CN112578542B - 变焦镜头和包括变焦镜头的摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变焦镜头和包括变焦镜头的摄像设备。变焦镜头(L0)包括具有正屈光力的第一透镜单元(L1)、具有负屈光力的第二透镜单元(L2)、具有正屈光力的第三透镜单元(L3)、包括多个透镜单元的中间透镜组(LM)、以及具有负屈光力的最终透镜单元(LR)。在变焦期间，相邻透镜单元之间的间隔改变。变焦镜头(L0)包括孔径光阑(SP)。中间透镜组(LM)包括具有负屈光力的负透镜单元(LN)。在从广角端到望远端变焦期间，负透镜单元(LN)和最终透镜单元(LR)这两者都向物体侧移动。变焦镜头(L0)满足预定的条件不等式。

Description

变焦镜头和包括变焦镜头的摄像设备
技术领域
本发明涉及变焦镜头，并且可有效地应用于数字摄像机、数字静态照相机、广播照相机、卤化银胶片照相机和监视照相机等。
背景技术
近年来，对于在摄像设备中使用的变焦镜头存在如下需求：总镜头长度短而在宽变焦范围中光学性能高。
利用在最靠近物体的位置处的具有正屈光力的所谓的正引导(positive lead)型变焦镜头已经满足了该需求(美国公开2018/0210178)。
美国公开2018/0210178讨论了一种正引导型变焦镜头，其中以使得透镜单元按从物体侧至像侧的顺序具有正、负、正、负、正和负的屈光力的方式布置透镜单元。
通常，正引导型变焦镜头适于在紧凑地配置整个系统的同时获得高的变倍比。此外，通过在相对靠近像面的位置处配置各自具有负屈光力的多个透镜单元，可以将正引导型变焦镜头构造成所谓的远摄型屈光力布置，从而进一步有利于尺寸减小。
另一方面，将各自具有负屈光力的多个透镜单元配置在像面侧，这可能使得难以校正球面像差或轴向色像差。
此外，负透镜单元数量的增加导致Petzval和趋向于具有大的负值，从而使得难以良好地校正场曲。
鉴于这些问题，不能说在美国公开2018/0210178中讨论的变焦镜头是足够的，并且需要针对屈光力布置和在变倍时的各透镜单元的移动量来找到更好的结构。
本发明旨在提供一种尺寸小且光学特性良好的变焦镜头。
发明内容
根据本发明的方面，一种变焦镜头，其从物体侧至像侧依次包括：第一透镜单元，其具有正屈光力；第二透镜单元，其具有负屈光力；第三透镜单元，其具有正屈光力；中间透镜组，其包括多个透镜单元；以及最终透镜单元，其具有负屈光力，其中，变焦镜头包括孔径光阑，其中，彼此相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变，其中，中间透镜组包括具有负屈光力的负透镜单元，其中，在从广角端到远摄端的变焦期间，所述负透镜单元和所述最终透镜单元这两者都向物体侧移动，以及其中，满足以下条件不等式：
0.10<fLN/f2<1.20，
0.25<ML3/MLN<0.70，以及
0.45<DSPw/TDw<0.95，
其中，fLN是所述负透镜单元的焦距，f2是所述第二透镜单元的焦距，ML3是在聚焦于无限远的情况下从广角端到远摄端的变焦期间所述第三透镜单元的移动量，MLN是在聚焦于无限远的情况下从广角端到远摄端的变焦期间所述负透镜单元的移动量，DSPw是在广角端处从所述孔径光阑到所述变焦镜头的定位成最靠近像侧的透镜面的在光轴上的距离，以及TDw是在广角端处从所述变焦镜头的定位成最靠近物体侧的透镜面到所述变焦镜头的定位成最靠近像侧的透镜面的在光轴上的距离。
根据本发明的方面，一种摄像设备，包括：上述的变焦镜头；以及图像传感器，其被配置为对通过所述变焦镜头形成的光学图像进行光电转换。
通过以下参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是根据第一实施例的变焦镜头的截面图。
图2A是根据第一实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图2B是根据第一实施例的变焦镜头在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图3是根据第二实施例的变焦镜头的截面图。
图4A是根据第二实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图4B是根据第二实施例的变焦镜头在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图5是根据第三实施例的变焦镜头的截面图。
