CN101063745B - 可变焦距透镜系统和成像装置 - Google Patents

可变焦距透镜系统和成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可变焦距透镜系统，其包括：具有正屈光力的第一透镜组，具有负屈光力的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组，以及具有正屈光力的第四透镜组。随着透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，至少所述的每个透镜组都是可移动的，第二透镜组向着像侧移动而第三透镜组向着物侧移动，从而使第一透镜组和第二透镜组之间的间距增大，而第二透镜组和第三透镜组之间的间距减小，同时第四透镜组沿着光轴方向移动以补偿随着各透镜组的移动像平面位置的改变。

Description

可变焦距透镜系统和成像装置
技术领域
本发明涉及一种新的可变焦距透镜系统和成像装置。更具体来说，本发明涉及一种变焦比超过10×且用于摄像机、数码照相机等等中的可变焦距透镜系统，并且涉及一种装配有上述可变焦距透镜系统的成像装置。
背景技术
已知一种通过将物体图像的光强度经由各光电传感器转换成电子输出来记录成像器件所形成的物体图像的方法，所述成像器件作为相机中的记录手段，采用诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)等等的光电传感器，并且所述图像形成在成像器件的的平面上。
随着近年来微型制造技术方面的发展，中央处理单元已经变得更快且存储介质的集成度显著提高，从而能够高速处理以前不能处理的大量图像数据。另外，成像器件已经变得集成度更高且更小，而更高水平的集成使得能够以更高的空间频率进行记录，同时其较小的尺寸也使得相机整体尺寸减小。
然而，上述集成和小型化导致各光电传感器的光接收区域较小，由此造成电子输出方面的损耗，而伴随该电子输出的噪音则增加了。为了克服该问题，人们已经作出了尝试，例如通过放大光学系统的焦距比或者在各光电传感器的前面放置小的透镜元件(称作微透镜阵列)来增加到达成像器件的光强度。尽管上述微透镜阵列将落在邻近的光电传感器之间的光束引导至光电传感器上，但是其限制了透镜系统中出射光瞳的定位。换句话说，当透镜系统中的出射光瞳靠近成像器件时，即，当达到成像器件的主光线与光轴之间的角度变大时，被导向屏幕周围的离轴光束相对于光轴形成更大的角度，结果，这些光束到不了光电传感器，从而造成光强度不足。
近年来，随着数码相机变得更流行，用户需求也变得更多样化。
变焦比超过10×的变焦透镜能够捕捉到更大尺寸的物体。尤其，由于具有集成透镜的相机不能更换其透镜，这种相机的用户期望更大的变焦比，即使意味着必须同意接受更大的相机。
作为变焦比超过10×的变焦透镜，已知的有，例如，日本专利申请公报No.2005-215385(专利文献1)、No.2003-295059(专利文献2)、No.2005-128186(专利文献3)等等中公开的变焦透镜。
专利文献1和专利文献2中公开的变焦透镜包括四个透镜组，从物侧起依次为：具有正屈光力(refractive power)的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组。这四个透镜组构成为使得当透镜位置状态从广角端(wide-angle end)状态向摄远端(telephoto end)状态改变时，第一透镜组向物侧移动，第二透镜组向像侧移动，第三透镜组在首先向物侧移动之后向像侧移动，并且第四透镜组在首先向物侧移动之后向像侧移动。另外，专利文献1中公开的变焦透镜构成为使得第二透镜组和第三透镜组之间设置的孔径光阑独立于其它透镜组移动。
专利文献3中公开的变焦透镜包括四个透镜组，该四个透镜组为具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组。这些透镜组构成为使得当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，第一透镜组和第三透镜组沿着光轴方向固定，第二透镜组向像侧移动，并且第四透镜组移动以补偿随着第二透镜组的移动像平面位置的改变。
发明内容
然而，现有技术中的上述变焦透镜由于变焦功能集中于第二透镜组而存在这样的问题：如果第二透镜组在制造时即使有极小的量失准，性能也会受损。
在上述的专利文献1中公开的变焦透镜中，第二透镜组包括三个单透镜。因为在第二透镜组出现的正的球面像差通过第二透镜组的第二负透镜的像侧透镜表面和位于上述负透镜的像侧的正透镜的物侧透镜表面来校正，所以如果上述两个透镜表面未被对准则性能容易受损。
专利文献2和专利文献3中公开的变焦透镜的第二透镜组从物侧起依次包括第一负透镜、第二负透镜以及由正透镜和负透镜组成的胶合透镜(cemented lens)。结果，可能弱化第二负透镜的像侧透镜表面的屈光力，由此减小由第二负透镜和胶合透镜之间的未对准引起的性能变差。
然而。在专利文献2和专利文献3中公开的变焦透镜中，存在这样的问题：由于第二透镜组中有许多透镜使得第二透镜组变厚的事实，从而第一透镜组的直径变大。
因此，期望提供一种实现高变焦比和小型化的可变焦距透镜系统，以及一种采用这种可变焦距透镜系统的成像装置。本发明致力于解决上述问题。
根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，从物侧起依次包括：具有正屈光力的第一透镜组，具有负屈光力的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组，以及具有正屈光力的第四透镜组。当透镜位置状态从焦距最短的广角端状态向焦距最长的摄远端状态改变时，至少从上述的第一透镜组至上述的第四透镜组的每个透镜组都是可移动的，并且上述的第二透镜组向着像侧移动而上述的第三透镜组向着物侧移动，从而使上述的第一透镜组和上述的第二透镜组之间的间距增大，而上述的第二透镜组和上述的第三透镜组之间的间距减小。同时，上述的第四透镜组沿着光轴方向移动以补偿随着各透镜组的移动像平面位置的改变。上述的第一透镜组在摄远端状态比在广角端状态更靠近物。第二透镜组从物侧起依次包括：在像侧具有凹面和非球面的弯月形负透镜，以及由双凹透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜。假设f2a为位于第二透镜组中的弯月形负透镜的焦距，f2b为位于第二透镜组中的胶合负透镜的焦距，D12t为摄远端状态下第一透镜组和第二透镜组之间的距离，以及ft为摄远端状态下整个透镜系统的焦距，则满足下面的条件式：(1)0.15＜f2a/f2b＜0.3，以及(2)0.3＜D12t/ft＜0.45。
另外，根据本发明的一实施例的成像装置包括：可变焦距透镜系统和成像器件，该成像器件将通过上述的可变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号。上述的可变焦距透镜系统从物侧起依次包括：具有正屈光力的第一透镜组，具有负屈光力的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组，以及具有正屈光力的第四透镜组。当透镜位置状态从焦距最短的广角端状态向焦距最长的摄远端状态改变时，至少从上述的第一透镜组至上述的第四透镜组的每个透镜组都是可移动的，上述的第二透镜组向着像侧移动而上述的第三透镜组向着物侧移动，从而使上述的第一透镜组和上述的第二透镜组之间的间距增大，而上述的第二透镜组和上述的第三透镜组之间的间距减小。同时，上述的第四透镜组沿着光轴方向移动以补偿随着各透镜组的移动像平面位置的改变。上述的第一透镜组在摄远端状态比在广角端状态更靠近物。第二透镜组从物侧起依次包括：在像侧具有凹面和非球面的弯月形负透镜，以及由双凹透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜。另外，满足下面的条件式：(1)0.15<f2a/f2b<0.3；以及(2)0.3<D12t/ft<0.45。
