CN114721136B - 变焦镜头和具有变焦镜头的摄像设备 - Google Patents

变焦镜头和具有变焦镜头的摄像设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供变焦镜头和具有变焦镜头的摄像设备。变焦镜头按从物体侧至像侧的顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正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。在从广角端至远摄端的变焦期间，所述第一透镜单元移动，所述第二透镜单元固定，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离变宽，所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离变窄，并且所述第三透镜单元与所述第四透镜单元之间的距离变窄。所述第一透镜单元包括正透镜和负透镜。所述第二透镜单元、所述第三透镜单元、所述第四透镜单元各自由两个或少于两个透镜构成。

Description

变焦镜头和具有变焦镜头的摄像设备
技术领域
本发明涉及变焦镜头和具有变焦镜头的摄像设备，该变焦镜头适用于诸如数字静态照相机、摄像机、广播照相机、监视照相机等的使用固态图像传感器的摄像设备或者胶片照相机。
背景技术
近来摄像设备中所使用的变焦镜头需要高光学性能以及紧凑且轻量的结构。作为满足这些需求的变焦镜头，日本特开2005-43607公开了一种变焦镜头，其从物体侧至像侧依次包括具有正、负、正和正屈光力的透镜，其中相邻透镜单元之间的距离在变焦期间改变。
通常，为了使变焦镜头小，在远摄端采取远摄型放大率配置以增强物体侧的正屈光力和像侧的负屈光力是有效的。然而，如果增加各个透镜单元的屈光力，则与变焦相关联的各种像差的波动变得显著，并且变得难以利用少量透镜来令人满意地校正各种像差。因此，为了在减小整个变焦镜头系统的大小和重量的同时在整个变焦范围上获得高光学性能，适当地设置变焦镜头中的各个元件是重要的。例如，适当地设置透镜单元的数量、变焦期间的移动条件、各个透镜单元的透镜结构等是重要的。
发明内容
本发明提供一种在整个变焦范围上具有高光学性能的紧凑且轻量的变焦镜头和摄像设备。
根据本发明的一方面的一种变焦镜头，按从物体侧至像侧的顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正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。在从广角端至远摄端的变焦期间，所述第一透镜单元移动，所述第二透镜单元固定，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离变宽，所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离变窄，并且所述第三透镜单元与所述第四透镜单元之间的距离变窄。所述第一透镜单元包括正透镜和负透镜。所述第二透镜单元由两个或少于两个透镜构成。所述第三透镜单元由两个或少于两个透镜构成。所述第四透镜单元由两个或少于两个透镜构成。
根据本发明的另一方面的一种摄像设备，包括：上述的变焦镜头；以及图像传感器，其被配置为接收所述变焦镜头所形成的图像。
从如下参考附图的典型实施例的描述中，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是根据示例1的变焦镜头在广角端的剖面图。
图2A和图2B是根据示例1的变焦镜头在广角端和远摄端的纵向像差图。
图3是根据示例2的变焦镜头在广角端的剖面图。
图4A和图4B是根据示例2的变焦镜头在广角端和远摄端的纵向像差图。
图5是根据示例3的变焦镜头在广角端的剖面图。
图6A和图6B是根据示例3的变焦镜头在广角端和远摄端的纵向像差图。
图7是根据示例4的变焦镜头在广角端的剖面图。
图8A和图8B是根据示例4的变焦镜头在广角端和远摄端的纵向像差图。
图9是根据示例5的变焦镜头在广角端的剖面图。
图10A和图10B是根据示例5的变焦镜头在广角端和远摄端的纵向像差图。
图11是根据示例6的变焦镜头在广角端的剖面图。
图12A和图12B是根据示例6的变焦镜头在广角端和远摄端的纵向像差图。
图13是根据示例7的摄像设备的示意图。
具体实施方式
现将参考附图详细描述根据本发明的实施例。
图1、图3、图5、图7、图9和图11分别是根据示例1至6的变焦镜头(光学系统)1a至1f在无限远处的聚焦状态(无限远聚焦状态)下的剖面图。根据各个示例的变焦镜头用于包括诸如数字摄像机、数字静态照相机、广播照相机、胶片照相机、监视照相机等的摄像设备和可更换镜头的光学设备。
在各个剖面图中，左侧是物体侧并且右侧是像侧。根据各个示例的变焦镜头包括多个透镜单元。在各个示例中，透镜单元是在变焦期间整体移动或不动的透镜组。在根据各个示例的变焦镜头中，相邻透镜单元之间的距离在从广角端至远摄端的变焦期间改变。广角端和远摄端是在变焦期间移动的透镜单元机械地位于沿光轴OA的方向(光轴方向)的可移动范围的两端处时的变焦状态。各个透镜单元可以包括一个或多个透镜。透镜单元可以包括光圈(孔径光阑)。
