CN104977704B

CN104977704B - 变焦透镜和包含变焦透镜的图像拾取装置

Info

Publication number: CN104977704B
Application number: CN201510146148.0A
Authority: CN
Inventors: 杉田茂宣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2017-07-25
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: JP2015197593A; CN104977704A; JP6289219B2; US9638904B2; EP2927726B1; EP2927726A1; US20150277091A1

Abstract

本发明涉及一种变焦透镜和包含变焦透镜的图像拾取装置。该变焦透镜从物侧依次包括包含至少一个透镜单元的前组、正透镜单元和负透镜单元，彼此相邻的透镜单元之间的间隔在变焦过程中改变，前组的合成焦距在广角端为负，正透镜单元在从广角端到望远端的变焦过程中向物侧移动，负透镜单元在第一变焦位置上的从无限远到近距离的聚焦过程中向像侧移动，并且，在位于第一变焦位置的望远侧的第二变焦位置上的从无限远到近距离的聚焦过程，正透镜单元向像侧移动，负透镜单元向物侧移动。

Description

变焦透镜和包含变焦透镜的图像拾取装置

技术领域

本发明涉及适用于例如图像拾取光学系统的变焦透镜和包含变焦透镜的图像拾取装置，该图像拾取光学系统被用于诸如数字静物照相机、数字视频照相机、电视(TV)照相机或监视照相机等的图像拾取装置中。

背景技术

要求用于图像拾取装置中的图像拾取光学系统为具有较宽的场角并且在从无限远物体到近距离物体的整个物距上具有较高的光学性能的变焦透镜。迄今为止，为了在聚焦过程中以小的像差变动在整个物距上获得高光学性能，已知存在其中至少两个透镜单元被配置为在聚焦过程中移动的变焦透镜。

在这些变焦透镜中，已知存在其中在聚焦过程中移动的透镜单元的移动方向根据变焦区域改变以在整个物距上获得较高的光学性能的变焦透镜。

在日本专利申请公开No.2012-83726中，在实施例1中公开了从物侧到像侧依次由分别具有正折光力、负折光力、正折光力、正折光力、正折光力和正折光力的第一到第六透镜单元构成的六单元变焦透镜，其中，第二、第四和第五透镜单元在变焦过程中移动。在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，第二透镜单元在广角端向像侧移动，并且在中间变焦位置到望远端向物侧移动。另外，第四透镜单元在广角端和中间变焦位置上向物侧移动，并且在望远端向像侧移动。并且，第五透镜单元在整个变焦范围上向物侧移动。

在日本专利申请公开No.2007-93974中，在实施例2中公开了从物侧到像侧依次由分别具有正折光力、负折光力、正折光力和正折光力的第一到第四透镜单元构成的四单元变焦透镜，其中，透镜单元在变焦过程中移动。在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，第二透镜单元从中间变焦位置到望远端向物侧移动。第三透镜单元在广角端向像侧移动，并且在中间变焦位置上向物侧移动。第四透镜单元在广角端向像侧移动。

近年来，要求用于图像拾取装置中的变焦透镜能够高速聚焦并且在从无限远物体到近距离物体的整个物距上具有较高的光学性能。为了获得这种变焦透镜，适当地配置变焦类型、用于聚焦的透镜单元的数量和它们的移动条件等是十分重要的。在聚焦类型中，其中在所有变焦区域的预定变焦区域中沿不同的方向移动用于聚焦的透镜单元的聚焦类型在像差变动上较小，结果是变得很容易在所有的变焦区域和整个物距上获得较高的光学性能。

为了在所有的变焦区域和整个物距上获得高光学性能，形成变焦透镜的多个透镜单元中的在聚焦过程中移动的多个透镜单元的选择以及每个变焦区域中的移动条件的适当设定等变得十分重要。当没有适当地设定这些构成时，变得难以在减小像差变动的同时在所有的变焦区域和整个物距上获得高光学性能。另外，变得难以高速实施聚焦。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种变焦透镜，该变焦透镜从物侧到像侧依次包括：

包含至少一个透镜单元的前透镜组；

具有正折光力的正透镜单元(Lp)；和

具有负折光力的负透镜单元(Ln)，其中，

彼此相邻的透镜单元之间的间隔在变焦过程中改变，

前透镜组的合成焦距在广角端为负，

正透镜单元(Lp)在从广角端到望远端的变焦过程中向物侧移动，

负透镜单元(Ln)在第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中向像侧移动，并且，

在处于第一变焦位置的望远侧的第二变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，正透镜单元(Lp)向像侧移动，并且负透镜单元(Ln)向物侧移动。

根据参照附图对示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得十分明显。

附图说明

图1是根据本发明的实施例1的变焦透镜的分别在广角端和望远端的透镜断面图。

图2A和图2B分别是根据本发明的数值实施例1的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(无限远物体)。

