CN101556370B - 三单元变焦透镜和配有该三单元变焦透镜的图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三单元变焦透镜和配有该三单元变焦透镜的图像拾取装置。该变焦透镜从物侧起按顺序包括：负透镜单元、正透镜单元以及正透镜单元。在从物侧变焦期间，第二透镜单元移动，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离减小，第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离增大。第二透镜单元具有两个透镜组件，即从物侧起按顺序包括正前透镜组件和负透镜组件。第三透镜单元由两个透镜组件组成，即从物侧起按顺序包括前透镜组件和正后透镜组件。孔径光阑被设置得比第一透镜单元更靠近像侧并且比第二透镜单元中的后透镜组件更靠近物侧，并且该孔径光阑在从广角端向长焦端变焦期间沿光轴方向随第二透镜单元一起整体地移动。

Description

三单元变焦透镜和配有该三单元变焦透镜的图像拾取装置

技术领域

本发明涉及三单元变焦透镜，该三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元、具有正屈光力的第二透镜单元以及具有正屈光力的第三透镜单元。而且，本发明还涉及配备有这种三单元变焦透镜的图像拾取装置。

背景技术

近年来，利用诸如CCD和CMOS传感器的图像拾取部件来拾取物体的图像的数字摄像机已经取代胶片摄像机成为主流。而且，已经开发出了范围从廉价紧凑型摄像机到针对专业用途的高级型摄像机的不同种类的数字摄像机。

这种廉价数字摄像机的用户通常希望无论何时何地都能够在各种拍摄情况下享受容易且简单的拍摄。为此，这种用户偏爱小型数字摄像机，尤其是相对于厚度方向较小并且可以便利地装在衣服的口袋或包中的摄像机。由此，需要进一步缩减摄像镜头系统的尺寸。另外，希望更宽的视场角，以扩展拍摄场景。因此，存在针对具有高变焦比、其变焦范围的在广角端的宽视场角，以及良好光学性能的变焦透镜的需求。

从其物侧起按顺序包括具有负屈光力的第一透镜单元、具有正屈光力的第二透镜单元，以及具有正屈光力的第三透镜单元的三单元变焦透镜是公知的一种可在收起状态下变得较小并且易于设计成具有高变焦比的变焦透镜。

日本特开No.2006-195064和2007-148052公开了这种类型的三单元变焦透镜，其中，每一个透镜单元都由多个透镜组件组成，以获得良好光学性能。

然而，尽管在日本特开No.2006-195064和No.2007-148052中公开的三单元变焦透镜在使变焦透镜变薄方面有优势，但在广角端沿对角方向的视场角在这两个专利申请都小于65度。另外，在日本特开No.2006-195064中公开的三单元变焦透镜在第二透镜单元中具有多达三个透镜组件，而其变焦比小于3。在日本特开No.2007-148052中公开的三单元变焦透镜的焦距比数(f-number)较大。

发明内容

鉴于上述问题而研发了本发明，并且本发明的一个目的是提供这样一种三单元变焦透镜，其有利于获得足够的视场角、足够的变焦比以及良好的光学性能，同时防止第二和随后的透镜单元中所包括的透镜组件的数量增加。此外，本发明的目的是提供一种配备有这种三单元变焦透镜的图像拾取装置。

根据本发明第一方面的三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：

具有负屈光力的第一透镜单元；

具有正屈光力的第二透镜单元；以及

具有正屈光力的第三透镜单元，其中

在从广角端向长焦端变焦期间，所述第二透镜单元移动，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离减小，而所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离增大，

当一透镜组件被限定为其在光轴上与空气接触的表面仅包括两个表面的透镜部件时，一个表面是物侧表面，而另一个表面是像侧表面，

所述第二透镜单元从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凸出的物侧透镜表面并且具有正屈光力的前透镜组件和具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面的后透镜组件，所述第二透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，

所述第三透镜单元从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面的前透镜组件和具有朝向像侧凸出的像侧透镜表面并且具有正屈光力的后透镜组件，并且所述第三透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，并且所述三单元变焦透镜包括孔径光阑，所述孔径光阑被设置得比所述第一透镜单元更靠近像侧并且比所述第二透镜单元中的所述后透镜组件更靠近物侧，并且所述孔径光阑在从广角端向长焦端变焦期间沿光轴方向随所述第二透镜单元一起整体地移动。

根据本发明第二方面的三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：

具有负屈光力的第一透镜单元；

具有正屈光力的第二透镜单元；以及

具有正屈光力的第三透镜单元，其中

在从广角端向长焦端变焦期间，所述第二透镜单元移动，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离减小，而所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离增大，

当一透镜组件被限定为其在光轴上与空气接触的表面仅包括两个表面的透镜部件时，一个表面是物侧表面，而另一个表面是像侧表面，所述第一透镜单元从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面并且具有负屈光力的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件，所述第一透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，所述第二透镜单元从物侧起按顺序包括具有正屈光力的前透镜组件和具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面并且具有负屈光力的后透镜组件，所述第二透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，并且所述第三透镜单元包括两个透镜组件，即，从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件，并且

所述三单元变焦透镜包括孔径光阑，所述孔径光阑被设置得比所述第一透镜单元更靠近像侧并且比所述第二透镜单元中的所述后透镜组件更靠近物侧，并且所述孔径光阑在从广角端向长焦端变焦期间沿光轴方向随所述第二透镜单元一起整体地移动。

根据本发明第三方面的图像拾取装置包括：

如上所述的三单元变焦透镜；和

图像拾取部件，该图像拾取部件具有设置在所述三单元变焦透镜的像侧上的图像拾取表面，所述图像拾取部件将所述三单元变焦透镜在所述图像拾取表面上形成的图像转换成电信号。

附图说明

图1A、图1B以及图1C是根据本发明的第一实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜分别在广角端(图1A)、中间状态(图1B)以及聚焦于无限远处的物点的状态下的长焦端(图1C)时的沿光轴的截面图；

图2A、图2B以及图2C是示出根据本发明第二实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图3A、图3B以及图3C是示出根据本发明第三实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图4A、图4B以及图4C是示出根据本发明第四实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图5A、图5B以及图5C是示出根据本发明第五实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图6A、图6B以及图6C是示出根据本发明第六实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图7A、图7B以及图7C是示出根据本发明第七实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图8A、图8B以及图8C示出是根据本发明第八实施方式的变焦透镜的分别与图1A、图1B以及图1C类似的截面图；

图9A、图9B以及图9C是示出根据第一实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜分别在广角端(图9A)、中间状态(图9B)以及聚焦于无限远处的物点的状态下的长焦端(图9C)时的球差、像散、失真以及缩放倍数的色像差的图；

图10A、图10B以及图10C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第二实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图11A、图11B以及图11C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第三实施方式的变焦透镜在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图12A、图12B以及图12C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第四实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图13A、图13B以及图13C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第五实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图14A、图14B以及图14C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第六实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图15A、图15B以及图15C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第七实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图16A、图16B以及图16C是分别与图9A、图9B以及图9C类似的图，其示出根据第八实施方式的变焦透镜的在该变焦透镜聚焦于无限远处的物点的状态下的像差；

图17是例示出修正了失真的图；

图18是示出配备有根据本发明的变焦透镜的数字摄像机的外观的正面立体图；

图19是数字摄像机的后视图；

图20是数字摄像机的截面图；以及

图21是数字摄像机的主要部分的内部电路的框图。

具体实施方式

根据本发明第一方面的三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元，具有正屈光力的第二透镜单元，以及具有正屈光力的第三透镜单元，其中，

在从广角端向长焦端变焦期间，第二透镜单元移动，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离减小，而第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离增大，

当一透镜组件被限定为其在光轴上与空气接触的表面仅包括两个表面的透镜部件时，一个表面是物侧表面，而另一个表面是像侧表面，第二透镜单元具有两个透镜组件，即从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凸出的物侧透镜表面并且具有正屈光力的前透镜组件和具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面的后透镜组件，第三透镜单元具有两个透镜组件，即从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面的前透镜组件和具有朝向像侧凸出的像侧透镜表面并且具有正屈光力的后透镜组件，并且

该三单元变焦透镜还包括孔径光阑，该孔径光阑被设置得比第一透镜单元更靠近像侧并且比第二透镜单元中的后透镜组件更靠近物侧，并且在从广角端向长焦端变焦期间，该孔径光阑沿光轴方向随第二透镜单元一起整体地移动。

在根据本发明的该三单元变焦透镜中，采用了负-正-正屈光力布局。这个屈光力布局类型有利于获得广角端的足够宽视场角并且使第一透镜单元的直径尺寸变小。另外，因为透镜单元的数量较少，所以这种类型还有利于使收起状态下的变焦透镜的尺寸变小并且使用于驱动透镜单元的机构变简单。

变焦期间利用透镜单元之间的上述关系，第二透镜单元被设计成提供缩放倍数变化的主要部分。

按照上述对根据本发明第一方面的三单元变焦透镜的基本构造的描述，第二透镜单元和第三透镜单元每一个都由两个透镜组件组成，由此，使得第二透镜单元和第三透镜单元的构造变得简单。

另外，第二透镜单元中的两个透镜组件包括具有朝向物侧凸出的物侧表面并且具有正屈光力的前透镜组件和具有朝向像侧凹入的像侧表面的后透镜组件。这个构造易于将第二透镜单元的主点(principal point)定位得更靠近物侧，这有利于通过改变第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离来提供缩放倍数变化。

而且，像侧透镜表面的凹面形状有助于修正第二透镜单元中生成的像差，并且同时，通过向远离光轴的方向折射离轴光束而有利于缩减第二透镜单元相对于直径方向的尺寸并保持足够高的像高。

第三透镜单元中的两个透镜组件包括具有朝向物侧凹入的物侧表面的前透镜组件和具有朝向像侧凸出的像侧表面并且具有正屈光力的后透镜组件。利用这种构造，可以使第三透镜单元上离轴光束的入射角变小，并同时保持第三透镜单元的正屈光力。这有利于缩减离轴像差。

在靠近广角端的变焦位置处，第二透镜单元和第三透镜单元的组合系统起到了与负焦距型透镜中的后透镜组类似的作用。因此，重要的是，为了获得良好的光学性能，缩减这个组合系统中的像差。

在根据本发明第一方面的三单元变焦透镜中，彼此面对的第二透镜组件的表面和第三透镜单元的表面都是凹面，第二透镜单元中的前透镜组件具有朝向物侧的凸表面并且具有正屈光力，而第三透镜单元中的像侧透镜组件具有朝向像侧的凸表面并且具有正屈光力。根据这种设计，实现了如同高斯(Gauss)型的对称透镜组件布局。这易于修正诸如球差和场曲率的像差。从而，这个设计易于缩减在变焦透镜被设计成具有高速、宽视场角以及高变焦比时趋于生成的像差。

孔径光阑的位置在确定光束经过相应透镜单元中的位置时较重要。根据本发明第一方面，通过将孔径光阑设置在上述位置处，即使增加视场角，也可易于使第一透镜单元相对于直径方向的尺寸变小。这还有利于修正像差。

整体地移动孔径光阑和第二透镜单元易于简化驱动机构。另外，可以使第二透镜单元的有效直径在广角端和长焦端都变小，这有利于使第二透镜单元的尺寸变小并缩减像差。

在根据本发明的变焦透镜中，更优选的是，另外采用了以下特征中的一个或一些。

优选的是，第二透镜单元和第三透镜单元满足以下条件：

2＜(R_2F+R_2R)/(R_2F-R_2R)＜20    (1)

1＜(R_3F+R_3R)/(R_3F-R_3R)＜12    (2)

其中，R_2F是第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，R_2R是第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径，R_3F是第三透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_3R是第三透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

条件表达式(1)指定第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面和最靠近像侧的透镜表面的更优选形状。条件表达式(2)指定了第三透镜单元中最靠近物侧的透镜表面和最靠近像侧的透镜表面的更优选形状。

如果同时满足条件表达式(1)和(2)，则通过抵消它们的因子可实现佩兹伐曲率(Petzval sum)和慧差(coma)等的缩减。因此，满足这些条件表达式提供了在增加视场角时变焦透镜性能方面的进一步优点。

如果不超出条件表达式(1)的上限，则可以容易地防止沿负方向的负球差的增加和佩兹伐曲率的增加。如果不超出条件表达式(1)的下限，则可以容易地防止沿正方向的正球差的增加和佩兹伐曲率的增加，从而易于缩减慧差。

如果不超出条件表达式(2)的上限，则可以容易地防止沿负方向的负球差的增加和佩兹伐曲率的增加。如果不超出条件表达式(2)的下限，则可以容易地防止沿正方向的正球差的增加和佩兹伐曲率的增加。另外，可以易于防止缩放倍数色像差的修正不足。