在各个剖面图中，i(自然数)表示从物体侧起计数的顺序，并且Li表示第i个透镜单元。SP表示光圈(孔径光阑)。IP表示像面，并且在根据各示例的变焦镜头1a至1f用于数字摄像机或数字静态照相机的摄像光学系统时，诸如CCD传感器或CMOS传感器等的固态摄像元件(光电转换元件)布置在摄像面IP上。在根据各示例的光学系统1a至1f用于胶片照相机的摄像光学系统时，胶片的感光面布置在像面IP上。
在根据各示例的变焦镜头1a至1f中，在从广角端至远摄端的变焦期间，各个透镜单元如各个剖面图中的实线箭头所示地移动。在从无限远至近(或近距离)端聚焦期间，各个透镜单元如虚线箭头指示地移动。
图2A、图2B、图4A、图4B、图6A、图6B、图8A、图8B、图10A、图10B、图12A和图12B分别是根据示例1至6的变焦镜头1a至1f的纵向像差图。在各个像差图中，图2A、图4A、图6A、图8A、图10A和图12A是在广角端处无限远聚焦状态下的纵向像差图，并且图2B、图4B、图6B、图8B、图10B和图12B是在远摄端处无限远聚焦状态下的纵向像差图。
在球面像差图中，Fno表示F数，并且球面像差图分别通过实线和双点划线示出了针对d线(波长587.6nm)和g线(波长435.8nm)的球面像差量。在像散图中，ΔS表示弧矢像面上的像散量(实线)，并且ΔM表示子午像面上的像散量(虚线)。畸变图示出了针对d线的畸变量。色像差图示出了针对g线的色像差。ω是半视角(°)。
下面，根据各个示例来描述变焦镜头的特征结构和条件。根据各个示例的变焦镜头按从物体侧至像侧的顺序包括：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和具有正屈光力的第四透镜单元L4。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1移动，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离变宽，第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离变窄，并且第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离变窄。由此，配置为在远摄端采取远摄型放大率配置，并且能够容易缩短光学总长度(从最接近物体的表面至像面IP的距离)。负的第二透镜单元L2在变焦期间不移动(在光轴方向上固定)。由此，减小了第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的相对偏心误差，并且减小了性能劣化。在各个示例中，第二透镜单元L2可以是图像稳定透镜单元，其能够沿与光轴OA相交的方向移动。
第一透镜单元L1包括正透镜和负透镜。由此，在从广角端至远摄端的变焦期间抑制了色像差。第二透镜单元L2包括两个或少于两个透镜(由两个或少于两个透镜构成)。由此，减小了第二透镜单元L2的重量，并且在第二透镜单元L2用于图像稳定透镜单元时，可以容易使驱动机构小型化。第三透镜单元L3和第四透镜单元L4各自包括两个或少于两个透镜(由两个或少于两个透镜构成)。由此，可以减小在变焦期间移动的透镜单元的重量，并且可以进行快速变焦。
该结构可以提供在整个变焦范围中具有高光学性能的紧凑且轻量的变焦镜头。
根据各示例的变焦镜头1a至1f可以具有如下结构。由于从广角端至远摄端的变焦期间第四透镜单元L4的移动量变大，因此第四透镜单元L4可以包括具有至少一个非球面的透镜，以抑制各种像差中的波动。
具有负屈光力的透镜单元可以布置在第四透镜单元L4的像侧。由此，采取了远摄型放大率配置，并且可以容易缩短光学总长度。第四透镜单元L4的像侧的透镜可以包括四个或少于四个透镜。由此，可以减小在变焦期间移动的透镜单元的重量，并且可以进行快速变焦。
在光圈SP的像侧的透镜单元中，光束的有效直径趋于较小。因此，如果在光圈SP的像侧的透镜单元被设置为聚焦透镜单元，则可以简化保持机构和驱动机构，并且可以容易使整个系统小型化。如果聚焦透镜单元包括两个或少于两个透镜(由两个或少于两个透镜构成)，则可以容易减小聚焦透镜单元的重量。由于在光圈SP的像侧的变倍效应相对较小，因此可以在从无限远至近端的聚焦期间减小图像倍率变化。该点特别适用于运动图像拍摄，这是因为在被摄体从无限远改变至近端时可以减小视角的变化。
可以通过沿与光轴方向垂直的方向驱动整个透镜单元或其一部分来获得图像稳定效果。特别地，在变焦期间固定的第二透镜单元L2被设置为图像稳定透镜单元时，可以减小图像稳定透镜单元的移动量，并且变得容易小型化。
根据各示例的变焦镜头1a至1f可以满足如下不等式(1)至(12)中的至少一个：
0.10<TLt/ft<0.80 ...(1)
1.40<ndL4ave<1.70 ...(2)
-0.30<fL2/ft<-0.10 ...(3)
