CN1942803A

CN1942803A - 变焦透镜和成像设备

Info

Publication number: CN1942803A
Application number: CNA2006800001883A
Authority: CN
Inventors: 大竹基之; 冈岛厚二; 须崎光博
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-04-04
Also published as: JP4650676B2; KR20070108055A; JP2006243355A; WO2006092966A1; TW200636281A; US7738185B2; TWI317024B; US20080043344A1; EP1855138A4; EP1855138A1

Abstract

本发明提供了四个从物侧起依次设置的透镜组：具有正折光力的第一透镜组G1，具有负折光力的第二透镜组G2，具有正折光力的第三透镜组G3和具有正折光力的第四透镜组G4。当透镜的位置状态从广角端状态变为望远端状态时，第二透镜组移向像侧，并移动第四透镜组，以补偿因第二透镜组的移动造成的成像面位置的变化，且第一透镜组和第三透镜组沿光轴固定。孔径光阑S设置在第三透镜组的像侧。第三透镜组包含具有负折光力的负子透镜组和设置在负子透镜组的像侧的正子透镜组，且在负子透镜组和正子透镜组之间设有空隙，正子透镜组具有正折光力。

Description

变焦透镜和成像设备

技术领域

本发明涉及一种新型的变焦透镜和新型的成像设备。更具体的，本发明涉及一种适用于3CCD成像系统的、具有长的后焦点的变焦透镜，所述变焦透镜可用于摄像机、数码相机，等等；本发明还涉及配备所述变焦透镜的成像设备。

背景技术

通常已知作为相机的记录手段的记录方法，该方法包括通过使用诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)的光电转换器由成像器在成像器的表面上形成物体图像和通过光电转换器将物体图像的一部分光转换为电输出。

近年来，精密加工技术的进步提高了中央处理元件(CPU)的处理速度，并高度集成了记录介质，从而使得可以高速处理以前不能处理的超大容量图像数据。此外，也高度集成了光接收元件和减小了其尺寸。高的集成度使得人们可以记录更高的空间频率，而尺寸的减小可以使整个相机的尺寸得到减小。

然而，高集成度和尺寸的减小也减少了光电转换器的光接收面积。因此，电输出的减少增大了噪声的影响。为避免这种情形，人们试图通过增大光学系统的孔径比或在光接收元件前设置极其小的透镜元件(如微透镜阵列)来增加到达光接收元件的光。微透镜阵列引导入射到邻近元件之间的间隙的光束进入光接收元件。然而，它限制了透镜系统的出瞳。特别是当透镜系统的出瞳位置接近光接收元件时，增大了由到达光接收元件的主光线和光轴形成的夹角，从而射向屏幕边缘的离轴光束和光轴之间的夹角增大得更多。这样，离轴光束将不能到达光接收元件，因而，不能获得充足的光量。

例如，已知作为适于摄像机、数码相机等的变焦透镜的正-负-正-正四组变焦透镜；该变焦透镜通过上述光电转换器记录物体图像。

正-负-正-正四组变焦透镜包括从物侧起依次设置的具有正折光力的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组。当透镜的位置状态从广角端状态变为望远端状态时，第一透镜组和第三透镜组沿光轴固定，第二透镜组移向像侧以改变放大率，且移动第四透镜组，以补偿因第二透镜组的移动而导致的成像面位置的变化。

例如，在出版号为6-337353和2002-365544的待审日本专利申请文献中公开了现有的变焦透镜。

然而，根据上述的常规变焦透镜，当变焦比(＝望远端状态时的焦距/广角端状态时的焦距)增加时，第二透镜组的移动量增加。从而，通过第一透镜组的离轴光束偏离光轴，且可能增大第一透镜组的透镜直径。

尤其在常规的正-负-正-负四组变焦透镜中，为增大变焦比，增加了用于改变放大率的第二透镜组的移动量。因此，通过第一透镜组的离轴光束可能偏离光轴，从而，很难同时减小透镜直径和获得高的可变放大率。

为解决上述问题，本发明提供了具有高的变焦比和易于减小透镜直径的变焦透镜和配备有所述变焦透镜的成像设备。

发明内容

为解决上述问题，本发明的变焦透镜包括：四个从物侧起依次设置的透镜组，包括具有正折光力的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组，当透镜的位置状态由广角端状态变为望远端状态时，第二透镜组移向像侧，并移动第四透镜组，以补偿由第二透镜组的移动导致的成像面位置的改变，第一透镜组和第三透镜组沿光轴固定；设置在第三透镜组的物侧的孔径光阑，其中，第三透镜组包含具有负折光力的负子透镜组和设置在负子透镜组的像侧的正子透镜组，负子透镜组和正子透镜组之间设有空隙，正子透镜组具有正折光力，且所述配置满足以下条件表达式(1)：

(1)0.4＜Da/TL＜0.5

其中Da是孔径光阑和成像面之间的距离，TL为总光程(透镜系统中最靠近物侧的透镜表面和成像面之间沿光轴的距离)。

此外，根据本发明的成像设备包括：变焦透镜；成像器，它将变焦透镜形成的光学图像转换为电信号。其中，变焦透镜包括：从物侧起依次设置的四个透镜组-具有正折光力的第一透镜组，具有负折光力的第二透镜组，具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组，当透镜的位置状态从广角端状态变为望远端状态时，第二透镜组移向像侧，并移动第四透镜组，以补偿因第二透镜组的移动而导致的成像面位置的改变，第一透镜组和第三透镜组沿光轴固定；设置在第三透镜组的物侧的孔径光阑，第三透镜组中包含具有负折光力的负子透镜组和设置在负子透镜组的像侧的正子透镜组，负子透镜组和正子透镜组之间设有空隙，正子透镜组具有正折光力，且所述配置满足以下的条件表达式(1)：

