CN102809806A - 变焦透镜以及装备有变焦透镜的图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变焦透镜以及装备有变焦透镜的图像拾取设备。该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。在从广角端到望远端的变焦期间所有透镜单元被移动。孔径光阑被布置在第三透镜单元的像侧。基于预定的数学条件式来设定在所述变焦透镜处于望远端时从第二透镜单元中的最接近像侧的透镜表面到第三透镜单元中的最接近物侧的透镜表面的距离T23、在望远端处的整个变焦透镜的焦距fT以及第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元的焦距f1、f2和f3。

Description

变焦透镜以及装备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装备有变焦透镜的图像拾取设备，并且更特别地涉及适合用于在图像拾取设备（例如，视频照相机、数字照相机、广播照相机、监视照相机或者卤化银胶片照相机）中使用的摄影光学系统的变焦透镜。
背景技术
近年来，图像拾取设备（例如，使用固态图像传感器的视频照相机、摄影数字照相机、广播照相机以及基于卤化银胶片的照相机）已经在维持高功能性的同时被小型化。为此，已经提出了在其中在不使用快速返回反射镜的情况下使整个变焦透镜小型化以作为单眼的可更换镜头系统的图像拾取设备。另外，存在对于如下的摄影光学系统的需求，即在该摄影光学系统中，整个透镜长度（从第一透镜表面到像面的距离）短，前透镜有效直径小，整个变焦透镜紧凑，并且变焦透镜具有大直径和广视角。
在本领域的当前状态中，已知一种四单元变焦透镜，其从物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，其中在变焦期间每个透镜单元被移动。日本专利申请公开No.08-271790和美国专利申请公开No.2005/0041304两者公开了在其中孔径光阑被布置在第三透镜单元的像侧以使得整个变焦透镜被小型化的变焦透镜。
另外，已知一种具有图像稳定功能的变焦透镜，在其中透镜单元的一部分朝与光轴垂直的方向移位以便校正图像抖动。美国专利No.7,782,544讨论了一种变焦透镜，在其中通过将四单元变焦透镜中的整个第三透镜单元朝与光轴垂直的方向移动来校正图像抖动以便获得静止的图像。
尽管存在本领域的当前状态，但是存在对于具有小的透镜镜筒的外径、整体上小型化的尺寸以及大的孔径比的变焦透镜的需求。一般，为了实现整个变焦透镜的大孔径比和小型化的尺寸，必须增大变焦透镜的每个透镜单元的折光力并且减少每个透镜单元在变焦期间的移动量。然而，在以这种方式配置的变焦透镜中，随着每个透镜表面的折光力增大，透镜厚度也增大。因此，减小透镜系统的效果是不足的，并且难以校正各种像差。
在上面描述的四单元变焦透镜中，重要的是，适当地设定每个透镜单元的折光力、孔径光阑的位置、第一透镜单元和第三透镜单元的透镜配置等，以便获得整个透镜系统的小型化的尺寸和大的孔径比两者。如果孔径光阑的位置或者布置在孔径光阑附近的透镜单元（例如第三透镜）的透镜配置是不适当的，则难以获得整个变焦透镜的大的孔径比、减小的前透镜有效直径、减小的透镜镜筒直径和小型化的尺寸。
发明内容
本发明的方面涉及具有大的孔径比、整个变焦透镜的小型化的尺寸以及在从广角端到望远端的整个变焦范围上具有优秀的光学性能的变焦透镜，以及装备有该变焦透镜的图像拾取设备。
根据本发明的一个方面，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，在从广角端到望远端的变焦期间所有透镜单元被移动，其中孔径光阑被布置在第三透镜单元的像侧，第三透镜单元包括至少三个正透镜和一个负透镜，并且所述变焦透镜满足下面的条件式：
0.002<T23/fT<0.020
-1.8<f3/f2<-0.8,以及
-5.0<f1/f2<-3.0,
其中T23表示在所述变焦透镜处于望远端时从第二透镜单元中的最接近像侧的透镜表面到第三透镜单元中的最接近物侧的透镜表面的距离，fT表示在望远端处的整个变焦透镜的焦距，并且f1、f2和f3分别表示第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元的焦距。
从以下参考附图的示例性实施例的详细描述中，本发明更多的特征和方面对于本领域技术人员而言将变得清晰。
附图说明
被加入且构成说明书一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与描述一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明第一示例性实施例的在广角端处的变焦透镜的透镜截面图。
图2A和图2B是根据与本发明的第一示例性实施例对应的数值示例1的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。
图3是示出根据本发明第二示例性实施例的在广角端处的变焦透镜的透镜截面图。
图4A和图4B是根据与本发明的第二示例性实施例对应的数值示例2的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。
图5是示出根据本发明第三示例性实施例的在广角端处的变焦透镜的透镜截面图。
图6A和图6B是根据与本发明的第三示例性实施例对应的数值示例3的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。
图7是示出根据本发明第四示例性实施例的在广角端处的变焦透镜的透镜截面图。
图8A和图8B是根据与本发明的第四示例性实施例对应的数值示例4的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。
图9是示出根据本发明第五示例性实施例的在广角端处的变焦透镜的透镜截面图。
图10A和图10B是根据与本发明的第五示例性实施例对应的数值示例5的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。
图11是示出了根据本发明示例性实施例的图像拾取设备的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来详细描述本发明的各个示例性实施例、特征以及方面。
