CN102955229B - 变焦透镜及配有变焦透镜的图像拾取设备 - Google Patents

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Abstract

一种变焦透镜及配有变焦透镜的图像拾取设备，该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、以及包括一个或更多个透镜单元的后透镜组，所述第一、第二和第三透镜单元在相对于像平面从广角端到望远端变焦期间向物侧移动，其中所述第一透镜单元包括正透镜和负透镜，并且在从广角端到望远端变焦期间第一、第二和第三透镜单元的移动量、以及在广角端的整个变焦透镜的焦距被适当地设置。

Description

变焦透镜及配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，尤其涉及适于用于图像拾取设备中的照相透镜，所述图像拾取设备诸如数字照相机、视频照相机、监测照相机、广播照相机、以及卤化银胶片照相机等。
背景技术
当图像拾取设备随着高功能性而被小型化时，要求用于图像拾取设备的照相透镜为变焦透镜，其具有短的整体透镜长度、小的尺寸、宽视角、以及高变焦率。
作为正导型（positive lead type）变焦透镜，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、具有负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透镜单元、以及正折光力的第四透镜单元，其中在变焦期间移动全部透镜单元。作为四单元变焦透镜，已知一种小型化变焦透镜，其中第一透镜单元包括负的和正的透镜，并且可以获得4至10的变焦率。另外，作为正引导型变焦透镜，已知一种五单元变焦透镜，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、负折光力的第四透镜单元、以及正折光力的第五透镜单元。
在相关技术中，为了减少照相机的厚度，使用可收缩系统，其中，相比于使用该系统时的透镜单元之间的距离，在不使用该系统时透镜单元之间的距离减小。在可收缩系统中，为了有效减小照相机的厚度，有用的是增加每个透镜单元的折光力，并减小每个透镜单元的透镜数和透镜单元的厚度。
然而，如果每个透镜表面的折光力增加，则透镜厚度增加以获得透镜边缘厚度。特别是，前透镜直径增加，从而难于实现小型化。另外，在望远端（长焦距端）频繁地产生各种像差，比如色差，并且难于校正这样的像差。
在上述四单元或五单元变焦透镜中，为了小型化整个变焦透镜并实现具有高的变焦率的优异光学性能，重要的是适当设置每个透镜单元的配置、用于变焦的移动条件等。特别地，重要的是，适当地设置用于变焦的第一、第二和第三透镜单元的移动量。
美国专利No.7830613讨论了一种透镜配置，其能够通过减少透镜数而在收缩变焦透镜时有利地获得薄的厚度。然而，由于用于变焦的第一透镜单元的移动量相比于第三透镜单元的移动量而言较大，在望远端的整个透镜长度趋于增大。另外，由于第一透镜单元的移动量较大，所以收缩阶段的次数增加，并且透镜筒配置变得复杂。另外，变焦透镜的尺寸在其径向增大。
美国专利No.7430079讨论了具有大约10倍的变焦率的变焦透镜，其中通过在变焦期间限制第一透镜单元的移动量而在望远端减小整个透镜长度。然而，由于用于变焦的第二透镜单元的移动量与在广角端的焦距之间的比率，所以在收缩时难于减小照相机的厚度。另外，当第一透镜单元的折光力增大时，在望远端频繁地产生轴向色差、放大率色差等，并且难于校正这样的像差。
发明内容
本发明涉及一种变焦透镜以及配置有该变焦透镜的图像拾取设备，所述变焦透镜在收缩时具有光轴方向的较短长度并且能够以宽视角和高变焦率在整个变焦透镜上获得优异的光学性能。
根据本发明的一方面，一种变焦透镜，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、以及包括一个或更多个透镜单元的后透镜组，所述第一、第二和第三透镜单元在从广角端到望远端变焦期间向物侧移动，其中第一透镜单元包括正透镜和负透镜，并且满足下列条件：
0.5<M2/fw<5.0，以及
0.1<M1/M3<1.0，
其中M1、M2和M3分别表示在从广角端到望远端变焦期间第一、第二和第三透镜单元的移动量，而fw表示在广角端的整个变焦透镜的焦距。
根据下面参考附图对示例实施例的详细描述，本发明的更多特征和内容将变得清楚。
附图说明
被并入并构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例实施例、特征以及方面，用于说明本发明的原理。
图1为示出在广角端的根据本发明的第一示例实施例的变焦透镜的透镜截面图；
图2A、2B和2C为数值示例1中的根据本发明的第一示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图；
