CN101852912B

CN101852912B - 变焦透镜系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置

Info

Publication number: CN101852912B
Application number: CN2010101497422A
Authority: CN
Inventors: 难波则广
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2010237454A; JP5084775B2; CN101852912A; US20100246026A1; US8085478B2

Abstract

本发明涉及变焦透镜系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置。提供一种小型的且高光学性能的变焦透镜系统，按从物侧到像侧的顺序包括：具有负折光力的第一透镜单元；具有正折光力的第二透镜单元；和具有正折光力的第三透镜单元，第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元移动以执行变焦。第一透镜单元按从物侧到像侧的顺序包括具有负折光力的第一透镜元件和具有正折光力的第二透镜元件，并且，其中，第一透镜元件的材料的折射率(N11)、第二透镜元件的材料的阿贝数(v12)、和第一透镜元件在物侧和像侧的透镜表面的曲率半径(R11a、R11b)被适当地设定。

Description

变焦透镜系统和包含变焦透镜系统的图像拾取装置

技术领域

本发明涉及变焦透镜系统，更特别地，涉及适用于诸如数字静物照相机或视频照相机的图像拾取装置的变焦透镜系统。

背景技术

要求用于数字照相机、数字视频照相机等中的变焦透镜系统提供宽的场角、高的变焦比、小型的(compact)尺寸和高的光学性能。

在各使用固态图像拾取元件的照相机(图像拾取装置)中，诸如低通滤波器或色校正滤波器的各种光学部件被设置在透镜端部和固态图像拾取元件之间。出于这种原因，要求用于这些图像拾取装置中的变焦透镜系统提供长的后焦距(back focus)。并且，为了防止颜色发暗(color shading)，要求变焦透镜系统提供优异的像侧远心特性。

作为被配置为容易地确保后焦距的光学系统，存在负先导(negative-lead)变焦透镜系统，其中，具有负折光力的透镜单元被设置为最接近物侧。

这样的变焦透镜系统是已知的：所述变焦透镜系统被减小尺寸且在像侧是远心的，并且包含按从物侧到像侧的顺序布置的具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元和具有正折光力的第三透镜单元(US 6822808、US 6498687、日本专利申请公开No.2004-61675、US 7333275、US 7215483、US 7113347、US 7295381)。

为了在包含这三个单元的变焦透镜系统中，在使整个系统减小尺寸的同时在整个变焦范围中获得高的光学性能，适当地设定各透镜单元的透镜配置是重要的。

特别地，适当地设定构成第一透镜单元的各透镜的配置和材料以减少由变焦导致的各种像差的变化是重要的。

发明内容

根据本发明的变焦透镜系统按从物侧到像侧的顺序包含：具有负折光力的第一透镜单元；具有正折光力的第二透镜单元；和具有正折光力的第三透镜单元，第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元移动以执行变焦，其中，第一透镜单元按从物侧到像侧的顺序包含具有负折光力的第一透镜元件和具有正折光力的第二透镜元件，并且，其中，当第一透镜元件的材料的折射率为N11、第二透镜元件的材料的阿贝数为v12、并且第一透镜元件在物侧和像侧的透镜表面的曲率半径分别为R11a和R11b时，满足以下的条件：

1.81＜N11；

v12＜20.0；并且

0＜(R11a+R11b)/(R11a-R11b)≤1.0。

本发明可实现整个透镜系统是小型的并且在整个变焦范围上提供高的光学性能的变焦透镜系统、以及包含该变焦透镜系统的图像拾取装置。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜系统的光学截面图。

图2A、图2B和图2C是根据本发明的第一实施例的变焦透镜系统中的像差图。

图3是示出根据本发明的第二实施例的变焦透镜系统的光学截面图。

图4A、图4B和图4C是根据本发明的第二实施例的变焦透镜系统中的像差图。

图5是示出根据本发明的第三实施例的变焦透镜系统的光学截面图。

图6A、图6B和图6C是根据本发明的第三实施例的变焦透镜系统中的像差图。

图7是示出根据本发明的第四实施例的变焦透镜系统的光学截面图。

图8A、图8B和图8C是根据本发明的第四实施例的变焦透镜系统中的像差图。

图9是示出根据本发明的第五实施例的变焦透镜系统的光学截面图。

图10A、图10B和图10C是根据本发明的第五实施例的变焦透镜系统中的像差图。

图11是示出根据本发明的图像拾取装置的主要部分的示意图。

具体实施方式

根据本发明的变焦透镜系统包含按从物侧到像侧的顺序布置的具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元和具有正折光力的第三透镜单元，并且移动各透镜单元以执行变焦。

