CN100405112C - 变焦透镜系统和包括该变焦透镜系统的图像拾取设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变焦透镜系统，它包括：通过至少在变焦和聚焦其中之一期间变化的间隔而相互分离的多个透镜单元，以及孔径光阑。该多个透镜单元包括可移动透镜单元，用于在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像。该可移动透镜单元包括位于孔径光阑的物方侧的第一透镜子单元和位于孔径光阑的图像侧的第二透镜子单元。当在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像时，保持孔径光阑并且移动第一透镜子单元和第二透镜子单元，以便具有在正交于光轴的方向的分量。

Description

变焦透镜系统和包括该变焦透镜系统的图像拾取设备

技术领域

本发明涉及变焦透镜系统和包括该变焦透镜系统的图像拾取设备。本发明适合用于例如照相机、摄像机、电子静止照相机、数字照相机以及3-CCD电子照相机。

背景技术

当偶然将振动传送到拍摄系统时，照相图像模糊。常规上，已经提出了包括用于补偿由意外振动造成的图像模糊的机构(图像稳定机构)的各种变焦透镜系统。例如，已知一种光学系统，其中组成该光学系统的透镜单元的一部分在基本上垂直于光轴的方向上移动，以补偿振动造成的图像模糊(日本专利申请公开No.H07-128619，日本专利申请公开No.H07-199124(对应美国专利No.5,585,966)，日本专利申请公开No.2001-066500(对应美国专利No.6,414,800)，日本专利公开No.H06-337374(对应美国专利No.5,652,678)，以及日本专利公开No.H02-093620(对应美国专利No.5,000,549))。

总的来说，其中作为拍摄系统的一部分的透镜单元(校正透镜单元)在垂直于光轴的方向上平行地偏心以校正图像模糊的光学系统具有可以相对容易地校正图像模糊的优势。

然而，该光学系统需要用于移位校正透镜单元的驱动装置(致动器)。从而存在一个问题，即，在图像稳定的时刻，所产生的偏心像差量增加。

例如，当组成校正透镜单元的透镜数目大因而校正透镜单元的重量变得较高时，电子驱动需要大的转矩。

当没有适当设定校正透镜单元的成像放大倍数、折射能力等时，获得用于预定量的图像模糊的校正效果所需的校正透镜单元的移动量变大，结果整个光学系统的尺寸增加。

从而，为了防止光学性能在校正图像模糊的时刻恶化，以及为了获得优选的校正特性，为包括图像稳定机构的光学系统适当地设定校正透镜单元的光学布置是必要的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种透镜系统，其中，可以在振动补偿的时刻，在整个光学系统中保持满意的图像。

根据本发明的所阐述的变焦透镜系统包括：通过至少在变焦和聚焦其中之一期间变化的间隔而相互分离的多个透镜单元；以及孔径光阑。该多个透镜单元包括可移动透镜单元，用于在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像。该可移动透镜单元包括位于孔径光阑的物方侧的具有正折射能力的第一透镜子单元和位于孔径光阑的图像侧的具有正折射能力的第二透镜子单元。当要在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像时，孔径光阑不移动并且在包含正交于光轴的方向的分量的方向上整体地移动第一透镜子单元和第二透镜子单元。并且，满足条件表达式0.03＜Dab/fp≤0.21，其中fp表示可移动透镜单元的焦距，且Dab表示第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔。

在另一方面，根据本发明的所阐述的变焦透镜系统包括：通过至少在变焦和聚焦其中之一期间变化的间隔而相互分离的多个透镜单元，该多个透镜单元包括可移动透镜单元，用于在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像；孔径光阑；以及用于聚焦而移动的聚焦透镜单元，该聚焦透镜单元位于第二透镜子单元的图像侧，其中，该可移动透镜单元包括位于孔径光阑的物方侧的具有正折射能力的第一透镜子单元和位于孔径光阑的图像侧的具有正折射能力的第二透镜子单元，其中，当在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像时，孔径光阑不移动并且在包含正交于光轴的方向的分量的方向上整体地移动第一透镜子单元和第二透镜子单元，以及其中，满足条件0.01＜Dmin/Dab＜1.99，其中当在摄远端聚焦于无穷远对象时，Dmin表示第二透镜子单元和聚焦透镜单元之间的间隔，并且Dab表示第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔。

根据本发明的另一方面，提供一种图像拾取设备，包括：上述变焦透镜系统；以及用于接收由变焦透镜系统形成的图像的固态图像拾取元件。

附图说明

图1A、1B、和1C是示出了根据本发明的实施例1的变焦透镜的透镜透视图；

图2A、2B、和2C是示出了根据本发明的实施例1的变焦透镜的各种像差的图；

图3A、3B、和3C是示出了根据本发明的实施例2的变焦透镜的透镜透视图；

图4A、4B、和4C是示出了根据本发明的实施例2的变焦透镜的各种像差的图；

图5A、5B、和5C是示出了根据本发明的实施例3的变焦透镜的透镜透视图；

图6A、6B、和6C是示出了根据本发明的实施例3的变焦透镜的各种像差的图；以及

图7是示出了图像拾取设备的主要部分的示意性视图。

具体实施方式

此后，将描述根据本发明的每一个实施例的变焦透镜系统和包括该变焦透镜系统的图像拾取设备。

图1A、1B、和1C是示出了根据本发明的实施例1的在广角端(短焦距端)、中间变焦位置以及摄远端(长焦距端)的变焦透镜的透镜透视图。图2A、2B、和2C是示出根据本发明的实施例1的在广角端、中间变焦位置以及摄远端的变焦透镜的像差的图。