根据本发明的示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括：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，并且在变焦期间全体透镜单元被移动。用于限制用于确定F数的光束的孔径光阑被布置在第三透镜单元的像侧。在变焦期间孔径光阑与第三透镜单元一体地或者独立地移动。第三透镜单元包括至少三个正透镜和一个负透镜。
图1是示出在广角端（短焦距端）处的根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜的透镜截面图。图2A和图2B是根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端（长焦距端）处的像差图。
图3是示出在广角端处的根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜的透镜截面图。图4A和图4B是根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。图5是示出在广角端处的根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜的透镜截面图。图6A和图6B是根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。图7是示出在广角端处的根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜的透镜截面图。图8A和图8B是根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。
图9是示出在广角端处的根据本发明第五示例性实施例的变焦透镜的透镜截面图。图10A和图10B是根据本发明第五示例性实施例的变焦透镜分别在广角端和望远端处的像差图。图11是示出装备有根据本发明示例性实施例的变焦透镜的照相机（图像拾取设备）的主要部件的示意图。每个示例性实施例的变焦透镜是在图像拾取设备（例如视频照相机、数字照相机和卤化银胶片照相机）中使用的摄影光学系统。
在透镜截面图中，左侧指的是物侧（前侧），而右侧指的是像侧（后侧）。i表示从物侧开始的透镜单元的顺序，并且Li表示第i个透镜单元。在每个示例性实施例中，L1表示正折光力（光焦度=焦距的倒数）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，而L4表示正折光力的第四透镜单元。
SP表示孔径光阑，其被布置在第三透镜单元L3的像侧。在变焦期间孔径光阑SP与第三透镜单元L3一体地或者独立地移动。G表示与滤光器、相移片、晶体低通滤波器、红外截止滤光器等对应的光学块。IP表示像面，其在它被用作视频照相机或者数字照相机的摄影光学系统时是与固态图像传感器（光电转换元件）（例如CCD传感器或者CMOS传感器）的图像拾取面对应的感光表面，或者在它被用作卤化银胶片照相机时是与胶片表面对应的感光表面。
在像差图中，d和g分别表示夫琅和费（Fraunhofer）d线和g线，并且ΔM和ΔS分别表示子午像面和弧矢像面。倍率色差由g线表示。ω表示半视角（以度为单位测量的），并且Fno表示F数。在下述的每个示例性实施例中，广角端和望远端指的是在变焦透镜单元（第二透镜单元L2）位于在机构的光轴上的可移动范围内的相应的端部时的变焦位置。
在每个示例性实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间每个单元沿着如实线箭头所指示的轨迹移动。具体来说，在每个示例性实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间第一透镜单元L1如箭头所指示地朝向物侧移动。另外，第二透镜单元L2朝向物侧或者像侧移动，第三透镜单元L3朝向物侧移动，并且第四透镜单元L4朝向像侧移动。通过将第四透镜单元L4向前（朝向物侧）移动来执行从无限远距离物体到近处的物体的聚焦。
在每个示例性实施例中，通过为了聚焦而移动轻重量的第四透镜单元L4来容易地执行快速聚焦，例如，自动焦点检测。在上面描述的变焦类型的具有四个透镜单元的四单元变焦透镜中，通常由孔径光阑SP的孔径直径和前透镜有效直径这两个因素确定透镜镜筒的外径。
随着孔径直径增大，孔径直径对孔径光阑SP的影响增大。随着视角变宽，前透镜有效直径的影响增大。为了在维持优秀的光学性能的同时使整个变焦透镜小型化，重要的是在优秀的平衡的情况下设定这两个因素。为了减小孔径直径的尺寸，将孔径光阑SP布置在第三透镜单元L3的像侧比将其布置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间更有用。同时，如果孔径直径被布置在第三透镜单元L3的像侧，则第一透镜单元L1和孔径光阑SP之间的距离增大，并且在广角端处轴外光线通过第一透镜单元L1的位置被提高，使得前透镜有效直径增大。
为了在维持优秀的光学性能的同时减小孔径直径和前透镜有效直径，减小第三透镜单元L3在从广角端到望远端的变焦期间的移动量是有用的。在该情况下，通过增大第三透镜单元L3的折光力来增大对于第三透镜单元L3的移动量的变焦效果是有效的。另外，有效的是，通过增大第一透镜L1的折光力来增大相对于在变焦期间在第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的距离变化的第一透镜单元的变倍的贡献。
如果第三透镜单元L3的折光力增大，则必须减小由第三透镜单元L3产生的像差，以便减小由第三透镜单元L3在变焦期间的移动所引起的像差的变化。另外，为了减小前透镜有效直径，有用的是，增大第一透镜单元L1的材料的折射率以及通过减小第一透镜单元L1的厚度来减小第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的主点间隔。
在这点上，在每个示例性实施例中，提供下面的配置。也就是说，满足下面的条件式：
0.002<T23/fT<0.020  (1),
-1.8<f3/f2<-0.8  (2),以及
-5.3<f1/f2<-3.0  (3),
其中T23表示在变焦透镜处于望远端时从第二透镜单元L2中的最接近像侧的透镜表面到第三透镜单元L3中的最接近物侧的透镜表面的距离，fT表示在望远端处的整个变焦透镜的焦距，并且f1、f2和f3分别表示第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元的焦距。
接下来，将描述条件式（1）到（3）的技术意义。条件式（1）涉及在望远端处在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的距离（透镜间隔）。如果透镜间隔被减小到越出条件式（1）的下限，则在望远端处第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的透镜镜筒不利地彼此干扰。