(1)0.4＜Da/TL＜0.5

其中Da是孔径光阑和成像面之间的距离，TL是总光程(透镜系统中最靠近物侧的透镜表面和成像面的位置之间沿光轴的距离)。

因此，根据本发明的变焦透镜可以在获得高的可变放大率的同时减小透镜直径和提供较好的光学性能。此外，根据本发明的成像设备可以较小，并且，通过根据本发明的上述变焦透镜，可以用高的可变放大率拍摄图像质量较好的图像。

权利要求2和9中公开的发明满足条件表达式(2)13＜|f3n|/fw＜18。其中f3n是设置在第三透镜组中的负子透镜组的焦距，且fw是处于广角端状态的整个透镜系统的焦距。因此，可以进一步减小尺寸，且制造过程中的装配误差或类似问题对光学性能的影响更小。

根据权利要求3和10公开的发明，第一透镜组包括从物侧起依次设置的四个透镜：包含负透镜和正透镜的胶合透镜、正透镜、正透镜。因此可以实现更好的光学性能。

权利要求4和11公开的发明满足条件表达式(3)2.5＜(f1/ft)^1/2＜3.5。其中，f1是第一透镜组的焦距，ft是处于望远端状态的整个透镜系统的焦距。因此，上述配置除了可提供高的可变放大率外，还具有更可靠的光学性能。

根据权利要求5和12公开的发明，第二透镜组包括从物侧起依次设置的四个透镜：凹面面对像侧的弯月形负透镜、负透镜、正透镜和负透镜。因此，可以更可靠地矫正在第二透镜组处产生的像差，由此可实现更好的光学性能。

权利要求6和13公开的发明满足条件表达式(4)0.42＜|f2|/(ft)^1/2＜0.5。其中，f2是第二透镜组的焦距。因此，能更可靠地矫正由改变放大率的操作造成的离轴像差的变化。

根据权利要求7和14公开的发明，第四透镜组包括从物侧起依次设置的三个透镜：正透镜、负透镜、正透镜。因此，能够可靠地矫正由物体位置的变化所造成的像差变化。

附图说明

图1示出了一种折光力配置方式，并示出了在改变放大率的操作中，根据本发明的变焦透镜中的各透镜组是否可移动。

图2示出了本发明的第一个实施例的变焦透镜的透镜配置。

图3、4和5是数值例1的像差图，其中，根据本发明的第一个实施例的变焦透镜应用了特定的数值，图3示出了处于广角端状态时的球差、像散、失真和彗差。

图4示出了处于中点聚焦状态时的球差、像散、失真和彗差。

图5示出了处于望远端状态时的球差、像散、失真和彗差。

图6示出了根据本发明的第二个实施例的变焦透镜的透镜配置。

图7、8和9是数值例2的像差图，其中，根据本发明的第二实施例的变焦透镜应用了特定的数值。图7示出了处于广角端状态时的球差、像散、失真和彗差。

图8示出了处于中点聚焦状态时的球差、像散、失真和彗差。

图9示出了处于望远端状态时的球差、像散、失真和彗差。

图10示出了根据本发明的第三个实施例的变焦透镜的透镜配置。

图11、12和13是数值例3的像差图，其中，根据本发明的第三个实施例的变焦透镜应用了特定的数值。图11示出了处于广角端状态时的球差、像散、失真和彗差。

图12示出了处于中点聚焦状态时的球差、像散、失真和彗差。

图13示出了处于望远端状态时的球差、像散、失真和彗差。

图14的框图示出了根据本发明的成像设备的实施例。

具体实施方式

现在，将参考附图来描述用于实施根据本发明的变焦透镜和成像设备的最好模式。

本发明的变焦透镜包括从物侧起依次设置的具有正折光力的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组。当透镜的位置状态从广角端状态(此时整个透镜系统的焦距最短)变化到望远端状态(此时整个透镜系统的焦距最长)时，第一和第三透镜组沿光轴固定，而第二透镜组移向像侧以进行改变放大率的操作，并移动第四透镜组，以在短距离处聚焦和补偿与第二透镜组的移动对应的成像面位置。

在上述配置的基础上，只要变焦透镜包括以下配置，则根据本发明的变焦透镜便可在提供高的可变放大率的同时减小透镜直径和提供较好的光学性能。

为减小第一透镜组的透镜直径和提供较好的光学性能，根据本发明的变焦透镜配置为：

(A)孔径光阑设置在第三透镜组的物侧，和

(B)第三透镜组具有负子透镜组和设置在负子透镜组的像侧的正子透镜组。

孔径光阑的位置对于均衡的实现较好的光学性能和尺寸的减小极为重要。

由于通过远离孔径光阑的透镜组的离轴光束偏离光轴，因而，如果将孔径光阑设置成靠近透镜系统的中心，则最易于减小所述透镜组的透镜直径。特别的，由于第一透镜组距离成像面的位置最远，因而有可能增大透镜直径。因此，最好将孔径光阑设置在透镜系统的中心稍偏物侧的位置。

此外，当透镜的位置状态发生变化时，通过可移动透镜组的离轴光束的高度可发生大幅度变化。因此，可以用光束高度的变化来可靠地矫正离轴像差的变化(当透镜的位置状态变化时，会发生离轴像差的变化)。特别的，如果将至少一个可移动透镜组设置在物侧和孔径光阑的像侧的各位置处，则可更可靠地矫正这种像差。