还优选的是，第二透镜单元中的后透镜组件的物侧表面朝向物侧凸出，而第三透镜单元中的前透镜组件的像侧表面朝向像侧凸出。

根据这个透镜表面设计，第二透镜单元的正屈光力可被分担给多个透镜表面，其有利于缩减像差并获得足够的变焦比。

此外，这个透镜表面设计易于缩减第三透镜单元中的前透镜组件的屈光力的绝对值，并且通过这个透镜组件可容易地提供变焦期间像差变化的更有效缩减。

更进一步地，这个透镜表面设计还改进了第二透镜单元和第三透镜单元的组合系统的对称度，其有利于缩减各种像差。

还优选的是，第二透镜单元中的后透镜组件具有负屈光力。

这使得第二透镜单元的主点的位置更靠近物侧，其有利于获得高变焦比并缩减第二透镜单元中生成的色像差。

还优选的是，第二透镜单元和第三透镜单元满足以下条件：

-0.9＜(R_2R+R_3F)/(R_2R-R_3F)＜0.0    (A)

其中，R_2R是第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_3F是第三透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径。

条件表达式(A)指定了形成在第二透镜单元与第三透镜单元之间的空气透镜的优选形状。如果不超出条件表达式(A)的下限，以使第三透镜单元的物侧透镜表面具有足够曲率，则第二透镜单元和第三透镜单元的组合系统可以具有足够的像差修正功能，从而易于修正场曲率。如果不超出条件表达式(A)的上限，以防止第三透镜单元的物侧透镜表面的曲率的绝对值变得过大，则可以使在靠近长焦端的变焦位置处的第三透镜单元上的离轴光束的入射角变小，这有利于缩减离轴像差的变化。

还优选的是，第三透镜单元中的前透镜组件具有弯月形状，第三透镜单元中的后透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径的绝对值小于其物侧透镜表面的近轴曲率半径的绝对值，并且满足以下条件：

-15＜(R_3FR+R_3RF)/(R_3FR-R_3RF)＜0.0    (B)

0＜(R_3RF+R_3R)/(R_3RF-R_3R)＜3          (C)

其中，R_3FR是第三透镜单元中的前透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径，R_3RF是第三透镜单元中的后透镜组件的物侧透镜表面的近轴曲率半径，而R_3R是第三透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

上述特征提供了缩减场曲率变化并增加视场角的优点。条件表达式(B)指定了第三透镜单元中的空气透镜的优选形状，而条件表达式(C)指定了第三透镜单元中的后透镜组件的优选形状。

条件表达式(B)和(C)描述了易于在增加变焦透镜的视场角时缩减像差的更优选条件。如果不超出条件表达式(B)的下限，以使限定空气透镜的两侧表面的曲率的差变得足够大，则有利的是，第三透镜单元可以设置有合适的正屈光力，并且第三透镜单元中的前透镜组件可以具有合适的像差修正功能。如果不超出条件表达式(B)的上限，则有利于缩减第三透镜单元中的后透镜组件上的离轴光束的入射角，这有益于缩减在增加变焦透镜的视场角时的像差。

如果不超出条件表达式(C)的下限，以使第三透镜单元中的后透镜组件的物侧透镜表面的曲率变小，则易于缩减由该表面生成的像差。如果不超出条件表达式(C)的上限，以使第三透镜单元中的后透镜组件的物侧透镜表面和像侧透镜表面的曲率都变小，则易于缩减慧差等。

还优选的是，第三透镜单元中的前透镜组件具有满足以下条件的弯月形状：

-0.5＞f_3FF/f_3FR＞-1.2    (6)

其中，f_3FF是第三透镜单元中的前透镜组件的物侧透镜表面的屈光力的倒数，而f_3FR是第三透镜单元中的前透镜组件的像侧透镜表面的屈光力的倒数。

将第三透镜单元中的前透镜组件设计成具有弯月形状易于遍及整个变焦范围地修正由第二透镜单元生成的负场曲率。这减少了需要第一透镜单元负担的场曲率的修正。因此，可易于最优化相应透镜单元的屈光力，并且可易于使得与视场角的增加和变焦比的增加相关联的像差生成变小。

在从广角端向长焦端变焦期间，第三透镜单元中的前透镜组件的物侧透镜表面上的离轴光束的入射角变化。因此，广角端的光学路径长度与长焦端的光学路径长度之差变大，从而可以使因变焦而造成的外围区中高阶场曲率的变化变小。

条件表达式(6)指定了在实现场曲率修正方面优选的屈光力。如果不超出条件表达式(6)的下限，则可容易地防止场曲率和像散差变得过大。如果不超出条件表达式(6)的上限，则在修正场曲率方面提供了足够的效果，从而可以使得需要第二透镜单元来承担的像差修正变少。这有利于通过合适的屈光力布局来获得高变焦比。

优选的是，第一透镜单元具有负透镜组件和正透镜组件，该负透镜组件具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面并且具有负屈光力，而该正透镜组件被设置在该负透镜组件的像侧上，具有正屈光力并且具有朝向物侧凸出的物侧透镜表面，并且该正透镜组件的物侧透镜表面具有比该负透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径大的近轴曲率半径。

如果采用上述优选特征，则会使得第一透镜单元的主点的位置更靠近物侧，其有利于缩减第一透镜单元相对于直径方向的尺寸。另外，如果采用上述特征，则容易使负透镜组件的像差透镜表面和正透镜组件的物侧透镜表面上的光束的入射角适度的小，并同时为这些透镜组件提供合适的屈光力。这有利于缩减特别是靠近广角端的变焦位置处的色像差、场曲率以及离轴像差。

还优选的是，将孔径光阑恰好设置在第二透镜单元中的前透镜组件的前面。这有利于进一步缩减第一透镜单元的尺寸。另外，这还有利于向第二透镜单元的像侧透镜表面提供沿远离光轴的方向折射光束的功能。而且，这还有利于缩减像平面上离轴光束的入射角。

根据本发明第二方面的三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元，具有正屈光力的第二透镜单元，以及具有正屈光力的第三透镜单元，其中，

在从广角端向长焦端变焦期间，第二透镜单元移动，第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离减小，而第二透镜单元与第三透镜单元之间的距离增大，

当一透镜组件被限定为其在光轴上与空气接触的表面仅包括两个表面的透镜部件时，一个表面是物侧表面，而另一个表面是像侧表面，第一透镜单元具有两个透镜组件，即从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面并且具有负屈光力的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件，第二透镜单元具有两个透镜组件，即从物侧起按顺序包括具有正屈光力的前透镜组件和具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面并且具有负屈光力的后透镜组件，以及第三透镜单元具有两个透镜组件，即从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件，并且

该三单元变焦透镜还包括孔径光阑，该孔径光阑被设置的比第一透镜单元更靠近像侧并且比第二透镜单元中的后透镜组件更靠近物侧，并且在从广角端向长焦端变焦期间，该孔径光阑沿光轴方向随第二透镜单元一起整体地移动。

在根据本发明的三单元变焦透镜中，采用了负-正-正屈光力布局。这个屈光力布局类型有利于获得广角端的足够宽视场角并且使第一透镜单元的直径尺寸较小。另外，因为透镜单元的数量较少，所以这种类型还有利于使收起状态下的变焦透镜的尺寸变小并且使用于驱动透镜单元的机构变简单。

利用变焦期间的透镜单元之间的上述关系，第二透镜单元被设计成提供缩放倍数变化的主要部分。

按照上述根据本发明三单元变焦透镜的基本构造，第一透镜单元、第二透镜单元以及第三透镜单元每一个都由两个透镜组件组成，由此，实现每一个透镜单元中的像差修正并简化构造。

第一透镜单元中的两个透镜组件包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面并且具有负屈光力的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件。

第一透镜单元的这个构造有利于将第一透镜单元的主点定位得更靠近物侧并缩减第一透镜单元相对于直径方向的尺寸。另外，易于修正色像差和场曲率。

而且，根据本发明，第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面至少在光轴邻域凹入。

因而，这个凹面也分担第一透镜单元的负屈光力，其易于缩减靠近长焦端的轴上光束直径趋于变大的变焦位置处的球差，并且具有获得足够的透镜速度并增加变焦比的优点。

第二透镜单元中的两个透镜组件包括具有正屈光力的前透镜组件和具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面并且具有负屈光力的后透镜组件。

第二透镜单元的这个构造易于将第二透镜单元的主点定位得靠近物侧，其有利于通过改变第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离来提供缩放倍数改变。而且，像侧透镜表面的凹面形状有助于修正第二透镜单元中生成的像差，并且同时，通过向远离光轴的方向折射离轴光束而有利于缩减第二透镜单元相对于直径方向的尺寸并保持足够高的像高。

第三透镜单元中的两个透镜组件包括具有朝向物侧凹入的物侧表面的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件。利用第三透镜单元的这种构造，可以使第三透镜单元上离轴光束的入射角变小，并同时保持第三透镜单元的合适的正屈光力。这有利于缩减离轴像差。

当变焦透镜的变焦比高时，因变焦而造成的入射在第三透镜单元上的光束的直径的改变趋于变大。通过上述第三透镜单元的构造，可以使第三透镜单元上的光束入射角变小，其易于缩减变焦期间像差的变化。

在靠近长焦端的变焦位置处，由于第一透镜单元和第二透镜单元彼此接近。有鉴于此，为了获得足够的透镜速度和足够的变焦比，重要的是，缩减第一透镜单元和第二透镜单元的组合系统中的球差等。

在根据本发明第二方面的三单元变焦透镜中，这个组合系统从物侧起按顺序包括：负透镜组件、正透镜组件、正透镜组件以及负透镜组件，并且该组合系统的物侧透镜表面和像侧透镜表面都是具有负屈光力的凹面。这个对称布局有利于缩减长焦端的诸如球差和场曲率的像差。

而且在广角端，彼此面对的第二透镜单元的透镜表面和第三透镜单元的透镜表面都是凹面。并且第二和第三透镜单元的组合系统的物侧透镜组件和像侧透镜组件各具有正屈光力。这个对称屈光力布局有利于缩减诸如场曲率的像差。

孔径光阑的位置在确定光束经过相应透镜单元中的位置时很重要。根据本发明第二方面，通过将孔径光阑设置在上述位置处，即使增加视场角，也可易于使第一透镜单元相对于直径方向的尺寸变小。这还有利于修正像差。

整体地移动孔径光阑和第二透镜单元易于简化驱动机构。另外，可以使第二透镜单元的有效直径在广角端和长焦端都变小，其有利于使第二透镜单元的尺寸变小并缩减像差。

在根据本发明第二方面的变焦透镜中，更优选的是，另外采用了以下特征中的一个或一些。

优选的是，第二透镜单元和第三透镜单元满足以下条件：

0.1＜(R_1F+R_2R)/(R_1F-R_2R)＜1.0    (3)

其中，R_1F是第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_2R是第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

条件表达式(3)指定了第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面和第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的更优选形状。

使第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的负屈光力适度变小易于缩减靠近广角端的变焦位置处的诸如慧差和失真的像差。

如果不超出条件表达式(3)的下限，以使最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径适度变小，则可容易地防止在靠近广角端的变焦位置处生成过大的失真。

如果不超出条件表达式(3)的上限，以使最靠近物侧的透镜表面具有足够的负屈光力，则易于缩减佩兹伐曲率和球差。

优选的是，第一透镜单元中的前透镜组件是满足以下条件的双凹透镜组件：

-0.5＜(R_1F+R_1FR)/(R_1F-R_1FR)＜1.0    (D)

其中，R_1F是第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_1FR是第一透镜单元中的前侧透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径。

如果第一透镜单元中的前透镜组件具有双凹面形状，则负屈光力可被分担给多个透镜表面，其有利于缩减第一透镜单元中生成的球差。

条件表达式(D)指定了考虑对离轴像差有影响的透镜组件的优选形状。

如果不超出条件表达式(D)的下限，则这个透镜组件的像侧透镜表面具有足够的负屈光力，从而易于缩减球差。而且，还易于缩减物侧透镜表面的曲率的绝对值，其有利于修正靠近广角端的变焦位置处的慧差等。如果不超出条件表达式(D)的上限，以使物侧透镜表面具有足够的负屈光力，则易于缩减球差等。

还优选的是，第一透镜单元中的前透镜组件和后透镜组件满足以下条件：

-1.8＜f_1F/f_w＜-1    (7)

2＜f_1R/f_w＜9        (8)

其中，f_1F是第一透镜单元中的前透镜组件的焦距，f_1R是第一透镜单元中的后透镜组件的焦距，而f_w是整个三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

