CN102445748A - 变焦透镜和成像设备 - Google Patents

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CN102445748A CN2011102937585A CN201110293758A CN102445748A CN 102445748 A CN102445748 A CN 102445748A CN 2011102937585 A CN2011102937585 A CN 2011102937585A CN 201110293758 A CN201110293758 A CN 201110293758A CN 102445748 A CN102445748 A CN 102445748A
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Abstract

在变焦透镜中，从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组；并且在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动所述第一透镜组，并将所述第二透镜组向物侧移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的空气间隔减小，以及所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的空气间隔增大。

Description

变焦透镜和成像设备
技术领域
本公开涉及一种变焦透镜和一种成像设备。更具体地，本公开涉及一种变焦透镜以及包括该变焦透镜的成像设备的技术，所述变焦透镜被小型化，且可变放大率提高，并且其适用于诸如数字照相机或数字摄像机的数字I/O设备的图像捕获光学系统。
背景技术
近年来，广泛地使用利用固态成像元件的诸如数字照相机的成像设备。伴随着数字照相机的这种普及，需要进一步提高图像质量。在具有大量像素的数字照相机等中，需要成像性能优越的图像捕获透镜，尤其是变焦透镜。此外，对小型化、增大的场角、以及提高的可变放大率的要求也日益高涨。因此，需要高性能和紧凑的变焦透镜。
存在许多类型的变焦透镜用于数字照相机中。三组变焦光学系统公知为适于小型化和提高场角的透镜类型。在此情况下，在三组变焦光学系统中，从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组。例如，在日本专利公开No.2007-102182、2007-14059、2008-241794、2008-292911、2009-20337和2009-251433(下文称为专利文献1至6)中描述了这种三组变焦光学系统。
在专利文献1至6中描述的每个变焦透镜中，建议了一种紧凑变焦透镜，在该紧凑变焦透镜中，第一透镜组由两片透镜组成。
发明内容
然而，在专利文献1和2中描述的每个变焦透镜中，分别地，第二透镜组由两片粘合透镜组成，或者由两片正透镜和粘合透镜组成。因此，第二透镜组的厚度较大。此外，执行可变放大的第二透镜组的移动量相对于远摄端和广角端之间的光学总长度的平均值较小，因此该光学总长度相对于可变放大比较长。因此，具体地，变焦透镜在存储过程中的光学总长度变长。此外，可变放大比设置为小于3.9，因此，很难说充分进行了小型化和提高的可变放大率之间的兼容。
在专利文献3中描述的变焦透镜中，可变放大比设置为等于或大于5.9，因此实现了提高的可变放大率。然而，在专利文献3中描述的变焦透镜中，第一透镜组的透镜间隔相对于远摄端的光学总长度较长，并且远摄端的光学总长度相对于远摄端的焦距较长。此外，第二透镜组由两片粘合透镜组成，并且布置了可移动的孔径光阑。因此，变焦透镜在存储过程中的光学总长度变长，因此很难说实现了充分的小型化。
在专利文献4中描述的变焦透镜中，第二透镜组由通过将三片透镜彼此接合而获得的粘合透镜组成。然而，粘合透镜的厚度大，并且光学总长度设置得相对于远摄端的焦距较长。此外，可变放大比设置为小于3.9，因此很难说充分进行了小型化和提高可变放大率之间的兼容。
在专利文献5中描述的变焦透镜中，远摄端的光学总长度相对于远摄端的总长度较长，第二透镜组由两片正透镜和粘合透镜组成，因此第二透镜组的厚度大。此外，可变放大比设置为约3.8，因此很难说充分进行了小型化和提高可变倍率(variable power)之间的兼容。
在专利文献6中描述的变焦透镜中，可变放大比设置为约4.7，因此实现了提高的可变倍率。然而，因为第一透镜组中的第二透镜的折射率未设置为足够大的值，所以第一透镜和第二透镜之间的间隔相对于远摄端的光学总长度变长。此外，第二透镜组由从物侧到像侧依次布置的正粘合透镜、负粘合透镜和正透镜组成。因此，该透镜组的厚度和相对于可变放大比较大，而且远摄端的光学总长度相对于远摄端的焦距较大。具体地，变焦透镜在存储过程中的光学总长度较长。因此，很难说实现了充分的小型化。
为了解决上述问题而做出了本公开，因此期望提供一种能够实现小型化和提高的可变放大率的变焦透镜、以及包括该变焦透镜的成像设备。
为了实现上述期望，根据本公开的实施例，提供了一种变焦透镜，其中从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组；在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动所述第一透镜组，并将所述第二透镜组向物侧移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的空气间隔增大；如下构造所述第一透镜组：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜、以及其两个表面分别由球面形成且其凸表面指向物侧的正凹凸透镜；在所述第二透镜组的附近布置固定的孔径光阑；并且满足条件表达式(1)至(8)：
(1)v12＜20；
(2)n12＞1.95；
(3)(L11～L12)/Lt＜0.07；
(4)Lt/ft＜1.65；
(5)0.9＜Lt/Lw＜1.1；
(6)β2t/β2w＞4.3；
(7)L2Gtw/{(Lt+Lw)/2}＞0.45；以及
(8)(L1G+L2G+L3G)/{α·(ft·fw)1/2}＜0.2
其中，v12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的阿贝数，n12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的d线折射率，L11～L12是从所述第一透镜组的所述负透镜的像侧的表面顶点到所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔，Lt是远摄端中从所述第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，ft是远摄端中整个透镜系统的焦距，Lw是广角端中从所述第一透镜组的所述负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，β2t是远摄端中所述第二透镜组的横向放大率，β2w是广角端中所述第二透镜组的横向放大率，L2Gtw是从广角端到远摄端的可变放大过程中所述第二透镜组的移动量，L1G是从所述第一透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L2G是从所述第二透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L3G是从所述第三透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，α是可变放大比，并且fw是广角端中整个透镜系统的焦距。
因此，在本实施例的变焦透镜中，在缩短了整个光学长度之后进行提高的可变放大率。
优选地，在上述变焦透镜中，在所述透镜组中，从物侧到像侧依次至少布置其物侧表面由非球面形成的第一正透镜、以及通过将第二正透镜和负透镜彼此接合而获得的粘合透镜，并且满足条件表达式(9)和(10)：
(9)v21＞60；以及
(10)(L21～L23)/ft＜0.18
其中v21是所述第二透镜组的所述第一正透镜的阿贝数，并且L21～L23是从所述第二透镜组的所述第一正透镜的物侧的表面顶点至所述粘合透镜的像侧的表面顶点的距离。
以如上所述方式构造第二透镜组，并且满足条件表达式(9)和(10)，这使得可以在对第二透镜组给出强的正屈光力的同时满意地进行对球面像差和色差的校正，并且还可以缩短光学总长度。
优选地，在上述变焦透镜中，所述第一正透镜是其凸表面指向物侧的透镜，而且，所述孔径光阑布置为比所述第一正透镜的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比所述第一正透镜的像侧的表面顶点更靠近物侧。
