CN101183172A - 变焦透镜系统和利用该变焦透镜系统的电子图像拾取装置 - Google Patents

变焦透镜系统和利用该变焦透镜系统的电子图像拾取装置 Download PDF

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CN101183172A CNA200710170204XA CN200710170204A CN101183172A CN 101183172 A CN101183172 A CN 101183172A CN A200710170204X A CNA200710170204X A CN A200710170204XA CN 200710170204 A CN200710170204 A CN 200710170204A CN 101183172 A CN101183172 A CN 101183172A
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本发明涉及变焦透镜系统和利用该变焦透镜系统的电子图像拾取装置。四单元变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,其中,在从广角端向长焦端变焦时,至少所述第一透镜单元、所述第二透镜单元以及所述第三透镜单元移动,并且所述透镜单元之间的间距改变,并且所述第二透镜单元中的透镜总数不多于三个,并且所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<6.0…(1A)和3.0<ft/fw<20.0…(2A)。

Description

变焦透镜系统和利用该变焦透镜系统的电子图像拾取装置
技术领域
本发明涉及变焦透镜系统和利用其的电子图像拾取装置,具体地说,涉及实现小型化的诸如摄像机和数字摄像机的电子图像拾取装置。
背景技术
近年来,代替银盐膜式摄像机,其中利用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的固体图像拾取组件对物体拍照的数字摄像机已经成为了主流。而且,在从针对专业用途的高级功能类型到紧凑式流行类型的宽泛范围中,存在几种类别的数字摄像机。
流行类型数字摄像机的用户试图无论何时何地都容易地以宽景象范围享受拍摄的乐趣。就此而言,小型摄像机,特别是可以容易地容纳在衣服的口袋或包中并且方便携带的薄型数字摄像机受到了偏爱。另一方面,虽然针对紧凑型数字摄像机大约为3的变焦比已经很普通了,但已经尝试用于加宽拍摄范围的比常规摄像机具有更高变焦比的摄像机。
近来,已经普遍使用了所谓的可伸缩式镜筒,其中,在使用摄像机时镜筒从摄像机主体伸出,而在携带摄像机时镜筒容纳在摄像机主体内部。因此,重要的是,考虑到在缩入时使镜筒变薄来构造变焦透镜光学系统。作为常规技术,通过日本专利申请特开公报No.2006-23531已知了一种作为四单元变焦透镜系统的紧凑型变焦透镜系统,其从物体侧起按顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元。
在日本专利申请特开公报No.2006-23531中公开的变焦透镜系统中,第一透镜单元包括不多于两个透镜,而第二透镜单元包括不多于三个透镜,这对于在径向上使变焦透镜系统的尺寸变小来说是有利的。而且,对于使尺寸变小来说,透镜数量减少的结构是有利的。在上述现有技术中,已经构思出一种通过减少每一个透镜单元中的透镜数来缩减(减小)沿透镜单元的厚度方向的尺寸的思想。
具体来说,因为在第一透镜单元和第二透镜单元中离轴光线距光轴的高度增加了,所以当尝试确保透镜的必要量的边缘厚度时,轴向边缘厚度往往显著增加。而且,当第一透镜单元和第二透镜单元中的透镜数增加时,因为从物体侧观看时入射光瞳位置变远,所以经过第一透镜单元和第二透镜单元的离轴光线的高度变得愈加高了,并且用于确保边缘厚度的纵向厚度需要更加厚。自然,透镜数的增加量增加了纵向厚度。
从而,随着透镜数的增加,这个透镜单元的沿径向的尺寸和光轴上的厚度与需要相比增加得更多。即使在缩入状态下,也不能使镜筒足够紧凑。就此而言,为了使镜筒紧凑,用更少数量的透镜形成第一透镜单元和第二透镜单元是有利的。
然而,在公开的现有技术中存在下面的问题。在日本专利申请特开公报No.2006-23531中公开的变焦透镜系统中,因为第三透镜单元的变焦负荷与第二透镜单元的变焦负荷比较起来更大,所以为确保缩放倍率,要更多增加第三透镜单元相对于透镜表面的从广角端直到长焦端的移动量。因此,当每一个透镜单元被设置成处于缩入状态时,用于移动透镜单元的凸轮的厚度被增加得比需要量更多,而该结构不利于同时实现高变焦比和紧凑性。
而且,因为在广角端第二透镜单元与第三透镜单元之间的空气间隔比较长,所以作为其结果,到达第一透镜单元和第二透镜单元的光线的高度变得比较高,因此,该排布结构使得不能充分发挥将第一透镜单元和第二透镜单元的外径和厚度变小的功能。
而且,具有非球面表面的透镜在物体侧表面和像侧表面处的形状差别更大,若在透镜框中装配时沿相反方向引导来装配透镜,光学性能易于劣化。
发明内容
鉴于上述问题而提出本发明,并且本发明的第一目的是,提供一种有利于实现高变焦比和紧凑性的变焦透镜系统。而且,本发明的第二目的是,提供一种有利于使第一透镜单元和第二透镜单元变小的变焦透镜系统。
而且,本发明的一个目的在于,提供一种同时实现上述目的的变焦透镜系统。而且,本发明的一个目的在于,通过构思针对每一个透镜单元和针对移动类型等的思想,提供一种实现确保光学性能、降低成本、高变焦比以及紧凑性中的一个或更多个的变焦透镜系统。而且,本发明的一个目的在于,提供一种包括这种变焦透镜系统的电子图像拾取装置。
根据本发明的一个方面,提供了一种作为四单元变焦透镜系统的变焦透镜系统,其从物体侧起按顺序包括:
第一透镜单元,该第一透镜单元具有正屈光力;
第二透镜单元,该第二透镜单元具有负屈光力;
第三透镜单元,该第三透镜单元具有正屈光力;以及
第四透镜单元,该第四透镜单元具有正屈光力,其中
在从广角端向长焦端变焦的时候,至少所述第一透镜单元、所述第二透镜单元以及所述第三透镜单元移动,并且所述透镜单元之间的间距改变,并且
所述第二透镜单元中的透镜总数不多于三个,并且
所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<6.0...(1A)和
3.0<ft/fw<20.0...(2A)
其中,
β2w表示所述第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示所述第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示所述第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β3t表示所述第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
fw表示整个变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
而且,根据本发明的另一方面,提供了一种电子图像拾取装置,其包括:
上述变焦透镜系统;和
电子图像拾取组件,该电子图像拾取组件被设置在所述变焦透镜系统的像侧,并且将所述变焦透镜系统形成的图像转换成电信号。
附图说明
图1A、图1B以及图1C是示出根据本发明的变焦透镜系统的第一实施方式的在无限远物体点聚焦时的光学排布结构的沿光轴的截面图,其中,图1A示出了在广角端的状态,图1B示出了中间状态,而图1C示出了在长焦端的状态;
图2A、图2B以及图2C是根据本发明的变焦透镜系统的第二实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图3A、图3B以及图3C是根据本发明的变焦透镜系统的第三实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图4A、图4B以及图4C是根据本发明的变焦透镜系统的第四实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图5A、图5B以及图5C是根据本发明的变焦透镜系统的第五实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图6A、图6B以及图6C是根据本发明的变焦透镜系统的第六实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图7A、图7B以及图7C是根据本发明的变焦透镜系统的第七实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图8A、图8B以及图8C是根据本发明的变焦透镜系统的第八实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图9A、图9B以及图9C是根据本发明的变焦透镜系统的第九实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图10A、图10B以及图10C是示出根据第一实施方式的在无限远物体点聚焦时的球面像差、像散、畸变以及缩放倍率色像差的图,其中,图10A示出了在广角端的状态,图10B示出了中间状态,而图10C示出了在长焦端的状态;
图11A、图11B以及图11C是根据第二实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图12A、图12B以及图12C是根据第三实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图13A、图13B以及图13C是根据第四实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图14A、图14B以及图14C是根据第五实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图15A、图15B以及图15C是根据第六实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图16A、图16B以及图16C是根据第七实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图17A、图17B以及图17C是根据第八实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图18A、图18B以及图18C是根据第九实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图19是描述修正畸变的图;
图20是示出并入有根据本发明的变焦透镜系统的数字摄像机的外观的正面立体图;
图21是图20中的数字摄像机的背面立体图;
图22是图20中的数字摄像机的截面图;
图23是数字摄像机的主要组件的内部电路的结构框图;
图24A、图24B以及24C是根据本发明的变焦透镜系统的第十实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图25A、图25B以及25C是根据本发明的变焦透镜系统的第十一实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图26A、图26B以及26C是根据本发明的变焦透镜系统的第十二实施方式的分别与图1A、图1B以及图1C类似的图;
图27A、图27B以及27C是根据第十实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图28A、图28B以及28C是根据第十一实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;
图29A、图29B以及29C是根据第十二实施方式的在无限远物体点聚焦时的分别与图10A、图10B以及图10C类似的图;以及
图30是描述非球面偏离量的图。
具体实施方式
根据本发明的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,其中,在从广角端向长焦端变焦时,至少第一透镜单元、第二透镜单元以及第三透镜单元移动,并且透镜单元之间的间距改变,并且第二透镜单元包括不多于三个透镜,并且变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<6.0...(1A)和
3.0<ft/fw<20.0...(2A)
其中,
β2w表示第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β3t表示第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
fw表示整个变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。在本发明中,为了实现作为用于根据用户需要的高变焦比范围的如在条件表达式(2A)中的变焦比,采用了这样一种排布结构,该排布结构从物体侧起按顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,并且其中通过改变透镜单元之间的间距来执行变焦。
采用这种排布结构,通过有效地把变焦负荷分配到每一个透镜单元,使得光学系统紧凑,防止了每一个透镜单元的移动量增加,同时抑制了在变焦时的像差波动。而且,因为本变焦透镜系统与透镜单元的数量较少的情况相比允许具有四单元结构,所以容易抑制特定透镜单元的移动量过大。而且,与透镜单元的数量较多的情况相比,有利于减少镜筒数。
为了使这种结构中的镜筒在缩入状态下变小,首先,必需缩减(减薄)透镜处于缩入状态时沿深度方向的厚度。为此,要通过在考虑光学性能的同时按平衡方式分配每一个单元的移动量来构造变焦透镜系统。
因此,通过在变焦时移动至少第一透镜单元、第二透镜单元以及第三透镜单元,容易导致更接近沿移动透镜单元的框架的深度方向的尺寸,并且有利于确保变焦比,同时抑制在变焦透镜系统缩入时沿厚度方向的尺寸。
而且,使在常规技术中从广角端到长焦端的移动量较大的第三透镜单元的移动量变小,而且确保因第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变化而造成的缩放倍率负荷,对于高变焦比和紧凑性非常有用。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(1A)中的上限,优选的是,抑制了出现因屈光力增加而造成的像差,并且抑制了特别是在长焦端出现诸如像平面弯曲和缩放倍率色像差的各种离轴像差。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(1A)中的下限,优选的是,抑制了因第三透镜单元的移动量增加而造成的镜筒尺寸增加,并且抑制了出现因第三透镜单元的屈光力增加而造成的像差,并且抑制了特别是在长焦端出现诸如球面像差的纵向像差。
可以构造一排布结构,使得代替条件表达式(1A),而满足后面要说明的条件表达式(1)。
通过进一步限制数值范围,可以将表达式推导为后面要说明的条件表达式(1′)和(1")。
可以构造一排布结构,使得代替条件表达式(2A),而满足后面要说明的条件表达式(2)。
通过进一步限制数值范围,可以将表达式推导为后面要说明的条件表达式(2′)和(2")。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第一透镜单元包括不多于两个透镜,并且在第一透镜单元中仅存在一个正透镜。因此,可以使第一透镜单元的厚度和直径变小。
而且,变焦透镜系统是四单元变焦透镜系统,其从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,并且
在从广角端向长焦端变焦时,透镜单元之间的距离改变,并且第一透镜单元包括不多于两个透镜,并且第一透镜单元中仅存在一个正透镜,而第二透镜单元包括不多于三个透镜,并且变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<2.3...(1)和
3.0<ft/fw<12.0...(2)
其中,
β2w表示第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β3t表示第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
fw表示整个变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。在本发明中,为了实现条件表达式(2)中的变焦比,采用了这样一种排布结构,其中,变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,并且通过改变透镜单元之间的距离来执行变焦。
通过具有这种排布结构,使光学系统变得紧凑,通过把变焦负荷有效地分配到每一个透镜单元,防止了每一个透镜单元的移动量增加,同时抑制了变焦时的像差波动。
为了使这种排布结构中在缩入状态下的镜筒变小,首先,必需使在透镜缩入时沿深度方向的厚度变薄。为此,必须通过在考虑光学性能的同时,按平衡方式分配每一个透镜系统的移动量来构造变焦透镜系统。为此,减少在常规技术中较大的第三透镜单元从广角端到长焦端的移动量,而且通过改变第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离确保缩放倍率负荷,对于高变焦比和紧凑性非常有用。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(1)中的上限,优选的是,抑制了第二透镜单元上的过度缩放倍率负荷,并且抑制了出现因屈光力增加而造成的像差,并且抑制了特别是在长焦端出现诸如像平面弯曲和缩放倍率色像差的各种离轴像差。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(1)中的下限,优选的是,抑制了因第三透镜单元的移动量增加而造成的镜筒尺寸增加,并且抑制了出现因第三透镜单元的屈光力增加而造成的像差,并且抑制了特别是在长焦端的诸如球面像差的纵向像差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.3<(β2t2w)/(β3t3w)<2.0...(1′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.5<(β2t2w)/(β3t3w)<1.9...(1")
通过满足条件表达式(1′)和(1″),可以进一步表现出上述效果。
而且,通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(2)中的下限,优选的是,确保变焦比,并且通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(2)中的上限,优选的是,抑制了每一个透镜单元上的像差修正的负荷。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
5.0<ft/fw<10.0...(2′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
6.0<ft/fw<8.0...(2")
通过满足条件表达式(2′)和(2"),可以进一步表现出上述效果。
而且,变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,并且
在从广角端向长焦端变焦时,透镜单元之间的间距改变,并且第一透镜单元包括两个透镜,即,一正透镜和一负透镜,并且
第一透镜单元中的透镜总数仅为两个,并且变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.20<D2w/ft<0.35...(3)
其中,
