CN1959460B

CN1959460B - 变焦镜头和具有变焦镜头的图像拾取设备

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Publication number: CN1959460B
Application number: CN2006101539221A
Authority: CN
Inventors: 西村威志
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP4834360B2; US7443604B2; JP2007078834A; US20080174881A1; US20070058265A1; CN1959460A; US7382550B2

Abstract

至少一个示例性实施例针对一种变焦镜头，该变焦镜头包括从物侧到像侧依次布置的各自移动并具有负、正、负和正折光力的第一至第四透镜组。第二透镜组包括从物侧到像侧依次布置的由单正透镜组成的第二A透镜元件，和总体上具有正折光力的由负透镜和正透镜组成的第二B透镜元件。第二A透镜元件通过具有垂直于光轴的位移分量在基本上垂直于光轴的方向上移位图像，以及该变焦镜头满足以下条件：0.2＜f2/f2A＜0.6，其中f2A和f2分别是第二A透镜元件和第二透镜组的焦距。

Description

变焦镜头和具有变焦镜头的图像拾取设备

技术领域

本发明涉及变焦镜头，尤其但不排他地涉及用于图像拾取设备的变焦镜头。

背景技术

近来，已经要求诸如照相机、摄像机和数码相机的图像拾取设备具有较高质量的图像。

此外，由于摄影条件的扩展，在这些设备中使用的镜头成为具有图像稳定特性以校正由于相机抖动导致的图像模糊的变焦镜头将是有用的。

补偿振动的方法包括使与基本上垂直于光轴的方向平行布置的被选透镜组偏心。该方法不需要额外的光学系统来补偿振动。

该方法还具有以下优点：用于振动补偿的透镜组可多半被简化，而且用于振动补偿的致动器可以通过抑制传动转矩被小型化。

另一方面，存在一种所谓的“负前导型变焦镜头”，即，具有负折光力的透镜组在前面(位于最接近物体的位置)。在这种变焦镜头中，接触拍摄的距离比较小，拍摄视场角可以相当容易地增大，而且可以比较容易地增大后焦距，以便在广视场角拍摄镜头中频繁使用。

由从物侧依次布置的具有负和正折光力的第一和第二透镜组构成的双组变焦镜头就被称为具有图像稳定特性的负前导型变焦镜头(日本专利公开No.10-161024和No.7-64025)。在这种双透镜组中，振动是通过在基本上垂直于光轴的方向上移动部分第二透镜组来补偿的。

而且，已知由从物侧依次布置的具有负、正、负和正折光力的第一至第四透镜组构成的四组变焦镜头，其中振动是通过在基本上垂直于光轴的方向上移动部分第二透镜组来补偿的(日本专利公开No.9-113808和No.2004-61910)。

在日本专利公开No.10-161024和No.7-64025所讨论的双组变焦镜头中，仅赋予第二透镜组可变倍率。因此，当该镜头以高比率变焦时，由于变焦导致的像差变化很难被抑制。

由于第二透镜组在变焦期间的位移相对于变焦比比较大，整个透镜系统很难被小型化。

振动是通过使部分第二透镜组平行偏心来补偿的；然而，当该镜头以高比率变焦时，已经显示出由于振动补偿导致的像差的增大趋势。

在日本专利公开No.9-113808和No.2004-61910所讨论的四组变焦镜头中，振动是通过在基本上垂直于光轴的方向移动多个透镜来补偿的，使得该移动部分的重量增大，因而透镜架的尺寸也增大。因此，大的负荷被施加到用于校正图像模糊(补偿振动)的传动系统，导致相机抖动传动系统的尺寸的增大趋势。

当通过使透镜偏心来补偿振动时，在使透镜偏心时可能存在延迟响应。

在具有图像稳定机构用于高质量图像拾取设备的变焦镜头中，用于校正图像模糊的镜头尺寸小、重量轻，而且在补偿振动期间光学性能的劣化很小将是有用的。

发明内容

至少一个示例性实施例针对用于使用固态图像器件的图像拾取设备(例如，数码相机、摄像机和监视照相机)的变焦镜头。

本发明的示例性实施例针对配置用于补偿振动的传动装置(图像稳定器)的负荷小而且整个设备可以被小型化的变焦镜头。另外一个示例性实施例有效地补偿了振动而且可包括具有该变焦镜头的图像拾取设备。

根据本发明的至少一个示例性实施例的变焦镜头包括从物侧到像侧依次布置的具有负折光力的第一透镜组，具有正折光力的第二透镜组，具有负折光力的第三透镜组，和具有正折光力的第四透镜组。上述透镜组中的每一个都移动，使得相比在广角端处的间隔，在远摄端处，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增大，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小。第二透镜组包括从物侧到像侧依次布置的由单正透镜组成的第二A透镜元件，和总体上具有正折光力的由负透镜和正透镜组成的第二B透镜元件。第二A透镜元件通过具有垂直于光轴的位移分量在基本上垂直于光轴的方向上移位图像，以及该变焦镜头满足以下条件：

