專(zhuān)利名稱(chēng)：可變焦鏡頭和照相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種可變焦鏡頭和照相機(jī)系統(tǒng)。更具體地說(shuō)，本申請(qǐng)涉及一種包括多個(gè)用于改變焦距的可移動(dòng)透鏡組，尤其是，涉及適于用在具有固態(tài)成像器件的照相機(jī)系統(tǒng)(例如，攝像機(jī)或數(shù)碼靜止照相機(jī))的可變焦鏡頭，并且涉及具有可變焦鏡頭的照相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知的記錄物體圖像的記錄方法，是由光電轉(zhuǎn)換器將光能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)記錄物體的圖像，其中利用作為照相機(jī)記錄元件的光電轉(zhuǎn)換器，如CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)，使由光能形成的圖像形成在照相機(jī)系統(tǒng)的表面上。
隨著近來(lái)精細(xì)加工(fine-processing)技術(shù)的發(fā)展，中央處理器(CPU)的處理速度已經(jīng)得到提高，并且存儲(chǔ)介質(zhì)的集成化程度也已有所提高。因此，已實(shí)現(xiàn)了曾經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)的大容量圖像數(shù)據(jù)的高速處理。提高了光接收器件的集成化程度，并促進(jìn)了光接收器件的小型化。集成化程度的提高使較高頻率記錄成為可能，并且光接收器件的小型化致使照相機(jī)的小型化。
光接收器件的集成化程度的提高和小型化，縮小了每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)域。因此，由每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件提供的電輸出大小減少，并因此使噪聲效應(yīng)加重。防止不利噪聲效應(yīng)的一種方法是在光電轉(zhuǎn)換元件的正前方設(shè)置小透鏡單元，即，微透鏡陣列，通過(guò)增加光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)孔徑來(lái)提高射入光接收元件的光能。微透鏡陣列在透鏡系統(tǒng)的出瞳位置上設(shè)置限制，取代射入元件上的在兩相鄰元件間的制導(dǎo)光線。當(dāng)透鏡系統(tǒng)的出瞳位置接近光接收元件時(shí)，即，指向光接收元件的主光線與光軸之間的角度增大時(shí)，指向圖像表面邊緣部分的離軸光學(xué)相對(duì)于光軸傾斜較大的角度，并因此導(dǎo)致離軸光線不能指向光接收元件以及指向光接收元件的光能不足。
然而，對(duì)于具有作為光接收器件的光電轉(zhuǎn)換器的照相機(jī)，即數(shù)碼靜止照相機(jī)來(lái)說(shuō)，其不需要任何顯影操作并且便于數(shù)據(jù)處理，例如已證實(shí)由照相機(jī)形成的圖像，該圖像的圖像質(zhì)量次于利用35mm膠片作為記錄介質(zhì)的35mm膠片格式照相機(jī)所形成的圖像，并且這種照相機(jī)需要與例如計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接。因此使用數(shù)碼靜止照相機(jī)的數(shù)量沒(méi)有增加。近些年由于圖像質(zhì)量的提高以及設(shè)備的普及，人們已普遍使用數(shù)碼靜止照相機(jī)。
光接收器件集成化程度的增長(zhǎng)和光學(xué)系統(tǒng)性能的提高對(duì)于提高圖像品質(zhì)非常重要。
增大了的可變焦比增加了用戶(hù)拍照的自由度。例如，增大可變焦比可以以短物距拍照并可以在房間中以短物距拍攝寬范圍的風(fēng)景。
已知實(shí)際應(yīng)用的可變焦鏡頭是所謂的負(fù)一負(fù)一正三組透鏡，其包括，例如，從物方順序排列有具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，具有正屈光力的第二透鏡組，以及具有正屈光力的第三透鏡組。
可變焦鏡頭在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2、3和4中有所論述。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提及的可變焦鏡頭使用由四個(gè)透鏡組合形成的Ernostar型透鏡作為第二透鏡組，這四個(gè)透鏡即，凸、凸、凹和凸透鏡。專(zhuān)利文獻(xiàn)2中提及的可變焦鏡頭使用由第二透鏡組和第三透鏡組組合形成的Ernostar型透鏡，該第二透鏡組包括三個(gè)透鏡，即，凸、凸和凹透鏡。專(zhuān)利文獻(xiàn)3中提及的可變焦鏡頭使用由三個(gè)透鏡組合形成的三合透鏡作為第二透鏡組，即凸、凹和凸透鏡。專(zhuān)利文獻(xiàn)4中披露了本發(fā)明第五實(shí)施例的可變焦鏡頭，其具有包括凸/凹膠合透鏡和凸透鏡的第二透鏡組。
近些年來(lái)，由于集成化的增長(zhǎng)光接收器件已經(jīng)小型化，并且需要同時(shí)滿(mǎn)足透鏡系統(tǒng)的小型化以及透鏡系統(tǒng)性能的提高。由于制造過(guò)程中引起的各組成透鏡的偏心，需要抑制透鏡系統(tǒng)性能的劣化。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1JP-A 2003-66332專(zhuān)利文獻(xiàn)2JP-A 2003-140041專(zhuān)利文獻(xiàn)3JP-A 2003-140047專(zhuān)利文獻(xiàn)4JP-A 2003-149555