图3为示出在广角端的根据本发明的第二示例实施例的变焦透镜的透镜截面图；
图4A、4B和4C为在数值示例2中的根据本发明的第二示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图；
图5为示出在广角端的根据本发明的第三示例实施例的变焦透镜的透镜截面图；
图6A、6B和6C为在数值示例3中的根据本发明的第三示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图；
图7为示出在广角端的根据本发明的第四示例实施例的变焦透镜的透镜截面图；
图8A、8B和8C为在数值示例4中的根据本发明的第四示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图；
图9为示出在广角端的根据本发明的第五示例实施例的变焦透镜的透镜截面图；
图10A、10B和10C为在数值示例5中的根据本发明的第五示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图；
图11为示出在广角端的根据本发明的第六示例实施例的变焦透镜的透镜截面图；
图12A、12B和12C为在数值示例6中的根据本发明的第六示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图；以及
图13是示出根据本发明的示例实施例的图像拾取设备的主要部件的示意图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明的各个示例实施例、特征以及方面。
根据本发明的示例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、以及包括一个或更多个透镜单元的后部透镜组。从广角端向望远端的变焦是通过相对于像平面向物侧移动第一、第二和第三透镜单元而进行的。
图1为示出在广角端（短焦距端）的根据本发明的第一示例实施例的变焦透镜的透镜截面图。图2A、2B和2C为根据本发明第一示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端（长焦距端）的像差图。图3为示出在广角端的根据本发明第二示例实施例的变焦透镜的透镜截面图。图4A、4B和4C为根据本发明第二示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。
图5为示出在广角端的根据本发明第三示例实施例的变焦透镜的透镜截面图。图6A、6B和6C为根据本发明第三示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。图7为示出在广角端的根据本发明第四示例实施例的变焦透镜的透镜截面图。图8A、8B和8C为根据本发明第四示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。
图9为示出在广角端的根据本发明第五示例实施例的变焦透镜的透镜截面图。图10A、10B和10C为根据本发明第五示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。图11为示出在广角端的根据本发明第六示例实施例的变焦透镜的透镜截面图。图12A、12B和12C为根据本发明第六示例实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置以及望远端的像差图。
图13示意示出配置有根据本发明示例实施例的变焦透镜的照相机（图像拾取设备）的主要部件。每个示例实施例的变焦透镜为用于图像拾取设备中的照相透镜系统，所述图像拾取设备诸如视频照相机、数字照相机、TV照相机、监测照相机、以及卤化银胶片照相机。在透镜截面图中，左侧指物侧（前侧），右侧指像侧（后侧）。在透镜截面图中，i表示自物侧的透镜单元的顺序，Li表示第i个透镜单元，以及LR表示包括一个或更多个透镜单元的后部透镜组。
在第一至第五示例实施例的透镜截面图中，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，以及L4表示正折光力的第四透镜单元。第一至第五示例实施例涉及四单元变焦透镜。
在第六示例实施例的透镜截面图中，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表示负折光力的第四透镜单元，以及L5表示正折光力的第五透镜单元。第六示例实施例涉及五单元变焦透镜。在第一至第五示例实施例中，后部透镜组LR包括单个透镜单元。在第六示例实施例中，后部透镜组LR包括两个透镜单元。
