CN1295538C - 变焦透镜、采用该变焦透镜的摄像机及数码照像机 - Google Patents

变焦透镜、采用该变焦透镜的摄像机及数码照像机 Download PDF

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Abstract

提供一种体积小、重量轻且节能的变焦透镜，其具有像机晃动校正功能，能够避免色差的恶化同时校正像机晃动。该变焦透镜包括具有正、负、正、负折射率的四组透镜，它们以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，其中第二透镜组进行变焦，第四透镜组进行焦距调节。该第二透镜组由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凹弯月形透镜、凹透镜、双凸透镜和凹透镜构成，而且它还包括至少一个非球面。第三透镜组包括一具有胶合面的胶合透镜，该胶合透镜的凸表面正对着目标侧，该第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动。

Description

变焦透镜、采用该变焦透镜的摄像机及数码照像机
技术领域
本发明涉及一种变焦透镜及采用这种变焦透镜的摄像机和数码照像机，该变焦透镜用于摄像机或类似装置，并具有能光学校正由像机晃动或振动而引起的图像抖动的功能。
背景技术
近年来，在诸如摄像机的成像系统中，能够避免像像机晃动这类振动的抗抖动功能已经变得必不可少，而且已经提出各种类型的抗抖动光学系统。
例如，在JP H8-29737A披露的摄像机中，由两个透镜构成的校正像机晃动的光学系统置于变焦透镜之前，而且通过相对于光轴垂直地平移这些透镜中的其中一个来校正由像机晃动引起的图像波动。
在JP H7-128619A披露的摄像机中，采用由四个透镜组构成的变焦透镜，而且通过相对于光轴垂直地平移由多个透镜构成的第三透镜组的一部分来校正由像机晃动引起的图像波动。
然而，在JP H8-29739A披露的摄像机中，由于校正像机晃动的光学系统置于变焦透镜之前，因此用于校正像机晃动的该光学系统的透镜直径就变得很大。因而，摄像机本身变得较大，而且加在驱动系统上的负载也变得较大，这对于使摄像机更小、更轻且减少其能量消耗而言是不利的。
另外，在JP H7-128619A披露的摄像机中，通过垂直于光轴平移相对图像平面而固定的第三透镜组的一些透镜来校正由像机晃动引起的图像波动，从而就尺寸而言，与校正像机晃动的光学系统置于变焦透镜之前的摄像机相比这是有利的，然而由于第三透镜组的一部分是移动的，因此在校正像机晃动期间色差的恶化就不可避免。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的上述问题，提出一种由四个透镜组构成的变焦透镜，其中在变焦和聚焦时照像机的晃动可以通过沿相对于光轴的垂直方向平移相对于图像平面作为一个整体固定的第三透镜组来进行校正。这种变焦透镜还可以避免像机晃动校正期间色差的恶化。另外，本发明还提出一种使用这种变焦透镜的摄像机和数码照像机，其可以具有较小的尺寸、较轻的重量以及可以节能。
为了实现上述目的，依照本发明变焦透镜的第一种结构包括：
第一透镜组，包括以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜、以及具有正折射率的透镜，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜、和具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜构成，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜，具有负折射率的透镜以及具有正折射率的透镜构成，该第四透镜组具有整体上正的折射率，而且在光轴上进行平移，以当第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时，维持在偏离参考平面的某一位置处进行波动的图像平面。
其中，所述第二透镜组是由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凹弯月形透镜、凹透镜、双凸透镜以及凹透镜构成，而且包括至少一个非球面；
所述第三透镜组包括一具有胶合面的胶合透镜，该胶合透镜的凸表面正对着图像平面侧，所述第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动，该第三透镜组包括至少一个非球面；以及
所述第四透镜组包括至少一个非球面。
依照变焦透镜的第一种结构，就可以提供具有像机晃动校正功能的变焦透镜，其能够在像机晃动期间避免色差的恶化，而且可以具有较小的尺寸，较轻的重量以及可以节省电力。
另外，在本发明变焦透镜的第一种结构中，优选的是，第四透镜组由一个凹透镜、一个凸透镜和一个凹透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，而且所有这些透镜胶合在一起。
另外，优选的是，在本发明变焦透镜的第一种结构中，第四透镜组由三个透镜构成，而且这些透镜胶合在一起，当从目标侧看，在第四透镜组的第二个透镜其厚度为10nm的部分处，τ370表示波长为370nm的光的透射率，τ380表示波长为380nm的光的透射率时，满足下式(1)和(2)的条件。
0.02＜τ370＜0.2                                  (1)
0.2＜τ380＜0.55                                  (2)
通过配置具有三个透镜的第四透镜组，诸如色差之类的像差就可以被有利地校正。同时，由于所有三个透镜胶合在一起对应于组合一个透镜，因此还可以降低容差。
式(1)和(2)确定位于胶合透镜中间的透镜的紫外线(UV)波长区域内的透射率。对于胶合三个透镜而言，如图1所示，首先将两个透镜胶合在一起，然后将第三个透镜胶合在其上。当胶合第三个透镜时，先前胶合的部分也被UV辐射。从而这就导致过量的UV辐射，因而第一胶合表面处的强度就恶化，而且会导致粘合面的剥离。因此，考虑到中间透镜的材料，就需要确定UV波长区域内的透射率。当超过式(1)和(2)的上限时，UV波长区域内的透射率急剧增加，从而致使很难能有利地胶合这三个透镜。相反，当低于式(1)和(2)的下限时，永久固化所需的充分UV辐射就不能进行，因而先前胶合的部分就没有足够的强度，可能容易剥离。
依照本发明变焦透镜的第二种结构包括：
