CN103116214A - 变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置。一种变焦透镜包括从物体侧到像侧依次布置的具有负折光力的负透镜单元和具有正折光力的正透镜单元。对于从无限远到最近距离的聚焦，负透镜单元向像侧移动，正透镜单元向物体侧移动。满足预定的数学条件以在整个聚焦范围上获得高的光学性能。

Description

变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置

技术领域

本发明涉及适用于静物照相机、电视照相机、视频照相机、摄影照相机、数字照相机等的变焦透镜。具体而言，本发明涉及使用如下聚焦方法的变焦透镜，所述聚焦方法可适当地校正从无限远到最近摄影距离的整个物体距离上的像差。

背景技术

作为在变焦透镜中采用的聚焦方法，存在在光轴方向上移动位置最接近物体侧的第一透镜单元的前聚焦方法。并且，存在在光轴方向上移动第二透镜单元或随后的透镜单元的内聚焦或后聚焦方法。在移动一个透镜单元的聚焦方法中，可能在聚焦期间出现像差变动，并且难以在整个聚焦范围上获得高的光学性能。特别地，当如在微距镜头系统中要求的那样物体距离较短时，出现大的像差变动，并因此难以保持高的光学性能。

在当前的技术状态中，存在使用在光轴方向上移动多个透镜单元来聚焦的浮动（floating）方法的变焦透镜。浮动方法被视为一种用于抑制像差变动的有效聚焦方法。在浮动方法中，可减小用于在位于近距离处的物体上聚焦的聚焦透镜单元的移动量。这减小整个透镜系统的尺寸，并且还减少像差变动。特别地，可在减少像差变动的同时容易地执行如微距摄影中那样的对于近距离的聚焦。

日本专利公开No.61-236516公开了一种变焦透镜，该变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的前组、对于变焦移动的变焦组和对于变焦不移动的中继透镜组。在该变焦透镜中，中断透镜组中的两个透镜单元对于聚焦被移动。

在美国专利No.5701204中公开的变焦透镜从物体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和具有负折光力的最后透镜单元。在该变焦透镜中，第一透镜单元和最后透镜单元对于聚焦被移动。

日本专利公开No.11-258506公开了一种变焦透镜，该变焦透镜从物体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、具有负折光力的第四透镜单元和具有正折光力的第五透镜单元。第一透镜单元和第二透镜单元对于聚焦被移动。

日本专利公开No.62-153914公开了一种变焦透镜，该变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有负折光力的前组、对于变焦移动的变焦组和对于变焦不移动的中继透镜组。在该变焦透镜中，中继透镜组中的两个透镜单元对于聚焦被移动。

浮动方法对于在聚焦中减少像差变动是有效的。然而，当变焦透镜中的多个透镜单元简单地对于聚焦被移动时，难以减少像差变动并保持高的光学性能。

例如，适当地设置将对于变焦移动的透镜单元的布局、将对于聚焦移动的多个透镜单元的折光力以及透镜单元的移动量是重要的。如果这些设置不合适，那么难以在保持预定的变焦比的同时在整个聚焦范围上获得高的光学性能。

发明内容

根据本发明的一方面，变焦透镜包括具有负折光力的负透镜单元和具有正折光力并被设置在负透镜单元的像侧的正透镜单元。对于从无限远到最近距离的聚焦，负透镜单元朝着像侧移动，正透镜单元朝着物体侧移动。

根据本发明的另一方面的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：包含被配置为对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组、孔径光阑和包含被配置为对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组。后透镜组包括负透镜单元和正透镜单元，所述负透镜单元具有负折光力并被配置为对于从无限远到最近距离的聚焦朝着像侧移动，所述正透镜单元具有正折光力并被配置为对于所述聚焦朝着物体侧移动。满足以下的条件式：

0.3<|fRN/fR|<0.8

0.3<|fRP/fR|<0.8

这里，fR表示在广角端处在无限远处聚焦时后透镜组的焦距，fRN和fRP表示负透镜单元和正透镜单元的焦距。

参照附图从如下对示例性实施例的描述中，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1A、图1B和图1C分别是根据本发明的第一实施例的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图2A、图2B和图2C分别是第一实施例中的在近的物体距离（最近距离）处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图3A、图3B和图3C分别是第一实施例中的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图4A、图4B和图4C分别是第一实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图5A、图5B和图5C分别是根据本发明的第二实施例的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图6A、图6B和图6C分别是第二实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图7A、图7B和图7C分别是第二实施例中的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图8A、图8B和图8C分别是第二实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图9A、图9B和图9C分别是根据本发明的第三实施例的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图10A、图10B和图10C分别是第三实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图11A、图11B和图11C分别是第三实施例中的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图12A、图12B和图12C分别是第三实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图13A、图13B和图13C分别是根据本发明的第四实施例的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图14A、图14B和图14C分别是第四实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图15A、图15B和图15C分别是第四实施例中的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图16A、图16B和图16C分别是第四实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图17A、图17B和图17C分别是根据本发明的第五实施例的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图18A、图18B和图18C分别是第五实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。

