CN113671674B - 变焦镜头和摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供变焦镜头和摄像装置。变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有负屈光力的第一透镜单元、具有正屈光力的第二透镜单元、具有负屈光力的第三透镜单元以及具有正屈光力的第四透镜单元。第一透镜单元包括具有面向物侧的凹面的负透镜B1Ln。第二透镜单元包括至少一个负透镜。在从广角端到远摄端的变焦期间，第一透镜单元移动，并且第四透镜单元固定或者从物侧向像侧移动。满足预定条件。
Description
技术领域
本发明涉及变焦镜头和摄像装置。
背景技术
最近，需要用于摄像装置的光学系统以实现广角和高性能以及小尺寸。为了实现广角和高性能的光学系统，经常使用具有所谓反焦构造的光学系统，该反焦构造具有第一透镜单元(具有负屈光力)和第二透镜单元(具有正屈光力)。为了小型化，已知所谓的可伸缩光学系统。日本特开(JP)2012-226307号公报和2013-171165号公报公开了一种变焦镜头，其包括具有负、正、负和正屈光力的透镜单元。
然而，在JP 2012-226307号公报中公开的变焦镜头在校正作为广角镜头中的问题的畸变的同时，难以紧凑。在JP 2013-171165号公报中公开的变焦镜头中，各透镜单元在光轴上较厚，并且即使具有可伸缩结构也难以紧凑。另外，像差在变焦期间会显着波动。
发明内容
本发明提供了一种广角、高性能的紧凑型变焦镜头以及具有该变焦镜头的摄像装置。
根据本发明的一方面的一种变焦镜头，其从物侧到像侧依次包括：具有负屈光力的第一透镜单元、具有正屈光力的第二透镜单元、具有负屈光力的第三透镜单元以及具有正屈光力的第四透镜单元。所述第一透镜单元包括具有面向物侧的凹面的负透镜B1Ln。所述第二透镜单元包括至少一个负透镜。在从广角端到远摄端的变焦期间，所述第一透镜单元移动，并且所述第四透镜单元固定或者从物侧向像侧移动。满足以下条件表达式：
-1.50<f1/D1<-0.20
1.870<nLnave<2.500，
其中，f1是所述第一透镜单元的焦距，D1是所述第一透镜单元的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，并且nLnave是所述第二透镜单元中所包括的所有负透镜的平均折射率。
具有上述变焦镜头的摄像装置也构成了本发明的另一方面。
具体地，一种摄像装置，包括：上述变焦镜头；以及图像传感器，其被配置为接收所述变焦镜头所形成的图像。
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是根据示例1的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图2A至图2C是根据示例1的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图3是根据示例2的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图4A至图4C是根据示例2的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图5是根据示例3的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图6A至图6C是根据示例3的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图7是根据示例4的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图8A至图8C是根据示例4的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图9是根据示例5的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图10A至图10C是根据示例5的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图11是根据示例6的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图12A至图12C是根据示例6的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图13是根据示例7的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图14A至图14C是根据示例7的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图15是根据示例8的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图16A至图16C是根据示例8的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图17是根据示例9的在无限远处对焦状态下的变焦镜头的截面图。
图18A至图18C是根据示例9的在无限远处对焦状态下的变焦镜头在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图19是根据各示例的摄像装置的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述根据本发明的实施例。
图1是根据示例1的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1a在广角端的截面图。图2A至图2C分别是变焦镜头1a在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