發(fā)明內(nèi)容
利用分別具有較小直徑的透鏡使鏡頭系統(tǒng)小型化，增加了透鏡的偏心度。透鏡的高屈光力(refractive power)提高了對(duì)于使鏡頭系統(tǒng)性能下降的偏心的靈敏性。
第一透鏡組擴(kuò)展軸向光線，并且該擴(kuò)展軸向光線指向第二透鏡組。因此，理想的是第二透鏡組具有大的孔徑比。因?yàn)殡x軸光線的入射高度(在物方透鏡表面的高度)不改變，并且離軸光線的入射角隨著透鏡狀態(tài)而改變，理想的是很好的抑制由透鏡狀態(tài)改變而產(chǎn)生的離軸像差并盡可能有效的抑制由第二透鏡組產(chǎn)生的性能上的下降。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)1和2中披露了每個(gè)可變焦鏡頭的第二透鏡組，其具有凸透鏡和由凸透鏡和凹透鏡組合形成的膠合透鏡。在透鏡腔內(nèi)，可在凸透鏡和膠合透鏡直徑插入間隔物。如果以同樣的加工精度形成用于較大透鏡和較小透鏡的間隔物，則較小透鏡由間隔物厚度的相同加工誤差而產(chǎn)生更大的傾斜。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中披露的可變焦鏡頭的第二透鏡組的三個(gè)透鏡彼此接觸。因此，難于穩(wěn)定由于在制造過(guò)程中產(chǎn)生的各透鏡偏心度的累積而造成的性能惡化。
根據(jù)在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中披露的發(fā)明，第五實(shí)施例中可變焦鏡頭不能足夠的小型化，因?yàn)樵摽勺兘圭R頭中的第二透鏡組具有兩部分。
因此，理想的是解決前述問(wèn)題并提供對(duì)制造過(guò)程中產(chǎn)生的組裝誤差不太敏感并具有穩(wěn)定的光學(xué)品質(zhì)的可變焦鏡頭，以及具有這種可變焦鏡頭的照相機(jī)系統(tǒng)。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的可變焦鏡頭包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組，包括膠合透鏡組件L21和相對(duì)于膠合透鏡組件L21設(shè)置在像方并通過(guò)空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且在物方具有凸表面的正透鏡L22，該膠合透鏡組件L21由在物方具有凸表面的正透鏡和在像方具有凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，該第二透鏡組相對(duì)于物方設(shè)置在第一透鏡組的后面；并且包括第三透鏡組，其具有正屈光力并相對(duì)于物方設(shè)置在第二透鏡組的后面；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，并且第二透鏡組包括并滿(mǎn)足下述條件
0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8(2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的照相機(jī)系統(tǒng)包括可變焦鏡頭，其包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組，包括膠合透鏡組件L21和相對(duì)于膠合透鏡組件L21設(shè)置在像方并通過(guò)空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且在物方具有凸表面的正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21由在物方具有凸表面的正透鏡和在像方具有凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，該第二透鏡組相對(duì)于物方設(shè)置在第一透鏡組的后面；并且包括第三透鏡組，其具有正屈光力并相對(duì)于物方設(shè)置在第二透鏡組的后面；以及包括圖像拾取器件；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，并且第二透鏡組包括并滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8(2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
這樣，本發(fā)明令人滿(mǎn)意地校正了像差，并且膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22可在透鏡的有效直徑外側(cè)彼此接觸。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的可變焦鏡頭包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力并關(guān)于物方設(shè)置在第一透鏡組后面的第二透鏡組；具有正屈光力并關(guān)于物方設(shè)置在第二透鏡組后面的第三透鏡組；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，第二透鏡組包括膠合透鏡組件L21和相對(duì)于膠合透鏡組件L21設(shè)置在像方并與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且在物方具有凸表面的正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21由在物方具有凸表面的正透鏡和在像方具有凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，并且第二透鏡組包括并滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8(2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的照相機(jī)系統(tǒng)包括可變焦鏡頭，其包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力并關(guān)于物方設(shè)置在第一透鏡組后面的第二透鏡組；具有正屈光力并關(guān)于物方設(shè)置在第二透鏡組后面的第三透鏡組；其中至少移動(dòng)第一和第二透鏡組以使透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔；以及圖像拾取器件；其中孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，第二透鏡組包括膠合透鏡組件L21和相對(duì)于膠合透鏡組件L21設(shè)置在像方并與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且在物方具有凸表面的正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21由在物方具有凸表面的正透鏡和在像方具有凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，并且第二透鏡組包括并滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8(2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可抑制由于制造過(guò)程中產(chǎn)生的透鏡的惡化而導(dǎo)致的可變焦鏡頭的惡化，并可以較小尺寸形成可變焦鏡頭并具有改進(jìn)的性能。
優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭滿(mǎn)足下述表達(dá)式1.8＜|f1|/fw＜2.3(3)其中f1是第一透鏡組的焦距，fw是最短焦距透鏡狀態(tài)下可變焦鏡頭的焦距。
滿(mǎn)足表達(dá)式(3)的可變焦鏡頭具有短的總長(zhǎng)度，可適當(dāng)?shù)男ＵS上像差和離軸像差，并且很好的校正隨視場(chǎng)角產(chǎn)生的慧差(coma)的變化。
優(yōu)選的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭滿(mǎn)足下述任一表達(dá)式的條件-0.3＜(R22a+R22b)/(R22a-R22b)＜0.2 (4)1.6＜f2/fw＜2.1 (5)其中R22b是正透鏡組件L22像方表面的曲率半徑，并且f2是第二透鏡組的焦距。
因此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭通過(guò)滿(mǎn)足表達(dá)式(4)表示的條件可很好的校正最短焦距透鏡狀態(tài)下隨視場(chǎng)角產(chǎn)生的慧差的變化，以及隨視場(chǎng)角變化而產(chǎn)生的軸上像差的變化，并且通過(guò)滿(mǎn)足表達(dá)式(5)表示的條件可防止透鏡直徑的增大以及可令人滿(mǎn)意的校正隨視場(chǎng)角變化而產(chǎn)生的軸上像差的變化。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭同時(shí)滿(mǎn)足表達(dá)式(4)和(5)時(shí)，可更好地校正在最短焦距透鏡狀態(tài)下隨視場(chǎng)角變化而產(chǎn)生的慧差的變化和軸上像差，并避免透鏡直徑增大。
優(yōu)選的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭滿(mǎn)足下述表達(dá)式表達(dá)的至少任一條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5 (7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
當(dāng)滿(mǎn)足表達(dá)式(6)和(7)表達(dá)的任一條件時(shí)，可避免第二透鏡組厚度的增加。當(dāng)滿(mǎn)足表達(dá)式(7)表達(dá)的條件時(shí)，可避免可變焦鏡頭總長(zhǎng)度的長(zhǎng)度增加。因此，可變焦鏡頭可進(jìn)一步小型化。


