CN110082896A - 变焦透镜、包括变焦透镜的图像拾取装置和图像拾取系统 - Google Patents
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Abstract
公开了变焦透镜、包括变焦透镜的图像拾取装置和图像拾取系统。该变焦透镜从物侧起按顺序包括：第一正透镜单元、第二负透镜单元、第三正透镜单元、第四负透镜单元、第五正透镜单元，其中在从广角端起的变焦期间，相邻透镜单元之间的间隔被改变，使得第二透镜单元被配置为从物侧向像侧移动，并且第三透镜单元和第四透镜单元被配置为移动，并且第三透镜单元的焦距、第四透镜单元的焦距、第二透镜单元在从广角端到望远端的变焦期间的移动量，以及第三透镜单元在从广角端到望远端的变焦期间的移动量被适当地设置。
Description
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装置，并且本发明特别适合作为诸如数字静态照相机、视频照相机、监视照相机和广播照相机之类的图像拾取装置中使用的图像拾取光学系统。
背景技术
近来，作为在图像拾取装置中使用的图像拾取光学系统的变焦透镜需要是具有高变焦比的紧凑变焦透镜。
作为满足该要求的变焦透镜，已知正导型变焦透镜，其包括从物侧到像侧按顺序布置的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以及由一个或多个透镜单元构成的后单元。
日本专利申请特开No.2006-337745和No.2012-113285均公开了由从物侧到像侧按顺序布置的以下透镜单元构成的变焦透镜：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和具有正折光力的第五透镜单元。
在日本专利申请特开No.2006-337745和No.2012-113285中公开的变焦透镜相对容易被制成具有高变焦比的紧凑变焦透镜。为了获得具有高变焦比的总尺寸紧凑并且在整个变焦范围内实现高光学性能的变焦透镜，重要的是适当地设置变焦类型、透镜单元的折光力、透镜单元在变焦期间的移动轨迹，等等。
特别是对于具有上述变焦类型的五单元变焦透镜，重要的是适当地设置第三透镜单元的折光力、第四透镜单元的折光力、第二透镜单元和第三透镜单元在变焦期间的移动轨迹和移动量，等等。除非适当地设置这些配置，否则难以获得具有高变焦比的紧凑变焦透镜。
另外，重要的是相对于布置在孔径光阑的像侧的透镜单元的整个变焦透镜倍率、变焦期间的移动轨迹和移动量等适当地设置透镜单元的折光力。
本发明的一个目的是提供一种具有高变焦比并且在整个变焦范围内实现高光学性能的紧凑变焦透镜，以及包括该变焦透镜的图像拾取装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，变焦透镜从物侧到像侧按顺序包括：
第一透镜单元，具有正折光力；
第二透镜单元，具有负折光力；
第三透镜单元，具有正折光力；
第四透镜单元，具有负折光力；和
第五透镜单元，具有正折光力，其中
在从广角端到望远端的变焦期间，相邻透镜单元之间的间隔以这样的方式改变：第二透镜单元被配置为从物侧向像侧移动，并且第三透镜单元和第四透镜单元被配置为移动，并且
以下条件表达式被满足：
-1.52≤f3/f4≤-1.25；和
3.0≤|M2/M3|≤6.0，其中
f3表示第三透镜单元的焦距，f4表示第四透镜单元的焦距，M2表示在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元的移动量，M3表示在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元的移动量。
参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是实施例1的变焦透镜在广角端处的截面图。
图2A是实施例1的变焦透镜在广角端处的像差图。
图2B是实施例1的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图2C是实施例1的变焦透镜在望远端处的像差图。
图3是实施例2的变焦透镜在广角端处的截面图。
图4A是实施例2的变焦透镜在广角端处的像差图。
图4B是实施例2的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图4C是实施例2的变焦透镜在望远端处的像差图。
图5是实施例3的变焦透镜在广角端处的截面图。
图6A是实施例3的变焦透镜在广角端处的像差图。
图6B是实施例3的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图6C是实施例3的变焦透镜在望远端处的像差图。
图7是实施例4的变焦透镜在广角端处的截面图。
图8A是实施例4的变焦透镜在广角端处的像差图。
图8B是实施例4的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图8C是实施例4的变焦透镜在望远端处的像差图。
图9是实施例5的变焦透镜在广角端处的截面图。
