CN102707417A - 变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置。所述变焦透镜从物侧起依次包括：对于变焦不移动的正的第一透镜单元；包含对于变焦移动的至少两个透镜单元的变焦透镜单元；光阑；和对于变焦不移动的正的成像透镜单元，其中：第一透镜单元从物侧起依次包含正的第一子透镜单元、负的第二子透镜单元和正的第三子透镜单元；第三子透镜单元包含可动的正的子第三子透镜单元；第二子透镜单元和子第三子透镜单元被驱动向物侧以聚焦到近物体；并且，第二子透镜单元的焦距f12、子第三子透镜单元的焦距f13f、第二子透镜单元的聚焦中的驱动量δx12、以及子第三子透镜单元的聚焦中的驱动量δx13f满足-2.5＜f12/f13f＜-0.4和0.05＜δx13f/δx12＜5.0。

Description

变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置
技术领域
本发明涉及适于电视摄像机(television camera)、电影摄影机(motion-picture camera)、摄像机(video camera)、摄影照相机(photography camera)、以及数字照相机的变焦透镜，更特别地，涉及具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、以及很少的由于焦点调整导致的像差偏离的变焦透镜，并且涉及包括所述变焦透镜的图像拾取装置。
背景技术
常规地，关于其中通过相对于倍率改变透镜单元被设置为更接近物侧的透镜单元执行焦点调整的变焦透镜，提出了其中多个透镜单元针对聚焦而移动的各种类型的所谓的浮动焦点***。
例如，日本专利申请公开No.H07-151966公开了这样的变焦透镜：其中，第一透镜单元包含具有负折光力的第一子透镜单元、具有正折光力的第二子透镜单元、以及具有正折光力的第三子透镜单元，并且，当从无限远处的物体向近距离处的物体执行焦点调整时，第二子透镜单元和第三子透镜单元均向物侧移动。
此外，日本专利申请公开No.H09-258102公开了这样的变焦透镜：其中，第一透镜单元包含具有负折光力的第一子透镜单元、具有正折光力的第二子透镜单元、以及具有正折光力的第三子透镜单元，并且，当从无限远处的物体向近距离处的物体执行焦点调整时，第二子透镜单元向像侧移动并且第三子透镜单元向物侧移动。
为了确保移动性(mobility)并且提高摄影的灵活性(flexibility)，希望用于电视摄像机或电影摄影机等的变焦透镜实现更高的倍率以及小的尺寸和轻的重量。另外，需要变焦透镜在具有很少的由于焦点调整导致的像差偏离的同时具有高的性能。此外，希望用于电影拍片(filming)或商业拍片的透镜抑制由于焦点调整导致的被照体的尺寸变化(以下，称为呼吸(breathing))。
难以通过在日本专利申请公开No.H07-151966中描述的焦点调整方法抑制所述呼吸。
在日本专利申请公开No.H09-258102中描述的焦点调整方法适于广角变焦透镜，但难以既实现小的尺寸和轻的重量又实现高的倍率。
发明内容
因此，本发明的一个目的是，提供具有很少的由于焦点调整导致的像差偏离和呼吸较小的焦点调整方法的变焦透镜，并且提供包括所述变焦透镜的图像拾取装置。
为了达到上述目的，本发明的示例性实施例提供变焦透镜和图像拾取装置，该变焦透镜从物侧起依次包括：对于改变倍率不移动的具有正折光力的第一透镜单元；包含对于改变倍率移动的至少两个透镜单元的倍率改变透镜单元；孔径光阑；以及对于改变倍率不移动的具有正折光力的成像透镜单元，其中：第一透镜单元从物侧起依次包含具有正折光力的第一子透镜单元、具有负折光力的第二子透镜单元和具有正折光力的第三子透镜单元；第三子透镜单元包含具有正折光力的可动子第三子透镜单元；第二子透镜单元和子第三子透镜单元分别被驱动向物侧以便执行向近距离处的物体的焦点调整；并且，满足下式：
-2.5＜f12/f13f＜-0.4；和
0.05＜δx13f/δx12＜5.0，
这里，f12表示第二子透镜单元的焦距，f13f表示子第三子透镜单元的焦距，δx12表示第二子透镜单元的焦点调整中的驱动量，δx13f表示子第三子透镜单元的焦点调整中的驱动量。
根据本发明的示例性实施例，可提供具有很少的由于焦点调整导致的像差偏离和呼吸较小的焦点调整方法的变焦透镜，并且可提供包括所述变焦透镜的图像拾取装置。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出本发明的原理的示图。
