CN100538427C

CN100538427C - 变焦透镜和图像拾取装置

Info

Publication number: CN100538427C
Application number: CNB2006101101734A
Authority: CN
Inventors: 大竹基之
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: US20060291071A1; EP1736814A1; US7245442B2; EP1736814B1; CN1900755A; DE602006000508T2; ATE385580T1; ES2299152T3; DE602006000508D1; JP2007003776A

Abstract

本发明公开了一种变焦透镜，该变焦透镜在减少透镜直径方面优良并且能够在获得高变焦比的同时抑制性能的恶化。该变焦透镜形成为具有正、负、正和正组的四组结构的变焦透镜。第二和第四透镜组移动，而第一和第三透镜组固定。孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧。第三透镜组包括负子组和正子组，负子组和正子组之间留有空气间隔。正子组在基本上垂直于光轴的方向上可移动，来基本上垂直地移动图像。满足条件式1.4＜|f3n|/f3＜3，其中f3n是负子组的焦距，以及f3是第三透镜组的焦距。

Description

变焦透镜和图像拾取装置

相关申请的交叉参考

本发明包含与2005年6月23日向日本专利局提交的日本专利申请P2005-183207相关的主题，在此作为参考引入其全部内容。

技术领域

本发明涉及一种新颖的变焦透镜以及图像拾取装置，并且具体而言涉及一种具有手振校正功能并抑制在可变放大倍率高的同时图像移动时出现的性能恶化的变焦透镜和图像拾取装置。

背景技术

按照惯例，作为照相机的记录方法，公知一种方法，其中图像拾取器件的表面上形成的物体图像通过由光电转换元件将物体图像的光量转换为电输出来记录，图像拾取器件利用诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)元件的光电转换元件形成。

近年来，随着精细加工技术的技术进步，实现了中央处理器的高速运转以及存储介质的高度集成，并且这样大量的图像数据不像以前不能被操作而现今能够被高速处理。同样对于光接收元件，实现了高度集成和小型化，并且高度集成使得较高空间频率的记录成为可能，并且小型化使得整个照相机的小型化成为可能。

然而，如上所述的这种高度集成以及小型化减少了各光电转换元件的光接收面积，并因此降低了该光电转换元件的电输出，这引起噪音干扰增加的问题。为了防止该问题，已经采取措施，例如通过增加光学系统的孔径比来增加能够到达光接收元件的光量，或在光接受元件前面直接布置非常小的透镜元件(即，微透镜阵列)。微透镜阵列将入射到各相邻元件彼此之间的边界的光通量引至该元件。可替换地，微透镜阵列限制透镜系统的出射光瞳的位置。尤其是，如果透镜系统的出射光瞳的位置向着光接收元件移动，则由入射至光接收元件的主要光线和光轴所成角度变得很大，并且导向光接收元件的周围部分的轴外光通量相关于光轴具有很大的角度。结果，轴外光通量并不入射到光接收元件，导致光量的缺乏。

适于摄像机或数字照相机记录物体图像的公知的变焦透镜之一是具有正、负、正和正组的四组结构的变焦透镜。

具有正、负、正和正组的四组结构的变焦透镜包括具有正的折射能力的第一透镜组、具有负的折射能力的第二透镜组、具有正的折射能力的第三透镜组以及具有正的折射能力的第四透镜组，从物体侧依次布置。当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态改变时，第一和第三透镜组在光轴方向上固定，同时第二透镜组移向像侧以完成放大倍率的变化操作，并且第四透镜组用来补偿由第二透镜组的移动引起的像平面位置的偏差。

包括具有正、负、正和正折射能力的四个组的四组变焦透镜之一的例子在日本专利特许公开No.平6-337353(此后称为专利文献1)中被公开。

顺便提及，具有高变焦比的光学系统在其望远端状态下表现出减小的视角，并因此存在甚至通过很小的手振引起很大的图像模糊问题。

光学手振校正系统以用于校正由手振等引起的图像模糊的一种手振校正系统著称。

光学手振校正系统采用部分透镜系统沿着垂直于光轴的方向移动的透镜移动方法、直接布置在透镜系统前面的棱镜的顶角被改变的可变顶角棱镜的方法，或者其它方法。然而，由于可变顶角的棱镜相对于透镜系统中最大的第一透镜组布置在物体侧，从而可变顶角棱镜的方法具有解决试图实现同样包括驱动系统的小型化的主题。

透镜移动型光学系统能够作为光学手振校正系统，其中包括用于检测由例如快门开关可引起的手振而导致的照相机的振动，用于基于从检测系统输出的信号对透镜位置提供校正量的控制系统，以及用于基于控制系统的输出来驱动该移动透镜的移动驱动系统的组合，并且其中由照相机的振动引起的图像模糊通过由驱动系统移动透镜来校正。

如上所述的这种透镜移动型光学系统例如在日本专利特许公开No.2002-244037(此后被称为专利文献2)、日本专利特许公开No.2003-228001(此后被称为专利文献3)、日本专利特许公开No.2002-162563(此后被称为专利文献4)或者日本专利特许公开No.2003-295057(此后被称为专利文献5)中被公开。

上述文献的光学系统中，在孔径光阑附近布置的整个第三透镜组或第三透镜组中的一些透镜能够沿着垂直于光轴的方向移动以移动图像。

由于第三透镜组在光轴方向上固定，在径向上比透镜直径大的该移动驱动系统能够在光轴方向上固定。因此，透镜移动型的光学系统适于整个系统的小型化。

在专利文献5中公开的变焦透镜中，整个第三透镜组被移动以移动图像。

在专利文献3和专利文献4中公开的变焦透镜中，第三透镜组由正子组和负子组形成，并且正子组被移动以移动图像。

在专利文献2中公开的变焦透镜中，第三透镜组由负子组和正子组形成，并且正子组被移动以移动图像。

发明内容

然而，上面描述的常规变焦透镜在意欲达到高的放大倍率变化比和高的性能方面存在以下问题。

当整个第三透镜组移动时，需要校正当第三透镜组的透镜位置状态改变时引起的轴外像差，同时校正当手振校正时引起的各种像差。因此，广角端状态下出现的负的畸变像差不能被恰当地校正。为了解决该问题，需要减小第二透镜组的折射能力。然而，这增大了第一透镜组的透镜直径，导致变焦透镜充分小型化的失败。

当布置在第三透镜组的物体侧的正子组移动时，孔径光阑向前的距离和向后的距离不能充分保证，并且这引起可变光阑机构部分的干扰。

当布置在第三透镜组的像侧的正子组移动时，如果试图增大放大倍率变化比，则正子组的移动量变得非常大，这引起驱动机构比例增加以及结构复杂性增加的问题。

本发明的目的是提供一种变焦透镜和一种图像拾取装置，该变焦透镜和图像拾取装置在减少透镜直径方面优良并且能够在获得高变焦比的同时抑制性能的恶化。

为了获得上述的目的，根据本发明的实施例，提供一种变焦透镜，包括：四个透镜组，该四个透镜组包括具有正的折射能力的第一透镜组、具有负的折射能力的第二透镜组、具有正的折射能力的第三透镜组以及具有正的折射能力的第四透镜组，所述第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧依次布置，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态移动时，所述第二透镜组移向像侧，同时所述第四透镜组移动，以便补偿由所述第二透镜组的移动引起的像平面位置的偏差，而所述第一和第三透镜组在光轴方向上固定；以及孔径光阑，该孔径光阑布置在所述第三透镜组的物体侧，所述第三透镜组包括具有负的折射能力的负子组和具有正的折射能力并且布置在所述负子组的像侧的正子组，负子组和正子组之间留有空气间隔，所述正子组在基本上垂直于光轴的方向上可移动，以沿着基本上垂直于光轴的方向移动图像，满足条件式(1)1.4<|f3n|/f3<3，其中f3n是布置在所述第三透镜组中的所述负子组的焦距，以及f3是所述第三透镜组的焦距。

