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CN102466872A - 变焦透镜和具有所述变焦透镜的图像拾取设备 - Google Patents

变焦透镜和具有所述变焦透镜的图像拾取设备 Download PDF

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CN102466872A
CN102466872A CN2011103395235A CN201110339523A CN102466872A CN 102466872 A CN102466872 A CN 102466872A CN 2011103395235 A CN2011103395235 A CN 2011103395235A CN 201110339523 A CN201110339523 A CN 201110339523A CN 102466872 A CN102466872 A CN 102466872A
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zoom lens
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Abstract

本发明涉及一种变焦透镜和具有所述变焦透镜的图像拾取设备。变焦透镜从物侧到像侧依次包括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、孔径光阑、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。在变焦透镜中，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元被配置为保持不动，第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为相互独立地移动，并且，孔径光阑被配置为沿着向物侧凸起的轨迹移动。

Description

变焦透镜和具有所述变焦透镜的图像拾取设备
技术领域
本发明涉及变焦透镜和装备有所述变焦透镜的图像拾取设备。特别地，本发明涉及可用作诸如静态照相机、摄像机、监视照相机等之类的图像拾取设备的摄影光学系统的变焦透镜，并且涉及装备有所述变焦透镜的图像拾取设备。
背景技术
根据当前的市场偏好，希望的是，用于使用固态图像传感器的图像拾取设备中的摄影光学系统具有小的F数、广的视角和高的光学性能，并且是总尺寸小的变焦透镜。另外，还希望的是，减少在变焦期间需要的驱动源所需的功率，抑制在变焦期间会发生的微小的图像抖动，并且，第一透镜单元在变焦期间是不动的，以提高透镜筒的强度。
作为其中具有正折光力的透镜单元位于物侧的正引导型变焦透镜，已经使用了五单元变焦透镜，该五单元变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有正折光力、负折光力、正折光力、负折光力和正折光力的第一透镜单元至第五透镜单元。美国专利No.5,388,004和美国专利No.7,609,446论述了具有广视角的小尺寸变焦透镜。更具体地说，在美国专利No.5,388,004和美国专利No.7,609,446中论述的变焦透镜中，在变焦期间第一透镜单元是不动的且位于像侧的多个透镜单元移动，并且，为了聚焦，除第一透镜单元以外的透镜单元移动。
如果第一透镜单元被设置为在变焦期间不动，并且，在正引导型变焦透镜中维持和计划预定的F数和高的光学性能的同时增大视角，则第一透镜单元的有效直径可能会变得极大。因此，透镜筒的总尺寸会变大。
另外，如果增大各透镜单元的折光力以增大小尺寸变焦透镜中的视角，则各种像差的量会增大到太高的水平，以至于不能被适当地校正。因此，适当地设置各透镜单元的折光力和用于在变焦期间移动各透镜单元的条件是重要的。
特别地，除非适当地设置用于在变焦期间移动孔径光阑的条件，实现其中前透镜的有效直径小且对于整个变焦范围具有广的视角和高的光学性能的变焦透镜会变得困难。
发明内容
本发明涉及具有广视角和前透镜的有效直径小的小尺寸变焦透镜和装备有所述变焦透镜的图像拾取设备。
根据本发明的一个方面，一种变焦透镜从物侧到像侧依次包括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、孔径光阑、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。在变焦透镜中，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元被配置为保持不动，第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为相互独立地移动，并且，孔径光阑被配置为沿着向物侧凸起的轨迹移动。
