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CN1768290A - 变焦透镜和图像拾取装置 - Google Patents

变焦透镜和图像拾取装置 Download PDF

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CN1768290A
CN1768290A CNA2004800085555A CN200480008555A CN1768290A CN 1768290 A CN1768290 A CN 1768290A CN A2004800085555 A CNA2004800085555 A CN A2004800085555A CN 200480008555 A CN200480008555 A CN 200480008555A CN 1768290 A CN1768290 A CN 1768290A
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CN
China
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lens
zoom
lens group
refractive power
lens combination
Prior art date
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Pending
Application number
CNA2004800085555A
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English (en)
Inventor
黑田大介
岩泽嘉人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

一种变焦透镜具有良好的光学性能，结构紧凑且具有大放大率，其适于摄像机、数码相机、移动电话等。一种图像拾取装置使用该变焦透镜。该变焦透镜(1)包括变焦时固定并具有正折射能力的第一透镜组(GR1)；具有负折射能力的第二透镜组(GR2)；具有正折射能力的第三透镜组(GR3)；具有负折射能力的第四透镜组(GR4)；和具有正折射能力的第五透镜组(GR5)；它们按次序从物侧依次设置，至少第二和第四透镜组移动以变焦；所述第一透镜组包括具有负折射能力的第一单透镜(G1)；用于将光路弯曲90°的反光件(G2)；和具有正折射能力的至少一个第二透镜(G3)；它们按次序从物侧依次设置。

Description

变焦透镜和图像拾取装置
技术领域
本发明涉及一种新型的变焦透镜和图像拾取装置。更具体地说，本发明涉及一种结构紧凑并具有大的可变放大率的变焦透镜，与使用这种变焦透镜的图像拾取装置。该变焦透镜适合于在数字输入/输出设备-例如数码相机，数字摄像机，包括在移动电话中的数码相机等的成像光学系统中使用。
背景技术
近年来，利用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补的金属氧化物半导体)一类的固态成像器件的摄象机和数码相机已经广泛使用。要求这种图像拾取装置达到更高的图像质量。特别是，带有大量象素的数码相机需要具有可与带有大量象素的固态成像器件相适应的极好的聚焦能力的成像透镜，特别是具有大的可变放大率的变焦透镜。另外，特别需要外形较低(low-profile)的变焦透镜以满足对更小的图像检测装置的强烈需求。
考虑到以上的需要，在日本早期公开专利Hei 8-248318号和日本早期公开专利2000-131610号中所述的变焦透镜在光轴方向减小前透镜的尺寸，即通过将一个棱镜插入光学系统中达到外形较低的透镜设计。
然而，在日本早期公开专利Hei 8-248318和日本早期公开专利2000-131610号中所述的变焦透镜存在以下问题，即该变焦透镜难以具有较高的放大率，因为当该放大率改变时，较高的放大率会使象差改变较大。另外，即使该变焦透镜具有较大的放大率，但由于可动的透镜组具有正的折射能力，因此该可动透镜组的结构较大，使得难以使变焦透距的外形降低。具体地说，在日本早期公开专利Hei 8-248318号和日本早期公开专利2000-131610号中所述的变焦透镜具有为了变焦而可移动的第二和第四透镜组。因为每一个变焦透镜的第四透镜组具有正的折射能力，因此该可动透镜组包括具有正的折射能力的透镜组，使得难以将变焦透镜做得更小。
本发明是考虑到上述问题而提出的。本发明的目的是要提供一种光学性能好，结构紧凑和具有大的放大率，并可用于摄象机，数码相机，移动电话等中的变焦透镜与使用该变焦透镜的图像拾取装置。
发明内容
为了实现上述目的，根据本发明的一种变焦透镜具有：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组，它们按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦；其中，所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置。
为了实现上述目的，根据本发明的一种图像拾取装置包括具有多个透镜组的一变焦透镜，用于通过改变该透镜组之间的距离改变放大率；和一图像检测装置，用于将所述变焦透镜产生的光学图像转换为电信号，其中，所述变焦透镜包括：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组，它们组按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦，其中，所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置。
因此，根据本发明，在施加在第一透镜组的第一透镜(前透镜)上的入射光的光轴方向上，整个透镜系统的尺寸减小(外形变低)，这样，该变焦透镜可以具有较低的外形和较大的放大率，同时可抑制象差变化。
根据本发明的一种变焦透镜具有变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组，它们按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦；其中，所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置。
根据本发明的一种图像拾取装置包括具有多个透镜组的一变焦透镜，用于通过改变该透镜组之间的距离改变放大率；和一图像检测装置，用于将所述变焦透镜产生的光学图像转换为电信号，其中，所述变焦透镜包括：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组，它们组按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦，其中，所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置。
