CN101042466A - 变焦透镜,使用该变焦透镜的成像装置以及拍摄装置和移动信息终端 - Google Patents

变焦透镜,使用该变焦透镜的成像装置以及拍摄装置和移动信息终端 Download PDF

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Abstract

一种变焦透镜包括：具有负焦距的第一组光学系统(G1)；具有正焦距的第二组光学系统(G2)；具有正焦距的第三组光学系统(G3)，第一组光学系统(G1)，第二组光学系统(G2)和第三组光学系统(G3)从物方侧到像方侧按所述顺序排列；和配置为与第二组光学系统(G2)一起移动并且设置于第二组光学系统(G2)的物方一侧的光阑(S)，当从短焦距端到长焦距端进行改变放大倍数时，通过减少第一组光学系统(G1)和第二组光学系统(G2)之间的间距实现放大倍数的变化。

Description

变焦透镜，使用该变焦透镜的成像装置以及拍摄装置和移动信息终端
                                技术领域
本发明涉及变焦透镜，以及涉及利用该变焦透镜作为摄像光学系统的成像装置，拍摄装置和移动信息终端。
                                背景技术
近年来，被称为数码相机或电子相机的相机类型已经普及。在该种相机中，由包括图像采集等装置的固态图像传感器摄取目标图像，这些固态图像传感器包括例如CCD(ChargeCoupled Device电荷耦合器件)，C-MOS图像传感器等，从而获得目标的静态图像或移动图像的图像数据，该数据进而以数字化的形式被记录在以闪存为代表的非易失性半导体存储器中。另一方面，利用传统的银盐胶卷的相机即银盐相机的常规相机已经逐渐成为历史。
这样的数码相机的市场非常巨大，并且用户对数码相机的需求在宽广的范围内各有不同。尤其是，用户总是希望数码相机的图像质量高，镜头角度广，并且尺寸进一步减小。
为了达到重量轻，体积小并且性能高的特性，诸如变焦透镜的焦距可变透镜经常被用作数码相机的摄像透镜。多数情况下，采用包括并非由很多透镜构成的两组或三组透镜的变焦透镜作为数码相机的变焦透镜。
另外，变焦透镜还要求具有与超过三百万像素的光接收元件相适合的高图像质量，以及较广的视角，较大的直径以及紧凑化。
在下列参考文献中公开了适用于数码相机等的常规的成像装置，例如JP2003-131134A，JP2003-107352A，JP 2003-35868A和JP2005-24988A。这些常规的成像装置适合于减小尺寸，每个装置都具有等于或超过38度半视场角的广视角和在短焦距端小于等于三的F数。
也就是说，在上述文献中每一个都公开了利用具有等于或超过38度半视场角的广视角并且在短焦距端具有小于等于三的F数的变焦透镜的成像装置，其中在成像装置中使用的变焦透镜包括具有负焦距的第一组光学系统；具有正焦距的第二组光学系统；具有正焦距的第三组光学系统，第一组光学系统，第二组光学系统和第三组光学系统从物方一侧到像方一侧按上述顺序排列；和配置为与第二组光学系统一起移动并且设置于第二组光学系统物方侧的光阑，当从短焦距端到长焦距端进行改变放大倍数时，通过减少第一组光学系统和第二组光学系统之间的间距实现放大倍数的变化。
在上述参考文献中，由于没使用具有高折射率以产生第二组光学系统的正透镜的光学材料，所以就不能控制正透镜的制造误差灵敏度。
另外，在JP2005-24988A中还存在获得微型化不充分的缺陷。
                                发明内容
因此，本发明的最基本的目标是提供尺寸足够小的高性能变焦透镜，该变焦透镜具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F数。
根据本发明的变焦透镜和利用该变焦透镜的成像装置包括具有负焦距的第一组光学系统；具有正焦距的第二组光学系统；具有正焦距的第三组光学系统，第一组光学系统，第二组光学系统和第三组光学系统从物方侧到像方侧按上述顺序排列；和配置为与第二组光学系统一起移动并且设置于第二组光学系统物方侧的光阑，当从短焦距端到长焦距端进行改变放大倍数时，通过减少第一组光学系统和第二组光学系统之间的间距实现放大倍数的变化，其中
第二组光学系统包括至少两个正透镜和至少一个负透镜，其中两个正透镜中的一个透镜被设置得最接近第二组光学系统的物方侧，
以及
满足下列条件式：
1.95＜Nn＜2.20
15＜vn＜35
其中Nn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的折射率，vn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的阿贝数。
有利的是，该变焦透镜进一步满足下列条件的式：
-0.02＜(r1-r2)/(r1+r2)＜0.07
其中，r1表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面的曲率半径，r2表示第二组光学系统的所述的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面的曲率半径。
有利的是，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
0.8＜tn/Y’＜1.4
其中tn表示在光轴上从设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面到第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面的距离，Y’表示最大像高。
有利的是，第二组光学系统包括正透镜和负透镜的接合透镜。
有利的是，第二组光学系统的至少一个正透镜为非球面透镜。
有利的是，设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面至少包括非球面。
有利的是，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
0.8＜M/f2＜1.5
其中M表示第二组光学系统的位移，f2表示第二组光学系统的焦距。
有利的是，该变焦透镜进一步满足下列条件所述式：
0.05＜Nn-Np＜0.3
其中Nn表示第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的折射率，Np表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的折射率。
有利的是，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
-15＜vn-vp＜-5
其中vn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的阿贝数，vp表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的阿贝数。
有利的是，该变焦透镜进一步满足下列条件不等式：
0.8＜φ/{r1*tan(ω)}＜1.2
其中，φ表示光阑的最大直径，ω表示短焦距端的半视场角，r1表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面的曲率半径。
更好的是，该第三组光学系统包括球面透镜。
根据本发明的成像装置包括上述变焦透镜中的一种变焦透镜。
根据本发明的拍摄装置包括上述变焦透镜中的一种变焦透镜或利用上述变焦透镜中的一种变焦透镜的成像装置。
有利的是，该拍摄装置具有将拍摄得到的图像转换成数字信息的功能。
有利的是，该拍摄装置进一步包括配置为接收由变焦透镜拍摄的图像并具有等于或大于三百万像素的光接收元件。
根据本发明的移动信息终端包括上述变焦透镜中的一种变焦透镜或利用上述变焦透镜中的一种变焦透镜的成像装置。
                                    附图说明