第一透镜组，包括以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜，以及具有正折射率的透镜，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜、具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜构成，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜，具有负折射率的透镜以及具有正折射率的透镜构成，该第四透镜组具有整体上正的折射率，而且在光轴上进行平移，以当第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时，维持在偏离参考平面的特定位置处进行波动的图像平面。
其中，第二透镜组包括至少一个非球面；
其中第三透镜组由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的包括凸透镜、凹透镜和凸透镜的三个单透镜构成，而且可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动，该第三透镜组包括至少一个非球面；以及
其中第四透镜组由三个单透镜构成，而且包括至少一个非球面。
依照变焦透镜的该第二种结构，尤其是通过用单个的单透镜来配置第三和第四透镜组，就可以增加设计参数来提供性能的改善。
依照本发明变焦透镜的第三种结构包括：
第一透镜组，包括以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜，以及具有正折射率的透镜，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜，和具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜构成，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，在光轴上进行平移，以当第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时，维持在偏离参考平面的某一位置处进行波动的图像平面。
其中，所述第二透镜组是由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凹弯月形透镜、双凹透镜、双凸透镜以及凸透镜构成，而且包括至少一个非球面；
其中第三透镜组由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的双凸透镜以及包括凸透镜和凹透镜的胶合透镜构成，所述第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动，该第三透镜组包括至少一个非球面；以及
其中第四透镜组由一个凸透镜构成，而且包括至少一个非球面。
依照变焦透镜的第三种结构，通过用一个凸透镜来配置第四透镜组，降低了生产成本，而且装配容差也可以减轻。
在本发明的变焦透镜的第一至第三种结构中，优选的是，当RIH表示图像高度、f1表示第一透镜组的焦距以及f2表示第二透镜组的焦距时，满足下式(3)和(4)的条件。
2.0＜|f2/RIH|＜3.0                             (3)
0.16＜|f2/f1|＜0.22                           (4)
式(3)是适当地确定第二透镜组的焦距和实现高性能及尺寸缩小的条件。由于所需的焦距依据帧尺寸而变化，因此用帧尺寸对其进行标准化。当超过式(3)的上限，变焦时在第二透镜组平移期间像差的变化就被减轻，但平移距离变大，由此阻碍尺寸的减小。
式(4)确定第一透镜组的焦距，它是在满足式(3)后需要的。当超过式(4)的上限时，第一透镜组就会具有过量的放大率，从而产生杂光。尤其是从标准位置到远端时，较下面光束的杂光(flare)很容易会出现。当低于式(4)的下限时，会产生较少杂光。但是，由于第一透镜组的能力被过分地减弱，因此在远端处很容易产生纵向色差。
在本发明变焦透镜的第一至第三种结构中，优选地，当f1表示第一透镜组的焦距，f11-22表示从目标侧看第一透镜组的第一透镜和第二透镜的组合焦距时，满足下式(5)的条件。
3.2＜f11-12/f1＜5.0                   (5)
式(5)是有利地校正远端处纵向色差和彗形象差的条件。当超过式(5)的上限时，胶合面的能力会减弱，因而不可能获得充分的消色差性。结果，远端处的纵向色差就被放大。相反，低于式(5)的下限时，由于胶合面的能力相对于整个焦距过于强大，因此从标准位置到远端时很容易产生彗形像差。
在本发明变焦透镜的第一至第三种结构的中，优选地，当f13表示从目标侧看第一透镜组的第三透镜的焦距，f132表示从目标侧看正对图像平面的第一透镜组的第三透镜表面的焦距时，满足下式(6)的条件。
-2.5＜f132/f13＜-1.5                      (6)
式(6)是有利地校正失真和彗形像差的条件。当超过式(6)的上限时，像散会被校正过度，从而加大桶形失真。当低于式(6)的下限时，慧形杂光很容易出现，从而加大枕形畸变。
在本发明变焦透镜的第一至第三种结构的中，优选地，当dsag2i1表示从目标侧看在第二透镜组第i-th个非球面其10％有效孔径处的非球面量(aspheric amount)，以及dsag2i9表示从目标侧看在第二透镜组第i-th个非球面其90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(7)的条件。
-0.23＜dsag2i1/dsag2i9＜-0.10                  (7)
式(7)是有利地校正慧形像差的条件。在非球面被用作凹面的情形中，超过式(7)的上限时，有效孔径附近的非球面量被过多地减少，从而尤其是在从广角端到标准位置范围内位于图像平面周围，较低光束的慧形杂光(coma flare)不会被充分地校正。相反，当低于式(7)的下限时，慧形杂光会被过度地校正。当非球面被用作凸面时，操作会以反向的方式进行。
在本发明变焦透镜的第一至第三种结构的中，优选的是，第二透镜组的非球面设置得距图像平面侧最近，而且凹面正对着图像平面侧。依照这个优选实施例，由于在设置得距图像平面最近的第二透镜组的表面上离轴主光束高度变低，因此慧形像差可以被校正，同时不会对像散有太多的影响。另外，由于凹面正对着图像平面侧，因此在广角端与标准位置之间的位置处出现的枕形畸变就被有利地校正。
在本发明变焦透镜的第一至第三种结构的中，还优选的是，当dsag3i1表示从目标侧看在第三透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag3i9表示从目标侧看在第三透镜组第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(8)的条件。
-0.24＜dsag3i1/dsag3i9＜-0.15                      (8)