条件表达式(7)和(8)描述了第一透镜单元中包括的透镜组件的焦距的最佳关系，即使变焦比高达大约四倍，所述关系也能够确保令人满意的性能。

如果不超出条件表达式(7)的下限，则抑制生成高阶球差，由此易于遍及整个变焦范围地修正球差。

如果不超出条件表达式(7)的上限，则易于使变焦期间的球差和场曲率的变化变小。这有利于获得遍及整个变焦范围的良好性能。

如果不超出条件表达式(8)的下限，以使正屈光力适度小，则易于抑制正场曲率。如果不超出条件表达式(8)的上限，以使正屈光力适度小，则易于抑制负场曲率。

优选的是，第一透镜单元中的前透镜组件的物侧表面是具有随远离光轴而减小的负屈光力的非球面表面。

最靠近物侧的透镜表面的有效直径在广角端比在长焦端大。因此，将这个透镜表面设计成具有上述非球面形状不仅有利于缩减靠近长焦端的变焦位置处的高阶球差，而且有利于缩减靠近广角端的变焦位置处的慧差等。

而且，如果按照远离光轴而减小这个非球面表面的负屈光力并且最终变为正屈光力的这种方式来设计该非球面表面的形状，则进一步易于修正离轴像差。

而且，优选的是，第一透镜单元中的前透镜组件具有双凹面形状，并且第一透镜组件中的后透镜组件具有朝向物侧凸出的弯月形状。

如果这些透镜组件具有上述形状，则负屈光力可被分担给负透镜组件的两个表面，其有利于缩减靠近长焦端的变焦位置处的球差。另外，可以使靠近广角端的变焦位置处的第一透镜单元中的后透镜组件的物侧透镜表面和像侧透镜表面上的离轴光束的入射角变小，其有利于缩减靠近广角端的变焦位置处的像差。

更进一步优选的是，第一透镜单元中的前透镜组件的像侧透镜表面是非球面凹面。

第一透镜单元中的前透镜组件的像侧透镜表面的有效直径在广角端比在长焦端大，如同最靠近物侧的透镜表面的情况一样。因此，这个透镜表面的非球面设计协同物侧上的非球面表面不仅易于缩减靠近长焦端的变焦位置处的高阶球差，而且易于缩减靠近广角端的变焦位置处的慧差等。

还优选的是，将孔径光阑恰好设置在第二透镜单元中的前透镜组件的前面。这易于进一步缩减第一透镜单元的尺寸。另外，这还易于向第二透镜单元的像侧透镜表面提供沿远离光轴的方向折射光束的功能。而且，这还易于减小像平面上的离轴光束的入射角。另外，进一步增加了第一透镜单元和第二透镜单元的组合系统在长焦端相对于孔径光阑的对称度，其有利于修正靠近长焦端的变焦位置处的诸如缩放倍数色像差的像差。

优选的是，在根据本发明第一和第二方面的三单元变焦透镜中采用了以下特征。

优选的是，该三单元变焦透镜在广角端满足以下条件：

1＜D₁₂/f_w＜4        (4)

其中，D₁₂是光轴上在广角端从第一透镜单元中最靠近像侧的透镜表面起至第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的距离，而f_w是整个三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

条件表达式(4)指定了第一透镜单元与第二透镜单元之间的距离的优选值，该优选值有利于获得足够的变焦比、良好光学性能以及尺寸缩减。

假定第一透镜单元与第二透镜单元之间的足够距离以使不超出条件表达式(4)的下限，有利于获得足够的变焦比并同时使透镜单元的屈光力变小，并且易于缩减透镜单元中生成的像差，这又有利于获得遍及整个变焦范围的良好光学性能。

如果不超出条件表达式(4)的上限，则防止第一透镜单元不适当地远离孔径光阑定位。这有利于缩减第一透镜单元相对于直径方向的尺寸。

还优选的是，第二透镜单元满足以下条件：

-0.7＜T_2F/f_w＜-0.4        (5)

其中，T_2F是光轴上从第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面起至第二透镜单元的前主点的距离，其中，如果该前主点定位在第二透镜单元的物侧上，则距离T_2F由负值表示，而f_w是整个三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

将第二透镜单元的前主点定位得比第二透镜单元的物侧透镜表面更靠近物侧有利于获得更高变焦比。条件表达式(5)指定了第二透镜单元的前主点的优选位置。如果不超出条件表达式(5)的下限，则可以容易地防止透镜表面的曲率变得过大。这易于缩减第二透镜单元中的球差，而这又易于缩减变焦期间像差的变化。如果不超出条件表达式(5)的上限，则可以使第一透镜单元的后主点的位置更靠近物侧。因而，可以将第一透镜单元中的负透镜设计成具有易于制造或机械加工的形状。另外，这有利于获得更高的变焦比。

优选的是，满足以下条件：

6≤N_t≤8       (9)

其中，N_t是三单元变焦透镜中包括的透镜部件的总数。

如果不超出条件表达式(9)的下限，则变焦透镜中的每一个透镜单元都可以设置有足够的屈光力，从而易于缩减像差。具有不大于条件表达式(9)的上限的较小数量的透镜部件有利于使变焦透镜变紧凑。

还优选的是，第一透镜单元包括具有负屈光力的前透镜组件，该前透镜组件最靠近物侧定位并且具有非球面物侧表面和非球面像侧表面。第一透镜单元的这个构造使得能够抑制球差、场曲率，以及失真，并且有利于向紧凑型变焦透镜提供卓越的像差修正。

在本发明中，优选的是，第二透镜单元中包括的透镜部件的总数不大于三个。第二透镜单元中具有很少的三个透镜部件有利于使变焦透镜变紧凑。

还优选的是，第二透镜单元由具有正屈光力的单个透镜部件，和包括正透镜部件和负透镜部件的接合透镜组件组成。这有利于在变焦透镜具有高变焦比和宽视场角时的像差的修正。

还优选的是，第二透镜单元包括由具有正屈光力的单个透镜和具有负屈光力的单个透镜组成。这有利于缩减第二透镜单元的尺寸并同时使像差变小。

还优选的是，第二透镜单元包括正透镜部件和负透镜部件，并且第二透镜单元中的每一个负透镜部件都具有比第二透镜单元中的任何正透镜部件的色散系数(Abbe number)小的色散系数。这个构造有利于修正色像差和场曲率。

优选的是，第二透镜单元满足以下条件：

n_2pave≥1.59         (10)

v_2n≤35              (11)

其中，n_2pave是第二透镜单元中的全部正透镜部件的平均折射率，而v_2n是第二透镜单元中的全部负透镜部件的色散系数。

在第二透镜单元中的正透镜部件中利用具有满足条件表达式(10)的高折射率的材料易于修正像散。

在第二透镜单元中的负透镜部件中利用具有满足条件表达式(11)的高色散的材料易于消除由第二透镜单元中的正透镜部件所生成的色像差，其有利于缩减色像差。

优选的是，第二透镜单元中最靠近像侧的透镜部件是具有朝向像侧的凹面的负透镜部件，并且该负透镜部件在光轴上的厚度大于光轴上第二透镜单元中的前述前透镜组件与后透镜组件之间的距离。

这使得能够缩减第二透镜单元在光轴上的厚度(即，沿光轴的长度)。在第二透镜单元中具有负透镜部件提供了对第二透镜单元中生成的像差的消除，其有利于改进光学性能。另外，具有朝向像侧的凹面的负透镜部件的足够大的厚度易于修正像散等。

优选的是，第二透镜单元包括具有非球面表面的正透镜部件。第二透镜单元中的正透镜部件被设计成具有这样的透镜表面，即，该透镜表面具有强正屈光力，以便向第二透镜单元提供足够的正屈光力。有鉴于此，优选的是，该正透镜部件具有非球面表面，以修正球差等。

还优选的是，第三透镜单元中的全部透镜部件满足以下条件：

n_3ave≥1.4           (12)

v_3ave≥50            (13)

其中，n_3ave是第三透镜单元中的全部透镜部件的平均折射率，而v_3ave是第三透镜单元中的全部透镜部件的平均色散系数。

在第三透镜单元中的全部透镜部件中利用具有满足条件表达式(12)的高折射率的材料易于修正像散。利用具有满足条件表达式(13)的低色散的材料有利于缩减色像差。

还优选的是，第三透镜单元中包括的透镜部件的总数为两个，并且其中一个具有非球面表面。这有利于缩减第三透镜单元的尺寸并减少成本。使用非球面表面有利于修正在对处于非常短距离的物体进行拍摄时的像散。为了获得良好光学性能，优选的是，第三透镜单元中的后透镜组件的一个表面或两个表面是非球面的，并且这个透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径的绝对值小于其物侧透镜表面的近轴曲率半径的绝对值。

优选的是，第三透镜单元包括由树脂制成的至少一个透镜部件。第三透镜单元中具有由树脂制成的至少一个透镜导致成本的缩减并且使透镜制模更容易。

优选的是，第二透镜单元中的后透镜组件和第三透镜单元中的前透镜组件都具有弯月形状，并且具有负屈光力。这有利于修正透镜单元的色像差。另外，这进一步增加了第二透镜单元和第三透镜单元的组合系统的对称度，其又有助于缩减靠近广角端的变焦位置处的像差。

优选的是，在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元首先朝向像侧移动，此后反转其移动方向以朝向物侧移动，并且第三透镜单元与其在广角端的位置相比，在长焦端被定位在更靠近像侧的位置处。这易于在使用中缩减透镜系统的整体长度，并由此易于使透镜框架沿光轴方向变薄。另外，第一透镜单元可操作以缩减变焦期间的像位置的变化。此外，第三透镜单元还可以提供缩放倍数变化，这提供了在获得足够变焦比方面的进一步的优点。

根据本发明的一种图像拾取装置具有变焦透镜和图像拾取部件，该图像拾取部件具有设置在该变焦透镜的像侧上的图像拾取表面，并且将该变焦透镜在图像拾取表面上形成的光学图像转换成电信号。优选的是，该变焦透镜是前文描述的三单元变焦透镜。

因而，可以提供一种配备有变焦透镜的图像拾取装置，其有利于获得足够的变焦比、视场角以及良好的光学性能，同时可实现紧凑的结构。

优选的是，该图像拾取装置设置有信号处理电路，该信号处理电路处理通过图像拾取部件进行图像拾取所获取的图像数据并且输出表示已转换图像的被处理图像数据，并且该三单元变焦透镜在其中该变焦透镜被设置在广角端并且聚焦于最远距离处的状态下满足以下条件：

0.7＜y₀₇/(f_w·tan ω_07w)＜1.0    (14)

其中，y₀₇＝0.7×y₁₀，y₁₀是从图像拾取部件的有效图像拾取区域的中心起至该有效拾取图像区域内距中心最远的点的距离，其中，如果该有效图像拾取区域在从广角端向长焦端变焦期间发生改变，则y₁₀是前述距离的最大值，ω_07w是由光轴与在广角端按照从图像拾取表面的中心起的像高y₀₇入射在像位置上的主光线的物空间中的入射线所形成的角。

在如同根据本发明的变焦透镜的小型变焦透镜的情况下，趋于在修正像散与修正筒失真(barrel distortion)之间进行折衷。有鉴于此，可以允许在变焦透镜所形成的图像中保留一定程度的失真，并且可以通过配备有根据本发明的变焦光学系统的电子图像拾取装置中的图像处理来修正图像的失真。下面，将对这个处理进行详细描述。

假设通过光学系统没有失真地形成无限远物体的图像。在这种情况下，该图像没有失真，并且以下等式成立：

f＝y/tanω    (15)

其中，y是从光轴起像点的高度，f是成像光学系统的焦距，ω是朝向与从图像拾取表面中心起与光轴距离y的位置处形成的像点相对应的物体的方向角。

另一方面，在光学系统仅在靠近广角端的变焦位置处具有筒状失真的情况下，以下不等式成立：

f＞y/tanω    (16)

这意指如果ω和y的值固定，则广角端的焦距可以更长。因此，容易设计缩减像差的变焦透镜。将与上述第一透镜单元相对应的透镜单元典型地设计成具有两个或更多个透镜组件的理由在于，其能够同时实现失真修正和像散修正两者。在本发明的这个模式下不需要这种设计。因此，本发明的这个模式有利于像散修正。

在根据本发明的电子图像拾取装置中，通过图像处理对电子图像拾取部件所获取的图像数据进行处理。在这个处理中，以修正筒状失真的方式对图像数据(或由图像数据表示的图像的形状)进行修正。因而，所得图像数据将表示与物体大致几何类似的图像。因此，可以基于这个图像数据将物体的图像输出至CRT或打印机。

在执行图像数据修正的情况下，在广角端使用具有筒形状的有效图像拾取区域。将具有筒形状的有效图像拾取区域的图像数据转换成表示矩形图像的图像数据。

条件表达式(14)限制变焦范围的广角端的筒状失真度。如果满足条件表达式(14)，则可以没有难度地实现像散修正。通过图像拾取部件将筒失真的图像以光电方式变换成包含筒状失真的图像数据。然而，根据由电子图像拾取装置中的图像处理装置或信号处理系统对图像进行的变形，能够对包含筒状失真的图像数据进行电处理。因而，如果在显示装置上再现最终从图像处理装置输出的图像数据，则可以获得修正了失真并且与物体的形状大致类似的图像。

