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變焦透鏡和裝備有變焦透鏡的圖像拾取設備.pdf

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變焦 透鏡 裝備 圖像 拾取 設備
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摘要
申請專利號:

CN201110433911.X

申請日:

2011.12.22

公開號:

CN102540433B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322523218IPC(主分類):G02B 15/177專利申請號:201110433911X申請日:20111222|||公開
IPC分類號: G02B15/177; H04N5/225 主分類號: G02B15/177
申請人: 佳能株式會社
發明人: 難波則廣
地址: 日本東京
優先權: 2010.12.27 JP 2010-290046
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038 代理人: 李穎
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110433911.X

授權公告號:

102540433B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及變焦透鏡和裝備有變焦透鏡的圖像拾取設備。所述變焦透鏡從其物側起依次包括:具有負折光力的第一透鏡單元;具有正折光力的第二透鏡單元;以及具有正折光力的第三透鏡單元。在從廣角端到望遠端變焦時,透鏡單元以這樣的方式移動:使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離減小并且第二透鏡單元和第三透鏡單元之間的距離增大。所述變焦透鏡滿足條件“0.35<|f1|/ft<0.55”和“1.80<Npa”,其中,ft是整個系統在望遠端處的焦距,f1是第一透鏡單元的焦距,并且,Npa是整個系統中的所有正透鏡的材料的折射率的平均值。

權利要求書

1.一種變焦透鏡,從物側到像側依次包括:具有負折光力的第
一透鏡單元;具有正折光力的第二透鏡單元;以及具有正折光力的第
三透鏡單元,其中,在從廣角端到望遠端變焦時,透鏡單元以這樣的
方式移動:使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離減小并且第
二透鏡單元和第三透鏡單元之間的距離增大,并且,所述變焦透鏡滿
足下述條件:
0.35<|f1|/ft<0.55,以及
1.80<Npa,
其中,ft是整個系統在望遠端處的焦距,f1是第一透鏡單元的焦
距,并且,Npa是整個系統中的所有正透鏡的材料的折射率的平均值。
2.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
3.00<fpa/fw<4.00,
其中,fpa是整個系統中的所有正透鏡的焦距的平均值,并且,
fw是整個系統在廣角端處的焦距。
3.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
1.80<Nna,
其中,Nna是整個系統中的所有負透鏡的材料的折射率的平均
值。
4.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
-0.30<fna/ft<-0.10,
其中,fna是整個系統中的所有負透鏡的焦距的平均值。
5.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
0.30<f2/ft<0.55,
其中,f2是第二透鏡單元的焦距。
6.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
0.80<f3/ft<1.30,
其中,f3是第三透鏡單元的焦距。
7.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
0.70<M2/ft<1.10,
其中,M2是在從廣角端到望遠端的變焦期間第二透鏡單元的移
位量。
8.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
35.0<vpa<43.0,
其中,vpa是整個系統中的所有正透鏡的材料的阿貝常數的平均
值。
9.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,所述變焦透鏡滿足
下述條件:
30.0<vna<33.0,
其中,vna是整個系統中的所有負透鏡的材料的阿貝常數的平均
值。
10.根據權利要求1所述的變焦透鏡,其中,在從無限遠處的物
體聚焦到近距離處的物體時,第三透鏡單元向著物側移動。
11.一種圖像拾取設備,包括:
根據權利要求1-10中的任何一項所述的變焦透鏡;以及
光電轉換元件,所述光電轉換元件接收通過所述變焦透鏡形成的
圖像。

說明書

變焦透鏡和裝備有變焦透鏡的圖像拾取設備

技術領域

本發明涉及適用于諸如數字靜物照相機、攝像機和TV照相機之
類的圖像拾取設備的變焦透鏡。

背景技術

作為用于圖像拾取設備的拍攝光學系統,需要具有覆蓋廣角的變
焦范圍、高的光學性能和短的總體長度且具有高變焦比的小變焦透鏡。
當被用在使用固態圖像拾取元件的照相機中時,要求變焦透鏡具有較
長的后焦距(back?focus),因為在這種照相機中諸如低通濾波器和顏
色校正濾波器之類的各種光學部件被設置在透鏡的后端和圖像拾取元
件之間。此外,當被用在使用用于彩色圖像的圖像拾取元件的圖像拾
取設備中時,期望變焦透鏡在像側具有良好的遠心特性
(telecentricity),以防止顏色陰影(color?shading)。

