CN101872061A - 变焦透镜和成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种变焦透镜包括负的第一透镜组、正的第二透镜组和负的第三透镜组；其中，当从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，第一透镜组移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的大气空间减小，并且第二透镜组和第三透镜组之间的大气空间增加，并且第二透镜组向物方移动；并且其中，第一透镜组包括两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，以及至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，满足2.8＜|f1/fw|＜3.3，其中f1代表第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。

Description

变焦透镜和成像装置
技术领域
本发明涉及变焦透镜和成像装置，并且具体涉及紧凑的并且具有宽场角以便适用于数字输入/输出设备(数字摄像机、数字静态相机等)的成像光学系统以及具有高光学性能的变焦透镜，并且涉及使用该变焦透镜的成像装置。
背景技术
使用固态成像设备的成像装置(如数字静态相机)正进入广泛使用。对于这些成像装置(如数字静态相机)，需求更高的图像质量。特别地，对于数字静态相机，存在对于具有能够处理有大量像素的固态成像设备的优秀成像性能的成像透镜(特别是变焦透镜)的需求。
除了上面的需求外，还存在如近来对于更宽场角的强烈需求，如具有高变焦因子和对于半角超过38°的宽场角的紧凑变焦透镜。
尽管对于数字静态相机存在多种变焦透镜，包括适用于紧凑和广角应用的三组三组(three-group)变焦透镜。该三组变焦透镜以从物方起的顺序由具有负折射力的第一透镜组、具有正折射力的第二透镜组和具有正折射力的第三透镜组配置。可以在日本未审专利申请公开No.2004-13169、2006-113554、2007-212636和2007-140359中找到该三组变焦透镜的示例。在日本未审专利申请公开No.2004-13169和2006-113554中描述的安排通过配置三个透镜的第一透镜组实现广角。在日本未审专利申请公开No.2007-212636和2007-140359中描述的安排通过配置两个透镜的第一透镜组实现尺寸的减小。
发明内容
然而，在日本未审专利申请公开No.2004-13169和2006-113554中描述的变焦透镜的情况下，第一透镜组由三个透镜配置，导致厚的第一透镜组。具体地，在用于其中透镜桶是可折叠伸缩安排的成像装置的变焦透镜的应用中已经存在问题，该问题在于当折叠方式容纳以适于尺寸减小时，总的长度太长。
另一方面，在日本未审专利申请公开No.2007-212636中描述的变焦透镜的情况下，第一透镜组由两个透镜配置，但是半角是38°或更小，并且变焦因子在3.8之下，所以不满足对于广角和高变焦因子的需求。
此外，在日本未审专利申请公开No.2007-140359中描述的变焦透镜的情况下，第一透镜组由两个透镜配置，并且可以通过图像处理校正进一步的畸变，所以可以减少用于校正畸变的透镜的数目，因此实现尺寸的减小。尽管如此，半角是38°或更小，并且变焦因子在3.8之下，所以在该变焦透镜的情况下也不满足对于广角和高变焦因子的需求。
已经发现希望提出一种用紧凑的尺寸实现宽场角并且还具有高光学性能的变焦透镜，以及具有该变焦透镜的成像装置。
根据本发明的实施例，一种变焦透镜包括：具有负折射力的第一透镜组；具有正折射力的第二透镜组；以及具有正折射力的第三透镜组；其中所述第一、第二和第三透镜组从物方以该顺序排列；并且其中，在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，所述第一透镜组移动，并且所述第二透镜组向物方移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的大气空间减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的大气空间增加；并且其中，所述第一透镜组包括两个透镜，以从物方到像方的顺序是其两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，以及其至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，满足以下条件表达式(1)
(1)2.8＜|f1/fw|＜3.3
其中f1代表所述第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。
该条件表达式(1)用于规定第一透镜组的焦距。小于条件表达式(1)中下限的值导致第一透镜组的焦距太小(倍率太强)，并且当变焦时第二透镜组的移动量增加，结果像差中的改变量增加，使得像差校正困难。此外，小于条件表达式(1)中下限的值导致用于移动第二透镜组的驱动机制的增加的尺寸，使得尺寸的减小困难。此外，小于条件表达式(1)中下限的值导致第一透镜组的更大倍率，对于作为负透镜的第一透镜组的第一透镜和作为正凹凸透镜的其第二透镜之间的相对偏心差的敏感性增加，使得制造困难。
另一方面，大于条件表达式(1)中上限的值导致第一透镜组的焦距变得太大，因此第二和随后透镜组的成像倍率变小，导致总体光学系统的更大长度和用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的更大直径，使得尺寸的减小困难。用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的直径的尺寸增加意味着作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜也将不得不增加尺寸，导致形成构成第一透镜组的第一透镜和第二透镜的非球面的更大困难，这是不希望的。
因此，满足条件表达式(1)可以实现具有总体光学系统的减小的长度和前面透镜元件的减小的直径的变焦透镜，同时实现宽场角和高光学性能。
变焦透镜可以满足以下条件表达式(2)到(4)
(2)1.0＜|f12/f1|＜2.0
(3)0.25＜|f11/f12|＜0.45
(4)1.0＜D1/fw＜1.6
其中f11代表作为负透镜的第一透镜的焦距，f12代表作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距，f1代表第一透镜组的焦距，D1代表光轴上第一透镜组的厚度，并且fw代表广角端状态下的焦距。
条件表达式(2)用于规定作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜的焦距与第一透镜组的焦距之间的比率。
小于条件表达式(2)中的下限的值(即，作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距太短的情况)导致第二透镜的增加的厚度，这从透镜系统的厚度减小的观点看是不希望的，此外，在第二透镜处出现的像差增加，导致增加的对于偏心差的敏感性，这从制造观点看也是不希望的。
另一方面，大于条件表达式(2)中的上限的值(即，作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距太长的情况)导致难以执行好的像差校正(具体地，在广角端状态下的图像弯曲的校正)。
因此，满足条件表达式(2)可以实现由于减小的对于偏心差的敏感性导致的改进的大量生产，以及允许好的像差校正(具体地，在广角端状态下的图像弯曲的校正)。
条件表达式(3)用于规定作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的焦距和作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距之间的比率。
小于条件表达式(3)中的下限的值导致极大的离轴像差，并且实现广角端状态下像散的校正和远摄端状态下球面像差的校正变得困难，导致光学性能的劣化。
另一方面，大于条件表达式(3)中的上限的值(即，作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的焦距太长或作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距太短)导致第一透镜组的负焦距太长，所以更宽的场角和尺寸的减小没有一起实现。具体地，在用于成像装置的变焦透镜的可折叠的伸缩安排的情况下，当以折叠方式容纳时，长度将是长的，这对于减小整个透镜系统的尺寸是不利的。
因此，满足条件表达式(3)提供好的像差校正，并且可以实现像差校正以及广角的实现和整个透镜系统的尺寸的减小。