使用上述配置，本发明可以减小可能增大的第一透镜组的透镜直径，并且，通过在第三透镜组的物侧设置孔径光阑，还可以提供较好的光学性能。

顺便地，根据本发明，可通过沿光轴固定孔径光阑的位置来沿光轴固定光阑机构。因此，能简化透镜镜筒的结构。

在根据本发明的变焦透镜中，仅靠改进孔径光阑的位置来减小透镜直径不足以充分减小变焦透镜的尺寸，因此，通过改进第三透镜组的透镜配置，可以进一步减小变焦透镜的尺寸。

迄今为止，在通过光电转换器接收物体图像的光的光学系统中，出瞳可以设为几乎无限远。即使在根据本发明的变焦透镜，出瞳的位置也偏离成像面的位置，因此主光线可以以几乎与光轴平行的方式到达成像面位置。

孔径光阑与成像面的位置之间的距离越远，设置在孔径光阑的像侧的透镜组的折光力便减小的越多。这可以减小由主光线和光轴形成的夹角。如上所述，当主光线和光轴的夹角减小时，入射到第一透镜组的离轴光束会靠近光轴，由此可减小第一透镜组的尺寸。

然而，孔径光阑和成像面的位置之间的距离增大得越多，则孔径光阑的位置就更靠近物侧，从而减小了第二透镜组在改变放大率的操作中移动的空间。因而，要求增大第一和第二透镜组的折光力，以提供预定的可变放大率。因为这个原因，不可能限制当透镜的位置状态发生变化时所产生的离轴像差变化，从而不能提供足够好的光学性能。

由于上述问题的缘故，将根据本发明的变焦透镜配置成：第三透镜组包括设置在物侧的负子透镜组和设置在像侧的正子透镜组，这使得在不增大孔径光阑和成像面位置之间的距离的情况下，可以减小主光线和光轴形成的夹角，从而可减小第一透镜组的透镜直径。

除了上述配置，要求本发明的变焦透镜满足以下的条件表达式(1)：

(1)0.4＜Da/TL＜0.5

其中，Da是孔径光阑和成像面之间的距离，TL是总光程(透镜系统中最靠近物侧的透镜表面与成像面之间沿光轴的距离)。

上述条件表达式(1)规定了孔径光阑在根据本发明的变焦透镜中的配置情形。

当所述值超过条件表达式(1)的上限时(例如，孔径光阑的位置靠近物侧)，第一透镜组和第二透镜组的折光力将增加。因此，可能难以可靠地矫正当透镜的位置状态发生变化时所产生的离轴像差变化。

另一方面，当所述值低于条件表达式(1)的下限时(例如，孔径光阑的位置靠近像侧)，由于孔径光阑的位置靠近像侧，因而通过第一透镜组的离轴光束偏离光轴。因此，不能充分的减小透镜直径。

将本发明的变焦透镜配置为：第三透镜组包括如上所述的负子透镜组和正子透镜组，除此之外，为了获得稳定的光学性能和不受到尺寸的进一步减小、制造过程中的装配误差等的影响，最好让所述变焦透镜满足以下条件表达式(2)：

(2)13＜|f3n|/fw＜18。

其中f3n是设置在第三透镜组中的负子透镜组的焦距，fw是处于广角端状态的整个透镜系统的焦距。

上述条件表达式(2)规定了设置在第三透镜组中的负子透镜组的折光力。

当所述值超出条件表达式(2)的上限时，主光线和光轴形成的夹角增大。结果，通过第一透镜组的离轴光束偏离光轴。因而，不能充分的减小透镜直径。

当所述值低于条件表达式(2)的下限时，在制造过程中，即使在第三透镜组的正子透镜组和负子透镜组之间产生很小的偏心率均会使光学性能发生大幅度的劣化。因而，难以提供稳定的光学性能。

为提供更好的光学性能，根据本发明的变焦透镜最好配置为：第一透镜组包括从物侧起依次设置的四个透镜-具有负透镜和正透镜的胶合透镜、两个正透镜。

因为尤其在望远端状态下轴上光束将入射到具有宽直径的第一透镜组上，因而可能会产生负的球差。此外，因为入射的离轴光束偏离光轴，因而可能产生离轴像差。

在根据本发明的变焦透镜中，通过在第一透镜组的最靠近物侧的位置设置具有负透镜和正透镜的胶合透镜，能可靠地矫正负的球差和轴上色像差。尽管常规的正-负-正-正四组变焦透镜配置成使得第一透镜组包含胶合透镜和处于胶合透镜的像侧的正透镜。但是根据本发明的变焦透镜具有两个设置在胶合透镜的像侧的正透镜。因而，在提供高的可变放大率的同时，在望远端状态下，根据本发明的变焦透镜不会产生负的球差，开且，它能够可靠地矫正由视角变化导致的彗差变化，因而可提供更好的光学性能。

除高的可变放大率以外，为提供更好的光学性能，根据本发明的变焦透镜最好满足以下条件表达式(3)：

(3)2.5＜f1/(ft)^1/2＜3.5

其中，f1是第一透镜组的焦距，ft是望远端状态时的整个透镜系统的焦距。

上述条件表达式(3)规定了第一透镜组的焦距。

所述值最好不要超过条件表达式(3)的上限，因为总光程得到了过度的增长。

当所述值低于条件表达式(3)的下限时，不能可靠地矫正远摄端状态下在屏幕的边缘产生的彗差。因而，不足以提供更好的光学性能。

在根据本发明的变焦透镜中，为更可靠的矫正第二透镜组处产生的像差和提供更好的光学性能，第二透镜组最好包括从物侧起依次设置的四个透镜-凹面面对像侧的弯月形正透镜、负透镜、正透镜、负透镜。