結(jié)合相應(yīng)附圖的下述描述，本發(fā)明上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1是有助于解釋包括在本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭中的每個(gè)透鏡組屈光力分布的簡(jiǎn)圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例中的可變焦鏡頭的簡(jiǎn)圖；
圖3是表示由第一實(shí)施例的例1中的可變焦鏡頭在最短焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖4是表示由第一實(shí)施例的例1中的可變焦鏡頭在中等焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖5是表示由第一實(shí)施例的例1中的可變焦鏡頭在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的可變焦鏡頭的簡(jiǎn)圖；圖7是表示由第二實(shí)施例的例2中的可變焦鏡頭在最短焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖8是表示由第二實(shí)施例的例2中的可變焦鏡頭在中等焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖9是表示由第二實(shí)施例的例2中的可變焦鏡頭在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例中的可變焦鏡頭的簡(jiǎn)圖；圖11是表示由第三實(shí)施例的例3中的可變焦鏡頭在最短焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖12是表示由第三實(shí)施例的例3中的可變焦鏡頭在中等焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖13是表示由第三實(shí)施例的例3中的可變焦鏡頭在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖14是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例中的可變焦鏡頭的簡(jiǎn)圖；圖15是表示由第四實(shí)施例的例4中的可變焦鏡頭在最短焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖16是表示由第四實(shí)施例的例4中的可變焦鏡頭在中等焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖17是表示由第四實(shí)施例的例4中的可變焦鏡頭在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下引起的球面像差、像散、畸變和慧差的圖表；圖18是體現(xiàn)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖19A和19B是有助于解釋向外慧差的簡(jiǎn)圖；以及圖20A和圖20B是有助于解釋向內(nèi)慧差的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
將參照相應(yīng)的附圖描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中的可變焦鏡頭以及體現(xiàn)本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可變焦鏡頭包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組，相對(duì)于物方設(shè)置在第一透鏡組后并具有正屈光力的第二透鏡組，相對(duì)于物方設(shè)置在第二透鏡組后并具有正屈光力的第三透鏡組。至少移動(dòng)第一和第二透鏡組以將鏡頭狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距鏡頭狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最大焦距鏡頭狀態(tài)，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減小第一和第二透鏡組之間的間距。在第一和第二透鏡組之間設(shè)有孔徑光闌。
當(dāng)鏡頭狀態(tài)從最短焦距狀態(tài)改變到最長(zhǎng)焦距狀態(tài)時(shí)，通過(guò)利用離軸光線向可變焦鏡頭光軸的靠近，很好地抑制了由鏡頭狀態(tài)的變化而產(chǎn)生的離軸像散的變化。
可變焦鏡頭的第二透鏡組包括膠合透鏡組件L21和相對(duì)于膠合透鏡組件L21設(shè)置在像方并與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)的正透鏡組件L22。以所謂的邊緣接觸結(jié)構(gòu)形成第二透鏡組，其中膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22在有效透鏡直徑的外側(cè)彼此接觸。這樣可抑制第二透鏡組各組件透鏡的偏心，也可抑制制造過(guò)程中產(chǎn)生的偏心，并因此使可變焦鏡頭具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)。
設(shè)計(jì)第二透鏡組的膠合透鏡組件L21的形狀，從而以小的尺寸形成可變焦鏡頭系統(tǒng)。
在使透鏡系統(tǒng)小型化中，應(yīng)用具有相應(yīng)的高屈光力的透鏡組是有效的。然而，當(dāng)使用具有相應(yīng)的具有高屈光力的透鏡組時(shí)，由制造過(guò)程中產(chǎn)生的透鏡的偏心對(duì)鏡頭系統(tǒng)性能的惡化具有相當(dāng)大的顯著影響。
因?yàn)榈诙哥R組的膠合透鏡組件L21的前凸表面在像方上面向孔徑光闌，軸外光線引起較大的發(fā)散并易于引起離軸像差。適當(dāng)?shù)卮_定膠合透鏡組件L21的前凸表面的曲率半徑來(lái)抑制由于透鏡的偏心而導(dǎo)致的性能的劣化并獲得透鏡系統(tǒng)的小型化。
本發(fā)明的可變焦鏡頭滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8(2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
表達(dá)式(1)和(2)表達(dá)的條件規(guī)定了第二透鏡組中空氣間隔的形狀。
在本發(fā)明的可變焦鏡頭中，重要的是適當(dāng)確定第二透鏡組中空氣間隔的長(zhǎng)度以及膠合透鏡組件L21像方表面和正透鏡組件L22物方表面的各曲率半徑以便當(dāng)膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22被設(shè)置在透鏡室(lens chamber)中而在該膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間沒(méi)有任何隔離物時(shí)，使第二透鏡組的膠合透鏡組件L21和設(shè)置在膠合透鏡組件L21后并與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)的第二透鏡組的正透鏡組件L22在有效透鏡直徑外側(cè)彼此直接接觸。
