CN1975503A - 变焦透镜系统、成像装置以及拍摄设备 - Google Patents

Abstract

一种变焦透镜系统，包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元，其中，从广角极限变焦至摄远极限时，透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，且第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，所述第一透镜单元包括一个物方侧负透镜元件和一个具有朝向物方侧凸面的像方侧正透镜元件，组成所述第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都具有非球面，且满足条件：n12＞1.88和ν12＜26(n12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率，ν12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的阿贝数)。

Description

变焦透镜系统、成像装置以及拍摄设备

                       相关申请的交叉引用

本申请以2005年11月30日提交的日本专利申请No.2005-347204为基础，该日本专利申请的内容通过引用结合到本文中。

                               技术领域

本发明涉及变焦透镜系统、成像装置、以及拍摄设备。尤其，本发明涉及：一种具有高分辨率、高场曲补偿能力、以及在不使用时短光学总长(overall optical length)的变焦透镜系统；一种使用该变焦透镜系统的成像装置；以及一种使用该成像装置的拍摄设备。

                               背景技术

在现有技术中，研制了很多光学仪器，其通过透镜在图像传感器上形成拍摄物体的图像，从而以图像的形式获得该物体的像。近来，数码照相机和数码摄像机等产品正在普及。随着用户数量的增加，对此类产品的需求也在增长。在各种此类产品中，具有大约三倍变焦比的光学仪器相对小巧，但仍然具有光学变焦功能。因此，该种产品作为袖珍型或时尚型数码相机正极为广泛地普及。

在袖珍型数码相机中，出于便携性的目的，需要进一步减小仪器尺寸。为实现数码相机尺寸的进一步减小，需要采取这样的透镜布置，即，在不使用时，光学总长(从整个透镜系统中最靠近物方侧的透镜表面的顶点到像面的测量距离)应当减少，而在使用时，相对于主体以多阶段透镜筒的方式伸出的透镜元件能被容纳入主体。

与此同时，作为适用于袖珍型数码照相机的变焦透镜系统，很多三单元结构的变焦透镜系统被提出，例如，从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度(optical power)的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元。

在该三单元结构的变焦透镜系统中，当从广角极限(变化放大倍率)变焦至摄远极限时，第一透镜单元和第二透镜单元之间的空气间隔单调减少，第二透镜单元和第三透镜单元之间的空气间隔变化，第三透镜单元被固定或移动。

三单元结构的变焦透镜系统的焦距调整是通过在光轴方向上移动第一透镜单元或第三透镜单元来执行的。尤其，从整个光学仪器的尺寸减小的角度来看，很多情况下，通过更轻便的第三透镜单元来执行焦距调整，以实现从无限远到近距离范围内对拍摄物体的调焦。相反，当通过第一透镜单元来执行焦距调整时，由于第一透镜单元比第三透镜单元大，因而要求大尺寸电动机。这会使整个光学仪器的尺寸增加。

具有正光焦度的第三透镜单元有补偿场曲的效果和使像面上的入射光进入远心状态的效果。此外，很多情况下，第三透镜单元由一个或两个具有较小外径的透镜元件构成，因而能用小尺寸电动机以高速驱动。因此，当第三透镜单元被用作焦距调整的透镜单元时，光学仪器能实现尺寸减小，并允许快速调焦。

第一透镜单元和第二透镜单元在平行于光轴的方向上沿凸轮轴内的凸轮沟槽移动。在凸轮沟槽中，变焦用的沟槽和不使用时用的沟槽相互连接。不使用时用的沟槽减少透镜单元之间的间距并将所有三个透镜单元移动至图像传感器侧。该构造减少了不使用时的光学总长。在此情形下，如果每个透镜单元的厚度能被减小，不使用时的光学总长将进一步减小。

在现有技术中，该设计已经被采用。例如变焦透镜系统应当具有上述构造，其中与焦距调整相关的部分以及不使用时的整个透镜系统的尺寸都被减小，使得数码照相机的光学总长减少。

例如，日本专利公开公报特开平2005-134746公开了一种三单元变焦透镜，从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元，其由多个正光焦度透镜和具有非球面的负光焦度透镜组成；具有正光焦度的第二透镜单元；以及具有正光焦度的第三透镜单元。在该三单元变焦透镜中，第一透镜单元中最靠近物方侧的负光焦度透镜被设置成具有高折射率，使得在广角极限的场曲被补偿的状态下圆周部分的透镜厚度被减少。这减少了整个第一透镜单元的厚度，因此减少了光学系统的尺寸。

此外，例如，日本专利公开公报特开平2005-084597公开了一种三单元变焦透镜，从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元、具有正光焦度并设置有光圈的第二透镜单元，以及具有正光焦度的第三透镜单元，在变化放大倍率时，第一透镜单元在相对靠近第二透镜单元的方向上移动，而第二透镜单元单调地移动至物方侧，第三透镜单元移动至物方侧后再反向移动至像方侧，其中当物距是无穷远时，第三透镜单元在广角极限的位置相对于摄远极限的位置位于物方侧。在该三单元变焦透镜中，以能够同时实现场曲补偿和减小光学系统尺寸的方式设定了第一透镜单元的焦距条件。