D2w表示在广角端第二透镜单元与第三透镜单元之间的光轴上的空气间隔,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。在本发明中,为了使得容易确保变焦比,采用了这样一种排布结构,该排布结构从物体侧起按顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正屈光力的第三透镜单元,以及具有正屈光力的第四透镜单元,并且其中,通过改变透镜单元之间的间距来执行变焦。通过采用这种排布结构,使光学系统变得紧凑,通过把缩放倍率的负荷有效地分配到每一个透镜单元,防止了每一个透镜单元的移动量增加,同时抑制了变焦时的像差波动。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(3)中的上限,容易抑制变焦透镜系统在广角端的整体长度的增加,减小入射在第一透镜单元和第二透镜单元上的光线的高度,缩减第一透镜单元和第二透镜单元的透镜直径,并且还容易抑制厚度以确保边缘厚度,这有利于使变焦透镜系统变小,并且使变焦透镜系统在缩入时变薄。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(3)中的下限,容易抑制在增加变焦比时每一个透镜单元的屈光力,并且容易对诸如球面像差的像差执行修正。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.25<D2w/ft<0.34...(3′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.28<D2w/ft<0.33...(3")
通过满足条件表达式(3′)和(3"),可以进一步表现出上述效果。
而且,优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
3.0<ft/fw<12.0...(2)
其中,
fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft是整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
5.0<ft/fw<10.0...(2′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
6.0<ft/fw<8.03...(2")
通过满足条件表达式(2′)和(2"),可以进一步表现出上述效果。
而且,优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<2.3...(1)
其中,
β2w表示第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β3t表示第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
而且,在变焦透镜系统中,更优选的是,变焦透镜系统还包括孔径光阑,该孔径光阑随第三透镜单元整体移动。可以简化用于移动孔径光阑的排布结构,这对于出射光瞳的调节并且使第一透镜单元和第二透镜单元的直径变小都有效。
而且,为了容易具有小型化、高变焦比并且更有利地确保光学性能,优选的是,除了上述排布结构以外,还进一步具有下面的排布结构。
在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.40<f1/ft<0.90...(4)
其中,
f1表示第一透镜单元的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(4)中的上限,确保第一透镜单元的屈光力,并且抑制变焦透镜系统的整体长度上的改变,这有利于使镜筒变小。而且,即使通过抑制第二透镜单元的屈光力,也容易确保第二透镜单元中的缩放倍率负荷,并且有利于缩减像差,并且使第二透镜单元的尺寸变小。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(4)中的下限,抑制了第一透镜单元的屈光力,并且抑制了在长焦端出现球面像差和慧差,并且容易确保有利的光学性能。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.50<f1/ft<0.80...(4′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.55<f1/ft<0.70...(4")
通过满足条件表达式(4′)和(4"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.10<|f2/ft|<0.20...(5)
其中,
f2表示第二透镜单元的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(5)中的上限,确保了第二透镜单元的屈光力,并且抑制了用于变焦的透镜单元之间的距离改变量,这有利于使镜筒紧凑。而且,即使抑制了第一透镜单元的屈光力,也容易实现缩放倍率负荷,并且有利于减少在第一透镜单元中出现像差。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(5)中的下限,适度地抑制了屈光力,并且容易抑制出现像差。而且,抑制了纵向缩放倍率变得过度小,从而有利于针对距离改变量确保变焦比。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.12<|f2/ft|<0.19...(5′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.15<|f2/ft|<0.18...(5")
通过满足条件表达式(5′)和(5"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.10<f3/ft<0.30...(6)
其中,
f3表示第三透镜单元的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(6)中的上限,容易确保屈光力并且抑制透镜单元之间用于缩放的距离改变量。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(6)中的下限,容易抑制在第三透镜单元中出现像差。而且,抑制了纵向缩放倍率变得过度小,从而有利于针对间距改变量确保变焦比。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.15<f3/ft<0.28...(6′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.20<f3/ft<0.25...(6")
通过满足条件表达式(6′)和(6"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.10<f4/ft<0.70...(7)
其中,
f4表示第四透镜单元的焦距,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(7)中的上限,确保第四透镜单元的屈光力,并且抑制了缺乏修正整个变焦范围中的像散和畸变。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(7)中的下限,适度地抑制了第四透镜单元的屈光力,并且抑制了过度修正整个变焦范围中的像散和畸变。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.30<f4/ft<0.65...(7′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.45<f4/ft<0.60...(7")
通过满足条件表达式(7′)和(7"),可以进一步表现出上述效果。
而且,第四透镜单元可以由塑料材料形成。具体来说,优选的是,针对第四透镜单元具有单透镜结构。对于利用诸如CCD和CMOS的电子图像拾取组件来说,优选的是,通过把出射光瞳设置在恰当位置处,使第四透镜单元具有允许光线有效地入射在成像组件上的功能。为了实现这种功能,当将屈光力设置在条件表达式(7)所述的范围中时,不需要比较大的屈光力,并且可以使用具有低折射率的诸如塑料的玻璃材料来构造。
而且,当在第四透镜单元中使用塑料透镜时,将成本抑制得较低,并且可以提供更便宜的变焦透镜系统。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第一透镜单元是具有双凸面形状的粘合透镜,该第一透镜单元从物体侧起按顺序包括两个透镜,即,一负透镜和一正透镜。
下面,对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。通过使物体侧和像侧都采取正屈光力的负荷,容易确保第一透镜单元的屈光力,并且抑制靠近长焦端的球面像差。而且,通过包括负透镜,并且使第一透镜单元为粘合透镜,容易执行对多种像差的修正,并且容易抑制因偏心而造成的影响。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
38.0<vd1p-vd1n...(8)
其中,
vd1p表示第一透镜单元中的正透镜的针对d线的阿贝数,而
vd1n表示第一透镜单元中的负透镜的针对d线的阿贝数。
条件表达式(8)是和纵向像差的修正以及缩放倍率离轴色像差的修正有关的表达式。为了在第一透镜单元中有利地修正因第一透镜单元的大的正屈光力而出现的色像差,优选的是,对于正透镜使用具有小色散性的材料,而对于负透镜使用具有大色散性的材料。具体来说,优选的是,满足调节两个透镜的阿贝数之差的条件表达式(8)。
构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(8)中的下限,有利于实现对色像差的有利修正,并且确保变焦比。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
47.0<vd1p-vd1n...(8′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
58.0<vd1p-vd1n...(8")
通过满足条件表达式(8′)和(8"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
62.0<vd1p<95.0...(9)
其中,
vd1p表示第一透镜单元中的正透镜的针对d线的阿贝数。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(9)中的上限,批量生产和材料的采购变容易了,并且有利于缩减成本。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(9)中的下限,抑制了色散,并且有利于减小色像差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
65.0<vd1p<93.0...(9′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
80.0<vd1p<90.0...(9")
通过满足条件表达式(9′)和(9"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第三透镜单元包括设置得最靠近物体侧的正透镜,并且该正透镜的物体侧表面是凸面,并且该正透镜满足下面的条件表达式:
62.0<vd3p<95.0...(10)
其中,
vd3p表示第三透镜单元中的正透镜的针对d线的阿贝数。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。从第二透镜单元发散出的轴向光束入射在第三透镜单元上。因此,使第三透镜单元中的最靠近物体侧的透镜成为凸正透镜,并且对发散光束施加汇聚效果,有利于使第三透镜单元变小。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(10)中的上限,批量生产和材料的采购变容易了,并且对于成本缩减有效。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(10)中的下限,抑制了色散,缩减了纵向色像差,并且容易在整个变焦范围上实现有利的光学性能。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
65.0<vd3p<93.0...(10′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
80.0<vd3p<90.0...(10")
通过满足条件表达式(10′)和(10"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第一透镜单元包括负透镜,该负透镜满足下面的条件表达式。
1.85<nd1n<2.10...(11)
其中,
nd1n表示第一透镜单元中的负透镜的针对d线的折射率。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(11)中的上限,批量生产和材料的采购变容易了,并且有利于缩减成本。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(11)中的下限,即使实现希望的屈光力,也将透镜表面的曲率的绝对值抑制得较小,并且可以缩减在广角端出现的畸变和像平面弯曲,以及在广角端和长焦端的慧差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.90<nd1n<2.05...(11′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.95<nd1n<2.05...(11")
通过满足条件表达式(11′)和(11"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元包括设置得最靠近物体侧的负透镜,并且该负透镜的物体侧表面是凹面,并且该负透镜满足下面的条件表达式:
1.76<nd2n<2.00...(12)
其中,
nd2n表示第二透镜单元中的负透镜的针对d线的折射率。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。在第二透镜单元中最靠近物体侧排布具有朝向物体侧的凹面的负透镜,有利于使第二透镜单元的轴向厚度变小,同时确保像角。
这时,因为在第二透镜单元中光线入射在负透镜上的高度变高,所以抑制该负透镜的弯曲变得有利于修正多种离轴像差。通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(12)中的上限,批量生产和材料的采购变容易了,并且有利于缩减成本。通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(12)中的下限,即使确保屈光力,也可以使透镜表面的曲率的绝对值较小,并且可以抑制在广角端出现像平面弯曲的畸变,以及在广角端和长焦端出现慧差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.80<nd2n<1.95...(12′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.83<nd2n<1.90...(12")
通过满足条件表达式(12′)和(12"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元包括设置得最靠近像侧或次靠近像侧的正透镜,并且该正透镜满足下面的条件表达式:
1.80<nd2p<2.15...(13)
其中,
nd2p表示第二透镜单元中的正透镜的针对d线的折射率。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。通过把第二透镜单元中的正透镜设置得最靠近像侧或次靠近像侧,有利于缩减在负的第二透镜单元中易于出现的像差,并且通过调节主点(principal point)使尺寸较小。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(13)中的上限,批量生产和材料的采购变容易了,并且有利于缩减成本。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(13)中的下限,即使实现希望的屈光力,也将透镜表面的曲率的绝对值抑制得较小,并且可以缩减在广角端出现畸变和像平面弯曲,以及在广角端和长焦端出现慧差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.84<nd2p<2.10...(13′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.90<nd2p<2.10...(13")
通过满足条件表达式(13′)和(13"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元包括设置得最靠近物体侧的负双凹透镜,并且该负双凹透镜满足下面的条件表达式:
-1.0<SF2n1<0.8...(14)
其中,
SF2n1被定义为SF2n1=(R2n1f+R2n1r)/(R2n1f-R2n1r),其中:
R2n1f是第二透镜单元中设置得最靠近物体侧的负透镜的物体侧表面的近轴曲率半径,并且
R2n1r是第二透镜单元中设置得最靠近物体侧的负透镜的像侧表面的近轴曲率半径。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。把第二透镜单元中的负双凹透镜设置得最靠近物体侧,有利于确保第二透镜单元的负屈光力,并且使尺寸较小。而且,可以使第二透镜单元更容易靠近第一透镜单元,并且有利于使变焦透镜系统在缩入时较小,并且有利于缩短变焦透镜系统在广角端的整体长度。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(14)中的上限,即使确保负透镜的屈光力,也抑制像侧表面的曲率的绝对值变得过度大,并且容易抑制特别是在广角端出现诸如畸变和像平面弯曲的离轴像差。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(14)中的下限,抑制物体侧表面的曲率的绝对值变得过度大,并且容易抑制在广角端出现慧差和像散。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
-0.8<SF2n1<0.7...(14′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
-0.5<SF2n1<0.5...(14")
通过满足条件表达式(14′)和(14"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元包括设置在负双凹透镜的像侧的正透镜和负透镜,并且该负双凹透镜满足下面的条件表达式:
-1.0<SF2n1<0.0...(14)。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。物体侧的负透镜和随后的两个透镜的组合有利于改进光学性能,并且,优选的是,使得能够具有高性能和小尺寸。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(14)中的上限,有利于抑制第二透镜的光轴上的厚度。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(14)中的下限,抑制了物体侧的凹面的曲率的绝对值的增加,并且有利于确保光学性能。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
-0.8<SF1p<-0.1...(15)
其中,
SF1p被定义为SF1p=(R1pf+R1pr)/(R1pf-R1pr),其中:
R1pf是第一透镜单元中的正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径,并且
R1pr是第一透镜单元中的正透镜的像侧表面的近轴曲率半径。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(15)中的上限,有利于修正在广角端侧的诸如在透镜的像侧表面处出现的像平面弯曲的像差。
另一方面,通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(15)中的下限,有利于修正长焦端侧的球面像差并且具有高变焦比。而且,抑制了第一透镜单元的主点的位置处于物体侧,并且使第一透镜单元和第二透镜单元的主点更易于接近,并且即使确保希望的像角,也容易降低光线的高度。从而,即使确保第一透镜单元中的透镜的边缘厚度,也可以缩减轴向厚度,并且有利于使尺寸较小。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
