CN103513406A - 变焦透镜和配备有变焦透镜的光学设备 - Google Patents

变焦透镜和配备有变焦透镜的光学设备 Download PDF

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CN103513406A CN201310234128.XA CN201310234128A CN103513406A CN 103513406 A CN103513406 A CN 103513406A CN 201310234128 A CN201310234128 A CN 201310234128A CN 103513406 A CN103513406 A CN 103513406A
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Abstract

本发明涉及变焦透镜和配备有变焦透镜的光学设备。变焦透镜从物侧到像侧依次包括：正第一透镜单元、负第二透镜单元、正第三透镜单元、负第四透镜单元、以及后透镜单元，该后透镜单元从物侧到像侧依次包括：正第一透镜子单元、负第二透镜子单元、以及正第三透镜子单元。在广角端的第一透镜单元和第二透镜单元的组合焦距、在广角端的第三透镜单元和位于第三透镜单元的像侧的透镜单元的组合焦距、第二透镜子单元的焦距、以及在望远端后透镜单元的焦距之间的关系被适当地设定。

Description

变焦透镜和配备有变焦透镜的光学设备
技术领域
本公开涉及变焦透镜和诸如可互换式透镜、静态照相机、视频照相机或数字静物照相机之类的配备有变焦透镜的光学设备。
背景技术
近年来，在诸如数字静物照相机和视频照相机之类的采用固态图像拾取元件的光学设备中，需要这样的变焦透镜，其具有高光学性能，具有足够的变焦比，能够实现图像稳定并且是小型的。
作为实现这些需求的方式，已经提出一种方法，在该方法中多个透镜单元在变焦期间被移动并且所述透镜单元中的一个透镜单元充当图像稳定单元。
日本专利特开第2010-044372号公开一种变焦透镜，该变焦透镜从物侧起依次包括具有正、负、正、负和正折光力的五个单元，其中第五透镜单元分为正、负和正透镜子单元，并且第五透镜单元的负透镜子单元实现图像稳定。
日本专利特开第2010-044372号的各个实施方式是望远变焦透镜，其中第一透镜单元在变焦期间不移动。如果将此配置应用于正常的变焦透镜，则前透镜直径随着在广角端的视角的增大而增大，因此变焦透镜的小型化是困难的。
假设日本专利特开第2010-044372号的变焦透镜用在具有长的法兰距（flange back）的单透镜反光式照相机中，并且变焦透镜具有长的后焦距（back focus）。因此，如果将此配置作为正常变焦透镜应用于从中去除了实时回位镜以缩短法兰距的照相机，则由于可互换式透镜光学总长度长，因此作为可互换式透镜进行小型化很困难。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种变焦透镜，该变焦透镜在包括正常变焦范围的整个变焦范围内具有高光学性能，具有短的后焦距，是小型的，并且能够实现良好的图像稳定。
在本发明的一个方面中，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、具有负折光力的第四透镜单元、以及后透镜单元。该后透镜单元从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜子单元、具有负折光力的第二透镜子单元、以及具有正折光力的第三透镜子单元。在变焦期间，第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离、第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离、第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离、以及第四透镜单元和第一透镜子单元之间的距离各自改变。第二透镜子单元可在具有垂直于光轴的分量的方向上移动。如下的条件表达式被满足：
0.73<|f12w|/f3Rw<2.0，以及
0.8<|fis|/fRt<2.5，
其中f12w是在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第一透镜单元和第二透镜单元的组合焦距，f3Rw是在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第三透镜单元和设置在第三透镜单元的像侧的透镜单元的组合焦距，fis是第二透镜子单元的焦距，并且fRt是在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间后透镜单元的组合焦距。
通过参考附图对示例性的实施方式的以下描述，本发明的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1是第一实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图2A、2B和2C分别是第一实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、以及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图3A和3B分别是第一实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
图4是第二实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图5A、5B和5C分别是第二实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图6A和6B分别是第二实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
图7是第三实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图8A、8B和8C分别是第三实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图9A和9B分别是第三实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
