CN1982938A - 变焦透镜和图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦透镜，其包括10个或更少的透镜元件，并且具有大于20X的可变焦距比。所述变焦透镜具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件，其中：第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定；第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置；第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定；第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦；所述变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：7.8<dz/fw<8.8 (1)，其中，dz表示第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离，fw表示整个透镜系统在广角端的焦距。

Description

变焦透镜和图像拾取装置

相关申请的交叉引用

本申请包含涉及2005年8月23日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-241460的主题，该申请的全部内容被并入此文中以作为参考。

技术领域

本申请涉及一种新颖的变焦透镜以及使用这种变焦透镜的图像拾取装置。更具体来说，本申请涉及一种利用很少的透镜元件来实现高可变焦距比的技术。

背景技术

在过去，变焦透镜常被用作使用固态成像元件的图像拾取装置的透镜系统(比如摄影机)。

例如，所述变焦透镜可以在专利参考文献1、2和3中获得。

[专利参考文献1]JP-A-3-33710

[专利参考文献2]JP-A-8-5913

[专利参考文献3]JP-A-9-304699

发明内容

为了减小使用固态成像元件的图像拾取装置的透镜系统(比如摄影机)的尺寸以及降低成本，需要减少构成该透镜系统的透镜元件的数目。此外，近来还有需要具有高可变焦距比的透镜系统的趋势。

但是，在上面引用的专利参考文献1中描述的变焦透镜的透镜元件的数目为10个或更少，而可变焦距比仅为10X或更小。

在上面引用的专利参考文献2中描述的变焦透镜的可变焦距比为20X，但是该透镜系统是由多达13到15个透镜元件组成的。其没有充分实现小型化和成本降低。

此外，在上面引用的参考专利3中描述的变焦透镜具有由10个或更少透镜元件组成的透镜系统，其可变焦距比仅约为20X。

根据前面的情况，希望提供一种变焦透镜，其由10个或更少的透镜元件组成，具有大于20X的可变焦距比，而且具有优异的光学性能。

根据本发明的一方面，提供一种变焦透镜，其包括10个或更少透镜元件，同时展示出大于20X的可变焦距比。该变焦透镜具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件。第一组透镜元件具有正折射本领(refractivepower)，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置。第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定。第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦。用dz表示第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离。用fw表示整个透镜系统在广角端的焦距。变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

因此，根据本发明的这一方面的变焦透镜可以用小数目的10个或更少的透镜元件经济且紧凑地制造，同时其具有超过20X的高可变焦距比。此外，可以提供具有受抑制的场弯曲的高性能变焦透镜。

根据本发明另一方面的一种图像拾取装置具有可变焦距比大于20X的变焦透镜以及将由所述变焦透镜形成的像转换为电信号的图像获取单元。所述变焦透镜由10个或更少的透镜元件组成。该变焦透镜具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件。第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置。第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定。第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦。用dz表示第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离。用fw表示整个透镜系统在广角端的焦距。该变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

因此，根据本发明的这一方面的图像拾取装置的尺寸小但是能用超过20X的高可变焦距比来成像场景。此外，可以得到具有受抑制的场弯曲的高质量图像。

根据本发明的这一方面的变焦透镜包括10个或更少的透镜元件，但是展现出高于20X的可变焦距比。该变焦透镜具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件。第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置。第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定。第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦。该变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

其中，dz是第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离，fw是整个透镜系统在广角端的焦距。

因此，根据本发明的这一方面的变焦透镜可以用较小数目的10个或更少的透镜元件经济且紧凑地制造，同时其具有超过20X的高可变焦距比。此外，可以提供具有受抑制的场弯曲的高性能变焦透镜。

根据本发明的这一方面的图像拾取装置具有可变焦距比超过20X的变焦透镜以及将由该变焦透镜形成的像转换为电信号的图像获取单元。该变焦透镜由10个或更少透镜元件组成。该变焦透镜具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件。第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置。第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定。第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦。该变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

其中，dz是第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离，fw是整个透镜系统在广角端的焦距。

因此，根据本发明的这一方面的图像拾取装置尺寸较小但是能以超过20X的高可变焦距比成像场景。而且，可以提供具有受抑制的场弯曲的高质量图像。

根据本发明的实施例，所述变焦透镜满足下面的条件表达式：

$2.0<\frac{f1}{\mathrm{fa}}<2.3---\left(2\right)$

$0.25<\left|\frac{f2}{\mathrm{fa}}\right|<0.41---\left(3\right)$

$0.58<\frac{f3}{\mathrm{fa}}<3.25---\left(4\right)$

$0.7<\frac{f4}{\mathrm{fa}}<0.9---\left(5\right)$

其中， $\mathrm{fa}=\sqrt{\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft}},$ ft是整个透镜系统在远端的焦距，fi是第i组透镜元件的焦距(i＝1，2，3，4)。因此，前面的透镜组的直径能进一步减小。总长度能进一步减小。可以确保正常量的后对焦(back focus)。同时，还可以很好地校正比如球形像差等像差。此外，还能增加光圈比。