图10A是实施例5的变焦透镜在广角端处的像差图。
图10B是实施例5的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图10C是实施例5的变焦透镜在望远端处的像差图。
图11是实施例6的变焦透镜在广角端处的截面图。
图12A是实施例6的变焦透镜在广角端处的像差图。
图12B是实施例6的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图12C是实施例6的变焦透镜在望远端处的像差图。
图13是实施例7的变焦透镜在广角端处的截面图。
图14A是实施例7的变焦透镜在广角端处的像差图。
图14B是实施例7的变焦透镜在中间变焦位置处的像差图。
图14C是实施例7的变焦透镜在望远端处的像差图。
图15是实施例的图像拾取装置(监视照相机)的主要部分的示意图。
具体实施方式
在下文中，描述根据本发明实施例的变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置。根据本发明实施例的变焦透镜包括从物侧到像侧按顺序布置的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和具有正折光力的第五透镜单元L5。
在变焦期间，第一透镜单元L1和第五透镜单元L5不移动，但第二透镜单元L2、第三透镜单元L3和第四透镜单元L4移动。在变焦期间，相邻透镜单元之间的间隔然后被改变。
图1、图3、图5、图7、图9、图11和图13是本发明实施例1至7的变焦透镜在广角端(最短焦距)处的截面图。
图2A、图2B和图2C是分别示出了实施例1的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
图4A、图4B和图4C是分别示出了实施例2的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
图6A、图6B和图6C是分别示出了实施例3的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
图8A、图8B和图8C是分别示出了实施例4的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
图10A、图10B和图10C是分别示出了实施例5的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
图12A、图12B和图12C是分别示出了实施例6的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
图14A、图14B和图14C是分别示出了实施例7的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端(最长焦距)处的像差图。
实施例1是变焦比为21.51且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
实施例2是变焦比为21.92且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
实施例3是变焦比为21.92且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
实施例4是变焦比为19.92且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
实施例5是变焦比为21.92且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
实施例6是变焦比为15.93且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
实施例7是变焦比为24.92且F数为1.65至3.71的变焦透镜。
每个实施例的变焦透镜是在诸如视频照相机、数码照相机、TV照相机和监视照相机之类的图像拾取装置中使用的图像拾取光学系统。在截面图中，被摄体侧(物侧)(前侧)在左侧，并且像侧(后侧)在右侧。在截面图中，L0表示变焦透镜。i表示从物侧起的透镜单元的顺序，并且Li表示第i个透镜单元。
在截面图中，SP表示布置在第三透镜单元L3的物侧的孔径光阑。在截面图中，GB表示对应于滤光器、面板、晶体低通滤波器、红外截止滤波器等的光学元件。IP表示像面，并且当变焦透镜被用作视频照相机或数字静态照相机的图像拾取光学系统时，布置诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的图像拾取元件(光电转换元件)。
箭头指示在从广角端到望远端的变焦(倍率)中的聚焦期间透镜单元的移动轨迹和透镜单元的移动方向。在像差图中的球面像差中，实线的参考符号d表示d线(波长为587.6nm)，双点划线的参考符号g表示g线(波长为435.8nm)。在像散图中，虚线的参考符号M表示d线的子午像面，并且实线的参考符号S表示d线的弧矢像面。倍率色差由相对于d线的g线表示。ω表示半视角(图像拾取角度的一半值)(度)，并且Fno表示F数。
