CN102129118A - 变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取设备 - Google Patents

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CN102129118A CN2011100044326A CN201110004432A CN102129118A CN 102129118 A CN102129118 A CN 102129118A CN 2011100044326 A CN2011100044326 A CN 2011100044326A CN 201110004432 A CN201110004432 A CN 201110004432A CN 102129118 A CN102129118 A CN 102129118A
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Abstract

本发明涉及变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取设备。变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：正折光力的第一透镜单元、负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元和正折光力的第四透镜单元。在变焦中，第一透镜单元被配置为固定的，并且第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为能移动的。满足以下条件式：0.010＜(|f3st|/f3)/z＜0.045，以及-0.33＜β2w＜-0.20，其中f3st是与从广角端到望远端的变焦关联的第三透镜单元的移动量，f3是第三透镜单元的焦距，β2w是在广角端处第二透镜单元的横向倍率，并且z是变焦比。

Description

变焦透镜和具有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具有变焦透镜的图像拾取设备。本发明适合用于摄像机、基于胶片的照相机、数字照相机、TV照相机和监视照相机。
背景技术
利用图像拾取器件并且用于例如摄像机和数字静态照相机的图像拾取设备的图像拾取光学系统近来要求具有高的视角和变焦比的变焦透镜。
通常，为了变焦透镜的高变焦比，必需提高可用于改变倍率的透镜单元的折光力并且增大用于变焦的移动量。然而，这种变焦透镜在变焦中引起大的像差波动，并且变得难以获得在整个变焦范围上的高光学性能。
为了获得高视角、高变焦比和在整个变焦范围上的高光学性能，重要的是适当地设定变焦类型、每个透镜单元的折光力、以及每个透镜单元中的透镜配置。
已知存在一种四单元变焦透镜，其从物体侧到像侧依次包括：正折光力的第一透镜单元、负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元和正折光力的第四透镜单元。已知还存在一种后焦点(rear focus)类型的四单元变焦透镜，其被配置为移动第二透镜单元以用于改变倍率、移动第四透镜单元以用于校正与改变倍率关联的像面变化、以及通过第四透镜单元提供聚焦。参见日本的公开的专利No.3-215810和2000-171713。
对于这些四单元变焦透镜重要的是适当地设定相对于成像倍率的与变焦关联的第三透镜单元的移动量以及被配置为主要改变倍率的第二透镜单元的变焦比。
还重要的是适当地设定第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元中的每一个的焦距(焦度的倒数)以及与变焦关联的第二透镜单元的移动量。
除非适当地设定这些配置，否则难以获得在整个变焦范围上的高光学性能并且保持广视角和高变焦比。
发明内容
本发明提供一种具有广视角、高变焦范围和在整个变焦范围上的高光学性能的变焦透镜、以及具有该变焦透镜的图像拾取设备。
根据本发明的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：正折光力的第一透镜单元、负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元和正折光力的第四透镜单元。在变焦中，第一透镜单元被配置为固定的并且第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为能移动的。满足以下条件式：0.010＜(|f3st|/f3)/z＜0.045，以及-0.33＜β2w＜-0.20，其中f3st是与从广角端到望远端的变焦关联的第三透镜单元的移动量，f3是第三透镜单元的焦距，并且β2w是在广角端处第二透镜单元的横向倍率，并且z是变焦比。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
附图说明
图1是根据第一实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图2A、图2B和图2C示出根据第一实施例的变焦透镜的各种像差。
图3是根据第二实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图4A、图4B和图4C示出根据第二实施例的变焦透镜的各种像差。
图5是根据第三实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图6A、图6B和图6C示出根据第三实施例的变焦透镜的各种像差。
图7是根据第四实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图8A、图8B和图8C示出根据第四实施例的变焦透镜的各种像差。
图9是根据第五实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图10A、图10B和图10C示出根据第五实施例的变焦透镜的各种像差。
图11是根据第六实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图12A、图12B和图12C示出根据第六实施例的变焦透镜的各种像差。
图13是根据本发明的图像拾取设备的主要部分的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，现在将给出变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取设备的实施例的描述。本发明的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：正折光力的第一透镜单元、负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元和正折光力的第四透镜单元。在变焦中，第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为可在光轴上移动。
在本发明的变焦透镜中，可以在第一透镜单元的物体侧或第四透镜单元的像侧中的至少一侧布置具有折光力的透镜单元。
图1是根据第一实施例的变焦透镜的透镜截面图。图2A、图2B和图2C是根据第一实施例的变焦透镜在广角端(短焦距端)、中间变焦位置和望远端(长焦距端)的像差图。数值示例1的变焦透镜具有9.81的变焦比和在广角端的69°的图像拾取视角。图3是根据第二实施例的变焦透镜的透镜截面图。图4A、图4B和图4C是根据第二实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。数值示例2的变焦透镜具有11.78的变焦比和在广角端的69°的图像拾取视角。图5是根据第三实施例的变焦透镜的透镜截面图。图6A、图6B和图6C是根据第三实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。数值示例3的变焦透镜具有19.40的变焦比和在广角端的69°的图像拾取视角。
