本發(fā)明涉及變焦透鏡和包括變焦透鏡的圖像拾取裝置，該變焦透鏡作為在諸如數(shù)字靜物相機(jī)、視頻相機(jī)、監(jiān)控相機(jī)或廣播相機(jī)之類的圖像拾取裝置中使用的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)特別有利。

背景技術(shù)：

作為在圖像拾取裝置中使用的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)，期望的是具有寬視角和高變焦比的緊湊的變焦透鏡。也期望變焦透鏡具有高分辨力。作為用于獲得高變焦比的變焦透鏡，正導(dǎo)型(positive-lead type)變焦透鏡是已知的，其從物側(cè)到像側(cè)按順序包括分別具有正、負(fù)、正和負(fù)折光力的第一到第四透鏡單元，以及隨后的包括至少一個(gè)透鏡單元的后單元。

日本專利申請公開No.2012-083601公開了包括分別具有正、負(fù)、正、負(fù)和正折光力的第一到第五透鏡單元的變焦透鏡。在這種變焦透鏡中，第一透鏡單元由負(fù)透鏡和正透鏡的膠合透鏡形成，并且第二到第四透鏡單元在變焦時(shí)移動。

日本專利申請公開No.2006-178244公開了包括分別具有正、負(fù)、正、負(fù)和正折光力的第一到第五透鏡單元的變焦透鏡。在這種變焦透鏡中，第一透鏡單元由單個(gè)正透鏡形成，并且第二到第五透鏡單元在變焦時(shí)移動。

日本專利申請公開No.2012-47814公開了從物側(cè)到像側(cè)按順序包括分別具有正、負(fù)、正、負(fù)、負(fù)和正折光力的第一到第六透鏡單元的變焦透鏡。在這種變焦透鏡中，第二、第四和第五透鏡單元在變焦時(shí)移動。

使正導(dǎo)型變焦透鏡的視角加寬趨向于增大前透鏡的有效直徑并由此使整個(gè)系統(tǒng)增大。這樣，為了使視角加寬而不犧牲整個(gè)系統(tǒng)的緊湊性，重要的是適當(dāng)?shù)卦O(shè)置每個(gè)透鏡單元或尤其是第一透鏡單元的配置。

同樣重要的是適當(dāng)?shù)卦O(shè)置諸如第三或第四透鏡單元之類的可移動透鏡單元的折光力，以及這些透鏡單元在變焦時(shí)的移動量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)按順序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、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元，以及包括至少一個(gè)透鏡單元的后單元。第一透鏡單元在變焦時(shí)不移動，并且第三透鏡單元和第四透鏡單元中的每個(gè)在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間朝向物側(cè)移動，從而在變焦期間改變每相鄰兩個(gè)透鏡單元之間的間隔。變焦透鏡滿足以下條件表達(dá)式：

0.1<f3/|m3|<0.9，

-1.4<f4/|m4|<-0.1，以及

1.5<(R2a+R1a)/(R2a-R1a)<30.0，

其中f3是第三透鏡單元的焦距，f4是第四透鏡單元的焦距，m3是第三透鏡單元在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)的位移量，m4是第四透鏡單元在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)的位移量，R1a是第一透鏡單元中最靠近物側(cè)的透鏡表面的曲率半徑，并且R2a是第一透鏡單元中最靠近像側(cè)的透鏡表面的曲率半徑。

本發(fā)明的進(jìn)一步特征將從以下參考附圖對示例性實(shí)施例的描述變得清楚。

附圖說明

圖1是根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。

圖2A是示出了根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡在廣角端的像差(aberration)的圖。