因此，根据本发明，由于第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；诸如直角棱镜一类的、用于将光路弯曲90°的一反光件；和至少一个具有正的折射能力的第二透镜，这样，在施加在第一透镜组的第一透镜(前透镜)上的入射光的光轴方向上，整个透镜系统的尺寸尽可能多地减小(使外形较低)。另外，因为具有负的折射能力的第二透镜组就设置在具有正的折射能力的第一透镜组之后，因此可使整个透镜系统的入瞳的位置更靠近物侧，可以减少该反光件的尺寸，使第一透镜组在外形上更低。另外，由于可移动的第二透镜组和第四透镜组中的每一个具有负的折射能力，因此可以减小可动的透镜组的尺寸，可以抑制变焦时象差的改变，同时变焦透镜的外形更低、放大率更大。
根据本发明，所述变焦透镜满足条件式(1)1.0＜D1/FW＜5.0和(2)0.1＜D1/Ft＜1.0，式中D1表示所述第一透镜组的整个透镜长度；FW表示在广角端状态下，整个透镜系统的焦距；Ft表示在望远端状态下，整个透镜系统的焦距。因此，该变焦透镜可以减小尺寸，并很好地校正场曲和彗差。
根据本发明，所述变焦透镜满足条件式(3)NdL1＞1.75和(2)VdAv-VdL1＞15，式中NdL1表示所述第一透镜在d-线处的折射率；VdL1表示所述第一透镜在d-线处的阿贝数；VdAv表示所述第一透镜组中在所述第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜的阿贝数的平均值(VdAv由(∑VdLi)/i确定，式中i为在所述第二透镜之后具有正的折射能力的透镜的数目)。因此，该变焦透镜可以很好地校正色差，同时可以具有较低的外形和较大的放大率。
根据本发明，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。因此，无需制动装置，从而不会妨碍将变焦透镜尺寸做得更小。
附图说明
图1与图2～图4一起，示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜；图1为示出透镜布置的示意图；
图2为示出在广角端(wide angle end)状态下，球差、象散和畸变的值的示图；
图3为示出在广角端状态和望远端(telescopic end)状态之间的一中间焦点位置的球差、象散和畸变的值的示图；
图4为示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值的示图；
图5与图6～8一起，示出根据本发明的第二实施例的变焦透镜；图5为示出透镜布置的示意图；
图6为示出在广角端状态下，球差、象散和畸变的值的示图；
图7为示出在广角端状态和望远端状态之间的一中间焦点位置的球差、象散和畸变的值的示图；
图8为示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值的示图；
图9与图10～12一起，示出根据本发明的第三实施例的变焦透镜；图9为示出透镜布置的示意图；
图10为示出在广角端状态下，球差、象散和畸变的值的示图；
图11为示出在广角端状态和望远端状态之间的一中间焦点位置的球差、象散和畸变的值的示图；
图12为示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值的示图；
图13与图14～16一起，示出根据本发明的第四实施例的变焦透镜，图13为示出透镜布置的示意图；
图14为示出在广角端状态下，球差、象散和畸变的值的示图；
图15为示出在广角端状态和望远端状态之间的一中间焦点位置的球差、象散和畸变的值的示图；
图16为示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值的示图；
图17为根据本发明一实施例的图像拾取装置的中心部分的框图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的优选实施例。
根据本发明的变焦透镜包括在变焦时被固定并具有正的折射能力的第一透镜组GR1，具有负的折射能力的第二透镜组GR2，具有正的折射能力的第三透镜组GR3，具有负的折射能力的第四透镜组GR4，和具有正的折射能力的第五透镜组GR5。这些透镜组按次序从物侧开始依次设置。为了变焦，至少第二透镜组GR2和第四透镜组GR4移动。由于变焦时可移动的第二透镜组GR2和第四透镜组GR4中的每一个都具有负的折射能力，因此，该可动的透镜组的尺寸可以减小，可以抑制变焦时的象差变化并可使该变焦透镜的外形较低，同时放大率较大。
该第一透镜组GR1包括具有负的折射能力的第一单透镜，用于使光路弯曲90°的一反光件，和至少一个具有正的折射能力的第二透镜，它们按次序从物侧开始依次设置。虽然，优选该反光件包括一直角棱镜，但它可以为诸如平面反光镜一类的其它反光件。如上所述，该第一透镜组GR1包括具有负的折射能力的第一单透镜；诸如直角棱镜一类的，用于使光路弯曲90°的反光件；和至少一个具有正的折射能力的第二透镜。因此，可使在施加在该第一透镜组GR1的第一透镜(前透镜)上的入射光的光轴的方向上的整个透镜系统的尺寸尽可能多地减小(使外形较低)。具有负的折射能力的第二透镜组GR2就设置在具有正的折射能力的第一透镜组的后面。因此，整个透镜系统的入瞳的位置可以更靠近物，使得可以减小该反光件的尺寸，以使该第一透镜组GR1的外形较低。
根据本发明的变焦透镜，优选应满足下列的条件式(1)、(2)：
1.0＜D1/FW＜5.0  …(1)
0.1＜D1/Ft＜1.0  …(2)
式中：D1-第一透镜组的整个透镜长度；
FW-在广角端状态下，整个透镜系统的焦距；
Ft-在望远端状态下，整个透镜系统的焦距。
条件式(1)规定在广角端状态下，第一透镜组GR1的整个透镜长度与该整个透镜系统的焦距之比。如果D1/FW的值等于或小于1.0，则虽然在该第一透镜组GR1中使用的该反光件本身的尺寸减小，使该变焦透镜的外形较低。但第一透镜组GR1中具有负的折射能力的第一透镜的放大率太强，使得很难校正场曲和彗差。如果D1/FW的值等于或大于5.0，则该反光件太大，使该变焦透镜尺寸不能减小。
条件(2)规定在望远端状态下，该第一透镜组GR1的整个透镜长度与该整个透镜系统的焦距之比。如果D1/Ft的值等于或小于0.1，则虽然第一透镜组GR1中使用的该反光件本身的尺寸减小，使该变焦透镜的外形较低，但第一透镜组GR1中的具有负的折射能力的第一透镜的放大率太强，使得很难校正场曲和彗差，或者使在望远端状态下f-数更大大。如果D1/Ft的值等于或大于1.0，则该反光件太大，使得难以使变焦透镜尺寸减小，则该反光件太大。
根据本发明的变焦透镜优选应满足下列的条件式(3)、(4)：
NdL1＞1.75     …(3)
VdAV-VdL1＞15  …(4)
式中NdL1-第一透镜的d-线处的折射率；
VdL1-第一透镜的d-线处的阿贝数；
VdAv-在第一透镜组中的第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜的阿贝数的平均值(VdAv由(∑VdLi)/i确定，式中i为在第二透镜之后具有正的折射能力的透镜数目)。
条件式(3)规定具有正的折射能力的第一透镜组GR1中的具有负的折射能力的第一单透镜产生的畸变的量。如果NdL1的值在条件式(3)输出的范围以外，即等于或小于1.75，则所产生的畸变的量，相对于该第一透镜组GR1的要求的折射能力太大，不能使该变焦透镜的尺寸更小且不能使该变焦透镜的放大率更大。
