CN101359088A - 三单元变焦透镜系统和使用其的图像拾取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供三单元变焦透镜系统和使用其的图像拾取装置。该三单元变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元(G1)，其具有负折射力；第二透镜单元(G2)，其具有正折射力；第三透镜单元(G3)，其具有正折射力或负折射力；以及孔阑，其位于第一透镜单元的像面侧，且位于第二透镜单元的最接近于像侧的透镜表面的物侧，并且与第二透镜单元整体移动。在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变窄，第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离改变。第二透镜单元在从广角端向长焦端变焦时向物侧移动。第二透镜单元包括被设置为最接近于物的由塑料制成的正透镜。该三单元变焦透镜系统满足预定条件表达式。
Description
技术领域
本发明涉及小尺寸的三单元变焦透镜系统，以及使用该三单元变焦透镜系统的图像拾取装置，如紧凑型数字摄像机。
背景技术
在例如数字摄像机和视频摄像机的图像拾取装置中，一直在寻求高图像质量和高缩放倍率。然而，考虑到制造成本，有时，通过塑料替代玻璃来形成透镜。
例如，在日本专利申请特开No.2006-220766中，公开了一种三单元变焦透镜系统，其包括，第一透镜单元，其具有负折射力；第二透镜单元，其具有正折射力；以及第三透镜单元，并且其中，在第二透镜单元中，最接近于物使用由塑料制成的正透镜。在该变焦透镜系统中，要确保大约2.5的变焦比，同时考虑成本问题。
然而，一直在寻求更加高的缩放倍率和更低的成本。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种三单元变焦透镜系统以及一种包括该三单元变焦透镜系统的图像拾取装置，该三单元变焦透镜系统有利于高变焦比和成本减少，并且具有良好的光学性能。
根据本发明的第一方面，提供了一种三单元变焦透镜系统，该三单元变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：
第一透镜单元，其具有负折射力，
第二透镜单元，其具有正折射力，
第三透镜单元，其具有正折射力或负折射力，以及
孔阑，其位于(置于)第一透镜单元的像面侧，且位于第二透镜单元的最接近于像侧的透镜表面的物侧，并且与第二透镜单元整体移动，并且
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变窄，第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离改变，并且
第二透镜单元在从广角端向长焦端变焦时向物侧移动，并且
第二透镜单元包括(被设置为)最接近于物的由塑料制成的正透镜，并且
该三单元透镜系统满足以下条件表达式：
ft/fw＞3.6 (1)
DL21/Dt＞0.1 (2)
其中，
fw表示所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距，
ft表示所述三单元变焦透镜系统在长焦端的焦距，
DL21表示第二透镜单元中被设置为最接近于物的由塑料制成的正透镜的光轴厚度，并且
Dt表示所述三单元变焦透镜系统在广角端的整个光轴长度，并且
整个长度是所述三单元变焦透镜系统的通过把根据空气转换长度(air conversion length)表示的后焦距(back focus)和从最接近于物的透镜的入射表面到最接近于像的透镜的出射表面的光轴厚度相加而获得的长度。
根据本发明的第二方面，提供一种图像拾取装置，该图像拾取装置包括：
三单元变焦透镜系统，和
图像拾取组件，其置于所述三单元变焦透镜系统的像侧，且将所述三单元变焦透镜系统形成的光学图像转换为电信号，并且
所述三单元变焦透镜系统是根据本发明第一方面的变焦透镜系统。
附图说明
图1A、图1B和图1C是沿光轴的透镜截面图，表示根据本发明的变焦透镜系统的第一实施方式的在无穷远物点聚焦时的光学排布结构，其中，图1A表示广角端的状态，图1B表示中间状态，而图1C表示长焦端的状态；
图2A、图2B和图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和图1C类似的图；
图3A、图3B和图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和图1C类似的图；
图4A、图4B和图4C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和图1C类似的图；
图5A、图5B和图5C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和图1C类似的图；
图6A、图6B和图6C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和图1C类似的图；
图7A、图7B和图7C是第一实施方式的在无穷远物点聚焦时的像差图；
图8A、图8B和图8C是第二实施方式的在无穷远物点聚焦时的像差图；
图9A、图9B和图9C是第三实施方式的在无穷远物点聚焦时的像差图；
图10A、图10B和图10C是第七实施方式的在无穷远物点聚焦时的像差图；
图11A、图11B和图11C是第八实施方式的在无穷远物点聚焦时的像差图；
图12A、图12B和图12C是第九实施方式的在无穷远物点聚焦时的像差图；
图13是描述变形的校正的图；
图14是表示安装有根据本发明的变焦透镜系统的数字摄像机的外观的前视立体图；
图15是图14中的数字摄像机的后视立体图；
图16是图14中的数字摄像机的截面图；
图17是数字摄像机的主要部件的内部电路的结构框图；以及
图18是描述防反射结构的图。
具体实施方式
根据本发明第一方面的三单元变焦透镜系统具有这样的基本结构，该基本结构从其物侧起按顺序包括：
第一透镜单元，其具有负折射力，
第二透镜单元，其具有正折射力，
第三透镜单元，其具有正折射力或负折射力，以及
孔阑，其置于第一透镜单元的像面侧，且位于第二透镜单元的最接近于像的透镜表面的物侧，并且与第二透镜单元整体移动，并且
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变窄，第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离改变，并且
在从广角端向长焦端变焦时第二透镜单元向物侧移动，并且
第二透镜单元包括被设置为最接近于物的由塑料制成的正透镜。
以此方式，通过使第一透镜单元的折射力为负，有利于确保像角，使得在径向上尺寸较小，并减少形成变焦透镜系统的透镜单元的数目。
减少透镜单元的数目也有利于减少透镜的数目。结果，这导致透镜结构变薄和成本减少。
而且，通过具有正折射力的第二透镜单元改变与第一透镜单元的距离，第二透镜单元用作变化器(variator)，从而通过在从广角端向长焦端变焦时从物侧向像侧移动，来增大缩放倍率。
而且，通过在第二透镜单元中将由塑料制成的正透镜设置为最接近于物，变得很容易使得第二透镜单元在径向上的尺寸较小，从成本的角度而言很有利。
而且，根据本发明的三单元变焦透镜系统还满足以下条件表达式。
ft/fw＞3.6 (1)
DL21/Dt＞0.1 (2)
其中，
fw表示该三单元变焦透镜系统在广角端的焦距，
ft表示该三单元变焦透镜系统在长焦端的焦距，而
DL21表示第二透镜单元中被设置为最接近于物的由塑料制成的正透镜的光轴厚度，
Dt表示该三单元变焦透镜系统在广角端的整个光轴长度，并且
整个长度是该三单元变焦透镜系统的通过把根据空气转换长度表示的后焦距和从最接近于物的透镜的入射表面到最接近于像的透镜的出射表面的光轴厚度相加而获得的长度。
条件表达式(1)是指定变焦比的表达式，优选地通过进行设置使得值不低于条件表达式(1)中的下限值，来确保变焦比。
条件表达式(2)是指定由塑料制成的正透镜的厚度的表达式。
当试图具有满足条件表达式(1)的高变焦比时，易于出现第二透镜单元中的球面像差和像散。因此，通过进行设置使得值不低于条件表达式(2)中的下限值，来确保由塑料制成的正透镜的厚度，球面像差和像散的校正变得很容易。
而且，优选地进行设置使得三单元变焦透镜系统满足以下设置中的任何一个。
优选地第三透镜单元移动到相对于广角端增大长焦端的缩放倍率的位置。
相应地，可以通过第二透镜单元分布变焦负载，并且容易抑制随高变焦比而导致的像差波动。
优选地根据本发明的三单元变焦透镜系统满足以下条件表达式(3)、(4)。
1.0＜DW/(IHW×ft/fw)＜3.5 (3)
1.0＜Dt/(IHW×ft/fw)＜2.85 (4)
其中，
IHW表示广角端的像高，而
DW表示变焦透镜系统在长焦端的整个光轴长度。
条件表达式(3)和(4)是分别指定三单元变焦透镜系统在广角端和长焦端的优选整个长度的表达式。通过进行设置使得值不低于条件表达式(3)和(4)中的下限值，容易抑制每个透镜单元的折射力和出现纵向像差和倾斜像差，这便于确保光学性能。
