CN101373263A - 变焦透镜和图像捕获器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变焦透镜和图像捕获器件。变焦透镜包括多个透镜组，至少具有从物侧按顺序设置的第一、第二和第三透镜组。第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动，所述第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端改变为远摄端时所述第二透镜组移动到像侧，第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。通过从物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于在光路上产生90°弯曲的反射表面的棱镜和具有正折光力的至少一个单透镜来构成第一透镜组。

Description

变焦透镜和图像捕获器件
技术领域
本发明涉及一种新的变焦透镜和新的图像捕获器件。本发明尤其适于使用固态图像捕获元件的图像捕获器件(如数码照相机和摄像机)。
背景技术
近年来使用固态图像捕获元件的图像捕获器件(如数码照相机)开始流行。随着使用固态图像捕获元件的图像捕获器件开始流行，需要更高的图像质量。特别是对于使用具有大量像素的图像捕获元件的数码照相机等来说，需要用于拍照的透镜，尤其需要具有与具有大量像素的固态图像捕获元件对应的优秀图像形成性能的变焦透镜。由于对于降低透镜尺寸和使透镜变薄的需求越来越多，需要一种具有小尺寸小厚度的高性能变焦透镜。近年来，要求图像捕获透镜的倍率较高。另一方面，现在极需要用于拍照的宽视角透镜。
响应于上述需求，在日本未审的公开专利申请No.2005-181635(专利文献1)和No.2005-215165(专利文献2)描述的变焦透镜中，通过在光学系统中插入用于使光路弯曲的棱镜，获得了在光轴方向上相当大的厚度减小。
然而，在专利文献1和专利文献2所述的技术中，为了获得光学系统较小的尺寸和较高的倍率，必须增加反射棱镜的折射率，折射率的上限成为了技术的极限。尤其是在使拍摄视角变宽时，极难进一步减小光学系统的尺寸。此外，还存在一个问题，即棱镜中使用的高折射率玻璃比较昂贵，因此容易增加制造成本。
由于前述情况，专利文献1和专利文献2中所述的技术不能充分使拍摄视角变宽，因而在变焦透镜中不能获得厚度充分减小与视角变宽之间的兼容。
发明内容
尽管在上述现有的变焦透镜中使用了各种技术，但这些技术没有一个能获得满足宽视角和高倍率、在整个变焦范围上表现出较高的光学性能、并具有较小尺寸和较小厚度的任何变焦透镜。
一般地，变宽光学系统的拍摄视角会增加前透镜直径。尤其是在使用反射棱镜的弯曲光学系统中，对应于拍摄视角的变宽，前透镜和棱镜的尺寸增加直接导致透镜筒尺寸在其厚度方向上(在入射光轴的方向上)的增加，由此很难实现广角与小厚度之间的兼容。
因此，希望提供一种变焦透镜，其对于在广角端的拍摄视角具有足够的宽视角、以及较高的倍率，还具有极小的厚度以及在整个变焦范围上具有较高的光学性能，其适于使用固态图像捕获元件的图像捕获器件(如数码照相机和数码摄像机)。在本发明的实施例中还提供了使用该变焦透镜的图形捕获器件。
本发明一个实施例的变焦透镜包括多个透镜组，该多个透镜组至少具有从物侧按顺序设置的第一、第二和第三透镜组。第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。所述第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端改变为远摄端时所述第二透镜组移动到像侧。第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。通过从物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于使光路弯曲90°的反射表面的棱镜、和具有正折光力的至少一个单透镜来构成第一透镜组。所述棱镜具有正折光力，并且其像侧表面具有指向所述像侧的凸表面。
