CN102854612B

CN102854612B - 变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备

Info

Publication number: CN102854612B
Application number: CN201210229026.4A
Authority: CN
Inventors: 三条阳太郎; 矢北真一郎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: JP5909158B2; EP2541297B1; EP2541297A1; US8786957B2; JP2013033242A; US20130003189A1; CN102854612A

Abstract

本发明涉及一种变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备。该变焦镜头从物体侧依次包括：正的第一透镜单元，其在变焦期间不移动；负的第二透镜单元，其在变焦期间在光轴方向上移动；负的第三透镜单元，其在变焦期间在光轴方向上移动，以校正由于变焦所引起的像面变动；以及正的第四透镜单元，其在变焦期间不移动。第四透镜单元从物体侧依次包括正的第一副透镜单元和正的第二副透镜单元，正的第一副透镜单元和正的第二副透镜单元通过第四透镜单元中距离最大的空气间隔所隔开。针对用于形成第三透镜单元、第一副透镜单元和第二副透镜单元的透镜材料，适当设定阿贝常数、部分色散比和折射率的温度变化系数。

Description

变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备，其中该变焦镜头适用于广播电视摄像机、摄像机、数字静态照相机和卤化银胶片照相机。

背景技术

近年来，对于诸如广播电视摄像机、卤化银胶片照相机、数字静态照相机和摄像机等的摄像设备用的具有大孔径比、高变焦比和高光学性能的变焦镜头已存在需求。

作为变焦比高的变焦镜头，已知如下的正引导远摄型四单元变焦镜头：在该变焦镜头中，总共设置四个透镜单元并且透镜单元中最靠近物体侧的一个透镜单元具有正屈光力。

例如，已知包括如下部件的四单元变焦镜头：第一透镜单元，其具有调焦用的正屈光力；第二透镜单元，其具有变倍用的负屈光力；第三透镜单元，其具有校正像面变动用的负屈光力；以及第四透镜单元，其具有成像用的正屈光力。

通常，为了获得较高的变焦比，如果远摄端的焦距被设定得较长，则远射侧的各种像差中的轴上色像差增大。如果广角端的焦距被设定得较短，则广角侧的各种像差中的倍率色像差增大。在一阶光谱和二阶光谱中均对色像差进行适当的校正对于获得高质量图像性能而言非常重要。

作为降低这种色像差的发生的方法，通常众所周知有如下的方法：利用具有异常色散性的光学材料的消色方法；以及利用衍射光栅的消色方法(参见日本特开2006-349947)。

此外，即使环境温度改变，光学性能的变动(特别是调焦变动)也期望较小。

已知如下的技术：通过采用变倍光学系统相对于变焦镜头内的预定间隔可以进行插拔的结构，能够容易地在电视摄像机用的变焦镜头中改变变倍范围。日本特许3,513,264提出了一种变焦镜头，其中在该变焦镜头中，即使当变倍光学系统插入时，也在降低轴上色像差的二阶光谱的同时抑制由于温度变化所引起的散焦。

具有上述结构的正引导型四单元变焦镜头可以相对容易地获得高变焦比。为了在该四单元变焦镜头中获得高光学性能，适当地校正广角端的倍率色像差和远摄端的轴上色像差是非常重要的。如果使用具有异常色散性的光学材料，则可以容易地对倍率色像差和轴上色像差进行适当校正。

然而，通常，诸如树脂和塑料等具有异常色散性的有机材料的由于温度变化所引起的折射率变化的值dn/dT较大，大约是玻璃的10~200倍。因此，当为了获得色像差校正效果而使用由具有强屈光力的有机材料制成的光学元件时，降低由于环境温度变化所引起的光学系统的散焦(像面移位)非常重要。为了降低由于环境温度变化所引起的光学系统的散焦，需要将由于环境温度变化所引起的后焦距变化量维持得较小。

发明内容

本发明提供了一种变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备，其中该变焦镜头能够适当地校正从广角端到远摄端的整个变焦范围内的色像差，且具有高变焦比和整个变焦范围内的高光学性能，并且即使环境温度变化，该变焦镜头的调焦变动也较少。

为了实现上述目的，根据本发明的典型实施例，提供了一种变焦镜头，其从物体侧依次包括：

第一透镜单元，其具有正屈光力，并且在变倍期间不移动；

第二透镜单元，其具有负屈光力，并且在变倍期间在光轴方向上移动；

第三透镜单元，其在变倍期间在所述光轴方向上移动；以及

第四透镜单元，其具有正屈光力，并且在变倍期间不移动，其中：

所述第四透镜单元从物体侧依次包括具有正屈光力的第一副透镜单元和具有正屈光力的第二副透镜单元；

所述第一副透镜单元和所述第二副透镜单元通过所述第四透镜单元中最大的空气间隔所隔开；

所述第二副透镜单元包括至少一个具有正屈光力的折射光学元件；

在νdm=(Nd-1)/(NF-NC)且θgFm=(Ng-NF)/(NF-NC)的情况下，满足以下条件：

-2.100×10^-3×νdm+0.693<θgFm，并且

0.555<θgFm<0.900，

其中，“θgFm”和“νdm”分别表示所述折射光学元件的部分色散比和阿贝常数，并且“Ng”、“NF”、“Nd”和“NC”分别表示针对g线、F线、d线和C线的折射率；

对于除所述第二副透镜单元中所包括的具有正屈光力的所述折射光学元件之外的透镜而言，所述第三透镜单元、所述第一副透镜单元和所述第二副透镜单元各自满足以下条件：

其中i=3,4a,4b且j＝1,2，...,Sp_i，并且

其中i=3,4a,4b且j＝1,2，...,Sn_i，

其中，表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有正屈光力的第j个透镜的屈光力，表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有负屈光力的第j个透镜的屈光力，表示第i透镜单元的屈光力，“(dn/dT)p_ij”表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有正屈光力的透镜当中的除所述折射光学元件之外的具有正屈光力的第j个透镜的、空气中的e线上的折射率的温度变化系数即-20℃～40℃范围内的平均值，“(dn/dT)n_ij”表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有负屈光力的第j个透镜的、空气中的e线上的折射率的温度变化系数即-20℃～40℃范围内的平均值，“Sp_i”表示除所述折射光学元件之外的第i透镜单元中具有正屈光力的透镜的数量，“Sn_i”表示第i透镜单元中具有负屈光力的透镜的数量。

一种摄像设备，其包括根据上述变焦镜头。

根据本发明，可以提供一种变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备，其中该变焦镜头在整个变焦范围内具有高光学性能，并且即使环境温度变化，该变焦镜头的光学性能也较少变动。

从下面参照附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的聚焦于无限远处的广角端处的变焦镜头的截面图。

图2A是根据数值实施例1的物体距离为2.5m时的广角端的纵像差图。

图2B是根据数值实施例1的物体距离为2.5m时的焦距31.67mm处的纵像差图。

图2C是根据数值实施例1的物体距离为2.5m时的远摄端的纵像差图。

图3是根据本发明第二实施例的聚焦于无限远处的广角端处的变焦镜头的截面图。

图4A是根据数值实施例2的物体距离为2.5m时的广角端的纵像差图。

图4B是根据数值实施例2的物体距离为2.5m时的焦距31.67mm处的纵像差图。

图4C是根据数值实施例2的物体距离为2.5m时的远摄端的纵像差图。

图5是根据本发明第三实施例的聚焦于无限远处的广角端处的变焦镜头的截面图。

图6A是根据数值实施例3的物体距离为3.0m时的广角端的纵像差图。

图6B是根据数值实施例3的物体距离为3.0m时的焦距37.21mm处的纵像差图。

图6C是根据数值实施例3的物体距离为3.0m时的远摄端的纵像差图。

图7是根据本发明第四实施例的聚焦于无限远处的广角端处的变焦镜头的截面图。

图8A是根据数值实施例4的物体距离为2.5m时的广角端的纵像差图。

图8B是根据数值实施例4的物体距离为2.5m时的焦距63.25mm处的纵像差图。

图8C是根据数值实施例4的物体距离为2.5m时的远摄端的纵像差图。

图9是根据本发明的摄像设备的主要部分的示意图。

图10是示出根据本发明的变焦镜头中的倍率色像差的校正原理的示意图。

图11是示出阿贝(Abbe)常数νd和部分色散比θgF之间的关系的说明图。

具体实施例

首先，描述各实施例的镜头结构的特征。

根据本发明的变焦镜头从物体侧到图像侧依次包括：第一透镜单元U1，其具有正屈光力，并且在变焦期间该第一透镜单元U1不移动；以及第二透镜单元U2，其具有负屈光力，并且在从广角端(短焦距端)向远摄端(长焦距端)进行变焦期间，该第二透镜单元U2向着图像侧移动。