图2A是根据本发明的实施例1的当在无限远处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图2B是根据本发明的实施例1的当在近范围处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图3A是根据本发明的实施例1的当在无限远处聚焦时的望远端处的光路图。
图3B是根据本发明的实施例1的当在近范围处聚焦时的望远端处的光路图。
图4Aa是根据本发明的实施例1的当以7.0m的物距聚焦时的广角端处的像差图。
图4Ab是根据本发明的实施例1的当在无限远处聚焦时的广角端处的像差图。
图4Ac是根据本发明的实施例1的当在近范围(1.5m)处聚焦时的广角端处的像差图。
图4Ba是根据本发明的实施例1的当以7.0m的物距聚焦时的望远端处的像差图。
图4Bb是根据本发明的实施例1的当在无限远处聚焦时的望远端处的像差图。
图4Bc是根据本发明的实施例1的当在近范围(1.5m)处聚焦时的望远端处的像差图。
图5A是根据本发明的实施例2的当在无限远处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图5B是根据本发明的实施例2的当在近范围处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图6Aa是根据本发明的实施例2的当以7.0m的物距聚焦时的广角端处的像差图。
图6Ab是根据本发明的实施例2的当在无限远处聚焦时的广角端处的像差图。
图6Ac是根据本发明的实施例2的当在近范围(1.8m)处聚焦时的广角端处的像差图。
图6Ba是根据本发明的实施例2的当以7.0m的物距聚焦时的望远端处的像差图。
图6Bb是根据本发明的实施例2的当在无限远处聚焦时的望远端处的像差图。
图6Bc是根据本发明的实施例2的当在近范围(1.8m)处聚焦时的望远端处的像差图。
图7A是根据本发明的实施例3的当在无限远处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图7B是根据本发明的实施例3的当在近范围处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图8Aa是根据本发明的实施例3的当以7.0m的物距聚焦时的广角端处的像差图。
图8Ab是根据本发明的实施例3的当在无限远处聚焦时的广角端处的像差图。
图8Ac是根据本发明的实施例3的当在近范围(1.8m)处聚焦时的广角端处的像差图。
图8Ba是根据本发明的实施例3的当以7.0m的物距聚焦时的望远端处的像差图。
图8Bb是根据本发明的实施例3的当在无限远处聚焦时的望远端处的像差图。
图8Bc是根据本发明的实施例3的当在近范围(1.8m)处聚焦时的望远端处的像差图。
图9A是根据本发明的实施例4的当在无限远处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图9B是根据本发明的实施例4的当在近范围处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图10Aa是根据本发明的实施例4的当以12.0m的物距聚焦时的广角端处的像差图。
图10Ab是根据本发明的实施例4的当在无限远处聚焦时的广角端处的像差图。
图10Ac是根据本发明的实施例4的当在近范围(3.5m)处聚焦时的广角端处的像差图。
图10Ba是根据本发明的实施例4的当以12.0m的物距聚焦时的望远端处的像差图。
图10Bb是根据本发明的实施例4的当在无限远处聚焦时的望远端处的像差图。
图10Bc是根据本发明的实施例4的当在近范围(3.5m)处聚焦时的望远端处的像差图。
图11A是根据本发明的实施例5的当在无限远处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图11B是根据本发明的实施例5的当在近范围处聚焦时的广角端处的透镜断面图。
图12Aa是根据本发明的实施例5的当以7.0m的物距聚焦时的广角端处的像差图。
图12Ab是根据本发明的实施例5的当在无限远处聚焦时的广角端处的像差图。
图12Ac是根据本发明的实施例5的当在近范围(1.8m)处聚焦时的广角端处的像差图。
图12Ba是根据本发明的实施例5的当以7.0m的物距聚焦时的望远端处的像差图。
图12Bb是根据本发明的实施例5的当在无限远处聚焦时的望远端处的像差图。
图12Bc是根据本发明的实施例5的当在近范围(1.8m)处聚焦时的望远端处的像差图。
图13是根据本发明的实施例6的图像拾取装置的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的实施例。
首先，参照表达式来描述根据本发明的变焦透镜的特征。