圖2B是示出了根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡在中間變焦位置的像差的圖。

圖2C是示出了根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的像差的圖。

圖3是根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。

圖4A是示出了根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡在廣角端的像差的圖。

圖4B是示出了根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡在中間變焦位置的像差的圖。

圖4C是示出了根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的像差的圖。

圖5是根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。

圖6A是示出了根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡在廣角端的像差的圖。

圖6B是示出了根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡在中間變焦位置的像差的圖。

圖6C是示出了根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的像差的圖。

圖7是根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。

圖8A是示出了根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡在廣角端的像差的圖。

圖8B是示出了根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡在中間變焦位置的像差的圖。

圖8C是示出了根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的像差的圖。

圖9是根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。

圖10A是示出了根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡在廣角端的像差的圖。

圖10B是示出了根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡在中間變焦位置的像差的圖。

圖10C是示出了根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的像差的圖。

圖11是根據(jù)實(shí)施例6的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。

圖12A是示出了根據(jù)實(shí)施例6的變焦透鏡在廣角端的像差的圖。

圖12B是示出了根據(jù)實(shí)施例6的變焦透鏡在中間變焦位置的像差的圖。

圖12C是示出了根據(jù)實(shí)施例6的變焦透鏡在望遠(yuǎn)端的像差的圖。

圖13是本發(fā)明的圖像拾取裝置的主要部分的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

本發(fā)明的變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)按順序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、具有負(fù)折光力的第四透鏡單元以及包括至少一個(gè)透鏡單元的后單元。第一透鏡單元在變焦時(shí)不移動。第三透鏡單元和第四透鏡單元的每個(gè)在從廣角端(短焦距端)到望遠(yuǎn)端(長焦距端)的變焦期間朝向物側(cè)移動，以在變焦期間改變每個(gè)相鄰的透鏡單元的間隔。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。圖2A、圖2B和圖2C分別是示出了根據(jù)實(shí)施例1的變焦透鏡在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差的圖。實(shí)施例1的變焦透鏡具有7.97x的變焦比和1.63到4.00的f數(shù)。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。圖4A、圖4B和圖4C分別是示出了根據(jù)實(shí)施例2的變焦透鏡在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差的圖。實(shí)施例2的變焦透鏡具有9.98x的變焦比和1.50到4.00的f數(shù)。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。圖6A、圖6B和圖6C分別是示出了根據(jù)實(shí)施例3的變焦透鏡在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差的圖。實(shí)施例3的變焦透鏡具有7.97x的變焦比和1.65到4.00的f數(shù)。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。圖8A、圖8B和圖8C分別是示出了根據(jù)實(shí)施例4的變焦透鏡在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差的圖。實(shí)施例4的變焦透鏡具有8.04x的變焦比和1.65到4.00的f數(shù)。圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。圖10A、圖10B和圖10C分別是示出了根據(jù)實(shí)施例5的變焦透鏡在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差的圖。實(shí)施例5的變焦透鏡具有4.99x的變焦比和1.65到3.68的f數(shù)。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6的變焦透鏡在廣角端的透鏡剖面圖。圖12A、圖12B和圖12C分別是示出了根據(jù)實(shí)施例6的變焦透鏡在廣角端、中間變焦位置和望遠(yuǎn)端的像差的圖。實(shí)施例6的變焦透鏡具有6.93x的變焦比和1.65到4.00的f數(shù)。圖13是本發(fā)明的圖像拾取裝置的主要部分的示意圖。

每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡是用于在諸如視頻相機(jī)、數(shù)字相機(jī)、電視相機(jī)、監(jiān)控相機(jī)或鹵化銀膠片相機(jī)之類的圖像拾取裝置中使用的圖像拾取透鏡系統(tǒng)。在透鏡剖面圖中，左側(cè)是被攝體(物)側(cè)(即前側(cè))，并且右側(cè)是像側(cè)(即后側(cè))。在透鏡剖面圖中，每個(gè)透鏡單元由Li表示，其中“i”是透鏡單元從物側(cè)的序號。LR表示包括至少一個(gè)透鏡單元的后單元。

在透鏡剖面圖中，“SP”表示位于第三透鏡單元L3的物側(cè)或者第三透鏡單元的透鏡之間的孔徑光闌。在透鏡剖面圖中，“GB”表示諸如濾光器、面板、石英低通濾波器或紅外截止濾波器之類的光學(xué)元件?！癐P”表示像面。當(dāng)變焦透鏡作為用于視頻相機(jī)或數(shù)字靜物相機(jī)的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)使用時(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)換元件)被置于像面IP。當(dāng)變焦透鏡作為用于鹵化銀膠片相機(jī)的圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)使用時(shí)，等價(jià)于膠片平面的感光表面被置于像面IP。

每個(gè)箭頭示出了相應(yīng)的透鏡單元從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)的移動軌跡，以及相應(yīng)的透鏡單元在變焦期間對焦時(shí)的移動方向。在像差圖中示出了球差的部分中，實(shí)線“d”表示d線(波長587.6nm)，雙點(diǎn)劃線“g”表示g線(波長435.8nm)，單點(diǎn)劃線“C”表示C線(波長656.3nm)，并且斷開線“F”表示F線(486.1nm)。在示出了像散(astigmatism)的部分中，斷開線“M”表示d線的子午像面，并且實(shí)線“S”表示d線的弧矢像面。橫向色差由相對于d線的g線、C線和F線代表?！癋no”表示f數(shù)，并且“ω”表示半視角(成像角度的一半)(度)。

在實(shí)施例1到實(shí)施例5的透鏡剖面圖中，“L1”表示具有正折光力的第一透鏡單元，“L2”表示具有負(fù)折光力的第二透鏡單元，“L3”表示具有正折光力的第三透鏡單元，并且“L4”表示具有負(fù)折光力的第四透鏡單元。后單元LR由具有正折光力的第五透鏡單元L5構(gòu)成。實(shí)施例1到實(shí)施例5是五單元變焦透鏡。

在實(shí)施例1到實(shí)施例5中，第一透鏡單元L1和第五透鏡單元L5在變焦時(shí)不移動。其余的透鏡單元在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間如箭頭所示地移動。具體地，第二透鏡單元L2朝向像側(cè)移動并且然后朝向物側(cè)移動，第三透鏡單元L3朝向物側(cè)移動，并且第四透鏡單元L4朝向物側(cè)移動?？讖焦怅@SP沿著與第三透鏡單元L3相同的軌跡朝向物側(cè)移動。

第四透鏡單元L4移動以校正由變焦引起的像面變動并且也執(zhí)行對焦。實(shí)線曲線4a和虛線曲線4b是第四透鏡單元L4在校正由變焦引起的像面變動時(shí)的移動軌跡，當(dāng)焦點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處時(shí)第四透鏡單元L4沿實(shí)線曲線4a移動并且當(dāng)焦點(diǎn)在近距離(close-up)處時(shí)沿虛線曲線4b移動。為了從無窮遠(yuǎn)到近距離對焦，第四透鏡單元L4如箭頭4c所示向后移動。對焦可以由除了第四透鏡單元L4以外的一個(gè)透鏡單元或多個(gè)透鏡單元執(zhí)行。例如，對焦可以由第二透鏡單元L2的部分或全部或者由第五透鏡單元L5執(zhí)行。

