CN101124504A - 变焦透镜系统，成像设备和拍摄设备 - Google Patents

变焦透镜系统，成像设备和拍摄设备 Download PDF

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CN101124504A CNA2006800053731A CN200680005373A CN101124504A CN 101124504 A CN101124504 A CN 101124504A CN A2006800053731 A CNA2006800053731 A CN A2006800053731A CN 200680005373 A CN200680005373 A CN 200680005373A CN 101124504 A CN101124504 A CN 101124504A
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Abstract

本发明的目的是提供可同时实现高图像质量、大孔径和小尺寸，并可以对使用手动模糊、颤动或类似原因所引起的图像模糊进行光学补偿的变焦透镜系统；并且提供成像设备和拍摄设备。本发明涉及变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括具有正光倍率的第一透镜单元、具有负光倍率的第二透镜单元、具有正光倍率的第三透镜单元和具有正光倍率的第四透镜单元，其中通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元实现可变放大倍率，聚焦通过在光轴方向上移动第四透镜单元实现，图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行补偿，并且至少条件(1)：0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10－2，条件(2)：0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15(这里，Z＝fT/fW＞8.0)其中之一被满足；并且涉及成像设备和拍摄设备。

Description

变焦透镜系统，成像设备和拍摄设备
技术领域
本发明涉及具有对由手动模糊、颤动或类似原因引起的图像模糊进行光学补偿的模糊补偿功能的变焦透镜系统，以及涉及使用该变焦透镜系统的成像设备和拍摄设备。
背景技术
在先前的技术中，诸如数码摄像机和数码相机等图像拍摄设备在图像拍摄时存在图像模糊的问题。因此阻止该问题发生的功能不可缺少。
例如，2001-66500号日本专利公开公报中所描述的图像拍摄设备包括变焦透镜系统，其中通过在沿光轴的方向上移动第一透镜单元、第二透镜单元和第四透镜单元实现可变放大倍率，而手动模糊所引起的图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行补偿。
此外，2003-295059号日本专利公开公报中所描述的图像拍摄设备包括变焦透镜系统，其中通过在沿光轴的方向上移动第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元实现可变放大倍率，而手动模糊所引起的图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行补偿。
[专利文件1].2001-66500号日本专利公开公报
[专利文件2]2003-295059日本专利公开公报
发明内容
要解决的技术问题
在.2001-66500号日本专利公开公报中所描述的图像拍摄设备中，图像模糊在一定程度上可被补偿。近年来图像质量高、孔径大和尺寸小的需求不能被同时实现。此外，该图像拍摄设备所使用的变焦透镜系统具有仅为8或类似的可变放大倍率，而这是不够的。
此外，同样在2003-295059号日本专利公开公报中所描述的图像拍摄设备中，图像模糊在一定程度上可被补偿。然而，由于可变放大倍率通过在光轴方向上移动所有透镜单元实现，因此总光学长度产生了很大变化。此外，由于变焦透镜系统结构中使用大量透镜，因此其尺寸很难减小。
本发明目的是为了解决所述在先技术中的问题，其目的在于提供：变焦透镜系统，可以同时实现高图像质量、大孔径和小尺寸，且可以对手动模糊、颤动或类似原因所引起的模糊进行光学补偿；以及使用该变焦透镜系统的成像设备和拍摄设备。
解决方案
上述目标之一可通过下面描述的变焦透镜系统实现。即，本发明涉及变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正光倍率的第一透镜单元；
具有负光倍率的第二透镜单元；
具有正光倍率的第三透镜单元；
具有正光倍率的第四透镜单元，其中
可变放大倍率通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元达到；
聚焦通过在光轴方向上移动第四透镜单元达到；
图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行补偿；并且
至少下列条件(1)和(2)之一被满足：
0＜(|ΔL|·f w)/(fT·IM)＜10×10-2    (1)
0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15    (2)
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度的变化，
ΔL3是从像面到在广角端上第三透镜单元的最远物侧表面的间隔和从像面到在摄远端上第三透镜单元的最远物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fw是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
此外，上述目标之一可通过下面描述的成像设备达到。即，本发明涉及能够将拍摄对象的光学图像转换至电子图像信号，然后输出该信号的成像设备，该成像设备包括：
形成具有可变放大倍率的拍摄对象的光学图像的的变焦透镜系统；以及
将变焦透镜系形成的光学图像转换至电子图像信号的图像传感器，其中
该变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正光倍率的第一透镜单元；
具有负光倍率的第二透镜单元；
具有正光倍率的第三透镜单元；
具有正光倍率的第四透镜单元，其中
可变放大倍率通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元达到；
聚焦通过在光轴方向上移动第四透镜单元达到；
图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行补偿；并且
至少下列条件(1)和(2)之一被满足：
0＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜10×10-2     (1)
0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15    (2)
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度变化的总和，
ΔL3是从像面到第三透镜单元在广角端的最远物侧表面的间隔和从像面到第三透镜单元在摄远端上的最远物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fw是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
此外，上述目标之一可通过下面将描述的拍摄设备达到。即，本发明涉及能够拍摄拍摄对象并将其图像输出为电子图像信号的拍摄设备，该拍摄设备包括：
成像设备，形成具有可变放大倍率的拍摄对象的光学图像的变焦透镜系统，和将由变焦透镜系形成的光学图像转换至电子图像信号的图像传感器，其中
该变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正光倍率的第一透镜单元；
具有负光倍率的第二透镜单元；
具有正光倍率的第三透镜单元；
具有正光倍率的第四透镜单元，其中
可变放大倍率通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元达到；
聚焦通过在光轴方向上移动第四透镜单元达到；
图像模糊通过在垂直于光轴方向上移动第三透镜单元进行补偿；并且
至少下列条件(1)和(2)之一被满足：
0＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜10×10-2    (1)
