CN103543523B - 变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

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CN103543523B CN201310285325.4A CN201310285325A CN103543523B CN 103543523 B CN103543523 B CN 103543523B CN 201310285325 A CN201310285325 A CN 201310285325A CN 103543523 B CN103543523 B CN 103543523B
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Abstract

本发明公开了变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置。一种变焦透镜从物侧到像侧依次包括在所有以下透镜单元之中具有最高负折光力的透镜单元Ln、具有正折光力的透镜单元Lm2、具有负折光力的透镜单元Lm以及包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp。在变焦期间，每个相邻透镜单元之间的距离变化。在从无限远距离到最小物体距离聚焦的过程中，透镜单元Ln和透镜单元Lm朝向物侧移动。透镜单元Lm的焦距FLm和透镜单元Lm2的焦距FLm2被适当地设定。

Description

变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置
技术领域
本发明涉及变焦透镜和具有该变焦透镜的图像拾取装置，并且适合于摄影光学***（例如数字静止照相机、数字视频照相机、TV照相机和监控照相机）。
背景技术
例如，用于单镜头反射式照相机和视频照相机的摄影光学***需要具有高的变焦比和以高的摄影倍率进行摄影的能力。
通常，当缩短可摄影物体距离以增加摄影倍率时，在聚焦期间出现宽的像差变化，并且聚焦透镜单元的移动范围变宽。
美国专利申请公开No.2011/0116174讨论了一种变焦透镜，其从物侧到像侧依次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和具有正折光力的第四透镜单元。在这个变焦透镜中，第二透镜单元在聚焦期间移动。
日本专利申请公开No.2000-047107讨论了一种变焦透镜，其从物侧到像侧依次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、具有负折光力的第四透镜单元、具有正折光力的第五透镜单元和具有负折光力的第六透镜单元。在该变焦透镜中使用浮动聚焦方案，其中该透镜单元中的两个透镜单元在聚焦期间移动。
日本专利申请公开No.11-352402讨论了一种变焦透镜，其从物侧到像侧依次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、具有负折光力的第四透镜单元、具有正折光力的第五透镜单元。在从无限远距离向预定的有限远距离聚焦的过程中，第三透镜单元移动。在聚焦于比预定的有限远距离短的物体距离的过程中（微距聚焦），第一透镜单元向物侧移动，而第二透镜单元向像侧移动，以加宽第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离。同时，第三透镜单元朝向像侧移动。
发明内容
本发明涉及一种可执行近距离摄影的变焦透镜，其中整个变焦透镜紧凑并且具有高的性能。
根据本发明的一个方面，变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的透镜单元Ln、具有正折光力的透镜单元Lm2、具有负折光力的透镜单元Lm和包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp。在变焦期间，各相邻透镜单元之间的距离改变。在所有透镜单元中透镜单元Ln具有最高的负折光力。在从无限远距离到最小物体距离的聚焦期间，透镜单元Ln和透镜单元Lm朝物侧移动。满足以下条件：
0.65<|FLm/FLm2|<1.50
其中，FLm是透镜单元Lm的焦距，而FLm2是透镜单元Lm2的焦距。
根据本发明的另一方面，变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的透镜单元Ln、具有正折光力的透镜单元Lm2、具有负折光力的透镜单元Lm和包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp。在变焦期间，各相邻透镜单元之间的距离改变。在所有透镜单元中透镜单元Ln具有最高的负折光力。通过向物侧移动该透镜单元Ln，执行从无限远距离到预定的有限远距离的聚焦。通过在望远端至少移动透镜单元Ln和透镜单元Lm，来执行对于比预定的有限远距离短的物体距离的微距聚焦。满足以下条件：
0.65<|FLm/FLm2|<1.50
其中，FLm是透镜单元Lm的焦距，而FLm2是透镜单元Lm2的焦距。