本发明一个实施例的图像捕获器件包括本发明实施例的变焦透镜、和用于将由变焦透镜形成的光学图像转换为电信号的固态图像捕获元件。
依照本发明，变焦透镜对于在广角端的拍摄视角具有足够的宽视角、以及较高的倍率、极小的厚度和在整个变焦范围上较高的光学性能。
附图说明
图1是显示依照本发明第一实施例的变焦透镜的透镜结构的视图；
图2与图3到7一起显示了数值例1的各种像差，其中对第一实施例中的变焦透镜应用特定的数值，图2显示了在广角端状态中的纵向像差(球面像差、像散和畸变)；
图3显示了广角端状态中的横向像差；
图4显示了中焦距端状态中的纵向像差(球面像差、像散和畸变)；
图5显示了中焦距端状态中的横向像差；
图6显示了远摄端状态中的纵向像差(球面像差、像散和畸变)；
图7显示了远摄端状态中的横向像差；
图8是显示依照本发明第二实施例的变焦透镜的透镜结构的视图；
图9与图10到14一起显示了数值例2的各种像差，其中对第二实施例的变焦透镜应用特定的数值，图9显示了在广角端状态中的纵向像差(球面像差、像散和畸变)；
图10显示了广角端状态中的横向像差；
图11显示了中焦距端状态中的纵向像差(球面像差、像散和畸变)；
图12显示了中焦距端状态中的横向像差；
图13显示了远摄端状态中的纵向像差(球面像差、像散和畸变)；
图14显示了远摄端状态中的横向像差；
图15是显示其中本发明的图像捕获器件应用于数码照相机的实施例的框图。
具体实施方式
将参照附图描述实现依照本发明的变焦透镜和图像捕获器件的实施方式。
首先，下面将描述本发明的变焦透镜。
本发明的变焦透镜包括多个透镜组，该多个透镜组至少具有从物侧按顺序设置的第一、第二和第三透镜组。就是说，第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。所述第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端改变为远摄端时所述第二透镜组移动到像侧。第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。通过从物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于在光路上产生90°弯曲的反射表面的棱镜、和具有正折光力的至少一个单透镜来构成第一透镜组。棱镜具有正折光力，其像侧表面具有面对像侧的凸表面。
本发明的变焦透镜对于在广角端的拍摄视角具有足够的宽视角、以及较高的倍率、极小的厚度以及在整个变焦范围上较高的光学性能。
首先，当倍率改变时，具有比其他透镜组大的尺寸和重量的第一透镜组固定不动。上述特征就是为了降低透镜筒尺寸并减小驱动机构的负载。具有负折光力的单透镜和具有用于在光路中产生90°弯曲的反射表面的棱镜设置在第一透镜组中，由此可将入射光轴方向上的透镜厚度最小化。此外，第二透镜组具有负折光力，整个透镜系统的入射光瞳位置靠近物侧。这能够将第一透镜组中的棱镜的尺寸最小化，还可减小入射光轴方向上的厚度。
由于第一透镜组中的具有指向像侧的凸表面的棱镜，棱镜内的光学系统可具有与远焦系统类似的结构，可减小主光线的倾斜，从而能减小前透镜的直径和棱镜的直径。其中棱镜的凸表面指向像侧的上述形状使具有宽视角的主光线的倾斜变平缓，由此便于使紧接的以及之后的透镜系统中的像差修正变得容易。
就是说，当与现有技术的具有用于使光路弯曲的反射棱镜的变焦透镜中一样，反射棱镜的出射表面不具有面对像侧的凸表面时，为了减小光学系统的尺寸，必须增加反射棱镜的折射率，折射率的上限成为了技术极限。因而尤其当拍摄2视角变宽时，极难减小光学系统的尺寸。在本发明的变焦透镜中，反射棱镜的上述形状不用增加棱镜的折射率就能减小光学系统的尺寸。
由于上述原因，可使用就合成机理而言在增加折射率方面具有困难的塑料材料作为棱镜的材料。因此，本发明变焦透镜中的第一透镜组中的棱镜可通过玻璃铸模形成，但另一方面，通过使用材料成本低、大规模生产较好的塑料，可很容易且并不昂贵地使用具有非球形表面的反射棱镜。此外，塑料材料比玻璃轻，由此除了小尺寸、广角和高倍率之外，还能使本发明的变焦透镜具有较轻的重量。
