CN118050882A - 变焦透镜、图像拾取装置和图像拾取系统 - Google Patents

变焦透镜、图像拾取装置和图像拾取系统 Download PDF

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CN118050882A CN202311506426.XA CN202311506426A CN118050882A CN 118050882 A CN118050882 A CN 118050882A CN 202311506426 A CN202311506426 A CN 202311506426A CN 118050882 A CN118050882 A CN 118050882A
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Abstract

本公开涉及变焦透镜、图像拾取装置和图像拾取系统。变焦透镜包括多个透镜单元，该多个透镜单元按从物侧到像侧的顺序由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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，相邻透镜单元之间的距离改变。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元和第四透镜单元相对于像面固定，并且第三透镜单元向物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第一透镜单元相对于像面固定。第二透镜单元由四个或更多个球面透镜组成。满足预定的不等式。

Description

变焦透镜、图像拾取装置和图像拾取系统
技术领域
实施例的一方面涉及变焦透镜、图像拾取装置和图像拾取系统。
背景技术
要求用于图像拾取装置的变焦透镜具有紧凑的尺寸、减轻的重量以及令人满意地校正包括色差的各种像差的高光学性能。还要求变焦透镜在广角端具有短焦距、易于制造并且成本较低。还要求变焦透镜提供高速变焦操作。
对于这样的变焦透镜来说，一个或多个非球面透镜的布置是重要的。在将非球面透镜放置在位于最靠近物体的第一透镜单元的像侧并且具有高的轴上光线高度的第二透镜单元中的情况下，非球面透镜的所需准确度增加，制造难度增加，并且变得难以提供更便宜的变焦透镜。另一方面，在第二透镜单元中未放置非球面透镜的情况下，变得难以抑制在第二透镜单元中产生的像差，并且高图像质量变得困难。对于能够提供高速变焦操作的变焦透镜，固定具有大透镜直径的第一透镜单元并且仅移动具有小透镜直径的透镜单元是有效的。但是，固定最靠近物体的第一透镜单元会恶化像差校正，并且变得难以提高图像质量。
日本专利特许公开No.2011-237737公开了一种紧凑且轻量的变焦透镜，其按从物侧起的顺序由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、以及具有负折光力第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元组成。第一透镜单元在变焦期间相对于像面固定。
但是，日本专利特许公开No.2011-237737中公开的变焦透镜由于非球面透镜被放置在第二透镜单元中而具有上述问题。
发明内容
根据实施例的一个方面的变焦透镜包括多个透镜单元，该多个透镜单元按从物侧到像侧的顺序由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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，相邻透镜单元之间的距离发生变化。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元和第四透镜单元相对于像面固定，并且第三透镜单元向物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第一透镜单元相对于像面固定。第二透镜单元由四个或更多个球面透镜组成。满足以下不等式：
0.7<-f1/f2<1.5
0.1<-f2/f3<0.9
其中f1为第一透镜单元的焦距，f2为第二透镜单元的焦距，并且f3为第三透镜单元的焦距。各自具有上述变焦透镜的图像拾取装置和图像拾取系统也构成实施例的另一方面。
通过以下参考附图对实施例的描述，本公开的进一步特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据示例1的变焦透镜的截面图。
图2A和2B是根据示例1的变焦透镜的像差图。
图3是根据示例2的变焦透镜的截面图。
图4A和4B是根据示例2的变焦透镜的像差图。
图5是根据示例3的变焦透镜的截面图。
图6A和6B是根据示例3的变焦透镜的像差图。
图7是根据示例4的变焦透镜的截面图。
图8A和8B是根据示例4的变焦透镜的像差图。
图9是根据示例5的变焦透镜的截面图。
图10A和10B是根据示例5的变焦透镜的像差图。
图11是图像拾取装置的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，将描述根据本示例的变焦透镜以及各自具有该变焦透镜的图像拾取装置和图像拾取系统。
