CN1746718A - 变焦透镜与成像装置 - Google Patents

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Abstract

所公开的变焦透镜具有有负折射率的第一透镜组，有正折射率的第二透镜组和有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置，其中第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：0.4＜D1/fw＜0.66，其中D1表示第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的变焦透镜的焦距。

Description

变焦透镜与成像装置
相关申请的交叉引用
本发明包含的主题涉及2004年9月7日在日本专利局提交的日本专利申请JP2004-259938，通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
本发明涉及新的变焦透镜和成像装置。具体地说，涉及适于与数字静物照相机等使用的具有大约为3的可变倍率的紧凑、廉价的变焦透镜，以及使用该变焦透镜的成像装置。
背景技术
近年，目睹了如数字静物照相机这样的装备有固态图像拾取装置的成像装置的广泛传播。随着装备有固态图像拾取装置的这样的数字静物照相机变得比以前更加流行，需要它们提供愈加高的图像质量。具体地，那些装备了具有大量像素的固态图像拾取装置的数字静物照相机需要成像透镜，尤其是具有好的成像性能的变焦透镜。随着对紧凑装置特别是薄而坚固的装置的需求，也要求变焦透镜在提供高性能的同时是紧凑的、有小的厚度。而且，要求还高的是易于生产的透镜。
在专利文献1中公开了一种比传统已知的变焦透镜尺寸更小和图像形成性能更高的变焦透镜。该变焦透镜是三组的变焦透镜，包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。然而，在该变焦透镜中，比其他透镜更靠近物设置的负透镜具有树脂制成的非球面层。于是，该变焦透镜没有做到充分地降低成本。
专利文献2公开了另一种三组的变焦透镜，包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。然而，在该变焦透镜中，比其他透镜更靠近物设置的负透镜具有用非球面表面的玻璃透镜形成的强曲率的凹面。生产这样的玻璃透镜涉及高难度。
专利文献3还公开了另一种三组的变焦透镜，包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组。在正透镜上形成在变焦透镜的第一透镜组中所包括的非球面表面，以便减小在生产有非球面表面的透镜中所涉及的困难。然而，在该变焦透镜中，透镜组中的每一个都是厚的，所以，使缩回状态的变焦透镜小型化是困难的。
[专利文献1]日本公开专利公报2002-350726
[专利文献2]日本公开专利公报2002-244043
[专利文献3]日本公开专利公报2004-4765
发明内容
在这种情况下，需要提供有大约为3的可变倍率的变焦透镜，其适于供使用固态图像拾取装置的成像装置(如数字视频照相机和数字静物照相机)使用，并且其是紧凑的、低价的且易于生产。
按照本发明的实施例，提供变焦透镜，其包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66    (1)
其中D1表示第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的变焦透镜的焦距。
按照本发明的另一个实施例，提供成像装置，其包括变焦透镜和将该变焦透镜所形成的光学图像转换为电信号的图像拾取装置。变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66    (1)
其中D1表示第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的变焦透镜的焦距。
于是，按照本发明的这些实施例，可提供紧凑的、廉价的和易于生产的变焦透镜，通过使用该变焦透镜可提供紧凑的、易于生产的成像装置。
仍然按照本发明的另一个实施例的变焦透镜，包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置，透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。
仍然按照本发明的另一个实施例的成像装置，包括变焦透镜和将该变焦透镜所形成的光学图像转换为电信号的图像拾取装置。变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。
因此，按照本发明的这些实施例，可提供紧凑的、廉价的和易于生产的变焦透镜，通过使用该变焦透镜可提供紧凑的、易于生产的成像装置。
仍然按照本发明的另一个实施例，提供变焦透镜，其包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66    (1)
其中D1表示第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的变焦透镜的焦距。
仍然按照本发明的另一个实施例，提供成像装置，其包括变焦透镜和将该变焦透镜所形成的光学图像转换为电信号的图像拾取装置。变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66    (1)
其中D1表示第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的变焦透镜的焦距。
因此，按照本发明的这些实施例，可提供紧凑的、易于生产的和廉价的高性能变焦透镜，通过使用该变焦透镜可提供紧凑的、易于生产的和廉价的高性能成像装置。
仍然按照本发明的另一个实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置，透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。
仍然按照本发明的另一个实施例的成像装置包括变焦透镜和将该变焦透镜所形成的光学图像转换为电信号的图像拾取装置。变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置。透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。
因此，按照本发明的这些实施例，可提供紧凑的、易于生产的和廉价的高性能变焦透镜，通过使用该变焦透镜可提供紧凑的、易于生产的和廉价的高性能成像装置。
