專利名稱：變焦透鏡、圖像設(shè)備和個人數(shù)字助理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變焦透鏡、成像設(shè)備和個人數(shù)字助理。
技術(shù)背景隨著由數(shù)字照相機(jī)為代表的成像設(shè)備的廣泛傳播，普遍的趨勢是尋求進(jìn) 一步提高攝像質(zhì)量和更小尺寸的設(shè)備主體，以及追求更高質(zhì)量和更小尺寸的 用作攝像透鏡的變焦透鏡。對于更小尺寸的變焦透鏡，首先，必須縮短使用的總透鏡長度(從最接 近物側(cè)上的透鏡表面到像面的距離)，并且縮短每個透鏡組的厚度并控制處 于收縮狀態(tài)的變焦透鏡的總長度也很重要。對于更高質(zhì)量，優(yōu)選確保在整個變焦范圍內(nèi)對應(yīng)于至少5至8百萬像素 的成像元件的分辯力。此外，非常需要變焦透鏡的寬視角，并且優(yōu)選在廣角端的半視角大于38 度"對應(yīng)于35mm卣化銀照相機(jī)(所謂的Leica類型)的28mm焦距"。還 希望放大率盡可能的大；變焦透鏡具有對應(yīng)于35mm卣化銀照相機(jī)的28-200mm焦距的放大率(約7.1倍)，其被認(rèn)為可能處理幾乎所有的常用攝像。 此外，具有對應(yīng)于28 -300mm焦距的放大率(約10.7倍)的變焦透鏡將覆 蓋更寬的攝像區(qū)。另一方面，色差可能隨著最求更高的放大率和更長的焦距而得到發(fā)展； 并且已知使用"具有反常色散的透鏡，，對于校正色差是有效的。作為適用于更高放大率的變焦透鏡，已知具有這樣的結(jié)構(gòu)從物側(cè)起依 次為具有正焦距的第一透鏡組、具有負(fù)焦距的第二透鏡組、具有正焦距的第
三透鏡組和具有正焦距的第四透鏡組，并且當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率 時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間距增加，第二透鏡組和第三透鏡組之 間的間距減小，第三透鏡組和第四透鏡組之間的間距變化。在下面的專利文 獻(xiàn)1至3中披露了具有這種結(jié)構(gòu)并釆用反常色散的變焦透鏡。專利文獻(xiàn)1中披露的變焦透鏡在所公開的實(shí)施例中的廣角端處具有25 度的半視角；這無法滿足近期使用者對于廣角的需求。專利文獻(xiàn)2中披露的 變焦透鏡在廣角端處的半視角為約29-32度，這也不足以認(rèn)為是廣角。專 利文獻(xiàn)3中披露的變焦透鏡在廣角端處的半視角約為37度，這個角度足以 被認(rèn)為是廣角，但是，為了獲得該效果需要總共多達(dá)14個透鏡，顯然存在 減小尺寸(減小收縮時的總長度)和降低成本的空間。專利文獻(xiàn)1:日本專利待公開號No.H08-248317專利文獻(xiàn)2:日本專利待公開號No.2001-194590專利文獻(xiàn)3:日本專利待公開號No.2004-333768發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明根據(jù)上述情況制成，并提供一種高性能變焦透鏡，該變焦透鏡適 用于10-12片透鏡的小尺寸，其獲得在廣角端處超過38度的半視角、大于 6.5至10的放大率、以及對應(yīng)于5 - 8百萬像素的成像元件的分辨率。本發(fā)明還提供一種以這種變焦透鏡作為攝像變焦透鏡的成像設(shè)備，和包 括這種成像設(shè)備的個人數(shù)字助理。本發(fā)明的第 一個方面包括用于拍攝物體圖像的變焦透鏡，其包括至少一 個具有正折射光焦度的第一透鏡組，該第一透鏡組與物體相對放置；具有負(fù) 折射光焦度的第二透鏡組，該第二透鏡組與該第一透鏡組相對放置；具有正 折射光焦度的第三透鏡組，該第三透鏡組與該第二透鏡組相對放置，該第三 透鏡組具有至少一個正透鏡，當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，該第一透 鏡組和第二透鏡組之間的間距增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減 ??；該變焦透鏡具有下面的特征。具體地，在正交二維坐標(biāo)平面中，在縱坐標(biāo)上釆用由以下公式定義的局 部色散率6g,F: eg，F(xiàn) = (ng-nF)/(nF-nc)，其中iig是g線的折射率，np是F線的折 射率，nc是c線的折射率，并且在橫坐標(biāo)上采用阿貝數(shù)Vd,當(dāng)連接標(biāo)準(zhǔn)玻璃 類型K7的坐標(biāo)點(diǎn)(vd = 60.49， eg,F = 0.5432)和標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型F2的坐
標(biāo)點(diǎn)(Vd = 36.26, eg,F = 0.5830)的直線被定義為基準(zhǔn)線，并且在二維坐標(biāo)面上玻璃類型的局部色散率eg,F距離基準(zhǔn)線的偏離被定義為玻璃類型的反常色散A0g,F時，第三透鏡組的正透鏡的折射率Nd和阿貝數(shù)vd以及反常色散 A0g,F滿足下面的條件(1 )至(3 ): (1 ) Nd> 1.58 (2 ) vd > 60.0 (3 ) 0.05 >△ eg,F> 0.003優(yōu)選地，該變焦透鏡包括在第二透鏡組和第三透鏡組之間的孔徑光闌， 其中當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，至少該第一透鏡組和第三透鏡組以 這樣的方式朝向物側(cè)移動第一透鏡組和第二透鏡組之間的間距增大，第二 透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小。優(yōu)選地，該變焦透鏡包括在第三透鏡組的像側(cè)上的第四透鏡組，其中當(dāng) 從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，該第一透鏡組和第二透鏡組之間的間距增 大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小，第三透鏡組和第四透鏡組之 間的間距改變；此外，在這種情況下，該變焦透鏡優(yōu)選包括在第二透鏡組和 第三透鏡組之間的孔徑光闌，其中當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，至少 該第 一透鏡組和第三透鏡組以這樣的方式朝向物側(cè)移動第 一透鏡組和第二 透鏡組之間的間距增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小，第三透 鏡組和第四透鏡組之間的間距增大。優(yōu)選第三透鏡組的正透鏡之一滿足條件(1)至(3),并且該正透鏡的 焦距fap和在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距fw滿足條件(4): 1.0<fap/fw<2.5。優(yōu)選第三透鏡組包括至少兩個正透鏡和一個負(fù)透鏡，其中 一個正透鏡滿 足條件(1)至(3)，另一個正透鏡具有非球面。優(yōu)選具有面對像側(cè)的凹度很大的表面的負(fù)透鏡位于第三透鏡組的最靠 近像側(cè)，在該負(fù)透鏡的像側(cè)上的透鏡表面的曲率半徑r瓜和在廣角端的整個 系統(tǒng)的焦距fw滿足條件(5): 0.8<|r3R|/fw< 1.6。優(yōu)選當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，第一透鏡組的總移動距離X, 和在望遠(yuǎn)端的整個系統(tǒng)的焦距fr滿足條件(6): 0.20 < X, / fT < 0.70;并且 優(yōu)選當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，第三透鏡組的總移動距離X3和在 望遠(yuǎn)端的整個系統(tǒng)的焦距fr滿足條件(7): 0.15 <X3/fT< 0.40。優(yōu)選第二透鏡組的焦距f2和第三透鏡組的焦距f3滿足條件(8 ): 0.45 < |f2|/ f3 < 0.85;并且優(yōu)選第一透鏡組的焦距&和在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距fw 滿足條件(9): 5.0 〈f!/fw〈 11.0。本發(fā)明的第二個方面包括一種成像設(shè)備，該成像設(shè)備包含上述變焦透鏡 作為攝影變焦透鏡。優(yōu)選地，該成像設(shè)備可以通過該變焦透鏡在彩色成像元件的光接收表面 上形成物體圖像。優(yōu)選地，該成像設(shè)備采用大于5 - 8百萬像素的成像元件。本發(fā)明的第三個方面包括一種包含上面的成像設(shè)備的個人數(shù)字助理。


