变焦透镜和配备有变焦透镜的图像拾取装置技术领域
本发明涉及变焦透镜，尤其涉及适于在诸如数字静态照相机、视
频照相机、监视照相机、广播照相机或卤化银胶片照相机的图像拾取
装置中所使用的摄影透镜的变焦透镜。
背景技术
近年来，诸如数字静态照相机、视频照相机、使用固态图像传感
器的监视照相机或卤化银胶片照相机的图像拾取装置在保持高功能性
的同时被小型化。在用于上述的类型的图像拾取装置中的摄影光学系
统中，需要小型化、具有短的透镜长度并在整个变焦范围上具有高的
分辨率的变焦透镜。另外，为了即使在短的拍摄距离上也获得宽的图
像感测范围，要求变焦透镜在广角端处具有宽的视角和短的焦距。
在现有技术的当前状态中，已知存在从物侧到像侧依次包括正折
光力的第一透镜单元、负折光力的第二透镜单元、正折光力的第三透
镜单元和正折光力的第四透镜单元的四单元变焦透镜。美国专利No.
7760441和美国专利No.7830613讨论了通过移动各透镜单元执行变
焦并在通过移动第四透镜单元校正由变焦导致的像面变化的同时执行
聚焦的后焦点型四单元变焦透镜。
为了在用于图像拾取装置中的变焦透镜中伴随宽的视角和高的变
焦比在整个变焦范围上获得高的光学性能，合适地设定变焦类型、各
透镜单元的折光力、各透镜单元的透镜配置和其它类似的参数是重要
的。对于上述的四单元变焦透镜，合适地设定各透镜单元的透镜配置、
由变焦导致的第一透镜单元和第三透镜单元的移动量、以及第一透镜
单元和第三透镜单元的折光力（焦距的倒数）等是重要的。
另外，合适地设定由变焦导致的第二透镜单元的移动量、以及第
二透镜单元和第四透镜单元的折光力等是重要的。如果这种配置不被
合适地设定，那么，在小型化的变焦透镜中，难以在整个变焦范围上
获得高的光学性能并保持宽的视角和高的变焦比。
美国专利No.7760441和美国专利No.7830613分别讨论了具有数
量更少的构成透镜并能够保持高的变焦比的可回缩变焦透镜。在这种
类型的变焦透镜中，当其回缩时，其总体尺寸可显著减小。但是，由
于在变焦期间第一透镜单元的移动量比第三透镜单元的移动量大，因
此，总光学长度趋于保持过大。
另外，由于变焦期间第一透镜单元的移动量大，因此，为了在其
回缩时获得薄的形状，有必要设置多段透镜镜筒。因此，透镜镜筒的
配置变得复杂，并且，其尺寸趋于在径向上增大。如果各透镜面的折
光力增大以获得薄的形状，那么轴上色差、倍率色差和彗形像差在广
角端处增大，使得这样的各种类型的像差的校正趋于困难。
美国专利No.7430079讨论了具有约×10的高变焦比同时可在回
缩时被小型化的变焦透镜。但是，为了实现高的变焦比，第一透镜单
元的折光力增大，并且，轴上色差或倍率色差在广角端处增大，使得
这样的各种类型的像差的校正趋于困难。
发明内容
本发明的各方面针对变焦透镜和配备有变焦透镜的图像拾取装置
的实施例，该变焦透镜在使整个变焦透镜小型化的同时以宽的视角和
高的变焦比在整个变焦范围上具有高的光学性能。
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
沿其光轴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、具有正折光力的第三透镜单元、和具有正折光力的第四透
镜单元。第一透镜单元包括通过胶合从物侧到像侧顺序的负透镜和正
透镜获得的胶合透镜，第二透镜单元从物侧到像侧依次包含负透镜、
负透镜和正透镜，第三透镜单元从物侧到像侧依次包含正透镜和负透
镜，以及，第四透镜单元包含正透镜。在从广角端到望远端的变焦期
间，第一到第四透镜单元移动，使得第一与第二透镜单元之间的距离
增大、第二与第三透镜单元之间的距离减小、并且第三与第四透镜单
元之间的距离增大，并且，满足以下的条件：
1.0<M3/M1<3.0；和
2.5<f1/f3<8.0，
其中，M1和M3分别表示在从广角端到望远端的变焦期间第一
透镜单元和第三透镜单元的移动量，f1和f3分别表示第一透镜单元和
第三透镜单元的焦距。
从参照附图对示例性实施例的以下的详细描述，本发明的其它特
征和方面将变得清晰。
附图说明
包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的示例性实施
例、特征和方面，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜在广角端处的透
镜截面图。
图2A、图2B和图2C分别是根据第一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。
图3是根据第二实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图4A、图4B和图4C分别是根据第二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。
