CN1332232C - 图像稳定变焦透镜 - Google Patents

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Abstract

一个变焦透镜包括，第一个透镜单元(1)，具有正折射率并且相对于像平面是固定的；第二个透镜单元(2)，具有负折射率并且在沿着光轴移动的时候产生可变折射率效果；孔径光阑(6)，相对于像平面固定；第三个透镜单元(3)，具有正折射率并且在变焦和调焦的时候相对于光轴方向是固定的；第四个透镜单元(4)，具有负折射率并且相对于像平面是固定的；第五个透镜单元(5)，具有正折射率，并且可以沿着光轴移动，这使得像平面因第二个透镜单元沿光轴的移动以及物体的移动而发生位移时能够相对于参考平面保持一个恒定的距离。整个第三个透镜单元沿着垂直于光轴的方向是可以移动的。满足条件0.035＜|βw·βt/Z|＜0.075，其中βw：第二个透镜单元在广角端的放大率；βt：第二个透镜单元在摄远端的放大率；Z：变焦率。

Description

图像稳定变焦透镜
技术领域
本发明涉及一种用于摄像机等的高放大率，高图像质量的变焦透镜，并且该变焦透镜对于由手的振动等引起的图像抖动具有光学稳定的功能。
背景技术
通常，防止由于手的运动等引起的图像抖动的图像稳定功能在图像拾取系统例如摄像机中已经变得不可或缺，并且已经提出各种类型的图像稳定光学系统。
例如，如在JP H08-29737A中所公开的，已知一种类型，其中在变焦透镜前面安装了一个用于图像稳定且设置了两个透镜的光学系统，并且通过相对光轴垂直移动这些透镜中的一个来稳定图像抖动。
此外，如JP H07-128619A中所公开的，已知一种类型，其中，在一个由四个透镜单元构成的变焦透镜中，由于手的运动造成的图像抖动是通过相对于光轴垂直移动由多个透镜构成的第三透镜单元中的一部分来稳定的。
然而，在JP H08-29737A中所公开的类型中，用来图像稳定的光学系统是安装在变焦透镜的前面，这使得用于图像稳定的光学系统的透镜直径变大了。此外，整个设备也因此变大了，这样增加了致动器的负载。由于这个原因，它对微型化，减轻重量和节约能量是不利的。
在JP H07-128619A中所公开的类型中，为了防止图像抖动而稳定图像，相对于像平面固定的三个单元中的一部分可以垂直于光轴移动，这样它在尺寸上与那种用于稳定图像的光学系统装在变焦透镜前面的那种类型相比是有利的。然而，用于图像稳定的透镜单元是由三个透镜构成的，这加大了致动器上的负载，也使得变焦率(zoom ratio)小于大约10倍的因子。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有五个透镜单元的变焦透镜，变焦率能够随之制造得足够大，同时具有用来稳定图像的紧凑透镜单元(compact lens unit)，并且其能够校正像差，这对实际应用是足够的。
本发明所述的变焦透镜包括：按照从物体一侧开始的顺序，整体上具有正折射率并且相对于像平面固定的第一个透镜单元；整体上具有负折射率并且当沿着光轴移动的时候产生可变折射率作用(variablepower action)的第二个透镜单元；相对于像平面固定的孔径光阑；整体上具有正折射率并且在变焦和聚焦时相对于光轴固定的第三个透镜单元；整体上具有负折射率并且相对于像平面固定的第四个透镜单元；以及整体上具有正折射率的第五个透镜单元，并且该第五个透镜单元可以沿着光轴移动使得因第二个透镜单元沿光轴的移动以及物体的移动而发生位移的像平面相对于参考平面保持固定的位置。为了稳定图像，整个第三个透镜单元可沿着垂直于光轴的方向移动。满足下列条件，
0.035＜|βw·βt/Z|＜0.075    (1)
βw：第二个透镜单元在广角端的放大率
βt：第二个透镜单元在摄远端的放大率
Z：变焦率。
附图简介
图1是本发明一个实施例中的图像稳定变焦透镜的透镜设置的侧视图；
图2A到2E示出了例1中的变焦透镜位于广角端的像差图；
图3A到3E示出了例1中的变焦透镜位于标准位置的像差图；
图4A到4E示出了例1中的变焦透镜位于摄远端的像差图；
图5A到5E示出了例2中的变焦透镜位于广角端的像差图；
图6A到6E示出了例2中的变焦透镜位于标准位置的像差图；