圖1示出在實(shí)施例1中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖2示出在實(shí)施例2中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖3示出在實(shí)施例3中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖4示出在實(shí)施例4中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖5示出在實(shí)施例5中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖6示出在實(shí)施例6中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖7示出在實(shí)施例7中的每個透鏡組的移動和透鏡的結(jié)構(gòu)圖8示出在實(shí)施例1的短焦端處的像差；圖9示出在實(shí)施例1的中間焦距處的像差；圖IO示出在實(shí)施例1的望遠(yuǎn)端處的像差；圖11示出在實(shí)施例2的短焦端處的像差；圖12示出在實(shí)施例2的中間焦距處的像差；圖13示出在實(shí)施例2的望遠(yuǎn)端處的像差；圖14示出在實(shí)施例3的短焦端處的像差；圖15示出在實(shí)施例3的中間焦距處的#_差；圖16示出在實(shí)施例3的望遠(yuǎn)端處的像差；圖17示出在實(shí)施例4的短焦端處的像差；圖18示出在實(shí)施例4的中間焦距處的像差；圖19示出在實(shí)施例4的望遠(yuǎn)端處的像差；圖20示出在實(shí)施例5的短焦端處的像差； 圖21示出在實(shí)施例5的中間焦距處的像差；圖22示出在實(shí)施例5的望遠(yuǎn)端處的像差；圖23示出在實(shí)施例6的短焦端處的像差；圖24示出在實(shí)施例6的中間焦距處的像差；圖25示出在實(shí)施例6的望遠(yuǎn)端處的像差；圖26示出在實(shí)施例7的短焦端處的像差；圖27示出在實(shí)施例7的中間焦距處的像差；圖28示出在實(shí)施例7的望遠(yuǎn)端處的像差；圖29A示出在實(shí)施例1中的個人數(shù)字助理；圖29B示出在實(shí)施例1中的個人數(shù)字助理；圖29C示出在實(shí)施例1中的個人數(shù)字助理；以及圖30示出在圖29A、 29B、 29C中所示的設(shè)備的系統(tǒng)；具體實(shí)施方式
將結(jié)合下面7個例子描述變焦透鏡的優(yōu)選實(shí)施例。在所有實(shí)施例中，圖 像的最大高度是3.70mm。實(shí)施例1至5釆取正/負(fù)/正/正的四組結(jié)構(gòu)。實(shí)施 例6采取正/負(fù)/正的三組結(jié)構(gòu)。實(shí)施例7采取正/負(fù)/正/正/負(fù)的五組結(jié)構(gòu)。在每個實(shí)施例中，放置在變焦透鏡系統(tǒng)的最接近像面?zhèn)壬系拿嫫叫邪?(plane parallel plate )(在圖1至圖4中由標(biāo)記F表示)是一個由光接收元件 構(gòu)成的覆蓋玻璃(罩玻璃)，該光接收元件例如是，光學(xué)低通濾波器和紅外 截止濾波器等各種濾波器和CCD傳感器。除非另有說明，長度尺寸的單位 是mm。當(dāng)改變放大率，實(shí)施例1至6中"所有的透鏡組，，移動，在第七實(shí)施例 中第一至第四透鏡組移動；當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，在所有的1-7 實(shí)施例中，第一透鏡組和第三透鏡組朝向物側(cè)移動。在除了 "實(shí)施例1-5、 7中的第四透鏡組的正透鏡是光學(xué)塑料，，之外的 所有情況下，透鏡的材料都是光學(xué)玻璃。當(dāng)在廣角端處獲得"超過38度的半視角"以及大于6.5的高放大率(實(shí) 施例1: 6.73,實(shí)施例2: 10.23,實(shí)施例3: 10.31,實(shí)施例4: 10.23，實(shí)施 例5: 6.73,實(shí)施例6: 6.74，實(shí)施例7: 6.73)時，在每個實(shí)施例中的變焦 透鏡都足以校正像差并可用于與具有5-8百萬像素的光接收元件相組合。
因此，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡的結(jié)構(gòu)將"確保特別滿意的圖像性能，同 時達(dá)到充分減小尺寸的目的"，這在每個實(shí)施例中都清楚地進(jìn)行了說明。 在每個實(shí)施例中，標(biāo)記及其含義如下f:整個系統(tǒng)的焦距f: f數(shù)(D:半視場角r:曲率半徑d:面間距nd:折射率vd:阿貝數(shù)k:非球面的二次常數(shù) a4:四階非球面系數(shù) a6:六階非球面系數(shù) a8:八階非球面系數(shù) a1():十階非球面系數(shù) a12:十二階非球面系數(shù) a14:十四階非球面系數(shù) a16:十六階非球面系數(shù) a18:十八階非球面系數(shù) "非球面"的形狀由下面的已知的公式給出x= ch2"1+V(h"《)C2的}+a4 H4+ a6 . h6+ a8 h8+ a10 h10+ a12 h12+a14 h14+a16 . h16+a18 . h18此處，c是近軸曲率半徑的倒數(shù)(近軸曲率)，h是距光軸的高度，k 是二次系數(shù)，a4、 a6、 a8.......是非球面系數(shù)。所采用的光學(xué)玻璃都是"由ohara inc.制造"，玻璃類型的名稱是同 一^^司的商標(biāo)名稱。實(shí)施例1:f=4.74-31.93， F = 3.41-5.05， co = 39.18-6.45面數(shù) r d nd vd Aeg,f玻璃類型的名稱01 25.418 1.001.9228618.90 0.0386 ohara s陽nph202 19.897 3.231.4970081,54 0.0280 ohara s-fpl51 變量2.700.10 2.33 0.80(C) 1.5891349.60 -0.0092 OHARA40.76 -0.0088 OHARA18.90 0.0386 OHARA S-NPH2 40.76 -0.0088 OHARA61.15 -0.0043 OHARA03 237.457 0.1004 26.628 1.68 1.77250 S陽LA脳05 58.589 變量(A) 06* 18.781 0.74 1.88300S-LAH5807 4.176 2.4008 236.598 1.76 1.9228609 -12.359 0.64 1.88300 S-LAH5810* 237.12f 11 孔徑 12* 6.982 L-BAL3513* -9.18714 10.085 2.33 1.6030015 -8.119 0.80 1,6889316 4.648 變量(D) 17* 8.039 2,261.52470 56.2018 40.468 變量(E)19 oo 0.901.51680 64.2020 oo非球面(加上標(biāo)記*的表面，下面相同)第六面K= 0.0,A4 =-2.19338 x 10-4,A6= 1.13479 x IO國5， A8 =-2.04849 x l(T6，65.44 0.0045 OHARA S-PHM53 31.07 0.0092 OHARA S-TIM28光學(xué)塑料 多種濾光器A10 = 1.56368 x 10-7，A12 A16 = 1.66996 x l(T12, A18 = -2.60929 x 10 第十面 K= 0.0,A4 =-6.12409 x 10-4,A6=-1.80573 x 10-5，A8 = 1.51385 x 10—6，-4.98263 x l(T9， A14 = 2,89148 x 1014■11 A10 =-1.33918 x 10第十二面K = 0.0,-7A4 =-7.52335 x 10-4, A6=-U2417 x 10°, A8 = 2.36865 x i(Tb， A10 =-2.15147 x 10 第十三面 K = 0.0，-7A4 = 2.97351 x 1(T4，A6= -4.73786 x 10-o，A8 = 1.28063 x 10, A'0 =-1,37674 x l(T7 第十七面 K = 0.0，A4 =-1.13815 x 1(T4，A6= 6.21233 x 10-6， A8 =-1.66452 x io國7，-6A10 = 2.78663 x 10短焦端f= 4.742O細(xì)8.1574,2863駕1.954-9A B C DE中間焦距f = 12.3278.7512.6643.0536.9873.085長焦端f= 31.92615.8651.1500.75012.7772.365條件參數(shù)值fap/f w= 1-65I r3R i / fw = 0,980 X"f產(chǎn)0.442 X3/fT= 0.294 |f2|/f3 = 0.721 &/f w= 7.340 dsw/fT= 0.134圖1示出實(shí)施例1中的變焦透鏡的透鏡組的結(jié)構(gòu)，其中上方的圖示出在 廣角端的結(jié)構(gòu)，中間的圖示出在中間焦距處的結(jié)構(gòu)，下方的圖示出在望遠(yuǎn)端 的結(jié)構(gòu)。圖中，符號T，表示第一透鏡組，符號"II"表示第二透鏡組，符 號"III"表示第三透鏡組，符號"IV"表示第四透鏡組，符號"S，，表示孔 徑光闌。