專利名稱：變焦透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有適合于膠片照相機(jī)，圖像照相機(jī)和數(shù)字靜物照相機(jī)的衍射光學(xué)元件的變焦透鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)提出了各種類型的變焦透鏡系統(tǒng)。作為一種用于膠片照相機(jī)，圖像照相機(jī)，特別是用于數(shù)字靜物照相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)，三組型變焦透鏡系統(tǒng)，又稱作遠(yuǎn)攝型變焦透鏡系統(tǒng)，具有從目標(biāo)側(cè)按順序以很短的后焦距而設(shè)的正-負(fù)-正屈光力的結(jié)構(gòu)。對于這類實(shí)例，披露在日本專利申請公開第11-305126號中。
然而，根據(jù)最近在成像技術(shù)方面取得的進(jìn)展，例如成像器件像素節(jié)距的小型化，很難用簡單的機(jī)構(gòu)來既實(shí)現(xiàn)高光學(xué)性能(特別是色移)又實(shí)現(xiàn)緊湊性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于前述的問題而做出的，其目的是提供一種通過使用衍射光學(xué)元件而具有優(yōu)良光學(xué)性能和緊湊性的變焦透鏡系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的具有正屈光力的第一透鏡組；具有負(fù)屈光力的第二透鏡組；和具有正屈光力的第三透鏡組；當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)由廣角端狀態(tài)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)時(shí)，所述第一透鏡組與所述第二透鏡組之間的距離發(fā)生變化；以及所述第二透鏡組與所述第三透鏡組之間的距離發(fā)生變化；所述第三透鏡組由具有正屈光力的前透鏡組和具有負(fù)屈光力的后透鏡組構(gòu)成，前透鏡組設(shè)在該第三透鏡組中最大空氣間隔的目標(biāo)一側(cè)，后透鏡組設(shè)在該第三透鏡組中最大空氣間隔的圖像一側(cè)；所述前透鏡組包括孔徑光闌和衍射光學(xué)面；入射到所述衍射光學(xué)面達(dá)到最大圖像高度的主光線的入射角為10度或更??；并且滿足下面的條件表達(dá)式0.3＜R/fw＜5.0 (1)其中R表示設(shè)在所述孔徑光闌的圖像一側(cè)的正透鏡其目標(biāo)側(cè)面的曲率半徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述前透鏡組具有位于接觸空氣的透鏡表面上的衍射光學(xué)面，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.05＜L/f3＜1.0(2)其中L表示具有所述衍射光學(xué)面的透鏡元件的厚度(當(dāng)所述表面位于粘合透鏡上時(shí)，該厚度是粘合厚度)，f3表示所述第三透鏡組的焦距。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，滿足下面的條件表達(dá)式0.1＜C/fw＜3.0 (3)其中C表示所述衍射光學(xué)面的有效直徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述第三透鏡組中，所述前透鏡組具有粘合透鏡，衍射光學(xué)面形成在該粘合正透鏡的最圖像側(cè)面上，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.001＜P/fw＜0.05 (4)其中P表示所述衍射光學(xué)面的最小槽節(jié)距，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一透鏡組具有粘合透鏡；所述第二透鏡組具有設(shè)在最目標(biāo)一側(cè)位置的粘合正透鏡，該粘合透鏡由正彎月透鏡粘合雙凹透鏡而制成；并且所述第三透鏡組具有前透鏡組和后透鏡組，前透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的雙凸透鏡、粘合正合正透鏡和正彎月透鏡；后透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的負(fù)彎月透鏡和雙凹透鏡。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，通過沿基本垂直于光軸的方向移動(dòng)所述第二透鏡組來進(jìn)行減震，而且滿足下面的條件表達(dá)式ΔS/fw＜0.1(5)其中ΔS表示所述第二透鏡組中在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
從下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點(diǎn)可以容易地理解。
圖1是示出本發(fā)明例1的變焦透鏡系統(tǒng)其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是示出當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)從廣角端狀態(tài)(W)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)時(shí)，例1的變焦透鏡系統(tǒng)其各個(gè)透鏡組的變焦徑跡的示意圖；圖3用圖表示出例1的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端狀態(tài)(W)下的各種像差；圖4用圖表示出例1的變焦透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)下的各種像差；圖5是示出本發(fā)明例2的變焦透鏡系統(tǒng)其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是示出當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)從廣角端狀態(tài)(W)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)時(shí)，例2的變焦透鏡系統(tǒng)其各個(gè)透鏡組的變焦徑跡的示意圖；圖7用圖表示出例2的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端狀態(tài)(W)下的各種像差；圖8用圖表示出例2的變焦透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)下的各種像差；圖9是示出本發(fā)明例3的變焦透鏡系統(tǒng)其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖10是示出當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)從廣角端狀態(tài)(W)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)時(shí)，例3的變焦透鏡系統(tǒng)其各個(gè)透鏡組的變焦徑跡的示意圖；圖11用圖表示出例3的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端狀態(tài)(W)下的各種像差；圖12用圖表示出例3的變焦透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)下的各種像差；圖13A和13B是示出菲涅耳帶片的例的示意圖，其中圖13A是平面圖，圖13B是沿圖13A中B-B面截取的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面參看所附
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
概括描述多組型變焦透鏡系統(tǒng)的特征。由于構(gòu)造變焦透鏡系統(tǒng)需要至少兩個(gè)透鏡組，因此假定多組型變焦透鏡系統(tǒng)具有三個(gè)透鏡組或更多透鏡組的透鏡結(jié)構(gòu)。
