專利名稱：：變焦透鏡和包括變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及變焦透鏡和包括該變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備，并且適用于例如視頻照相機(jī)、電子靜態(tài)照相機(jī)、TV照相機(jī)(廣播照相機(jī))和卣化4艮膠片照相機(jī)。
背景技術(shù)：
：近年來，諸如使用固態(tài)圖像拾取元件的視頻照相機(jī)、數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和廣播照相機(jī)，或者使用卣化銀膠片的照相機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備的功能得到改進(jìn)，并且整個(gè)圖像拾取設(shè)備尺寸減小。作為用于圖像拾取設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)，需要一種具有短的總透鏡長(zhǎng)度、緊湊并且分辨率高的變焦透鏡。為了減小變焦透鏡的尺寸，希望地是減少透鏡的數(shù)目，同時(shí)增大包括在變焦透鏡中的每個(gè)透鏡單元的折光力。但是，隨著每個(gè)表面的折光力的增大，透鏡厚度增大，其結(jié)果是不能充分減小整個(gè)透鏡系統(tǒng)的長(zhǎng)度，使得難以校正各種像差。當(dāng)在照相機(jī)不使用的情況下各個(gè)透鏡單元將被折疊時(shí)，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的緣故，諸如透鏡或透鏡單元的傾斜之類的誤差不可避免地變得更大。這種情況下，當(dāng)透鏡或透鏡單元的靈敏度過大時(shí)，發(fā)生光學(xué)性能惡化或變焦過程中的圖像波動(dòng)。于是，希望使變焦透鏡中的透鏡或透鏡單元的靈敏度最小。在其中移動(dòng)除位于物側(cè)的第一透鏡單元外的透鏡單元以聚焦的后聚焦(rearfocus)變焦透鏡中，與移動(dòng)第一透鏡單元以聚焦的情況相比，可減小第一透鏡單元的有效直徑，從而容易減小整個(gè)透鏡系統(tǒng)的尺寸。尺寸小且重量輕的透鏡單元被移動(dòng)以便聚焦，從而透鏡單元的驅(qū)動(dòng)力小，其結(jié)果是可快速進(jìn)行聚焦。作為后聚焦變焦透鏡，已知這樣一種變焦透鏡，該變焦透鏡適合于可回縮結(jié)構(gòu)，并且包括四個(gè)透鏡單元，即，從物側(cè)到像側(cè)依次為具有正折光力的第一透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元和具有正折光力的第四透鏡單元。美國(guó)專利第6016228號(hào)公開了一種變焦比約為3的變焦透鏡。第一透鏡單元由單個(gè)透鏡構(gòu)成。調(diào)整各個(gè)透鏡單元之間的間隔以便變焦。移動(dòng)笫四透鏡單元以聚焦。由于第一透鏡單元或第二透鏡單元的靈敏度較小，因此該變焦透鏡適合于可回縮結(jié)構(gòu)。但是，在變焦過程中第一透鏡單元不被移動(dòng)，從而，難以縮短在廣角端的總透鏡長(zhǎng)度，并且減小前透鏡的直徑。美國(guó)專利第6975461號(hào)公開了一種變焦透鏡，該變焦透鏡包括被移動(dòng)以便變焦的各個(gè)透鏡單元，并且具有約為5的變焦比。在該變焦透鏡中，第三透鏡單元在倍率方面的份額(share)^皮恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)變焦比約為5的變焦透鏡。為了進(jìn)一步增大變焦透鏡的倍率，必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置第二透鏡單元和第三透鏡單元之間在倍率方面的份額。美國(guó)專利第7206137號(hào)和美國(guó)專利第7190529號(hào)公開了一種變焦透鏡，該變焦透鏡包括被移動(dòng)以便變焦的各個(gè)透鏡單元，并且具有等于或大于10的變焦比。在美國(guó)專利第7206137號(hào)中公開的變焦透鏡中，第一透鏡單元的焦距被恰當(dāng)設(shè)置，以在整個(gè)系統(tǒng)尺寸的減小和各種像差的校正之間實(shí)現(xiàn)平衡。但是，變焦過程中的第一透鏡單元的移動(dòng)距離大，從而，為了縮短折疊狀態(tài)下的長(zhǎng)度，需要一種多級(jí)鏡筒結(jié)構(gòu)。在美國(guó)專利第7190529號(hào)中公開的變焦透鏡中，變焦過程中的第二透鏡單元的橫向倍率的變化等于或小于15，從而難以增大倍率。在美國(guó)專利第7206137號(hào)和第7190529號(hào)中每一個(gè)所公開的透鏡結(jié)構(gòu)中，為了進(jìn)一步提高倍率，必須增大第四透鏡單元在倍率方面的份額。但是，當(dāng)在望遠(yuǎn)端增大第四透鏡單元的成像倍率時(shí)，在第四透鏡單元沿光軸方向移動(dòng)時(shí)的焦點(diǎn)移動(dòng)距離變小。因此，當(dāng)要利用第四透鏡單元校正由溫度變化或零件公差造成的焦點(diǎn)變化時(shí)，驅(qū)動(dòng)量變大。這是不希望的。另一方面，當(dāng)減小第四透鏡單元的成^象倍率時(shí)，第四透鏡單元在倍率方面的份額變小，而其它透鏡單元的折光力及它們?cè)谧兘惯^程中的移動(dòng)距離必然增大。因此，難以在提供具有可回縮結(jié)構(gòu)的緊湊鏡筒的同時(shí)保證高的光學(xué)性能。還已知這樣一種變焦透鏡，在該變焦透鏡中，構(gòu)成該變焦透鏡的透鏡單元在垂直于光軸的方向上移位，以校正當(dāng)變焦透鏡振動(dòng)時(shí)所造成的模糊圖像(美國(guó)專利第5585966號(hào))。該變焦透鏡包括四個(gè)透鏡單元，即，從物側(cè)到像側(cè)依次為具有正折光力的第一透鏡單元，具有負(fù)折光力的第二透鏡單元，具有正折光力的第三透鏡單元，和具有正折光力的第四透鏡單元。整個(gè)第三透鏡單元在垂直于光軸的方向上振動(dòng)以校正模糊圖像。