图5是根据第三实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图6A、图6B和图6C分别是根据第三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。
图7是根据第四实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图8A、图8B和图8C分别是根据第四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。
图9是根据第五实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。
图10A、图10B和图10C分别是根据第五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。
图11A和图11B分别是根据第一实施例的变焦透镜的广角端和望
远端处的标准状态中的横向像差图。
图12A和图12B分别是使用根据本发明的第一实施例的变焦透镜
的、在广角端处以3°执行图像稳定化操作时和在望远端处以0.3°执行
图像稳定化操作时的横向像差图。
图13是示出根据本发明的示例性实施例的图像拾取装置的主要
部分的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征和方
面。
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
力的第三透镜单元和具有正折光力的第四透镜单元。
在从广角端到望远端的变焦期间，第一到第四透镜单元移动，使
得第一和第二透镜单元之间的距离增大，第二和第三透镜单元之间的
距离减小，并且，第三和第四透镜单元之间的距离增大。
第一透镜单元包含通过胶合从物侧到像侧顺序的负透镜和正透镜
获得的胶合透镜。第二透镜单元从物侧到像侧依次包含负透镜、负透
镜和正透镜。第三透镜单元从物侧到像侧依次包含正透镜和负透镜。
第四透镜单元包含正透镜。
根据本发明的示例性实施例，从广角端到望远端的变焦期间第一
透镜单元和第三透镜单元之间的移动量的比、第一透镜单元和第三透
镜单元之间的焦距的比被合适地设定。结果，可以获得能够在实现宽
的视角和总体尺寸小型化的同时合适地校正各种类型的像差的变焦透
镜。
图1是示出根据本发明的第一实施例的变焦透镜的广角端（短焦
距端）处的透镜截面图。图2A、图2B和图2C分别是根据第一实施
例的变焦透镜的广角端、中间变焦位置和望远端（长焦距端）处的像
差图。
图3是根据本发明的第二实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截
面图。图4A、图4B和图4C分别是根据第二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。图5是根据本发明的第三
实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。图6A、图6B和图4C
分别是根据第三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。
图7是根据本发明的第四实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截
面图。图8A、图8B和图8C分别是根据第四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。图9是根据本发明的第五
实施例的变焦透镜在广角端处的透镜截面图。图10A、图10B和图10C
分别是根据第五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。
图11A和图11B分别是根据本发明的第一实施例的变焦透镜的广
角端和望远端处的不执行图像稳定化操作的标准状态中的横向像差
图。图12A和图12B分别是使用根据本发明的第一实施例的变焦透镜
的通过使用第三透镜单元执行图像稳定化操作时的广角端和望远端处
的横向像差图。图13是示出根据本发明的示例性实施例的具有变焦透
镜的图像拾取装置的主要部分的示意图。
根据本发明的第一到第五实施例的变焦透镜分别是在图像拾取装
置中使用的摄影透镜系统。在透镜截面图中，左侧指的是物侧（前侧），
右侧指的是像侧（后侧）。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，以及L4表示具有正折光力的第四透镜单元。SP表示确定
用于限制全孔径F数光束的F数的光阑（孔径光阑）。
孔径光阑SP被布置于第三透镜单元L3中。如图1、图5、图7
和图9所示，孔径光阑SP可被布置于第三透镜单元L3的正透镜31
和负透镜32之间。作为替代方案，如图3所示，孔径光阑SP可被布
置于第三透镜单元L3中的正透镜31的物侧。G表示与滤光器或相位
板等对应的光学块。IP表示与当使用变焦透镜作为视频照相机或数字
照相机的摄影光学系统时的诸如CCD传感器或CMOS传感器的固态