根据该变焦透镜，图像被移动并且通过移动第三透镜组的正子组来抑制图像移动时性能恶化，此外，能够预期变焦透镜的小型化。

优选构造变焦透镜使得满足条件式(2)-0.3<(Rn+Rp)/(Rn-Rp)<0.3，其中Rn是最靠近像侧设置的布置在所述第三透镜组中的所述负子组的透镜面的曲率半径，以及Rp是最靠近物体侧设置的布置在所述第三透镜组中的所述正子组的透镜面的曲率半径。根据该变焦透镜，移动正子组时出现的彗差能够被良好地校正。

优选地，构造变焦透镜，所述负子组包括包含了从物体侧依次布置的正透镜和负透镜的两个透镜，同时所述正子组包括包含了从物体侧依次布置的正透镜、负透镜和另一正透镜的三个透镜，并且满足条件式(3)0<(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2)<2，其中Rp1是最靠近像侧设置的所述正子组的正透镜组之一的物体侧透镜面的曲率半径，以及Rp2是最靠近像侧设置的所述正子组的正透镜之一的像侧透镜面的曲率半径。根据该变焦透镜，视角变化时出现的彗差能够被良好地校正。

优选地，构造变焦透镜，满足条件式(4)0.42<|f2|/(fw·ft)^1/2<0.5，其中f2是所述第二透镜组的焦距，fw是广角端状态下整个透镜系统的焦距，以及ft是望远端状态下整个透镜系统的焦距。根据该变焦透镜，放大倍率变化时出现的轴外像差能够被良好地校正。

优选地，构造变焦透镜，满足条件式(5)0.8<Dt/Z2<1.2，其中Dt是从所述孔径光阑到望远端状态下沿着光轴最靠近像侧设置的所述第四透镜组的透镜面的距离，以及Z2是当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态改变时所述第二透镜组的移动量。根据该变焦透镜，能够同时实现进一步地小型化和性能的进一步增强。

根据本发明的另一实施例，提供一种图像拾取装置，包括：变焦透镜；以及图像拾取元件，该图像拾取元件用于将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号；所述变焦透镜包括：四个透镜组，该四个透镜组包括具有正的折射能力的第一透镜组、具有负的折射能力的第二透镜组、具有正的折射能力的第三透镜组以及具有正的折射能力的第四透镜组，所述第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧依次布置，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态移动时，所述第二透镜组移向像侧，同时所述第四透镜组移动，以便补偿由所述第二透镜组的移动引起的像平面位置的偏差，而所述第一和第三透镜组在光轴方向上固定；以及孔径光阑，该孔径光阑布置在所述第三透镜组的物体侧，所述第三透镜组包括具有负的折射能力的负子组和具有正的折射能力并且布置在所述负子组的像侧的正子组，该负子组和该正子组之间留有空气间隔，所述正子组在基本上垂直于光轴的方向上可移动，以沿着基本上垂直于光轴的方向移动图像，满足条件式(1)1.4<|f3n|/f3<3，其中f3n是布置在所述第三透镜组中的所述负子组的焦距，以及f3是所述第三透镜组的焦距。

同样根据该图像拾取装置，图像被移动，并且通过移动第三透镜组的正子组来抑制图像移动时性能的恶化。此外，能够预期变焦透镜的小型化。

优选地，图像拾取装置还包括：手振检测部件，该手振检测部件用于检测所述图像拾取元件的振动；手振控制部件，该手振控制部件用于计算模糊校正角度并基于模糊校正角度发送用于将所述第三透镜组的所述正子组定位在一个位置的驱动信号，该模糊校正角度用于校正由所述手振检测部件检测到的所述图像拾取元件的振动引起的图像模糊；以及手振驱动部件，该手振驱动部件用于接收从所述手振控制部件发送的驱动信号，并基于接收到的驱动信号沿着垂直于光轴的方向移动所述正子组。因此，通过图像拾取装置能够获得高质量的图像，其各种像差被良好地校正。

通过下面的描述和附加的权利要求，结合附图，本发明的上述的或其它目的、特征以及优点将变得明显，附图中相同的部件或元件由相同的参考标记来表示。

附图说明

图1是示出了根据本发明的变焦透镜的折射能力的分布的示意图；

图2是示出了本发明所应用的变焦透镜的结构的示意图；

图3是根据数值实施例1示出了图2的变焦透镜的广角端状态下球面像差、象散、畸变像差和彗差的简图，数值实施例1中将特定数值应用于变焦透镜；

图4是一类似图，但是根据数值实施例1示出了图2的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图5是一类似图，但是根据数值实施例1示出了图2的变焦透镜的望远端状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图6是根据数值实施例1示出了图2的变焦透镜的广角端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差的简图；

图7是一类似图，但是根据数值实施例1示出了图2的变焦透镜的中间焦距状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图8是一类似图，但是根据数值实施例1示出了图2的变焦透镜的望远端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图9是示出了本发明所应用的另一变焦透镜的结构的示意图；

图10是根据数值实施例2示出了图9的变焦透镜的广角端状态下球面像差、象散、畸变像差和彗差的简图，数值实施例2中将特定数值应用于变焦透镜；

图11是一类似图，但是根据数值实施例2示出了图9的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图12是一类似图，但是根据数值实施例2示出了图9的变焦透镜的望远端状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图13是根据数值实施例2示出了图9的变焦透镜的广角端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差的简图；

图14是一类似图，但是根据数值实施例2示出了图9的变焦透镜的中间焦距状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图15是一类似图，但是根据数值实施例2示出了图9的变焦透镜的望远端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图16是示出了本发明所应用的又一变焦透镜的结构的示意图；

图17是根据数值实施例3示出了图16的变焦透镜广角端状态下球面像差、象散、畸变像差和彗差的简图，数值实施例3中将特定数值应用于变焦透镜；

图18是一类似图，但是根据数值实施例3示出了图16的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图19是一类似图，但是根据数值实施例3示出了图16的变焦透镜的望远端状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图20是根据数值实施例3示出了图16的变焦透镜的广角端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差的简图；

图21是一类似图，但是根据数值实施例3示出了图16的变焦透镜的中间焦距状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图22是一类似图，但是根据数值实施例3示出了图16的变焦透镜的望远端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图23是示出了本发明所应用的再一变焦透镜的结构的示意图；

图24是根据数值实施例4示出了图23的变焦透镜的广角端状态下球面像差、象散、畸变像差和彗差的简图，数值实施例4中将特定数值应用于变焦透镜；

图25是一类似图，但是根据数值实施例4示出了图23的变焦透镜的中间焦距状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图26是一类似图，但是根据数值实施例4示出了图23的变焦透镜的望远端状态下的球面像差、象散、畸变像差和彗差；

图27是根据数值实施例4示出了图23的变焦透镜的广角端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差的简图；

图28是一类似图，但是根据数值实施例4示出了图23的变焦透镜的中间焦距状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图29是一类似图，但是根据数值实施例4示出了图23的变焦透镜的望远端状态下0.5度的透镜移动状态下的横向像差；