孔径光阑布置为比第一正透镜的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比第一正透镜的像侧的表面顶点更靠近物侧，这使得在光轴方向上的孔径光阑的位置与第一正透镜的位置重叠。
优选地，在上述变焦透镜中，所述第三透镜组被制造为聚焦透镜组，所述聚焦透镜组包括由树脂制造的一片正透镜，并且所述第三透镜组满足条件表达式(11)：
(11)0.045＜p3＜0.06
其中p3是所述第三透镜组的屈光力。
所述第三透镜组被制造为聚焦透镜组，所述聚焦透镜组包括由树脂制造的正透镜，并且所述第三透镜组满足条件表达式(11)，这使得远摄端中的放大率的色差变小，并且第三透镜组的移动量变小。
优选地，在上述变焦透镜中，满足条件表达式(12)：
(12)0.2＜(L1G+L2G+L3G)/{(Lt+Lw)/2}＜0.3。
满足上述条件表达式(12)，这使得维持光学总长度与第一至第三透镜组的厚度之间的平衡。
根据本发明的另一实施例，提供了一种成像设备，包括：变焦透镜；以及将由所述变焦透镜形成的光学图像变换为电信号的成像元件，其中在所述变焦透镜中，从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组；在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动所述第一透镜组，并将所述第二透镜组向物侧移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的空气间隔增大；如下构造所述第一透镜组：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜、以及其两个表面分别由球面形成且其凸表面指向物侧的正凹凸透镜；在所述第二透镜组的附近布置固定的孔径光阑；并且满足条件表达式(1)至
(8)：
(1)v12＜20；
(2)n12＞1.95；
(3)(L11～L12)/Lt＜0.07；
(4)Lt/ft＜1.65；
(5)0.9＜Lt/Lw＜1.1；
(6)β2t/β2w＞4.3；
(7)L2Gtw/{(Lt+Lw)/2}＞0.45；以及
(8)(L1G+L2G+L3G)/{α·(ft·fw)1/2}＜0.2
其中，v12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的阿贝数，n12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的d线折射率，L11～L12是从所述第一透镜组的所述负透镜的像侧的表面顶点到所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的物侧的表面顶点之间的空气间隔，Lt是远摄端中从所述第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，ft是远摄端中整个透镜系统的焦距，Lw是广角端中从所述第一透镜组的所述负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，β2t是远摄端中所述第二透镜组的横向放大率，β2w是广角端中所述第二透镜组的横向放大率，L2Gtw是从广角端到远摄端的可变放大过程中所述第二透镜组的移动量，L1G是从所述第一透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L2G是从所述第二透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L3G是从所述第三透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，α是可变放大比，并且fw是广角端中整个透镜系统的焦距。
因此，在成像设备中，在缩短了变焦透镜的光学总长度之后提高可变放大率。
如上所述，根据本公开，可以对变焦透镜和成像设备实现小型化和提高的可变放大率。具体地，可以实现提高的可变放大率，其中，可变放大比等于或大于4.5。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的变焦透镜的透镜构造的视图；
图2与图3和4是将具体数值应用到第一实施例的变焦透镜中的数值示例的像差图，并且图2也是示出广角端状态中的球面像差、场曲和畸变(distortion aberration)的视图；
图3是示出中间焦距状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图4是示出远摄端状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图5是示出根据本公开的第二实施例的变焦透镜的透镜构造的视图；
图6与图7和8是将具体数值应用到第二实施例的变焦透镜中的数值示例的像差图，并且图6也是示出广角端状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图7是示出中间焦距状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图8是示出远摄端状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图9是示出根据本公开的第三实施例的变焦透镜的透镜构造的视图；
图10与图11和12是将具体数值应用到第三实施例的变焦透镜中的数值示例的像差图，并且图10也是示出广角端状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图11是示出中间焦距状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；
图12是示出远摄端状态中的球面像差、场曲和畸变的视图；以及
图13是示出根据本公开的第四实施例的成像设备的配置的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述根据本公开的实施例的变焦透镜和成像设备。
变焦透镜的构造
如下构造根据本公开的一个实施例的变焦透镜：从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组。
此外，在根据本公开的该实施例的变焦透镜中，在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动第一透镜组，并将第二透镜组向物侧移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的空气间隔减小，并且第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。
此外，在根据本公开的该实施例的变焦透镜中，如下构造第一透镜组：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且凹表面指向像侧的负透镜、和其两个表面分别由球面形成且凸表面指向物侧的正凹凸透镜。而且，在第二透镜组的附近布置固定的孔径光阑。
除此之外，根据本公开的该实施例的变焦透镜满足条件表达式(1)至(8)：
(1)v12＜20；
(2)n12＞1.95；
(3)(L11～L12)/Lt＜0.07；
(4)Lt/ft＜1.65；
(5)0.9＜Lt/Lw＜1.1；
(6)β2t/β2w＞4.3；
(7)L2Gtw/{(Lt+Lw)/2}＞0.45；以及
(8)(L1G+L2G+L3G)/{α·(ft·fw)1/2}＜0.2
其中，v12是第一透镜组的正凹凸透镜的阿贝数，n12是第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率，L11～L12是从第一透镜组的负透镜的像侧的表面顶点到第一透镜组的正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔，Lt是远摄端中从第一透镜组的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，ft是远摄端中整个透镜系统的焦距，Lw是广角端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，β2t是远摄端中第二透镜组的横向放大率，β2w是广角端中第二透镜组的横向放大率，L2Gtw是从广角端到远摄端的可变放大过程中第二透镜组的移动量，L1G是从第一透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L2G是从第二透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L3G是从第三透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，α是可变放大比，并且fw是广角端中整个透镜系统的焦距。
条件表达式(1)是用于规范第一透镜组的正凹凸透镜的阿贝数的表达式。