图3A、3B、和3C是示出了根据实施例2的在广角端、中间变焦位置以及摄远端的变焦透镜的透镜透视图。图4A、4B、和4C是示出根据实施例2的在广角端、中间变焦位置以及摄远端的变焦透镜的像差的图。

图5A、5B、和5C是示出了根据本发明的实施例3的在广角端、中间变焦位置以及摄远端的变焦透镜的透镜透视图。图6A、6B、和6C是示出根据本发明的实施例3的在广角端、中间变焦位置以及摄远端的变焦透镜的像差的图。

图7是示出了包括根据本发明的变焦透镜系统的摄像机(图像拾取设备)的主要部分示意性视图。

在图1A、1B、1C、3A、3B、3C、5A、5B和5C的每一幅图中，左边是物方侧(前)且右边是图像侧(后)。根据每一个实施例的变焦透镜是用于图像拾取设备的拍摄透镜系统。

参考标号“i”表示从物方侧计数的次序，并且Li表示第i个透镜单元。

在图1A、1B、1C、3A、3B和3C中，第三透镜单元L3包括透镜子单元L3a和L3b。在图5A、5B和5C中，第二透镜单元L2包括透镜子单元L2a和L2b。

参考标号“SP”表示孔径光阑。在本发明的实施例1和2的每一个中，孔径光阑SP布置在透镜子单元L3a和透镜子单元L3b之间。在本发明的实施例3中，孔径光阑SP布置在透镜子单元L2a和透镜子单元L2b之间。

参考标号G表示光学块，它对应于滤光器、面板、晶体低通滤光器、红外截止滤光器等。

参考标号IP表示图像平面。当根据每个实施例的变焦透镜被用作摄像机或数字静止照相机的拍摄光学系统时，图像平面IP对应于诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电转换元件)的图像拾取表面。当使用变焦透镜作为用于卤化银胶片照相机的拍摄光学系统时，图像平面IP对应于诸如胶片表面的感光表面。

在图1A、1B、1C、5A、5B和5C中，箭头表示在从广角端到摄远端的变焦期间各透镜单元的移动轨迹。如图3A、3B和3C所示的各透镜单元的移动轨迹与图1A、1B、和1C所示的相同，因此在此省略。

在下面的每一个实施例中，在可变放大倍数透镜单元(每个实施例中的第二透镜单元L2)位于它可在光轴上机械移动的范围的各端的情况下，广角端和摄远端是变焦位置。

在像差图中，参考标号d和g分别表示d线和g线。参考标号ΔM和ΔS分别表示纵向像面和径向像面。放大倍数的色差相对于g线示出。参考标号Fno表示F数，且ω表示半视角。

各实施例中描述的每个变焦透镜都具有对应于诸如CCD传感器或CMOS传感器的、单元间距例如为2微米到3微米的固态图像拾取元件的光学性能。

组成各个实施例中所述的变焦透镜的多个透镜单元基于用于变焦或聚焦而变化的间隔而彼此分离。

本发明的实施例1和2的每一个中描述的变焦透镜包括四个透镜单元L1到L4。本发明的实施例3中的变焦透镜包括三个透镜单元L1到L3。

组成变焦透镜的多个透镜单元中的一个是用于在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜形成的图像以校正图像模糊的校正(可移动)透镜单元(实施例1和2的每一个中的第三透镜单元L3和实施例3中的第二透镜单元L2)。

校正透镜单元(可移动透镜单元)邻近孔径光阑SP布置，并且包括位于物方侧的第一透镜子单元和位于图像侧的第二透镜子单元。在本发明的实施例1和2的每一个中，透镜子单元L3a对应于第一透镜子单元，并且透镜子单元L3b对应于第二透镜子单元。在本发明的实施例3中，透镜子单元L2a对应于第一透镜子单元，并且透镜子单元L2b对应于第二透镜子单元。当要移位变焦透镜形成的图像时，保持孔径光阑SP，并且(整体地或分别)(以不同量)移动第一透镜子单元和第二透镜子单元，以便具有正交于光轴的方向的分量。