条件表达式(4)用于规定光轴上第一透镜组的厚度。小于条件表达式(4)中的下限的值导致极大的离轴像差，具体地，广角端状态下的像散校正变得困难，导致光学性能的劣化。
另一方面，大于条件表达式(4)中的上限的值导致第一透镜组的厚度变大，并且在用于成像装置的变焦透镜的可折叠的伸缩安排的情况下，当以折叠方式容纳时，长度将是长的，这对于减小整个透镜系统的尺寸是不利的。
因此，满足条件表达式(4)提供好的像散校正，其改进光学性能，并且还可以减小整个透镜系统的尺寸。
因此，在满足条件表达式(2)到(4)的变焦透镜的情况下，可以将其尺寸减小到更短的整体光学系统的长度，并且还可以改进光学特性。
此外，变焦透镜可以满足以下条件表达式(5)
(5)0.80＜|β2T/√Zr|＜1.05
其中β2T代表远摄端状态下所述第二透镜组的水平倍率，并且Zr代表从广角端状态到远摄端状态的变焦因子。
条件表达式(5)用于根据通过条件表达式(1)确定的第一透镜组的倍率规定远摄端状态下第二透镜组的水平倍率。该条件表达式(5)规定远摄端状态下第二透镜组的水平倍率β2T的范围。
小于条件表达式(5)中的下限的值(即，远摄端状态下第二透镜组的成像倍率太低的情况)导致不能缩短第一透镜组的焦距，结果增加整个光学系统的长度、以及用作前面透镜元件的第一透镜组的第一透镜的直径，所以尺寸的减小变得困难。用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的直径的尺寸增加意味着作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜也将不得不增加尺寸，导致形成构成第一透镜组的第一透镜和第二透镜的非球面的更大困难，这是不希望的。
另一方面，大于条件表达式(5)中的上限的值(即，远摄端状态下第二透镜组的水平倍频太低的情况)导致第一透镜组处增加的剩余像差，所以获得足够的光学性能变得困难。此外，大于条件表达式(5)中的上限的值导致对于作为负透镜的第一透镜组的第一透镜和作为正凹凸透镜的其第二透镜之间的相对偏心差的敏感性增加，使得制造困难。
因此，满足条件表达式(5)提供其中由于第一透镜组处的剩余像差没有增加而获得足够的光学性能的变焦透镜，同时减小整个光学系统的长度和用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的直径，从而实现尺寸的减小。
根据上面的配置，一种变焦透镜包括：具有负折射力的第一透镜组；具有正折射力的第二透镜组；以及具有正折射力的第三透镜组；其中所述第一、第二和第三透镜组从物方以该顺序排列；并且其中，在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，所述第一透镜组移动，并且所述第二透镜组向物方移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的大气空间减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的大气空间增加；并且其中，所述第一透镜组包括两个透镜，以从物方到像方的顺序是其两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，以及其至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，满足以下条件表达式(1)
(1)2.8＜|f1/fw|＜3.3
其中f1代表所述第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。因此，满足条件表达式(1)产生一种变焦透镜，其中前面透镜元件尽可能大以实现高光学性能，同时减小整体光学系统的长度和前面透镜元件的直径，从而实现紧凑的和具有宽场角并且还具有高光学性能的变焦透镜。
此外，根据上面的配置，变焦透镜满足以下条件表达式(2)到(4)
(2)1.0＜|f12/f1|＜2.0
(3)0.25＜|f11/f12|＜0.45
(4)1.0＜D1/fw＜1.6
其中f11代表作为负透镜的第一透镜的焦距，f12代表作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距，f1代表第一透镜组的焦距，D1代表光轴上第一透镜组的厚度，并且fw代表广角端状态下的焦距。因此，满足条件表达式(2)可以实现由于减小的对于偏心差的敏感性导致的改进的大量生产，以及使得能够好的像差校正(具体地，在广角端状态下的图像弯曲的校正)。此外，满足条件表达式(3)提供好的像差校正，并且还可以同时实现广角和整个透镜系统的尺寸的减小。此外，满足条件表达式(4)提供好的像散校正，其改进光学性能，并且还可以减小整个透镜系统的尺寸。因此，在满足条件表达式(2)到(4)的变焦透镜的情况下，可以将其尺寸减小到整个光学系统的更短长度，并且还可以改进光学特性。
此外，根据上面的配置，变焦透镜满足以下条件表达式(5)
(5)0.80＜|β2T/√Zr|＜1.05
其中β2T代表远摄端状态下所述第二透镜组的水平倍率，并且Zr代表从广角端状态到远摄端状态的变焦因子。满足条件表达式(5)提供其中由于第一透镜组处的剩余像差没有增加而获得足够的光学性能的变焦透镜，同时减小整个光学系统的长度和作为用作前面透镜元件的负透镜的第一透镜组的第一透镜的直径，从而实现尺寸的减小。
根据本发明的实施例，一种成像装置，包括：变焦透镜；以及成像设备，配置为将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号；所述变焦透镜还包括具有负折射力的第一透镜组；具有正折射力的第二透镜组；以及具有正折射力的第三透镜组；其中所述第一、第二和第三透镜组从物方以该顺序排列；并且其中，在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，所述第一透镜组移动，并且所述第二透镜组向物方移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的大气空间减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的大气空间增加；并且其中，所述第一透镜组包括两个透镜，以从物方到像方的顺序是其两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，以及其至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，满足以下条件表达式(1)
(1)2.8＜|f1/fw|＜3.3
其中f1代表所述第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。满足条件表达式(1)可以实现具有总体光学系统的减小的长度和前面透镜元件的减小的直径的成像装置，同时实现宽场角和高光学性能，从而实现紧凑的和具有宽场角并且还具有高光学性能的成像装置。
附图说明
图1是用于描述输入到第一透镜组的光通量的状态的示意图；
图2是图示根据数值实施例1的变焦透镜的配置的示意性截面图；
图3示出图示在根据数值实施例1的广角端状态下的像差的特性曲线；
图4示出图示在根据数值实施例1的中间焦距状态下的像差的特性曲线；
图5示出图示在根据数值实施例1的远摄端状态下的像差的特性曲线；
图6是图示根据数值实施例2的变焦透镜的配置的示意性截面图；
图7示出图示在根据数值实施例2的广角端状态下的像差的特性曲线；
图8示出图示在根据数值实施例2的中间焦距状态下的像差的特性曲线；
图9示出图示在根据数值实施例2的远摄端状态下的像差的特性曲线；
图10是图示根据数值实施例3的变焦透镜的配置的示意性截面图；
图11示出图示在根据数值实施例3的广角端状态下的像差的特性曲线；
图12示出图示在根据数值实施例3的中间焦距状态下的像差的特性曲线；
图13示出图示在根据数值实施例3的远摄端状态下的像差的特性曲线；
图14是图示根据数值实施例4的变焦透镜的配置的示意性截面图；
图15示出图示在根据数值实施例4的广角端状态下的像差的特性曲线；
图16示出图示在根据数值实施例4的中间焦距状态下的像差的特性曲线；
图17示出图示在根据数值实施例4的远摄端状态下的像差的特性曲线；以及
图18是图示用作成像装置的数字静态相机的配置的示意性框图。
具体实施方式
1.第一实施例
1-1.变焦透镜的配置
