CN101023384A - 变焦透镜系统、成像装置和拍摄设备 - Google Patents

变焦透镜系统、成像装置和拍摄设备 Download PDF

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CN101023384A CNA2005800317275A CN200580031727A CN101023384A CN 101023384 A CN101023384 A CN 101023384A CN A2005800317275 A CNA2005800317275 A CN A2005800317275A CN 200580031727 A CN200580031727 A CN 200580031727A CN 101023384 A CN101023384 A CN 101023384A
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    • G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++

Abstract

本发明的目的在于提供一种放大倍数变动比接近为5倍至6倍，总体长度较短，而且分辨率较高的变焦透镜系统。该变焦透镜系统从物方侧至像方侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜单元(G1)；具有负光焦度的第二透镜单元(G2)；具有正光焦度的第三透镜单元(G3)；以及具有正光焦度的第四透镜单元(G4)。在放大倍数从广角端变化至摄远端的过程中，各透镜单元分别沿光轴移动从而第三透镜单元(G3)移动至物方侧，而第一透镜单元(G1)和第二透镜单元(G2)以凸形轨迹移动至像方侧。第三透镜单元(G3)包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件。满足以下条件7.0＜LW/fW＜9.0…(1)以及1.5＜LT/fT＜2.1…(2)(这里，Z＝fT/fW＞5.0，LW是在广角端的总光程，fW是在广角端整个透镜系统的焦距，LT是在摄远端的总光程，以及fT是在摄远端整个透镜系统的焦距)。

Description

变焦透镜系统、成像装置和拍摄设备
技术领域
本发明涉及变焦透镜系统、成像装置、以及拍摄设备，具体来说，涉及适用于数字照相机、数字摄像机等的小尺寸、高图像质量的变焦透镜系统，具备该变焦透镜系统的成像装置，以及具备该成像装置的拍摄设备。
背景技术
使用诸如CCD(电荷耦合器件)或者CMOS(互补金属氧化物半导体)这类固体图像传感器的数字照相机中，由于有一诸如光学低通滤光器这类部件设置于透镜元件的最后部分和固体图像传感器之间，因而需要一种具有相对较长的后焦距的透镜系统。而且，数字照相机的拍摄光学系统需要优异的远心特性以避免造成像面外围光量减小的阴影因素。
可以考虑多种形式的数字照相机，其中一种是紧凑类型。作为变焦透镜系统，需要放大成像性能较高的变焦透镜系统。作为适用于紧凑类型的变焦透镜系统，提出了很多三单元变焦透镜系统，其从物方侧起包括具有负光焦度的第一透镜单元、具有正光焦度的第二透镜单元、以及具有正光焦度的第三透镜单元。在接近为3倍的放大倍数变动比情况下，上述三单元变焦透镜系统可以形成得较为紧凑，而且在广角端视角较宽。但摄远端的F数(焦距比数)高于广角端的F数(焦距比数)，因而上述三单元变焦透镜系统无法形成得放大倍数较高。
因此，作为摄远端的F数(焦距比数)并不远高于广角端的F数(焦距比数)这种情况下具有相对较高的放大倍数的变焦透镜系统，如例如专利文献1至4所述，提出了很多四单元变焦透镜系统，其从物方侧起包括具有正折射率的第一透镜单元、具有负折射率的第二透镜单元、以及分别具有正折射率的第三透镜单元和第四透镜单元。
[专利文献1]日本特开2001-13411号公报
[专利文献2]日本特开2001-42215号公报
[专利文献3]日本特开2002-72087号公报
[专利文献4]日本特开2004-212616号公报
发明内容
本发明要解决的问题
但专利文献1中所记载的变焦透镜系统中，虽然得到接近为6倍的放大倍数变动比，但由于透镜元件数量大，因而难以在非使用状态下使变焦透镜系统紧凑。专利文献2中所记载的变焦透镜系统中，虽然透镜元件数量少因此可以在非使用状态下使变焦透镜系统紧凑，但放大倍数变动比低至接近为3倍。专利文献3中所记载的变焦透镜系统中，放大倍数变动比接近为3倍，而专利文献4中所记载的变焦透镜系统中，放大倍数变动比则接近为4倍。
本发明的目的在于提供一种放大倍数变动比接近为5倍至6倍，广角端的视角为60°至65°，使用时和不用时的总体长度较短，而且分辨率较高的变焦透镜系统以及使用该变焦透镜系统的成像装置。而且，本发明其目的在于提供一种具备上述成像装置的拍摄设备。上述问题的解决方案
可由下面的变焦透镜系统实现其中一个上述目的。本发明对一物体形成具有可变放大倍数的光学图像的变焦透镜系统，从物方侧至像方侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜单元；
具有负光焦度的第二透镜单元；
具有正光焦度的第三透镜单元；以及
具有正光焦度的第四透镜单元，其中
各透镜单元分别沿光轴移动从而通过使相应透镜单元至少是其中任何两者间的距离变化来进行放大倍数的变化，
放大倍数从广角端变化至摄远端期间，第三透镜单元移动至物方侧，而第一和第二透镜单元随凸部轨迹一起移动至像方侧，
第三透镜单元包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件，
而且满足下面的条件：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是广角端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
LT是摄远端的总光程，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
1.7＜LT/fT＜2.1…(2)′
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LT是摄远端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，第三透镜单元从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率表面朝向物方侧的正透镜元件；正透镜元件；以及相对于像方侧呈凹形的负透镜元件。较好是，第三透镜单元从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率表面朝向物方侧的正透镜元件；以及相对于像方侧呈凹形的负透镜元件。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
5.0＜fG1/fW＜8.0…(3)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG1是第一透镜单元的焦距，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
2.0＜fG4/fW＜3.5…(4)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG1是第四透镜单元的焦距，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
2.0＜fG3/fW＜3.0…(5)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG3是第三透镜单元的焦距，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
0.7＜rF/fW＜1.3…(6)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
rF是第三透镜单元最靠近物方侧透镜元件的物方侧表面的曲率半径，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
0.5＜rR/fW＜1.0…(7)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
rR是第三透镜单元最靠近像方侧透镜元件的像方侧表面的曲率半径，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
20＜dsi/Z×LW/fW＜30…(8)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
当第i(i为整数)透镜单元的厚度为di时，
dsi是各透镜单元其厚度之和，
Z是当拍摄距离为∞时的广角端和摄远端的放大倍数变动比，
LW是广角端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，第三透镜单元最靠近物方侧正透镜元件的像方侧表面是一平面或者凹面。
较好是，变焦透镜系统振动所造成的图像模糊可通过在光轴的垂直方向上移动第三透镜单元来补偿，而且满足下面的条件：
1.1＜-(1-mG2T)mG3T mG4T＜2.5…(9)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