根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征和方面将变得清晰。
附图说明
包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1A、1B和1C是根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。
图2A、2B和2C是根据本发明第一示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。
图3A、3B和3C是根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。
图4A、4B和4C是根据本发明第二示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。
图5A、5B和5C是根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。
图6A、6B和6C是根据本发明第三示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。
图7A、7B和7C是根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。
图8A、8B和8C是根据本发明第四示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。
图9A、9B和9C是根据本发明第五示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。
图10A、10B和10C是根据本发明第五示例性实施例的变焦透镜分别在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。
图11A、11B和11C是图示根据本发明第一示例性实施例的在执行图像稳定化操作时会发生的像差的横向像差图。
图12是图示根据本发明第一示例性实施例的在执行图像稳定化操作时会发生的像差的横向像差图。
图13图示根据本发明示例性实施例的图像拾取设备的主要部件。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本发明的各种示例性实施例、特征和方面。如本文所使用的，透镜的位于要成像的物体的一侧被称为透镜的“物侧”或前侧；并且，透镜的形成物体的像的一侧被称为透镜的“像侧”或后侧。
根据本发明的示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括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、孔径光阑、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。在变焦期间，第一透镜单元是不动的，第二至第四透镜单元和孔径光阑移动。在变焦期间，孔径光阑沿着向物侧凸起的轨迹移动。具有折光力的透镜单元可以位于第五透镜单元的物侧和第五透镜单元的像侧中的至少一个上。
图1A至1C是根据第一示例性实施例的变焦透镜在广角端(短焦距端)、中间变焦位置和望远端(长焦距端)处的透镜横截面图。图2A至2C是根据第一示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。第一示例性实施例是具有10.00的变焦比、从1.85至3.00的范围内的孔径比(F数)和从78.34°至10.96°的范围内的成像视角的变焦透镜。
图3A至3C是根据第二示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。图4A至4C是根据第二示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。第二示例性实施例是具有15.00的变焦比、从1.85至3.00的范围内的孔径比(F数)和从71.82°至65°的范围内的成像视角的变焦透镜。
图5A至5C是根据第三示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。图6A至6C是根据第三示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。第三示例性实施例是具有10.00的变焦比、从1.85至3.00的范围内的孔径比(F数)和从70.48°至9.5°的范围内的成像视角的变焦透镜。
