CN101331418B - 可变放大率光学系统和摄像透镜装置以及数字设备 - Google Patents

Abstract

提供又达到充分紧凑化又将透镜制造难度控制到与以往相同的程度的可变放大率光学系统。此可变放大率光学系统从物体侧开始依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，第1透镜群与第2透镜群的间隔变小。第1透镜群由负透镜和正弯月透镜构成，第2透镜群由双凸正透镜和负弯月透镜构成。而且，使第1透镜群的透镜最前面至第1透镜群的透镜最后面的光轴AX上的厚度为D1、该可变放大率光学系统的广角端的全光学系统的合成焦距为fw，并且第2光学系统的合成焦距为f2时，满足下面的关系。0.5＜D1/fw＜0.8；0.7＜f2/fw＜2.0。

Description

可变放大率光学系统和摄像透镜装置以及数字设备

技术领域

本发明涉及包含多个透镜群并通过在光轴方向改变透镜群的间隔进行改变放大率的可变放大率光学系统、配备该可变放大率光学系统的摄像透镜装置和装载该摄像透镜装置的数字设备，尤其涉及适合小型化的可变放大率光学系统等。

背景技术

近年，便携电话机和便携信息终端(PDA：Personal Digital Assistant，个人数字助理机)的普及显著，而且在这些设备中内置紧凑的数字静态相机单元或数字视像单元的规格已一般化。这些设备中，规模和成本的制约严格，所以一般使用比作为独立商品的数字静态相机等像素数量少且小型的摄像元件和配备由1～3片左右的塑料透镜组成的单焦点光学系统的摄像透镜装置。

然而，单焦点光学系统的放大率为与目视相同的程度，所以能拍摄的对象限于接近拍摄者的对象。在这方面，在摄像元件的多像素化、高功能化快速发展的今天，要求能适应多像素摄像元件而且可装载于能拍摄离开拍摄者的被拍摄体的便携电话机等的紧凑的可变放大率光学系统。

以往，例如专利文献1中揭示的可变放大率光学系统，在负正2单元的可变放大率光学系统中，将位于最靠近物体侧的透镜的像侧面取为非球面，从而谋求紧凑化。然而，位于最靠近物体侧的透镜的像侧面曲率大，所以难以利用模塑成形制作，必须使其为在球面透镜上涂覆树脂的所谓复合型非球面透镜，所以成本非常高。而且，第1透镜群、第2透镜群的各透镜的制造误差灵敏度高，组装时需要调整作业，从而导致成本进一步提高。

又，专利文献2中揭示的可变放大率光学系统，在负正正3单元的可变放大率光学系统中，使第2透镜群的改变放大率(下文有时简称为“变倍”)的负担增加，从而抑制伴随变倍的移动量。然而，专利文献2揭示的光学系统的第1透镜群、第2透镜群都使用各3片透镜，不能说达到充分紧凑化。

专利文献3中还揭示一种可变放大率光学系统，在负正正正4单元的可变放大率光学系统中，对第2透镜群使用高折射率、低色散的材料构成的非球面透镜，从而谋求伸缩时的透镜总厚度小。然而，便携终端要求的抗冲击性严格，所以采用伸缩结构本身就困难。而且，专利文献3提出的光学系统的第2透镜群的功率弱，所以移动量大，存在使用状态下的光学总长对便携终端过大的问题。

在使用摄像元件并具有2～3倍左右的放大率变化比(有时称为变倍比)的光学系统中，由于需要确保后焦距和维持远心性等，所以对于第1透镜群一般适合采用具有负光功率的所谓反聚焦型的组成。然而，此组成的情况下，随着可变放大率光学系统的紧凑化，负光功率增加。由此，第1透镜群内各透镜的曲率变大，其结果使偏厚比增加，所以存在可变放大率光学系统的制造和面形状测量的难度变高的问题。

专利文献1：日本国特开2001-4920号公报

专利文献2：日本国特开2001-318331号公报

专利文献3：日本国特开2002-365542号公报

发明内容

本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种又达到充分紧凑化又将第1透镜群内各透镜的制造难度控制到与以往相同的程度的可变放大率光学系统、摄像透镜装置和数字设备。

本发明的一个方面的可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其中，

所述第1透镜群包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(1)、(2)。

0.5＜D1/fw＜0.8    ……(1)

0.7＜f2/fw＜2.0        ……(2)

其中，D1：所述第1透镜群的透镜最前面至所述第1透镜群的透镜最后面的光轴上的厚度

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

本发明另一方面的可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其中，

所述第1透镜群包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(3)、(4)。

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2     ……(3)

0.7＜f2/fw＜2.0        ……(4)

其中，ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

本发明另一方面的摄像透镜装置，配备：

上述可变放大率光学系统；以及

将光学像变换成电信号的摄像元件，

所述可变放大率光学系统能在所述摄像元件的感光面上形成被拍摄体的光学像。

本发明又一方面的数字设备，配备：

上述摄像透镜装置；以及

使所述摄像透镜装置和摄像元件进行被拍摄体的静止图像拍摄和活动图像拍摄的至少一方的拍摄的控制部，

将所述摄像透镜装置的可变放大率光学系统组装成能在所述摄像元件的感光面上形成被拍摄体的光学像。

由下面的详细说明和附图会进一步明白本发明的目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出本发明的摄像光学系统的组成的示意图。

图2是示出非球面凹陷量的定义的示意图。

图3是示出主光线的像面入射角的定义的示意图。

图4是装载本发明可变放大率光学系统的带相机的便携电话机的外观组成图，(a)是示出其操作面的外观组成图，(b)是示出操作面的背面的外观组成图。

图5是示出作为具备本发明的可变放大率光学系统的数字设备的一个例子的便携电话机的有关摄像的功能部的组成的功能框图。

图6是示出本发明实施例1的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图7是示出实施例2的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图8是示出实施例3的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图9是示出实施例4的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图10是示出实施例5的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图11是示出实施例6的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图12是示出实施例7的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图13是示出实施例8的可变放大率光学系统的广角端光路图的剖视图。

图14是示出实施例1的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图15是示出实施例2的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图16是示出实施例3的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图17是示出实施例4的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图18是示出实施例5的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图19是示出实施例6的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图20是示出实施例7的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图21是示出实施例8的透镜群的球面像差、像散和偏斜像差的像差图。

图22是示出本发明可变放大率光学系统各实施例的透镜群移动方向的示意图。

图23是示出本发明可变放大率光学系统各实施例的透镜群移动方向的示意图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施方式。再者，下面的说明中使用的术语在本说明书中定义如下。

(a)折射率是对d线的波长(587.56纳米(nm))的折射率。

(b)阿贝数是指将对d线、F线(486.13nm)、C线(656.28nm)的折射率分别取为nd、nF、nC，并使阿贝数为vd时，用下面的定义式求出的阿贝数vd。

vd＝(nd-1)/(nF-nC)

(c)有关面形状的表述是基于近轴曲率的表述。

(d)光功率的表述中，对构成粘合透镜的各单透镜而言，是指该单透镜的透镜面两侧为空气时的光功率。

(e)非球面凹陷(sag)量是指表示透镜的面顶点和对最大有效半径的非球面曲线上的点之间的光轴方向的距离与基于近轴曲率的球面凹陷量之差的参数(参考图2)。

(f)用于复合型非球面透镜(在成为基片的球面玻璃材料上涂覆薄树脂材料并形成非球面形状的透镜)的树脂材料仅有基片玻璃材料的附加功能，所以不作为单独光学构件处理，而当作与基片玻璃材料具有非球面的情况同等的处理，考虑透镜数量为1片。这时，透镜折射率采用成为基片的玻璃材料的折射率。

(g)对透镜使用“凹”、“凸”或“弯月”这些表述时，表示它们在光轴附近(透镜中心附近)的透镜形状(基于近轴曲率的表述)。

<可变放大率光学系统组成的说明>

图1是示出本发明可变放大率光学系统1的组成例的光路图(广角端的光路图)。此可变放大率光学系统1在将光学像变换成电信号的摄像元件15的感光面上形成被拍摄体H的光学像，从物体侧(被拍摄体H侧)依次排列具有负光功率的第1透镜群11、具有正光功率的第2透镜群12、具有正光功率(也可具有负光功率)的第3透镜群13，并且从广角端往望远端变倍时，第1透镜群11与第2透镜群12之间的间隔变小。

这里，示出的例子为：第1透镜群11的组成部分包含双凹负透镜111和往物体侧凸的正弯月透镜112，第2透镜群12的组成部分包含双凸正透镜121和往物体侧凸的负弯月透镜122，第3透镜群13仅包含往物体侧凸的正弯月透镜131。还在第2透镜群12的物体侧配置光阑14。在这种可变放大率光学系统1的像侧，隔着低通滤光镜16配置摄像元件15，由此，可变放大率光学系统1将被拍摄体H的光学像沿光轴AX按适当的放大率变化比引导到摄像元件15的感光面，由摄像元件15拍摄所述被拍摄体H的光学像。

本发明中，如上述可变放大率光学系统1所示，第1透镜群11的组成部分包含至少1片负透镜(负透镜111)和至少1片正透镜(正弯月透镜112)，第2透镜群12的组成部分包含小于等于3片的透镜(双凸正透镜121和负弯月透镜122)。根据这种组成的可变放大率光学系统1，由于将位于最物体侧的第1透镜群11形成具有负光功率的负前导结构，在谋求放大率变化比为2～3倍左右的变焦透镜中光学总长和前透镜直径的规模的紧凑化方面有利。而且，由于第1透镜群11具有负透镜111和正弯月透镜112，能良好地校正放大率色差。还由于第2透镜群12的组成部分包含双凸正透镜121和负弯月透镜122这2片透镜，减小变倍时移动量变大的第2透镜群12的驱动装置的负载，能减少透镜数量来降低成本。

又，将可变放大率光学系统1构成为：使第1透镜群11的透镜最前面11a至第1透镜群11的透镜最后面11b的光轴AX上的厚度为D1、该可变放大率光学系统1的广角端的全光学系统的合成焦距为fw、第2透镜群的合成焦距为f2时，D1/fw、f2/fw满足的关系如下面的条件式(1)、(2)所示。由此，能提供既不会使透镜的制造难度提高又紧凑性优异且具有良好的光学性能的可变放大率光学系统1。

0.5＜D1/fw＜0.8    ……(1)

