CN116381918A - 变焦透镜、图像拾取装置和成像系统 - Google Patents

变焦透镜、图像拾取装置和成像系统 Download PDF

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CN116381918A CN202211682494.7A CN202211682494A CN116381918A CN 116381918 A CN116381918 A CN 116381918A CN 202211682494 A CN202211682494 A CN 202211682494A CN 116381918 A CN116381918 A CN 116381918A
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lens unit
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Abstract

本公开涉及变焦透镜、图像拾取装置和成像系统。变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元和包括一个或多个透镜单元的后单元。相邻的透镜单元之间的距离在变焦期间改变。后单元包括具有正折光力并且被配置为在从无限远到短距离端聚焦期间从像侧到物侧移动的聚焦透镜单元。第一透镜单元从物侧到像侧依次包括第一负透镜和第二负透镜。满足预定条件。

Description

变焦透镜、图像拾取装置和成像系统
技术领域
本公开的一个方面涉及一种变焦透镜，其适用于使用固态图像传感器的诸如数字静态相机、数字视频相机、广播相机和监视相机之类的图像拾取装置，以及诸如基于胶卷的相机之类的图像拾取装置。
背景技术
用于图像拾取装置的变焦透镜需要宽视角和小而轻的配置。所谓的负引导型(negative lead type)变焦透镜被称为广角变焦透镜，其中具有负折光力的透镜单元被部署为最靠近物体。
最靠近物体部署的透镜单元的外径由广角端处的轴外光束(光通量)确定。因此，最靠近物体部署的透镜单元倾向于比其它透镜单元更大且更重。由于广角端处的轴外光束在该透镜单元中具有大的入射高度，因此容易出现诸如场曲和畸变之类的轴外像差。对于负引导型变焦透镜来说，正确设置第一透镜单元的配置以便在小而轻的配置中实现高光学性能是重要的。
日本专利公开No.(“JP”)2019-040029公开了一种变焦透镜，该变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元、具有负折光力的第三透镜单元，以及具有正折光力的第四透镜单元。
JP 2019-040029中公开的变焦透镜小且重量轻，但不能令人满意地校正各种像差并且光学性能不足。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种具有高光学性能的小且重量轻的变焦透镜、图像拾取装置和成像系统。
根据本公开的一个方面的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元和包括一个或多个透镜单元的后单元。相邻的透镜单元之间的距离在变焦期间改变。后单元包括聚焦透镜单元，其具有正折光力并且被配置为在从无限远到短距离端聚焦期间从像侧到物侧移动。第一透镜单元从物侧到像侧依次包括第一负透镜和第二负透镜。满足以下不等式：
0<fG1/fG2<0.42
1.40<ndG1<1.69
其中fG1是第一负透镜的焦距，fG2是第二负透镜的焦距，并且ndG1是第一负透镜的折射率。
具有上述变焦透镜的图像拾取装置和具有上述变焦透镜的成像系统也构成本公开的另一方面。
本公开的其它特征将从以下参考附图对示例性实施例的描述中变得清楚。
附图说明
图1是根据示例1的变焦透镜的透镜截面图。
图2A至图2C是根据示例1的变焦透镜的像差图。
图3是根据示例2的变焦透镜的透镜截面图。
图4A至图4C是根据示例2的变焦透镜的像差图。
图5是根据示例3的变焦透镜的透镜截面图。
图6A至图6C是根据示例3的变焦透镜的像差图。
图7是根据示例4的变焦透镜的透镜截面图。
图8A至图8C是根据示例4的变焦透镜的像差图。
图9是根据示例5的变焦透镜的透镜截面图。
图10A至图10C是根据示例5的变焦透镜的像差图。
图11是根据示例6的变焦透镜的透镜截面图。
图12A至图12C是根据示例6的变焦透镜的像差图。
图13是图像拾取装置的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，将给出根据本公开的变焦透镜和图像拾取装置的实施例的描述。
图1、图3、图5、图7、图9和图11分别是根据示例1至示例6的变焦透镜L0在广角端处的无限远处的对焦状态下的截面图。根据各个示例的变焦透镜L0用于包括图像拾取装置(诸如数字视频相机、数字静态相机、广播相机、基于胶卷的相机和监视相机)的光学装置，以及可互换透镜。
在各个透镜截面图中，左侧是物侧，并且右侧是像侧。根据各个示例的变焦透镜L0包括多个透镜单元。本申请的说明书中的透镜单元是变焦透镜L0的元件，其包括一个或多个透镜。透镜单元可以包括孔径光阑(光圈)和耀斑截止光阑(flare cut stop)。在根据各个示例的变焦透镜L0中，相邻透镜单元之间的距离(间隔)在从广角端到望远端变焦期间改变。
在各个透镜截面图中，Li表示变焦透镜L0中包括的透镜单元当中从物侧开始计数的第i个(其中i是自然数)透镜单元。SP表示孔径光阑。FP表示用于截止不需要的光的耀斑截止光阑。IP表示像平面。在根据各个示例的变焦透镜L0用作数字静态相机或数字视频相机的成像光学系统的情况下，诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像传感器(光电转换元件)的成像平面放置在那里。在根据各个示例的变焦透镜L0用于基于胶卷的相机的成像光学系统的情况下，与胶卷平面对应的光敏平面放置在像平面IP上。