图7A至7C是根据第四示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。图8A至8C是根据第四示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。第四示例性实施例是具有10.05的变焦比、从1.85至3.00的范围内的孔径比(F数)和从67.62°至8.96°的范围内的成像视角的变焦透镜。
图9A至9C是根据第五示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的透镜横截面图。图10A至10C是根据第五示例性实施例的变焦透镜在广角端、中间变焦位置和望远端处的像差图。第五示例性实施例是具有10.01的变焦比、从1.85至3.00的范围内的孔径比(F数)和从78.48°至10.96°的范围内的成像视角的变焦透镜。
图11A至11C是图示根据本发明第一示例性实施例的在通过分别使用第三透镜单元、第四透镜单元和第五透镜单元执行图像稳定化操作时会发生的像差的横向像差图。图12是图示根据本发明第一示例性实施例的在通过一体地操作第三透镜单元的第二和第三透镜执行图像稳定化操作时会发生的像差的横向像差图。图13图示根据本发明示例性实施例的图像拾取设备的主要部件。
根据本发明示例性实施例的变焦透镜用于诸如数字照相机、摄像机和卤化银胶片照相机的图像拾取设备，诸如双目镜的观看设备，以及诸如复印机或投影仪的光学设备中。
在图示变焦透镜的横截面图的各示图(图1A至1C、图3A至3C、图5A至5C、图7A至7C和图9A至9C)中，在图的左手部分处图示前侧(物侧，放大侧)，在图的右手部分处图示后侧(像侧，缩小侧)。此外，在图示变焦透镜的横截面图的各示图(图1A至1C、图3A至3C、图5A至5C、图7A至7C和图9A至9C)中，“i”表示从物侧向像侧观看透镜单元的顺序。“Bi”表示第i个透镜单元。
下面将详细地描述根据各示例性实施例的变焦透镜。在图示根据各示例性实施例的变焦透镜的横截面图的各示图(图1A至1C、图3A至3C、图5A至5C、图7A至7C和图9A至9C)中，“B1”表示具有正折光力(光焦度＝焦距的倒数)的第一透镜单元，“B2”表示具有负折光力的第二透镜单元，“B3”表示具有正折光力的第三透镜单元，“B4”表示具有负折光力的第四透镜单元，“B5”表示具有正折光力的第五透镜单元。
此外，“SP”表示被配置为充当确定(限制)全孔径F数(Fno)的孔径光阑的F数确定构件(下文中被简称为“孔径光阑”)。孔径光阑SP位于第二透镜单元B2和第三透镜单元B3之间。
“G”表示诸如滤光器、面板、晶体低通滤波器或红外截止滤波器的光学块。“IP”表示像面。当根据本发明示例性实施例的变焦透镜用作摄像机或数字静态照相机的摄影光学系统时，像面IP相当于诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的固态图像传感器(光电转换元件)的像面。如果根据本发明示例性实施例的变焦透镜用作卤化银胶片照相机的摄影光学系统，则像面IP是相当于卤化银胶片照相机的光学系统的胶片表面的感光表面。
在图示球面像差的各像差图(图2A至2C、图4A至4C、图6A至6C、图8A至8C和图10A至10C)的一部分中，实线表示关于d线光的球面像差。一长两短交替的划线表示关于g线光的球面像差。
在图示像散的各像差图(图2A至2C、图4A至4C、图6A至6C、图8A至8C和图10A至10C)的一部分中，虚线和实线分别表示子午像面和弧矢像面。针对g线光表示倍率色差。“Fno”表示F数，“ω”表示半视角。在图示变焦透镜的横截面图的各示图(图1A至1C、图3A至3C、图5A至5C、图7A至7C和图9A至9C)中，在从广角端到望远端的变焦期间，各透镜单元沿着由箭头表示的移动轨迹移动。
在下述的各示例性实施例中，广角端和望远端中的每一个是指当倍率变化透镜单元位于倍率变化透镜单元可以沿着光轴机械地移动的范围的各端部处时的变焦位置。
在各示例性实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，第二透镜单元B2如箭头所示向着像侧移动。另外，第三透镜单元B3和第四透镜单元B4沿着向物侧凸起的轨迹移动。在第一至第四示例性实施例中，第五透镜单元B5在变焦期间是不动的。另一方面，在第五示例性实施例中，第五透镜单元B5在变焦期间向着物侧移动。
