CN113031236A

CN113031236A - 变焦透镜和图像拾取装置

Info

Publication number: CN113031236A
Application number: CN202011526932.1A
Authority: CN
Inventors: 须藤健太; 染谷和希
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2040-12-22
Also published as: US11703669B2; US20210199937A1; CN113031236B

Abstract

本发明涉及变焦透镜和图像拾取装置。一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元、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、以及一个或多个后透镜单元。第一透镜单元不为了变焦而移动。每对相邻的透镜单元之间的间隔在变焦时改变。第一透镜单元包括由阿贝数小于30的材料制成的正透镜。预定条件被满足。

Description

变焦透镜和图像拾取装置

技术领域

本发明涉及变焦透镜和图像拾取装置。

背景技术

在诸如监视相机、数字静态相机、数字摄像机、广播相机等之类的图像拾取装置中使用的变焦透镜中要求小尺寸和高倍率比。作为具有高倍率比的变焦透镜，已知一种正引线型(positive lead type)变焦透镜，其包括具有正折光力的第一透镜单元，其中第一透镜单元不为了倍率变化而移动。日本专利申请特许公开No.(“JP”)2012-123031公开了一种变焦透镜，在该变焦透镜中，单元的折光力从物侧起依次分别为正、负、正和正，并且在该变焦透镜中，为了倍率变化，第一透镜单元和第三透镜单元不移动，而第二透镜单元和第四透镜单元移动。JP2012-128116公开了一种变焦透镜，在该变焦透镜中，单元的折光力从物侧起依次分别为正、负、正、正和正，并且在该变焦透镜中，为了倍率变化，第一透镜单元、第三透镜单元和第五透镜单元不移动，而第二透镜单元和第四透镜单元移动。

期望一种变焦透镜，其相比于JP2012-12301和JP2012-128116中公开的变焦透镜具有更高的倍率比、更小的尺寸和更高的光学性能。

另外，作为在图像拾取装置中使用的透镜，要求具有高光学性能以便支持高清晰度的图像拾取元件的透镜。近年来，随着监视相机市场的迅速扩展，要求监视相机具有高光学性能的透镜。另外，从监视的自由度的角度来看，要求变焦透镜具有广角和高倍率变化，并且从易于安装和不显眼的角度来看，要求变焦透镜具有小尺寸。

JP 2013-50519公开了一种小型变焦透镜，其包括具有正、负、正和正折光力的透镜单元，并且具有大约30的高倍率比。JP 2000-105336公开了一种变焦透镜，其包括具有正、负、正、负和正折光力的透镜单元，并且具有大约40的高倍率比和高性能。

JP 2013-50519中公开的变焦透镜对于诸如4K或8K之类的高质量图像没有足够的性能。JP 2000-105336中公开的变焦透镜的总长度太长。即，虽然在JP 2013-50519和JP2000-105336中公开的每个变焦透镜均具有高倍率比，但是在高性能或小尺寸方面都不足。

发明内容

实施例的一个方面提供了例如一种在高倍率比、小尺寸和整个变焦范围上的高光学性能方面有益的变焦透镜。

根据实施例的一个方面的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、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、以及一个或多个后透镜单元。第一透镜单元不为了变焦而移动。每对相邻的透镜单元之间的间隔在变焦中改变。第一透镜单元包括由阿贝数小于30的材料制成的正透镜。预定条件被满足。

包括上述变焦透镜的图像拾取装置构成实施例的另一个方面。

根据实施例的一个方面的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、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、以及一个或多个后透镜单元。在从广角端到望远端的变焦中，三个或更多个透镜单元移动并且每对相邻的透镜单元之间的间隔改变。第一透镜单元中包括的正透镜当中对于d线具有最小阿贝数的正透镜被称为G1νdmin，第一透镜单元在正透镜G1νdmin的物侧和像侧均包括负透镜。预定条件被满足。

通过以下参考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是根据第一实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图2A至2C是根据第一实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图3是根据第二实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图4A至4C是根据第二实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图5是根据第三实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图6A至6C是根据第三实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图7是根据第四实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图8A至8C是根据第四实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图9是根据第五实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图10A至10C是根据第五实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图11是根据第一至第五实施例中的每个实施例的图像拾取装置的示意图。

图12是根据第六实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图13A至13C是根据第六实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图14是根据第七实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图15A至15C是根据第七实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图16是根据第八实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图17A至17C是根据第八实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图18是根据第九实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图19A至19C是根据第九实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图20是根据第十实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图21A至21C是根据第十实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图22是根据第十一实施例的变焦透镜在广角端的截面图。

图23A至23C是根据第十一实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

图24A和24B是根据第六至第十一实施例中的每个实施例的图像拾取装置的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，将给出根据本发明的实施例的描述。各幅图中的对应元件将由相同的附图标记表示，并且将省略其描述。

首先，将描述根据第一至第五实施例的变焦透镜。图1、3、5、7和9分别是根据第一至第五实施例的变焦透镜在广角端的透镜的截面图。根据每个实施例的变焦透镜被用在诸如数字摄像机、数字静态相机、广播相机、卤化银胶片相机和监视相机之类的图像拾取装置中。

在每个截面图中，左侧是物侧，而右侧是像侧。根据每个实施例的变焦透镜包括多个透镜单元。在本申请的说明书中，透镜单元是在变焦期间一体地移动或停止的一组透镜。即，在根据每个实施例的变焦透镜中，每对相邻的透镜单元之间的每个间隔在变焦中改变。透镜单元可以由一个透镜组成，或者可以由多个透镜组成。透镜单元可以包括也称为孔径光阑的光圈。

根据每个实施例的变焦透镜包括从物侧到像侧依次部署的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、以及一个或多个后透镜单元。

SP表示孔径光阑。孔径光阑SP的孔径直径在变焦期间可以是恒定的或可变的。通过改变孔径光阑SP的直径，有可能削减下部光线彗形眩光(lower ray coma flare)并获取更好的光学性能，该下部光线彗形眩光由在望远端大量出现的离轴光束造成。IP表示像平面。当根据每个实施例的变焦透镜被用作数字静态相机或数字摄像机的图像拾取光学系统时，像平面IP是诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换器)的图像拾取平面。当根据每个实施例的变焦透镜被用作卤化银胶片相机的图像拾取光学系统时，像平面IP是与胶片表面对应的感光表面。P表示与光学滤波器、面板、低通滤波器、红外截止滤波器等对应的光学块。

在根据每个实施例的变焦透镜中，第一透镜单元不为了变焦而移动，并且每对相邻的透镜单元之间的间隔在变焦中改变。每个截面图中示出的箭头表示透镜单元在从广角端到望远端的变焦中的移动轨迹。由于具有最大外直径的第一透镜单元L1不为了变焦而移动，因此有可能抑制变焦透镜的尺寸增大。

在根据每个实施例的变焦透镜中，通过在光轴上移动被部署在第三透镜单元L3的像侧的第四透镜单元来执行聚焦。每个截面图例示了第四透镜单元的移动轨迹，并且由实线绘制的曲线表示用于校正在针对无限远处的物体的聚焦期间由从广角端到望远端的变焦造成的像平面变化的移动轨迹。由虚线绘制的曲线表示用于校正在针对近距离物体的聚焦期间由从广角端到望远端的变焦造成的像平面变化的移动轨迹。聚焦可以通过在光轴上移动后透镜单元中的透镜单元之一来执行，并且可以通过在光轴上移动被部署在第四透镜单元的像侧的第五透镜单元来执行。