根据本发明的一个实施例，第三组透镜元件包括在物侧具有非球面凸表面而在像侧具有非球面凹表面的单个透镜元件。第四组透镜元件由依次从物侧到像侧设置的负透镜元件和正透镜元件组成。位于像侧的该正透镜元件的表面是非球面的。因此，能减小所述透镜系统的总长度。而且能减小第四组透镜元件的尺寸。此外，能校正球形像差。而且还能校正场弯曲和失真。

根据本发明的一个实施例，第三组透镜元件由在物侧具有非球面凸表面而在像侧具有非球面凹表面的单个透镜元件组成。第四组透镜元件由依次从物侧到像侧设置的负透镜元件、第一正透镜元件和第二正透镜元件组成。在像侧的该正透镜元件的至少一个表面是非球面的。因此，能减小所述透镜系统的总长度。此外，能减小第四组透镜元件的尺寸。而且还能校正球形像差。

在本发明的一个实施例中，整个透镜系统包括9个透镜，因此可以实现进一步的尺寸减小。

在本发明的一个实施例中，整个透镜系统包括10个透镜。因此，可以实现进一步的尺寸减小。

附图说明

图1是显示根据本发明的变焦透镜的第一实践模式的透镜结构的图。

图2是说明通过对第一实践模式应用特定数值而得到的一组数值的例1的各种像差的图，其与图3和4一起说明广角端处的球面像差、像散(astigmatism)和失真。

图3是说明标准焦距下的球面像差、像散和失真的图。

图4是说明远端处的球面像差、像散和失真的图。

图5是显示根据本发明的变焦透镜的第二实践模式的透镜结构的图。

图6是说明通过对第二实践模式应用特定数值而得到的一组数值的例2的各种像差的图，其与图7和8一起说明广角端处的球面像差、像散和失真。

图7是说明标准焦距下的球面像差、像散和失真的图。

图8是说明远端处的球面像差、像散和失真的图。

图9是显示根据本发明的变焦透镜的第三实践模式的透镜结构的图。

图10是说明通过对第三实践模式应用特定数值而得到的一组数值的例3的各种像差的图，其与图11和12一起说明广角端处的球面像差、像散和失真。

图11是说明标准焦距下的球面像差、像散和失真的图。

图12是说明远端处的球面像差、像散和失真的图。

图13是显示根据本发明的图像拾取装置的实践模式的框图。

具体实施方式

下面将参照附图描述用于实施本发明的变焦透镜和图像拾取装置的最佳模式。

根据本发明的一个实施例的变焦透镜由10个或更少的透镜元件组成，其具有超过20X的可变焦距比，并且具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件。第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置。第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定。第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦。该变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

其中，dz是第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离，fw是整个透镜系统在广角端的焦距。

根据本发明的上述实施例的变焦透镜具有上述结构。所以，该透镜的尺寸较小，但是可以达到超过20X的可变焦距比。如果需要的话，该透镜可以达到超过30X的可变焦距比。此外，该透镜还具有优异的光学特性。

条件表达式(1)规定了当可变焦距比从广角端到远端改变时第二组透镜元件移动的距离dz与整个透镜系统在广角端的焦距fw之间的关系。

在条件表达式(1)中，如果dz/fw的值小于7.8，则必须增加第二组透镜元件的功效，以获得超过30X的可变焦距比。同时，负侧上的Petzval总和增加，导致过校正。反之，如果dz/fw的值大于8.8，则变焦透镜的总长度增加。而且，很难在移动第二组透镜元件时不产生偏心率，而这产生不实际的结果。

根据本发明的该实施例的变焦透镜优选地满足下面的条件表达式(2)、(3)、(4)和(5)：

$2.0<\frac{f1}{\mathrm{fa}}<2.3---\left(2\right)$

$0.25<\left|\frac{f2}{\mathrm{fa}}\right|<0.41---\left(3\right)$

$0.58<\frac{f3}{\mathrm{fa}}<3.25---\left(4\right)$

$0.7<\frac{f4}{\mathrm{fa}}<0.9---\left(5\right)$

其中， $\mathrm{fa}=\sqrt{\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft}},$ ft是整个透镜系统在远端处的焦距，fi是第i组透镜元件的焦距(i＝1，2，3，4)。