图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜系统在广角端(短焦距端)的透镜截面图。图2A、图2B和图2C分别是根据第一实施例的变焦透镜系统中在广角端、中间变焦位置和望远端(长焦距端)的像差图。第一实施例表示变焦比约为4.71并且孔径比(apertureratio)约为2.94至6.00的变焦透镜系统。图3是根据本发明的第二实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图4A、图4B和图4C分别是根据第二实施例的变焦透镜系统中在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。第二实施例表示变焦比约为4.72并且孔径比约为2.88至6.05的变焦透镜系统。

图5是示出根据本发明的第三实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图6A、图6B和图6C分别是根据第三实施例的变焦透镜系统中在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。第三实施例表示变焦比约为4.75并且孔径比约为2.73至6.06的变焦透镜系统。图7是示出根据本发明的第四实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图8A、图8B和图8C分别是根据第四实施例的变焦透镜系统中在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。第四实施例表示变焦比约为4.47并且孔径比约为2.83至6.10的变焦透镜系统。

图9是根据本发明的第五实施例的变焦透镜系统在广角端的透镜截面图。图10A、图10B和图10C分别是根据第五实施例的变焦透镜系统在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。第五实施例表示变焦比约为4.63并且孔径比约为2.88至7.78的变焦透镜系统。图11是示出包含本发明的变焦透镜系统的数字静物照相机的主要部分的示意图。

根据各实施例的变焦透镜系统是用于图像拾取装置中的图像拍摄透镜系统。在透镜截面图中，左侧是物侧(前方)，右侧是像侧(后方)。在透镜截面图中，从物侧到像侧的各透镜单元的次序由“i”表示，并且，第i个透镜单元由Li表示。描述根据第一到第五实施例的变焦透镜系统的特征。在图1、图3、图5、图7和图9的透镜截面图中，第一透镜单元L1具有负折光力(光焦度＝焦距的倒数(inverse))，第二透镜单元L2具有正折光力，第三透镜单元L3具有正折光力。

F数确定部件SP(以下，也被称为“孔径光阑”)用作用于确定(限制)开口(open)F数(Fno)光通量的孔径光阑，并且设置在第二透镜单元L2的像侧。光学块G与光学滤波器、面板、晶体低通滤波器或红外截止滤波器对应。像面IP被设置。当变焦透镜系统被用作视频照相机或数字静物照相机的图像拍摄光学系统时，诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电变换器)的图像拾取表面被放置在像面IP中。

当变焦透镜系统被用作卤化银胶片照相机的图像拾取光学系统时，与胶片表面对应的感光表面被放置在像面IP中。在像差图中，F数由Fno表示，d线和g线分别由d和g表示，子午像面和弧矢像面分别由ΔM和ΔS表示，横向色差由g线表示。半场角由ω表示。在以下的各实施例中，广角端和望远端与用于变倍(magnification varying)的透镜单元(第二透镜单元L2)在机构上位于该透镜单元在光轴上可移动的范围的两端的情况中的变焦位置对应。

在各实施例的变焦透镜系统中，在从广角端向望远端的变焦期间，第一透镜单元L1基本上沿朝像侧凸起的轨迹往复移动。第二透镜单元L2向物侧移动，第三透镜单元L3向像侧移动。在这种状态中，在望远端，各透镜单元移动，使得与广角端相比，第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔变小并且第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔变大，以执行变焦。各实施例的变焦透镜系统移动第二透镜单元L2以进行主变倍，并且往复移动第一透镜单元L1以校正由变倍导致的像点的移动。

还通过第三透镜单元L3的移动进行变倍。与通过一个透镜单元执行变倍的情况相比，防止了各透镜单元的折光力增大。通过向物侧移动第三透镜单元L3，执行从无限远物体到近距离物体上的聚焦。F数确定部件SP沿光轴方向被设置在第二透镜单元L2的像侧。利用如上所述的孔径光阑SP的布置，可以减小望远端的第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔。

出于这种原因，可以充分地确保变焦期间第二透镜单元L2向物例的移动量。结果，可以以高的变焦比缩短望远端的透镜的总长度。在各实施例中，F数确定部件SP的孔径尺寸在各变焦位置上改变，以确定各变焦位置处的最小Fno(F数)。结果，广角端和望远端的F数的变化减小，并且防止了第二透镜单元L2的有效直径增大。