0.15<fL3/ft<0.90 ...(4)
0.30<ML4/ML1<3.00 ...(5)
-0.80<fL2/fL1<-0.20 ...(6)
0.05<fL4/ft<0.50 ...(7)
0.10<fL4/fL1<0.70 ...(8)
0.05<fL4/fL3<1.00 ...(9)
0.90<SL4ave<2.80 ...(10)
55<νdL1Pave<99 ...(11)
55<νdL3Pave<99 ...(12)
不等式(1)定义了关于远摄端处的光学总长度TLt(从最接近物体的表面至像面IP的距离)和整个变焦镜头在远摄端处的焦距ft的条件。通过适当地设置条件，变焦镜头变得容易小型化。如果值低于不等式(1)中的下限，则远摄端处的光学总长度相对于整个系统在远摄端处的焦距变得过短，各个透镜单元的屈光力变强，并且难以抑制与变焦相关联的各种像差的波动。另一方面，如果值高于不等式(1)中的上限，则远摄端处的光学总长度相对于整个系统在远摄端处的焦距变得过大，并且变得难以小型化。
不等式(2)定义了关于第四透镜单元L4中所包括的透镜的平均折射率ndL4ave的条件。通常，透镜材料的折射率越高，透镜材料的比重越高。如果值低于不等式(2)中的下限，则透镜表面的曲率变强以获得所需的屈光力，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，如果值高于不等式(2)中的上限，则透镜的比重变大，并且变得难以减小重量。
不等式(3)定义了关于整个变焦镜头在远摄端处的焦距ft和第二透镜单元L2的焦距fL2的条件。如果值低于不等式(3)中的下限，则焦距fL2变短，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，如果值高于不等式(3)中的上限，则整个系统在远摄端处的焦距ft变短，并且难以增加变倍率。
不等式(4)定义了关于整个变焦镜头在远摄端处的焦距ft和第三透镜单元L3的焦距fL3的条件。如果值低于不等式(4)中的下限，则焦距fL3变短，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，如果值高于不等式(4)中的上限，则整个系统在远摄端处的焦距ft变短，并且难以增加变倍率。
不等式(5)定义了关于在从广角端至远摄端的变焦期间第一透镜单元L1从物体侧至像侧的移动量ML1(其中，将从物体侧至像侧的移动量设置为正)和第四透镜单元L4从物体侧至像侧的移动量ML4(其中，将从物体侧至像侧的移动量设置为正)的条件。如果值低于不等式(5)中的下限，则第四透镜单元L4的移动量ML4变小，并且难以增加变倍率。另一方面，如果值高于不等式(5)中的上限，则第四透镜单元L4的移动量ML4变大，并且变得难以小型化。
不等式(6)定义了关于第一透镜单元L1的焦距fL1和第二透镜单元L2的焦距fL2的条件。在值低于不等式(6)中的下限时，第一透镜单元L1的焦距fL1变长，第一透镜单元L1在从广角端至远摄端的变焦期间的移动量变大，并且难以使变焦镜头小型化。另一方面，如果值高于不等式(6)中的上限，则第一透镜单元L1的焦距fL1变短，并且变得难以校正第一透镜单元L1中所生成的球面像差。
不等式(7)定义了关于整个变焦镜头在远摄端处的焦距ft和第四透镜单元L4的焦距fL4的条件。如果值低于不等式(7)中的下限，则焦距fL4变短，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，如果值高于不等式(7)中的上限，则整个变焦镜头在远摄端处的焦距ft变短，并且难以增加变倍率。
不等式(8)定义了关于第一透镜单元L1的焦距fL1和第四透镜单元L4的焦距fL4的条件。如果值低于不等式(8)中的下限，则焦距fL4变短，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，在值高于不等式(8)中的上限时，第四透镜单元L4的焦距fL4变长，第四透镜单元L4的屈光力变弱，并且第四透镜单元L4与变焦相关联的移动量变大。
不等式(9)定义了关于第三透镜单元L3的焦距fL3和第四透镜单元L4的焦距fL4的条件。如果值低于不等式(9)中的下限，则焦距fL4变短，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，在值高于不等式(9)中的上限时，第四透镜单元L4的焦距fL4变长，第四透镜单元L4的屈光力变弱，并且第四透镜单元L4的由于变焦的移动量变大。
不等式(10)定义了关于第四透镜单元L4中所包括的一个或多个透镜的平均比密度SL4ave的条件。通常，随着透镜材料的比重增加，透镜材料的折射率增加。如果值低于不等式(10)中的下限，则透镜表面的曲率变强以获得所需的屈光力，并且难以抑制与变焦相关联的诸如球面像差和像场弯曲等的各种像差的波动。另一方面，如果值高于不等式(10)中的上限，则透镜的比重变大，并且变得难以减小重量。