在实施例的截面图中，L1表示具有正折光力的第一透镜单元、L2表示具有负折光力的第二透镜单元、L3表示具有正折光力的第三透镜单元并且L4表示具有负折光力的第四透镜单元。L5表示具有正折光力的第五透镜单元。每个实施例示出了五单元变焦透镜。
在实施例中，在变焦期间，第一透镜单元L1和第五透镜单元L5不移动。在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元L2如箭头所指示的朝向像侧移动。第三透镜单元L3朝向物侧移动。第四透镜单元L4朝向物侧移动。在变焦期间，孔径光阑SP不移动。
利用第四透镜单元L4的移动，校正与倍率相关联的像面变化并且还执行聚焦。与第四透镜单元L4相关的实线曲线4a和虚线曲线4b分别是用于在聚焦到无限远和近距离期间校正与倍率相关联的像面变化的移动轨迹。通过如箭头4C所示的将第四透镜单元L4向后侧移动来执行从无限远到近距离的聚焦。聚焦不限于由第四透镜单元L4执行，并且可以由不同的单个透镜单元或多个透镜单元执行。例如，可以通过第二透镜单元L2的一部分透镜或第五透镜单元L5来执行聚焦。
在上述正导型五单元变焦透镜中，使用在变焦期间移动第一透镜单元的变焦方法实现了紧凑的变焦透镜并且有助于高变焦比。然而，在例如用于监视的照相机中，如果第一透镜单元在变焦期间是可移动的，则减小了抗冲击性、防水性和防尘性。因此，实施例的变焦透镜中的第一透镜单元在变焦期间不移动。
在实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，第三透镜单元L3如箭头所示的从像侧向物侧移动。第三透镜单元L3在广角端处比在望远端处被布置得更靠近像侧，这增大了第三透镜单元L3和具有负折光力的第二透镜单元L2之间的间隔。这使得广角端处的变焦透镜的焦距更容易朝向广角侧增大。
另外，在从广角端到望远端的变焦期间，第三透镜单元L3朝向物侧的移动扩大了第三透镜单元L3的像侧的空间。结果，有效地确保了在从广角端到望远端的变焦期间第四透镜单元L4移动所需的空间，并且有效地实现了透镜总长度的缩短。
第一透镜单元L1在聚焦期间不移动，然而，如果需要，第一透镜单元L1可以被移动以进行像差校正。可以通过移动第三透镜单元L3的全部或部分透镜使得在垂直于光轴的方向上设置分量来校正由于图像捕获期间变焦透镜的振动而导致的捕获图像的模糊。
每个实施例的变焦透镜是紧凑的变焦透镜，其中指定元件以形成具有诸如变焦比为20的高变焦比的变焦透镜。为了在缩短透镜的总长度的同时确保有效的变焦比，优选的是实现有效利用第三透镜单元L3的像侧的空间。为此，第三透镜单元L3的折光力和在从广角端到望远端的变焦期间的移动量是重要因素。
因此，在实施例中，以下条件表达式被满足：
-1.52≤f3/f4≤-1.25......(1)；
3.0≤|M2/M3|≤6.0......(2)，其中
f3表示第三透镜单元L3的焦距，f4表示第四透镜单元L4的焦距。M2表示在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元L2的移动量，并且M3表示在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元L3的移动量。
在从广角端到望远端的变焦期间透镜单元的移动量是透镜单元在广角端处和在望远端处之间在光轴上的位置的差。当在望远端处的透镜单元被定位得比在广角端处的透镜单元更靠近像侧时，透镜单元的移动量的符号为正，并且当在望远端处的透镜单元被定位得比在广角端处的透镜单元更靠近物侧时，透镜单元的移动量的符号为负。
接下来，描述上述条件表达式的技术含义。条件表达式(1)用于适当地设置第三透镜单元L3的焦距f3与第四透镜单元L4的焦距f4的比率。
当该值超过条件表达式(1)的上限并且第三透镜单元L3的正折光力变得更强时，难以校正广角端处的球面像差。而且，在从广角端到望远端的变焦期间，像场弯曲和彗形像差的变化增大，并且难以减小像差变化。当该值低于条件表达式(1)的下限并且第三透镜单元L3的正折光力变得更强时，由于在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元L3的移动量增大，并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。
条件表达式(2)用于适当地设置在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元L2的移动量与第三透镜单元L3的移动量的比率。当该值超过条件表达式(2)的上限并且作为主倍率透镜单元的第二透镜单元L2的移动量增大时，由于透镜的总长度增大并且前面元件的有效直径增大，因此不是优选的。
当该值低于条件表达式(2)的下限并且第三透镜单元L3的移动量增大时，变焦期间的像差变化增大。具体地，第三透镜单元L3执行广角端处的球面像差的校正，并且抑制在从广角端到望远端的变焦期间的像场弯曲和彗形像差的变化。因此，如果该值低于下限，则难以减小像差变化，并且也难以在变焦的整个区域中获得高的光学性能。
