CN101556371A - 变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取设备。所述变焦透镜在广角端和望远端之间的整个变焦范围内具有高倍率和极好的光学性能。该变焦透镜从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；具有正折光力的第三透镜单元；和具有正折光力的第四透镜单元，并在移动各个透镜单元时进行变焦，其中在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元移动以使得在望远端比在广角端更接近物侧，第四透镜单元沿朝着物侧凸起的轨迹移动；第二透镜单元的焦距、变焦透镜在广角端的焦距、和第四透镜单元在望远端的成像倍率被恰当地设置。

Description

变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取设备

技术领域

本发明涉及变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备，并且适用于例如视频照相机、电子静态照相机、TV照相机(广播照相机)和卤化银胶片照相机。

背景技术

近年来，诸如使用固态图像拾取元件的视频照相机、数字静态照相机和广播照相机，或者使用卤化银胶片的照相机之类的图像拾取设备的功能得到改进，并且整个图像拾取设备尺寸减小。作为用于图像拾取设备的光学系统，需要一种具有短的总透镜长度、紧凑并且分辨率高的变焦透镜。

为了减小变焦透镜的尺寸，希望地是减少透镜的数目，同时增大包括在变焦透镜中的每个透镜单元的折光力。但是，随着每个表面的折光力的增大，透镜厚度增大，其结果是不能充分减小整个透镜系统的长度，使得难以校正各种像差。

当在照相机不使用的情况下各个透镜单元将被折叠时，由于机械结构的缘故，诸如透镜或透镜单元的倾斜之类的误差不可避免地变得更大。这种情况下，当透镜或透镜单元的灵敏度过大时，发生光学性能恶化或变焦过程中的图像波动。于是，希望使变焦透镜中的透镜或透镜单元的灵敏度最小。

在其中移动除位于物侧的第一透镜单元外的透镜单元以聚焦的后聚焦(rear focus)变焦透镜中，与移动第一透镜单元以聚焦的情况相比，可减小第一透镜单元的有效直径，从而容易减小整个透镜系统的尺寸。尺寸小且重量轻的透镜单元被移动以便聚焦，从而透镜单元的驱动力小，其结果是可快速进行聚焦。

作为后聚焦变焦透镜，已知这样一种变焦透镜，该变焦透镜适合于可回缩结构，并且包括四个透镜单元，即，从物侧到像侧依次为：具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单元、具有正折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元。

美国专利第6016228号公开了一种变焦比约为3的变焦透镜。第一透镜单元由单个透镜构成。调整各个透镜单元之间的间隔以便变焦。移动第四透镜单元以聚焦。由于第一透镜单元或第二透镜单元的灵敏度较小，因此该变焦透镜适合于可回缩结构。但是，在变焦过程中第一透镜单元不被移动，从而，难以缩短在广角端的总透镜长度，并且减小前透镜的直径。

美国专利第6975461号公开了一种变焦透镜，该变焦透镜包括被移动以便变焦的各个透镜单元，并且具有约为5的变焦比。在该变焦透镜中，第三透镜单元在倍率方面的份额(share)被恰当地设置，从而实现变焦比约为5的变焦透镜。为了进一步增大变焦透镜的倍率，必须恰当地设置第二透镜单元和第三透镜单元之间在倍率方面的份额。

美国专利第7206137号和美国专利第7190529号公开了一种变焦透镜，该变焦透镜包括被移动以便变焦的各个透镜单元，并且具有等于或大于10的变焦比。

在美国专利第7206137号中公开的变焦透镜中，第一透镜单元的焦距被恰当设置，以在整个系统尺寸的减小和各种像差的校正之间实现平衡。但是，变焦过程中的第一透镜单元的移动距离大，从而，为了缩短折叠状态下的长度，需要一种多级镜筒结构。

在美国专利第7190529号中公开的变焦透镜中，变焦过程中的第二透镜单元的横向倍率的变化等于或小于15，从而难以增大倍率。

在美国专利第7206137号和第7190529号中每一个所公开的透镜结构中，为了进一步提高倍率，必须增大第四透镜单元在倍率方面的份额。但是，当在望远端增大第四透镜单元的成像倍率时，在第四透镜单元沿光轴方向移动时的焦点移动距离变小。因此，当要利用第四透镜单元校正由温度变化或零件公差造成的焦点变化时，驱动量变大。这是不希望的。