不等式(11)定义了关于第一透镜单元L1中所包括的一个或多个正透镜的针对d线的阿贝数的平均值νdL1Pave的条件。如果值低于不等式(11)中的下限，则难以校正远摄端处的纵向色像差和横向色像差。另一方面，如果值高于不等式(11)中的上限，则正透镜的色散变得过小，并且难以校正广角端处的横向色像差。
不等式(12)定义了关于第三透镜单元L3中所包括的一个或多个正透镜的针对d线的阿贝数的平均值νdL3Pave的条件。如果值低于不等式(12)中的下限，则难以校正远摄端处的纵向色像差。另一方面，如果值高于不等式(12)中的上限，则正透镜的色散变得过小，并且难以校正广角端处的纵向色像差。
在各个示例中，可以将不等式(1)至(12)的数值范围替换为如下不等式(1a)至(12a)的范围：
0.40<TLt/ft<0.79 ...(1a)
1.45<ndL4ave<1.67 ...(2a)
-0.27<fL2/ft<-0.12 ...(3a)
0.20<fL3/ft<0.85 ...(4a)
0.40<ML4/ML1<2.50 ...(5a)
-0.70<fL2/fL1<-0.23 ...(6a)
0.07<fL4/ft<0.40 ...(7a)
0.15<fL4/fL1<0.60 ...(8a)
0.10<fL4/fL3<0.90 ...(9a)
0.95<SL4ave<2.75 ...(10a)
58<νdL1Pave<90 ...(11a)
58<νdL3Pave<90 ...(12a)
可以将不等式(1)至(12)的数值范围替换为如下不等式(1b)至(12b)的范围：
0.50<TLt/ft<0.78 ...(1b)
1.50<ndL4ave<1.65 ...(2b)
-0.25<fL2/ft<-0.14 ...(3b)
0.25<fL3/ft<0.80 ...(4b)
0.50<ML4/ML1<2.30 ...(5b)
-0.60<fL2/fL1<-0.25 ...(6b)
0.09<fL4/ft<0.30 ...(7b)
0.20<fL4/fL1<0.50 ...(8b)
0.15<fL4/fL3<0.80 ...(9b)
1.00<SL4ave<2.70 ...(10b)
60<νdL1Pave<85 ...(11b)
60<νdL3Pave<85 ...(12b)
现将给出根据各个示例的变焦镜头的详细描述。
根据示例1的变焦镜头1a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、具有正屈光力的第四透镜单元L4、以及具有负屈光力的第五透镜单元L5。第一透镜单元L1包括透镜(正透镜)L11、透镜(负透镜)L12、以及透镜(正透镜)L13。第二透镜单元L2包括透镜L21和透镜L22。第三透镜单元L3包括光圈SP以及透镜L31和透镜L32。第四透镜单元L4包括透镜L41和透镜L42。第五透镜单元L5包括透镜L51和透镜L52。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5移动，并且第二透镜单元L2不移动。此时，分别地，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间的距离变宽，并且第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离以及第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离变窄。第四透镜单元L4的透镜L42的两侧均为非球面。第五透镜单元L5用作聚焦透镜单元。
根据示例2的变焦镜头1b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、具有正屈光力的第四透镜单元L4、以及具有负屈光力的第五透镜单元L5。第一透镜单元L1包括透镜L11、透镜L12、以及透镜L13。第二透镜单元L2包括透镜L21和透镜L22。第三透镜单元L3包括光圈SP以及透镜L31和透镜L32。第四透镜单元L4包括透镜L41和透镜L42。第五透镜单元L5包括透镜L51和透镜L52。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5移动，并且第二透镜单元L2不移动。此时，分别地，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间的距离变宽，并且第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离以及第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离变窄。第四透镜单元L4的透镜L42的两侧均为非球面。第五透镜单元L5用作聚焦透镜单元。