图像传感器（光电转换元件）的成像面对应的像面，或者，IP与使用
它作为卤化银胶片照相机的摄影光学系统时的胶片面对应。
在像差图中，d线和g线分别表示关于弗劳恩霍夫（Fraunhofer）
光谱d线和g线的像差，并且，ΔM线和ΔS线分别表示关于子午像面
和弧矢像面的像差。Fno表示F数，而ω表示摄影视角的半视角（度）。
对于球面像差，示出d线（实线）和g（虚线）。对于像散，示出d
线上的ΔM线和ΔS。对于畸变，示出d线。对于倍率色差，示出对于
d线对g线的像差。对于横向像差，示出d线。横轴表示光瞳直径。
在上述的实施例中的每一个中，广角端和望远端分别指的是最小
焦距和最大焦距处的各透镜单元的布置。箭头表示从广角端到望远端
的变焦期间各透镜单元的移动轨迹和执行聚焦时的移动方向。
在各实施例中，在从广角端到望远端的变焦期间，第一透镜单元
L1以朝物侧凹进的轨迹移动，第二透镜单元L2以朝物侧凸起的轨迹
移动，并且，第三透镜单元L3如箭头表示的那样朝物侧移动。另外，
第四透镜单元L4以朝物侧凸起的轨迹移动，使得由变焦导致的像面
变化被校正。
在这种情况下，在从广角端到望远端的变焦期间，各透镜单元移
动，使得第一透镜单元L1与第二透镜单元L2之间的距离增大、第二
透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离减小、并且第三透镜单元
L3与第四透镜单元L4之间的距离增大。另外，通过采用沿光轴移动
第四透镜单元L4的后焦点类型执行聚焦。第四透镜单元L4的实线曲
线4a和虚线曲线4b分别表示用于校正由对于无限远物体和近距离物
体执行聚焦时的变焦导致的像面变化的移动轨迹。
另外，在各实施例中，通过如箭头F所示的那样向前侧移动第四
透镜单元L4，在望远端处从无限远物体向近距离物体执行聚焦。另外，
在成像时，通过移动整个第三透镜单元L3以具有与光轴垂直的分量
来改变图像位置。即，捕获的图像的抖动被校正。但是，可通过移动
第三透镜单元L3的一部分以具有与光轴垂直的分量来校正捕获的图
像的抖动。
在各实施例中，如以上描述的那样提供变焦期间各透镜单元的移
动条件和第一到第四透镜单元L1～L4的透镜配置。
结果，能够在保持高的变焦比的同时合适地校正望远端处的倍率
色差和彗形像差。另外，能够在减小广角端处的整个透镜长度的同时
减小前透镜有效直径。具体而言，如图1所示，由于第一透镜单元L1
包含通过胶合从物侧到像侧顺序的负透镜11n和正透镜11p获得的胶
合透镜，因此，能够在望远端处合适地校正倍率色差。
由于第二透镜单元L2从物侧到像侧依次包含负透镜21、负透镜
22和正透镜23，因此，能够在增大第二透镜单元L2的负折光力的同
时合适地校正整个变焦范围上的像场弯曲。由于第三透镜单元L3从
物侧到像侧依次包含正透镜31和负透镜32，因此，能够在增大第三
透镜单元L3的折光力时合适地校正整个变焦范围上的像场弯曲或彗
形像差。
由于第四透镜单元L4包含单个正透镜，因此，能够在校正像场
弯曲的同时减轻用于聚焦的致动器的驱动负载。另外，在各实施例中，
M1和M3分别表示从广角端到望远端的变焦期间第一透镜单元L1和
第三透镜单元L3的移动量。f1和f3分别表示第一透镜单元L1和第
三透镜单元L3的焦距。
在这种情况下，满足以下的条件：
1.0<M3/M1<3.0 (1)
2.5<f1/f3<8.0 (2)
其中，移动量M1和M3的符号在从广角端到望远端的变焦期间
透镜单元朝物侧移动时被设为正，并且在透镜单元向像侧移动时被设
为负。这类似地适用于以下描述中的各透镜单元的移动量。下面描述
条件（1）和（2）的技术含义。
条件（1）用于合适地设定从广角端到望远端的变焦期间第一透镜
单元L1与第三透镜单元L3之间的移动量的比。如果超出条件（1）
的上限，那么，为了获得第三透镜单元L3的移动量，必须增大广角
端处的第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间的距离。结果，在广
角端处入射到第三透镜单元L3的光束直径增大，并且，难以在广角
端处抑制彗形像差和倍率色差的产生。另外，第一透镜单元L1的移
动量过度减小，使得第一透镜单元L1的变焦效果降低，并且难以获
得预先确定的变焦比。
如果超出条件（1）的下限，那么第三透镜单元L3的移动量过度
减小，并且，必须增大第三透镜单元L3的折光力以使得第三透镜单
元L3能够提供预先确定的变焦效果。从而，难以在整个变焦范围上
校正彗形像差和像场弯曲。另外，第一透镜单元L1的移动量过度增
大，并且，难以在抑制（从第一透镜面到像面的）整个光学长度的同
时获得高的变焦比。
条件（2）用于合适地设定第一透镜单元L1与第三透镜单元L3
之间的焦距的比。如果超出条件（2）的上限，那么第一透镜单元L1
的折光力过度减小，并且，第一透镜单元L1的变焦效果降低。出于
这种原因，难在抑制整个光学长度的同时获得高的变焦比。另外，第
三透镜单元L3的折光力过度增大，并且，难以合适地在整个变焦范
围上校正彗形像差和像场弯曲。