根据本发明的又另一方面，变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的透镜单元Ln、具有正折光力的透镜单元Lm2、具有负折光力的透镜单元Lm和包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp。在变焦期间，各相邻透镜单元之间的距离改变。在所有透镜单元中透镜单元Ln具有最高的负折光力。通过向物侧移动该透镜单元Ln，执行从无限远距离到预定的有限远距离的聚焦。通过在望远端至少移动透镜单元Ln和透镜单元Lm，来执行对于比预定的有限远距离短的物体距离的微距聚焦。
从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清晰。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端和在望远端的截面图；
图2A和2B分别是在根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图；
图3A和3B分别是根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜进行近距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图；
图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端和在望远端的截面图；
图5A和5B分别是在根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图；
图6A和6B分别是在根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜进行近距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图；
图7示出了根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端、望远端和微距端（macroend）的截面图；
图8A和8B分别是在根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图，并且图8C是在微距端绘制的像差图；
图9示出了根据本发明的第四示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端、望远端和微距端的透镜截面图；
图10A和10B分别是在根据本发明的第四示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图，并且图10C是在微距端绘制的像差图；
图11示出了根据本发明的第五示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端、望远端和微距端的透镜截面图；
图12A和12B分别是在根据本发明的第五示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图，并且图12C是在微距端绘制的像差图；
图13是根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的主要部件的示意图。
具体实施方式
根据本发明示例性实施例的变焦透镜包括多个透镜单元，并且各相邻透镜单元之间的距离在变焦期间变化。在该透镜单元之中的具有最高负折光力（具有最大的折光力绝对值）的透镜单元Ln的像侧，从物侧到像侧依次提供了具有正折光力的透镜单元Lm2、具有负折光力的透镜单元Lm和包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp。在从无限远距离到最小物体距离的聚焦期间，透镜单元Ln朝向物侧移动。
图1示出了根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端和在望远端的截面图。图2A和2B分别是在使用根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图。图3A和3B分别是根据本发明的第一示例性实施例的变焦透镜进行近距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图。
图4示出了根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端和在望远端的截面图。图5A和5B分别是在根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图。图6A和6B分别是在根据本发明的第二示例性实施例的变焦透镜进行近距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图。
图7示出了根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端、望远端和微距端的截面图。图8A和8B分别是在根据本发明的第三示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图，并且图8C是在微距端绘制的像差图。
图9示出了根据本发明的第四示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端、望远端和微距端的透镜截面图。图10A和10B分别是在根据本发明的第四示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图，并且图10C是在微距端绘制的像差图。