图3A和图3B分别是根据本发明的数值实施例1的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(物距：0.28m)。

图4是根据本发明的实施例2的变焦透镜的分别在广角端和望远端的透镜断面图。

图5A和图5B分别是根据本发明的数值实施例2的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(无限远物体)。

图6A和图6B分别是根据本发明的数值实施例2的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(物距：0.28m)。

图7是根据本发明的实施例3的变焦透镜的分别在广角端和望远端的透镜断面图。

图8A和图8B分别是根据本发明的数值实施例3的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(无限远物体)。

图9A和图9B分别是根据本发明的数值实施例3的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(物距：0.28m)。

图10是根据本发明的实施例4的变焦透镜的分别在广角端和望远端的透镜断面图。

图11A和图11B分别是根据本发明的数值实施例4的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(无限远物体)。

图12A和图12B分别是根据本发明的数值实施例4的变焦透镜的广角端和望远端的像差图(物距：0.28m)。

图13是示出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，描述根据本发明的实施例的变焦透镜和包含变焦透镜的图像拾取装置。根据本发明的变焦透镜从物侧到像侧依次包括包含至少一个透镜单元的前透镜组、具有正折光力的透镜单元Lp和具有负折光力的透镜单元Ln，并且，每两个相邻的透镜单元之间的间隔在变焦过程中改变。这里使用的术语“前透镜组”指的是位于透镜单元Lp的物侧的所有透镜单元。前透镜组的合成焦距在广角端为负，并且，透镜单元Lp在从广角端到望远端的变焦过程中向物侧移动。

此时，透镜单元Ln在第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程向像侧移动。在处于第一变焦位置的望远侧的第二变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程，透镜单元Lp向像侧移动，并且，透镜单元Ln向物侧移动。

这里在根据本发明的变焦透镜的上下文中使用的术语“透镜单元”指的是从光学系统的最前面的表面或与前一透镜的间隔在变焦或聚焦过程中改变的表面到光学系统的最后面的表面或与后一透镜的间隔在变焦或聚焦过程中改变的表面的单元。

图1是根据本发明的实施例1的分别在广角端和望远端的透镜断面图。图2A和图2B分别是当变焦透镜聚焦于无限远物体上时的根据本发明的实施例1的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。图3A和图3B分别是在后面描述的数值实施例中以单位mm表达各尺寸时的、物距0.28m上的根据本发明的实施例1的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。这里使用的术语“物距”指的是到像面的距离。

图4是根据本发明的实施例2的分别在广角端和望远端的透镜断面图。图5A和图5B分别是当变焦透镜聚焦于无限远物体上时的根据本发明的实施例2的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。图6A和图6B分别是在后面描述的数值实施例中以单位mm表达各尺寸时的、物距0.28m上的根据本发明的实施例2的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。

图7是根据本发明的实施例3的分别在广角端和望远端的透镜断面图。图8A和图8B分别是当变焦透镜聚焦于无限远物体上时的根据本发明的实施例3的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。图9A和图9B分别是在后面描述的数值实施例中以单位mm表达各尺寸时的、物距0.28m上的根据本发明的实施例3的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。

图10是根据本发明的实施例4的分别在广角端和望远端的透镜断面图。图11A和图11B分别是变焦透镜聚焦于无限远物体上时的根据本发明的实施例4的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。图12A和图12B分别是在后面描述的数值实施例中以单位mm表达各尺寸时的、物距0.28m上的根据本发明的实施例4的变焦透镜的广角端和望远端的像差图。

每个实施例的变焦透镜是用于诸如视频照相机、数字静物照相机或卤化银胶片照相机的图像拾取装置的图像拾取光学系统。在每个透镜断面图中，左面是物侧(前侧)，而右面是像侧(后侧)。在透镜断面图中，符号i代表从物侧起的透镜单元的序号，符号Li代表第i个透镜单元。变焦透镜包括包含至少一个透镜单元的前透镜组LF和包含至少一个透镜单元的后透镜组LR。

变焦透镜包含孔径光阑SP。像面IP在变焦透镜被用作视频照相机或数字静物照相机的图像拾取光学系统时与诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电转换元件)的像面对应，并在变焦透镜被用作卤化银胶片照相机的图像拾取光学系统时与胶片面对应。箭头指示从广角端到望远端的变焦过程中透镜单元中的每一个的移动轨迹。并且，关于聚焦的箭头指示透镜单元中的每一个在从无限远物体到近距离物体的聚焦时的移动方向。