在透镜截面图中，在第三透镜单元L3的中间设置孔径光阑（aperture stop）SP。或者，相对于光轴方向，在第三透镜单元L3的最靠近物侧的透镜G31的物侧顶点和透镜G31的物侧表面与其外周（边缘部分）的交界之间设置孔径光阑SP。在透镜截面图中，在第三透镜单元L3的像侧上布置闪光截止光阑FP，以阻挡不期望的光（闪光）。FPa表示被布置在第三透镜单元L3中的固定光阑。
G表示光挡，诸如滤光器、相位片、晶体低通滤光器以及红外截止滤光器等。IP表示像平面，其在变焦透镜用作视频照相机或数字照相机的摄像光学系统时对应于固态图像传感器（光电转换元件）的成像表面，所述固态图像传感器比如CCD传感器或CMOS传感器，并在变焦透镜用于卤化银胶片照相机时对应于胶片表面的感光表面。
在像差图中，对于球面像差，实线和两点虚线分别表示Fraunhofer（夫琅和费）的d线和Fraunhofer的g线。在像散图中，ΔM（虚线）和ΔS（实线）分别表示子午像平面和矢形像平面。由g线表示矢形像平面和放大率色差。ω表示半视角（度）（成像视角的一半），并且Fno表示F数。在下述每个示例实施例中，广角端和望远端是指当将变焦透镜单元放置于机构的光轴上的可移动范围内的各个端部时的变焦位置。
在每个示例实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，如箭头所示那样移动每个透镜单元。具体而言，在第一至第五示例实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1按照朝像侧凸出的轨迹移动，如箭头所示。第二透镜单元L2按照朝像侧凸出的轨迹移动。第三透镜单元L3朝物侧移动。第四透镜单元L4按照照朝物侧凸出的轨迹移动。
在第六示例实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1按照朝像侧凸出的轨迹移动，如箭头所示。第二透镜单元L2按照朝像侧凸出的轨迹移动。第三透镜单元L3朝向物侧移动。第四透镜单元L4向物侧移动。另外，第五透镜单元L5按照朝向物侧凸出的轨迹移动。
在每个示例实施例中，在从广角端到望远端变焦期间，第一和第三透镜单元L1和L3向物侧移动。从而，可以在广角端减小整个透镜长度（从第一透镜表面到像平面的长度），最小化前端透镜（第一透镜单元L1），并获得高变焦率（放大率）。
特别地，在每个示例实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，第三透镜单元L3向物侧移动。因此，可以允许第三透镜单元L3具有变焦功能并获得高变焦率，而不过度地增加第一和第二透镜单元L1和L2的折光力。另外，将最靠近像侧的透镜单元用作聚焦透镜单元。使用后对焦聚焦型变焦透镜作为聚焦透镜单元，其中沿着光轴移动第一至第五示例实施例中的第四透镜单元L4或者第六示例实施例中的第五透镜单元L5。
在第一至第五示例实施例中，通过如透镜截面图的箭头4c所示向前（向前侧）移动第四透镜单元L4，从无限远物体到位于望远端的近距物体进行聚焦。另外，在透镜截面图中，用于第四透镜单元L4的实线曲线4a和虚线曲线4b分别表示：用于校正由于当对无限远对象和近距对象进行聚焦时从广角端到望远端变焦而导致的像平面变化的移动轨迹。
在第六示例实施例中，通过如透镜截面图的箭头5c所示向前（向前侧）移动第五透镜单元L5而进行聚焦。另外，在透镜截面图中，用于第五透镜单元L5的实线曲线5a和虚线曲线5b分别表示：用于校正由于当分别对无限远物体和近距物体进行聚焦时从广角端到望远端变焦而导致的图像面变化的移动轨迹。然而，在第六示例实施例中，可使用具有负折光力的第四透镜单元L4进行聚焦。
在该情况中，相比于第一至第五示例实施例，如下所述设置第四透镜单元L4的移动轨迹。当从无限远物体到位于望远端的近距物体进行聚焦时，与箭头4c相反地，朝像侧移动第四透镜单元L4。另外，当对无限远物体和近距物体进行聚焦时，将第四透镜单元L4的移动轨迹分别设置为箭头4a和4b，其与第一至第五示例实施例中的轨迹相反。
在每个示例实施例中，在从广角端到望远端变焦（放大率变化）期间，向物侧移动第一、第二和第三透镜单元L1、L2和L3。从而，可以减小前透镜直径（第一透镜单元的有效直径）并获得高变焦率。另外，由于第一透镜单元包括正透镜和负透镜，可以减小前透镜直径、减小照相机的尺寸、以及在整个变焦范围上适当地校正轴向放大率色差。
特别是，通过在从广角端到望远端的变焦期间适当地设置每个透镜单元的移动量，可以有效地使用可收缩透镜筒的空间，在收缩时减小照相机的尺寸和厚度，以及获得高变焦率。
在每个示例实施例中，满足以下条件：
0.5<M2/fw<5.0，(1),以及
0.1<M1/M3<1.0，(2)
其中M1、M2和M3分别表示用于从广角端到望远端的变焦的第一、第二和第三透镜单元L1、L2和L3的移动量（在位于广角端与望远端的透镜单元的位置之差），而fw表示在广角端的整个变焦透镜的焦距。在该情况中，当朝向物侧移动每个透镜单元时，将移动量的符号设置为正。
