則用于確保必要的倍率的第二透鏡單元L2的移動(dòng)量增大,因此,總透鏡長(zhǎng)度和前透 鏡有效直徑增大。另一方面,如果第二透鏡單元L2的折光力變得如此大,以至于條件表達(dá) 式(5)中的下限值被超過(guò),則隨著變焦,在第二透鏡單元L2中產(chǎn)生大的橫向色差。另外,像 場(chǎng)彎曲的變動(dòng)變得太大,這難以通過(guò)其它透鏡單元校正。條件表達(dá)式(6)定義在變焦時(shí)第一透鏡單元Ll的移動(dòng)量和第三透鏡單元L的移 動(dòng)量。如果第一透鏡單元Ll隨著變焦的移動(dòng)量變得如此大,以至于條件表達(dá)式(6)的上限 值被超過(guò),則總透鏡長(zhǎng)度增大。另外,另一方面,如果第一透鏡單元Ll的移動(dòng)量變得如此 小,以至于條件表達(dá)式(6)中的下限值被超過(guò),則難以通過(guò)第二透鏡單元L2獲得足夠的倍 率,并且難以獲得 高變焦比。
條件表達(dá)式(7)定義第一透鏡單元Ll隨著變焦的移動(dòng)軌跡。在變焦時(shí),第一透鏡 單元Ll在變焦時(shí)沿著朝像面?zhèn)韧钩龅能壽E移動(dòng)。因此,在從廣角端到第一中間變焦位置附 近的范圍內(nèi)入瞳距離變短,從而實(shí)現(xiàn)小的前透鏡有效直徑。如果第一透鏡單元Ll從廣角端 到第一中間變焦位置的移動(dòng)量變得如此大,以至于條件表達(dá)式(7)的上限值被超過(guò),則像 場(chǎng)彎曲的變動(dòng)在作為移動(dòng)軌跡的拐點(diǎn)的第一中間變焦位置附近變得太大。難以通過(guò)其它透 鏡單元校正所述變動(dòng)。另一方面,如果第一透鏡單元Ll朝像面?zhèn)鹊囊苿?dòng)量變得如此小,以 至于條件表達(dá)式(7)中的下限值被超過(guò),則在第一中間變焦位置附近穿過(guò)前透鏡(第一透 鏡單元Li)的離軸光束的入射高度變高,以使得前透鏡有效直徑增大,這不是所期望的。條件表達(dá)式(8)定義第二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3的倍率。如果第二透鏡 單元L2和第三透鏡單元L3的倍率變得如此大,以至于條件表達(dá)式(8)中的上限值被超過(guò), 則伴隨變焦的橫向色差、球面像差、像場(chǎng)彎曲變動(dòng)等變得太大,這難以通過(guò)其它透鏡單元來(lái) 校正。如果第二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3的倍率變得如此小,以至于條件表達(dá)式(8) 中的下限值被超過(guò),則難以獲得高變焦比。條件表達(dá)式(9)定義第二透鏡單元L2的折光力。如果第二透鏡單元L2的折光力 變得如此大,以至于條件表達(dá)式(9)中的上限值被超過(guò),則在廣角端處在第二透鏡單元L2 中產(chǎn)生大的橫向色差或像場(chǎng)彎曲,這難以通過(guò)其它透鏡單元來(lái)校正。另一方面,如果第二透 鏡單元L2的折光力變得如此小,以至于條件表達(dá)式(9)中的下限值被超過(guò),則用于確保必 要的倍率的第二透鏡單元L2的移動(dòng)量增大,因此,總透鏡長(zhǎng)度和前透鏡有效直徑增大。條件表達(dá)式(10)定義第四透鏡單元L4的倍率。如果第四透鏡單元L4的倍率變 得如此大,以至于條件表達(dá)式(10)中的上限值被超過(guò),則在第四透鏡單元L4中產(chǎn)生的像場(chǎng) 彎曲的變動(dòng)量變得太大,這難以通過(guò)其它透鏡單元來(lái)校正。另一方面,如果第四透鏡單元L4 的倍率變得如此小,以至于條件表達(dá)式(10)中的下限值被超過(guò),則難以獲得高變焦比。條件表達(dá)式(11)定義構(gòu)成第一透鏡單元Ll中所包括的膠合透鏡的正透鏡G12的 材料。如果正透鏡G12的材料的部分色散比QgFlp變得如此小,以至于條件表達(dá)式(11) 的左側(cè)被超過(guò),則難以校正構(gòu)成膠合透鏡的負(fù)透鏡Gll中所產(chǎn)生的二次光譜。特別是,在望 遠(yuǎn)端處,縱向色差和橫向色差的二次光譜增大。結(jié)果,特別是,在望遠(yuǎn)端處,所拍攝的圖像的 輪廓處的顏色或分辨率劣化,因此,難以獲得高光學(xué)性能。條件表達(dá)式(12)定義望遠(yuǎn)端處的總透鏡長(zhǎng)度和整個(gè)系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端處的焦距之間 的比率(望遠(yuǎn)率)。如果望遠(yuǎn)率變得如此大,以至于條件表達(dá)式(12)中的上限值被超過(guò),則 難以縮小變焦透鏡系統(tǒng)的尺寸。