当超出条件表达式(1)的上限时，远摄端中的轴向色差变得劣化。因此，为了校正远摄端中的轴向色差的目的，需要弱化第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜的屈光力，以提高第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜之间的空气间隔。然而，当弱化第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜的屈光力来提高第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜之间的空气间隔时，第一透镜组的厚度增大，这阻碍了变焦透镜的小型化。
因此，变焦透镜满足条件表达式(1)，由此可以防止远摄端中的轴向色差变得劣化，从而小型化变焦透镜。
条件表达式(2)是用于规范第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率的表达式。
当第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率n12落在第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率n12的下限1.95之下时，变得难以在缩短第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜之间的空气间隔的同时校正远摄端中的球面像差。
因此，变焦透镜满足条件表达式(2)，由此可以在降低第一透镜组的厚度的同时满意地校正远摄端中的球面像差。条件表达式(3)是用于规范在远摄端中从第一透镜组的负透镜的像侧的表面顶点至第一透镜组的正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔、与从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离之间的比率的表达式。
虽然在某些情况中变焦透镜用作可折叠安装型光学系统，但是，在这样的情况中，当期望实现提高的可变放大率时，远摄端中的光学总长度易于比广角端中的光学总长度更长。因此，变焦透镜在存储过程中的厚度与第一至第三透镜组的厚度(尤其是第一透镜组的厚度)一起对远摄端中的光学总长度施加了大的影响。因此，为了缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度的目的，需要在远摄端中的光学总长度与第一透镜组的厚度之间实现满意的平衡。
于是，变焦透镜满足条件表达式(3)，这使得可以缩短远摄端中第一透镜组和第二透镜组的负透镜之间的距离，从而可以在提高的可变放大率与远摄端中光学总长度的缩短之间实现平衡。此外，第一透镜组的厚度降低，因此可以在变焦透镜的存储过程中缩短光学总长度与提高可变放大率之间实现平衡。
条件表达式(4)是用于规范远摄端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离与远摄端中整个透镜系统的焦距的比率的表达式。
虽然当期望实现提高的可变放大率时，光学总长度容易变长，然而，当光学总长度变长时，可能不能够实现小型化。
于是，变焦透镜满足条件表达式(4)，从而使得可以在提高的可变放大率与小型化之间实现平衡。
条件表达式(5)是用于规范远摄端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离与广角端中从第一透镜组的负透镜的该表面顶点至图像捕获表面的距离的比率的表达式。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，固定的孔径光阑布置在第二透镜组的附近。因此，当远摄端中的光学总长度相对于广角端中的光学总长度变得太长时，远摄端中的F数变得太暗。另一方面，当远摄端中的光学总长度相对于广角端中的光学总长度变得太短时，广角端中的F数变得太亮。
于是，变焦透镜满足条件表达式(5)，这使得远摄端中的F数不变得极暗，并且广角端中的F数也不变得极亮。结果，可以实现小型化和高性能两者。
条件表达式(6)是用于规范远摄端中第二透镜组的横向放大率与广角端中第二透镜组的横向放大率的比率的表达式。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，第二透镜组的移动量设置为大于第一和第三透镜组的任一个的移动量。因此，第二透镜组的移动量对可变放大率施加了大的影响。
于是，变焦透镜满足条件表达式(6)，这使得可以针对光学总长度合适地设置第二透镜组在可变放大过程中的移动量，并且可以实现小型化和提高的可变放大率两者。
条件表达式(7)是用于规范第二透镜组的移动量与第一透镜组的负透镜的厚度之间的关系的表达式。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，第二透镜组的移动量设置为大于第一和第三透镜组中的任一个的移动量。因此，第二透镜组的移动量对可变放大率施加了大的影响。
于是，变焦透镜满足条件表达式(7)，这使得可以针对光学总长度合适地设置第二透镜组在可变放大过程中的移动量，并且可以实现小型化和提高的可变放大率两者。
条件表达式(8)是用于规范第一至第三透镜组的厚度与广角端中整个透镜系统的焦距的比率的表达式。
当超出了条件表达式(8)的上限时，变焦透镜在存储过程中的厚度变得太大，并且也难以确保高的可变放大比。
于是，变焦透镜满足条件表达式(8)，这使得可以实现提高的可变放大率和小型化两者。具体地，变得可以进行满意的像差校正，并且变得可以缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，优选地，构造透镜组，使得从物侧到像侧依次至少布置其物侧表面由非球面形成的第一正透镜、以及通过将第二正透镜和负透镜彼此接合而获得的粘合透镜，并且满足条件表达式(9)和(10)：
(9)v21＞60；以及
(10)(L21～L23)/ft＜0.18
其中v21是第二透镜组的正透镜的阿贝数，并且L21～L23是从第二透镜组的第一正透镜的物侧的表面顶点至粘合透镜的像侧的表面顶点的距离。
第二透镜组至少由其物侧表面由非球面形成的第一正透镜、与通过将第二正透镜和负透镜彼此接合而获得的粘合透镜组成，这使得可以在对第二透镜组给出强的正屈光力的同时满意地校正球面像差和色差两者。此外，因为第二透镜组的前侧主点可以位于物侧上，所以可以缩短光学总长度。此外，可以在向第二透镜组给出强的正屈光力的同时降低粘合透镜的厚度，并且，在此情况下，与从物侧向像侧依次布置通过将正透镜和负透镜彼此接合而获得的粘合透镜以及正透镜的构造的情况相比，可以比分别在粘合透镜的两个表面上都布置非球面的情况中更抑制成本。因此，可以实现第二透镜组的薄化、光学总长度的缩短、以及制造成本的降低。
条件表达式(9)是用于规范第二透镜组的第一正透镜的阿贝数的表达式。
变焦透镜满足条件表达式(9)，这使得可以在向第二透镜组给出强的正屈光力的同时满意地校正色差。
条件表达式(10)是用于规范远摄端中从第二透镜组的第一正透镜的物侧的表面顶点至粘合透镜的像侧的表面顶点的距离与整个透镜系统的焦距的比率的表达式。
透镜满足条件表达式(10)，这使得可以实现高可变放大率，并且可以缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，优选地，第一正透镜是其凸表面指向物侧的透镜，并且孔径光阑布置为比第一正透镜的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比第一正透镜的像侧的表面顶点更靠近物侧。
孔径光阑布置为比第一正透镜的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比第一正透镜的像侧的表面顶点更靠近物侧，这使得在光轴方向上的孔径光阑的位置与第一正透镜的位置重叠，因此可以小型化变焦透镜。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，优选地，将第三透镜组制造为聚焦透镜组，所述聚焦透镜组包括由树脂制造的一片正透镜，并且第三透镜组满足条件表达式(11)：
(11)0.045＜p3＜0.06
其中p3是第三透镜组的屈光力。
条件表达式(11)是用于规范第三透镜组的屈光力的表达式。
当第三透镜组的屈光力p3超出条件表达式(11)中的上限0.06时，第三透镜组的屈光力变得太大，因此远摄端中的放大率的色差变大。
与此相反，当第三透镜组的屈光力p3落到条件表达式(11)中的下限0.045之下时，第三透镜组的屈光力变得太小，因此，作为聚焦透镜组的第三透镜组的移动距离变大。具体地，当期望实现高可变放大率时，第三透镜组的移动量变得更大。
因此，变焦透镜满足条件表达式(11)，这使得可以减小在校正由于单个部分的误差以及各个部分的组合误差所导致的失焦时的第三透镜组的移动量，同时抑制远摄端中放大率的色差，从而实现小型化。