在包括四個(gè)透鏡單元的變焦透鏡中，為了在實(shí)現(xiàn)高變焦比并且減小整個(gè)透鏡系統(tǒng)的尺寸的同時(shí)，獲得極好的光學(xué)性能，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定各個(gè)透鏡單元的折射率和透鏡結(jié)構(gòu)以及在變焦情況下各個(gè)透鏡單元的移動(dòng)條件是重要的。特別地，恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定在變焦情況下各個(gè)透鏡單元的移動(dòng)條件、第二透鏡單元的折光力(焦距的倒數(shù))和第四透鏡單元的成像倍率是重要的。當(dāng)未恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定這些配置時(shí)，很難獲得這樣的變焦透鏡，即該變焦透鏡在確保高變焦比的同時(shí)，在整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有高的光學(xué)性能，并且適合于可回縮結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元；具有負(fù)折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；和具有正折光力的第四透鏡單元，所述變焦透鏡在移動(dòng)第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元時(shí)進(jìn)行變焦。在該變焦透鏡中，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元移動(dòng)以使得在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)，第四透鏡單元沿朝著物側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)，并且下述條件被滿足-2.5<f2/fw<-1.8;和0.49<l-(54t2<0.80,其中O是第二透鏡單元的焦距，fw是變焦透鏡在廣角端的焦距，J54t是第四透鏡單元在望遠(yuǎn)端的成4象倍率。根據(jù)本發(fā)明，獲得一種小的變焦透鏡，該變焦透鏡實(shí)現(xiàn)高的倍率并且在廣角端和望遠(yuǎn)端之間的整個(gè)變焦范圍上具有良好的光學(xué)性能。從下文參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖2A和2B是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例l的數(shù)值實(shí)施例1中的像差曲線圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖4A和4B是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例2的數(shù)值實(shí)施例2中的像差曲線圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖6A和6B是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例3的數(shù)值實(shí)施例3中的像差曲線圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖8A和8B是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例4的數(shù)值實(shí)施例4中的像差曲線圖。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取設(shè)備的示意視圖。具體實(shí)施方式下面描述根據(jù)本發(fā)明的每一實(shí)施例的變焦透鏡，以及包括該變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡包括具有正折光力的第一透鏡單元、具有負(fù)折光力的第二透鏡單元、具有正折光力的第三透鏡單元和具有正折光力的第四透鏡單元，它們從物側(cè)到像側(cè)被依次提供。各個(gè)透鏡單元被移動(dòng)以便變焦。特別地，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元移動(dòng)以使得在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)，并且第四透鏡單元沿朝著物側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)。圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的變焦透鏡的在廣角端(短焦距端)的截面視圖。圖2A和2B是根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡的在廣角端和望遠(yuǎn)端(長(zhǎng)焦距端)的像差曲線圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖4A和4B是根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡的在廣角端和望遠(yuǎn)端的像差曲線圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖6A和6B是根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡的在廣角端和望遠(yuǎn)端的像差曲線圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的變焦透鏡的在廣角端的截面視圖。圖8A和8B是根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡的在廣角端和望遠(yuǎn)端的像差曲線圖。圖9是示出包括根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡的照相機(jī)(圖像拾取設(shè)備)的主要部分的示意視圖。