图2A至2C分别是根据第一实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图4A至4C分别是根据第二实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图6A至6C分别是根据第三实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图8A至8C分别是根据第四实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。图10A至10C分别是根据第五实施例的在广角端、中间变焦位置和望远端的像差图。

在每个球面像差图中，Fno表示F数。每个球面像差图指示对于d线(波长587.56nm)和对于g线(波长435.84nm)的球面像差的量。在每个像散图中，S表示矢状像平面中的像散的量，并且M表示子午像平面中的像散的量。每个畸变图指示对于d线的畸变的量。每个色差图指示对于g线的色差的量。ω表示图像拾取半视角(度)。

接下来，将描述根据每个实施例的变焦透镜的特性配置。

在根据每个实施例的变焦透镜中，第一透镜单元L1包括一个或多个由阿贝数小于30的材料制成的正透镜。阿贝数小于30的材料具有高部分色散比θgF，使得有可能在望远端良好地校正二次光谱并抑制轴上色差的发生。

当TL1表示从第一透镜单元L1的最靠近物侧的表面到第一透镜单元L1的最靠近像侧的表面在光轴上的距离，并且f1表示第一透镜单元L1的焦距时，下面的条件表达式(1)被满足。当ft表示变焦透镜在望远端的焦距，并且fw表示变焦透镜在广角端的焦距时，下面的条件表达式(2)被满足。

0.05<TL1/f1<0.80(1)

40<ft/fw<200(2)

条件表达式(1)定义从第一透镜单元L1的最靠近物侧的表面到第一透镜单元L1的最靠近像侧的表面在光轴上的距离TL1与第一透镜单元L1的焦距f1之比。当条件表达式(1)被满足时，有可能减小变焦透镜的整个系统的尺寸，并校正在望远端的球面像差和彗形像差。如果该值大于条件表达式(1)的上限，则要在广角侧的外围像高处成像的光线穿过第一透镜单元L1中远离光轴的位置。即，第一透镜单元L1的外直径增加，并且可能无法充分减小变焦透镜的尺寸。另一方面，如果该值小于条件表达式(1)的下限，则第一透镜单元L1的焦距f1变长，并且在望远端的焦距也变长。因此，为了校正像差，变焦透镜的整个系统的尺寸可能增大。

条件表达式(2)定义变焦透镜的倍率比。当条件表达式(2)被满足时，可以实现高倍率比的变焦透镜。如果该值小于条件表达式(2)的下限，则倍率比变得太小，使得难以实现高倍率比。另一方面，如果该值大于条件表达式(2)的上限，则每个透镜单元的折光力变得太强，并且诸如球面像差和彗形像差之类的各种像差可能变差。

通过具有以上特性配置，根据每个实施例的变焦透镜可以具有高倍率比、小尺寸和在整个变焦范围上的良好光学性能。

条件表达式(1)和(2)的数值范围可以是下面的条件表达式(1a)和(2a)的数值范围。

0.10<TL1/f1<0.60 (1a)

45<ft/fw<150 (2a)

条件表达式(1)和(2)的数值范围可以是下面的条件表达式(1b)和(2b)的数值范围。

0.15<TL1/f1<0.45 (1b)

50<ft/fw<100 (2b)

当ndA表示第一透镜单元L1中包括的一个或多个正透镜的材料的折射率时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(3)。

1.65<ndA<2.30 (3)

条件表达式(3)定义第一透镜单元L1中包括的一个或多个正透镜的材料的折射率ndA。如果折射率ndA大于条件表达式(3)的上限，则没有透镜材料可供选择。另一方面，如果折射率ndA小于条件表达式(3)的下限，则第一透镜单元L1中包括的一个或多个正透镜的曲率增大，并且球面像差可能变差。

当f2表示第二透镜单元L2的焦距时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(4)。

-12.0<f1/f2<-2.0 (4)

条件表达式(4)定义第一透镜单元L1的焦距f1与第二透镜单元L2的焦距f2之比。如果第一透镜单元L1的折光力对于第二透镜单元L2的折光力来说太强以至于该值大于条件表达式(4)的上限，则球面像差在望远端可能变差。另一方面，如果第一透镜单元L1的折光力对于第二透镜单元L2的折光力来说太弱以至于该值小于条件表达式(4)的下限，则第二透镜单元L2的折光力变得更强以确保高倍率比，并且像场弯曲在广角端可能变差。

当M2表示第二透镜单元L2在从广角端到望远端的变焦中的移动量时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(5)。在第二透镜单元L2的位置在望远端比在广角端更靠近像侧的情况下，移动量M2的符号为正。

-9.0<M2/f2<-3.0 (5)

条件表达式(5)定义在变焦期间第二透镜单元L2的移动量M2与第二透镜单元L2的焦距f2之比。如果移动量M2对于第二透镜单元L2的焦距f2来说太大以至于该值大于条件表达式(5)的上限，则变焦透镜的整个系统的尺寸会增加。另一方面，如果移动量M2对于第二透镜单元L2的焦距f2来说太小以至于该值小于条件表达式(5)的下限，则难以实现高倍率比。

当f3表示第三透镜单元的焦距时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(6)。

-1.00<f2/f3<-0.10 (6)

条件表达式(6)定义第二透镜单元L2的焦距f2与第三透镜单元L3的焦距f3之比。如果第二透镜单元L2的折光力对于第三透镜单元L3的折光力来说太强以至于该值大于条件表达式(6)的上限，则像场弯曲在广角端可能更差。另一方面，如果第二透镜单元L2的折光力对于第三透镜单元L3的折光力来说太弱以至于该值小于条件表达式(6)的下限，则难以实现高倍率比。

当BFw表示变焦透镜在广角端的后焦距(back focus)时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(7)。

0.1<BFw/fw<6.0 (7)

条件表达式(7)定义后焦距BFw与变焦透镜的整个系统在广角端的焦距fw之比。如果后焦距BFw太长以至于该值大于条件表达式(7)的上限，则变焦透镜的整个系统的尺寸可能增大。另一方面，如果后焦距BFw太短以至于该值小于条件表达式(7)的下限，则可能无法确保足够的空间来包括诸如低通滤波器和红外截止滤波器之类的光学元件。

当TL表示变焦透镜在望远端的总长度(即，在望远端从最靠近物侧的表面到像平面的长度)时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(8)。

0.2<TL/ft<1.0 (8)

条件表达式(8)定义总长度TL与变焦透镜的整个系统的望远端的焦距ft之比。如果总长度TL太长以至于该值大于条件表达式(8)的上限，则变焦透镜的整个系统的尺寸可能增加。另一方面，如果总长度TL太短以至于该值小于条件表达式(8)的下限，则每个透镜单元的折光力可能过度增加，并且诸如球面像差和彗形像差之类的各种像差可能更差。

当νdA和θgFA分别表示第一透镜单元L1中包括的一个或多个正透镜的材料的阿贝数和部分色散比时，根据每个实施例的变焦透镜可以满足下面的条件表达式(9)。

0<θgFA+0.00162×νdA-0.64146<0.15 (9)

