变焦透镜设备和包括该变焦透镜设备的图像拾取设备的制作方法

专利名称：：变焦透镜设备和包括该变焦透镜设备的图像拾取设备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及变焦透镜设备和包括该变焦透镜设备的图像拾取设备。变焦透镜设备和图像拾取设备适于在例如摄影机、电子静物摄像机、广播摄像机或离化银照相机中使用。
背景技术：
：近年来，诸如使用闺化银胶巻的摄像机、广播摄像机、数字静物摄像机或使用固态图像拾取元件的摄影机之类的图像拾取设备正在成为功能强大的设备，并且整个图像拾取设备的尺寸正在减小。相应地，充当图像拍摄光学系统并用在图像拾取设备中的变焦透镜设备需要具有短的总长、小型化并且具有高分辨率。此外，变焦透镜设备需要具有宽视角和高变焦比。满足这样的要求的已知变焦透镜设备包括从物侧到像侧按以下顺序排列的四个透镜。它们是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以及具有正折光力的第四透镜单元。还已知包括五个透镜单元的变焦透镜设备。所述五个透镜单元从物侧到像侧是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、具有正折光力的第四透镜单元以及具有正或负折光力的第五透镜单元。已知包括四个透镜单元的后聚焦型变焦透镜设备。在该变焦透镜设备中，第一透镜单元、第二透镜单元以及第三透镜单元进行变焦，而第四透镜单元校正由变焦产生的像面变化，并进行聚焦。(参照美国专利No.7057818、美国专利No.71937卯，以及日本专利特开No.08-050244、No.2004-199000和No.2006-113453。)已知包括五个透镜单元并且其第五透镜单元具有正折光力的变焦透镜设备。在该变焦透镜设备中，在变焦过程中，第一到第四透镜单元移动，以设置高变焦比。(参照日本专利特开No.2007-003554。)一般而言，为减小整个变焦透镜设备的尺寸，要减少透镜的数量，同时增大变焦透镜设备的每一个透镜单元的折光力。然而，在这样的变焦透镜设备中，透镜的壁厚由于每一个表面的折光力的增大而增大。当透镜系统的收缩效果不足时，变得难以同时校正各种像差。在如前所述的包括四个透镜单元的变焦透镜设备和包括五个透镜单元的变焦透镜设备中，为了获得好的光学性能，同时减小整个透镜系统的尺寸并实现高变焦比，重要的是正确地设置例如每一个透镜单元的折光力、透镜结构以及由每一个透镜单元的变焦产生的移动条件。具体来说，为了减小笫一透镜单元(前透镜单元)的有效直径，同时实现高变焦比，重要的是在变焦过程中移动第一透镜单元，并正确地设置由此时的变焦产生的第一透镜单元的移动条件。此外，重要的是正确地设置第一和第二透镜单元的折光力以及由变焦产生的成像放大率。当这些结构因素没有被正确地设置时，很难在整个变焦范围内获得高光学性能，同时维持高变焦透镜设备比。
发明内容本发明提供了一种变焦透镜设备，其从物侧到像侧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；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元。变焦是通过改变所述透镜单元之间的距离(优选地，通过改变所有的相邻透镜单元间距离)来进行的。第一透镜单元在从广角端到远摄端的变焦过程中向像侧移动之后，向物侧移动，以便第一透镜单元在远摄端比在广角端更靠近物侧。在该变焦透镜设备中，满足以下条件0.1<Ximg/fw<2.5，以及4.80<Xobj/fw<15.00其中，第一透镜单元在广角端的位置与最大限度地向像侧移动的第一透镜单元的位置之间的距离是Ximg，第一透镜单元在广角端的位置与最大限度地向物侧移动的第一透镜单元的位置之间的距离是Xobj，变焦透镜设备在广角端的焦距是fw。通过以下参考附图对示范性实施例的描述，本发明的其它特征将变得显而易见。图l是根据本发明的数值示例1的透镜在广角端的截面图，并示出了变焦轨迹。图2显示了根据本发明的数值示例1的在广角端的像差。图3显示了根据本发明的数值示例1的在远摄端的像差。图4是根据本发明的数值示例2的透镜在广角端的截面图，并示出了变焦轨迹。图5显示了根据本发明的数值示例2的在广角端的像差。图6显示了根据本发明的数值示例2的在远摄端的像差。图7是根据本发明的数值示例3的透镜在广角端的截面图，并示出了变焦轨迹。图8显示了根据本发明的数值示例3的在广角端的像差。图9显示了根据本发明的数值示例3的在远摄端的像差。图IO是根据本发明的数值示例4的透镜在广角端的截面图，并示出了变焦轨迹。图11显示了根据本发明的数值示例4的在广角端的像差。图12显示了根据本发明的数值示例4的在远摄端的像差。图13是根据本发明的数值示例5的透镜在广角端的截面图，并示出了变焦轨迹。图14显示了根据本发明的数值示例5的在广角端的像差。图15显示了根据本发明的数值示例5的在远摄端的像差。图16是根据本发明的数值示例6的透镜在广角端的截面图，并示出了变焦轨迹。图17显示了根据本发明的数值示例6的在广角端的像差。图18显示了根据本发明的数值示例6的在远摄端的像差。图19是根据本发明的数值示例7的透镜在广角端的截面图，并显示了变焦轨迹。图20显示了根据本发明的数值示例7的在广角端的像差。图21显示了根据本发明的数值示例7的在远摄端的像差。图22是根据本发明的图像拾取设备的示意视图。具体实施例方式本发明的一个实施例提供了一种小型变焦透镜设备，该设备具有小的前透镜直径和高变焦比，在整个变焦范围内提供高光学性能。本发明的另一个实施例提供了使用该变焦透镜设备的图像拾取设备。下面将描述变焦透镜设备和使用该变焦透镜设备的图像拾取设备的实施例。根据本发明的变焦透镜设备从物侧到像侧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、具有正折光力的第三透镜单元以及具有正折光力的第四透镜单元。当进行变焦时，透镜单元之间的距离(即，第一和第二透镜单元之间的距离、第二和第三透镜单元之间的距离，以及第三和第四透镜单元之间的距离)变化(即，所有的相邻透镜单元间距离都变化)。虽然在本实施例中，当进行变焦时，第一到第四透镜单元都移动，但是，本发明不限于此。例如，可以只移动第一、第二和第三透镜单元，或者只移动第二、第三和第四透镜单元。