以下限定用于实现本发明的具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、很少的由于焦点调整导致的像差偏离、以及进一步地很少的呼吸的变焦透镜的焦点调整方法和第一透镜单元的结构。由于焦点调整导致的像差偏离主要意味着从无限远的物距到近范围的场曲(fieldcurvature)的变化。
根据本发明的变焦透镜从物侧起依次包括对于改变倍率不移动的具有正折光力的第一透镜单元、包含对于改变倍率移动的至少两个透镜单元的倍率改变透镜单元、孔径光阑、以及对于改变倍率不移动的具有正折光力的成像透镜单元。第一透镜单元从物侧起依次包括具有正折光力的第一子透镜单元、具有负折光力的第二子透镜单元、以及具有正折光力的第三子透镜单元。第三子透镜单元包含具有正折光力的可动子第三子透镜单元。第二子透镜单元和子第三子透镜单元被驱动向物侧，以由此执行向近距离处的物体的焦点调整。换句话说，第二子透镜单元和子第三子透镜单元对于焦点调整移动，但是，第一子透镜单元对于焦点调整不移动。
此外，变焦透镜满足下式：
-2.5＜f12/f13f＜-0.4       ...(1)
0.05＜δx13f/δx12＜5.0    ...(2)
这里，f12表示第二子透镜单元的焦距，f13f表示子第三子透镜单元的焦距，δx12表示第二子透镜单元的焦点调整中的向物侧的驱动量，δx13f表示子第三子透镜单元的焦点调整中的向物侧的驱动量。
参照图1描述本发明的光学的作用(action)。
图1是任意变焦位置处的按照无限远物距(A)和最小物距(B)的第一透镜的轴外光路的概念图。在图1中，左侧是物侧，右侧是像面侧。图1从物侧起依次示出具有正折光力的第一子透镜单元U11、具有负折光力的第二子透镜单元U12、以及具有正折光力的第三子透镜单元U13。变焦透镜满足以下的关系：
h11inf＞h11mod  ...(6)
这里，h11inf表示无限远物距处的第一子透镜单元U11的轴外光束的高度，h11mod表示近范围处的第一子透镜单元U11的轴外光束的高度。
换句话说，通过第一子透镜单元U11的轴外入射光束的高度在近范围物距处比在无限远物距处低。根据该效果，当物距从无限远变为近范围时，场曲向过侧(over side)变化。另外，当第二子透镜单元U12被驱动向物侧使得物距从无限远变为近范围时，场曲在近范围侧向欠侧(under side)变化。此外，当第三子透镜单元U13被驱动向物侧使得物距从无限远变为近范围时，场曲在近范围侧向过侧变化。因此，由于入射光束高度的变化导致向过侧偏移场曲的第一子透镜单元U11的贡献的程度、通过被驱动向物侧而向欠侧偏移场曲的第二子透镜单元U12的贡献的程度、以及通过被驱动向物侧而向过侧偏移场曲的第三子透镜单元U13的贡献的程度均被相互抵消。因此，由于焦点调整导致的场曲的变化可被抑制。
注意，由于第一子透镜单元U11的焦度的增加，导致第二子透镜单元U12的驱动量增加，因此，需要适当地设定第一子透镜单元U11的焦度。
下面，描述通过所谓的浮动焦点***进行的对于呼吸的抑制，在所述浮动焦点***中，包含第二子透镜单元U12和第三子透镜单元U13的两个透镜单元被移动。当第二子透镜单元U12被驱动向物侧使得物距从无限远变为近范围时，整个***的焦距向广角侧偏移。另一方面，当第三子透镜单元U13被驱动向物侧使得物距从无限远变为近范围时，整个***的焦距向望远侧偏移。
因此，可通过适当地设定第二子透镜单元U12和第三子透镜单元U13之间的驱动量的比来去除呼吸。
下面描述上述的式(1)和(2)。
式(1)限定第二子透镜单元U12的焦距f12与包含于第三子透镜单元U13中的具有正折光力的可动子第三子透镜单元的焦距f13f之间的比。
-2.5＜f12/f13f＜-0.4    ...(1)
当满足式(1)时，可以抑制由于焦点调整导致的像差偏离。当不满足式(1)的上限时，相对于第二子透镜单元U12的负折光力，子第三子透镜单元的正折光力变得太大。因此，当第二子透镜单元U12和子第三子透镜单元被驱动向物侧使得物距从无限远变为近范围时，物距的近范围侧的场曲的变化被过度地校正到过侧。另一方面，当不满足式(1)的下限时，相对于第二子透镜单元U12的负折光力，子第三子透镜单元的正折光力变得太小。因此，当第二子透镜单元U12和子第三子透镜单元被驱动向物侧使得物距从无限远变为近范围时，物距的近范围侧的场曲的变化被过度地校正到欠侧。此外，更优选的是，设定该式如下。
-1.8＜f12/f13f＜-0.6    ...(1a)
下式(2)限定焦点调整中的第二子透镜单元U12的驱动量与第三子透镜单元U13或第三子透镜单元U13中的具有正折光力的透镜单元的驱动量之间的比。
0.05＜δx13f/δx12＜5.0   ...(2)
当满足式(2)时，能够既实现对于由于焦点调整导致的像差偏离的抑制又实现对于呼吸的抑制。当不满足式(2)的上限时，相对于焦点调整中的第二子透镜单元U12的驱动量，焦点调整中的子第三子透镜单元的驱动量变得太大。因此，物距的近范围侧的场曲的变化被过度地校正到过侧。另外，物距的近范围侧的焦距变长，因此变得难以抑制呼吸。
