变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备的制作方法

专利名称：变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备。本发明 适用于例如用于数字照相机、摄像机以及卣化银胶片照相机的成像系 统。
背景技术：
一种负引导变焦透镜(negative-lead zoom lens)是已知的，其 中，在与物侧最靠近的位置布置了具有负折光力的透镜单元。负引导 变焦透镜具有相对较小的近摄距离，并且可以相对容易地增大视场 角。此外，也可以容易地增大后焦距。因此，负引导变焦透镜常常被 用作广视场角成像透镜。
包括至少四个透镜单元(即从物侧依次排列的具有负折光力的透 镜单元、具有正折光力的透镜单元、具有负折光力的透镜单元以及具 有正折光力的透镜单元)的变焦透镜已知作为负引导变焦透镜(美国 专利No. 5,517,361、美国专利No. 7,184,221以及美国专利No. 5，710，669)。
美国专利No.5，517，361描述了这样一种变焦透镜，所述变焦透 镜包括从物侧到像侧依次排列的具有负折光力的笫一透镜单元、具有 正折光力的第二透镜单元、具有负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。该变焦透镜通过改变透镜单元之间的距离来 进行变焦，并通过移动第三透镜单元和第四透镜单元来进行聚焦。
美国专利No. 7,184,221描述了这样一种变焦透镜，所述变焦透 镜包括从物侧到像侧依次排列的具有负折光力的第一透镜单元、具有 正折光力的第二透镜单元、具有负折光力的第三透镜单元、具有正折 光力的第四透镜单元、具有负折光力的第五透镜单元以及具有正折光力的笫六透镜单元。该变焦透镜通过改变透镜单元之间的距离来进行 变焦，并通过移动第五透镜单元来进行聚焦。
美国专利No. 5，710，669描述了包括从物侧到像侧依次排列的 四个透镜单元的变焦透镜，这四个透镜单元是具有负折光力的透镜单 元、具有正折光力的透镜单元、具有负折光力的透镜单元以及具有正 折光力的透镜单元。该变焦透镜通过改变透镜单元之间的距离来进行 变焦。在该变焦透镜中，第一透镜单元被分成具有负折光力的前单元 和具有负折光力的后单元，并通过移动后单元来进行聚焦。
美国专利No.5，576，890描述了这样一种变焦透镜，所述变焦透 镜包括从物侧到像侧依次排列的具有负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以及具有正折光力的第五透镜单元。此变焦透镜 通过改变透镜单元之间的距离来进行变焦，并通过移动第一透镜单元 来进行聚焦。
近年来，对于用于数字照相机中的变焦透镜的需求越来越大，在 所述变焦透镜中，整个透镜系统的尺寸小，该变焦透镜具有宽阔的成 像视场角，并且可以用来捕获高质量图像。
具体来说，在从广角端到望远端的整个变焦范围内以及在从无穷 远到近距离的整个物距范围内，需要适当地校正当光源是白色光源时 影响色溢程度或图像分辨率的色差。
在负引导变焦透镜中，像差特别是色差在物距变化时大大地变化。
具体来说，在负引导变焦透镜中，当变焦比增大而增大了拍摄区 域时，在广角端，倍率色差增大，而在望远端，倍率色差和轴向色差 二者都增大。
即使当物距是无穷远时充分地校正色差，当物距变为近距离时， 像差也会增大。因此，为利用负引导变焦透镜在整个拍摄区域获得高 质量图像，在聚焦过程中减小色差的变化是重要的。
更具体地说，在具有普通焦距、即接近像圏(有效画面)的尺寸的焦距的高变焦比的变焦透镜中，在广角端， 一般在正方向上发生倍 率色差。换句话说，与设计波长的聚焦位置相比，超长波长的光和超 短波长的光倾向于以较高的像高进行聚焦。
相反，在望远端，在负方向上发生倍率色差。换句话说，与设计 波长的聚焦位置相比，超长波长的光和超短波长的光倾向于以较低的 像高进行聚焦。
一般而言，变焦透镜通过沿着光学方向移动整个透镜系统中包括 的 一个或多个透镜单元来进行聚焦。
在此情况下，在位于无穷远的物体对焦的状态下整个透镜系统的
焦距不同于在位于近距离的物体对焦的状态下整个透镜系统的焦iE巨。
如果在位于近距离的物体对焦的状态下的焦距小于位于无穷远 的物体对焦的状态下的焦距，则与无穷远的倍率色差相比，在正方向 出现对于近距离的倍率色差。换句话说，与设计波长的聚焦位置相比， 超短波长的光以较高的像高进行聚焦。
相反，如果在位于近距离的物体对焦的状态下的焦距大于位于无 穷远的物体对焦的状态下的焦距，则与无穷远的倍率色差相比，在负 方向出现对于近距离的倍率色差。换句话说，与设计波长的聚焦位置 相比，超短波长的光以较低的像高进行聚焦。
为减小聚焦过程中像差的变化，使用了所谓的漂浮法，其中多个 透镜单元独立地移动。
漂浮法对于减小聚焦过程中的像差的变化是有效的。然而，在负 引导变焦透镜中，由于透镜结构显著不对称，甚至在使用漂浮法的情 况下，也难以适当地校正当物距变化时所导致的色差。如此，在整个 物距范围内获得高光学性能非常难。

发明内容
本发明提供了具有广视场角并在整个变焦范围内具有高光学性 能的变焦透镜。
根据本发明的一个方面， 一种变焦透镜包括具有负折光力的第一透镜单元；具有正折光力的第二透镜单元；以及包括一个或多个透 镜单元的后单元。第一透镜单元、第二透镜单元以及后单元从物侧到 像侧依次排列。该变焦透镜通过改变第一透镜单元、第二透镜单元以 及后单元之间的距离来进行变焦。该变焦透镜还包括在聚焦过程中彼 此独立地移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元，第二聚焦单元包括一 个或多个正透镜和一个或多个负透镜。满足以下条件 (-l)Agx(vN2-vP2)x(-l)AX2 > 0
其中，vN2是第二聚焦单元中的所述一个或多个负透镜的一种 或多种材料的平均阿贝数，而vP2是第二聚焦单元中的所述一个或 多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，Ag-l和Ag-2分另，J代 表当只使用第 一聚焦单元相对于离轴物点从无穷远到近距离进行聚 焦时近距离的g线的聚焦位置在从画面的周边到画面中心的方向上 从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态、以及近距离的g线的聚焦 位置在从画面中心到画面周边的方向上从无穷远的g线的聚焦位置 转换的状态，并且，AX2-1和AX2-2分别代表在从无穷远到近距 离的聚焦过程中第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态以及第二聚 焦单元从物侧移动到像侧的状态。