但是，在日本专利公开公报特开平2005-134746公开的三单元变焦透镜的构型中，第一透镜单元中像方侧的正光焦度透镜具有低折射率且仍是球面透镜。这引起了场曲补偿不足的问题。

此外，在日本专利公开公报特开平2005-084597公开的三单元变焦透镜的构型中，出于减小尺寸的目的，第一透镜单元的焦距设定得很短。但是，在此情形下，虽然透镜的直径能被构造为相对短小，而当第一透镜单元由两个透镜组成时，物方侧透镜的光焦度过大。此外，为了补偿色差，像方侧透镜的厚度也增加。这引起了不使用时的光学总长增加的问题。

                               发明内容

本发明的一个目的是提供：一种具有高分辨率、高场曲补偿能力、和在不使用时短光学总长的变焦透镜系统；一种使用该变焦透镜系统的成像装置；以及一种使用该成像装置的拍摄设备。

为了解决现有技术的上述问题，本发明实现的新颖构思披露如下：

一种以可变放大倍率形成物体的光学图像的变焦透镜系统，从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有E光焦度的第二透镜单元；以及具有正光焦度的第三透镜单元，其中

在从广角极限变焦至摄远极限时，透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，且第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，

第一透镜单元包括：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧凸面的像方侧正透镜元件，

组成第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都有非球面，且

满足下列条件(1)和(2)：

           n12＞1.88    …(1)

           ν12＜26     …(2)

其中，

n12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的阿贝数。

为了解决现有技术的上述问题，本发明实现的新颖构思披露如下：

一种能将拍摄物体的光学图像转换为电图像信号并输出该信号的成像装置，包括：

以可变的放大倍率形成拍摄物体的光学图像的变焦透镜系统；以及

将由变焦透镜系统所形成的拍摄物体的光学图像转换为电图像信号的图像传感器，其中

变焦透镜系统，从作为拍摄物体侧的物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元，

在从广角极限变焦至摄远极限时，透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，且第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，

第一透镜单元包括：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧凸面的像方侧正透镜元件，

组成第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都具有非球面，且

满足下列条件(1)和(2)：

           n12＞1.88    …(1)

           ν12＜26     …(2)

其中，

n12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的阿贝数。

为了解决现有技术的上述问题，本发明实现的新颖构思披露如下：

一种能拍摄拍摄物体并以电图像信号输出其图像的拍摄设备，该拍摄设备包括成像装置，该成像装置包含有：以可变放大倍率形成拍摄物体的光学图像的变焦透镜系统；和将由变焦透镜系统所形成的拍摄物体的光学图像转换为电图像信号的图像传感器，其中

所述变焦透镜系统，从作为拍摄物体侧的物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元，

在从广角极限变焦至摄远极限时，透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，且第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，

第一透镜单元包括：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧凸面的像方侧正透镜元件，

组成第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都具有非球面，且

满足下列条件(1)和(2)：

           n12＞1.88    …(1)

           ν12＜26      …(2)

其中，

n12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的阿贝数。

本发明提供：一种具有高分辨率、令人满意的场曲补偿能力、减小了的第一透镜单元厚度和在不使用时短光学总长的变焦透镜系统；和一种使用该变焦透镜系统的成像装置。本发明进一步提供一种使用该成像装置的小型且高性能的拍摄设备。

                                 附图说明

通过下面参考附图并结合较佳实施方式的说明，本发明上述和其他目的和特征将会清楚。

实施方式图1A至图1C是实施方式1(实例1)所对应的变焦透镜系统的配置图；

图2A至图2I是实例1所对应的变焦透镜系统的纵向像差图；

图3A至图3C是实施方式2(实例2)所对应的变焦透镜系统的配置图；

图4A至图4I是实例2所对应的变焦透镜系统的纵向像差图；

图5A至图5C是实施方式3(实例3)所对应的变焦透镜系统的配置图；

图6A至图6I是实例3所对应的变焦透镜系统的纵向像差图；

图7A至图7C是实施方式4(实例4)所对应的变焦透镜系统的配置图；

图8A至图8I是实例4所对应的变焦透镜系统的纵向像差图；以及

图9是实施方式5所对应的数码照相机的示意性结构图。

                           具体实施方式

(实施方式1至4)

图1A至图1C是实施方式1所对应的变焦透镜系统的配置图。图3A至图3C是实施方式2所对应的变焦透镜系统的配置图。图5A至图5C是实施方式3所对应的变焦透镜系统的配置图。图7A至图7C是实施方式4所对应的变焦透镜系统的配置图。图1A至图1C、图3A至图3C、图5A至图5C和图7A至图7C中的每个显示无穷远对焦情况下的变焦透镜系统。图1A、图3A、图5A和图7A显示在广角极限(最短焦距情况：焦距f_W)的透镜结构。图1B、图3B、图5B和图7B显示在中间位置(中间焦距情况：焦距T_M＝(f_W*f_T))的透镜结构。图1C、图3C、图5C和图7C显示在摄远极限(最长焦距情况：焦距f_T)的透镜结构。