在像差图之中，在球面像差图中，实线和双点划线分别指示d线(具有587.6nm的波长)和g线(具有435.8nm的波长)。在像散图中，虚线和实线分别指示d线上的子午像面和弧矢像面。并且，在示出畸变的示图中，畸变由d线指示。横向色差由g线指示。符号FNo代表F数，符号ω代表半场角(度)。注意，在以下描述的实施例中，广角端和望远端分别指的是当变倍透镜单元位于光轴上的机械可动范围的两端时的变焦位置。

以下，以负引导型变焦透镜为实施例，描述根据本发明的变焦透镜的特征。在在其中具有负折光力的透镜单元位于前面的负引导型变焦透镜中，使用第一透镜单元实施聚焦的情况下，从像侧到第二透镜单元，光线的入射高度不变。因此，可以仅优化第一透镜单元的透镜结构，以使得依赖于物距的光学性能的变动相对较小。

但是，轴外主光线的入射高度在广角端变得最大，由此，第一透镜单元具有最大的有效直径并且在变焦透镜中也较重。因此，难以高速实施聚焦。另一方面，在用第二透镜单元的全部或一部分实施聚焦的方法中，第二透镜单元上的轴上光线的入射高度变高。

特别地，轴上光线的入射高度在望远端变高。因此，由第二透镜单元变化导致的像差在变焦和聚焦过程中明显变化。特别地，球面像差的变动变得非常大，并且变得难以在整个变焦范围和整个物距上获得较高的光学性能。另外，在负引导型变焦透镜中，随着变焦透镜的小型化，出射光瞳的位置变得更接近像侧，由此，当在像侧使用透镜单元实施聚焦时，轴外主光线的入射高度由于聚焦而明显变化，并且，像面变动变得非常大。

另一方面，当多个透镜单元在聚焦过程中移动时，变得很容易减小聚焦过程中的像差变动。

这同样适用于其中正透镜单元被配置为最接近物侧的具有宽场角的正引导型透镜。

在本发明中，在具有宽场角的变焦透镜中，两个透镜单元在广角侧和望远侧以不同的方式移动，以在整个变焦范围和整个物距上获得良好的光学性能。具体而言，在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，具有正折光力的透镜单元Lp首先在广角侧和望远侧被向着像侧驱动以获得聚焦效果。

此时，轴上光线的入射高度变大，并且，球面像差的变动在望远侧变大，但是，为了校正变动，被布置于透镜单元Lp的像侧的具有负折光力的透镜单元Ln在望远侧向物侧移动以校正球面像差的变动。

另一方面，轴上光线的入射高度变得更高，并且使用透镜单元Ln与使用透镜单元Lp相比，变得更容易在广角侧获得高聚焦灵敏度。因此，透镜单元Ln向像侧移动以在广角侧获得聚焦效果。

另外，也通过向像侧移动透镜单元Ln校正由透镜单元Lp向像侧移动所导致的像场弯曲的变动。

以这种方式，由于聚焦导致的光学性能的变动的负担在广角侧和望远侧均可明显减少，这减少了形成透镜单元Lp和透镜单元Ln的透镜的数量。这还可增加透镜单元的变焦过程中的移动量，并且减少变焦过程中的像差变动。

以这种方式，使用根据本发明的变焦透镜，获得具有较宽的场角、尺寸较小且具有高性能的变焦透镜。

下面描述体现根据本发明的变焦透镜的示例性配置。根据本发明的变焦透镜包括具有正折光力的透镜单元Lp和在透镜单元Lp的像侧的具有负折光力的透镜单元Ln。变焦透镜还在透镜单元Lp的物侧包括包含至少一个透镜单元的前透镜组LF。前透镜组LF的合成焦距在广角端为负。透镜单元Lp在从广角端到望远端的变焦过程中向物侧移动。

透镜单元Ln在第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中向像侧移动。在处于第一变焦位置的望远侧的第二变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，透镜单元Lp向像侧移动，并且，透镜单元Ln向物侧移动。对于实施例，透镜单元Lp和透镜单元Ln在聚焦过程中的移动方向如下。

在第一变焦位置上的从长距离到短距离的聚焦过程中，透镜单元Ln向像侧移动，该第一变焦位置是由下式(a1)定义的第一变焦区域中的一个变焦位置。透镜单元Lp可以或者可以不在第一变焦位置上移动。另外，在第二变焦位置上的从长距离到短距离的聚焦过程中，透镜单元Lp向像侧移动且透镜单元Ln向物侧移动，该第二变焦位置是由下式(a2)定义的第二变焦区域中的一个变焦位置。换言之，透镜单元Lp和透镜单元Ln沿相反的方向移动。

注意，当变焦透镜在广角端的焦距由fw代表且变焦透镜在望远端的焦距由ft代表时，第一变焦区域和第二变焦区域是由下式(a1)和(a2)定义的变焦区域。

第一变焦区域：f≤0.8×fw+0.2×ft …(a1)