通过下列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。


图1是根据本发明的第一数值示例的变焦透镜的截面图。
图2示出了当物距是无穷远时在广角端的根据第一数值示例的 变焦透镜的像差图。
图3示出了当物距是无穷远时在望远端的根据第一数值示例的 变焦透镜的像差图。
图4示出了当物距是近距离时在广角端的根据第一数值示例的 变焦透镜的像差图。
图5示出了当物距是近距离时在望远端的根据第一数值示例的
10变焦透镜的像差图。
图6是根据本发明的第二数值示例的变焦透镜的截面图。
图7示出了当物距是无穷远时在广角端的根据第二数值示例的变焦透镜的像差图。
图8示出了当物距是无穷远时在望远端的根据第二数值示例的变焦透镜的像差图。
图9示出了当物距是近距离时在广角端的根据第二数值示例的变焦透镜的像差图。
图10示出了当物距是近距离时在望远端的根据第二数值示例的变焦透镜的像差图。
图11是根据本发明的第三数值示例的变焦透镜的截面图。
图12示出了当物距是无穷远时在广角端的根据第三数值示例的变焦透镜的像差图。
图13示出了当物距是无穷远时在望远端的根据第三数值示例的变焦透镜的像差图。
图14示出了当物距是近距离时在广角端的根据第三数值示例的变焦透镜的像差图。
图15示出了当物距是近距离时在望远端的根据第三数值示例的变焦透镜的像差图。
图16是示出了根据本发明的实施例的图像拾取设备的主要部件的示意图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细描述根据本发明的实施例的变焦透镜和包括根据至少一个实施例的变焦透镜的图像拾取设备。
根据本发明的实施例的每一个变焦透镜都从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元，以及包括一个或多个透镜单元的后单元。变焦是通过改变这些透镜单元之间的距离来进行的。此外，还提供了第一聚焦单元和第二聚焦单元，在聚焦过程中，所述第 一聚焦单元和第二聚焦单元彼此独立地移动。
聚焦是通过适当地移动第一和第二聚焦单元来进行的，以便在整个物距范围内减小像差的变化(特别是色差的变化)。如此，可以获得高的光学性能。
图1是在广角端(短焦距端)的根据本发明的第一实施例的变焦透镜的截面图。
图2和3分别示出了当位于无穷远的物体对焦时在广角端和望远端(长焦距端)的根据第一实施例的变焦透镜的像差图。
图4和5分别示出了当位于近距离的物体对焦时在广角端和望远端的根据第 一 实施例的变焦透镜的像差图。
图6是在广角端的根据本发明的第二实施例的变焦透镜的截面图。
图7和8分别示出了当位于无穷远的物体对焦时在广角端和望远端的根据第二实施例的变焦透镜的像差图。
图9和10分别示出了当位于近距离的物体对焦时在广角端和望远端的根据第二实施例的变焦透镜的像差图。
图11是在广角端的根据本发明的第三实施例的变焦透镜的截面图。
图12和13分别示出了当位于无穷远的物体对焦时在广角端和望远端的根据第三实施例的变焦透镜的像差图。
图14和15分别示出了当位于近距离的物体对焦时在广角端^^逸端的根据第三实施例的变焦透镜的像差图。
图16是示出了包括根据本发明的实施例的变焦透镜的单镜头反光照相机(图像拾取设备)的主要部件的示意图。
根据每一实施例的变焦透镜都是诸如摄像机、数字照相机或鹵化银胶片照相机之类的图像拾取设备中包括的成像透镜系统(光学系统)。在每一个截面图中，左侧示出了物侧(正面)，而右侧示出了像侧(后面)。此外，i表示从物侧开始计数的每一个透镜单元的编号，而Li表示第i个透镜单元。S表示孔径光阑，而SS表示耀斑截除光阑。LR表示包括一个或多个透镜单元的后单元。
IP表示像面。在变焦透镜被用作摄像机或数字静物照相机的成像光学系统的情况下，诸如CCD传感器和CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换元件)的图像拾取平面对应于像面IP。在变焦透镜用于卣化银胶片照相机的情况下，胶片表面对应于像面IP。
由箭头示出了在变焦过程中透镜单元从广角端移动到望远端所沿的轨迹。
在像差图中，d、 g以及F分别表示d线、g线以及F线。△M和AS分别表示d线的子午像面和弧矢像面。对于倍率色差，示出了 g线的倍率色差。此外，fno表示F值，Q)表示半视场角。
在每一实施例中，广角端和望远端是对应于放大倍率可变的透镜单元在沿着光轴的机械地可移动的范围的一端和另一端的状态的变焦位置。
根据实施例的每一 个变焦透镜都包括从物侧到像侧依次排列的具有负折光力的第一透镜单元Ll、具有正折光力的第二透镜单元L2以及包括一个或多个透镜单元的后单元LR 。变焦是通过改变透镜单元之间的距离来进行的。此外，提供了第一聚焦单元和第二聚焦单元，在聚焦过程中，它们彼此独立地移动。第一聚焦单元和第二聚焦单元中的每一个都包括一个或多个正透镜和一个或多个负透镜。
在每一实施例中，满足下面给出的条件表达式(1)和(2)中的至少一个。
这里，vNl是第一聚焦单元中包括的一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vPl是第一聚焦单元中包括的一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数。
此外，vN2是笫二透镜单元中包括的一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vP2是第二透镜单元中包括的一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数。
13在只使用第 一聚焦单元相对于离轴物点从无穷远到近距离进行聚焦的情况下，近距离的g线的聚焦位置在从画面周边到画面中心
的方向上从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态被定义为Ag=l。此外，近距离的g线的聚焦位置在从画面中心到画面周边的方向从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态被定义为Ag = 2。