条件表达式(9)定义第一透镜单元L1中包括的一个或多个正透镜的材料的阿贝数νdA与部分色散比θgFA之间的关系。当阿贝数νdA和部分色散比θgA太小以至于该值小于条件表达式(9)的下限时，在望远端可能无法充分校正轴上色差的二次光谱，使得难以同时实现高倍率比和良好的光学性能。另一方面，当阿贝数νdA和部分色散比θgFA太大以至于该值大于条件表达式(9)的上限时，在望远端可能过度校正轴上色差的二次光谱，使得难以同时实现高倍率比和良好的光学性能。

条件表达式(3)至(9)的数值范围可以是下面的条件表达式(3a)至(9a)的数值范围。

1.70<ndA<2.30 (3a)

-10.0<f1/f2<-5.0 (4a)

-8.0<M2/f2<-4.0 (5a)

-0.80<f2/f3<-0.12 (6a)

0.5<BFw/fw<5.0 (7a)

0.3<TL/ft<0.7 (8a)

0<θgFA+0.00162×νdA-0.64146<0.10 (9a)

条件表达式(3)至(9)的数值范围可以是下面的条件表达式(3b)至(9b)的数值范围。

1.75<ndA<2.30 (3b)

-9.0<f1/f2<-8.0 (4b)

-7.0<M2/f2<-5.0 (5b)

-0.60<f2/f3<-0.15 (6b)

1.0<BFw/fw<4.0 (7b)

0.4<TL/ft<0.5 (8b)

0<θgFA+0.00162×νdA-0.64146<0.05 (9b)

第一透镜单元L1可以包括至少三个正透镜。由此，有可能松弛具有正折光力的第一透镜单元L1中具有强焦度(power)的每个正透镜的曲率，并且可以抑制球面像差和彗形像差，尤其是在望远端。

在下面的描述中，将描述根据每个实施例的变焦透镜的透镜配置。除非另有指出，否则每个透镜是从物侧到像侧依次部署的。

第一实施例

本实施例的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、以及具有正折光力的第四透镜单元L4。为了变焦，第一透镜单元L1不移动，而第二透镜单元L2至第四透镜单元L4移动。

第一透镜单元L1包括其中具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜和具有双凸形状的正透镜相胶合的透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜。通过具有胶合透镜，可以良好地校正轴上色差，尤其是在望远端。

第二透镜单元L2包括具有凸表面在物侧的弯月形状且两个表面都是非球面的负透镜、其中具有双凹形状的负透镜和具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜相胶合的透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜。利用这样的配置，有可能有效地校正在广角端的像场弯曲和整个变焦范围内的横向色差。

第三透镜单元L3包括具有双凸形状且两个表面都是非球面的正透镜、以及其中具有双凸形状的正透镜和具有双凹形状的负透镜相胶合的透镜。利用这样的配置，有可能抑制在广角端出现球面像差。

第四透镜单元L4包括其中具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜和具有非球面形状在像侧的双凸形状的正透镜相胶合的透镜。通过由一个胶合透镜组成，第四透镜单元L4可以在减轻重量的同时抑制聚焦期间的横向色差变化，使得更容易执行聚焦期间的控制。

第二实施例

本实施例的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、以及具有正折光力的第四透镜单元L4。为了变焦，第一和第三透镜单元L1和L3不移动，而第二和第四透镜单元L2和L4移动。

第一透镜单元L1具有与第一实施例的第一透镜单元L1相同的配置。

第二透镜单元L2包括具有凸表面在物侧的弯月形状且两个表面都是非球面的负透镜、其中具有凹表面在物侧的弯月形状的正透镜和具有双凹形状的负透镜相胶合的透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状且两个表面都是非球面的正透镜。利用这样的配置，有可能有效地校正在广角端的像场弯曲和整个变焦范围内的横向色差。

第三透镜单元L3包括具有双凸形状且两个表面都是非球面的正透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜。利用这样的配置，有可能抑制在广角端出现球面像差。

第四透镜单元L4具有与第一实施例的第四透镜单元L4相同的配置。

第三实施例

本实施例的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、以及具有正折光力的第五透镜单元L5。为了变焦，第一和第五透镜单元L1和L5不移动，而第二至第四透镜单元L2至L4移动。

第一透镜单元L1包括其中具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜和具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜相胶合的透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜、具有双凸形状的正透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜。通过具有胶合透镜，可以令人满意地校正轴上色差，尤其是在望远端。

第二透镜单元L2包括具有双凹形状且两个表面都是非球面的负透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜、具有双凹形状的负透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜。利用这样的配置，有可能有效地校正在广角端的像场弯曲。

第三透镜单元L3包括具有双凸形状且两个表面都是非球面的正透镜、具有凹表面在物侧的弯月形状的正透镜、具有凹表面在物侧的弯月形状的负透镜、以及具有双凸形状的正透镜。利用这样的配置，有可能抑制在广角端出现球面像差。

第四透镜单元L4包括具有双凹形状的负透镜。利用具有单个透镜的这种配置，有可能减轻重量，使得更容易执行聚焦期间的控制。

第五透镜单元L5包括具有双凸形状且两个表面都是非球面的正透镜。因为具有正折光力的透镜单元被部署在执行聚焦的单元的像侧，所以远心性得到改善并且离轴光束以接近垂直的角度进入图像拾取元件。由此，可以抑制由屏幕的外围区域中的阴影造成的光衰减。

第四实施例

本实施例的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、以及具有正折光力的第五透镜单元L5。为了变焦，第一透镜单元L1不移动，而第二至第五透镜单元L2至L5移动。

第一透镜单元L1包括其中具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜和具有双凸形状的正透镜相胶合的透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜。通过具有胶合透镜，可以良好地校正轴上色差，尤其是在望远端。

第二透镜单元L2具有与第三实施例的第二透镜单元L2相同的配置。

第三透镜单元L3包括具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜、具有双凸形状且两个表面都是非球面的正透镜、具有凸表面在物侧的弯月形状的负透镜、以及具有双凸形状的正透镜。利用这种配置，有可能抑制在广角端出现球面像差。

第四透镜单元L4具有与第四实施例的第四透镜单元L4相同的配置。

第五透镜单元L5包括具有凹表面在物侧的弯月形状且两个表面都是非球面的正透镜。因为具有正折光力的透镜单元被部署在执行聚焦的单元的像侧，所以远心性得到改善并且离轴光束以接近垂直的角度进入图像拾取元件。由此，有可能抑制由屏幕的外围区域中的阴影造成的光衰减。

第五实施例

本实施例的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、以及具有正折光力的第四透镜单元L4。为了变焦，第一透镜单元L1不移动，而第二至第四透镜单元L2至L4移动。

第二透镜单元L2具有与第一实施例的第二透镜单元L2相同的配置。

第三透镜单元L3包括具有双凸形状且两个表面都是非球面的正透镜、其中具有双凸形状的正透镜和具有双凹形状的负透镜相胶合的透镜、以及具有凸表面在物侧的弯月形状的正透镜。利用这种配置，有可能抑制在广角端出现球面像差。

第四透镜单元L4包括其中具有非球面形状在物侧的双凸形状的正透镜和具有凹表面在物侧的弯月形状的负透镜相胶合的透镜。通过由一个胶合透镜组成，第四透镜单元L4可以在减轻重量的同时抑制聚焦期间的横向色差变化，从而使得更容易执行聚焦期间的控制。

上面已经描述了根据每个实施例的变焦透镜的透镜配置。但是，本发明不限于以上描述。例如，通过分割胶合透镜并在透镜之间提供空气距离，或者通过用非球面透镜代替球面透镜，可以执行进一步的像差校正。