由于第二透镜组改变放大率，因而为提供更好的光学性能，可靠地矫正第二透镜组处所产生的像差是很重要的。在本发明中，凹面面对像侧且设置在第二透镜组中最靠近物侧的位置的弯月形负透镜矫正在广角端状态下由视角变化导致的彗差变化，且设置在弯月形负透镜的像侧的三合透镜能可靠地矫正轴上像差。因此，可以将这些透镜清楚地用于矫正各种像差，以提供更好的聚焦性能。

而且，在根据本发明的变焦透镜中，因为正透镜和设置在正透镜的像侧的负透镜之间的偏心率能使光学性能严重劣化，所以将这些透镜胶合在一起。因为在制造过程中不太可能产生两个透镜之间的偏心现象，因而提供了稳定的光学性能。

在根据本发明的变焦透镜中，由于只有第二透镜组为负透镜组，因而为更可靠地矫正由改变放大率的操作导致的离轴像差变化，正确设置第二透镜组的折光力是很重要的，并且，最好满足以下的条件表达式(4)：

(4)0.42＜|f2|/(ft)^1/2＜0.5。

其中，f2为第二透镜组的焦距。

上述条件表达式(4)规定了第二透镜组的焦距。

当所述值超出条件表达式(4)的上限时，通过第二透镜组的离轴光束进一步偏离光轴。结果，难以可靠地矫正广角端状态下在屏幕的边缘处产生的彗差。

当所述值低于条件表达式(4)的下限时，难以可靠地矫正当透镜的位置状态发生变化时所产生的离轴像差变化。

在根据本发明的变焦透镜中，为可靠矫正由物体的位置变化所导致的像差，第四透镜组最好包含凸面面对物侧的正透镜、凹面面对像侧的负透镜和凸面面对物侧的正透镜，且这些透镜从物侧起依次设置。

三合透镜配置使得离轴像差和轴上像差可以同时得到矫正，从而，可以可靠地矫正当物体的位置发生变化时所产生的像差变化。

注意，在根据本发明的变焦透镜中，第一透镜组最好使用超高色散镜片(glass member)，以更可靠地防止色像差的产生。特别地，通过用具有超高色散的镜片形成胶合透镜(由构成第一透镜组的透镜形成)的正透镜，能可靠地矫正望远端状态时屏幕中心处产生的二次色散。

此外，通过用具有低色散的镜片(其阿贝数大于65)在第一透镜组中形成设置在像侧的两个正透镜其中之一，有可能可靠地矫正远摄端状态时在屏幕边缘产生的放大色像差。如果两个正透镜均采用具有低色散的镜片，则能更可靠地矫正放大色像差。

在根据本发明的变焦透镜中，通过在基本垂直光轴的方向上移动透镜系统中的一个透镜组或者该单个透镜组的一部分透镜，可以移动图像。特别的，当在基本垂直光轴的方向上移动第三透镜组的负子透镜组和正子透镜组中的一个子透镜组时，可以移动图像，且此时光学性能的劣化程度最小。当将用于检测相机振动的检测系统、用于移动上述透镜组的驱动系统和用于根据检测系统的输出来提供移动量的控制系统组合在一起时，该组合可作为防震光学系统。

在根据本发明的变焦透镜中，通过使用非球面透镜，可获得更佳的光学性能。特别的，就中心性能而言，通过在最后的透镜组中使用非球面，可以获得更佳的光学性能。此外，通过在第二透镜组中使用非球面透镜，能可靠地矫正因广角端状态时产生的视角而造成的彗差变化。

而且，通过在单个光学系统中使用多个非球面，显然可以获得较好的光学性能。

此外，同样显而易见的是，在透镜系统中可设置低通滤波器，以防止在像侧生成莫阿条纹，并且，根据光接收元件的光谱灵敏度特性，可设置红外线截止滤波器。

此外，可以将具有二向色镜的棱镜设置在光学系统的像侧，使得光束被分成三种RGB颜色，且这些颜色将用于通过三个成像器(光接收元件)来接收光的三成像器成像光学系统。

下面将描述实施例和数值例，在这些实施例和数值例中，根据本发明的变焦透镜应用了特定的数值。

注意，在各实施例中均使用非球面，且非球面的形状由等式1表示如下：

[等式1]

x＝cy²/(1+(1-(1+k)c²y²)^1/2)+Ay⁴+By⁶+…

其中y是从光轴计起的高度，x是下垂量，c是曲率，k是锥体常量，A，B，…是非球度系数。

图1示出了根据本发明的变焦透镜的各实施例的折光力。在其中，设置了从物侧起依次设置的具有正折光力的第一透镜组G1、具有负折光力的第二透镜组G2、具有正折光力的第三透镜组G3和具有正折光力的第四透镜组G4。在从广角端状态至望远端状态的放大率变化过程中，将第二透镜组G2移向像侧，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的空隙增大，而第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的空隙减小。此时，第一透镜组G1和第三透镜组G3是固定的，且移动第四透镜组G4，以矫正由第二透镜组G2的移动所造成的成像面位置变化，并且，在短距离处进行聚焦时，第四透镜组G4也移向物侧。