在根据本公开的实施例的变焦透镜中，优选地，满足条件表达式(12)：
(12)0.2＜(L1G+L2G+L3G)/{(Lt+Lw)/2}＜0.3
条件表达式(12)是用于示出透镜组的厚度与第一透镜组的负透镜的厚度之间的关系的表达式。
虽然在某些情况中变焦透镜用作可折叠安装型光学系统，但在这样的情况中，即使当远摄端中的光学总长度以及广角端中的光学总长度中的任一个太长时，都可能不能够缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度。因此，必须在光学总长度与第一至第三透镜组的厚度之间实现平衡。
于是，变焦透镜满足条件表达式(12)，这使得维持光学总长度与第一至第三透镜组的厚度之间的平衡，因此可以实现缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度，并且实现变焦透镜的高性能。
注意，在变焦透镜中，第一至第三透镜组中的任一个透镜组或一个透镜组的一部分在近似垂直于光轴的方向上偏移，由此可以偏移图像。
以这种方式，可以将检测系统和控制系统彼此组合，这导致也可以使变焦透镜用作防抖光学系统。在此情况中，检测系统在近似垂直于光轴的方向上移动透镜组或偏移透镜组的一部分，由此检测图像模糊(blurring)。而且，根据来自用于偏移第一至第三透镜组的驱动系统的输出以及来自检测系统的输出，控制系统向驱动系统给出偏移量。具体地，在根据本公开的实施例的变焦透镜中，在近似垂直于光轴的方向上偏移整个第二透镜组，这使得可以在具有较少的像差变化的情况下偏移图像。
此外，在根据本公开的实施例的变焦透镜中，优选地，在光轴方向上移动第一透镜组或第三透镜组，由此进行对焦。具体地，第三透镜组用作用于对焦的透镜组，这使得可以容易地避免与用于驱动和控制快门单元和光圈单元的驱动系统以及用于偏移透镜组的防抖驱动系统的干扰，因此可以实现小型化。
第一至第三实施例的变焦透镜
在下文中，参照附图和表1至13详细描述根据本公开的第一至第三实施例的变焦透镜、以及通过将具体的数值应用到根据本公开的第一至第三实施例的变焦透镜而获得的数值示例。
注意，表1至13中将示出的符号的含义等以及描述如下。
“面号(surface number)”表示从物侧向像侧计数的第i个表面，并且“R”表示第i个表面的曲率半径。“D”表示第i个表面与第i+1个表面之间的轴向表面间隔(透镜中心厚度或空气间隔)，并且“nd”表示从第i个表面开始的透镜等的d线(λ＝587.6nm)折射率。而且，“vd”表示从第i个表面开始的透镜等的d线的阿贝数。
关于“面号”，“ASP”表示所涉及的表面是非球面。关于“曲率半径R”，“∞”表示所涉及的表面是平面。而且，关于“表面间隔D”，“可变”表示可变间隔。
“K”表示锥形常数，并且“A4”、“A6”、“A8”和“A10”分别表示4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数。
“f”表示整个透镜系统的焦距，“fno”表示F数(开(open)F值)，“ω”表示半场角。
注意，在示出非球面系数的下表1至13中，“E-n”表示具有10为基的指数表达式，即，“10-n”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
在第一至第三实施例中使用的某些变焦透镜中，以非球面形式形成透镜表面。非球面形状由表达式(1)定义：
x = c y 2 1 + { 1 - ( 1 + K ) c 2 y 2 } 1 / 2 + ΣAi y i - - - ( 1 )
其中，x是光轴方向从透镜表面的顶点起的距离，y是与光轴方向正交的方向上的高度，并且c是透镜顶点处的旁轴曲率半径。
第一实施例的变焦透镜
图1示出了根据本公开的第一实施例的变焦透镜1的透镜构造。
在变焦透镜1中，可变放大比设置为4.71的放大率。
变焦透镜1构造为：从物侧向像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组GR1、具有正屈光力的第二透镜组GR2、以及具有正屈光力的第三透镜组GR3。
在变焦透镜1中，在从广角端向远摄端的可变放大过程中，移动第一透镜组GR1，并将第二透镜组GR2向物侧移动，使得第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的空气间隔减小，并且第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的空气间隔变大。
第一透镜组GR1构造为：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且凹表面指向像侧的负透镜G1、以及其凸表面指向物侧的正凹凸透镜G2。
第二透镜组GR2构造为：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且具有双凹形状的第一正透镜G3、以及通过将具有双凸形状的第二正透镜G4和具有双凹形状的负透镜G5彼此接合而获得的粘合透镜。
注意，在第二透镜组GR2的第一正透镜G3中，可以仅物侧表面由非球面形成。
第三透镜组GR3由正透镜G6组成，正透镜G6的两个表面分别由非球面形成，正透镜G6具有双凸形状并由树脂制造。第三透镜组GR3被制造为聚焦透镜组。
孔径光阑S固定在第二透镜组GR2的附近。孔径光阑S布置为比第二透镜组GR2的第一正透镜G3的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比第一正透镜G4的像侧的表面顶点更靠近物侧。
滤光镜FL布置在第三透镜组GR3和像面IP之间。
表1示出了具体数值应用到第一实施例的变焦透镜1的数值示例1中的透镜数据。
表1
  面号   R   D   nd   vd
  1(ASP)   82.0042   0.600   1.85130   40.10
  2(ASP)   5.8370   1.605
  3   8.9453   1.51   2.00270   19.32
  4   15.5892   可变
  孔径光阑   ∞   -0.43
  6(ASP)   5.6062   1.600   1.59200   67.02
  7(ASP)   -23.3216   0.100
  8   10.4384   1.560   1.88300   40.80
  9   -6.1300   0.430   1.68890   31.16
  10   3.6676   可变
  11(ASP)   49.6357   1.420   1.52470   56.24
  12(ASP)   -12.0103   可变
  13   ∞   0.240   1.51680   64.20
  14   ∞   0.400
  IMG   ∞   0.790
在变焦透镜1中，第一透镜组GR1的负透镜G1的两个表面(第一表面和第二表面)、第二透镜组GR2的第一正透镜G3的两个表面(第六表面和第七表面)、以及第三透镜组GR3的正透镜G6的两个表面(第十一表面和第十二表面)都分别由非球面形成。表2示出了数值示例1中的非球面的4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及锥形常数K。
表2
  面号   K   A4   A6   A8   A10
  1   0.00000E+00   -6.16380E-04   3.30000E-05   -1.00000E-06   6.04352E-09
  2   0.00000E+00   -1.00876E-03   2.40000E-05   7.36606E-08   -2.75830E-08
  6   0.00000E+00   -6.22059E-04   -1.29000E-04   1.70000E-05   -1.00000E-06
  7   0.00000E+00 8.86744E-04 -1.08680E-04 1.80000E-05 -1.00000E-06
  11   0.00000E+00   6.43341E-04   -8.60000E-05   5.00000E-06   -1.03340E-07
  12   0.00000E000   1.33487E-03   -1.32042E-04   7.00000E-06   -1.34039E-07
表3示出了数值示例1中的广角端(WIDE)状态(f＝4.84)、中间焦距(MID)状态(f＝10.52)、以及远摄端(TELE)状态(f＝22.80)中的F数fno和半场角ω。
表3
  WIDE   MID   TELE
  f   4.84   10.52   22.80
  fno   2.64   3.81   6.49
  ω   38.76   20.28   9.67
