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CN1975501A - 变焦透镜系统和包括变焦透镜系统的图像拾取装置 - Google Patents

变焦透镜系统和包括变焦透镜系统的图像拾取装置 Download PDF

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CN1975501A
CN1975501A CNA2006101630719A CN200610163071A CN1975501A CN 1975501 A CN1975501 A CN 1975501A CN A2006101630719 A CNA2006101630719 A CN A2006101630719A CN 200610163071 A CN200610163071 A CN 200610163071A CN 1975501 A CN1975501 A CN 1975501A
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Abstract

至少一种示例实施方案针对变焦透镜系统，它包括具有负折光力的第一透镜单元，以及具有正折光力的第二透镜单元。按从物体侧到图像侧的顺序提供第一和第二透镜单元。在变焦过程中改变第一和第二透镜单元之间的距离。第一透镜单元包括含有透镜元件和具有跟透镜元件的光学性能不同的光学性能的，在透镜元件上堆叠的树脂层的复合光学元件。变焦透镜系统能够满足：20＜|vdg－vdj|以及fg/fj＜0，其中，fg和vdg表示透镜元件的焦距和阿贝数，以及fj和vdj表示树脂层的焦距和阿贝数。

Description

变焦透镜系统和包括变焦透镜系统的图像拾取装置
技术领域
本发明涉及透镜系统，以及包括透镜系统的图像拾取装置。
背景技术
目前，对于包括固态图像拾取器件的高品质图像拾取装置(摄影机，camera)(例如视频摄像机和数字照相机)的需求日益增加。此外，要求这种图像拾取装置中所使用的光学系统是具有宽视角和大焦比的变焦透镜。
这种摄影机包括光学元件，例如在最后透镜和图像拾取元件之间的低通滤光片和校色滤光片。因此，用于图像拾取装置的变焦透镜系统需要具有相对长的后焦点。
对于包括用于彩色图像的图像拾取元件的摄影机，变焦透镜系统需要具有在图像侧的良好远心性。
具有良好远心性的变焦透镜系统的例子是反远距变焦透镜系统，它包括按从物体侧到图像侧的顺序的，具有负折光力的透镜单元和具有正折光力的透镜单元。
反远距变焦透镜系统的例子具有两组短变焦透镜系统，它包括具有负折光力的第一透镜单元和具有正折光力的第二透镜单元，并且通过改变两个透镜单元之间的距离而执行变焦(参考日本专利公开号59-33417，7-209581和2001-4920)。
两组变焦透镜系统通过移动具有正折光力的第二透镜单元执行变焦，以及根据通过移动具有负折光力的第一透镜单元进行的变焦校正像点的位置。许多典型的两组变焦透镜系统具有大约两倍的变焦放大率(变焦比)。
为了减小整体透镜单元的尺寸同时增大放大率，包括在两组透镜单元的图像侧的，具有负或正折光力的第三透镜单元的三组变焦透镜系统是众所周知的(参考日本专利2556046，美国专利6124984，以及美国专利公开申请2004/0150890和2005/0207024号)。
包括在两组透镜单元的图像侧的，具有负折光力的第三透镜单元和在三组透镜单元的图像侧的，具有正折光力的第四透镜单元的四组透镜单元是众所周知的(参考日本专利3315671和日本专利公开8-152558)。
目前，对于包括具有高变焦比的变焦透镜系统的小视频摄像机和数字照相机的需求日益增加。为了减小摄影机的整体尺寸，利用可缩回的镜筒，在可缩回的镜筒中当摄影机不用于图像捕捉时，减小透镜单元之间的距离，使得跟实施图像捕捉时相比，减小镜头从摄影机主体伸出的量。
一般地，当包含于构成变焦透镜系统的每个透镜单元中的透镜的数目很大时，透镜单元在光轴上的长度增加，并且不能获得期望的镜筒长度。
为了减小透镜单元在光轴上的长度，以及为了减小镜筒的长度，必须减小透镜单元中包含的透镜的数目。
但是，当简单地减小透镜的数目时，变得难以校正与单色图像形成性能相关的像差，例如球形像差和彗差。此外，变得难以在玻璃材料的有限范围内校正色差。结果，难以同时减小装置的尺寸以及获得高品质图像。
当减小包含于整个光学系统中的透镜的数目时，相对地增加包含于光学系统中的每个透镜的折光力。因此，对于制造误差的敏感度增加，并且必须增加透镜的加工精度和光学系统的装配精度。
常规地，通过给光学系统提供具有非球形表面的透镜，减小了透镜的数目，同时保持图像形成性能。当使用具有非球形表面的透镜时，可以校正与单色图像形成性能相关的像差。但是，难以校正主要依赖于玻璃材料的选择的色差。
在日本专利公开59-33417、2001-4920和8-152558，美国专利申请公开2004/0150890和2005/0207024的实施方案中讨论了加工非球形表面的方法。在这些文献所讨论的方法中，在作为基片提供的透镜的表面上堆叠树脂。通过将具有非球形表面的金属模子压在树脂层上，形成非球形表面。
但是，根据这些文献，透镜和树脂都具有负折光力，并且通过使用透镜和树脂的性质上的差异没有有效地校正色差。
根据本发明的具有优异光学性能的变焦透镜系统以及包含该变焦透镜系统的图像拾取装置包括小数量的透镜，具有宽视角，以及能够有效地校正色差。
发明内容
至少一种示例实施方案涉及可以在照相机、视频摄像机和数字照相机中使用的变焦透镜系统。
根据本发明的示例实施方案的变焦透镜系统包括具有负折光力的第一透镜单元和具有正折光力的第二透镜单元。按从物体侧到图像侧的顺序提供第一和第二透镜单元。在变焦过程中改变第一和第二透镜单元之间的距离。第一透镜单元包括由透镜元件以及具有跟透镜元件的光学性能不同的光学性能的，在透镜元件上堆叠的树脂层构成的复合光学元件。变焦透镜系统可以满足：
20＜|vdg-vdj|以及
fg/fj＜0，
其中，fg表示透镜元件的焦距，vdg表示透镜元件的材料的阿贝数，fj表示树脂层的焦距，以及vdj表示树脂层的阿贝数。
从下面的示例实施方案的说明中(参考附图)，本发明的更多特征将变得明白。
附图说明
图1是根据第一示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图2说明根据第一示例实施方案的在广角端的像差。
图3说明根据第一示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图4说明根据第一示例实施方案的在望远端的像差。