图2示出了根据本发明的第一个实施例的变焦透镜的透镜配置。第一透镜组G1包括由弯月形负透镜(其凸面面对物侧)和正透镜(其凸面面对物侧)组成的胶合透镜L11、凸面面对物侧的正透镜L12、凸面面对物侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面面对像侧的弯月形负透镜L21、双凹面负透镜L22和由双凹面透镜与双凸面透镜组成的胶合透镜L23。第三透镜组G3包含由双凹面透镜和凸面面对物侧的正透镜组成的胶合负透镜L31、由非球面处于物侧的双凸面透镜和凸面面对物侧的负透镜组成的胶合透镜L32、凸面面对像侧的正透镜L33。第四透镜组G4包括非球形凸面面对物侧的正透镜L41、由凹面面对像侧的负透镜和凸面面对物侧的正透镜组成的胶合透镜L42。

在根据第一个实施例的变焦透镜1中，胶合负透镜L31作为负子透镜组，胶合透镜L32和正透镜L33作为正子透镜组，且这些透镜设置在第三透镜组G3中。

此外，沿光轴固定的孔径光阑S设置在靠近第三透镜组G3的物侧的位置。沿光轴固定的分色棱镜PP设置在第四透镜组G4的像侧。

表1示出了数值例1的详细说明，在其中，第一个实施例应用了特定数值。在表1和以下的具体表格中，表面号表示从物侧起计数的第i个表面，曲率半径表示第i个表面的曲率半径，表面距离表示第i个表面和第i+1个表面之间的轴上距离，折射率表示相对于具有物侧处的第i个表面的镜片的d线(λ＝587.6nm)的折射率，而阿贝数表示相对于具有物侧处的第i个表面的镜片的d线的阿贝数。注意，曲率半径为0意味着平面，表面距离Di意味着第i个表面和第i+1个表面之间的轴上距离是可变的。

[表1]

表面号曲率半径表面距离折射率阿贝数

1： 39.2166 0.490 1.80518 25.4

2： 16.7682 1.224 1.49700 81.6

3： -65.2680 0.049

4： 14.0159 0.805 1.60300 65.5

5： 53.5272 0.049

6： 8.9488 0.869 1.45600 90.3

7： 21.2457 (D7)

8： 14.2665 0.171 1.77250 49.6

9： 1.9759 1.060

10： -9.6223 0.147 1.88300 40.8

11： 16.5840 0.049

12： 3.2143 1.204 1.75520 27.5

13： -3.4351 0.147 1.88300 40.8

14： 7.0292 (D14)

15： 0.0000 1.258 (孔径光阑)

16： -6.4419 0.147 1.77520 27.5

17： 6.1177 0.490 1.92286 18.9

18： -28.9059 0.147

19： 22.9615 1.224 1.58913 61.3

20： -2.3573 0.208 1.88300 40.8

21： -9.1346 0.073

22： -682.9045 1.322 1.49700 81.6

23： -3.3001 (D23)

24： 5.6392 1.224 1.69359 53.3

25： 59.9742 0.132

26： 8.3984 0.147 1.80518 25.4

27； 3.6547 1.664 1.48749 70.4

28： 48.9503 (D28)

29： 0.0000 3.806 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

在根据第一个实施例的变焦透镜1中，随着透镜的位置状态从广角端状态变为望远端状态，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D14、第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D23、第四透镜组G4和分色棱镜PP之间的表面距离D28均发生变化。现在，表2示出了根据数值例1的分别处于广角端状态时、处于广角端状态和望远端状态之间的中点聚焦状态时和处于望远端状态时的表面距离值以及各焦距f、F数Fno.和视角2ω。

[表2]

f 1.000 ～ 9.430 ～ 21.047

FN0 1.65 ～ 2.19 ～ 2.88

2ω 60.34 ～ 6.70 ～ 3.00^*

D7 0.184 8.319 9.636

D14 10.033 1.898 0.581

D23 1.850 0.755 1.958

D28 0.437 1.532 0.329

Bf 0.566 0.566 0.566

在根据第一个实施例的变焦透镜1中，第19表面和第24表面的透镜表面是非球面。现在，表3示出了根据数值例1的第4、第6、第8和第10表面的非球度系数A、B、C和D和各锥体常量k。注意，在表3和以下示出非球度系数的表格中，“E-i”表示基数为10的指数，即它表示“10-i”。例如“0.12345E-05”代表“0.12345×10^-5”。

[表3]

第19表面k＝-2.000000 A＝-0.347142E-02 B＝-0.447320E-03

C＝0.545089E-04 D＝-0.255876E-04

第24表面k＝-0.540914 A＝-0.360175E-03 B＝-0.558377E-05

C＝-0.185402E-06 D＝0.316210E-06

表4表示对应根据数值例1的条件表达式的值。

[表4]

t3n＝-17.671

f1＝14.045

f2＝-2.195

(1)Da/TL＝0.471

(2)|f3n|/fw＝17.671

(3)f1/(fw·ft)^1/2＝3.061

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.479

图3至图5是像差图，其中，根据数值例1，无穷远处的物体在焦点上，且图3表示广角端状态(f＝1.000)时的像差图，图4表示中点聚焦状态(f＝9.430)时的像差图，图5表示望远端状态(f＝21.047)时的像差图。