按照本发明的实施例的变焦透镜中所包括的透镜组中的每一个包括具有至少一个非球面表面的正透镜，以便可容易地校正像差。
按照本发明的实施例，第二透镜组包括粘合透镜，而粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜。粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4    (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0    (3)
其中
Ndp：粘合透镜所包括的正透镜的d线折射系数，
Ndn：粘合透镜所包括的负透镜的d线折射系数，
vdp：粘合透镜所包括的正透镜的阿贝数，以及
vdn：粘合透镜所包括的负透镜的阿贝数。
因此，可容易地校正特别是各种放大的像差、像散和色差。
按照本发明的实施例，透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的，以便当保证大约三倍的放大时，可适当地校正各种像差。
附图说明
基于下面的附图将详细描述本发明的实施例，其中：
图1是示出透镜布置的示意图，其与图2至4一起说明按照本发明的变焦透镜的第一实施例；
图2包括示出设置到广角位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图3包括示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图4包括示出设置到远摄位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图5是示出透镜布置的示意图，其与图6至8一起说明按照本发明的变焦透镜的第二实施例；
图6包括示出设置到广角位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图7包括示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图8包括示出设置到远摄位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图9是示出透镜布置的示意图，其与图10至12一起说明按照本发明的变焦透镜的第三实施例；
图10包括示出设置到广角位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图11包括示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图12包括示出设置到远摄位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图13是示出透镜布置的示意图，其与图14至16一起说明按照本发明的变焦透镜的第四实施例；
图14包括示出设置到广角位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图15包括示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图16包括示出设置到远摄位置的变焦透镜球面像差、像散和失真的图；
图17是框图，示出按照本发明实施例的成像装置的结构。
具体实施方式
通过参考附图，下面将描述本发明的优选的实施例。
按照本发明的一个实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组GR1，具有正折射率的第二透镜组GR2和具有正折射率的第三透镜组GR3，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组包括负透镜G1和正透镜G2，从物侧起以所述的顺序布置，正透镜G2的至少一侧形成非球面表面。正透镜G2满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66    (1)
其中D1表示第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的变焦透镜的焦距。
按照本发明的一个实施例，在正透镜G2上形成第一透镜组GR1的非球面表面，以便易于生产。
不等式(1)限定第一透镜组GR1的总长度。最好是使第一透镜组GR1的总长度尽可能的短，以便减小缩回状态的变焦透镜的厚度。然而，使总长度短于满足不等式(1)的最小值，会增加可归因于偏心误差和球面像差的性能退化，或者可归因于间隔误差的透镜背波动(lens back fluctuation)，结果，引起需要很高的装配精度。使总长度长于满足不等式(1)的最大值，会增加第一透镜组GR1的厚度，这样使缩回状态的变焦透镜紧凑变得困难。
按照本发明的一个实施例的变焦透镜中所包括的透镜组中的每一个最好包括具有至少一个非球面表面的正透镜。这样的布置使得校正各种像差更容易。而且，使用非球面表面形成正透镜的处理过程不会引起在透镜生产中所涉及的困难增加。
按照本发明的另一个实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组GR1，具有正折射率的第二透镜组GR2和具有正折射率的第三透镜组GR3，从物侧起以所述的顺序布置。透镜组中的每一个包括至少一个在两侧具有非球面表面的正透镜。
按照本发明的另一个实施例的变焦透镜可以由小数量的透镜构成，且可以被做得紧凑。由于透镜组中的每一个具有至少两个非球面表面，即使用小数量的透镜也可适当地校正像差，即使在增加每一个透镜的放大倍数时，也可容易地校正像差。因此，可能的是，通过增加每一个透镜的放大倍数，且从而关于透镜组的位移增加可变倍率，以减小变焦透镜的总长度，也就是，使变焦透镜紧凑。而且，使在两侧有非球面表面的每一个透镜为正透镜，在透镜生产中所涉及的困难没有增加。
按照本发明的一个和另一个实施例的变焦透镜中所包括的第二透镜组GR2最好具有粘合透镜，粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4    (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0    (3)
其中
Ndp：粘合透镜所包括的正透镜的d线折射系数，
Ndn：粘合透镜所包括的负透镜的d线折射系数，
vdp：粘合透镜所包括的正透镜的阿贝数，以及
vdn：粘合透镜所包括的负透镜的阿贝数。
上面的不等式(2)和(3)分别限定构成第二透镜组GR2的粘合透镜中所包括的每一个透镜的折射率和阿贝数。当上面的不等式中所包括的项不满足由相应的不等式限定的条件时，难于校正放大的色差和像散。
而且，按照本发明的一个和另一个实施例的变焦透镜中所包括的每一个镜组在变焦操作期间最好是可动的。以所做的这样的布置，可能的是在保证大约为三倍的放大的同时适当地校正各种像差。