第二变焦区域：f>0.2×fw+0.8×ft …(a2)

在第一变焦区域中，主要通过透镜单元Ln实施聚焦。在第一变焦区域与第二变焦区域之间的第三变焦区域中，在设计上任意地设定透镜单元Lp和透镜单元Ln在聚焦过程中的移动和移动方向。

当透镜单元Lp和透镜单元Ln沿相同的方向移动时，变得很容易校正透镜单元Ln中出现的像场弯曲的变动。透镜单元Ln的聚焦灵敏度降低，但是，与望远侧的移动量相比，广角侧聚焦过程中的移动量原本足够小。因此，即使当移动量在一定程度上增加时，对实施例来说，自动聚焦中的聚焦速度未被影响。但是，注意，对于无限远物体，需要确保透镜单元Lp向像侧移动的空间，由此，透镜单元Lp在从广角端到望远端的变焦过程中的移动被限制。

因此，在第一变焦区域中，可根据哪个变焦位置在性能上被赋予重要性，确定透镜单元Lp在聚焦过程中是不移动还是向着像侧被驱动。注意，在本发明的实施例中，为了减少聚焦过程中的像面变动，透镜单元Lp向像侧移动。另外，在第二变焦区域中，透镜单元Lp向像侧移动且透镜单元Ln向物侧移动，以校正由于聚焦导致的球面像差的变动。

另外，在式(a1)的第一变焦区域中的所有焦距(所有变焦位置)上，更优选的是，在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，使透镜单元Ln向像侧移动且透镜单元Lp向像侧移动或者不移动。另外，在式(a2)的第二变焦区域中的所有焦距上，更优选的是，在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，使透镜单元Lp向像侧移动且透镜单元Ln向物侧移动。

下面描述配置根据本发明的变焦透镜的更优选的配置。透镜单元Lp的焦距由fLp代表，透镜单元Ln的焦距由fLn代表。透镜单元Lp在广角端的横向倍率由βpw代表，透镜单元Ln在广角端的横向倍率由βnw代表。透镜单元Lp在望远端的横向倍率由βpt代表，透镜单元Ln在望远端的横向倍率由βnt代表。

第一变焦位置上的透镜单元Lp的聚焦过程中的移动量由DLpw代表，第一变焦位置上的透镜单元Ln的聚焦过程中的移动量由DLnw代表。但是，注意，在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中从物侧到像侧的移动量的符号为正。这同样适用于以下。第二变焦位置上的透镜单元Lp的聚焦过程中的移动量由DLpt代表，第二变焦位置上的透镜单元Ln的聚焦过程中的移动量由DLnt代表。

变焦透镜在透镜单元Ln的像侧包括包含至少一个透镜单元的后透镜组，前透镜组在广角端的合成焦距由fFw代表，后透镜组在广角端的合成焦距由fRw代表，并且，变焦透镜在广角端的焦距由fw代表。此时，优选满足以下条件式中的至少一个。

0.3<-fLp/fLn<0.8 …(1)

-3.0<βpw<-0.5 …(2)

|βnw|>3.0 …(3)

|βpt|>2.0 …(4)

-3.0<βnt<-0.2 …(5)

0.0≤DLpw/DLnw<1.2 …(6)

0.1<-DLnt/DLpt<1.0 …(7)

1.50<fLp/fw<4.00 …(8)

2.50<-fLn/fw<10.00 …(9)

0.70<-fFw/fw<2.50 …(10)

1.50<fRw/fw<5.00 …(11)

下面，描述上述条件式的技术含义。为了适当地设定透镜单元Lp与透镜单元Ln的折光力比、实现变焦透镜的小型化并且使得变焦和聚焦过程中像差变动较小，设定此条件式(1)。当透镜单元Lp的折光力变得太弱且超过条件式(1)的上限值时，变焦透镜的尺寸增加，这不是优选的。当透镜单元Lp的折光力变得太强且低于条件式(1)的下限值时，变焦和聚焦过程中的球面像差的变动变大，这不是优选的。更优选将条件式(1)的数值范围设定如下。

0.4<-fLp/fLn<0.7 …(1a)

条件式(2)和(3)被设定，从而使得透镜单元Ln具有比透镜单元Lp大的聚焦灵敏度，并且，即使当为了补偿广角端的像差使得透镜单元Lp沿与透镜单元Ln相同的方向移动时，也可获得足够的聚焦效果。即使当条件式(2)和(3)中的任一个超过或低于上限值或下限值时，也通过透镜单元Lp抵消了透镜单元Ln的聚焦效果，以增加聚焦过程中的驱动量，这不是优选的。更优选地将条件式(2)和(3)的数值范围设定如下。