在图3至图5的各像差图中，球差图中的实线表示球差；像散图中的实线表示弧矢成像面，虚线表示子午成像面。在彗差图中，各个A表示视角，y表示图像高度。

如表4和像差图所示，很明显，数值例1满足条件表达式(1)至(4)，因此能可靠地矫正像差和提供优异的聚焦性能。

图6示出了根据本发明的第二个实施例的变焦透镜的透镜配置。第一透镜组G1包括由凸面面对物侧的弯月形负透镜和凸面对着物侧的正透镜组成的胶合透镜L11、凸面面对物侧的正透镜L12、凸面面对物侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面面对像侧的弯月形负透镜L21、双凹面负透镜L22和由双凸面透镜与双凹面透镜组成的胶合透镜L23。第三透镜组G3包括由双凹面透镜和凸面面对物侧的正透镜组成的胶合负透镜L31、由非球面处于物侧的双凸面透镜和凹面面对物侧的负透镜组成的胶合透镜L32和凸面面对像侧的正透镜L33。第四透镜组包括非球形凸面面对物侧的正透镜L41和由凹面面对像侧的负透镜与凸面面对物侧的正透镜组成的胶合透镜L42。

在根据第二个实施例的变焦透镜2中，胶合负透镜L31作为负子透镜组，胶合透镜L32和正透镜L33作为正子透镜组，且这些透镜设置在第三透镜组G3中。

此外，沿光轴固定的孔径光阑S设置在靠近第三透镜组G3的像侧，沿光轴固定的分色棱镜PP设置在第四透镜组G4的像侧。

表5示出了数值例2的详细说明，其中，第二个实施例应用了特定的数值。

[表5]

表面号曲率半径表面距离折射率阿贝数

1： 28.2087 0.490 1.84666 23.8

2： 14.7706 1.469 1.49700 81.6

3： -114.5260 0.049

4： 12.5245 0.876 1.49700 81.6

5： 54.2087 0.049

6： 8.8958 0.837 1.49700 81.6

7： 20.8989 (D7)

B： 18.3065 0.171 1.75500 52.3

9： 1.9052 0.938

10： -11.0709 0.147 1.88300 40.8

11： 8.8367 0.049

12： 3.2037 1.178 1.75520 27.6

13： -3.1296 0.147 1.88300 40.8

14： 10.0915 (D4)

15： 0.0000 1.263 (孔径光阑)

16： -4.2208 0.147 1.75520 27.5

17： 7.7645 0.495 1.92286 18.9

18： -9.9555 0.147

19： 12.1878 1.202 1.58913 61.3

20： -2.6827 0.208 1.80100 35.0

21： -11.7616 0.073

22： 143.7374 1.155 1.49700 81.6

23： -4.0930 (D23)

24： 6.3850 1.224 1.69350 53.3

25： 82.9604 0.122

26： 6.0637 0.147 1.84666 23.8

27： 3.3544 1.102 1.48749 70.4

28： 48.9615 (D28)

29： 0.0000 3.807 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

在根据第二个实施例的变焦透镜2中，随着透镜的位置状态从广角端状态变为望远端状态，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D14，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D23、第四透镜组G4和分色棱镜PP之间的表面距离D28均发生变化。现在，表6示出了根据数值例2的分别处于广角端状态、处于广角端状态和望远端状态之间的中点聚焦状态和处于望远端状态的表面距离值和各个焦距f、F数Fno.和视角2ω。

[表6]

f 1.000 ～ 8.860 ～ 21.057

FNO 1.65 ～ 2.18 ～ 2.88

2ω 60.31 ～ 7.14 ～ 2.99^*

D7 0.184 7.703 9.029

D14 9.457 1.938 0.612

D23 1.686 0.700 2.017

D28 0.586 1.572 0.255

Bf 0.567 0.567 0.567

在根据第二个实施例的变焦透镜2中，第19和第24表面的透镜表面是非球面。现在，表7示出了根据数值例2的第4、第6、第8和第10表面的非球度系数A、B、C和D和各锥体常量k。

表7

第19表面k＝-0.160601 A＝-0.218930E-02 B＝-0.985084E-04

C＝0.145786E-04 D＝-0.215771E-05

第24表面k＝-0.658853 A＝-0.457647E-03 B＝-0.105701E-04

C＝0.624990E-05 D＝-0.587955E-06

表8示出了对应根据数值例2的条件表达式的值。

[表8]

f3n＝-16.899

f1＝13.316

f2＝-2.122

(1)Da/TL＝0.465

(2)|f3n|/fw＝16.899

(3)f1/(fw·ft)^1/2＝2.902

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.462

图7至图9是像差图，其中，根据数值例2，无穷远处的物体在焦点上，且图7表示广角端状态(f＝1.000)时的像差图，图8表示中点聚焦状态(f＝8.860)时的像差图，图9表示望远端状态(f＝21.057)时的像差图。

在图7至图9的各像差图中，球差图中的实线表示球差；像散图中的实线表示弧矢成像面，虚线表示子午成像面。在彗差图中，各个A表示视角，y表示图像高度。

如表8和像差图所示，很明显，数值例2满足条件表达式(1)至(4)，因此能可靠地矫正像差和提供优异的聚焦性能。

图10示出了根据本发明的第三个实施例的变焦透镜的透镜配置。第一透镜组G1包括由凸面面对物侧的弯月形负透镜和凸面对着物侧的正透镜组成的胶合透镜L11、凸面面对物侧的正透镜L12、凸面面对物侧的正透镜L13。第二透镜组G2包括凹面面对像侧的弯月形负透镜L21、双凹面负透镜L22、由双凸面透镜和双凹面透镜组成的胶合透镜L23。第三透镜组G3包括由双凹面透镜和凸面面对物侧的正透镜组成的胶合负透镜L31、由非球面处于物侧的双凸面透镜和凹面面对物侧的负透镜组成的胶合透镜L32和凸面面对像侧的正透镜L33。第四透镜组包括非球形凸面面对物侧的正透镜L41、由凹面面对像侧的负透镜和凸面面对物侧的正透镜组成的胶合透镜L42。