在實(shí)施例6的透鏡剖面圖中，“L1”表示具有正折光力的第一透鏡單元，“L2”表示具有負(fù)折光力的第二透鏡單元，“L3”表示具有正折光力的第三透鏡單元，并且“L4”表示具有負(fù)折光力的第四透鏡單元。后單元LR由具有負(fù)折光力的第五透鏡單元L5和具有正折光力的第六透鏡單元L6構(gòu)成。實(shí)施例6是六單元變焦透鏡。

在實(shí)施例6中，第一透鏡單元L1和第六透鏡單元L6在變焦時(shí)不移動。其余的透鏡單元在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間如箭頭所示地移動。具體地，第二透鏡單元L2朝向像側(cè)移動并且然后朝向物側(cè)移動，第三透鏡單元L3朝向物側(cè)移動，第四透鏡單元L4向物側(cè)移動，并且第五透鏡單元向物側(cè)移動。

在實(shí)施例6中，如在實(shí)施例1到實(shí)施例5中一樣，第四透鏡單元L4移動以執(zhí)行對焦和由變焦引起的像面變動的校正。實(shí)線曲線4a和虛線曲線4b是第四透鏡單元L4在校正由變焦引起的像面變動時(shí)的移動軌跡，當(dāng)焦點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處時(shí)第四透鏡單元L4沿實(shí)線曲線4a移動并且當(dāng)焦點(diǎn)在近距離處時(shí)沿虛線曲線4b移動。為了從無窮遠(yuǎn)到近距離對焦，第四透鏡單元L4如箭頭4c所示向后移動。對焦可以由除了第四透鏡單元L4以外的一個(gè)透鏡單元或多個(gè)透鏡單元執(zhí)行。例如，對焦可以由第二透鏡單元L2的部分或全部、第五透鏡單元L5或第六透鏡單元L6執(zhí)行。

在每個(gè)實(shí)施例中，孔徑光闌SP的孔徑直徑可以是變量或常數(shù)。改變孔徑光闌SP的孔徑直徑使得能夠阻擋在望遠(yuǎn)端發(fā)生的由離軸光線引起的下方光線彗斑，以允許更好的光學(xué)性能。

本發(fā)明的變焦透鏡滿足以下條件表達(dá)式。

0.1<f3/|m3|<0.9···(1)

-1.4<f4/|m4|<-0.1···(2)

1.5<(R2a+R1a)/(R2a-R1a)<30.0···(3)

在以上條件表達(dá)式中，“f3”代表第三透鏡單元L3的焦距，“f4”代表第四透鏡單元L4的焦距，“m3”和“m4”分別代表第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間的位移量，“R1a”代表第一透鏡單元L1中最靠近物側(cè)的透鏡表面的曲率半徑，并且“R2a”代表第一透鏡單元L1中最靠近像側(cè)的透鏡表面的曲率半徑。

以上提及的位移量是在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間透鏡單元在最靠近物體的位置和最靠近圖像的位置之間的位置差。當(dāng)透鏡單元的位置在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近像側(cè)時(shí)，位移量的符號為正，當(dāng)透鏡單元的位置在望遠(yuǎn)端比在廣角端更接近物側(cè)時(shí)，位移量的符號為負(fù)。

接下來，描述以上條件表達(dá)式的技術(shù)含義。已知變焦透鏡從物側(cè)到像側(cè)按順序包括分別具有正、負(fù)、正和負(fù)折光力的第一到第四透鏡單元，其中第二透鏡單元在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦時(shí)朝向像側(cè)移動。為了在這樣的變焦透鏡中同時(shí)獲得第二透鏡單元L2的高變焦效果以及整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小，第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2的折光力需要增大。

同時(shí)，為了獲得良好的光學(xué)性能，需要通過增大在第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2中的透鏡的數(shù)目以便可以在這些透鏡之間分配折光力來減少像差。然而這增大了第一透鏡單元L1和第二透鏡單元L2的厚度。此外，為了獲得寬的視角，已經(jīng)很大的第一透鏡單元的有效直徑被增大，并且這也增大了第一透鏡單元的厚度。這些因素妨礙整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。

相反，本發(fā)明的變焦透鏡被配置成使得第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4移動以用于變焦，第二透鏡單元L2移動以校正由變焦引起的像面變動。為了在這樣的配置中獲得高變焦效果，第二透鏡單元L2、第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4的折光力需要被增大(在絕對值上)，但是第一透鏡單元L1的折光力不需要增大，使得第一透鏡單元L1的有效直徑能夠不增大。

這樣，本發(fā)明的第一透鏡單元L1可以用更少的透鏡形成，并且視角的加寬不太增大前透鏡的有效直徑。從而促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。

另外，本發(fā)明的變焦透鏡被配置成使得第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間獨(dú)立于彼此(沿不同的軌跡)朝向物側(cè)移動，以使得第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4可以共擔(dān)變焦的任務(wù)。這種配置允許較短變焦行程(位移量)的高變焦比，以及總體透鏡長度的尺寸減小。通過進(jìn)一步滿足條件表達(dá)式(1)到(3)，本發(fā)明的變焦透鏡獲得了寬的視角、高變焦比、整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小，以及在整個(gè)變焦范圍上良好的光學(xué)性能。