条件表达式(2)和(3)分别规定第一和第二组透镜元件的焦距f1和f2与 $\mathrm{fa}=\sqrt{\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft}}$ 的关系。

在条件表达式(2)和(3)中，如果f1/fa的值小于2或者如果|f2/fa|的值大于0.41，则当可变焦距比从广角端到远端变化时需要将第二组透镜元件移动较大的距离，以确保30X或更大的可变焦距比。这增加了前面的透镜组的直径和变焦透镜的总长度，从而得到不想要的结果。反之，如果f1/fa的值大于2.3或者如果|f2/fa|的值小于0.25，则负侧的Petzval总和增加，从而导致过校正。

条件表达式(4)规定了第三组透镜元件的焦距f3和fa的关系。

在条件表达式(4)中，如果f3/fa的值小于0.58，则将难于校正球形像差。反之，如果f3/fa的值大于3.25，则需要增加第四组透镜元件的直径。这不利于增加光圈比。

条件表达式(5)规定了第四组透镜元件的焦距f4和fa的关系。

在条件表达式(5)中，如果f4/fa的值小于0.7，则将难于校正球形像差。而且，后对焦被缩短。因此，当取像透镜被用于使用固态成像元件的图像拾取装置(比如摄影机)时，难于为该取像透镜设置所需的滤光器。反之，如果f4/fa的值大于0.9，则需要把第四组透镜元件移动更大距离。这样增加了变焦透镜的总长度，从而得到不想要的结果。

优选地，第三组透镜元件由具有物侧表面和像侧表面的单个正凹凸透镜(meniscus)组成。物侧表面作为凸表面面向物(object)。像侧表面作为凸表面面向物。两个表面为非球面的。第四组透镜元件由两个透镜元件组成，即依次从物侧设置的负透镜元件和正透镜元件。在像侧的该正透镜元件的表面是非球面的。特别地，优选的结构是整个透镜系统由9个透镜元件组成。

如果第三组透镜元件由在物侧具有非球面凸表面并且在像侧具有非球面凹表面的单个透镜元件组成，则第三组透镜元件的主点的位置可以离物更近。因此，透镜系统的总长度能被缩短。此外，像侧的表面是凹形的，因而使得从第三组透镜元件发出的光线的高度更低。这样能减小第四组透镜元件的尺寸。此外，所述非球面增加了第三组透镜元件的功效，这反过来使得能够校正球形像差。第四组透镜元件由依次从物侧到像侧设置的负透镜元件和正透镜元件组成。在像侧的该正透镜元件的表面是非球面的。因此，能校正场弯曲和失真。第四组透镜元件的该负透镜元件是折射系数大于1.9的非球面透镜元件。该透镜元件通常难于制造。一般来说，非球面凸表面比非球面非凸表面更容易形成。因此，通过非球面化像侧的凸透镜可以降低成本。

第三和第四组透镜元件被如前所述地那样设计。而且，它们也可以被如下所述地构造。第三组透镜元件由具有物侧表面和像侧表面的单个正凹凸透镜组成。物侧表面作为凸表面面向物，像侧表面作为凸表面面向物。两个表面为非球面的。第四组透镜元件由依次从物侧设置的3个透镜元件组成，即负透镜元件、第一正透镜元件和第二正透镜元件。位于像侧的第二正透镜元件的至少一个表面优选地是非球面的。更优选地，整个透镜系统由10个透镜元件组成。

如果第三组透镜元件由在物侧具有非球面凸表面以及在像侧具有非球面凹表面的单个透镜元件组成，则第三组透镜元件的主点的位置可以离物更近。因此，透镜系统的总长度能被缩短。而且，由于在像侧的表面是凹形的，因此从第三组透镜元件发出的光线的高度可以被降低。第四组透镜元件的尺寸能被减小。此外，所述非球面化增加了第三组透镜元件的功效。这使得可以校正球形像差。第四组透镜元件由依次从物侧到像侧设置的负透镜元件、第一正透镜元件和第二正透镜元件组成。在像侧的第二正透镜元件的至少一个表面为非球面的。因此，能够校正场弯曲和失真。由于在像侧的第二正透镜元件具有非球面性的效应，具有大于75的Abbe数值的低色散玻璃(其作为非球面表面通常是难于制造的)可以被用作位于负透镜元件和第二正透镜元件之间的第一正透镜元件的球形透镜。可以减小易于在高放大变焦透镜中产生的色差。