在实施例中，优选地，条件表达式(1)和(2)的数值范围设置如下：
-1.50≤f3/f4≤-1.30......(1a)；
3.1≤|M2/M3|≤5.0......(2a)。
更优选地，条件表达式(1a)和(2a)的数值范围设置如下：
-1.50≤f3/f4≤-1.33...(1b)；
3.2≤|M2/M3|≤4.8......(2b)。
利用上述配置，实施例均获得具有诸如变焦比为20的高变焦比并且在整个变焦范围内具有高光学性能的紧凑变焦透镜。
在实施例中，优选地，以下条件表达式中的一个或多个被满足。f1表示第一透镜单元L1的焦距。fw表示在广角端处变焦透镜的焦距。M4表示在从广角端到望远端的变焦期间第四透镜单元L4的移动量。β3W表示在广角端处第三透镜单元L3的横向倍率，β3T表示在望远端处第三透镜单元L3的横向倍率，β4W表示在广角端处第四透镜单元L4的横向倍率，并且β4T表示在望远端处第四透镜单元L4的横向倍率。f2表示第二透镜单元L2的焦距。f5表示第五透镜单元L5的焦距。
优选地，以下条件表达式中的一个或多个被满足：
2.0≤f1/f3≤4.0......(3)；
3.0≤|f1/f4|≤5.0......(4)；
6.0≤f1/fw≤12.0......(5)；
2.0≤f3/fw≤4.0......(6)；
1.0≤|f4/fw|≤3.0......(7)；
0.2≤|M4/M3|≤2.0......(8)；
1.1≤|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≤2.0......(9)；
-2.5≤f3/f2≤-1.0...(10)；
0.5≤f3/f5≤2.0......(11)。
接下来，描述上述条件表达式的技术含义。条件表达式(3)用于适当地设置第一透镜单元L1的焦距与第三透镜单元L3的焦距的比率。当该值超过条件表达式(3)的上限并且第一透镜单元L1的正折光力变弱时，由于透镜的总长度增大，因此不是优选的。当该值低于条件表达式(3)的下限并且第三透镜单元L3的正折光力变得更弱时，由于第三透镜单元L3和像面之间的间隔太长并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。
条件表达式(4)用于适当地设置第一透镜单元L1的焦距与第四透镜单元L4的焦距的比率。当该值超过条件表达式(4)的上限并且第四透镜单元L4的负折光力变得更强时(当负折光力的绝对值增大时)，难以校正与被摄体距离的变化相关联(与聚焦相关联)的像场弯曲和彗斑的变化。当该值低于条件表达式(4)的下限并且第四透镜单元L4的负折光力变得更弱时(当负折光力的绝对值减小时)，由于第四透镜单元L4聚焦所需的移动量过度增大并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。
条件表达式(5)用于适当地设置第一透镜单元L1的焦距与广角端处变焦透镜的焦距的比率。当该值超过条件表达式(5)的上限并且第一透镜单元L1的正折光力变得更弱时，由于透镜的总长度增大，因此不是优选的。当该值低于条件表达式(5)的下限并且第一透镜单元L1的正折光力变得更强时，难以校正望远端处的球面像差和像场弯曲。
条件表达式(6)用于适当地设置第三透镜单元L3的焦距与广角端处变焦透镜的焦距的比率。当该值超过条件表达式(6)的上限并且第三透镜单元L3的正折光力变得更弱时，由于第三透镜单元L3和像面之间的间隔太长并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。当该值低于条件表达式(6)的下限并且第三透镜单元L3的正折光力变得更强时，难以校正广角端处的球面像差。另外，变焦期间的像场弯曲和彗形像差的变化增大，并且难以减小像差变化。
条件表达式(7)用于适当地设置第四透镜单元L4的焦距与广角端处变焦透镜的焦距的比率。当该值超过条件表达式(7)的上限并且第四透镜单元L4的负折光力变得更弱时，由于第四透镜单元L4聚焦所需的移动量过度增大并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。当该值低于条件表达式(7)的下限并且第四透镜单元L4的负折光力变得更强时，难以校正聚焦期间的像场弯曲和彗斑的变化。
条件表达式(8)用于适当地设置在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元L3的移动量与第四透镜单元L4的移动量的比率。当该值超过条件表达式(8)的上限并且第四透镜单元L4的移动量增大时，因为变焦所需的驱动范围过度增大并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。当该值低于条件表达式(8)的下限并且第三透镜单元L3的移动量增大时，难以校正与变焦相关联的像场弯曲和彗形像差的变化。
条件表达式(9)用于适当地设置第三透镜单元L3的倍率和第四透镜单元L4的倍率。当该值超过条件表达式(9)的上限并且第三透镜单元L3的倍率和第四透镜单元L4的倍率过度增大时，第二透镜单元L2所需的倍率降低。而且，由于第三透镜单元L3的正折光力和第四透镜单元L4的负折光力变得过强，因此变焦期间的像场弯曲和彗形像差的变化增大，并且另外难以校正聚焦期间像场弯曲和彗斑的变化。