式(8)是有利地校正球面像差的条件。第三透镜组对纵向性能有特别显著的影响，在其位置处光通量具有大的直径。在非球面被用作凸表面的情形中，超过式(8)的上限时，光轴上的光束会被过度校正。而低于式(8)的下限时，光轴上的光束不会被充分地校正。当非球面被用作凹表面时，操作以相反的方式进行。
在本发明的变焦透镜的第一至第三种结构中，还优选的是，当dsag4i1表示从目标侧看在第四透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag4i9表示从目标侧看在第四透镜组第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(9)的条件。
-0.45＜dsag4i1/dsag4i9＜-0.13                     (9)
式(9)是有利地校正慧形像差的条件。第四透镜组对离轴光束的性能，特别是对上部光束的性能具有很显著的影响。在非球面被用作凸表面的情形中，超过式(9)的上限时，在周边的非球面量会过量地减少，因而在图像平面周边的离轴上部光束(upper light beam)会被过度校正。相反，低于式(9)的下限时，校正会不充分。当非球面被用作凹表面时，操作以相反的方式进行。
在本发明的变焦透镜的第一至第三种结构中，还优选的是，当RIH表示图像高度，Sgi表示第三透镜组中每个透镜的比重以及CLi表示第三透镜组中每个透镜的透镜直径时，满足下式(10)的条件。
&Sigma; i = 1 n ( Sgi &CenterDot; CL i 2 ) / RIH < 50 - - - ( 10 )
第三透镜组作为一个整体沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间图像的波动。当校正像机晃动时，由于经常性操作该透镜组，能量消耗会随重量的增加而增大。由于还必需有推力，因此就需要一个尺寸较大的驱动器。式(10)是用公式表示第三透镜组重量的情况。透镜重量与比重和透镜直径的平方成正比。透镜的尺寸依据图像的高度而变化，而且，由于应用的驱动器的允许尺寸可以改变，因而用图像高度来将透镜尺寸标准化。超过式(10)的上限时，镜筒和能量消耗都过度地增大。
依照本发明的摄像机被配置成具有变焦透镜的摄像机，其中使用本发明的变焦透镜。
依照本发明的数码照像机被配置成具有变焦透镜的数码照像机，其中使用本发明的变焦透镜。
附图的简要说明
图1A和图1B是示出胶合三个透镜的方法的示意图；
图2是示出依照本发明具有像机晃动校正功能的变焦透镜的基本结构框图；
图3是示出依照本发明实施例1的变焦透镜的结构布置图；
图4A-4E示出本发明实施例1中变焦透镜广角端的像差图；
图5A-5E示出本发明实施例1中变焦透镜的标准位置的像差图；
图6A-6E示出本发明实施例1中变焦透镜远端的像差图；
图7A-7C示出本发明实施例1中在远端的像机晃动校正期间的像差图；
图8A-8E示出本发明实施例2中变焦透镜的广角端的像差图；
图9A-9E示出本发明实施例2中变焦透镜的标准位置的像差图；
图10A-10E示出本发明实施例2中变焦透镜的远端的像差图；
图11A-11C示出本发明实施例2中在远端的像机晃动校正期间的像差图；
图12是示出依照本发明实施例3的变焦透镜结构的布置图；
图13A-13E示出本发明实施例3中变焦透镜广角端的像差图；
图14A-14E示出本发明实施例3中变焦透镜标准位置的像差图；
图15A-15E示出本发明实施例3中变焦透镜远端的像差图；
图16A-16C示出本发明实施例3中在远端的像机晃动校正期间的像差图；
图17是示出依照本发明实施例4的变焦透镜结构的布置图；
图18A-18E示出本发明实施例4中变焦透镜广角端的像差图；
图19A-19E示出本发明实施例4中变焦透镜标准位置的像差图；
图20A-20E示出本发明实施例4中变焦透镜远端的像差图；
图21A-21C示出本发明实施例4中在远端的像机晃动校正期间的像差图；
图22是示出依照本发明第四实施例的摄像机的结构布置图；
图23是示出依照本发明第五实施例的数码照像机的结构透视图。
具体实施方式
下面参看几种实施例来更加详细地说明本发明。
图2示出依照本发明具有像机晃动校正功能的变焦透镜的基本结构。如图2中所示，本发明的变焦透镜包括四个透镜组：第一透镜组，第二透镜组，第三透镜组和第四透镜组，以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置。在该例中，第二透镜组进行变焦，第四透镜组进行焦距调节。而且，通过沿光轴的垂直方向平移第三透镜组，来校正像机晃动过程中的图像波动。
(第一实施例)
本实施例中的变焦透镜包括：
第一透镜组，包括以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜、以及具有正折射率的透镜，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凹面弯月形透镜、凹透镜、双凸透镜以及凹透镜构成，该第二透镜组具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜、和具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜构成，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜、具有负折射率的透镜以及具有正折射率的透镜构成，该第四透镜组具有整体上正的折射率，而且在光轴上进行平移，以当第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时，维持在偏离参考平面的某一位置处进行波动的图像平面。
第三透镜组包括一具有胶合面的胶合透镜，其凸面正对着图像平面侧，而且可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动。
另外，第二透镜组、第三透镜组或第四透镜组包括至少一个非球面。
应当注意，这类非球面采用下面的公式1进行定义(这同样适用于下面的第二和第三实施例)。
(公式1)
SAG = H 2 / R 1 + 1 - ( 1 + K ) ( H / R ) 2 + D &CenterDot; H 4 + E &CenterDot; H 6 + F &CenterDot; H 8 + G &CenterDot; H 10
在公式1中，H表示距光轴的高度，SAG表示距光轴H高度处的非球面的顶点的距离，R表示非球面顶点处的曲率半径，K表示锥形常数(conic constant)，D，E，F，G表示非球面系数。
优选地，第四透镜组是由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凹透镜、凸透镜和凹透镜构成，并且所有的这些透镜胶合在一起。