图3是根据示例2的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1b在广角端的截面图。图4A至图4C分别是变焦镜头1b在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图5是根据示例3的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1c在广角端的截面图。图6A至图6C分别是变焦镜头1c在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图7是根据示例4的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1d在广角端的截面图。图8A至图8C分别是变焦镜头1d在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图9是根据示例5的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1e在广角端的截面图。图10A至图10C分别是变焦镜头1e在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图11是根据示例6的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1f在广角端的截面图。图12A至图12C分别是变焦镜头1f在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图13是根据示例7的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1g在广角端的截面图。图14A至图14C分别是变焦镜头1g在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图15是根据示例8的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1h在广角端的截面图。图16A至图16C分别是变焦镜头1h在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。图17是根据示例9的在无限远处对焦状态下的变焦镜头1i在广角端的截面图。图18A至图18C分别是变焦镜头1i在广角端、中间变焦位置和远摄端的纵向像差图。
根据各个示例的变焦镜头1a至1i是适用于摄像装置(诸如数字摄像机、数字静态相机、广播相机、基于胶片的相机、监视相机和车载相机等)的光学系统。在各截面图中，左侧是物侧(前)，右侧是像侧(后)。根据示例的光学系统可以用作投影仪等的投影镜头。然后，左侧是屏幕侧(放大侧)，右侧是投影图像侧(缩小侧)。
根据示例的变焦镜头1a至1i包括多个透镜单元。在各示例中，透镜单元是在变焦期间一体移动或停止的一组透镜。即，驱动透镜单元中的一部分(诸如对透镜单元的一部分提供聚焦的聚焦透镜子单元和对透镜单元的一部分提供图像稳定的图像稳定子单元等)的光学系统包括变焦期间类似地移动的多个单元，并因此将这多个单元视为一个透镜单元进行说明。透镜单元可以包括一个或多个透镜。透镜单元还可以包括光圈(孔径光阑)。在各截面图中，i(i＝自然数)表示从物侧起计数的透镜单元的顺序，Bi表示第i透镜单元。
SP表示光圈(孔径光阑)。IP表示像面，当根据示例的变焦镜头1a至1i用作数字静态相机或数字摄像机的成像光学系统时，在像面上布置诸如CCD传感器或CMOS传感器等的图像传感器(光电转换元件)的成像面。当根据示例的变焦镜头1a至1i用作基于胶片的相机的成像光学系统时，与胶片表面相对应的感光表面被放置在像面IP上。各截面图中所示的箭头指示在从广角端到远摄端的变焦期间透镜单元的移动方向。FL表示与滤光器、面板、晶体低通滤光器、红外截止滤光器等相对应的光学块。
各纵向像差图的球面像差图示出了针对d线(波长587.6nm)和g线(波长435.8nm)的球面像差量，其中Fno表示F数。在像散图中，S表示矢状像面，M表示子午像面。畸变图示出了d线的畸变量。色像差图示出了针对g线的横向色像差量。ω是成像半视角(°)。
将描述根据示例的变焦镜头1a至1i的特性构造。根据示例的变焦镜头1a至1i各自从物侧到像侧依次包括具有负屈光力的第一透镜单元B1、具有正屈光力的第二透镜单元B2、具有负屈光力的第三透镜单元B3和具有正屈光力的第四透镜单元B4。第一透镜单元B1具有负透镜B1Ln，该负透镜B1Ln具有面向物侧的凹面。可以存在与负透镜B1Ln相对应的多个负透镜。
第二透镜单元B2具有至少一个负透镜。在下文中，第二透镜单元B2中包括的各负透镜也将被称为负透镜B2Ln。
在从广角端到远摄端的变焦期间，第一透镜单元B1移动，并且第四透镜单元B4固定或者从物侧向像侧移动。
变焦镜头1a至1i满足以下条件表达式(1)和(2)：
-1.50<f1/D1<-0.20...(1)
1.870<nLnave<2.500...(2)
其中，f1是第一透镜单元B1的焦距，D1是第一透镜单元B1的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，nLnave是第二透镜单元B2中包括的所有负透镜的平均折射率。
通过第二透镜单元B2的像侧的单元划分所谓的(由负前单元和正后单元构成的)反焦构造的正后单元，来获得从物侧到像侧依次包括具有负、正、负和正屈光力的四个透镜单元的构造。该构造可以在确保后焦距的同时提供广角。另外，可以减小倍率变化期间的像差波动。