图5是根据第二示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图6说明根据第二示例实施方案的在广角端的像差。
图7说明根据第二示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图8说明根据第二示例实施方案的在望远端的像差。
图9是根据第三示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图10说明根据第三示例实施方案的在广角端的像差。
图11说明根据第三示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图12说明根据第三示例实施方案的在望远端的像差。
图13是根据第四示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图14说明根据第四示例实施方案的在广角端的像差。
图15说明根据第四示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图16说明根据第四示例实施方案的在望远端的像差。
图17是根据第五示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图18说明根据第五示例实施方案的在广角端的像差。
图19说明根据第五示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图20说明根据第五示例实施方案的在望远端的像差。
图21是根据第六示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图22说明根据第六示例实施方案的在广角端的像差。
图23说明根据第六示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图24说明根据第六示例实施方案的在望远端的像差。
图25是根据第七示例实施方案的透镜单元的横截面视图。
图26说明根据第七示例实施方案的在广角端的像差。
图27说明根据第七示例实施方案的在中间变焦位置的像差。
图28说明根据第七示例实施方案的在望远端的像差。
图29是根据本发明的示例实施方案的图像拾取装置的主要部件的示意图。
具体实施方式
下面的至少一种示例实施方案的描述实际上只是说明性的，决不是用来限制本发明，其应用，或用途。
本领域技术人员已知的工艺、技术、装置、以及材料可能没有详细讨论，但是在适当的地方应作为例如透镜元件的制造以及它们的材料的允许实现的说明的一部分。
在这里所说明的和讨论的所有例子中，任何具体值，例如变焦比和F数，应当解释为只是说明性的而不是限制性的。因此，示例实施方案的其他例子可以具有不同的值。
应当注意，类似的附图标记和字母在后面图中指代类似项，因此一旦在一个图中定义了一个项，可以不在后面的图讨论它。
应当注意，在这里当提到误差(例如，像差)的校正或修正时，意指误差的减小和/或误差的校正。
下面将描述根据本发明的示例实施方案的变焦透镜系统和图像拾取装置。
图1是根据第一示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图2，图3和图4分别说明在根据第一示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第一示例实施方案的变焦透镜系统具有大约2.0倍的变焦比和大约3.0～4.0的孔径比。
图5是根据第二示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图6，图7和图8分别说明在根据第二示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第二示例实施方案的变焦透镜系统具有大约3.0倍的变焦比和大约3.0～5.6的孔径比。
图9是根据第三示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图10，图11和图12分别说明在根据第三示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第三示例实施方案的变焦透镜系统具有大约2.8倍的变焦比和大约3.0～4.6的孔径比。
图13是根据第四示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图14，图15和图16分别说明在根据第四示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第四示例实施方案的变焦透镜系统具有大约2.8倍的变焦比和大约3.6～5.7的孔径比。
图17是根据第五示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图18，图19和图20分别说明在根据第五示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第五示例实施方案的变焦透镜系统具有大约3.0倍的变焦比和大约3.4～5.7的孔径比。
图21是根据第六示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图22，图23和图24分别说明在根据第六示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第六示例实施方案的变焦透镜系统具有大约2.8倍的变焦比和大约2.9～4.8的孔径比。
图25是根据第七示例实施方案的透镜单元的横截面视图。图26，图27和图28分别说明在根据第七示例实施方案的变焦透镜系统的广角端的，在中间变焦位置的，在望远端的像差。根据第七示例实施方案的变焦透镜系统具有大约4.3倍的变焦比和大约3.2～5.4的孔径比。
图29是根据本发明的示例实施方案的图像拾取装置的主要部件的示意图。
根据每个示例实施方案的变焦透镜系统是能够用于图像拾取装置的图像拾取镜头。当根据每个示例实施方案的变焦透镜系统可以用作(例如，视频摄像机或数字照相机的)图像拾取光学系统时，可以在图像拾取表面(例如，固态图像拾取元件(光电换能器)，例如电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS))上形成物体的图像。
在透镜的横截面视图中，左边是透镜系统的物体侧(前)，右边是透镜系统的图像侧(后)。在透镜的横截面视图中，i表示从物体侧到图像侧计数的透镜单元的次序。例如，Li表示第i个透镜单元。