各个透镜截面图中所示的实线箭头简单地表示各个透镜单元在从广角端到望远端变焦期间的移动轨迹。在本申请的说明书中，广角端和望远端是指各个透镜单元机械地定位在光轴上可移动范围的两端的变焦位置。各个透镜截面图中所示的虚线箭头简单地表示透镜单元在从无限远向短距离(或近)端聚焦期间的移动轨迹。
图2A至图2C、图4A至图4C、图6A至图6C、图8A至图8C、图10A至图10C和图12A至图12C分别是根据示例1至示例6的变焦透镜L0的像差图。各个像差图都是例示在无限远处的对焦状态中，其中图2A、图4A、图6A、图8A、图10A和图12A是广角端处的像差图，图2B、图4B、图6B、图8B、图10B和图12B是在居中(中间)变焦位置处的像差图，并且图2C、图4C、图6C、图8C、图10C和图12C是在望远端处的像差图。
在球面像差图中，Fno表示F数，其指示针对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指示弧矢像平面上的像散量，并且ΔM指示子午像平面上的像散量。畸变图例示了针对d线的畸变量。色差图例示了针对g线的色差量。ω是成像半视角(°)，它是通过近轴计算得到的视角。
现在将给出根据各个示例的变焦透镜L0的特性配置的描述。
根据各个示例的变焦透镜L0从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2和包括一个或多个透镜单元的后单元LR。后单元LR包括比第二透镜单元L2更靠近像平面部署的所有透镜单元。变焦透镜L0是其中相邻的透镜单元之间的距离在变焦期间改变的变焦透镜。后单元LR包括透镜单元LP(聚焦透镜单元)，其具有正折光力并且被配置为在从无限远到短距离端聚焦期间从像侧到物侧移动。第一透镜单元L1从物侧到像侧依次包括负透镜G1(第一负透镜)和负透镜G2(第二负透镜)。
第一透镜单元L1中包括的透镜的外径由广角端处的轴外光束确定。因此，第一透镜单元L1倾向于比其它透镜单元更大且更重。为了减小变焦透镜的重量，减小第一透镜单元L1的重量是有效的。一般而言，具有低折射率的材料倾向于具有小的比重。另一方面，具有低折射率的材料削弱了折光力并且变得难以减小变焦透镜的尺寸并且难以校正在广角端处的轴外像差，诸如场曲。
因此，在根据各个示例的变焦透镜L0中，负透镜G1的焦距和负透镜G1的材料(例如，玻璃材料)的折射率被适当地设置。更具体而言，根据各个示例的变焦透镜L0满足以下不等式(1)和(2)。
0 < fG1/fG2 < 0.42 (1)
1.40 < ndG1 < 1.69 (2)
其中，fG1是负透镜G1的焦距，fG2是负透镜G2的焦距，并且ndG1是负透镜G1的折射率。
不等式(1)与负透镜G1的焦距fG1与负透镜G2的焦距fG2的比率相关。在该值低于不等式(1)的下限的情况下，负透镜G1和负透镜G2之一变为正透镜，并且广角方案变得困难。如果负透镜G1的焦距的绝对值变得过分小于负透镜G2的焦距的绝对值，那么可能变得难以同时实现广角方案和高性能，因此不等式(1)的下限值可能被设置为大于0的值。在该值高于不等式(1)的上限的情况下，负透镜G1的折光力变得如此弱以至于变得难以减小变焦透镜L0的尺寸，或负透镜G2的折光力变得如此强以至于变得难以校正诸如场曲之类的轴外像差。
不等式(2)与负透镜G1的折射率ndG1相关。在该值低于不等式(2)的下限的情况下，折射率变低并且玻璃材料倾向于具有低比重。虽然这对于减轻变焦透镜L0的重量是有效的，但是由于折光力变弱，因此重量减小变得困难。在该值高于不等式(2)的上限的情况下，透镜的比重增加并且重量减小变得困难。
以上配置可以提供在整个变焦范围内具有高光学性能的小且重量轻的变焦透镜。
上述的不等式(1)和(2)可以用以下不等式(1a)和(2a)代替。
0.05<fG1/fG2<0.41(1a)
1.50<ndG1<1.67(2a)
不等式(1)和(2)可以用以下不等式(1b)和(2b)代替。
0.09<fG1/fG2<0.40(1b)
1.55<ndG1<1.65(2b)
这里，根据各个示例的变焦透镜L0被设计为允许畸变的发生。在使用最近已经发展起来的电子像差校正技术的前提下，由畸变引起的图像畸变可以通过这种图像处理技术来校正。因此，具有变焦透镜L0的成像光学系统具有变焦透镜L0所具有的畸变量的设计值。使用畸变量的设计值，通过任意图像处理单元(诸如附接到图像拾取装置(诸如相机主体)的CPU)中的图像处理来校正由成像光学系统捕获的电子图像。
允许出现畸变的变焦透镜不需要用于校正畸变的透镜，并且变得更容易减小变焦透镜的尺寸和重量。特别地，通过使图像传感器在广角端处的有效成像范围(有效图像圆直径)小于望远端处的有效成像范围，并通过校正畸变，可以使前透镜的直径变小。
根据各个示例的变焦透镜L0可以在图像稳定期间在包括与光轴正交的分量的方向(优选地垂直于光轴的方向)上通过平行偏心(移动)透镜或透镜单元的部分而具有作为图像稳定光学系统的功能。基本上不具有折光力的平行板，诸如低通滤波器和红外线截止滤波器，可以部署在像平面和最靠近像平面部署的透镜之间。
现在将给出根据各个示例的变焦透镜L0可以满足的条件的描述。根据各个示例的变焦透镜L0可以满足以下不等式(3)至(12)中的一个或多个。
-3.00 < fL1/fL2 < -0.85 (3)
1.20 < fLP/fL2 < 3.20 (4)
45 < νdG1 < 95 (5)
1.40 < ndLPP<1.65 (6)
45 < νdLPP < 95 (7)
1.60 < ndL1P < 2.10 (8)
15 < νdL1P < 45 (9)
0.50 < MLP/ML2 < 1.50 (10)
0.25 < DSPw/TLw < 0.53 (11)
-3.00 < (G1R2+G1R1)/(G1R2-G1R1) < -0.10 (12)