此外，在本实施例中，当变焦透镜设备包括第五透镜单元时，第五透镜单元对于变焦不移动。当第一透镜单元在变焦过程中从广角端移动到远摄端时，在第一透镜单元向像侧移动之后，第一透镜单元在远摄端比在广角端更靠近物侧。即，当从广角端到远摄端进行变焦时，第一透镜单元沿着凸起轨迹向像侧移动，以便第一透镜单元在远摄端比在广角端更靠近物侧。图1是根据本发明的第一实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端(短焦距)的截面图。图2和3分别显示了根据第一实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端(长焦距)的像差。图4是根据本发明的第二实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端的截面图。图5和6分别显示了根据第二实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端的像差。图7是根据本发明的第三实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端的截面图。图8和9分别显示了根据第三实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端的像差。图10是根据本发明的第四实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端的截面图。图11和12分别显示了根据第四实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端的像差。图13是根据本发明的第五实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端的截面图。图14和15分别显示了根据第五实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端的像差。图16是根据本发明的第六实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端的截面图。图17和18分别显示了根据第六实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端的像差。图19是根据本发明的第七实施例的变焦透镜设备的透镜在广角端的截面图。图20和21分别显示了根据第七实施例的变焦透镜设备在广角端和在远摄端的像差。图22是包括根据本发明的任何一个变焦透镜设备的摄像机(图像拾取设备)的主要部分的示意视图。每一个实施例的变焦透镜设备都是在诸如摄影机、数字摄像机或面化银胶巻摄像机之类的图像拾取设备中使用的图像拍摄透镜系统。在透镜的截面图中，左侧对应于物侧(前侧)，而右侧对应于像侧(后侧)。此外，在透镜的截面图中，i代表从物侧起的透镜单元的序号，Li代表笫i个透镜单元。在第一到第四实施例和第七实施例中的每一个实施例中的透镜的截面图中，Ll表示具有正折光力(即，光焦度，该光焦度=焦距的倒数)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，而L4表示具有正折光力的第四透镜单元。在第五实施例中的透镜的截面图中，Ll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，L4表示具有正折光力的第四透镜单元，而L5表示具有负折光力的第五透镜单元。在第六实施例中的透镜的截面图中，Ll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，L4表示具有正折光力的第四透镜单元，而L5表示具有正折光力的第五透镜单元。在透镜的每一个截面图中，SP表示位于第三透镜单元L3的物侧的孔径光阑。G表示对应于例如光学滤波器、面板(faceplate)、晶体低通滤波器或红外截止滤波器的光学块(实质上是没有折光力的光学元件或光学元件单元)。IP表示像面。当变焦透镜设备被用作摄影机或数字静物摄像机的图像拍摄光学系统时，诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换元件)的图像拾取表面被置于像面IP中。当使用卣化银摄像机时，对应于胶巻表面的感光表面被置于像面IP中。在显示了像差的图中，d和g分别表示d线和g线。AM和AS分别表示子午像面和弧矢像面。g线代表放大率色差。co表示半场角，RNO表示F数。在下面的每一个实施例中，广角端和远摄端对应于变焦透镜单元在沿着机构的光轴的可移动范围的各端处的变焦位置。在每一个实施例中，每一个透镜单元都在变焦过程中如对应的箭头所示地从广角端移动到远摄端。更具体地说，在当从广角端到远摄端进行变焦时将第一透镜单元Ll向像侧移动之后，第一透镜单元L1向物侧移动。即，第一透镜单元Ll沿着凸起轨迹向像侧移动。第二透镜单元L2在向像侧移动之后向物侧移动。即，第二透镜单元L2沿着凸起轨迹向像侧移动。第三透镜单元L3向物侧移动。第四透镜单元L4沿着凸起轨迹向物侧移动，以便校正由变焦所产生的像面位置的变化。在第五和第六实施例中的每一个实施例中，第五透镜单元L5对于变焦(在变焦过程中)是固定的。当从广角端到远摄端进行变焦时，移动第一透镜单元Ll,以便它在远摄端比在广角端更靠近物侧。这使得获得大的变焦比，同时透镜的总长在广角端保持较小。在每一个实施例中，第三透镜单元L3在变焦过程中向物侧移动，以便由第三透镜单元L3和第四透镜单元L4两者进行变焦。此外，通过移动具有正折光力的第一透镜单元Ll，使得第二透镜单元L2具有大的变焦效果。因此，可以获得高变焦比，而无需将第一和第二透镜单元Ll和L2的折光力设置得太大。此外，还使用后聚焦类型，在该类型中，通过沿着光轴移动第四透镜单元L4，来进行聚焦。在远摄端处从无穷远物体到附近物体的聚焦是通过向前移动第四透镜单元L4(在透镜的截面图中示出)来执行的。在每一个实施例中，在变焦过程中，孔径光阑SP与第三透镜单元L3—起移动。当孔径光阑SP与笫三透镜单元L3—起移动时，被分类为移动/可移动单元的单元的数量减少，从而更易于简化机械结构。在每一个实施例中，第一透镜单元Ll在广角端的位置与最大限度地向像侧移动的第一透镜单元L1的位置之间的距离是Ximg。