在此，在与光轴正交的方向上第一透镜子单元的最大移动量Sa和第二透镜子单元的最大移动量Sb满足以下条件，

$0.7<\left|\frac{\mathrm{Sa}}{\mathrm{Sb}}\right|<1.4---\left(1\right)$

其中，Sa和Sb的符号定义得使得如果各透镜元件在同一方向上移动则Sa和Sb的符号相同，且如果各透镜元件在相反方向上移动则Sa和Sb的符号彼此不同。

条件表达式(1)涉及模糊校正的情况下第一透镜子单元的移动量和第二透镜子单元的移动量。第一透镜子单元和第二透镜子单元组成单个透镜单元，其中在变焦和聚焦过程中，第一透镜子单元和第二透镜子单元在光轴方向上的间隔不变。因此，当这两个透镜子单元的相对轴之间的偏离量变得较大时，所产生的偏心量增加。即使当|Sa/Sb|变得小于条件表达式(1)的下限值或超过其上限值时，这也不是优选的，因为相对轴之间的偏离量变得较大，因而产生的偏心像差的量增加。

为了防止在模糊校正时刻相对轴之间的偏离量改变，更优选地将Sa/Sb设定为1。

在每个实施例中所述的变焦透镜中，假设摄远端的整个系统的焦距由ft表示，摄远端的校正透镜单元的横向放大倍数由βpt表示，摄远端的比第二透镜子单元更接近图像侧的透镜部分的横向放大倍数由βqt表示(注意，当该透镜部分不比第二透镜子单元更接近图像侧时，βqt设定为1)，且在广角端通过孔径光阑SP的F数光束的光束直径和在摄远端通过孔径光阑SP的F数光束的光束直径分别由φW和φT表示。在这种情况下，满足如下条件。

0.00035＜(φW-φT)×|(1-βpt)×βqt |/ft    (2)

总的来说，在摄远端引起的图像模糊量大于在广角端引起的图像模糊量。即，用于在垂直于光轴的方向上的图像模糊校正的校正透镜单元的移动量在摄远端变得较大。在邻近孔径光阑SP的透镜的有效直径设定为等于轴向F数光束(用于确定F数的轴向光束)的直径的情况下，当保持孔径光阑SP并且移动校正透镜单元时，F数光束在摄远端显著地被遮蔽。为了防止这一点，如在0＜(φW-φT)的情况，摄远端的F数光束的直径设定为小于在广角端F数光束的直径的值。

当|(1-βpt)×βqt|/ft降低时，正交于光轴的方向上的图像模糊校正所需的校正透镜单元的移动量变得较大。因此，((φW-φT)×|(1-βpt)×βqt |/ft)的值的增加引起其中轴向F数光束在摄远端不被遮蔽的模糊校正范围的增长。当此值变得比条件表达式(2)的下限值小时，更可能通过正交于光轴的方向上的校正透镜单元的移动而使轴向F数光束被遮蔽，使得很难执行优选图像模糊校正。因而，条件表达式(2)的下限值可以设定为0.0035，更优选地为0.0071。

当该透镜部分没有位于第二透镜子单元的图像侧时，条件表达式(2)表达为如下。

0.00035＜(φW-φT)×|(1-βpt)|/ft

在本发明的每一个实施例中描述的变焦透镜中，假设校正透镜单元移动以便具有正交于光轴的方向上的分量之前，在摄远端，轴向F数光束在校正透镜单元的任意透镜表面上的光束直径由A0t表示，且透镜表面的有效直径由EA表示。在这种情况下，满足以下条件。

0.00035＜(EA-A0t)×|(1-βpt)×βqt |/ft    (3)

在条件表达式(3)中，如果EA＝A0t，当校正透镜单元在垂直于光轴的方向上移动时，轴向F数光束被遮蔽。这意味着当图像模糊被校正时，F数改变。从而，无法获得足够的光量。

为了防止这一点，设定0＜(EA-A0t)。此外，当|(1-βpt)×βqt |/ft降低时，在正交于光轴的方向上的图像模糊校正所需的校正透镜单元的移动量变得较大。因此，((EA-A0t)×|(1-βpt)×βqt|ft)的值的增加引起其中轴向F数光束不被遮蔽的模糊校正范围的增长。当此值变得小于条件表达式(3)的下限值时，更可能通过在正交于光轴的方向上的校正透镜单元的移动而使轴向F数光束被遮蔽，使得很难执行优选图像模糊校正。因而，条件表达式(3)的下限值可以设定为0.0035，更优选地为0.0071。

当该透镜部分没有位于第二透镜子单元的图像侧时，条件表达式(3)表达为如下。

0.00035＜(EA-A0t)×|(1-βpt)|/ft

假设聚焦透镜单元位于第二透镜子单元的图像侧，在摄远端对无穷远对象执行聚焦的情况下，第二透镜子单元和聚焦透镜单元之间的间隔由Dmin表示，并且第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔由Dab表示。在这种情况下，可以满足以下条件。

0.01＜Dmin/Dab＜1.99(4)