图19A、图19B和图19C分别是第五实施例中的在无限远的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图20A、图20B和图20C分别是第五实施例中的在近的物体距离处的在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图21是示出根据本发明的示例性实施例的变焦透镜的基本原理的近轴概念图。

图22示意性地示出根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的主要部件。

具体实施方式

以下将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置。在本发明的变焦透镜中，多个透镜单元对于聚焦移动。变焦透镜包括具有负折光力的透镜单元N和设置在透镜单元N的像侧的具有正折光力的透镜单元P。对于从无限远到最近距离的聚焦，透镜单元N朝着像侧移动，透镜单元P朝着物体侧移动。

术语“最近距离”指的是在每个焦距处的最短摄影距离，并与摄影距离最短的每个焦距处的对焦范围的一端对应。此外，术语“摄影距离”指的是从设置在照相机体中的距离基准标记（例如，像面）到被摄影的物体的距离。此外，本发明中的术语“透镜单元”指的是单个透镜或者对于变焦或聚焦一起移动的多个透镜。

通常，对于快速自动聚焦（AF），优选通过设置在光阑的后侧的小型且轻重量的透镜单元来执行聚焦。为了减少由于聚焦导致的像差变动，优选使用独立地移动多个透镜单元的浮动方法。此外，为了减小整个透镜系统的尺寸，优选的是用于聚焦到最近距离的聚焦透镜单元的移动量应较小。

在本发明的变焦透镜中，对于从无限远到最近距离的聚焦，设置在孔径光阑（光阑）的像侧的具有负折光力的透镜单元N向像侧移动，在像侧邻近透镜单元N设置或者邻近透镜单元N设置为具有另一透镜单元设置在其间、并具有正折光力P的透镜单元P向物体侧移动。这增加最大摄影倍率，并减少由于聚焦导致的像差变动。

从物体侧到像侧依次布置具有负折光力的聚焦透镜单元N和具有正折光力的聚焦透镜单元P。如果从物体侧到像侧依次布置具有正折光力的聚焦透镜单元和具有负折光力的聚焦透镜单元，那么难以确保必要长度的后焦点并在聚焦期间校正像差变动。

下面，将对在本发明的变焦透镜中获得高的摄影倍率的基本光学原理进行描述。在从物体侧到像侧依次布置包含可对于变焦移动的透镜单元的变焦部和用于成像的成像部的透镜配置中，当从变焦部射出并入射到成像部的光束是平行光时，变焦部被称为无焦点（afocal）系统。在这种情况下，整个系统的焦距f和成像部的焦距f₀满足以下的关系式：

f=γ×f₀

式中，γ表示角度倍率，并由在从物体侧入射的光束与入射到成像部上的光束之间在离光轴的高度方面的比来定义。通过改变角度倍率γ，整个系统的焦距改变以实现变焦透镜。图21解释该光学系统的特性。当无焦点系统被耦合时，像侧主点位置从H′₀变为H′并且焦距改变，但是，像侧焦点位置F′不变。当在这样的光学系统中通过成像部执行聚焦时，光学系统的摄影倍率β_Z和成像部的摄影倍率β_R满足以下的关系式：

β_z=β_R/γ

该关系被如下地导出。根据牛顿定律x·x′＝f²（参见Yoshiya Matsui,Renzu Sekkeihou（Kyoritsu Shuppan有限公司）1972），光学系统的摄影倍率β_Z、从像侧焦点到像面的距离x′和光学系统的焦距f满足以下的关系式：

β_z=-x′/f=-x′/γ·f₀=β_R/γ

当无焦点系统被耦合时，距离x′不变，但是焦距f通过角度倍率γ改变。由此，光学系统的摄影倍率由成像系统的横向倍率β_R和角度倍率γ确定。可通过使用该原理来确定整个变焦范围上的摄影倍率。例如，在以下描述的本发明的第一数值例中，用作成像部的透镜单元LR的焦距为113mm，望远端处的角度倍率γ为1.7。由于最近距离处的成像部的横向倍率为0.85，因此望远端处的摄影倍率β_Z为0.85/1.7＝0.5。