0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15   (2)
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度变化的总和，
ΔL3是从像面到第三透镜单元在广角端上的最远物侧表面的间隔和从像面到第三透镜单元在摄远端上的最远物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fw是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
发明效果
根据本发明，变焦透镜系统被提供，可同时实现高图像质量、大孔径和小尺寸，以及使用手动模糊、颤动或类似原因所引起的图像光学补偿模糊的模糊补偿功能。
此外，根据本发明，当上述变焦透镜系统被使用时，体积小和高性能的成像设备和拍摄设备可被提供，其中图像模糊在光学上可被补偿。
附图说明
图1是显示根据本发明实施例1至5的变焦透镜系统的基本结构的示意图；
图2是显示根据本发明实施例1至4的变焦透镜系统的结构示意图；
图3是显示在变焦透镜系统实例1的广角端的纵向像差图；
图4是显示在变焦透镜系统实例1的中间位置的纵向像差图；
图5是显示在变焦透镜系统实例1的摄远端的纵向像差图；
图6是显示在变焦透镜系统实例1的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图7是显示在变焦透镜系统实例2的广角端的纵向像差图；
图8是显示在变焦透镜系统实例2的中间位置的纵向像差图；
图9是显示在变焦透镜系统实例2的摄远端的纵向像差图；
图10是显示在变焦透镜系统实例2的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图11是显示在变焦透镜系统实例3的广角端的纵向像差图；
图12是显示在变焦透镜系统实例3的中间位置的纵向像差图；
图13是显示在变焦透镜系统实例3的摄远端的纵向像差图；
图14是显示在变焦透镜系统实例3的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图15是显示在变焦透镜系统实例4的广角端的纵向像差图；
图16是显示在变焦透镜系统实例4的中间位置的纵向像差图；
图17是显示在变焦透镜系统实例4的摄远端的纵向像差图；
图18是显示在变焦透镜系统实例4的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图19是显示根据本发明实施例5的变焦透镜系统的结构示意图；
图20是显示显示在变焦透镜系统实例5的广角端的纵向像差图；
图21是显示在变焦透镜系统实例5的中间位置的纵向像差图；
图22是显示在变焦透镜系统实例5的摄远端的纵向像差图；
图23是显示在变焦透镜系统实例5的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图24是显示根据本发明实施例6至7的变焦透镜系统的基本结构的示意图；
图25是显示根据本发明实施例6至7的变焦透镜系统的结构示意图；
图26是显示在变焦透镜系统实例6的广角端的纵向像差图；
图27是显示在变焦透镜系统实例6的中间位置的纵向像差图；
图28是显示在变焦透镜系统实例6的摄远端的纵向像差图；
图29是显示在变焦透镜系统实例6的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图30是显示在变焦透镜系统实例7的广角端的纵向像差图；
图31是显示在变焦透镜系统实例7的中间位置的纵向像差图；
图32是显示在变焦透镜系统实例7的摄远端的纵向像差图；
图33是显示在变焦透镜系统实例7的摄远端进行模糊补偿时的横向像差图；
图34是显示根据本发明实施例8的数码摄像机的结构示意图；
图35是显示根据本发明实施例9的数码相机的结构示意图。
参考标号描述
341    变焦透镜
342    低通滤波器
343    图像传感器
344   信号处理电路
345   取景器
346   驱动单元
347   检测器
351   收缩型透镜圆筒
353   光学取景器
354   快门
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
L10    第十透镜元件
L11    第十一透镜元件
L12    第十二透镜元件
L13    第十三透镜元件
A      光圈
P      平面平行板
S      像面
具体实施方式
(实施例1至5)
图1为关于实施例1至5的表示变焦透镜系统的基本结构的示意图。如图1所示，变焦透镜系统为四单元结构的变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元。在变焦透镜系统中，可变放大倍率(变焦)通过在光轴方向上移动的第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元达到，其中聚焦通过进一步在光轴方向上移动第四透镜单元达到。此外，手动模糊、颤动或类似原因所引起的图像模糊通过在垂直于光轴的方向移动第三透镜单元进行光学补偿。
首先，将在下面对实施例1至4进行详细描述。
关于实施例1至4的变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括具有正光倍率的第一透镜单元、具有负光倍率的第二透镜单元、光圈、具有正光倍率的第三透镜单元和具有正光倍率的第四透镜单元。
在关于实施例1至4的变焦透镜系统中，可变放大倍率通过在光轴方向上移动所有透镜单元达到，其中聚焦通过进一步在光轴方向上移动第四透镜单元达到，而图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行光学补偿。
特别地，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，第一透镜单元移动到物侧。在第一透镜单元移动到物侧的结构中，入瞳位于在视角很大的广角范围内的物侧。这样，通过第一透镜单元的光束高度可被降低。因此，可以进一步减小畸变，像散和放大倍率色差。
此外，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，第三透镜单元位于广角端上的最靠近像侧的位置。在本实施例1至4中，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，具有负光倍率的第二透镜单元和具有正光倍率的第三透镜单元之间的间隔变小。这样，为了减小变焦透镜系统尺寸且仍然确保高可变放大比率，  第三透镜单元更适合于被安排在广角端上的最靠近像侧的位置，并在放大倍率变化时被拉向物侧。
如上所述，根据实施例1至4的变焦透镜系统具有通过在光轴方向上移动所有透镜单元实现可变放大倍率的结构。然而，本发明并不局限于该种结构。该结构可以是通过在光轴方向上至少移动三个透镜单元实现可变放大倍率的结构。
此外，根据本实施例1至4的变焦透镜系统具有从广角端到摄远端的放大倍率变化的结构，当第三透镜单元位于广角端的最靠近像侧的位置时，第一透镜单元移动到物侧。然而，本发明并不局限于该结构。
图2是根据本实施例1至4的变焦透镜系统的结构示意图。如图2所示，第一透镜单元G1包括透镜元件L1至L3。第二透镜单元G2包括透镜元件L4至L7。第三透镜单元G3包括透镜元件L8至L10。第四透镜单元G4包括透镜元件L11。
在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，光圈A被安排在第二透镜单元G2的透镜元件L7和第二透镜单元G3的透镜元件L8之间。绘制在图2最右边的直线指示像面S的位置。在其物侧设置有与光学低通滤波器、红外截止滤光片、或如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补型金属氧化半导体)等图像传感器的面板的平面平行板P。
在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的负弯月形第一透镜元件L1；具有面向物侧的凸表面的双凸第二透镜元件L2(实施例1至2)或平-凸第二透镜元件L2(实施例3至4)；以及具有面向物侧凸表面的正弯月形第三透镜元件L3。其中，第一透镜元件L1和第二透镜元件L2互相接合。
在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的负弯月形第四透镜元件L4；双凸的第五透镜元件L5；双凸的第六透镜元件L6；以及双凸的第七透镜元件L7。其中，第六透镜元件L6和第七透镜元件L7互相接合。此外，第七透镜元件L7的像侧表面r12为非球面。