0.2＜f2/f2A＜0.6，

其中f2A和f2分别是第二A透镜元件和第二透镜组的焦距。

根据本发明的至少一个示例性实施例的变焦镜头包括从物侧到像侧依次布置的具有负折光力的第一透镜组，具有正折光力的第二透镜组，孔径光阑，和尾随的透镜组。第一透镜组和第二透镜组之间的间隔在变焦期间改变，且第二透镜组包括从物侧到像侧依次布置的由单正透镜组成的第二A透镜元件，和总体上具有正折光力的由负透镜和正透镜组成的第二B透镜元件。第二A透镜元件通过具有垂直于光轴的位移分量在基本上垂直于光轴的方向上移位图像，以及其中该变焦镜头满足以下条件：

0.2＜f2/f2A＜0.6

0.4＜LP/fw＜1.0，

其中f2A和f2分别是第二A透镜元件和第二透镜组的焦距，LP是第二A透镜元件与像侧最近的透镜表面和孔径光阑之间沿光轴的距离，而fw是整个系统在广角端处的焦距。

通过下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其余特征将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例1的处于广角端的镜头截面图；

图2A和2B是根据本发明的示例性实施例1的，分别处于广角端和远摄端的纵向像差图；

图3A-3D是根据本发明的示例性实施例1的，分别处于广角端和远摄端以及对于基本和图像稳定周期的横向像差图；

图4是根据本发明的示例性实施例2的处于广角端的镜头截面图；

图5A和5B是根据本发明的示例性实施例2的，分别处于广角端和远摄端的纵向像差图；

图6A-6D是根据本发明的示例性实施2的，分别处于广角端和远摄端以及对于基本和图像稳定周期的横向像差图；

图7是根据本发明的示例性实施例3的处于广角端的镜头截面图；

图8A和8B是根据本发明的示例性实施例3的，分别处于广角端和远摄端的纵向像差图；

图9A-9D是根据本发明的示例性实施例3的，分别处于广角端和远摄端以及对于基本和图像稳定周期的横向像差图；

图10是根据本发明的示例性实施例4的处于广角端的镜头截面图；

图11A和11B是根据本发明的示例性实施例4的，分别处于广角端和远摄端的纵向像差图；

图12A-12D是根据本发明的示例性实施例4的，分别处于广角端和远摄端以及对于基本和图像稳定周期的横向像差图；

图13是根据本发明的示例性实施例5的处于广角端的镜头截面图；

图14A和14B是根据本发明的示例性实施例5的，分别处于广角端和远摄端的纵向像差图；

图15A-15D是根据本发明的示例性实施例5的，分别处于广角端和远摄端以及对于基本和图像稳定周期的横向像差图；

图16是根据本发明一个示例性实施例的部分图像拾取设备的简图。

具体实施方式

下面对至少一个示例性实施例的描述在本质上仅仅是示意性的，而决不意欲限制本发明、其应用或用途。

没有详细讨论相关领域的普通技术人员已知的处理、技术、设备和材料，但在适当情况下，它们意欲作为该说明书的一部分，例如透镜元件的制作和它们的材料。

在此示意和讨论的所有实例中，任何具体值，例如焦距，都应当被解释为仅仅是示意性的而非限制性的。因此，这些示例性实施例的其它实例可以具有不同的值。

注意，在下面的附图中类似的附图标记和字母表示类似的项目，因此一旦在一个附图中定义了一个项目，在以后的附图中可能不会再对其进行讨论。

在此应当指出，当谈及误差(例如像差)的校正或修正时，意味着要减小误差和/或校正误差。

下面描述根据本发明的变焦镜头以及具有该变焦镜头的图像拾取设备的实施例。

图1是示例性实施例1的变焦镜头处于广角端(短焦距端)的镜头截面图，图2A和2B是示例性实施例1的变焦镜头分别处于广角端和处于远摄端(长焦距端)的纵向像差图。

图3A和3B是对于基本周期(没有图像稳定)、示例性实施例1的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图3C和3D是对于校正了0.3°的偏转倾斜的图像稳定周期、示例性实施例1的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图4是根据本发明示例性实施例2的变焦镜头处于广角端的镜头截面图，图5A和5B是示例性实施例2的变焦镜头分别处于广角端和处于远摄端的纵向像差图。

图6A和6B是对于基本周期，示例性实施例2的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图6C和6D是对于校正了0.3°的偏转倾斜的图像稳定周期，示例性实施例2的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图7是根据本发明示例性实施例3的变焦镜头处于广角端的镜头截面图，图8A和8B是示例性实施例3的变焦镜头分别处于广角端和处于远摄端的纵向像差图。

图9A和9B是对于基本周期，示例性实施例3的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图9C和9D是对于校正了0.3°的偏转倾斜的图像稳定周期，示例性实施例3的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图10是根据本发明示例性实施例4的变焦镜头处于广角端的镜头截面图，图11A和11B是示例性实施例4的变焦镜头分别处于广角端和处于远摄端的纵向像差图。

