CN101900870B - 可变焦距透镜系统图像拾取设备 - Google Patents

Abstract

提供了变焦距透镜系统和图像拾取设备。所述变焦距透镜系统包括具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的第四透镜组。在第二透镜组中，在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的物体侧表面每一个都以非球形形成，而且都满足以下条件表达式：2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5其中f1是第一透镜组的焦距，fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，并且ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

Description

可变焦距透镜系统图像拾取设备

技术领域

本发明涉及可变焦距透镜系统和图像拾取设备，具体地说，涉及能够在提供70度或更大的视角和七或更大的变焦比的同时用于摄像机、数字照相机等的可变焦距透镜系统和图像拾取设备。

背景技术

现有技术中熟知的相机的记录方法包括允许使用光电转换元件(比如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))之类的成像元件在成像元件的表面上形成物体图像，并允许每一光电转换元件将在被摄物图像上形成的被摄物图像的光量转换为电输出。

随着近来精细处理技术的进步，已经尝试了增加中央处理单元(CPU)的速度和存储介质的集成度(integration)。现在可以以高速处理还不能处理的大容量的图像数据。另外，也尝试了在减小光接收元件的尺寸的同时增加光接收元件的集成度以记录更高的空间频率。

但是，如上所述的高集成度和尺寸减小已经引起每个光电转换元件的光接收表面的减小，引起噪音的影响随着电输出的减小而增加。因此，为减少噪音的影响，尝试通过增加光学系统的孔径比来引起到达光接收元件的光量的增加。另外，也尝试在每个光接收元件的前面放置被称为微透镜阵列的微型(minute)透镜元件。

微透镜阵列限制透镜系统的出瞳位置(exit pupil position)，代替将在相邻元件之间行进的光通量引导到目标元件上。透镜系统的出瞳位置越接近光接收元件，则到达光接收元件的主要光线(principal ray)与光轴的角度就越大。因此，指向屏幕周围部分的轴外(off-axis)光通量形成与光轴的大角。结果，不能获得光接收元件所需的光量，由此引起光量的不足。

近年来，随着数字相机广泛的使用，用户的需要已经多样化。

具体地说，需要具有高的可变放大率的变焦透镜的小型相机(可变焦距透镜系统，在下文中，也称为变焦距透镜系统)，已经提供了具有大于七的可变放大率的变焦透镜，同时需要具有高可变放大率的变焦透镜的小型相机(变焦距透镜系统)。

通常用作具有高可变放大率的变焦透镜的变焦透镜的类型是所谓“正-负-正-正”四组类型之一。“正-负-正-正”四组类型的变焦透镜包括具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，和具有正折射率的第四透镜组。在“正-负-正-正”四组类型的变焦透镜中，当位置透镜状态从具有最长焦距的广角端状态改变到具有最短焦距的长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加而在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小。第一到第三透镜组每一个都移动且第四透镜组的移动补偿图像表面位置的变化。

作为这种“正-负-正-正”四组类型的变焦透镜的实例，现有技术中已知在日本已公开专利申请No.2008-146016中公开的变焦透镜。

近年来，具有大于10的变焦比的广角变焦透镜的数目增加了。作为这种广角变焦透镜，在很多情况下使用其中第一透镜组具有负折射率的所谓“负优先型”透镜。

例如，在日本已公开专利申请No.2007-94174中描述的变焦透镜包括两个透镜组的情况下，第一透镜组具有负折射率且第二透镜组具有正折射率。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。

另外，在日本已公开专利申请No.2008-46208中描述的变焦透镜包括从物体侧到图像侧以该次序布置的具有负折射率的第一透镜，具有正折射率的第二透镜组，和具有负折射率的第三折射组，和具有正屈光率的第四透镜组。

此外，近年来，非球面透镜已经得到普遍使用且具有有正折射率的第一透镜组的所谓正优先型变焦透镜(positive precedence type zoom lens)在很多情况下也开始被使用。