根据本发明，可实现高变焦比和小型化。
附图说明
图1是一示意图，示出了涉及本发明的可变焦距透镜系统的若干实施例中的变焦的屈光力的配置和移动状态；
图2示出了根据本发明的可变焦距透镜系统的一实施例的透镜结构；
图3与图4至7一起，示出了关于将具体值应用于本发明的可变焦距透镜系统的一实施例的一数值实施例的各种像差曲线，并且图3中的曲线示出了广角端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图4示出了第一中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图5示出了第二中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图6示出了第三中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图7示出了摄远端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图8示出了根据本发明的可变焦距透镜系统的另一实施例的透镜结构；
图9与图10至13一起，示出了关于将具体值应用于图8中所示的可变焦距透镜系统的另一数值实施例的各种像差曲线，并且图9中的曲线示出了广角端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图10示出了第一中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图11示出了第二中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图12示出了第三中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图13示出了摄远端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图14示出了根据本发明的可变焦距透镜系统的另一实施例的透镜结构；
图15与图16至19一起，示出了关于将具体值应用于图14中所示的可变焦距透镜系统的另一数值实施例的各种像差曲线，并且图15中的曲线示出了广角端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图16示出了第一中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图17示出了第二中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图18示出了第三中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图19示出了摄远端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图20示出了根据本发明的可变焦距透镜系统的另一实施例的透镜结构；
图21与图22至25一起，示出了关于将具体值应用于图20中所示的可变焦距透镜系统的另一数值实施例的各种像差曲线，并且图21中的曲线示出了广角端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图22示出了第一中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图23示出了第二中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图24示出了第三中间焦距状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图25示出了摄远端状态下的球面像差、像散、畸变和横向像差；
图26是一示意图，示出了涉及本发明的可变焦距透镜系统的另一实施例中的变焦的屈光力的配置和移动状态。
图27是一方框图，示出了本发明的成像装置的实施例。
具体实施方式
下文中，描述本实施例的可变焦距透镜系统和成像装置的实施例。
根据本实施例的一实施例的可变焦距透镜系统从物侧起依次可包括：具有正屈光力的第一透镜组，具有负屈光力的第二透镜组，具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组。当透镜位置状态从焦距最短的广角端状态向焦距最长的摄远端状态改变时，至少从上述第一透镜组至上述第四透镜组的每个透镜组都是可移动的，且上述第二透镜组向着像侧移动，同时上述第三透镜组向着物侧移动，从而使上述第一透镜组和上述第二透镜组之间的间隔增大，同时使上述第二透镜组和上述第三透镜组之间的间隔变小。同时，上述第四透镜组沿着光轴的方向移动以补偿随着各透镜组的移动而发生的像平面位置的改变。上述第一透镜组设置得在摄远端状态比在广角端状态更接近物侧。第二透镜组从物侧起依次可包括：弯月面形状且在像侧具有凹面和非球面的负透镜以及由双凹透镜和具有面向物侧的凸面的弯月面形状的正透镜组成的胶合负透镜。满足条件式(1)0.15<f2a/f2b<0.3，以及(2)0.3<D12t/ft<0.45，其中f2a为位于第二透镜组中的负透镜的焦距，f2b为位于第二透镜组中的胶合负透镜的焦距，D12t为摄远端状态下第一透镜组和第二透镜组之间的距离，以及ft为摄远端状态下整个透镜系统的焦距。
因此，根据本实施例的可变焦距透镜系统，能够同时实现高变焦比和小型化。
在本实施例的可变焦距透镜系统中，为了用如上所述的结构实现高变焦比和小型化，在改变透镜位置状态时需注意减少位于第二透镜组上的负担，并且为了在制造阶段确保稳定的光学质量，需注意简化第二透镜组的结构。
在此，在改变透镜位置状态时减少位于第二透镜组上的负担的意思是：抑制第二透镜组的横向放大率的改变。
假设φ1为第一透镜组的屈光力，φ2为第二透镜组的屈光力，Dw为广角端状态下第一透镜组和第二透镜组的主点(principal points)之间的间隔，Dt为摄远端状态下第一透镜组和第二透镜组的主点之间的间隔，广角端状态下的组合屈光力φ12w和摄远端状态下的组合屈光力φ12t可如下表示：
φ12w＝φ1+φ2-φ1·φ2·Dw
φ12t＝φ1+φ2-φ1·φ2·Dt，
同时广角端状态下和摄远端状态下第二透镜组的横向放大率β2w和β2t分别可如下表示：
β2w＝φ1/φ12w
β2t＝φ1/φ12t，
并因此，横向放大率β2t/β2w的变化可如下表示：
β2t/β2w＝φ12w/φ12t
＝(φ1+φ2-φ1·φ2·Dw)/(φ1+φ2-φ1·φ2·Dt)
由于φ1>0，且φ2<0，φ1+φ2相对较小，结果，第二透镜组的横向放大率的变化取决于第一透镜组和第二透镜组之间的间隔，即(Dw-Dt)的变化。
在本实施例的可变焦距透镜系统中，通过减小第一透镜组和第二透镜组之间的间隔的改变量(Dw-Dt)，减小了变焦时位于第二透镜组上的负担，且与抑制了由第二透镜组引起的与透镜位置状态的改变有关的离轴像差的发生，由此实现更好的性能。
关于本实施例的可变焦距透镜系统，简化第二透镜组的结构的意思是：用两个负透镜元件(此处，“一个透镜元件”指单个透镜或一个胶合透镜)构造第二透镜组。
当第二透镜组包括三个或更多个透镜元件时，制造阶段在将这些透镜放入透镜腔内时可能造成未对准的因素增加，并因此稳定的光学质量难以确保。
本发明的可变焦距透镜系统中，通过用具有面向像侧的凹面和非球面像侧的弯月形的负透镜以及由双凹负透镜和凸面面向物侧的正透镜组成的胶合负透镜构造第二透镜组，其中胶合透镜位于负透镜的像侧且与负透镜之间具有空隙，制造阶段在放入透镜腔内的过程中可能促使发生未对准的因素减少，因此实现稳定的光学质量。
尤其，对于本实施例的可变焦距透镜系统，通过阐明构成第二透镜组的两个透镜元件中的每一个所实现的像差校正函数，可获得较好的性能，并且通过减小制造阶段的装配误差影响，可实现稳定的光学质量。
更具体来说，设置得接近于物的负透镜具有非球面，且主要起校正彗形像差随着视场角的改变的波动的作用，并且设置得接近于像的胶合负透镜主要起校正轴向像差的作用。通过利用胶合面引起负的球面像差，上述的胶合负透镜能够校正轴向像差。
