CN104849841B - 变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取装置。提供了一种包括多个透镜单元的变焦透镜，在该变焦透镜中，相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变。该变焦透镜包括：第一透镜子单元，其具有正折光力；第二透镜子单元，其具有正折光力，与第一透镜子单元的像侧相邻布置；以及在第一透镜子单元的物侧的至少一个透镜单元。布置在第一透镜子单元的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距。第二透镜子单元在从无限远处的物体聚焦到近侧物体期间沿着光轴向像侧移动。第一透镜子单元的焦距和第二透镜子单元的焦距被适当地设置。

Description

变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取装置
技术领域
本发明涉及一种变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取装置，该变焦透镜和图像拾取装置适合于成像光学系统，诸如数字静态照相机、数字摄像机、TV照相机和监视照相机。
背景技术
迄今为止，要求图像拾取装置中所使用的成像光学系统在从无限远到近摄(close-up)的整个物距上具有高光学性能。而且，要求能够实现高速、高精度聚焦的图像拾取装置。特别地，当执行自动聚焦时，要求聚焦速度高。
同时，近年来，要求诸如单镜头反光照相机的图像拾取装置具有运动图片照相功能并且能够在拍摄运动图片的同时执行自动聚焦。作为当拍摄运动图片时的自动聚焦方法，检测成像信号的对比度的变化以评估成像光学系统的聚焦状态的对比度AF方法(TV-AF方法)通常被使用。
在TV-AF方法中，在聚焦透镜单元中产生光轴方向上的快速的小的振动，并且使用此时获得的成像信号。在TV-AF方法中，要求聚焦透镜单元尺寸小、重量轻，以便可以高速驱动聚焦透镜单元，并且进一步以便减小用于驱动聚焦透镜单元的驱动单元(致动器)上的载荷从而维持静默。
迄今为止，已知一种变焦透镜，在该变焦透镜中，在构成该变焦透镜的多个透镜单元之中，尺寸相对较小并且重量相对较轻的透镜单元移动以用于聚焦。
在日本专利申请公开No.2003-295060中，在按从物侧起的次序包括分别具有正、负、正和正折光力的第一至第四透镜单元的变焦透镜中，第二透镜单元、或者第一透镜单元和第二透镜单元在光轴方向上移动以用于聚焦。
在日本专利申请公开No.2009-251114中，在按从物侧到像侧的次序包括分别具有正、负、正、正和正折光力的第一至第五透镜单元的变焦透镜(在该变焦透镜中这些透镜单元移动以用于变焦)中，第三透镜单元用于聚焦。
在日本专利申请公开No.2012-247687中，在按从物侧起的次序包括分别具有负、正、负和正折光力的第一至第四透镜单元的变焦透镜中，第二透镜单元在光轴方向上移动以用于聚焦。
为了获得在缩小整个系统的尺寸的同时在整个物距上具有高光学性能、另外能够高速聚焦的变焦透镜，重要的是，适当地配置变焦类型、聚焦透镜单元的数量及其移动条件等。尤其重要的是，适当地设置布置在聚焦透镜单元的物侧和像侧的透镜单元的折光力、聚焦透镜单元的透镜配置等。
当以上提及的配置不适合时，变得难以获得确保预定变焦比并且在缩小整个系统的尺寸的同时在从无限远到近摄的整个物距上具有高光学性能的变焦透镜。例如，当在变焦透镜中主要起到改变倍率的作用的透镜单元用于聚焦时，伴随聚焦的像差变化增大，并且为了校正像差变化的目的，需要增加构成主要起到改变倍率的作用的透镜单元的透镜的数量。于是，聚焦透镜单元本身的重量不可避免地增加，这使得高速聚焦困难。
而且，当尺寸小并且重量轻的透镜单元用于聚焦时，除非聚焦透镜单元的折光力被适当地设置，否则像差变化在聚焦期间增大，这使得难以在整个物距上获得高光学性能。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种包括多个透镜单元的变焦透镜，在该变焦透镜中，相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变。该变焦透镜包括：第一透镜子单元(Lp1)，其具有正折光力；第二透镜子单元(Lp2)，其具有正折光力，与第一透镜子单元(Lp1)的像侧相邻布置；以及在第一透镜子单元(Lp1)的物侧的至少一个透镜单元。在该变焦透镜中，布置在第一透镜子单元(Lp1)的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距。第二透镜子单元(Lp2)在从无限远处的物体聚焦到近侧物体期间沿着光轴向像侧移动。该变焦透镜满足以下条件表达式：1.0<fp1/fp2<10.0，其中，fp1表示第一透镜子单元(Lp1)的焦距，fp2表示第二透镜子单元(Lp2)的焦距。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明的实施例1的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。
图2A是根据实施例1的广角端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图2B是根据实施例1的望远端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图3A是根据实施例1的广角端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图3B是根据实施例1的望远端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图4是根据本发明的实施例2的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。