例如，在日本已公开专利申请No.2008-102165中描述的正优先变焦透镜中，非球面透镜大量地用于获得广角和更高放大。

发明内容

但是，为了同时获得75度的视角和几乎10的更高可变倍率，负优先型变焦透镜在长焦端状态引起时间传播的光线。因此，具有更大直径的光通量可能通过第二透镜组和后续透镜组中的每一个，要求球面像差的最好的校正。结果，需要透镜的较短长度和较小直径两者。

上述需要几乎不能发生在正优先型变焦透镜(比如“正-负-正-正”四组类型的变焦透镜)中。然而，入射在第一透镜组上的轴外光通量在广角端状态中以与光轴的大角存在。结果，需要第一组中每个透镜的更大直径，并且由于在第一透镜组和第二透镜组之间的偏心关系而存在变焦透镜的性能的显著下降。

因此，例如，在日本已公开专利申请No.2008-102165中描述的变焦透镜可以保证至多大约75度的视角。

因此，需要提供本实施例的变焦距透镜系统及图像拾取设备，其尺寸减少并提供有更高可变倍率和广角。

根据本发明的第一实施例，变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的第四透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到具有长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有面向图像的凹面的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。第二透镜组包括具有对着图像的凹侧的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的物体侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(1)：

(1)2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

在上述变焦距透镜系统中，保证了像差校正功能，第一透镜组可以变薄，并且可以适当地校正由第一透镜组产生的负球面像差(negative sphericalaberration)。

在上述的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(2)：

(2)0.65＜|dwt1/dt|＜0.9，其中

dwt1：第一透镜组的移动距离；和

dt：在长焦端状态下在第一透镜组和第二透镜组之间的气隙(airspacing)。

当变焦距透镜系统满足条件表达式(2)时，保证了变焦比且可以在每一长焦状态和收缩状态时缩短透镜系统的全长。

在上述的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(3)。

(3)0.42＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.49，其中

f2：第二透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

当变焦距透镜系统满足条件表达式(3)时，抑制了屏幕外围的轴外像差，并且抑制伴轴外像差随位置透镜状态的改变的变化。

在变焦距透镜系统中，在第三透镜组的物体侧上布置孔径光阑，并且当位置透镜状态改变时孔径光阑与第三透镜组一起移动，同时可预计满足以下条件表达式(4)。

(4)0.44＜dS3/R31＜0.58，其中

dS3：在孔径光阑和第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31：第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

当如上所述地设计变焦距透镜系统且满足条件表达式(4)时，可以抑制在第三透镜组中产生的负球面像差，并且可以缩短在长焦端状态下透镜系统的整个长度。

优选地，上述变焦距透镜系统应该满足以下条件表达式(5)。

(5)1.75＜f3/fw＜2.1，其中

f3：第三透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

当变焦距透镜系统满足条件表达式(5)时，可以缩短随着广角状态中视角的改变发生的彗形像差的变化和系统的整体长度。

图像拾取设备包括变焦距透镜系统和将由变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号的成像元件。变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的第四透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有面向图像的凹面的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(1)：

(1)2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

在上述图像拾取设备中，保证了像差校正功能，第一透镜组可以变薄，并且可以适当地校正由第一透镜组产生的负球面像差。

另一变焦距透镜系统，具有正折射率的第一透镜组、具有负折射率的第二透镜组、具有正折射率的第三透镜组、具有正折射率的第四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。从物体侧到图像侧布置这些透镜。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。第五透镜组的位置对于可变倍率(variable power)固定。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，第一到第四透镜组每一个都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有面向图像的凹面的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(7)：