根据本发明的第一实施例，变焦透镜以从物方起的顺序包括具有负折射力的第一透镜组、具有正折射力的第二透镜组和具有正折射力的第三透镜组。在从广角端状态到远摄端状态改变倍率(power)时，第一透镜组移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的大气空间(air space)减小，并且第二透镜组和第三透镜组之间的大气空间增加，并且第二透镜组向物方移动。第一透镜组以从物方到像方的顺序包括两个透镜，它们是第一透镜和第二透镜，所述第一透镜是其两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，所述第二透镜是其至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜。
在该变焦透镜的情况下，作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的两面非球面地形成，以便校正当加宽变焦透镜的场角时在广角端状态下明显出现的负畸变和图像弯曲。此外，作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜的至少一面非球面地形成，以便以平衡的方式校正未完全由作为负透镜的第一透镜组的第一透镜校正的在广角端状态的畸变和像散。
此外，在该变焦透镜的情况下，作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜的至少一面非球面地形成，以便良好地校正在大变焦因子的情况下在远摄端出现的球面像差。因此，即使在由两个透镜配置的第一透镜组的情况下，也可以获得好的像差校正，具体地，在用于成像装置的变焦透镜的可折叠的伸缩安排的情况下，可以减少当以折叠方式容纳时的总的长度。
此外，在该变焦透镜的情况下，优选地在作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜的物方表面上形成非球面。也就是说，在具有三组负-正-负配置的变焦透镜的情况下，如图1所示，在广角端侧的外围光通量和在远摄端侧的外围光通量相互距离最大的部分，非球面地形成作为负透镜的第一透镜L1的两面，并且在作为正凹凸透镜的第二透镜L2的物方表面上形成非球面，从而在第一透镜L1和第二透镜L2之间创建的空气透镜是非球面的。
这允许变焦透镜具有在中心处大大不同的透镜曲率半径和在周长处近似的曲率半径，这用球面透镜是不可实现的，结果实现在广角端状态下的畸变和在远摄端状态下的球面像差的有效校正，从而使得尺寸的减小和整个第一透镜组的更高倍率能够实现。
此外，变焦透镜优选地满足以下条件表达式(1)
(1)2.8＜|f1/fw|＜3.3
其中f1代表第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。
该条件表达式(1)用于规定第一透镜组的焦距，小于条件表达式(1)中下限的值导致第一透镜组的焦距太小(倍率太强)，并且当变焦时第二透镜组的移动量增加，结果像差中的改变量增加，使得像差校正困难。此外，小于条件表达式(1)中下限的值导致用于移动第二透镜组的驱动机制的增加的尺寸，使得尺寸的减小困难。此外，小于条件表达式(1)中下限的值导致第一透镜组的更大倍率，对于作为负透镜的第一透镜组的第一透镜和作为正凹凸透镜的其第二透镜之间的相对偏心差的敏感性增加，使得制造困难。
另一方面，大于条件表达式(1)中上限的值导致第一透镜组的焦距变得太大，因此第二和随后透镜组的成像倍率变小，导致总体光学系统的更大长度和用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的更大直径，使得尺寸的减小困难。用作前面透镜元件的第一透镜组的第一透镜的直径的尺寸增加意味着作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜也将不得不增加尺寸，导致形成构成第一透镜组的第一透镜和第二透镜的非球面的更大困难，这是不希望的。
因此，满足条件表达式(1)可以实现具有总体光学系统的减小的长度和前面透镜元件的减小的直径的变焦透镜，同时实现宽场角和高光学性能。
配置变焦透镜以便满足以下条件表达式(2)到(4)
(2)1.0＜|f12/f1|＜2.0
(3)0.25＜|f11/f12|＜0.45
(4)1.0＜D1/fw＜1.6
其中f11代表作为负透镜的第一透镜的焦距，f12代表作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距，f1代表第一透镜组的焦距，D1代表光轴上第一透镜组的厚度，并且fw代表广角端状态下的焦距。
条件表达式(2)用于规定作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜的焦距与第一透镜组的焦距之间的比率。
小于条件表达式(2)中的下限的值(即，作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距太短的情况)导致第二透镜的增加的厚度，这从透镜系统的厚度减小的观点看是不希望的，此外，在第二透镜处出现的像差增加，导致增加的对于偏心差的敏感性，这从制造观点看也是不希望的。
另一方面，大于条件表达式(2)中的上限的值(即，作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距太长的情况)导致难以执行好的像差校正(具体地，在广角端状态下的图像弯曲的校正)。
因此，满足条件表达式(2)可以实现由于减小的对于偏心差的敏感性导致的改进的大量生产，以及使得能够好的像差校正(具体地，在广角端状态下的图像弯曲的校正)。
条件表达式(3)用于规定作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的焦距和作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距之间的比率。
小于条件表达式(3)中的下限的值导致极大的离轴像差，并且实现广角端状态下像散的校正和远摄端状态下球面像差的校正变得困难，导致光学性能的劣化。
另一方面，大于条件表达式(3)中的上限的值(即，作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的焦距太长或作为正凹凸透镜的第二透镜的焦距太短)导致第一透镜组的负焦距太长，所以更宽的场角和尺寸的减小没有一起实现。具体地，在用于成像装置的变焦透镜的可折叠的伸缩安排的情况下，当以折叠方式容纳时，长度将是长的，这对于减小整个透镜系统的尺寸是不利的。
因此，满足条件表达式(3)提供好的像差校正，并且可以同时实现宽场角和整个透镜系统的尺寸的减小。
条件表达式(4)用于规定光轴上第一透镜组的厚度。小于条件表达式(4)中的下限的值导致极大的离轴像差，并且特定是广角端状态下的像散校正变得困难，导致光学性能的劣化。
另一方面，大于条件表达式(4)中的上限的值导致第一透镜组的厚度变大，并且在用于成像装置的变焦透镜的可折叠的伸缩安排的情况下，当以折叠方式容纳时，长度将是长的，这对于减小整个透镜系统的尺寸是不利的。
因此，满足条件表达式(4)提供好的像散校正，其改进光学性能，并且还可以减小整个透镜系统的尺寸。
因此，在满足条件表达式(2)到(4)的变焦透镜的情况下，可以将其尺寸减小到更短的整个光学系统的长度，并且还可以改进光学特性。
此外，变焦透镜可以满足以下条件表达式(5)
(5)0.80＜|β2T/√Zr|＜1.05
其中β2T代表远摄端状态下所述第二透镜组的水平倍率，并且Zr代表从广角端状态到远摄端状态的变焦因子。
条件表达式(5)用于根据通过条件表达式(1)确定的第一透镜组的倍率规定远摄端状态下第二透镜组的水平倍率。
小于条件表达式(5)中的下限的值(即，远摄端状态下第二透镜组的成像倍率太低的情况)导致不能缩短第一透镜组的焦距，结果增加整个光学系统的长度、以及用作前面透镜元件的第一透镜组的第一透镜的直径，所以尺寸的减小变得困难。用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的直径的尺寸增加意味着作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜也将不得不增加尺寸，导致形成构成第一透镜组的第一透镜和第二透镜的非球面的更大困难，这是不希望的。
另一方面，大于条件表达式(5)中的上限的值(即，远摄端状态下第二透镜组的水平倍率太低的情况)导致第一透镜组处增加的剩余像差，所以获得足够的光学性能变得困难。此外，大于条件表达式(5)中的上限的值导致对于作为负透镜的第一透镜组的第一透镜和作为正凹凸透镜的其第二透镜之间的相对偏心差的敏感性增加，使得制造困难。
因此，满足条件表达式(5)提供其中由于第一透镜组处的剩余像差没有增加而获得足够的光学性能的变焦透镜，同时减小整个光学系统的长度和用作前面透镜元件的、作为负透镜的第一透镜组的第一透镜的直径，从而实现尺寸的减小。
在根据本实施例的变焦透镜的情况下，第二透镜组优选地是粘合透镜，以从物方到像方的顺序由以下透镜配置：具有面向物方的凸面的作为正透镜的第三透镜，具有面向物方的凸面的作为正透镜的第四透镜，以及具有面向像方的凹面的作为负透镜的第五透镜。