另外，变焦镜头包括：第三透镜单元U3，其具有负屈光力，并且该第三透镜单元U3随着第二透镜单元U2的移动而在光轴上一起移动，以校正由于变倍而引起的像面变动；以及第四透镜单元U4，其具有成像用的正屈光力，并且在变焦期间该第四透镜单元U4不移动。

第四透镜单元U4包括以距离最大的空气间隔的相应侧为边界的具有正屈光力的第一副透镜单元U4a和具有正屈光力的第二副透镜单元U4b。

另外，第四透镜单元U4包括变倍光学系统EXT，该变倍光学系统EXT相对于第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b之间的光路能够进行插拔，以改变整个透镜系统的焦距范围。

接着，描述本发明的条件表达式。

F线相对于C线的轴上色像差和倍率色像差分别被定义为轴上色像差的一阶光谱和倍率色像差的一阶光谱。另外，将一阶光谱校正为零之后所剩余的g线相对于F线的轴上色像差和倍率色像差分别被定义为轴上色像差的二阶光谱和倍率色像差的二阶光谱。

整个透镜系统的轴上色像差系数L和倍率色像差系数T由以下的表达式(1)和表达式(2)示出。

其中，“h_i”表示近轴光线轨迹中的第i个薄透镜的轴上光线相对于光轴的高度，“h_bar_i”表示近轴光线轨迹中的第i个薄透镜的轴外光线相对于光轴的高度，表示近轴光线轨迹中的第i个薄透镜的屈光力，“ν_i”表示近轴光线轨迹中的第i个薄透镜的阿贝常数。在下面的描述中，除非特别说明，否则序数表示相对于物体侧的镜头内的配置顺序。

另外，整个透镜系统的轴上色像差量Δf和倍率色像差量ΔY由以下的表达式(3)和表达式(4)示出。

Δf=-f×L...(3)

ΔY=-Y×T...(4)

其中，“f”表示整个透镜系统的焦距，“Y”表示像高。

这里，表达式(1)和表达式(2)中所使用的阿贝常数ν_i的部分色散被假定为“Ng-NF”，其中Ng表示g线(435.8nm)用的折射率，NF表示F线(486.1nm)用的折射率。然后，表达式(1)和表达式(2)分别表示轴上色像差的二阶光谱的色像差系数和倍率色像差的二阶光谱的色像差系数，并且表达式(3)和表达式(4)分别表示轴上色像差的二阶光谱量和倍率色像差的二阶光谱量。从表达式(1)和表达式(3)可以理解，各透镜的轴上色像差的二阶光谱的分配值与轴上光线的高度的平方、透镜的屈光力以及g线和F线之间的折射率差成比例地增大。从表达式(2)和表达式(4)可以理解，各透镜的倍率色像差的二阶光谱的分配值与轴上光线的高度、轴外光线的高度、透镜屈光力以及g线和F线之间的折射率差成比例地增大。另外，从表达式(1)和表达式(2)可以理解，g线相对于F线的轴上色像差系数的针对各透镜的分配值与g线相对于F线的倍率色像差系数的针对各透镜的分配值之间的比是通过轴上光线的高度和轴外光线的高度之间的比来确定的。在传统的变焦镜头中，如果如图10所示广角端的倍率色像差的一阶光谱被设定为零，则倍率色像差的二阶光谱趋于保持为正。

为了校正这种情况，仅需配置由g线和F线之间的折射率差的绝对值较大的材质所制成的透镜以使其具有适当的屈光力并将该透镜插入到如下的位置，其中在该位置处，所获得的轴上光线的高度与轴外光线的高度的积较大并且所获得的轴上光线与轴外光线之间的高度的比是适当的。因而，可以保持广角端的轴上色像差和倍率色像差之间的二阶光谱的校正的适当平衡，从而同时实现整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱的适当校正和广角端的倍率色像差的二阶光谱的适当校正。

在下文中，描述了用以同时实现整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱的适当校正和广角端的倍率色像差的二阶光谱的适当校正的条件。

在根据本发明的变焦镜头中，至少一个具有正屈光力的折射光学元件GNL被布置在第二副透镜单元U4b中。这是因为：第二副透镜单元U4b的轴上光线的高度和轴外光线的高度的积较大，并且轴外光线的高度相对于轴上光线的高度的比较大。更加优选地，将折射光学元件GNL布置在第二副透镜单元U4b中满足以下条件表达式(5)的位置处。条件表达式(5)规定了穿过透镜GNL的轴外光线相对于光轴的高度h_bar_m与穿过透镜GNL的轴上光线相对于光轴的高度h_m的比。

0.05<h_bar_m/h_m<1.5...(5)

因此，可以同时实现整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱的适当校正和广角端的倍率色像差的二阶光谱的适当校正。

如果该值落到条件表达式(5)的范围之外，则特别地，难以保持广角端的轴上色像差和倍率色像差之间的二阶光谱的平衡。

更优选地，将条件表达式(5)的数值范围设定为如以下的条件表达式(5a)。

0.1<h_bar_m/h_m<0.5...(5a)

优选地，满足如下的条件表达式(6)和条件表达式(7)。表达式(6)和表达式(7)规定了折射光学元件GNL的部分色散比θgFm和阿贝常数νdm之间的关系。

-2.100×10^-3×νdm+0.693<θgFm...(6)

0.555<θgFm<0.900...(7)

阿贝常数νdm以及关于g线和F线的部分色散比θgFm如下所示。

νdm=(Nd-1)/(NF-NC)

θgFm=(Ng-NF)/(NF-NC)

其中，“Ng”、“NF”、“Nd”以及“NC”分别表示针对夫琅和费(Fraunhofer)线的g线(435.8nm)、F线(486.1nm)、d线(587.6nm)以及C线(656.3nm)的折射率。

因而，可以同时实现整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱的适当校正和广角端的倍率色像差的二阶光谱的适当校正。

条件表达式(6)以部分色散的基准线为基准规定了要使用的光学材料的针对g线和F线的异常色散性。在图11中，点A表示PBM2(产品名；由OHARA INC.制造)(νd=36.26、θgF=0.5828)的值。点B表示NSL7(产品名；由OHARA INC.制造)(νd=60.49、θgF=0.5436)的值。连接点A和点B的线被看做基准线。由条件表达式(6)和条件表达式(7)所规定的光学材料位于基准线的上方。如果由条件表达式(6)和条件表达式(7)所规定的光学材料被用作在光圈的图像侧具有正屈光力的折射光学元件，则使用位于基准线上方的材料对于广角端的倍率色像差的二阶光谱的校正是有效的。另外，随着材料位于基准线的越上方，校正效果越高。换言之，满足条件表达式(6)的透镜材料通常被称之为异常色散玻璃。部分色散比大于基准线的情况意味着g线和F线之间的折射率差相对地大于基准玻璃的g线和F线之间的折射率差。

如果该值超过条件表达式(7)的上限值，则由于折射光学元件GNL而对广角端的倍率色像差的二阶光谱进行了过校正，因此，特别地，难以保持广角端的轴上色像差和倍率色像差之间的二阶光谱的平衡。

如果不满足条件表达式(6)或条件表达式(7)的下限条件，则难以向折射光学元件GNL提供充分校正广角端的倍率色像差的二阶光谱的效果，特别地，难以获得充分校正广角端的倍率色像差的二阶光谱的效果。