如果表達(dá)式(1)中的Ds/(R22a-R21b)不小于0.1，將難于限制正透鏡組件L22相對(duì)于膠合透鏡組件L21在垂直與光軸方向上的移動(dòng)，因?yàn)榉謩e含有正透鏡組件L22物方方表面和膠合透鏡組件L21像方方表面的球面之間的中心距離很長(zhǎng)。因此，難于可靠地抑制制造過(guò)程中產(chǎn)生的偏心。
如果膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間的空氣間隔的長(zhǎng)度很長(zhǎng)，膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22可僅在遠(yuǎn)離光軸的位置彼此接觸，并且透鏡直徑不期望的增大。
本發(fā)明的可變焦鏡頭通過(guò)利用膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間的空氣間隔產(chǎn)生較高的球面像差，該正透鏡組件L22設(shè)置在關(guān)于膠合透鏡組件L21的像方并由空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)。如果滿(mǎn)足表達(dá)式的上限為0.07或是以下，為了進(jìn)一步增強(qiáng)可變焦鏡頭的性能，可產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的較高的球面像差。
不期望Ds/(R22a-R21b)的值低于表達(dá)式(1)規(guī)定的下限，因?yàn)樵谧疃探咕嗤哥R狀態(tài)中負(fù)畸變得極大，并且如果Ds/(R22a-R21b)低于表達(dá)式(1)規(guī)定的下限，由于膠合透鏡組件L12和正透鏡組件L22之間的空間間隔產(chǎn)生小的較高球面像差，可變焦鏡頭系統(tǒng)將難于實(shí)行預(yù)定的光學(xué)性能。
表達(dá)式(2)規(guī)定了第二透鏡組的膠合透鏡組件L21的表面的曲率比。
如果第一和第二透鏡組彼此間隔較長(zhǎng)的距離，在最短焦距鏡頭狀態(tài)，可變焦鏡頭系統(tǒng)中的屈光力結(jié)構(gòu)極不對(duì)稱(chēng)。因此，第二透鏡組需要具有凹表面面向像方的透鏡以由第二透鏡組產(chǎn)生正畸變。
因此，理想的是，本發(fā)明可變焦鏡頭的第二透鏡組中的膠合透鏡組件L21在像方具有小曲率半徑的凹表面。
落到在膠合透鏡組件L21像方表面的離軸光線的入射角與正畸變有關(guān)。因此，表達(dá)式(2)確定了一個(gè)數(shù)值，即孔徑光闌和膠合透鏡組件L21像方表面之間的距離與該同一表面曲率半徑的比，即Da/R21b的數(shù)值范圍用于令人滿(mǎn)意地校正負(fù)畸變。
如果Da/R21b比值低于表達(dá)式(2)規(guī)定的下限，在最短焦距透鏡狀態(tài)所引起的負(fù)畸變不能令人滿(mǎn)意的校正。如果Da/R21b比值高于表達(dá)式(3)規(guī)定的上限，在最短焦距透鏡狀態(tài)，起因于偏心的強(qiáng)慧差由成像表面邊緣部分中的微小偏心引起。所以，在制造過(guò)程中引起的偏心難于使預(yù)定的光學(xué)性能穩(wěn)定。
滿(mǎn)足表達(dá)式(1)和(2)的條件的本發(fā)明的可變焦鏡頭的第二透鏡組具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且可變焦鏡頭可充分的小型化。
優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可變焦鏡頭滿(mǎn)足下述條件1.8＜|f1|/fw＜2.3(3)其中f1是第一透鏡組的焦距，fw是最短焦距透鏡狀態(tài)下可變焦鏡頭的焦距。表達(dá)式(3)規(guī)定了第一透鏡組的焦距。
如果|f1|/fw的比值高于表達(dá)式(3)規(guī)定的上限，可變焦鏡頭在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)具有長(zhǎng)焦距。如果|f1|/fw的比值低于表達(dá)式(3)規(guī)定的下限，在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)，入射到第一透鏡組的離軸光線接近于光軸。因此，軸上像差和離軸像差的各自校正是困難的，并且不能令人滿(mǎn)意的校正隨視場(chǎng)角變化的慧差的變化。
優(yōu)選的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭滿(mǎn)足由以下任一表達(dá)式表達(dá)條件來(lái)以良好地平衡的模式同時(shí)獲得小型化和增強(qiáng)的性能-0.3＜(R22a+R22b)/(R22a-R22b)＜0.2 (4)1.6＜f2/fw＜2.1 (5)其中R22b是正透鏡組件L22像方表面的曲率半徑，并且f2是第二透鏡組的焦距。
表達(dá)式(4)規(guī)定了包括在第二透鏡組中的正透鏡的形狀。如果(R22a+R22b)/(R22a-R22b)的比值高于由表達(dá)式(4)規(guī)定的上限，易于出現(xiàn)向外慧差，并且在最短焦距透鏡狀態(tài)隨視場(chǎng)角的變化而變化的慧差不能很好的校正。向外慧差是一種圖像缺陷，其形成類(lèi)似彗星模糊的尾巴的模糊圖像并從一點(diǎn)向外延伸。向外慧差是，例如，形成從點(diǎn)x向外延伸并使點(diǎn)x看上去像彗星的模糊圖像x’的像差，如圖19A所示。向內(nèi)慧差是，例如，形成從點(diǎn)x向內(nèi)延伸并使點(diǎn)x看上去像彗星的模糊圖像x’的像差，如圖20A所示。圖20B是表示向內(nèi)慧差的慧差示圖。如果(R22a+R22b)/(R22a-R22b)的比值低于由表達(dá)式(4)規(guī)定的下限，當(dāng)膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22在有效透鏡直徑外彼此接觸時(shí)，第二透鏡組的膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間的空氣間隔變窄。因此，難于很好的校正由第二透鏡組產(chǎn)生的負(fù)球面像差，并且也不能很好的校正隨透鏡狀態(tài)(視場(chǎng)角)的變化而變化的軸向像差。
表達(dá)式(5)規(guī)定了第二透鏡組件的焦距。如果f2/fw的比值高于表達(dá)式(5)規(guī)定的上限，在最短焦距透鏡狀態(tài)，第一和第二透鏡組之間的軸向距離增大。因此，經(jīng)過(guò)第一透鏡組的離軸光線偏離光軸并且透鏡直徑增大。如果f2/fw的比值低于表達(dá)式(5)規(guī)定的下限，將難于校正由第二透鏡組產(chǎn)生的負(fù)球面像差。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變焦鏡頭同時(shí)滿(mǎn)足表達(dá)式(4)和(5)時(shí)，可變焦鏡頭實(shí)現(xiàn)高性能。
當(dāng)本發(fā)明的可變焦鏡頭滿(mǎn)足下述表達(dá)式的條件時(shí)，本發(fā)明的可變焦鏡頭可進(jìn)一步小型化∑2/fw＜0.85(6)TLw/fw＜6.5(7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
表達(dá)式(6)規(guī)定了第二透鏡組的透鏡厚度。通常，使透鏡筒折疊并將折疊的透鏡筒安裝在其機(jī)身中的可可折疊安裝類(lèi)型的照相機(jī)的機(jī)身厚度隨著透鏡組相應(yīng)的厚度的增加而不期望的增加。
如果fw高于表達(dá)式(6)規(guī)定的上限，第二透鏡組具有大的厚度并且照相機(jī)的機(jī)身不期望的變厚。