即，第一透镜单元Ll在广角端的位置与在从广角端到远摄端的变焦过程中第一透镜单元Ll的移动轨迹中与像侧最近的位置之间的距离是Ximg。此外，第一透镜单元Ll在广角端的位置与最大限度地向物侧移动的第一透镜单元L1的位置之间的距离是Xobj。即，第一透镜单元Ll在广角端时的位置与在从广角端到远摄端的变焦过程中第一透镜单元Ll的移动轨迹中与物侧最近的位置之间的距离是Xobj。当变焦透镜设备在广角端的焦距是fw时，满足以下条件表达式(l)和(2):<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(l)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>…(2)在每一个实施例中的变焦透镜设备中，变焦是通过向像面侧移动第二透镜单元L2来进行的。这里，为获得高放大率变化比，需要移动透镜单元，以便在远摄端处增大第一和第二透镜单元之间的距离。条件表达式(1)和(2)定义了当第一透镜单元Ll沿着凸起变焦轨迹向像侧移动时向像侧的最大移动值和向物侧的最大移动值。当超出条件表达式(l)的下限时，在位于从广角端稍微向远摄端的变焦位置，离轴光线相对于第一透镜单元Ll的入射高度增大，从而增大前透镜直径。当超出条件表达式(l)的上限时，获得高放大率变化变得容易。然而，第二透镜单元L2向像侧的移动量变得太大。结果，第一透镜单元L1和孔径光阑SP之间的距离增大，从而第二透镜单元L2被推到第二透镜单元L2在广角端的位置。因此，在广角端，离轴光线相对于第一透镜单元Ll的入射高度增大，从而增大前透镜直径。当超出条件表达式(2)的下限，并且进行获得高变焦比的尝试时，产生以下问题。即，在远摄端，第一透镜单元Ll向物侧的移动量减小，从而导致第二透镜单元L2的移动轨迹单调地向像侧移动。这导致需要提供空间用于在广角端处移动第二透镜单元L2，从而导致第一透镜单元Ll与孔径光阑SP之间的距离增大。这增大前透镜直径。当超出条件表达式(2)的上限时，透镜在远摄端的总长增大，从而增大了整个变焦透镜设备的尺寸。此外，当超出条件表达式(2)的上限，并且进行获得高变焦比的尝试时，当第一透镜单元Ll由于其自重而偏心时，难以保持良好的光学性能。结果，难以获得高变焦比。因此，通过形成满足条件表达式(1)和(2)的结构，使得易于获得高变焦比而同时减小前透镜直径。由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(1)和(2)中每一个的数值范围是理想的0.2<Ximg/fw<1.7."(la)4.80<Xobj/fw<10.0…(2a)由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(la)和(2a)更加理想0.25<Ximg/fw<1.70".(lb)4.80<Xobj/fw<7.70...(2b)如上文所提及的，通过基于变焦正确地设置第一透镜单元Ll的移动条件，使得可以提供在从广角端到远摄端的整个变焦范围上具有良好的光学性能的变焦透镜设备，而同时减小前透镜直径。在每一个实施例中，满足以下条件中的至少一个是理想的。这使得可以获得对应于各个条件的优点。第二透镜单元L2在广角端和远摄端的横向放大率(横向的放大率或放大率)分别是(32w和P2t。第三透镜单元I3在广角端和远摄端的横向放大率(横向的放大率或放大率)分别是P3w和p3t。第二透镜单元L2的焦距是f2，而第三透镜单元L3的焦距是f3。第一透镜单元Ll的焦距是fl。这里，满足以下条件表达式(3)到(6)中的至少一个是理想的4.(XP2寧W〈12.0…(3)I.5<|33t/j33w<6.0…(4)-0.65<f2/f3<-0.35…(5)II.8<fl/fw<20.0…(6)条件表达式(3)和(4)分别定义了使第二和第三透镜单元L2和L3正确变焦的范围。当超出条件表达式(3)的下限，并且进行获得高变焦比的尝试时，第三透镜单元L3的变焦操作变得太强，从而使得难以校正像差。此外，还会发生诸如制造敏感度增大之类的其它问题，从而使得难以获得高变焦比。当超出条件表达式(3)的上限，并且进行获得高变焦比的尝试时，第二透镜单元L2的变焦操作变得太强，从而使得难以校正像差。此外，还会发生诸如制造敏感度增大之类的其它问题，从而使得难以获得高变焦比。当超出条件表达式(4)的下限，并且进行获得高变焦比的尝试时，第二透镜单元L2的变焦操作变得太强，从而使得难以校正像差。此外，还会发生诸如制造敏感度增大之类的其它问题，从而使得难以获得高变焦比。当超出条件表达式(4)的上限，并且进行获得高变焦比的尝试时，第三透镜单元L3的变焦操作变得太强，从而使得难以校正像差。此外，还会发生诸如制造敏感度增大之类的其它问题，从而使得难以获得高变焦比。如果使用满足条件表达式(3)和(4)的结构，则不仅第二透镜单元L2，而且第三透镜单元L3都会大大地参与到进行变焦的过程中，以致于在变焦过程中第二透镜单元L2沿着凸起轨迹向像侧移动。这里，与第二透镜单元L2沿着向像侧的直线移动的情况相比，提供空间用于使第二透镜单元L2向像侧移动的必要性降低。因此，在广角端的第二透镜单元L2可以被设置为与孔径光阑SP更靠近。这使得可以将在广角端的第一透镜单元Ll设置在靠近孔径光阑SP的位置。即，减小穿过前透镜(第一透镜单元Ll)的离轴光线的高度变得容易。结果，可以减小前透镜直径。由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(3)和(4)中每一个的数值范围是更理想的4.6<卩2寧\￥<10.0…(3a)2，9<P3,w<6.0…(4a)由于如前所述的理由，按如下方式i殳置条件表达式(3a)和(4a)中每一个的数值范围是更理想的4.6<卩2孝^<8.3…(3b)2.9<P3t/p3w<5.0…(4b)由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(3b)和(4b)中每一个的数值范围是更理想的4.6<p2t/|32w<6.5...(3c)2.9<p3t/p3w<4.5...(4c)在每一个实施例中的变焦透镜设备中，当只利用第二透镜单元L2进行变焦以获得高变焦比时，校正像差变得困难。此外，还会发生诸如制造敏感度增大之类的其它问题。为克服此问题，也使第三透镜单元L3适当地进行变焦，以降低第二透镜单元L2参与变焦的程度。