图10是第四实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图11A、11B和11C分别是第四实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图12A和12B分别是第四实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
图13是第五实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图14A、14B和14C分别是第五实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图15A和15B分别是第五实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
图16是第六实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图17A、17B和17C分别是第六实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图18A和18B分别是第六实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
图19是第七实施方式的变焦透镜在广角端的透镜截面图。
图20A、20B和20C分别是第七实施方式的变焦透镜在广角端、在中间变焦位置、及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间的纵向像差图。
图21A和21B分别是第七实施方式的变焦透镜处于在望远端的基准状态（无模糊校正）下和处于图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）下的横向像差图。
具体实施方式
本发明的实施方式将通过参考附图来描述。图1、图4、图7、图10、图13、图16和图19是第一到第七实施方式的变焦透镜在广角端（短焦距端）的截面视图。图2A、图2B、图2C、图5A、图5B、图5C、图8A、图8B、图8C、图11A、图11B、图11C、图14A、图14B、图14C、图17A、图17B、图17C、图20A、图20B和图20C是第一到第七实施方式的变焦透镜的纵向像差图。图2A、图5A、图8A、图11A、图14A、图17A和图20A与广角端对应。图2B、图5B、图8B、图11B、图14B、图17B和图20B与中间变焦位置对应。图2C、图5C、图8C、图11C、图14C、图17C和图20C与望远端（长焦距端）对应。图3A、图3B、图6A、图6B、图9A、图9B、图12A、图12B、图15A、图15B、图18A、图18B、图21A和图21B是第一到第七实施方式的变焦透镜的横向像差图。图3A、图6A、图9A、图12A、图15A、图18A和图21A与在望远端的基准状态（无模糊校正）及图像稳定状态（0.3度旋转模糊校正）对应。第一到第七实施方式与后面描述的数值实施方式1到7对应。
在各个实施方式的截面视图中，左侧是物侧（前侧），右侧是像侧（后侧），并且从物侧起，依次示出了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、具有正折光力的第三透镜单元L3、具有负折光力的第四透镜单元L4、和后透镜单元LR。后透镜单元LR从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜子单元LRa、具有负折光力的第二透镜子单元LRb和具有正折光力的第三透镜子单元LRc。第二透镜子单元LRb能够移动，从而具有在垂直于光轴的方向上的分量，由此进行图像稳定。在第一透镜单元L1和具有负折光力的第四透镜单元L4之间适当分配变焦比。从而，总透镜长度减小，并且变焦比增大。在变焦期间，第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的距离、第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的距离、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的距离、以及第四透镜单元L4和第一透镜子单元LRa之间的距离各自改变。
孔径光阑SS被设置在第二透镜单元L2和第三透镜子单元LRc之间，并且，被设置在第二透镜单元L2的像侧且孔径光阑SS的物侧的透镜单元中的至少一个透镜单元充当在光轴上移动且进行聚焦操作的聚焦透镜单元。离轴光线的高度在第二透镜单元L2和孔径光阑SS之间相对较低。因此，通过在此设置聚焦透镜单元，聚焦透镜单元的直径可被减小。这样，包括聚焦驱动机构的整个透镜镜筒可被小型化。当此变焦透镜被用作可互换式透镜时，聚焦透镜单元可被设置在远离透镜安装部的位置处，并且可以避免在聚焦驱动机构和透镜安装部之间的干涉。
设置与光学滤光器、图像拾取装置的面板等对应的光学块G。IP表示与诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取装置（光电转换装置）的图像拾取面对应的像面。箭头示出在从广角端向望远端变焦期间透镜单元的移动轨迹。
在图2A、图2B、图2C、图5A、图5B、图5C、图8A、图8B、图8C、图11A、图11B、图11C、图14A、图14B、图14C、图17A、图17B、图17C、图20A、图20B和图20C中示出的纵向像差图中，d和g分别表示d线和g线，并且ΔM和ΔS分别表示子午（meridional）像面和弧矢（sagittal）像面。倍率色像差（chromatic aberration ofmagnification）是针对g线而言的。ω表示半视角，并且Fno表示F数（F-number）。在图3A、图3B、图6A、图6B、图9A、图9B、图12A、图12B、图15A、图15B、图18A、图18B、图21A、和图21B中示出的横向像差图中，d和g分别表示d线和g线，并且meri和sagi分别表示子午方向和弧矢方向。倍率色像差是针对g线而言的。hgt表示图像高度。
本发明的实施方式中的变焦透镜的特征在于：它满足如下条件表达式：
0.73<|f12w|/f3Rw<2.0  (1)，以及
0.8<|fis|/fRt<2.5  (2)，
其中f12w是在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的组合焦距，f3Rw是在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第三透镜单元L3和位于第三透镜单元L3的像侧的透镜单元的组合焦距，fis是第二透镜子单元LRb的焦距，fRt是在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间后透镜单元LR的焦距。