下文将通过参考实施例和附图对本发明进行进一步说明。
图1是图示说明根据本发明的第一实施例的变焦透镜的结构的剖面图。
图2是图示说明根据本发明的第二实施例的变焦透镜的结构的剖面图。
图3是图示说明根据本发明的第三实施例的变焦透镜的结构的剖面图。
图4是图示说明根据本发明的第四实施例的变焦透镜的结构的剖面图。
图5是图示说明根据本发明的第一实施例的变焦透镜的短焦距端中的像差图的示意图。
图6是图示说明根据本发明的第一实施例的变焦透镜的中焦距中的像差图的示意图。
图7是图示说明根据本发明的第一实施例的变焦透镜的长焦距端中的像差图的示意图。
图8是图示说明根据本发明的第二实施例的变焦透镜的短焦距端中的像差图的示意图。
图9是图示说明根据本发明的第二实施例的变焦透镜的中焦距中的像差图的示意图。
图10是图示说明根据本发明的第二实施例的变焦透镜的长焦距端中的像差图的示意图。
图11是图示说明根据本发明的第三实施例的变焦透镜的短焦距端中的像差图的示意图。
图12是图示说明根据本发明的第三实施例的变焦透镜的中焦距中的像差图的示意图。
图13是图示说明根据本发明的第三实施例的变焦透镜的长焦距端中的像差图的示意图。
图14是图示说明根据本发明的第四实施例的变焦透镜的短焦距端中的像差图的示意图。
图15是图示说明根据本发明的第四实施例的变焦透镜的中焦距中的像差图的示意图。
图16是图示说明根据本发明的第四实施例的变焦透镜的长焦距端中的像差图的示意图。球差图中的虚线描述正弦的情况，像散图中的实线和虚线分别表示弧矢方向和子午方向。
图17A和17B是示意性地图示说明作为根据本发明的拍摄装置(移动信息终端)的实施例的数码相机的外观图，其中图17A是当该相机被携带时的正面立体图，17B是相机背面的立体图。
图18是图示说明根据本发明的实施例的拍摄装置的系统结构的要素的框图。
                            具体实施方式
如图1到4所示，根据本发明的第一到第四实施例的每个变焦透镜都是这样的变焦透镜，该变焦透镜包括具有负焦距的第一组光学系统G1；具有正焦距的第二组光学系统G2；具有正焦距的第三组光学系统G3，第一组光学系统G1，第二组光学系统G2和第三组光学系统G3从物方侧到像方侧按上述顺序排列；和配置为与第二组光学系统G2一起移动并且设置于第二组光学系统G2的物方侧的光阑S，当从短焦距端到长焦距端进行改变放大倍数时，通过减少第一组光学系统G1和第二组光学系统G2之间的间距实现放大倍数的变化。
图1到图4所示的每一个变焦透镜都包括第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8，光阑S和光学滤波器OF。
在本实施例中，第一透镜L1到第三透镜L3构成第一组光学系统G1，第四透镜L4到第七透镜L7构成第二组光学系统G2，第八透镜L8构成第三组光学系统G3，并且这些透镜按组分别由共有的支撑框架或类似装置支撑在适当的位置，并且在进行变焦等操作时按组整体工作。另外，在图1到图4中还示出每个光学表面的表面标号r1到r19。
根据本发明的实施例的包括这样的透镜结构的变焦透镜和利用该变焦透镜的成像装置具有下述特性。
首先，为了达到紧凑性，需要缩短折叠长度以及透镜的总长度。这里“折叠长度”表示例如第一组光学系统到第三组光学系统的厚度的总和，“透镜的总长度”表示例如从最接近物方侧的透镜到图像表面的距离。另外，对于在所谓可伸缩型拍摄装置中使用的变焦透镜，重要的是减小透镜直径以防止包括多级的镜筒的尺寸增加。
在由三组光学系统组成的变焦透镜例如根据本发明的实施例的负-正-正光学系统组中，改变放大倍数的功能的大部分由第二组光学系统进行，而所设置的第三组光学系统主要用于使出射光孔与图像表面保持距离。
为了减少折叠长度，可能有必要减小透镜的厚度或间距，为了减少透镜的总长度，可能有必要使进行改变放大倍数的光学系统具有改变放大倍数的强大功能。
因此，根据本发明的该实施例，使变焦透镜满足下列条件：
1.95＜Nn＜2.20        (1)
15＜vn＜35            (2)
其中Nn表示第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的折射率，vn为第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的阿贝数。
通过采用具有高折射率的光学材料产生第二组光学系统的负透镜，能够充分进行单色差矫正。另外，可以控制负透镜的制造误差灵敏度。
如果条件表达式(1)的下限不满足，则当负透镜被充分缩短时难以充分矫正单色差并且难以抑制制造误差灵敏度的增加。另外，如果超过上限，光学材料的成本将变高。
如果条件表达式(2)的下限不满足，则当负透镜被充分缩短时难以充分矫正单色差并且难以矫正放大的色差。另外，如果超过上限，则当负透镜被充分缩短时难以充分矫正单色差并且难以矫正轴向色差。为改进上述效果，最好使下列条件表达式得到满足，
20＜vn＜30    (2’)
进一步，为了获得更高的成像性能，最好使下列条件表达式得到满足，
-0.02＜(r1-r2)/(r1+r2)＜0.07    (3)
其中，r1表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面的曲率半径，r2表示第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面的曲率半径。
如果条件表达式(3)的下限不满足，则由设置于最接近第二组光学系统G2中物方侧的正透镜L4的物方侧r8的表面产生的像差变为比第二组光学系统G2的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜(在本实施例中为第五透镜L5)的像方侧表面产生的像差更大。如果超过条件表达式(3)的上限，则由第二组光学系统G2的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜(在本实施例中为第五透镜L5)的像方侧表面产生的像差变为比由设置于最接近第二组光学系统G2中物方侧的正透镜(第四透镜L4)的物方侧r8的表面产生的像差更大。两种情况中都难以得到像差平衡。
进一步，当折叠长度被缩短时为了得到更高的成像性能，最好使下列条件表达式得到满足，
0.8＜tn/Y’＜1.4      (4)
其中tn表示在光轴上从设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面到第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面的距离，Y’表示最大像高。
设置于最接近第二组光学系统G2中物方侧的正透镜(第四透镜L4)的物方侧r8的表面和第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜(第五透镜L5)的像方侧r11的表面都具有小曲率，并且两个表面很大程度上相互调整像差并且对像差矫正作出最大贡献。为了充分进行像差矫正，通过两表面的光线的高度具有重要性。
如果条件表达式(4)的下限不满足，则第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜(第五透镜L5)的像方侧r11的表面中的离轴主光线的高度变得太小，因而难以进行像散和彗差的矫正。
如果超过条件表达式(4)的上限，则第二组光学系统G2的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜(第五透镜L5)的像方侧r11的表面中的轴向边缘光线的高度变得太小，从而难以进行球差的矫正。另外，这样可能也不利于减小第二组光学系统的尺寸。
进一步，最好使下列条件表达式(4’)得到满足，
0.9＜tn/Y’＜1.3     (4’)
另外，在根据本发明的实施例的变焦透镜中，第二组光学系统包括正透镜和负透镜的接合透镜。