如果超出条件（2）的下限，那么第一透镜单元L1的折光力过度
增大，并且，难以在整个变焦范围上特别是在望远端处抑制诸如轴上
色差、倍率色差、彗形像差和像场弯曲的变化的变化。另外，第三透
镜单元L3的折光力过度减小，并且，第三透镜单元L3的变焦效果降
低。出于这种原因，难以在抑制整个光学长度的增大的同时获得高的
变焦比。
更有用地，条件（1）和（2）的数值范围被设定如下：
1.00<M3/M1<1.45 (1a)
2.5<f1/f3<4.1 (2a)
如上所述，根据本发明的各实施例，能够获得具有宽的视角并在
整个变焦范围上具有高的光学性能的总体具有小的尺寸的变焦透镜。
根据本发明的示例性实施例，为了在使整个变焦透镜小型化的同
时以高的变焦比获得高的光学性能，满足以下的条件中的至少一个是
有用的。
1.0<M3/DA<4.0 (3)
0.95<M1/DA<6.00 (4)
2.0<TDt/DA<6.0 (5)
-1.0<M2/DA<1.0 (6)
2.0<f1/|f2|<6.0 (7)
0.15<f3/f4<1.60 (8)
1.0<f4/fw<15.0 (9)
0.1<M1/ft<3.0 (10)
0.1<|f2|/f3<2.0 (11)
-0.5<(M3-M1)/TDt<0.2 (12)
0.45<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<3.00 (13)
其中，DA表示第一到第四透镜单元L1～L4的光轴上的厚度的总
和，并且，TDt表示望远端处从第一透镜单元L1的物侧的透镜面到
像面的距离。fw和ft分别表示广角端和望远端处整个变焦透镜的焦
距。M2表示从广角端到望远端的变焦期间第二透镜单元L2的移动量。
β2t和β2w分别表示望远端和广角端处第二透镜单元L2的横向倍率，
β3t和β3w分别表示望远端和广角端处第三透镜单元L3的横向倍率。
f2表示第二透镜单元L2的焦距。f2和f4分别表示第二透镜单元L2
和第四透镜单元L4的焦距。
其中，各透镜单元的光轴上的厚度的总和DA不包含与低通滤波
器对应的光学滤波器和保护玻璃等。
通过将诸如低通滤波器的光学滤波器或保护玻璃的厚度设为空气
换算值，获得望远端处从第一透镜面到像面的光轴上的长度Tdt。
下面将描述各条件的技术含义。条件（3）用于合适地设定从广角
端到望远端的变焦期间第三透镜单元L3的移动量与各透镜单元的光
轴上的厚度的总和之间的比。
如果超出条件（3）的上限，那么，为了获得第三透镜单元L3的
移动量，必须增大广角端处第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之间
的距离。结果，在广角端处入射到第三透镜单元L3的光束直径增大，
并且，难以在广角端处抑制彗形像差和倍率色差的产生。另外，各透
镜单元的光轴上的厚度过度减小，并且，难以充分地获得边缘厚度或
中心厚度。
如果超出（3）的下限，那么第三透镜单元L3的折光力过度增大，
并且，难以在整个变焦范围上合适地校正像场弯曲。另外，各透镜单
元的光轴上的厚度过度增大，并且，难以减小回缩时的整个变焦透镜
的厚度。
条件（4）用于合适地设定从广角端到望远端的变焦期间第一透镜
单元L1的移动量与各透镜单元的光轴上的厚度的总和之间的比。如
果超出条件（4）的上限，那么第一透镜单元L1的移动量过度增大，
并且，整个光学长度增大。另外，各透镜单元的光轴上的厚度过度减
小，并且，难以充分地获得边缘厚度和中心厚度。
另外，如果超出条件（4）的下限，那么第一透镜单元L1的移动
量过度减小，并且，为了在获得高的变焦比时使得第一透镜单元L1
能够具有变焦效果，必须增大第一透镜单元L1的折光力。从而，难
以抑制望远端处的轴上色差和彗形像差以及整个变焦范围上的像场弯
曲的变化。另外，各透镜单元的光轴上的厚度过度增大，并且，难以
减小回缩时的整个变焦透镜的厚度。
条件（5）用于合适地设定望远端的整个光学长度与各透镜单元的
光轴上的厚度的总和之间的比。如果超出条件（5）的上限，那么望远
端处的整个光学长度过度增大，使得，为了减小回缩时的整个变焦透
镜的厚度，必须设置多段透镜镜筒。这使得透镜镜筒的配置复杂化并
增大径向的尺寸。另外，各透镜单元的光轴上的厚度过度减小，并且，
难以充分地获得边缘厚度和中心厚度。
如果超出条件（5）的下限，那么望远端处的整个光学长度过度减
小，并且，为了获得高的变焦比，必须增大各透镜单元的折光力。从
而，难以抑制望远端处的轴上色差和彗形像差以及整个变焦范围上的
像场弯曲的变化。另外，各透镜单元的光轴上的厚度过度增大，并且，
难以减小回缩时的整个变焦透镜的厚度。
条件（6）用于合适地设定从广角端到望远端的变焦期间第二透镜
单元L2的移动量与各透镜单元的光轴上的厚度的总和之间的比。如
果超出条件（6）的上限，那么第二透镜单元L2的移动量过度增大，
并且，难以抑制前透镜有效直径和整个长度的增大。另外，各透镜单
元的光轴上的厚度过度减小，并且，难以充分地获得边缘厚度和中心
厚度。
如果超出条件（6）的下限，那么第二透镜单元L2的移动量过度