另一方面,如果望遠(yuǎn)率變得如此小,以至于條件表達(dá)式(12) 中的下限值被超過(guò),則第一透鏡單元Ll或第二透鏡單元L2的折光力變得太大。結(jié)果,伴隨 變焦的各種像差(例如,球面像差、色差和像場(chǎng)彎曲)的變動(dòng)變得太大,這難以通過(guò)其它透 鏡單元來(lái)校正。條件表達(dá)式(13)定義第二透鏡單元L2的倍率和第三透鏡單元L3的倍率之間的 比率。如果第二透鏡單元L2的倍率變得如此大,以至于條件表達(dá)式(13)中的上限值被超 過(guò),則伴隨變焦的各種像差(例如,在第二透鏡單元L2中產(chǎn)生的橫向色差和像場(chǎng)彎曲)的 變動(dòng)變得太大,這難以通過(guò)其它透鏡單元來(lái)校正。另一方面,如果第三透鏡單元L3的倍率 變得如此大,以至于條件表達(dá)式(13)中的下限值被超過(guò),則伴隨變焦而在第三透鏡單元L3 中產(chǎn)生的球面像差的變動(dòng)變得太大,這難以通過(guò)其它透鏡單元來(lái)校正。注意優(yōu)選如下設(shè)置條件表達(dá)式(3)至(10)、(12)和(13)的數(shù)值范圍。5. 5 < f5/fw < 13. 0 …(3a)0. 5 < m4/m3 < 1. 3 ... (4a)-10. 0 < fl/f2 < -5. 0 ... (5a)1. 2 < ml/m3 < 2. 3 ... (6a)0. 10 < mlmid/|ml | < 0. 45 …(7a)12 < (β 2tX β 3 )/(β 2wX β 3w) < 32 . . . (8a)-2. 6 < f2/fw <-1.7 ... (9a)1. 1 < β 4t/ β 4w < 2. 5 ... (IOa)0. 75 < Lt/ft < 1. 30 …(12a)1. 8 < ( β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) < 4. 0 …(13a)另外,更優(yōu)選如下設(shè)置條件表達(dá)式(3a)至(IOa)、(12a)和(13a)的數(shù)值范圍,以 優(yōu)化每個(gè)條件表達(dá)式的上述效果。6. 0 < f5/fw < 12. 0 ... (3b)0. 6 < m4/m3 <1.1 ... (4b)-9. 0 < fl/f2 < -6. 0 ... (5b)1. 3 < ml/m3 < 2. 0 ... (6b)0. 15 < mlmid/|ml | < 0. 35 ... (7b)15 < (β 2tX β 3 )/(β 2wX β 3w) < 27 . . . (8b)-2. 5 < f2/fw <-1.8 ... (9b)1. 15 < β 4t/ β 4w < 2. 00 ... (IOb)0. 8 < Lt/ft <1.2 ... (12b)2. 0 < ( β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) < 3. 2 ... (13b)根據(jù)每個(gè)實(shí)施例,通過(guò)上述結(jié)構(gòu),可獲得整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)小、視場(chǎng)角寬、變焦比高 (約30)、整個(gè)變焦范圍上光學(xué)性能高的變焦透鏡系統(tǒng)。在每個(gè)實(shí)施例中,希望在變焦時(shí)孔徑光闌SP沿著與第三透鏡單元L3的軌跡不同的軌跡移動(dòng)。在變焦時(shí)孔徑光闌SP獨(dú)立于第三透鏡單元L3移動(dòng),因此,與孔徑光闌SP置于 第三透鏡單元L3附近并且與第三透鏡單元L3作為一個(gè)單元一起移動(dòng)的情況相比,入瞳位 置變短。因此,可降低穿過(guò)第一透鏡單元Ll和第二透鏡單元L2的離軸光束的入射高度,因 此,可減小構(gòu)成透鏡單元的各透鏡的有效直徑和厚度。另外,在孔徑光闌SP與第三透鏡單 元L3作為一個(gè)單元一起移動(dòng)的情況下,當(dāng)試圖從廣角端到第二中間變焦位置在屏幕周邊 中確保足夠的光量時(shí),周邊光量在屏幕周邊中急劇降低。另一方面,當(dāng)孔徑光闌SP獨(dú)立于 第三透鏡單元L3從廣角端移動(dòng)合適量到達(dá)第一中間變焦位置時(shí),由于軸向光通量發(fā)散,所 以可減小光闌直徑。通過(guò)減小光闌直徑和將孔徑光闌SP置于第三透鏡單元L3的物側(cè),可 切斷周邊角中到達(dá)低圖像高度的離軸光束的一部分,因此,可略微降低周邊光量,以使得周 邊光量的降低不顯著。另外,當(dāng)孔徑光闌SP從第一中間變焦位置朝物側(cè)移動(dòng)到望遠(yuǎn)端時(shí), 可因此獲得切斷離軸光通量的閃耀分量的效果。注意孔徑光闌SP的光闌直徑在每個(gè)變焦 位置處可以是固定的或者可變的。