图7是根据第四实施例的变焦透镜的透镜截面图。图8A、图8B和图8C是根据第四实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。数值示例4的变焦透镜具有9.79的变焦比和在广角端的75°的图像拾取视角。图9是根据第五实施例的变焦透镜的透镜截面图。图10A、图10B和图10C是根据第五实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。数值示例5的变焦透镜具有9.79的变焦比和在广角端的82°的图像拾取视角。图11是根据第六实施例的变焦透镜的透镜截面图。图12A、图12B和图12C是根据第六实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。数值示例6的变焦透镜具有21.0的变焦比和在广角端的69°的图像拾取视角。图13是包括根据本发明的变焦透镜的摄像机(图像拾取设备)的主要部分的示意图。
数值示例1-6中的每一个的变焦透镜是用于图像拾取设备的图像拾取透镜系统。在透镜截面图中，左侧表示物体侧并且右侧表示像侧。在透镜截面图中，L1表示正折光力的第一透镜单元。L2表示负折光力的第二透镜单元。L3表示正折光力的第三透镜单元。L4表示正折光力的第四透镜单元。SP表示孔径光阑(光阑)。光阑SP位于第三透镜单元L3的物体侧，并且被配置为在变焦中能移动或固定。
G表示与滤光器或面板对应的光学块。IP表示像面，其在变焦透镜被用于数字静态照相机和摄像机的图像拾取光学系统时与图像拾取器件(例如CCD传感器或CMOS传感器)的像面对应，或者在变焦透镜被用于基于胶片的照相机时与胶片表面对应。在像差图中，对于d线和g线示出球面像差。在像散图中，AM和AS分别表示子午像面和弧矢像面。对于g线示出横向色差。Fno表示F数，并且ω表示半视角。在以下实施例中的每一个实施例中，广角端和望远端是在可改变倍率的透镜单元(第二透镜单元)位于机构上的光轴上的其可移动范围中的两端时的变焦位置。
在每个实施例中，在从广角端到望远端的变焦中如箭头所示出的，为了改变倍率，第二透镜单元L2向像侧移动并且第三透镜单元L3向物体侧非直线地移动。另外，第四透镜单元L4沿着凸出的轨迹向像侧移动从而校正与可改变倍率关联的像面波动。此外，在光轴上移动第四透镜单元L4以用于后焦点类型的聚焦。关于第四透镜单元L4的由实线示出的曲线4a和由虚线示出的曲线4b是在对无穷远物体聚焦时和在对短距离物体聚焦时用来校正与可改变倍率关联的像面波动的移动轨迹。因此，此实施例形成用于第四透镜单元L4的向物体侧凸出的轨迹，有效地利用在第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的间距，并且有效地减少透镜总长度。
在望远端上在从无穷远物体到短距离物体的聚焦中，如由箭头4c所示地向前移动第四透镜单元L4。在聚焦中，第一透镜单元L1在光轴方向上是固定的，但是如果有必要可以被移动以便校正像差。在图像拾取中，至少移动第三透镜单元L3的一部分使得其移动方向包括与光轴垂直的分量，以便使图像在与光轴垂直的方向上偏移。此配置校正在移动变焦透镜时所拍摄图像的模糊(blur)。
在图7的第四实施例和图9的第五实施例中，光阑SP在从广角端到中间变焦位置的变焦中向物体侧移动，并且在从中间变焦位置到望远端的变焦中向像侧移动。由于此移动，此实施例有效地利用在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间距，并且有效地减少透镜总长度(从第一透镜表面到像面的距离)和前透镜的有效直径。
在每个实施例中的变焦透镜指定每个组件，使得前透镜的有效直径可以变得更小并且图像角可以变得更宽。由于具有广视角的变焦透镜具有入射到前透镜(第一透镜表面)上的大的光线角，因此为了变焦透镜的小型化，从第一透镜表面到光阑SP的距离变成一个重要因素。为了小型化，可变倍率不仅仅被分配给第二透镜单元L2，而是被分配给第二透镜单元L2和第三透镜单元L3两者，用于减少从第一透镜表面到光阑SP的距离和前透镜的有效直径。每个实施例的变焦透镜对应于68°或更大的广的(图像拾取)视角、约10到20倍的高倍率(高变焦比)，并且整个系统保持小的长度。
在使视角更宽时，在每个实施例的变焦透镜中，根据视角变宽的量，第一透镜单元的正折光力通常变得更弱。因此，为了仅仅利用第二透镜单元L2获得可变倍率比(变焦比)，必须增大与变焦关联的第二透镜单元L2的移动量。然而，增大与变焦关联的第二透镜单元L2的移动量和获得可变倍率的方法要求在透镜单元中大的移动间距和在前透镜(第一透镜表面)与光阑SP之间的大的间隔。结果，前透镜的有效直径增大。另一方面，每个实施例通过使第三透镜单元L3成为在变焦中能移动的透镜单元以及通过还将可变倍率分配给第三透镜单元L3来减少与变焦关联的第二透镜单元L2的移动量。因此，防止前透镜的大的有效直径。
因此，为了高倍率(高变焦比)，此实施例将可变倍率分配给第二透镜单元L2和第三透镜单元L3两者，并且使前透镜与光阑SP之间的间隔最小化，由此防止前透镜的有效直径的大尺寸。
更具体而言，在每个实施例中，满足以下条件式：
0.010＜(|f3st|/f3)/z＜0.045     (1)
-0.33＜β2w＜-0.20              (2)
其中f3st是与从广角端到望远端的变焦关联的第三透镜单元的移动量，f3是第三透镜单元的焦距，β2w是在广角端处第二透镜单元的横向倍率，并且z是变焦比。
与从广角端到望远端的变焦关联的第三透镜单元L3的移动量f3st是在广角端与望远端之间的第三透镜单元L3的到像面的位置的差。在从广角端到望远端的变焦中，负号被设定为第三透镜单元L3向物体侧移动的方向，并且正号被设定为第三透镜单元L3向像侧移动的方向。移动量的相同的定义被应用于以下描述：
引入条件式(1)以便将可变倍率分配给第三透镜单元L3并且使整个系统小型化。在值低于条件式(1)的下限值时，在变焦中第三透镜单元L3的移动量减少，并且第二透镜单元L2的可变倍率分配和前透镜的有效直径增大，虽然低于下限值的值对于透镜总长度的小型化是有利的。在值超过上限值时，在变焦中第三透镜单元L3的移动量增大，透镜总长度变得更长，并且小型化变得困难。另外，第三透镜单元L3的焦度变得更强，并且难以抑制特别是在广角端处的球面像差或纵向色差。
条件式(2)涉及在广角端处第二透镜单元L2的横向倍率，并且被引入以便适当地校正像场弯曲。在值低于条件式(2)的下限值时，第二透镜单元L2的焦度变得更弱，在变焦中移动量变得更大，并且难以使整个系统小型化。另一方面，在值超过上限值时，第二透镜单元L2的焦度变得更强，在变焦中像场弯曲的波动增大，并且难以减轻该波动。
在每个实施例中，可以如下地设定条件式(1)和(2)的数值：
0.011＜(|f3st|/f3)/z＜0.043       (1a)
-0.33＜β2w＜-0.21                (2a)
可以如下地改变(1a)和(2a)的数值：
0.012＜(|f3st|/f3)/z＜0.042       (1b)
-0.32＜β2w＜-0.22                (2b)
每个实施例可以获得具有广视角、高变焦比和在整个变焦范围上的高光学性能的紧凑的变焦透镜。在每个实施例中，可以满足以下条件式中的一个或多个。假设f1是第一透镜单元的焦距，f2st是与从广角端到望远端的变焦关联的第二透镜单元的移动量，f2是第二透镜单元的焦距，并且nd2是在第二透镜单元中包含的每个透镜的材料的平均折射率。此时，可以满足以下条件式之一：
1.6＜f1/f3＜2.7             (3)
2.4＜|f2st|/f2＜3.8         (4)
nd2＞1.80                   (5)
现在将描述上述条件式中的每一个的技术意义。条件式(3)涉及在第一透镜单元L1和第三透镜单元L3之间的焦度分配，并且被引入来适当地校正主要在望远端处的球面像差和横向色差。在值低于条件式(3)的下限时，第一透镜单元L1的焦度变得更强，变得更容易在第二透镜单元L2处得到变焦比，并且此配置对于整个系统的小型化是有利的。然而，难以适当地校正在高变焦比中在望远端处的球面像差。另一方面，在值超过上限值时，第一透镜单元L1的焦度变得更弱，减轻在望远端处的纵向色差，但是为了获得预定的变焦比，第二透镜单元L2的所需的移动量增大，并且因此整个系统的小型化变得困难。
条件式(4)涉及第二透镜单元L2的焦度分配。在值低于条件式(4)的下限值时，在变焦中第二透镜单元L2的移动量变得更小，其对于前透镜的有效直径的小型化是有利的。然而，为了获得预定的倍率，在变焦中第三透镜单元L3的移动量变得更大并且透镜总长度变得更大。另一方面，在值超过上限值时，在变焦中第二透镜单元L2的移动量变得更大，并且前透镜的有效直径变得更大。
条件式(5)涉及第二透镜单元L2的材料的平均折射率，并且被引入以便适当地校正像场弯曲。在值低于条件式(5)的下限值时，匹兹伐和(Petzval sum)在负方向上扩大，并且变得难以抑制在变焦中的像场弯曲的波动。在为了抑制像场弯曲的波动而使第二透镜单元L2的焦度变得较弱时，透镜总长度和前透镜的有效直径变得较大。