具有面向第一透镜单元B1的物侧的凹面的负透镜B1Ln减小了广角端的畸变。第二透镜单元B2包括至少一个负透镜B2Ln，并减小了变焦期间的诸如纵向色像差和像场弯曲等的像差波动。
在变焦期间移动第一透镜单元B1可以减小中间变焦位置的像差。在变焦期间，正的第四透镜单元B4固定或从物侧向像侧移动，以减小第二透镜单元B2的移动量和屈光力从而减小总镜头长度，并校正像差。这里，如果在变焦期间具有正屈光力的第四透镜单元B4从像侧向物侧移动，则倍率变化率减小。为了实现与各示例中的变焦镜头类似的倍率变化率，需要增大第二透镜单元B2的移动量或屈光力，并且难以减小总镜头长度并校正像差。第四透镜单元B4可以包括单个透镜、接合透镜或多个透镜。
将描述上述条件表达式的技术含义。条件表达式(1)限定了第一透镜单元B1的焦距f1与第一透镜单元B1的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离D1之比。满足条件表达式(1)可以为变焦镜头1a至1i提供广角。如果该值低于条件表达式(1)中的下限，则第一透镜单元B1的屈光力变小，广角方案变得困难，或者第一透镜单元B1变得太薄并且难以校正广角端的畸变和像场弯曲。另一方面，如果该值高于条件表达式(1)中的上限，则第一透镜单元B1的屈光力变得太大，并且难以校正诸如像场弯曲等的像差，或者第一透镜单元B1变得太厚并且特别是在采用可伸缩结构时的伸缩期间难以减小尺寸。
条件表达式(2)限定了第二透镜单元B2中的所有(一个或多个)负透镜B2Ln的平均折射率。如果该值低于条件表达式(2)中的下限，则负透镜B2Ln的曲率变大，并且难以校正诸如像散、球面像差和彗形像差等的像差。为了获得校正像差所需的负屈光力，需要大量的负透镜，并且第二透镜单元B2变大。另一方面，如果该值高于条件表达式(2)中的上限，则对诸如像散、球面像差和彗形像差等的像差的校正变得过度。
在各示例中，条件表达式(1)和(2)的数值范围可以改变为以下条件表达式(1a)和(2a)的数值范围。
-1.35<f1/D1<-0.50...(1a)
1.875<nLnave<2.300...(2a)
如果将条件表达式(1)和(2)的数值范围改变为以下条件表达式(1b)和(2b)的数值范围，则可以使上述条件表达式的效果最大化。
-1.25<f1/D1<-0.65...(1b)
1.875<nLnave<2.100...(2b)
现在将描述根据各示例的变焦镜头要满足的构造。第一透镜单元B1在负透镜B1Ln的物侧具有气隙，并且包括该气隙以及与该气隙相邻的透镜表面R1和R2的空气透镜具有双凸形状。这种结构校正了广角端的畸变。第一透镜单元B1从物侧起依次包括负透镜、负透镜和正透镜。由此，在广角端减小了畸变、像场弯曲和横向色像差。第一透镜单元B1具有非球面形状的负透镜。由此，校正了诸如畸变和像场弯曲等的像差。
第二透镜单元B2包括至少一个由负透镜和正透镜构成的接合透镜。由此，减小了像场弯曲和横向色像差。接合透镜可以减小由第二透镜单元B2中的制造误差引起的像差劣化，并且制造变得容易。在从广角端到远摄端的倍率变化期间，第二透镜单元B2从像侧向物侧移动。由此，第二透镜单元B2在倍率变化中起主要作用，并且增大了变焦镜头的倍率变化率。第二透镜单元B2包括具有非球面形状的正透镜。由此，校正了球面像差、彗形像差和像场弯曲。
在第三透镜单元B3中，具有非球面表面的负透镜在从无限远到近距离的聚焦期间从物侧向像侧移动。由此，可以抑制由聚焦引起的像差波动。第三透镜单元B3可以包括多个透镜。
将描述根据各示例的变焦镜头可以满足的条件。根据示例的变焦镜头1a至1i可以满足以下条件表达式(3)至(12)中的至少一个，其中r1是形成在与负透镜B1Ln的物侧相邻的位置处的空气透镜的物侧的表面R1的曲率半径，r2是空气透镜的像侧的表面R2的曲率半径，νd是负透镜B1Ln针对d线的阿贝数，Dsum是变焦镜头1a至1i中的各变焦镜头的各透镜单元的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离之和，Lw是在广角端从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，Fno是广角端的F数，β4w是第四透镜单元B4在广角端的横向倍率，β4t是第四透镜单元B4在远摄端的横向倍率。M2和M4分别是第二透镜单元B2和第四透镜单元B4从广角端向远摄端的移动量。移动量M2和M4的符号在光行进方向(从物侧到像侧)的移动方向上为正，fw是变焦镜头1a至1i(整个系统)在广角端的焦距，f2是第二透镜单元B2的焦距，ft、ωt和BFt分别是远摄端的焦距、半视角和空气等效后焦距。
0.10<(r2+r1)/(r2-r1)<0.80...(3)
60.00<νd<100.00...(4)
0.80<(Dsum/Lw)×Fno<1.80...(5)
1.00≤β4t/β4w<1.40...(6)
0.00≤M4/Lw≤0.15...(7)
0.20<fw/D1<0.90...(8)
-2.40<f1/fw<-1.20...(9)
-1.30<f1/f2<-0.50...(10)
-0.55<M2/Lw<-0.10...(11)
0.20<BFt/(ft×tanωt)<1.40...(12)
条件表达式(3)限定了第一透镜单元B1的空气透镜的形状，该空气透镜与具有面向物体的凹面的负透镜BlLn的物侧相邻。满足条件表达式(3)可以令人满意地校正广角端的畸变、像场弯曲和横向色像差。如果该值高于条件表达式(3)中的上限，则透镜的曲率变得太大并且制造变得困难。另一方面，如果该值低于条件表达式(3)中的下限，则空气透镜的屈光力变小并且畸变的校正不足。
