CN102902049B - 变焦透镜和光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变焦透镜和光学装置。一种变焦透镜包含：被设置为最接近物体并且具有正光焦度的第一透镜单元（L1）；和被设置为比第一透镜单元更接近图像的至少一个后续的透镜单元。在从广角端向望远端的倍率变化期间，第一透镜单元向着物体移动。第一透镜单元由至少三个透镜构成，所述至少三个透镜包含在所述至少三个透镜之中被设置为最接近图像并且具有像侧凹面的负透镜和被设置在物侧与所述负透镜接着并具有物侧凸面的正透镜，并且，第一透镜单元满足0.30<Rpo/f1<3.00的条件，这里，Rpo表示所述正透镜的物侧凸面的曲率半径，f1表示第一透镜单元的焦距。

Description

变焦透镜和光学装置
本分案申请是基于申请号为201110077521.3，申请日为2011年3月30日，发明名称为“变焦透镜和光学装置”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于诸如数字静止照相机、摄像机和可更换的镜头的光学装置的变焦透镜。
背景技术
在日本专利公开No.2007-003600和No.04-186211中公开了焦距可大大地变化的高可变倍率变焦透镜。这些变焦透镜由从物侧依次包含具有正光焦度的第一透镜单元和具有负光焦度的第二透镜单元的至少五个透镜单元构成。在这些变焦透镜中，为了有效地提供高的可变倍率比，在从广角端向望远端的倍率变化期间，第一透镜单元在光轴方向上向着物体大大地移动。
在这种变焦透镜中，为了平稳地移动第一透镜单元，需要对于保持第一透镜单元的第一透镜筒与沿光轴方向可动地支撑第一透镜筒的支撑透镜筒之间的接合部分设置间隙（play）（以下，称为“接合间隙”）。因此，在第一透镜筒向物体大大地移动的状态下，第一透镜筒（第一透镜单元）相对于支撑透镜筒（第二透镜单元及其后续的其它透镜单元）偏心。
轴上光线高度和轴外主光线高度两者都大的第一透镜单元的偏心显著地影响变焦透镜的光学性能，换句话说，容易导致光学性能劣化。
在日本专利公开No.2007-003600中公开的变焦透镜由从物侧依次包含正透镜单元、负透镜单元、正透镜单元、负透镜单元、正透镜单元和负透镜单元的六个透镜单元构成。作为第一透镜单元的最物侧（正）透镜单元向物侧大大地移动以执行倍率变化。在这种变焦透镜中，由于可以简单地配置聚焦机构，因此，常常通过移动第一透镜单元来执行聚焦。因此，需要形成第一透镜单元的移动机构，以具有包含双接合间隙的双结构，这导致第一透镜单元的更大的偏心。
此外，在日本专利公开No.04-186211中公开的变焦透镜由从物侧依次包含正透镜单元、负透镜单元、正透镜单元、负透镜单元、正透镜单元和负透镜单元的六个透镜单元构成。作为第一透镜单元的最物侧（正）透镜单元移动以执行倍率变化，并且，作为第六透镜单元的最像侧（负）透镜单元移动以执行聚焦。因此，该变焦透镜与在日本专利公开No.2007-003600中公开的变焦透镜相比可减小第一透镜单元的接合间隙。但是，在对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度高（光学性能易于劣化）的方面没有差异。
发明内容
本发明提供对于在倍率变化期间大大地移动的第一透镜单元的偏心具有低的光学性能劣化灵敏度的变焦透镜。
本发明作为其一个方面提供一种变焦透镜，该变焦透镜包含：被设置为最接近物体并且具有正光焦度的第一透镜单元；和被设置为比第一透镜单元更接近图像的至少一个后续的透镜单元。在从广角端向望远端的倍率变化期间，第一透镜单元向物体移动。第一透镜单元由至少三个透镜构成，所述至少三个透镜包含在所述至少三个透镜之中被设置为最接近图像并且具有像侧凹面的正弯月透镜和被设置为在物侧与正弯月透镜接着（next to）的负透镜，并且，第一透镜单元满足以下条件：
1.55<Rpi/f1<2.90
这里，Rpi表示正弯月透镜的像侧凹面的曲率半径，f1表示第一透镜单元的焦距。
本发明作为其另一方面提供一种变焦透镜，该变焦透镜包含：被设置为最接近物体并且具有正光焦度的第一透镜单元；和被设置为比第一透镜单元更接近图像的至少一个后续的透镜单元。在从广角端向望远端的倍率变化期间，第一透镜单元向物体移动。第一透镜单元由至少三个透镜构成，所述至少三个透镜包含在所述至少三个透镜之中被设置为最接近图像并且具有像侧凹面的负透镜和被设置为在物侧与负透镜接着并具有物侧凸面的正透镜，并且，第一透镜单元满足以下条件：
0.30<Rpo/f1<3.00
这里，Rpo表示正透镜的物侧凸面的曲率半径，f1表示第一透镜单元的焦距。
本发明作为其又一方面提供一种包括上述变焦透镜的光学装置。