-0.75<SF1p<-0.11...(15′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
-0.35<SF1p<-0.13...(15″)
通过满足条件表达式(15′)和(15"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
2.6<β2t2w<6.0...(16)
其中,
β2w表示第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β2t表示第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(16)中的上限,优选的是,抑制因第二透镜单元的屈光力的增加而出现像差,和特别是在长焦端出现诸如像平面弯曲和缩放倍率色像差的多种离轴像差。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(16)中的下限,优选的是,缩减其它透镜单元上的缩放效果的负荷。通过抑制第三透镜单元的缩放负荷,有利于缩减在长焦端出现诸如球面像差的纵向像差。而且,通过抑制第四透镜单元的缩放负荷,容易将第四透镜单元的屈光力抑制到适度水平,并且容易抑制在整个范围中对像散的过度修正。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
2.6<β2t2w<5.0...(16′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
2.9<β2t2w<3.5...(16")
通过满足条件表达式(16′)和(16"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
1.2<β3t3w<3.0...(17)
其中,
β3w表示第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β3t表示第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(17)中的上限,容易抑制因第三透镜单元的屈光力的增加而出现像差,和特别是在长焦端出现诸如球面像差的纵向像差。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(17)中的下限,优选的是,缩减其它透镜单元上的缩放效果的负荷。通过抑制第二透镜单元的缩放负荷,有利于缩减在长焦端出现诸如像平面弯曲和缩放倍率色像差的多种离轴像差。而且,通过抑制第四透镜单元的缩放负荷,容易将第四透镜单元的屈光力抑制到适度水平,并且容易抑制对整个范围中的像散的过度修正。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.5<β3t3w<2.5...(17′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.7<β3t3w<2.0...(17")
通过满足条件表达式(17′)和(17"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.7<β4t4w<1.7...(18)
其中,
β4w表示第四透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β4t表示第四透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。通过使第四透镜单元具有适度的变焦负荷,可以容易地抑制第二透镜单元和第三透镜单元的缩放负荷,并且有利于确保变焦比同时抑制像差波动。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(18)中的上限,容易抑制第四透镜单元缩放负荷并且抑制像差。当使第四透镜单元成为在聚焦时移动的单元时,有利于抑制在聚焦时的像平面弯曲的波动。
优选的是,通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(18)中的下限,来缩减其它透镜单元上的缩放负荷。通过抑制第二透镜单元的缩放负荷,有利于缩减在长焦端出现诸如像平面弯曲和缩放倍率色像差的多种离轴像差。而且,通过抑制第三透镜单元的缩放倍率负荷,有利于缩减特别是在长焦端出现诸如球面像差的纵向像差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.8<β4t4w<1.5...(18′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.0<β4t4w<1.3...(18")
通过满足条件表达式(18′)和(18"),可以进一步表现出上述效果。
针对在广角端第二透镜单元与第三透镜单元之间的光轴上的空气间隔和在长焦端第一透镜单元与第二透镜单元之间的光轴上的空气间隔的和,相对于整个变焦透镜系统在长焦端的焦距,可以构造下面的排布结构。为此,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.4<(D2w+D1t)/ft<0.9...(19)
其中,
D2w表示在广角端第二透镜单元与第三透镜单元之间的光轴上的空气间隔,
D1t表示在长焦端第一透镜单元与第二透镜单元之间的光轴上的空气间隔,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(19)中的上限,容易抑制移动的透镜单元的移动量,并且容易抑制镜筒沿厚度方向变大。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(19)中的下限,容易抑制每一个透镜的屈光力同时实现高变焦比,并且容易抑制像差的波动。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.5<(D2w+D1t)/ft<0.7...(19′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.55<(D2w+D1t)/ft<0.65...(19")
通过满足条件表达式(19′)和(19"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.2<D1t/ft<0.5...(20)
其中,
D1t表示在长焦端第一透镜单元与第二透镜单元之间的光轴上的空气间隔,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(20)中的上限,容易缩减变焦透镜系统在长焦端的整个长度,并且有利于使镜筒的厚度变小。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(20)中的下限,即使增加变焦比,也抑制了每一个透镜单元的屈光力,并且变得容易抑制出现诸如球面像差的像差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.2<D1t/ft<0.4...(20′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.25<D1t/ft<0.35...(20")
通过满足条件表达式(20′)和(20"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,满足下面的条件表达式。
0.7<TL/ft<1.5...(21)
其中,
TL表示在长焦端第一透镜单元中从最靠近物体侧的透镜表面的顶点起到像表面的光轴上的距离,而
ft表示整个变焦透镜系统在长焦端的焦距。
通过第一透镜单元的上述移动,容易确保第二透镜单元等中的缩放效果。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(21)中的上限,容易抑制变焦透镜系统在长焦端的整个长度,并且容易抑制镜筒的厚度的增加。
通过构造一排布结构,使得不会超越条件表达式(21)中的下限,即使增加变焦比,也容易抑制每一个透镜单元的屈光力,并且容易抑制出现诸如球面像差的像差。
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
0.9<TL/ft<1.3...(21′)
更优选的是,变焦透镜系统满足下面的条件表达式。
1.0<TL/ft<1.2...(21")
通过满足条件表达式(21′)和(21"),可以进一步表现出上述效果。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第一透镜单元包括粘合双透镜,在该粘合双透镜中,粘合有正透镜和负透镜。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。当把第一透镜单元构成为由负透镜和正透镜制成的粘合双透镜时,可以通过增加缩放倍率有效地执行对在而在长焦端设置长焦距时易于显著的纵向色像差的修正。而且,可以抑制在因装配误差而造成透镜相对偏心时的光学性能的劣化,这有助于提高合格率和缩减成本。
当没有粘合第一透镜单元中的负透镜和正透镜时,有利于更加有效地修正广角端的畸变和慧差以及长焦端的慧差。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元中的透镜总数不多于三个。这种排布结构有利于成本缩减和第二透镜单元的尺寸缩减。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元从物体侧起按顺序包括负透镜、负透镜以及正透镜。
因此,通过将第二透镜单元的负屈光力分配在两个负透镜中,并且把正透镜设置得最靠近像侧,有利于通过修正初始像差并且朝向物体定位主点,缩短整体长度。
或者,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元从物体侧起按顺序包括负透镜、正透镜以及负透镜。
因此,通过在第二透镜单元中对称地设置透镜,容易抑制诸如球面像差的多种像差在变焦时的波动。
或者,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元包括两个透镜,即,负透镜和正透镜,并且第二透镜单元中的透镜总数仅为两个。因此,有利于使第二透镜单元的尺寸减小,同时抑制第二透镜单元中的像差。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第三透镜单元中的透镜总数不多于三个。这种排布结构有利于使镜筒变薄。
在变焦透镜系统中,优选的是,第三透镜单元从物体侧起按顺序包括正透镜、正透镜以及负透镜,并且负透镜被粘合至相邻的正透镜,并且正透镜和负透镜形成粘合双透镜。
通过粘合正透镜和负透镜,可以有效地执行对纵向色像差的修正。而且,通过将正透镜的屈光力分配到两个透镜中,并且使正透镜和负透镜成为粘合透镜,可以防止光学性能因装配工序期间透镜的相对偏心而劣化。这导致合格率的提高和成本的缩减。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第四透镜单元包括仅一个正透镜。这种排布结构有利于使缩入时的尺寸减小。
而且,当把变焦透镜系统设为四单元变焦透镜系统时,第四透镜单元变为最后的透镜单元,并且被设为具有把出射光瞳定位得远离像表面的功能。然而,因为甚至可以通过一个透镜提供这种功能,所以有利于使尺寸减小。
而且,当排布结构使得在聚焦时移动第四透镜单元时,通过使一个透镜成为移动透镜,可以缩减聚焦时的驱动负荷。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第一透镜单元包括非球面透镜表面。这种排布结构有利于对特别是在长焦端易于出现的球面像差进行修正。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第二透镜单元包括非球面透镜表面。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。当尝试确保变焦比同时抑制变焦透镜系统的整体长度时,光线在第二透镜单元中的入射位置的变化易于增加。在这个透镜单元中设置非球面透镜有利于修正广角端侧的离轴像差。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第三透镜单元包括非球面透镜表面。因此,有利于整体地修正球面像差和色像差。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第三透镜单元包括最靠近物体侧设置的具有双面非球面的一个正单透镜。
下面,将对具有上述排布结构的原因和效果进行说明。通过把一个透镜的两个侧表面都设成非球面表面,可以更有利地执行对球面像差和彗差的修正,同时将因透镜单元中的透镜的相对偏心而造成的光学性能劣化抑制得较小。
在变焦透镜系统中,优选的是,第四透镜单元包括非球面透镜表面。这种排布结构有利于保持诸如修正斜像差和缩减出射光瞳位置波动的光学性能。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元以及第四透镜单元在变焦时移动,并且变焦透镜系统还包括孔径光阑,该孔径光阑沿光轴方向随第三透镜单元一起整体地移动。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。将变焦效果有效地提供给每一个透镜单元,并且可以在整个变焦范围中容易地执行对像差的有利修正,这有利于具有高变焦。
而且,通过随第三透镜单元一起整体地移动孔径光阑,可以执行对缩放倍率色像差和畸变的有效修正。不仅可以从性能方面获得这种效果,而且,可以恰当地控制入射光瞳的位置和出射光瞳的位置。换句话说,对广角端的斜光束的光线高度和长焦端的纵向光束的光线高度进行平衡,从而可以按平衡方式,使第一透镜单元的外径和第二透镜单元的外径变紧凑。具体来说,缩减第一透镜单元的外径,将在广角端有效地使得沿透镜单元的厚度方向的尺寸变紧凑。
而且,因为还可以进行控制,使得降低在变焦时的出射光瞳的位置波动,所以对于使用CCD和CMOS等的情况来说,通过维持在恰当范围中入射的光线的角度,可以防止画面角落中出现阴影,并且适合于电子图像拾取组件。而且,容易抑制因第三透镜单元的紧凑性和第三透镜单元的移动而造成的像差波动。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元移动到朝向物体侧定位在长焦端而非广角端,第二透镜单元移动,而第三透镜单元仅朝向物体侧移动,并且第四透镜单元移动。因此,容易调节像差的整体平衡,同时确保针对第二透镜单元和第三透镜单元的变焦效果。
在从广角端向长焦端变焦时,可以将第一透镜单元移动到朝向物体侧定位在长焦端而非广角端。这时,可以将第一透镜单元仅朝向物体侧移动,并且可以将第一透镜单元朝向像侧按凸状轨迹(locus of aconvexity)移动。可以将第二透镜单元仅朝向像侧移动,或者可以将第二透镜单元朝向像侧按凸状轨迹移动。
可以将第三透镜单元仅朝向物体侧移动。可以将第四透镜单元朝向物体侧移动,或者可以将第四透镜单元仅朝向像侧移动。或者,可以将第四透镜单元朝向物体侧按凸状轨迹移动,或者朝向像侧按凸状轨迹移动。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元首先朝向物体侧移动到朝向物体侧定位在长焦端而非广角端,并且第二透镜单元首先朝向物体侧移动,而在变焦期间翻转,而第三透镜单元首先朝向物体侧移动到朝向物体侧定位在长焦端而非广角端,并且第四透镜单元移动到在像侧定位在长焦端而非广角端。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元、第二透镜单元以及第三透镜单元首先朝向物体侧移动,有利于缩短变焦透镜系统在广角端的整体长度。而且,通过在变焦期间翻转第二透镜单元,并且如上所述移动第一透镜单元和第三透镜单元,有利于确保第二透镜单元和第三透镜单元的变焦负荷,并且有利于缩减第二透镜单元和第三透镜单元中的每一个的移动量。
而且,通过将第四透镜单元移动到定位在长焦端而非广角端的像侧,容易对第四透镜单元提供变焦功能,并且有利于缩减在变焦时移动的透镜单元的移动量。
可以将第一透镜单元仅朝向物体侧移动,或者可以将第一透镜单元朝向物体侧按凸状轨迹移动,或者可以按将移动方向翻转多次的方式来移动第一透镜单元。
而且,当将第二透镜单元移动到定位在长焦端而非广角端的像侧时,可以增加第二透镜单元的缩放倍率负荷,并且还可以抑制第三透镜单元的移动量。
可以将第三透镜单元仅朝向物体侧移动,或者可以将第三透镜单元的移动方向翻转一次或多次。
可以将第四透镜单元仅朝向像侧移动,或者可以将第四透镜单元朝向物体侧按凸状轨迹移动,或者朝向像侧按凸状轨迹移动,或者可以按使移动方向翻转达多次的方式来移动第四透镜单元。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,孔径光阑被设置在第二透镜单元与第三透镜单元之间。
下面,将对变焦透镜系统中具有上述排布结构的原因和效果进行说明。可以将入射光瞳定位在从物体侧观看时的更近位置处,并且可以使出射光瞳与像表面隔开一距离。这时,更优选的是,沿直线设置随孔径光阑一起整体地移动的快门单元。因为可以降低斜光线的高度,所以快门单元的尺寸不增大,移动孔径光阑和快门单元时的小死空间(deadspace)实现该目的。
而且,在变焦透镜系统中,优选的是,变焦透镜系统是四单元变焦透镜系统,其从物体侧起按顺序包括第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元以及第四透镜单元。这种排布结构有利于使变焦透镜系统变紧凑。
而且,本发明的图像拾取装置包括上述变焦透镜系统,还包括电子图像拾取组件,该电子图像拾取组件设置在变焦透镜系统的像侧,并且将变焦透镜系统形成的图像转换成电信号。
本发明的变焦透镜系统有利于确保远心性。从而,优选的是,在使用其中出现因入射角度而造成图像劣化的电子图像拾取组件的电子图像拾取装置中使用该变焦透镜系统。
而且,对于这种其中使用电子图像拾取组件的电子图像拾取装置,优选的是,构造如下的排布结构。为此,优选的是,电子图像拾取装置包括基于来自电子图像拾取组件的电信号以电方式修正变焦透镜系统的畸变的处理部。
因此,即使将变焦透镜系统构造得较小,也抑制了再现图像的劣化,并且有利于使电子图像拾取装置变小。
在本发明的上述每一个方面中,对于向变焦透镜系统提供聚焦功能的情况来说,构成一种排布结构,使得聚焦最远的物体点。当通过沿光轴方向移动第四透镜单元来执行聚焦操作时,容易抑制出射光瞳的位置波动。因此,这种聚焦操作是优选的。
而且,变焦透镜系统包括双非球面透镜,该双非球面透镜具有两个表面,即,具有非球面形状的物体侧表面和具有非球面形状的像侧表面,并且两个表面的形状满足下面的条件表达式:
-0.1<(RaspO+RaspI)/(RaspO-RaspI)<0.1...  (22),并且
在0≤y≤R的范围内,
-10-4<(XO(y)+XI(y))/(RaspO-RaspI)<-10-4...  (23),
其中,
XO(R)≠0,
XI(R)≠0,并且
RaspO是双非球面透镜的物体侧表面的近轴曲率半径,
RaspI是双非球面透镜的像侧表面的近轴曲率半径,
y是距光轴的距离,
R是双非球面透镜的物体侧表面和像侧表面中的每一个的有效半径的下侧值,而
XO(y)和XI(y)分别是双非球面透镜的在物体侧表面和像侧表面的距离y的位置处的非球面表面偏离量。
在双非球面透镜中,对于物体侧表面满足条件表达式(22)而像侧表面接近满足条件表达式(22)的双非球面透镜的情况来说,当两侧的非球面表面都几乎具有满足条件表达式(23)的形状时,即使在装配期间将前表面和后表面颠倒也可以缩减。
当偏离条件表达式(22)和(23)的上限值和下限值中的任一个时,在按颠倒方式装配前表面和后表面时,易于出现光学性能的劣化。
优选的是,使条件表达式(22)中的上限值和下限值分别为0.05和-0.05,并且进一步分别为0.02和-0.02。
优选的是,使条件表达式(23)中的上限值和下限值分别为10-5和-10-5,并且进一步分别为10-6和-10-6
如图30所示,非球面表面偏离量是沿平行于光轴的方向测量时的从基准球面表面到所述非球面表面的距离,当把具有和非球面表面相同的顶点并且以非球面表面的近轴曲率半径作为曲率半径的球面表面设为基准球面表面时,把像侧方向(该图中的右侧方向)设为具有正号。而且,当使非球面表面的两个表面具有相同形状时,存在可以仅通过一种类型的模制工序来模制非球面表面的优点。而且,更优选的是,在上述变焦透镜系统中的一个的第四透镜单元中使用这种透镜。即使第四透镜单元的两个表面都成为具有几乎相同形状的非球面表面,也有利地保持了光学性能。