孔径光阑SP(F数光阑)限制轴上F数光束。提供等价于光学滤光片和面板的玻璃块G。当变焦透镜系统可以用作(例如，视频摄像机或数字照相机中的)图像拾取光学系统时，在固态图像拾取元件(光电换能器)，例如CCD和CMOS的图像拾取表面上形成图像板IP。
当变焦透镜系统可以用作使用卤化银胶片的摄影机的图像拾取光学系统时，在等价于胶片表面的感光表面上形成图像板IP。
说明像差的图显示d线d，g线g，子午像面ΔM，以及弧矢像面ΔS。g线表示横向色差。在图中，Fno表示F数，ω表示半视角，球形像差曲线中的Y轴是入射光瞳半径，像散曲线，畸变曲线，以及放大率色差曲线中的Y轴是图像高度。
根据每个示例实施方案的广角端和望远端是在放大透镜单元可移动的结构范围的两端的变焦位置。
在每个示例实施方案中，在变焦过程中(例如，透镜单元L1a-g和L2a-g中的至少一个移动(A1-A7)和/或(B1-B7))，第一透镜单元L1a-g和第二透镜单元L2a-g之间的距离改变。
接下来，参考图1描述根据第一示例实施方案的变焦透镜系统。
根据第一示例实施方案的变焦透镜系统包括按从物体侧到图像侧的顺序布置的两个透镜单元：具有负折光力的第一透镜单元L1a和具有正折光力的第二透镜单元L2a。当从广角端向望远端实施变焦时，第一透镜单元L1a向图像侧移动(A1)，以及第二透镜单元向物体侧移动(B1)。
在根据第一示例实施方案的变焦透镜系统中，主要通过移动第二透镜单元L2a实施变焦。通过第一透镜单元L1a的移动，校正由于变焦引起的像点移动。
接下来，描述根据第一示例实施方案的变焦透镜系统的透镜配置。
在第一示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序(下文中，按从物体侧到图像侧的顺序描述每个透镜单元的透镜配置)包括两个表面都是凹面的负透镜，以及在负透镜的像面侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2a包括三个透镜：两个表面都是凸面的正透镜，两个表面都是凹面的负透镜，以及在物体侧的表面是凸面的正弯月透镜。
接下来，参考图5，9，17和21描述根据第二至第六示例实施方案的变焦透镜系统的变焦方法。
根据第二至第六示例实施方案的变焦透镜系统从物体侧到图像侧包括三个透镜单元：具有负折光力的第一透镜单元L1b-f，具有正折光力的第二透镜单元L2b-f，以及具有正折光力的第三透镜单元L3a-e。
在变焦过程中改变透镜单元之间的距离。更特别地，当从广角端向望远端变焦时，沿着朝向图像的凸形轨迹以往复方式移动第一透镜单元L1b-f(A2-A6)。第二透镜单元L2b-f向图像移动(B2-B6)。第三透镜单元L3a-e在第二示例实施方案中向图像移动(C1)，在第三至第六示例实施方案中向物体移动(C2-C5)。
在根据第二示例实施方案的变焦透镜系统中，主要通过移动第二透镜单元L2b实施变焦。通过第一透镜单元L1b的往复移动和第三透镜单元L3a向图像侧的移动，校正由于变焦引起的像点的移动。
在根据第三至第六示例实施方案的变焦透镜系统中，主要通过移动(B3-B6)第二透镜单元L2c-f和第三透镜单元L3b-e实施变焦。通过第一透镜单元L1c-f的往复运动，校正由于变焦引起的像点的移动。
接下来，描述根据第二至第六示例实施方案的变焦透镜系统的透镜配置。
在图5中所示的第二示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元L1b包括两个表面都是凹面的负透镜和在负透镜的像面侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2b包括三个透镜：两个表面都是凸面的正透镜，两个表面都是凹面的负透镜，以及两个表面都是凸面的正透镜。
具有正折光力的第三透镜单元L3a包括在图像侧的表面是凸面的正弯月透镜。
在图9中所示的第三示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元L1c包括两个表面都是凹面的负透镜和在负透镜的像面侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2c包括通过接合两个透镜构造的粘合透镜：两个表面都是凸面的正透镜和两个表面都是凹面的负透镜。
具有正折光力的第三透镜单元L3b包括在物体侧的表面是凸面的正弯月透镜。
在图13所示的第四示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元L1d包括两个表面都是凹面的负透镜和在负透镜的像面侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2d包括两个透镜：两个表面都是凸面的正透镜和两个表面都是凹面的负透镜。
具有正折光力的第三透镜L3c包括两个表面都是凸面的正弯月透镜。
在图17所示的第五示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元L1e包括在物体侧是凸面的负弯月透镜，两个表面都是凹面的负透镜，以及在负透镜的像面侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2e包括两个透镜：两个表面都是凸面的正透镜和两个表面都是凹面的负透镜。
具有正折光力的第三透镜单元L3d包括两个表面都是凸面的正弯月透镜。
在图21所示的第六示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元L1f包括两个表面都是凹面的负透镜和在负透镜的物体侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2f包括两个透镜：两个表面都是凸面的正透镜和在物体侧的表面是凸面的负透镜。
具有正折光力的第三透镜单元L3e包括在物体侧的表面是凸面的正弯月透镜。
接下来，描述根据图25中所示的第七示例实施方案的变焦透镜系统的变焦方法。
根据图25中所示的第七示例实施方案的变焦透镜系统从物体侧到图像侧包括四个透镜单元：具有负折光力的第一透镜单元L1g，具有正折光力的第二透镜单元L2g，具有负折光力的第三透镜单元L3f，以及具有正折光力的第四透镜单元L4a。
在变焦过程中改变透镜单元之间的距离。更特别地，当从广角端向望远端变焦时，第一透镜单元L1g沿着朝向图像的凸形轨迹以往复方式移动(A7)。第二透镜单元L2g和第三透镜单元L3f向物体移动(分别的B7和C6)。第四透镜单元L4a沿着朝向物体的凸形轨迹以往复方式移动(D1)。
在根据第七示例实施方案的变焦透镜系统中，主要通过移动第二透镜单元L2g和第三透镜单元L3f实施变焦。通过第一透镜单元L1g和第四透镜单元L4a的往复移动，校正由于变焦引起的像点的移动。