（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是示出作为本发明的实施例1的变焦透镜的配置的断面图。
图2A示出本发明的数值例1的变焦透镜在广角端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差，图2B示出数值例1的变焦透镜在望远端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差。
图3示出当在望远端处产生数值例1的变焦透镜中的第一透镜单元的偏心时的MTF的变化。
图4是示出作为本发明的实施例2的变焦透镜的配置的断面图。
图5A示出本发明的数值例2的变焦透镜在广角端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差，图5B示出数值例2的变焦透镜在望远端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差。
图6示出当在望远端处产生数值例2的变焦透镜中的第一透镜单元的偏心时的MTF的变化。
图7是示出作为本发明的实施例3的变焦透镜的配置的断面图。
图8A示出本发明的数值例3的变焦透镜在广角端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差，图8B示出数值例3的变焦透镜在望远端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差。
图9示出当在望远端处产生数值例3的变焦透镜中的第一透镜单元的偏心时的MTF的变化。
图10是示出作为本发明的实施例4的变焦透镜的配置的断面图。
图11A示出本发明的数值例4的变焦透镜在广角端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差，图11B示出数值例4的变焦透镜在望远端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差。
图12示出当在望远端处产生数值例4的变焦透镜中的第一透镜单元的偏心时的MTF的变化。
图13是示出作为本发明的实施例5的变焦透镜的配置的断面图。
图14A示出本发明的数值例5的变焦透镜在广角端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差，图14B示出数值例5的变焦透镜在望远端变焦位置和无限远端聚焦位置处的像差。
图15示出当在望远端处产生数值例5的变焦透镜中的第一透镜单元的偏心时的MTF的变化。
图16示出使用实施例1～5中的任一个的变焦透镜的照相机的配置。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。
以下实施例的变焦透镜中的每一个包含被设置为最接近物体并具有正光焦度的第一透镜单元和被设置为比第一透镜单元更接近图像的至少一个后续的透镜单元。光焦度是焦距的倒数。在从广角端向望远端的倍率变化（以下，也称为“变焦”）期间，第一透镜单元向物体移动。各实施例基于以下原理抑制对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化，即，降低对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。
“透镜单元”意指在变焦期间沿光轴方向一体化地移动的一个透镜或多个透镜的单元。因此，不同透镜单元之间的距离在变焦期间改变。
在被设置为最接近物体的第一透镜单元处，显然的是，轴外主光线高度h-是大的。此外，由于h≈ft/2Ft成立，这里，ft表示各实施例的在望远端处具有长焦距的变焦透镜的焦距，Ft表示望远端处的F数，因此，轴上光线高度h在该处也大。
3次像差理论以h的4次方表示球面像差，以h的3次方和h-的一次方表示慧形像差，以h的2次方和h-的2次方表示像场弯曲。此外，如还在“Lens Design Method”（Yoshiya Matsui,Kyoritsu ShuppanCo.,Ltd.）中描述的那样，在h和h-两者都大的变焦透镜的望远端处，第一透镜单元的偏心容易导致光学性能劣化。
如在日本专利公开No.04-186211中公开的上述变焦透镜那样，移动用于聚焦的最像侧透镜单元（最后一个透镜单元）能够简化对于第一透镜单元的驱动机构，由此相对减小其中的接合间隙。但是，没有采取用于降低对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度的措施，从而不能抑制由于接合间隙导致的光学性能劣化。
因此，本发明的各实施例关注第一透镜单元中的各表面上的光线的入射角，以降低对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。