这里，fL1是第一透镜单元L1的焦距，并且fL2是第二透镜单元L2的焦距。fLP是透镜单元LP的焦距。νdG1是负透镜G1的针对d线的阿贝数。ndLPP是在透镜单元LP中包括的正透镜当中具有最强折光力(最大折光力)的正透镜LPP的针对d线的折射率。这里，折光力用焦距的倒数表示，并且强折光力意味着焦距的倒数大(焦距小)。νdLPP是在透镜单元LP中包括的正透镜当中具有最强折光力(最大折光力)的正透镜LPP的针对d线的阿贝数。ndL1P是在第一透镜单元L1中包括的正透镜当中具有最强折光力(最大折光力)的正透镜L1P的针对d线的折射率。νdL1P是在第一透镜单元L1中包括的正透镜当中具有最强折光力(最大折光力)的正透镜L1P的针对d线的阿贝数。MLP是在无限远处的对焦状态下从广角端到望远端变焦期间透镜单元LP的移动量。移动量在透镜单元LP在望远端处比在广角端处更靠近物体的情况下具有负号，并且在透镜单元LP在望远端处比在广角端处更靠近像平面的情况下具有正号。ML2是在从广角端到望远端变焦期间第二透镜单元L2的移动量。移动量在第二透镜单元L2在望远端处比在广角端处更靠近物体的情况下具有负号，并且在第二透镜单元L2在望远端处比在广角端处更靠近像平面的情况下具有正号。DSPw是从广角端处的孔径光阑SP到像平面IP的光轴上距离。TLw是变焦透镜L0在广角端处的总透镜长度。G1R2是负透镜G1的像侧的透镜表面的曲率半径，并且G1R1是负透镜G1的物侧的透镜表面上的曲率半径。
不等式(3)与第一透镜单元L1的焦距fL1与第二透镜单元L2的焦距fL2的比率相关。在该值低于不等式(3)的下限的情况下，第一透镜单元L1的折光力变得太弱并且变得难以使变焦透镜L0变小。另一方面，在该值高于不等式(3)的上限的情况下，第一透镜单元L1的负折光力变得太强而不能令人满意地校正第一透镜单元L1中生成的诸如慧差和场曲之类的轴外像差。
不等式(4)与透镜单元LP的焦距fLP与第二透镜单元L2的焦距fL2的比率相关。在该值低于不等式(4)的下限的情况下，透镜单元LP的折光力变强并且变得难以抑制与聚焦相关联的包括球面像差在内的各种像差的变化。另一方面，在该值高于不等式(4)的上限的情况下，透镜单元LP的折光力变弱并且与聚焦相关联的移动量变长。
不等式(5)与负透镜G1的针对d线的阿贝数νdG1相关。如果该值低于不等式(5)的下限，那么变得难以校正横向色差。另一方面，如果该值高于不等式(5)的上限，那么横向色差变得被过度校正。
不等式(6)与在透镜单元LP中包含的正透镜当中具有最强折光力的正透镜LPP的针对d线的折射率ndLPP相关。在该值低于不等式(6)的下限的情况下，正透镜LPP的折射率变得太低并且用于获得正确折光力的透镜表面的曲率半径变小。因此难以校正包括球面像差在内的各种像差。另一方面，在该值高于不等式(6)的上限的情况下，正透镜LPP的比重倾向于增加并且重量减小变得困难。
不等式(7)与在透镜单元LP中包含的正透镜当中具有最强折光力的正透镜LPP的针对d线的阿贝数νdLPP相关。如果该值低于不等式(7)的下限，那么变得难以校正纵向和横向色差。在该值高于不等式(7)的上限的情况下，纵向和横向色差变得被过度校正。
不等式(8)与在第一透镜单元L1中包括的正透镜当中具有最强折光力的正透镜L1P的针对d线的折射率ndL1P相关。如果该值高于不等式(8)的上限并且正透镜L1P的折射率增加，那么整个透镜系统的珀兹伐(Petzval)和变得太小并且变得难以校正场曲。另一方面，在该值低于不等式(8)的下限并且正透镜L1P的折射率变低的情况下，整个透镜系统的珀兹伐和变大并且变得难以校正场曲。另外，用于获得正确折光力的透镜表面的曲率半径变小，并且变得难以校正诸如彗差之类的轴外像差。
不等式(9)与在第一透镜单元L1中包括的正透镜当中具有最强折光力的正透镜L1P的针对d线的阿贝数νdL1P相关。在该值低于不等式(9)的下限的情况下，变得难以校正横向色差。另一方面，如果该值高于不等式(9)的上限，那么纵向和横向色差校正不充分。
不等式(10)与在无限远处的对焦状态下从广角端到望远端变焦期间透镜单元LP的移动量MLP与在从广角端到望远端变焦期间第二透镜单元L2的移动量ML2的比率相关。在该值低于不等式(10)的下限的情况下，第二透镜单元L2的移动量增加并且广角端处的总透镜长度增加。另一方面，在该值高于不等式(10)的上限的情况下，第二透镜单元L2的移动量变小并且第二透镜单元L2的折光力变强以便获得期望的变焦比率。因此难以抑制与变焦相关联的包括球面像差在内的各种像差的变化。
不等式(11)与从广角端处的孔径光阑SP到像平面IP的光轴上的距离DSPw与广角端处的总透镜长度TLw的比率相关。部署在正确位置处的孔径光阑SP可以在减小孔径光阑SP的直径的同时容易地使变焦透镜L0变小。在该值低于不等式(11)的下限并且从孔径光阑SP到像平面IP的距离变得太短的情况下，比孔径光阑SP更靠近物体部署的透镜的外径倾向于大。因此难以使变焦透镜L0变小。另一方面，在该值高于不等式(11)的上限并且从孔径光阑SP到像平面IP的距离变得太长的情况下，由第一透镜单元L1发散的光束进入孔径光阑SP而没有被完全会聚。孔径光阑SP的直径减小变得困难并且变得难以使变焦透镜L0变小。
不等式(12)与负透镜G1的形状相关。在该值低于不等式(12)的下限的情况下，负透镜G1具有负折光力并且因此具有向物侧凸出并具有弱折光力的弯月形状。然后，由于负透镜G1不能实现足够的折光力，因此比负透镜G1更靠近像平面的透镜的折光力变得更强，并且变得难以校正诸如场曲之类的轴外像差。另一方面，在该值高于不等式(12)的上限的情况下，负透镜G1呈双凹形状或向像侧凸出的弯月形状，并且负透镜G1的物侧的表面的曲率半径变小。然后，在负透镜G1的物侧的表面上发生的诸如场曲之类的轴外像差增加并且它们的校正变得困难。替代地，由于负透镜G1的形状具有弱折光力，因此变得难以校正诸如场曲之类的轴外像差。
不等式(3)至(12)可以用下面的不等式(3a)至(12a)代替。