在本发明一个实施例的变焦透镜中，组成第一透镜组的透镜和棱镜优选满足下面的条件式(1):
υ1p-υ1n>15 ...(1)
υ1p是第一透镜组中的棱镜处的阿贝数和设置于棱镜的像侧上的正透镜的d线(波长等于587.6nm)处的阿贝数的平均值；υ1n是设置于第一透镜组中最靠近物侧的位置处的负透镜的d线处的阿贝数。
条件式(1)是确定组成第一透镜组的负透镜的阿贝数与设置在其后的棱镜和正透镜的阿贝数的平均值之间的差的方程。当阿贝数的差较小超过了下限值时，就很难充分修正在第一透镜组中产生的倍率色差，由此导致图像质量下降。最优选满足下面的条件式，(1’)υ1p-υ1n>30。这进一步改善了修正效果。可选择地，可通过在捕获图像之后的电信号处理来修正上述的倍率色差。
作为第一透镜组的最优选的实施例，组成第一透镜组且设置在最靠近物侧的位置处的负透镜的物侧表面可以优选具有面向物侧的凸出形状。这能将当拍摄视角变宽时在第一透镜组中最靠近物侧的表面处很可能发生的桶形畸变最小化。在依照本发明一个实施例的变焦透镜中，第一透镜组中的棱镜优选在至少一个表面上具有非球形表面。
如上所述用于通过使用负透镜和具有指向像侧的凸表面的棱镜来减小主光线的倾斜的透镜结构在减小广角和前透镜的尺寸方面极其有效。然而，由于在广角端产生较大的桶形畸变，所以很难通过保持较小的尺寸在紧接的或随后的透镜系统中进行修正。由于该原因，通过使棱镜的至少一个表面变为非球形表面，可有效地修正在广角端处的畸变和远摄端处的球面像差。作为最优选的实施例，在棱镜的物侧和像侧上均设置非球形表面。这进一步提高了像差修正的效果。
可选择地，可通过捕获图像之后的电信号处理来修正上述畸变。
在本发明一个实施例的变焦透镜中，第三透镜组优选具有孔径，在倍率变化过程中该孔径的位置固定不动。这减小了透镜筒的尺寸和驱动机构的负载。
在本发明一个实施例的变焦透镜中，优选通过从物侧按顺序设置的下面四个透镜构成第二透镜组，即具有负折光力的透镜、具有负折光力的透镜、具有正折光力的透镜和具有负折光力的透镜。
在本发明的变焦透镜中，当倍率从广角端改变为远摄端时，第二透镜组从物侧移动到像侧，由此用作变倍器。高倍率自然需要提高第二透镜组的折光力。因此，为了获得光学系统较小的尺寸和较高的倍率，必须尽可能地修正当倍率改变时第二透镜组中产生的各种像差。
鉴于此，通过设置如上所述的第二透镜组的结构，抑制了倍率变化过程中的像差变化，由此可同时获得小尺寸和高倍率。
作为第二透镜组的最优选的实施例，从物侧开始位于第二位置处的负透镜和位于第三位置处的正透镜接合在一起。这能对第二透镜组中产生的色差进行适当修正并防止待接合的透镜轴向错位。这还便于将第二透镜组组装到透镜筒。
优选地，在本发明一个实施例的变焦透镜中，优选图像形成在固态图像捕获元件上。
优选地，本发明一个实施例的变焦透镜包括从物侧按顺序设置的第一到第五透镜组。就是说，第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端变到远摄端时其移动到像侧。第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时其固定不动。第四透镜组具有正折光力，当倍率从广角端变到远摄端时其移动到物侧。第五透镜组具有负折光力，当倍率改变时其固定不动。通过从物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于在光路上产生90°弯曲的反射表面的棱镜、和具有正折光力的至少一个单透镜来构成第一透镜组。优选棱镜具有正折光力，其像侧表面具有面对像侧的凸表面。
这可实现能以高倍率进行拍摄的小尺寸变焦透镜。在该情形中，优选组成第三透镜组的透镜的各个表面中的至少一个表面优选由非球形表面形成。尤其优选第三透镜组中设置在最靠近物侧的位置处的透镜的至少一个表面由非球形表面形成。这能有效修正广角端处的球面像差。
下面将描述本发明的变焦透镜的特定实施例。
下面的实施例包括其中透镜表面由非球形表面形成的实施例。该非球形表面的形状由下面的方程1定义。
[方程1]
x＝cy2/(1+(1·(1+k)c2y2)1/2)+Ay4+By6+...