另外，孔径光阑SP与其它透镜单元分开和独立地沿着向物侧凸起的轨迹移动。根据各示例性实施例的变焦透镜是后焦点型变焦透镜，该后焦点型变焦透镜通过沿着光轴移动第四透镜单元B4来执行聚焦。
关于第四透镜单元B4的实曲线4a和虚曲线4b分别表示在聚焦于无限远物体和最近距离物体上期间用于校正由于倍率变化而引起的像面的变化的第四透镜单元B4的移动轨迹。通过沿着向物侧凸起的轨迹移动第四透镜单元B4，根据各示例性实施例的变焦透镜可以有效地利用第三透镜单元B3和第四透镜单元B4之间的空间，并且可以有效地减少透镜总长度(从第一透镜表面到像面的距离)。
在望远端处从无限远物体聚焦到最近距离物体是通过如箭头4c所示向后(向像侧)移动第四透镜单元B4来执行的。在变焦期间，第一透镜单元B1在光轴的方向上是不动的。然而，在必要的时候可以移动第一透镜单元B1，以校正像差。
此外，可以在具有垂直于光轴的分量这样的方向上移动整个第三透镜单元B3或第三透镜单元B3的一部分、第四透镜单元B4或第五透镜单元B5，以在垂直于光轴的方向上移动图像形成位置。为了解释这点，可以移动整个第三透镜单元B3或第三透镜单元B3的一部分、第四透镜单元B4或第五透镜单元B5，以实现图像稳定。
为了实现广视角并有效地校正各种像差，根据各示例性实施例的变焦透镜从物侧到像侧依次包括具有正折光力的透镜单元、具有负折光力的透镜单元、孔径光阑、具有正折光力的透镜单元、具有负折光力的透镜单元和具有正折光力的透镜单元。通过从物侧到像侧依次交替地设置具有正折光力的透镜单元和具有负折光力的透镜单元，相互组合地顺次执行光束聚集功能和光束扩散功能。在上述配置的情况中，根据各示例性实施例的变焦透镜可以容易地校正在增大视角时会发生的各种像差。
此外，在根据各示例性实施例的变焦透镜中，第二透镜单元B2充当主倍率变化透镜单元。另外，第三透镜单元B3被设置有合适的可变倍率能力(power for variable magnification)。在上述配置的情况中，甚至在具有明亮(小)的F数的情况中，根据各示例性实施例的变焦透镜也可以有效地校正在变焦期间会发生的各种像差。第四透镜单元B4起到校正在变焦期间会发生的像面上的变化的作用。
在第一透镜单元B1在变焦期间固定(不动)的透镜配置的情况中，经过第一透镜单元B1的离轴光线的入射高度在变焦的中间范围中(在中间变焦位置处)变得最高。因此，第一透镜单元B1的有效直径会变大。结果，变得难以减小变焦透镜的总尺寸。
为了解决该问题，在各示例性实施例中，沿着向物侧凸起的轨迹与透镜单元分开和独立地移动孔径光阑SP，以任意地移动入射光瞳。另外，孔径光阑SP在变焦中间范围中向着物侧移动，以降低在变焦中间范围中经过第一透镜单元B1的离轴光线的入射高度。结果，各示例性实施例可以将第一透镜单元B1的有效直径减小为小尺度。另外，通过移动孔径光阑SP，各示例性实施例可以对于整个变焦区域确保像面周围的合适的光量。
在孔径光阑SP最靠近物侧的变焦位置处，第四透镜单元B4沿着向物侧凸起的轨迹移动，以最靠近物侧。因此，入射光瞳变得更靠近物侧。结果，各示例性实施例可以有效地减小第一透镜单元B1的有效直径。
为了实现下述各条件的效果，各示例性实施例满足下述条件中的一个或多个。
当DS3是在孔径光阑SP最靠近物侧的变焦位置处孔径光阑SP和第三透镜单元B3之间的间隔，f2是第二透镜单元B2的焦距，f3是第三透镜单元B3的焦距，fw是整个变焦透镜在广角端处的焦距，ft是整个变焦透镜在望远端处的焦距，β2W是第二透镜单元B2在广角端处的横向倍率，β2T是第二透镜单元B2在望远端处的横向倍率，β3W是第三透镜单元B3在广角端处的横向倍率，β3T是第三透镜单元B3在望远端处的横向倍率，并且νd4是第四透镜单元B4中包含的一个负透镜的材料的色散值时，可以满足下述条件中的一个或多个：
0.5＜DS3/f3＜2.0                              (1)
-2.50＜f3/f2＜-1.50                           (2)
-1.00＜f2/√(fw×ft)＜-0.50                   (3)
0.3＜(β2T/β2W)/(β3T/β3W)＜3.0             (4)
1.5＜β3T/β3W＜4.5                           (5)
50＜νd4＜90                                  (6)
下面将详细地描述各条件的技术意义。条件(1)提供关于在变焦期间移动孔径光阑SP的合适的量和分配给第三透镜单元B3的合适的折光力的条件。如果超出了条件(1)的上限值，则孔径光阑SP变得更靠近物侧。因此，可以减小前透镜的有效直径。