注意，为了避免像差校正和制造过程的困难，容易想到如下的方法，其中在该方法中，以分割方式将满足条件表达式(6)和条件表达式(7)的光学材料布置在多个元件中。另外，在这种情况中，能够获得与本说明书中所述的效果相同的效果。

更优选地，还同时满足以下的条件表达式(8)和条件表达式(9)。条件表达式(8)和条件表达式(9)规定了折射光学元件GNL的部分色散比θgdm和阿贝常数νdm之间的关系。

-2.407×10^-3×νdm+1.420<θgdm...(8)

1.255<θgdm<1.670...(9)

这里，关于g线和d线的部分色散比θgdm如下所示。

θgdm=(Ng-Nd)/(NF-NC)

因此，容易适当地进行g线和d线之间的色像差的校正。

另外，优选地，满足以下的条件表达式(10)。条件表达式(10)规定了满足条件表达式(6)和(7)的折射光学元件GNL在空气中的屈光力与广角端的整个透镜系统的屈光力的比。

因此，能够同时实现整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱的适当校正和广角端的倍率色像差的二阶光谱的适当校正。

如果不满足条件表达式(10)的上限条件，则由于折射光学元件GNL而对广角端的倍率色像差的二阶光谱进行了过校正，因此，特别地，难以保持广角端的轴上色像差和倍率色像差之间的二阶光谱的平衡。

如果不满足条件表达式(10)的下限条件，则难以向折射光学元件GNL提供充分校正广角端的倍率色像差的二阶光谱的效果，特别地，难以获得充分校正广角端的倍率色像差的二阶光谱的效果。

注意，如果满足条件表达式(6)和(7)的多个元件用于光学系统，则优选地，各个屈光力的总和满足条件表达式(10)。

下文中，描述了用于将由于环境温度变化所引起的后焦距变化控制得较小的条件。

诸如树脂和塑料等要用于折射光学元件GNL的有机材料的由于温度变化所引起的折射率变化的绝对值dn/dT在负方向上大于玻璃的折射率变化的绝对值，例如，大约为玻璃的10～200倍。因此，如果使用由屈光力强的有机材料制成的光学元件，则需要将由于环境温度变化所引起的后焦距变化维持得较小。在这方面，容易想到如下的方法，其中在该方法中，通过对包括值dn/dT大致相同的有机材料等的多种异常分散材料进行适当组合来减小由于环境温度变化所引起的后焦距变化。然而，该方法的使用使成本增大。因此，需要通过对最小必需量的折射光学元件GNL与普通玻璃进行组合来减小由于环境温度变化所引起的后焦距变化。

广播摄像机系统通常是镜头可更换型，并且广播变焦镜头包括定位截距(flange back)调整机构。在通常的摄像时，紧挨在摄像之前进行定位截距调整，以使得透镜的焦点位置与摄像机的摄像元件的位置一致。如果定位截距的移位明显超过焦点深度，则需要进行重新调整。

通常已知，如果由于大致±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量落到焦点深度范围内，则在一次摄像操作期间基本上无需重新调整定位截距，因此，不存在实际使用的问题。例如，在通常用于广播的2/3型HD摄像机(图像尺寸直径：11mm)中，当容许模糊圈的直径大约被设定为0.01mm时，F值为F/1.8时的焦点深度变为大约±18μm。这里，表示整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t按照如下进行定义。

(dskd/dT)t=(dskd/dT)l+(dskd/dT)m...(11)

其中，“(dskd/dT)l”表示透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量，并且“(dskd/dT)m”表示用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量。

为了将由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量控制到±18μm的焦点深度中，仅需要使整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t处于±2.2μm/℃内。在各实施例中，对各透镜的屈光力和dn/dT以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的线膨胀系数进行规定，以使得将整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t控制在±2.2μm/℃内。

首先，描述透镜系统中由于环境温度变化所引起的后焦距变化。作为表达式(11)的第一项的、表示透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l如下所示。

(dskd/dT)l=Σ_i,j((dskd/dn)p_ij×(dn/dT)p_ij)+

Σ_i,j((dskd/dn)n_ij×(dn/dT)n_ij)...(12)

其中，“(dskd/dn)p_ij”表示第i透镜单元中具有正屈光力的第j个透镜的由于折射率变化所引起的后焦距变化量，“(dskd/dn)n_ij”表示第i透镜单元中具有负屈光力的第j个透镜的由于折射率变化所引起的后焦距变化量，“dn/dT”表示空气中的e线上的折射率的温度变化系数(-20℃～40℃范围内的平均值)，“(dn/dT)p_ij”表示第i透镜单元中具有正屈光力的第j个透镜的dn/dT，并且“(dn/dT)n_ij”表示第i透镜单元中具有负屈光力的第j个透镜的dn/dT。

通常，各透镜的由于折射率变换所引起的后焦距变化量的绝对值dskd/dn趋于与各透镜的屈光力的绝对值成比例地增大。当对各透镜的屈光力和折射率的温度变化系数dn/dT进行适当的组合时，能够将由表达式(12)所确定的透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

为了适当校正整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱、适当校正广角端的倍率色像差的二阶光谱以及将广角端的透镜系统的(dskd/dT)l控制得较小，优选满足条件表达式(6)、(7)、(13)和(14)。条件表达式(13)和(14)是用于规定构成第三透镜单元U3、第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b的各透镜的屈光力和折射率的温度变化系数dn/dT的条件。

(i=3,4a,4b)(j=1,2，...Spⁱ)...(13)

(i=3,4a,4b)(j=1,2，...Snⁱ)...(14)

其中，“dn/dT”表示空气中的e线上的折射率的温度变化系数(-20℃～40℃范围内的平均值)，表示第i透镜单元中除GNL之外的具有正屈光力的第j个透镜的屈光力，表示第i透镜单元中具有负屈光力的第j个透镜的屈光力，表示第i透镜单元的屈光力，“(dn/dT)p_ij”表示第i透镜单元中除GNL之外的具有正屈光力的第j个透镜的dn/dT，“(dn/dT)n_ij”表示第i透镜单元中具有负屈光力的第j个透镜的dn/dT，“Sp_i”表示除GNL之外的第i透镜单元中具有正屈光力的透镜的数量，并且“Sn_i”表示第i透镜单元中具有负屈光力的透镜的数量。

如果不满足条件表达式(13)和(14)，则难以充分校正由于环境温度变化所引起的后焦距移位。

优选地，满足如下的条件表达式(15)和(16)。条件表达式(15)和(16)是用于规定构成第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b的各透镜的屈光力和折射率的温度变化系数dn/dT的条件。

(i=4a,4b)(j=1,2，...Sp_i)...(15)

(i=4a,4b)(j=1,2，...Sn_i)...(16)

因而，在实现整个变焦范围内的轴上色像差的二阶光谱的适当校正和广角端的倍率色像差的二阶光谱的适当校正这二者的同时，将广角端的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

更优选地，满足如下的条件表达式(17)和(18)。条件表达式(17)和(18)是用于规定构成第二副透镜单元U4b的各透镜的屈光力和折射率的温度变化系数dn/dT的条件。

(i=4b)(j=1,2，...Sp_i)...(17)

(i=4b)(j=1,2，...Sn_i)...(18)

另外，优选地，满足如下的条件表达式(19)和(20)。条件表达式(19)和(20)是用于规定构成第二副透镜单元U4b的、除折射光学透镜GNL之外的具有正屈光力的透镜和具有负屈光力的透镜的屈光力各自的总和的条件。

因此，获得了良好的光学性能，并且将透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

如果不满足条件表达式(19)的上限条件或者如果不满足条件表达式(20)的下限条件，则透镜屈光力增大，从而像差校正变得困难。

如果不满足条件表达式(19)的下限条件或者如果不满足条件表达式(20)的上限条件，则透镜屈光力减小，从而难以确保充分校正由于环境温度变化所引起的后焦距移位的效果。

更优选地，满足如下的条件表达式(21)和(22)。条件表达式(21)和(22)规定了第二副透镜单元U4b中具有正屈光力的透镜的屈光力和阿贝常数νdp4b。

50<νdp4b<70...(21)