在多組型變焦透鏡系統(tǒng)中，通過增加負(fù)責(zé)變焦的透鏡組的數(shù)目來實(shí)現(xiàn)高的變焦比。由于很容易將每個(gè)透鏡組校正像差的負(fù)擔(dān)(burdens)平均化，因此可以獲得極佳的光學(xué)性能。然而，當(dāng)沿光軸移動(dòng)的透鏡組的數(shù)目增加時(shí)，鏡筒的機(jī)構(gòu)會(huì)變得比較復(fù)雜，從而很容易增加制造成本。在根據(jù)本發(fā)明的多組型變焦透鏡系統(tǒng)中，運(yùn)用一種三組型變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的具有正屈光力的第一透鏡組，具有負(fù)屈光力的第二透鏡組，以及具有正屈光力的第三透鏡組。因此，在通過簡化機(jī)構(gòu)而抑制制造成本的情況下，可以在確保合適量的變焦比的同時(shí)獲得極佳的光學(xué)性能。在根據(jù)本發(fā)明的多組型變焦透鏡系統(tǒng)中，由于可以在振動(dòng)減弱的基礎(chǔ)上獲得較好的光學(xué)性能，因此它還適合于電子成像設(shè)備。
接下來說明衍射光學(xué)面和衍射光學(xué)元件。一般地，已經(jīng)知道三種偏移光的方法，如折射，反射和衍射。衍射面是顯示出衍射的光學(xué)面。衍射光學(xué)元件是具有衍射光學(xué)面的光學(xué)元件，如傳統(tǒng)上已知的菲涅耳帶片或衍射光柵。已經(jīng)知道這類衍射光學(xué)元件可以顯示出不同于折射或反射的性能。特別地，它具有負(fù)色散。這一性能對于校正色差尤其有效，可以實(shí)現(xiàn)對色差的極佳校正，這是不用昂貴的超低色散玻璃所從未實(shí)現(xiàn)的(即不可能用普通的玻璃實(shí)現(xiàn))。有關(guān)衍射光學(xué)元件的性質(zhì)，可以由日本光學(xué)協(xié)會(huì)管理的“衍射光學(xué)元件簡介”獲得更加詳細(xì)的內(nèi)容，該協(xié)會(huì)是日本應(yīng)用物理協(xié)會(huì)的分支機(jī)構(gòu)，(光電子學(xué)，1997)。
在根據(jù)本發(fā)明的多組型變焦透鏡系統(tǒng)中，衍射光學(xué)元件設(shè)在具有正屈光力的前透鏡組中，該前透鏡組位于第三透鏡組中最大空氣空間的目標(biāo)一側(cè)，從而借助于其效應(yīng)來獲得極佳的光學(xué)性能。此處，通過在由玻璃或樹脂材料制成的光學(xué)元件的表面上形成衍射光柵來生成衍射光學(xué)面，或者通過偏移光來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生衍射的表面，例如菲涅爾帶片。順便提及，圖13A和13B是示出菲涅耳帶片的例的示意圖，其中圖13A是平面圖，圖13B是沿圖13A中B-B面截取的截面圖。盡管示出在圖13中的菲涅耳帶片1是開諾全息照片(Kinoform)型，其節(jié)距是連續(xù)曲線，形成衍射光學(xué)元件的光柵槽，但是這種周期性結(jié)構(gòu)也可以是階式形狀，或者對角形狀。
在根據(jù)本發(fā)明的多組型變焦透鏡系統(tǒng)中，與具有衍射光學(xué)元件的普通光學(xué)系統(tǒng)相同，優(yōu)選的是入射到衍射光學(xué)元件的入射角盡可能小。這是因?yàn)楫?dāng)光的入射角變大時(shí)，在衍射光學(xué)面處易于產(chǎn)生閃爍光，從而會(huì)惡化光學(xué)性能。為了獲得不受衍射光學(xué)元件所產(chǎn)生的閃爍光太多影響的較好光學(xué)性能，對于本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，優(yōu)選的是入射角是10度或更小。盡管衍射光學(xué)元件可以設(shè)置在只要滿足該條件的任何位置處，但是在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，優(yōu)選的是衍射光學(xué)元件設(shè)置在第三透鏡組的前透鏡組中。為了充分地獲得這種效果，優(yōu)選的是入射角為7度或更小。進(jìn)一步優(yōu)選的是處于遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下的入射角是5度或更小，而處于廣角端狀態(tài)下的入射角是6度或更小。
下面參看條件表達(dá)式(1)至(5)說明本發(fā)明的表焦透鏡系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)滿足下面的條件表達(dá)式(1)0.3＜R/fw＜5.0(1)其中R表示正透鏡目標(biāo)側(cè)面的曲率半徑，該正透鏡設(shè)在第三透鏡組中孔徑光闌S的圖像一側(cè)，fw表示處于廣角端狀態(tài)下的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件表達(dá)式(1)確定了正透鏡目標(biāo)側(cè)面的曲率半徑R，該正透鏡設(shè)在第三透鏡組中孔徑光闌的圖像一側(cè)。前透鏡組往往是放置在孔徑光闌S附近。構(gòu)成前透鏡組的透鏡的形狀與校正球面像差和慧形像差有很大的關(guān)系。特別地，設(shè)在孔徑光闌(位于第三透鏡組中)圖像一側(cè)的正透鏡對于較好地維持像差平衡是非常重要的。理想的是正透鏡的凸面朝向目標(biāo)。因此，為了較好地平衡像差，正透鏡目標(biāo)側(cè)面的曲率半徑R的合適范圍由處于廣角端狀態(tài)下的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距的比來確定。此處，R＞0。
當(dāng)R/fw的比等于或者高于條件表達(dá)式(1)的上限時(shí)，曲率半徑R的值變得過大，而且球面像差沿正向也變得過大，從而不能獲得較好的光學(xué)性能。另一方面，當(dāng)R/fw的比等于或者低于條件表達(dá)式(1)的下限時(shí)，曲率半徑R變得過小，而且球面像差沿負(fù)向變得過大，從而也不能獲得較好的光學(xué)性能。為了充分地獲得本發(fā)明的效果，優(yōu)選設(shè)定上限為2.0，優(yōu)選設(shè)定下限為0.8。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，衍射光學(xué)面設(shè)置在前透鏡組中接觸空氣的任何透鏡面上，而且優(yōu)選滿足下面的條件表達(dá)式(2)0.05＜L/f3＜1.0 (2)其中L表示具有衍射光學(xué)面的透鏡的厚度(當(dāng)衍射光學(xué)面位于粘合透鏡上時(shí)，該厚度是組合厚度)，f3表示第三透鏡組的焦距。
條件表達(dá)式(2)確定了具有衍射光學(xué)面的透鏡元件的厚度L(當(dāng)衍射光學(xué)面位于粘合透鏡上時(shí)，該厚度是組合厚度)與第三透鏡組f3的焦距的比的合適范圍。當(dāng)衍射光學(xué)面設(shè)置在變焦透鏡系統(tǒng)中(與第三透鏡組中空氣接觸的任何透鏡表面上)用作消色差元件時(shí)，其它設(shè)置用來校正色差的透鏡元件如粘合透鏡的厚度可以變薄，從而整個(gè)透鏡系統(tǒng)可以比較緊湊，更薄更輕。此處，條件表達(dá)式(2)示出在本發(fā)明的透鏡系統(tǒng)內(nèi)有效設(shè)置衍射光學(xué)元件的條件。
當(dāng)L/f3的比等于或高于條件表達(dá)式(2)的上限時(shí)，L變得過大，而且衍射光學(xué)元件變得過厚和過大，從而很難制造，同時(shí)會(huì)增加制造成本。另一方面，當(dāng)L/f3的比等于或低于條件表示式(2)的下限時(shí)，衍射光學(xué)元件變得太薄，從而會(huì)引起生產(chǎn)問題，如元件在制造時(shí)容易彎曲。而且，在裝配時(shí)還容易變形，從而有導(dǎo)致光學(xué)性能惡化的危險(xiǎn)。為了充分地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果，優(yōu)選設(shè)定條件表達(dá)式(2)的上限為0.8，還優(yōu)選設(shè)定其下限為0.15。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，優(yōu)選滿足下面的條件表達(dá)式(3)0.1＜C/fw＜3.0(3)其中C表示衍射光學(xué)面的有效直徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)下的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件表達(dá)式(3)確定了衍射光學(xué)面的有效直徑C的合適范圍。當(dāng)C/fw的比等于或者高于條件表達(dá)式(3)的上限時(shí)，衍射光學(xué)面的有效直徑值C變得過大，從而很難制造，導(dǎo)致制造成本的增加。而且，從外部來的有害光還容易進(jìn)入衍射光學(xué)面，從而圖像質(zhì)量容易被閃爍光等惡化。另一方面，當(dāng)C/fw的比等于或者低于條件表達(dá)式(3)的下限時(shí)，衍射光學(xué)面的有效直徑值C變得過小，而且衍射光學(xué)面的槽節(jié)距易于變小，從而難以制造該衍射光學(xué)面，導(dǎo)致制造成本的增加，以及圖像質(zhì)量被來自衍射光學(xué)面的衍射光柵而增加的閃爍光惡化。