在本发明的变焦透镜中，最大摄影倍率是望远端处在最近距离处的倍率。将透镜单元R视为一个微距透镜光学系统，根据上述原理，本发明的变焦透镜可被视为如下光学系统，在该光学系统中通过位于物体侧的变焦光学系统改变微距透镜的物体距离。在这种情况下，望远端处的物体距离在整个变焦范围中最长。该距离是可在不改变后焦点的情况下改变焦距的变焦透镜的最短摄影距离。

此外，在本发明中，可使得广角端处的摄影倍率比变焦透镜的最大摄影倍率高。在以下描述的本发明的第一数值例中，由于广角端处的角度倍率为0.63，因此在聚焦透镜单元在广角端处移动与在望远端处到最近距离的聚焦相同的量的状态下，摄影倍率为0.85/0.63＝1.3。通过设置角度倍率γ，可使得整个变焦系统的摄影倍率比透镜单元LR的横向倍率高，并且可容易地实现在更近距离处的摄影。

在本发明中，可通过聚焦透镜单元的移动量来任意地设置最近距离。在这种情况下，即使当最大摄影倍率较低时，浮动也允许变焦透镜在整个聚焦范围上保持高的性能。

图1A、图1B和图1C分别是在本发明的第一实施例中在无限远处聚焦时广角端（短焦距端）、中间变焦位置和望远端（长焦距端）处的透镜断面图。图2A、图2B和图2C分别是第一实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图3A、图3B和图3C分别是第一实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。图4A、图4B和图4C分别是第一实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图5A、图5B和图5C分别是在本发明的第二实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图6A、图6B和图6C分别是第二实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图7A、图7B和图7C分别是第二实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。图8A、图8B和图8C分别是第二实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图9A、图9B和图9C分别是在本发明的第三实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图10A、图10B和图10C分别是第三实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图11A、图11B和图11C分别是第三实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。图12A、图12B和图12C分别是第三实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图13A、图13B和图13C分别是在本发明的第四实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图14A、图14B和图14C分别是第四实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图15A、图15B和图15C分别是第四实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。图16A、图16B和图16C分别是第四实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图17A、图17B和图17C分别是在本发明的第五实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图18A、图18B和图18C分别是第五实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜断面图。图19A、图19B和图19C分别是第五实施例中在无限远处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。图20A、图20B和图20C分别是第五实施例中在最近距离处聚焦时广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。

图21示出根据本发明的变焦透镜。图22示意性地示出根据本发明的图像拾取装置的主要部分。在透镜断面图中，左侧是物体侧，右侧是像侧。在透镜断面图中，当i表示从物体侧算起的序号时，Li表示第i个透镜单元。LF表示包含多个透镜单元的前透镜组，SP表示孔径光阑，LR表示包含多个透镜单元的后透镜组。FC表示耀斑截止（cut）光阑，SP2表示Fno光阑，所述Fno光阑与变焦对应地改变开口直径以改变整个系统的F数。

当变焦透镜被用作视频照相机或数字静物照相机的成像光学系统时，像面IP与诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件（光电转换元件）的图像拾取表面对应，并且，当变焦透镜被用作卤化银胶片照相机的成像光学系统时，像面IP与胶片表面对应。关于变焦的箭头表示在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元的移动轨迹。关于聚焦的虚线箭头表示在从无限远到最近距离的聚焦期间透镜单元的移动轨迹。

在球面像差图中，实线表示d线。在像散图中，虚线表示子午像面，实线表示弧矢像面。畸变对于d线被示出。Fno表示F数，ω表示半视角（度）。在以下的实施例中，广角端和望远端分别指的是当用于变焦的透镜单元位于光轴上的机械可移动范围的两端时所获得的变焦位置。

下面，将描述本发明的变焦透镜的特性。在实施例中，前透镜组LF包括对于变焦移动并具有负折光力的透镜单元和对于变焦移动并具有正折光力的透镜单元。后透镜组LR包括对于从无限远到最近距离的聚焦向像侧移动并具有负折光力的透镜单元N和对于聚焦向物体侧移动并具有正折光力的透镜单元P。满足以下的条件式：

-10.0<F_N<0.0      (1)

2.0<F_P<10.0       (2)

这里，F_N和F_P表示在望远端处在无限远处聚焦时提供的透镜单元N和透镜单元P的聚焦敏感度。

条件式（1）和（2）涉及对于聚焦移动的透镜单元N和透镜单元P的聚焦敏感度。式中，F_N表示具有负折光力的聚焦透镜单元N的聚焦敏感度，F_P表示具有正折光力的聚焦透镜单元P的聚焦敏感度。

