CN102169223B - 变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置。所述变焦透镜包括正、负、正和正透镜单元，并且，第二透镜单元包含负、负、负和正透镜。在变焦中，第一和第三透镜单元是固定的，第二和第四透镜单元移动。满足0.01＜|f2/√(fw＊ft)|＜0.35和0.070＜D2/TL＜0.105。fw和ft是广角端和望远端处的整个系统的焦距，f2是第二透镜单元的焦距，TL是当对于从最接近像面的透镜表面到像面的距离进行空气换算时、从最接近物面的透镜表面到像面的光轴上的距离，D2是从第二透镜单元中的最接近物面的透镜表面到第二透镜单元中的最接近像面的透镜表面的光轴上的距离。

Description

变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置

技术领域

本发明涉及适于诸如摄像机、监视照相机、数字静态照相机、广播照相机和基于胶片的照相机的图像拾取装置中的图像拾取透镜的变焦透镜。

背景技术

用于诸如摄像机、监视照相机和数字静态照相机的使用固态图像感测器件的图像拾取装置的图像拾取光学系统需要具有宽视角、高变焦比和高的光学性能的小的变焦透镜。满足这些要求的一种已知的变焦透镜是四单元变焦透镜，该四单元变焦透镜从物侧到像侧依次包含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。在该类型中，常规的所谓的后焦点(rear focus)型四单元变焦透镜被配置为通过移动第二透镜单元来改变倍率，使用第四透镜单元来校正与倍率变化相关的图像波动，并提供聚焦(美国专利No.6,084,722和美国专利申请公开No.2008/0310033)。

一般地，为了使变焦透镜更小并且使变焦比更高，各透镜单元的更大的折光力是有效的。但是，单纯地使各透镜单元的折光力更大会加大与变焦相关的像差波动并导致难以在整个变焦范围上获得良好的光学性能。

为了使上面的后焦点型四单元变焦透镜具有小的整个系统、宽的视角和高的变焦比，适当地设定倍率变化的第二透镜单元的负折光力和透镜配置是重要的。当第二透镜单元中的各透镜的透镜形状、配置、折光力等不适当时，变得难以提供具有宽的视角和高的变焦比的小的整个系统。另外，由于与变焦相关的各种像差的波动增加，因此变得难以获得高的光学性能。为了在维持预定的变焦比的同时以宽视角实现小的整个系统，适当地设定各透镜单元的折光力也是重要的。

发明内容

本发明提供具有宽的视角、高的变焦比并在整个变焦范围上具有高的光学性能的变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置。

根据本发明的变焦透镜从物侧到像侧依次包含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。在变焦中，第一和第三透镜单元是固定的，第二和第四透镜单元移动。第二透镜单元从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一子透镜、具有负折光力的第二子透镜、具有负折光力的第三子透镜和具有正折光力的第四子透镜。满足以下的条件式：0.01＜|f2/√(fw＊ft)|＜0.35和0.070＜D2/TL＜0.105，这里，fw是整个系统的在广角端处的焦距，ft是整个系统的在望远端处的焦距，f2是第二透镜单元的焦距，TL是当对从最接近像面的透镜表面到像面的距离进行空气(aerially)换算时、从最接近物面的透镜表面到像面的光轴上的距离，D2是从第二透镜单元中的最接近物面的透镜表面到第二透镜单元中的最接近像面的透镜表面的光轴上的距离。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是根据第一实施例的广角端上的变焦透镜的透镜断面图。

图2A、图2B和图2C示出根据第一实施例的广角端、中间变焦位置和望远端上的变焦透镜的各种像差。

图3是根据第二实施例的广角端上的变焦透镜的透镜断面图。

图4A、图4B和图4C示出根据第二实施例的广角端、中间变焦位置和望远端上的变焦透镜的各种像差。

图5是根据第三实施例的广角端上的变焦透镜的透镜断面图。

图6A、图6B和图6C示出根据第三实施例的广角端、中间变焦位置和望远端上的变焦透镜的各种像差。

图7是根据第四实施例的广角端上的变焦透镜的透镜断面图。

图8A、图8B和图8C示出根据第四实施例的广角端、中间变焦位置和望远端上的变焦透镜的各种像差。

图9是根据第五实施例的广角端上的变焦透镜的透镜断面图。

图10A、图10B和图10C示出根据第五实施例的广角端、中间变焦位置和望远端上的变焦透镜的各种像差。

图11是包含本实施例的变焦透镜的摄像机的主要部分的示意图。

具体实施方式

现在将描述根据本发明的一个实施例的变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置。本实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包含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。在变焦中，第二透镜单元和第四透镜单元移动，而第一透镜单元和第三透镜单元是固定的。在聚焦中，第四透镜单元移动。可以在第一透镜单元的物侧或第四透镜单元的像侧中的至少一个处布置诸如转换器透镜的具有折光力的透镜单元。