0.7＜f2/fw＜2.0    ……(2)

若将可变放大率光学系统1构成为：使第1透镜群11内的作为正透镜的正弯月透镜112的像侧面(相当于图1的例子中所述透镜最后面11b)中以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量为ΔZ1pi、正弯月透镜112的像侧面的最大有效半径为d1pi，并且与上文所述相同，使该可变放大率光学系统1的广角端的全光学系统的合成焦距为fw、第2透镜群12的合成焦距为f2时，则ΔZ1pi、f2/fw满足的关系如下面的条件式(3)、(4)所示。利用这种组成，也能提供既不会使透镜的制造难度提高又紧凑性优异且具有良好的光学性能的可变放大率光学系统1。

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2        ……(3)

0.7＜f2/fw＜2.0           ……(4)

这里，最好做成使上述条件式(1)中D1/fw的关系满足下面的条件式(1)’。

0.6＜D1/fw＜0.8           ……(1)’

D1/fw小于上述条件式(1)’的下限时，第1透镜群11内的各透镜的光功率变弱，像点校正用的移动量增加的趋势显著。

而且，最好做成使上述条件式(1)和(4)中的f2/fw的关系满足下面的条件式(2)’。

0.8＜f2/fw＜1.8           ……(2)’

f2/fw大于上述条件式(2)’的上限时，第2透镜群12的功率弱，导致变倍所需的第2透镜群12的移动量增加，光学总长变大。另一方面，小于条件式(2)’的下限时，第2透镜群12的偏心误差灵敏度高，导致不得不必须作透镜间的调整，使制造成本提高。又，最好做成使上述条件式(3)中|ΔZ1pi/d1pi|的关系满足下面的条件式(3)’的关系。

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.15       ……(3)’

|ΔZ1pi/d1pi|大于上述条件式(3)’的上限时，难以配置图1所示光阑14那样的独立光阑构件，使镜筒的结构复杂或限制镜筒设计自由度的问题明显。

下面，依次说明第1～第3透镜群11～13各自的最佳组成、作为整个可变放大率光学系统1的最佳组成等。

〔关于第1透镜群11〕

最好将第1透镜群11构成为：使作为该群内位于最靠近物体侧的负透镜的负透镜111在该负透镜111的光轴方向的厚度最大值为T1e、负透镜111的光轴AX上的厚度为T1c时，T1e/T1c满足的关系如下面的条件式(5)所示。

1＜T1e/T1c＜4        ……(5)

由此，能做成制造难度和光学性能方面进一步优良的可变放大率光学系统。尤其是做成满足下面的条件式(5)’的第1透镜群11更理想。

2＜T1e/T1c＜4        ……(5)’

T1e/T1c小于上述条件式(5)’的下限时，存在不能充分进行像面弯曲、像散的校正的趋势。

如图1所示，第1透镜群11从物体侧开始，依次包含1片负透镜(双凹负透镜111)和1片正透镜(正弯月透镜112)，并且使正弯月透镜112的焦距为f1p、负透镜111的焦距为f1n时，|f1n/f1p|满足的关系如下面的条件式(7)所示。

0.2＜|f1n/f1p|＜0.5    ……(7)

由此，能提供可充分进行像散、偏斜像差的校正而且制造难度方面优良的可变放大率光学系统1。

尤其是通过将透镜组成取为从物体侧开始依次包含双凹负透镜111和往物体侧凸的正弯月透镜112的2片结构，容易确保广角端的后焦距，而且能良好地校正大视场角光线的轴外像差。又，通过配置往物体侧凸的正弯月透镜，能良好地校正像散，改善像面性。再者，也可使用往物体侧凸的负弯月透镜以代替双凹的负透镜111。

在这种透镜组成的情况下，最好构成为：使正弯月透镜112的折射率为N1p、阿贝数为v1p，并且负透镜111的阿贝数为v1n时，N1p、|v1p-v1n|满足的关系如下面的条件式(9)、(10)所示。由此，能做成在紧凑化方面、放大率色差校正方面有利的可变放大率光学系统1。

N1p＞1.7            ……(9)

|v1p-v1n|＞20       ……(10)

又，最好做成使上述条件式(9)中的N1p满足下面的条件式(9)’。

N1p＞1.75        ……(9)’

N1p小于条件式(9)’的下限时，则追求紧凑化时难以校正像散、偏斜像差。要一面维持紧凑性一面得到所需光功率时，需要减小透镜的曲率半径，所以产生的像差变大，而且制造难度增加。

第1透镜群11最好取为包含粘合透镜的组成(图1的情况，则为负透镜111和正弯月透镜112粘合的状态)。通过使第1透镜群11包含粘合透镜，能大幅减小第1透镜群11内各透镜面的偏心误差灵敏度，即便是需要作透镜间调整的情况下，也能良好地保持灵敏度均衡。而且，能使第1透镜群11的镜筒组成简化。

又，第1透镜群11最好满足下面的条件式(13)、(14)。

1.5＜|f1/fw|＜3.5    ……(13)

0.5＜|f1/ft|＜1.5    ……(14)

其中，f1：第1透镜群11的合成焦距

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

ft：望远端的全光学系统的合成焦距。

大于条件式(13)、(14)的上限时，尤其是广角端的像散、偏斜像差的校正不充分。小于条件式(13)、(14)的下限时，构成第1透镜群11的各透镜的功率非常高，制造困难。而且，不能充分校正产生的放大率色散的趋势显著。

又，第1透镜群11满足下面的条件式(13)’、(14)’更理想。

1.8＜|f1/fw|＜3.0    ……(13)’

0.6＜|f1/ft|＜1.2    ……(14)’

大于条件式(13)’、(14)’的上限时，第1透镜群11的负功率变弱，前透镜直径增大；小于下限时，则尤其是望远端的第1透镜群11的误差灵敏度提高，需要透镜间的调整作业。

〔关于第2透镜群〕

如图1所示，第2透镜群12从物体侧开始，依次包含1片正透镜(双凸正透镜121)和1片负透镜(负弯月透镜122)，并且使第2透镜群12内的正透镜的焦距为f2p、第2透镜群12内的负透镜的焦距为f2n时，|f2n/f2p|满足的关系最好如下面的条件式(8)所示。

0.7＜|f2n/f2p|＜1.8    ……(8)

通过做成此透镜组成，能进行球面像差和轴上色差的充分校正，又通过按从物体侧开始以正负顺序配置，使第2透镜群12的主点位置靠近第1透镜群11侧，从而能原样保持变倍作用而减小第2透镜群12的实质功率，所以可期望降低误差灵敏度的作用。尤其是做成满足下面的条件式(8)’的第2透镜群12更理想。

0.9＜|f2n/f2p|＜1.5        ……(8)’

超过条件式(8)’的上限或下限时，为了校正球面像差、轴上色差、放大率色差，正透镜和负透镜两者的功率加大，制造误差灵敏度变高，存在生产率恶化的趋势。

最好将第2透镜群12构成如图1所示，其组成部分从物体侧开始，依次包含双凸正透镜121和将深凹面朝向像侧的负弯月透镜122这2片透镜。再者，也可做成使用将深凹面朝向像侧的双凹透镜，以代替负弯月透镜122。通过配置双凸正透镜121，可以加大第2透镜群12的功率，从而能减小变倍时的移动量。又，通过使负弯月透镜122的深凹面朝向像侧，能良好地进行像散和色差的校正。

此情况下，使双凸正透镜121(第2透镜群12内的正透镜)的折射率为N2p、阿贝数为v2p，并使负弯月透镜122(第2透镜群12内的负透镜)的折射率为N2n、阿贝数为v2n时，最好|N2p-N2n|、|v2p-v2n|满足的关系如下面的条件式(11)、(12)所示。由此，能抑制像散，可充分进行轴上色差的校正。

|N2p-N2n|＞0.15      ……(11)

|v2p-v2n|＞30        ……(12)

又，最好第2透镜群12满足下面的条件式(15)。

0.3＜f2/ft＜0.9      ……(15)

大于条件式(15)的上限时，第2透镜群12的功率过弱，难以得到2～3倍左右的放大率变化比。小于条件式(15)的下限时，则第2透镜群12的误差灵敏度非常高，制造的困难性大。

尤其是做成满足下面的条件式(15)’的第2透镜群12更理想。

0.4＜f2/ft＜0.8      ……(15)’

大于条件式(15)’的上限时，第2透镜群12的功率弱，所以变倍所需的第2透镜群12的移动量增加，光学总长变大，不适合紧凑化。小于条件式(15)’的下限时，则第2透镜群12的偏心误差灵敏度变高，需要透镜间的调整作业，成本提高。

最好将第2透镜群12做成包含粘合透镜的组成(图1的情况下，则为双凸正透镜121和负弯月透镜122粘合的状态)。通过使第2透镜群12包含粘合透镜，能大幅度减小第2透镜群12内的各透镜面各自的误差灵敏度，而且能使第2透镜群12的镜筒组成简化。

又，最好在第2透镜群12中包含的正透镜(图1的情况下，则为双凸正透镜121)的至少一个面设置非球面。由此，能良好地校正因紧凑化带来的第2透镜群12的功率增大而产生的球面像差和彗差。

〔关于第3透镜群〕

本发明的可变放大率光学系统1，可在第2透镜群12的像侧配置第3透镜群13，如图1所示。此情况下，第3透镜群13最好如图1所示正弯月透镜131那样具有正光功率。由此，以形成基于第1～第3透镜群11～13的负正正光学系统的方式构成可变放大率光学系统1，可以使第2透镜群12的移动量变小，所以对紧凑化有利。而且，能利用第3透镜群13使入射到像面(摄像元件15的感光面)的轴外光的入射角接近远心。

最好将第3透镜群13做成如图1所示的1片往物体侧凸的正弯月透镜131的组成。由此，具有能使透镜的主点位置远离像面从而使像面入射角平缓的效果，所以对谋求可变放大率光学系统1超小型化的情况有利。

上文所述那样由1片正透镜(正弯月透镜131)构成第3透镜群13的情况下，最好满足下面的条件式16。

vp＜40        ……(16)

其中，vp：构成第3透镜群13的正透镜的阿贝数最小值

通过这样用满足vp＜40的关系的高色散材料构成正弯月透镜131，即便是为了可变放大率光学系统1紧凑化而增大第2透镜群12的光功率的情况下也能充分校正望远端产生的放大率色差。