下面将介绍根据本发明的一个实施例的变焦透镜的实践模式和通过在这些实践模式中应用特定数值而得到的数值的例子。

与图1所示的第一实践模式相关的变焦透镜1、与图5所示的第二实践模式相关的变焦透镜2以及与图9所示的第三实践模式相关的变焦透镜3都是所谓的后对焦变焦透镜，其中每个具有四组9个透镜元件或者四组10个透镜元件。也就是说，所述4组由从物侧依次设置的第一组透镜元件GR1、第二组透镜元件GR2、第三组透镜元件GR3和第四组透镜元件GR4组成。第一组透镜元件GR1具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件GR2具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置。第三组透镜元件GR3具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定。第四组透镜元件GR4具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像平面位置的变化并且执行聚焦。低通滤波器FL位于第四组透镜元件GR4和像面P之间。

第一组透镜元件GR1由从物侧依次设置的三个透镜元件L1、L2和L3组成。第一组透镜元件GR1整体上展现出正折射本领，并且在变焦过程中位置固定。第二组透镜元件GR2由从物侧依次设置的三个透镜元件L4、L5和L6组成。第二组透镜元件GR2整体上展现出负折射本领，并且在变焦过程中沿光轴移动位置。第三组透镜元件GR3由具有正折射本领的单个透镜元件L7组成。该元件L7在变焦过程中位置固定。在第一和第二实践模式中，第四组透镜元件GR4由从物侧依次设置的两个透镜元件L8和L9组成。在第三实践模式中，第四组透镜元件GR4由从物侧依次设置的三个透镜元件L8、L9和L10组成。第四组透镜元件GR4整体上展现出正折射本领。在变焦过程中，第二组透镜元件GR2移动。此时，第四组透镜元件GR4沿光轴移动，以便校正像面位置并且执行聚焦。

在每个变焦透镜1、2和3中，通过沿光轴将第二组透镜元件GR2在沿光轴方向上固定的第一组透镜元件GR1和第三组透镜元件GR3之间向第一组透镜元件GR1或向第三组透镜元件GR3移动来执行变焦。因此，所述变焦改变了在像面P一侧的第一组透镜元件GR1的透镜元件L3的透镜表面r5与在物侧的第二组透镜元件GR2的透镜元件L4的透镜表面r6之间的间距d5，以及改变了在像面P一侧的第二组透镜元件GR2的透镜元件L6的透镜表面r10与在物侧的第三组透镜元件GR3的透镜元件L7的透镜表面r11之间的间距d10，如图1、5和9所示。

为了校正由变焦引起的像面位置的改变以及执行聚焦，第四组透镜元件GR4沿光轴方向在第三组透镜元件GR3和低通滤波器FL之间向着第三组透镜元件GR3或者向着低通滤波器FL移动。因此，当第四组透镜元件GR4移动时，以下间距发生改变：在像面P一侧的第三组透镜元件GR3的透镜元件L7的透镜表面r12与在物侧的第四组透镜元件GR4的透镜元件L8的透镜表面r13之间的间距d12，以及(在变焦透镜1和2的情形中)在像面P一侧的第四组透镜元件GR4的透镜元件L9的透镜平面r15与在物侧的低通滤波器FL的表面r16之间的间距d15或者(在变焦透镜3的情形中)在像面P一侧的透镜L10的透镜表面r17与在物侧的低通滤波器FL的表面r18之间的间距d17。

在变焦透镜1、2和3中，构成第三组透镜元件GR3的透镜元件L7是在物侧具有表面r11并且在像侧具有表面r12的正凹凸透镜。表面r11作为凸表面而面向物，表面r12作为凸表面而面向物。表面r11和r12由非球面表面形成。在变焦透镜1和2中，形成第四组透镜元件GR4的两个透镜元件L8和L9分别为负透镜元件和正透镜元件。在像侧P的正透镜元件L9的表面r15是非球面的。在变焦透镜3中，形成第四组透镜元件GR4的三个透镜元件L8、L9和L10分别为负透镜元件、正透镜元件和正透镜元件。正透镜元件L10的两个表面r16和r17是非球面的。