这里，术语“聚焦敏感度”指的是被定义为“当聚焦透镜单元移动1毫米（单位量）时提供的像点的移动量”的值。条件式（1）和（2）表明最近距离随着聚焦透镜单元移动而减小，并且被满足以有效地缩短最近距离并适当地在最近距离处保持光学性能。

当聚焦敏感度F_N超过条件式（1）的上限并取正值时，具有负折光力的透镜单元N向像侧移动，使得最近距离增加，并且，整个系统的尺寸增加。当透镜单元N的负折光力较强使得超出条件式（1）的下限时，难以校正由于聚焦导致的像差的变化。

当透镜单元P的正折光力较强使得超出条件式（2）的上限时，难以校正由于聚焦导致的像差的变化。当透镜单元P的正折光力较弱使得超出（低于）条件式（2）的下限时，整个系统的尺寸增加。此外，如果聚焦敏感度F_P取负值，那么当具有正折光力的透镜单元P向物体侧移动时，最近距离增加。这增加了整个系统的尺寸。

在实施例中，更优选的是满足以下的条件式中的至少一个。变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有多个透镜单元的前透镜组LF、孔径光阑SP和具有多个透镜单元的后透镜组LR。在望远端处透镜单元N和透镜单元P对于从无限远到最近距离的聚焦的移动量被指定为dfN和dfP。在广角端处在无限远处聚焦时提供的后透镜组LR的焦距被指定为fR。

在望远端处在无限远处和最近距离处聚焦时提供的后透镜组LR的横向倍率被指定为β_Rtinf和β_Rtmod。从后透镜组LR的物体侧透镜面到后透镜组LR的前侧主点位置的距离被指定为O1R。在这种情况下，优选地满足以下的条件式中的至少一个：

0.08<|dfN/fR|<0.30         (3)

0.08<|dfP/fR|<0.30         (4)

0.8<|dfN/dfP|<1.5          (5)

0.2<|β_Rtinf-β_Rtmod|<1.0  (6)

|O1R/fR|<0.5               (7)

这里，移动量的符号在透镜单元向像侧移动时为正，在透镜单元向物体侧移动时为负。

条件式（3）和（4）涉及对于聚焦移动的透镜单元N和透镜单元P的移动量，并且要被满足以缩短最近距离。

当透镜单元N和透镜单元P的移动量增加使得超出条件式（3）和（4）的上限时，整个系统的尺寸增加。当聚焦透镜单元的移动量减小使得超出条件式（3）和（4）的下限时，难以执行从无限远到最近距离的聚焦，除非增加透镜单元N和透镜单元P的折光力。当透镜单元N和透镜单元P的折光力增加时，由于聚焦导致的像差的变化增加，并且变得难以校正。

此外，条件式（5）表示对于聚焦移动的透镜单元N和透镜单元P的移动量之间的比。当具有负折光力的透镜单元N向像侧移动时，球面像差在过校正的方向上移动，并且像面在欠校正的方向上移动。当具有正折光力的透镜单元P向物体侧移动时，球面像差在欠方向上移动，并且像面在过方向上移动。

通过移动透镜单元N和透镜单元P以满足条件式（5），像差变动被消除，并且最近距离处的高光学性能被容易地获得。当超出条件式（5）的上限和下限时，聚焦中的像差变动在其移动量较大的聚焦透镜单元中增加，并且难以适当地保持最近距离处的光学性能。

条件式（6）涉及在望远端处在孔径光阑SP的像侧的后透镜组LR的无限远和最近距离处的成像倍率。当后透镜组LR的横向倍率较高使得超出条件式（6）的上限时，难以校正变焦和聚焦中的像差变动。当后透镜组LR的横向倍率较低使得超出条件式（6）的下限时，难以获得期望的最大摄影倍率。

条件式（7）表示在孔径光阑SP的后侧设置的后透镜组LR的广角端处在无限远处聚焦时提供的前侧主点位置的范围，并且要被满足以减小变焦透镜的尺寸。当在孔径光阑SP的后侧的前侧主点位置接近像侧使得超出条件式（7）的上限时，聚焦透镜单元（特别是位于像侧的具有正折光力的透镜单元P）的有效直径以轴外光线的高度增加。这增加了整个系统的尺寸。并且，聚焦透镜单元的重量增加，并且快速AF是困难的。

位于孔径光阑SP的像侧的后透镜组LR用作增加最近距离处的摄影倍率的微距透镜系统。当满足条件式（7）时，难以增加具有负折光力的透镜单元N和具有正折光力并位于透镜单元N的像侧的透镜单元P的折光力。作为结果，与具有单一焦距的微距透镜系统不同，难以将微距透镜系统的最大摄影倍率设置得较高。

