CN104483745A - 变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置。一种变焦透镜包含：在聚焦和变焦期间移动的包含两个或更少的透镜的具有负折光力的透镜单元Ln；被设置为邻近其物体侧的具有正折光力的透镜单元Lp1；被设置为邻近其像侧的具有正折光力的透镜单元Lp2。透镜单元Lp1和透镜单元Lp2在变焦期间移动。在广角端的整个变焦透镜中的最接近物体侧的透镜表面与像面之间的距离Tlw、在广角端的透镜单元Ln中的最接近像侧的透镜表面与像面之间的距离Dnw、在广角端的后焦距bfw以及在望远端的透镜单元Ln的在聚焦期间的最大移动量Mfnt被适当地设定。

Description

变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置

本申请是申请号为201210375734.9、申请日为2012年9月29日、发明名称为“变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及变焦透镜和具有变焦透镜的图像拾取装置。更特别地，本发明涉及诸如例如单镜头反射式照相机、数字静态照相机、数字视频照相机、TV照相机和监视照相机的摄影光学系统。

背景技术

诸如单镜头反射式照相机或视频照相机的图像拾取装置需要能够快速、高精度地自动聚焦。已知后对焦变焦透镜能够容易地执行快速自动聚焦。后对焦变焦透镜通过移动除物体侧的第一透镜单元以外的小的、重量轻的透镜单元执行聚焦。

近年来的单镜头反射式照相机具有运动图像捕获功能，并且要求能够在运动图像捕获期间自动聚焦。高频率检测系统(TV-AF系统)常被用作捕获运动图像的自动聚焦系统。高频率检测系统检测图像捕获信号中的高频率成分，以评价摄影光学系统的对焦状态。

使用TV-AF系统的图像拾取装置沿光轴方向摆动或快速振动聚焦透镜单元以检测偏离对焦状态的方向。在摆动之后，图像拾取装置检测来自图像传感器的输出信号中的图像区域的与特定的频带对应的信号成分，以计算对于合焦状态的聚焦透镜单元的最优位置。图像拾取装置然后移动聚焦透镜单元以完成聚焦。聚焦透镜单元需要具有小的尺寸和轻的重量，使得聚焦透镜单元可被摆动。已知的变焦透镜包括如下这样的透镜单元，其一部分是尺寸小并且重量轻的用于聚焦的透镜单元。

如在美国专利No.7184221中讨论的那样，六单元变焦透镜包含分别具有负折光力、正折光力、负折光力、正折光力、负折光力和正折光力的第一到第六透镜单元。尺寸小并且重量轻的第五透镜单元执行聚焦。

如在美国专利申请公开No.2010/0091170中讨论的那样，变焦透镜包含分别具有正折光力、负折光力、负折光力、正折光力和正折光力的第一到第五透镜单元。第三透镜单元执行聚焦。

如在美国专利申请公开No.2010/0091171中讨论的那样，变焦透镜包含分别具有正折光力、负折光力、正折光力、正折光力和正折光力的第一到第五透镜单元。第三透镜单元执行聚焦。

如在美国专利No.6556356中讨论的那样，变焦透镜包含分别具有正折光力、负折光力、正折光力和正折光力的第一到第四透镜单元。第二透镜单元执行聚焦。

如在日本专利申请公开No.2001-033697中讨论的那样，变焦透镜包含分别具有正折光力、负折光力、正折光力、负折光力和正折光力的第一到第五透镜单元。第四透镜单元执行聚焦。

聚焦透镜单元可使用具有少量的透镜的尺寸小、重量轻的透镜单元，以提高自动聚焦速度。并且，聚焦透镜单元可使用具有高的折光力的透镜单元以减少聚焦期间的移动量。但是，如果聚焦透镜单元包含少量的透镜，那么增大聚焦透镜单元的折光力通常使聚焦透镜单元的残留像差增加并使由聚焦导致的像差变化增加。因此，不能充分增大聚焦透镜单元的焦度(power)。

相反，减小聚焦透镜单元的焦度会增加聚焦透镜单元在聚焦期间的移动量。作为结果，供聚焦透镜单元移动的空间增加，而不能确保足够的供变焦透镜单元移动的空间。难以在保持高的光学性能的同时实现整个变焦透镜的小型化。

一般地，变焦透镜需要能够实现快速的聚焦并使聚焦期间的像差变化最小。适当地配置变焦类型、聚焦透镜单元及其前后的透镜单元以在整个物体距离上确保高的光学性能是重要的。

发明内容

本发明针对能够快速聚焦的变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置。

根据本发明的一个方面，变焦透镜包含：具有负折光力的透镜单元Ln；具有正折光力的透镜单元Lp1；和具有正折光力的透镜单元Lp2。透镜单元Ln包含两个或更少的透镜并在聚焦和变焦期间移动。透镜单元Lp1被设置为邻近透镜单元Ln的物体侧。透镜单元Lp2被设置为邻近透镜单元Ln的像侧。透镜单元Lp1和透镜单元Lp2在变焦期间移动。变焦透镜满足以下的条件：

0.2<(Dnw-bfw)/(Tlw-bfw)<0.8

0.3<-Mnz/Mfnt<1.0

这里，Tlw表示在广角端的整个变焦透镜中的最接近物体侧的透镜表面与像面之间的距离，Dnw指示在广角端的透镜单元Ln中的最接近像侧的透镜表面与像面之间的距离，bfw表示在广角端的后焦距(backfocus)，Mfnt表示在假定从物体侧到像侧的移动为正的情况下在望远端的透镜单元Ln的最大聚焦移动量，Mnz表示在假定距离的增加为正的情况下从广角端到望远端的变焦期间的透镜单元Ln与透镜单元Lp1之间的距离的变化量。

根据本发明的另一实施例，变焦透镜从物体侧到像侧依次包含：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；和包含一个或更多个透镜单元并且整体具有正折光力的后组。这些透镜单元在变焦期间移动并且第四透镜单元在聚焦期间移动。变焦透镜满足以下的条件：

|ft/f₁₂₃t|<0.6

这里，ft表示整个变焦透镜的在望远端的焦距，f₁₂₃t表示在望远端的从第一透镜单元到第三透镜单元的复合焦距。

参照附图阅读示例性实施例的以下的详细的描述，本发明的其它特征和方面将变得清晰。

附图说明

包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的示例性实施例、特征和方面，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图2A、图2B、图2C和图2D是根据第一示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在420mm的物体距离上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图3是根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图4A、图4B、图4C和图4D是根据第二示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在300mm的物体距离上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图5是根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图6A、图6B、图6C和图6D是根据第三示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在390mm的物体距离上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图7是根据本发明的第四示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图8A、图8B、图8C和图8D是根据第四示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在420mm的物体距离上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图9是根据本发明的第五示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图10A、图10B、图10C和图10D是根据第五示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在420mm的物体距离上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图11是根据本发明的第六示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图12A、图12B、图12C和图12D是根据第六示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图13是根据本发明的第七示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图14A、图14B、图14C和图14D是根据第七示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图15是根据本发明的第八示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图16A、图16B、图16C和图16D是根据第八示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图17是根据本发明的第九示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。

图18A、图18B、图18C和图18D是根据第九示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图19是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的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述本发明的各示例性实施例、特征和方面。

根据本发明的示例性实施例的变焦透镜包含透镜单元Ln，该透镜单元Ln具有负折光力、包含两个或更少的透镜并且在聚焦期间以及变焦期间移动。变焦透镜还包含透镜单元Lp1和Lp2。透镜单元Lp1具有正折光力并被设置为邻近透镜单元Ln的物体侧。透镜单元Lp2具有正折光力并被设置为邻近透镜单元Ln的像侧。透镜单元Lp1和Lp2为了变焦而移动。

另外，根据本发明的另一示例性实施例的变焦透镜包含透镜单元Lp，该透镜单元Lp具有正折光力、包含两个或更少的透镜并在聚焦期间以及变焦期间移动。变焦透镜还包含透镜单元Ln2和Ln2。透镜单元Ln1具有负折光力并被设置为邻近透镜单元Lp的物体侧。透镜单元Ln2具有负折光力并被设置为邻近透镜单元Lp的像侧。透镜单元Ln1和Ln2在变焦之际移动。