下面将参照图表描述通过对变焦透镜1、2和3应用特定数值而获得的数据示例的例1、2和3中的透镜数据。

在以下的表中，“ri”表示从物侧数起的第i个透镜表面的半径曲率。“di”表示从物侧数起的光轴(x-x)上的第i个表面和第i+1个表面之间的间距。“ni”表示从物侧数起的第i个表面对于波长为587.6nm的d射线的折射系数。“vi”表示从物侧数起的第i个表面对于d射线的Abbe数值。“f”表示整个透镜系统的焦距。“Fno”表示全光圈F值。“ω”表示半视角。“无限”表示该表面为平面。“可变”表示各表面间的间距是可变的。

每个变焦透镜1、2和3可以包括非球面透镜表面。非球面形状由下面的等式(1)限定：

$Z=\frac{(1/R)H^2}{1+\sqrt{1-(1+K){(1/R)}^2{H}^2}}{A}_4{H}^4+A_6{H}^6+A_8{H}^8+A_{10}{H}^{10}---\left(1\right)$

其中，Z是当非球面表面的非球面顶点处的触点平面与来自光轴x-x的球面表面的高度H为

时在光轴方向上的距离，1/R是非球面顶点的曲率，K是圆锥常数，A2i是第2i阶的非球面系数。

表1所示为通过对变焦透镜1应用特定数值而获得的一组数值的例1的不同尺寸的值。

表1

i	ri	di	ni	vi
					1	14.454	0.34	1.92286	20.9
2	9.163	2.00	1.48749	70.4
					3	-60.498	0.10
4	8.310	0.90	1.77250	49.6

5	22.402	可变
					6	27.015	0.22	1.90366	31.3
7	1.819	1.02
					8	-7.568	0.22	1.67270	32.2
9	2.007	0.66	1.94610	18.0
					10	9.099	可变
11	2.610	0.93	1.52470	56.2
					12	4.774	可变
13	3.554	0.25	1.94610	18.0
					14	2.247	1.08	1.69350	53.2
15	-9.755	可变
					16	无限	0.79	1.51680	64.2
17	无限

如前所述，在变焦透镜1中，当进行变焦或聚焦时，各表面之间的间距d5、d10、d12和d15发生改变。当从广角端向远端进行变焦并且焦距f(放大)被改变到1.00、5.55和30.78时，从数值的例1中获得的d5、d10、d12和d15的值如表2所示。

表2

f	1.00	5.55	30.78
				d5	0.40	6.20	8.69
d10	9.15	3.34	0.86
				d12	3.90	2.63	5.12
d15	2.59	3.86	1.37

如前所述，变焦透镜1的表面r11、r12和r15由非球面表面形成。在所述一组数值的例1中的r11、r12和r15的第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面系数A4、A6、A8和A10分别如表3所示。应当注意，在表3和下面给出的表示非球面系数的其他表中，“E-i”表示以10为底的指数表达式，即10^-i。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10^-5”。

表3

	A4	A6	A8	A10
					r11	0.8663e-02	-.3335e-02	0.2451e-02	-.31200e-03
r12	0.2154e-01	-.4421e-02	0.4609e-02	-.5116e-03
					r15	0.3182e-02	0.1217e-03	-.1118e-03	0.2576e-07

所述一组数值的例1中的对应于f、Fno、2ω以及条件表达式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)的dy/fw、f1/fa、|f2/fa|、f3/fa和f4/fa的值如表4所示。

表4

f	1.00到30.78
		Fno	1.81到3.94
2ω	30.52到1.03
		dz/fw	8.29
f1/fa	2.17
		|f2/fa|	0.32
f3/fa	1.72
		f4/fa	0.82

图2至4显示了对于波长为587.6nm的d射线的所述一组数值的例1中在广角端、标准焦距和远端处的球形像差、像散和失真的像差图。在像散像差图中，每条实线表示在弧矢像面上的值，每条虚线表示在子午像面上的值。下面给出的图6-8和图10-12示出类似的值。

表5所示为通过对变焦透镜2应用特定数值而得到的一组数值的例2的不同尺寸的值。

表5

i	ri	di	ni	vi
					1	16.711	0.34	1.92286	20.9
2	8.887	2.00	1.48749	70.4
					3	-76.302	0.10
4	8.671	1.04	1.88300	40.8
					5	28.740	可变
6	16.887	0.22	1.90366	31.3
					7	1.722	1.02
8	-5.641	0.22	1.62004	36.3
					9	2.118	0.66	1.94610	18.0
10	9.191	可变

11	2.064	0.93	1.52470	56.2
					12	2.629	可变
13	3.730	0.25	1.94610	18.0
					14	2.294	1.08	1.69350	53.2
15	-7.812	可变
					16	无限	0.66	1.51680	64.2
17	无限