参考图1至16和表1至13，下面将描述按照本发明的优选实施例的变焦透镜和相应的数字值实例。
在表示实例的数字值中所使用的符号以及它们的意义如下。
FNo：F数；
f：焦距
ω：半场角
si：从物侧起计数的第i表面
ri：表面i的曲率半径
di：从物侧起计数的第i表面与第(i+1)表面之间的距离
ni：第i透镜的d线(波长：587.6nm)折射系数
vi：第i透镜的d线(波长：587.6nm)阿贝数。
由下面的公式限定非球面表面的形状。
x = y 2 · c 2 1 + ( 1 - ϵ · y 2 · c 2 ) 1 / 2 + Σ A i · Y i
其中
x：在光轴上所测量的距透镜表面顶点的距离
y：在垂直于光轴方向上所测量的高度
c：在透镜的顶点所测量的傍轴曲率
ε：锥体常量
Ai：第i次非球面常量。
图1是示出按照第一实施例的透镜布置的图。按照第一实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组GR1，具有正折射率的第二透镜组GR2和具有正折射率的第三透镜组GR3，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组GR1包括负透镜G1和正透镜G2，负透镜G1在它向着像的一侧具有有强曲率的凹面，正透镜G2在两侧有非球面表面。第二透镜组GR2包括正透镜G3和粘合透镜，正透镜G3在两侧有非球面表面，粘合透镜包括正透镜G4和负透镜G5。第三透镜组GR3包括在两侧有非球面表面的正透镜G6。如图1中的箭头所示，透镜组在从广角端至远摄端的变焦操作期间各向着光轴移动。靠近第二透镜组GR2的物侧设置孔径光阑IR。在变焦操作期间，孔径光阑IR与第二透镜组GR2一起移动。在图1中，LPF表示在第三透镜组GR3与成像面IMG之间***的低通滤光器。
表1示出通过给按照第一实施例的布置应用具体数字值，作为数字值实例1所获得的光学***的数据。在下面的表中，“ASP”表示非球面表面，以及“无穷”表示平面。
表1
si ri di ni vi
  1   r1＝97.908   d1＝1.000   n1＝1.88300   v1＝40.805
  2   r2＝8.718   d2＝1.900
  3   r3＝16.853(ASP)   d3＝2.120   n2＝1.84666   v2＝23.785
  4   r4＝76.391   d4＝可变
  5   r5＝无穷   d5＝0.700   孔径光阑
  6   r6＝6.793(ASP)   d6＝2.300   n3＝1.69350   v3＝53.201
  7   r7＝-32.527(ASP)   d7＝0.100
  8   r8＝14.319   d8＝1.920   n4＝1.83500   v4＝42.984
  9   r9＝-17.689   d9＝0.450   n5＝1.71736   v5＝29.501
  10   r10＝4.370   d10＝可变
  11   r11＝28.936(ASP)   d11＝2.280   n6＝1.58313   v6＝59.461
  12   r12＝-19.529(ASP)   d12＝可变
  13   r13＝无穷   d13＝0.440   n7＝1.44524   v7＝27.700
  14   r14＝无穷   d14＝0.900
  15   r15＝无穷   d15＝0.500   n8＝1.56883   v8＝56.000
  16   r16＝无穷
在按照第一实施例的布置中，第一透镜组GR1与孔径光阑IR之间的表面距离d4，第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面距离d10，以及第三透镜组GR3与低通滤光器LPF之间的表面距离d12在变焦操作期间是可变的。表2示出作为数字值的实例1所获得的分别设置到广角位置、广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置以及远摄位置的变焦透镜的表面距离d4、d10和d12的值，连同焦距f、F数FNo和半场角ω的相关值。
表2
  f   8.10   13.77   23.38
  FNo   2.84   3.80   5.25
  ω(度)   30.11   18.10   10.83
  d4   16.644   7.557   1.200
  d10   6.041   12.773   21.362
  d12   3.027   1.852   1.410
在按照第一实施例的布置中，透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。即，第一透镜组GR1中所包括的正透镜G2的两侧的表面s3和s4、第二透镜GR2中所包括的正透镜G3的两侧的表面s6和s7、以及第三透镜组GR3中所包括的正透镜G6的两侧的表面s11和s12是非球面。表3示出第四次、第六次、第八次和第十次的表面s3、s4、s6、s7、s11和s12的非球面系数，连同锥体常量ε的相关值。
表3
si ε A4 A6 A8 A10
  3   1   -0.137795×10-4   -0.250637×10-5   0.673366×10-7   -0.931222×10-9
  4   1   -0.130106×10-3   -0.3l3046×10-5   0.763561×10-7   -0.139694×10-8
  6   1   -0.436263×10-3   -0.845243×10-5   -0.281344×10-6   -0.258805×10-7
  7   1   0.593702×10-4   -0.411160×10-5   -0.788869×10-6   0.470671×10-8
  11   1   -0.145421×10-3   0.410292×10-5   -0.721106×10-7   0.202766×10-8
  12   1   -0.195226×10-5   -0.421473×10-5   0.220414×10-5   -0.178025×10-8
图2至4中的每一个包括示出按照数字值实例1的像差的图。图2示出设置到广角位置的变焦透镜的像差。图3示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜的像差。图4示出设置到远摄位置的变焦透镜的像差。在每一个示出球面像差的图中，纵坐标表示对开F(open F value)值的比率，横坐标表示散焦，以及实线、虚线和点划线分别表示归于d-线、c-线和g-线的球面像差。在每一个示出像散的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示聚焦，以及实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面。在每一个示出失真的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示失真(％)。