条件（1）是要适当设置在广角端的整个变焦透镜的焦距长度fw和在从广角端到望远端的变焦期间的第二透镜单元L2的移动量，以在收缩时减小透镜筒的厚度，并获得宽视角和高变焦率。如果第二透镜单元L2的移动量相对于在广角端的整个变焦透镜的焦距fw减小使得超过条件（1）的下限，则需要增加第二透镜单元L2的光焦度（下文中将其设置为焦距的倒数），以便获得宽视角和高变焦率。结果，难于校正主要位于广角端附近的场曲率(curvature of field)和放大率色差。
如果第二透镜单元L2的移动量相对于在广角端的整个变焦透镜的焦距fw增大使得超过条件（1）的上限，则限制在收缩时第二透镜单元L2的移动量，从而难于减小照相机的厚度。
条件（2）是要适当设置在从广角端到望远端的变焦期间的第一和第三透镜单元L1和L3的移动量，以便在收缩时减小透镜筒的厚度并减小前透镜直径。如果超过条件（2）的下限，则需要在广角端增加第二和第三透镜单元L2和L3之间的距离，以便获得第三透镜单元L3的移动量。结果，在广角端入射到第三透镜单元L3上的光通量的直径增大，从而难于在广角端校正慧形像差（coma）和放大率色差。另外，第三透镜单元L3的有效直径增大，从而难于减小透镜筒的尺寸。
另外，第一透镜单元L1的移动量过度减小，并且第一透镜单元L1的可变光焦度效果减小，从而难于获得高变焦率。由于在制造中，第一透镜单元L1的光焦度增大以获得高变焦率并且第一透镜单元L1的厚度增大以获得透镜边缘，所以前透镜直径相应地增大并且难于获得紧凑的照相机。
如果超过条件（2）的上限，则第一透镜单元L1的移动量过度增大，从而在整个光学长度（从第一透镜表面到最后的透镜表面的长度）受到抑制的同时难于获得高变焦率。另外，由于第三透镜单元L3的移动量过度减小，所以需要增加第三透镜单元L3的折光力，以获得高变焦率。结果，难于在整个变焦范围上适当地校正慧形像差和场曲率。更有用地，如下设置条件（1）和（2）的数值范围：
0.5<M2/fw<4.0（1a）
0.30<M1/M3<0.99（2a）
更有用地，如下设置条件（1a）和（2a）的数值范围：
0.5<M2/fw<3.5（1b）
0.40<M1/M3<0.99（2b）
在该配置中，可以以宽视角和高变焦率获得在整个变焦范围上具有优异的光学性能的又薄又紧凑的变焦透镜。
根据本发明的示例实施例，更有用地，满足以下条件的至少一个：
1.85<Nd1n<2.50    (3)，
5.0<νd1n<21.0    (4)，
1.50<Nd3p<2.50    (5)，
40.0<νd3p<72.0   (6)，
15.0<νd1p-νd1n<40.0    (7)，
0.7<βft/βfw<1.3    (8)，
2.0<β3t/β3w<10.0    (9)，
2.0<D3p/D3n<8.0    (10)，以及
0.2<f1p/f1<1.0    (11)，
其中Nd1n和νd1n分别表示在第一透镜单元L1中包括的负透镜的材料的折射率和Abbe（阿贝）数，Nd3p和νd3p分别表示在第三透镜单元L3中包括的正透镜的材料的折射率和Abbe数，νd1p表示在第一透镜单元L1中包括的正透镜的材料的Abbe数，最靠近变焦透镜的像侧的透镜单元被用作聚焦透镜单元，βfw和βft分别表示在广角端和望远端的聚焦透镜单元的横向放大率，β3w和β3t分别表示在广角端和望远端的第三透镜单元L3的横向放大率，D3p表示在第三透镜单元L3中包括的正透镜的最大厚度，D3n表示在第三透镜单元L3中包括的负透镜的最小厚度，f1p表示在第一透镜单元L1中包括的正透镜的焦距，以及f1表示第一透镜单元L1的焦距。
条件（3）和（4）是要适当地设置在第一透镜单元L1中包括的负透镜的材料的折射率Nd1n和Abbe数νd1n，以减小整个变焦透镜的尺寸和厚度，并获得高变焦率。
如果在第一透镜单元L1中包括的负透镜的材料的折射率Nd1n减小使得超过条件（3）的下限，则前透镜直径增大，这是不期望的。如果在第一透镜单元L1中包括的负透镜的材料的折射率Nd1n增大使得超过条件（3）的上限，则正折光力的第一透镜单元L1的Petzval和（乘以折射率的倒数之后的透镜单元中的透镜的焦距的和）在正向上增大。因此，难于校正场曲率。另外，难于在整个变焦范围上校正色差。
如果第一透镜单元L1中包括的负透镜的材料的Abbe数νd1n减小使得超过条件（4）的下限，则第一透镜单元L1的正透镜通常包括具有高折射率的玻璃材料，以除去在望远端附近的轴向色差。然后，正折光力的第一透镜单元L1的Petzval和减小，从而难于校正场曲率。
如果在第一透镜单元L1中包括的负透镜的材料的Abbe数νd1n增大使得超过条件（4）的上限，则第一透镜单元L1中包括的正透镜的材料包括具有低折射率的玻璃材料，以便除去在望远端附近的轴向色差。然后，需要增加正透镜的厚度以获得正透镜的透镜边缘厚度。因此，有效直径也增加，从而其难于实现小型化。