如果不超出条件表达式(14)的下限，以使变焦透镜中生成的失真变小，则当通过信号处理电路执行对因变焦透镜的失真而造成的图像失真的修正时，使修正之后沿径向方向的图像外围区域的扩展率变小。这帮助缩减图像外围区域中的锐度劣化。

如果不超出条件表达式的上限，以允许变焦透镜具有失真，则易于修正变焦透镜的像散，其有利于使变焦透镜变薄。

尽管可以按完全修正失真的方式来设计广角端的有效图像拾取区域，但鉴于图像外围区域中的远景的影响和图像质量的劣化，在转换图像数据之后，可以保留诸如大约-3％或-5％失真的适度失真。

更优选的是，满足条件表达式(1)到(14)以及(A)到(D)的以下修改例，其已在前文中呈现或者将稍后呈现。

3.5＜(R_2F+R_2R)/(R_2F-R_2R)＜8      (1′)

4.5＜(R_2F+R_2R)/(R_2F-R_2R)＜14     (1″)

1.5＜(R_3F+R_3R)/(R_3F-R_3R)＜10         (2′)

2＜(R_3F+R_3R)/(R_3F-R_3R)＜7            (2″)

0.2＜(R_1F+R_2R)/(R_1F-R_2R)＜0.9        (3′)

0.25＜(R_1F+R_2R)/(R_1F-R_2R)＜0.8       (3″)

2.5＜D₁₂/f_W＜3.5                     (4′)

2＜D₁₂/f_W＜3                         (4″)

-0.65＜T_2F/f_W＜-0.45                 (5′)

-0.6＜T_2F/f_W＜-0.5                   (5″)

-0.55＞f_3FF/f_3FR＞-1.15              (6′)

-0.6＞f_3FF/f_3FR＞-1.1                (6″)

-1.7＜f_1F/f_W＜-1.2                   (7′)

-1.6＜f_1F/f_W＜-1.3                   (7″)

3.0＜f_1R/f_W＜7                       (8′)

3.5＜f_1R/f_W＜8                       (8″)

n_2pave≥1.50                         (10′)

n_2pave≥1.52                         (10″)

v_2n≤30                              (11′)

v_2n≤26                              (11″)

n_3ave≥1.50                          (12′)

n_3ave≥1.52                          (12″)

v_3ave≥58                            (13′)

v_3ave≥80                            (13″)

0.75＜y₀₇/(f_W·tan ω_07w)＜0.99      (14′)

0.80＜y₀₇/(f_W·tanω_07w)＜0.97       (14″)

-0.8＜(R_2R+R_3F)/(R_2R-R_3F)＜-0.2      (A′)

-0.7＜(R_2R+R_3F)/(R_2R-R_3F)＜-0.4      (A″)

10＜(R_3FR+R_3RF)/(R_3FR-R_3RF)＜-0.3    (B′)

8＜(R_3FR+R_3RF)/(R_3FR-R_3RF)＜-0.6     (B″)

0.3＜(R_3RF+R_3R)/(R_3RF-R_3R)＜2.7      (C′)

0.5＜(R_3RF+R_3R)/(R_3RF-R_3R)＜2.3     (C″)

0.5＜(R_1F+R_1FR)/(R_1F-R_1FR)＜0.98    (D′)

0.6＜(R_1F+R_1FR)/(R_1F-R_1FR)＜0.9     (D″)

为了有助于缩减第二透镜单元中的正透镜部件的成本，优选的是，针对n_2pave设置上限，并且使用满足以下条件的材料：

n_2pave≤2.2    (10A)，

更优选的是，使用满足以下条件的材料：

n_2pave≤1.8    (10A′)。

为了有助于缩减第二透镜单元中的负透镜部件的成本，优选的是，针对值v_2n设置下限，并且使用满足以下条件的材料：

v_2n≥10     (11A)，

更优选的是，使用满足以下条件的材料：

v_2n≥15     (11A′)。

为了有助于缩减第三透镜单元中的透镜部件的成本，优选的是，针对值n_3ave设置上限，并且使用满足以下条件的材料：

n_3ave≤2.2  (12A)，

更优选的是，使用满足以下条件的材料：

n_3ave≤1.8  (12A′)。

为了有助于缩减第三透镜单元中的透镜部件的成本，优选的是，针对值v_3ave设置上限，并且使用满足以下条件的材料：

v_3ave≤95   (12A)，

更优选的是，使用满足以下条件的材料：

v_3ave≤82   (12A′)，

更加优选的是，使用满足以下条件的材料：

v_3ave≤58   (12A″)。

在条件表达式的上述修改例中，每一个条件表达式中仅上限值或下限值可由修改的上限值或下限值来替换。

在变焦透镜具有聚焦功能的情况下，在前述和下文中描述的根据本发明的三单元变焦透镜的条件和特征应视为在变焦透镜聚焦于最远距离处物体的状态下的条件和特征。

优选的是，从针对较远距离处的物体到针对较近距离处的物体的聚焦操作可通过朝向物侧推进整个三单元变焦透镜、仅朝向物侧推进第一透镜单元，或仅朝向物侧推进第三透镜单元来执行。

更优选的是，同时采用上述特征中的两个或更多个，在每一个更优选数值范围限定中，可以应用仅通过上限值或下限值的限定。而且，可以按任何可能组合的形式来应用上述各种特征。

本发明可以提供如下三单元变焦透镜，该三单元变焦透镜有利于获得足够的视场角、足够的变焦比，以及良好的光学性能，并同时防止增加第二以及后续透镜单元中包括的透镜组件的数量。本发明还可以提供配备有这种三单元变焦透镜的图像拾取装置。

下面将参照附图，对根据本发明的变焦透镜和图像拾取装置的实施方式进行详细描述。然而，应当明白，本发明不限于下述实施方式。

下面，对根据本发明的变焦透镜的第一到第八实施方式进行描述。图1A、图1B以及图1C到图8A、图8B以及图8C是根据第一到第八实施方式的变焦透镜分别在广角端(图1A到8A)、中间焦距状态(图1B到8B)以及该变焦透镜聚焦于无限远处物点的状态下的长焦端(图1C到8C)时的截面图。在图1A到图8C中，G1表示第一透镜单元，G2表示第二透镜单元，S表示孔径光阑，G3表示第三透镜单元，F表示构成低通滤光器的平行平板，该平行平板上涂覆有阻挡或缩减红外光的波长范围限制涂层，C表示构成用于电子图像拾取部件的盖玻璃的平行平板，而I表示像平面。盖玻璃C可以具有涂覆在其表面上的用于限制波长范围的多层涂层。可以将盖玻璃设计成具有低通滤光器的功能。

在所有实施方式中，孔径光阑S随第二透镜单元G2一起整体地移动。下面呈现的所有数值数据用于其中变焦透镜聚焦于无限远物体的状态。在该数值数据中，尺度采用mm(毫米)，而角采用度。针对广角端(WE)、本发明中定义的中间焦距状态(ST)以及长焦端(TE)的状态呈现变焦数据。

如图1A到图1C所示，根据第一实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3仅朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元从物侧起按顺序包括：双凸正透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和双凸正透镜。

以下五个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面，以及第三透镜单元G3中的双凸正透镜的像侧表面。

如图2A到图2C所示，根据第二实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3按在长焦端比在广角端更靠近像侧定位的方式首先朝向物侧移动，此后朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元从物侧起按顺序包括：双凸正透镜、具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜，以及具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜。

以下五个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜的像侧表面。

如图3A到图3C所示，根据第三实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3仅朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元G2从物侧起按顺序包括：双凸正透镜，和由具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜组成的接合透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的第一弯月形正透镜和具有朝向像侧的凸表面的第二弯月形正透镜。

以下六个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面、第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的第一弯月形正透镜的物侧表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的第二弯月形正透镜的像侧表面。

如图4A到图4C所示，根据第四实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3按在长焦端比在广角端更靠近像侧定位的方式首先朝向物侧移动，此后朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元从物侧起按顺序包括：双凸正透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜。

以下六个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第一透镜单元G1中的具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜的物侧表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜的像侧表面。

如图5A到图5C所示，根据第五实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3仅朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元从物侧起按顺序包括：双凸正透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜。

以下七个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜的像侧表面、第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜的物侧表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜的像侧表面。

如图6A到图6C所示，根据第六实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3仅朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元从物侧起按顺序包括：双凸正透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜。

以下四个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜的像侧表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜的像侧表面。

如图7A到图7C所示，根据第七实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3仅朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元从物侧起按顺序包括：双凸正透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形负透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜。

以下五个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜的像侧表面。

如图8A到图8C所示，根据第八实施方式的变焦透镜从其物侧起按顺序包括：具有负屈光力的第一透镜单元G1、孔径光阑S、具有正屈光力的第二透镜单元G2，以及具有正屈光力的第三透镜单元G3。

在从广角端向长焦端变焦期间，第一透镜单元G1首先朝向像侧移动，此后朝向物侧移动，第二透镜单元G2仅朝向物侧移动，而第三透镜单元G3仅朝向像侧移动。

第一透镜单元G1从物侧起按顺序包括：双凹负透镜和具有朝向物侧的凸表面的弯月形正透镜。第二透镜单元G2从物侧起按顺序包括：第一双凸正透镜和由第二双凸正透镜和双凹负透镜组成的接合透镜。第三透镜单元G3从物侧起按顺序包括：具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜和具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜。

以下七个透镜表面是非球面表面：第一透镜单元G1中的双凹负透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凸正透镜的两个表面、第二透镜单元G2中的双凹负透镜的像侧表面、第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形负透镜的物侧表面，以及第三透镜单元G3中的具有朝向像侧的凸表面的弯月形正透镜的像侧表面。

下面示出了上述每个实施方式的数值数据。除了上述符号以外，f表示整个变焦透镜系统的焦距，F_NO表示F数，ω表示半像角，WE表示广角端，ST表示中间状态，TE表示长焦端，r₁、r₂、…中的每一个表示每个透镜表面的曲率半径，d₁、d₂、…中的每一个表示两个透镜之间的距离，n_d1、n_d2、…中的每一个表示每个透镜的针对d线的折射率，而v_d1、v_d2、…中的每一个表示针对每个透镜的色散系数。

稍后将描述的透镜系统的整体长度是通过将后焦距与从第一透镜表面直到最后透镜表面的距离相加所获取的长度。BF(后焦距)是在将从最后透镜表面直到近轴像平面的距离进行空气转换的情况下所表达的单位。

如果令x为以光行进方向为正(方向)的光轴，而令y为与光轴正交的方向，则非球面表面的形状由以下表达式来描述。

x＝(y²/r)/[1+{1-(K+1)(y/r)²}^1/2]+A₄y⁴+A₆y⁶+A₈y⁸+A₁₀y¹⁰+A₁₂y¹²

其中，r表示近轴曲率半径，K表示圆锥系数，A₄、A₆、A₈、A₁₀和A₁₂分别表示四阶、六阶、八阶、十阶以及十二阶的非球面表面系数。而且，在非球面表面系数中，“e-n”(“e^-n”)(其中，n为整数)表示“10^-n”。

实施例1

单位mm

表面数据

表面编号    r          d       nd         vd

1^*          -75.732    0.80    1.80610    40.92

2^*    6.159      2.19

3     8.286      1.26    1.92286    18.90

4     12.932     可变

5(S)  ∞         0.00

6^*    4.218      1.58    1.58313    59.38

7^*    -11.614    0.10

8     6.020      1.50    1.92286    18.90

9     2.854      可变

10    -10.000    0.80    1.52542    55.78

11    -12.633    0.10

12    1570.615   1.68    1.52542    55.78

13^*   -7.877     可变

14    ∞         0.50    1.54771    62.84

15    ∞         0.50

16    ∞         0.50    1.51633    64.14

17    ∞         0.50

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝8.63164e-04，A6＝-1.44594e-05，A8＝-1.79441e-07，

A10＝6.44702e-09

第二表面

K＝0.604，A4＝3.55946e-04，A6＝8.82553e-06，A8＝-1.63344e-06，

A10＝-4.03670e-08

第六表面

K＝-2.032，A4＝9.55124e-04，A6＝-3.47908e-05，A8＝-1.61349e-05，

A10＝-2.39598e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝-1.90243e-04，A6＝5.16487e-05，A8＝-3.86916e-05