图1是根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图2A、图2B、图2C和图2D是根据第一示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离(shooting distance)420mm)上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。拍摄距离420mm代表数值例(后面描述)的单位为毫米的数值。这同样适用于后面的描述。

图3是根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图4A、图4B、图4C和图4D是根据第二示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离300mm)上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图5是根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图6A、图6B、图6C和图6D是根据第三示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离390mm)上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图7是根据本发明的第四示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图8A、图8B、图8C和图8D是根据第四示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离420mm)上聚焦期间的在广角端的和在望远端的像差图。

图9是根据本发明的第五示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图10A、图10B、图10C和图10D是在无限远物体上聚焦以及在最近物体(拍摄距离420mm)上聚焦的根据第五数值例的变焦透镜的在广角端的和在望远端的像差图。

各示例性实施例中的变焦透镜代表用于诸如视频照相机、数字照相机或卤化银胶片照相机的图像拾取装置的摄影透镜系统(光学系统)。在截面图中，左侧代表物体侧(前方)，右侧代表像侧(后方)。在截面图中，从物体侧起计数的第i个透镜单元表示为Li。孔径光阑表示为SP。如果变焦透镜被用于诸如视频照相机或数字静态照相机的摄影光学系统，那么像面IP等同于诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像传感器(光电转换元件)的成像平面。如果变焦透镜被用于卤化银胶片照相机，那么像面IP等同于胶片表面。

箭头代表从广角端到望远端的变焦期间的各透镜单元的移动轨迹。球面像差图示出d线(实线)和g线(虚线)。在像散图中，虚线表示相对于d线的子午像面ΔM。实线表示相对于d线的弧矢像面ΔS。示出畸变的示图与d线相关。横向色差与g线相关。F数表示为Fno。半视角表示为ω。在以下描述的示例性实施例中，广角端和望远端与当变焦透镜单元被机械定位于沿光轴的可移动范围的各端部时到达的变焦位置对应。

为了实现整个变焦透镜的小型化，普通的变焦透镜被配置为尽可能地增大在聚焦期间移动的聚焦透镜单元的焦度(折光力)并减少用于聚焦的移动范围。以下描述根据本发明的示例性实施例的变焦透镜与在上述的专利文献中讨论的变焦透镜之间的不同。

假定变焦透镜包含使用少量的透镜的聚焦透镜单元。在这种情况下，过量增大聚焦透镜单元焦度使得聚焦透镜单元的残存像差增加。物体距离的变化导致的像差变化大大增加。可存在同时提供尺寸小、重量轻的聚焦透镜单元并且减少由于物体距离的变化导致的像差变化的尝试。这种尝试增加了聚焦移动量并减少了供变焦透镜单元移动的空间。例如，在美国专利No.7184221中描述的六单元变焦透镜包含具有负折光力的尺寸小、重量轻的第五透镜单元。第五透镜单元用于聚焦。

根据美国专利No.7184221，第四和第六透镜单元具有正折光力。第四到第六透镜单元形成具有正折光力的复合透镜单元，以增加聚焦透镜单元的焦度。即使在这种情况下，具有正折光力的复合透镜单元的主点也可如预期的那样被定位。

根据美国专利No.7184221，包含第四到第六透镜单元的复合透镜单元使用具有高的负焦度的第五透镜单元作为聚焦透镜单元并且确保大的供其移动的空间。四单元变焦透镜包含具有负折光力、正折光力、负折光力和正折光力的透镜单元。复合透镜单元提供比具有正折光力的第四透镜单元低的焦度。作为结果，后聚焦型焦度布置趋于失衡(unbalance)。

另外，具有高的负折光力的透镜单元被定位于在像面附近轴外主光线导致大的入射高度之处。轴外光线大大升高以改变像侧的正透镜中的轴外主光线的入射高度。物体距离的变化趋于改变轴外像差。

在美国专利申请公开No.2010/0091170中描述的变焦透镜可增加作为聚焦透镜单元的第三透镜单元的焦度以限制聚焦移动量。结果是，将具有负折光力的透镜单元(即第二和第三透镜单元的组合)的前主点位置移动到第三透镜单元。移动等同于在包含分别具有正折光力、负折光力、正折光力和正折光力的透镜单元的四单元变焦透镜的广角端增加聚焦透镜单元与作为变化体(variator)的第二透镜单元之间的距离。这对于广角化大大不利。

根据美国专利申请公开No.2010/0091170，作为聚焦透镜单元的第三透镜单元在广角端向第二透镜单元移动或者在望远端向第四透镜单元移动，以减小变焦期间的距离。导致可变焦度效果。但是，需要确保第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离满足聚焦透镜单元的移动。结果是，限制了第二透镜单元向第四透镜单元的移动。与上述的四单元变焦透镜相比，作为变化体的第二透镜单元使可变焦度效果大大劣化。

根据美国专利申请公开No.2010/0091171的变焦透镜将第四透镜单元的正焦度(折光力)分配给作为聚焦透镜单元的第三透镜单元。第三透镜单元和第四透镜单元的主点位置向第三透镜单元移动。这妨碍了确保在广角端的长的后焦距。第三透镜单元在从广角端到望远端的变焦期间向第二透镜单元移动，以提供可变焦度。因此，第四透镜单元不能如作为聚焦透镜单元的第三透镜单元的移动那样多地向第二透镜单元移动。同样，与上述的四单元变焦透镜相比，可变焦度效果劣化。

与之相对，以下描述根据本发明的第一、第二、第四和第五示例性实施例的变焦透镜。具有负焦度的聚焦透镜单元Ln被夹在具有正焦度的透镜单元Lp1与具有正焦度的透镜单元Lp2之间，以提供具有正焦度的复合透镜单元(Lp1、Ln和Lp2)。复合透镜单元的位置远离像面。

增加透镜单元Ln的焦度没有明显改变具有正折光力的复合透镜单元的主点位置。能够容易地减小聚焦透镜单元Ln的聚焦移动量并实现整个变焦透镜的小型化和轻量化。透镜单元Ln的位置稍微远离像侧以防止轴外主光线的大的入射高度。作为结果，聚焦导致的透镜单元Ln的两侧的透镜单元Lp1和Lp2的入射高度的变化减小。物体距离的变化导致的轴外像差的变化减小。

在透镜单元Ln与处于两侧的透镜单元Lp1和Lp2中的一个之间容易建立远焦关系(afocal relation)。透镜单元Ln可减少聚焦期间的轴向光线的入射高度的变化。作为结果，物体距离的变化导致的诸如球面像差或轴向色差(纵向色差)的轴向像差的变化减小。

在根据本发明的示例性实施例的变焦透镜中，在从无限远物体到最近物体的聚焦期间透镜单元Ln移动更接近透镜单元Lp1。在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元Ln移动远离透镜单元Lp1。作为结果，确保了可变焦度效果。提供供聚焦透镜单元移动的空间补偿了变焦透镜单元上的负担。变焦透镜由此展示出在整个变焦和聚焦范围上具有优异的光学性能的特征，并容易在保持尺寸小、重量轻的聚焦机构的同时实现整个变焦透镜的小型化。

本发明的第三示例性实施例颠倒了上述的透镜单元Ln、Lp1和Lp2的折光力之间的正-负关系。第三示例性实施例通过设置具有正折光力的聚焦透镜单元Lp以及在其两侧相邻的具有负折光力的透镜单元Ln1和Ln2确保与以上类似的效果。

以下描述根据示例性实施例的变焦透镜。首先，将描述根据第一、第二、第四和第五示例性实施例的变焦透镜的特征。第一、第二、第四和第五示例性实施例提供了透镜单元Ln，该透镜单元Ln具有负折光力、包含两个或更少的透镜并在聚焦和变焦期间移动。变焦透镜还包含透镜单元Lp1和Lp2。透镜单元Lp1具有正折光力并且被设置为邻近透镜单元Ln的物体侧。透镜单元Lp2具有正折光力并被设置为邻近透镜单元Ln的像侧。透镜单元Lp1和Lp2为了变焦而移动。

在从无限远物体到最近物体的聚焦期间透镜单元Ln移动更接近透镜单元Lp1。在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元Ln移动为远离透镜单元Lp1。