-2.50<fL1/fL2<-0.90(3a)
1.30<fLP/fL2<3.10(4a)
50<νdG1<85(5a)
1.45<ndLPP<1.63(6a)
55<νdLPP<90(7a)
1.65<ndL1P<2.05(8a)
18<νdL1P<40(9a)
0.60<MLP/ML2<1.40(10a)
0.28<DSPw/TLw<0.51(11a)
-2.50<(G1R2+G1R1)/(G1R2-G1R1)<-0.30(12a)
不等式(3)至(12)可以用下面的不等式(3b)至(12b)代替。
-2.00<fL1/fL2<-0.95(3b)
1.40<fLP/fL2<3.05(4b)
55<νdG1<75(5b)
1.48<ndLPP<1.61(6b)
65<νdLPP<85(7b)
1.68<ndL1P<2.01(8b)
20<νdL1P<35(9b)
0.70<MLP/ML2<1.30(10b)
0.30<DSPw/TLw<0.50(11b)
-2.00<(G1R2+G1R1)/(G1R2-G1R1)<-0.50(12b)
现在将给出根据各个示例的变焦透镜L0可以满足的配置的描述。
第一透镜单元L1可以从物侧到像侧依次包括负透镜G1、负透镜G2和正透镜L1P。这种配置有助于校正在广角端处的轴外像差，诸如场曲。
负透镜G2的物侧的透镜表面和负透镜G2的像侧的透镜表面中的至少一个可以具有非球面形状。这种配置有助于校正在广角端处的轴外像差，诸如慧差和场曲。
负透镜G2可以由树脂材料制成。将树脂材料用于倾向于具有大外径的负透镜G2可以容易地减小变焦透镜L0的重量。
负透镜G1和负透镜G2中的每一个都可以在光轴上具有气隙。这种配置有助于校正轴外像差，诸如彗差和场曲。
为了图像稳定，使第二透镜单元L2在包括与光轴正交的分量的方向(其可以与光轴正交)上平行偏心(移动)。用于会聚光束并用作用于图像稳定的透镜单元的第二透镜单元L2可以容易地使用于图像稳定的透镜单元变小。
第二透镜单元L2可以包括三个或更少的透镜。这种配置有助于变焦透镜L0的重量减小。
第二透镜单元L2可以包括孔径光阑SP，并且孔径光阑SP可以是第二透镜单元L2的最靠近像平面部署的。由于光束会聚在第二透镜单元L2的像侧，因此可以容易地减小孔径光阑SP的尺寸。
可以通过将后单元LR中包括的具有正折光力的透镜单元LP从像侧移动到物侧来执行从无限远到短距离端的聚焦。轴上光线会聚在第二透镜单元L2的像侧。这种配置有助于抑制聚焦期间的包括球面像差在内的各种像差的变化。
透镜单元LP可以包括一个具有面向物侧的凹表面的弯月形正透镜元件。这里，一个透镜元件是单透镜或胶合透镜。使透镜单元LP的物侧的透镜表面凹入可以缓和透镜表面上的轴外光线的入射角，并且有助于抑制聚焦期间诸如场曲之类的轴外像差的波动。
现在将给出根据各个示例的变焦透镜L0的详细描述。
根据示例1和示例2的变焦透镜L0中的每一个包括第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、具有正折光力的第三透镜单元L3和具有负折光力的第四透镜单元L4。在根据示例1和示例2的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3和第四透镜单元L4对应于后单元LR。从广角端到望远端变焦期间，第一透镜单元L1沿着凸向像侧的轨迹移动，并且第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4单调地向物侧移动。在根据示例1和示例2的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2和第四透镜单元L4在变焦期间一体地(在同一轨迹上)移动。第三透镜单元L3对应于具有正折光力的透镜单元LP，并且沿着光轴移动第三透镜单元L3可以提供从无限远处的物点(无限远物体)到短距离物点的聚焦。
根据示例3的变焦透镜L0包括第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、具有正折光力的第三透镜单元L3和具有正折光力的第四透镜单元L4。在根据示例3的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3和第四透镜单元L4对应于后单元LR。在从广角端到望远端变焦期间，第一透镜单元L1沿着凸向像侧的轨迹移动，并且第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4单调地向物侧移动。在根据示例3的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2和第四透镜单元L4在变焦期间一体地(在同一轨迹上)移动。第三透镜单元L3对应于具有正折光力的透镜单元LP，并且沿着光轴移动第三透镜单元L3可以提供从无限远物点到短距离物点的聚焦。
根据示例4的变焦透镜L0包括第一透镜单元L1、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和具有正折光力的第五透镜单元L5。在根据示例4的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5对应于后单元LR。在从广角端到望远端变焦期间，第一透镜单元L1沿着凸向像侧的轨迹移动，第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4向物侧单调移动，并且第五透镜单元L5向像侧单调移动。在根据示例4的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2和第四透镜单元L4在变焦期间一体地(在同一轨迹上)移动。第三透镜单元L3对应于具有正折光力的透镜单元LP，并且沿着光轴移动第三透镜单元L3可以提供从无限远物点到短距离物点的聚焦。