當(dāng)光闌直徑固定時(shí),孔徑光闌SP的控制變得容易。另一方面,當(dāng)孔徑光闌SP的光闌直徑可變,以從第一中間變焦位置到望遠(yuǎn)端減小時(shí),可從第一中間 變焦位置到望遠(yuǎn)端切斷離軸光束的閃耀分量。此外,穿過(guò)離軸光通量的前 透鏡的入射光的高度降低,因此,可減小前透鏡有效直徑。希望第四透鏡單元L4由一個(gè)透 鏡部件構(gòu)成。當(dāng)?shù)谒耐哥R單元L4由一個(gè)透鏡部件構(gòu)成時(shí),可容易地減小總透鏡長(zhǎng)度,并且 可減輕第四透鏡單元L4的重量,這對(duì)于變焦時(shí)的驅(qū)動(dòng)是有利的。這里,一個(gè)透鏡部件不僅 適用于透鏡單元由單個(gè)透鏡構(gòu)成的情況,而且還適用于透鏡單元由膠合透鏡構(gòu)成的情況, 在所述膠合透鏡中,一個(gè)或多個(gè)正透鏡和負(fù)透鏡被膠合。當(dāng)使用膠合透鏡時(shí),在實(shí)現(xiàn)變焦透 鏡系統(tǒng)的寬視場(chǎng)角的情況下,易于在廣角端處適當(dāng)?shù)匦U臋M向色差。希望第五透鏡單元 L5由一個(gè)透鏡部件構(gòu)成。移動(dòng)第五透鏡單元L5來(lái)校正伴隨變焦的像面變化,并且移動(dòng)第五 透鏡單元L5來(lái)進(jìn)行聚焦。因此,其移動(dòng)量大,并且其驅(qū)動(dòng)頻率高。因此,優(yōu)選地,用一個(gè)透 鏡部件構(gòu)成第五透鏡單元L5以減輕重量,以使得可減小驅(qū)動(dòng)扭矩。接著,對(duì)每個(gè)實(shí)施例的 透鏡構(gòu)造進(jìn)行描述。第一實(shí)施例第一實(shí)施例描述五單元變焦透鏡系統(tǒng),所述五單元變焦透鏡系統(tǒng)按照從物側(cè)到像 側(cè)的順序包括具有正折光力的透鏡單元、具有負(fù)折光力的透鏡單元、具有正折光力的透鏡 單元、具有負(fù)折光力的透鏡單元和具有正折光力的透鏡單元。第一透鏡單元Ll由膠合透鏡 和物側(cè)為凸表面的彎月形正透鏡G13構(gòu)成,在所述膠合透鏡中,正透鏡G12和物側(cè)為凸表面 的彎月形負(fù)透鏡Gll被膠合。第一透鏡單元Ll由三個(gè)透鏡構(gòu)成,因此,在可適當(dāng)?shù)匦U?差(例如,球面像差、縱向色差和橫向色差)的同時(shí),獲得高變焦比。第二透鏡單元L2由三 個(gè)透鏡構(gòu)成,這三個(gè)透鏡按照從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有朝物側(cè)的凸表面的彎月形負(fù) 透鏡、具有朝像面?zhèn)鹊陌急砻娴呢?fù)透鏡和具有朝物側(cè)的凸表面的正透鏡,從而抑制伴隨變 焦的像差變化。第三透鏡單元L3由具有朝物側(cè)的凸表面的正透鏡、具有朝像面?zhèn)鹊陌急砻?的負(fù)透鏡和具有朝像面?zhèn)鹊耐贡砻娴恼哥R構(gòu)成。通過(guò)第三透鏡單元L3的該構(gòu)造,可將第 三透鏡單元L3的物側(cè)主點(diǎn)置于第三透鏡單元L3中最靠近物側(cè)的透鏡表面附近,這對(duì)減小 前透鏡直徑是有利的。如上所述,第四透鏡單元L4和第五透鏡單元L5均由一個(gè)透鏡部件 構(gòu)成。通過(guò)上述構(gòu)造,實(shí)現(xiàn)廣角端處ω =37. 9度的半視場(chǎng)角和26. 8的變焦比。注意可 移動(dòng)整個(gè)第三透鏡單元L3或第三透鏡單元L3的一部分,或者移動(dòng)第四透鏡單元L4,以在與 光軸垂直的方向上具有分量,以校正當(dāng)變焦透鏡系統(tǒng)顫動(dòng)時(shí)所拍攝的圖像中的模糊。第二實(shí)施例根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為與第一實(shí)施例類(lèi)似的五單元變焦透鏡系統(tǒng)。根 據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的每個(gè)透鏡單元的構(gòu)造與第一實(shí)施例相同。第四透鏡單元 L4在從廣角端變焦到望遠(yuǎn)端時(shí)沿著朝物側(cè)凸出的軌跡移動(dòng),因此,望遠(yuǎn)率減小。在第二實(shí)施 例中,實(shí)現(xiàn)廣角端處ω = 37. 8度的半視場(chǎng)角和26. 8的變焦比。第三實(shí)施例根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為六單元變焦透鏡系統(tǒng),所述六單元變焦透鏡系 統(tǒng)按照從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有正折光力的透鏡單元、具有負(fù)折光力的透鏡單元、具 有正折光力的透鏡單元、具有負(fù)折光力的透鏡單元、具有正折光力的透鏡單元和具有負(fù)折 光力的透鏡單元。