图6A是根据第三实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图6B是根据第三实施例的变焦镜头在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图7是根据第四实施例的变焦镜头的截面图。
图8A是根据第四实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图8B是根据第四实施例的变焦镜头在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图9是根据第五实施例的变焦镜头的截面图。
图10A是根据第五实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图10B是根据第五实施例的变焦镜头在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图11是根据第六实施例的变焦镜头的截面图。
图12A是根据第六实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图12B是根据第六实施例的变焦镜头在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差图。
图13是摄像设备的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，将参考附图描述根据本发明的变焦镜头和包括该变焦镜头的摄像设备的实施例。以下描述的本发明的各实施例可单独地或作为多个实施例的组合来实现。此外，在必要时或者在来自单独实施例的元素或特征的组合在单一实施例中是有益的情况下，可以组合来自不同实施例的特征。
图1、图3、图5、图7、图9和图11是当根据本发明的第一实施例至第六实施例的变焦镜头在广角端处聚焦于无限远时的镜头截面图。图2A、2B、图4A、图4B、图6A、图6B、图8A、图8B、图10A、图10B、图12A和图12B是根据第一实施例至第六实施例的变焦镜头的像差图。可以在诸如数字摄像机、数字静态照相机、广播照相机、卤化银胶片照相机和监视照相机等的摄像设备中采用根据实施例的变焦镜头。
在各截面图中，左侧和右侧分别对应于物体侧和像侧。根据实施例的变焦镜头各自包括多个透镜单元。在各实施例中，透镜单元是指在变焦时整体移动或保持静止的透镜组。换句话说，在根据实施例的各变焦镜头中，相邻透镜单元之间的间隔在从广角端到远摄端的变焦期间改变。广角端和远摄端是指为了变焦而移动的各透镜单元位于透镜单元能够在光轴方向上机械地移动的范围的任一端处的变焦状态。透镜单元可以由一个透镜形成或者可以由多个透镜形成。孔径光阑可以包括在透镜单元中或者可以是与透镜单元不同的构件。
在各镜头截面图中，Li表示第i个透镜单元，其中，i表示当从物体侧开始依次对透镜单元进行编号时的顺序。变焦镜头包括孔径光阑SP。光斑遮挡光阑(flare-cut stop)FP遮挡不必要的光。各镜头截面图还示出像面IP。当根据各实施例的变焦镜头L0用作数字摄像机或数字静态照相机中的摄像光学系统时，诸如电荷耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器等的固态图像传感器(光电转换元件)的摄像面被放置在像面IP上。当根据各实施例的变焦镜头L0被用作卤化银胶片照相机中的摄像光学系统时，胶片的感光面被放置在像面IP上。
在根据各实施例的变焦镜头L0中，各透镜单元在从广角端到远摄端的变焦期间，如各镜头截面图中的箭头(实线)所示移动。此外，各透镜单元在从无限远到近距离的调焦时如箭头(虚线)所示移动。
图2A和2B、图4A和4B、图6A和6B、图8A和8B、图10A和10B以及图12A和12B分别是根据第一实施例至第六实施例的变焦镜头L0的像差图。在像差图中，图2A、图4A、图6A、图8A、图10A和图12A各自示出在广角端处聚焦于无限远的状态下的像差，以及图2B、图4B、图6B、图8B、图10B和图12B各自示出在远摄端处聚焦于无限远的状态下的像差。
在球面像差图中，Fno表示f值。在球面像差图中，用实线表示针对d线(波长587.6nm)的球面像差量，并且用双点划线表示针对g线(波长435.8nm)的球面像差量。在像散图中，S表示矢状像面上的像散量(实线)，并且M表示子午像面上的像散量(虚线)。在畸变图中表示针对d线的畸变量。在色像差图中表示针对g线的色像差量。符号ω表示半视角(度)。
接着，将描述根据实施例的各变焦镜头L0中的特性结构。