该配置允许变焦透镜具有仅由三个透镜形成的第二透镜组，从而允许当以折叠方式容纳时长度减小，并且还允许第二透镜组的前主点(front principalpoint)位于物方，这对于减小光学系统的总体长度是有利的。
此外，在该变焦透镜的情况下，最接近物方的第二透镜组的面非球面地形成，从而可以很好地校正球面像差和慧形像差。
此外，在该变焦透镜的情况下，可以通过在通常垂直于光轴的方向上移动(偏移)第一到第三透镜组之一或其一个透镜组的一部分来偏移图像。因此，在移动时，通过提供有检测系统、驱动系统和控制系统的组合，所述变焦透镜可以用作防抖光学系统，检测系统用于检测在通常垂直于光轴的方向上移动一个透镜组或一个透镜组的一部分的情况下出现的图像模糊，所述驱动系统用于移动第一到第三透镜组，所述控制系统用于基于检测系统的输出为驱动系统提供偏移量。具体地，在通常垂直于光轴的方向上偏移整个第二透镜组使得能够在像差的较小改变的情况下偏移图像。
此外，在该变焦透镜的情况下，优选地通过在光轴方向移动第一透镜组或第三透镜组来执行聚焦。具体地，使用第三透镜组作为用于聚焦的透镜组便利避免与用于执行快门单元或光圈单元的驱动控制的驱动系统、以及用于在通常垂直于光轴的方向上移动第一到第三透镜组之一的防抖驱动系统的干扰，从而实现尺寸的减小。
2.数值实施例
接下来，将参照附图和表格描述其中具体数值已经应用到上述变焦透镜的数值实施例。
在以下数值实施例中使用的一些透镜具有非球面地形成的透镜面。可以用以下表达式(1)定义非球面。
x＝cy2/(1+(1-(1+K)·c2y2)1/2)+∑Ai·Yi  …(1)
其中x代表在光轴方向上距离透镜面的顶点的距离，y代表在垂直于光轴的方向上的高度，c代表在透镜顶点处的傍轴曲率，K代表二次曲线(conic)常数，并且Ai代表第i级非球面系数。
2-1.第一数值实施例
在图2中，参考标号1表示根据第一数值实施例的变焦透镜，以从物方起的顺序由具有负折射力的第一透镜组G1、具有正折射力的第二透镜组G2和具有正折射力的第三透镜组G3配置。
配置变焦透镜1，使得在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，第一透镜组G1移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的大气空间减小，并且第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的大气空间增加，并且第二透镜组G2向物方移动。
第一透镜组G1以从物方到像方的顺序包括第一透镜L1和第二透镜L2，所述第一透镜L1是其两面非球面地形成的双凹透镜，所述第二透镜L2是其面向物方的面非球面地形成的正凹凸透镜，其中凸面面向物方。
第二透镜组G2以从物方起的顺序包括第三透镜L3和第四透镜L4，所述第三透镜L3是其两面非球面地形成的双凸透镜，所述第四透镜L4是双凸透镜和双凹透镜的粘合透镜。第三透镜组G3由第五透镜L5配置，所述第五透镜L5是其两面非球面地形成的双凸透镜。
在变焦透镜1的情况下，孔径光阑S位于第二透镜组G2附近，在其物方，并且截断滤光片(cut filter)CF和密封镜SG位于第三透镜组G3和像平面IMG之间。
表1到3给出本发明的第一数值实施例的值。注意在第一数值实施例的值中，Fno是F数，f是焦距，并且ω是半角。此外，面编号是指示以从物方到像方的顺序的哪个面的面编号，R是对应于面编号的傍轴曲率半径，并且D是对应于面编号的面和与其相邻面之间轴上的界面间隔。此外，nd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线折射率，并且vd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线阿贝数。此外，“ASP”意味着该面是非球面的，并且“INF”意味着面的曲率是无限的。
表1
  面编号   R   D   Nd   vd
  1   -51.514(ASP)   1.050   1.85135   40.1
  2   7.311(ASP)   1.850
  3   14.569(ASP)   1.800   2.00178   19.3
  4   52.197(ASP)   D4
  面编号   R   D   Nd   vd
  5   孔径   0.000
  6   5.482(ASP)   1.650   1.62263   58.2
  7   -21.626(ASP)   0.150
  8   9.266   1.400   1.81600   46.6
  9   -13.371   0.400   1.69895   30.1
  10   3.594   D10
  11   27.271(ASP)   1.620   1.69350   53.2
  12   -16.772(ASP)   D12
  13   INF   0.400   1.51872   64.2
  14   INF   0.500
  15   INF   0.500   1.51872   64.2
  16   INF   0.500
在变焦透镜1的情况下，第一透镜组G1的第一透镜L1的物方面(R1)、第一透镜L1的像方面(R2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物方面(R3)、第二透镜L2的像方面(R4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物方面(R6)、第三透镜L3的像方面(R7)、第三透镜组G3的第五透镜L5的物方面(R11)、以及第五透镜L5的像方面(R12)非球面地形成。
表2中示出变焦透镜1的非球面表面的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及它们的二次曲线常数K。这里，术语“E-i”是以10为基底的指数计数法(即，10-1)，所以“0.12345E-05”将代表“0.12345×10-5”。
表2
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  1   -1.02254E+01   -1.56066E-05   6.42187E-06   -1.06845E-07   5.41283E-10
  2   -2.58984E-01   -4.17130E-04   3.01724E-05   -7.88384E-07   8.90800E-09
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  3   1.53691E+00   -4.06069E-04   2.24365E-05   -5.97089E-07   2.85929E-09
  4   1.52332E+01   -3.27571E-04   1.76667E-05   -4.47498E-07   3.63841E-10
  6   7.58226E-01   -1.63768E-03   -7.24417E-05   -6.04254E-07   -8.31043E-07
  7   -1.99931E+01   -2.51021E-04   -3.27509E-05   -3.27582E-06   -3.59466E-07
  11   1.37067E+01   2.57947E-04   -3.59043E-05   1.88656E-06   -4.07037E-08
  12   8.81362E+00   1.06610E-03   -3.49601E-05   1.41870E-06   -1.61585E-08
在变焦透镜1的情况下，第一透镜组G1和光阑S之间的界面间隔D4、第二透镜组G2和第三透镜组G13之间的界面间隔D10、以及第三透镜组G13和截断滤光片CF之间的界面间隔D12在广角端状态和远摄端状态之间改变倍率时改变。
表3示出在广角端状态(焦距f＝4.30)、中间焦距状态(焦距f＝9.60)、以及远摄端状态(焦距f＝21.50)第一数值实施例中每个界面间隔的可变间隔以及其F数Fno和半角ω。
表3
  Fno   2.42   3.60   6.22
  f   4.30   9.60   21.50
  ω   43.64   22.11   10.28
  D4   17.738   5.804   0.300
  D10   3.672   10.231   22.799
  D12   2.959   2.446   1.500
因此，根据第一数值实施例的变焦透镜1在43°或更大半角的情况下实现5的变焦因子，从而实现广角和高变焦倍率。