条件表达式(5)定义第二和第三透镜单元L2和L3为第三透镜单元L3进行适当变焦提供所需的适当折光力的位置。当超出条件表达式(5)的下限时，第二透镜单元L2的变焦操作减少，从而使得难以获得高变焦比。相比之下，当超出条件表达式(5)的上限时，第三透镜单元L3的变焦操作减少，从而使得难以获得高变焦比。由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(5)的数值范围是更理想的-0.65<f2/f3<-0，45…(5a)由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(5a)的数值范围是更理想的-0.55<f2/f3<-0.45…(5b)条件表达式(6)定义第一透镜单元Ll的适当焦距范围。当超出条件表达式(6)的下限时，第一透镜单元L1的折光力变得太强，从而增大了在远摄端处的彗形像差和球面像差。当超出条件表达式(6)的上限时，第一透镜单元L1的折光力变得太弱，从而增大了前透镜直径。由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(6)的数值范围是更理想的11.8<fl/fw<14.5...(6a)由于如前所述的理由，按如下方式设置条件表达式(6a)的数值范围是更理想的11.8<fl/fw<13.5…(6b)接下来，将描述每一个透镜单元的结构的区别特征。由于第一透镜单元Ll的有效透镜直径变得大于其它透镜单元的有效透镜直径，因此，使用更少的透镜以减少第一透镜单元Ll的重量是理想的。第一透镜单元Ll从物侧到像侧依次包括粘合透镜和单正透镜。粘合透镜具有彼此接合的一个弯月负透镜(其物側表面是凸面)和一个正透镜。这使得当实现高放大率变化比时经常发生的球面像差和色差得到适当地校正。第二透镜单元L2从物側到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜、具有负折光力的第二透镜、具有负折光力的第三透镜以及具有正折光力的第四透镜L24。各个透镜的材料的折射率之中的最低折射率大于或等于1.8。在第二透镜单元L2的结构中，通过上文所描迷的设置，轻松地将第二透镜单元L2设置为相对于主点(principalpoint)的位置，更靠近像侧。这使得易于减小在广角端处第一透镜单元Ll与孔径光阑SP之间的距离，以致于易于减小前透镜直径。由于第二透镜单元L2的透镜材料的折射率高，因此，易于减小负透镜的表面的曲率。这使得可以减小第二透镜单元L2在光轴方向的厚度。由于第二透镜单元L2薄，因此，在广角端处第一透镜单元Ll与孔径光阑SP之间的距离可以减小，以致于可以减小前透镜直径。第三透镜单元L3从物侧到像侧依次包括正透镜、弯月负透镜以及粘合透镜。正透镜的物侧表面是凸面。负透镜的物侧表面是凸面。粘合透镜具有彼此接合的一个弯月负透镜(其物侧具有凸形)和一个正透镜。这减小由变焦所引起的像差变化。第四透镜单元L4包括粘合透镜，该粘合透镜具有彼此接合的正透镜(其物侧具有凸形)和负透镜。当在第四透镜单元L4处进行聚焦时，这减小色差的变化。第四透镜单元L4校正由第一到第三透镜单元Ll到L3的变焦所引起的像面的位置的变化。在第五实施例中，第五透镜单元L5包括其凹面面对物侧的单负透镜。在第六实施例中，第五透镜单元L5包括单正透镜。接下来，将描述每一个实施例的透镜的结构。在第一到第四实施例和第七实施例中，变焦透镜设备从物侧到像侧包括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以及具有正折光力的第四透镜单元L4。在从广角端到远摄端的变焦过程中，第一透镜单元Ll移动，以便在向像侧移动之后向物侧往复。第二透镜单元L2移动，以便在向像侧移动之后向物侧往复。第三透镜单元L3向物侧移动。第四透镜单元L4移动，以便校正像面的位置。笫三透镜单元L3和第四透镜单元L4各自都具有一个非球面表面，并校正球面像差和像场弯曲。在第三透镜单元L3的物侧提供了孔径光阑SP。在第四透镜单元L4和像面IP之间设置了诸如晶体低通滤波器或红外截止滤波器之类的玻璃块G。在第五实施例中，变焦透镜设备从物侧到像侧包括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、具有正折光力的第四透镜单元L4以及具有负折光力的第五透镜单元L5。在从广角端到远摄端的变焦过程中，第一透镜单元Ll移动，以便在向像侧移动之后向物侧往复。第二透镜单元L2移动，以便在向像侧移动之后向物侧往复。第三透镜单元L3向物侧移动。第四透镜单元L4移动，以便校正像面的位置。第五透镜单元L5是固定的。第三透镜单元L3和第四透镜单元L4各自都具有一个非球面表面，并校正球面像差和像场弯曲。在第三透镜单元L3的物侧提供了孔径光阑SP。在第五透镜单元L5和像面IP之间设置了诸如晶体低通滤波器或红外截止滤波器之类的玻璃块G。第六实施例与第五实施例的不同之处只在于，第五透镜单元L5具有正折光力。其它结构特征都相同。接下来，将参考图22描述使用根据任何一个实施例的变焦透镜设备作为图像拍摄光学系统的数字静物摄像机的实施例。在图22中，参考编号20表示摄像机本体，参考编号21表示用作上文所描述的第一到第七实施例中的任何一个实施例的变焦透镜设备的图像拍摄光学系统。参考编号22表示诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像拾取元件(光电转换元件)，其嵌入在摄像机本体20中并且接收由图像拍摄光学系统21形成的对象图像的光。参考编号23表示存储器，用于记录对应于经受了固态图像拾取元件22进行的光电转换的对象图像的信息。参考编号24表示取景器，包括例如液晶显示面板，用于观察在固态图像拾取元件22上形成的对象图像。通过在图像拾取设备(如数字静物摄像机)中使用根据本发明的变焦透镜设备，可以实现提供高光学性能的小型图像拾取设备。接下来，将讨论对应于根据本发明的第一到第七实施例的数值示例1到7。在每一个数值示例中，i表示从物侧起的光学表面的序号，Ri表示第i个光学表面的曲率半径，Di表示第i个光学表面和第(i+l)个表面之间的距离，Ni和vi分别表示第i个光学部件的材料相对于d线的的折射率和阿贝数。