条件式(4)规定具有正的折射能力的第一透镜组GR1中具有负的折射能力的第一单透镜以及在第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜组产生的色差量。如果VdAv-VdL1的值等于或小于15，则在具有正的折射能力的第一透镜组GR1中产生的色差的量太大，使得难以校正整个透镜系统中的色差。
当放大率变化时，该第一透镜组GR1应相对于图像平面固定。这是因为如果使光路弯曲的反光件包括一直角棱镜，则由于该直角棱镜沉重，当该直角棱镜移动时，会在驱动机构上造成大的负担。
该第一透镜组GR1的第一透镜具有在物一侧上的，向着该物侧凸出的一个表面s1。这是因为如果该表面s1为向着物侧成凹形，则会产生大的负畸变，并且在整个透镜系统中难以校正这样大的负的畸变。
在该第一透镜组GR1中使用的反光件应包括一折射率大(例如折射率在大约1.8～1.9范围内)的直角棱镜。折射率越大，则可以更有效地使该变焦透镜尺寸更小和使变焦透镜的放大率更大。
该第一透镜组GR1的透镜表面中的至少一个表面应为非球面。这是因为，如果该第一透镜组GR1的透镜表面中没有一个表面为非球面，则在广角端状态下的畸变和在望远端状态下的畸变太大，使得难以校正在整个透镜系统中的畸变。
该第三透镜组GR3的透镜表面中至少一个表面应为非球面的，或者特别是，最接近物侧放置的透镜的至少一个表面应为非球面的。这是因为，如果该第一透镜组GR1的透镜表面中没有一个表面为非球面，则在广角端状态下的畸变大，使得难以校正在整个透镜系统中的畸变。
如果为了变焦，使第二透镜组GR2和第四透镜组GR4之外的透镜组移动，则优选将第三透镜组GR3和光圈IR固定。具体地说，第三透镜组GR3具有正的反射放大率，如果该变焦透镜具有光圈IR的驱动装置，则使该第三透镜组GR3和光圈IR移动会使驱动机构很大，以致不能将整个透镜系统的尺寸作得较小。
下面，说明根据第一～第四实施例的变焦透镜。下面还要说明将具体的数值加在实施例上的数值示例1～4。
图1示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜的透镜结构。根据第一实施例的变焦透镜1包括具有正的折射能力的第一透镜组GR1，具有负的折射能力的第二透镜组GR2，具有正的折射能力的第三透镜组GR3，具有负的折射能力的第四透镜组GR4和具有正的折射能力的第五透镜组GR5。这些透镜组按顺序从物侧依次设置。该第一透镜组GR1包括作为负透镜的第一透镜G1，用于使光路弯曲90°的一直角棱镜G2，和作为正透镜且具有相反的非球面表面的第二透镜G3。第二透镜组GR2包括一负透镜G4和一正透镜G5。该第三透镜组GR3包括具有相反的非球面表面的一正透镜G6，和包括一负透镜G7和一正透镜G8的组合透镜组件。该第四透镜组GR4包括一负透镜G9。该第五透镜组GR5包括一具有相反的非球面表面的正透镜G10。在变焦过程中固定的光圈IR就设置在该第三透镜组GR3之前，并且与一滤光片相对应的一平面玻璃板Q设置在期望的图像平面IMG和该第五透镜组GR5之间。
第二透镜组GR2和第四透镜组GR4可以移动以实现变焦。图1示出在广角端状态下透镜的位置。当焦距向着望远端状态偏移时，透镜可如箭头所示那样移动。在图1中，实线箭头表示移动以实现变焦的透镜，虚线箭头表示在变焦过程中固定的透镜。对于后述的图5、9和13，箭头的这些意义也相同。
表1示出在根据第一实施例的变焦透镜1上应用具体的数值的数值示例1中的值。在本说明书中，“si”表示距离物侧第i个表面，“ri”表示距离物侧的第i个弯曲半径，“di”表示距离物侧的第i个表面和第(i+1)个表面之间的轴向距离，“ni”表示在具有距离物侧的第i个表面的介质的d-线上的折射率，“vi”表示具有距离物侧的第i个表面的介质的阿贝数，“无穷”表示一个平面表面，“ASP”表示非球面表面。
表1
si ri     非球面     di   ni   Vi
  1     9.171     0.522   1.9229   20.880
  2     5.571     1.948
  3     无穷     8.000   1.9037   31.310
  4     无穷     0.200
  5     49.940     ASP     1.712   1.6935   53.201
  6     -11.126     ASP     可变
  7     -12.687     0.401   1.7725   49.624
  8     4.803     0.200
  9     5.188     0.862   1.9229   20.880
  10     11.312     可变
  11     无穷     光圈     1.200
  12     11.118     ASP     1.173   1.7725   49.624
  13     -8.613     ASP     2.338
  14     -5.217     0.400   1.7174   29.501
  15     8.570     1.857   1.4875   70.441
  16     -4.137     可变
  17     -6.514     0.400   1.8350   42.984
  18     -109.938     可变
  19     18.119     ASP     2.631   1.4875   70.441
  20     -6.664     ASP     9.032
  21     无穷     1.100   1.5168   64.198
  22     无穷     0.800
在根据第一实施例的变焦透镜1中，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向距离(气隙)d6，第二透镜组GR2和光圈IR之间的轴向距离(气隙)d10，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向距离(气隙)d16，和第四透镜组GR4与第五透镜组GR5之间的轴向距离(气隙)d18在变焦过程中改变。表2示出在广角端状态、广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置以及望远端状态下的轴向距离(气隙)，以及f-数(FNo)和视场半角ω。在
表2中，f表示整个透镜系统的焦距。
表2
    11   6.000   9.000   16.800
    FNo   3.995   4.339   5.046
    ω   30.982   20.235   11.078
    d6   0.500   3.914   8.213
    d10   8.213   4.799   0.500
    d16   0.700   1.996   4.649
    d18   5.045   3.749   1.096
在根据第一实施例的变焦透镜1中，第一透镜组GR1的第二透镜G3的相反的表面s5、s6；第三透镜组GR3的正透镜G6的相反的表面s12、s13；和第五透镜组GR5的正透镜s10的相反的表面s19、s20为非球面的。非球面形状由下式(1)表示：
等式(1)