其中，表示第二副透镜单元中具有正屈光力的透镜当中的、使用满足条件表达式(21)的玻璃材料的具有正屈光力的第j个透镜的屈光力。因此，实现了良好的消色，并且能够将透镜系统的由于环境温度变化所引起的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

更优选地，按照如下设定条件表达式(21)的数值范围。

60<νdp4b<70...(21a)

作为由条件表达式(21)所规定的玻璃，存在S-BSL7(产品名)(dn/dT=2.7×10^-6，νdp4b=64.1)、S-BAL35(产品名)(dn/dT=3.7×10^-6，νdp4b=61.1)、S-NSL36(产品名)(dn/dT=2.6×10^-6，νdp4b=52.4)等。dn/dT表示空气中的e线上的折射率的温度变化系数(-20℃～40℃范围内的平均值)。通过将这些材质作为具有正屈光力的透镜应用于第二副透镜单元U4b，能够实现良好的消色，并且能够将透镜系统的由于环境温度变化所引起的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

如果不满足条件表达式(22)的上限条件，则第二副透镜单元U4b中除折射光学元件GNL之外的具有正屈光力的透镜的屈光力变大，从而像差校正变得困难。

如果不满足条件表达式(22)的下限条件，则对于第二副透镜单元U4b中除折射光学元件GNL之外的具有正屈光力的透镜而言，难以确保充分校正由于环境温度变化所引起的后焦距移位的效果。

更优选地，满足如下的条件表达式(23)和(24)。条件表达式(23)和(24)规定了第二副透镜单元U4b中具有负屈光力的透镜的屈光力、阿贝常数νdn4b、以及部分色散比θgFn4b。因此，能够实现良好的消色，并且能够将透镜系统的由于环境温度变化所引起的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

0.6406-1.7735×10^-3×νdn4b>θgFn4b...(23)

其中，表示第二副透镜单元U4b中具有负屈光力的透镜当中的、由满足条件表达式(23)的玻璃材料制成的具有负屈光力的第j个透镜的屈光力。

作为由条件表达式(23)所规定的玻璃，存在S-LAH58(产品名)(dn/dT=5.0×10^-6，νdn4b=40.7，θgFn4b=0.566)和S-LAH55(产品名)(dn/dT=4.8×10^-6，νdn4b=42.7，θgFn4b=0.564)等。dn/dT表示空气中的e线上的折射率的温度变化系数(-20℃～40℃范围内的平均值)。对于S-LAH58而言，条件表达式(23)左侧的0.6406-1.7735×10^-3×νdn4b为0.5684，并且θgFn4b=0.5667，因此S-LAH58满足条件表达式(23)。对于S-LAH55而言，条件表达式(23)左侧的0.6406-1.7735×10^-3×νdn4b为0.5648，并且θgFn4b=0.5642，因此S-LAH55满足条件表达式(23)。通过将这些材质作为具有负屈光力的透镜应用于第二副透镜单元U4b，能够实现良好的消色，并且能够将透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l控制得较小。

如果不满足条件表达式(24)的上限条件，则针对第二副透镜单元U4b中具有负屈光力的透镜而言，难以确保充分校正由于环境温度变化所引起的后焦距移位的效果。

如果不满足条件表达式(24)的下限条件，则第二副透镜单元U4b中具有负屈光力的透镜的屈光力变大，因此像差校正变得困难。

接下来，描述由于由镜筒构件的热膨胀所导致的环境温度变化所引起的后焦距变化。作为表达式(11)的第二项的、由镜筒构件的热膨胀所导致的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)m如下所示。

(dskd/dT)m=Σ_i((dskd/Δd)i×d_i×α_i)...(25)

其中，“(dskd/Δd)i”表示由于第一透镜单元U1中从第一面到第i面的空气间隔的变化所引起的后焦距变化量，“d_i”表示用于维持第i面和第(i+1)面之间的空间的镜筒构件的长度，并且“α_i”表示用于维持第i面和第(i+1)面之间的空间的镜筒构件的线膨胀系数。

通常，在四单元变焦镜头中，由表达式(25)所确定的、由于镜筒构件的热膨胀所引起的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)m为负值。由表达式(12)所确定的透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l与值(dskd/dT)m彼此抵消。为了使表达式(12)和表达式(25)适当地彼此抵消，对于镜筒构件而言，期望使用诸如线膨胀系数α_i为23×10^-6(℃^-1)以上的铝等的材质。

下文中，描述了用于当插入变倍光学系统EXT时同时实现适当的光学性能和整个系统的焦距范围的改变的条件。

优选地，满足以下条件表达式(26)。条件表达式(26)规定了入射到变倍光学系统EXT的第一透镜面的轴上光线相对于光轴的高度h_k与从变倍光学系统EXT的最终透镜面出射的轴上光线相对于光轴的高度h_k+1的比。

0.7<h_k/h_k+1<2.5...(26)

因此，能够在变倍光学系统EXT插入时同时实现良好的光学性能和整个系统的焦距范围的改变。

当不满足条件表达式(26)时，变倍光学系统EXT中的透镜屈光力变大，因此像差校正变得困难。

优选地，满足如下的条件表达式(27)。条件表达式(27)是用于规定穿过第四透镜单元U4中的第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b之间的空气间隔的轴上光线相对于光轴的倾斜角度θ(度)。

-5°<θ<+5°...(27)

这里，进行如下假定：作为会聚光束相对于光轴的角度时，角度θ具有正值；作为发散光束相对于光轴的角度时，角度θ具有负值；以及在远焦状态下，θ=0°。

因此，能够实现变倍光学系统EXT插入时的良好光学性能以及所需充分的后焦距的确保这两者。

如果不满足条件表达式(27)的上限条件，则穿过第二副透镜单元U4b的轴上光线的高度变小，因而难以确保所需充分的后焦距。

如果不满足条件表达式(27)的下限条件，则当变倍光学系统EXT插入时轴上光线以发散角度入射到变倍光学系统EXT。因此，变倍光学系统EXT的透镜屈光力增大，因此像差校正变得困难。

更优选地，将条件表达式(27)的数值范围设定为如下的条件表达式(27a)。

-3.5°<θ<+3.5°...(27a)

优选地，满足如下的条件表达式(28)。条件表达式(28)是用于规定插入了变倍光学系统EXT的第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b之间的空气间隔的长度D相对于第一副透镜单元U4a中的最终透镜面的光束有效直径EA的比。

0.500<D/EA<3.000...(28)

因此，能够实现变倍光学系统EXT插入时的良好光学性能以及变倍光学系统EXT的整体长度的减小这两者。

如果空气间隔D相对于光束有效直径EA增大从而不满足条件表达式(28)的上限条件，则变得难以减小变倍光学系统EXT的整体长度。此外，如果光束有效直径EA相对于空气间隔D减小从而不满足条件表达式(28)的上限条件，则入射光瞳直径变小，因此难以确保所需充分的孔径比。

如果空气间隔D相对于光束有效直径EA减小从而不满足条件表达式(28)的下限条件，则变倍光学系统EXT中的透镜屈光力增大，因此像差校正变得困难。此外，如果光束有效直径EA相对于空气间隔D增大从而不满足条件表达式(28)的下限条件，则第四透镜单元U4的透镜直径增大，因此难以实现尺寸和重量的减小并且难以利用简单的透镜结构获得良好的光学性能。

参考图9，描述了使用根据各实施例的变焦镜头作为摄像光学系统的摄像设备(电视摄像机系统)的概观。图9是示出根据本发明的摄像设备的主要部分的示意图。在图9中，设置有根据第一实施例～第四实施例中的任一实施例的变焦镜头101以及摄像机124。变焦镜头101以可移除的方式安装于摄像机124。通过将变焦镜头101安装到摄像机124来构造摄像设备125。

变焦镜头101包括第一透镜单元F、变倍部LZ、成像用的第四透镜单元R。第一透镜单元F包括调焦透镜单元。变倍部LZ包括：第二透镜单元，其在变倍期间在光轴上移动；以及第三透镜单元，其在光轴上移动，以校正由于变倍所引起的像面变动。