注意，虽然上述的胶合负透镜可被分成两个透镜元件，即负透镜和正透镜，但是当将其如此分开时，需要充分抑制可能由该负透镜和正透镜之间的未对准引起的性能变差。这是因为负透镜的像侧的透镜表面引起正的球面像差，正透镜的物侧的透镜表面引起负的球面像差，并且它们互相抵消。
通过充分扩大负透镜和正透镜之间的间距，可以弱化屈光力，因此抑制性能变差，但是这使得透镜直径变大。另外，由于第二透镜组变厚，所以不可能确保第二透镜组的充分的移动量。
如上所述，对于本实施例的可变焦距透镜系统，通过简化第二透镜组的结构，第二透镜组变薄，因此使得可以减小第一透镜组的透镜直径。
对于本实施例的可变焦距透镜系统，通过移动第一透镜组使其在摄远端状态下比在广角端状态下更接近于物侧，使得在广角端状态下入射至第一透镜组的离轴光束更接近于光轴，因此在屏幕周围出现的彗形像差被很好地校正。
另外，当透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，通过向着物移动第三透镜组，随着透镜位置的改变，第三透镜组的横向放大率的改变增加，因此可补偿第二透镜组的横向放大率的改变方面的减小。
通过以上述方式构造本实施例的可变焦距透镜系统，同时满足条件式(1)和(2)，可同时实现更高的变焦比和更小的透镜直径。
条件式(1)0.15<f2a/f2b<0.3
条件式(1)是限定上述胶合负透镜的焦距的条件式，也是为了简化第二透镜组的结构所必需的条件式。
当超过条件式(1)的上限值(即，胶合负透镜的屈光力变强)时，不可能校正胶合负透镜独自出现的正球面像差，从而难以获得期望的光学性能。
反之，当不满足条件式(1)的下限值(即，负透镜的屈光力变强)时，随着透镜位置状态的改变，穿过该负透镜的离轴光束的高度变化变小。结果，难以校正离轴像差随着透镜位置状态的改变的改变。
条件式(2)0.3<D12t/ft<0.45
如上所述，对于本实施例的可变焦距透镜系统，随着透镜位置状态的改变，第一透镜组和第二透镜组之间的间距的改变量变小。在广角端状态下，由于第一透镜组和第二透镜组设置得彼此接近，上述的间距的改变量大约可与摄远端状态下第一透镜组和第二透镜组之间的间距相当。
另外，如果将Z(＝ft/fw)作为变焦比，则D12t/ft＝D12t/(fw·Z)。由于fw起到以广角端状态下的焦距进行归一化的作用，所以条件式(2)限定了通过用第一透镜组和第二透镜组之间的间距的改变量除以变焦比而获得的值。
当超过条件式(2)的上限值时，第二透镜组的横向放大率的范围变大。因此，当第二透镜组的结构被简化时，随着透镜位置状态改变，离轴像差的波动变得更显著，因此难以获得期望的光学性能。
相反，当不满足条件式(2)的下限值时，第二透镜组的横向放大率的范围变小。然而，其它透镜组上的负担变得太大，因此难以获得期望的光学性能。
根据本发明的可变焦距透镜系统的一个实施例，为了更好地校正由于第二透镜组中的胶合负透镜而出现的轴上像差，并且为了进一步提高性能，期望满足下面所示的条件式(3)，其中n2N为位于第二透镜组中的胶合负透镜的负透镜相对于d线(d-line)的折射率，而n2P为位于第二透镜组中的胶合负透镜的正透镜相对于d线的折射率：
(3)0.3<n2P-n2N
条件式(3)限定了胶合负透镜中的胶合面处出现的负的球面像差。
当不满足条件式(3)的下限值时，构造胶合负透镜的两个透镜之间的折射率差变小。结果，只能减小胶合面的曲率半径，导致出现高阶球面像差，且使得难以获得期望的光学性能，并且同时第二透镜组变厚。
根据本发明的可变焦距透镜系统的实施例，在近距离对焦(close-rangefocusing)时，期望第四透镜组沿着光轴方向移动，且满足下面所示的条件式(4)和(5)，其中β2w为广角端状态下第二透镜组的横向放大率，而β2t为摄远端状态下第二透镜组的横向放大率：
(4)-1<β2w<0
(5)β2t<-1
通常，在变焦透镜中，通过沿光轴方向移动构成变焦透镜的透镜组之一来执行近距离对焦。在第一透镜组具有正屈光力的变焦透镜中，由于第一透镜组的透镜直径很大，所以如果通过移动第一透镜组来执行近距离对焦，则驱动系统必须在尺寸方面较大，使得镜筒直径变大。
尤其，随着自动聚焦功能变得流行，人们期望更快的操作速度。为了提高操作速度，减小自动聚焦期间需要执行的工作量(＝重量×距离)会很有效，因此通过移动比第一透镜组设置得接近像的透镜组来执行近距离对焦的方法将会更适合于此目的。
然而，在正-负-正-正四组的变焦透镜中，当在从广角端状态向摄远端状态改变透镜位置状态同时，保持第二透镜组的横向放大率β2为×-1的位置时，通过第二透镜组的方式难以执行近距离对焦。这是因为当该位置使得β2＝-1时，不可能执行近距离对焦，且用于实现-1<β2<0范围的移动方向与用于实现β2<-1范围内的移动方向相反。
如上所述，通过移动第四透镜组来执行近距离对焦，第二透镜组的横向放大率β2就自由了。从而，可以减弱第二透镜组的屈光力，增大校正像差的自由度，并有望进一步提高性能。
条件式(4)和(5)表示：通过由第四透镜组执行近距离对焦，对第二透镜组的横向放大率的限制消除，且增大了校正像差的自由度。
另外，透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时，当第二透镜组的横向放大率在-1和0之间时，第四透镜组首先向着物移动，而一旦第二透镜组的横向放大率变得小于-1，则第四透镜组向着像移动。
对于预定距离处的物，摄远端状态下为了执行近距离对焦而需覆盖的距离比在广角端状态下的大。如上所述，通过使第四透镜组移动，由于摄远端状态下第三透镜组和第四透镜组之间的间距被充分加宽，因此可以确保摄远端状态下近距离对焦所需要的足够的移动空间。
在本发明的可变焦距透镜系统中，如上所述，通过减小变焦时设于第二透镜组上的负担，第二透镜组的结构被简化，但是为了保持预定的变焦比，需要一透镜组来补偿第二透镜组上所减轻的与变焦有关的负担。
如此，在本实施例的可变焦距透镜系统中，对于第二透镜组在变焦方面的贡献减少的事实，在透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时通过向着物移动第三透镜组，第三透镜组部分地承担变焦有关的负担。
在本发明的可变焦距透镜系统的一实施例中，为了进一步提高性能，期望满足下面所示的条件式(6)，其中Δ3为透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时第三透镜组的移动量：
(6)0.17<Δ3/ft<0.25
条件式(6)限定第三透镜组负责的变焦比例，并且限定透镜位置状态改变时出现的轴上像差的波动。
当超过条件式(6)的上限值时，第三透镜组负责的变焦比例变大。换句话说，第三透镜组的横向放大率变为更大的范围。结果，当透镜位置状态改变时由于第三透镜组而出现的轴上像差的波动变大，因此难以实现较好的性能和较大的变焦比。
当不满足条件式(6)的下限时，第四透镜组的横向放大率变为更大的范围，导致第四透镜组的移动量显著增大，尤其是在摄远端状态下，因此导致执行近距离对焦的驱动机构变得更复杂。
在本发明的可变焦距透镜系统的一实施例中，期望在第四透镜组的像侧提供第五透镜组，并且期望第五透镜组由具有负屈光力的负部件组(negativeparts group)和具有正屈光力的正部件组(positive parts group)构成，该正部件组位于上述的负部件组的像侧且与上述的负部件组之间具有空隙。
第五透镜组执行下述功能。
一个是调整出射光瞳位置的功能。通过提供具有负屈光力的负部件组和在该负部件组的像侧且与该负部件组之间具有空隙的具有正屈光力的正部件组，使出射光瞳的位置远离像平面。换句话说，使主光线可以在几乎平行于光轴的状态下到达像平面位置。
另一个是校正畸变的功能。通过设置具有负屈光力的负部件组，使得像侧的透镜表面具有面向像侧的强的凹面，可以校正在广角端状态下可能出现的负畸变。
在本发明的可变焦距透镜系统的一实施例中，通过当透镜位置状态改变时使上述的第五透镜组在光轴方向上固定，可以简化镜筒的结构。
在根据本发明的一实施例的配备有第五透镜组的可变焦距透镜系统中，第三透镜组可以用正透镜和负透镜的胶合正透镜配置。