作為總體尺寸小且具有長的后焦距和在像側具有良好的遠心特
性的變焦透鏡,具有負折光力的透鏡單元被放置為最靠近物側的負先
導型(negative-lead)變焦透鏡是已知的。

存在已知的三單元、負先導型變焦透鏡,該變焦透鏡從物側到像
側依次包括具有負折光力的第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡
單元和具有正折光力的第三透鏡單元。存在已知的這種類型的三單元
變焦透鏡,其在像側是遠心的,并且具有長的后焦距和廣的場角(field?
angle)(如在例如美國專利No.7,920,334和美國專利申請No.
2010/0091381中所公開的)。

在三單元變焦透鏡中,為了在使系統的總體尺寸小的同時在整個
變焦范圍上實現高的光學性能,適當地布置透鏡單元的折光力和透鏡
配置是重要的。特別地,為了在整個變焦范圍上在減小的像場彎曲的
情況下實現優異的光學性能,適當地選擇用于變焦透鏡系統中的第一
透鏡單元的折光力、正透鏡和負透鏡的折光力與材料是重要的。例如,
為了在整個變焦范圍上實現平坦的像場,使Petzval和(Petzval?sum)
小是重要的。為此,有效的是將多個正透鏡布置為有助于整個系統的
正折光力以及使用每一個都由具有高折射率的材料制成的正透鏡。

在美國專利No.7,920,334中公開的實施例中,整個系統中的正透
鏡的材料的折射率的平均值在1.65到1.71的范圍中。在美國專利申請
No.2010/0091381的情況下,正透鏡的材料的折射率的平均值在1.70
到1.77或更小的范圍中。如果以減少總體尺寸的角度來看在這些文獻
中所公開的透鏡系統中折光力增大而正透鏡的數目沒有增加,則將導
致Petzval和的增大,從而導致強的像場彎曲。特別地,如果要實現
高的變焦比和小的總體尺寸,則在整個變焦范圍上實現平坦的像場將
是非常困難的。

本發明的一個目的是,提供一種總體尺寸小且在整個變焦范圍上
具有高的光學性能的變焦透鏡,并且,提供一種裝備有這樣的變焦透
鏡的圖像拾取設備。

發明內容

一種變焦透鏡,從物側到像側依次包括:具有負折光力的第一透
鏡單元;具有正折光力的第二透鏡單元;以及具有正折光力的第三透
鏡單元,其中,在從廣角端到望遠端變焦時,透鏡單元以這樣的方式
移動,使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離減小并且第二透
鏡單元和第三透鏡單元之間的距離增大,并且,變焦透鏡滿足下述條
件:

0.35<|f1|/ft<0.55,以及

1.80<Npa,

其中,ft是整個系統在望遠端處的焦距,f1是第一透鏡單元的焦
距,并且,Npa是整個系統中的所有正透鏡的材料的折射率的平均值。

根據下面參照附圖的示例性實施例的描述,本發明的進一步的特
征將變得清晰。

附圖說明

圖1是根據本發明的數值實施例1的變焦透鏡的橫截面圖。

圖2A、2B和2C是本發明的數值實施例1分別在廣角端、中間
變焦位置和望遠端處的像差圖。

圖3是根據本發明的數值實施例2的變焦透鏡的橫截面圖。

圖4A、4B和4C是本發明的數值實施例2分別在廣角端、中間
變焦位置和望遠端處的像差圖。

圖5是根據本發明的數值實施例3的變焦透鏡的橫截面圖。

圖6A、6B和6C是本發明的數值實施例3分別在廣角端、中間
變焦位置和望遠端處的像差圖。

圖7是根據本發明的數值實施例4的變焦透鏡的橫截面圖。

圖8A、8B和8C是本發明的數值實施例4分別在廣角端、中間
變焦位置和望遠端處的像差圖。

圖9是示意性地示出根據本發明的圖像拾取設備的相關部分的透
視圖。

具體實施方式

現在將根據附圖詳細地描述本發明的優選實施例。

根據本發明的變焦透鏡從物側到像側依次包括具有負折光力的
第一透鏡單元、具有正折光力的第二透鏡單元和具有正折光力的第三
透鏡單元。在從廣角端到望遠端變焦時,透鏡單元以這樣的方式移動,
使得第一透鏡單元和第二透鏡單元之間的距離減小,并且第二透鏡單
元和第三透鏡單元之間的距離增大。