图7A到7E示出了例2中的变焦透镜位于摄远端的像差图；
图8A到8E示出了例3中的变焦透镜位于广角端的像差图；
图9A到9E示出了例3中的变焦透镜位于标准位置的像差图；
图10A到10E示出了例3中的变焦透镜位于摄远端的像差图；
图11A到11E示出了例4中的变焦透镜位于广角端的像差图；
图12A到12E示出了例4中的变焦透镜位于标准位置的像差图；
图13A到13E示出了例4中的变焦透镜位于摄远端的像差图；
图14A到14E示出了例5中的变焦透镜位于广角端的像差图；
图15A到15E示出了例5中的变焦透镜位于标准位置的像差图；
图16A到16E示出了例5中的变焦透镜位于摄远端的像差图；
图17是显示采用了本发明所述的变焦透镜的摄像机的配置的侧视图。
优选实施方式
对于本发明所述的具有如上设置的变焦透镜，为了稳定图像，将第三个透镜单元安排为可以移动，这使得变焦透镜紧凑并且加在致动器上的负载变小，并且当使变焦率足够大的时候不会有问题出现。此外，通过满足条件表达式(1)，可以在整个变焦区域有利地校正像差。小于下限，尽管可以有利地校正像差，整个透镜系统变大。超过上限，将要应用的放大率变大，所以特别是对于具有大视场角的高放大率变焦透镜，由于像差造成的图像畸变变得严重，尽管透镜系统能够制造的较小。
在本发明所述的变焦透镜中，随着物点接近，第五个透镜单元最好向着物方(object side)移动，并且要满足下面的条件，
0＜(d45T-d45N)/(IM·Z)＜0.04    (2)
d45T：位于摄远位置时，第四个透镜单元和第五个透镜单元之间的间隔；
d45N：当第二个透镜单元处于等放大率的位置处，第四个透镜单元和第五个透镜单元的间隔；
IM：图像大小，
Z：变焦率，
表达式(2)是在摄远位置获得良好性能的条件。小于所述下限，要获得大变焦率变得困难。超过所述上限，摄远侧的放大率变大，使得像差性能趋于劣化，并且由于物点改变时第四个透镜单元的移动量变大，因此例如在手工调焦时响应度变差。
此外，当第二个透镜单元在等放大率位置或者在摄远端时，最好使这四个透镜单元满足下面条件，
Mt＜1.1    (3)
Mt：在摄远位置，当第二个透镜单元移动0.1mm的时候第四个透镜单元的移动量，
表达式(3)是进行手工调焦的条件。超过上限，第四个透镜单元的移动变得太大，这使得第四个透镜单元在手工调焦时不能移动(track)。
此外最好使第二个透镜单元满足下面条件：
0.4 < | &beta;t / Z | < 0.9 - - - ( 4 )
表达式(4)是在摄远侧获得高性能的条件。小于下限，不可能获得高放大率，尽管可以有利地在摄远侧校准像差性能。超过上限，放大率变得太大，使得不能有利地校正像差。
此外，第一个透镜单元最好有四个透镜组成，包括按照从物方开始的顺序设置的，一个具有负折射率的透镜，一个具有正折射率的透镜，一个具有正折射率的透镜和一个具有正折射率的透镜。因而，即使视场角较大，也能够使得光线在第一个透镜单元的透镜表面上的角度较小，使得像散和畸变像差能够有利地校正。
此外，最好使得最靠近物方的透镜的入射角和出射角满足下面条件，
1.7＜ωlo/ωlp＜2.2    (5)
ωlo：最接近物方的透镜上的入射角，
ωlp：从最接近物方的透镜出射的出射角。
小于表达式(5)的下限，桶形失真变大，不能够充分进行放大色差校正，而超过上限，枕形畸变变大，并且放大色差校正过头。
进一步优选使第一个透镜单元的物方表面和像方表面的曲率半径满足下面条件，
-0.1＜ri1/ri2＜0.45    (6)
ri1：从物方数起第一个透镜单元中的第i个单透镜的物方表面的曲率半径，
ri2：从物方数起第一个透镜单元中的第i个单透镜的像方表面的曲率半径。
小于表达式(6)的下限，物方表面的折射率变大，因而像散校正过头。超过所述上限，像散校正不充分。
此外，优选第二个透镜单元包括至少三个凹透镜和一个凸透镜。因而。变焦期间的像差变化能够得以抑制。
此外，优选第三个透镜单元包括至少一个凸透镜和一个凹透镜，并且第四个透镜单元包括至少一个凸透镜和一个凹透镜。因而，在稳定图像时出现的色差能够得以抑制。
此外，优选第五个透镜单元包括至少两个凸透镜和至少一个凹透镜。因而，调焦期间的像差波动，特别是彗差的波动能够得以抑制。