再者，为了将像素多且像素间距小的摄像元件用作摄像元件15时也使放大率色差得到充分校正，最好使阿贝数最小值vp满足下面的条件式(16)’。

vp＜32        ……(16)’

通过使阿贝数最小值vp小于32，即便是采用像素多且像素间距小的摄像元件15的情况下，放大率色差校正不足也不成问题，从而能进行确保足够对比度的摄像。

又，使正弯月透镜131满足下面的条件式(17)所示的条件更理想。

4＜fp/fw＜7        ……(17)

其中，fp：所述正透镜的焦距。

大于条件式(17)的上限时，必须为非球面，以便使像面入射角接近远心，而且存在非球面凹陷量变大的趋势，使制造成本变高。另一方面，小于条件式(17)的下限时，广角端和望远端的像面入射角的角度差变大，存在导致周边照度降低的趋势。

这里，根据图2，对前面定义的非球面凹陷量添加说明。现将光轴方向表为横轴，透镜径向表为纵轴，此横轴与纵轴的交点表为面顶点a。又分别用p1、p2表示球面的曲线和非球面曲线，并将该球面和非球面的作为透镜的最大有效半径表为r。此情况下，球面凹陷(sag/sagitta)量为透镜的面顶点a与对最大有效半径r的球面的曲线p1上的点之间的光轴方向的距离。于是，非球面凹陷量是指表示透镜的面顶点a和对最大有效半径r的非球面的曲线p2上的点之间的光轴方向的距离与所述球面凹陷量之差的参数。

〔关于可变放大率光学系统的各种较佳方式〕

可变放大率光学系统1最好使Lb/fw的关系形成如下面的条件式(6)。

Lb/fw＜1.5    ……(6)

由此，不必加大第1透镜群11的负功率以确保长的后焦距，可不加大所述负透镜111的曲率，所以能抑制制造难度提高。

又，如图1所示，组成部分仅包含第1～第3透镜群11～13这3个透镜群的可变放大率光学系统1是一种较佳组成。这样尽量减少透镜群数量和透镜数量，从而比其它可变放大率光学系统更能谋求紧凑化。再者，图1所示的负正正3单元的可变放大率光学系统1中，第3透镜群13比第1透镜群11和第2透镜群12光功率小，所以较容易用1片透镜构成，从而能谋求进一步的紧凑化。

采用这种负正正3单元的可变放大率光学系统1的情况下，最好在从广角端往望远端变倍时将第3透镜群13固定。通过变倍时将第3透镜群13固定，能使其镜筒机构简化，并能使位置精度提高。

最好分别由小于等于3片的透镜构成可变放大率光学系统1的第1透镜群11和第2透镜群12。由此，能减小一般透镜外径大的第1透镜群11、变倍时的移动量大的第2透镜群12的驱动装置的负载，可通过减少透镜数量来降低成本。根据这种观点，图1所示的可变放大率光学系统1具有较佳透镜组成。

如图1的可变放大率光学系统1所示，最好在第2透镜群12的物体侧配置光阑14(孔径光阑)，并将其光阑直径固定。首先，通过将光阑14的配置位置取为第2透镜群12的物体侧，能尽量减小第1透镜群11的前透镜直径。进而，通过使光阑直径固定，不必将第1透镜群11与第2透镜群12的间隔扩大到所需以上，能实现光轴方向的厚度小。

又，可变放大率光学系统1最好满足下面的条件式(18)。

0.1＜Y’/TL＜0.3            ……(18)

其中，Y’：最大像高

TL：整个改变放大率的区域(简称为“变倍区”)中最靠近物体侧的面的面顶点至像面的光轴上的距离最大值

大于条件式(18)的上限时，进行变倍的第2透镜群12的移动量变小，所以第2透镜群12的功率过大，难以满足构成第2透镜群12的各透镜的曲率半径等制造条件。而且，小于条件式(18)时，难以从尺寸面装载到便携终端等。

此情况下，尤其是满足下面的条件式(18)’更理想。

0.13＜Y’/TL＜0.2        ……(18)’

大于条件式(18)’的上限时，第2透镜群12的功率变大，导致第2透镜群12内的误差灵敏度提高，需要作透镜间调整，成本变高。另一方面，小于条件式(18)’的下限时，不仅光学系统的尺寸变大，变倍时的移动量增加带来的驱动系统的负载也变大，因而存在驱动装置大型化的趋势。

又，可变放大率光学系统1最好满足下面的条件式(19)。

0.2＜t2/TL＜0.4        ……(19)

其中，t2：从广角端往望远端变倍时第2透镜群移动的距离

大于条件式(19)的上限时，不能确保配置具有防擦伤的效果的机械光闸的空间，而且镜筒组成为了避免接触驱动群，形状复杂，从而使得成本高。又，小于条件式(19)的下限时，第2透镜群12的偏心误差灵敏度提高，存在制造困难的趋势。

又，可变放大率光学系统1最好满足下面的条件式(20)、(21)。

10＜αw＜25        ……(20)

|αw-αt|＜15      ……(21)

其中，αw：广角端上入射到摄像元件15的摄像面的入射光中像高最大的主光线对像面所立垂线的角度(度)

αt：望远端上入射到摄像元件15的摄像面的入射光中像高最大的主光线对像面所立垂线的角度(度)

再者，这里的αw(度)、αt(度)将图3所示的方向定义为正方向。即，使图3的左侧为物体侧、右侧为像侧，并且出瞳位置处在比像面靠近物体侧；将此情况下的主光线的角度当作正方向。

大于上述条件式(20)的上限时，入射到摄像元件15的光入射角的远心性被破坏，即使在摄像面的前面配置与各像素对应的透镜阵列，也难以防止周边照度降低。另一方面，小于条件式(20)的下限时，难以又确保视场角大又谋求紧凑化。又，大于上述条件式(21)的上限时，广角端与望远端的入射角差异过大，难以谋求透镜阵列最优化，并且广角端或望远端上产生周边照度降低的趋势显著。

接着，对可变放大率光学系统1的聚焦组成而言，最好做成通过使第1透镜群11往物体侧移动，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。这是因为使第1透镜群11移动带来的各像差的变动比较小，能抑制聚焦造成的性能劣化。而且，由于后焦距相对于第1透镜群11的移动量的变动也大，所以能得到以小的移动量就达到透镜前几厘米(cm)程度的良好聚焦性能。

也可通过使第3透镜群或比第3透镜群靠近像侧的透镜群往物体侧移动，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。此情况下，不导致抽出造成的光学总长增加或前透镜直径增大，能得到连近距离物体也清晰的图像。再者，进行聚焦时，使第1透镜群11移动或使第3透镜群13(或比第3透镜群靠近像侧的透镜群)移动，可根据光学规格分开使用。即，可做成：使宏功能强化时，移动第1透镜群11；优先紧凑化时，移动第3透镜群13。

再者，由正透镜群构成第3透镜群13而且利用第3透镜群13进行聚焦动作时，最好使比该第3透镜群13靠近像面侧的第4透镜群为负透镜群。取为这种组成，则尤其能大幅度改善望远端的对近距离物体的光学性能。而且，能将望远端的出瞳位置配置在比摄像面靠近物体侧，因而能减小广角端与望远端的摄像面光入射角度差。

接着，关于可变放大率光学系统1的制法，对构成上述第1～第3透镜群11～13的各透镜的材料无专门限制，能用各种玻璃材料或树脂(塑料)材料组成的光学材料。然而，若采用树脂材料，则重量轻且能利用注射模塑成形等大量生产，所以与用玻璃材料制作时相比，在抑制成本和可变放大率光学系统1减轻重量方面有利。因而，最好使可变放大率光学系统1具备至少1片树脂材料制透镜。当然，也可具备大于等于2片的树脂材料制透镜。

再者，使用至少2片树脂材料制透镜的情况下，最好用树脂材料构成第1透镜群11中的负透镜(图1的情况下为负透镜111)和第3透镜群13中的正透镜(正弯月透镜131)。这时，能将环境温度变化带来的后焦距偏移抑制得小。

作为这种树脂材料制透镜，最好采用的透镜用树脂材料中散布最大长度小于等于30纳米的无机粒子形成的原材料加以成形。通过采用这种树脂材料制透镜，能使上文所述那样树脂材料制透镜的温度变化造成的折射率变化极小。

这里，详细说明折射率的温度变化。根据劳伦兹-劳伦兹公式，通过以温度t对折射率n进行微分，能用下面的式(22)表示折射率的温度变化A。

[式1]

$A=\frac{(n^2+2)({\text{n}}^2-1)}{6n}\{(-\mathrm{3\&alpha;})+\frac{1}{\&lsqb;R\&rsqb;}\frac{\&PartialD;\&lsqb;R\&rsqb;}{\&PartialD;t}\}...\left(22\right)$

其中，α为线膨胀系数，[R]为分子折射

树脂材料的情况下，一般式(22)中的第2项比第1项贡献小，大致可忽略。例如，PMMA树脂的情况下，线膨胀系数α为7×10^-5，代入上述式(22)，则A＝-1.2×10^-4(/℃)，与实测值大致一致。具体而言，历来，以将-1.2×10^-4(/℃)左右的折射率的温度变化A在绝对值上抑制到小于8×10^-5(/℃)为佳。最好在绝对值上抑制到小于6×10^-5(/℃)。通过取为小于6×10^-5(/℃)，能将环境温度变化时的后焦距变动量抑制约一半。再者，将能用于上述可变放大率光学系统1的树脂材料的折射率的温度变化A(＝dn/dT)示于表1。

[表1]

塑料材料	A(近似值)(10-5/℃)
		聚烯类	-11
聚碳酸酯类	-14

此情况下，最好将第3透镜群13或比第3透镜群13靠近像侧的透镜群内的正透镜做成上述树脂材料制透镜。由此，可谋求降低成本，而紧凑性不受损。又，上述正透镜在温度变化时影响后焦距，所以取为散布了小于等于30纳米的无机粒子的材料时，能大幅减小此影响。

可变放大率光学系统1最好面向空气的全部透镜面都为非球面的透镜组成。由此，可谋求兼顾可变放大率光学系统1的紧凑化和高图像质量化。

可变放大率光学系统1中使用非球面玻璃透镜的情况下，也可使该非球面玻璃透镜模塑成形，或当然也可做成玻璃材料与树脂材料的复合型。模塑型适合大量生产，其反面却限定玻璃材料。而复合型能成为基片基板的玻璃材料非常多，具有设计自由度高的优点。采用高折射率材料的非球面透镜一般难以模塑成形，可在单面非球面透镜的情况下最大限度有效应用复合型的优点。