条件表达式(1)定义变焦透镜在广角端的折光力布置。当在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间设定边界时，本发明的实施方式中的变焦透镜在广角端具有反聚焦（retrofocus）型折光力布置。在反聚焦布置的情况下，可通过改变在物侧的光学系统与在像侧的光学系统之间的折光力的平衡来控制后焦距。虽然减小后焦距对于使整个透镜系统小型化而言是有效的，但是极大地减小后焦距将使在广角端的出瞳距离过短。特别地，在采用CCD传感器或CMOS传感器作为图像拾取装置的设备中，考虑到遮挡的影响因而需要确保出瞳距离。为了在确保出瞳距离的同时极大地减小后焦距，光学系统的后透镜直径需要增大。特别地，当上述配置被用作可互换式透镜的光学系统时，照相机主体和可互换式透镜的安装部需较大，并且透镜镜筒需较大。因此，通过将在物侧的光学系统与在像侧的光学系统之间的折光力的平衡设定在适当的范围内，整个变焦透镜系统可小型化，并且特别地，可在确保出瞳距离的同时减小在广角端的总透镜长度。
当|f12w|/f3Rw小于条件表达式(1)的下限时，在广角端的第一透镜单元和第二透镜单元的组合焦距与在广角端的第三透镜单元和位于第三透镜单元的像侧的透镜单元的组合焦距之比过小，后焦距长，因此总透镜长度长。当|f12w|/f3Rw大于上限时，后焦距过短，并且难以确保出瞳距离和其中插入有各种滤光器的空间。
条件表达式(2)定义被设置在后透镜单元LR中并且用作图像稳定透镜单元的第二透镜子单元LRb的折光力。通过适当地定义第二透镜子单元LRb的折光力，在确保图像稳定期间的光学性能的同时，减小图像稳定期间的透镜移动距离，并且包括透镜镜筒结构的整个变焦透镜系统被小型化。
当|fis|/fRt小于条件表达式(2)的下限时，第二透镜子单元LRb的折光力与在望远端的后透镜单元LR的组合焦距相比过大，因此难以在图像稳定期间校正光学性能，特别是偏心彗形像差。当|fis|/fRt大于上限时，第二透镜子单元LRb的折光力过小，用于图像稳定的透镜移动距离长，并且包括透镜镜筒结构的整个变焦透镜系统大。
由于上述配置，能够获得这样的变焦透镜：其在包括正常变焦范围的整个变焦范围内具有高光学性能，具有短的后焦距，是小型的并且能够实现良好的图像稳定。
在各个实施方式中，优选地，条件表达式(1)和(2)的数值范围被如下设定：
0.77<|f12w|/f3Rw<1.5  (1a)，以及
0.9<|fis|/fRt<2.3  (2a)。
更优选地，条件表达式(1a)和(2a)的数值范围被如下设定：
0.8<|f12w|/f3Rw<1.1  (1b)，以及
1.0<|fis|/fRt<2.0  (2b)。
接下来，将描述在本发明的一些实施方式中的更理想的配置。
在各个实施方式中，第二透镜子单元LRb包括两个或更少的透镜。通过减轻图像稳定透镜单元的重量，整个透镜镜筒可被小型化。
在各个实施方式中，在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜子单元LRb朝向物侧移动。由此，第二透镜子单元LRb的直径的增大可被抑制，并且包括驱动单元的整个透镜镜筒可被小型化。
在第一到第五及第七实施方式中，第三透镜单元L3和第一透镜子单元LRa在变焦期间基本上一体地移动。由此，用于移动这些透镜单元的机构可被一体化，并且包括驱动单元的整个透镜镜筒可被小型化。
在第一到第六实施方式中，第三透镜单元L3和第三透镜子单元LRc在变焦期间基本上一体地移动。由此，用于移动这些透镜单元的机构可被一体化，并且包括驱动单元的整个透镜镜筒可被小型化。
在第一到第五实施方式中，包括在后透镜单元LR中的第一透镜子单元LRa和第三透镜子单元LRc在变焦期间基本上一体地移动。由此，用于移动这些透镜单元的机构可被一体化，并且包括驱动单元的整个透镜镜筒可被小型化。
在各个实施方式中，从无穷远向有限距离聚焦是通过朝向物侧移动第四透镜单元L4来进行的。通过将小型且轻质的透镜单元用于聚焦操作，聚焦机构可被小型化，并且聚焦速度可提高。
在各个实施方式中，所有的透镜单元在变焦期间移动。因为每个透镜单元移动，所以用于移动的空间被有效地使用，并且能够在不增大变焦透镜的尺寸的情况下获得足够的变焦量和高的光学性能。
在各个实施方式中，在从广角端到望远端的变焦期间，所有透镜单元朝向物侧移动。由此，在广角端的总长度可被减小。一般地，从快照的观点看，当照相机被携带时的变焦位置希望是广角端，因此在广角端的总长度希望是短的。
在本发明实施方式的变焦透镜中，一个或多个如下条件表达式希望被满足。
整个变焦透镜系统在广角端的焦距将被表示为fw，并且整个变焦透镜系统在望远端的焦距将被表示为ft。第一透镜单元L1的焦距将被表示为f1，第二透镜单元L2的焦距将被表示为f2，并且第四透镜单元L4的焦距将被表示为f4。在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第二透镜子单元LRb的横向放大倍数将被表示为βist，并且在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间设置在第二透镜子单元LRb的像侧的透镜单元的组合横向放大倍数将被表示为βisRt。
在望远端的第二透镜子单元LRb的物侧表面与孔径光阑之间的距离将被表示为List。第二透镜子单元LRb的物侧表面的曲率半径将被表示为Risf，并且第二透镜子单元LRb的像侧表面的曲率半径将被表示为Risr。在从广角端向望远端变焦期间第一透镜单元L1的移动距离将被表示为X1，并且在从广角端向望远端变焦期间第三透镜单元L3的移动距离将被表示为X3。朝向像侧的移动是正的。
一个或多个如下条件表达式希望被满足：
2.0<f1/fw<8.0               (3)，
0.5<|f2|/fw<1.2             (4)，
3.0<f1/|f2|<9.0             (5)，
-3.5<(1-βist)*βisRt<-1.0  (6)，
0.1<List/fw<1.4             (7)，
1.0<|Risf/Risr|<10.0        (8)，
0.6<|f4|/fw<5.0             (9)，
0.8<|f12w|/fw<1.8           (10)，
0.8<f3Rw/fw<2.0             (11)，