在本实施例的这种变焦透镜中，第四透镜组的所有透镜胶合在一起，而且，优选的是，当从目标侧看，在第四透镜组的第二个透镜其厚度为10nm的部分处，τ370表示波长为370nm的光的透射率，τ380表示波长为380nm的光的透射率时，满足下式(1)和(2)的条件。
0.02＜τ370＜0.2                                    (1)
0.2＜τ380＜0.55                                    (2)
在本实施例的这种变焦透镜中，优选的是，当RIH表示图像高度、f1表示第一透镜组的焦距以及f2表示第二透镜组的焦距时，满足下式(3)和(4)的条件。
2.0＜|f2/RIH|＜3.0                                  (3)
0.16＜|f2/f1|＜0.22                                (4)
在本实施例的这种变焦透镜中，优选的是，当f1表示第一透镜组的焦距，f11-22表示从目标侧看第一透镜组的第一透镜和第二透镜的组合焦距时，满足下式(5)的条件。
3.2＜f11-12/f1＜5.0                                 (5)
在本实施例的这种变焦透镜中，还优选的是，当f13表示从目标侧看第一透镜组的第三透镜的焦距，f132表示从目标侧看正对图像平面的第一透镜组的第三透镜表面的焦距时，满足下式(6)的条件。
-2.5＜f132/f13＜-1.5                                (6)
在本实施例的这种变焦透镜中，还优选的是，当dsag2i1表示从目标侧看在第二透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量(aspheric amount)，以及dsag2i9表示从目标侧看在第二透镜组第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(7)的条件。
-0.23＜dsag2i1/dsag2i9＜-0.10                (7)
在本实施例的这种变焦透镜中，还优选第二透镜组的非球面设置得离图像平面侧最近，而且凹面正对图像平面侧。
在本实施例的这种变焦透镜中，还优选的是，当dsag3i1表示从目标侧看在第三透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag3i9表示从目标侧看在第三透镜组第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(8)的条件。
-0.24＜dsag3i1/dsag3i9＜-0.15                           (8)
在本实施例的这种变焦透镜中，还优选的是，当dsag4i1表示从目标侧看在第四透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag4i9表示从目标侧看在第四透镜组第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(9)的条件。
-0.45＜dsag4i1/dsag4i9＜-0.13                          (9)
在本实施例的这种变焦透镜中，还优选的是，当RIH表示图像高度，Sgi表示第三透镜组中每个透镜的比重以及CLi表示第三透镜组中每个透镜的透镜直径时，满足下式(10)的条件。
&Sigma; i = 1 n ( Sgi &CenterDot; CL i 2 ) / RIH < 50 - - - ( 10 )
下面是对依照本实施例的变焦透镜的更详细说明，用具体的示例来描述本实施例。
(示1)
下面的表1示出依照本示例的变焦透镜的具体数值示例。
[表1]
  组   表面   r   d   n   v   Sg   CL
1   12345   52.57429.062-428.26328.20493.817   1.306.000.153.80可变   1.846661.487491.77250   23.970.449.6
2   6789101112   93.8176.295-20.692100.00027.934-13.28279.253   0.703.550.700.202.501.00可变   1.806101.696801.846661.66547   33.355.623.955.2
  孔径光阑   13   --------   1.65
3   1415161718   9.655-19.00119.879-700.0008.208   2.502.351.300.70可变   1.606021.487491.84666   57.570.423.9   3.092.453.49   3.753.603.40
  4   19202122   11.189700.00036.974-38.063   1.701.001.80可变   1.696801.805181.60602   55.625.457.5
  5   2324   ∞∞   2.70-   1.51633   64.1
在表1中，r(mm)表示透镜表面的曲率半径，d(mm)表示透镜厚度或透镜间的空气距离，n表示d线处透镜的折射率，v表示d线处透镜的阿贝值(这同样适用于下面的示例2至4)。
下面的表2列出本示例的变焦透镜的非球面系数。
[表2]
  表面   12   14   15   22
  K   0.00000E+00   -3.45053E-01   -2.50386E+00   -1.83155E+02
  D   -1.23365E-04   -2.55575E-04   -8.71189E-05   -2.16340E-04
  E   -1.24521E-06   2.29320E-06   5.71117E-07   1.48111E-05
  F   3.06330E-08   -6.14819E-07   -4.72710E-07   -3.17582E-07
  G   -1.68776E-09   4.25557E-09   0.00000E+00   0.00000E+00
下面的表3列出在当从透镜顶端测量时物点位于无限远处的情形下，通过变焦可以改变的空气距离(mm)。在下表3中，标准位置是第二透镜组的放大比变成×-1时所处的位置。在下面的表3中，f(mm)，F/No和ω(°)分别表示在表1中变焦透镜的广角端、标准位置以及远端处的焦距、F值和入射半场角(这同样适用于下面的示例2至4)。
[表3]
  广角端   标准   远端
  f   4.658   23.539   55.300
  F/NO   2.840   2.826   2.832
  2ω   64.718   13.474   5.726