在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的正弯月形第八透镜元件L8；双凸的第九透镜元件L9；双凸的第十透镜元件L10。其中，第九透镜元件L9和第十透镜元件L10互相接合。此外，第九透镜元件L9的像侧表面r16为非球面。
此外，在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4仅包括双凸的第十一透镜元件L11。并且，第十一透镜元件L11的像侧r19为非球面。
在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3，从物侧到像侧依次包括正透镜元件和由正透镜元和负透镜元件组成的接合透镜单元。从物侧到像侧依次包括正透镜元件、正透镜元件和负透镜元件的第三透镜单元G3结构比负透镜元件被安排在关于正透镜元件的物侧的结构更适合，因为透镜半径可以被减小。这里，正透镜元件和负透镜元件不需要互相接合。此外，第三透镜单元G3，从物侧到像侧可以依次包括正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。
此外，在根据本实施例1至4的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4包括唯一的正透镜元件。然而，本发明并不局限于该结构。
接下来，在下面对实施例5进行详细描述。
在根据本实施例5的变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括具有正光倍率的第一透镜单元、具有负光倍率的第二透镜单元、光圈、具有正光倍率的第三透镜单元和具有正光倍率的第四透镜单元。
在关于实施例5的变焦透镜系统中，可变放大倍率通过在光轴方向上移动所有透镜单元达到，其中聚焦通过进一步在光轴方向上移动第四透镜单元达到，而图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行光学补偿。
特别地，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，第一透镜单元移动到物侧。在第一透镜单元移动到物侧的结构中，入瞳位于在视角很大的广角范围内的物侧。这样，通过第一透镜单元的光束高度可被降低。因此，可以进一步降低畸变，像散和放大倍率色差。
此外，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，第三透镜单元位于广角端上的最靠近像侧的位置。在本实施例5中，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，具有负光倍率的第二透镜单元和具有正光倍率的第三透镜单元之间的间隔变小。这样，为了使变焦透镜系统尺寸减小并且仍然确保高可变放大比率，第三透镜单元更适合于安排在广角端的最靠近像侧的位置，且在放大倍率变化时被拉至物侧。
如上所述，关于实施例5的变焦透镜系统具有通过在光轴方向上移动所有透镜单元实现可变放大倍率的结构。然而，本发明并不局限于该种结构。该结构可以是通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元实现可变放大倍率的结构。
此外，根据本实施例5的变焦透镜系统具有从广角端到摄远端放大倍率发生变化的结构，当第三透镜单元位于在广角端上的最靠近像侧的位置时，第一透镜单元移动到物侧。然而，本发明并不局限于该结构。
图19是根据本实施例5的变焦透镜系统的结构示意图。如图19所示，第一透镜单元G1包括透镜元件L1至L3。第二透镜单元G2包括透镜元件L4至L7。第三透镜单元G3包括透镜元件L8至L10。第四透镜单元G4包括透镜元件L11。
在根据本实施例5的变焦透镜系统中，光圈A被安排在第二透镜单元G2的透镜元件L7和第二透镜单元G3的透镜元件L8之间。此外，绘制在图2最右边的直线显示了像面S的位置。在起物侧，设置与本实施例1至4相似的平面平行板P。
在根据本实施例5的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的负弯月形第一透镜元件L1；双凸第二透镜元件L2；以及具有面向物侧的凸表面的正弯月形第三透镜元件L3。其中，第一透镜元件L1和第二透镜元件L2互相接合。
此外，在根据本实施例5的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的负弯月形第四透镜元件L4；双凸的第五透镜元件L5；具有面向物侧的凸表面的平-凸第六透镜元件L6和具有面向物侧的凸表面的平-凸第七透镜元件L7。其中，第六透镜元件L6和第七透镜元件L7互相接合。此外，第七透镜元件L7的图像侧表面r12为非球面。
此外，在根据本实施例5的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的正弯月形第八透镜元件L8；双凸的第九透镜元件L9；双凸的第十透镜元件L10。其中，第九透镜元件L9的物侧表面r16为非球面。
此外，在根据本实施例5的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4仅包括具有面向物侧的凸表面的正弯月形第十一透镜元件L11。第十一透镜元件L11的物侧表面r20为非球面。
在根据本实施例5的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3，从物侧到像侧依次包括正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。该结构更适合于来自第三透镜单元G3的最靠近像侧表面的反射光在像面上不是入射光的情况，因此可以抑制重影和杂像散的发生。然而，本发明并不局限于该结构。
此外，在根据本实施例5的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4包括唯一的正透镜元件。然而，本发明并不局限于该结构。
(实施例6至7)
图24是显示根据本发明实施例6至7的变焦透镜系统的基本结构的示意图。如图24所示，变焦透镜系统是四单元结构的变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括具有正光倍率的第一透镜单元、具有负光倍率的第二透镜单元、具有正光倍率的第三透镜单元和具有正光倍率的第四透镜单元。在变焦透镜系统中，可变放大倍率(变焦)通过在光轴方向上移动第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元达到，其中聚焦通过进一步在光轴方向上移动第四透镜单元达到。此外，手动模糊、颤动或类似原因所引起的图像模糊通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行光学补偿。
特别地，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，第一透镜单元位于广角端的最靠近像侧的位置上。在本实施例6至7中，在从广角端到摄远端的放大倍率变化中，具有负光倍率的第二透镜单元和具有正光倍率的第三透镜单元之间的间隔变小。这样，为了使变焦透镜系统尺寸减小且仍然确保高可变放大比率，  第三透镜单元更适合于安排在广角端的最靠近像侧的位置上，且在放大倍率变化时下被拉至物侧。
同样，本实施例6至7中的变焦透镜系统具有从广角端到摄远端的放大倍率变化的结构，第三透镜单元位于广角端上的最靠近像侧的位置上。然而，本发明并不局限于该结构。
图25是显示根据本发明实施例6至7的变焦透镜系统的结构示意图。如图25所示，第一透镜单元G1包括透镜元件L1至L3。第二透镜单元G2包括透镜元件L4至L7。第三透镜单元G3包括透镜元件L8至L1第四透镜单元G4包括透镜元件L11至L13。
在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，光圈A被安排在第二透镜单元G2的透镜元件L7和第二透镜单元G3的透镜元件L8之间。此外，绘制在图2最右边的直线显示了像面S的位置。在其物侧提供与实施例1至5相似的平面平行板P。
在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，第一透镜单元G1，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的负弯月形第一透镜元件L1；双凸的第二透镜元件L2；以及具有面向物侧的凸表面的正弯月形第三透镜元件L3。其中，第一透镜元件L1和第二透镜元件L2互相接合。
此外，在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，第二透镜单元G2，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的负弯月形第四透镜元件L4；具有面向物侧的凸表面的负弯月形第五透镜元件L5(实施例6)或平-凸的第五透镜元件L5(实施例7)；双凸的第六透镜元件L6；以及双凸的第七透镜元件L7。其中，第六透镜元件L6和第七透镜元件L7互相接合。此外，第七透镜元件L7的像侧表面r12为非球面。