通过进行设置使得值不高于条件表达式(3)和(4)中的上限值，有利于使得每个透镜的尺寸较小。
而且，优选地根据本发明的三单元变焦透镜系统满足以下条件表达式(5)。
1.3＜fG2/fw＜2.5 (5)
其中，
fG2是第二透镜单元的焦距。
条件表达式(5)是指定第二透镜单元的焦距的表达式。
通过进行设置使得值不低于条件表达式(5)中的下限值，抑制了第二透镜单元的折射力，且容易有利地校正像差。
通过进行设置使得值不高于条件表达式(5)中的上限值，容易确保第二透镜单元的折射力，且抑制用于保持高变焦比的整个长度。
而且，在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地第二透镜单元中的由塑料制成的正透镜是满足以下条件表达式的双凸正透镜。
-0.8＜(rL21f+rL21r)/(rL21f-rL21r)＜0 (6)
其中，
rL21f表示在第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的正透镜的物侧表面的近轴曲率半径，而
rL21r表示在第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的正透镜的像侧表面的近轴曲率半径。
条件表达式(6)是指定由塑料制成的正透镜的优选形状因子的表达式。
通过进行设置使得值不低于条件表达式(6)中的下限值，容易抑制由塑料制成的正透镜的物侧表面的曲率，且抑制出现例如慧形像差(comaaberration)的像差。
通过进行设置使得值不高于条件表达式(6)中的上限值，容易确保由塑料制成的正透镜的折射力，且有利于具有高变焦比。
在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地该三单元变焦透镜系统中的透镜总数是五个。
相应地，容易确保光学性能同时具有成本减少的优点。
在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地第三透镜单元中的透镜总数是一个。
相应地，从小尺寸和低成本的角度而言是有利的。
而且，在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地第一透镜单元从其物侧起按顺序包括两个透镜，即一个负透镜和一个正透镜，第二透镜单元从其物侧起按顺序包括两个透镜，即由塑料制成的所述正透镜和一个负透镜，第三透镜单元包括具有正折射力或负折射力的透镜，第一透镜单元中的正透镜和第二透镜单元中的负透镜的阿贝数小于第一透镜单元中的负透镜、第二透镜单元中的由塑料制成的正透镜以及第三透镜单元中透镜的阿贝数。
通过将第一透镜单元的主点(principal point)移向物侧，容易减小第一透镜单元的直径和变焦透镜系统的整个长度。而且，容易利用更少数目的透镜来抑制第一透镜单元中的色像差。
可以将第二透镜单元的主点移向物侧，并且容易相对于第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离的改变量而增大变焦比，这有利于具有小尺寸和高变焦比。而且，容易利用更少数目的透镜来抑制第二透镜单元的色像差。
通过使第三透镜单元为单透镜结构，有利于在透镜镜筒缩回时变薄。
而且，优选地具有上述的透镜的阿贝数之间的关系，以向第一透镜单元中的正透镜和第二透镜单元中的负透镜提供校正色像差(chromaticaberration)的功能。
在本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地第三透镜单元中的每个透镜是单透镜(single lens)。
通过满足上述条件表达式(2)，有利于即使在不使用粘合透镜的情况下的像差校正，且可以减小偏轴效应。因此，有利于在不使用粘合透镜的情况下，通过确保折射表面的数目来确保光学性能且减少成本。
在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，塑料透镜的比例优选地是40％或更多。
通过用塑料透镜形成40％或更多的透镜，可以提供低成本变焦透镜系统。
而且，在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地是，第二透镜单元中的全部两个透镜表面，即最接近于物的透镜表面和最接近于像的透镜表面，是非球面。
相应地，在从广角端到长焦端的所有状态下的球面像差校正变得很容易。
另外，如从“Technology Research Institute of Osaka Prefecture”2006年的报告No.20已知的，已知具有按短于作为可用波长的可见光线波长(400nm～700nm)的周期二维设置的多个突起的防反射结构的技术(参考图18)。
在变焦透镜系统的情况下，由于光线的通过根据变焦状态而改变，因此在变焦范围中很难抑制出现因在透镜表面反射的光而导致的重影(ghost)。因此，优选地通过向变焦透镜系统中的其中一个透镜提供具有这样的结构的透镜表面，来减少重影。
优选地在三单元变焦透镜系统中的其中一个透镜单元中提供这样的防反射结构。
在此情况下，由于容易处理，因此优选地对塑料透镜的入射表面和出射表面中的至少一个提供防反射结构。
而且，由于容易减少在接近孔阑的区域中出现波纹，因此优选地提供这样的精细结构。
在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地向第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的正透镜的物侧表面和像侧表面中的至少一个，提供具有按短于可见光波长的周期三维设置的多个突起的防反射结构。
而且，当光线在与具有多个突起的透镜表面垂直的方向上入射时，容易具有防反射效果，并且在根据本发明的三单元变焦透镜系统的情况下，优选地向第三透镜单元中的透镜提供具有按短于可见光波长的周期二维设置的多个突起的防反射结构。
在本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地所述突起的优选具体间距和高度满足以下条件表达式。
20nm＜Pc＜400nm (7)
1.0＜Hc/Pc＜20.0 (8)
其中，
Pc表示突起的间距(pitch)，而
Hc表示突起的高度。
条件表达式(7)是指定突起之间的优选间距的表达式。
通过进行设置使得值不低于条件表达式(7)中的下限值，从制造的角度而言容易抑制成本。
通过进行设置使得值不高于条件表达式(7)中的上限值，容易获得减少反射的功能。
条件表达式(8)是指定突起的间距与突起的高度之间的优选关系的表达式。
通过进行设置使得值不低于条件表达式(8)中的下限值，容易获得减少反射的功能。
通过进行设置使得值不高于条件表达式(8)中的上限值，容易抑制提供MTF的效果。
而且，在该三单元变焦透镜系统中，可以进行设置，使得第三透镜单元具有正折射力，且相对于广角端而言在长焦端位于像侧，并且通过将第三透镜单元移向物侧来执行从远距离物到近距离物的聚焦。
当图像拾取组件的特性在与图像拾取表面垂直的方向附近的区域中有利时，优选使第三透镜单元具有正折射力。而且，通过使尺寸可以做得较小的第三透镜单元为聚焦透镜单元，容易抑制在聚焦时驱动系统上的负载。
而且，在根据本发明的三单元变焦透镜系统中，可以进行设置，使得第三透镜具有负折射力，且相对于广角端而言在长焦端位于物侧，并且通过将第三透镜单元移向像侧来执行从远距离物到近距离物的聚焦。
当图像拾取元件的特性在相对于图像拾取表面的垂直方向逐渐倾斜的方向附近的区域中有利时，优选地使第三透镜单元具有负折射力，这有利于使变焦透镜系统的直径较小。而且，通过使尺寸可以做得较小的第三透镜单元为聚焦透镜单元，变得很容易抑制在聚焦时驱动系统上的负载。
而且，在本发明的三单元变焦透镜系统中，优选地第二透镜单元中的由塑料制成的正透镜满足以下条件表达式。
1.40＜ndL21＜1.55 (9)
45＜vdL21＜75 (10)
其中，
ndL21表示第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的正透镜的关于d线的折射率，而
vdL21表示第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的正透镜的阿贝数。
即使将具有满足条件表达式(9)和(10)的具有低折射率的透镜用作第二透镜单元中最接近于物的透镜，通过满足上述条件表达式(2)，也可以具有有利的光学性能同时具有大约为4的高变焦比。
通过进行设置使得值不低于条件表达式(9)中的下限值，有利于确保正透镜的折射力。通过进行设置使得值不高于条件表达式(9)中的上限值，可以用低成本塑料来形成透镜。通过进行设置使得值不低于条件表达式(10)中的下限值，容易抑制第二透镜单元处的色像差。通过进行设置使得值不高于条件表达式(10)中的上限值，容易使透镜材料低成本。
而且，可以将上述三单元变焦透镜系统中的任何一个用作图像拾取装置的图像形成透镜。