另一方面，当减小第四透镜单元的成像倍率时，第四透镜单元在倍率方面的份额变小，而其它透镜单元的折光力及它们在变焦过程中的移动距离必然增大。因此，难以在提供具有可回缩结构的紧凑镜筒的同时保证高的光学性能。

还已知这样一种变焦透镜，在该变焦透镜中，构成该变焦透镜的透镜单元在垂直于光轴的方向上移位，以校正当变焦透镜振动时所造成的模糊图像(美国专利第5585966号)。该变焦透镜包括四个透镜单元，即，从物侧到像侧依次为：具有正折光力的第一透镜单元，具有负折光力的第二透镜单元，具有正折光力的第三透镜单元，和具有正折光力的第四透镜单元。整个第三透镜单元在垂直于光轴的方向上振动以校正模糊图像。

在包括四个透镜单元的变焦透镜中，为了在实现高变焦比并且减小整个透镜系统的尺寸的同时，获得极好的光学性能，恰当地设定各个透镜单元的折射率和透镜结构以及在变焦情况下各个透镜单元的移动条件是重要的。

特别地，恰当地设定在变焦情况下各个透镜单元的移动条件、第二透镜单元的折光力(焦距的倒数)和第四透镜单元的成像倍率是重要的。

当未恰当地设定这些配置时，很难获得这样的变焦透镜，即该变焦透镜在确保高变焦比的同时，在整个变焦范围内具有高的光学性能，并且适合于可回缩结构。

发明内容

根据本发明的变焦透镜从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；具有正折光力的第三透镜单元；和具有正折光力的第四透镜单元，所述变焦透镜在移动第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元时进行变焦。在该变焦透镜中，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元移动以使得在望远端比在广角端更接近物侧，第四透镜单元沿朝着物侧凸起的轨迹移动，并且下述条件被满足：

-2.5＜f2/fw＜-1.8；和

0.49＜1-β4t²＜0.80，

其中f2是第二透镜单元的焦距，fw是变焦透镜在广角端的焦距，β4t是第四透镜单元在望远端的成像倍率。

根据本发明，获得一种小的变焦透镜，该变焦透镜实现高的倍率并且在广角端和望远端之间的整个变焦范围上具有良好的光学性能。

从下文参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例1的变焦透镜的在广角端的截面视图。

图2A和2B是对应于本发明的实施例1的数值实施例1中的像差曲线图。

图3是示出根据本发明的实施例2的变焦透镜的在广角端的截面视图。

图4A和4B是对应于本发明的实施例2的数值实施例2中的像差曲线图。

图5是示出根据本发明的实施例3的变焦透镜的在广角端的截面视图。

图6A和6B是对应于本发明的实施例3的数值实施例3中的像差曲线图。

图7是示出根据本发明的实施例4的变焦透镜的在广角端的截面视图。

图8A和8B是对应于本发明的实施例4的数值实施例4中的像差曲线图。

图9是示出根据本发明的图像拾取设备的示意视图。

具体实施方式

下面描述根据本发明的每一实施例的变焦透镜，以及包括该变焦透镜的图像拾取设备。

根据本发明的变焦透镜包括：具有正折光力的第一透镜单元、具有负折光力的第二透镜单元、具有正折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元，它们从物侧到像侧被依次提供。

各个透镜单元被移动以便变焦。特别地，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元移动以使得在望远端比在广角端更接近物侧，并且第四透镜单元沿朝着物侧凸起的轨迹移动。

图1是示出根据本发明的实施例1的变焦透镜的在广角端(短焦距端)的截面视图。图2A和2B是根据实施例1的变焦透镜的在广角端和望远端(长焦距端)的像差曲线图。

图3是示出根据本发明的实施例2的变焦透镜的在广角端的截面视图。图4A和4B是根据实施例2的变焦透镜的在广角端和望远端的像差曲线图。图5是示出根据本发明的实施例3的变焦透镜的在广角端的截面视图。图6A和6B是根据实施例3的变焦透镜的在广角端和望远端的像差曲线图。图7是示出根据本发明的实施例4的变焦透镜的在广角端的截面视图。图8A和8B是根据实施例4的变焦透镜的在广角端和望远端的像差曲线图。

图9是示出包括根据本发明的变焦透镜的照相机(图像拾取设备)的主要部分的示意视图。

根据每个实施例的变焦透镜是用于诸如视频照相机、数字照相机或卤化银胶片照相机之类的图像拾取设备的摄影透镜系统。在图1、3、5和7的每一个中，左侧对应于物侧(前侧)，右侧对应于像侧(后侧)。在图1、3、5和7中，从物侧起计数的透镜单元的顺序用“i”表示，第i个透镜单元用Li表示。