图12A和12B是对于基本周期，示例性实施例4的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图12C和12D是对于校正了0.3°的偏转倾斜的图像稳定周期，示例性实施例4的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图13是根据本发明示例性实施例5的变焦镜头处于广角端的镜头截面图，图14A和14B是示例性实施例5的变焦镜头分别处于广角端和处于远摄端的纵向像差图。

图15A和15B是对于基本周期，示例性实施例5的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图15C和15D是对于校正了0.3°的偏转倾斜的图像稳定周期，示例性实施例5的变焦镜头分别处于广角端和远摄端的横向像差图。

图16是根据本发明的数码相机(图像拾取设备)的部分的简图。

这些示例性实施例中的每一个的变焦镜头是用于图像拾取设备的拍摄透镜系统。

在图1、4、7、10和13所示的镜头截面图中，左侧是物侧(扩展侧)而右侧是像侧(收缩侧)。

第一透镜组L1a-e具有负折光力(光焦度＝焦距的倒数)，第二透镜组L2a-e具有正折光力，第三透镜组L3a-e具有负折光力，第四透镜组L4a-e具有正折光力。

具有正折光力的第二A透镜元件L2A1-5构成第二透镜组L2a-e。具有正折光力的第二B透镜元件L2B1-5构成第二透镜组L2a-e。

透镜元件是指由单个以及多个透镜组成的透镜系统。孔径光阑SP的位置邻近用于调节光量的第二透镜组L2a-e的图像。

当用于摄像机和数码静态相机的摄影光学系统时，像面IP对应于诸如CCD传感器和CMOS传感器的固态图像器件(光电变换器)的图像拾取表面，而在用于银盐胶片照相机时像面IP对应于胶片表面。

在上述像差图中，参考字符d、g和F分别表示d-线、g-线和F线；字符ΔM和ΔS分别表示d-线的子午像面和d-线的弧矢像面；横向色像差由g-线表示；字符Fno表示F数；字符Y表示像高。在球面像差的曲线中的Z轴是入射光瞳半径，而在像散、畸变以及放大率色像差的曲线中的Z轴是像高。

在下面的示例性实施例中，广角端和远摄端由沿具有可变倍率的透镜组(相应实施例中的第二、第三和第四透镜组L2a-e、L3a-e和L4a-e)的光轴的可机械移动范围中的两端变焦位置指定。

在每个示例性实施例中，在从广角端到远摄端的变焦期间，每个透镜组在镜头截面图中的箭头方向上移动。

在每个示例性实施例中，每个透镜组移动，使得相比广角端处的对应间隔，在远摄端处，第一透镜组L1a-e和第二透镜组L2a-e之间的间隔较小，第二透镜组L2a-e和第三透镜组L3a-e之间的间隔较大，而第三透镜组L3a-e和第四透镜组L4a-e之间的间隔较小。

具体来说，在从广角端到远摄端的变焦期间，第一透镜组L1a-e沿朝向图像凸出的部分轨迹移动(A1-A5)。

第二至第四透镜组L2a-e至L4a-e中的任何一个透镜组朝向物体移动(B1-B5；C1-C5；和D1-D5)。

第二透镜组L2a-e和第四透镜组L4a-e可独立或整体移动(B1-B5和D1-D5)以简化这种机构。

孔径光阑SP在变焦期间随第二透镜组L2a-e一起移动。

通过移动第一透镜组L1a-e可以执行聚焦。

在每个示例性实施例中，在从广角端变焦到远摄端的期间，位置最靠近图像的第四透镜组L4a-e可以朝向物体移动(D1-D5)。

因此，在每个示例性实施例中，在广角端处的后焦距最短。

然后，将折光力设置成使得与图像相邻近的主点位置更靠近图像，以便增大广角端变焦位置处的后焦距。

即，整个透镜系统被构造成为在广角端变焦位置处更像后聚焦型。具体来说，为了布置透镜组从物侧到像侧依次具有负和正折光力，在广角端变焦位置处，具有正合成折光力的第二至第四透镜组L2a-e至L4a-e被布置成远离具有负折光力的第一透镜组L1a-e。

在第二至第四透镜组L2a-e至L4a-e的合成折光力中，具有负折光力的第三透镜组L3a-e还被布置成更靠近图像，使得与图像相邻近的主点位置更靠近图像，以便充分增大整个系统中的后焦距。

另一方面，在远摄端变焦位置处，为了减小整个透镜系统的全长，透镜组可以被布置成从物侧到像侧依次具有正和负折光力，使得整个透镜系统被构造成为更像远摄型，而且与该图像相邻近的主点位置更靠近物体。

具体来说，在远摄端变焦位置处，具有负折光力的第一透镜组L1a-e被移动(A1-A5)得更靠近具有正折光力的第二透镜组L2a-e，以形成具有合成正折光力的透镜组。

而且，第三透镜组L3a-e被移动(C1-C5)得更靠近第四透镜组L4a-e，以形成具有合成负折光力的透镜组。从而，在远摄端通过形成远摄型减小了整个透镜系统的全长。