假定在广角端的整个变焦透镜中的最接近物体侧的透镜表面与像面之间的距离为Tlw。假定在广角端的透镜单元Ln的最接近像侧的透镜表面与像面之间的距离为Dnw。假定在广角端的后焦距为bfw。假定在望远端的透镜单元Ln的聚焦期间的最大移动量为Mfnt。假定从物体侧向像侧的移动为正。假定从广角端到望远端的变焦期间的透镜单元Ln与Lp1之间的距离的变化量为Mnz。假定距离的增加为正。满足以下的条件：

0.2<(Dnw-bfw)/(Tlw-bfw)<0.8   (1)

0.3<-Mnz/Mfnt<1.0   (2)

用于聚焦的具有负折光力的透镜单元Ln被夹在均具有正折光力的透镜单元Lp1与Lp2之间。即使增加透镜单元Ln的焦度也可适当地定位包含透镜单元Lp1、Ln和Lp2的复合透镜单元的主点。聚焦透镜单元的焦度增加。聚焦期间的移动量减小。

透镜单元Ln被定位为满足条件(1)。聚焦导致的在透镜单元Ln的两侧的透镜单元Lp1和Lp2上的轴外主光线的入射高度的变化减小。因此，物体距离的变化导致的轴外像差的变化减小。背离条件(1)的下限会定位负焦度透镜单元接近在广角端需要正焦度的像面。后聚焦布置失衡以致于妨碍提供宽的视角以及使整个变焦透镜小型化。

另外，轴外主光线的入射高度在像侧增加。强的负焦度使轴外光束升高。物体距离的变化使轴外像差的变化增大。背离条件(1)的上限会导致透镜单元Ln移动为过于接近物体侧。轴外主光线的入射高度沿与像面相反的方向增加。物体距离的变化使轴外像差的变化增大。基于条件(2)，透镜单元Ln在变焦期间以及在聚焦期间移动。供透镜单元Ln在聚焦期间移动的空间可有效地用于变焦。可容易地实现整个变焦透镜的小型化。

背离条件(2)的上限会对于在望远端的透镜单元Ln的聚焦移动量提供过大的空间。整个变焦透镜尺寸增加。背离条件(2)的下限会减小由于透镜单元Ln导致的可变焦度效果。如果满足条件(1)和(2)，那么用于透镜单元Ln的诸如两个或更少的透镜的少量透镜的配置可容易地减小聚焦移动量，增加变焦期间的可变焦度效果，并且减少聚焦期间的像差变化。更有利地，条件(1)和(2)可被设为以下的值：

0.25<(Dnw-bfw)/(Tlw-bfw)<0.6   (1a)

0.35<-Mnz/Mfnt<0.95   (2a)

更有利地，第一、第二、第四和第五示例性实施例可满足以下的条件中的一个或更多个。假定透镜单元Ln、Lp1和Lp2的焦距分别为fn、fp1和fp2。假定透镜单元Ln的物体侧的和像侧的有效直径分别为ea_nf和ea_nr。假定透镜单元Lp1的像侧的和透镜单元Lp2的物体侧的有效直径分别为ea_p1r和ea_p2f。

假定在广角端的包含透镜单元Lp1、Ln和Lp2的复合透镜单元的后主点位置为okw。假定透镜单元Lp2的后主点位置为okp2。假定透镜单元Lp2的焦距为fp2。假定在广角端和在望远端的透镜单元Ln的横向倍率分别为βnw和βnt。可以满足以下的条件中的一个或更多个：

0.4<-fp1/fn<2.5   (3)

0.4<-fp2/fn<2.5   (4)

0.7<ea_p1r/ea_nf<1.4   (5)

0.7<ea_p2f/ea_nr<1.4   (6)

|(okw-okp2)/fp2|<0.3   (7)

|βnw|<1.0   (8)

|βnt|<1.0   (9)

条件(3)和(4)允许透镜单元Lp1和Lp2适当地校正在透镜单元Ln中出现的像差和由于物体距离的变化导致的像差变化。

背离条件(3)和(4)的上限分别使透镜单元Lp1和Lp2的焦度减小。在透镜单元Ln上过量地出现像差。物体距离的变化导致过量的像差变化。光学性能劣化。背离条件(3)和(4)的下限会导致透镜单元Ln的焦度太低。聚焦移动量增加。整个变焦透镜尺寸增加。

条件(5)和(6)涉及透镜单元Ln、Lp1和Lp2的有效直径。条件(5)和(6)分别规定了透镜单元Ln与透镜单元Lp1和Lp2的有效直径比。使条件(5)和(6)的值接近于“1”使轴外主光线的入射高度的变化减小以及使由于物体距离的变化导致的诸如像场弯曲和横向色差(倍率色差)的轴外像差的变化减小。

背离条件(5)和(6)的上限分别导致透镜单元Lp1和Lp2的有效直径相对于透镜单元Ln太大。背离条件(5)和(6)的下限分别导致透镜单元Lp1和Lp2的有效直径太小。任一种情况都使得透镜单元Ln上的轴外主光线的入射高度的变化增加。物体距离的变化使轴外像差的变化增加。

复合透镜单元包含透镜单元Lp1、Ln和Lp2。条件(7)通过将在广角端的复合透镜单元的后主点位置接近于透镜单元Lp2的后主点位置来适当地校正变焦期间的像差。背离条件(7)的上限会增加后主点位置okw，导致透镜单元Lp1上的焦度低并且导致透镜单元Ln上的焦度太高。聚焦使得像差变化增大。

背离条件(7)的上限可减小后主点位置okw，以将具有正折光力的复合透镜单元的主点定位为距像侧过远。后聚焦焦度布置失衡。整个变焦透镜尺寸增加。

条件(8)涉及在广角端的透镜单元Ln的横向倍率。满足条件(8)在透镜单元Lp1与Ln之间提供了远焦关系。物体距离的变化导致的诸如球面像差或轴向色差的轴向像差的变化减小。背离条件(8)会使透镜单元Lp1与Ln之间的远焦关系失衡。物体距离的变化导致的轴向像差的变化增大。

与条件(8)类似，条件(9)适当地规定在望远端以及在广角端的透镜单元Ln的横向倍率。满足条件(9)使得在望远端以及在广角端在透镜单元Lp1与Ln之间提供远焦关系。物体距离的变化导致的轴向像差的变化减小。更有利地，条件(3)～(9)可被设为以下的数值范围：

0.7<-fp1/fn<2.0   (3a)

0.5<-fp2/fn<1.6   (4a)

0.83<ea_p1r/ea_nf<1.2   (5a)

0.83<ea_p2f/ea_nr<1.2   (6a)

|(okw-okp2)/fp2|<0.2   (7a)

|βnw|<0.4   (8a)

|βnt|<0.5   (9a)

根据第一、第二、第四和第五示例性实施例，透镜单元Lp1和Lp2可在变焦期间一起移动以抑制透镜单元的相对偏心。可以减少制造误差。可以简化机械结构。

以下描述根据第三示例性实施例的变焦透镜的特征。根据第三示例性实施例的变焦透镜包含透镜单元Lp，该透镜单元Lp具有正折光力、包含两个或更少的透镜并且在聚焦和变焦期间移动。变焦透镜还包含透镜单元Ln1和Ln2。透镜单元Ln1具有负折光力并被设置为邻近透镜单元Lp的物体侧。透镜单元Ln2具有负折光力并被设置为邻近透镜单元Lp的像侧。透镜单元Ln1和Ln2为了变焦而移动。

在从无限远物体到最近物体的聚焦期间透镜单元Lp移动更接近透镜单元Ln2。在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元Lp移动远离透镜单元Ln2。

假定在广角端的整个变焦透镜中的最接近物体侧的透镜表面与像面之间的距离为Tlw。假定在广角端的透镜单元Ln2的最接近像侧的透镜表面与像面之间的距离为Dn2w。假定在广角端的后焦距为bfw。假定在望远端的透镜单元Lp的聚焦期间的最大移动量为Mfpt。假定从物体侧向像侧的移动为正。假定从广角端到望远端的变焦期间的透镜单元Lp与Ln2之间的距离的变化量为Mpz。假定距离的减小为正。满足以下的条件：

0.2<(Dn2w-bfw)/(Tlw-bfw)<0.8   (10)