实施方式1至实施方式4所对应的每个变焦透镜系统，从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元G1；光圈A；具有正光焦度的第二透镜单元G2；和具有正光焦度的第三透镜单元G3。在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，当从广角极限变焦至摄远极限时，第一透镜单元G1以凸向像方侧的轨迹移动，第二透镜单元G2和光圈A单调地移向物方侧，且第三透镜单元G3移动改变其与第二透镜单元G2的间距。即，在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，当从广角极限变焦至摄远极限时，透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元G1和第二透镜单元G2之间的间距减小，第二透镜单元32和第三透镜单元G3之间的间距改变的方式移动。此外，在图1A至图1C、图3A至图3C、图5A至图5C和图7A至图7C中，最右侧所画直线表示像面S的位置。在像面S的物方侧为平面平行板P，例如光学低通滤波器、图像传感器的面板等。

如图1A至图1C所示，在实施方式1所对应的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1从物方侧到像方侧依次包括两个透镜元件，该两个透镜元件由具有朝向物方侧的凸面的负弯月形物方侧负透镜元件L1和具有朝向物方侧的凸面的正弯月形像方侧正透镜元件L2组成。物方侧负透镜元件L1和像方侧正透镜元件L2中的每个都具有像方侧非球面。

此外，在实施方式1所对应的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2从物方侧到像方侧依次包括：具有朝向物方侧的凸面的正弯月形第三透镜元件L3；具有朝向物方侧的凸面的负弯月形第四透镜元件L4；具有朝向物方侧的凸面的负弯月形第五透镜元件L5；和双凸的第六透镜元件L6。其中，第三透镜元件L3和第四透镜元件L4相互接合，从而构成正接合透镜元件，第五透镜元件L5和第六透镜元件L6相互接合，从而构成正接合透镜元件。此外，第三透镜元件L3作为第二透镜单元G2中最靠近物方侧的透镜元件，具有物方侧非球面。

此外，在实施方式1所对应的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3仅包括具有朝向像方侧的凸面的正弯月形第七透镜元件L7。第七透镜元件L7具有像方侧非球面。

在实施方式1所对应的变焦透镜系统中，如稍后描述的表13所示，构成第一透镜单元G1的像方侧正透镜元件L2具有很高的折射率。因此，在物方侧负透镜元件L1中，很容易保证大光束高度(large light beam height)处的厚度，使得透镜厚度能减小。因此，在实施方式1所对应的变焦透镜系统中，不使用时的光学总长被减小。

如图3A至图3C所示，在实施方式2所对应的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1从物方侧到像方侧依次包括两个透镜元件，该两个透镜元件由具有朝向物方侧的凸面的负弯月形物方侧负透镜元件L1和具有朝向物方侧的凸面的正弯月形像方侧正透镜元件L2组成。物方侧负透镜元件L1和像方侧正透镜元件L2中的每个都具有像方侧非球面。

在实施方式2所对应的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2从物方侧到像方侧依次包括：具有朝向物方侧的凸面的正弯月形第三透镜元件L3；具有朝向物方侧的凸面的正弯月形第四透镜元件L4；具有朝向物方侧的凸面的负弯月形第五透镜元件L5；和双凸的第六透镜元件L6。其中，第四透镜元件L4和第五透镜元件L5相互接合，从而构成接合透镜元件。此外，第三透镜元件L3作为第二透镜单元G2中最靠近物方侧的透镜元件，具有物方侧非球面。

在实施方式2所对应的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3仅包括双凸的第七透镜元件L7。第七透镜元件L7具有像方侧非球面。

在实施方式2所对应的变焦透镜系统中，如稍后描述的表13所示，构成第一透镜单元G1的像方侧正透镜元件L2具有较高的折射率。因此，即使透镜中心厚度减小也能相对容易地保证边缘厚度差，使得透镜厚度能减小。从而，在实施方式2所对应的变焦透镜系统中，不使用时的光学总长被减小。

如图5A至图5C所示，在实施方式3所对应的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1从物方侧到像方侧依次包括两个透镜元件，该两个透镜元件由双凹的物方侧透镜元件L1和具有朝向物方侧的凸面的正弯月形像方侧正透镜元件L2组成。物方侧负透镜元件L1和像方侧正透镜元件L2中的每个都具有像方侧非球面。

此外，在实施方式3所对应的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2从物方侧到像方侧依次包括：具有朝向物方侧的凸面的正弯月形第三透镜元件L3；具有朝向物方侧的凸面的负弯月形第四透镜元件L4；具有朝向物方侧的凸面的负弯月形第五透镜元件L5；和双凸的第六透镜元件L6。其中，第三透镜元件L3和第四透镜元件L4相互接合，从而构成正接合透镜元件，第五透镜元件L5和第六透镜元件L6相互接合，从而构成正接合透镜元件。此外，第三透镜元件L3作为第二透镜单元G2中最靠近物方侧的透镜元件，具有物方侧非球面。

此外，在实施方式3所对应的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3仅包括具有朝向像方侧的凸面的正弯月形第七透镜元件L7。第七透镜元件L7具有像方侧非球面。

在实施方式3所对应的变焦透镜系统中，如稍后描述的表13所示，构成第一透镜单元G1的物方侧负透镜元件L1具有低折射率，且大光束高度处的厚度小。但是，第一透镜单元G1中的像方侧正透镜元件L2有较高的折射率和像方侧非球面。因此，即使物方侧负透镜元件L1在大光束高度的厚度较小致使广角极限侧的畸变或场曲的补偿不足，在实施方式3所对应的整个变焦透镜系统中，像方侧正透镜元件L2的补偿效果允许像方侧正透镜元件L2去充分补偿广角极限侧的畸变和场曲。