然而，在这种情况下，进入第三透镜单元B3的轴向光线的有效直径会增大。因此，离轴光线的入射高度变得更高。结果，增大第三透镜单元B3的折光力变得必要。如果增大第三透镜单元B3的折光力，则球面像差和场弯曲会增大。因此，变得难以校正球面像差和场弯曲。
另一方面，如果超出了条件(1)的下限值，则尽管校正各种像差变得更容易，但是减小变焦透镜的总尺寸变得困难，因为孔径光阑SP移动。
条件(2)提供关于分配给第二透镜单元B2和第三透镜单元B3的折光力的值的合适的范围的条件。如果减小了作为主倍率变化透镜单元的第二透镜单元B2的焦距，则减小变焦透镜的总尺寸变得更容易，因为在变焦期间可以用第二透镜单元B2的较少的移动量实现高的可变倍率功能。然而，在这种情况下，变得难以对于整个变焦范围校正像差。因此，与第三透镜单元B3共享地分配合适的可变倍率能力是必要的。
如果超出了条件(2)的下限值，则增大可变倍率的效果变得更容易，因为增大了第二透镜单元B2的折光力。然而，在这种情况下，校正各种像差变得困难。特别地，场弯曲在广角端处会增大。
另一方面，如果超出了条件(2)的上限值，则校正像差变得更容易。然而，在变焦期间增大第二透镜单元B2的移动量以实现期望的变焦比变得必要。结果，变焦透镜的总尺寸会增大。
条件(3)提供关于分配给第二透镜单元B2的变焦期间的可变倍率能力和关于校正像差的效果的条件。如果超出了条件(3)的下限值，则可以对于整个变焦范围增大像面上的变化和倍率色差的变化。因此，维持高的光学性能变得困难。
另一方面，如果超出了条件(3)的上限值，则可以增大第二透镜单元B2在变焦期间的移动量。结果，减小变焦透镜的总尺寸变得困难。
条件(4)提供关于分配给第二透镜单元B2和第三透镜单元B3的可变倍率能力的条件。
如果超出了条件(4)的上限值，则第二透镜单元B2上的可变倍率负担增大。因此，当在广角端和望远端处像面周边的整个光通量入射到第二透镜单元B2的折射表面时的入射角之间的差会变得极大。结果，会在变焦期间发生的场弯曲的变化会变大。因此，对于整个变焦范围适当地校正场弯曲变得困难。
如果超出了条件(4)的下限值，则第三透镜单元B3上的可变倍率负担会增大。结果，增大分配给第三透镜单元B3的折光力变得必要。因此，第三透镜单元B3内的各透镜表面的曲率半径会变小。因此，对于整个变焦范围校正彗差变得困难。
条件(5)提供关于第三透镜单元B3在望远端处的横向倍率与第三透镜单元B3在广角端处的横向倍率相比的条件。如果超出了条件(5)的上限值，则第三透镜单元B3的可变倍率的效果会变得极高。结果，校正球面像差和彗差变得困难。
为了增大第三透镜单元B3的可变倍率的效果，增大分配给第三透镜单元B3的折光力是必要的。如果增大第三透镜单元B3的折光力，则第三透镜单元B3对望远端处的像差的灵敏度会增大。因此，在这种情况下，与制造误差(透镜的偏心或透镜的倾斜)有关的容限会变得苛刻。
如果超出了条件(5)的下限值，则第三透镜单元B3的可变倍率的效果会变小。结果，减小变焦透镜的总尺寸变得困难。如果第三透镜单元B3的可变倍率的效果变小，则增大第二透镜单元B2的可变倍率的效果变得必要。
从而，因为增大第二透镜单元B2的光焦度(折光力)或者增大第二透镜单元B2在变焦期间的移动量是必要的，所以在维持充分高的光学性能的同时减小变焦透镜的总尺寸变得困难。
条件(6)提供关于第四透镜单元B4中包含的负透镜的材料的色散的条件。如果使用具有超出了条件(4)的下限值的低色散的材料，则在变焦期间的色差的变化会变大。从而，为了消色差性(achromatism)，第四透镜单元B4由多个透镜构成变得必要。结果，减小变焦透镜的总尺寸变得困难。
另一方面，如果超出了条件(6)的上限值，则减少第四透镜单元B4中包含的透镜的透镜表面的曲率以实现充分高的折光力变得必要，因为现有的材料的色散变得越高，折光力就变得越低。结果，包含边缘部分的整个变焦透镜的体积会增大。因此，在这种情况下，减小变焦透镜的总尺寸变得困难。
为了更容易地实现各条件的效果，如果条件(1)至(6)中的值的范围被如下改变则是更有用的：
1.0＜DS3/f3＜1.5                            (1a)
-1.95＜f3/f2＜-1.60                         (2a)
-0.80＜f2/√(fw X ft)＜-0.55                (3a)
0.5＜(β2T/β2W)/(β3T/β3W)＜2.7           (4a)
2.0＜β3T/β3W＜4.2                         (5a)
60＜νd4＜85                                (6a)