在各实施例中，第一透镜单元L1包含从物侧起依次布置的具有负折光力的第一-第一透镜元件G11和具有正折光力的第一-第二透镜元件G12。第一透镜单元L1包含优异地校正色差所必需的最少数量的透镜，以由此使第一透镜单元L1减小尺寸。第一透镜单元L1的第一-第一透镜元件G11由低色散(dispersed)材料制成，其第一-第二透镜元件G12由高色散材料制成，以使第一-第一透镜元件G11和第一-第二透镜元件G12的折光力尽可能小，从而减小各透镜的厚度。并且，第一-第一透镜元件G11和第一-第二透镜元件G12由折射率高的材料制成，以使第一透镜单元L1变薄。

在各实施例中，假定第一-第一透镜元件G11的材料的折射率为N11，第一-第二透镜元件G12的材料的阿贝数为v12，并且第一-第一透镜元件在物侧和像侧的透镜表面的曲率半径分别为R11a和R11b。在这种情况下，满足以下的条件式。

1.81＜N11 ...(1)

v12＜20.0 ...(2)

0＜(R11a+R11b)/(R11a-R11b)≤1.0 ...(3)

条件式(1)涉及构成第一透镜单元L1的第一-第一透镜元件G11的材料的折射率。当该折射率比条件式(1)的下限小时，为了获得希望的折光力，透镜外周部(outer periphery)变得较厚。因此，难以使第一透镜单元L1变薄。并且，在广角侧频繁出现像场弯曲(fieldcu rvature)，因此，不希望该折射率比条件式(1)的下限小。

条件式(2)涉及构成第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12的材料的阿贝数。当该阿贝数比条件式(2)的上限大时，校正色差所必需的第一-第二透镜元件G12的折光力变高，并且，第一-第二透镜元件G12变厚。因此，难以使第一透镜单元L1变薄。

条件式(3)涉及构成第一透镜单元L1的第一-第一透镜元件G11的透镜配置。为了使第一-第一透镜元件(第一前透镜元件)G11的透镜直径减小尺寸，优选尽可能在物侧布置入射光瞳位置。为了实现该布置，优选第一-第一透镜元件G11在物侧的透镜表面向着物侧不是凸起而是凹进。当物侧的透镜表面超过条件式(3)的上限、并且提供向物侧凸起的极度弯月配置时，入射光瞳位置位于像侧，并且第一-第一透镜元件G11的透镜直径增大。当物侧的透镜表面降到其下限之下且提供向物侧凹进的配置并且其曲率增大时，像场弯曲在广角侧增大，并且球面像差在望远侧增大。因此，不优选增大的曲率。更优选地，条件式(1)和(3)的数值范围可被如下设定：

1.825＜N11 ...(1a)

v12＜19 ...(2a)

0.3＜(R11a+R11b)/(R11a-R11b)≤1.0 ...(3a)。

如上所述，各实施例可获得广角端的半场角为37°或更大的宽场角、变焦比为4或更大的高变焦比的减小透镜直径的小型变焦透镜系统。并且，优选满足以下各种条件中的一个或更多个。

假定构成第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12在像侧的透镜表面的曲率半径为R12b。假定构成第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12在物侧的透镜表面的曲率半径为R12a。假定构成第一透镜单元L1的第一-第一透镜元件G11的材料的阿贝数为v11并且第一-第二透镜元件G12的材料的折射率为N12。假定第一透镜单元L1、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的焦距分别为f1、f2和f3。假定整个系统在广角端和望远端的焦距分别为fw和ft。假定第二透镜单元L2的沿光轴方向的从广角端延伸到望远端的移动量为M2。假定构成第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12的焦距为f12。第二透镜单元L2包含最接近物侧的、其物侧表面为凸形的第二-第一透镜元件G21，并且假定第二-第一透镜元件G21的材料的折射率为N21。在这种情况下，优选满足以下条件式中的一个或更多个。

-0.5＜(R11a+R12b)/(R11a-R12b)≤1.0 ...(4)

-7.0＜(R11b+R12a)/(R11b-R12a)＜-3.0 ...(5)

30＜v11＜50 ...(6)

1.90＜N12 ...(7)

0.3＜|f1|/ft＜0.6 ...(8)

0.3＜f2/ft＜0.6 ...(9)

0.6＜f3/ft＜1.2 ...(10)

3.5＜M2/fw＜5.0 ...(11)

1.4＜f12/|f1|＜2.5 ...(12)

1.8＜N21 ...(13)

