專利名稱:變焦透鏡和包括變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及適用于諸如靜態(tài)照相機(jī)、視頻攝像機(jī)、廣播攝影機(jī)或 數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備的變焦透鏡。
背景技術(shù):
近來,使用固態(tài)圖像拾取器件的諸如視頻攝像機(jī)或數(shù)字靜態(tài)照相 機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備(照相機(jī))已實(shí)現(xiàn)了較高的功能和總體的小型 化。
要求用于這種圖像拾取設(shè)備的圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)是總長度短、緊 湊、變焦比高、并且在整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有高光學(xué)性能的變焦透鏡。
已知一種包括四個(gè)透鏡單元的四單元變焦透鏡,所述四個(gè)透鏡單
元即從物側(cè)到像側(cè)依次具有正、負(fù)、正和正折光力的第一至第四透鏡 單元。
美國專利No.6,975,461中公開的變焦透鏡通過移動(dòng)第 一至第三透 鏡單元執(zhí)行變焦,并通過移動(dòng)第四透鏡單元進(jìn)行聚焦。
美國專利No. 7,193,790和日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2006-106111中 公開的變焦透鏡中的每一個(gè)都通過移動(dòng)所有的第一至第四透鏡單元來 執(zhí)行變焦。
美國專利No. 7,193,790的變焦透鏡包括F值確定部件,所述F 值確定部件位于第三透鏡單元的距物側(cè)最近的透鏡表面的頂點(diǎn)與該物 側(cè)透鏡表面和該透鏡的外周部分的交點(diǎn)之間。因此,通過縮短望遠(yuǎn)端 的第二和第三透鏡單元之間的間隔并將變焦比設(shè)定為五倍或更大,整
個(gè)系統(tǒng)被小型化。
同時(shí),已知具有用于校正由圖像拾取設(shè)備的振動(dòng)導(dǎo)致的圖像模糊 的圖像穩(wěn)定功能的變焦透鏡。日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. H07-128619公開了一種變焦透鏡,其包括從物側(cè)到像側(cè)依次具有正、負(fù)、正和正折光 力的第一至第四透鏡單元,并通過沿垂直于光軸的方向移動(dòng)第三透鏡 來校正圖像模糊。
一般地說,為了使變焦透鏡小型化,可在增大形成變焦透鏡的每 個(gè)透鏡單元的折光力的同時(shí)減小伴隨變焦的每個(gè)透鏡單元的移動(dòng)量, 并且對(duì)于每個(gè)透鏡單元減小透鏡數(shù)量。
然而,在這種變焦透鏡中,伴隨變焦的像差變化增大,導(dǎo)致很難 在整個(gè)變焦范圍內(nèi)或在整個(gè)屏幕上獲得高光學(xué)性能。
因此,為了實(shí)現(xiàn)高變焦比并使整個(gè)透鏡系統(tǒng)小型化,適當(dāng)?shù)卦O(shè)定 變焦類型、每個(gè)透鏡單元的折光力、伴隨每個(gè)透鏡單元變焦的移動(dòng)條
件、用于限制開放F值光束的F值光闌的位置等是重要的。
例如,在四單元變焦透鏡的情況下,適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在變焦期間移動(dòng)
的第三透鏡單元的折光力或移動(dòng)量、以及整個(gè)系統(tǒng)的總透鏡長度是重 要的。
這些結(jié)構(gòu)的不恰當(dāng)?shù)脑O(shè)定導(dǎo)致難以獲得在確保高變焦比的同時(shí) 表現(xiàn)出高光學(xué)性能的緊湊變焦透鏡。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的 第一透鏡單元;具有負(fù)折光力的第二透鏡單元;具有正折光力的第三 透鏡單元;以及具有正折光力的第四透鏡單元,該第一透鏡單元、第 二透鏡單元、第三透鏡單元和笫四透鏡單元中的每一個(gè)都移動(dòng)以執(zhí)行 變焦,其中滿足下述條件
-0.50<M3/Lt<-0.25; 以及 0.20<f3/ft<0*40,
其中,M3表示在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間第三透鏡單元在光軸 上的移動(dòng)量,Lt表示望遠(yuǎn)端的總透鏡長度,f3表示第三透鏡單元的焦 距,而ft表示望遠(yuǎn)端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
根據(jù)本發(fā)明,可提供一種可實(shí)現(xiàn)高變焦比和整個(gè)變焦范圍內(nèi)的高光學(xué)性能的緊湊變焦透鏡、和包括該變焦透鏡的圖^^拾取設(shè)備。
參照附圖,本發(fā)明的更多特征將從示例性實(shí)施例的下述描迷變得清晰。