条件表达式(4)涉及第二透镜子单元和与之相邻的聚焦透镜单元之间的最小间隔Dmin与第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔Dab的比值。当Dmin/Dab小于条件表达式(4)的下限值并且间隔Dab变得过大时，整个透镜长度变得较长，因此这不是优选的。下限值可以设定为0.07，更优选地为0.11。另一方面，超过条件表达式(4)的上限值意味着间隔Dmin变得较大，或间隔Dab变得较小。当间隔Dmin变得较大时，不获得可以由整个系统做出的充分变焦动作，所以这不是优选的。当间隔Dab变得较小时，性能恶化对第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的相对轴偏离变得敏感，并且由于制造误差造成的相对轴偏离所引起的性能恶化变得较大，所以这不是优选的。上限值可以设定为0.99，更优选地为0.49。

在本发明的实施例1和2的每一个中描述的变焦透镜中，第四透镜单元L4对应于聚焦透镜单元。在本发明的实施例3中描述的变焦透镜中，第三透镜单元L3对应于聚焦透镜单元。

在此实施例中描述的变焦透镜中，满足以下条件，

0.03＜Dab/fp＜0.77(5)

其中fp表示校正透镜单元的焦距，且Dab表示第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔。

条件表达式(5)涉及第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔Dab与校正透镜单元的焦距fp之间的比值。当Dab/fp超过条件表达式(5)的上限值时，校正透镜单元的整个透镜长度变得过大，因而整个透镜系统的尺寸增加，所以这不是优选的。上限值可以设定为0.51，更优选地为0.34。当Dab/fp小于条件表达式(5)的下限值时，由于第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的相对轴偏离引起的性能恶化变得较大，所以这不是优选的。下限值可以设定为0.05，更优选地为0.09。

在该透镜部分位于第二透镜子单元的图像侧的情况下，满足以下条件是优选的，

-0.31＜φRt/φP＜3.1(6)

其中φRt表示摄远端该透镜部分的折射率，并且φP表示校正透镜单元的折射率。

条件表达式(6)涉及校正透镜单元的折射率φP和在摄远端位于第二透镜子单元的图像侧的透镜部分的折射率φRT之间的比率。当φRT/φP小于条件表达式(6)的下限值时，位于第二透镜子单元的图像侧的透镜部分所做的折射动作从正折射率方向变弱，使得校正透镜单元的正折射率相对变强。

结果，包含校正透镜单元的透镜的数目增加，以降低其使用校正透镜单元驱动致动器的控制能力。条件表达式(6)的下限值可以设定为-0.25，优选地为0.05，更优选地为0.25。

当φRT/φP超过条件表达式(6)的上限值时，校正透镜单元的正折射率变得较弱，以增加用于图像模糊校正的校正透镜单元的移动量。结果，各结构部件在直径方向上尺寸增大，因此它不是优选的。上限值可以设定为2.1，更优选地为1.4。

接着，将描述每个实施例中所描述的结构的特征。

在图1A、1B、1C、3A、3B和3C所示的关于本发明的实施例1和2的透镜透视图中，参考标号L1表示具有正折射能力(光功率＝焦距的倒数)的第一透镜单元，L2表示具有负折射能力的第二透镜单元，L3表示具有正折射能力的第三透镜单元，且L4表示具有正折射能力的第四透镜单元。

第三透镜单元L3包括具有正折射能力的透镜子单元L3a，和具有正折射能力的透镜子单元L3b。

孔径光阑SP布置在透镜子单元L3a和透镜子单元L3b之间。

在本发明的实施例1和2的每一个中，在从广角端到摄远端的变焦过程中，如箭头所指示，第二透镜单元L2向着图像侧移动，以改变放大倍数，并且第四透镜单元L4移动以补偿由于放大倍数变化引起的图像平面变化。

使用其中第四透镜单元L4在光轴上移动以执行聚焦的后焦点系统。曲线4a表示用于补偿当对无穷远对象执行聚焦时从广角端到摄远端变焦所引起的图像平面变化的运动轨迹。曲线4b表示用于补偿当对近处对象执行聚焦时从广角端到摄远变焦所引起的图像平面变化的运动轨迹。

如上所述，第四透镜单元L4的运动轨迹是凸向物方侧的。因此，对第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的空间进行有效利用，以有效实现整个透镜长度的缩短。

注意，在变焦和聚焦过程中，不在光轴方向上移动第一透镜单元L1和第三透镜单元L3。

在本发明的实施例1和2的每一个中，例如，当在摄远端执行从无穷远对象到近处对象的聚焦时，第四透镜单元L4如箭头4C所示向前移动。

本发明的实施例1和2的每一个中，第三透镜单元L3包括用作位于孔径光阑SP的物方侧的第一透镜子单元的透镜子单元L3a，和用作位于孔径光阑SP的图像侧的第二透镜子单元的透镜子单元L3b。在变焦和聚焦过程中，保持透镜子单元L3a和透镜子单元L3b，因而它们在光轴方向上的间隔不变。

在模糊校正的情况下，孔径光阑SP不在垂直于光轴的方向上移动，并且透镜子单元L3a和透镜子单元L3b整体移动，以具有垂直于光轴的方向上的分量。

更具体地，在本发明的实施例1中，假设整个透镜系统的焦距f是46.53mm(摄远端)。在此，当要在整个透镜系统倾斜0.1°的情况下执行模糊校正时，透镜子单元L3a和透镜子单元L3b整体移动大约0.088mm，以便具有在垂直于光轴的方向上的分量。

