CN106556925A - 变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置。该变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：对于变焦不移动的正的第一透镜单元；在变焦期间移动的负的第二透镜单元；在变焦期间移动的至少一个变焦透镜单元；光阑；以及对于变焦不移动的正的固定透镜单元。第一透镜单元从物体侧到像侧依次包括：对于聚焦不移动的第一透镜子单元；在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时朝着物体侧移动的正的第二透镜子单元；以及在聚焦期间移动的正的第三透镜子单元。第二透镜子单元包括具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜。
Description
技术领域
本发明涉及适合于电视广播摄像机、视频摄像机、数字静物摄像机、卤化银胶片摄像机等的变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置。
背景技术
近年来，对于诸如电视摄像机、卤化银胶片摄像机、数字静物摄像机和视频摄像机的图像拾取装置，要求具有大的孔径比(大的F数)和大的变焦比并且实现高的光学性能的紧凑变焦透镜。作为具有大的孔径比和大的变焦比的一般变焦透镜，已知存在总体上包括四个透镜单元的正引导型四单元变焦透镜，在该正引导型四单元变焦透镜中，被设置为最接近物体的透镜单元具有正折光力。已知该四单元变焦透镜具有其中从物体侧到像侧依次布置用于聚焦的第一透镜单元、用于变焦的具有负折光力的第二透镜单元、用于校正由于变焦而造成的像平面变动的第三透镜单元以及用于图像形成的具有正折光力的第四透镜单元的配置。
例如，在日本专利No.4469625中，第一透镜单元分成从物体侧依次布置的第一负透镜子单元G11、第二正透镜子单元G12和第三正透镜子单元G13。日本专利No.4469625提出通过在光轴上移动第二正透镜子单元G12执行聚焦的内聚焦(inner-focus)型变焦透镜。
随着图像拾取元件的像素的分辨率增强，存在对于在所有的变焦范围和所有的聚焦范围上的高的光学性能的要求。为了使得前述的正引导型变焦透镜实现尺寸的减小和高的光学性能两者，有必要适当地设定各透镜的折光力和透镜配置，特别是第一透镜单元中的焦度布置和透镜配置。
根据日本专利No.4469625，第一透镜单元具有数量增加的透镜以增强对于像差校正的设计自由度，使得变焦透镜可实现更高的性能。然而，第一透镜单元包括具有大的有效直径的透镜，因此第一透镜单元中的透镜数量的增加引起整个产品的重量的增加。
发明内容
在这些情况下，本发明具有提供一种变焦透镜的目的，该变焦透镜装配有其中焦度布置和透镜配置被适当地设定以减小由于变焦和聚焦而造成的像差的第一透镜单元，由此在所有的变焦范围和所有的聚焦范围上实现高的光学性能的同时实现尺寸和重量的减小。
为了实现以上目的，根据本发明的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：第一透镜单元，该第一透镜单元具有正折光力并且对于变焦不移动；第二透镜单元，该第二透镜单元具有负折光力并且在变焦期间移动；至少一个变焦透镜单元，该至少一个变焦透镜单元在变焦期间移动；光阑；以及固定透镜单元，该固定透镜单元具有正折光力并且对于变焦不移动。所述第一透镜单元从物体侧到像侧依次包括：第一透镜子单元，该第一透镜子单元对于聚焦不移动；第二透镜子单元，该第二透镜子单元具有正折光力并且在从无限远距离物体(an object at infinite distance)向近距离物体(an object at short distance)聚焦时朝着物体侧移动；以及第三透镜子单元，该第三透镜子单元具有正折光力并且在聚焦期间移动。所述第二透镜子单元包括具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜。
根据本发明，能够获得变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置，该变焦透镜具有其中焦度布置和透镜配置被适当地设定以减小由于变焦和聚焦而造成的像差的变动的第一透镜单元，并且由此实现尺寸和重量的减小。
从以下参照附图的示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清晰。
附图说明
图1A是示例1中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的截面透镜图。
图1B是示例1中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的截面透镜图。
图2A是示例1中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的像差图。