x = y 2 c 2 1 + ( 1 - ( 1 + K ) · y 2 · c 2 ) 1 / 2 + Σ A i · Y i
式中：x-沿光轴距离透镜表面顶点的距离；
y-与光轴垂直的高度；
c-透镜顶点处的近轴曲率；
k-圆锥常数；和
Ai-第i阶非球面系数。
表3示出在数值示例1中的表面的第四、第六、第八和第十阶非球面系数A、B、C、D与圆锥常数。
表3
    si     K     A     B     C     D
    5     0.E+00     2.91E-05     -7.93E-07     -5.78E-08     1.13E-09
    6     0.E+00     -4.26E-05     -2.11E-06     -7.83E-08     1.15E-09
    12     0.E+00     -2.15E-04     6.96E-05     -1.76E-05     3.20E-06
    13     0.E+00     3.67E-04     8.94E-05     -2.15E-05     3.78E-06
    19     0.E+00     -4.56E-04     1.20E-05     -4.55E-07     6.49E-10
    20     0.E+00     3.75E-04     2.84E-06     2.73E-07     -1.22E-08
图2示出在广角端状态下球差、象散和畸变的值；图3示出在广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置上的球差、象散和畸变的值；图4示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值。所有这些值都是数值示例1中的。对于球差值，垂直轴线代表与在光圈(open aperture)处的F-数的比，水平轴线代表离焦，实线曲线代表在d-线处的球差值，虚线曲线代表在C-线处的球差值，点划线曲线代表在g-线处的球差值。对于象散值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表聚焦，实线曲线代表弧矢像平面，虚线曲线代表子午像平面。对于畸变值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表百分比。
图5示出根据本发明的第二实施例的变焦透镜的透镜结构。根据第二实施例的变焦透镜2包括具有正的折射能力的第一透镜组GR1，具有负的折射能力的第二透镜组GR2，具有正的折射能力的第三透镜组GR3，具有负的折射能力的第四透镜组GR4和具有正的折射能力的第五透镜组GR5。这些透镜组从物侧按顺序依次设置。该第一透镜组GR1包括为负透镜的第一透镜G1；用于使光路弯曲90°的一直角棱镜G2；为正透镜的第二透镜G3和为正透镜且具有相反的非球面表面的第三透镜G4。第二透镜组GR2包括一负透镜G5，包括具有面向物侧的一非球面表面的负透镜G6和一正透镜G7的组合透镜组件，和一负透镜G8。第三透镜组GR3包括具有相反的非球面表面的一正透镜G9和包括具有面向物侧的一非球面表面的一正透镜G10和一负透镜G11的组合透镜组件。该第四透镜组GR4包括一负透镜G12。该第五透镜组GR5包括具有面向物侧的一非球面表面的一正透镜G13，和包括一负透镜G14和一正透镜G15的一组合透镜组件。在变焦过程中固定的光圈IR设置在具有相反的非球面表面的正透镜G9和第三透镜组GR3的组合透镜组件(G10-G11)之间的一个位置上。并且，与一个滤光片相对应的一块平面玻璃板Q放置在期望的像平面IMG和第五透镜组GR5之间。
第二透镜组GR2和第四透镜组GR4可以移动以实现变焦。图5示出在广角端状态下的透镜的位置。当焦距向着望远端状态偏移时，透镜如箭头所示那样移动。
表4为数值示例2的值，其中将具体的数值应用在根据第二实施例的变焦透镜2上。
表4
si ri     非球面     di ni vi
  1     35.572     1.042     1.9229     20.880
  2     15.494     2.755
  3     无穷     15.000     1.8830   40.805
  4     无穷     0.200
  5     52.473     1.941     1.4970   81.608
  6     -37.567     0.200
  7     43.201     ASP     1.877     1.7742   43.686
  8     -78.852     ASP     可变
  9     -146.213     0.450     1.8830   40.805
  10     23.160     0.813
  11     -22.887     ASP     0.450     1.7725   49.624
  12     18.460     1.267     1.9229   20.880
  13     -59.134     0.380
  14     -16.936     0.450     1.4877   70.372
  15     21.182     可变
  16     12.067     ASP     1.600     1.6935   53.201
  17     -87.934     ASP     0.600
  18     无穷     光圈     1.000
  19     39.073     ASP     2.000     1.5849   59.195
  20     -11.150     0.450     1.8041   24.874
  21     -53.983     可变
  22     -43.465     0.450     1.6742   53.546
  23     27.847     可变
  24     12.268     ASP     2.800     1.7725   49.624
  25     -19.769     2.081
  26     -11.588     0.450     1.9229   20.8804
  27     15.755     1.944     1.7725   49.6243
  28     -19.962     1.692
  29     无穷     1.330     1.5168   64.1983
  30     无穷     0.800
在根据第二实施例的变焦透镜2中，该第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向距离(气隙)d8，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的轴向距离(气隙)d15，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向距离(气隙)d21，以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的轴向距离(气隙)d23在变焦过程中改变。表5示出在广角端状态、广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置、以及望远端状态下的轴向距离(气隙)；F-数FNo与视场半角ω。在表5中，f表示整个透镜系统的焦距。