根據(jù)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡是用于諸如視頻照相機(jī)、數(shù)字照相機(jī)或卣化銀膠片照相機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備的攝影透鏡系統(tǒng)。在圖1、3、5和7的每一個(gè)中，左側(cè)對(duì)應(yīng)于物側(cè)(前側(cè))，右側(cè)對(duì)應(yīng)于^f象側(cè)(后側(cè))。在圖1、3、5和7中，從物側(cè)起計(jì)數(shù)的透鏡單元的順序用"i"表示，第i個(gè)透鏡單元用Li表示。在圖1、3、5和7中，第一透鏡單元Ll具有正折光力(即，光焦度，其等于焦距的倒數(shù))，第二透鏡單元L2具有負(fù)折光力，第三透鏡單元L3具有正折光力，第四透鏡單元L4具有正折光力。在第三透鏡單元L3的物側(cè)設(shè)置孔徑光闌SP。光學(xué)塊G對(duì)應(yīng)于濾光器、面板、石英低通濾波器、或紅外截止濾波器等等。還設(shè)置像面IP。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡被用作視頻照相機(jī)或者數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，諸如CCD傳感器或CMOS傳感器之類的固態(tài)圖像拾取元件(光電轉(zhuǎn)換器)的圖像拾取表面被設(shè)置在像面IP上。在卣化銀膠片照相機(jī)的情況下，對(duì)應(yīng)于該照相機(jī)的膠片表面的感光表面被設(shè)置在像面IP上。在像差曲線圖中，d線和g線分別用標(biāo)記符號(hào)d和g表示。子午像面和弧矢像面分別用標(biāo)記符號(hào)△M和△S表示。g線表示橫向色差。半場(chǎng)角(攝影場(chǎng)角的半值)用標(biāo)記符號(hào)w表示，f數(shù)用標(biāo)記符號(hào)fiio表示。在下述實(shí)施例描述的每一個(gè)中，廣角端和望遠(yuǎn)端對(duì)應(yīng)于當(dāng)放大透鏡單元位于該放大透鏡單元在光軸上可機(jī)械移動(dòng)的范圍的兩端中的每一個(gè)時(shí)的變焦位置。在每個(gè)實(shí)施例中，如圖1、3、5和7中的箭頭所示，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，各個(gè)透鏡單元被移動(dòng)。具體地說，在每個(gè)實(shí)施例中，如圖1、3、5和7中的箭頭所示，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元Ll沿朝著像側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)。這種情況下，第一透鏡單元Ll被移動(dòng)以使得在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)。第二透鏡單元L2被朝著像側(cè)移動(dòng)，第三透鏡單元L3被朝著物側(cè)移動(dòng)，第四透鏡單元L4沿朝著物側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)。在變焦過程中，第一透鏡單元Ll和第三透鏡單元L3被移動(dòng)以使得在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)，從而在縮短在廣角端的總透鏡長(zhǎng)度的同時(shí)，獲得大的變焦比。特別地，在每個(gè)實(shí)施例中，在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第三透鏡單元L3朝著物側(cè)移動(dòng)，從而在第三透鏡單元L3和笫四透鏡單元L4之間分擔(dān)放大作用。具有正折光力的第一透鏡單元Ll在變焦范圍內(nèi)朝著物側(cè)移動(dòng)，從而第二透鏡單元L2具有大的放大作用。因此，在不顯著增大第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2的折光力的情況下，獲得高的變焦比。在變焦過程中，第一透鏡單元Ll沿朝著像側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)，結(jié)果，在廣角端附近第一透鏡單元Ll和孔徑光闌SP之間的間隔被縮短，從而減小前透鏡直徑。采用一種后聚焦式變焦透鏡，其中第四透鏡單元L4在光軸上移動(dòng)以便聚焦。在望遠(yuǎn)端從無限遠(yuǎn)物體到最近物體進(jìn)行聚焦的情況下，第四透鏡單元L4纟皮如箭頭4c所示地向前移動(dòng)。實(shí)線曲線4a和虛線曲線4b分別表示第四透鏡單元L4移動(dòng)以便校正因在聚焦于無限遠(yuǎn)物體和最近物體的過程中從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦而造成的像面變化的軌跡。在每個(gè)實(shí)施例中，尺寸小、重量輕的第四透鏡單元L4被移動(dòng)以便聚焦，從而實(shí)現(xiàn)快速聚焦。例如，有助于快速自動(dòng)聚焦。在每個(gè)實(shí)施例中，第三透鏡單元L3被移動(dòng)以便具有在垂直于光軸的方向上的分量，從而使圖像沿垂直于光軸的方向移位，由此校正當(dāng)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)的模糊圖像。即，校正所拍攝圖像的位置。因此，在不提供用于圖像穩(wěn)定的諸如可變頂角棱鏡之類的附加光學(xué)元件和附加透鏡單元的情況下，進(jìn)行圖像穩(wěn)定，從而避免整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的尺寸增大。在每個(gè)實(shí)施例中，在變焦過程中，孔徑光闌SP獨(dú)立于另一個(gè)透鏡單元、尤其是第三透鏡單元L3移動(dòng)。于是，在寬場(chǎng)角區(qū)域附近的入射光瞳位置被設(shè)置在物側(cè)，從而減小前透鏡直徑。為了簡(jiǎn)化機(jī)械裝置，孔徑光闌SP可以和第三透鏡單元L3整體移動(dòng)，或者可被固定。