图1、图3、图5、图7和图9分别是根据示例1至示例5的变焦透镜在广角端处无限远处的对焦状态下的透镜截面图。根据每个示例的变焦透镜是用于诸如数字静态相机、基于胶片的相机、数字视频相机、监视相机、广播相机和板载相机(车载相机)之类的图像拾取装置的变焦透镜。根据每个示例的变焦透镜也可以用作用于投影装置(投影仪)的投影光学系统。
在每个透镜截面图中，左侧是物侧(前)并且右侧是像侧(后)。根据每个示例的变焦透镜包括多个透镜单元。在本说明书中，透镜单元是在变焦期间移动或静止的一组透镜。即，在根据每个示例的变焦透镜中，相邻透镜单元之间的距离在从广角端到望远端的变焦期间改变。透镜单元包括一个或多个透镜。透镜单元可以包括孔径光阑。
在每个透镜截面图中，Li表示变焦透镜中从物侧数起的第i个(i是自然数)透镜单元。
SP表示孔径光阑。孔径光阑SP确定(限制)最大孔径F数(Fno)的光束。IP表示像面，并且在将根据每个示例的变焦透镜用作数字静态相机或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)的成像平面部署在像面IP上。在将根据每个示例的变焦透镜用作基于胶片的相机的成像光学系统的情况下，与胶片平面对应的感光平面被放置在像面IP上。
光轴方向上的箭头指示在从无限远到最短距离(最近距离)的聚焦期间聚焦透镜单元的移动方向。每个透镜单元下面图示的实线箭头指示在对无限远处的物体(无限远物体)聚焦期间从广角端到望远端的变焦期间每个透镜单元的移动轨迹。预定透镜单元下面图示的虚线箭头指示在对最短距离物体聚焦期间从广角端到望远端的变焦期间该预定透镜单元的移动轨迹。
在以下每个示例中，广角端和望远端是指如下变焦位置，在所述变焦位置，用于变焦的透镜单元在机械上位于可在光轴上移动的范围的两端。
图2A、图2B、图4A、图4B、图6A、图6B、图8A、图8B、图10A和图10B分别是根据示例1至示例5的变焦透镜在无限远处对焦状态下的像差图。图2A、图4A、图6A、图8A和图10A图示了在广角端处的像差图，并且图2B、图4B、图6B、图8B和图10B图示了在望远端处的像差图。
在球面像差图中，Fno表示F数。球面像差图图示了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指示矢状像面上的像散量，并且ΔM指示子午像面上的像散量。失真图图示了d线的失真量。色差图图示了g线的色差量。ω表示半视角(°)(近轴计算中的视角)并且指示根据光线追踪值的视角。
现在将描述根据每个示例的变焦透镜的特性构造。
根据每个示例的变焦透镜L0按从物侧到像侧的顺序包括具有负折光力(光焦度＝焦距的倒数)的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2、具有负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。在根据每个示例的变焦透镜L0中，相邻透镜单元之间的距离在从广角端到望远端的变焦期间改变。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1和第四透镜单元L4相对于像面IP固定。具有大透镜直径并且位于最靠近物体的第一透镜单元L1和位于最靠近像面的第四透镜单元L4相对于像面IP固定，并且具有相对较小透镜直径的第二透镜单元L2和第三透镜单元L3在变焦期间移动。从而，可以获得实现高速变焦操作的变焦透镜L0。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第一透镜单元L1在从无限远到最短距离的聚焦期间相对于像面IP固定。在聚焦期间固定具有大透镜直径并且部署为最靠近物体的第一透镜单元L1可以简化驱动机构，并且减小变焦透镜L0的尺寸。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3在从广角端到望远端的变焦期间朝物侧移动。将第三透镜单元L3移动到望远端处远离像面IP的位置可以容易地减小第三透镜单元L3的透镜直径并且容易地减小变焦透镜L0的尺寸和重量。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2包括四个或更多个透镜，并且这四个或更多个透镜都是球面透镜。在第二透镜单元L2中的透镜中，轴上光线高度趋于高，并且所需准确度趋于高。因此，仅用球面透镜构造第二透镜单元L2能够容易地获得易于制造且更便宜的变焦透镜L0。在第二透镜单元L2由球面透镜组成的情况下，适当地设置第二透镜单元L2的构造以便抑制第二透镜单元L2中的像差是重要的。在根据每个示例的变焦透镜L0中，用四个或更多个透镜构造第二透镜单元L2可以容易地校正变焦期间的像差波动，特别是球面像差和纵向色差。
根据每个示例的变焦透镜L0满足以下不等式(1)和(2)。
0.7<-f1/f2<1.5 (1)
0.1<-f2/f3<0.9 (2)
其中f1是第一透镜单元L1的焦距，f2是第二透镜单元L2的焦距，并且f3是第三透镜单元L3的焦距。
不等式(1)定义了第一透镜单元L1的焦距f1与第二透镜单元L2的焦距f2之间的关系。在-f1/f2的值变得高于不等式(1)的上限的情况下，变得难以抑制前透镜的直径，并且变焦透镜L0变大。在-f1/f2的值变得低于不等式(1)的下限的情况下，变得难以校正广角端处的失真。