图1是根据本发明的第一实施例的变焦透镜的广角端(短焦距端)上的透镜断面图。图2A、图2B和图2C是广角端、中间变焦位置和望远端(长焦距端)上的根据第一实施例的变焦透镜的像差图。根据第一实施例的变焦透镜具有19.79的变焦比和广角端上的图像拾取角67.4°。图3是根据本发明的第二实施例的变焦透镜的广角端上的透镜断面图。图4A、图4B和图4C是广角端、中间变焦位置和望远端上的根据第二实施例的变焦透镜的像差图。根据第二实施例的变焦透镜具有19.73的变焦比和广角端上的图像拾取角67.4°。

图5是根据本发明的第三实施例的变焦透镜的广角端上的透镜断面图。图6A、图6B和图6C是根据第三实施例的变焦透镜的广角端、中间变焦位置和望远端上的像差图。根据第三实施例的变焦透镜具有19.66的变焦比和广角端上的图像拾取角67.4°。图7是根据本发明的第四实施例的变焦透镜的广角端上的透镜断面图。图8A、图8B和图8C是根据第四实施例的变焦透镜的广角端、中间变焦位置和望远端上的像差图。根据第四实施例的变焦透镜具有19.71的变焦比和广角端上的图像拾取角67.0°。

图9是根据本发明的第五实施例的变焦透镜的广角端上的透镜断面图。图10A、图10B和图10C是根据第五实施例的变焦透镜的广角端、中间变焦位置和望远端上的像差图。根据第五实施例的变焦透镜具有19.85的变焦比和广角端上的图像拾取角度68.2°。图11是包含实施例中的一个实施例的变焦透镜的摄像机(图像拾取装置)的主要部分的示意图。

各实施例中的变焦透镜是用于诸如摄像机和数字照相机的图像拾取装置的图像拾取透镜系统。在透镜断面图中，左侧是物侧(前侧)右侧是像侧(后侧)。各实施例中的变焦透镜可被用作投影仪等中的投影透镜，并且，在这种情况下，左侧是屏幕，右侧是投影图像。在透镜断面图中，“i”表示从物侧算起的透镜单元的序号，“Li”表示第i个透镜单元。

在第一到第五实施例的透镜断面图中的每一个中，L1表示具有正折光力(等于焦距的倒数的光焦度)的第一透镜单元。L2表示具有负折光力的第二透镜单元。L3表示具有正折光力的第三透镜单元。L4表示具有正折光力的第四透镜单元。在各透镜单元中，Gij表示作为第i个透镜单元Li中的第j个透镜的第ij个透镜。在各实施例的各透镜断面图中，SP表示位于第三透镜单元L3的物侧的孔径光阑。

G表示与滤光器或面板对应的光学块。IP表示与诸如摄像机和数字照相机的图像拾取光学系统中的CCD传感器和CMOS传感器的固态图像感测器件(光电转换元件)的图像拾取面和基于胶片的照相机的图像拾取光学系统中的胶片表面对应的像面。用d线和g线作出球面像差图。像散图中的ΔM和ΔS表示子午像面和弧矢面。Fno表示F数，ω表示半场角。在以下的实施例中的每一个中，广角端和望远端是当倍率变化的透镜单元(第二透镜单元L2)位于光轴上的机械可动范围中的两端时的变焦位置。

第一到第五实施例公开了四单元变焦透镜，该四单元变焦透镜从物侧到像侧依次包含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。在从广角端到望远端的变焦位置的变焦中，第二透镜单元如箭头所示的那样向像侧移动以改变倍率。第四透镜单元L4沿凸形轨迹向物侧移动以校正与倍率变化相关联的像面波动。

另外，使用后焦点类型以通过在光轴上移动第四透镜单元L4来提供聚焦。第四透镜单元L4的实线曲线4a和虚线曲线4b是用于校正当第四透镜单元L4移动以聚焦无限远物体和近距离物体时的从广角端向望远端的变焦位置的变焦中的像面波动的移动轨迹。

在第一到第五实施例中的每一个中，例如，通过如箭头4c所示的那样向前拉动第四透镜单元L4来执行望远端处的从无限远物体到近距离物体的聚焦。在第一到第五实施例中的每一个中，第一透镜单元L1和第三透镜单元L3以及孔径光阑SP在变焦和聚焦中是不动的(固定的)。出于像差校正目的，如果必要的话，它们可以移动。