符號"F"表示一個透明平面平行板，其表示如上所述的例如各種濾光器和CCD傳感器的光接收元件的覆蓋玻璃(玻璃罩)。滿足條件式(1)至(3)的"反常色散透鏡"是第三透鏡組的"位于從孔徑光闌起第二位置處的正透鏡，，。圖8、圖9和圖IO分別依次示出短焦端處的像差、中間焦距處的像差、 望遠(yuǎn)端處的像差。此處，球面象差圖中的虛線表示正弦條件；像散圖中的實(shí) 線和虛線分別表示弧矢像散和子午像散。實(shí)施例2:f=4.74 -48.47， F = 3,53 - 5.08， co = 39.21 - 4.26面數(shù)RDNdvd△eg，F(xiàn) 玻璃類型的名稱0132.2051.001.8466623.780.0175 OHARA S-TIH530222.1453.541.4970081.540.0280 OHARA S-FPL5103112.6350.100425.9252.741.6204160.29-0.0012 OHARAS-BSM1605115.816變量(A)06*24.2570.741.8348142.71-0.0082 OHARAS-LAH55074.5092.570846.6442.671.8051825.420.0158 OHARA S-TIH609-6.4320.641.8830040.76-0.0088 OHARAS-LAH5810*102.556變量(B)11孔徑變量(C)12*7.7253.311.5891361.15-0.0043 OHARAL-BAL3513*-9.6320.101410.1612.361.6030065.440.0045 OHARA S-PHM53151617S-TIM3518 19*202122 oo 非球面 第六面 K = 0.0，-7.549 0.80 1.639804.619 變量(D) -25.476 1.33 1.6989531.606 0.109.324 2.77 1.52470 -14.754 變量(E)oo 0.90 1.5168034.47 0.0065 OHARA S-TIM2730.13 0.0103 OHARA56.2064.20光學(xué)塑料 多種濾光器A4 = -7.42443 x 10-5, A6= 1.52472 x 10-6， A8 = -2.55606 x l(T8, A10 = 7.39898 x l(T11 第十面 K = 0.0,A4 =-4.89544 x l(T4， A6=-7.50225 x 10-8， A8 =-3.31112 x io.7， A10 =-1.81658 x l(T8 第十二面 K = 0.0,A4 = -7.34491 x io隱4， A6= -3.10441 x l(T6， A8 = 2.22594 x l(T8, A10 =-5.45002 x l(r8 第十三面 K = 0.0,A4 = 1.33185 x l(T4， A6=-4.89508 x 1(T，A8 = 9.45570 x io隱6， A10 =-3.97335 x 1CT8 第十九面 K = 0,0,A4 =-3.15005 x IO陽4， A6= 3,37765 x l(T6， A8 =-1.20761 x io隱7， A10= 1.16302 x lO-9變量 短焦端中間焦距長焦端f= 4.739f= 15.159f= 48.469A0.67912.70821.200B10.1534.1021.150C4.587l扁0.750D3.0003.13815.588E2.7257.3131.982條件參數(shù)值I r3R I / fw = 0.973 X!/f T= 0.403 X3/f T= 0.244 I f21 / f3 = 0.682 f/f w= 8.59 dsw/fT= 0.095圖2以與圖1中相同的方式示出實(shí)施例2中的變焦透鏡的透鏡組在廣角端、在中間焦距、在望遠(yuǎn)端的結(jié)構(gòu)。圖ii、圖12和圖n分別依次示出在 短焦端處的像差、中間焦距處的像差、望遠(yuǎn)端處的像差。滿足條件式(1 )至(3 )的反常色散透鏡是第三透鏡組的"位于從孔徑 光闌起第二位置處的正透鏡"。實(shí)施例3:f=4.74_ 48.46，F(xiàn) = 3.46- 5.70, co =38.93 -4.34面數(shù) RDNdvd△eg,F 玻璃類型的名稱01 36.6141.001.8051825.420.0158 OHARAS-TIH602 23,7044.631.4874970.240,0022 OHARA S-FSL503 -266.6250.1004 18.0723.181.4874970.240,0022 OHARA S-FSL505 39,894變量(A)06* 49.7510.741,8830040.76-0.0088 OHARAS-LAH58 07 4.67108 43.22709 -6.015 S-LAH5810* -391.116 11 孔徑 12* 7.481 L-BAL3513* -11.43914 15.95215 -5.18616 5.18617 10,35218 7.598 19* 7.40620 -43.75321 oo22 oo 非球面 第六面 K = 0.0,A4 = 4.68067 x 100, A6= 6,87101 x l(T， A8 = -2.85890 x l(y8 A10= 1.31219 x l(T10 第十面 K = 0.0,A4 =-4.22453 x 10—4, A6= 5.67023 x 10.7， A8 = -3.33952 x io陽7 A10 =-1.38989 x 10-8 第十二面 K = 0.0,A4 = -6.36669 x 10—4， A6= -8.20604 x io國7， A8 = 4.09961 x io隱 A10 =-3.95066 x IO-8162.382.821.8051825,420.0158 OHARA S-TIH60,641.8830040.76-0.0088 OHARA變量(B)變量(C)2.651.5891361.15-0.0043 OHARA0.102.401.6180063.330,0051 OHARA S-PHM520.801,6129337.000.0046 OHARA S-TIM3變量(D)0.501.8466623.780.0175 OHARA S-TIH530.103.311.5247056.20光學(xué)塑料變量(E)0.901.5168064.20多種濾光器10第十三面K = 0.0,A4= 1,88071 x 1(T4,A6=-4.02370 x 1(T6,A8 = 7.11201 A10 =-3.87131 x l(T8 第十九面 K = 0.0,A4 = -4.98249 x 10-5, A6= 3.29106 x l(T7, A8 = 2.23225 x 10 A10 =-1.44572 x if)-9-7A B C DE短焦端f= 4.738O扁10,1884,0943.5003.334中間焦距f= 15.1649.6103.0771.0075.1268.719長焦端f= 48.45820.6001.1500.75018.2084.282條件參數(shù)值 ,/f w= 1.39|r3R|/fw=1.09 X!/f T= 0.480 X3/f T= 0.323 |f2|/f3 = 0,581 f!/f^8.24 dsw/fT= 0.084圖3以與圖1中相同的方式示出實(shí)施例3中的變焦透鏡的透鏡組在廣角 端、在中間焦距、在望遠(yuǎn)端的結(jié)構(gòu)。圖14、圖15和圖16分別依次示出在 短焦端處的像差、中間焦距處的像差、望遠(yuǎn)端處的像差。滿足條件式(1 )至(3 )的反常色散透鏡是第三透鏡組的"位于從孔徑 光闌起第二位置處的正透鏡"。實(shí)施例4:f=4.74 -48.48,F = 3.48-5.01， co =39.22 - 4.25面數(shù)RDNdvdAeg,F 玻璃類型的名稱0145.0731.001.8466623.780.0175 OHARA S-TIH530229.4983.621.45600卯.290.0386 OHARA S-FPL5203000.100433.2762.621.6968055.53-0.0082 OHARAS-LAL1405187.238變量(A)0650,1100.741.8830040.76-0.0088 OHARAS-LAH58075.2192.360859.1002.921.7847026.290.0146 OHARA S-TIH2309-6.4010.641.8830040.76-0.0092 OHARAS-LAH5810*-51.678變量(B)11孔徑變量(C)12*7.6142.611.5891361.15-0.0043 OHARAL-BAL3513-22.0270.431412.9441.031.7620040.10-0,0001 OHARAS-LAM5515 4.1703.061.6030065.4416 -24.8550.1017 104.2411.451.6889331.0718* 6.050變量(D)19* 7.7312.061.5247056.2020 15.935變量(E)21 oo0.901.5168064.2022 co非球面第十面65.44 0.0045 OHARA S-PHM5331.07 0.0092 OHARA S-TIM28光學(xué)塑料 多種濾光器K = 0.0，A4 =-3.36309 x 10—4, A6=-1.04662 x 1(T6，A8 =-2.09664 x l(T A10= 1.11152 x l(T9 第十四面 K = 0.0，A4 = -4.24292 x 10-4, A6= 1.25661 x 10-7, A8 = -2.90899 x l(r7 A10= 1扁42 x 10-8 第十五面 K = 0.0,A4 = 4.43764 x IO陽4， A6= 1.39228 x IO國5， A8 =-8.27433 x 10—7， A10 =-5.12212 x l(T8 第十九面 K = 0.0,A4 =-4.52445 x 10-5,A6= 6.53780 x 10.6, A8 =-3.16498 x 10.7， A10 = 8.54289 x l(T9變量短焦端中間焦距長焦端f= 4.737f= 15.153f= 48.481A 0.70013.31324.548B 10.9345.6651.150C 7.5701.7270.500D 3.6717.03514.783E 2.2194,4522.316條件參數(shù)值fap/fw=1.30|r3R|/fw=1.28X!