图30是示出了应用了本发明的图像拾取装置的框图。

具体实施方式

下面，参考附图描述了本发明的变焦透镜和图像拾取装置。

根据本发明的变焦透镜包括四个透镜组，包含具有正的折射能力的第一透镜组、具有负的折射能力的第二透镜组、具有正的折射能力的第三透镜组以及具有正的折射能力的第四透镜组，从物体侧依次布置。在变焦透镜中，当透镜的位置状态从整个透镜系统的焦距最短的广角端向整个透镜系统的焦距最长的望远端变化，同时第一和第三透镜组在光轴方向上固定时，第二透镜组向像侧移动以完成放大倍率的改变动作，以及第四透镜组移动以完成对于由第二透镜组的移动引起的像平面的偏差的补偿动作以及短距离的聚焦动作。

第三透镜组包括具有负的折射能力的负子组和具有正的折射能力并布置在负子组的像侧的正子组。正子组在基本上垂直于光轴的方向上可移动，以沿着基本上垂直于光轴的方向移动图像。

具有上述结构的变焦透镜，能够通过以下面的方式构造该变焦透镜来抑制当放大倍率的变化率很高时由图像的移动引起的性能降低。

尤其是：

(A)在第三透镜组的物体侧布置孔径光阑；以及

(B)适当地设置负子组的折射能力。

为了在提高性能和小型化之间获得好的平衡，孔径光阑的位置非常重要。

由于通过远离孔径光阑的一透镜组的轴外光通量远离光轴通过，其中孔径光阑布置在透镜系统中心附近，因此随时会降低透镜组的透镜直径。尤其是由于第一透镜组设置在离像面位置的最远处，因而易于具有最大的透镜直径，并且因此，优选将孔径光阑布置在接近物体侧而不在透镜系统中心的位置。

此外，当透镜位置状态改变时，通过可动透镜组的轴外光通量的高度改变一很大的量。因此，高度方面的偏差能够被改变为有利于校正当透镜位置状态改变时出现的轴外像差。尤其是如果在孔径光阑的物体侧和像侧的每一侧布置一个或多个可移动透镜组，则能够完成更好的像差校正。

从前述的来看，根据本发明的变焦透镜，孔径光阑布置在第三透镜组的物体侧，并且因此，能够将易于具有大透镜直径的第一透镜组的透镜直径抑制到一低值，并且此外，能够预期到性能的提高。

应该注意，在本发明的变焦透镜中，孔径光阑的位置在光轴方向上固定时，可变光阑机构能够在光轴方向上固定，并能够预期到透镜筒结构的简化。

当本发明的变焦透镜中的第三透镜组由负子组和正子组形成时，负子组的折射能力在意欲减小透镜直径的位置上显著。

随着负子组的折射能力的增加，通过正子组的轴外光通量远离光轴，导致正子组的透镜直径的增加，并因此导致重量的增加，结果导致用于移动正子组的移动驱动机构的尺寸和复杂性的增加。同时，由于通过第四透镜组的轴外光通量也远离光轴，因此同样引起用于聚焦组的驱动机构的尺寸和复杂性的增加，结果导致难以实现小型化。

因此，在本发明的聚焦透镜中，透镜直径的减小能够通过关于第三透镜组的焦距充分地设置负子组的焦距而适当地取得。

从上述的观点来看，满足条件式(1)是很重要的：

(1)1.4<|f3n|/f3<3

其中f3n是布置在第三透镜组中的负子组的焦距以及f3是第三透镜组的焦距。

该条件式(1)限定了第三透镜组的负子组的焦距。

其中负子组的焦距小于条件式(1)的下限时，同样由于如上所述正子组的折射能力具有较高值，通过正子组的主要光通量远离光轴，因此，周围的光量变得不够。

相反，当负子组的焦距大于条件式(1)的上限值时，通过第一透镜组的轴外光通量远离光轴，并且当移动透镜组(第三透镜组的正子组)时，周围光量的变化很大。

同样应该注意，在本发明的变焦透镜中，为了实现更多的性能提高，条件式(1)的上限值优选设为2.5。如果条件式(1)的值超过2.5，而由于通过第四透镜组的轴外光通量远离光轴，则不能更好的校正屏幕的周围部分出现的彗差，并且难以达到较高的光学性能。

在放大倍率的变化率高的变焦透镜中，需要获得对该移动透镜组尤其是在望远端状态被移动时出现的彗差较好的校正。换句话说，

(C)在负子组和正子组之间以合适的形式形成空气间隔是很重要的。

因此，在本发明的变焦透镜中，光程长度的变化在该移动透镜组被移动时增加，通过减少该光程长度的变化来良好地校正彗差。

尤其是，为了以合适的形式形成负子组和正子组之间的空气间隔以良好地校正彗差，由此减小最靠近像侧设置的负子组的透镜面的曲率半径和最靠近物体侧设置的正子组的透镜面的曲率半径之间的距离。

为此目的，优选将本发明的变焦透镜构造得满足条件式(2)

(2)-0.3<(Rn+Rp)/(Rn-Rp)<0.3

其中，Rn是最靠近像侧设置的布置在第三透镜组中的负子组的透镜面的曲率半径，以及Rp是最靠近物体侧设置的布置在第三透镜组中的正子组的透镜面的曲率半径。

如上所述，条件式(2)限定了负子组和正子组之间形成的空气间隔。

条件式(2)中限定的比率低于条件式(2)的下限值时，难以良好地校正在望远端状态移动正子组时在屏幕周围出现的偏心彗差。相反，当条件式(2)中限定的比率高于条件式(2)的上限值时，在望远端状态移动正子组时在屏幕周围出现的彗差变得过大，导致获得好的光学性能的失败。

在本发明的变焦透镜中，优选来自形成第三透镜组的两个子组中的负子组至少包括一个正透镜和一个负透镜，同时正子组至少包括两个正透镜和一个正透镜。

为了良好地校正在移动正子组时出现的各种像差，需要一定程度地抑制在负子组和正子组的每个中出现的球面像差。

在本发明的变焦透镜中，第三透镜组中的负子组的折射能力比正子组的小，如上面给出的条件式(1)的条件范围所示。由于负子组的折射能力小，可能在双合结构中良好地校正只是在负子组中出现的正的球面像差。同时，正子组以包括正透镜、负透镜和另一个正透镜的三个透镜的三合结构形成。通过该三合结构，能够良好地校正只是在正子组中出现的负的球面像差。

为了良好地校正由视角的变化引起的彗差，优选将本发明的变焦透镜构造得满足条件式(3)

(3)0<(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2)<2

其中Rp1是最靠近像侧设置的正子组的正透镜组之一的物体侧透镜面的曲率半径，以及Rp2是最靠近像侧设置的正子组的正透镜之一的像侧透镜面的曲率半径。

条件式(3)限定了最靠近像侧布置的正子组的正透镜之一的形状。

条件式(3)的比率低于条件式(3)的下限值时，不能良好地校正负的像面失真，并且同样在屏幕的周围部分不能获得好的图像形成性能。

另一方面，条件式(3)的比率高于条件式(3)的上限时，不能良好地校正在屏幕的周围部分出现的内部彗差，并且同样在屏幕的周围部分不能获得好的成像性能。

在本发明的变焦透镜中，由于第二透镜组仅仅是一个负的透镜组，为了更好地校正在放大倍率变化时出现的轴外像差，适当地设置第二透镜组的折射能力是很重要的。因此，优选将变焦透镜构造得满足条件式(4)