变焦镜头101包括开口光圈SP。第四透镜单元R包括可以相对于光路进行插拔的透镜单元(变倍光学系统)IE。

透镜单元IE被设置成改变变焦镜头101的整个系统的焦距范围。

诸如螺旋体和凸轮等的驱动机构114和115沿光轴方向分别驱动第一透镜单元F和变倍部LZ。

马达(驱动单元)116～118被设置成对驱动机构114和115以及开口光圈SP进行电动驱动。

诸如编码器、电位器和感光器等的检测器119～121检测第一透镜单元F和变倍部LZ沿着光轴的位置以及开口光圈SP的光圈直径。

摄像机124包括：与光学滤波器或分色棱镜相对应的玻璃块109；以及诸如CCD传感器和CMOS传感器等的固体摄像元件(光电变换器)110，用于接收由变焦镜头101所形成的被摄体图像的光。

CPU 111和122分别对摄像机124和变焦镜头101的主体进行各种驱动控制。

如上所述，当将根据本发明的变焦镜头应用于电视摄像机系统时，实现了具有高光学性能的摄像设备。

第一实施例

图1是当在根据本发明第一实施例(数值实施例1)的变焦镜头的广角端处聚焦于位于无限远的物体时的镜头截面图。首先，描述图1。第一透镜单元U1具有正屈光力并且在变焦期间不移动。第一透镜单元U1具有调焦用的屈光力，并且通过使具有屈光力的透镜单元的整体或一部分移动来进行调焦。第二透镜单元(变焦透镜单元)U2具有负屈光力并且在变焦期间可移动。第三透镜单元(补偿透镜单元)U3具有负屈光力，并且在变焦期间可移动。第三透镜单元U3随着第二透镜单元的移动而在光轴上一起移动，以校正由于变倍所引起的像面变动。在第一实施例和后面所述的其它实施例中，第三透镜单元U3具有负屈光力，但可选地，第三透镜单元U3可以具有正屈光力。开口光圈SP被布置在第三透镜单元U3的图像侧上。第四透镜单元(中继透镜单元)U4具有成像用的正屈光力，并且在变焦期间不移动。第四透镜单元U4包括具有正屈光力的第一副透镜单元U4a和具有正屈光力的第二副透镜单元U4b，其中第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b被第四透镜单元内距离最大的空气间隔所隔开。玻璃块DG是分色棱镜或光学滤波器。像面IP对应于固体摄像元件(光电变换器)的摄像面。折射光学元件GNL由具有异常色散性的光学材料制成。

在与第一实施例相对应的数值实施例1中，折射光学元件GNL由表9所示的光学材料(νdm=22.7,θgFm=0.689)制成。由于-2.100×10^-3×νdm+0.693=0.645并且θgFm=0.689，因此表9所示的光学材料满足条件表达式(6)。另外，光学材料在用于光学系统时呈固体状态，而在用于光学系统之前例如在制造过程中可以呈任意状态。例如，在制造过程中，光学材料可以是液体材料或通过使液体材料固化所获得的固体材料。注意，光学材料被夹持在透镜之间，但即使未夹持光学材料，也能获得相同的色像差校正效果。此外，当然，除表9所示的光学材料之外的值dn/dT较大的光学材料也可以用于折射光学元件GNL。

第三透镜单元U3包括具有正屈光力的一个透镜和具有负屈光力的一个透镜，并且第三透镜单元U3被构造成如下的接合透镜，其中在该接合透镜中，从物体侧依次配置具有负屈光力的该透镜和具有正屈光力的该透镜并将这两个透镜相接合。

第一副透镜单元U4a包括具有正屈光力的三个透镜和具有负屈光力的一个透镜，具体地，从物体侧依次为双凸正透镜、双凸正透镜和接合透镜，其中在该接合透镜中，将图像侧具有凸面的正弯月形透镜和具有负屈光力的透镜相接合。

第二副透镜单元U4b包括具有正屈光力的五个透镜和具有负屈光力的两个透镜，具体地，从物体侧依次为：具有正屈光力的透镜；具有负屈光力的透镜与具有正屈光力的透镜相接合的接合透镜；具有正屈光力的透镜、具有正屈光力的透镜以及具有负屈光力的透镜相接合的接合透镜；以及具有正屈光力的透镜。

表10示出根据第一实施例的各条件表达式的相应值。第一实施例具有如下特征：这些值接近条件表达式(10)、(13)、(14)、(15)、(17)、(19)和(22)的上限值，并且接近条件表达式(20)和(24)的下限值。

表1示出根据数值实施例1的面编号以及dn/dT、dskd/dN和透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)l的相应值。如表1所示，透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l的总和为2.561μm/℃。注意，针对第三透镜单元U3、第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b来计算透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量。这是因为：第一透镜单元U1和第二透镜单元U2的广角端的值dskd/dN较小，因此第一透镜单元U1和第二透镜单元U2对于因温度变化所引起的后焦距变化的影响较小。这同样适用于以下所有的实施例。

表2示出根据数值实施例1的面编号以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的长度、dskd/Δd和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)m的相应值。如表2所示，镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)m的总和为-0.662μm/℃。在第一实施例中，线膨胀系数αi为23×10^-6(℃^-1)的铝构件用于镜筒构件。注意，针对位于第二透镜单元U2和第三透镜单元U3之间的空气间隔的图像侧上的空气间隔来计算镜筒构件的由于热膨胀所引起的每单位温度变化的后焦距变化量。这是因为：第一透镜单元U1和第二透镜单元U2的广角端的值dskd/Δd较小，因此第一透镜单元U1和第二透镜单元U2对于因温度变化所引起的后焦距变化的影响较小。这同样适用于以下所有的实施例。

表11示出根据第一实施例的广角端的焦点深度的值、透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值、整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、以及由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量的值。表11的第一实施例的各栏中所示的透镜系统和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值分别是表1所示的(dskd/dT)l的总和以及表2所示的(dskd/dT)m的总和。表11的第一实施例的栏中所示的整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值=表1所示的(dskd/dT)l的总和+表2所示的(dskd/dT)m的总和。

在第一实施例中，当规定了各透镜的屈光力和dn/dT以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的线膨胀系数时，如表11所示，整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t为1.899μm/℃。因此，整个系统的由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量也落到焦点深度内。

图2A、图2B和图2C是根据数值实施例1在广角端、焦距31.67mm以及远摄端处分别聚焦于距离为2.5m的物体时的纵像差图。这里，物体距离的值与相对于第一透镜单元U1中的第一面的距离相对应。

在像差图中，由e线、g线、C线和F线示出球面像差。由e线上的子午像面(ΔM)和e线上的弧矢像面(ΔS)示出像散。由g线、C线和F线示出倍率色像差。“Fno”表示F值，并且“ω”表示半视角。另外，在像差图中，以0.4mm的标度示出球面像差，以0.4mm的标度示出像散，以5%的标度示出失真，并且以0.05mm的标度示出倍率色像差。

注意，广角端和远摄端是指变倍期间的第二透镜单元U2位于其在光轴上可机械移动的范围的两端时的变焦位置。

在以下所述的数值实施例1中，面编号“i”是从物体侧开始计数的面的顺序。另外，“r_i”表示从物体侧开始计数的第i面的曲率半径，并且“d_i”表示从物体侧开始计数的第i面和第(i+1)面之间的间隔。此外，“N_i”和“ν_i”分别表示第i光学材料的折射率和阿贝数。最后三个面对应于诸如滤波器等的玻璃块。

假定光轴方向是X轴，与光轴垂直的方向是H轴，并且光的行进方向为正。在该情况中，当“R”表示近轴曲率半径，“k”表示圆锥常数，且“A3”、“A4”、“A5”、“A6”、“A7”、“A8”、“A9”、“A10”、“A11”和“A12”表示非球面系数时，由以下的表达式来表示非球面形状。

X = \frac{H^{2} / R}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) {(H / R)}^{2}}} + A 4 H^{4} + A 6 H^{6} + A 8 H^{8} + A 10 H^{10} + A 12 H^{12}