此外，在从无穷远到近距离的聚焦过程中第 一聚焦单元从像侧移动到物侧的状态被定义为AX1-1，而在从无穷远到近距离的聚焦过程中第一聚焦单元从物侧移动到像侧的状态被定义为AX1 =2。
类似地，在从无穷远到近距离的聚焦过程中第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态-敗定义为AX2 = 1，而在从无穷远到近距离的聚焦过程中第二聚焦单元从物侧移动到像侧的状态被定义为AX2 = 2。
此外，在从无穷远到近距离的聚焦过程中第一聚焦单元和第二聚焦单元沿着光轴在相同方向上移动的状态被定义为Ahl = 2，而在从无穷远到近距离的聚焦过程中第一聚焦单元和第二聚焦单元沿着光轴在相反的方向上移动的状态被定义为Ahl = l。这里，满足下列条件中的至少一个(-l)Agx(vN2-vP2)x(-l)AX2 > 0 (1)(画l严x(画l)厶h、(vNl-vPl)x(vN2 - vP2)x(-1)ax2 < 0 (2)在每一实施例中，变焦透镜包括从物侧到像侧依次排列的具有负折光力的第一透镜单元Ll、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以及具有正折光力的第四透镜单元L4。当通过改变透镜单元之间的距离来进行变焦时，满足下面给出的条件表达式。
第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a透镜单元L3a和具有负折光力的第三b透镜单元L3b。第三b透镜单元L3b包括正透镜和负透镜。
如上文所描述的，提供了第一聚焦单元和第二聚焦单元，在聚焦过程中，它们彼此独立地移动。
第三b透镜单元L3b充当第二聚焦单元。这里，i表示从物
14侧开始计数的每一个透镜单元的编号，而Diw和Dit分别表示在广角端和望远端的第i个透镜单元和第(i+l)个透镜单元之间的空气距离。
如上文所描述的，vNl是第一聚焦单元中包括的一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vPl是笫一聚焦单元中包括的一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数。
此外，vN2是第二透镜单元中包括的一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vP2是第二透镜单元中包括的一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数。
在只使用第一聚焦单元从无穷远到近距离进行聚焦的情况下，近距离的g线的聚焦位置在从画面周边到画面中心的方向上从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态被定义为Ag = l。此外，近距离的g线的聚焦位置在从画面中心到画面周边的方向上从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态被定义为Ag = 2。
此外，在从无穷远到近距离的聚焦过程中第 一聚焦单元从像侧移动到物侧的状态被定义为AX1 = 1，而在从无穷远到近距离的聚焦过程中第一聚焦单元从物侧移动到像侧的状态被定义为AX1 = 2。
类似地，在从无穷远到近距离的聚焦过程中第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态;故定义为AX2 = 1，而在从无穷远到近距离的聚焦过程中第二聚焦单元从物侧移动到像侧的状态被定义为AX2 = 2。
此外，在从无穷远到近距离的聚焦过程中第一聚焦单元和第二聚焦单元沿着光轴在相同方向上移动的状态被定义为Ahl=2，而在从无穷远到近距离的聚焦过程中第一聚焦单元和第二聚焦单元沿着光轴在相反的方向上移动的状态被定义为Ahl-l。这里，满足下列表达式
<formula>formula see original document page 15</formula>或者，满足下列表达式Dlw > Dlt "(7)D2w < D2t …(8)D3w > D3t …(9)
(_l)Axlx(_l)Ahlx(VNl-vPl)x(vN2 - vP2)x(-l)厶x2 < 0 (2)
在每一实施例中，当变焦透镜包括从物侧到像侧依次排列的具有负折光力的第一透镜单元Ll、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以及具有正折光力的第四透镜单元L4时，可以满足下面所描述的一个或多个条件。
当f3和f3b分别是第三透镜单元L3和第三b透镜单元L3b的焦距时，可以满足下列表达式
0.1 < f3/f3b < 0.5 (3)
当fl、 f2以及f3分别是第一、第二以及第三透镜单元Ll、L2以及L3的焦距，fw和ft分别是整个系统在广角端和望远端的焦距时，可以满足一个或多个下列条件表达式
0.7 < I f 1 I / V ( f w X fT) < 1.2 . (4)0 . 5<f 2/ V ( f wx f 7<1 ( 5 )
0.6< I f 3 I / // ( f w X f t )<1 … ( 6 )
按如下方式定义在聚焦过程中移动聚焦单元的方向的正和负的符号。
即，从物侧到《象侧的方向被定义为正的，而从像侧到物侧的方向被定义为负的。
在只使用第一聚焦单元Ll从无穷远到近距离进行聚焦的情况下，近距离的g线的聚焦位置从无穷远的g线的聚焦位置转换的方向的正和负的符号按如下方式进行定义。
即，从画面周边到画面中心的方向被定义为负的，而从画面中心到画面周边的方向,皮定义为正的。
在条件表达式中，正和负的符号是使用(-lf设置的，当X是1时，其用作负号，当X是2时其用作正号。
接下来，将使用坐标说明傍轴主光线。光轴被定义为X轴，光行进的方向被定义为正方向。垂直于光轴的轴被定义为Y轴。相对 于光轴的页面的上侧被定义为正方向，而相对于光轴的页面的下侧被 定义为负方向。傍轴主光线沿着X轴在正方向上行进，并入射到Y 轴的负侧的第一透镜表面上。然后，傍轴主光线穿过孔径光阑的中心， 进入Y轴的正侧，并到达Y轴的正侧的像面。
如果每一个聚焦单元中只有一个透镜，则该透镜的阿贝数被设置
为平均阿贝数。
现在将描述每一个条件表达式的技术意义。