图5是示出按照第二实施例的透镜布置的图。按照第二实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组GR1，具有正折射率的第二透镜组GR2和具有正折射率的第三透镜组GR3，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组GR1包括负透镜G1和正透镜G2，负透镜G1在它向着像的一侧具有有强曲率的凹面，正透镜G2在两侧有非球面表面。第二透镜组GR2包括正透镜G3和粘合透镜，正透镜G3在两侧有非球面表面，粘合透镜包括三个透镜，也就是负透镜G4、正透镜G5和负透镜G6。第三透镜组GR3包括在两侧有非球面表面的正透镜G7。
如图5中的箭头所示，透镜组在从广角端至远摄端的变焦操作期间各向着光轴移动。靠近第二透镜组GR2的物侧设置孔径光阑IR。在变焦操作期间，孔径光阑IR与第二透镜组GR2一起移动。在图5中，LPF表示在第三透镜组GR3与成像面IMG之间***的低通滤光器。
表4示出通过给按照第二实施例的布置应用具体数字值，作为数字值实例2所获得的光学***的数据。
表4
si ri di ni vi
  1   r1＝152.449   d1＝1.000   n1＝1.88300   v1＝40.805
  2   r2＝8.624   d2＝1.600
  3   r3＝13.573(ASP)   d3＝2.035   n2＝1.84666   v2＝23.785
  4   r4＝42.045(ASP)   d4＝可变
  5   r5＝无穷   d5＝0.700   孔径光阑
  6   r6＝7.083(ASP)   d6＝1.807   n3＝1.74330   v3＝49.326
  7   r7＝-26.607(ASP)   d7＝0.113
  8   r8＝33.694   d8＝0.450   n4＝1.84666   v4＝23.785
  9   r9＝12.682   d9＝2.400   n5＝1.74400   v5＝44.899
  10   r10＝-5.550   d10＝0.450   n6＝1.62004   v6＝36.303
  11   r11＝4.416   d11＝可变
  12   r12＝98.009(ASP)   d12＝2.000   n7＝1.58313   v7＝59.461
  13   r13＝-13.821(ASP)   d13＝可变
  14   r14＝无穷   d14＝0.440   n8＝1.44524   v8＝27.700
  15   r15＝无穷   d15＝0.900
  16   r16＝无穷   d16＝0.500   n9＝1.56883   v9＝56.000
  17   r17＝无穷
在按照第二实施例的布置中，第一透镜组GR1与孔径光阑IR之间的表面距离d4，第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面距离d11，以及第三透镜组GR3与低通滤光器LPF之间的表面距离d13在变焦操作期间是可变的。表5示出作为数字值实例2所获得的分别设置到广角位置、广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置以及远摄位置的变焦透镜的表面距离d4、d11和d13的值，连同焦距f、F数FNo和半场角ω的相关值。
表5
  f   8.10   13.77   23.38
  FNo   2.81   3.72   5.15
  ω(度)   30.09   17.99   10.82
  d4   16.201   7.156   1.240
  d11   5.590   11.627   19.928
  d13   2.971   2.096   1.610
在按照第二实施例的布置中，透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。即，第一透镜组GR1中所包括的正透镜G2的两侧的表面s3和s4、第二透镜GR2中所包括的正透镜G3的两侧的表面s6和s7、以及第三透镜组GR3中所包括的正透镜G7的两侧的表面s12和s13是非球面。表6示出第四次、第六次、第八次和第十次的表面s3、s4、s6、s7、s12和s13的非球面系数，连同锥体常量ε的相关值。
表6
  si   ε   A4   A6   A8   A10
  3   1   -0.295592×10-4   0.139777×10-5   -0.312825×10-7   -0.117087×10-8
  4   1   -0.143609×10-3   0.260304×10-5   -0.141033×10-6   0.377465×10-9
  6   1   -0.339791×10-3   0.125440×10-4   -0.167390×10-5   0.137526×10-6
  7   1   0.368606×10-3   0.170640×10-4   -0.175957×10-5   0.175557×10-6
  12   1   -0.108551×10-3   0.455345×10-5   -0.262697×10-6   0.872173×10-8
  13   1   0.128721×10-3   -0.462071×10-5   -0.239964×10-7   0.613705×10-8
图6至8中的每一个包括示出按照数字值实例2的像差的图。图6示出设置到广角位置的变焦透镜的像差。图7示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜的像差。图8示出设置到远摄位置的变焦透镜的像差。在每一个示出球面像差的图中，纵坐标表示对开F值的比率，横坐标表示散焦，以及实线、虚线和点划线分别表示归于d-线、c-线和g-线的球面像差。在每一个示出像散的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示聚焦，以及实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面。在每一个示出失真的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示失真(％)。