在实施例2中，假设整个透镜系统的焦距f为68.48mm(摄远端)。在此，当要在整个透镜系统倾斜0.3°的情况下执行模糊校正时，透镜子单元L3a和透镜子单元L3b整体移动大约0.36mm，以便具有在垂直于光轴的方向上的分量。

如上所述，在本发明的实施例1和2的每一个中，校正透镜单元L3包括透镜子单元L3a和透镜子单元L3b，它们被布置得夹着孔径光阑SP，从而降低用于图像模糊校正的校正透镜单元L3的尺寸。此外，在模糊校正的情况下，保持孔径光阑SP，并且仅移动用于模糊校正的小尺寸透镜子单元L3a和L3b，以便具有在正交于光轴的方向上的分量。根据这种结构，可以降低致动器的负担，以执行优选的控制。

孔径光阑SP不位于第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，因此在摄远端可以使位于最图像侧的第二透镜单元L2的表面靠近位于最物方侧的第三透镜单元L3的表面。从而，促进了整个透镜长度的缩短和变焦比的增长。

在本发明的实施例1中，孔径光阑SP的最大孔径直径在变焦过程中保持在φ7.89，因此在摄远端，轴向F数(Fno)光束限制在位于第三透镜单元L3的物方侧的透镜部分中。结果，在摄远端，轴向F数光束的光束宽度变得小于孔径光阑的孔径直径。因而，即使当用于模糊校正的透镜子单元L3a和L3b移动以便具有在垂直于光轴的方向上的分量时，防止了F数光束被遮蔽。

在本发明的实施例2中，孔径光阑SP在广角端的光阑直径为φ8.57，在中间变焦位置，在焦距f＝50.23的情况下为φ5.35，且在摄远端为φ5.41。在实施例2中，在中间变焦位置的情况下，截去位于成像在轴上的F数光束外部且其中球面像差变得过大的光束，以改善光学性能。

摄远端的孔径光阑SP的光阑直径设定得比广角端的小，以降低摄远端的轴向F数光束的宽度。因此，即使当用于模糊校正的各透镜元件移动以便具有在垂直于光轴的方向上的分量时，可防止F数光束被遮蔽。

在本发明的实施例1和2的每一个中，透镜子单元L3a和透镜子单元L3b可以在满足条件表达式(1)的范围内移动不同的量，以执行图像稳定。

在本发明的实施例1和2的每一个中，透镜子单元L3a包括具有正折射能力的单个透镜G31。此外，透镜子单元L3b包括两个透镜，即，具有负折射能力的透镜G32和具有正折射能力的透镜G33。

为了充分抑制模糊校正时刻的色差的变化，降低由透镜子单元L3b产生的色差的量是优选的。

在本发明的实施例1和2的每一个中，透镜子单元L3b包括两个透镜，并且设定足够的折射能力。因此，图像稳定时刻的色差的变化被抑制到没有问题的水平，同时保证了图像稳定所需的灵敏度。

在本发明的实施例1和2的每一个中，第二透镜单元L2包括至少三个负透镜和至少一个正透镜。从而，抑制了由变焦引起的像差的变化。

更具体地，第二透镜单元L2包括具有负折射能力的透镜G21、具有负折射能力的双凹面透镜G22、具有正折射能力的双凸透镜G23以及具有负折射能力的透镜G24，它们以从物方侧到图像侧的次序排列。透镜G21具有物方侧凸的弯月形。

在如图5A、5B和5C所示的关于本发明的实施例3的透镜剖视图中，参考标号L1表示具有负折射能力的第一透镜单元，L2表示具有正折射能力的第二透镜单元，并且L3表示具有正折射能力的第三透镜单元。

第二透镜单元L2包括具有正折射能力的透镜子单元L2a和具有负折射能力的透镜子单元L2b。

孔径光阑SP布置在透镜子单元L2a和透镜子单元L2b之间。

在本发明的实施例3中所述的变焦透镜中，在从广角端到摄远端的变焦过程中，第一透镜单元L1基本上沿凸向图像侧的轨迹往复运动，第二透镜单元L2向物方侧移动，且第三透镜单元L3向图像侧移动。在变焦过程中，孔径光阑SP和第二透镜单元L2一起整体地移动。

在本发明的实施例3中所述的变焦透镜中，放大倍数的改变主要是通过移动第二透镜单元L2来执行的。对由放大倍数的改变引起的图像平面移动的补偿是通过第一透镜单元L1的往复运动和第三透镜单元L3向着图像侧的移动来进行的。

聚焦是通过第三透镜单元L3的移动而执行的。

第二透镜单元L2中的透镜子单元L2a和透镜子单元L2b都移动相同的量或不同的量，以便在满足条件表达式(1)的范围内至少具有在垂直于光轴的方向上的分量，从而执行图像稳定。