/f產(chǎn)0.381X3/fT= 0.231|f2|/f3 = 0,727f/fw=9.33dsw/fT= 0.156圖4以與圖1中相同的方式示出實(shí)施例4中的變焦透鏡的透鏡組在廣角 端、在中間焦距、在望遠(yuǎn)端的結(jié)構(gòu)。圖17、圖18和圖19分別依次示出在 短焦端處的像差、中間焦距處的像差、望遠(yuǎn)端處的像差。滿足條件式(1 )至(3)的反常色散透鏡是第三透鏡組的"位于從孔徑 光闌起第三位置處的正透鏡"。020304S-LA脳05 06*S-LAH58實(shí)施例5: f=4.74-31.90, 面數(shù) R 01 36.647 23.427 170.952 18.584F = 3.51 -5.58， = 39.19-6.48L-BAL35D1.00 2.74 0.10 2.31Nd1.92286 1.603001.77250vd Aeg,F 玻璃類型的名稱18.90 0.0386 OHARAS-NPH265.44 0.0045 OHARA S-PHM5349.60 -0.0092 OHARA47.492 39.987變量(A) 0.74 1.8830040.76 -0.0088 OHARA074.2342.320854.2212.051.9228618.900.0386 OHARA S-NPH209-9.2720.842.0033028.270.0023 OHARA S-LAH7910*-116,917變量(B)11孔徑變量(C)12*6.9183.211.5891361.15-0.0043 OHARA13*-8.6780.101411.5112.18 1.6030065.440.0045 OHARA S-PHM5315-7,7700.60 1.6889331.070.0092 OHARA S-TIM28164.825變量(D)17*9.2272.02 1.5247056.200.0092光學(xué)塑料18158.590變量(E)19000.90 1.5168064.20多種濾光器20 oo 非球面 第六面 K = 0.0，A4 = 5.31992 x 10-5, A6= 2.13225 x 10-7，A8 =-6.80433 x i(y8， A10 = 9,10866 x 10"。 第十面 K= 0.0,A4 =-4.66740 x 1(T4, A6=-3.74622 x 1(T7,A8 =-7.91115 x l(T' A10 =-2.92852 x i(r8 第十二面 K = 0.0,A4 =-8.82834 x 10-4,A6=-8.96856 x 1(T7，A8 =-4.79181 x 10" A10 =-7.50342 x io-8 第十三面 K = 0.0，A4 = 3.01624 x IO.4， A6=-4.31357 x 10.6,A8 = 1.38650 x 10.7,A10 =-6.81860 x lO—8第十七面K=0.0,A4 =-6.18571 x 10-5，A6= 7.90738 x 10-6,A8 =-3.31121 x io.7: A10 = 7.16443 x l(T9變量短焦端中間焦距長焦端f= 4.741f= 12.319f= 31.905AO扁7.56114.139B8.1071.621l扁C4.4643.8190.650D3.4966.38411.507E2.8554.1922.352條件參數(shù)值fap/f w= 1.73 |r3R|/fw=1.02 X"fT= 0,317 X3/fT= 0.235 I f21 / f3 = 0.664fi/fw:6.25dsw/fT= 0.140圖5以與圖1中相同的方式示出實(shí)施例5中的變焦透鏡的透鏡組在廣角 端、在中間焦距、在望遠(yuǎn)端的結(jié)構(gòu)。圖20、圖21和圖22分別依次示出在 短焦端處的像差、中間焦距處的像差、望遠(yuǎn)端處的像差。滿足條件式(1 )至(3 )的反常色散透鏡是第三透鏡組的"位于從孔徑 光闌起第二位置處的正透鏡"。實(shí)施例6:f=4.74 -31.93， F = 3.50 - 5.60， = 39.15-6.61面數(shù)RDNd△eg,F 玻璃類型的名稱0133.0241,001.9228618.900.0386 OHARA S-NPH20221.5533.051.6030065.440.0045 OHARA S-PHM5303216.8520.100416.1542.121.7725049.60-0.0092 OHARAS-LAH66 05 06*S-LAH5832.210 22.7140,74(A) 1,8830040.76 -0.0088 OHARA073.7402.2308118.8672.021.9228618.900.0386 OHARA S-NPH209-6.9160.642.0033028.270.0023 OHARA S-LAH7910*-147,074變量(B)11孔徑變量(C)12*6.1193.111.5891361.15-0.0043 OHARAL-BAL35 13*-9.8150.10 14 212.627 2.2615 -6.580 0.6016 5.405 0.77 17* 7,011 2.1118 -14.308 變量19 oo 0.9020 oo 非球面 第六面 K = 0.0,A4 =-1.39130 x 10-5,A6= 1.07卯9 x l(T， A8 =-9.56983 x 10.8 A10= 1.01099 x l(T9第十面 K = 0.0,A4 =-6.53461 x IO陽4， A6=-6.32795 x 10.6, A8 =-1.30334 x 10.' A10 =-7.51258 x icy8 第十二面 K = 0.0,A4 = -7.01992 x l。-4, A6= -7.85945 x IO國6， A8 = 6.92903 x l(T7 A10 =-9.48794 x l(T8第十三面 K = 0.0,A4 = 2.91193 x 1(T4，A6= 1.44347 x 10-6， A8 = 2.75419 x l(T7, A10 =-7.93114 x l(T8第十七面 K = 0.0，A4 = -3.23395 x l(T4, A6= -3.74585 x l(T6， A8 = 5.42386 x l(T7 A10 =-1.33173 x l(T8變量短焦端 中間焦距 長焦端f =4.739 f= 12.319 f= 31.926231.60300 65.44 0.0045 OHARA S-PHM531.74950 35,28 0.0025 OHARA S-LAM71.51633 61.14 -0.0024 光學(xué)塑料 (D)1.51680 64.20 多種濾光器
A0細(xì)6.95313.174
B6.8924,2271.000
C6.1931.6680.650
D7.51411.57514.663
條件參數(shù)值
f /f = 2 24 |r3R|/fw :無關(guān) X!/fT= 0.259 X3/fT= 0.224 I f2 i / f3 = 0.572 f/fw= 6.01 dsw/fT= 0.194
圖6以與圖1中相同的方式示出實(shí)施例6中的變焦透鏡的透鏡組在廣角 端、在中間焦距、在望遠(yuǎn)端的結(jié)構(gòu)。圖22、圖23和圖24分別依次示出在 短焦端處的像差、中間焦距處的像差、望遠(yuǎn)端處的像差。
滿足條件式(1 )至(3 )的反常色散透鏡是第三透鏡組的"位于從孔徑 光闌起第二位置處的正透鏡"。
02
03
04
S-LA脳
05 06*
S-LAH58
實(shí)施例7: f=4.74-31.91, 面數(shù) R 01 39.369 24.475 272.535 18.555
F = 3.50- 5.56, co = 39.21 -6.45
VdAee.F 玻璃類型的名稱
D 1.00 2.77 0.10 2.31
47.482 34.963
0.74
Nd 1.92286 1.60300
1.77250
(A) 1.88300
7g,F