根据示例3的变焦镜头1c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、具有正屈光力的第四透镜单元L4、具有正屈光力的第五透镜单元L5、以及具有负屈光力的第六透镜单元L6。第一透镜单元L1包括透镜L11、透镜L12、以及透镜L13。第二透镜单元L2包括透镜L21和透镜L22。第三透镜单元L3包括光圈SP以及透镜L31和透镜L32。第四透镜单元L4包括透镜L41和透镜L42。第五透镜单元L5包括透镜L51和透镜L52。第六透镜单元L6包括透镜L61和透镜L62。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6移动，并且第二透镜单元L2不移动。在变焦期间，分别地，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间的距离变宽。在变焦期间，分别地，第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离、以及第五透镜单元L5与第六透镜单元L6之间的距离变窄。第四透镜单元L4的透镜L42的两侧均为非球面。第四透镜单元L4的透镜L42的两侧均为非球面。第六透镜单元L6用作聚焦透镜单元。
根据示例4的变焦镜头1d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、具有正屈光力的第四透镜单元L4、具有负屈光力的第五透镜单元L5、以及具有正屈光力的第六透镜单元L6。第一透镜单元L1包括透镜L11、透镜L12、以及透镜L13。第二透镜单元L2包括透镜L21和透镜L22。第三透镜单元L3包括光圈SP以及透镜L31和透镜L32。第四透镜单元L4包括透镜L41和透镜L42。第五透镜单元L5包括透镜L51和透镜L52。第六透镜单元L6包括透镜L61。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6移动，并且第二透镜单元L2不移动。在变焦期间，分别地，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第五透镜单元L5与第六透镜单元L6之间的距离变宽。在变焦期间，分别地，第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离以及第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间的距离变窄。第四透镜单元L4的透镜L42的两侧均为非球面。第五透镜单元L5用作聚焦透镜单元。
根据示例5的变焦镜头1e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、具有正屈光力的第四透镜单元L4、具有负屈光力的第五透镜单元L5、以及具有负屈光力的第六透镜单元L6。第一透镜单元L1包括透镜L11、透镜L12、以及透镜L13。第二透镜单元L2包括透镜L21和透镜L22。第三透镜单元L3包括光圈SP以及透镜L31和透镜L32。第四透镜单元L4包括透镜L41。第五透镜单元L5包括透镜L51和透镜L52。第六透镜单元L6包括透镜L61。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5和第六透镜单元L6移动，并且第二透镜单元L2不移动。在变焦期间，分别地，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第五透镜单元L5与第六透镜单元L6之间的距离变宽。在变焦期间，分别地，第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离、以及第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间的距离变窄。第四透镜单元L4的透镜L41的两侧均为非球面。第五透镜单元L5用作聚焦透镜单元。
根据示例6的变焦镜头1f包括：第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、具有负屈光力的第五透镜单元L5、具有正屈光力的第六透镜单元L6、以及具有负屈光力的第七透镜单元L7。第一透镜单元L1包括透镜L11、透镜L12、以及透镜L13。第二透镜单元L2包括透镜L21和透镜L22。第三透镜单元L3包括光圈SP以及透镜L31。第四透镜单元L4包括透镜L41和透镜L42。第五透镜单元L5包括透镜L51和透镜L52。第六透镜单元L6包括透镜L61。第七透镜单元L7包括透镜L71。在从广角端至远摄端的变焦期间，第一透镜单元L1、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4、第五透镜单元L5、第六透镜单元L6和第七透镜单元L7移动，并且第二透镜单元L2不移动。在变焦期间，分别地，第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离以及第五透镜单元L5与第六透镜单元L6之间的距离变宽。在变焦期间，分别地，第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离、第三透镜单元L3与第四透镜单元L4之间的距离、第四透镜单元L4与第五透镜单元L5之间的距离、以及第六透镜单元L6与第七透镜单元L7之间的距离变窄。第三透镜单元L3的透镜L31的两侧均为非球面。第四透镜单元L4的透镜L42的两侧均为非球面。第五透镜单元L5用作聚焦透镜单元。
