CN110208934B - 变焦镜头和摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变焦镜头和摄像装置。所述变焦镜头从物侧到像侧依次，由第一透镜单元、第二透镜单元和包括至少一个透镜单元的后透镜组组成，第一透镜单元具有正折光力并被构造成不为变焦而移动，第二透镜单元具有负折光力并被构造成为变焦而移动。第一透镜单元包括至少六个透镜，包括在第一透镜单元中的最接近物侧的透镜是负透镜，并且所述变焦镜头满足以下条件表达式：‑1.65<f1n/f1<‑1.10，37<ν1n<48，并且87<νpave<100，其中，f1n是所述负透镜的焦距，ν1n是所述负透镜针对d线的阿贝数，f1是第一透镜单元的焦距，νpave是第一透镜单元中包括的正透镜针对d线的阿贝数的平均值。
Description
技术领域
本发明涉及变焦镜头和摄像装置。
背景技术
近年来，已存在如下需求：诸如电视摄像机、电影摄像机或摄影摄像机等的摄像装置配备有，具有宽视角、高变焦比和高光学性能的变焦镜头。尤其是，在作为专业视频拍摄系统的电视摄像机或电影摄像机中使用的诸如CCD传感器或CMOS传感器等的摄像器件，遍及整个摄像范围具有几乎均等的分辨率。为此，使用这种摄像器件的变焦镜头期望具有从视场(field)的中心到视场的周边的几乎均等的分辨率。
已知如下正导型变焦镜头作为具有宽视角和高变焦比的变焦镜头，该正导型变焦镜头从物侧起依次包括，具有正折光力的第一透镜单元和具有负折光力的用于变焦的第二透镜单元。日本特开2012-220901号公报公开了具有90至120的变焦比的变焦镜头，该变焦镜头从物侧起依次包括，具有正折光力的第一透镜单元和具有负折光力的第二透镜单元，第一透镜单元由六个透镜组成。此外，日本特开2016-71140号公报公开了具有大约20倍的变焦比的变焦镜头，该变焦镜头从物侧起依次包括，具有正折光力的第一透镜单元和具有负折光力的第二透镜单元，第一透镜单元由六个透镜组成。
为了使具有上述构造的正导型变焦镜头同时实现高光学性能、宽视角和小型化，适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料是重要的。在要同时实现较宽的视角、较高的倍率和较小的尺寸的情况下，尤其是望远端的色像差被校正不足，使得难以从视场的中心到视场的周边实现良好的光学性能。
当日本特开2012-220901号公报中公开的变焦镜头被设计为实现较宽的视角和较高的倍率时，变焦镜头的第一透镜单元中的透镜的折光力和玻璃材料，具有对望远端的色像差校正不足的倾向。此外，日本特开2016-71140号公报中公开的变焦镜头具有大约20的变焦比，并且用于该变焦镜头的第一透镜单元中的透镜的折光力和玻璃材料，对于具有高于40的变焦比的变焦镜头不是最优的。
发明内容
本公开例如提供一种变焦镜头，该变焦镜头的优势在于，具有宽视角、高变焦比、小型化和轻量化、以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
本发明的变焦镜头是如下变焦镜头，所述变焦镜头从物侧到像侧依次，由第一透镜单元、第二透镜单元和包括至少一个透镜单元的后透镜组组成，第一透镜单元具有正折光力并被构造成不为变焦而移动，第二透镜单元具有负折光力并被构造成为变焦而移动，其中，第一透镜单元包括至少六个透镜，包括在第一透镜单元中的最接近物侧的透镜是负透镜，并且所述变焦镜头满足以下条件表达式：
-1.65<f1n/f1<-1.10，
37<ν1n<48，并且
87<νpave<100，
其中，f1n是所述负透镜的焦距，ν1n是所述负透镜针对d线的阿贝数，f1是第一透镜单元的焦距，νpave是第一透镜单元中包括的正透镜针对d线的阿贝数的平均值，针对d线的阿贝数νd由以下表达式表达：
νd＝(Nd-1)/(NF-NC)，
其中，NF是针对F线的折射率，NC是针对C线的折射率，Nd是针对d线的折射率。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是数值实施例1的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图2A是数值实施例1的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图2B是数值实施例1的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图2C是数值实施例1的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图3是数值实施例2的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图4A是数值实施例2的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图4B是数值实施例2的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图4C是数值实施例2的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图5是数值实施例3的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图6A是数值实施例3的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图6B是数值实施例3的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图6C是数值实施例3的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图7是数值实施例4的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图8A是数值实施例4的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图8B是