圖1是根據本發明第一實施例的變焦透鏡在變焦范圍的廣角端處
(即,在最短焦距處)的橫截面圖。圖2A、2B和2C分別示出根據
第一實施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間變焦位置處和在望遠端處
(即,在最長焦距處)的像差。根據第一實施例的變焦透鏡具有4.75
的變焦比和2.88到6.09的孔徑比(F數)。圖3是根據本發明第二實
施例的變焦透鏡在廣角端處的橫截面圖。圖4A、4B和4C分別示出
根據第二實施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間變焦位置處和在望遠
端處的像差。根據第二實施例的變焦透鏡具有6.20的變焦比和2.73
到6.96的孔徑比。圖5是根據本發明第三實施例的變焦透鏡在廣角端
處的橫截面圖。圖6A、6B和6C分別示出根據第三實施例的變焦透
鏡在廣角端處、在中間變焦位置處和在望遠端處的像差。根據第三實
施例的變焦透鏡具有4.82的變焦比和2.84到6.08的孔徑比。圖7是
根據本發明第四實施例的變焦透鏡在廣角端處的橫截面圖。圖8A、8B
和8C分別示出根據第四實施例的變焦透鏡在廣角端處、在中間變焦
位置處和在望遠端處的像差。根據第四實施例的變焦透鏡具有4.74的
變焦比和2.66到6.01的孔徑比。圖9是示出裝備有根據本發明的變焦
透鏡的數字照相機的相關部分的示意圖。

根據實施例的變焦透鏡是用于圖像拾取設備中的拍攝透鏡系統。
在變焦透鏡的橫截面圖中,左側是物側(或前側),右側是像側(或
后側)。在橫截面圖中,構成每個透鏡單元的透鏡的分組(grouping)
由Li(i=1、2和3,按照從物側到像側的順序)表示。下面將描述根
據第一實施例至第四實施例的變焦透鏡。在圖1、3、5和7的橫截面
圖中所示的變焦透鏡均具備具有負折光力的第一透鏡單元L1、具有正
折光力的第二透鏡單元L2和具有正折光力的第三透鏡單元L3。這里,
折光力是指等于焦距的倒數的光焦度。

根據實施例的變焦透鏡中的每一個都具有F數確定構件SP(在
下文中將也被稱為“孔徑光闌”),該F數確定構件SP充當限定(或
約束)開放F數光束(open?F-number?beam)或者全孔徑處的光束的
孔徑光闌。孔徑光闌SP被設置在第二透鏡單元L2的像側。根據實施
例的變焦透鏡中的每一個都具有諸如濾光器、面板、石英低通濾波器
和/或紅外截止濾波器的光學塊G。此外,在橫截面圖中還示出像面IP,
當變焦透鏡用作攝像機或數字靜物照相機的拍攝光學系統時,諸如
CCD傳感器或CMOS傳感器的固態圖像拾取元件(光電轉換元件)
的圖像拾取表面被置于該像面IP中。當變焦透鏡用作膠片照相機的拍
攝光學系統時,膠片的感光表面被置于像面中。

在示出球面像差的像差圖中,實線表示關于d線的球面像差,雙
點劃線表示關于g線的球面像差。在示出像散的像差圖中,實線是關
于子午像表面的,虛線是關于弧矢像表面的。示出色差的像差圖是關
于g線的。

在根據實施例的變焦透鏡中的每一個中,在從廣角端到望遠端變
焦時,第一透鏡單元L1沿著向像側凸起的軌跡往復移動,第二透鏡
單元L2向物側移動,第三透鏡單元L3向像側移動。在變焦時,透鏡
單元以這樣的方式移動,使得第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2之
間的距離在望遠端處比在廣角端處小,并且第二透鏡單元L2和第三
透鏡單元L3之間的距離在望遠端處比在廣角端處大。在根據實施例
的變焦透鏡中的每一個中,主要通過移位第二透鏡單元L2來改變倍
率,并且,通過使第一透鏡單元L1向前或向后移位來補償像點隨著
倍率變化的移位。