减小，并且，为了在获得期望的变焦比时，必须允许第二透镜单元L2
具有更大的变焦效果。从而，第二透镜单元L2的折光力过度增大，
并且，难以在整个变焦范围上抑制彗形像差、倍率色差和像场弯曲的
变化。另外，各透镜单元的光轴上的厚度过度增大，并且，难以减小
回缩时的整个变焦透镜的厚度。
条件（7）用于合适地设定第一透镜单元L1与第二透镜单元L2
之间的焦距的比。如果超出条件（7）的上限，那么第一透镜单元L1
的折光力过度减小。出于这种原因，难以抑制前透镜有效直径和整个
长度的增大。另外，第二透镜单元L2的折光力过度增大，并且，难
以在整个变焦范围上抑制彗形像差、倍率色差和像场弯曲的变化。
如果超出条件（7）的下限，那么第一透镜单元L1的折光力过度
增大，并且，难以抑制望远端处的轴上色差或彗形像差、以及整个变
焦范围上的像场弯曲的变化。另外，第二透镜单元L2的折光力过度
减小，并且，为了获得高的变焦比，必须增大第二透镜单元L2的移
动量。从而，难以抑制前透镜有效直径和整个光学长度的增大。
条件（8）用于合适地设定第三透镜单元L3与第四透镜单元L4
之间的焦距的比。如果超出条件（8）的上限，那么第三透镜单元L3
的折光力过度减小，并且，为了获得高的变焦比，必须增大第三透镜
单元L3的移动量。从而，难以在广角端处抑制彗形像差和倍率色差。
另外，第四透镜单元L4的折光力过度增大，并且，难以抑制广角端
处的倍率色差和整个变焦范围上的像场弯曲的变化。
如果超出条件（8）的下限，那么第三透镜单元L3的折光力过度
增大，并且，难以抑制望远端处的轴上色差或彗形像差、以及整个变
焦范围上的像场弯曲的变化。另外，第四透镜单元L4的折光力过度
减小，并且，第四透镜单元L4的移动量增大，使得难以抑制望远端
处的整个光学长度的增大。
条件（9）用于合适地设定第四透镜单元L4的焦距与望远端处整
个变焦透镜的焦距之间的比。如果超出条件（9）的上限，那么第四透
镜单元L4的折光力过度减小，并且，为了获得高的变焦比，必须增
大第四透镜单元L4的移动量。从而，难以在抑制整个光学长度的同
时获得高的变焦比。
如果超出条件（9）的下限，那么第四透镜单元L4的折光力过度
增大，并且，难以抑制广角端处的彗形像差和整个变焦范围上的像场
弯曲的变化。
条件（10）用于合适地设定从广角端到望远端的变焦期间第一透
镜单元L1的移动量与望远端处整个变焦透镜的焦距之间的比。如果
超出条件（10）的上限，那么第一透镜单元L1的移动量过度增大，
并且，难以抑制前透镜有效直径和整个光学长度的增大。
如果超出条件（10）的下限，那么第一透镜单元L1的折光力过
度增大，并且，难以抑制望远端处的彗形像差和倍率色差以及整个变
焦范围上的像场弯曲的变化。
条件（11）用于合适地设定第二透镜单元L2与第三透镜单元L3
的焦距。如果超出条件（11）的上限，那么第二透镜单元L2的折光
力过度减小，并且，为了获得高的变焦比，必须增大第二透镜单元L2
的移动量。从而，前透镜有效直径和整个光学长度不利地增大。
另外，第三透镜单元L3的折光力过度增大，并且，难以抑制望
远端处的轴上色差或彗形像差、以及整个变焦范围上的像场弯曲的变
化。如果超出条件（11）的上限，那么第二透镜单元L2的折光力过
度增大，并且，难以在整个变焦范围上抑制彗形像差、倍率色差和像
场弯曲的变化。另外，第三透镜单元L3的折光力过度减小，并且，
第三透镜单元L3的变焦效果降低，使得难以在抑制整个光学长度的
同时获得高的变焦比。
条件（12）用于合适地设定从广角端到望远端的变焦期间第一透
镜单元L1和第三透镜单元L3的移动量与望远端处的整个光学长度之
间的比。如果超出条件（12）的上限，那么为了获得第三透镜单元L3
的移动量，必须增大广角端处第二透镜单元L2与第三透镜单元L3之
间的距离。
结果，在广角端处入射到第三透镜单元L3的光束直径增大，并
且，难以在广角端处抑制彗形像差和倍率色差。如果超出条件（12）
的下限，那么望远端处的整个光学长度增大，并且，为了减小回缩时
的整个变焦透镜的厚度，必须设置多段透镜镜筒。结果，透镜镜筒的
配置变得复杂。另外，径向的尺寸增大。
条件（13）用于合适地设定第二透镜单元L2和第三透镜单元L3
之间的可变光焦度的贡献的比并以高的变焦比在整个变焦范围上获得
高的光学性能。如果超出条件（13）的上限，那么第二透镜单元L2
的可变光焦度的贡献与第三透镜单元L3的可变光焦度的贡献相比过
度增大，使得难以在整个变焦范围上抑制像散、彗形像差和像场弯曲
的变化。
如果超出条件（13）的下限，那么第二透镜单元L2的可变光焦
度的贡献与第三透镜单元L3的可变光焦度的贡献相比过度减小，使
得，为了获得高的变焦比，必须增大第二透镜单元L2的移动量。从
而，难以抑制前透镜有效直径和整个光学长度的增大。
在各实施例中，第三透镜单元L3包含用于减少图像抖动的图像
稳定化操作透镜单元。例如，能够通过沿与光轴垂直的方向移动整个
第三透镜单元L3来校正捕获的图像的抖动。
图11A和图11B分别是根据第一实施例的变焦透镜的不通过使用