不等式(2)定义了第二透镜单元L2的焦距f2与第三透镜单元L3的焦距f3之间的关系。在-f2/f3的值变得高于不等式(2)的上限的情况下，变得难以校正佩兹伐(Petzval)和，像场弯曲变大，并且高图像质量变得困难。在-f2/f3的值变得低于不等式(2)的下限的情况下，变得难以校正在第二透镜单元L2中出现的像差，特别是由于变焦波动而变得难以校正球面像差和像散，并且高图像质量变得困难。
不等式(1)至(2)可以用下面的不等式(1a)至(2a)代替。
0.85<-f1/f2<1.38 (1a)
0.17<-f2/f3<0.82 (2a)
不等式(1)至(2)可以用下面的不等式(1b)至(2b)代替。
0.92<-f1/f2<1.32 (1b)
0.2<-f2/f3<0.78 (2b)
现在将描述根据每个示例的变焦透镜L0中可以满足的构造。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第一透镜单元L1可以包括两个负透镜和一个正透镜。从而，变得容易令人满意地校正广角端处的横向色差和彗形像差。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第一透镜单元L1可以包括负弯月形透镜，该负弯月形透镜具有在物侧凸出的透镜表面并且在第一透镜单元L1中被部署为最靠近物体。从而，变得容易令人满意地校正广角端处的失真。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2可以包括在第二透镜单元L2中位于最靠近物体的正透镜。从而，缩短总长变得容易。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2可以包括四个或五个透镜。从而，变得容易抑制变焦期间的球面像差、纵向色差和横向色差的波动(倍率变化)。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2可以包括三个正透镜和一个双凹透镜。三个正透镜以及分散光焦度可以任意地校正各种像差，特别是抑制像散和球面像差的变焦波动。单个双凹透镜可以容易地抑制纵向色差、球面像差、像散和横向色差的变焦波动。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2可以包括三个正透镜、具有在物侧凹入的透镜表面的一个负透镜(第一负透镜)、以及具有在像侧凹入的透镜表面并且部署在第一负透镜的像侧的一个负透镜(第二负透镜)。三个正透镜以及分散光焦度可以容易地校正各种像差，特别是抑制像散和球面像差的变焦波动。具有在物侧凸出的透镜表面的单个负透镜可以容易地抑制由于球面像差和纵向色差引起的变焦波动。具有在其透镜表面在物侧凹入的负透镜的像侧凹入的透镜表面的单个负透镜可以容易地抑制像散和横向色差的变焦波动。
在根据每个实施例的变焦透镜L0中，第二透镜单元L2可以包括孔径光阑SP，并且第二透镜单元L2和孔径光阑SP可以在从广角端到望远端的变焦期间一体地移动。与在变焦期间移动的第二透镜单元L2一体地移动孔径光阑SP可以容易地优化孔径光阑SP之前和之后的像差校正的平衡，并且实现高图像质量。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3可以包括在第三透镜单元L3中被部署为最靠近物体的具有负折光力的透镜。第三透镜单元L3中最靠近物体的负透镜可以容易地缩短变焦透镜L0的总长，并且减小变焦透镜L0的尺寸和重量。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3可以包括两个或更少的透镜。具有两个或更少透镜的第三透镜单元L3可以容易地抑制第三透镜单元L3的质量，并且容易地实现高速变焦操作。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3可以包括具有非球面透镜表面的透镜，该非球面透镜表面在周边部分具有比在中心部分更强的负折光力。具有包含在周边部分具有更强负折光力的非球面透镜表面的透镜的第三透镜单元L3可以校正各种像差，尤其是广角端处的失真，并且实现更高的图像质量。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第三透镜单元L3可以在从无限远到最短距离的聚焦期间朝像侧移动。在聚焦期间移动具有相对较小透镜直径并且重量轻的第三透镜单元L3可以简化驱动机构并且容易地减小变焦透镜L0的尺寸。第二透镜单元L2可以在聚焦期间固定。
在根据每个示例的变焦透镜L0中，第四透镜单元L4可以包括两个或更少的透镜。由于第四透镜单元L4靠近像面IP，因此在第四透镜单元L4中的透镜数量增加的情况下，趋于出现眩光和重影，并且变得难以实现高图像质量。
现在将描述根据每个示例的变焦透镜L0可以满足的条件。根据每个示例的变焦透镜L0可以满足以下不等式(3)至(8)中的一个或多个：
0.4<-T1/f1<1.0 (3)
0.1<-f1/f4<0.8 (4)
0.05<BFw/Lw<0.30 (5)
1.1<-f1/fw<1.8 (6)
0.5<M2/fw<2.0 (7)
0.4<M3/fw<1.6 (8)