圖l是示出根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡的光學(xué)截面圖。
圖2A和2B示出第一實(shí)施例的變焦透鏡的像差。
圖3是示出根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡的光學(xué)截面圖。
圖4A和4B示出第二實(shí)施例的變焦透鏡的像差。
圖5是示出根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡的光學(xué)截面圖。
圖6A和6B示出第三實(shí)施例的變焦透鏡的像差。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取設(shè)備的主要部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中,描述本發(fā)明的變焦透鏡和包括該變焦透鏡的圖像拾取 設(shè)備的實(shí)施例。
本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一 透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡 單元和具有正折光力的第四透鏡單元,并通過移動(dòng)每個(gè)透鏡單元執(zhí)行 變焦。
圖l是根據(jù)第一實(shí)施例的變焦透鏡的廣角端(短焦距)的透鏡截 面圖。圖2A是第一實(shí)施例的變焦透鏡的廣角端的像差圖。圖2B是第 一實(shí)施例的變焦透鏡的望遠(yuǎn)端(長焦距)的像差圖。
圖3是根據(jù)第二實(shí)施例的變焦透鏡的廣角端的透鏡截面圖。圖4A 是第二實(shí)施例的變焦透鏡的廣角端的像差圖。圖4B是第二實(shí)施例的 變焦透鏡的望遠(yuǎn)端的像差圖。
圖5是根據(jù)第三實(shí)施例的變焦透鏡的廣角端的透鏡截面圖。圖6A 是第三實(shí)施例的變焦透鏡的廣角端的像差圖。圖6B是第三實(shí)施例的 變焦透鏡的望遠(yuǎn)端的像差圖。
6圖7是示出包括本發(fā)明的變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備的主要部分的 示意圖。
每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡是用于諸如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)或視頻攝像 機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備的圖像拍攝透鏡系統(tǒng)。
在透鏡截面圖中,左側(cè)是物側(cè)(前方),而右側(cè)是像側(cè)(后方)。
當(dāng)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡被用作諸如投影儀之類的投影透鏡時(shí), 左側(cè)是屏幕側(cè),右側(cè)是投影圖像側(cè)。
每個(gè)透鏡截面圖示出具有正折光力(即光焦度,其等于焦距的倒 數(shù))的第一透鏡單元L1,具有負(fù)折光力的第二透鏡單元L2、具有正 折光力的第三透鏡單元L3和具有正折光力的第四透鏡單元L4。
用于限制開放F值光束的F值確定光闌(孔徑光闌)SP放置在 第三透鏡單元L3中距物側(cè)最近的透鏡的物側(cè)頂點(diǎn)與物側(cè)透鏡表面和 該透鏡的外周部分的交點(diǎn)之間。
F值確定光闌SP的開放區(qū)可i殳定為可變或不可變。閃光光闌 (flare stop )FP放置在第三透鏡單元L3的像側(cè),以阻擋不必要的光。
光學(xué)塊G對(duì)應(yīng)于光學(xué)濾光器、面板、晶體低通濾光器或紅外光 截止濾光器。
在用作視頻攝像機(jī)或數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)的情 況下,在像面IP上設(shè)定諸如CCD傳感器或CMOS傳感器之類的固 態(tài)圖像拾取器件(光電轉(zhuǎn)換器件)的圖像拾取表面。在囟化銀膠片照 相機(jī)的情況下,在像面IP上設(shè)定對(duì)應(yīng)于膠片表面的感光表面。
每個(gè)像差圖示出子午像面AM、弧矢像面AS、由g線表示的可變 倍率色差(variable power chromatic aberration )、半視場(chǎng)角(度)w、 和F值Fno。
在每個(gè)實(shí)施例中,廣角端和望遠(yuǎn)端分別表示每個(gè)透鏡單元的最小 焦距的布置和每個(gè)透鏡單元的最大焦距的布置。
箭頭表示在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間的每個(gè)透鏡單元的移 動(dòng)軌跡、以及在聚焦期間的其移動(dòng)方向。