此外，最好第二个，第三个和第四个透镜单元包括至少一个非球面。第二个透镜单元的非球面能够有利地校正广角区域的彗差，第三个透镜单元的非球面能够有利地校正稳定图像期间出现的球差和像散以及彗差，第四个透镜单元的非球面能够有利地校正调焦期间出现的像差波动。
此外，最好第二到第五个透镜单元包括至少一个在两侧具有相同弛度(sag amount)的透镜，更优选为，包括至少一个其两侧的弛度相同的非球面，并且更优选为，其中所有的非球面的两侧的弛度相同。
可以构建一个包括具有任何上述设置的变焦透镜和图像拾取元件的摄像机，该图像拾取元件用来把已经透过变焦透镜的光进行光电转换。因而，可以得到一个紧凑并具有高性能的图像稳定功能的摄像机。
下面是参照附图对于根据本发明一个实施例中的关于配备了图像稳定功能的变焦透镜更详细的介绍。
图1示出本发明一个实施例中的变焦透镜的结构。这个变焦透镜包括从物方向着像方依次设置的第一个透镜单元1，第二个透镜单元2，孔径光阑6，第三个透镜单元3，第四个透镜单元4和第五个透镜单元5。数字7表示一个棱镜，数字8表示石英或类似物体，数字9表示像平面。“石英或类似物”8指的是一个含有低通滤光器，红外滤光器或者图像拾取元件等的防护玻璃等的光学元件。
第一个透镜单元1整体上具有正折射率，并且相对于像平面是固定的。第二个透镜单元2整体上具有负折射率，并且在沿着光轴移动的时候产生可变折射率效果。孔径光阑6相对于像平面固定。第三个透镜单元3整体上具有正折射率，并且在变焦和调焦时相对于光轴方向是固定的。第四个透镜单元4整体上具有负折射率，并且相对于像平面是固定的。第五个透镜单元5整体上具有正折射率，并且可以沿着光轴移动，这使得像平面能够相对于参考平面保持在一个恒定的位置，该像平面由于第二个透镜单元2沿光轴的移动以及物体的移动而发生位移。
整个第三个透镜单元3沿着垂直于光轴的方向是可以移动的。当出现图像抖动时，图像的移位通过沿着垂直于光轴的方向移动第三个透镜单元而得到补偿。
在这个变焦透镜中，满足下面的条件，
0.035＜|βw·βt/Z|＜0.075    (1)
βw：第二个透镜单元在广角端的放大率
βt：第二个透镜单元在摄远端的放大率
Z：变焦率
以下，在一些具体例子中对本发明中的变焦透镜给出数值。这些例子中的透镜单元的基本设置和图1所示一样。根据例子不同，各个透镜可以与图1所示的那些不同，但在图中没有特别示出这一点，并且根据图1中的透镜单元的设置进行解释。
例1
表1列出了例1所述的变焦透镜的数字实例。应该指出，在表1中，r表示透镜面的曲率半径，d表示透镜厚度或者透镜之间的空气间隔，n表示透镜在d线处的折射率，v表示透镜在d线处的阿贝数。此外，这个例子中的非球面系数列在表2中。
这里，非球面由下面等式给出：
SAG = H 2 / R 1 + 1 - ( 1 + K ) ( H / K ) 2 + D &CenterDot; H 4 + E &CenterDot; H 6 + F &CenterDot; H 8
SAG：位于离光轴高度H处的非球面上的点与非球面的顶点之间的距离，
H：与光轴间的高度，
R：非球面的顶点处的曲率半径，
K：锥形常数，
D，E，F：非球面系数。
此外，对于通过调焦而可变化的空气间隔，表3列出了物点在无穷远时的值。在表3中，标准位置是第二个单元的放大率变为-1的位置。f，F/No和ω分别表示表1中的变焦透镜的广角端，标准位置和摄远端处的焦距，F数和视场半角。此外，d7代表透镜单元1和透镜单元2之间的间隔，d14代表透镜单元2和孔径光阑6之间的间隔，d22代表透镜单元4和透镜单元5之间的间隔，并且d27代表透镜单元5和滤镜7之间的间隔。
表1
  单元   表面     R   d   n   v
  1   1     -460.108   3.00   1.84665   23.8
  2     64.271   8.40   1.49699   81.6
  3     -172.755   0.20
  4     96.854   4.80   1.80600   40.7
  5     -724.368   0.20
  6     41.470   5.70   1.83499   42.7
  7     114.513   var.