图2B是示例1中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图2C是示例1中的变焦透镜在望远端处向无限远聚焦时的像差图。
图2D是示例1中的变焦透镜在望远端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图3A是示例2中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的截面透镜图。
图3B是示例2中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的截面透镜图。
图4A是示例2中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的像差图。
图4B是示例2中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图4C是示例2中的变焦透镜在望远端处向无限远聚焦时的像差图。
图4D是示例2中的变焦透镜在望远端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图5A是示例3中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的截面透镜图。
图5B是示例3中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的截面透镜图。
图6A是示例3中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的像差图。
图6B是示例3中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图6C是示例3中的变焦透镜在望远端处向无限远聚焦时的像差图。
图6D是示例3中的变焦透镜在望远端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图7A是示例4中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的截面透镜图。
图7B是示例4中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的截面透镜图。
图8A是示例4中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的像差图。
图8B是示例4中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图8C是示例4中的变焦透镜在望远端处向无限远聚焦时的像差图。
图8D是示例4中的变焦透镜在望远端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图9A是示例5中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的截面透镜图。
图9B是示例5中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的截面透镜图。
图10A是示例5中的变焦透镜在广角端处向无限远聚焦时的像差图。
图10B是示例5中的变焦透镜在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图10C是示例5中的变焦透镜在望远端处向无限远聚焦时的像差图。
图10D是示例5中的变焦透镜在望远端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
图11是使用示例的变焦透镜中的任一个作为图像拍摄光学系统的图像拾取装置(电视摄像机系统)的主要部分的示意图。
图12是示出在聚焦之前和之后入射在透镜单元上的轴上近轴光线的近轴布置图。
具体实施方式
以下，参照附图详细描述本发明的实施例。
本发明的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括第一透镜单元、第二透镜单元、至少一个变焦透镜单元、光阑以及固定透镜单元。所述第一透镜单元具有正折光力并且对于变焦不移动，所述第二透镜单元具有负折光力并且在变焦期间移动，所述至少一个变焦透镜单元在变焦期间移动，并且所述固定透镜单元具有正折光力并且对于变焦不移动。所述第一透镜单元从物体侧到像侧依次包括第一透镜子单元、第二透镜子单元以及第三透镜子单元。所述第一透镜子单元在聚焦时被固定，所述第二透镜子单元具有正折光力并且在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时朝着物体侧移动，并且所述第三透镜子单元具有正折光力并且在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时朝着物体侧移动。在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时，所述第二透镜子单元和第三透镜子单元沿不同的轨迹移动，并且所述第二透镜子单元包括具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜。