根據實施例的變焦透鏡具有其中第一透鏡單元L1具有負折光力
的負先導型折光力布置。通過該折光力布置,將在提供所需的后焦距
的長度的同時實現廣的場角和小的前透鏡直徑。第三透鏡單元L3具
有正折光力,以在出射光瞳和像面之間提供足夠大的距離并使固態圖
像拾取元件上的光線的入射角小。結果,可以使得固態圖像拾取元件
上的陰影小。從無限遠處的物體到近距離處的物體的聚焦操作通過使
第三透鏡單元L3向著物側移位來執行。可替換地,聚焦操作可以通
過使第一透鏡單元L1移位來執行。F數確定構件SP關于光軸的方向
被設置在第二透鏡單元L2的像側。以這樣的方式設置孔徑光闌SP允
許減小在望遠端處的第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2之間的距
離。結果,第二透鏡單元L2可以向著物側在足夠大的距離上移動,
以便變焦。因此,將在實現高的變焦比的同時防止變焦透鏡總體長度
的增加。

在每一個實施例中,滿足下述條件:

0.35<|f1|/ft<0.55??(1),以及

1.80<Npa????????????(2),

其中,f1是第一透鏡單元L1的焦距,ft是整個系統在望遠端處
的焦距,并且,Npa是整個系統中的具有正折光力的所有透鏡(所有
正透鏡)的材料的折射率的平均值。

條件(1)涉及第一透鏡單元L1的焦距。如果第一透鏡單元L1
的焦距如此大以至于超出了條件(1)的上限,換句話說,如果第一透
鏡單元L1的折光力如此低以至于超出了條件(1)的上限,則使離軸
光束彎曲的效果將在廣角端處變弱。由于第一透鏡單元L1的有效光
學直徑在廣角端處由離軸光束確定,所以在廣角端處使離軸光束彎曲
的效果的弱化將導致第一透鏡單元L1的透鏡直徑的增大。于是,將
難以減小系統的總體尺寸。

如果第一透鏡單元L1的焦距如此小以至于沒有達到條件(1)的
下限,換句話說,如果第一透鏡單元L1的折光力如此高以至于沒有
達到條件(1)的下限,則在變焦范圍的廣角端處在第一透鏡單元L1
中將不希望地產生大的諸如像場彎曲、畸變和橫向色差的像差。

條件(2)涉及整個系統中的所有正透鏡的材料的折射率的平均
值。Petzval和被定義為透鏡的折光力除以相應透鏡的折射率所得的值
的和。為了在整個變焦范圍上使像場彎曲小,使Petzval和小是有效
的。為了在不增加透鏡的數目的情況下使Petzval和小,使用每一個
由具有高折射率的材料制成的正透鏡將是有效的。如果正透鏡的材料
的折射率的平均值如此小以至于沒有達到條件(2)的下限,則Petzval
和將過大。這將不希望地導致高的像場彎曲。更加希望的是,條件(1)
和(2)的數值范圍被設置如下:

0.38<|f1|/ft<0.54?????(1a),以及

1.810<Npa??????????????(2a)。

如上所述,根據實施例,通過適當地選擇整個系統中的正透鏡的
材料的折射率和第一透鏡單元L1的焦距,獲得總體尺寸小的具有廣
的場角和被良好地校正的像差的變焦透鏡。在實施例中,更加優選的
是,進一步滿足下述條件中的一個或多個:

3.00<fpa/fw<4.00?????(3),

1.80<Nna??????????????(4),

-0.30<fna/ft<-0.10???(5),

0.30<f2/ft<0.55??????(6),

0.80<f3/ft<1.30??????(7),

0.70<M2/ft<1.10??????(8),

35.0<vpa<43.0????????(9),以及

30.0<vna<33.0????????(10),

其中,fpa是整個系統中的所有正透鏡的焦距的平均值,vpa是
整個系統中的所有正透鏡的材料的阿貝常數,Nna是整個系統中的所
有負透鏡的材料的折射率的平均值,vna是整個系統中的所有負透鏡
的材料的阿貝常數,fna是整個系統中的所有負透鏡的焦距的平均值,
f2是第二透鏡單元L2的焦距,f3是第三透鏡單元L3的焦距,fw是
整個系統在廣角端處的焦距,M2是在從廣角端到望遠端變焦時第二
透鏡單元L2的移位量(或者,移位距離)(M2是正值)。