又，可变放大率光学系统1也可配置具有对摄像元件15进行遮光的功能的机械光闸以代替光阑14。此机械光闸在例如将CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)式的元件用作摄像元件15时，对防止擦伤有效。

作为驱动可变放大率光学系统1中配备的各透镜群、光阑、光闸等的的驱动源，可用以往公知的凸轮机构或步进电动机。在移动量小的情况下或驱动群的重量轻的情况下，使用超小型压电促动器，则能一面抑制驱动部的体积和耗电的增加，一面使各群独立驱动，从而谋求包含可变放大率光学系统1的摄像透镜装置的进一步紧凑化。

图1所示的从物体侧开始依次包含由负透镜(负透镜111)和往物体侧凸的正弯月透镜(正弯月透镜112)组成的第1透镜群11、由双凸透镜(双凸正透镜121)和负透镜(负弯月透镜122)组成的第2透镜群12、由正透镜(正弯月透镜131)组成的第3透镜群13的可变放大率光学系统1是一种最佳透镜组成。即，通过使第2透镜群12从物体侧开始依次为正负的顺序，将第2透镜群12的主点位置靠近第1透镜群11侧，从而能原样保持变倍作用，减小第2透镜群12的实质功率，降低误差灵敏度。又，通过配置双凸透镜，能加大第2透镜群12的功率，减小变倍时的移动量。还通过使第3透镜群13为正透镜，具有能使入射到摄像元件15的感光面的轴外光入射角靠近远心。

摄像元件15按照该可变放大率光学系统1成像的被拍摄体H的光像的光量，光电变换成R、G、B各分量的图像信号，输出到规定的图像处理电路。例如作为摄像元件15，可用将CCD配置成二维状的面传感器的各CCD的表面上将R(红)、G(绿)、B(蓝)滤色片装贴成方格花纹状的称为“拜耳式”的单片式彩色面传感器构成的元件。除这种CCD像传感器外，也能用CMOS像传感器、VIMS像传感器等。

低通滤光镜16是配置在摄像元件15的摄像面上以滤除噪声分量的平行平板状的光学零部件。作为此低通滤光镜16，可用例如以调整规定的晶轴方向的晶体为材料的双折射型低通滤光镜或利用衍射效应实现所需光学截止频率特性的相位型低通滤光镜等。再者，未必需要配备低通滤光镜16，也可将上述光学的低通滤光镜16代之以使用红外线截止滤光镜，以便减小摄像元件15的图像信号包含的噪声。还可在光学的低通滤光镜16的表面实施红外线反射镀层，用一个元件实现两种滤光镜功能。

<装入了可变放大率光学系统的数字设备的说明>

接着，说明装入以上说明的可变放大率光学系统1的数字设备。图4是示出本发明数字设备的一个实施方式，是带相机便携电话机2的外观组成图。再者，本发明中，作为数字设备，包含数字静态相机、摄像机、数字视像单元、便携信息终端(PDA：Personal Digital Assistant；个人数字助理机)、个人计算机、移动计算机或它们的周边设备(鼠标器、扫描仪、打印机等)。

图4(a)表示便携电话机2的操作面，图4(b)表示操作面的背面。便携电话机2在上部配备天线21，在操作面配备长方形的显示器22、进行图像拍摄模式的启动和静止图像与活动图像拍摄的切换的图像切换按键23、控制变倍(变焦)的变倍按键24、快门按键25和拨号按键26。变倍按键24由2接点式开关等构成，在其上端部分印有表示望远的“T”，下端部分印有表示广角的“W”，通过按压印字位置，能指示各自的变倍动作。此便携电话机2中还内置有前面说明的可变放大率光学系统1构成的摄像透镜装置27。

图5是示出上述便携电话机2的摄像所涉及的电功能组成的功能框图。此便携电话机2的组成部分包含摄像部30、图像产生部31、图像数据缓存器32、图像处理部33、驱动部34、控制部35、存储部36、以及I/F部37。

摄像部30的组成部分包含摄像透镜装置27和摄像元件15。摄像透镜装置27的组成部分包含图1所示的可变放大率光学系统1、往光轴方向驱动透镜并进行变倍和聚焦用的未图示的透镜驱动装置等。可变放大率光学系统1使来自被拍摄体的光在摄像元件15的感光面上成像，成为被拍摄体H的光学像。

摄像元件15将可变放大率光学系统1成像的被拍摄体的光学像变换成R(红)、G(绿)、B(蓝)色分量的电信号(图像信号)，当作R、G、B各色的图像信号输出到图像产生部31。摄像元件15通过控制部35的控制，控制静止图像或活动图像某一方的摄像、或者摄像元件15中各像素输出信号的读出(水平同步、垂直同步、传送)等摄像动作。

图像产生部31对来自摄像元件15的模拟输出信号进行放大处理、数字变换处理等，并对整个图像进行适当的黑电平的确定、伽马校正、白平衡调整(WB调整)、轮廓校正和色相不匀校正等熟知的图像处理，从图像信号产生各像素的图像数据。将图像产生部31产生的图像数据输出到图像数据缓存器32。

图像数据缓存器32是暂时存储图像数据并用作图像处理部33对此图像数据进行后面阐述的处理用的工作区的存储器，由例如RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)等构成。

图像处理部33是对图像数据缓存器32的图像数据进行分辨率变换等图像处理的电路。而且，根据需要，可构成使图像处理部33校正可变放大率光学系统1未校正完的像差。

驱动部34利用控制部35输出的控制信号驱动可变放大率光学系统1的多个透镜群，使其进行希望的变倍和聚焦。

控制部35的组成部分包含例如微处理器等，对摄像部30、图像产生部31、图像数据缓存器32、图像处理部33、驱动部34、存储部36和I/F部37各自的动作进行控制。即，由该控制部35进行控制，使摄像透镜装置27和摄像元件15执行被拍摄体的静止图像拍摄和活动图像拍摄的至少一方拍摄。

存储部36是存储被拍摄体的静止图像拍摄或活动图像拍摄产生的图像数据的存储电路，包含例如ROM(Read Only Memory：只读存储器)或RAM。即，存储部36具有作为静止图像用的和活动图像用的存储器的功能。

I/F部37是对外部设备收发图像数据的接口，例如依据USB或IEEE1394等标准的接口。

说明以上那样构成的便携电话机2的摄像动作。拍摄静止图像时，首先，通过按压图像切换按键23，启动图像拍摄模式。这里，通过按压一次图像切换按键23启动静止图像拍摄模式，通过该状态下又按压一次图像切换按键23切换到活动图像拍摄模式。即，接收来自图像切换按键23的指示的便携电话机2主体的控制部35使摄像透镜装置27和摄像元件27执行物体侧的被拍摄体的静止图像拍摄和活动图像拍摄中至少一方的拍摄。

启动静止图像拍摄时，控制部35进行控制，使摄像透镜装置27和摄像元件15执行静止图像拍摄，并驱动摄像透镜装置27的未图示的透镜驱动装置进行聚焦。由此，将对准焦点的光学像在摄像元件15的感光面上周期性地重复成像，并变换成R、G、B色分量的图像信号后，输出到图像产生部31。将该图像信号暂时存储在图像数据缓存器32，由图像处理部33进行图像处理后传送到显示用存储器(图中省略)，以引导到显示器22。然后，拍摄者可通过窥视显示器22，将主被拍摄体调整成纳入其画面中的希望的位置。此状态下，通过按压快门按键25，能得到静止图像。即，将图像数据存放到当作静止图像用存储器的存储部36。

这时，由于被拍摄体处在离开拍摄者的位置或想要放大附近的被拍摄体而进行变焦拍摄时，按压变倍按键24的上端“T”的印字部分，则检测出该状态，并且控制部35按照按压时间执行变倍用的透镜驱动，使可变放大率光学系统1连续进行变焦。又，过分改变焦距时等想要减小被拍摄体的放大率的情况下，通过按压变倍按键24下端“W”的印字部分，检测出该状态，并且控制部35通过控制可变放大率光学系统1，从而按照按压时间连续进行变倍。这样进行动作，即便是离开拍摄者的被拍摄体也能用变倍按键24调节其放大率。然后，与通常的等倍拍摄相同，也将主被拍摄体调整成纳入其画面中希望的位置，并按压快门按键25，从而能得到放大的静止图像。

又，进行活动图像拍摄时，通过按压一次图像切换按键23启动静止图像拍摄模式后，又按压一次图像切换按键23切换到活动图像拍摄模式。由此，控制部35控制摄像透镜装置27和摄像元件15，使其进行活动图像拍摄。其后，与静止图像拍摄时相同，拍摄者窥视显示器22，将通过摄像透镜装置27得到的被拍摄体的像调整成纳入其画面中希望的位置。这时，与静止图像拍摄相同，也能用变倍按键24调节被拍摄体像的放大率。此状态下按压快门按键25，从而开始活动图像拍摄。此拍摄中，也能利用变倍按键24随时改变被拍摄体的放大率。

拍摄活动图像时，控制部35进行控制，使摄像透镜装置27和摄像元件15进行活动图像拍摄，并驱动摄像透镜装置27的未图示的透镜驱动装置进行聚焦。由此，将对准焦点的光学像在CCD等摄像元件15的感光面上周期性地重复成像，并变换成R、G、B色分量的图像信号后，输出到图像产生部31。将该图像信号暂时存储在图像数据缓存器32，由图像处理部33进行图像处理后，传送到显示用存储器，以引导到显示器22。这里，又按压一次快门按键25，从而结束活动图像拍摄。将拍摄的活动图像引导到当作活动图像用的存储器的存储部36加以存放。

<可变放大率光学系统的较具体实施方式的说明>

下面，参照附图说明图1所示的可变放大率光学系统1、即构成装载于图4所示带相机便携电话机2的摄像透镜装置27的可变放大率光学系统1的具体组成。

实施例1

图6是示出实施例1的可变放大率光学系统1A的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图(光路图)。此图6和下面所示图7～图13的光路图示出广角端(W)的透镜配置。实施例1和下面所示的实施例2～实施例8的透镜群都从图的物体侧(图6的左侧)开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、具有正光功率的第2透镜群(Gr2)，除实施例8外，还包含具有正或负光功率的第3透镜群(Gr3)。即，构成位于最靠近物体侧的第1透镜群(Gr1)具有负光功率的所谓负前导结构。