在每个实施例中，可以如下地改变条件式(3)-(5)的数值：
1.65＜f1/f3＜2.65    (3a)
2.5＜|f2st|/f2＜3.7  (4a)
nd2＞1.83            (5a)
可以如下地进一步改变条件式(3a)、(4a)和(5a)的数值：
1.7＜f1/f3＜2.6      (3b)
2.7＜|f2st|/f2＜3.5  (4b)
1.83＜nd2＜2.0       (5b)
因此每个数值示例配置每个透镜单元从而使整个透镜系统小型化，以及保持在整个变焦范围或整个物体距离上的高光学性能，尽管透镜配置是简单的。
特别地，每个实施例能够提供对应于68°或更大的广视角和约10到20倍的高倍率(变焦比)的变焦透镜。此外，本实施例能够提供具有紧凑的整个系统以及在从广角端到望远端的整个变焦范围上或在从无限远物体到最近物体的整个物体距离范围上的高光学性能的变焦透镜。每个实施例在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间设置孔径光阑SP，并且可以在变焦中独立地移动第三透镜单元L3和孔径光阑SP。
通常，在广视角和高变焦比中，在变焦中可用于改变倍率的透镜单元的移动量增大，并且因此重要的是使光阑SP向前侧(第一透镜单元L1侧)接近从而抑制前透镜的有效直径。因此，第四实施例和第五实施例的变焦透镜在用来确定前透镜的有效直径的焦距位置处减小在第一透镜单元和光阑SP之间的间隔，并且通过从广角端到中间变焦位置将光阑SP朝向物体侧移动来减小前透镜的有效直径。
通过将光阑SP布置在第三透镜单元L3的物体侧，使入射光瞳位置更接近前透镜侧。在每个实施例的变焦透镜中，用来确定前透镜的有效直径的入射光通量在作为广角端或从广角端稍微接近望远端的变焦位置处是可用的。因此，将光阑SP布置为在该变焦位置处最接近前透镜侧对于前透镜的有效直径的小型化是有效的。另外，通过将光阑SP布置为在该变焦位置处接近前透镜侧，用来确定广角端处的F数的轴向光通量变小，光阑直径可以变小，并且因此此配置对于更小的透镜配置是有效的。
在将每个实施例的变焦透镜用于图像拾取设备时，可以提供被配置为执行图像处理的单元，从而使在广角端处的图像圈尺寸(直径)比在望远端处的图像圈尺寸(直径)大。在每个实施例的变焦透镜用于图像拾取设备时，可以通过电学上的图像处理来校正在各种像差之中的畸变。特别地，使在广角端处的图像拾取范围比最大图像拾取范围(图像圈尺寸)小，并且通过校正畸变，前透镜的有效直径的进一步小型化变得更容易。
在每个实施例的变焦透镜中，在从广角端到望远端的变焦中，第一透镜单元被配置为固定的，而第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为能移动的。因此，可以在高性能和较少数量的能移动的透镜单元的情况下实现高变焦比。特别地，使具有可改变倍率作用的第二透镜单元L2的负折光力较强，并且可以在高变焦比的情况下实现在较小移动量情况下的高可变倍率。在使第二透镜单元L2的负折光力较强时，在第二透镜单元L2中像差校正变得困难。然而，第二透镜单元L2从物体侧到像侧依次包括三个负透镜，并且被配置为适当地调节第二透镜单元L2的折光力。由此，可以实现高变焦比和高性能。
在每个实施例中，第一透镜单元L1从物体侧到像侧依次包括负透镜、正透镜和正透镜。更具体而言，第一透镜单元L1从物体侧到像侧依次包括：负透镜、在物体侧具有凸表面的正透镜和在物体侧具有凸表面的正弯月透镜。第三透镜单元L3从物体侧到像侧依次包括：正透镜、负透镜和正透镜。第四透镜单元L4从物体侧到像侧依次包括：通过接合正透镜和负透镜而制作的胶合透镜。
通过配置每个透镜单元，此实施例能够提供对应于68°或更大的广视角和约10到20倍的高(变焦)倍率的变焦透镜。该变焦透镜具有紧凑的整体系统以及在从广角端到望远端的整个变焦范围上或在从无限远物体到最近物体的整个物体距离上的高光学性能。
现在将描述与第一到第六实施例对应的数值示例1到6。在每个数值示例中，“i”表示从物体侧开始数起的表面号，“ri”表示第i个表面的曲率半径，“di”表示在第i个表面与第i+1个表面之间的间隔。“ndi”和“vdi”表示第i个光学元件的材料关于d线的折射率和阿贝数。在数值示例1到6中，最接近像侧的八个表面是与光学块对应的平面。在距离光轴的高度为H的位置处的非球面形状由作为以表面顶点为基准的在光轴方向上的位移的X来表示。光行进方向被设定为正的，其中“R”表示近轴的曲率半径，“k”表示圆锥系数，A4、A6、A8是非球面系数。此等式被表述如下：
等式1
x = H 2 / R 1 + 1 - ( 1 + k ) ( H / R ) 2 + A 4 H 4 + A 6 H 6 + A 8 H 8
“＊”表示非球面表面。“e-x”表示10-x。“BF”表示后焦距(back focus)。在每个数值示例中，光阑SP和伪(dummy)表面被当作一个单元。最接近像侧的八个平面也被当作一个单元。表1示出了在上述条件式中的每一个与每个数值示例中的各个数值之间的关系。
数值示例1
表面数据
表面号    r         d       nd         vd      有效直径
1         53.041    1.35    1.84666    23.9    33.00
2         27.668    6.05    1.60311    60.6    29.80
3         -440.882  0.18                       28.80
4         24.922    3.45    1.69680    55.5    25.20
5         74.134    (可变)                     24.30
6         147.266   0.70    1.88300    40.8    14.60
7         7.285     2.97                       10.90
8         -111.952  0.60    1.80610    33.3    10.70
9         29.523    1.22                       10.40
10        -25.404   0.60    1.80400    46.6    10.40
11        40.496    0.27                       10.50
12        20.278    1.94    1.92286    18.9    10.80
13        -54.086   (可变)                     10.70
14        ∞        0.00                       8.65
15(光阑)  ∞        (可变)                     8.65
16＊      10.402    3.01    1.58313    59.4    10.40
17        -129.903  4.39                       10.00
18        56.301    0.60    1.80518    25.4    8.10
19        10.489    0.59                       7.80
20＊      21.401    2.23    1.58313    59.4    8.00
21        -36.073   (可变)                     8.30
22        13.790    3.07    1.69680    55.5    9.40
23        -22.255   1.10    1.84666    23.9    9.10
24        -236.089  (可变)                     8.90
25        ∞        0.19    1.54400    60.0    20.00
26        ∞        0.26    1.54400    60.0    20.00
27        ∞        0.80    1.51400    70.0    20.00
28        ∞        0.19    1.54400    60.0    20.00
29        ∞        1.00                       20.00