為了充分地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果，優(yōu)選設(shè)定條件表達(dá)式(3)的上限為1.0，優(yōu)選設(shè)定條件表達(dá)式(3)的下限為0.15。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，第三透鏡組的前透鏡組具有粘合正透鏡，衍射光學(xué)面形成在該粘合正透鏡的最圖像側(cè)面上，而且優(yōu)選滿足下面的條件表達(dá)式(4)0.001＜P/fw＜0.05 (4)其中P表示衍射光學(xué)面的最小槽節(jié)距，fw表示處于廣角端狀態(tài)下的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件表達(dá)式(4)確定了衍射光學(xué)面其衍射光柵最小槽節(jié)距P的合適范圍。在衍射光學(xué)面內(nèi)，在任何光線高度下偏移的角可以通過改變槽節(jié)距來進(jìn)行控制，以便獲得所謂的“非球面效果”。而且，槽節(jié)距代表著局部屈光力，在槽節(jié)距變窄時(shí)該局部屈光力變大，從而偏移角的角度色散可以很大。當(dāng)P/fw的比等于或者高于條件表達(dá)式(4)的上限時(shí)，槽節(jié)距變得過大，從而色差的校正能力變得很小，難以很好地校正像差。另一方面，當(dāng)P/fw的比等于或者低于條件表達(dá)式(4)的下限時(shí)，槽節(jié)距變得過小，從而很難制造該衍射光學(xué)面，而且由制造誤差所引起的閃爍光的產(chǎn)生會(huì)變得很大，導(dǎo)致成像質(zhì)量的惡化。
順便提及，在變焦透鏡系統(tǒng)中，已經(jīng)知道照相機(jī)抖動(dòng)容易產(chǎn)生，從而導(dǎo)致成像質(zhì)量的惡化。而在本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，通過使用這種衍射光學(xué)元件，可以實(shí)現(xiàn)簡單結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)，從而不僅鏡筒而且配備透鏡的照相機(jī)可以更緊湊和更輕。因此，在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，減震機(jī)構(gòu)可以存放在使鏡筒小型化而生成的空間內(nèi)。而且，由這種小型化減少的重量可以分配給減震機(jī)構(gòu)，從而就可以提供具有極佳減震機(jī)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)。另外，在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，實(shí)際的減震透鏡系統(tǒng)可以這樣構(gòu)造，即運(yùn)用方法來使第二透鏡組G2或第二透鏡組的一部分沿基本上垂直于光軸的方向移動(dòng)(偏移)，從而在向光學(xué)系統(tǒng)施加振動(dòng)時(shí)校正拍攝的圖像移動(dòng)。由變焦透鏡系統(tǒng)的振動(dòng)如照相機(jī)抖動(dòng)引起的整個(gè)透鏡系統(tǒng)偏移光軸的量，是通過基本垂直于光軸地將變焦透鏡系統(tǒng)的透鏡組或透鏡組的一部分偏移一定的合適量來偏移成像位置而進(jìn)行校正的。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，優(yōu)選滿足下面的條件表達(dá)式(5)ΔS/fw＜0.1 (5)其中ΔS表示第二透鏡組G2內(nèi)在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)下的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
條件表達(dá)式(5)確定了第二透鏡組G2內(nèi)在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量ΔS(沿基本垂直于光軸方向偏移的最大量)與處于廣角端狀態(tài)下變焦透鏡系統(tǒng)的焦距fw的比的合適范圍。作為減震透鏡組，盡管可以或者使用整個(gè)第二透鏡組或者使用第二透鏡組的一部分，但當(dāng)用具有較小有效直徑的透鏡來構(gòu)造第二透鏡組的一部分時(shí)，這對于使減震機(jī)構(gòu)小型化而言是比較有效的。在本發(fā)明的每一個(gè)例子中，雖然減震透鏡組Gv的屈光力是負(fù)的，但是也可以設(shè)定負(fù)或者正的屈光力。
當(dāng)ΔS/fw的比等于或高于條件表達(dá)式(5)的上限時(shí)，第二透鏡組的最大偏移量ΔS變得過大，從而由減震引起的像差變化變得過大，因此這是不希望的。特別地，在像平面外圍，沿光軸方向經(jīng)向的最佳像平面與矢向的最佳像平面之間的差別變得很大，而且產(chǎn)生的側(cè)向色差和偏心慧形像差也很大，因而這是不希望的。此處，若減震透鏡組Gv根本不偏移，則不可能獲得減震效果，因此在條件表達(dá)式(5)中，ΔS＞0。為了充分地獲得本發(fā)明的效果，優(yōu)選設(shè)定條件表達(dá)式(5)的上限為0.05。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，減震透鏡系統(tǒng)可以通過組合下列部件來進(jìn)行構(gòu)造探測拍攝透鏡內(nèi)的振動(dòng)的振動(dòng)探測器，以及基于來自一個(gè)控制器的信號和來自振動(dòng)探測器的信號而設(shè)定合適振動(dòng)校正量的振動(dòng)控制器，其中的控制器控制照相機(jī)的操作順序。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，為了提高光學(xué)性能，優(yōu)選滿足至少下面一個(gè)條件表達(dá)式(6)和(7)0.15＜ΔN (6)-1.0＜f3F/f3R＜-0.05 (7)其中ΔN表示在構(gòu)成粘合透鏡(當(dāng)存在著多個(gè)粘合透鏡時(shí)，該粘合透鏡指的是最目標(biāo)側(cè)的粘合透鏡)的正透鏡和負(fù)透鏡之間的d線處的折射率差，該粘合透鏡具有設(shè)在第三透鏡組中的衍射光學(xué)面，f3F表示第三透鏡組中前透鏡組的焦距，f3R表示第三透鏡組中后透鏡組的焦距。
在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，在孔徑光闌S附近穿過透鏡組的同軸光線的位置容易極大地偏離光軸，因而對于同軸光線的像差校正是很難的。在本發(fā)明中，當(dāng)衍射光學(xué)面設(shè)在第三透鏡組的前透鏡組中時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過將正透鏡和負(fù)透鏡間d線處的折射率差正確地設(shè)定在合適的范圍內(nèi)，如條件表達(dá)式(6)所示的，可以較好地校正前述的同軸色差，其中該正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成位于前透鏡組中的粘合透鏡。在這種情形下，在粘合透鏡內(nèi)，正透鏡的折射率優(yōu)選低于負(fù)透鏡的折射率。當(dāng)ΔN的值等于或者低于條件表達(dá)式(6)的下限時(shí)，校正球面像差變得很難，從而不可能獲得較好的光學(xué)性能。而且，佩茲伐曲率易于變?yōu)樨?fù)值，因而這是不希望的。
條件表達(dá)式(7)確定了前透鏡組f3F的焦距與第三透鏡組中后透鏡組f3R的焦距的比的合適范圍。當(dāng)f3F/f3R的比等于或低于條件表達(dá)式(7)的下限時(shí)，后透鏡組f3R的焦距的量變得相對較小，從而在變焦時(shí)慧形像差的改變變得很大，而且在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下失真沿負(fù)向偏移很多，因此這是不希望的。另一方面，當(dāng)f3F/f3R的比等于或者高于條件表達(dá)式(7)的上限時(shí)，前透鏡組f3F的焦距的量變得相對過小，從而在變焦時(shí)球面像差的改變變得很大，因此這是不希望的。而且，在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下球面像差沿負(fù)向變得過大，從而不可能獲得較好的光學(xué)性能。另外，在廣角端狀態(tài)下低級慧形像差沿負(fù)向產(chǎn)生，同時(shí)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下球面像差沿負(fù)向變得校正過度，從而也不可能獲得較好的光學(xué)性能。為了充分地獲得本發(fā)明的效果，優(yōu)選設(shè)定條件表達(dá)式(7)的上限為-0.2，同時(shí)優(yōu)選設(shè)定條件表達(dá)式(7)的下限為-0.8。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際構(gòu)造時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選地滿足下面的構(gòu)成。