條件表達(dá)式(1)限定了第三透鏡單元L3的焦距與第三透鏡單元L3用于變焦的位移量的比值。通過滿足條件表達(dá)式(1)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得高變焦比和整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。如果第三透鏡單元L3的焦距過短，使得條件表達(dá)式(1)的比值低于其中限定的下限，則球面像差和彗形像差在整個(gè)變焦范圍上增大到難以減小這些像差的程度。

相反地，如果第三透鏡單元L3的焦距過長，使得條件表達(dá)式(1)的比值超過其中限定的上限，則第三透鏡單元L3僅產(chǎn)生小的變焦效果。然后，為了獲得高變焦比，第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4必須移動更長來變焦(即，更大的位移量)。這不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@樣的更長的變焦行程延長了總體透鏡長度。

條件表達(dá)式(2)限定了第四透鏡單元L4的焦距與第四透鏡單元L4用于變焦的位移量的比值。通過滿足條件表達(dá)式(2)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得高變焦比和整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。如果第四透鏡單元L4具有過短的負(fù)焦距(或絕對值過大的負(fù)折光力)，使得條件表達(dá)式(2)的比值超過其中限定的上限，則球差和彗差在整個(gè)變焦范圍上增大到難以減小這些像差的程度。

相反地，如果第四透鏡單元L4具有過長的負(fù)焦距(或絕對值過小的負(fù)折光力)，使得條件表達(dá)式(2)的比值低于其中限定的下限，則第四透鏡單元L4僅產(chǎn)生小的變焦效果。然后，為了獲得高變焦比，第三透鏡單元L3和第四透鏡單元L4必須移動更長來變焦。這不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@樣的更長的變焦行程延長了總體透鏡長度。

條件表達(dá)式(3)限定了第一透鏡單元L1中最靠近物側(cè)的透鏡表面的曲率半徑和第一透鏡單元L1中最靠近像側(cè)的透鏡表面的曲率半徑。通過滿足條件表達(dá)式(3)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得寬的視角、高光學(xué)性能和整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。如果曲率半徑R1a和曲率半徑R2a過大，使得條件表達(dá)式(3)的比值低于其中限定的下限，則穿過第一透鏡單元L1中最靠近物側(cè)的透鏡表面的離軸光線的入射高度在廣角端大。然后，第一透鏡單元L1尺寸必須增大。相反地，如果曲率半徑R1a和曲率半徑R2a過小，使得條件表達(dá)式(3)的比值超過其中限定的上限，像場彎曲在廣角端增大。

在每個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)元件被適當(dāng)?shù)卦O(shè)置以滿足上述條件表達(dá)式(1)到(3)。從而，變焦透鏡同時(shí)獲得高變焦比、高光學(xué)性能和整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。

優(yōu)選地，條件表達(dá)式(1)到(3)中的數(shù)值在每個(gè)實(shí)施例中可以設(shè)置如下。

0.3<f3/|m3|<0.8···(1a)

-1.2<f4/|m4|<-0.3···(2a)

2.0<(R2a+R1a)/(R2a-R1a)<20.0···(3a)

如上所述，本發(fā)明提供了獲得寬的視角、高變焦比、整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小和良好的光學(xué)性能的變焦透鏡。

更優(yōu)選地，本發(fā)明的變焦透鏡可以滿足以下條件表達(dá)式中的至少一個(gè)。

20.0<f1/D1<200.0···(4)

1.50<nd11a<1.80···(5)

45.0<νd11a<75.0···(6)

-3.6<f2/fw<-2.0···(7)

1.85<nd24a<2.00···(8)

14.0<νd24a<22.0···(9)

65.0<νd3a···(10)

0.010<θgF-(0.644-0.00168×νd)<0.070···(11)

0.5<m2/ft<1.3···(12)

在以上條件表達(dá)式中，“f1”代表第一透鏡單元L1的焦距，并且“D1”代表第一透鏡單元L1在光軸上的厚度(透鏡單元厚度)，“nd11a”代表單獨(dú)地構(gòu)成第一透鏡單元L1的正透鏡G11的材料的折射率，“νd11a”代表正透鏡G11的材料的阿貝數(shù)，“f2”代表第二透鏡單元L2的焦距，并且“fw”代表在廣角端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。

另外，“nd24a”代表正透鏡G24的材料的折射率，正透鏡G24是構(gòu)成第二透鏡單元L2的透鏡中的一個(gè)，其中第二透鏡單元L2從物側(cè)到像側(cè)按順序由負(fù)透鏡G21、負(fù)透鏡G22、負(fù)透鏡G23和正透鏡G24構(gòu)成，“νd24a”代表正透鏡G24的材料的阿貝數(shù)，“νd3a”代表第三透鏡單元L3中多個(gè)正透鏡的材料的平均阿貝數(shù)，“νd”代表第三透鏡單元L3中的正透鏡的至少兩個(gè)的材料的阿貝數(shù)，并且“θgF”代表該兩個(gè)正透鏡的材料的部分色散比。