这里，提供对在本发明中采用前述的聚焦方法的情况下的光学效果的描述。
首先，参照图12，提供对使用浮动(floating)的传统技术的聚焦方法中的问题的描述，在该传统技术中，多个移动单元被移动各自不同的量以执行从无限远距离物体向最小距离物体(an object at minimum distance)的聚焦。
第一透镜单元L1从物体侧以以下次序包括：对于聚焦不移动的第一透镜子单元LA、在聚焦时移动的第二透镜子单元LB1和在聚焦时移动的第三透镜子单元LB2。在图12中，来自无限远距离物体的近轴光线由实线描绘，b1和b2指示对于无限远距离物体的第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2在光轴上的位置，并且t指示b1与b2之间的距离。另外，Ha、Hb1和Hb2分别指示第一透镜子单元LA、第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2中的近轴光线高度。同时，来自某一有限距离物体的近轴光线由虚线描绘，b1′和b2′指示对于该某一有限距离物体的第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2在光轴上的位置，并且T(t<T)表示b1′与b2′之间的距离。然后，Ta′、Hb1′和Hb2′分别指示第一透镜子单元LA、第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2中的近轴光线高度。这里，轴上近轴光线被定义为在离光学系统的光轴具有1的高度的光与光轴平行地进入光学系统时所获得的近轴光线(假定整个光学系统的焦距被归范化为1)。通过将某一区间的端部处的光线高度之间的差除以该区间的长度，获得光线的倾斜度(gradient)。在假设物体位于光学系统的左侧且从物体侧入射到光学系统上的光线从左向右行进的情况下，提供以下描述。光学系统上的入射角度在从光轴测量时对于顺时针角度用正号表达，而对于逆时针角度用负号表达。
如果以与对于无限远距离物体的位置关系相同的位置关系布置的第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2在距离t保持不变的情况下对于相同的某一有限距离物体定位，那么第二透镜子单元LB1在光轴上的位置为处于位置b1′的像平面侧的位置b1″，并且第三透镜子单元LB2在光轴上的位置为处于位置b2′的物体侧的位置b2″。然后，Ha″、Hb1″和Hb2″分别指示第一透镜子单元LA、第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2中的近轴光线高度。
接着，t<T时和t＝T时第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2的近轴光线高度具有以下关系：
Hb1'>Hb1"
Hb2'>Hb2"。
这里，根据三次像差理论，球面像差的三次像差系数I与近轴光线高度h的四次方成比例，并且像散的三次像差系数III与近轴光线高度h的平方成比例。因此，在第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2中，当t和T从t＝T变为t<T时，球面像差和轴上色差的三次像差系数按以下方式改变。
[1]第二透镜子单元LB1：球面像差的三次像差系数I变为正侧(plus side)，并且像散的三次像差系数III也变为正侧。因此，球面像差变为欠校正(under-correct)，并且像散也变为欠校正。
[2]第三透镜子单元LB2：球面像差的三次像差系数I变为负侧(minus side)，并且像散的三次像差系数III也变为负侧。因此，球面像差变为过校正(over-correct)，并且像散也变为过校正。
使用浮动的聚焦方法巧妙地利用前述通过移动第二透镜子单元LB1和第三透镜子单元LB2导致的像差变动，并由此减小由于聚焦而造成的像差变动。
一般地，在使用浮动的聚焦方法中，对于无限远距离物体的Hb1-Ha与对于有限距离物体的Hb1′-Ha′之间的差的减小使得能够减小球面像差和像散的变动。并且，通过向像平面侧移动第三透镜子单元LB2，球面像差和像散在向最小距离物体聚焦时被过校正。
同时，在使用浮动的聚焦方法中，还存在进一步减小尺寸和进一步增强光学性能的需要。为了实现它们，有必要出于朝着像侧移位(shift)第一透镜单元L1的主点(principal point)的目的而增大第一透镜子单元LA的焦度(power)，并且也有必要出于减小第二透镜子单元LB1中的聚焦单元的行程(stroke)长度的目的而使第二透镜子单元LB1的焦度增大。然而，如果完成这些焦度增大，那么对于有限距离物体的Hb1′-Ha′相对于对于无限远距离物体的Hb1-Ha可能太大，并且球面像差和像散的变动可能过度地欠校正。这可能在聚焦时导致出现这些像差的大的变动的问题。