如前所述，在变焦透镜2中，当进行变焦或聚焦时，各表面之间的间距d5、d10、d12和d15发生改变。当从广角端向远端执行变焦并且焦距f(放大)被改变到1.00、5.55和30.82时，从所述一组数值的例2中获得的d5、d10、d12和d15的值如表6所示。

表6

f	1.00	5.55	30.82
				d5	0.40	5.89	8.70
d10	9.15	3.66	0.84
				d12	2.72	1.23	4.14
d15	3.21	4.69	1.78

如前所述，在变焦透镜2中，表面r11、r12和r15由非球面表面形成。所述一组数值的例2中的r11、r12和r15的第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面系数A4、A6、A8和A10分别如表7所示。

表7

	A4	A6	A8	A10
					r11	0.5553e-02	-.3031e-02	0.1237e-02	-.1158e-03
r12	0.2494e-01	-.1372e-02	0.1845e-02	0.6122e-03
					r15	0.2792e-02	-.3511e-03	0.4318e-03	-.1512e-03

所述一组数值的例2中的对应于f、Fno、2ω和条件表达式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的dz/fw、f1/fa、|f2/fa|、f3/fa和f4/fa的值如表8所示。

表8

f	1.00到30.82

Fno	1.82到3.76
		2ω	33.15到1.14
dz/fw	8.30
		f1/fa	2.13
|f2/fa|	0.32
		f3/fa	2.11
f4/fa	0.80

图6至8显示了在变焦透镜2的广角端、标准焦距和远端处的球形像差、像散和失真的像差图。

表9所示为通过对变焦透镜3应用特定数值而得到的一组数值的例3的不同尺寸的值。

表9

i	ri	di	ni	vi
					1	16.863	0.33	1.92286	20.9
2	9.546	1.66	1.49700	81.6
					3	-53.022	0.04
4	8.390	0.74	1.88300	40.8
					5	21.622	可变
6	15.107	0.27	1.92286	20.9
					7	1.655	0.78
8	-4.689	0.21	1.58913	61.3
					9	2.131	0.70	1.94610	18.0
10	13.898	可变
					11	2.733	0.92	1.58313	59.4
12	4.464	可变
					13	8.667	0.25	1.94610	18.0
14	3.938	0.83	1.49700	81.6
					15	-8.323	0.08
16	4.770	0.62	1.69350	53.2

17	-23.652	可变
					18	无限	0.66	1.51680	64.2
19	无限

如前所述，在变焦透镜3中，当进行变焦或聚焦时，各表面之间的间距d5、d10、d12和d17发生改变。当从广角端向远端执行变焦并且焦距f(放大)被改变到1.00、5.55和30.63时，从所述一组数值的例3中获得的d5、d10、d12和d17如表10所示。

表10

f	1.00	5.53	30.63
				d5	0.42	6.36	8.75
d10	9.27	3.32	0.94
				d12	3.89	2.74	5.24
d17	2.96	4.12	1.61

如前所述，在变焦透镜3中，表面r11、r12、r16和r17由非球面表面形成。所述一组数值的例3中的r11、r12、r16和r17的第四阶、第六阶、第八阶和第十阶非球面系数A4、A6、A8和A10分别如表11所示。

表11

	A4	A6	A8	A10
					r11	0.8375e-02	-.2220e-03	0.7573e-03	-.5039e-05
r12	0.2133e-01	-.8547e-03	0.2398e-02	0.7882e-05
					r16	0.5576e-03	-.4129e-03	-.1417e-03	0.1193e-03
r17	0.1688e-03	-.5226e-04	-.3725e-03	0.1849e-03

所述一组数值的例3中的对应于f、Fno、2ω和条件表达式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的dz/fw、f1/fa、|f2/fa|、f3/fa和f4/fa的值如表12所示。

表12

f	1.00到30.63
		Fno	1.69到3.63
2ω	33.23到1.15
		dz/fw	8.33
f1/fa	2.13

|f2/fa|	0.34
		f3/fa	1.83
f4/fa	0.80

图10至12显示了在变焦透镜3的广角端、标准焦距和远端处的球形像差、像散和失真的像差图。

通过理解上述实施例和所述一组数值的例子，根据本发明各实施例的变焦透镜通过满足条件表达式(1)、(2)、(3)、(4)和(5)而以较少数量的透镜元件达到超过20X的高可变焦距比(在所述数值的上述例子中达到约30X的高可变焦距比)。例如，所述变焦透镜优选地被用作摄影机的变焦透镜。