第三實(shí)施例通過(guò)將一個(gè)透鏡單元添加到根據(jù)第一或第二實(shí)施例的變焦透 鏡系統(tǒng)來(lái)促進(jìn)更高水平的像差校正。第六透鏡單元L6不為了變焦而移動(dòng),并且被置于靠 近像面的位置處。由于將第六透鏡單元L6置于靠近成像裝置的前側(cè)就足夠了,所以可實(shí)現(xiàn)根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng),而不會(huì)使得第一或第二實(shí)施例的透鏡筒結(jié)構(gòu)變復(fù)雜太多。構(gòu)成第六透鏡單元L6的透鏡的物側(cè)的透鏡表面為非球形,因此,可適當(dāng)?shù)匦U駡?chǎng)彎 曲??蓪⑾駛?cè)的透鏡表面設(shè)置為非球形,以獲得類(lèi)似的效果。在第三實(shí)施例中,實(shí)現(xiàn)廣角端 處ω = 37. 8度的半視場(chǎng)角和20的變焦比。第四實(shí)施例根據(jù)第四實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為與第一實(shí)施例類(lèi)似的五單元變焦透鏡系統(tǒng)。每 個(gè)透鏡單元的透鏡構(gòu)造與第一實(shí)施例相同。在第四實(shí)施例中,實(shí)現(xiàn)廣角端處ω =42.0度 的半視場(chǎng)角和30的變焦比。為了增大廣角端處的視場(chǎng)角,必須增大第二透鏡單元L2的折 光力,但是隨之,在廣角端處在第二透鏡單元L2中發(fā)生沿向上方向的大的像場(chǎng)彎曲。因此, 將第二透鏡單元L2最靠近物側(cè)的透鏡的像面?zhèn)鹊耐哥R表面設(shè)置為非球形,使得曲率半徑 在透鏡周邊局部地增大(折光力弱化)。因此,在廣角端處校正了像場(chǎng)彎曲,使得像面的平 坦性得到改進(jìn)。第五實(shí)施例根據(jù)第五實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為六單元變焦透鏡系統(tǒng),所述六單元變焦透鏡系 統(tǒng)按照從物側(cè)到像側(cè)的順序包括具有正折光力的透鏡單元、具有負(fù)折光力的透鏡單元、具 有正折光力的透鏡單元、具有負(fù)折光力的透鏡單元、具有正折光力的透鏡單元和具有正折 光力的透鏡單元。在第五實(shí)施例中,實(shí)現(xiàn)廣角端處ω =44. 9度的半視場(chǎng)角和30的變焦 比。第六透鏡單元L6中的物側(cè)的透鏡在物側(cè)具有下述透鏡表面,所述透鏡表面由于與第三 實(shí)施例中相同的理由而被設(shè)置為非球形。當(dāng)試圖同時(shí)實(shí)現(xiàn)廣角端處的寬視場(chǎng)角和高變焦比 時(shí),穿過(guò)第二透鏡單元L2的周邊光通量的入射角和光束的入射高度在廣角端和望遠(yuǎn)端之 間大大不同。因此,在透鏡單元中發(fā)生大的橫向色差、像場(chǎng)彎曲等。另外,伴隨變焦的這些 像差的變動(dòng)增大。因此,第二透鏡單元L2由包括負(fù)透鏡、負(fù)透鏡、負(fù)透鏡和正透鏡的四個(gè)透 鏡構(gòu)成,因此,伴隨變焦的像差變動(dòng)被抑制為小。另外,一個(gè)透鏡表面具有非球形,使得向上 方向上的像場(chǎng)彎曲,特別是廣角端處的向上方向上的像場(chǎng)彎曲被適當(dāng)?shù)匦U?。第六?shí)施例根據(jù)第六實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為與第一實(shí)施例類(lèi)似的五單元變焦透鏡系統(tǒng)。每 一個(gè)透鏡單元的透鏡構(gòu)造與第一實(shí)施例相同。在第六實(shí)施例中,為了實(shí)現(xiàn)廣角端處ω = 45. 7度的半視場(chǎng)角和30的變焦比,第四透鏡單元L4為由正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成的膠合透鏡, 因此,伴隨變焦的橫向色差和像場(chǎng)彎曲變動(dòng)可被適當(dāng)?shù)匦U?。另外,?gòu)成第二透鏡單元L2 的透鏡由折射率高的玻璃材料制成,以抑制當(dāng)實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)角和高變焦比時(shí)伴隨第二透鏡單 元L2的折光力的增大的負(fù)方向上的匹茲閥和(Petzval sum)的增大。