在各实施例中，第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第二十一透镜G21、具有负折光力的第二十二透镜G22、具有负折光力的第二十三透镜G23和具有正折光力的第二十四透镜G24。假定fw和ft是广角端处和望远端处的整个系统的焦距，f2是第二透镜单元的焦距，TL是当对于从最接近像面的透镜表面到像面的距离进行空气换算时、从最接近物面的透镜表面到像面的光轴上的距离，D2是从第二透镜单元中的最接近物面的透镜表面到第二透镜单元中的最接近像面的透镜表面的光轴上的距离。然后，满足下面的条件式：

0.01＜|f2/√(fw＊ft)|＜0.35    (1)

0.070＜D2/TL＜0.105            (2)。

在更宽的视角和更高的变焦比(更高的倍率)的尝试中，在变焦中变焦透镜单元的移动量和前透镜有效直径增大。使光阑位置更接近前透镜对于小的前透镜有效直径是重要的。因此，各实施例中的变焦透镜具有四单元结构，该四单元结构从物侧到像侧依次包含正透镜、负透镜、光阑、正透镜和正透镜。通过限制第二透镜单元L2的总长，使第一透镜单元L1和光阑SP之间的间隔变窄。

另外，第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包含负透镜、负透镜、负透镜和正透镜，由此使第二透镜单元L2的前主点位置靠近物侧。使第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的主点间隔比真实空间的短。由此，使得第一透镜单元L1和光阑SP之间的间隔更短，使得前透镜有效直径更小。而且，第二透镜单元L2中的各透镜可被配置为独立的透镜。由此，相邻透镜之间的空气透镜(airy lens)可被用于像差校正，并且，可以容易地并且适当地校正与变焦相关联的像差波动。特别地，可以通过利用第二十三透镜G23与第二十四透镜G24之间的空气间隔，容易地在广角侧限制像散的增大。

为了减小第二透镜单元L2的移动量并且在变焦中实现高的变焦比，增大倍率变化的第二透镜单元L2的折光力是有效的。但是，太强的焦度会导致难以在变焦中限制像场弯曲(field curvature)的波动。

条件式(1)是限定第二透镜单元L2的焦度的条件式。当值比条件式(1)的下限小时，第二透镜单元L2的焦度变得过强并且变得难以限制变焦中的像场弯曲的波动。另一方面，当值比条件式(1)的上限大时，第二透镜单元L2的焦度变得太弱，获得预定的变焦比所需的移动量变得太大，前透镜有效直径变得太大，透镜总长变得太长，并且变得难以实现整个系统的小型化。

条件式(2)是限定第二透镜单元L2的总长的条件式。当值比条件式(2)的上限大时，透镜总长变大以便确保变焦所需的第二透镜单元L2的移动量。另外，第一透镜单元L1和光阑SP之间的间隔变大，前透镜有效直径变大，并且变得难以实现整个系统的小型化。另一方面，当值比条件式(2)的下限小时，各透镜的中心厚度变得过小并且变得难以稳定地制造透镜。

在各实施例中，条件式(1)和(2)的数值范围可被设定如下：

0.100＜|f2/√(fw＊ft)|＜0.345  (1a)。

条件式(1a)进一步有利于减小像场弯曲的波动。

0.075＜D2/TL＜0.102        (2a)

条件式(2a)进一步有利于整个系统的小型化。更具体而言，条件式(1a)和(2a)可被设定如下：

0.15＜|f2/√(fw＊ft)|＜0.34    (1b)。

条件式(1b)进一步有利于减小像场弯曲的波动。

0.080＜D2/TL＜0.100        (2b)

条件式(2b)进一步有利于整个系统的小型化。

虽然通过满足以上结构来实现本实施例的变焦透镜，但是，可以满足以下条件中的至少一个，以适当地维持光学性能和高的变焦比。假定f1、f3和f4是第一、第三和第四透镜单元的焦距。另外，f21是第二十一透镜G21的焦距，f22是第二十二透镜G22的焦距，f23是第二十三透镜G23的焦距。D21是第二十一透镜G21和第二十二透镜G22之间的空气间隔，D22是第二十二透镜G22和第二十三透镜G23之间的空气间隔。Nn2是第二十一透镜G21、第二十二透镜G22和第二十三透镜G23的材料的平均折射率，Np24是第二十四透镜G24的材料的折射率：

5.0＜|f1/f2|＜7.0            (3)

3.0＜f22/f21＜8.0            (4)

1.5＜f22/f23＜2.5            (5)

0.7＜D21/D22＜1.4            (6)

0.12＜Np24-Nn2＜0.16         (7)

Np24＞1.9                    (8)

3.8＜f3/fw＜5.2              (9)

2.0＜|f4/f2|＜4.0            (10)

条件式(3)是涉及第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的焦度分配的条件式。当值超过条件式(3)的上限时，第二透镜单元L2的焦度变得更强并且变焦中的移动量变得更短并且有利于小型化。但是，变得难以限制变焦中的像场弯曲的波动。另一方面，当值比下限小时，第一透镜单元L1的焦度变得太强，并且变得难以在望远端上减小球面像差和纵向色差。