(4)0.42<|f2|/(fw·ft)^1/2<0.5

其中f2是第二透镜组的焦距，fw是广角端状态下整个透镜系统的焦距，以及ft是望远端状态下整个透镜系统的焦距。

条件式(4)限定了第二透镜组的焦距。

条件式(4)的比率高于条件式(4)的上限值时，通过第二透镜组的轴外光通量远离光轴一很大的量。结果，难以良好地校正广角端状态下屏幕周围部分出现的彗差。

相反，当条件式(4)的比率低于条件式(4)的下限时，难以良好地校正透镜位置状态改变时出现的轴外像差。

本发明的变焦透镜中，为了实现透镜系统总长度的减小以及第一透镜组的透镜直径的减小，采取了措施以便通过第一透镜组的轴外光通量尤其是在望远端状态通过光轴附近。

当正子组被移动时出现视角变化时，由于视角尤其是在望远端状态很窄，视角的变化很大，结果，第一透镜组的透镜外直径被遮光容易发生，由此引起周围光量的缺乏。因此，为了减小第一透镜组的透镜直径，使得通过第一透镜组的轴外光通量通过光轴附近是很重要的。

尤其是，本发明的变焦透镜中，将由通过孔径光阑的位置的主要光通量和光轴限定的角度设置为小的角度，以便通过第一透镜组的轴外光通量通过光轴的附近。

用于三成像器的图像拾取的光学系统中，其中色分离棱镜布置在光学系统的图像侧，主要采用出射光瞳位置接近无穷远的像侧远心光学系统。

因此，随着从孔径光阑到像平面位置的距离的增加，相对孔径光阑布置在像侧的透镜组的折射能力减小，结果，由主要光通量和光轴限定的角度能够被减小。随着由主要光通量和光轴限定的角度的减小，入射到第一透镜组的轴外光通量接近光轴通过。

然而，随着从孔径光阑到像平面位置的距离的增加，孔径光阑的位置接近物体侧，并且用于放大倍率改变时第二透镜组的移动的空间减小。从而，需要增加第一透镜组和第二透镜组的折射能力。因此，不能抑制透镜位置状态改变时出现的轴外像差，并且不能实现性能的充分增强。

为了实现进一步的小型化并同时实现性能的进一步增强，优选将本发明的变焦透镜构造得满足条件式(5)

(5)0.8<Dt/Z2<1.2

其中Dt是从孔径光阑到望远端状态下沿着光轴最靠近像侧设置的第四透镜组的透镜面的距离，以及Z2是当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态改变时第二透镜组的移动量。

条件式(5)限定了望远端状态下从孔径光阑到第四透镜组的距离，以及第二透镜组的移动量。

条件式(5)的比率高于条件式(5)的上限时，难以良好地校正当能级位置改变以实现性能的进一步增强时第二透镜组中出现的轴外像差。

相反，条件式(5)的比率低于条件式(5)的下限时，第三透镜组和第四透镜组的合成焦距变得过短。结果，由主要光通量和光轴限定的角度变得过大，并且变得难以减小第一透镜组的透镜直径。

顺便提及，在本发明的变焦透镜中，优选扩散状态下轴上光通量从布置在第三透镜组中的负子组出射。换句话说，优选将布置在第三透镜组中的正子组的横向放大率设置为负值。

第三透镜组中的正子组的横向放大率由βa表示，以及第四透镜组的横向放大率由βb表示，模糊校正系数βs和聚焦敏感度βf分别由

βs＝(1-βa)βb

βf＝(1-βa²)βb²

表示。

本发明的变焦透镜中，通过设置正子组的横向放大率βa以满足βa<0，可能提高模糊校正系数βs并降低聚焦敏感度βf，因此使得当放大倍率变化率高时可能通过小的透镜移动量来移动图像，并且降低光轴方向上的定位精度。

如果光轴方向上的定位精度提高，则由于需要在偏离光轴方向上保持移动透镜组，即，正子组，从而增加了用于在垂直于光轴的方向上移动正子组的驱动机构的复杂性。因此，本发明的变焦透镜中，通过以上述的方式设置正子组的横向放大率，降低了光轴方向上的定位精度，并简化了透镜筒的结构。

本发明的变焦透镜中，为了实现性能的进一步增强，第一透镜组由四个透镜形成，包括从物体侧依次布置的负透镜和正透镜的胶合透镜以及两个正透镜。

在第一透镜组中，由于轴上光通量以大的光通量直径入射，从而尤其是在望远端状态可能出现负的球面像差。此外，由于轴外光通量远离光轴入射，从而可能出现轴外像差。

然而，本发明的变焦透镜中，通过最靠近第一透镜组的物体侧布置负透镜和正透镜的胶合透镜，负的球面像差和轴上色差被良好地校正。此外，当具有正、负、正和正组的四组结构的常规变焦透镜中的第一透镜组由胶合透镜和位于胶合透镜像侧的正透镜形成，其中采用了两个正透镜时，尽管放大倍率变化率高，但是可能抑制望远端状态下负的球面像差的出现并良好地校正视角变化时，出现的彗差。

本发明的变焦透镜中，为了更好地校正第二透镜组中出现的各种像差，以实现较高的光学性能，优选第二透镜组由包括依次布置的凹面向着像侧的月牙形负透镜、负透镜、另一正透镜和另一负透镜。

由于第二透镜组不受放大倍率变化作用的控制，从而良好地校正第二透镜组中出现的各种像差以实现性能的进一步增强是很重要的。本发明的变焦透镜中，第二透镜组中最靠近物体侧布置并且凹面向着像侧的月牙形负透镜不受对广角端状态下视角变化时出现的彗差的校正作用的控制，同时，布置在负透镜像侧的三合透镜不受良好地校正轴上像差作用的控制。以这种方式，第二透镜组的透镜在像差校正方面的作用被分别指定，以便能够实现高的成像性能。

需要注意，本发明的变焦透镜中，由于三合透镜的正透镜以及布置在正透镜像侧的负透镜的偏心率造成的性能恶化显著，因此将它们胶合以减小制造时偏心率误差的影响，从而获得稳定的光学质量。

本发明的变焦透镜中，为了良好地校正上述位置变化时出现的各种像差，第四透镜组包括凸面向着物体侧的正透镜、凹面向着像侧的负透镜以及凸面向着物体侧的另一正透镜，从物体侧依次布置。

当第四透镜组以三合结构形成时，可能同时校正轴外像差合轴上像差，并且能够良好地校正上述位置变化时出现的各种像差。

需要注意，本发明的变焦透镜中，为了良好地抑制色差的出现，优选对第一透镜组采用具有高反常色散的玻璃材料。

尤其是，当构成第一透镜组的透镜之中的胶合透镜中的正透镜由具有高反常色散的玻璃材料制成时，望远端状态下屏幕的中心部分出现的二阶色散能够被良好地校正。

此外，当在第一透镜组的像侧的两个正透镜之一由低色散的玻璃材料制成，该低色散的玻璃材料的阿贝数高于65时，望远端状态下屏幕的周围部分出现的放大率的色差能够被良好地校正。此外，当上述的两个正透镜均由低色散的玻璃材料制成时，放大率的色差能够更好地被校正。

本发明的变焦透镜中，由于采用了非球面透镜，从而能够实现较高的光学性能。尤其是通过在最终的透镜组中采用非球面，能够预期中心性能的进一步增强。此外，当对第二透镜组采用非球面透镜时，同样可能良好地校正由广角端状态出现的视角引起的彗差。

自然，通过采用多个非球面能够获得较高的光学性能。

自然，为了防止出现莫尔条纹而在透镜系统的像侧布置低通滤光器或者响应于光接收元件的光谱灵敏度特性布置红外线截止滤光器同样可能。

下面，描述本发明的几个实施例和几个数值实施例的变焦透镜。

需要注意，当在多个实施例的变焦透镜中采用非球面时，非球面形状由下面的表达式表示：

x＝Cy²/(1+(1-(1+K)C²y²)^1/2)+Ay⁴+By⁶+...