图11示出了根据本发明的第五示例性实施例的变焦透镜的分别在广角端、望远端和微距端的透镜截面图。图12A和12B分别是在根据本发明的第五示例性实施例的变焦透镜进行无限远距离聚焦期间在广角端绘制的像差图和在望远端绘制的像差图，并且图12C是在微距端绘制的像差图。
图13是根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的主要部件的示意图。
如在那些透镜截面图中所示，变焦透镜包括第i透镜单元Li（i代表从物侧起计数的透镜单元的编号）、包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp和光阑SP。当使用变焦透镜作为用于视频照相机或数字静止照相机的摄影光学***时，使用诸如电荷耦合器件（CCD）传感器或互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器的固态图像传感器（光电转换元件）的成像表面作为图像平面IP，或者当使用变焦透镜作为用于卤化银胶片照相机的摄影光学***时，使用胶片的感光表面作为图像平面IP。
如图7、9和11的透镜截面图所示，第一区域是其中可执行变焦和聚焦的变焦区域。在变焦区域中，从无限远距离到预定的有限远距离（第一物体距离）的聚焦可被执行。第二区域是其中仅可执行对短距离物体的聚焦的微距区域。在微距区域中，对于比该第一物体距离短的物体距离的聚焦可被执行。进一步地，第一区域中的箭头指示了在从广角端到望远端变焦的过程中各个透镜单元的移动轨迹。第二区域中的箭头指示了在从第一区域中的望远端到第二区域中的微距端的微距聚焦期间各个透镜单元的移动方向。
透镜截面图中的聚焦箭头指示了在从无限远距离到最小物体距离的聚焦过程中各个透镜单元的移动方向。
在球面像差图中，实线和双点划线分别代表了d线和g线。在像散图中，实线和虚线分别代表了d线处的子午像面和弧矢像面。倍率色差（横向色差）在g线处被指示。“Fno”代表F数，而“ω”代表半视角。
根据各个示例性实施例的变焦透镜的配置将在下文描述。
根据第一示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元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、具有负折光力的第四透镜单元L4、具有正折光力的第五透镜单元L5、具有负折光力的第六透镜单元L6和具有正折光力的第七透镜单元L7。实现了2.84的变焦比和0.27倍的最大摄影倍率。对于在该处可实现最大摄影倍率的物体距离的聚焦可在整个变焦区域中被实现。
第二透镜单元L2对应于具有绝对值最大的负折光力（后文描述为“具有最高负折光力”）的透镜单元Ln。第四透镜单元L4对应于透镜单元Lm，并且第三透镜单元L3对应于透镜单元Lm2。第五至第七透镜单元L5至L7的组合对应于在整个变焦范围内具有总体正折光力的后透镜组Lp。
在从广角端到望远端变焦的过程中，第一透镜单元L1和第三至第七透镜单元L3至L7朝向物侧移动，而第二透镜单元L2以朝像侧凸起的轨迹移动。在从无限远距离到最小物体距离的聚焦过程中，第二透镜单元L2和第四透镜单元L4朝向物侧移动。
在该示例性实施例中，将在下文描述的与第三透镜单元L3和第三透镜单元L4有关的条件（1）被满足。因此，第四透镜单元L4的焦度可被加强（heighten），而不会妨碍相对于第二透镜单元L2的焦度平衡或相对于后透镜组Lp的焦度平衡，使得聚焦灵敏度被高效地给予第四透镜单元L4。
此外，后透镜组Lp和第四透镜单元L4满足了下文将描述的条件（2），并且第二透镜单元L2和第四透镜单元L4满足了下文将描述的条件（3）。因此，在通过第四透镜单元L4聚焦的过程中的聚焦灵敏度被适当地设定，并且因此实现了高的变焦比。
根据第二示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2、具有负折光力的第三透镜单元L3、具有正折光力的第四透镜单元L4和具有正折光力的第五透镜单元L5。实现了2.42的变焦比和0.41倍的最大摄影倍率。对于在该处可实现最大摄影倍率的物体距离的聚焦可在整个变焦区域中被执行。
第一透镜单元L1对应于具有绝对值最大的负折光力的透镜单元Ln。第三透镜单元L3对应于透镜单元Lm，并且第二透镜单元L2对应于透镜单元Lm2。第四透镜单元L4和第五透镜单元L5的组合对应于在整个变焦范围内具有总体正折光力的后透镜组Lp。
在从广角端到望远端的变焦过程中，第二至第五透镜单元L2至L5朝向物侧移动，并且第一透镜单元L1以朝向像侧凸起的轨迹移动。
在从无限远距离到最小物体距离聚焦的过程中，第一透镜单元L1和第三透镜单元L3朝向物侧移动。
通过满足与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3有关的条件（1），第三透镜单元L3的焦度可被加强，而不会妨碍相对于第一透镜单元L1的焦度平衡或相对于后透镜组Lp的焦度平衡。因此，高效地产生了聚焦灵敏度。
此外，通过满足与后透镜组Lp和第三透镜单元L3有关的下文将描述的条件（2）并且通过满足与第一透镜单元L1和第三透镜单元L3有关的下文将描述的条件（3），在通过第三透镜单元L3聚焦的过程中的聚焦灵敏度被适当地设定。因此，实现了高的变焦比。