图5A是根据实施例2的广角端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图5B是根据实施例2的望远端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图6A是根据实施例2的广角端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图6B是根据实施例2的望远端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图7是根据本发明的实施例3的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。
图8A是根据实施例3的广角端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图8B是根据实施例3的望远端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图9A是根据实施例3的广角端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图9B是根据实施例3的望远端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图10是根据本发明的实施例4的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。
图11A是根据实施例4的广角端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图11B是根据实施例4的望远端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图12A是根据实施例4的广角端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图12B是根据实施例4的望远端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图13是根据本发明的实施例5的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。
图14A是根据实施例5的广角端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图14B是根据实施例5的望远端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图15A是根据实施例5的广角端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图15B是根据实施例5的望远端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图16是根据本发明的实施例6的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。
图17A是根据实施例6的广角端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图17B是根据实施例6的望远端处的纵向像差图(物距：无限远)。
图18A是根据实施例6的广角端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图18B是根据实施例6的望远端处的纵向像差图(物距：近距离)。
图19是根据本发明的图像拾取装置的主要部分的示意图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。
现在，描述根据本发明的变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取装置。根据本发明，提供了一种包括多个透镜单元的变焦透镜，在该变焦透镜中，相邻的透镜单元之间的间隔改变。该变焦透镜包括：第一透镜子单元Lp1，其具有正折光力；第二透镜子单元Lp2，其具有正折光力，与第一透镜子单元Lp1的像侧相邻布置；以及在第一透镜子单元Lp1的物侧的至少一个透镜单元。具有正折光力的第三透镜子单元Lp3可以与第二透镜子单元Lp2的像侧相邻布置。
布置在第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距，第二透镜子单元Lp2在从无限远处的物体聚焦到近侧物体期间沿着光轴向像侧移动。
注意，根据本发明的变焦透镜中的透镜单元基于光轴上的间隔在变焦期间改变的标准被分隔，并且不仅包括包含多个透镜的情况，而且还包括包含单个透镜的情况。而且，根据本发明的变焦透镜中的透镜子单元基于光轴上的间隔在聚焦期间改变的标准被分隔，并且不仅包括包含多个透镜的情况，而且还包括包含单个透镜的情况。
而且，在透镜单元的一部分在聚焦期间移动的情况下，在聚焦期间移动的该部分和在聚焦期间不移动的部分分别对应于透镜子单元。在整个透镜单元在聚焦期间移动的情况下，整个透镜单元对应于透镜子单元。
图1是根据本发明的实施例1的变焦透镜的广角端(短焦距端)处的透镜截面图。图2A和2B分别是根据本发明的实施例1的聚焦在无限远处时的广角端处和望远端(长焦距端)处的纵向像差图。图3A和3B分别是根据本发明的实施例1的聚焦在物距为1.0m(近距离)的物体处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。注意，当以mm为单位表达稍后将描述的数值实施例时，物距是离像面的距离。在下文中同样适用。实施例1涉及变焦比为3.31并且F数为2.80至4.30的变焦透镜。
图4是根据本发明的实施例2的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。图5A和5B分别是根据本发明的实施例2的聚焦在无限远处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。图6A和6B分别是根据本发明的实施例2的聚焦在物距为1.0m(近距离)的物体处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。实施例2涉及变焦比为3.31并且F数为2.80至4.11的变焦透镜。