第十三表面

K＝-4.289，A4＝-3.77823e-04，A6＝6.57896e-06，A8＝-1.39603e-07

组焦距

f1＝-11.20    f2＝8.59    f3＝16.71

变焦数据

                            WE      ST      TE

IH                          3.6     3.6     3.6

焦距                        4.63    7.32    16.22

Fno.                        2.87    3.59    6.01

2ω(°)                     79.87   52.68   24.66

BF                          4.51    4.35    3.65

总长度                      29.73   26.69   29.66

d4                          12.70   6.97    1.60

d9                          2.50    5.36    14.40

d13                         2.86    2.70    2.00

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

                            WE      ST      TE

焦距                        4.63    7.32    16.22

Fno.                        2.87    3.59    6.01

2ω(°)                     78.56   52.68   24.66

IH                          3.52    3.6     3.6

实施例2

单位mm

表面数据

表面编号     r        d       nd         vd

1^*           -31.515  0.80    1.80610    40.92

2^*           7.000    2.03

3            9.346    1.28    1.92286    18.90

4            16.817   可变

5(S)         ∞       0.50

6^*           4.597    1.74    1.58313    59.38

7^*           -10.331  0.10

8            7.257    1.06    1.80400    46.57

9            13.104   0.50    1.80518    25.42

10           3.117    可变

11           -10.000  0.80    1.52542    55.78

12           -15.879  0.10

13           -61.608  1.61    1.52542    55.78

14^*          -7.052   可变

15           ∞       0.50    1.54771    62.84

16           ∞       0.50

17           ∞       0.50    1.51633    64.14

18           ∞       0.50

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝1.28825e-03，A6＝-2.87635e-05，A8＝1.43822e-08，A10＝5.28531e-09

第二表面

K＝0.968，A4＝7.51526e-04，A6＝1.29461e-05，A8＝-2.77211e-06，A10＝-7.88860e-11

第六表面

K＝-2.315，A4＝6.32399e-04，A6＝-7.60844e-05，A8＝-1.44293e-05，A10＝-2.09939e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝-3.71450e-04，A6＝-1.28789e-05，A8＝-3.03992e-05

第十四表面

K＝-3.360，A4＝-3.71759e-04，A6＝4.76797e-06，A8＝-1.08593e-07

组焦距

f1＝-11.69    f2＝9.00    f3＝19.40

变焦数据

                           WE      ST      TE

IH                         3.6     3.6     3.6

焦距                       4.75    7.51    16.62

Fno.                       2.88    3.53    5.85

2ω(°)                    78.82   51.47   23.93

BF                         5.23    5.29    4.15

总长度                     31.38   27.60   30.32

d4                         13.33   6.87    1.20

d10                        2.30    4.92    14.45

d14                        3.58    3.64    2.50

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

                           WE      ST      TE

焦距                       4.75    7.51    16.62

Fno.                       2.88    3.53    5.85

2ω(°)                    77.16   51.47   23.93

IH                         3.51    3.6     3.6

实施例3

单位mm

表面数据

表面编号    r         d          nd         vd

1^*          -28.624   0.80       1.80610    40.92

2^*          7.102     1.51

3           8.465     1.25       1.92286    18.90

4           15.000    可变

5(S)        ∞        0.50

6^*          4.584     1.68       1.58313    59.38

7^*          -15.102   0.10

8           6.386     1.20       1.80610    40.92

9           22.010    0.50       1.80518    25.42

10          3.040     可变

11^*         -13.000   0.80       1.52542    55.78

12          -12.693   0.10

13          -23.585   2.02       1.52542    55.78

14^*         -6.191    可变

15          ∞        0.50       1.54771    62.84

16          ∞        0.50

17          ∞        0.50       1.51633    64.14

18          ∞        0.32

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝9.65210e-04，A6＝-1.84232e-05，A8＝1.54796e-07

第二表面

K＝0.775，A4＝6.83359e-04，A6＝-1.28637e-05，A8＝2.06468e-07，A10＝-3.45662e-08

第六表面

K＝-1.904，A4＝1.02323e-03，A6＝5.25597e-07，A8＝-4.66818e-06，A10＝-7.03594e-08

第七表面

K＝0.000，A4＝2.16799e-04，A6＝2.80625e-05，A8＝-7.06696e-06

第十一表面

K＝0.000，A4＝-1.21144e-03，A6＝4.31564e-05

第十四表面

K＝-1.253，A4＝-7.50374e-04，A6＝2.86564e-05，A8＝-3.30381e-09

组焦距

f1＝-11.75    f2＝9.13    f3＝14.68

变焦数据

           WE      ST      TE

IH         3.6     3.6     3.6

焦距       5.08    8.03    19.71

Fno.       2.69    3.49    6.22

2ω(°)    78.29   51.65   21.69

BF         4.90    4.11    3.97

总长度     30.11   28.53   34.15

d4         12.17   7.34    1.30

d10        2.60    6.63    18.43

d14        3.43    2.64    2.50

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

           WE      ST      TE

焦距       5.08    8.03    19.71

Fno.        2.69    3.49     6.22

2ω(°)     77.16   51.65    21.69

IH          3.53    3.6      3.6

实施例4

单位mm

表面数据

表面编号    r         d       nd         vd

1^*          -57.999   0.80    1.85135    40.10

2^*          6.200     2.50

3^*          11.815    1.19    2.10225    16.80

4           18.266    可变

5(S)        ∞        0.00

6^*          4.296     2.27    1.54969    71.75

7^*          -9.050    0.10

8           5.495     1.35    1.92286    20.88

9           2.856     变

10          -10.000   0.80    1.52542    55.78

11          -11.124   0.16

12          -15.000   1.68    1.58313    59.38

13^*         -5.592    可变

14          ∞        0.50    1.54771    62.84

15          ∞        0.50

16          ∞        0.50    1.51633    64.14

17          ∞        0.50

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝1.48620e-03，A6＝-3.26084e-05，A8＝-1.55682e-07，A10＝7.46342e-09

第二表面

K＝0.392，A4＝1.55710e-03，A6＝1.17426e-05，A8＝-2.92298e-07，A10＝-1.27276e-07

第三表面

K＝0.000，A4＝2.81277e-04，A6＝2.02191e-07，A8＝0.000，A10＝2.1004e-08，A12＝2.0141e-09，A14＝-1.39554e-10

第六表面

K＝-2.195，A4＝1.00603e-03，A6＝-1.08685e-04，A8＝1.06757e-06，A10＝-1.49012e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝1.64463e-04，A6＝-4.05406e-05，A8＝-1.34042e-05

第十三表面

K＝-1.481，A4＝1.97334e-04，A6＝-1.36749e-05，A8＝1.20016e-07

组焦距

f1＝-9.27    f2＝8.04    f3＝14.68

变焦数据

           WE       ST      TE

IH         3.85     3.85    3.85

焦距       4.07     6.43    14.25

Fno.       2.96     3.68    6.17

2ω(°)    87.82    58.31   27.79

BF         4.39     4.50    4.15

总长度     29.18    26.52   30.31

d4         11.65    6.36    1.60

d9         2.30     4.83    13.74

d13      2.74      2.85       2.49

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

        WE      ST      TE

焦距    4.07    6.43    14.25

Fno.    2.96    3.68    6.17

2ω(°) 85.92   58.31   27.79

IH      3.75    3.85    3.85

实施例5

单位mm

表面数据

表面编号  r          d      nd         vd

1^*        -40.267    0.75   1.80610    40.92

2^*        6.106      1.88

3         8.717      1.35   1.92286    18.90

4         16.000     可变

5(S)      ∞         0.00

6^*        3.893      1.77   1.55606    64.53

7^*        -21.375    0.10

8         6.044      1.50   2.10225    16.80

9^*        3.352      可变

10^*       -10.000    0.80   1.52542    55.78

11        -12.572    0.10

12        -34.726    1.57   1.52542    55.78

13^*       -7.254     可变

14        ∞         0.50   1.54771    62.84

15        ∞         0.50

16        ∞         0.50   1.51633    64.14

17      ∞        0.50

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝9.53870e-04A6＝-1.82491e-05，A8＝9.03444e-09，A10＝2.97648e-09

第二表面

K＝0.480，A4＝4.91521e-04，A6＝-3.93247e-06，A8＝-7.50240e-07，A10＝-4.68586e-08

第六表面

K＝-1.448，A4＝1.68446e-03，A6＝5.28303e-06，A8＝-1.50101e-05，A10＝1.40900e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝-7.33600e-04，A6＝1.21720e-05，A8＝1.45238e-06

第九表面

K＝0.000，A4＝3.00679e-03，A6＝3.47555e-04

第十表面

K＝0.000，A4＝-3.33530e-04，A6＝5.44978e-05

第十三表面

K＝-0.522，A4＝8.89558e-05，A6＝3.35121e-05，A8＝2.97775e-07

组焦距

f1＝-10.95    f2＝8.46    f3＝19.53

变焦数据

        WE      ST       TE

IH      3.6     3.6      3.6

焦距    4.75    7.51     16.63

Fno.       2.96     3.72     6.16

2ω(°)    78.16    51.71    24.00

BF         4.89     4.45     4.15

总长度     29.60    26.79    29.65

d4         12.60    7.11     1.60

d9         2.30     5.41     14.09

d13        3.24     2.80     2.50

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

           WE       ST       TE

焦距       4.75     7.51     16.63

Fno.       2.96     3.72     6.16

2ω(°)    77.17    51.71    24.00

IH         3.54     3.6      3.6

实施例6

单位mm

表面数据

表面编号    r        d       nd         vd

1           363.766  0.75    1.80610    40.92

2^*          6.000    2.04

3           8.428    1.28    1.92286    18.90

4           13.000   可变

5(S)        ∞       0.00

6^*          4.091    1.54    1.58313    59.38

7^*          -13.846  0.10

8           5.213    1.34    1.92286    18.90

9           2.640    可变

10          -9.034   0.80    1.52542    55.78

11    -11.000    0.10

12    -28.356    1.69    1.52542    55.78

13^*   -6.084     可变

14    ∞         0.50    1.54771    62.84

15    ∞         0.50

16    ∞         0.50    1.51633    64.14

17    ∞         0.50

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第二表面

K＝-0.312，A4＝-9.90285e-05，A6＝-3.85629e-06，A8＝7.70198e-08，A10＝-3.18495e-09

第六表面

K＝-1.917，A4＝7.66948e-04，A6＝-1.21977e-04，A8＝-1.62327e-05，A10＝-6.923 12e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝-9.09506e-04，A6＝-1.35015e-05，A8＝-6.43215e-05

第十三表面

K＝-3.163，A4＝-6.05348e-04，A6＝7.34462e-06，A8＝-1.16607e-07

组焦距

f1＝-12.07    f2＝8.82    f3＝15.70

变焦数据

        WE      ST      TE

IH      3.6     3.6     3.6

焦距    4.75    7.50    16.61

Fno.    2.89    3.66    5.99

2ω(°)    78.98    51.17    23.94

BF         4.88     4.30     4.15

总长度     30.15    27.23    29.51

d4         13.33    7.67     1.60

d9         2.30     5.62     14.12

d13        3.23     2.65     2.50

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

           WE       ST       TE

焦距       4.75     7.51     16.63

Fno.       2.96     3.72     6.16

2ω(°)    77.20    51.71    24.00

IH         3.50     3.6      3.6

实施例7

单位mm

表面数据

表面编号    r          d       nd        vd

1^*          -101.960   0.80    1.80610   40.92

2^*          6.026      2.24

3           7.927      1.25    1.92286   18.90

4           11.714     可变

5(S)        ∞         0.00

6^*          4.320      1.61    58313     59.38

7^*          -11.280    0.10

8           5.926      1.50    1.92286   18.90

9           2.876      可变

10          -10.000    0.80    1.49700   81.61

11          -11.321    0.10

12    -44.614   1.56    1.49700    81.61

13^*   -7.436    可变

14    ∞        0.50    1.54771    62.84

15    ∞        0.50

16    ∞        0.50    1.51633    64.14

17    ∞        0.50

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝9.19304e-04，A6＝-1.59914e-05，A8＝-2.00653e-07，A10＝7.26801e-09

第二表面

K＝0.576，A4＝4.20396e-04，A6＝1.23717e-05，A8＝-1.88963e-06，A10＝-4.69727e-08

第六表面

K＝-2.144，A4＝8.73053e-04，A6＝-4.28150e-05，A8＝-1.50232e-05，A1 0＝-2.57889e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝-3.19558e-04，A6＝5.83092e-05，A8＝-3.97480e-05

第十三表面

K＝-6.150，A4＝-1.04910e-03，A6＝4.05974e-05，A8＝-8.82329e-07

组焦距

f1＝-10.90     f2＝8.47    3＝18.63

变焦数据

      WE     ST     TE

IH    3.6    3.6    3.6

焦距        4.61     7.29     16.14

Fno.        2.89     3.60     6.01

2ω(°)     80.24    52.78    24.62

BF          4.74     4.74     4.15

总长度      29.73    26.56    29.68

d4          12.71    6.91     1.60

d9          2.30     4.94     13.95

d13         3.09     3.08     2.50

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

            WE       ST       TE

焦距        4.75     7.51     16.63

Fno.        2.96     3.72     6.16

2ω(°)     78.83    51.71    24.00

IH          3.52     3.6      3.6

实施例8

单位mm

表面数据

表面编号   r       d       nd         vd

1^*         -58.855 0.80    1.80610    40.92

2^*        6.277    2.16

3         9.471    1.17    1.92286    18.90

4         17.000   可变

5(S)      ∞       0.60

6^*        4.351    1.82    1.58313    59.38

7^*        -20.893  0.10

8         7.239    1.49    1.81600    46.62

9     -9.912    0.51    1.90366    31.31

10^*   3.664     可变

11^*   -13.918   0.80    1.52542    55.78

12    -14.157   0.10

13    -28.285   1.75    1.52542    55.78

14^*   -7.381    可变

15    ∞        0.50    1.54771    62.84

16    ∞        0.50

17    ∞        0.50    1.51633    64.14

18    ∞        0.32

像平面(图像拾取平面)