从物侧进入第一透镜单元的平行（准直）光束在第一透镜单元的像侧变为向着以第一透镜单元的焦距f1离开第一透镜单元的位置会聚的光束。
在如在日本专利公开No.2007-003600中公开的变焦透镜那样第一透镜单元包含双凸透镜作为最像侧透镜的情况下，双凸透镜的像侧凸面的法线与光轴所形成的角度是发散方向角度。因此，本发明的发明人（为2人）发现，入射光线与像侧凸面的法线之间的大的角度差使得像侧凸面的折光力强。此外，本发明的发明人还发现，由于接合间隙和变焦透镜的制造误差导致的第一透镜单元的偏心在像侧凸面处导致大的像差变化。
因此，本发明的各实施例在第一透镜单元中的最接近图像的位置处设置具有向图像凹进的像侧表面（即，具有像侧凹面）的正弯月透镜。该配置使得轴上光线和轴外主光线沿像侧凹面的法线方向进入正弯月透镜，这使得能够减小像侧凹面的折光力，由此使得能够减少由于第一透镜单元偏心导致的像差变化。
另外，本发明的各实施例在一定范围内设定正弯月透镜的上述像侧凹面的曲率半径Rpi与第一透镜单元的焦距f1的比率（Rpi/f1），该比率决定第一透镜单元的像侧的光线角度。这使得能够更有效地减少由于第一透镜单元的偏心导致的像差变化。
此外，正弯月透镜的像侧凹面使得需要对于正弯月透镜的物侧凸面提供大的曲率（即，小的曲率半径），以对其提供希望的正光焦度。但是，物侧凸面的过大的曲率导致该物侧凸面的法线的角度与该物侧凸面上的光线的入射角不同，这增大对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。
因此，本发明的各实施例对正弯月透镜的物侧凸面与设置在与正弯月透镜接着的物侧的负弯月透镜进行胶合。这使得能够减小向正弯月透镜提供的光焦度，由此降低对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。
但是，不一定需要胶合正弯月透镜与负弯月透镜，可以在相互面对并且具有相互类似的曲率的这些弯月透镜的表面之间形成具有极小的光焦度的空气透镜。这种配置抵消在相互面对的表面处产生的偏心像差，这抑制变焦透镜的光学性能劣化。
此外，本发明的各实施例关注包含于第一透镜单元中的负弯月透镜的物侧凸面。负弯月透镜的像侧凹面的大的曲率使得需要避免整个负弯月透镜的过大的焦度，并且容易增大负弯月透镜的物侧凸面的曲率。
包含于具有正光焦度的透镜单元中的负透镜一般由高色散材料形成，以有效地校正色差。如果包含于第一透镜单元中的负弯月透镜的物侧凸面具有大的曲率，那么轴外主光线高度h-大的物侧凸面对于轴外光线具有会聚性的折光力。这使得1次倍率色差的校正效率低下，这增大光学性能劣化。
因此，为了减小负弯月透镜的物侧凸面的曲率，本发明的各实施例使负弯月透镜的折射率减小到第一透镜单元的匹兹阀（Petzval）和不变得过量的限度，这导致轴外光线沿物侧凸面的法线方向进入物侧凸面。
在各实施例中，第一透镜单元由包含上述正弯月透镜和负透镜的三个透镜构成。但是，第一透镜单元可由诸如四个透镜的至少三个透镜构成。
日本专利公开No.08-086962、No.2000-028924和No.2005-215389也公开了具有包含设置为最接近图像的正透镜和设置在物侧与正透镜接着的负透镜的第一透镜单元的变焦透镜。
但是，在日本专利公开No.08-086962和No.2000-028924中公开的变焦透镜中，第一透镜单元中的被设置为最接近图像的正透镜的像侧表面被形成为平面表面或具有小的曲率的凹面。因此，像侧表面的法线的角度与像侧表面上的光线的入射角度不同，这无法充分地减小对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。
此外，在日本专利公开No.08-086962中公开的变焦透镜中，由高色散材料形成的并且包含于第一透镜单元中的负透镜的物侧凸面具有大的曲率，这在望远端处产生大的倍率色差。
另外，在日本专利公开No.2005-215389中公开的变焦透镜中，第一透镜单元中的被设置为最接近图像的正透镜的像侧表面被形成具有相当大的曲率的凹面，因此，对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度低。但是，由高色散材料形成的负透镜的物侧凸面对应地具有相当大的曲率，这在望远端处产生大的倍率色差。
此外，在日本专利公开No.2005-215389中公开的变焦透镜通过使用衍射光学元件来减小望远端处的倍率色差。但是，用于校正倍率色差的衍射光学元件的负担过高，并且，广角端处的倍率色差被过量地校正，这是不希望的。
此外，本发明的各实施例关注一般用于在变焦期间使第一透镜单元移动的变焦透镜中的透镜筒支撑机构，并且规定在透镜筒支撑机构中容易产生的偏心成分，以减小对于该偏心成分的光学性能劣化灵敏度。
