CN101046548A - 变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备。该变焦透镜包括：第一正透镜单元、第二负透镜单元、第三正透镜单元以及第四正透镜单元，这些透镜单元从物侧到像侧依次布置。第一透镜单元在摄远端的位置比该第一透镜单元在广角端的位置更加接近物侧。这些透镜单元以这种方式移动：第一和第二透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更大，第二和第三透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更小，并且第三和第四透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更大。

Description

变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取设备

技术领域

本发明涉及适用于摄象机、胶片照相机、广播照相机、数字静态照相机等的变焦透镜，以及涉及配备有这种变焦透镜的图像拾取设备。

背景技术

近年来，在使用固态图像拾取元件的诸如摄象机、数字静态照相机、广播照相机，以及使用胶片的静态照相机等的图像拾取设备中已经实现了尺寸降低和功能性改善。

与此相伴，希望在这种图像拾取设备中使用的拍摄光学***是整体长度短且具有高变焦比的紧凑变焦透镜。

已知由四个透镜单元构成的高变焦比变焦透镜，其中这四个透镜单元从物侧到像侧依次分别具有正折光力、负折光力、正折光力和正折光力(见日本专利申请特开No.H03-296706，美国专利No.6,975,461，以及日本专利申请特开No.2004-94233)。在此变焦透镜中，通过移动透镜单元来实现变焦。

在已知的具有上述配置的四透镜单元变焦透镜中，第二透镜单元包括三个负透镜和一个正透镜(见日本专利申请特开No.H07-177926)。在另一已知的四透镜单元变焦透镜中，第二透镜单元包括五个透镜(见美国专利No.6,462,886和日本专利申请特开No.2000-368338)。

近年来，图像拾取设备已经被做得更小，并且相应地非常需要减小变焦透镜尺寸。特别是，需要将图像拾取设备中使用的变焦透镜在整体透镜***的尺寸方面做得更小，同时具有预定的变焦比且在整个变焦范围内具有令人满意的光学性能。

一般来说，构成变焦透镜的每个透镜单元沿光轴的长度随该透镜单元中的透镜数量的增加而增加。

此外，当每个透镜单元在变焦和聚焦中的移动量大时，变焦透镜的整体长度变得很长，这使得难以将透镜制作得小。

为了降低变焦透镜的尺寸以及增加其变焦比，有必要适当设计每个透镜单元在变焦中的移动条件、每个透镜单元的折光力、以及每个透镜单元的透镜配置。例如，当降低了变焦透镜的尺寸时，增大每个透镜单元的折光力导致每个透镜单元的移动量降低，从而可以将透镜***的整体长度做得更小。然而，如果仅简单地增大每个透镜单元的折光力，在变焦时的像差的差异将变得很大，以至于难以令人满意地修正该像差。

如上可知，尺寸减小和优异的光学性能通常是彼此对立的，并且设计变焦透镜以同时实现尺寸减小和优异的光学性能两者是一个很大的挑战。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种变焦透镜，其具有高变焦比和其整个变焦范围内的优异的光学性能，同时还具有简单的透镜配置，并且尺寸紧凑。

根据本发明的一种变焦透镜包括：具有正折光力的第一透镜单元；具有负折光力的第二透镜单元；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元；这些透镜单元从物侧到像侧以上述顺序布置，并且第一透镜单元在摄远端的位置比第一透镜单元在广角端的位置更加接近物侧。这些透镜单元以这种方式移动：第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更大，第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更小，并且第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更大。在此变焦透镜中，第一透镜单元具有包括正透镜的两个或更少的透镜；并且第二透镜单元包括从物侧到像侧依次布置的负透镜、由具有符号相反的折光力的两个光学部件制成的组合透镜、正透镜。