相反，如果透镜间隔增大到越出条件式（1）的上限，则随着透镜直径增大，用于获得轴上光线的孔径直径增大。由于在广角端处在孔径光阑SP和前透镜（第一透镜单元L1）之间的距离也增大，因此前透镜有效直径不利地增大。更有用地，可以通过如下地设定条件式（1）的数值范围来进一步促进整个变焦透镜的小型化：
0.003<T23/fT<0.018  (1a)
条件式（2）涉及第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的折光力之间的关系，并且限定第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的变倍的贡献的水平以及像差校正的限制。如果第三透镜单元L3的折光力增大到越出条件式（2）的下限，则由第三透镜单元L3在变焦期间的移动所引起的彗形像差增大，并且其校正变难。另外，匹兹伐和（Petzval sum）在正方向上增大，并且难以校正像场弯曲。
相反，如果第三透镜单元L3的折光力减小到越出条件式（2）的上限，则第三透镜单元L3在变焦期间的移动量增大，在广角端处在第一透镜表面与孔径光阑SP之间的距离增大，并且前透镜有效直径不利地增大。更有用地，如果如下地设定条件式（2）的数值范围，则可以进一步促进整个变焦透镜的小型化：
-1.6<f3/f2<-1.0      (2a)
更有用地，条件式2（a）的数值范围被设定如下：
-1.4<f3/f2<-1.1      (2b)
条件式（3）涉及在第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的折光力之间的相对关系，并且基于在第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的折光力之间的相对关系来适当地设定每个透镜单元的移动量。
如果第一透镜单元L1的折光力增大到越出条件式（3）的下限，则在整个变焦透镜的小型化方面是有利的。然而，第一透镜单元L1的垂直性对于望远端处的像场弯曲或者像散的影响过度地增大，使得由制造误差所引起的变化增大。相反，如果第一透镜单元L1的折光力减小到越出条件式（3）的上限，则为变焦所需的第一透镜单元L1的移动量增大。特别地，在望远端处的整个透镜长度不利地增大。
更有用地，如果如下地设定条件式（3）的数值范围，则可以进一步促进整个变焦透镜的小型化：
-5.0<f1/f2<-3.2      (3a)
更有用地，条件式（3a）的数值范围被设定如下：
-4.8<f1/f2<-3.4      (3b)
在每个示例性实施例中，有用地满足下面的条件式。这里，Nav1表示包括在第一透镜单元L1内的正透镜的材料的平均折射率。
Nav1>1.75       (4)
这里，如果第一透镜单元L1仅仅具有单个（一个）正透镜，则平均折射率Nav1是单个材料的折射率。
条件式（4）涉及第一透镜单元L1的正透镜的材料的平均折射率。如果第一透镜单元L1的正透镜的材料的平均折射率减小到越出条件式（4）的下限，则第一透镜单元L1的厚度增大。在该情况下，为了在不干扰的情况下维持在广角端处在第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的距离，主点间隔增大。这不利地增大前透镜有效直径。因此，为了防止这种不利情况，条件式（4）的下限可以被设定如下：
Nav1>1.76        (4a)
如上所述，根据每个示例性实施例，可以在减小孔径直径、前透镜有效直径和透镜镜筒直径的同时获得具有高光学性能的变焦透镜。特别地，可以在透镜镜筒直径被维持在小尺寸的同时容易地实现具有大约F2.8的F数的大孔径直径的小型化的变焦透镜。
在下文中，将参考图1来描述根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜的配置。本示例性实施例的变焦透镜被安装在图像拾取设备（例如数字照相机）中。本示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括：正折光力的第一透镜单元L1、负折光力的第二透镜单元L2、正折光力的第三透镜单元L3和正折光力的第四透镜单元L4。
根据本示例性实施例，在从广角端到望远端的变焦期间每个透镜单元如箭头所指示地移动，以便获得预定的变焦比和整个变焦透镜的小型化。通过将孔径光阑SP布置在第三透镜单元L3的像侧并且与第三透镜单元L3同步地移动孔径光阑SP，在广角端处维持大约F2.8的F数的大的孔径比的同时减小孔径光阑SP的有效直径。
第一透镜单元L1、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3在从广角端到望远端的变焦期间朝向物侧移动。通过适当地设定第一透镜单元L1的移动量和折射率来减小前透镜有效直径。另外，通过适当地设定第三透镜单元L3的移动量和折射率，孔径光阑SP被布置在第三透镜单元L3的像侧，并且前透镜有效直径的增大被抑制。第一透镜单元L1从物侧到像侧依次包括：通过胶合具有面向像侧的凹面的负透镜与正透镜而获得的胶合透镜以及正透镜。
根据本示例性实施例，第一透镜单元L1的厚度被减小，并且通过增大第一透镜单元L1的正透镜的材料的折射率来减小前透镜有效直径。有效的是，通过在它不被使用（用于成像）时缩回透镜镜筒来减小望远端处的整个透镜长度以便使整个变焦透镜小型化。
根据本示例性实施例，由于第一透镜单元L1包括三个透镜11、12和13，因此可以增大第一透镜单元L1的折光力并且减小望远端处的整个透镜长度。虽然在从广角端到望远端的变焦期间第一透镜单元L1朝向物侧移动，但是它可以在广角端附近朝向像侧稍微移动之后朝向物侧移动。通过沿着这种未示出的轨迹移动第一透镜单元L1，可以进一步促进前透镜有效直径的减小。在本实施例中，如图1中所示出的，第一透镜单元L1可以具体地从物侧到像侧依次包括：通过胶合负透镜11和正透镜12获得的胶合透镜；以及除该胶合透镜以外的正透镜13。
第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包括：具有面向像侧的凹面的负透镜21、具有双凹形状的负透镜22以及具有面向物侧的凸面的正透镜23。由于第二透镜单元L2中的负透镜21的两个透镜表面都具有非球面形状，因此可以有效地校正在广角端处出现的像场弯曲。也就是说，在第二透镜单元L2中，最接近物侧的负透镜的两个表面具有非球面形状。