一般地要求用于诸如可更换镜头的光学装置的变焦透镜是紧凑的。因此，基于变焦透镜在其广角端处的最短总长决定使用在变焦期间使第一透镜单元向物体移动的变焦透镜的光学装置的主体的长度。然后，这种光学装置常常利用如下的结构：该结构使第一透镜单元和保持第一透镜单元的第一透镜筒在变焦期间从主体向着物体移出。
在这种情况下，由主体支撑第一透镜筒的位置（以下，该位置被称为“透镜筒支撑位置”）以第一透镜单元的移动量或更大的量向着图像离开第一透镜单元的最物侧面的顶点。因此，第一透镜单元的重心位置向着物体大大地远离透镜筒支撑位置，这容易导致诸如关于透镜筒支撑位置（旋转中心位置）沿重力方向的旋转的第一透镜单元的倾斜偏心。
在这种情况下，通过将第一透镜单元的特定表面的曲率半径设为等于从旋转中心位置到该特定表面的距离，防止在产生旋转倾斜偏心之前和之后入射到该特定表面的光线的状态的变化。因此，通过将第一透镜单元的各表面的曲率设为接近以透镜筒支撑位置为中心的同心圆的曲率，使得能够大大地减少由于上述旋转倾斜偏心导致的光学性能劣化。
下面，基于上述原理，描述本发明的各实施例的变焦透镜应当满足或希望其满足（未必需要满足）的条件。
如上所述，各实施例的变焦透镜在从广角端向望远端的变焦期间移动被设置为最接近物体并具有正光焦度的第一透镜单元，由此实现高的倍率变化比。
在变焦期间固定（不动）的第一透镜单元消除在保持第一透镜单元的第一透镜筒与沿光轴方向可移动地支撑第一透镜筒的支撑透镜筒之间的接合间隙，由此抑制由于第一透镜单元的偏心导致的光学性能劣化。但是，实现高的倍率变化比使得整个变焦透镜的尺寸增大并使得各透镜单元的光焦度增大，这招致光学性能劣化。因此，各实施例使第一透镜单元在变焦期间移动。
本发明的各实施例将具有像侧凹面的正弯月透镜置于第一透镜单元中最接近图像的位置处，并且将负透镜设置为在物侧与正弯月透镜接着。这里，当f1表示第一透镜单元的焦距并且Rpi表示正弯月透镜的像侧凹面的曲率半径时，满足以下条件（1）：
1.55<Rpi/f1<2.90…（1）。
满足条件（1）使得从第一透镜单元向图像射出的光线的角度（光线方向）尽可能地接近像侧凹面的法线方向，这使得能够降低变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。超过条件（1）的上限的Rpi/f1的值使得光线方向与像侧凹面的法线方向不同，这增大变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。低于条件（1）的下限的Rpi/f1的值使得能够降低正弯月透镜的像侧凹面的上述光学性能劣化灵敏度。但是，Rpi/f1的这种值过量地增大正弯月透镜的物侧凸面的曲率，该曲率产生作为正透镜的正弯月透镜所需的光焦度，这使得难以校正诸如倍率色差的各种像差。
作为条件（1）的替代，更希望满足以下条件（1）′：
1.60<Rpi/f1<2.80…（1）′。
各实施例设置包含于第一透镜单元中的正弯月透镜的物侧凸面，使得物侧凸面与被设置为比正弯月透镜更接近物体的负透镜的像侧凹面胶合，或者使得在物侧凸面与像侧凹面之间形成具有极小光焦度的空气透镜。这种布置可使得负透镜的像侧凹面抵消在正弯月透镜中的具有大的曲率的物侧凸面处产生的偏心像差。
此外，当td1表示在从广角端到望远端的变焦期间第一透镜单元的移动量时，希望满足以下条件（2）：
0.80<Rpi/td1<9.00…（2）。
满足条件（2）使得能够减少变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化，只要使用上述的一般透镜筒支撑机构即可。超过条件（2）的上限的Rpi/td1的值使得正弯月透镜的像侧凹面的曲率半径与从上述旋转中心位置到像侧凹面的距离不同，这增大变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化。低于条件（2）的下限的Rpi/td1的值使得能够减小正弯月透镜的像侧凹面的上述光学性能劣化。但是，如条件（1）那样，Rpi/td1的这种值过量地增大正弯月透镜的物侧凸面的曲率，该曲率产生作为正透镜的正弯月透镜所需的光焦度，这使得难以校正诸如倍率色差的各种像差。
作为条件（2）的替代，更希望满足以下条件（2）′：
3.40<Rpi/td1<8.00…（2）′。
此外，各实施例将具有物侧凸面的负弯月透镜置于比第一透镜单元中的正弯月透镜更接近物体的位置处。当Rno表示负弯月透镜的物侧凸面的曲率半径时，希望满足以下条件（3）：
0.50<Rpi/Rno<6.00…（3）。
满足条件（3）使得能够充分地校正在负弯月透镜的物侧凸面处产生的倍率色差。超过条件（3）的上限的Rpi/Rno的值过量地增大负弯月透镜的物侧凸面对于轴外光线的会聚性光焦度，这招致倍率色差的过量校正。低于条件（3）的下限的Rpi/Rno的值过量地增大负弯月透镜的负光焦度，这使得难以提供第一透镜单元的所需的正光焦度。