mG2T是当拍摄距离为∞时的摄远端第二透镜单元的放大倍数，
mG3T是当拍摄距离为∞时的摄远端第三透镜单元的放大倍数，
mG4T是当拍摄距离为∞时的摄远端第四透镜单元的放大倍数，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
1.5＜mG2T/mG2W＜3.0…(10)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
mG2T是当拍摄距离为∞时的摄远端第二透镜单元的放大倍数，
mG2W是当拍摄距离为∞时的广角端第二透镜单元的放大倍数，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
0.3＜ΔmG2＜0.7…(11)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG2是当拍摄距离为∞时第二透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
0.5＜ΔmG3＜1.8…(12)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG3是当拍摄距离为∞时第三透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
0.2＜ΔmG2/ΔmG3＜1.2…(13)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG2是当拍摄距离为∞时第二透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
ΔmG3是当拍摄距离为∞时第三透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
较好是，该变焦透镜系统满足下面的条件：
0＜M1WM/M1MT＜0.32…(14)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
M1WM是当拍摄距离为∞时第一透镜单元从广角端至中间焦距条件的移动量，
M1MT是当拍摄距离为∞时第一透镜单元从中间焦距条件至摄远端的移动量，中间焦距条件为 f M = ( fW * fT ) ,
fM由中间焦距条件下整个变焦透镜系统的焦距定义，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
可由下面的成像装置实现其中一个上述目的。一种成像装置，能够将拍摄对象的光学图像转换为图像电信号再输出该信号，该成像装置包括：
对该拍摄对象形成具有可变放大倍数的光学图像的变焦透镜系统；以及
将变焦透镜系统所形成的拍摄对象的光学图像转换为电信号的图像传感器，
其中该变焦透镜系统从物方侧至像方侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜单元；
具有负光焦度的第二透镜单元；
具有正光焦度的第三透镜单元；以及
具有正光焦度的第四透镜单元，
各透镜单元分别沿光轴移动从而通过使相应透镜单元至少是其中任何两者间的距离变化来进行放大倍数的变化，
放大倍数从广角端变化至摄远端期间，第三透镜单元移动至物方侧，而第一和第二透镜单元随凸部轨迹一起移动至像方侧，
第三透镜单元包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件，
而且满足下面的条件：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是广角端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
LT是摄远端的总光程，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
可由下面的拍摄设备实现其中一个上述目的。一种拍摄设备，能够对拍摄对象进行拍摄再作为图像电信号输出，该拍摄设备包括：
成像装置，其中包括：
对该拍摄对象形成具有可变放大倍数的光学图像的变焦透镜系统；以及
将变焦透镜系统所形成的拍摄对象的光学图像转换为电信号的图像传感器，
其中该变焦透镜系统从物方侧至像方侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜单元；
具有负光焦度的第二透镜单元；
具有正光焦度的第三透镜单元；以及
具有正光焦度的第四透镜单元，
各透镜单元分别沿光轴移动从而通过使相应透镜单元至少是其中任何两者间的距离变化来进行放大倍数的变化，
放大倍数从广角端变化至摄远端期间，第三透镜单元移动至物方侧，而第一和第二透镜单元随凸部轨迹一起移动至像方侧，
第三透镜单元包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件，
而且满足下面的条件：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是广角端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
LT是摄远端的总光程，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
发明效果
按照本发明，可提供一种放大倍数变动比接近为5倍至6倍，广角端的视角为60°至65°，使用时和不用时的总体长度较短，而且分辨率较高的变焦透镜系统以及使用该变焦透镜系统的成像装置。而且，按照本发明可提供一种具备上述成像装置的拍摄设备。
附图说明
图1A是实施例1(实例1)的变焦透镜系统的结构图；
图1B是实施例1(实例1)的变焦透镜系统的结构图；
图1C是实施例1(实例1)的变焦透镜系统的结构图；
图2A是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2B是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2C是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2D是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2E是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2F是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2G是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2H是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图2I是实施例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图3A是实施例2(实例2)的变焦透镜系统的结构图；
图3B是实施例2(实例2)的变焦透镜系统的结构图；
图3C是实施例2(实例2)的变焦透镜系统的结构图；
图4A是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4B是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4C是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4D是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4E是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4F是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4G是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图H是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图4I是实施例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图5A是实施例3(实例3)的变焦透镜系统的结构图；
图5B是实施例3(实例3)的变焦透镜系统的结构图；
图5C是实施例3(实例3)的变焦透镜系统的结构图；
图6A是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6B是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6C是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6D是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6E是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6F是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6G是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6H是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图6I是实施例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图7A是实施例4(实例4)的变焦透镜系统的结构图；