接下来，图3示出在根据第一数值实施例的变焦透镜1聚焦在无限远的情况下，在广角端状态(f＝4.30)的像差的图，图4示出在中间焦距状态(f＝9.60)的像差的图，以及图5示出在远摄端状态(f＝21.50)的像差的图。在图3到5中，球面像差图用实线图示d线(波长587.6nm)值，用点线图示c线(波长656.3nm)值，并且用点划线图示g线(波长435.8nm)值。
此外，在图3到5中，像散图用实线图示径向(sagittal)像平面，并且用点线图示经向(meridional)像平面。如从像差图可见，在根据第一数值实施例的变焦透镜1的情况下，从广角端状态到远摄端状态良好地校正了像差，展现优秀的成像性能。
2-2.第二数值实施例
在6中，参考标号2表示根据第二数值实施例的变焦透镜，以从物方起的顺序由具有负折射力的第一透镜组G1、具有正折射力的第二透镜组G2和具有正折射力的第三透镜组G3总体配置。
配置变焦透镜2，使得在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，第一透镜组移动G1，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的大气空间减小，并且第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的大气空间增加，并且第二透镜组G2向物方移动。
第一透镜组G1以从物方到像方的顺序包括第一透镜L1和第二透镜L2，所述第一透镜L1是其两面非球面地形成的双凹透镜，所述第二透镜L2是其面向物方的面非球面地形成的正凹凸透镜，其中凸面面向物方。
第二透镜组G2以从物方起的顺序包括第三透镜L3和第四透镜L4，所述第三透镜L3是其两面非球面地形成的双凸透镜，所述第四透镜L4是双凸透镜和双凹透镜的粘合透镜。第三透镜组G3由第五透镜L5配置，所述第五透镜L5是其两面非球面地形成的双凸透镜。
在变焦透镜2的情况下，孔径光阑S位于第二透镜组G2附近，在其物方，并且截断滤光片CF和密封镜SG位于第三透镜组G3和像平面IMG之间。
表4到6给出本发明的第二数值实施例的值。注意在第二数值实施例的值中，Fno是F数，f是焦距，并且ω是半角。此外，面编号是指示以从物方到像方的顺序的哪个面的面编号，R是对应于面编号的傍轴曲率半径，并且D是对应于面编号的面和与其相邻面之间轴上的界面间隔。此外，nd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线折射率，并且vd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线阿贝数。此外，“ASP”意味着面是非球面的，并且“INF”意味着面的曲率是无限的。
表4
  面编号   R   D   Nd   vd
  1   -251.883(ASP)   1.000   1.85135   40.1
  2   6.599(ASP)   1.850
  3   13.384(ASP)   1.800   2.00170   20.6
  4   36.617(ASP)   D4
  5   孔径   0.000
  6   6.4363(ASP)   1.650   1.7725   49.6
  面编号   R   D   Nd   vd
  7   -17.3755(ASP)   0.150
  8   14.3526   1.400   1.85134   40.1
  9   -17.3755   0.400   1.71736   29.5
  10   14.3526   D10
  11   -5.000(ASP)   1.620   1.69350   53.2
  12   3.7099(ASP)   D12
  13   INF   0.400   1.51872   64.2
  14   INF   0.500
  15   INF   0.500   1.51872   64.2
  16   INF   0.500
在变焦透镜2的情况下，第一透镜组G1的第一透镜L1的物方面(R1)、第一透镜L1的像方面(R2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物方面(R3)、第二透镜L2的像方面(R4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物方面(R6)、第三透镜L3的像方面(R7)、第三透镜组G3的第五透镜L5的物方面(R11)、以及第五透镜L5的像方面(R12)非球面地形成。
表5中示出变焦透镜2的非球表面的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及它们的二次曲线常数K。这里，术语“E-i”是以10为基底的指数计数法(即，10-1)，所以“0.12345E-05”将代表“0.12345×10-5”。
表5
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  1   0.00000E+00   -1.53195E+00   7.91762E-05   3.99881E-06   -1.17557E-07
  2   0.00000E+00   4.50366E-02   -4.46338E-04   4.15385E-05   -1.42395E-06
  3   0.00000E+00   2.57312E+00   -5.34676E-04   2.95149E-05   -7.32883E-07
  4   0.00000E+00   -1.24400E+01   -3.72573E-04   2.19501E-05   -3.44114E-07
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  6   -2.57694E+00   6.08442E-01   -1.75282E-03   -9.32737E-05   -1.68669E-06
  7   4.18532E+00   -4.58237E+00   -4.34872E-04   -8.54696E-05   -1.58341E-06
  11   0.00000E+00   -1.08065E+01   5.46303E-04   -1.61165E-05   2.46122E-06
  12   0.00000E+00   1.98916E+01   4.23016E-04   -6.25694E-06   2.47747E-06
在变焦透镜2的情况下，第一透镜组G1和光阑S之间的界面间隔D4、第二透镜组G2和第三透镜组G13之间的界面间隔D10、以及第三透镜组G13和截断滤光片CF之间的界面间隔D12在广角端状态和远摄端状态之间改变倍率时改变。
表6示出在广角端状态(焦距f＝4.30)、中间焦距状态(焦距f＝8.60)、以及远摄端状态(焦距f＝17.20)第二数值实施例中每个界面间隔的可变间隔以及其F数Fno和半角ω。
表3
  Fno   2.63   3.59   5.65
  f   4.30   8.60   17.20
  ω   43.6°   24.4°   12.8°
  D4   15.432   5.112   0.300
  D10   3.695   8.248   17.453
  D12   1.401   1.349   0.500
因此，根据第二数值实施例的变焦透镜2在43°或更大半角的情况下实现4的变焦因子，从而实现广角和高变焦倍率。
接下来，图7示出在根据第一数值实施例的变焦透镜2聚焦在无限远的情况下，在广角端状态(f＝4.30)的像差的图，图8示出在中间焦距状态(f＝8.60)的像差的图，以及图9示出在远摄端状态(f＝17.20)的像差的图。在图7到9中，球面像差图用实线图示d线(波长587.6nm)值，用点线图示c线(波长656.3nm)值，并且用点划线图示g线(波长435.8nm)值。
此外，在图7到9中，像散图用实线图示径向像平面，并且用点线图示经向像平面。如从像差图可见，在根据第二数值实施例的变焦透镜2的情况下，从广角端状态到远摄端状态良好地校正了像差，展现优秀的成像性能。
2-3.第三数值实施例
在图10中，参考标号3表示根据第三数值实施例的变焦透镜，以从物方起的顺序由具有负折射力的第一透镜组G1、具有正折射力的第二透镜组G2和具有正折射力的第三透镜组G3配置。
配置变焦透镜3，使得在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，第一透镜组移动G1，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的大气空间减小，并且第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的大气空间增加，并且第二透镜组G2向物方移动。