条件表达式(1)和(2)被设置为校正在由第二聚焦单元进行聚 焦的过程中由第一聚焦单元产生的倍率色差。
条件表达式(1)和(2)还被设置为考虑到第二聚焦单元中包括 的正透镜和负透镜的材料的阿贝数来调节在聚焦过程中透镜单元移 动的方向之间的关系。
如果不满足条件表达式(1)和(2)中的一个或两个，则倍率色 差在聚焦过程中变化^f艮大。
条件表达式(3)被设置为调节第三透镜单元L3的焦距和第三 b透镜单元L3b的焦距(即，第二聚焦单元的焦距)之间的关系。 如果第三b透镜单元L3b的折光力低于第三透镜单元L3的折光 力，并且条件表达式(3)的值小于其下限，则第三b透镜单元L3b 不能充分地校正像差。如果第三b透镜单元L3b的折光力高于第三 透镜单元L3的折光力，并且条件表达式(3)的值大于其上限，则 必须增大透镜的数量，以减小由第三b透镜单元L3b产生的像差。 作为结果，总体的透镜长度增大。
在根据每一实施例的变焦透镜中，假设在像侧安置了快速复原反 射镜、低通滤光器、红外截止滤光器等等。因此，必须获得预定长度 的后焦距。
条件表达式(4)被设置为调节第一透镜单元Ll的焦距相对于 整个系统在广角端的焦距和整个系统在望远端的焦距的乘积的平方 根的范围。如果第一透镜单元Ll的折光力太高，而条件表达式(4)
17的值小于其下限，则即使可以获得大的后焦距，也由第一透镜单元LI 产生大的像差，并且难以用其他透镜单元校正产生的像差。如果第一 透镜单元Ll的折光力太低，而条件表达式(4)的值大于其上限， 则难以获得预定的后焦距。
条件表达式(5)被设置为调节第二透镜单元L2的焦距相对于 整个系统在广角端的焦距和整个系统在望远端的焦距的乘积的平方 根的范围。如果第二透镜单元L2的折光力太高，而条件表达式(5) 的值小于其下限，则即使可以减小透镜系统的大小，也由第二透镜单 元L2产生大的像差，并且难以用平衡的方式用其他透镜单元校正产 生的像差。
如果第二透镜单元L2的折光力太低，而条件表达式(5)的值 大于其上限，则即使可以有效地校正像差，透镜系统的大小也增大。
条件表达式(6)被设置为调节第三透镜单元L3的焦距相对于 整个系统在广角端的焦距和整个系统在望远端的焦距的乘积的平方 根的范围。如果第三透镜单元L3的折光力太高，而条件表达式(6) 的值小于其下限，则即使可以减小透镜系统的大小，也由第三透镜单 元L3产生大的像差，并且难以用其他透镜单元校正产生的像差。如 果第三透镜单元L3的折光力太低，而条件表达式(6)的值大于其 上限，则透镜系统的大小增大。
在每一实施例中，可以按如下方式设置条件表达式(3)到(6)
的数值范围
<formula>formula see original document page 18</formula>
条件表达式(7)、 (8)以及("被设置为适当地设置在变焦过程中 在透镜单元之间的距离变化，并在拥有具有负折光力的第 一透镜单 元、具有正折光力的第二透镜单元、具有负折光力的笫三透镜单元以 及具有正折光力的第四透镜单元的变焦透镜中有效地获得高变焦比。
如果条件表达式(7)、 (8)以及(9)中的任何一个未被满足，则难以有效地获得高变焦比。
如上文所描述的，在每一实施例中，从物侧到像侧依次排列至少 具有负折光力的第一透镜单元和具有正折光力的第二透镜单元。此 外，还提供了第一聚焦单元和第二聚焦单元。透镜单元采用如上文 所描述的结构，以便可以提供具有高光学性能的高变焦比、广角范围 的变焦透镜，该变焦透镜在从广角端到望远端的范围以及从无穷远到 近距离的范围内适当地校正色差。
在下面所描述的实施例中，第一聚焦单元的结构如下。
即，在第四透镜单元L4的像侧提供了具有负折光力的第五透 镜单元L5(其在变焦过程中移动)和具有正折光力的第六透镜单元 L6(其在变焦过程中不移动)的情况下，第五透镜单元L5充当第一 聚焦单元。
在从物侧到像侧依次排列了具有负折光力的第一透镜单元Ll、 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 以及具有正折光力的第四透镜单元L4的情况下，第一透镜单元Ll 充当第一聚焦单元。
在第一透镜单元Ll包括具有负折光力的第一 a透镜单元 Lla和具有负折光力的第一 b透镜单元Lib,并且在变焦过程中第 一 a透镜单元Lla和第一 b透镜单元Lib彼此独立地移动的情 况下，第一 b透镜单元Lib充当第一聚焦单元。
现在将描述每一实施例的详细结构。
根据图1所示的第一实施例，从物侧到像侧依次排列具有负折 光力的第一透镜单元Ll、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以及具有正折光力的第六透镜单元 L6。
第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a透镜单元L3a 和具有负折光力的第三b透镜单元L3b。
在从广角端到望远端的变焦过程中，笫一透镜单元Ll向像侧移动，同时满足条件表达式(7)到(9)。此外，第二透镜单元L2、 第三透镜单元L3、第四透镜单元L4以及第五透镜单元L5向物侧 移动，同时改变它们之间的空气距离。第六透镜单元L6不相对于像 面移动。
在笫一实施例中，每一个透镜单元都用于改变放大倍率。因此， 可以利用小的移动距离获得预定的变焦比，并减小透镜系统的大小。
此外，在第一透镜单元Ll中最靠近物侧的负透镜Gll具有非 球表面，其中，从透镜中心向透镜周边，正折光力增大。因此，特别 是在广角侧适当地校正失真。
第五透镜单元L5充当第一聚焦单元，在从无穷远到近距离的 聚焦过程中，如箭头Fl所示向像侧移动。第五透镜单元L5为聚焦 到某一物距而移动的距离随着焦距(变焦位置)的不同而不同；在望 远端的该距离大于在广角端的该距离。
具有负折光力的第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a 透镜单元L3a和具有负折光力的第三b透镜单元L3b，第三b透 镜单元L3b充当第二聚焦单元。在从无穷远到近距离的聚焦过程中， 第三b透镜单元L3b如箭头F2所示向像侧移动。如此，减小了聚 焦过程中的倍率色差的变化。第三b透镜单元L3b为聚焦到某一物 距而移动的量是恒定的，不管焦距如何。
如果如上文所描述的，用于聚焦到某一物距的移动距离是恒定的 而不管焦距如何，则可以简化镜筒结构。然而，在像差校正优先于简 单的镜筒结构的情况下，透镜系统可以被构造为使得用于聚焦到某一 物距的移动距离取决于焦距而不同。