本发明其他的特征将从如下参考附图对示例性实施例的描述中变得显而易见。

附图说明

图1A、1B和1C是示出根据第一实施例的变焦透镜的透镜配置的剖视图。

图2A示出了根据第一实施例的变焦透镜处于广角端位置处的像差。

图2B示出了根据第一实施例的变焦透镜处于中间变焦位置处的像差。

图2C示出了根据第一实施例的变焦透镜处于摄远端位置处的像差。

图3A、3B和3C是示出根据第二实施例的变焦透镜的透镜配置的剖视图。

图4A示出了根据第二实施例的变焦透镜处于广角端位置处的像差。

图4B示出了根据第二实施例的变焦透镜处于中间变焦位置处的像差。

图4C示出了根据第二实施例的变焦透镜处于摄远端位置处的像差。

图5A、5B和5C是示出根据第三实施例的变焦透镜的透镜配置的剖视图。

图6A示出了根据第三实施例的变焦透镜处于广角端位置处的像差。

图6B示出了根据第三实施例的变焦透镜处于中间变焦位置处的像差。

图6C示出了根据第三实施例的变焦透镜处于摄远端位置处的像差。

图7A、7B和7C是示出根据第四实施例的变焦透镜的透镜配置的剖视图。

图8A示出了根据第四实施例的变焦透镜处于广角端位置处的像差。

图8B示出了根据第四实施例的变焦透镜处于中间变焦位置处的像差。

图8C示出了根据第四实施例的变焦透镜处于摄远端位置处的像差。

图9A、9B和9C是示出根据第五实施例的变焦透镜的透镜配置的剖视图。

图10A示出了根据第五实施例的变焦透镜处于广角端位置处的像差。

图10B示出了根据第五实施例的变焦透镜处于中间变焦位置处的像差。

图10C示出了根据第五实施例的变焦透镜处于摄远端位置处的像差。

图11A、11B和11C是示出根据第六实施例的变焦透镜的透镜配置的剖视图。

图12A示出了根据第六实施例的变焦透镜处于广角端位置处的像差。

图12B示出了根据第六实施例的变焦透镜处于中间变焦位置处的像差。

图12C示出了根据第六实施例的变焦透镜处于摄远端位置处的像差。

图13是示意性地示出根据本发明一个实施例的图像拾取设备的相关部分的透视图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例的变焦透镜包括：具有正折光力的第一透镜单元，具有负折光力的第二透镜单元，具有正折光力的第三透镜单元，以及具有正折光力的第四透镜单元，第一到第四透镜单元从物侧到像侧按上述顺序布置。在此变焦透镜中，第一透镜单元在摄远端(即在变焦范围的摄远端处)的位置比第一透镜单元在广角端(即在变焦范围的广角端处)的位置更加接近物侧。此外，这些透镜单元在变焦中以这种方式移动：第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更大，第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更小，并且第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离在摄远端比在广角端更大。换句话说，在摄远端第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离比在广角端第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离更大。此外，在摄远端第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离比在广角端第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离更小。此外，在摄远端第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离比在广角端第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离更大。前述第一透镜单元由包括正透镜的两个或更少的透镜单元组成，并且第二透镜单元包括从物侧到像侧依次布置的负透镜、由具有符号相反的折光力的两个光学部件制成的组合透镜、以及正透镜。在此，虽然如上所述，第一透镜单元由包括正透镜的两个或更少的透镜单元组成，但是也可以添加除了诸如具有光焦度的透镜的光学元件之外的例如滤光器、孔径光阑等元件。请注意，在本说明书中，使用措辞“由A和B组成”意味着除了元件A和B之外不包括例如具有光焦度的透镜的元件。此外，本说明书中的术语“透镜”或“透镜元件”不仅包括具有光焦度的任何光学元件，而且还包括具有衍射功能或光会聚功能等的衍射光栅，以及其他光学元件。

通过上述配置，根据本实施例的变焦透镜除了具有简单的透镜配置和紧凑的尺寸，它还具有高变焦比，并且在整个变焦范围内实现优异的光学性能。

应该注意，根据本发明的变焦透镜的本质特征是如上所述的那些特征，而对变焦透镜配置的以下描述和条件表达式仅公开了通过举例示出的具体配置。因此，下文中描述的任何特征或条件理所当然都不是必需的。

下面将描述根据本发明的变焦透镜和配备这种变焦透镜的图像拾取设备的实施例。

图1A、1B和1C是分别示出根据本发明第一实施例的变焦透镜在广角端位置(即最短的焦距位置)、中间变焦位置和摄远端位置(即最长的焦距位置)的透镜配置的剖视图。

图2A、2B和2C分别示出根据本发明第一实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的纵向像差。

图3A、3B和3C是分别示出根据本发明第二实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的透镜配置的剖视图。

图4A、4B和4C分别示出根据本发明第二实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的纵向像差。

图5A、5B和5C是分别示出根据本发明第三实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的透镜配置的剖视图。

图6A、6B和6C分别示出根据本发明第三实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的纵向像差。

图7A、7B和7C是分别示出根据本发明第四实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的透镜配置的剖视图。

图8A、8B和8C分别示出根据本发明第四实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的纵向像差。

图9A、9B和9C是分别示出根据本发明第五实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的透镜配置的剖视图。

图10A、10B和10C分别示出根据本发明第五实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的纵向像差。

图11A、11B和11C是分别示出根据本发明第六实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的透镜配置的剖视图。

图12A、12B和12C分别示出根据本发明第六实施例的变焦透镜在广角端位置、中间变焦位置以及摄远端位置的纵向像差。

图13是示意性地示出配备有根据本发明的变焦透镜的图像拾取设备的透视图。

根据实施例的变焦透镜是用于诸如数字静态照相机以及胶片照相机的图像拾取设备的拍摄光学***。

在变焦透镜的剖视图中，物侧(或前方)示于左侧，像侧(或后方)示于右侧。

这些剖视图中所示的每个变焦透镜包括：具有正折光力(即光焦度，其等于焦距的倒数)的第一透镜单元L1，具有负折光力的第二透镜单元L2，具有正折光力的第三透镜单元L3，以及具有正折光力的第四透镜单元L4；以及诸如滤光器、面板、石英低通滤光器、或者红外截止滤光器之类的光学块G。

当变焦透镜被用作摄象机或数字静态照相机的拍摄光学***时，图像平面IP对应于诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换元件)的图像表面。变焦透镜还具有设置在第二透镜单元L2的像侧的孔径光阑SP。

在像差图中，指示出了F值Fno。在像差图中，示出了d线和g线的曲线(由“d”和“g”表示)，并且示出了d线的子午像平面ΔM和弧矢像平面ΔS。对于g线，示出了放大倍率色差(横向色差)。

在下文中描述的实施例中，广角端变焦位置和摄远端变焦位置指的是当用于改变放大倍率的透镜单元(即实施例中的第三透镜单元L3)处于该透镜单元可沿光轴机械移动的范围的各端时的变焦位置。