如图7A至图7C所示，在实施方式4所对应的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1从物方侧到像方侧依次包括两个透镜元件，该两个透镜元件由具有朝向物方侧的凸面的负弯月形物方侧负透镜元件L1和具有朝向物方侧的凸面的正弯月形像方侧正透镜元件L2组成。物方侧负透镜元件L1和像方侧正透镜元件L2中的每个都具有像方侧非球面。

在实施方式4所对应的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2从物方侧到像方侧依次包括：双凸的第三透镜元件L3；双凹的第四透镜元件L4；具有朝向物方侧的凸面的负弯月形第五透镜元件L5；和双凸的第六透镜元件L6。其中，第三透镜元件L3和第四透镜元件L4相互接合，从而构成正接合透镜元件，第五透镜元件L5和第六透镜元件L6相互接合，从而构成正接合透镜元件。此外，第三透镜元件L3作为第二透镜单元G2中最靠近物方侧的透镜元件，具有物方侧非球面。

在实施方式4所对应的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3仅包括双凸的第七透镜元件L7。第七透镜元件L7具有像方侧非球面。

在实施方式4所对应的变焦透镜系统中，构成第一透镜单元G1的两个透镜元件L1和L2在来自物体的光束穿过的附近相互接触。因此，整个第一透镜单元G1的厚度能被减小。此外，即使第一透镜单元G1中的物方侧负透镜元件L1和像方侧正透镜元件L2相互靠近致使补偿畸变的能力降低，实施方式4所对应的整个变焦透镜系统也能令人满意地补偿广角极限的畸变，因为像方侧正透镜元件L2是具有稍后描述的表13所示的较高折射率的透镜元件，且具有像方侧非球面。

在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，透镜单元G1至G3被布置在所需的光焦度配置中，使得在满足出色光学性能的情形下实现整个透镜系统尺寸的减小。

尤其，在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1如下地构成：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧的凸面的像方侧正透镜元件。此外，第二透镜单元G2如下地构成：各自通过接合两个透镜元件而构成的两组正接合透镜元件，或者具有如下构成，一组接合透镜元件位于各自被布置在物方侧或像方侧的正透镜元件之间。此外，第三透镜单元G3由一个透镜元件构成。因此，实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统实现了这样一种透镜系统，即，该透镜系统中每个透镜单元由较少的透镜元件构成，且在不使用时光学总长短。

如上所述，在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2由两组正接合透镜元件构成，或者具有如下构成，一组接合透镜元件位于各自被布置在物方侧或像方侧的正透镜之间。作为代替，第二透镜单元G2可能从物方侧到像方侧依次包括一组正接合透镜元件和一个正透镜元件，从而使得透镜系统在不使用时具有短光学总长。

在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，每个构成第一透镜单元G1的物方侧负透镜元件和像方侧正透镜元件中的每个都有非球面，像方侧正透镜元件有特定的折射率和特定的阿贝数。因此，实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统具有出色的光学性能，例如，出色的场曲补偿性能。

以下说明如实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统的变焦透镜系统所满足的条件，从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元、具有正光焦度的第二透镜单元、和具有正光焦度的第三透镜单元，其中第一透镜单元由一个物方侧负透镜元件和一个具有朝向物方侧的凸面的像方侧正透镜元件构成，且构成第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都具有非球面。这里，下面设定各实施方式所对应的变焦透镜系统所满足的各个条件。满足所有条件的配置对变焦透镜系统而言是最理想的。但满足单个条件时，就能获得具有相应效果的变焦透镜系统。

例如，在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，满足下列条件(1)和(2)：

           n12＞1.88    …(1)

           ν12＜26     …(2)

其中，

n12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的阿贝数。

条件(1)和(2)设定了构成第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率和阿贝数。当满足条件(1)和(2)时，像方侧正透镜元件的中心厚度减小，广角极限的场曲被抑制而无需像方侧表面有大曲率，以便容易地确保边缘厚度差。因此，能减小第一透镜单元的厚度。这减小了整个变焦透镜系统的厚度和不使用时的光学总长。

此处，当满足下列条件(1)’和(2)’中的至少其一时，将更成功地实现上述效果。满足下列条件(1)’时，第一透镜单元中的像方侧正透镜元件有大的Z值(物方侧表面的曲率和像方侧表面的曲率之差)，使透镜的定中心更容易。此外，满足下列条件(2)’时，第一透镜单元中产生的色差能更令人满意地被补偿。

            n12＞1.95         …(1)’

            ν12＜24          …(2)’

此外，例如，在如实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统的变焦透镜系统中，满足下列条件(3)、(4)、(5)和(6)则更好：

            n11＞1.50         …(3)

            ν11＞35          …(4)

            n12-n11＞0.10     …(5)

            ν11-ν12＞15.0   …(6)