将给出与示例1至6相对应的数值示例1至6的描述。在各个数值示例中，将从物体侧起的表面编号i(i是自然数)分配至光学系统的各个表面。r是各个表面的曲率半径(mm)，d是具有表面编号i的表面与具有表面编号(i+1)的表面之间在光轴上的透镜厚度或距离(空气间隔)(mm)，并且nd是具有各个表面的光学元件的材料的折射率。νd是具有各个表面的光学元件的材料的针对d线的阿贝数。特定材料的阿贝数νd表示为νd＝(Nd-1)/(NF-NC)，其中，Nd、NF和NC是夫琅禾费谱线中的针对d线(587.6nm)、F线(486.1nm)和C线(656.3nm)的折射率。
焦距(mm)、F数和半视角(°)是在光学系统聚焦在处于无限远的物体上时的值。镜头的总长度是通过将后焦距BF与光轴上从光学系统的最前表面(最接近物体的透镜表面)到最终表面(最接近像面的透镜表面)的距离相加而获得的长度。后焦距BF是从光学系统的最终面到像面的距离。
附加至表面编号的星号“*”意味着该表面具有非球面形状。在非球面形状中，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，光的行进方向为正，并且R是近轴曲率半径，k是圆锥常数，并且A4、A6、A8、A10和A12是非球面系数，并且x由如下表达式表达。非球面系数“e-x”意味着10-x。
x＝(h2/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)2}1/2+A4×h4+A6×h6+A8×h8+A10×h10+A12×h12
表1总结了与数值示例1至6中的不等式(1)至(12)相对应的值。
[数值示例1]
单位：mm
表面数据
像面
非球面数据
第16表面
K＝0.00000e+000A4＝-4.71184e-005A6＝-1.69647e-007
A8＝6.47160e-010A10＝-6.68961e-012A12＝3.22858e-014
第17表面
K＝0.00000e+000A4＝-4.13756e-005A6＝-1.60763e-007
A8＝6.71955e-010A10＝-4.98484e-012A12＝2.62649e-014
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例2]
单位：mm
表面数据
/>
像面
非球面数据
第16表面
K＝0.00000e+000A4＝-3.77585e-005A6＝-1.11836e-007
A8＝2.47802e-010A10＝-1.60309e-012A12＝7.41207e-015
第17表面
K＝0.00000e+000A4＝-3.68964e-005A6＝-1.27560e-007
A8＝4.90571e-010A10＝-3.52309e-012A12＝1.66624e-014
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例3]
单位：mm
表面数据
像面
非球面数据
第16表面
K＝0.00000e+000A4＝-6.21812e-005A6＝-6.99576e-008
A8＝-9.13103e-011A10＝-2.47166e-012A12＝1.49716e-014
第17表面
K＝0.00000e+000A4＝-4.63866e-005A6＝-2.29469e-008
A8＝-7.19123e-011A10＝-7.36741e-013A12＝5.69474e-015
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例4]
单位：mm
表面数据
像面
非球面数据
第16表面
K＝0.00000e+000A4＝-5.75946e-005A6＝5.33432e-008
A8＝7.02179e-010A10＝-4.69444e-012A12＝1.53060e-014
第17表面
K＝0.00000e+000A4＝-4.17692e-005A6＝6.39652e-008
A8＝6.52144e-010A10＝-5.41304e-012A12＝1.71572e-014
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例5]
单位：mm
表面数据
像面
非球面数据
第14表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.26376e-005A6＝-1.19115e-008
A8＝2.37456e-010A10＝-3.25470e-012A12＝1.12982e-014
第15表面
K＝0.00000e+000A4＝-3.00508e-006A6＝-9.30388e-009