當(dāng)孔徑光闌SP和第三透鏡單元L3整體移動(dòng)時(shí)，光學(xué)組件的單元的數(shù)目少，這里，所述單元是依據(jù)它們的移動(dòng)而被定義的，從而易于簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。當(dāng)孔徑光闌SP被固定時(shí)，光闌部件不必被移動(dòng)。因此，在變焦過程中，待驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩可被設(shè)定成小的值，從而存在能夠節(jié)省電力的優(yōu)點(diǎn)。在每個(gè)實(shí)施例中，下述條件被滿足-2.5<f2/fw<-1.8(1)0.49<1-P4t2<0.80(2)其中f2是第二透鏡單元L2的焦距，fw是變焦透鏡在廣角端的焦距，P4t是第四透鏡單元L4在望遠(yuǎn)端的成像倍率。條件表達(dá)式(1)和(2)定義了與倍率相關(guān)的第二透鏡單元L2的焦距和第四透鏡單元L4的成像倍率。當(dāng)f2/fw超過條件表達(dá)式(l)的上限時(shí)，第二透鏡單元L2的折光力變得過大，難以校正在變焦過程中造成的像面變化。當(dāng)f2/fw低于下限，并因而第二透鏡單元L2的折光力變得過小時(shí)，必須增大變焦過程中的第二透鏡單元L2的移動(dòng)距離以獲得高的倍率。結(jié)果，總透鏡長(zhǎng)度變得更長(zhǎng)以增大鏡筒尺寸。這是不希望的。當(dāng)l-p4t2低于條件表達(dá)式(2)的下限時(shí)，當(dāng)通過驅(qū)動(dòng)充當(dāng)聚焦透鏡單元的第四透鏡單元L4來校正由在各透鏡的制造過程中的零件公差或溫度變化所造成的焦點(diǎn)位置的變化時(shí)，第四透鏡單元L4的用于該矯正的驅(qū)動(dòng)量變大。結(jié)果，像差增大。這是不希望的。當(dāng)l-p4^超過上限時(shí)，第四透鏡單元L4在倍率方面的份額極小，從而難以實(shí)現(xiàn)高倍率。在每個(gè)實(shí)施例中，為了在減小變焦過程中的像差的同時(shí)更理想地校正像差并且實(shí)現(xiàn)高倍率，希望如下設(shè)置條件表達(dá)式(1)和(2)的數(shù)值范圍。-2.25<f2/fw<-1.85(la)0.49<l-(54t2<0.70(2a)根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，當(dāng)如上所述滿足條件表達(dá)式(1)和(2)時(shí)，能夠獲得實(shí)現(xiàn)高變焦比并且在整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有高光學(xué)性能的小型變焦透鏡。在本發(fā)明中，更希望地是滿足下述各個(gè)條件中的至少一個(gè)條件4.0<f3/fw<6.0(3)124.5<f4/fw<8.0(4)10<fl/fw<25(5)1.2<ml/m3<3.0(6)其中fl、f3和f4分別表示第一透鏡單元Ll的焦距、第三透鏡單元L3的焦距和第四透鏡單元L4的焦距，ml和m3分別表示在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，笫一透鏡單元Ll和第三透鏡單元L3在光軸方向上的移動(dòng)距離。在每個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)條件表達(dá)式被滿足以獲得對(duì)應(yīng)的效果。下面，將描述各個(gè)條件表達(dá)式的技術(shù)含義。條件表達(dá)式(3)和(4)用于恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定與倍率相關(guān)的第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4的折光力，從而在整個(gè)變焦范圍內(nèi)獲得良好的光學(xué)性能。當(dāng)f3/fw變得低于條件表達(dá)式(3)的下限，以縮短第三透鏡單元L3的焦距時(shí)，難以抑制變焦過程中的像差，該像差是由于折光力的增大而造成的。當(dāng)通過第三透鏡單元L3進(jìn)行圖像穩(wěn)定時(shí)，相對(duì)于偏心或模糊圖像的靈敏度增大。這是不希望的。當(dāng)f3/fw超過上限時(shí)，第三透鏡單元L3的折光力變小，從而必須在除第三透鏡單元L3外的透鏡單元中更多地分配倍率。為了獲得足夠的變焦比，需要增加在變焦過程中第三透鏡單元L3的移動(dòng)距離，從而，難以減小透鏡系統(tǒng)的尺寸。條件表達(dá)式(4)與第四透鏡單元L4的折光力相關(guān)，并且與條件表達(dá)式(3)的情況一樣，與在整個(gè)變焦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的像差校正的條件相關(guān)。第四透鏡單元L4的折光力理想地位于條件表達(dá)式(4)的范圍內(nèi)，以便通過分配恰當(dāng)?shù)谋堵史蓊~，恰當(dāng)?shù)孬@得相對(duì)于焦平面的靈敏度。條件表達(dá)式(4)與在變焦和聚焦中的每一個(gè)期間的第四透鏡單元L4的移動(dòng)距離密切相關(guān)。在高倍率的情況下，聚焦過程中的第四透鏡單元L4的驅(qū)動(dòng)量大。條件表達(dá)式(4)還用于恰當(dāng)?shù)匾种频谒耐哥R單元L4的移動(dòng)距離，以避免與相鄰?fù)哥R單元或玻璃塊的物理干擾。條件表達(dá)式(5)定義了笫一透鏡單元Ll的焦距。當(dāng)fl/fw小于條件表達(dá)式(5)的下限，從而折光力變大時(shí)，變焦過程中第一透鏡單元Ll的移動(dòng)距離變小。因此，在望遠(yuǎn)端(第一透鏡單元L1)與第二透鏡單元L2的間隔變窄。結(jié)果，難以通過作為主放大透鏡單元的第二透鏡單元L2獲得足夠的變焦比。另外，當(dāng)?shù)谝煌哥R單元Ll的折光力增大時(shí)，更多地發(fā)生色差。為了抑制色差的發(fā)生，必須增大包括在第一透鏡單元Ll中的透鏡的數(shù)目。由于整個(gè)系統(tǒng)的尺寸增大，因此這是不希望的。當(dāng)fl/fw超過條件表達(dá)式(5)的上限時(shí)，第一透鏡單元Ll的折光力變得過小。為了保證足夠的變焦比，必須增大變焦過程中第一透鏡單元Ll的移動(dòng)距離。