30        ∞        0.50    1.49000    70.0    20.00
31        ∞        1.00                       20.00
32        ∞        (可变)                     20.00
像面      ∞
非球面数据
第十六表面
K＝-8.66524e-001  A4＝-1.99723e-006  A6＝7.05266e-008  A8＝6.79053e-010
第二十表面
K＝-4.10770e-001  A4＝-2.43478e-005  A6＝1.73933e-008  A8＝-1.14367e-011
各种数据
变焦比      9.81
焦距        4.63     20.22    45.45
F数         1.85     2.61     2.88
半视角      34.50    8.95     4.01
图像高度    3.19     3.19     3.19
透镜总长度  78.39    78.39    78.39
BF          9.14     13.16    11.56
d5     1.01    16.10   21.46
d13    22.93   7.84    2.48
d15    6.40    2.56    2.25
d21    4.60    4.42    6.33
d24    5.87    9.88    8.29
入射光瞳位置  19.28    85.33     164.38
出射光瞳位置  3663.98  -74.97    -105.06
前主点位置    23.92    100.09    190.17
后主点位置    -4.64    -20.22    -45.45
变焦透镜单元数据
单元     开始表面  焦距     透镜总长度  前主点位置   后主点位置
1        136.96    11.03    2.61        -4.16
2        6         -7.42    8.30        0.39         -6.55
3        14        ∞       0.00        0.00         -0.00
4        16        21.11    10.82       -1.21        -9.73
5        22        21.02    4.17        -0.07        -2.48
6        25        ∞       3.94        1.64         -1.64
单透镜数据
透镜开始表面焦距
1     1     -70.02
2     2     43.38
3     4     52.37
4     6     -8.70
5     8     -28.93
6     10    -19.34
7     12    16.18
8     16    16.65
9     18    -16.10
10    20    23.37
11    22    12.66
12    23    -29.09
数值示例2
表面数据
表面号    r         d       nd         vd      有效直径
1         58.332    1.35    1.84666    23.9    32.71
2         30.014    5.95    1.60311    60.6    30.55
3         -346.123  0.18                       29.74
4         26.455    3.41    1.69680    55.5    26.23
5         73.102    (可变)                     25.29
6         111.783   0.70    1.88300    40.8    14.38
7         7.319     3.18                       10.88
8         -40.681   0.60    1.80610    33.3    10.66
9         32.642    1.21                       10.44
10        -24.800   0.60    1.80400    46.6    10.43
11        233.561   0.10                       10.63
12        23.740    1.93    1.92286    18.9    10.86
13        -44.341   (可变)                     10.81
14(光阑)  ∞        (可变)                     8.69
15＊      9.606     3.09    1.58313    59.4    10.24
16        -108.880  4.17                       9.80
17        40.285    0.60    1.80518    25.4    8.20
18        8.806     0.61                       7.96
19＊      17.286    2.10    1.58313    59.4    8.03
20        -122.311  (可变)                     8.28
21        12.947    3.06    1.69680    55.5    9.22
22        -23.084   1.00    1.84666    23.9    8.89
23        -168.951  (可变)                     8.69
24        ∞        0.31    1.54400    60.0    20.00
25        ∞        1.00    1.51400    70.0    20.00
26        ∞        0.26    1.54400    60.0    20.00
27        ∞        0.31    1.54400    60.0    20.00
28        ∞        1.15                       20.00
29        ∞        0.50    1.49000    70.0    20.00
30        ∞        0.48                       20.00
31        ∞        (可变)                     20.00
像面      ∞
非球面数据
第十五表面
K＝-8.27323e-001  A4＝5.43055e-006  A6＝1.08902e-007  A8＝-9.01539e-010
第十九表面
K＝-2.21028e-001  A4＝-3.76064e-005
各种数据
变焦比      11.78
焦距        4.37     21.00    51.42
F数         1.85     2.61     2.88
半视角      34.49    8.13     3.34
图像高度    3.00     3.00     3.00
透镜总长度  79.69    79.69    79.69
BF          8.85     12.74    10.38
d5     0.94     18.37    24.59
d13    26.18    8.75     2.53
d14    6.38     2.43     2.24
d20    3.50     3.56     6.11
d23    5.63     9.52     7.16
入射光瞳位置    19.03    95.84     200.22
出射光瞳位置    -205.85  -57.21    -95.71