在每个实施例中，在从广角端到远摄端变焦时，透镜单元L1到L4适用于以剖视图中由箭头所示的方式移动。

更具体地说，以下述方式移动透镜单元。

第一透镜单元L1单调地向物侧移动，或者以向像侧凸的箭头(剖视图中的)表示的方式移动。通过此移动，第一透镜单元L1在摄远端比在广角端更接近物侧。

与以上相关联地，在第一到第五实施例中，第一透镜单元L1以向像侧凸的箭头(剖视图中的)表示的方式移动，而在第六实施例中，第一透镜单元L1单调地向物侧移动。

第二透镜单元L2单调地向像侧移动，或者以向像侧凸的箭头表示的方式移动。通过此移动，第二透镜单元L2在摄远端比在广角端更接近像侧。第三透镜单元L3单调地向物侧移动，以主要用于改变放大倍率(或者焦距)。第四透镜单元L4以向物侧凸的箭头表示的方式移动。

这些透镜单元以这种方式移动：第一透镜单元L1和第二透镜单元L2之间的距离在摄远端比在广角端更大，第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的距离在摄远端比在广角端更小，并且第三透镜单元L3和第四透镜单元L4之间的距离在摄远端比在广角端更大。

所有这些透镜单元移动以便修正在变焦或改变放大倍率时引起的图像平面的差异。因而，可以轻松地实现这些透镜单元之中的折光力的有效分布。

此外，根据这些实施例的变焦透镜以这种方式设计，使得光学***的整体长度在广角端变短。因此，提供了高变焦比且尺寸小的变焦透镜，这适用于例如数字静态照相机。

在所有这些实施例中，使用了其中第四透镜单元L4沿着光轴移动以执行聚焦的后焦点***。

在摄远端，在执行从无穷远处的物体向短距离处的物体的聚焦操作时，第四透镜单元L4向前移动，如箭头4c所指示。用实线绘制的弯曲箭头4a和用虚线绘制的弯曲箭头4b表示第四透镜单元L4的移动，通过这两种移动，分别在透镜聚焦于无穷远处的物体的状态中和透镜聚焦于短距离处的物体的状态中，在从广角端到摄远端变焦时，修正了图像平面的差异。

在所有的实施例中，通过移动用于聚焦的重量轻的第四透镜单元L4，可以高速地轻松执行聚焦。

在第一、第三、第四、第五和第六实施例中，在变焦时，孔径光阑SP与第三透镜单元L3一起整体移动。

在第二实施例中，在变焦时，孔径光阑SP相对于所有透镜单元相独立地移动。

在这种情况下，孔径光阑SP以这种方式移动，即，使得孔径光阑与第三透镜单元L3之间的距离在广角端比在摄远端更大。通过此特征，有效地防止了不需要的光在广角端进入图像框的***区域。

在所有实施例中，第一透镜单元L1具有包括正透镜的两个或更少的透镜。

在此处公开的实施例中，第一透镜单元L1包括通过接合正透镜和负透镜而制成的接合透镜。然而，第一透镜单元L1可以包括单个正透镜。在第一透镜单元L1中使用包括一个正透镜和一个负透镜的两个透镜使得更容易修正色差。

第二透镜单元L2具有负透镜、包括具有符号相反的折光力的两个透镜的接合透镜、以及正透镜，这些透镜从物侧到像侧按上述顺序布置。

在此处公开的实施例中，第二透镜单元L2具有负透镜、包括具有符号相反的折光力的两个透镜的接合透镜、以及正透镜，这些透镜从物侧到像侧按上述顺序布置。然而，第二透镜单元L2可以包括四个或更多透镜。例如，第二透镜单元L2可以包括五个或六个透镜。

第二透镜单元L2中包括的接合透镜可以包括均由玻璃材料制成的正透镜和负透镜，或者作为替换，接合透镜可以是包括负透镜和以在该负透镜的光透射表面上的树脂层为形式的正透镜的光学元件。

第二透镜单元L2中的至少一个光学表面具有非球面形状。

第三透镜单元L3具有双凸形状的正透镜、通过接合具有面对着物侧的凸表面的正透镜和具有面对着像侧的凹表面的负透镜而制成的接合透镜、以及正透镜，这些透镜从物侧到像侧按上述顺序布置。

第三透镜单元L3中最靠近物侧的透镜表面(即第三透镜单元L3中最前方的透镜表面)具有非球面形状。意图使其中第三透镜单元L3充当主要放大倍率改变透镜单元的配置导致变焦透镜的整体长度降低，以及最前方的透镜直径降低。

第四透镜单元L4仅包含具有正折光力的一个透镜。

为了获得光学性能的进一步改善或进一步减小整体透镜***的尺寸，更希望根据这些实施例的变焦透镜满足以下条件之一：

0.1＜(R41+R52)/(R41-R52)＜1.7      --(1)

1.75＜N2n＜2.0    --(2)

1.65＜N2p＜2.0    --(3)

$0.9<d2/\sqrt{(\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft})}<1.6--\left(4\right)$

4＜v2sn-v2sp＜30    --(5)

其中，R41和R52分别表示第二透镜单元L2中的接合透镜的物侧表面的曲率半径和像侧表面的曲率半径，N2n表示第二透镜单元L2中的负透镜的制造材料的平均折射率，N2p表示第二透镜单元L2中的正透镜的制造材料的平均折射率，d2表示在广角端从第二透镜单元L2的后端(即最后方的透镜表面)到孔径光阑SP的在光轴上的距离，v2sn和v2sp分别表示接合透镜中的负透镜和正透镜各自的制造材料的阿贝数，fw和ft分别表示整个透镜***在广角端和摄远端的焦距。当计算“N2n”和“N2p”的值时，由树脂制成且用作组合透镜的构成元件的透镜(树脂透镜)被作为透镜元件或者单个透镜元件处理。当满足上述条件的至少之一时，实现尺寸的进一步减小和像差的进一步减小。