+ A 3 H^{3} + A 5 H^{5} + A 7 H^{7} + A 9 H^{9} + A 11 H^{11}

例如，“e-z”表示“×10^-Z”。标记“*”表示非球面。

数值实施例1

单位：mm

非球面数据

第12面

各种数据

变焦透镜单元数据

表1

透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)l)

面编号	dn/dT(×10^-6/℃)	dskd/dN(注1)	(dskd/dT)l(μm/℃)
				21	6.4	0.044	0.562
22	1.8	-0.017	-0.060
				25	5.4	-0.034	-0.372
27	5.8	-0.030	-0.342
				29	3.7	-0.044	-0.327
30	1.6	0.045	0.147
				32	3.7	-0.044	-0.323
34	5.0	0.047	0.471
				35	2.7	-0.054	-0.290
37	2.7	-0.047	-0.252
				38	-159.1	-0.010	3.105
39	5.0	0.041	0.409
				41	2.7	-0.031	-0.167
合计			2.561

(注1)dskd的单位：mm，dN=0.0005

表2

镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)m)

面编号	镜筒构件的长度(mm)	dskd/Δd(注2)	(dskd/dT)m(μm/℃)
				20	53.881	-0.021	-0.275
23	4.849	-0.187	-0.217
				24	1.412	-0.187	-0.063
26	3.935	-0.016	-0.015
				28	0.998	-0.017	-0.004
31	37.470	0.000	-0.001
				33	2.381	-0.111	-0.063
36	3.879	-0.025	-0.023
				40	1.613	-0.004	-0.002
合计			-0.662

(注2)dskd的单位：mm，Δd=0.1mm

第二实施例

图3是当在根据本发明第二实施例(数值实施例2)的变焦镜头的广角端处聚焦于无限远处的物体时的镜头截面图。首先，描述图3。第一透镜单元U1具有正屈光力并且在变焦期间不移动。第一透镜单元U1具有调焦用的屈光力，并且通过使具有屈光力的透镜单元的整体或一部分移动来进行调焦。第二透镜单元(变焦透镜单元)U2具有负屈光力并且在变焦期间可移动。第三透镜单元(补偿透镜单元)U3具有负屈光力并且在变焦期间可移动。第三透镜单元U3随着第二透镜单元的移动而在光轴上一起移动，以校正由于变倍所引起的像面变动。开口光圈SP被布置在第三透镜单元U3的图像侧。第四透镜单元(中继透镜单元)U4具有成像用的正屈光力并且在变焦期间不移动。第四透镜单元U4包括具有正屈光力的第一副透镜单元U4a和具有正屈光力的第二副透镜单元U4b，其中第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b被第四透镜单元内距离最大的空气间隔所隔开。玻璃块DG是分色棱镜或光学滤波器。像面IP对应于固体摄像元件(光电变换器)的摄像面。折射光学元件GNL由具有异常色散性的光学材料制成。

在与第二实施例相对应的数值实施例2中，折射光学元件GNL由表9所示的光学材料制成。另外，光学材料在用于光学系统时呈固体状态，而在用于光学系统之前例如在制造过程中可以呈任意状态。例如，在制造过程中，光学材料可以是液体材料或通过使液体材料固化所获得的固体材料。注意，光学材料被夹持在透镜之间，但即使未夹持光学材料，也能获得相同的色像差校正效果。此外，当然，除表9所示的光学材料之外的值dn/dT较大的光学材料也可以用于折射光学元件GNL。

第一副透镜单元U4a包括具有正屈光力的三个透镜和具有负屈光力的一个透镜，具体地，从物体侧依次为双凸正透镜、双凸正透镜和接合透镜，其中在该接合透镜中，将双凸正弯月形透镜和具有负屈光力的透镜相接合。

表10示出根据第二实施例的各条件表达式的相应值。第二实施例具有如下特征：这些值接近条件表达式(10)、(13)、(14)、(15)、(16)、(17)、(18)、(19)和(22)的下限值，并且接近条件表达式(20)和(24)的上限值。

表3示出根据数值实施例2的面编号以及dn/dT、dskd/dN和透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)l的相应值。如表3所示，透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l的总和为2.780μm/℃。

表4示出根据数值实施例2的面编号以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的长度、dskd/Δd和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)m的相应值。如表4所示，镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)m的总和为-0.656μm/℃。在第二实施例中，线膨胀系数α_i为23×10^-6(℃^-1)的铝构件用于镜筒构件。

表11示出根据第二实施例的广角端的焦点深度的值、透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值、整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、以及由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量的值。表11的第二实施例的各栏中所示的透镜系统和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值分别是表3所示的(dskd/dT)l的总和以及表4所示的(dskd/dT)m的总和。表11的第二实施例的栏中所示的整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值=表3所示的(dskd/dT)l的总和+表4所示的(dskd/dT)m的总和。

在第二实施例中，当规定了各透镜的屈光力和dn/dT以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的线膨胀系数时，如表11所示，整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t为2.124μm/℃。因此，整个系统的由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量也落到焦点深度内。

图4A、图4B和图4C是根据数值实施例2在广角端、焦距31.67mm以及远摄端处分别聚焦于距离为2.5m的物体时的纵像差图。这里，物体距离的值与相对于第一透镜单元U1中的第一面的距离相对应。

在以下所述的数值实施例2中，面编号“i”是从物体侧开始计数的面的顺序。另外，“r_i”表示从物体侧开始计数的第i面的曲率半径，并且“d_i”表示从物体侧开始计数的第i面和第(i+1)面之间的间隔。此外，“N_i”和“ν_i”分别表示第i光学材料的折射率和阿贝数。最后三个面对应于诸如滤波器等的玻璃块。

标记“*”表示非球面。

数值实施例2

单位：mm

非球面数据

第12面

各种数据

变焦透镜单元数据

表3

透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)l)

面编号	dn/dT(×10^-6/℃)	dskd/dN(注3)	(dskd/dT)l(μm/℃)
				21	6.4	0.044	0.562
22	1.8	-0.017	-0.060
				25	5.4	-0.033	-0.360
27	5.8	-0.018	-0.208
				29	3.7	-0.064	-0.477
30	4.6	0.054	0.494
				32	2.6	-0.043	-0.222
34	7.9	0.041	0.643
				35	-0.8	-0.049	0.078
37	2.7	-0.048	-0.257
				38	-159.1	-0.007	2.199
39	5.0	0.035	0.350
				41	-0.8	-0.025	0.039
合计			2.780

(注3)dskd的单位：mm，dN=0.0005

表4

镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)m)

面编号	镜筒构件的长度(mm)	dskd/Δd(注4)	(dskd/dT)m(μm/℃)
				20	53.882	-0.021	-0.275
23	4.849	-0.187	-0.217
				24	1.431	-0.187	-0.064
26	3.244	-0.018	-0.014
				28	2.176	0.000	0.000
31	36.597	0.000	0.000
				33	2.829	-0.084	-0.057
36	3.759	-0.025	-0.023
				40	1.715	-0.015	-0.006
合计			-0.656

(注4)dskd的单位：mm，Δd=0.1mm

第三实施例

图5是当在根据本发明第三实施例(数值实施例3)的变焦镜头的广角端处聚焦于无限远处的物体时的镜头截面图。首先，描述图5。第一透镜单元U1具有正屈光力并且在变焦期间不移动。第一透镜单元U1具有调焦用的屈光力，并且通过使具有屈光力的透镜单元的整体或一部分移动来进行调焦。第二透镜单元(变焦透镜单元)U2具有负屈光力并且在变焦期间可移动。第三透镜单元(补偿透镜单元)U3具有负屈光力并且在变焦期间可移动。第三透镜单元U3随着第二透镜单元的移动而在光轴上一起移动，以校正由于变倍所引起的像面变动。开口光圈SP被布置在第三透镜单元U3的图像侧。第四透镜单元(中继透镜单元)U4具有成像用的正屈光力并且在变焦期间不移动。第四透镜单元U4包括具有正屈光力的第一副透镜单元U4a和具有正屈光力的第二副透镜单元U4b，其中第一副透镜单元U4a和第二副透镜单元U4b被第四透镜单元内距离最大的空气间隔所隔开。玻璃块DG是分色棱镜或光学滤波器。像面IP对应于固体摄像元件(光电变换器)的摄像面。折射光学元件GNL由具有异常色散性的光学材料制成。

