CN101566724B - 透镜系统和具有该透镜系统的光学设备 - Google Patents

透镜系统和具有该透镜系统的光学设备 Download PDF

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Abstract

透镜系统和具有该透镜系统的光学设备。透镜系统按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组；和具有正折射光焦度的第二透镜组，该第一透镜组按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的透镜、塑料非球面透镜、和具有正折射光焦度的透镜，并且下面的条件表达式|fp/f1|＞4.0得以满足，其中fp表示塑料非球面透镜的焦距，并且f1表示第一透镜组的焦距。该透镜系统具有优良温度特性、紧凑的和高性能。该透镜系统的制造方法包括：对于第一透镜组，按从物体起的次序设置具有负折射光焦度的透镜、塑料非球面透镜和具有正折射光焦度的透镜，从而满足上述条件表达式。

Description

透镜系统和具有该透镜系统的光学设备
参考引用
本发明要求由此通过引用而被并入的日本专利申请No.2008-111553的优先权。
技术领域
本发明涉及一种适用于使用固态图像传感元件的照相机的透镜系统以及一种具有这种透镜系统的光学设备，所述照相机例如为电子静态照相机和摄影机，。
背景技术
近来，数字照相机便携性的重要性正在增加，并且对于降低在照相机中安装的透镜系统的尺寸和重量的尝试正在进行，以降低照相机单元的尺寸、厚度和重量。例如，已经公开了一种由按照从物体起的次序设置的具有负折射光焦度的第一透镜组、具有正折射光焦度的第二透镜组和具有正折射光焦度的第三透镜组构成的变焦透镜，其中塑料非球面透镜被设置于第一透镜组中(例如，见日本专利申请特开No.2005-37727)。
本发明所要解决的问题
然而，在根据日本专利申请特开No.2005-37727的透镜系统的情形中，设置于第一透镜组中的塑料非球面透镜的折射光焦度如此之强，使得塑料的特性，即，由于外部温度的改变而引起的折射率的改变，被更加清楚地展示出来。因此，当温度改变时的性能下降不能被忽略。
发明内容
根据前述，本发明的一个目的在于提供具有优良温度特性的、紧凑的和高性能的透镜系统，以及具有这种透镜系统的光学设备。
为了实现这个目的，本发明的透镜系统按照从物体起的次序具有：具有负折射光焦度的第一透镜组、和具有正折射光焦度的第二透镜组，并且第一透镜组按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的透镜、塑料非球面透镜、和具有正折射光焦度的透镜，并且条件表达式|fp/f1|＞4.0得以满足，其中fp表示塑料非球面透镜的焦距，并且f1表示第一透镜组的焦距。
优选的是，具有正折射光焦度的第三透镜被设置于第二透镜组的像侧。
优选的是，条件表达式-0.65＜f1/ft＜-0.50得以满足，其中f1表示第一透镜组的焦距，并且ft是在远摄端状态下该透镜系统的焦距。
优选的是，条件表达式f2/ft＜0.45得以满足，其中f2表示第二透镜组的焦距，并且ft表示在远摄端状态下该透镜系统的焦距。
优选的是，第一透镜组的塑料非球面透镜是双非球面透镜。
优选的是，第一透镜组的塑料非球面透镜满足条件表达式p2＞4.5，其中p2表示形状因子(利用p2＝|(r2+r1)/(r2-r1)|定义形状因子p2，其中r1表示在光轴上在物体侧透镜表面上塑料非球面透镜的曲率半径，并且r2表示在光轴上在像侧透镜表面上塑料非球面透镜的曲率半径)。
优选的是，构成第三透镜组的透镜是塑料透镜。
优选的是，构成第三透镜组的透镜是非球面透镜。
优选的是，条件表达式β3＜0.85得以满足，其中β3表示在广角端状态下第三透镜组的放大率。
优选的是，通过沿着光轴方向移动第三透镜组而执行对焦。
优选的是，第二透镜组具有最靠近物体侧设置的正透镜，并且满足条件表达式53＜vd2，其中vd2表示正透镜的阿贝数。
优选的是，第一透镜组的具有负折射光焦度的透镜是球面透镜。
优选的是，第一透镜组的具有负折射光焦度的透镜是玻璃透镜。
本发明的光学设备具有带有上述构造的透镜系统。
本发明的有利效果
根据本发明，能够提供具有优良温度特性的、紧凑的和高性能的透镜系统，以及具有这种透镜系统的光学设备。
从在下文中给出的详细说明将清楚本发明进一步的适用性范围。然而，应该理解的是，虽然详细说明和具体实例说明本发明的优选实施例，但是仅仅作为示例给出，因为根据该详细说明，本领域技术人员可以清楚在本发明的精神和范围中的各种改变和修改。
附图说明
从此处在下面给出的详细说明和仅仅作为示意给出并且因此并非限制本发明的附图，可以更加充分地理解本发明。
图1是描绘根据实例1的透镜系统的构造和变焦轨迹的图表；
图2是示出根据实例1的透镜系统的各种像差的曲线图，其中图2A是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，图2B是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且图2C是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图；
图3是描绘根据实例2的透镜系统的构造和变焦轨迹的图表；
图4是示出根据实例2的透镜系统的各种像差的曲线图，其中图4A是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，图4B是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且图4C是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图；
图5是描绘根据实例3的透镜系统的构造和变焦轨迹的图表；
图6是示出根据实例3的透镜系统的各种像差的曲线图，其中图6A是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，图6B是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且图6C是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图；
图7是描绘根据实例4的透镜系统的构造和变焦轨迹的图表；
图8是示出根据实例4的透镜系统的各种像差的曲线图，其中图8A是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，图8B是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且图8C是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图；
图9是描绘根据实例5的透镜系统的构造和变焦轨迹的图表；
图10是示出根据实例5的透镜系统的各种像差的曲线图，其中图10A是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，图10B是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且图10C是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图；