表達(dá)式(7)規(guī)定了最短焦距透鏡狀態(tài)下可變焦鏡頭的總長(zhǎng)。本發(fā)明的可變焦鏡頭系統(tǒng)在最短焦距透鏡狀態(tài)下的總長(zhǎng)易于增加。如果被折疊以在用于攜帶的照相機(jī)機(jī)身中安裝可變焦鏡頭的可變焦鏡頭的總長(zhǎng)較長(zhǎng)，則照相機(jī)的機(jī)身將不可避免的變大。
如果TLw/fw高于表達(dá)式(7)規(guī)定的下限，在最短焦距透鏡狀態(tài)下，總長(zhǎng)較長(zhǎng)并且照相機(jī)的機(jī)身不期望的變重。
當(dāng)本發(fā)明的可變焦鏡頭的透鏡狀態(tài)從最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，由可變焦鏡頭形成的無(wú)限遠(yuǎn)處物體圖像的位置不是連續(xù)不變的。
本發(fā)明的可變焦鏡頭可與用于探測(cè)圖像位置改變的探測(cè)系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng)和控制系統(tǒng)結(jié)合形成透鏡系統(tǒng)，該聚焦系統(tǒng)包括用于沿光軸移動(dòng)可變焦鏡頭的某些透鏡組件的透鏡移動(dòng)系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)操縱變量的數(shù)值，其必須補(bǔ)償基于由探測(cè)系統(tǒng)提供的輸出的圖像位置。
自然的，可變焦鏡頭可為變焦鏡頭，其中它的透鏡組件關(guān)于彼此移動(dòng)，以獲得連續(xù)可變的焦距，而圖像保持在同一像平面。
當(dāng)本發(fā)明的可變焦鏡頭以一個(gè)短的距離聚焦物體，理想的是透鏡組之一移動(dòng)或是透鏡組之一的一個(gè)透鏡組件移動(dòng)。優(yōu)選的是，移動(dòng)第三透鏡組，因?yàn)楫?dāng)?shù)谌哥R組移動(dòng)時(shí)，由物體位置變化而產(chǎn)生的離軸像差變化非常小。在下文將描述的優(yōu)選實(shí)施例中，無(wú)論透鏡狀態(tài)如何，第三透鏡組關(guān)于像平面都是固定的，對(duì)于最短焦距透鏡狀態(tài)和中間焦距透鏡狀態(tài)，第三透鏡組可分別設(shè)置在不同位置。
本發(fā)明的可變焦鏡頭可使用非球面透鏡以獲得較高的光學(xué)性能?？梢酝ㄟ^(guò)使用其非球面表面朝向物體的透鏡作為最靠近第二透鏡組物方的透鏡來(lái)進(jìn)一步改善主要性能，即，獲得較好的球面像差校正。在最短焦距透鏡狀態(tài)中，由視場(chǎng)角的變化而產(chǎn)生的慧差的變化可通過(guò)使用作為第一透鏡組之一的非球面透鏡得到很好的校正。
不言而喻，通過(guò)提供具有多個(gè)非球面表面的光學(xué)系統(tǒng)可提高光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能。
通過(guò)以基本上垂直于光軸的方向移動(dòng)本發(fā)明的可變焦鏡頭的一個(gè)透鏡組或是透鏡組之一中的一個(gè)透鏡組件可移動(dòng)圖像。通過(guò)將可變焦鏡頭與照相機(jī)震動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、用于移動(dòng)透鏡組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)相結(jié)合可組成防震光學(xué)系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)操縱變量的數(shù)值，其必須補(bǔ)償基于由探測(cè)系統(tǒng)提供的輸出的圖像位置。
通過(guò)在基本上垂直于光軸的方向上移動(dòng)第二透鏡組或是第二透鏡組的透鏡組件，可以很小的像差變化移動(dòng)圖像。因?yàn)榈诙哥R組靠近孔徑光闌設(shè)置，由于離軸光線在光軸附近經(jīng)過(guò)，由第二透鏡組或是第二透鏡組的透鏡組件的移動(dòng)而產(chǎn)生的慧差變化非常小。
自然的，可在透鏡系統(tǒng)的像方設(shè)置低通濾光片以防止莫爾條紋的形成，或是按照光接收器件的光譜靈敏度特性需要，可在透鏡系統(tǒng)的像方設(shè)置紅外濾光片。
下文將詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例中的可變焦鏡頭。優(yōu)選實(shí)施例中的非球面由下式確定 其中y是距離光軸的高度，x是垂度，c是曲率，k是二次曲線系數(shù)，C4、C6是非球面系數(shù)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明每個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的可變焦鏡頭的屈光力分布。具有負(fù)屈光力的第一透鏡組、具有正屈光力的第二透鏡組G2和具有正屈光力的第三透鏡組G3按照從物方(即，前側(cè))朝向像方(即，后側(cè))的順序排列。當(dāng)可變焦鏡頭的透鏡狀態(tài)從最短焦距透鏡狀態(tài)轉(zhuǎn)換到最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，第二透鏡組G2朝向物方移動(dòng)，在暫時(shí)使第一透鏡組G1朝向像方移動(dòng)之后，第一透鏡組G1朝向物方移動(dòng)，并且第三透鏡組G3關(guān)于光軸固定不變，從而使第一透鏡組G1和第二透鏡組G2之間的空氣間隔長(zhǎng)度增大，并使第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的空氣間隔長(zhǎng)度改變。每個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的可變焦鏡頭在第一透鏡組之前具有保護(hù)玻璃板。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例中的可變焦鏡頭1。第一透鏡組G1包括負(fù)透鏡組件L11，其具有面向像方的凹表面，并包括正透鏡組件L12，其具有面向物方的凸表面。第二透鏡組G2包括膠合透鏡組件L21和雙凸面的正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21包括具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡。第三透鏡組G3具有正透鏡組件L3。接觸邊緣Lm形成在第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21的像方表面中，其在靠近并在膠合透鏡組件L21有效直徑圓周外側(cè)的環(huán)形區(qū)域。正透鏡組件L22的物方上的表面S9與接觸邊緣Lm相接觸。因此第二透鏡組G2具有所謂的邊緣接觸結(jié)構(gòu)。
在第一實(shí)施例中的可變焦鏡頭1中，孔徑光闌S設(shè)置在第二透鏡組G2的前面。當(dāng)可變焦鏡頭1的透鏡狀態(tài)改變時(shí)，孔徑光闌S隨著第二透鏡組一起移動(dòng)。
表1示出了在第一實(shí)施例例1中可變焦鏡頭的可變焦鏡頭尺寸的數(shù)值。在表1中“si”表示從前面數(shù)的第i個(gè)表面，“ri”表示第i個(gè)表面的曲率半徑，“di”表示第i個(gè)表面和第i+1個(gè)表面之間的距離，“ni”表示第i個(gè)材料對(duì)D線的折射率(λ＝587.6nm)，其中“vi”表示第“i”個(gè)材料對(duì)D線的阿貝常數(shù)。在表1中，“無(wú)限”表示有相表面是平坦的，并且“ASP”表示相關(guān)表面是非球面。
表1