0.3<-Mpz/Mfpt<1.0   (11)

用于聚焦的具有正折光力的透镜单元Lp被夹在均具有负折光力的透镜单元Ln1与Ln2之间。即使增加透镜单元Lp的焦度也可适当地定位包含透镜单元Ln1、Lp和Ln2的复合透镜单元的主点。聚焦透镜单元的焦度增加。聚焦期间移动量减小。

透镜单元Lp被定位为满足条件(10)。聚焦导致的在透镜单元Lp的两侧的透镜单元Ln1和Ln2上的轴外主光线的入射高度的变化减小。因此，物体距离的变化导致的轴外像差的变化减小。背离条件(10)的下限使得具有高的负焦度的负焦度透镜单元定位为接近在广角端需要高的正焦度的像面。后聚焦焦度布置失衡，从而妨碍了提供宽的视角以及使整个变焦透镜小型化。

另外，轴外主光线的入射高度在像侧增加。强的负焦度使轴外光束升高。物体距离的变化使轴外像差的变化增加。背离条件(10)的上限使透镜单元Ln2移动以致于过于接近物体侧。轴外主光线的入射高度沿与像面相反的方向增加。物体距离的变化使轴外像差的变化增加。

基于条件(11)，透镜单元Lp在变焦期间以及在聚焦期间移动。供透镜单元Lp在聚焦期间移动的空间可有效地用于变焦。可容易地实现整个变焦透镜的小型化。背离条件(11)的上限对于透镜单元Lp的在望远端的聚焦移动量提供太大的空间。整个变焦透镜尺寸增加。背离条件(11)的下限使由于透镜单元Lp导致的可变焦度效果减小。

如果满足条件(10)和(11)，那么用于透镜单元Lp的诸如两个或更少的透镜的少量透镜的配置可容易地减小聚焦移动量，增大变焦期间的可变焦度效果，并且减小聚焦期间的像差变化。更有利地，条件(10)和(11)可被设为以下的数值范围：

0.3<(Dn2w-bfw)/(Tlw-bfw)<0.7   (10a)

0.35<-Mpz/Mfpt<0.95   (11a)

更有利地，可以满足以下的条件中的一个或更多个。假定透镜单元Lp、Ln1和Ln2的焦距分别为fp、fn1和fn2。假定透镜单元Lp的物体侧和像侧的有效直径分别为ea_pf和ea_pr。假定透镜单元Ln1的像侧和透镜单元Ln2的物体侧的有效直径分别为ea_nlr和ea_n2f。

假定包含透镜单元Ln1、Lp和Ln2的复合透镜单元的在广角端的前主点位置为o1w。假定透镜单元Ln1的前主点位置为o1n1。假定透镜单元Ln1的焦距为fn1。假定透镜单元Ln2的在广角端和在望远端的横向倍率分别为βn2w和βn2t。可以满足以下条件中的一个或更多个：

0.3<-fn1/fp<2.5   (12)

0.3<-fn2/fp<2.5   (13)

0.7<ea_n1r/ea_pf<1.4   (14)

0.7<ea_n2f/ea_pr<1.4   (15)

|(o1w-o1n1)/fn1|<0.3   (16)

|βn2w|<1.0   (17)

|βn2t|<1.0   (18)

条件(12)和(13)允许透镜单元Ln1和Ln2适当地校正在透镜单元Lp中出现的像差和由于物体距离的变化导致的像差变化。

背离条件(12)和(13)的上限分别使透镜单元Ln1和Ln2的焦度减小。在透镜单元Lp上过量地出现像差。物体距离的变化导致过量的像差变化。光学性能劣化。背离条件(12)和(13)的下限导致透镜单元Lp的焦度太低。聚焦移动量增加。整个变焦透镜尺寸增加。

条件(14)和(15)涉及透镜单元Lp、Ln1和Ln2的有效直径。条件(14)和(15)分别规定透镜单元Lp与透镜单元Ln1和Ln2的有效直径比。使条件(14)和(15)的值接近“1”会减小轴外主光线的入射高度变化并且减小由于物体距离的变化导致的诸如像场弯曲和横向色差的轴外像差的变化。

背离条件(14)和(15)的上限分别使得透镜单元Ln1和Ln2的有效直径相对于透镜单元Lp太大。背离条件(14)和(15)的下限分别导致透镜单元Ln1和Ln2的有效直径太小。任一种情况都使透镜单元Lp上的轴外主光线的入射高度的变化增大。物体距离的变化使轴外像差的变化增加。

复合透镜单元包含透镜单元Ln1、Lp和Ln2。条件(16)通过使复合透镜单元的在广角端的前主点位置接近于透镜单元Ln1的前主点位置来适当地校正变焦期间的像差。背离条件(16)的上限会减小前主点位置o1w，导致透镜单元Ln2上的焦度低并导致透镜单元Lp上的焦度太高。聚焦增加了像差变化。

背离条件(16)的上限可增大前主点位置o1w，使得具有负折光力的复合透镜单元的主点的位置距像侧过近。后聚焦焦度布置失衡。整个变焦透镜尺寸增加。

条件(17)涉及透镜单元Ln2的在广角端的横向倍率。满足条件(17)在透镜单元Lp与Ln2之间提供了远焦关系。物体距离的变化导致的诸如球面像差或轴向色差的轴向像差的变化减小。背离条件(17)会使透镜单元Lp与Ln2之间的远焦关系失衡。物体距离的变化使轴向像差的变化增大。

与条件(17)类似，条件(18)适当地规定了透镜单元Ln2的在望远端以及在广角端的横向倍率。满足条件(18)在望远端以及在广角端在透镜单元Lp与Ln2之间提供了远焦关系。物体距离的变化导致的轴向像差的变化减小。更有利地，条件(10)～(18)可被设为以下的数值范围：

0.35<-fn1/fp<1.6   (12a)

0.6<-fn2/fp<2.0   (13a)

0.83<ea_n1r/ea_pf<1.2   (14a)

0.83<ea_n2f/ea_pr<1.2   (15a)

|(o1w-o1n1)/fn1|<0.2   (16a)

|βn2w|<0.4   (17a)

|βnt|<0.4   (18a)

根据第三示例性实施例，透镜单元Ln1和Ln2可在变焦期间一起移动以抑制透镜单元的相对偏心。可以减少制造误差。可以简化机械结构。

上述的示例性实施例可提供如下这样的变焦透镜，即该变焦透镜展示出在整个变焦和聚焦范围上具有优异的光学性能的特征，并且在保持尺寸小、重量轻的聚焦机构的同时容易实现整个变焦透镜的小型化。

以下详细描述示例性实施例。根据第一示例性实施例的变焦透镜包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6。第一透镜单元L1具有正折光力。第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5具有正折光力并包含孔径光阑SP。第六透镜单元L6具有正折光力。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1以及第三透镜单元L3到第六透镜单元L6向物体侧移动。第二透镜单元L2沿向像侧凸起的轨迹移动。

第一示例性实施例提供了变焦比为7.02的正引导型(positivelead)六单元变焦透镜。在从无限远物体到最近物体的聚焦期间第四透镜单元L4如聚焦箭头表示的那样向物体侧移动。第四透镜单元L4相当于透镜单元Ln。第三透镜单元L3相当于透镜单元Lp1。第五透镜单元L5相当于透镜单元Lp2。

根据第一示例性实施例，聚焦透镜单元Ln使用一个透镜以提供尺寸小、重量轻的透镜单元。均具有正折光力的透镜单元Lp1和Lp2被设置为邻近透镜单元Ln的两侧。即使透镜单元Ln的焦度增加，变焦透镜也可在变焦期间适当地定位包含透镜单元Lp1、Ln和Lp2的正复合透镜单元的主点。整个变焦透镜被设计为小并且具有高性能。

具体地，具有正折光力的复合透镜单元的主点被设置在满足条件(7)的位置处。负透镜单元Ln被设置在满足条件(1)的位置处，远离像面。作为结果，接近像面提供足够的正焦度。后聚焦焦度布置被适当地设置以有效地使得能够实现宽的视角并实现整个变焦透镜的小型化。变焦透镜抑制了由于物体距离的变化导致的包含透镜单元Lp1、Ln和Lp2的复合透镜单元中的轴外主光线的入射高度的变化，并且在整个变焦和聚焦范围上确保优良的光学性能。