其中，

n11是第一透镜单元中物方侧负透镜元件的折射率，

ν11是第一透镜单元中物方侧负透镜元件的阿贝数，

n12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元中像方侧正透镜元件的阿贝数。

条件(3)和(4)设定了构成第一透镜单元的物方侧负透镜元件的折射率和阿贝数。条件(5)和(6)与变焦透镜系统中令人满意的色差补偿性能相关，其中的第一透镜单元是负引导的(ofnegative-lead)并具有负光焦度，且包括物方侧负透镜元件和像方侧正透镜元件。当满足条件(3)、(4)、(5)和(6)时，能避免透镜元件的光轴厚度随光束高度增加而增加，以及避免当为改善可制造性而增加中心厚度时整个第一透镜单元的厚度进一步增加的可能。与此同时，色差也能令人满意地被抑制。

此外，当满足下列条件(3)’、(4)’、(5)’和(6)’中的至少其一时，将更成功的实现上述效果。进一步，当满足下列条件(4)”和(6)”时，第一透镜单元中产生的色差能更令人满意地被抑制。

            n11＞1.75          …(3)’

            ν11＞38           …(4)’

            65＞ν11           …(4)”

            n12-n11＞0.12      …(5)’

            ν11-ν12＞17.5    …(6)’

            45.0＞ν11-ν12    …(6)”

此外，例如，在如实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统的变焦透镜系统中，满足下列条件(7)则更好：

            T1/Y＜1.5          …(7)

其中，

T1是第一透镜单元的中心厚度，

Y是最大像高。

条件(7)设定了变焦透镜系统中的第一透镜单元的中心厚度，其中的第一透镜单元是负引导的并具有负光焦度，因而能容易地变大。当满足条件(7)时，能避免第一透镜单元的厚度过度增加，以及避免不使用时光学总长也过度增加。

此外，当满足下列条件(7)’时，光焦度分担至第一透镜单元中的空气透镜(air lens)。因此，广角极限的场曲补偿变得更容易。

            0.8＜T1/Y            …(7)’

此外，例如，在如实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统的变焦透镜系统中，满足下列条件(8)则更好：

            (T1+T2+T3)/Y＜3.5    …(8)

其中，

T1是第一透镜单元的中心厚度，

T2是第二透镜单元的中心厚度，

T3是第三透镜单元的中心厚度，

Y是最大像高。

条件(8)设定了透镜单元的总中心厚度。当满足条件(8)时，能避免透镜单元的总厚度过度增加，以及避免不使用时光学总长也过度增加。

当满足下列条件(8)’时，将能更成功的实现上述效果。进一步，当满足下列条件(8)”时，各透镜单元的厚度，尤其第一透镜单元的厚度和第二透镜单元的厚度能得到保证。这允许更令人满意的场曲补偿。

            (T1+T2+T3)/Y＜3.2    …(8)’

            2.5＜(T1+T2+T3)/Y    …(8)”

此处，构成实施方式1至实施方式4的变焦透镜系统的透镜单元完全由折射型透镜元件组成，该透镜元件通过折射偏转入射光(即在各自具有不同折射率的两者介质之间的界面实现偏转这种类型的透镜元件)。但本发明并不局限于这种配置的变焦透镜系统。例如，透镜单元可采用通过衍射使入射光偏转的衍射型透镜元件；通过衍射和折射的组合来使入射光偏转的折射-衍射混合型透镜元件；或通过介质中的折射率分布来使入射光偏转的渐变折射率分布型透镜元件。

此外，在实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统中，当在光路中布置反射面时，使得光路在变焦透镜系统之前或之后或中间弯曲。弯曲位置能根据需要任意设定。当光路弯曲合适时，能实现拍摄设备外观厚度的减小。

此外，实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统已描述了光学低通滤波器等平面平行板P位于第三透镜元件G3的最靠近像方侧的表面和像面S之间的结构。该低通滤波器可以是由调整了预定晶向的晶体制成的双折射型低通滤波器，或是通过衍射实现所需的光学截止频率的特性的相位型低通滤波器。此外，该平面平行板P能根据需要进行布置。

如上所述，根据本发明，变焦透镜系统获得了能令人满意的场曲补偿，且仍然具有减小了的第一透镜单元的厚度和不使用时的短光学总长。

(实施方式5)

图9是实施方式5所对应的数码照相机的配置图。在图9中，数码照相机包括：成像装置，该成像装置包括变焦透镜系统1和图像传感器2(即，CCD)；液晶显示器3，和本体4。前述使用的变焦透镜系统1是实施方式1所对应的变焦透镜系统。在图9中，变焦透镜系统1包括第一透镜单元G1、光圈A、第二透镜单元G2、和第三透镜单元G3。在本体4中，变焦透镜系统1被布置在前侧，图像传感器2被布置在变焦透镜系统1的后侧。液晶显示器3被布置在本体4的后侧，通过变焦透镜系统1获得的拍摄物体的光学图像则形成在像面S上。

透镜筒包括主镜筒5、移动镜筒6，和凸轮轴7。当凸轮轴7转动时，第一透镜单元G1、第二透镜单元G2、和第三透镜单元G3移动至相对于图像传感器2的预定位置，以便实现从广角极限到摄远极限范围内的变化的放大倍率。第三透镜单元G3可以由电动机驱动，在光轴方向上移动，以便调焦。