在可變焦鏡頭1中，當(dāng)透鏡狀態(tài)改變時(shí)，第一透鏡組G1和孔徑光闌S之間的表面間隔d4，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的表面間隔d10，以及第三透鏡G3和保護(hù)玻璃板GL之間的表面間隔d12都是可變的。表2分別示出了在最短焦距透鏡狀態(tài)、中間焦距透鏡狀態(tài)和最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下，例1中的可變焦鏡頭的表面間隔d4、d10和d12的數(shù)值，F(xiàn)數(shù)和焦距的視場(chǎng)角2ω°。
表2

第一透鏡組G1的負(fù)透鏡組件L11像方上的表面s2和第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21物方的表面s6是非球面。第四級(jí)非球面系數(shù)C4、第六級(jí)非球面系數(shù)C6、第八級(jí)非球面系數(shù)C8和第十級(jí)非球面系數(shù)C10以及表面s2和s6的二次曲線系數(shù)k的值列于表3中。
表3

例1的表達(dá)式(1)至(7)的各項(xiàng)值示于表4中。
表4

圖3、4和5分別示出了在最短焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.000)、中間焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.581)和在最長(zhǎng)焦距(f＝3.296)透鏡狀態(tài)下，第一實(shí)施例的例1中的可變焦鏡頭引起的球面像差、像散、畸變和慧差。在表示像散的圖中，當(dāng)例1中的可變焦鏡頭聚焦在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體上時(shí)，連續(xù)的線和虛線分別表示徑向像面和經(jīng)向像面。在表示慧差的圖中，“A”表示視場(chǎng)角。
圖3至圖5中所示的像差示圖明顯示出例1中的可變焦鏡頭可很好的校正像差。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的可變焦鏡頭2。第一透鏡組G1包括負(fù)透鏡組件L11，其具有面向像方的凹表面，并包括正透鏡組件L12，其具有面向物方的凸表面。第二透鏡組G2包括膠合透鏡組件L21和雙凸正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21包括具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡。第三透鏡組G3具有正透鏡組件L3。接觸邊緣Lm形成在第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21的像方表面上，其位于靠近并在膠合透鏡組件L21有效直徑圓周外側(cè)的環(huán)形區(qū)域。正透鏡組件L22的物方表面S9與接觸邊緣Lm相接觸。因此第二透鏡組G2具有所謂的邊緣接觸結(jié)構(gòu)。
在第二實(shí)施例中的可變焦鏡頭2中，孔徑光闌S設(shè)置在第二透鏡組G2的前面。當(dāng)可變焦鏡頭2的透鏡狀態(tài)改變時(shí)，孔徑光闌S隨著第二透鏡組一起移動(dòng)。
表5示出了在第二實(shí)施例例2中可變焦鏡頭2的可變焦鏡頭尺寸的數(shù)值。表5中的標(biāo)記與表1中含義相同。
表5


在可變焦鏡頭2中，當(dāng)透鏡狀態(tài)改變時(shí)，第一透鏡組G1和孔徑光闌S之間的表面間隔d4，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的表面間隔d10，以及第三透鏡組G3和保護(hù)玻璃板GL之間的表面間隔d12都是可變的。表6分別示出了在最短焦距透鏡狀態(tài)、中間焦距透鏡狀態(tài)和最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下，例2中的可變焦鏡頭的表面間隔d4、d10和d12的數(shù)值，F(xiàn)數(shù)和焦距的視場(chǎng)角2ω°。
表6

第一透鏡組G1的負(fù)透鏡組件L11像方上的表面s2和第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21物方的表面s6是非球面。第四級(jí)非球面系數(shù)C4、第六級(jí)非球面系數(shù)C6、第八級(jí)非球面系數(shù)C8和第十級(jí)非球面系數(shù)C10以及表面s2和s6的二次曲線系數(shù)k的值列于表7中。
表7

例2的表達(dá)式(1)至(7)的各項(xiàng)值示于表8中。
表8


圖7、8和9分別示出了當(dāng)例2中的可變焦鏡頭聚焦在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體時(shí)，在最短焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.000)、中間焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.581)和在最長(zhǎng)焦距(f＝3.296)透鏡狀態(tài)下，第二實(shí)施例的例2中的可變焦鏡頭引起的球面像差、像散、畸變和慧差。在表示像散的圖中，連續(xù)的線和虛線分別表示徑向像面和經(jīng)向像面。在表示慧差的圖中，“A”表示視場(chǎng)角。
圖7至圖9中所示的像差示圖明顯示出例2中的可變焦鏡頭可很好的校正像差并具有出色的圖像形成能力。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的可變焦鏡頭3。第一透鏡組G1包括負(fù)透鏡組件L11，其具有面向像方的凹表面，并包括正透鏡組件L12，其具有面向物方的凸表面。第二透鏡組G2包括膠合透鏡組件L21和雙凸正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21包括具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡。第三透鏡組G3具有正透鏡組件L3。接觸邊緣Lm形成在第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21的像方表面中，其在靠近并在膠合透鏡組件L21有效直徑圓周外側(cè)的環(huán)形區(qū)域。正透鏡組件L22的物方表面S9與接觸邊緣Lm相接觸。因此第二透鏡組G2具有所謂的邊緣接觸結(jié)構(gòu)。
在第三實(shí)施例中的可變焦鏡頭L3中，孔徑光闌S設(shè)置在第二透鏡組G2的前面。當(dāng)可變焦鏡頭3的透鏡狀態(tài)改變時(shí)，孔徑光闌S隨著第二透鏡組G2一起移動(dòng)。
表9示出了在第三實(shí)施例的例3中可變焦鏡頭3的可變焦鏡頭尺寸的數(shù)值。表9中的標(biāo)記與表1中含義相同。
表9


在可變焦鏡頭3中，當(dāng)透鏡狀態(tài)改變時(shí)，第一透鏡組G1和孔徑光闌S之間的表面間隔d4，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的表面間隔d10，以及第三透鏡組G3和保護(hù)玻璃板GL之間的表面間隔d12都是可變的。表10分別示出了在最短焦距透鏡狀態(tài)、中間焦距透鏡狀態(tài)和最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下，例3中的可變焦鏡頭的表面間隔d4、d10和d12的數(shù)值，F(xiàn)數(shù)和焦距的視場(chǎng)角2ω°。
表10