在聚焦期间透镜单元Ln沿减小与透镜单元Lp1的距离的方向(向着物体侧)移动。在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元Ln移动以增加与透镜单元Lp1的距离。如果满足条件(2)，那么用于聚焦的移动空间被有效地用于变焦。

透镜单元Ln、Lp1和Lp2之间的焦度关系满足条件(3)和(4)。物体距离的变化导致的包含透镜单元Ln、Lp1和Lp2的复合透镜单元上的轴向光线的入射高度的变化减小。另外，透镜单元Ln的横向倍率满足条件(8)和(9)。确保了在广角端以及在望远端透镜单元Ln和Lp1之间的远焦关系。物体距离的变化导致的轴向光线的入射高度的变化进一步减小。

透镜单元Ln、Lp1和Lp2的有效直径之间的关系满足条件(5)和(6)。物体距离的变化导致的轴外光线的入射高度的变化也减小。透镜单元Lp1和Lp2在变焦期间一起移动。机械结构被简化以减小包含透镜单元Lp1、Ln和Lp2的复合透镜单元的制造误差。

根据第二示例性实施例的变焦透镜从物体侧到像侧依次包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5。第一透镜单元L1具有负折光力。第二透镜单元L2具有正折光力。第三透镜单元L3具有负折光力。第四透镜单元L4具有正折光力并包含孔径光阑SP。第五透镜单元L5具有正折光力。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1沿向像侧凸起的轨迹移动。第二透镜单元L2到第五透镜单元L5向物体侧移动。

第二示例性实施例提供了变焦比为2.42的的负引导型(negativelead)五单元变焦透镜。在从无限远物体到最近物体的聚焦期间第三透镜单元L3如聚焦箭头表示的那样向物体侧移动。第三透镜单元L3相当于透镜单元Ln。第二透镜单元L2相当于透镜单元Lp1。第四透镜单元L4相当于透镜单元Lp2。根据第二示例性实施例，聚焦透镜单元Ln使用一个透镜以提供尺寸小、重量轻的透镜单元。透镜单元Ln、Lp1、Lp2的光学效果也与第一示例性实施例类似。

根据第三示例性实施例的变焦透镜包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6。第一透镜单元L1具有正折光力。第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5具有正折光力并包含孔径光阑SP。第六透镜单元L6具有正折光力。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6向物体侧移动。第二透镜单元L2和第四透镜单元L4沿向像侧凸起的轨迹移动。

第三示例性实施例提供了变焦比为7.05的正引导型六单元变焦透镜。在从无限远物体到最近物体的聚焦期间第三透镜单元L3向物体侧移动。第三透镜单元L3相当于透镜单元Lp。第二透镜单元L2相当于透镜单元Ln1。第四透镜单元L4相当于透镜单元Ln2。

根据第三示例性实施例，聚焦透镜单元Lp使用一个透镜以提供尺寸小、重量轻的透镜单元。均具有负折光力的透镜单元Ln1和Ln2被设置为邻近透镜单元Lp的两侧。即使增加透镜单元Lp的焦度，变焦透镜也可在变焦期间适当地定位包含透镜单元Ln1、Lp和Ln2的负复合透镜单元的主点。整个变焦透镜被设计为小并且具有高性能。

具体地，具有负折光力的复合透镜单元的主点被设置在满足条件(16)的位置处。透镜单元Ln2被设置在满足条件(10)的位置处，远离像面。作为结果，接近像面提供足够的正焦度。后聚焦焦度布置被适当地设置以有效地使得能够实现宽的视角并且实现整个变焦透镜的小型化。变焦透镜抑制了由于物体距离的变化导致的包含透镜单元Ln1、Lp和Ln2的复合透镜单元中的轴外主光线的入射高度的变化，并且在整个聚焦范围上确保优良的光学性能。

在聚焦期间透镜单元Lp沿减小与透镜单元Ln2的距离的方向移动。在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元Lp移动以增加与透镜单元Ln2的距离。如果满足条件(11)，那么用于聚焦的移动空间被有效地用于变焦。透镜单元Lp、Ln1和Ln2之间的焦度关系满足条件(12)和(13)。物体距离的变化导致的复合透镜单元上的轴向光线的入射高度的变化减小。

另外，透镜单元Ln2的横向倍率满足条件(17)和(18)。在广角端以及在望远端在透镜单元Lp和Ln2之间确保远焦关系。物体距离的变化导致的轴向光线的入射高度的变化进一步减小。透镜单元Lp、Ln1和Ln2的有效直径之间的关系满足条件(14)和(15)。物体距离的变化导致的轴外光线的入射高度的变化也减小。

透镜单元Ln1和Ln2在变焦期间一起移动。机械结构被简化以减少包含透镜单元Ln1、Lp和Ln2的复合透镜单元的制造误差。

根据第四示例性实施例的变焦透镜从物体侧到像侧依次包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5。第一透镜单元L1具有正折光力，第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5具有正折光力，并且包含孔径光阑SP。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1以及第三透镜单元L3到第五透镜单元L5向物体侧移动。第二透镜单元L2沿向像侧凸起的轨迹移动。

第四示例性实施例提供了变焦比为5.59的正引导型五单元变焦透镜。在从无限远物体到最近物体的聚焦期间第四透镜单元L4如聚焦箭头表示的那样向物体侧移动。第四透镜单元L4相当于透镜单元Ln。第三透镜单元L3相当于透镜单元Lp1。第五透镜单元L5相当于透镜单元Lp2。根据第四示例性实施例，聚焦透镜单元Ln使用一个透镜以提供尺寸小、重量轻的透镜单元。透镜单元Ln、Lp1、Lp2的光学效果与第一示例性实施例类似。

根据第五示例性实施例的变焦透镜包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6。第一透镜单元L1具有正折光力。第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5具有正折光力，并且包含孔径光阑SP。第六透镜单元L6具有正折光力。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1以及第三透镜单元L3到第六透镜单元L6向物体侧移动。第二透镜单元L2沿向像侧凸起的轨迹移动。第五示例性实施例提供了变焦比为6.45的正引导型六单元变焦透镜。

在从无限远物体到最近物体的聚焦期间第四透镜单元L4如箭头表示的那样向物体侧移动。第四透镜单元L4相当于透镜单元Ln。第三透镜单元L3相当于透镜单元Lp1。第五透镜单元L5相当于透镜单元Lp2。根据第五示例性实施例，聚焦透镜单元Ln使用两个透镜以提供尺寸小、重量轻的透镜单元。透镜单元Ln、Lp1、Lp2的光学效果与第一示例性实施例类似。

虽然已经描述了本发明的具体示例性实施例，但很明显应理解，本发明不限于此，而可在本发明的精神和范围内以其它各种方式体现。根据示例性实施例的透镜单元的范围从光学系统的最前部表面到其最后部表面。作为替代方案，透镜单元的范围从与前方相邻透镜相距一距离的表面到与后方相邻透镜相距一距离的表面，而这些距离中的每一个随变焦或聚焦而改变。

例如，根据本发明的示例性实施例中的任一个的变焦透镜可被以各种方式应用于图像拾取装置、图像投影装置和其它的光学装置。

以下描述与第一到第五示例性实施例对应的数值例1～5。在数值例中，第i个表面是从物体侧起被顺序计数的。在数值例中，假定从物体侧起顺序计数的第i个透镜表面的曲率半径为ri。假定从物体侧起顺序计数的第i个透镜的透镜厚度和空气距离为di。假定从物体侧起顺序计数的第i个透镜的材料的折射率和阿贝(Abbe)数分别为ndi和νdi。BF表示后焦距。假定非球面形状具有沿光轴方向的X轴和与光轴垂直的H轴。假定光行进的方向为正。假定非球面形状具有旁轴曲率半径r和非球面系数A4、A6、A8、A10和A12。从而，非球面形状被表达如下：

$X=\frac{H^2/r}{1+{(1-{(H/r)}^2)}^{1/2}}+A4\&CenterDot;H^4+A6\&CenterDot;H^6+A8\&CenterDot;H^8+A10\&CenterDot;H^{10}+A12\&CenterDot;H^{12}$