接下来，描述根据第七示例实施方案的变焦透镜系统的透镜配置。
在第七示例实施方案中，具有负折光力的第一透镜单元L1g包括在物体侧的表面是凸面的负弯月透镜和在负弯月透镜的像面侧上堆叠的树脂层。
具有正折光力的第二透镜单元L2g包括通过将物体侧的表面是凸面的负弯月透镜和物体侧的表面是凸面的正弯月透镜接合构造的粘合透镜，以及两个表面都是凸面的正透镜。
具有负折光力的第三透镜单元L3f包括通过将两个表面都是凸面的正透镜和两个表面都是凹面的负透镜接合到一起构造的粘合透镜。
具有正折光力的第四透镜单元L4a包括通过将两个表面都是凸面的正透镜和物体侧的表面是凸面的负弯月透镜接合到一起构造的粘合透镜。
根据上述示例实施方案，第一透镜单元L1a-g包括由透镜元件和在透镜元件上堆叠的树脂层构造的复合光学元件。当例如用可通过光或热固化的固化树脂形成树脂层时，典型地可以使用模子通过光聚作用或热聚作用形成树脂层。
因此，通过预先形成非球形模子，跟透镜元件的边界面相对的透镜元件的表面可以相对容易地形成为非球形表面。
根据第一至第四示例实施方案和第六示例实施方案，跟具有树脂层的边界面相对的透镜元件表面形成为非球形表面。根据第三示例实施方案，边界面也形成为非球形表面。通过使用众所周知的成型方法构造透镜元件，可以容易地形成非球形表面。
根据第一至第四示例实施方案和第六示例实施方案，在第二透镜单元L2a-d，f中最靠近物体的透镜的物体侧顶点，以及透镜的物体侧表面和透镜外围的相交位置之间，插入作为孔径光阑的FNo(F数)光阑SP。
这样，在第一透镜单元L1a-d，f和第二透镜单元L2a-d，f之间不插入妨碍镜筒缩回的部件。因此，当镜筒缩回时，可以使第一透镜单元L1a-d，f和第二透镜单元L2a-d，f之间的距离达到最小。
根据示例实施方案，第一透镜单元L1a-g包括由透镜元件和具有跟透镜不同的光学性能的树脂层构成的、以及通过在透镜元件的光透射表面上堆叠树脂层构造的复合光学元件。第一透镜单元L1a-g可以满足下面条件：
20＜|vdg-vdj|     (1)
fg/fj＜0          (2)
其中，fg表示透镜元件的焦距，vdg表示透镜材料的阿贝数，fj表示树脂层的焦距，以及vdg表示树脂的阿贝数。
这里，透镜元件是具有折光力的光学元件，例如玻璃透镜或塑料透镜，并且包括可堆叠树脂的基片。只要光学性能跟基片不同，可以预先成型可用于在基片上堆叠的树脂。
表达式1涉及透镜元件和树脂层的材料的d线的阿贝数之差。当越过表达式1所限定的下限时，阿贝数之差是不够的。因此，不能很好地校正第一透镜单元L1a-g的色差。
通过如下设置表达式1的数值范围，可以容易地校正色差：
25＜|vdg-vdj|    (1a)
另外，可以如下设置由表达式1a设定的数值范围：
31＜|vdg-vdj|    (1b)
示例实施方案可以满足表达式1b。这样，获得了上述的优点。
表达式2涉及透镜元件和树脂层的焦距的比值，其中用相反符号表示透镜元件和树脂层的焦距。
当不满足表达式2时，透镜元件和树脂层的折光力变成相同符号，变得难以校正复合光学元件本身的色差。结果，变得难以校正整个第一透镜单元L1a-g的色差。
根据示例实施方案，包含于具有负折光力的第一透镜单元L1a-g中的复合光学元件包括透镜元件和树脂层。树脂层的光接收表面和光射出表面都是折射表面。
树脂层作为整体具有折光力。用来形成树脂层的光学材料具有相对大(高)的偏方差比。这样，增加了色差校正的效果。
更特别地，可以使用满足下面的表达式3和4的材料：
-2.100×10-3·vdj+0.693＜θgF    (3)
0.555＜θgF＜0.9                 (4)
其中，vdj表示树脂层的阿贝数，以及θgF表示偏方差比。
通过使用能够满足表达式3和4的材料，在从g线到C线的宽波带中很好地校正了色差。
阿贝数vdj，偏方差比θgF，以及偏方差比θdg可以表示如下：
vdj＝(Nd-1)/(NF-NC)
θgd＝(Ng-Nd)/(NF-NC)
θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)
其中，Ng，NF，Nd和NC表示对应于g线(435.8nm)，F线(486.1nm)，d线(587.6nm)，以及C线(656.3nm)的材料的折射率。
通过如下设置表达式3的数值范围，可以更好地校正色差：
-2.100×10-3·vdj+0.693＜θgF＜-1.231×10-3·vdj+0.900    (3a)
另外，可以如下设置表达式3a的数值范围：
-2.100×10-3·vdj+0.693＜θgF＜-1.389×10-3·vdj+0.823    (3b)
另外，可以如下设置表达式3b的数值范围：
-1.682×10-3·vdj+0.700＜θgF＜-1.682×10-3·vdj+0.756    (3c)
类似于表达式3，提供表达式4校正从g线到C线的宽波带中的色差。
难以校正在表达式4所限定之外的宽波带中的色差。通过如下设置表达式4，可以校正色差：
0.555＜θgF＜0.86    (4a)
通过如下设置表达式4a，可以更好地校正色差：
0.555＜θgF＜0.80    (4b)
对于色差校正，如果树脂材料满足下面的表达式5和6，那么会更有用：
-2.407×10-3·vdj+1.420＜θgd    (5)
1.255＜θgd＜1.67                (6)
当材料能够满足表达式5和6时，可以很好地校正g线和d线之间的色差。这样，可以在g线和C线之间的波带中更精细和更容易地校正色差。
通过如下设置表达式5的数值范围，可以更好地校正色差：
-2.407×10-3·vdj+1.420＜θgd＜-1.152×10-3·vdj+1.651    (5a)
如果如下设置表达式5a的数值范围，那么会更有用：
-2.407×10-3·vdj+1.420＜θgd＜-1.865×10-3·vdj+1.572    (5b)
如果如下设置表达式5b的数值范围，那么会更合乎需要：
-2.076×10-3·vdj+1.426＜θgd＜-2.076×10-3·vdj+1.512    (5c)
通过如下设置表达式6的数值范围，可以更好地校正色差：
1.255＜θgd＜1.61   (6a)
如果如下设置表达式6a的数值范围，那么会更有用：
1.255＜θgd＜1.54   (6b)
对于令人满意的色差校正，如果树脂层的阿贝数vdj能够满足下面限定的条件，那么会更有用：
vdj＜55    (7)
通过如下设置表达式7的数值范围，可以更好地校正色差：
vdj＜45    (7a)
如果如下设置表达式7a的数值范围，那么会更有用：
vjg＜30    (7b)