此外，“m2”代表在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間朝向像側(cè)移動并且然后朝向物側(cè)移動的第二透鏡單元L2在光軸上的位置之間的距離。具體地，該距離是在從廣角端到望遠(yuǎn)端的變焦期間第二透鏡單元L2位于最靠近物體的位置到第二透鏡單元L2位于最靠近圖像的位置放的距離。最后，“ft”代表在望遠(yuǎn)端的整個(gè)系統(tǒng)的焦距。

在實(shí)施例中的光學(xué)材料的阿貝數(shù)和部分色散比如下決定。當(dāng)Ng、NF、Nd和NC分別代表材料對g線(435.8nm)、F線(486.1nm)、d線(587.6nm)和C線(656.3nm)(夫瑯和費(fèi)譜線)的折射率時(shí)，材料的阿貝數(shù)νd和材料對g線和F線的部分色散比θgF分別由以下公式表示。

νd＝(Nd-1)/(NF-NC)

θgF＝(Ng-NF)/(NF-NC)

接下來，描述以上條件表達(dá)式的技術(shù)含義。

條件表達(dá)式(4)限定了第一透鏡單元L1的焦距與第一透鏡單元L1在光軸上的厚度(透鏡單元厚度)的比值。通過滿足條件表達(dá)式(4)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得寬的視角和透鏡系統(tǒng)的尺寸減小。

如果第一透鏡單元L1的透鏡單元厚度過大，使得條件表達(dá)式(4)的比值低于其中限定的下限，則穿過第一透鏡單元L1中最靠近物側(cè)的透鏡表面的離軸光線的入射高度在靠近廣角端的變焦范圍中大。于是，前透鏡(即，第一透鏡單元L1)的有效直徑必須增大。相反地，如果第一透鏡單元L1焦距過長，使得條件表達(dá)式(4)的比值超過其中限定的上限，則如果要加寬視角，前透鏡的有效直徑必須增大。

條件表達(dá)式(5)限定了第一透鏡單元L1的正透鏡G11的材料的折射率。通過滿足條件表達(dá)式(5)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得良好的光學(xué)性能和整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。如果正透鏡G11的材料的折射率過低，低于在條件表達(dá)式(5)中限定的下限，則第一透鏡單元L1的透鏡單元厚度增大，結(jié)果這延長了總體透鏡長度。

相反地，如果正透鏡G11的材料的折射率過高，超過在條件表達(dá)式(5)中限定的上限，則匹茲伐和(Petzval sum)減少，這將場曲和像散增大到難以校正它們的程度。

條件表達(dá)式(6)限定了第一透鏡單元L1的正透鏡G11的材料的阿貝數(shù)。通過滿足條件表達(dá)式(6)，本發(fā)明的變焦透鏡促進(jìn)廣角端的橫向色差的校正并由此獲得良好的光學(xué)性能。

低于在條件表達(dá)式(6)中限定的下限的阿貝數(shù)是不期望的，因?yàn)闄M向色差在廣角端增大。相反地，超過在條件表達(dá)式(6)中限定的上限的阿貝數(shù)也是不期望的，因?yàn)闄M向色差在廣角端被過度校正。

條件表達(dá)式(7)限定了第二透鏡單元L2的焦距。通過滿足條件表達(dá)式(7)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得良好的光學(xué)性能和透鏡系統(tǒng)的尺寸減小。如果第二透鏡單元L2的負(fù)焦距的絕對值過大，使得條件表達(dá)式(7)的比值低于其中限定的下限，則被配置成校正由變焦引起的像面變動的透鏡單元必須移動更長，這延長了總體透鏡長度。相反地，如果第二透鏡單元L2的負(fù)焦距的絕對值過小，使得條件表達(dá)式(7)的比值超過其中限定的上限，則在廣角端不期望地產(chǎn)生大的場曲。

條件表達(dá)式(8)限定了正透鏡G24的材料的折射率，正透鏡G24是第二透鏡單元L2中最靠近圖像的透鏡。通過滿足條件表達(dá)式(8)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得良好的光學(xué)性能和整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。如果正透鏡G24的材料的折射率過低，低于在條件表達(dá)式(8)中限定的下限，則第二透鏡單元L2的透鏡單元厚度必須增大，并且這延長了總體透鏡長度。相反地，如果正透鏡G24的材料的折射率過高，超過了在條件表達(dá)式(8)中限定的上限，則匹茲伐和減少到難以校正場曲和像散的程度。

條件表達(dá)式(9)限定了正透鏡G24的材料的阿貝數(shù)，正透鏡G24是第二透鏡單元L2中最靠近圖像的透鏡。通過滿足條件表達(dá)式(9)，本發(fā)明的變焦透鏡有利地校正在廣角端的橫向色差并由此獲得高光學(xué)性能。如果正透鏡G24的材料的阿貝數(shù)過小，低于在條件表達(dá)式(9)中限定的下限，則橫向色差在廣角端被過度校正。相反地，如果正透鏡G24的材料的阿貝數(shù)過大，超過了在條件表達(dá)式(9)中限定的上限，則橫向色差在廣角端校正不足。

條件表達(dá)式(10)限定了第三透鏡單元L3中的正透鏡的材料的平均阿貝數(shù)。通過滿足條件表達(dá)式(10)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得良好的光學(xué)性能和高變焦比。如果正透鏡的材料的平均阿貝數(shù)過小，低于在條件表達(dá)式(10)中限定的下限，則軸上色差在整個(gè)變焦范圍上增大，這使得難以獲得良好的光學(xué)性能。