在图1、3、5和7中，第一透镜单元L1具有正折光力(即，光焦度，其等于焦距的倒数)，第二透镜单元L2具有负折光力，第三透镜单元L3具有正折光力，第四透镜单元L4具有正折光力。

在第三透镜单元L3的物侧设置孔径光阑SP。

光学块G对应于滤光器、面板、石英低通滤波器、或红外截止滤波器等等。

还设置像面IP。当根据本发明的变焦透镜被用作视频照相机或者数字静态照相机的图像拍摄光学系统时，诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换器)的图像拾取表面被设置在像面IP上。在卤化银胶片照相机的情况下，对应于该照相机的胶片表面的感光表面被设置在像面IP上。

在像差曲线图中，d线和g线分别用标记符号d和g表示。子午像面和弧矢像面分别用标记符号ΔM和ΔS表示。g线表示横向色差。半场角(摄影场角的半值)用标记符号ω表示，f数用标记符号fno表示。

在下述实施例描述的每一个中，广角端和望远端对应于当放大透镜单元位于该放大透镜单元在光轴上可机械移动的范围的两端中的每一个时的变焦位置。

在每个实施例中，如图1、3、5和7中的箭头所示，在从广角端到望远端的变焦过程中，各个透镜单元被移动。

具体地说，在每个实施例中，如图1、3、5和7中的箭头所示，在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元L1沿朝着像侧凸起的轨迹移动。这种情况下，第一透镜单元L1被移动以使得在望远端比在广角端更接近物侧。第二透镜单元L2被朝着像侧移动，第三透镜单元L3被朝着物侧移动，第四透镜单元L4沿朝着物侧凸起的轨迹移动。

在变焦过程中，第一透镜单元L1和第三透镜单元L3被移动以使得在望远端比在广角端更接近物侧，从而在缩短在广角端的总透镜长度的同时，获得大的变焦比。

特别地，在每个实施例中，在从广角端到望远端的变焦过程中，第三透镜单元L3朝着物侧移动，从而在第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间分担放大作用。具有正折光力的第一透镜单元L1在变焦范围内朝着物侧移动，从而第二透镜单元L2具有大的放大作用。因此，在不显著增大第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的折光力的情况下，获得高的变焦比。在变焦过程中，第一透镜单元L1沿朝着像侧凸起的轨迹移动，结果，在广角端附近第一透镜单元L1和孔径光阑SP之间的间隔被缩短，从而减小前透镜直径。

采用一种后聚焦式变焦透镜，其中第四透镜单元L4在光轴上移动以便聚焦。

在望远端从无限远物体到最近物体进行聚焦的情况下，第四透镜单元L4被如箭头4c所示地向前移动。实线曲线4a和虚线曲线4b分别表示第四透镜单元L4移动以便校正因在聚焦于无限远物体和最近物体的过程中从广角端到望远端的变焦而造成的像面变化的轨迹。

在每个实施例中，尺寸小、重量轻的第四透镜单元L4被移动以便聚焦，从而实现快速聚焦。例如，有助于快速自动聚焦。

在每个实施例中，第三透镜单元L3被移动以便具有在垂直于光轴的方向上的分量，从而使图像沿垂直于光轴的方向移位，由此校正当整个光学系统振动时的模糊图像。即，校正所拍摄图像的位置。

因此，在不提供用于图像稳定的诸如可变顶角棱镜之类的附加光学元件和附加透镜单元的情况下，进行图像稳定，从而避免整个光学系统的尺寸增大。

在每个实施例中，在变焦过程中，孔径光阑SP独立于另一个透镜单元、尤其是第三透镜单元L3移动。于是，在宽场角区域附近的入射光瞳位置被设置在物侧，从而减小前透镜直径。

为了简化机械装置，孔径光阑SP可以和第三透镜单元L3整体移动，或者可被固定。当孔径光阑SP和第三透镜单元L3整体移动时，光学组件的单元的数目少，这里，所述单元是依据它们的移动而被定义的，从而易于简化机械结构。

当孔径光阑SP被固定时，光阑部件不必被移动。因此，在变焦过程中，待驱动的致动器的驱动转矩可被设定成小的值，从而存在能够节省电力的优点。

在每个实施例中，下述条件被满足：

-2.5＜f2/fw＜-1.8(1)