图7B是实施例4(实例4)的变焦透镜系统的结构图；
图7C是实施例4(实例4)的变焦透镜系统的结构图；
图8A是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8B是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8C是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8D是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8E是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8F是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8G是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8H是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图8I是实施例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图；
图9A是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图9B是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图9C是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图9D是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图9E是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图9F是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图10A是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图10B是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图10C是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图10D是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图10E是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图10F是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图11A是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图11B是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图11C是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图11D是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图11E是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图11F是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图12A是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图12B是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图12C是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图12D是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图12E是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；
图12F是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图；以及
图13是实施例5的数字照相机结构的剖面图。
附图标号说明
G1第一透镜单元
G2第二透镜单元
G3第三透镜单元
G4第四透镜单元
L1第一透镜元件
L2第二透镜元件
L3第三透镜元件
L4第四透镜元件
L5第五透镜元件
L6第六透镜元件
L7第七透镜元件
L8第八透镜元件
L9第九透镜元件
A光圈
P平面平行片
S像面
1变焦透镜系统
2固体图像传感器
3液晶显示监视器
4主体
5主镜筒
6活动镜筒
7圆柱形凸轮
具体实施方式
(实施例1至4)
图1A至图1C是实施例1的变焦透镜系统的结构图。图3A至图3C是实施例2的变焦透镜系统的结构图。图5A至图5C是实施例3的变焦透镜系统的结构图。图7A至图7C是实施例4的变焦透镜系统的结构图。上述附图分别示出聚焦于无穷远的变焦透镜系统。图1A、图3A、图5A、以及图7A示出广角(最短焦距条件：焦距fW)端的透镜结构。图1B、图3B、图5B、以及图7B示出中间位置条件(中间焦距条件：焦距 f M = ( fW * fT ) )下的透镜结构。图1C、图3C、图5C、以及图7C示出摄远端条件(最长焦距条件：焦距fT)下的透镜结构。
实施例1至4其中每一个的变焦透镜系统从物方侧至像方侧依次包括：具有正光焦度的第一透镜单元G1；具有负光焦度的第二透镜单元G2；光圈A；具有正光焦度的第三透镜单元G3；以及具有正光焦度的第四透镜单元G4。实施例1至4的变焦透镜系统中，透镜单元在放大倍数从广角端变化至摄远端的过程中沿光轴移动。每一上述附图中，最右侧示出的直线给出像面S的位置，其物方侧设置有与光学低通滤光器、图像传感器的相位片等等同的平面平行片P。实施例1至4的变焦透镜系统中，可通过按所需的光焦度配置设置各透镜单元，在保证光学性能的同时减小该透镜系统的总体尺寸。
实施例1至4的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1包括一个正透镜元件或者一包含负透镜元件和正透镜元件在内的接合透镜元件。第二透镜单元G2从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率面朝向像方侧的负弯月形透镜元件；具有非球面的双凹透镜元件；以及其高曲率面朝向物方侧的正透镜元件。第三透镜单元G3至少包含两个透镜元件，其中包括：为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件；以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件。实施例1至4的变焦透镜系统中，由于设置有上述结构，每个透镜单元中所包括的透镜元件其数目较小，因而在不使用时可以使变焦透镜系统紧凑。
具体来说，实施例1至3的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率面朝向物方侧的正透镜元件；正透镜元件；以及负透镜元件。实施例1至3的变焦透镜系统中，可通过这样构成第三透镜单元G3，进行充分的像差补偿。
而实施例4的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率表面朝向物方侧的正透镜元件L6；以及为负透镜元件的第七透镜元件L7。实施例4的变焦透镜系统中，可通过这样构成第三透镜单元G3，进行充分的像差补偿。另外，实施例4的变焦透镜系统中，由于第三透镜单元G3中所包括的透镜元件的数目与实施例1至3的变焦透镜系统相比有所减少，从而实现其装配和调整容易的变焦透镜系统。
而实施例1至4的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4包括一个正透镜元件。各实施例的变焦透镜系统中，收纳回缩时的尺寸可以通过上述结构而有所减小。另外，各实施例的变焦透镜系统中，可通过沿光轴移动第四透镜单元G4，实现从无穷远对焦条件聚焦至近物对焦条件。
下面说明各实施例的变焦透镜系统所要满足的条件。虽是对各实施例的变焦透镜系统定义多个所要满足的条件，但能够满足全部条件的变焦透镜系统是最好的。但可通过满足单个条件来得到产生相对应功能的变焦透镜系统。
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(1)和(2)：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是广角端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