条件式(4)是涉及第二透镜单元L2中的具有负折光力的第二十一透镜G21和具有负折光力的第二十二透镜G22之间的焦度分配的条件式，并被用于以良好平衡的方式校正变焦中的球面像差和彗形像差的波动。当值超过条件式(4)的上限时，难以在广角端上校正像散。另一方面，当值比下限小时，前透镜有效直径变得太大并且不利于整个系统的小型化。

条件式(5)是涉及具有负折光力的第二十二透镜G22和具有负折光力的第二十三透镜G23之间的焦度分配的条件式。可通过利用在第二十二透镜G22和第二十三透镜G23之间形成的空气透镜来适当地校正变焦中的像差波动以校正像差。当值超过条件式(5)的上限时，空气透镜变得过厚并且难以缩短第二透镜单元L2的总长。另一方面，当值比条件式(5)的下限小时，球面像差的校正在望远端处变得不足并且变得难以在望远侧校正球面像差。

条件式(6)是涉及第二透镜单元L2中的第二十一透镜G21与第二十二透镜G22之间的空气间隔和第二透镜单元L2中的第二十二透镜G22与第二十三透镜G23之间的空气间隔的分配的条件式。第二透镜单元L2的总长需要更短，以对于像差校正积极地利用在第二十二透镜G22和第二十三透镜G23之间形成的空气透镜并使整个光学系统小型化。当值超过条件式(6)的上限时，对变焦中的球面像差的波动的校正趋于不足。另一方面，当值比下限小时，变得难以在广角侧校正像散。

条件式(7)限定第二透镜单元L2中的具有正折射率的透镜的材料的折射率与第二透镜单元L2中的具有负折射率的透镜的材料的折射率的平均值之间的差值。当该值超过条件式(7)的上限时，整个第二透镜单元L2的折光力降低，变焦中的移动量变大，并且变得难以实现小型化。另一方面，当该值比条件式(7)的下限小时，整个第二透镜单元L2的折光力变得过大并且变得难以在变焦中减小像场弯曲的波动。

条件式(8)限定第二透镜单元L2中的具有正折光力的第二十四透镜G24的材料的折射率。当该值比条件式(8)的下限小时，需要增大第二十四透镜G24的光学表面的曲率，第二十四透镜G24具有厚的双凸透镜，并且变得难以缩短第二透镜L2的总长。

条件式(9)限定第三透镜单元L3的焦距和广角端上的整个系统的焦距之间的比值。当该值超过条件式(9)的上限时，第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的折光力需要更强。作为结果，广角端上的各种像差特别是横向色差的校正变得困难。

条件式(10)限定被配置为在变焦中移动的第二透镜单元L2和第四透镜单元L4之间的焦度比。当该值超过条件式(10)的上限时，后焦距(back focus)变得太长并且变得难以缩短透镜总长。当该值比条件式(10)的下限小时，第二透镜单元L2的移动量变得太长并且变得难以减小前透镜有效直径和透镜总长。

在各实施例中，条件式(3)～(10)可满足以下数值范围：

5.3＜|f1/f2|＜6.5            (3a)。

条件式(3a)进一步有利于校正变焦中的像场弯曲的波动和望远端上的球面像差和纵向色差。

3.3＜f22/f21＜7.0            (4a)

条件式(4a)进一步有利于变焦中的球面像差和彗形像差的波动的减轻。

1.55＜f22/f23＜2.4           (5a)

条件式(5a)进一步有利于望远端上的球面像差的校正。

0.8＜D21/D22＜1.3            (6a)

条件式(6a)进一步有利于变焦中的球面像差的波动的减轻和广角端上的像散的校正。

0.122＜Np24-Nn2＜0.155    (7a)

条件式(7a)进一步有利于整个系统的小型化。

Np24＞1.92                (8a)

条件式(8a)进一步有利于整个系统的小型化。

4.0＜f3/fw＜5.1           (9a)

条件式(9a)进一步有利于广角端上的横向色差的校正。

2.5＜|f4/f2|＜3.8         (10a)

条件式(10a)进一步有利于后焦距和前透镜有效直径的减小。

在各实施例中，条件式(3a)～(10a)可满足以下数值范围：

5.5＜|f1/f2|＜6.0         (3b)。

条件式(3b)进一步有利于校正变焦中的像场弯曲的波动和望远端上的球面像差与纵向色差。

3.6＜f22/f21＜6.0         (4b)

条件式(4b)进一步有利于减轻变焦中的球面像差和彗形像差的波动。

1.6＜f22/f23＜2.3         (5b)