為了校正各種像差，特別是同軸色差，球面像差和像場彎曲，第一透鏡組僅包括由粘合雙凸正透鏡的負(fù)彎月透鏡而構(gòu)成的粘合透鏡，或者額外地包括設(shè)在粘合透鏡圖像一側(cè)的正彎月透鏡。為了輕便的目的，優(yōu)選的是第一透鏡組僅包括粘合透鏡。
為了較好地校正色差，第二透鏡組優(yōu)選具有粘合透鏡。該粘合透鏡優(yōu)選是由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的正彎月透鏡粘合雙凹負(fù)透鏡構(gòu)成。在這種結(jié)構(gòu)下，可以在變焦時(shí)有效地抑制球面像差和像場彎曲。考慮到在變焦時(shí)進(jìn)行像差校正，優(yōu)選的是在從廣角端狀態(tài)到遠(yuǎn)射端狀態(tài)的變焦中，第二透鏡組所用的放大率插入一個(gè)單位放大率(-1)地變化。
在本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)實(shí)際構(gòu)造時(shí)，第二透鏡組在變焦期間可以是固定的。在這種簡單的透鏡結(jié)構(gòu)中，在裝配期間制造誤差的影響很小，從而對于生產(chǎn)工藝而言這是較好的。
為了對不能由衍射光學(xué)面校正的二次頻譜進(jìn)行校正，第三透鏡組優(yōu)選具有由正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成的粘合透鏡。而且，衍射光學(xué)面優(yōu)選形成在粘合透鏡的最(most)圖像側(cè)面上，該圖像側(cè)面是空氣和玻璃之間的界面。這意味著當(dāng)衍射光學(xué)面形成在粘合面上時(shí)，衍射光柵的高度變大，從而易于產(chǎn)生閃爍光。優(yōu)選的是，該衍射光學(xué)面具有正屈光力。而且，為了充分地獲得本發(fā)明的效果，穿過衍射光學(xué)元件的主光線達(dá)到最大圖像高度的角度是7度或更小。另外，通過將該衍射光學(xué)面設(shè)置在孔徑光闌附近，主光線很難受到衍射偏移的影響，從而可以減少由衍射引起的圖像周邊的色差，因此這是希望的。
第三透鏡組優(yōu)選地由設(shè)在目標(biāo)一側(cè)具有正屈光力的前透鏡組和設(shè)在圖像一側(cè)具有負(fù)屈光力的后透鏡組構(gòu)成。在這種結(jié)構(gòu)下，遠(yuǎn)攝比可以很小，而且總的透鏡長度可以很緊湊。前透鏡組優(yōu)選具有從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的雙凸透鏡，粘合正透鏡，和負(fù)彎月透鏡。后透鏡組優(yōu)選具有從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的負(fù)彎月透鏡，雙凸透鏡和雙凹透鏡。在這種結(jié)構(gòu)下，各種像差，特別是球面像差，像場彎曲和失真可以得到良好的校正。當(dāng)后透鏡組中的雙凸透鏡與雙凹透鏡間的(空氣)間隔縮至盡可能短時(shí)，可以有效地縮短整個(gè)透鏡長度。在這種情形中，該空氣間隔優(yōu)選小于雙凸透鏡的厚度。
在本發(fā)明中，近目標(biāo)處的聚焦用所謂的“前聚焦法”來進(jìn)行，即通過向前移動(dòng)第一透鏡組來進(jìn)行。為了在聚焦期間在確保周邊光量的同時(shí)不減弱主光線，可以用所謂的“內(nèi)部聚焦法”來進(jìn)行聚焦，即通過沿光軸移動(dòng)第三透鏡組或第三透鏡組的一部分來進(jìn)行。
當(dāng)衍射光學(xué)面實(shí)際上形成在透鏡表面上時(shí)，為了使其便于制造，衍射光學(xué)面優(yōu)選具有一種相對于光軸的旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)(光柵結(jié)構(gòu))，例如菲涅耳帶片。在這種情形中，衍射光學(xué)面可以借助于精細(xì)研磨或玻璃模制像普通非球面透鏡那樣進(jìn)行制造。而且，衍射光學(xué)面也可以制造得使在透鏡表面上形成有薄樹脂層，而且在該樹脂層上形成有光柵結(jié)構(gòu)。衍射光柵并不限于簡單的單層結(jié)構(gòu)，如開諾全息照片，而是可以采用重疊多個(gè)光柵結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用多層結(jié)構(gòu)衍射光柵時(shí)，衍射效率的光譜特性和角度特性可以得到進(jìn)一步的提高，因而這是很有利的。順便提及，考慮到制造，槽間距優(yōu)選從中心向周邊單調(diào)地減小。
另外，衍射光學(xué)面優(yōu)選是由Abbe數(shù)為65或更小的光學(xué)玻璃材料制成。這是因?yàn)榭梢院苋菀椎匦纬裳苌涔鈻牛铱梢垣@得良好的光學(xué)性能。在根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)中，通過在構(gòu)成本發(fā)明變焦透鏡系統(tǒng)的每個(gè)透鏡元件之外還使用非球面透鏡或梯度折射率透鏡，無需說明，可以獲得更好的光學(xué)性能。
在本發(fā)明中，衍射光學(xué)面具有正的屈光力，而且優(yōu)選設(shè)在前透鏡組中負(fù)透鏡的圖像一側(cè)，該負(fù)透鏡粘合有雙凸透鏡。當(dāng)衍射光學(xué)面具有正的屈光力時(shí)，粘合面的曲率半徑可以很大，從而可以有效地縮短粘合透鏡的整個(gè)長度，而且易于制造該衍射光學(xué)面，因此這是有利的。另外，高階色差很難產(chǎn)生，而且也有利于校正像差。
下面參照
本發(fā)明的每個(gè)例子。在下面說明的三個(gè)例子中，如圖1、5和9中所示的各個(gè)變焦透鏡系統(tǒng)都包括從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的具有正屈光力的第一透鏡組G1，具有負(fù)屈光力的第二透鏡組G2，具有正屈光力的第三透鏡組G3。當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)由廣角端狀態(tài)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)時(shí)，第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的距離發(fā)生變化，而且第二透鏡組G2與第三透鏡組G3之間的距離也發(fā)生變化。第三透鏡組G3由具有正屈光力的前透鏡組和具有負(fù)屈光力的后透鏡組構(gòu)成，前透鏡組設(shè)在第三透鏡組中最大空氣間隔的目標(biāo)一側(cè)，后透鏡組設(shè)在該最大空氣間隔的圖像一側(cè)。在各個(gè)圖中，像平面用參考符號“I”表示。
在每個(gè)例子中，借助于采用后面要提到的非球面表達(dá)式(8)和(9)的普通折射率和超高指數(shù)法來計(jì)算相位差。該超高指數(shù)法利用的是非球面表達(dá)式和衍射光學(xué)面的光柵節(jié)距之間確定的有限等價(jià)關(guān)系(definite equivalence)。在每個(gè)例子中，用該超高指數(shù)法的數(shù)據(jù)來表示衍射光學(xué)面，換句話說，用非球面表達(dá)式(8)和(9)的系數(shù)來表示衍射光學(xué)面。在每個(gè)例子中，在d線和g線處計(jì)算像差。相對于每個(gè)譜線、d線和g線而設(shè)的波長和折射率特定值示出在表1中。
表1波長 折射率d線 587.562nm 10001g線 435.835 7418.6853在每個(gè)例子中，非球面表面用下面的表達(dá)式(8)和(9)表示S(y)＝(y2/r)/(1+(1-κy2/r2)1/2)+C2y2+C4y4+C6y6+C8y8+C10y10(8)R＝1/((1/r)+2C2) (9)其中y表示垂直于光軸的光線高度(入射高度)，S(y)表示垂直量，該垂直量是非球面表面頂點(diǎn)處的切面與高度y處的非球面表面間沿光軸的距離，r表示參考曲率半徑，R表示近軸曲率半徑，κ表示圓錐系數(shù)，C2表示二階非球面系統(tǒng)，C4表示四階非球面系數(shù)，C6表示六階非球面系數(shù)，C8表示八階非球面系數(shù)，C10表示十階非球面系數(shù)。