在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3，从物侧到像侧依次包括具有面向物侧的凸表面的正弯月形第八透镜元件L8；双凸的第九透镜元件L9；双凸的第十透镜元件L10。其中，第九透镜元件L9的物侧表面r16为非球面。此外，第九透镜元件L9的物侧表面r16为非球面。
此外，在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4从物侧到像侧依次包括双凸的第十一透镜元件L11；双凸的第十二透镜元件L12；以及双凸的第十三透镜元件L13。此外，第十三透镜元件L13的图像侧表面r22为非球面。
在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，第三透镜单元G3，从物侧到像侧依次包括正透镜元件和由正透镜元和负透镜元组成的接合透镜单元。从物侧到像侧依次包括正透镜元件、正透镜元件和负透镜元件的第三透镜单元G3结构比负透镜元件被安排在正透镜元件的物侧的结构更适合，因为透镜半径可以被减小。这里，正透镜元件和负透镜元件不需要互相接合。此外，第三透镜单元G3，从物侧到像侧可能依次包括正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。
此外，在根据本实施例6至7的变焦透镜系统中，第四透镜单元G4由接合透镜单元组成，从物侧到像侧依次包括正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。然而，本发明并不局限于该结构。
在下文中，以下所描述的条件通过变焦透镜系统得到更适合的满足，如根据本实施例1至7的变焦透镜系统，即，从物侧到像侧依次包括具有正光倍率的第一透镜单元、具有负光倍率的第二透镜单元、具有正光倍率的第三透镜单元和具有正光倍率的第四透镜单元，其中可变放大倍率通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元达到，聚焦通过进一步在光轴方向上移动光轴第四透镜单元达到，而图像模糊通过在垂直于光轴方向上移动第三透镜单元进行光学补偿。这里，提出根据每个实施例的变焦透镜系统更适合使用的多个不同条件。虽然希望能够获得满足所有条件变焦透镜系统的结构，但是当单个条件被满足时，仍然可以获得提供相应作用的变焦透镜系统。
例如，如根据本实施例1至7中变焦透镜系统的变焦透镜系统至少满足下列条件(1)和(2)之一：
0＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜10×10-2    (1)
0.005＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.15   (2)
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度变化的总和，
ΔL3是从像面到第三透镜单元在广角端上的最靠近物侧表面的间隔和从像面到第三透镜单元在摄远端上的最靠近物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fw是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
条件(1)是关于第一透镜单元的移动和性能的条件。当数值低于条件(1)的下限时，通过第一透镜单元达到的放大倍率的变化非常小。这样，为了使变焦透镜系统尺寸减小，第二透镜单元的光倍率需要增加。这会引起诸如场区等的像差。相反，当数值高于条件(1)的上限时，通过第一透镜单元的光束高度的变化变大。这会特别导致与可变放大倍率中变化相关联的像散发生极大变化。当条件(1)被满足时，可以在像差波动被抑制的状态下使变焦透镜系统的尺寸减小。
这里，在本发明描述中所定义的图像尺寸IM通过下列公式进行计算。
| M＝2fw×tan ω
其中，
fw是整个系统在广角端上的焦距，且
ω是入射半视角。
此外，当至少下列公式(1)’和(1)”之一被满足时，上述作用可达到更成功。
2.0×10-2＜(|ΔL|·fw)/(fT·IM)    (1)’
(|ΔL|·fw)/(fT·IM)＜9.5×10-2    (1)”
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
条件(2)是关于第三透镜单元移动、尺寸和性能的条件。当数值低于条件(2)的下限时，轴向光束的立体角变大。这样，尽管F数可以被减小，但第一透镜单元和光圈之间的距离变长。这会引起入瞳距离的增加。这样，通过第一透镜单元的光束高度变高。这阻止了变焦透镜系统的尺寸减小，并进一步增大了像散和畸变。相反，当数值高于条件(2)的上限时，通过第三透镜单元的光束高度变低。虽然有利于减小变焦透镜系统尺寸，但是单轴向光束的立体角变小，因此产生的衍射降低图像的质量。此外，为了使孔径放大，第三透镜单元的有效直径需要被增大。这会引起球差和透镜重量的增加，从而增加模糊补偿时的制动器负载。当条件(2)被满足时，在变焦透镜系统中达到尺寸减小被满足的状态下，F数能被调节至4或类似数值。因此，由衍射所引起的图像衰变可被避免。
这里，例如，当F数为5.6，到C线的理想透镜的MTF(调制传递函数：分辨率程度)在220行/毫米的情况下变得小于10％。然而，当F数为4.0时，到C线的理想透镜的MTF在到达300行/毫米的情况下变成10％或更大。
此外，当至少下列公式(2)’和(2)”之一被满足时，上述作用可达到更成功。
0.008＜(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)    (2)’
(|ΔL3|·fw)/(fT·IM)＜0.12     (2)”
(这里，Z＝f T/fw＞8.0)
此外，例如，在类似根据本实施例1至7中变焦透镜系统的变焦透镜系统中，下列条件(3)得到更适合的满足。
-1.0＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM＜3.5×10-3    (3)
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
其中，
φ1是第一透镜单元的光倍率，
φ2是第二透镜单元的光倍率，
φ3是第三透镜单元的光倍率，
φ4是第四透镜单元的光倍率，且
IM是图像尺寸。
条件(3)是关于具有正光倍率的三个透镜单元和具有负光倍率的透镜单元的光倍率总和的条件。当数值变负时，第二透镜单元的光倍率变大。当数值低于条件(3)的下限时，第二透镜单元的负光倍率变得非常大。这会引起当图像高度增加时，像面从远离物镜点的方向倾斜的情况。相反，当数值高于条件(3)的上限时，正光倍率变大。这会引起像面从接近物镜点的方向倾斜的情况。当条件(3)被满足时，场区能被更好地拟制。这样，分辨率峰值可从中心到外围部分进行调准。并且，特别地，第二透镜单元中产生的图像外围的像散和在广角端侧的畸变可被充分拟制。
此外，当至少下列公式(3)’，(3)”和(3)之一被满足时，上述作用可达到更成功。
-1.0×10-4＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM    (3)’
0＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM             (3)”
(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM＜3.3×10-3    (3)
(这里，Z＝fT/fw＞8.0)
这里，由根据本实施例1至7的变焦透镜系统构成的透镜单元由除了通过折射来偏转入射光的折射型透镜元件(即，在每个具有不同折射率的媒介之间的界面上实现偏转的透镜元件)之外的元件组成。然而，本发明并不只局限于该种结构的变焦透镜系统。例如，透镜单元可使用通过衍射来偏转入射光的衍射型透镜元件；通过反射和折射的结合来偏转入射光的折射-反射混合式透镜元件；或者通过媒介中分布的不同折射率偏转入射光的梯度指数型透镜元件。
此外，在根据本实施例1至7的变焦透镜系统中，反射表面可被安排在光学路径中，以使得光学路径在变焦透镜系统之前或之后或者中间可以被弯曲。弯曲位置根据需要可以任意设置。当光学路径适当地弯曲时，在拍摄设备中可以减小表面的厚度。
如上所述，根据本发明，可以获得变焦透镜系统，其可同时实现高图像质量、大孔径和小尺寸，并且具有对使用手动模糊、颤动或类似原因所引起的图像模糊进行光学模糊补偿的模糊补偿功能。