如上，当实施方式1所对应的变焦透镜系统被用于数码照相机时，将获得具有高分辨率、高场曲补偿能力、和在不使用时短光学总长的小型数码照相机。此处，在图9所示的数码照相机中，实施方式2至实施方式4所对应的变焦透镜系统中的任何一个都能代替在实施方式1所对应的变焦透镜系统。此外，图9所示的数码照相机的光学系统能被应用于拍摄运动图像的数码摄像机。因此，除静止图像外，还能获得有高分辨率的运动图像。

包括上述实施方式3-7的变焦透镜系统和诸如CCD或CMOS这类图像传感器的成像装置，可应用于移动电话、PDA(个人数字助理)、监视系统中的监视拍摄设备、网络拍摄设备、车载拍摄设备等。以下将说明实施方式1至实施方式4所对应的变焦透镜系统的实际实施的数值例。在数值例中，表格中的长度单位都是“毫米”。此外，r是曲率半径，d是轴向距离(axial distance)，nd是d线(d-line)的折射率，νd是d线的阿贝数。在数值例中，标记*的表面是非球面，且非球面的垂度(sag)z由下列表达式定义的：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{\{1-(1+k)c^2{h}^2\}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}$

此处，h是自光轴的高度，c是曲率，k是圆锥常数，以及A、B、C、D和E分别是四阶、六阶、八阶、十阶和十二阶非球面系数。

(实例1)

如图1A至图1C所示的实施方式1所对应的实例1的变焦透镜系统。表1是实例1的变焦透镜系统的透镜数据。表2是非球面数据。表3是当摄影距离为无穷远时的焦距f、F数、视场角(view angle)2ω、光学总长L、和可变的轴向距离数据d4、d11和d13。

表1

透镜单元	透镜元件	表面	r	d	nd	νd
							G1	L1L2	1*23*4	51.8246.28712.88717.651	1.1002.4331.400可变的	1.8052.400	41.017.0
光圈		5	∞	0.300
							G2	L3L4L5L6	*67891011	4.61730.1914.06919.2894.413-12.764	1.9000.5000.6000.6001.200可变的	1.8051.7171.6201.589	41.029.536.361.3
G3	L7	12*13	-237.873-15.297	1.100可变的	1.665	55.2
							P		1415	∞∞	0.9000.870	1.517	64.2

表2

表面	k	A	B	C	D	E
							24613	-3.612E-010.000E+000.000E+000.000E+00	7.170E-06-9.258E-05-5.397E-044.422E-04	-3.185E-061.154E-06-1.839E-05-5.274E-05	-1.903E-090.000E+001.169E-076.216E-06	-1.340E-090.000E+00-3.148E-08-3.426E-07	0.000E+000.000E+000.000E+007.090E-09

表3

轴向距离	广极限	中间位置	摄远极限
				d4d11d13	14.792.706.10	8.079.094.47	2.3719.062.64
fF-数2ωL	5.362.9870.0136.50	8.813.8644.6034.53	16.715.6623.9736.96

(实例2)

如图3A至图3C所示的实施方式2所对应的例2的变焦透镜系统。表4是实例2的变焦透镜系统的透镜数据。表5是非球面数据。表6是当摄影距离为无穷远时的焦距f、F数、视场角2ω、光学总长L、和可变的轴向距离数据d4、d11和d14。

表4

透镜单元	透镜元件	表面	r	d	nd	νd
							G1	L1L2	1*23*4	97.2386.11615.69662.842	1.3002.1811.778可变的	1.8781.996	38.220.5
光圈		5	∞	0.300
							G2	L3L4L5L6	*6789101112	4.71120.9318.09252.4333.52124.775-24.775	1.5000.3000.8000.4000.4190.993可变的	1.8041.6971.8051.697	40.855.525.555.5
G3	L7	13*14	33.551-15.270	1.438可变的	1.518	70.3
							P		1516	∞∞	0.9000.870	1.517	64.2

表5

表面	k	A	B	C	D	E
							24614	-7.285E-010.000E+00-1.425E-010.000E+00	1.632E-04-1.619E-04-4.078E-042.119E-04	-1.177E-057.984E-061.138E-05-1.102E-05	3.548E-07-2.917E-07-7.290E-061.904E-07	-1.538E-092.109E-097.546E-071.254E-08	0.000E+000.000E+000.000E+00-4.126E-10

表6

轴向距离	广极限	中间位置	摄远极限
				d4d12d14	16.242.704.39	6.867.903.93	1.6817.302.60
fF-数2ωL	4.832.9975.7536.58	8.793.9645.0831.92	16.505.9124.6734.84

(实例3)

如图5A至图5C所示的实施方式3所对应的实例3的变焦透镜系统。表7是实例3的变焦透镜系统的透镜数据。表8是非球面数据。表9是当摄影距离为无穷远时的焦距f、F数、视场角2ω、光学总长L、和可变的轴向距离数据d4、d11和d13。