根据第三示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元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、具有负折光力的第四透镜单元L4、具有正折光力的第五透镜单元L5、具有负折光力的第六透镜单元L6和具有正折光力的第七透镜单元L7。
在根据第三示例性实施例的变焦透镜中，其中可执行变焦和聚焦的第一区域和其中仅可对短距离物体执行聚焦的第二区域（微距区域）被建立。第一区域处的变焦比是2.87。
第二透镜单元L2对应于具有绝对值最大的负折光力的透镜单元Ln。第四透镜单元L4对应于透镜单元Lm，并且第三透镜单元L3对应于透镜单元Lm2。第五至第七透镜单元L5至L7的组合对应于在整个变焦范围内具有总体正折光力的后透镜组Lp。
在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元L1和第三至第七透镜单元L3至L7朝向物侧移动，并且第二透镜单元L2以朝向像侧凸起的轨迹移动。
在第一区域中，在从无限远距离到预定的有限远距离（第一物体距离）聚焦的过程中，第二透镜单元L2朝向物侧移动。在第二区域中，在从望远端到微距端进行微距聚焦的过程中，第一透镜单元L1朝向像侧移动，并且第二至第七透镜单元L2至L7朝向物侧移动。以这种方式，整个变焦透镜的后主点位置被朝向物侧高效地改变以实现高的摄影倍率。位置改变被进行为使得第四透镜单元L4与后透镜组Lp之间的距离变宽。第一区域中的最大摄影倍率是0.17倍，而第二区域中的最大摄影倍率是0.7倍。
通过满足与第三透镜单元L3和第四透镜单元L4有关的条件（1），第四透镜单元L4的焦度可被加强，而不会妨碍相对于第二透镜单元L2的焦度平衡或相对于后透镜组Lp的焦度平衡。因此，在微距聚焦过程中的第四透镜单元L4的聚焦灵敏度被高效地产生。
此外，通过满足与后透镜组Lp和第四透镜单元L4有关的下文将描述的条件（2）并且通过满足与第二透镜单元L2和第四透镜单元L4有关的下文将描述的条件（3），在微距聚焦过程中的第四透镜单元L4的聚焦灵敏度被适当地设定。因此，实现了高的变焦比。
此外，通过满足下文将描述的条件（4）并且通过缩短由于第二区域中的从望远端至微距端的微距聚焦而导致第一透镜单元L1移动的距离，实现了尺寸减小的整个变焦透镜。
根据第四示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元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、具有负折光力的第四透镜单元L4、具有正折光力的第五透镜单元L5、具有负折光力的第六透镜单元L6和具有正折光力的第七透镜单元L7。
在根据第四示例性实施例的变焦透镜中，其中可执行变焦和聚焦的第一区域和其中仅可对短距离物体执行聚焦的第二区域（微距区域）被建立。第一区域中的变焦比是2.84。
第二透镜单元L2对应于具有绝对值最大的负折光力的透镜单元Ln。第四透镜单元L4对应于透镜单元Lm，并且第三透镜单元L3对应于透镜单元Lm2。第五至第七透镜单元L5至L7的组合对应于在整个变焦范围内具有总体正折光力的后透镜组Lp。
在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元L1和第三至第七透镜单元L3至L7朝向物侧移动，并且第二透镜单元L2以朝向像侧凸起的轨迹移动。
在第一区域中，在从无限远距离到预定的有限远距离（第一物体距离）聚焦的过程中，第二透镜单元L2朝向物侧移动。在第二区域中，在从望远端到微距端进行微距聚焦的过程中，第一透镜单元L1朝向像侧移动，并且第二至第七透镜单元L2至L7朝向物侧移动。结果，整个变焦透镜的后主点位置被朝向物侧高效地改变以实现高的摄影倍率。位置改变被进行为使得第四透镜单元L4与后透镜组Lp之间的距离增大。第一区域中的最大摄影倍率是0.17倍，而第二区域中的最大摄影倍率是0.6倍。
通过满足与第三透镜单元L3和第四透镜单元L4有关的条件（1），第四透镜单元L4的焦度可被加强，而不会妨碍相对于第二透镜单元L2的焦度平衡或相对于后透镜组Lp的焦度平衡。因此，在微距聚焦过程中的第四透镜单元L4的聚焦灵敏度被高效地产生。
此外，通过满足与后透镜组Lp和第四透镜单元L4有关的下文将描述的条件（2）并且通过满足与第二透镜单元L2和第四透镜单元L4有关的下文将描述的条件（3），在微距聚焦过程中的第四透镜单元L4的聚焦灵敏度被适当地设定。因此，实现了高的变焦比。
此外，通过满足下文将描述的条件（4）并且通过缩短由于第二区域中的从望远端至微距端进行微距聚焦而导致第一透镜单元L1移动的距离，实现了尺寸减小的整个变焦透镜。
根据第五示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元L1、具有正折光力的第二透镜单元L2、具有负折光力的第三透镜单元L3、具有正折光力的第四透镜单元L4、具有负折光力的第五透镜单元L5和具有正折光力的第六透镜单元L6。
在根据第五示例性实施例的变焦透镜中，其中可执行变焦和聚焦的第一区域和其中仅可执行对短距离物体的聚焦的第二区域（微距区域）被建立。第一区域中的变焦比是3.42。