(实施例8)
图34是根据本实施例8的数码摄像机的结构示意图，其提供了使用本发明变焦透镜系统的成像设备。
如图34所示，根据实施例8的数码摄像机使用了成像设备，其包括：具有变焦透镜341和安排在变焦透镜341像侧的低通滤波器342，并形成拍摄对象的光学图像的可变放大倍率的变焦透镜系统；以及可将拍摄对象的光学图像转换至电子图像信号的图像传感器343。此外，取景器345通过信号处理电路344被连接于图像传感器343。这里，关于实施例1的变焦透镜系统被作为变焦透镜系统使用。这样，具有高性能模糊补偿功能的数码摄像机得到实现。此外，用于检测模糊的检测器347，经由用于在垂直于光轴方向上移动第三透镜单元的驱动单元346，被连接到变焦透镜341的第三透镜单元上。
这里，在实施例8中，根据本发明实施例1的变焦透镜系统被作为变焦透镜系统使用。然而，为了替代该变焦透镜系统，例如，根据本发明实施例2至7的变焦透镜系统可被使用。即使当显示根据本发明实施例2至7的变焦透镜系统被同样使用时，具有高性能模糊补偿功能的数码摄像机仍可得到实现。
(实施例9)
图35是显示根据本发明实施例9的数码相机的结构示意图，其提供了使用本发明变焦透镜系统的成像设备。
如图35所示，根据实施例9的数码相机采用：其包括形成拍摄对象的光学图像的可变放大倍率的变焦透镜系统351，并且由收缩型透镜圆筒352和将变焦透镜系统351形成的拍摄对象的光学图像转换至电子图像信号的图像传感器(没有显示)所支撑的成像设备；光学取景器353；以及遮光器354。这里，根据本实施例1的变焦透镜系统被作为变焦透镜系统使用。这样，具有高性能模糊补偿功能的数码相机得到实现。
这里，在实施例9中，显示根据本发明实施例1的变焦透镜系统被作为变焦透镜系统使用。然而，为了替代该变焦透镜系统，例如，显示根据本发明实施例2至7的变焦透镜系统可被使用。即使当显示根据本发明实施例2至7的变焦透镜系统被同样使用时，具有高性能模糊补偿功能的数码相机可得到实现。
此外，除了根据实施例8的数码摄像机和根据实施例9的数码相机的应用之外，成像设备还包括根据实施例1至7的变焦透镜系统和应用在诸如移动电话、PDA(个人数码助理)、检视系统中的检视相机、网络拍摄设备、车辆装配拍摄设备等等中的CCS或CMOS等图像传感器。
数值实例1至7将在下面描述以作为根据实施例1至7的变焦透镜系统的具体实现。
这里，在每个数值实例中，在透镜数据表格中，长度的单位均为“毫米”。符号r表示透镜元件表面的曲率半径。符号d表示透镜元件的厚度或透镜元件之间的空气间隙。符号nd表示透镜元件到d线的折射率。符号vd表示透镜元件到d线的阿贝数。
此外，在每个数值实例中，在非球面表面数据表格中的“D+00”等数值表示“×10+00”等数值。非球面表面的垂度“SAG”表示在非球面表面上相对于光轴的预定高度上的一点与非球面表面顶端的距离(垂度)，且由下述公式定义得到。
SAG = h 2 / R 1 + 1 - ( 1 + K ) ( h / R ) 2 + D · h 4 + E · h 6 + F · h 8 + G · h 10 + H · h 12 + I · h 14 + J · h 16
其中，
h是相对于光轴的高度，
r是非球面表面顶端的曲率半径，
K是圆锥常数，且
D，E，F，G，H，I和J分别为四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶和十六阶的非球面系数。
在每个数值实例中，可变空气间隙数据表示结合坐落在透镜元件顶端无限远位置的物镜点情况下的镜头推近或拉远而改变的空气间隙(毫米)。在可变空气间隙数据表格中，中间位置表示第二透镜单元的放大倍率变成数值-1的位置。这里，显示可变空气间隙数据的表格同时列出了焦距f(毫米)、在变焦透镜系统的广角端上的F数F/No和入射视角2ω、中间位置和摄远端。
(实例1)
实例1中的变焦透镜系统对应于图2所示的实施例1。表格1显示了实例1中的变焦透镜系统的透镜数据。表格2显示了非球面数据。表格3显示了可变空气间隙数据。
表格1
透镜单元   透镜元件 表面 r d nd vd
  G1   L1L2L3   12345   61.58831.619-205.10426.40369.102   1.206.240.123.76可变   1.846661.487491.77250   23.870.449.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   59.0097.331-40.58834.19922.512-38.05245.000   0.674.560.670.242.661.19可变   1.835001.696801.846661.51450   42.755.523.863.1
  光圈   13   ∞   1.70
  G3   L8L9L10   1415161718   11.500108.19711.405-123.4069.939   1.804.561.900.70可变   1.696801.665471.84666   55.555.223.8
  G4   L11   1920   15.266-73.414   2.25Variable   1.60602   57.5
  P   2122   ∞∞   2.70   1.51633   64.0
表格2
  表面   12   16   19
  K   0.00000D+00   -2.55218D+00   0.00000D+00
  D   -1.20154D-04   3.67894D-05   -3.16284D-05
  E   1.70629D-06   -2.83781D-06   4.33454D-07
  F   -1.40573D-07   1.09370D-07   1.51181D-07
  G   2.74724D-09   -1.64130D-08   -6.81254D-09
  H   2.63591D-11   3.55676D-10   -4.00874D-10
  I   -1.82821D-12   3.54057D-11   3.59333D-11
  J   1.72737D-14   -1.32720D-12   -6.95756D-13
表格3
  广角端   中间位置   摄远端
  f   6.415   29.802   65.944
  F/No   2.871   3.175   3.525
  2ω   60.656   13.796   6.210
  d5   0.700   19.400   25.493
  d12   26.440   5.741   2.250
  d18   5.436   4.729   14.251
  d20   5.952   9.680   3.066
(实例2)
实例2中的变焦透镜系统对应于图2所示的实施例2。表格4显示了实例2中的变焦透镜系统的透镜数据。表格4显示了非球面数据。表格5显示了可变空气间隙数据。
表格4
  透镜单元   透镜元件   表面   r   d   nd   vd
  G1   L1L2L3   12345   62.28432.353-290.68727.21973.095   1.205.850.153.76可变   1.846661.487491.77250   23.870.449.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   54.7597.366-28.16045.70919.282-57.16845.000   0.703.500.700.652.201.19可变   1.835001.696801.846661.51450   42.755.523.863.1
  光圈   13   ∞   1.70
  G3   L8L9L10   1415161718   9.594133.57113.063-700.0008.680   1.803.001.700.70可变   1.696801.665471.84666   55.555.223.8
  G4   L11   1920   14.586-78.756   2.00可变   1.60602   57.5
  P   2122   ∞∞   0.90   1.51633   64.0
表格5
  表面   12   16   19
  K   0.00000D+00   -4.38993D+00   0.00000D+00
  D   -6.51801D-05   -3.96068D-05   -1.34758D-05
  E   -5.89617D-08   -4.81639D-06   -1.14164D-06
  F   -2.92337D-08   -3.50722D-08   2.59760D-07