数值实施例4的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图8C是数值实施例4的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图9是数值实施例5的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图10A是数值实施例5的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图10B是数值实施例5的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图10C是数值实施例5的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图11是数值实施例6的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图12A是数值实施例6的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图12B是数值实施例6的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图12C是数值实施例6的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图13是数值实施例7的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图14A是数值实施例7的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图14B是数值实施例7的变焦镜头在f＝65mm时聚焦于无限远处的的像差图。
图14C是数值实施例7的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图15是数值实施例8的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。
图16A是数值实施例8的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的像差图。
图16B是数值实施例8的变焦镜头在f＝100mm时聚焦于无限远处的像差图。
图16C是数值实施例8的变焦镜头在望远端聚焦于无限远处的像差图。
图17A是数值实施例1的变焦镜头在广角端聚焦于最近物体上的光路图。
图17B是数值实施例1的变焦镜头在望远端聚焦于最近物体上的光路图。
图18是与对由正透镜单元引起的两种颜色的轴向色像差的校正以及残留的二级光谱有关的示意图。
图19是本发明的摄像装置的主要部分的示意图。
具体实施方式
下面将基于附图详细描述本发明的优选实施例。
首先，使用条件表达式来描述本发明的变焦镜头的特征。本发明的变焦镜头限定了第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料，以实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化、以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
本发明的变焦镜头(以及具有该变焦镜头的摄像装置)，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以及包括至少一个透镜单元的后透镜组。第一透镜单元被构造成不为变焦而移动。第二透镜单元被构造成为变焦而移动。第一透镜单元包括至少六个透镜，并且在第一透镜单元中最接近物侧的透镜是具有负折光力的1n透镜。变焦镜头满足以下条件表达式：
-1.65<f1n/f1<-1.10…(1)
37<ν1n<48…(2)
其中，f1n是1n透镜的焦距，ν1n是1n透镜的d线的阿贝数(Abbe number)，f1是第一透镜单元的焦距。描述本发明的第一透镜单元的上述构造实现的光学效果。首先，本发明的第一透镜单元在最接近物侧的位置处具有1n透镜，1n透镜具有负折光力。图17A和图17B分别是数值实施例1的变焦镜头在广角端和望远端聚焦于最近物体上的光路图。在图17A和图17B中可以看出，通过当变焦镜头在广角端聚焦于最近物体上时使离轴光线通过，来确定具有最大透镜直径的1n透镜的透镜直径。为此，扩大视角倾向于增大1n透镜的透镜直径。因此，在本发明中，第一透镜单元具有位于最接近物侧的负透镜，使得变焦镜头的入射光瞳向物侧偏移，以防止1n透镜的透镜直径由于扩大视角而增大。此外，本发明的特征在于，第一透镜单元包括至少六个透镜。如上所述，作为负透镜的1n透镜的折光力越强，入射光瞳向物侧偏移得越多，并且对于减小1n透镜的透镜直径越有利。1n透镜的折光力越强，第一透镜单元中的正透镜的折光力变得越强。因此，当第一透镜单元包括至少六个透镜时，第一透镜单元中的透镜能够适当地分担第一透镜单元的折光力，这使得能够遍及整个变焦范围实现高光学性能。
另外，表达式(1)限定了1n透镜(第一透镜单元中最接近物侧的透镜)与第一透镜单元的焦距之比。表达式(2)限定了1n透镜(第一透镜单元中最接近物侧的透镜)的阿贝数。限定表达式(1)和表达式(2)中的条件，以良好地校正望远端的色像差，同时使得变焦镜头能够实现宽视角、高倍率化和小型化。如果表达式(1)的上限不满足，则1n透镜的折光力相对于第一透镜单元太强。于是，望远端的高阶球面像差增大，使得难以实现良好的光学性能。相反地，如果表达式(1)的下限不满足，则1n透镜的折光力相对于第一透镜单元太弱。于是，没有充分地产生1n透镜的上述小型化效果，使得难以减小变焦镜头的尺寸。而且，当1n透镜具有弱折光力时，无法充分地校正由第一透镜单元中的正透镜引起的色像差，从而引起对望远端的色像差的校正不足。如果表达式(2)的上限不满足，则第一透镜单元中的正透镜与负透镜之间的阿贝数的差太小，使得第一透镜单元中的透镜的折光力太强。结果，望远端的高阶球面像差增大，使得难以实现良好的光学性能。相反地，如果表达式(2)的下限不满足，则第一透镜单元中的正透镜与负透镜之间的阿贝数的差太大，从而削弱了1n透镜的折光力。于是，由第一透镜单元中的正透镜引起的色像差未被充分校正，从而引起对望远端的色像差的校正不足。当按如下设置表达式(1)时是更加优选的。