图13所示为根据本发明一个实施例的图像拾取装置的实践模式。在该实践模式中，根据本发明一个实施例的图像拾取装置被用作数字摄影机。

根据此实践模式的数字摄影机10包括光学透镜部分11、光电转换器部分12、摄影机功能控制部分13、图像信号处理部分14、LCD(液晶显示器)15、图像输入/输出部分16、语音输入/输出部分17、语音信号处理部分18、通信部分19、控制部分20、操作输入部分31、记录驱动器32(比如光盘或磁带驱动器)和存储卡33。

所述光学透镜部分11具有变焦透镜、对焦机构、光圈收缩机构、快门机构、变焦机构和其他部件。所述透镜部分控制对焦机构、光圈收缩机构、快门机构和变焦机构，其拍摄所需对象的像，并且响应于来自摄影机功能控制部分13的驱动信号而将该像聚焦到所述光电转换器部分12的所需部分上。可以使用根据本发明实施例的任何上述变焦透镜。特别是，使用与上述第一到第三实践模式相关的任何变焦透镜1、2和3或者根据本发明一个实施例的变焦透镜(未示出)。

所述光电转换器部分12具有像拾取装置(比如CCD(带电耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体))、处理电路和其他部件。所述转换器部分12通过像拾取装置把由光学透镜部分11拍摄的目标的像转换为电信号(图像信号)，并且通过该光电转换器部分12的预处理单路以所需的方式对所获得的图像信号进行预处理。在该光电转换器部分12的预处理电路中，例如通过执行CDS(相关双采样)处理来保持合适的S/N比，以及通过执行AGC(自动增益控制)处理来执行其他处理，比如增益控制。经过给定预处理的图像信号被转换为数字信号(A/D(模数)转换)，其接着被提供给图像信号处理部分14。

图像信号处理部分14由DSP(数字信号处理器)形成，并且在控制部分20的控制下对来自光电转换器部分12的图像数据执行摄影机信号处理(比如AF(自动对焦)、AE(自动曝光)和AWB(自动白平衡))。

将被提供给LCD15的模拟图像信号是从经过所述摄影机信号处理的图像数据中产生的。通过将其提供给LCD15，可以通过LCD15来检查所述对象的图像。在根据该实践模式的数字摄影机的情形中，来自所述图像信号处理部分14的模拟图像信号可以通过图像输入/输出部分16而同时被提供给外部装置(比如其他记录/重放装置或监视器接收器)。

所述图像信号处理部分14按照预定压缩方法对经过所述摄影机信号处理的图像数据进行压缩，并且通过控制部分20将该数据记录在记录驱动器32中装载的记录介质或存储卡33上。硬盘、可分离盘类型的记录介质(比如DVD(数字多用盘)-RAM或DVD-RW/R)或者装载到卡带盒中的磁带可以被用作记录驱动器32的记录介质。当拍摄运动画面时，例如，拍摄开始键被再次操作。连续拍摄目标的图像直到给出停止运动画面的摄影的指示。所述图像被作为视频数据记录到记录驱动器32的记录介质上。当操作快门键时，被聚焦到所述光电转换器部分12上的像被作为静止图像接受，并且作为静止图像数据而被记录到存储卡33上。存储卡33被可分离地安装在卡槽(未示出)中。所述静止图像数据也可以被记录在记录驱动器32的记录介质上，并且视频数据可以被记录在存储卡33上。

当拍摄运动画面时，通过麦克风(未示出)拾取声音并且将其转换为电信号，从而获得语音信号。该语音信号被转换为数字信号。与之相关的数据可以按照给定压缩方法进行压缩，并且可以与视频数据一起被记录在记录驱动器32的记录介质上。

在该数字摄影机10中，作为从比如录像机的外部装置提供的信息并且通过图像输入/输出部分16接受的模拟图像信号以及通过语音输入/输出部分17接受的模拟语音信号也可以被记录在记录驱动器32的记录介质上。

所述控制部分20控制数字摄影机10的各个部分。CPU(中央处理单元)21、ROM(只读存储器)22、RAM(随机存取存储器)23和EEPROM(电可擦除可编程ROM)24通过系统总线25连接起来，从而构成微型计算机的结构。

由CPU21执行的各种处理程序以及在各种处理中使用的信息之前已经被记录在ROM22中。RAM23主要用作工作区，以便暂时存储各种处理的中间结果。EEPROM24是所谓的非易失性存储器，其保存在数字摄影机的电源关闭时所需要保存的数据，比如各种设置参数。