結(jié)果，在可回縮鏡筒的情況下，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從而難以減小鏡筒的尺寸。條件表達(dá)式(6)表述了在變焦過程中移動(dòng)的第一透鏡單元Ll和第三透鏡單元L3之間的移動(dòng)距離比。這里，術(shù)語"移動(dòng)距離"是在廣角端和在望遠(yuǎn)端的透鏡單元在光軸上的位置之間的相對(duì)差值(距離)。當(dāng)ml/m3低于條件表達(dá)式(6)的下限時(shí)，變焦過程中第一透鏡單元丄l的進(jìn)給量變小。因此，在望遠(yuǎn)端與第二透鏡單元L2的間隔小，從而難以通過第二透鏡單元L2獲得足夠的變焦比。另外，廣角端情況和望遠(yuǎn)端情況之間的總透鏡長(zhǎng)度的差值小，在場(chǎng)角大的廣角端，前透鏡(第一透鏡單元Ll)和孔徑光闌SP之間的間隔未被充分縮短，并且鏡筒直徑增大，這是不希望的。當(dāng)ml/m3超過條件表達(dá)式(6)的上限時(shí)，在變焦過程中的第一透鏡單元L1的進(jìn)給量與第三透鏡單元L3的進(jìn)給量相比過大。于是，當(dāng)使用具有可回縮結(jié)構(gòu)的鏡筒時(shí)，必須以更多的級(jí)數(shù)折疊第一透鏡單元Ll，從而難以減小整個(gè)系統(tǒng)的尺寸。在每個(gè)實(shí)施例中，為了在減小變焦過程中的像差的同時(shí)，進(jìn)行更希望的像差校正并實(shí)現(xiàn)高倍率，希望地如下設(shè)定條件表達(dá)式(3)到(6)的數(shù)值范圍4.2<f3/fw<5.0C3a)4.6<f4/fw<7.0(4a)1410<fl/fw<20(5a)1.2<ml/m3<2.0(6a)根據(jù)如上所述的各個(gè)實(shí)施例，變焦過程中的各個(gè)透鏡單元的移動(dòng)距離和各個(gè)透鏡單元的折光力被恰當(dāng)設(shè)定，從而即使在高變焦比的情況下，也能夠獲得具有短的總透鏡長(zhǎng)度的變焦透鏡。特別地，可獲得在廣角端和望遠(yuǎn)端之間的整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有良好光學(xué)性能的變焦透鏡。下面，描述每個(gè)透鏡單元中的透鏡結(jié)構(gòu)。第一透鏡單元L1的結(jié)構(gòu)如下所述。第一透鏡單元L1具有大的有效透鏡直徑。因此，為了實(shí)現(xiàn)尺寸小、重量輕的變焦透鏡，數(shù)目少的透鏡是所希望的。在每個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡單元Ll包括通過粘合負(fù)透鏡和正透鏡構(gòu)成的粘合透鏡；和正透鏡。因此，抑制由高變焦比導(dǎo)致的球面像差和色差的發(fā)生。第二透鏡單元L2的結(jié)構(gòu)如下所述。在實(shí)施例l和3的每一個(gè)中，第二透鏡單元L2包括三個(gè)分離的透鏡，即，具有面對(duì)像側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡、負(fù)雙凹透鏡、和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡。因此，變焦過程中的像差被減小，從而良好地尤其校正在廣角端的畸變和在望遠(yuǎn)端的球面像差。特別地，在實(shí)施例3中，為了獲得更良好的光學(xué)性能，使負(fù)彎月透鏡的像側(cè)表面形成為非球面形狀。不同于實(shí)施例1和3，在實(shí)施例2和4的每一個(gè)中，還i殳置具有面對(duì)像側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡，從而第二透鏡單元L2包括三個(gè)負(fù)透鏡和一個(gè)正透鏡。具體地說，第二透鏡單元L2包括兩個(gè)負(fù)彎月透鏡、負(fù)雙凹透鏡、和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡，每個(gè)該負(fù)彎月透鏡具有凹入形狀的^象側(cè)表面。因此，抑制廣角端的像散的發(fā)生，從而有助于廣角端的場(chǎng)角進(jìn)一步增大。第三透鏡單元L3的結(jié)構(gòu)如下所述。在每個(gè)實(shí)施例中，第三透鏡單元L3包括兩個(gè)正透鏡，和具有凹入形狀的像側(cè)表面的負(fù)透鏡。第二透鏡單元L2和第三透鏡單元L3之間的主點(diǎn)間隔(principalpointinterval)被減小，以縮短第三透鏡單元L3之后的后續(xù)透鏡的長(zhǎng)度。第三透鏡單元L3具有至少一個(gè)非球面表面。因此，變焦造成的像差被良好地校正。在實(shí)施例2和4的每一個(gè)中，使用粘合透鏡來抑制變焦過程中的色差。第三透鏡單元L3被移動(dòng)以便具有在垂直于光軸的方向上的分量，即偏離光軸，從而使由圖像穩(wěn)定操作過程中的偏心導(dǎo)致的像差的發(fā)生最少。具體地說，在實(shí)施例1和3的每一個(gè)中，按照從物側(cè)到像側(cè)的順序，第三透鏡單元L3包括具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡，具有面向像側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡，和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡。在實(shí)施例2和4的每一個(gè)中，第三透鏡L3包括具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡，具有面向4象側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡，和粘合透鏡，該粘合透鏡通過粘合具有面向像側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡和正透鏡構(gòu)成。第四透鏡單元L4的結(jié)構(gòu)如下所述。在每個(gè)實(shí)施例中，第四透鏡單元L4包括粘合透鏡，該粘合透鏡通過粘合具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡和負(fù)透鏡構(gòu)成。