  d5d10d14d19   0.70026.5007.5002.000   20.7367.4644.1555.345   26.5001.7007.4402.060
图3示出基于上述表1中示出的数据所构造的变焦透镜。在图3中，用r1-r5表示的透镜的组合构成第一透镜组，用r6-r12表示的透镜的组合构成第二透镜组，用r14-r18表示的透镜的组合构成第三透镜组，以及用r19-r22表示的透镜的组合构成第四透镜组。同时，在图3中，用r23和r24表示的光学部件是等同于光学低通滤波器和CCD面板的平板。
图4至6是本示例中的变焦透镜的广角端、标准位置以及远端处的像差图。在这些附图中，A是球面像差图，示出位于d线处的数值。B是像散图，实线曲线表示矢形图像平面曲率，虚线曲线表示经向图像平面曲率。C是失真图。D是纵向色差图，实线图线表示d线的数值，短的虚线曲线表示F线的数值，长的虚线曲线表示C线的数值。E是横向色差图，短的虚线曲线表示F线的数值，长的虚线曲线表示C线的数值(这些都适用于下面的示例2至4)。
从图4至6的像差图可以看出，本示例的变焦透镜具有充分的像差校正能力来获得高分辨率。
图7A-7C示出在远端处像机晃动校正为0.31度期间的像差图。图7A是相对图像高度为0.75处的横向像差图，图7B是图像平面中心处的横向像差图，图7C是相对图像高度为-0.75处的横向像差图，其中实线曲线表示d线的数值，短的虚线曲线表示F线的数值，长的虚线曲线表示C线的数值，点虚线表示g线的数值(这些同样适用于下面的示例2至4)。
从图7A至7C所示的像差图可以看出，本示例的变焦透镜即使在校正像机晃动期间也具有有利的像差性能。
下面是本示例的变焦透镜满足各个条件式的数值。
τ370＝0.14
τ380＝0.48
|f2/RIH|＝2.912
|f2/f1|＝0.197
f11-12/f1＝4.84
f132/f13＝-2.385
dsag211/dsag219＝-0.186
dsag311/dsag319＝-0.176
dsag321/dsag329＝-0.218
dsag411/dsag419＝-0.181
&Sigma; i = 1 n ( Sgi &CenterDot; CL i 2 ) / RIH = 41.3
(示例2)
下面的表4示出依照本示例的变焦透镜的具体数值例。
[表4]
  组   表面   r   d   n   v   Sg   CL
1   123   54.72529.679-307.125   1.306.000.15   1.846661.48749   23.970.4
  45   28.21292.607   3.80可变   1.77250   49.6
2   6789101112   92.0676.314-17.642-70.00030.350-13.03640.000   0.703.550.700.202.501.00可变   1.806101.696801.846661.66547   33.355.623.955.2
  孔径光阑   13   ---------   1.65
3   1415161718   9.504-17.91326.391-700.0008.314   2.502.351.300.70可变   1.606021.487491.84666   57.570.423.9   3.092.453.49   3.703.403.20
  4   19202122   10.867700.00032.370-34.831   1.701.001.80可变   1.696801.846661.60602   55.623.957.5
  5   2324   ∞∞   2.70-   1.51633   64.1
下面的表5列出本示例的变焦透镜的非球面系数。
[表5]
  表面   12   14   15   22
  K   0.00000E+00   -3.92587E-01   -2.56247E+00   -1.34562E+02
  D   -1.34759E-04   -2.59655E-04   -8.58969E-05   -1.82759E-04
  E   -1.15418E-06   2.00442E-06   9.52159E-08   1.30906E-05
  F   1.95786E-08   -6.71309E-07   -5.51053E-07   -2.63083E-07
  G   -1.44027E-09   2.57405E-09   0.00000E+00   0.00000E+00
下面的表6列出在当从透镜顶端测量时物点位于无限远处时，通过变焦可以改变的空气距离(mm)。
[表6]
  广角端   标准   远端
  f   4.687   23.835   55.776
  F/NO   2.843   2.834   2.838
  2ω   64.304   13.286   5.668
  d5d10d14d19   0.70026.5007.5002.000   20.7457.4554.1265.374   26.5001.7007.4692.301
图8至10是本示例中变焦透镜的广角端、标准位置和远端的像差图。
从图8至10的像差图可以看出，本示例的这种变焦透镜具有充分的像差校正能力来获得高分辨率。
图11A-11C示出在远端处像机晃动校正为0.30°期间的像差图。
从图11A-11C所示的像差图可以看出，本示例的变焦透镜即使在校正像机晃动期间也具有有利的像差性能。
下面是本示例的变焦透镜的条件表达式的数值。
τ370＝0.03
τ380＝0.27
|f2/RIH|＝2.908
|f2/f1|＝0.197
f11-12/f1＝4.786
f132/f13＝-2.341
dsag211/dsag219＝-0.193
dsag311/dsag319＝-0.218
dsag321/dsag329＝-0.178
dsag411/dsag419＝-0.177
&Sigma; i = 1 n ( Sgi &CenterDot; CL i 2 ) / RIH = 38.0
(第二实施例)
本实施例的变焦透镜包括：
第一透镜组，包括以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜、以及具有正折射率的透镜，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凸透镜、凹透镜和凸透镜构成，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有正折射率的透镜、具有负折射率的透镜以及具有正折射率的透镜构成，该第四透镜组具有整体上正的折射率，而且在光轴上进行平移，以当第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时，维持在偏离参考平面的某一位置处进行波动的图像平面。