当不满足式(2)的下限时，相对于焦点调整中的第二子透镜单元U12的驱动量，焦点调整中的子第三子透镜单元的驱动量变得太小。因此，物距的近范围侧的场曲的变化变得过度不足而到欠侧。另外，物距的近范围侧的焦距变短，因此，变得难以抑制呼吸。此外，更优选的是，设定该式如下。
0.13＜δx13f/δx12＜2.2    ...(2a)
下式(3)限定第一透镜单元U1的焦距f1与第一子透镜单元U11的焦距f11之间的比。
0.07＜f1/f11＜0.35  ...(3)
当满足式(3)时，由于焦点调整导致的像差偏离可被抑制。当不满足式(3)的上限时，相对于第一透镜单元U1，第一子透镜单元U11的焦度变得太强，因此，第二子透镜单元U12的驱动量增加。所以，变得难以抑制由于焦点调整导致的像差偏离并难以实现小的尺寸和轻的重量。当不满足式(3)的下限时，相对于第一透镜单元U1，第一子透镜单元U11的焦度变得太弱，因此，焦点调整中的第一子透镜单元U11的场曲变化的抑制效果被消除。此外，更优选的是，设定该式如下。
0.11＜f1/f11＜0.28   ...(3a)
下式(4)限定第一透镜单元的焦距f1与变焦透镜的整个***的在望远端处的焦距ft之间的比。
0.2＜f1/ft＜1.0    ...(4)
当满足式(4)时，能够既实现高的倍率又实现对于由于焦点调整导致的像差偏离的抑制。当不满足式(4)的上限时，相对于变焦透镜的整个***的在望远端处的焦距，第一透镜单元U1的焦距变得太长。当第一透镜单元U1的焦距变长时，倍率改变透镜单元的物体点位置变远，因此，用于倍率改变的移动量增加，结果是变得难以实现高的倍率。当不满足式(4)的下限时，相对于变焦透镜的整个***的在望远端处的焦距，第一透镜单元U1的焦度变得太强，由此，变得难以抑制由于第一透镜单元U1导致的各种像差。此外，更优选的是，设定该式如下。
0.35＜f1/ft＜0.7     ...(4a)
此外，在包括具有上述的特征的变焦透镜和接收由变焦透镜形成的图像的光并具有预定的有效图像拾取范围的固态图像拾取元件的图像拾取装置中，本发明限定用于特别有效地使用变焦透镜的下式。
0.7＜fw/IS＜2.4     ...(5)
这里，fw表示变焦透镜的整个***的在广角端处的焦距，IS表示图像尺寸。
当满足式(5)时，能够实现小的尺寸和轻的重量以及对于由于焦点调整导致的像差偏离的抑制。当不满足式(5)的上限时，变焦透镜的整个***的在广角端处的焦距变得太长。当不满足式(5)的下限时，变焦透镜的整个***的在广角端处的焦距fw变得太短。因此，第一子透镜单元U11的轴外光束的入射高度增大，使得透镜外径增大。
此外，更优选的是，设定该式如下。
0.85＜fw/IS＜1.20    ...(5a)
注意，优选的是，特别有效地使用本发明的变焦透镜的变焦透镜的这种倍率变化比为4或更大。
以下描述根据本发明的实施例的变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取装置。
实施例1
图2A和图2B分别是根据本发明的实施例1(数值实施例1)的变焦透镜的在广角端处的其中物距分别为无限远和近范围的透镜断面图。
在图2A和图2B中，本实施例的变焦透镜从物侧(左侧)起依次包括作为第一透镜单元U1的具有正折光力的聚焦透镜单元、作为第二透镜单元U2的用于倍率变化的具有负折光力的变化器、作为第三透镜单元U3的具有负折光力的补偿器、光阑SP、作为第四透镜单元U4的具有正折光力和图像形成作用的成像透镜单元、以及图像拾取表面I。在本实施例中，第二透镜单元U2和第三透镜单元U3构成倍率改变透镜单元。第二透镜单元U2(变化器)通过在光轴上向像面侧单调地移动而从广角端向望远端改变倍率。为了校正伴随倍率变化的像面变化，第三透镜单元U3(补偿器)在光轴上非线性地移动。
本实施例中的第一透镜单元U1的结构与第一到第十七表面对应。第一透镜单元U1包含具有正折光力的第一子透镜单元U11、从无限远物距到近范围向着物侧移动16.16mm的具有负折光力的第二子透镜单元U12、以及从无限远物距到近范围向着物侧移动4.85mm的具有正折光力的第三子透镜单元U13。在本实施例中，整个第三子透镜单元U13与子第三子透镜单元U13f对应。
图3A和图3B分别是本发明的实施例1的第一透镜单元U1的光路图。在第一子透镜单元U11中，可以理解，无限远物距(图3A)处的轴外入射光束的高度比近范围物距(图3B)处的轴外入射光束的高度大。