第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括：具有面向物侧的凸面的正透镜31、通过胶合具有面向物侧的凸面的正透镜32p和具有面向像侧的凹面的负透镜32n获得的胶合透镜32以及具有面向像侧的凸面的正透镜33。结果，可以通过减小在第三透镜单元L3中出现的球面像差、彗形像差等来适当地校正由变焦所引起的球面像差、彗形像差等。
另外，根据本示例性实施例，由于第三透镜单元L3中的正透镜31的两个表面具有非球面形状，因此可以适当地校正在第三透镜单元L3中出现的球面像差。也就是说，在第三透镜单元L3中，最接近物侧的正透镜的两个表面具有非球面形状。通过将第四透镜单元L4朝向物侧移动来执行从无限远距离物体到近处的物体的聚焦。
根据本示例性实施例，由于第四透镜单元L4被配置有单个正透镜，因此用于在聚焦期间驱动第四透镜单元L4的致动器上的负载减小。另外，由于第四透镜单元L4中的正透镜的至少一个表面是非球面的，因此可以减小由聚焦所引起的畸变或者像散的变化。
根据本示例性实施例，由于整个第三透镜单元L3以具有与光轴垂直的分量的方式被移动，因此可以校正由用户的手振动所引起的图像抖动。
根据本示例性实施例，由于第三透镜单元L3被配置为使得透镜单元中产生的像差被减小，因此可以抑制由于第三透镜单元L3的偏心产生的像差。
在下文中，将参考图3来描述根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜。类似地，根据本示例性实施例的变焦透镜被安装在图像拾取设备（例如数字照相机）中。
根据本示例性实施例，如图3中所示出的，与第一示例性实施例不同，第一透镜单元L1的焦距被设定为稍微弱（长），从而第一透镜单元L1包括一个负透镜11n和一个正透镜11p。由于第一透镜单元L1的焦距被设定为适当的值，因此可以在抑制望远端处的整个透镜长度的增大的同时利用少量透镜配置第一透镜单元L1。
根据本示例性实施例，与第一示例性实施例不同，在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元L2朝向像侧移动。其它参数与第一示例性实施例类似。
在下文中，将参考图5来描述根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜。类似地，根据本示例性实施例的变焦透镜被安装在图像拾取设备（例如数字照相机）中。
根据本示例性实施例，与第一示例性实施例不同，第一透镜单元L1的焦距被设定为稍微弱（长），从而第一透镜单元L1包括两个透镜。另外，由于第一透镜单元L1中的制造误差引起的倾斜或者平行偏心所导致的性能的劣化被减轻。
根据本示例性实施例，由于第一透镜单元L1的焦距范围被设定为满足条件式（3）的范围，因此可以在抑制前透镜有效直径的增大的同时减轻制造误差的影响。其它参数与第一示例性实施例类似。
在下文中，将参考图7来描述根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜。类似地，本示例性实施例的变焦透镜被安装在图像拾取设备（例如数字照相机）中。根据本示例性实施例的每个透镜单元的配置或者变焦类型与第一示例性实施例类似。
在下文中，将参考图9来描述根据本发明第五示例性实施例的变焦透镜。类似地，本示例性实施例的变焦透镜被安装在图像拾取设备（例如数字照相机）中。根据本示例性实施例的每个透镜单元的配置或者变焦类型与第一示例性实施例类似。如果根据本发明的第一到第五示例性实施例的变焦透镜与具有将在光接收表面上形成的光学图像转换成电信号的图像传感器的图像拾取设备结合，则可以使用电气单元来校正图像的畸变。
虽然在上文中已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于此，并且可以在不脱离本发明的范围或者精神的情况下进行各种变型或者变化。
接下来，将描述与第一到第五示例性实施例对应的数值示例1到5。在每个数值示例中，i是大于零的整数并且表示从物侧到像侧的光学表面的顺序，ri表示第i个光学表面（第i个表面）的曲率半径，di表示在第i个表面与第(i+1)个表面之间的距离，并且ndi和νdi分别表示对于夫琅和费d线的第i个光学部件的材料的折射率和阿贝数。
在每个数值示例中，透镜表面可以具有球面和非球面光学表面的组合。具有非球面形状的表面由紧挨着表面编号添加的星号（*）表示。另外，如果k表示非球面表面的离心率，A4、A6、A8和A10表示非球面系数，并且x表示在距离光轴的高度h的位置处在光轴方向上相对于表面顶点的位移，则非球面形状可以被表示如下：x=(h2/R)/{1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2}+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10,其中R表示曲率半径并且k是圆锥常数。用科学记数法“1E-Z”表示的值相当于用指数记数法“1x10-Z”表示的值。Bf表示后焦点，其为从玻璃块G的最接近像侧的表面（例如，最后的表面）到像面的距离。
在数值示例中，最后的四个表面是光学块（例如滤波器或者相移片）的表面。另外，在上述数值示例和条件式之间的关系被显示在表1中。
数值示例1
单位：mm
表面数据
  表面编号   r   d   nd   νd   有效直径
  1   421.807   1.90   1.84666   23.8   42.83
  2   78.080   3.06   1.77250   49.6   37.85
  3   6648.973   0.17   37.62
  4   59.747   2.99   1.77250   49.6   32.62
  5   786.209   可变   31.62
  6＊   1157.447   1.50   1.85400   40.4   28.94
  7＊   16.239   6.00   22.71
  8   -57.504   1.04   1.69680   55.5   22.62
  9   84.905   0.06   22.53
  10   27.402   2.54   1.94595   18.0   22.78
  11   73.574   可变   22.44
  12＊   17.932   2.81   1.85400   40.4   13.04
  13＊   167.615   0.14   12.63
  14   13.651   4.31   1.77250   49.6   12.13
  15   -429.432   0.58   1.80518   25.5   10.36
  16   8.820   1.62   9.20