图11示出具有根据本实施例的透镜系统的数字静态照相机，其中图11A是前视图并且图11B是后视图；
图12是沿着图11A中的A-A’线的横截面视图；并且
图13是描绘用于根据本实施例的透镜系统的制造方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。如图1所示，根据本实施例的透镜系统ZL是一种变焦透镜，按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组G1和具有正折射光焦度的第二透镜组G2，并且第一透镜组G1按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的透镜L11、具有弱折射光焦度的塑料非球面透镜L12和具有正折射光焦度的透镜L13。
这里，通过诸如注塑这样的模塑形成塑料透镜，所以制造非球面表面并不像球面表面那么困难，并且成本基本不增加。因此根据本实施例，与使用玻璃模制非球面透镜的情形相比，通过使用具有非球面表面的塑料透镜L12，制造成本被缩减。塑料透镜L12还被设置在并不最靠近物体的位置处，从而限制了温度变化的影响，由此由于塑料材料折射率变化的影响而引起的离焦能够被减小。
根据本实施例，在以上构造下，下面的条件表达式(1)得以满足，
|fp/f1|＞4.0           (1)
其中fp表示塑料非球面透镜L12的焦距，并且f1表示第一透镜组G1的焦距。
条件表达式(1)规定了第一透镜组G1的折射光焦度相对于设置于第一透镜组G1中的塑料非球面透镜L12的折射光焦度的比率。通过满足这个条件表达式(1)，塑料透镜L12的折射光焦度受到抑制，并且所产生的像差能够被令人满意地校正，并且能够降低温度变化对于设置于第一透镜组G1中的塑料非球面透镜L12的影响。然而，如果条件表达式(1)的下限数值未被达到，则塑料透镜L12的折射光焦度增加，并且当塑料材料的折射率由于温度变化而波动时，由于这种波动引起的后焦点大小的变化以及诸如像散这样的像差的变化不能被忽略，这是不理想的。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(1)的上限数值设为30.0。由此畸变和像散能够被令人满意地校正。为了使得本实施例的效果更加可靠，优选的是，将条件表达式(1)的上限数值设为20.0。由此畸变和像散能够被更加令人满意地校正。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(1)的下限数值设为4.6。为了使得本实施例的效果更加可靠，优选的是，将条件表达式(1)的下限数值设为7.0。
根据本实施例，优选的是，具有正折射光焦度的第三透镜组G3被设置于第二透镜组G2的像侧。利用这种构造，尺寸降低以及良好成像性能能够得以实现。
根据本实施例，优选的是，下面的条件表达式(2)得以满足，
-0.65＜f1/ft＜-0.50       (2)
其中f1表示第一透镜组G1的焦距，并且ft表示在远摄端状态下该透镜系统的焦距。
条件表达式(2)规定第一透镜组G1的焦距f1相对于在远摄端状态下该透镜系统的焦距ft的比率。如果条件表达式(2)的上限数值被超过，则第二透镜组G2的移动距离增加，这使得难以降低尺寸，并且因此是不理想的。在另一方面，如果条件表达式(2)的下限数值未被达到，则在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离降低，这也使得难以降低尺寸。如果条件表达式(2)未被满足，则横向色差、像散和彗差的校正变得困难。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(2)的上限数值设为-0.52。为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(2)的下限数值设为-0.60。
根据本实施例，优选的是，下面的条件表达式(3)得以满足，
f2/ft＜0.45         (3)
其中f2表示第二透镜组G2的焦距，并且ft是在远摄端状态下该透镜系统的焦距。
条件表达式(3)规定了第二透镜组G2的焦距f2相对于在远摄端状态下该透镜系统的焦距ft的比率。如果条件表达式(3)的上限数值被超过，则第二透镜组G2的光焦度变得太低，并且用于变焦所需要的、第二透镜组G2的移动距离增加，并且因此透镜系统变得太大，在降低尺寸方面，这是不理想的。如果条件表达式(3)的上限数值被超过，横向色差、像散和彗差的校正变得困难。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(3)的上限数值设为0.41。
在本实施例中，通过满足条件表达式(2)和(3)，变焦比能够被增加至3倍或者更多，同时不会非常大地增加透镜系统的尺寸。
根据本实施例，优选的是，第一透镜组G1的塑料非球面透镜L12是双非球面透镜。利用这种构造，畸变和像散能够被令人满意地校正。
根据本实施例，优选的是，第一透镜组G1的塑料非球面透镜L12满足下面的条件表达式(4)，
p2＞4.5       (4)
其中p2是形状因子(利用p2＝|(r2+r1)/(r2-r1)|定义形状因子p2，其中r1是在光轴上在物体侧透镜表面上塑料非球面透镜L12的曲率半径，并且r2是在光轴上在像侧透镜表面上塑料非球面透镜L12的曲率半径)。
条件表达式(4)规定了设置于第一透镜组G1中的塑料透镜L12的形状。通过满足条件表达式(4)，塑料透镜L12的折射光焦度受到抑制，并且所产生的像差能够被令人满意地校正，并且能够降低温度变化对于设置于第一透镜组G1中的塑料非球面透镜L12的影响。然而，如果条件表达式(4)的下限数值未被达到，则塑料透镜L12的折射光焦度增加，并且当塑料材料的折射率由于温度变化而波动时，由于这种波动引起的后焦点大小的变化和诸如像散这样的像差的变化不能被忽略，这是不理想的。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(4)的下限数值设为5.3。
根据本发明，优选的是，构成第三透镜组G3的透镜是塑料透镜。通过使用塑料透镜，通过注塑而附加非球面表面变得更加容易，并且透镜系统的重量变得更轻。
根据本实施例，优选的是，构成第三透镜组G3的透镜是非球面透镜。利用这种构造，像散和畸变能够被令人满意地校正。
根据本实施例，优选的是，下面的条件表达式(5)得以满足，
β3＜0.85             (5)
其中β3表示在广角端状态下第三透镜组G3的放大率。
条件表达式(5)是用于在变焦时抑制在第二透镜组G2中的像差的波动的条件表达式。如果条件表达式(5)的上限数值被超过，则在变焦时诸如像散这样的像差的波动增加，这是不理想的。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(5)的上限数值设为0.83。
根据本实施例，优选的是，通过沿着光轴方向移动第三透镜组G3执行对焦。通过移动由比玻璃透镜更轻的塑料透镜构成的第三透镜组G3，当在变焦和对焦时、第三透镜组G3移动时被施加到驱动机构的负荷能够被降低。如果第三透镜组G3由利用塑料制成的一个正透镜构成，则被施加到驱动机构的负荷能够被进一步地降低。