其中y是从光轴起的高度，x是垂度，c是曲率，k是圆锥常数，以及A、B、...表示非球面常数。

图1示出了本发明的变焦透镜的折射能力的分布。参考图1，变焦透镜包括具有正的折射能力的第一透镜组G1、具有负的折射能力的第二透镜组G2、具有正的折射能力的第三透镜组G3以及具有正的折射能力的第四透镜组G4，从物体侧依次布置。当放大倍率从图1的上一级示出的广角端状态(W)向图1的下一级示出的望远端状态(T)变化时，第二透镜组G2移向像侧(参考图1中的中间级的实线)从而使第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的空气间隔增大，同时第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的空气间隔减小。在此时，第一透镜组G1和第三透镜组G3固定(参考图1中的中间级的虚线)，并且第四透镜组G4移动，以便校正由第二透镜组G2的移动引起的像平面位置的偏差。此外，当短距离聚焦时，第四透镜组G4移向物体侧(参考图1的中间级中的实线)。

图2示出了根据本发明的第一实施例的变焦透镜的透镜构造。参考图2，第一透镜组G1包括凸面向着物体侧的月牙形负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L11、凸面向着物体侧的正透镜L12以及凸面向着物体侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面向着像侧的月牙形负透镜L21、双凹形负透镜L22以及双凸透镜和双凹透镜的胶合透镜L23。第三透镜组G3包括双凹透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合负透镜L31、物体侧具有非球面的双凸透镜和凹面向着物体侧的负透镜的胶合透镜L32以及凸面向着像侧的正透镜L33。第四透镜组G4包括凸面向着物体侧的正透镜L41以及物体侧具有非球面并且凹面向着像侧的负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L42。

第一实施例的变焦透镜1中，布置在第三透镜组G3中的胶合负透镜L31形成负子组，并且第三透镜组G3中的胶合透镜L32和正透镜L33形成正子组。然后，正子组L32和L33沿着基本上垂直于光轴x的方向移动以沿着基本上垂直于光轴x的方向移动图像。

变焦透镜1中，色分离棱镜PP沿着光轴方向固定地布置在第四透镜组G4的像侧。同时，孔径光阑S布置在第三透镜组G3的像侧，并当透镜位置状态改变时与第三透镜组G3一起在光轴方向上固定。

在下面的表1中示出了数值实施例1的各种尺寸的数值，其中特定数值应用于第一实施例的变焦透镜。下面描述的数值实施例1和其它数值实施例的尺寸表中，“面数”表示从物体测开始数的第i面；“曲率半径”表示第i光学面的曲率半径；“面距”表示从物体侧开始数的第i光学面和第i+1光学面之间的轴上面距；“折射率”表示关于d线(λ＝587.6nm)的具有在物体侧的第i光学面的玻璃材料的折射率，以及“阿贝数”表示关于d线的具有在物体侧的第i光学面的玻璃材料的阿贝数。此外，“Di”‘”表示面距是可变的距离；0曲率半径表示该面是平面；以及Bf表示面距是后焦距。

[表1]

面数曲率半径面距折射率阿贝数

1： 39.2166 0.490 1.90618 25.4

2： 16.7662 1.224 1.49700 81.6

3： -65.2680 0.049

4： 14.0159 0.805 1.60300 65.5

5： 53.5272 0.049

6： 8.9488 0.869 1.45600 90.3

7： 21.2457 (D7)

8： 14.2665 0.171 1.77250 49.6

9： 1.9759 1.060

10： -9.6223 0.147 1.68300 40.8

11： 16.5840 0.049

12： 3.2143 1.204 1.75520 27.5

13： -3.4361 0.147 1.88300 40.8

14： 7.0292 (D14)

15： 0.0000 1.258 (孔径光阑)

16： -6.4419 0.147 1.77520 27.5

17： 6.1177 0.490 1.92286 18.9

18： -28.9059 0.147

19： 22.8615 1.224 1.58913 61.3

20： -2.3573 0.208 1.88300 40.8

21： -9.1346 0.073

22： -682.9045 1.322 1.49700 81.6

23： -3.3001 (D23)

24： 5.8392 1.224 1.69350 63.3

25： 59.9742 0.132

26： 8.3984 0.147 1.80618 25.4

27： 3.8547 1.664 1.48749 70.4

28： 48.9503 (D28)

29： 0.0000 3.806 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

变焦透镜1中，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的距离D14、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离D23以及第四透镜组G4和色分离棱镜PP之间的距离D28改变。由此，广角端状态下、广角端和望远端之间的中间焦距状态下以及望远端状态下数值实施例1中的面距的值与焦距f、F数Fno.以及视角2ω的值一起在下面的表2中示出。

[表2]

f 1.000 ～ 9.430 ～ 21.047

FNO 1.65 ～ 2.19 ～ 2.08

2ω 80.34 ～ 6.70 ～ 3.00°

D7 0.184 8.319 9.636

D14 10.033 1. 898 0.581

D23 1.850 0.755 1.958

D28 0.437 1.532 0.329

Bf 0.566 0.566 0.566

变焦透镜1中第19面和第24面各以非球面形成。因此，数值实施例1中的非球面的第四、第六、第八和第十阶非球面系数A、B、C和D与圆锥常数k一起在下面的表3中示出。需要注意，表3和以后的表示了非球面系数的表中，“E-i”是指数表达式，其中基数为10，即，“10^-i”，并且例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10^-5”。

[表3]

第19面 k＝-2.000000 A＝-0.347142E-02 B＝-0.447320E-03 C＝0.545089E-04

D＝-0.255876E-04

第24面 k＝-0.540914 A＝-0.360175E-03 B＝-0.558377E-05 C＝-0.185402E-06

D＝0.316210E-06

上面描述的数值实施例1的条件式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)的相应值在下面的表4中示出：

[表4]

t3n＝-17.671

f3＝8.877

f2＝-2.195

(1)|f3n|/f3＝1.991

(2)(Rn+Rp)/(Rn—Rp)＝0.115

(3)(Rp1+Rp2)/(Rp1—Rp2)＝1.010

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.479

(5)Dt/Z2＝1.057

图3至5示出了数值实施例1中无穷远处聚焦状态的各种像差。尤其是，图3示出了广角端状态(f＝1.000)的各种像差；图4示出了中间焦距状态(f＝9.430)的各种像差；以及图5示出了望远端状态(f＝21.047)的各种像差；

图3至5的像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，以及象散图中的实线表示弧矢(sagittal)像平面，虚线表示子午(meridional)像平面。在彗差图中，y表示像高。此外，在像差图中，Fno.表示F数，以及A表示半视角。

图6至8示出了数值实施例1中无穷远聚焦状态中相当于0.5度的透镜移动状态的横向像差。尤其是，图6示出了变焦透镜的广角端状态(f＝1.000)的横向像差；图7示出了中间焦距状态(f＝9.430)的横向像差；以及图8示出了望远端状态(f＝21.047)的横向像差。

从像差图中能够明显看出，数值实施例1表示良好地校正了的像差，并具有很高的图像形成性能。

图9示出了根据本发明的第二实施例的变焦透镜的透镜构造。参考图9，第一透镜组G1包括凸面向着物体侧的月牙形负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L11、凸面向着物体侧的正透镜L12以及凸面向着物体侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面向着像侧的月牙形负透镜L21、双凹形负透镜L22以及双凸透镜和双凹透镜的胶合透镜L23。第三透镜组G3包括双凹透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合负透镜L31、物体侧具有非球面的双凸透镜和凹面向着物体侧的负透镜的胶合透镜L32以及凸面向着像侧的正透镜L33。第四透镜组G4包括非球面状凸面向着物体侧的正透镜L41以及凹面向着像侧的负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L42。