原因是，当正透镜的物方侧表面和负透镜的像方侧表面很大程度上相互调整像差时，两透镜的连接误差(例如中心偏离等)对成像性能的影响趋于变得更大。考虑该因素，通过使两透镜接合在一起抑制连接误差本身使其变低。
另外，最好第二组光学系统的正透镜中的至少一个透镜为非球面透镜。
第二组光学系统中的轴向边缘光线变高。因此，通过在第二组光学系统中使用非球面透镜，在球差和彗差的矫正方面有效。尤其是，在最接近物方侧的正透镜的物方侧表面中的轴向边缘光线变为最高。因此，非球面对球差和彗差的矫正起到最大的效果。
进一步，为了当透镜的总长度缩小时获得更高的成像性能，最好使下列条件表达式得到满足
0.8＜M/f2＜1.5     (5)
其中M表示第二组光学系统的位移，f2表示第二组光学系统的焦距。
如果条件表达式(5)的下限不满足，则难以由第二组光学系统保证必须的放大率。进一步，如果超过条件表达式(5)的上限，当透镜的总长度缩小时难以矫正像差。
进一步，最好使下列条件表达式得到满足
0.9＜M/f2＜1.4            (5’)
另外，为了获得更高的成像性能，最好使下列条件表达式得到满足
0.05＜Nn-Np＜0.3          (6)
其中Nn表示第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的折射率，Np表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的折射率。
如果条件表达式(6)的下限不满足，则由第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面产生的像差变为比由设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面产生的像差更大。如果超过条件表达式(6)的上限，则由设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面产生的像差变为比由第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面产生的像差更大。在两种情况下都难以达到像差平衡。
为了获得更高的成像性能，最好使下列条件表达式得到满足
-15＜vn-vp＜-5    (7)
其中vn表示第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的阿贝数，vp表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的阿贝数。
如果条件表达式(7)的下限不满足，则难以矫正由设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜产生的轴向色差。如果超过条件表达式(7)的上限，则难以矫正由第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜产生的放大色差。
另外，为了获得广视角，低F数和高成像性能，最好使下列条件表达式得到满足
0.8＜φ/{r1*tan(ω)}＜1.2    (8)
其中，φ表示光阑的最大直径，ω表示短焦距端的半视场角，r1表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面的曲率半径。
如果条件表达式(8)的下限不满足，则设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的曲率半径变得更大从而减少宽视角和F数。这样当折叠长度被缩短时难以矫正第二组光学系统的负透镜的像差。如果超过条件表达式(8)的上限，则上下离轴光线在设置于最接近第二组光学系统的正透镜的物方侧表面上的折射不同而且大。这样就难以矫正彗差。
另外，最好使下列条件表达式得到满足
0.9＜φ/{r1*tan(ω)}＜1.1           (8’)
此外，更好的是，第三组光学系统包括一个球面透镜。在第三组光学系统上形成非球面对图像表明的矫正是有效的，但是当透镜为了聚焦而沿着光轴移动时就出现了新的问题，由于聚焦而产生图像质量下降。
接下来，将对本发明的几个实施例进行详细说明。
图1到4是分别根据本发明的第一到第四实施例对透镜或成像装置的结构用进行改变放大倍数时透镜的移动轨迹进行图示说明的剖面图。
如后文所述，各个实施例中的像差将得到充分矫正。从下文对各个实施例的说明可以明显看出，通过构造根据本发明的各个实施例的变焦透镜或利用根据各个实施例的变焦透镜的成像装置，可以获得具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F数的紧凑型变焦透镜，并且可以保证极良好的图像性能。
各个实施例中的符号含义如下：
f：整个系统的焦距
F：F-数(F-值)
ω：半视场角
r：曲率半径
D：表面距离
DA，DB，DC：可变距离
Nd：折射率
vd：阿贝数
K：非球面圆锥常数
A4：第4非球面系数
A6：第6非球面系数
A8：第8非球面系数
A10：第10非球面系数
A12：第12非球面系数
A14：第14非球面系数
A16：第16非球面系数
A18：第18非球面系数
然而，这里使用的非球面可以通过下列方程(9)表示：
X＝CH2/{1+√(1-(1+K)C2H2)}+A4·H4+A6·H6+A8·H8+A10·H10+A12·H12+A14·H14+A16·H16+A18·H18其中“C”表示近轴曲率半径(近轴曲率)的倒数，而“H”表示距光轴的高度。
另外，接下来将说明的几个实施例中E-XY表示10-xy。进一步，在后文中说明的像差图中，球差图中的实线表示球差，球差图中的虚线表示正弦情况，像散图中的实线表示弧矢方向，像散光图中的虚线表示子午方向。而且，一条实线表示d线(587.56nm)，另一条实线表示g线(435.83nm)。
实施例1
图1对根据本发明的第一实施例的短焦距端(即在广角端)中的变焦透镜的光学系统的结构进行图示说明。
图1中说明的变焦透镜包括第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，光阑S，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8和光学滤波器OF，这些元件从物方侧到像方侧以所述顺序排列。并且图像在具有各种光学滤波功能的光学滤波器OF后形成。在本实施例中，第一透镜L1到第三透镜L3构成第一组光学系统G1，第四透镜L4到第七透镜L7构成第二组光学系统G2，第八透镜L8构成第三组光学系统G3，并且这些透镜在必要时按光学系统组分别由共有的支撑框架或类似装置支撑，并且在进行变焦等操作时按光学系统组整体工作。另外，图1还示出每个光学表面的表面标号。
第一透镜L1是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第二透镜L2是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第三透镜L3是具有凸向物方侧的凸面的正弯月形透镜。包括第一透镜L1到第三透镜L3的第一组光学系统G1具有负焦距，即作为整体而言具有负折射光焦度。
第四透镜L4是具有包括凸向物方侧的强凸面的双凸透镜的正透镜，而且还是在透镜的物方侧表面上具有非球面的非球面透镜。第五透镜L5是具有包括朝向像方侧的强凹面的双凹透镜的负透镜。第四透镜L4和第五透镜L5互相串联紧密连接在一起以形成接合透镜(包括两个透镜)。第六透镜L6是具有双凸透镜的正透镜，第七透镜L7是在物方侧形成凸形的正弯月形透镜。由包括第四透镜L4到第七透镜L7的三组四个透镜组成的第二组光学系统G2具有正焦距，即作为整体而言具有正折射光焦度(refractive power)。设置于第二组光学系统G2的物方侧的光阑S与第二组光学系统G2整体操作。第八透镜L8是在物方侧形成凸形的正弯月形透镜，仅包括第八透镜L8的第三组光学系统G3具有正焦距，即作为整体而言具有正折射光焦度。