借助該結(jié)構(gòu)，聚焦過程中的像差，尤其是色差被減小。下面，描述分別與本發(fā)明的實(shí)施例l-4對(duì)應(yīng)的數(shù)值實(shí)施例1-4。在各個(gè)數(shù)值實(shí)施例中，從物側(cè)起計(jì)數(shù)的光學(xué)表面的順序用"i"表示，第i個(gè)光學(xué)表面(第i個(gè)表面)的曲率半徑用ri表示，第i個(gè)表面和第i+l個(gè)表面之間的間隔用di表示。另外，基于d線的第i個(gè)光學(xué)元件的材料的折射率用ndi表示，基于d線的該材料的阿貝數(shù)用vdi表示。假定偏心率用k表示，非球面系數(shù)用B、C、D和E表示，并且在對(duì)應(yīng)于距光軸的高度為h的位置處沿光軸方向相對(duì)于表面頂點(diǎn)的位移用x表示。這種情況下，非球面形狀用下述表達(dá)式表示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>注意，曲率半徑用R表示。另外，[E-Z]表示[10-z]。在數(shù)值實(shí)施例中，最后兩個(gè)表面是諸如濾波器或面板之類的光學(xué)塊的表面。在每個(gè)實(shí)施例中，后焦距(backfocus，BF)被表示為與最終透鏡表面和旁軸像面之間的距離對(duì)應(yīng)的等效空氣長(zhǎng)度?？偼哥R長(zhǎng)度是通過把后焦距和最接近物側(cè)的表面與該最終表面之間的距離相加獲得的。表1示出條件表達(dá)式和各個(gè)數(shù)值實(shí)施例中的各種數(shù)值之間的關(guān)系。數(shù)值實(shí)施例1<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>22oo1.3101.4983165.123co非球面表面數(shù)據(jù)(第13表面)k=-3.30975E-01B=8.42815E-05C=3.57003E-05D-4.24248E-07E=-7.36052E-10A，=-7.28960E-05B，=-9.74820E-05C，=-6.20040E-06各種數(shù)據(jù)變焦比24.27廣角端中間望遠(yuǎn)端焦距5.1525.69124.98F數(shù)2.923.604.03場(chǎng)角34.77.91.63圖像高度3.563.563.56總透鏡長(zhǎng)度97.69104.30115.70BF12.0520.998.76d50.9028.8746.79dll30.029.071.59dl213.244.202.00dl88.167.8723.26d217.0015.943.71變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面焦距1164.1226-10.2231323.6941933.82數(shù)值實(shí)施例2單位:毫米表面數(shù)據(jù)表面編號(hào)r177.0564237.840333016.789438.71155183.274639.7791dRdvd1.9501.8061033.36.8001.4970081.50.2001，4.5001.6031160.6可變1.0001.8830040.818711.3803825.339098.447010-20.393411147.3371222.427713-89.413614(光闌)15A12.60631672.12601751.59911813.40141919.5320209.053521-42.71552225.982823-10.384124-79.561425oo26002.1001.0.8501.8348142.74細(xì)1.0扁1.8340037.20.2001.2.2501.9228618.9可變可變3.0001.6935053.23.0001.0.9001.6476933.80.5001.0.7002扁3028.32.1501.7200050.2可變3.3001.7725049.60.6001.8061033.3可變0.8001.5163364.1非J求面表面數(shù)據(jù)(第15表面)k=7.50153E-01B=-9.16920E-05C--1.11116E-06D=3.51763E-08E--5.84379E-10各種數(shù)據(jù)變焦比18.89廣角端中間望遠(yuǎn)端焦距4.5019.6885.02F數(shù)2.824.295.58場(chǎng)角40.511.12.6圖像高度3.853.853.85總透鏡長(zhǎng)度89.86101.16131.43BF10.5019.0811.43d50.9024.0146.75d1320.964.492.00d1412.212.332.25d216.5012.4530.19d247.0015.587.94變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面焦距1169.4626-8.9031521.4042227.66數(shù)值實(shí)施例3單位:毫米表面數(shù)據(jù)表面編號(hào)rdndvd1168.8372.0001.8061033.3239.79306扁1.4970081.53-191.0740.2001,440.14953細(xì)1.7725049.65191.588可變649.19241.2001.8061040.77頭8.64895.1551.8-35.47070.7501.7725049.6924.83500.7001，1018.28752.2001.9228618.91183.2531可變12(光闌)可變13A10.94363.0001.58312659.414-126.3352.3001，1516.39410.7001.8466623.9169.23391.0001.1726.12091.8001.4970081.518-203.961可變1925.30892.5001.6968055.520-21.87840.6001.8466623.921-98.1680可變22001.3101.4983165.123非球面表面數(shù)據(jù)(第7表面)k=-2.14440E-02B=-3.89797E-06C-5.39912E-08(第13表面)k=-4.28120E-01B=8.18844E-05