表5
    f     6.000     15.000     42.000
    FNo     3.606     4.046     4.128
    ω     33.691     13.505     4.967
    d8     0.500     11.420     21.125
    d15     21.221     10.301     0.596
    d21     4.059     11.906     16.257
    d23     13.198      5.351      1.000
在根据第二实施例的变焦透镜2中，第一透镜组GR1的第三透镜G4的相反的表面s7、s8；第二透镜组GR2的组合透镜组件(G6-G7)的物侧的表面s11；第三透镜组GR3的正透镜G9的相反的表面s16，s17；第三透镜组GR3的组合透镜组件(G10-G11)的物侧表面s19；和第五透镜组GR5的正透镜G13的物侧的表面s24为非球面的。
表6示出在数值示例2中，表面的第四、第六、第八和第十阶非球面系数A、B、C、D和圆锥常数。
表6
si K A B C D
    7     0.E+00     -7.13E-06     -7.65E-08     -1.17E-09     4.66E-11
    8     0.E+00     -1.37E-05     -1.56E-07     7.06E-10     3.35E-11
    11     0.E+00     6.07E-05     -2.32E-06     1.07E-07     -2.11E-09
    16     0.E+00     9.91E-05     1.07E-06     -2.61E-07     -1.07E-08
    17     0.E+00     -1.98E-05     -3.52E-06     -4.24E-07     -2.24E-09
    19     0.E+00     2.99E-04     -1.14E-05     8.92E-08     -2.50E-09
    24     0.E+00     1.23E-04     1.84E-06     -8.22E-08     1.08E-09
图6示出在广角端状态下球差、象散和畸变的值；图7示出在广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置上的球差、象散和畸变的值；图8示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值。所有这些值都是数值示例2中的。对于球差值，垂直轴线代表与在光圈处的F-数的比，水平轴线代表离焦，实线曲线代表在d-线处的球差值，虚线曲线代表在C-线处的球差值，点划线曲线代表在g-线处的球差值。对于象散值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表焦点，实线曲线代表弧矢像平面，虚线曲线代表子午像平面。对于畸变值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表百分比。
图9示出根据本发明的第三实施例的变焦透镜的透镜结构。根据第三实施例的变焦透镜3包括具有正的折射能力的第一透镜组GR1，具有负的折射能力的第二透镜组GR2，具有正的折射能力的第三透镜组GR3，具有负的折射能力的第四透镜组GR4和具有正的折射能力的第五透镜组GR5。这些透镜组从物侧按顺序依次设置。该第一透镜组GR1包括为负透镜的第一透镜G1；用于使光路弯曲90°的一个直角棱镜G2；为正透镜且具有相反的非球面表面的第二透镜G3；和为正透镜的第三透镜G4。第二透镜组GR2包括一负透镜G5，和包括一负透镜G6和一正透镜G7的组合透镜组件。第三透镜组GR3包括具有相反的非球面表面的一正透镜G8和包括一正透镜G9和一负透镜G10的组合透镜组件。该第四透镜组GR4包括一个包括一负透镜G11和一正透镜G12的组合透镜组件。该第五透镜组GR5包括具有相反的非球面表面的一正透镜G13。在变焦过程中固定的光圈IR就设置在第三透镜组GR3之前，并且，与一个滤光片相对应的一决平面玻璃板Q设置在期望的像平面IMG和第五透镜组GR5之间。
第二透镜组GR2、第四透镜组GR4以及第五透镜组GR5可以移动以实现变焦。图9示出在广角端状态下的透镜的位置。当焦距向着望远端状态偏移时，透镜如箭头所示那样移动。
表7为数值示例3的值，其中，具体的数值应用在根据第三实施例的变焦透镜3上。
表7
    1     43.628     0.800     1.9229     20.884
    2     14.163     2.060
    3     无穷     11.740     1.8467     23.785
    4     无穷     0.345
    5     25.297     ASP     2.251     1.7433     49.326
    6     -140.649     ASP     0.100
    7     19.783     3.000     1.4970     81.608
    8     -31.752     可变
    9     -43.377     0.500     1.8830     40.805
    10     7.611     1.248
    11     -17.123     0.540     1.7725     49.624
    12     7.642     1.428     1.9229     20.884
    13     146.839     可变
    14     无穷     光圈     0.600
    15     9.316     ASP     2.611     1.7308     40.500
    16     -52.424     ASP     0.750
    17     9.726     3.650     1.6477     33.841
    18     -5.076     0.550     1.9229     20.884
    19     116.814     可变
    20     -22.586     0.640     1.8061     33.269
    21     8.465     1.638     1.4970     81.608
    22     -7194.674     可变
    23     7.937     ASP     2.600     1.5831     59.461
    24     27.627     ASP     可变
    25     无穷     1.700     1.5168     64.198