图7是根据本发明的实施例3的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。图8A和8B分别是根据本发明的实施例3的聚焦在无限远处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。图9A和9B分别是根据本发明的实施例3的聚焦在物距为1.0m(近距离)的物体处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。实施例3涉及变焦比为3.31并且F数为2.80至4.30的变焦透镜。
图10是根据本发明的实施例4的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。图11A和11B分别是根据本发明的实施例4的聚焦在无限远处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。图12A和12B分别是根据本发明的实施例4的聚焦在物距为1.0m(近距离)的物体处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。实施例4涉及变焦比为3.31并且F数为2.80至4.14的变焦透镜。
图13是根据本发明的实施例5的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。图14A和14B分别是根据本发明的实施例5的聚焦在无限远处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。图15A和15B分别是根据本发明的实施例5的聚焦在物距为1.0m(近距离)的物体处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。实施例5涉及变焦比为2.92并且F数为2.80至4.50的变焦透镜。
图16是根据本发明的实施例6的变焦透镜的广角端处的透镜截面图。图17A和17B分别是根据本发明的实施例6的聚焦在无限远处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。图18A和18B分别是根据本发明的实施例6的聚焦在物距为1.0m(近距离)的物体处时的广角端处和望远端处的纵向像差图。实施例6涉及变焦比为15.87并且F数为3.29至6.30的变焦透镜。图19是具有根据本发明的变焦透镜的图像拾取装置的主要部分的示意图。
每个实施例的变焦透镜是用于诸如数字静态照相机或卤化银胶片照相机的图像拾取装置的照相透镜系统。在每个透镜截面图上，左边是物侧(前侧)，而右边是像侧(后侧)。当每个实施例的变焦透镜用于诸如投影仪的投影透镜时，左边是屏幕侧，而右边是投影像侧。在透镜截面图中，符号OL表示变焦透镜，符号i表示从物侧起透镜单元的次序，符号Li表示第i透镜单元。
具有正折光力的第一透镜子单元Lp1用Lp1表示。具有正折光力、在聚焦期间移动的第二透镜子单元Lp2用Lp2表示。具有正折光力的第三透镜子单元Lp3用Lp3表示。
变焦透镜包括孔径光阑SP(F数确定光阑)。当变焦透镜用作摄像机或数字静态照相机的成像光学系统时，像面IP对应于诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电换能器)的图像拾取表面，当变焦透镜用作卤化银胶片照相机的成像光学系统时，像面IP对应于胶片表面。箭头指示每个透镜单元在从广角端变焦到望远端期间的移动轨迹。关于焦点的箭头指示每个透镜单元在从无限远聚焦到近摄时的移动方向。
在球面像差图中，实线指示d线(波长为587.6nm)，双点划线指示g线(波长为435.8nm)，点划线指示C线(波长为656.3nm)，虚线指示F线(波长为486.1nm)。在像散图中，点线(ΔM)指示子午像面，实线(ΔS)指示弧矢像面。另外，对于d线指示了畸变。横向色差由g线、F线和C线指示。符号ω表示半视场角(度)，符号Fno表示F数。注意，在下述实施例中，广角端和望远端分别是指当倍率变化的透镜单元位于光轴上可机械移动范围的两端时的变焦位置。
每个实施例中的变焦透镜包括在变焦期间移动的多个透镜单元。变焦透镜还包括具有正折光力的第一透镜子单元Lp1和具有正折光力的第二透镜子单元Lp2。第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2按从物侧到像侧的次序彼此相邻布置。布置在第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距。而且，第二透镜子单元Lp2在从无限远处的物体聚焦到近距离处的物体期间沿着光轴向像侧移动。此外，第一透镜子单元Lp1的焦距用fp1表示，第二透镜子单元Lp2的焦距用fp2表示。
然后，满足以下条件表达式：
1.0<fp1/fp2<10.0…(1)
首先，描述每个实施例中的变焦透镜与日本专利申请公开No.2009-251114和日本专利申请公开No.2012-247687中所描述的变焦透镜之间的透镜配置差异。
在日本专利申请公开No.2009-251114中所描述的变焦透镜系统中，具有正折光力的第三透镜单元用于聚焦，并且在其物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距。在该变焦透镜系统中，第三透镜单元施加使通过物侧的透镜系统的负折光力而发散的射线会聚的作用。
因此，第三透镜单元具有相对强的正折光力，并且当第三透镜单元在聚焦期间移动时，像差变化增大。而且，在日本专利申请公开No.2012-247687中所描述的照相透镜中，具有正折光力的第二透镜单元用于聚焦，在其物侧的透镜系统在整个变焦范围上也具有负的组合焦距。在该照相透镜中，同样地，第二透镜单元施加使通过物侧的透镜系统的负折光力而发散的射线会聚的作用，并且具有相对强的正折光力。因此，当该第二透镜单元在聚焦期间移动时，像差变化增大。
相反，在每个实施例中的变焦透镜中，在用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧，还布置了具有正折光力的第一透镜子单元Lp1。采用这样的折光力布置以减小用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的正折光力，因此，减小聚焦期间的像差变化。此外，第一透镜子单元Lp1使物侧的透镜系统所产生的发散射线大致接近于平行。