接下来，将描述上面条件表达式的技术意义。然而应该理解，以下所描述的是由附加条件(上述条件表达式(1)到(5))所提供的附加效果，这些附加条件可以选择性地添加到这些实施例的基本特征中。因此，不是必须满足上述条件表达式(1)到(5)。

条件表达式(1)涉及第二透镜单元L2中的接合透镜的形状因子。高于条件表达式(1)的上限值或低于条件表达式(1)的下限值，在广角变焦范围中，图像框的***区域中的彗形耀斑严重增加，以至于难以令人满意地修正这种彗形耀斑。

条件表达式(2)涉及第二透镜单元L2中的负透镜的制造材料的平均折射率。当折射率过大或高于条件表达式(2)的上限值时，可用的透镜材料受到限制，因此难以制造这种负透镜。另一方面，当折射率过小或低于条件表达式(2)的下限值时，匹兹阀和(Petzval Sum)变得过小。这不利地恶化了图像平面的特性。

条件表达式(3)涉及第二透镜单元L2中的正透镜的制造材料的平均折射率。当折射率过大或高于条件表达式(3)的上限值时，可用的透镜材料受到限制，因此难以制造这种正透镜。另一方面，当折射率过小或低于条件表达式(3)的下限值时，第二透镜单元L2的轴向长度变大。这不利地导致最前方的透镜的直径增大，并且变焦透镜的整个长度增大。

引入条件表达式(4)以利用中间变焦位置处的焦距，将在广角端第二透镜单元L2和孔径光阑SP之间在光轴上的距离(或间隔)标准化。当距离d2大到使得条件表达式(4)中定义的值变得大于条件表达式(4)的上限值时，会不利地导致最前方的透镜的直径增大以及整体变焦透镜***的尺寸增大。另一方面，当距离d2小到使得条件表达式(4)中定义的值变得小于条件表达式(4)的下限值时，需要增大每个透镜单元的折光力，以实现预定变焦比。这使得难以修正广角变焦范围中图像框的***区域中的彗形耀斑。

条件表达式(5)涉及在第二透镜单元L2中的接合透镜中所包含的负透镜的材料和正透镜的材料的阿贝数之间的差。高于条件表达式(5)的上限值或低于条件表达式(5)的下限值，在广角变焦范围中，将难以令人满意地修正图像框的***区域中的诸如色彩光环之类的色差。

为了修正像差并且使整个透镜***的尺寸为小，更希望将条件表达式(1)到(5)的数值范围进行如下修改。

0.2＜(R41+R52)/(R41-R52)＜1.2  --(1a)

1.79＜N2n＜1.95  --(2a)

1.75＜N2p＜1.95  --(3a)

$1.0<d2/\sqrt{(\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft})}<1.5--\left(4a\right)$

5＜v2sn-v2sp＜25  --(5a)

在下文中，将描述各实施例中的透镜单元的透镜配置。在每个实施例中，每个透镜单元包括如下所述的透镜。按照从物侧到像侧的上述顺序布置每个透镜单元中的透镜。

(第一实施例)

第一透镜单元L1包含通过接合负透镜和正透镜而制成的接合透镜。该接合透镜具有面对着物侧的凸表面的弯月形。

第二透镜单元L2包括具有面对着物侧的凸表面的弯月形的负透镜、包括玻璃材料制成的具有面对着像侧的正表面的正透镜和玻璃材料制成的双凹负透镜的接合透镜、以及具有面对着物侧的凸表面的弯月形的正透镜。接合透镜中的负透镜的像侧表面具有非球面形状。

第三透镜单元L3包含双凸正透镜、通过接合正透镜和负透镜而制成的接合透镜、以及双凸正透镜。该接合透镜具有面对着物侧的凸表面的弯月形。第三透镜单元L3中位置最靠近物侧的正透镜的物侧表面具有非球面形状。

第四透镜单元L4包括具有面对着物侧的凸表面的弯月形的正透镜。

在本实施例中，光阑设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在改变放大倍率时与第三透镜单元L3一起整体移动。

(第二实施例)

第一透镜单元L1、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的配置与第一实施例中的相同。

第二透镜单元L2包括具有面对着物侧的凸表面的弯月形的负透镜、包括具有面对着像侧的凸表面的正透镜和双凹负透镜的接合透镜、以及具有面对着物侧的凸表面的弯月形的正透镜。接合透镜中的正透镜的物侧表面具有非球面形状。

在本实施例中，光阑设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在改变放大倍率时相对于第二透镜单元L2和第三透镜单元L3独立地移动。

(第三实施例)

第一透镜单元L1、第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的配置与第一实施例中的相同。

在本实施例中，光阑设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在改变放大倍率时与第三透镜单元L3一起整体移动。

(第四实施例)

第一透镜单元L1、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的配置与第一实施例中的相同。

第二透镜单元L2包括具有面对着物侧的凸表面的弯月形的负透镜、通过在双凹负透镜的像侧上形成由高散射材料制成的树脂层而制造的光学元件、以及具有面对着物侧的凸表面的弯月形的正透镜。

通过在负透镜上涂覆树脂而形成的树脂层充当具有面对着物侧的凸表面的弯月形的正透镜。因而，可以用与包括负透镜和正透镜的接合透镜相同的方式使用此光学元件。树脂层的像侧表面具有非球面形状。