    26     无穷     1.120
    27     无穷     0.500     1.5168     64.198
    28     无穷     0.990
在根据第三实施例的变焦透镜3中该第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向距离(气隙)d8，第二透镜组GR2和光圈IR之间的轴向距离(气隙)d13，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向距离(气隙)d19，第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的轴向距离(气隙)d22，以及在第五透镜组GR5和保护滤光片LPF之间的轴向距离(气隙)d24在变焦过程中改变。表8示出在广角端状态、广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置、和望远端状态下的轴向距离(气隙)；F-数FNO和视场半角ω。在表5中，f表示整个透镜系统的焦距。
表8
    f     6.899     12.760     33.696
    FNo     3.600     3.717     3.939
    ω     29.708     16.537     6.252
    d8     0.658     5.508     11.14048
    d13     11.282     6.433     0.800
    d19     1.390     3.220     6.948
    d22     8.669     3.859     2.000
    d24     2.000     4.980     3.111
在根据第三实施例的变焦透镜3中，第一透镜组GR1的第二透镜G3的相反的表面s5，s6；第三透镜组GR3的正透镜G8的相反的表面s15，s16；和第五透镜组GR5的正透镜G13的相反的表面s23，s24为非球面的。
表9示出在数值示例3中的表面的第四，第六，第八和第十阶非球面常数A、B、C、D和圆锥常数。
表9
si K A B     C     0
    5     0.E+00     -4.56E-05     -2.26E-07     1.56E-10     -7.25E-11
    6     0.E+00     -2.85E-05     -1.53E-07     -2.40E-10     -6.69E-11
    15     0.E+00     2.49E-04     5.48E-06     6.95E-10     2.83E-09
    16     0.E+00     2.47E-04     4.80E-06     -1.18E-07     1.24E-09
    23     0.E+00     -1.30E-04     -1.62E-06     -5.11E-07     9.25E-09
    24     0.E+00     3.74E-04     1.65E-05     -1.96E-06     4.59E-08
图10示出在广角端状态下球差、象散和畸变的值；图11示出在广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置上的球差、象散和畸变的值；图12示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值。所有这些值都是数值示例3中的。对于球差值，垂直轴线代表与在光圈处的F-数的比，水平轴线代表离焦，实线曲线代表在d-线处的球差值，虚线曲线代表在C-线处的球差值，点划线曲线代表在g-线处的球差值。对于象散值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表焦点，实线曲线代表弧矢像平面，虚线曲线代表子午像平面。对于畸变值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表百分比。
图13示出根据本发明的第四实施例的变焦透镜的透镜结构。根据第四实施例的变焦透镜4包括具有正的折射能力的第一透镜组GR1，具有负的折射能力的第二透镜组GR2，具有正的折射能力的第三透镜组GR3，具有负的折射能力的第四透镜组GR4和具有正的折射能力的第五透镜组GR5。这些透镜组从物侧按顺序依次设置。该第一透镜组GR1包括为负透镜的第一透镜G1；用于使光路弯曲90°的一个直角棱镜G2；为正透镜且具有相反的非球面表面的第二透镜G3。第二透镜组GR2包括一负透镜G4，和包括一负透镜G5和一正透镜G6的组合透镜组件。第三透镜组GR3包括具有相反的非球面表面的一正透镜G7和包括一负透镜G8和一正透镜G9的组合透镜组件。该第四透镜组GR4包括一个包括一正透镜G10和一负透镜G11的组合透镜组件。该第五透镜组GR5包括一个包括具有非球面表面的一正透镜G12和一负透镜G13的组合透镜组件。在变焦过程中固定的光圈IR就设置在第三透镜组GR3的前面，并且，与一个滤光片相对应的一块平面玻璃板Q设置在期望的像平面IMG和第五透镜组GR5之间。
第二透镜组GR2和第四透镜组GR4可以移动以实现变焦。图13示出在广角端状态下的透镜的位置。当焦距向着望远端状态偏移时，透镜如箭头所示那样移动。
表10为数值示例4的值，其中将具体的数值应用在根据第四实施例的变焦透镜4上。
表10
si ri 非球面 di ni vi
    1     34.026     0.600   1.92286   20.884
    2     11.268     1.500
    3     无穷     8.000   1.90366   31.310
    4     无穷     0.200
    5     11.958     ASP     2.426   1.77250   49.624
    6     -31.628     ASP     可变
    7     -69.801     0.600   1.90366   31.310
    8     5.043     1.170
    9     -10.874     0.500   1.48749   70.441
    10     6.427     1.404   1.92286   20.884
    11     56.650     可变
    12     无穷     光圈     1.200
    13     8.322     ASP     1.866   1.76802   49.240
    14     -11.056     ASP     1.192
    15     -11.371     0.500   1.92286   20.884
    16     11.032     1.889   1.48749   70.441
    17     -5.713     可变
    18     -14.398     1.558   1.90366   31.310