在每個(gè)例子中，通過在表面編號的右側(cè)附上星號“*”來表示非球面表面。同時(shí)，在每個(gè)例子中，借助于采用非球面表達(dá)式(8)和(9)的普通折射率和超高指數(shù)法來計(jì)算相位差。因此，盡管非球面表達(dá)式(8)和(9)既用于非球面表面又用于衍射光學(xué)面，但是用于非球面表面的非球面表達(dá)式(8)和(9)可以顯示出非球面的形狀。另一方面，用于衍射光學(xué)面的非球面表達(dá)式(8)和(9)可以顯示出衍射光學(xué)面的各種效果。
<例1>
下面參看圖1至4說明本發(fā)明的例1。圖1是示出本發(fā)明例1的變焦透鏡系統(tǒng)其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。在例1所用的變焦透鏡系統(tǒng)ZL1中，如圖1所示，具有正屈光力的第一透鏡組G1由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡構(gòu)成，該粘合透鏡由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L1粘合雙凸透鏡L2制成。具有負(fù)屈光力的第二透鏡組G2由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡構(gòu)成，該粘合透鏡由具有朝向圖像的凸面的正彎月透鏡L3粘合雙凹透鏡L4和雙凹透鏡L5而制成。具有正屈光力的第三透鏡組G3由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成雙凸透鏡L6，孔徑光闌S，由雙凸透鏡L7粘合具有形成在圖像側(cè)表面上的非球面表面的雙凹透鏡L8構(gòu)成的粘合透鏡，具有朝向目標(biāo)的凸面的正彎月透鏡L9，由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L10粘合雙凸透鏡L11構(gòu)成的粘合透鏡，以及雙凹透鏡L12。
第三透鏡組G3由設(shè)在目標(biāo)一側(cè)具有正屈光力的前透鏡組G3F和設(shè)在圖像一側(cè)具有負(fù)屈光力的后透鏡組G3R構(gòu)成。前透鏡組G3F由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成雙凸透鏡L6，孔徑光闌S，由雙凸透鏡L7粘合具有形成在圖像側(cè)表面上的非球面表面的雙凹透鏡L8構(gòu)成的粘合透鏡，以及具有朝向目標(biāo)的凸面的正彎月透鏡L9。后透鏡組G3R由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L10粘合雙凸透鏡L11構(gòu)成的粘合透鏡，和雙凹透鏡L12。
圖2是示出當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)從廣角端狀態(tài)(W)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)時(shí)，例1的變焦透鏡系統(tǒng)ZL1其各個(gè)透鏡組的變焦徑跡(trajectory)的示意圖。圖2中示出在減震時(shí)，作為減震透鏡組Gv的第二透鏡組G2沿垂直于光軸的方向移動(dòng)。
與本發(fā)明例1有關(guān)的各個(gè)值列出在表2中(長度單位是mm)。在表2中，[透鏡數(shù)據(jù)]最左側(cè)一欄是表面編號，“r”表示透鏡表面的曲率半徑(在非球面表面的情形中，該曲率半徑是頂點(diǎn)處的曲率半徑)，“d”表示距下一透鏡表面的距離，“nd”表示d線處的折射率，“ng”表示g線處的折射率。在表2中，“f”表示變焦透鏡系統(tǒng)的焦距，“FNO”表示f數(shù)字。上面對表2的注解與其它例相同。
在例1中，表面編號3表示的表面距離d3(換句話說，d3是表表2[透鏡數(shù)據(jù)]表面號r d nd ng147.76982 1.400001.7552001.791500 L1232.50521 7.045731.5163301.526210 L23-271.12620d3 1.0000004-157.800212.964081.8466601.894190 L35-26.46083 1.200001.6968001.712340 L4664.36653 2.183291.0000007-31.31715 1.200001.7725001.791970 L58205.51186 d8 1.000000960.09702 4.708211.4970001.504510 L610 -45.92341 0.800001.00000011 孔徑光闌S 1.000001.00000012 79.82689 5.817501.6030011.614372 L713 -23.88946 1.200001.8038401.834635 L814 135.00000 0.0000010001 7418.6853015* 135.00000 0.100001.00000016 20.17320 4.364981.6030011.614372 L917 74.08164 11.31532 1.00000018 24.52280 2.307691.8041091.825809 L1019 11.12758 5.457401.6034201.623810 L1120 -36.77551 1.761341.00000021 -16.78364 2.000001.7480991.765893 L1222 92.83962 38.63960 1.000000[非球面數(shù)據(jù)]表面編號15κ＝1.0000C2＝-3.50000×10-9C4＝-8.42820×10-12C6＝-7.59890×10-14C8＝-1.17000×10-15C10＝5.92230×10-18[在變焦時(shí)變化的距離]廣角端狀態(tài)(W) 遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)
C4＝-8.42820×10-12C6＝-7.59890×10-14C8＝-1.17000×10-15C10＝5.92230×10-18[在變焦時(shí)變化的距離]廣角端狀態(tài)(W)遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)f 56.10 194.00FNO3.775.65d3 2.69845 35.06858d8 20.724621.41745[條件表達(dá)式的值]R＝79.82689fw＝56.10000L＝7.0175f3＝26.75764C＝21.47P＝247μΔS＝0.5f3F＝30.43673f3R＝-68.79975(1)R/fw＝1.422941(2)L/f3＝0.262262(3)C/fw＝0.382709(4)P/fw＝0.004403(5)ΔS/fw＝0.008913(6)ΔN＝0.200839(7)f3F/f3R＝-0.442396[在衍射光學(xué)面處主光線的入射角]廣角端狀態(tài)(W)遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)5.79° 4.16°在例1中，所有(1)至(7)的條件表達(dá)式都滿足。同時(shí)，在例1中，減震透鏡組Gv+0.5的移動(dòng)量所對應(yīng)的圖像偏移量在廣角端狀態(tài)下是-0.98861(d線)，在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下是-2.11920(d線)。當(dāng)圖像偏移量的符號(sign)與減震透鏡組Gv的移動(dòng)量的符號相同時(shí)，減震透鏡組Gv的移動(dòng)方向與圖像的偏移方向相同。另一方面，當(dāng)這些符號不同時(shí)，減震透鏡組Gv的移動(dòng)方向與圖像的偏移方向不同。上面有關(guān)減震透鏡組Gv符號的說明與其它例相同。
圖3用圖表示出例1的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端狀態(tài)(W)下的各種像差。圖4用圖表示出例1的變焦透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)下的各種像差。在各個(gè)圖表中，“d”表示d線，“g”表示g線。在示出球面像差的圖表中，F(xiàn)NO表示最大孔徑的f號。在示出散光和失真的圖表中，Y表示最大圖像的高度。在示出慧形像差的圖表中，Y表示每個(gè)圖像的高度。在Y＝0處球面像差的橫向像差用“減震時(shí)或減震前的橫向像差”示出。在示出散光的圖表中，實(shí)線指示弧矢圖像面，虛線指示經(jīng)向圖像面。有關(guān)像差圖標(biāo)的說明與其它例相同。
從各個(gè)圖表可見，由于在從廣角端狀態(tài)至遠(yuǎn)攝端狀態(tài)的每種焦距狀態(tài)下對各種像差總體上良好的校正，因此例1的變焦透鏡顯示出極佳的光學(xué)性能。
<例2>