在每個(gè)實(shí)施例中,如箭頭所指示,在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間,第一和第二透鏡單元L1和L2沿向像側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)。第三透 鏡單元L3單調(diào)地向物側(cè)移動(dòng)。
通過沿向物側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)第四透鏡單元L4來校正伴隨可變 倍率的像面變化。
第四透鏡單元L4用于聚焦。采用通過在光軸上移動(dòng)第四透鏡單 元L4來執(zhí)行聚焦的后焦點(diǎn)法。
關(guān)于第四透鏡單元L4的實(shí)線曲線4a和虛線曲線4b分別是伴隨
移動(dòng)軌跡。
因此,將第四透鏡單元L4的移動(dòng)路徑設(shè)定為向物側(cè)凸出的軌跡 促進(jìn)了第三和第四透鏡單元L3和L4之間的有效空氣使用,從而有效 地縮短總透鏡長度。
通過如箭頭4c所指示的那樣向前傳送第四透鏡單元L4,執(zhí)行望 遠(yuǎn)端的從無限遠(yuǎn)的物體到近處物體的聚焦。
在每一個(gè)實(shí)施例中,滿足下述條件
-0.50<M3/:Lt<-0,25 (1)
0.20<f3/ft<0.40 …,(2)
在條件表達(dá)式(l)中,M3表示在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間 第三透鏡單元L3在光軸上的移動(dòng)量,Lt表示望遠(yuǎn)端的總透鏡長度。
在條件表達(dá)式(2)中,f3表示第三透鏡單元L3的焦距,ft表示 望遠(yuǎn)端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距。
總透鏡長度由Da+Db表示,其中Da表示從最前面的透鏡表面(第 一透鏡表面)到最后的透鏡表面的距離,而Db表示如果在最后的透 鏡表面和圖像表面之間出現(xiàn)玻璃塊則當(dāng)玻璃塊的長度被測(cè)量為等效空 氣長度時(shí)的后焦距。
例如,玻璃塊的等效空氣長度由DL/n表示,其中DL表示玻璃 塊的長度,n表示玻璃塊的材料的折射率。當(dāng)?shù)谌哥R單元L3在望遠(yuǎn) 端比在廣角端放置得更接近物側(cè)時(shí),移動(dòng)量M3的符號(hào)為負(fù)。在相反 的情況下其符號(hào)為正。在每個(gè)實(shí)施例中,作為適合于實(shí)現(xiàn)高變焦比(較高放大倍率
(magnification))的透鏡配置,四個(gè)透鏡單元的折光力從物側(cè)到像 側(cè)依次被設(shè)定為正、負(fù)、正和正,并且在變焦期間每個(gè)透鏡單元都被 移動(dòng)。在抑制總透鏡長度增大的同時(shí),每個(gè)透鏡單元的行程(stroke) 增大。因此,在實(shí)現(xiàn)高變焦比的同時(shí)防止了總透鏡長度的增大。
條件表達(dá)式(1)關(guān)于變焦期間第三透鏡單元L3的移動(dòng)量。
當(dāng)?shù)谌哥R單元L3的移動(dòng)量增大并超過條件表達(dá)式(1)的下限 時(shí),在廣角端和望遠(yuǎn)端,沿與穿過第三透鏡單元L3的畫面外周光束 的光軸垂直的方向的位置的變化較大。其結(jié)果是,難以在整個(gè)變焦區(qū) 域校正諸如普形像差之類的像差。
超過條件表達(dá)式(1)的上限,第三透鏡單元L3的可變倍率負(fù)擔(dān) 減小。其結(jié)果是,為了獲得高變焦比,必須通過增大第一和第二透鏡 單元Ll和L2之間的間隔變化,或縮短第一和第二透鏡單元Ll和L2 的焦距,來增大第一和第二透鏡單元Ll和L2的可變倍率負(fù)擔(dān)。
然而,當(dāng)?shù)谝缓偷诙哥R單元Ll和L2的移動(dòng)量增大,以增大 其之間的間隔變化時(shí),在廣角端和望遠(yuǎn)端,沿與穿過第一和第二透鏡 單元L1和L2的畫面外周光束的光軸垂直的方向的位置的變化變得太 大。其結(jié)果是,在望遠(yuǎn)端,對(duì)畫面外周的像面畸變的校正不足。不建 議縮短(減小)第一和第二透鏡單元L1和L2的焦距,因?yàn)槊總€(gè)透鏡 表面的曲率半徑變得較小,從而增大每個(gè)透鏡單元的厚度來確保邊緣 或厚度。縮短第三透鏡單元L3的焦距使得能夠增大第三透鏡單元L3 的可變倍率比。在該情況下,第三透鏡單元L3的焦距可被設(shè)定在條 件表達(dá)式(2)的范圍內(nèi)。
尤其是,當(dāng)?shù)谌哥R單元L3的焦距被縮短得低于條件表達(dá)式(2) 的下限時(shí),第三透鏡單元L3的凹面的曲率半徑變得較小。其結(jié)果是, 沿與當(dāng)外周光束穿過該凹面時(shí)的光軸垂直的方向的位置的變化導(dǎo)致的 諸如彗形像差之類的像差大大地改變,并且難以在整個(gè)變焦區(qū)域中校 正像差。
超過條件表達(dá)式(2)的上限的焦距的增大不是優(yōu)選的,因?yàn)闇p小了第三透鏡單元L3的可變倍率負(fù)擔(dān),使得必須如上所述增大第一 和第二透鏡單元L1和L2的可變倍率負(fù)擔(dān)。