其中“x”是在光轴方向上距透镜表面顶点的距离，“y”是在垂直于光轴的方向上的高度，“c”是透镜顶点处的旁轴曲率(paraxial curvature)，“k”是锥形常数，“A，B，...”是非球形表面系数。
图1是显示依照本发明第一实施例的变焦透镜的透镜结构的视图。通过从物侧按顺序设置具有正折光力的第一透镜组GR1、具有负折光力的第二透镜组GR2、具有正折光力的第三透镜组GR3、具有正折光力的第四透镜组GR4和具有负折光力的第五透镜组GR5来构成变焦透镜1。图1显示了在广角端状态中各个光学元件的位置。当倍率从广角端状态变到远摄端状态时，第一、第三和第五透镜组GR1，GR3和GR5固定不动，第二透镜组GR2沿光轴x(x2)移动到像侧，第四透镜组GR4沿光轴x(x2)移动到物侧。第三透镜组GR3在像侧上设置有止动器STO。在第五透镜组GR5与图像表面IMG之间设置有滤波器FL，如低通滤波器。
第一透镜组GR1从物侧按顺序包括:具有指向物侧的凸表面的负弯月透镜G11、反射棱镜P1和双凸形状的且双非球形表面的正透镜G13，反射棱镜P1的表面(入射表面和出射表面)是凸出的且非球面形的，从而使光轴弯曲(沿入射光轴x1进入的光在反射表面处方向改变了90°，并沿光轴x2传播到图像表面IMG)。第二透镜组GR2从物侧按顺序包括:具有指向物侧的凸表面的负弯月透镜G21、由双凹形状的负透镜G22和具有指向物侧的凸表面的正透镜G23组成的负接合透镜、和具有指向物侧的凹表面的负弯月透镜G24。第三透镜组GR3从物侧按顺序包括:具有双非球形表面的双凸形状的正透镜G31、以及止动器STO。第四透镜组GR4从物侧按顺序包括:在物侧上具有非球形表面的双凸形状的正透镜G41、和具有指向像侧的凸表面的负弯月透镜G42。第五透镜组GR5从物侧按顺序包括:具有指向物侧的凸表面的负弯月透镜G51、和双凸形状的正透镜G52。
表1显示了数值例1的透镜数据，其中对依照第一实施例的变焦透镜1应用特定的数值。在下面的表中，“si(i＝1，2，3，...)”表示从物侧开始的第i个表面，“ri”表示从物侧开始的第i个透镜表面的曲率半径，“di”表示在光轴上从物侧开始的第i个表面与第(i+1)个表面之间的间隔，“ni”表示对于从物侧开始的第i个表面的d线的折射率，“υi”表示相对于从物侧开始的第i个表面的d线的阿贝数，“f”表示整个透镜系统的焦距，“Fno”表示全孔径F值，“ω”表示半视角。在上述的“si”中，“ASP”表示表面为非球形表面，“REF”表示表面为反射表面。在上述的“ri”中，“INFINITY”表示表面为平坦表面，“STO”表示止动器。在上述的“di”中，“(di)”表示表面之间的间隔是可变的。
表1
f＝4.79到22.71，Fno＝3.78到4.52，ω＝38.28到8.65
 
si ri di ni νi
1 37.361 0.500 2.00069 25.46
2 9.769 2.151
3(ASP) 4.00.E+04 4.775 1.52500 56.20
4(ASP) INFINITY 4.775 1.52500 56.20
5(ASP) -24.613 0.200
6(ASP) 16.500 2.230 1.59201 67.02
7(ASP) -27.652 (d7)
8 32.045 0.419 1.90366 31.32
9 7.256 0.868
10 -88.800 0.300 1.69350 53.34
11 7.312 1.124 1.94595 17.98
12 127.000 0.440
13 -11.235 0.473 1.75520 27.53
14 83.425 (d14)
15(ASP) 14.440 1.894 1.69350 53.20
16(ASP) -21.724 0.200
17 (STO) (d17)
18(ASP) 10.628 3.179 1.59201 67.02
19 -5.500 0.570 1.80610 33.27
20 -10.530 (d20)
21 31.383 0.387 2.00069 25.46
22 5.624 1.991
23 11.135 1.790 1.49700 81.61
24 -45.327 5.735
25 INFINITY 0.300 1.52300 58.60
26 INFINITY 2.350
27 INFINITY 0.500 1.55671 58.56
 
28 INFINITY 0.600