当该值低于条件表达式(9)的下限时，因为第二透镜单元L2所需的倍率过度增大以确保变焦透镜从广角端到望远端的倍率，因此这不是好的。因此，由于第二透镜单元L2变焦所需的移动量增大并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。
条件表达式(10)用于适当地设置第三透镜单元L3的焦距与第二透镜单元L2的焦距的比率。当该值超过条件表达式(10)的上限并且第三透镜单元L3的正折光力变得更强时，难以校正广角端处的球面像差。而且，难以减小变焦期间的像场弯曲和彗形像差的变化。当该值低于条件表达式(10)的下限时，第二透镜单元L2的负折光力变得更强，并且难以减小变焦期间的像场弯曲和倍率色差的变化。
条件表达式(11)用于适当地设置第三透镜单元L3的焦距与第五透镜单元L5的焦距的比率。当该值超过条件表达式(11)的上限并且第五透镜单元L5的正折光力变得更强时，难以校正整个变焦区域中的像场弯曲。当该值低于条件表达式(11)的下限并且第五透镜单元L5的正折光力变得更弱时，由于第五透镜单元L5和像面之间的距离增大并且透镜的总长度增大，因此不是优选的。
在实施例中，对于像差校正更优选的是，条件表达式(3)至(11)的数值范围被设置如下：
2.5≤f1/f3≤3.5......(3a)；
3.5≤|f1/f4|≤4.8......(4a)；
7.0≤f1/fw≤11.0......(5a)；
2.5≤f3/fw≤3.6......(6a)；
1.8≤|f4/fw|≤2.5......(7a)；
0.5≤|M4/M3|≤1.5......(8a)；
1.2≤|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≤2.5......(9a)；
-2.2≤f3/f2≤-1.5......(10a)；
0.8≤f3/f5≤1.5......(11a)。
更优选地，条件表达式(3a)至(11a)的数值范围被设置如下：
2.8≤f1/f3≤3.2......(3b)；
3.9≤|f1/f4|≤4.5......(4b)；
8.0≤f1/fw≤10.0......(5b)；
2.8≤f3/fw≤3.2......(6b)；
2.0≤|f4/fw|≤2.3......(7b)；
0.9≤|M4/M3|≤1.2......(8b)；
1.3≤|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≤1.8...(9b)；
-1.9≤f3/f2≤-1.7......(10b)；
1.0≤f3/f5≤1.3......(11b)。
利用上述配置，实施例均获得具有诸如变焦比为20的高变焦比并且在整个变焦范围内具有高光学性能的紧凑变焦透镜。
在实施例中，更优选地，满足以下配置中的一个或多个。第一透镜单元L1由从物侧到像侧按顺序布置的负透镜、正透镜和正透镜构成。利用这种配置，使用较少数量的形成第一透镜单元L1的透镜。因此，实现了透镜的总长度的缩短，并且还便于校正望远端处的球面像差和轴向色差。
第二透镜单元L2由从物侧到像侧按顺序布置的以下透镜构成：在像侧具有凹面并且在像侧具有比物侧更强的曲率的负透镜、负透镜、负透镜和在物侧具有凸面的正透镜。利用这样的配置，便于在从广角端到望远端的变焦期间减小诸如像场弯曲、彗形像差和倍率色差之类的像差变化。
在实施例1、2、4和6中，第三透镜单元L3从物侧到像侧按顺序具有以下配置。该配置包括：正透镜，其在物侧具有凸面并且具有非球面形状的表面；负透镜，其在像侧具有凹面并且具有弯月面形状；以及正透镜，其在像侧具有凸面并具有非球面形状的表面。利用这样的配置，便于减少诸如广角端处的球面像差以及在从广角端到望远端的变焦期间的像场弯曲和彗形像差之类的像差变化。
在实施例3、5和7中，第三透镜单元L3由从物侧到像侧按顺序的以下透镜构成：在物侧具有凸面并具有非球面形状的表面的正透镜、胶合透镜和在物侧具有凸面并具有非球面形状的表面的正透镜。这里的胶合透镜从物侧到像侧按顺序结合负透镜和正透镜，使得胶合透镜的表面在物侧为凸面，并且正透镜在像侧具有凹面。
利用这样的配置，减小了诸如广角端处的球面像差和轴向色差以及在从广角端到望远端的变焦期间的像场弯曲和彗形像差之类的像差变化，并且还优选减小了整个变焦区域中屏幕周围的彗斑。第四透镜单元L4由单个负透镜构成。具体地，第四透镜单元L4由在像侧具有凹面的负透镜构成。对于像差校正，如果需要，第四透镜单元L4可以由具有负折光力的胶合透镜构成，该胶合透镜由胶合在一起的负透镜和正透镜构成。
利用这种配置，使用较少数量的形成第四透镜单元L4的透镜。因此，实现了透镜的总长度的缩短。另外，简化了包括聚焦功能的第四透镜单元L4的装置配置，并且在实现聚焦速度的提高的同时便于使得整个装置最小化。