在各非球面系数中，e-x表示10^-x。除了诸如焦距和F数的规定以外，视角相当于整个变焦透镜的半视角。图像高度相当于确定半视角的最大图像高度。透镜总长代表从物体侧起顺序计数的第一透镜表面与像面之间的距离。后焦距BF代表从物体侧起顺序计数的最后的透镜表面与像面之间的长度。各透镜单元数据包含各透镜单元的焦距、沿光轴的长度、前主点位置和后主点位置。光学表面之间的距离d偶尔表示为(可变)。在这种情况下，该距离在变焦期间改变。附录提供了与焦距对应的表面距离。

表面号1代表用于设计的虚构表面(dummy surface)。虚构表面被从变焦透镜中排除。表1列出了根据以下描述的数值例1～5的基于透镜数据的条件的计算结果。

(数值例1)

单位mm

表面数据

非球面数据

第27表面

K＝0.00000e+000 A4＝-2.62044e-005 A6＝2.02686e-009

A8＝-4.13481e-011 A10＝-7.33645e-012 A12＝7.19025e-014

各种数据

变焦比7.02

变焦透镜单元数据

(数值例2)

单位mm

表面数据

非球面数据

第24表面

K＝0.00000e+000 A4＝-2.73707e-005 A6＝-2.63537e-008

A8＝1.01748e-009 A10＝-1.40793e-011 A12＝-1.53554e-022

各种数据

变焦比2.42

变焦透镜单元数据

(数值例3)

单位mm

表面数据

非球面数据

第27表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.32763e-005 A6＝7.41615e-008

A8＝-3.14564e-009 A10＝4.14055e-011 A12＝-2.46577e-013

各种数据

变焦比7.05

变焦透镜单元数据

(数值例4)

单位mm

表面数据

非球面数据

第31表面

K＝0.00000e+000 A4＝2.99992e-005 A6＝-4.29579e-008

A8＝2.42140e-009 A10＝-2.39016e-011 A12＝-6.58966e-014

各种数据

变焦比5.59

变焦透镜单元数据

(数值例5)

单位mm

表面数据

非球面数据

第28表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.62046e-005 A6＝-6.64907e-009

A8＝-8.20333e-010 A10＝3.23308e-012 A12＝1.82226e-014

各种数据

变焦比6.45

变焦透镜单元数据

表1

根据本发明的另一示例性实施例的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括第一到第四透镜单元和后组。第一透镜单元具有正折光力。第二透镜单元具有负折光力。第三透镜单元具有正折光力。第四透镜单元具有负折光力。后组包含一个或更多个透镜单元并且整体具有正折光力。透镜单元在变焦期间移动。至少第四透镜单元在聚焦期间移动。

图11是根据本发明的第六示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图12A、图12B、图12C和图12D是根据第六示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离420mm)上聚焦期间的在广角端的以及在望远端的像差图。拍摄距离420mm代表单位为毫米的数值例(要被描述)的数值。这同样适用于以下的描述。

图13是根据本发明的第七示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图14A、图14B、图14C和图14D是根据第七示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离420mm)上聚焦期间的在广角端的以及在望远端的像差图。

图15是根据本发明的第八示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图16A、图16B、图16C和图16D是根据第八示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离420mm)上聚焦期间的在广角端的以及在望远端的像差图。

图17是根据本发明的第九示例性实施例的变焦透镜的在广角端的截面图。图18A、图18B、图18C和图18D是根据第九示例性实施例的变焦透镜的在无限远物体上聚焦期间以及在最近物体(拍摄距离420mm)上聚焦期间的在广角端的以及在望远端的像差图。

图19是示出配有根据本发明的示例性实施例的变焦透镜的单镜头反射式照相机(图像拾取装置)的主要部件的示意图。

各示例性实施例中的变焦透镜代表用于诸如视频照相机、数字照相机或卤化银胶片照相机的图像拾取装置的摄影透镜系统(光学系统)。在截面图中，左侧代表物体侧(前方)，右侧代表像侧(后方)。在截面图中，从物体侧起计数的第i个透镜单元表示为Li。

第一到第六透镜单元分别表示为L1～L6。第一透镜单元L1具有正折光力。第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5具有正折光力。第六透镜单元L6具有正折光力。后组LR包含一个或更多个透镜单元并且整体具有正折光力。

孔径光阑表示为SP。如果变焦透镜被用于诸如视频照相机或数字静态照相机的摄影光学系统，那么像面IP等同于诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像传感器(光电转换元件)的成像面。箭头表示从广角端到望远端的变焦期间的各透镜单元的移动轨迹。

第六、第八和第九示例性实施例包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6。第一透镜单元L1具有正折光力。第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5包含孔径光阑SP并具有正折光力。第六透镜单元L6具有正折光力。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1以及第三透镜单元L3到第六透镜单元L6向物体侧移动。第二透镜单元L2沿向像侧凸起的轨迹移动。

根据第六和第八示例性实施例，第四透镜单元L4在从无限远物体到最近物体的聚焦期间如聚焦箭头所示的那样向物体侧移动。根据第九示例性实施例，如聚焦箭头所示，沿光轴沿相反的方向，第三透镜单元L3向像侧移动而第四透镜单元L4向物体侧移动。

第七示例性实施例从物体侧到像侧依次包含第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5。第一透镜单元L1具有正折光力。第二透镜单元L2具有负折光力。第三透镜单元L3具有正折光力。第四透镜单元L4具有负折光力。第五透镜单元L5包含孔径光阑SP并且具有正折光力。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1以及第三透镜单元L3到第五透镜单元L5向物体侧移动。第二透镜单元L2沿向像侧凸起的轨迹移动。第四透镜单元L4在从无限远物体到最近物体的聚焦期间如聚焦箭头所示的那样向物体侧移动。

作为像差图，球面像差图示出d线(实线)和g线(虚线)。在像散图中，虚线表示关于d线的子午像面ΔM。实线表示关于d线的弧矢像面ΔS。示出畸变的示图与d线相关。横向色差与g线相关。F数表示为Fno。半视角表示为ω。在以下描述的示例性实施例中，广角端和望远端与当变焦透镜单元被机械定位于沿光轴的可移动范围的各端部时所到达的变焦位置对应。

根据美国专利No.6556356的四单元变焦透镜包含大的第二透镜单元作为聚焦透镜单元并妨碍了快速聚焦。入射于第二透镜单元的轴向光线在望远端处比在广角端处高。在最近物体侧聚焦仅大大地缩短在望远端的焦距。最近物体侧的变焦比小于对于无限远物体的变焦比。

一般地，最近物体可使光学系统的在望远端的拍摄倍率最大化。但是，在美国专利No.6556356中公开的变焦透镜减小第一与第二透镜单元之间的距离并缩短焦距。因此，拍摄视角增加，减小了光学系统的最大拍摄倍率。

在日本专利申请公开No.2001-033697中讨论的五单元变焦透镜在第三透镜单元的像侧将轴向光束变为会聚光束。轴外主光线增加了设置第四透镜单元之处的入射高度。因此，聚焦趋于增加像差变化。第三透镜单元保持高的正折光力。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导致非常低的复合折光力。包含第三到第五透镜单元的复合透镜单元的主点的位置远离像侧。

作为结果，物体侧被赋予负折光力，并且像侧被赋予正折光力，，削弱了后聚焦折光力布置。宽视角趋于几乎不可得到。

在美国专利申请公开No.2010/0091170中讨论的5单元变焦透镜增大作为聚焦透镜单元的第三透镜单元的负折光力以抑制聚焦期间的移动量。如果相邻的具有负折光力的复合透镜单元包含均具有负折光力的第二和第三透镜单元，那么该复合透镜单元的前主点位置向第三透镜单元移动。这等同于在包含分别具有正折光力、负折光力、正折光力和正折光力的四个透镜单元的四单元变焦透镜的广角端增加第一透镜单元与作为变化体的第二透镜单元之间的距离。宽视角几乎是不可得到的。

在美国专利申请公开No.2010/0091171中讨论的5单元变焦透镜增大作为聚焦透镜单元的第三透镜单元的折光力，以减少聚焦期间的移动量。如果具有正折光力的复合透镜单元包含具有正折光力的第三透镜单元和相邻的第四透镜单元，那么复合透镜单元的后主点位置向第三透镜单元移动。这妨碍了确保在广角端的规定的后焦距。