条件表达式(4)限定了第一透镜单元B1中的具有面向物体的凹面的负透镜BlLn针对d线的阿贝数。满足条件表达式(4)可以令人满意地校正在广角端的横向色像差。如果该值高于条件表达式(4)中的上限，则不能选择具有高折射率的材料，并且难以校正像场弯曲。另一方面，如果该值低于条件表达式(4)中的下限，则横向色像差的校正不足。
条件表达式(5)根据F数限定变焦镜头1a至1i中的各透镜单元在光轴上的厚度之和。通常，当F数较小时，与当F数较大时相比，需要更多数量的透镜来校正像差，并且Dsum趋于较大。由于当F数较小和较大时与校正像差所需的厚度相对应的Dsum可以通过将其与F数相乘来以同样的方式表示，因此可以通过单个条件表达式来限定适当的厚度。满足条件表达式(5)可以减小各透镜单元的厚度，并在减小伸缩的变焦镜头的总长度的同时充分校正像差。如果该值高于条件表达式(5)中的上限，则变焦镜头1a至1i变得太厚，并且特别是增大了伸缩镜头的总长度。另一方面，如果该值低于条件表达式(5)中的下限，则各透镜单元变得太薄，广角方案变得困难，并且在倍率变化期间像差显著波动。
条件表达式(6)限定了第四透镜单元B4在广角端的横向倍率与在远摄端的横向倍率之比。满足条件表达式(6)可以减小第二透镜单元B2的移动量并且实现小型化。如果该值高于条件表达式(6)中的上限，则在倍率变化期间第四透镜单元B4从物侧向像侧的移动量变得太大，并且不能确保后焦距。另一方面，如果该值低于条件表达式(6)中的下限，则必须增大第二透镜单元B2的移动量，总镜头长度变长或者第二透镜单元B2的屈光力变得太大，并且难以校正球面像差、像场弯曲和彗形像差。
条件表达式(7)限定了倍率变化期间第四透镜单元B4的移动量。满足条件表达式(7)可以减小第二透镜单元B2的移动量并且实现小型化。如果该值高于条件表达式(7)中的上限，则需要增大第二透镜单元B2的移动量，并且总镜头长度变长。另一方面，如果该值低于条件表达式(7)中的下限，则在倍率变化期间第四透镜单元B4的从物侧向像侧的移动量变得太大，并且无法确保后焦距。
条件表达式(8)限定了在广角端的焦距与第一透镜单元B1在光轴上的厚度之比。满足条件表达式(8)可以实现广角方案。如果该值高于条件表达式(8)中的上限，则难以实现广角。另一方面，如果该值低于条件表达式(8)中的下限，则广角变得过大并且难以校正像差，或者第一透镜单元B1变得太厚，并且伸缩镜头的总长度变得特别长。
条件表达式(9)限定了变焦镜头1a至1i(整个系统)在广角端的焦距与第一透镜单元B1的焦距之比。满足条件表达式(9)可以在实现广角的同时抑制像差。如果该值高于条件表达式(9)中的上限，则第一透镜单元B1的负屈光力变得太大，并且难以校正像场弯曲。另一方面，如果该值低于条件表达式(9)中的下限，则第一透镜单元B1的负屈光力变得太小，并且难以实现广角，或总镜头长度变长。
条件表达式(10)限定了第一透镜单元B1的焦距与第二透镜单元B2的焦距之比。满足条件表达式(10)可以减小第二透镜单元的移动量并且实现小型化和广角。如果该值高于条件表达式(10)中的上限，则第一透镜单元B1的负屈光力变大并且难以校正像场弯曲，或者第二透镜单元B2的负屈光力变小，使得在变焦期间第二透镜单元B2的移动量变大并且总镜头长度变长。另一方面，如果该值低于条件表达式(10)中的下限，则第一透镜单元B1的负屈光力变得太小，并且难以实现广角，或第二透镜单元B2的负屈光力变得太大，并且难以校正球面像差、像场弯曲和彗形像差。
条件表达式(11)限定了变焦期间第二透镜单元B2的移动量。满足条件表达式(11)可以在增大倍率变化率的同时减小总镜头长度。如果该值高于条件表达式(11)中的上限，则第二透镜单元B2的屈光力变得太大以确保倍率变化率，并且难以校正球面像差、像场弯曲和彗形像差。另一方面，如果该值低于条件表达式(11)中的下限，则倍率变化率变大，但是总镜头长度变长。
条件表达式(12)限定了远摄端的后焦距。满足条件表达式(12)可以将透镜布置在具有大的离轴光高度的像面附近，并且校正像场弯曲和像散。如果该值高于条件表达式(12)中的上限，则穿过像面附近的透镜的离轴光的高度变小，并且校正像场弯曲和像散的效果变小。另一方面，如果该值低于条件表达式(12)中的下限，则难以布置与滤光器、面板、晶体低通滤光器、红外截止滤光器等相对应的光学块FL。
各示例可以分别如以下条件表达式(3a)至(12a)中那样设置条件表达式(3)至(12)的数值范围。
0.15<(r2+r1)/(r2-r1)<0.70...(3a)
62.00<νd<95.00...(4a)
0.90<(Dsum/Lw)×Fno<1.72...(5a)
1.00≤β4t/β4w<1.22...(6a)
0.00≤M4/Lw<0.12...(7a)
0.30<fw/D1<0.80...(8a)
-2.10<f1/fw<-1.30...(9a)
-1.10<f1/f2<-0.60...(10a)
-0.50<M2/Lw<-0.13...(11a)
0.30<BFt/(ft×tanωt)<1.30...(12a)
各示例可以如以下条件表达式(3b)至(12b)中那样设置条件表达式(3)至(12)的数值范围，以使各条件表达式的效果最大化。
0.20<(r2+r1)/(r2-r1)<0.58...(3b)
63.00<νd<90.00...(4b)
1.05<(Dsum/Lw)×Fno<1.67...(5b)
1.00≤β4t/β4w<1.18...(6b)
0.00≤M4/Lw≤0.09...(7b)
0.35<fw/D1<0.72...(8b)
-1.95<f1/fw<-1.45...(9b)
-1.05<f1/f2<-0.67...(10b)
-0.40<M2/Lw<-0.15...(11b)
0.40<BFt/(ft×tanωt)<1.20...(12b)