将给出分别与第一至第五实施例对应的数值示例1至5。

在每个数值示例的表面数据中，r表示每个光学表面的曲率半径，并且d(mm)表示第m个表面和第(m+1)个表面之间的轴上距离(光轴上的距离)。m指示从光进入侧算起的表面的编号。Nd、νd和θgF分别表示对于d线的每个光学构件的材料的折射率、阿贝数和部分色散比。当Nd、NF、NC和Ng分别表示对于Fraunhofer线的d线(587.6nm)、F线(486.1nm)、C线(656.3nm)和g线(435.8nm)的折射率时，以下表达式表达某个材料的阿贝数νd和部分色散比θgF。

νd＝(Nd-1)/(NF-NC)

θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)

在每个数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(度)是当根据每个实施例的变焦透镜聚焦在无限远处的物体时的值。“后焦距”是从透镜最后一个表面(最靠近像侧的透镜表面)到近轴像平面在光轴上的距离，并由空气换算的长度表达。“透镜总长度”是通过将后焦距加到从变焦透镜的前表面(最靠近物侧的透镜表面)到最后一个表面在光轴上的距离而获得的长度。“透镜单元”不限于由多个透镜组成，并且可以由单个透镜组成。

当光学表面是非球面时，在表面编号的右侧添加*号。当X表示在光轴方向上距表面顶点的移位量、h表示在与光轴正交的方向上距光轴的高度、R表示近轴曲率半径、k表示圆锥常数并且A4、A6、A8和A10中的每一个表示每一阶的非球面系数时，非球面形状由以下表达式表达：

x＝(h²/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)²}^1/2+A4×h⁴+A6×h⁶+A8×h⁸+A10×h¹⁰

每个非球面系数中的“e±XX”表示“×10±^XX”。

[数值示例1]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝0.00000e+000A4＝6.56026e-005A6＝-4.98604e-007A8＝1.54458e-009

第13表面

K＝0.00000e+000A4＝4.50341e-005A6＝6.29704e-007A8＝-1.73406e-008

第20表面

K＝0.00000e+000A4＝-1.70613e-005A6＝5.10769e-007A8＝-7.57782e-009

第21表面

K＝0.00000e+000A4＝2.62637e-006A6＝5.28221e-007A8＝-7.98943e-009

第27表面

K＝0.00000e+000A4＝3.25757e-005A6＝8.86700e-008A8＝-1.22851e-009

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例2]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝0.00000e+000A 4＝2.82571e-004A6＝-3.82388e-006A8＝2.20669e-008

第13表面

K＝0.00000e+000A4＝3.03169e-004A6＝1.20216e-006A8＝-7.09981e-008

第17表面

K＝0.00000e+000A4＝-1.00740e-004A6＝8.32767e-007A8＝-1.52263e-007

第18表面

K＝0.00000e+000A4＝-7.27962e-005A6＝4.87197e-007A8＝-1.36678e-007

第20表面

K＝0.00000e+000A4＝-2.92972e-005A6＝-1.64702e-007A8＝4.31682e-009

第21表面

K＝0.00000e+000A4＝3.84259e-005A6＝-1.75268e-007A8＝4.04494e-009

第26表面

K＝0.00000e+000A4＝3.11323e-005A6＝1.76505e-007A8＝-2.20234e-009

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例3]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第10表面

K＝0.00000e+000A4＝1.54002e-004A6＝-3.90451e-007A8＝5.05800e-010

第11表面

K＝0.00000e+000A4＝1.24854e-004A6＝1.71524e-007A8＝1.23159e-010

第19表面

K＝0.00000e+000A4＝-5.94637e-005A6＝5.41774e-007A8＝-1.54659e-009

第20表面

K＝0.00000e+000A4＝1.41870e-004A6＝3.96335e-007A8＝5.82912e-010

第29表面

K＝0.00000e+000A4＝-3.19162e-004A6＝-1.58383e-005A8＝1.81140e-007

第30表面

K＝0.00000e+000A4＝-2.06194e-004A6＝-9.85910e-006A8＝1.31021e-007

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例4]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第10表面

K＝0.00000e+000A4＝-1.07043e-005A6＝8.80411e-007A8＝-2.61715e-009

第11表面

K＝0.00000e+000A4＝-3.14097e-005A6＝8.09470e-007A8＝3.16569e-009

第21表面

K＝0.00000e+000A4＝-9.42695e-005A6＝-2.91900e-007A8＝4.27115e-009

第22表面

K＝0.00000e+000A4＝6.66596e-005A6＝-2.38366e-007A8＝4.06955e-009

第29表面

K＝0.00000e+000A4＝-2.65369e-004A6＝-3.26146e-005A8＝5.18310e-007

第30表面

K＝0.00000e+000A4＝2.73646e-004A6＝-1.38443e-005A8＝2.84195e-007

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例5]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝0.00000e+000A4＝1.11272e-004A6＝-1.09556e-006A8＝4.44334e-009

第13表面

K＝0.00000e+000A4＝8.16309e-005A6＝1.31021e-006A8＝-4.59528e-008

第20表面

K＝0.00000e+000A4＝-2.62899e-005A6＝5.31511e-007A8＝-8.36829e-009

第21表面

K＝0.00000e+000A4＝-1.39389e-007A6＝5.06786e-007A8＝-8.09254e-009

第27表面

K＝0.00000e+000A4＝-2.84868e-005A6＝-1.39354e-007A8＝1.26222e-009

各种数据

变焦透镜单元数据

每个数值示例中的各种值在下表1中指示。

[表1]

根据以上实施例，有可能提供例如高倍率比、小尺寸和整个变焦范围上的高光学性能方面有益的变焦透镜。

接下来，将描述根据第六至第十一实施例中的每个实施例的变焦透镜。

根据第六至第十一实施例中的每个实施例的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、以及包括第四透镜单元L4和第五透镜单元L5的后透镜单元。为了从广角端到望远端的变焦，三个或更多个透镜单元移动，并且每对相邻的透镜单元之间的间隔改变。当第一透镜单元L1的正透镜当中对于d线具有最小阿贝数的正透镜被称为G1νdmin时，第一透镜单元L1在正透镜G1νdmin的物侧和像侧分别包括至少单个负透镜G1n1和G1n2。

f1表示第一透镜单元L1的焦距，并且f1νdmin表示正透镜G1νdmin的焦距。f1p1表示在第一透镜单元L1中包括的正透镜当中具有最长焦距的正透镜的焦距，并且f1p2表示在第一透镜单元L1中包括的正透镜当中具有第二长焦距的正透镜的焦距。下面的条件表达式(10)和(11)被满足。

4.00<f1νdmin/f1<10.00 (10)

2.80<f1p1/f1p2<10.00 (11)

在第一透镜单元L1的正透镜中，具有最长焦距的正透镜可以是正透镜G1νdmin。利用这样的配置，根据每个实施例，有可能在整个变焦范围上提供高性能变焦透镜，同时具有小尺寸和高倍率比。换句话说，当使用包括从物侧到像侧依次具有正、负和正焦度(折光力)的透镜单元并且在变焦中改变每对相邻的透镜单元之间的间隔的配置时，有可能减小透镜的总长度并改善性能，同时确保高倍率比。通过在变焦期间移动三个或更多个透镜单元，可以减小每个透镜单元的移动量和每个透镜单元的焦度。由此，有可能减小变焦透镜的整个系统的尺寸并抑制变焦期间的像差变化。