在变焦透镜1中，倍率从广角端状态变到远摄端状态会导致下面间隔的变化:第一和第二透镜组GR1和GR2之间的间隔d7、第二和第三透镜组GR2和GR3之间的间隔d14、第三和第四透镜组GR3和GR4之间的间隔d17、以及第四和第五透镜组GR4和GR5之间的间隔d20。表2显示了在数值例1中在具有上述各个间隔的广角端(f＝4.79)、中焦距(f＝10.87)和远摄端(f＝22.71)下的值。
表2
 
f 4.79 10.87 22.71
d7 0.458 8.149 12.874
d14 12.634 4.953 0.500
d17 5.828 3.443 1.000
d20 0.532 2.811 5.065
在变焦透镜1中，反射棱镜P1的两个表面s3和s5、第一透镜组GR1的双凸透镜G13的两个表面s6和s7、第三透镜组GR3的双凸透镜G31的两个表面s15和s16、以及第四透镜组GR4的双凸透镜G41的物侧表面s18由非球形表面形成。表3显示了在数值例1中各个表面的第4级、第6级、第8级和第10级非球形表面系数A，B，C和D、以及锥形常数K。在表3和下面表示非球形表面的表中，“E-i”表示以“10”为底的指数表达式，即“10-i”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
表3
 
si K A B C D
3 -3.27550 1.57343E-04 -1.04566E-06 1.48855E-08 -2.69615E-10
5 -7.35104 2.63614E-04 -3.04861E-06 -1.35431E-07 1.52047E-09
6 1.47213 4.90784E-05 1.72603E-06 -4.89760E-08 2.42631E-11
7 5.47482 -1.49428E-04 8.69062E-06 -4.42315E-08 -6.02755E-10
15 -16.66030 5.77236E-05 -3.63069E-05 -8.37823E-07 -4.90414E-09
16 15.62558 -3.47778E-04 -6.95884E-06 -1.55604E-06 3.39121E-08
18 -0.94317 -2.73184E-04 6.06674E-06 -1.79591E-07 1.75068E-08
表4显示了在数值例1中与条件式(1)对应的值。
表4
 
(1) νlp-νln 36.15
图2到7显示了数值例1中的各个像差图。图2显示了在广角端位置处的纵向像差(球面像差、像散和畸变)。图3显示了广角端位置处的横向像差。图4显示了中焦点位置处的纵向像差(球面像差、像散和畸变)。图5显示了中焦点位置处的横向像差。图6显示了远摄端位置处的纵向像差(球面像差、像散和畸变)。图7显示了远摄端位置处的横向像差。在每个像差图中，对于球面像差、畸变和横向像差，实线表示d线上的值，虚线表示g线(波长等于435.8nm)上的值。像散图显示了d线上的值，实线表示矢状图像表面上的值，虚线表示子午图像表面上的值。
从所有的各个像差图可以看出，数值例1对于广角端位置处、广角端与远摄端之间的中焦点位置处、和远摄端位置处的单个像差表现出很平衡的修正。
图8显示了依照本发明第二实施例的变焦透镜的透镜结构。通过从物侧按顺序设置具有正折光力的第一透镜组GR1、具有负折光力的第二透镜组GR2、具有正折光力的第三透镜组GR3、具有正折光力的第四透镜组GR4和具有负折光力的第五透镜组GR5来构成变焦透镜2。图8还显示了在广角端状态中各个光学元件的位置。当倍率从广角端状态变到远摄端状态时，第一、第三和第五透镜组GR1，GR3和GR5固定不动，第二透镜组GR2沿光轴x(x2)移动到像侧，第四透镜组GR4沿光轴x(x2)移动到物侧。第三透镜组GR3在像侧上设置有止动器STO。在第五透镜组GR5与图像表面IMG之间设置有滤波器FL，如低通滤波器。
第一透镜组GR1从物侧按顺序包括:具有指向物侧的凸表面的负弯月透镜G11、反射棱镜P1和具有双非球形表面的双凸形的正透镜G13，反射棱镜P1的两个表面(入射表面和出射表面)均是凸表面且是非球面形的，从而使光轴弯曲(沿入射光轴x1进入的光从反射表面方向改变了90°，并沿光轴x2传播到图像表面IMG)。第二透镜组GR2从物侧按顺序包括:具有指向物侧的凸表面的负弯月透镜G21、由双凹形状的负透镜G22和具有指向物侧的凸表面的正透镜G23组成的负接合透镜、和具有指向物侧的凹表面的负弯月透镜G24。第三透镜组GR3从物侧按顺序包括:具有双非球形表面的双凸形状的正透镜G31、以及止动器STO。第四透镜组GR4是通过从物侧按顺序设置了在物侧具有非球形表面的双凸形状的正透镜G41和具有指向像侧的凸表面的负弯月透镜G42所构成的正接合透镜。第五透镜组GR5从物侧按顺序包括:具有指向物侧的凸表面的负弯月透镜G51、和双凸形状的正透镜G52。