  G   1.09434D-09   -1.69043D-08   -1.11861D-08
  H   9.06062D-12   9.13982D-10   -4.80431D-10
  I   -1.87719D-12   6.09242D-11   5.39239D-11
  J   3.23786D-14   -4.50248D-12   -1.22109D-12
表格6
  广角端   中间位置   摄远端
  f   6.350   29.998   65.995
  F/No   2.846   3.145   3.751
  2ω   61.426   13.732   6.216
  d5   0.700   20.461   26.107
  d12   28.682   6.427   2.250
  d18   6.244   5.491   16.900
  d20   6.496   10.214   4.089
(实例3)
实例3中的变焦透镜系统对应于图2所示的实施例3。表格7显示了实例3中的变焦透镜系统的透镜数据。表格8显示了非球面数据。表格9显示了可变空气间隙数据。
表格7
  透镜单元   透镜元件   表面   r   d   nd   vd
  G1   L1L2L3   12345   50.60127.888∞27.85796.848   1.205.750.153.90可变   1.846661.487491.77250   23.870.449.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   48.8947.186-46.32648.83116.708-83.16921.796   0.704.250.700.652.201.20可变   1.835001.696801.846661.66547   43.055.523.855.2
  光圈   13   ∞   1.80
  G3   L8L9L10   1415161718   10.11272.54712.472-28.1438.426   1.803.001.500.70可变   1.835001.665471.84666   43.055.223.8
  G4   L11   1920   15.175-107.519   2.00可变   1.66547   55.2
  P   2122   ∞∞   0.90   1.51633   64.0
表格8
  表面   12   16   19
  K   0.00000D+00   -3.55773D+00   0.00000D+00
  D   -5.45739D-05   -2.67932D-05   -2.99258D-05
  E   -4.28401D-06   -9.31455D-06   1.05353D-06
  F   3.72242D-07   1.65747D-06   1.67655D-08
  G   -1.74199D-08   -2.68805D-07   -1.52943D-08
  H   3.25589D-10   2.12721D-08   2.00633D-09
  I   -3.96122D-13   -8.49633D-10   -1.04957D-10
  J   -3.97166D-14   1.33954D-11   1.93998D-12
表格9
  广角端   中间位置   摄远端
  f   6.038   40.018   69.345
  F/No   2.861   3.291   3.239
  2ω   63.512   10.268   5.872
  d5   0.600   21.274   25.516
  d12   28.229   4.458   2.100
  d18   5.800   5.800   11.750
  d20   6.884   11.127   4.374
(实例4)
实例4中的变焦透镜系统对应于图2所示的实施例4。表格10显示了实例4中的变焦透镜系统的透镜数据。表格11显示了非球面数据。表格12显示了可变空气间隙数据。
表格10
  透镜单元   透镜元件   表面   r   d   nd   vd
  G1   L1L2L3   12345   48.79928.694∞28.13985.072   1.205.750.153.90可变   1.846661.497001.77250   23.881.649.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   43.6856.980-47.36347.36318.757-54.23225.586   0.704.250.700.652.201.20可变   1.835001.696801.846661.66547   43.055.523.855.2
  光圈   13   ∞   1.80
  G3   L8L9L10   1415161718   10.11771.48412.521-28.5388.410   1.803.001.500.70可变   1.835001.665471.84666   43.055.223.8
  G4   L11   1920   15.427-89.922   2.00可变   1.66547   55.2
  P   2122   ∞∞   0.90   1.51633   64.0
表格11
  表面   12   16   19
  K   0.00000D+00   -3.54041D+00   0.00000D+00
  D   -7.68135D-05   -3.12625D-05   -3.33429D-05
  E   -4.51055D-06   -1.21676D-05   8.70130D-07
  F   3.87570D-07   2.20023D-06   9.14783D-08
  G   -1.75982D-08   -2.72511D-07   -1.66285D-08
  H   3.14041D-10   1.83586D-08   1.72172D-09
  I   -5.49094D-13   -9.80469D-10   -1.06369D-10
  J   -3.08146D-14   3.39010D-11   2.64672D-12
表格12
  广角端   中间位置   摄远端
  f   5.978   40.005   69.411
  F/No   2.857   3.288   3.226
  2ω   63.350   10.256   5.868
  d5   0.600   21.243   25.437
  d12   28.410   4.551   2.100
  d18   5.700   5.700   11.550
  d20   6.998   11.262   4.756
(实例5)
实例5中的变焦透镜系统对应于图19所示的实施例5。表格13显示了实例5中的变焦透镜系统的透镜数据。表格14显示了非球面数据。表格15显示了可变空气间隙数据。
表格13
  透镜单元   透镜元件   表面   r   d   nd   vd
  G1   L1L2L3   12345   60.14031.749-208.63527.75478.844   1.205.750.153.90可变   1.846661.487491.77250   23.870.449.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   49.2647.413-50.00020.30314.087∞32.481   0.704.250.700.652.201.20可变   1.835001.729161.846661.66547   43.054.723.855.2
  光圈   13   ∞   1.80
  G3   L8L9L10   141516171819   7.43430.001-368.6427.15510.600-48.565   1.802.000.700.501.50可变   1.835001.846661.66547   43.023.855.2
  G4   L11   2021   20.07462.433   2.00可变   1.66547   55.2
  P   2223   ∞∞   2.70   1.51633   64.0
表格14
  表面   12   16   20
  K   0.00000D+00   -2.61333D+00   0.00000D+00
  D   -1.17494D-05   -1.58844D-04   -6.84244D-05