当从广角端(短焦距端)向摄远端(长焦距端)改变焦距时，第一组光学系统G1以凹形轨迹向物方侧移动，第二组光学系统G2向物方侧单调移动。通过在光轴上向物方侧移动第三组光学系统G3而进行从无无穷远到近距离物体的聚焦。设置于最接近像方侧的由平行平板构成的光学滤波器OF包括诸如晶体低通滤波器，红外切割滤波器等滤波器类型。
各组之间的可变距离根据焦距改变随各组的移动而改变。更为具体地说，最接近第一组光学系统G1中像方侧的表面(即作为第三透镜L3的像方侧表面的表面r6)与和第二组光学系统G2成为整体的光阑S的物方侧表面(即r7)之间的距离DA，最接近第二组光学系统G2中像方侧的表面(即作为第七透镜L7的像方侧表面的表面r15)与最接近第三组光学系统G3中物方侧的表面(即作为第八透镜L8的物方侧表面的表面r16)之间的距离DB，最接近第三组光学系统G3中像方侧的表面(即作为第八透镜L8的像方侧表面的表面r17)与光学滤波器OF的物方侧表面(即r18)之间的距离DC发生变化。
在第一实施例中，根据从广角端向摄远端的焦距改变，整个系统的焦距f，F数和半视场角ω如下发生变化：
f：4.32到12.26mm
F数(F值)：2.69到4.70
ω：40°37’到16°12’
每个光学表面的特性如下表所示。
                            表1
        f＝4.32～12.26，F＝2.69～4.70，ω＝40.37～16.12
表面标号 R D Nd vd
1 34.273 0.85 1.48749 70.24 第一透镜
2 6.012 1.39
3 12.608 1.00 1.88300 40.76 第二透镜
4* 4.526 1.76
5 8.825 1.76 1.80518 25.42   第三透镜
6 37.646 可变(DA)
7 光阑(S) 0.8
8* 5.336 3.39 1.80440 39.59   第四透镜
10 -10.297 0.85 2.00330 28.27 第五透镜
11 5.387 0.40
12 15.004 1.64 1.48749 70.24 第六透镜
13 -7.038 0.10
    14 20.032 1.20  1.48749  70.24 第七透镜
    15 254.894 可变(DB)
    16 10.620 1.66  1.48749  70.24 第八透镜
    17 72.585 可变(DC)
    18 ∞ 1.34  1.50000  64.0 各种滤波器
    19 ∞
在表1中，用“*”标注的第四表面和第八表面中的每个光学表面都是非球面。每个非球面在等式(9)中的参数如下表所示。
                            表2
                         非球面系数
第四表面 第八表面
非球面系数  K 0.0 0.0
 A4 -1.13948E-03 -4.12578E-04
 A6 -5.07594E-05 2.49752E-06
 A8 3.0005 7E-06 -7.01389E-07
 A10 -5.20888E-07 -4.27783E-07
 A12 2.22213E-08 3.39652E-08
 A14 -2.75304E-10 1.11743E-08
 A16 -5.88700E-12 -7.71382E-10
 A18 -5.83772E-13 -7.65504E-11
第一组光学系统G1和光阑S之间的可变距离DA，第二组光学系统G2和第三组光学系统G3之间的可变距离DB，和第三组光学系统G3和光学滤波器OF之间的可变距离DC分别根据变焦而变化，如下表所示(表3)
                     表3
                   距离变化
  广角端  中间焦距  摄远端
  f＝4.32  f＝7.28  f＝12.26
  DA   11.367  4.743  1.200
  DB   1.450  6.562  15.714
  DC   4.012  3.687  2.000
第一实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值如下所示：
(1)Nn＝2.00330
(2)vn＝28.27
(3)(r1-r2)/(r1+r2)＝-0.004756
(4)tn/Y’＝1.21
(5)M/f2＝1.148
(6)Nn-Np＝0.1989
(7)vn-vp＝-11.32
(8)φ/{r1*tan(ω)}＝0.948
因此，第一实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值在条件表达式的范围之内。
图5到7图示说明根据上述第一实施例的图1中所示的变焦透镜的各个像差的像差图，图5说明广角端的像差图，图6说明中间焦距的像差图，图7说明摄远端的像差图。在各个像差图中，球差图中的虚线表示正弦情况，像散图中的实线表示弧矢方向，像散光图中的虚线表示子午方向。
根据图5到图7所示的像差图容易理解，具有根据上述本发明的第一实施例的图1中所示的结构的变焦透镜非常好地矫正或抑制了各种像差。
这样，在包括分别具有负-正-正焦距的三组透镜的变焦透镜中能够实现各种像差的优良矫正，所以可以提供足够紧凑并且具有高性能的变焦透镜，该变焦透镜具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值。另外，可以提供采用根据本发明的该实施例的变焦透镜的成像装置。
尤其是，通过利用高折射率光学材料制造第二组光学系统的负透镜，可以充分进行单色差矫正，可以由第二组光学系统进行图像表面矫正，并且可以控制负透镜的制造误差。
实施例2
图2对根据本发明的第二实施例的在短焦距端(即广角端)的变焦透镜的光学系统的结构进行图示说明。
图2中说明的变焦透镜包括第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8，光阑S和光学滤波器OF。在本实施例中，第一透镜L1到第三透镜L3构成第一组光学系统G1，第四透镜L4到第七透镜L7构成第二组光学系统G2，第八透镜L8构成第三组光学系统G3，并且这些透镜必要时分别按组由共有的支撑框架或类似装置支撑，并且在进行变焦等操作时按组整体操作。
另外，图2还示出每个光学表面的表面标号r1到r19。这里，为了避免因为参考数字标号的增加而使说明复杂化，图2中的每个参考编码在各个实施例中独立使用，因此，即使在图2中使用与图1共用的参考数字，不必定表示相应的结构就与第一实施例相同。
在图2中，例如，第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，光阑S，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8和光学滤波器OF从诸如实际物体等的物方侧到像方侧按照上述顺序排列，并且图像在具有各种光学滤波功能的光学滤波器OF后形成。
第一透镜L1是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第二透镜L2是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第三透镜L3是具有包括凸向物方侧的凸面的平凸透镜的正透镜。包括第一透镜L1到第三透镜L3的第一组光学系统G1具有负焦距，即作为整体而言具有负折射光焦度。
第四透镜L4是具有包括凸向物方侧的强凸面的双突透镜的正透镜，并且在其物方侧表面形成非球面。然而，在本实施例中，例如，第四透镜L4可以是包括在其物方侧表面的非球面的混合非球面透镜，用玻璃透镜制成的混合非球面透镜并且通过在物方侧表面上成形树脂材料形成非球面。第五透镜L5是具有包括朝向像方侧的强凹面的双凹透镜的负透镜。第四透镜L4和第五透镜L5互相串联紧密连接在一起以形成接合透镜(包括两个透镜)。