在第二实施例的变焦透镜2中，布置在第三透镜组G3中的胶合负透镜L31形成负子组，以及第三透镜组G3中的胶合透镜L32和正透镜L33形成正子组。然后，正子组L32和L33沿着基本上垂直于光轴x的方向移动以沿着基本上垂直于光轴x的方向移动图像。

变焦透镜2中，色分离棱镜PP沿着光轴方向固定地布置在第四透镜组G4的像侧。同时，孔径光阑S布置在第三透镜组G3的物体侧，并且当透镜位置状态改变时，与第三透镜组G3一起在光轴方向上固定。

数值实施例2的各种尺寸的数值在下面的表5中示出，其中特定数值应用于第二实施例的变焦透镜2：

[表5]

面数曲率半径面距折射率阿贝数

1： 26.2087 0.490 1.84666 23.8

2： 14.7706 1.469 1.49700 81.6

3： -114.5260 0.049

4： 12.5245 0.876 1.49700 81.6

5： 54.2087 0.049

6： 8.8958 0.837 1.49700 81.6

7： 20，8989 (D7)

8： 18.3065 0.171 1.75500 52，3

9： 1.9052 0.938

10： -11.0709 0.147 1.88300 40.8

11： 8.8387 0.049

12： 3.2037 1.178 1.75520 27.5

13： -3.1296 0.147 1.88300 40.8

14： 10.0915 (D14)

15： 0.0000 1.263 (孔径光阑)

16： -4.2208 0.147 1.75520 27.5

17： 7.7645 0.495 1.92286 18.9

18： -9.9555 0.147

19： 12.1878 1.202 1.58913 61.3

20： -2.6827 0.208 1.80100 35.0

21： -11.7616 0.073

22： 143.7374 1.155 1.49700 81.6

23： -4.0930 (D23)

24： 6.3850 1.224 1.69350 53.3

25： 82.9604 0.122

26： 6.0637 0.147 1.84666 23.8

27： 3.3544 1.102 1.48749 70.4

28： 48.9615 (D28)

29： 0.0000 3.807 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

变焦透镜2中，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的距离D14、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离D23以及第四透镜组G4和色分离棱镜PP之间的距离D28改变。由此，广角端状态下、广角端和望远端之间的中间焦距状态下以及望远端状态下数值实施例2中的面距的值与焦距f、F数Fno.以及视角2ω的值一起在下面的表6中示出。

[表6]

f 1.000 ～ 8.880 ～ 21.057

FNO 1.65 ～ 2.18 ～ 2.88

2ω 60.31 ～ 7.14 ～ 2.99^*

D7 0.184 7.703 9.029

D14 9.457 1.938 0.612

D23 1.686 0.700 2.017

D28 0.586 1.572 0.255

Bf 0.567 0.567 0.567

变焦透镜2中第19面和第24面各以非球面形成。因此，数值实施例2中的非球面的第四、第六、第八和第十阶非球面系数A、B、C和D与圆锥常数k一起在下面的表7中示出。

[表7]

第19面 k＝-0.160601 A＝-0.218830E-02 B＝-0.985084E-04 C＝0.145786E-04

D＝-0，215771E-05

k＝-0.658853 A＝-0.457647E-03 B＝-0.105701E-04 C＝0.624990E-05

第24面

D＝-0.587955E-06

上面描述的数值实施例2的条件式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)的相应值在下面的表8中示出：

[表8]

f3n＝-16.899

f3＝8.484

f2＝-2.122

(1)|f3n|/f3＝1.992

(2)(Rn+Rp)/(Rn—Rp)＝—0.101

(3)(Rp1+Rp2)/(Rp1—Rp2)＝0.945

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.462

(5)Dt/Z2＝1.052

图10至12示出了数值实施例2中无穷远处聚焦状态的各种像差。尤其是，图10示出了广角端状态(f＝1.000)的各种像差；图11示出了中间焦距状态(f＝8.860)的各种像差；以及图12示出了望远端状态(f＝21.057)的各种像差；

图10至12的像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，以及象散图中的实线表示弧矢像平面，虚线表示子午像平面。在彗差图中，y表示像高。此外，在像差图中，Fno.表示F数，以及A表示半视角。

图13至15示出了数值实施例2中无穷远聚焦状态中相当于0.5度的透镜移动状态的横向像差。尤其是，图13示出了变焦透镜的广角端状态(f＝1.000)的横向像差；图14示出了中间焦距状态(f＝8.860)的横向像差；以及图15示出了望远端状态(f＝21.057)的横向像差。

从像差图中能够明显看出，数值实施例2表示良好地校正了像差，并具有很高的图像形成性能。

图16示出了根据本发明的第三实施例的变焦透镜的透镜构造。参考图16，第一透镜组G1包括凸面向着物体侧月牙形负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L11、凸面向着物体侧的正透镜L12以及凸面向着物体侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面向着像侧的月牙形负透镜L21、双凹形负透镜L22以及双凸透镜和双凹透镜的胶合透镜L23。第三透镜组G3包括双凹透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合负透镜L31、物体侧具有非球面的双凸透镜和凹面向着物体侧的负透镜的胶合透镜L32以及凸面向着像侧的正透镜L33。第四透镜组G4包括非球面状凸面向着物体侧的正透镜LA1以及凹面向着像侧的负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L42。

在第三实施例的变焦透镜3中，布置在第三透镜组G3中的胶合负透镜L31形成负子组以及第三透镜组G3中的胶合透镜L32和正透镜L33形成正子组。然后，正子组L32和L33沿着基本上垂直于光轴x的方向移动以沿着基本上垂直于光轴x的方向移动图像。

变焦透镜3中，色分离棱镜PP沿着光轴方向固定地布置在第四透镜组G4的像侧。同时，孔径光阑S布置在第三透镜组G3的物体侧，并且当透镜位置状态改变时，与第三透镜组G3一起在光轴方向上固定。

数值实施例3的各种尺寸的数值在下面的表9中示出，其中特定数值应用于第三实施例的变焦透镜3：

[表9]

面数曲率半径面距折射率阿贝数

1： 24.3809 0.502 1.84666 23.8

2： 13.9540 1.532 1.45600 90.3

3： -214.7871 0.050

4： 13.1105 0.831 1.60300 65.5

5： 46.9098 0.050

6： 9.4060 0.871 1.49700 81.6

7： 23.8113 (D7)

8： 15.8186 0.176 1.83481 43.0

9： 1.9693 1.095

10： -8.0108 0.151 1.88300 40.8

11： 25.7811 0.050

12： 3.4385 0.814 1.80809 22.8

13： -8.8758 0.151 1.88300 40.8

14： 6.3992 (D14)

15： 0.0000 0.628 (孔径光阑)

16： -5.9219 0.151 1.74960 35.3

17： 4.7066 0.648 1.84666 23.8

18： -19.4034 0.151

19： 15.6193 1.228 1.58913 61.3

20： -2.1337 0.213 1.88300 40.8

21： -7.7932 0.085

22： -21.9672 1.221 1.49700 81.6

23： -3.0471 (D23)

24： 5.2667 1.253 1.58913 61.3

25： 179.9768 0.126

28： 5.4066 0.151 1.84666 23.8

27： 3.0843 1.030 1.48749 70.4

28： 12.1193 (D28)

29： 0.0000 3.905 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

变焦透镜3中，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的距离D14、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离D23以及第四透镜组G4和色分离棱镜PP之间的距离D28改变。由此，广角端状态下、广角端和望远端之间的中间焦距状态下以及望远端状态下数值实施例3中的面距的值与焦距f、F数Fno.以及视角2ω的值一起在下面的表10中示出。