图6所示实施例1的可变放大率光学系统1A将各透镜群从物体侧开始依次构成如下。第1透镜群(Gr1)总体上具有负光功率，包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)总体上具有正光功率，包含双凸正透镜(L3)和往物体侧凸的负弯月透镜(L4)。此第2透镜群(Gr2)的物体侧配备变倍时与第1透镜群(Gr1)和第2透镜群(Gr2)一起移动的光阑(ST)。第3透镜群(Gr3)的组成部分包含1片具有正光功率的往物体侧凸的正弯月透镜(L5)。在此第3透镜群(Gr3)的像侧，隔着平行平板(FT)配置摄像元件(SR)的感光面。所述平行平板(FT)相当于光学滤光镜、红外截止滤光镜、摄像元件的防护玻璃等。

再者，也可配置机械光闸以代替上述光阑(ST)。又，图6中示出连续的可变放大率光学系统，但也可以进一步紧凑化为目标，做成切换同一光学组成中的2个焦点的可变放大率光学系统。尤其是从广角端往望远端变倍时，第1透镜群(Gr1)的移动轨迹作U形转弯(像描绘往像侧凸出的轨迹那样移动)，因而在广角端和望远端的光学总长大致相同的情况下，通过做成切换2个焦点的可变放大率光学系统，能使第1透镜群(Gr1)在变倍时固定，所以对包含驱动机构的单元规模的小型化具有很大的效果。这些方面在下面说明的实施例2～8中也相同(以下省略说明)。

图6中对各透镜面标注的编号ri(i＝1、2、3、……)是指从物体侧开始数时的第i个透镜面(其中将透镜的粘合面数作1个面)，ri中添加“*”号的面表示非球面。再者，将所述光阑(ST)、平行平板(FT)的两个面、摄像元件(SR)的感光面也当作1个面处理。这种处理对后面阐述的其它实施例的光路图(图7～图13)也相同，其图中符号的含义与图6基本相同。但是，并不意味着完全相同，例如各图都对最靠近物体侧的透镜面标注相同的符号(r1)，却不意味着它们的曲率等在全部实施方式中都相同。

这种组成下，从物体侧入射的光沿光轴AX依次通过第1、第2和第3透镜群(Gr1、Gr2、Gr3)以及平行平板(FT)，在摄像元件(SR)的感光面形成物体的光学像。然后，在摄像元件(SR)中将平行平板(FT)中修正的光学像变换成电信号。按照需要，对此电信号实施规定的数字图像处理或图像压缩处理等后，当作数字视频信号记录在便携电话机或便携信息终端等的存储器中，或利用有线或无线传送到其它数字设备。

图22(和图23)是示出这些透镜群变倍时的移动方向的示意图。此图22(和图23)中，不仅示出实施例1的而且同时示出后面阐述的实施例2及其后的各透镜群的移动方向。此图22(和图23)中，也与前文相同，左侧为物体侧，从该物体侧开始，依次配置第1透镜群(Gr1)、第2透镜群(Gr2)、第3透镜群(Gr3)和第4透镜群(Gr4)。此图中，符号W表示焦距最短即视场角最大的广角端，符号T表示焦距最长即视场角最小的望远端。而且，符号M表示焦距在广角端(W)与望远端(T)的中间(下文称为中间点)。虽然实际的透镜群在沿光轴的直线上移动，但此图中从图的上方至下方以排列的方式表示广角端(W)、望远端(T)和中间点(M)的透镜群的位置。

如图22所示，此实施例1中，使第1透镜群(Gr1)和第2透镜群(Gr2)在变倍时可活动，将第3透镜群(Gr3)在变倍时固定。具体而言，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，将第2透镜群(Gr2)的位置往靠近物体的方向直线移动，而将第1透镜群(Gr1)移动成描绘往像侧凸出的轨迹那样移动。但是，包括下面的实施例在内，这些透镜群的移动方向和移动量等可取决于有关透镜群的光功率或透镜组成等的方式进行变动。例如，图22中，即使第2透镜群(Gr2)那样画成直线移动，也包含其轨迹为往物体侧或像侧凸出的曲线的情况等，也包含U形转弯的情况等。

表2、表3示出实施例1的可变放大率光学系统1A中各透镜的结构数据。再者，此可变放大率光学系统1A中，将全部透镜(L1～L5)做成玻璃透镜。后文揭示的表20示出实施例1的光学系统中套用上述条件式(1)～(21)的情况下的各个数值。表20中，由于条件式(2)和(4)是相同的条件式，所以省略记述条件式(4)。

[表2]

[表3]

表2所示的内容，从左到右依次为各透镜面的编号、各面的曲率半径(单位为毫米(mm))、广角端(W)和中间点(M)和望远端(T)的无限远对焦状态下的光轴上各透镜面的间隔(轴上的面间隔)(单位为毫米)、各透镜的折射率以及阿贝数。轴上的面间隔M、T的空栏表示与左面的W栏相同的值。而且，轴上的面间隔是设相对两个面(包含光学面、摄像面)之间的区域中存在的媒质为空气进行换算的距离。这里，各光学面的编号i(i＝1、2、3、……)如图6所示，是指从光路上的物体侧开始数而得的第i个光学面，i中添加“*”号的面表示非球面(非球面形状的折射光学面或具有与非球面等效的折射作用的面)。再者，光阑(ST)、平行平板(FT)的两个面和摄像元件(SR)的感光面都是平面，所以它们的曲率半径为∞。

光学面的非球面形状使用以面顶点为原点、从物体往摄像元件的方向为z轴的正方向的空间正交坐标系(x、y、z)，并由下面的式(23)进行定义。

[式2]

$z=\frac{c\&CenterDot;h^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2\&CenterDot;h^2}}+A\&CenterDot;h^4+B\&CenterDot;h^6+C\&CenterDot;h^8+D\&CenterDot;h^{10}$

$+E\&CenterDot;h^{12}+F\&CenterDot;h^{14}...\left(23\right)$

其中，z：高度h的位置上的z轴方向的位移量(面顶点为基准)

h：对z轴垂直方向的高度(h²＝x²+y²)

c：近轴曲率(＝1/曲率半径)

A、B、C、D、E、F：分别为4、6、8、10、12、14次的非球面系数

k：圆锥系数

从上述式(23)判明，对表2所示非球面透镜的曲率半径表示透镜的面顶点附近的值。又，表3分别示出形成非球面的面(表2中对i添加*的面)的圆锥系数k和非球面系数A、B、C、D的值。

图14从左侧开始，依次示出基于上文那样的透镜配置、组成的实施例1的全光学系统的球面像差、像散和偏斜像差(畸变)。此图中，上栏、中栏和下栏分别表示广角端(W)、中间点(M)和望远端(T)的各像差。而且，球面像差和像散的横轴以毫米为单位表示焦点位置的偏移，偏斜像差的横轴以对总体的比率(％)表示偏斜量。球面像差的纵轴用以入射高度归一化的值进行表示，但像散和偏斜像差的纵轴用像的高度(像高)(单位毫米)进行表示。

再有，球面像差的图中，用点划线、实线和虚线分别表示使用红色(波长656.28纳米)、黄色(所谓d线；波长587.56纳米)和蓝色(波长435.84纳米)这波长不同的3种光的情况下的像差。像散的图中，符号s和t分别表示倾斜(径向)面、切向(子午)面的结果。而且，像散和倾斜像差的图是使用上述黄线(d线)情况下的结果。从该图14判明，实施例1的透镜群在广角端(W)、中间点(M)和望远端(T)都呈现偏斜像差在大致5％以内的优良的光学特性。表18和表19分别示出此实施例1中广角端(W)、中间点(M)和望远端(T)的焦距(单位为毫米)和F值。从这些表判明本发明能实现焦距短且明亮的光学系统。

实施例2

图7是示出实施例2的可变放大率光学系统1B的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例2的可变放大率光学系统1B的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)和具有正光功率的第3透镜群(Gr3)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，依次包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，依次包含双凸正透镜(L3)和往物体侧凸的负弯月透镜(L4)。第3透镜群(Gr3)包含1片往物体侧凸的正弯月透镜(L5)。

这种透镜组成的实施例2的可变放大率光学系统1B中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图22所示，第1透镜群(Gr1)作U形转弯移动，第2透镜群(Gr2)往物体侧直线移动，并将第3透镜群(Gr3)固定。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表4、表5示出实施例2的可变放大率光学系统1B中各透镜的结构数据。如这些表和图7所示，此实施例2中，将第2～第5透镜(L2～L5)做成双面非球面透镜，将第1透镜(L1)做成单面非球面透镜。此第1透镜(L1)是复合型非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1B中，将全部透镜(L1～L5)做成玻璃透镜。

[表4]

[表5]

实施例3

图8是示出实施例3的可变放大率光学系统1C的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例3的可变放大率光学系统1C的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、配置在第2透镜群(Gr2)的物体侧的光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)和具有正光功率的第3透镜群(Gr3)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，依次包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，依次包含双凸正透镜(L3)和往物体侧凸的负弯月透镜(L4)。第3透镜群(Gr3)包含1片往物体侧凸的正弯月透镜(L5)。

这种透镜组成的实施例3的可变放大率光学系统1C中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图22所示，第1透镜群(Gr1)作U形转弯移动，第2透镜群(Gr2)往物体侧直线移动，并将第3透镜群(Gr3)的位置固定(广角端总长＞望远端总长)。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表6、表7示出实施例3的可变放大率光学系统1C中各透镜的结构数据。如这些表和图8所示，此实施例3中，将全部第1～第5透镜(L1～L5)做成双面非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1C中，将第5透镜(L5)做成树脂制透镜，其它透镜做成玻璃透镜。

[表6]

[表7]

实施例4

图9是示出实施例4的可变放大率光学系统1D的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例4的可变放大率光学系统1D的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)、具有负光功率的第3透镜群(Gr3)和具有正光功率的第4透镜群(Gr4)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，依次包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，依次包含双凸正透镜(L3)和双凹负透镜(L4)。第3透镜群(Gr3)包含1片往物体侧凸的负弯月透镜(L5)，第4透镜群(Gr4)包含双凸正透镜(L6)。