18.90 0,0386 OHARAS-NPH2 65.44 0.0045 OHARA S-PHM53
49.60 -0.0092 OHARA
40.76 -0.0088 OHARA
074.1742.22
0846.2842.061.9228618.900.0386 OHARA S-NPH2
09-9.0680.642.0033028.270.0023 OHARA S-LAH79
10*-181.083變量(B)
11孔徑變量(C)
12*6,8593.021.5891361.15
\L35
13*-8.4810.10
1413.0242.111.6180063.33
15-8,8810.701.6989530.13
165.023變量(D)
17*9.0522.371.5247056.20
18-41.978變量(E)
19-18.8731.001.8348142.71
-0.0043 OHARA
多種濾光器
光學(xué)塑料
-0.0082 OHARA S-LAH55
20 -44.439 變量(F)
21 oo 0.901.51680 64.20
22 oo 非球面 第六面 K=0.0， A4 = 2.06279 x A10= 1.10109 x 10
第十面 K = 0.0，
A4 =-5.32236 x 1(T4,A6= 2.77146 x 10-6, A8 =-1.08697 x 10—6, A10 =-3.45260 x l(T8 第十二面 K = 0.0，
A4 = -9.60867 x l(T4， A6= 4.83329 x l(y6, A8 =-2.96877 x 10-7， A10 =-7.32967 x i(T8 第十三面 K = 0.0，
A4 = 3.22078 x 10-4，A6=-l.79339 x 10-6, A8 = 2.46395 x io陽7，
10-5, A6= 5.51631 x 10-7, A8 =-8.31073 x l(T8,
-9
A10 =-7.94954 x 10"
第十七面
K = 0.0,
A4 = -7.38254 x IO隱5， A6= 7.96986 x IO隱6， A8 = -3.63471 x IO陽
A10 = 7.86601 x 10-y
變量
短焦端 中間焦距 長焦端
f= 4.739 f= 12.347 f= 31.908
A 0.600 8.536 14.109
B 7.725 2.132 1.000
C 4.525 3.983 0.650
D 2.915 6.118 10.968
E 1.598 2.090 1.238
F 0.780 0.780 0.780
條件參數(shù)值
|r3R|/fw=1.06 X,/fT= 0.331 X3/fT= 0.241 I f21 / f3 = 0.662 f"f^6.21 dsw/fT= 0.142
圖7以與圖1中相同的方式示出實(shí)施例7中的變焦透鏡的透鏡組在廣角 端、在中間焦距、在望遠(yuǎn)端的結(jié)構(gòu)。圖26、圖27和圖28分別依次示出在 短焦端處的像差、中間焦距處的像差、望遠(yuǎn)端處的像差。
滿足條件式(1 )至(3)的反常色散透鏡是第三透鏡組的"位于從孔徑 光闌起第二位置處的正透鏡"。
最后，將參考圖29和圖30描述個人數(shù)字助理的一個實(shí)施例。
如圖30所示，個人數(shù)字助理30包括攝影透鏡31和作為成像元件的光 接收元件(區(qū)域傳感器)45,其通過攝影透鏡31在光接收元件45上形成"被 攝物體的圖像"并由光接收元件45讀取圖像。
根據(jù)本發(fā)明的任何一個變焦透鏡，具體地，上面的實(shí)施例1-7中的任
何一個都可用作攝影透鏡31。光接收元件45可采用具有5 - 8百萬像素或更 多像素的光接收元件，例如，9.1mm的光接收區(qū)域?qū)蔷€長度、2.35|am的 像素節(jié)距、約7百萬像素的CCD區(qū)域傳感器，或者9.1mm的光接收區(qū)域?qū)?角線長度、2)Lim的像素節(jié)距、約1千萬像素的CCD區(qū)域傳感器。
如圖30中所示，處理光接收元件45的輸出并由信號處理器42將其轉(zhuǎn) 變?yōu)閿?shù)字信息，該信號處理器由中央處理單元40所控制。已由信號處理器 42轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息的圖像信息在由中央處理單元40控制的圖像處理器41 中經(jīng)預(yù)訂圖像處理并將最后所得的信息存儲在半導(dǎo)體存儲器44中。液晶顯 示器38可以顯示"正被拍攝的圖像，，以及"存儲在半導(dǎo)體存儲器44中的圖 像"。同樣可以通過通信卡43或類似物發(fā)送記錄在半導(dǎo)體存儲器44中的圖 像信息。
如圖29A所示，當(dāng)用戶攜帶該設(shè)備時攝影透鏡31處于"收縮狀態(tài)"；當(dāng) 用戶通過操作圖29C中所示的電源開關(guān)36啟動電源時，如圖29B所示透鏡 筒被推出。此時，變焦透鏡的每個透鏡組在透鏡筒中處于，例如，"短焦端 處的配置"；如果用戶操作變焦桿34，這將改變每個透鏡組的配置，放大率 將朝向長焦端改變。此處，取景器33與攝影透鏡31的張角變化聯(lián)動以改變 放大率。
半按快門按鈕35將進(jìn)行聚焦。在采用實(shí)施例1至4中的變焦透鏡的情 況下，通過移動第二透鏡組或第四透鏡組或者通過移動光接收元件45進(jìn)行 聚焦。進(jìn)一步按壓快門按鈕35將進(jìn)行拍攝；此后，進(jìn)行上述圖像信息處理。 標(biāo)記32表示閃光燈。
為了在液晶顯示器上顯示記錄在半導(dǎo)體存儲器44中的圖像，或者為了 通過通信卡43發(fā)送它，用戶操作圖29C中所示的操作按鈕37。當(dāng)采用半導(dǎo) 體存儲器44和通信卡43等時，用戶將它們插入專用的或者通用的插槽39A、 39B。
當(dāng)攝影透鏡31處于收縮狀態(tài)時，變焦透鏡的每個透鏡組不必在光軸上 排成一行；如果一個機(jī)構(gòu)將第三透鏡組從光軸中撤出并將其平行于其它透鏡 組存儲，將獲得更小型的設(shè)備。
實(shí)施例1-4中的變焦透鏡可用于上述的個人數(shù)字助理，如攝影透鏡31; 可實(shí)現(xiàn)采用高于5-8百萬像素的光接收元件的高成像質(zhì)量和小型化的個人
數(shù)字助理。
上面的反常色散Aeg,F是在上面第三透鏡組的"玻璃類型的正透鏡，，的
上面的二維坐標(biāo)平面上基準(zhǔn)線和坐標(biāo)點(diǎn)之間的"在平行于垂直光軸的方向上 的距離"。
局部色散率A9g,F是"為每個玻璃類型確定的物理量"。如上所述，"基 準(zhǔn)線"是一條直線，該直線連接以標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型K7的局部色散率A9g,F(K7: 0.5432 )和阿貝數(shù)vd ( K7: 60.49 )分別作為縱坐標(biāo)和對黃坐標(biāo)的坐標(biāo)點(diǎn)和以標(biāo) 準(zhǔn)玻璃類型F2的局部色散率A6g,F (F2: 0.5830 )和阿貝數(shù)vd (F2: 36.26) 分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的坐標(biāo)點(diǎn)。
標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型K7具體是"玻璃類型名由OHARAINC.制造的NSL7", 以及標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型F2是"玻璃類型名由OHARAINC.制造的PBM2"。
由于本發(fā)明的變焦透鏡包括從物側(cè)起的第一透鏡組至第三透鏡組，如上 所述，其可構(gòu)成"三組結(jié)構(gòu)，，；由于變焦透鏡可以包括在第三透鏡組的像側(cè) 上的第四透鏡組，如上所述，其可構(gòu)成"四組結(jié)構(gòu)"，并可構(gòu)成在第四透鏡 組的像側(cè)上"具有折射光焦度較弱的第五透鏡組的五組結(jié)構(gòu)"。
根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡在三組結(jié)構(gòu)的情況下特別有效；根據(jù)本發(fā)明的變 焦透鏡在四組結(jié)構(gòu)的情況下特別有效。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡在五組 結(jié)構(gòu)的情況下也有效。
根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的變焦透鏡自然可用于"卣化銀照相機(jī)的變焦攝 影透鏡"，根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的變焦透鏡可成為"鹵化銀照相機(jī)"。
下面是對上面的補(bǔ)充描述。本發(fā)明的變焦透鏡具有這樣的結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu) 包括至少一個從物側(cè)起依次放置的正折射光焦度的第一透鏡組、具有負(fù)折射 光焦度的第二透鏡組、具有正折射光焦度的第三透鏡組，，；并且可以實(shí)現(xiàn)為 三組結(jié)構(gòu)、四組結(jié)構(gòu)、和具有在第四組的像側(cè)上的"折射光焦度較弱的第五 透鏡組"的結(jié)構(gòu)。