根据示例5的变焦透镜L0包括第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、具有负折光力的第三透镜单元L3、具有正折光力的第四透镜单元L4和具有负折光力的第五透镜单元L5。在根据示例5的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5对应于后单元LR。在从广角端到望远端变焦期间，第一透镜单元L1沿着凸向像侧的轨迹移动，并且第二透镜单元L2、第三透镜单元L3、第四透镜单元L4和第五透镜单元L5单调地向物侧移动。在根据示例5的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2和第五透镜单元L5在变焦期间一体地(在同一轨迹上)移动。第四透镜单元L4对应于具有正折光力的透镜单元LP，并且沿着光轴移动第四透镜单元L4可以提供从无限远物点到短距离物点的聚焦。
根据示例6的变焦透镜L0包括第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、具有负折光力的第三透镜单元L3、具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5，以及具有正折光力的第六透镜单元L6。在根据示例6的变焦透镜L0中，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对应于后单元LR。在从广角端到望远端变焦期间，第一透镜单元L1沿着凸向像侧的轨迹移动，并且第二透镜单元L2、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单调地向物侧移动。在根据示例6的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2和第五透镜单元L5在变焦期间一体地(在同一轨迹上)移动。第四透镜单元L4对应于具有正折光力的透镜单元LP，并且沿着光轴移动第四透镜单元L4可以提供从无限远物点到短距离物点的聚焦。
下面将例示对应于示例1至示例6的数值示例1至数值示例6。
在各个数值示例的表面数据中，r表示各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)，其中m是从光入射侧开始计数的表面编号。nd表示各个光学元件的针对d线的折射率，并且νd表示光学元件的阿贝数。某种材料的阿贝数νd表示如下：
νd＝(Nd-1)/(NF-NC)
其中Nd、NF和NC分别是基于夫琅和费(Fraunhofer)线中的d线(587.6nm)、F线(486.1nm)和C线(656.3nm)的折射率。
在各个数值示例中，d、焦距(mm)、F数和半视角(度)中的每一个都具有在根据各个示例的变焦透镜L0在无限远处的物体(无限远物体)上处于对焦状态的情况下的值。“后焦距”是从最终透镜表面(最靠近像平面的透镜表面)到近轴像平面的光轴上距离，以空气等效长度表示。“总透镜长度”是通过将后焦距加到变焦透镜L0的从最前表面(最靠近物体的透镜表面)到最终表面的光轴上距离而获得的长度。“透镜单元”包括一个或多个透镜。
在光学表面为非球面的情况下，星号*附在表面编号的右侧。非球面形状如下表示：
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是在垂直于光轴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为各个阶的非球面系数。各个非球面系数中的“e±XX”表示“×10±XX”。
[数值示例1]
单位：毫米
表面数据
Figure BDA0004018792980000151
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000A 4＝2.06228e-006A 6＝-3.09541e-009A 8＝7.24904e-011
A10＝-3.07809e-013A12＝9.19241e-016
第17表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.01775e-004A 6＝1.71677e-007A 8＝1.83977e-010
A10＝-1.16025e-011A12＝2.80092e-014
第18表面
K＝0.00000e+000A 4＝-9.00719e-005A 6＝2.07355e-007A 8＝-1.21619e-010
A10＝-4.95038e-012A12＝1.35424e-014
各种数据
变焦比1.96
Figure BDA0004018792980000161
Figure BDA0004018792980000162
变焦透镜单元数据
Figure BDA0004018792980000163
Figure BDA0004018792980000171
[数值示例2]单位：毫米表面数据
Figure BDA0004018792980000172
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000A 4＝1.74257e-006A 6＝-2.46696e-009A 8＝7.75729e-011
A10＝-3.31377e-013A12＝8.09051e-016
第17表面
K＝0.00000e+000A 4＝-8.76708e-005A 6＝1.10417e-007A 8＝2.08926e-009
A10＝-3.00779e-011A12＝1.05365e-013
第18表面
K＝0.00000e+000A 4＝-8.05410e-005A 6＝2.07802e-007A 8＝2.03128e-010
A10＝-8.66422e-012A12＝2.90115e-014
各种数据