第七實(shí)施例根據(jù)第七實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)為與第一實(shí)施例類(lèi)似的五單元變焦透鏡系統(tǒng)。在 第七實(shí)施例中,為了在廣角端處實(shí)現(xiàn)更寬的視場(chǎng)角,第二透鏡單元L2由包括非球面的四個(gè) 透鏡構(gòu)成,因此,廣角端處的各種像差(例如,橫向色差和像場(chǎng)彎曲)被適當(dāng)?shù)匦U?。其?透鏡單元的構(gòu)造與第一實(shí)施例相同。在第七實(shí)施例中,實(shí)現(xiàn)廣角端處ω = 47. 1度的半視 場(chǎng)角和30的變焦比。以上對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述,但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例,可在 本發(fā)明的精神范圍內(nèi)對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。
接著,參照?qǐng)D15對(duì)將根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)用作攝影光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字靜態(tài) 相機(jī)的實(shí)施例進(jìn)行描述。在圖15中,所述數(shù)字靜態(tài)相機(jī)包括相機(jī)主體20和攝影光學(xué)系統(tǒng) 21,攝影光學(xué)系統(tǒng)21由上述第一至第七實(shí)施例中的變焦透鏡系統(tǒng)中的任何一種構(gòu)成。所述 數(shù)字靜態(tài)相機(jī)還包括結(jié)合在相機(jī)主體中的用于接收由攝影光學(xué)系統(tǒng)21形成的目標(biāo)的圖像 的固態(tài)圖像拾取元件(光電變換元件)22,例如CCD傳感器或CMOS傳感器。所述數(shù)字靜態(tài) 相機(jī)還包括用于記錄與目標(biāo)的圖像對(duì)應(yīng)的信息的存儲(chǔ)器23,固 態(tài)圖像拾取元件22已對(duì)所 述信息執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。所述數(shù)字靜態(tài)相機(jī)還包括由液晶顯示面板等構(gòu)成的取景器24,用于 觀察在固態(tài)圖像拾取元件22上形成的目標(biāo)的圖像。以此方式,通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的變焦透 鏡系統(tǒng)用于圖像拾取設(shè)備(例如,數(shù)字靜態(tài)相機(jī)或視頻相機(jī)),可提供光學(xué)性能高的小尺寸 圖像拾取設(shè)備。在每個(gè)實(shí)施例中,在廣角端處大量地產(chǎn)生負(fù)畸變,因此,固態(tài)圖像拾取元件 的成像范圍被設(shè)置成比其它變焦位置處的成像范圍小的范圍??赏ㄟ^(guò)用于處理來(lái)自固態(tài)圖 像拾取元件的信號(hào)的信號(hào)處理電路來(lái)電子校正所獲得的圖像信息的畸變,以輸出畸變小的 圖像。接著,對(duì)分別與本發(fā)明的第一至第七實(shí)施例對(duì)應(yīng)的數(shù)值實(shí)施例1至7進(jìn)行描述。在 每個(gè)數(shù)值實(shí)施例中,i表示從物側(cè)起的光學(xué)表面的順序,ri表示第i個(gè)光學(xué)表面(第i個(gè)表 面)的曲率半徑,di表示第i個(gè)表面和第(i+Ι)個(gè)表面之間的間隔,ndi和vdi分別表示第 i個(gè)光學(xué)構(gòu)件的材料相對(duì)于d線的折射率和阿貝數(shù)。另外,k表示偏心,A4、A6和A8表示非 球面系數(shù),并用X表示距離光軸高度h的位置在光軸方向上相對(duì)于表面頂點(diǎn)的位移。然后, 用以下等式表達(dá)非球形。X = (h2/R) / [1+ [1- (1+k) (h/R)2]1/2] +A4h4+A6h6+A8h8其中,R表示近軸曲率半徑。另外,表達(dá)式“E-Z”表示10_z。數(shù)值實(shí)施例中的最后 兩個(gè)表面為光學(xué)塊(例如,濾光器、面板等)的表面。在每個(gè)實(shí)施例中,后焦距(BF)以空氣 中的等同長(zhǎng)度表示透鏡末端表面和近軸像面之間的距離??偼哥R長(zhǎng)度為最靠近物側(cè)的透鏡 表面和最后的透鏡表面之間的距離加上后焦距。另外,表1中示出每個(gè)數(shù)值實(shí)施例和上述 條件表達(dá)式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。半視場(chǎng)角為通過(guò)光束跡線確定的值。數(shù)值實(shí)施例1單位:mm表面數(shù)據(jù)表面編號(hào) rd ndvd1121.799 1.60 1.80610 33.3249.556 4.62 1.49700 81. 53-194.668 0.18442.248 3.00 1.60311 60.65133.383 (可變)684.974 1.00 1.88300 40.878.369 4.268-24.608 0.70 1.77250 49.6958.741 0.221018.926 2.07 1.94595 18.0