在第一实施例中，当下面所描述的数值示例是以毫米为单位示出 时，上文所提及的近距离对应于广角端和望远端的380亳米的物距。
此外，就成像放大倍率而言，近距离对应于广角端和望远端的成 像放大倍率Pw和pt分别如下的状态
Pw = 0.162
卩t = 0.287
20在图6所示的第二实施例中，从物侧到像侧依次排列具有负折 光力的笫一透镜单元Ll、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以及具有正折光力的第四透镜单元L4。 第一透镜单元Ll包括具有负折光力的第一 a透镜单元Lla和具 有负折光力的第一 b透镜单元Llb。
第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a透镜单元L3a 和具有负折光力的第三b透镜单元L3b。
在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元Ll作为整 体向像侧移动，同时满足条件表达式(7)到(9)。此外，第二透镜单 元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4向物侧移动，同时改 变它们之间的空气距离。
第一 a透镜单元Lla和第一 b透镜单元Lib移动，同时改 变它们之间的空气距离。因此，根据第二实施例的变焦透镜也可以被 视为五单元变焦透镜。
在第一透镜单元Ll中最靠近物侧的负透镜Gll具有非球表 面，其中，从透镜中心向透镜周边，正折光力增大。
第一 b透镜单元Lib充当第一聚焦单元，在从无穷远到近距 离的聚焦过程中，如箭头Fl所示向像侧移动。第一 b透镜单元 Lib为聚焦到某一物距而移动的量是恒定的，不管焦距如何。
具有负折光力的第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a 透镜单元L3a和具有负折光力的第三b透镜单元L3b，第三b透 镜单元L3b充当第二聚焦单元。
在从无穷远到近距离的聚焦过程中，笫三b透镜单元L3b如箭 头F2所示向像侧移动。如此，减小了聚焦过程中的倍率色差的变化。
第三b透镜单元L3b为聚焦到某一物距而移动的量是恒定 的，不管焦距如何。如果如上文所描述的，用于聚焦到某一物距的移 动距离是恒定的而不管焦距如何，则可以简化镜筒结构。
然而，在像差校正优先于简单的镜筒结构的情况下，透镜系统可 以被构造为使得用于聚焦到某一物距的移动距离取决于焦距而不同。在第二实施例中，当下面所描述的数值示例是以毫米为单位示出
时，近距离对应于广角端和望远端的500毫米的物距。
此外，就成《象放大倍率而言，近距离对应于广角端和望远端的成
像放大倍率Pw和|3t分别按如下方式设置的状态 Pw = 0.083 |3t = 0.183
在图11所示的第三实施例中，从物侧到像侧依次排列具有负折 光力的第一透镜单元Ll、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，以及具有正折光力的第四透镜单元L4。
第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a透镜单元L3a 和具有负折光力的第三b透镜单元L3b。
在从广角端到望远端的变焦过程中，第一透镜单元Ll向#^侧 移动，同时满足条件表达式(7)到(9)，而第二透镜单元L2、第三 透镜单元L3以及第四透镜单元L4向物侧移动，同时改变它们之间 的空气距离。
在第一透镜单元Ll中最靠近物侧的负透镜Gll具有非球表 面，其中，从透镜中心向透镜周边，正折光力增大。
第一透镜单元Ll充当第一聚焦单元，在从无穷远到近距离的 聚焦过程中，如箭头Fl所示向物侧移动。第一透镜单元Ll为聚焦 到某一物距而移动的量是恒定的，不管焦距如何。
具有负折光力的第三透镜单元L3包括具有负折光力的第三a 透镜单元L3a和具有负折光力的第三b透镜单元L3b,第三b透 镜单元L3b充当第二聚焦单元。在从无穷远到近距离的聚焦过程中， 第三b透镜单元L3b如箭头F2所示向像侧移动。如此，减小了聚 焦过程中的倍率色差的变化。第三b透镜单元L3b为聚焦到某一物 距而移动的量是恒定的，不管焦距如何。如果如上文所描述，用于聚 焦到某一物距的移动距离是恒定的而不管焦距如何，则可以筒化镜筒 结构。然而，在像差校正优先于简单的镜筒结构的情况下，透镜系统 可以被构造为使得用于聚焦到某一物距的移动距离取决于焦距而不同。
在第三实施例中，当下面所描述的数值示例是以毫米为单位示出
时，近距离对应于广角端和望远端的500毫米的物距。
此外，就成4象放大倍率而言，近距离对应于广角端和望远端的成
像放大倍率pw和pt分别按如下方式设置的状态 (3w = 0.082 Pt = 0,179
在上文所描述的每一实施例中， 一部分透镜单元例如第三a透 镜单元L3a可以在垂直于光轴的方向上移动，以便校正由手抖动等 等所引起的运动模糊。
具有折光力的转换透镜、无焦透镜单元等等可以安置在第一透镜 单元Ll的物侧和/或最后的透镜单元的像侧。
现在将描述对应于第一到第三实施例的第一到第三数值示例。在 每一个数值示例中，i表示从物侧开始计数的每一个表面的编号。
在每一个数值示例中，Ri表示从物侧开始的第i个透镜表面的 曲率半径，Di表示从物侧开始的第i个透镜表面的透镜厚度或空气 距离，而Ni和vi分别表示从物侧开始的第i个透镜的材料的折射 率和阿贝数。
此外，f表示焦距，FNo表示F值， 表示半视场角。当光轴 是X轴，垂直于光轴的轴是H轴，光行进的方向是正方向，r是 傍轴曲率半径，B、 C、 D以及E是非球面系数，非球表面的形状被 表达为如下
H2/r
X = -+ B .H4+C'H6 + D.H8 + E.H10
1 + (1 - (H/r) 2) 1/2
在第二和第三数值示例中，最后一个表面r30是用于设计的平 面(伪平面)。
下面提供的表1示出了上文所描述的条件表达式和数值示例之 间的关系。
23第一数值示例 「= 35.4~67.9 FNo=l:2.9 2 =62.90~35.30
1* 1=109.671(非球面)d 1=:3.00n 1=1.65160 v1=58.5
r2-32.249d2=10.26
r3=-115.127d3=2.50n 2=1.80400v 2=46.6