  E   -4.22305D-06   -1.18101D-05   3.58071D-05
  F   4.45029D-07   3.17339D-06   -6.60803D-06
  G   -1.92847D-08   -4.64791D-07   1.98332D-07
  H   2.98157D-10   -1.13597D-08   5.07538D-08
  I   1.93940D-12   6.67094D-09   -4.92324D-09
  J   -7.06171D-14   -3.72379D-10   1.29950D-10
表格15
  广角端   中间位置   摄远端
  f   6.118   39.952   69.769
  F/No   2.875   3.383   3.432
  2ω   62.356   10.200   5.838
  d5   0.600   21.501   25.509
  d12   28.500   5.200   2.100
  d19   5.800   4.700   15.294
  d21   6.607   11.958   1.500
(实例6)
实例6中的变焦透镜系统对应于图25所示的实施例6。表格16显示了实例6中的变焦透镜系统的透镜数据。表格17显示了非球面数据。表格18显示了可变空气间隙数据。
表格16
  透镜单元   透镜元件   表面   r   d   nd   vd
G1 L1L2L3 12345 67.45536.777-202.27031.59482.571 1.306.000.153.90可变 1.846661.497001.77250 23.881.649.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   82.5717.779-29.474-747.09435.171-25.95943.000   0.704.800.700.262.801.25可变   1.835001.696801.846661.60602   43.055.523.857.5
  光圈   13   ∞   1.70
  G3   L8L9L10   1415161718   12.12688.07416.085-700.00012.297   1.804.561.900.70可变   1.729161.665471.84666   54.755.223.8
  G4   L11L12L13   19202122   15.724-15.724100.000-32.044   2.451.202.25可变   1.696801.835001.51450   55.542.763.1
  P   2324   ∞∞   2.70   1.51633   64.0
表格17
  表面   12   16   22
  K   0.00000D+00   -4.97867D+00   0.00000D+00
  D   -8.31471D-05   -2.33738D-06   5.17929D-05
  E   -1.32743D-06   -2.28353D-06   -1.11428D-06
  F   3.88403D-08   1.29047D-07   7.73931D-08
  G   -6.46641D-11   -1.48283D-08   -3.95170D-09
  H   -6.72552D-11   2.78065D-10   1.60551D-10
  I   2.13987D-12   2.17676D-11   -1.03934D-11
  J   -2.13165D-14   -6.11338D-13   3.02287D-13
表格18
  广角端   中间位置   摄远端
  f   5.985   42.795   69.993
  F/No   2.855   3.200   2.908
  2ω   64.612   9.584   6.054
  d5   0.700   25.251   30.488
  d12   32.749   3.453   2.250
  d18   7.555   6.147   8.769
  d22   4.987   11.122   4.477
(实例7)
实例7中的变焦透镜系统对应于图25所示的实施例7。表格19显示了实例7中的变焦透镜系统的透镜数据。表格20显示了非球面数据。表格21显示了可变空气间隙数据。
表格19
  透镜单元   透镜元件   表面   r   d   nd   vd
  G1   L1L2L3   12345   66.48536.112-204.62631.09582.732   1.306.000.153.90可变   1.846661.497001.77250   23.881.649.6
  G2   L4L5L6L7   6789101112   82.7327.693-27.889400.89634.404-27.81637.808   0.704.800.700.262.801.25可变   1.835001.696801.846661.51450   43.055.523.863.1
  光圈   13   ∞   1.70
  G3   L8L9L10   1415161718   11.482120.56913.713-700.00012.087   1.804.561.900.70可变   1.696801.514501.84666   55.563.123.8
  G4   L11L12L13   19202122   16.099-16.099100.000-35.210   2.451.202.25可变   1.696801.835001.60602   55.542.757.5
  P   2324   ∞∞   2.70   1.51633   64.0
表格20
  表面   12   16   22
  K   0.00000D+00   -5.07524D+00   0.00000D+00
  D   -1.03135D-04   -3.76865D-06   3.85929D-05
  E   -9.84705D-07   -2.70403D-06   -1.13857D-06
  F   3.18767D-08   6.14035D-08   6.25050D-08
  G   -1.92930D-10   -1.77912D-08   -4.29632D-09
  H   -6.76952D-11   3.05443D-10   2.16802D-10
  I   2.19019D-12   3.19914D-11   -7.24853D-12
  J   -2.04870D-14   -4.36042D-13   1.21195D-13
表格21
  广角端   中间位置   摄远端
  f   6.007   42.763   69.735
  F/No   2.877   3.166   3.795
  2ω   64.336   9.590   5.856
  d5   0.700   25.179   29.628
  d12   32.896   4.387   2.250
  d18   7.594   6.118   9.425
  d22   4.800   10.274   4.686
表格22显示了对应于实例1至7中的条件的数值。
表格22
条件   实例
  1   2   3   4   5   6   7
  (1)   (|ΔL|·fw)/(fT·IM)(×10-2)   8.47   9.21   2.65   2.49   2.84
  (2)   (|ΔL3|·fw)/(fT·IM)   0.08   0.11   0.04   0.04   0.05   0.01   0.02
  (3)   (φ1+φ2+φ3+φ4)/IM(×10-3)   2.2   3.1   1.8   1.6   -0.75   1.0   1.1
根据本实施例1至7的变焦透镜系统的像差性能根据像差图表在下面进行描述。
图3至5是根据实例1的变焦透镜系统的纵向像差图。图7至9是根据实例2的变焦透镜系统的纵向像差图。图11至13是根据实例3的变焦透镜系统的纵向像差图。图15至17是根据实例4的变焦透镜系统的纵向像差图。图20至22是根据实例5的变焦透镜系统的纵向像差图。图26至28是根据实例6的变焦透镜系统的纵向像差图。图30至32是根据实例7的变焦透镜系统的纵向像差图。
图3，7，11，15，20，26和30显示在广角端上的单个像差性能。图4，8，12，16，21，27和31显示在中间位置上的单个像差性能。图5，9，13，17，22，28和32显示在摄远端上的单个像差性能。