根据本实施例，为了在以高放大率变焦时令人满意地校正轴向色差，优选的是，第二透镜组G2具有最靠近物体设置的正透镜，并且满足下面的条件表达式(6)，
53＜vd2           (6)
其中vd2是这个正透镜的阿贝数。
为了使得本实施例的效果可靠，优选的是，将条件表达式(6)的下限数值设为55。为了使得本实施例的效果更加可靠，优选的是，将条件表达式(6)的下限数值设为57。
根据本实施例，优选的是，第一透镜组G1的具有负折射光焦度的透镜L11是球面透镜(“球面”包括平面)。根据本实施例，优选的是，第一透镜组G1的具有负折射光焦度的透镜L11是玻璃透镜。
利用这种构造，具有高折射率的玻璃材料能够被选择用于最靠近物体设置的、第一透镜组G1的具有负折射光焦度的透镜L11，同时不会非常大地增加成本，所以整个光学系统能够是紧凑的，并且具有在温度特性方面优良的构造。
图11和图12将作为具有如上构造的透镜系统ZL的光学设备的数字静态照相机1的构造示出。在这个数字静态照相机1中，当按下未被示意的电源按钮时，未被示意的快门被释放，并且来自未示意物体的光线在透镜系统ZL中聚集，并且在设置于像平面I上的图像传感元件C(例如薄膜、CCD、CMOS)上形成图像。在设置于照相机1的后部上的液晶监视器2上显示在图像传感元件C上形成的物体图像。使用者在观看液晶监视器2并且按着释放按钮3时确定物体图像的组成。然后物体图像被图像传感元件C捕捉，并且被记录和保存于未被示意的存储器中。
在该数字静态照相机1中，设置当物体较暗时发射辅助光的辅助光发射单元4、当透镜系统ZL从广角端状态(W)变焦到远摄端状态(T)时使用的广角(W)远摄(T)按钮5、和用于设置数字静态照相机1的各种状态的功能按钮6。
实例
现在将参考附图描述根据本实施例的每一个实例。在下面示出的表格1到表格5是在实例1到实例5中的每一个参数的表格。在[透镜数据]中，表面号是沿着光传播方向从物体观察到的透镜表面的次序，r是每一个透镜表面的曲率半径，d是表面距离，它是在光轴上从每一个光学表面到下一个光学表面(或者像平面)的距离，nd是相对于d线(波长：587.6nm)的折射率，并且vd是基于d线的阿贝数。固定光阑FS示意固定的孔径光阑，并且孔径光阑S示意孔径光阑。如果透镜表面是非球面，则“*”被附加于表面号，并且在曲率半径r的部分中示出近轴曲率半径。曲率半径中的“0.0000”示意平面或者开口。空气的折射率“1.00000”被省略。
在[非球面表面数据]中，利用下面的表达式(a)表达在[透镜数据]中示出的非球面表面的形状。换言之，非球面表面的形状由下面的表达式(a)给出，其中，y表示沿着垂直于光轴的方向的高度，S(y)是沿着光轴从处于非球面表面的顶点的切平面到在非球面表面上处于高度y处(垂度(Sag)量)的位置的距离，r表示参考球面表面的曲率半径(近轴曲率半径)，K是锥形系数，并且An是n次非球面系数。在每一个实例中，2次非球面系数A2为0，这在数据中被省略。En表示×10n。例如，1.234E-05＝1.234×10-5。
S(y)＝(y2/r)/{1+(1-K·y2/r2)1/2}
          +A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10...(a)
在[所有参数]中，f是透镜系统的焦距，Fno是F数，并且ω是半视角。在[可变距离数据]中，f是透镜系统的焦距，Di(i是整数)是从第i表面到下一透镜表面的可变距离，并且TL是总透镜长度。[组数据]示出每一个组的第一透镜表面和焦距。在[条件表达式]中，示出相应于条件表达式(1)到(6)的数值。
在表格中，焦距f、曲率半径r、表面距离d以及其它长度的单位通常为“mm”。然而，单位不限于“mm”，而是可以使用其它适当的单位，因为即便被成比例地扩大或者成比例地减小，光学系统也能够获得等效的光学性能。
有关表格的这个说明对于其它实例而言是相同的，对此省略说明。
实例1
现在将参考图1、图2和表格1描述实例1。图1示出根据实例1的透镜构造和变焦轨迹。如图1所示，根据实例1的透镜系统ZL1按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组G1、具有正折射光焦度的第二透镜组G2和具有正折射光焦度的第三透镜组G3。
第一透镜组G1按照从物体起的次序包括：具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L11、具有面向物体的凸表面的负弯月形状塑料非球面透镜L12和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L13。第二透镜组G2按照从物体起的次序包括：双凸正透镜L21、用于调节光量的孔径光阑S、双凸正透镜L22和双凹负透镜L23的胶合透镜、以及用于截断不良光的固定孔径光阑FS。第三透镜组G3包括双凸塑料非球面透镜L3。
在第三透镜组G3和像平面I之间，设置低通滤光器LPF和用于保护CCD的图像传感部的盖玻璃G，所述低通滤光器LPF用于截断超过诸如在像平面I上安装的CCD这样的固态图像传感元件的临界分辨率的空间频率。
在具有上述构造的、根据实例1的透镜系统ZL1中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1和第二透镜组G2移动，而第三透镜组G3被固定地设置。
表格1是根据实例1的每一个参数的表格。表格1中的表面号1到19对应于图1中的表面1到19。在实例1中，第三、第四、第七和第十五表面的透镜表面均被形成为非球面。在表格中，D6、D13和D15是可变距离。
(表格1)
[透镜数据]
表面号    r         d         nd        vd
1         43.4781   0.8000    1.88300   40.77
2         5.8920    0.7000
*3        6.9391    0.9000    1.53270   56.19
*4        6.2345    0.6000
5         8.3796    1.5000    1.84666   23.78
6         19.4985   (D6)
*7        5.4768    1.4500    1.58913   61.15
8         -17.0071  0.0000
9         0.0000    0.1000    (孔径光阑S)
10        5.1538    1.5000    1.72916   54.66
11        -11.4771  0.6000    1.80100   34.96
12        2.986     70.6000
13        0.0000    (D13)     (固定光阑FS)
14        1076.3973 1.9000    1.53270   56.19
*15       -11.8411  (D15)
16        0.0000    0.3000    1.54437   70.51