r4=78.676d4=1.67
r5-70.460d5=4.88n 3=1.60342v 3=38.0
r6=392.151d6=可变
r 7=306.685d7=3.52n 4=1.83481v 4=42.7
r8=-203.929d8=2.00n 5=1.74077v 5=27.8
r9=55.613d9=6.51n 6=1.83481v 6=42.7
rlO--102.842dlO=0.15
rll=76.148dll=3.28n 7=1.80400v 7=46.6
rl2=376.318dl2=0.15
rl3=44.370dl3=3.84n 8=1.69680v 8=55.5
rl4=133.715dl4=可变
rl5=-520.702dl5=3.00n 9=1.69350v 9=53.2
rl6=-535.738dl6=1.20nl0=1.80400vl0=46.6
rl7=44.095dl7=2.50
rl8=O.OOO(孔径)dl8=2.40
rl9=-80.023dl9=1.30nll=1.81554vll=44.4
r20=38.267d20=4.59nl2=1.80518V12-25.4
r21=-130.916d21=0.47
r22=0.000d22=可变
r23=161.296d23=1.30nl3-l,8楊6vl3=23.9
r24=27.277d24=6.15nl4-1.43875vl4=95.0
r25=-49.033d25=0.15
r26=67.340d26=2.67nl5=1.63854vl5=55.4
r27=189.142d27=0.15
24r28=37.261d28= 5.58nl6=1.69680vl6=55.5
r29--102.956d29=可变
r30=-135.435d30= 3.02nl7=1.84666vl7=23.9
r31=-45.728d31= 0.15
r32=-53.262d32= 1.20nl8=1.77250vl8=49.6
r33=28.626d33= 2.50
r34=121.291d34= 1.80nl9=1.86300vl9=41.5
r35=65.041d35=可变
r36=64.599d36= 8.10n20=1.48749v20=70.2
r37=-54.407d37
焦距35.3648.6567.93
可变距离
d 633.5215.532.40
dl43.678.9817.34
d2218.5813.274.91
d291.883.385.44
d354.948.6810.卯
skinf39.9739.9739.97
非球面系数 第l表面
bed e i
1.415629e-06 7.781292e-10 -1.691302e^l2 1.625214e-15 -6.459461e-19
第二数值示例 f=29.1~68.0 FNo=l:2.9 2w=73.20~35.3Q rl= 79.614(非球面)dl=3.00 n 1=1.71300 vl=53.8 r2= 33.214 d 2=可变r3=-171.539d3=2.35n 2=1.80400v2=46.6
r4=44.737d4=0.52
r5=44.819d5=5.02n 3=1.84666v3=23.9
r6=150.832d6=可变
r 7=64.113d7=3.07n 4=1.77250v4=49.6
r8=466.563d8=1.80n 5=1.84666v5=23.9
r9=31.819d9=6.55n 6=1.64850v6=53.0
rlO=-244.677dl(N0.15
rll=98.761dll=3.68n 7=1.65160v7=58.5
rl2=-382.031dl2=0.15
rl3=46.544dl3=4.42n 8=1.80610v8=41.0
rl4=231.728dl4=可变
rl5=O.OOO(孔径)dl5=1.50
rl6=-357.828dl6=2.96n 9=1.75550v9=25.1
rl7=-39.011dl7=1.40nl(Nl.謝OOvl0=46.6
rl8=52.827dl8=3.26
rl9=-65.790dl9=2.03nll=1.80518vll=25.4
r20=-35.787d20=1.40nl2=1.48749vl2=70.2
r21=210.178d21=1.00
r22=0.000d22=可变
r23=242.523d23=5.82nl3=1.51633vl3=64.2
r24=-25.187d24=1.40nl4=1.66446vl4=35.8
r25=-37.987d25=0.15
r26=74.493d26=5.10nl5=1.65160vl5=58.5
r27--50.434d27=2.79
r28=-36.178d28=1.40nl6=1.84666vl6=23.9
r29=-226.295d29=可变
r30=0.000d30
26焦距29.1250.2268.04
可变距离
d 219.2419.5019.24
d 641.6811.812.12
d143.3011.8017.61
d2218.5410.044.23
d29-0.338.0215.88
skinf39.9939.9939.99
非球面系数
第1表面
b c d e
9.615046e-07 5.204449e-10 -4.958848e-13 2.584752e-16
第三数值示例
f=29.1~68.1 FNo=l: 2.9 2co=73.20~35.30
r 1=91.221(非球面)d 1==3.00n 1=1.71300v 1=53.8
r2=31.445d2=可变
r3=-409.043d3=2.35n 2=1.80400v 2=46.6
r4=48.264d4=0.53
! 5=43.866d5=5.78n 3=1.84666v 3=23.9
r6=117.648d6-可变
r7=66.782d7=3.39n 4=1.77250v 4=49.6
r8=246.504d8=1.80n 5=1.84666v 5=23.9
r9=29.679d9=6.92n 6=1.64850v 6=53.0
rlO--487.891dl0=0.15
rll=103.836dll=3.88n 7=1.6516()v 7=58.5
rl2=-582.969dl2=0.15