(7)2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

在另一变焦距透镜系统中，保证了像差校正功能，第一透镜组可以变薄，并且可以适当地校正由第一透镜组产生的负球面像差。

另外，固定的第五透镜组的布置允许入射在成像元件上的光与光轴几乎平行。

优选地，上述另一变焦距透镜系统应该满足以下条件表达式(8)。

(8)5＜|dwt1/dwt2|＜5.8，其中

dwt1：第一透镜组的移动距离；和

dwt2：第二透镜组的移动距离。

当另一变焦距透镜系统满足条件表达式(8)时，保证了变焦比且可以在长焦状态和收缩状态中的每一个时缩短透镜系统的全长。

优选地，上述另一变焦距透镜系统应该满足以下条件表达式(9)。

(9)0.47＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.53，其中

f2：第二透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

当如上所述地设计另一变焦距透镜系统且满足条件表达式(9)时，抑制了屏幕的外围上的轴外像差，并且抑制伴随位置透镜状态变化的轴外像差的变化。

在上述另一变焦距透镜系统中，在第三透镜组的物体侧上布置孔径光阑。当位置透镜状态改变时，孔径光阑与第三透镜组一起移动，同时满足以下条件表达式(10)。

(10)0.53＜dS3/R31＜0.59，其中

dS3：在孔径光阑和第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31：第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

当如上所述地设计另一变焦距透镜系统且满足条件表达式(10)时，可以抑制在第三透镜组中产生的负球面像差，并且可以缩短在长焦端状态下透镜系统的整个长度。

在另一上述变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(11)。

(11)2.1＜f3/fw＜2.3，其中

f3：第三透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

当另一变焦距透镜系统满足条件表达式(11)时，可以抑制在广角端状态下随着视角的改变的彗形像差的变化，并且可以缩短透镜系统的整个长度。

优选地，上述另一变焦距透镜系统应该满足以下条件表达式(12)。

(12)5.6＜f5/fw＜7.2，其中

f5：第五透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

当另一变焦距透镜系统满足条件表达式(12)时，在广角端状态下可以获得更宽的角度，并且可以减少场曲率(field curvature)。

另一图像拾取设备包括变焦距透镜系统和将由变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号的成像元件。变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。第五透镜组的位置对于可变倍率固定。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，第一到第四透镜组每一个都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。第二透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的物体侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(7)：

(7)2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

在上述另一图像拾取设备中，保证了像差校正功能，第一透镜组可以变薄，并且可以适当地校正由第一透镜组产生的负球面像差。

另外，固定的第五透镜组的布置允许入射在成像元件上的光与光轴几乎平行。

[技术效果]

根据本发明实施例的变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的第四透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。第二透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的物体侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(1)：

(1)2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，在保证像差校正功能之后透镜可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得尺寸的减小。

根据本发明的第二实施例，满足以下条件表达式(2)。

(2)0.65＜|dwt1/dt|＜0.9，其中

dwt1：第一透镜组的移动距离；和

dt：在长焦端状态下在第一透镜组和第二透镜组之间的气隙。

另外，可以在长焦端和在收缩状态(collapse state)下获得透镜的厚度减小。

根据本发明的第三和第四实施例中的每一个，满足以下条件表达式(3)。

(3)0.42＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.49，其中

f2：第二透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，顺利校正在屏幕外围上的高阶轴外像差和随着位置透镜状态变化的轴外像差，以便可以获得高性能。

根据本发明的第五和第六实施例中的每一个，在第三透镜组的物体侧上布置孔径光阑。当位置透镜状态改变时，孔径光阑与第三透镜组一起移动，同时满足以下条件表达式(4)。

(4)0.44＜dS3/R31＜0.58，其中

ds3：在孔径光阑和第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31：第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

因此，可以顺利校正在第三透镜组中产生的负球面像差，并且可以缩短在长焦端状态下透镜系统的整个长度，由此获得高性能。

根据本发明的第七和第八实施例中的每一个，满足以下条件表达式(5)。

(5)1.75＜f3/fw＜2.1，其中

f3：第三透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

因此，顺利校正在广角端状态下彗形像差随着视角改变的变化，并且可以缩短透镜系统的整个长度而不取决于位置透镜状态。

根据本发明实施例的图像拾取设备包括变焦距透镜系统和将由变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号的成像元件。变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的第四透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜，具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。