17    0.0000    0.5000
18    0.0000    0.5000    1.51633   64.14
19    0.0000    0.5000
[非球面数据]
第三表面
K＝1.1464，A4＝-1.6852E-03，A6＝5.5302E-05，A8＝-2.1988E-06，A10＝1.2434E-07
第四表面
K＝0.7841，A4＝-2.0296E-03，A6＝7.4233E-05，A8＝-3.7909E-06，A10＝1.7078E-07
第七表面
K＝-0.0034，A4＝-4.5242E-05，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
第十五表面
K＝1.0000，A4＝2.2672E-06，A6＝-2.2914E-07，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
[所有参数]
    广角端    中间焦距    远摄端
F   6.87   ～ 12.66   ～  23.33
Fno 3.23   ～ 4.54    ～  6.96
ω  32.24     ～          10.02
[可变距离数据]
可变距离    广角端    中间焦距    远摄端
f           6.87      12.66       23.33
D6          11.47     0.60        4.42
D13         4.18      17.77       8.97
D15         2.54      2.54        2.54
TL          30.65     28.38       33.37
[组数据]
组编号        组的第一表面        组的焦距
G1          1            -13.90
G2          7            9.35
G3          14           22.00
[条件表达式]
条件表达式(1)|fp/f1|＝14.9
条件表达式(2)f1/ft＝-0.589
条件表达式(3)f2/ft＝0.4
条件表达式(4)p2＝18.70
条件表达式(5)β3＝0.815
条件表达式(6)vd2＝61.2
如表格1中的参数的表格所示，根据实例1的透镜系统ZL1满足所有的条件表达式(1)到(6)。
图2是示出实例1的各种像差(球面像差、像散、畸变、横向色差和彗差)的曲线图，其中(a)是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，(b)是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且(c)是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图。在示出像差的每一个曲线图中，FNO是F数，并且Y是像高度。在示出球面像差的曲线图中，示出相应于最大孔径的F数的数值，在示出像散的曲线图和示出畸变的曲线图中，分别地示出像高度的最大数值，并且在示出彗差的曲线图中，示出每一个像高度的数值。d示出相对于d线(波长：587.6nm)的各种像差，并且g示出相对于g线(波长：435.8nm)的各种像差，并且无标记则表示相对于d线的各种像差。在示出像散的曲线图中，实线示出弧矢像面，并且虚线示出子午像面。示出彗差的曲线图是基于半视角。有关示出像差的曲线图的这个说明对于其它实例而言是相同的，因此其说明被省略。
如在示出像差的每一个曲线图中可见，从广角端状态到远摄端状态，在每一个焦距状态下，各种像差均被令人满意地校正，并且在实例1中实现了优良的图像性能。
实例2
现在将参考图3、图4和表格2描述实例2。图3示出根据实例2的透镜构造和变焦轨迹。如图3所示，根据实例2的透镜系统ZL2按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组G1、具有正折射光焦度的第二透镜组G2和具有正折射光焦度的第三透镜组G3。
第一透镜组G1按照从物体起的次序包括：具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L11、具有面向物体的凸表面的负弯月形状塑料非球面透镜L12、和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L13。第二透镜组G2按照从物体起的次序包括：用于调节光量的孔径光阑S、双凸正透镜L21、双凸正透镜L22和双凹负透镜L23的胶合透镜、以及用于截断不良光的固定孔径光阑FS。第三透镜组G3包括双凸塑料非球面透镜L3。
在第三透镜组G3和像平面I之间，设置低通滤光器LPF和用于保护CCD的图像传感部的盖玻璃G，所述低通滤光器LPF用于截断超过诸如在像平面I上安装的CCD这样的固态图像传感元件的临界分辨率的空间频率。
在具有上述构造的、根据实例2的透镜系统ZL2中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1和第二透镜组G2移动，而第三透镜组G3被固定地设置。
表格2是根据实例2的每一个参数的表格。表格2中的表面号1到19对应于图3中的表面1到19。在实例2中，第三、第四、第七和第十五表面的透镜表面均被形成为非球面。在表格中，D6、D13和D15是可变距离。
(表格2)
[透镜数据]
表面号        r        d        nd        vd
1             72.9434  0.8000   1.88300   40.77
2             6.6482   0.5000
*3            5.8331   0.9000   1.53270   56.19
*4            4.8234   0.9000
5             7.7902   1.6000   1.84666   23.78
6             16.9589  (D6)
*7            5.5513   1.7000   1.58913   61.15
8             -16.639  70.0000
9             0.0000   0.1000   (孔径光阑S)
10            5.2531   1.5000   1.72916   54.66
11            -9.5540  0.6000   1.80100   34.96
12            3.0640   0.6000
13            0.0000   (D13)    (固定光阑FS)
14            -55.4517 1.9000   1.53270   56.19
*15           -10.1544 (D15)
16            0.0000   0.3000   1.54437   70.51
17            0.0000   0.4000