0.49＜1-β4t²＜0.80(2)

其中f2是第二透镜单元L2的焦距，fw是变焦透镜在广角端的焦距，β4t是第四透镜单元L4在望远端的成像倍率。

条件表达式(1)和(2)定义了与倍率相关的第二透镜单元L2的焦距和第四透镜单元L4的成像倍率。

当f2/fw超过条件表达式(1)的上限时，第二透镜单元L2的折光力变得过大，难以校正在变焦过程中造成的像面变化。当f2/fw低于下限，并因而第二透镜单元L2的折光力变得过小时，必须增大变焦过程中的第二透镜单元L2的移动距离以获得高的倍率。结果，总透镜长度变得更长以增大镜筒尺寸。这是不希望的。

当1-β4t²低于条件表达式(2)的下限时，当通过驱动充当聚焦透镜单元的第四透镜单元L4来校正由在各透镜的制造过程中的零件公差或温度变化所造成的焦点位置的变化时，第四透镜单元L4的用于该矫正的驱动量变大。

结果，像差增大。这是不希望的。当1-β4t²超过上限时，第四透镜单元L4在倍率方面的份额极小，从而难以实现高倍率。

在每个实施例中，为了在减小变焦过程中的像差的同时更理想地校正像差并且实现高倍率，希望如下设置条件表达式(1)和(2)的数值范围。

-2.25＜f2/fw＜-1.85(1a)

0.49＜1-β4t²＜0.70(2a)

根据各个实施例，当如上所述满足条件表达式(1)和(2)时，能够获得实现高变焦比并且在整个变焦范围内具有高光学性能的小型变焦透镜。

在本发明中，更希望地是满足下述各个条件中的至少一个条件：

4.0＜f3/fw＜6.0(3)

4.5＜f4/fw＜8.0(4)

10＜f1/fw＜25(5)

1.2＜m1/m3＜3.0(6)

其中f1、f3和f4分别表示第一透镜单元L1的焦距、第三透镜单元L3的焦距和第四透镜单元L4的焦距，m1和m3分别表示在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元L1和第三透镜单元L3在光轴方向上的移动距离。

在每个实施例中，各个条件表达式被满足以获得对应的效果。下面，将描述各个条件表达式的技术含义。

条件表达式(3)和(4)用于恰当地设定与倍率相关的第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的折光力，从而在整个变焦范围内获得良好的光学性能。

当f3/fw变得低于条件表达式(3)的下限，以缩短第三透镜单元L3的焦距时，难以抑制变焦过程中的像差，该像差是由于折光力的增大而造成的。当通过第三透镜单元L3进行图像稳定时，相对于偏心或模糊图像的灵敏度增大。这是不希望的。当f3/fw超过上限时，第三透镜单元L3的折光力变小，从而必须在除第三透镜单元L3外的透镜单元中更多地分配倍率。为了获得足够的变焦比，需要增加在变焦过程中第三透镜单元L3的移动距离，从而，难以减小透镜系统的尺寸。

条件表达式(4)与第四透镜单元L4的折光力相关，并且与条件表达式(3)的情况一样，与在整个变焦范围内实现良好的像差校正的条件相关。第四透镜单元L4的折光力理想地位于条件表达式(4)的范围内，以便通过分配恰当的倍率份额，恰当地获得相对于焦平面的灵敏度。

条件表达式(4)与在变焦和聚焦中的每一个期间的第四透镜单元L4的移动距离密切相关。在高倍率的情况下，聚焦过程中的第四透镜单元L4的驱动量大。条件表达式(4)还用于恰当地抑制第四透镜单元L4的移动距离，以避免与相邻透镜单元或玻璃块的物理干扰。

条件表达式(5)定义了第一透镜单元L1的焦距。当f1/fw小于条件表达式(5)的下限，从而折光力变大时，变焦过程中第一透镜单元L1的移动距离变小。因此，在望远端(第一透镜单元L1)与第二透镜单元L2的间隔变窄。

结果，难以通过作为主放大透镜单元的第二透镜单元L2获得足够的变焦比。另外，当第一透镜单元L1的折光力增大时，更多地发生色差。为了抑制色差的发生，必须增大包括在第一透镜单元L1中的透镜的数目。由于整个系统的尺寸增大，因此这是不希望的。