0.01<fRt/ft<1.0             (12)，以及
0.8<X1/X3<5.0               (13)。
接下来，将描述各个条件表达式的技术含义。
条件表达式(3)定义第一透镜单元L1的焦距f1与整个透镜系统在广角端的焦距fw之比。
当f1/fw小于条件表达式(3)的下限时，第一透镜单元L1的焦距过短，并且特别地难以校正在望远端的球面像差和轴向色像差。或者在广角端的焦距过长，并且在广角端拍摄图像的场角（field angle）窄。当f1/fw大于上限时，第一透镜单元L1的焦距过长，用于变焦的透镜单元的移动距离长，并且整个透镜系统大。
条件表达式(4)定义第二透镜单元L2的焦距f2与整个透镜系统在广角端的焦距fw之比。
当|f2|/fw小于条件表达式(4)的下限时，第二透镜单元L2的焦距f2过短，并且特别地难以校正在广角端的场曲和倍率色像差。当|f2|/fw大于上限时，第二透镜单元L2的焦距f2过长，用于变焦的透镜单元的移动距离长，并且整个透镜系统大。
条件表达式(5)定义第一透镜单元L1的焦距f1与第二透镜单元L2的焦距f2之比。
当f1/|f2|大于条件表达式(5)的上限或者小于其下限时，用于变焦的第一透镜单元L1或第二透镜单元L2的移动距离长，并且整个透镜系统大。或者第一透镜单元L1或第二透镜单元L2的焦距过短，因此在整个变焦范围内的像差校正是困难的。
条件表达式(6)定义在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第二透镜子单元LRb的横向放大倍数βist，以及在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间设置在第二透镜子单元LRb的像侧的透镜单元的组合横向放大倍数βisRt。即，根据在望远端聚焦到位于无穷远处的物体上期间单元的横向放大倍数来定义图像稳定透镜单元的偏心量与图像的移动距离之比（灵敏度）。
当(1-βist)*βisRt小于条件表达式(6)的下限时，第二透镜子单元LRb的振动控制灵敏度过高，并且振动控制是困难的。当(1-βist)*βisRt大于上限时，第二透镜子单元LRb的灵敏度过低，图像稳定期间透镜单元的移动距离长，因此包括驱动单元的整个透镜镜筒大。
条件表达式(7)定义在望远端的孔径光阑和第二透镜子单元LRb的物侧表面之间的距离List与整个透镜系统在广角端的焦距fw之比。
当List/fw小于条件表达式(7)的下限时，第二透镜子单元LRb的像侧表面与孔径光阑之间的距离过短，并且驱动单元的布置是困难的。当List/fw大于上限时，第二透镜子单元LRb的像侧表面与孔径光阑之间的距离过长，并且第二透镜子单元LRb的直径大。
条件表达式(8)定义包括在后透镜单元LR的第二透镜子单元LRb的物侧表面的曲率半径Risf及其像侧表面的曲率半径Risr。
当|Risf/Risr|大于条件表达式(8)的上限或小于其下限时，难以在图像稳定期间内校正像差的波动，尤其是偏心彗形像差。
条件表达式(9)定义第四透镜单元L4的焦距f4与整个透镜系统在广角端的焦距fw之比。
当|f4|/fw小于条件表达式(9)的下限时，第四透镜单元L4的焦距f4过短，并且特别地难以在聚焦期间校正球面像差和彗形像差的波动。当|f4|/fw大于上限时，第四透镜单元L4的焦距f4过长，用于聚焦的移动距离过长，因此包括驱动单元的整个透镜镜筒大。
条件表达式(10)定义在广角端第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的组合焦距f12w与整个透镜系统在广角端的焦距fw之比。
当|f12w|/fw小于条件表达式(10)的下限时，组合焦距过短，并且特别地难以校正场曲和像散。当|f12w|/fw大于上限时，组合焦距过长，并且在广角端整个透镜系统大。
条件表达式(11)定义在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间第三透镜单元L3和位于第三透镜单元L3的像侧的透镜单元的组合焦距f3Rw与整个透镜系统在广角端的焦距fw之比。
当f3Rw/fw小于条件表达式(11)的下限时，组合焦距过短，并且特别地难以校正球面像差和彗形像差。当f3Rw/fw大于上限时，组合焦距过长，并且在广角端整个透镜系统大。
条件表达式(12)定义在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间后透镜单元LR的焦距fRt与整个透镜系统在望远端的焦距fw之比。
当fRt/ft小于条件表达式(12)的下限时，组合焦距过短，并且特别地难以校正球面像差和彗形像差。当fRt/ft大于上限时，组合焦距过长，并且在望远端整个透镜系统大。
条件表达式(13)定义在从广角端向望远端变焦期间第一透镜单元L1的移动距离X1与第三透镜单元L3的移动距离X3之比。朝向物侧的移动是正的。
当X1/X3小于条件表达式(13)的下限时，第三透镜单元L3的移动距离与第一透镜单元L1的移动距离相比过长，并且前透镜的直径大。当X1/X3大于上限时，第三透镜单元L3的移动距离与第一透镜单元L1的移动距离相比过短，并且第一透镜单元L1的移动距离相对较长。因此，用于第一透镜单元L1的移动透镜镜筒大，并且包括透镜镜筒结构的整个透镜系统大。
在各个实施方式中，优选地，条件表达式(3)到(13)的数值范围被如下设定：
3.0<f1/fw<7.0               (3a)，
0.65<|f2|/fw<1.1            (4a)，
4.0<f1/|f2|<8.0             (5a)，
-3.0<(1-βist)*βisRt<-1.2  (6a)，
0.2<List/fw<1.2             (7a)，
1.2<|Risf/Risr|<8.0         (8a)，
0.7<|f4|/fw<4.0             (9a)，
0.9<|f12w|/fw<1.5           (10a)，
0.9<f3Rw/fw<1.8             (11a)，
0.05<fRt/ft<0.5             (12a)，以及
0.9<X1/X3<4.0               (13a)。
在各个实施方式中，更优选地，条件表达式(3a)到(13a)的数值范围被如下设定：
4.0<f1/fw<6.0               (3b)，
0.8<|f2|/fw<1.0             (4b)，
5.0<f1/|f2|<7.0             (5b)，