-2.0<βpw<-0.8 …(2a)

|βnw|>5.0 …(3a)

条件式(4)被设定，以在望远端上获得透镜单元Lp的一定的聚焦灵敏度。当|βpt|的值低于条件式(4)的下限值时，聚焦过程中的球面像差的变动变小，但聚焦灵敏度变小以增加聚焦过程中的驱动量，结果是变焦透镜的尺寸增加。

条件式(5)被设定，以适当地设定透镜单元Ln的聚焦灵敏度并且校正由透镜单元Lp导致的球面像差的变动。当βnt的值超过或低于条件式(5)的上限值或下限值时，透镜单元Ln的聚焦灵敏度变得太大而降低驱动的灵活性，结果是作为用于补偿变焦过程中变化的像面变动的透镜单元的功能降低，这不是优选的。更优选地将条件式(4)和(5)的数值范围设定如下。

|βpt|>3.0 …(4a)

-2.0<βnt<-0.3 …(5a)

条件式(6)被设定，以获得透镜单元Ln和透镜单元Lp的足够的合成聚焦灵敏度并且减少聚焦过程中的像场弯曲的变动。当DLpw/DLnw的值超过条件式(6)的上限值时，透镜单元Ln和透镜单元Lp的合成聚焦灵敏度变低，由此增加聚焦过程中的驱动量，结果是变焦透镜的尺寸增加。当DLpw/DLnw的值低于条件式(6)的下限值时，变得难以通过透镜单元Lp补偿由透镜单元Ln导致的像场弯曲的变动。更优选地将条件式(6)的数值范围设定如下。

0.1≤DLpw/DLnw<0.9 …(6a)

条件式(7)限定第二变焦位置上的透镜单元Lp和透镜单元Ln的聚焦过程中的聚焦用驱动关系。条件式(7)被设定以获得透镜单元Ln和透镜单元Lp的足够的聚焦灵敏度并且减少由于聚焦导致的球面像差的变动。当-DLnt/DLpt的值超过条件式(7)的上限值时，具有比透镜单元Lp低的聚焦灵敏度的透镜单元Ln的驱动量变得太大，由此增加聚焦过程中的驱动量，结果是变焦透镜的尺寸增加。

当-DLnt/DLpt的值低于条件式(7)的下限值时，变得难以通过透镜单元Ln补偿由透镜单元Lp导致的像场弯曲的变动。更优选将条件式(7)的数值范围设定如下。

0.2<-DLnt/DLpt<0.8 …(7a)

条件式(8)～(11)中的每一个被设定以减少变焦过程中的像差变动并减小变焦透镜的尺寸。当fLp/fw、-fLn/fw、-fFw/fw和fRw/fw的值分别超过条件式(8)～(11)的上限值时，变焦透镜的尺寸增加。另一方面，当fLp/fw、-fLn/fw、-fFw/fw和fRw/fw的值分别低于条件式(8)～(11)的下限值时，透镜单元的折光力变得太强，结果是变焦过程中的像差变动变大。更优选地将条件式(8)～(11)的数值范围设定如下。

1.80<fLp/fw<3.50 …(8a)

3.50<-fLn/fw<8.00 …(9a)

0.90<-fFw/fw<2.00 …(10a)

2.00<fRw/fw<4.00 …(11a)

在每个实施例中，满足以下的条件式：

fa1≤0.8×fw+0.2×ft；以及

fa2>0.2×fw+0.8×ft，

这里，fa1代表第一变焦位置上的变焦透镜的焦距，fa2代表第二变焦位置上的变焦透镜的焦距。

然后，根据本发明的变焦透镜优选地包括在聚焦过程中被驱动的两个透镜单元：透镜单元Lp和透镜单元Ln，这有利于驱动机构的简化。透镜单元Ln还优选地由两个或更少的透镜构成，这减轻透镜单元的重量并且有利于高速聚焦。另外，透镜单元Lp更优选地由两个或更少的透镜构成，这减轻透镜单元的重量并且有利于高速聚焦。前透镜组LF的合成焦距在整个变焦范围上为负。这有利于加宽场角。

对于实施例来说，根据本发明的变焦透镜为以下的变焦类型。变焦透镜从物侧到像侧依次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和具有正折光力的第四透镜单元L4，其中，第二透镜单元L2是透镜单元Lp，并且第三透镜单元L3是透镜单元Ln。

作为替代地，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和具有正折光力的第五透镜单元L5。在该变焦透镜中，第三透镜单元L3是透镜单元Lp，并且第四透镜单元L4是透镜单元Ln。