作为满足表达式3和4的光学材料的具体例子，已知下面的树脂满足表达式3和4：
UV固化树脂(Nd＝1.635，vd＝22.7，θgF＝0.69)以及
N-聚乙烯咔唑(Nd＝1.696，vd＝17.7，θgF＝0.69)
只要满足表达式3和4，树脂是不受限制的。
如果示例实施方案满足下面表达式所限定的条件，那么会更有用：
0＜fw/fj＜1.0        (8)
其中，fj表示包含于具有负折光力的第一透镜单元L1a-g中的树脂层的焦距，fw表示在广角端的整个变焦透镜系统的焦距。
当越过表达式8所限定的下限时，树脂层的焦距将是负的。结果，变得难以校正树脂层和提供主要折光力的，包含于具有负折光力的第一透镜单元L1a-g中的透镜元件之间的色差。因为变得难以校正整个第一透镜单元L1a-g中的色差，这是较无用的。
当越过表达式8的上限时，增加了树脂层的折光力。同时，也相对地增加了透镜元件的折光力。因此，特别地，变得难以校正横向像差。
通过如下设置表达式8的数值范围，可以更好地校正像差：
0＜fw/fj＜0.6       (8a)
如果如下设置表达式8a的数值范围，那么会更有用：
0＜fw/fj＜0.4       (8b)
如果示例实施方案满足下面表达式所限定的条件，那么会更有用：
0.3＜fg/fa＜1.0      (9)
其中，fa表示包含于具有负折光力的第一透镜单元L1a-g中的复合光学元件的焦距。
当越过表达式9的上限时，透镜元件的焦距变成比整个复合光学元件的焦距还长。结果，降低了树脂层的正折光力。因为整个复合光学元件中的像差校正变得困难，这是较无用的。
当越过表达式9所限定的下限时，树脂层的正折光力变得相对强。这对于校正色差可能更有用了，但是对于校正横向像差较无用。
通过如下设置表达式9的数值范围，可以更好地校正像差：
0.4＜fg/fa＜1.0        (9a)
如果如下设置表达式9a的数值范围，那么是更有用的：
0.5＜fg/fa＜0.9        (9b)
根据示例实施方案，在各种类型的像差中，可以通过利用例如已知的电像差校正方法校正畸变。
如上所述，适当地设置根据示例实施方案的元件。这样，提供了包括固态图像拾取元件的可缩回变焦透镜系统。此外，根据示例实施方案，提供了包括少量透镜的并具有优越光学性能的变焦透镜系统，其中很好地校正了包括色差的各种类型的像差。
根据示例实施方案，通过将具有非球形表面的透镜有效地用于透镜单元，获得了良好的光学性能，因此很好地校正了横向像差，或者特别地，很好地校正了当增加焦比时出现的像散和球形像差。
接下来，将参考图29描述包括根据本发明示例实施方案的变焦透镜系统作为图像拾取光学系统的视频摄像机(光学装置)。
如图29中所示，视频摄像机包括：视频摄像机主体20，包括根据本发明示例实施方案的变焦透镜系统的图像拾取光学系统21，以及用来接收图像拾取光学系统21所捕捉的物体图像的图像拾取元件22，例如CCD。
视频摄像机还包括用来记录图像拾取元件22所捕捉的物体图像的记录单元23，以及用来观察图中没有画出的显示元件上显示的物体图像的取景器24。
显示元件包括液晶面板，显示在图像拾取元件22上形成的物体图像。
因此，通过将根据本发明示例实施方案的变焦透镜系统用于光学装置，例如视频摄像机，可以提供具有优异光学性能的小型光学装置。
接下来，下面提供本发明的数值例子。在数值例子中，i表示从物体侧算起的透镜表面的编号，Ri表示第i个表面的曲率半径，Di表示透镜的厚度以及第i个表面和第(i+1)个表面之间的空气隙，Ni表示关于d线的折射率，以及vi表示d线的阿贝数。
最靠近图像的两个表面由玻璃材料，例如面板(face plate)构成。用k，B，C，D和E表示非球面系数。
如下表示非球形表面的形状：
x＝(h2/R)/[1+{1-(h/k)(h/R)2}1/2]+B·h4+Ch6+Dh8+Eh10
其中，x表示在离光轴的高度为h处相对表面顶点在光轴方向上的位移，R表示曲率。
此外，“e-0X”等价于“×10-x”，f表示焦距，Fno表示F数，以及ω表示半视角。
在表1中显示上述表达式和数值例子之间的关系。
第一，第二，第四和第六数值例子中的D4，以及第五数值例子中的D6是负值，因为当从物体侧开始计数孔径光阑SP和第二透镜单元L2a-g中的第一透镜时，首先计数孔径光阑SP，然后计数第二透镜单元L2a-g中的第一透镜。
第一数值例子
f＝6.504～12.999 Fno＝3.00～4.00 2ω＝57.3°～30.5°
R1a＝-21.588 D1＝0.60 N1＝1.487490 vd1＝70.2
R2a＝11.435 D2＝0.25 N2＝1.63555 vd2＝22.7
R3a＝13.243 D3＝变量
R4a＝孔径光阑 D4＝-0.40
R5a＝3.785 D5＝2.20 N3＝1.834000 vd3＝37.2
R6a＝-23.328 D6＝0.14
R7a＝-16.452 D7＝0.50 N4＝1.922860 vd4＝18.9
R8a＝5.442 D8＝1.73
R9a＝5.254 D9＝1.30 N5＝1.805181 vd5＝25.4
R10a＝8.541 D10＝变量
R11a＝∞ D11＝1.00 N6＝1.516330 vd6＝64.1
R12a＝∞
表1
  Df   6.504   9.751   12.999
  D3   10.48   4.05   0.83
  D10   4.09   5.47   6.84
非球面系数
R1a k＝-1.09299e+01 B＝-1.74216e-03 C＝7.57292e-05 D＝-8.76821e-07E＝-7.61194e-09
R3a k＝-2.67276e+01 B＝1.57785e-04 C＝-3.10022e-05 D＝4.42658e-06E＝-1.12445e-07
R5a k＝-2.25504e-01 B＝4.53792e-04 C＝1.43541e-04
R6a k＝-1.01152e+01 B＝3.05865e-03 C＝-1.35438e-04
R7a k＝-6.23345e+00 B＝2.53902e-03 C＝3.41808e-05
R8a k＝-5.55212e-01 B＝1.96481e-03 C＝1.28391e-03
R9a k＝-2.04670e+00 B＝-1.94383e-03 C＝-1.43317e-04
R10a k＝-4.41466e-01 B＝-1.65084e-03 C＝-1.94424e-04
第二数值例子
f＝6.202～18.599 Fno＝3.00～5.60 2ω＝59.6°～21.6°
R1b＝-15.292 D1＝0.60 N1＝1.487490 vd1＝70.2
R2b＝6.543 D2＝0.40 N2＝1.62520 vd2＝25.24