当f1/fw超过条件表达式(5)的上限时，第一透镜单元L1的折光力变得过小。为了保证足够的变焦比，必须增大变焦过程中第一透镜单元L1的移动距离。结果，在可回缩镜筒的情况下，结构复杂，从而难以减小镜筒的尺寸。

条件表达式(6)表述了在变焦过程中移动的第一透镜单元L1和第三透镜单元L3之间的移动距离比。

这里，术语“移动距离”是在广角端和在望远端的透镜单元在光轴上的位置之间的相对差值(距离)。当m1/m3低于条件表达式(6)的下限时，变焦过程中第一透镜单元L1的进给量变小。因此，在望远端与第二透镜单元L2的间隔小，从而难以通过第二透镜单元L2获得足够的变焦比。

另外，广角端情况和望远端情况之间的总透镜长度的差值小，在场角大的广角端，前透镜(第一透镜单元L1)和孔径光阑SP之间的间隔未被充分缩短，并且镜筒直径增大，这是不希望的。

当m1/m3超过条件表达式(6)的上限时，在变焦过程中的第一透镜单元L1的进给量与第三透镜单元L3的进给量相比过大。于是，当使用具有可回缩结构的镜筒时，必须以更多的级数折叠第一透镜单元L1，从而难以减小整个系统的尺寸。

在每个实施例中，为了在减小变焦过程中的像差的同时，进行更希望的像差校正并实现高倍率，希望地如下设定条件表达式(3)到(6)的数值范围：

4.2＜f3/fw＜5.0(3a)

4.6＜f4/fw＜7.0(4a)

10＜f1/fw＜20(5a)

1.2＜m1/m3＜2.0(6a)

根据如上所述的各个实施例，变焦过程中的各个透镜单元的移动距离和各个透镜单元的折光力被恰当设定，从而即使在高变焦比的情况下，也能够获得具有短的总透镜长度的变焦透镜。

特别地，可获得在广角端和望远端之间的整个变焦范围内具有良好光学性能的变焦透镜。

下面，描述每个透镜单元中的透镜结构。

第一透镜单元L1的结构如下所述。第一透镜单元L1具有大的有效透镜直径。因此，为了实现尺寸小、重量轻的变焦透镜，数目少的透镜是所希望的。

在每个实施例中，第一透镜单元L1包括：通过粘合负透镜和正透镜构成的粘合透镜；和正透镜。因此，抑制由高变焦比导致的球面像差和色差的发生。

第二透镜单元L2的结构如下所述。在实施例1和3的每一个中，第二透镜单元L2包括三个分离的透镜，即，具有面对像侧的凹面的负弯月透镜、负双凹透镜、和具有凸起形状的物侧表面的正透镜。

因此，变焦过程中的像差被减小，从而良好地尤其校正在广角端的畸变和在望远端的球面像差。

特别地，在实施例3中，为了获得更良好的光学性能，使负弯月透镜的像侧表面形成为非球面形状。

不同于实施例1和3，在实施例2和4的每一个中，还设置具有面对像侧的凹面的负弯月透镜，从而第二透镜单元L2包括三个负透镜和一个正透镜。具体地说，第二透镜单元L2包括两个负弯月透镜、负双凹透镜、和具有凸起形状的物侧表面的正透镜，每个该负弯月透镜具有凹入形状的像侧表面。

因此，抑制广角端的像散的发生，从而有助于广角端的场角进一步增大。

第三透镜单元L3的结构如下所述。在每个实施例中，第三透镜单元L3包括两个正透镜，和具有凹入形状的像侧表面的负透镜。第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的主点间隔(principal pointinterval)被减小，以缩短第三透镜单元L3之后的后续透镜的长度。

第三透镜单元L3具有至少一个非球面表面。因此，变焦造成的像差被良好地校正。

在实施例2和4的每一个中，使用粘合透镜来抑制变焦过程中的色差。第三透镜单元L3被移动以便具有在垂直于光轴的方向上的分量，即偏离光轴，从而使由图像稳定操作过程中的偏心导致的像差的发生最少。

具体地说，在实施例1和3的每一个中，按照从物侧到像侧的顺序，第三透镜单元L3包括：具有凸起形状的物侧表面的正透镜，具有面向像侧的凹面的负弯月透镜，和具有凸起形状的物侧表面的正透镜。

在实施例2和4的每一个中，第三透镜L3包括：具有凸起形状的物侧表面的正透镜，具有面向像侧的凹面的负弯月透镜，和粘合透镜，该粘合透镜通过粘合具有面向像侧的凹面的负弯月透镜和正透镜构成。