表5显示了数值例2的透镜数据，其中对依照第二实施例的变焦透镜2应用特定的数值。
表5
f＝4.84到20.61，Fno＝3.78到4.54，ω＝37.90到9.67
 
Si ri di ni νi
1 37.288 0.5 2.00069 25.46
2 9.500 1.959094
3(ASP) -5.66E+04 4.726999 1.52500 56.20
4(REF) INFINITY 4.726999 1.52500 56.20
5(ASP) -25.664 0.2
6(ASP) 16.816 2.46105 1.58913 61.25
7(ASP) -27.000 (d7)
8 33.795 0.387 1.90366 31.32
9 7.278 0.810893
10 -75.411 0.3 1.69700 48.51
11 6.960 1.222544 1.92286 20.88
12 508.000 0.387
13 -12.876 0.387 1.74950 35.04
14 50.400 (d14)
15(ASP) 13.364 1.934992 1.69350 53.20
16(ASP) -22.907 0.2
17 (STO) (d17)
18(ASP) 10.111 3.208097 1.59201 67.02
19 -5.537 0.580714 1.80610 33.27
20 -11.290 (d20)
21 36.500 0.471549 2.00069 25.46
22 5.157 1.92
23 7.761 2.88 1.48749 70.44
24 -43.400 4.28516
 
25 INFINITY 0.3 1.52300 58.60
26 INFINITY 2.35
27 INFINITY 0.5 1.55671 58.56
28 INFINITY 0.6
在变焦透镜2中，当倍率从广角端状态变到远摄端状态时，下面的间隔发生变化:第一和第二透镜组GR1和GR2之间的间隔d7、第二和第三透镜组GR2和GR3之间的间隔d14、第三和第四透镜组GR3和GR4之间的间隔d17、以及第四和第五透镜组GR4和GR5之间的间隔d20。表6显示了在数值例2中在具有上述各个间隔的广角端(f＝4.841)、中焦距(f＝10.03)和远摄端(f＝20.61)下的值。
表6
 
F 4.841 10.03 20.61
D7 0.300 8.038 12.598
d14 12.319 5.026 0.500
d17 6.877 4.001 1.126
d20 0.505 2.927 5.779
在变焦透镜2中，反射棱镜P1的两个表面s3和s5、第一透镜组GR1的双凸透镜G13的两个表面s6和s7、第三透镜组GR3的双凸透镜G31的两个表面s15和s16、以及第四透镜组GR4的双凸透镜G41的物侧表面s18由非球形表面形成。表7显示了在数值例2中各个表面的第4级、第6级、第8级和第10级非球形表面系数A，B，C和D、以及锥形常数K。
表7
 
si K A B C D
3 -1.24810 2.46532E-04 -1.28135E-06 4.52341E-09 6.54025E-12
5 -38.10637 3.50071E-04 -1.86302E-06 -1.84724E-07 1.68841E-09
6 2.83653 1.50463E-04 1.19605E-06 -5.61460E-08 5.99577E-10
7 5.20177 -2.66564E-04 1.21025E-05 -1.39734E-07 9.22034E-10
15 -7.09265 -6.78820E-05 -7.04759E-06 -8.37823E-07 -4.90414E-09
16 3.75069 -3.01932E-04 6.36945E-06 -1.73663E-06 3.35603E-08