非球面系数

第一表面

K＝0.000，A4＝4.44012e-04，A6＝-6.81498e-06，A8＝5.22166e-08

第二表面

K＝-1.079，A4＝7.59676e-04，A6＝3.19513e-06

第六表面

K＝-1.617，A4＝1.55861e-03，A6＝-3.53530e-06

第七表面

K＝0.000，A4＝-8.59697e-05，A6＝3.53598e-05，A8＝-1.81923e-06

第十表面

K＝0.000，A4＝2.43339e-03，A6＝9.59757e-05，A8＝3.89963e-05

第十一表面

K＝0.000，A4＝-4.22139e-04，A6＝1.92221e-05

第十四表面

K＝-1.578，A4＝-1.73317e-04，A6＝8.80572e-06，A8＝7.74930e-08

变焦数据

             WE     ST      TE

IH           3.6    3.6     3.6

焦距         5.08   8.03    19.71

Fno.         2.71   3.46    6.23

2ω(°)      78.36  51.44   21.73

BF           4.94   4.42    3.97

总长度       31.86  29.41   34.65

d4           13.00  7.46    1.30

d10          2.60   6.23    18.07

d14          3.47   2.94    2.50

组焦距

f1＝-11.54    f2＝9.26    f3＝18.09

变焦数据(当对失真进行电气修正时)

             WE      ST      TE

焦距         4.75    7.51    16.63

Fno.         2.96    3.72    6.16

2ω(°)      77.16   51.71   24.00

IH           3.52    3.6     3.6

图9A到图16C是根据第一到第八实施方式的变焦透镜在该变焦透镜聚焦于无限远物点的状态下的像差图。这些像差图示出了分别在图9A到图16A的广角端、图9B到图1 6B的中间焦距状态以及图9C到图16C的长焦端的球差(SA)、像散(AS)、失真(DT)以及缩放倍数色像差(CC)。

下面示出了每一个实施方式中的条件的值：

                       实施例1    实施例2    实施例3    实施例4

(R_2F+R_2R)/(R_2F-R_2R)    5.185539   4.939113   5.212036   4.965785

(R_3F+R_3R)/(R_3F-R_3R)        8.418847   2.818227  5.783173  3.537121

(R_1F+R_2R)/(R_1F-R_2R)        0.708286   0.312301  0.304093  0.52098

D₁₂/f_W                     2.740741   2.49317   2.911911  2.862238

T_2F/f_W                     -0.57821   -0.55624  -0.61719  -0.593

f_3FF/f_3FR                  -0.79156   -1.02415  -0.62977  -0.899

f_1F/_fW                     -1.51838   -1.48216  -1.37574  -1.60732

f_1R/_Fw                     4.77198    4.43364   3.79665   6.80152

N_t                         6          7         7         6

n_2pave                     1.58313    1.693565  1.694615  1.54969

v_2n                        18.9       25.42     25.42     20.88

n_3ave                      1.52542    1.52542   1.52542   1.554275

v_3ave                      55.7771    55.7771   55.7771   57.57855

y₀₇/(f_w.tanω_07w)          0.980239   0.942645  0.930925  0.960465

(R_2R+R_3F)/(R_2R-R_3F)        -0.55592   -0.52477  -0.62092  -0.55571

(R_3FR+R_3RF)/(R_3FR-R_3RF)    -0.98404   -1.69447  -3.3308   -6.73898

(R_3RF+R_3R)/(R_3RF-R_3R)      0.99002    1.258504  1.711769  2.188748

(R_1F+R_1FR)/(R_1F-R_1FR)      0.849576   0.636506  0.636506  0.80685

变焦比                     3.5        3.5       3.88      3.5

ω_07w(°)                  29.02295   29.37106  29.67779  32.80801

                           实施例5    实施例6   实施例7   实施例8

(R_2F+R_2R)/(R_2F-R_2R)        13.39155   4.639941  4.984171  11.66804

(R_3F+R_3R)/(R_3F-R_3R)        6.283362   5.124274  6.800855  3.257963

(R_1F+R_2R)/(R_1F-R_2R)        0.43 1284  1.014621  0.793904  0.551778

D₁₂/f_W                     2.652638   2.807932  2.756339  2.908675

T_2F/f_W                     -0.581     -0.61533  -0.59716  -0.68372

f_3FF/f_3FR                  -0.7954    -1.48493  -0.88328  -0.98317

f_1F/f_W                     -1.37477   -1.59581  -1.52561  -1.37751

f_1R/f_W                     4.01257    4.82112   4.97151   4.24424

N_t                        6         6          6          7

n_2pave                    1.55606   1.58313    1.58313    1.699565

v_2n                       16.8      18.9       18.9       31.31

n_3ave                     1.52542   1.52542    1.497      1.52542

v_3ave                     55.7771   55.7771    81.61      55.7771

y₀₇/(f_w.tanω_07w)         0.951067  0.961141   0.954629   0.953373

(R_2R+R_3F)/(R_2R-R_3F)       -0.49791  -0.54773   -0.55323   -0.58325

(R_3FR+R_3RF)/(R_3FR-R_3RF)   -2.13502  -2.2676    -1.68013   -3.00393

(R_3RF+R_3R)/(R_3RF-R_3R)     1.528111  1.546348   1.400035   1.70614

(R_1F+R_1FR)/(R_1F-R_1FR)     0.73666   1.033541   0.888397   0.807262

变焦比                    3.5       3.5        3.5        3.88

ω_07w(°)                 29.15364  28.91341   29.79002   29.09408

(失真修正)

另外，当使用本发明的变焦透镜系统时，对图像失真执行电气数字修正。下面将对图像失真的数字修正的基本概念进行描述。

例如，如图17所示，以光轴和图像拾取平面的交点为中心，固定和有效图像拾取平面的较长边内接的、半径为R的圆的圆周(像高)的缩放倍数，并且使该圆周作为用于修正的基本基准。接下来，沿大致径向方向移动除半径R以外的任意半径r(ω)的圆周(像高)上的每个点，并且通过在同心圆上移动以使半径变为r′(ω)来进行修正。

例如，在图17中，朝向半径为R的圆的中心，将定位在该圆的内侧的任意半径r₁(ω)的圆周上的点P₁移至要修正的半径为r₁′(ω)的圆周上的点P₂。而且，朝向远离半径为R的圆的中心的方向，将定位在该圆的外侧的任意半径r₂(ω)的圆周上的点Q₁移至要修正的半径为r₂′(ω)的圆周上的点Q₂。

这里，r′(ω)可以表达如下。

r′(ω)＝α·f·tanω(0≤α≤1)

其中，ω是物体的半像角，而f是成像光学系统(本发明中的变焦透镜系统)的焦距。

这里，如果将与半径为R的圆(像高)相对应的理想像高设为Y，则

α＝R/Y＝R/(f·tanω)。

理想情况下，该光学系统是相对于光轴旋转对称的。换句话说，失真也按相对于光轴旋转对称的方式出现。从而，如上所述，在以电方式对光学失真进行修正的情况下，如果可以通过以再现图像的光轴与图像拾取平面的交点为中心，固定与有效图像拾取平面的较长边内接的、半径为R的圆的圆周(像高)的缩放倍数，并沿大致径向方向移动除半径R以外的半径r(ω)的圆周(像高)上的每个点，并在同心圆上移动以使半径变为r′(ω)来执行修正，则认为具有数据量和计算量方面的优势。

另外，光学图像在通过电子图像拾取部件来拾取图像的时间点处(由于采样而)不再是连续量。从而，只要电子图像拾取部件上的像素不是以径向方式排列，则精确绘制在光学图像上的半径为R的圆就不再是精确的圆。

换句话说，关于表达为每个离散坐标点的图像数据的形状修正，不存在可以固定缩放倍数的圆。因此，针对每个像素(Xi，Yj)，都可以使用确定移动目的地的坐标(Xi′，Yj′)的方法。当两个或更多个点(Xi，Yj)已经移至坐标(Xi′，Yj′)时，获取每个像素的值的平均值。此外，当不存在已经移动的点时，可以利用某些周围像素的坐标值(Xi′，Yj′)来执行插值。

当相对于光轴的失真因光学系统或电子图像拾取部件(特别是在具有变焦透镜系统的电子图像拾取装置中)的加工误差等而显著时，以及当光学图像上绘制的半径为R的圆变得不对称时，这种方法对于修正来说是有效的。而且，当在图像拾取部件或各种输出装置中将信号再现成图像时出现几何失真时，这种方法对于修正来说也是有效的。

在本发明的电子图像拾取装置中，为了计算修正量r′(ω)-r(ω)，可以构造这样一种布局，即将r(ω)，换句话说，将半像角与像高之间的关系，或者真实像高r与理想像高r′/α之间的关系记录在内置于电子图像拾取装置中的记录介质中。

为了不使失真修正之后的图像在短边方向的两端极度缺乏光量，半径R可以满足以下条件表达式。

0≤R≤0.6Ls

其中，Ls是有效图像拾取表面的短边的长度。

优选的是，半径R满足以下条件表达式。

0.3Ls≤R≤0.6Ls

而且，最有利的是，使半径R与沿短边方向内接实质有效的图像拾取平面的圆的半径相匹配。在其中缩放倍数被固定得接近半径R＝0，换句话说，接近轴处的情况下，对于大量图像的情况是不利的，但却可以确保即使加宽角度也能获得尺寸变小的效果。

将需要修正的焦距间隔划分成多个焦点区。而且，靠近划分出的焦点区中的长焦端，可以按照与在基本满足以下关系的修正结果的情况下一样的修正量来执行修正：

r′(ω)＝α·f·tanω。

然而，在这种情况下，在划分出的焦点区中的广角端，一定程度上保持了在划分出的焦点区中的广角端的筒状失真。而且，当划分出的焦点区的数量增多时，就需要在记录介质中额外保存修正所需的特定数据。因此，优选的是，不增加划分出的焦点区的数量。因此，预先计算出与划分出的焦点区中的每一个焦距相关联的一个或多个系数。可以基于仿真测量或实际设备测量来确定这些系数。

可以计算在靠近划分出的焦点区中的长焦端的、大致满足以下关系的修正结果的情况下的修正量：

R₁′(ω)＝α·f·tanω，

并且可以通过统一乘以每个焦距相对于该修正量的系数，而将该修正量设为最终修正量。

另外，当对无穷远物体成像(形成图像)所获得的图像中不存在失真时，下面的关系成立。

f＝y/tanω

这里，y表示像点距光轴的高度(像高)，f表示成像系统(本发明中的变焦透镜系统)的焦距，而ω表示在与从图像拾取平面上的中心起连接到位置y的像点相对应的物点方向上相对于光轴的角(物半像角)。

当成像系统中存在筒状失真时，上述关系变为：

f＞y/tanω

换句话说，当使成像系统的焦距f和像高y固定时，ω的值变大。

(数字摄像机)

图18到图20是根据本发明的将上述变焦透镜系统并入摄像光学系统141中的数字摄像机的结构的概念图。图18是示出数字摄像机140的外观的正面立体图，图19是其背面立体图，而图20是示出数字摄像机140的结构的示意性截面图。图18和图20示出了摄像光学系统141的未收起状态。在这个实施例的情况下，数字摄像机140包括：具有摄像光路142的摄像光学系统141、具有取景器(finder)光路144的取景器光学系统143、快门按钮145、闪光灯146、液晶显示监视器147、焦距改变按钮161以及设置改变开关162等，并且在摄像光学系统141的未收起状态下，通过滑动盖子160，使摄像光学系统141、取景器光学系统143以及闪光灯146被盖子160覆盖。而且，当打开盖子160并且将数字摄像设置为拍照状态下时，摄像光学系统141呈现出图18所示的未收起状态，而当按下设置在数字摄像140上部的快门按钮145时，与按下快门按钮145同步地，通过诸如第一实施方式中的变焦透镜系统的摄像光学系统141来拍摄照片。由摄像光学系统141形成的物像经由盖玻璃C和涂覆有波长区限制涂层的低通滤光器而形成在CCD 149的图像拾取表面上。经由处理装置151将CCD 149作为光而接收的物像作为电子图像显示在位于数字摄像140的背面上的液晶显示监视器147上。而且，处理装置151连接有记录装置152，记录装置152也可以记录拍摄到的电子图像。记录装置152可以和处理装置151分开提供，或者可以通过以电子方式写入在软盘、存储卡或MO等中来通过记录而形成。此外，摄像机可以形成为其中设置有银盐胶片而不是CCD 149的银盐型摄像机。