下面參照圖5至8說明本發(fā)明的例2。圖5是示出本發(fā)明例2的變焦透鏡系統(tǒng)其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖5所示，在例2所用的變焦透鏡系統(tǒng)ZL2中，具有正屈光力的第一透鏡組G1由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡和具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L3構(gòu)成，其中粘合透鏡由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L1粘合雙凸透鏡L2而制成。具有負(fù)屈光力的第二透鏡組G2由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡和雙凸透鏡L6構(gòu)成，其中粘合透鏡由具有朝向圖像的凸面的正彎月透鏡L4粘合雙凹透鏡L5而制成。具有正屈光力的第三透鏡組G3由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成雙凸透鏡L7，孔徑光闌S，由雙凸透鏡L8粘合具有形成在圖像側(cè)表面上的非球面表面的雙凹透鏡L9制成的粘合透鏡，具有朝向目標(biāo)的凸面的正彎月透鏡L10，由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L11粘合雙凸透鏡L12構(gòu)成的粘合透鏡，以及雙凹透鏡L13。
第三透鏡組G3由設(shè)在目標(biāo)一側(cè)具有正屈光力的前透鏡組G3F和設(shè)在圖像一側(cè)具有負(fù)屈光力的后透鏡組G3R構(gòu)成。前透鏡組G3F由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成雙凸透鏡L7，孔徑光闌S，由雙凸透鏡L8粘合具有形成在圖像側(cè)表面上的非球面表面的雙凹透鏡L9構(gòu)成的粘合透鏡，和具有朝向目標(biāo)的凸面的正彎月透鏡L10。后透鏡組G3R由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L11粘合雙凸透鏡L12構(gòu)成的粘合透鏡，和雙凹透鏡L13。
圖6是示意圖，表示當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)從廣角端狀態(tài)(W)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)時(shí)，例2的變焦透鏡系統(tǒng)ZL2其各個(gè)透鏡組的變焦徑跡。圖6中示出在減震時(shí)，作為減震透鏡組Gv的第二透鏡組G2沿垂直于光軸的方向進(jìn)行移動(dòng)。
與本發(fā)明例2有關(guān)的各個(gè)值列出在表3中。在例2中，表面編號5表示的表面距離d5(換句話說，d5是表面編號5與表面編號6之間的距離)和表面距離d10(換句話說，d10是表面編號10與表面編號11之間的距離)隨變焦而改變。在例2中，表面編號13是孔徑光闌S。表面編號16和17對應(yīng)于衍射光學(xué)面Gf。有關(guān)衍射光學(xué)面的各個(gè)值用上述的超高指數(shù)法示出。
表3[透鏡數(shù)據(jù)]表面編號 r d nd ng1 53.74734 1.40000 1.756920 1.788014 L12 32.60723 7.51878 1.516800 1.526703 L2
3-151.340760.10000 1.000000484.50000 2.00000 1.5168001.526703L3588.00000 d5 1.0000006-88.81223 2.87459 1.8466601.894150L47-25.54935 1.20000 1.6968001.712319L5860.20040 2.22689 1.0000009-33.85493 1.20000 1.7480991.765893L610 3205.27995d10 1.00000011 49.62686 4.30672 1.5186011.527667L712 -74.99845 0.80000 1.00000013 孔徑光闌S 1.00000 1.00000014 65.01156 5.82118 1.6030011.614372L815 -23.76273 1.20000 1.8038401.834635L916 149.99989 0.00000 10001 7418.6853017* 150.00016 0.10000 1.00000018 20.58525 4.55222 1.6030011.614372L1019 81.42333 12.090841.00000020 27.75124 0.90446 1.8041091.825809L1121 11.81096 5.58386 1.6034201.623810L1222 -37.34213 2.32884 1.00000023 -15.85966 1.22709 1.7480991.765893L1324 235.22793 38.500021.000000[非球面數(shù)據(jù)]表面編號17κ＝1.0000C2＝0.00000C4＝-9.47020×10-12C6＝2.99610×10-14C8＝-3.00200×10-15C10＝1.18910×10-17[在變焦時(shí)變化的距離]廣角端狀態(tài)(W) 遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)f56.91 194.00FNO 3.735.64d5 1.47621 33.33560d10 20.991750.71119 R＝65.01156fw＝56.91133L＝7.02118f3＝27.26234C＝22.09P＝170μΔS＝0.5f3F＝29.95863f3R＝-59.46041(1)R/fw＝1.142331(2)L/f3＝0.257541(3)C/fw＝0.388148(4)P/fw＝0.002987(5)ΔS/fw＝0.008786(6)ΔN＝0.200839(7)f3F/f3R＝-0.503842[在衍射光學(xué)面處主光線的入射角]廣角端狀態(tài)(W)遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)5.69° 4.13°在例2中，所有(1)至(7)的條件表達(dá)式都滿足。同時(shí)，在例2中，減震透鏡組Gv+0.5的移動(dòng)量所對應(yīng)的圖像偏移量在廣角端狀態(tài)下是-0.97941(d線)，在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下是-2.08865(d線)。
圖7用圖表示出例2的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端狀態(tài)(W)下的各種像差。圖8用圖表示出例2的變焦透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)下的各種像差。從各個(gè)圖表可見，由于在從廣角端狀態(tài)至遠(yuǎn)攝端狀態(tài)的每種焦距狀態(tài)下對各種像差總體上良好的校正，因此例2的變焦透鏡顯示出極佳的光學(xué)性能。
<例3>
下面參照圖9至12說明本發(fā)明的例3。圖9是示出本發(fā)明例3的變焦透鏡系統(tǒng)其透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖。在例3所用的變焦透鏡系統(tǒng)ZL3中，如圖9所示，具有正屈光力的第一透鏡組G1由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡構(gòu)成，該粘合透鏡由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L1粘合雙凸透鏡L2而制成。具有負(fù)屈光力的第二透鏡組G2由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡構(gòu)成，該粘合透鏡由具有朝向圖像的凸面的正彎月透鏡L3粘合雙凹透鏡L4和雙凹透鏡L5而制成。具有正屈光力的第三透鏡組G3由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成雙凸透鏡L6，孔徑光闌S，由雙凸透鏡L7粘合具有形成在圖像側(cè)表面上的非球面表面的雙凹透鏡L8而制成的粘合透鏡，具有朝向目標(biāo)的凸面的正彎月透鏡L9，由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L10粘合雙凸透鏡L11而制成的粘合透鏡，以及雙凹透鏡L12。