條件表達(dá)式(11)限定了第三透鏡單元L3中的正透鏡的至少兩個(gè)的阿貝數(shù)和部分色散比。通過滿足條件表達(dá)式(11)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得良好的光學(xué)性能和高變焦比。如果部分色散比θgF過小，使得條件表達(dá)式(11)的值低于其中限定的下限，則軸上色差(二次光譜)在整個(gè)變焦范圍上校正不足。相反地，如果部分色散比θgF過大，使得條件表達(dá)式(11)的值超過其中限定的上限，則軸上色差(二次光譜)在整個(gè)變焦范圍上過度校正。

條件表達(dá)式(12)限定了在變焦時(shí)第二透鏡單元L2移動的距離，即，第二透鏡單元L2從光軸上最靠近物體的位置到光軸上最靠近圖像的位置的位移量。通過滿足條件表達(dá)式(12)，本發(fā)明的變焦透鏡同時(shí)獲得透鏡系統(tǒng)的尺寸減小和高變焦比。如果第二透鏡單元L2的位移量過小，使得條件表達(dá)式(12)的比值低于其中限定的下限，為了高變焦比，第二透鏡單元L2的負(fù)折光力必須增大(在絕對值上)。于是，場曲和橫向色差在變焦期間變化巨大。相反地，如果第二透鏡單元L2的位移量過大，使得條件表達(dá)式(12)的比值超過其中限定的上限，則總體透鏡長度增大。

優(yōu)選地，條件表達(dá)式(4)到(12)中的數(shù)值在實(shí)施例中可以如下設(shè)置。

25.0<f1/D1<140.0···(4a)

1.55<nd11a<1.75···(5a)

50.0<νd11a<65.0···(6a)

-3.2<f2/fw<-2.2···(7a)

1.90<nd24a<2.00···(8a)

16.0<νd24a<20.0···(9a)

68.0<νd3a···(10a)

0.013<θgF-(0.644-0.00168×νd)<0.040···(11a)

0.65<m2/ft<1.15···(12a)

當(dāng)每個(gè)實(shí)施例的變焦透鏡的元件被如上配置時(shí)，變焦透鏡可以獲得整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小、寬的視角、高變焦比和在整個(gè)變焦范圍上的高光學(xué)性能。當(dāng)以上條件表達(dá)式適當(dāng)?shù)貑卧蠒r(shí)，本發(fā)明的有利效果可被增強(qiáng)。

接下來，描述實(shí)施例1到實(shí)施例6的變焦透鏡的配置。除非另作說明，實(shí)施例的透鏡單元中的透鏡從物側(cè)到像側(cè)按順序布置。

[實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3]

第一透鏡單元L1由具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G11)形成。這種配置促進(jìn)減小前透鏡的有效直徑。第二透鏡單元L2由以下透鏡形成：具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G21)，具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G22)，以及通過膠合負(fù)雙凹透鏡(G23)和具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G24)形成的膠合透鏡。

可替代地，第二透鏡單元L2由以下透鏡形成：具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G21)，負(fù)雙凹透鏡(G22)，以及通過膠合負(fù)雙凹透鏡(G23)和正雙凸透鏡(G24)形成的膠合透鏡。第二透鏡單元L2的負(fù)折光力因此在三個(gè)負(fù)透鏡之中分配，這使得當(dāng)視角加寬時(shí)會發(fā)生的場曲能夠減小。

第三透鏡單元L3由以下透鏡形成：在其兩個(gè)表面上是非球面的正雙凸透鏡(G31)，具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G32)，通過膠合具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G33)和在其像側(cè)表面是非球面的正雙凸面透鏡(G34)形成的膠合透鏡，以及具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G35)。這種配置允許高變焦比和在整個(gè)變焦范圍上的球差和彗差的減小。

第四透鏡單元L4由在其兩個(gè)透鏡表面上是非球面的負(fù)雙凹透鏡形成。第四透鏡單元L4具有非球面透鏡表面的這種配置既獲得高變焦比和又獲得在中間變焦位置處彗差的減小。第五透鏡單元L5由正雙凸透鏡形成。作為正透鏡，第五透鏡單元L5增強(qiáng)遠(yuǎn)心度以使得離軸光線以接近直角的角度進(jìn)入圖像拾取元件，從而減少由于陰影導(dǎo)致的外圍光減少。

[實(shí)施例4]

第一透鏡單元L1由具有面向物側(cè)的凸面并且在其兩個(gè)表面上是非球面的正彎月透鏡(G11)形成。在其兩個(gè)表面上是非球面的第一透鏡單元L1促進(jìn)在廣角端的畸變校正。第二透鏡單元L2由以下透鏡形成：具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G21)，具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G22)，以及通過膠合負(fù)雙凹透鏡(G23)和具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G24)形成的膠合透鏡。

第三透鏡單元L3由以下透鏡形成：在其兩個(gè)表面上是非球面的正雙凸透鏡(G31)，通過膠合具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G32)和在其像側(cè)表面是非球面的正雙凸面透鏡(G33)形成的膠合透鏡，以及具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G34)。第四透鏡單元L4由在其兩個(gè)表面上是非球面的負(fù)雙凹透鏡形成。第五透鏡單元L5由單個(gè)正雙凸透鏡形成。