-2.5<(1-βist)*βisRt<-1.4  (6b)，
0.3<List/fw<1.0             (7b)，
1.4<|Risf/Risr|<6.0         (8b)，
0.8<|f4|/fw<3.0             (9b)，
1.0<|f12w|/fw<1.3           (10b)，
1.0<f3Rw/fw<1.5             (11b)，
0.1<fRt/ft<0.4              (12b)，以及
1.0<X1/X3<3.0               (13b)。
接下来，将描述第一到第七实施方式的变焦透镜的配置。
第一实施方式
在该实施方式的变焦透镜中，在从广角端向望远端变焦期间，透镜单元移动以使得第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离各自增大。此外，透镜单元移动以使得第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离以及第四透镜单元L4与后透镜单元LR之间的距离减小。所有的透镜单元都向物侧移动。第三透镜单元L3和后透镜单元LR一体地移动。孔径光阑被设置在第一透镜子单元LRa中并且与第一透镜子单元LRa一体地移动。
包括在后透镜单元LR中的第二透镜子单元LRb移动以具有在垂直于光轴的方向上的分量，从而进行图像稳定。这样，包括驱动机构的整个透镜系统被小型化。
使用内对焦（inner focus）方法，在该方法中第四透镜单元L4在光轴上移动以进行聚焦。通过将小且轻质的第四透镜单元L4用作聚焦单元，包括驱动机构的整个透镜系统被小型化并且实现高速聚焦。
第二实施方式
此实施方式的变焦类型、图像稳定方法及聚焦方法与第一实施方式的相同。此实施方式与第一实施方式的区别在于：各透镜单元中的透镜配置和形状。
第三实施方式
此实施方式是七单元变焦透镜，从物侧起依次具有正、负、正、负、正、负、和正的折光力。后透镜单元LR包括：具有正折光力的第五透镜单元（第一透镜子单元）LRa、具有负折光力的第六透镜单元（第二透镜子单元）LRb、和具有正折光力的第七透镜单元（第三透镜子单元）LRc。由于此配置，此变焦透镜具有宽的视角和高的变焦比。
在此实施方式中，在从广角端向望远端变焦期间，透镜单元移动以使得第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离、第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离、以及第五透镜单元LRa与第六透镜单元LRb之间的距离各自增大。此外，透镜单元移动以使得第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、第四透镜单元L4与第五透镜单元LRa之间的距离、以及第六透镜单元LRb与第七透镜单元LRc之间的距离减小。所有的透镜单元向物侧移动。第三透镜单元L3、第五透镜单元LRa、和第七透镜单元LRc一体地移动。孔径光阑被设置在第五透镜单元LRa的物侧并且与第五透镜单元LRa一体地移动。此实施方式的图像稳定方法和聚焦方法与第一实施方式的相同。
第四实施方式
此实施方式的变焦类型和聚焦方法与第三实施方式的相同。此实施方式与第三实施方式的区别在于：孔径光阑被设置在第五透镜单元LRa中，在广角端的视角增大，并且变焦比改变。
第五实施方式
此实施方式的变焦类型、图像稳定方法和聚焦方法与第四实施方式的相同。此实施方式与第四实施方式的区别在于：各透镜单元中的透镜配置和形状。
第六实施方式
此实施方式是六单元变焦透镜，从物侧起依次具有正、负、正、负、正、和负的折光力。后透镜单元LR包括：具有正折光力的第五透镜单元（第一透镜子单元）LRa，和包括具有负折光力的第二透镜子单元LRb和具有正折光力的第三透镜子单元LRc的第六透镜单元。由于此配置，确保了在中间变焦位置处的像差校正的自由度。
在此实施方式中，在从广角端向望远端变焦期间，透镜单元移动以使得第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离、以及第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离各自增大。此外，透镜单元移动以使得第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、第四透镜单元L4与第五透镜单元LRa之间的距离、以及第五透镜单元LRa与第六透镜单元之间的距离减小。所有的透镜单元向物侧移动。第三透镜单元L3和第六透镜单元L6一体地移动。孔径光阑被设置在第五透镜单元LRa中并且与第五透镜单元LRa一体地移动。此实施方式的图像稳定方法和聚焦方法与第一实施方式的相同。
第七实施方式
此实施方式是六单元变焦透镜，从物侧起依次具有正、负、正、负、正、和正的折光力。后透镜单元LR包括：包括具有正折光力的第一透镜子单元LRa和具有负折光力的第二透镜子单元LRb的第五透镜单元，和具有正折光力的第六透镜单元（第三透镜子单元）LRc。由于此配置，确保了在中间变焦位置处的像差校正的自由度。
在此实施方式中，在从广角端向望远端变焦期间，透镜单元移动以使得第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离、第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离、以及第五透镜单元与第六透镜单元LRc之间的距离各自增大。此外，透镜单元移动以使得第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、以及第四透镜单元L4与第五透镜单元之间的距离减小。所有的透镜单元向物侧移动。第三透镜单元L3和第五透镜单元一体地移动。孔径光阑被设置在第五透镜单元中并且与第五透镜单元一体地移动。此实施方式的图像稳定方法和聚焦方法与第一实施方式的相同。
虽然已经描述了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，并且可以在不背离本发明的精神的情况下做出各种修改和改变。例如，在各个实施方式的变焦透镜中，为了控制在变焦期间F数的波动，孔径直径可根据变焦位置来控制。留在光学系统中的畸变可以被电校正（通过图像处理来校正）。
第一到第七实施方式中的变焦透镜可用在诸如可互换式透镜、静态照相机、视频照相机或数字静物照相机之类的光学设备中。