第二透镜组L2a-e由仅由正的单透镜构成的第二A透镜元件L2A1-5、以及具有负透镜和正透镜的第二B透镜元件L2B1-5组成。振动是通过在基本上垂直于光轴的方向上移位由变焦镜头形成的图像和移动(移位)第二A透镜元件L2A以便具有垂直于光轴的分量来补偿的。通过用一个单透镜构成第二A透镜元件L2A1-5，使变焦镜头的重量减轻，而且配置成用于夹持第二A透镜元件L2A1-5的图像稳定机构和透镜架的尺寸都减小了。

特别是，用于校正模糊的相机抖动传动系统的负荷减小，从而使相机抖动传动系统小型化并提高了对偏心的响应。

然而，当用一个单透镜补偿振动时，必须适当地设置图像稳定透镜(第二A透镜元件L2A1-5)的折光力并且适当地由透镜构成第二B透镜元件L2B1-5。为了在补偿振动期间维持光学性能，单透镜的折光力可能相当弱，然而，通过这样做可能减小图像稳定灵敏度。结果，图像稳定期间的位移被不利地增大。于是，正如后面将描述的那样，第二A透镜元件L2A1-5的折光力通过满足条件式(1)来适当设置。

为了在整个变焦范围内校正色像差，可以在某种程度上校正第二透镜组L2a-e的色像差。因此，可以构造第二B透镜元件L2B1-5，以便具有至少一个负透镜和一个正透镜，从而抑制变焦期间色像差的变化。

在每个示例性实施例中，变焦镜头包括从物侧到像侧依次布置的具有负折光力的第一透镜组L1a-e，具有正折光力的第二透镜组L2a-e，孔径光阑SP和尾随的透镜组。然后，通过改变第一透镜组L1a-e和第二透镜组L2a-e之间的间隔进行变焦。上面是根据本发明至少一个示例性实施例的变焦镜头的基本构成。

此时，除了条件式(1)外可以满足条件式(2)。通过满足条件式(2)，可以在某种程度上维持孔径光阑SP的机构和相机抖动传动系统之间的距离，使得无需物理干预即可有效地对它们进行设置，便于小型化整个系统。

在变焦期间，包含第二A透镜元件L2A1-5的图像稳定机构与第二透镜组L2a-e整体地移动(B1-B5)。孔径光阑机构也与第二透镜组L2a-e整体地移动以便简化该机构。

在每个示例性实施例中，构成变焦镜头一部分并具有较小尺寸和重量以及适当设置的折光力的第二A透镜元件L2A1-5被移动，以便具有与光轴基本垂直的分量，使得能校正变焦镜头振动(倾斜)时的图像模糊。从而，在整个设备被小型化并且其机构被简化的同时能有效地校正图像模糊，而且减小了传动装置的负荷。

在每个示例性实施例中，通过以这种方式构造用于移位成像位置(图像)的第二A透镜元件L2A1-5，确保了极佳的图像稳定灵敏度。

每个示例性实施例中，以下等式中的至少一个被满足以便具有对应于该等式的效果。

0.2＜f2/f2A＜0.6…(1)

0.4＜LP/fw＜1.0…(2)

0.05＜d2A/fw＜0.2…(3)

55＜V2A＜85…(4)

0.4＜(Vp-Vn)/V2A＜0.7…(5)

2.4＜ft/fw＜4.0…(6)

0.30＜fw/bfw＜0.70…(7)

0.15＜d23w/fw＜0.40…(8)

1.5＜fw/f4＜2.6…(9)，

其中，f2A和f2分别是第二A透镜元件L2A1-5和第二透镜组L2a-e的焦距；LP是第二A透镜元件L2A1-5最接近图像的透镜表面和孔径光阑SP之间沿光轴的距离；fw和ft分别是整个系统处于广角端和处于远摄端时的焦距；d2A是第二A透镜元件L2A1-5的正透镜在光轴方向上的长度；V2A是第二A透镜元件L2A1-5的正透镜材料的阿贝数；Vn和Vp是第二B透镜元件L2B1-5的负透镜和正透镜的材料的阿贝数；bfw是在广角端处的后焦距；d23w是第二透镜组L2a-e和第三透镜组L3a-e之间在广角端处的轴向空气间隔；f4是第四透镜组L4a-e的焦距。

接着描述每个条件式的技术含义。

条件式(1)涉及第二A透镜元件L2A1-5和第二透镜组L2a-e之间的折光力比，其特别用于在补偿振动的期间平衡光学性能和图像稳定灵敏度。

当第二A透镜元件L2A1-5的折光力被下降到低于条件式(1)的下限时，图像稳定灵敏度下降。结果，补偿振动期间第二A透镜元件L2A1-5的位移过度增大，使得第二A透镜元件L2A1-5的传动控制变难，从而不利地增大了图像稳定传动系统的尺寸。

当第二A透镜元件L2A1-5的折光力过度增大到高于该上限时，由于第二A透镜元件L2A1-5仅由一个正透镜构成，很难校正补偿振动期间的彗形像差和横向色像差。

条件式(2)涉及第二A透镜元件L2A1-5最靠近图像的透镜表面和孔径光阑SP之间沿光轴的距离以及整个系统在广角端处的焦距之间的比值。条件式(2)主要用于通过优化第二A透镜元件L2A1-5的设置和孔径光阑SP的机构来小型化该系统。