将详细描述除根据示例的变焦镜头1a至1i中的上述特征以外的特征。在示例1至9中，在从广角端到远摄端的变焦期间，第一透镜单元B1和第二透镜单元B2通过移动使得它们之间的距离变小而提供主要倍率变化。第二透镜单元B2和第三透镜单元B3移动以增大它们之间的距离，从而抑制变焦期间的像场弯曲的波动。通过移动具有正屈光力的第二透镜单元B2以具有与光轴OA正交的方向上的分量，使图像在与光轴OA正交的方向上移位以校正图像模糊。可以通过移动第二透镜单元B2的一部分以具有与光轴OA正交的方向上的分量，来校正图像模糊。
在示例1和7中，第一透镜单元B1具有由负透镜和正透镜构成的接合透镜。由此，可以减小由第一透镜单元B1的制造误差引起的像差的劣化，并且制造变得容易。
在示例1、3、7和9中，第一透镜单元B1包括负透镜、负透镜和正透镜。最接近物体的负透镜具有非球面形状。由此，校正了畸变、像场弯曲、像散和彗形像差。
在示例2、4、5、6和8中，第一透镜单元B1包括负透镜、负透镜、负透镜和正透镜。从物侧起的第二负透镜具有非球面形状。由此，可以在校正畸变、像场弯曲、像散和彗形像差的同时，减小非球面透镜的孔径并且可以降低制造成本。
示例8包括具有正屈光力的第五透镜单元B5。由此，可以校正像场弯曲。另外，可以减小离轴光在像面上的入射角。形成第五透镜单元B5的正透镜可以包括非球面形状以增强上述效果。第五透镜单元B5可以包括多个透镜，或者可以在变焦期间移动以校正像场弯曲。
示例9包括具有负屈光力的第五透镜单元B5。由此，可以减小总镜头长度。
现在将示出与示例1至9相对应的数字示例1至9。在各数值示例的表面数据中，r表示各光学表面的曲率半径，d(mm)表示第m表面与第(m+1)表面之间的轴向距离(光轴上的距离)，其中m是从光入射侧起计数的表面编号，nd表示各光学元件针对d线的折射率，νd表示光学元件的阿贝数。某种材料的阿贝数νd表示为：
νd＝(Nd-1)/(NF-NC)
其中Nd、NF、NC和Ng是针对夫琅和费谱线(Fraunhofer line)中的d线(587.6nm)、F线(486.1nm)、C线(656.3nm)和g线(波长435.8nm)的折射率。
在各数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(°)均具有当各示例中的光学系统聚焦于无限远处的物体(无限远物体)时的值。后焦距BF是从最后透镜表面到像面的空气等效距离。总镜头长度是通过将后焦距与从第一透镜表面到最后透镜表面的距离相加而获得的值。当光学表面是非球面时，将*符号附加到表面编号的右侧。非球面形状表示如下：
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是在光轴方向上距表面顶点的位移量，h是在与光轴正交的方向上距光轴的高度，R是近轴曲率半径，k是圆锥常数，A4、A6、A8、A10和A12是各阶的非球面系数。另外，各非球面系数中的“e±XX”表示“×10±XX”。
[数值示例1]
单位：mm
表面数据
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-8.36439e-005 A 6＝3.41103e-006 A 8＝-9.54119e-008 A10＝1.28048e-009 A12＝-7.35758e-012
第二表面
K＝-1.24102e+000 A 4＝5.48667e-004 A 6＝1.16108e-005 A 8＝-1.97426e-007 A10＝3.70591e-009 A12＝9.34613e-011 A14＝-4.05034e-012
第七表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.64476e-004 A 6＝3.78316e-005 A 8＝-2.00105e-006 A10＝2.94231e-007
第八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.08433e-003 A 6＝7.32778e-005 A 8＝-5.20671e-006 A10＝9.54190e-007
第十三表面
K＝0.00000e+000 A 4＝3.19027e-004 A 6＝-4.58444e-006 A 8＝1.72664e-007 A10＝-4.28575e-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
非球面数据
第三表面
K＝0.00000e+000 A 4＝8.05532e-004 A 6＝-2.26658e-005 A 8＝5.39564e-007 A10＝-6.98064e-009 A12＝3.63960e-011 A14＝-7.49084e-015
第四表面
K＝0.00000e+000 A 4＝7.52191e-004 A 6＝-1.73757e-005 A 8＝-9.72510e-008 A10＝2.34512e-008 A12＝-6.48403e-010 A14＝5.45807e-012
第十表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-7.89213e-005 A 6＝-1.20641e-006 A 8＝2.25737e-007 A10＝-1.40333e-008 A12＝3.88982e-010
第十一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝2.61052e-004 A 6＝-1.74853e-006 A 8＝2.19879e-007 A10＝-1.39561e-008 A12＝4.53221e-010