根据实施例的各变焦镜头L0包括从物体侧至像侧顺次布置的具有正屈光力的第一透镜单元L1、具有负屈光力的第二透镜单元L2、具有正屈光力的第三透镜单元L3、包括多个透镜单元的中间透镜组LM以及具有负屈光力的最终透镜单元LR。
中间透镜组LM至少包括具有负屈光力的负透镜单元LN。在从广角端到远摄端的变焦期间，负透镜单元LN和最终透镜单元LR这两者都向物体侧移动。
在第一实施例和第三实施例中，中间透镜组LM包括第四透镜单元L4至第六透镜单元L6，并且第六透镜单元L6对应于负透镜单元LN。第七透镜单元L7对应于最终透镜单元LR。
在第二实施例中，中间透镜组LM包括第四透镜单元L4至第七透镜单元L7，并且第六透镜单元L6对应于负透镜单元LN。第八透镜单元L8对应于最终透镜单元LR。
在第四实施例中，中间透镜组LM包括第四透镜单元L4和第五透镜单元L5，并且第四透镜单元L4对应于负透镜单元LN。第六透镜单元L6对应于最终透镜单元LR。
在第五实施例中，中间透镜组LM包括第四透镜单元L4和第五透镜单元L5，并且第五透镜单元L5对应于负透镜单元LN。第六透镜单元L6对应于最终透镜单元LR。
在第六实施例中，中间透镜组LM包括第四透镜单元L4至第六透镜单元L6，并且第五透镜单元L5对应于负透镜单元LN。第七透镜单元L7对应于最终透镜单元LR。
以这种方式，根据实施例的各变焦镜头L0是正引导型变焦镜头，并且比第三透镜单元L3更靠近图像地配置有各自具有负屈光力的至少两个透镜单元(负透镜单元LN和最终透镜单元LR)。由于该结构，变焦镜头L0被构造为远摄型屈光力布置。此外，变焦镜头L0使得负透镜单元LN和最终透镜单元LR这两者在从广角端到远摄端的变焦期间移动，由此使得它们进行变倍工作。由于这些特性，根据实施例的各变焦镜头L0在实现尺寸减小的同时确保变倍比。
另一方面，将各自具有负屈光力的多个透镜单元配置在像面侧，这导致轴上光线在像面附近发散，从而增大在光阑附近通过的轴上光线的高度，并且引起球面像差和轴上色像差的校正的问题。此外，各自具有负屈光力的透镜单元的数量的增加使得Petzval和趋向于具有大的负值，从而引起场曲的校正的问题。
由此，在根据实施例的各变焦镜头L0中，为了实现尺寸减小且性能增强的目的，适当地设置透镜单元的屈光力和移动量以及孔径光阑SP的位置。更具体地，根据实施例的各变焦镜头L0被配置为满足所有以下条件不等式(1)至(3)。
0.10<fLN/f2<1.20 (1)
0.25<ML3/MLN<0.70 (2)
0.45<DSPw/TDw<0.95 (3)
在不等式中，fLN是负透镜单元LN的焦距。变量f2是第二透镜单元L2的焦距。变量ML3是在变焦镜头L0聚焦于无限远时在从广角端到远摄端的变焦期间第三透镜单元L3的移动量。变量MLN是在变焦镜头L0聚焦于无限远时在从广角端到远摄端的变焦期间负透镜单元LN的移动量。变量DSPw是在广角端处从孔径光阑SP到变焦镜头L0的定位成最靠近图像的透镜面的在光轴上的距离。变量TDw是在广角端处从变焦镜头L0的定位成最靠近物体的透镜面到变焦镜头L0的定位成最靠近图像的透镜面的在光轴上的距离。
在基本上不具有屈光力的盖玻璃等配置在变焦镜头L0的物体侧或像侧的情况下，在DSPw和TDw的值方面，该盖玻璃的面不被计数为透镜面。
条件不等式(1)定义关于负透镜单元LN的焦距fLN和第二透镜单元L2的焦距f2的条件。通过适当地设置这些透镜单元的焦距之间的比，可以同时实现尺寸减小和图像质量的增加这两者。比的值低于由条件不等式(1)定义的下限值是不期望的，因为这意味着与第二透镜单元L2的焦距相比，负透镜单元LN的焦距过短，从而导致Petzval和的大的负值，并且使得难以校正场曲。比的值高于由条件不等式(1)定义的上限值是不期望的，因为这意味着与第二透镜单元L2的焦距相比，负透镜单元LN的焦距过长，由此使得难以建立远摄型屈光力布置，并且作为结果，由此使得难以减小变焦镜头L0的尺寸。
条件不等式(2)定义关于从广角端到远摄端的变焦期间的第三透镜单元L3的移动量ML3和负透镜单元LN的移动量MLN的条件。适当地设置这些移动量之间的比，这有利于变焦镜头L0的尺寸减小。将负透镜单元LN的移动量配置为大于第三透镜单元L3的移动量，这可以减小广角端处第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的间隔，从而有利于尺寸减小。比的值低于由条件不等式(2)定义的下限值是不期望的，因为这意味着与第三透镜单元L3的移动量相比，负透镜单元LN的移动量过大，由此使得难以减小变焦镜头L0的尺寸。比的值高于由条件不等式(2)定义的上限值是不期望的，因为这意味着与第三透镜单元L3的移动量相比，负透镜单元LN的移动量过小，由此使得难以减小变焦镜头L0的尺寸。