当该比值下降到低于条件式(2)的下限时，第二A透镜元件L2A1-5过度接近孔径光阑SP的机构，使得它们之间可能不利地相互物理干预。

当该比值过度增大到高于条件式(2)的上限时，第二A透镜元件L2A1-5可能与孔径光阑SP的机构过度分开，使得很难通过有效地利用该间隔使该系统小型化。

条件式(3)涉及由一个正透镜构成的第二A透镜元件L2A1-5的壁厚(中心厚度)和整个系统在广角端处的焦距之间的比值，而且其可用于获得重量减轻和具有高光学性能的第二A透镜元件L2A1-5。

当该比值下降到低于条件式(3)的下限时，该单正透镜的厚度过度减小，使得很难制造该透镜并很难设置用于校正球面像差的最佳透镜形状。

当该比值过度增大到高于条件式(3)的上限时，该正单透镜的厚度过度增大，从而不利地增大了该透镜的重量和在广角端处的全长。

条件式(4)限定了第二A透镜元件L2A1-5的正单透镜材料的阿贝数，尤其可用于在补偿振动期间校正在广角端处的轴向色像差，同时抑制在不补偿振动时在变焦期间的横向色像差的变化。

由于第二A透镜元件L2A1-5由单正透镜组成用于图像稳定，横向色像差趋于在补偿振动期间生成，使得可适当地选择该材料。当阿贝数下降到低于条件式(4)的下限时，横向色像差在补偿振动期间不利地劣化。当阿贝数增大到高于条件式(4)的上限时，尤其在广角端处轴向色像差未被充分地校正，从而不利地增大了对上侧(overside)的轴向色像差。

条件式(5)限定了第二A透镜元件L2A1-5的正单透镜材料和第二B透镜元件L2B1-5的负/正透镜的材料之间的阿贝数关系，而且其可用于有利地校正轴向色像差。

一般有用的是，在变焦镜头的每个透镜组自身中以某种程度校正像差。

在每个示例性实施例中，由于第二A透镜元件L2A1-5由单正透镜构成，色像差用第二B透镜元件L2B1-5校正，同时用整个第二透镜组L2a-e校正。当该关系下降到低于条件式(5)的下限时，尤其在远摄端处轴向色像差未被充分校正，从而不利地增大了对下侧的轴向色像差。当该关系增大到高于条件式(5)的上限时，尤其在广角端处轴向色像差未被充分校正，从而不利地增大了对上侧的轴向色像差。

条件式(6)涉及整个系统在广角端处和整个系统在远摄端处之间的焦距比。当该比值下降到低于条件式(6)的下限时，不可能获得足够的变焦比。当该比值增大到高于条件式(6)的上限时，该变焦比过度增大，从而不利地增大了镜头的整个长度。

条件式(7)涉及在广角端处的后焦距和整个系统在广角端处之间的焦距比。这为诸如单透镜反射式照相机的需要长后焦距的图像拾取设备设置了最佳条件。在此，后焦距表示近轴像面、和在具有曲率(光焦度)的透镜(光学元件)中位置最靠近图像的透镜的与图像相邻的透镜表面之间的距离。

当该比值下降到低于条件式(7)的下限时，在广角端处的后焦距过度增大，从而增大了在广角端处的透镜全长。透镜变得过度更像后聚焦型，使得很难校正尤其在广角端处的畸变。

当该比值增大到高于条件式(7)的上限时，后焦距过度减小，使得透镜趋于干扰反射镜，而且出射光瞳不利地接近像面。

条件式(8)定义了在第二透镜组L2a-e的最接近图像的透镜表面和第三透镜组L3a-e的最接近物体的透镜表面之间在广角端处的轴向空气间隔。当该间隔下降到低于条件式(8)的下限时，第二A透镜元件L2A1-5的位置与像面相当邻接，使得很难布置图像稳定机构。当该间隔增大到高于条件式(8)的上限时，后聚焦型的折光力尤其在广角端处变弱，使得很难拉长后焦距。

条件式(9)涉及在广角端处第四透镜组L4a-e和整个系统之间的焦距比，而且其可用于保证在广角端处的高光学性能和长后焦距。当该比值下降到低于条件式(9)的下限时，第四透镜组L4a-e的折光力极度弱化，使得尤其在广角端处后焦距不利地减小。当该比值增大到高于条件式(9)的上限时，第四透镜组L4a-e的折光力过度增大，使得尤其在广角端处很难校正像场弯曲。

另外，条件式(1)-(9)的数值范围可以如下设置：

0.25＜f2/f2A＜0.38…(1a)

0.45＜LP/fw＜0.7…(2a)

0.07＜d2A/fw＜0.15…(3a)

55＜V2A＜75…(4a)

0.5＜(Vp-Vn)/V2A＜0.65…(5a)

2.5＜ft/fw＜3.5…(6a)