第四透镜单元L4的结构如下所述。

在每个实施例中，第四透镜单元L4包括粘合透镜，该粘合透镜通过粘合具有凸起形状的物侧表面的正透镜和负透镜构成。

借助该结构，聚焦过程中的像差，尤其是色差被减小。

下面，描述分别与本发明的实施例1-4对应的数值实施例1-4。在各个数值实施例中，从物侧起计数的光学表面的顺序用“i”表示，第i个光学表面(第i个表面)的曲率半径用ri表示，第i个表面和第i+1个表面之间的间隔用di表示。另外，基于d线的第i个光学元件的材料的折射率用ndi表示，基于d线的该材料的阿贝数用vdi表示。

假定偏心率用k表示，非球面系数用B、C、D和E表示，并且在对应于距光轴的高度为h的位置处沿光轴方向相对于表面顶点的位移用x表示。这种情况下，非球面形状用下述表达式表示。

$x=\frac{h^2/R}{1+\sqrt{1-(1+k){(h/R)}^2}}+B{h}^4+C{h}^6+D{h}^8+E{h}^{10}+A^{\′}{h}^3+B^{\′}{h}^5+C^{\′}{h}^7$

注意，曲率半径用R表示。另外，[E-Z]表示[10^-Z]。

在数值实施例中，最后两个表面是诸如滤波器或面板之类的光学块的表面。

在每个实施例中，后焦距(back focus，BF)被表示为与最终透镜表面和旁轴像面之间的距离对应的等效空气长度。总透镜长度是通过把后焦距和最接近物侧的表面与该最终表面之间的距离相加获得的。

表1示出条件表达式和各个数值实施例中的各种数值之间的关系。

数值实施例1

单位：毫米

表面数据

表面编号    R          d        nd         vd

1           146.716    2.000    1.80610    33.3

2           37.7078    5.700    1.49700    81.5

3           -221.781   0.200    1.

4           38.6611    3.800    1.77250    49.6

5           182.811    可变

6           39.9550    1.200    1.88300    40.8

7           8.3169     4.860    1.

8           -32.7836   0.750    1.77250    49.6

9           23.8567    0.700    1.

10          17.5880    2.200    1.92286    18.9

11          87.0390    可变

12          (光阑)     可变

13^＊        10.8245    3.000    1.58313    59.4

14          -396.367   2.300    1.

15          17.1011    0.700    1.84666    23.9

16          9.2454     1.000    1.

17          22.2534    1.800    1.49700    81.5

18          -891.992   可变

19          29.5945    2.500    1.69680    55.5

20          -26.5457   0.600    1.84666    23.9

21          -70.8270   可变

22        ∞    1.310    1.49831    65.1

23        ∞

非球面表面数据

(第13表面)

k＝-3.30975E-01  B＝8.42815E-05     C＝3.57003E-05     D＝4.24248E-07

E＝-7.36052E-10  A’＝-7.28960E-05  B’＝-9.74820E-05  C’＝-6.20040E-06

各种数据

变焦比      24.27

            广角端    中间    望远端

焦距        5.15      25.69   124.98

F数         2.92      3.60    4.03

场角        34.7      7.9     1.63

图像高度    3.56      3.56    3.56

总透镜长度  97.69     104.30  115.70

BF          12.05     20.99   8.76

d5          0.90      28.87   46.79

d11         30.02     9.07    1.59

d12         13.24     4.20    2.00

d18         8.16      7.87    23.26

d21         7.00      15.94   3.71

变焦透镜单元数据

单元  第一表面  焦距

1     1         64.12

2     6         -10.22

3     13        23.69

4     19        33.82

数值实施例2

单位：毫米

表面数据

表面编号    r          d        nd         vd

1           77.0564    1.950    1.80610    33.3

2           37.8403    6.800    1.49700    81.5

3           3016.789   0.200    1.

4           38.7115    4.500    1.60311    60.6

5           183.274    可变

6           39.7791    1.000    1.88300    40.8

7       11.3803    2.100    1.

8       25.3390    0.850    1.83481    42.7

9       8.4470     4.000    1.

10      -20.3934   0.800    1.83400    37.2

11      147.337    0.200    1.

12      22.4277    2.250    1.92286    18.9

13      -89.4136   可变

14      (光阑)     可变

15^＊    12.6063    3.000    1.69350    53.2

16      72.1260    3.000    1.