第六透镜L6是具有双凸透镜的正透镜，第七透镜L7是具有包括凸向物方侧的强凸面的双凸透镜的正透镜。由包括第四透镜L4到第七透镜L7的三组四个透镜组成的第二组光学系统G2作为整体而言具有正折射光焦度。设置于第二组光学系统G2的物方侧的光阑S与第二组光学系统G2形成整体一起操作。第八透镜L8是在物方侧形成凸形的正弯月形透镜，并且仅包括第八透镜L8的第三组光学系统G3具有正折射光焦度。
当从广角端向摄远端改变焦距时，第一组光学系统G1以凹形轨迹向物方侧移动，第二组光学系统G2向物方侧单调移动。通过在光轴上向物方侧移动第三组光学系统G3进行从无穷远到近距离物体的聚焦。设置于最接近像方侧的由平行平板构成的光学滤波器OF包括诸如晶体低通滤波器，红外切割滤波器等滤波器类型。
各组之间的可变距离根据焦距改变随各组光学系统的移动而改变。更为具体地说，最接近第一组光学系统G1中像方侧的表面(即作为第三透镜L3的像方侧表面的表面r6)与和第二组光学系统G2形成整体的光阑S的物方侧表面(即r7)之间的距离DA，最接近第二组光学系统G2中像方侧的表面(即作为第七透镜L7的像方侧表面的表面r15)与最接近第三组光学系统G3中物方侧的表面(即作为第八透镜L8的物方侧表面的表面r16)之间的距离DB，和最接近第三组光学系统G3中像方侧的表面(即作为第八透镜L8的像方侧表面的表面r17)与光学滤波器OF的物方侧表面(即r18)之间的距离DC发生变化。
在第二实施例中，根据从广角端向摄远端的焦距改变，整个系统的焦距f，F数和半视场角ω如下发生变化：
f：4.32到12.26mm
F：2.70到4.66
ω：40°42’到16°16’
每个光学表面的特性如下表所示(表4)。
                             表4
        f＝4.32～12.26，F＝2.70～4.66，ω＝40.42～16.16
表面标号 R D Nd vd
1 25.834 0.85 1.57135 52.95 第一透镜
2 6.663 1.57
3 21.045 1.00 1.88300 40.76 第二透镜
4* 4.957 1.57
5 9.672 1.96 1.78472 25.68   第三透镜
6 ∞ 可变(DA)
7 光阑(S) 0.8
8* 5.185 3.29 1.80100 34.97   第四透镜
10 -11.007 0.85 2.00069 25.46 第五透镜
11 5.096 0.41
12 13.206 1.63 1.48749 70.24 第六透镜
13 -7.338 0.10
    14 23.804 1.16  1.51823  58.90 第七透镜
    15 -315.848 可变(DB)
    16 10.347 1.61  1.48749  70.24 第八透镜
    17 49.382 可变(DC)
    18 ∞ 1.34  1.50000  64.0 各种滤波器
    19 ∞
在表4中，第四表面和第八表面的每个光学表面都是非球面。上述每个非球面的等式(9)中的参数如下表所示。
                            表5
                        非球面系数
第四表面 第八表面
非球面系数  K 0.0 0.0
 A4 -9.88470E-04 -4.08534E-04
 A6 -3.74737E-05 2.62889E-06
 A8 3.18235E-06 -8.61853E-07
 A10 -4.48571E-07 -4.08562E-07
 A12 2.22931E-08 3.48877E-08
 A14 -3.91879E-10 1.07332E-08
 A16 -8.18480E-12 -1.08733E-09
 A18 1.67022E-13 -2.40496E-11
第一组光学系统G1和与第二组光学系统G2形成整体的光阑S之间的可变距离DA，第二组光学系统G2和第三组光学系统G3之间的可变距离DB，和第三组光学系统G3和光学滤波器OF之间的可变距离DC在焦距变化时变化，如下表所示
                      表6
                    距离变化
  广角端  中间焦距   摄远端
  f＝4.32  f＝7.28   f＝12.26
  DA   12.498  5.211   1.200
  DB   1.450  6.498   15.267
  DC   4.055  3.621   2.011
第二实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值如下所示：
(9)Nn＝2.00069
(10)vn＝25.46
(11)(r1-r2)/(r1+r2)＝0.008657
(12)tn/Y’＝1.18
(13)M/f2＝1.073
(14)Nn-Np＝0.19969
(15)vn-vp＝-9.51
(16)φ/{r1*tan(ω)}＝0.996
因此，第二实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值在条件表达式的范围之内。
图8到10图示说明根据上述第二实施例的图2中所示的变焦透镜的各个像差的像差图，图8说明广角端的像差图，图9说明中间焦距的像差图，图10说明摄远端的像差图。在各个像差图中，球差图中的虚线表示正弦情况，像散图中的实线表示弧矢方向，像散图中的虚线表示子午方向。
根据图8到图10所示的像差图容易理解，具有根据上述第二实施例的图2中所示的结构的变焦透镜非常好地矫正或抑制了各种像差。
这样，在包括分别具有负-正-正焦距的三组透镜的变焦透镜中能够实现各种像差的优良矫正，所以可以提供足够小并且高性能的变焦透镜，该变焦透镜具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值。另外，可以提供采用根据本发明的该实施例的变焦透镜的成像装置。
尤其是，通过利用高折射率光学材料制造第二组光学系统的负透镜，可以充分进行单色差矫正，可以由第二组光学系统进行图像表面矫正，并且可以控制负透镜的制造误差灵敏度。
第三实施例
图3对根据本发明的第三实施例的短焦距端即广角端中的变焦透镜的光学系统的结构进行图示说明。
图3中说明的变焦透镜包括第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，光阑S，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8和光学滤波器OF，这些元件从物方侧到像方侧按所述顺序排列，并且图像在具有各种光学滤波功能的光学滤波器OF后形成。在本实施例中，第一透镜L1到第三透镜L3构成第一组光学系统G1，第四透镜L4到第七透镜L7构成第二组光学系统G2，第八透镜L8构成第三组光学系统G3，这些透镜在必要时按组分别由共有的支撑框架或类似装置支撑，并且在进行变焦等操作时按组整体操作。
另外，图3还示出每个光学表面的表面标号r1-r19。
第一透镜L1是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第二透镜L2是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第三透镜L3是具有凸向物方侧的凸面的平凸透镜。包括第一透镜L1到第三透镜L3的第一组光学系统G1具有负焦距，即作为整体而言具有负折射光焦度。
第四透镜L4是具有包括凸向物方侧的强凸面的双凸透镜的正透镜，也是在透镜的物方侧表面上具有非球面的非球面透镜。第五透镜L5是具有包括朝向像方侧的强凹面的双凹透镜的负透镜。第四透镜L4和第五透镜L5互相串联紧密连接在一起以形成接合透镜(包括两个透镜)。
第六透镜L6是包括双凸透镜的正透镜，第七透镜L7是具有包括凸向物方侧的强凸面的双凸透镜的正透镜。由包括第四透镜L4到第七透镜L7的三组四个透镜组成的第二组光学系统G2具有正焦距，即作为整体而言具有正折射光焦度。设置于第二组光学系统G2的物方侧的光阑S与第二组光学系统G2整体操作。第八透镜L8是在物方侧形成凸形的正弯月形透镜，并且仅包括第八透镜L8的第三组光学系统G3具有正焦距，即具有正折射光焦度(positive refractive power)。