R3b＝9.024 D3＝变量
R4b＝孔径光阑 D4＝-0.40
R5b＝4.675 D5＝2.20 N3＝1.806098 vd3＝40.9
R6b＝-15.585 D6＝0.45
R7b＝-11.052 D7＝0.50 N4＝1.805181 vd4＝25.4
R8b＝4.220 D8＝1.56
R9b＝9.989 D9＝1.30 N5＝1.804000 vd5＝46.6
R10b＝-23.446 D10＝变量
R11b＝-378.728 D11＝1.30 N6＝1.583126 vd6＝59.4
R12b＝-13.281 D12＝变量
R13a＝∞ D13＝1.00 N7＝1.516330 vd7＝64.1
R14a＝∞
表2
  Df   6.202   11.897   18.599
  D3   11.88   5.13   2.47
  D10   4.18   10.86   17.70
  D12   3.67   2.43   1.03
非球面系数
R1b k＝-6.88264e+00 B＝-9.46285e-05 C＝2.66126e-06 D＝1.32434e-07E＝-9.69671e-10
R3b k＝-3.86017e+00 B＝4.64420e-04 C＝-6.43371e-06 D＝4.69463e-07E＝1.42598e-08
R5b k＝-2.12422e-02 B＝-4.01373e-04 C＝3.61898e-06
R6b k＝-4.26286e+00 B＝3.32312e-04 C＝1.11033e-05
R11b k＝-6.00735e+05 B＝9.53671e-04 C＝1.75110e-05
R12b k＝-2.74745e+01 B＝9.41336e-04 C＝6.17511e-05
第三数值例子
f＝6.590～18.640 Fno＝2.96～4.60 2ω＝56.6°～21.6°
R1c＝-9.362 D1＝0.60 N1＝1.48749 vd1＝70.2
R2c＝13.690 D2＝0.35 N2＝1.69591 vd2＝17.7
R3c＝20.719 D3＝变量
R4c＝孔径光阑 D4＝0.15
R5c＝5.061 D5＝2.50 N3＝1.76200 vd3＝40.1
R6c＝-2.375 D6＝0.50 N4＝1.69895 vd4＝30.1
R7c＝7.763 D7＝变量
R8c＝10.445 D8＝1.40 N5＝1.77250 vd5＝49.6
R9c＝16.994 D9＝变量
R10c＝∞ D10＝1.00 N6＝1.51633 vd6＝64.1
R11c＝∞
表3
  Df   6.590   13.155   18.640
  D3   13.47   3.52   0.89
  D7   8.15   8.91   11.70
  D9   0.92   4.79   6.64
非球面系数
R1c k＝3.89310e-01 B＝4.37755e-04 C＝1.92683e-06 D＝6.33555e-09
R2c k＝-3.79455e+00 B＝3.26079e-04 C＝-1.97275e-06
R3c k＝-2.67610e-01 B＝1.64690e-04 C＝4.35733e-06
R5c k＝1.80938e-02 B＝1.20823e-05 C＝2.40546e-05
R6c k＝2.46679e+00 B＝-3.36766e-03 C＝3.18762e-04
R7c k＝1.69997e+00 B＝1.40072e-03 C＝2.56727e-04
R8c k＝0.00000e+00 B＝8.51454e-05 C＝3.35662e-07
第四数值例子
f＝6.593～18.639 Fno＝3.60～5.69 2ω＝56.8°～21.6°
R1d＝-11.250 D1＝0.70 N1＝1.589130 vd1＝61.3
R2d＝8.711 D2＝0.30 N2＝1.63555 vd2＝22.7
R3d＝14.632 D3＝变量
R4d＝孔径光阑 D4＝-0.40
R5d＝4.189 D5＝2.20 N3＝1.806098 vd3＝40.9
R6d＝-8.763 D6＝0.20
R7d＝-6.173 D7＝0.50 N4＝1.761821 vd4＝26.5
R8d＝5.440 D8＝变量
R9d＝11.707 D9＝1.60 N5＝1.487490 vd5＝70.2
R10d＝-11.208 D10＝变量
R11d＝∞ D11＝1.00 N6＝1.516330 vd6＝64.1
R12c＝∞
表4
  Df   6.593   11.871   18.639
  D3   10.64   4.04   0.80
  D8   2.99   4.57   4.49
  D10   5.04   9.43   15.47
非球面系数
R1d k＝-8.21035e-01 B＝-3.40069e-04 C＝4.04753e-05 D＝5.56591e-08E＝-4.84525e-08
R3d k＝-2.75130e+00 B＝-3.14187e-04 C＝3.29725e-05 D＝3.51804e-06E＝-2.12987e-07
R5d k＝-2.54107e+00 B＝4.61960e-03 C＝4.24270e-05
R8d k＝-7.94587e+00 B＝1.01773e-02 C＝5.73115e-05
第五数值例子
f＝5.802～17.399 Fno＝3.38～5.71 2ω＝63.1°～23.2°
R1e＝32.162 D1＝1.00 N1＝1.772499 vd1＝49.6
R2e＝11.066 D2＝1.50
R3e＝-10.517 D3＝0.70 N2＝1.603112 vd2＝60.6
R4e＝17.642 D4＝0.30 N3＝1.63555 vd3＝22.7
R5e＝179.133 D5＝变量
R6e＝孔径光阑 D6＝-0.40
R7e＝3.985 D7＝2.20 N4＝1.806098 vd4＝40.9
R8e＝-8.286 D8＝0.20
R9e＝-5.713 D9＝0.50 N5＝1.761821 vd5＝26.5
R10e＝5.494 D10＝变量
R11e＝10.529 D11＝1.60 N6＝1.487490 vd6＝70.2
R12d＝-12.192 D12＝变量
R13b＝∞ D13＝1.00 N7＝1.516330 vd7＝64.1
R14b＝∞
表5
  Df   5.802   11.227   17.399
  D5   9.81   3.33   0.80