rl3=47.114dl3=4.70n 8=1.8061,J v 8=41.0rl4=556.008dl4-可变
rl5=O.OOO(孔径)dl5=1.50
rl6=-402.171dl6=3.23n 9=1.75550v 9=25.1
rl7=-36.737dl7=1.40nl0=1.80400vl0=46.6
rl8=54.934dl8=3.38
rl9=-60.679dl9=2.08nll=1.80518vll=25.4
r20=-34.487d20=1.40nl2=1.48749vl2=70.2
r21=166.187d21=1.00
r22=0.000d22=可变
r23=177.454d23=6.53nl3=1.51633vl3=64.2
r24=-23.640d24=1.40nl4=1.66446vl4=35.8
r25=-37.936d25=0.15
r26=77.卯ld26=5.54nl5=1.65160vl5=58.5
r27=-47.123d27=2.90
r28=-36.199d28=1.40nl6=1.84666vl6=23.9
r29=-191.098d29=可变
r30=0.000d30
焦距 29.12 50.21 68.06
可变距离
d 212.8312.8312.83
d 643.1812.963.02
dl43.1911.6017.31
d2217.749.343.62
d29-0.417.9815.88
skinf42.1742.1742.17
非球面系数 第l表面b c d e
9.386768e-07 4.510339e-10 -4.965978e-13 2.585553e-16
表l
No条件表达式第一实施例第二实施例第三实施例
3f 3/f 3 b0.170. 230. 27
41 f 1 1 "(f wxf t)0. 800, 951.00
5f 2"(f wxf t)0. 650.770. 80
61 f 3 1 "(f wxf t)0. 850. 920. 89
接下来，将参考图16描述包括根据第一到第三实施例中的至少 一个的变焦透镜的图像拾取设备。
图16是示出了单镜头反光照相机的主要部件的示意图。在图 16中，成像透镜10包括根据第一到第三实施例中的至少一个的变 焦透镜1。变焦透镜1由充当保持构件的镜筒2保持。
照相机本体20包括将光线从成像透镜10向上反射的快速复原 反射镜3以及放置在成像透镜10的成像位置的聚焦屏4。照相机本 体20还包括五角屋脊棱镜5，它将在聚焦屏4上形成的倒像转换为 正立的^f象；以及目镜6，可以用它来观察所述正立的像。
在光敏表面7上放置了用于接收图像的诸如CCD传感器和 CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换元件)或囟化银 胶片。在拍摄操作中，快速复原反射镜3从光路移开，由成像透镜10 在光敏表面7上形成图像。
在如上文所描述构造的图像拾取设备中有效地获得第一到第三 实施例中所说明的优点。
虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不 限于所公开的示例性实施例。下列权利要求的范围应被给予最宽的解 释，以便包含所有修改、等同结构和功能。
权利要求
1. 一种变焦透镜，包括具有负折光力的第一透镜单元；具有正折光力的第二透镜单元；包括一个或多个透镜单元的后单元，其中，从物侧到像侧依次排列第一透镜单元、第二透镜单元以及后单元，其中，变焦透镜通过改变第一透镜单元、第二透镜单元以及后单元之间的距离来进行变焦；以及在聚焦过程中彼此独立地移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元，所述第二聚焦单元包括一个或多个正透镜和一个或多个负透镜，其中，满足下列条件(-1)Δg×(vN2-vP2)×(-1)ΔX2>0其中，vN2是第二聚焦单元中的所述一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vP2是第二聚焦单元中的所述一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，Δg＝1和Δg＝2分别代表当只使用第一聚焦单元相对于离轴物点从无穷远到近距离进行聚焦时近距离的g线的聚焦位置在从画面周边到画面中心的方向上从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态、以及近距离的g线的聚焦位置在从画面中心到画面周边的方向上从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态，并且，ΔX2＝1和ΔX2＝2分别代表在从无穷远到近距离的聚焦过程中，第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态和第二聚焦单元从物侧移动到像侧的状态。
2. —种变焦透镜，包括 具有负折光力的第 一透镜单元； 具有正折光力的第二透镜单元； 包括一个或多个透镜单元的后单元，其中，从物侧到像侧依次排列第一透镜单元、第二透镜单元以及后单元，其中，变焦透镜通过改变第一透镜单元、第二透镜单元以及后单元之间的距离来进行变焦；以及在聚焦过程中彼此独立地移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元， 第一聚焦单元和第二聚焦单元中的每一个都包括一个或多个正透镜 和一个或多个负透镜，其中，满足下列条件(_l)AX1x(-l)M1x(vNl-vPl)x(vN2 - vP2)x(-1)ax2 < 0 其中，vNl是第一聚焦单元中的所述一个或多个负透镜的一种 或多种材料的平均阿贝数，而vPl是第一聚焦单元中的所述一个或 多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，vN2是第二聚焦单元中 的所述一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vP2 是第二聚焦单元中的所述一个或多个正透镜的一种或多种材料的平 均阿贝数，AX1-1和AX1-2分别代表在从无穷远到近距离的聚焦 过程中，第一聚焦单元从像侧移动到物侧的状态和第一聚焦单元从物 侧移动到像侧的状态，AX2-1和AX2 = 2分别代表在从无穷远到近 距离的聚焦过程中，第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态和第二聚 焦单元从物侧移动到像侧的状态，并且，Ahl = 2和Ahl = l分别代 表第一聚焦单元和第二聚焦单元沿着光轴在相同方向上移动的状态 以及第一聚焦单元和第二聚焦单元沿着光轴在相反的方向上移动的 状态。