在本实施例中，光阑设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在改变放大倍率时与第三透镜单元L3一起整体移动。

(第五实施例)

第一透镜单元L1、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的配置与第一实施例中的相同。

第二透镜单元L2包括具有面对着物侧的凸表面的弯月形的负透镜、包括具有面对着像侧的凸表面的正透镜和双凹负透镜的接合透镜、以及具有面对着物侧的凸表面的弯月形的正透镜。接合透镜中的正透镜的物侧表面具有非球面形状。

在本实施例中，光阑设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在改变放大倍率时与第三透镜单元L3一起整体移动。

(第六实施例)

第一透镜单元L1包括具有面对着物侧的凸表面的正透镜。

第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的配置与第一实施例中的相同。

在本实施例中，光阑设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在改变放大倍率时与第三透镜单元L3一起整体移动。

在第一到第六实施例中，接合透镜(尤其是第二透镜单元L2中的接合透镜)和通过在透镜表面形成树脂层而制造的光学元件可以总称为“组合透镜”。在各实施例的描述中使用的用术语“组合透镜”表示的元件包括通过使用粘合剂、光学接触或其他手段来接合透镜而制造的透镜，以及通过在透镜上涂覆具有折光力(或者光焦度)的树脂层而制造的透镜。构成这样的组合透镜的诸如透镜和树脂层之类的部件被称作“光学部件”。

如上所述，根据这些实施例的变焦透镜通过数量非常少的透镜构造成，一般来说使光学***的尺寸小，同时具有优异的光学性能。

在每个实施例中的透镜单元当中，具有正折光力的第一透镜单元具有最大的有效直径。第一透镜单元L1被构建为是包括一个或两个透镜的透镜单元。因而，提供了透镜数量降低的紧凑光学***。

当在第一透镜单元L1中使用两个透镜时，使用正透镜和负透镜来实现色差的消除。具体来说，在从广角端到摄远端的整个变焦范围内，令人满意地修正了放大倍率色差，并且在摄远端令人满意地修正了纵向色差。

第二透镜单元L2包括三组中的四个透镜，从而在保持强的负折光力的同时实现了优异的像差修正。

制作了具有特别高变焦比和高光学性能的变焦透镜。

具有正折光力的第三透镜单元L3主要用于改变放大倍率。第三透镜单元L3包括三组中的四个透镜，以修正各种像差，并且从而具有优异的光学性能。

在具有正折光力的第四透镜单元L4中，利用了具有相对弱的折光力的透镜。第四透镜单元L4有效地修正无法由第三透镜单元L3充分修正的离轴像差和纵向像差。

可以在第一透镜单元L1的物侧和/或第四透镜单元L4的像侧提供具有小折光力的透镜单元或转换透镜单元。

如上所述，根据在此公开的实施例，提供了变焦比在近似5到7的范围内的具有优异光学性能的大光圈透镜(bright lens)(或强光透镜(fast lens))，同时实现透镜数量减少和整体变焦透镜的长度减小。

下面，将给出本发明的数值实施例。在数值实施侧的如下描述中，下标i表示从物侧起计数的表面号。因而，Ri表示第i透镜表面(或第i表面)的曲率半径，且Di表示第i表面和第(i+1)表面之间的距离。Ni表示d线的折射率，vi表示阿贝数。距离像侧最近的两个表面是光学块G的表面。

非球面形状通过下述方程以距离光轴的高度h、以及以非球面的顶点作为基准点，在距离光轴高度h处平行于光轴的方向上的位移(或距离)X来表达：

X＝(h²/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)²}^1/2]+Ah²+Bh⁴+Ch⁸+Eh¹⁰，

其中，k是圆锥常数，A、B、C、D和E是二次、四次、六次、八次和十次非球面系数，R是近轴曲率半径。

以下，表达式“e-0X”表示“×10^-x”，Fno表示F值，并且ω表示半视场角。

各个数值实施例中与上述各条件表达式关联的值将如表1所示。在表1中，每个值都是通过将实际值的小数部分的两位圆整到最近的小数点而获得的。即，第一实施例的条件表达式(2)的值例如为“1.8”，则该值意味着实际值存在于大于“1.75”且小于“1.85”的范围内。

(数值实施例1)