条件不等式(3)定义关于在广角端处从孔径光阑SP到定位成最靠近图像的透镜面的在光轴上的距离、以及从定位成最靠近物体的透镜面到定位成最靠近图像的透镜面的在光轴上的距离的条件。将孔径光阑SP配置在适当的位置处，这有利于在放大变焦镜头L0的孔径的同时减小尺寸。比的值低于由条件不等式(3)定义的下限值是不期望的，因为这意味着孔径光阑SP过于靠近像面IP，从而导致配置在靠近物体的位置处的透镜的尺寸增大。结果，这样的值使得难以减小变焦镜头L0的尺寸。比的值高于由条件不等式(3)定义的上限值是不期望的，因为这意味着孔径光阑SP位于过度靠近物体的位置，由此使得难以配置孔径光阑SP。
通过满足这些条件可以获取本发明的有益效果。关于中间透镜组LM的结构，只要中间透镜组LM包括多个透镜单元并且还包括满足上述条件的至少一个负透镜单元LN，就可以获取本发明的有益效果。换句话说，中间透镜组LM可包括与负透镜单元LN相对应的两个或更多个透镜单元。
更期望地，条件不等式(1)至(3)的数值范围被设置为根据以下条件不等式(1a)至(3a)的范围。
0.30<fLN/f2<1.17 (1a)
0.26<ML3/MLN<0.69 (2a)
0.50<DSPw/TDw<0.90 (3a)
此外，条件不等式(1)至(3)的数值范围还更期望地被设置为根据以下条件不等式(1b)至(3b)的范围。
0.50<fLN/f2<1.15 (1b)
0.26<ML3/MLN<0.68 (2b)
0.55<DSPw/TDw<0.80 (3b)
接着，将描述根据实施例的各变焦镜头L0期望满足的结构。
期望地，第一透镜单元L1在从广角端到远摄端的变焦期间向物体侧移动。该结构使得变焦镜头L0能够在广角端处具有减小的总光学长度，从而使得变焦镜头L0能够实现尺寸减小。
期望地，负透镜单元LN和最终透镜单元LR这两者各自由三个或更少的透镜构成。该结构使得变焦镜头L0能够在获取到关于负透镜单元LN和最终透镜单元LR的充分性能的同时实现尺寸减小。
期望地，孔径光阑SP被配置得比中间透镜组LM更靠近物体。该结构使得变焦镜头L0能够实现变焦镜头L0的孔径的放大，同时实现比孔径光阑SP更靠近物体配置的透镜单元的尺寸的减小。
期望地，在从无限远到近距离的调焦时使负透镜单元LN朝向像侧移动。通常，对于在远摄端处从无限远到近距离的调焦，大的移动量是必要的。由此，当负透镜单元LN在变焦期间朝向物体侧移动时，变焦镜头L0通过将负透镜单元LN朝向像侧移动来执行调焦，从而能够有效地利用特别是在远摄端处的负透镜单元LN的像侧的空间。结果，实现了变焦镜头L0的尺寸减小以及到最近距离的调焦距离的减小。
此外，当校正图像模糊时，可以使其中任一个透镜单元的全体或一部分在具有与光轴垂直的分量的方向上移动。通过特别是在校正图像模糊时移动第二透镜单元L2，可以减小在校正图像模糊时的移动量。结果，变焦镜头L0能够容易地实现尺寸减小(特别是径向尺寸)。此外，在这种情况下，期望地不为了变焦而移动第二透镜单元L2，因为这可以简化用于图像模糊校正的驱动机构和透镜单元的保持机构。
期望地，具有正屈光力的正透镜单元LP配置在与负透镜单元LN在物体侧相邻的位置处。正透镜单元LP的存在使得负透镜单元LN能够具有较小的透镜直径。正透镜单元LP是第一实施例至第三实施例中的第五透镜单元L5、第四实施例中的第三透镜单元L3以及第五实施例和第六实施例中的第四透镜单元L4。以这种方式，正透镜单元LP无需必须配置在中间透镜组LM中，并且第三透镜单元L3可用作正透镜单元LP。
接着，将描述根据实施例的各变焦镜头L0期望满足的条件。
期望地，根据实施例的各变焦镜头L0满足以下条件不等式(4)至(12)中的一个或多个条件不等式。
-0.35<ΔD2/ΔD1<-0.01 (4)
0.05<SKw/fw<0.50 (5)
0.05<SKw/SKt<0.60 (6)
1.0<LDw/fw<3.5 (7)
0.10<fLP/f1<0.70 (8)
0.05<fLN/fLR<1.50 (9)
0<|ML3/ML1|<0.50 (10)
0.15<(tβLN/wβLN)/(ft/fw)<0.70 (11)
65.00<νd1Pave<99.00 (12)