18 -0.06384 -2.71273E-04 1.15481E-05 -9.00919E-07 4.79162E-08
表8显示了在数值例2中与条件式(2)对应的值。
表8
 
(2) νlp-νln 33.27
图9到14显示了数值例2中的各个像差图。图9显示了在广角端位置处的纵向像差(球面像差、像散和畸变)。图10显示了广角端位置处的横向像差。图11显示了中焦点位置处的纵向像差(球面像差、像散和畸变)。图12显示了中焦点位置处的横向像差。图13显示了远摄端位置处的纵向像差(球面像差、像散和畸变)。图14显示了远摄端位置处的横向像差。在每个像差图中，对于球面像差、畸变和横向像差，实线表示d线上的值，虚线表示g线上的值。像散图显示了d线上的值，实线表示矢状图像表面上的值，虚线表示子午图像表面上的值。
从所有的各个像差图可以看出，数值例2对于广角端位置处、广角端与远摄端之间的中焦点位置处、和远摄端位置处的单个像差表现出很平衡的修正。
接下来将描述本发明的图像捕获器件。
本发明的图像捕获器件包括变焦透镜和用于将由变焦透镜形成的光学图像转换为电信号的固态图像捕获元件。该变焦透镜具有多个透镜组，所述多个透镜组至少包括从物侧按顺序设置的第一、第二和第三透镜组。就是说，所述第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时所述第一透镜组固定不动。所述第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端改变为远摄端时所述第二透镜组移动到像侧。所述第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时所述第三透镜组固定不动。通过从物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于在光路上产生90°弯曲的反射表面的棱镜、和具有正折光力的至少一个单透镜来构成第一透镜组。所述棱镜具有正折光力，并且其像侧表面具有指向所述像侧的凸表面。
因而，对于在广角端的拍摄视角，本发明的图像捕获器件可以构造成充分宽的视角和较高的倍率，以在整个变焦范围上获得较高的图像质量。该器件还具有超薄的结构。
图15是显示其中本发明的图像捕获器件应用于数码照相机的特定实施例的框图。
数码照相机100包括用于进行图像捕获功能的照相机块10、用于进行信号处理，如所捕获图像信号的模拟/数字转换的照相机信号处理部20、用于进行图像信号的记录和再生的图像处理部30、显示所捕获的图像等的LCD(液晶显示器)40、用于写入到存储卡51/从存储卡51读取的R/W(读取器/写入器)50、用于控制整个装置的CPU60、使用者进行输入操作的输入部70、和在照相机块10内控制透镜驱动的透镜驱动控制器80。
照相机块10由包括应用本发明的变焦透镜11的光学系统、图像捕获元件12(如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体))等构成。照相机信号处理部20对于来自图像捕获元件12的输出信号进行信号处理，如转换为数字信号、噪声消除、图像质量修正和转换为亮度信号和色差信号。图像处理部30根据预定的图像数据格式进行图像信号的压缩编码和扩展解码处理、数据规格(如分辨率)的转换处理、等等。
存储卡51由可移除的半导体存储器组成。R/W 50将由图像处理部30编码的图像数据写入到存储卡51中，并读取存储卡51中记录的图像数据。CPU 60是控制数码照相机中单个电路块的控制处理部，其根据来自输入部70的指令输入信号控制单个电路块。输入部70由进行快门操作的快门开关按纽、选择操作模式的选择开关等构成。响应于用户的操作，输入部70对CPU60输出指令输入信号。透镜驱动控制器80根据来自CPU60的控制信号控制电机(没有示出)等，以在控制变焦透镜11内的透镜。
下面简要描述数码照相机100的操作。
在捕获图像的等待状态中，在CPU60的控制下，由照相机块10捕获的图像信号通过照相机信号处理部20输出到LCD40，通过照相机显示为图像。当从输入部70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU60对透镜驱动控制器80输出控制信号，变焦透镜11中的预定透镜根据透镜驱动控制器80的控制而移动。之后，当照相机块10的快门(没有示出)通过来自输入部70的指令输入信号而发出咔嚓声时，捕获的图像信号从照相机信号处理部20输出到图像处理部30。然后这些图像信号经过压缩编码，转换为预定数据格式的数字数据。转换后的数据输出到R/W50并写入在存储卡51中。