在具有從物側(cè)起至少正/負(fù)/正三組結(jié)構(gòu)的變焦透鏡中，也就是，正/負(fù)/ 正的三組結(jié)構(gòu)、正/負(fù)/正/正的四組結(jié)構(gòu)、和在正/負(fù)/正/正的像側(cè)上具有折射 光焦度較弱的第五透鏡組的五組結(jié)構(gòu)中，通常認(rèn)為第二透鏡組構(gòu)成所謂的承 擔(dān)改變放大率的主要功能的變化器。
但是，本發(fā)明的變焦透鏡使得第三透鏡組分擔(dān)了改變放大率的負(fù)擔(dān)，從 而減輕了第二透鏡組的負(fù)擔(dān)，因此確保了像差校正的自由度，該像差校正的
自由度在追求更廣的視角和更高的放大率的同時變得困難。
當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，移動透鏡組以使得第 一透鏡組和第 二透鏡組之間的間距增加，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小。以這 種方式，當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間
的間距增加，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小；結(jié)果，第二透鏡組
和第三透鏡組的放大率(絕對值)增加，從而分擔(dān)改變放大率的功能。
此時，作為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的變焦透鏡，當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改 變放大率時，第一透鏡組向物側(cè)的明顯移動將降低在廣角端處的"穿過第一 透鏡組的光線的高度"，從而控制"隨著角度的加寬而增加的第一透鏡組的
尺寸"；并且能夠確保在望遠(yuǎn)端處第一透鏡組和第二透鏡組之間的明顯間距， 從而獲得更長的焦距。
此外，在"確保出射瞳距"不是那么重要的情況下，根據(jù)與本發(fā)明的 變焦透鏡組合使用的成像元件的特性，或者在由第二透鏡組進(jìn)行聚焦的情況 下，第四透鏡組和第五透鏡組不是必要的，第一透鏡組至第三透鏡組的三組 結(jié)構(gòu)將能夠獲得所需要的性能。
考慮到第三透鏡組的"形成圖像是主要作用之一"，在第一透鏡組至第 四透鏡組的四組結(jié)構(gòu)的情況下，或者在包括第五透鏡組等的情況下，當(dāng)從廣 角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，通過增加第 一透鏡組和第二透鏡組之間的間 距、減小第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距、并改變第三透鏡組和第四透 鏡組之間的間距，也能夠獲得所希望的特性。
現(xiàn)在，作為本發(fā)明的變焦透鏡，為了獲得"大于6.5至IO的高放大率" 并且特別是為了延長望遠(yuǎn)端處的焦距，將難以校正望遠(yuǎn)側(cè)上的軸向色差的二 階譜線。并且為了縮短在廣角端處的焦距并追求"更大的視角"，將難以校 正在廣角側(cè)上的放大色差的二階譜線。
以"成像位置符合可用波長區(qū)域中的兩個波長，，的方式進(jìn)行軸向/放大色 差的校正；但是，在上面兩個波長之間的一個波長區(qū)域以及"在這兩個波長 外部的波長區(qū)域"內(nèi)，成形位置不必一致。這種"剩余色差"稱為二階譜線。
肉眼的靈敏度(可視性)在綠光波段處增大。如果色差在這種"高可視 性的波段"中很高，圖像將會顯得模糊，并且"目測得到的圖像的分辨率，， 將降低。
通過彩色成像元件成像也是同樣的情況。 一種常用的具有紅/綠/蘭鑲嵌
濾光器的彩色成像元件中，約"50%的像素"具有綠光濾光器以保證分辨率。 因此，來自"負(fù)責(zé)綠光區(qū)域的像素，，的輸出在由信號處理產(chǎn)生的亮度信號中
是占優(yōu)勢的；如果在該波段中的色差很高，再現(xiàn)圖像的分辨率將降低。
另一方面，在大多數(shù)彩色成像元件中，與肉眼或者囟化銀濾色膜相比，
更短波長側(cè)的靈敏度相對較高；"由藍(lán)光至紫光區(qū)域中的色差產(chǎn)生的模糊顏 色"在再現(xiàn)圖像中有可能突出。為了降低這種模糊的顏色，需要降低藍(lán)光至 紫光區(qū)域中的色差。但是，減小"藍(lán)光至紫光區(qū)域中的色差"而不充分地校 正二階譜線將增加綠光區(qū)域中的色差，其將產(chǎn)生上述的"再現(xiàn)圖像中分辨率 的降低"。
因此，"色差的二階譜線的校正"在確保圖像分辨率方面極其重要。
通過采用"反常色散玻璃(高反常色散的玻璃類型)"，本發(fā)明的變焦透 鏡用于校正色差的二階譜線；并且，其在使用中具有明顯的特征和光學(xué)特性。
為了減小軸向色差的二階譜線，已知"在高軸向高度的光線的透鏡組中 采用特別低色散的玻璃"尤其有效。
在本發(fā)明的變焦透鏡的第三透鏡組中，"光線的軸向高度非常接近第一 透鏡組，，；因此，在第三透鏡組中采用特別低色散的玻璃將足以降低軸向色 差的二階光語。
但是，特別低色散的玻璃通常具有低的折射率以及低的"校正單色像差 的性能"。因此，在用第三透鏡組的幾片透鏡"以適當(dāng)均衡的方式降低單色 像差和色差"方面，采用特別低色散的玻璃并不一定顯示出足夠的效果。
在本發(fā)明的變焦透鏡中，"第三透鏡組的至少一個正透鏡"由折射率、 阿貝數(shù)和反常色散率滿足條件(1)至條件(3)的玻璃類型制成。因此，如 果第三透鏡組由少到約三片構(gòu)成，其足以校正單色像差，同時降低色差的二 階譜線。
如果條件(1)的折射率Nd低于1.58，"單色像差的校正變得不充分"。 如果條件(2)的阿貝數(shù)Vd是60或更小，"色差的校正變得不充分"。如果條 件(3)的反常色散Aeg,F小于0.003，"色差的二階譜線的校正變得不充分"。 此處，條件(1)和(2)的上限在實(shí)際存在的玻璃類型中是最大的。
條件(3)的參數(shù)Aeg,F的值優(yōu)選盡可能的高；但是，在玻璃類型滿足條 件(1 )和(2)的情況下，考慮到成本等方面大于0.05的值是不實(shí)際的，盡 管不是不可能那么制造。
在根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的變焦透鏡中，提供第四透鏡組主要"用于確 保出射瞳距(望遠(yuǎn)質(zhì)量)"，并"用于伴隨其移動而聚焦"。但是，為了減小
變焦透鏡系統(tǒng)的尺寸，優(yōu)選第四透鏡組具有盡可能筒單的結(jié)構(gòu)；并且優(yōu)選其
由一個正透鏡構(gòu)成，或者由負(fù)透鏡和正透鏡兩片透鏡構(gòu)成。
優(yōu)選至少一個由第三透鏡組的反常色散玻璃制造的正透鏡(由滿足條件
(1)至(3)的玻璃類型制造的正透鏡)滿足條件(4)。在條件(4)中， 如果參數(shù)fkp/fw大于2.5,采用該反常色散玻璃的透鏡的折射光焦度將不足以 "充分降低二階譜線"，并將存在"色差的充分校正未被執(zhí)行的情況"。另一
方面，如果參數(shù)&/4小于1.0，將難以得到色差校正和球面像差校正的平衡。
在第四透鏡組在第三透鏡組的像側(cè)上具有正折射光焦度的情況下，并且
在第五透鏡組具有更弱的折射光焦度的情況下，優(yōu)選滿足下面的條件(3A) 而不是條件(3):
(3A) 1.0<fap/fw<2.0
優(yōu)選第三透鏡組具有至少兩個正透鏡和一個負(fù)透鏡， 一個正透鏡具有非 球面；此時，具有非球面的透鏡不需要滿足條件(1)至(3)。
假設(shè)在第三透鏡組的物側(cè)上或者其像側(cè)上設(shè)置孔徑光闌，"用于校正球 面像差的非球面"將靠近該孔徑光闌放置。釆用滿足條件(1)至(3)的反 常色散玻璃的透鏡將放置在距該孔徑光闌"一定距離"處。因此能夠獲得不 僅降低軸向色差而且降低"放大色差的二階譜線"的效果。
因此，最合理的結(jié)構(gòu)就是，第三透鏡組的兩個透鏡的"接近孔徑光闌的 那個"是非球面透鏡，"遠(yuǎn)離孔徑光闌的那個透鏡"是由反常色散玻璃制成 的透鏡。
第三透鏡組是"執(zhí)行改變放大率和形成圖像功能的重要的透鏡組"；根 據(jù)上面的結(jié)構(gòu)，像差的充分校正變得可行。
對于優(yōu)選的像散校正，如上所述，面對像側(cè)的表面凹度很大的負(fù)透鏡應(yīng) 放置在第三透鏡組的最接近像側(cè)處，并應(yīng)當(dāng)滿足條件(5)。
如果條件(5)的參數(shù)lr報l/f;變得小于下限0.8,但是，"球面像差的校正 可能變得過量"，如果其超過上限1.6，"球面像差的校正可能變得不充分"。 此外，在條件(5)的范圍之外，達(dá)到球面像差和慧形像差之間的平衡變得 很難，向外的或向內(nèi)的慧形像差可能會顯現(xiàn)在離軸圓周上。
此外，對于追求更廣的視角和更大的焦距很重要的"第一透鏡組的移
動"，優(yōu)選滿足條件(6),如上所述。