在这些不等式中，ΔD1是(a)在广角端处第一透镜单元L1的定位成最靠近图像的透镜面和第二透镜单元L2的定位成最靠近物体的透镜面之间的在光轴上的间隔与(b)在远摄端处第一透镜单元L1的定位成最靠近图像的透镜面和第二透镜单元L2的定位成最靠近物体的透镜面之间的在光轴上的间隔之间的差。变量ΔD2是(a)在广角端处第二透镜单元L2的定位成最靠近图像的透镜面和第三透镜单元L3的定位成最靠近物体的透镜面之间的在光轴上的间隔与(b)在远摄端处第二透镜单元L2的定位成最靠近图像的透镜面和第三透镜单元L3的定位成最靠近物体的透镜面之间的在光轴上的间隔之间的差。变量SKw是广角端处的变焦镜头L0的后焦距。变量fw是广角端处的变焦镜头L0的焦距。变量SKt是远摄端处的变焦镜头L0的后焦距。变量LDw是广角端处的变焦镜头L0的总光学长度(从定位成最靠近物体的透镜面到像面IP的距离)。变量fLP是与负透镜单元LN在物体侧相邻配置的正透镜单元LP的焦距。变量f1是第一透镜单元L1的焦距。变量fLR是最终透镜单元LR的焦距。变量ML1是当聚焦于无限远时从广角端到远摄端的变焦期间第一透镜单元L1的移动量。变量tβLN是负透镜单元LN的在远摄端处的横向倍率。变量wβLN是负透镜单元LN的在广角端处的横向倍率。变量νd1Pave是包括在第一透镜单元L1中的正透镜的针对d线的阿贝数(Abbe number)的平均值。
条件不等式(4)定义关于从广角端到远摄端的变焦期间第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的间隔的变化量ΔD1与从广角端到远摄端的变焦期间第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔的变化量ΔD2的条件。在孔径光阑SP或光斑遮挡光阑FP配置在从第一透镜单元L1延伸到第三透镜单元L3的范围中的情况下，在计算ΔD1和ΔD2时不考虑孔径光阑SP或光斑遮挡光阑FP。足以使比下降到低于由条件不等式(4)定义的下限值的ΔD2的过度增大是不期望的，因为尤其在广角端处，充分的尺寸减小变得困难。足以使比超过由条件不等式(4)定义的上限值的ΔD2的过度减小是不期望的，因为分配给第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的变焦比份额减小，由此使得难以实现提供足够高的变焦比。
条件不等式(5)定义关于广角端处的后焦距SKw和广角端处的整个系统的焦距fw的条件。比的值低于由条件不等式(5)定义的下限值是不期望的，因为这意味着后焦距短，由此使得难以在图像传感器附近配置诸如低通滤波器等的光学元件。比的值高于由条件不等式(5)定义的上限值是不期望的，因为这意味着后焦距长，从而使得不可能充分地减小广角端处的总光学长度。
条件不等式(6)定义关于远摄端处的后焦距SKt和广角端处的后焦距SKw的条件。比的值低于由条件不等式(6)定义的下限值是不期望的，因为这意味着在广角端处后焦距过短，由此使得难以在图像传感器附近配置诸如低通滤波器等的光学元件。比的值高于由条件不等式(6)定义的上限值是不期望的，因为这意味着在广角端处后焦距过长，从而使得不可能充分地减小在广角端处的总光学长度。
条件不等式(7)定义关于广角端处的总光学长度LDw和广角端处的整个系统的焦距fw的条件。比的值低于由条件不等式(7)定义的下限值是不期望的，因为这意味着在广角端处整个系统的焦距过长，从而使得难以提供足够高的变倍比。比的值高于由条件不等式(7)定义的上限值是不期望的，因为充分地减小广角端处的总光学长度变得不可能。
条件不等式(8)定义关于正透镜单元LP的焦距fLP和第一透镜单元L1的焦距f1的条件。比的值低于由条件不等式(8)定义的下限值是不期望的，因为这意味着正透镜单元LP的焦距过短，由此使得难以充分地校正特别是远摄端处的球面像差。比的值高于由条件不等式(8)定义的上限值是不期望的，因为这意味着正透镜单元LP的焦距极长，导致分配给正透镜单元LP的变焦比份额减小，由此使得难以实现提供足够高的变焦比。
条件不等式(9)定义关于负透镜单元LN的焦距fLN和最终透镜单元LR的焦距fLR的条件。比的值低于由条件不等式(9)定义的下限值意味着最终透镜单元LR的焦距长，由此使得难以建立远摄型屈光力布置，并且作为结果，由此使得难以充分地减小变焦镜头L0的尺寸。比的值高于由条件不等式(9)定义的上限值意味着最终透镜单元LR的焦距短，从而导致进一步的非对称屈光力布置，并因此使得难以充分地校正特别是在远摄端处的彗差和畸变。
条件不等式(10)定义关于从广角端到远摄端的变焦期间的第一透镜单元L1的移动量ML1和从广角端到远摄端的变焦期间的第三透镜单元L3的移动量ML3的条件。比的值低于由条件不等式(10)定义的下限值是不期望的，因为这意味着在从广角端到远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1的移动量大，由此使得难以实现特别是远摄端处的充分尺寸减小。比的值高于由条件不等式(10)定义的上限值是不期望的，因为这意味着在从广角端到远摄端的变焦期间，具有正屈光力的正透镜单元LP的移动量大，由此使得难以实现充分的尺寸减小。