这里，T1是光轴上从第一透镜单元L1的最靠近物体的透镜表面到第一透镜单元L1的最靠近像面的透镜表面的距离。f4是第四透镜单元L4的焦距。BFw是在广角端处无限远对焦状态下变焦透镜L0的后焦距。Lw是光轴上从广角端处变焦透镜L0的最靠近物体的透镜表面到像面IP的距离。fw是变焦透镜L0在广角端处无限远对焦状态下的焦距。M2是从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元L2的移动量。在从广角端到望远端的变焦期间，移动量被设置为在朝物侧的移动方向上具有正值。fw是变焦透镜L0在广角端处无限远对焦状态下的焦距。M3是从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元L3的移动量。在从广角端到望远端的变焦期间，移动量被设置为在朝物侧的移动方向上具有正值。
不等式(3)定义了第一透镜单元L1的焦距f1与第一透镜单元L1的厚度T1之间的关系。在-T1/f1的值变得高于不等式(3)的上限的情况下，变焦透镜L0变大。在-T1/f1的值变得低于不等式(3)的下限的情况下，变得难以校正各种像差，特别是抑制彗形像差的变焦波动。
不等式(4)定义了第一透镜单元L1的焦距f1与第四透镜单元L4的焦距f4之间的关系。在-f1/f4的值变得高于不等式(4)的上限的情况下，第四透镜单元L4中产生的像差变得显著，尤其是广角端处的像散变得显著，并且变得难以实现高图像质量。在-f1/f4的值变得低于不等式(4)的下限的情况下，变得难以校正佩兹伐和，尤其是广角端处的像场弯曲变得显著，并且高图像质量变得困难。
不等式(5)定义了广角端处的后焦距BFw与广角端处的透镜总长Lw之间的关系。这里，后焦距是光轴上从变焦透镜L0的最后一个透镜表面(最靠近像面的表面)到像面IP的距离的空气换算值。变焦透镜L0的透镜总长是通过将后焦距与从第一透镜表面到最后一个透镜表面的距离相加而获得的值。在BFw/Lw的值变得高于不等式(5)的上限的情况下，变焦透镜L0变大。在BFw/Lw的值变得低于不等式(5)的下限的情况下，第四透镜单元L4的轴上光线高度变小，第四透镜单元L4的像差校正效果降低，并且特别是变得难以校正望远端处的彗形像差。
不等式(6)定义了第一透镜单元L1的焦距f1与广角端处变焦透镜的焦距fw之间的关系。在-f1/fw的值变得高于不等式(6)的上限的情况下，变得难以抑制前透镜直径。在-f1/fw的值变得低于不等式(6)的下限的情况下，在第一透镜单元L1中产生的像差变得显著，并且特别是彗形像差的变焦波动变得显著。
不等式(7)定义了变焦期间第二透镜单元L2的移动量M2与广角端处变焦透镜L0的焦距fw之间的关系。在M2/fw的值变得高于不等式(7)的上限的情况下，变焦透镜L0变大。在M2/fw的值变得低于不等式(7)的下限的情况下，变得难以增大变焦透镜L0的倍率变化。
不等式(8)定义了变焦期间第三透镜单元L3的移动量M3与广角端处变焦透镜L0的焦距fw之间的关系。在M3/fw的值变得高于不等式(8)的上限的情况下，变焦透镜L0变大。在M3/fw的值变得低于不等式(8)的下限的情况下，变得难以增大变焦透镜L0的倍率变化。
不等式(3)至(8)可以用下面的不等式(3a)至(8a)代替：
0.50<-T1/f1<0.96 (3a)
0.21<-f1/f4<0.62 (4a)
0.09<BFw/Lw<0.24 (5a)
1.19<-f1/fw<1.66 (6a)
0.66<M2/fw<1.70 (7a)
0.52<M3/fw<1.31 (8a)
不等式(3)至(8)可以用下面的不等式(3b)至(8b)代替：
0.55<-T1/f1<0.94 (3b)
0.26<-f1/f4<0.53 (4b)
0.11<BFw/Lw<0.21 (5b)
1.23<-f1/fw<1.59 (6b)
0.74<M2/fw<1.55 (7b)
0.58<M3/fw<1.17 (8b)
现在将详细描述根据每个示例的变焦透镜L0。
根据示例1的变焦透镜L0按从物侧到像侧的顺序由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、具有负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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1和第四透镜单元L4相对于像面IP固定。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3朝物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第三透镜单元L3朝像侧移动。第一透镜单元L1按从物侧起的顺序由具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L11、具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L12、双凸透镜L13、以及具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L14组成。第二透镜单元L2按从物侧起的顺序由双凸透镜L21、孔径光阑SP、具有在物侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L22、双凹透镜L23和双凸透镜L24组成。第三透镜单元L3由具有在像侧凸出的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L31组成。非球面透镜L31在两侧均具有非球面表面，其中物侧表面是周边部分的正折光力比中心部分强的非球面表面，并且像侧表面是周边部分的负折光力比中心部分强的非球面表面。第四透镜单元L4由具有在像侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L41组成。