接着，使用近轴射线来描述以上提及的效果。当入射在用于聚焦的透镜单元上的近轴射线变得大致接近于平行时，即使在用于聚焦的透镜单元在光轴方向上移动的情况下，通过该用于聚焦的透镜单元的射线的入射高度的变化也减小。光学系统中所产生的像差量强烈地取决于来自光轴的射线的入射高度，并且减小的入射高度变化转化为减小的像差变化。因此，当入射在用于聚焦的透镜单元上的射线的入射高度的变化减小时，可以减小聚焦期间的像差变化。
换句话说，在每个实施例中的变焦透镜中，使从物侧出射的发散射线会聚的作用由第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2及其随后的单元分担。以这种方式，在不使用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的折光力太强的情况下，减小聚焦期间的像差变化。而且，第一透镜子单元Lp1使发散射线大致接近于平行以进一步减小聚焦期间的像差变化。
在本发明的变焦透镜中，采用以上提及的折光力布置以令人满意地校正聚焦期间的各种像差，特别是，球面像差变化。
接着，描述上述条件表达式(1)的技术意义。条件表达式(1)用于限制第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比。低于条件表达式(1)的下限，第二透镜子单元Lp2的折光力相对减小。于是，第二透镜子单元Lp2在聚焦期间的移动量增大，这要求确保用于移动的空间，因此，变焦透镜的尺寸增大。另一方面，高于条件表达式(1)的上限，第一透镜子单元Lp1的折光力相对减小。
于是，在如上所述的第二透镜子单元Lp2的折光力增大以及在第一透镜子单元Lp1中会聚射线的作用减小这两个作用下，聚焦期间的像差变化不利地增大。如上所述，条件表达式(1)在维持变焦透镜的尺寸小的同时减小聚焦期间的像差变化。
更优选的是如下设置条件表达式(1)的数值范围：
1.2<fp1/fp2<6.0…(1a)
进一步优选的是如下设置条件表达式(1a)的数值范围：
1.5<fp1/fp2<5.0…(1b)
如上所述，根据每个实施例，可以获得如下变焦透镜：该变焦透镜易于高速聚焦，另外，在聚焦期间具有小的像差变化，以便尽管整个系统的尺寸小，在整个物距上也达到高性能。
而且，在每个实施例中的变焦透镜中，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距。在第二透镜子单元Lp2的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距的情况下，第二透镜子单元Lp2本身的横向倍率可以被设置得相对较大，这有利地使得易于相应地提高聚焦灵敏度。
而且，在每个实施例中的变焦透镜中，优选的是，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2包括两个或更少的透镜。该配置使得易于减轻第二透镜子单元Lp2本身的重量，因此，使得易于高速聚焦。更优选的是，第二透镜子单元Lp2包括其凸面面对像面侧的一个正透镜。该配置使得易于进一步减轻重量，结果，使得易于高速聚焦。
在每个实施例中，进一步优选的是满足以下条件表达式中的至少一个。
1.05<|βLp1t|···(2)
1.10<|βLp1w|···(3)
2.0<fp1/fw<30.0···(4)
1.0<fp2/fw<15.0···(5)
-4.0<ff1/fw<-0.5···(6)
-6.0<ff2/fw<-0.5···(7)
其中，βLp1t表示第一透镜子单元Lp1在望远端处的横向倍率，βLp1w表示第一透镜子单元Lp1在广角端处的横向倍率，fw表示整个系统在广角端处的焦距，ff1表示布置在第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在广角端处的组合焦距，ff2表示布置在第二透镜子单元Lp2的物侧的透镜系统在广角端处的组合焦距。
接着，描述条件表达式(2)至(7)的技术意义。
设置条件表达式(2)是为了增大第一透镜子单元Lp1在望远端处的横向倍率β以使从第一透镜子单元Lp1出射的近轴射线大致接近于平行。当从第一透镜子单元Lp1出射的近轴射线变得大致接近于平行时，如上所述，通过用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的射线的入射高度变得难以改变，并且可以减小聚焦期间的球面像差变化。低于条件表达式(2)的下限，以上提及的效果减小，并且聚焦期间的球面像差变化不利地增大。因此，这不是优选的。
如上所述，满足条件表达式(2)以减小在聚焦期间在望远端处的球面像差变化。
更优选的是如下设置条件表达式(2)的数值范围：
1.05<|βLp1t|<4.00…(2a)
进一步优选的是如下设置条件表达式(2a)的数值范围：
1.10<|βLp1t|<2.00…(2b)
与条件表达式(2)一样，设置条件表达式(3)是为了减小在广角端侧聚焦期间的球面像差变化。低于条件表达式(3)的下限，以上提及的效果减小，并且聚焦期间的球面像差变化不利地增大。更优选的是如下设置条件表达式(3)的数值范围：
1.10<|βLp1w|<4.00…(3a)
进一步优选的是如下设置条件表达式(3a)的数值范围：
1.15<|βLp1w|<2.00…(3b)
条件表达式(4)涉及第一透镜子单元Lp1的焦距，条件表达式(5)涉及第二透镜子单元Lp2的焦距，其中每个焦距用整个系统在广角端处的焦距进行了标准化。低于条件表达式(4)的下限或者高于条件表达式(5)的上限，第一透镜子单元Lp1的折光力增大，并且第二透镜子单元Lp2的折光力相对减小。于是，第二透镜子单元Lp2在聚焦期间的移动量增大，并且整个变焦透镜系统的尺寸不利地增大以便确保用于移动的空间。
高于条件表达式(4)的上限或者低于条件表达式(5)的下限，第一透镜子单元Lp1的折光力减小，并且第二透镜子单元Lp2的折光力相对增大。于是，在第二透镜子单元Lp2的折光力增大以及在第一透镜子单元Lp1中会聚射线的作用减小这两个作用下，聚焦期间的像差变化不利地增大。