第一透鏡組G1的負(fù)透鏡組件L11像方上的表面s2和第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21物方的表面s6是非球面。第四級(jí)非球面系數(shù)C4、第六級(jí)非球面系數(shù)C6、第八級(jí)非球面系數(shù)C8和第十級(jí)非球面系數(shù)C10以及表面s2和s6的二次曲線系數(shù)k的值列于表11中。
表11

例2的表達(dá)式(1)至(7)的各項(xiàng)值示于表12中。
表12

圖11、12和13分別示出了當(dāng)例2中的可變焦鏡頭聚焦在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體時(shí)，在最短焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.000)、中間焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.581)和在最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)(f＝3.296)下，第三實(shí)施例的例3中的可變焦鏡頭引起的球面像差、像散、畸變和慧差。在表示像散的圖中，連續(xù)的線和虛線分別表示徑向像面和經(jīng)向像面。在表示慧差的圖中，“A”表示視場(chǎng)角。
圖11至圖13中所示的像差示圖明顯示出例3中的可變焦鏡頭可很好的校正像差并具有出色的圖像形成能力。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的可變焦鏡頭4。第一透鏡組G1包括負(fù)透鏡組件L11，其具有面向像方的凹表面，并包括正透鏡組件L12，其具有面向物方的凸表面。第二透鏡組G2包括膠合透鏡組件L21和雙凸正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21包括具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡。第三透鏡組G3具有正透鏡組件L3。接觸邊緣Lm形成在第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21的像方表面中，其在靠近并在膠合透鏡組件L21有效直徑圓周外側(cè)的環(huán)形區(qū)域。正透鏡組件L22的物方表面S9與接觸邊緣Lm相接觸。因此第二透鏡組G2具有所謂的邊緣接觸結(jié)構(gòu)。
在第四實(shí)施例中的可變焦鏡頭4中，孔徑光闌S設(shè)置在第二透鏡組G2的前面。當(dāng)可變焦鏡頭4的透鏡狀態(tài)改變時(shí)，孔徑光闌S隨著第二透鏡組一起移動(dòng)。
表13示出了在第四實(shí)施例例4中可變焦鏡頭4的可變焦鏡頭尺寸的數(shù)值。表13中的標(biāo)記與表1中含義相同。
表13

在可變焦鏡頭4中，當(dāng)透鏡狀態(tài)改變時(shí)，第一透鏡組G1和孔徑光闌S之間的表面間隔d4，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的表面間隔d10，以及第三透鏡組G3和保護(hù)玻璃板GL之間的表面間隔d12都是可變的。表14分別示出了在最短焦距透鏡狀態(tài)、中間焦距透鏡狀態(tài)和最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)下，例4的可變焦鏡頭的表面間隔d4、d10和d12的數(shù)值，F(xiàn)數(shù)和焦距的視場(chǎng)角2ω°表14

第一透鏡組G1的負(fù)透鏡組件L11像方上的表面s2和第二透鏡組G2的膠合透鏡組件L21物方的表面s6是非球面。第四級(jí)非球面系數(shù)C4、第六級(jí)非球面系數(shù)C6、第八級(jí)非球面系數(shù)C8和第十級(jí)非球面系數(shù)C10以及表面s2和s6的二次曲線系數(shù)k的值列于表15中。
表15