优选的是,本发明同时满足任意多个条件表达式。而且,可以把每一个条件表达式的下限值和上限值设为其中仅限制上限值和下限值的条件表达式的下限值和上限值。而且,可以任意组合上述各种排布结构。
从上述说明应当清楚,根据本发明,可以提供一种可用于增加变焦比并且使装置变紧凑的变焦透镜系统。或者,可以提供一种可用于使第一透镜单元和第二透镜单元变小的变焦透镜系统。而且,可以提供一种同时实现上述目的的变焦透镜系统。
而且,通过针对每一个透镜单元和针对移动方法构思方案,可以提供一种能够实现尺寸缩减、高变焦比、成本缩减以及确保光学性能中的一些或多个的变焦透镜系统。而且,可以提供一种包括这种变焦透镜系统的电子图像拾取装置。
或者,可以提供一种容易减小因在装配变焦透镜系统时的错误装配而造成光学性能劣化的变焦透镜系统。
下面,参照附图,对根据本发明的变焦透镜系统和电子图像拾取装置的示范实施方式进行详细说明。然而,本发明不限于下面说明的实施方式。
下面,对本发明的变焦透镜系统的第一实施方式到第九实施方式进行说明。在图1A、图1B以及图1C到图9A、图9B以及图9C中示出了根据第一实施方式到第九实施方式的无限远物体点聚焦时的广角端的状态、中间状态以及长焦端的状态的透镜截面图。在图1A到图9C中,G1表示第一透镜单元,G2表示第二透镜单元,S表示孔径光阑,G3表示第三透镜单元,G4表示第四透镜单元,F表示形成低通滤光器的平行平板,在该平行平板中,涂敷有限制红外线的波长区限制涂层,C表示电子图像拾取组件的由碳玻璃制成的平行平板,而I表示像平面。可以将用于限制波长区的多层结构膜施加至碳玻璃C的表面。而且,可以使碳玻璃C具有低通滤光器作用。
如图1A到图1C所示,第一实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜和具有朝向物体侧的凸表面的第四正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第五正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第六正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第七负弯月形透镜。将第六正弯月形透镜和第七负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第八正双凸透镜。第十表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第五正双凸透镜的两个表面以及第八正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第八表面为虚表面。
如图2A到图2C所示,第二实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜和具有朝向物体侧的凸表面的第四正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第五正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第六正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第七负弯月形透镜。将第六正弯月形透镜和第七负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第八正双凸透镜。第十表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第五正双凸透镜的两个表面以及第八正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第八表面为虚表面。
如图3A到图3C所示,第三实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜和具有朝向物体侧的凸表面的第四正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第五正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第六正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第七负弯月形透镜。将第六正弯月形透镜和第七负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第八正双凸透镜。第十表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第五正双凸透镜的两个表面以及第八正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第八表面为虚表面。
如图4A到图4C所示,第四实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜和具有朝向像侧的凸表面的第四正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第五正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第六正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第七负弯月形透镜。将第六正弯月形透镜和第七负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第八正双凸透镜。第十表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第五正双凸透镜的两个表面以及第八正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第八表面为虚表面。
如图5A到图5C所示,第五实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜和具有朝向物体侧的凸表面的第四正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第五正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第六正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第七负弯月形透镜。将第六正弯月形透镜和第七负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第八正双凸透镜。第十表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第五正双凸透镜的两个表面以及第八正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第八表面为虚表面。
如图6A到图6C所示,第六实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第四负弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第五正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第六正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第七正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第八负弯月形透镜。将第七正弯月形透镜和第八负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第九正双凸透镜。第十二表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第六正双凸透镜的两个表面以及第九正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第十表面为虚表面。
如图7A到图7C所示,第七实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜、第四正双凸透镜,以及第五负双凹透镜。第三透镜单元G3包括第六正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第七正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第八负弯月形透镜。将第七正弯月形透镜和第八负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第九正双凸透镜。第十二表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第六正双凸透镜的两个表面以及第九正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第十表面为虚表面。
如图8A到图8C所示,第八实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜和具有朝向物体侧的凸表面的第四正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第五正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第六正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第七负弯月形透镜。将第六正弯月形透镜和第七负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第八正双凸透镜。第十表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第五正双凸透镜的两个表面以及第八正双凸透镜的朝向物体侧的表面。
如图9A到图9C所示,第九实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动,第二透镜单元G2在朝向物体侧移动一次之后翻转,接着朝向像侧移动,第三透镜单元G3随孔径光阑S一起整体地朝向物体侧移动,而第四透镜单元G4朝向像侧移动。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜、第四正双凸透镜,以及第五负双凹透镜。第三透镜单元G3包括第六正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第七正弯月形透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第八负弯月形透镜。将第七正弯月形透镜和第八负弯月形透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第九正双凸透镜。第十二表面的透镜顶点在比孔径光阑S远的位置处定位在物体侧。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第六正双凸透镜的两个表面以及第九正双凸透镜的朝向物体侧的表面。而且,第十表面为虚表面。
下面,对本发明的变焦透镜系统的第十实施方式、第十一实施方式以及第十二实施方式进行说明。在图24A、图24B以及图24C、图25A、图25B以及图25C以及图26A、图26B以及图26C中示出了根据第十实施方式、第十一实施方式以及第十二实施方式的无限远物体点聚焦时的广角端的状态、中间状态以及长焦端的状态的透镜截面图。在图24A到图26C中,G1表示第一透镜单元,G2表示第二透镜单元,S表示孔径光阑,G3表示第三透镜单元,G4表示第四透镜单元,而C表示电子图像拾取组件的由碳玻璃制成的平行平板,而且表示其中集成了图像拾取组件的低通滤光器、IR遮断涂层以及盖玻璃的组件。I表示像平面。
如图24A到图24C所示,第十实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。孔径光阑S直接设置在第三透镜单元G3前面(和第三透镜单元G3的最靠近物体侧的透镜表面的顶点相同的位置),并且随第三透镜单元G3一起整体地移动。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的物体侧。第二透镜单元G2在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的像侧。第三透镜单元G3在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的物体侧。第四透镜单元G4朝向像侧移动。通过移动第四透镜单元G4来执行聚焦。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜、第四负双凹透镜,以及具有朝向物体侧的凸表面的第五正弯月形透镜。第三透镜单元G3包括第六正双凸透镜、第七正双凸透镜,以及第八负双凹透镜。将第七正双凸透镜和第八负双凹透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第九正双凸透镜。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第六正双凸透镜的两个表面以及第九正双凸透镜的朝向物体侧的表面。
如图25A到图25C所示,第十一实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。孔径光阑S直接设置在第三透镜单元G3前面(和第三透镜单元G3的最靠近物体侧的透镜表面的顶点相同的位置),并且随第三透镜单元G3一起整体地移动。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的物体侧。第二透镜单元G2在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的像侧。第三透镜单元G3在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的物体侧。第四透镜单元G4朝向像侧移动。通过移动第四透镜单元G4来执行聚焦。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜、第四负双凹透镜,以及第五正双凸透镜。将第四负双凹透镜和第五正双凸透镜粘合起来。第三透镜单元G3包括第六正双凸透镜、第七正双凸透镜,以及第八负双凹透镜。将第七正双凸透镜和第八负双凹透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第九正双凸透镜。
将非球面表面用于六个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第六正双凸透镜的两个表面以及第九正双凸透镜的朝向物体侧的表面。
如图26A到图26C所示,第十二实施方式中的变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:具有正屈光力的第一透镜单元G1、具有负屈光力的第二透镜单元G2、孔径光阑S、具有正屈光力的第三透镜单元G3,以及具有正屈光力的第四透镜单元G4。孔径光阑S直接设置在第三透镜单元G3前面(和第三透镜单元G3的最靠近物体侧的透镜表面的顶点相同的位置),并且随第三透镜单元G3一起整体地移动。
在从广角端向长焦端变焦时,第一透镜单元G1朝向物体侧移动。第二透镜单元G2在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的像侧。第三透镜单元G3在首先朝向物体侧移动之后,朝向像侧移动,接着定位在长焦端而非广角端的物体侧。第四透镜单元G4朝向像侧移动。通过移动第四透镜单元G4来执行聚焦。
从物体侧起按顺序,第一透镜单元G1包括具有朝向物体侧的凸表面的第一负弯月形透镜,和第二正双凸透镜。将第一负弯月形透镜和第二正双凸透镜粘合起来。第二透镜单元G2包括第三负双凹透镜、第四负双凹透镜,以及第五平凸透镜。将第四负双凹透镜和第五平凸透镜粘合起来。第三透镜单元G3包括第六正双凸透镜、具有朝向物体侧的凸表面的第七平凸正透镜,以及具有朝向像侧的凹表面的第八平凸负透镜。将第七平凸正透镜和第平凸负透镜粘合起来。第四透镜单元G4包括第九正双凸透镜。
将非球面表面用于七个表面,即,第二正双凸透镜的像侧表面、第三负双凹透镜的两个表面、第六正双凸透镜的两个表面以及第九正双凸透镜的两个表面。
下面,示出了上述每一个实施方式的数值数据。除了上述符号以外,f表示整个变焦透镜系统的焦距,FNO表示F数,ω表示半像角,WE表示广角端,ST表示中间状态,TE表示长焦端,r1、r2、...中的每一个表示每一个透镜表面的曲率半径,d1、d2、...中的每一个表示两个透镜之间的距离,nd1、nd2、...中的每一个表示每一个透镜的针对d线的折射率,而vd1、vd2、...中的每一个表示针对每一个透镜的阿贝数。若把x设为以光行进方向为正(方向)的光轴,把y设为处于与光轴正交的方向,则通过下面的表达式对非球面表面的形状进行描述。
x=(y2/r)/[1+{1-(K+1)(y/r)2}1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12
其中,r表示近轴曲率半径,K表示圆锥系数,A4、A6、A8、A10以及A12分别表示四阶、六阶、八阶、十阶以及十二阶的非球面表面系数。而且,在非球面表面系数中,“e-n”(其中,n为整数)表示“10-n”。
而且,“A”意指表面是非球面表面,而“S”意指表面是孔径光阑。
实施例1
r1=21.698        d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=17.688        d2=4.06    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-29.133(A)    d3=(可变)
r4=-12.208(A)    d4=0.90    nd3=1.80610    vd3=40.88
r5=5.778(A)      d5=0.98
r6=9.168         d6=1.90    nd4=1.92286    vd4=18.90
r7=26.277        d7=(可变)
r8=∞            d8=0.98
r9=∞(S)         d9=-0.10
r10=4.600(A)     d10=3.01   nd5=1.49700    vd5=81.54
r11=-11.717(A)     d11=0.20
r12=4.992          d12=1.26    nd6=1.60342    vd6=38.03
r13=8.287          d13=0.39    nd7=2.00330    vd7=28.27
r14=3.230          d14=0.70
r15=∞            d15=(可变)
r16=24.719(A)      d16=1.93    nd8=1.74330    vd8=49.33
r17=-69.248        d17=(可变)
r18=∞             d18=0.50    nd9=1.51633    vd9=64.14
r19=∞             d19=0.50
r20=∞             d20=0.50    nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞             d21=0.37
r22=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=0.000
A4=3.82038e-05
A6=-8.48090e-08
A8=3.61465e-10
第四表面
K=0.089
A4=4.60626e-05
A6=1.28261e-05
A8=-1.58317e-07
第五表面
K=-0.406
A4=-5.63186e-04