条件式(5b)进一步有利于校正望远端上的球面像差。

0.9＜D21/D22＜1.2         (6b)

条件式(6b)进一步有利于减轻变焦中的球面像差的波动和校正广角端上的像散。

0.125＜Np24-Nn2＜0.150    (7b)

条件式(7b)进一步有利于整个系统的小型化。

Np24＞1.94                (8b)

条件式(8b)进一步有利于整个系统的小型化。

4.2＜f3/fw＜5.0           (9b)

条件式(9b)进一步有利于校正广角端上的横向色差。

2.7＜|f4/f2|＜3.6         (10b)

条件式(10b)进一步有利于后焦距和前透镜有效直径两者的减小。

在各实施例中，第二透镜单元L2中的第二十一透镜G21具有在像侧具有凹形形状的弯月(meniscus)形状。第二十二透镜G22在像侧具有凹形形状。第二十三透镜G23具有双凹(biconcave)形状，第二十四透镜G24在物侧具有凹形形状。该配置可在使得第二透镜单元L2的负折光力更大时减轻变焦中的像差波动并有利于高的变焦比。

以上实施例中的每一个提供这样的变焦透镜，该变焦透镜具有诸如约65°的图像拾取视角的宽的视角和约20倍的高的变焦比、紧凑的整个系统、以及在整个变焦范围或整个物距(object distance)上的高的光学性能。

现在将描述各实施例的透镜结构。除非另外规定，否则，将按照从物侧到像侧的顺序讨论透镜结构。

第一实施例

第一透镜单元L1包含具有负折光力并具有在物侧带凸面的弯月形状的第十一透镜G11、具有正折光力并在物侧带凸面的第十二透镜G12、以及具有正折光力并具有在物侧具有凸面的弯月形状的第十三透镜G13。第十一透镜G11与第十二透镜G12接合。由此，通过第十二透镜G12和第十三透镜G13校正由第十一透镜G11产生的各种像差。

第二透镜单元L2包含具有负折光力并具有在物侧带凸面的弯月形状的第二十一透镜G21、具有负折光力并具有在物侧带凸面的弯月形状的第二十二透镜G22、具有负折光力并具有双凹形状的第二十三透镜G23、以及具有正折光力并在物侧带凸面的第二十四透镜G24。各透镜是独立的透镜。

第三透镜单元L3包含具有双凸形状和正折光力的第三十一透镜G31和具有在物侧带凸面的弯月形状的第三十二透镜G32。

第四透镜单元L4是包含具有双凸形状和正折光力的第四十一透镜G41和具有负折光力并具有在像面侧带凸面的弯月形状的第四十二透镜G42的胶合透镜。包含胶合透镜的第四透镜L4在整个变焦范围上适当地校正纵向和横向色差。

第二实施例

各单元的透镜结构与第一实施例的相同。

第三实施例

各单元的透镜结构与第一实施例的相同。

第四实施例

第一透镜单元L1、第二透镜单元L2和第四透镜单元L4中的每一个的透镜结构与第一实施例的相同。第三透镜单元L3包含具有正折光力并具有在物侧具有凸面的弯月形状的第三十一透镜G31、具有负折光力和双凹形状的第三十二透镜G32、以及具有正折光力和双凸形状的第三十三透镜G33。

第五实施例

第一透镜单元L1和第四透镜单元L4中的每一个的透镜结构与第一实施例的相同。第二透镜单元L2包含具有负折光力并具有在物侧带凸面的弯月形状的第二十一透镜G21、具有负折光力并具有在物侧带凸面的弯月形状的第二十二透镜G22、具有负折光力和双凹形状的第二十三透镜G23、以及具有正折光力和双凸表面的第二十四透镜G24。第二十三透镜G23与第二十四透镜G24互相接合。第三透镜单元L3包含具有正折光力并具有在物侧带凸面的弯月形状的第三十一透镜G31、具有负折光力和双凹形状的第三十二透镜G32、以及具有正折光力和双凸形状的第三十三透镜G33。

具有以上透镜单元的各实施例使得整个透镜系统小型化并以简单的透镜结构在整个变焦范围或整个物距上获得高的光学性能。各实施例的变焦透镜可通过电气图像处理来校正各种像差中的畸变。

各实施例通过提供广角端上的诸如约65°的视角2ω的宽视角和以约20倍的变焦比提供高的变焦比、经由以上配置实现高性能的变焦透镜。在各实施例中，可向第一透镜单元L1的物侧或第四透镜单元L4的像侧加入具有小的折光力的透镜单元。可以向物侧或像侧加入望远倍率镜(teleconverter lens)或宽转换器透镜。