18            0.0000   0.5000   1.51633   64.14
19            0.0000   0.6000
[非球面数据]
第三表面
K＝1.027，A4＝-1.7695E-03，A6＝6.4228E-05，A8＝-2.1934E-06，A10＝7.5262E-08
第四表面
K＝0.824，A4＝-2.2442E-03，A6＝8.9619E-05，A8＝-4.7187E-06，A10＝1.5759E-07
第七表面
K＝0.283，A4＝-2.6502E-04，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
第十五表面
K＝1.000，A4＝6.8115E-05，A6＝-1.4586E-07，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
[所有参数]
      广角端     中间焦距     远摄端
f     6.87   ～  13.34    ～  25.90
Fno   2.90   ～  4.29     ～  7.00
ω    32.24      ～           9.08
[可变距离数据]
可变距离    广角端    中间焦距    远摄端
f           6.87      13.44       25.90
D6          11.38     4.21        0.50
D13         3.33      9.28        19.88
D15         3.30      2.75        1.79
TL          30.91     29.14       35.07
[组数据]
组编号    组的第一表面    组的焦距
G1        1               -13.90
G2        7               9.40
G3        14              23.00
[条件表达式]
条件表达式(1)|fp/f1|＝5.5
条件表达式(2)f1/ft＝-0.53
条件表达式(3)f2/ft＝0.363
条件表达式(4)p2＝10.55
条件表达式(5)β3＝0.802
条件表达式(6)vd2＝61.2
如表格2中的参数的表格所示，根据实例2的透镜系统ZL2满足所有的条件表达式(1)到(6)。
图4是示出实例2的各种像差(球面像差、像散、畸变、横向色差和彗差)的曲线图，其中(a)是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，(b)是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且(c)是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图。如在示出像差的每一个曲线图中可见，从广角端状态到远摄端状态，在每一个焦距状态下，各种像差均被令人满意地校正，并且在实例2中实现了优良的图像性能。
实例3
现在将参考图5、图6和表格3描述实例3。图5示出根据实例3的透镜构造和变焦轨迹。如图5所示，根据实例3的透镜系统ZL3按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组G1、具有正折射光焦度的第二透镜组G2和具有正折射光焦度的第三透镜组G3。
第一透镜组G1按照从物体起的次序包括：具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L11、具有面向物体的凸表面的负弯月形状塑料非球面透镜L12和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L13。第二透镜组G2按照从物体起的次序包括：双凸正透镜L21、用于调节光量的孔径光阑S、双凸正透镜L22和双凹负透镜L23的胶合透镜、以及用于截断不良光的固定孔径光阑FS。第三透镜组G3包括双凸塑料透镜L3。
在第三透镜组G3和像平面I之间，设置低通滤光器LPF和用于保护CCD的图像传感部的盖玻璃G，所述低通滤光器LPF用于截断超过诸如在像平面I上安装的CCD这样的固态图像传感元件的临界分辨率的空间频率。
在具有上述构造的、根据实例3的透镜系统ZL3中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3移动。
表格3是根据实例3的每一个参数的表格。表格3中的表面号1到19对应于图5中的表面1到19。在实例3中，第三、第四和第八表面的透镜表面均被形成为非球面。在表格中，D6、D13和D15是可变距离。
(表格3)
[透镜数据]
表面号       r          d         nd         vd
1            131.3535   0.8000    1.88300    40.77
2            6.1516     0.6000
*3           6.7606     0.9000    1.53270    56.19
*4           5.3199     0.8000
5            7.370      21.5000   1.84666    23.78
6            14.3403    (D6)
7            0.0000     0.0000    (孔径光阑S)
*8           5.7938     1.4500    1.61881    63.86
9            -17.9645   0.1000
10           5.1719     1.5000    1.72916    54.66
11           -11.9568   0.6000    1.80100    34.96
12           3.0442     0.6000
13           0.0000     (D13)     (固定光阑FS)
14           37.1974    2.1000    1.53270    56.19
15           -13.6242   (D15)
16           0.0000     0.3000    1.54437    70.51
17           0.0000     0.5000
18           0.0000     0.5000    1.51633    64.14
19           0.0000     0.5000
[非球面数据]
第三表面
K＝1.108，A4＝-1.7561E-03，A6＝6.2478E-05，A8＝-2.1362E-06，A10＝9.3330E-08
第四表面
K＝0.817，A4＝-2.1817E-03，A6＝9.2739E-05，A8＝-4.8123E-06，A10＝1.8472E-07
第八表面
K＝-0.001，A4＝-5.0738E-05，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
[所有参数]