-1.63<f1n/f1<-1.15…(1a)
作为另一方面，本发明的变焦镜头的特征在于，第一透镜单元从物侧到像侧依次，由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元和被构造成为聚焦而移动的1-2透镜子单元组成。当第一透镜单元由此配备有被构造成为聚焦而移动的透镜单元时，可以使1-2透镜子单元为聚焦而移动的距离遍及整个变焦范围恒定。
作为本发明的变焦镜头的另一方面，限定了第一透镜单元中的正透镜的阿贝数。具体地说，本发明的变焦镜头满足以下表达式：
80<νpave<100…(3)
其中，νpave是第一透镜单元中的正透镜的d线的阿贝数的平均值。限定表达式(3)中的条件，以校正望远端的轴向色像差并实现高光学性能。如果表达式(3)的上限不满足，则难以制造具有低分散性的玻璃材料。相反地，如果表达式(3)的下限不满足，则第一透镜单元中的正透镜与负透镜之间的阿贝数的差太小，使得第一透镜单元中的透镜的折光力太强。结果，望远端的高阶球面像差增大，使得难以实现良好的光学性能。当按如下设置表达式(3)时是更加优选的。
87<νpave<97…(3a)
作为本发明的变焦镜头的另一方面，限定了在第一透镜单元中使用的光学材料的部分分散比。变焦镜头满足以下条件表达式：
-9.0×10-4<(θpave-θnave)/(νpave-νnave)<-3.0×10-4…(4)
其中，νpave是第一透镜单元中的正透镜的d线的阿贝数的平均值，νnave是第一透镜单元中的负透镜的d线的阿贝数的平均值，θpave是第一透镜单元中的正透镜的部分分散比的平均值，θnave是第一透镜单元中的负透镜的部分分散比的平均值。
在本发明中使用的光学元件(透镜)的材料的阿贝数和部分分散比如下。当Ng、NF、Nd和NC分别是弗劳恩霍夫(Fraunhofer)g线(435.8nm)、弗劳恩霍夫F线(486.1nm)、弗劳恩霍夫d线(587.6nm)和弗劳恩霍夫C线(656.3nm)的折射率时，阿贝数νd和针对g线和F线的部分分散比θgF如下：
νd＝(Nd-1)/(NF-NC)…(a)
θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)…(b)
关于现有的光学材料，相对于阿贝数νd，部分分散比θgF处于窄的范围内。此外，存在如下趋势：阿贝数νd越小，部分分散比θgF越大，并且阿贝数νd越大，折射率越低。用于校正由两个透镜1和2(这两个透镜1和2分别具有折光力
和阿贝数ν1、ν2)组成的薄的、紧密附着型系统(closely-attached system)的色像差的条件被表达为：
通过下式得出透镜1和透镜2的组合折光力
当在表达式(c)中E＝0时，对于色像差，针对C线的图像形成位置和针对F线的图像形成位置一致。于是，通过以下表达式来表达
和
图18是与对由具有正折光力的透镜单元LP引起的两种颜色的轴向色像差的校正以及残留的二级光谱有关的示意图。在图18中，正透镜1由具有大的阿贝数ν1的材料制成，负透镜2由具有小的阿贝数ν2的材料制成。因此，正透镜1具有小的部分分散比θ1，负透镜2具有大的部分分散比θ2。于是，对C线和F线的轴向色像差的校正引起，针对g线的图像形成位置向像侧偏移。当二级光谱量ΔS是在物体距离为无限远的情况下光线入射时g线轴向色像差相对于C线和F线偏移的量时，二级光谱量ΔS被表达为：
为了良好地校正望远端的轴向色像差的二级光谱，需要调整由第一透镜单元引起的二级光谱的量，这是因为第一透镜单元显著引起了二级光谱。第一透镜单元具有正折光力，并且为了良好地校正望远端的轴向色像差的二级光谱，针对第一透镜单元选择的玻璃材料需要是仅仅引起小的二级光谱量ΔS的材料。
限定表达式(4)中的条件，以校正望远端的轴向色像差并实现高光学性能。如果表达式(4)的上限不满足，则望远端的轴向色像差的二级光谱被有利地校正，但是第一透镜单元中的正透镜与负透镜之间的阿贝数的差较小，使得第一透镜单元中的透镜的折光力较强。结果，望远端的高阶球面像差增大，使得难以实现良好的光学性能。相反地，如果表达式(4)的下限不满足，则望远端的轴向色像差的二级光谱增大，使得难以良好地校正望远端的色像差。当按如下设置表达式(4)时是更加优选的。
-8.0×10-4<(θpave-θnave)/(νpave-νnave)<-3.5×10-4…(4a)
作为另一方面，本发明的变焦镜头的特征在于，1-1透镜子单元从物侧到像侧依次包括：具有负折光力的1n透镜、具有正折光力的2p透镜、以及具有正折光力的3p透镜。当1-1透镜子单元由此包括物侧的负透镜以及像侧的正透镜以形成反焦构造(retrofocusconfiguration)时，变焦镜头的入射光瞳可能向物侧偏移，同时第一透镜单元的像侧主点向像侧偏移。因此，这种构造能够通过防止1-1透镜子单元的透镜直径由于扩大视角而增大，有利地减小变焦镜头的尺寸。
作为另一方面，本发明的变焦镜头的特征在于，1n透镜是双凹透镜。这使得能够针对1n透镜设置适当的折光力，而无需使1n透镜在像侧的曲率半径太小。当1n透镜在像侧的曲率半径小时，1n透镜与2p透镜之间的空气间隔变得对于望远端的球面像差敏感，因此变焦镜头趋于易受透镜厚度等的制造误差的影响。
作为本发明的变焦镜头的另一方面，限定了第一透镜单元中的透镜的折光力。变焦镜头满足以下条件表达式：
-0.9<f1n/f2p<-0.3…(5)
-0.80<f1n/f3p<-0.15…(6)
其中，f1n、f2p和f3p分别是1n透镜、2p透镜和3p透镜的焦距。限定表达式(5)和(6)以减小变焦镜头的尺寸并实现望远端的高光学性能。如果表达式(5)的上限不满足，则2p透镜的折光力弱。于是，1n透镜在像侧的曲率半径和2p透镜在物侧的曲率半径增大，从而引起望远端的球面像差的校正不足。相反地，如果表达式(5)的下限不满足，则1n透镜的折光力相对于2p透镜太弱。于是，难以防止1n透镜的透镜直径由于扩大视角而增大。如果表达式(6)的上限不满足，则3p透镜的折光力弱，因此2p透镜的折光力强。因此，1n透镜在像侧的曲率半径和2p透镜在物侧的曲率半径减小，使得难以校正望远端的高阶球面像差。相反地，如果表达式(6)的下限不满足，则1n透镜的折光力相对于3p透镜太弱。因此，难以防止1n透镜的透镜直径由于扩大视角而增大。当按如下设置表达式(5)和(6)时是更加优选的：