图4Aa、图4Ab和图4Ac分别是数值实施例1的在广角端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.5m)的物距的像差图。图4Ba、图4Bb和图4Bc分别是数值实施例1的在望远端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.5m)的物距的像差图。这里，物距是以像面为基准的值。注意，各实施例的像差图示出关于e线(实线)和g线(点划线)的球面像差，并且示出关于e线的子午像面(meri)(虚线)上和关于e线的弧矢像面(sagi)(实线)上的像散。关于g线(点划线)示出横向色差。F数由Fno表示，并且，半场角由ω表示。另外，分别以0.4mm、0.4mm、5％和0.05mm的单位示出球面像差、像散、畸变和横向色差。
在表1中示出本实施例的与各式对应的数值。另外，在表2中示出当将本实施例的呼吸定义为相对于广角端处的在无限远物距的整个***的焦距的广角端处的在近范围的整个***的焦距的长度变化的比时获得的值。本实施例满足式(1)～(5)并实现具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、很少的由于焦点调整导致的像差偏离、以及很少的呼吸的变焦透镜。
以下，描述与本发明的实施例1对应的数值实施例1。在下面，在以下要描述的数值实施例中的每一个中，“i”表示从物侧起的表面的序号，“ri”表示从物侧起的第i个表面的曲率半径，“di”表示从物侧起的第i个表面与第(i+1)个表面之间的间隔，“ndi”和“vdi”分别表示第i个光学部件的折射率和阿贝(Abbe)数。“BF”表示空中等效后焦点(air-equivalent back focus)。
用下式表示非球面形状，其中，X轴对应于光轴，H轴对应于和光轴垂直的轴，光的行进方向对应于正方向，“R”表示旁轴曲率半径，“k”表示圆锥常数(conic constant)，“A4”、“A6”、“A8”、“A10”和“A12”分别表示非球面系数。
X = H 2 / R 1 + 1 - ( 1 + k ) ( H / R ) 2 + A 4 H 4 + A 6 H 6 + A 8 H 8 + A 10 H 10 + A 12 H 12
此外，在以下要描述的数值实施例的数值中，“e-z”意指“×10-z”。
(数值实施例1)
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000146189790000131
非球面表面数据
第九表面
K＝-3.69523e+000     A4＝-1.63293e-008    A6＝1.65333e-012    A8＝-2.91145e-016
A10＝4.33793e-020    A12＝-3.27158e-024
各种数据
变焦比    8.0
Figure BDA0000146189790000141
变焦透镜单元数据
Figure BDA0000146189790000142
实施例2
图5A和图5B是根据本发明的实施例2(数值实施例2)的变焦透镜的在广角端处的其中物距分别为无限远和近范围的透镜断面图。
在图5A和图5B中，本实施例的变焦透镜从物侧(左侧)起依次包括作为第一透镜单元U1的具有正折光力的聚焦透镜单元、作为第二透镜单元U2的用于倍率变化的具有负折光力的变化器、作为第三透镜单元U3的具有负折光力的补偿器、光阑SP、作为第四透镜单元U4的具有正折光力和图像形成作用的成像透镜单元、以及图像拾取表面I。在本实施例中，第二透镜单元U2和第三透镜单元U3构成倍率改变透镜单元。第二透镜单元U2(变化器)通过在光轴上向着像面侧单调地移动而从广角端向望远端改变倍率。为了校正伴随倍率变化的像面变化，第三透镜单元U3(补偿器)在光轴上非线性地移动。
本实施例中的第一透镜单元U1的结构与第一到第十七表面对应。第一透镜单元U1包含具有正折光力的第一子透镜单元U11、从无限远物距到近范围向着物侧移动19.18mm的具有负折光力的第二子透镜单元U12、以及从无限远物距到近范围向着物侧移动3.84mm的具有正折光力的第三子透镜单元U13。在本实施例中，整个第三子透镜单元U13与子第三子透镜单元U13f对应。
图6Aa、图6Ab和图6Ac分别示出数值实施例2的广角端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.8m)的物距的像差图。图6Ba、图6Bb和图6Bc分别示出数值实施例2的望远端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.8m)的物距的像差图。这里，物距是以像面为基准的值。
在表1中示出本实施例的与各式对应的数值。另外，在表2中示出当将本实施例的呼吸定义为相对于广角端处的在无限远物距的整个***的焦距的广角端处的在近范围的整个***的焦距的长度变化的比时获得的值。本实施例满足式(1)～(5)并实现具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、很少的由于焦点调整导致的像差偏离、以及很少的呼吸的变焦透镜。