3. —种变焦透镜，包括 具有负折光力的第 一透镜单元； 具有正折光力的第二透镜单元； 具有负折光力的第三透镜单元； 具有正折光力的第四透镜单元，其中，从物侧到像侧依次排列第一透镜单元、第二透镜单元、第 三透镜单元以及第四透镜单元，其中，变焦透镜通过改变第一、第二、第三、第四透镜单元之间的距离来进行变焦，其中，第三透镜单元包括第三a透镜单元和第三b透镜单元, 第三b透镜单元包括正透镜和负透镜；以及在聚焦过程中彼此独立地移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元， 第三b透镜单元充当第二聚焦单元，其中，满足下列条件Dlw>DltD2w < D2tD3w > D3t(-l)厶gx(vN2誦vP2)x(國l)Ax2 > 0其中，i表示从物侧开始计数的每一个透镜单元的编号，而Diw 和Dit分别表示在广角端和望远端笫i个透镜单元和第(i+l)个透 镜单元之间的空气距离，vN2是第二聚焦单元中的一个或多个负透镜的一种或多种材料 的平均阿贝数，而vP2是第二聚焦单元中的一个或多个正透镜的一 种或多种材料的平均阿贝数，Ag-l和Ag = 2分别代表当只使用第 一聚焦单元相对于离轴物点从无穷远到近距离进行聚焦时近距离的 g线的聚焦位置在从画面周边到画面中心的方向上从无穷远的g线 的聚焦位置转换的状态、以及近距离的g线的聚焦位置在从画面中 心到画面周边的方向上从无穷远的g线的聚焦位置转换的状态，并 且，AX2 = 1和AX2 = 2分别代表在从无穷远到近距离的聚焦过程 中，第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态和第二聚焦单元从物侧移 动到像侧的状态。
4. 一种变焦透镜，包括具有负折光力的第一透镜单元；具有正折光力的第二透镜单元；具有负折光力的第三透镜单元；具有正折光力的第四透镜单元，其中，从物侧到像侧依次排列第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元以及第四透镜单元，其中，变焦透镜通过改变第一、第二、第三、第四透镜单元之间 的距离来进行变焦，其中，第三透镜单元包括第三a透镜单元和第三b透镜单元， 第三b透镜单元包括正透镜和负透镜；以及在聚焦过程中彼此独立地移动的第一聚焦单元和第二聚焦单元， 第三b透镜单元充当第二聚焦单元，其中，满足下列条件Dlw>DltD2w < D2tD3w > D3t(_l)AX1x(-l)Ahlx(vNl-vPl)x(vN2 - vP2)x(-l)AX2 < 0 其中，i表示从物侧开始计数的每一个透镜单元的编号，而Diw 和Dit分别表示在广角端和望远端第i个透镜单元和第(i+l)个透 镜单元之间的空气距离，△XI = 1和AX1= 2分别代表在从无穷远到近距离的聚焦过程 中，第一聚焦单元从像侧移动到物侧的状态和第一聚焦单元从物侧移 动到像侧的状态，AX2 = 1和AX2 = 2分别代表在从无穷远到近距离 的聚焦过程中，第二聚焦单元从像侧移动到物侧的状态和第二聚焦单 元从物侧移动到像侧的状态，vNl是第一聚焦单元中的一个或多个负 透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vPl是第一聚焦单元中的 一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，vN2是第二聚焦 单元中的一个或多个负透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，而vP2 是第二聚焦单元中的一个或多个正透镜的一种或多种材料的平均阿贝数，并且，Ahl = 2和Ahl = l分别代表第一聚焦单元和第二聚焦 单元沿着光轴在相同方向上移动的状态以及第一聚焦单元和第二聚 焦单元沿着光轴在相反的方向上移动的状态。
5.根据权利要求3所述的变焦透镜，其中，满足下列条件<formula>formula see original document page 0</formula>其中，f3是第三透镜单元的焦距，f3b是第三b透镜单元的焦距。
6. 根据权利要求3所述的变焦透镜，其中，满足下列条件(f wX f t ) < 1.2 (4) (f wX f t) <1 (5)(f wX f t) <1 . . (6)其中，fl、 f2以及B分别是第一透镜单元、第二透镜单元以及 第三透镜单元的焦距，而fw和ft分别是整个系统在广角端和在望 远端的焦距。
7. 根据权利要求3所述的变焦透镜，进一步包括在变焦过程 中移动的具有负折光力的第五透镜单元以及在变焦过程中不移动的 具有正折光力的第六透镜单元，第五和第六透镜单元放置在第四透镜 单元的像侧，第五透镜单元充当第一聚焦单元。
8. 根据权利要求3所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元充 当第一聚焦单元。
9. 根据权利要求3所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元包 括具有负折光力的第一 a透镜单元和第一 b透镜单元，第一 b透 镜单元充当第一聚焦单元。
10. —种图像拾取设备，包括根据权利要求1到9中的一个权利要求所述的变焦透镜；以及 接收由变焦透镜形成的图像的固态图像拾取元件。
全文摘要
本发明涉及变焦透镜和包括该变焦透镜的图像拾取设备，变焦透镜包括从物侧到像侧依次排列的具有负折光力的第一透镜单元、具有正折光力的第二透镜单元以及包括一个或多个透镜单元的后单元。变焦透镜通过改变第一透镜单元、第二透镜单元以及后单元之间的距离来进行变焦。提供了第一聚焦单元和第二聚焦单元，在聚焦过程中，它们彼此独立地移动。适当地设置第一和第二聚焦单元。
文档编号G02B15/16GK101487925SQ20091000253
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者远藤宏志 申请人:佳能株式会社