  2   8     114.513   1.00   1.83499   42.7
  9     9.510   6.00
  10     -25.541   1.35   1.60602   57.4
  11     25.541   1.35
  12     28.161   4.00   1.84665   23.8
  13     -21.343   1.00   1.83401   37.2
  14     ∞   var.
  孔径光阑   15     ——   2.50   ——   ——
  3   16     24.425   3.50   1.51450   63.1
  17     -24.425   0.80
  18     ∞   1.00   1.80518   25.4
  19     60.000   3.50
  4   20     -23.384   1.00   1.69680   55.6
  21     23.384   1.60   1.84665   23.8
  22     ∞   var.
  5   23     25.658   3.50   1.49699   81.6
  24     -25.658   1.00   1.84665   23.8
  25     54.731   1.00
  26     17.728   4.50   1.60602   57.4
  27     -17.728   var.
  6   28     ∞   20.00   1.58913   61.2
  29     ∞   3.00   1.51633   64.1
  30     ∞   ——
表2
 表面  K  D  E  F
 10  2.01718E+00  4.00028E-05  1.19781E-07  6.55685E-10
 11  2.01718E+00  -4.00028E-05  -1.19781E-07  -6.55685E-10
 16  -8.71014E-02  -1.42231E-05  -1.42761E-08  0.00000E+00
 17  -8.71014E-02  1.42231E-05  1.42761E-08  0.00000E+00
 23  -1.32903E+00  -2.69550E-05  6.30125E-08  0.00000E+00
 24  -1.32903E+00  2.69550E-05  -6.30125E-08  0.00000E+00
表3
 广角  标准  摄远
 f  4.627  24.027  51.524
 F/NO  1.668  2.433  2.830
 2ω  69.000  14.118  6.586
 d 7  1.000  27.555  34.000
 d 14  35.000  8.445  2.000
 d 22  12.400  9.341  11.388
 d 27  2.000  5.059  3.012
基于表1中的数据的变焦透镜的结构图与图1给出的类似。在这个基于表1中数据的变焦透镜中，第一个透镜单元1具有正折射率，并且在变焦和调焦期间相对于像平面是固定的。第二个透镜单元2具有负折射率，并且通过沿光轴移动而产生可变折射率的效果。第三个透镜单元3由正透镜和负透镜构成，并且整体上具有正折射率。第四个透镜单元4是由负透镜和正透镜构成的，整体上具有负折射率，并且在变焦和调焦期间相对于像平面是固定的。第五个透镜单元5具有正折射率，并且通过将它沿着光轴移动，由变焦和调焦而第五个透镜单元5同时完成图像移动。当出现图像抖动时，将第三个透镜单元3沿着垂直于光轴的方向移动，从而完成图像稳定。
图2A到2E分别示出了基于表1中的数据的变焦透镜位于广角端的像差图。图3A到3E示出了在标准位置的像差图。图4A到4E示出了在摄远端的像差图。图2A，3A和4A是关于球面像差的图，实线示出相对于d线的值。图2B，3B和4B是关于像散的图，实线示出弧矢像面的曲率，虚线示出子午图像表面的曲率。图2C，3C和4C示出畸变像差。图2D，3D和4D示出纵向色差，其中实线示出关于d线的值，虚线示出关于F线的值，点划线示出关于C线的值。图2E，3E和4E示出放大色差，其中虚线示出关于F线的值，划点线示出关于C线的值。上面关于表和图的解释也适用于下面的例子。
对应于前述条件表达式(1)到(6)的值如下：
|βw·βt/Z|＝0.068
(d45T-d45N)/(IM·Z)＝0.031
Mt＝0.089
| &beta;t / Z | = 0.63
ωlo/ωlp＝2.09
r11/r12＝-0.13
r21/r22＝0.36
如图2A到2E，图3A到3E和图4A到4E中的像差图所清楚显示的，例1中的变焦透镜具有用来实现高分辨率的足够的像差校正能力。
例2
表4列出了根据例2的变焦透镜的数值实例，而关于这个例子的非球面系数列在表5中。此外，对于通过变焦而可变的空气间隔，表6中列出了当物点在无穷远处时的值。
表4
 单元  表面 r  d  n  v
 1   1 -325.774  2.50  1.84665  23.8
  2 68.993  7.85  1.49699  81.6
  3 -149.075  0.20
  4 91.846  4.70  1.80600  40.7
  5 -715.534  0.20
  6 41.916  5.30  1.83499  42.7
  7 109.223  var.