如上所述，满足条件表达式(4)和(5)以在维持整个变焦透镜系统的尺寸小的同时减小聚焦期间的像差变化。更优选的是如下设置条件表达式(4)和(5)的数值范围：
3.0<fp1/fw<20.0…(4a)
1.5<fp2/fw<10.0…(5a)
进一步优选的是如下设置条件表达式(4a)和(5a)的数值范围：
0<fp1/fw<16.0…(4b)
2.0<fp2/fw<7.0…(5b)
而且，在每个实施例中的变焦透镜中，优选的是，将具有正折光力的第三透镜子单元Lp3与用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的像侧相邻布置。通过这样的折光力布置，在物侧的透镜系统中所产生的发散射线可以以被具有正折光力的三个单元：第一透镜子单元Lp1、第二透镜子单元Lp2和第三透镜子单元Lp3分担的方式会聚。
结果，变得易于适当地设置第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的折光力，并且聚焦期间的像差变化可以减小，同时维持整个变焦透镜系统的尺寸小。而且，第一透镜子单元Lp1、第二透镜子单元Lp2和第三透镜子单元Lp3中的每个的偏心灵敏度可以被设置得相对较低，这是有利的。
条件表达式(6)涉及第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统的组合焦距，条件表达式(7)涉及第二透镜子单元Lp2的物侧的透镜系统的组合焦距，其中每个组合焦距用整个系统在广角端处的焦距进行了标准化。
低于条件表达式(6)或(7)的下限，在这种情况下，物侧的透镜系统的负折光力减小(负折光力的绝对值减小)，整个变焦透镜系统的尺寸趋向于不利地增大。高于条件表达式(6)或(7)的上限，在这种情况下物侧的透镜系统的负折光力变得太强(负折光力的绝对值增大)，变得难以令人满意地校正参考状态下(当聚焦在无限远处的物体处时)的球面像差和其他各种像差。
如上所述，满足条件表达式(6)和(7)以在维持整个变焦透镜系统的尺寸小的同时维持良好的光学性能。
更优选的是如下设置条件表达式(6)和(7)的数值范围：
-3.0<ff1/fw<-0.6…(6a)
-5.0<ff2/fw<-0.7…(7a)
进一步优选的是如下设置条件表达式(6a)和(7a)的数值范围：
-2.0<ff1/fw<-0.8…(6b)
-3.0<ff2/fw<-1.0…(7b)
接着，描述每个实施例中的变焦透镜的透镜配置。
下面将提供的数值数据以mm为单位表达下面将描述的每个数值实施例。在下文中同样适用。
【实施例1】
描述图1中的实施例1中的变焦透镜OL。实施例1中的变焦透镜OL的焦距为15.4mm至51.0mm(成像视场角为83.1°至30.0°)。实施例1中的变焦透镜OL按从物侧到像侧的次序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、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、以及具有正折光力的第五透镜单元L5。相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变。
在实施例1中的变焦透镜OL中，第三透镜单元L3由作为按从物侧到像侧的次序的透镜子单元的下列透镜子单元构成：具有正折光力的第一透镜子单元Lp1、具有正折光力的第二透镜子单元Lp2、以及具有正折光力的第三透镜子单元Lp3，第二透镜子单元Lp2在聚焦期间沿着光轴移动。第二透镜子单元Lp2由其凸面面对像侧的一个正透镜构成，并且具有49.2mm的焦距fp2。而且，第一透镜子单元Lp1的焦距fp1为88.2mm。而且，第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统(第一透镜单元L1和第二透镜单元L2)在整个变焦范围上具有负的组合焦距(在广角端处为-13.64mm)。
在实施例1中，用条件表达式(1)表达的、第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比为1.79。在实施例1中的变焦透镜中，如上所述，具有正折光力的第一透镜子单元Lp1布置在用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧，从而使入射在第二透镜子单元Lp2上的近轴射线大致接近于平行，同时适当地设置第二透镜子单元Lp2的正折光力。
结果，当聚焦在无限远处的物体处时以及当聚焦在近距离处的物体处时的像差变化，特别是，球面像差变化，被令人满意地校正，同时维持整个变焦透镜系统的尺寸小。而且，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2由单个透镜构成以减轻重量，并且该配置使得易于高速聚焦。
【实施例2】
描述图4中的实施例2中的变焦透镜OL。实施例2中的变焦透镜OL的焦距为15.4mm至51.0mm(成像视场角为83.1°至30.0°)。实施例2中的变焦透镜OL具有与实施例1中相同数量的透镜单元、各个透镜单元的相同折光力、以及相同的变焦类型(诸如变焦期间的移动条件)。第三透镜单元L3的透镜配置也与实施例1中相同。
第二透镜子单元Lp2的焦距fp2为42.1mm。而且，第一透镜子单元Lp1的焦距fp1为203.6mm。而且，第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距(在广角端处为-14.84mm)。在实施例2中，用条件表达式(1)表达的、第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比为4.84。第三透镜单元L3的配置和通过该配置获得的效果与实施例1中相同。
【实施例3】