更優(yōu)選地,可如下設(shè)定條件表達(dá)式(1)和(2)的數(shù)值范圍
-O.35<M3/Lt<-0.27 ... (la)
0-25<f3/ft<0,35 … (2s)
本發(fā)明的配置確保了 5倍或更大的高變焦比,在所有變焦區(qū)域中 提供高光學(xué)性能,并且有助于整個(gè)系統(tǒng)的小型化。
在下文中,描述本發(fā)明的變焦透鏡的實(shí)施例的更優(yōu)選的要求。
可滿足下述條件,其中P3t表示第三透鏡單元L3的望遠(yuǎn)端的成 像放大倍率,P3w表示第三透鏡單元L3的廣角端的成像放大倍率
3.0<(33t/p3w<6.0 … (3)
當(dāng)伴隨第三透鏡單元L3的變焦的可變倍率負(fù)擔(dān)減小到低于條件 表達(dá)式(3)的下限時(shí),必須增大第一和第二透鏡單元Ll和L2的可 變倍率負(fù)擔(dān)來實(shí)現(xiàn)高變焦比。
因此,不建議縮短第一和第二透鏡單元Ll和L2的焦距,因?yàn)?每個(gè)透鏡表面的曲率半徑變得較小,增大了第一和第二透鏡單元Ll 和L2的厚度。增大間隔變化來增大在第一和第二透鏡單元Ll和L2 的變焦期間的可變倍率負(fù)擔(dān)不是優(yōu)選的,因?yàn)檠娱L了總透鏡長度。
超過條件表達(dá)式(3)的上限,伴隨第三透鏡單元L3的變焦的移 動(dòng)量過度增加,并且焦距過度縮短,從而增大第三透鏡單元L3的厚 度,延長了總透鏡長度。難以在整個(gè)變焦區(qū)域中很好地校正諸如彗形 像差之類的像差。
更優(yōu)選地,可如下設(shè)定條件表達(dá)式(3)的數(shù)值范圍
3-0<(i3t/[53w<4-0 (3a)
O
可滿足下述條件,其中Lw表示廣角端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的總透鏡 長度,fw表示廣角端的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距
5.0<(LwxLt)/(fwxft)<11.0 ... (4)
o
低于條件表達(dá)式(4)的下限,總透鏡長度相對(duì)于焦距在廣角端 和望遠(yuǎn)端都變得太短,導(dǎo)致難以布置必要數(shù)量的透鏡或確保每個(gè)透鏡單元的移動(dòng)量。其結(jié)果是,難以在保持足夠的光學(xué)性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高 變焦比。
超過上限,總透鏡長度變得過大,導(dǎo)致難以將整個(gè)系統(tǒng)小型化。
更優(yōu)選地,可如下設(shè)定條件表達(dá)式(4)的數(shù)值范圍
7 . 0< (Lw化t) / (fwxft) <10. 6 ... (4a)
可滿足下述條件,其中j52t表示第二透鏡單元L2在望遠(yuǎn)端的成 像;故大倍率,(52w表示第二透鏡單元L2在廣角端的成像;故大倍率,卩4t 表示第四透鏡單元L4在望遠(yuǎn)端的成像;故大倍率,而P4w表示第四透 鏡單元L4在廣角端的成像放大倍率
1.6<((32txp4t)/( w)<2.5 ... (5)
低于條件表達(dá)式(5)的下限,第二和第四透鏡單元L2和L4的 可變倍率負(fù)擔(dān)變得太小。因此,當(dāng)要保持高變焦比時(shí),過度增大第三 透鏡單元L3的移動(dòng)量,或過度縮短第三透鏡單元L3的焦距,導(dǎo)致難 以在整個(gè)變焦透鏡中很好地校正諸如彗形像差之類的像差。超過其上 限,增大第二和第四透鏡單元L2和L4的可變倍率負(fù)擔(dān),使得必須縮 短第一、第二和第四透鏡單元L1、 L2和L4的焦距,或增大伴隨變焦 的移動(dòng)量。其結(jié)果是,不利地,增加了每個(gè)透鏡單元的厚度,或延長 了總透鏡長度。
更優(yōu)選地,可如下設(shè)定條件表達(dá)式(5)的數(shù)值范圍
1.6<((32txp4t)/( w)<2.3 ... (5a)
可滿足下述條件,其中Dt表示當(dāng)從光軸上的無限遠(yuǎn)處的點(diǎn)光源
發(fā)射的光束進(jìn)入每個(gè)透鏡時(shí),在該光束到達(dá)像面之前,將入射高度設(shè)
定為最大的透鏡表面的有效直徑。
0.08<Dt/ft<0.17 … (6)
超過條件表達(dá)式(6)的上限,望遠(yuǎn)端的焦深的寬度變得過小,
導(dǎo)致對(duì)諸如圖像表面傾斜之類的制造誤差的更嚴(yán)格的要求。其結(jié)果是, 難以制造具有高變焦比、并且透鏡單元在廣角端和望遠(yuǎn)端的移動(dòng)量相 對(duì)較大的變焦透鏡。低于其下限,由于衍射的影響,對(duì)比度被不利地 降低。
11更優(yōu)選地,可如下設(shè)定條件表達(dá)式(6)的數(shù)值范圍
0.120<Dt/ft<0.165 … (6a)
O
在每一個(gè)實(shí)施例中,可滿足條件表達(dá)式(3)至(6)中的至少一個(gè)。