11102.403 (可變)12 (光闌)①(可變)13*10.353 2.80 1.58313 59.414*-109.462 2.901523.498 0. 70 1.84666 23.9
169.540 0. 661718.598 1.97 1.48749 70.218-25.104 (可變)19782.644 0.70 1.48749 70.22024.650 (可變)2117.657 1.65 1.48749 70.222 -1178.697 (可變)230. 80 1.51633 64.124 ①0. 50像面 oo非球面數(shù)據(jù)第十三表面K = 5. 51145e-001 A4 = -1. 38948e-004 A6 = -8. 42963e-007 A8 =-1.89369e-008第十四表面K = -1. 00023e+001 A4 = 4. 54336e_005各種數(shù)據(jù)變焦比26.79焦距5.15 8.68 26.98 137.95F 數(shù)2. 87 3. 56 4. 75 5. 76半視場(chǎng)角37.9 24.98.16 1.60圖像高度 3.49 3. 88 3. 883. 88總透鏡長(zhǎng)度90. 92 85.01 103.56 127.20BF10.18 12.52 20.94 10.73d 50. 78 6. 37 31.22 57. 27dll31.79 22.02 10.64 2.46dl210.87 4.78 1.08 0.80dl82. 59 4. 26 6. 26 8. 71d205.68 6.01 4.38 18.20d229.15 11.50 19.92 9.70變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面 焦距11 78. 2726 -10. 23
31318.01419-52.2352135.70數(shù)值實(shí)施例2表面數(shù)據(jù)表面編號(hào) rdndvd180. 182 1. 30 1.80610 33. 3240.624 4.45 1.49700 81.53-170. 485 0. 15434.906 3.03 1.48749 70. 25119.592 (可變)6173. 754 0.80 1.88300 40.878. 185 4. 058-27.621 0.65 1. 71300 53.9938. 562 0. 151016.494 1.88 1.94595 18.01160. 078 (可變)12(光闌)① (可變)13*9.219 2.84 1.58313 59.414* -108.583 2.301520.560 0.70 1.84666 23.9168.647 0.811725.715 1.83 1.48749 70.218-20.447 (可變)19-484.878 0.70 1.48749 70.22021.397 (可變)2115.939 1.60 1.48749 70. 222420.512 (可變)230. 801. 51633 64. 124①0. 50像面oo非球面數(shù)據(jù)第十三表面K = -2. 92836e-001 A4 = -6. 68119e_005 A6 = -4. 40175e_009 A8 =-2.63210e-009第十四表面K = -1. 00023e+001 A4 = 5.42174e_005各種數(shù)據(jù)變 焦比 26.79