在根据第三个实施例的变焦透镜3中，胶合负透镜L31作为负子透镜组，胶合透镜L32和正透镜L33作为正子透镜组，且这些透镜设置在第三透镜组G3中。

表9示出了数值例3的详细说明，其中，第三个实施例应用了特定的数值。

[表9]

表面号曲率半径表面距离折射率阿贝数

1： 24.3809 0.502 1.84666 23.8

2： 13.9540 1.532 1.45800 90.3

3： -214.7871 0.050

4： 13.1105 0.831 1.60300 65.5

5： 46.9098 0.050

6： 9.4060 0.871 1.49700 81.6

7： 23.8113 (D7)

8： 15.8186 0.176 1.83481 43.0

9： 1.9593 1.095

10： -8.0108 0.151 1.88300 40.8

11： 25.7611 0.050

12： 3.4385 0.814 1.80809 22.8

13： -8.9759 0.151 1.88300 40.8

14： 6.3992 (D14)

15： 0.0000 0.628 (孔径光阑)

16： -5.9219 0.151 1.74950 35.3

17： 4.7066 0.548 1.84666 23.8

18： -19.4034 0.151

19： 15.6193 1.228 1.58913 61.3

20： -2.1337 0.213 1.88300 40.8

21： -7.7932 0.085

22： -21.9672 1.221 1.49700 81.6

23： -3.0471 (D23)

24： 5.2667 1.253 1.58913 61.3

25： 179.9768 0.126

26： 5.4066 0.151 1.84666 23.8

27： 3.0843 1.030 1.48749 70.4

28： 12.1193 (D28)

29： 0.0000 3.905 1.51680 64.2

30： 0.0000 (Bf)

在根据第三个实施例的变焦透镜3中，随着透镜的位置状态从广角端状态变为望远端状态，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离D7、第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离D14，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离D23、第四透镜组G4和分色棱镜PP之间的表面距离D28均发生变化。现在，表10示出了根据数值例3的分别处于广角端状态、处于广角端状态和望远端状态之间的中点聚焦状态和处于望远端状态的表面距离值和各个焦距f、F数Fno.和视角2ω。

[表10]

f 1.000 ～ 9.196 ～ 21.061

FNO 1.65 ～ 2.18 ～ 2.88

2ω 60.31 ～ 7.14 ～ 2.99^*

D7 0.188 7.970 9.308

D14 9.932 2.150 0.812

D23 1.779 0.733 2.054

D28 0.535 1.581 0.260

Bf 0.583 0.583 0.583

在根据第三个实施例的变焦透镜3中，第19和第24表面的透镜表面是非球面。现在，表11示出了根据数值例3的第4、第6、第8和第10表面的非球度系数A、B、C和D和各锥体常量k。

[表11]

第19表面k＝-0.535226 A＝-0.367375E-02 B＝-0.340086E-03

C＝-0.100074E-04 D＝-0.234761E-04

第24表面k＝-0.317306 A＝-0.539214E-03 B＝-0.300931E-04

C＝0.532791E-05 D＝0.118175E-06

表12示出了对应根据数值例3的条件表达式的值。

[表12]

f3n＝-16.607

f1＝13.591

f2＝-2.163

(1)Da/TL＝0.453

(2)|f3n|/fw＝16.607

(3)f1/(fw·ft)^1/2＝2.961

(4)|f2|/(fw·ft)^1/2＝0.471

图11至图13是像差图，其中，根据数值例3，无穷远处的物体在焦点上，且图11表示广角端状态(f＝1.000)时的像差图，图12表示中点聚焦状态(f＝9.196)时的像差图，图13表示望远端状态(f＝21.061)时的像差图。

在图11至图13的各像差图中，球差图中的实线表示球差；像散图中的实线表示弧矢成像面，虚线表示子午成像面。在彗差图中，各个A表示视角，y表示图像高度。

如表12和像差图所示，很明显，数值例3满足条件表达式(1)至(4)，因此能可靠地矫正像差和提供优异的聚焦性能。图14示出了本发明成像设备的实施例。

成像设备10包含变焦透镜20和用于将使用变焦透镜20形成的光学图像转换为电信号的成像器30。例如，成像器30可采用诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)的光电转换器。变焦透镜20可以是根据本发明的一种变焦透镜。图14示出了根据图2中的第一个实施例的透镜组中的各透镜组，在该图中，为简单起见，示出各透镜组为单个透镜。应当注意，变焦透镜20可能不是根据第一个实施例的透镜，而是根据第二个或第三个实施例的透镜，或是具有不基于本说明书所述实施例的结构的透镜。

成像器30形成的电信号由图像分离电路40分离成用于聚焦控制的信号和用于成像的信号，使得用于聚焦控制的信号被送往控制电路50，且用于成像的信号被送往图像处理电路。对送至图像处理电路的信号进行处理，使它们成为适于后续处理的形式，并将它们用于各种处理，例如，在显示单元上显示这些信号，在记录介质上记录这些信号，或由通信单元传输这些信号。