第五透镜单元L5由单个正透镜构成。具体地，第五透镜单元L5由在物侧具有凸面的正透镜构成。对于像差校正，如果需要，第五透镜单元L5可以由具有正折光力的胶合透镜构成，该胶合透镜由胶合在一起的正透镜和负透镜构成。利用这种配置，使用较少数量的形成第五透镜单元L5的透镜。因此，实现了透镜的总长度的缩短，并且还优选地校正了整个变焦区域的像场弯曲。
另外，对于像差校正，如果需要，第五透镜单元L5的至少一个表面可以具有非球面形状。第五透镜单元L5在变焦期间不移动。利用这样的配置，由于被布置得最靠近像面的透镜单元在变焦期间不必移动，所以简化了第五透镜单元L5和像面之间的装置配置，并且便于整个装置的最小化。
孔径光阑SP被布置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间，并且在变焦期间不移动。孔径光阑SP在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的布置缩短了整个变焦透镜中最靠近物侧的透镜表面与孔径光阑SP之间的距离，并且实现了前面的元件的有效直径的最小化。由于孔径光阑SP在变焦期间不移动，所以孔径光阑SP和用于保持孔径光阑SP的装置配置被简化，并且实现了整个装置的最小化。
利用上述配置，具有诸如变焦比为20的高变焦比的紧凑变焦透镜在整个变焦范围内获得了高光学性能。
接下来，参考图15描述其中根据本发明实施例的变焦透镜被用作图像拾取光学系统的监视照相机(图像拾取装置)的示例。
在图15中，附图标记10表示监视照相机主体，并且附图标记11表示由根据本发明实施例的变焦透镜构成的图像拾取光学系统。附图标记12表示由变焦透镜形成的用于接收被摄体图像的光的图像拾取元件，附图标记13表示记录信息的记录单元，并且附图标记14表示用于信息传输的网络电缆。
将根据本发明实施例的变焦透镜应用于如上所述的诸如监视照相机之类的图像拾取设备使得可以获得具有高光学性能的紧凑的图像拾取设备。如果使用诸如CMOS之类的光电转换元件作为图像拾取元件，则可以通过电子像差校正来便于实现输出图像的更高图像质量。
以上描述了本发明的优选实施例，然而，本发明不限于这些实施例，并且可以在要点的范围内以各种方式进行修改和改变。
例如，可以形成包括实施例的变焦透镜和用于控制变焦透镜的控制单元的图像拾取系统(监视照相机系统)。在这种情况下，控制单元可以控制变焦透镜，使得透镜单元在变焦期间如上所述地移动。
在这种情况下，控制单元不必与变焦透镜集成，并且可以被形成为与变焦透镜分离。例如，远离用于驱动变焦透镜的透镜的驱动单元布置的控制单元(控制设备)可以采用包括用于发送用于控制变焦透镜的控制信号(命令)的发送单元的配置。根据这种控制单元，可以远程操作变焦透镜。
控制单元可以设置有诸如控制器和按钮之类的操作单元，以用于远程操作变焦透镜以采用用于响应于从用户向操作单元的输入来控制变焦透镜的配置。例如，设置作为操作单元的放大按钮和缩小按钮，并且当用户按下放大按钮时增大变焦透镜的倍率。为了在用户按下缩小按钮时减小变焦透镜的倍率，控制单元可以被配置为将信号发送到变焦透镜的驱动单元。
图像拾取系统可以包括诸如晶体面板之类的显示单元，以用于显示关于变焦透镜的变焦的信息(移动状态)。关于变焦透镜的变焦的信息例如是透镜单元的变焦倍率(变焦状态)和移动量(移动状态)。在这种情况下，用户可以通过观看关于显示在显示单元上的变焦透镜的变焦的信息，使用操作单元来远程地操作变焦透镜。在这种情况下，例如，可以通过采用触摸板来集成显示单元和操作单元。
对应于实施例1至7的数值数据1至7如下所示。在数值数据中，ri表示从物侧起按顺序的第i个表面的曲率半径，di表示第i个表面和第i+1个表面之间的间隔(透镜厚度或空气间隔)，ndi和νdi分别表示第i个表面和第i+1个表面之间的材料(光学介质)的折射率和阿贝数。在数值数据1至7中，最靠近像侧的两个表面是对应于玻璃块的平面。
BF表示后焦距，后焦距是从最后透镜表面到近轴像面的空气等效距离。透镜的总长度是从第一透镜表面到最后透镜表面加上后焦距BF的值的长度。*表示非球面。在非球面形状中，X轴在光轴方向上，h轴在垂直于光轴的方向上，光的行进方向为正，R表示近轴曲率半径，k表示圆估计数，A4、A6、A8和A10各自表示非球面直径数。
它由以下表达式表示：
例如，“e-x”的表达意味着“×10-x”。表1中示出了上述条件表达式与数值实施例中的数值之间的关系。
[数值实施例1]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-1.83932e+000
A4＝1.13163e-004
A6＝-4.26087e-007
A8＝4.40683e-009
A10＝-3.84758e-011
第19表面
K＝1.35935e+000
A4＝-3.16271e-004
A6＝-2.23477e-006
A8＝-2.25020e-007
第20表面
K＝0.00000e+000
A4＝-3.62501e-004
A6＝-4.73602e-006
A8＝-1.09879e-007
A10＝-3.13085e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值实施例2]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-1.79983e+000