C=3.49977E-05D-5.07879E-07E=-7.80620E-10A，=-7.95365E-05B，=-9.14104E-05C，=-6.65261E-06各種數(shù)據(jù)變焦比19.46廣角端中間望遠(yuǎn)端焦距5.1522.64100.24F數(shù)2.803.564.00場(chǎng)角34.78.952.04圖像高度3.563.563.56總透鏡長(zhǎng)度97.66101.69112.56BF10.0317.338.53d50.8028.0047.13dll26.9311.431.68dl217.342.812.39dl38.668.2218.93dl97.0014.305.50變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面焦距1166.0526-11,0131322.2341934.28數(shù)值實(shí)施例4單位毫米表面數(shù)據(jù)表面編號(hào)rdndvd181.58052.0001.8061033.3232.09345.8001.4970081.53-431.7930.2001，432.66554.0001.6968055.55162.575可變673.7617l扁1.8830040.8711.52131.9001.829.35700.8501.8340037.299.73943.3001，10-28.51770.8001.8340037.21159.86860.2001，1220.82222.2501,9228618.913-80.4179可變14(光闌)可變15*11.78443扁16935053.2162857.7383細(xì)1，1758.36270，1,6476933.81813.49800.5001，1932.49510.7002,.0033028.3208.08442.4001.7440044.821-48.8300可變2219.45462.7001.7725049.623-14.54030.6001,.8061033.324-191.527可變25000.8001,.5163364.12600非球面表面數(shù)據(jù)(第15表面)k=1.38974B=-1.58071E-04C=-2.00290E-06D=3.83159E-$9E=-5.84379E-1022各種數(shù)據(jù)變焦比19.42廣角端中間望遠(yuǎn)端焦距5.1522.36100.00F數(shù)2.874.115.54場(chǎng)角36.99.812.21圖像高度3.873.873.87悉透鏡長(zhǎng)度89.2397.54109.01BF10,7516.666.76d5O.卯21.4836.18d1322.757.001.7Sd1412.222.872.00d216.5013.4426.21d248.0013.914.01變焦透鏡單元數(shù)據(jù)單元第一表面焦距1153.9126-9.7531523.3742224.13表l條件表達(dá)式實(shí)施例1234(1)f2/fw-1.98-1.98-2.14-1.89(2)l-卩4t20.510.730.500.58(3)f3/fw4.604.764.324.52(4)f4/fw6.576.156.664.69(5)fl/fw12.4515.4412.8310.47(6)ml/m31.531.691.701.26下面，參考圖9描述使用如任一實(shí)施例中所述的變焦透鏡作為圖像拍攝光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的實(shí)施例。在圖9中，數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)包括照相機(jī)主體20、攝影光學(xué)系統(tǒng)21、諸如CCD傳感器或CMOS傳感器之類的固態(tài)圖像拾取元件(光電轉(zhuǎn)換器)22、存儲(chǔ)器23和取景器24。攝影光學(xué)系統(tǒng)21具有在實(shí)施例1-4中描述的變焦透鏡中的任一個(gè)。固態(tài)圖像拾取元件22被包含在照相機(jī)主體20中，接收由攝影光學(xué)系統(tǒng)21形成的物像的光。存儲(chǔ)器23保存與已被固態(tài)圖像拾取元件22進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的物像對(duì)應(yīng)的信息。取景器24包括液晶顯示面板，用于觀察在固態(tài)圖像拾取元件22上形成的物像。如上所述，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡被應(yīng)用于諸如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)之類的圖像拾取設(shè)備時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸小且具有高光學(xué)性能的圖像拾取設(shè)備。雖然已參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于公開的示例性實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬泛的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。權(quán)利要求1、一種變焦透鏡，從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元；具有負(fù)折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；和具有正折光力的第四透鏡單元，在移動(dòng)第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元時(shí)，所述變焦透鏡進(jìn)行變焦，其中在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元移動(dòng)以使得在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)，第四透鏡單元沿朝著物側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)；并且下述條件被滿足-2.5＜f2/fw＜-1.8；和0.49＜1-β4t2＜0.80，其中f2是第二透鏡單元的焦距，fw是變焦透鏡在廣角端的焦距，β4t是第四透鏡單元在望遠(yuǎn)端的成像倍率。