A6=8.35981e-06
A8=2.80302e-07
第十表面
K=-0.227
A4=-1.01015e-03
A6=-2.49056e-05
第十一表面
K=0.000
A4=6.04770e-04
A6=-2.94658e-05
A8=1.98114e-06
第十六表面
K=0.000
A4=1.18442e-04
A6=3.01521e-06
A8=4.62981e-07
A10=-2.00000e-08
变焦数据(∞)
           WE         ST       TE
f(mm)    6.88      16.85    46.28
FNO      3.30      4.43     5.67
2ω(°)  63.08     24.77    9.31
d3      0.71      7.57     13.70
d7       12.31     6.87     0.60
d15      2.30      8.77     15.01
d17    5.06    3.68    1.50
实施例2
r1=20.645      d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=16.835      d2=4.25    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-26.751(A)  d3=(可变)
r4-14.412(A)    d4=0.94    nd3=1.88300    vd3=40.76
r5=5.846(A)    d5=0.80
r6=8.130       d6=2.01    nd4=1.92286    vd4=18.90
r7=19.830      d7=(可变)
r8=∞          d8=0.98
r9=∞(S)       d9=-0.10
r10=4.569(A)   d10=3.11   nd5=1.49700    vd5=81.54
r11=-12.606(A) d11=0.23
r12=4.855      d12=1.20   nd6=1.60342    vd6=38.03
r13=7.083      d13=0.39   nd7=2.00330    vd7=28.27
r14=3.164      d14=0.70
r15=∞         d15=(可变)
r16=20.534(A)  d16=2.09   nd8=1.74330    vd8=49.33
r17=-174.515   d17=(可变)
r18=∞         d18=0.50   nd9=1.51633    vd9=64.14
r19=∞         d19=0.50
r20=∞         d20=0.50   nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞         d21=0.37
r22=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=0.000
A4=4.69441e-05
A6=-1.14534e-07
A8=4.94209e-10
第四表面
K=0.089
A4=-1.91915e-04
A6=1.92984e-05
A8=-2.28818e-07
第五表面
K=-0.406
A4=-5.68873e-04
A6=7.83764e-06
A8=6.33582e-07
第十表面
K=-0.227
A4=-9.38774e-04
A6=-2.98017e-05
第十一表面
K=0.000
A4=6.11227e-04
A6=-3.00252e-05
A8=1.85735e-06
第十六表面
K=0.000
A4=2.12280e-04
A6=-2.82589e-06
A8=6.55635e-07
A10=-2.00000e-08
变焦数据(∞)
           WE      ST      TE
f(mm)      6.88    16.84   46.28
FNO        3.30    4.42    5.59
2ω(°)    63.68   24.93   9.36
d3         0.50    6.97    12.70
d7         12.16   7.05    0.99
d15        2.22    8.72    14.86
d17        5.09    3.81    1.61
实施例3
r1=22.538        d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=18.176        d2=4.07    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-27.449(A)    d3=(可变)
r4=-11.281(A)    d4=0.90    nd3=1.80610    vd3=40.88
r5=6.540(A)      d5=0.99
r6=10.399        d6=1.88    nd4=2.10227    vd4=17.10
r7=22.503        d7=(可变)
r8=∞            d8=0.98
r9=∞(S)         d9=-0.10
r10=4.505(A)     d10=3.06   nd5=1.49700    vd5=81.54
r11=-11.895(A)   d11=0.22
r12=5.146        d12=1.18   nd6=1.60342    vd6=38.03
r13=7.646        d13=0.39   nd7=2.00330    vd7=28.27
r14=3.245       d14=0.70
r15=∞          d15=(可变)
r16=24.762(A)   d16=2.06    nd8=1.74330    vd8=49.33
r17=-66.758     d17=(可变)
r18=∞          d18=0.50    nd9=1.51633    vd9=64.14
r19=∞          d19=0.50
r20=∞          d20=0.50    nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞          d21=0.37
r22=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=0.000
A4=3.92559e-05
A6=-6.29929e-08
A8=2.03948e-10
第四表面
K=0.089
A4=2.03912e-04
A6=1.01180e-05
A8=-1.28824e-07
第五表面
K=-0.406
A4=-3.80310e-04
A6=1.04953e-05
A8=2.29140e-07
第十表面
K=-0.227
A4=-1.05417e-03
A6=-2.31881e-05
第十一表面
K=0.000
A4=6.50102e-04
A6=-2.65162e-05
A8=1.92181e-06
第十六表面
K=0.000
A4=1.47469e-04
A6=-1.30252e-06
A8=6.46852e-07
A10=-2.00000e-08
变焦数据(∞)
           WE      ST     TE
f(mm)      6.88    16.85   46.29
FNO        3.30    4.43    5.64
2ω(°)    63.19   24.73   9.31
d3         0.68    7.52    13.70
d7         12.42   6.96    0.69
d15        2.28    8.77    14.93
d17        5.03    3.69    1.50
实施例4
r1=20.479      d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=16.826      d2=4.06    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-32.919(A)  d3=(可变)
r4=-11.994(A)  d4=0.91    nd3=1.83481    vd3=42.71
r5=6.532(A)    d5=0.78
r6=8.849       d6=1.86    nd4=1.92286    vd4=18.90
r7=21.254      d7=(可变)
r8=∞          d8=0.98
r9=∞(S)       d9=-0.10
r10=5.038(A)   d10=3.14   nd5=1.49700    vd5=81.54
r11=-11.062(A) d11=0.29
r12=5.130      d12=1.25   nd6=1.60342    vd6=38.03
r13=8.213      d13=0.39   nd7=2.00330    vd7=28.27
r14=3.497      d14=0.70
r15=∞         d15=(可变)
r16=22.108(A)  d16=1.98   nd8= 1.74330   vd8=49.33
r17=-144.779   d17=(可变)
r18=∞         d18=0.50   nd9=1.51633    vd9=64.14
r19=∞         d19=0.50
r20=∞         d20=0.50   nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞         d21=0.37
r22=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=0.000
A4=3.03379e-05
A6=-5.30314e-08
A8=2.38853e-10
第四表面
K=0.089
A4=-4.93344e-05
A6=1.67517e-05
A8=-1.98391e-07
第五表面
K=-0.406
A4=-4.16293e-04
A6=9.24712e-06
A8=4.77141e-07
第十表面
K=-0.227
A4=-8.15716e-04
A6=-2.26164e-05
第十一表面
K=0.000
A4=6.46494e-04
A6=-3.54167e-05
A8=1.87547e-06
第十六表面
K=0.000
A4=2.61106e-04
A6=-1.49917e-06
A8=6.34056e-07
A10=-2.00000e-08
变焦数据(∞)
           WE      ST      TE
f(mm)      6.88    16.85   46.28
FNO        3.30    4.45    5.72
2ω(°)    67.46   25.81   9.52
d3         0.86    7.53    13.70
d7         12.34   6.75    0.63
d15        2.15    8.73    15.24
d17        5.07    3.69    1.43
实施例5
r1=23.668        d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=19.590        d2=3.98    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-27.384(A)    d3=(可变)
r4=-12.598(A)    d4=0.91    nd3=1.83481    vd3=42.71
r5=6.347(A)      d5=0.91
r6=9.462         d6=1.88    nd4=1.92286    vd4=18.90
r7=25.431        d7=(可变)
r8=∞            d8=0.98
r9=∞(S)         d9=-0.10
r10=4.380(A)     d10=2.64   nd5=1.49700    vd5=81.54
r11=-11.978(A)   d11=0.21
r12=5.009        d12=1.17   nd6=1.51742    vd6=52.43
r13=6.232        d13=0.40   nd7=2.00330    vd7=28.27
r14=3.071        d14=0.70
r15=∞          d15=(可变)
r16=21.580(A)    d16=2.06    nd8=1.81474    vd8=37.03
r17=-978.404     d17=(可变)
r18=∞           d18=0.50    nd9=1.51633    vd9=64.14
r19=∞           d19=0.50
r20=∞           d20=0.50    nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞           d21=0.37
r22=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-7.111
A4=-5.55917e-07
A6=1.43935e-08
A8=1.59184e-10
A10=2.14201e-14
第四表面
K=0.164
A4=-5.56372e-05
A6=2.25017e-05
A8=-6.41799e-07
A10=7.92547e-09
第五表面
K=0.426
A4=-1.02133e-03
A6=2.17154e-05
A8=-1.26409e-06
A10=6.37628e-09
第十表面
K=-3.075
A4=2.84705e-03
A6=-1.36330e-04
第十一表面
K=8.240
A4=7.87536e-04
A6=4.92757e-05
A8=-1.38094e-05
A10=8.57143e-07
第十六表面
K=-4.140
A4=1.27942e-04
A6=2.38646e-05
A8=-1.38465e-06
A10=2.83638e-08
变焦数据(∞)
         WE      ST      TE
f(mm)    6.62    16.17   44.53
FNO      3.30    4.44    5.50
2ω(°)  65.90   25.93   9.87
d3       0.70    7.35    13.70
D7       13.43   7.55    0.60
d15      1.98    8.49    13.39
d17      5.27    4.06    3.60
实施例6
r1=22.602      d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=18.738      d2=4.13    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-25.691(A)  d3=(可变)
r4-13.288(A)    d4=0.91    nd3=1.83481    vd3=42.71
r5=16.534(A)   d5=0.55
r6=28.680      d6=0.70    nd4=1.88300    vd4=40.76
r7=7.398       d7=0.47
r8=8.542       d8=2.05    nd5=1.92286    vd5=18.90
r9=23.121      d9=(可变)
r10=∞         d10=0.98
r11=∞(S)      d11=-0.10
r12=4.478(A)   d12=2.56   nd6=1.49700    vd6=81.54
r13=-15.247(A) d13=0.20
r14=4.817      d14=1.47   nd7=1.51742    vd7=52.43
r15=7.370      d15=0.40   nd8=2.00330    vd8=28.27
r16=3.171      d16=0.70
r17=∞         d17=(可变)
r18=17.556(A)  d18=2.28   nd9=1.81474    vd9=37.03
r19=-356.352   d19=(可变)
r20=∞         d20=0.50   nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞         d21=0.50
r22=∞         d22=0.50   nd11=1.51633   vd11=64.14
r23=∞         d23=0.37
r24=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-2.655
A4=2.84235e-05
A6=-1.26821e-07
A8=6.53842e-10
A10=2.14201e-14
第四表面
K=1.985
A4=-1.54238e-04
A6=3.31806e-05
A8=-7.71567e-07
A10=7.92547e-09
第五表面
K=7.086
A4=-9.45498e-04
A6=3.71912e-05
A8=-9.25584e-07
A10=6.37628e-09
第十二表面
K=-1.244
A4=5.05817e-04
A6=4.58343e-05
第十三表面
K=0.148
A4=6.24060e-04
A6=7.30506e-05
A8=-8.70760e-06
A10=8.57143e-07
第十八表面
K=-5.979
A4=1.62882e-04
A6=2.08747e-05
A8=-1.27158e-06
A10=2.83638e-08
变焦数据(∞)
(∞)
         WE       ST      TE
f(mm)    6.62     16.17   44.53
FNO      3.30     4.45    5.35
2ω(°)  66.51    25.78   9.68
d3       0.61     6.85    12.93
d9       13.00    7.50    0.60
d17      1.91     8.34    12.90
d19      4.88     4.05    3.00
实施例7
r1=23.899         d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=19.824         d2=4.24    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-26.164(A)     d3=(可变)
r4=-10.790(A)     d4=0.91    nd3=1.83481    vd3=42.71
r5=22.431(A)      d5=0.90
r6=218.971        d6=2.10    nd4=1.92286    vd4=18.90
r7=-13.195        d7=0.30
r8=-10.758     d8=0.50    nd5=1.88300     vd5=40.76
r9=103.691     d9=(可变)
r10=∞         d10=0.98
r11=∞(S)      d11=-0.10
r12=4.295(A)   d12=2.51    nd6=1.49700    vd6=81.54
r13=-13.710(A) d13=0.20
r14=4.763      d14=1.22    nd7=1.51742    vd7=52.43
r15=6.332     d15=0.40    nd8=2.00330    vd8=28.27