第一透镜单元L1对应于具有绝对值最大的负折光力的透镜单元Ln。第三透镜单元L3对应于透镜单元Lm，并且第二透镜单元L2对应于透镜单元Lm2。第四至第六透镜单元L4至L6的组合对应于在整个变焦范围内具有总体正折光力的后透镜组Lp。
在从广角端到望远端聚焦的过程中，第二至第六透镜单元L2至L6朝向物侧移动，而第一透镜单元L1以朝向像侧凸起的轨迹移动。在第一区域中，在从无限远距离到预定的有限远距离（第一物体距离）聚焦的过程中，第一透镜单元L1朝向物侧移动。在第二区域中，在从望远端到微距端进行微距聚焦的过程中，第一至第六透镜单元L1至L6朝向物侧移动。以这种方式，整个变焦透镜的后主点位置被朝向物侧高效地改变以实现高的摄影倍率。位置改变被进行为使得第三透镜单元L3（Lm）与后透镜组Lp之间的距离变宽。第一区域中的最大摄影倍率是0.17倍，而第二区域中的最大摄影倍率是0.7倍。
通过满足与第二透镜单元L2和第三透镜单元L3有关的条件（1），第三透镜单元L3的焦度可被加强，而不会妨碍相对于第一透镜单元L1的焦度平衡或相对于后透镜组Lp的焦度平衡。因此，在微距聚焦过程中的第三透镜单元L3的聚焦灵敏度被高效地产生。
此外，通过满足与后透镜组Lp和第三透镜单元L3有关的下文将描述的条件（2）并且通过满足与第一透镜单元L1和第三透镜单元L3有关的下文将描述的条件（3），在微距聚焦过程中的第三透镜单元L3的聚焦灵敏度被适当地设定。因此，实现了高的变焦比。
在美国专利申请No.2011/0116174中，在从无限远距离到最小物体距离的聚焦过程中，具有负折光力的第二透镜单元朝向物侧移动。在聚焦于望远端的过程中，第二透镜单元朝向物侧移动，因此第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变窄。因此，变焦透镜的倍率减小。因此，短距离摄影倍率降低，并且变得难以提高该摄影倍率。
此外，为了在广角端执行短距离聚焦，必须按聚焦透镜单元的移动距离来规定（provide）第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离。因此，第一透镜单元的有效直径趋于大大增加，或者在广角端的折光力设置趋于在大视角的情况下变得不合适。进一步地，在望远端的球面像差变化趋于变宽。
在日本专利申请公开No.2000-047107中，通过向物侧移动第四透镜单元并且通过向像侧移动第六透镜单元，执行从无限远距离到最小物体距离的聚焦。然而，必须按除了变焦外由于聚焦所导致的移动距离来规定距离，并且因此整个变焦透镜趋于增大尺寸。进一步地，第四透镜单元的聚焦灵敏度趋于降低，并且第六透镜单元的移动距离趋于增加。
在日本专利申请公开No.11-352402中，在其中变焦和聚焦被独立地执行的正常模式中，通过在从广角端到望远端的整个变焦区域中朝向像侧移动第三透镜单元，可执行最小物体距离聚焦。在微距聚焦期间，尽管处于单个焦距，然而通过为了进行微距摄影而重新设置透镜单元，实现了高的摄影倍率。
在日本专利申请公开No.11-352402所描述的微距聚焦中，通过简单地向前移动第一透镜单元以使得变焦透镜适合于进一步的远距离摄影，来促进摄影倍率的增加。在这种方法中，通过仅降低变焦透镜的潜能（potential）而获得了微距效应，即没有高效地实现高的倍率。
在根据本发明的各个示例性实施例的变焦透镜中，在所有透镜单元中具有最高负折光力的透镜单元Ln在聚焦期间移动，并且因此其他透镜单元在聚焦期间的移动距离可被缩短。进一步地，在第三、第四和第五示例性实施例中，通过在微距聚焦期间移动具有高聚焦灵敏度的透镜单元Lm，较短距离的聚焦可被执行，并且高的摄影倍率可容易地实现。也就是说，可使用这样的聚焦方法，其中，不像在日本专利申请公开No.2000-047107中所讨论的第四透镜单元那样，充分的聚焦效应可单独利用透镜单元Lm而获得并且其中倍率减小程度小。通过使用这种方法，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离变宽和倍率减小被抑制，同时实现了高的折光力，这是美国专利申请公开No.2011/0116174的优势。
在根据示例性实施例的变焦透镜中，在具有最高负折光力的透镜单元Ln的像侧，从物侧到像侧依次设置具有负折光力的透镜单元Lm以及包括在透镜单元Lm的像侧的所有其他透镜单元并且具有组合的正折光力的后透镜组Lp。在从无限远距离到最小物体距离聚焦的过程中或者在从望远端到微距端进行微距聚焦的过程中，透镜单元Ln朝向物侧移动，并且透镜单元Lm朝向物侧移动以使得透镜单元Lm和后透镜组Lp之间的距离变宽。
在透镜单元Ln和后透镜组Lp之间，强光束从物侧发散到像侧。当透镜单元Lm被置于它们中间时，轴上光线的入射高度h按照透镜单元Lm的位置而产生大的变化，并且透镜单元Lm的倍率改变。结果，在透镜单元Lm处获得了聚焦效果。因此，透镜单元Ln的移动距离可被缩短，同时实现了对较短距离的物体的聚焦。进一步地，对较短距离物体的聚焦可在不会破坏变焦透镜的用于变焦的潜能的情况下被执行，并且实现了高的倍率。
接下来，将描述更为期望的条件。期望满足以下条件：
0.65<|FLm/FLm2|<1.50(1)
其中，FLm是透镜单元Lm的焦距，而FLm2是透镜单元Lm2的焦距。