另外，当第一透镜子单元LA和第二透镜子单元LB1的焦度太高时，在向最小距离物体聚焦时的球面像差和像散不能被第三透镜子单元LB2过校正。
作为前述问题的主要解决方案，本发明提供具有拥有面向像侧的凸表面的负弯月透镜的第二透镜子单元LB1，由此，即使在使用浮动的聚焦方法中，也实现尺寸的进一步减小和光学性能的进一步增强。
并且，优选满足以下条件表达式：
条件表达式(1)指定第二透镜子单元中具有面向像侧的凸表面的弯月透镜的负折光力相对于第二透镜子单元的折光力的比率，由此指定对于尺寸和重量的减小以及像差变动的减小的要求。在条件表达式(1)中，表示第二透镜子单元中具有面向像侧的凸表面的弯月透镜的负折光力，并且表示第二透镜子单元的折光力。为了使得光学系统实现尺寸和重量的减小以及像差变动的减小两者，由表达式(1)指定的数值范围是所希望的。要注意，由于折光力被定义为焦距的倒数，所述缩短透镜的焦距意味着增大透镜的折光力，而延长透镜的焦距意味着减小透镜的折光力。
当以上的比率达到条件表达式(1)的下限时，弯月透镜的负折光力太低，而第二透镜子单元的折光力太高。当弯月透镜的负折光力相对于第二透镜子单元的折光力太低时，在聚焦时像差大大地改变。
当以上的比率达到条件表达式(1)的上限时，弯月透镜的折光力太高，而第二透镜子单元的折光力太低。当弯月透镜的负折光力相对于第二透镜子单元的折光力太高时，第二透镜子单元中的聚焦单元的行程长度如此长以至于光学系统的尺寸和重量增大。
在条件表达式(1)中，更优选满足由以下表达式(1a)指定的范围：
并且，希望满足以下条件表达式：
条件表达式(2)指定第二透镜子单元的折光力与第一透镜单元的折光力的比率，由此指定对于尺寸和重量的减小以及像差变动的减小的要求。在条件表达式(2)中，表示第二透镜子单元的折光力，并且表示第一透镜单元的折光力。为了使得光学系统实现尺寸和重量的减小以及像差变动的减小两者，由表达式(2)指定的数值范围是所希望的。
当以上的比率达到条件表达式(2)的下限时，第二透镜子单元的折光力太低，而第一透镜单元的折光力太高。当第二透镜子单元的折光力相对于第一透镜单元的折光力太低时，在聚焦时第二透镜子单元的行程长度如此之长以至于光学系统的尺寸和重量增大。
当以上的比率达到条件表达式(2)的上限时，第二透镜子单元的折光力太高，而第一透镜单元的折光力太低。当第二透镜子单元的折光力相对于第一透镜单元的折光力太高时，在聚焦时像差大大地改变。
在条件表达式(2)中，更优选满足由以下表达式(2a)指定的范围：
另外，希望满足以下条件表达式：
条件表达式(3)指定第三透镜子单元的折光力与第一透镜单元的折光力的比率，由此指定对于尺寸和重量的减小以及像差变动的减小的要求。在条件表达式(3)中，表示第三透镜子单元的折光力，并且指示第一透镜单元的折光力。为了使得光学系统实现尺寸和重量的减小以及像差变动的减小两者，由表达式(3)指定的数值范围是所希望的。
当以上的比率达到条件表达式(3)的下限时，第三透镜子单元的折光力太低，而第一透镜单元的折光力太高。当第三透镜子单元的折光力相对于第一透镜单元的折光力太低时，在聚焦时第三透镜子单元的行程长度如此长以至于光学系统的尺寸和重量增大。
当以上的比率达到条件表达式(3)的上限时，第三透镜子单元的折光力太高，而第一透镜单元的折光力太低。当第三透镜子单元的折光力相对于第一透镜单元的折光力太高时，在聚焦时像差大大地改变。
在条件表达式(3)中，更优选满足由以下表达式(3a)指定的范围：
并且，希望满足以下条件表达式：
条件表达式(4)指定第二透镜子单元的折光力与第三透镜子单元的折光力的比率，由此指定对于像差变动的减小的要求。在条件表达式(4)中，表示第二透镜子单元的折光力，并且表示第三透镜子单元的折光力。为了减小聚焦时的像差变动，由表达式(4)指定的数值范围是所希望的。
当以上的比率达到条件表达式(4)的下限时，第二透镜子单元的折光力太低，而第三透镜单元的折光力太高。作为结果，在聚焦时第三透镜子单元的行程长度如此短以至于光学系统的尺寸可减小，但是另一方面，在聚焦时像差可能大大地改变。
当以上的比率达到条件表达式(4)的上限时，第二透镜子单元的折光力太高，而第三透镜单元的折光力太低。作为结果，在聚焦时第二透镜子单元的行程长度如此短以至于光学系统的尺寸可减小，但是另一方面，在聚焦时像差可能大大地改变。
在条件表达式(4)中，更优选满足由以下表达式(4a)指定的范围：
此外，希望满足以下条件表达式：
3<SF12n<6 (5)。
条件表达式(5)指定第二透镜子单元的弯月透镜的形状因子SF12n，假定形状因子SF由下式表达：
SF＝(R2+R1)/(R2-R1) (5a)
这里，R1表示透镜的物体侧的曲率半径，并且R2表示透镜的像侧的曲率半径。为了减小聚焦时的像差变动，由表达式(5)指定的数值范围是所希望的。