在所述数字摄影机10中，可以把运动画面数据、静止图像数据和语音数据(比如通过通信部分19接收到的音乐)以及其他各种数据记录在记录驱动器32的记录介质上。通信部分19可以通过Ethemet^TM或者诸如USB(通用串行总线)的有线接口发送和接收数据。此外，该通信部分通过诸如IEEE(电气和电子工程师协会)802.11a/b/g或蓝牙等无线接口发送和接收数据。

被记录在记录驱动器32的记录介质或类似装置上的数字数据可以通过通信部分19而被提供给与网路连接的外部装置。

上述图像拾取装置10是应用了本发明一个实施例的数字摄影机。该图像拾取装置可以采取多种其他的商业产品形式。例如，该图像拾取装置可以被广泛地用作数字静止摄影机、具有内置摄影机的蜂窝电话、具有内置摄影机的PDA(个人数字助理)以及其他数字输入/输出装置的摄影机部分。

应当理解，在上述实践模式和数值例子中展现出的各部分和数值的所有具体形式都仅仅是实施本发明的实施方式示例，本发明的技术范围不应被视为受其限制。

Claims (8)

1、一种变焦透镜，其包括10个或更少的透镜元件并且具有大于20X的可变焦距比，所述变焦透镜具有依次从物侧到像侧设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件；

其中，第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定；

第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置；

第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中位置固定；

第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦；以及

所述变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

其中，dz表示第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离，fw表示整个透镜系统在广角端的焦距。

2、如权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足下面的条件表达式(2)、(3)、(4)和(5)：

$2.0<\frac{f1}{\mathrm{fa}}<2.3---\left(2\right)$

$0.25<\left|\frac{f2}{\mathrm{fa}}\right|<0.41---\left(3\right)$

$0.58<\frac{f3}{\mathrm{fa}}<3.25---\left(4\right)$

$0.7<\frac{f4}{\mathrm{fa}}<0.9---\left(5\right)$

其中， $\mathrm{fa}=\sqrt{\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft}},$ ft是整个透镜系统在远端的焦距，fi是第i组透镜元件的焦距(i＝1，2，3，4)。

3、如权利要求2所述的变焦透镜，

其中，第三组透镜元件由在物侧具有非球面凸表面并且在像侧具有非球面凸表面的单个透镜元件形成；

第四组透镜元件由从物侧到像侧依次设置的负透镜元件和正透镜元件形成；以及

位于像侧的该正透镜元件在像侧具有非球面表面。

4、如权利要求2所述的变焦透镜，

其中，第三组透镜元件由在物侧具有非球面凸表面并且在像侧具有非球面凹表面的单个透镜元件形成；

第四组透镜元件具有从物侧到像侧依次设置的负透镜元件、第一正透镜元件和第二正透镜元件组成，并且在像侧的该正透镜元件的至少一个表面是非球面的。

5、如权利要求1所述的变焦透镜，其中，整个透镜系统由9个透镜元件形成。

6、如权利要求1所述的变焦透镜，其中，整个透镜系统由10个透镜元件形成。

7、一种图像拾取装置，其包括变焦透镜以及将由该变焦透镜形成的像转换为电信号的图像拾取单元，该变焦透镜由10个或更少的透镜元件形成并且具有大于20X的可变焦距比；

其中，所述变焦透镜具有从物侧到像侧依次设置的第一、第二、第三和第四组透镜元件；

所述第一组透镜元件具有正折射本领，并且在变焦过程中位置固定；

所述第二组透镜元件具有负折射本领，并且在变焦过程中移动位置；

所述第三组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，并且在变焦过程中固定；

所述第四组透镜元件具有正折射本领，其包括至少一个非球面表面，其在变焦过程中校正像面位置的变化并且执行聚焦；以及

所述变焦透镜满足下面的条件表达式(1)：

$7.8<\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{fw}}<8.8---\left(1\right)$

其中，dz表示第二组透镜元件在执行变焦时的可移动距离，fw表示整个透镜系统在广角端的焦距。

8、如权利要求7所述的图像拾取装置，其中，所述变焦透镜满足下面的条件表达式(2)、(3)、(4)和(5)：

$2.0<\frac{f1}{\mathrm{fa}}<2.3---\left(2\right)$

$0.25<\left|\frac{f2}{\mathrm{fa}}\right|<0.41---\left(3\right)$

$0.58<\frac{f3}{\mathrm{fa}}<3.25---\left(4\right)$

$0.7<\frac{f4}{\mathrm{fa}}<0.9---\left(5\right)$

其中， $\mathrm{fa}=\sqrt{\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft}},$ ft是整个透镜系统在远端的焦距，fi是第i组透镜元件的焦距(i＝1，2，3，4)。

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