LT是摄远端的总光程，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(1)和(2)是用于减小总光程并保证优异的成像特性和放大倍数变动比的条件。当不满足条件(1)和(2)时，便难以减小总光程并保证优异的成像特性和放大倍数变动比。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(2)的范围定义为下面条件(2)’的范围，来产生更显著的效果：
1.7＜LT/fT＜2.1…(2)′
(这里，Z＝fT/fW＞5.0.)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(3)：
5.0＜fG1/fW＜8.0…(3)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fG1是第一透镜单元的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(3)是用于减小最靠近物方侧透镜元件的直径和总光程的条件。当该条件的数值超出下限时，第一透镜单元其折射能力提高，从而最靠近物方侧透镜元件其直径增大。当该条件的数值超过上限时，第一透镜单元其折射能力降低，从而第二透镜单元其放大倍数变动特性减弱，并且总光程增加。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(3)的范围定义为下面条件(3)’的范围，来进一步产生上述效果，而且可通过将条件(3)的范围定义为下面条件(3)”的范围，来产生更显著的效果：
6.0＜fG1/fW＜8.0…(3)′
7.0＜fG1/fW＜8.0…(3)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下而的条件(4)：
2.0＜fG4/fW＜3.5…(4)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fG1是第四透镜单元的焦距，fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(4)是用于使远心性优异并减小场曲的条件。当该条件的数值超出下限时，虽然场曲减小，但远心性不够。而当该条件的数值超过上限时，虽然远心性优异，但整个透镜系统的场曲无法得到足够的补偿。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(4)的范围定义为下面条件(4)’和条件(4)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
2.5＜fG4/fW…(4)′
fG4/fW＜2.9…(4)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(5)：
2.0＜fG3/fW＜3.0…(5)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG3是第三透镜单元的焦距，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(5)是用于尽可能减小总光程并且通过很好的权衡来补偿所产生像差的条件。当该条件的数值超出下限时，第三透镜单元G3其物方至像方的距离增大，从而总光程增大。而当该条件的数值超过上限时，虽然总光程减小，但难以在摄远端在第一透镜单元G1和第二透镜单元G2两者间保证有足够的空间来设置一光圈。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(5)的范围定义为下面条件(5)’和条件(5)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
2.2＜fG3/fW…(5)′
fG3/fW＜2.5…(5)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0.)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(6)：
0.7＜rF/fW＜1.3…(6)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
rF是第三透镜单元最靠近物方侧透镜元件的物方侧表面的曲率半径，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(6)是用于通过很好的权衡来补偿第三透镜单元G3中所造成的像差并减小总光程的条件。当该条件的数值超出下限时，总光程较长。而当该条件的数值超过上限时，难以通过很好的权衡由另一透镜元件补偿球面像差和彗差。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(6)的范围定义为下面条件(6)’和条件(6)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
0.8＜rF/fW…(6)′
rF/fW＜1.1…(6)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(7)：
0.5＜rR/fW＜1.0…(7)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
rR是第三透镜单元最靠近像方侧透镜元件的像方侧表面的曲率半径，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(7)是用于通过很好的权衡来补偿第三透镜单元G3中所造成的像差的条件。当该条件的数值超出下限时，无法将广角端的场曲和负面畸变抑制为较小。而当该条件的数值超过上限时，难以通过很好的权衡由另一透镜元件补偿彗差和像散。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(7)的范围定义为下面的条件(7)’和条件(7)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
0.7＜rR/fW…(7)′
rR/fW＜0.8…(7)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(8)：
20＜dsi/Z×LW/fW＜30…(8)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
当第i(i为整数)透镜单元的厚度为di时，
dsi是各透镜单元其厚度之和，
Z是当拍摄距离为∞时的广角端和摄远端的放大倍数变动比，
LW是广角端的总光程，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(8)与透镜单元的厚度有关。当超过该条件的上限时，难以减小透镜系统的总体尺寸；尤其是无法减小收纳回缩时的总体长度。而当超出下限时，难以在整个变焦范围内进行像差补偿。
为了使成像特性更加优异，可通过将条件(8)的范围定义为下面条件(8)’和条件(8)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
22.5＜dsi/Z×LW/fW…(8)′
dsi/Z×LW/fW＜24.5…(8)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统中，较好是通过在光轴的垂直方向上移动第三透镜单元来补偿该变焦透镜系统的振动所造成的图像模糊，并且满足下面的条件(9)：
1.1＜-(1-mG2T)mG3T mG4T＜2.5…(9)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
mG2T是当拍摄距离为∞时的摄远端第二透镜单元的放大倍数，
mG3T是当拍摄距离为∞时的摄远端第三透镜单元的放大倍数，
mG4T是当拍摄距离为∞时的摄远端第四透镜单元的放大倍数，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(9)是用于在图像模糊补偿时使成像特性优异的条件。当-(1-mG2T)mG3T mG4T超出下限时，由于第三透镜单元需要使图像偏轴一预定量的偏轴量太大，因而第三透镜单元G3的平行移动所带来的像差变化有所增加，故而图像周边部分的成像特性变差。而当-(1-mG2T)mG3T mG4T超过上限时，由于第三透镜单元G3需要使图像偏轴一预定量的偏轴量太小，因而难以使第三透镜单元G3精确地平行移动。因此，图像在拍摄期间的像素位移无法足够小，因而难以在图像模糊补偿时使成像特性优异。
为了使成像特性更为优异，可通过将条件(9)的范围定义为下面条件(9)’和条件(9)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
1.7＜-(1-mG2T)mG3T mG4T…(9)′
-(1-mG2T)mG3T mG4T＜1.8…(9)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(10)：
1.5＜mG2T/mG2W＜3.0…(10)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
mG2T是当拍摄距离为∞时的摄远端第二透镜单元的放大倍数，