第三透鏡單元L3中距物側(cè)最近的透鏡在物側(cè)可具有凸面,用于 確定開放F值光束的F值確定部件SP可以放置在透鏡的物側(cè)頂點(diǎn)與 物側(cè)透鏡表面和該透鏡的外周部分的交點(diǎn)之間。
因此,不需要將孔徑光闌部件放置為與第三透鏡單元L3分離, 因此可容易地減小望遠(yuǎn)端的第二和第三透鏡單元L2和L3之間的間 隔。其結(jié)果是,可增大第三透鏡單元L3的移動(dòng)量,并且可增大第一 和第二透鏡單元Ll和L2之間的間隔,從而即4吏總透鏡長度短也可容 易地實(shí)現(xiàn)高變焦比。
在每一個(gè)實(shí)施例中,在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間,第一透鏡 單元L1沿向像側(cè)凸出的軌跡移動(dòng),而第二透鏡單元L2沿向像側(cè)凸出 的軌跡移動(dòng)。因此,在其中離軸光束在透鏡表面上的入射高度(距光 軸的距離)最大的廣角端附近的變焦位置處,可將第一透鏡單元Ll 移動(dòng)至像側(cè)從而與望遠(yuǎn)端相比更接近孔徑光闌SP。其結(jié)果是,穿過第 一透鏡單元Ll的光線的入射高度可被設(shè)定為小,使得能夠進(jìn)一步使 第一透鏡單元Ll小型化。通過沿向像側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)第二透鏡單 元L2,第一透鏡單元Ll和孔徑光闌SP之間的間隔在望遠(yuǎn)端附近不 被增大,并使離軸光束不那么容易被部分暈化(vignette)。
本發(fā)明采用通過在光軸上移動(dòng)緊湊和輕型的第四透鏡單元L4來 執(zhí)行聚焦的后焦方法。因此,可減小為聚焦而移動(dòng)的透鏡單元的重量, 從而有助于快速聚焦。
第三透鏡單元L3包括一個(gè)或多個(gè)非球面。因此,有效地校正諸 如球面像差之類的像差。
移動(dòng)第三透鏡單元L3,使其具有沿垂直于光軸的方向的分量, 從而改變垂直于光軸的方向上的成像位置。因此,不添加用于防止抖 動(dòng)的任何新的棱鏡或透鏡單元,有效地抑制由手的波動(dòng)引起的圖像模糊。
下面,描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例的透鏡配置。
在每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡中,第 一透鏡單元包括通過從物側(cè)到像 側(cè)依次接合在物側(cè)具有凸面的彎月負(fù)透鏡和正透鏡而形成的接合透 鏡。因此,變焦期間的放大倍率色差的變化被矯正。
第二透鏡單元L2從物側(cè)到像側(cè)依次包括在物側(cè)具有凸面的彎 月負(fù)透鏡、雙凹形狀的負(fù)透鏡、和在物側(cè)具有凸面的正透鏡。因此, 變焦期間的像差變化減小。通過將兩個(gè)負(fù)透鏡放置在具有整體負(fù)折光 力的第二透鏡單元L2中,防止負(fù)折光力集中在一個(gè)負(fù)透鏡上而使透 鏡表面的過小的曲率半徑導(dǎo)致的彗形像差惡化。
第三透鏡單元L3包括兩個(gè)正透鏡和一個(gè)負(fù)透鏡。因此,矯正變 焦期間的軸上色差的變化,并減小像差的變化。通過將兩個(gè)正透鏡放 置在具有整體正折光力的第三透鏡單元L3中,防止正折光力集中在 一個(gè)正透鏡上而使透鏡表面的過小的曲率半徑導(dǎo)致的彗形像差惡化。 第三透鏡單元L3的透鏡可以是接合的。利用該結(jié)構(gòu),減小透鏡單元 的相對(duì)偏心,并且透鏡可以不是接合的。該結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的,因?yàn)樵龃?了透鏡表面的數(shù)量以提高設(shè)計(jì)自由度。
第四透鏡單元L4包括一個(gè)正透鏡。因此,縮短了縮回長度,并 且在聚焦期間移動(dòng)的第四透鏡單元L4是輕型的,有助于快速聚焦。
該配置使得能夠縮短總透鏡長度,并實(shí)現(xiàn)高變焦比和在從廣角端 到望遠(yuǎn)端的所有變焦范圍內(nèi)的高光學(xué)性能。
在每個(gè)實(shí)施例中,具有折光力的一個(gè)或多個(gè)透鏡單元可被放置在 第一透鏡單元Ll的物側(cè)和/或第四透鏡單元L4的像側(cè)。
在下面描述對(duì)應(yīng)于第一至第三實(shí)施例的數(shù)值實(shí)施例l至3。每一 個(gè)數(shù)值實(shí)施例示出了從物側(cè)的表面的次序i。
數(shù)值實(shí)施例示出了按照從物側(cè)的順序的第i個(gè)透鏡表面(第i表 面)的曲率半徑ri,第i表面和第(i + 1)表面之間的間隔di,和以d 線為基準(zhǔn)的折射率ndi和阿貝數(shù)vdi。
等效空氣長度BF是從最后的透鏡表面到傍軸圖像表面的等效空
13氣長度。該長度的值的單位是mm,除非另外規(guī)定。
距像側(cè)最近的兩個(gè)表面構(gòu)成濾光器部件。當(dāng)透鏡表面是非球面 時(shí),*被添加到表面號(hào)之后。
形狀由下述表達(dá)式表示,其中X表示光軸方向的位置,H表示與 光軸正交的方向上的位置,光前進(jìn)方向?yàn)檎琑表示傍軸曲率半徑, K表示圓錐系數(shù),而A至D表示非球面系數(shù)。