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦透鏡，其中下述條件被滿足4.0<f3/fw<6.0,其中f3是第三透鏡單元的焦距。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中下述條件被滿足4.5<f4/fw<8.0,其中f4是第四透鏡單元的焦距。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，還包括孔徑光闌，在變焦過程中所述孔徑光闌獨(dú)立于包括在變焦透鏡中的第一透鏡單元、第二透鏡單元、第三透鏡單元和第四透鏡單元移動(dòng)。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中下述條件被滿足10<fl/fw<25，其中fl是第一透鏡單元的焦距。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中下述條件被滿足1.2<ml/m3<3.0，其中ml和m3是在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元和第三透鏡單元分別沿光軸方向的移動(dòng)距離。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元沿朝著像側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)。8、根據(jù)權(quán)利要求l所述的變焦透鏡，其中當(dāng)變焦透鏡振動(dòng)時(shí)，第三透鏡單元沿具有垂直于光軸的分量的方向移動(dòng)，以便校正所拍攝圖像的位置。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中第二透鏡單元包括具有面向<象側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡；負(fù)雙凹透鏡；和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡。10、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中第二透鏡單元包括具有面向4象側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡；具有面向像側(cè)的凹面的另一個(gè)負(fù)彎月透鏡；負(fù)雙凹透鏡；和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡。11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中第四透鏡單元包括通過粘合負(fù)透鏡和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡構(gòu)成的粘合透鏡。12、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中第三透鏡單元從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡；具有面向Y象側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡；和具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡。13、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中笫三透鏡單元從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有凸起形狀的物側(cè)表面的正透鏡；具有面向4象側(cè)的凹面的負(fù)彎月透鏡；和通過粘合正透鏡和具有面向像側(cè)的凹面的負(fù)透鏡構(gòu)成的粘合透鏡。14、根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡，其中在固態(tài)圖像拾取元件上形成圖像。15、一種圖像拾取設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的變焦透鏡；和接收由所述變焦透鏡形成的圖像的光的固態(tài)圖像拾取元件。全文摘要本發(fā)明提供了變焦透鏡和包括變焦透鏡的圖像拾取設(shè)備。所述變焦透鏡在廣角端和望遠(yuǎn)端之間的整個(gè)變焦范圍內(nèi)具有高倍率和極好的光學(xué)性能。該變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)依次包括具有正折光力的第一透鏡單元；具有負(fù)折光力的第二透鏡單元；具有正折光力的第三透鏡單元；和具有正折光力的第四透鏡單元，并在移動(dòng)各個(gè)透鏡單元時(shí)進(jìn)行變焦，其中在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦過程中，第一透鏡單元移動(dòng)以使得在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)，第四透鏡單元沿朝著物側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)；第二透鏡單元的焦距、變焦透鏡在廣角端的焦距、和第四透鏡單元在望遠(yuǎn)端的成像倍率被恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置。文檔編號(hào)H04N5/225GK101556371SQ20091013403公開日2009年10月14日申請(qǐng)日期2009年4月8日優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日發(fā)明者猿渡浩申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社