前主点位置      23.31    109.14    224.02
后主点位置      -4.35    -20.98    -51.40
变焦透镜单元数据
单元    开始表面   焦距     透镜总长度  前主点位置  后主点位置
1        1         39.98    10.89       2.52        -4.14
2        6         -7.91    8.32        0.21        -6.93
3        14        ∞       0.00        0.00        -0.00
4        15        21.79    10.56       -3.56       -10.66
5        21        19.10    4.06        0.00        -2.35
6        24        ∞       4.01        1.60        -1.60
单透镜数据
透镜      开始表面      焦距
1         1             -74.65
2         2             46.07
3         4             57.76
4         6             -8.90
5         8             -22.38
6         10            -27.86
7         12            16.99
8         15            15.28
9         17            -14.12
10        19            26.12
11        21            12.33
12        22            -31.68
数值示例3
表面数据
表面号   r         d       nd         vd      有效直径
1        58.055    1.35    1.84666    23.9    31.94
2        30.837    6.05    1.60311    60.6    29.98
3        -316.361  0.18                       29.01
4        26.910    3.40    1.69680    55.5    27.35
5        69.580    (可变)                     26.76
6        136.315   0.70    1.88300    40.8    14.20
7        7.214     3.16                       10.75
8        -50.295   0.60    1.80610    33.3    10.52
9        35.547    0.90                       10.31
10       -26.926   0.60    1.80400    46.6    10.31
11       61.991    0.08                       10.50
12       19.958    1.88    1.92286    18.9    10.73
13       -60.936   (可变)                     10.67
14(光阑) ∞        (可变)                     9.49
15＊     10.411    3.48    1.58313    59.4    11.60
16       -39.102   5.20                       11.20
17       -158.764  0.60    1.80518    25.4    8.89
18       8.539     0.44                       8.60
19＊     13.856    2.34    1.58313    59.4    8.57
20       -75.807   (可变)                     8.84
21       15.612    2.33    1.69680    55.5    10.16
22       -43.920   1.00    1.84666    23.9    9.97
23       -51.313   (可变)                     9.84
24       ∞        0.31    1.54400    60.0    20.00
25       ∞        1.00    1.51400    70.0    20.00
26       ∞        0.26    1.54400    60.0    20.00
27       ∞        0.31    1.54400    60.0    20.00
28       ∞        1.15                       20.00
29       ∞        0.50    1.49000    70.0    20.00
30       ∞        0.48                       20.00
31       ∞        (可变)                     20.00
像面     ∞
非球面数据
第十五表面
K＝-1.15201e+000  A4＝2.01901e-005  A6＝-1.58643e-007  A8＝-9.01539e-010
第十九表面
K＝4.09719e+000  A4＝-1.96998e-004  A6＝-2.35577e-006
各种数据
变焦比      19.40
焦距        4.37     25.51    84.70
F数         1.85     2.61     2.88
半视角      34.49    6.71     2.03
图像高度    3.00     3.00     3.00
透镜总长度  86.75    86.75    86.75
BF          9.22     15.19    8.72
d5     1.00    19.96   26.72
d13    27.90   8.94    2.18
d14    9.16    2.40    2.24
d20    5.20    5.99    12.61
d23    6.00    11.97   5.50
入射光瞳位置    19.11    111.46     269.61
出射光瞳位置    84.87    -191.69    71.39
前主点位置      23.70    133.584    54.83
后主点位置      -4.35    -25.49    -84.68
变焦透镜单元数据
单元     开始表面  焦距     透镜总长度    前主点位置    后主点位置
1        1         40.72    10.98        2.44          -4.27
2        6         -7.49    7.91         0.42          -6.05
3        14        ∞       0.00         0.00          -0.00
4        15        22.98    12.06        -6.61         -13.16
5        21        17.68    3.33         0.48          -1.48
6        24        ∞       4.01         1.60          -1.60
单透镜数据
透镜     开始表面  焦距
1        1         -79.49
2        2         46.90
3        4         60.98
4        6         -8.65
5        8         -25.76