mG2W是当拍摄距离为∞时的广角端第二透镜单元的放大倍数，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(10)是用于定义第二透镜单元的放大倍数变动并确定该放大倍数变动在第二透镜单元上的分担量的条件。当超出该条件(10)的下限时，难以保证放大倍数变动比。而当超过该条件(10)的上限时，难以在减小总光程的同时在整个变焦范围内进行像差补偿。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(10)的范围定义为下面条件(10)’和条件(10)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
2.0＜mG2T/mG2W…(10)′
mG2T/mG2W＜2.5…(10)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0.)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(11)：
0.3＜ΔmG2＜0.7…(11)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG2是当拍摄距离为∞时第二透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(11)是用于定义第二透镜单元的放大倍数变动并确定该放大倍数变动在第二透镜单元上的分担量的条件。当超出该条件(11)的下限时，难以保证放大倍数变动比。而当超过该条件(11)的上限时，难以在减小总光程的同时在整个变焦范围内进行像差补偿。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(11)的范围定义为下面条件(11)’和条件(11)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
0.4＜ΔmG2…(11)′
ΔmG2＜0.5…(11)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(12)：
0.5＜ΔmG3＜1.8…(12)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG3是当拍摄距离为∞时第三透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(12)是用于定义第三透镜单元的放大倍数变动并确定该放大倍数变动在第三透镜单元上的分担量的条件。当超出该条件(12)的下限时，难以出色地补偿第三透镜单元中所造成的彗差。而当超过该条件(12)的上限时，第三透镜单元的移动量较大，因而F数(焦距比数)较大。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(12)的范围定义为下面条件(12)’和条件(12)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
0.8＜ΔmG3…(12)′
ΔmG3＜1.5…(12)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(13)：
0.2＜ΔmG2/ΔmG3＜1.2…(13)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG2是当拍摄距离为∞时第二透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
ΔmG3是当拍摄距离为∞时第三透镜单元从广角端至摄远端的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(13)是用于定义第二透镜单元和第三透镜单元两者间的放大倍数变动比并确定放大倍数变动在每一透镜单元上的分担量的条件。当超出该条件(13)的下限时，难以在变焦范围内进行像差补偿。而当超过该条件(13)的上限时，难以保证放大倍数变动比。
各实施例的变焦透镜系统中，可通过将条件(13)的范围定义为下面条件(13)’和条件(13)”其中至少之一的范围，来进一步产生上述效果：
0.3＜ΔmG2/ΔmG3…(13)′
ΔmG2/ΔmG3＜0.8…(13)″
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
各实施例的变焦透镜系统较好是满足下面的条件(14)：
0＜M1WM/M1MT＜0.32…(14)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
M1WM是当拍摄距离为∞时第一透镜单元从广角端至中间焦距条件的移动量，
M1MT是当拍摄距离为∞时第一透镜单元从中间焦距条件至摄远端的移动量，中间焦距条件为 f M = ( fW * fT ) ,
fM由中间焦距条件下整个变焦透镜系统的焦距定义，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
条件(14)与放大倍数变动过程中第一透镜单元的移动轨迹有关。当超出该条件(14)的下限时，总光程增加，因而难以减小透镜系统的总体尺寸。而当超过该条件(14)的上限时，在整个变焦范围内的像差变化增加，因而难以得到优异的光学性能。
虽然各实施例中包括的透镜单元只包括靠折射使入射光偏转的折射型透镜元件(即其中入射光在具有不同折射率的两种介质间的界面偏转这种透镜元件)，但本发明并不局限于此。举例来说，透镜单元可以包括：靠衍射使入射光偏转的衍射型透镜元件，靠衍射和折射组合使入射光偏转的折射衍射混合型透镜元件，或者靠介质内的折射率分布使入射光偏转的梯度折射率透镜元件。
而且实施例中，可以通过在光路上设置一反射面来使光路在变焦透镜系统的前面、后面、或者中间改变方向。改变方向的位置根据需要设置。可通过使光路适当改变方向来减小拍摄设备的外观厚度。
另外，虽然各实施例中设置的是变焦透镜系统的最末表面和图像传感器两者间设置的诸如光学低通滤光器这类片状体，但举例来说还可适用下列部件：由例如其中预定结晶取向经过调整的晶体所制成的双折射低通滤光器；以及靠衍射效应实现所需的光截止频率特性的相位低通滤光器。另外，各实施例中，也可按照接收变焦透镜系统的光图像的固体图像传感器其特性省略该低通滤光器。
(实施例5)
图13是实施例5的数字照相机结构的剖面图。图13中，该数字照相机包括：包括变焦透镜系统1和为CCD的固体图像传感器2的成像装置；液晶监视器3；主体4；以及诸如此类部件。作为变焦透镜系统1，使用的是实施例1的变焦透镜系统。图13中，变焦透镜系统1包括第一透镜单元G1、第二透镜单元G2、光圈A、第三透镜单元G3、以及第四透镜单元G4。主体4中，变焦透镜系统1设置于前部一侧，而为CCD的固体图像传感器2设置于变焦透镜系统1的后面。主体4的后部设置有液晶监视器3。变焦透镜系统对拍摄对象所形成的光学图像形成于像面S上。
固体图像传感器2中，记录的像素数目为水平方向的2304像素×垂直方向的1728像素(接近为四百万像素)，像素间距为水平方向的像素间距2.5μm×垂直方向的像素间距2.5μm，记录图像平面其大小为水平方向的5.76mm×垂直方向的4.32mm(对角线长为7.2mm)，并且每个像素设置有一正的微透镜。
透镜镜筒包括主镜筒5、可活动镜筒6、以及圆柱形凸轮7。当圆柱形凸轮7转动时，第一透镜单元G1、第二透镜单元G2、以及第三透镜单元G3移动至相对于固体图像传感器的预定位置，由此进行放大倍数从广角端变化至摄远端。第四透镜单元G4可以依靠电机在光轴方向上移动用于聚焦调节。
可通过使用实施例1的变焦透镜系统用于数字照相机，提供一种放大倍数变动比接近为5倍至6倍，广角端的视角接近为60°至65°，分辨率较高，不用时的进深较小的数字照相机。对于图13中所示的数字照相机，可以采用实施例2至4其中任一变焦透镜系统来取代实施例1的变焦透镜系统。
而且，包括上述实施例1至4的任一变焦透镜系统以及诸如CCD或者CMOS这类图像传感器的成像装置可应用于移动电话、PDA(个人数字助理)、监视系统中的监视拍摄设备、网络拍摄设备、车置拍摄设备等。
而上述数字照相机中设置有一图像模糊补偿功能时，还加入了使第三透镜单元G3在光轴的垂直方向上移动的机构、图像模糊补偿电机等，并由图像模糊补偿信号控制该图像模糊补偿电动机。为了产生图像模糊补偿信号，可以使用公知的方法，诸如根据已知的角速度传感器所检测出的数字照相机振动的检测结果生成该信号的方法，或者通过根据固体图像传感器所形成的图像信号进行图像处理来生成该信号的方法。
此外，上述数字照相机中，可以提供一由信号处理电路将固体图像传感器的中央部所形成的图像放大至图像平面全部区域的数字变焦功能。使用该数字变焦功能时，可如下文所述明显得到该模糊补偿功能所产生的效果。
可以使用图像偏轴量与固体图像传感器的对角线长度的比值(图像偏轴量比值)，评估出该变焦透镜系统因图像模糊而倾斜时的模糊程度。该比值是不管所拍摄图像信号其打印图像的尺寸如何总是固定的。虽然不用该数字变焦功能时所拍摄图像的对角线长与固体图像传感器其有效区域的对角线长相符，但使用该数字变焦功能时所拍摄图像的对角线长则小于固体图像传感器其有效区域的对角线长。因此，当图像偏轴量固定时，对数字变焦功能的使用使得图像偏轴量比值增大，其使模糊度有所增加。