  D10   2.92   3.61   3.49
  D12   5.20   10.06   15.76
非球面系数
R2e k＝3.96580e+00 B＝-4.00193e-05 C＝1.20418e-07 D＝-2.21768e-08E＝-1.12285e-07
R5e k＝-2.50407e+02 B＝-3.61469e-04 C＝-5.56594e-06 D＝2.71438e-06E＝-2.85224e-08
R7e k＝-1.92195e+00 B＝4.11935e-03 C＝1.30544e-04
R10e k＝-7.80820e+00 B＝1.06997e-02 C＝2.81136e-04
第六数值例子
f＝6.550～18.510 Fno＝2.89～4.80 2ω＝56.9°～21.7°
R1f＝-15.720 D1＝0.40 N1＝1.63555 vd1＝22.7
R2f＝-8.048 D2＝0.60 N2＝1.516330 vd2＝64.1
R3f＝8.663 D3＝变量
R4f＝孔径光阑 D4＝-0.40
R5f＝4.254 D5＝2.09 N3＝1.693500 vd3＝53.2
R6f＝-31.953 D6＝0.15
R7f＝8.188 D7＝0.45 N4＝1.846660 vd4＝23.9
R8f＝3.356 D8＝变量
R9f＝7.668 D9＝1.28 N5＝1.772499 vd5＝49.6
R10f＝30.059 D10＝变量
R11f＝∞ D11＝1.00 N6＝1.516330 vd6＝64.1R12e＝∞
表6
  Df   6.550   12.223   18.510
  D3   10.08   3.71   1.05
  D8   1.36   2.32   2.60
  D10   6.98   10.77   15.25
非球面系数
R1f k＝0.00000e+00 B＝-2.32379e-03 C＝1.50373e-04 D＝-4.12838e-06E＝3.56245e-08
R3f k＝-2.82525e+00 B＝-2.68319e-03 C＝1.87838e-04 D＝-1.84092e-06E＝-1.04944e-07
R5f k＝-2.86224e-01 B＝-1.03668e-03 C＝3.88860e-06 D＝-8.95721e-06E＝5.53097e-07
R8f k＝-1.64548e+00 B＝5.31934e-03 C＝1.75499e-04 D＝-3.86910e-05E＝4.42096e-06
R9f k＝0.00000e+00 B＝3.17186e-04 C＝9.87633e-05 D＝-1.80790e-05E＝1.33634e-06
R10f k＝1.42696e+02 B＝-2.36932e-04 C＝-1.34210e-05 D＝5.56158e-07E＝-2.79996e-06
第七数值例子
f＝6.045～26.277 Fno＝3.19～5.40 2ω＝61.2°～15.5°
R1g＝22.139 D1＝1.20 N1＝1.772499 vd1＝49.6
R2g＝6.419 D2＝0.50 N2＝1.63555 vd2＝22.7
R3g＝7.404 D3＝变量
R4g＝10.985 D4＝0.60 N3＝1.698947 vd3＝30.1
R5g＝7.072 D5＝2.20 N4＝1.772499 vd4＝49.6
R6g＝23.462 D6＝0.15
R7g＝9.977 D7＝1.50 N5＝1.772499 vd5＝49.6
R8g＝-83.931 D8＝变量
R9g＝孔径光阑 D9＝0.10
R10g＝3.040 D10＝1.30 N6＝1.487490 vd6＝70.2
R11g＝-9.597 D11＝0.50 N7＝2.003300 vd7＝28.3
R12f＝3.369 D12＝变量
R13c＝23.671 D13＝1.90 N9＝1.846660 vd8＝23.9
R14c＝-10.010 D14＝0.50 N9＝1.487490 vd9＝70.2
R15＝-118.944 D15＝变量
R16＝∞ D16＝1.00 N10＝1.516330 vd10＝64.1
R17＝∞
表7
  Df   6.045   15.926   26.277
  D3   20.14   5.17   2.17
  D8   2.31   4.08   6.30
  D12   1.47   2.57   8.15
  D15   2.00   4.90   2.92
非球面系数
R3g k＝-1.44359e+00 B＝4.06307e-04 C＝3.43001e-06
R7g k＝-9.15204e+00 B＝9.37167e-04 C＝-4.55944e-05
R8g k＝5.11894e+02 B＝-1.84045e-04 C＝-1.08559e-05
R13c k＝2.16556e+01 B＝-7.56985e-05 C＝-1.00981e-05
表8
  表达式   下限   上限   第一实施方案   第二实施方案   第三实施方案   第四实施方案   第五实施方案   第六实施方案   第七实施方案
  vdR   70.2   70.2   70.2   61.3   60.6   64.1   49.6
  7   vdj   22.7   25.3   17.7   22.7   22.7   22.7   22.7
  1   |vdg-vdj|   20   47.5   44.9   52.6   38.6   37.9   41.4   26.9
  fR   -15.243   -9.316   -11.309   -8.226   10.824   -7.982   -12.106
  fj   125.030   35.848   56.829   33.212   30.769   25.430   63.446
  2   fR/fj   0   -0.122   -0.260   -0.199   -0.248   -0.352   -0.314   -0.191
  fw   6.504   6.202   6.590   6.593   5.802   6.550   6.045
  fj   125.030   35.848   56.829   33.212   30.769   25.430   63.446
  8   fw/fj   0.0   1.0   0.052   0.173   0.116   0.199   0.189   0.258   0.095