-0.8<f1n/f2p<-0.4…(5a)
-0.60<f1n/f3p<-0.20…(6a)
作为本发明的变焦镜头的另一方面，限定了变焦镜头在望远端的焦距与第一透镜单元的焦距的比。变焦镜头满足以下条件表达式：
2.0<ft/f1<6.0…(7)
其中，f1是第一透镜单元的焦距，ft是变焦镜头在望远端的焦距。限定表达式(7)中的条件，以良好地校正轴向色像差同时实现高倍率。如果表达式(7)的上限不满足，则变焦镜头的尺寸被有利地减小，但是难以实现望远端的高光学性能，尤其是难以良好地校正轴向色像差。相反地，如果表达式(7)的下限不满足，则第一透镜单元的焦距增大，使得难以同时实现变焦镜头的高倍率化和小型化。当按如下设置表达式(7)时是更加优选的：
2.3<ft/f1<5.0…(7a)
此外，本发明的摄像装置包括任一实施例的变焦镜头、以及具有预定有效摄像范围来接收由变焦镜头形成的图像的固态摄像元件。
请注意，可以在最接近物侧的位置处，将保护滤光片或与保护滤光片相当的透镜附装于本发明的第一透镜单元。如果保护滤光片或与保护滤光片相当的透镜满足以下条件表达式，则第一透镜单元中不包括保护滤光片或与其相当的透镜。
|f1/ff|<1.0×10-4…(8)
其中，ff是保护滤光片或与保护滤光片相当的透镜的焦距。
以下通过详述与实施例1至实施例8相对应的数值实施例1至数值实施例8的透镜构造的特征，来描述本发明的变焦镜头的具体构造。
[实施例1]
图1是根据本发明的实施例1(数值实施例1)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图2A、图2B和图2C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端，聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。焦距是以毫米表达的稍后描述的数值实施例中的值。对于以下数值实施例同样如此。
图1中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力并被构造成为聚焦而移动的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有正折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第三透镜单元L3、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的移动联动的方式非线性移动的第四透镜单元L4、以及用于图像形成并且被构造成不为变焦而移动的第五透镜单元L5。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第五透镜单元L5。
在本实施例中，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。“P”表示代表分色棱镜或滤光片的玻璃块。“I”表示像平面。当使用变焦镜头作为用于广播电视摄像机、视频摄像机或数字照相机的摄像光学系统时，像平面I与接收由变焦镜头形成的光学图像并进行光电转换的固态摄像元件(光电转换元件)等的像平面相对应。当使用变焦镜头作为用于胶片摄像机的摄像光学系统时，像平面I与对由变焦镜头形成的光学图像敏感的胶片平面相对应。
在各纵向像差图中的球面像差的部分中，实线、双点划线、点划线和虚线分别表示e线、g线、C线和F线。在像散的部分中，虚线和实线分别表示子午像平面和矢状像平面。在倍率色像差的部分中，双点划线、点划线和虚线分别表示g线、C线和F线。此外，“ω”表示半视角，“Fno”表示f数。在各纵向像差图中，球面像差以±0.4mm的比例尺(scale)描绘，像散以±0.4mm的比例尺描绘，畸变以±10％的比例尺描绘，并且倍率色像差以±0.1mm的比例尺描绘。请注意，在以下实施例中，广角端和望远端是指如下变焦位置，该变焦位置是用于变焦的第二透镜单元L2能够在光轴上机械移动的变焦范围的有效端(available end)。
第一透镜单元L1与第1面至第12面相对应。第二透镜单元L2与第13面至第19面相对应，第三透镜单元L3与第20面至第25面相对应，第四透镜单元L4与第26面至第30面相对应。第五透镜单元L5与第31面至第53面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第6面相对应，1-2透镜子单元L12与第7面至第12面相对应。第一透镜单元L1由六个透镜组成，这六个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
描述了与以上实施例1相对应的数值实施例1。不仅在数值实施例1中，而且在以下实施例中，“i”指示从物侧起的面(光学面)的序号；“ri”指示从物侧起第i面的曲率半径；“di”指示从物侧起第i面与第i+1面之间(在光轴上)的距离；“ndi”、“νdi”和“θgFi”分别指示从物侧起第i面与第i+1面之间的介质(光学构件)的折光率、阿贝数和部分分散比；“BF”指示空气中的后焦距。在X轴为光轴方向、H轴与光轴垂直、光行进方向为正、“R”为近轴曲率半径、“k”为圆锥常数、“A3”至“A16”均为非球面系数的情况下，以如下方式表达非球面形状。请注意，非球面数据中的“E-Z”指示“×10-Z”。
表1示出了与实施例1的条件表达式相对应的值。实施例1满足表达式(1)至(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，实施例1的变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。应当指出，本发明的变焦镜头必须满足表达式(1)和(2)，但并非必须满足表达式(3)至(7)。然而，当额外满足表达式(3)至(7)中的至少一个时，能够产生更好的效果。对于其他实施例同样如此。