在变焦透镜1中，在广角端状态与远摄端状态之间的变焦期间，改变第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔D4、第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面间隔D10、以及第三透镜组GR3与滤光镜FL之间的表面间隔D12。表4示出了数值示例1中的表面间隔中的广角端状态(f＝4.84)、中间焦距状态(f＝10.52)、以及远摄端状态(f＝22.80)中的表面间隔。
表4
  WIDE   MID   TELE
  D4   16.161   5.460   0.830
  D10   4.718   9.877   15.136
  D12   3.585   2.933   2.020
图2至4示出了数值示例1中的无穷远对焦状态中的像差视图。图2示出了广角端状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。图3示出了中间焦距状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。此外，图4示出了远摄端状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。
图2至图4在球面像差视图中分别示出了由实线指示的d线(波长：587.6nm)、由链线(chain line)指示的g线(波长：435.8nm)、以及由虚线指示的c线(波长656.3nm)中的值。而且，在场曲的每个视图中，实线指示弧矢像面中的值，虚线指示子午像面中的值。
根据图2至图4中所示的像差视图，很明显在数值示例1中满意地校正了像差，因此数值示例1具有良好的成像质量。
第二实施例的变焦透镜
图5示出了根据本公开的第二实施例的变焦透镜2的透镜构造。
在变焦透镜2中，可变放大比设置为4.70。
变焦透镜2构造为：从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组GR1、具有正屈光力的第二透镜组GR2、以及具有正屈光力的第三透镜组GR3。
在变焦透镜2中，在从广角端向远摄端的可变放大过程中，移动第一透镜组GR1，并将第二透镜组GR2向物侧移动，使得第一透镜组GR1与第二透镜组GR2之间的空气间隔减小，并且第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的空气间隔增大。
第一透镜组GR1构造为：从物侧向像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜G1、以及其凸表面指向物侧的正凹凸透镜G2。
第二透镜组GR2构造为：从物侧向像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且具有双凸形状的第一正透镜G3、以及通过将具有双凸形状的第二正透镜G4与具有双凹形状的负透镜G5彼此接合而获得的粘合透镜。
注意，在第二透镜组GR2的第一正透镜G3中，可以仅物侧表面由非球面形成。
第三透镜组GR3由正透镜G6组成，正透镜G6的两个表面分别由非球面形成，正透镜G6具有双凸形状，并且由树脂制造。第三透镜组GR3被制造为聚焦透镜组。
孔径光阑S固定在第二透镜组GR2的附近。孔径光阑S布置为比第二透镜组GR2的第一正透镜G3的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比第一正透镜G4的像侧的表面顶点更靠近物侧。
滤光镜FL布置在第三透镜组GR3和像面IP之间。
表5示出了将具体数值应用到第二实施例的变焦透镜2的数值示例2中的透镜数据。
表5
  面号   R   D   nd   vd
  1(ASP)   105.0000   0.400   1.85130   40.10
  2(ASP)   6.1680   1.640
  3   9.5581   1.590   2.00270   19.32
  4   17.5328   可变
  孔径光阑   ∞   -0.33
  6(ASP)   5.8007   1.600   1.61880   63.85
  7(ASP)   -26.9647   0.100
  8   9.6012   1.560   1.83480   42.72
  9   -6.3976   0.430   1.68890   31.16
  10   3.6997   可变
  11(ASP)   21.4017   1.650   1.52470   56.24
  12(ASP)   -15.3262   可变
  13   ∞   0.300   1.51680   64.20
  14   ∞   1.130
  IMG   ∞   0.000
在变焦透镜2中，第一透镜组GR1的负透镜G1的两个表面(第一表面和第二表面)、第二透镜组GR2的第一正透镜G3的两个表面(第六表面和第七表面)、以及第三透镜组GR3的正透镜G6的两个表面(第十一表面和第十二表面)都分别由非球面形成。表6示出了数值示例2中的非球面的4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及锥形常数K。
表6
  面号   K   A4   A6   A8   A10
  1   0.00000E+00   -4.89851E-04   2.80000E-05   -1.00000E-06   4.16628E-09
  2   0.00000E+00   -7.91951E-04   1.50000E-05   3.96792E-07   -2.52358E-08
  6   0.00000E+00   -7.48885E-04   3.00000E-06   -7.00000E-06   1.00000E-06
  7   0.00000E+00   4.06412E-04   2.70000E-05   -1.00000E-05   1.00000E-06
  11   0.00000E+00   9.86361E-04   -1.59628E-04   1.20000E-05   -2.67648E-07
  12   0.00000E+00   1.88737E-03   -2.56896E-04   1.70000E-05   -3.91121E-07
表7示出了数值示例2中的广角端状态(f＝4.70)、中间焦距状态(f＝10.02)、以及远摄端状态(f＝22.09)中的F数fno和半场角ω。
表7
  WIDE   MID   TELE
  f   4.70   10.02   22.09
  fno   2.43   3.42   5.81
  ω   39.58   21.18   9.97
在变焦透镜2中，在广角端状态与远摄端状态之间的变焦期间，改变第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔D4、第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面间隔D10、以及第三透镜G3与滤光镜FL之间的表面间隔D12。表8示出了数值示例2中的表面间隔中的广角端状态(f＝4.70)、中间焦距状态(f＝10.02)、以及远摄端状态(f＝22.09)中的表面间隔。
表8
  WIDE   MID   TELE
  D4   18.113   6.171   0.830
  D10   4.718   9.877   15.136
  D12   3.585   2.933   2.020
图6至8示出了数值示例2中的无穷远对焦状态中的像差视图。图6示出了广角端状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。图7示出了中间焦距状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。此外，图8示出了远摄端状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。
图6至图8在球面像差视图中分别示出了由实线指示的d线(波长：587.6nm)、由链线(chain line)指示的g线(波长：435.8nm)、以及由虚线指示的c线(波长656.3nm)中的值。而且，在场曲的每个视图中，实线指示弧矢像面中的值，并且虚线指示子午像面中的值。
根据图6至图8中所示的像差视图，很明显在数值示例2中满意地校正了像差，因此数值示例2具有良好的成像质量。
第三实施例的变焦透镜
图9示出了根据本公开的第三实施例的变焦透镜3的透镜构造。
在变焦透镜3中，可变放大比设置为4.90。
变焦透镜3构造为：从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组GR1、具有正屈光力的第二透镜组GR2、以及具有正屈光力的第三透镜组GR3。