描述图7中的实施例3中的变焦透镜OL。实施例3中的变焦透镜OL的焦距为15.4mm至51.0mm(成像视场角为83.1°至30.0°)。实施例3中的变焦透镜OL按从物侧到像侧的次序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、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、具有正折光力的第五透镜单元L5、具有负折光力的第六透镜单元L6、以及具有正折光力的第七透镜单元L7。
相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变。在实施例3中的变焦透镜OL中，第三透镜单元L3对应于具有正折光力的第一透镜子单元Lp1。第四透镜单元L4对应于具有正折光力的第二透镜子单元Lp2，其在聚焦期间沿着光轴移动。第五透镜单元L5对应于具有正折光力的第三透镜子单元Lp3。第二透镜子单元Lp2由其凸面面对像侧的单个正透镜构成，并且具有49.8mm的焦距fp2。而且，第一透镜子单元Lp1的焦距fp1为88.9mm。而且，第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距(在广角端处为-13.84mm)。
在实施例3中，用条件表达式(1)表达的、第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比为1.79。在实施例3中的变焦透镜中，如上所述，具有正折光力的第一透镜子单元Lp1布置在用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧，从而使入射在第二透镜子单元Lp2上的近轴射线大致接近于平行，同时适当地设置第二透镜子单元Lp2的折光力。
结果，当聚焦在无限远处的物体处时以及当聚焦在近距离处的物体处时的像差变化，特别是，球面像差变化，被令人满意地校正，同时维持整个变焦透镜系统的尺寸小。而且，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2由单个透镜构成以减轻重量，并且该配置使得易于高速聚焦。
【实施例4】
描述图10中的实施例4中的变焦透镜OL。实施例4中的变焦透镜OL的焦距为15.4mm至51.0mm(成像视场角为83.1°至30.0°)。实施例4中的变焦透镜OL具有与实施例1中相同的变焦类型。
在实施例4中的变焦透镜OL中，第三透镜单元L3对应于具有正折光力的第一透镜子单元Lp1。第四透镜单元L4对应于具有正折光力的第二透镜子单元Lp2，其在聚焦期间沿着光轴移动。第五透镜单元L5对应于具有正折光力的第三透镜子单元Lp3。第二透镜子单元Lp2由其凸面面对像侧的一个正透镜构成，并且具有43.8mm的焦距fp2。而且，第一透镜子单元Lp1的焦距fp1为166.7mm。而且，第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距(在广角端处为-15.03mm)。
在实施例4中，用条件表达式(1)表达的、第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比为3.84。在实施例4中的变焦透镜中，如上所述，具有正折光力的第一透镜子单元Lp1布置在用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧，从而使入射在第二透镜子单元Lp2上的近轴射线大致接近于平行，同时适当地设置第二透镜子单元Lp2的折光力。
结果，当聚焦在无限远处的物体处时以及当聚焦在近距离处的物体处时的像差变化，特别是，球面像差变化，被令人满意地校正，同时维持整个变焦透镜系统的尺寸小。而且，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2由单个透镜构成以减轻重量，并且该配置使得易于高速聚焦。
【实施例5】
描述图13中的实施例5中的变焦透镜OL。实施例5中的变焦透镜OL的焦距为15.4mm至45.0mm(成像视场角为83.1°至33.8°)。实施例5中的变焦透镜OL按从物侧到像侧的次序包括具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2、具有负折光力的第三透镜单元L3、以及具有正折光力的第四透镜单元L4。
相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变。在实施例5中的变焦透镜OL中，第二透镜单元L2包括作为按从物侧到像侧的次序的透镜子单元的下列透镜子单元：具有正折光力的第一透镜子单元Lp1、具有正折光力的第二透镜子单元Lp2、以及具有正折光力的第三透镜子单元Lp3，第二透镜子单元Lp2在聚焦期间沿着光轴移动。第二透镜子单元Lp2包括其凸面面对像侧的一个正透镜，并且具有92.9mm的焦距fp2。而且，第一透镜子单元Lp1的焦距fp1为230.0mm。而且，第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距(在广角端处为-25.44mm)。
在实施例5中，用条件表达式(1)表达的、第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比为2.47。在实施例5中的变焦透镜中，如上所述，具有正折光力的第一透镜子单元Lp1布置在用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧，从而使入射在第二透镜子单元Lp2上的近轴射线大致接近于平行，同时适当地设置第二透镜子单元Lp2的折光力。
结果，当聚焦在无限远处的物体处时以及当聚焦在近距离处的物体处时的像差变化，特别是，球面像差变化，被令人满意地校正，同时维持整个变焦透镜系统的尺寸小。而且，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2由单个透镜构成以减轻重量，并且该配置使得易于高速聚焦。
【实施例6】
描述图16中的实施例6中的变焦透镜OL。实施例6中的变焦透镜OL的焦距为18.4mm至292.0mm(成像视场角为73.2°至5.4°)。实施例6中的变焦透镜OL具有与实施例3中相同的变焦类型。