條件(3)涉及整個系統中的正透鏡的焦距的平均值。如果焦距
的平均值如此大以至于超出了條件(3)的上限,則正透鏡的折光力平
均地是低的。于是,將難以實現廣的視角和總體尺寸的緊湊。如果焦
距的平均值如此小以至于沒有達到條件(3)的下限,則正透鏡的折光
力平均地是高的。于是,即使在正透鏡中使用具有高折射率的材料,
也將難以使得Petzval和小,從而不希望地導致大的像場彎曲。

條件(4)涉及整個系統中的所有負透鏡的材料的平均折射率。
為了通過增大第一透鏡單元L1的折光力來實現前透鏡的有效直徑的
減小,需要增大第一透鏡單元L1中的負透鏡的折光力。這將導致在
廣角變焦范圍中由負透鏡產生的高階像場彎曲的增大以及在望遠變焦
范圍中由負透鏡產生的球面像差的增大。為了通過具有高折光力的第
二透鏡單元在使變焦透鏡的總體長度短的同時實現消色差
(achromatism)(即,色差的校正),需要第二透鏡單元L2中的負
透鏡具有有些高的折光力。如果第二透鏡單元中的負透鏡的折光力高,
則將在整個變焦范圍上產生大的球面像差和彗差(coma)。為了消除
這些缺點,需要整個系統中的負透鏡由具有較高的平均折射率的材料
制成。如果沒有達到條件(4)的下限,則將難以在使系統的總體尺寸
小的同時令人滿意地校正廣角變焦范圍中的高階像場彎曲、球面像差
和彗差。

條件(5)涉及整個系統中的所有負透鏡的平均焦距。由于透鏡
系統整體上具有正的折光力,所以Petzval和趨向于為正。增大負透
鏡的折光力可以使Petzval和向著負側改變。如果負透鏡的平均折光
力如此低以至于沒有達到條件(5)的下限,則將難以使Petzval和向
著負側改變或者減小Petzval和,并且,像場彎曲將變高。如果負透
鏡的平均折光力如此高以至于超出了條件(5)的上限,則在廣角變焦
范圍中第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2將產生大的高階像場彎
曲、球面像差和彗差,并且,將難以令人滿意地校正這些像差。

條件(6)涉及第二透鏡單元L2的焦距。如果第二透鏡單元L2
的焦距如此長以至于超出了條件(6)的上限,換句話說,如果第二透
鏡單元L2的折光力如此低以至于超出了條件(6)的上限,則第二透
鏡單元L2為了實現高變焦比而需要移動的距離將變大。于是,在望
遠端處系統的總體光學長度將變大,并且,將難以使總體尺寸小。另
一方面,如果第二透鏡單元L2的焦距如此短以至于沒有達到條件(6)
的下限,換句話說,如果第二透鏡單元L2的折光力如此高以至于沒
有達到條件(6)的下限,則即使使用具有高折射率的材料,也將難以
使Petzval和小。特別地,在系統由少量透鏡構成的情況下,將難以
使系統的總體尺寸小和實現像場彎曲的校正。

條件(7)涉及第三透鏡單元L3的焦距。如果第三透鏡單元L3
的焦距如此長以至于超出了條件(7)的上限,換句話說,如果第三透
鏡單元L3的折光力如此低以至于超出了條件(7)的上限,則使出射
光瞳移位離開像面的效果將降低。因此,在與固態圖像拾取元件一起
使用變焦透鏡時,將出現顯著程度的陰影。另外,在通過使第三透鏡
單元L3移位來執行聚焦操作的情況下,用于聚焦的第三透鏡單元L3
的移位量將變大,從而難以使系統的總體尺寸減小。如果第三透鏡單
元L3的焦距如此短以至于沒有達到條件(7)的下限,換句話說,如
果第三透鏡單元L3的折光力如此高以至于沒有達到條件(7)的下限,
則Petzval和將變大,從而導致像場彎曲的不希望的增大。然而,如
果增加第三透鏡單元L3中的正透鏡的數目以減小Petzval和,則使系
統的總體尺寸小將變得困難。

條件(8)涉及在從廣角端到望遠端變焦時第二透鏡單元L2的移
位量。如果該移位量如此大以至于超出了條件(8)的上限,則在望遠
端處的總體光學長度將是大的,并且,將難以使系統的總體尺寸小。
如果該移位量如此小以至于沒有達到條件(8)的下限,則將需要使第
二透鏡單元L2具有高的折光力,以便實現期望的變焦比。于是,第
二透鏡單元L2將產生大的諸如球面像差、彗差和像場彎曲的像差。
如果第二透鏡單元L2中的透鏡的數目被增大以校正這些像差,則使
系統的總體尺寸小將變得困難。如果條件(6)和(8)都被滿足,則
提供總體尺寸小的且具有高變焦比的系統將是容易的。