第三透鏡組G3由設(shè)在目標(biāo)一側(cè)具有正屈光力的前透鏡組G3F和設(shè)在圖像一側(cè)具有負(fù)屈光力的后透鏡組G3R構(gòu)成。前透鏡組G3F由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的下列部件構(gòu)成雙凸透鏡L6，孔徑光闌S，由雙凸透鏡L7粘合具有形成在圖像側(cè)表面上的非球面表面的雙凹透鏡L8而制成的粘合透鏡，以及具有朝向目標(biāo)的凸面的正彎月透鏡L9。后透鏡組G3R由從目標(biāo)側(cè)按順序而設(shè)的粘合透鏡和雙凹透鏡L12構(gòu)成，其中粘合透鏡由具有朝向目標(biāo)的凸面的負(fù)彎月透鏡L10粘合雙凸透鏡L11而制成。
圖10是一示意圖，表示當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)從廣角端狀態(tài)(W)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)時(shí)，例3的變焦透鏡系統(tǒng)ZL3其各個(gè)透鏡組的變焦徑跡。圖10中示出在減震時(shí)，作為減震透鏡組Gv的第二透鏡組G2沿垂直于光軸的方向進(jìn)行移動(dòng)。
與本發(fā)明例3有關(guān)的各個(gè)值列出在表4中。在例3中，表面編號3表示的表面距離d3(換句話說，d3是表面編號3與表面編號4之間的距離)和表面距離d8(換句話說，d8是表面編號8與表面編號9之間的距離)隨變焦而改變。在例3中，表面編號11是孔徑光闌S。表面編號14和15對應(yīng)于衍射光學(xué)面Gf。有關(guān)衍射光學(xué)面的各個(gè)值用上述的超高指數(shù)法示出。
表4[透鏡數(shù)據(jù)]表面編號 rd nd ng1 51.02481 1.40000 1.7569201.788014L12 31.48045 7.51878 1.5168001.526703L23 -152.65341 d3 1.0000004 -88.088942.87459 1.8466601.894150L35 -24.679271.20000 1.6968001.712319L46 69.33417 2.22689 1.0000007 -33.775601.20000 1.7727891.792324L58 467.93979d8 1.0000009 49.62686 4.30672 1.5186011.527667L610-63.094780.80000 1.00000011孔徑光闌S1.00000 1.0000001270.71528 5.82118 1.6030011.614372L713-23.466411.20000 1.8038401.834635L814150.000000.00000 10001 7418.6853015* 150.000000.10000 1.0000001620.55443 4.36333 1.6030011.614372L91777.58508 11.788841.0000001827.91540 1.20000 1.8041091.825809L101911.52770 5.28546 1.6034201.623810L1120-34.483602.21402 1.00000021-16.263882.00000 1.7480991.765893L1222153.5842038.500021.000000[非球面數(shù)據(jù)]表面編號15κ＝1.0000C2＝-6.14910×10-9C4＝-9.47020×10-12
C6＝2.99610×10-14C8＝-3.00200×10-15C10＝1.18910×10-17[在變焦時(shí)變化的距離]廣角端狀態(tài)(W) 遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)f 55.00 194.00FNO 3.72 5.65d51.57590 33.55799d10 21.50538 1.66215[條件表達(dá)式的值]R＝70.71528fw＝55.00007L＝7.02118f3＝27.17713C＝22.00P＝170μΔS＝0.5f3F＝29.81403f3R＝-60.23696(1)R/fw＝1.285731(2)L/f3＝0.258349(3)C/fw＝0.399999(4)P/fw＝0.003091(5)ΔS/fw＝0.009091(6)ΔN＝0.200839(7)f3F/f3R＝-0.494946[在衍射光學(xué)面處主光線的入射角]廣角端狀態(tài)(W) 遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)5.71°3.99°在例3中，所有(1)至(7)的條件表達(dá)式都滿足。同時(shí)，在例3中，減震透鏡組Gv+0.5的移動(dòng)量所對應(yīng)的圖像偏移量在廣角端狀態(tài)下是-0.97787(d線)，在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)下是-2.16346(d線)。
圖11用圖表示出例3的變焦透鏡系統(tǒng)在廣角端狀態(tài)(W)下的各種像差。圖12用圖表示出例3的變焦透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)攝端狀態(tài)(T)下的各種像差。從各個(gè)圖表可見，由于在從廣角端狀態(tài)至遠(yuǎn)攝端狀態(tài)的每種焦距狀態(tài)下對各種像差總體上良好的校正，因此例3的變焦透鏡顯示出極佳的光學(xué)性能。
如上所述，本發(fā)明可以提供一種適用于膠片照相機(jī)，圖像照相機(jī)，數(shù)字靜物照相機(jī)等的帶有衍射光學(xué)元件的具有極高光學(xué)性能的變焦透鏡系統(tǒng)，其中的衍射光學(xué)元件配備有減震機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)和修改對于本領(lǐng)域的熟練人員都是顯而易見的。因此，在其較寬的方面本發(fā)明并不限于此處示出和描述的具體細(xì)節(jié)，以及典型的器件。從而，只要不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍，可以對本發(fā)明作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的具有正屈光力的第一透鏡組；具有負(fù)屈光力的第二透鏡組；和具有正屈光力的第三透鏡組；當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)由廣角端狀態(tài)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)時(shí)，所述第一透鏡組與所述第二透鏡組之間的距離發(fā)生變化；以及所述第二透鏡組與所述第三透鏡組之間的距離發(fā)生變化；所述第三透鏡組由具有正屈光力的前透鏡組和具有負(fù)屈光力的后透鏡組構(gòu)成，前透鏡組設(shè)在該第三透鏡組中最大空氣間隔的目標(biāo)一側(cè)，后透鏡組設(shè)在該第三透鏡組中最大空氣間隔的圖像一側(cè)；所述前透鏡組包括孔徑光闌和衍射光學(xué)面；入射到所述衍射光學(xué)面達(dá)到最大圖像高度的主光線的入射角為10度或更??；并且滿足下面的條件表達(dá)式0.3＜R/fw＜5.0其中R表示設(shè)在所述孔徑光闌的圖像一側(cè)的正透鏡其目標(biāo)側(cè)面的曲率半徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)的變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中所述前透鏡組具有位于接觸空氣的透鏡表面上的衍射光學(xué)面，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.05＜L/f3＜1.0其中L表示具有所述衍射光學(xué)面的透鏡元件的厚度(當(dāng)所述表面位于粘合透鏡上時(shí)，該厚度是粘合厚度)，f3表示所述第三透鏡組的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的變焦透鏡系統(tǒng)，其中滿足下面的條件表達(dá)式0.1＜C/fw＜3.0其中C表示所述衍射光學(xué)面的有效直徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的變焦透鏡系統(tǒng)，其中在所述第三透鏡組中，所述前透鏡組具有粘合透鏡，衍射光學(xué)面形成在該粘合正透鏡的最圖像側(cè)面上，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.001＜P/fw＜0.05其中P表示所述衍射光學(xué)面的最小槽節(jié)距，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