这种透镜组成的实施例4的可变放大率光学系统1D中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图22所示，第2透镜群(Gr2)往物体侧直线移动，第3透镜群(Gr3)作U形转弯移动。而将第1透镜群(Gr1)和第4透镜群(Gr4)固定。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表8和表9示出实施例4的可变放大率光学系统1D中各透镜的结构数据。如这些表和图8所示，此实施例4中，将全部第1～第6透镜(L1～L6)做成双面非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1D中，将第1、第5、第6透镜(L1、L5、L6)做成树脂制透镜，其它透镜为玻璃透镜。

[表8]

[表9]

实施例5

图10是示出实施例5的可变放大率光学系统1E的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例5的可变放大率光学系统1E的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)和具有正光功率的第3透镜群(Gr3)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，由双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)的粘合透镜构成。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，由双凸正透镜(L3)和双凹负透镜(L4)的粘合透镜构成。第3透镜群(Gr3)包含1片双凸正透镜(L5)。

这种透镜组成的实施例5的可变放大率光学系统1E中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图23所示，第1透镜群(Gr1)作U形转弯移动，第2透镜群(Gr2)和第3透镜群(Gr3)分别往物体侧和像侧直线移动。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表10、表11示出实施例5的可变放大率光学系统1E中各透镜的结构数据。如这些表和图10所示，此实施例5中，将第1～第4透镜(L1～L4)做成单面非球面透镜，将第5透镜(L5)做成双面非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1E中，将第1、第2、第5透镜(L1、L2、L5)做成树脂制透镜，其它透镜为玻璃透镜。

[表10]

[表11]

实施例6

图11是示出实施例6的可变放大率光学系统1F的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例6的可变放大率光学系统1F的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)和具有正光功率的第3透镜群(Gr3)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，依次包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，依次包含双凸正透镜(L3)和往物体侧凸的负弯月透镜(L4)。第3透镜群(Gr3)包含1片双凸正透镜(L5)。

这种透镜组成的实施例6的可变放大率光学系统1F中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图23所示，第1透镜群(Gr1)作U形转弯移动，第2透镜群(Gr2)和第3透镜群(Gr3)分别往物体侧和像侧直线移动(广角端总长＞望远端总长)。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表12、表13示出实施例6的可变放大率光学系统1F中各透镜的结构数据。如这些表和图11所示，此实施例6中，将第2～第5透镜(L2～L5)做成双面非球面透镜，将第1透镜(L1)做成单面非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1F中，将全部透镜(L1～L5)做成玻璃透镜。

[表12]

[表13]

实施例7

图12是示出实施例7的可变放大率光学系统1G的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例7的可变放大率光学系统1G的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)和具有正光功率的第3透镜群(Gr3)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，依次包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，依次包含双凸正透镜(L3)和往物体侧凸的负弯月透镜(L4)。第3透镜群(Gr3)包含1片双凸正透镜(L5)。

这种透镜组成的实施例7的可变放大率光学系统1G中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图22所示，第1透镜群(Gr1)作U形转弯移动，第2透镜群(Gr2)往物体侧直线移动，并将第3透镜群(Gr3)固定。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表14、表15示出实施例7的可变放大率光学系统1G中各透镜的结构数据。如这些表和图12所示，此实施例7中，将全部第1～第5透镜(L1～L5)做成双面非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1G中，将第1、第2、第5透镜(L1、L2、L5)做成树脂制透镜，其它透镜为玻璃透镜。

[表14]

[表15]

实施例8

图13是示出实施例8的可变放大率光学系统1H的透镜群的排列的纵向剖切光轴(AX)的剖视图。此实施例8的可变放大率光学系统1H的各透镜群从物体侧开始，依次包含总体上具有负光功率的第1透镜群(Gr1)、光阑(ST)、总体上具有正光功率的第2透镜群(Gr2)。详细而言，第1透镜群(Gr1)从物体侧开始，依次包含双凹负透镜(L1)和往物体侧凸的正弯月透镜(L2)。第2透镜群(Gr2)从物体侧开始，依次包含双凸正透镜(L3)和往像侧凸的负弯月透镜(L4)。

这种透镜组成的实施例8的可变放大率光学系统1H中，从广角端(W)往望远端(T)变倍时，如图23所示，第1透镜群(Gr1)和第2透镜群(Gr2)分别往像侧和物体侧直线移动。还将光阑(ST)在变倍时与第2透镜群(Gr2)一起移动。

接着，表16、表17示出实施例8的可变放大率光学系统1H中各透镜的结构数据。如这些表和图13所示，此实施例8中，将全部透镜(L1～L4)做成双面非球面透镜。再者，此可变放大率光学系统1H中，将全部透镜做成玻璃透镜。

[表16]

[表17]

图15～图21分别示出基于以上那样的配置、组成的上述实施例2～8的全光学系统的球面像差、像散和偏斜像差。这些图中，球面像差的图与图14相同，也用点划线、实线和虚线分别示出使用红色、黄色和蓝色这波长不同的3种光时的像差。各实施例的透镜群都在广角端(W)、中间点(M)和望远端(T)呈现偏斜像差在大致5％以内的优良的光学特性。

又，表18和表19分别示出此实施例2～8的各可变放大率光学系统中广角端(W)、中间点(M)和望远端(T)的焦距(单位为毫米)和F值。从这些表判明，与实施例1相同，能实现焦距短且明亮的光学系统。

[表18]

焦距(单位为毫米)

	W	M	T
				实施例1	4.5	8.5	12.3
实施例2	4.5	8.5	12.3
				实施例3	4.5	8.7	12.4
实施例4	4.6	9.1	13.0
				实施例5	4.3	8.5	12.2
实施例6	4.5	8.6	12.8
				实施例7	4.5	6.5	8.5
实施例8	3.9	5.9	7.9

[表19]

F值

W

M

T

实施例1	3.3	4.6	5.9
				实施例2	3.3	4.6	5.9
实施例3	3.3	4.7	5.9
				实施例4	3.0	4.5	5.4
实施例5	3.0	4.7	6.0
				实施例6	3.2	4.5	5.9
实施例7	4.0	4.9	5.8
				实施例8	2.9	3.4	3.9

又，表20示出将上述条件式(1)～(20)套用于此实施例2～8的各可变放大率光学系统时的各个数值。

[表20]

如以上所说明，根据上述实施例1～8的可变放大率光学系统1A～1H，尤其是放大率变化比(有时称为变倍比)为2～3倍左右的可变放大率光学系统中，能价廉地提供遍及变倍区全区都将各种像差校正得良好而且可达到(超)小型化的变焦透镜。

再者，上述具体实施方式中主要包含具有下列组成的发明。

本发明的一个方面的可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其中，所述第1透镜群包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(1)、(2)。

0.5＜D1/fw＜0.8    ……(1)

0.7＜f2/fw＜2.0    ……(2)

其中，D1：所述第1透镜群的透镜最前面至所述第1透镜群的透镜最后面的光轴上的厚度

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

根据此组成，形成位于最靠近物体侧的第1透镜群具有负光功率的所谓负前导光学系统。因此，能使从物体侧以大角度入射的光比第1透镜群的负光功率更快地平缓，在谋求光学总长或前透镜直径的规模紧凑化方面有利。又，包含负正的组成即使是在谋求光学系统紧凑化的情况下，也能确保变倍群的移动距离较长，所以能抑制第2透镜群的误差灵敏度的提高。这些方面在变倍比为2～3倍左右的变焦透镜中特别显著。而且，所述第1透镜群取为至少具有负透镜和正透镜各1片的组成，从而能良好地校正放大率色差。又，通过用小于等于3片的透镜构成所述第2透镜群，能减小变倍时移动量大的第2透镜群的驱动装置的负载，通过减少透镜数量来降低成本。

又，鉴于制造难度和光学性能，以满足上述条件式(1)、(2)为必要条件。D1/fw大于条件式(1)的上限时，要维持光学总长时，第2透镜群的实质变倍移动量小，所以需要加大第2透镜群的光功率，制造难度变高的趋势显著。另一方面，小于条件式(1)的下限时，第1透镜群内的负透镜的光功率弱，后方主点远离像面，所以要维持同样的焦距，则确保后焦距相对困难，而且出瞳难以远离像面的趋势显著。又，f2/fw大于条件式(2)的上限时，第2透镜群的功率过弱，难以在维持紧凑性的状态下得到2～3倍左右的变倍比。另一方面小于条件式(2)的下限时，第2透镜群的偏心误差灵敏度非常高，制造难度变高的趋势显著。

本发明另一方面的可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其中，所述第1透镜群包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(3)、(4)。

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2         ……(3)

0.7＜f2/fw＜2.0            ……(4)

其中，ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

此组成中，为了享有与权利要求1的发明相同的优点，形成负前导的光学系统，并由小于等于3片的透镜构成第2透镜群，而且鉴于制造难度，以所述条件式(3)、(4)为必要条件。|ΔZ1pi/d1pi|大于条件式(3)的上限时，第1透镜群内各透镜的曲率变大，偏厚比增加，所以制造难度和面形状测量难度变高的趋势显著。此外，还产生分别保持第1透镜群、第2透镜群的镜筒之间发生干扰的情况，难以缩短第1透镜群与第2透镜群之间的距离，所以对紧凑化不利。又，f2/fw大于条件式(4)的上限时，第2透镜群的功率过弱，难以在维持紧凑性的状态下得到2～3倍左右的变倍比。另一方面，小于条件式(4)的下限时，第2透镜群的偏心误差灵敏度非常高，制造难度变高的趋势显著。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第2透镜群的像侧配备具有正光功率的第3透镜群。根据此组成，以形成负正正光学系统的方式构成可变放大率光学系统。负正正光学系统能对第3透镜群也分配功率，所以与负正光学系统相比，能进一步加大制造误差灵敏度为相同程度时的第2透镜群的光功率，可以减小第2透镜群的移动量，所以对紧凑化有利，而且具有能利用第3透镜群使入射到像面(摄像元件的感光面)的轴外光的入射角接近远心的优点。

此情况下，所述可变放大率光学系统最好仅包含所述第1～第3透镜群这3个透镜群。要谋求可变放大率光学系统超小型化的情况下，由于透镜在制造极限的方便程度方面必须占有一定的空间，所以透镜对透镜单元全空间的空间占有率较高。因此，即使有时产生使单个透镜的精度提高的负担，也需要尽量减少透镜群数量或透镜数量。于是，通过将透镜群从物体侧开始，取为负正正3单元，与其它可变放大率光学系统相比，又能谋求紧凑化，又能在另一方面使作为可变放大率光学系统的性能、聚焦性能、制造误差灵敏度、像面入射角的远心性的均衡最佳。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第1透镜群内位于最靠近物体侧的负透镜满足下面的条件式(5)。