 2   8 109.233  1.00  1.83499  42.7
  9 9.832  6.00
  10 -22.690  1.35  1.60602  57.4
  11 22.690  1.35
  12 25.818  3.60  1.84665  23.8
  13 -25.818  1.00  1.83401  37.2
  14 ∞  var.
 孔径光阑   15 ——  2.50  ——  ——
 3   16 24.702  3.00  1.51450  63.1
  17 -24.702  0.80
  18 ∞  1.05  1.80518  25.4
  19 60.000  3.50
 4   20 -23.127  1.00  1.69680  55.6
  21 23.127  1.80  1.84665  23.8
  22 ∞  var.
 5   23 28.398  3.50  1.48749  70.4
  24 -28.398  1.00  1.84665  23.8
  25 54.750  1.00
  26 14.961  4.50  1.51450  63.1
  27 -14.961  var.
 6   28 ∞  20.00  1.58913  61.2
  29 ∞  3.00  1.51633  64.1
  30 ∞  ——
表5
 表面 K  D  E  F
 10 1.19362E+00  3.38265E-05  1.29210E-07  -5.83703E-10
 11 1.19362E+00  -3.38265E-05  -1.29210E-07  5.83703E-10
 16 -1.32081E-01  -1.36623E-05  -1.84002E-08  0.00000E+00
 17 -1.32081E-01  1.36623E-05  1.84002E-08  0.00000E+00
 26 -1.40836E+00  -3.04113E-05  8.76971E-08  0.00000E+00
 27 -1.40836E+00  3.04113E-05  -8.76971E-08  0.00000E+00
表6
 广角  标准  摄远
 f  4.628  24.756  36.874
 F/NO  1.656  2.453  2.823
 2ω  69.424  13.694  9.220
 d 7  1.000  27.800  31.500
 d 14  35.000  8.200  4.500
 d 22  12.400  9.141  9.667
 d 27  2.000  5.259  5.259
图5A到5E分别示出了基于表4中的数据的变焦透镜在广角端处的像差图。图6A到6E示出了关于标准位置的像差图。图7A到7E示出了关于摄远端的像差图。
对应于前述条件表达式(1)到(6)的值如下：
|βw·βt/Z|＝0.054
(d45T-d45N)/(IM·Z)＝0.011
Mt＝0.034
| &beta;t / Z | = 0.56
ωlo/ωlp＝2.13
r11/r12＝-0.13
r21/r22＝0.38
如图5A到5E，图6A到6E和图7A到7E中的像差图所清楚显示的，例2中的变焦透镜具有用来实现高分辨率的足够的像差校正能力。
例3
表7列出了例3中的变焦透镜的数值实例，关于这个例子的非球面系数列在表8中。此外，对于通过变焦而可变的空气间隔，表9中列出了当物点在无穷远处时的值。
图8A到8E分别示出了基于表7中的数据的变焦透镜在广角端处的像差图。图9A到9E示出了关于标准位置的像差图。图10A到10E示出了关于摄远端的像差图。
对应于前述条件表达式(1)到(6)的值如下：
|βw·βt/Z|＝0.061
(d45T-d45N)/(IM·Z)＝0.034
Mt＝1.037
| &beta;t / Z | = 0.82
ωlo/ωlp＝1.80
r11/r12＝0.10
r21/r22＝0.33
如图8A到8E，图9A到9E和图10A到10E中的像差图所清楚显示的，例3中的变焦透镜具有用来实现高分辨率的足够的像差校正能力。
表7
单元 表面  r  d  n  v
1  1  350.000  2.50  1.84665  23.8
 2  49.958  7.75  1.49699  81.6
 3  ∞  0.20
 4  71.366  4.90  1.80600  40.7
 5  700.000  0.20
 6  44.149  5.30  1.83499  42.7
 7  135.024  var.