条件式(4)涉及构成第一透镜单元L1的第一-第一透镜元件G11在物侧的透镜表面、和构成第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12在像侧的透镜表面。即，条件式(4)涉及第一透镜单元L1的入射表面和出射表面的配置。当所述透镜表面超过条件式(4)的上限、并且第一-第一透镜元件G11在物侧的透镜表面和第一-第二透镜元件G12在像侧的透镜表面均向物侧凸起时，在望远侧频繁出现球面像差的高次分量(high-dimensional component)。当所述透镜表面降到条件式(4)的下限之下、并且第一-第一透镜元件G11在物侧的透镜表面的曲率比第一-第二透镜元件G12在像侧的透镜表面的曲率大时，第一透镜单元L1的主点位置(principal point position)在物侧倾斜。结果，在望远端，第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔变得不足，这使得难以实现高的变焦比。

条件式(5)涉及包含第一-第一透镜元件G11和第一-第二透镜元件G12的空气透镜的形状因子。满足条件式(5)的空气透镜为向物侧凸起的弯月配置。当所述形状因子超过条件式(5)的上限时，在广角侧像场弯曲和像散增大。当所述形状因子降到条件式(5)的下限之下时，在望远侧球面像差和轴向色差增大。

条件式(6)涉及构成第一透镜单元L1的第一-第一透镜元件G11的材料的阿贝数。当所述阿贝数比条件式(6)的上限大时，即，当所述材料具有低色散时，在一般的光学玻璃中折射率变低。因此，难以使第一-第一透镜元件G11变薄。当所述阿贝数比条件式(6)的下限小时，即，当所述材料具有高色散时，在广角端横向色差增大，并且在望远端轴向色差增大。

条件式(7)涉及构成第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12的材料的折射率。当所述折射率比条件式(7)的下限小时，难以使第一-第二透镜元件G12变薄。当第一-第二透镜元件G12厚时，第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔在望远端变得不足，这使得难以实现高的变焦比。

条件式(8)涉及第一透镜单元L1的焦距。当第一透镜单元L1的焦距比条件式(8)的上限长时，在广角端透镜的整个长度(从第一透镜表面到像面的距离)增大。当第一透镜单元L1的焦距比条件式(8)的下限短时，在第一透镜单元L1中频繁出现各种像差。特别地，在广角侧像场弯曲和横向色差增大，并且，在望远侧球面像差和慧差增大。

条件式(9)涉及第二透镜单元L2的焦距。当第二透镜单元L2的焦距比条件式(9)的上限长时，获得希望的变焦比所需要的第二透镜单元L2的移动量太大，并且，在望远端透镜的整个长度增大。特别地，在保持透镜的镜筒可伸缩(collapsible)的配置中，当尝试缩短可伸缩镜筒的长度时，镜筒结构复杂化，并且，单元被增大尺寸且复杂化。因此，不优选第二透镜单元L2的增大的焦距。当第二透镜单元L2的焦距比条件式(9)的下限短时，各种像差增大。特别地，在整个变焦范围上球面像差、慧差和轴向色差增大。

条件式(10)涉及第三透镜单元L3的焦距。当第三透镜单元L3的焦距比条件式(10)的上限长时，由于使离轴光束(off-axis light flux)弯曲的作用弱化，因此对于像面的入射角太大。结果，在固态图像拾取元件中取得光的效率劣化，从而增加发暗。当第三透镜单元L3的焦距比条件式(10)的下限短时，在第三透镜单元L3中产生的各种像差频繁出现。特别地，在整个变焦范围上横向色差和像场弯曲增大。由于后焦距太短，因此难以确保其中插入诸如低通滤波器或红外截止滤波器的光学部件的空间。

条件式(11)涉及由第二透镜单元L2的变焦导致的移动距离(移动量，符号为正)。当第二透镜单元L2的移动距离比条件式(11)的上限长时，保持透镜的镜筒的厚度沿光轴方向增大。特别地，当镜筒可伸缩时，可伸缩的镜筒的长度增大，并且，难以配置薄的图像拾取装置。当第二透镜单元L2的移动距离比条件式(11)的下限短时，为了获得希望的变焦比(变倍比)，必须增大第二透镜单元L2的折光力。在这种情况下，难以通过数量减少的透镜校正像差，并且，难以实现尺寸减小和较高性能。

条件式(12)涉及第一透镜单元L1的第一-第二透镜元件G12的焦距。当第一-第二透镜元件G12的焦距比条件式(12)的上限长时，对于第一透镜单元L1中的色差的校正不足，并且，在整个变焦范围上，对于轴向色差和横向色差的校正不足。当第一-第二透镜元件G12的焦距显著地比条件式(12)的下限短时，在望远侧球面像差和慧差增大。