以下是与第一到第七实施方式对应的数值实施方式1到7。在每个数值实施方式中，表面编号“i”从物侧开始计数；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个表面和第(i+1)个表面之间的轴向距离；并且，ndi和νdi分别表示针对d线的第i个光学部件的材料的折射率和阿贝数。f表示焦距，Fno表示F数，并且ω表示半视角。
阿贝数νd由如下表达式定义：
νd=(Nd-1)/(NF-NC)
其中Nd是针对夫琅和费的d线（587.6nm）的折射率，NF是针对夫琅和费的F线（486.1nm）的折射率，并且NC是针对夫琅和费的C线（656.3nm）的折射率。非球面形状由如下表达式定义：
x=(h2/r)/[1+{1-(1+K)×(h/r)2}1/2]+A4×h4+A6×h6+A8×h8+A10×h10
其中光行进的方向是正的，x是在光轴方向上的从表面顶点位移的量，h是在垂直于光轴的方向上的从光轴起的高度，r是傍轴曲率半径，K是锥形常数，并且A4、A6、A8和A10是非球面系数。
数值中的“E±XX”意味着“×10±XX”。
表1示出上述条件表达式和数值实施方式之间的关系。表2示出在条件表达式中使用的参数。
（数值实施方式1）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000171
Figure BDA00003342329000181
非球面表面数据
第6表面
K=2.03284e+001     A4=1.34534e-005    A6=9.74836e-008
A8=-5.46269e-010   A10=7.48620e-012
第18表面
K=-4.02860e+000    A4=-1.06804e-004    A6=-4.99512e-006
A8=-1.13675e-008   A10=-3.18466e-009   A12=6.43346e-011
第19表面
K=0.00000e+000     A4=1.40820e-004    A6=-3.17915e-006
A8=-8.57069e-008   A10=1.14883e-009   A12=-1.17453e-012
第23表面
K=-9.67257e-001    A4=-2.37994e-005    A6=1.12104e-007
A8=5.00265e-011
各种数据
变焦比    2.87
Figure BDA00003342329000191
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000192
Figure BDA00003342329000201
单透镜数据
Figure BDA00003342329000202
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量：0.13mm
（数值实施方式2）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000203
非球面表面数据
第18表面
K=1.17889e+001     A4=-1.33689e-004     A6=-2.50949e-006
A8=-6.04062e-008   A10=-1.74258e-009   A12=7.19571e-011
第19表面
K=0.00000e+000    A4=1.99647e-004     A6=-2.33047e-006
A8=7.26332e-008   A10=-4.80612e-009   A12=9.66776e-011
第23表面
K=-1.30942e+001     A4=-2.56689e-005    A6=-6.31439e-009
A8=5.41738e-010    A10=-3.94493e-012
各种数据
变焦比    2.88
Figure BDA00003342329000221
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000232
单透镜数据
Figure BDA00003342329000233
Figure BDA00003342329000241
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量：0.14mm
（数值实施方式3）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000242
Figure BDA00003342329000251
非球面表面数据
第8表面
K=0.00000e+000    A4=4.01170e-008    A6=3.71896e-008
A8=-3.23706e-010   A10=3.72882e-012
第20表面
K=0.00000e+000    A4=-2.49915e-005    A6=9.28698e-009
A8=-5.98683e-011
第32表面
K=0.00000e+000     A4=-9.78807e-006    A6=6.81962e-008
A8=-6.75998e-010   A10=5.63904e-012
各种数据
变焦比  10.39
Figure BDA00003342329000261
Figure BDA00003342329000271
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000272
单透镜数据
Figure BDA00003342329000273
Figure BDA00003342329000281
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量：0.61mm
（数值实施方式4）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000282
Figure BDA00003342329000291
非球面表面数据
第17表面
K=0.00000e+000    A4=-3.03167e-005    A6=-1.86815e-008
A8=-3.15213e-011
第30表面
K=0.00000e+000    A4=1.14172e-005    A6=-5.62724e-009
A8=5.10164e-009   A10=-2.89528e-011
各种数据
变焦比    7.14
Figure BDA00003342329000301