[實(shí)施例5]

第一透鏡單元L1由具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G11)形成。第二透鏡單元L2由以下透鏡形成：具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G21)，具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G22)，負(fù)雙凹透鏡(G23)，以及具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G24)。

第三透鏡單元L3由以下透鏡形成：在其兩個(gè)表面上是非球面的正雙凸透鏡(G31)，通過膠合具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G32)和其像側(cè)表面是非球面的正雙凸透鏡(G33)形成的膠合透鏡。第四透鏡單元L4由負(fù)雙凹透鏡形成。第五透鏡單元L5由單個(gè)正雙凸透鏡形成。

[實(shí)施例6]

第一透鏡單元L1由具有面向物側(cè)的凸面的正彎月透鏡(G11)形成。第二透鏡單元L2由以下透鏡形成：具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G21)，具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G22)，具有面向像側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G23)，以及正雙凸透鏡(G24)。

第三透鏡單元L3由以下透鏡形成：在其兩個(gè)表面上是非球面的正雙凸透鏡(G31)，通過膠合具有面向物側(cè)的凸面的負(fù)彎月透鏡(G32)和其像側(cè)表面是非球面的正雙凸透鏡(G33)形成的膠合透鏡。第四透鏡單元L4由負(fù)雙凹透鏡形成。第五透鏡單元L5由負(fù)雙凹透鏡形成。第六透鏡單元L6由正雙凸透鏡構(gòu)成。

接下來，參考圖13描述使用本發(fā)明的變焦透鏡作為其圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)的圖像拾取裝置(監(jiān)控相機(jī))的實(shí)施例。圖13中的參考編號如下：10表示監(jiān)控相機(jī)機(jī)身，11表示圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)，其是實(shí)施例1到實(shí)施例6的變焦透鏡的任意一個(gè)，12表示被配置成接收由圖像拾取光學(xué)系統(tǒng)11形成的被攝體圖像的諸如CCD傳感器或CMOS傳感器之類的圖像拾取元件(光電轉(zhuǎn)換元件)，13表示存儲器，其存儲構(gòu)成由圖像拾取元件12光電轉(zhuǎn)換的被攝體圖像的信息，并且14表示用于傳遞由圖像拾取元件12光電轉(zhuǎn)換的被攝體圖像的網(wǎng)絡(luò)線纜。

作為圖像拾取裝置，本發(fā)明不限于監(jiān)控相機(jī)，并且也適合于其它裝置，諸如視頻相機(jī)或數(shù)字相機(jī)。

除了上述任意變焦透鏡之外，本發(fā)明的圖像拾取裝置可以包括用于電力地校正由變焦透鏡引起的畸變和/或橫向色差的校正電路(校正設(shè)備)(像差校正設(shè)備)。當(dāng)圖像拾取裝置這樣被配置成允許變焦透鏡的畸變和橫向色差時(shí)，變焦透鏡需要更少的透鏡，這有助于整個(gè)系統(tǒng)的尺寸減小。橫向色差的電校正促進(jìn)在圖像拾取上的彩色模糊的減少，并因此促進(jìn)分辨力的改進(jìn)。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明的主旨的情況下可以進(jìn)行各種修改和改變。

接下來，例示分別對應(yīng)于本發(fā)明的實(shí)施例1到實(shí)施例6的數(shù)值數(shù)據(jù)1到6。在每單元數(shù)值數(shù)據(jù)中，“i”代表從物側(cè)的光學(xué)表面的序號，“ri”代表第i光學(xué)表面(或僅作第i面)的曲率半徑，“di”代表第i面和第i+1面之間的間隔，并且ndi和νdi分別代表具有第i面的光學(xué)構(gòu)件的材料對d線的折射率和阿貝數(shù)。

“BF”代表在空氣中的后焦距，其是從最后面的透鏡表面到近軸像面的距離?？傮w透鏡長度是后焦距BF與從第一透鏡表面到最后面的透鏡表面的距離的總距離。非球面表面有加星號的表面編號。

另外，用“k”代表偏心率，“A4”“A6”“A8”“A10”代表非球面系數(shù)，并且“x”代表在距離光軸h的高度處從表面頂點(diǎn)沿光軸的位移，非球面形狀如下表示：

x＝(h²/R)/[1+{1-(1+k)(h/R)²}^1/2]+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰

其中R是近軸曲率半徑。

表1示出了條件表達(dá)式(1)到(12)和數(shù)值數(shù)據(jù)1到6之間的對應(yīng)關(guān)系。在表1中，“G31”“G33”“G34”和“G35”表示第三透鏡單元從物側(cè)的第一、第三、第四和第五透鏡。

[數(shù)值數(shù)據(jù)1]

[單位：mm]

表面數(shù)據(jù)

非球面數(shù)據(jù)

第11面

k＝-3.21252e-001

A4＝-2.43022e-005

A6＝-4.09554e-008

A8＝-6.57816e-010

A10＝-4.37261e-012

第12面

k＝0.00000e+000

A4＝3.40354e-005

A6＝-3.53503e-008

A8＝-9.53608e-010

第17面

k＝1.10167e+000

A4＝-2.56689e-006

A6＝5.35569e-008

A8＝-7.34329e-010

A10＝7.10741e-012

第20面

k＝-5.20135e+004

A4＝-1.16004e-004

A6＝3.94426e-006

A8＝-3.02893e-007

A10＝7.32199e-009

第21面

k＝0.00000e+000

A4＝7.34718e-005

A6＝-2.89091e-006

多種數(shù)據(jù)