条件式(13)限定第二透镜单元L2的被布置为最接近物侧的第二-第一透镜元件G21的材料的折射率。当所述折射率比条件式(13)的下限低时，在整个变焦范围上球面像差和慧差增大。结果，即使使用非球面，也难以优异地校正像差。更优选地，条件式(4)至(13)的数值范围可被如下设定。

-0.4＜(R11a+R12b)/(R11a-R12b)≤1.0 ...(4a)

-6.0＜(R11b+R12a)/(R11b-R12a)＜-3.5 ...(5a)

35＜v11＜49 ...(6a)

1.92＜N12 ...(7a)

0.40＜|f1|/ft＜0.55 ...(8a)

0.4＜f2/ft＜0.5 ...(9a)

0.7＜f3/ft＜1.1 ...(10a)

3.7＜M2/fw＜4.8 ...(11a)

1.45＜f12/|f1|＜2.3 ...(12a)

1.82＜N21 ...(13a)

以下描述各透镜单元的透镜配置的具体特征。在第一到第五实施例中，第一透镜单元L1由按从物侧到像侧的顺序布置的第一-第一透镜元件G11和第一-第二透镜元件G12制成，第一-第一透镜元件G11具有负折光力，其像侧的表面为凹形配置的；第一-第二透镜元件G12具有正折光力，其物侧的表面为凸形和弯月配置的。利用上述的配置，在第一透镜单元L1由两个透镜制成并且整个透镜系统被减小尺寸的同时，优异地校正各种像差。

在第一实施例中，第二透镜单元L2包含其中按从物侧到像侧的顺序布置的第二-第一透镜元件G21被接合到第二-第二透镜元件G22的胶合透镜(cemented lens)，第二-第一透镜元件G21具有正折光力，其物侧的表面为凸形和弯月配置的；第二-第二透镜元件G22具有负折光力，其物侧的表面为凸形和弯月配置的。第二透镜单元L2还包含其中第二-第三透镜元件G23被接合到具有双凸配置的第二-第四透镜元件G24的胶合透镜，第二-第三透镜元件G23具有负折光力，其物侧的表面为凸形和弯月配置的。在第二、第三和第四实施例中，第二透镜单元L2包含第二-第一透镜元件G21、其中第二-第二透镜元件G22被接合到第二-第三透镜元件G23的胶合透镜、和第二-第四透镜元件G24，第二-第一透镜元件G21具有正折光力，其物侧的表面为凸形的；第二-第二透镜元件G22具有正折光力，其物侧的表面为凸形的；第二-第三透镜元件G23具有负折光力，其像侧的表面为凹形的；第二-第四透镜元件G24具有正折光力。

在第五实施例中，第二透镜单元L2包含其中第二-第一透镜元件G21被接合到第二-第二透镜元件G22的胶合透镜、和具有正折光力的第二-第三透镜元件G23，第二-第一透镜元件G21具有正折光力，其物侧的表面为凸形的；第二-第二透镜元件G22具有负折光力，其像侧的表面为凹形的。第二透镜单元L2如上面描述的那样被配置，使得色差和离轴像差减小，并且，球面像差、慧差等被优异地校正。第三透镜单元L3用作用于确保远心性质的物镜，并且由单个的第三-第一透镜元件G31制成，第三-第一透镜元件G31具有正折光力，是双凸配置的。

下面，描述与根据本发明的实施例中的每一个对应的数值实施例。在数值实施例中，从物侧对表面号“i”进行计数。在数值实施例中，ri表示从物侧计数的第i个透镜表面的曲率半径，di表示从物侧计数的第i个表面的透镜厚度和空气间隔。并且，ndi和vdi分别表示从物侧计数的第i个玻璃的材料相对于d线的折射率和阿贝数。表1示出上述的各条件式和各数值实施例之间的关系。假定光轴方向为X轴，与光轴垂直的方向是H轴，并且光行进方向为正。在这种情况下，当旁轴曲率半径由R表示，锥形常数由K表示，并且非球面系数由A4、A6、A8、A10和A12表示时，非球面形状由下式来表达。

[等式1]

X = \frac{(1 / R) H^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + K) {(H / R)}^{2}}}

+ A 4 \times H^{4} + A 6 \times H^{6} + A 8 \times H^{8} + A 10 \times H^{10} + A 12 \times H^{12}