f＝4.75-31.90    Fno＝2.88-5.65    2ω＝70.4°-12.0°

R1＝23.618   D1＝1.30    N1＝1.846660    ν1＝23.9

R2＝15.826   D2＝5.70    N2＝1.772499    ν2＝49.6

R3＝90.464   D3＝变量

R4＝47.869   D4＝1.30    N3＝1.834807    ν3＝42.7

R5＝7.140    D5＝2.92

R6＝137.230  D6＝1.50    N4＝1.922860    ν4＝18.9

R7＝-34.127  D7＝0.70    N5＝1.848620    ν5＝40.0

^*R8＝7.857  D8＝1.72

R9＝11.022   D9＝1.80    N6＝1.846660    ν6＝23.9

R10＝35.797  D10＝变量

R11＝光阑    D11＝0.65

^*R12＝7.825 D12＝2.00   N7＝1.519480    ν7＝61.8

R13＝-19.765 D13＝0.20

R14＝4.783   D14＝1.90   N8＝1.603112    ν8＝60.6

R15＝12.765  D15＝0.60   N9＝2.003300    ν9＝28.3

R16＝3.939   D16＝1.00

R17＝120.374 D17＝1.20   N10＝1.496999   ν10＝81.5

R18＝-17.614 D18＝变量

R19＝10.787  D19＝2.20   N11＝1.487490   ν11＝70.2

R20＝205.979 D20＝变量

R21＝∞      D21＝1.20   N12＝1.516330   ν12＝64.1

R22＝∞

\焦距                4.75        14.24        31.90

可变距离\

D3                   0.40        10.16        14.90

D10                  16.00       4.97         1.75

D18                  3.14        6.62         18.83

D20                  1.40        3.85         1.29

非球面系数

第8表面：k＝-1.60081e-01，A＝0，B＝-1.02036e-04

C＝-2.30999e-06，D＝-5.10885e-09，E＝0.00000e+00

第12表面：k＝6.82403e-01，A＝0，B＝-5.94769e-04，

C＝-3.89309e-06，D＝-2.93625e-07，E＝0.00000e+00

(数值实施例2)

f＝4.74-31.90     Fno＝2.87-5.65    2ω＝70.5°-12.0°

R1＝25.085    D1＝1.30    N1＝1.846660    ν1＝23.9

R2＝17.533    D2＝5.00    N2＝1.772499    ν2＝49.6

R3＝70.640    D3＝变量

R4＝45.854    D4＝1.30    N3＝1.882997    ν3＝40.8

R5＝7.685     D5＝2.59

^*R6＝124.398 D6＝1.80   N4＝1.647689    ν4＝33.8

R7＝-43.191   D7＝1.00    N5＝1.848620    ν5＝40.0

R8＝8.491     D8＝1.68

R9＝12.014    D9＝1.80    N6＝1.922860    ν6＝18.9

R10＝46.856   D10＝变量

R11＝光阑     D11＝变量

^*R12＝7.107  D12＝2.00   N7＝1.519480    ν7＝61.8

R13＝-24.929  D13＝0.20

R14＝5.560    D14＝1.90   N8＝1.696797    ν8＝55.5

R15＝20.250   D15＝0.60   N9＝2.003300    ν9＝28.3

R16＝4.155    D16＝变量

R17＝26.808   D17＝1.20   N10＝1.487490   ν10＝70.2

R18＝-26.355  D18＝变量

R19＝11.461   D19＝2.20   N11＝1.487490   ν11＝70.2

R20＝205.979  D20＝变量

R21＝∞       D21＝1.20   N12＝1.516330   ν12＝64.1

R22＝∞

\焦距                4.74        14.18        31.90

可变距离\

D3                   0.40        10.57        18.79

D10                  13.48       2.40         1.37

D16                  1.50        1.50         1.50

D18                  3.26        6.51         19.00

D20                  1.40        5.10         1.56

非球面系数

第6表面：k＝3.92047e+02，A＝0，B＝1.13196e-04，

C＝2.36946e-06，D＝-3.58200e-08，E＝0.00000e+00

第12表面：k＝3.54880e-01，A＝0，B＝-5.13690e-04，

C＝-3.34336e-06，D＝-3.17651e-07，E＝0.00000e+00

(数值实施例3)

f＝4.75-31.90    Fno＝2.88-5.65    2ω＝70.4°-12.0°

R1＝23.847   D1＝1.30    N1＝1.846660    ν1＝23.9

R2＝16.365   D2＝5.70    N2＝1.772499    ν2＝49.6

R3＝87.694   D3＝变量

R4＝36.878   D4＝1.30    N3＝1.882997    ν3＝40.8

R5＝7.138    D5＝2.90

R6＝453.115  D6＝1.50    N4＝1.647689    ν4＝33.8

R7＝-26.002  D7＝0.70    N5＝1.848620    ν5＝40.0

^*R8＝8.598  D8＝1.55

R9＝12.014   D9＝1.80    N6＝1.922860    ν6＝18.9

R10＝49.439  D10＝变量

R11＝光阑    D11＝0.65

^*R12＝7.847 D12＝2.00   N7＝1.519480    ν7＝61.8

R13＝-19.934 D13＝0.20

R14＝4.810   D14＝1.90   N8＝1.603112    ν8＝60.6

R15＝14.536  D15＝0.60   N9＝2.003300    ν9＝28.3

R16＝4.005   D16＝1.00

R17＝77.283  D17＝1.20   N10＝1.496999   ν10＝81.5

R18＝-17.402 D18＝变量

R19＝11.157  D19＝2.20   N11＝1.487490   ν11＝70.2

R20＝205.979 D20＝变量

R21＝∞      D21＝1.20   N12＝1.516330   ν12＝64.1

R22＝∞

\焦距                4.75        14.31        31.90

可变距离\

D3                   0.40        10.03        15.18

D10                  16.07       4.67         1.65

D18                  3.26        6.43         18.82

D20                  1.40        4.34         1.69

非球面系数

第8表面：k＝2.26768e-01，A＝0，B＝-1.47047e-04，

C＝-2.61661e-06，D＝-7.07895e-09，E＝0.00000e+00

第12表面：k＝6.61619e-01，A＝0，B＝-5.77307e-04，

C＝-3.45517e-06，D＝-2.71820e-07，E＝0.00000e+00

(数值实施例4)