当形状因子SF12n达到条件表达式(5)的下限时，透镜在物体侧的曲率半径R1与像侧的曲率半径R2之间具有如此大的差，以至于弯月透镜的负折光力太高。作为结果，第二透镜子单元的正折光力太低。结果，这增加了在聚焦时第二透镜子单元的行程长度，并且导致光学系统的尺寸的增大。
当形状因子SF12n达到条件表达式(5)的上限时，透镜在物体侧的曲率半径R1与像侧的曲率半径R2之间具有如此小的差，以至于弯月透镜的折光力太低。作为结果，可使得在聚焦时第二透镜子单元的行程长度短并因此可减小光学系统的尺寸。然而，另一方面，在聚焦时像差大大地改变。
在条件表达式(5)中，更优选满足由以下表达式(5b)指定的范围：
3.30<SF12n<5.60 (5b)。
另外，本发明的变焦透镜满足以下条件表达式：
15.00<ftele/fwide<25.00 (6)
这里，fwide表示广角端处的焦距，并且ftele表示望远端处的焦距。
图1A和图1B分别是作为本发明的示例1的数值示例1在广角端(短焦距端)处向无限远距离物体聚焦以及向最小距离物体聚焦时的截面透镜图。图2A、图2B、图2C和图2D分别是在广角端处向无限远聚焦时、在广角端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时、在望远端处向无限远聚焦时以及在望远端处向最小距离(离开第一表面950mm)聚焦时的像差图。
在每个截面透镜图中，左侧是被照体(物体)侧(前侧)，而右侧是像侧(后侧)。参考符号U1是具有正折光力且始终被固定的第一透镜单元。参考符号U2是变焦期间的第二透镜单元，该第二透镜单元在光轴上朝着像平面侧移动以执行从广角端到望远端的变焦。参考符号U3和U4是均用于变焦的第三透镜单元和第四透镜单元，该第三透镜单元和第四透镜单元在光轴上从广角端向望远端移动。参考符号SP是始终被固定的孔径光阑，并且U5是具有图像形成作用的第五透镜单元(中继(relay)透镜单元)。用于焦距转换的转换器(扩展器(extender))可被安装在第五透镜单元内。另外，第五透镜单元和随后的单元可在变焦、图像稳定化等期间移动，或者第五透镜单元可包括多个透镜子单元。参考符号DG是颜色分离棱镜、光学过滤器(optical filter)等，并且在附图中被描绘为玻璃块。参考符号IP是像平面，并且与固态图像拾取元件的像平面等同。
在每个像差图中，球面像差的实线和虚线分别是e线和g线。像散的实线和虚线分别为弧矢像面(△S)和子午像面(△M)，并且横向色差由g线代表。假定通过光阑位置处的光线的中心的光线被设定为主光线，则像散和横向色差代表像差量。然后，ω表示近轴光线的半视角，并且Fno表示F数。在以下示例中，广角端和望远端指的是用于变焦的透镜单元被分别定位在光轴上的机械可移动范围的一端和另一端的变焦位置。
根据本发明，能够获得变焦透镜和包括变焦透镜的图像拾取装置，该变焦透镜具有其中焦度布置和透镜配置被适当地设定以使得变焦透镜可减小由于变焦和聚焦而造成的像差的变动并且实现尺寸的减小的第一透镜单元。
[示例1]
示例1的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元U1、具有负折光力的第二透镜单元U2、第三和第四透镜单元U3和U4(变焦透镜单元)、光阑SP以及具有正折光力的第五透镜单元(固定透镜单元)U5。第一透镜单元U1和第五透镜单元U5对于变焦不移动。第二透镜单元U2、第三透镜单元U3和第四透镜单元U4在变焦期间移动。
在作为数值示例1的示例1中，提供对第一透镜单元U1、第一透镜子单元U11、第二透镜子单元U12和第三透镜子单元U13的描述。
第一透镜单元U1在数值示例1中覆盖第一到第17透镜表面。
第一透镜子单元U11在数值示例1中覆盖第一到第七透镜表面，并且包括从物体侧依次布置的负透镜、接合透镜、以及正透镜，所述接合透镜包括依次布置并且被接合在一起的负透镜和正透镜。第一透镜子单元U11在聚焦时被固定。
第二透镜子单元U12在数值示例1中覆盖第八到第15透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括正透镜、具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜、正透镜、以及正透镜。第二透镜子单元U12在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第三透镜子单元U13在数值示例1中覆盖第16和第17透镜表面，并且包括正透镜。第三透镜子单元U13在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第二透镜子单元和第三透镜子单元在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时沿不同的轨迹移动。表1呈现了从示例1获得的条件表达式的值。本数值示例1满足条件表达式(1)-(6)，并且实现良好的光学性能。
[示例2]