第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(1)：

(1)2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，在保证像差校正功能之后第一透镜组可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得尺寸的减小。

根据本发明实施例的另一变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。第五透镜组的位置对于可变倍率固定。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，第一到第四透镜组每一个都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中在物体侧布置负透镜的物体侧表面。以非球面形成正透镜的图像侧表面，并且尝试满足以下条件表达式(7)。

(7)2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，在保证像差校正功能之后透镜可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得尺寸的减小。

另外，第五透镜组的折射率缩短由四个透镜组组成的透镜系统的焦距以获得更宽的角度，同时顺利校正场曲率。结果，可以获得透镜系统的尺寸的减小。

根据本发明的第11实施例，满足以下条件表达式(8)。

(8)5＜|dwt1/dwt2|＜5.8，其中

dwt1：第一透镜组的移动距离；和dwt2：第二透镜组的移动距离。

另外，可以在长焦端和在收缩状态下获得变焦透镜的厚度减小。

根据本发明的第12和第13实施例中的每一个，满足以下条件表达式(9)。

(9)0.47＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.53，其中

f2：第二透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，顺利校正在屏幕外围上的高阶轴外像差和随着位置透镜状态变化的轴外像差，以便可以获得高性能。

根据本发明的第14和第15实施例中的每一个，在第三透镜组的物体侧上布置孔径光阑。当位置透镜状态改变时，孔径光阑与第三透镜组一起移动，同时满足以下条件表达式(10)。

(10)0.53＜dS3/R31＜0.59，其中

dS3：在孔径光阑和第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31：第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

因此，可以顺利校正在第三透镜组中产生的负球面像差，并且可以缩短在长焦端状态下透镜系统的整个长度，由此获得高性能。

根据本发明的第16和第17实施例中的每一个，满足以下条件表达式(11)。

(11)2.1＜f3/fw＜2.3，其中

f3：第三透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

因此，顺利校正在广角端状态下彗形像差随着视角改变的变化，并且可以缩短透镜系统的整个长度而不取决于位置透镜状态。

根据本发明的第十八和第十九实施例中的每一个，满足以下条件表达式(12)。

(12)5.6＜f5/fw＜7.2，其中

f5：第五透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

因此，顺利校正在广角端状态下随着视角改变的场曲率，并且可以缩短透镜系统的整个长度而不取决于位置透镜状态。

根据本发明实施例的另一图像拾取设备包括变焦距透镜系统和将由变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号的成像元件。变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变，并且第五透镜组的位置对于可变倍率固定。当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，第一到第四透镜组每一个都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成在物体侧上布置的负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个，并且满足以下条件表达式(7)：

(7)2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，在保证像差校正功能之后透镜可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得尺寸的减小。

另外，第五透镜组的折射率缩短由四个透镜组组成的透镜系统的焦距以获得更宽的角度，同时顺利校正场曲率。结果，可以获得透镜系统的尺寸的减小。

附图说明

图1是图示在根据本发明第一实施例的变焦距透镜系统中的透镜布置的示图；

图2是图示在广角端状态下的球面像差、像散(astigmatism)和失真像差的示图，表示其中具体数值以类似于图3和图4的方式应用于第一实施例的数字示例的像差图表；

图3是图示在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图4是图示在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图5是图示在根据本发明第二实施例的变焦距透镜系统中的透镜布置的示图；

图6是图示在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图，表示其中具体数值以类似于图7和图8的方式应用于第一实施例的数字示例的像差图表；

图7是图示在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图8是图示在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图9是图示在根据本发明第三实施例的变焦距透镜系统中的透镜布置的示图；

图10是图示在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图，表示其中具体数值以类似于图11和图12的方式应用于第一实施例的数字示例的像差图表；