0.40＜fw/bfw＜0.60…(7a)

0.20＜d23w/fw＜0.30…(8a)

2.0＜fw/f4＜2.4…(9a)

在每个示例性实施例中，通过上述的这种结构，可以获得具有大约2.5或更大的变焦比和比其焦距长的后焦距的变焦镜头。此外，通过移动较小且重量轻的单透镜以便具有基本上垂直于光轴的分量，可以校正变焦镜头被振动(倾斜)时的图像模糊。从而，获得了能够有效校正图像模糊的变焦镜头，同时整个设备被小型化和其机构被简化，而且传动装置的负荷减小。

下面描述分别对应于示例性实施例1-5的数值实例1-5。在每个数值实例中，参考字符i代表从物侧开始的面序号，字符Ri代表每个面的曲率半径，字符Di代表元件壁厚或第i个面和第(i+1)个面之间的空气间隔，而字符Ni和vi分别代表d-线的折射率和阿贝数。而且，“e^-X”是指“×10^-X”，字符f表示焦距，字符Fno表示F数，而字符ω表示半视场角。非球面形状是由以下的数值公式1表示的：

数值公式1

X = \frac{(1 / R) H^{2}}{1 + \sqrt{1 - {(H / R)}^{2}}} + A H^{2} + B H^{4} + C H^{6} + D H^{8} + E H^{10} + F H^{12}

其中x是在距光轴高度h处相对于作为参考的表面顶点的光轴方向位移量，R是近轴曲率半径，而A、B、C、D、E和F是非球面因子。

表1示出了上述的条件式和数值实例的数值之间的关系。

数值实例1

f＝17.50～53.00 Fno＝3.59～5.86 2ω＝75.8°～28.8°

R1＝74.641 D1＝4.50 N1＝1.516330 v1＝64.1

R2＝-3856.041 D2＝0.15

R3＝98.417 D3＝1.60 N2＝1.622992 v2＝58.2

R4＝14.489 D4＝8.52

R5＝-127.608 D5＝1.20 N3＝1.622992 v3＝58.2

R6＝27.528 D6＝0.15

R7＝21.526 D7＝3.40 N4＝1.846660 v4＝23.8

R8＝42.071 D8＝可变

R9＝-531.961 D9＝1.70 N5＝1.518229 v5＝58.9

R10＝-36.156 D10＝4.53

R11＝16.829 D11＝0.80 N6＝1.846660 v 6＝23.9

R12＝12.056 D12＝4.20 N7＝1.487490 v7＝70.2

R13＝-71.553 D13＝1.00

R14＝孔径光阑 D14＝可变

R15＝-28.778 D15＝0.75 N8＝1.647689 v8＝33.8

R16＝12.243 D16＝2.40 N9＝1.761821 v9＝26.5

R17＝51.593 D17＝可变

R18＝-62.665 D18＝1.30 N10＝1.491710 v10＝57.4

^＊R19＝-140.261 D19＝-0.07

R20＝1237.920 D20＝2.69 N11＝1.487490 v11＝70.2

R21＝-17.585

\焦距17.50 31.07 53.00

可变间隔\

D8 33.74 13.03 3.04

D14 3.30 6.68 10.13

D17 8.24 4.86 1.41

数值实例2

f＝18.69～53.27 Fno＝3.63～5.86 2ω＝72.2°～28.7°

R1＝80.198 D1＝3.40 N1＝1.516330 v1＝64.1

R2＝1485.520 D2＝0.15

R3＝74.916 D3＝1.60 N2＝1.622992 v2＝58.2

R4＝14.601 D4＝7.99

R5＝-141.698 D5＝1.20 N3＝1.622992 v3＝58.2

R6＝25.795 D6＝0.15

R7＝21.179 D7＝3.40 N4＝1.805181 v4＝25.4

R8＝46.880 D8＝可变

R9＝-302.692 D9＝1.90 N5＝1.487490 v5＝70.2

R10＝-34.091 D10＝4.20

R11＝16.673 D11＝0.80 N6＝1.846660 v6＝23.9

R12＝12.277 D12＝4.50 N7＝1.487490 v7＝70.2

R13＝-73.294 D13＝1.00

R14＝孔径光阑D14＝可变

R15＝-29.161 D15＝0.75 N8＝1.639799 v8＝34.5

R16＝12.672 D16＝2.60 N9＝1.784723 v9＝25.7

R17＝43.512 D17＝可变

R18＝-96.235 D18＝1.50 N10＝1.583060 v10＝30.2

^＊R19＝-437.245 D19＝0.03

R20＝417.340 D20＝3.80 N11＝1.487490 v11＝70.2

R21＝-18.474

\焦距18.69 32.08 53.27

可变间隔\

D8 33.62 13.53 3.23

D14 3.30 6.19 8.96

D17 7.34 4.45 1.68

非球面因子

19面：A＝0.00000e+00 B＝3.76648e-05 C＝3.00374e-08D＝7.60709e-10 E＝-8.99719e-12 F＝0.00000e+00