换句话说，优选地使图像拾取装置是包括三单元变焦透镜系统以及置于该三单元变焦透镜系统的像侧且将该三单元变焦透镜系统形成的光学图像转换为电信号的图像拾取组件的图像拾取装置，该三单元变焦透镜系统是上述三单元变焦透镜系统中的任何一个。
相应地，有利于使设备的尺寸较小。
而且，优选地图像拾取装置包括图像转换部，该图像转换部将包括由于三单元变焦透镜系统的变形的电信号转换为通过图像处理校正了该变形的图像信号。通过允许三单元变焦透镜系统的变形，有利于减少透镜数目并且使三单元变焦透镜系统的尺寸较小。
当三单元变焦透镜系统具有聚焦功能时，上述条件表达式中的每一个被设为是在最远可能距离处聚焦的状态下的设置。
优选地上述本发明的每个(方面)同时满足多个条件表达式。而且，关于每个条件表达式，优选地进行以下设置。
优选地使条件表达式(1)中的下限值是3.7，且3.8的下限值更加优选。
优选地(在条件表达式(1)中)提供上限值，并且进行设置使得值不高于8.0，且优选地不高于5.5。
相应地，有利于使得尺寸较小并且保持光学性能。
为了减小第二透镜单元的厚度，优选地在条件表达式(2)中提供上限值，并且进行设置使得值不高于0.2，且优选地不高于0.15。
优选地使条件表达式(3)中的下限值为1.3，且1.8的下限值更加优选。
优选地使条件表达式(3)中的上限值为3.3，进一步为3.1，且3.0的上限值更加优选。
优选地使条件表达式(4)中的下限值为1.8，且2.0的下限值更加优选。
优选地使条件表达式(4)中的上限值为2.84，进一步为2.8，且2.7的上限值更加优选。
优选地使条件表达式(5)中的下限值为1.5，且1.8的下限值更加优选。
优选地使条件表达式(5)中的上限值为2.3，且2.1的上限值更加优选。
优选地使条件表达式(6)中的下限值为-0.6，且-0.5的下限值更加优选。
优选地使条件表达式(6)中的上限值为-0.2，且-0.25的上限值更加优选。
优选地上述本发明的每个方面同时满足任意多个条件表达式。而且，关于每个条件表达式，可以只限制更加严格的条件表达式的数值范围中的上限值和下限值。而且，可以任意组合上述各种结构。
下面通过参考附图来详细描述三单元变焦透镜系统和包括该三单元变焦透镜系统的图像拾取装置的示例实施方式。然而，本发明不限于下述实施方式。
[实施方式]
下述每个实施方式是透镜具有负、正和正折射力类型的三单元变焦透镜系统(从第一实施方式到第六实施方式的实施方式)，或者透镜具有负、正和负折射力类型的三单元变焦透镜系统(从第七实施方式到第十二实施方式的实施方式)，具有实现了大约为4的高变焦比且确保在广角端的35°和更大角度处的半像角的有利光学性能。
而且，利用较少数目的透镜，每个三单元变焦透镜系统在透镜镜筒被缩回时都具有紧凑的结构。
在从第一实施方式到第三实施方式的实施方式以及从第七实施方式到第九实施方式的实施方式中，处于全变焦状态的有效图像拾取区域为矩形并且恒定。
每个实施方式中的条件表达式中的对应值是当聚焦到无穷远物点时的值。
整个长度是通过把根据空气转换长度表示的后焦距和从透镜的入射表面到出射表面的光轴距离相加而获得的距离。根据空气转换长度表示后焦距。
如后面在每个实施方式中描述的，在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元只移向物侧。第三透镜单元在移向物侧之后，移向像侧，且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
通过移动第三透镜单元来执行聚焦，当第三透镜单元具有正折射力时通过将第三透镜单元移向物侧，而当第三透镜单元具有负折射力时通过将第三透镜单元移向像侧，来执行从远距离物点到近距离物点的聚焦的操作。
如后面描述的，平行平板是CCD玻璃罩和由IR(红外线)去除涂层涂敷的低通滤光器。
孔阑直接置于第二透镜单元之前，而光阑(flare stop)直接置于第二透镜单元之后。孔阑和光阑与第二透镜单元整体移动。
而且，在每个实施方式中，第二透镜单元中的正透镜和形成第三透镜单元的透镜都是塑料透镜。
塑料透镜的物侧表面和出射表面具有二维设置有多个圆柱形式的突起的精细结构(参见图18)。
在这些微结构中，突起的间距Pc是统一的200nm，每个突起的高度Hc是1000nm。
在图中，将每行突起排列得一致。然而，排列图案可以是将突起排列为在每行中交错。
条件表达式(7)中的对应值是200nm，条件表达式(8)中的对应值是5。
而且，可以根据寻求的性能(例如MTF、防反射效果以及制造成本)，适当地调整突起的间距和高度、突起的形状、突起顶点指向的方向、排列图案，以及设有微结构的透镜表面。
以下描述根据本发明的三单元变焦透镜系统的从第一实施方式到第三实施方式的实施方式以及从第七实施方式到第九实施方式的实施方式。图1A到图6C示出了，在从第一实施方式到第三实施方式的实施方式以及从第七实施方式到第九实施方式的实施方式在无穷远物点聚焦时的广角端(图1A、图2A、图3A、图4A、图5A和图6A)、中间焦距状态(图1B、图2B、图3B、图4B、图5B和图6B)和长焦端(图1C、图2C、图3C、图4C、图5C和图6C)的透镜截面图。在图1A到图6C中，G1表示第一透镜单元，S表示孔阑，G2表示第二透镜单元，FS表示光阑，G3表示第三透镜单元，F表示形成涂敷有限制红外光的波长限制涂层的低通滤光器的平行平板，C表示电子图像拾取组件的碳玻璃的平行平板，I表示像面。可以将用于限制波长区域的多层膜涂覆于碳玻璃C的表面。而且，可以使碳玻璃C具有低通滤光器的效果。
而且，数值数据是聚焦(当聚焦)在无穷远距离的物处的状态中的数据。每个值的长度单位是mm，角度单位是度(°)。通过移动最接近于像的透镜单元来执行每个实施方式中的聚焦。进一步，变焦数据是在广角端(WE)、中间焦距状态(ST)和长焦端(TE)的值。
如图1A、图1B和图1C所示，第一实施方式中的变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元G1，其具有负折射力；孔阑S；第二透镜单元G2，其具有正折射力；光阑FS；以及第三透镜单元G3，其具有正折射力。
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元G1在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元G2只移向物侧。第三透镜单元G3在移向物侧之后，移向像侧，并且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
从物侧起按顺序，第一透镜单元G1包括双凹负透镜和具有指向物侧的凸面的弯月正透镜。第二透镜单元G2包括双凸正透镜和双凹负透镜。第三透镜单元G3包括双凸正透镜。
非球面用于四个表面，即，第一透镜单元G1中的双凹负透镜的像侧表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的物侧表面和双凹负透镜的像侧表面，以及第三透镜单元G3中的双凸正透镜的像侧表面。
如图2A、图2B和图2C所示，第二实施方式中的变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元G1，其具有负折射力；孔阑S；第二透镜单元G2，其具有正折射力；光阑FS；以及第三透镜单元G3，其具有正折射力。
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元G1在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元G2只移向物侧。第三透镜单元G3在移向物侧之后，移向像侧，并且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
从物侧起按顺序，第一透镜单元G1包括双凹负透镜和具有指向物侧的凸表面的弯月正透镜。第二透镜单元G2包括双凸正透镜和双凹负透镜。第三透镜单元G3包括具有指向像侧的凸表面的弯月正透镜。
非球面用于四个表面，即，第一透镜单元G1中的双凹负透镜的像侧表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的物侧表面和双凹负透镜的像侧表面，以及第三透镜单元G3中的弯月正透镜的像侧表面。
如图3A、图3B和图3C所示，第三实施方式中的变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元G1，其具有负折射力；孔阑S；第二透镜单元G2，其具有正折射力；光阑FS；以及第三透镜单元G3，其具有正折射力。
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元G1在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元G2只移向物侧。第三透镜单元G3在移向物侧之后，移向像侧，并且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