例如，将因使用变焦按钮等元件的操作而从外部发来的工作信号输入控制电路50，使得控制电路50根据工作信号进行不同的处理。例如，当由变焦按钮输入变焦命令时，通过驱动电路60来操作驱动器70，且各个透镜组移向各自的预定位置，以根据命令提供所希望的焦距。然后，将通过传感器80获得的这些透镜组的位置信息输入控制电路50，并在将命令信号输出到驱动电路60时使用这些信息。此外，控制电路50根据从图像分离电路40发来的信号检查聚焦状态和将聚焦状态控制为最优。

成像设备10可采用各种形式的具体产品。例如，成像设备10可以是诸如数码相机、数码摄像机、内置相机的移动电话、内置相机的PDA(个人数字附件)的数字I/O设备的相机部分。

注意，实施例与数值例的具体形状和数值仅仅是本发明的实施方式的实例，且本发明的技术范围不应受到这些实施例和数值例的限制。

工业适用性

本发明提供了适用于3CCD成像系统的变焦透镜，它在提供高的可变放大率的同时减小了透镜系统的尺寸。该变焦透镜可应用于数码摄像机或数码相机。

Claims

1.一种变焦透镜，包括：

包含具有正折光力的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组的从物侧起依次设置的四个透镜组，其中，当透镜的位置状态由广角端状态变为望远端状态时，所述第二透镜组移向像侧，并移动所述第四透镜组，以补偿由所述第二透镜组的移动导致的成像面的位置变化，且所述第一透镜组和所述第三透镜组沿光轴固定；和

设置在所述第三透镜组的物侧的孔径光阑；

其中，所述第三透镜组包括具有负折光力的负子透镜组、设置在所述负子透镜组的像侧的正子透镜组，在所述正子透镜组和负子透镜组之间设有空隙，所述正子透镜组具有正折光力，且

满足以下的条件表达式(1)

(1)0.4＜Da/TL＜0.5

其中Da是所述孔径光阑和所述成像面之间的距离，TL是总光程(透镜系统中最靠近物侧的透镜表面和所述成像面的位置之间沿所述光轴的距离)。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，

其中，满足以下条件表达式(2)

(2)13＜|f3n|/fw＜18

其中，f3n是设置在所述第三透镜组中的所述负子透镜组的焦距，且fw是处于广角端状态的整个透镜系统的焦距。

3.如权利要求1或2所述的变焦透镜，其中，所述第一透镜组包括四个透镜，所述四个透镜是从所述物侧起依次设置的由负透镜和正透镜组成的胶合透镜、正透镜和正透镜。

4.如权利要求3所述的变焦透镜，

其中，满足以下条件表达式(3)

(3)2.5＜f1/(ft)^1/2＜3.5

其中，f1是所述第一透镜组的焦距，ft是处于远摄端状态的整个透镜系统的焦距。

5.如权利要求1或2所述的变焦透镜，其中，所述第二透镜组包括四个透镜，所述四个透镜是从物侧起依次设置的其凹面面对像侧的弯月形负透镜、负透镜、正透镜和负透镜。

6.如权利要求5所述的变焦透镜，

其中，满足以下条件表达式(4)：

(4)0.42＜|f2|/(ft)^1/2＜0.5

其中，f2是所述第二透镜组的焦距。

7.如权利要求1或2所述的变焦透镜，其中，所述第四透镜组包含三个透镜，所述三个透镜是从所述物侧起依次设置的正透镜、负透镜和正透镜。

8.一种成像系统，包括：

变焦透镜；和

成像器，所述成像器将通过使用所述变焦透镜形成的光学图像转换成电信号，

其中，所述变焦透镜包括：

包含具有正折光力的第一透镜组、具有负折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组和具有正折光力的第四透镜组的从物侧起依次设置的四个透镜组，其中，当透镜的位置状态由广角端状态变为望远端状态时，所述第二透镜组移向像侧，并移动所述第四透镜组，以补偿由所述第二透镜组的移动而导致的成像面的位置变化，且所述第一透镜组和所述第三透镜组沿光轴固定；和

设置在所述第三透镜组的物侧的孔径光阑；

满足以下的条件表达式(1)

(1)0.4＜Da/TL＜0.5

其中，Da是所述孔径光阑和所述成像面之间的距离，TL是总光程(透镜系统中最靠近物侧的透镜表面和所述成像面的位置之间沿所述光轴的距离)。

9.如权利要求8所述的成像设备，

其中，满足所述的下列条件表达式(2)

(2)13＜|f3n|/fw＜18

其中，f3n是设置在所述第三透镜组中的所述负子透镜组的焦距，fw是处于广角端状态的整个透镜系统的焦距。

10.如权利要求8或9所述的成像设备，其中，所述第一透镜组包括四个透镜，所述四个透镜是从物侧起依次设置的由负透镜和正透镜组成的胶合透镜、正透镜和正透镜。

11.如权利要求10所述的成像设备，

其中，满足以下条件表达式(3)

(3)2.5＜f1/(ft)^1/2＜3.5

其中，f1是所述第一透镜组的焦距，ft是处于望远端状态的整个透镜系统的焦距。

12.如权利要求8或9所述的成像设备，其中，所述第二透镜组包括四个透镜，所述四个透镜是从物侧起依次设置的凹面面对像侧的弯月形负透镜、负透镜、正透镜和负透镜。

13.如权利要求12所述的成像设备

其中，满足以下条件表达式(4)：

(4)0.42＜|f2|/(ft)^1/2＜0.5

其中，f2是所述第二透镜组的焦距。

14.如权利要求8或9所述的成像设备，其中，所述第四透镜组包含三个透镜，所述三个透镜是从物侧起依次设置的正透镜、负透镜和正透镜。