条件不等式(11)定义关于远摄端处的负透镜单元LN的横向倍率tβLN和广角端处的负透镜单元LN的横向倍率wβLN、以及远摄端处的整个系统的焦距ft和广角端处的整个系统的焦距fw的条件。比的值低于由条件不等式(11)定义的下限值导致分配给负透镜单元LN的变焦比份额的减小，并且作为结果，由此导致分配给第二透镜单元L2和第三透镜单元L3的变焦比份额的增加，由此引起增加广角端处的第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的间隔的必要。这种情况使得难以充分地减小变焦镜头L0的尺寸，因此是不期望的。比的值高于由条件不等式(11)定义的上限值是不期望的，因为提供足够高的变焦比变得困难。
条件不等式(12)是关于包括在第一透镜单元L1中的正透镜的针对d线的阿贝数的平均值νd1Pave的条件。小于由条件不等式(12)定义的下限值的νd1Pave的值是不期望的，因为充分地校正远摄端处的轴向色像差和倍率色像差变得困难。大于由条件不等式(12)定义的上限值的νd1Pave的值是不期望的，因为第一透镜单元L1中的正透镜的色散发生过度减小，由此使得难以充分地校正广角端处的倍率色像差。第一透镜单元L1中包括的正透镜的数量可以是一个，但是期望两个或更多个。
更期望地，条件不等式(4)至(12)的数值范围被设置为根据以下条件不等式(4a)至(12a)的范围。
-0.33<ΔD2/ΔD1<-0.05 (4a)
0.07<SKw/fw<0.40 (5a)
0.10<SKw/SKt<0.55 (6a)
1.2<LDw/fw<3.0 (7a)
0.15<fLP/f1<0.60 (8a)
0.10<fLN/fLR<1.40 (9a)
0.05<|ML3/ML1|<0.40 (10a)
0.17<(tβLN/wβLN)/(ft/fw)<0.60 (11a)
70.00<νd1Pave<98.00 (12a)
此外，条件不等式(4)至(12)的数值范围还更期望地被设置为根据以下条件不等式(4b)至(12b)的范围。
-0.31<ΔD2/ΔD1<-0.10 (4b)
0.09<SKw/fw<0.30 (5b)
0.15<SKw/SKt<0.50 (6b)
1.5<LDw/fw<2.5 (7b)
0.22<fLP/f1<0.45 (8b)
0.15<fLN/fLR<1.25 (9b)
0.10<|ML3/ML1|<0.35 (10b)
0.18<(tβLN/wβLN)/(ft/fw)<0.50 (11b)
75.00<νd1Pave<95.00 (12b)
在以下描述中，将分别描述与第一实施例至第六实施例相对应的数值实施例1至6。
在各数值实施例1至6中的面数据中，r表示各光学表面的曲率半径，并且d(mm)表示第m面和第(m+1)面之间的轴向间隔(光轴上的距离)。在这点上，m是从光入射侧开始顺次编号时的面的编号。此外，nd表示各光学构件针对d线的折射率，并且νd表示各光学构件的阿贝数。在这点上，材料的阿贝数νd被表示为νd＝(Nd-1)/(NF-NC)，其中，Nd、NF、NC和Ng分别表示夫琅和费谱线(Fraunhofer line)的针对d线(587.6nm)、F线(486.1nm)、C线(656.3nm)和g线(435.8nm)的折射率。
在各数值实施例1至6中，所有焦距(mm)、f值和半视角(度)是当根据实施例的各变焦镜头L0聚焦于无限远处的物体时的值。后焦距SK是从最终透镜面到像面IP的空气当量距离。总镜头长度是通过将后焦距SK相加至从第一透镜面到最终透镜面的光轴上的距离而获得的值。
在光学表面是非球面的情况下，将符号*添加到面编号的右侧。非球面形状被表示为x＝(h2/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)2}1/2]+A4×h4+A6×h6+A8×h8+A10×h10+A12×h12，其中，x是在光轴方向上相对于面顶点的位移量，h是在与光轴垂直的方向上相对于光轴的高度，R是近轴曲率半径，k是圆锥常数，并且A4、A6、A8、A10和A12是各个度的非球面系数。然后，各非球面系数中的“e±XX”表示“×10±XX”。
[数值实施例1]
单位mm
面数据
Figure BDA0002713504110000141
Figure BDA0002713504110000151
各种数据
Figure BDA0002713504110000152
Figure BDA0002713504110000161