f＝4.75-31.90     Fno＝2.76-5.05    2ω＝70.4°-12.0°

R1＝25.549    D1＝1.30    N1＝1.846660    ν1＝23.9

R2＝16.876    D2＝5.20    N2＝1.772499    ν2＝49.6

R3＝117.826   D3＝变量

R4＝28.203    D4＝0.90    N3＝1.882997    ν3＝40.8

R5＝6.613     D5＝3.51

R6＝-33.688   D6＝0.70    N4＝1.834807    ν4＝42.7

R7＝10.601    D7＝1.00    N5＝1.625200    ν5＝24.4

^*R8＝19.810  D8＝0.88

R9＝12.014    D9＝1.60    N6＝1.922860    ν6＝18.9

R10＝28.372   D10＝变量

R11＝光阑     D11＝0.65

^*R12＝10.488 D12＝2.00  N7＝1.583126    ν7＝59.4

R13＝-17.387  D13＝0.20

R14＝4.745    D14＝1.90   N8＝1.603112    ν8＝60.6

R15＝9.910    D15＝0.60   N9＝1.846660    ν9＝23.9

R16＝3.784    D16＝1.00

R17＝-34.112  D17＝1.20   N10＝1.487490   ν10＝70.2

R18＝-18.870  D18＝变量

R19＝11.192   D19＝2.20   N11＝1.589130   ν11＝61.1

R20＝248.925  D20＝变量

R21＝∞       D21＝1.20   N12＝1.516330   ν12＝64.1

R22＝∞

\焦距                4.75        14.26        31.90

可变距离\

D3                   0.40        10.45        16.83

D10                  16.2        54.31        1.78

D18                  3.74        6.22         17.57

D20                  1.40        4.74         2.17

非球面系数

第8表面：k＝8.48623e+00，A＝0，B＝-5.26102e-05，

C＝2.18271e-07，D＝-4.17485e-08，E＝0.00000e+00

第12表面：k＝3.33879e+00，A＝0，B＝-6.77299e-04，

C＝-6.26025e-06，D＝-5.51804e-07，E＝0.00000e+00

(数值实施例5)

f＝4.75-31.90    Fno＝2.88-5.65    2ω＝70.4°-12.0°

R1＝23.711   D1＝1.30    N1＝1.846660    ν1＝23.9

R2＝16.095   D2＝5.20    N2＝1.772499    ν2＝49.6

R3＝88.741   D3＝变量

R4＝32.443   D4＝1.00    N3＝1.882997    ν3＝40.8

R5＝7.230    D5＝2.93

^*R6＝3547.730 D6＝1.80   N4＝1.683290    ν4＝31.4

R7＝-20.334  D7＝0.70    N5＝1.882997    ν5＝40.8

R8＝9.470    D8＝1.58

R9＝12.014   D9＝1.60    N6＝1.922860    ν6＝18.9

R10＝40.442  D10＝变量

R11＝光阑    D11＝0.65

^*R12＝8.219 D12＝2.00   N7＝1.519480    ν7＝61.8

R13＝-19.011 D13＝0.20

R14＝4.774   D14＝1.90   N8＝1.603112    ν8＝60.6

R15＝13.677  D15＝0.60   N9＝2.003300    ν9＝28.3

R16＝4.005   D16＝1.00

R17＝47.700  D17＝1.20   N10＝1.487490   ν10＝70.2

R18＝-20.506 D18＝变量

R19＝11.389  D19＝2.20   N11＝1.487490   ν11＝70.2

R20＝205.979 D20＝变量

R21＝∞      D21＝1.20   N12＝1.516330   ν12＝64.1

R22＝∞

\焦距                4.75        14.25        31.90

可变距离\

D3                   0.40        10.04        15.28

D10                  16.38       4.96         1.87

D18                  3.58        6.72         19.02

D20                  1.40        4.41         1.80

非球面系数

第6表面：k＝-4.72857e+05，A＝0，B＝3.23121e-05，

C＝8.73178e-07，D＝-1.22699e-08，E＝0.00000e+00

第12表面：k＝1.00867e+00，A＝0，B＝-6.08605e-04，

C＝-4.83888e-06，D＝-2.83655e-07，E＝0.00000e+00

(数值实施例6)

f＝4.66-23.00    Fno＝2.88-5.51    2ω＝71.4°-16.6°

R1＝30.955   D1＝3.00    N1＝1.842730    ν1＝53.9

R2＝250.085  D2＝变量

R3＝56.139   D3＝1.30    N2＝1.882997    ν2＝40.8

R4＝7.129    D4＝2.13

R5＝33.556   D5＝1.50    N3＝1.647689    ν3＝33.8

R6＝-71.256  D6＝0.70    N4＝1.848620    ν4＝40.0

^*R7＝7.507  D7＝2.00

R8＝12.014   D8＝1.80    N5＝1.922860    ν5＝18.9

R9＝39.425   D9＝变量

R10＝光阑    D10＝0.65

^*R11＝9.482 D11＝2.00   N6＝1.519480    ν6＝61.8

R12＝-15.956 D12＝0.20

R13＝4.684   D13＝1.90   N7＝1.603112    ν7＝60.6

R14＝17.008  D14＝0.60   N8＝2.003300    ν8＝28.3

R15＝4.097   D15＝1.00

R16＝48.553  D16＝1.20   N9＝1.496999    ν9＝81.5

R17＝-20.043 D17＝变量

R18＝9.822   D18＝2.50   N10＝1.581439   ν10＝40.8

R19＝241.072 D19＝变量

R20＝∞      D20＝1.20   N11＝1.516330   ν11＝64.1

R21＝∞

\焦距                4.66        10.56        23.00

可变距离\

D2                   0.40        5.87         12.35

D9                   14.50       5.07         1.74

D17                  6.54        11.60        23.12

D19                  1.40        3.54         3.29

非球面系数

第7表面：k＝6.73267e-01，A＝0，B＝-5.03694e-04，

C＝-1.73695e-06，D＝-4.32520e-07，E＝0.00000e+00

第11表面：k＝1.00203e-01，A＝0，B＝-3.56058e-04，

C＝2.11171e-06，D＝-2.52600e-07，E＝0.00000e+00

表1

条件表达式	实施例
							1	2	3	4	5	6
	(1)	1.1	1.1	1.0	0.3	1.0							1.6
(2)							1.8	1.9	1.9	1.9	1.9	1.9
	(3)	1.9	1.8	1.8	1.8	1.8							1.8
(4)							1.3	1.1	1.3	1.3	1.3	1.4
	(5)	21.1	6.2	6.2	20.0	9.3							6.2