根据示例2的变焦透镜L0按从物侧到像侧的顺序由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、具有负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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1和第四透镜单元L4相对于像面IP固定。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3朝物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第三透镜单元L3朝像侧移动。第一透镜单元L1按从物侧起的顺序由具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L11、具有双凹形状的非球面透镜L12和双凸透镜L13组成。第二透镜单元L2按从物侧起的顺序由具有在像侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L21、双凸透镜L22、具有在像侧凹入的透镜表面的负弯月形透镜L23、孔径光阑SP、具有在像侧凹入的透镜表面的负弯月形透镜L24、以及双凸透镜L25组成。由透镜L22和L23形成胶合透镜。由透镜L24和L25形成胶合透镜。第三透镜单元L3按从物侧起的顺序由双凹透镜L31和具有在物侧凹入的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L32组成。透镜L32在两侧都具有非球面表面，其中物侧表面是周边部分的正折光力比中心部分强的非球面表面，并且像侧表面是周边部分的负折光力比中心部分强的非球面表面。第四透镜单元L4由具有在像侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L41组成。
根据示例3的变焦透镜L0按从物侧到像侧的顺序由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、具有负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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1和第四透镜单元L4相对于像面IP固定。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3朝物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第三透镜单元L3朝像侧移动。第一透镜单元L1按从物侧起的顺序由具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L11、具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L12、以及具有在物侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L13组成。第二透镜单元L2按从物侧起的顺序由双凸透镜L21、孔径光阑SP、具有在物侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L22、双凹透镜L23和双凸透镜L24组成。第三透镜单元L3由具有在像侧凸出的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L31组成。透镜L31在两侧都具有非球面表面，其中物侧表面是周边部分的正折光力比中心部分强的非球面表面，并且像侧表面是周边部分的负折光力比中心部分强的非球面表面。第四透镜单元L4按从物侧起的顺序由双凹透镜L41和双凸透镜L42组成。
根据示例4的变焦透镜L0按从物侧到像侧的顺序由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、具有负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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1和第四透镜单元L4相对于像面IP固定。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3朝物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第三透镜单元L3朝像侧移动。第一透镜单元L1按从物侧起的顺序由具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L11、具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L12、具有在物侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L13和具有在像侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L14组成。