在与第三实施例相对应的数值实施例3中，折射光学元件GNL由表9所示的光学材料制成。另外，光学材料在用于光学系统时呈固体状态，而在用于光学系统之前例如在制造过程中可以呈任意状态。例如，在制造过程中，光学材料可以是液体材料或通过使液体材料固化所获得的固体材料。注意，光学材料被夹持在透镜之间，但即使未夹持光学材料，也能获得相同的色像差校正效果。此外，当然，除表9所示的光学材料之外的值dn/dT较大的光学材料也可以用于折射光学元件GNL。

第一副透镜单元U4a包括具有正屈光力的三个透镜和具有负屈光力的一个透镜，具体地，从物体侧依次为图像侧具有凸面的正透镜、物体侧具有凸面的正弯月形透镜和接合透镜，其中在该接合透镜中，将双凸正透镜和具有负屈光力的透镜相接合。

表10示出根据第三实施例的各条件表达式的相应值。第三实施例具有如下特征：这些值接近条件表达式(5)、(16)和(18)的上限值，并且接近条件表达式(13)和(15)的下限值。

表5示出根据数值实施例3的面编号以及dn/dT、dskd/dN和透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)l的相应值。如表5所示，透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l的总和为2.812μm/℃。

表6示出根据数值实施例3的面编号以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的长度、dskd/Δd和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)m的相应值。如表6所示，镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)m的总和为-0.698μm/℃。在第三实施例中，线膨胀系数α_i为23×10^-6(℃^-1)的铝构件用于镜筒构件。

表11示出根据第三实施例的广角端的焦点深度的值、透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值、整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、以及由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量的值。表11的第三实施例的各栏中所示的透镜系统和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值分别是表5所示的(dskd/dT)l的总和以及表6所示的(dskd/dT)m的总和。表11的第三实施例的栏中所示的整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值=表5所示的(dskd/dT)l的总和+表6所示的(dskd/dT)m的总和。

在第三实施例中，当规定了各透镜的屈光力和dn/dT以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的线膨胀系数时，如表11所示，整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t为2.114μm/℃。因此，整个系统的由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量也落到焦点深度内。

图6A、图6B和图6C是根据数值实施例3在广角端、焦距37.21mm以及远摄端处分别聚焦于距离为3.0m的物体时的纵像差图。这里，物体距离的值与相对于第一透镜单元U1中的第一面的距离相对应。

在以下所述的数值实施例3中，面编号“i”是从物体侧开始计数的面的顺序。另外，“r_i”表示从物体侧开始计数的第i面的曲率半径，并且“d_i”表示从物体侧开始计数的第i面和第(i+1)面之间的间隔。此外，“N_i”和“ν_i”分别表示第i光学材料的折射率和阿贝数。

最后三个面对应于诸如滤波器等的玻璃块。

标记“*”表示非球面。

数值实施例3

单位：mm

各种数据

变焦透镜单元数据

表5

透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)l)

面编号	dn/dT(×10^-6/℃)	dskd/dN(注5)	(dskd/dT)l(μm/℃)
				16	6.4	0.042	0.538
17	1.8	-0.016	-0.057
				20	5.4	-0.032	-0.349
22	1.5	-0.017	-0.050
				24	2.6	-0.065	-0.334
25	1.6	0.036	0.118
				27	2.6	-0.045	-0.233
29	5.0	0.049	0.494
				30	2.7	-0.059	-0.318
32	2.7	-0.042	-0.226
				33	-159.1	-0.009	2.822
34	5.0	0.035	0.354
				36	-0.8	-0.034	0.055
合计			2.812

(注5)dskd的单位：mm，dN=0.0005

表6

镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)m)

面编号	镜筒构件的长度(mm)	dskd/Δd(注6)	(dskd/dT)m(μm/℃)
				15	51.591	-0.021	-0.255
18	4.951	-0.187	-0.221
				19	2.669	-0.187	-0.119
21	4.434	-0.022	-0.024
				23	2.108	-0.002	-0.001
26	33.049	0.000	0.000
				28	3.169	-0.084	-0.064
31	3.225	-0.016	-0.012
				35	2.258	-0.005	-0.003
合计			-0.698

(注6)dskd的单位：mm，Δd=0.1mm

第四实施例

图7是当在根据本发明第四实施例(数值实施例4)的变焦镜头的广角端处聚焦于无限远处的物体时的镜头截面图。第四实施例描述了如下的光学系统，其中该光学系统通过将变倍光学系统EXT插入到根据第一实施例的变焦镜头的第31面和第32面之间的空气间隔中而具有双倍焦距。

在与第四实施例相对应的数值实施例4中，折射光学元件GNL由表9所示的光学材料制成。另外，光学材料在用于光学系统时呈固体状态，而在用于光学系统之前例如在制造过程中可以呈任意状态。例如，在制造过程中，光学材料可以是液体材料或通过使液体材料固化所获得的固体材料。注意，光学材料被夹持在透镜之间，但即使未夹持光学材料，也能获得相同的色像差校正效果。此外，当然，除表9所示的光学材料之外的值dn/dT较大的光学材料也可以用于折射光学元件GNL。

第二副透镜单元U4b包括具有正屈光力的五个透镜和具有负屈光力的两个透镜，具体地从物体侧依次为：具有正屈光力的透镜；具有负屈光力的透镜与具有正屈光力的透镜相接合的接合透镜；具有正屈光力的透镜、具有正屈光力的透镜和具有负屈光力的透镜相接合的接合透镜；及具有正屈光力的透镜。

变倍光学系统EXT包括具有正屈光力的三个透镜和具有负屈光力的两个透镜，具体从物体侧依次为：双凸正透镜；具有正屈光力的透镜和具有负屈光力的透镜接合的接合透镜；及具有正屈光力的透镜和具有负屈光力的透镜接合的接合透镜。

表10示出根据第四实施例的各条件表达式的相应值。第四实施例具有如下特征：这些值接近条件表达式(13)、(14)、(15)、(17)、(19)、(22)和(26)的上限值，并且接近条件表达式(20)和(24)的下限值。

表7示出根据数值实施例4的面编号以及dn/dT、dskd/dN和透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)l的相应值。如表7所示，透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)l的总和为5.506μm/℃。

表8示出根据数值实施例4的面编号以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的长度、dskd/Δd和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量(dskd/dT)m的相应值。如表8所示，镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)m的总和为-3.754μm/℃。在第四实施例中，线膨胀系数α_i为23×10^-6(℃^-1)的铝构件用于镜筒构件。

表11示出根据第四实施例的广角端的焦点深度的值、透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值、整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值、以及由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量的值。表11的第四实施例的各栏中所示的透镜系统和镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量的值分别是表7所示的(dskd/dT)l的总和以及表8所示的(dskd/dT)m的总和。表11的第四实施例的栏中所示的整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值=表7所示的(dskd/dT)l的总和+表8所示的(dskd/dT)m的总和。

在第四实施例中，当规定了各透镜的屈光力和dn/dT以及用于维持透镜之间的空间的镜筒构件的线膨胀系数时，如表11所示，整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t为1.752μm/℃。因此，整个系统的由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量也落到焦点深度内。此外，表11的第一实施例和第四实施例中的整个系统的每单位温度变化的后焦距变化量之间的差表示2x的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t相对于1x的每单位温度变化的后焦距变化量的值(dskd/dT)t的变化量，其中该变化量-0.147μm/℃是非常小的值。

图8A、图8B和图8C是根据数值实施例4的将变倍光学系统插入到第四透镜单元U4中的状态下、在广角端、焦距63.25mm以及远摄端处分别聚焦于距离为2.5m的物体时的纵像差图。这里，物体距离的值与相对于第一透镜单元U1中的第一面的距离相对应。