图19是例示使用任一实施例的变焦镜头作为其摄像光学系统的摄像装置(电视摄像机系统)的示意图。在图19中，附图标记101表示实施例1至8中的任一实施例的变焦镜头；附图标记124表示可从中拆装变焦镜头101的摄像机；附图标记125表示通过将变焦镜头101附装于摄像机124而形成的摄像装置。变焦镜头101具有第一透镜单元F、变焦部分LZ和用于图像形成的后透镜组R。第一透镜单元F包括用于聚焦的透镜单元。变焦部分LZ包括被构造成用于变焦而在光轴上移动的第二透镜单元和第三透镜单元、以及被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上移动的第四透镜单元。“SP”表示孔径光阑。“114”和“115”是在光轴方向上分别驱动第一透镜单元F和变焦部分LZ的驱动机构(例如螺旋体或凸轮)。“116”至“118”分别是用于对驱动机构114、驱动机构115和孔径光阑SP进行电力驱动的电机(驱动部)。“119”至“121”是用来检测第一透镜单元F和变焦部分LZ在光轴上的位置以及孔径光阑SP的孔径的检测器(例如编码器、电位器或感光器)。在摄像机124中，“109”表示摄像机124中的与滤光片或分色光学系统相当的玻璃块，“110”表示诸如CCD传感器或CMOS传感器等用来接收由变焦镜头101形成的被摄体图像的固态摄像元件(光电转换元件)。此外，“111”至“122”是用来控制对摄像机124和变焦镜头101的各种部分的驱动的CPU。
当由此将本发明的变焦镜头应用于电视摄像机时，能够获得提供高光学性能的摄像装置。
[实施例2]
图3是根据本发明的实施例2(数值实施例2)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图4A、图4B和图4C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图3中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力并被构造成为聚焦而移动的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有正折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第三透镜单元L3、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的移动联动的方式非线性移动的第四透镜单元L4、被构造成不为变焦而移动的第五透镜单元L5、以及具有正折光力并被构造成用于变焦而略微移动以校正由制造误差引起的散焦的第六透镜单元L6。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第六透镜单元L6。
在本实施例中，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第1面至第12面相对应。第二透镜单元L2与第13面至第19面相对应，第三透镜单元L3与第20面至第25面相对应，第四透镜单元L4与第26面至第30面相对应。第五透镜单元L5与第31面至第43面相对应，第六透镜单元L6与第44面至第53面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第6面相对应，1-2透镜子单元L12与第7面至第12面相对应。第一透镜单元L1由六个透镜组成，这六个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例2的条件表达式相对应的值。实施例2满足表达式(1)至(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
[实施例3]
图5是根据本发明的实施例3(数值实施例3)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图6A、图6B和图6C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图5中的变焦镜头从物侧起依次包括：保护滤光片F、具有正折光力并被构造成为聚焦而移动的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有正折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第三透镜单元L3、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的移动联动的方式非线性移动的第四透镜单元L4、以及被构造成不为变焦而移动的第五透镜单元L5。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第五透镜单元L5。
在本实施例中，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第3面至第14面相对应。第二透镜单元L2与第15面至第21面相对应，第三透镜单元L3与第22面至第28面相对应，第四透镜单元L4与第29面至第32面相对应。第五透镜单元L5与第34面至第55面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第3面至第8面相对应，1-2透镜子单元L12与第9面至第14面相对应。第一透镜单元L1由六个透镜组成，这六个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例3的条件表达式相对应的值。实施例3满足表达式(1)至(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
[实施例4]