(数值实施例2)
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000146189790000161
非球面表面数据
第九表面
K＝-2.18399e+000     A4＝-3.07579e-009    A6＝2.42180e-013    A8＝-1.76920e-016
A10＝7.90680e-020    A12＝-1.42366e-023
第十八表面
K＝6.98145e+001      A4＝-2.76274e-007    A6＝-6.04505e-010    A8＝-8.68550e-013
A10＝1.27664e-015    A12＝-2.80810e-018
各种数据
变焦比        10.00
Figure BDA0000146189790000171
变焦透镜单元数据
Figure BDA0000146189790000172
实施例3
图7A和图7B是根据本发明的实施例3(数值实施例3)的变焦透镜的广角端处的其中物距分别为无限远和近范围的透镜断面图。
图7A和图7B从物侧(左侧)起依次示出作为第一透镜单元U1的具有正折光力的聚焦透镜单元、作为第二透镜单元U2的用于倍率变化的具有负折光力的变化器、作为第三透镜单元U3的具有负折光力的补偿器、光阑SP、作为第四透镜单元U4的具有正折光力和图像形成作用的成像透镜单元、以及图像拾取表面I。在本实施例中，第二透镜单元U2和第三透镜单元U3构成倍率改变透镜单元。第二透镜单元U2(变化器)通过在光轴上向着像面侧单调地移动而从广角端向望远端改变倍率。为了校正伴随倍率变化的像面变化，第三透镜单元U3(补偿器)在光轴上非线性地移动。
本实施例中的第一透镜单元U1的结构与第一到第十七表面对应。第一透镜单元U1包含具有正折光力的第一子透镜单元U11、从无限远物距向近范围向着物侧移动9.68mm的具有负折光力的第二子透镜单元U12、以及具有正折光力的第三子透镜单元U13。此外，包含于第三子透镜单元U13中并具有正折光力的透镜单元U13p从无限远物距向近范围向着物侧移动3.87mm。因此，在本实施例中，透镜单元U13p与子第三子透镜单元U13f对应。
图8Aa、图8Ab和图8Ac分别是数值实施例3的广角端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.8m)的物距的像差图。图8Ba、图8Bb和图8Bc分别是数值实施例3的望远端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.8m)的物距的像差图。这里，物距是以像面为基准的值。
在表1中示出与本实施例的各式对应的数值。另外，在表2中示出当将本实施例的呼吸定义为相对于广角端处的在无限远物距的整个***的焦距的广角端处的在近范围的整个***的焦距的长度变化的比时获得的值。本实施例满足式(1)～(5)并实现具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、很少的由于焦点调整导致的像差偏离、以及很少的呼吸的变焦透镜。
(数值实施例3)
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000146189790000191
Figure BDA0000146189790000201
非球面表面数据
第十表面
K＝-1.89696e+000    A4＝4.04225e-009    A6＝5.23730e-013    A8＝8.64765e-016
A10＝-2.63688e-019    A12＝2.72307e-023
第十九表面
K＝6.87039e+001       A4＝2.43632e-007    A6＝-6.90320e-010    A8＝6.83337e-013
A10＝-2.58097e-015    A12＝1.85224e-018
各种数据
变焦比        8.00
Figure BDA0000146189790000211
变焦透镜单元数据
Figure BDA0000146189790000212
实施例4
图9A和图9B是根据本发明的实施例4(数值实施例4)的变焦透镜的在广角端处的其中物距分别为无限远和近范围的透镜断面图。