在现有技术的正-负-正-正四组的变焦透镜中，由于仅有一个透镜组具有负屈光力，所以在广角端状态下可能出现的负畸变通过用具有正屈光力的正部件组和具有负屈光力的负部件组配置第三透镜组来校正。如上所述，通过提供第五透镜组，可以利用第五透镜组来校正负畸变。结果，无需用正部件组和负部件组来配置第三透镜组。
然而，如上所述，由于第三透镜组部分地负责变焦，为了校正与透镜位置状态的改变有关的球面像差，或者为了校正色差，可以采用使用正透镜和负透镜构成的胶合透镜的配置，并且通过采用这种配置，能够实现性能的进一步提高。
另外，在实现更小的透镜直径方面，孔径光阑的位置也很重要。
通常，当孔径光阑设置得接近于光学系统的中心时，可以使得各透镜组的透镜直径较小。
在根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统中，通过将孔径光阑设置在第二透镜组和第三透镜组之间，使得在广角端状态下入射到第一透镜组的离轴光通量的高度更接近光轴，可使透镜直径更小。另外，通过将第一透镜组和第二透镜组设置得彼此接近，可以根据视场角的变化而积极改变广角端状态下通过第二透镜组的离轴光通量，并且由此可以很好地校正彗形像差随着视场角的改变的波动。
另外，根据将孔径光阑设在第二透镜组和第三透镜组之间的这种配置，通过适当设置位于孔径光阑像侧的透镜组(这些透镜组在下文中将被称作“后面组”)的焦距，可以将第一透镜组进一步小型化。
为了将变焦比增大至极大的范围，还需要扩展广角端状态下的视场角。
摄远端状态下的焦距越长，通过靠近物体而拍摄到的物越大。然而，存在一个问题：透镜的总长度变长。对于具有内置式透镜的照相机，由于透镜不能改变，因此不适合室内摄影，除非装有广角转换镜头或类似物。
根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统中，在实现更高的变焦比时，注意这样的情况，即，通过扩展广角端状态下的视场角，在没有转换镜头的情况下尚可进行室内摄影。
通常，为了实现更宽的视角，由于视角变宽，所以入射到第一透镜组的离轴光通量远离光轴。换句话说，第一透镜组的透镜直径变大。
在根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，作为使得入射到第一透镜组的离轴光通量的高度更接近光轴的方法，注意减小在孔径光阑位置处离轴光通量和光轴之间形成的角度。为此，孔径光阑设置在第二透镜组和第三透镜组之间，且该孔径光阑移动以使得随着透镜位置状态从广角端状态到摄远端状态的改变使第二透镜组和该孔径光阑之间的间距变窄。
在现有技术中，在通过成像装置记录物的像时，出射光瞳的位置远离像平面以便防止微透镜阵列留下阴影。换句话说，其差不多是像侧远心光学系统。
在像侧远心光学系统中，出射光瞳设在无限远处，即，其具有从光学系统射出的主光线平行于光轴的特点。换句话说，出射光瞳设在位于孔径光阑像侧的部分光学系统(后面组)的物侧聚焦位置处。
为此，孔径光阑像侧的部分光学系统(后面组)的焦距越长，能够使得孔径光阑位置处离轴光通量与光轴之间形成的角度越小。
如此，在根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统中，通过延长后面组的焦距，即使在视场角被扩展时，也防止第一透镜组的有效孔径变大。
因此，在根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统中，为了减小透镜直径，假设fw为广角端状态下整个透镜系统的焦距，并且f35w为广角端状态下第三透镜组至第五透镜组的组合焦距，期望满足下面所示的条件式(7)：
(7)0.25<fw/f35w<0.3
当超过条件式(7)的上限值时，由于后面组的焦距变短，在孔径光阑处主光线和光轴之间形成的角度变大。结果，在广角端状态下入射到第一透镜组的离轴光通量远离光轴，难以充分减小透镜直径。
当不满足条件式(7)的下限值时，为了保持广角端状态下的焦距，在广角端状态下第二透镜组和第三透镜组之间的间距变得非常大，难以减小透镜的总长度。
对于根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，为了实现透镜直径的减小和更好的性能之间的平衡，假设Dsw为广角端状态下孔径光阑和像平面之间的距离，并且TLw为广角端状态下透镜的总长度，期望满足下面所示的条件式(8)：
(8)0.4<Dsw/TLw<0.55
条件式(8)限定了广角端状态下孔径光阑的位置。
当不满足条件式(8)的下限值时，广角端状态下孔径光阑的位置朝向像平面移动。如此，穿过第一透镜组的离轴光通量远离光轴，难以进一步减小透镜直径。
另一方面，当超过条件式(8)的上限值时，孔径光阑和第二透镜组之间的距离变短。如此，第二透镜组的屈光力变得太强，结果，难以校正彗形像差随着视场角的改变的波动，并且难以进一步提高性能。
对于根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，通过使得孔径光阑与第三透镜组一起移动，可以简化镜筒的结构。
对于根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，为了进一步提高性能，优选第一透镜组包括三个透镜，该三个透镜从物侧起依次为负透镜和正透镜构成的胶合透镜和正透镜。
因为入射到第一透镜组的轴上光通量在摄远端状态下具有宽的光通量直径，因此可能导致负的球面像差。另外，由于离轴光通量在入射时远离光轴，因此可能出现离轴像差。
通过在第一透镜组最靠近物体的一侧设置负透镜和正透镜构成的胶合透镜，负球面像差和轴上色差得到很好的校正。设置在上述的胶合透镜的像侧的正透镜主要校正彗形像差随着视场角的改变的波动。通过分清每个透镜的功能，可能实现更好的光学性能。
对于根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，为了校正随着物体位置的变化而出现的各种像差的波动，第四透镜组从物侧起可以依次包括：凸面朝向像的正透镜和凹面朝向物的负透镜。
通过采取成对的结构，可以同时校正离轴和轴上像差，并且物体位置改变时出现的各种像差的波动能够因此得到很好的校正。
对于根据本发明的一实施例的可变焦距透镜系统，为了更好地抑制色差，可以将具有高反常色散的玻璃材料用于第一透镜组。
尤其，在构成第一透镜组的透镜种，通过使胶合透镜中的正透镜由具有高反常色散的玻璃材料构成，可以很好地校正在摄远端状态下在屏幕的中间位置处出现的二次色散。
对于根据本发明的各实施例的可变焦距透镜系统，通过采用非球面透镜，可以实现更好的光学性能。尤其，通过将非球面引入第五透镜组，可以进一步改善中心性能。
此外，通过采用多个非球面，甚至更好的光学性能也能够实现。
另外，对于根据本发明的各实施例的可变焦距透镜系统，通过沿着几乎垂直于光轴的方向移动作为移动透镜组组成中的一个透镜组或一个透镜组内的一个部件组，可以移动图像。此外，通过将驱动系统与检测系统和计算系统组合，可能使其起图像稳定光学系统的作用，其中该检测系统检测造成模糊的相机的移动，该计算系统根据检测系统的输出计算校正量，而该驱动系统根据计算系统的输出移动上述移动透镜组。
具体来说，对于上述各种结构的可变焦距透镜系统，可以使第三透镜组或第五透镜组的正部件组起移动透镜组的作用。
这是因为第三透镜组设置得靠近孔径光阑，离轴光通量通过靠近光轴的位置，且当透镜组被移动时离轴像差的波动很小。另外，这是因为对于第五透镜组的正部件组，出射光瞳远离像平面的位置，当移动正部件组时出现的离轴像差的波动很小。
接下来，将参考附图和表格来描述本发明的变焦透镜的具体实施例和将实际数值应用于上述的具体实施例的数值实施例。
注意，非球面被引入各实施例，并且上述非球面的形状通过下面所示的等式1限定，其中x为垂度(sag amount)，y为距光轴的高度，c为曲率，k为圆锥常数，A、B、C和D分别为第四、第六、第八和第十次非球面系数，并且其中光传播的方向为正方向。
【等式1】
x＝cy2/(1+(1-(1+k)c2y2)1/2)+Ay4+By6+...