  17   -339.608   2.19   1.56907   71.3   9.16
  18   -36.249   1.24   8.99
  19(光阑)   ∞   可变   8.55
  20   130.589   5.75   1.55332   71.7   28.33
  21＊   -47.989   可变   28.88
  22   ∞   2.30   1.51633   64.1   58.97
  23   ∞   1.47   58.97
  24   ∞   1.47   1.51633   64.1   58.97
  25   ∞   0.36   76.40
  像面   ∞
非球面数据
第6表面
K=0.00000e+000  A4=-7.36552e-006  A6=1.33239e-008
第7表面
K=1.75713e-001  A4=-8.39318e-006  A6=-1.17953e-008A8=-2.75012e-010  A10=9.21784e-013
第12表面
K=-5.40526e-002  A4=-8.38299e-006  A6=-4.05095e-008A8=1.06809e-009  A10=-8.62869e-012
第13表面
K=1.32760e+002  A4=3.41582e-006  A6=1.28000e-008
第21表面
K=6.55609e+000  A4=3.09910e-006  A6=2.03117e-008A8=-1.03594e-010  A10=6.24625e-013
  各种数据
  变焦比   3.80
  广角   中间   望远
  焦距   18.17   35.12   69.05
  F数   2.89   4.58   5.94
  视角   33.37   20.87   11.14
  图像高度   11.97   13.39   13.60
  总透镜长度   86.88   89.56   110.05
  BF   0.36   0.36   0.36
  d5   1.07   1.90   17.23
  d11   23.03   9.06   1.16
  d19   13.02   31.19   44.17
  d21   6.26   3.90   3.97
  入射光瞳位置   26.33   25.33   56.33
  出射光瞳位置   -32.12   -80.88   -183.46
  前侧主点位置   34.34   45.27   99.44
  后侧主点位置   -17.81   -34.76   -68.69
变焦透镜单元数据
Figure BDA00001688769300151
单透镜数据
  透镜   起始表面   焦距
  1   1   -113.46
  2   2   102.25
  3   4   83.55
  4   6   -19.30
  5   8   -49.06
  6   10   44.96
  7   12   23.31
  8   14   17.20
  9   15   -10.73
  10   17   71.12
  11   20   64.16
  12   22   0.00
  13   24   0.00
数值示例2
单位：mm
表面数据
  表面编号   r   d   nd   νd   有效直径
  1   52.908   1.85   1.84666   23.8   43.40
  2   37.323   5.95   1.77250   49.6   39.35
  3   231.928   可变   38.20
  4   1035.087   1.62   1.88300   40.8   33.55
  5   17.968   7.23   26.07
  6   -69.079   1.22   1.69680   55.5   25.94
  7   41.351   0.44   25.91
  8   30.195   4.42   1.84666   23.8   26.60
  9   -836.949   可变   26.35
  10*   16.989   4.73   1.77250   49.6   13.79
  11*   ∞   0.12   12.87
  12*   21.813   3.81   1.85400   40.4   12.41
  13   -95.861   0.58   1.78472   25.7   11.01
  14   10.701   1.76   9.95
  15   -49.698   2.47   1.56907   71.3   9.90
  16   -26.220   1.16   9.85
  17(光阑)   ∞   可变   9.38
  18＊   139.279   4.19   1.67790   55.3   27.77
  19   -67.944   可变   28.06
  20   ∞   2.30   1.51633   64.1   46.30
  21   ∞   1.47   1.51633   64.1   46.30
  22   ∞   2.48   46.30
  像面   ∞
非球面数据
第10表面
K=7.25609e-001  A4=-3.17517e-005  A6=-3.07295e-007A8=4.77829e-009  A10=-1.06641e-010
第11表面
K=2.72634e+010  A4=7.95989e-005  A6=-1.44775e-006
第12表面
K=5.66199e+000  A4=-7.86793e-006  A6=-1.53476e-006A8=-1.25669e-008
第18表面
K=0.00000e+000  A4=2.85271e-006  A6=6.84413e-009A8=-1.22411e-011  A10=-9.84034e-015
各种数据
变焦比：3.80
  广角   中间   望远
  焦距   18.15   36.13   68.98
  F数   2.91   4.12   6.00
  视角   33.4   20.63   11.15
  图像高度   11.97   13.60   13.60
  总透镜长度   101.95   106.99   121.63
  BF   2.48   2.48   2.48
  d3   1.63   10.57   23.08