为了进一步更容易地实现各条件的效果，如果条件(1a)至(6a)中的值的范围被如下改变则是更有用的：
1.1＜DS3/f3＜1.2                            (1b)
-1.92＜f3/f2＜-1.70                         (2b)
-0.78＜f2/√(fw X ft)＜-0.59                (3b)
0.6＜(β2T/β2W)/(β3T/β3W)＜2.4           (4b)
2.5＜β3T/β3W＜4.0                         (5b)
65＜νd4＜82                                (6b)
如上所述，各示例性实施例可以在维持明亮的F数的同时实现广视角。另外，通过使用在变焦期间不动的第一透镜单元，各示例性实施例可以容易地减小前透镜的有效直径。此外，各示例性实施例可以对于从广角端到望远端的整个变焦范围实现具有高的光学性能的变焦透镜。
现在，将在下面详细地描述各示例性实施例的特征。
在根据各示例性实施例的变焦透镜中，在与第三透镜单元B3适当地分担可变倍率能力的同时，充分地增大第二透镜单元B2的折光力。在这种配置的情况下，根据各示例性实施例的变焦透镜能够同时实现高变焦比和广视角。
另外，在根据各示例性实施例的变焦透镜中，在中间变焦范围中向物侧移动孔径光阑SP。因此，在根据各示例性实施例的变焦透镜中，在第一透镜单元B1在变焦期间不动的同时，可以容易地减小前透镜的有效直径。
同时，在孔径光阑SP最靠近物侧的变焦位置处，第四透镜单元B4被移动到最靠近物侧的位置。因此，入射光瞳位置被移动为更靠近物侧以及孔径光阑SP。因此，根据各示例性实施例的变焦透镜能够容易地减小前透镜的有效直径。另外，当通过第四透镜单元B4执行聚焦时，根据各示例性实施例的变焦透镜能够通过第四透镜单元B4的更小的移动量执行聚焦操作。
此外，在第一至第四示例性实施例中，第五透镜单元B5在变焦期间是不动的。因此，根据第一至第四示例性实施例的变焦透镜减小了可移动的透镜单元的数目。从而，根据第一至第四示例性实施例的变焦透镜可以实现具有广视角和高变焦比的变焦透镜。
如果第五透镜单元B5在变焦期间是不动的，则可以简化变焦的机构。因此，减小透镜筒机构的总尺寸变得更容易。
在第五示例性实施例中，在变焦期间移动第五透镜单元B5。从而，根据第五示例性实施例的变焦透镜可以抑制在变焦期间会发生的像差的变化。
另外，第四透镜单元B4可以由一个透镜或两个透镜构成，以执行聚焦。通过将第四透镜单元B4中包含的透镜的数目限制为2或更小，构成光聚焦透镜机构变得容易。结果，可以快速地执行聚焦操作。另外，减小包括机械部件的变焦透镜的总尺寸变得容易。为了有效地校正像差，给第四透镜单元B4提供一个或多个非球形表面。
如果给第五透镜单元B5提供一个或多个非球形表面，则校正场弯曲变得容易。如果第五透镜单元B5由包含正透镜、负透镜和正透镜的三个透镜构成，则校正场弯曲变得容易。
近来，根据当前的市场偏好，希望用于图像拾取设备中的变焦透镜包含用于校正在整个光学系统抖动(倾斜)时会发生的图像抖动的防抖校正机构。另外，希望诸如此类的变焦透镜在校正图像抖动的操作的期间维持高的光学性能。
在根据各示例性实施例的变焦透镜中，在与光轴垂直或基本上垂直的方向上，移动比孔径光阑SP更靠近像侧的任何透镜单元或该透镜单元中包含的一部分透镜。因此，根据各示例性实施例的变焦透镜可以在维持高的光学性能的同时校正图像抖动。
因为比孔径光阑SP更靠近像侧的透镜单元具有小的有效直径，所以提供用于在与光轴垂直或基本上垂直的方向上移动透镜单元的机构是相对比较容易的。因此，在上述配置的情况中，可以减小驱动源的尺寸。结果，可以减小透镜筒的总尺寸。
图11A至11C是根据第一示例性实施例的变焦透镜的横向像差图，所述横向像差图图示当通过在与光轴垂直的方向上移动位于孔径光阑SP后方的各透镜单元以校正在抖动(倾斜)整个光学系统时会发生的摄影图像的图像抖动来执行图像稳定化操作时会发生的像差。
更具体地说，图11A是图示在移动第三透镜单元B3以校正在将变焦透镜倾斜0.3°时发生的图像抖动时在望远端处关于d线光的像差的横向像差图。图11B是图示在移动第四透镜单元B4以校正在将变焦透镜倾斜0.3°时发生的图像抖动时在望远端处关于d线光的像差的横向像差图。图11C是图示在移动第五透镜单元B5以校正在将变焦透镜倾斜0.3°时发生的图像抖动时在望远端处关于d线光的像差的横向像差图。
在图11A至11C中图示的各像差图中，在图11A至11C中的每一个的中间图示的图图示了在光轴上发生的像差。上部图图示在与最高像高(100％)相比的上部70％的像高处发生的像差。下部图图示在与最高像高(100％)相比的下部70％的像高处发生的像差。