当在第一透镜单元L1中包括具有高色散的正透镜G1νdmin时，可以良好地校正望远端的轴上色差。当正透镜G1νdmin被部署在第一透镜单元中更靠近物侧的位置时，同轴光束的边缘光线在望远侧穿过正透镜G1νdmin的更高位置，并且对于轴上色差改善了校正效果。因此，当第一透镜单元包括对于d线具有最小阿贝数νd的多个正透镜G1νdmin时，假设正透镜G1νdmin是被部署在第一透镜单元中最物侧并且满足上述每个条件表达式的正透镜。

当负透镜G1n2被部署在正透镜G1vdmin的像侧时，有可能通过使用G1vdmin来校正广角侧的横向色差变化。当负透镜被部署在更靠近像侧的位置时，同轴光束的边缘光线穿过负透镜的下部位置，并且可以在望远侧抑制同轴色差变化。当负透镜G1n1被部署在正透镜G1vdmin的物侧时，有可能良好地校正望远侧的轴上色差和球面像差。

当条件表达式(10)和(11)被满足时，有可能实现在整个变焦范围上具有高性能同时具有小尺寸和高倍率比的变焦透镜。条件表达式(10)定义正透镜G1νdmin的焦距f1νdmin与第一透镜单元L1的焦距f1之比。当条件表达式(10)被满足时，有可能减小第一透镜单元L1的尺寸并校正望远侧的球面像差和轴上色差，从而有可能获取小尺寸和良好的光学性能。如果该值大于条件表达式(10)的上限，则第一透镜单元L1的焦度变得太强以至于可能无法抑制望远侧的球面像差和轴上色差。另外，因为正透镜G1vdmin的焦度太弱，所以正透镜G1vdmin对于望远侧的球面像差和轴上色差的校正效果可能降低。另一方面，如果该值小于条件表达式(10)的下限，则第一透镜单元L1的焦度太弱以至于为了校正像差，变焦透镜的整个系统的尺寸可能增加。另外，因为正透镜G1vdmin的焦度太强，所以正透镜G1vdmin在光轴上的厚度增加，并且第一透镜单元L1的总长度可能太长。

条件表达式(11)定义第一透镜单元L1中具有最弱焦度的正透镜的焦距f1p1与第一透镜单元L1中具有第二弱焦度的正透镜的焦距f1p2之比。当第一透镜单元L1仅具有一个正透镜时，假设f1p2＝f1p1。通过满足条件表达式(11)，实现了小尺寸和良好的光学性能。如果该值大于条件表达式(11)的上限，则对于第一透镜单元L1中除正透镜G1νdmin以外的正透镜来说，正透镜G1νdmin的焦度太弱弱，并且正透镜G1νdmin对于望远侧的球面像差和轴上色差的校正效果可能降低。另一方面，如果该值小于条件表达式(11)的下限，则第一透镜单元L1的正透镜的焦度太弱以至于第一透镜单元L1的总长度可能变得太长。每个实施例适当地设置每个元件，以便满足条件表达式(10)和(11)。由此，可以获取在确保小尺寸和高倍率比的同时在整个变焦范围上具有高性能的变焦透镜。

在每个实施例中，条件表达式(10)和(11)的数值范围可以分别是下面的条件表达式(10a)和(11a)的数值范围。

4.50<f1νdmin/f1<9.50 (10a)

2.90<f1p1/f1p2<9.00 (11a)

在每个实施例中，条件表达式(10a)和(11a)的数值范围可以分别是下面的条件表达式(10b)和(11b)的数值范围。

5.00<f1νdmin/f1<9.00 (10b)

3.00<f1p1/f1p2<8.00 (11b)

在此，νd1表示正透镜G1νmin对于d线的阿贝数，并且νdnmax表示第一透镜单元L1的负透镜中对于d线具有最大阿贝数νd的负透镜的阿贝数。f1表示第一透镜单元L1的焦距，f2表示第二透镜单元L2的焦距，并且D1表示从第一透镜单元L1的最靠近物侧的表面到第一透镜单元L1的最靠近像侧的表面在光轴上的距离。可以满足下面的条件表达式(12)至(15)中的至少一个。

15.00<νd1<34.00 (12)

15.00<νdnmax<45.00 (13)

-10.00<f1/f2<-4.00 (14)

0.20<D1/f1<0.80 (15)

条件表达式(12)定义正透镜G1νdmin对于d线的阿贝数νd1。通过满足条件表达式(12)，可以在望远侧抑制轴上色差。在满足条件表达式(12)的玻璃材料当中，通过对正透镜G1vdmin使用具有反常色散的玻璃材料，可以有效地执行二次消色差。

条件表达式(13)定义第一透镜单元L1的负透镜中对于d线具有最大阿贝数νd的负透镜的阿贝数νdnmax。通过满足条件表达式(13)，可以抑制望远端的彩色眩光。在满足条件表达式(13)的玻璃材料当中，通过使用具有反常色散的玻璃材料作为负透镜，可以有效地执行二次消色差。

条件表达式(14)定义第一透镜单元L1的焦距f1与第二透镜单元L1的焦距f2之比。如果该值小于条件表达式(14)的下限，则第二透镜单元L2的焦度太强以至于由变焦造成的诸如像场弯曲和球面像差之类的各种像差的变化增大，使得难以获取高光学性能。另一方面，如果该值大于条件表达式(14)的上限，则第一透镜单元L1的焦度太强以至于在望远侧在第一透镜单元L1中可能大量出现球面像差和彗形像差，使得难以通过变焦来校正像差变化。

条件表达式(15)定义第一透镜单元L1的焦距f1与第一透镜单元L1的总厚度之比(距离D1)。如果该值小于条件表达式(15)的下限，则第一透镜单元L1的焦度太强以至于在望远侧大量出现球面像差和轴上色差，使得难以获取高光学性能。另一方面，如果该值大于条件表达式(15)的上限，则可能无法为足够数量的透镜充分确保第一透镜单元L1的总厚度，使得难以校正各种像差。

在每个实施例中，条件表达式(12)至(15)的数值范围可以分别是下面的条件表达式(12a)至(15a)的数值范围。

15.00<νd1<30.00 (12a)

15.00<νdnmax<40.00 (13a)

-9.00<f1/f2<-5.00 (14a)

0.20<D1/f1<0.70 (15a)

在每个实施例中，条件表达式(12)至(15)的数值范围可以分别是下面的条件表达式(12b)至(15b)的数值范围。

15.00<νd1<26.00 (12b)

15.00<νdnmax<38.00 (13b)

-8.50<f1/f2<-6.00 (14b)

0.20<D1/f1<0.60 (15b)

第一透镜单元L1可以包括正透镜和负透镜的胶合透镜。由此，有可能抑制望远侧的轴上色差。最后一个透镜单元可以包括胶合透镜。由此，有可能抑制广角侧的球面像差和像场弯曲。第一透镜单元L1可以由六个及以上且九个及以下的透镜组成。由此，有可能在抑制望远侧的球面像差和轴上色差的同时减小第一透镜单元L1的尺寸。孔径光阑SP可以被部署在第二透镜单元L2的像侧。当孔径光阑SP被部署在作为具有强负焦度的可变透镜单元的第二透镜单元L2的像侧时，有可能抑制第二透镜单元L2的像侧的透镜单元的有效直径的增大。由此，有可能实现变焦透镜的整个系统的小尺寸和减重。