A4＝1.15850e-004
A6＝-3.23593e-007
A8＝2.93014e-009
A10＝-2.76487e-011第19表面
K＝1.65429e+000
A4＝-3.56963e-004
A6＝-2.79414e-006
A8＝-2.66105e-007
第20表面
K＝0.00000e+000
A4＝-3.96599e-004
A6＝-4.34069e-006
A8＝-1.59031e-007
A10＝-2.63324e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值实施例3]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-1.03703e+000
A4＝4.08778e-005
A6＝-1.49380e-007
A8＝3.24448e-009
A10＝-1.82767e-011
第16表面
K＝0.00000e+000
A4＝-1.67961e-005
A6＝4.54430e-008
第20表面
K＝-1.09911e+000
A4＝1.41145e-004
A6＝7.99012e-006
A8＝-3.88867e-007
A10＝1.57087e-008
第21表面
K＝1.33690e+002
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值实施例4]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-1.81706e+000
A4＝1.16204e-004
A6＝-3.41002e-007
A8＝2.78569e-009
A10＝-2.52586e-011
第19表面
K＝1.71952e+000
A4＝-3.78650e-004
A6＝-2.30365e-006
A8＝-2.77238e-007
第20表面
K＝0.00000e+000
A4＝-4.27918e-004
A6＝-4.22893e-006
A8＝-1.44521e-007
A10＝-3.21495e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值实施例5]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-1.00022e+000
A4＝3.53051e-005
A6＝-1.56450e-008
A8＝1.22554e-009
A10＝2.84487e-012
第16表面
K＝0.00000e+000
A4＝-3.97087e-005
A6＝3.01712e-007
第20表面
K＝-1.01598e+000
A4＝-2.00732e-005
A6＝5.16624e-006
A8＝-2.87861e-007
A10＝7.18814e-009
第21表面
K＝-4.93394e+003
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值实施例6]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-1.96028e+000
A4＝1.12763e-004
A6＝-4.29822e-007
A8＝2.31898e-009
A10＝-2.16112e-011
第19表面
K＝2.04090e+000
A4＝-4.06858e-004
A6＝-3.07141e-006
A8＝-2.94341e-007
第20表面
K＝0.00000e+000
A4＝-4.64468e-004
A6＝-5.34166e-006
A8＝-1.30014e-007
A10＝-4.26132e-009
各种数据
变焦透镜单元数据
[数值实施例7]
[单位mm]
表面数据
非球面数据
第15表面
K＝-9.87665e-001
A4＝3.94454e-005
A6＝-3.09449e-008
A8＝2.03771e-009
A10＝-7.24252e-012
第16表面
K＝0.00000e+000
A4＝-3.09846e-006
A6＝6.81675e-008
第20表面
K＝-9.40770e-001
A4＝9.88095e-005
A6＝7.56724e-006
A8＝-4.15844e-007
A10＝1.76028e-008
第21表面
K＝2.40133e+002
各种数据
变焦透镜单元数据
表1
尽管已经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。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以包含所有这些修改和等同的结构和功能。
Claims (21)
1.一种变焦透镜，其特征在于，从物侧到像侧按顺序包括：
第一透镜单元，具有正折光力；
第二透镜单元，具有负折光力；
第三透镜单元，具有正折光力；
第四透镜单元，具有负折光力；和