类似地，图12是当通过在垂直于光轴的方向上仅仅移动作为第三透镜单元B3的一部分的第二透镜和第三透镜以校正在抖动(倾斜)整个光学系统时会发生的摄影图像的图像抖动来执行图像稳定化操作时的横向像差图。
第三透镜单元B3可以包含一个或多个非球形表面，以通过在具有与光轴垂直或基本上垂直的分量的这样的方向上移动整个第三透镜单元B3或其一部分来校正图像抖动。通过使用靠近孔径光阑SP的第三透镜单元B3来执行图像稳定化，抑制在校正图像抖动时会发生的偏心彗差变得容易。
另外，如果在中间变焦位置处向物侧移动孔径光阑SP以减小前透镜的有效直径，则第五透镜单元B5中的离轴光线的入射高度在中间变焦位置处变得最高。结果，校正场弯曲变得特别困难。因此，在各示例性实施例中，第五透镜单元B5可以由包含正透镜和负透镜的三个透镜构成。在上述配置的情况中，校正像差变得容易。
根据本发明的示例性实施例的图像拾取设备包括根据本发明的上述示例性实施例中的任何一个的变焦透镜和被配置为电校正畸变或倍率色差中的至少一个的电路。在能够容忍在变焦透镜中会发生的畸变的上述配置的情况中，减少变焦透镜中包含的透镜的数目并减小变焦透镜的总尺寸变得更容易。
另外，通过电校正倍率色差，根据各示例性实施例的图像拾取设备可以减少摄影图像中的颜色的模糊。此外，具有上述配置的根据各示例性实施例的图像拾取设备可以容易地提高摄影图像的分辨率。
现在，下面将参照图13描述使用根据本发明的各示例性实施例的变焦透镜作为摄影光学系统的数字摄像机的示例性实施例。
参照图13，数字摄像机包括照相机主体10和由根据本发明的上述示例性实施例中的任何一个的变焦透镜构成的摄影光学系统11。照相机主体10包括诸如CCD传感器或CMOS传感器的图像传感器(光电转换元件)12。图像传感器12接收由摄影光学系统11形成的被摄体图像。摄影者可以观察由液晶显示器(LCD)面板13显示的被摄体图像。
通过将根据本发明的各示例性实施例的变焦透镜应用于诸如数字静态照相机的图像拾取设备，本发明可以实现具有高光学性能的小尺寸图像拾取设备。
在下面阐述数值例子1至5，其分别对应于本发明的第一示例性实施例至第五示例性实施例。在数值例子1至5中的每一个中，“i”表示从物侧起的表面的顺序，“ri”表示从物侧起的第i个光学表面(第i个透镜表面)的曲率半径，“di”表示从物侧起的第i个透镜的透镜厚度和轴向空间，“ndi”和“νdi”分别表示从物侧起的第i个光学构件的材料对于d线光的折射率和阿贝数。最后四个表面是玻璃块(glassblock)。
另外，“A4”、“A6”、“A8”、“A10”和“A12”中的每一个表示关于各相应阶(order)的非球面系数。非球面形状被表达为：
X＝(H2/R)/[1+{1-(1+K)×(H/R)2}1/2]+A4×H4
+A6×H6+A8×H8+A10×H10+A12×H12
其中，非球面形状在光的传播方向上具有正值，“X”(即，X轴)表示在离光轴的高度“H”(即，H轴)处的位置沿着光轴离表面顶点的位移，“R”表示旁轴曲率半径，“K”表示圆锥常数。此外，对于各非球面系数的科学符号“e+X”等同于指数符号“1×10+X”。另外，对于各非球面系数的科学符号“e-X”等同于指数符号“1×10-X”。
此外，“BF”表示后焦距，所述后焦距是从透镜最后表面到旁轴像面的空气等效距离(后焦距)。透镜总长度是通过向后焦距BF加上从透镜第一表面到透镜最后表面的距离来构成的。在表面编号的一侧上用星号(*)来标记非球形表面。孔径光阑SP和玻璃块G中的每一个被图示为一个透镜单元。因此，各示例性实施例包含七个光学单元。上述的各条件和各数值例子之间的关系在表1中被阐述。
数值例子1
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000104286700000161
Figure BDA0000104286700000171
各种数据
变焦比    10.00
各透镜单元的数据
Figure BDA0000104286700000182
数值例子2
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000104286700000191
Figure BDA0000104286700000201
各种数据
变焦比    15.00
各透镜单元的数据
Figure BDA0000104286700000212
数值例子3
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000104286700000221