在每个实施例中，通过如上所述地配置每个元件，可以获取在实现小尺寸和高倍率比的同时在整个变焦范围上具有高性能的变焦透镜。另外，通过任意组合多个上面提到的条件表达式，可以进一步增强每个实施例的效果。

接下来，将参考图12至23A-23C描述第六至第十一实施例中的每个实施例的变焦透镜。根据每个实施例的变焦透镜是在诸如数字静态相机、摄像机、卤化银胶片相机和TV相机之类的图像拾取装置中使用的光学系统(图像拾取透镜系统)。

图12、14、16、18、20和22分别是第六至第十一实施例的变焦透镜(光学系统)1a至1f的截面图。在每个截面图中，左侧是物侧，右侧是像侧。L1表示具有正折光力的第一透镜单元，L2表示具有负折光力的第二透镜单元，并且L3、L4和L5分别表示具有折光力的第三透镜单元、第四透镜单元和第五透镜单元。SP表示孔径光阑。P表示与光学滤波器、面板、低通滤波器、红外截止滤波器等对应的光学块。I表示像平面。当变焦透镜被用作诸如数字静态相机或摄像机之类的图像拾取装置的图像拾取光学系统时，像平面I与作为光电转换器的固态图像拾取元件(诸如CCD传感器或CMOS传感器)对应。另一方面，当变焦透镜被用作卤化银胶片相机的图像拾取光学系统时，像平面I与胶片表面对应。每个截面图中的箭头指示每个透镜单元在变焦期间的移动轨迹。

孔径光阑SP的孔径直径可以设置为恒定或可以设置为在变焦期间可变。当孔径光阑SP的直径可变时，有可能减少由在望远端大量出现的离轴光束造成的彗形眩光，因此可以获取更好的光学性能。

通过在光轴上移动透镜单元中的至少一个透镜单元来执行聚焦。每个截面图包括用于聚焦单元的移动轨迹，并且由实线绘制的曲线表示用于校正在针对无限远处的物体的聚焦期间由从广角端到望远端的变焦造成的像平面变化的移动轨迹。由虚线绘制的曲线表示用于校正在针对近距离物体的聚焦期间由从广角端到望远端的变焦造成的像平面变化的移动轨迹。在每个实施例中，聚焦可以通过在光轴上移动多个透镜单元而不是移动一个透镜单元来执行。

图13A至13C、15A至15C、17A至17C、19A至19C、21A至21C和23A至23C中的每一个例示了根据第六至第十一实施例的变焦透镜1a至1f中的每一个的像差图。在每个图中，A、B和C分别是在广角端、在中间变焦位置和在望远端的像差图。在每个像差图中，d和g分别表示d线(波长587.56nm)和g线(波长435.84nm)，并且S和M分别表示对于d线的矢状像平面和子午像平面。描述了d线的畸变。描述了g线相对于d线的横向色差。Fno表示F数，并且ω表示半视角，其是图像拾取半视角。

在下文中，将描述第六至第十一实施例的变焦透镜1a至1e的配置。除非另有指出，否则每个透镜单元是从物侧到像侧依次部署的。

第六实施例

如图12中所示，变焦透镜1a中的第一透镜单元L1从物侧到像侧依次包括其中负透镜G1n1和正透镜相胶合的具有正折光力的胶合透镜、正透镜G1νdmin、正透镜、负透镜G1n2、以及正透镜。为了变焦，第一透镜单元L1不移动。由于包括六个透镜元件，因此良好地校正球面像差和彗形像差，尤其是在望远侧。由于包括胶合透镜，因此良好地校正轴上色差，尤其是在望远端。通过包括高度色散的正透镜，良好地校正彩色眩光和轴上色差，尤其是在望远端。

第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包括负透镜、负透镜以及正透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。通过包括非球面透镜，良好地校正广角区域中的像场弯曲像差和望远区域中的高阶球面像差。第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜、负透镜以及正透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。通过将非球面透镜部署在最物侧，良好地校正广角区域中的球面像差。第四透镜单元L4从物侧到像侧依次包括其中正透镜和负透镜相胶合的具有正折光力的胶合透镜。在变焦期间，第四透镜单元L4沿着光轴OA移动，并具有作为补偿器和聚焦单元的功能。第四透镜单元L4由一个胶合透镜组成，因此可以在减轻重量的同时抑制聚焦期间的横向色差变化，使得更容易控制聚焦。孔径光阑SP被部署在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在变焦期间与第三透镜单元L3一起移动。

第七实施例

如图14中所示，变焦透镜1b中的第一透镜单元L1具有与第六实施例的第一透镜单元L1相同的配置。第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包括负透镜、其中负透镜和正透镜相胶合的具有负折光力的胶合透镜以及正透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。通过包括非球面透镜，良好地校正广角区域中的像场弯曲像差和望远区域中的高阶球面像差。

第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜以及其中正透镜和负透镜相胶合的具有负折光力的胶合透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。因为非球面透镜被部署在最靠物侧，所以良好地校正广角区域中的球面像差。由于包括胶合透镜，因此良好地校正轴上色差，尤其是在广角端。第四透镜单元L4从物侧到像侧依次包括其中负透镜和正透镜相胶合的具有正折光力的胶合透镜。在变焦期间，第四透镜单元L4沿着光轴OA移动，并且具有作为补偿器和聚焦单元的功能。第四透镜单元L4由一个胶合透镜组成，因此可以在减轻重量的同时抑制聚焦期间的横向色差变化，使得更容易控制聚焦。孔径光阑SP被部署在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且不为了变焦而移动。

第八实施例

如图16中所示，变焦透镜1c中的第一透镜单元L1从物侧到像侧依次包括其中负透镜G1n1和正透镜相胶合的具有正折光力的胶合透镜、正透镜G1νdmin、正透镜和负透镜G1n2、以及正透镜。在变焦期间，第一透镜单元L1沿着光轴OA移动。由于包括六个透镜元件，因此有可能良好地校正球面像差和彗形像差，尤其是在望远侧。通过包括胶合透镜，良好地校正轴上色差，尤其是在望远端。另外，因为包括高度色散的正透镜，所以良好地校正彩色眩光和轴上色差，尤其是在望远端。第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4分别具有与第六实施例的第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L相同的配置。孔径光阑SP被部署在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在变焦期间与第三透镜单元L3一起移动。

第九实施例

如图18中所示，变焦透镜1d的第一透镜单元L1和第二透镜单元L2分别具有与第六实施例的第一透镜单元L1和第二透镜单元L2相同的配置。第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜和负透镜，并且不为了变焦而移动。通过将非球面透镜部署在最物侧，良好地校正广角区域中的球面像差。第四透镜单元L4包括一个正透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。第五透镜单元L5从物侧到像侧依次包括其中负透镜和正透镜相胶合的具有正折光力的胶合透镜。在变焦期间，第五透镜单元L5沿着光轴OA移动，并且具有作为补偿器和聚焦单元的功能。第五透镜单元L5由一个胶合透镜组成，因此可以在减轻重量的同时抑制聚焦期间的横向色差变化，使得更容易控制聚焦。孔径光阑SP被部署在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在变焦期间与第三透镜单元L3一起移动。