变焦比1.96
Figure BDA0004018792980000181
Figure BDA0004018792980000182
变焦透镜单元数据
Figure BDA0004018792980000191
[数值示例3]
单位：毫米
表面数据
Figure BDA0004018792980000192
Figure BDA0004018792980000201
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000A 4＝1.84216e-006A 6＝8.01311e-010A 8＝5.12283e-011
A10＝-2.30863e-013A12＝5.59343e-016
第17表面
K＝0.00000e+000A 4＝-4.36850e-005A 6＝-1.04709e-007A 8＝1.10943e-009
A10＝-6.81115e-012A12＝1.19305e-014
第18表面
K＝0.00000e+000A 4＝-4.39901e-005A 6＝-9.00326e-008A 8＝9.46107e-010
A10＝-5.28840e-012A12＝9.00245e-015
各种数据
变焦比1.96
Figure BDA0004018792980000202
Figure BDA0004018792980000211
变焦透镜单元数据
Figure BDA0004018792980000212
[数值示例4]
单位：毫米
表面数据
Figure BDA0004018792980000213
Figure BDA0004018792980000221
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000A 4＝1.73506e-005A 6＝-5.81504e-008A 8＝2.33643e-010
A10＝-4.73065e-013A12＝3.72284e-016
第4表面
K＝2.78976e+002A 4＝1.77155e-005A 6＝-5.73090e-008A 8＝2.47146e-010
A10＝-5.30598e-013A12＝4.44306e-016
第17表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.15240e-004A 6＝1.08980e-007A 8＝1.09284e-009
A10＝-9.51817e-012A12＝2.49887e-014
第18表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.42130e-004A 6＝2.49994e-007A 8＝5.94173e-011
A10＝-4.17813e-012A12＝1.06545e-014各种数据
变焦比2.07
Figure BDA0004018792980000231
Figure BDA0004018792980000232
变焦透镜单元数据
Figure BDA0004018792980000233
[数值示例5]
单位：毫米
表面数据
Figure BDA0004018792980000241
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000A 4＝8.19088e-006A 6＝-4.23962e-008A 8＝4.87158e-011
A10＝2.63400e-013A12＝-6.28278e-016
第4表面
K＝-1.79037e+002A 4＝6.17666e-006A 6＝-5.09905e-008A 8＝3.25197e-011
A10＝3.67841e-013A12＝-9.82139e-016
第19表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.33629e-004A 6＝9.73781e-008A 8＝1.70352e-009
A10＝-1.81236e-011A12＝4.81540e-014
第20表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.31273e-004A 6＝3.10386e-007A 8＝7.12932e-012
A10＝-5.06314e-012A12＝1.39234e-014
各种数据
变焦比2.35
Figure BDA0004018792980000251
Figure BDA0004018792980000252
Figure BDA0004018792980000261
变焦透镜单元数据
Figure BDA0004018792980000262
[数值示例6]
单位：毫米
表面数据
Figure BDA0004018792980000263
Figure BDA0004018792980000271
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+000A 4＝2.47198e-005A 6＝-8.08847e-008A 8＝1.65476e-010
A10＝-1.37297e-013A12＝3.16753e-017
第4表面
K＝-8.61713e+003A 4＝1.91654e-005A 6＝-6.74993e-008A 8＝7.58767e-011
A10＝1.07307e-013A12＝-2.66741e-016
第14表面
K＝0.00000e+000A 4＝-9.45333e-006A 6＝1.17313e-007A 8＝-6.37183e-012
A10＝2.95045e-011A12＝0.00000e+000
第20表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.23685e-004A 6＝4.03138e-007A 8＝6.98371e-010