以下描述各实施例中的透镜结构。实施例1涉及从物侧到像侧依次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和具有正折光力的第四透镜单元L4的四单元变焦透镜。在从广角端到望远端的变焦过程中，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4向物侧移动，并且第一透镜单元L1按照U形轨迹，沿着该U形轨迹，第一透镜单元L1在中间变焦区域中与在广角端或望远端相比更接近像侧地移动。换言之，第一透镜单元L1沿凸向像侧的轨迹移动。

第二透镜单元L2与透镜单元Lp对应，并且，第三透镜单元L3与透镜单元Ln对应。在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，透镜单元Lp在所有的第一变焦区域和第二变焦区域中向像侧移动。透镜单元Ln在整个第一变焦区域中向像侧移动且在整个第二变焦区域中向物侧移动。在整个变焦范围之中，在第一变焦区域和第二变焦区域以外的第三变焦区域中，透镜单元Lp和透镜单元Ln的移动和移动方向是任意的。

以这种方式，在从广角端到望远端的所有变焦区域和从无限远物体到0.28m的物距的整个物距上获得高光学性能。透镜单元Lp和透镜单元Ln的焦度比满足条件式(1)，结果是变焦透镜被小型化，并且，像差变动对于变焦和聚焦均减小。另外，透镜单元Lp和透镜单元Ln在广角端和望远端的横向倍率β满足条件式(2)、(3)、(4)和(5)。这减少所有变焦区域和整个物距上的像差变动并且减少聚焦过程中的驱动量，结果是实现变焦透镜的小型化。

另外，透镜单元Lp和透镜单元Ln在广角端的聚焦过程中的移动量满足条件式(6)，以减少依赖于广角端的物距的像场弯曲的变动。另外，透镜单元Lp和透镜单元Ln在望远端的聚焦过程中的移动量满足条件式(7)。这减少透镜单元Lp和透镜单元Ln在聚焦过程中的移动量，从而不仅有利于自动聚焦时的高速驱动，而且减少依赖于物距的球面像差的变动。

另外，透镜单元Lp和透镜单元Ln中的每一个由两个透镜构成，以减少致动器上的负担，并且有利于安静和高速的驱动。另外，透镜单元Lp、位于透镜单元Lp的物侧的透镜单元(L1)(前透镜组LF)、透镜单元Ln和位于透镜单元Ln的像侧的透镜单元(L4)(后透镜组LR)分别满足条件式(8)、(9)、(10)和(11)。这减少了由于变焦透镜的变焦导致的像差变动并且实现变焦透镜的小型化。

在实施例2和实施例3中，透镜单元的数量、诸如伴随变焦的透镜单元的移动条件的变焦类型和聚焦过程中的透镜单元的动作等与实施例1相同。实施例4涉及从物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、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和具有正折光力的第五透镜单元L5的五单元变焦透镜。

在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元L1和第三透镜单元L3至第五透镜单元L5向物侧移动，并且，第二透镜单元L2按照U形轨迹，沿着该U形轨迹，该第二透镜单元L2在中间变焦区域中与在广角端或望远端相比更接近像侧地移动。第三透镜单元L3与透镜单元Lp对应，并且，第四透镜单元L4与透镜单元Ln对应。

根据本发明的变焦透镜可类似地应用于实施例4的正引导类型以及实施例1～3的负引导类型。实施例4中的透镜单元Lp和透镜单元Ln的效果与实施例1类似。

以上描述了根据本发明的示例性实施例的变焦透镜，但应理解，本发明不限于这些实施例，并且可在其要旨的范围内以各种方式进行修改和改变。

下面，参照图13，描述在实施例1～4中的每一个中描述的变焦透镜被应用于图像拾取装置的实施例。根据本发明的图像拾取装置包括包含变焦透镜的可交换透镜装置和通过照相机安装单元可拆卸地与可交换透镜装置连接并且包含用于接收由变焦透镜形成的光学图像以将该光学图像转换成电图像信号的图像拾取元件的照相机主体。

图13是单镜头反射式照相机的主要部分的示意图。在图13中，成像透镜10包含实施例1至4中的任一个的变焦透镜1。变焦透镜1由作为保持部件的透镜筒2保持。照相机主体20包含用于向向上方向反射来自成像透镜10的光束的快速返回镜3和配置于成像透镜10的图像形成位置中的刻线板4。照相机主体20还包括用于将在刻线板4上形成的倒像转换成正像的五脊棱镜5和用于观察正像的目镜透镜6。

作为感光面7，配置用于接收由变焦透镜形成的图像的诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电转换元件)或卤化银胶片。当拍摄图像时，快速返回镜3从光路回缩，并且，由成像透镜10在感光面7上形成图像。在本实施例中公开的图像拾取装置有效地享有在实施例1至4中描述的益处。并且，本发明的变焦透镜也可类似地应用于不包含快速返回镜的无镜照相机。本发明也可被应用于用于投影仪的图像投影光学系统。