当从广角端(短焦距端)向摄远端(长焦距端)改变焦距时，第一组光学系统G1以凹形轨迹向物方侧移动，第二组光学系统G2向物方侧单调移动。通过在光轴上向物方侧移动第三组光学系统G3进行从无穷远到近距离物体的聚焦。设置于最接近像方侧的由平行平板构成的光学滤波器OF包括诸如晶体低通滤波器，红外切割滤波器等滤波器类型。
各组之间的可变距离根据焦距改变随各组的移动而改变。更为具体地说，最接近第一组光学系统G1中像方侧的表面(即作为第三透镜L3的像方侧表面的表面r6)与和第二组光学系统G2形成整体的光阑S的物方侧表面(即r7)之间的距离DA，最接近第二组光学系统G2中像方侧的表面(即作为第七透镜L7的像方侧表面的表面r15)与最接近第三组光学系统G3中物方侧的表面(即第八透镜L8的物方侧表面的表面r16)之间的距离DB，和最接近第三组光学系统G3中像方侧的表面(即作为第八透镜L8的像方侧表面的表面r17)与光学滤波器OF的物方侧表面(即r18)之间的距离DC发生变化。
在第三实施例中，根据从广角端向摄远端的焦距改变，整个系统的焦距f，F数和半视场角ω如下发生变化：
f：4.92到12.25mm
F：2.69到4.6
ω：40°37’到16°16’
每个光学表面的特性如下表所示。
                             表7
        f＝4.32～12.25，F＝2.69～4.6，ω＝40.37～16.16
表面标号 R D Nd  vd
1 22.770 0.85 1.53996  59.46 第一透镜
2 6.894 1.60
3 25.497 1.00 1.88300  40.76 第二透镜
4* 4.763 1.50
5 9.263 1.99 1.78472  25.68   第三透镜
6 ∞ 可变(DA)
7 光阑(S) 0.8
8* 5.202 3.31 1.80440  39.59   第四透镜
10 -10.372 0.85 2.00330  28.27 第五透镜
11 5.097 0.39
12 12.075 1.63 1.48749  70.24 第六透镜
13 -7.630 0.10
    14 29.044 1.20  1.48749  70.24 第七透镜
    15 -47.842 可变(DB)
    16 10.694 1.59  1.48749  70.24 第八透镜
    17 52.142 可变(DC)
    18 ∞ 1.34  1.50000  64.0 各种滤波器
    19 ∞
在表7中，用“*”标注的第四表面和第八表面的每个光学表面都是非球面。每个非球面的等式(9)中的参数如下表所示。
                        表8
                    非球面系数
第四表面 第八表面
非球面系数  K 0.0 0.0
 A4 -1.05198E-03 -3.99551E-04
 A6 -4.37814E-05 5.44051E-06
 A8 3.20887E-06 -1.03487E-06
 A10 -4.62233E-07 -4.64646E-07
 A12 2.14415E-08 3.23446E-08
 A14 -3.67062E-10 1.17060E-08
 A16 -4.66029E-12 -5.64834E-10
 A18 -1.04120E-13 -9.62324E-11
第一组光学系统G1和光阑S之间的可变距离DA，第二组光学系统G2和第三组光学系统G3之间的可变距离DB，和第三组光学系统G3和光学滤波器OF之间的可变距离DC分别根据变焦而变化，如下表所示(表9)
                        表9
                      距离变化
  广角端  中间焦距   摄远端
  f＝4.32  f＝7.28   f＝12.26
  DA   12.329  5.122   1.200
  DB   1.450  6.353   15.146
  DC   4.050  3.681   2.000
第三实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值如下所示：
(17)Nn＝2.00330
(18)vn＝28.27
(19)(r1-r2)/(r1+r2)＝0.01020
(20)tn/Y’＝1.19
(21)M/f2＝1.077
(22)Nn-Np＝0.1989
(23)vn-vp＝-11.32
(24)φ/{r1*tan(ω))}＝0.995
因此，第三实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值在条件表达式的范围之内。
图11到13图示说明根据上述第三实施例的图3中所示的变焦透镜的各个像差的像差图，图11说明广角端的像差图，图12说明中间焦距的像差图，图13说明摄远端的像差图。在各个像差图中，球差图中的虚线表示正弦情况，像散图中的实线表示弧矢方向，像散图中的虚线表示子午方向。
根据图11到图13所示的像差图容易理解，由具有根据上述第三实施例的图3中所示的结构的变焦透镜非常好地矫正或抑制了像差。
这样，在包括分别具有负-正-正焦距的三组透镜的变焦透镜中能够实现各种像差的优良矫正，所以可以提供足够紧凑并且高性能的变焦透镜，该变焦透镜具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值。另外，可以提供采用根据本发明的该实施例的变焦透镜的成像装置。
尤其是，通过利用高折射率光学材料制造第二组光学系统的负透镜，可以充分进行单色差矫正，可以由第二组光学系统进行图像表面矫正，并且可以控制负透镜的制造误差。
第四实施例
图4对根据本发明的第四实施例的短焦距端(即广角端)的变焦透镜的光学系统的结构进行图示说明。
图4中说明的变焦透镜包括第一透镜L1，第二透镜L2，第三透镜L3，光阑S，第四透镜L4，第五透镜L5，第六透镜L6，第七透镜L7，第八透镜L8和光学滤波器OF，这些元件从物方侧到像方侧按上述顺序排列，并且图像在具有各种光学滤波功能的光学滤波器OF后形成。在本实施例中，第一透镜L1到第三透镜L3构成第一组光学系统G1，第四透镜L4到第七透镜L7构成第二组光学系统G2，第八透镜L8构成第三组光学系统G3，这些透镜必要时分别按组由共有的支撑框架或类似装置支撑，并且在进行变焦等操作时按组整体操作。
另外，图4还示出每个光学表面的表面标号r1-r19。
第一透镜L1是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第二透镜L2是在物方侧形成凸形的负弯月形透镜，第三透镜L3是具有凸向物方侧的凸面的平凸透镜。包括第一透镜L1到第三透镜L3的第一组光学系统G1具有负焦距，即作为整体而言具有负折射光焦度(negative refractive power)。第四透镜L4是具有包括凸向物方侧的强凸面的双凸透镜的正透镜，也是在透镜的物方侧表面上具有非球面的非球面透镜。第五透镜L5是具有包括朝向像方侧的强凹面的双凹透镜的负透镜。第四透镜L4和第五透镜L5互相串联紧密连接在一起以形成接合透镜(包括两个透镜)。第六透镜L6是具有双凸透镜的正透镜，第七透镜L7是具有包括凸向像方侧的凸面的正弯月形透镜的正透镜。由包括第四透镜L4到第七透镜L7的三组四个透镜组成的第二组光学系统G2具有正焦距，即作为整体而言具有正折射光焦度。设置于第二组光学系统G2的物方侧的光阑S与第二组光学系统G2形成整体地操作。第八透镜L8是在物方侧形成凸形的正弯月形透镜，并且仅包括第八透镜L8的第三组光学系统G3具有正焦距，即具有正折射光焦度。
当从广角端(短焦距端)向摄远端(长焦距端)改变焦距时，第一组光学系统G1以凹形轨迹向物方侧移动，第二组光学系统G2向物方侧单调移动。通过在光轴上向物方侧移动第三组光学系统G3进行从无穷远到近距离物体的聚焦。设置于最接近像方侧的由平行平板构成的光学滤波器OF包括诸如晶体低通滤波器，红外切割滤波器等滤波器类型。