的變焦透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組具有粘合透鏡；所述第二透鏡組具有設(shè)在最目標(biāo)一側(cè)位置的粘合正透鏡，該粘合透鏡由正彎月透鏡粘合雙凹透鏡而制成；以及所述第三透鏡組具有前透鏡組和后透鏡組，前透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的雙凸透鏡、粘合正透鏡和正彎月透鏡；后透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的負(fù)彎月透鏡和雙凹透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過沿基本垂直于光軸的方向移動(dòng)所述第二透鏡組來進(jìn)行減震，而且滿足下面的條件表達(dá)式ΔS/fw＜0.1其中ΔS表示所述第二透鏡組中在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中滿足下面的條件表達(dá)式0.1＜C/fw＜3.0其中C表示所述衍射光學(xué)面的有效直徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的變焦透鏡系統(tǒng)，其中在所述第三透鏡組中，所述前透鏡組具有粘合透鏡，衍射光學(xué)面形成在該粘合正透鏡的最圖像側(cè)面上，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.001＜P/fw＜0.05其中P表示所述衍射光學(xué)面的最小槽節(jié)距，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的變焦透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組具有粘合透鏡；所述第二透鏡組具有設(shè)在最目標(biāo)一側(cè)位置的粘合正透鏡，該粘合透鏡由正彎月透鏡粘合雙凹透鏡而制成；以及所述第三透鏡組具有前透鏡組和后透鏡組，前透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的雙凸透鏡、粘合正透鏡和正彎月透鏡；后透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的負(fù)彎月透鏡和雙凹透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過沿基本垂直于光軸的方向移動(dòng)所述第二透鏡組來進(jìn)行減震，而且滿足下面的條件表達(dá)式ΔS/fw＜0.1其中ΔS表示所述第二透鏡組中在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中在所述第三透鏡組中，所述前透鏡組具有粘合透鏡，衍射光學(xué)面形成在該粘合正透鏡的最圖像側(cè)面上，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.001＜P/fw＜0.05其中P表示所述衍射光學(xué)面的最小槽節(jié)距，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的變焦透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組具有粘合透鏡；所述第二透鏡組具有設(shè)在最目標(biāo)一側(cè)位置的粘合正透鏡，該粘合透鏡由正彎月透鏡粘合雙凹透鏡而制成；以及所述第三透鏡組具有前透鏡組和后透鏡組，前透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的雙凸透鏡、粘合正透鏡和正彎月透鏡；后透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的負(fù)彎月透鏡和雙凹透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過沿基本垂直于光軸的方向移動(dòng)所述第二透鏡組來進(jìn)行減震，而且滿足下面的條件表達(dá)式ΔS/fw＜0.1其中ΔS表示所述第二透鏡組中在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中所述第一透鏡組具有粘合透鏡；所述第二透鏡組具有設(shè)在最目標(biāo)一側(cè)位置的粘合正透鏡，該粘合透鏡由正彎月透鏡粘合雙凹透鏡而制成；以及所述第三透鏡組具有前透鏡組和后透鏡組，前透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的雙凸透鏡、粘合正透鏡和正彎月透鏡；后透鏡組包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的負(fù)彎月透鏡和雙凹透鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過沿基本垂直于光軸的方向移動(dòng)所述第二透鏡組來進(jìn)行減震，而且滿足下面的條件表達(dá)式ΔS/fw＜0.1其中ΔS表示所述第二透鏡組中在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的變焦透鏡系統(tǒng)，其中通過沿基本垂直于光軸的方向移動(dòng)所述第二透鏡組來進(jìn)行減震，而且滿足下面的條件表達(dá)式ΔS/fw＜0.1其中ΔS表示所述第二透鏡組中在減震時(shí)移動(dòng)的最大偏移量，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
17.一種變焦透鏡系統(tǒng)，包括從目標(biāo)按順序而設(shè)的具有正屈光力的第一透鏡組；具有負(fù)屈光力的第二透鏡組；和具有正屈光力的第三透鏡組；當(dāng)透鏡組的位置狀態(tài)由廣角端狀態(tài)變?yōu)檫h(yuǎn)攝端狀態(tài)時(shí)，所述第一透鏡組與所述第二透鏡組之間的距離發(fā)生變化；并且所述第二透鏡組與所述第三透鏡組之間的距離發(fā)生變化；所述第三透鏡組由具有正屈光力的前透鏡組和具有負(fù)屈光力的后透鏡組構(gòu)成，前透鏡組設(shè)在該第三透鏡組中最大空氣間隔的目標(biāo)一側(cè)，后透鏡組設(shè)在該第三透鏡組中最大空氣間隔的圖像一側(cè)；所述前透鏡組包括孔徑光闌和衍射光學(xué)面；入射到所述衍射光學(xué)面達(dá)到最大圖像高度的主光線的入射角為10度或更?。徊⑶覞M足下面的條件表達(dá)式0.1＜C/fw＜3.0其中C表示所述衍射光學(xué)面的有效直徑，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的變焦透鏡系統(tǒng)，其中所述前透鏡組具有位于接觸空氣的透鏡表面上的衍射光學(xué)面，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.05＜L/f3＜1.0其中L表示具有所述衍射光學(xué)面的透鏡元件的厚度(當(dāng)所述表面位于粘合透鏡上時(shí)，該厚度是粘合厚度)，f3表示所述第三透鏡組的焦距。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的變焦透鏡系統(tǒng)，其中在所述第三透鏡組中，所述前透鏡組具有粘合透鏡，衍射光學(xué)面形成在該粘合正透鏡的最圖像側(cè)面上，而且滿足下面的條件表達(dá)式0.001＜P/fw＜0.05其中P表示所述衍射光學(xué)面的最小槽節(jié)距，fw表示處于廣角端狀態(tài)的所述變焦透鏡系統(tǒng)的焦距。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過使用衍射光學(xué)元件而具有高光學(xué)性能的變焦透鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有正屈光力的第一組，具有負(fù)屈光力的第二組，以及具有正屈光力的第三組。當(dāng)從廣角端狀態(tài)變焦為遠(yuǎn)攝端狀態(tài)時(shí)，第一組與第二組之間的距離和第二組與第三組之間的距離發(fā)生變化。第三組包括設(shè)在該第三組內(nèi)最大間隔的目標(biāo)一側(cè)、具有正屈光力的前組，和設(shè)在間隔的圖像一側(cè)、具有負(fù)屈光力的后組。前組包括孔徑光闌和衍射光學(xué)面。入射到衍射光學(xué)面上達(dá)到最大圖像高度的主光線的入射角為10度或更小。而且，滿足給定的條件。
文檔編號G02B13/18GK1603876SQ20041008320
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者鈴木憲三郎 申請人:株式會(huì)社尼康