条件（5）和（6）是要适当地设置在第三透镜单元L3中包括的正透镜的材料的折射率Nd3p和Abbe数νd3p，以减小整个变焦透镜的尺寸和厚度，并获得高变焦率。如果第三透镜单元L3的正透镜的材料的折射率Nd3p减小使得超过条件（5）的下限，则需要增加正透镜的厚度，以获得其透镜边缘厚度。因此，第三透镜单元L3的厚度增加，从而难于获得薄的厚度。另外，由于透镜表面的曲率增加，所以难于校正主要位于望远端附近的球面像差。
如果第三透镜单元L3的正透镜的材料的折射率Nd3p增加使得超过条件（5）的上限，则正折光力的第三透镜单元L3的Petzval和减小，从而难于校正场曲率。另外难于在整个变焦范围上校正色差。
如果第三透镜单元L3的正透镜的材料的Abbe数νd3p减小使得超过条件（6）的下限，则难于校正大部分位于望远端附近的轴向色差。如果第三透镜单元L3的正透镜的材料的Abbe数νd3p增大使得超过条件（6）的上限，则需要增加正透镜的厚度以获得其透镜边缘厚度，这是因为正透镜通常包括具有低折射率的玻璃材料。因此，第三透镜单元L3的厚度增加，从而难于提供薄的厚度。
另外，由于透镜表面的曲率增加，所以难于校正主要位于望远端附近的球面像差。另外，通常，第三透镜单元L3的负透镜的材料包括具有小Abbe数的玻璃材料，以除去在望远端附近的轴向色差和色度球面像差。因此，在第三透镜单元L3包括较小数目的透镜时，难于除去色差。
条件（7）是要适当地设置第一透镜单元L1的正透镜的材料的Abbe数νd1p和负透镜的材料的Abbe数νd1n，以减小整个变焦透镜的尺寸和厚度，并获得高变焦率。
如果第一透镜单元L1的正透镜的材料的Abbe数νd1p与负透镜的材料的Abbe数νd1n之差减小使得超过条件（7）的下限，则难于除去通常位于望远端附近的轴向色差。另外，由于正和负透镜中透镜表面的曲率增大，所以透镜的厚度增大以获得正透镜的边缘厚度，并且前透镜直径增大，从而难于实现小型化。
如果第一透镜单元L1的正透镜的材料的Abbe数νd1p与负透镜的材料的Abbe数νd1n之差增大使得超过条件（7）的上限，则通常正透镜包括具有低折射率的玻璃材料，以除去位于望远端附近的轴向色差。为此，透镜的厚度增大以获得透镜边缘厚度，并且前透镜直径增大，从而难于实现小型化。
在该情况中，期望Abbe数νd1p满足下面的条件：
30<νd1p<55    (7x)
条件（8）是要适当地设置在广角端和望远端的聚焦透镜单元的横向放大率βft和βfw之间的比率，以减小整个变焦透镜的尺寸和厚度并获得高变焦率。如果位于望远端的聚焦透镜单元的横向放大率βft相对于位于广角端的横向放大率βfw减小使得超过条件（8）的下限，则整个透镜长度增大以获得用于高变焦率的后聚焦，从而难于获得薄的厚度。
如果位于望远端的横向放大率βft相对于位于广角端的横向放大率βfw增大使得超过条件（8）的上限，则聚焦透镜单元的移动量增大。为此，限制在收缩时聚焦透镜单元的移动量，从而难于获得薄的厚度。
条件（9）是要适当地设置在广角端和望远端的第三透镜单元L3的横向放大率βft和βfw之间的比率，以便减小整个变焦透镜的尺寸和厚度并获得高变焦率。如果位于望远端的横向放大率β3t相对于位于广角端的横向放大率β3w减小使得超过条件（9）的下限，则第三透镜单元L3的可变光焦度贡献减小，从而难于实现小型化和高放大率。
如果位于望远端的横向放大率β3t相对于位于广角端的横向放大率β3w增大使得超过条件（9）的上限，则第三透镜单元L3的可变光焦度贡献增大，并且因此在变焦期间第三透镜单元L3的移动量增大。为此，由于限制移动量，所以难以在收缩时获得薄的厚度。另外，主要位于中间变焦范围的慧形像差增多。
条件（10）是要适当地设置在第三透镜单元L3中包括的正透镜的最大厚度D3p和在第三透镜单元L3中包括的负透镜的最小厚度D3n，以减小整个变焦透镜的尺寸和厚度，并获得高变焦率。如果在第三透镜单元L3中包括的正透镜的最大厚度D3p相对于负透镜的最小厚度D3n减小使得超过条件（10）的下限，则难于在整个变焦范围上校正色差。另外，通常，负透镜的最小厚度D3n增大，且第三透镜单元L3的厚度增大，从而在收缩时难于获得薄的厚度。
如果在第三透镜单元L3中包括的正透镜的最大厚度D3p相对于负透镜的最小厚度D3n增大使得超过条件（10）的上限，则难于校正主要来自望远端的中间变焦范围的慧形像差。另外，通常，由于负透镜的厚度D3n过度减小，所以这使得制造困难，并且难于满足用于保持优异光学性能的厚度容差和表面精度。
条件（11）是要适当地设置第一透镜单元L1中包括的正透镜的焦距f1p与第一透镜单元L1的焦距f1之间的比率，以减小整个变焦透镜的尺寸和厚度并获得高变焦率。
如果第一透镜单元L1的正透镜的焦距f1p相对于第一透镜单元L1的焦距f1减小使得超过条件（11）的下限，则需要依次增大厚度以获得正透镜的边缘厚度。结果，第一透镜单元L1的厚度和有效直径增大，从而难于实现小型化。另外，使得主要位于广角端附近的放大率色差和位于望远端附近的轴向色差变差，这是不期望的。