各组之间的可变距离根据焦距改变随各组的移动而改变。更为具体地说，最接近第一组光学系统G1中像方侧的表面(即作为第三透镜L3的像方侧表面的表面r6)与和第二组光学系统G2形成整体的光阑S的物方侧表面(即r7)之间的距离DA，最接近第二组光学系统G2中像方侧的表面(即作为第七透镜L7的像方侧表面的表面r15)与最接近第三组光学系统G3中物方侧的表面(即作为第八透镜L8的物方侧表面的表面r16)之间的距离DB，和最接近第三组光学系统G3中像方侧的表面(即作为第八透镜L8的像方侧表面的表面r17)与光学滤波器OF的物方侧表面(即r18)之间的距离DC发生变化。
在第四实施例中，根据从广角端向摄远端的焦距改变，整个系统的焦距f，F数和半视场角ω如下发生变化：
f：4.31到12.26mm
F：2.67到4.56
ω：40°42’到16°15’
每个光学表面的特性如下表所示(表10)。
                             表10
        f＝4.31～12.26，F＝2.67～4.56，ω＝40.42～16.15
表面标号  R  D  Nd  vd
1  30.185  0.85  1.77250  49.60 第一透镜
2  7.274  1.18
3  14.906  1.00  1.88300  40.76 第二透镜
4*  5.042  1.50
5  9.610  2.07  1.78472  25.68   第三透镜
6  ∞  可变(DA)
7  光阑(S)  0.8
8*  5.214  2.68  1.90366  31.32   第四透镜
10  -16.733  0.85  2.00000  22.50 第五透镜
11  4.700  0.48
12  19.653  1.32  1.48749  70.24 第六透镜
13  -14.426  0.10
    14  -119.739 1.38  1.48749  70.24 第七透镜
    15  -9.021 可变(DB)
    16  11.369 1.58  1.48749  70.24 第八透镜
    17  83.872 可变(DC)
    18  ∞ 1.34  1.50000  64.0 各种滤波器
    19  ∞
在表10中，用“*”标注的第四表面和第八表面的每个光学表面都是非球面。每个非球面的等式(9)中的参数如下表11所示。
                          表11
                        非球面系数
第四表面 第八表面
非球面系数  K 0.0 0.0
 A4 -9.43667E-04 -4.27579E-04
 A6 -4.02348E-05 7.89267E-06
 A8 3.80471E-06 -1.14476E-06
 A10 -4.84248E-07 -4.98385E-07
 A12 2.33663E-08 7.59447E-09
 A14 -3.35177E-10 1.44427E-08
 A16 -1.32712E-11 2.88126E-10
 A18 3.06619E-13 -2.03093E-10
第一组光学系统G1和光阑S之间的可变距离DA，第二组光学系统G2和第三组光学系统G3之间的可变距离DB，和第三组光学系统G3和光学滤波器OF之间的可变距离DC分别根据变焦而变化，如下表所示(表12)
                     表12
                    距离变化
  广角端  中间焦距  摄远端
  f＝4.31  f＝7.28  f＝12.26
  DA   13.109  5.537  1.200
  DB   1.471  6.736  15.163
  DC   4.291  3.592  2.000
第四实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值如下所示：
(25)Nn＝2.00000
(26)vn＝22.50
(27)(r1-r2)/(r1+r2)＝0.05185
(28)tn/Y’＝1.01
(29)M/f2＝1.028
(30)Nn-Np＝0.09634
(31)vn-vp＝-8.82
(32)φ/{r1*tan(ω)}＝0.991
因此，第四实施例中与上述条件表达式(1)到(8)相关的参数值在条件表达式的范围之内。
图14到16图示说明根据上述第四实施例的图4中所示的变焦透镜的各个像差的像差图，图14说明广角端的像差图，图15说明中间焦距的像差图，图16说明摄远端的像差图。
根据图14到图16所示的像差图容易理解，具有根据上述第四实施例的图4中所示的结构的变焦透镜非常好地矫正或抑制了像差。
这样，在包括分别具有负-正-正焦距的三组透镜的变焦透镜中能够实现各种像差的优良矫正，所以可以提供足够小并且高性能的变焦透镜，该变焦透镜具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值。另外，可以提供采用根据本发明的该实施例的变焦透镜的成像装置。
尤其是，通过利用高折射率光学材料制造第二组光学系统的负透镜，可以充分进行单色差矫正，可以由第二组光学系统进行图像表面矫正，并且可以控制负透镜的制造误差。接下来将参考图17A，17B和18对本发明的拍摄装置的实施例进行说明。该拍摄装置采用作为根据本发明的上述第一到第四实施例中叙述的变焦透镜的摄像光学系统。图17A是示意性地图示从作为目标的前侧即目标侧观察的拍摄装置的外观的立体图，17B是示意性地图示从作为摄影者一侧的背侧观察的拍摄装置的外观的立体图。图18是图示说明根据本发明的实施例的拍摄装置的功能结构的框图。
虽然这里对拍摄装置进行说明，然而最近已经出现内置照相功能的诸如所谓的PDA(Personal Data Assistant个人数据助理)或手机的移动信息终端。这样的移动信息终端虽然外观不同，但是其功能和结构与所述拍摄装置却基本相似，因此可以将根据本发明的光学系统或拍摄装置应用到这样的移动信息终端中去。
如图17A和17B所示，照相机1包括摄像镜头2，快门按钮3，变焦杆4，取景框5，闪光灯6，液晶监视器7，操作按钮8，电源开关9，存储/通信卡插槽10等。进一步，如图18所示，照相机1还包括光接收元件12，信号处理装置13，图像处理装置14，中央处理单元(CPU)15，半导体存储器16以及通信卡等17。
照相机1包括作为摄像光学系统使用的摄像镜头2，作为诸如CCD(Charge-coupleddevice电荷耦合器件)图像传感器等的区域类型传感器使用的光接收元件12。在照相机1中，由摄像镜头2摄取的物体图像由光接收元件12读取。本发明的第一到第四实施例中所述摄像光学系统被作为摄像镜头2使用。具体而言，作为形成摄像光学系统的作为变焦透镜的光学元件的透镜等元件被用于形成透镜单元。该透镜单元包括保持每个透镜使至少每个透镜等元件能够按透镜组移动和操作的保持机构。相机中包括的摄像镜头2通常按照该透镜单元的形式被结合。
来自光接收元件12的输出由中央处理单元(CPU)15控制的信号处理装置13处理而被转化为数字图像信息。在接收到在同样由中央处理单元(CPU)15控制的图像处理装置14中处理的预定图像之后，由信号处理装置13数字化的图像信息被记录到诸如非易失性存储器的半导体存储器16中。在本实施例中，半导体存储器16可以是插入存储/通信卡插槽10或类似插槽中的存储卡，或者是嵌入相机主体中的半导体存储器。液晶监视器7可以在摄像过程中显示图像以及显示记录在半导体存储器16中的图像。进一步，记录在半导体存储器16中的图像可以通过插入存储/通信卡插槽10中的通信卡等17输出。
如图17A所示，当照相机1被携带时，摄像镜头2处于储藏于照相机1的机身中的折叠状态。如果用户操作电源开关9打开电源，镜筒伸展并且摄像镜头2从照相机1的机身伸出。此时，在摄像镜头2的镜筒的内部，构成变焦透镜的每组光学系统处于例如广角端的排列，并且可以通过操作变焦杆4改变每组光学系统的排列以进行向长焦距端的放大倍数变化。另外，最好取景框5的光学系统的放大倍数的改变与摄像镜头2的视角的改变相连同。