A10＝-1.74137e-011A12＝5.43473e-014
第21表面
K＝0.00000e+000A 4＝-1.34776e-004A 6＝5.78897e-007A 8＝-1.36238e-009
A10＝-2.66916e-012A12＝1.50537e-014
各种数据
变焦比2.84
Figure BDA0004018792980000281
Figure BDA0004018792980000282
变焦透镜单元数据
Figure BDA0004018792980000283
/>
Figure BDA0004018792980000291
下面的表1总结了各个数值示例中的各种值。
表1
Figure BDA0004018792980000292
图像拾取装置
现在参考图13，将给出使用根据本公开的变焦透镜L0作为成像光学系统的数字静态相机(图像拾取装置)的示例的描述。图13是根据该示例的图像拾取装置(数字静态相机)10的示意图。图像拾取装置10包括相机主体13、与上述示例1至示例6中的任一个类似的变焦透镜11，以及设在相机主体13中并被配置为以光电方式转换由变焦透镜11形成的光学图像的光接收元件(图像传感器)12。相机主体13可以是具有快速转向镜(quick turnmirror)的所谓单反相机(single-lens reflex camera)，或者可以是不具有快速转向镜的所谓无反相机(mirrorless camera)。
根据本示例的图像拾取装置10包括具有高光学性能的小且重量轻的变焦透镜11，并且因此可以提供高质量图像。
光接收元件12可以使用诸如CCD或CMOS传感器之类的图像传感器。此时，通过对由光接收元件12获取的图像的诸如畸变和色差之类的各种像差进行电校正，能够提高输出图像的质量。
根据上述各个示例的变焦透镜L0不仅适用于图13中所示的数字静态相机，而且适用于各种光学装置，诸如基于胶片的相机、视频相机和望远镜。
成像系统
成像系统(监视相机系统)包括根据各个示例的变焦透镜L0和控制变焦透镜L0的控制单元。在这种情况下，控制单元可以控制变焦透镜L0，使得各个透镜单元在变焦、聚焦和图像稳定期间如上所述移动。此时，控制单元不必与变焦透镜L0集成，并且控制部分可以被配置为与变焦透镜L0分开的构件。例如，远离驱动变焦透镜L0的各个透镜的驱动单元部署的控制单元(控制装置)可以包括发送用于控制变焦透镜L0的控制信号(命令)的发送单元。该控制单元可以远程控制变焦透镜L0。
向控制单元提供诸如控制器和按钮之类的用于远程操作变焦透镜L0的操作单元可以根据用户对操作单元的输入来控制变焦透镜L0。例如，操作单元可以包括放大按钮和缩小按钮。在这种情况下，控制单元可以向变焦透镜L0的驱动单元发送信号，以便在用户按下放大按钮的情况下增加变焦透镜L0的倍率，并且在用户按下缩小按钮的情况下减小变焦透镜L0的倍率。
成像系统还可以包括诸如液晶面板之类的显示单元，其显示关于变焦透镜L0的变焦的信息(移动状态)。关于变焦透镜L0的变焦的信息例如是各个透镜单元的变焦倍率(变焦状态)和移动量(移动状态)。在这种情况下，用户可以在查看显示单元上显示的关于变焦透镜L0的变焦的信息的同时通过操作单元来远程操作变焦透镜L0。此时，显示单元和操作单元可以通过采用触摸面板等被集成。
各个示例都可以提供具有高光学性能的小且重量轻的变焦透镜、图像拾取装置和成像系统。
虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解的是，本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被给予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。

Claims (30)

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元和包括一个或多个透镜单元的后单元，
其中相邻的透镜单元之间的距离在变焦期间改变，
其中，所述后单元包括具有正折光力并且被配置为在从无限远到短距离端聚焦期间从像侧到物侧移动的聚焦透镜单元，
其中第一透镜单元从物侧到像侧依次包括第一负透镜和第二负透镜，以及
其中满足以下不等式：
0<fG1/fG2<0.42
1.40<ndG1<1.69
其中fG1是第一负透镜的焦距，fG2是第二负透镜的焦距，并且ndG1是第一负透镜的折射率。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
-3.00<fL1/fL2<-0.85
其中fL1是第一透镜单元的焦距，并且fL2是第二透镜单元的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
1.20<fLP/fL2<3.20
其中fLP是聚焦透镜单元的焦距，并且fL2是第二透镜单元的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
45<νdG1<95
其中νdG1是第一负透镜的阿贝数。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
1.40<ndLPP<1.65
其中ndLPP是在聚焦透镜单元中包括的正透镜当中具有最大折光力的正透镜的折射率。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
45<νdLPP<95
其中νdLPP是在聚焦透镜单元中包括的正透镜当中具有最大折光力的正透镜的阿贝数。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
1.60<ndL1P<2.10