  d9   29.49   12.70   1.16
  d17   14.60   31.52   44.60
  d19   8.42   4.39   4.97
  入射光瞳位置   30.94   46.10   76.82
  出射光瞳位置   -33.17   -72.70   -153.65
  前侧主点位置   39.85   64.87   115.32
  后侧主点位置   -15.67   -33.65   -66.50
变焦透镜单元数据
单透镜数据
  透镜   起始表面   焦距
  1   1   -158.27
  2   2   56.82
  3   4   -20.72
  4   6   -36.96
  5   8   34.50
  6   10   21.99
  7   12   21.12
  8   13   -12.24
  9   15   93.94
  10   18   67.92
  11   20   0.00
  12   21   0.00
数值示例3
单位:mm
表面数据
  表面编号   r   d   nd   νd   有效直径
  1   54.830   1.85   1.84666   23.8   43.40
  2   39.339   5.95   1.77250   49.6   39.35
  3   232.979   可变   38.20
  4   500.821   1.62   1.88300   40.8   33.55
  5   16.315   7.90   26.07
  6   -61.217   1.22   1.69680   55.5   25.94
  7   40.459   0.44   25.91
  8   29.325   4.42   1.84666   23.8   26.60
  9   -3565.265   可变   26.35
  10＊   17.394   4.73   1.77250   49.6   13.79
  11＊   ∞   0.12   12.87
  12＊   22.023   3.81   1.85400   40.4   12.41
  13   -74.918   0.58   1.78472   25.7   11.01
  14   11.228   1.76   9.95
  15   -57.540   2.47   1.56907   71.3   9.90
  16   -24.163   1.16   9.85
  17(光阑)   ∞   可变   9.38
  18＊   84.311   4.19   1.67790   55.3   27.77
  19   -89.710   可变   28.06
  20   ∞   2.30   1.51633   64.1   46.30
  21   ∞   1.47   1.51633   64.1   46.30
  22   ∞   0.69   46.30
  像面   ∞
非球面数据
第10表面
K=6.64673e-001  A4=-2.66584e-005 A6=-1.11672e-007A8=2.13129e-009 A10=-6.68542e-011
第11表面
K=2.72634e+010  A4=9.35359e-005  A6=-1.27741e-006
第12表面
K=5.41428e+000  A4=3.27539e-006  A6=-1.42230e-006A8=-1.04263e-008
第18表面
K=0.00000e+000  A4=2.71294e-006  A6=-1.23055e-009A8=5.69183e-011  A10=-1.66408e-013
各种数据
变焦比:3.80
  广角   中间   望远
  焦距   18.15   35.01   68.98
  F数   3.01   4.21   6.00
  视角   33.40   21.23   11.15
  图像高度   11.97   13.60   13.60
  总透镜长度   100.19   106.93   127.48
  BF   0.69   0.69   0.69
 d3   3.51   11.60   28.63
 d9   24.23   10.21   0.29
 d17   19.70   35.26   45.34
 d19   6.04   3.17   6.52
  入射光瞳位置   31.22   44.94   91.19
  出射光瞳位置   -40.75   -90.53   -176.18
  前侧主点位置   41.42   66.52   133.26
  后侧主点位置   -17.45   -34.32   -68.29
变焦透镜单元数据
Figure BDA00001688769300211
单透镜数据
  透镜   起始表面   焦距
  1   1   -173.99
  2   2   60.46
  3   4   -19.13
  4   6   -34.79
  5   8   34.37
  6   10   22.52
  7   12   20.30
  8   13   -12.41
  9   15   71.28
  10   18   64.74
  11   20   0.00
  12   21   0.00
数值示例4
单位:mm
表面数据
  表面编号   r   d   nd   νd   有效直径
  1   326.011   1.90   1.84666   23.8   42.83
  2   71.099   3.06   1.77250   49.6   37.85
  3   -8292.749   0.17   37.62
  4   58.390   2.99   1.77250   49.6   32.62
  5   1267.702   可变   31.62
  6＊   1350.283   1.50   1.85400   40.4   28.94
  7＊   16.280   6.00   22.71
  8   -57.041   1.04   1.69680   55.5   22.62
  9   84.563   0.06   22.53
  10   27.402   0.00   22.78
  11   27.402   0.00   22.78
  12   27.426   2.54   1.94595   18.0   22.78