以下是与第一到第五实施例对应的数值例1～5。在各数值例中，“i”表示从物侧算起的表面的序号，“ri”表示第i个曲率半径(或第i个表面)，“di”表示第i个表面和第i+1个表面之间的间隔，“ndi”和“vdi”是第i个光学元件的材料对于d线的折射率和阿贝(Abbe)数。数值例1～5中的最接近像面的两个表面是与光学块对应的面。非球面形状由在从光轴算起的高度为H的位置处的、基于表面顶点的沿光轴方向的位移X来表示。假定光的行进方向为正、R为旁轴曲率半径、k为圆锥常数并且A3～A12是非球面系数。此时，非球面形状被表示如下：

$X=\frac{H^2/R}{1+\sqrt{1-(1+k){(H/R)}^2}}+A3H^3+A4H^4+A5H^5+A6H^6.$

$+A7H^7+A8H^8+A9H^9+A10H^{10}+A11H^{11}+A12H^{12}$

在各实施例中，在A3～12中，没有描述的术语意味着0，＊意味着非球面。“e-x”意味着10^-x。BF意味着后焦距。表1示出以上的条件式和数值例中的各种像差之间的关系。

数值例1：

表面数据

表面号    r         d       nd         vd

1         65.534    1.60    1.84666    23.9

2         27.639    6.70    1.69680    55.5

3         ∞        0.17

4         26.864    3.40    1.80400    46.6

5         66.684    (可变)

6         77.463    0.70    1.88300    40.8

7         6.760     1.95

8         20.424    0.60    1.77250    49.6

9         12.026    1.84

10        -22.172   0.60    1.77250    49.6

11        40.052    0.30

12        16.128    1.70    1.94595    18.0

13        217.453   (可变)

14(光阑)  ∞        1.20

15＊      10.543    4.50    1.58313    59.4

16＊      -22.615   0.50

17        26.128    0.80    1.80518    25.4

18        10.802    (可变)

19        18.581    3.50    1.51823    58.9

20        -8.372    0.60    1.80518    25.4

21        -14.422   (可变)

22        ∞        2.25    1.51633    64.1

23        ∞        (可变)

像面      ∞

非球面数据

第十五表面

K＝-9.71802e-001

A3＝-1.41237e-005  A5＝1.68899e-006  A7＝1.13104e-008

A9＝-3.93385e-010

第十六表面

K＝-1.13015e+001

A3＝-1.30222e-006  A5＝4.58682e-006  A7＝-4.97281e-008

各种数据

变焦比      19.79

            广角    中间     望远

焦距        4.80    28.91    95.00

Fno         1.65    3.06     3.50

场角        33.7    5.9      1.8

像高        3.00    3.00     3.00

总长        79.88   79.88    79.88

BF          11.36   17.01    6.96

d5          0.80    20.27    26.42

d13         27.17   7.70     1.55

d18         9.89    4.24     14.30

d21         6.50    12.15    2.09

d23         3.38    3.38     3.38

变焦透镜单元数据

单元  开始表面                  焦距

1     1                         39.22

2     6                         -6.82

3     14                        22.10

4     19                        20.77

数值例2：

表面数据

表面号   r          d       nd         vd

1        65.056     1.60    1.84666    23.9

2        27.426     6.97    1.69680    55.5

3        14215.813  0.17

4        26.685     3.36    1.80400    46.6

5        65.550     (可变)

6        67.371     0.60    1.88300    40.8

7        6.752      1.89

8        17.676     0.50    1.77250    49.6

9        10.227     1.99

10       -23.921    0.50    1.80400    46.6

11        47.138    0.31

12        15.385    1.74        1.94595    18.0

13        155.525   (可变)

14(光阑)  ∞        1.30

15＊      10.789    4.29        1.58313    59.4

16＊      -30.027   0.50

17        16.148    0.80        1.84666    23.9

18        9.383     (可变)

19        18.143    3.31        1.51633    64.1

20        -8.905    0.60        1.84666    23.9

21        -14.452   (可变)

22        ∞        2.25        1.51633    64.1

23        ∞        (可变)

像面      ∞

非球面数据

第十五表面

K＝-9.06891e-001

A3＝-1.03530e-005 A5＝3.25109e-006 A7＝-2.60610e-008

A9＝-9.36882e-010

第十六表面

K＝-1.93183e+001

A3＝-7.69346e-006 A5＝6.25992e-006 A7＝-1.26916e-007

各种数据

变焦比     19.73

           广角    中间     望远

焦距       4.79    28.80    94.51

Fno        1.65    3.06     3.50

场角       33.7    6.0      1.8

像高       3.00    3.00     3.00

总长       79.84   79.84    79.84

BF         11.71   17.06    7.00

d5         0.75    20.29    26.46

d13        27.16   7.62     1.45

d18        9.79    4.44     14.50

d21        6.84    12.20    2.13

d23        3.38    3.38     3.38

变焦透镜单元数据

单元    开始表面              焦距

1       1                     39.25

2       6                     -6.93

3       14                    22.66

4       19                    20.52

数值例3：

表面数据

表面号   r         d       nd         vd

1        63.263    1.60    1.84666    23.9

2        27.111    6.29    1.69680    55.5

3         1525.195  0.17

4         26.708    3.23    1.80400    46.6

5         64.501    (可变)