6        10        -23.28
7        12        16.47
8        15        14.47
9        17        -10.05
10       19        20.29
11       21        16.80
12       22        -383.82
数值示例4
表面数据
表面号    r         d       nd         vd      有效直径
1         55.796    1.80    1.84666    23.9    38.80
2         32.207    6.50    1.60311    60.6    35.32
3         889.522   0.20                       34.09
4         32.514    3.26    1.69680    55.5    29.16
5         89.238    (可变)                     28.56
6         70.612    1.00    1.88300    40.8    18.93
7         8.160     3.96                       13.38
8         169.349   0.85    1.80610    33.3    13.02
9         17.698    2.08                       12.37
10        -27.858   0.80    1.80400    46.6    12.35
11        86.365    0.09                       12.65
12        23.231    2.33    1.92286    18.9    12.99
13        -66.340   (可变)                     12.93
14(光阑)  ∞        (可变)                     8.15
15＊      12.888    2.94    1.58313    59.4    11.61
16        -151.329  5.31                       11.29
17        1337.235  0.80    1.80518    25.4    9.21
18        14.239    0.19                       8.89
19＊      16.466    2.44    1.58313    59.4    8.93
20        -30.911   (可变)                     9.25
21        22.924    2.21    1.69680    55.5    9.99
22        -28.432   0.80    1.84666    23.9    9.88
23        -115.180  (可变)                     9.82
24        ∞        0.19    1.54400    60.0    20.00
25        ∞        0.26    1.54400    60.0    20.00
26        ∞        0.80    1.51400    70.0    20.00
27        ∞        0.19    1.54400    60.0    20.00
28        ∞        1.00    20.00
29        ∞        0.50    1.49000    70.0    20.00
30        ∞        1.00                       20.00
31        ∞        (可变)                     20.00
像面      ∞
非球面数据
第十五表面
K＝-1.46246e+000    A4＝3.98811e-005    A6＝-2.10269e-009    A8＝1.14020e-011
第十九表面
K＝-9.97784e-001    A4＝-4.36903e-005
各种数据
变焦比        9.79
焦距          4.53    21.95    44.31
F数           1.85    2.62     2.88
半视角        37.49   8.99     4.48
图像高度      3.47    3.47     3.47
透镜总长度    91.33   91.33    91.33
BF            10.34   16.76    16.86
d5            0.68    21.09    28.26
d13           21.09   5.35     2.70
d14           15.74   5.05     2.35
d20           5.91    5.51     3.60
d23           7.07    13.50    13.59
d31           -0.01   -0.01    -0.01
入射光瞳位置    19.92    95.32     190.15
出射光瞳位置    35.54    -107.92   -54.62
前主点位置      25.02    112.80    198.51
后主点位置      -4.54    -21.96    -44.32
变焦透镜单元数据
单元     开始表面  焦距     透镜总长度    前主点位置    后主点位置
1        1         48.86    11.76         2.32          -4.90
2        6         -8.44    11.11         0.78          -8.58
3        14        ∞       0.00          0.00          -0.00
4        15        21.48    11.68         0.90          -9.07
5        21        30.95    3.0           0.18          -1.57
6        24        ∞       3.94          1.64          -1.64
单透镜数据
透镜      开始表面  焦距
1         1         -93.24
2         2         55.25
3         4         71.71
4         6         -10.53
5         8         -24.58
6         10        -2612
7         12        18.88
8         15        20.50
9         17        -17.88
10        19        18.78
11        21        18.54
12        22        -44.78
数值示例5
表面数据
表面号    r         d       nd         vd      有效直径
1         55.044    1.80    1.84666    23.9    47.30
2         32.377    7.98    1.60311    60.6    41.76
3         384.477   0.20                       40.60
4         29.483    3.37    1.69680    55.5    29.54
5         70.172    (可变)                     28.37
6         53.719    1.00    1.88300    40.8    21.77