變焦透鏡單元數(shù)據(jù)

[數(shù)值數(shù)據(jù)2]

[單位：mm]

表面數(shù)據(jù)

球面數(shù)據(jù)

第11面

k＝-2.75567e-001

A4＝-2.87828e-005

A6＝-9.54766e-008

A8＝3.17602e-010

A10＝-1.31061e-011

第12面

k＝0.00000e+000

A4＝3.88153e-005

A6＝-4.33970e-008

A8＝-1.10005e-009

第17面

k＝1.01430e+000

A4＝-8.36334e-006

A6＝4.75254e-008

A8＝1.36509e-009

A10＝-9.95755e-012

第20面

k＝1.53352e+007

A4＝1.72795e-004

A6＝-1.27453e-005

A8＝-1.76767e-007

A10＝1.83430e-008

第21面

k＝0.00000e+000

A4＝3.56843e-004

A6＝-1.46894e-005

A8＝-1.46892e-007

A10＝1.50997e-008

多種數(shù)據(jù)

變焦透鏡單元數(shù)據(jù)

[數(shù)值數(shù)據(jù)3]

[單位：mm]

表面數(shù)據(jù)

非球面數(shù)據(jù)

第11面

k＝-3.08221e-001

A4＝-2.27857e-005

A6＝-5.09300e-008

A8＝-1.02497e-009

A10＝4.89471e-013

第12面

k＝0.00000e+000

A4＝4.44122e-005

A6＝-1.52107e-007

A8＝-1.69322e-010

第17面

k＝2.11872e+000

A4＝-2.09168e-005

A6＝2.24321e-007

A8＝-2.91286e-009

A10＝2.06505e-011

第20面

k＝1.06798e+003

A4＝-1.56913e-004

A6＝2.46927e-006

A8＝-7.24585e-008

A10＝1.31505e-009

第21面

k＝0.00000e+000

A4＝-1.65143e-005

A6＝-4.50230e-007

多種數(shù)據(jù)

變焦透鏡單元數(shù)據(jù)

[數(shù)值數(shù)據(jù)4]

[單位：mm]

表面數(shù)據(jù)

非球面數(shù)據(jù)

第1面

k＝-1.69717e+000

A4＝5.29542e-006

A6＝-8.48213e-009

A8＝1.08032e-011

A10＝-1.94115e-015

第2面

k＝0.00000e+000

A4＝5.40434e-006

A6＝-1.45891e-008

A8＝2.47254e-011

A10＝-1.41142e-014

第11面

k＝-3.53765e-001

A4＝-2.67039e-005

A6＝-8.76502e-008

A8＝-8.97303e-010

A10＝-9.98922e-012

第12面

k＝0.00000e+000

A4＝2.30996e-005

A6＝-1.45948e-008

A8＝-2.45838e-009

第15面

k＝-3.75337e+000

A4＝-5.86132e-006

A6＝-5.87535e-009

A8＝3.06371e-009

A10＝-3.20509e-011

第18面

k＝-3.55459e+001

A4＝-3.74925e-005

A6＝-2.05436e-006

A8＝7.41421e-010

A10＝9.77184e-010

第19面

k＝0.00000e+000

A4＝1.27535e-004

A6＝-1.23364e-006

多種數(shù)據(jù)

變焦透鏡單元數(shù)據(jù)

[數(shù)值數(shù)據(jù)5]

[單位：mm]

表面數(shù)據(jù)

非球面數(shù)據(jù)

第11面

k＝1.88582e-001

A4＝-5.62415e-005

A6＝1.97132e-007

A8＝-7.99231e-010

A10＝5.49056e-011

第12面

k＝0.00000e+000

A4＝1.09531e-004

A6＝3.87115e-007

A8＝4.10847e-010

A10＝8.94648e-011

第16面

k＝1.66483e+000

A4＝9.63946e-005

A6＝-4.21155e-007

A8＝2.03346e-008

A10＝-2.23220e-010

多種數(shù)據(jù)

變焦透鏡單元數(shù)據(jù)

[數(shù)值數(shù)據(jù)6]

[單位：mm]

表面數(shù)據(jù)

非球面數(shù)據(jù)

第11面

k＝4.10535e-002

A4＝-6.81622e-005

A6＝-7.56211e-007

A8＝1.57624e-008

A10＝-1.43358e-010

第12面

k＝0.00000e+000

A4＝1.19898e-004

A6＝-1.07739e-006

A8＝2.20808e-008

A10＝-1.73640e-010

第16面

k＝1.58083e+000

A4＝1.14026e-004

A6＝5.30962e-007

A8＝-1.70318e-008

A10＝2.45225e-010

多種數(shù)據(jù)

變焦透鏡單元數(shù)據(jù)

[表1]

雖然已經(jīng)參考示范性的實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)理解到本發(fā)明不限制于公開的示范性的實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范疇將符合最寬泛的解讀以便包圍所有這樣的修改和等效結(jié)構(gòu)以及功能。