2  8  135.024  1.00  1.83499  42.7
 9  10.141  6.00
 10  -21.351  1.35  1.60602  57.4
 11  21.351  1.35
 12  26.142  3.60  1.84665  23.8
 13  -26.142  1.00  1.83401  37.2
 14  ∞  var.
孔径光阑  15  ——  2.50  ——  ——
3  16  24.306  3.00  1.51450  63.1
 17  -24.306  0.80
 18  ∞  1.05  1.80518  25.4
 19  60.000  3.50
 4  20  -23.088  1.00  1.69680  55.6
 21  23.088  1.80  1.84665  23.8
 22  ∞  var.
5  23  28.185  3.00  1.49699  81.6
 24  -28.185  1.00  1.84665  23.8
 25  55.157  1.00
 26  15.058  4.50  1.60602  57.4
 27  -15.058  var.
6  28  ∞  20.00  1.58913  61.2
 29  ∞  3.00  1.51633  64.1
 30  ∞  ——
表8
 表面 K  D  E  F
 10 1.83153E-01  2.40673E-05  6.75939E-08 -8.81965E-10
 11 1.83153E-01  -2.40673E-05  -6.75939E-08  8.81965E-10
 16 -1.81885E-01  -1.41053E-05  -1.37944E-08  0.00000E+00
 17 -1.81885E-01  1.41053E-05  1.37944E-08  0.00000E+00
 23 -1.39166E+00  -3.03277E-05  8.13292E-08  0.00000E+00
 24 -1.39166E+00  3.03277E-05  -8.13292E-08  0.00000E+00
表9
 广角  标准  摄远
 F  4.641  26.534  58.328
 F/NO  1.667  2.479  2.858
 2ω  69.324  12.830  5.808
 d 7  1.000  28.134  34.500
 d 14  35.000  7.866  1.500
 d 22  12.400  8.787  11.345
 d 27  2.000  5.613  3.055
例4
表10列出了根据例4的变焦透镜的数值实例，关于这种情况的非球面系数列在表11中。此外，对于通过变焦而可变的空气间隔，表12中列出了当物点在无穷远处时的值。
图11A到11E分别示出了基于表10中的数据的变焦透镜在广角端处的像差图。图12A到12E示出了关于标准位置的像差图。图13A到13E示出了关于摄远端的像差图。
表10
单元 表面  r  D  n  V
1  1  350.000  2.50  1.84665  23.8
 2  49.119  7.75  1.49699  81.6
 3  ∞  0.20
 4  70.535  4.90  1.80600  40.7
 5  700.000  0.20
 6  44.110  5.30  1.83499  42.7
 7  136.975  var.
2  8  136.975  1.00  1.83499  42.7
 9  10.146  6.00
 10  -20.618  1.35  1.60602  57.4
 11  20.618  1.35
 12  26.469  3.60  1.84665  23.8
 13  -26.469  1.00  1.83401  37.2
 14  ∞  var.
孔径光阑  15  ——  2.50  ——  ——
3  16  22.941  3.00  1.51450  63.1
 17  -22.941  0.80
 18  ∞  1.05  1.80518  25.4
 19  60.000  3.50
4  20  -21.883  1.00  1.69680  55.6
 21  21.883  1.80  1.84665  23.8
 22  ∞  var.
5  23  27.698  3.00  1.48749  70.4
 24  -27.698  1.00  1.84665  23.8
 25  47.760  1.00
 26  14.720  4.50  1.51450  63.1
 27  -14.720  var.