如果第一透镜单元L1的正透镜的焦距f1p相对于第一透镜单元L1的焦距f1增大使得超过条件（11）的上限，则难于校正大部分位于望远端附近的球面像差，这是不期望的。另外，通常，由于在望远端整个透镜长度增大，所以难于实现小型化。
为了进一步小型化整个变焦透镜，而在变焦期间校正像差并减小像差变化，期望如下设置条件（3）至（11）的数值范围：
1.90<Nd1n<2.50    (3a)
10.0<νd1n<20.8    (4a)
1.50<Nd3p<2.10    (5a)
45.0<νd3p<71.8    (6a)
18.0<νd1p-νd1n<35.0    (7a)
0.75<βft/βfw<1.20    (8a)
2.2<β3t/β3w<5.0    (9a)
2.2<D3p/D3n<6.0    (10a)
0.4<f1p/f1<0.9    (11a)
更有用的是，第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包括负透镜、负透镜以及正透镜。
更有用的是，第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜和负透镜。在每个示例实施例中，通过移动正折光力的第三透镜单元L3以具有垂直于光轴的分量，可以在垂直于光轴的方向中移动图像。结果，可以校正在整个光学系统（变焦透镜）被振动（倾斜）时生成的拍摄图像的震动（可以进行图像稳定化处理）。
在每个示例实施例中，由于在未新增加用于图像稳定化的光学部件（诸如可变角棱镜或透镜单元等）的情况下进行图像稳定化处理，所以可以防止整个变焦透镜尺寸增大。
尽管在每个示例实施例中图像稳定化是通过在垂直于光轴的方向移动第三透镜单元L3来进行的，但也可以通过移动第三透镜单元L3以具有垂直于光轴的分量来校正图像抖动。例如，如果允许透镜筒具有复杂的结构，则可通过旋转第三透镜单元L3以使得将旋转中心置于光轴上来进行图像稳定化。另外，可使用第三透镜单元L3的一部分透镜来进行图像稳定化。
期望的是，第一透镜单元L1较薄以便减小第一透镜单元L1的有效透镜直径并在每个透镜单元收缩时减小照相机的厚度。为此，期望的是，减少第一透镜单元L1的透镜数目。为此，在每个示例实施例中，第一透镜单元L1包括通过从物侧到像侧依次接合负透镜和正透镜而获得的接合透镜。
结果，可在每个透镜单元被存储时减小变焦透镜的厚度，并且减小照相机的厚度。另外，如果以该方式配置第一透镜单元L1，则可以适当地校正位于望远端附近的色差。
第二透镜单元L2包括至少一个负透镜和一个正透镜。具体而言，在第一至第四以及第六示例实施例中，第二透镜单元L2包括三个独立的透镜，其从物侧到像侧依次包括负透镜、负透镜和正透镜。在第五示例实施例中，第二透镜单元L2包括两个独立的透镜，其从物侧到像侧依次包括负透镜和正透镜。
第三透镜单元L3包括一个正透镜和一个负透镜。具体而言，在第一至第三、第五以及第六示例实施例中，第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜和新月形负透镜。结果，可以适当地校正主要由于图像稳定化和变焦导致的位于中间变焦位置的慧形像差。
在第四示例实施例中，第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜和通过粘合正透镜和新月形负透镜而获得的粘合透镜。第三透镜单元L3具有一个或更多个非球面。结果，可以适当地校正大部分由变焦导致的球面像差的变化。
在第一至第五示例实施例中，第四透镜单元L4包括一个正透镜。在第六示例实施例中，第四透镜单元L4包括一个负透镜，且第五透镜单元L5包括一个正透镜。结果，可以实现简化并在收缩时获得薄的厚度。
根据每个示例实施例，通过上述配置，可以使整个变焦透镜小型化，在收缩时减小照相机的厚度，并以宽视角和高变焦率在整个变焦范围上获得优异的光学性能。
下面描述对应于本发明得第一至第六示例实施例的数值示例1至6。在每个数值示例中，i表示从物侧开始的光学表面的次序，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个表面之间的距离，以及ndi和νdi分别表示第i个光学部件的材料相对于d线的折射率和Abbe数。
当k表示圆锥常数，A4、A6、A8和A10表示非球面系数，且通过相对于表面顶点的x来表示在具有相对于光轴的高度h的位置处沿光轴方向的位移，则非球面形状可以如下表示：
x=(h2/R)/[1+[1-(1+k)(h/R)2]1/2]+A4h4+A6h6+A8h8+A10h10,
其中R表示近轴曲率半径。例如，“E-Z”表示“10-Z”。在数值示例中，最后两个表面是光挡（诸如滤光器和相位片等）的表面。
在第一至第四和第六示例实施例中的d10的值和第五示例实施例中的d8的值具有负号，这是因为第三透镜单元L3的孔径光阑SP（SPa）和物侧透镜G31是从物侧到像侧布置的。