17      51.5991    0.900    1.64769    33.8

18      13.4014    0.500    1.

19      19.5320    0.700    2.00330    28.3

20      9.0535     2.150    1.72000    50.2

21      -42.7155   可变

22      25.9828    3.300    1.77250    49.6

23      -10.3841   0.600    1.80610    33.3

24      -79.5614   可变

25      ∞         0.800    1.51633    64.1

26      ∞

非球面表面数据

(第15表面)

k＝7.50153E-01  B＝-9.16920E-05  C＝-1.11116E-06  D＝3.51763E-08

E＝-5.84379E-10

各种数据

变焦比      18.89

            广角端  中间    望远端

焦距        4.50    19.68   85.02

F数         2.82    4.29    5.58

场角        40.5    11.1    2.6

图像高度    3.85    3.85    3.85

总透镜长度  89.86   101.16  131.43

BF          10.50   19.08   11.43

d5          0.90    24.01   46.75

d13         20.96   4.49    2.00

d14         12.21   2.33    2.25

d21         6.50    12.45   30.19

d24        7.00    15.58    7.94

变焦透镜单元数据

单元  第一表面  焦距

1     1         69.46

2     6         -8.90

3     15        21.40

4     22        27.66

数值实施例3

单位：毫米

表面数据

表面编号    r          d        nd         vd

1           168.837    2.000    1.80610    33.3

2           39.7930    6.000    1.49700    81.5

3           -191.074   0.200    1.

4           40.1495    3.800    1.77250    49.6

5           191.588    可变

6           49.1924    1.200    1.80610    40.7

7^＊         8.6489     5.155    1.

8           -35.4707   0.750    1.77250    49.6

9           24.8350    0.700    1.

10          18.2875    2.200    1.92286    18.9

11          83.2531    可变

12          (光阑)     可变

13^＊        10.9436    3.000    1.583126   59.4

14          -126.335   2.300    1.

15          16.3941    0.700    1.84666    23.9

16          9.2339     1.000    1.

17          26.1209    1.800    1.49700    81.5

18          -203.961   可变

19          25.3089    2.500    1.69680    55.5

20          -21.8784   0.600    1.84666    23.9

21          -98.1680   可变

22          ∞         1.310    1.49831    65.1

23          ∞

非球面表面数据

(第7表面)

k＝-2.14440E-02  B＝-3.89797E-06  C＝5.39912E-08

(第13表面)

k＝-4.28120E-01  B＝8.18844E-05     C＝3.49977E-05     D＝5.07879E-07

E＝-7.80620E-10  A’＝-7.95365E-05  B’＝-9.14104E-05  C’＝-6.65261E-06

各种数据

变焦比      19.46

            广角端   中间    望远端

焦距        5.15     22.64   100.24

F数         2.80     3.56    4.00

场角        34.7     8.95    2.04

图像高度    3.56     3.56    3.56

总透镜长度  97.66    101.69  112.56

BF          10.03    17.33   8.53

d5          0.80     28.00   47.13

d11         26.93    11.43   1.68

d12         17.34    2.81    2.39

d13         8.66     8.22    18.93

d19         7.00     14.30   5.50

变焦透镜单元数据

单元  第一表面  焦距

1     1         66.05

2     6         -11.01

3     13        22.23

4     19        34.28

数值实施例4

单位：毫米

表面数据

表面编号    r          d        nd         vd

1           81.5805    2.000    1.80610    33.3

2           32.0934    5.800    1.49700    81.5

3           -431.793   0.200    1.

4           32.6655    4.000    1.69680    55.5

5           162.575    可变

6           73.7617    1.000    1.88300    40.8

7           11.5213    1.900    1.

8           29.3570    0.850    1.83400    37.2

9       9.7394      3.300    1.

10      -28.5177    0.800    1.83400    37.2

11      59.8686     0.200    1.

12      20.8222     2.250    1.92286    18.9

13      -80.4179    可变

14      (光阑)      可变

15^＊    11.7844     3.000    1.69350    53.2

16      2857.738    3.000    1.

17      58.3627     0.900    1.64769    33.8

18      13.4980     0.500    1.