作为条件（3）的替代，更希望满足以下条件（3）′：
2.00<Rpi/Rno<4.50…（3）′。
下面，将描述作为本发明的另一实施例的变焦透镜，该变焦透镜具有配置与上述变焦透镜的配置不同的第一透镜单元。
在另一实施例的变焦透镜中，第一透镜单元包含被设置为最接近图像并具有像侧凹面的负透镜和被设置为在物侧与该负透镜接着并具有物侧凸面的正透镜。第一透镜单元的这种配置也使得能够提供与上述变焦透镜的效果类似的效果。
当f1表示第一透镜单元的焦距并且Rpo表示正透镜的物侧凸面的曲率半径时，本实施例满足以下条件（4）：
0.30<Rpo/f1<3.00…（4）。
满足条件（4）使得正透镜的物侧凸面处的光线方向尽可能地接近该物侧凸面的法线方向，这使得能够降低变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。超过条件（4）的上限的Rpo/f1的值使得物侧凸面处的光线方向与物侧凸面的法线方向不同，这增大变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。低于条件（4）的下限的Rpo/f1的值使得物侧凸面处的光线方向与物侧凸面的法线方向沿与在Rpo/f1的值超过上限的情况下的方向相反的方向不同，这也增大变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度。此外，低于条件（4）的下限的Rpo/f1的值过量地增大物侧凸面的正光焦度，这使得难以校正像场弯曲。
作为条件（4）的替代，更希望满足以下条件（4）′：
0.50<Rpo/f1<2.00…（4）′。
本实施例设置包含于第一透镜单元中的正透镜的像侧凸面，使得像侧凸面与负透镜的物侧凹面胶合，或者使得在像侧凸面与物侧凹面之间形成具有极小光焦度的空气透镜。这种布置可使得负透镜的物侧凹面抵消在光线方向与像侧凸面的法线方向不同的正透镜的像侧凸面表面处产生的偏心像差。
此外，当td1表示在从广角端向望远端的变焦期间第一透镜单元的移动量时，希望满足条件（5）：
0.50<Rpo/td1<8.00…（5）。
满足条件（5）使得能够减少变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化，只要使用上述的一般透镜筒支撑机构即可。超过条件（5）的上限的Rpo/td1的值使得正透镜的物侧凸面的曲率半径与从上述旋转中心位置到物侧凸面的距离不同，这增大变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化。低于条件（5）的下限的Rpo/td1的值也使得正透镜的物侧凸面的曲率半径与从上述旋转中心位置到物侧凸面的距离不同，这增大变焦透镜的对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化。此外，低于条件（5）的下限的Rpo/td1的值过量地增大正透镜的物侧凸面的曲率，这使得难以校正像场弯曲。
作为条件（5）的替代，更希望满足以下条件（5）′：
0.70<Rpo/td1<4.00…（5）′。
以下将描述希望上述实施例中的每一个满足的条件。
首先，当Nn表示形成第一透镜单元中的负透镜的材料的折射率时，希望满足以下条件（6）：
1.50<Nn<1.78…（6）。
当为了减小对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化灵敏度而使负透镜的正透镜侧表面具有大的曲率时，满足条件（6）防止负透镜的与正透镜侧表面相对的表面的曲率的过量增大，这使得能够实现充分的像差校正。超过条件（6）的上限的Nn的值增大负透镜的与正透镜侧表面相对的表面的曲率，这使得倍率色差的校正过度。低于条件（6）的下限的Nn的值使得第一透镜单元的Petzval和过量，这增大光学性能劣化。
作为条件（6）的替代，更希望满足以下条件（6）′：
1.55<Nn<1.68…（6）′。
此外，当vdN表示形成第一透镜单元中的负透镜的材料对于d线的阿贝数并且θgF表示形成负透镜的材料对于g线的异常部分色散比时，希望满足以下条件（7）和（8）：
20<νdN<55…（7），
-0.015<θgF-0.6438+0.001682×νdN<0.002…(8)。
满足条件（7）和（8）使得能够充分地校正对于C线、F线和g线的倍率色差。超过条件（7）的上限的vdN的值使得对于C线和F线的倍率色差的校正不足。低于条件（7）的下限的vdN的值使得对于C线和F线的倍率色差的校正过量。超过条件（8）的上限的θgF-0.6438+0.001682×νdN的值使得对于g线的倍率色差的校正不足。低于条件（8）的下限的θgF-0.6438+0.001682×νdN的值使得对于g线的倍率色差的校正过量。