相反，在本发明的变焦透镜中，根据上述原理来设置用于获得期望的摄影倍率的角度倍率γ。这消除了确保摄影倍率与微距透镜系统中的摄影倍率相类似的需要。因此，在减小变焦透镜的尺寸的同时获得高的摄影倍率。在实施例中，可通过在具有与光轴垂直的分量的方向上移动光学系统中作为图像稳定化透镜的任意透镜，来校正由于振动导致的图像模糊。

如上所述，根据实施例，能够提供具有约0.5的最大摄影倍率并在整个变焦范围和整个聚焦范围上具有高的光学性能的变焦透镜。

下面，将描述实施例的变焦透镜中的透镜配置的特性。

在第一实施例的变焦透镜中，前透镜组LF从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元L1、具有负折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。后透镜组LR包括具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5、具有正折光力的第六透镜单元L6和具有负折光力的第七透镜单元L7。

对于从广角端到望远端的变焦，第二透镜单元L2向像侧移动，第三透镜单元L3沿朝着像侧凸起的轨迹移动。对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元（透镜单元N）L5向像侧移动，第六透镜单元（透镜单元P）L6向物体侧移动。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2执行主变焦，并且通过第三透镜单元L3的移动来校正通过变焦移动的像面。这两个透镜单元的移动实现必要的变焦并减少由于变焦导致的像差的变化。

虽然在第一实施例中两个透镜单元对于聚焦移动，但是可以移动两个或更多个透镜单元以进一步减少在聚焦期间的像差变动。在第一实施例中，条件式（1）至（7）中的值优选地被设置为处于以下的数值范围内：

-5.0<F_N<-2                 (1a)

2.0<F_P<5.0                 (2a)

0.10<|dfN/fR|<0.30        (3a)

0.10<|dfP/fR|<0.30        (4a)

1.1<|dfN/dfP|<1.5         (5a)

0.7<|β_Rtinf-β_Rtmod|<1.0 (6a)

|O1R/fR|<0.4              (7a)

在第二实施例的变焦透镜中，前透镜组LF从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元L1、具有负折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。后透镜组LR包括具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5、具有正折光力的第六透镜单元L6、具有正折光力的第七透镜单元L7和具有负折光力的第八透镜单元L8。

对于从广角端到望远端的变焦，第二透镜单元L2向像侧移动，第三透镜单元L3沿朝着像侧凸起的轨迹移动。对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元（透镜单元N）L5向像侧移动，第七透镜单元（透镜单元P）L7向物体侧移动。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2执行主变焦，并且通过第三透镜单元L3的移动来校正通过变焦移动的像面。这两个透镜单元的移动实现必要的变焦并减少由于变焦导致的像差的变化。

虽然在第二实施例中两个透镜单元对于聚焦移动，但是可移动两个或更多个透镜单元以进一步减少聚焦中的像差变动。在第二实施例中，条件式（1）至（7）中的值更优选地被设置为处于以下的数值范围内：

-10.0<F_N<-5.0               (1b)

2.0<F_P<9.0                  (2b)

0.10<|dfN/fR|<0.30          (3b)

0.10<|dfP/fR|<0.30          (4b)

0.9<|dfN/dfP|<1.2           (5b)

0.6<|β_Rtinf-β_Rtmod|<1.0   (6b)

0.0<|O1R/fR|<0.2            (7b)

在第三实施例的变焦透镜中，前透镜组LF从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元L1、具有负折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。后透镜组LR包括具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5、具有正折光力的第六透镜单元L6、具有正折光力的第七透镜单元L7和具有负折光力的第八透镜单元L8。

对于从广角端到望远端的变焦，第二透镜单元L2向像侧移动，第三透镜单元L3沿朝着像侧凸起的轨迹移动。第四透镜单元L4到第八透镜单元L8一起向物体侧移动。对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元（透镜单元N）L5向像侧移动，第七透镜单元（透镜单元P）L7向物体侧移动。

在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2执行主变焦，并且通过第三透镜单元L3的移动来校正通过变焦移动的像面。用于变焦的这两个透镜单元的移动实现必要的变焦，并减少由于变焦导致的像差的变化。

虽然在第三实施例中两个透镜单元对于聚焦移动，但是可移动两个或更多个透镜单元以进一步减少聚焦中的像差变动。在第三实施例中，条件式（1）至（7）中的值更优选地被设置为处于以下的数值范围内：

-10.0<F_N<-2.0                 (1c)

2.0<F_P<5.0                    (2c)

0.10<|dfN/fR|<0.30            (3c)