[表10]

f 1.000 ～ 9.196 ～ 21.061

FNO 1.65 ～ 2.18 ～ 2.88

2ω 60.31 ～ 7.14 ～ 2.99^*

D7 0.188 7.970 9.308

D14 9.932 2.150 0.812

03 1.779 0.733 2.064

0280. 535 1.581 0.260

Bf 0.583 0.583 0.583

变焦透镜3中第19面和第24面各以非球面形成。因此，数值实施例3中的非球面的第四、第六、第八和第十阶非球面系数A、B、C和D与圆锥常数k一起在下面的表11中示出。

[表11]

第19面 k＝-0.535226 A＝-0.367376E-02 B＝-0.340086E-03 C＝0.100074E-04

D＝-0.234761E-04

第24面 k＝-0.317306 A＝-0.539214E-03 B＝-0.300931E-04 C＝0.532791E-05

D＝0.118176E-06

上面描述的数值实施例3的条件式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)的相应值在下面的表12中示出：

[表12]

f3n＝-16.607

f3＝8.486

f2＝-2.163

(1)|f3n|/f3＝1.857

(2)(Rn+Rp)/(Rn—Rp)＝0.108

(3)(Rp1+Rp2)/(Rp1—Rp2)＝1.322

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.471

(5)Dt/Z2＝0.869

图17至19示出了数值实施例3中无穷远处聚焦状态的各种像差。尤其是，图17示出了广角端状态(f＝1.000)的各种像差；图18示出了中间焦距状态(f＝9.196)的各种像差；以及图19示出了望远端状态(f＝21.061)的各种像差。

图17至19的像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，以及象散图中的实线表示弧矢(sagittal)像平面和虚线表示子午(meridional)像平面。在彗差图中，y表示像高。此外，在像差图中，Fno.表示F数，以及A表示半视角。

图20至22示出了数值实施例3中无穷远聚焦状态中相当于0.5度的透镜移动状态的横向像差。尤其是，图20示出了变焦透镜的广角端状态(f＝1.000)的横向像差；图21示出了中间焦距状态(f＝9.196)的横向像差；以及图22示出了望远端状态(f＝21.061)的横向像差。

从像差图中能够明显看出，数值实施例3表示良好地校正了像差，并具有很高的图像形成性能。

图23示出了根据本发明的第四实施例的变焦透镜的透镜构造。参考图23，第一透镜组G1包括凸面向着物体侧的月牙形负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L11、凸面向着物体侧的正透镜L12以及凸面向着物体侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面向着像侧的月牙形负透镜L21、双凹形负透镜L22以及双凸透镜和双凹透镜的胶合透镜L23。第三透镜组G3包括双凹透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合负透镜L31、物体侧具有非球面的双凸透镜和凹面向着物体侧的负透镜的胶合透镜L32以及凸面向着像侧的正透镜L33。第四透镜组G4包括凸面向着物体侧并且该凸面相反侧具有非球面的正透镜L41以及凹面向着像侧的负透镜和凸面向着物体侧的正透镜的胶合透镜L42。

第四实施例的变焦透镜4中，布置在第三透镜组G3中的胶合负透镜L31形成负子组，并且第三透镜组G3中的胶合透镜L32和正透镜L33形成正子组。然后，正子组L32和L33沿着基本上垂直于光轴x的方向移动以沿着基本上垂直于光轴x的方向移动图像。

变焦透镜4中，色分离棱镜PP沿着光轴方向固定地布置在第四透镜组G4的像侧。同时，孔径光阑S布置在第三透镜组G3的物体侧，并当透镜位置状态改变时与第三透镜组G3一起在光轴方向上固定。

数值实施例4的各种尺寸的数值在下面的表13中示出，其中特定数值应用于第四实施例的变焦透镜4。

[表13]

面数曲率半径面距折射率阿贝数

1： 30.8115 0.509 1.90368 31.3

2： 11.8727 1.514 1.49700 81.6

3： 2800.0867 0.051

4： 12.6295 1.117 1.60300 85.5

5： 89.6376 0.051

6： 10.9257 0.857 1.60300 66.5

7： 29.1283 (D7)

8： 14.5955 0.178 1.72916 54.7

9： 1.9942 1.124

10： -7.4690 0.153 1.80400 46.6

11： 16.3870 0.051

12： 3.5615 1.109 1.75520 27.5

13： -4.1784 0.148 1.88300 40.8

14： 8.7522 (D14)

15： 0.0000 1.524 (孔径光阑)

18： -4.4361 0.140 1.74000 28.3

17： 6.6718 0.529 1.92286 18.9

18： -12.6653 0.153

19： 10.2985 0.850 1.74320 49.3

20： -3.6128 0.153 1.76182 26.5

21： -18.4347 0.076

22： 27.8219 0.371 1.48749 70.4

23： -13.3833 (D23)

24： 9.5442 0.560 1.58913 61.3

25： 29.6638 0.051

26： 8.3346 0.140 1.84666 23.8

27： 3.5284 1.099 1.48749 70.4

28： -6.0362 (D28)

29： 0.0000 5.210 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

变焦透镜4中，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态变化时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的距离D14、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离D23以及第四透镜组G4和色分离棱镜PP之间的距离D28改变。由此，广角端状态下、广角端和望远端之间的中间焦距状态下以及望远端状态下数值实施例4中的面距的值与焦距f、F数Fno.以及视角2ω的值一起在下面的表14中示出。

[表14]

f 1.000 ～ 8.896 ～ 19.496

FNO 1.65 ～ 2.22 ～ 2.88

2ω 62.25 ～ 7.39 ～ 3.35^*

D7 0.191 8.360 9.721

D14 10.367 2.198 0.837

023 1.613 0.671 1.686

028 0.538 1.480 0.465

Bf 0.272 0.272 0.272

变焦透镜4中第19面、第24面和第25面各以非球面形成。因此，数值实施例4中的非球面的第四、第六、第八和第十阶非球面系数A、B、C和D与圆锥常数k一起在下面的表15中示出。

[表15]

第19面 k＝1.398608 A＝-0.125336E-02 B＝0.689607E-05 C＝-0.195733E-05

D＝0.353872E-06

第24面 k＝0.394895 A＝-0.202743E-02 B＝-0.853814E-03 C＝0.990868E-05

D＝-0.398892E-05

第25面 k＝0.000000 A＝0.607308E-03 B＝-0.920198E-03 C＝0.000000E+00

D＝0.000000E+00

上面描述的数值实施例4的条件式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)的相应值在下面的表16中示出：

[表16]

f3n＝-16.024

f3＝9.237

f2＝-2.304

(1)|f3n|/f3＝1.735

(2)(Rn+Rp)/(Rn—Rp)＝0.103

(3)(Rp1+Rp2)/(Rp1—Rp2)＝0.350

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.471

(5)Dt/Z2＝0.522

图24至26示出了数值实施例4中无穷远处聚焦状态的各种像差。尤其是，图24示出了广角端状态(f＝1.000)的各种像差；图25示出了中间焦距状态(f＝8.896)的各种像差；以及图26示出了望远端状态(f＝19.496)的各种像差。

图24至26的像差图中，球面像差图中的实线表示球面像差，以及象散图中的实线表示弧矢像平面和虚线表示子午像平面。在彗差图中，y表示像高。此外，在像差图中，Fno.表示F数，以及A表示半视角。

图27至29示出了数值实施例4中无穷远聚焦状态中相当于0.5度的透镜移动状态的横向像差。尤其是，图27示出了变焦透镜的广角端状态(f＝1.000)的横向像差；图28示出了中间焦距状态(f＝8.896)的横向像差；以及图29示出了望远端状态(f＝19.496)的横向像差。