图7是根据本发明的实施例4(数值实施例4)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图8A、图8B和图8C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图7中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力用于聚焦的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有正折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第三透镜单元L3、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的移动联动的方式非线性移动的第四透镜单元L4、以及被构造成不为变焦而移动的第五透镜单元L5。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第五透镜单元L5。
在本实施例中，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第1面至第12面相对应。第二透镜单元L2与第13面至第19面相对应，第三透镜单元L3与第20面至第25面相对应，第四透镜单元L4与第26面至第28面相对应。第五透镜单元L5与第30面至第51面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第6面相对应，1-2透镜子单元L12与第7面至第12面相对应。第一透镜单元L1由六个透镜组成，这六个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例4的条件表达式相对应的值。实施例4满足表达式(1)至(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
[实施例5]
图9是根据本发明的实施例5(数值实施例5)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图10A、图10B和图10C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图9中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力并被构造成为聚焦而移动的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有正折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第三透镜单元L3、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的移动联动的方式非线性移动的第四透镜单元L4、以及被构造成不为变焦而移动的第五透镜单元L5。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第五透镜单元L5。
在本实施例中，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第1面至第12面相对应。第二透镜单元L2与第13面至第22面相对应，第三透镜单元L3与第23面至第24面相对应，第四透镜单元L4与第25面至第31面相对应。第五透镜单元L5与第33面至第55面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第6面相对应，1-2透镜子单元L12与第7面至第12面相对应。第一透镜单元L1由六个透镜组成，这六个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例5的条件表达式相对应的值。实施例5满足表达式(1)至(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
[实施例6]
图11是根据本发明的实施例6(数值实施例6)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图12A、图12B和图12C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图11中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力并被构造成为聚焦而移动的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第三透镜单元L3、具有正折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动的第四透镜单元L4、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的移动联动的方式非线性移动的第五透镜单元L5、以及被构造成不为变焦而移动的第六透镜单元L6。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第六透镜单元L6。
在本实施例中，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形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第五透镜单元L5与第六透镜单元L6之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第1面至第14面相对应。第二透镜单元L2与第15面至第16面相对应，第三透镜单元L3与第17面至第21面相对应，第四透镜单元L4与第22面至第23面相对应。第五透镜单元L5与第24面至第32面相对应，第六透镜单元L6与第34面至第55面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第8面相对应，1-2透镜子单元L12与第9面至第14面相对应。第一透镜单元L1由七个透镜组成，这七个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例6的条件表达式相对应的值。实施例6满足表达式(1)至(5)及(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