r16=3.093      d16=0.70
r17=∞         d17=(可变)
r18=29.444(A)  d18=1.99    nd9=1.81474    vd9=37.03
r19=-51.206    d19=(可变)
r20=∞         d20=0.50    nd10=1.51633   vd10=64.14
r21=∞         d21=0.50
r22=∞         d22=0.50    nd11=1.51633   vd11=64.14
r23=∞         d23=0.37
r24=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-3.386
A4=1.84236e-05
A6-5.49013e-08
A8=2.40556e-10
A10=-3.81661e-13
第四表面
K=-3.373
A4=-5.91701e-06
A6=1.42524e-05
A8=-3.49467e-07
A10=3.043 50e-09
第五表面
K=3.350
A4=-1.83526e-04
A6=2.07397e-05
A8=-4.59555e-07
A10=6.67020e-09
第十二表面
K=-1.796
A4=1.38580e-03
A6=5.53570e-06
第十三表面
K=-92.455
A4=-3.55086e-03
A6=7.78041e-04
A8=-9.98896e-05
A10=5.79723e-06
第十八表面
K=5.707
A4=1.30782e-04
A6=9.36732e-06
A8=-4.60064e-07
A10=7.60826e-09
变焦数据(∞)
         WE      ST       TE
f(mm)    6.62    16.17    44.53
FNO      3.30    4.44     5.43
2ω(°)  68.57   26.03    9.75
d3       0.58    7.10     13.39
d9       12.27   6.94     0.60
d17      2.29    8.51     13.18
d19      4.97    3.90     3.00
实施例8
r1=23.976      d1=0.80    nd1=2.001 70    vd1=20.64
r2=19.903      d2=3.96    nd2=1.49700     vd2=81.54
r3=-27.088(A)  d3=(可变)
r4=-13.009(A)  d4=0.91    nd3=1.83481     vd3=42.71
r5=6.302(A)    d5=0.92
r6=9.256       d6=1.87    nd4=1.92286     vd4=18.90
r7=23.104      d7=(可变)
r8=∞          d8=0.98
r9=∞(S)       d9=-0.10
r10=4.405(A)   d10=2.63   nd5=1.49700     vd5=81.54
r11=-10.942(A) d11=0.23
r12=5.290      d12=1.14   nd6=1.51742     vd6=52.43
r13=6.299      d13=0.41   nd7=2.00330     vd7=28.27
r14=3.124      d14=0.70
r15=∞         d15=(可变)
r16=21.612(A)  d16=2.06   nd8=1.81474     vd8=37.03
r17=-3334.342  d17=(可变)
r18=∞    d18=0.50    nd9=1.51633    vd9=64.14
r19=∞    d19=0.50
r20=∞    d20=0.50    nd10=1.51633  vd10=64.14
r21=∞    d21=0.37
r22=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-3.358
A4=2.30297e-05
A6=-1.22671e-07
A8=7.32069e-10
A10=2.14201e-14
第四表面
K=-0.491
A4=-1.79874e-04
A6=2.75493e-05
A8=-7.26410e-07
A10=7.92547e-09
第五表面
K=0.311
A4=-1.03567e-03
A6=2.81436e-05
A8=-1.04751e-06
A10=6.37628e-09
第十表面
K=-3.062
A4=2.72342e-03
A6=-1.57228e-04
第十一表面
K=-22.869
A4=-1.92400e-03
A6=1.43485e-04
A8=-2.06398e-05
A10=8.57143e-07
第十六表面
K=-3.300
A4=1.45283e-04
A6=2.16436e-05
A8=-1.33025e-06
A10=2.83638e-08
变焦数据(∞)
         WE      ST      TE
f(mm)    6.62    16.18   44.54
FNO      3.30    4.44    5.49
2ω(°)  65.74   25.95   9.88
d3       0.67    7.35    13.69
d7       13.36   7.50    0.60
d15      2.02    8.52    13.40
d17      5.28    4.07    3.61
实施例9
r1=23.668     d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r1=23.104     d1=0.80    nd1=2.00170    vd1=20.64
r2=19.396     d2=4.18    nd2=1.49700    vd2=81.54
r3=-28.307(A) d3=(可变)
r4=-8.746(A)  d4=0.90    nd3=1.80610    vd3=40.92
r5=22.609(A)  d5=0.96
r6=1 15.759   d6=1.98    nd4=1.92286    vd4=18.90
r7=-14.259    d7=0.21
r8=-13.143    d8=0.50    nd5=1.88300    vd5=40.76
r9=72.040     d9=(可变)
r10=∞        d10=0.98
r11=∞(S)     d11=-0.10
r12=4.226(A)  d12=2.08    nd6=1.49700   vd6=81.54
r13=-16.546(A)d13=0.38
r14=4.496     d14=1.32    nd7=1.51742   vd7=52.43
r15=6.297     d15=0.40    nd8=2.00330   vd8=28.27
r16=3.029     d16=0.70
r17=∞        d17=(可变)
r18=42.015(A) d18=1.93    nd9=1.81474   vd9=37.03
r19=-32.646   d19=(可变)
r20=∞        d20=0.50    nd10=1.51633  vd10=64.14
r21=∞        d21=0.50
r22=∞        d22=0.50    nd11=1.51633  vd11=64.14
r23=∞        d23=0.37
r24=∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-5.090
A4=9.69822e-06
A6=-7.03853e-09
A8=8.40603e-11
A10=-7.99864e-13
第四表面
K=-7.664
A4=-2.42260e-04
A6=1.92938e-05
A8=-4.98886e-07
A10=4.81577e-09
第五表面
K=14.395
A4=3.36955e-04
A6=-1.56311e-06
A8=-5.73815e-08
A10=-1.93332e-09
第十二表面
K=-4.899
A4=6.91677e-03
A6=-4.70828e-04
A8=3.61315e-05
A10=9.97270e-22
第十三表面
K=-161.860
A4=-2.97697e-03
A6=9.82793e-04
A8=-1.34602e-04
A10=1.02130e-05
第十八表面
K=-238.183
A4=4.66205e-04
A6=-2.07951e-06
A8=-1.03870e-07
A10=1.44607e-09
变焦数据(∞)
         WE      ST      TE
f(mm)    6.63    16.23   44.53
FNO      3.30    4.51    5.64
2ω(°)  67.60   25.89   9.77
d3       0.95    7.52    13.67
d9       11.63   6.65    0.60
d17      1.89    8.46    13.34
d19      5.04    3.61    3.00
实施例10
单位:mm
表面数据
表面编号    r           d       nd         vd
1           15.981      0.80    1.94595    17.98
2           13.053      3.75    1.59201    67.07
3           -66.140(A)  (可变)
4    -100.665(A)    0.90    1.83481    42.71
5    7.729(A)       2.13
6    -16.155        0.70    1.88300    40.76
7    11.324         0.20
8    10.621         1.87    1.94595    17.98
9    2576.770       (可变)
10   ∞(S)0.00
11   5.669(A)       2.88    1.49700    81.54
12   -14.592(A)0.10
13   6.990          1.57    1.76200    40.10
14   -856.715       0.41    1.74000    28.30
15   3.868          (可变)
16   22.699(A)      1.80    1.74320    49.34
17   -62.571        (可变)
18   ∞             0.50    1.51633    64.14
19   ∞             1.20
20   ∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=0.000,A4=3.00437e-05,A6=-3.01520e-08,A8=-5.50854e-10,
A10=3.81914e-12
第四表面
K=0.000,A4=-1.22830e-05,A6=3.19778e-06,A8=1.49784e-08,
A10=-1.44514e-09
第五表面
K=-0.836,A4=1.95528e-04,A6=1.69233e-05,A8=1.70976e-08,
A10=1.78784e-08
第十一表面
K=-3.831,A4=1.95133e-03,A6=-6.49873e-05,A8=2.66321e-06,
A10=-9.19166e-08
第十二表面
K=0.000,A4=4.30798e-04,A6=1.52421e-07,A8=1.09883e-06,
A10=-9.21340e-08
第十六表面
K=0.000,A4=5.94648e-05,A6=1.25383e-05,A8=-6.35142e-07,
A10=1.34623e-08
变焦数据(∞)
         WE      ST      TE
f(mm)    6.63    16.65   44.36
FNO.     3.45    4.69    4.74
2ω(°)  67.91   26.70   9.79
d3       0.27    5.40    11.68
d9       12.65   7.15    1.74
d15      5.69    12.69   13.85
d17      5.17    5.10    2.96
实施例11
单位:mm
表面数据
表面编号    r         d       nd         vd
1           16.869    0.80    1.94595    17.98
2    13.695        3.68    1.59201    67.07
3    -57.815(A)    (可变)
4    -42.294(A)    0.70    1.80610    40.92
5    12.696(A)     2.08
6    -11.746       0.60    1.88300    40.76
7    9.844         2.01    1.94595    17.98
8    -13988.729    (可变)
9    ∞(S)         0.00
10   5.454(A)      2.39    1.49700    81.54
11   -16.944(A)    0.10
12   6.940         2.07    1.76200    40.10
13   -6100.501     0.41    1.74000    28.30
14   3.605         (可变)
15   17.114(A)     2.64    1.53110    55.91
16   -19.673       (可变)
17   ∞            0.50     1.51633   64.14
18   ∞            1.20
19   ∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-20.755,A4=1.51899e-05,A6=-2.74484e-08,A8=3.19103e-11,
A10=1.51082e-13
第四表面
K=-88.808,A4=2.72233e-04,A6=-1.03270e-05,A8=4.99104e-07,
A10=-7.03571e-09
第五表面
K=5.715,A4=9.76937e-07,A6=-1.52989e-05,A8=5.01342e-07,
A10=-1.25456e-08
第十表面
K=-3.567,A4=2.13009e-03,A6=-6.35403e-05,A8=2.94077e-06,
A10=-2.18484e-08
第十一表面
K=10.628,A4=8.07600e-04,A6=6.73556e-06,A8=1.75247e-06,
A10=7.93089e-09
第十五表面
K=0.124,A4=1.29001e-04,A6=1.04784e-05,A8=-4.85185e-07,
A10=7.93527e-09
变焦数据(∞)
         WE      ST       TE
f(mm)    6.62    16.87    44.97
FNO.     3.44    4.91     5.01
2ω(°)  68.56   26.90    9.88
d3       0.30    5.71     11.67
d8       12.24   7.90     1.77
d14      4.00    12.49    13.10
d16      4.84    3.60     2.98
实施例12
单位P:mm
表面数据
表面编号    r    d    nd    vd
1    18.182        0.90    1.94595    17.98
2    14.569        3.48    1.59201    67.07
3    -52.115(A)    (可变)
4    -34.097(A)    0.70    1.80610    40.92
5    14.105(A)     2.22
6    -13.219       0.60    1.88300    40.76
7    10.602        1.93    1.94595    17.98
8    ∞            (可变)
9    ∞(S)         0.00
10   5.288(A)      2.43    1.49700    81.54
11   -17.296(A)    0.10
12   7.329         2.00    1.76200    40.10
13   ∞            0.41    1.71736    29.52
14   3.564         (可变)
15   22.281(A)     2.44    1.58313    59.38
16   -22.281(A)    (可变)
17   ∞            0.50    1.51633    64.14
18   ∞            1.20
19   ∞(电子图像拾取装置的光接收表面,像平面)
非球面系数
第三表面
K=-14.625,A4=1.26268e-05,A6=2.89083e-09,A8=-5.21489e-10,
A10=3.54481e-12
第四表面
K=-123.195,A4=-1.13231e-05,A6=-1.61794e-06,A8=2.27459e-07,
A10=-3.24892e-09
第五表面
K=4.125,A4=8.01581e-05,A6=-1.19119e-05,A8=1.80160e-07,
A10=1.16109e-08
第十表面
K=-2.714,A4=1.47977e-03,A6=-2.78130e-05,A8=4.58287e-07,
A10=-4.11026e-09
第十一表面
K=7.374,A4=5.60610e-04,A6=1.44138e-08,A8=5.31566e-07,
A10=4.29532e-09
第十五表面
K=0.183,A4=4.69985e-05,A6=8.18509e-06,A8=-4.46999e-07,
A10=8.51670e-09
第十六表面
K=0.183,A4=-4.69985e-05,A6=-8.18509e-06,A8=4.46999e-07,
A10=-8.51670e-09
变焦数据(∞)
         WE      ST       TE
f(mm)    6.68    16.98    45.16
FNO.     3.36    4.91     5.08
2ω(°)  68.06   26.50    9.76
d3       0.30    5.32     11.90
d8       12.85   7.83     1.78
d14      3.30    12.50    13.60
d16    5.39     4.14    3.02
图10A、图10B以及图10C到图18A、图18B以及图18C和图27A、图27B以及图27C到图29A、图29B以及图29C,示出了上述根据第一实施方式到第十二实施方式的在无限远物体点聚焦时的在广角端、中间状态处、长焦端的球面像差(SA)、像散(AS)、畸变(DT)以及缩放倍率色像差(CC)的图。
在图中,‘ω’表示半像角。
下面给出实施方式中条件表达式(1)到(23)的值。
                            Ex1      Ex2      Ex3      Ex4      Ex5
(1)(β2t2w)/(β3t3w)  1.759    1.874    1.784    1.654    1.576