第十实施例

如图20中所示，变焦透镜1e的第一透镜单元L1具有与第六实施例的第一透镜单元L1相同的配置。第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包括负透镜、负透镜、负透镜以及正透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜、其中负透镜和正透镜相胶合的具有负折光力的胶合透镜、以及正透镜，并且在变焦期间沿着光轴OA移动。通过将非球面透镜部署在最物侧，良好地校正广角区域中的球面像差。第四透镜单元L4包括一个负透镜。在变焦期间，第四透镜单元L4沿着光轴OA移动，并且具有作为补偿器和聚焦单元的功能。第四透镜单元L4由一个胶合透镜组成，因此可以在减轻重量的同时抑制聚焦期间的横向色差变化，从而使得更容易控制聚焦。第五透镜单元L5包括一个正透镜，并且不为了变焦而移动。孔径光阑SP被部署在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且不为了变焦而移动。

第十一个实施例

如图22中所示，第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4分别具有与第六实施例的第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4相同的配置。第五透镜单元L5包括一个负透镜，并且不为了变焦而移动。孔径光阑SP被部署在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且不为了变焦而移动。

接下来，参考图24A和24B，将描述使用每个实施例的每个变焦透镜1a至1f作为图像拾取光学系统的图像拾取装置(监视相机)。图24A和24B是图示图像拾取装置1000的示意图。图24A例示了图像拾取装置1000的示意性配置。图24B例示了图像拾取装置1000的安装示例。在图24A和24B中，附图标记100表示相机主体(监视相机主体)，并且附图标记110表示包括第六至第十一实施例的变焦透镜1a至1f中的任何一个的图像拾取光学系统。附图标记120表示内置在相机主体中并且被配置为接收由图像拾取光学系统110形成的被摄体图像(即，被配置为拾取由图像拾取光学系统110形成的图像)的图像拾取元件(光电转换器)，诸如CCD传感器或CMOS传感器。附图标记130表示被配置为记录与由图像拾取元件120光电转换的被摄体图像对应的信息的存储器。附图标记140表示被配置为传送由图像拾取元件120光电转换的被摄体图像的网络电缆。附图标记15表示被配置为保护相机主体110的圆顶盖。

在每个实施例中，图像拾取装置100不限于监视相机，并且可以应用于其它图像拾取装置1000，诸如摄像机和数字相机。图像拾取装置1000除了变焦透镜1a至1f中的任何一个之外还可以包括被配置为以电气方式校正畸变和横向色差中的至少一个的电路。如上所述，当变焦透镜具有可以允许诸如变焦透镜的畸变之类的像差的配置时，有可能减少整个变焦透镜中的透镜的数量并且实现小尺寸。另外，通过以电气方式校正横向色差，变得易于减少所拾取的图像中的彩色模糊并提高分辨率。

在下文中，给出与第六至第十一实施例对应的数值示例6至11。在每个数值示例中，ri表示第i个表面的曲率半径，其中表面是从物侧算起的。di表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的距离(透镜厚度或空气距离)。ndi和νdi分别表示第i个透镜的材料的折射率和阿贝数。某个材料的阿贝数νd可以由以下表达式表达，其中nF、nd和nC分别表示对于Fraunhofer线的F线(486.1nm)、d线(587.6nm)和C线的折射率(656.3nm)。

νd＝(nd-1)/(nF-nC)

在每个数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(度)是当根据每个实施例的变焦透镜聚焦在无限远处的物体上时的值。BF(后焦距)指示从透镜最后一个表面(最靠近像侧的透镜表面)到近轴像平面在光轴上的距离的空气换算长度，并且是不包括玻璃块的值。“透镜总长度”是通过将后焦距加到从变焦透镜的前表面(最靠近物侧的透镜表面)到变焦透镜的最后一个表面在光轴上的距离而获得的长度。“透镜单元”不限于由多个透镜组成，并且可以由单个透镜组成。“e-Z”指示“10^-Z”。半视角是通过光线跟踪获取的值。

当光学表面是非球面时，在表面编号的右侧附有符号“*”。非球面形状定义如下。当X轴为光轴方向、h轴为与光轴正交的方向并且光的行进方向为正时，R表示近轴曲率半径，k表示偏心率，A4、A6、A8、A10和A12表示非球面系数，并且x表示在从表面顶点距光轴OA处于高度h的位置处在光轴方向上的移位量。在此，非球面形状由以下表达式表达。

x＝(h²/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)²}^1/2]+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰+A12h¹²

表2描述了每个数值示例6-11中的条件表达式的数值。

[表2]

[数值示例6]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝4.55044e+001A4＝-2.23074e-006A6＝-3.29714e-007A8＝-3.30553e-009A16＝-3.94506e-017

第19表面

K＝-6.02098e-002A4＝-6.97267e-005A6＝-3.78488e-007A8＝-4.17413e-009A16＝-4.09120e-016

第20表面

K＝1.63338e+001A4＝7.00577e-005A6＝-1.09817e-007A8＝1.61937e-009A16＝-4.45716e-016

第25表面

K＝8.32144e+000A4＝-1.06272e-004A6＝-3.79508e-007A8＝-5.42754e-008A16＝2.41326e-014

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例7]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝0.00000e+000A4＝7.53281e-005A6＝-5.65843e-007A8＝1.74803e-009

第13表面

K＝0.00000e+000A4＝6.35771e-005A6＝4.80151e-007A8＝-6.23457e-009

第20表面

K＝0.00000e+000A4＝-1.35134e-005A6＝4.66395e-007A8＝-7.59210e-009

第21表面

K＝0.00000e+000A4＝4.99620e-006A6＝4.83769e-007A8＝-7.98175e-009

第27表面

K＝0.00000e+000A4＝3.29779e-005A6＝1.03803e-007A8＝-1.37418e-009

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例8]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝5.86609e+001A4＝6.11275e-006A6＝-4.40214e-007A8＝-3.30553e-009A16＝-1.00462e-016

第19表面

K＝4.39581e-002A4＝-8.18091e-005A6＝-7.72839e-008A8＝-4.17413e-009A16＝-1.03392e-015

第20表面

K＝4.26112e+001A4＝7.88559e-005A6＝6.09073e-007A8＝1.61937e-009A16＝-2.81668e-015

第25表面

K＝6.24758e+000A4＝-1.29837e-004A6＝-6.26602e-007A8＝-5.42754e-008A16＝2.97927e-014

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例9]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝4.27341e+001A4＝-5.96989e-006A6＝-4.15753e-007A8＝-3.30553e-009A16＝-7.36108e-017

第19表面

K＝9.98217e-002A4＝-9.80035e-005A6＝-4.79424e-007A8＝-4.17413e-009A16＝-1.11387e-015

第20表面

K＝3.50628e+001A4＝4.72596e-005A6＝2.30156e-007A8＝1.61937e-009A16＝-8.86808e-016

第25表面

K＝6.94502e+000A4＝-1.14919e-004A6＝-1.20721e-006A8＝-5.42754e-008A16＝-2.10388e-014

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例10]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第21表面

K＝-3.38150e-001A4＝-2.39807e-005A6＝-1.06133e-007A8＝-1.84395e-011A10＝-3.27947e-012A16＝-8.63837e-018

第26表面

K＝3.97524e-001A4＝-3.19848e-004A6＝-5.11064e-006A8＝2.40374e-008A10＝-8.52233e-010A16＝7.90438e-015

第27表面

K＝5.68430e+000A4＝1.28284e-004A6＝-2.71608e-006A8＝1.27974e-007A10＝-5.49086e-010A16＝6.06120e-015

各种数据

变焦透镜单元数据

[数值示例11]