19      32.4951     0.700    2.00330    28.3

20      8.0844      2.400    1.74400    44.8

21      -48.8300    可变

22      19.4546     2.700    1.77250    49.6

23      -14.5403    0.600    1.80610    33.3

24      -191.527    可变

25      ∞          0.800    1.51633    64.1

26      ∞

非球面表面数据

(第15表面)

k＝1.38974  B＝-1.58071E-04  C＝-2.00290E-06E＝-5.84379E-10

各种数据

变焦比      19.42

            广角端    中间    望远端

焦距        5.15      22.36   100.00

F数         2.87      4.11    5.54

场角        36.9      9.81    2.21

图像高度    3.87      3.87    3.87

总透镜长度  89.23     97.54   109.01

BF          10.75     16.66   6.76

d5          0.90      21.48   36.18

d13         22.75     7.00    1.75

d14         12.22     2.87    2.00

d21         6.50      13.44   26.21

d24         8.00      13.91   4.01

变焦透镜单元数据

单元  第一表面  焦距

1     1         53.91

2     6         -9.75

3     15        23.37

4     22        24.13

表1

下面，参考图9描述使用如任一实施例中所述的变焦透镜作为图像拍摄光学系统的数字静态照相机的实施例。

在图9中，数字静态照相机包括照相机主体20、摄影光学系统21、诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换器)22、存储器23和取景器24。摄影光学系统21具有在实施例1-4中描述的变焦透镜中的任一个。固态图像拾取元件22被包含在照相机主体20中，接收由摄影光学系统21形成的物像的光。存储器23保存与已被固态图像拾取元件22进行光电转换的物像对应的信息。取景器24包括液晶显示面板，用于观察在固态图像拾取元件22上形成的物像。

如上所述，当根据本发明的变焦透镜被应用于诸如数字静态照相机之类的图像拾取设备时，能够实现尺寸小且具有高光学性能的图像拾取设备。

虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不局限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应被给予最宽泛的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (15)

1、一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：

具有正折光力的第一透镜单元；

具有负折光力的第二透镜单元；

具有正折光力的第三透镜单元；和

具有正折光力的第四透镜单元，

在移动第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元时，所述变焦透镜进行变焦，

其中在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元移动以使得在望远端比在广角端更接近物侧，第四透镜单元沿朝着物侧凸起的轨迹移动；并且

下述条件被满足：

-2.5＜f2/fw＜-1.8；和

0.49＜1-β4t²＜0.80，

其中f2是第二透镜单元的焦距，fw是变焦透镜在广角端的焦距，β4t是第四透镜单元在望远端的成像倍率。

2、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中下述条件被满足：

4.0＜f3/fw＜6.0，

其中f3是第三透镜单元的焦距。

3、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中下述条件被满足：

4.5＜f4/fw＜8.0，

其中f4是第四透镜单元的焦距。

4、根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括孔径光阑，在变焦过程中所述孔径光阑独立于包括在变焦透镜中的第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元移动。

5、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中下述条件被满足：

10＜f1/fw＜25，

其中f1是第一透镜单元的焦距。

6、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中下述条件被满足：

1.2＜m1/m3＜3.0，

其中m1和m3是在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元和第三透镜单元分别沿光轴方向的移动距离。

7、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元沿朝着像侧凸起的轨迹移动。

8、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中当变焦透镜振动时，第三透镜单元沿具有垂直于光轴的分量的方向移动，以便校正所拍摄图像的位置。

9、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第二透镜单元包括：

具有面向像侧的凹面的负弯月透镜；

负双凹透镜；和

具有凸起形状的物侧表面的正透镜。

10、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第二透镜单元包括：

具有面向像侧的凹面的负弯月透镜；

具有面向像侧的凹面的另一个负弯月透镜；

负双凹透镜；和

具有凸起形状的物侧表面的正透镜。

11、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第四透镜单元包括通过粘合负透镜和具有凸起形状的物侧表面的正透镜构成的粘合透镜。

12、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第三透镜单元从物侧到像侧依次包括：

具有凸起形状的物侧表面的正透镜；

具有面向像侧的凹面的负弯月透镜；和

具有凸起形状的物侧表面的正透镜。

13、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第三透镜单元从物侧到像侧依次包括：

具有凸起形状的物侧表面的正透镜；

具有面向像侧的凹面的负弯月透镜；和

通过粘合正透镜和具有面向像侧的凹面的负透镜构成的粘合透镜。

14、根据权利要求1所述的变焦透镜，其中在固态图像拾取元件上形成图像。

15、一种图像拾取设备，包括：

根据权利要求1所述的变焦透镜；和

接收由所述变焦透镜形成的图像的光的固态图像拾取元件。

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