根据本发明的示例性实施例的变焦透镜从物体侧到像侧依次包含第一到第四透镜单元和后组。第一透镜单元具有正折光力。第二透镜单元具有负折光力。第三透镜单元具有正折光力。第四透镜单元具有负折光力。后组包含一个或更多个透镜单元并且整体具有正折光力。第三透镜单元的像侧被配置为远焦的，使得满足要描述的条件(19)和(20)。尺寸小、重量轻的第四透镜单元执行聚焦。第一与第二透镜单元之间的距离大大有助于变焦并且在聚焦期间保持不变。这减轻了最近物体侧的变倍比以及最大拍摄倍率的减小。

通过将具有负折光力的第四透镜单元夹在均具有正折光力的第三透镜单元与后组LR之间，可容易地获取高的负折光力。聚焦期间的最大移动量减小，从而容易地实现整个变焦透镜的小型化。使得第三透镜单元的像侧远焦，以减小聚焦期间的第四透镜单元的轴向光线的入射高度。物体距离的变化导致的球面像差或轴向色差的变化减小。

由于第三透镜单元的像侧是远焦的，因此，从具有负折光力的第四透镜单元出射的光变为发散光束。为了会聚光束，像侧的后组产生高的正折光力。可容易地提供后聚焦折光力布置，以容易地能够实现宽的视角。第四透镜单元被设置在轴外主光线导致相对小的入射高度的位置处。物体距离的变化导致的诸如像场弯曲和横向色差的轴外像差的变化容易减小。

如上所述，根据本发明的本示例性实施例的变焦透镜在保持尺寸小、重量轻的聚焦机构的同时在整个变焦和聚焦范围上提供优异的光学性能。

以下描述根据示例性实施例的变焦透镜。在示例性实施例中，假定整个变焦透镜的在望远端的焦距为fw。假定在望远端的第一透镜单元L1与第三透镜单元L3之间的复合焦距为f₁₂₃t。从而，满足以下的条件：

|ft/f₁₂₃t|<0.6   (19)

根据示例性实施例，具有负折光力的第四透镜单元L4被夹在均具有正折光力的第三透镜单元L3与后组LR之间。可容易地增加负折光力。聚焦移动量减小，容易地实现整个变焦透镜的小型化。满足条件(19)使得第三透镜单元L3的像侧远焦。第四透镜单元L4使聚焦期间的轴向光线的入射高度的变化减小。物体距离的变化导致的轴向像差的变化减小。

第四透镜单元L4被设置在具有正折光力的第三透镜单元L3与后组LR之间的轴外主光线导致相对较小的入射高度的位置上。作为结果，轴外像差的变化减小。

如果沿正方向背离条件(19)的左侧，那么直到第三透镜单元L3的正折光力增加，在第三透镜单元L3的像侧导致会聚光束。作为结果，入射于第四透镜单元L4上的轴向光线增加对于入射高度的物体距离的变化。另外，折光力已被会聚直到第三透镜单元L3。后组LR不能增加像侧的正折光力。后聚焦折光力布置失衡，妨碍提供宽的视角以及使整个变焦透镜小型化。

如果沿负方向背离条件(19)的左侧，那么直到第三透镜单元L3的负折光力增加，在第三透镜单元L3的像侧导致发散光束。第四透镜单元L4的负折光力不能增加。聚焦移动量增加，使得整个变焦透镜尺寸增大。更有利地，条件(19)中的值可满足以下的条件(19a)：

|ft/f₁₂₃t|<0.5   (19a)

上述的示例性实施例可提供如下这样的变焦透镜，该变焦透镜展示出在作为整个变焦透镜保持尺寸小、重量轻的设计的同时在整个变焦和聚焦范围上实现优异的光学性能的特征。

更有利地，示例性实施例可满足以下的条件中的一个或更多个。假定整个变焦透镜的在广角端的焦距为fw。假定在广角端的第一透镜单元L1与第三透镜单元L3之间的复合焦距为f₁₂₃w。假定第四透镜单元L4在广角端以及在望远端分别具有横向倍率β4w和β4t。假定在广角端以及在望远端的第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的复合焦距分别为f₁₂w和f₁₂t。假定第三透镜单元L3具有焦距f3。

假定后组LR在广角端以及在望远端分别具有复合焦距fpw和fpt。假定第四透镜单元L4的焦距为f4。假定在望远端的第四透镜单元L4的聚焦期间的最大移动量为Mft。假定从物体侧到像侧的移动为正。移动量Mft适用于从无限远物体到最近物体(拍摄距离420mm)的聚焦。

假定从广角端到望远端的变焦期间的第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的距离变化量为Mz。假定距离的减小为正。在这种情况下，可满足以下的条件中的一个：

|fw/f₁₂₃w|<0.5   (20)

|β4w|<1.0   (21)

|β4t|<1.0   (22)

0.3<-f₁₂w/f3<2.0   (23)

0.3<-f₁₂t/f3<2.0   (24)

0.40<-fpw/f4<0.95   (25)

0.40<-fpt/f4<0.95   (26)

0.3<-Mz/Mft<1.0   (27)

以下描述这些条件的技术重要性。在广角端以及望远端，可有利地与条件(19)类似地配置条件(20)。这也使得能够容易地减小在广角端聚焦期间的轴向像差和轴外像差的变化。

满足条件(21)可更有利地在第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间建立远焦关系。这可容易地减小聚焦期间的轴向像差的变化。背离条件(21)使第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的远焦关系失衡。聚焦使球面像差或轴向色差的变化增大。

在广角端以及望远端，可与条件(21)类似地配置条件(22)。这可使第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的关系接近于远焦。在聚焦期间轴向像差的变化可容易地减小。

条件(23)和(24)涉及用于高效地建立第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的远焦关系的透镜单元的折光力。背离条件(23)和(24)的上限使得光束从第三透镜单元L3在像侧会聚。背离条件(23)和(24)的下限使得光束从第三透镜单元L3在像侧发散。作为结果，入射到第四透镜单元L4上的轴向光线大大改变聚焦期间的入射高度，并增大了球面像差或轴向色差的变化。

当第四透镜单元L4使远焦光束发散并使该光束在像面上重新会聚时，使用条件(25)和(26)。由此，条件(25)和(26)有效地实现整个变焦透镜的小型化。当具有负折光力的第四透镜单元L4在广角端以及在望远端发散光束并且具有正折光力的后组LR在像面上形成图像时，使用条件(25)和(26)。由此，条件(25)和(26)实现整个变焦透镜的小型化并提供优异的光学性能。

背离条件(25)和(26)的上限过量地减小后组LR的会聚正折光力从而增大整个变焦透镜尺寸。背离条件(25)和(26)的下限过量地增加其会聚正折光力并增大球面像差。

条件(27)涉及聚焦期间在望远端的第四透镜单元L4的移动量，并且涉及从广角端到望远端的变焦期间的第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的距离的变化量的比。背离条件(27)的上限使得与第四透镜单元L4的聚焦量相比在第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间留下太长的距离，并且增大了整个变焦透镜的尺寸。背离条件(27)的下限使得与第四透镜单元L4的聚焦量相比过量地减小在望远端的变焦移动量，并且增加了透镜单元上的负担。很难确保高的性能。更有利地，条件(20)～(27)可被设为以下的数值：

|fw/f₁₂₃w|<0.4   (20a)

|β4w|<0.5   (21a)

|β4t|<0.5   (22a)

0.35<-f₁₂w/f3<1.50   (23a)

0.5<-f₁₂t/f3<1.7   (24a)

0.5<-fpw/f4<0.9   (25a)

0.5<-fpt/f4<0.9   (26a)

0.60<-Mz/Mft<0.96   (27a)

上述的示例性实施例可在作为整个变焦透镜保持尺寸小、重量轻的设计的同时在整个变焦和聚焦范围上提供优异的光学性能。示例性实施例可充分确保最近物体侧的变倍比和摄影倍率，并且提供具有能够流线型摆动的尺寸小、重量轻的聚焦机构的变焦透镜。