图1示出了关于根据本发明的第一至第四实施例的可变焦距透镜系统的屈光力的分配，该可变焦距透镜系统从物侧起依次包括：具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3、具有正屈光力的第四透镜组G4以及具有正屈光力的第五透镜组G5。
在从广角端状态(上侧所示的状态)向摄远端状态(下侧所示的状态)的变焦中，第一透镜组至第四透镜组如箭头所示沿着光轴x移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的空隙增大，同时第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的空隙减小。换句话说，在首先向着像移动之后，第一透镜组G1随后向着物移动，同时第二透镜组G2向着像移动，第三透镜组G3向着物移动，第五透镜组静止，且第四透镜组G4移动以便校正随各透镜组的移动而出现的像平面位置的改变，同时第四透镜组G4在近距离对焦过程中也向着物侧移动。
图2示出了本发明的可变焦距透镜系统的第一实施例1的透镜结构。第一透镜组G1从物侧起依次包括：由具有弯月形状且凸面朝向物的负透镜和凸面朝向物的正透镜组成的胶合透镜L11，以及凸面朝向物的正透镜L12。第二透镜组G2从物侧起依次包括：在像侧具有非球面且其凹面朝向像的弯月形负透镜L21，以及由具有双凹形状的负透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜L22。第三透镜组G3从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面的双凸形状的正透镜和凹面朝向物侧的弯月形负透镜组成的胶合正透镜L3。第四透镜组G4从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面且凹面朝向物的弯月形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L4。第五透镜组G5从物侧起依次包括：凹面朝向像的弯月形负透镜L51，以及由在物侧具有非球面的双凸形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L52。另外，孔径光阑S位于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，且此孔径光阑S随着透镜位置状态的改变而沿着光轴的x方向移动。
表1中，示出了将实际数值应用于上述第一实施例1中的数值实施例1的透镜数据。在示出此数值实施例1以及后来描述的各数值实施例的透镜数据的表中，表面序号表示从物侧起计数的第i光学表面，曲率半径表示从物侧起计数的第i光学表面的曲率半径，表面间距表示从物侧起计数的第i光学表面与第i+1光学表面之间的轴向表面间距，折射率表示具有物侧的第i光学表面的玻璃材料关于d线(入＝587.6nm)的折射率，以及阿贝数表示具有物侧的第i光学表面的玻璃材料关于d线的阿贝数。另外，f表示焦距，FNO表示F数，以及2ω表示视场角。
【表1】
f    100    ～   2.05   ～   4.24   ～   7.3
FNO 2.86   ～   3.26   ～   3.64   ～   3.70   ～   4.61
2ω   71.67°   ～   36.11°   ～   18.01°   ～   10.38°   ～5.42°
Figure S071A9706120070615D000161
第七、第十二、第十五和第二十表面为非球面。这样，数值实施例1中的这些表面的第四(A)、第六(B)、第八(C)和第十(D)次非球面系数与其圆锥常数(k)在表2中一起示出。注意，表2和示出了非球面系数的后面的表中，“E-i”为基数为10的指数计数法，换句话说，例如，“E-i”表示“10-i”，例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
【表2】
  第7表面   κ＝0.000000   A＝-0.135737E-02   B＝-0.521916E-03   C＝-0.347911E-02   D＝+0.413344E-02
  第12表面   κ＝0.000000   A＝-0.673780E-02   B＝+0.479402E-02   C＝+0.796889E-02   D＝+0.458605E-02
  第15表面   κ＝0.000000   A＝-0.627487E-02   B＝-0.353678E-02   C＝+0.663879E-02   D＝-0.423531E-02
  第20表面   κ＝0.000000   A＝-0.117751E-01   B＝+0.335768E-02   C＝-0.409342E-02   D＝+0.140861E-02
随着透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间距D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间距D10、孔径光阑S与第三透镜组G3之间的表面间距D11、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间距D14以及第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的表面间距D17改变。这样，关于数值实施例1，上述各表面间距在广角端(f＝1.000)、广角端与摄远端之间的三个中间焦距(f＝2.053)、(f＝4.238)和(f＝7.393)以及摄远端(f＝14.105)的值在表3中与各自的焦距f一起示出。
【表3】
(可变间距表)
  f   1.000   2.053   4.238   7.393   14.105
  D5   0.171   1.715   3.246   4.335   4.962
  D10   4.414   2.381   1.252   0.754   0.514
  D11   1.548   1.262   1.101   1.018   0.228
  D14   1.956   1.423   0.854   1.030   2.635
  D17   0.359   1.638   2.759   2.764   2.507
  Bf   0.177   0.177   0.177   0.177   0.177
关于数值实施例1，条件式(1)至(8)的相应值在表4中示出。
【表4】
f2a＝-1.907
f2b＝-8.853
f35w＝0.272
(1)f2a/f2b＝0.215
(2)D12t/ft＝0.352
(3)n2P-n2N＝0.458
(4)β2w＝-0.248
(5)β2t＝-1.539
(6)Δ3/ft＝0.200
(7)fw/f35w＝0.272
(8)Dsw/TLw＝0.492
图3至7示出了对于在无限远处聚焦的数值实施例1的各种像差曲线，其中图3是对于广角端状态(f＝1.000)，图4是对于第一中间焦距状态(f＝2.053)，图5是对于第二中间焦距状态(f＝4.238)，图6是对于第三中间焦距状态(f＝7.393)，以及图7是对于摄远端状态(f＝14.105)。
在图3至7中的各种像差曲线中，球面像差曲线中的实线表示球面像差，像散曲线中的实线表示弧矢像平面，而虚线表示子午像平面。在横向像差曲线中，A表示视场角，而y表示图像高度。
从这些像差曲线中可以明显看出在数值实施例1中各种像差得以很好地校正，因而数值实施例1在成像性能方面优良。
图8示出了本发明的可变焦距透镜系统的第二实施例2的透镜结构。第一透镜组G1从物侧起依次包括：由具有弯月形状且凸面朝向物的负透镜和凸面朝向物的正透镜组成的胶合透镜L11，以及凸面朝向物的正透镜L12。第二透镜组G2从物侧起依次包括：在像侧具有非球面且其凹面朝向像的弯月形负透镜L21，以及由具有双凹形状的负透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜L22。第三透镜组G3从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面的双凸形状的正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合正透镜L3。第四透镜组G4从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面且凹面朝向物的弯月形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L4。第五透镜组G5从物侧起依次包括：凹面朝向像的弯月形负透镜L51，以及由在物侧具有非球面的双凸形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L52。另外，孔径光阑S位于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，且此孔径光阑S随着透镜位置状态的改变而沿着光轴的x方向移动。