      广角端     中间焦距     远摄端
f     6.87   ～  12.66    ～  23.33
Fno   3.29   ～  4.58     ～  6.98
ω    32.24      ～           9.08
[可变距离数据]
可变距离    广角端    中间焦距    远摄端
f           6.87      12.66       23.33
D6          12.93     4.83        0.65
D13         4.38      10.40       21.30
D15         2.72      2.33        1.62
TL          30.28     28.34       33.60
[组数据]
组编号    组的第一表面    组的焦距
G1        1               -13.90
G2        7               9.25
G3        14              18.99
[条件表达式]
条件表达式(1)|fp/f1|＝5.23
条件表达式(2)f1/ft＝-0.5877
条件表达式(3)f2/ft＝0.388
条件表达式(4)p2＝8.39
条件表达式(5)β3＝0.784
条件表达式(6)vd2＝63.9
如表格31中的参数的表格所示，根据实例3的透镜系统ZL3满足所有的条件表达式(1)到(6)。
图6是示出实例3的各种像差(球面像差、像散、畸变、横向色差和彗差)的曲线图，其中(a)是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，(b)是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且(c)是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图。如在示出像差的每一个曲线图中可见，从广角端状态到远摄端状态，在每一个焦距状态下，各种像差均被令人满意地校正，并且在实例3中实现了优良的图像性能。
实例4
现在将参考图7、图8和表格4描述实例4。图7示出根据实例4的透镜构造和变焦轨迹。如图7所示，根据实例4的透镜系统ZL4按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组G1、具有正折射光焦度的第二透镜组G2和具有正折射光焦度的第三透镜组G3。
第一透镜组G1按照从物体起的次序包括：具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L11、具有面向物体的凸表面的负弯月形状塑料非球面透镜L12和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L13。第二透镜组G2按照从物体起的次序包括：用于调节光量的孔径光阑S、双凸正透镜L21、双凸正透镜L22和双凹负透镜L23的胶合透镜、以及用于截断不良光的固定孔径光阑FS。第三透镜组G3包括双凸塑料透镜L3。
在第三透镜组G3和像平面I之间，设置低通滤光器LPF和用于保护CCD的图像传感部的盖玻璃G，所述低通滤光器LPF用于截断超过诸如在像平面I上安装的CCD这样的固态图像传感元件的临界分辨率的空间频率。
在具有上述构造的、根据实例4的透镜系统ZL4中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3移动。
表格4是根据实例4的每一个参数的表格。表格4中的表面号1到19对应于图7中的表面1到19。在实例4中，第三、第四和第八表面的透镜表面均被形成为非球面。在表格中，D6、D13和D15是可变距离。
(表格4)
[透镜数据]
表面号        r         d        nd        vd
1             78.8098   0.8000   1.88300   40.77
2             6.3574    0.7000
*3            7.8612    0.9000   1.53270   56.19
*4            7.1139    0.7000
5             9.2797    1.6000   1.84666   23.78
6             25.4891   (D6)
7             0.0000    0.0000   (孔径光阑S)
*8            5.6968    1.7000   1.58313   59.38
9             -15.8471  0.1000
10            6.1788    1.7000   1.77250   49.61
11            -13.6690  0.6000   1.85026   32.35
12            3.3628    0.6000
13            0.0000    (D13)    (固定光阑FS)
14            46.2953   1.9000   1.53270   56.19
15        -14.5407     (D15)
16        0.0000       0.3000         1.54437    70.51
17        0.0000       0.4000
18        0.0000       0.5000         1.51633    64.14
19        0.0000       0.6000
[非球面数据]
第三表面
K＝1.337，A4＝-1.0427E-03，A6＝4.0949E-05，A8＝-1.2169E-06，A10＝9.3754E-08
第四表面
K＝0.731，A4＝-1.3117E-03，A6＝6.6830E-05，A8＝-3.6150E-06，A10＝1.7574E-07
第八表面
K＝0.123，A4＝-2.4656E-04，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
[所有参数]
     广角端     中间焦距     远摄端
f    6.87   ～  13.34    ～  25.90
Fno  3.01   ～  4.36     ～  6.97
ω   32.24      ～           9.00
[可变距离数据]
可变距离    广角端    中间焦距    远摄端
f           6.87      13.34       25.90
D6          12.93     4.83        0.65
D13         4.38      10.40       21.30
D15         2.72      2.33        1.62
TL          33.13     30.66       36.66
[组数据]
组编号    组的第一表面    组的焦距
G1        1               -14.80