焦距5. 158. 7526. 81 137. 95F 數(shù) 2. 873. 343. 87 5. 36半視場(chǎng)角37. 824. 78. 17 1. 59圖像高度 3. 493. 883. 88 3. 88總透鏡長(zhǎng)度86. 6080.7697.88 111.23BF 10. 0013. 8523. 54 10. 17d 5 0. 705. 2227. 37 47. 09dll 31.0318.994. 99 1. 71dl2 10. 047. 048. 20 1. 31dl8 4.144.111.74 7.15d20 3. 444. 334. 81 16. 58d22 8. 9712. 8222. 51 9. 14變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元 第一表面 焦距1 165. 502 6-9. 493 1317. 374 19-42. 025 2133. 94數(shù)值實(shí)施例3表面數(shù)據(jù)表面編號(hào) rdnd vd1 78. 0861. 60 1. 90366 31. 32 39.8473.67 1. 59282 68.63 418. 7430. 184 45.4102. 94 1.60311 60. 65 366. 835(可變)6 86.0511.00 1.88300 40.87 8. 9324. 868 -23.4830.70 1.71300 53.99 79. 2730. 1610 20. 5532. 14 1. 94595 18. 011 91.399(可變)12 (光闌)①(可變)13* 9. 8212. 95 1. 58313 59. 414* -100.8202. 8115 21. 9200. 70 1. 84666 23. 916 8. 9770. 6517 18.4402.031.48749 70. 權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng),按照從物側(cè)到像側(cè)的順序包括 第一透鏡單元,所述第一透鏡單元具有正折光力; 第二透鏡單元,所述第二透鏡單元具有負(fù)折光力; 第三透鏡單元,所述第三透鏡單元具有正折光力; 第四透鏡單元,所述第四透鏡單元具有負(fù)折光力;和 第五透鏡單元,所述第五透鏡單元具有正折光力, 其中在從廣角端變焦到望遠(yuǎn)端時(shí),第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡 單元移動(dòng),以使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處大于在廣角端處, 第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處小于在廣角端處,并且第三透鏡單元 和第四透鏡單元之間的間隔變化;并且 滿足以下條件表達(dá)式 8. O < fl/fw < 25. O ;和 0. 35 < fl/ft < 0. 70其中,π表示第一透鏡單元的焦距,而fV和ft分別表示整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處的焦距 和在望遠(yuǎn)端處的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式 5. 0 < f5/fw < 15. 0其中,f5表示第五透鏡單元的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式0.4 < m4/m3 <1.5其中,m3和m4分別表示伴隨從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦的第三透鏡單元和第四透鏡單 元的移動(dòng)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式 -12. 0 < fl/f2 < -4. 0其中,f2表示第二透鏡單元的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式1.0 < ml/m3 <2.1其中,ml和m3分別表示伴隨從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦的第一透鏡單元和第三透鏡單 元的移動(dòng)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中在變焦時(shí)第一透鏡單元沿著朝像面凸出的軌跡移動(dòng);并且 滿足以下條件表達(dá)式 0. 05 < mlmid/|ml | < 0. 60其中,ml表示伴隨從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦的第一透鏡單元的移動(dòng)量,以及mlmid表 示從廣角端到第一透鏡單元位于最靠近像面處的變焦位置的第一透鏡單元的移動(dòng)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),還包括置于第二透鏡單元和第三透鏡單元之 間的孔徑光闌,其中,在變焦時(shí)所述孔徑光闌沿著與第三透鏡單元的軌跡不同的軌跡移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式 10 < (β 2tx β 3 )/(β 2wX β 3w) < 40其中,i3 2w和β 2t分別表示第二透鏡單元在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端處的橫 向倍率,而3 和β 3t分別表示第三透鏡單元在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端處的橫 向倍率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式 -2. 