使用图像模糊补偿功能时，由于图像偏轴量极其微小，因而即便是使用数字变焦功能，图像偏轴量比值还是较低，因而图像模糊有明显的改善。
图13中所示的数字照相机中，即便是第三透镜单元的平行移动量相同，仍然有可能因第三透镜单元的方向而造成成像特性存在差异。这种情况下，可以通过调整固体图像传感器的倾斜度来减小成像特性的差异。
另外，对于图13中所示的数字照相机，作为固体图像传感器可以使用一个其中记录的像素数目为水平方向的2560像素×垂直方向的1920像素(接近为五百万像素)，像素间距为水平方向的像素间距2.2μm×垂直方向的像素间距2.2μm，记录图像平面其大小为水平方向的5.632mm×垂直方向的4.224mm(对角线长为7.04mm)的固体图像传感器，来取代上述四百万像素的固体图像传感器。
而图13所示的数字照相机结构可以用于活动影像用的数字摄像机。这种情况下，不仅可摄取静态图像而且可摄取具有高分辨率的活动影像。
下文说明实施例1至4的变焦透镜系统的具体实施方案的数值例。数值例中，表中长度单位都是mm。而且，上述数值例中，r是曲率半径，d是轴向距离，nd是对d线的折射率，而vd是Abbe数(阿贝数)。上述数值例中，由*标记的面是非球面，而非球面结构由下面的表达式定义：
Z = h 2 / r 1 + 1 - ( 1 + κ ) ( h / r ) 2 + D h 4 + E h 6 + F h 8 + G h 10 + H h 12 + I h 14 + J h 16
这里，κ是圆锥常数，D、E、F、G、H、I和J分别是4阶、6阶、8阶、10阶、12阶、14阶、以及16阶非球形系数。
(实例1)
实例1的变焦透镜系统与图1A至图1C中所示的实施例1相对应。实例1的变焦透镜系统的透镜数据示于表1中，当拍摄距离为∞时焦距、F数(焦距比数)、视角、总光程、以及可变轴向距离数据示于表2中，而非球形数据示于表3中。
表1
 透镜单元 透镜 面 r d nd vd
 G1  L1L2  123  28.59119.732186.014  0.8002.700可变  1.8466601.772500  23.7849.65
 G2  L3L4L5  456789  30.2657.881-98.093*8.517*10.13651.123  1.0002.9351.1000.7202.000可变  1.8061001.6654701.846660  33.2755.1823.78
 光圈  10  ∞  0.810
 G3  L6L7L8  1112131415  6.485452.7919.073*-203.7524.878  1.6201.0461.7100.630可变  1.6968001.6654701.805180  55.4855.1825.46
 G4  L9  1617  10.67789.181  1.935可变  1.743300  49.23
 P  1819  ∞∞  0.900  1.516800  64.20
表2
 轴向距离  广角端  中间位置 摄远端
 f  6.34  15.49  36.82
 F  2.87  3.46  4.88
 2ω  61.1  26.2  11.0
 L  50.503  53.371  63.287
 d3  0.700  11.151  18.059
 d9  19.619  7.391  1.300
 d15  5.149  8.458  19.026
 d17  4.025  5.366  3.906
表3
 面 κ  D  E
 6  0.00000E+00 -4.47190E-04  1.76015E-05
 7  0.00000E+00 -5.11326E-04  1.95818E-05
 13  0.00000E+00 -7.06626E-04  -2.25760E-05
 面 F  G
 6 -2.59332E-07  1.23080E-09
 7 -2.67476E-07  2.15864E-10
 13 -9.09153E-07  4.13444E-08
(实例2)
实例2的变焦透镜系统与图3A至图3C中所示的实施例2相对应。实例2的变焦透镜系统的透镜数据示于表4中，当拍摄距离为∞时焦距、F数(焦距比数)、视角、总光程、以及可变轴向距离数据示于表5中，而非球形数据示于表6中。
表4
 透镜单元 透镜 面 r d nd vd
 G1  L1  12  26.815-261.094  2.500可变  1.696800  55.48
 G2  L2L3L4  345678  95.1528.188-320.778*8.503*10.58349.402  0.9002.7041.1000.7202.000可变  1.8061001.6060201.846660  33.2757.4423.78
 光圈  9  ∞  0.810
 G3  L5L6L7  1011121314  6.633∞9.180*-1348.1984.957  1.6200.8751.7100.540可变  1.6968001.6654701.805180  55.4855.1825.46
 G4  L8  1516  11.676108.410  1.935可变  1.806100  40.73
 P  1718  ∞∞  0.900  1.516800  64.20
表5
 轴向距离  广角端  中间位置  摄远端
 f  6.24  15.27  36.16
 F  2.88  3.83  6.06
 2ω  62.5  26.4  11.3
 L  50.540  51.517  64.857
 d2  0.700  6.421  9.988
 d8  20.187  7.561  1.300
 d14  5.915  12.922  29.736
 d16  4.320  5.211  4.434
表6
 面  κ D  E
 5  0.00000E+00 -5.30261E-04  1.79179E-05
 6  0.00000E+00 -6.46217E-04  2.15716E-05
 12  0.00000E+00 -6.20192E-04  -1.83542E-05
 面 F  G
 5 -2.89278E-07  1.89017E-09
 6 -4.03219E-07  2.95978E-09
 12 -5.66499E-07  1.47856E-08
(实例3)
实例3的变焦透镜系统与图5A至图5C中所示的实施例3相对应。实例3的变焦透镜系统的透镜数据示于表7中，当拍摄距离为∞时焦距、F数(焦距比数)、视角、总光程、以及可变轴向距离数据示于表8中，而非球形数据示于表9中。
表7
 透镜单元 透镜 面 r d nd vd
 G1  L1  12  26.272265.286  2.650可变  1.589130  61.24
 G2  L2L3L4  345678  22.4228.291-106.709*8.615*8.95621.731  1.0002.9751.1000.7202.000可变  1.8061001.6654701.846660  33.2755.1823.78
 光圈  9  ∞  0.810
 G3  L5L6L7  1011121314  6.353204.1798.249*-114.5944.824  1.6201.0561.7100.630可变  1.6968001.6654701.846660  55.4855.1823.78
 G4  L8  1516  13.117133.708  1.850可变  1.846660  23.78
 P  1718  ∞∞  0.900  1.516800  64.20
表8
 轴向距离  广角端  中间位置  摄远端
 f  6.27  15.51  35.75
 F  2.88  3.46  4.63
 2ω  62.3  26.1  11.5
 L  49.831  49.838  63.398
 d2  0.700  10.610  19.513
 d8  20.455  6.458  1.300
 d14  4.043  5.439  16.210
 d16  4.516  7.208  6.278
表9
 面  κ D  E
 5  0.00000E+00 -3.83568E-04  1.83304E-05
 6  0.00000E+00 -3.03719E-04  1.89967E-05
 12  0.00000E+00 -7.36461E-04  -3.05869E-05
 面  F G
 5  -3.13805E-07 1.98261E-09
 6  -1.77718E-07 -4.73229E-10
 12  5.66695E-07 -1.07953E-07
(实例4)
实例4的变焦透镜系统与图7A至图7C中所示的实施例4相对应。实例4的变焦透镜系统的透镜数据示于表10中，当拍摄距离为∞时焦距、F数(焦距比数)、视角、总光程、以及可变轴向距离数据示于表11中，而非球形数据示于表12中。
表10
 透镜单元 透镜 面 r d nd vd
 G1  L1L2  123  25.16018.400140.100  0.8002.700可变  1.8466601.772500  23.7849.65
 G2  L3L4L5  456789  40.6938.018-65.381*8.532*11.854-1327.469  1.0003.2501.2000.8002.000可变  1.8340001.6060201.805180  37.3557.4425.46