当k表示偏心，B、C、D和E各自表示非球面系数，x表示在距离光轴高度h的位置处的光轴方向上相对于第i个光学表面的顶点的位移时，按如下方式表示非球面表面形状<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>R代表曲率半径。例如，"E-Z"代表"1(TZ"。f表示焦距。Fno表示F数。co表示半场角。在每一个数值示例中，两个最后的表面对应于诸如滤波器或面板之类的光学块的表面。在从广角端到远摄端的变焦过程中第一到第三透镜单元Ll到L3在光轴方向上的移动量分别是M1、M2和M3。这里，按如下方式确定移动量M1、M2和M3:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>x^代表广角端。x-l代表远摄端。向像面側的移动量是正的。al到a10、bl到b10以及cl表示移动系数。表1示出了每一个数值示例与如前所述的条件表达式的对应关系。数值示例1f=5.20102.33Fno=2.835.812co=75.20~4.3°Rl==67,925Dl-l.卯Nl=4.806100vl==33,3R2==34.767D2=5.93N2=:1.496999v2==81.5R3==2219,771D3=0.10R4:=33.644D4=4.36N3==1.603112v3==60.6R5==125.629D5-可变R6==49.420D6=1.00N4==1.882997v4==40.8R7:=8.897D7=3.78R8:=65.877D8=0.85N5==1.882997V5:=40.8R9:=16.096D9=3.00R10--47.560D10=0.75N6=1.882997v6=40.8Rll=74.951Dll=0.10R12=21.945D12-2.31N7=1.922860v7=18.9R13=-223.123D13-可变R14-光阑D14=1.39*R15=10.419D15=3.60N8=1.743198v8=49.3R16=35.520D16=1.58R17=16.696D17=1.05N9=1.806100v9=33.3R18=9.948D18=0.28R19=15.912D19=0.60N10-2.003300vlO=28.3R20=6.800D20-2.10Nll=1.693501vll=53.2R21=-104.352D21-可变R22=0.000D22=0.00*R23=23.724D23=2.85N12=1.730770vl2=40.5R24=-14.113D24-0.50N13=1.717362vl3=29.5R25=129.973D25-可变R26=ooD26=0.75N14=L516330vl4=64.1R27=oo\焦距5.2032.66102.33可变距离\D50.8028.7638.90D1334.065.271.88D217.589.0038.72D255.4115.451.76非球面系数第15表面k=5，22482e-02B=-5.72674e-05C=-7.74949e-07D=2.50837e-08E=-6.91845e-10第23表面k=-4.38897e-01B=-4.42394e-06C=5.42763e-07D=-2.02940e-08E=3.17791e-10移动系数第一单元al=3.62765e+01a2=-1.98085e+02a3=6.06766e+01a4=1.94697e+02a5=-1.26975e+02第二单元bl=1.02490e+02b2=-1.65280e+02b3=5.15621e+00b4=1.23044e+02b5=-6.07188e+01第三单元cl=-2.74901e+01数值示例2f=5.20102.24Fno=2.87~'5.832co=75.2。4.30Rl=70.756Dl-l"ONl=1.806100vl==33.3R2=35.603D2-5.88N2=1.496999=81.5R3=6219.853D3=0.10R4=34.737D4-4.3SN3=1.603112v3==60.6R5=141.972D5-可变R6=50.161D6=1.00N4-1.882997v4==40.8R7=8.871D7-3.81R8=63.421D8=0.85N5-1.882997=40.8R9=16.760D9=2.91R10=-52.934D10=0.75N6=1.882997=40.8Rll=64.163Dll-0.10R12=21.229D12-2.30N7=1.922860=18.9R13=-443.451D13-可变R14-光阑D14=1.39*R15=10.252D15-3.18N8=1.743198=49.3R16=36.275D16=1.82R17=18.242=1.05N9=I駕IOOv9=33.3R18=9.667=0.26R19=14.736=0.60腸=2扁300vl0=28.3R20=6.874D20:=2.07Nil:=1.693501vll=53.2R21=-116.545=可变R22=0.000D22:=0.00*R23=23.388D23:=2.52N12:=1.743198vl2=49.3R24=-30.811D24==0.50N13:=1.717362vl3=29.5R25=110.106D25:=可变R26=:00D26:=0.75=1.516330vl4=64.1R27=:00\焦距5.2037.49102.24可变距离\D50.8031.0938.49D1334.444.781.88D217.2311.1138,63D255.4315.312.46非球面系数第15表面k=4.40217e-02B=-5.94488e-05C=-5.65696e-07D=1.25757e-08E=-4.84879e-10第23表面k=-4.78176e-01B=-5.01954e-06C=8.05793e-07D=-3.14984e-08E=4.85734e-10移动系数第一单元al=3.90142e+01a2=-2.94170e+02a3=3.85277e+02a4=7.71724e+01a5=-8.10637e+02a6=8.65%8e+02a7=-2.96624e+02第二单元bl=1.12843e+02b2=-2.88109e+02b3=3.68976e+02b4=-2.28110e+02b5=-6.79860e+01b6=1.53158e+02b7=-4.61425e+01第三单元cl=-2.79332e+01数值示例3f=5.29~104.23Fno=2.875.882①-75.204.3。