[e^+x]意味着[×10^+x]，并且，[e^-x]意味着[×10^-x]。通过由空气换算从透镜后表面到旁轴像面的距离(后焦距)获得的值由BF表示。通过将BF加到从透镜前表面到透镜后表面的距离，获得透镜的总长度。通过对表面号的后面添加^＊表示非球面。

[数值实施例1]

单位mm

表面数据

表面号 r d nd vd

1 ∞ 1.05 1.84954 40.1

2^＊ 5.155 1.23

3 7.963 1.70 1.94595 18.0

4 15.503 (可变)

5^＊ 3.830 1.70 1.84954 40.1

6 35.088 0.50 1.80518 25.4

7 3.228 0.80

8 11.664 0.50 1.69895 30.1

9 5.759 2.00 1.77250 49.6

10 -22.085 0.50

11(光阑) ∞ (可变)

12 19.146 1.421.6968055.5

13 -56.741 (可变)

像面 ∞

非球面数据

第二表面

K＝-1.67969e+000 A4＝9.52304e-004 A6＝-6.12005e-006

A8＝1.59433e-007 A10＝-1.36767e-009 A12＝0

第五表面

K＝-1.15224e+000 A4＝1.76183e-003 A6＝3.52146e-005

A8＝1.84936e-006 A10＝-6.49465e-008 A12＝1.00000e-008

各种数据

变焦比 4.71

广角中间望远

焦距 4.43 10.97 20.85

F数 2.94 5.14 6.00

场角 37.59 19.46 10.53

像高 3.41 3.88 3.88

总透镜长度 32.07 29.88 37.59

BF 4.19 3.88 3.42

d4 13.00 3.30 0.17

d1 13.47 11.31 22.59

d13 4.19 3.88 3.42

d15 1.02 1.02 1.02

变焦透镜单元数据

透镜单元第一表面焦距

1 1 -10.37

2 5 9.19

3 12 20.70

[数值实施例2]

单位mm

表面数据

表面号 r d nd vd

1^＊ -80.129 1.05 1.84954 40.1

2^＊ 5.455 1.84

3 9.481 1.70 1.92286 18.9

4 20.781 (可变)

5^＊ 5.694 1.56 1.84954 40.1

6 72.752 0.20

7 7.145 1.10 1.69680 55.5

8 -39.682 0.40 1.80518 25.4

9 3.743 0.82

10 55.891 0.90 1.69680 55.5

11 -17.093 0.50

12(光阑) ∞ (可变)

13^＊ 53.691 1.70 1.69350 53.2

14 -19.657 (可变)

像面 ∞

非球面数据

第一表面

K＝-6.85575e+001 A4＝3.78622e-005 A6＝2.02360e-006

A8＝-4.70081e-008 A10＝2.52815e-010 A12＝0

第二表面

K＝-2.49393e+000 A4＝1.44227e-003 A6＝-1.94554e-005

A8＝6.60863e-007 A10＝-1.17492e-008 A12＝0

第五表面

K＝-2.51823e-001 A4＝-2.88572e-004 A6＝-6.45912e-006

A8＝2.41205e-007 A10＝-1.45631e-008 A12＝0

第十三表面

K＝-8.66414e+002 A4＝4.57251e-004 A6＝-3.29303e-005

A8＝1.21213e-006 A10＝-1.83080e-008 A12＝0

各种数据

变焦比 4.72

广角中间望远

焦距 4.42 7.64 20.85

F数 2.88 3.98 6.05

场角 37.00 26.88 10.53

像高 3.33 3.88 3.88

总透镜长度 32.56 29.36 38.45

BF 4.17 4.12 3.93

d4 13.34 6.39 0.35

d12 3.28 7.07 22.40

d14 4.17 4.12 3.93

d16 1.00 1.00 1.00

变焦透镜单元数据

透镜单元第一表面焦距

1 1 -10.07

2 5 9.22

3 13 20.95

[数值实施例3]

单位mm

表面数据

表面号 r d nd vd

1^＊ -40.730 1.05 1.90000 48.0

2^＊ 6.281 2.12

3 10.941 1.70 1.94595 18.0

4 22.988 (可变)

5^＊ 5.891 1.56 1.90000 48.0

6 61.833 0.20

7 7.014 1.10 1.69680 55.5

8 376.377 0.40 1.80518 25.4

9 3.749 0.80

10 378.272 0.90 1.69680 55.5

11 -14.946 0.50

12(光阑) ∞ (可变)

13^＊ 47.747 1.70 1.69350 53.2

14 -16.572 (可变)