第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动。
另外，第二透镜组、第三透镜组或第四透镜组包括至少一个非球面。
同时，在本实施例的这种变焦透镜中，优选满足条件式(3)至(10)。
对于本实施例的这种变焦透镜，还优选第二透镜组的非球面设置得离图像平面侧最近，而且凹面正对图像平面侧。
下面是对依照本实施例的变焦透镜的更详细说明，用具体的示例来描述本实施例。
(示例3)
下面的表7示出依照本示例的变焦透镜的具体数值例。
[表7]
  组   表面   r   d   n   v   Sg   CL
1   12345   54.82530.271-215.25126.91977.730   1.305.450.153.80可变   1.846661.487491.77250   23.970.449.6
2   6789101112   82.3076.223-28.39264.54122.584-16.04340.111   0.703.550.700.242.091.00可变   1.806101.696801.846661.66547   33.355.623.955.2
  孔径光阑   13   ---------   1.60
3   141516171819   8.141-72.29530.1876.98213.46780.263   1.722.320.700.601.58可变   1.606021.717361.51823   57.529.559.0   3.093.082.53   3.903.603.50
  4   202122232425   9.0872324.588-308.4418.25410.330-122.862   1.700.200.700.451.82可变   1.834001.846661.60602   37.323.957.5
  5   2627   ∞∞   3.30-   1.51633   64.1
下面的表8列出本实施例的变焦透镜的非球面系数。
[表8]
  表面   12   14   15
  K   -2.40539E+01   -3.39446E-02   2.94679E-01
  D   -9.44918E-05   -1.83964E-04   -1.44338E-04
  E   -1.74618E-06   7.45147E-07   1.40336E-06
  F   -2.30285E-08   -1.53778E-07   -1.25465E-07
  G   -5.50990E-10   3.37757E-09   3.72879E-09
下面的表9列出在当从透镜顶端测量、物点位于无限远处时，通过变焦可以改变的空气距离(mm)。
[表9]
  广角端   标准   远端
  f   4.690   24.135   55.731
  F/NO   2.840   2.863   2.829
  2ω   64.346   13.242   5.722
  d5d10d14d19   0.70027.5007.5002.000   20.7337.4673.8465.654   26.5001.7007.4412.069
图12示出基于上述表7中的数据所构造的变焦透镜。在图12中，用r1-r5表示的透镜的组合构成第一透镜组，用r6-r12表示的透镜的组合构成第二透镜组，用r14-r19表示的透镜的组合构成第三透镜组，以及用r20-r25表示的透镜的组合构成第四透镜组。在图12中，用r26和r27表示的光学部件是等同于光学低通滤波器和CCD面板的一些面板。
图13至15是本示例中的变焦透镜其广角端、标准位置以及远端处的像差图。
从图13至15的像差图可以看出，本示例的变焦透镜具有充分的像差校正能力来获得非常高的分辨率。
图16A-16C示出在远端处像机晃动校正为0.33度期间的像差图。
从图16A-16C示出的像差图可以看出，本示例的变焦透镜即使在校正像机晃动期间也具有有利的像差性能。
下面是本示例的变焦透镜的条件表达式的数值。
|f2/RIH|＝2.911
|f2/f1|＝0.197
f11-12/f1＝4.725
f132/f13＝-1.949
dsag211/dsag219＝-0.159
dsag311/dsag319＝-0.210
dsag411/dsag419＝-0.185
&Sigma; i = 1 n ( Sgi &CenterDot; CL i 2 ) / RIH = 42.2
(第三实施例)
本实施例中的变焦透镜包括：
第一透镜组，包括以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜、以及具有正折射率的透镜，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的凹弯月形透镜，双凹透镜，双凸透镜以及凸透镜构成，该第二透镜组具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由以从目标侧到图像平面侧的顺序而设置的双凸透镜，以及包括凸透镜和凹透镜的粘合透镜构成，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由单(凸)透镜构成，在光轴上进行平移，以当第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时，维持在偏离参考平面的特定位置处进行波动的图像平面。
第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移，以校正像机晃动期间的图像波动。
另外，第二透镜组、第三透镜组或第四透镜组包括至少一个非球面。
同时，在本实施例的这种变焦透镜中，优选满足条件式(3)至(10)。
同时，在本实施例的这种变焦透镜中，还优选第二透镜组的非球面设置得离图像平面侧最近，而且凹面正对图像平面侧。
下面是对依照本实施例的变焦透镜的更详细说明，用具体的示例来描述本实施例。
(示例4)
下面的表10示出依照本示例的变焦透镜的具体数值例。
[表10]
  组   表面   r   d   n   v   Sg   CL
1   12345   64.85527.412-149.17122.68157.358   1.306.550.153.95可变   1.846661.603111.77250   23.960.749.6
2   6789101112   57.3586.027-11.43124.99315.528-15.52897.011   0.702.751.000.552.200.70可变   1.834001.665471.805181.69680   37.255.225.455.6
  孔径   13   --------   2.10