條件(9)涉及整個系統中的所有正透鏡的材料的平均阿貝常數。
現有的具有高折射率的低色散光學材料很少。如果正透鏡的材料的平
均阿貝常數如此大以至于超出了條件(9)的上限,換句話說,如果正
透鏡的材料平均地表現出低色散,則使它們具有高的折射率將是困難
的。于是,將難以使Petzval和小。特別地,在透鏡單元的折光力被
設計為高以使系統的總體尺寸小的情況下,用少量的透鏡優異地校正
像場彎曲將是困難的。如果正透鏡的材料的平均阿貝常數如此小以至
于沒有達到條件(9)的下限,換句話說,如果正透鏡的材料平均地表
現出高色散,則將產生大的色差。例如,第二透鏡單元L2將產生軸
向色差,并且,第三透鏡單元L3將產生橫向色差。

條件(10)涉及整個系統中的所有負透鏡的材料的平均阿貝常數。
如果負透鏡的材料的平均阿貝常數如此大以至于超出了條件(10)的
上限,換句話說,如果負透鏡的材料平均地具有低色散,則由第二透
鏡單元L2中的負透鏡產生的消色差的效果將變低,從而導致在整個
變焦范圍上對軸向色差的校正不足。現有的具有高折射率的低色散光
學材料很少。因此,如果第一透鏡單元L1中的負透鏡的材料具有顯
著低的色散,則為了減小系統的總體尺寸而增大折光力將導致廣角變
焦范圍中的大的像場彎曲和望遠變焦范圍中的大的球面像差。另一方
面,如果負透鏡的平均阿貝常數如此小以至于沒有達到條件(10)的下
限,則第二透鏡單元L2中的負透鏡的材料將具有高的色散,從而產
生大的二次光譜。

高色散材料一般地具有高的相對部分色散。因此,如果使用高色
散材料,則在短波長范圍中消色差是過度校正的,從而趨于導致藍色
區中或其附近的彩色邊緣效應(color?fringing)。此外,如果第一透
鏡單元L1中的負透鏡的材料具有顯著高的色散,則將產生大的橫向
色差。

更加優選的是,條件(3)~(10)的數值范圍被進一步限制如下:

3.10<fpa/fw<3.85???????(3a),

1.81<Nna????????????????(4a),

-0.27<fna/ft<-0.15?????(5a),

0.35<f2/ft<0.53????????(6a),

0.85<f3/ft<1.25????????(7a),

0.80<M2/ft<1.00????????(8a),

36.0<vpa<42.8??????????(9a),以及

31.0<vna<32.9??????????(10a)。

根據上述的實施例,可以提供這樣的變焦透鏡:所述變焦透鏡總
體尺寸小,具有4.7或更高的高變焦比,并且在整個變焦范圍上在小
的像場彎曲的情況下具有優異的光學性能。

下面將描述實施例中的透鏡配置。在所有的實施例中,第一透鏡
單元L1從物側到像側依次包括:具有面向像側的凹表面的負透鏡
G11,和具有面向物側的凸表面的正透鏡G12。通過這種配置,使得
前透鏡的有效直徑小,并且優異地校正色差。負透鏡G11和正透鏡
G12均由具有高折射率的材料制成。通過使用具有高折光力的材料,
在實現期望的折光力的同時,可以使透鏡表面的曲率較低,從而減少
廣角變焦范圍中的諸如像場彎曲的像差和望遠變焦范圍中的球面像
差。另外,正透鏡G12由具有小的阿貝常數的高色散材料制成,使得
負透鏡G11和正透鏡G12之間的阿貝常數之差是大的。因此,在折光
力不那么高的情況下校正色差。此外,負透鏡G11的兩個表面都是非
球面表面,從而在實現廣的場角和小的總體尺寸的同時優異地校正廣
角變焦范圍中的像場彎曲和像散。即使負透鏡G11的僅像側透鏡表面
是非球面表面,也將獲得相同的效果。