第三透镜单元L3执行图像稳定化操作的标准状态中的广角端和望远
端处的横向像差图。图12A和图12B分别是根据第一实施例的变焦透
镜的通过使用第三透镜单元L3执行图像稳定化操作时的广角端（3°
的图像稳定化操作）和望远端（0.3°的图像稳定化操作）处的横向色
差图。从这些图，可以看出，即使当执行图像稳定化操作时，也可保
持优异的光学性能。
孔径光阑或光阑单元可在从广角端到望远端的变焦期间单独地移
动。更有用地，各条件的数值范围可被设定如下：
1.34<M3/DA<1.91 (3a)
0.95<M1/DA<1.71 (4a)
4.34<TDt/DA<5.10 (5a)
0.00<M2/DA<0.75 (6a)
4.00<f1/|f2|<4.85 (7a)
0.33<f3/f4<0.71 (8a)
3.83<f4/fw<6.35 (9a)
0.25<M1/ft<0.55 (10a)
0.60<|f2|/f3<0.85 (11a)
0.000<(M3-M1)/TDt<0.085 (12a)
0.45<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<2.30 (13a)
当根据各实施例的变焦透镜被应用于图像拾取装置时，可通过电
子图像处理校正各种类型的像差之中的捕获图像的畸变。
在各实施例中，具有折光力的一个或更多个透镜单元可被布置在
第一透镜单元L1的物侧或第四透镜单元L4的像侧中的至少一个上。
通过上述的配置，能够减小透镜总长度并且获得宽视角和从广角端到
望远端的整个变焦范围上的优异的光学性能。具体而言，能够获得具
有约×8到×10的变焦比的变焦透镜，其中，在减小在回缩时实现的各
透镜单元的厚度或移动量的同时，合适地校正从广角端到望远端的整
个变焦范围上的色差和像场弯曲等。
以下，将描述与第一到第五示例性实施例对应的数值例1～5。在
各数值例中，i表示从物侧的表面的次序，ri表示第i个面的曲率半径。
di表示第i面与第（i+1）个面之间的距离。ndi和vdi分别表示关于d
线的第i个光学部件的材料的折射率和Abbe数。另外，在数值例1～
5中，最接近像侧的最后两个面是与光学块G对应的面。对于非球面
形状，距光轴高H的位置处沿光轴方向的位移由关于面顶点的X表示。
光的传播方向被设为正。R表示旁轴曲率半径，k表示圆锥常数。A4、
A6和A8表示非球面系数。在这种情况下，满足下式：
X=(H2/R)/{1+[1-(1+k)(H/R)2]1/2}+A4H4+A6H6+A8H8
在以下列出的数值例中，紧接着表面号的星号（*）表示具有非球
面形状的面。科学表示法“1E-00Z”等同于归一化指数表示法
“1×10-00Z”。BF表示后焦距。从像侧的最后的透镜面到像面的距离
由空气换算量表示。表1表示上述的条件中的每一个与数值例的各种
数值之间的关系。
数值例1
单位nm
表面数据
表面号
r
d
nd
νd
1
∞
0.00
2
18.275
0.60
1.92286
18.9
3
14.029
2.75
1.77250
49.6
4
94.141
可变
5
247.891
0.50
1.85135
40.1
6*
5.824
2.65
7
-21.004
0.40
1.48749
70.2
8
17.123
0.10
9
9.825
1.08
1.95906
17.5
10
20.517
可变
11
∞
-0.40
12*
4.786
1.55
1.76802
49.2
13*
-40.494
0.20
14(光阑)
∞
0.00
15
6.204
0.45
1.92286
18.9
16
3.471
1.00
17
∞
0.00
18
∞
1.00
19
∞
可变
20*
11.620
1.71
1.58313
59.4
21
-3000.000
可变
22
∞
0.80
1.51633
64.1
像面
∞
非球面数据
第6面
K=3.62105E-002 A4=-3.21235E-005 A6=4.34339E-006
A8=-1.89145E-007
第12面
K=-6.68590E-001 A4=-1.96155E-004 A6=-3.71688E-005
A8=-2.24966E-006
第13面
K=0.00000E+000 A4=1.87374E-004 A6=-6.47688E-005
第20面
K=-9.23793E-001 A4=2.11181E-005 A6=2.71907E-006
A 8=-5.37025E-008
各种数据
变焦比
7.54
广角
中间
望远
|
焦距
5.15
10.46
38.82
F数
3.03
3.49
6.08
半场角
32.91
19.57
5.70
像高
3.33
3.72
3.88
透镜总长度
37.56
37.71
52.13
BF
4.60
7.10
5.04
|
d4
0.42
5.41
12.22
d10
13.98
6.46
0.68
d19
4.69
4.88
20.33
d21
3.02
5.52
3.46
变焦透镜单元数据