在上述示例性实施例中，具有正折光力的透镜单元Lm2被置于透镜单元Ln与透镜单元Lm之间。当只有透镜单元Lm被置于后透镜组Lp与透镜单元Ln之间时，通过使得透镜单元Lm的折光力过高，通过组合透镜单元Lm和透镜单元Ln而获得的具有负折光力的透镜单元的主点位置朝向像侧改变，并且因此难以构成大的视角。因此，具有正折光力的透镜单元Lm2被设置以加强透镜单元Lm的焦度和透镜单元Ln的焦度。因此，更高效地加强透镜单元Lm的聚焦灵敏度变得容易，而无须更改在后透镜组Lp和透镜单元Ln处的焦度设定。
具体地，就透镜单元Lm的焦度与透镜单元Lm2的焦度之间的关系而言，期望满足条件（3）。通过满足条件（3），透镜单元Lm的聚焦灵敏度可被高效地加强而无须更改在后透镜组Lp和透镜单元Ln处的焦度设定。
在条件（1）未满足的情况下，透镜单元Lm和透镜单元Lm2的组合的折光力的绝对值变得太大。因此，由于后透镜组Lp的主点位置过于接近物侧而难以获得广角端的后焦点，或者由于透镜单元Ln的主点位置过于接近像侧而难以获得广角端的宽的摄影视角。
更为期望的是，条件（1）中的FLm与FLm2之比的范围被如下设定：
0.7<|FLm/FLm2|<1.2(1a)
在上述示例性实施例中，进一步地期望满足以下条件中的一个或多个。广角端处的后透镜组Lp的焦距表示为FLp。透镜单元Ln的焦距表示为FLn。在实现最大摄影倍率时的整个变焦透镜的透镜配置长度表示为TLDm，并且在对无限远距离的物体聚焦的过程中在望远端的整个变焦透镜的透镜配置长度表示为TLDt。
顺便提一下，“实现最大摄影倍率时”是指当已经在望远端执行了对最小物体距离的聚焦时的时间。另一方面，在其中可执行变焦和聚焦的第一区域和仅可执行对短距离物体的聚焦的第二区域被建立的变焦透镜中，“实现最大摄影倍率时”是指当已经在第二区域中在微距端执行了对最短距离的聚焦时的时间。在该情况下，期望满足以下条件中的一个或多个：
0.5<|FLp/FLm|<1.0(2)
0.3<|FLn/FLm|<1.0(3)
0.6<|TLDm/TLDt|<1.2(4)
接下来，将描述所述条件的技术含义。
条件（2）用于适当地设置后透镜组Lp的折光力和透镜单元Lm的折光力，并且在不降低变焦透镜的变焦效果的情况下高效地产生在透镜单元Lm处的聚焦灵敏度。当比率超过条件（2）中的上限时，后透镜组Lp与透镜单元Ln之间的变焦效果降低，这是因为后透镜组Lp的焦度太弱，并且变得难以高效地实现变焦比。当比率下降到条件（2）中的下限以下时，变得难以产生足够的聚焦灵敏度，这是因为透镜单元Lm的焦度太弱。更期望如下设定条件（2）中的FLp与FLm之比：
0.6<|FLp/FLm|<0.9(2a)
条件（3）用于适当地设定透镜单元Ln的焦度和透镜单元Lm的焦度，并且在不降低变焦透镜的变焦效应的情况下适当地产生透镜单元Ln和透镜单元Lm处的聚焦灵敏度。当比率超过条件（3）中的上限时，透镜单元Lm与后透镜组Lp之间的变焦效果降低，这是因为透镜单元Ln的焦度太弱。因此，变得难以高效地实现变焦比，并且透镜单元Ln的聚焦灵敏度降低。
当比率下降到条件（3）中的下限以下时，相反地变得难以产生足够的聚焦灵敏度，这是因为透镜单元Lm的焦度太弱。因此，更期望如下设定条件（3）中的比率：
0.4<|FLn/FLm|<0.9(3a)
当在上述示例性实施例中寻求高效地实现宽的视角时，可使用负引导（lead）型变焦透镜，其中透镜单元Ln是最接近物侧的。进一步地，当寻求高效地实现变焦效果时，可以使用正引导型变焦透镜，其中具有正折光力的另一个透镜单元被置于透镜单元Ln的物侧。
在正引导型中，期望满足条件（4）。条件（4）用于使得当实现最大摄影倍率时的透镜配置长度等于或稍微小于望远端的透镜配置长度（从第一透镜表面到最后的透镜表面的距离）。当比率超过条件（4）中的上限时，无法高效地实现变焦比，这是因为第一透镜单元向前移动的距离在整个变焦区域中减小。进一步地，当比率下降到条件（4）中的下限以下时，在对短距离物体聚焦过程中的摄影倍率降低，这是不期望的。更期望条件（4）中的比率被如下设定：
0.9<|TLDm/TLDt|<1.1(4a)
在其中可执行变焦和聚焦的第一区域和仅可对短距离物体聚焦的第二区域（微距区域）被建立的变焦透镜中，通过在微距聚焦期间不仅将透镜单元Ln和透镜单元Lm还将后透镜组Lp移向物侧，整个变焦透镜的主点位置朝向物侧移动，并且因此对短距离物体的聚焦可被高效地执行。
根据示例性实施例的变焦透镜适用于光学装置（例如图像拾取装置和图像投影仪）。根据上面的描述，应当清楚，可实现如下这样的变焦透镜，除了具有简单的透镜配置、整个变焦透镜的尺寸减小和焦度大（powerful）之外，该变焦透镜还可对短距离物体执行聚焦。
接下来，将介绍分别对应于本发明的第一到第五示例性实施例的数值例子1至5。在这些数值例子中，每个i都表示从物侧起计数的表面号。各ri都表示第i个表面的曲率半径，并且各di都表示第i个表面和第(i+1)个表面之间的距离。各ndi和各νdi都分别表示透镜材料的折射率和关于d线（λ=587.6nm）的阿贝数（Abbenmber）的值。总透镜长度是指从第一表面到图像平面的距离。BF表示后焦点，即从最后的表面到图像平面的距离。
K、A4、A6、A8、A10和A12均都表示非球面系数。当假定透镜表面与光轴之间的交点是原点并且光行进方向是正方向时，每个非球面的形状是用以下表达式来表示的：
X = ( 1 / R ) H 2 1 + 1 - ( 1 + K ) ( H / R ) 2 + A 4 &times; H 4 + + A 6 &times; H 6 + A 8 &times; H 8 + A 10 &times; H 10 + A 12 &times; H 12