在实施例6中的变焦透镜OL中，第三透镜单元L3对应于具有正折光力的第一透镜子单元Lp1。第四透镜单元L4对应于具有正折光力的第二透镜子单元Lp2，其在聚焦期间沿着光轴移动。第五透镜单元L5对应于具有正折光力的第三透镜子单元Lp3。第二透镜子单元Lp2由其凸面面对像侧的单个正透镜构成，并且具有67.2mm的焦距fp2。而且，第一透镜子单元Lp1的焦距fp1为126.0mm。而且，第一透镜子单元Lp1的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距(在广角端处为-18.34mm)。
在实施例6中，用条件表达式(1)表达的、第一透镜子单元Lp1和第二透镜子单元Lp2的焦距比为1.88。在实施例6中的变焦透镜中，如上所述，具有正折光力的第一透镜子单元Lp1布置在用于聚焦的第二透镜子单元Lp2的物侧，从而使入射在第二透镜子单元Lp2上的近轴射线大致接近于平行，同时适当地设置第二透镜子单元Lp2的折光力。
结果，当聚焦在无限远处的物体处时以及当聚焦在近距离处的物体处时的像差变化，特别是，球面像差变化，被令人满意地校正，同时维持整个变焦透镜系统的尺寸小。而且，用于聚焦的第二透镜子单元Lp2由单个透镜构成以减轻重量，并且该配置使得易于高速聚焦。
图19是单镜头反光照相机的主要部分的示意图。在图19中，成像光学系统10包括实施例1至6中的任何一个的变焦透镜1。变焦透镜1由作为保持构件的镜筒2保持。20是照相机主体。照相机主体20包括快速返回反射镜3、聚焦板4、五屋脊棱镜5、目镜6等。快速返回反射镜3使来自成像光学系统10的射线向上反射。聚焦板4布置在成像光学系统10的图像形成位置处。五屋脊棱镜5将形成在聚焦板4上的反像转换为正像。
观察者通过目镜6观察正像。作为感光平面7，布置了用于接收图像的固态图像拾取元件(光电换能器)(诸如CCD传感器或CMOS传感器)或者卤化银胶片。当拍摄图像时，快速返回反射镜3从光路缩回，并且通过成像光学系统10在感光平面7上形成图像。这样，通过将本发明的变焦透镜应用于诸如单镜头反光照相机等的图像拾取装置，可以提供具有高光学性能的光学设备。
除此之外，本发明的变焦透镜可以类似地应用于具有无快速返回反射镜的反射镜透镜的单镜头反光照相机。除此之外，本发明的变焦透镜不仅可以应用于诸如数字照相机、摄像机和卤化银胶片照相机的图像拾取装置，而且还可以应用于诸如望远镜、双筒望远镜、复印机和投影仪的光学设备。
上描述了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且可以在其主旨的范围内进行各种修改和改变。
现在，描述数值实施例1至6的变焦透镜的特定数值数据。符号i表示从物侧起的次序。表面编号i为从物侧起的次序。符号Ri表示曲率半径(mm)，Di表示第i表面与第(i+1)表面之间的间隔(mm)。符号Ndi和νdi分别表示相对于d线的第i表面与第(i+1)表面之间的介质的折射率和阿贝常数。另外，BF表示后焦点和从最后一个透镜到像面的距离。整个透镜长度是从第一透镜表面到像面的距离。符号ω表示半视场角。
另外，非球面用表面编号的后缀“*”指示。非球面形状用以下方程表达，其中，X表示光轴方向上从表面顶点起的位移，h表示在垂直于光轴的方向上从光轴起的高度，R表示旁轴曲率半径，k表示圆锥常数，B、C、D、E...表示各个阶次的非球面系数。
此外，每个非球面系数中的“E±XX”意指“×10±XX”。表1中示出了与上述各个条件表达式相关的值。表2中示出了与各个条件表达式相应的值。
【数值实施例1】
单位：mm
非球面数据
第八表面
0.0000E+00 7.8261E-06 1.3747E-07 -4.9234E-09 3.2813E-11 0.0000E+00
第九表面
0.0000E+00 -3.2909E-05 1.3147E-07 -5.9252E-09 3.7154E-11 0.0000E+00
第二十六表面
0.0000E+00 -1.3041E-05 2.6488E-08 -5.1484E-11 -3.7427E-13 0.0000E+00
可变间隔
单元数据
单个透镜数据
【数值实施例2】
单位：mm
非球面数据
第六表面
0.0000E+00 1.9532E-05 -7.0090E-08 4.5847E-10 -2.0703E-12 4.6572E-15
第二十六表面
0.0000E+00 -2.2536E-05 2.9149E-08 -7.7513E-10 5.0708E-12 0.0000E+00
可变间隔
单元数据
单个透镜数据
【数值实施例3】
单位：mm
非球面数据
第八表面
0.0000E+00 5.7939E-06 1.7263E-07 -5.0882E-09 3.3173E-11 0.0000E+00
第九表面
0.0000E+00 -3.4964E-05 1.8797E-07 -6.4153E-09 3.9135E-11 0.0000E+00
第二十六表面
0.0000E+00 -1.3274E-05 3.6083E-08 -1.8284E-10 2.8850E-13 0.0000E+00
可变间隔
单元数据
单个透镜数据
【数值实施例4】
单位：mm
非球面数据
第六表面
0.0000E+00 1.9037E-05 -5.9362E-08 3.8915E-10 -1.7668E-12 4.4706E-15
第二十六表面
0.0000E+00 -2.1803E-05 1.4645E-08 -5.5371E-10 4.0638E-12 0.0000E+00
可变间隔
单元数据
单个透镜数据
【数值实施例5】
单位：mm
非球面数据
第三表面
0.0000E+00 1.2029E-05 -4.7250E-08 -3.7327E-11 8.0522E-13 -1.5699E-15
第四表面
0.0000E+00 -1.8317E-05 -5.0362E-08 -4.5008E-10 3.0974E-12 -7.2054E-15
第十八表面
0.0000E+00 -1.5762E-05 -3.1673E-08 1.0413E-09 -1.3333E-11 5.8201E-14
可变间隔
单元数据
单个透镜数据
【数值实施例6】
单位：mm
非球面数据
第六表面
0.0000E+00 1.8977E-06 -6.1390E-09 7.3862E-12 -1.1263E-14 -4.4518E-18