在第一實施例至第三實施例中,第二透鏡單元L2從物側到像側
依次包括:具有面向物側的凸表面的正透鏡G21,由正透鏡G22和負
透鏡G23構成的具有負折光力的膠合透鏡,以及正透鏡G24。在第四
實施例中,第二透鏡單元L2從物側到像側依次包括:由正透鏡G21
和負透鏡G22構成的具有正折光力的膠合透鏡,以及正透鏡G23。在
所有的實施例中,第二透鏡單元L2中的正透鏡均由具有高折射率的
材料制成。通過使用具有高折射率的材料,可以使透鏡細長,并且可
以使Petzval和小。因此,可以優異地校正像場彎曲。為了實現高的
變焦比,需要第二透鏡單元L2具有高的折光力。每一個由具有高折
射率的材料制成的正透鏡便于實現平坦的場。此外,第二透鏡單元L2
中的負透鏡也由具有高折射率的材料制成。因此,優異地校正了球面
像差和彗差。

在所有的實施例中,第三透鏡單元L3包含正透鏡G31。由于第
三透鏡單元L3由一個透鏡構成,所以它重量輕且容易驅動。這能夠
實現快速的聚焦操作。第三透鏡單元L3中的正透鏡G31由具有高折
射率的材料制成。通過使用具有高折射率的材料,可以使透鏡細長,
并且可以使Petzval和小。在根據實施例的變焦透鏡中,可以使透鏡
單元中的任何一個在垂直于光學系統的方向上移動,以使成像位置移
位,從而在照相機抖動時使圖像穩定。

下面將描述對應于本發明的第一實施例至第四實施例的數值實
施例1至4。在數值實施例中,呈現了從物側算起的光學表面的表面
編號i、從物側算起的第i透鏡表面的曲率半徑ri、第i光學表面和第
(i+1)光學表面之間的透鏡厚度或空氣距離di、第i光學表面和第(i+1)
光學表面之間的材料的關于d線的折射率ndi、第i光學表面和第(i+1)
光學表面之間的材料的阿貝常數vdi。在表1中,對于所有的數值實施
例,呈現了與上述條件相關的值。在具有沿著光軸方向而取的其正方
向被定向在光線的傳播方向上的X軸和沿著垂直于光軸的方向而取的
H軸的坐標系中,非球面表面形狀由以下公式表達:

X = ( 1 / R ) H 2 1 + 1 - ( 1 + K ) ( H / R ) 2 ]]>

+ A 4 × H 4 + A 6 × H 6 + A 8 × H 8 + A 10 × H 10 + A 12 × H 12 , ]]>

其中,R是旁軸曲率半徑,K是圓錐(conic)常數,A4、A6、
A8、A10和A12是非球面系數。在數值實施例的數據中,像“e+X”和
“e-X”那樣的表達式分別代表“10+X”和“10-X”。后焦距BF是以等效空
氣長度表達的從最后一個透鏡表面到旁軸像面的距離。總體透鏡長度
(OLL)是從最前的透鏡表面到最后一個透鏡表面的距離與后焦距BF
之和。非球面表面用作為表面編號的后綴的星號標記。

[數值實施例1]

下表中的長度以毫米為單位。


非球面表面數據

第一表面

K=-3.87519e+001????A4=1.00832e-005????A6=2.70500e-006

A8=-5.94864e-008???A10=2.56058e-010???A12=1.73400e-012

第二表面

K=-1.39145e+000????A4=3.56819e-004????A6=7.55304e-006

A8=-1.43040e-007???A10=2.05905e-009???A12=-4.52444e-011

第五表面

K=-2.27089e-001???A4=-3.07024e-004???A6=-6.29064e-006

A8=2.04588e-007???A10=-2.35144e-008

第十表面

K=4.87266e+002????A4=4.43585e-004????A6=3.53534e-005

A8=-7.59402e-006??A10=5.32148e-007

第十一表面

K=0.00000e+000????A8=-6.73754e-006

各種數據


變焦透鏡單元數據


[數值實施例2]

下表中的長度以毫米為單位。


非球面表面數據

第一表面

K=2.85740e+001????A4=4.88252e-005????A6=2.26281e-006

A8=-2.20405e-008??A10=3.86222e-011???A12=6.15933e-013

第二表面

K=-2.12045e+000????A4=1.13127e-003????A6=-1.43808e-005

A8=5.91585e-007????A10=-6.99870e-009??A12=-9.44669e-011

第五表面

K=-1.87340e-001????A4=-2.68563e-004????A6=-6.31462e-006

A8=1.13177e-007????A10=-1.92335e-008

第十三表面

K=-8.69856e+001????A4=-3.21620e-005????A6=-9.74850e-006

A8=4.74513e-007????A10=-8.69199e-009

各種數據



變焦透鏡單元數據


[數值實施例3]