以下，将参照图13描述装备有如根据第一到第六实施例的变焦透镜的数字静态照相机的实施例。

该照相机具有照相机主体20和构建为根据第一到第六实施例中任何一个实施例的变焦透镜的拍摄光学***。该照相机还具有：设置在照相机主体内的诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(或者光电转换元件)，该固态图像拾取元件接收通过拍摄光学***21形成的物体图像；存储器23，其用于存储通过固态图像拾取元件22进行的光电转换而获得的物体图像的数据；以及诸如液晶显示板的取景器24，其允许用户观看形成在固态图像拾取元件22上的物体图像。

如上所述，通过将根据本发明的变焦透镜***应用于诸如数字静态照相机的图像拾取设备，可以提供尺寸紧凑且具有优异光学性能的图像拾取设备。

根据上述实施例，可以提供具有高变焦比以及整个变焦范围内光学性能优异、同时还具有简单和紧凑的透镜配置的变焦透镜，以及提供配备有这种变焦透镜的图像拾取设备。

虽然本发明已经参考示例性实施例进行描述，但是应当理解，本发明并不局限于公开的示例性实施例。以下权利要求的保护范围应作最宽的解释，以包括所有这样的变型和等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧包括：

具有正折光力的第一透镜单元；

具有负折光力的第二透镜单元；

具有正折光力的第三透镜单元；以及

具有正折光力的第四透镜单元；

其中第一透镜单元在摄远端的位置比该第一透镜单元在广角端的位置更加接近物侧，

这些透镜单元以这种方式移动：在摄远端第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离比在广角端第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离更大，在摄远端第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离比在广角端第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离更小，并且在摄远端第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离比在广角端第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离更大，

第一透镜单元具有包括正透镜的两个或更少的透镜，以及

第二透镜单元从物侧到像侧包括：负透镜、包括具有符号相反的折光力的两个光学部件的组合透镜、以及正透镜。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元包括正透镜和负透镜，并且第二透镜单元从物侧到像侧按照上述顺序包括负透镜、包括具有符号相反的折光力的两个透镜的接合透镜、正透镜。

3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中组合透镜包括负透镜和以在该负透镜的光透射表面上形成的树脂层为形式的正透镜。

4.如权利要求1所述的变焦透镜，其中满足以下条件：

0.1＜(R41+R52)/(R41-R52)＜1.7

其中R41是组合透镜的物侧表面的曲率半径，R52是组合透镜的像侧表面的曲率半径。

5.如权利要求1所述的变焦透镜，其中满足以下条件：

1.75＜N2n＜2.0

1.65＜N2p＜2.0

其中N2n是第二透镜单元中的负透镜的制造材料的平均折射率，N2p是第二透镜单元中的正透镜的制造材料的平均折射率。

6.如权利要求1所述的变焦透镜，进一步包括布置在第二透镜单元的像侧的孔径光阑，并且满足以下条件：

$0.9<d2/\sqrt{(\mathrm{fw}\&CenterDot;\mathrm{ft})}<1.6$

4＜v2sn-v2sp＜30

其中d2是在广角端沿光轴从第二透镜单元的后端到孔径光阑的距离，v2sn和v2sp分别是组合透镜中的负透镜和正透镜各自的制造材料的阿贝数，fw和ft分别是广角端和摄远端处整个***的焦距。

7.如权利要求1所述的变焦透镜，其中第三透镜单元从物侧到像侧包括具有双凸形状的正透镜、组合了具有面对物侧的凸表面的正透镜和具有面对像侧的凹表面的负透镜的组合透镜、以及正透镜。

8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第四透镜单元包括单个正透镜。

9.如权利要求1所述的变焦透镜，其中变该焦透镜在图像拾取元件上形成图像。

10.一种图像拾取设备，包括：

图像拾取元件；以及

在图像拾取元件上形成图像的变焦透镜，

其中该变焦透镜从物侧到像侧包括：

具有正折光力的第一透镜单元；

具有负折光力的第二透镜单元；

具有正折光力的第三透镜单元；以及

具有正折光力的第四透镜单元；

其中第一透镜单元在摄远端的位置比该第一透镜单元在广角端的位置更加接近物侧，

这些透镜单元以这种方式移动：在摄远端第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离比在广角端第一透镜单元和第二透镜单元之间的距离更大，在摄远端的第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离比在广角端第二透镜单元和第三透镜单元之间的距离更小，并且在摄远端第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离比在广角端第三透镜单元和第四透镜单元之间的距离更大，

第一透镜单元具有包括正透镜的两个或更少的透镜，以及

第二透镜单元从物侧到像侧包括：负透镜、包括具有符号相反的折光力的两个光学部件的组合透镜、以及正透镜。

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