8 < f2/fw < -1. 5其中,f2表示第二透鏡單元的焦距。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式 1. 0 < β 4t/ β 4w < 3. 0其中,i3 4w和β 4t分別表示第四透鏡單元在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端處的橫 向倍率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中第一透鏡單元包括膠合透鏡,在所述膠合透鏡中,正透鏡和負(fù)透鏡被膠合;并且滿足以下條件表達(dá)式-0.0016vdlp+0. 641 < θ gFlp其中,vdlp和θ gFlp分別表示構(gòu)成所述膠合透鏡的所述正透鏡的材料的阿貝數(shù)和部 分色散比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式0.7 < Lt/ft <1.4其中,Lt表示在望遠(yuǎn)端處第一透鏡單元中位置最靠近物側(cè)的透鏡表面和像面之間的距罔。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,滿足以下條件表達(dá)式1.5 < ( β 2t/ β 2w) / ( β 3t/ β 3w) < 5. 0其中,i3 2w和β 2t分別表示第二透鏡單元在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端處的橫 向倍率,而0 和β 3t分別表示第三透鏡單元在廣角端處的橫向倍率和在望遠(yuǎn)端處的橫 向倍率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,所述第四透鏡單元由一個(gè)透鏡部件組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),其中,所述第五透鏡單元由一個(gè)透鏡部件組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),還包括具有正折光力或負(fù)折光力的第六透 鏡單元,所述第六透鏡單元被設(shè)置在第五透鏡單元的像側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡系統(tǒng),所述變焦透鏡系統(tǒng)在固態(tài)圖像拾取元件上 形成圖像。
18.一種圖像拾取設(shè)備,包括根據(jù)權(quán)利要求1-17中的任何一個(gè)所述的變焦透鏡系統(tǒng);和固態(tài)圖像拾取元件,所述固態(tài)圖像拾取元件接收由所述變焦透鏡系統(tǒng)形成的光的圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變焦透鏡系統(tǒng)和包括變焦透鏡系統(tǒng)的圖像拾取設(shè)備。一種變焦透鏡系統(tǒng)從物側(cè)到像側(cè)包括第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元、第四透鏡單元和具有正折光力的第五透鏡單元,其中在從廣角端變焦到望遠(yuǎn)端時(shí),第一、第二、第三和第四透鏡單元移動(dòng),以使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處大于在廣角端處,第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的間隔在望遠(yuǎn)端處小于在廣角端處,并且第三透鏡單元和第四透鏡單元之間的距離變化;并且適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一透鏡單元的焦距和整個(gè)系統(tǒng)在廣角端處和在望遠(yuǎn)端處的焦距。
文檔編號(hào)G02B15/173GK102033304SQ20101029332
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月6日
發(fā)明者木村友紀(jì) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社