变焦镜头单元的数据
Figure BDA0002713504110000162
[数值实施例2]
单位mm
面数据
Figure BDA0002713504110000163
Figure BDA0002713504110000171
Figure BDA0002713504110000181
各种数据
Figure BDA0002713504110000182
变焦镜头单元的数据
Figure BDA0002713504110000183
[数值实施例3]
单位mm
面数据
Figure BDA0002713504110000191
Figure BDA0002713504110000201
非球面数据
第13面
K＝0.00000e+000 A4＝-1.09244e-006 A6＝1.04634e-009
A8＝2.02132e-013
第30面
K＝0.00000e+000 A4＝1.09140e-005 A6＝1.43304e-008
A8＝-2.54590e-011 A10＝1.38882e-013 A12＝-1.16760e-016
各种数据
Figure BDA0002713504110000202
Figure BDA0002713504110000211
变焦镜头单元的数据
Figure BDA0002713504110000212
[数值实施例4]
单位mm
面数据
Figure BDA0002713504110000213
Figure BDA0002713504110000221
非球面数据
第27面
K＝0.00000e+000 A4＝1.35565e-005 A6＝5.97629e-008
A8＝-1.22936e-009 A10＝1.83400e-011 A12＝-8.70844e-014
各种数据
Figure BDA0002713504110000222
Figure BDA0002713504110000231
变焦镜头单元的数据
Figure BDA0002713504110000232
[数值实施例5]
单位mm
面数据
Figure BDA0002713504110000233
Figure BDA0002713504110000241
各种数据
Figure BDA0002713504110000242
变焦镜头单元的数据
Figure BDA0002713504110000251
[数值实施例6]
单位mm
面数据
Figure BDA0002713504110000252
Figure BDA0002713504110000261
各种数据
Figure BDA0002713504110000262
变焦镜头单元的数据
Figure BDA0002713504110000263
Figure BDA0002713504110000271
下表1中提供了数值实施例1至6中的各种值。
表1
Figure BDA0002713504110000272
Figure BDA0002713504110000281
[摄像设备]
接着，将参考图13描述使用根据本发明的任何实施例的变焦镜头L0作为摄像光学系统的数字静态照相机(摄像设备)10的实施例。在图13中，数字静态照相机10包括照相机主体13和由第一实施例至第六实施例中描述的任何变焦镜头L0形成的摄像光学系统11。固态图像传感器(光电转换元件)12例如是内置在照相机主体13中的CCD传感器或CMOS传感器，并且被配置为接收由摄像光学系统11形成的光学图像并对光学图像进行光电转换。照相机主体13可以是包括快速返回镜的所谓的单镜头反光照相机，或者可以是不包括快速返回镜的所谓的无反光镜照相机。
以这种方式，可以通过将根据本发明实施例的任何变焦镜头L0应用于诸如数字静态照相机等的摄像设备来获得尺寸小而光学性能高的摄像设备。
虽然上面已经描述了本发明的代表性实施例和示例，但是本发明不限于该实施例和示例。在本发明的精神范围内，可以以各种方式对实施例和示例进行组合、修改和改变。
根据本发明，可以实现尺寸小且光学特性良好的变焦镜头。
虽然已经参考典型实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (12)

1.一种变焦镜头，其从物体侧至像侧依次包括：
第一透镜单元，其具有正屈光力；
第二透镜单元，其具有负屈光力；
第三透镜单元，其具有正屈光力；
中间透镜组，其包括多个透镜单元；以及
最终透镜单元，其具有负屈光力并且被配置为最靠近像侧，
其中，变焦镜头包括孔径光阑，
其中，彼此相邻的透镜单元之间的间隔在变焦期间改变，
其中，中间透镜组包括具有负屈光力的负透镜单元，