在变焦透镜3中，在从广角端向远摄端的可变放大过程中，移动第一透镜组GR1，并将第二透镜组GR2向物侧移动，使得第一透镜组GR1与第二透镜组GR2之间的空气间隔减小，并且第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的空气间隔增大。
第一透镜组GR1构造为：从物侧向像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜G1、以及其两个表面分别由非球面形成且其凸表面指向像侧的正凹凸透镜G2。
第二透镜组GR2构造为：从物侧向像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且具有双凸形状的第一正透镜G3、以及通过将具有双凸形状的第二正透镜G4与具有双凹形状的负透镜G5彼此接合而获得的粘合透镜。
注意，在第二透镜组GR2的第一正透镜G3中，可以仅物侧表面由非球面形成。
第三透镜组GR3由正透镜G6组成，正透镜G6的两个表面分别由非球面形成，正透镜G6具有双凸形状，并且由树脂制造。第三透镜组GR3被制造为聚焦透镜组。
孔径光阑S固定在第二透镜组GR2的附近。孔径光阑S布置为比第二透镜组GR2的第一正透镜G3的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比第一正透镜G4的像侧的表面顶点更靠近物侧。
滤光镜FL布置在第三透镜组GR3和像面IP之间。
表9示出了将具体数值应用到第三实施例的变焦透镜3的数值示例3中的透镜数据。
表9
  面号   R   D   nd   vd
  1(ASP)   105.0000   0.400   1.85130   40.10
  2(ASP)   6.1681   1.640
  3   9.5831   1.590   2.00270   19.32
  4   17.5596   可变
  孔径光阑   ∞   -0.33
  6(ASP)   5.7704   1.600   1.61880   63.85
  7(ASP)   -31.0543   0.100
  8   9.2743   1.560   1.83480   42.72
  9   -6.3874   0.430   1.68890   31.16
  10   3.6824   可变
  11(ASP)   23.4625   1.650   1.52470   56.24
  12(ASP)   -14.7050   可变
  13   ∞   0.300   1.51680   64.20
14 ∞ 1.130
  IMG   ∞   0.000
在变焦透镜3中，第一透镜组GR1的负透镜G1的两个表面(第一表面和第二表面)、第二透镜组GR2的第一正透镜G3的两个表面(第六表面和第七表面)、以及第三透镜组GR3的正透镜G6的两个表面(第十一表面和第十二表面)都分别由非球面形成。表10示出了数值示例3中的非球面的4阶、6阶、8阶和10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及锥形常数K。
表10
  面号   K   A4   A6   A8   A10
  1   0.00000E+00   -5.01200E-04   2.80000E-05   -1.00000E-06   4.33624E-09
  2   0.00000E+00   -8.10528E-04   1.60000E-05   3.57476E-07   -2.50053E-08
  6   0.00000E+00   -6.77503E-04   2.10000E-05   -9.00000E-06   1.00000E-06
  7   0.00000E+00   4.75042E-04   5.40000E-05   -1.30000E-05   1.00000E-06
  11   0.00000E+00   9.16175E-04   -1.46687E-04   1.10000E-05   -2.54480E-07
  12   0.00000E+00   1.81417E-03   -2.36147E-04   1.60000E-05   -3.66559E-07
表11示出了数值示例3中的广角端状态(f＝4.70)、中间焦距状态(f＝10.03)、以及远摄端状态(f＝23.04)中的F数fno和半场角ω。
表11
  WIDE   MID   TELE
  f   4.70   10.03   23.04
  fno   2.43   3.43   6.03
  ω   39.59   21.18   9.57
在变焦透镜3中，在广角端状态与远摄端状态之间的变焦期间，改变第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的表面间隔D4、第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面间隔D10、以及第三透镜组GR3与滤光镜FL之间的表面间隔D12。表12示出了数值示例3中的表面间隔中的广角端状态(f＝4.70)、中间焦距状态(f＝10.03)、以及远摄端状态(f＝23.04)中的表面间隔。
表12
  WIDE   MID   TELE
  D4   18.123   6.233   0.730
  D10   4.718   9.877   15.136
  D12   3.585   2.933   2.020
图10至12示出了数值示例3中的无穷远对焦状态中的像差视图。图10示出了广角端状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。图11示出了中间焦距状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。此外，图12示出了远摄端状态中的球面像差视图、场曲视图和畸变视图。
图10至图12在球面像差视图中分别示出了由实线指示的d线(波长：587.6nm)、由链线指示的g线(波长：435.8nm)、以及由虚线指示的c线(波长656.3nm)中的值。而且，在场曲的每个视图中，实线指示弧矢像面中的值，虚线指示子午像面中的值。
根据图10至图12中所示的像差视图，很明显在数值示例3中满意地校正了像差，因此数值示例3具有良好的成像质量。
变焦透镜中的条件表达式的值
表13示出了根据本公开的第一至第三实施例的变焦透镜1至3中的条件表达式(1)至(12)的值。
表13
Figure BDA0000094719410000221
从表13可以看出，变焦透镜1至3的每个都满足条件表达式(1)至(12)。
第四实施例的成像设备的配置
根据本公开的第四实施例的成像设备包括变焦透镜、以及用于将由变焦透镜形成的光学图像转换为电信号的成像元件。变焦透镜构造为：从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组。
此外，在根据本发明的第四实施例的成像设备中，在变焦透镜中，在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动第一透镜组，并将第二透镜组向物侧移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的空气间隔减小，并且第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。
此外，在根据本发明的第四实施例的成像设备中，在变焦透镜中，第一透镜组如下构造：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜、和其两个表面分别由球面形成且其凸表面指向物侧的正凹凸透镜。而且，在第二透镜组的附近布置固定的孔径光阑。
除此之外，在第四实施例的成像设备中，变焦透镜满足条件表达式(1)至(8)：
(1)v12＜20；
(2)n12＞1.95；
(3)(L11～L12)/Lt＜0.07；
(4)Lt/ft＜1.65；
(5)0.9＜Lt/Lw＜1.1；
(6)β2t/β2w＞4.3；
(7)L2Gtw/{(Lt+Lw)/2}＞0.45；以及
(8)(L1G+L2G+L3G)/{α·(ft·fw)1/2}＜0.2