Figure BDA0000104286700000231
各种数据
变焦比    10.00
Figure BDA0000104286700000241
各透镜单元的数据
Figure BDA0000104286700000242
数值例子4
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000104286700000251
Figure BDA0000104286700000261
各种数据
变焦比    10.05
各透镜单元的数据
Figure BDA0000104286700000272
数值例子5
单位：mm
表面数据
Figure BDA0000104286700000281
Figure BDA0000104286700000291
各种数据
变焦比    10.01
Figure BDA0000104286700000301
各透镜单元的数据
Figure BDA0000104286700000302
表1
数值例子
Figure BDA0000104286700000311
虽然参照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。下面的权利要求的范围应被赋予最广义的解释，以涵盖所有的变型及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，从物侧到像侧依次包括：
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；
孔径光阑；
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；
具有正折光力的第五透镜单元，
其中，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元被配置为保持不动，第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元被配置为相互独立地移动，并且，孔径光阑被配置为沿着向物侧凸起的轨迹移动。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第四透镜单元被配置为沿着向物侧凸起的轨迹移动，以使得在孔径光阑位置最靠近物侧的变焦位置处第四透镜单元位于最靠近物侧的位置。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，当f3是第三透镜单元的焦距，并且DS3是在孔径光阑位置最靠近物侧的变焦位置处孔径光阑和第三透镜单元之间的间隔时，满足下述条件：
0.5＜DS3/f3＜2.0。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，当f2是第二透镜单元的焦距，并且f3是第三透镜单元的焦距时，满足下述条件：
-2.50＜f3/f2＜-1.50。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，当f2是第二透镜单元的焦距，fw是整个变焦透镜在广角端处的焦距，并且ft是整个变焦透镜在望远端处的焦距时，满足下述条件：
6.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，当β2W是第二透镜单元在广角端处的横向倍率，β2T是第二透镜单元在望远端处的横向倍率，β3W是第三透镜单元在广角端处的横向倍率，并且β3T是第三透镜单元在望远端处的横向倍率时，满足下述条件：
0.3＜(β2T/β2W)/(β3T/β3W)＜3.0。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，当β3W是第三透镜单元在广角端处的横向倍率，并且β3T是第三透镜单元在望远端处的横向倍率时，满足下述条件：
1.5＜β3T/β3W＜4.5。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，当νd4是第四透镜单元中包含的一个负透镜的材料的色散值时，满足下述条件：
50＜νd4＜90。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜，其中，第五透镜单元包含三个透镜。
10.一种图像拾取设备，包括：
根据权利要求1所述的变焦透镜；以及
被配置为接收由所述变焦透镜形成的图像的图像传感器。
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