第一透镜组G1以从物方到像方的顺序包括第一透镜L1和第二透镜L2，所述第一透镜L1是其两面非球面地形成的双凹透镜，所述第二透镜L2是其面向物方的面非球面地形成的正凹凸透镜，其中凸面面向物方。
第二透镜组G2以从物方起的顺序包括第三透镜L3和第四透镜L4，所述第三透镜L3是其两面非球面地形成的双凸透镜，所述第四透镜L4是双凸透镜和双凹透镜的粘合透镜。第三透镜组G3由第五透镜L5配置，所述第五透镜L5是其两面非球面地形成的双凸透镜。
在变焦透镜3的情况下，在其物方的孔径光阑S位于第二透镜组G2附近，并且截断滤光片CF和密封镜SG位于第三透镜组G3和像平面IMG之间。
表7到9给出本发明的第三数值实施例的值。注意在第三数值实施例的值中，Fno是F数，f是焦距，并且ω是半角。此外，面编号是指示以从物方到像方的顺序的哪个面的面编号，R是对应于面编号的傍轴曲率半径，并且D是对应于面编号的面和与其相邻面之间轴上的界面间隔。此外，nd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线折射率，并且vd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线阿贝数。此外，“ASP”意味着面是非球面的，并且“INF”意味着面的曲率是无限的。
表7
  面编号   R   D   Nd   vd
  1   -22.529(ASP)   1.050   1.85135   40.1
  2   7.314(ASP)   2.150
  3   8.670(ASP)   1.700   2.00178   19.3
  4   15.400(ASP)   D4
  5   孔径   0.000
  6   5.872(ASP)   1.900   1.61881   63.9
  7   -9.400(ASP)   0.283
  8   10.353   1.200   1.83481   42.7
  面编号   R   D   Nd   vd
  9   -18.052   0.400   1.71736   29.5
  10   3.457   D10
  11   28.430(ASP)   1.850   1.61881   63.9
  12   -13.180(ASP)   D12
  13   INF   0.300   1.51872   64.2
  14   INF   0.720
  15   INF   0.500   1.51872   64.2
  16   INF   0.600
在变焦透镜3的情况下，第一透镜组G1的第一透镜L1的物方面(R1)、第一透镜L1的像方面(R2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物方面(R3)、第二透镜L2的像方面(R4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物方面(R6)、第三透镜L3的像方面(R7)、第三透镜组G3的第五透镜L5的物方面(R11)、以及第五透镜L5的像方面(R12)非球面地形成。
表8中示出变焦透镜3的非球表面的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及它们的二次曲线常数K。这里，术语“E-i”是以10为基底的指数计数法(即，10-1)，所以“0.12345E-05”将代表“0.12345×10-5”。
表8
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  1   0.00000E+00   1.37791E-03   -2.89953E-05   2.80757E-07   -1.15140E-09
  2   0.00000E+00   -1.50727E-04   9.45084E-05   -3.25000E-06   2.76119E-08
  3   0.00000E+00   -1.46419E-03   5.68628E-05   -1.61015E-06   1.86880E-08
  4   0.00000E+00   -9.41080E-04   2.86502E-05   -9.85184E-07   1.44594E-08
  6   0.00000E+00   -2.35983E-03   -1.99992E-04   -1.10183E-06   -3.74296E-06
  7   0.00000E+00   -1.09092E-03   -1.46710E-04   -1.80861E-05   -3.06098E-07
  11   0.00000E+00   1.12662E-03   -7.58282E-05   3.71295E-06   -8.08267E-08
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  12   0.00000E+00   2.26890E-03   -1.34052E-04   5.66336E-06   -1.10409E-07
在变焦透镜3的情况下，第一透镜组G1和光阑S之间的界面间隔D4、第二透镜组G2和第三透镜组G13之间的界面间隔D10、以及第三透镜组G13和截断滤光片CF之间的界面间隔D12在广角端状态和远摄端状态之间改变倍率时改变。
表9示出在广角端状态(焦距f＝3.71)、中间焦距状态(焦距f＝7.99)、以及远摄端状态(焦距f＝17.47)第三数值实施例中每个界面间隔的可变间隔以及其F数Fno和半角ω。
表3
  Fno   2.58   3.61   6.10
  f   3.71   7.99   17.47
  ω   47.82   26.01   12.28
  D4   17.300   5.857   0.897
  D10   3.627   8.362   19.833
  D12   2.001   2.314   1.900
因此，根据第三数值实施例的变焦透镜3在47°或更大半角的情况下实现4.7的变焦因子，从而实现广角和高变焦倍率。
接下来，图11示出在根据第三数值实施例的变焦透镜3聚焦在无限远的情况下，在广角端状态(f＝3.71)的像差的图，图12示出在中间焦距状态(f＝7.99)的像差的图，以及图13示出在远摄端状态(f＝17.47)的像差的图。在图11到13中，球面像差图用实线图示d线(波长587.6nm)值，用点线图示c线(波长656.3nm)值，并且用点划线图示g线(波长435.8nm)值。
此外，在图11到13中，像散图用实线图示径向像平面，并且用点线图示经向像平面。如从像差图可见，在根据第三数值实施例的变焦透镜3的情况下，从广角端状态到远摄端状态良好地校正了像差，展现优秀的成像性能。
2-4.第四数值实施例
在图14中，参考标号4表示根据第四数值实施例的变焦透镜，以从物方起的顺序由具有负折射力的第一透镜组G1、具有正折射力的第二透镜组G2和具有正折射力的第三透镜组G3配置。
配置变焦透镜4，使得在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，第一透镜组移动G1，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的大气空间减小，并且第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的大气空间增加，并且第二透镜组G2向物方移动。
第一透镜组G1以从物方到像方的顺序包括第一透镜L1和第二透镜L2，所述第一透镜L1是其两面非球面地形成的双凹透镜，所述第二透镜L2是其面向物方的面非球面地形成的正凹凸透镜，其中凸面面向物方。
第二透镜组G2以从物方起的顺序包括第三透镜L3和第四透镜L4，所述第三透镜L3是其两面非球面地形成的双凸透镜，所述第四透镜L4是双凸透镜和双凹透镜的粘合透镜。第三透镜组G3由第五透镜L5配置，所述第五透镜L5是其两面非球面地形成的双凸透镜。
在变焦透镜4的情况下，在其物方的孔径光阑S位于第二透镜组G2附近，并且截断滤光片CF和密封镜SG位于第三透镜组G3和像平面IMG之间。
表10到12给出本发明的第四数值实施例的值。注意在第四数值实施例的值中，Fno是F数，f是焦距，并且ω是半角。此外，面编号是指示以从物方到像方的顺序的哪个面的面编号，R是对应于面编号的傍轴曲率半径，并且D是对应于面编号的面和与其相邻面之间轴上的界面间隔。此外，nd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线折射率，并且vd是构成具有对应于面编号的面的透镜的材料的d线阿贝数。此外，“ASP”意味着面是非球面的，并且“INF”意味着面的曲率是无限的。