7         8.281     4.02                       14.43
8         65.026    0.85    1.80610    33.3    14.26
9         14.683    2.24                       13.14
10        -29.241   0.80    1.80400    46.6    13.15
11        58.250    0.12                       13.31
12        21.358    2.23    1.92286    18.9    13.60
13        -90.257   (可变)                     13.47
14(光阑)  ∞        (可变)                     7.99
15＊      12.709    3.22    1.58313    59.4    10.60
16        -213.627  4.58                       10.21
17        111.036   0.80    1.80518    25.4    9.32
18        14.346    0.44                       9.30
19＊      17.010    2.46    1.58313    59.4    9.47
20        -30.355   (可变)                     9.72
21        21.876    2.45    1.69680    55.5    10.46
22        -23.378   0.80    1.84666    23.9    10.30
23        -187.189  (可变)  10.20
24        ∞        0.19    1.54400    60.0    20.00
25        ∞        0.26    1.54400    60.0    20.00
26        ∞        0.80    1.51400    70.0    20.00
27        ∞        0.19    1.54400    60.0    20.00
28        ∞        1.00                       20.00
29        ∞        0.50    1.49000    70.0    20.00
30        ∞        1.00                       20.00
31        ∞        (可变)                     20.00
像面      ∞
非球面数据
第十五表面
K＝-1.10400e+000  A4＝1.25699e-005  A6＝4.59169e-008  A8＝1.14020e-011
第十九表面
K＝-1.35359e+000  A4＝-3.00917e-005  A6＝3.13643e-008
各种数据
变焦比      9.79
焦距        3.97     20.23    38.90
F数         1.85     2.62     2.88
半视角      41.16    9.74     5.10
图像高度    3.47     3.47     3.47
透镜总长度  92.04    92.04    92.04
BF          10.05    15.06    16.94
d5          0.68     19.89    26.64
d13         22.99    4.30     2.18
d14         15.41    6.00     2.24
d20         3.54     7.43     4.67
d23         6.77     11.79    13.66
d31         -0.00    -0.00    -0.00
入射光瞳位置    21.96    88.67     161.04
出射光瞳位置    31.33    -226.62   -58.41
前主点位置      26.44    107.10    174.04
后主点位置      -3.97    -20.23    -38.90
变焦透镜单元数据
单元     开始表面  焦距     透镜总长度   前主点位置    后主点位置
1        1         50.01    13.35        2.5           -5.66
2        6         -8.26    11.26        1.11          -8.21
3        14        ∞       0.00         0.00          -0.00
4        15        19.98    11.50        1.97          -8.11
5        21        33.33    3.25         -0.02         -1.90
6        24        ∞       3.94         1.64          -1.64
单透镜数据
透镜     开始表面   焦距
1         1         -96.37
2         2         58.12
3         4         70.57
4         6         -11.20
5         8         -23.71
6         10        -24.12
7         12        18.90
8         15        20.68
9         17        -20.54
10        19        19.06
11        21        16.59
12        22        -31.62
数值示例6
表面数据
表面号    r          d       nd         vd      有效直径
1         57.988     1.35    1.84666    23.9    32.48
2         30.819     6.04    1.60311    60.6    30.94
3         -324.997   0.18                       30.75
4         26.823     3.48    1.69680    55.5    29.44
5         68.066     (可变)                     29.01
6         104.465    0.70    1.88300    40.8    14.32
7         7.051      3.43                       10.74
8         -61.146    0.60    1.83481    42.7    10.39
9         44.846     0.83                       10.20
10        -26.683    0.60    1.80400    46.6    10.19
11        51.085     0.05                       10.33
12        18.984     1.79    1.92286    18.9    10.52
13        -101.633   (可变)                     10.42
14(光阑)  ∞         (可变)                     9.77
15＊      10.654     3.45    1.58313    59.4    11.93
16        -36.872    5.20                       11.59
17        51.015     0.60    1.80518    25.4    8.72