1＜T1e/T1c＜4        ……(5)

其中，T1e：所述负透镜的光轴方向厚度的最大值

T1c：所述负透镜的光轴上的厚度

根据满足上述条件式(5)的可变放大率光学系统，能做成制造难度和光学性能方面进一步优良的可变放大率光学系统。T1e/T1c大于条件式(5)的上限时，偏厚比变大，透镜加工困难的趋势显著。而小于条件式(5)的下限时，所述负透镜的光功率弱，确保后焦距和维持远心性的困难性明显。

上述任一可变放大率光学系统中，最好在像侧配置摄像元件的情况下，满足下面的条件式(6)。

Lb/fw＜1.5        ……(6)

其中，Lb：望远端中，位于最靠近像侧的具有功率的透镜面的面顶点至所述摄像元件的摄像面的光轴上的距离(在空气中换算的长度)

根据满足上述条件式(6)的可变放大率光学系统，能做成制造难度和光学性能方面进一步优良的可变放大率光学系统。Lb/fw大于条件式(6)的上限时，为了确保长的后焦距，需要加大第1透镜群的负功率，使第1透镜群内的负透镜的曲率变大，制造难度增加的趋势显著。

上述可变放大率光学系统中，最好在从广角端往望远端改变放大率时，将所述第3透镜群固定。根据此组成，变倍时使第3透镜群固定，从而能简化镜筒机构，还能使位置精度提高。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含1片负透镜和1片正透镜，并且满足下面的条件式(7)。

0.2＜|f1n/f1p|＜0.5        ……(7)

其中，f1p：所述第1透镜群内的正透镜的焦距

f1n：所述第1透镜群内的负透镜的焦距

根据此组成，第1透镜群从物体侧开始，依次包含1片负透镜和1片正透镜，从而容易确保广角端的后焦距，而且能良好地校正视场角大的轴外光的像散、放大率色差。所述|fin/f1p|大于条件式(7)的上限时，尤其是广角端的像散、放大率色差的校正不充分的趋势显著，而小于下限时，则构成第1透镜群的各透镜的功率非常大，制造难度增加的趋势显著。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第2透镜群从物体侧开始，依次包含1片正透镜和1片负透镜，并且满足下面的条件式(8)。

0.7＜|f2n/f2p|＜1.8        ……(8)

其中，f2p：所述第2透镜群内的正透镜的焦距

f2n：所述第2透镜群内的负透镜的焦距

根据此组成，第2透镜群从物体侧开始，依次包含1片正透镜和1片负透镜，并且所述|f2n/f2p|满足条件式(8)，从而能用这些各1片的透镜进行球面像差和轴上色差的充分校正。而且，通过从物体侧开始，按正负的顺序进行配置，第2透镜群的主点位置靠近第1透镜群侧，因而能原样保持变倍作用并使第2透镜群的实质功率减小，可期望误差灵敏度的作用减小。大于条件式(8)的上限时，第2透镜群的负透镜的光功率弱，所以球面像差的校正常不足，而小于下限时，则第2透镜群的负透镜的功率变大，所以放大率色差大，图像质量降低的趋势显著。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含双凹透镜或往物体侧凸的负弯月透镜和往物体侧凸的正弯月透镜这2片透镜。

通过这样设定第1透镜群的透镜组成，容易确保广角端的后焦距，而且能良好地校正视场角大的光的偏斜像差、像散。还配置往物体侧凸的正弯月透镜，从而能良好地校正像散，改善像面性。

此情况下，最好所述第1透镜群满足下面的条件式(9)、(10)。

N1p＞1.7            ……(9)

|v1p-v1n|＞20       ……(10)

其中，N1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的折射率

v1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的阿贝数

v1n：所述第1透镜群内的负透镜的阿贝数

根据此组成，能提供在紧凑化方面、放大率色差校正方面有利的可变放大率光学系统。N1p小于条件式(9)的下限时，所述正弯月透镜的像侧一面的曲率变大，产生分别保持第1透镜群、第2透镜群的镜筒之间发生干扰的情况，难以缩短第1透镜群与第2透镜群之间的距离，所以对紧凑化不利。而且，|v1p-v1n|于条件式(10)的下限时，放大率色差校正不充分的趋势显著。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第2透镜群从物体侧开始，依次包含双凸透镜和将深凹面朝向像侧的双凹透镜或负弯月透镜这2片透镜。

根据此组成，将第2透镜群取为从物体侧开始依次正负的顺序，所以第2透镜群的主点位置靠近第1透镜群侧，能原样保持变倍作用并使第2透镜群的实质功率减小，从而降低误差灵敏度。又，通过配置双凸透镜，能加大第2透镜群的功率，减小变倍时的移动量。还将双凹透镜或负弯月透镜的深凹面朝向像侧，从而能良好地进行像散和色差的校正。

上述可变放大率光学系统中，最好所述第2透镜群满足下面的条件式(11)、(12)。

|N2p-N2n|＞0.15        ……(11)

|v2p-v2n|＞30          ……(12)

其中，N2p：所述第2透镜群内的正透镜的折射率

v2p：所述第2透镜群内的正透镜的阿贝数

N2n：所述第2透镜群内的负透镜的折射率

v2n：所述第2透镜群内的负透镜的阿贝数

上述组成中，|N2p-N2n|小于条件式(11)的下限时，珀兹瓦和的增加带来的像散显著。|v2p-v2n|小于条件式(12)的下限时，轴上色差校正不充分的趋势显著。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第3透镜群包含1片往物体侧凸的正弯月透镜。

根据此组成，具有能使透镜的主点位置远离像面从而使像面入射角平缓的效果，所以可为适合谋求可变放大率光学系统超小型化的情况的组成。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第2透镜群的物体侧具有孔径光阑，所述孔径光阑的光阑直径固定。

根据此组成，通过在所述第2透镜群的物体侧配置孔径光阑，从而能尽量减小第1透镜群的前透镜直径。另一方面，第1透镜群与第2透镜群的间隔对光学总长的影响大，为了插入可变光阑机构而加大该间隔，若采用这样的结构则需要加长例如2～3倍左右的光学总长。因此，将光阑直径固定，使光阑构件简化，从而能达到光轴方向的厚度小。

上述任一可变放大率光学系统中，最好通过使所述第1透镜群往物体侧移动，进行从无限远物体往近距离物体的聚焦。

使所述的1透镜群移动带来的各种像差的变动较小。因而，通过利用所述第1透镜群往物体侧的移动进行聚焦，能抑制聚焦造成的性能变差。又，对所述第1透镜群的移动量的像面散焦量也很大，所以用小的移动量就能得到透镜前达几厘米程度的良好聚焦性能。

上述任一可变放大率光学系统中，最好通过使所述第3透镜群或比第3透镜群靠近像侧的透镜群往物体侧移动，进行从无限远物体往近距离物体的聚焦。

根据此组成，用所述第3透镜群或比第3透镜群靠近像侧的透镜群进行聚焦，从而不会导致抽出引起的光学总长的增加或前透镜直径的增大而能得到连近距离物体也清晰的图像。再者，进行聚焦时，是使第1透镜群移动还是使比第3透镜群靠近像侧的透镜群移动，可根据光学规格分开使用。即，可做成：尽量接近近拍距离且打算良好地保持近拍特性的情况下，使第1透镜群移动；优先紧凑化的情况下，使所述第3透镜群或比第3透镜群靠近像侧的透镜群移动。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第2透镜群包含粘合透镜。

要谋求光轴方向紧凑化则限制了第2透镜群的移动量，所以此限制下要得到希望的变倍比就需要使第2透镜群的功率增大。因此，对透镜的曲率误差、折射率误差、透镜间的间隔误差或偏心误差的灵敏度提高，需要提高镜筒的制造精度或作第2透镜群内的透镜间的调整。然而，通过第2透镜群中配置粘合透镜，能大幅度减小第2透镜群内各透镜面各自的误差灵敏度，即使需要作透镜间的调整的情况下，也能良好地保持灵敏度均衡。又，能使第2透镜群的镜筒组成简化，因而能有效利用以往尽管光学上不利也因制造厂的制约而不得不加大的空间，谋求可变放大率光学系统的进一步紧凑化。此外，还使透镜彼此粘合，从而具有能抑制不需要的面间反射光的效果。

上述任一可变放大率光学系统中，最好所述第1透镜群包含粘合透镜。

要谋求光轴方向紧凑化，则第1透镜群内的偏心误差灵敏度提高，需要提高镜筒的制造精度或作第1透镜群内的透镜间的调整。然而，通过第1透镜群中配置粘合透镜，能大幅度减小第1透镜群内各透镜面的偏心误差灵敏度，即使需要作透镜间的调整的情况下，也能良好地保持灵敏度均衡。又，能使第1透镜群的镜筒组成简化，因而能有效利用以往尽管光学上不利也因制造厂的制约而不得不加大的空间，谋求可变放大率光学系统的进一步紧凑化。此外，还使透镜彼此粘合，从而具有能抑制不需要的面间反射光的效果。

上述任一可变放大率光学系统中，最好具有至少1片树脂材料制透镜。

根据此组成，使用树脂材料制透镜，从而能进行稳定的质量下的大量生产，可谋求大幅度降低成本。

此情况下，所述树脂材料制透镜最好是采用使最大长度小于等于30纳米的无机粒子散布在树脂材料中的原料成形的透镜。

使微粒子混合在透明的树脂材料中时，一般产生光的散射，透射率降低，所以难以当作光学材料使用。然而，通过使微粒子的规模小于透射光束的波长，能实质上不产生散射。树脂材料的折射率因其温度升高而降低，但无机微粒子的折射率因其温度的升高而升高。因此，利用它们的温度依赖性，使其作用得相互抵消，从而能大体上不产生折射率变化。具体而言，使最大长度小于等于30纳米的无机粒子散布在成为母材的树脂材料中，从而能形成折射率的温度依赖性极小的树脂材料。例如，通过使氧化铌(Nb₂O₅)的微粒子散布在丙烯中，能减小温度变化造成的折射率变化。因而，通过在至少1片透镜中使用这种散布无机粒子的树脂材料，能将本发明的整个可变放大率光学系统的环境温度变化带来的后焦距偏移抑制得小。