表10
  面编号   R   D   Nd   vd
  1   INF(ASP)   1.005   1.85135   40.1
  2   5.430(ASP)   2.422
  3   10.253(ASP)   2.073   2.00178   19.3
  4   20.110(ASP)   D4
  5   孔径   0.000
  6   6.267(ASP)   2.107   1.62263   58.2
  7   -10.967(ASP)   0.100
  8   12.578   1.293   1.88300   40.8
  9   -6.283   0.400   1.69895   30.1
  10   3.754   D10
  11   17.651(ASP)   1.787   1.61881   63.9
  面编号   R   D   Nd   vd
  12   -18.654(ASP)   D12
  13   INF   0.300   1.51872   64.2
  14   INF   0.720
  15   INF   0.500   1.51872   64.2
  16   INF   0.600
在变焦透镜4的情况下，第一透镜组G1的第一透镜L1的物方面(R1)、第一透镜L1的像方面(R2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物方面(R3)、第二透镜L2的像方面(R4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物方面(R6)、第三透镜L3的像方面(R7)、第三透镜组G3的第五透镜L5的物方面(R11)、以及第五透镜L5的像方面(R12)非球面地形成。
表11中示出变焦透镜4的非球表面的第4阶、第6阶、第8阶和第10阶非球面系数A4、A6、A8和A10以及它们的二次曲线常数K。这里，术语“E-i”是以10为基底的指数计数法(即，10-1)，所以“0.12345E-05”将代表“0.12345×10-5”。
表11
  面编号   K   A4   A6   A8   A10
  1   0.00000E+00   1.59884E-04   -3.72197E-06   7.91757E-08   -6.20424E-10
  2   -8.12109E-01   -2.81792E-04   5.87018E-05   -2.39167E-06   4.42154E-08
  3   2.10615E+00   -6.55595E-04   2.96301E-05   -1.37344E-06   6.73062E-09
  4   1.20906E+01   -4.78671E-04   2.28519E-05   -1.42379E-06   1.25900E-08
  6   0.00000E+00   -1.87629E-03   -1.24179E-04   6.58784E-06   -1.88322E-06
  7   0.00000E+00   -2.42967E-04   -1.73790E-04   2.38709E-05   -3.46370E-06
  11   0.00000E+00   1.75855E-03   -1.22088E-04   5.57392E-06   -1.26236E-07
  12   0.00000E+00   3.05623E-03   -1.77526E-04   6.43656E-06   -1.28821E-07
在变焦透镜4的情况下，第一透镜组G1和光阑S之间的界面间隔D4、第二透镜组G2和第三透镜组G13之间的界面间隔D10、以及第三透镜组G13和截断滤光片CF之间的界面间隔D12在广角端状态和远摄端状态之间改变倍率时改变。
表12示出在广角端状态(焦距f＝3.71)、中间焦距状态(焦距f＝7.22)、以及远摄端状态(焦距f＝14.10)第四数值实施例中每个界面间隔的可变间隔以及其F数Fno和半角ω。
表12
  Fno   2.89   3.80   5.83
  f   3.71   7.22   14.10
  ω   47.82   28.37   15.46
  D4   15.179   5.270   0.826
  D10   4.014   7.717   16.597
  D12   1.900   2.374   1.900
因此，根据第四数值实施例的变焦透镜4在47°或更大半角的情况下实现3.8的变焦因子，从而实现广角和高变焦倍率。
接下来，图15示出在根据第四数值实施例的变焦透镜4聚焦在无限远的情况下，在广角端状态(f＝3.71)的像差的图，图16示出在中间焦距状态(f＝7.22)的像差的图，以及图17示出在远摄端状态(f＝14.10)的像差的图。在图15到17中，球面像差图用实线图示d线(波长587.6nm)值，用点线图示c线(波长656.3nm)值，并且用点划线图示g线(波长435.8nm)值。
此外，在图15到17中，像散图用实线图示径向像平面，并且用点线图示经向像平面。如从像差图可见，在根据第四数值实施例的变焦透镜4的情况下，从广角端状态到远摄端状态良好地校正了像差，展现优秀的成像性能。
2-5.对应于条件表达式的值
接下来，表3为在第一到第四数值实施例中示出的变焦透镜1到4示出对应于条件表达式(1)到(5)的值和条件。
表13
  变焦透镜1   变焦透镜2   变焦透镜3   变焦透镜4
 fw   4.300   4.300   3.710   3.710
 f1   -10.457   -13.351   -11.127   -11.354
 f11   -7.415   -7.462   -6.340   -6.344
 f12   19.464   20.024   18.657   17.358
 D1   4.70   4.65   5.50   4.90
  变焦透镜1   变焦透镜2   变焦透镜3   变焦透镜4
 β2T   -2.022   -1.710   -1.822   -2.133
 Zr   5.0   4.0   3.8   4.71
 条件表达式(1)   3.206   3.105   2.935   3.063
 条件表达式(2)   1.41   1.50   1.71   1.53
 条件表达式(3)   038   0.37   0.34   0.37
 条件表达式(4)   1.09   1.08   1.48   1.32
 条件表达式(5)   0.90   0.85   0.93   0.98
从表13可见，根据条件表达式(1)，|f1/fw|具有2.935的最小值和3.206的最大值，从而满足条件表达式(1)的数值范围。还可见根据条件表达式(2)，|f12/f1|具有1.41的最小值和1.71的最大值，从而满足条件表达式(2)的数值范围。还可见根据条件表达式(3)，|f11/f12|具有0.34的最小值和0.38的最大值，从而满足条件表达式(3)的数值范围。还可见根据条件表达式(4)，|D1/fw|具有1.08的最小值和1.48的最大值，从而满足条件表达式(4)的数值范围。还可见根据条件表达式(5)，|β2T/√Zr|具有0.85的最小值和0.98的最大值，从而满足条件表达式(5)的数值范围。
因此，第一到第四数值实施例中的变焦透镜1到4都满足条件表达式(1)到(5)，并且还如像差图所示，在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态可以以良好平衡的方式校正像差。
3.成像装置的配置
接下来，将描述根据本发明实施例的成像装置的配置。该成像装置包括变焦透镜以及成像设备，所述成像设备配置为将由变焦透镜形成的光学图像转换为电信号。
成像装置的变焦透镜以从物方起的顺序包括具有负折射力的第一透镜组、具有正折射力的第二透镜组以及具有正折射力的第三透镜组。
在成像装置的情况下，在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，第一透镜组移动，使得第一透镜组和第二透镜组之间的大气空间减小，并且第二透镜组和第三透镜组之间的大气空间增加，并且第二透镜组向物方移动。第一透镜组包括两个透镜，以从物方到像方的顺序是第一透镜和第二透镜，所述第一透镜是两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，所述第二透镜是至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，
在该成像装置的情况下，作为负透镜的变焦透镜的第一透镜组的第一透镜的两面非球面地形成，以便校正当加宽变焦透镜的场角时在广角端状态下明显出现的负像差和图像弯曲。此外，作为正凹凸透镜的第一透镜组的第二透镜的至少一面非球面地形成，以便以平衡的方式校正未完全由作为负透镜的第一透镜组的第一透镜校正的在广角端状态的畸变和像散。