透镜子单元L2a和透镜子单元L2b之间在光轴方向上的间隔在变焦和聚焦过程中不变。

在本发明的实施例3中，假设整个透镜系统的焦距f是15.86mm。在此，当在整个透镜系统倾斜0.3°的情况下要执行模糊校正时，透镜子单元L2a和透镜子单元L2b整体移动大约0.04mm，以便具有在垂直于光轴的方向上的分量。

在本发明的实施例3中，以从物方侧到图像侧的次序，透镜子单元L2a由单个透镜或包括具有正折射能力的透镜G21和具有负折射能力的透镜G22的接合透镜组成。透镜G21的物方侧表面是凸的。透镜G22具有图像侧凹的弯月形状。

透镜子单元L2b包括具有负折射能力的透镜G23和双凸透镜G24。G23具有图像侧凹的弯月形。

接着，将描述对应于实施例1到3的数字实施例1到3。在数字实施例中，“i”表示从物方侧计数的表面顺序，ri表示第i表面的曲率半径，并且di表示第i表面和第(i+1)表面之间的间隔。进一步地，ni表示基于d线的折射率，并且vi表示基于d线的阿贝数。

距离图像侧最近的两个表面是光学块G的表面。当从光轴高度为H的位置在光轴方向上到表面顶点的位移量由X表示时，非球面形状由下式表达，

$X=\frac{(1/R)h^2}{1+\sqrt{\{1-(1+k){(h/R)}^2\}}}+B{h}^4+C{h}^6+D{h}^8+E{h}^{10}+F{h}^{12}$

其中R表示旁轴曲率半径，k表示圆锥常数，且B、C、D、E和F表示非球面系数。

注意，[e-X]表示[×10^-X]。此外，f表示焦距，Fno表示F数，且ω表示半场角。表1示出了各条件表达式和数字实施例中的各种数字值之间的关系。

参考标号EAi表示作为校正透镜单元的一部分的第i表面的有效光束直径。

数字实施例1

f＝4.84-46.53         Fno＝1：1.85-2.40    2ω＝57.4°-6.5°

r1＝   44.210         d1＝   1.10          n1＝  1.84666       v1＝23.9

r2＝   21.670         d2＝   4.36          n2＝  1.60311       v2＝60.6

r3＝   -206.338       d3＝   0.17

r4＝   18.632         d4＝   2.64          n3＝  1.77250       v3＝49.6

r5＝   51.168         d5＝   可变

r6＝   36.639         d6＝   0.60          n4＝  1.84666       v4＝23.9

r7＝   6.127          d7＝   2.03

r8＝   -15.346        d8＝   0.60          n5＝  1.77250       v5＝49.6

r9＝   15.346         d9＝   1.70

r10＝  14.363         d10＝  2.20          n6＝  1.84666       v6＝23.9

r11＝  -11.482        d11＝  0.08

r12＝  -10.208        d12＝  0.60          n7＝  1.77250       v7＝49.6

r13＝  46.394         d13＝  可变

r14＝  8.901          d14＝  2.19          n8＝  1.69350       v8＝53.2

(非球表面)

r15＝  164.324        d15＝  1.26

r16＝  ∞(光圈)       d16＝  2.15

r17＝  17.939         d17＝  0.60          n9＝1.84666        v9＝23.9

r18＝  7.672          d18＝  0.48

r19＝  15.794         d19＝  1.35          n10＝1.60311       v10＝60.6

r20＝  -127.786       d20＝  可变

r21＝  12.124         d21＝  2.75          n11＝1.71300       v11＝53.9

r22＝  -8.931         d22＝  0.60          n12＝1.84666       v12＝23.9

r23＝  -42.572        d23＝  可变

r24＝  ∞             d24＝  2.40          n13＝1.51633       v13＝64.1

r25＝  ∞

焦距

可变间隔        4.84        27.60        46.53

    d5          0.60        13.46        15.73

    d13         15.91       3.05         0.78

    d20         4.66        2.12         5.81

    d23         5.60        8.14         4.45

非球面系数

第14表面

K           B                 C              D             E

-1.9147e    -01-1.2085e-04    -8.6863e-07    1.3601e-08    -2.8890e-10

校正透镜单元的有效光束直径EAi

和轴向F数光束直径A0ti

 EA14＝8.8     A0t14＝6.54

 EA15＝8.8     A0t15＝6.24

 EA17＝7.1     A0t17＝5.19

 EA18＝6.8     A0t18＝4.95

 EA19＝6.8     A0t19＝4.96

 EA20＝6.8     A0t14＝4.84

 