表7

透镜单元	透镜元件	表面	r	d	nd	νd
							G1	L1L2	1*23*4	-84.4235.40414.38726.719	1.1002.3091.600可变的	1.5141.900	63.324.0
光圈		5	∞	0.300
							G2	L3L4L5L6	*67891011	4.964144.5934.49643.5576.034-10.835	1.9000.5000.6000.6001.200可变的	1.8051.7171.6201.589	41.029.536.361.3
G3	L7	12*13	-237.873-14.202	1.100可变的	1.665	55.2
							P		1415	∞∞	0.9000.870	1.517	64.2

表8

表面	k	A	B	C	D	E
							24613	-6.222E-010.000E+000.000E+000.000E+00	2.697E-04-2.732E-04-5.198E-044.072E-04	-9.608E-069.958E-06-1.810E-05-5.130E-05	-1.996E-07-1.370E-071.721E-066.943E-06	4.805E-090.000E+00-1.330E-07-4.141E-07	0.000E+000.000E+000.000E+009.128E-09

表9

轴向距离	广极限	中间位置	摄远极限
				d4d11d13	14.389.150.00	8.0413.970.00	2.0322.000.00
fF-数2ωL	5.572.9467.9435.61	8.823.7743.9434.10	16.705.5623.7136.11

(实例4)

如图7A至图7C所示的实施方式4所对应的实例4的变焦透镜系统。表10是实例4的变焦透镜系统的透镜数据。表11是非球面数据。表12是当摄影距离为无穷远时的焦距f、F数、视场角2ω、光学总长L、和可变的轴向距离数据d4、d11和d13。

表10

透镜单元	透镜元件	表面	r	d	nd	νd
							G1	L1L2	1*23*4	96.7075.7579.38222.204	1.1001.2191.778可变的	1.8781.996	38.220.5
光圈		5	∞	0.300
							G2	L3L4L5L6	*67891011	4.225-50.0003.64215.0175.586-16.364	1.5000.6000.6000.6001.500可变的	1.8051.7171.6201.589	41.029.536.361.3
G3	L7	12*13	100.000-15.520	1.100可变的	1.665	55.2
							P		1415	∞∞	0.9000.870	1.517	64.2

表11

表面	k	A	B	C	D	E
							24613	-7.802E-010.000E+000.000E+000.000E+00	5.551E-05-4.846E-05-6.412E-047.442E-04	1.727E-073.420E-06-4.796E-05-9.347E-05	-1.998E-074.006E-086.036E-069.894E-06	6.955E-09-4.178E-09-6.470E-07-5.255E-07	0.000E+000.000E+000.000E+001.088E-08

表12

轴向距离	广极限	中间位置	摄远极限
				d4d11d13	16.772.704.97	7.108.244.43	2.1717.942.64
fF-数2ωL	4.752.7876.5036.51	8.813.6644.0631.84	16.435.4024.0934.82

表13显示与实例1至实例4的条件相对应的数值。

表13

条件		实例
						1	2	3	4
		(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)	n12ν12n11ν11n12-n11ν11-ν12T1/Y(T1+T2+T3)/Y	2.4017.01.8040.950.6023.951.373.01	2.0020.51.8838.200.1217.671.463.09					1.9024.01.5163.280.3939.281.393.03	2.0020.51.8838.200.1217.671.142.78
	T1T2T3T1+T2+T3Y					4.934.801.1010.833.60	5.264.411.4411.113.60	5.014.801.1010.913.60	4.104.801.1010.003.60

图2A至图2I是实例1所对应的变焦透镜系统的纵向像差图。图4A至图4I是实例2所对应的变焦透镜系统的纵向像差图。图6A至图6是实例3所对应的变焦透镜系统的纵向像差图。图8A至图8I是实例4所对应的变焦透镜系统的纵向像差图。

图2A至图2C、图4A至图4C、图6A至图6C，和图8A至图8C是广角极限的纵向像差图。图2D至图2F、图4D至图4F、图6D至图6F，和图8D至图8F是中间位置附近的纵向像差图。图2G至图2I、图4G至图4I、图6G至图6I，和图8G至图8I是摄远极限的纵向像差图。图2A、图2D、图2G、图4A、图4D、图4G、图6A、图6D、图6G、图8A、图8D和图8G是球面像差图。图2B、图2E、图2H、图4B、图4E、图4H、图6B、图6E、图6H、图8B、图8E和图8H是像散图。图2C、图2F、图2I、图4C、图4F、图4I、图6C、图6F、图6I、图8C、图8F和图8I是畸变图。在各球面像差图中，垂直轴表示F数，实线、短虚线和长虚线分别表示d-线、F-线和C-线的特性。在各像散图中，垂直轴表示半视场角ω，实线和虚线分别表示弧矢像面(sagittal image plane)(在各图中，表示为“s”)和子午像面(meridional image plane)(在各图中，表示为“m”)。在各畸变图中，垂直轴表示半视场角ω。

本发明的变焦透镜系统可应用于诸如数码相机、数字摄像机、移动电话、PDA(个人数字助理)、监视系统中的监视拍摄设备、网络拍摄设备或车载拍摄设备这类数字输入装置。具体来说，本发明的变焦透镜系统适用于诸如数码相机或数字摄像机这类需要高图像品质的拍摄设备。

虽结合附图通过举例对本发明进行了充分的说明，但要理解，对本领域技术人员而言各种变型和修改是显然的。因此，除非这样的变型和修改背离本发明范围，否则均应解释成为本发明所包括。