[实施例7]
图13是根据本发明的实施例7(数值实施例7)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图14A、图14B和图14C分别例示了在广角端、在焦距为65mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图13中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力并被构造成为聚焦而移动的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第三透镜单元L3、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向物侧移动然后向像侧移动的第四透镜单元L4、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的移动联动的方式非线性移动的第五透镜单元L5、以及被构造成不为变焦而移动的第六透镜单元L6。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3至第六透镜单元L6。
在本实施例中，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形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第五透镜单元L5与第六透镜单元L6之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第1面至第13面相对应。第二透镜单元L2与第14面至第19面相对应，第三透镜单元L3与第20面至第21面相对应，第四透镜单元L4与第22面至第24面相对应。第五透镜单元L5与第25面至第28面相对应，第六透镜单元L6与第30面至第45面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第7面相对应，1-2透镜子单元L12与第8面至第13面相对应。第一透镜单元L1由七个透镜组成，这七个透镜从物侧起依次为双凹透镜、由具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜和双凸透镜形成的接合透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例7的条件表达式相对应的值。实施例7满足表达式(1)至(4)、(6)及(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
[实施例8]
图15是根据本发明的实施例8(数值实施例8)的变焦镜头在广角端聚焦于无限远处的镜头截面图。图16A、图16B和图16C分别例示了在广角端、在焦距为100mm时和在望远端聚焦于无限远处的变焦镜头的纵向像差图。
图15中的变焦镜头从物侧起依次包括：具有正折光力的第一透镜单元L1、具有负折光力并被构造成用于从广角端向望远端变焦而向像侧移动的第二透镜单元L2、具有正折光力并被构造成为了校正由变焦引起的像平面变化而在光轴上以与第二透镜单元L2的移动联动的方式非线性移动的第三透镜单元L3、以及被构造成不为变焦而移动的第四透镜单元L4。在本实施例中，后透镜组对应于第三透镜单元L3和第四透镜单元L4。
在本实施例中，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3形成了变焦系统。“SP”表示孔径光阑，其布置在第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间并被构造成不为变焦而在光轴方向上移动。
第一透镜单元L1与第1面至第12面相对应。第二透镜单元L2与第13面至第19面相对应，第三透镜单元L3与第20面至第28面相对应，第四透镜单元L4与第30面至第56面相对应。第一透镜单元L1由被构造成不为聚焦而移动的1-1透镜子单元L11和具有正折光力并被构造成为从无限远向近侧聚焦而移动的1-2透镜子单元L12组成。1-1透镜子单元L11与第1面至第6面相对应，1-2透镜子单元L12与第7面至第12面相对应。第一透镜单元L1由六个透镜组成，这六个透镜从物侧起依次为双凹透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、双凸透镜、具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜、以及具有面向像侧的凹面的半月板凸透镜。
表1示出了与实施例8的条件表达式相对应的值。实施例8满足表达式(1)至(7)，以适当地设置第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料。由此，变焦镜头实现宽视角、高变焦比、小型化和轻量化以及遍及整个变焦范围的高光学性能。
尽管以上描述了本发明的优选实施例，但是本发明不限于这些实施例并且在其实质内可以进行各种变型和改变。本发明的特征在于对第一透镜单元的透镜构造、折光力和玻璃材料的适当设置，并且当与第二透镜单元的像侧的透镜单元相对应的后透镜组具有除了数值实施例1至8中描述的构造之外的构造时，仍然能够产生有利的效果。
[数值实施例1]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第13面
第21面
第30面
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例2]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第13面