从物侧起按顺序，第一透镜单元G1包括双凹负透镜和具有指向物侧的凸表面的弯月正透镜。第二透镜单元G2包括双凸正透镜和双凹负透镜。第三透镜单元G3包括具有指向像侧的凸表面的弯月正透镜。
非球面用于四个表面，即，第一透镜单元G1中的双凹负透镜的像侧表面，第二透镜单元G2中的双凸正透镜的物侧表面和双凹负透镜的像侧表面，以及第三透镜单元G3中的弯月正透镜的像侧表面。
如图4A、图4B和图4C所示，第七实施方式中的变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元G1，其具有负折射力；孔阑S；第二透镜单元G2，其具有正折射力；光阑FS；以及第三透镜单元G3，其具有负折射力。
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元G1在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元G2只移向物侧。第三透镜单元G3在移向物侧之后，移向像侧，并且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
从物侧起按顺序，第一透镜单元G1包括双凹负透镜和具有指向物侧的凸表面的弯月正透镜。第二透镜单元G2包括双凸正透镜和双凹负透镜。第三透镜单元G3包括双凹负透镜。
非球面用于五个表面，即，第一透镜单元G1中的双凹负透镜的像侧表面，第二透镜单元G2中的双凸正透镜的物侧表面和双凹负透镜的像侧表面，以及第三透镜单元G3中的双凹负透镜的两个表面。
如图5A、图5B和图5C所示，第八实施方式中的变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元G1，其具有负折射力；孔阑S；第二透镜单元G2，其具有正折射力；光阑FS；以及第三透镜单元G3，其具有负折射力。
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元G1在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元G2只移向物侧。第三透镜单元G3在移向物侧之后，移向像侧，并且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
从物侧起按顺序，第一透镜单元G1包括双凹负透镜和具有指向物侧的凸表面的弯月正透镜。第二透镜单元G2包括双凸正透镜和双凹负透镜。第三透镜单元G3包括具有指向物侧的凸表面的弯月负透镜。
非球面用于五个表面，即，第一透镜单元G1中的双凹负透镜的像侧表面，第二透镜单元G2中的双凸正透镜的物侧表面和双凹负透镜的像侧表面，以及第三透镜单元G3中的弯月负透镜的两个表面。
如图6A、图6B和图6C所示，第九实施方式中的变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：第一透镜单元G1，其具有负折射力；孔阑S；第二透镜单元G2，其具有正折射力；光阑FS；以及第三透镜单元G3，其具有负折射力。
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元G1在移向像侧之后，移向物侧。第二透镜单元G2只移向物侧。第三透镜单元G3在移向物侧之后，移向像侧，并且移动到相对于广角端增大长焦端处的缩放倍率的位置。
从物侧起按顺序，第一透镜单元G1包括双凹负透镜和具有指向物侧的凸表面的弯月正透镜。第二透镜单元G2包括双凸正透镜和双凹负透镜。第三透镜单元G3包括具有指向物侧的凸表面的弯月负透镜。
非球面用于五个表面，即，第一透镜单元G1中的双凹负透镜的像侧表面，第二透镜单元G2中的双凸正透镜的物侧表面和双凹负透镜的像侧表面，以及第三透镜单元G3中的弯月负透镜的两个表面。
在从第四实施方式到第六实施方式的实施方式中，分别使用了从第一实施方式到第三实施方式的实施方式中的变焦透镜系统，而在从第十实施方式到第十二实施方式的实施方式中，使用了从第七实施方式到第九实施方式的实施方式中的变焦透镜系统。这些实施方式是使用以电子方式校正变形且有效图像拾取区域的形状在变焦时改变的图像拾取装置的示例。因此，这些实施方式与处于变焦状态的像高和像角对应的实施方式不同。
该图像拾取装置是包括有在广角端具有35°和更大角度处的半像角ω的变焦透镜系统的装置。
在从第四实施方式到第六实施方式以及从第十实施方式到第十二实施方式的实施方式中，在以电子方式校正出现在广角端的桶形变形后记录并显示图像。
在这些实施方式的变焦透镜系统中，在矩形光电转换表面上，在广角端出现了桶形变形。然而，抑制了在接近于中间焦距状态的长焦端出现变形。
为了以电子方式校正变形，有效图像拾取区域在广角端被设为桶形形状，而在中间焦距状态和长焦端被设为矩形形状。
而且，提前设定的有效图像拾取区域经受图像处理的图像转换，并且被转换为减少了变形的矩形图像信息。
进行设置，使得在广角端的最大像高IHw小于在中间焦距状态的最大像高IHs以及在长焦端的最大像高IHt。
在从第四实施方式到第六实施方式的实施方式以及从第十实施方式到第十二实施方式的实施方式中，进行设置，使得在广角端在光电转换表面的短边的方向上的长度等于有效图像拾取区域的短边的方向上的长度，且将有效图像拾取区域设定为在图像处理之后大约残留-3％的变形。当然，可以进行设置，使得其中将小于此的桶形区域被转换为作为有效图像拾取区域的矩形的图像被设为记录并重现的图像。
以下示出上述每个实施方式的数值数据。除上述符号之外，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、......中的每一个表示各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、......中的每一个表示各透镜针对d线的折射率，vd1、vd2、......中的每一个表示各透镜的阿贝数。
后面将描述的透镜系统的整个长度是通过把后焦距和从第一透镜表面到最后透镜表面的距离相加而获得的长度。BF(后焦距)是根据从最后透镜表面到近轴像面的距离的空气转换而表示的单位。
当使x是光传播方向为正(方向)的光轴，且使y在与该光轴正交的方向上时，通过以下表达式描述非球面的形状。
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表示锥形系数，A4、A6、A8、A10和A12分别表示第四阶、第六阶、第八阶、第十阶和第十二阶的非球面系数。而且，在非球面系数中，“e-n”(其中，n是整数)表示“10-n”。
示例1
单位mm
表面数据
表面编号 r d nd vd
1 -22.398 0.70 1.81474 37.03
2* 5.429 1.41
3 11.723 2.00 2.00069 25.46
4 -276.104 可变
5(S) ∞ -0.51
6* 4.270 4.07 1.53113 55.30
7 -10.090 0.10
8 -19.195 0.70 1.84666 23.78
9* 12.248 0.46
10 ∞ 可变
11 94.735 1.51 1.53113 55.30
12* -36.398 可变
13 ∞ 0.50 1.51633 64.14
14 ∞ 0.50
15 ∞ 0.50 1.51633 64.14
像面(受光表面)
非球面系数
第2表面
k＝-1.276，A4＝7.65182e-05，A6＝-1.12787e-06，A8＝-7.61698e-08，A10＝1.24621e-09
第6表面
k＝-0.338，A4＝1.68661e-04，A6＝2.29377e-05，A8＝-1.24250e-06，A10＝2.37188e-08
第9表面
k＝0.000，A4＝2.59010e-03，A6＝2.07469e-04，A8＝-9.83520e-06，A10＝3.46391e-06
第12表面
k＝0.000，A4＝6.98110e-05，A6＝-3.68048e-05，A8＝2.01948e-06，A10＝-4.09637e-08
单位焦距
f1＝-13.46 f2＝11.23 f3＝49.71
变焦数据
WE ST TE
IH 3.84 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 2.81 3.69 6.00
2ω(°) 76.63 39.57 20.11
BF 6.31 9.00 4.61
总长度 38.68 31.74 37.56
d4 18.36 6.82 1.78
d10 3.56 5.48 20.72
d12 4.70 7.39 3.00
示例2
单位mm
表面数据
表面编号 r d nd vd
1 -23.292 0.70 1.81474 37.03
2* 5.423 1.41
3 11.589 2.00 2.00069 25.46
4 -747.195 可变
5(s) ∞ -0.51
6* 4.617 4.52 1.53113 55.30
7 -12.557 0.10