    19     -4.454     0.500   1.80420   46.503
    20     16.660     可变
    21     10.538     ASP     2.460   1.48749   70.441
  22     -8.000     0.500   1.92286   20.884
  23     -16.390     4.940
  24     无穷     1.100   1.51680   64.198
  25     无穷     0.800
在根据第四实施例的变焦透镜4中该第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的轴向距离(气隙)d6，第二透镜组GR2和光圈IR之间的轴向距离(气隙)d11，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的轴向距离(气隙)d17，和第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的轴向距离(气隙)d20在变焦过程中改变。表11示出在广角端状态、广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置、和望远端状态下的轴向距离(气隙)；F-数FNo以及视场半角ω。在表11中，f表示整个透镜系统的焦距。
表11
    f     6.500     13.000     18.655
    FNo     4.120     4.315     4.371
    ω     31.567     15.933     11.244
    d6     0.600     5.413     7.550
    d11     7.750     2.936     0.800
    d17     1.268     3.530     4.781
    d20     5.886     3.624     2.373
在根据第四实施例的变焦透镜4中，第一透镜组GR1的第二透镜G3的相反的表面s5、s6；第三透镜组GR3的正透镜G7的相反的表面s13，s14；和第五透镜组GR5的组合透镜(G12-G13)的物侧表面s21为非球面。
表12示出在数值示例4中的表面的第四，第六，第八和第十阶非球面系数A，B，C，D与圆锥常数。
表12
  si     K     A     B     C     ID
  5     0.E+00     -6.72E-05     -1.80E-06     1.42E-08     1.91E-09
  6     0.E+00     2.83E-06     -1.96E-06     7.57E-08     8.36E-10
  13     0.E+00     -1.87E-04     7.34E-05     -6.55E-05     7.30E-07
  14     0.E+00     7.71E-04     8.91E-05     -9.56E-06     1.08E-06
  21     0.E+00     -2.78E-04     -3.61E-05     3.23E-06     -1.42E-07
图14示出在广角端状态下球差、象散和畸变的值；图15表在广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置上的球差、象散和畸变的值；图16示出在望远端状态下的球差、象散和畸变的值。所有这些值都是数值示例4中的。对于球差值，垂直轴线代表与在光圈处的F-数的比，水平轴线代表离焦，实线曲线代表在d-线处的球差值，虚线曲线代表在C-线处的球差值，点划线曲线代表在g-线处的球差值。对于象散值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表焦点，实线曲线代表弧矢像平面，虚线曲线代表子午像平面。对于畸变值，垂直轴线代表像高，水平轴线代表百分比。
表13示出根据条件式(1)～(4)确定数值示例1～4中的变焦透镜的条件的数值，并且还表示这些条件式。
表13
  数值示例   D1/FW   D1/Ft   NdL1    VdAV-VdL1
    1   1.7500   0.625   1.923    32.32
    2   3.1330   0.448   1.923    41.77
    3   2.1162   0.433   1.923    44.58
    4   1.5538   0.541   1.923    28.24
从上述的表(表1～13)可看出，根据数值示例1～4的变焦透镜满足条件式(1)～(4)。如象差示图所示，该变焦透镜在广角端状态、广角端状态和望远端状态之间的中间焦点位置、以及望远端状态下的象差得到校正，达到良好的平衡。
图17示出根据本发明的实施例1的图像拾取装置。
图像拾取装置10具有一个变焦透镜20和用于将该变焦透镜20产生的光学图像转换为电信号的一个图像检测装置30。该图像检测装置可以使用诸如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补的金属氧化物半导体)器件一类的光电传感器。该变焦透镜20可以包括根据本发明的变焦透镜。在图17中，根据图1所示的第一实施例的变焦透镜1被简化，将除了第一透镜组GR1以外的每一透镜组表示为单透镜。该图像拾取装置不但可以使用根据第一实施例的变焦透镜，而且可以使用根据第二～第四实施例的变焦透镜2～4中的每一个；或者根据本发明的，但与说明书所示的实施例结构不同的变焦透镜。
由该图像检测装置30产生的电信号由视频分离电路40处理为送至控制电路50的聚焦控制信号和送至视频处理电路的视频信号。送至视频处理电路的信号被处理成适合于接着进行处理的信号，并可供在各种过程中使用，例如显示器装置中的显示过程，记录介质上的记录过程，和通讯装置中的传输过程。
从外部装置来的控制信号(例如来自变焦按钮等的控制信号)被提供给控制电路50，控制电路50根据控制信号进行各种处理。例如，当将来自变焦按钮的变焦指令提供给控制电路50时，控制电路50控制驱动器电路51、52，使致动器51a，52a通电，以将第二透镜GR2和第四透镜组GR4移动至相应的给定位置，以便达到基于变焦指令的焦距。由传感器51b、52b得到的第二透镜组GR2和第四透镜组GR4的位置信息输入控制电路50，在该控制电路输出指令信号至驱动器电路51、52时引用该位置信息。根据从视频分离电路40来的信号，控制电路50检查聚焦状态，并通过驱动器电路52，控制第四透镜组GR4，以便达到最优的聚焦状态。
上述图像拾取装置10可以采取各种形式中的任何一种作为具体的产品。例如，该图像拾取装置10可以用在各种照相机中的任何一种中，其中包括数码相机，数字摄像机等；或者用在各种数字输入/输出设备的任何一种的照相单元中，其中包括结合了一照相机的移动电话、结合了一照相机的PDA(个人数字助手)等。
根据本发明的变焦透镜不但可用在数码相机中，而且可以用在使用卤化银薄膜作为记录介质的照相机中。
在实施例和上述的数值示例中所示的各种零件的具体形状，结构和数值只是作为实施本发明的具体构造的例子给出的。本发明的技术范围不应理解为受这些具体形状，结构和数值的限制。