表5中，示出了将实际数值应用于上述第二实施例2的数值实施例2的透镜数据。
【表5】
f    1.00  ～  2.05   ～ 4.24   ～ 7.39  ～  14.10
FNO  2.86  ～  3.26   ～ 3.64   ～ 3.70  ～  4.61
2ω  7167°～  36.11°～ 18.01°～ 1038  ～  542°
Figure S071A9706120070615D000191
Figure S071A9706120070615D000201
第七、第十二、第十五和第二十表面都为非球面。这样，数值实施例2中的这些表面的第四(A)、第六(B)、第八(C)和第十(D)次非球面系数与其圆锥常数(k)在表6中一起示出。
【表6】
  第7表面   K＝0.000000   A＝-0.195289E-02   B＝+0.996592E-03   C＝-0.452079E-02   D＝+0.348160E-02
  第12表面   κ＝0.000000   A＝-0.691555E-02   B＝+0.384528E-02   C＝-0.598708E-02   D＝+0.329867E-02
  第15表面   κ＝0.000000   A＝-0.679746E-02   B＝-0.111337E-02   C＝+0.190339E-02   D＝-0.118063E-02
  第20表面   κ＝0.000000   A＝-0.111597E-01   B＝+0.318369E-02   C＝-0.371284E-02   D＝+0.116364E-02
随着透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间距D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间距D10、孔径光阑S与第三透镜组G3之间的表面间距D11、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间距D14以及第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的表面间距D17改变。这样，关于数值实施例2，上述各表面间距在广角端(f＝1.000)、广角端与摄远端之间的三个中间焦距(f＝1.977)、(f＝3.860)和(f＝7.395)以及摄远端(f＝14.105)的值在表7中与各自的焦距f一起示出。
【表7】
(可变间距表)
  f   1.000   1.977   3.860   7.395   14.105
  D5   0.171   1.701   3.114   4.452   5.121
  D10   4.539   2.518   1.340   0.693   0.571
  D11   1.605   1.319   1.158   1.075   0.285
  D14   1.778   1.223   0.697   0.776   3.296
  D17   0.449   1.611   2.661   2.733   1.740
  Bf   0.177   0.177   0.177   0.177   0.177
关于数值实施例2，条件式(1)至(8)的相应值在表8中示出。
【表8】
f2a＝-1.868
f2b＝-11.501
f35w＝0.277
(1)f2a/f2b＝0.162
(2)D 12t/ft＝0.363
(3)n2P-n2N＝0.359
(4)β2w＝-0.252
(5)β2t＝-1.651
(6)Δ3/ft＝0.199
(7)fw/f35w＝0.277
(8)Dsw/TLw＝0.489
图9至13示出了对于在无限远处聚焦的数值实施例2的各种像差曲线，其中图9是对于广角端状态(f＝1.000)，图10是对于第一中间焦距状态(f＝1.977)，图11是对于第二中间焦距状态(f＝3.860)，图12是对于第三中间焦距状态(f＝7.395)，以及图13是对于摄远端状态(f＝14.105)。
在图9至13中的各种像差曲线中，球面像差曲线中的实线表示球面像差，像散曲线中的实线表示弧矢像平面，而虚线表示子午像平面。在横向像差曲线中，A表示视场角，而y表示图像高度。
从这些像差曲线中可以明显看出在数值实施例2中各种像差得以很好地校正，因而数值实施例2在成像性能方面优良。
图14示出了本发明的可变焦距透镜系统的第三实施例3的透镜结构。第一透镜组G1从物侧起依次包括：由具有弯月形状且凸面朝向物的负透镜和凸面朝向物的正透镜组成的胶合透镜Ll 1，以及凸面朝向物的正透镜L12。第二透镜组G2从物侧起依次包括：在像侧具有非球面且其凹面朝向像的弯月形负透镜L21，以及由具有双凹形状的负透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜L22。第三透镜组G3从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面的双凸形状的正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合正透镜L3。第四透镜组G4从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面且凹面朝向物的弯月形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L4。第五透镜组G5从物侧起依次包括：凹面朝向像的弯月形负透镜L51，以及由在物侧具有非球面的双凸形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L52。注意，在第二透镜组G2的负透镜L21的像侧透镜表面上有非常薄的树脂层，且此树脂层的像侧表面为非球面。另外，孔径光阑S位于第二透镜组G2和第三透镜组G3之间，且此孔径光阑S随着透镜位置状态的改变而沿着光轴x方向移动。
表9中，示出了将实际数值应用于上述第三实施例3的数值实施例3的透镜数据。
【表9】
f    1.00  ～  2.05  ～  4.24  ～  7.39  ～  14.10
FNO  2.86  ～  3.26  ～  3.64  ～  3.70  ～  4.61
2ω  7167°～  3611°～  1801°～  1038°～  542°
Figure S071A9706120070615D000221
第八、第十三、第十六和第二十一表面都为非球面。这样，数值实施例3中的这些表面的第四(A)、第六(B)、第八(C)和第十(D)次非球面系数与其圆锥常数(k)在表10中一起示出。
【表10】
  第8表面   κ＝0.000000   A＝-0.434984E-03   B＝+0.572353E-03   C＝-0.126050E-01   D＝+0.978155E-02
  第13表面   κ＝0.000000   A＝-0.689014E-02   B＝+0425011E-02   C＝-0.697951E-02   D＝+0.398211E-02
  第16表面   κ＝0.000000   A＝-0.755406E-02   B＝-0.208868E-02   C＝+0.370596E-02   D＝-0.231137E-02
  第21表面   κ＝0.000000   A＝-0.115363E-01   B＝+0.325661E-02   C＝-0.395446E-02   D＝+0.128002E-02
随着透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间距D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间距D11、孔径光阑S与第三透镜组G3之间的表面间距D12、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间距D15以及第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的表面间距D18改变。这样，关于数值实施例3，上述各表面间距在广角端(f＝1.000)、广角端与摄远端之间的三个中间焦距(f＝1.977)、(f＝3.860)和(f＝7.394)以及摄远端(f＝14.105)的值与各自的焦距f在表11中一起示出。
【表11】
(可变间距表)
  f   1.000   1.977   3.860   7.394   14.105
  D5   0.171   1.761   3.185   4.556   5.222