  13   72.354   可变   22.44
  14＊   17.991   2.81   1.85400   40.4   13.04
  15＊   174.096   0.14   12.63
  16   13.656   4.31   1.77250   49.6   12.13
  17   -1213.432   0.58   1.80518   25.5   10.36
  18   8.817   1.62   9.20
  19   -339.608   2.19   1.56907   71.3   9.16
  20   -36.651   1.24   8.99
  21(光阑)   ∞   可变   8.55
  22   95.177   5.75   1.55332   71.7   28.33
  23＊   -51.473   可变   28.88
  24   ∞   2.30   1.51633   64.1   58.97
  25   ∞   1.47   58.97
  26   ∞   1.47   1.51633   64.1   58.97
  27   ∞   0.73   76.40
  像面   ∞
非球面数据
第6表面
K=2.65891e+003  A4=-7.62168e-006  A6=1.42295e-008
第7表面
K=1.84790e-001  A4=-8.63604e-006  A6=1.30060e-009A8=-4.06805e-010  A10=1.61210e-012
第14表面
K=-8.20846e-003  A4=-1.11343e-005  A6=-1.99977e-008A8=7.05572e-010  A10=-3.92137e-012
第15表面
K=1.88011e+002  A4=9.89225e-008  A6=2.88524e-008
第23表面
K=5.08936e+000  A4=1.45132e-006  A6=1.02009e-009A8=-3.61854e-011  A10=2.95969e-013
各种数据
变焦比:3.80
  广角   中间   望远
  焦距   18.17   35.35   69.05
  F数   2.89   4.58   5.94
  视角   33.37   20.75   11.14
  图像高度   11.97   13.39   13.60
  总透镜长度   86.05   88.12   105.84
  BF   0.73   0.73   0.73
  d5   0.47   0.86   13.54
  d13   23.06   8.94   0.93
  d21   13.26   32.23   46.37
  d23   5.38   2.21   1.12
  入射光瞳位置   25.98   24.17   49.19
  出射光瞳位置   -31.77   -87.39   -246.91
  前侧主点位置   33.99   45.34   98.98
  后侧主点位置   -17.44   -34.62   -68.32
变焦透镜单元数据
Figure BDA00001688769300241
Figure BDA00001688769300251
单透镜数据
  透镜   起始表面   焦距
  1   1   -107.77
  2   2   91.27
  3   4   79.15
  4   6   -19.31
  5   8   -48.74
  6   12   45.44
  7   14   23.30
  8   16   17.51
  9   17   -10.87
  10   19   72.01
  11   22   61.23
  12   24   0.00
  13   26   0.00
数值示例5
单位:mm
表面数据
  表面编号   r   d   nd   νd   有效直径
  1   360.164   1.90   1.84666   23.8   42.83
  2   59.459   3.47   1.80400   46.6   37.85
  3   2274.691   0.17   37.62
  4   58.536   2.99   1.83481   42.7   32.62
  5   684.419   可变   31.62
  6＊   1430.577   1.50   1.85400   40.4   28.94
  7＊   16.143   6.00   22.71
  8   -57.825   1.04   1.69680   55.5   22.62
  9   86.303   0.06   22.53
  10   27.276   2.54   1.94595   18.0   22.78
  11   72.732   可变   22.44
  12＊   17.984   2.81   1.85400   40.4   13.04
  13＊   164.275   0.14   12.63
  14   13.654   4.31   1.77250   49.6   12.13
  15   -538.461   0.58   1.80518   25.5   10.36
  16   8.813   1.62   9.20
  17   -339.608   2.19   1.56907   71.3   9.16
  18   -37.219   1.24   8.99
  19(光阑)   ∞   可变   8.55
  20   70.520   5.75   1.55332   71.7   28.33
  21＊   -50.802   可变   28.88
  22   ∞   2.30   1.51633   64.1   58.97
  23   ∞   1.47   58.97
  24   ∞   1.47   1.51633   64.1   58.97
  25   ∞   0.35   76.40
  像面   ∞
非球面数据
第6表面
K=2.65891e+003  A4=-6.06688e-006  A6=9.24438e-009
第7表面
K=1.23928e-001  A4=-5.47083e-006  A6=-1.95098e-008A8=-3.95102e-011  A10=-2.01355e-013
第12表面