8 -54.557 0.70 1.92286 20.88
9* 13.235 0.46
10 ∞ 可变
11 -428.766 1.51 1.53113 55.30
12* -34.828 可变
13 ∞ 0.50 1.51633 64.14
14 ∞ 0.50
15 ∞ 0.50 1.51633 64.14
16 ∞ 0.45
像面(受光表面)
非球面系数
第2表面
k＝-1.106，A4＝-4.25366e-05，A6＝2.00619e-06，A8＝-1.97237e-07，A10＝3.12855e-09
第6表面
k＝-0.368，A4＝8.05469e-05，A6＝2.02728e-05，A8＝-1.55737e-06，A10＝6.94253e-08
第9表面
k＝0.000，A4＝1.85122e-03，A6＝1.19119e-04，A8＝-3.11607e-06，A10＝1.61693e-06
第12表面
k＝0.000，A4＝1.43521e-04，A6＝-5.04172e-05，A8＝3.57535e-06，A10＝-9.00871e-08
单位焦距
f1＝-13.32 f2＝11.07 f3＝71.28
变焦数据
WE ST TE
IH 3.84 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 2.86 3.75 6.00
2ω(°) 76.58 39.38 19.93
BF 7.22 10.24 4.61
总长度 38.92 31.85 36.99
d4 18.32 6.81 1.54
d10 2.49 3.90 19.95
d12 5.61 8.63 3.00
示例3
单位mm
表面数据
表面编号 r d nd vd
1 -25.824 0.70 1.83441 37.28
2* 5.491 1.41
3 11.526 2.00 2.00069 25.46
4 1050.736 可变
5(s) ∞ -0.51
6* 4.676 4.65 1.53113 55.30
7 -11.538 0.10
8 -29.249 0.70 1.92286 20.88
9* 17.470 0.46
10 ∞ 可变
11 -69.689 1.51 1.53113 55.30
12* -34.749 可变
13 ∞ 0.50 1.51633 64.14
14 ∞ 0.50
15 ∞ 0.50 1.51633 64.14
16 ∞ 0.45
像面(受光表面)
非球面系数
第2表面
k＝-0.948，A4＝-1.22782e-04，A6＝2.59208e-06，A8＝-2.23252e-07，A10＝3.49305e-09
第6表面
k＝-0.370，A4＝9.73136e-05，A6＝1.94831e-05，A8＝-1.31372e-06，A10＝6.11195e-08
第9表面
k＝0.000，A4＝1.76178e-03，A6＝1.06045e-04，A8＝-1.67422e-06，A10＝1.30027e-06
第12表面
k＝0.000，A4＝2.35677e-04，A6＝-6.93308e-05，A8＝5.91438e-06，A10＝-1.72314e-07
单位焦距
f1＝-13.04 f2＝10.86 f3＝128.57
变焦数据
WE ST TE
IH 3.84 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 2.91 3.81 6.00
2ω(°) 76.50 39.30 19.77
BF 7.93 12.23 4.61
总长度 39.27 32.07 36.49
d4 18.52 7.05 1.50
d10 1.80 1.77 19.36
d12 6.32 10.62 3.00
第四实施方式的变焦透镜系统具有与第一实施方式的变焦透镜系统的结构相同的结构。
第五实施方式的变焦透镜系统具有与第二实施方式的变焦透镜系统的结构相同的结构。
第六实施方式的变焦透镜系统具有与第三实施方式的变焦透镜系统的结构相同的结构。
示例4
以下示出第四实施方式中的像高和全像角的数据。
变焦数据
WE ST TE
IH 3.57 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 2.81 3.69 6.00
2ω(°) 70.85 39.57 20.11
示例5
以下示出第五实施方式中的像高和全像角的数据。
变焦数据
WE ST TE
IH 3.57 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 2.86 3.75 6.00
2ω(°) 70.87 39.38 19.93
示例6
以下示出第六实施方式中的像高和全像角的数据。
变焦数据
WE ST TE
IH 3.57 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 2.91 3.81 6.00
2ω(°) 70.90 39.30 19.77
示例7
单位mm
表面数据
表面编号 r d nd vd
1 -37.066 0.50 1.83400 37.16
2* 5.581 1.42
3 10.740 2.00 2.00069 25.46
4 70.141 可变
5(s) ∞ -0.51
6* 4.028 4.17 1.53113 55.30
7 -8.036 0.10
8 -9.359 0.70 2.00069 25.46
9* 54.813 0.46
10 ∞ 可变
11* -313.258 1.00 1.53113 55.30
12* 61.705 可变
13 ∞ 0.50 1.51633 64.14
14 ∞ 0.50
15 ∞ 0.50 1.51633 64.14
16 ∞ 0.45
像面(受光表面)
非球面系数
第2表面
k＝-0.874，A4＝-7.71601e-07，A6＝1.06555e-06，A8＝-1.12551e-07，A10＝1.12285e-09
第6表面
k＝-0.337，A4＝3.85561e-04，A6＝3.03587e-05，A8＝1.41610e-06，A10＝-1.74735e-08
第9表面
k＝0.000，A4＝2.45896e-03，A6＝2.15918e-04，A8＝-1.09896e-05，A10＝4.84776e-06
第11表面
k＝0.000，A4＝2.11122e-04，A6＝-2.63091e-05，A8＝8.17161e-07
第12表面
k＝0.000，A4＝5.70496e-04，A6＝-9.91714e-05，A8＝7.13556e-06，A10＝-2.25030e-07
单位焦距
f1＝-13.36 f2＝10.32 f3＝-96.97
变焦数据
WE ST TE
IH 3.84 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 3.03 4.04 6.00
2ω(°) 76.42 39.07 19.65
BF 4.81 8.51 5.31
总长度 39.58 32.14 33.07
d4 20.32 8.85 1.76
d10 4.61 4.93 16.16
d12 3.20 6.90 3.70
示例8
单位mm
表面数据
表面编号 r d nd vd
1 -33.324 0.50 1.83400 37.16
2* 5.628 1.42
3 11.062 2.00 2.00069 25.46
4 100.197 可变
5(s) ∞ -0.51
6* 4.058 4.19 1.53113 55.30
7 -7.954 0.10
8 -9.435 0.70 2.00069 25.46
9* 48.207 0.46
10 ∞ 可变
11* 34.528 2.44 1.53113 55.30
12* 19.639 可变
13 ∞ 0.50 1.51633 64.14
14 ∞ 0.50
15 ∞ 0.50 1.51633 64.14
16 ∞ 0.45
像面(受光表面)
非球面系数
第2表面
k＝-0.975，A4＝3.12809e-05，A6＝7.45185e-07，A8＝-9.67384e-08，A10＝1.05534e-09
第6表面
k＝-0.332，A4＝3.75509e-04，A6＝2.61620e-05，A8＝1.57443e-06，A10＝-4.77563e-08
第9表面
k＝0.000，A4＝2.43963e-03，A6＝2.03393e-04，A8＝-8.51602e-06，A10＝4.29640e-06
第11表面
k＝0.000，A4＝6.21311e-05，A6＝-1.47297e-05，A8＝6.18500e-07
第12表面
k＝0.000，A4＝4.22943e-04，A6＝-9.20454e-05，A8＝7.23541e-06，A10＝-2.27064e-07
单位焦距
f1＝-13.54 f2＝10.49 f3＝-90.91
变焦数据
WE ST TE