0.10<|dfP/fR|<0.30            (4c)

1.0<|dfN/dfP|<1.5             (5c)

0.7<|β_Rtinf-β_Rtmod|<1.0     (6c)

0.0<|O1R/fR|<0.2              (7c)

在第四实施例的变焦透镜中，前透镜组LF从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元L1、具有负折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。后透镜组LR包括具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5、具有正折光力的第六透镜单元L6和具有负折光力的第七透镜单元L7。

对于从广角端到望远端的变焦，第一透镜单元L1向物体侧移动，第二透镜单元L2沿朝着像侧凸起的轨迹移动，第三透镜单元L3向物体侧移动。第四透镜单元L4到第八透镜单元L8一起向物体侧移动。对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元（透镜单元N）L5向像侧移动，第六透镜单元（透镜单元P）L6向物体侧移动。

在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元、第三透镜单元以及第四透镜单元到第八透镜单元执行变焦，并且通过第二透镜单元L2的移动来校正通过变焦移动的像面。用于变焦的多个透镜单元的移动实现必要的变焦，并减少由于变焦导致的像差的变化。

虽然在第四实施例中两个透镜单元对于聚焦移动，但是可移动两个或更多个透镜单元以进一步减少聚焦中的像差变动。在第四实施例中，条件式（1）至（7）中的值更优选地被设置为处于以下的数值范围内：

-2.0<F_N<0.0                 (1d)

3.0<F_P<8.0                  (2d)

0.10<|dfN/fR|<0.30          (3d)

0.09<|dfP/fR|<0.30          (4d)

0.9<|dfN/dfP|<1.5           (5d)

0.4<|β_Rtinf-β_Rtmod|<0.8   (6d)

0.1<|O1R/fR|<0.3            (7d)

在第五实施例的变焦透镜中，前透镜组LF从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元L1、具有负折光力的第二透镜单元L2和具有正折光力的第三透镜单元L3。后透镜组LR包括具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5、具有正折光力的第六透镜单元L6和具有负折光力的第七透镜单元L7。

对于从广角端到望远端的变焦，第一透镜单元L1和第三透镜单元L3到第七透镜单元L7沿不同的轨迹朝着物体侧移动，第二透镜单元L2沿朝着像侧凸起的轨迹移动。对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元（透镜单元N）L5向像侧移动，第六透镜单元（透镜单元P）L6向物体侧移动。

在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元到第七透镜单元执行变焦，并且通过第二透镜单元L2的移动来校正通过变焦移动的像面。在变焦期间，所有的透镜单元独立地移动，使得实现必要的变焦，并且减少由于变焦导致的像差的变化。

虽然在第五实施例中两个透镜单元对于聚焦移动，但是可移动两个或更多个透镜单元以进一步减少聚焦中的像差变动。在第五实施例中，条件式（1）至（7）中的值更优选地被设置为处于以下的数值范围内：

-2.0<F_N<0.0                 (1e)

4.0<F_P<8.0                  (2e)

0.08<|dfN/fR|<0.25          (3e)

0.08<|dfP/fR|<0.25          (4e)

1.0<|dfN/dfP|<1.5           (5e)

0.3<|β_Rtinf-β_Rtmod|<0.6   (6e)

0.1<|O1R/fR|<0.2            (7e)

接下来，将在下面给出与本发明的第一到第五实施例对应的第一到第五数值例。

在数值例中，i表示从物体侧计数的透镜面的序号，ri表示第i个透镜面的曲率半径，di表示第i个透镜面与第i+1个透镜面之间的距离，ndi和vdi分别表示对于d线（λ＝587.6nm）的各透镜的材料的折射率和Abbe数。在给定面为非球面的情况下，A4、A6、A8和A10为非球面系数。非球面表面的形状由下式表达，其中，透镜面与光轴的交点为原点，光前进方向为正方向，X表示光轴方向上的位置，H表示与光轴垂直的方向上的位置：