像面 ∞

非球面数据

第一表面

K＝-2.56017e+002 A4＝9.66865e-005 A6＝1.86470e-006

A8＝-5.59595e-008 A10＝3.31152e-010 A12＝0

第二表面

K＝-2.50216e+000 A4＝1.42822e-003 A6＝-2.45712e-005

A8＝9.94260e-007 A10＝-1.78646e-008 A12＝0

第五表面

K＝-2.34319e-001 A4＝-3.16178e-004 A6＝- 6.54470e-006

A8＝7.77388e-007 A10＝-4.10861e-008 A12＝0

第十三表面

K＝-6.59795e+002 A4＝3.95186e-004 A6＝-3.30974e-005

A8＝1.21213e-006 A10＝-1.83080e-008 A12＝0

各种数据

变焦比 4.75

广角中间望远

焦距 4.02 7.03 19.10

F数 2.73 3.81 6.06

场角 39.65 28.88 11.47

像高 3.33 3.88 3.88

总透镜长度 32.22 29.16 38.63

BF 4.00 4.02 3.92

d4 13.05 6.19 0.42

d12 3.12 6.91 22.24

d14 4.00 4.02 3.92

d16 1.00 1.00 1.00

变焦透镜单元数据

透镜单元第一表面焦距

1 1 -9.35

2 5 9.04

3 13 17.93

[数值实施例4]

单位mm

表面数据

表面号 r d nd vd

1^＊ -20.005 1.05 1.83000 42.0

2^＊ 7.031 2.02

3 11.901 1.70 1.92286 18.9

4 35.445 (可变)

5^＊ 5.460 1.56 1.83000 42.0

6 2137.403 0.20

7 7.682 1.10 1.69680 55.5

8 -41.260 0.40 1.80518 25.4

9 3.553 0.82

10 25.890 0.90 1.69680 55.5

11 -57.751 0.50

12(光阑) ∞ (可变)

13^＊ 45.596 1.70 1.69350 53.2

14 -15.839 (可变)

像面 ∞

非球面数据

第一表面

K＝-4.91130e+001 A4＝9.27734e-005 A6＝2.92261e-006

A8＝-8.67939e-008 A10＝5.40258e-010 A12＝0

第二表面

K＝-2.36588e+000 A4＝1.34626e-003 A6＝-2.27576e-005

A8＝9.43910e-007 A10＝-1.87509e-008 A12＝0

第五表面

K＝-2.55556e-001 A4＝-3.61259e-004 A6＝-7.91650e-006

A8＝4.71901e-007 A10＝-3.04645e-008 A12＝0

第十三表面

K＝-4.08129e+002 A4＝4.18136e-004 A6＝-3.33793e-005

A8＝1.21214e-006 A10＝-1.83080e-008 A12＝0

各种数据

变焦比 4.47

广角中间望远

焦距 4.44 7.43 19.85

F数 2.83 3.86 6.10

场角 36.89 27.54 11.05

像高 3.33 3.88 3.88

总透镜长度 33.6 330.45 39.13

BF 4.22 4.15 3.92

d4 14.12 7.23 0.80

d12 3.33 7.13 22.46

d14 4.22 4.15 3.92

d16 1.00 1.00 1.00

变焦透镜单元数据

透镜单元第一表面焦距

1 1 -10.64

2 5 9.77

3 13 17.15

[数值实施例5]

单位mm

表面数据

表面号 r d nd vd

1^＊ -51.347 1.05 1.84954 40.1

2^＊ 6.285 1.61

3 9.383 1.90 2.20000 17.0

4 14.794 (可变)

5^＊ 4.321 1.70 2.00000 40.0

6 26.092 0.50 1.80809 22.8

7 3.296 0.60

8^＊ 13.224 1.30 1.77250 49.6

9^＊ -22.061 0.50

10(光阑) ∞ (可变)

11 17.492 1.42 1.69680 55.5

12 -66.105 (可变)