例4的表達(dá)式(1)至(7)的各項(xiàng)值示于表16中。
表16

圖15、16和17分別示出了當(dāng)例4中的可變焦鏡頭聚焦在無(wú)限遠(yuǎn)處的物體時(shí)，在最短焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.000)、中間焦距透鏡狀態(tài)(f＝1.581)和在最長(zhǎng)焦距(f＝3.296)透鏡狀態(tài)下，第四實(shí)施例的例4中的可變焦鏡頭引起的球面像差、像散、畸變和慧差。在表示像散的圖中，連續(xù)的線和虛線分別表示徑向像面和子午像面。在表示慧差的圖中，“A”表示視場(chǎng)角。
圖15至圖17中所示的像差示圖明顯示出例4中的可變焦鏡頭可很好的校正像差并具有出色的圖像形成能力。
圖18示出了使用本發(fā)明的照相機(jī)系統(tǒng)10。照相機(jī)系統(tǒng)10包括可變焦鏡頭20，用于將可變焦鏡頭20形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的圖像拾取器件30。該圖像拾取器件30具有光電轉(zhuǎn)換器，例如CCD(電荷耦合器件)或是CMOS器件(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件)?？勺兘圭R頭20可以是第一至第四實(shí)施例中的任一種可變焦鏡頭。
圖像拾取器件30將電信號(hào)發(fā)送給圖像分離電路40。圖像分離電路40將電信號(hào)分成圖像形成信號(hào)和聚焦信號(hào)。圖像分離電路40將聚焦信號(hào)傳送到聚焦控制電路50，并將圖像形成信號(hào)傳送到圖像處理單元。傳送到圖像處理電路的圖像形成信號(hào)被處理為產(chǎn)生易于處理的(easy-to-process)圖像信號(hào)。由此產(chǎn)生的圖像信號(hào)用于在顯示器上顯示圖像，在記錄介質(zhì)中存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)并將圖像數(shù)據(jù)傳送到其它器件。
通過(guò)操作一操作控制按鈕，將外部操作信號(hào)施加到聚焦控制電路50。例如，當(dāng)操作變焦按鈕輸入變焦命令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器60、70和80驅(qū)動(dòng)，例如驅(qū)動(dòng)器件，諸如電機(jī)61、71和81，以使第一透鏡組件G1、第二透鏡組件G2和第三透鏡組件G3移動(dòng)到預(yù)定的位置，從而將可變焦鏡頭20設(shè)置在理想焦距。由傳感器62、72和82提供并表示第一透鏡組G1、第二透鏡組G2和第三透鏡組G3的位置信號(hào)被施加到聚焦控制電路50，于是該聚焦控制電路基于輸入信號(hào)產(chǎn)生將要施加到驅(qū)動(dòng)器60、70和80的命令信號(hào)。該聚焦控制電路50基于施加其上的信號(hào)通過(guò)圖像分離電路40檢查聚焦條件，并控制，例如，驅(qū)動(dòng)電路80，從而移動(dòng)第三透鏡組G3以使可變焦鏡頭20以最佳精確度聚焦。
實(shí)際上，照相機(jī)系統(tǒng)10是多種產(chǎn)品之一。照相機(jī)系統(tǒng)10可廣泛用作數(shù)字輸入/輸出裝置的照相機(jī)單元，這些裝置包括，例如，數(shù)碼靜止照相機(jī)，數(shù)碼攝像機(jī)，具有照相機(jī)的手機(jī)，具有照相機(jī)的PDA(個(gè)人數(shù)字助理)。
盡管以具有某些特性的優(yōu)選實(shí)施例方式描述了本發(fā)明，但顯然可進(jìn)行多種改變和變化。由此應(yīng)當(dāng)理解，不脫離本發(fā)明精神和范圍，可以以與此處詳細(xì)描述不同的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種可變焦鏡頭，包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組，由膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22構(gòu)成，該膠合透鏡組件L21由具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，正透鏡組件L22設(shè)置在膠合透鏡組件L21的像方并通過(guò)空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且具有朝向物方的凸表面，并且該第二透鏡組設(shè)置在第一透鏡組的像方；以及第三透鏡組，其具有正屈光力并設(shè)置在第二透鏡組的像方；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，并且滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8 (2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可變焦鏡頭滿(mǎn)足由下述表達(dá)式表達(dá)的條件1.8＜|f1|/fw＜2.3 (3)其中f1是第一透鏡組的焦距，fw是最短焦距透鏡狀態(tài)下可變焦鏡頭的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的可變焦鏡頭滿(mǎn)足至少由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件-0.3＜(R22a+R22b)/(R22a-R22b)＜0.2 (4)1.6＜f2/fw＜2.1(5)其中R22b是正透鏡組件L22像方表面的曲率半徑，并且f2是第二透鏡組的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件-0.3＜(R22a+R22b)/(R22a-R22b)＜0.2 (4)1.6＜f2/fw＜2.1 (5)其中R22b是正透鏡組件L22像方表面的曲率半徑，并且f2是第二透鏡組的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的可變焦鏡頭滿(mǎn)足由下述表達(dá)式表達(dá)的條件-0.3＜(R22a+R22b)/(R22a-R22b)＜0.2 (4)1.6＜f2/fw＜2.1 (5)其中R22b是正透鏡組件L22像方表面的曲率半徑，并且f2是第二透鏡組的焦距。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的可變焦鏡頭滿(mǎn)足由下述表達(dá)式表達(dá)的條件-0.3＜(R22a+R22b)/(R22a-R22b)＜0.2 (4)1.6＜f2/fw＜2.1 (5)其中R22b是正透鏡組件L22像方表面的曲率半徑，并且f2是第二透鏡組的焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5 (7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5 (7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5 (7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5(7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5(7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的可變焦鏡頭至少滿(mǎn)足由下述表達(dá)式之一表達(dá)的條件∑2/fw＜0.85 (6)TLw/fw＜6.5(7)其中∑2是第二透鏡組的厚度，TLw是最短焦距透鏡狀態(tài)中可變焦鏡頭的長(zhǎng)度。
13.一種照相機(jī)系統(tǒng)包括可變焦鏡頭，其包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組，由膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22構(gòu)成，該膠合透鏡組件L21由具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，正透鏡組件L22設(shè)置在膠合透鏡組件L21的像方并通過(guò)空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且具有朝向物方的凸表面，并且該第二透鏡組設(shè)置在第一透鏡組的像方；以及第三透鏡組，其具有正屈光力并設(shè)置在第二透鏡組的像方；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，并且滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8 (2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
14.一種可變焦鏡頭包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組，包括膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22，該膠合透鏡組件L21由具有面向物方的凸表面的正透鏡和具有面向像方的凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，正透鏡組件L22設(shè)置在膠合透鏡組件L21的像方并通過(guò)空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且具有朝向物方的凸表面，并且該第二透鏡組設(shè)置在第一透鏡組的像方；以及第三透鏡組，其具有正屈光力并設(shè)置在第二透鏡組的像方；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最大視場(chǎng)角的最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最小視場(chǎng)角的最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間，并且可通過(guò)在基本上垂直光軸的方向上移動(dòng)一個(gè)透鏡組來(lái)移動(dòng)圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的可變焦鏡頭，其中第二透鏡組由膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的可變焦鏡頭，其中滿(mǎn)足下述條件0.02＜Ds/(R22a-R21b)＜0.1 (1)0.6＜Da/R21b＜0.8 (2)其中Ds是膠合透鏡組件L21和正透鏡組件L22之間空氣間隔的長(zhǎng)度，R22a是正透鏡組件L22物方表面的曲率半徑，R21b是膠合透鏡組件L21像方表面的曲率半徑，以及Da是孔徑光闌與膠合透鏡組件L21的像方表面之間的距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的可變焦鏡頭，其中滿(mǎn)足下述條件1.8＜|f1|/fw＜2.3 (3)其中f1是第一透鏡組的焦距，fw是最短焦距透鏡狀態(tài)下可變焦鏡頭的焦距。
全文摘要
一種可變焦鏡頭包括具有負(fù)屈光力的第一透鏡組；具有正屈光力的第二透鏡組，包括膠合透鏡組件L21和相對(duì)于膠合透鏡組件L21設(shè)置在像方并通過(guò)空氣間隔與膠合透鏡組件L21隔開(kāi)，且在物方具有凸表面的正透鏡L22，該膠合透鏡組件L21由在物方具有凸表面的正透鏡和在像方具有凹表面的負(fù)透鏡結(jié)合而成，該第二透鏡組相對(duì)于物方設(shè)置在第一透鏡組的后面；并且包括第三透鏡組，其具有正屈光力并相對(duì)于物方設(shè)置在第二透鏡組的后面；其中當(dāng)透鏡狀態(tài)從最短焦距透鏡狀態(tài)改變到最長(zhǎng)焦距透鏡狀態(tài)時(shí)，至少移動(dòng)第一和第二透鏡組，并且第二透鏡組朝向物方移動(dòng)以減少第一和第二透鏡組之間的間隔，一孔徑光闌設(shè)置在第一和第二透鏡組之間。
文檔編號(hào)G02B13/18GK1715986SQ20051009130
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者大竹基之 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社