如果條件(6)的參數(shù)Xi/fr降為低于下限0.20，將降低第二透鏡組對于 改變放大率的貢獻(xiàn)；并且需要增加在第三透鏡組上的負(fù)載或者增加第一和第 二透鏡組的折射率光焦度。無論如何，這將導(dǎo)致各種像差的惡化。廣角端處 透鏡的總長度也變長，穿過第一透鏡組的光線的高度增大，因此導(dǎo)致第一透 鏡組的尺寸擴(kuò)大。
如果條件(6)的參數(shù)X"fr超過上限0.70，在廣角端的總長度將變得太 短，或者在望遠(yuǎn)端的總長度將變得太長。如果在廣角端的總長度變得太短， 第三透鏡組的移動距離將受到限制，第三透鏡組對于改變放大率的貢獻(xiàn)將降 低，使得總的像差校正變得困難。如果在望遠(yuǎn)端處的總長度變得太長，這不 僅是減小在總長度方向上的尺寸的一個障礙，而且是在徑向上擴(kuò)大以獲得望 遠(yuǎn)端處的邊緣光線的一個誘因，或者其將導(dǎo)致由于例如透鏡筒的傾斜等制造 誤差而產(chǎn)生圖像性能的惡化。
進(jìn)一步優(yōu)選參數(shù)X"fr滿足下面的條件(6A)。 (6A) 0.25 〈Xj/fT〈 0.55
優(yōu)選根據(jù)第三透鏡組的移動滿足條件(7)。如果參數(shù)&/&降為低于下
限0.15，將降低第三透鏡組對于改變放大率的貢獻(xiàn)；并且需要增加第二透鏡 組在改變放大率方面的負(fù)載或者加強(qiáng)第三透鏡組自身的折射率光焦度。無論 如何，這將導(dǎo)致各種像差的惡化。
如果參數(shù)乂3/&超過上限0.40,在廣角端處的透鏡的總長度將延長，穿 過第 一透鏡組的光線的高度將增加，這引起第 一透鏡組的尺寸擴(kuò)大。
進(jìn)一步優(yōu)選參數(shù)X3/fr滿足下面的條件(7A)。 (7A) 0.20 < X3/fT < 0.35
條件(8), (9)是"從像差校正的角度來看每個透鏡組的折射率光焦度 都優(yōu)選滿足的一個"。
如果條件(8)的參數(shù)lf2l/f3降到低于下限0.45,第二透鏡組的折射率光 焦度將過分增大。如果其超過上限0.85,第三透鏡組的折射率光焦度將過分 增大。無論如何，"放大率改變時的像差波動"可能增大。
如果條件(9)的參數(shù)f"fw降到低于下限5.0,第二透鏡組的成像放大率 將接近相等的放大率以增加放大率改變的效率，其有利于產(chǎn)生更高的放大率 比率。但是，第一透鏡組的每個透鏡都需要高折射率光焦度，這產(chǎn)生有害的
效果，特別是在望遠(yuǎn)端處色差惡化。這還導(dǎo)致第一透鏡組的厚度的增加以及 孔徑的加大，其不利于尺寸的減小，尤其是在收縮狀態(tài)下。
如果參數(shù)f!/fw超過上限11.0，將降低第二透鏡組對于改變放大率的貢獻(xiàn)， 這使得難以得到更高的放大率比率。
在本發(fā)明的變焦透鏡中，孔徑光闌放置在第二透鏡組和第三透鏡組之 間，該孔徑光闌能夠"獨(dú)立于相鄰的透鏡組移動"。該結(jié)構(gòu)使得能夠在大于 6.5的高放大率比率的范圍之內(nèi)在任何位置處"選擇最合適的光線路徑"。因
此，這使得能夠加大校正特別是慧形像差以及場(field)曲率等的自由度，
并增加離軸性能。
孔徑光闌和第三透鏡組之間的間距優(yōu)選"在廣角端的間距大于望遠(yuǎn)端的 間距"。采用反常色散玻璃的第三透鏡組"在廣角端遠(yuǎn)離孔徑光闌放置，在 望遠(yuǎn)端接近孔徑光闌放置"。因此，反常色散顯示了校正在廣角端處的放大 色差的二階譜線的效果，并顯示了校正在望遠(yuǎn)端處的軸向色差的二階譜線的 效果。因此，色差在整個放大范圍內(nèi)能夠得到更好的校正。此外，能夠?qū)⒖?徑光闌"放置得在廣角端更接近第一透鏡組，并進(jìn)一步降低穿過第一透鏡組 的光線的高度"，其獲得對第 一透鏡組結(jié)構(gòu)尺寸的進(jìn)一 步減小。
出于上面的原因，在使得在廣角端處的"孔徑光闌和第三透鏡組之間的 間距"大于望遠(yuǎn)端處的間距的情況下，優(yōu)選廣角端處的孔徑光闌和第三透鏡
組的最接近物側(cè)的表面之間的軸向間距dsw,以及在望遠(yuǎn)端處整個系統(tǒng)的焦 距fr滿足下面的條件(10)。
(10) 0,03 < dsw / fT < 0.20
如果條件(10)的參數(shù)(U/fr降到低于下限0.03,在廣角端處穿過第三 透鏡組的光線的高度將降低，這使得難以有效地降低廣角端處的光焦度色差 的二階譜線。并且，在廣角端穿過第一透鏡組的光線的高度將過于增加，這 使得第 一透鏡組的尺寸增加。
如果參數(shù)超過上限0.20,在廣角端處穿過第三透鏡組的光線的高度將過 于增加；并且，圖像表面過于傾斜或者筒形失真加劇，這使得性能難以得到 保證，尤其是在廣角范圍之內(nèi)。
第一透鏡組優(yōu)選配置為從物側(cè)起依次具有至少一個負(fù)透鏡和至少一個 正透鏡。更具體地，優(yōu)選從物側(cè)起依次配置有具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)半 月形透鏡、以及具有面向物側(cè)的凸度很大的表面的負(fù)透鏡這兩個透鏡，或者
優(yōu)選從物側(cè)起依次配置有具有面向物側(cè)的凸表面的負(fù)半月形透鏡、具有面向 物側(cè)的凸度很大的表面的正透鏡、以及具有面對物側(cè)的凸度很大的表面的正 透鏡這三個透鏡。
為得到更高的放大率比率，尤其是為了延長望遠(yuǎn)端處的焦距，"到第二
透鏡組的透鏡組的組合光焦度"被增大；到達(dá)那個程度，由第一透鏡組產(chǎn)生
的像差在像面上得到擴(kuò)大。因此，必須充分降低由第一透鏡組產(chǎn)生的像差以
尋求更高的放大率比率；并優(yōu)選將上面的配置應(yīng)用于第一透鏡組。
第二透鏡組優(yōu)選配置有，從物側(cè)起依次為具有面對像側(cè)的大曲率表面的 負(fù)透鏡、具有面對像側(cè)的大曲率表面的正透鏡、以及具有面對物側(cè)的大曲率 表面的負(fù)透鏡這三個透鏡。
在用三個透鏡配置具有負(fù)折射率光焦度的改變放大率的透鏡組的情況 下，公知的方法是從物側(cè)起依次放置負(fù)透鏡、負(fù)透鏡和正透鏡。但是，與這 種結(jié)構(gòu)相比，上面的結(jié)構(gòu)在"追求廣角時，校正光焦度色差的能力"方面具 有優(yōu)勢。此處，可適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合從物側(cè)起的第二透鏡和第三透鏡。
此處，第二透鏡組的每個透鏡都優(yōu)選滿足下面的條件公式。
1.65 <N21 <1.90， 35 <v21 < 55
1.75 <N22 < 1.95， 15<v22<35
1,75 <N23 < 1.90， 35<v23<55
此處，N2i (i = 1-3 )表示第二透鏡組從物側(cè)起第i個透鏡的折射率，v2i (i = 1-3 )表示第二透鏡組從物側(cè)起第i個透鏡的阿貝數(shù)。
通過選擇這種玻璃類型，"更好地校正色差"變得可行。
第三透鏡組優(yōu)選配置有，從物側(cè)起依次為正透鏡、正透鏡、負(fù)透鏡這三 個透鏡。但是，可適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合從物側(cè)起的第二正透鏡和第三負(fù)透鏡。
對于進(jìn)一步追求縮小尺寸同時保持足夠的像差校正方面，非球面是必要 的。優(yōu)選至少第二透鏡組和第三透鏡組每個都具有一個或多個非球面。特別 是在第二透鏡組中，將非球面應(yīng)用到"在最接近物側(cè)上的表面和在最接近像 側(cè)上的表面"將獲得高效率的失真和像散等的校正，其可能隨著對于廣角的 追求而增大。
作為非球面透鏡，可采用下面的方式由光學(xué)玻璃和光學(xué)塑料(玻璃模 制非球面透鏡、塑料模制非球面透鏡)模制而成的透鏡，其中在玻璃透鏡的 平面上形成薄樹脂層并且該樹脂層的表面制成非球面的透鏡(稱為混合非球
面球面或者復(fù)制非球面透鏡)。
使得孔徑的開口直徑"不受放大率改變而保持恒定"優(yōu)選用于機(jī)械結(jié)構(gòu) 的簡單化。但是，"與在更短焦距端處的開口直徑相比增加在更長焦距端處 的開口直徑"，能夠降低伴隨放大率改變的F數(shù)的變化。并且當(dāng)?shù)竭_(dá)像面的
光的數(shù)量不得不被降低時，可減小孔徑；但是，優(yōu)選"通過插入ND濾光器 或類似物降低光量"，而不明顯改變孔徑，這可以防止分辨能力由于衍射現(xiàn) 象而降低。
因此如上所述，才艮據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種新的變焦透鏡。本發(fā)明的變焦透 鏡，如在下面的實(shí)施例所述，能夠充分校正像差，并在廣角端處的半視角為 38度或更大時，獲得大于6.5-10的放大率比率，所述半視角是一個足夠?qū)?的視角；此外，其適用于縮小尺寸，因?yàn)槠淇梢耘渲糜?0-12個透鏡，并 能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)于5 - 8百萬像素的成像元件的分辯力。