在每个示例实施例中，通过利用空气等效长度表示从最后的透镜表面到近轴像平面的距离，获得后焦距BF。通过把从最靠近物侧的透镜表面到最后的透镜表面的距离与后焦距相加，获得整个透镜长度。另外，表1示出上述每个条件与每个数值示例之间的关系。
数值示例1
单位mm
非球面数据
第11个表面
K=-7.30686e-001  A4=-1.41734e-004  A6=-2.78678e-005
A8=-1.53266e-006
第12个表面
K=-2.51101e+000  A4=2.11418e-004  A6=-5.24388e-005
各个数据
变焦率7.53
  焦距   5.15   13.89   38.80   7.29   30.65
  F数   3.24   4.14   7.00   3.57   6.06
  视角   32.91   15.44   5.70   26.49   7.21
  图像高度   3.33   3.84   3.88   3.63   3.88
  整个透镜长度   34.89   37.04   48.54   33.94   45.11
  BF   4.54   7.03   4.08   5.75   4.16
  d3   0.35   5.48   8.53   1.59   8.23
  d9   12.34   4.42   0.70   8.45   1.73
  d16   5.75   8.21   23.34   6.24   19.10
  d18   2.88   5.37   2.42   4.09   2.51
数值示例2
单位mm
非球面数据
第11个表面
K=-4.67580e-001  A0=-4.10547e-004  A6=-2.45809e-005
A8=-2.88449e-006
第12个表面
K=5.51109e+000  A4=8.06241e-005  A6=-5.24388e-005
第17个表面
K=-2.73940e+000  A4=2.05539e-004  A6=1.83181e-006
A8=-6.77982e-008
各个数据
变焦率7.52
数值示例3
单位mm
非球面数据
第11个表面
K=-8.22170e-001  A4=3.44309e-004  A6=-2.34187e-005
A8=-1.39388e-006
第12个表面
K=4.08303e+000  A4=5.15933e-004  A6=-5.24388e-005
各个数据
变焦率7.56
数值示例4
单位mm
非球面数据
第5个表面
K=-4.35183e-002  A4=-4.40142e-005  A6=5.03252e-006
A8=-3.49994e-007
第11个表面
K=9.09382e-002  A4=-9.92836e-004  A6=-1.65820e-005
A8=-4.67887e-006
第12个表面
K=3.86664e+001  A4=5.00792e-004
各个数据
变焦率9.55
数值示例5
单位mm
非球面数据
第5个表面
K=-3.38770e-001  A4=-4.42797e-005  A6=3.05911e-006
A8=-1.56916e-008
第6个表面
K=9.08978e-001  A4=-5.83938e-004
第7个表面
K=2.19435e+000  A4=-6.35313e-004  A6=1.14956e-006
A8=-4.42220e-008
第9个表面
K=-3.84049e-001  A4=-4.10059e-004  A6=-3.79913e-005
A8=-1.87872e-006
第10个表面
K=-2.14859e+002  A4=3.23872e-005  A6=-5.24388e-005
第15个表面
K=-9.82655e-001  A4=6.41585e-005  A6=2.49422e-006
A8=-1.99592e-008
各个数据
变焦率8.41
数值示例6
单位mm
非球面数据
第11个表面
K=-3.88939e-001  A4=-5.30085e-004  A6=-2.31130e-005
A8=-4.34309e-006
第12个表面
K=1.00426e+002  A4=3.92419e-004  A6=-5.24388e-005
第20个表面
K=-7.07680e-001  A4=-7.40386e-006  A6=1.37239e-006
A8=-1.81904e-008
各个数据
变焦率7.54
表1
下面，将参考图13描述一种数字照相机，其中使用根据本发明示例实施例的变焦透镜作为照相光学系统。