第五透镜单元，具有正折光力，其中
在从广角端到望远端的变焦期间，相邻透镜单元之间的间隔以这样的方式改变：第二透镜单元被配置为从物侧向像侧移动，并且第三透镜单元和第四透镜单元被配置为移动，并且
以下条件表达式被满足：
-1.52≤f3/f4≤-1.25；和
3.0≤|M2/M3|≤6.0，其中
f3表示第三透镜单元的焦距，f4表示第四透镜单元的焦距，M2表示在从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元的移动量，并且M3表示在从广角端到望远端的变焦期间第三透镜单元的移动量。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元被配置为对于变焦不移动。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第五透镜单元被配置为对于变焦不移动。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，孔径光阑被布置在第二透镜单元和第三透镜单元之间，并且孔径光阑被配置为对于变焦不移动。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第一透镜单元由从物侧到像侧按顺序布置的负透镜、正透镜和正透镜构成。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第四透镜单元由单个负透镜构成。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第四透镜单元由胶合在一起的正透镜和负透镜构成。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第五透镜单元由单个正透镜构成。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第五透镜单元由胶合在一起的正透镜和负透镜构成。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
2.0≤f1/f3≤4.0，其中
f1表示第一透镜单元的焦距。
11.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
3.0≤|f1/f4|≤5.0，其中
f1表示第一透镜单元的焦距。
12.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
6.0≤f1/fw≤12.0，其中
f1表示第一透镜单元的焦距，fw表示在广角端处变焦透镜的焦距。
13.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
2.0≤f3/fw≤4.0，其中
fw表示在广角端处变焦透镜的焦距。
14.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
1.0≤|f4/fw|≤3.0，其中
fw表示在广角端处变焦透镜的焦距。
15.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
0.2≤|M4/M3|≤2.0，其中
M4表示在从广角端到望远端的变焦期间第四透镜单元的移动量。
16.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
1.1≤|(β3T×β4T)/(β3W×β4W)|≤2.0，其中
β3W表示在广角端处第三透镜单元的横向倍率，β3T表示在望远端处第三透镜单元的横向倍率，β4W表示在广角端处第四透镜单元的横向倍率，并且β4T表示在望远端处第四透镜单元的横向倍率。
17.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
-2.5≤f3/f2≤-1.0，其中
f2表示第二透镜单元的焦距。
18.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，以下条件表达式被满足：
0.5≤f3/f5≤2.0，其中
f5表示第五透镜单元的焦距。
19.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，在从广角端到望远端的变焦期间，第三透镜单元被配置为向物侧移动，并且第四透镜单元被配置为向物侧移动。
20.一种图像拾取装置，其特征在于，包括：
根据权利要求1至19中任一项所述的变焦透镜；和
图像拾取元件，接收由变焦透镜形成的图像。
21.一种图像拾取系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1至19中任一项所述的变焦透镜；和
控制单元，在变焦期间控制变焦透镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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