下表中的長度以毫米為單位。



非球面表面數據

第一表面

K=2.85563e+001????A4=1.20740e-004????A6=1.53578e-006

A8=-3.05476e-008??A10=1.74873e-011???A12=2.69089e-012

第二表面

K=-2.14357e+000????A4=1.24873e-003????A6=-9.22520e-006

A8=5.07448e-007????A10=-1.21724e-008??A12=2.31457e-011

第五表面

K=-1.00914e-001????A4=-2.66821e-004????A6=-3.80277e-006

A8=-5.18226e-007???A10=5.11737e-008

第十三表面

K=-4.65118e+001????A4=-1.09598e-004????A6=-5.43218e-006

A8=3.22289e-007????A10=-6.60458e-009

各種數據



變焦透鏡單元數據


[數值實施例4]

下表中的長度以毫米為單位。



非球面表面數據

第一表面

K=-7.60738e+000????A4=-2.51609e-004????A6=3.30714e-006

A8=2.76967e-008????A10=-2.09909e-010???A12=-8.28712e-012

第二表面

K=-9.58544e-001?????A4=1.13637e-004????A6=-3.36396e-006

A8=-6.19198e-008????A10=3.35657e-008???A12=-7.26049e-010

第五表面

K=-5.51061e-001????A4=2.56388e-004????A6=7.94199e-007

A8=2.16781e-006????A10=-1.77496e-007

第八表面

K=-3.96218e+001????A4=1.23838e-003????A6=-6.66587e-005

A8=-2.15450e-005???A10=6.59771e-006

第九表面

K=-4.23984e+000?????A4=-3.06864e-004????A6=9.60640e-005

A8=-3.20785e-005????A10=6.66292e-006

第十一表面

K=1.06090e+001????A4=1.10680e-004????A6=5.94350e-007

A8=-2.71313e-007

第十二表面

K=-1.09268e+002????A4=-4.06311e-004????A6=2.57025e-005

A8=-7.41340e-007

各種數據


變焦透鏡單元數據


表1

??實施例1
??實施例2
??實施例3
??實施例4
??條件(1)
??0.485
??0.402
??0.532
??0.486
??條件(2)
??1.816
??1.884
??1.913
??1.818
??條件(3)
??3.363
??3.741
??3.449
??3.225
??條件(4)
??1.829
??1.926
??1.929
??1.849
??條件(5)
??-0.258
??-0.205
??-0.259
??-0.253
??條件(6)
??0.431
??0.393
??0.503
??0.439
??條件(7)
??0.913
??1.087
??1.119
??1.190
??條件(8)
??0.874
??0.958
??0.926
??0.872
??條件(9)
??41.6
??38.8
??37.2
??42.6
??條件(10)
??31.5
??32.8
??32.8
??32.0

下面將參照圖9描述使用根據本發明的變焦透鏡作為拍攝光學系
統的數字靜物照相機(即,圖像拾取設備)的實施例。在圖9中,數
字靜物照相機包括照相機體20和作為根據本發明的變焦透鏡的拍攝
光學系統21。數字靜物照相機還具有:設置在照相機體中以接收由拍
攝光學系統21形成的被攝體圖像的固態圖像拾取元件(或者光電轉換
元件)22,例如,CCD傳感器或CMOS傳感器;用于存儲表示由固
態圖像拾取元件22通過光電轉換獲得的被攝體圖像的信息的存儲器
23;以及由液晶顯示面板等構成的以允許用戶觀看在固態圖像拾取元
件22上形成的被攝體圖像的取景器24。如上所述,通過在諸如數字
靜物照相機的圖像拾取設備中使用根據本發明的變焦透鏡,可以提供
具有高光學性能的緊湊的圖像拾取設備。

雖然參照示例性實施例描述了本發明,但是應該理解,本發明不
限于公開的示例性實施例。所附權利要求的范圍應該被給予最廣義的
解釋,以涵蓋所有這樣的變型及等同的結構和功能。

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