18        6.982      0.48                       8.30
19＊      9.565      2.44    1.58313    59.4    8.45
20        51.062     (可变)                     8.56
21        15.217     2.19    1.69680    55.5    9.79
22        -68.564    1.00    1.84666    23.9    9.61
23        -66.242    (可变)                     9.47
24        ∞         0.31    1.54400    60.0    20.00
25        ∞         1.00    1.51400    70.0    20.00
26        ∞         0.26    1.54400    60.0    20.00
27        ∞         0.31    1.54400    60.0    20.00
28        ∞         1.15                       20.00
29        ∞         0.50    1.49000    70.0    20.00
30        ∞         0.48                       20.00
31        ∞         (可变)                     20.00
像面      ∞
非球面数据
第十五表面
K＝-1.20929e+000    A4＝7.62696e-006    A6＝-2.31839e-007    A8＝-9.01539e-010
第十九表面
K＝1.65150e+000     A4＝-1.66367e-004    A6＝-2.00848e-006
各种数据
变焦比        21.00
焦距          4.37     26.89    91.70
F数           1.85     2.61     2.88
半视角        34.49    6.37     1.87
图像高度      3.00     3.00     3.00
透镜总长度    86.89    86.89    86.89
BF            9.22     16.05    8.72
d5            1.00     20.23    27.08
d13           28.26    9.04     2.18
d14           8.80     2.40     2.24
d20           5.20     4.77     12.26
d23           6.00     12.83    5.50
入射光瞳位置  19.22    115.40   290.04
出射光瞳位置  146.13   -86.7    296.73
前主点位置    23.72    133.95   468.68
后主点位置    -4.35    -26.87   -91.68
变焦透镜单元数据
单元     开始表面  焦距     透镜总长度      前主点位置    后主点位置
1        1         40.95    11.05           2.39          -4.36
2        6         -7.21    7.99            0.62          -5.77
3        14        ∞       0.00            0.00          -0.00
4        15        22.44    12.17           -7.28         -13.18
5        21        18.03    3.19            0.37          -1.49
6        24        ∞       4.01            1.60          -1.60
单透镜数据
透镜      开始表面  焦距
1         1         -79.50
2         2         46.97
3         4         61.40
4         6         -8.59
5         8         -30.91
6         10        -21.73
7         12        17.46
8         15        14.56
9         17        -10.11
10        19        19.76
11        21        18.07
12        22        1929.34
表1
Figure BDA0000043335720000231
现在参考图13，将描述利用本发明的变焦透镜作为图像拾取光学系统的摄像机。在图13中，附图标记10表示摄像机主体，并且附图标记11表示包括本发明的变焦透镜的图像拾取光学系统。附图标记12表示图像拾取器件(光电转换元件)，例如CCD传感器和CMOS传感器，被配置为接收由图像拾取光学系统11形成的物体图像的光。附图标记13表示存储器，其被配置为存储与由图像拾取器件12光电转换的物体图像对应的信息。附图标记14表示取景器，其用来观察在显示设备(未示出)中显示的物体图像。通过将本发明的变焦透镜应用到图像拾取设备(例如摄像机)，可以使图像拾取设备更小并且表现出高光学性能。本发明的变焦透镜还可应用到数字静态照相机。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。
图像拾取设备适用于物体的图像拾取应用。

Claims (8)

1.一种变焦透镜，从物体侧到像侧依次包括：正折光力的第一透镜单元、负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元和正折光力的第四透镜单元，
其中在变焦中，第一透镜单元被配置为固定的，并且第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为能移动的，并且
其中满足以下条件式：
0.010＜(|f3st|/f3)/z＜0.045，以及
-0.33＜β2w＜-0.20，
其中f3st是与从广角端到望远端的变焦关联的第三透镜单元的移动量，f3是第三透镜单元的焦距，β2w是在广角端处第二透镜单元的横向倍率，并且z是变焦比。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足以下条件式：1.6＜f1/f3＜2.7，其中f1是第一透镜单元的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足以下条件式：2.4＜|f2st|/f2＜3.8，其中f2st是与从广角端到望远端的变焦关联的第二透镜单元的移动量，并且f2是第二透镜单元的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足以下条件式：nd2＞1.80，其中nd2是第二透镜单元中包含的每个透镜的材料的平均折射率。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括设置在第二透镜单元和第三透镜单元之间的孔径光阑，其中第三透镜单元被配置为在变焦中与孔径光阑独立地移动。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中至少移动第三透镜单元的一部分使得其移动方向包括与光轴垂直的分量，以便使图像在与光轴垂直的方向上偏移。
7.一种图像拾取设备，包括：
根据权利要求1到6中任何一个所述的变焦透镜；以及
图像拾取器件，被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像。
8.根据权利要求7所述的图像拾取设备，还包括用于执行使得广角侧的图像圈尺寸能够比望远端的图像圈尺寸小的图像处理的单元。
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