图9是示出按照第三实施例的透镜布置的图。按照第三实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组GR1，具有正折射率的第二透镜组GR2和具有正折射率的第三透镜组GR3，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组GR1包括负透镜G1和正透镜G2，负透镜G1在它向着像的一侧具有有强曲率的凹面，正透镜G2在两侧有非球面表面。第二透镜组GR2包括在两侧有非球面表面的正透镜G3、孔径光阑IR和粘合透镜，粘合透镜包括三个透镜，也就是负透镜G4、正透镜G5和负透镜G6。第三透镜组GR3包括在两侧有非球面表面的正透镜G7。
如图9中的箭头所示，透镜组在从广角端至远摄端的变焦操作期间各向着光轴移动。在图9中，LPF表示在第三透镜组GR3与成像面IMG之间***的低通滤光器。
表7示出通过给按照第三实施例的布置应用具体数字值，作为数字值实例3所获得的光学***的数据。
表7
si ri di ni vi
  1   r1＝62.907   d1＝1.000   n1＝1.88300   v1＝40.805
  2   r2＝8.172   d2＝1.920
  3   r3＝14.248(ASP)   d3＝2.000   n2＝1.84666   v2＝23.785
  4   r4＝40.365(ASP)   d4＝可变
  5   r5＝13.654(ASP)   d5＝1.748   n3＝1.74330   v3＝49.326
  6   r6＝-20.966(ASP)   d6＝0.800
  7   r7＝无穷   d7＝0.800   孔径光阑
  8   r8＝29.058   d8＝0.450   n4＝1.84666   v4＝23.785
  9   r9＝7.764   d9＝2.500   n5＝1.83500   v5＝42.984
  10   r10＝-5.108   d10＝0.600   n6＝1.58144   v6＝40.891
  11   r11＝4.949   d11＝可变
  12   r12＝47.579(ASP)   d12＝2.000   n7＝1.58313   v7＝59.461
  13   r13＝-17.195(ASP)   d13＝可变
  14   r14＝无穷   d14＝0.440   n8＝1.44524   v8＝27.700
  15   r15＝无穷   d15＝0.900
  16   r16＝无穷   d16＝0.500   n9＝1.56883   v9＝56.000
  17   r17＝无穷
在按照第三实施例的布置中，第一透镜组GR1与第二透镜组GR2之间的表面距离d4，第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面距离d11，以及第三透镜组GR3与低通滤光器LPF之间的表面距离d13在变焦操作期间是可变的。表8示出作为数字值实例3所获得的分别设置到广角位置、广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置以及远摄位置的变焦透镜的表面距离d4、d11和d13的值，连同焦距f、F数FNo和半场角ω的相关值。
表8
  f   8.10   13.77   23.38
  FNo   2.81   3.80   5.28
  ω(度)   30.11   18.08   10.87
  d4   15.893   7.138   0.860
  d11   5.405   12.102   20.388
  d13   3.125   1.810   1.610
在按照第三实施例的布置中，透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。即，第一透镜组GR1中所包括的正透镜G2的两侧的表面s3和s4、第二透镜GR2中所包括的正透镜G3的两侧的表面s6和s7、以及第三透镜组GR3中所包括的正透镜G7的两侧的表面s12和s13是非球面。表9示出第四次、第六次、第八次和第十次的表面s3、s4、s6、s7、s12和s13的非球面系数，连同锥体常量ε的相关值。
表9
  si   ε   A4   A6   A8   A10
  3   1   -0.380155×10-4   -0.212398×10-5   0.330147×10-7   0.720479×10-9
  4   1   -0.152130×10-3   -0.352306×10-5   0.852648×10-7   -0.525706×10-9
  5   1   -0.243797×10-3   0.187893×10-4   0.699804×10-6   0.106572×10-6
  6   1   0.287650×10-3   0.323082×10-4   -0.781620×10-8   0.211420×10-6
  12   1   -0.237966×10-3   -0.138857×10-5   0.266614×10-6   0.340161×10-8
  13   1   -0.137362×10-3   -0.956568×10-5   0.512864×10-6   0.189727×10-8
图10至12中的每一个包括示出按照数字值实例3的像差的图。图10示出设置到广角位置的变焦透镜的像差。图11示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜的像差。图12示出设置到远摄位置的变焦透镜的像差。在每一个示出球面像差的图中，纵坐标表示对开F值的比率，横坐标表示散焦，以及实线、虚线和点划线分别表示归于d-线、c-线和g-线的球面像差。在每一个示出像散的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示聚焦，以及实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面。在每一个示出失真的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示失真(％)。