Rl=73.270Dl=1.93Nl=1.806100vl=33.3R2=36.134D2=6.10N2=1.496999v2=81.5R3=-1593.867D3-0.10R4=34.292D4=4.37N3=1.603112V3-60.6R5=132.338D5-可变R6=52.461D6=1.02N4=1.882997v4=40.8R7=8.940D7=3.73R8-45.883D8=0.87N5=1.882997v5=40.8R9=16.672D9-2.94R10--57.628D10=0.76N6=1.882997v6=40.8Rll-45.188Dll=0.10R12=20.109D12=2.37N7=1.922860v7=18.9R13=-1004.281D13-可变R14-光阑D14-1.40*R15=10.049D15=3.41N8=1.743198v8=49.3R16=27.755D16=1.48R17=16.673D17-1.07N9=L806100v9=33.3R18=9.550D18=0.29R19=15.181D19=0.61謂=2.003300vl0=28.3R20=7.016D20=2.09Nil-1.693501vll=53.2R21=-84.195D21-可变R22=0.000D22:=0.00*R23=24.228D23:=2.14N12=:1.743198Vl2:=49.3R24=-27.285D24:=0.51N13=:1.717362Vl3:=29.5R25=143.304D25:=可变R26=ooD26:=0.76N14=4.516330vl4:=64.1R27=oo\焦距5.2935.84104.23可变距离\D50.8029.9839.17D1334.114.981.88D217.5810.6139.65D255.7015.612.40非球面系数第15表面k=2.80071e-02B=-5.92226e-05C:5.08480e画07D=9.17201e-09E=-4.38251e-10第23表面k=-5.28143e-01B=-5.34071e-06C=8.56601e-07D=-3.33911e-08E=4.98653e-10移动系数第一单元al=3.92637e+01a2=-2.76917e+02a3=2.88150e+02a4=1.86116e+02a5=-6.91619e+02a6=5.92766e+02a7=-1.72670e+02第二单元bl=1.14693e+02b2=-3.04619e+02b3=3.09885e+02b4=2.95562e+02b5=-1.22929e+03b6=1.21027e+03b7=-3.93039e+02第三单元cl=-2.87588e+01数值示例4f=5.20103.37Fno=2.85~5.862co=75.204.20Rl=70.825Dl=2.00Nl=1.806100vl=33.3R2=36.803D2=6.31N2=1.496999v2=81.5R3=902.547D3=0.10R4=36.237D4-4.14N3=1.603112v3=60.6R5=142.872D5-可变R6=55.999D6=1.10N4=1.882997v4=40.8R7=10.523D7=4.05R8=62.759D8=0.85N5=1.882997v5=40.8R9=16.044D9=3.92R10=-34.172D10=0.75N6=1.834000v6=37.2Rll-962.978Dll-0.10R12-28.210D12-2.50N7=1.922860V7-18.9R13=-128.972D13-可变R14-光阑D14=1.39*R15=10.372D15-3.29N8=1.693500V8-53.2R16=60.930D16-1.84R17=17.800D17=1.05N9=1.806100v9=33.3R18-9.712D18=0.46R19=19.071D19-0.60画=2.003300vl0=28.3R20-6.991D20=2.33Nil=1.743997vll=44.8R21--299.426D21-可变R22-0.000D22-0.00R23-22.920D23=2.77N12=1.743198vl2=49.3R24=-21.915D24=0.50N13=1.688931vl3=31.1R25=74.446D25-可变R26=ooD26=0.75N14=1.516330vl4=64.1R27=oo\焦距5.2040.43103.37可变距离\D50.8034.6241.01D1342.865.991.84D218.1111.6740.05D255.5813.761.57非球面系数第15表面k=2.37811e-02B=-6.06890e-05C=-4.52717e-07D=1.94633e-09E=-1.24818e-10移动系数第一单元al=9.73151e+00a2=2.17693e+03a3=-2.50665e+04a4=1.21350e+05a5=-3.32562e+05a6=5.60383e+05a7=-5.88649e+05a8=3.72712e+05a9=-1.28570e+05al0=1.81882e+04第二单元bl=1.04805e+02b2=9.43438e+00b3=1.12339e+02b4=-5.46126e+03b5=2.77398e+04b6=-7.64446e+04b7=1.30014e+05b8=-1.33078e+05b9=7.43465e+04bl0=-1.73295e+04第三单元cl=-2.79137e+01数值示例5f=5.30~104.17Fno=2.87~5.872co-73.204.245Rl=78.887Dl-1.93Nl-1.806100vl=33.3R2=37.025D2-6.10N2-1.496999v2=81.5R3=-803.488D3-0.10R4=34,768D4=4.37N3=1.603112v3=60.6R5=134.498D5-可变R6=38.420D6=1.02N4=1.882997