而且，取景器光路144上设置有取景器物镜光学系统153。取景器物镜光学系统153由多个透镜单元(图中为三个透镜单元)和两个棱镜构成，并且由焦距与摄像光学系统141的变焦透镜系统同步地变化的变焦光学系统构成。由取景器物镜光学系统153形成的物像被形成在作为正像部件的正像棱镜155的视野框架(field frame)157上。正像棱镜155的后侧上设置有将正像引导至观察者眼睛的目镜光学系统159。目镜光学系统159的出射侧上设置有盖部件150。

因为按这种方式构造的具有根据本发明的摄像光学系统141的数字摄像140在收起状态下具有极小的厚度，并且在高缩放倍数下整个变焦区内都有极其稳定的成像性能，所以可以实现高性能、小型化以及宽视角。

(内部电路结构)

图21是数字摄像机140的主要组件的内部电路的结构框图。在下面的说明中，上述处理装置151例如包括：CDS/ADC部124、临时存储存储器117以及图像处理部118，而存储装置152例如由存储介质部119构成。

如图21所示，数字摄像机140包括：操作部112、连接至操作部112的控制部113、经由总线114和总线115连接至控制部113的控制信号输出端口的临时存储存储器117和成像驱动电路116、图像处理部118、存储介质部119、显示部120，以及设置信息存储存储器部121。

临时存储存储器117、图像处理部118、存储介质部119、显示部120，以及设置信息存储存储器部121被构造成能够经由总线122彼此输入和输出数据。而且，CCD 149和CDS/ADC部124连接至成像驱动电路116。

操作部112包括多种输入按钮和开关，并且是用于将经由这些输入按钮和开关从外部(由数字摄像机的用户)输入的事件信息通知给控制部的电路。

控制部113是中央处理单元(CPU)，并且具有图中未示出的内置计算机程序存储器。控制部113是根据存储在该计算机程序存储器中的计算机程序，在接收到数字摄像机140的用户经由操作部112输入的指令和命令时对整个数字摄像机140进行控制的电路。

CCD 149将经由根据本发明的摄像光学系统141形成的物像接收为光。CCD 149是由成像驱动电路116驱动并控制的图像拾取部件，并且将物像的每个像素的光量转换成电信号，并输出给CDS/ADC部124。

CDS/ADC部124是对从CCD 149输入的电信号进行放大，并执行模拟/数字转换，接着向临时存储存储器117输出仅放大并转换成数字数据的图像原始数据(裸数据，下文中称为“RAW数据”)的电路。

临时存储存储器117是例如包括SDRAM(同步动态随机存取存储器)的缓冲器，并且是临时存储从CDS/ADC部124输出的RAW数据的存储器件。图像处理部118是读取存储在临时存储存储器117中的RAW数据，或存储在存储介质部119中的RAW数据，并基于控制部113指定的图像质量参数以电方式执行包括失真修正在内的多种图像处理的电路。

存储介质部119是可拆地安装的例如包括闪速存储器的卡或棒形式的记录介质。存储介质部119是将从临时存储存储器117传递来的RAW数据和在图像处理部118中经受图像处理的图像数据记录并保存在卡状闪速存储器和棒状闪速存储器中的装置的控制电路。

显示部120包括液晶显示监视器，并且是在液晶显示监视器上显示图像和操作菜单的电路。设置信息存储存储器部121包括其中预先存储有各种图像质量参数的ROM部，和存储通过操作部112上的输入操作而在从ROM部读取的图像质量参数中选择的图像质量参数的RAM部。设置信息存储存储器121是控制对这些存储器的输入和输出的电路。

按这种方式构造的数字摄像机140具有根据本发明的摄像光学系统141，其具有足够的广角区和紧凑的结构，同时在高缩放倍数下的整个缩放倍数区内都具有极其稳定的成像性能。因此，能够实现高性能、小型化以及宽视角。而且，可以在广角侧和长焦侧都实现快速聚焦操作。

除了本发明的上述模式以外，还可以存在如下所附的本发明的其它模式。

(附加模式1)

在根据权利要求1到25中的任一项所述的三单元变焦透镜中，第一透镜单元可以包括两个透镜组件，即，从物侧起按顺序包括具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面并且具有负屈光力的前透镜组件和具有正屈光力的后透镜组件。

利用这种构造，可将第一透镜单元的主点定位得更靠近物侧，其有利于缩减第一透镜单元相对于直径方向的尺寸。另外，这个构造易于修正诸如色像差和场曲率的像差。

在这个构造中，由于第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面至少在光轴邻域凹入。因而，这个凹面也分担了第一透镜单元的负屈光力，其易于缩减靠近长焦端的同轴光束的直径趋于变大的变焦位置处的球差，并且提供了获得足够透镜速度且增加变焦比的优点。

另外，这个构造使得第一透镜单元和第二透镜单元的组合系统的透镜布局对称，其易于缩减长焦端的诸如球差和场曲率的像差。

(附加模式2)

在根据附加模式1的三单元变焦透镜中，第一透镜单元和第二透镜单元可以满足以下条件：

0.1＜(R_1F+R_2R)/(R_1F-R_2R)＜1.0    (3)

其中，R_1F是第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_2R是第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

条件表达式(3)指定了第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面和第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的更优选形状。

使第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的负屈光力适度变小易于缩减靠近广角端的变焦位置处的诸如慧差和失真的像差。

如果不超出条件表达式(3)的下限，以使最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径适度变小，则可以容易地防止靠近广角端的变焦位置处生成不适当大的失真。

如果不超出条件表达式(3)的上限，以使最靠近物侧的透镜表面具有足够的负屈光力，则易于缩减佩兹伐曲率和球差。

(附加模式3)

在根据附加模式1或2的三单元变焦透镜中，第一透镜单元中的前透镜组件可以是满足以下条件的双凹透镜组件：

0.4＜(R_1F+R_1FR)/(R_1F-R_1FR)＜1.1    (D)

其中，R_1F是第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_1FR是第一透镜单元中的前侧透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径。

如果第一透镜单元中的前透镜组件是具有弱正屈光力的物侧表面的负透镜或具有双凹面形状的透镜，则可以使其像侧表面的负屈光力变得更小，其有利于缩减第一透镜单元中生成的球差。

条件表达式(D)考虑了对离轴像差的影响，指定了透镜组件的优选形状。

如果不超出条件表达式(D)的下限，则这个透镜组件的像侧透镜表面具有足够的负屈光力，从而易于缩减球差。而且，还易于缩减其物侧透镜表面的曲率的绝对值，其有利于修正靠近广角端的变焦位置处的慧差等。

如果不超出条件表达式(D)的上限，以使像侧透镜表面的负屈光力可以容易地变小，则易于缩减球差等。

(附加模式4)

在根据附加模式1到3中的至少一个的三单元变焦透镜中，第一透镜单元中的前透镜组件和后透镜组件满足以下条件：

-1.8＜f_1F/f_w＜-1    (7)

2＜f_1R/f_w＜9        (8)

其中，f_1F是第一透镜单元中的前透镜组件的焦距，f_1R是第一透镜单元中的后透镜组件的焦距，而f_w是整个三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

条件表达式(7)和(8)描述了第一透镜单元中包括的透镜组件的焦距的最佳关系，即使使得变焦比高达大约四倍，其也可确保令人满意的性能并同时保持高生产率。

如果不超出条件表达式(7)的下限，则抑制生成高阶球差，由此，易于遍及整个变焦范围地修正球差。另外，可以使透镜形状的不对称度变小，其易于制造透镜。

如果不超出条件表达式(7)的上限，则可易于使变焦期间球差和场曲率的变化变小。这有利于获得遍及整个变焦范围的良好性能。

如果不超出条件表达式(8)的下限，以使正屈光力变得适度小，则易于抑制正场曲率。

如果不超出条件表达式(8)的上限，以使正屈光力变得适度小，则易于抑制负场曲率。

(附加模式5)

在根据附加模式1到4中的任一个的三单元变焦透镜中，第一透镜单元中的前透镜组件的物侧表面可以是具有随着远离光轴而减小的负屈光力的非球面表面。

最靠近物侧的透镜表面的有效直径在广角端比在长焦端大。因此，将这个透镜表面设计成具有上述非球面形状不仅有利于缩减靠近长焦端的变焦位置处的高阶球差，而且有利于缩减靠近广角端的变焦位置处的慧差等。

(附加模式6)

在根据附加模式5的三单元变焦透镜中，第一透镜单元中的前透镜组件的物侧透镜表面可以是具有随着远离光轴而减小并最终变为正屈光力的负屈光力的非球面表面，这进一步易于修正离轴像差。

(附加模式7)

在根据附加模式5或6的三单元变焦透镜中，第一透镜单元中的前透镜组件可以具有双凹面形状，并且第一透镜组件中的后透镜组件可以具有朝向物侧凸出的弯月形状。

如果这些透镜组件具有上述形状，则负屈光力可被分担给负透镜组件的两个表面，其有利于缩减靠近长焦端的变焦位置处的球差。另外，可以使靠近广角端的变焦位置处第一透镜单元中的后透镜组件的物侧透镜表面和像侧透镜表面上的离轴光束的入射角变小，其有利于缩减靠近广角端的变焦位置处的像差。

(附加模式8)

在根据附加模式5到7中的任一个的三单元变焦透镜中，第一透镜单元中的前透镜组件的像侧透镜表面可以是非球面凹面。

第一透镜单元中的前透镜组件的像侧透镜表面的有效直径在广角端比在长焦端大，如同最靠近物侧的透镜表面的情况一样。因此，这个透镜表面的非球面设计协同物侧上的非球面表面不仅易于缩减靠近长焦端的变焦位置处的高阶球差，而且易于缩减靠近广角端的变焦位置处的慧差等。

(附加模式9)

在根据附加模式1到8中的任一个的三单元变焦透镜中，可以将孔径光阑恰好设置在第二透镜单元中的前透镜组件的前面。

这易于进一步缩减第一透镜单元的尺寸。另外，这还易于向第二透镜单元的像侧透镜表面提供沿远离光轴的方向折射光束的功能。而且，这还易于缩减像平面上的离轴光束的入射角。另外，进一步增加了第一透镜单元和第二透镜单元的组合系统在长焦端相对于孔径光阑的对称度，其有利于修正靠近长焦端的变焦位置处的诸如缩放倍数色像差的像差。

工业应用

如前所述，根据本发明的三单元变焦透镜有利于获得足够的视场角、足够的变焦比，以及良好的光学性能。

Claims (53)

1.一种三单元变焦透镜，该三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：

具有负屈光力的第一透镜单元；

具有正屈光力的第二透镜单元；以及

具有正屈光力的第三透镜单元，其中

在从广角端向长焦端变焦期间，所述第二透镜单元移动，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离减小，而所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离增大，

当一透镜组件被限定为其在光轴上与空气接触的表面仅包括两个表面的透镜部件时，一个表面是物侧表面，而另一个表面是像侧表面，

所述第二透镜单元从物侧起按顺序包括前透镜组件和后透镜组件，所述前透镜组件具有朝向物侧凸出的物侧透镜表面并且具有正屈光力，而所述后透镜组件具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面，所述第二透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，

所述第三透镜单元从物侧起按顺序包括前透镜组件和后透镜组件，所述前透镜组件具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面，而所述后透镜组件具有朝向像侧凸出的像侧透镜表面并且具有正屈光力，并且所述第三透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，并且

所述三单元变焦透镜包括孔径光阑，所述孔径光阑被设置得比所述第一透镜单元更靠近像侧并且比所述第二透镜单元中的所述后透镜组件更靠近物侧，并且所述孔径光阑在从广角端向长焦端变焦期间沿光轴方向随所述第二透镜单元一起整体地移动，

所述第二透镜单元和所述第三透镜单元满足以下条件：

-0.9<（R_2R+R_3F）/（R_2R-R_3F）<0.0（A）

其中，R_2R是所述第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_3F是所述第三透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径。

2.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，

所述第二透镜单元和所述第三透镜单元满足以下条件：

2<（R_2F+R_2R）/（R_2F-R_2R）<20（1）

1<（R_3F+R_3R）/（R_3F-R_3R）<12（2）

其中，R_2F是所述第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，R_2R是所述第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径，R_3F是所述第三透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_3R是所述第三透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

3.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中的所述后透镜组件的物侧透镜表面朝向物侧凸出，而所述第三透镜单元中的所述前透镜组件的像侧透镜表面朝向像侧凸出。