数值实例3

f＝18.62～53.32 Fno＝3.63～5.86 2ω＝72.4°～28.7°

R1＝70.299 D1＝3.40N 1＝1.516330v 1＝64.1

R2＝601.574 D2＝0.15

R3＝85.189 D3＝1.60 N2＝1.622992 v2＝58.2

R4＝14.573 D4＝8.08

R5＝-131.403 D5＝1.20 N3＝1.622992 v3＝58.2

R6＝26.414 D6＝0.15

R7＝21.357 D7＝3.40 N4＝1.805181 v4＝25.4

R8＝48.045 D8＝可变

R9＝-212.350 D9＝1.90 N5＝1.516330 v5＝64.1

R10＝-33.748 D10＝4.20

R11＝16.638 D11＝0.80 N6＝1.846660 v6＝23.9

R12＝12.089 D12＝4.50 N7＝1.487490 v7＝70.2

R13＝-67.351 D13＝1.00

R14＝孔径光阑D14＝可变

R15＝-27.965 D15＝0.75 N8＝1.639799 v8＝34.5

R16＝12.432 D16＝2.60 N9＝1.784723 v9＝25.7

R17＝43.001 D17＝可变

R18＝-97.655 D18＝1.50 N10＝1.583060 v10＝30.2

^＊R19＝-332.527 D19＝0.04

R20＝1043.264 D20＝3.76 N11＝1.487490 v11＝70.2

R21＝-17.869

\焦距18.62 31.88 53.32

可变间隔\

D 8 32.81 13.04 2.78

D14 3.30 6.07 8.95

D17 7.20 4.43 1.55

非球面因子

19面：A＝0.00000e+00 B＝3.81779e-05 C＝2.00413e-08D＝6.78143e-10 E＝-4.60818e-12 F＝0.00000e+00

数值实例4

f＝18.57～53.32 Fno＝3.63～5.862 ω＝72.5°～28.7°

R1＝75.404 D1＝3.40 N1＝1.516330 v1＝64.1

R2＝787.756 D2＝0.15

R3＝88.153 D3＝1.60 N2＝1.622992 v2＝58.2

R4＝14.835 D4＝8.15

R5＝-142.888 D5＝1.20 N3＝1.622992 v3＝58.2

R6＝26.536 D6＝0.15

R7＝21.495 D7＝3.40 N4＝1.805181 v4＝25.4

R8＝47.829 D8＝可变

R9＝-248.450 D9＝1.90 N5＝1.518229 v5＝58.9

R10＝-35.027 D10＝4.20

R11＝16.774 D11＝0.80 N6＝1.846660 v6＝23.9

R12＝12.152 D12＝4.50 N7＝1.487490 v7＝70.2

R13＝-68.717 D13＝1.00

R14＝孔径光阑D14＝可变

R15＝-29.501 D15＝0.75 N8＝1.647689 v8＝33.8

R16＝12.252 D16＝2.60 N9＝1.784723 v9＝25.7

R17＝44.558 D17＝可变

R18＝-89.852 D18＝1.50 N10＝1.583060 v10＝30.2

^＊R19＝-276.592 D19＝0.07

R20＝2759.039 D20＝4.08 N11＝1.487490 v11＝70.2

R21＝-17.975

\焦距18.57 31.77 53.32

可变间隔\

D8 33.51 13.31 2.76

D14 3.30 6.13 9.21

D17 7.37 4.55 1.46

非球面因子

19面：A＝0.00000e+00 B＝3.81884e-05 C＝4.42863e-08D＝7.05773e-10 E＝-1.04850e-11 F＝0.00000e+00

数值实例5

f＝17.50～53.05 Fno＝3.63～5.86 2ω＝75.8°～28.8°

R1＝76.749 D1＝4.00 N1＝1.518229 v1＝58.9

R2＝5373.923 D2＝0.15

R3＝102.763 D3＝1.60 N2＝1.622992 v2＝58.2

R4＝14.773 D4＝8.44

R5＝-137.895 D5＝1.20 N3＝1.622992 v3＝58.2

R6＝26.312 D6＝0.15

R7＝21.399 D7＝3.40 N4＝1.805181 v4＝25.4

R8＝47.704 D8＝可变

R9＝-273.402 D9＝1.70 N5＝1.518229 v5＝58.9

R10＝-34.874 D10＝4.30

R11＝16.793 D11＝0.80 N6＝1.846660 v6＝23.9

R12＝12.120 D12＝4.20 N7＝1.487490 v7＝70.2

R13＝-70.015 D13＝1.00

R14＝孔径光阑D14＝可变

R15＝-28.422 D15＝0.75 N8＝1.647689 v8＝33.8

R16＝12.486 D16＝2.40 N9＝1.784723 v9＝25.7

R17＝44.493 D17＝可变

R18＝-96.742 D18＝1.50 N10＝1.583060 v10＝30.2

^＊R19＝-203.231 D19＝0.07

R20＝954.142 D20＝3.98 N11＝1.487490 v11＝70.2

R21＝-17.650

\焦距17.50 30.77 53.05

可变间隔\

D8 33.80 12.73 2.21

D14 3.30 6.21 9.72

D17 7.52 4.60 1.09

非球面因子

19面：A＝0.00000e+00 B＝3.76441e-05 C＝7.06633e-08D＝6.54003e-10 E＝-2.14684e-11 F＝0.00000e+00