  D11   4.581   2.594   1.399   0.762   0.571
  D12   1.605   1.319   1.158   1.075   0.285
  D15   1.804   1.240   0.677   0.804   3.098
  D18   0.316   1.502   2.612   2.646   1.771
  Bf   0.214   0.214   0.214   0.214   0.214
关于数值实施例3，条件式(1)至(8)的相应值在表12中示出。
【表12】
f2a＝-1.928
f2b＝-10.606
f35w＝0.278
(1)f2a/f2b＝0.182
(2)D12t/ft＝0.370
(3)n2P-n2N＝0.359
(4)β2w＝-0.250
(5)β2t＝-1.619
(6)Δ3/ft＝0.195
(7)fw/f35w＝0.278
(8)Dsw/TLw＝0.487
图15至19示出了对于在无限远处聚焦的数值实施例3的各种像差曲线，其中图15是对于广角端状态(f＝1.000)，图16是对于第一中间焦距状态(f＝1.977)，图17是对于第二中间焦距状态(f＝3.860)，图18是对于第三中间焦距状态(f＝7.394)，以及图19是对于摄远端状态(f＝14.105)。
在图15至19中的各种像差曲线中，球面像差曲线中的实线表示球面像差，像散曲线中的实线表示弧矢像平面，而虚线表示子午像平面。在横向像差曲线中，A表示视场角，而y表示图像高度。
从这些像差曲线中可以明显看出在数值实施例3中各种像差得以很好地校正，因而数值实施例3在成像性能方面优良。
图20示出了本发明的可变焦距透镜系统的第四实施例4的透镜结构。第一透镜组G1从物侧起依次包括：由具有弯月形状且凸面朝向物的负透镜和凸面朝向物的正透镜组成的胶合透镜L11，以及凸面朝向物的正透镜L12。第二透镜组G2从物侧起依次包括：在像侧具有非球面且其凹面朝向像的弯月形负透镜L21，以及由具有双凹形状的负透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜L22。第三透镜组G3从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面的双凸形状的正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合正透镜L3。第四透镜组G4从物侧起依次包括：由在物侧具有非球面且凹面朝向物的弯月形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L4。第五透镜组G5从物侧起依次包括：凹面朝向像的弯月形负透镜L51，以及由在物侧具有非球面的双凸形正透镜和凹面朝向物的弯月形负透镜组成的胶合透镜L52。注意，在第二透镜组G2的负透镜L21的像侧透镜表面上有非常薄的树脂层，且此树脂层的像侧表面为非球面。另外，孔径光阑S设置在第三透镜组G3物侧附近，且此孔径光阑S随着透镜位置状态的改变而与第三透镜组G3一起沿着光轴x方向移动。
表13中，示出了将实际数值应用于上述第四实施例4的数值实施例4的透镜数据。
【表13】
f    1.00  ～  2.05   ～  4.24   ～  7.39  ～  14.10
FNO  2.86  ～  3.21   ～  3.59   ～  3.65  ～  4.04
2ω  7167°～  36.11°～  19.86°～  10.44
Figure S071A9706120070615D000261
第八、第十三、第十六和第二十一表面都为非球面。这样，数值实施例4中的这些表面的第四(A)、第六(B)、第八(C)和第十(D)次非球面系数与其圆锥常数(k)在表14中一起示出。
【表14】
  第8表面   κ＝0.000000   A＝-0.434984E-03   B＝+0.572353E-02   C＝-0.126050E-01   D＝+0.978155E-02
  第13表面   κ＝0.000000   A＝-0.689014E-02   B＝+0.425011E-02   C＝-0.697951E-02   D＝+0.398211E-02
  第16表面   κ＝0.000000   A＝-0.755406E-02   B＝-0.208868E-02   C＝+0.370596E-02   D＝-0.231137E-02
  第21表面   K＝0.000000   A＝-0.115363E-01   B＝+0.325661E-02   C＝-0.395446E-02   D＝+0.128002E-02
随着透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间距D5、第二透镜组G2与孔径光阑S之间的表面间距D11、第三透镜组G3与第四透镜组G4之间的表面间距D15以及第四透镜组G4与第五透镜组G5之间的表面间距D18改变。这样，关于数值实施例4，上述各表面间距在广角端(f＝1.000)、广角端与摄远端之间的三个中间焦距(f＝1.977)、(f＝3.860)和(f＝7.394)以及摄远端(f＝14.105)的值与各自的焦距f在表15中一起示出。
【表15】
(可变间距表)
  f   1.000   1.977   3.860   7.394   14.105
  D5   0.171   1.761   3.185   4.556   5.222
  D11   4.581   2.594   1.399   0.762   0.571
  D15   1.804   1.240   0.677   0.804   3.098
  D18   0.316   1.502   2.612   2.646   1.771
  Bf   0.214   0.214   0.214   0.214   0.214
关于数值实施例4，条件式(1)至(8)的相应值在表16中示出。
【表16】
f2a＝-1.928
f2b＝-10.606
f35w＝0.278
(1)f2a/f2b＝0.182
(2)D12t/ft＝0.370
(3)n2P-n2N＝0.359
(4)β2w＝-0.250
(5)β2t＝-1.619
(6)Δ3/ft＝0.195
(7)fw/f35w＝0.278
(8)Dsw/TLw＝0.407
图21至25示出了对于在无限远处聚焦的数值实施例4的各种像差曲线，其中图21是对于广角端状态(f＝1.000)，图22是对于第一中间焦距状态(f＝1.977)，图23是对于第二中间焦距状态(f＝3.860)，图24是对于第三中间焦距状态(f＝7.394)，以及图25是对于摄远端状态(f＝14.105)。
在图21至25中的各种像差曲线中，球面像差曲线中的实线表示球面像差，像散曲线中的实线表示弧矢像平面，而虚线表示子午像平面。在横向像差曲线中，A表示视场角，而y表示图像高度。
从这些像差曲线中可以明显看出在数值实施例4中各种像差得以很好地校正，因而数值实施例4在成像性能方面优良。
在上述的实施例1至4中，如果采用这样的结构：第五透镜组G5在光轴x的方向上固定，而第五透镜组G5的部分部件组(例如正部件组L52)可被沿着垂直于光轴x的方向移动，以便移动图像，则第五透镜组G5中的正部件组L52的横向放大率能够通过沿着光轴x方向移动第五透镜组G5而改变，并且使得在摄远端状态和广角端状态之间校正预定角度所需的移动量接近。
除了上述第一至第四实施例1至4之外，本发明的可变焦距透镜系统也可构造成具有类似于图26中所示的屈光力配置。
换句话说，根据本发明的第五实施例的可变焦距透镜系统5，从物侧起依次包括具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3以及具有正屈光力的第四透镜组G4。在从广角端状态(上侧所示的状态)向摄远端状态(下侧所示的状态)变焦时，第一透镜组至第四透镜组沿着光轴x移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的空隙增大，而第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的空隙减小。在此，在首先朝向像移动之后，第一透镜组G1随后朝向物移动，同时第二透镜组G2朝向像移动，第三透镜组G3朝向物移动，而第四透镜组G4移动以便校正随各透镜组的移动而出现的像平面位置的改变，同时第四透镜组G4在近距离对焦过程中也向着物移动。
利用此第五实施例也仍然能够获得本发明的益处。
注意，对于实施例1至5，当然可以根据光电传感器的光谱灵敏度特性提供红外截止滤光器或者提供低通滤波器，来防止在透镜系统的像侧出现莫尔条纹。