6  28  ∞  20.00  1.58913  61.2
 29  ∞  3.00  1.51633  64.1
 30  ∞  ——
表11
 表面 K D  E  F
 10 2.22626E-01 2.85535E-05  7.24352E-09  -2.88411E-10
 11 2.22626E-01 -2.85535E-05  -7.24352E-09  2.88411E-10
 16 -2.40678E-01 -1.50534E-05  -1.36330E-08  0.00000E+00
 17 -2.40678E-01 1.50534E-05  1.36330E-08  0.00000E+00
 26 -1.40484E+00 -3.05492E-05  8.59011E-08  0.00000E+00
 27 -1.40484E+00 3.05492E-05  -8.59011E-08  0.00000E+00
表12
 广角  标准  摄远
 f  4.629  27.810  33.312
 F/NO  1.676  2.538  2.923
 2ω  69.438  12.238  10.232
 d 7  1.000  28.370  30.000
 d 14  35.000  7.630  6.000
 d 22  12.400  8.411  8.522
 d 27  2.000  5.989  5.878
对应于前述条件表达式(1)到(6)的值如下：
|βw·βt/Z|＝0.043
(d45T-d45N)/(IM·Z)＝0.003
Mt＝0.014
| &beta;t / Z | = 0.45
ωlo/ωlp＝1.80
r11/r12＝0.100
r21/r22＝0.32
如图11A到11E，图12A到12E和图1 3A到13E中的像差图所清楚显示的，例4中的变焦透镜具有用来实现高分辨率的足够的像差校正能力。
例5
表13列出了根据例5的变焦透镜的数值实例，关于这种情况的非球面系数列在表14中。此外，对于通过变焦而可变的空气间隔，表15中列出了当物点在无穷远处时的值。
图14A到14E分别示出了基于表13中的数据的变焦透镜在广角端处的像差图。图15A到15E示出了关于标准位置的像差图。图16A到16E示出了关于摄远端的像差图。
对应于前述条件表达式(1)到(6)的值如下：
|βw·βt/Z|＝0.05
(d45T-d45N)/(IM·Z)＝0.018
Mt＝0.057
| &beta;t / Z | = 0 . 60
ωlo/ωlp＝1.80
r11/r12＝0.10
r21/r22＝0.33
如图14A到14E，图15A到15E和图16A到16E中的像差图所清楚显示的，例5中的变焦透镜具有用来实现高分辨率的足够的像差校正能力。
表13
单元 表面  r  D  n  V
1  1  350.000  2.50  1.84665  23.8
 2  50.297  7.75  1.49699  81.6
 3  ∞  0.20
 4  71.090  4.90  1.80600  40.7
 5  700.000  0.20
 6  44.207  5.30  1.83499  42.7
 7  132.372  var.
2  8  132.372  1.00  1.83499  42.7
 9  10.133  6.00
 10  -21.153  1.35  1.60602  57.4
 11  21.153  1.35
 12  26.017  3.60  1.84665  23.8
 13  -26.017  1.00  1.83401  37.2
 14  ∞  var.
孔径光阑  15  ——  2.50  ——  ——
3  16  24.174  3.00  1.51450  63.1
 17  -24.174  0.80
 18  ∞  1.05  1.80518  25.4
 19  60.000  3.50
4  20  -22.996  1.00  1.69680  55.6
 21  22.996  1.80  1.84665  23.8
 22  ∞  var.
5  23  28.183  3.00  1.48749  70.4
 24  -28.183  1.00  1.84665  23.8
 25  54.088  1.00
 26  14.9800  4.50  1.51450  63.1
 27  -14.980  var.