以下表示与实施例1至4对应的数值实施例1至4。在数值实施例1至4中的每一个中，符号i代表从物侧起的次序。在数值实施例1至4中的每一个中，符号ri代表从物侧算起的第i个透镜表面的曲率半径，符号di代表从物侧算起的第i个表面与第(i+1)个表面之间的透镜厚度或空气间隔，符号ndi和νdi分别代表从物侧算起的第i个表面与第(i+1)个表面之间的材料的折射率和Abbe常数。符号BF代表反焦距。

并且，除了诸如焦距和F数的规范以外，像高代表用于确定半场角的最大图像高度，透镜总长代表从第一透镜表面到像面的距离。反焦距BF代表从最后透镜表面到像面的长度。另外，关于透镜单元的数据代表透镜单元中的每一个的焦距、光轴上的长度(透镜结构长度)、前主点位置和后主点位置。另外，光学表面之间的间隔d所处(可变)的部分在变焦过程中改变，并且，在附表中表示与焦距对应的表面之间的间隔。非球面形状是满足以下关系的形状：

式1

这里，Sag(R)是沿与光轴垂直的方向移开R的位置上的光轴方向的表面位置，并且，在各表中表示非球面表面的非球面系数。另外，每个光学表面的有效直径所处(可变)的部分在变焦过程中改变，并且，以表面号eai在附表中示出与焦距对应的有效直径。注意，表1表示基于以下描述的数值实施例1至4中的透镜数据的条件式的计算结果。

数值实施例1

单位：mm

非球面表面数据

第1表面

K＝0.00000e+000 A4＝2.76615e-005 A6＝-5.96795e-008

A8＝8.61814e-011 A10＝-7.14028e-014 A12＝3.16309e-017

第2表面

K＝-6.08504e-001 A4＝9.34901e-006 A6＝1.09006e-008

A8＝-7.02459e-011 A10＝-7.34466e-013 A12＝1.50058e-015

第3表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.32091e-005 A6＝5.92819e-008

A8＝-7.57591e-012 A10＝-3.00165e-014

第4表面

K＝1.09844e+000 A4＝-1.37506e-005 A6＝5.53268e-008

A8＝1.10142e-010 A10＝2.17466e-013 A12＝-1.09413e-016

第23表面

K＝0.00000e+000 A4＝-1.20323e-005 A6＝-9.76527e-011

A8＝-1.38295e-010 A10＝5.30718e-013 A12＝-1.00957e-015

各种数据

变焦透镜单元数据

数值实施例2

单位：mm

非球面表面数据

第1表面

K＝0.00000e+000 A4＝3.62294e-005 A6＝-6.85134e-008

A8＝8.57765e-011 A10＝-5.88630e-014 A12＝2.49028e-017

第2表面

K＝-3.57439e-001 A4＝1.60329e-005 A6＝3.48480e-008

A8＝-1.17970e-010 A10＝-7.46775e-013 A12＝1.34123e-015

第3表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.69161e-005 A6＝5.09934e-008

A8＝-2.38432e-011 A10＝2.21018e-014

第4表面

K＝1.96159e+000 A4＝-2.30345e-005 A6＝-4.71465e-009

A8＝1.65301e-010 A10＝6.77252e-014 A12＝5.77216e-016

第23表面

K＝0.00000e+000 A4＝-2.08913e-005 A6＝-9.74997e-009

A8＝-4.25856e-010 A10＝2.82264e-012 A12＝-7.93916e-015

各种数据

变焦透镜单元数据

数值实施例3

单位：mm

非球面表面数据

第1表面

K＝0.00000e+000 A4＝1.94672e-005 A6＝-3.46698e-008

A8＝4.15678e-011 A10＝-2.73544e-014 A12＝9.90183e-018

第2表面

K＝-6.59006e-001 A4＝4.00733e-007 A6＝1.49583e-009

A8＝6.24651e-011 A10＝-8.32596e-013 A12＝1.27080e-015

第3表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.29448e-005 A6＝3.03288e-008