像面 ∞

非球面数据

第一表面

K＝-5.52558e+002 A4＝1.17613e-004 A6＝1.69941e-006

A8＝-6.18420e-008 A10＝4.01512e-010 A12＝0

第二表面

K＝-1.68185e+000 A4＝1.17631e-003 A6＝-1.82191e-005

A8＝9.43969e-007 A10＝-1.81545e-008 A12＝0

第五表面

K＝-1.08494e+000 A4＝1.06827e-003 A6＝1.19765e-005

A8＝7.99367e-007 A10＝-3.06143e-009 A12＝1.00000e-008

第八表面

K＝1.23124e+001 A4＝4.58023e-009 A6＝4.58023e-011

A8＝4.58023e-013 A10＝4.58023e-015 A12＝0

第九表面

K＝1.56985e+001 A4＝5.15497e-004 A6＝-4.33305e-005

A8＝6.72224e-013 A10＝6.72224e-015 A12＝0

各种数据

变焦比 4.63

广角中间望远

焦距 4.55 13.23 21.07

F数 2.88 5.46 7.78

场角 36.88 16.32 10.42

像高 3.41 3.88 3.88

总透镜长度 32.72 31.09 37.50

BF 3.60 3.58 3.56

d4 13.64 2.46 0.29

d10 4.91 14.48 23.08

d12 3.60 3.58 3.56

d14 1.24 1.24 1.24

变焦透镜单元数据

透镜单元第一表面焦距

1 1 -10.67

2 5 9.23

3 11 19.99

在表1中示出上述的各条件式和数值实施例中的各种数值之间的关系。

[表1]

表1

下面，参照图11描述根据本发明的实施例的数字静物照相机(图像拾取装置)，其中，使用根据本发明的变焦透镜系统作为图像拍摄光学系统。在图11中，数字静物照相机包含照相机主体20、和通过根据本发明的变焦透镜系统配置的图像拍摄光学系统21。诸如CCD传感器或CMoS传感器的固态图像拾取元件(光电变换器)22被并入照相机主体20中，并且接收通过图像拍摄光学系统21形成的对象图像的光。存储器23记录与通过固态图像拾取元件22光电转换的对象图像对应的信息。取景器24包含液晶显示板等，并且被用于观察在固态图像拾取元件22上形成的对象图像。根据本发明的变焦透镜系统被应用于诸如数字静物照相机的图像拾取装置，由此实现具有高的光学性能的小图像拾取装置。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。随附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种变焦透镜系统，按从物侧到像侧的顺序包括：

具有负折光力的第一透镜单元；

具有正折光力的第二透镜单元；以及

具有正折光力的第三透镜单元，

第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元移动以执行变焦，

其中，第一透镜单元按从物侧到像侧的顺序包括具有负折光力的第一透镜元件和具有正折光力的第二透镜元件，以及

其中，当第一透镜元件的材料的折射率为N11、第二透镜元件的材料的阿贝数为v12、并且第一透镜元件在物侧和像侧的透镜表面的曲率半径分别为R11a和R11b时，满足以下的条件：

1.81＜N11；

v12＜19；以及

0＜(R11a+R11b)/(R11a-R11b)≤1.0。

2.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第二透镜元件在像侧的透镜表面的曲率半径为R12b时，满足以下的条件：

-0.5＜(R11a+R12b)/(R11a-R12b)≤1.0。

3.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第二透镜元件在物侧的透镜表面的曲率半径为R12a时，满足以下的条件：

-7.0＜(R11b+R12a)/(R11b-R12a)≤-3.0。

4.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第一透镜元件的材料的阿贝数为v11、并且第二透镜元件的材料的折射率为N12时，满足以下的条件：

30＜v11＜50；

1.90＜N12。

5.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第一透镜单元的焦距为f1、并且整个系统在望远端的焦距为ft时，满足以下的条件：

0.3＜|f1|/ft＜0.6。

6.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第二透镜单元的焦距为f2、并且整个系统在望远端的焦距为ft时，满足以下的条件：

0.3＜f2/ft＜0.6。

7.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第三透镜单元的焦距为f3、并且整个系统在望远端的焦距为ft时，满足以下的条件：

0.6＜f3/ft＜1.2。

8.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第二透镜单元的沿光轴方向的从广角端延伸到望远端的移动距离为M2、并且整个系统在广角端的焦距为fw时，满足以下的条件：

3.5＜M2/fw＜5.0。

9.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第二透镜元件的焦距为f12、并且第一透镜单元的焦距为f1时，满足以下的条件：

1.4＜f12/|f1|＜2.5。

10.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当第二透镜单元包括最接近物侧的、其在物侧的表面为凸形的、具有正折光力的第三透镜元件时，并且当第三透镜元件的材料的折射率为N21时，满足以下的条件：

1.8＜N21。

11.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中，当从无限远物体聚焦到近距离物体上时，第三透镜单元向物侧移动。

12.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求1至11中的任一项的变焦透镜系统；以及

用于接收通过所述变焦透镜系统形成的图像的固态图像拾取元件。