在每个纵向像差图中，(a)部分是球差图，其中垂直轴表示焦F数，而实线表示d线的特征。(b)部分是像散图，其中垂直轴表示半视角ω，而实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。(c)部分是畸变图，其中垂直轴表示半视角ω。(d)部分是轴向色差图，其中垂直轴表示F数，而实线表示d线的特征，短虚线表示F线的特征，长虚线表示C线的特征。(e)部分是放大倍率色差图，其中垂直轴表示半视角ω，而短虚线表示F线的特征，长虚线表示C线的特征。
从像差性能图3至5，7至9，11至13，15至17，20至22，26至28，和30至32可以看出，本实施例1至7的变焦透镜系统具有足够实现高分辨率的像差补偿能力。
图6是显示在变焦透镜系统实例1的摄远端进行0.35°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。图10是显示在变焦透镜系统实例2的摄远端进行0.30°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。图14是显示在变焦透镜系统实例3的摄远端进行0.33°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。图18是显示在变焦透镜系统实例4的摄远端进行0.33°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。图23是显示在变焦透镜系统实例5的摄远端进行0.47°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。图29是显示在变焦透镜系统实例6的摄远端进行0.47°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。图33是显示在变焦透镜系统实例7的摄远端进行0.33°模糊补偿时的像差性能的横向像差图。
在每个横向像差图中，(a)部分是在相对像高为0.75时的横向像差图。(b)部分是像中心的横向像差图。(c)部分是在相对像为-0.75时的横向像差图。此外，在每个横向像差图中，实线表示d线的特征，而短虚线表示F线的特征，长虚线表示C线的特征，点划线表示g线的特征。
从像差性能图6，10，14，18，23，29和33可以看出，本实施例1至7的变焦透镜系统在模糊补偿时具有令人满意的像差性能。
工业应用
根据本发明的变焦透镜系统应用在诸如数码摄像机、数码相机、PDA(个人数码助手)、检视系统中的检视拍摄设备、网络拍摄设备或车辆装配拍摄设备等的拍摄设备中。特别地，变焦透镜系统更适合于应用于诸如需要高图像质量、大孔径和小尺寸且同时需要图像模糊补偿的数码摄像机或数码拍摄设备等的拍摄设备中。

Claims (10)

1.一种变焦透镜系统，其特征在于，从物侧到像侧依次包括：
具有正光倍率的第一透镜单元；
具有负光倍率的第二透镜单元；
具有正光倍率的第三透镜单元；以及
具有正光倍率的第四透镜单元，其中，
通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元实现可变放大倍率，
通过在光轴方向上移动所述第四透镜单元实现聚焦，
通过在垂直于光轴的方向上移动所述第三透镜单元进行图像模糊补偿，并且
至少下列条件(1)和(2)之一被满足：
0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2     (1)
0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15    (2)
(这里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度变化的总和，
ΔL3是从像面到第三透镜单元在广角端上的最靠近物侧表面的间隔和从像面到第三透镜单元在摄远端上的最靠近物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fW是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
2.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，在从广角端到摄远端上的放大倍率变化过程中，所述第一透镜单元向物侧移动。
3.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，所述第三透镜单元位于广角端上的最靠近像侧的位置上。
4.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件(3)：
-1.0＜(φ1+φ2+φ3+φ4)/IM＜3.5×10-3  (3)
(这里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
φ1是第一透镜单元的光倍率，
φ2是第二透镜单元的光倍率，
φ3是第三透镜单元的光倍率，
φ4是第四透镜单元的光倍率，且
IM是图像尺寸。
5.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，从物侧到像侧，第三透镜单元依次包括正透镜元件、正透镜元件和负透镜元件。
6.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，从物侧到像侧，第三透镜单元依次包括正透镜元件、负透镜元件和正透镜元件。
7.一种能够将拍摄对象的光学图像转换至电子图像信号然后输出该信号的成像设备，其特征在于，该成像设备包括：
以可变放大倍率形成拍摄对象的光学图像的变焦透镜系统；以及
将由变焦透镜系形成的光学图像转换至电子图像信号的图像传感器，其中：
该变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正光倍率的第一透镜单元；
具有负光倍率的第二透镜单元；
具有正光倍率的第三透镜单元；以及
具有正光倍率的第四透镜单元，其中
通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元实现可变放大倍率；
通过在光轴方向上移动第四透镜单元实现聚焦；
通过在垂直于光轴的方向上移动第三透镜单元进行图像模糊补偿；并且
至少下列条件(1)和(2)之一被满足：
0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2     (1)
0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15    (2)
(这里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度变化的总和，
ΔL3是从像面到第三透镜单元在广角端上的最远物侧表面的间隔和从像面到第三透镜单元在摄远端上的最靠近物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fW是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
8.一种能够拍摄拍摄对象并将其图像输出为电子图像信号的拍摄设备，其特征在于，该拍摄设备包括：
具有以可变放大倍率形成拍摄对象的光学图像的变焦透镜系统，和将由变焦透镜系形成的光学图像转换至电子图像信号的图像传感器的成像设备，其中，
变焦透镜系统，从物侧到像侧依次包括：
具有正光倍率的第一透镜单元；
具有负光倍率的第二透镜单元；
具有正光倍率的第三透镜单元；以及
具有正光倍率的第四透镜单元，其中
通过在光轴方向上移动至少三个透镜单元实现可变放大倍率；
通过在光轴方向上移动第四透镜单元实现聚焦；
通过在垂直于光轴的方向上移动光轴第三透镜单元进行图像模糊补偿；并且
至少下列条件(1)和(2)之一被满足：
0＜(|ΔL|·fW)/(fT·IM)＜10×10-2    (1)
0.005＜(|ΔL3|·fW)/(fT·IM)＜0.15   (2)
(这里，Z＝fT/fW＞8.0)
其中，
ΔL是总光学长度变化的总和，
ΔL3是从像面到第三透镜单元在广角端上的最远物侧表面的间隔和从像面到第三透镜单元在摄远端上的最靠近物侧表面的间隔之间的差值，
IM是图像尺寸，
fW是在广角端上整个系统的焦距，且
fT是在摄远端上整个系统的焦距。
9.如权利要求8所述的拍摄设备，其特征在于，该拍摄设备是能够获得拍摄对象的动态图像的数码摄像机。
10.如权利要求8所述的拍摄设备，其特征在于，该拍摄设备是能够获得拍摄对象的静态图像的数码相机。
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