在图9A和图9B中，本实施例的变焦透镜从物侧起依次包括作为第一透镜单元U1的具有正折光力的聚焦透镜单元、作为第二透镜单元U2的用于倍率变化的具有负折光力的变化器、作为第三透镜单元U3的具有正折光力的补偿器、光阑SP、作为第四透镜单元U4的具有正折光力和图像形成作用的成像透镜单元、等效于颜色分离棱镜的玻璃块P、以及图像拾取表面I。在本实施例中，第二透镜单元U2和第三透镜单元U3构成倍率改变透镜单元。第二透镜单元U2(变化器)通过在光轴上向着像面侧单调地移动而从广角端向望远端改变倍率。为了校正伴随倍率变化的像面变化，第三透镜单元U3(补偿器)在光轴上向着物侧移动。
本实施例中的第一透镜单元U1的结构与第一到第十七表面对应。第一透镜单元U1包含具有正折光力的第一子透镜单元U11、从无限远物距到近范围向着物侧移动4.67mm的具有负折光力的第二子透镜单元U12、以及具有正折光力的第三子透镜单元U13。此外，包含于第三子透镜单元U13中并具有正折光力的透镜单元U13p从无限远物距到近范围向着物侧移动9.33mm。因此，在本实施例中，透镜单元U13p与子第三子透镜单元U13f对应。
图10Aa、图10Ab和图10Ac分别是数值实施例4的广角端处的以12.0m的物距、无限远的物距、和近范围(3.5m)的物距的像差图。图10Ba、图10Bb和图10Bc分别是数值实施例4的望远端处的以12.0m的物距、无限远的物距、近范围(3.5m)的物距的像差图。这里，物距是以像面为基准的值。
在表1中示出本实施例的与各式对应的数值。另外，在表2中示出当将本实施例的呼吸定义为相对于广角端处的在无限远物距的整个***的焦距的广角端处的在近范围的整个***的焦距的长度变化的比时获得的值。
本实施例满足式(1)～(5)并实现具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、很少的由于焦点调整导致的像差偏离、以及很少的呼吸的变焦透镜。
(数值实施例4)
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000146189790000231
Figure BDA0000146189790000241
Figure BDA0000146189790000251
非球面表面数据
第十表面
K＝-1.32497e+000      A4＝3.88103e-010    A6＝-1.90763e-014    A8＝6.09570e-017
A10＝-8.18397e-021    A12＝3.57731e-025
各种数据
变焦比        59.06
Figure BDA0000146189790000252
变焦透镜单元数据
Figure BDA0000146189790000262
实施例5
图11A和图11B是根据本发明的实施例5(数值实施例5)的变焦透镜的在广角端处的其中物距分别为无限远和近范围的透镜断面图。
在图11A和图11B中，本实施例的变焦透镜从物侧起依次包括作为第一透镜单元U1的具有正折光力的聚焦透镜单元、作为第二透镜单元U2的用于倍率变化的具有负折光力的第一变化器、第三透镜单元U3、作为第四透镜单元U4的具有正折光力的补偿器、光阑SP、作为第五透镜单元U5的具有正折光力和图像形成作用的成像透镜单元、以及图像拾取表面I。在本实施例中，第二透镜单元U2、第三透镜单元U3和第四透镜单元U4构成倍率改变透镜单元。第二透镜单元U2(第一变化器)通过在光轴上向着像面侧单调地移动而从广角端向望远端改变倍率。第三透镜单元U3(第二变化器)在光轴上移动以从广角端向望远端改变倍率。为了校正伴随倍率变化的像面变化，第四透镜单元U4(补偿器)在光轴上非线性地移动。注意，第三透镜单元U3可以是补偿器，第四透镜单元U4可以是第二变化器。
本实施例中的第一透镜单元U1的结构与第一到第十七表面对应。第一透镜单元U1包含具有正折光力的第一子透镜单元U11、从无限远物距到近范围向着物侧移动9.18mm的具有负折光力的第二子透镜单元U12、以及具有正折光力的第三子透镜单元U13。此外，包含于第三子透镜单元U13中并具有正折光力的透镜单元U13p从无限远物距到近范围向着物侧移动1.38mm。因此，在本实施例中，透镜单元U13p与子第三子透镜单元U13f对应。
图12Aa、图12Ab和图12Ac分别是数值实施例5的广角端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.8m)的物距的像差图。图12Ba、图12Bb和图12Bc分别是数值实施例5的望远端处的以7.0m的物距、无限远的物距、和近范围(1.8m)的物距的像差图。这里，物距是以像面为基准的值。
在表1中示出本实施例的与各式对应的数值。另外，在表2中示出当将本实施例的呼吸定义为相对于广角端处的在无限远物距的整个***的焦距的广角端处的在近范围的整个***的焦距的长度变化的比时获得的值。本实施例满足式(1)～(5)并实现具有高的倍率、小的尺寸和轻的重量、很少的由于焦点调整导致的像差偏离、以及很少的呼吸的变焦透镜。