第二透镜单元L2按从物侧起的顺序由具有在像侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L21、孔径光阑SP、双凸透镜L22、具有在物侧凹入的透镜表面的负弯月形透镜L23、以及具有在像侧凹入的透镜表面的负弯月形透镜L24、以及双凸透镜L25组成。由透镜L22和L23形成胶合透镜。由透镜L24和L25形成胶合透镜。第三透镜单元L3按从物侧起的顺序由双凹透镜L31和具有在物侧凹入的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L32组成。透镜L32在两侧都具有非球面表面，其中物侧表面是周边部分的正折光力比中心部分强的非球面表面，并且像侧表面是周边部分的负折光力比中心部分强的非球面表面。第四透镜单元L4由具有在像侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L41组成。
根据示例5的变焦透镜L0按从物侧到像侧的顺序由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、具有负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组成。在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元L1和第四透镜单元L4相对于像面IP固定。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3朝物侧移动。在从无限远到最短距离的聚焦期间，第三透镜单元L3朝像侧移动。第一透镜单元L1按从物侧起的顺序由具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L11、双凹透镜L12和具有在物侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L13组成。第二透镜单元L2按从物侧起的顺序由双凸透镜L21、双凸透镜L22、双凹透镜L23、孔径光阑SP、具有在像侧凹入的透镜表面的负弯月形透镜L24、以及双凸透镜L25组成。由透镜L22和L23形成胶合透镜。由透镜L24和L25形成胶合透镜。第三透镜单元L3按从物侧起的顺序由具有在物侧凸出的透镜表面的负弯月形透镜L31和具有在像侧凸出的透镜表面的负弯月形状的非球面透镜L32组成。透镜L32在两侧都具有非球面表面，其中物侧表面是周边部分的负折光力比中心部分强的非球面表面，并且像侧表面是周边部分的正折光力比中心部分强的非球面表面。第四透镜单元L4由具有在像侧凸出的透镜表面的正弯月形透镜L41组成。
在根据示例1至示例5的变焦透镜L0中，具有折光力的所有表面都是折射表面。与由衍射光学元件或反射表面形成具有折光力的表面的情况相比，表面能够以较低的制造难度容易地具有与具有衍射光学元件或反射表面的表面相等或比具有衍射光学元件或反射表面的表面高的光学性能。
根据示例1至5的变焦透镜L0不具有使光路弯曲的诸如棱镜的光学元件。用于使光路弯曲的棱镜等导致透镜更厚，并且使得小型化困难。
下面将示出与示例1至5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)是第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是从光入射侧数起的表面编号。nd表示每个光学元件的d线的折射率，并且νd表示光学元件的基于d线的阿贝(Abbe)数。某种材料的阿贝数νd表达如下：
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。
在每个数值示例中，在根据每个示例的光学系统处于在无限远物体上的对焦状态下的情况下设置d、焦距(mm)、F数和半视角(°)的值。后焦距BF是光轴上从变焦透镜L0的最后一个透镜表面(最靠近像面的透镜表面)到近轴像表面的以空气换算长度表达的距离。变焦透镜L0的透镜总长是通过将光轴上从第一透镜表面(最靠近物体的透镜表面)到最后一个透镜表面的距离加上后焦距而获得的长度。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。非球面形状表达如下：
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，光行进方向被设置为正，R是近轴曲率半径，K是圆锥常数，A4、A6、A8、A10和A12是非球面系数。每个非球面系数中的“e±XX”表示“×10±XX”。
[数值示例1]
单位：毫米
表面数据
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+00 A4＝-8.94309e-05 A6＝7.11824e-07 A8＝-3.52027e-09
第4表面
K＝0.00000e+00 A4＝-1.48535e-04 A6＝6.59805e-07 A8＝-5.15433e-09
第18表面