其中，v12是第一透镜组的正凹凸透镜的阿贝数，n12是第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率，L11～L12是从第一透镜组的负透镜的像侧的表面顶点到第一透镜组的正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔，Lt是远摄端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，ft是远摄端中整个透镜系统的焦距，Lw是广角端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，β2t是远摄端中第二透镜组的横向放大率，β2w是广角端中第二透镜组的横向放大率，L2Gtw是从广角端到远摄端的可变放大过程中第二透镜组的移动量，L1G是从第一透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L2G是从第二透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L3G是从第三透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，α是可变放大比，并且fw是广角端中整个透镜系统的焦距。
条件表达式(1)是用于规范第一透镜组的正凹凸透镜的阿贝数的表达式。
当超出条件表达式(1)的上限20时，远摄端中的轴向色差变得劣化。因此，为了校正远摄端中的轴向色差的目的，需要弱化第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜的屈光力，以提高第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜之间的空气间隔。然而，当弱化第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜的屈光力来提高第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜之间的空气间隔时，第一透镜组的厚度增大，这阻碍了变焦透镜的小型化。
因此，变焦透镜满足条件表达式(1)，由此可以防止远摄端中的轴向色差变得劣化，从而小型化变焦透镜。
条件表达式(2)是用于规范第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率的表达式。
当第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率n12落在第一透镜组的正凹凸透镜的d线折射率的下限1.95之下时，变得难以在缩短第一透镜组的负透镜和正凹凸透镜之间的空气间隔的同时校正远摄端中的球面像差。
因此，变焦透镜满足条件表达式(2)，由此可以在降低第一透镜组的厚度的同时满意地校正远摄端中的球面像差。条件表达式(3)是用于规范在远摄端中从第一透镜组的负透镜的像侧的表面顶点至第一透镜组的正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔、与从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离之间的比率的表达式。
虽然在某些情况中变焦透镜用作可折叠安装型光学系统，但是，在这样的情况中，当期望实现提高的可变放大率时，远摄端中的光学总长度易于比广角端中的光学总长度更长。因此，变焦透镜在存储过程中的厚度与第一至第三透镜组的厚度(尤其是第一透镜组的厚度)一起对远摄端中的光学总长度施加了大的影响。因此，为了缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度的目的，需要在远摄端中的光学总长度与第一透镜组的厚度之间实现满意的平衡。
于是，变焦透镜满足条件表达式(3)，这使得可以缩短远摄端中第二透镜组和第一透镜组的负透镜之间的距离，从而可以在提高的可变放大率与远摄端中光学总长度的缩短之间实现平衡。此外，第一透镜组的厚度降低，因此可以在缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度与提高可变放大率之间实现平衡。
条件表达式(4)是用于规范远摄端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离与远摄端中整个透镜系统的焦距的比率的表达式。
虽然当期望实现提高的可变放大率时，光学总长度容易变长，然而，当光学总长度变长时，可能不能够实现小型化。
于是，变焦透镜满足条件表达式(4)，从而使得可以在提高的可变放大率与小型化之间实现平衡。
条件表达式(5)是用于规范远摄端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离、与广角端中从第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点至图像捕获表面的距离的比率的表达式。
在第四实施例的成像设备中，在变焦透镜中，固定的孔径光阑布置在第二透镜组的附近。因此，当远摄端中的光学总长度相对于广角端中的光学总长度变得太长时，远摄端中的F数变得太暗。另一方面，当远摄端中的光学总长度相对于广角端中的光学总长度变得太短时，广角端中的F数变得太亮。
于是，变焦透镜满足条件表达式(5)，这使得远摄端中的F数不变得极暗，并且广角端中的F数也不变得极亮。结果，可以实现小型化和高性能两者。
条件表达式(6)是用于规范远摄端中第二透镜组的横向放大率与广角端中第二透镜组的横向放大率的比率的表达式。
在第四实施例的成像设备中，在变焦透镜中，第二透镜组的移动量设置为大于第一和第三透镜组的任一个的移动量。因此，第二透镜组的移动量对可变放大率施加了大的影响。
于是，变焦透镜满足条件表达式(6)，这使得可以针对光学总长度合适地设置第二透镜组在可变放大过程中的移动量，并且可以实现小型化和提高的可变放大率两者。
条件表达式(7)是用于规范第二透镜组的移动量与第一透镜组的负透镜的厚度之间的关系的表达式。
在本公开的实施例的变焦透镜中，第二透镜组的移动量设置为大于第一和第三透镜组中的任一个的移动量。因此，第二透镜组的移动量对可变放大率施加了大的影响。
于是，变焦透镜满足条件表达式(7)，这使得可以针对光学总长度合适地设置第二透镜组在可变放大过程中的移动量，并且可以实现小型化和提高的可变放大率两者。
条件表达式(8)是用于规范第一至第三透镜组的厚度与广角端中整个透镜系统的焦距的比率的表达式。
当超出了条件表达式(8)的上限时，变焦透镜在存储过程中的厚度变得太大，并且也难以确保高的可变放大比。
于是，变焦透镜满足条件表达式(8)，这使得可以实现提高的可变放大率和小型化两者。具体地，变得可以进行满意的像差校正，并且变得可以缩短变焦透镜在存储过程中的光学总长度。
第四实施例的成像设备
图13示出了作为根据本公开的第四实施例的成像设备的数字照相机的框图。
成像设备(数字照相机)100包括相机块10、相机信号处理部分20和图像处理部分30。在此情况中，相机块10具有图像捕获的功能。相机信号处理部分20执行信号处理，诸如对对应于由相机块10捕获的图像的图像信号的模数转换。而且，图像处理部分30执行用于记录/再现图像信号的处理。此外，成像设备100包括液晶显示(LCD)装置40、读取器/写入器(R/W)50、中央处理单元(CPU)60、输入部分70、以及透镜驱动控制部分80。在此情况中，LCD装置40在其上显示由相机块10捕获的图像等。R/W 50向存储卡1000写入图像信号并从其读出图像信号。CPU 60控制成像设备100的整个操作。输入部分70由各种类型的开关等组成，用户利用所述开关等执行期望的操纵。而且，透镜驱动控制部分80控制用于布置在相机块10中的透镜的驱动。
相机块10由包括变焦透镜11(诸如对其应用本公开的变焦透镜1、2或3)、诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化半导体(CMOS)的成像元件12等的光学系统组成。
相机信号处理部分20执行各种类型的信号处理，诸如，用于将从成像元件12向其提供的输出信号转换为数字信号的处理、用于从自成像元件12向其提供的输出信号移除噪声的处理、用于校正来自成像元件12的输出信号的图像质量的处理、以及用于将来自成像元件12的输出信号转换为亮度/色差信号的处理。
图像处理部分30根据预定的图像数据格式执行用于对图像信号进行压缩编码/扩展解码的处理，用于转换数据规格(诸如分辨率)的处理，等等。
LCD装置40具有在其上显示有关用户对输入部分70作出的操纵状态的各种数据、所捕获的图像等的功能。
R/W 50将由图像处理部分30编码的图像数据写入到存储卡1000，并从存储卡1000中读出记录在存储卡1000中的图像数据。
CPU 60用作控制在成像设备100中提供的单独电路块的控制处理部分。而且，CPU 60根据从输入部分70向其输出的指令输入信号等控制各个电路块。
输入部分70例如由快门释放按钮、选择开关等组成，用户利用该快门释放按钮执行快门操纵，用户利用该选择开关选择操作模式。而且，输入部分70将对应于用户作出的操作的指令输入信号输出到CPU 60。
透镜驱动控制部分80控制马达等(未示出)，用于根据从CPU 60向其发出的控制信号驱动变焦透镜11的透镜。
存储卡1000例如是半导体存储器，其可分离地插入到与R/W 50连接的插口中。
下面将详细描述成像设备100的操作。