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000311
单透镜数据
Figure BDA00003342329000321
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量:0.38mm
（数值实施方式5）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000322
非球面表面数据
第18表面
K=0.00000e+000    A4=-2.38371e-005    A6=-1.55058e-008
A8=-8.26915e-012
第31表面
K=0.00000e+000    A4=5.74384e-006    A6=1.33560e-008
A8=4.21980e-009    A10=-5.89399e-012
各种数据
变焦比    7.14
Figure BDA00003342329000341
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000342
Figure BDA00003342329000351
单透镜数据
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量:0.41mm
（数值实施方式6）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000361
非球面表面数据
第5表面
K=-4.24489e-005    A4=-1.19387e-005    A6=1.29199e-008
A8=-3.04608e-010   A10=-7.90463e-012
第18表面
K=-3.61129e+000    A4=-1.06487e-004    A6=-6.11011e-006
A8=-8.02222e-008   A10=-1.71559e-009   A12=6.43346e-011
第19表面
K=-3.06807e+000    A4=1.39684e-004    A6=-5.13683e-006
A8=-1.03318e-007   A10=2.01327e-009   A12=-1.17453e-012
第23表面
K=2.66621e+000    A4=-2.46434e-005    A6=-7.14075e-008
A8=1.40114e-009   A10=-4.63147e-012
各种数据
变焦比    2.71
Figure BDA00003342329000381
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000382
Figure BDA00003342329000391
单透镜数据
Figure BDA00003342329000392
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量:0.15mm
（数值实施方式7）
单位 mm
表面数据
Figure BDA00003342329000393
非球面表面数据
第18表面
K=-3.33163e+001    A4=-1.55986e-004    A6=-4.62425e-007
A8=-3.50894e-007   A10=1.57963e-008    A12=-2.45153e-010
第19表面
K=0.00000e+000     A4=2.00254e-005    A6=5.90578e-007
A8=-2.31240e-007   A10=1.26439e-008   A12=-2.16377e-010
第23表面
K=4.59006e+000     A4=5.99849e-007    A6=8.01623e-009
A8=-3.63247e-010   A10=1.56772e-012
各种数据
变焦比    2.88
Figure BDA00003342329000411
变焦透镜单元数据
Figure BDA00003342329000422
单透镜数据
Figure BDA00003342329000423
Figure BDA00003342329000431
用于在望远端校正整个光学系统的0.3度旋转模糊的LRb单元的从光轴起的偏心量:0.16mm
表1
Figure BDA00003342329000433
表2
第一实施方式 第二实施方式 第三实施方式 第四实施方式
f12w -22.492 -20.344 -22.347 -19.764
f3Rw 21.149 19.893 25.976 23.191
fis -18.261 -19.335 -39.325 -36.200
fRt16.497 17.018 20.463 19.351
f192.786 99.382 106.873 92.247
fw18.576 18.500 18.600 16.480
f2-16.686 -15.738 -16.623 -14.660
βist5.873 6.716 5.327 3.102
βisRt0.439 0.355 0.381 0.780
List6.800 6.976 16.229 9.089
Risf-42.910 -55.761 170.102 95.754
Risr26.991 25.575 32.932 26.077
f4-26.429 -29.908 -28.076 -46.401
ft53.355 53.353 193.230 117.700
X1-26.564 -33.110 -65.805 -47.600
X3-19.308 -20.152 -32.247 -28.840
第五实施方式 第六实施方式 第七实施方式
f12w -19.137 -22.566 -22.174
f3Rw 23.360 21.615 20.871
fis -37.524 -24.165 -24.215
fRt 19.478 14.671 17.147
f1 96.034 87.258 95.989
fw 16.480 18.500 18.500
f2 -14.363 -16.780 -16.750
βist 3.174 5.144 5.416
βisRt 0.693 0.422 0.396
List 9.666 6.019 6.229
Risf 131.200 -154.216 -92.213
Risr 29.632 25.487 29.079