数字实施例2

f＝4.97-68.48       Fno＝1：1.85-3.00   2ω＝56.1°-4.4°

r1＝   43.681       d1＝   1.20         n1＝1.84666    v1＝23.9

r2＝   23.079       d2＝   4.21         n2＝1.69680    v2＝55.5

r3＝   3595.560     d3＝   0.17

r4＝   20.843       d4＝   2.68         n3＝1.69680    v3＝55.5

r5＝   47.982       d5＝   可变

r6＝   26.306       d6＝   0.60         n4＝1.84666    v4＝23.9

r7＝   5.713        d7＝   2.62

r8＝   -14.648      d8＝   0.60         n5＝1.83400    v5＝37.2

r9＝   22.013       d9＝   0.54

r10＝  13.116       d10＝  2.50         n6＝1.92286    v6＝18.9

r11＝  -13.116      d11＝  0.20

r12＝  -10.220      d12＝  0.60         n7＝1.74950    v7＝35.3

r13＝  56.363       d13＝  可变

r14＝  12.194       d14＝  2.20         n8＝1.69350    v8＝53.2

(非球表面)

r15＝  -78.656     d15＝1.36

r16＝  ∞(光圈)    d16＝3.41

r17＝  22.092      d17＝0.65     n9＝1.92286     v9＝18.9

r18＝  9.687       d18＝0.33

r19＝  16.300      d19＝1.50     n10＝1.48749    v10＝70.2

r20＝  -55.160     d20＝可变

r21＝  14.157      d21＝2.30     n11＝1.74400    v11＝44.8

r22＝  -14.157     d22＝0.60     n12＝1.84666    v12＝23.9

r23＝  -55.529     d23＝可变

r24＝  ∞          d24＝2.40     n13＝1.51633    v13＝64.1

r25＝  ∞

焦距

可变间隔        4.97        50.24        68.48

    d5          0.55        18.49        19.43

    d13         19.59       1.65         0.71

    d20         5.87        5.33         9.23

    d23         6.21        6.75         2.86

非球面系数

第14表面

K              B              C              D             E              F

-1.3677e+00    -3.5421e-07    -2.6458e-07    1.2147e-08    -1.1268e-10    -1.33342e-12

校正透镜单元的有效光束直径EAi

和轴向F数光束直径A0ti

 EA14＝9.4          A0t14＝5.99

 EA15＝9.4          A0t15＝5.78

 EA17＝7.5          A0t17＝4.50

 EA18＝7.2          A0t18＝4.32

 EA19＝7.2          A0t19＝4.32

 EA20＝7.2          A0t20＝4.18

        

数字实施例3

f＝5.51-15.86        Fno＝1：2.60-4.84      2ω＝62.2°-23.6°

r1＝ 61.211          d1＝1.60               n1＝1.80238    v1＝40.7

r2＝ 4.687           d2＝1.76

(非球表面)

r3＝  9.061          d3＝  2.22             n2＝1.84666    v2＝23.9

r4＝  33.467         d4＝  可变

r5＝  4.807          d5＝  1.94             n3＝1.80238    v3＝40.7

(非球表面)

r6＝  621.641        d6＝0.52               n4＝1.68893    v4＝31.1

r7＝  4.092          d7＝1.80

r8＝  ∞(光圈)       d8＝0.70

r9＝  15.903         d9＝0.45               n5＝1.80518    v5＝25.4

r10＝ 6.101          d10＝1.60              n6＝1.66910    v6＝55.4

r11＝ -16.805        d11＝可变

r12＝ 10.370         d12＝1.33              n7＝1.58313    v7＝59.4

r13＝ 54.046         d13＝可变

r14＝ ∞             d14＝2.61              n8＝1.51633    v8＝64.1

r15＝ ∞

焦距

可变间隔    5.51    9.40    15.86

   d4       13.38   5.17    0.50

   d11      3.84    9.70    18.71

   d13      2.97    2.47    1.53

非球面系数

第2表面

K              B             C             D             E

-1.0131e+00    2.9121e-04    3.8572e-08    1.0418e-07    -3.4665e-09

第5表面

K              B              C             D            E

-3.5341e-01    -3.5794e-05    -5.9201e-06   6.2449e-07   -9.4779e-09

校正透镜单元的有效光束直径EAi

和轴向F数光束直径A0ti

 EA 5＝5.1    A0t 5＝4.58

 EA 6＝5.1    A0t 6＝4.13

 EA 7＝4.3    A0t 7＝3.79

 EA 9＝4.6    A0t 9＝4.07

 EA10＝5.0    A0t10＝4.04

 EA11＝5.0    A0t11＝4.04

 

表1

接着，将参考图7描述使用根据本发明的任一实施例作为拍摄光学系统的变焦透镜系统的摄像机(图像拾取设备)的例子。

在图7中，摄像机包括摄像机主体10、拍摄光学系统11、诸如CCD传感器的固态图像拾取元件12、存储器13以及取景器14。拍摄光学系统11包括根据本发明的任一实施例的变焦透镜系统。固态图像拾取元件12接收由拍摄光学系统11形成的目标图像。存储器13存储固态图像拾取元件12接收的目标图像。取景器14用于观察显示在显示元件上的目标图像，其中该显示元件未示出。显示单元由液晶板等组成，且在其上显示在固态图像拾取元件12上形成的目标图像。

如上所述，根据本发明的变焦透镜系统应用于诸如摄像机的图像拾取设备。从而，实现了具有小尺寸和高光学性能的图像拾取设备。

根据本发明的变焦透镜系统可以用相同的方式应用于数字静止照相机。

Claims (11)