以下描述示例性实施例的其它的特征。更有利地，为了更快速地聚焦以及简化摆动机构，第四透镜单元L4可限于使用两个或更少的透镜。

为了从广角端到望远端的变焦，透镜单元可移动，以增加第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离，减小第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离，增加第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离，以及减小第四透镜单元L4与后组LR之间的距离。作为结果，可容易地实现高效的变焦。

后组LR可从物体侧到像侧依次包含均具有正折光力的第五透镜单元L5和第六透镜单元L6，或者包含具有正折光力的第五透镜单元L5。该配置容易提供高的变焦比。第三透镜单元L3和第五透镜单元L5可在变焦期间一起移动。可容易地简化驱动机构。

第三透镜单元L3以及第四透镜单元L4可在聚焦期间一起移动。这可更容易地校正由于物体距离的变化导致的像差的变化。根据示例性实施例的透镜单元的范围为从光学系统的最前表面到其最后表面。作为替代方案，透镜单元的范围为从与前方相邻透镜具有一距离的表面到与后方相邻透镜具有一距离的表面，而这些距离中的每一个随变焦或聚焦改变。

以下描述与第六到第九示例性实施例对应的数值例6～9。在数值例中，第i个表面是被从物体侧起依次计数的。在数值例中，假定从物体侧起依次计数的第i个透镜表面的曲率半径为ri。假定从物体侧起依次计数的第i个透镜的透镜厚度和空气距离为di。假定从物体侧起依次计数的第i个透镜的材料的折射率和阿贝数分别为ndi和νdi。BF表示后焦距。假定非球面形状具有沿光轴方向的X轴和与光轴垂直的H轴。假定光行进的方向为正。假定非球面形状具有旁轴曲率半径r以及非球面系数A4、A6、A8、A10和A12。然后，非球面形状被表达如下：

$X=\frac{H^2/r}{1+{(1-{(H/r)}^2)}^{1/2}}+A4\&CenterDot;H^4+A6\&CenterDot;H^6+A8\&CenterDot;H^8+A10\&CenterDot;H^{10}+A12\&CenterDot;H^{12}$

在各球面系数中，e-x表示10^-x。除了诸如焦距和F数的规定以外，视角相当于整个变焦透镜的半视角。图像高度相当于确定半视角的最大图像高度。透镜总长代表从物体侧起依次计数的第一透镜表面与像面之间的距离。后焦距BF代表从物体侧起依次计数的最后的透镜表面与像面之间的长度。各透镜单元数据包含各透镜单元的焦距、沿光轴的长度、前主点位置和后主点位置。光学表面之间的距离d偶尔表示为(可变)。在这种情况下，该距离在变焦期间改变。附录提供了与焦距对应的表面距离。

表面号1代表用于设计的虚构表面。虚构表面被从变焦透镜中排除。表2列出了根据以下描述的数值例6～9的基于透镜数据的条件的计算结果。

(数值例6)

单位mm

表面数据

非球面数据

第27表面

K＝0.00000e+000 A4＝-2.62044e-005 A6＝2.02686e-009

A8＝-4.13481e-011 A10＝-7.33645e-012 A12＝7.19025e-014

各种数据

变焦比5.59

变焦透镜单元数据

(数值例7)

单位mm

表面数据

非球面数据

第31表面

K＝0.00000e+000 A4＝2.99992e-005 A6＝-4.29579e-008

A8＝2.42140e-009 A10＝-2.39016e-011 A12＝-6.58966e-014

各种数据

变焦比5.59

变焦透镜单元数据

(数值例8)

单位mm

表面数据

非球面数据

第28表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.62046e-005 A6＝-6.64907e-009

A8＝-8.20333e-010 A10＝3.23308e-012 A12＝1.82226e-014

各种数据

变焦比6.45

变焦透镜单元数据

(数值例9)

单位mm

表面数据

非球面数据

第27表面

K＝0.00000e+000 A4＝-2.82069e-005 A6＝-2.08522e-008

A8＝3.41633e-010 A10＝-1.37913e-011 A12＝1.14524e-013

各种数据

变焦比7.01

变焦透镜单元数据

表2

以下，参照图19，描述将在第一到第九示例性实施例中描述的变焦透镜应用于图像拾取装置的例子。根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置包括可更换镜头装置和照相机身。可更换镜头装置包含变焦透镜。照相机体可拆卸地通过照相机安装部与可更换镜头装置连接。照相机身包含感测通过变焦透镜形成的光学图像并将光学图像转换成电气图像信号的图像传感器。

图19是示出单镜头反射式照相机的主要部件的示意图。在图19中，摄影镜头10包含根据第一到第九示例性实施例中的任一个的变焦透镜1。作为保持部件的镜头筒2保持变焦透镜1。照相机身20包含快速返回镜3和聚焦屏4。快速返回镜3向上反射来自摄影镜头10的光束。聚焦屏4被设置在摄影镜头10形成图像的位置处。照相机体20还包含五角屋脊棱镜5和目镜6。五角屋脊棱镜5将在聚焦屏4上形成的倒像转变成正像。目镜透镜6被用于观察正像。

感光面7被设有感测由变焦透镜形成的图像的固态图像传感器(光电转换元件)或卤化银胶片。固态图像传感器包含CCD传感器以及CMOS传感器。当捕获图像时，快速返回镜3从光路缩回。摄影镜头10在感光面7上形成图像。根据各示例性实施例的变焦透镜也适用于不具有快速返回镜的无镜(mirrorless)单镜头反射式照相机。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，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的变更方式、等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种变焦透镜，从物体侧到像侧依次包含：

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

包含一个或更多个透镜单元并且整体具有正折光力的后组，

其中，各透镜单元在变焦期间移动并且第四透镜单元在聚焦期间移动，并且，

变焦透镜满足以下的条件：

|ft/f₁₂₃t|<0.6

-0.269≦|β4w|<1.0

这里，ft表示整个变焦透镜的在望远端的焦距，f₁₂₃t表示从第一透镜单元到第三透镜单元的在望远端的复合焦距，并且β4w表示第四透镜单元的在广角端的横向倍率。

2.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：

|fw/f₁₂₃w|<0.5

这里，fw表示整个变焦透镜的在广角端的焦距，f₁₂₃w表示从第一透镜单元到第三透镜单元的在广角端的复合焦距。

3.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：|β4t|<1.0

这里，β4t表示第四透镜单元的在望远端的横向倍率。

4.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：0.3<-f₁₂w/f3<2.0

这里，f₁₂w表示第一透镜单元和第二透镜单元的在广角端的复合焦距，并且f3表示第三透镜单元的焦距。

5.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：0.3<-f₁₂t/f3<2.0

这里，f₁₂t表示第一透镜单元和第二透镜单元的在望远端的复合焦距，并且f3表示第三透镜单元的焦距。

6.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：0.40<-fpw/f4<0.95

这里，fpw表示后组的在广角端的复合焦距，f4表示第四透镜单元的焦距。

7.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：0.40<-fpt/f4<0.95

这里，fpt表示后组的在望远端的复合焦距，f4表示第四透镜单元的焦距。

8.根据权利要求1的变焦透镜，其中，第四透镜单元包含两个或更少的透镜。

9.根据权利要求1的变焦透镜，其中，变焦透镜满足以下的条件：0.3<-Mz/Mft<1.0

这里，Mft通过假定在从无限远距离到近距离的聚焦期间从物体侧到像侧的移动为正表示在望远端的第四透镜单元的最大聚焦移动量，Mz通过假定在从广角端到望远端的变焦期间距离的增加为正表示从广角端到望远端的变焦期间的第三透镜单元与第四透镜单元之间的距离的变化量。

10.根据权利要求1的变焦透镜，其中，各透镜单元移动以实现变焦，使得，与广角端相比在望远端，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离更长、第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离更短、第三透镜单元与第四透镜单元之间的距离更长并且第四透镜单元与后组之间的距离更短。

11.根据权利要求1的变焦透镜，其中，后组从物体侧到像侧依次包含具有正折光力的第五透镜单元和具有正折光力的第六透镜单元。

12.根据权利要求1的变焦透镜，其中，后组包含具有正折光力的第五透镜单元。

13.一种图像拾取装置，包括根据权利要求1-12中的任一项的变焦透镜。