4.根据权利要求3所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中的所述后透镜组件具有负屈光力。

5.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，

所述第三透镜单元中的所述前透镜组件具有弯月形状，

所述第三透镜单元中的所述后透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径的绝对值小于所述第三透镜单元中的所述后透镜组件的物侧透镜表面的近轴曲率半径的绝对值，并且

所述三单元变焦透镜满足以下条件：

-15.0<（R_3FR+R_3RF）/（R_3FR-R_3RF）<0.0（B）

0.0<（R_3RF+R_3R）/（R_3RF-R_3R）<3.0（C）

其中，R_3FR是所述第三透镜单元中的所述前透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径，R_3RF是所述第三透镜单元中的所述后透镜组件的物侧透镜表面的近轴曲率半径，而R_3R是所述第三透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

6.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元中的所述前透镜组件具有满足以下条件的弯月形状：

-0.5>f_3FF/f_3FR>-1.2（6）

其中，f_3FF是所述第三透镜单元中的所述前透镜组件的物侧透镜表面的屈光力的倒数，而f_3FR是所述第三透镜单元中的所述前透镜组件的像侧透镜表面的屈光力的倒数。

7.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元包括负透镜组件和正透镜组件，所述负透镜组件具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面并且具有负屈光力，而所述正透镜组件被设置在所述负透镜组件的像侧，具有正屈光力并且具有朝向物侧凸出的物侧透镜表面，并且所述正透镜组件的物侧透镜表面的近轴曲率半径大于所述负透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径。

8.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述三单元变焦透镜包括恰好设置在所述第二透镜单元中的所述前透镜组件前面的所述孔径光阑。

9.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述三单元变焦透镜在广角端满足以下条件：

1<D₁₂/f_w<4（4）

其中，D₁₂是光轴上在广角端从所述第一透镜单元中最靠近像侧的透镜表面起至所述第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的距离，而f_w是整个所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

10.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元满足以下条件：

-0.7<T_2F/f_w<-0.4（5）

其中，T_2F是光轴上从所述第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面起至所述第二透镜单元的前主点的距离，其中，如果所述前主点位于所述第二透镜单元的物侧，则所述距离T_2F由负值表示，而f_w是整个所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

11.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述三单元变焦透镜满足以下条件：

6≤N_t≤8（9）

其中，N_t是所述三单元变焦透镜中包括的透镜部件的总数。

12.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元包括最靠近物侧定位的具有负屈光力的前透镜组件，所述前透镜组件的物侧表面和像侧表面都为非球面。

13.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中包括的透镜部件的数量不大于三个。

14.根据权利要求13所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括具有正屈光力的单个透镜部件，和包括正透镜部件和负透镜部件的接合透镜组件。

15.根据权利要求13所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括具有正屈光力的单个透镜部件和具有负屈光力的单个透镜部件。

16.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括正透镜部件和负透镜部件，并且所述第二透镜单元中的每个负透镜部件都具有比所述第二透镜单元中的任何正透镜部件的色散系数小的色散系数。

17.根据权利要求13所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元满足以下条件：

n_2pave≥1.59（10）

ν_2n≤35（11）

其中，n_2pave是所述第二透镜单元中的全部正透镜部件的平均折射率，而ν_2n是所述第二透镜单元中的全部负透镜部件的色散系数。

18.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中最靠近像侧的透镜部件是具有朝向像侧的凹面的负透镜部件，并且这个负透镜部件在光轴上的厚度大于所述第二透镜单元中的所述前透镜组件与所述后透镜组件之间在光轴上的距离。

19.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括具有非球面表面的正透镜部件。

20.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元中的全部透镜部件满足以下条件：

n_3ave≥1.4（12）

ν_3ave≥50（13）

其中，n_3ave是所述第三透镜单元中的全部透镜部件的平均折射率，而ν_3ave是所述第三透镜单元中的全部透镜部件的平均色散系数。

21.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元中包括的透镜部件的总数为两个，并且它们中的任一个透镜部件都具有非球面表面。

22.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元包括由树脂制成的至少一个透镜部件。

23.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中的所述后透镜组件和所述第三透镜单元中的所述前透镜组件都具有弯月形状，并且具有负屈光力。

24.根据权利要求1所述的三单元变焦透镜，其中，在从广角端向长焦端变焦期间，所述第一透镜单元首先朝向像侧移动，此后反转其移动方向而朝向物侧移动，并且所述第三透镜单元在长焦端的位置比其在广角端的位置更靠近像侧。

25.一种图像拾取装置，该图像拾取装置包括：

根据权利要求1所述的三单元变焦透镜；和

图像拾取部件，该图像拾取部件具有设置在所述三单元变焦透镜的像侧上的图像拾取表面，所述图像拾取部件将所述三单元变焦透镜在所述图像拾取表面上形成的图像转换成电信号。

26.根据权利要求25所述的图像拾取装置，所述图像拾取装置还包括信号处理电路，所述信号处理电路处理通过所述图像拾取部件进行图像拾取所获取的图像数据并且输出表示已转换图像的经处理图像数据，并且所述三单元变焦透镜在其中所述三单元变焦透镜聚焦于最远距离处的状态下，在广角端满足以下条件：

0.7<y₀₇/（f_w·tan ω_07w）<1.0（14）

其中，y₀₇=0.7×y₁₀，y₁₀是从所述图像拾取部件的有效图像拾取区域的中心起至所述有效图像拾取区域内距所述中心最远的点的距离，其中，如果所述有效图像拾取区域在从广角端向长焦端变焦期间改变，则y₁₀是前述距离的最大值，ω_07w是由光轴与在广角端按照从所述图像拾取表面的中心起的像高y₀₇入射在像位置上的主光线的物空间中的入射线所形成的角。

27.一种三单元变焦透镜，该三单元变焦透镜从其物侧起按顺序包括：

具有负屈光力的第一透镜单元；

具有正屈光力的第二透镜单元；以及

具有正屈光力的第三透镜单元，其中

在从广角端向长焦端变焦期间，所述第二透镜单元移动，所述第一透镜单元与所述第二透镜单元之间的距离减小，而所述第二透镜单元与所述第三透镜单元之间的距离增大，

当一透镜组件被限定为其在光轴上与空气接触的表面仅包括两个表面的透镜部件时，一个表面是物侧表面，而另一个表面是像侧表面，

所述第一透镜单元从物侧起按顺序包括前透镜组件和后透镜组件，所述前透镜组件具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面并且具有负屈光力，而所述后透镜组件具有正屈光力，所述第一透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，

所述第二透镜单元从物侧起按顺序包括前透镜组件和后透镜组件，所述前透镜组件具有正屈光力，而所述后透镜组件具有朝向像侧凹入的像侧透镜表面并且具有负屈光力，所述第二透镜单元中包括的透镜组件的总数为两个，

并且所述第三透镜单元包括两个透镜组件，即，从物侧起按顺序包括前透镜组件和后透镜组件，所述前透镜组件具有朝向物侧凹入的物侧透镜表面，而所述后透镜组件具有正屈光力，并且

所述三单元变焦透镜包括孔径光阑，所述孔径光阑被设置得比所述第一透镜单元更靠近像侧并且比所述第二透镜单元中的所述后透镜组件更靠近物侧，并且所述孔径光阑在从广角端向长焦端变焦期间沿光轴方向随所述第二透镜单元一起整体地移动。

28.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元和所述第三透镜单元满足以下条件：

0.1<（R_1F+R_2R）/（R_1F-R_2R）<1.0（3）

其中，R_1F是所述第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_2R是所述第二透镜单元中最靠近像侧的透镜表面的近轴曲率半径。

29.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件是满足以下条件的双凹透镜组件：

-0.5<（R_1F+R_1FR）/（R_1F-R_1FR）<1.0（D）

其中，R_1F是所述第一透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的近轴曲率半径，而R_1FR是所述第一透镜单元中的前侧透镜组件的像侧透镜表面的近轴曲率半径。

30.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件和所述后透镜组件满足以下条件：

-1.8<f_1F/f_w<-1（7）

2<f_1R/f_w<9（8）

其中，f_1F是所述第一透镜单元中的所述前透镜组件的焦距，f_1R是所述第一透镜单元中的所述后透镜组件的焦距，而f_w是整个所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

31.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件的物侧表面是具有随远离光轴而减小的负屈光力的非球面表面。

32.根据权利要求31所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件的物侧表面是具有负屈光力的非球面表面，所述负屈光力随远离光轴而减小并且最终变为正屈光力。

33.根据权利要求31所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件具有双凹面形状，而所述第一透镜单元中的所述后透镜组件具有朝向物侧凸出的弯月形状。

34.根据权利要求31所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件的像侧透镜表面是非球面凹面。

35.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述孔径光阑恰好设置在所述第二透镜单元中的所述前透镜组件的前面。

36.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述三单元变焦透镜在广角端满足以下条件：

1<D₁₂/f_w<4（4）

其中，D₁₂是光轴上在广角端从所述第一透镜单元中最靠近像侧的透镜表面起至所述第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面的距离，而f_w是整个所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

37.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元满足以下条件：

-0.7<T_2F/f_w<-0.4（5）

其中，T_2F是光轴上从所述第二透镜单元中最靠近物侧的透镜表面起至所述第二透镜单元的前主点的距离，其中，如果所述前主点位于所述第二透镜单元的物侧，则所述距离T_2F由负值表示，而f_w是整个所述三单元变焦透镜系统在广角端的焦距。

38.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述三单元变焦透镜满足以下条件：

6≤N_t≤8（9）

其中，N_t是所述三单元变焦透镜中包括的透镜部件的总数。

39.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第一透镜单元中的所述前透镜组件的物侧表面和像侧表面都是非球面。

40.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中包括的透镜部件的总数不大于三个。

41.根据权利要求40所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括具有正屈光力的单个透镜部件，和包括正透镜部件和负透镜部件的接合透镜组件。

42.根据权利要求40所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括具有正屈光力的单个透镜和具有负屈光力的单个透镜。

43.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括正透镜部件和负透镜部件，并且所述第二透镜单元中的每个负透镜部件都具有比所述第二透镜单元中的任何正透镜部件的色散系数小的色散系数。

44.根据权利要求30所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元满足以下条件：

n_2pave≥1.59（10）

ν_2n≤35（11）

其中，n_2pave是所述第二透镜单元中的全部正透镜部件的平均折射率，而ν_2n是所述第二透镜单元中的全部负透镜部件的色散系数。

45.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中最靠近像侧的透镜部件是具有朝向像侧的凹面的负透镜部件，并且这个负透镜部件在光轴上的厚度大于所述第二透镜单元中的所述前透镜组件与所述第二透镜单元中的所述后透镜组件之间在光轴上的距离。

46.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元包括具有非球面表面的正透镜部件。

47.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元中的全部透镜部件满足以下条件：

n_3ave≥1.4（12）

ν_3ave≥50（13）

其中，n_3ave是所述第三透镜单元中的全部透镜部件的平均折射率，而ν_3ave是所述第三透镜单元中的全部透镜部件的平均色散系数。

48.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元中包括的透镜部件的总数为两个，并且它们中的任一个透镜部件都具有非球面表面。

49.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第三透镜单元包括由树脂制成的至少一个透镜部件。

50.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，所述第二透镜单元中的所述后透镜组件和所述第三透镜单元中的所述前透镜组件都具有弯月形状，并且具有负屈光力。

51.根据权利要求27所述的三单元变焦透镜，其中，在从广角端向长焦端变焦期间，所述第一透镜单元首先朝向像侧移动，此后反转其移动方向而朝向物侧移动，并且所述第三透镜单元在长焦端的位置比其在广角端的位置更靠近像侧。

52.一种图像拾取装置，该图像拾取装置包括：

根据权利要求27所述的三单元变焦透镜；和

图像拾取部件，该图像拾取部件具有设置在所述三单元变焦透镜的像侧上的图像拾取表面，所述图像拾取部件将所述三单元变焦透镜在所述图像拾取表面上形成的图像转换成电信号。

53.根据权利要求52所述的图像拾取装置，所述图像拾取装置还包括信号处理电路，所述信号处理电路处理通过所述图像拾取部件进行图像拾取所获取的图像数据并且输出表示已转换图像的经处理图像数据，并且所述三单元变焦透镜在其中所述三单元变焦透镜聚焦于最远距离处状态下，在广角端满足以下条件：

0.7<y₀₇/（f_w·tanω_07w）<1.0（14）

其中，y₀₇=0.7×y₁₀，y₁₀是从所述图像拾取部件的有效图像拾取区域的中心起至所述有效图像拾取区域内距所述中心最远的点的距离，其中，如果所述有效图像拾取区域在从广角端向长焦端变焦期间改变，则y₁₀是前述距离的最大值，ω_07w是由光轴与在广角端按照从所述图像拾取表面的中心起的像高y₀₇入射在像位置上的主光线的物空间中的入射线所形成的角。

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