 光圈  10  ∞  0.900
 G3  L6L7  11121314  4.669*486.9337.8663.673  2.0350.2000.600可变  1.6654701.846660  55.1823.78
 G4  L8  1516  12.910134.320  1.935可变  1.743300  49.23
 P  1718  ∞∞  0.900  1.516800  64.20
表11
 轴向距离  广角端  中间位置  摄远端
 F  6.34  15.50  36.82
 F  2.90  3.45  5.06
 2ω  61.2  26.0  11.0
 L  50.533  53.399  63.425
 d3  0.700  10.671  16.178
 d9  19.585  7.511  1.300
 d14  3.996  8.293  22.120
 d16   6.817  7.479  4.348
表12
 面  κ D  E
 6  0.00000E+00 -6.07977E-04  2.25294E-05
 7  0.00000E+00 -7.82394E-04  2.50059E-05
 11  0.00000E+00 -7.40167E-04  -2.50692E-05
 面 F  G
 6 -4.18253E-07  3.40728E-09
 7 -5.20510E-07  4.17755E-09
 11 -5.46704E-07  -5.52918E-08
实例1至4的相应条件的数值示于下面给出的表13中。
表13
条件 实例
1  2  3  4
 LW/fW 7.97  8.10  7.95  7.97
 LT/fT 1.72  1.79  1.77  1.72
 fG1/fW 7.18  5.61  7.86  6.44
 fG4/fW 2.55  2.58  2.72  3.01
 fG3/fW 2.23  2.37  2.21  2.61
 rF/fW 1.02  1.06  1.01  0.74
 rR/fW 0.77  0.79  0.77  0.58
 dsi/Z×LW/fW 24.96  23.21  24.13  22.67
 -(1-rmG2T)mG3TmG4T 1.74  2.29  1.67  1.72
 mG2T/mG2W 2.34  1.73  2.27  2.49
 ΔmG2 0.50  0.34  0.43  0.66
 ΔmG3 0.95  1.63  1.35  0.61
 ΔmG2/ΔmG3 0.52  0.21  0.32  1.09
 M1WM/M1MT 0.29  0.07  0.00  0.29
图2A至图2I是实例1的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图。图4A至图4I是实例2的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图。图6A至图6I是实例3的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图。图8A至图8I是实例4的变焦透镜系统的纵向像差的绘制图。
图2A至图2C、图4A至图4C、图6A至图6C、以及图8A至图8C示出广角端的像差。图2D至图2F、图4D至图4F、图6D至图6F、以及图8D至图8F示出中间位置条件下的像差。图2G至图2I、图4G至图4I、图6G至图6I、以及图8G至图8I示出摄远端的像差。图2A、图2D、图2G、图4A、图4D、图4G、图6A、图6D、图6G、图8A、图8D、以及图8G示出球差。图2B、图2E、图2H、图4B、图4E、图4H、图6B、图6E、图6H、图8B、图8E、以及图8H示出像散。图2C、图2F、图2I、图4C、图4F、图4I、图6C、图6F、图6I、图8C、图8F、以及图8I示出畸变。球差绘制图中，纵轴代表F数(焦距比数)，实线代表对d线的特性，短划线代表对F线的特性，而长划线代表对C线的特性。像散绘制图中，纵轴代表半视角，实线代表弧矢图像平面上的特性，而虚线则代表子午图像平面上的特性。畸变绘制图中，纵轴代表半视角。
图9A至图9F是实例1的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图。图10A至图10F是实例2的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图。图11A至图11F是实例3的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图。图12A至图12F是实例4的变焦透镜系统在摄远端的横向像差的绘制图。
图9A至图9C、图10A至图10C、图11A至图11C、以及图12A至图12C对应于在摄远端未进行图像模糊补偿的基本状况。图9D至图9F、图10D至图10F、图11D至图11F、以及图12D至图12F对应于在摄远端整个第二透镜单元G2在光轴的垂直方向上移动一预定距离的图像模糊补偿状况。对应于基本状况的横向像差绘制图中，图9A、图10A、图11A、以及图12A对应于最高像高的75％处的图像点的横向像差，图9B、图10B、图11B、以及图12B对应于轴上图像点的横向像差，而图9C、图10C、图11C、以及图12C对应于最高像高的-75％处的图像点的横向像差。对应于图像模糊补偿状况的横向像差绘制图中，图9D、图10D、图11D、以及图12D对应于最高像高的75％处的图像点的横向像差，图9E、图10E、图11E、以及图12E对应于轴上图像点的横向像差，而图9F、图10F、图11F、以及图12F对应于最高像高的-75％处的图像点的横向像差。横向像差绘制图中，子午图像平面是一包括第一透镜单元G1光轴和第二透镜单元G2光轴的平面。
图像模糊补偿状况下第三透镜单元G3在光轴的垂直方向上的移动量，实例1中为0.129mm，实例2中为0.105mm，实例3中为0.132mm，而实例4中为0.135mm。变焦透镜系统倾斜0.3°的情况下拍摄距离为∞时的摄远端的图像偏轴量等于当整个第三透镜单元G3在光轴的垂直方向上平行移动上述移动量时的图像偏轴量。
由横向像差绘制图可知，轴上图像点其横向像差的对称性很好。而且，比较基本状况下+75％处的图像点和-75％处的图像点的横向像差，由于两者的曲率程度较低，而且两者像差曲线的倾斜度大体上相同，偏轴彗差和偏轴像散较小。这意味着，即便是图像模糊补偿状况下也能得到足够的成像性能。当变焦透镜系统的图像模糊补偿角相同时，透镜系统的总焦距越短，图像模糊补偿所需的平行移动量越小。因此，在任何变焦位置下，对于达0.3°的图像模糊补偿角，可以在成像特性无任何变差的情况下得到足够的图像模糊补偿。
工业实用性
本发明的变焦透镜系统可应用于诸如数字照相机、数字摄像机、移动电话、PDA(个人数字助理)、监视系统中的监视拍摄设备、网络拍摄设备、以及车置拍摄设备的数字输入装置，尤其适合用于需要高图像质量的拍摄光学系统，诸如数字照相机和数字摄像机。

Claims (19)

1.一种变焦透镜系统，对物体形成具有可变放大倍数的光学图像，其特征在于，从物方侧至像方侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜单元；
具有负光焦度的第二透镜单元；
具有正光焦度的第三透镜单元；以及
具有正光焦度的第四透镜单元，其中
各透镜单元分别沿光轴移动从而通过改变各透镜单元中至少任何两个之间的距离来进行放大倍数的改变，
在放大倍数从广角端变化至摄远端的过程中，第三透镜单元移动至物方侧，而第一和第二透镜单元以凸形轨迹移向至像方侧，
所述第三透镜单元包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件，
而且满足下面的条件：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是在广角端的总光程，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
LT是在摄远端的总光程，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
2.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
1.7＜LT/fT＜2.1…(2)′
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LT是在摄远端的总光程，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
3.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率表面朝向物方侧的正透镜元件；正透镜元件；以及相对于像方侧呈凹形的负透镜元件。
4.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元从物方侧至像方侧依次包括：其高曲率表面朝向物方侧的正透镜元件；以及相对于像方侧呈凹形的负透镜元件。
5.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