Claims (15)

1.一种变焦透镜系统，用于以可变的放大倍率形成物体的光学图像，其特征在于，其从物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元，其中

从广角极限变焦至摄远极限时，各透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，而第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，

所述第一透镜单元包括：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧的凸面的像方侧正透镜元件，

组成所述第一透镜单元的两个透镜元件中的每一个都具有非球面，且

满足下列条件(1)和(2)：

n12＞1.88     …(1)

ν12＜26      …(2)

其中，

n12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的阿贝数。

2.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件(3)、(4)、(5)和(6)：

n11＞1.50        …(3)

ν11＞35         …(4)

n12-n11＞0.10    …(5)

ν11-ν12＞15.0  …(6)

其中，

n11是第一透镜单元的物方侧负透镜元件的折射率，

ν11是第一透镜单元的物方侧负透镜元件的阿贝数，

n12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的阿贝数。

3.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件(7)：

T1/Y＜1.5        …(7)

其中，

T1是第一透镜单元的中心厚度，

Y是最大像高。

4.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件(8)：

(T1+T2+T3)/Y＜3.5    …(8)

其中，

T1是第一透镜单元的中心厚度，

T2是第二透镜单元的中心厚度，

T3是第三透镜单元的中心厚度，

Y是最大像高。

5.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元由一个透镜元件组成。

6.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，

构成第二透镜单元的最靠近物方侧的透镜元件的物方侧表面是非球面，且其中

第二透镜单元，从物方侧到像方侧依次包括一组正接合透镜元件和一个正透镜元件，或者包括一个正透镜元件、一组接合透镜元件和一个正透镜元件，或者包括两组正接合透镜元件。

7.一种成像装置，能将拍摄物体的光学图像转换为电图像信号并输出该信号的，其特征在于，包括：

以可变的放大倍率形成拍摄物体的光学图像的变焦透镜系统；和

将由所述变焦透镜系统形成的拍摄物体的光学图像转换为电图像信号的图像传感器，其中

所述变焦透镜系统，从作为拍摄物体侧的物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元，

从广角极限变焦至摄远极限时，各透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，且第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，

所述第一透镜单元包括：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧的凸面的像方侧正透镜元件，

组成所述第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都具有非球面，且

满足下列条件(1)和(2)：

n12＞1.88    …(1)

ν12＜26     …(2)

其中，

n12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的阿贝数。

8.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述变焦透镜系统满足下列条件(3)、(4)、(5)和(6)：

n11＞1.50        …(3)

ν11＞35         …(4)

n12-n11＞0.10    …(5)

ν11-ν12＞15.0  …(6)

其中，

n11是第一透镜单元的物方侧负透镜元件的折射率，

ν11是第一透镜单元的物方侧负透镜元件的阿贝数，

n12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的阿贝数。

9.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述变焦透镜系统满足下列条件(7)：

T1/Y＜1.5        …(7)

其中，

T1是第一透镜单元的中心厚度，

Y是最大像高。

10.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述变焦透镜系统满足下列条件(8)：

(T1+T2+T3)/Y＜3.5    …(8)

其中，

T1是第一透镜单元的中心厚度，

T2是第二透镜单元的中心厚度，

T3是第三透镜单元的中心厚度，

Y是最大像高。

11.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述变焦透镜系统的第三透镜单元由一个透镜元件组成。

12.如权利要求7所述的成像装置，其特征在于，

构成所述变焦透镜系统的第二透镜单元的最靠近物方侧的透镜元件的物方侧表面是非球面，且其中

第二透镜单元，从物方侧到像方侧依次包括一组正接合透镜元件和一个正透镜元件，或者包括一个正透镜元件、一组接合透镜元件和一个正透镜元件，或者包括两组正接合透镜元件。

13.一种拍摄设备，能拍摄拍摄物体并以电图像信号输出其图像的拍摄设备，其特征在于，包括：

成像装置，该成像装置包括以可变的放大倍率形成拍摄物体的光学图像的变焦透镜系统和将由变焦透镜系统形成的拍摄物体的光学图像转换为电图像信号的图像传感器，其中

所述变焦透镜系统，从作为拍摄物体侧的物方侧到像方侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜单元；具有正光焦度的第二透镜单元；和具有正光焦度的第三透镜单元，

在从广角极限变焦至摄远极限时，透镜单元分别沿光轴以这样的方式移动，即，以第一透镜单元和第二透镜单元之间的间距减小，且第二透镜单元和第三透镜单元之间的间距改变的方式移动以实现可变的放大倍率，

所述第一透镜单元包括：一个物方侧负透镜元件；和一个具有朝向物方侧凸面的像方侧正透镜元件，

组成所述第一透镜单元的两个透镜元件中的每个都具有非球面，且

满足下列条件(1)和(2)：

n12＞1.88      …(1)

ν12＜26       …(2)

其中，

n12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的折射率，

ν12是第一透镜单元的像方侧正透镜元件的阿贝数。

14.如权利要求13所述的拍摄设备，其特征在于，所述拍摄设备是能获得拍摄物体的静止图像的数码照相机。

15.如权利要求13所述的拍摄设备，其特征在于，所述拍摄设备是能获得拍摄物体的运动图像的数码摄像机。

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