其中，与所述负透镜单元在物体侧相邻配置的透镜单元具有正屈光力，
其中，在从广角端到远摄端的变焦期间，所述负透镜单元和所述最终透镜单元这两者都向物体侧移动，以及
其中，满足以下条件不等式：
0.10<fLN/f2<1.20，
0.25<ML3/MLN<0.70，
0.45<DSPw/TDw<0.95，
-0.31<ΔD2/ΔD1<-0.01，以及
0.22<fLP/f1<0.70，
其中，fLN是所述负透镜单元的焦距，f2是所述第二透镜单元的焦距，ML3是在聚焦于无限远的情况下从广角端到远摄端的变焦期间所述第三透镜单元的移动量，MLN是在聚焦于无限远的情况下从广角端到远摄端的变焦期间所述负透镜单元的移动量，DSPw是在广角端处从所述孔径光阑到所述变焦镜头的定位成最靠近像侧的透镜面的在光轴上的距离，TDw是在广角端处从所述变焦镜头的定位成最靠近物体侧的透镜面到所述变焦镜头的定位成最靠近像侧的透镜面的在光轴上的距离，ΔD1是如下的间隔之间的差：在广角端处所述第一透镜单元的定位成最靠近像侧的透镜面与所述第二透镜单元的定位成最靠近物体侧的透镜面之间的在光轴上的间隔、以及在远摄端处所述第一透镜单元的定位成最靠近像侧的透镜面与所述第二透镜单元的定位成最靠近物体侧的透镜面之间的在光轴上的间隔，ΔD2是如下的间隔之间的差：在广角端处所述第二透镜单元的定位成最靠近像侧的透镜面和所述第三透镜单元的定位成最靠近物体侧的透镜面之间的在光轴上的间隔、以及在远摄端处所述第二透镜单元的定位成最靠近像侧的透镜面和所述第三透镜单元的定位成最靠近物体侧的透镜面之间的在光轴上的间隔，fLP是与所述负透镜单元在物体侧相邻配置的透镜单元的焦距，以及f1是所述第一透镜单元的焦距，以及f1是所述第一透镜单元的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
0.05<SKw/fw<0.50，
其中，SKw是在广角端处所述变焦镜头的后焦距，以及fw是在广角端处所述变焦镜头的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
0.05<SKw/SKt<0.60，
其中，SKw是在广角端处所述变焦镜头的后焦距，以及SKt是在远摄端处所述变焦镜头的后焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
1.0<LDw/fw<3.5，
其中，LDw是在广角端处所述变焦镜头的总光学长度，以及fw是在广角端处所述变焦镜头的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
0.05<fLN/fLR<1.50，
其中，fLR是最终透镜单元的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
0<|ML3/ML1|<0.50，
其中，ML1是在聚焦于无限远的情况下从广角端到远摄端的变焦期间所述第一透镜单元的移动量。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
0.15<(tβLN/wβLN)/(ft/fw)<0.70，
其中，tβLN是在远摄端处所述负透镜单元的横向倍率，wβLN是在广角端处所述负透镜单元的横向倍率，fw是在广角端处所述变焦镜头的焦距，以及ft是在远摄端处所述变焦镜头的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足以下条件不等式：
65.00<νd1Pave<99.00，
其中，νd1Pave是所述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。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述负透镜单元和所述最终透镜单元这两者各自由三个或更少的透镜构成。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，在从无限远到近距离的调焦期间，所述负透镜单元向像侧移动。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第二透镜单元不会为了变焦而移动。
12.一种摄像设备，包括：
根据权利要求1至11中任一项所述的变焦镜头；以及
图像传感器，其被配置为对通过所述变焦镜头形成的光学图像进行光电转换。
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