K＝0.00000e+00 A4＝2.68346e-04 A6＝2.81044e-06 A8＝-9.40023e-08
第19表面
K＝0.00000e+00 A4＝2.67097e-04 A6＝1.59679e-06 A8＝-5.11740e-08
各种数据
透镜单元数据
[数值示例2]
单位：毫米
表面数据
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+00 A4＝-8.12193e-05 A6＝8.99724e-07 A8＝-1.19209e-08
第4表面
K＝0.00000e+00 A4＝-1.28410e-04 A6＝3.69150e-07 A8＝-1.09948e-08
第18表面
K＝0.00000e+00 A4＝2.77887e-04 A6＝6.15575e-06 A8＝-2.56537e-08
第19表面
K＝0.00000e+00 A4＝2.14784e-04 A6＝3.85389e-06 A8＝-2.47687e-08
各种数据
透镜单元数据
[数值示例3]
单位：毫米
表面数据
非球面数据
第3表面
K＝0.00000e+00 A4＝-1.30355e-04 A6＝8.21595e-07 A8＝-4.36076e-09
第4表面
K＝0.00000e+00 A4＝-2.09893e-04 A6＝7.93554e-07 A8＝-6.47934e-09
第16表面
K＝0.00000e+00 A4＝2.01749e-04 A6＝1.42226e-06 A8＝-3.81941e-08
第17表面
K＝0.00000e+00 A4＝2.13559e-04 A6＝9.56327e-07 A8＝-2.86682e-08
各种数据
透镜单元数据
[数值示例4]
单位：毫米
表面数据
/>
非球面数据
第20表面
K＝0.00000e+00 A4＝3.85197e-04 A6＝2.12676e-06 A8＝-1.60190e-08
第21表面
K＝0.00000e+00 A4＝3.61567e-04 A6＝1.65279e-06 A8＝-1.63872e-08
各种数据
透镜单元数据
[数值示例5]
单位：毫米
表面数据
/>
非球面数据
第18表面
K＝0.00000e+00 A4＝-2.18376e-04 A6＝8.06571e-07 A8＝-7.88304e-09
第19表面
K＝0.00000e+00 A4＝-1.88281e-04 A6＝7.88400e-07 A8＝-4.74781e-09
各种数据
透镜单元数据
表1总结了示例1至5中与不等式(1)至(8)对应的值。
表1
图像拾取装置
现在参考图11，将描述使用根据每个示例的变焦透镜L0作为成像光学系统的图像拾取装置。图11图示了图像拾取装置10的构造。图像拾取装置10包括相机主体13、包括根据示例1至5中的任一个的变焦透镜L0的透镜装置11、以及被构造为对由变焦透镜L0形成的图像进行光电转换的图像传感器(光接收元件)12。图像传感器12可以使用CCD传感器或CMOS传感器。透镜装置11和相机主体13可以彼此集成，或者可以被可拆卸地构造。相机主体13可以是具有快速转镜的所谓的单透镜反光相机，或者不具有快速转镜的所谓的无反光镜相机。根据该示例的图像拾取装置10可以小型且轻量，并且具有高光学性能。
根据本示例的图像拾取装置10不限于图11中所示的数字静态相机，而是可应用于诸如广播相机、基于胶片的相机、监视相机等的各种图像拾取装置。
图像拾取系统
图像拾取系统(监视相机系统)可以包括根据以上示例中的任一个示例的变焦透镜和被构造为控制变焦透镜的控制单元。在这种情况下，控制单元被构造为控制变焦透镜，使得每个透镜单元在变焦、聚焦和图像稳定期间如上所述那样地移动。控制单元不必与变焦透镜集成，并且可以与变焦透镜分离。例如，远离被构造为驱动变焦透镜中的每个透镜的驱动单元部署的控制单元(控制装置)可以包括被构造为发送用于控制变焦透镜的控制信号(命令)的发送单元。该控制单元可以远程控制变焦透镜。
通过向控制单元提供诸如用于远程操作变焦透镜的控制器和按钮之类的操作单元，可以根据用户对操作单元的输入来控制变焦透镜。例如，操作单元可以包括放大按钮和缩小按钮。可以从控制单元向变焦透镜L0的驱动单元发送信号，使得在用户按下放大按钮的情况下，变焦透镜的倍率增加，并且在用户按下缩小按钮的情况下，变焦透镜的倍率减小。
图像拾取系统可以包括被构造为显示与变焦透镜的变焦有关的信息(移动状态)的诸如液晶面板之类的显示单元。与变焦透镜的变焦有关的信息例如是每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在显示单元上的与变焦透镜的变焦有关的信息的同时，通过操作单元远程操作变焦透镜。显示单元和操作单元可以通过采用触摸面板等集成。
虽然已经参考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实施例。所附权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。
每个示例可以提供如下变焦透镜，其能够实现紧凑的尺寸、减轻的重量、高的图像质量、广角端处的短焦距、低成本的制造容易性以及高速变焦操作。

Claims (20)