作为条件（7）和（8）的替代，更希望满足以下的条件（7）′和（8）′：
25<νdN<50…（7）′，
-0.010<θgF0.6438+0.001682×νdN<0.000…(8)′。
此外，当tdt表示从第一透镜单元的最物侧面到后续的透镜单元的最像侧面的距离（即，变焦透镜在望远端处的总长）并且ft表示变焦透镜在望远端处的焦距时，希望满足以下条件（9）：
0.2<tdt/ft<1.0…（9）。
满足条件（9）使得能够实现具有高的光学性能的紧凑的变焦透镜。超过条件（9）的上限的tdt/ft值使得能够减小各透镜单元的光焦度并由此使得能够抑制对于第一透镜单元的偏心的光学性能劣化，但是增大整个变焦透镜的尺寸。低于条件（9）的下限的tdt/ft的值过量地增大各透镜单元的光焦度，这使得难以在整个焦距范围上实现高的光学性能。
作为条件（9）的替代，更希望满足以下条件（9）′：
0.5<tdt/ft<0.9…（9）′。
此外，希望后续的透镜单元被设置为与第一透镜单元接着并且包含具有负光焦度的第二透镜单元。希望在变焦期间第二透镜单元不动。满足这些条件减小由于制造误差导致的具有正光焦度的第一透镜单元和具有负光焦度的第二透镜单元的相对偏心量，这使得能够抑制光学性能劣化。
以下，将参照附图来描述本发明的特定实施例。图1、图4、图7、图10和图13示出第一到第五实施例（实施例1～5）的变焦透镜的断面配置。附图标记Li（i＝1、2、3、…）表示从物侧依次设置的透镜单元。附图标记SP表示孔径光阑，附图标记IP表示像面。此外，各图中的箭头示出在从广角端向望远端的变焦期间各透镜单元的移动轨迹。
图2A、图5A、图8A、图11A和图14A示出实施例1～5的变焦透镜在广角端（变焦位置）和无限远端（聚焦位置）处的像差。图2B、图5B、图8B、图11B和图14B示出实施例1～5的变焦透镜在望远端（变焦位置）和无限远端处的像差。这些图从左侧起依次示出球面像差（纵向色差）、像散、畸变和倍率色差。在球面像差和倍率色差的图中，实线表示对于d线（587.6nm）的这些像差，虚线表示对于g线（435.8nm）的这些像差。在像散的图中，实线表示对于d线的沿弧矢方向的像散，虚线表示对于d线的沿子午方向的像散。畸变的图表示对于d线的畸变。
图3、图6、图9、图12和图15示出在与光轴对应的中心位置和与从该中心位置起的±15mm的像高对应的位置处当第一透镜单元不偏心时和在第一透镜单元偏心5弧分（arc-minute）之后实施例1～5的变焦透镜在望远端处的MTF（调制传递函数）。这些图中的每一个示出通过几何光学计算获得的在301p/mm处的MTF响应。横轴（刻度）表示散焦量，并且横向刻度上的一个格为0.1mm。纵轴（刻度）表示MTF响应，并且，纵向刻度上的一个格为10%。实线表示沿弧矢方向的MTF响应，虚线表示沿子午方向的MTF响应。
在这些图中，给予第一透镜单元的偏心是关于以第一透镜单元从其广角端位置向其望远端位置的移动量向着图像离开第一透镜单元的最像侧面的顶点的点的5弧分的s倾斜偏心。
另外，数值例1～5分别示出实施例1～5的变焦透镜的透镜数据。在各数值例中，i表示从物侧（放大共轭侧）依次算起的光学表面的序号，r表示各光学表面的曲率半径。此外，d表示第i个光学表面与第（i+1）个光学表面之间的距离，vd和nd分别表示各光学部件（各透镜和孔径光阑）的对于d线的折射率和阿贝数。另外，示出各光学部件的有效直径。
此外，各数值例示出各变焦透镜的变焦比、焦距和F数、以及场角（整个变焦透镜的半场角）、像高（与半场角对应的最大像高）和变焦透镜总长（从最物侧（第一）透镜表面到最像侧（最后）透镜表面的距离）。BF表示作为从最后的透镜表面到像面的长度的后焦距。
由“（可变）”表示的距离d意指可随着变焦而变化的距离。各数值例示出与一些焦距对应的可变距离d的一些值。
表1示出数值例1～5的上述条件（1）～（9）的值。
[实施例1]
图1所示的实施例1（数值例1）的变焦透镜从物侧依次包含具有正光焦度的第一透镜单元L1、具有负光焦度的第二透镜单元L2、具有正光焦度的第三透镜单元L3、具有负光焦度的第四透镜单元L4、具有正光焦度的第五透镜单元L5和具有负光焦度的第六透镜单元L6。望远端处的半场角为4.2度。
第一透镜单元L1从物侧依次由正透镜、和通过将具有物侧凸面的负弯月透镜与具有像侧凹面的正弯月透镜进行胶合而形成的胶合透镜构成。
本实施例的变焦透镜对于第一透镜单元L1中的正弯月透镜的像侧凹面满足条件（1）。条件（1）的满足使得像侧凹面处的光线方向接近该像侧凹面的法线方向，从而使得能够减小变焦透镜的对于第一透镜单元L1的偏心的光学性能劣化。