表1

下面参考图16描述使用根据本发明的变焦镜头的单反射式照相机的示例性实施例。参考图16，附图标记10代表单反射式照相机机身，标记11代表其上安装有根据本发明至少一个示例性实施例的变焦镜头的可互换镜头，标记12代表配置成记录通过可互换镜头11获得的物体图像的记录装置，例如胶片或成像器；标记13代表配置成便于从可互换镜头11观察物体图像的取景器光学系统；标记14代表配置成旋转以将物体图像从要转移的可互换镜头11切换到记录装置12或到取景器光学系统13的急回反射镜。当通过取景器观察物体图像时，通过急回反射镜14聚焦在聚焦板15上的物体图像可以通过在用五棱镜16使它们成为直立图像后用目镜光学系统17放大来进行观察。在拍摄期间，急回反射镜14沿箭头方向旋转，使得物体图像被记录装置12记录。附图标记18表示副反射镜，而标记19代表焦点检测器。

通过这种方式，通过将根据本发明至少一个示例性实施例的变焦镜头结合到图像拾取器件中，如单透镜反射式照相机可互换镜头，可以实现具有高光学性能的图像拾取设备。本发明还可以相同方式应用于没有急回反射镜的单镜头照相机。

根据上述的示例性实施例，通过移动构成变焦镜头的部分透镜组以便具有垂直于光轴的分量，变焦镜头振动(倾斜)时产生的图像模糊被光学校正，从而具有经校正的摄影图像。因此，可以获得具有稳定摄影图像的图像拾取设备，如照相机、摄像机、电子静态照相机和数码相机。

虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不局限于所公开的示例性实施例。所附权利要求书的范围将给予最广义的解释，以便涵盖所有的修正、等同结构和功能。

Claims

1.一种变焦镜头，包括从物侧到像侧依次布置的：

具有负折光力的第一透镜组；

具有正折光力的第二透镜组；

孔径光阑；

具有负折光力的第三透镜组，和

具有正折光力的第四透镜组，

其中在从广角端到远摄端的变焦期间，上述透镜组中的每一个都移动，其中第一透镜组沿朝向像侧凸出的部分轨迹移动，第二透镜组至第四透镜组中的任何一个透镜组都朝向物侧移动，使得相比在广角端处的间隔，在远摄端处，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增大，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小，

其中第二透镜组包括从物侧到像侧依次布置的由单正透镜组成的第二A透镜元件，和由负透镜和正透镜组成的总体上具有正折光力的第二B透镜元件，第二A透镜元件通过具有垂直于光轴的位移分量在基本上垂直于光轴的方向上移位图像，以及

其中该变焦镜头满足以下条件：

0.2＜f2/f2A＜0.6，

其中f2A和f2分别是第二A透镜元件和第二透镜组的焦距。

2.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足以下条件：

0.05＜d2A/fw＜0.2，

其中d2A是第二A透镜元件的正透镜的厚度，而fw是整个系统处于广角端时的焦距。

3.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足以下条件：

55＜V2A＜85，

其中V2A是第二A透镜元件的正透镜材料的阿贝数。

4.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足以下条件：

0.4＜(Vp-Vn)/V2A＜0.7，

其中V2A是第二A透镜元件的正透镜材料的阿贝数，而Vn和Vp分别是第二B透镜元件的负透镜材料和正透镜材料的阿贝数。

5.根据权利要求1的变焦镜头，

其中在变焦期间，所述孔径光阑与第二透镜组整体移动。

6.根据权利要求1的变焦镜头，其中该变焦镜头满足以下条件：

2.4＜ft/fw＜4.0，

其中fw和ft分别是整个系统处于广角端和处于远摄端时的焦距。

7.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足以下条件：

0.30＜fw/bfw＜0.70，

其中bfw是在广角端处的后焦距，而fw是整个系统处于广角端的焦距。

8.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足以下条件：

0.15＜d23w/fw＜0.40，

其中d23w是第二透镜组和第三透镜组之间在广角端处的轴向空气间隔，而fw是整个系统在广角端处的焦距。

9.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头满足以下条件：

1.5＜fw/f4＜2.6，

其中f4是第四透镜组的焦距，而fw是整个系统在广角端处的焦距。

10.根据权利要求1的变焦镜头，其中图像形成在固态图像拾取器件上。

11.一种图像拾取设备，包括：

根据权利要求1的变焦镜头；以及

用于在其上接收由该变焦镜头形成的图像的固态图像拾取器件。

12.根据权利要求1的变焦镜头，其中，该变焦镜头另外满足以下条件：

0.4＜LP/fw＜1.0，

其中LP是第二A透镜元件中与像侧最近的透镜表面和孔径光阑之间沿光轴的距离，而fw是整个系统在广角端处的焦距。