(2)ft/fw                    6.725    6.728    6.726    6.725    6.725
(3)D2w/ft                   0.285    0.282    0.287    0.286    0.321
(4)f1/ft                    0.634    0.595    0.633    0.645    0.660
(5)|f2/ft|                  0.164    0.154    0.164    0.163    0.172
(6)f3/ft                    0.220    0.217    0.220    0.219    0.234
(7)f5/ft                    0.534    0.537    0.530    0.560    0.583
(8)vd1p-vd1n                60.896   60.896   60.896   60.896   60.896
(9)vd1p                     81.540   81.540   81.540   81.540   81.540
(10)vd3p                    81.540   81.540   81.540   81.540   81.540
(11)nd1n                    2.002    2.002    2.002    2.002    2.002
(12)nd2n                    1.806    1.883    1.806    1.835    1.835
(13)nd2p                    1.923    1.923    2.102    1.923    1.923
(14)SF2n1                   0.357    0.423    0.266    0.295    0.330
(15)SF1p                    -0.244   -0.228   -0.203   -0.324   -0.166
(16)β2t2w               3.133    3.237    3.153    3.048    3.115
(17)β3t3w               1.781    1.727    1.768    1.842    1.977
(18)β4t4w               1.205    1.204    1.207    1.198    1.092
(19)(D2w+D1t)/ft            0.581    0.556    0.583    0.582    0.629
(20)D1t/ft                  0.296    0.274    0.296    0.296    0.308
(21)TL/ft            1.074    1.068    1.077    1.079    1.116
                              Ex6      Ex7      Ex8      Ex9
(1)(β2t2w)/(β3t3w)    1.955    1.754    1.580    1.608
(2)ft/fw                      6.724    6.722    6.727    6.721
(3)D2w/ft                     0.312    0.295    0.320    0.281
(4)f1/ft                      0.625    0.648    0.659    0.657
(5)|f2/ft|                    0.166    0.162    0.171    0.160
(6)f3/ft                      0.235    0.224    0.234    0.216
(7)f4/ft                      0.462    0.521    0.592    0.512
(8)vd1p-vd1n                  60.896   60.896   60.896   60.896
(9)vd1p                       81.540   81.540   81.540   81.540
(10)vd3p                      81.540   81.540   52.430   81.540
(11)nd1n                      2.002    2.002    2.002    2.002
(12)nd2n                      1.835    1.835    1.835    1.806
(13)nd2p                      1.923    1.923    1.923    1.923
(14)SF2n1                     -0.109   -0.350   0.347    -0.442
(15)SF1p                      -0.156   -0.138   -0.153   -0.187
(16)β2t2w                 3.389    3.239    3.122    3.094
(17)β3t3w                 1.733    1.847    1.975    1.924
(18)β4t4w                 1.145    1.123    1.091    1.129
(19)(D2w+D1t)/ft              0.602    0.596    0.627    0.588
(20)D1t/ft                    0.290    0.301    0.307    0.307
(21)TL/ft                     1.109    1.116    1.116    1.116
                                       Ex10     Ex11     Ex12
(1)(β2t2w)/(β3t3w)             3.152    2.981    2.684
(2)ft/fw                               6.692    6.796    6.757
(3)D2w/ft                              0.285    0.272    0.284
(4)f1/ft                          0.553    0.554    0.572
(5)|f2/ft|                        0.136    0.136    0.144
(6)f3/ft                          0.243    0.232    0.236
(7)f4/ft                          0.510    0.393    0.432
(8)vd1p-vd1n                      49.085   49.085   49.085
(9)vd1p                           67.069   67.069   67.069
(10)vd3p                          81.540   81.540   81.540
(11)nd1n                          1.946    1.946    1.946
(12)nd2n                          1.835    1.806    1.806
(13)nd2p                          1.883    1.883    1.883
(14)SF2n1                         0.857    0.538    0.415
(15)SF1p                          -0.670   -0.617   -0.563
(16)β2t2w                     4.292    4.146    3.885
(17)β3t3w                     1.362    1.391    1.447
(18)β4t4w                     1.145    1.179    1.201
(19)(D2w+D1t)/ft                  0.548    0.532    0.548
(20)D1t/ft                        0.263    0.260    0.263
(21)TL/ft                         1.109    1.086    1.093
(22)(RaspO+RaspI)/(RaspO-RaspI)   -        -        0
(23)(XO(y)+XI(y))/(RaspO-RaspI)   -        -        0
在0≤y≤R的范围中。
在上述实施方式中,已经实现了具有七倍高变焦比的变焦透镜系统,其中考虑了容易薄化摄像机。自然,保持拍摄图像的图像质量是有利的,而且,作为低成本变焦透镜系统,其适用于诸如CCD和CMOS的电子图像拾取装置。
而且,在上述实施方式中,除了孔径光阑以外,还可以设置光斑光圈(flare aperture),用于遮断诸如重影和光斑的多余光。可以将光斑光圈设置在任何位置处,即,设置在第一透镜单元的物体侧、第一透镜单元与第二透镜单元之间、第二透镜单元与第三透镜单元之间、第三透镜单元与第四透镜单元之间,以及第四透镜单元与像平面之间。可以构成一种使得光斑光线被框架部件遮断的排布结构,或者可以排布另一部件。而且,可以执行直接打印,或者可以涂敷油漆,或者可以对光学系统粘附密封剂。形状可以是任何形状,如圆形形状、椭圆形状、矩形形状、多边形以及函数曲线包围的区域。而且,不仅可以遮断有害光束,而且可以遮断诸如环绕画面的慧形光斑的光束。
而且,可以通过对每一个透镜施加防反射涂层来减少重影和光斑。由于多涂层能够有效地减少重影和光斑,因而希望是多涂层。而且,可以对透镜表面和盖玻璃施加红外线遮断涂层。
而且,希望通过移动第四透镜单元来执行聚焦。当通过移动第四透镜单元来执行聚焦时,因为透镜重量较轻,所以马达上的负荷较小。而且,因为在聚焦时整体长度没有改变,并且可以将驱动马达设置在透镜框内部,所以有利于使透镜框变紧凑。尽管希望如上所述在第四透镜单元中聚焦,但也可以通过第一透镜单元、第二透镜单元以及第三透镜单元来执行聚焦。而且,还可以通过移动多个透镜单元来执行聚焦。而且,可以通过拉伸整个透镜系统、或者通过拉伸一些透镜来执行聚焦,或者可以延期(carried over)聚焦。
可以通过偏移CCD微型透镜来减少包围图像的部分中的阴影。例如,可以根据针对每一个像高的光线的入射角来改变CCD微型透镜的设计。而且,可以通过图像处理来修正包围图像的部分中的劣化量。
而且,可以使畸变有意出现在光学系统中,并且可以在拍摄图片之后通过以电方式执行图像处理来修正畸变。
另外,为了防止出现重影和光斑,一般来说,将防反射涂层施加至透镜的与空气接触的表面。
另一方面,在粘合透镜的粘合表面处,粘合剂的折射率远高于空气的折射率。因此,在许多情况下,反射率原本具有单层涂层的水平或者更低,从而,在很少情况下施加涂层。然而,当实际上对粘合表面施加防反射涂层时,可以进一步缩减重影和光斑,并且获得更有利的图像。
具体来说,近来,已经将具有高折射率的玻璃材料广泛用于摄像机的光学系统,以在像差修正上具有好的效果。然而,当将具有高折射率的玻璃材料用作粘合透镜时,粘合表面处的反射变得不可忽略了。在这种情况下,在粘合表面上施加防反射涂层特别有效。
已经在日本专利申请特开公报No.Hei 2-27301、No.2001-324676、No.2005-92115以及美国专利No.7116482中公开了粘合表面涂层的有效应用。在这些专利文献中,已经描述了正的前端变焦透镜系统的第一透镜单元中的粘合透镜表面涂层,并且和这些专利文献中公开的相同,可以实现用于本发明的具有正屈光力的第一透镜单元中的粘合透镜表面。
作为要使用的涂层材料,根据粘附材料的折射率和作为基础的透镜的折射率,可以恰当地选择具有较高折射率的诸如Ta2O5、TiO2、Nb2O5、ZrO2、HfO2、CeO2、SnO2、In2O3、ZnO以及Y2O3的涂层材料,和具有较低折射率的诸如MgF2、SiO2、Al2O3的涂层材料,并且将它们设置成满足相位条件的膜厚度。
自然,和透镜的与空气接触的表面上的涂层类似,还可以把粘合表面上的涂层设成多层涂层。通过恰当地组合不少于两层的多层膜的膜厚度和涂层材料,可以进一步缩减反射率,并且可以控制光谱特征和角特征。
而且,应当清楚,对于除了第一透镜单元中的透镜以外的其它透镜的粘合表面,基于类似的思想,在粘合表面上施加涂层也是有效的。
(畸变修正)
另外,当使用本发明的变焦透镜系统时,以电方式执行对图像畸变的数字修正。下面,对用于数字修正图像畸变的基本概念进行说明。
例如,如图19所示,以光轴和图像拾取平面的交点为中心,固定和有效图像拾取平面的较长侧内部接触的半径为R的圆圈的圆周(像高)的缩放倍率,并且把这个圆周作为修正的基础基准。接下来,沿大致径向方向移动除了半径R以外的其它任意半径r(ω)的圆周(像高)上的每一个点,并且通过在同心圆上移动以使半径变为r′(ω)来执行修正。
例如,在图19中,朝向半径为R的圆圈的中心,将定位在该圆圈的内侧的任意半径r1(ω)的圆周上的点P1移至要修正的半径为r1′(ω)的圆周上的点P2。而且,朝向(沿)远离半径为R的圆圈的中心的方向,将定位在该圆圈的外侧的任意半径r2(ω)的圆周上的点Q1移至要修正的半径为r2′(ω)的圆周上的点Q2
这里,r1′(ω)可以表达如下:
r1′(ω)=α·  f  ·tanω(0≤α≤1)
其中,ω是物体的半像角,而f是成像光学系统(本发明中的变焦透镜系统)的焦距。
这里,当把和半径为R的圆圈(像高)对应的理想像高设为Y时,则
α=R/Y=R/(f·tanω)。
理想的是,光学系统是相对于光轴旋转对称的。换句话说,畸变也按相对于光轴旋转对称的方式出现。从而,如上所述,对于以电方式修正光学畸变的情况来说,若可以通过以再现图像的光轴与图像拾取平面的交点为中心,固定和有效图像拾取平面的较长侧内部接触的半径为R的圆圈的圆周(像高)的缩放倍率,并且沿大致径向方向移动除了半径R以外的其它任意半径r(ω)的圆周(像高)上的每一个点,并且在同心圆上移动以使半径变为r′(ω)来执行修正,则就数据量和计算量而言被认为是有利的。
另外,光学图像在通过电子图像拾取组件拾取图像(用于采样)时的时间点处不再是连续量。从而,只要不是以径向方式排列电子图像拾取组件上的像素,在光学图像上精确地绘制的半径为R的圆圈就不再是准确的圆圈。
换句话说,关于针对每一个离散坐标点表达的图像数据的形状修正,不存在可以固定变焦的圆圈。因此,针对每一个像素(Xi,Yj),可以使用确定移动目的地的坐标(Xi′,Yj′)的方法。当已经将两个或更多个点(Xi,Yj)移至坐标(Xi′,Yj′)时,采用每一个像素的平均值。而且,当不存在已经移动的点时,可以利用一些周围像素的坐标值(Xi′,Yj′)来执行插值。
当特别是在具有变焦透镜系统的电子图像拾取装置中相对于光轴的畸变因光学系统或电子图像拾取组件的加工误差而显著时,并且当光学图像上绘制的半径为R的圆圈变得不对称时,这种方法对于修正来说是有效的。而且,当在图像拾取组件或多种输出装置中将信号再现成图像时出现几何畸变时,这种方法对于修正来说也是有效的。
在本发明的电子图像拾取装置中,为了计算修正量r′(ω)-r(ω),可以构造一排布结构,使得将r(ω),换句话说,将半像角和像高的关系、或者真实像高r和理想像高r′/α之间的关系,记录在内建于电子图像拾取装置中的记录介质中。
为了不使畸变修正之后的图像在沿较短侧方向的两端极其缺乏光量,半径R可以满足下面的条件表达式。
0≤R≤0.6Ls
其中,Ls是有效图像拾取表面的较短侧的长度。
优选的是,半径R满足下面的条件表达式。
0.3Ls≤R≤0.6Ls
而且,最有利的是,使半径R与沿较短侧方向内部接触大致有效图像拾取平面的圆圈的半径匹配。对于靠近半径R=0,换句话说,靠近轴固定缩放倍率的修正的情况来说,对于大量图像来说稍微不利,但可以确保即使加宽角度也使尺寸变小的效果。
将需要修正的焦距间隔分成多个焦点区。而且,在划分出的焦点区中的长焦端附近,可以利用和在获得基本满足下面的关系的修正结果情况下一样的修正量,来执行修正:
r′(ω)=α·f·tanω。
然而,在这种情况下,在划分出的焦点区中的广角端,一定程度上保持了桶状畸变。而且,当增加划分出的焦点区的数量时,在记录介质中额外出现了保存修正所需特定数据的需要。为此,优选的是,不增加划分出的焦点区的数量。因此,预先计算和划分出的焦点区中的每一个焦距相关联的一个或多个系数。可以基于仿真测量或实际装备测量来确定所述系数。
可以计算在划分出的焦点区中的长焦端附近的修正结果大致满足下面的关系时的修正量:
r1′(ω)=α·f·tan ω,
并且可以通过一致乘以针对相对于该修正量的每一个焦距的系数,而将该修正量设为最终修正量。
另外,当在通过对无穷远物体成像所获取的图像中不存在畸变时,下面的关系成立。
f=y/tanω
这里,y表示像点距离光轴的高度(像高),f表示成像系统(本发明中的变焦透镜系统)的焦距,而ω表示与从图像拾取平面起连接到位置y的像点对应的物体点方向相对于光轴的角度(物体半像角)。
当在成像系统中存在桶状畸变时,上述关系变为:
f>y/tanω
换句话说,当使成像系统的焦距f和像高y固定时,ω的值变大。
(数字摄像机)
图20到图22是根据本发明的将上述变焦透镜系统并入摄像光学系统141中的数字摄像机的结构的概念图。图20是示出数字摄像机140的外观的正面立体图,图21是其背面立体图,而图22是示出数字摄像机140的结构的示意截面图。图20和图22示出了摄像光学系统141的未缩入状态。在这个实施例的情况下,数字摄像机140包括:具有摄像光学路径142的摄像光学系统141、具有取景器(finder)光学路径144的取景器光学系统143、快门按钮145、闪光灯146、液晶显示监视器147、变焦按钮161,以及设置改变按钮162等,并且在摄像光学系统141的未缩入状态下,通过滑动盖子160,摄像光学系统141、取景器光学系统143以及闪光灯146被盖子160覆盖。而且,当打开盖子160并且将数字摄像机140设置在拍照状态下时,摄像光学系统141呈现图20所示的未缩入状态,而当按压设置在数字摄像机140的上部的快门按钮145时,与按压快门按钮145同步地,通过诸如第一实施方式中的变焦透镜系统的摄像光学系统141拍摄照片。将通过摄像光学系统141形成的物体像经由盖玻璃C和施加有波长区限制涂层的低通滤光器形成在CCD 149的图像拾取表面上。将通过CCD 149作为光线接收的物体像经由处理装置151在设置在数字摄像机140的背面上的液晶显示监视器147上显示为电子图像。而且,将记录装置152连接至处理装置151,并且还可以记录拍摄到的电子图像。可以将记录装置152和处理装置151分开设置,或者可以通过电子写入在软盘、存储卡或MO等中的记录来形成记录装置152。而且,可以将摄像机形成为其中代替CCD 149而设置有银盐膜的银盐型摄像机。
而且,在取景器光学路径144上设置有取景器物镜光学系统153。取景器物镜光学系统153由多个透镜单元(在该图中为三个透镜单元)和两个棱镜组成,并且由与摄像光学系统141的变焦透镜系统同步地改变焦距的变焦光学系统构成。将通过取景器物镜光学系统153形成的物体像形成在作为正像部件的正像棱镜153的视场框157上。在正像棱镜155的背侧上,设置有将正立像引导至观察者眼睛的目镜光学系统159。在目镜光学系统159的浮现侧设置有盖部件150。
因为按这种方式构造的数字摄像机140具有摄像光学系统141,该摄像光学系统141根据本发明在缩入状态下具有的极小厚度(极其薄),并且在高缩放倍率下的整个变焦区中具有极其稳定的成像性能,所以可以实现高性能、小型化以及宽视角。
(内部电路结构)
图23是数字摄像机140的主要组件的内部电路结构的结构框图。在下面的说明中,上述处理装置151例如包括:CDS/ADC部124、临时存储存储器117,以及图像处理部118,并且存储装置例如包括存储介质部119。