此外，本实施例的变焦透镜对于第一透镜单元L1中的正弯月透镜的像侧凹面满足条件（2）。条件（2）的满足使得能够减少变焦透镜的对于在一般透镜筒支撑机构中产生的第一透镜单元L1的旋转偏心（倾斜偏心）的光学性能劣化。
此外，本实施例的变焦透镜对于第一透镜单元L1中的负弯月透镜的物侧凸面满足条件（3）。条件（3）的满足使得能够充分地校正倍率色差。
另外，本实施例的变焦透镜对于形成第一透镜单元L1中的负弯月透镜的材料满足条件（6）。条件（6）的满足防止物侧凸面的过量曲率，由此使得能够实现充分的像差校正。
此外，本实施例的变焦透镜对于形成第一透镜单元L1中的负弯月透镜的材料满足条件（7）和（8）。条件（7）和（8）的满足使得能够充分地校正对于C线、F线和g线的倍率色差。
此外，本实施例的变焦透镜对于望远端处的变焦透镜的焦距与总长之间的关系满足条件（9）。条件（9）的满足实现具有高的光学性能的紧凑的变焦透镜。
在本实施例中，具有负光焦度的第二透镜单元L2在变焦期间不动。这减小具有正光焦度的第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的相对偏心量，从而抑制光学性能劣化。
[实施例2]
图4所示的实施例2（数值例2）的变焦透镜从物侧依次包含具有正光焦度的第一透镜单元L1、具有负光焦度的第二透镜单元L2、具有正光焦度的第三透镜单元L3、具有负光焦度的第四透镜单元L4、具有正光焦度的第五透镜单元L5和具有负光焦度的第六透镜单元L6。望远端处的半场角为3.2度。
本实施例的变焦透镜满足条件（1）～（3）和条件（6）～（9）。具有负光焦度的第二透镜单元L2在变焦期间不动。
[实施例3]
图7所示的实施例3（数值例3）的变焦透镜从物侧依次包含具有正光焦度的第一透镜单元L1、具有负光焦度的第二透镜单元L2、具有负光焦度的第三透镜单元L3、具有正光焦度的第四透镜单元L4、具有负光焦度的第五透镜单元L5。望远端处的半场角为4.2度。
本实施例的变焦透镜满足条件（1）～（3）和条件（6）～（9）。具有负光焦度的第二透镜单元L2在变焦期间不动。
[实施例4]
图10所示的实施例4（数值例4）的变焦透镜从物侧依次包含具有正光焦度的第一透镜单元L1、具有负光焦度的第二透镜单元L2、具有正光焦度的第三透镜单元L3、具有负光焦度的第四透镜单元L4、具有正光焦度的第五透镜单元L5、具有负光焦度的第六透镜单元L6和具有正光焦度的第使透镜单元L7。望远端处的半场角为4.2度。
本实施例的变焦透镜满足条件（1）～（3）和条件（6）～（9）。具有负光焦度的第二透镜单元L2在变焦期间不动。
[实施例5]
图13所示的实施例5（数值例5）的变焦透镜从物侧依次包含具有正光焦度的第一透镜单元L1、具有负光焦度的第二透镜单元L2、具有正光焦度的第三透镜单元L3、具有负光焦度的第四透镜单元L4、具有正光焦度的第五透镜单元L5和具有负光焦度的第六透镜单元L6。望远端处的半场角为3.2度。
第一透镜单元L1从物侧依次由正透镜和通过将双凸透镜和双凹透镜胶合而形成的胶合透镜构成。
本实施例的变焦透镜对于第一透镜单元L1中的双凸透镜的物侧凸面满足条件（4）。条件（4）的满足使得物侧凸面处的光线方向接近该物侧凸面的法线方向，从而使得能够减小变焦透镜的对于第一透镜单元L1的偏心的光学性能劣化。
此外，本实施例的变焦透镜对于第一透镜单元L1中的双凸透镜的像侧凸面满足条件（5）。条件（5）的满足使得能够减少变焦透镜的对于在一般透镜筒支撑机构中产生的第一透镜单元L1的旋转偏心（倾斜偏心）的光学性能劣化。
另外，本实施例的变焦透镜对于形成第一透镜单元L1中的双凹透镜的材料满足条件（6）。条件（6）的满足防止像侧凹面的过大曲率，由此使得能够实现充分的像差校正。
此外，本实施例的变焦透镜对于形成第一透镜单元L1中的双凹透镜的材料满足条件（7）和（8）。条件（7）和（8）的满足使得能够充分地校正对于C线、F线和g线的倍率色差。
此外，本实施例的变焦透镜对于望远端处的变焦透镜的焦距与总长之间的关系满足条件（9）。条件（9）的满足实现具有高的光学性能的紧凑的变焦透镜。
在本实施例中，具有负光焦度的第二透镜单元L2在变焦期间不动。这减小具有正光焦度的第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的相对偏心量，从而抑制光学性能劣化。
（数值例1）
单位mm
表面数据
各种数据
变焦比4.02
透镜单元数据
（数值例2）
单位mm
表面数据
各种数据
变焦比3.82
透镜单元数据
（数值例3）
单位mm
表面数据
各种数据
变焦比2.90
透镜单元数据
（数值例4）
单位mm
表面数据
各种数据
变焦比4.02
透镜单元数据
（数值例5）
单位mm
表面数据
各种数据
变焦比4.02
透镜单元数据
[表1]
[实施例6]