在图像捕获的待机状态中，在CPU 60进行的控制下，相机块10捕获的图像的信号通过相机信号处理部分20输出到LCD装置40，以便在LCD装置40上显示为相机直通(camera-through)图像。此外，当已将用于变焦的指令输入信号从输入部分70输入到CPU 60时，CPU 60将控制信号输出到透镜驱动控制部分80，从而根据透镜驱动控制部分80进行的控制而移动变焦透镜11的(各)预定透镜。
当已经根据从输入部分70输出的指令输入信号操作了相机块10的快门按钮(未示出)时，相机块10捕获的图像的信号从相机信号处理部分20输出到图像处理部分30，接着接受压缩编码处理，以转换为符合预定数据格式的数字数据。通过模数转换而获得的数据输出到R/W 50，接着写入到存储卡1000。
注意，例如，在半按输入部分70的快门释放按钮的情况中，在完全按下输入部分70的快门释放按钮以用于记录(图像捕获)的情况中，或者在任何其它合适的情况中，透镜驱动控制部分80根据从CPU 60向其提供的控制信号而移动变焦透镜11的(各)预定透镜，从而执行对焦。
当期望再现存储卡1000中记录的图像数据时，由R/W 50根据用户对输入部分70进行的操纵而从存储卡1000中读出预定图像数据，并使所述图像数据接受图像处理部分30进行的扩展解码处理。此后，将再生图像信号输出到LCD装置40，从而将再生图像显示在LCD装置40上。
应当注意，在本公开的第四实施例中，到目前为止已经关于将成像设备应用到数字照相机的情况而给出了描述，成像设备的应用范围绝不限制到数字照相机。即，成像设备可以一般地用作数字I/O设备的相机部分等，所述数字I/O设备诸如数字摄像机、其中集成了相机的移动电话、或者其中集成了相机的个人数字助理(PDA)。
上述实施例中所示的各部分的形状和数值仅是体现本公开的具体化示例。因此，本公开的技术范围并非意图按照限定含义以这样的形状和数值进行限定。
本公开包含与2010年9月30日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-221338中公开的主题相关的主题，通过引用将其全文合并到这里。
本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合以及更改，只要它们在权利要求或其等同物的范围内。

Claims (6)

1.一种变焦透镜，其中，从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组；
在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动所述第一透镜组，并将所述第二透镜组向物侧移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的空气间隔增大；
如下构造所述第一透镜组：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜、以及其两个表面分别由球面形成且其凸表面指向物侧的正凹凸透镜；
在所述第二透镜组的附近布置固定的孔径光阑；并且
满足条件表达式(1)至(8)：
(1)v12＜20；
(2)n12＞1.95；
(3)(L11～L12)/Lt＜0.07；
(4)Lt/ft＜1.65；
(5)0.9＜Lt/Lw＜1.1；
(6)β2t/β2w＞4.3；
(7)L2Gtw/{(Lt+Lw)/2}＞0.45；以及
(8)(L1G+L2G+L3G)/{α·(ft·fw)1/2}＜0.2
其中，v12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的阿贝数，n12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的d线折射率，L11～L12是从所述第一透镜组的所述负透镜的像侧的表面顶点到所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔，Lt是远摄端中从所述第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，ft是远摄端中整个透镜系统的焦距，Lw是所述广角端中从所述第一透镜组的所述负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，β2t是远摄端中所述第二透镜组的横向放大率，β2w是广角端中所述第二透镜组的横向放大率，L2Gtw是从广角端到远摄端的可变放大过程中所述第二透镜组的移动量，L1G是从所述第一透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L2G是从所述第二透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L3G是从所述第三透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，α是可变放大比，并且fw是所述广角端中整个透镜系统的焦距。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，在所述第二透镜组中，从物侧到像侧依次至少布置其物侧表面由非球面形成的第一正透镜、以及通过将第二正透镜和负透镜彼此接合而获得的粘合透镜，并且满足条件表达式(9)和(10)：
(9)v21＞60；以及
(10)(L21～L23)/ft＜0.18
其中v21是所述第二透镜组的所述第一正透镜的阿贝数，并且L21～L23是从所述第二透镜组的所述第一正透镜的物侧的表面顶点至所述粘合透镜的像侧的表面顶点的距离。
3.如权利要求2所述的变焦透镜，其中，所述第一正透镜是其凸表面指向物侧的透镜，而且，所述孔径光阑布置为比所述第一正透镜的物侧的表面顶点更靠近像侧，并且比所述第一正透镜的像侧的表面顶点更靠近物侧。
4.如权利要求1所述的变焦透镜，所述第三透镜组被制造为聚焦透镜组，所述聚焦透镜组包括由树脂制造的一片正透镜，并且所述第三透镜组满足条件表达式(11)：
(11)0.045＜p3＜0.06
其中p3是所述第三透镜组的屈光力。
5.如权利要求1所述的变焦透镜，其中满足条件表达式(12)：
(12)0.2＜(L1G+L2G+L3G)/{(Lt+Lw)/2}＜0.3。
6.一种成像设备，包括：
变焦透镜；以及
成像元件，将由所述变焦透镜形成的光学图像变换为电信号，
其中，在所述变焦透镜中，从物侧到像侧依次布置具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组、以及具有正屈光力的第三透镜组；
在从广角端到远摄端的可变放大过程中，移动所述第一透镜组，并将所述第二透镜组向物侧移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的空气间隔增大；
如下构造所述第一透镜组：从物侧到像侧依次布置其两个表面分别由非球面形成且其凹表面指向像侧的负透镜、以及其两个表面分别由球面形成且其凸表面指向物侧的正凹凸透镜；
在所述第二透镜组的附近布置固定的孔径光阑；并且
满足条件表达式(1)至(8)：
(1)v12＜20；
(2)n12＞1.95；
(3)(L11～L12)/Lt＜0.07；
(4)Lt/ft＜1.65；
(5)0.9＜Lt/Lw＜1.1；
(6)β2t/β2w＞4.3；
(7)L2Gtw/{(Lt+Lw)/2}＞0.45；以及
(8)(L1G+L2G+L3G)/{α·(ft·fw)1/2}＜0.2
其中，v12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的阿贝数，n12是所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的d线折射率，L11～L12是从所述第一透镜组的所述负透镜的像侧的表面顶点到所述第一透镜组的所述正凹凸透镜的物侧的表面顶点的空气间隔，Lt是远摄端中从所述第一透镜组的负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，ft是远摄端中整个透镜系统的焦距，Lw是所述广角端中从所述第一透镜组的所述负透镜的物侧的表面顶点到图像捕获表面的距离，β2t是远摄端中所述第二透镜组的横向放大率，β2w是广角端中所述第二透镜组的横向放大率，L2Gtw是从广角端到远摄端的可变放大过程中所述第二透镜组的移动量，L1G是从所述第一透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L2G是从所述第二透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，L3G是从所述第三透镜组的物侧的表面顶点到像侧的表面顶点的距离，α是可变放大比，并且fw是广角端中整个透镜系统的焦距。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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