单元
开始面
焦距
1
1
30.88
2
5
-6.97
3
11
10.11
4
20
19.85
数值例2
单位mm
表面数据
表面号
r
d
nd
νd
1
∞
0.00
2
20.269
0.45
1.92286
18.9
3
15.575
2.00
1.77250
49.6
4
109.116
可变
5
221.120
0.40
1.88300
40.8
6
6.105
2.75
7
-12.882
0.40
1.88300
40.8
8
-108.916
0.10
9
17.878
1.20
1.95906
17.5
10
-138.781
可变
11(光阑)
∞
可变
12*
4.542
1.75
1.58313
59.4
13*
-38.384
0.20
14
4.916
0.60
1.95906
17.5
15
3.317
可变
16
∞
可变
17
17.996
1.05
1.51633
64.1
18
-266.369
可变
19
∞
0.80
1.51633
64.1
像面
∞
非球面数据
第12面
K=-1.40887E+000 A4=9.87130E-004 A6=-1.25523E-006
A8=1.88112E-008
第13面
K=-1.29108E+002 A4=2.22366E-005
各种数据
变焦比
7.56
|
广角
中间
望远
|
焦距
5.16
12.03
39.00
F数
3.28
4.25
6.08
半场角
32.87
17.85
5.67
像高
3.33
3.88
3.88
透镜总长度
40.54
37.88
54.65
BF
6.66
12.55
12.16
|
d4
0.40
4.38
14.59
d10
16.84
5.98
0.83
d11
-0.40
-0.40
-0.40
d15
1.40
1.40
1.40
d16
4.47
2.81
14.90
d18
4.67
10.56
10.17
变焦透镜单元数据
单元
开始面
焦距
1
1
34.17
2
5
-7.41
4
12
11.08
6
17
32.69
数值例3
单位mm
表面数据
表面号
r
d
nd
νd
1
∞
0.00
2
19.390
0.60
1.92286
18.9
3
14.802
2.75
1.77250
49.6
4
160.996
可变
5
546.228
0.50
1.85135
40.1
6*
6.131
2.65
7
-19.955
0.40
1.48749
70.2
8
14.333
0.10
9
9.714
1.08
1.95906
17.5
10
20.563
可变
11
∞
-0.40
12*
4.673
1.60
1.76802
49.2
13*
-59.081
0.20
14（光阑）
∞
0.00
15
6.356
0.45
1.92286
18.9
16
3.482
1.00
17
∞
0.00
18
∞
1.00
19
∞
可变
20*
11.655
1.72
1.58313
59.4
21
-1538.632
可变
22
∞
0.80
1.51633
64.1
像面
∞
非球面数据
第6面
K=2.75945E-002 A4=5.52482E-005 A6=-8.02334E-008
A8=5.80968E-008
第12面
K=-6.25371E-001 A4=-9.23742E-005 A6=-3.73035E-006
A8=-7.07523E-007
第13面
K=0.00000E+000 A4=3.37050E-004 A6=-1.58765E-005
第20面
K=-6.70977E-001 A4=1.54497E-005 A6=6.72109E-007
A8=1.55464E-008
各种数据
变焦比
9.42
广角
中间
望远
|
焦距
5.15
10.51
48.50
F数
2.51
2.94
6.08
半场角
32.91
19.50
4.57
像高
3.33
3.72
3.88
透镜总长度
38.62
38.97
59.17
BF
4.91
7.36
4.93
|
d4
0.38
5.19
11.96
d10
14.65
7.13
0.69
d19
4.76
5.38
27.67
d21
3.33
5.78
3.35
变焦透镜单元数据
单元
开始面
焦距
1
1
30.17
2
5
-6.85
3
11
10.43
4
20
19.84
数值例4
单位mm
表面数据
表面号
r
d
nd
νd
1
∞
0.00
2
26.465
0.60
1.92286
18.9
3
20.266
2.98
1.77250
49.6
4
132.234
可变
5
-4024.505
0.50
1.85135
40.1
6*
7.215
2.80
7
198.088
0.40
1.48749
70.2
8
14.871
0.10
9
9.715
1.31
1.95906
17.5
10
16.121
可变
11
∞
-0.40
12*
4.823