IH 3.84 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 3.02 4.05 6.00
2ω(°) 76.43 39.03 19.67
BF 4.81 8.79 4.91
总长度 40.14 32.65 33.78
d4 20.42 8.95 1.69
d10 3.62 3.61 15.88
d12 3.20 7.18 3.30
示例9
单位mm
表面数据
表面编号 r d nd vd
1 -33.484 0.50 1.83400 37.16
2* 5.595 1.42
3 11.010 2.00 2.00069 25.46
4 107.688 可变
5(S) ∞ -0.51
6* 4.300 4.19 1.53113 55.30
7 -9.020 0.10
8 -14.233 0.70 1.84666 23.78
9* 17.259 0.46
10 ∞ 可变
11* 50.115 2.44 1.53113 55.30
12* 29.672 可变
13 ∞ 0.50 1.51633 64.14
14 ∞ 0.50
15 ∞ 0.50 1.51633 64.14
16 ∞ 0.45
像面(受光表面)
非球面系数
第2表面
k＝-1.070，A4＝1.04782e-04，A6＝-9.42460e-07，A8＝-2.19062e-08，A10＝-1.45852e-10
第6表面
k＝-0.344，A4＝2.04765e-04，A6＝1.98087e-05，A8＝-6.19156e-07，A10＝-4.42940e-10
第9表面
k＝0.000，A4＝2.52512e-03，A6＝1.87330e-04，A8＝-6.26204e-06，A10＝3.08865e-06
第11表面
k＝0.000，A4＝5.64501e-05，A6＝-1.07705e-05，A8＝7.14900e-07
第12表面
k＝0.000，A4＝2.86668e-04，A6＝-8.42968e-05，A8＝7.45066e-06，A10＝-2.23480e-07
单位焦距
f1＝-13.69 f2＝10.56 f3＝-142.87
变焦数据
WE ST TE
IH 3.84 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 3.04 4.05 6.00
2ω(°) 76.37 39.15 19.75
BF 4.81 10.46 4.91
总长度 40.16 32.62 33.78
d4 20.24 8.65 1.40
d10 3.81 2.20 16.16
d12 3.20 8.85 3.30
第十实施方式的变焦透镜系统具有与第七实施方式的变焦透镜系统的结构相同的结构。
第十一实施方式的变焦透镜系统具有与第八实施方式的变焦透镜系统的结构相同的结构。
第十二实施方式的变焦透镜系统具有第九实施方式的变焦透镜系统的结构相同的结构。
示例10
以下示出第十实施方式中的像高和全像角的数据。
变焦数据
WE ST TE
IH 3.57 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 3.03 4.04 6.00
2ω(°) 70.95 39.07 19.65
示例11
以下示出第十一实施方式中的像高和全像角的数据。
变焦数据
WE ST TE
IH 3.57 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 3.02 4.05 6.00
2ω(°) 70.92 39.03 19.67
示例12
以下示出第十二实施方式中的像高和全像角的数据。
变焦数据
WE ST TE
IH 3.57 3.84 3.84
焦距 5.77 11.00 22.20
Fno. 3.04 4.05 6.00
2ω(°) 70.93 39.15 19.75
图7A到图12C示出了从第一实施方式到第三实施方式的实施方式以及从第七实施方式到第九实施方式的实施方式在无穷远物点聚焦时的像差图。在这些像差图中，图7A、图8A、图9A、图10A、图11A和图12A分别表示在广角端的球面像差(SA)、像散(AS)、变形(DT)和缩放色像差(CC)，图7B、图8B、图9B、图10B、图11B和图12B分别表示在中间焦距状态的球面像差、像散、变形和缩放色像差，图7C、图8C、图9C、图10C、图11C和图12C分别表示在长焦端的球面像差、像散、变形和缩放色像差。在每个图中，“ω”表示半像角。
以下示出根据每个实施方式的条件表达式(1)到(10)的数据。
示例1 示例2 示例3
(1)ft/fw 3.85 3.85 3.85
(2)DL21/Dt 0.107 0.121 0.126
(3)Dw/(IHwt×f/fw) 2.64 2.66 2.68
(4)Dt/(IHw×ft/fw) 2.57 2.53 2.49
(5)fG2/fw 1.95 1.92 1.88
(6)(rL21f+rL21r)/(rL21f-rL21r) -0.41 -0.46 -0.42
(7)Pc 200nm 200nm 200nm
(8)Hc/Pc 5.0 5.0 5.0
(9)dL21 1.53113 1.53113 1.53113
(10)vndL21 55.30 55.30 55.30
示例4 示例5 示例6
(1)ft/fw 3.85 3.85 3.85
(2)DL21/Dt 0.107 0.121 0.126
(3)Dw/(IHw×ft/fw) 2.84 2.86 2.88
(4)Dt/(IHw×ft/fw) 2.57 2.53 2.49
(5)fG2/fw 1.95 1.92 1.88
(6)(rL21f+rL21r)/(rL21f-rL21r) -0.41 -0.46 -0.42
(7)Pc 200nm 200nm 200nm
(8)Hc/Pc 5.0 5.0 5.0
(9)ndL21 1.53113 1.53113 1.53113
(10)vdL21 55.30 55.30 55.30
示例7 示例8 示例9
(1)ft/fw 3.85 3.85 3.85
(2)DL21/Dt 0.125 0.123 0.123
(3)Dw/(IHw×ft/fw) 2.70 2.70 2.70
(4)Dt/(IHw×ft/fw) 2.26 2.31 2.31
(5)fG2/fw 1.79 1.82 1.83
(6)(rL21f+rL21r)/(rL21f-rL21r) -0.33 -0.32 -0.35
(7)Pc 200nm 200nm 200nm
(8)Hc/Pc 5.0 5.0 5.0
(9)ndL21 1.53113 1.53113 1.53113
(10)vdL21 55.30 55.30 55.30
示例10 示例11 示例12
(1)ft/fw 3.85 3.85 3.85
(2)DL21/Dt 0.125 0.123 0.123
(3)Dw/(IHw×ft/fw) 2.91 2.95 2.95
(4)Dt/(IHw×ft/fw) 2.26 2.31 2.31
(5)fG2/fw 1.79 1.82 1.83
(6)(rL21f+rL21r)/(rL21f-rL21r) -0.33 -0.32 -0.35
(7)Pc 200nm 200nm 200nm
(8)Hc/Pc 5.0 5.0 5.0
(9)ndL21 1.53113 1.53113 1.53113
(10)vdL21 55.30 55.30 55.30
另外，为了防止出现重影和闪光，通常，向接触空气的透镜表面涂覆防反射涂层。
另一方面，在粘合透镜的粘合表面，粘合剂的折射率充分高于空气的折射率。因此，在很多情况下，反射系数原本为单层涂层的水平或更低，很少情况下涂覆涂层。然而，当即使向粘合表面确实涂覆防反射涂层时，也可以进一步减少重影和闪耀，获得更有利的图像。
特别的是，近来，具有高折射率的玻璃材料已广泛应用于摄像机的光学系统中，以在像差校正上获得良好效果。然而，当将具有高折射率的玻璃材料用作粘合透镜时，在粘合表面的反射变得不可忽略。在这样的情况下，在粘合表面上涂覆防反射涂层特别有效。
日本专利申请特开平No.2-27301、No.2001-324676、No.2005-92115和美国专利No.7116482中公开了粘合表面涂层的有效使用。在这些专利文献中，描述了在正的前变焦透镜系统的第一透镜单元中的粘合透镜表面涂层，对于本发明的具有正折射力的第一透镜单元中的粘合透镜表面，可以实施与这些专利文献中公开的相同的粘合透镜表面涂层。
作为要使用的涂层材料，根据粘合材料的折射率和作为基底的透镜的折射率，可以合适地选择具有相对较高折射率的涂层材料，如Ta2O5、TiO2、Nb2O5、ZrO2、HfO2、CeO2、SnO2、In2O3，、ZnO和Y2O3，以及具有相对较低折射率的涂层材料，如MgF2、SiO2和Al2O3，并将其设定为满足相位条件的膜厚。
自然，与接触空气的透镜表面上的涂层类似，也可以使粘合表面上的涂层为多层涂层。通过合适地组合膜厚和膜数不小于两层的涂层材料，可以进一步减少反射，并且控制频谱特性和角度特性。