图13是示出按照第四实施例的透镜布置的图。按照第四实施例的变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组GR1，具有正折射率的第二透镜组GR2和具有正折射率的第三透镜组GR3，从物侧起以所述的顺序布置。第一透镜组GR1包括负透镜G1和正透镜G2，负透镜G1在它向着像的一侧具有有强曲率的凹面，正透镜G2在两侧有非球面表面。第二透镜组GR2包括正透镜G3和粘合透镜，正透镜G3在两侧有非球面表面，粘合透镜包括正透镜G4和负透镜G5。第三透镜组GR3包括在两侧有非球面表面的正透镜G6。如图13中的箭头所示，透镜组在从广角端至远摄端的变焦操作期间各向着光轴移动。靠近第二透镜组GR2的物侧设置孔径光阑IR。在变焦操作期间，孔径光阑IR与第二透镜组GR2一起移动。在图13中，LPF表示在第三透镜组GR3与成像面IMG之间***的低通滤光器。
表10示出通过给按照第四实施例的布置应用具体数字值，作为数字值实例4所获得的光学***的数据。
表10
si ri di ni vi
  1   r1＝25002.536   d1＝1.000   n1＝1.88300   v1＝40.805
  2   r2＝8.590   d2＝1.520
  3   r3＝14.240(ASP)   d3＝2.054   n2＝1.80518   v2＝25.456
  4   r4＝92.815(ASP)   d4＝可变
  5   r5＝无穷   d5＝0.700   孔径光阑
  6   r6＝6.286(ASP)   d6＝1.960   n3＝1.69350   v3＝53.201
  7   r7＝-38.213(ASP)   d7＝0.100
  8   r8＝14.243   d8＝1.840   n4＝1.83500   v4＝42.984
  9   r9＝-18.943   d9＝0.450   n5＝1.71736   v5＝29.501
  10   r10＝4.283   d10＝可变
  11   r11＝33.289(ASP)   d11＝2.094   n6＝1.58313   v6＝59.461
  12   r12＝-16.782(ASP)   d12＝可变
  13   r13＝无穷   d13＝0.440   n7＝1.44524   v7＝27.700
  14   r14＝无穷   d14＝0.900
  15   r15＝无穷   d15＝0.500   n8＝1.56883   v8＝56.000
  16   r16＝无穷
在按照第四实施例的布置中，第一透镜组GR1与孔径光阑IR之间的表面距离d4，第二透镜组GR2与第三透镜组GR3之间的表面距离d10，以及第三透镜组GR3与低通滤光器LPF之间的表面距离d12在变焦操作期间是可变的。表11示出作为数字值实例4所获得的分别设置到广角位置、广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置以及远摄位置的变焦透镜的表面距离d4、d10和d12的值，连同焦距f、F数FNo和半场角ω的相关值。
表11
  f   8.10   13.77   23.38
  FNo   2.84   3.82   5.34
  ω(度)   30.11   18.01   10.78
  d4   15.430   6.911   1.200
  d10   6.017   12.758   21.699
  d12   3.149   2.114   1.410
在按照第四实施例的布置中，透镜组中的每一个包括至少一个在两侧有非球面表面的正透镜。即，第一透镜组GR1中所包括的正透镜G2的两侧的表面s3和s4、第二透镜GR2中所包括的正透镜G3的两侧的表面s6和s7、以及第三透镜组GR3中所包括的正透镜G6的两侧的表面s11和s12是非球面。表12示出第四次、第六次、第八次和第十次的表面s3、s4、s6、s7、s11和s12的非球面系数，连同锥体常量ε的相关值。
表12
  si   ε   A4   A6   A8   A10
  3   1   0.658483×10-4   0.210777×10-5   -0.115837×10-6   0.487392×10-8
  4   1   -0.626962×10-4   0.164299×10-5   -0.130392×10-6   0.533577×10-8
  6   1   -0.425571×10-3   -0.290453×10-5   -0.630528×10-6   0.157982×10-7
  7   1   0.183971×10-3   0.275644×10-5   -0.984890×10-6   0.478345×10-7
  11   1   -0.160370×10-4   -0.461347×10-5   0.186329×10-6   -0.298538×10-8
  12   1   0.222085×10-3   -0.147753×10-4   0.495225×10-6   -0.680184×10-8
图14至16中的每一个包括示出按照数字值实例4的像差的图。图14示出设置到广角位置的变焦透镜的像差。图15示出设置到广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置的变焦透镜的像差。图16示出设置到远摄位置的变焦透镜的像差。在每一个示出球面像差的图中，纵坐标表示对开F值的比率，横坐标表示散焦，以及实线、虚线和点划线分别表示归于d-线、c-线和g-线的球面像差。在每一个示出像散的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示聚焦，以及实线和虚线分别表示弧矢像面和子午像面。在每一个示出失真的图中，纵坐标表示像高，横坐标表示失真(％)。
表13给出基于数字值实例1至4的对应于不等式(1)、(2)和(3)中所包括的项目的值。
表13
  不等式中的项目   数字值实例1   数字值实例2   数字值实例3   数字值实例4
  D1/fw(1)   0.620   0.572   0.607   0.565
  |Ndp-Ndn|(2)   0.118   0.124   0.254   0.118
  |vdp-vdn|(3)   13.483   8.596   2.093   13.483
从表13可以看出，与数字值实例1到4关联的变焦透镜满足不等式(1)、(2)和(3)。同样，如相应的像差图示出的，适当地校正分别设置到广角位置、广角位置与远摄位置之间的中间焦点位置以及远摄位置的变焦透镜的像差。
接下来，将描述按照本发明的一个实施例和另一个实施例的使用上述变焦透镜中的一种的成像装置。图17是示出可安装上述变焦透镜中的一种的数字静物照相机实例结构的框图。
在图17中示出的数字静物照相机100包括执行成像功能的照相机块10，照相机信号处理部件20(例如，其处理供模数转换的图像信号)，记录和再现图像信号的图像处理部件30，显示拾取的图像的LCD(液晶显示器)40，向存储卡51进行写入并从存储卡51进行读出的R/W(读写器)50，控制整个成像装置的CPU 60，用户用来进行输入操作的输入部件70，以及在照相机块10中控制透镜驱动的透镜驱动控制部件80。