1.一种变焦透镜系统，包括：

通过至少在变焦和聚焦其中之一期间变化的间隔而相互分离的多个透镜单元，该多个透镜单元包括可移动透镜单元，用于在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像；以及

孔径光阑，

其中，该可移动透镜单元包括位于孔径光阑的物方侧的具有正折射能力的第一透镜子单元和位于孔径光阑的图像侧的具有正折射能力的第二透镜子单元，

其中，当在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像时，孔径光阑不移动并且在包含正交于光轴的方向的分量的方向上整体地移动第一透镜子单元和第二透镜子单元，以及

其中，满足如下条件表达式，

0.03＜Dab/fp≤0.21

其中fp表示可移动透镜单元的焦距，且Dab表示第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔。

2.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中

当由变焦透镜系统形成的图像在垂直于光轴的平面内移位时，满足如下条件，

$0.7<\left|\frac{\mathrm{Sa}}{\mathrm{Sb}}\right|<1.4$

其中，Sa和Sb分别表示在正交于光轴的方向上的第一透镜子单元的最大移动量和第二透镜子单元的最大移动量。

3.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中

满足如下条件表达式，

0.00035＜(φW-φT)×|(1-βpt)×βqt|/ft

其中ft表示摄远端的整个系统的焦距，βpt表示在摄远端可移动透镜单元的横向放大倍数，βqt表示在摄远端位于第二透镜子单元的图像侧的透镜部分的横向放大倍数，且φW和φT分别表示通过广角端的孔径光阑的F数光束的光束直径和通过摄远端的孔径光阑的F数光束的光束直径。

4.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中

满足如下条件表达式，

0.00035＜(φW-φT)×|(1-βpt)|/ft，

其中ft表示在摄远端整个系统的焦距，βpt表示在摄远端可移动透镜单元的横向放大倍数，且φW和φT分别表示通过广角端的孔径光阑的F数光束的光束直径和通过摄远端的孔径光阑的F数光束的光束直径。

5.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中

满足如下条件表达式，

0.00035＜(EA-A0t)×|(1-βpt)×βqt|/ft，

其中ft表示在摄远端整个系统的焦距，βpt表示在摄远端可移动透镜单元的横向放大倍数，βqt表示在摄远端位于第二透镜子单元的图像侧的透镜部分的横向放大倍数，A0t表示在可移动透镜单元在包含正交于光轴的方向的分量的方向上被移动之前，在摄远端的可移动透镜单元的任意透镜表面上的轴向F数光束的光束直径，且EA表示可移动透镜单元的任意透镜表面的有效直径。

6.根据权利要求1的变焦透镜系统，其中

满足如下条件表达式，

0.00035＜(EA-A0t)×|(1-βpt)|/ft，

其中ft表示在摄远端整个系统的焦距，βpt表示在摄远端可移动透镜单元的横向放大倍数，A0t表示在可移动透镜单元在包含正交于光轴的方向的分量的方向上被移动之前，在摄远端的可移动透镜单元的任意透镜表面上的轴向F数光束的光束直径，且EA表示可移动透镜单元的任意透镜表面的有效直径。

7.根据权利要求1的变焦透镜系统，还包括

位于比第二透镜子单元更接近图像侧的透镜部分，

其中，满足如下条件表达式，

-0.31＜φRt/φP＜3.1，

其中φRt表示在摄远端透镜部分的折射能力，且φP表示可移动透镜单元的折射能力。

8.一种变焦透镜系统，包括：

通过至少在变焦和聚焦其中之一期间变化的间隔而相互分离的多个透镜单元，该多个透镜单元包括可移动透镜单元，用于在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像；

孔径光阑；以及

用于聚焦而移动的聚焦透镜单元，该聚焦透镜单元位于第二透镜子单元的图像侧，

其中，该可移动透镜单元包括位于孔径光阑的物方侧的具有正折射能力的第一透镜子单元和位于孔径光阑的图像侧的具有正折射能力的第二透镜子单元，

其中，当在垂直于光轴的平面内移位由变焦透镜系统形成的图像时，孔径光阑不移动并且在包含正交于光轴的方向的分量的方向上整体地移动第一透镜子单元和第二透镜子单元，以及

其中，满足如下条件，

0.01＜Dmin/Dab＜1.99，

其中当在摄远端聚焦于无穷远对象时，Dmin表示第二透镜子单元和聚焦透镜单元之间的间隔，并且Dab表示第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔。

9.根据权利要求8的变焦透镜系统，其中

满足如下条件表达式，

0.03＜Dab/fp＜0.77

其中fp表示可移动透镜单元的焦距，且Dab表示第一透镜子单元和第二透镜子单元之间的间隔。

10.根据权利要求1至9中任一项的变焦透镜系统，其中

变焦透镜系统在固态图像拾取元件上形成图像。

11.一种图像拾取设备，包括：

根据权利要求1至9中任一项的变焦透镜系统；以及

用于接收由变焦透镜系统形成的图像的固态图像拾取元件。

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