$X=\frac{(1/R)H^2}{1+\sqrt{1-{(H/R)}^2}}+A4H^4+A6H^6+A8H^8+A10H^{10}$

在上式中，R表示旁轴曲率半径，记号“E-z”等同于“1×10^-z”，BR表示后焦点。在表1中示出了数值例与上述条件式之间的关系。

第一数值例

变焦透镜单元数据

单透镜数据

第二数值例

变焦透镜单元数据

单透镜数据

第三数值例

变焦透镜单元数据

单透镜数据

第四数值例

像面     ∞

非球面数据

第6面

K=0.000000E+00     A4=5.812450E-06      A6=-1.114980E-09

                   A8=1.148370E-12      A10=1.237750E-14

各种数据

变焦透镜单元数据

单透镜数据

第五数值例

像面        ∞

非球面数据

第6面

K=0       A4=7.59711E-06            A6=-5.83894E-10

          A8=1.29909E-12            A10=1.54230E-14

第36面

K=0       A4=1.43261E-06            A6=-2.41409E-08

          A8=2.48719E-10            A10=-1.00577E-12

各种数据

变焦透镜单元数据

单透镜数据

表1：数值例与条件式之间的关系

本发明的变焦透镜包括包含对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组、孔径光阑和包含对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组。后透镜组包括具有负折光力并且对于从无限远到最近距离的聚焦向像侧移动的透镜单元N和具有正折光力并且对于聚焦向物体侧移动的透镜单元P。

在本发明的变焦透镜的第一到第三实施例中，进一步满足以下的条件式（8）和（9）：

0.3<|fRN/fR|<0.8 (8)

0.3<|fRP/fR|<0.8 (9)

这里，fR表示在广角端处在无限远处聚焦时提供的后透镜组的焦距，fRN和fRP分别表示透镜单元N和P的焦距。

条件式（8）和（9）涉及聚焦透镜单元的折光力、最大摄影倍率和聚焦期间的光学性能。当聚焦透镜单元的折光力较小使得超出条件式（8）和（9）的上限时，例如，透镜单元的移动量需要较大以确保约0.5的最大摄影倍率，这增加了整个系统的尺寸。相反，当聚焦透镜单元的折光力较大使得超出条件式（8）和（9）的下限时，难以校正由于聚焦导致的像差变动。

虽然在第一到第三实施例中两个透镜单元对于聚焦移动，但是可移动两个或更多个透镜单元以进一步减少聚焦中的像差变动。在第一到第三实施例中，条件式（8）和（9）中的值更优选被设置为处于以下的数值范围内：

0.40<|fRN/fR|<0.60      (8a)

0.40<|fRP/fR|<0.60      (9a)

表2示出了条件式（8）和（9）与第一到第三数值例之间的关系。

表2

	第一数值例	第二数值例	第三数值例
				条件式(8)	0.48	0.43	0.47
条件式(9)	0.47	0.47	0.50

下面，将参照图22描述使用本发明的变焦透镜的单镜头反射式照相机系统（图像拾取装置）的实施例。参照图22，单镜头反射式照相机系统包括单镜头反射式照相机体10和其中安装有根据在本发明中描述的任意实施例的变焦透镜的可更换镜头11。单镜头反射式照相机体10包括记录（接收）经由可更换镜头11形成的物体图像的诸如胶片或图像拾取元件（CCD或CMOS传感器）之类的记录部件12、通过其观察来自可更换镜头11的物体图像的取景器光学系统13、以及转向以在记录单元12和取景器光学系统13之间进行切换的同时传送来自可更换镜头11的物体图像的快速返回镜14。

为了通过取景器观察物体图像，经由快速返回镜14在聚焦板15上形成的物体图像通过五角棱镜16被转换成正像，然后被放大并通过目镜光学系统17被观察。对于摄影，快速返回镜14在箭头的方向上转向，物体图像被记录在记录部件12上。单镜头反射式照相机体10还包括副反射镜18和聚焦检测单元19。通过由此将本发明的变焦透镜应用于诸如单镜头反射式照相机可更换镜头的图像拾取装置，图像拾取装置可具有高的光学性能。

本发明类似地适用于不包括快速返回镜的无反射镜的单镜头反射式照相机。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解的是，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽泛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 (16)

1.一种变焦透镜，包括：

从物体侧到像侧依次布置的负透镜单元和正透镜单元，

其中，所述负透镜单元具有负折光力并且所述正透镜单元具有正折光力，以及，

对于从无限远到最近距离的聚焦，所述负透镜单元朝着像侧移动并且所述正透镜单元朝着物体侧移动。

2.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：

包含被配置为对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组；

孔径光阑；以及

包含被配置为对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组，

其中，所述前透镜组包括具有负折光力并被配置为对于变焦移动的透镜单元以及具有正折光力并被配置为对于变焦移动的透镜单元，以及，

所述后透镜组包括所述负透镜单元和所述正透镜单元。

3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下的条件式：

-10.0<F_N<0.0

2.0<F_P<10.0

这里，F_N和F_P分别表示在望远端处通过所述变焦透镜在无限远处聚焦时所述负透镜单元和所述正透镜单元的聚焦敏感度。

4.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：

包含被配置为对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组；

孔径光阑；以及

包含被配置为对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组，以及

其中，满足以下的条件式：

0.08<|dfN/fR|<0.30

0.08<|dfP/fR|<0.30

这里，dfN和dfP表示在望远端处从无限远到最近距离的聚焦期间所述负透镜单元和所述正透镜单元的移动量，fR表示在广角端处通过所述变焦透镜在无限远处聚焦时所述后透镜组的焦距。