6  28  ∞  20.00  1.58913  61.2
 29  ∞  3.00  1.51633  64.1
 30  ∞  ——
表14
 表面 K  D  E  F
 10 1.07025E-01  2.40793E-05  5.26515E-08  -8.58714E-10
 11 1.07025E-01  -2.40793E-05  -5.26515E-08  8.58714E-10
 16 -2.13280E-01  -1.44295E-05  -3.80519E-09  0.00000E+00
 17 -2.13280E-01  1.44295E-05  3.80519E-09  0.00000E+00
 26 -1.39591E+00  -3.04450E-05  8.31026E-08  0.00000E+00
 27 -1.39591E+00  3.04450E-05  -8.31026E-08  0.00000E+00
表15
 广角  标准  摄远
 f  4.625  32.951  45.035
 F/NO  1.664  2.473  2.838
 2ω  69.472  12.728  7.560
 d 7  1.000  28.305  32.800
 d 14  35.000  7.695  3.200
 d 22  12.400  8.778  9.803
 d 27  2.000  5.622  4.597
图17示出一个采用了根据上述实施例的、具有图像稳定功能的变焦透镜的3-CCD摄像机的结构。在这幅图中，数字10表示例1中的变焦透镜。数字11表示低通滤光器，数字12a到12c表示分色棱镜。图像拾取元件13a到13c分别设在分色棱镜12a到12c的背部。图像拾取元件13a到13c的输出被输入到信号处理电路14。信号处理电路14的输出被输入到取景器15。此外，提供了检测图像抖动的传感器16，并且这些透镜由致动器17根据这个传感器16的输出来驱动。
因而，通过采用根据本发明实施例所述的变焦透镜10，可以实现具备图像稳定的高性能摄像机。
应该指出的是，虽然在图中没有示出，也可以使用根据实施例2到5中的变焦透镜代替根据图1所示的例1中的变焦透镜。
此外，在本发明的这些例子中，图像稳定是通过移动具有正折射率的透镜单元来完成的，但是也可以通过移动具有负折射率的透镜单元来获得类似的效果。
工业实用性
采用本发明，通过移动第三个透镜单元，可以实现具有图像稳定功能的高图像质量、高放大率的3-CCD变焦透镜。

Claims (12)

1、一种变焦透镜，包括，从物方开始按照以下顺序的部件：
第一个透镜单元，整体上具有正折射率，并且相对于像平面是固定的；
第二个透镜单元，整体上具有负折射率，通过沿着光轴移动而产生可变放大率的作用；
孔径光阑，相对于所述像平面固定；
第三个透镜单元，整体上具有正折射率，并且在变焦和调焦时相对于光轴方向是固定的；
第四个透镜单元，整体上具有负折射率，并且相对于所述像平面是固定的；
第五个透镜单元，整体上具有正折射率，并且可以沿着所述光轴移动，使得因第二个透镜单元沿光轴的移动以及物体的移动而发生位移的像平面能够相对于参考平面保持一个恒定的位置，
其中为了补偿手抖动引起的像的移动，整个第三个透镜单元沿着垂直于所述光轴的方向是可以移动的，并且
随着物点接近，第五个透镜单元向着物方移动，并且
满足下面的条件表达式(1)和(2)，
0.035＜|βw·βt/Z|＜0.075    (1)
βw：第二个透镜单元在广角端的放大率
βt：第二个透镜单元在摄远端的放大率
Z：变焦率
0＜(d45T-d45N)/(IM·Z)＜0.04    (2)
d45T：位于摄远位置时，第四个透镜单元和第五个透镜单元之间的间隔，
d45N：当第二个透镜单元处于等放大倍数的位置处第四个透镜单元和第五个透镜单元的间隔，
IM：图像大小，
Z：变焦率。
2、如权利要求1所述的变焦透镜，其中当第二个透镜单元在等放大倍数位置或者在摄远端时，第四个透镜单元满足下面条件，
Mt≤0.089  (3)
Mt：在摄远位置，当第二个透镜单元移动0.1mm时第四个透镜单元的移动量。
3、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第二个透镜单元满足下面条件：
0.4 < | &beta;t / Z | &le; 0.63 - - - ( 4 ) .
4、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第一个透镜单元由四个透镜组成，包括，从物方开始按照下面顺序设置的一个具有负折射率的透镜，一个具有正折射率的透镜，一个具有正折射率的透镜和一个具有正折射率的透镜。
5、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第二个透镜单元至少包括三个凹透镜和一个凸透镜以及至少一个非球面。
6、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第三个透镜单元包括至少一个凸透镜和一个凹透镜以及至少一个非球面。
7、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第四个透镜单元包括至少一个凸透镜和一个凹透镜以及至少一个非球面。
8、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第五个透镜单元包括至少两个凸透镜和至少一个凹透镜。
9、如权利要求1所述的变焦透镜，其中第二至第五个透镜单元包括至少一个其两边具有相同的弛度的透镜。
10、如权利要求1所述的变焦透镜，第二至第五个透镜单元包括至少一个其两边的弛度相同的非球面。
11、如权利要求5至7、10中任一项所述的变焦透镜，其中所有的非球面的两侧的弛度相同。
12、一种摄像机，包括如权利要求1所述的变焦透镜和用于把已经通过了所述变焦透镜的光进行光电转换的图像拾取元件。
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