其中ndL1P是在第一透镜单元中包括的正透镜当中具有最大折光力的正透镜的折射率。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
15<νdL1P<45
其中νdL1P是在第一透镜单元中包括的正透镜当中具有最大折光力的正透镜的阿贝数。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一负透镜和第二负透镜中的每一个在光轴上都具有气隙。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
0.50<MLP/ML2<1.50
其中MLP是在无限远处的对焦状态下从广角端到望远端变焦期间聚焦透镜单元的移动量，并且ML2是在无限远处的对焦状态下从广角端到望远端变焦期间第二透镜单元的移动量。
11.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括被配置为调节光量的孔径光阑，以及
其中，满足以下不等式：
0.25<DSPw/TLw<0.53
其中DSPw是在广角端处从孔径光阑到像平面的光轴上距离，并且TLw是变焦透镜在广角端处的总透镜长度。
12.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下不等式：
-3.00<(G1R2+G1R1)/(G1R2-G1R1)<-0.10
其中G1R2是第一负透镜的像侧的透镜表面的曲率半径，并且G1R1是第一负透镜的物侧的透镜表面的曲率半径。
13.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元从物侧到像侧依次包括第一负透镜、第二负透镜和正透镜。
14.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第二负透镜由树脂材料制成。
15.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第二负透镜的物侧的透镜表面和第二负透镜的像侧的透镜表面中的至少一个具有非球面形状。
16.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第二透镜单元包括孔径光阑，
其中孔径光阑被部署为在第二透镜单元中最靠近像平面。
17.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第二透镜单元包括三个或更少的透镜。
18.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，聚焦透镜单元包括一个具有面向物侧的凹表面的弯月形正透镜元件。
19.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在图像稳定期间，第二透镜单元在包括与光轴正交的分量的方向上移动。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述后单元从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第三透镜单元和具有负折光力的第四透镜单元。
21.根据权利要求1至19中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述后单元从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元。
22.根据权利要求1至19中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述后单元从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第三透镜单元、具有负折光力的第四透镜单元和具有正折光力的第五透镜单元。
23.根据权利要求1至19中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述后单元从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第三透镜单元、具有正折光力的第四透镜单元和具有负折光力的第五透镜单元。
24.根据权利要求1至19中的任一项所述的变焦透镜，其中，所述后单元从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第三透镜单元、具有正折光力的第四透镜单元、具有负折光力的第五透镜单元和具有正折光力的第六透镜单元。
25.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求1至24中的任一项所述的变焦透镜；以及
图像传感器，被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像。
26.根据权利要求25所述的图像拾取装置，其中所述图像传感器在广角端处的有效图像圆直径小于在望远端处的有效图像圆直径。
27.一种成像系统，包括：
根据权利要求1至24中的任一项所述的变焦透镜；以及
控制单元，被配置为在变焦期间控制变焦透镜。
28.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述控制单元被配置为与变焦透镜分离的构件，并且包括被配置为发送用于控制变焦透镜的控制信号的发送单元。
29.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述控制单元被配置为与变焦透镜分离的构件，并且包括被配置为操作变焦透镜的操作单元。
30.根据权利要求27所述的成像系统，还包括被配置为显示关于变焦透镜的变焦的信息的显示单元。
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