如图23所示,数字摄像机140包括:操作部112、连接至操作部112的控制部113、经由总线114和总线115连接至控制部113的控制信号输出端口的临时存储存储器117和成像驱动电路116、图像处理部118、存储介质部119、显示部120,以及设置信息存储存储器部121。
临时存储存储器117、图像处理部118、存储介质部119、显示部120,以及设置信息存储存储器部121被构造成能够经由总线122相互输入和输出数据。而且,CCD149和CDS/ADC部124连接至成像驱动电路116。
操作部112包括多种输入按钮和开关,并且是向控制部通知由数字摄像机的用户经由这些输入按钮和开关从外侧输入的事件信息的电路。
控制部113是中央处理单元(CPU),并且具有在该图中未示出的内建计算机程序存储器。控制部113是根据存储在这个计算机程序存储器中的计算机程序,在接收到由数字摄像机的用户经由操作部112输入的指令和命令时控制整个数字摄像机140的电路。
CCD149接收作为光的经由根据本发明的摄像光学系统141形成的物体像。CCD149是通过成像驱动电路116驱动和控制的图像拾取组件,并且将针对物体像的每一个像素的光量转换成电信号,接着输出至CDS/ADC部124。
CDS/ADC部124是放大从CCD149输入的电信号的电路,并且执行模拟/数字转换,接着向临时存储存储器117输出仅放大并转换成数字数据的图像原始数据(裸数据,下文中,称为“RAW数据”)。
临时存储存储器117是例如包括SDRAM(同步动态随机存取存储器)的缓冲器,并且是临时存储从CDS/ADC部124输出的RAW数据的存储器装置。图像处理部118是读取存储在临时存储存储器117中的RAW数据,或存储在存储介质部119中的RAW数据的电路,并且基于控制部113中指定的图像质量参数以电方式执行包括畸变修正在内的多种图像处理。
存储介质部119是可拆地安装的例如包括闪速存储器的采用卡或棒形式的记录(存储)介质。存储介质部119是将从临时存储存储器117传递来的RAW数据和在图像处理部118中经受图像处理的图像数据记录并保持在卡状闪速存储器和棒状闪速存储器中的装置的控制电路。
显示部120包括液晶显示监视器,并且是在液晶显示监视器上显示图像和操作菜单的电路。设置信息存储存储器部121包括其中预先存储有各种图像质量参数的ROM部,和存储通过操作部112上的输入操作而在从ROM部读取到的图像质量参数中选择的图像质量参数的RAM部。设置信息存储存储器121是控制向这些存储器输入和从这些存储器输出的电路。
按这种方式构造的数字摄像机140具有根据本发明的摄像光学系统141,其具有足够的广角区和紧凑的结构,同时在高缩放倍率下的整个缩放倍率区中具有极其稳定的成像性能。因此,可以实现高性能、小型化以及宽视角。而且,可以在广角侧端和长焦侧端实现快速聚焦操作。
如上所述,本发明可用于考虑了使数字摄像机变薄的具有大约七倍的高变焦比的变焦透镜系统。

Claims (48)

1.一种变焦透镜系统,该变焦透镜系统是四单元变焦透镜系统,所述变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:
具有正屈光力的第一透镜单元;
具有负屈光力的第二透镜单元;
具有正屈光力的第三透镜单元;以及
具有正屈光力的第四透镜单元,其中
在从广角端向长焦端变焦时,至少所述第一透镜单元、所述第二透镜单元以及所述第三透镜单元移动,并且所述透镜单元之间的间距改变,并且
所述第二透镜单元中的透镜总数不多于三个,并且
所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<6.0...(1A)和
3.0<ft/fw<20.0...(2A)
其中,
β2w表示所述第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示所述第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示所述第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β3t表示所述第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
fw表示整个所述变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,
所述第一透镜单元中的透镜总数不多于两个,并且
所述第一透镜单元中的正透镜总数仅为一个。
3.一种变焦透镜系统,该变焦透镜系统是四单元变焦透镜系统,所述变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:
具有正屈光力的第一透镜单元;
具有负屈光力的第二透镜单元;
具有正屈光力的第三透镜单元;以及
具有正屈光力的第四透镜单元,其中
在从广角端向长焦端变焦时,所述透镜单元之间的间距改变,并且
所述第一透镜单元中的透镜总数不多于两个,并且
所述第一透镜单元中的正透镜总数仅为一个,并且
所述第二透镜单元中的透镜总数不多于三个,并且
所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<2.3...(1)和
3.0<ft/fw<12.0...(2)
其中,
β2w表示所述第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示所述第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示所述第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β3t表示所述第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
fw表示整个所述变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
4.一种变焦透镜系统,该变焦透镜系统从物体侧起按顺序包括:
具有正屈光力的第一透镜单元;
具有负屈光力的第二透镜单元;
具有正屈光力的第三透镜单元;以及
具有正屈光力的第四透镜单元,其中
在从广角端向长焦端变焦时,所述透镜单元之间的间距改变,并且
所述第一透镜单元中包括两个透镜,即,一正透镜和一负透镜,并且
所述第一透镜单元中的透镜总数仅为两个,并且
所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.20<D2w/ft<0.35...(3)
其中,
D2w表示在广角端所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的光轴上的空气间隔,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
3.0<ft/fw<12.0...(2)
其中,
fw是整个所述变焦透镜系统在广角端的焦距,而
ft是整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
1.2<(β2t2w)/(β3t3w)<2.3...(1)
其中,
β2w表示所述第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,
β2t表示所述第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率,
β3w表示所述第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β3t表示所述第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,所述变焦透镜系统还包括:
孔径光阑,该孔径光阑随所述第三透镜单元一起整体地移动。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.40<f1/ft<0.90...(4)
其中,
f1表示所述第一透镜单元的焦距,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.10<|f2/ft|<0.20...(5)
其中,
f2表示所述第二透镜单元的焦距,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.10<f3/ft<0.30...(6)
其中,
f3表示所述第三透镜单元的焦距,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
11.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.10<f4/ft<0.70...(7)
其中,
f4表示所述第四透镜单元的焦距,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
12.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第一透镜单元是具有双凸面形状的粘合透镜,该第一透镜单元从物体侧起按顺序包括两个透镜,即,一负透镜和一正透镜。
13.根据权利要求12所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
38.0<vd1p-vd1n...(8)
其中,
vd1p表示所述第一透镜单元中的所述正透镜的针对d线的阿贝数,而
vdin表示所述第一透镜单元中的所述负透镜的针对d线的阿贝数。
14.根据权利要求2所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
62.0<vd1p<95.0...(9)
其中,
vd1p表示所述第一透镜单元中的所述正透镜的针对d线的阿贝数。
15.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第三透镜单元包括最靠近物体侧设置的正透镜,并且该正透镜的物体侧表面是凸面,并且所述正透镜满足下面的条件表达式:
62.0<vd3p<95.0...(10)
其中,
vd3p表示所述第三透镜单元中的所述正透镜的针对d线的阿贝数。
16.根据权利要求2所述的变焦透镜系统,其中,所述第一透镜单元中的所述负透镜满足下面的条件表达式:
1.85<nd1n<2.10...(11)
其中,
ndin表示所述第一透镜单元中的所述负透镜的针对d线的折射率。
17.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元包括最靠近物体侧设置的负透镜,并且该负透镜的物体侧表面是凹面,并且所述负透镜满足下面的条件表达式:
1.76<nd2n<2.00...(12)
其中,
nd2n表示所述第二透镜单元中的所述负透镜的针对d线的折射率。
18.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元包括最靠近像侧或次靠近像侧设置的正透镜,并且所述正透镜满足下面的条件表达式:
1.80<nd2p<2.15...(13)
其中,
nd2p表示所述第二透镜单元中的所述正透镜的针对d线的折射率。
19.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元包括最靠近物体侧设置的负双凹透镜,并且该负双凹透镜满足下面的条件表达式:
-1.0<SF2n1<0.8...(14)
其中,
SF2n1被定义为SF2n1=(R2n1f+R2n1r)/(R2n1f-R2n1r),其中:
R2n1f是所述第二透镜单元中最靠近物体侧设置的所述负透镜的物体侧表面的近轴曲率半径,并且
R2n1r是所述第二透镜单元中最靠近物体侧设置的所述负透镜的像侧表面的近轴曲率半径。
20.根据权利要求19所述的变焦透镜系统,其中,
所述第二透镜单元包括设置在所述负双凹透镜的像侧的正透镜和负透镜,并且
所述负双凹透镜满足下面的条件表达式:
-1.0<SF2n1<0.0...(14"′)。
21.根据权利要求2所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
-0.8<SF1p<-0.1...(15)
其中,
SF1p被定义为SF1p=(R1pf+R1pr)/(R1pf-R1pr),其中:
R1pf是所述第一透镜单元中的所述正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径,并且
R1pr是所述第一透镜单元中的所述正透镜的像侧表面的近轴曲率半径。
22.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
2.6<β2t2w<6.0...(16)
其中,
β2w表示所述第二透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β2t表示所述第二透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
23.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
1.2<β3t3w<3.0...(17)
其中,
β3w表示所述第三透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β3t表示所述第三透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
24.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.7<β4t4w<1.7...(18)
其中,
β4w表示所述第四透镜单元在广角端的横向缩放倍率,而
β4t表示所述第四透镜单元在长焦端的横向缩放倍率。
25.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.4<(D2w+D1t)/ft<0.9...(19)
其中,
D2w表示在广角端所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的光轴上的空气间隔,
D1t表示在长焦端所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的光轴上的空气间隔,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
26.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.2<D1t/ft<0.5...(20)
其中,
D1t表示在长焦端所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的光轴上的空气间隔,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
27.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统满足下面的条件表达式:
0.7<TL/ft<1.5...(21)
其中,
TL表示在长焦端从所述第一透镜单元中的最靠近物体侧的透镜表面的顶点起直到像表面为止的光轴上的距离,而
ft表示整个所述变焦透镜系统在长焦端的焦距。
28.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第一透镜单元包括粘合双透镜,在该粘合双透镜中,粘合有一负透镜和所述正透镜。
29.根据权利要求4所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元中的透镜总数不多于三个。
30.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元从物体侧起按顺序包括负透镜、负透镜以及正透镜。
31.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元从物体侧起按顺序包括负透镜、正透镜以及负透镜。
32.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,
所述第二透镜单元包括负透镜和正透镜,并且
所述第二透镜单元中的透镜总数仅为两个。
33.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第三透镜单元中的透镜总数不多于三个。
34.根据权利要求33所述的变焦透镜系统,其中,
所述第三透镜单元从物体侧起按顺序包括正透镜、正透镜以及负透镜,并且
所述负透镜被粘合至相邻的正透镜,并且所述负透镜和所述正透镜形成粘合双透镜。
35.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第四透镜单元中的透镜总数仅为一个。
36.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第一透镜单元包括非球面透镜表面。
37.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第二透镜单元包括非球面透镜表面。
38.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第三透镜单元包括非球面透镜表面。
39.根据权利要求38所述的变焦透镜系统,其中,所述第三透镜单元中最靠近物体侧的透镜是两个表面都是非球面的正单透镜。
40.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,所述第四透镜单元包括非球面透镜表面。
41.根据权利要求1所述的变焦透镜系统,其中,
所述第一透镜单元、所述第二透镜单元、所述第三透镜单元以及所述第四透镜单元在变焦时移动,并且
所述变焦透镜系统还包括:
孔径光阑,该孔径光阑随所述第三透镜单元一起整体地沿光轴方向移动。
42.根据权利要求41所述的变焦透镜系统,其中,在从广角端向长焦端变焦时,
所述第一透镜单元移动到定位在长焦端而非广角端的物体侧,并且
所述第二透镜单元移动,而
所述第三透镜单元朝向物体侧移动,并且
所述第四透镜单元移动。
43.根据权利要求41所述的变焦透镜系统,其中,
在从广角端向长焦端变焦时,
所述第一透镜单元首先朝向物体侧移动,接着移动到朝向长焦端而非广角端的物体侧定位,并且
所述第二透镜单元首先朝向物体侧移动,并在变焦期间翻转,而
所述第三透镜单元首先朝向物体侧移动,接着移动到朝向长焦端而非广角端的物体侧定位,并且
所述第四透镜单元移动到定位在长焦端而非广角端的像侧。
44.根据权利要求41所述的变焦透镜系统,其中,所述孔径光阑设置在所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间。
45.根据权利要求4所述的变焦透镜系统,其中,所述变焦透镜系统是四单元变焦透镜系统。
46.一种电子图像拾取装置,该电子图像拾取装置包括:
根据权利要求1所述的变焦透镜系统;和
电子图像拾取组件,该电子图像拾取组件设置在所述变焦透镜系统的像侧,并且将所述变焦透镜系统形成的图像转换成电信号。
47.根据权利要求46所述的电子图像拾取装置,该电子图像拾取装置还包括:
处理部,该处理部基于所述电子图像拾取组件转换的电信号,以电方式修正所述变焦透镜系统的畸变。
48.一种变焦透镜系统,该变焦透镜系统包括:
双非球面透镜,该双非球面透镜具有两个表面,即,具有非球面形状的物体侧表面和具有非球面形状的像侧表面,并且所述两个表面的形状满足下面的条件表达式:
-0.1<(RaspO+RaspI)/(RaspO-RaspI)<0.1...  (22),并且
在0≤y≤R的范围内,
-10-4<(XO(y)+XI(y))/(RaspO-RaspI)<10-4...  (23),
其中,
XO(R)≠0,
XI(R)≠0,并且
RaspO是所述双非球面透镜的物体侧表面的近轴曲率半径,
RaspI是所述双非球面透镜的像侧表面的近轴曲率半径,
y是距光轴的距离,
R是所述双非球面透镜的所述物体侧表面和所述像侧表面中的每一个的有效半径的下侧值,而
XO(y)和XI(y)分别是所述双非球面透镜的所述物体侧表面和所述像侧表面的在距离y的位置处的非球面表面偏离量。
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