5.0＜fG1/fW＜8.0…(3)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG1是第一透镜单元的焦距，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
6.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
2.0＜fG4/fW＜3.5…(4)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG4是第四透镜单元的焦距，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
7.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
2.0＜fG3/fW＜3.0…(5)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
fG3是第三透镜单元的焦距，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
8.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
0.7＜rF/fW＜1.3…(6)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
rF是第三透镜单元最靠近物方侧透镜元件的物方侧表面的曲率半径，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
9.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
0.5＜rR/fW＜1.0…(7)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
rR是第三透镜单元最靠近像方侧透镜元件的像方侧表面的曲率半径，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
10.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
20＜dsi/Z×LW/fW＜30…(8)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
当第i(i为整数)透镜单元的厚度为di时，
dsi是各透镜单元厚度的总和，
Z是当拍摄距离为∞时的在广角端和在摄远端的放大倍数变动比，
LW是在广角端的总光程，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
11.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，第三透镜单元最靠近物方侧正透镜元件的像方侧表面是平面或者凹面。
12.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，变焦透镜系统振动所造成的图像模糊可通过在与光轴垂直的方向上移动第三透镜单元来补偿，而且满足以下条件：
1.1＜-(1-mG2T)mG3T mG4T＜2.5…(9)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
mG2T是当拍摄距离为∞时在摄远端第二透镜单元的放大倍数，
mG3T是当拍摄距离为∞时在摄远端第三透镜单元的放大倍数，
mG4T是当拍摄距离为∞时在摄远端第四透镜单元的放大倍数，
fw是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
13.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
1.5＜mG2T/mG2W＜3.0…(10)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
mG2T是当拍摄距离为∞时在摄远端第二透镜单元的放大倍数，
mG2W是当拍摄距离为∞时在广角端第二透镜单元的放大倍数，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
14.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
0.3＜ΔmG2＜0.7…(11)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG2是当拍摄距离为∞时从广角端至摄远端第二透镜单元的放大倍数变化量的绝对值，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
15.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
0.5＜ΔmG3＜1.8…(12)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG3是当拍摄距离为∞时从广角端至摄远端第三透镜单元的放大倍数变化量的绝对值，
fW是广角端整个透镜系统的焦距，
fT是摄远端整个透镜系统的焦距。
16.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
0.2＜ΔmG2/ΔmG3＜1.2…(13)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
ΔmG2是当拍摄距离为∞时从广角端至摄远端第二透镜单元的放大倍数变化量的绝对值，
ΔmG3是当拍摄距离为∞时从广角端至摄远端第三透镜单元的放大倍数变化量的绝对值，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
17.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足以下条件：
0＜M1WM/M1MT＜0.32…(14)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
M1WM是当拍摄距离为∞时从广角端至中间焦距条件第一透镜单元的移动量，
M1MT是当拍摄距离为∞时从中间焦距条件至摄远端第一透镜单元的移动量，中间焦距条件为 f M = ( fW * fT ) ,
fM由中间焦距条件下整个变焦透镜系统的焦距定义，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
18.一种成像装置，能够将拍摄对象的光学图像转换为电图像信号再输出该信号，其特征在于，包括：
以可变放大倍数形成该拍摄对象的光学图像的变焦透镜系统；以及
将变焦透镜系统所形成的拍摄对象的光学图像转换为电信号的图像传感器，
其中，该变焦透镜系统从物方侧至像方侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜单元；
具有负光焦度的第二透镜单元；
具有正光焦度的第三透镜单元；以及
具有正光焦度的第四透镜单元，
各透镜单元分别沿光轴移动从而通过改变各透镜单元中至少任何两个之间的距离来进行放大倍数的改变，
在放大倍数从广角端变化至摄远端的过程中，第三透镜单元移动至物方侧，而第一和第二透镜单元以凸形轨迹移动至像方侧，
第三透镜单元包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件，
而且满足以下条件：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是在广角端的总光程，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
LT是在摄远端的总光程，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
19.一种拍摄设备，能够对拍摄对象进行拍摄再作为图像电信号输出，其特征在于，包括：
成像装置，其中包括：
以可变放大倍数形成该拍摄对象的光学图像的变焦透镜系统；以及
将变焦透镜系统所形成的拍摄对象的光学图像转换为电信号的图像传感器，
其中，该变焦透镜系统从物方侧至像方侧依次包括：
具有正光焦度的第一透镜单元；
具有负光焦度的第二透镜单元；
具有正光焦度的第三透镜单元；以及
具有正光焦度的第四透镜单元，
各透镜单元分别沿光轴移动从而通过改变各透镜单元中至少任何两个之间的距离来进行放大倍数的改变，
在放大倍数从广角端变化至摄远端的过程中，第三透镜单元移动至物方侧，而第一和第二透镜单元以凸形轨迹移动至像方侧，
第三透镜单元包括至少两个透镜元件，其中包括为设置于最靠近物方侧位置的正透镜元件、而且其高曲率表面朝向物方侧的第三透镜单元物方侧透镜元件，以及为设置于最靠近像方侧位置的负透镜元件、并相对于像方侧呈凹形的第三透镜单元像方侧透镜元件，
而且满足以下条件：
7.0＜LW/fW＜9.0…(1)
1.5＜LT/fT＜2.1…(2)
(这里，Z＝fT/fW＞5.0)
其中，
LW是在广角端的总光程，
fW是在广角端整个透镜系统的焦距，
LT是在摄远端的总光程，
fT是在摄远端整个透镜系统的焦距。
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