v4=40.8R7=8.740D7=3.73R8=40，547D8=0.87N5-1.882997v5=40.8R9=15.780D9-2.94R10=-48.391D10=0.76N6=1.882997v6=40.8Rll=46.731Dll-0.10R12=20.208D12=2.37N7=1.922860v7=18.9R13=-1004.281013=可变R14-光阑D14=1.40*R15=9.986D15=3.41N8=1.743198v8=49.3R16=22.473D16=1.48R17=16.018D17=1.07N9=1.806100v9=33.3R18=9.799D18=0.29R19=15.025D19=0.61腦=2細300vl0=28.3R20-7.263D20=2.09Nll=1.693501vll=53.2R21=-67.883D21-可变R22=0.000D22=0.00*R23=24.665D23=2.14N12=1.743198vl2=49.3R24--18.436D24-0.51N13=1.761821vl3=26.5R25=-163.759D25-可变R26=-18.299D26-0.80N14=1.516330vl4=64.1R27=-1200.669D27-1.50R28=ooD28=0.76N15-1.516330vl5=64.1R29=oo\焦距5.3032.48104.17可变距离\D50.8028.4540.70D1333.113.541.79D216.899.7436.74D256.5915.903.77非球面系数第15表面k=-1.68720e-01B=-3.92397e-05C=-3.61583e-07D=1.18626e-08E=-3.61328e-10第23表面k=-5.28143e-01B=-5.34071e-06、C=8.56601e-07D=-3.33911e-08E=4.98653e-10移动系数第一单元al=4.89168e+01a2=-2.84416e+02a3=2.87222e+02a4=1.86424e+02a5=-6.91238e+02a6=5.92250e+02a7=-1.74775e+02第二单元bl=1.16559e+02b2=-3.06353e+02b3=3.19612e+02b4=2.93278e+02b5=-1.23029e+03b6=1.20619e+03b7=-3.94706e+02第三单元cl=-2.70308e+01数值示例6f=4.92104.23Fno=2.78Rl=74.324Dl=1.93R2=36.134D2=6.10R3--1593.867D3-0.10R4=34.292D4=4.37R5-132.338D5-可变5.872=79.6°4.3QNl=1.806100vl=33.3N2=1.496999v2=81.5N3=1.603112v3=60.6R6=55.422D6=1.02R7=8.940D7=3.73R8=45.883D8=0.87R9=16.672D9=2.94R10=-57.628D10=0.76Rll=45.188Dlh=0.10R12=20.109D12=2.37R13--1004.281D13=可变R14-光阑D14=1.40*R15=10.269D15=3.41R16=32.248D16:=1.48R17=16.211D17=1.07R18=9.495D18=0.29R19=15.959=0.61R20=7.149D20:=2.09R21=-107.309D21=可变R22-0.000D22=0.00*R23=23.667D23=2.14R24=-23.155D24=0.51R25=-943.315D25=可变R26=200.000D26=1.20R27=ooD27=1.50R28=ooD28=0.76R29=ooN4=1.882997v4=40.8N5=1.882997v5=40.8N6=1.882997v6=40.8N7-1.922860v7=18.9N8=1.743198v8=49.3N9=1.806100v9=33.3謂=2細300vl0=28.3Nll=1.693501vll=53.2N12=1.743198vl2=49.3N13=1.761821vl3=26.5N14=1.516330vl4=64.1N15=1.516330vl5=64.1\焦距4.9231.07104.23可变距离\D50.8028.3840.09D1334.114.701.77D216.7311.3570,77D256.6016.194.13非球面系数第15表面k=2.57794e-02B=-5.66906e-05C=-5.37360e-07D=9.71222e-09E=-4.12277e-10第23表面k=-5.28143e-01B=-5.34071e-06C=8.56601e-07D=-3.33911e-08E=4.98653e-10移动系数第一单元al=4.50356e+01a2=-2.86732e+02a3=2.88223e+02a4=1.86642e+02a5=-6.93007e+02a6=5.93320e+02a7=-1.72147e+02第二单元bl=1.12517e+02b2=-3.05978e+02b3=3.12786e+02b4=2.96063e+02b5=-1.23003e+03b6=1.21223e+03b7=-3.96830e+02第三单元cl=-3.15699e+01数值示例7f=5.29~69.75Fno=2.87-4.382co=75.2°'-6.4(Rl=73.270Dl-1.93Nl=L806100vl==33.3R2=36.134D2=6.10N2=:1.496999v2==81.5R3=-1593.867D3=0.10R4=34.292D4-4.37N3=1.603112v3==60.6R5-132.338D5-可变R6=52.461D6=1.02N4=:1.882997v4==40.8R7=8.940D7=3.73R8=45.883D8=0.87N5=:1.882997v5==40.8R9=16.672D9=2.94R10--57.628D10-0.76N6=1.882997v6=40.8R11M5.188Dll-0.10R12=20.109D12=2.37N7=1.922860v