照相机块10包括具有变焦透镜11的光学***(按照前述实施例中的一种的变焦透镜或者与数字值实例1到4中的一种关联的变焦透镜)和图像拾取装置12(诸如CCD)。照相机信号处理部件20将从图像拾取装置12输出的信号转换成数字信号，然后处理该数字信号，例如除噪、图像质量校正、以及向亮度和色差信号的转换。图像处理部件30基于指定的图像数据格式为了压缩对图像信号进行编码，并且为了解压缩对编码信号进行解码。它还处理用于数据规格转换的如图像分辨率数据的这样的数据。
存储卡51由可拆卸的半导体存储器构成。R/W 50将图像处理部件30编码的图像数据写入存储卡51。它还读出向存储卡51记录的图像数据。CPU 60是控制处理器，其按照从输入部件70输入的指令信号控制数字静物照相机中包括的电路块。
输入部件70包括，例如在操作快门中使用的快门释放按钮和在选择操作模式中使用的选择开关。它将用户手动输入的指令信号输出给CPU 60。透镜驱动控制部件80按照从CPU 60接收的控制信号控制例如驱动在变焦透镜11中所包括的电机(没有示出)。
下面将简要描述数字静物照相机100的操作。
在拍摄之前的备用状态，在CPU 60的控制下由照相机块10拾取的图像信号经过照相机信号处理部件20被输出给LCD 40，以便在LCD 40上显示作为“通过图像”(through image)的图像信号。当从输入部件70输入用于变焦的指令信号时，CPU 60将控制信号输出给透镜驱动控制部件80。结果，在透镜驱动控制部件80的控制下移动变焦透镜11中所包括的指定的透镜。
当释放在照相机块10中所包括的快门(没有示出)时，所拾取的图像信号经过照相机信号处理部件20被输出给图像处理部件30，在照相机信号处理部件20中为压缩而对图像信号进行编码，从而转换成指定数据格式的数字数据。于是，所获得的数字数据被输出给R/W 50，然后，被写入存储卡51。
为了聚焦，透镜驱动控制部件80按照从CPU 60接收的控制信号移动变焦透镜11中所包括的指定的透镜，例如，为了记录将快门释放按钮压下到半途或完全压下时。
为再现在存储卡51中所记录的图像数据，R/W 50按照在输入部件70所执行的操作从存储卡51读出指定的图像数据。于是，在图像处理部件30中为解压缩而解码所读出的图像数据，然后，作为再现的图像信号输出给LCD 40以允许在LCD上看见再现的图像。
在上面所描述的实施例中，虽然按照本发明的实施例的成像装置被应用于数字静物照相机，它还可以被应用于不同的成像装置，例如视频照相机。
在描述上面的实施例中或介绍数字值实例中，所描述或所示出组件的形状与结构以及数字值仅仅是说明性的范例实施例，且它们不应该被解释为对本发明的技术范围的限制。
可提供有大约3倍的可变倍率的变焦透镜，以及紧凑而廉价的并且适于供在使用固态图像拾取装置的数字静物照相机和数字视频照相机中使用的成像装置。
本领域的那些技术人员应该明白，在所附的权利要求书或其等同物范围内，依据设计的必要条件和其他因素可发生各种修改、组合、次组合和变更。

Claims (24)

1.一种变焦透镜，包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置，
其中所述第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66     (1)
其中D1表示所述第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的所述变焦透镜的焦距。
2.按照权利要求1所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个包括具有至少一个非球面表面的正透镜。
3.一种变焦透镜，包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置；
其中所述透镜组中的每一个包括至少一个在两侧具有非球面表面的正透镜。
4.按照权利要求1所述的变焦透镜，其中：
所述第二透镜组包含粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，以及
所述粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4    (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0    (3)
其中
Ndp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的d线折射系数，
Ndn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的d线折射系数，
vdp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的阿贝数，以及
vdn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的阿贝数。
5.按照权利要求2所述的变焦透镜，其中：
所述第二透镜组包含粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，以及
所述粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4     (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0     (3)
其中
Ndp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的d线折射系数，
Ndn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的d线折射系数，
vdp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的阿贝数，以及
vdn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的阿贝数。
6.按照权利要求3所述的变焦透镜，其中：
所述第二透镜组包含粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，以及
所述粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4      (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0      (3)
其中