其中，X是光轴方向上的位置、H是与光轴垂直的方向上的位置以及R是旁轴曲率半径。此外，“e–0X”是指“×10-x”。在该处两个光学表面之间的距离d表示为“可变”的部分中的每一个都是指在第一聚焦区域中变焦期间变化的距离d，或在第二聚焦区域中对最小物体距离聚焦期间变化的距离d。对应于焦距的表面距离d在下表中列出。进一步地，前述条件与数值例子之间的关系在表1中列出。
对于第二区域中的微距端，数值例子3中的距离d11和数值例子5中的距离d6被表示为负数值的原因是在无限远距离聚焦期间所获得的数值是出于方便的目的来表示的。这意味着在数值例子3和5中的第二区域中，执行无限远距离聚焦在物理上是不可行的，即，透镜单元Ln到无限远距离的移动是受限的并且后续透镜单元朝向物侧移动。
（数值例子1）
单位：mm
表面数据
非球面数据
第六表面
K=0.00000e+000A4=7.14991e-006A6=-8.99245e-009
A8=4.15505e-012A10=8.58219e-015A12=-1.34006e-017
第二十六表面
K=0.00000e+000A4=1.88957e-005A6=3.38585e-009
A8=4.18299e-010A10=-1.57339e-012
各种数据
变焦比:2.84
变焦透镜单元数据
（数值例子2）
单位：mm
表面数据
非球面数据
第二十三表面
K=0.00000e+000A4=-4.18951e-005A6=1.10198e-008
A8=-3.16464e-009A10=8.52289e-011A12=-7.29854e-013
各种数据
变焦比:2.42
变焦透镜单元数据
（数值例子3）
单位：mm
表面数据
非球面数据
第六表面
K=0.00000e+000A4=7.48366e-006A6=-9.07746e-009
A8=-6.82116e-013A10=1.96862e-014A12=-2.37851e-017
第二十六表面
K=0.00000e+000A4=1.23491e-005A6=-4.96603e-009
A8=2.44298e-010A10=-7.85907e-013
各种数据
变焦比:2.84
变焦透镜单元数据
（数值例子4）
单位：mm
表面数据
非球面数据
第六表面
K=0.00000e+000A4=4.95365e-006A6=-7.83369e-009
A8=1.79042e-012A10=2.63740e-014A12=-5.16279e-017
第二十七表面
K=0.00000e+000A4=1.92991e-005A6=1.90581e-008
A8=3.02065e-010A10=-1.11865e-012
各种数据
变焦比:3.42
变焦透镜单元数据
（数值例子5）
单位：mm
表面数据
非球面数据
第一表面
K=0.00000e+000A4=7.98108e-006A6=2.06752e-009
A8=-2.22927e-012A10=1.59653e-014A12=-1.90985e-018
第二十一表面
K=0.00000e+000A4=2.88036e-005A6=5.42766e-008
A8=4.78099e-010A10=-2.33568e-012
各种数据
变焦比：2.84
变焦透镜单元数据
[表1]
接下来，将描述一个示例性实施例，其中根据第一至第五示例性实施例中的任何一个的变焦透镜被应用于图像拾取装置。根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置具有包括变焦透镜的可换透镜单元和包括图像传感器的照相机机身，其中该图像传感器经由照相机安装部分而可拆卸地连接到可换透镜单元并且接收由变焦透镜形成的光学图像并将该图像转换成电气图像信号。
图13是单镜头反射式照相机的主要部件的示意图。如图13所示，该照相机包括具有根据第一至第五示例性实施例之一的变焦透镜的摄影透镜10。变焦透镜1由保持件（即，透镜镜筒2）来保持。照相机机身20包括将光束从摄影透镜10向上反射的快速返回镜3、置于摄影透镜10的图像形成位置的聚焦屏幕4、将在聚焦屏幕4处构成的倒立图像转换成直立图像的五边形顶棱镜5、用于观测直立图像的目镜透镜6，等等。在感光表面7提供有接收由变焦透镜形成的图像的诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态图像传感器（光电转换元件）或者卤化银照相胶片。在摄影期间，快速返回镜3离开光路，并且由摄影透镜10在感光表面7上形成图像。根据该示例性实施例的图像拾取装置也有效地拥有在第一至第五示例性实施例中描述的优点。这种图像拾取装置也适用于不包括快速返回镜3的无反射镜的单镜头反射式照相机。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，然而应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应当按照最宽泛的解释从而涵盖所有所述修改和等效的结构和功能。

Claims (17)

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：
具有负折光力的透镜单元Ln；