7=18.9R13--1004.281D13-可变R14-光阑D14-1.40*R15=10.049D15=3.41N8=1.743198V8-49.3R16-27.755D16-1.48R17=16.673D17=1.07N9=1.806100v9=33.3R18=9.550D18-0.29R19=15.181D19=0.61腦=2.003300vl0=28.3R20-7.016D20-2.09Nil=1.693501vll=53.2R21=-84.195D21-可变R22=ooD22=0.00*R23=24.228D23-2.14N12=1.743198vl2=49.3R24=-27.285D24-0.51N13=1.717362vl3=29.5R25=143.304D25-可变R26=ooD26-0.76N14=1.516330vl4=64.1R27=oo\焦距5.2921.4269.75可变距离\D50.8022.4837.91D1334.119.272.29D217.588.8522.33D255.7013.5111.13非球面系数第15表面k=2.80071e-02B=-5.92226e-05C=-5.08480e-07D=9.17201e-09E=-4.38251e-10第23表面k=-5.28143e-01B=-5.34071e-06C=8.56601e-07D=-3.33911e-08E=4.98653e-10移动系数第一单元al=2.75403e+01a2=-1.36240e+02a3=9.94375e+01a4=4,50498e+01a5=-1.17423e+02a6=7.05906e+01a7=-1.44231e+01第二单元bl=8,04478e+01b2=-1.49869e+02b3=1.06938e+02b4=7.15414e+01b5=-2.08709e+02b6=1.44127e+02b7=-3.28304e+01第三单元cl=-2.01720e+01表1<table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>根据每一个实施例，提供了一种小型变焦透镜设备，该设备具有小的前透镜直径且同时具有高变焦比，并在整个变焦范围上提供高光学性能。虽然参考示范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范性实施例。以下权利要求的范围应该给予最广泛的解释，以便包含所有修改以及等效的结构和功能。权利要求1、一种变焦透镜设备，从物侧到像侧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；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元，其中，变焦是通过改变所述透镜单元之间的距离来进行的，其特征在于，第一透镜单元在从广角端到远摄端的变焦过程中向像侧移动之后，向物侧移动，以便第一透镜单元在远摄端比在广角端更靠近物侧，以及其特征在于，满足以下条件O.1<Ximg/fw<2.5，以及4.80<Xobj/fw<l5.00其中，第一透镜单元在广角端的位置与最大限度地向像侧移动的第一透镜单元的位置之间的距离是Ximg，第一透镜单元在广角端的位置与最大限度地向物侧移动的第一透镜单元的位置之间的距离是Xobj，变焦透镜设备在广角端的焦距是fw。2、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，满足以下条件4.(Xp2t/p2w〈12.0，以及1.5<P3t/p3w<6.0其中，第二透镜单元在广角端和远摄端的横向放大率分别是piw和卩2t，第三透镜单元在广角端和远摄端的横向放大率分别是P3w和P3t。3、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，满足以下条件-0.65<f2/f3<-0.35其中，第二透镜单元的焦距是f2，第三透镜单元的焦距是f3。4、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，满足以下条件11.8<fl/fw<20.0其中，第一透镜单元的焦距是fl。5、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，第一、第二、第三和第四透镜单元在变焦过程中全部都移动。6、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，第二透镜单元从物侧到像侧依次包括具有负折光力的第一透镜、具有负折光力的第二透镜、具有负折光力的第三透镜以及具有正折光力的第四透镜，以及其中，各个透镜的材料的折射率之中的最低折射率大于或等于1.8。7、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，第三透镜单元从物侧到像侧依次包括正透镜、弯月负透镜以及粘合透镜，所述正透镜的物侧表面是凸面，所述负透镜的物侧表面是凸面，所述粘合透镜具有彼此接合的、物侧具有凸形的弯月负透镜和正透镜。8、根据权利要求1所述的变焦透镜设备，进一步包括设置在第四透镜单元的像侧并具有正或负折光力的第五透镜单元。9、根据权利要求l所述的变焦透镜设备，其中，图像是在固态图像拾取元件上形成的。10、一种图像拾取设备，包括根据权利要求l所述的变焦透镜；以及被配置为接收利用所述变焦透镜形成的图像的固态图像拾取元件。全文摘要本发明提供变焦透镜设备和包括该变焦透镜设备的图像拾取设备。该变焦透镜设备从物侧到像侧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；具有正折光力的第三透镜单元；以及具有正折光力的第四透镜单元。该变焦透镜设备被形成为使得第一透镜单元在广角端的位置与最大限度地向像侧移动的第一透镜单元的位置之间的距离Ximg，第一透镜单元在广角端的位置与最大限度地向物侧移动的第一透镜单元的位置之间的距离Xobj，以及变焦透镜设备在广角端的焦距fw是合适的值。文档编号G02B9/34GK101363955SQ200810146029公开日2009年2月11日申请日期2008年8月6日优先权日2007年8月6日发明者和田健,大部健司,篠原健志申请人:佳能株式会社