K=4.77692e-002  A4=-1.02633e-005  A6=-3.50577e-008A8=1.34441e-009  A10=-9.17781e-012
第13表面
K=1.87915e+002  A4=1.17325e-006  A6=3.35300e-008
第21表面
K=2.82666e+000  A4=-4.34400e-006  A6=3.26736e-008A8=-1.61341e-010  A10=3.97817e-013
各种数据
变焦比:3.80
  广角   中间   望远
  焦距   18.17   35.17   69.05
  F数   2.89   4.58   5.94
  视角   33.37   20.85   11.14
  图像高度   11.97   13.39   13.60
  总透镜长度   87.08   89.09   106.72
  BF   0.35   0.35   0.35
  d5   0.64   0.86   13.29
  d11   23.19   9.02   1.04
  d19   14.33   33.00   47.90
 d21   5.01   2.29   0.57
  入射光瞳位置   26.48   24.33   48.77
  出射光瞳位置   -34.29   -107.86   -653.93
  前侧主点位置   35.12   48.07   110.53
  后侧主点位置   -17.82   -34.82   -68.71
变焦透镜单元数据
Figure BDA00001688769300281
单透镜数据
  透镜   起始表面   焦距
  1   1   -84.36
  2   2   75.89
  3   4   76.51
  4   6   -19.13
  5   8   -49.55
  6   10   44.92
  7   12   23.44
  8   14   17.30
  9   15   -10.76
  10   17   73.26
  11   20   54.28
  12   22   0.00
  13   24   0.00
表1
  条件式   示例1   示例2   示例3   示例4   示例5
  (1)T23/ft   0.017   0.017   0.004   0.008   0.015
  (2)f3/f2   -1.18   -1.22   -1.29   -1.19   -1.20
  (3)f1/f2   -3.88   -4.00   -4.75   -3.55   -3.51
  (4)Nav1   1.77   1.77   1.77   1.77   1.82
接下来，将参考图11描述在其中使用根据本发明的各个示例性实施例的变焦透镜作为摄影光学系统的示例的数字静态照相机。在图11中，附图标记120表示照相机机身，并且附图标记121表示包括在第一到第五示例性实施例中描述的变焦透镜实施例中的任何一个的摄影光学系统。
附图标记122表示固态图像传感器（光电转换元件）（例如，CCD（电荷耦合器件）传感器或者CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器），其被安装在照相机机身120中并且接收由摄影光学系统121形成的物体图像。附图标记123表示用于记录与由固态图像传感器122光电转换的物体图像对应的信息的存储器。附图标记124表示包括液晶显示面板等的取景器，以便观察在固态图像传感器122上形成的物体图像。
以这样的方式，可以通过将根据本发明示例性实施例的变焦透镜应用于图像拾取设备（例如数字照相机）来实现具有高光学性能的小型化的图像拾取设备。
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的修改、等同结构与功能。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括并且沿着其光轴布置：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期间所有透镜单元被移动，
其中孔径光阑被布置在第三透镜单元的像侧，
其中第三透镜单元包括至少三个正透镜和一个负透镜，以及
其中所述变焦透镜满足下面的条件式：
0.002<T23/fT<0.020
-1.8<f3/f2<-0.8,以及
-5.0<f1/f2<-3.0,
其中T23表示在所述变焦透镜处于望远端时从第二透镜单元中的最接近像侧的透镜表面到第三透镜单元中的最接近物侧的透镜表面的距离，fT表示在望远端处的整个变焦透镜的焦距，并且f1、f2和f3分别表示第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中满足条件式Nav1>1.75，其中Nav1表示在第一透镜单元中的所有正透镜的材料的平均折射率。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中聚焦是通过在光轴方向上移动第四透镜单元来执行的。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第一透镜单元从物侧到像侧依次包括：由负透镜和正透镜组成的胶合透镜以及正透镜。
5.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：正透镜、由正透镜和负透镜组成的胶合透镜以及正透镜。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第一透镜单元从物侧到像侧依次包括：负透镜和正透镜。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中第三透镜单元以具有与所述光轴垂直的其至少一个分量的方式被移动。
8.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期间第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元朝向物侧移动。
9.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期间第二透镜单元朝向像侧移动。
10.一种图像拾取设备，包括根据权利要求1到9中的任何一个所述的变焦透镜以及被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像的图像传感器。
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