示例2中的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元U1、具有负折光力的第二透镜单元U2、第三和第四透镜单元U3和U4(变焦透镜单元)、光阑SP以及具有正折光力的第五透镜单元(固定透镜单元)U5。第一透镜单元U1和第五透镜单元U5对于变焦不移动。第二透镜单元U2、第三透镜单元U3和第四透镜单元U4在变焦期间移动。
在作为数值示例2的示例2中，提供对第一透镜单元U1、第一透镜子单元U11、第二透镜子单元U12和第三透镜子单元U13的描述。
第一透镜单元U1在数值示例2中覆盖第一到第17透镜表面。
第一透镜子单元U11在数值示例2中覆盖第一到第七透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括负透镜、接合透镜、以及正透镜，所述接合透镜包括依次布置并且被接合在一起的负透镜和正透镜。第一透镜子单元U11在聚焦时被固定。
第二透镜子单元U12在数值示例2中覆盖第八到第15透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括正透镜、具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜、正透镜、以及正透镜。第二透镜子单元U12在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第三透镜子单元U13在数值示例2中覆盖第16和第17透镜表面，并且包括正透镜。第三透镜子单元U13在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第二透镜子单元和第三透镜子单元在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时沿不同的轨迹移动。表1呈现了从示例2获得的条件表达式的值。本数值示例2满足条件表达式(1)-(6)，并且实现良好的光学性能。
[示例3]
示例3中的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元U1、具有负折光力的第二透镜单元U2、第三和第四透镜单元U3和U4(变焦透镜单元)、光阑SP以及具有正折光力的第五透镜单元(固定透镜单元)U5。第一透镜单元U1和第五透镜单元U5对于变焦不移动。第二透镜单元U2、第三透镜单元U3和第四透镜单元U4在变焦期间移动。
在作为数值示例3的示例3中，提供对第一透镜单元U1、第一透镜子单元U11、第二透镜子单元U12和第三透镜子单元U13的描述。
第一透镜单元U1在数值示例3中覆盖第一到第16透镜表面。
第一透镜子单元U11在数值示例3中覆盖第一到第六透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括负透镜、正透镜、以及正透镜。第一透镜子单元U11在聚焦时被固定。
第二透镜子单元U12在数值示例3中覆盖第七到第14透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括正透镜、具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜、正透镜、以及正透镜。第二透镜子单元U12在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第三透镜子单元U13在数值示例3中覆盖第15和第16透镜表面，并且包括正透镜。第三透镜子单元U13在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。第二透镜子单元和第三透镜子单元在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时沿不同的轨迹移动。
表1呈现了从示例3获得的条件表达式的值。本数值示例3满足条件表达式(1)-(6)，并且实现良好的光学性能。
[示例4]
示例4中的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元U1、具有负折光力的第二透镜单元U2、第三和第四透镜单元U3和U4(变焦透镜单元)、光阑SP以及具有正折光力的第五透镜单元(固定透镜单元)U5。第一透镜单元U1和第五透镜单元U5对于变焦不移动。第二透镜单元U2、第三透镜单元U3和第四透镜单元U4在变焦期间移动。
在作为数值示例4的示例4中，提供对第一透镜单元U1、第一透镜子单元U11、第二透镜子单元U12和第三透镜子单元U13的描述。
第一透镜单元U1在数值示例4中覆盖第一到第17透镜表面。
第一透镜子单元U11在数值示例4中覆盖第一到第七透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括负透镜、接合透镜、以及正透镜，所述接合透镜包括依次布置并且被接合在一起的负透镜和正透镜。第一透镜子单元U11在聚焦时被固定。