1.70
1.76802
49.2
13*
3986.156
0.20
14(光阑)
∞
0.00
15
5.787
0.45
1.92286
18.9
16
3.425
1.00
17
∞
0.00
18
∞
1.00
19
∞
可变
20*
14.022
1.64
1.58313
59.4
21
-63.562
可变
22
∞
0.50
1.51633
64.1
像面
∞
非球面数据
第6面
K=-1.78247E-001 A4=6.06183E-005 A6=1.34856E-007
A8=5.66110E-008
第12面
K=-8.45480E-001 A4=2.71785E-004 A6=2.97341E-006
A8=-2.32851E-007
第13面
K=0.00000E+000 A4=1.82999E-004 A6=-5.92472E-006
第20面
K=-2.65149E+001 A4=1.00348E-003 A6=-2.95398E-005
A 8=5.05159E-007
各种数据
变焦比
9.45
广角
中间
望远
|
焦距
5.15
10.46
48.68
F数
2.74
2.69
6.08
半场角
32.91
19.58
4.55
像高
3.33
3.72
3.88
透镜总长度
48.44
42.78
60.79
BF
1.73
7.29
1.54
|
d4
0.50
8.52
17.98
d10
23.23
8.32
0.74
d19
8.54
4.20
26.08
d21
0.50
6.06
0.31
变焦透镜单元数据
单元
开始面
焦距
1
1
45.4
2
5
-9.39
3
11
11.41
4
20
19.86
数值例5
单位mm
表面数据
表面号
r
d
nd
νd
1
∞
0.00
2
22.744
0.60
1.92286
18.9
3
17.837
2.94
1.77250
49.6
4
174.904
可变
5
222.422
0.50
1.85135
40.1
6*
5.302
2.80
7
96.286
0.40
1.48749
70.2
8
21.625
0.10
9
9.622
1.19
1.95906
17.5
10
18.121
可变
11
∞
-0.40
12*
5.358
1.53
1.76802
49.2
13*
-1173.342
0.20
14(光阑)
∞
0.00
15
6.827
0.45
1.92286
18.9
16
3.876
1.00
17
∞
0.00
18
∞
1.00
19
∞
可变
20*
7.777
1.99
1.58313
59.4
21
21.526
可变
22
∞
0.80
1.51633
64.1
像面
∞
非球面数据
第6面
K=-3.58713E-001 A4=9.41505E-005 A6=5.22965E-006
A8=5.92670E-008
第12面
K=-9.37765E-001 A4=1.23083E-004 A6=-2.51504E-005
A8=-1.80171E-006
第13面
K=0.00000E+000 A4=-1.80904E-004 A6=-4.44899E-005
第20面
K=-2.31052E+000 A4=4.76104E-004 A6=-2.96333E-006
A8=5.57163E-008
各种数据
变焦比
7.52
广角
中间
望远
|
焦距
5.15
10.49
38.72
F数
3.34
4.21
6.60
半场角
32.91
19.52
5.72
像高
3.33
3.72
3.88
透镜总长度
40.47
44.82
60.98
BF
8.40
8.79
7.30
|
d4
0.34
6.36
15.73
d10
17.00
9.65
1.52
d19
0.15
5.44
21.85
d21
6.82
7.21
5.72
变焦透镜单元数据
单元
开始面
焦距
1
1
35.55
2
5
-8.79
3
11
14.05
4
20
19.82
表1
下面，将参照图13描述使用根据第一到第五实施例的变焦透镜作
为摄影光学系统的数字静态照相机（图像拾取装置）。
在图13中，附图标记10表示图像拾取装置的主体。附图标记11
表示配备有根据本发明的示例性实施例的变焦透镜的摄影光学系统。
附图标记12表示接收通过摄影光学系统11形成的被摄体图像的诸如
CCD传感器或CMOS传感器的图像传感器（光电转换元件）。附图
标记13表示记录通过图像传感器12捕获的被摄体图像的记录单元。
附图标记14表示用于观察在显示装置（未示出）上显示的被摄体图像
的取景器。显示装置包括显示在图像传感器12上形成的被摄体图像的
液晶面板等。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，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宽泛的解
释以包含所有修改以及等同的结构和功能。