下面，将描述作为使用在实施例1～5中的任一个中描述的变焦透镜的光学装置的单镜头反射式照相机。
图16示出作为本发明的第六实施例（实施例6）的单镜头反射式照相机的配置。附图标记10表示容纳作为实施例1～5中的任一个的变焦透镜1的可更换的镜头。
变焦透镜1由透镜主镜筒2保持。附图标记20表示照相机主体。照相机主体20具备向上反射来自可更换镜头10的光束的快速返回镜3、位于可更换镜头10的成像位置处的聚焦板4、以及将在聚焦板4上形成的倒像转换成正像的penta-dach棱镜5。此外，照相机主体20具备允许用户观察正像的目镜6。
附图标记7表示设置诸如CCD传感器或CMOS传感器的图像拾取元件（光电转换元件）的感光面。在图像捕获时，快速返回镜3回缩在光路之外，由此在感光面7上通过可更换镜头10（即，通过变焦透镜1）形成被摄体图像。
虽然本实施例描述了变焦透镜1被容纳于可更换镜头10中的情况，但是，实施例1～5中的任一个的变焦透镜可被用于镜头一体化型数字静止照相机或镜头一体化型摄像机。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，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的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种变焦透镜，包含：
被设置为最接近物体并且具有正光焦度的第一透镜单元(L1)；和
被设置为比第一透镜单元更接近图像的至少一个后续的透镜单元(L2-L7)，
其中，在从广角端向望远端的倍率变化期间，第一透镜单元向着物体移动，以及
其特征在于，第一透镜单元包括至少三个透镜，所述至少三个透镜包含在所述至少三个透镜之中被设置为最接近图像并且具有像侧凹面的负透镜和被设置在物侧与所述负透镜接着并具有物侧凸面的正透镜，并且，第一透镜单元满足以下条件式：
0.50＜Rpo/f1＜2.00
20＜vdN ≤44.3
-0.015＜θgF-0.6438+0.001682×vdN＜0.002
这里，Rpo表示所述正透镜的物侧凸面的曲率半径，f1表示第一透镜单元的焦距，vdN和θgF分别表示形成所述负透镜的材料对于d线的阿贝数和形成所述负透镜的材料对于g线的异常部分色散比。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，
其中，所述变焦透镜满足以下条件式：
0.50＜Rpo/td1＜8.50，
这里，td1表示在从广角端向望远端的倍率变化期间第一透镜单元(L1)向着物体的移动量。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，
其中，所述变焦透镜满足以下条件式：
0.2＜tdt/ft＜1.0，
这里，tdt表示在望远端处从第一透镜单元的最物侧面到所述后续的透镜单元的最像侧面的距离，ft表示所述变焦透镜在望远端处的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，
其中，所述后续的透镜单元被设置为与第一透镜单元接着，并且包含具有负光焦度的第二透镜单元，以及
其中，在广角端与望远端之间的倍率变化期间，第二透镜单元不动。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，
其中，所述变焦透镜满足以下条件式：
1.55＜Nn＜1.68
这里，Nn表示形成所述负透镜的材料的折射率。
6.一种变焦透镜，包含：
被设置为最接近物体并且具有正光焦度的第一透镜单元(L1)；和
被设置为比第一透镜单元更接近图像的至少一个后续的透镜单元(L2-L7)，
其中，在从广角端向望远端的倍率变化期间，第一透镜单元向着物体移动，以及
其特征在于，第一透镜单元包括至少三个透镜，所述至少三个透镜包含在所述至少三个透镜之中被设置为最接近图像并且具有像侧凹面的负透镜和被设置在物侧与所述负透镜接着并具有物侧凸面的正透镜，并且，第一透镜单元满足以下条件式：
0.50＜Rpo/f1＜2.00
1.55＜Nn＜1.68
20＜vdN＜55
-0.015＜θgF-0.6438+0.001682×vdN＜0.002
这里，Rpo表示所述正透镜的物侧凸面的曲率半径，f1表示第一透镜单元的焦距，Nn表示形成所述负透镜的材料的折射率，vdN和θgF分别表示形成所述负透镜的材料对于d线的阿贝数和形成所述负透镜的材料对于g线的异常部分色散比。
7.一种光学装置，包括：
根据权利要求1～6中的任一项所述的变焦透镜；以及
图像拾取元件，用于接收由所述变焦透镜形成的图像的光。
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