单位mm

表面数据

非球面表面数据

第12表面

K＝5.38640e+001A4＝-3.52212e-006A6＝-3.26475e-007A8＝-2.02694e-009A16＝-3.94506e-017

第19表面

K＝-1.35366e-002A4＝-6.91436e-005A6＝-4.01294e-007A8＝-3.17213e-009A16＝-4.09120e-016

第20表面

K＝2.15775e+001A4＝5.97262e-005A6＝1.67368e-008A8＝8.51531e-010A16＝-4.45716e-016

第25表面

K＝5.72628e+000A4＝-8.90959e-005A6＝2.00541e-007A8＝-3.90543e-008A16＝2.41326e-014

各种数据

变焦透镜单元数据

图像拾取装置

接下来，将参考图11描述作为使用根据第一至第十一实施例的任何光学系统的图像拾取装置的数字静态相机的示例。在图11中，附图标记10表示相机主体，并且附图标记11表示包括第一至第十一实施例中所述的任何变焦透镜的图像拾取光学系统。附图标记12表示内置在相机主体中并被配置为拾取由图像拾取光学系统11形成的光学图像的作为光电转换器的固态图像拾取元件，诸如CCD传感器和CMOS传感器。相机主体10可以是具有快速转向镜的所谓单透镜反光相机，或者可以是不具有快速转向镜的所谓无反光镜相机。

通过将根据本发明的变焦透镜应用于诸如数字静态相机之类的图像拾取装置，可以获取具有小透镜的图像拾取装置。

图像拾取系统

图像拾取系统(监视相机系统)可以包括根据第一至第十一实施例的任何变焦透镜和被配置为控制变焦透镜的控制器。在这种情况下，控制器可以控制变焦透镜，使得每个透镜单元在变焦、聚焦和图像稳定期间如上所述地移动。控制器可以不必与变焦透镜一体地配置，并且控制器可以被配置为与变焦透镜分开的主体。例如，可以使用如下配置：控制器(控制装置)被部署成远离被配置为驱动变焦透镜的每个透镜的驱动器，并且包括发送器以发送用于控制变焦透镜的控制信号(指令)。利用这样的控制器，有可能远程控制变焦透镜。

可以使用这样的配置：控制器包括用于远程控制变焦透镜的诸如控制单元或按钮之类的操作单元，并且变焦透镜根据用户对操作单元的输入而被控制。例如，操作单元可以具有放大按钮和缩小按钮，并且可以被配置为向驱动器发送信号，使得当用户按下放大按钮时，变焦透镜的倍率增大，而当用户按下缩小按钮时，变焦透镜的倍率减小。

图像拾取系统可以包括显示关于变焦透镜的变焦的信息的显示器，诸如液晶面板。关于变焦透镜的变焦的信息是例如每个透镜单元的变焦比(变焦状态)和移动量(移动状态)。在这种情况下，用户可以在观看显示在显示器上的关于变焦透镜的变焦的信息的同时经由操作单元远程控制变焦透镜。此时，显示单元和操作单元可以通过使用例如触摸面板来集成。

根据每个实施例，有可能提供例如变焦透镜和图像拾取装置，它们均在高倍率比、小尺寸和高性能方面有益。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。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

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：

具有正折光力的第一透镜单元；

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；以及

一个或多个后透镜单元，

其特征在于，第一透镜单元不为了变焦而移动，

每对相邻的透镜单元之间的间隔在变焦中改变，

第一透镜单元包括由阿贝数小于30的材料制成的正透镜，并且

以下条件表达式被满足：

0.05<TL1/f1<0.80，以及

40<ft/fw<200，

其中TL1表示从第一透镜单元的最靠近物侧的表面到第一透镜单元的最靠近像侧的表面在光轴上的距离，f1表示第一透镜单元的焦距，ft表示变焦透镜在望远端的焦距，并且fw表示变焦透镜在广角端的焦距。

2.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中第一透镜单元包括至少三个正透镜。

3.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

1.65<ndA<2.30，

其中ndA表示所述正透镜的材料的折射率。

4.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

-12.0<f1/f2<-2.0，

其中f2表示第二透镜单元的焦距。

5.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

-9.0<M2/f2<-3.0，

其中M2表示第二透镜单元在从广角端到望远端的变焦中的移动量，在第二透镜单元的位置在望远端比在广角端更靠近像侧的情况下，移动量M2的符号为正，并且f2表示第二透镜单元的焦距。

6.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

-1.00<f2/f3<-0.10，

其中f2表示第二透镜单元的焦距，并且f3表示第三透镜单元的焦距。

7.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

0.1<BFw/fw<6.0，

其中BFw表示变焦透镜在广角端的后焦距。

8.根据权利要求1所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

0.2<TL/ft<1.0，

其中TL表示变焦透镜在望远端的总长度。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

0<θgFA+0.00162×νdA-0.64146<0.15，

其中νdA表示所述正透镜的材料的阿贝数，并且θgFA表示所述正透镜的材料的部分色散比。

10.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求1至9中的任一项所述的变焦透镜；以及

图像拾取元件，被配置为拾取经由所述变焦透镜形成的图像。

11.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：

具有正折光力的第一透镜单元；

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；以及

一个或多个后透镜单元，

其特征在于，在从广角端到望远端的变焦中，三个或更多个透镜单元移动并且每对相邻的透镜单元之间的间隔改变，

第一透镜单元中包括的正透镜当中对于d线具有最小阿贝数的正透镜被称为G1νdmin，第一透镜单元在正透镜G1νdmin的物侧和像侧均包括负透镜，并且

以下条件表达式被满足：

4.00<f1νdmmin/f1<10.00，以及

2.80<f1p1/f1p2<10.00，

其中f1表示第一透镜单元的焦距，f1νdmmin表示正透镜G1νdmin的焦距，f1p1表示第一透镜单元中包括的正透镜当中具有最长焦距的正透镜的焦距，并且f1p2表示第一透镜单元中包括的正透镜当中具有第二长焦距的正透镜的焦距。

12.根据权利要求11所述的变焦透镜，

其中具有最长焦距的正透镜是正透镜G1νdmin。

13.根据权利要求11所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

15.00<νd1<34.00，

其中νd1表示正透镜G1νdmin对于d线的阿贝数。

14.根据权利要求11所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

15.00<νdnmax<45.00，

其中νdnmax表示第一透镜单元中包括的负透镜当中对于d线具有最大阿贝数的负透镜对于d线的阿贝数。

15.根据权利要求11所述的变焦透镜，

其中第一透镜单元包括胶合透镜，该胶合透镜从物侧到像侧依次由负透镜和正透镜组成并且被部署在正透镜G1νdmin的物侧。

16.根据权利要求11所述的变焦透镜，

其中第一透镜单元由大于或等于六个且小于或等于九个的透镜组成。

17.根据权利要求11所述的变焦透镜，还包括：

被部署在第二透镜单元的像侧的光圈。

18.根据权利要求11所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

-10.00<f1/f2<-4.00，

其中f2表示第二透镜单元的焦距。

19.根据权利要求11至18中的任一项所述的变焦透镜，

其中以下条件表达式被满足：

0.20<D1/f1<0.80，

其中D1表示从第一透镜单元的最靠近物侧的表面到第一透镜单元的最靠近像侧的表面在光轴上的距离。

20.一种图像拾取装置，包括：

根据权利要求11至19中的任一项所述的变焦透镜；以及