<formula>formula see original document page 14</formula>在該表達(dá)式中,"e士N,,表示"xlO士N"。表l示出了與每個(gè)實(shí)施例 的條件表達(dá)式的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
在數(shù)值實(shí)施例中,dl0的值為負(fù)。這是因?yàn)閺奈飩?cè)依次對(duì)F值確 定光闌SP和物側(cè)的第三透鏡單元L3的透鏡進(jìn)行計(jì)數(shù)。
SP光闌是指F值確定光闌,而FP光闌是指閃光截止光闌(flare cut stop )。數(shù)值實(shí)施例l
單位mm 表面數(shù)據(jù)
表面號(hào)rdvd
128.5680,901,8466623*9
215* 6533.201.8348142.7
31500.778(可變)
452*7510,701,8830040.8
56.5073,10
6-26.0850,501.6968055.5
747.4010,40
813,1481.401.9228618.9
935,542(可變)
10 SP光闌-0*30
11*6.1972,101.5831359.4
12*-21.6380,20
135.1371,401.5174252.4
1414 ,0730,501.8051825.4
153.6840.50
16 FP光闌(可變)
1714 ,2171.701, 6968055 *5
1886,474(可變)
19oo1,001,5163364 .1
20(可變)
非球面數(shù)據(jù)
第十一表面
K=-5.49106e-001 B=—1.27242e-004 C--4 81677e—006
第十二表面
K=-3.03419e+001 B--l.祖47e-004 C=l. 30929e—006各種數(shù)據(jù) 變焦比 5.75
焦距
F值 視場(chǎng)角
像高
總透鏡長度
6.55
3.26 30. 61
3,88
43,83
9,83
3.64 21,52
3.88
41.89
15.70
4 .22 13,86
3.88
43. 68
23,47
4.85 9. 38
3.88
47,89
37. 65
6.08 5.88
3.88
55,30
BF
5.41
7 .08
8 *79
9. 63
6.81
d30.402 ,685.818.7611.87
d916,209*945.202.390.70
d165.535*897.5910.8119.62
d184 .255.927 , 638 . 475. 65
d200.500,500,500,500.50
變焦透鏡單元數(shù)據(jù)
單元 第一表面
2
3
4
4
10 17
焦距 35,25 -8.99 11.76 24 .18數(shù)值實(shí)施例2
單位mm 表面數(shù)據(jù)
表面號(hào)dvd
130.5410. 801.8466623.9
217, 3972.90l.謝OO46.6
314437,816(可變)
4".1200. 701.8830040.8
6,5443.10
6_21,2900.501.6968055.5
778.5090.40
813.2231.401.9228618.9
937.291(可變)
10 SP光闌-0.30
11*6.1922.001.5831359.4
12*_22 .8870.20
135* 1841.401,5174252.4
1413.1420. 501.8051825.4
153.6380.50
16 FP光闌(可變)
1713.3891,701.6968055.5
18103.159(可變)
19oo1,001.5163364.1
20CO(可變)
非球面數(shù)據(jù) 第十一表面
K=-5. 83859e-001 B=-l.29515e-0G4 C=-3. 91259e-006 D-5.76005e-謂
第十二表面
K=_2 . 94728e+001 B=—1. 42203e-004 C=5 , l"7729e-007 D=2 . 36372e-007各種數(shù)據(jù)
變焦比
5.31
焦距 F值 視場(chǎng)角 像高
總透鏡長度
6.70 4 .75 30.04 3.88 43.49
9. 68
5.22
21.82
3.88
41.56
15.47
6,02
14,07
3.88
43,77
22,74 6.80 9. 67 3.88 48.71
BF5.,827 , 529."10. 33
d 30.402.646.3410.0114.29
d 915.899.854 .902.250.81
d 165.585.757 ,2910,3218,02
d 184 . 666.368 .289.176.74
d 200.500 ,500.500.500.50
35. 60
8.14
6.21
3.88
56.81
7 , 90
變焦透鏡單元數(shù)據(jù) 單元 笫一表面
2 4
3 10
4 17
焦距