在图13中，标号20表示照相机机身，标号21表示照相光学系统，所述照相光学系统包括在第一至第六示例实施例中描述的变焦透镜的任何一种。标号22表示固态图像传感器（光电转换元件），诸如CCD传感器或CMOS传感器等，用于接收通过照相光学系统21形成的物体图像。标号23表示存储器，其被配置为记录对应于由固态图像传感器22光电转换的物体图像的信息。标号24表示取景器，其包括液晶显示面板等，用于观察在固态图像传感器22上形成的物体图像。
以该方式，通过对光学设备（比如数字照相机）应用根据本发明示例实施例的变焦透镜，可以实现具有高光学性能的小型化的图像拾取设备。
尽管参考示例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实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最广泛的解释，从而包括所有修改、等同结构和功能。

Claims (13)

1.一种变焦透镜，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、以及包括一个或更多个透镜单元的后透镜组，所述第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元在从广角端到望远端变焦期间向物侧移动，
其中，所述第一透镜单元包括正透镜和负透镜，并且满足下列条件：
0.5＜M2/fw＜5.0，以及
0.1＜M1/M3＜1.0，
15.0＜vd1p-vd1n≤25.24，
其中M1、M2和M3分别表示在从广角端到望远端变焦期间第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元的移动量，移动量表示透镜单元在广角端处的位置与透镜单元在望远端处的位置之间的差，在与在广角端中相比在望远端中透镜单元被布置为更靠近物侧的情况下移动量的符号被设置为正，而fw表示在广角端的整个变焦透镜的焦距，vd1n和vd1p分别表示在所述第一透镜单元中包括的负透镜和正透镜的材料的阿贝数。
2.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足下列条件：
1.85＜Nd1n＜2.50，以及
5.0＜vd1n＜21.0，
其中Nd1n和vd1n分别表示在所述第一透镜单元中包括的负透镜的材料的折射率和阿贝数。
3.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足下列条件：
1.50＜Nd3p＜2.50，以及
40.0＜vd3p＜72.0，
其中Nd3p和vd3p分别表示在所述第三透镜单元中包括的正透镜的材料的折射率和阿贝数。
4.根据权利要求1的变焦透镜，其中，最靠近所述变焦透镜的像侧的透镜单元为聚焦透镜单元，并且满足下列条件：
0.7＜βft/βfw＜1.3，
其中βfw和βft分别表示位于广角端和望远端的所述聚焦透镜单元的横向放大率。
5.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足下列条件：
2.0＜β3t/β3w＜10.0，
其中β3w和β3t分别表示位于广角端和望远端的所述第三透镜单元的横向放大率。
6.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足下列条件：
2.0＜D3p/D3n＜8.0，
其中D3p表示在所述第三透镜单元中包括的正透镜的最大厚度，D3n表示在所述第三透镜单元中包括的负透镜的最小厚度。
7.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足下列条件：
0.2＜f1p/f1＜1.0，
其中f1p表示在所述第一透镜单元中包括的正透镜的焦距，f1表示所述第一透镜单元的焦距。
8.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述第二透镜单元从物侧到像侧依次包括负透镜、负透镜以及正透镜。
9.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述第三透镜单元从物侧到像侧依次包括正透镜和负透镜。
10.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后透镜组包括正折光力的第四透镜单元，并且所述第四透镜单元在变焦期间移动。
11.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述后透镜组从物侧到像侧依次包括负折光力的第四透镜单元和正折光力的第五透镜单元，并且所述第四透镜单元和第五透镜单元在变焦期间移动。
12.根据权利要求1的变焦透镜，其中，所述变焦透镜被配置为在固态图像传感器上形成图像。
13.一种图像拾取设备，包括根据权利要求1至12中任一项的变焦透镜及被配置为接收由变焦透镜形成的图像的固态图像传感器。
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