工业上的适用性
本发明可以用作各种照相机中的任何一种，其中包括数码相机，数字摄像机等；或者用作各种数字输入/输出设备的任何一种的照相单元，其中包括结合了一照相机的移动电话、结合了一照相机的PDA(个人数字助手)等，而且，本发明还可以作为这种照相机或照相机装置中使用的变焦透镜。
 权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种变焦透镜，它具有：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组，它们按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦；其中，
所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置，并且
其中，所述变焦透镜满足下列条件式(3)、(4)：
NdL1＞1.75                 (3)
VdAv-VdL1＞15             (4)
式中NdL1-所述第一透镜在d-线处的折射率；
VdL1-所述第一透镜在d-线处的阿贝数；和
VdAv-所述第一透镜组中在所述第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜的阿贝数的平均值(VdAv由(∑VdLi)/i确定，式中i为在所述第二透镜之后具有正的折射能力的透镜的数目)。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，它满足下列条件式(1)，(2)：
1.0＜D1/FW＜5.0            (1)
0.1＜D1/Ft＜1.0            (2)
式中D1-所述第一透镜组的整个透镜长度；
FW-在广角端状态下，整个透镜系统的焦距；和
Ft-在望远端状态下，整个透镜系统的焦距。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。
4.如权利要求2所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。
5.一种图像拾取装置，它包括具有多个透镜组的一变焦透镜，用于通过改变该透镜组之间的距离改变放大率；和一图像检测装置，用于将所述变焦透镜产生的光学图像转换为电信号，其中，
所述变焦透镜包括：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组；它们组按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦，其中，
所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置，并且
其中，所述图像拾取装置满足下列条件式(3)、(4)：
NdL1＞1.75                   (3)
VdAv-VdL1＞15               (4)
式中NdL1-所述第一透镜在d-线处的折射率；
VdL1-所述第一透镜在d-线处的阿贝数；和
VdAv-所述第一透镜组中在所述第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜的阿贝数的平均值(VdAv由(∑VdLi)/i确定，式中i为在所述第二透镜之后具有正的折射能力的透镜的数目)。
6.如权利要求5所述的图像拾取装置，其中，它满足下列条件式(1)，(2)：
1.0＜D1/FW＜5.0              (1)
0.1＜D1/Ft＜1.0              (2)
式中D1-所述第一透镜组的整个透镜长度；
FW-在广角端状态下，整个透镜系统的焦距；和
Ft-在望远端状态下，整个透镜系统的焦距。

Claims (9)

1.一种变焦透镜，它具有：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组，它们按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦；其中，
所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，它满足下列条件式(1)，(2)：
1.0＜D1/FW＜5.0         (1)
0.1＜D1/Ft＜1.0         (2)
式中D1-所述第一透镜组的整个透镜长度；
FW-在广角端状态下，整个透镜系统的焦距；和
Ft-在望远端状态下，整个透镜系统的焦距。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，它满足下列条件式(3)，(4)：
NdL1＞1.75              (3)
VdAv-VdL1＞15           (4)
式中NdL1-所述第一透镜在d-线处的折射率；
VdL1-所述第一透镜在d-线处的阿贝数；和
VdAv-所述第一透镜组中在所述第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜的阿贝数的平均值(VdAv由(∑VdLi)/i确定，式中i为在所述第二透镜之后具有正的折射能力的透镜的数目)。
4.如权利要求2所述的变焦透镜，其中，它满足下列条件式(3)，(4)：
NdL1＞1.75              (3)
VdAv-VdL1＞15           (4)
式中NdL1-所述第一透镜在d-线处的折射率；
VdL1-所述第一透镜在d-线处的阿贝数；和
VdAv-所述第一透镜组中在所述第二透镜之后的具有正的折射能力的透镜的阿贝数的平均值(VdAv由(∑VLi)/i确定，式中i为在所述第二透镜之后具有正的折射能力的透镜的数目)。
5.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。
6.如权利要求2所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。
7.如权利要求3所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。
8.如权利要求4所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组具有一光圈，并且在变焦时固定。
9.一种图像拾取装置，它包括具有多个透镜组的一变焦透镜，用于通过改变该透镜组之间的距离改变放大率；和一图像检测装置，用于将所述变焦透镜产生的光学图像转换为电信号，其中，
所述变焦透镜包括：变焦时固定且具有正的折射能力的第一透镜组；具有负的折射能力的第二透镜组；具有正的折射能力的第三透镜组；具有负的折射能力的第四透镜组；和具有正的折射能力的第五透镜组；它们组按次序从物侧依次设置，其中，至少所述第二透镜组和所述第四透镜组移动以实现变焦，其中，
所述第一透镜组包括具有负的折射能力的第一单透镜；用于将光路弯曲90°的一反光件；和具有正的折射能力的至少一个第二透镜；它们按次序从物侧依次设置。
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