1.一种变焦透镜，包括多个透镜单元，所述多个透镜单元按从物侧到像侧的顺序由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组成，
其中在从广角端到望远端的变焦期间，相邻透镜单元之间的距离改变，
其特征在于，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元和第四透镜单元相对于像面固定，并且第三透镜单元向物侧移动，
其中在从无限远到最短距离的聚焦期间，第一透镜单元相对于像面固定，
其中第二透镜单元由四个或更多个球面透镜组成，以及
其中满足以下不等式：
0.7<-f1/f2<1.5
0.1<-f2/f3<0.9
其中f1是第一透镜单元的焦距，f2是第二透镜单元的焦距，并且f3是第三透镜单元的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下不等式：
0.4<-T1/f1<1.0
其中T1是光轴上从第一透镜单元的最靠近物体的透镜表面到第一透镜单元的最靠近像面的透镜表面的距离。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下不等式：
0.1<-f1/f4<0.8
其中f4是第四透镜单元的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下不等式：
0.05<BFw/Lw<0.30
其中BFw是广角端处变焦透镜的后焦距，并且Lw是光轴上从广角端处变焦透镜的最靠近物体的透镜表面到像面的距离。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下不等式：
1.1<-f1/fw<1.8
其中fw是广角端处变焦透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下不等式：
0.5<M2/fw<2.0
其中M2是在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元的移动量，并且fw是广角端处变焦透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，满足以下不等式：
0.4<M3/fw<1.6
其中M3是在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元的移动量，并且fw是广角端处变焦透镜的焦距。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第一透镜单元包括两个负透镜和正透镜。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第一透镜单元包括负弯月形透镜，所述负弯月形透镜具有在物侧凸出的透镜表面，并且在第一透镜单元中被部署为最靠近物体。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二透镜单元包括在第二透镜单元中被部署为最靠近物体的正透镜。
11.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二透镜单元由四个或五个透镜组成。
12.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二透镜单元包括三个正透镜和双凹透镜。
13.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二透镜单元包括三个正透镜、具有在物侧凹入的透镜表面的第一负透镜、以及具有在像侧凹入的透镜表面并且部署在第一负透镜的像侧的第二负透镜。
14.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二透镜单元包括孔径光阑，并且在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元和孔径光阑一体地移动。
15.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第三透镜单元包括具有负折光力并且在第三透镜单元中被部署为最靠近物体的透镜。
16.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第三透镜单元由两个或更少的透镜组成。
17.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第三透镜单元包括具有非球面透镜表面的透镜，所述非球面透镜表面在周边部分具有比在中心部分更强的负折光力。
18.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，在从无限远到最短距离的聚焦期间第三透镜单元移动。
19.根据权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第四透镜单元由两个或更少的透镜组成。
20.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求1至19中的任一项所述的变焦透镜；以及
图像传感器，被构造为接收由变焦透镜形成的图像光。
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