而且，不用说，除第一透镜单元中的透镜之外的其它透镜的粘合表面，根据类似想法在该粘合表面上涂覆涂层也是有效的。
(变形校正)
另外，当使用本发明的变焦透镜系统时，以电子方式执行对图像变形的数字校正。以下描述数字校正图像变形的基本概念。
例如，如图13所示，以光轴与图像拾取面的交点为中心，固定与有效图像拾取面的长边内部接触的半径R的圆周(像高)的缩放倍率，且将该圆周设为校正的基础参考。随后，在大致径向方向上移动不同于半径R的任意半径r(ω)的圆周(像高)上的每个点，通过在同心圆上移动以使半径变为r’(ω)，来执行校正。
例如，在图13中，将位于半径R的圆的内侧的任意半径r1(ω)的圆周上的点P1，朝向圆心移动到待校正的半径r1’(ω)的圆周上的点P2。而且，将位于半径R的圆的外侧的任意半径r2(ω)的圆周上的点Q1，朝向远离圆心的方向移动到待校正的半径r2’(ω)的圆周上的点Q2。
这里，可以如下表达r’(ω)。
r′(ω)＝α·f·tanω(0≤α≤1)
其中，ω是物体的半像角，f是成像光学系统(本发明中的变焦透镜系统)的焦距。
这里，当使与半径为R的圆(像高)对应的理想像高为Y时，则有：
α＝R/Y＝R/(f·tanω)。
理想的是，光学系统关于光轴旋转对称。换句话说，变形也关于光轴以旋转对称的方式出现。因此，如上所述，在以电子方式校正光学变形的情况下，若可以通过固定与有效图像拾取面的长边内部接触的半径R的圆的圆周(像高)上的缩放倍率，以再现图像上的光轴与图像拾取面的交点为中心，在大致径向方向上移动不同于半径R的半径r(ω)的圆周(像高)上的每个点，且在同心圆上移动以使半径变为r’(ω)，来执行校正，则从数据量和计算量的角度而言都可以认为很有利。
另外，在通过电子图像拾取组件拾取图像时光学图像不再是连续量(由于采样)。因此，只要电子图像拾取组件上的像素不沿径向排列，在光学图像上精确绘制的半径R的圆就不再是精确的圆。
换句话说，关于对每个离散坐标点表达的图像数据的形状校正，可以固定缩放倍率的圆不存在。因此，对于每个像素(Xi，Yj)，可以使用确定移动目的地的坐标(Xi’，Yj’)的方法。当两个或更多点(Xi，Yj)移动到坐标(Xi’，Yj’)时，采用每个像素的值的平均值。而且，当没有移动到的点时，可以通过使用一些周围像素的坐标值(Xi’，Yj’)来进行插值。
当由于光学系统或电子图像拾取组件的制造误差等，特别是在具有变焦透镜系统的电子图像拾取装置中，相对于光轴的变形很显著时，以及当在光学图像上绘制的半径R的圆不对称时，这样的方法对于校正很有效。而且，若在将信号再现为图像拾取组件或各种输出装置中的图像时出现几何变形，对于校正也很有效。
在本发明的电子图像拾取装置中，为了计算校正量r’(ω)-r(ω)，可以进行设置，使得在电子图像拾取装置中内嵌的记录介质中记录r(ω)(换句话说，半像角和像高)之间的关系，或者真实像高r与理想像高r’/α之间的关系。
对于变形校正之后的图像，为在短边方向上的两端不会极度缺少光量，半径R可以满足以下条件表达式。
0≤R≤0.6Ls
其中，Ls是有效图像拾取表面的短边的长度。
优选地半径R满足以下条件表达式。
0.3Ls≤R≤0.6Ls
而且，最有利的是使半径R与在实际有效图像拾取面的短边方向上内部接触的圆的半径匹配。在半径R＝0附近(换句话说，轴附近)固定缩放倍率的校正的情况下，从大量图像的方面而言有些不利，但是可以确保即使在使角度变宽时也使得尺寸较小的效果。
将需要校正的焦距间隔划分为多个焦点区。而且，在划分的焦点区中的长焦端附近，可以利用和使得校正结果大体满足以下关系的情况下相同的校正量，来执行校正。
r′(ω)＝α·f·tan ω
然而，在此情况下，在划分的焦点区的广角端，一定程度上会残留在划分的焦点区的广角端的桶形变形。而且，当增加划分区的数目时，出现在记录介质中额外保存校正所需的专用数据的需要。因此增加划分区的数目不是优选的。因此，提前计算与划分的焦点区中的每个焦距相关联的一个或多个系数。可以根据仿真测量或实际设备测量来确定所述系数。
可以计算在划分的焦点区的长焦端附近校正结果大体满足以下关系情况下的校正量，并且可以通过针对该校正量统一乘以每个焦距的系数来使其成为最终校正量。
r′(ω)＝α·f·tan ω
另外，当在通过对无穷远物体成像(形成图像)而获得的图像中没有变形时，以下关系成立。
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(本发明的变焦透镜系统)的焦距，ω表示在与从图像拾取面上的中心连接到位置y的像点对应的物点方向相对于光轴的角度(物半像角)。
当在成像系统中存在桶形变形时，该关系变为：
f＞y/tanω。
换句话说，当使成像系统的焦距f以及像高y固定时，ω的值变大。
(数字摄像机)
图14到图16是根据本发明的数字摄像机的结构的概念图，其中在摄像光学系统141中安装有上述变焦透镜系统。图14是表示数字摄像机140的外观的前视立体图，图15是表示数字摄像机140的外观的后视立体图，图16是表示数字摄像机140的结构的示意截面图。在图14和图16中，示出了摄像光学系统141的未缩回状态。在该示例的情况下，数字摄像机140包括具有摄像光路142的摄像光学系统141、具有取景光路144的取景光学系统143、快门按钮145、闪光灯146、液晶显示监视器147、焦距改变按钮161、以及设置改变开关162等，在摄像光学系统141的非缩回状态中，通过滑动盖160，使盖160覆盖摄像光学系统141、取景光学系统143和闪光灯146。进一步，当打开盖160并且将数字摄像机设为拍照状态时，摄像光学系统141采用如图14所示的非缩回状态，当按压置于数字摄像机140的上部的快门按钮145时，与按压快门按钮145同步，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来拍照。通过盖玻璃C和涂覆有波长区域限制涂层的低通滤光器，在CCD149的图像拾取表面上形成摄像光学系统141形成的物像。通过处理装置151，将CCD 149接收为光的物像，作为电子图像显示在置于数字摄像机140的后表面上的液晶显示监视器147上。而且，记录装置152连接到处理装置151，该记录装置152也可以记录拍摄的电子图像。可以与处理装置151分开设置记录装置152，或者可以通过电子写入软盘、存储卡或MO等进行记录来形成记录装置152。而且，可以将摄像机形成为代替CCD 149而设置银盐胶卷的银盐摄像机。
而且，将取景物镜光学系统153置于取景光路144上。取景物镜光学系统153包括多个透镜单元(在图中是三个单元)以及两个棱镜，并且由焦距与摄像光学系统141的变焦透镜系统同步改变的变焦光学系统构成。在作为图像正像组件的正像棱镜155的场帧157上，形成取景物镜光学系统153形成的物像。在正像棱镜155的后侧，设置有将正立图像引导至观察者的眼球的目镜光学系统159。盖组件150置于目镜光学系统159的出射侧。
由于以此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，在缩回状态中具有极小厚度，且在高缩放倍率下在整个变焦区域中具有极稳定的成像性能，因此可以实现高性能、小尺寸和广角。
(内部电路结构)
图17是数字摄像机140的主要组件的内部电路的结构框图。在以下描述中，例如，上述处理装置151包括CDS/ADC部124、临时存储部117和图像处理部118，且例如存储装置152包括存储介质部119。
如图17所示，数字摄像机140包括操作部112、连接到操作部112的控制部113、通过总线114和总线115而与控制部113的控制信号输出端口相连接的临时存储存储器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和设定信息存储存储器部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和设定信息存储存储器部121被构造为，能够通过总线122互相输入和输出数据。而且，CCD 149和CDS/ADC部120连接到成像驱动电路116。
操作部112包括各种输入按钮和开关，并且是通过这些输入按钮和开关通知控制部从外部(由数字摄像机的用户)输入的事件信息的电路。
控制部113是中央处理单元(CPU)，并且具有未在图中示出的内嵌计算机程序存储器。控制部113是在接收到摄像机的用户通过操作部112输入的指令和命令的情况下，根据该计算机程序存储器中存储的计算机程序，来控制整个数字摄像机140的电路。
CCD 149以光接收通过根据本发明的摄像光学系统141形成的物像。CCD 149是由成像驱动电路116驱动并控制且将物像的每个像素的光量转换为电信号并将该电信号输出到CDS/ADC部124的图像拾取组件。
CDS/ADC部124是这样的电路，其放大从CCD 149输入的电信号，执行模/数转换，并且将仅被放大并转换为数字数据的图像原数据(裸数据，下文中称为“RAW”数据)输出到临时存储存储器117。