根据本发明的一实施例的成像装置包括：可变焦距透镜系统，以及将通过上述可变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电子信号的成像器件。上述可变焦距透镜系统从物侧起依次包括：具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组以及具有正屈光力的第四透镜组。当透镜位置从焦距最短的广角端状态向焦距最长的摄远端状态改变时，至少从上述第一透镜组至上述第四透镜组的每个透镜组是可移动的，且上述第二透镜组朝向像移动，同时上述第三透镜组朝向物移动，从而使上述第一透镜组和上述第二透镜组之间的间距增大，同时上述第二透镜组和上述第三透镜组之间的间距变小。同时，上述第四透镜组沿着光轴移动，以补偿随着各透镜组的移动像平面的位置的改变。上述第一透镜组设置得在摄远端状态比在广角端状态更靠近物侧。第二透镜组从物侧依次包括：在像侧具有凹面和非球面的弯月形负透镜，由双凹透镜和凸面面向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜。另外，满足下面的条件式：(1)0.15<f2a/f2b<0.3和(2)0.3<D12t/ft<0.45。因此，利用本发明的成像装置，可以实现高变焦比成像，同时保持自身很小。
图27是示出了本发明的成像装置的具体实施例的方框图。
成像装置10包括可变焦距透镜系统20以及将通过上述的可变焦距透镜系统20形成的光学图形转换为电信号的成像器件30。作为成像器件30的例子，诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)等等的光电传感器可被使用。对于上述的可变焦距透镜系统20，根据本发明的可变焦距透镜系统可被使用，并且图27中，根据图1中所示的第一实施例的可变焦距透镜系统1以每个透镜组示出为单透镜的简化的方式被示出。当然，除了根据本发明的可变焦距透镜系统1，根据第二至第五实施例的可变焦距透镜系统2至5或者以与本说明书中公开的结构不同的方式构成的本发明的可变焦距透镜系统也可被使用。
通过上述的成像器件30形成的电信号被图像分离电路40发送至控制电路50，作为聚焦控制信号，并且图像信号被发送至图像处理电路。发送至图像处理电路的信号被处理为适合于后续处理的状态，并且被提供用于诸如通过显示装置显示、记录到记录媒介、通过通讯方式传输等等的各种处理。
例如，诸如通过变焦按钮等等的操作的外部操作信号被输入控制电路50，并且根据这些操作信号执行各种处理。例如，如果经由变焦按钮变焦命令被输入，为了实现所命令的焦距状态，则通过驱动电路51、52、53和54操作驱动部件51a、52a、53a和54a，由此将第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4移动到预定位置。通过各自的传感器51b、52b、53b和54b获得的关于第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4的位置信息被输入控制电路50，并且在向驱动电路51、52、53和54输出命令信号时被参考。另外，控制电路50基于从上述的图像分离电路40发出的信号检查聚焦状态，并且例如通过驱动电路54控制第四透镜组G4，以获得最佳的聚焦状态。
上述的成像装置10可被应用于各种产品。例如，可被广泛地用于各种相机，这些相机诸如数码照相机、数码摄像机等等，或者作为诸如结合了相机的手机或PDA(个人数字助理)之类的数码设备的相机部分。
注意，本发明的变焦透镜的应用决不局限于数码相机，而当然可应用于例如利用银盐膜作为介质的相机。
本申请包含涉及2006年4月25日向日本专利局申请的日本专利申请JP2006-120319的主题，其全部内容通过引用被结合与此。
另外，在此描述的实施例和数值实施例中所示的各种部件的具体形式和结构以及数值仅仅是实现本发明的例子，而本发明的范围决不应该因此受限。

Claims (12)

1.一种可变焦距透镜系统，其从物侧起依次包括：
第一透镜组，具有正屈光力；
第二透镜组，具有负屈光力；
第三透镜组，具有正屈光力；以及
第四透镜组，具有正屈光力，其中
随着透镜位置状态从焦距最短的广角端状态向焦距最长的摄远端状态改变，至少从第一透镜组至第四透镜组的每个透镜组都是可移动的，第二透镜组向着像侧移动而第三透镜组向着物侧移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的间距增大，而第二透镜组和第三透镜组之间的间距减小，同时第四透镜组沿着光轴方向移动以补偿随着各透镜组的移动像平面位置的改变，
第一透镜组在摄远端状态比在广角端状态更靠近物，
第二透镜组从物侧起依次包括：在像侧具有凹面和非球面的弯月形负透镜，以及由双凹透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜，并且
满足下面的条件式(1)和(2)
(1)0.15＜f2a/f2b＜0.3；和
(2)0.3＜D12t/ft＜0.45，其中
f2a为位于第二透镜组中的弯月形负透镜的焦距，
f2b为位于第二透镜组中的胶合负透镜的焦距，
D12t为摄远端状态下第一透镜组和第二透镜组之间的间距，以及
ft为摄远端状态下整个透镜系统的焦距。
2.根据权利要求1的可变焦距透镜系统，其中，满足下面的条件式(3)：
(3)0.3＜n2P-n2N，其中
n2N为第二透镜组中的胶合负透镜中的负透镜关于d线的折射率，以及
n2P为第二透镜组中的胶合负透镜中的正透镜关于d线的折射率。
3.根据权利要求1的可变焦距透镜系统，其中
第四透镜组在近距离对焦过程中沿着光轴方向移动，并且
满足下面的条件式(4)和(5)：
(4)-1＜β2w＜0
(5)β2t＜-1，其中
β2w为广角端状态下第二透镜组的横向放大率，以及
β2t为摄远端状态下第二透镜组的横向放大率。
4.根据权利要求3的可变焦距透镜系统，其中，满足下面的条件式(6)：
(6)0.17＜Δ3/ft＜0.25，其中
Δ3为透镜位置状态从广角端状态向摄远端状态改变时第三透镜组的移动量。
5.根据权利要求1的可变焦距透镜系统，其中，在第四透镜组的像侧还包括第五透镜组，其中
第五透镜组包括具有负屈光力的负部件组，和位于负部件组的像侧且与负部件组之间具有空隙的具有正屈光力的正部件组。
6.根据权利要求5的可变焦距透镜系统，其中
当透镜位置状态改变时第五透镜组沿光轴方向固定。
7.根据权利要求6的可变焦距透镜系统，其中
第三透镜组包括由正透镜和负透镜组成的胶合正透镜。
8.根据权利要求5的可变焦距透镜系统，其中，满足下面的条件式(7)：
(7)0.25＜fw/f35w＜0.3，其中
fw为广角端状态下整个透镜系统的焦距，以及
f35w为广角端状态下第三透镜组至第五透镜组的组合焦距。
9.根据权利要求6的可变焦距透镜系统，其中，满足下面的条件式(7)：
(7)0.25＜fw/f35w＜0.3，其中
fw为广角端状态下整个透镜系统的焦距，以及
f35w为广角端状态下第三透镜组至第五透镜组的组合焦距。
10.根据权利要求7的可变焦距透镜系统，其中，满足下面的条件式(7)：
(7)0.25＜fw/f35w＜0.3，其中
fw为广角端状态下整个透镜系统的焦距，以及
f35w为广角端状态下第三透镜组至第五透镜组的组合焦距。
11.根据权利要求8的可变焦距透镜系统，其中，满足下面的条件式(8)：
(8)0.4＜Dsw/TLw＜0.55，其中
Dsw为广角端状态下孔径光阑和像平面之间的距离，并且TLw为广角端状态下整个透镜的长度。
12.一种成像装置，其包括：
可变焦距透镜系统；以及
成像器件，该成像器件将通过该可变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号，其中
该可变焦距透镜系统从物侧起依次包括：
第一透镜组，具有正屈光力；
第二透镜组，具有负屈光力；
第三透镜组，具有正屈光力；以及
第四透镜组，具有正屈光力，其中
随着透镜位置状态从焦距最短的广角端状态向焦距最长的摄远端状态改变，至少从第一透镜组至第四透镜组的每个透镜组都是可移动的，第二透镜组向着像侧移动而第三透镜组向着物侧移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的间距增大，而第二透镜组和第三透镜组之间的间距减小，同时第四透镜组沿着光轴方向移动以补偿随着各透镜组的移动像平面位置的改变，
第一透镜组在摄远端状态比在广角端状态更靠近物，
第二透镜组从物侧起依次包括：在像侧具有凹面和非球面的弯月形负透镜，以及由双凹透镜和凸面朝向物的弯月形正透镜组成的胶合负透镜，并且
满足下面的条件式(1)和(2)
(1)0.15＜f2a/f2b＜0.3；和
(2)0.3＜D12t/ft＜0.45，其中
f2a为位于第二透镜组中的弯月形负透镜的焦距，
f2b为位于第二透镜组中的胶合负透镜的焦距，
D12t为摄远端状态下第一透镜组和第二透镜组之间的间距，以及
ft为摄远端状态下整个透镜系统的焦距。
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