6         56.421    0.20    1.88300    40.8

7         6.623     1.93

8         17.756    0.20    1.77250    49.6

9         10.773    1.91

10        -24.802   0.20    1.80400    46.6

11        51.245    0.49

12        15.233    1.73    1.94595    18.0

13        107.928   (可变)

14(光阑)  ∞        1.30

15＊      11.183    4.20    1.58313    59.4

16＊      -32.677   0.50

17        16.253    0.80    1.84666    23.9

18        9.646     (可变)

19        19.178    3.25    1.51633    64.1

20        -9.105    0.60    1.84666    23.9

21        -14.556   (可变)

22        ∞        2.25    1.51633    64.1

23        ∞        (可变)

像面      ∞

非球面数据

第十五表面

K＝-8.60027e-001

A3＝2.12921e-006 A5＝2.72892e-006 A7＝4.57890e-009

A9＝-5.94387e-010

第十六表面

K＝-2.15573e+001

A3＝1.46828e-005 A5＝6.62351e-006 A7＝-8.38539e-008

各种数据

变焦比     19.66

           广角    中间     望远

焦距       4.80    28.88    94.39

Fno        1.65    3.06     3.50

场角       33.7    5.9      1.8

像高       3.00    3.00     3.00

总长       79.63   79.63    79.63

BF         12.37   17.53    7.27

d5         0.72    20.81    27.15

d13        28.36   8.27     1.92

d18        9.60    4.43     14.69

d21        7.10    12.26    2.00

d23        3.79    3.79     3.79

变焦透镜单元数据

单元     开始表面          焦距

1        1                 39.71

2        6                 -7.20

3        14                23.70

4        19                20.97

数值例4：

表面数据

表面号    r         d       nd         vd

1         56.792    1.60    1.84666    23.9

2         25.828    7.13    1.60311    60.6

3         -899.450  0.20

4         25.404    3.62    1.80400    46.6

5         75.745    (可变)

6         64.274    0.70    1.88300    40.8

7         6.355     1.87

8         17.714    0.60    1.77250    49.6

9         11.146    1.70

10        -25.447   0.60    1.77250    49.6

11        30.421    0.30

12        13.847    1.66    1.94595    18.0

13        78.491    (可变)

14(光阑)  ∞        1.30

15＊      10.133    3.36    1.58313    59.4

16        86.836    2.44

17        -74.636   0.65    1.84666    23.9

18        36.631    0.58

19＊      57.105    1.56    1.58313    59.4

20        -42.525   (可变)

21        17.183    3.58    1.51633    64.1

22        -9.574    0.60    1.84666    23.9

23        -15.670   (可变)

24        ∞        2.25    1.51633    64.1

25        ∞        (可变)

像面      ∞

非球面数据

第十五表面

K＝-9.50879e-001 A4＝1.22186e-004 A6＝1.18292e-006

A8＝-1.85370e-009 A10＝3.29077e-010

第十九表面

K＝3.62611e+001 A4＝-3.00814e-004 A6＝-1.55891e-006

A8＝-6.72189e-008

各种数据

变焦比     19.71

           广角    中间     望远

焦距       4.79    35.47    94.49

Fno        1.65    3.17     3.50

场角       33.5    4.8      1.8

像高       3.00    3.00     3.00

总长       79.81   79.81    79.81

BF         12.34   17.19    6.91

d5         0.67    20.22    24.51

d13        25.24   5.70     1.40

d20        7.51    2.66     12.94

d23        6.84    11.69    1.41

d25        4.02    4.02     4.02

变焦透镜单元数据

单元      开始表面          焦距

1         1                 36.71

2         6                 -6.58

3         14                23.31

4         21                20.74

数值例5：

表面数据

表面号    r         d       nd         vd

1         52.945    1.60    1.84666    23.9

2         26.184    6.74    1.69680    55.5

3         301.666   0.17

4         29.474    3.24    1.80400    46.6

5         79.520    (可变)

6         93.731    0.60    2.00069    25.5

7         7.457     1.86

8         24.500    0.80    1.91082    35.3

9         13.000    2.05

10        -27.000   0.50    1.48749    70.2

11        9.922     2.25    1.94595    18.0

12        61.575    (可变)