  光阑   -
3   1415161718   10.701-15.8568.530-700.0007.086   2.703.402.300.70可变   1.514501.487491.84666   63.170.423.9   2.392.453.49   3.903.603.50
  4   1920   9.433-51.188   2.50可变   1.60602   57.4
  5   2122   ∞∞   2.70-   1.51633   64.1
下面的表11列出本示例的变焦透镜的非球面系数。
[表11]
  表面   8   14   15   19   20
  K   2.90787E-01   -1.39931E+00   -9.66288E-01   -5.30841E-01   -4.53023E+01
  D   7.42659E-05   -1.76234E-04   -1.07190E-04   2.18369E-05   5.43407E-05
  E   -9.45583E-06   5.34872E-07   -1.16524E-06   4.25755E-06   4.79802E-06
  F   4.14403E-07   -5.48708E-07   -4.24862E-07   -1.82715E-07   -2.64861E-07
  G   -1.09933E-08   8.94570E-09   4.56042E-09   1.22783E-09   1.26562E-09
下面的表12列出在当从透镜顶端测量、物点位于无限远处时，通过变焦可以改变的空气距离(mm)。
[表12]
  广角端   标准   远端
  f   4.674   22.932   56.934
  F/NO   2.816   2.711   2.818
  2ω   65.030   13.890   5.534
  d5d10d14   1.00021.5007.200   16.5475.9533.314   21.0601.4407.298
  d19   1.000   4.869   0.902
图17示出基于上述表7中的数据所构造的变焦透镜。在图17中，用r1-r5表示的透镜的组合构成第一透镜组，用r6-r12表示的透镜的组合构成第二透镜组，用r14-r18表示的透镜的组合构成第三透镜组，以及用r19-r20表示的透镜的组合构成第四透镜组。在图17中，用r21和r22表示的光学部件是等同于光学低通滤波器和CCD面板的一些面板。
图18至20是本示例中的变焦透镜其广角端、标准位置以及远端处的像差图。
从图18至20的像差图可以看出，本示例的变焦透镜具有充分的像差校正能力来获得非常高的分辨率。
图21A-21C示出在远端处像机晃动校正为0.31度期间的像差图。
从图21A-21C示出的像差图可以看出，本示例的变焦透镜即使在校正像机晃动期间也具有有利的像差性能。
下面是本示例的变焦透镜的条件表达式的数值。
|f2/RIH|＝2.261
|f2/f1|＝0.186
f11-12/f1＝3.597
f132/f13＝-1.605
dsag211/dsag219＝-0.131
dsag311/dsag319＝-0.196
dsag321/dsag329＝-0.219
dsag411/dsag419＝-0.418
dsag421/dsag429＝-0.152
&Sigma; i = 1 n ( Sgi &CenterDot; CL i 2 ) / RIH = 42.4
(第四实施例)
图22是示出依照本发明第四实施例的摄像机的结构的布置图。
如图22所示，依照本实施例的这种摄像机包括在变焦透镜221的图像平面侧依次设置的变焦透镜221、低通滤波器222和成像元件223。取景器225通过信号处理电路224连接到成像元件223。此处，对于变焦透镜221，采用示例1中具有像机晃动校正功能的变焦透镜(参看图3)，因而就可以实现体积小、重量轻而且又能节省电力的摄像机。另外，用于检测像机晃动的传感器227通过一个驱动器连接到变焦透镜221的第三透镜组，该驱动器用于沿相对于光轴垂直的方向平移第三透镜组。
应当注意，在本实施例中，使用的是如图3所示示例1的变焦透镜，然而，也可以替代地使用任何例如示例2-4的变焦透镜。
(第五实施例)
图23示出依照本发明第五实施例的数码照像机的结构。
在图23中，231表示示例1具有像机晃动校正功能的变焦透镜(图3)。另外，232表示伸缩式镜筒，233表示光学取景器，以及234表示快门。
应当注意，在本实施例中，使用的是如图3所示示例1的变焦透镜，然而，也可以替代地使用任何例如示例2-4的变焦透镜。

Claims (16)

1.一种变焦透镜，包括：
第一透镜组，由具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜、以及具有正折射率的透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由具有正折射率的透镜、和具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由具有正折射率的透镜、具有负折射率的透镜以及具有正折射率的透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，该第四透镜组具有整体上正的折射率，而且在光轴上被平移，从而维持在第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时、在偏离参考平面的某一位置处波动的图像平面；
其中，所述第二透镜组是由一个凹弯月形透镜、一个凹透镜、一个双凸透镜以及一个凹透镜构成，并包括至少一个非球面，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置；
其中，所述第三透镜组包括一具有胶合面的胶合透镜，该胶合透镜的凸表面正对着图像平面侧，所述第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移、以校正像机晃动期间的图像波动，并包括至少一个非球面；
其中，所述第四透镜组包括至少一个非球面；以及
其中，当f1表示第一透镜组的焦距，f11-22表示从目标侧看第一透镜组的第一透镜和第二透镜的组合焦距时，满足下式(5)的条件：
3.2＜f11-12/f1＜5.0                            (5)。
2.依照权利要求1的变焦透镜，其中，所述第四透镜组由一个凸透镜、一个凹透镜和一个凸透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，而且所有这些透镜胶合在一起。