(数值实施例5)
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000146189790000271
Figure BDA0000146189790000281
非球面表面数据
第十表面
K＝-1.83956e+000    A4＝-1.10900e-009    A6＝1.13486e-012    A8＝4.72225e-016
A10＝-1.63366e-019  A12＝1.77698e-023
第十九表面
K＝7.90027e+001     A4＝1.53253e-007    A6＝-1.38868e-009    A8＝1.52527e-012
A10＝-2.14292e-015  A12＝-1.78341e-018
各种数据
变焦比        8.00
Figure BDA0000146189790000301
变焦透镜单元数据
Figure BDA0000146189790000302
表1
表1：数值实施例1～5中的与各式对应的数值
Figure BDA0000146189790000311
表2
表2：数值实施例1～5中的呼吸
Figure BDA0000146189790000312
实施例6
图13是根据本发明的实施例6的使用实施例1～5的变焦透镜中的任一个作为图像拾取光学***的图像拾取装置的示意图。
在图13中，图像拾取装置125包括实施例1～5中的任一个的变焦透镜101和可被附接于变焦透镜101上并且可从变焦透镜101被去除的照相机124。变焦透镜101包括包含用于焦点调整的透镜单元的第一透镜单元F、倍率改变透镜单元LZ、以及用于成像的透镜单元R。变焦透镜101还包括孔径光阑SP。第一透镜单元F和倍率改变透镜单元LZ分别通过诸如螺旋面(helicoid)或凸轮(cam)的驱动机构114和115沿光轴方向被驱动。驱动机构114和115以及孔径光阑SP分别被马达(驱动单元)116～118电气地驱动，其中马达(驱动单元)116～118被电气地驱动。分别通过诸如编码器、电位计(potentiometer)或光电传感器的检测器119～121检测第一透镜单元F和倍率改变透镜单元LZ的光轴上的位置以及孔径光阑SP的光阑直径。照相机124包括与光学滤波器(optical filter)或颜色分离光学***对应的玻璃块109、以及用于接收由变焦透镜101形成的被照体图像的光的诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像拾取元件(光电换能器)110。另外，CPU 111和122分别控制照相机124和变焦透镜101的各种驱动。以这种方式，通过对于电视摄像机使用本发明的变焦透镜，可以实现具有高的光学性能的图像拾取装置。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (5)

1.一种变焦透镜，从物侧起依次包括：
对于改变倍率不移动的具有正折光力的第一透镜单元；
包含对于改变倍率移动的至少两个透镜单元的倍率改变透镜单元；
孔径光阑；和
对于改变倍率不移动的具有正折光力的成像透镜单元，其中：
第一透镜单元从物侧起依次包含具有正折光力的第一子透镜单元、具有负折光力的第二子透镜单元、以及具有正折光力的第三子透镜单元；
第三子透镜单元包含具有正折光力的可动子第三子透镜单元；
第二子透镜单元和子第三子透镜单元分别被驱动向物侧以执行向近距离处的物体的焦点调整；以及，
满足下式：
-2.5＜f12/f13f＜-0.4；和
0.05＜δx13f/δx12＜5.0，
这里，f12表示第二子透镜单元的焦距，f13f表示子第三子透镜单元的焦距，δx12表示第二子透镜单元的焦点调整中的驱动量，δx13f表示子第三子透镜单元的焦点调整中的驱动量。
2.根据权利要求1的变焦透镜，其中，满足下式：
0.07＜f1/f11＜0.35，
这里，f1表示第一透镜单元的焦距，f11表示第一子透镜单元的焦距。
3.根据权利要求1或2的变焦透镜，其中，满足下式：
0.2＜f1/ft＜1.0，
这里，f1表示第一透镜单元的焦距，ft表示变焦透镜的整个***的在望远端处的焦距。
4.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求1的变焦透镜；和
执行由所述变焦透镜形成的图像的光电转换的图像拾取元件。
5.根据权利要求4的图像拾取装置，其中，满足下式：
0.7＜fw/IS＜2.4，
这里，fw表示变焦透镜的整个***的在广角端处的焦距，IS表示图像尺寸。
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