在以下所述的数值实施例4中，面编号“i”是从物体侧开始计数的面的顺序。另外，“r_i”表示从物体侧开始计数的第i面的曲率半径，并且“d_i”表示从物体侧开始计数的第i面和第(i+1)面之间的间隔。此外，“N_i”和“ν_i”分别表示第i光学材料的折射率和阿贝数。

最后三个面对应于诸如滤波器等的玻璃块。

标记“*”表示非球面。

数值实施例4

单位：mm

非球面数据

第12面

各种数据

变焦透镜单元数据

表7

透镜系统的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)l)

面编号	dn/dT(×10^-6/℃)	dskd/dN(注7)	(dskd/dT)l(μm/℃)
				21	6.4	0.174	2.245
22	1.8	-0.066	-0.238
				25	5.4	-0.136	-1.481
27	5.8	-0.118	-1.364
				29	3.7	-0.176	-1.302
30	1.6	0.180	0.587
				32	-0.8	-0.184	0.295
34	-6.7	-0.167	2.243
				35	1.6	0.077	0.250
37	2.5	-0.044	-0.216
				38	4.2	0.144	1.209
40	3.7	-0.047	-0.348
				42	5.0	0.051	0.509
43	2.7	-0.058	-0.315
				45	2.7	-0.051	-0.276
46	-159.1	-0.011	3.442
				47	5.0	0.045	0.451
49	2.7	-0.034	-0.185
				合计			5.506

(注7)dskd的单位：mm，dN=0.0005

表8

镜筒构件的每单位温度变化的后焦距变化量((dskd/dT)m)

面编号	镜筒构件的长度(mm)	dskd/Δd(注8)	(dskd/dT)m(μm/℃)
				20	53.881	-0.085	-1.096
23	4.849	-0.741	-0.859
				24	1.412	-0.741	-0.250
26	3.935	-0.064	-0.060
				28	0.998	-0.069	-0.016
31	3.070	0.000	0.000
				33	5.328	-0.333	-0.425
36	9.742	-0.413	-0.962
				39	2.410	0.000	0.000
41	2.381	-0.110	-0.063
				44	3.879	-0.023	-0.021
48	1.613	-0.002	-0.001
				合计			-3.754

(注8)dskd的单位：mm，Δd=0.1mm

表9

光学材料的光学常数

	光学材料
		d线折射率	1.63555
g线折射率	1.67532
		C线折射率	1.62807
F线折射率	1.65604
		νd	22.7
θgd	1.422
		θgF	0.689

表10

根据数值实施例1～4的条件表达式

	数值实施例1	数值实施例2	数值实施例3	数值实施例4
					条件表达式(5)	0.525	0.526	0.665	-
条件表达式(7)	0.689	0.689	0.689	0.689
					条件表达式(9)	1.422	1.422	1.422	1.422
条件表达式(10)	0.065	0.049	0.057	-
					条件表达式(13)	2.465.E-05	1.639.E-05	1.748.E-05	2.465.E-05
条件表达式(14)	-3.181.E-05	-3.648.E-05	-3.365.E-05	-3.181.E-05
					条件表达式(15)	1.126.E-05	7.239.E-06	6.869.E-06	1.126.E-05
条件表达式(16)	-9.502.E-06	-1.177.E-05	-8.222.E-06	-9.502.E-06
					条件表达式(17)	1.339.E-05	4.287.E-06	7.987.E-06	1.339.E-05
条件表达式(18)	-2.046.E-05	-2.135.E-05	-1.772.E-05	-2.046.E-05
					条件表达式(19)	4.569	4.020	4.195	4.569
条件表达式(20)	-4.066	-3.385	-3.521	-4.066
					条件表达式(22)	4.569	2.179	3.276	4.569
条件表达式(24)	-4.066	-0.728	-3.521	-4.066
					条件表达式(26)	-	-	-	2.006
条件表达式(27)	0.000	0.000	0.000	-
					条件表达式(28)	1.175	1.714	1.034	1.175

表11

根据数值实施例1～4的广角端的焦点深度、每单位温度变化的后焦距变化量以及由于±8℃的环境温度变化所引起的后焦距变化量

(注9)容许模糊圈的直径为0.010mm时的值

尽管已经参照典型实施例说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围应符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims

1.一种变焦镜头，其从物体侧依次包括：

第一透镜单元，其具有正屈光力，并且在变倍期间不移动；

第三透镜单元，其在变倍期间在所述光轴方向上移动；以及

在νdm＝(Nd-1)/(NF-NC)且θgFm＝(Ng-NF)/(NF-NC)的情况下，满足以下条件：

-2.100×10^-3×νdm+0.693<θgFm，并且

0.555<θgFm<0.900，

其中，“θgFm”和“νdm”分别表示所述至少一个具有正屈光力的折射光学元件的部分色散比和阿贝常数，并且“Ng”、“NF”、“Nd”和“NC”分别表示针对g线、F线、d线和C线的折射率；

对于除所述第二副透镜单元中所包括的所述至少一个具有正屈光力的折射光学元件之外的透镜而言，所述第三透镜单元、所述第一副透镜单元和所述第二副透镜单元各自满足以下条件：

其中i＝3,4a,4b且j＝1,2,...,Sp_i，并且

其中i＝3,4a,4b且j＝1,2,...,Sn_i，

其中，表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的除所述至少一个具有正屈光力的折射光学元件之外的具有正屈光力的第j个透镜的屈光力，表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有负屈光力的第j个透镜的屈光力，表示第i透镜单元的屈光力，“(dn/dT)p_ij”表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有正屈光力的透镜当中的除所述至少一个具有正屈光力的折射光学元件之外的具有正屈光力的第j个透镜的、空气中的e线上的折射率的温度变化系数即-20℃～40℃范围内的平均值，“(dn/dT)n_ij”表示第i透镜单元中从物体侧开始计数的具有负屈光力的第j个透镜的、空气中的e线上的折射率的温度变化系数即-20℃～40℃范围内的平均值，“Sp_i”表示除所述至少一个具有正屈光力的折射光学元件之外的第i透镜单元中具有正屈光力的透镜的数量，“Sn_i”表示第i透镜单元中具有负屈光力的透镜的数量，

其中，4a表示所述第一副透镜单元，4b表示所述第二副透镜单元。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一副透镜单元和所述第二副透镜单元各自满足以下条件：

其中i＝4a,4b且j＝1,2,...,Sp_i，并且

其中i＝4a,4b且j＝1,2,...,Sn_i。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二副透镜单元满足以下条件：

其中i＝4b且j＝1,2,...,Sp_i，并且

其中i＝4b且j＝1,2,...,Sn_i。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二副透镜单元满足以下条件：

其中j＝1,2,...,Sp_i，并且

其中j＝1,2,...,Sn_i。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件：

其中j＝1,2,...,Sp_i，

其中，表示所述第二副透镜单元中具有正屈光力的透镜当中的、从物体侧开始计数的具有正屈光力的第j个透镜的屈光力，具有正屈光力的该第j个透镜由满足以下条件的玻璃制成：

50<νdp4b<70，

其中，“νdp4b”表示阿贝常数。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件：

其中j＝1,2,...,Sn_i,

其中，表示所述第二副透镜单元中具有负屈光力的透镜当中的、从物体侧开始计数的具有负屈光力的第j个透镜的屈光力，具有负屈光力的该第j个透镜由满足以下条件的玻璃制成：

0.6406-1.7735×10^-3×νdn4b>θgFn4b，

其中，“νdn4b”和“θgFn4b”分别表示阿贝常数和部分色散比。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，

所述第四透镜单元包括相对于所述第一副透镜单元和所述第二副透镜单元之间的光路能够进行插拔的变倍光学系统；以及

所述第四透镜单元满足以下条件：

0.7<h_k/h_k+1<2.5，

其中，“h_k”表示入射到所述变倍光学系统的第一透镜面的轴上光线相对于光轴的高度，“h_k+1”表示从所述变倍光学系统的最终透镜面出射的轴上光线相对于光轴的高度。

8.一种摄像设备，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的变焦镜头。