第二透镜子单元U12在数值示例4中覆盖第八到第15透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括正透镜、具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜、正透镜、以及正透镜。第二透镜子单元U12在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第三透镜子单元U13在数值示例4中覆盖第16和第17透镜表面，并且包括正透镜。第三透镜子单元U13在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。第二透镜子单元和第三透镜子单元在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时沿不同的轨迹移动。
表1呈现了从示例4获得的条件表达式的值。本数值示例4满足条件表达式(1)-(6)，并且实现良好的光学性能。
[示例5]
示例5中的变焦透镜从物体侧到像侧依次包括具有正折光力的第一透镜单元U1、具有负折光力的第二透镜单元U2、第三透镜单元U3(变焦透镜单元)、光阑SP以及具有正折光力的第四透镜单元(固定透镜单元)U4。第一透镜单元U1和第四透镜单元U4对于变焦不移动。第二透镜单元U2和第三透镜单元U3在变焦期间移动。
在作为数值示例5的示例5中，提供对第一透镜单元U1、第一透镜子单元U11、第二透镜子单元U12和第三透镜子单元U13的描述。
第一透镜单元U1在数值示例5中覆盖第一到第17透镜表面。
第一透镜子单元U11在数值示例5中覆盖第一到第七透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括负透镜、接合透镜、以及正透镜，所述接合透镜包括依次布置并且被接合在一起的负透镜和正透镜。第一透镜子单元U11在聚焦时被固定。
第二透镜子单元U12在数值示例5中覆盖第八到第15透镜表面，并且从物体侧到像侧依次包括正透镜、具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜、正透镜、以及正透镜。第二透镜子单元U12在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。
第三透镜子单元U13在数值示例5中覆盖第16和第17透镜表面，并且包括正透镜。第三透镜子单元U13在向最小距离聚焦时朝着物体侧移位。第二透镜子单元和第三透镜子单元在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时沿不同的轨迹移动。
表1呈现了从示例5获得的条件表达式的值。本数值示例5满足条件表达式(1)-(6)，并且实现良好的光学性能。
接着，提供对使用以上描述的变焦透镜中的每一个作为图像拍摄光学系统的图像拾取装置的描述。图11是使用示例的变焦透镜中的任一个作为图像拍摄光学系统的图像拾取装置(电视摄像机系统)的主要部分的示意图。在图11中，参考符号101是示例1-5的变焦透镜中的任一个。
参考符号124是摄像机。变焦透镜101可拆卸地附接到摄像机124。参考符号125是通过将变焦透镜101附接到摄像机124形成的图像拾取装置。变焦透镜101包括第一透镜单元114、变焦单元(也充当聚焦单元)115和用于图像形成的第五透镜单元116，所述变焦单元115(也充当聚焦单元)包括在变焦时移动的第二和第三透镜单元以及在变焦和聚焦时移动的第四透镜单元。参考符号SP是孔径光阑。在变焦和聚焦时被固定的第五透镜单元116包括可插入和退出光路的变焦光学系统IE。
变焦单元115具有驱动机构，使得变焦单元115可在光轴方向上被驱动。参考符号117和118分别是电驱动变焦单元115和孔径光阑SP的驱动器，诸如马达。参考符号119和120是用于检测变焦单元115中的透镜单元在光轴上的位置并且检测孔径光阑SP的孔径直径的检测器，诸如编码器、电位计和光传感器。这里，变焦单元115中的每个透镜单元的驱动轨迹可以是由螺旋体、凸轮或类似物导致的机械轨迹和由超声波马达或类似物导致的电轨迹中的任一个。在摄像机124中，参考符号109是与摄像机124中的光学过滤器或颜色分离棱镜等同的玻璃块，并且参考符号110是用于接收由变焦透镜101形成的被照体图像(光学图像)的光的固态图像拾取元件(光电转换元件)，诸如CCD传感器或CMOS传感器。然后，参考符号111和122分别是用于控制摄像机124和变焦透镜101的各种类型的驱动的CPU。通过向以上描述的电视摄像机应用本发明的变焦透镜，获得实现高的光学性能的图像拾取装置。
以上，已描述了本发明的优选实施例。然而，应当注意的是，本发明不限于这些实施例，而是在不背离本发明的精神的情况下可以以各种方式进行修改或者改动。
接着，呈现对于本发明的示例1-5的数值示例1-5。在每个数值示例中，i表示从物体侧计数的表面的序号，ri表示从物体侧起第i个表面的曲率半径，di表示从物体侧起第i个表面和第i+1个表面之间的距离，并且ndi和νdi分别表示包括第i个表面的光学组件的折射率和Abbe数。最后三个表面具有诸如过滤器的玻璃块。焦距、F数和半视角指示向无限远距离物体聚焦时的值。然后，BF表示从玻璃块的最后表面到像平面的空气换算的距离值。