  fg   -15.243   -9.316   -11.309   -8.226   -10.824   -7.982   -12.106
  fa   -17.238   -12.358   -14.070   -10.902   -16.910   -11.593   -14.413
  9   fg/fa   0.3   1.0   0.884   0.754   0.804   0.755   0.640   0.689   0.840
  4   θgF   0.555   0.9   0.689   0.628   0.686   0.689   0.689   0.689   0.689
  6   θgd   1.255   1.67   1.422   1.348   1.416   1.422   1.422   1.422   1.422
虽然已参考示例实施方案描述了本发明，但是应当明白，发明并不限于所讨论的示例实施方案。下面权利要求的范围根据最广泛的解释，以便包括所有修改，等价结构和功能。

Claims (15)

1.一种变焦透镜系统，包括：
具有负折光力的第一透镜单元；以及
具有正折光力的第二透镜单元，其中
第一和第二透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序提供，
第一和第二透镜单元之间的距离在变焦过程中改变，
第一透镜单元包括复合光学元件，复合光学元件包含透镜元件和具有跟透镜元件的光学性能不同的光学性能、并且在透镜元件上堆叠的树脂层，其中复合光学元件满足
20＜|vdg-vdj|以及
fg/fj＜0，
其中，fg表示透镜元件的焦距，vdg表示透镜元件的材料的阿贝数，fj表示树脂层的焦距，vdj表示树脂层的阿贝数。
2.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中
0＜fw/fj＜1.0，
其中，fw表示在广角端的变焦透镜系统的焦距。
3.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中
0.3＜fg/fa＜0.1，
其中，fa表示复合光学元件的焦距。
4.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中透镜元件的表面的至少一个是非球面的。
5.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中树脂层的表面的至少一个是非球面的。
6.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中通过将玻璃材料成型，来构造透镜元件。
7.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中
-2.100×10-3·vdj+0.693＜θgF以及
0.555＜θgF＜0.9，
其中，θgF是树脂层的偏方差比，其中θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)，其中Ng，NF，Nd，NC表示树脂层材料的分别对于各弗朗荷费线，g线，F线，d线和C线的折射率。
8.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中
-2.407×10-3·vdj+1.420＜θgd以及
1.255＜θgd＜1.67，
其中，θgF是树脂层的偏方差比，其中θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)，其中Ng，NF，Nd，NC表示树脂层材料的分别对于各弗朗荷费线，g线，F线，d线和C线的折射率。
9.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中树脂层的材料能够满足下面条件：
vdj＜55。
10.根据权利要求1的变焦透镜系统，
其中，变焦透镜系统包括的仅有的透镜单元是具有负折光力的第一透镜单元和具有正折光力的第二透镜单元，以及
其中，第一和第二透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序提供。
11.根据权利要求1的变焦透镜系统，
其中，变焦透镜系统包括的仅有的透镜单元是具有负折光力的第一透镜单元，具有正折光力的第二透镜单元，以及具有正折光力的第三透镜单元，
其中，第一至第三透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序提供，以及
其中，透镜单元之间的距离在变焦过程中改变。
12.根据权利要求1的变焦透镜系统，
其中，变焦透镜系统包括的仅有的透镜单元是具有负折光力的第一透镜单元，具有正折光力的第二透镜单元，具有负折光力的第三透镜单元，以及具有正折光力的第四透镜单元，
其中，第一至第四透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序提供，以及
其中，透镜单元之间的距离在变焦过程中改变。
13.一种变焦透镜系统，包括：
具有负折光力的第一透镜单元；以及
具有正折光力的第二透镜单元，其中
第一和第二透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序提供，
第一透镜单元包括复合光学元件，复合光学元件包含透镜元件和具有跟透镜元件的光学性能不同的光学性能、并且在透镜元件上堆叠的树脂层，以及其中复合光学元件满足
31＜|vdg-vdj|，
其中，vdg表示透镜元件的阿贝数，以及vdj表示树脂层的阿贝数。
14.一种用来在光电换能器上形成图像的变焦透镜系统，该变焦透镜系统包括：
具有负折光力的第一透镜单元；以及
具有正折光力的第二透镜单元，其中
第一和第二透镜单元按从物体侧到图像侧的顺序提供，
第一和第二透镜单元之间的距离在变焦过程中改变，
第一透镜单元包括复合光学元件，复合光学元件包含透镜元件和具有跟透镜元件的光学性能不同的光学性能、并且在透镜元件上堆叠的树脂层，以及其中复合光学元件满足
20＜|vdg-vdj|以及
fg/fj＜0，
其中，fg表示透镜元件的焦距，vdg表示透镜元件的材料的阿贝数，fj表示树脂层的焦距，以及vdj表示树脂层的阿贝数。
15.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求1的变焦透镜系统；以及
用来接收变焦透镜系统所形成的图像的光电换能器。
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