13(光阑)  ∞        1.30

14＊      11.189    3.23    1.58313    59.4

15        46.818    3.79

16        -29.890   0.65    1.84666    23.9

17        132.096   0.20

18        37.682    1.73    1.58313    59.4

19＊      -24.558   (可变)

20        16.048    4.84    1.48749    70.2

21        -9.798    0.60    1.76182    26.5

22        -18.668   (可变)

23        ∞        2.25    1.51633    64.1

24        ∞        (可变)

像面      ∞

非球面数据

第十四表面

K＝-5.80665e-001 A4＝2.34574e-005 A6＝2.03502e-006

A8＝-7.19435e-008 A10＝1.49915e-009 A12＝-9.47487e-012

第十九表面

K＝-8.80881e-001 A4＝1.43040e-004 A6＝6.06800e-007

A8＝5.63717e-008 A10＝-2.96243e-009 A12＝4.88851e-011

各种数据

变焦比      19.85

            广角    中间     望远

焦距        4.76    27.77    94.40

Fno      1.65     3.06     3.50

场角     34.1     6.2      1.8

像高     3.00     3.00     3.00

总长     83.88    83.88    83.88

BF       11.28    16.91    7.13

d5       0.77     20.61    26.87

d12      27.56    7.72     1.46

d19      8.12     2.49     12.27

d22      6.15     11.79    2.01

d24      3.64     3.64     3.64

变焦透镜单元数据

单元     开始表面                  焦距

1        1                         40.03

2        6                         -6.88

3        13                        23.12

4        20                        23.90

表1

参照图11，将描述使用用于图像拾取光学系统的以上实施例中的一个的变焦透镜的摄像机的实施例。在图11中，附图标记10表示摄像机体，附图标记11表示包含以上实施例中的一个的变焦透镜的图像拾取光学系统。附图标记12表示被配置为接收由图像拾取光学系统11形成的被摄体图像的光的诸如CCD传感器和CMOS传感器的固态图像感测器件(光电转换元件)。附图标记13表示被配置为存储与被光电转换的被摄体图像对应的信息的存储器。附图标记14表示被用于观察由显示设备(未示出)显示的被摄体图像的取景器。通过将本实施例的变焦透镜应用于诸如摄像机的图像拾取装置，图像拾取装置变小并具有高的光学性能。本实施例的变焦透镜可类似地适用于数字静态照相机。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，该变焦透镜从物侧到像侧依次包含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、以及具有正折光力的第四透镜单元，在变焦中，第一透镜单元和第三透镜单元是固定的，第二透镜单元和第四透镜单元移动，

其中，第二透镜单元从物侧到像侧依次包含具有负折光力的第一子透镜、具有负折光力的第二子透镜、具有负折光力的第三子透镜和具有正折光力的第四子透镜，以及

其中，满足以下条件式：

0.01＜|f2/√(fw*ft)|＜0.35

0.070＜D2/TL＜0.105，

这里，fw是广角端处的整个系统的焦距，ft是望远端处的整个系统的焦距，f2是第二透镜单元的焦距，TL是当对于从最接近像面的透镜表面到像面的距离进行空气换算时、从最接近物面的透镜表面到像面的光轴上的距离，D2是从第二透镜单元中的最接近物面的透镜表面到第二透镜单元中的最接近像面的透镜表面的光轴上的距离。

2.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件式：

5.0＜|f1/f2|＜7.0，

这里，f1是第一透镜单元的焦距。

3.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件式：

3.0＜f22/f21＜8.0

1.5＜f22/f23＜2.5，

这里，f21是第一子透镜的焦距，f22是第二子透镜的焦距，f23是第三子透镜的焦距。 

4.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件式：

0.7＜D21/D22＜1.4，

这里，D21是第一子透镜和第二子透镜之间的空气间隔，D22是第二子透镜和第三子透镜之间的空气间隔。

5.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件式：

0.12＜Np24-Nn2＜0.16

Np24＞1.9，

这里，Nn2是第一子透镜、第二子透镜和第三子透镜的材料的平均折射率，Np24是第四子透镜的材料的折射率。

6.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件式：

3.8＜f3/fw＜5.2，

这里，f3是第三透镜单元的焦距。

7.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足以下条件式：

2.0＜|f4/f2|＜4.0，

这里，f4是第四透镜单元的焦距。

8.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第一子透镜具有在像侧具有凹面的弯月形状，第二子透镜在像侧具有凹形形状，第三子透镜具有双凹形状，第四子透镜在物侧具有凸起形状。

9.根据权利要求1的变焦透镜，还包括被布置在第二透镜单元与第三透镜单元之间并被配置为在变焦中固定的孔径光阑。

10.一种图像拾取装置，包括根据权利要求1～9中的任一项的变焦透镜和被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像的固态图像感测器件。 

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