表1呈现了示例与条件表达式之间的对应关系。
(数值示例1)
单位：mm
表面数据
非球面数据
第18表面
k＝1.70731e+002
A4＝9.28346e-006
A6＝-1.76629e-008
A8＝5.54259e-011
A10＝-3.10285e-013
A12＝7.67821e-016
各种数据
变焦透镜单元数据
向最小距离聚焦时聚焦单元的行程长度
单个透镜数据
(数值示例2)
单位：mm
表面数据
非球面数据
第18表面
k＝2.24654e+002
A4＝8.31929e-006
A6＝-1.10823e-008
A8＝3.52846e-011
A10＝-6.98654e-013
A12＝2.01673e-015
各种数据
变焦透镜单元数据
向最小距离聚焦时聚焦单元的行程长度
单个透镜数据
(数值示例3)
单位：mm
表面数据
非球面数据
第17表面
k＝-1.48284e+002
A4＝1.04235e-005
A6＝-1.41408e-008
A8＝2.57126e-011
A10＝-1.43958e-013
A12＝4.94899e-016
各种数据
变焦透镜单元数据
向最小距离聚焦时聚焦单元的行程长度
单个透镜数据
(数值示例4)
单位：mm
表面数据
非球面数据
第18表面
k＝1.06416e+002
A4＝8.62776e-006
A6＝-2.33905e-008
A8＝1.02204e-010
A10＝-4.46300e-013
A12＝7.67037e-016
各种数据
变焦透镜单元数据
向最小距离聚焦时聚焦单元的行程长度
单个透镜数据
(数值示例5)
单位：mm
表面数据
各种数据
变焦透镜单元数据
向最小距离聚焦时聚焦单元的行程长度
单个透镜数据
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
Claims (8)
1.一种变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜从物体侧到像侧依次包括：
第一透镜单元，该第一透镜单元具有正折光力并且对于变焦不移动；
第二透镜单元，该第二透镜单元具有负折光力并且在变焦期间移动；
至少一个变焦透镜单元，该至少一个变焦透镜单元在变焦期间移动；
光阑；以及
固定透镜单元，该固定透镜单元具有正折光力并且对于变焦不移动，
其中，所述第一透镜单元从物体侧到像侧依次包括：
第一透镜子单元，该第一透镜子单元对于聚焦不移动；
第二透镜子单元，该第二透镜子单元具有正折光力并且在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时朝着物体侧移动；以及
第三透镜子单元，该第三透镜子单元具有正折光力并且在聚焦期间移动；并且
所述第二透镜子单元包括具有面向像侧的凸表面的负弯月透镜。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足：
这里，表示所述第二透镜子单元的负弯月透镜的折光力，并且表示所述第二透镜子单元的折光力。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足：
这里，表示所述第二透镜子单元的折光力，表示所述第三透镜子单元的折光力，并且表示所述第一透镜单元的折光力。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足：
3.00<(R2+R1)/(R2-R1)<6.00，
这里，R1表示所述第二透镜子单元的负弯月透镜的物体侧的曲率半径，并且R2表示所述第二透镜子单元的负弯月透镜的像侧的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
所述变焦透镜满足：
15.00<ftele/fwide<25.00，
这里，fwide表示广角端处的焦距，并且ftele表示望远端处的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时，所述第三透镜子单元朝着物体侧移动。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，
在从无限远距离物体向近距离物体聚焦时，所述第二透镜子单元和第三透镜子单元沿不同的轨迹移动。
8.一种图像拾取装置，其特征在于，该图像拾取装置包括：
根据权利要求1-7中的任一项所述的变焦透镜；和
图像拾取元件，该图像拾取元件接收由所述变焦透镜形成的光学图像的光。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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