3.依照权利要求1的变焦透镜，其中，所述第四透镜组由三个透镜构成，且所有这些透镜胶合在一起，而且当在厚度为10nm的透镜的一部分处且从目标侧看时该透镜是第四透镜组的第二个透镜、τ370表示波长为370nm的光的透射率和τ380表示波长为380nm的光的透射率时，满足下式(1)和(2)的条件：
0.02＜τ370＜0.2                                  (1)
0.2＜τ380＜0.55                                  (2)。
4.依照权利要求1的变焦透镜，其中，当dsag2i1表示从目标侧看在第二透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag2i9表示从目标侧看在第二透镜组的第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(7)的条件
-0.23＜dsag2i1/dsag2i9＜-0.10                     (7)。
5.依照权利要求1的变焦透镜，其中，所述第二透镜组的非球面是设置在离所述图像平面侧最近的表面，而且所述非球面是正对图像平面侧的凹面。
6.依照权利要求1的变焦透镜，其中，当dsag3i1表示从目标侧看在第三透镜组的第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag3i9表示从目标侧看在第三透镜组的第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(8)的条件：
-0.24＜dsag3i1/dsag3i9＜-0.15                   (8)。
7.依照权利要求1的变焦透镜，其中，当dsag4i1表示从目标侧看在第四透镜组的第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag4i9表示从目标侧看在第四透镜组的第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(9)的条件：
-0.45＜dsag4i1/dsag4i9＜-0.13                  (9)。
8.一种变焦透镜，包括：
第一透镜组，由具有负折射率的透镜和具有正折射率的透镜、以及具有正折射率的透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，该第一透镜组具有整体上正的折射率，且相对于图像平面被固定；
第二透镜组，具有整体上负的折射率，变焦操作通过在光轴上平移该第二透镜组来进行；
孔径光阑，相对于图像平面而固定；
第三透镜组，由具有正折射率的透镜、和具有正折射率的透镜以及具有负折射率的透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，该第三透镜组具有整体上正的折射率，而且在变焦或聚焦时相对于光轴方向而固定；和
第四透镜组，由具有正折射率的透镜、具有负折射率的透镜以及具有正折射率的透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，该第四透镜组具有整体上正的折射率，而且在光轴上被平移，从而维持在第二透镜组在光轴上平移时和当目标移动时、在偏离参考平面的某一位置处波动的图像平面；
其中，所述第二透镜组是由一个凹弯月形透镜、一个凹透镜、一个双凸透镜以及一个凹透镜构成，并包括至少一个非球面，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置；
其中，所述第三透镜组包括一具有胶合面的胶合透镜，该胶合透镜的凸表面正对着图像平面侧，所述第三透镜组可以沿垂直于光轴的方向进行平移、以校正像机晃动期间的图像波动，并包括至少一个非球面；
其中，所述第四透镜组包括至少一个非球面；以及
其中，当f13表示从目标侧看第一透镜组的第三透镜的焦距，f132表示从目标侧看正对图像平面的第一透镜组的第三透镜表面的焦距时，满足下式(6)的条件：
-2.5＜f132/f13＜-1.5                         (6)。
9.依照权利要求8的变焦透镜，其中，所述第四透镜组由一个凸透镜、一个凹透镜和一个凸透镜构成，这些透镜以此顺序从目标侧到图像平面侧而设置，而且所有这些透镜胶合在一起。
10.依照权利要求8的变焦透镜，其中，所述第四透镜组由三个透镜构成，且所有这些透镜胶合在一起，而且当在厚度为10nm的透镜的一部分处且从目标侧看时该透镜是第四透镜组的第二个透镜、τ370表示波长为370nm的光的透射率和τ380表示波长为380nm的光的透射率时，满足下式(1)和(2)的条件：
0.02＜τ370＜0.2                                     (1)
0.2＜τ380＜0.55                                     (2)。
11.依照权利要求8的变焦透镜，其中，当dsag2i1表示从目标侧看在第二透镜组第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag2i9表示从目标侧看在第二透镜组的第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(7)的条件
-0.23＜dsag2i1/dsag2i9＜-0.10               (7)。
12.依照权利要求8的变焦透镜，其中，所述第二透镜组的非球面是设置在离所述图像平面侧最近的表面，而且所述非球面是正对图像平面侧的凹面。
13.依照权利要求8的变焦透镜，其中，当dsag3i1表示从目标侧看在第三透镜组的第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag3i9表示从目标侧看在第三透镜组的第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(8)的条件：
-0.24＜dsag3i1/dsag3i9＜-0.15               (8)。
14.依照权利要求8的变焦透镜，其中，当dsag4i1表示从目标侧看在第四透镜组的第i个非球面的10％有效孔径处的非球面量，以及dsag4i9表示从目标侧看在第四透镜组的第i个非球面的90％有效孔径处的非球面量时，满足下式(9)的条件：
-0.45＜dsag4i1/dsag4i9＜-0.13               (9)。
15.一种包括变焦透镜的摄像机，其中，所用的变焦透镜是依照权利要求1-3、7-10和14-20中任一项的变焦透镜。
16.一种包括变焦透镜的数码照像机，其中，所用的变焦透镜是依照权利要求1-3、7-10和14-20中任一项的变焦透镜。
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