第二十六表面
0.0000E+00 -6.4079E-06 6.0301E-09 -8.1907E-11 5.7961E-13 0.0000E+00
第二十九表面
0.0000E+00 -9.9316E-06 1.7361E-08 -9.9229E-11 3.7909E-13 0.0000E+00
可变间隔
单元数据
单个透镜数据
表1
表2
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施例。权利要求的范围应遵循最宽泛的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种包括多个透镜单元的变焦透镜，在所述变焦透镜中，相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变，所述变焦透镜包括：
具有正折光力的第一透镜子单元；
具有正折光力的第二透镜子单元，与所述第一透镜子单元的像侧相邻布置；和
在所述第一透镜子单元的物侧的至少一个透镜单元，
其中，布置在所述第一透镜子单元的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距，
其中，所述第二透镜子单元在从聚焦在无限远处的物体到聚焦在近侧物体的过程期间沿着光轴向像侧移动，并且
其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式：
1.0＜fp1/fp2＜10.0，
其中，fp1表示所述第一透镜子单元的焦距，fp2表示所述第二透镜子单元的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，布置在所述第二透镜子单元的物侧的透镜系统在整个变焦范围上具有负的组合焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第二透镜子单元由两个或更少的透镜构成。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第二透镜子单元由具有面对像侧的凸面的单个正透镜构成。
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表达式：
1.05＜|βLp1t|，
其中，βLp1t表示在望远端处所述第一透镜子单元的横向倍率。
6.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表达式：
1.10＜|βLp1w|，
其中，βLp1w表示在广角端处所述第一透镜子单元的横向倍率。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式：
2.0＜fp1/fw＜30.0；和
1.0＜fp2/fw＜15.0，
其中，fw表示在广角端处整个系统的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括具有正折光力的第三透镜子单元，所述第三透镜子单元与所述第二透镜子单元的像侧相邻布置。
9.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表达式：
-4.0＜ff1/fw＜-0.5；和
-6.0＜ff2/fw＜-0.5，
其中，ff1表示在广角端处布置在所述第一透镜子单元的物侧的透镜系统的组合焦距，ff2表示在广角端处布置在所述第二透镜子单元的物侧的透镜系统的组合焦距，fw表示在广角端处所述变焦透镜的焦距。
10.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜按从物侧到像侧的次序由下列透镜单元构成：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、以及具有正折光力的第五透镜单元，所述第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元、第四透镜单元和第五透镜单元中的每一个在变焦期间移动，所述第三透镜单元按从物侧到像侧的次序由所述第一透镜子单元、所述第二透镜子单元以及所述第三透镜子单元构成。
11.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜按从物侧到像侧的次序由下列透镜单元构成：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、具有正折光力的第五透镜单元、具有负折光力的第六透镜单元、以及具有正折光力的第七透镜单元，所述第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元、第四透镜单元、第五透镜单元、第六透镜单元和第七透镜单元中的每一个在变焦期间移动，所述第三透镜单元是所述第一透镜子单元，所述第四透镜单元是所述第二透镜子单元，所述第五透镜单元是所述第三透镜子单元。
12.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜按从物侧到像侧的次序由下列透镜单元构成：具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元、具有负折光力的第三透镜单元、以及具有正折光力的第四透镜单元，所述第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元中的每一个在变焦期间移动，所述第二透镜单元按从物侧到像侧的次序由所述第一透镜子单元、所述第二透镜子单元以及所述第三透镜子单元构成。
13.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求1至12中的任何一个所述的变焦透镜；和
图像传感器，所述图像传感器被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像。
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