从像差图中能够明显看出，数值实施例4表示良好地校正了像差，并具有很高的图像形成性能。

图30示出了本发明应用的图像拾取装置。

参考图30，所示的图像拾取装置由10表示，并包括变焦透镜20以及用于将变焦透镜20形成的光学信号转换为电信号的图像拾取器件30。需要注意，图像拾取器件30可由例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)器件的光电转换元件形成。同时，变焦透镜20可由根据本发明的变焦透镜形成。图30中，根据上述第一实施例的变焦透镜1的各透镜组以单透镜的简化形式示出。自然地，不仅根据第一实施例的变焦透镜1，而且根据第二至第四实施例的变焦透镜2至4以及根据本发明的与本申请中公开的实施例不同的形式构造的变焦透镜均能够用于变焦透镜20。

由图像拾取器件30形成的电信号被提供给图像分离电路40。因此，用于聚焦控制的信号从图像分离电路40发送，并且从图像分离电路40向图像处理电路发送图像信号。发送至图像处理电路的信号被处理成适于后面处理形式的信号，以便此后经受各种处理，诸如由显示装置显示，记录介质记录，通信部分传输等等。

控制电路50从外部接收各种操作信号，诸如代表变焦按钮操作的操作信号，并且响应所接收的操作信号执行各种处理。例如，如果来自变焦按钮的变焦指令被输入控制电路50，而后控制电路50控制驱动器电路60和70以操作驱动部分61和71以将第二和第四透镜组GR2和GR4移动至观察的预定位置。然后由传感器62和72获得的第二和第四透镜组GR2和GR4的位置信息被输入控制电路50，并当控制电路50向驱动器电路60和70输出指令信号时被控制电路50参考。此外，控制电路50基于从图像分离电路40接收的信号来检测聚焦状态，并控制驱动器电路70来操作驱动部分71以控制第四透镜组GR4的位置，以便获得最适宜的聚焦状态。

图像拾取装置10具有手振校正功能。例如，如果例如由快门开关按钮的压力引起图像拾取器件30的振动由检测部分80检测到，该检测部分80可以例如是陀螺传感器，则然后来自检测部分80的信号被输入控制电路50。因此，控制电路50计算模糊校正角度用于补偿由图像拾取器件30的振动引起的图像模糊。为了定位第三透镜组GR3的正子组L32和L33，从而基于计算的模糊校正角度，控制电路50控制驱动器电路90来操作驱动部分91以沿着垂直于光轴的方向移动正子组L32和L33。正子组L32和L33的位置由传感器92检测，并且由传感器92获得的正子组L32和L33的位置信息被输入控制电路50并且当控制电路50试图向驱动器电路90发送指令信号时被控制电路50参考。

上面描述的图像拾取装置10能够根据特定产品来采取各种形式。例如，图像拾取装置10能够广泛地被用作数字照相机，数字摄像机以及诸如采用了照相机的便携式电话机或采用了照相机的PDA(个人数字助理)的数字输入/输出装置的照相机部件等等。

当本发明的优选实施例已经采用特定术语进行了描述，这种描述仅仅是为了示例性的目的，并且应该理解可以作出各种替换和变化而不偏离所附的权利要求的精神和范围。

Claims

1.一种变焦透镜，包括：

四个透镜组，该四个透镜组包括具有正的折射能力的第一透镜组、具有负的折射能力的第二透镜组、具有正的折射能力的第三透镜组以及具有正的折射能力的第四透镜组，所述第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧依次布置，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态移动时，所述第二透镜组移向像侧，同时所述第四透镜组移动，以便补偿由所述第二透镜组的移动引起的像平面位置的偏差，而所述第一和第三透镜组在光轴方向上固定；以及

孔径光阑，该孔径光阑布置在所述第三透镜组的物体侧，

所述第三透镜组包括具有负的折射能力的负子组和具有正的折射能力并且布置在所述负子组的像侧的正子组，负子组和正子组之间留有空气间隔，

所述正子组在基本上垂直于光轴的方向上可移动，以沿着基本上垂直于光轴的方向移动图像，

满足条件式(1)

(1)1.4<|f3n|/f3<3

其中f3n是布置在所述第三透镜组中的所述负子组的焦距，以及f3是所述第三透镜组的焦距。

2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足条件式(2)

(2)-0.3<(Rn+Rp)/(Rn-Rp)<0.3

其中Rn是最靠近像侧设置的布置在所述第三透镜组中的所述负子组的透镜面的曲率半径，以及Rp是最靠近物体侧设置的布置在所述第三透镜组中的所述正子组的透镜面的曲率半径。

3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中所述负子组包括包含了从物体侧依次布置的正透镜和负透镜的两个透镜，同时所述正子组包括包含了从物体侧依次布置的正透镜、负透镜和另一正透镜的三个透镜，并且满足条件式(3)

(3)0<(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2)<2

其中Rp1是最靠近像侧设置的所述正子组的正透镜组之一的物体侧透镜面的曲率半径，以及Rp2是最靠近像侧设置的所述正子组的正透镜之一的像侧透镜面的曲率半径。

4.根据权利要求2所述的变焦透镜，其中所述负子组包括包含了从物体侧依次布置的正透镜和负透镜的两个透镜，同时所述正子组包括包含了从物体侧依次布置的正透镜、负透镜和另一正透镜的三个透镜，并且满足条件式(3)

(3)0<(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2)<2

5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足条件式(4)

(4)0.42<|f2|/(fw·ft)^1/2<0.5

其中f2是所述第二透镜组的焦距，fw是广角端状态下整个透镜系统的焦距，以及ft是望远端状态下整个透镜系统的焦距。

6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足条件式(5)

(5)0.8<Dt/Z2<1.2

其中Dt是从所述孔径光阑至望远端状态下沿着光轴最靠近像侧设置的所述第四透镜组的透镜面的距离，以及Z2是当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态改变时所述第二透镜组的移动量。

7.一种图像拾取装置，包括：

变焦透镜；以及

图像拾取元件，该图像拾取元件用于将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号；

所述变焦透镜包括：四个透镜组，该四个透镜组包括具有正的折射能力的第一透镜组、具有负的折射能力的第二透镜组、具有正的折射能力的第三透镜组以及具有正的折射能力的第四透镜组，所述第一、第二、第三和第四透镜组从物体侧依次布置，当透镜位置状态从广角端状态向望远端状态移动时，所述第二透镜组移向像侧，同时所述第四透镜组移动，以便补偿由所述第二透镜组的移动引起的像平面位置的偏差，而所述第一和第三透镜组在光轴方向上固定；以及孔径光阑，该孔径光阑布置在所述第三透镜组的物体侧，所述第三透镜组包括具有负的折射能力的负子组和具有正的折射能力并且布置在所述负子组的像侧的正子组，该负子组和该正子组之间留有空气间隔，所述正子组在基本上垂直于光轴的方向上可移动，以沿着基本上垂直于光轴的方向移动图像，满足条件式(1)

(1)1.4<|f3n|/f3<3

8.根据权利要求7所述的图像拾取装置，还包括：

手振检测部件，该手振检测部件用于检测所述图像拾取元件的振动；

手振控制部件，该手振控制部件用于计算模糊校正角度并基于模糊校正角度发送用于将所述第三透镜组的所述正子组定位在一个位置的驱动信号，该模糊校正角度用于校正由所述手振检测部件检测到的所述图像拾取元件的振动引起的图像模糊；以及

手振驱动部件，该手振驱动部件用于接收从所述手振控制部件发送的驱动信号，并基于接收到的驱动信号沿着垂直于光轴的方向移动所述正子组。