f4 -47.237 -16.568 -29.018
ft 117.700 50.100 53.351
X1 -48.325 -22.232 -33.715
X3 -27.117 -22.094 -21.388
尽管已参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求的范围与最宽的解释一致，从而涵盖所有这些修改以及等同结构和功能。

Claims (18)

1.一种变焦透镜，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；
具有负折光力的第四透镜单元；以及
后透镜单元，
其中，所述后透镜单元从物侧到像侧依次包括：具有正折光力的第一透镜子单元、具有负折光力的第二透镜子单元、以及具有正折光力的第三透镜子单元，
其中，在变焦期间，所述第一透镜单元和所述第二透镜单元之间的距离、所述第二透镜单元和所述第三透镜单元之间的距离、所述第三透镜单元和所述第四透镜单元之间的距离、以及所述第四透镜单元和所述第一透镜子单元之间的距离各自改变，
其中，所述第二透镜子单元能够在具有与光轴垂直的分量的方向中移动，以及
其中，满足如下的条件表达式：
0.73<|f12w|/f3Rw<2.0，以及
0.8<|fis|/fRt<2.5，
其中f12w是在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间所述第一透镜单元和所述第二透镜单元的组合焦距，f3Rw是在广角端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间所述第三透镜单元和设置在所述第三透镜单元的像侧的透镜单元的组合焦距，fis是所述第二透镜子单元的焦距，并且fRt是在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间所述后透镜单元的组合焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
2.0<f1/fw<8.0，
其中f1是所述第一透镜单元的焦距，并且fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
0.5<|f2|/fw<1.2，
其中f2是所述第二透镜单元的焦距，并且fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
3.0<f1/|f2|<9.0，
其中f1是所述第一透镜单元的焦距，并且f2是所述第二透镜单元的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
-3.5<(1-βist)*βisRt<-1.0，
其中βist是在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间所述第二透镜子单元的横向放大倍数，并且βisRt是在望远端在聚焦到位于无穷远处的物体上期间被设置在所述第二透镜子单元的像侧的透镜单元的组合横向放大倍数。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括：在所述第二透镜单元和所述第三透镜子单元之间的孔径光阑，
其中，满足如下的条件表达式：
0.1<List/fw<1.4，
其中List是在望远端在所述孔径光阑和所述第二透镜子单元的物侧表面之间的距离，并且fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
1.0<|Risf/Risr|<10.0，
其中Risf是所述第二透镜子单元的物侧表面的曲率半径，并且Risr是所述第二透镜子单元的像侧表面的曲率半径。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
0.6<|f4|/fw<5.0，
其中f4是所述第四透镜单元的焦距，并且fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
0.8<|f12w|/fw<1.8，
其中fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
0.8<f3Rw/fw<2.0，
其中fw是整个变焦透镜系统在广角端的焦距。
11.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
0.01<fRt/ft<1.0，
其中ft是整个变焦透镜系统在望远端的焦距。
12.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足如下的条件表达式：
0.8<X1/X3<5.0，
其中X1是在从广角端向望远端变焦期间所述第一透镜单元的移动距离，X3是在从广角端向望远端变焦期间所述第三透镜单元的移动距离，并且在从广角端向望远端变焦期间朝向像侧的移动是正的。
13.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在变焦期间，所述第一透镜子单元、所述第二透镜子单元和所述第三透镜子单元一体地移动。
14.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在变焦期间，所述第一透镜子单元和所述第二透镜子单元之间的距离改变，并且所述第二透镜子单元和所述第三透镜子单元之间的距离改变。
15.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在变焦期间，所述第二透镜子单元和所述第三透镜子单元一体地移动，并且所述第一透镜子单元和所述第二透镜子单元之间的距离改变。
16.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在变焦期间，所述第一透镜子单元和所述第二透镜子单元一体地移动，并且所述第二透镜子单元和所述第三透镜子单元之间的距离改变。
17.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括：在所述第二透镜单元和所述第三透镜子单元之间的孔径光阑，其中，被设置在所述第二透镜单元的像侧且被设置在所述孔径光阑的物侧的透镜单元中的至少一个充当在所述光轴上移动并且进行聚焦操作的聚焦透镜单元。
18.一种光学设备，其配备有根据权利要求1到17中的任一项所述的变焦透镜。
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