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，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数据或者存储在存储介质部119中的RAW数据，并且根据控制部113指定的图像质量参数以电子方式执行包括变形校正的各种图像处理的电路。
存储介质部119是例如可卸安装的包括闪存的卡或棒形式的记录介质。存储介质部119是在卡闪存和棒闪存中记录并保持从临时存储存储器117传送的RAW数据和在图像处理部118中经受过图像处理的图像数据的装置的控制电路。
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。设定信息存储存储器部121包括提前存储各种图像质量参数的ROM部，以及用于存储通过操作部112上的输入操作在从ROM部读取的图像质量参数中选择的图像质量参数的RAM部。设定信息存储存储器部121是控制对存储器的输入和输出的电路。
根据本发明，以此方式构造的数字摄像机140具有摄像光学系统141，其具有足够的广角区域和紧凑结构，同时在高缩放倍率下在整个缩放区域中具有极稳定的成像性能。因此，可以实现高性能、小尺寸和广角。而且，可以实现广角侧和长焦侧的快速聚焦操作。
而且，优选地所述三单元变焦透镜系统除满足上述本发明(方面)中的一个之外，还同时满足以下补充项目中的一个中的设置。
(补充项目1)
包括具有按短于400nm的周期二维设置的多个突起的透镜的变焦透镜系统。
(补充项目2)
根据补充项目1所述的变焦透镜系统，其中，所述多个突起满足以下条件表达式。
20nm＜Pc＜400nm (7)
1.0＜Hc/Pc＜20.0 (8)
其中，
Pc表示突起之间的间距，而
Hc表示突起的高度。
(补充项目3)
根据补充项目1和2中的一个所述的变焦透镜系统，其包括与透镜相邻的孔阑。
根据补充项目1、2和3中的一个所述的变焦透镜系统，其中透镜是塑料透镜。
如上所述，根据本发明的三单元变焦透镜系统适于作为有利于确保高变焦比、使得尺寸较小且轻并且对于容易确保光学性能很有用的变焦透镜系统。
示出了这样的效果，即，可以提供有利于确保高变焦比、减少成本并且可以容易地确保有利光学性能的变焦透镜系统，以及包括这样的变焦透镜系统的图像拾取装置。
Claims (21)
1、一种三单元变焦透镜系统，该三单元变焦透镜系统从其物侧起按顺序包括：
第一透镜单元，其具有负折射力；
第二透镜单元，其具有正折射力；
第三透镜单元，其具有正折射力和负折射力中的一个；以及
孔阑，其置于第一透镜单元的像面侧，且位于第二透镜单元的最接近于像的透镜表面的物侧，并且与第二透镜单元整体移动，其中
在从广角端向长焦端变焦时，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变窄，并且第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离改变，并且
第二透镜单元在从广角端向长焦端变焦时向物侧移动，并且
第二透镜单元包括被设置为最接近于物的由塑料制成的正透镜，并且
所述三单元变焦透镜系统满足以下条件表达式：
ft/fw＞3.6 (1)
DL21/Dt＞0.1 (2)
其中，
fw表示所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距，
ft表示所述三单元变焦透镜系统在长焦端的焦距，
DL21表示第二透镜单元中被设置为最接近于物的由塑料制成的所述正透镜的光轴厚度，而
Dt表示所述三单元变焦透镜系统在广角端的整个光轴长度，并且
该整个长度是所述三单元变焦透镜系统的通过把根据空气转换长度表示的后焦距和从最接近于物的透镜的入射表面到最接近于像的透镜的出射表面的光轴厚度相加而获得的长度。
2、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，第三透镜单元移动到相对于广角端增大长焦端的缩放倍率的位置。
3、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，该三单元变焦透镜系统满足以下条件表达式：
1.0＜Dw/(IHw×ft/fw)＜3.5 (3)
1.0＜Dt/(IHw×ft/fw)＜2.85 (4)
其中，
IHw表示在广角端的像高，而
Dw表示该变焦透镜系统在长焦端的整个光轴长度。
4、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，该三单元变焦透镜系统满足以下条件表达式：
1.3＜fG2/fw＜2.5 (5)
其中，
fG2是第二透镜单元的焦距。
5、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，第二透镜单元中的由塑料制成的所述正透镜是满足以下条件表达式的双凸正透镜：
-0.8＜(rL21f+rL21r)/(rL21f-rL21r)＜0 (6)
其中，
rL21f表示第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的所述正透镜的物侧表面的近轴曲率半径，而
rL21r表示第二透镜单元中最接近于物的由塑料制成的所述正透镜的像侧表面的近轴曲率半径。
6、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，该三单元变焦透镜系统中的透镜总数是五个。
7、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，第三透镜单元中的透镜总数是一个。
8、根据权利要求6所述的三单元变焦透镜系统，其中，
第一透镜单元从其物侧起按顺序包括负透镜和正透镜，并且
第一透镜单元中的透镜总数是二个，并且
第二透镜单元从其物侧起按顺序包括负透镜和由塑料制成的所述正透镜，并且
第二透镜单元中的透镜总数是二个，并且
第三透镜单元包括具有正折射力和负折射力之一的透镜，并且
第三透镜单元中的透镜总数是一个，并且
第一透镜单元中的所述正透镜和第二透镜单元中的所述负透镜的阿贝数小于第一透镜单元中的所述负透镜、第二透镜单元中的由塑料制成的所述正透镜以及第三透镜单元中的所述透镜的阿贝数。
9、根据权利要求6所述的三单元变焦透镜系统，其中，该三单元变焦透镜系统中的每个透镜都是单透镜。
10、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，该三单元变焦透镜系统中的每个透镜中的塑料透镜的比例是40％或更多。
11、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，第二透镜单元中的两个透镜表面，即，最接近于物的透镜表面和最接近于像的透镜表面，都是非球面。
12、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，该三单元变焦透镜系统中的一个透镜具有按短于400nm的周期二维设置的多个突起。
13、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，
第三透镜单元具有正折射力，且相对于广角端而言在长焦端位于像侧，并且
通过将第三透镜单元移向物侧来执行从远距离物到近距离物的聚焦。
14、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，
第三透镜单元具有负折射力，且相对于广角端而言在长焦端位于物侧，并且
通过将第三透镜单元移向像侧来执行从远距离物到近距离物的聚焦。
15、根据权利要求1所述的三单元变焦透镜系统，其中，第二透镜单元中的由塑料制成的所述正透镜满足以下条件表达式：
1.40＜ndL21＜1.55 (9)
45＜vdL21＜75 (10)
其中，
ndL21表示第二透镜单元中的最接近于物的由塑料制成的所述正透镜关于d线的折射率，而
vdL21表示第二透镜单元中的最接近于物的由塑料制成的所述正透镜的阿贝数。
16、一种图像拾取装置，该图像拾取装置包括：
三单元变焦透镜系统；和
图像拾取组件，其置于所述三单元变焦透镜系统的像侧，将所述三单元变焦透镜系统形成的光学图像转换为电信号，其中，
所述三单元变焦透镜系统是根据权利要求1到15中的一项所述的变焦透镜系统。
17、根据权利要求16所述的图像拾取装置，该图像拾取装置包括：
图像转换部，其将包括因所述三单元变焦透镜系统而产生的变形的电信号转换为通过图像处理校正了该变形的图像信号。
18、一种变焦透镜系统，该变焦透镜系统包括：
具有按短于400nm的周期二维设置的多个突起的透镜。
19、根据权利要求18所述的变焦透镜系统，其中，所述多个突起满足以下条件表达式：
20nm＜Pc＜400nm (7)
1.0＜Hc/Pc＜20.0 (8)
其中，
Pc表示所述突起的间距，而
Hc表示所述突起的高度。
20、根据权利要求18所述的变焦透镜系统，该变焦透镜系统包括：
与所述透镜相邻的孔阑。
21、根据权利要求18所述的变焦透镜系统，其中，所述透镜是塑料透镜。
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