39, 61 -9, 59 12.24 21. 91數(shù)值實(shí)施例3
單位mm 表面數(shù)據(jù)
良面號(hào)rdndvd
121.0171.101.8466623.9
214 0473,501. 7725049.6
396.418(可變)
28.4070.701.8830040.8
56.1223.20
6-62.4910,601.7725049.6
714,1950.40
810, 6461.701* 9228618.9
930.Ill(可變)
10 SP光闌-0.50
1"5.0452,251.8044740.9
12*38,5290.20
1321.1940.501, 8080922.8
144.1830. 60
1511.0431.301,6968055.5
16_67.9060.18
17 FP光闌(可變)
1813.8701. 601.6031160.6
1981,251(可變)
20oo1.001.5163364.1
21
非球面數(shù)據(jù) 第十一表面
K=_7.29620e_0D4 B=_3 58262e-004 C=_2 8"00e-006 D=_5 14369e-00"7
第十二表面
K=-2.13283e+001 B=l.28553e-004 C=l.02419e-005各種數(shù)據(jù)
變焦比 7.13
焦距 6.31 11.73 16.86 34.12 44,97
2.69 3.21 3.61 4.86 6.08
視場(chǎng)角 31.57 18.27 12.95 6.48 4.92
像;fi 3.88 3.88 3.88 3.88 3.88
總透鏡長度 45.17 46.97 49.81 58.16 63.38
BF 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
d 3 0.30 5.28
d 9 15.31 8.59
d 17 5.05 7.50
d 19 5,68 6,77
8.03 12.03 12.08
5.84 1.93 0.85
10.00 19.63 27.59
7.11 5.74 4.03
變焦透鏡單元數(shù)據(jù)
單元 第一表面 焦距
1 1 35.88
2 4 -8.11
3 10 12.01
4 18 27.49
表l
條件表達(dá)式第一實(shí)施例第二實(shí)施例第三實(shí)施例
(1)M3/Lt-O.280-0.256-0*331
(2)f3/fw0.3120,3440,267
(3)(53t/(33w3,1773,0393,266
(4)(LwxLt)/(fwxft)9 ,96610.50010,095
(5)(P2t,t) / (p2wx(J4w)1,8091*7482,184
(6)Dt/ft0.1640*1230,164
下面,參照?qǐng)D7,描述使用第一至第三實(shí)施例的變焦透鏡作為圖 像拍攝光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的實(shí)施例。
在圖7中,數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)包括照相機(jī)主體20;包括第一至第 三實(shí)施例的變焦透鏡中的任何一個(gè)的圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)21;諸如CCD 傳感器或CMOS傳感器之類的固態(tài)圖像拾取器件(光電轉(zhuǎn)換器件)22, 其內(nèi)置于照相機(jī)主體中,以接收由圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)21形成的物像;用于記錄與由固態(tài)圖像拾取器件22光電轉(zhuǎn)換的物像相對(duì)應(yīng)的信息的 存儲(chǔ)器23;以及包括液晶顯示面板以觀察形成在固態(tài)圖像拾取器件22 上的物像的取景器24。因此,向諸如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備應(yīng)用本發(fā)明的 變焦透鏡使得能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊和高光學(xué)性能的圖像拾取設(shè)備。可相似地向單鏡頭反光照相機(jī)或視頻攝像機(jī)應(yīng)用本發(fā)明的變焦透鏡。盡管已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明,應(yīng)理解,本發(fā)明不限于 公開的示例性實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬的解釋,以 便包含所有這樣的變型以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡,從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元;具有負(fù)折光力的第二透鏡單元;具有正折光力的第三透鏡單元;以及具有正折光力的第四透鏡單元,第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元中的每一個(gè)被移動(dòng)以執(zhí)行變焦,其中,滿足以下條件-0.50<M3/Lt<-0.25;以及0.20<f3/ft<0.40,其中,M3表示在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間第三透鏡單元在光軸上的移動(dòng)量,Lt表示望遠(yuǎn)端的總透鏡長度,f3表示第三透鏡單元的焦距,而ft表示整個(gè)透鏡系統(tǒng)在望遠(yuǎn)端的焦距。