5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下的条件式：

0.8<|dfN/dfP|<1.5

这里，dfN和dfP表示在望远端处从无限远到最近距离的聚焦期间所述负透镜单元和所述正透镜单元的移动量。

6.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：

包含被配置为对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组；

孔径光阑；以及

包含被配置为对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组，以及

其中，满足以下的条件式：

0.2<|βR_tinf-β_Rtmod|<1.0

这里，β_Rtinf和β_Rtmod分别表示在望远端处在无限远处和最近距离处聚焦时所述后透镜组的横向倍率。

7.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：

包含被配置为对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组；

孔径光阑；以及

包含被配置为对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组，以及

其中，满足以下的条件式：

|O1R/fR|<0.5

这里，O1R表示在广角端处在无限远处聚焦时从所述后透镜组的物体侧透镜面到所述后透镜组的前侧主点位置的距离，fR表示在广角端处在无限远处聚焦时所述后透镜组的焦距。

8.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体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、具有正折光力的第四透镜单元、具有负折光力的第五透镜单元、具有正折光力的第六透镜单元和具有负折光力的第七透镜单元，以及

其中，对于从广角端到望远端的变焦，第二透镜单元向像侧移动并且第三透镜单元沿朝着像侧凸起的轨迹移动，以及

其中，对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元朝着像侧移动并且第六透镜单元朝着物体侧移动。

9.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体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、具有正折光力的第四透镜单元、具有负折光力的第五透镜单元、具有正折光力的第六透镜单元、具有正折光力的第七透镜单元和具有负折光力的第八透镜单元，

其中，对于从广角端到望远端的变焦，第二透镜单元向像侧移动并且第三透镜单元沿朝着像侧凸起的轨迹移动，以及

其中，对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元朝着像侧移动并且第七透镜单元朝着物体侧移动。

10.根据权利要求9所述的变焦透镜，其中，对于从广角端到望远端的变焦，第四透镜单元到第八透镜单元一起向物体侧移动。

11.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体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、具有正折光力的第四透镜单元、具有负折光力的第五透镜单元、具有正折光力的第六透镜单元和具有负折光力的第七透镜单元，

其中，对于从广角端到望远端的变焦，第一透镜单元向物体侧移动，第二透镜单元沿朝着像侧凸起的轨迹移动，第三透镜单元向物体侧移动，并且第四透镜单元到第七透镜单元一起向物体侧移动，以及

其中，对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元朝着像侧移动并且第六透镜单元朝着物体侧移动。

12.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中，所述变焦透镜从物体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、具有正折光力的第四透镜单元、具有负折光力的第五透镜单元、具有正折光力的第六透镜单元和具有负折光力的第七透镜单元，

其中，对于从广角端到望远端的变焦，第一透镜单元和第三透镜单元到第七透镜单元沿不同的轨迹朝着物体侧移动，并且第二透镜单元沿朝着像侧凸起的轨迹移动，以及

其中，对于从无限远到最近距离的聚焦，第五透镜单元朝着像侧移动，并且第六透镜单元朝着物体侧移动。

13.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求1至12中任一项所述的变焦透镜；以及

被配置为接收通过所述变焦透镜形成的光学图像的固态图像拾取元件。

14.一种变焦透镜，所述变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：

包含被配置为对于变焦移动的多个透镜单元的前透镜组；

孔径光阑；以及

包含被配置为对于聚焦移动的多个透镜单元的后透镜组，

其中，所述后透镜组包括负透镜单元和正透镜单元，所述负透镜单元具有负折光力并被配置为对于从无限远到最近距离的聚焦朝着像侧移动，所述正透镜单元具有正折光力并被配置为对于所述聚焦朝着物体侧移动，以及

其中，满足以下的条件式：

0.3<|fRN/fR|<0.8

0.3<|fRP/fR|<0.8

这里，fR表示在广角端处在无限远处聚焦时所述后透镜组的焦距，fRN和fRP表示所述负透镜单元和所述正透镜单元的焦距。

15.根据权利要求14所述的变焦透镜，其中，所述正透镜单元被设置在所述负透镜单元的像侧。

16.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求14或15所述的变焦透镜；以及

被配置为接收通过所述变焦透镜形成的光学图像的图像拾取元件。

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