G2            7         10.15
G3            14        21.00
[条件表达式]
条件表达式(1)|fp/f1|＝12.4
条件表达式(2)f1/ft＝-0.571
条件表达式(3)f2/ft＝0.392
条件表达式(4)p2＝20.04
条件表达式(5)β3＝0.784
条件表达式(6)vd2＝59.4
如表格4中的参数的表格所示，根据实例4的透镜系统ZL4满足所有的条件表达式(1)到(6)。
图8是示出实例4的各种像差(球面像差、像散、畸变、横向色差和彗差)的曲线图，其中(a)是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，(b)是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且(c)是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图。如在示出像差的每一个曲线图中可见，从广角端状态到远摄端状态，在每一个焦距状态下，各种像差均被令人满意地校正，并且在实例4中实现了优良的图像性能。
实例5
现在将参考图9、图10和表格5描述实例5。图9示出根据实例5的透镜构造和变焦轨迹。如图9所示，根据实例5的透镜系统ZL5按照从物体起的次序包括：具有负折射光焦度的第一透镜组G1、具有正折射光焦度的第二透镜组G2和具有正折射光焦度的第三透镜组G3。
第一透镜组G1按照从物体起的次序包括：具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L11、具有面向物体的凸表面的负弯月形状塑料非球面透镜L12和具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L13。第二透镜组G2按照从物体起的次序包括：用于调节光量的孔径光阑S、具有面向物体的凸表面的正弯月透镜L21、具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L22、具有面向物体的凸表面的负弯月透镜L23、以及用于截断不良光的固定孔径光阑FS。
在第二透镜组G2和像平面I之间，设置低通滤光器LPF和用于保护CCD的图像传感部的盖玻璃G，所述低通滤光器LPF用于截断超过诸如在像平面I上安装的CCD这样的固态图像传感元件的临界分辨率的空间频率。
在具有上述构造的、根据实例5的透镜系统ZL5中，当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组G1和第二透镜组G2移动。
表格5是根据实例5的每一个参数的表格。表格5中的表面号1到18对应于图9中的表面1到18。在实例5中，第三、第四、第八、第十二和第十三表面的透镜表面均被形成为非球面。在表格中，D6和D14是可变距离。
(表格5)
[透镜数据]
表面号        r         d        nd        vd
1             11.9370   0.8000   1.88300   40.77
2             4.2601    1.5000
*3            10.0797   0.9000   1.53270   56.19
*4            7.1095    0.1000
5             9.3175    1.2000   1.84666   23.78
6             25.0945   (D6)
7             0.0000    0.0000   (孔径光阑S)
*             83.9026   1.5000   1.61881   63.86
9             11.3941    0.1000
10            4.9789    0.8000    1.84666    23.78
11            2.9348    0.5000
*12           5.4380    1.0000    1.61881    63.86
*13           27.8932   1.0000
14            0.0000    (D14)     (固定光阑FS)
15            0.0000    0.3000    1.54437    70.51
16            0.0000    0.5000
17            0.0000    0.5000    1.51633    64.14
18            0.0000    0.6028
[非球面数据]
第三表面
K＝1.000，A4＝-2.8198E-03，A6＝3.3626E-05，A8＝5.8706E-06，A10＝-3.3310E-07
第四表面
K＝-4.260，A4＝-2.2552E-03，A6＝-9.0449E-06，A8＝6.5209E-06，A10＝-4.6984-07
第八表面
K＝0.736，A4＝-1.9950E-04，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
第十二表面
K＝1.000，A4＝2.4448E-03，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
第十三表面
K＝1.000，A4＝3.1238E-03，A6＝0.0000E+00，A8＝0.0000E+00，A10＝0.0000E+00
[所有参数]
     广角端     中间焦距     远摄端
f    6.87   ～  11.60    ～  22.00
Fno  3.60   ～  4.61     ～  6.91
ω   32.23      ～          10.43
[可变距离数据]
可变距离    广角端    中间焦距    远摄端
f           6.87      11.60       22.00
D6          10.75     4.11        0.40
D14         8.44      12.68       20.28
TL    30.49 28.05     31.97
[组数据]
组编号    组的第一表面    组的焦距
G1        1               -11.50
G2        7               9.00
[条件表达式]
条件表达式(1)|fp/f1|＝4.4
条件表达式(2)f1/ft＝-0.523
条件表达式(3)f2/ft＝0.409
条件表达式(4)p2＝5.79
条件表达式(6)vd2＝63.9
如表格5中的参数的表格所示，根据实例5的透镜系统ZL5满足所有的条件表达式(1)到(4)和(6)。