A8＝2.40835e-010A10＝-3.30499e-012A12＝1.15799e-014
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值示例6]
单位：mm
表面数据
像面
非球面数据
第10表面
K＝0.00000e+000A4＝-1.82591e-005A6＝-3.28414e-007
A8＝3.26981e-009A10＝-3.45786e-011A12＝7.88756e-014
第11表面
K＝0.00000e+000A4＝-7.18371e-006A6＝-3.69839e-007
A8＝4.13299e-009A10＝-4.11120e-011A12＝1.06406e-013
第14表面
K＝0.00000e+000A4＝6.94676e-005A6＝-3.36098e-007
A8＝4.13862e-009A10＝-3.50812e-011A12＝1.18904e-013
第15表面
K＝0.00000e+000A4＝5.41469e-005A6＝-2.50303e-007
A8＝2.53834e-009A10＝-2.06649e-011A12＝6.73250e-014
各种数据
变焦透镜单元数据
表1
示例1 示例2 示例3 示例4 示例5 示例6
fw 100.31 100.00 70.00 100.01 250.00 100.00
ft 388.00 350.00 300.00 350.01 600.00 350.00
fL1 192.87 207.37 165.49 187.56 206.90 193.74
fL2 -59.32 -60.76 -57.39 -64.18 -108.94 -75.01
fL3 107.44 126.45 120.57 259.39 303.78 100.67
fL4 58.11 64.97 77.38 41.78 62.46 70.51
TLt 258.53 267.82 232.45 270.66 329.37 269.57
ndL4ave 1.509 1.562 1.637 1.589 1.531 1.589
SL4ave 1.74 2.57 2.67 2.44 1.01 2.44
ML1 -75.91 -75.91 -62.26 -71.19 -36.79 -83.15
ML4 -45.16 -45.16 -53.05 -45.95 -80.59 -42.37
vdL 1Pave 75.89 75.89 65.35 75.89 80.83 75.89
vdL 3Pave 70.23 70.23 60.47 81.54 81.54 81.54
(1) 0.67 0.77 0.77 0.77 0.55 0.77
(2) 1.509 1.562 1.637 1.589 1.531 1.589
(3) -0.153 -0.174 -0.191 -0.183 -0.182 -0.214
(4) 0.277 0.361 0.402 0.741 0.506 0.288
(5) 0.59 0.59 0.85 0.65 2.19 0.51
(6) -0.31 -0.29 -0.35 -0.34 -0.53 -0.39
(7) 0.15 0.19 0.26 0.12 0.10 0.20
(8) 0.30 0.31 0.47 0.22 0.30 0.36
(9) 0.54 0.51 0.64 0.16 0.21 0.70
(10) 1.74 2.57 2.67 2.44 1.01 2.44
(11) 75.89 75.89 65.35 75.89 80.83 75.89
(12) 70.23 70.23 60.47 81.54 81.54 81.54
示例7
现参考图13，将给出根据本发明的示例7的摄像设备的描述。图13是将根据示例1至6的变焦镜头1a至1f中的任一个用于摄像光学系统的摄像设备(数字静态照相机)的示意图。
在图13中，附图标记13表示照相机主体，并且附图标记11表示包括根据示例1至6的变焦镜头1a至1f中的任一个的摄像光学系统(可更换镜头)。附图标记12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)，该图像传感器内置于照相机主体13并且从摄像光学系统11接收光(通过摄像光学系统11形成的光学图像)并进行光电转换。照相机主体13可以是具有快速翻转镜的所谓的单镜头反光照相机，或者可以是不具有快速翻转镜的所谓的无反照相机。
通过将根据示例1至6中的任一个的变焦镜头用于诸如数字静态照相机等的摄像设备，可以获得具有小的镜头的摄像设备。如果根据示例1至6中的任一个的变焦镜头安装在可更换镜头(光学设备)上，则可以获得小的可更换镜头。
各个示例可以提供紧凑且轻量的变焦镜头以及在整个变焦范围上具有高光学性能的摄像设备。
尽管已参考典型实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。如下权利要求的范围将被给予最广泛的解释，以涵盖全部这样的修改和等效结构和功能。