A8＝2.98388e-011 A10＝-2.72836e-014

第4表面

K＝-3.90494e+000 A4＝-9.99213e-006 A6＝3.65799e-008

A8＝-3.03851e-011 A10＝6.88577e-013 A12＝-8.74357e-016

第23表面

K＝0.00000e+000 A4＝-1.24403e-005 A6＝3.26448e-009

A8＝-2.41595e-010 A10＝1.12183e-012 A12＝-2.26589e-015

各种数据

变焦透镜单元数据

数值实施例4

单位：mm

非球面表面数据

第3表面

K＝0.00000e+000 A4＝2.65010e-005 A6＝-6.12679e-008

A8＝9.25737e-011 A10＝-7.20070e-014 A12＝2.32701e-017

第4表面

K＝-6.07409e-001 A4＝1.04548e-005 A6＝1.26526e-008

A8＝-1.46916e-010 A10＝-7.15214e-013 A12＝1.62205e-015

第5表面

K＝0.00000e+000 A4＝-3.66238e-005 A6＝5.69195e-008

A8＝-2.99343e-011 A10＝-6.07436e-015

第6表面

K＝-3.59648e-001 A4＝-1.48481e-005 A6＝5.32691e-008

A8＝1.76146e-010 A10＝3.32879e-013 A12＝2.00467e-016

第16表面

K＝0.00000e+000 A4＝3.85148e-007 A6＝-1.92465e-009

A8＝-2.80537e-012

第23表面

K＝0.00000e+000 A4＝-1.35230e-005 A6＝-1.80732e-008

A8＝-3.53819e-011

各种数据

变焦透镜单元数据

表1

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，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的解释以包含所有这种变更方式和等同的结构及功能。

Claims

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：

包含至少一个透镜单元的前透镜组；

具有正折光力的正透镜单元(Lp)；和

具有负折光力的负透镜单元(Ln)，其中，

彼此相邻的透镜单元之间的间隔在变焦过程中改变，

所述前透镜组的合成焦距在广角端为负，

在处于所述第一变焦位置的望远侧的第二变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中，正透镜单元(Lp)向像侧移动，负透镜单元(Ln)向物侧移动，并且

其中满足以下的条件式：

fa1≤0.8×fw+0.2×ft；以及

fa2＞0.2×fw+0.8×ft，

这里，fw代表所述变焦透镜在广角端的焦距，ft代表所述变焦透镜在望远端的焦距，fa1代表所述变焦透镜在第一变焦位置上的焦距，fa2代表所述变焦透镜在第二变焦位置上的焦距。

2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述正透镜单元(Lp)在第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中向像侧移动。

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：

0.3＜-fLp/fLn＜0.8

这里，fLp代表正透镜单元(Lp)的焦距，fLn代表负透镜单元(Ln)的焦距。

4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下的条件式：

-3.0＜βpw＜-0.5；以及

|βnw|＞3.0，

这里，βpw代表正透镜单元(Lp)在广角端的横向倍率，βnw代表负透镜单元(Ln)在广角端的横向倍率。

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：

|βpt|＞2.0；和

-3.0＜βnt＜-0.2，

这里，βpt代表正透镜单元(Lp)在望远端的横向倍率，βnt代表负透镜单元(Ln)在望远端的横向倍率。

6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，

所述正透镜单元(Lp)在所述第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中向像侧移动，并且，

满足以下的条件式：

0.0≤DLpw/DLnw＜1.2，

这里，DLpw代表正透镜单元(Lp)在第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中的移动量，DLnw代表负透镜单元(Ln)在第一变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中的移动量，并且，当在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中从物侧向像侧移动时，移动量的符号为正。

7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下的条件式：

0.1＜-DLnt/DLpt＜1.0，

这里，DLpt代表正透镜单元(Lp)在第二变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中的移动量，DLnt代表负透镜单元(Ln)在第二变焦位置上的从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中的移动量，并且，当在从无限远物体到近距离物体的聚焦过程中从物侧向像侧移动时，移动量的符号为正。

8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述负透镜单元(Ln)由两个或更少的透镜构成。

9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述正透镜单元(Lp)由两个或更少的透镜构成。

10.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，

所述变焦透镜从物侧到像侧依次由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和具有正折光力的第四透镜单元构成，其中，

所述第二透镜单元是正透镜单元(Lp)，并且，

所述第三透镜单元是负透镜单元(Ln)。

11.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，

所述变焦透镜从物侧到像侧依次由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构成，其中，

所述第三透镜单元是正透镜单元(Lp)，并且，

所述第四透镜单元是负透镜单元(Ln)。

12.根据权利要求1所述的变焦透镜，还在所述负透镜单元(Ln)的像侧包括包含至少一个透镜单元的后透镜组，

其中，满足以下的条件式：

1.50＜fLp/fw＜4.00；

2.50＜-fLn/fw＜10.00；

0.70＜-fFw/fw＜2.50；和

1.50＜fRw/fw＜5.00，

这里，fLp代表正透镜单元(Lp)的焦距，fLn代表负透镜单元(Ln)的焦距，fFw代表前透镜组在广角端的合成焦距，fRw代表后透镜组在广角端的合成焦距，fw代表变焦透镜在广角端的焦距。

13.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述前透镜组的合成焦距在整个变焦范围上为负。

14.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求1～13中的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图像的图像传感器。