在很多情况下，通过半按住快门按钮3进行聚焦，并且通过进一步按下快门按钮3达到完全按下的状态进行拍摄。然后进行上文所说明的处理。
当在液晶监视器7上显示记录在半导体存储器16中的图像以及当通过通信卡等17输出图像时将使用操作按钮18。半导体存储器16和通信卡等17可以分别被插入到诸如存储/通信卡插槽10的专用或通用插槽中使用。
另外，当摄像镜头2处于折叠状态时，每组变焦透镜不必总是沿光轴排列。例如，如果变焦透镜具有多组光学系统平行折叠的结构，则可以得到带有更为紧凑机身的拍摄装置。
如上所述，具有第一到第四实施例中所说明的变焦透镜的摄像镜头2可以作为用于在上述拍摄装置或移动信息终端中进行摄像的光学系统使用。相应地，可以实现采用具有三百万或更高像素的光接收元件的结构紧凑且图像质量高的拍摄装置或移动信息终端。
因此，根据本发明的实施例的变焦透镜和拍摄装置至少具有下列优点：
1.可以提供足够紧凑并且性能高，以及具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值的变焦透镜。
2.也可以提供能够充分进行单色差矫正，并且能控制负透镜的制造误差的变焦透镜。
3.可以提供具有更高成像性能的高性能变焦透镜。
4.可以提供结构紧凑性能更高同时折叠长度缩短的变焦透镜。
5.可以提供几乎没有连接误差且性能更稳定的足够紧凑和高性能的变焦透镜。
6.可以提供具有更高成像性能同时透镜总长度缩短的变焦透镜。
7.可以提供能够矫正由设置于最接近第二组光学系统的物方侧的正透镜产生的轴向色差以及矫正由第二组光学系统的至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜产生的放大色差的变焦透镜。
8.可以提供具有宽视角，低F数和高成像性能的变焦透镜。
9.可以提供使用根据本发明的变焦透镜之一的成像装置。
10.通过将使用上述变焦透镜之一的变焦透镜或成像装置应用到拍摄装置，可以提供足够紧凑和高性能的拍摄装置，这样的拍摄装置具有卓越的易于携带性并且能获得高图像质量，以及具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值。
11.通过将使用上述变焦透镜之一的变焦透镜或成像装置应用到移动信息终端，可以提供足够紧凑且高性能的移动信息终端，该移动信息终端拍摄高图像质量的图像并且具有卓越的用户易于携带性，以及具有等于或超过38度半视场角的广视角和短焦距端小于等于三的F值。
应当注意，虽然本发明已经相关于示例性实施例进行了说明，但本发明不局限于所描述的内容。鉴于上文的叙述，本发明涵盖了落入附后的权利要求及其等效内容的范围之内的各种修改和变化。
本申请要求对于申请于2006年3月20日的日本专利申请No.JP2006-076892的发明优先权，该申请的全部内容通过引用被结合在本文中。

Claims (16)

1.一种变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜包括：
具有负焦距的第一组光学系统；
具有正焦距的第二组光学系统；
具有正焦距的第三组光学系统，
第一组光学系统，第二组光学系统和第三组光学系统从物方侧到像方侧按上述顺序排列；和
配置为与第二组光学系统一起移动并且设置于第二组光学系统的物方侧的光阑，
当从短焦距端到长焦距端进行改变放大倍数时，通过减少第一组光学系统和第二组光学系统之间的间距实现改变放大倍数，其中
第二组光学系统包括至少两个正透镜和至少一个负透镜，其中两个正透镜中的一个被设置得最接近第二组光学系统中的物方侧，
以及
满足下列条件式：
1.95＜Nn＜2.20
15＜vn＜35
其中Nn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的折射率，vn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的阿贝数。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
-0.02＜(r1-r2)/(r1+r2)＜0.07
其中，r1表示设置于最接近第二组光学系统中的物方侧的正透镜的物方侧表面的曲率半径，r2表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中的具有最高折射率的透镜的像方侧表面的曲率半径。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
0.8＜tn/Y’＜1.4
其中tn表示在光轴上从设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面到第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的像方侧表面的距离，Y’表示最大像高。
4.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二组光学系统包括正透镜和负透镜的接合透镜。
5.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，第二组光学系统的正透镜中的至少一个透镜为非球面透镜。
6.如权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于，设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面包括非球面。
7.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
0.8＜M/f2＜1.5
其中M表示第二组光学系统的位移，f2表示第二组光学系统的焦距。
8.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
0.05＜Nn-Np＜0.3
其中Nn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的折射率，Np表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的折射率。
9.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜进一步满足下列条件式：
-15＜vn-vp＜-5
其中vn表示第二组光学系统的所述至少一个负透镜中具有最高折射率的透镜的阿贝数，vp表示设置于最接近第二组光学系统的物方侧的正透镜的阿贝数。
10.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，该变焦透镜进一步满足下列条件不等式：
0.8＜φ/{r1*tan(ω)}＜1.2
其中，φ表示光阑的最大直径，ω表示短焦距端的半视场角，r1表示设置于最接近第二组光学系统中物方侧的正透镜的物方侧表面的曲率半径。
11.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，所述第三组光学系统包括球面透镜。
12.一种成像装置，其特征在于，该成像装置包括如权利要求1到11中任何一项所述的变焦透镜。
13.一种拍摄装置，其特征在于，该拍摄装置包括如权利要求1到11中的任何一项所述的变焦透镜。
14.如权利要求13所述的拍摄装置，其特征在于，其中该拍摄装置具有将拍摄得到的图像转换成数字信息的功能。
15.如权利要求14所述的拍摄装置，其特征在于，该拍摄装置进一步包括配置为接收由变焦透镜获取的图像并具有等于或大于三百万像素的光接收元件。
16.一种移动信息终端，其特征在于，该移动信息终端包括如权利要求1到11中任何一项所述的变焦透镜。
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