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡,其中滿足以下條件3.0<|33t/p3w<6.0,其中,(53t和(53w表示第三透鏡單元在望遠(yuǎn)端和廣角端的成傳J故大倍 率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦透鏡,其中滿足下述條件5.CK(Lwx;Lt) / (fwxft)<11.0,其中,Lw表示廣角端的總透鏡長度,fw表示整個(gè)透鏡系統(tǒng)在廣角端 的焦距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡,其中滿足以下條件1.6<(|32txp4t) / ( w)<2.5,其中,P2t和P2w表示第二透鏡單元在望遠(yuǎn)端和廣角端的成像放大倍 率,P4t和p4w表示第四透鏡單元在望遠(yuǎn)端和廣角端的成像放大倍率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡,其中,第三透鏡單元中位置距 物側(cè)最近的透鏡在其物側(cè)具有凸面,并包括F值確定部件,所述F值確定部件用于確定該透鏡的物側(cè)的頂點(diǎn)與物側(cè)的表面和該透鏡的外周部分的交點(diǎn)之間的開放F值光束。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦透鏡,其中滿足以下條件,0,08<Dt/ft<0,17,其中,Dt表示在變焦透鏡的望遠(yuǎn)端當(dāng)從光軸上的無限遠(yuǎn)處的點(diǎn)光源發(fā) 射的光束進(jìn)入每個(gè)透鏡表面時(shí)具有最大入射高度的透鏡表面的有效直 徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l的變焦透鏡,其中,在變焦期間,第一透鏡 單元和第二透鏡單元中的每一個(gè)沿向像側(cè)凸出的軌跡移動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦透鏡,其中,第四透鏡單元包括 用于聚焦的透鏡單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦透鏡,其中,第三透鏡單元包括 至少一個(gè)非球面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡,其中,第三透鏡單元被 移動(dòng),使其具有沿垂直于光軸的方向的分量,從而在垂直于光軸的方 向上改變成像位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的變焦透鏡,其在固態(tài) 圖像拾取器件上形成圖像。
12. —種圖像拾取設(shè)備,包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的變焦透鏡;以及 用于接收由變焦透鏡形成的圖像的固態(tài)圖像拾取器件。
全文摘要
提供了變焦透鏡和包括變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備,所述變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元;具有負(fù)折光力的第二透鏡單元;具有正折光力的第三透鏡單元;以及具有正折光力的第四透鏡單元,該第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元中的每一個(gè)都移動(dòng)以執(zhí)行變焦,其中表示在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間第三透鏡單元在光軸上的移動(dòng)量的M3、表示望遠(yuǎn)端上的總透鏡長度的Lt、表示第三透鏡單元的焦距的f3、和表示望遠(yuǎn)端上的整個(gè)透鏡系統(tǒng)的焦距的ft中的每一個(gè)都被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
文檔編號(hào)H04N5/225GK101592774SQ20091014563
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者酒井秀樹 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社