第十六表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.52183e-004 A 6＝-9.45471e-006 A 8＝1.79871e-006 A10＝-1.98846e-007 A12＝1.10274e-008 A14＝-2.40167e-010
各种数据
变焦透镜单元数据
/>
[数值示例3]
单位：mm
表面数据
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.22721e-004 A 6＝1.20429e-006 A 8＝-8.66153e-009 A10＝2.42431e-011
第二表面
K＝-1.24102e+000 A 4＝1.85134e-004 A 6＝-6.19690e-007 A 8＝5.26362e-008 A10＝-6.70983e-010 A12＝2.05427e-012
第八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝7.91374e-007 A 6＝2.32034e-006 A 8＝-4.76346e-008 A10＝2.49179e-009
第九表面
K＝0.00000e+000 A 4＝2.35429e-004 A 6＝3.52727e-006 A 8＝-1.07827e-007 A10＝6.39260e-009
第十六表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.57240e-004 A 6＝-1.16117e-006 A 8＝-3.93052e-011 A10＝1.65927e-009 A12＝-5.36031e-011
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例4]
单位：mm
表面数据
/>
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝8.22656e-005 A 6＝-5.11686e-007 A 8＝2.31259e-009 A10＝-5.57025e-012
第二表面
K＝0.00000e+000 A 4＝3.18137e-005 A 6＝1.93292e-008 A 8＝-1.36345e-008 A10＝1.34414e-010 A12＝-8.97496e-013
第十表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-6.73529e-005 A 6＝-4.40217e-007 A 8＝1.25535e-008 A10＝-3.35437e-010
第十一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝9.50766e-005 A 6＝-3.20616e-007 A 8＝3.06524e-009 A10＝-1.45024e-010
第十八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝7.60043e-005 A 6＝-1.62831e-006 A 8＝1.26575e-007 A10＝-7.38980e-009 A12＝1.65076e-010
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例5]
单位：mm
表面数据
非球面数据
第四表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-3.34711e-004 A 6＝-5.08396e-006 A 8＝-3.51487e-008 A10＝-9.41045e-009 A12＝3.50391e-010 A14＝-6.25488e-012
第十表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-1.34397e-004 A 6＝-4.85187e-007 A 8＝7.58034e-009 A10＝-8.54485e-010
第十一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.90300e-004 A 6＝-9.92100e-007 A 8＝1.91128e-008 A10＝-7.82406e-010
第十八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.53172e-004 A 6＝-2.23324e-006 A 8＝5.13847e-008 A10＝-1.10708e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例6]
单位：mm
表面数据
/>
非球面数据
第四表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-3.09011e-004 A 6＝-2.63028e-006 A 8＝-2.28712e-007 A10＝5.66325e-009 A12＝-1.13428e-010
第十表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-7.27532e-005 A 6＝-4.31905e-007 A 8＝3.97968e-008 A10＝-1.80914e-009
第十一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.62323e-004 A 6＝-1.35545e-006 A 8＝3.64737e-008 A10＝-1.79186e-009