如下进行聚焦。就是说，例如，当半按快门开关按纽时，或者可选择地为了记录目的而全按时，透镜驱动控制器80根据来自CPU60的控制信号移动变焦透镜11中的预定透镜。
当再现存储卡51中记录的图像数据时，响应于输入部70的操作，通过R/W50从存储卡51读取预定的图像数据，并在图像处理部30处经过扩展解码。之后，再现图像信号被输出到LCD40，由此显示再现的图像。
尽管前面的实施例描述了其中本发明的图像捕获器件应用于数码照相机的情形，但图像捕获器件还可应用于其他图像捕获器件，如摄像机。
应当理解，前面实施例中的形状、结构和数值仅仅是为了应用本发明的实施例的解释目的，本发明的技术范围不应由实施例限制。
本领域熟练技术人员应当理解，可根据设计需要和其他因素进行各种修改、组合、再组合和变化，它们均在所附权利要求或其等价物的范围内。
本文献包含于2007年8月22日在日本专利局提交的日本专利申请No.2007-215988相关的主题，其整个内容在这里结合作为参考。

Claims (7)

1.一种变焦透镜，包括:
多个透镜组，所述多个透镜组至少具有从物侧按顺序设置的第一、第二和第三透镜组，其中
所述第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时所述第一透镜组固定不动；
所述第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端改变为远摄端时所述第二透镜组移动到像侧；
所述第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时所述第三透镜组固定不动，其中
通过从所述物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于在光路上产生90°弯曲的反射表面的棱镜和具有正折光力的至少一个单透镜来构成所述第一透镜组；
所述棱镜具有正折光力，并且其像侧表面具有指向所述像侧的凸表面。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中组成所述第一透镜组的所述透镜和所述棱镜满足下面的条件式(1):
υ1p-υ1n>15...(1)
其中υ1p是所述第一透镜组中的所述棱镜处的阿贝数和设置于所述棱镜的所述像侧上的所述正透镜的d线(波长等于587.6nm)处的阿贝数的平均值；υ1n是设置于所述第一透镜组中最靠近所述物侧的位置处的所述负透镜的d线处的阿贝数。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中所述第一透镜组中的所述棱镜在其至少一个表面上具有非球形表面。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中所述第三透镜组具有孔径，在倍率变化过程中该孔径的位置固定不动。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中通过从所述物侧按顺序设置的下面四个透镜来构成所述第二透镜组，即具有负折光力的透镜、具有负折光力的透镜、具有正折光力的透镜和具有负折光力的透镜。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中图像形成在固态图像捕获元件上。
7.一种图像捕获器件，包括变焦透镜和用于将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号的固态图像捕获元件，其中
该变焦透镜包括多个透镜组，所述多个透镜组至少具有从物侧按顺序设置的第一、第二和第三透镜组，其中，
所述第一透镜组具有正折光力，当倍率改变时所述第一透镜组固定不动；
所述第二透镜组具有负折光力，当倍率从广角端改变为远摄端时所述第二透镜组移动到像侧；
所述第三透镜组具有正折光力，当倍率改变时所述第三透镜组固定不动，其中
通过从所述物侧按顺序设置具有负折光力的单透镜、具有用于在光路上产生90°弯曲的反射表面的棱镜和具有正折光力的至少一个单透镜来构成所述第一透镜组，
所述棱镜具有正折光力，并且其像侧表面具有指向所述像侧的凸表面。
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