第21面
第29面
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例3]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第15面
第23面
第31面
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例4]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第13面
第21面
第26面
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例5]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第13面
第24面
第27面
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例6]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第15面
第23面
第31面
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例7]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第21面
K＝-6.77371e+015 A4＝-3.77917e-006 A6＝-3.26883e-009
A8＝-1.31120e-011
各种数据
变焦镜头单元数据
[数值实施例8]
[单位mm]
面数据
非球面数据
第13面
K＝-1.83797e+003 A4＝1.29958e-006 A6＝-7.74148e-010
A8＝5.40070e-013
第21面
K＝-9.62897e+000 A4＝8.42919e-008 A6＝3.91480e-011
A8＝-5.61496e-015
第27面
K＝2.66795e+003 A4＝1.19175e-007 A6＝-1.51584e-010
A8＝2.81676e-014
各种数据
变焦镜头单元数据
[表1]
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。
Claims (7)
1.一种变焦镜头，所述变焦镜头从物侧到像侧依次包括第一透镜单元、第二透镜单元和包括至少一个透镜单元的后透镜组，第一透镜单元具有正折光力并被构造成不为变焦而移动，第二透镜单元具有负折光力并被构造成为变焦而移动，其中，
第一透镜单元包括至少六个透镜，
包括在第一透镜单元中的最接近物侧的透镜是负透镜，并且
所述变焦镜头满足以下条件表达式：
-1.65<f1n/f1<-1.10，
37<ν1n<48，
87<νpave<100，并且
3.26≤ft/f1<6.0，
其中，f1n是所述负透镜的焦距，ν1n是所述负透镜针对d线的阿贝数，f1是第一透镜单元的焦距，νpave是第一透镜单元中包括的正透镜针对d线的阿贝数的平均值，ft是变焦镜头在望远端的焦距，针对d线的阿贝数νd由以下表达式表达：
νd＝(Nd-1)/(NF-NC)，
其中，NF是针对F线的折射率，NC是针对C线的折射率，Nd是针对d线的折射率。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，
第一透镜单元从物侧到像侧依次由1-1透镜子单元和1-2透镜子单元组成，1-1透镜子单元被构造成不为聚焦而移动，1-2透镜子单元被构造成为聚焦而移动。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，
所述变焦镜头满足以下条件表达式：
-9.0×10-4<(θpave-θnave)/(νpave-νnave)<-3.0×10-4，
其中，νpave是正透镜针对d线的阿贝数的平均值，νnave是第一透镜单元中包括的负透镜针对d线的阿贝数的平均值，θpave是正透镜的部分分散比的平均值，θnave是负透镜的部分分散比的平均值，
部分分散比θ由以下表达式表达：
θ＝(Ng-NF)/(NF-NC)，
其中，Ng是针对g线的折射率。
4.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中，
1-1透镜子单元从物侧到像侧依次包括作为负透镜的1n透镜、具有正折光力的2p透镜以及具有正折光力的3p透镜。
5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其中，
1n透镜是双凹透镜。
6.根据权利要求4所述的变焦镜头，其中，
所述变焦镜头满足以下条件表达式：
-0.9<f1n/f2p<-0.3，并且
-0.80<f1n/f3p<-0.15，
其中，f1n是1n透镜的焦距，f2p是2p透镜的焦距，f3p是3p透镜的焦距。
7.一种摄像装置，其包括：
变焦镜头；以及
摄像元件，其布置在所述变焦镜头的像平面上，
其中，所述变焦镜头从物侧到像侧依次包括第一透镜单元、第二透镜单元和包括至少一个透镜单元的后透镜组，第一透镜单元具有正折光力并被构造成不为变焦而移动，第二透镜单元具有负折光力并被构造成为变焦而移动，其中，
第一透镜单元包括至少六个透镜，
包括在第一透镜单元中的最接近物侧的透镜是负透镜，并且
所述变焦镜头满足以下条件表达式：
-1.65<f1n/f1<-1.10，
37<ν1n<48，
87<νpave<100，并且
3.26≤ft/f1<6.0，
其中，f1n是所述负透镜的焦距，ν1n是所述负透镜针对d线的阿贝数，f1是第一透镜单元的焦距，νpave是第一透镜单元中包括的正透镜针对d线的阿贝数的平均值，ft是变焦镜头在望远端的焦距，针对d线的阿贝数νd由以下表达式表达：
νd＝(Nd-1)/(NF-NC)，
其中，NF是针对F线的折射率，NC是针对C线的折射率，Nd是针对d线的折射率。
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