Claims (17)

1.一种变焦镜头，按从物体侧至像侧的顺序包括具有正屈光力的第一透镜单元、具有负屈光力的第二透镜单元、具有正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，在从广角端至远摄端的变焦期间，所述第一透镜单元移动，所述第二透镜单元固定，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离变宽，所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离变窄，并且所述第三透镜单元与所述第四透镜单元之间的距离变窄，
其中，所述第一透镜单元包括正透镜和负透镜，
其中，所述第二透镜单元由两个或少于两个透镜构成，
其中，所述第三透镜单元由两个或少于两个透镜构成，以及
其中，所述第四透镜单元由两个或少于两个透镜构成。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.10<TLt/ft<0.80
其中，TLt是所述变焦镜头在所述远摄端处的光学总长度，并且ft是所述变焦镜头在所述远摄端处的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
1.40<ndL4ave<1.70
其中，ndL4ave是所述第四透镜单元中所包括的透镜的平均折射率。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
-0.30<fL2/ft<-0.10
其中，fL2是所述第二透镜单元的焦距，并且ft是所述变焦镜头在所述远摄端处的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.15<fL3/ft<0.90
其中，fL3是所述第三透镜单元的焦距，并且ft是所述变焦镜头在所述远摄端处的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.3<ML4/ML1<3.0
其中，ML1是在从所述广角端至所述远摄端的变焦期间所述第一透镜单元的移动量，并且ML4是在从所述广角端至所述远摄端的变焦期间所述第四透镜单元的移动量。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
-0.80<fL2/fL1<-0.20
其中，fL1是所述第一透镜单元的焦距，并且fL2是所述第二透镜单元的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.05<fL4/ft<0.50
其中，fL4是所述第四透镜单元的焦距，并且ft是所述变焦镜头在所述远摄端处的焦距。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.10<fL4/fL1<0.70
其中，fL1是所述第一透镜单元的焦距，并且fL4是所述第四透镜单元的焦距。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.05<fL4/fL3<1.00
其中，fL3是所述第三透镜单元的焦距，并且fL4是所述第四透镜单元的焦距。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
0.90<SL4ave<2.80
其中，SL4ave是所述第四透镜单元中所包括的一个或多个透镜的平均比重。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
55<νdL1Pave<99
其中，νdL1Pave是所述第一透镜单元中所包括的一个或多个正透镜的针对d线的阿贝数的平均值。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，满足如下不等式：
55<νdL3Pave<99
其中，νdL3Pave是所述第三透镜单元中所包括的一个或多个正透镜的针对d线的阿贝数的平均值。
14.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜单元由按从物体侧至像侧的顺序布置的负透镜和正透镜这两个透镜构成。
15.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜单元包括具有至少一个非球形表面的透镜。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的变焦镜头，还包括：
光圈；以及
聚焦透镜单元，其位于比所述光圈更靠近像面的位置，并且被配置为进行从无限远至近端的聚焦。
17.一种摄像设备，包括：
根据权利要求1至16中的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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