Ndp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的d线折射系数，
Ndn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的d线折射系数，
vdp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的阿贝数，以及
vdn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的阿贝数。
7.按照权利要求1所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
8.按照权利要求2所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
9.按照权利要求3所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
10.按照权利要求4所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
11.按照权利要求5所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
12.按照权利要求6所述的变焦透镜，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
13.一种包含变焦透镜和将所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号的图像拾取装置的成像装置：
其中所述变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置，以及
其中所述第一透镜组包括负透镜和具有至少一个非球面表面的正透镜，从物侧起以所述的顺序布置，并且满足下面的不等式(1)：
0.4＜D1/fw＜0.66    (1)
其中D1表示所述第一透镜组内最靠近物的透镜表面与最靠近像的透镜表面之间的距离，以及fw表示设置到广角位置的所述变焦透镜的焦距。
14.按照权利要求13所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个包括具有至少一个非球面表面的正透镜。
15.一种包含变焦透镜和将所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号的图像拾取装置的成像装置：
其中所述变焦透镜包括具有负折射率的第一透镜组，具有正折射率的第二透镜组和具有正折射率的第三透镜组，从物侧起以所述的顺序布置，以及
其中所述透镜组中的每一个包括至少一个在两侧具有非球面表面的正透镜。
16.按照权利要求13所述的成像装置，其中：
所述第二透镜组包含粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，以及
所述粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4    (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0    (3)
其中
Ndp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的d线折射系数，
Ndn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的d线折射系数，
Vdp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的阿贝数，以及
Vdn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的阿贝数。
17.按照权利要求14所述的成像装置，其中：
所述第二透镜组包含粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，以及
所述粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4    (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0    (3)
其中
Ndp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的d线折射系数，
Ndn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的d线折射系数，
vdp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的阿贝数，以及
vdn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的阿贝数。
18.按照权利要求15所述的成像装置，其中：
所述第二透镜组包含粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和至少一个负透镜，以及
所述粘合透镜满足下面的不等式(2)和(3)：
0.05＜|Ndp-Ndn|＜0.4    (2)
2.0＜|vdp-vdn|＜50.0    (3)
其中
Ndp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的d线折射系数，
Ndn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的d线折射系数，
vdp：所述粘合透镜包括的所述正透镜的阿贝数，以及
vdn：所述粘合透镜包括的所述负透镜的阿贝数。
19.按照权利要求13所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
20.按照权利要求14所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
21.按照权利要求15所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
22.按照权利要求16所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
23.按照权利要求17所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
24.按照权利要求18所述的成像装置，其中所述透镜组中的每一个在变焦操作期间是可动的。
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