第十九表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.60864e-004 A 6＝-2.91579e-006 A 8＝9.20228e-008 A10＝-2.14039e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
/>
[数值示例7]
单位：mm
表面数据
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝3.07170e-005 A 6＝-2.85713e-006 A 8＝5.02508e-008 A10＝-3.81457e-010 A12＝7.33573e-013
第二表面
K＝-1.24102e+000 A 4＝3.96840e-004 A 6＝8.12447e-006 A 8＝-7.05549e-007 A10＝2.23124e-008 A12＝-2.66763e-010 A14＝2.66619e-013
第七表面
K＝0.00000e+000 A 4＝8.43915e-005 A 6＝3.26318e-005 A 8＝-2.01858e-006 A10＝2.88916e-007
第八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝9.51140e-004 A 6＝5.74619e-005 A 8＝-3.62256e-006 A10＝8.31994e-007
第十三表面
K＝0.00000e+000 A 4＝2.97058e-004 A 6＝-7.83370e-006 A 8＝4.69427e-007 A10＝-1.47920e-008
各种数据
变焦透镜单元数据
/>
[数值示例8]
单位：mm
表面数据
/>
非球面数据
第三表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.30686e-003 A 6＝-3.66480e-005 A 8＝8.27749e-007 A10＝-1.09260e-008 A12＝7.38860e-011 A14＝-1.90474e-013
第四表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.38307e-003 A 6＝-2.83353e-005 A 8＝1.12519e-007 A10＝2.11604e-008 A12＝-5.74648e-010 A14＝4.59013e-012
第十表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-6.61407e-005 A 6＝-9.98056e-007 A 8＝1.80942e-007 A10＝-1.08070e-008 A12＝3.01433e-010
第十一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝2.13642e-004 A 6＝-1.85325e-006 A 8＝1.94407e-007 A10＝-1.14860e-008 A12＝3.45297e-010
第十八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝1.95983e-004 A 6＝-1.36279e-005 A 8＝2.57844e-006 A10＝-2.99184e-007 A12＝1.72626e-008 A14＝-3.88621e-010
第二十一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝9.58672e-006 A 6＝-2.78386e-007 A 8＝5.96411e-010 A10＝-2.30074e-012
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例9]
单位：mm
表面数据
非球面数据
第一表面
K＝0.00000e+000 A 4＝3.82471e-005 A 6＝-2.56926e-008 A 8＝7.70515e-010 A10＝-1.19234e-011 A12＝4.41561e-014
第二表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-2.87142e-005 A 6＝8.39916e-008 A 8＝-1.68491e-008 A10＝4.42451e-010 A12＝-4.88987e-012
第七表面
K＝0.00000e+000 A 4＝-5.20430e-005 A 6＝-8.68508e-008 A 8＝-1.21062e-010 A10＝-3.51842e-011
第八表面
K＝0.00000e+000 A 4＝6.36395e-005 A 6＝-4.62700e-008 A 8＝-2.98057e-009 A10＝2.12547e-011
第十六表面
K＝0.00000e+000 A 4＝8.85292e-005 A 6＝1.09150e-006 A 8＝-4.00734e-007 A10＝3.66866e-008 A12＝-1.17006e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
表1示出了与各数值示例相对应的各种值。
摄像装置
现在将参照图19描述针对成像光学系统使用根据各示例的变焦镜头的数字静态相机(摄像装置)。图19是摄像装置的示意图。