此外，在该成像装置的情况下，作为正凹凸透镜的变焦透镜的第一透镜组的第二透镜的至少一面非球面地形成，以便良好地校正在大变焦因子的情况下在远摄端出现的球面像差。因此，即使在由两个透镜配置的第一透镜组的情况下，也可以获得好的像差校正，并且具体地在用于成像装置的变焦透镜的可折叠的伸缩安排的情况下，可以减少当以折叠方式容纳时的总的长度。
注意到，在成像装置的情况下，优选地通过成像装置内的图像处理执行变焦透镜中出现的畸变的校正。这允许透镜校正要从变焦透镜消除的畸变，从而实现变焦透镜的尺寸减小和高倍率。
4.数字静态相机的配置
接下来，将详细描述用作成像装置的实施例的数字静态相机的配置。如图18所示，包括上述变焦透镜1到4的任一的数字静态相机100还包括用于处理成像功能的相机块15、以及用于对由相机块15成像的图像信号执行信号处理(如模拟/数字转换处理等)的相机信号处理单元20。
此外，数字静态相机100还包括用于执行图像信号的记录/再现处理等的图像处理单元30、用于显示拍摄的图像等的LCD(液晶显示器)40、以及用于从存储卡51读取和写入存储卡51的读取器/写入器50。此外数字静态相机100还包括控制整个相机的CPU(中央处理单元)60、用于由用户输入操作的输入单元70、以及用于控制相机块15内的透镜的驱动的透镜驱动控制单元80。
相机块15具有这样的配置，其中组合包括变焦透镜1(或2、3或4)的光学系统和为CCD(电荷耦合器件)传感器或CMOS(互补金属氧化半导体)传感器等的成像设备16。
相机信号处理单元20配置为对来自成像设备16的输出信号执行信号处理，如转换为数字信号、噪声移除、图像质量校正、对亮度/色差信号的转换处理等。
图像处理单元30配置为执行基于预定图像数据格式的图像信号的压缩编码和解压解码处理、数据规范(如分辨率)的转换处理等。
存储卡51由半导体存储器配置，并且是可拆卸的。读取器/写入器50将通过图像处理单元30编码的图像数据写入存储卡51，并且读出存储卡51中记录的图像数据。
CPU 60集中控制数字静态相机100内的每个电路块，并且配置CPU 60以便基于来自输入单元70的输入信号控制电路块等。
输入单元70例如由用于快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关等配置，并且输出对应于用户操作的指令输入信号到CPU 60。
透镜驱动控制单元80基于来自CPU 60的控制信号控制用于驱动变焦透镜1(或2、3或4)内透镜的未示出的马达等。
接下来，将简要描述数字静态相机100的操作。在数字静态相机100的情况下，在拍摄待机状态下，由相机块15成像的图像信号在CPU 60的控制下经由相机信号处理单元20输出到LCD 40，从而将图像信号显示为相机直达图像。
在数字静态相机100的情况下，在从输入单元70输入用于变焦的指令输入信号时，CPU 60输出控制信号到透镜驱动控制单元80，并且在透镜驱动控制单元80的控制下移动变焦透镜1(或2、3或4)内的预定透镜。
在数字静态相机100的情况下，在通过来自输入单元70的指令输入信号操作相机块15的未示出快门时，成像的图像信号从相机信号处理单元20输出到图像处理单元30。
在图像处理单元30的情况下，在对从相机信号处理单元20提供的图像信号执行预定压缩编码之后，图像信号转换为预定数据格式的数字数据，并且通过读取器/写入器50写入存储卡51。
注意到，如果例如半按或全按快门释放按钮用于记录，则基于来自CPU60的控制信号，由透镜驱动控制单元80通过变焦透镜1(或2、3或4)的驱动控制执行聚焦。
此外，如果再现存储卡51中记录的图像数据，则CPU 60根据到输入单元70的操作，通过读取器/写入器50从存储卡51读取图像数据，并且在通过图像处理单元30执行解压解码之后，输出到LCD 40。LCD 40配置为基于经历由图像处理单元30的解压解码处理的图像数据，显示再现图像。
应该注意，尽管已经用本实施例描述了成像装置到数字静态相机的应用，但是成像装置可以应用于其它成像装置，例如如数字摄像机等。
5.其它实施例
应该注意，在上述实施例和第一到第四数值实施例中图示的各组件的具体形状、配置和数值仅仅是执行本发明的实施例的示例性说明，并且不应限制性地关于本发明的技术范围进行理解。例如，尽管已经基于第一到第四数值实施例在表1到3中示出具体数值，但是本发明不限于这些数值，并且可以使用各种其它数值，只要在满足条件表达式(1)到(5)的范围内。
此外，已经描述了第一到第四数值实施例的情况，其中整个第二透镜组G2在通常垂直于光轴的方向偏移，从而在小的像差改变的情况下偏移图像。然而，本发明不限于该安排，并且可以使用第一透镜组G1或第三透镜组G3代替第二透镜组G2偏移图像。
此外，尽管上面已经描述成像装置到数字静态相机100的应用，但是成像装置的具体示例不限于此，并且可以应用于大范围的电子设备，如数字摄像机、蜂窝电话、其中已经实现相机的个人计算机、具有内建相机的PDA等。
本申请包含涉及于2009年4月21日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-103145中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。
本领域技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。

Claims (5)

1.一种变焦透镜，包括：
具有负折射力的第一透镜组；
具有正折射力的第二透镜组；以及
具有正折射力的第三透镜组；
其中所述第一、第二和第三透镜组从物方以该顺序排列；
并且其中，在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，所述第一透镜组移动，并且所述第二透镜组向物方移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的大气空间减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的大气空间增加；
并且其中，所述第一透镜组包括两个透镜，以从物方到像方的顺序是
其两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，以及
其至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，满足以下条件表达式(1)
(1)2.8＜|f1/fw|＜3.3
其中f1代表所述第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜，满足以下条件表达式(2)到(4)
(2)1.0＜|f12/f1|＜2.0
(3)0.25＜|f11/f12|＜0.45
(4)1.0＜D1/fw＜1.6
其中f11代表作为所述负透镜的第一透镜的焦距，f12代表作为所述正凹凸透镜的第二透镜的焦距，f1代表所述第一透镜组的焦距，D1代表光轴上所述第一透镜组的厚度，并且fw代表广角端状态下的焦距。
3.根据权利要求2所述的变焦透镜，满足以下条件表达式(5)
(5)0.80＜|β2T/√Zr|＜1.05
其中β2T代表远摄端状态下所述第二透镜组的水平倍率，并且Zr代表从广角端状态到远摄端状态的变焦因子。
4.根据权利要求3所述的变焦透镜，其中所述第二透镜组是粘合透镜，以从物方到像方的顺序由以下透镜配置，
其至少物方面用面向物方的凸面非球面地形成的正透镜，
具有面向物方的凸面的正透镜，以及
具有面向像方的凹面的负透镜。
5.一种成像装置，包括：
变焦透镜；以及
成像设备，配置为将由所述变焦透镜形成的光学图像转换为电信号；
所述变焦透镜还包括
具有负折射力的第一透镜组；
具有正折射力的第二透镜组；以及
具有正折射力的第三透镜组；
其中所述第一、第二和第三透镜组从物方以该顺序排列；
并且其中，在从广角端状态到远摄端状态改变倍率时，所述第一透镜组移动，并且所述第二透镜组向物方移动，使得所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的大气空间减小，并且所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的大气空间增加；
并且其中，所述第一透镜组包括两个透镜，以从物方到像方的顺序是
其两面用面向像方的凹面非球面地形成的负透镜，以及
其至少一面用面向物方的凸面非球面地形成的正凹凸透镜，
满足以下条件表达式(1)
(1)2.8＜|f1/fw|＜3.3
其中f1代表所述第一透镜组的焦距，并且fw代表在广角端状态下整体的焦距。
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