具有正折光力的透镜单元Lm2；
具有负折光力的透镜单元Lm；和
包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp，
其中，各相邻透镜单元之间的距离在变焦期间变化，
其中，在所有透镜单元之中所述透镜单元Ln具有最高的负折光力，
其中，在从无限远距离到最小物体距离的聚焦期间，所述透镜单元Ln和所述透镜单元Lm朝着所述物侧移动，并且
其中，满足以下条件：
0.65＜|FLm/FLm2|＜1.50
其中FLm是所述透镜单元Lm的焦距，并且FLm2是所述透镜单元Lm2的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下条件：
0.5＜|FLp/FLm|＜1.0
其中FLp是所述后透镜组Lp的在广角端的焦距。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下条件：
0.3＜|FLn/FLm|＜1.0
其中FLn是所述透镜单元Ln的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，还包括在所述透镜单元Ln的物侧的具有正折光力的透镜单元。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述透镜单元Ln被设置为最接近所述物侧。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，满足以下条件：
0.6＜TLDm/TLDt＜1.2
其中TLDm是当实现最大摄影倍率时的整个变焦透镜的透镜配置长度，并且TLDt是当在望远端进行无限远距离聚焦时的整个变焦透镜的透镜配置长度。
7.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求1至6中任一项的变焦透镜；和
被配置用来接收由所述变焦透镜形成的图像的固态图像传感器。
8.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：
具有负折光力的透镜单元Ln；
具有正折光力的透镜单元Lm2；
具有负折光力的透镜单元Lm；和
包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp，
其中，各相邻透镜单元之间的距离在变焦期间变化，
其中，在所有透镜单元之中所述透镜单元Ln具有最高的负折光力，
其中，所述透镜单元Ln朝向所述物侧移动以执行从无限远距离到预定的有限远距离的聚焦，
其中，通过使至少所述透镜单元Ln和所述透镜单元Lm在望远端移动，执行对比所述预定的有限远距离短的物体距离的微距聚焦，并且
其中，满足以下条件：
0.65＜|FLm/FLm2|＜1.50
其中FLm是所述透镜单元Lm的焦距，并且FLm2是所述透镜单元Lm2的焦距。
9.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，在对比所述预定的有限远距离短的物体距离执行微距聚焦的过程中，构成所述后透镜组Lp的所有透镜单元都朝向所述物侧移动。
10.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，满足以下条件：
0.5＜|FLp/FLm|＜1.0
其中FLp是所述后透镜组Lp的在广角端的焦距。
11.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，满足以下条件：
0.3＜|FLn/FLm|＜1.0
其中FLn是所述透镜单元Ln的焦距。
12.根据权利要求8所述的变焦透镜，还包括在所述透镜单元Ln的物侧的具有正折光力的透镜单元。
13.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，所述透镜单元Ln被设置为最接近所述物侧。
14.根据权利要求8所述的变焦透镜，其中，满足以下条件：
0.6＜TLDm/TLDt＜1.2
其中TLDm是当实现最大摄影倍率时的整个变焦透镜的透镜配置长度，并且TLDt是当在望远端进行无限远距离聚焦期间的整个变焦透镜的透镜配置长度。
15.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求8至14中任一项的变焦透镜；和
被配置成接收由所述变焦透镜形成的图像的固态图像传感器。
16.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：
具有负折光力的透镜单元Ln；
具有正折光力的透镜单元Lm2；
具有负折光力的透镜单元Lm；和
包括一个或多个透镜单元并且具有总体正折光力的后透镜组Lp，
其中，各相邻透镜单元之间的距离在变焦期间变化，
其中，在所有透镜单元之中所述透镜单元Ln具有最高的负折光力，
其中，所述透镜单元Ln朝向所述物侧移动以执行从无限远距离到预定的有限远距离的聚焦，和
其中，通过使至少所述透镜单元Ln和所述透镜单元Lm在望远端移动，执行对比所述预定的有限远距离短的物体距离的微距聚焦。
17.一种图像拾取装置，包括：
根据权利要求16的变焦透镜；和
被配置成接收由所述变焦透镜形成的图像的固态图像传感器。
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