盡管已經(jīng)根據(jù)具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，其不限于此。應(yīng)當(dāng)理解，在不 脫離由下面的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的條件下，可由本領(lǐng)域技術(shù) 人員對描述的實(shí)施例進(jìn)行改變。此外，元件的數(shù)量、位置、形狀或類似物不 限于上面的實(shí)施例，并可改變至用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選的元件的數(shù)量、位置、 形狀或類似物。此外，本發(fā)明公開的元件或部件對于公眾而言并不是專用的， 無論該元件或部件是否在下面的權(quán)利要求書中被清楚地引用。
權(quán)利要求
1、一種用于拍攝物體圖像的變焦透鏡，其包括至少一個具有正折射光焦度的第一透鏡組，該第一透鏡組與物體相對放置；至少一個具有負(fù)折射光焦度的第二透鏡組，該第二透鏡組與該第一透鏡組相對放置；至少一個具有正折射光焦度的第三透鏡組，該第三透鏡組與該第二透鏡組相對放置，該第三透鏡組具有至少一個正透鏡，當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，該第一透鏡組和第二透鏡組之間的間距增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小，在正交二維坐標(biāo)平面中，在縱坐標(biāo)上采用由以下公式定義的局部色散率θg，F(xiàn)∶θg，F(xiàn)＝(ng-nF)/(nF-nc)，其中ng是g線的折射率，nF是F線的折射率，nc是c線的折射率，并且在橫坐標(biāo)上采用阿貝數(shù)vd，當(dāng)連接標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型K7的坐標(biāo)點(diǎn)(vd＝60.49，θg，F(xiàn)＝0.5432)和標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型F2的坐標(biāo)點(diǎn)(vd＝36.26，θg，F(xiàn)＝0.5830)的直線被定義為基準(zhǔn)線，并且在二維坐標(biāo)面上玻璃類型的局部色散率θg，F(xiàn)距離基準(zhǔn)線的偏離被定義為玻璃類型的反常色散Δθg，F(xiàn)時，第三透鏡組的正透鏡的折射率Nd和阿貝數(shù)vd以及反常色散Δθg，F(xiàn)滿足下面的條件(1)至(3)Nd＞1.58vd＞60.00.05＞Δθg，F(xiàn)＞0.003。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，還包括在第二透鏡組和第三透鏡組之 間的孔徑光闌，其中當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，至少該第一透鏡組 和第三透鏡組以這樣的方式朝向物側(cè)移動第 一透鏡組和第二透鏡組之間的 間距增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，還包括在第三透鏡組的像側(cè)上的第四 透鏡組，其中當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，該第一透鏡組和第二透鏡 組之間的間距增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小，第三透鏡組 和第四透鏡組之間的間距改變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的變焦透鏡，還包括在第二透鏡組和第三透鏡組之 間的孔徑光闌，其中當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變;^文大率時，至少該第一透鏡組 和第三透鏡組以這樣的方式朝向物側(cè)移動第一透鏡組和第二透鏡組之間的 間距增大，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小，第三透鏡組和第四透 鏡組之間的間距增大。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡，其中，第三透鏡組的正透鏡之一滿足 條件(1)至(3 )，并且該正透鏡的焦距fap和在廣角端整個系統(tǒng)的焦距fw滿 足下面的條件(4):(4) 1.0<fap/fw<2.5。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求的變焦透鏡，其中該第三透鏡 組包括至少兩個正透鏡和一個負(fù)透鏡，其中一個正透鏡滿足條件(1 )至(3)， 另 一個正透鏡具有非球面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的變焦透鏡，其中具有面對像側(cè)的凹度很大的表面 的負(fù)透鏡位于第三透鏡組的最靠近像側(cè)，在該負(fù)透鏡的像側(cè)上的透鏡表面的 曲率半徑r3R和在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距fw滿足下面的條件(5 ):(5) 0.8<|r3Rl/fw< 1.6。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求的變焦透鏡，其中當(dāng)從廣角端 向望遠(yuǎn)端改變放大率時，第一透鏡組的總移動距離Xi和在望遠(yuǎn)端的整個系 統(tǒng)的焦距fr滿足下面的條件(6):(6) 0.20〈X/fT<0.70。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求的變焦透鏡，其中當(dāng)從廣角端 向望遠(yuǎn)端改變放大率時，第三透鏡組的總移動距離X3和在望遠(yuǎn)端的整個系 統(tǒng)的焦距fr滿足下面的條件(7):(7) 0.15 <X3/fT < 0.40。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求的變焦透鏡，其中第二透鏡組 的焦距f2和第三透鏡組的焦距f3滿足下面的條件(8 ):(8) 0.45 <|f2|/f3< 0.85。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求的變焦透鏡，其中第一透鏡組 的焦距&和在廣角端的整個系統(tǒng)的焦距fw滿足下面的條件(9 ):(9) 5.0 <&/^< 11.0。
12、 一種成像設(shè)備，該成像設(shè)備包含根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要 求的變焦透鏡作為攝影變焦透鏡。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12的成像設(shè)備，其中通過該變焦透鏡在彩色成像元 件的光接收表面上形成物體圖像。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13的成像設(shè)備，其中該成像元件具有大于5 - 8百萬 的像素。
15、 一種個人數(shù)字助理，包括根據(jù)權(quán)利要求12的成像設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變焦透鏡，該變焦透鏡能夠獲得在廣角端處大于38度的半視角，6.5至10或更大的放大率，以及對應(yīng)于5-8百萬像素的成像元件的分辨率，具有少至10至11個透鏡的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的變焦透鏡包括由從物側(cè)起依次為正/負(fù)/正構(gòu)成的第一透鏡組至第三透鏡組I至III，或進(jìn)一步包括由正透鏡IV構(gòu)成的第四透鏡組。在該變焦透鏡中，當(dāng)從廣角端向望遠(yuǎn)端改變放大率時，第一透鏡組和第二透鏡組之間的間距增加，第二透鏡組和第三透鏡組之間的間距減小。在由局部色散率θ_{g，F(xiàn)}和阿貝數(shù)v_d定義的正交二維坐標(biāo)平面中，當(dāng)連接標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型K7的坐標(biāo)點(diǎn)(v_d＝60.49，θ_{g，F(xiàn)}＝0.5432)和標(biāo)準(zhǔn)玻璃類型F2的坐標(biāo)點(diǎn)(v_d＝36.26，θ_{g，F(xiàn)}＝0.5830)的直線被定義為基準(zhǔn)線，并且在二維坐標(biāo)面上玻璃類型的局部色散率θ_g，F(xiàn)距離基準(zhǔn)線的偏離被定義為玻璃類型的反常色散Δθ_{g，F(xiàn)}時，第三透鏡組III的正透鏡的折射率N_d和阿貝數(shù)v_d以及反常色散Δθ_{g，F(xiàn)}滿足下面的條件(1)N_d＞1.58，(2)v_d＞60.0，(3)0.05＞Δθ_{g，F(xiàn)}＞0.003。
文檔編號G02B9/14GK101101368SQ20071014218
公開日2008年1月9日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者大橋和泰 申請人:株式會社理光