上述可变放大率光学系统中，最好将所述第3透镜群或比第3透镜群靠近像侧的透镜群内的正透镜取为所述树脂材料制透镜。

根据此组成，用树脂材料构成所述第3透镜群或比第3透镜群靠近像侧的透镜群内的正透镜，所以能谋求成本降低而紧凑性不受损。而且，由于所述正透镜温度变化时影响后焦距，所以取为散布小于等于30纳米的无机粒子的材料时，能大幅度减小此影响。

本发明的另一方面的摄像透镜装置，配备上述任一可变放大率光学系统以及将光学像变换成电信号的摄像元件，所述可变放大率光学系统可在所述摄像元件的感光面上形成被拍摄体的光学像。根据此组成，能实现可装载于便携电话机或便携信息终端等的既紧凑且高清晰又可变倍的摄像透镜装置。

本发明又一方面的数字设备，配备上述摄像透镜装置、以及使所述摄像透镜装置和摄像元件进行被拍摄体的静止图像拍摄和活动图像拍摄的至少一方的拍摄的控制部，并且将所述摄像透镜装置的可变放大率光学系统组装成能在所述摄像元件的感光面上形成被拍摄体的光学像。再者，所述数字设备最好是便携终端。根据这些组成，能实现装载保持高清晰原样不变且可变倍的摄像透镜装置的数字设备。再者，所述便携终端是指以便携电话机或便携信息终端等为代表的将便携作为常态的数字设备。

根据配备上文所述组成的本发明，能提供又达到充分紧凑化又将透镜制造难度控制成与以往相同的程度的可变放大率光学系统，尤其能以价廉且充分达到小型化的状态提供变倍比为2～3倍左右的可变放大率光学系统和装载该系统的摄像透镜装置或数字设备。

Claims (23)

1.一种可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其特征在于，

所述第1透镜群构成为包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(1)、(2)、(3)，

0.5＜D1/fw＜0.8     ……(1)

0.7＜f2/fw＜2.0     ……(2)

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2  ……(3)

其中，D1：所述第1透镜群的透镜最前面至所述第1透镜群的透镜最后面的光轴上的厚度

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中，以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

所述第1透镜群内位于最靠近物体侧的负透镜满足下面的条件式(5)，

1＜T1e/T1c＜4    ……(5)

其中，T1e：所述负透镜的光轴方向的厚度最大值

T1c：所述负透镜的光轴上的厚度。

2.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第2透镜群的像侧具有含正光功率的第3透镜群。

3.如权利要求2所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述可变放大率光学系统仅包含所述第1～第3透镜群这3个透镜群。

4.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

在像侧配置摄像元件的情况下，满足下面的条件式(6)，

Lb/fw＜1.5    ……(6)

其中，Lb：望远端中，位于最靠近像侧的具有功率的透镜面的面顶点至所述摄像元件的摄像面的光轴上的距离，所述距离表示在空气中换算的长度。

5.如权利要求2所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

在从广角端往望远端改变放大率时，将所述第3透镜群固定。

6.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含1片负透镜和1片正透镜，并且满足下面的条件式(7)，

0.2＜|f1n/f1p|＜0.5    ……(7)

其中，f1p：所述第1透镜群内的正透镜的焦距

f1n：所述第1透镜群内的负透镜的焦距。

7.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第2透镜群从物体侧开始，依次包含1片正透镜和1片负透镜，并且满足下面的条件式(8)，

0.7＜|f2n/f2p|＜1.8    ……(8)

其中，f2p：所述第2透镜群内的正透镜的焦距

f2n：所述第2透镜群内的负透镜的焦距。

8.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含双凹透镜或往物体侧凸的负弯月透镜和往物体侧凸的正弯月透镜这2片透镜。

9.如权利要求8所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第1透镜群满足下面的条件式(9)、(10)，

N1p＞1.7         ……(9)

|v1p-v1n|＞20    ……(10)

其中，N1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的折射率

v1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的阿贝数

v1n：所述第1透镜群内的负透镜的阿贝数。

10.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第2透镜群从物体侧开始，依次包含双凸透镜和将深凹面朝向像侧的双凹透镜或负弯月透镜这2片透镜。

11.如权利要求7所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第2透镜群满足下面的条件式(11)、(12)，

|N2p-N2n|＞0.15    ……(11)

|v2p-v2n|＞30      ……(12)

其中，N2p：所述第2透镜群内的正透镜的折射率

v2p：所述第2透镜群内的正透镜的阿贝数

N2n：所述第2透镜群内的负透镜的折射率

v2n：所述第2透镜群内的负透镜的阿贝数。

12.如权利要求2所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第3透镜群包含1片往物体侧凸的正弯月透镜。

13.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第2透镜群的物体侧具有孔径光阑，所述孔径光阑将光阑直径固定。

14.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第1透镜群包含粘合透镜。

15.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

具有至少1片树脂材料制透镜。

所述树脂材料制透镜是采用使最大长度小于等于30纳米的无机粒子散布在树脂材料中的原料成形的透镜。

16.一种可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其特征在于，

所述第1透镜群构成为包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(3)、(4)，

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2    ……(3)

0.7＜f2/fw＜2.0       ……(4)

其中，ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中，以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距。

17.如权利要求16所述的可变放大率光学系统，其特征在于，

所述第2透镜群的像侧具有含正光功率的第3透镜群。

18.一种摄像透镜装置，其特征在于，配备：

权利要求1所述的可变放大率光学系统、以及

将光学像变换成电信号的摄像元件，

所述可变放大率光学系统可在所述摄像元件的感光面上形成被拍摄体的光学像。

19.一种数字设备，其特征在于，配备：

权利要求18所述的摄像透镜装置、以及

使所述摄像透镜装置和摄像元件进行被拍摄体的静止图像拍摄和活动图像拍摄的至少一方的拍摄的控制部，

将所述摄像透镜装置的可变放大率光学系统组装成能在所述摄像元件的感光面上形成被拍摄体的光学像。

20.一种可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其特征在于，

所述第1透镜群构成为包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(1)、(2)、(3)，

0.5＜D1/fw＜0.8       ……(1)

0.7＜f2/fw＜2.0       ……(2)

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2    ……(3)

其中，D1：所述第1透镜群的透镜最前面至所述第1透镜群的透镜最后面的光轴上的厚度

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中，以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

所述第2透镜群从物体侧开始，依次包含1片正透镜和1片负透镜，并且满足下面的条件式(8)，

0.7＜|f2n/f2p|＜1.8     ……(8)

其中，f2p：所述第2透镜群内的正透镜的焦距

f2n：所述第2透镜群内的负透镜的焦距

所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含双凹透镜或往物体侧凸的负弯月透镜和往物体侧凸的正弯月透镜这2片透镜，

所述第1透镜群满足下面的条件式(9)、(10)，

N1p＞1.7           ……(9)

|v1p-v1n|＞20      ……(10)

其中，N1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的折射率

v1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的阿贝数

v1n：所述第1透镜群内的负透镜的阿贝数。

21.一种可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其特征在于，

所述第1透镜群构成为包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(1)、(2)、(3)，

0.5＜D1/fw＜0.8       ……(1)

0.7＜f2/fw＜2.0       ……(2)

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2    ……(3)

其中，D1：所述第1透镜群的透镜最前面至所述第1透镜群的透镜最后面的光轴上的厚度

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中，以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

所述第2透镜群的像侧具有含正光功率的第3透镜群，

在从广角端往望远端改变放大率时，将所述第3透镜群固定，

所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含双凹透镜或往物体侧凸的负弯月透镜和往物体侧凸的正弯月透镜这2片透镜，

所述第1透镜群满足下面的条件式(9)、(10)，

N1p＞1.7         ……(9)

|v1p-v1n|＞20    ……(10)

其中，N1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的折射率

v1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的阿贝数

v1n：所述第1透镜群内的负透镜的阿贝数。

22.一种可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其特征在于，

所述第1透镜群构成为包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(3)、(4)，

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2    ……(3)

0.7＜f2/fw＜2.0       ……(4)

其中，ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中，以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

所述第2透镜群从物体侧开始，依次包含1片正透镜和1片负透镜，并且满足下面的条件式(8)，

0.7＜|f2n/f2p|＜1.8    ……(8)

其中，f2p：所述第2透镜群内的正透镜的焦距

f2n：所述第2透镜群内的负透镜的焦距

所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含双凹透镜或往物体侧凸的负弯月透镜和往物体侧凸的正弯月透镜这2片透镜，

所述第1透镜群满足下面的条件式(9)、(10)，

N1p＞1.7         ……(9)

|v1p-v1n|＞20    ……(10)

其中，N1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的折射率

v1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的阿贝数

v1n：所述第1透镜群内的负透镜的阿贝数。

23.一种可变放大率光学系统，从物体侧开始，依次包含具有负光功率的第1透镜群和具有正光功率的第2透镜群，并且从广角端往望远端改变放大率时，所述第1透镜群与所述第2透镜群的间隔变小，其特征在于，

所述第1透镜群构成为包含至少1片负透镜和至少1片正透镜，所述第2透镜群包含小于等于3片的透镜，并且满足下面的条件式(3)、(4)，

|ΔZ1pi/d1pi|＜0.2    ……(3)

0.7＜f2/fw＜2.0       ……(4)

其中，ΔZ1pi：所述第1透镜群内的正透镜的像侧面中，以面顶点为基准的最大有效半径上的凹陷量

d1pi：第1透镜群内的正透镜的像侧面的最大有效半径

fw：广角端的全光学系统的合成焦距

f2：所述第2透镜群的合成焦距

所述第2透镜群的像侧具有含正光功率的第3透镜群，

在从广角端往望远端改变放大率时，将所述第3透镜群固定，

所述第1透镜群从物体侧开始，依次包含双凹透镜或往物体侧凸的负弯月透镜和往物体侧凸的正弯月透镜这2片透镜，

所述第1透镜群满足下面的条件式(9)、(10)，

N1p＞1.7     ……(9)

|v1p-v1n|＞20     ……(10)

其中，N1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的折射率

v1p：所述第1透镜群内的正弯月透镜的阿贝数

v1n：所述第1透镜群内的负透镜的阿贝数。

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