在图19中，附图标记20表示相机主体，附图标记21表示包括根据示例1至9中的任何一个示例的变焦镜头的成像光学系统。附图标记22表示诸如CCD传感器或CMOS传感器等的图像传感器(光电转换元件)，其内置在相机主体中并接收由成像光学系统21形成的光学图像并进行光电转换。附图标记23表示用于记录与由图像传感器22光电转换的被摄体图像相对应的信息的存储器。附图标记24表示包括液晶显示面板等的用于观察形成在图像传感器22上的被摄体图像的取景器。相机主体20可以是具有快速转向镜的所谓的单镜头反光相机、或不具有快速转向镜的所谓的无反光镜相机。
各示例可以提供广角、高性能的紧凑型变焦镜头以及具有该变焦镜头的摄像装置。
尽管已经参照示例性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 (15)
1.一种变焦镜头，其从物侧到像侧依次包括：具有负屈光力的第一透镜单元、具有正屈光力的第二透镜单元、具有负屈光力的第三透镜单元以及具有正屈光力的第四透镜单元，
其特征在于，
所述第一透镜单元包括具有面向物侧的凹面的负透镜B1Ln，
其中，所述第二透镜单元包括至少一个负透镜，
其中，在从广角端到远摄端的变焦期间，所述第一透镜单元移动，并且所述第四透镜单元固定或者从物侧向像侧移动，以及
其中，满足以下条件表达式：
-1.50<f1/D1≤-0.859，
1.870<nLnave<2.500，
60.00<νd<100.00，
其中，f1是所述第一透镜单元的焦距，D1是所述第一透镜单元的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，nLnave是所述第二透镜单元中所包括的所有负透镜的平均折射率，并且νd是所述负透镜B1Ln针对d线的阿贝数。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜单元包括与所述负透镜B1Ln的物侧相邻的空气透镜，并且满足以下条件表达式：
0.10<(r2+r1)/(r2-r1)<0.80，
其中，r1是所述空气透镜的物侧的表面R1的曲率半径，并且r2是所述空气透镜的像侧的表面R2的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜单元包括至少一个由负透镜和正透镜构成的接合透镜。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，在从无限远到近距离的变焦期间，所述第三透镜单元的至少一部分从物侧向像侧移动。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜单元从物侧到像侧依次包括负透镜、负透镜和正透镜。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
0.80<(Dsum/Lw)×Fno<1.80，
其中，Dsum是所述变焦镜头中的各透镜单元的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离之和，Lw是所述变焦镜头在广角端从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，并且Fno是广角端的F数。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
1.00≤β4t/β4w<1.40，
其中，β4w是所述第四透镜单元在广角端的横向倍率，并且β4t是所述第四透镜单元在远摄端的横向倍率。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
0.00≤M4/Lw<0.15，
其中，Lw是所述变焦镜头在广角端的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，M4是所述第四透镜单元从广角端向远摄端的移动量，并且移动量M4的符号在从物侧到像侧的移动方向上为正。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
0.20<fw/D1<0.90，
其中，fw是所述变焦镜头在广角端的焦距。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
-2.40<f1/fw<-1.20，
其中，fw是所述变焦镜头在广角端的焦距。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
-1.30<f1/f2<-0.50，
其中，f2是所述第二透镜单元的焦距。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
-0.55<M2/Lw<-0.10，
其中，Lw是所述变焦镜头在广角端的从最接近物体的表面到最接近像面的表面在光轴上的距离，M2是所述第二透镜单元从广角端向远摄端的移动量，并且移动量M2的符号在从物侧到像侧的移动方向上为正。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜单元、所述第二透镜单元和所述第三透镜单元各自包括至少一个非球面透镜。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的变焦镜头，其特征在于，满足以下条件表达式：
0.20<BFt/(ft×tanωt)<1.40，
其中，ft、ωt和BFt分别是远摄端的焦距、半视角和空气等效后焦距。
15.一种摄像装置，包括：
根据权利要求1至14中任一项所述的变焦镜头；以及
图像传感器，其被配置为接收所述变焦镜头所形成的图像。
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