图10是示出实例5的各种像差(球面像差、像散、畸变、横向色差和彗差)的曲线图，其中(a)是示出当在广角端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，(b)是示出当在中间焦距状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图，并且(c)是示出当在远摄端状态下对焦于无限远时的各种像差的曲线图。如在示出像差的每一个曲线图中可见，从广角端状态到远摄端状态，在每一个焦距状态下，各种像差均被令人满意地校正，并且在实例5中实现了优良的图像性能。
现在，将参考图13在总体上描述用于透镜系统的制造方法，该透镜系统按照从物体起的次序包括具有负折射光焦度的第一透镜组G1和具有正折射光焦度的第二透镜组G2。
首先，在柱形透镜镜筒中，从物体顺序地设置具有负折射光焦度的透镜L11、塑料非球面透镜L12和具有正折射光焦度的透镜L13，它们构成第一透镜组G1，从而条件表达式
|fp/f1|＞4.0
(其中fp表示塑料非球面透镜的焦距，并且f1表示第一透镜组的焦距)得以满足，并且[整个透镜系统]具有负折射光焦度(步骤S 1)，然后，在其中设置第一正透镜L21、第二正透镜L22和负透镜L23，它们构成第二透镜组G2，从而[整个透镜系统]具有正折射光焦度(步骤S2)。
在以上实施例中，在不降低光学性能的范围中，如果有必要，能够使用下面的内容。
在以上实例中，作为透镜系统ZL示出两组或者三组构造，但是[本发明]还能够用于其它组构造，例如四组构造。
单个透镜组或者多个透镜组或者透镜组的部分可以是对焦透镜组，其沿着光轴方向移动以执行从无限远物体到近距离物体的对焦。对焦透镜组还能够被用于自动对焦中，并且对驱动用于自动对焦的马达(例如超声波马达)而言也是适当的。特别优选的是，第一透镜组G1或者第三透镜组G3是对焦透镜组。
透镜组或者透镜组的部分可以是防振透镜组，该防振透镜组沿着垂直于光轴的方向振动以校正由于手部运动而产生的图像模糊。特别优选的是，至少第二透镜组G2或者第三透镜组G3的部分是防振透镜组。
每一个透镜表面均可以是非球面。可以使用利用研磨的非球面表面、通过形成玻璃而产生的玻璃模制非球面表面、使用模具的非球面形状和通过将在玻璃表面上的树脂形成为非球面形状而产生的复合非球面表面中的任何一种。
优选的是，靠近第二透镜组G2设置孔径光阑S，但是透镜框架可以替代这种角色，而不用将孔径光阑设置为分离的元件。特别优选的是，与在第二透镜组G2中最靠近物体的透镜表面相比，孔径光阑S被更加靠近物体而设置。
可以在每一个透镜表面上形成在宽波长范围中具有高透射率的抗反射薄膜，从而减轻耀斑或者叠影，并且实现具有高对比度的高的光学性能。
已经描述了本实施例的构造要求从而有助于理解本发明，但是显然的是，本发明不限于此。
如此对本发明进行了描述，显而易见的是，本发明可以以很多方式而被改变。这种改变将不被视为偏离本发明的精神和范围，而是期望在下面的权利要求的范围中包括如对于本领域技术人员而言将是显而易见的所有的这种修改。

Claims (20)

1.一种透镜系统，按照从物体起的次序包括：
具有负折射光焦度的第一透镜组和具有正折射光焦度的第二透镜组，
所述第一透镜组按照从所述物体起的次序包括具有负折射光焦度的透镜、塑料非球面透镜和具有正折射光焦度的透镜，并且
满足下面的条件表达式：
|fp/f1|＞4.0
其中fp表示所述塑料非球面透镜的焦距，并且f1表示所述第一透镜组的焦距，
其中满足下面的条件表达式：
f2/ft＜0.45
其中f2表示所述第二透镜组的焦距，并且ft表示在远摄端状态下所述透镜系统的焦距。
2.根据权利要求1所述的透镜系统，其中满足下面的条件表达式：
-0.65＜f1/ft＜-0.50
其中f1表示所述第一透镜组的焦距，并且ft表示在远摄端状态下所述透镜系统的焦距。
3.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述第一透镜组的所述塑料非球面透镜是双非球面透镜。
4.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述第一透镜组的所述塑料非球面透镜满足下面的条件表达式：
p2＞4.5
其中p2表示形状因子，其中利用p2＝|(r2+r1)/(r2-r1)|定义形状因子p2，其中r1表示在光轴上在物体侧透镜表面上所述塑料非球面透镜的曲率半径，并且r2表示在光轴上在像侧透镜表面上所述塑料非球面透镜的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述第二透镜组具有最靠近所述物体设置的正透镜，并且满足下面的条件表达式：
vd2＞53
其中vd2表示所述正透镜的阿贝数。
6.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述第一透镜组的具有负折射光焦度的透镜是球面透镜。
7.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述第一透镜组的具有负折射光焦度的透镜是玻璃透镜。
8.根据权利要求1所述的透镜系统，其中在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间设置孔径光阑。
9.根据权利要求1所述的透镜系统，其中所述第二透镜组按照从所述物体起的次序包括：具有正折射光焦度的第一正透镜、具有正折射光焦度的第二正透镜和具有负折射光焦度的负透镜。
10.根据权利要求1所述的透镜系统，其中具有正折射光焦度的第三透镜组被设置于所述第二透镜组的像侧。
11.根据权利要求10所述的透镜系统，其中构成所述第三透镜组的透镜是塑料透镜。
12.根据权利要求10所述的透镜系统，其中构成所述第三透镜组的透镜是非球面透镜。
13.根据权利要求10所述的透镜系统，其中满足下面的条件表达式：
β3＜0.85
其中β3表示在广角端状态下所述第三透镜组的放大率。
14.根据权利要求10所述的透镜系统，其中通过沿着光轴方向移动所述第三透镜组而执行对焦。
15.根据权利要求10所述的透镜系统，其中，在变焦时，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组沿着光轴方向移动。
16.根据权利要求10所述的透镜系统，其中，在变焦时，所述第一透镜组和所述第二透镜组沿着光轴方向移动，并且所述第三透镜组被固定。
17.一种光学设备，具有根据权利要求1所述的透镜系统。
18.一种用于透镜系统的制造方法，所述透镜系统按照从物体起的次序包括具有负折射光焦度的第一透镜组和具有正折射光焦度的第二透镜组，
所述方法包括下述步骤，即，对于所述第一透镜组，按照从所述物体起的次序设置具有负折射光焦度的透镜、塑料非球面透镜和具有正折射光焦度的透镜，从而满足下面的条件表达式：
|fp/f1|＞4.0
其中fp表示所述塑料非球面透镜的焦距，并且f1表示所述第一透镜组的焦距，
其中满足下面的条件表达式：
f2/ft＜0.45
其中f2表示所述第二透镜组的焦距，并且ft表示在远摄端状态下所述透镜系统的焦距。
19.根据权利要求18所述的用于透镜系统的制造方法，其中满足下面的条件表达式：
-0.65＜f1/ft＜-0.50
其中f1表示所述第一透镜组的焦距，并且ft表示在远摄端状态下所述透镜系统的焦距。
20.根据权利要求18所述的用于透镜系统的制造方法，其中所述第一透镜组的所述塑料非球面透镜是双非球面透镜。
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