图11是图示在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图12是图示在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图13是图示在根据本发明第四实施例的变焦距透镜系统中的透镜布置的示图；

图14是图示在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图，表示其中具体数值以类似于图15和图16的方式应用于第一实施例的数字示例的像差图表；

图15是图示在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图16是图示在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图17是图示在根据本发明第五实施例的变焦距透镜系统中的透镜布置的示图；

图18是图示在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图，表示其中具体数值以类似于图19和图20的方式应用于第一实施例的数字示例的像差图表；

图19是图示在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图20是图示在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图21是图示在根据本发明第六实施例的变焦距透镜系统中的透镜布置的示图；

图22是图示在广角端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图，表示其中具体数值以类似于图23和图24的方式应用于第一实施例的数字示例的像差图表；

图23是图示在中间焦距状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；

图24是图示在长焦端状态下的球面像差、像散和失真像差的示图；和

图25是图示根据本发明的一个实施例的图像拾取设备的示例性配置的框图。

具体实施方式

在下文中，将描述根据本发明的任意实施例的执行变焦距透镜系统和图像拾取设备的最佳模式。

根据本发明的任意实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统是其中变焦距透镜系统包括四个透镜组，或第一到第四透镜组的变焦距透镜系统，而图像拾取设备包括这种变焦距系统。此外，根据本发明的任意实施例的另一变焦距透镜系统包括五个透镜组，或第一到第五透镜组。另外，本发明的任意实施例的另一图像拾取设备包括这种变焦距系统。

[变焦距透镜系统的配置(四个透镜组)]

首先，将描述根据本发明的一个实施例的具有四个透镜组(第一到第四透镜组)的本实施例的变焦距透镜系统。

本实施例的变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组和具有正折射率的第四透镜组。

在本实施例的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。

在本实施例的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。

在下文中，将描述本实施例的变焦距透镜系统中每个透镜组的功能。

在本实施例的变焦距透镜系统中，在处于广角端状态的同时彼此接近地布置第一透镜组和第二透镜组，以便入射在第一透镜组上的轴外光通量接近光轴。结果，可以减少各个透镜的直径。同时，当位置透镜状态从广角端状态向长焦端状态改变时，发生在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加。因此，通过第一透镜组的轴外光通量变得远离光轴。

在本实施例的变焦距透镜系统中，使用轴外光通量的高度上的改变顺利校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化。具体地说，在广角端状态下缩短且在长焦端状态下延长透镜的整个长度，以防止入射在第一透镜组上的轴外光通量离开光轴过多。延长在第二透镜组和第三透镜组之间的距离以防止通过第二透镜组的轴外光通量离开光轴过多。结果，可以独立地校正轴上(on-axis)像差和轴外像差。

当位置透镜状态向着长焦端状态改变时，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离缩短，使得通过第二透镜的轴外光通量接近光轴。结果，顺利校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化，以便可以获得高性能。

因为在图像平面附近布置第四透镜组，所以第四透镜组的移动仅引起横向放大率的小改变。因此，第四透镜移动以便可以校正图像表面位置随着第一到第三透镜组的移动的变化。

另外，用于使用成像元件记录被摄物的图像拾取设备(相机)的适当透镜处于出瞳位置远离图像平面或主光线与光轴几乎平行的状态。因此，当通过透镜的光通量移动到光轴方向时光线的高度的变化变小。因此，因为光线的高度的改变小，所以第四透镜组适于所谓短距离聚焦，所述短距离聚焦补偿由物体位置在移动到光轴方向时的改变发生的图像表面位置的变化。从上可知，本实施例的变焦距透镜系统，第四透镜组在短距离聚焦时移动。

应该考虑孔径光阑的位置以便同时获得透镜直径的尺寸减小和高性能。

这是因为，总的来说，通过每个透镜组的轴外光通量的高度的改变随着改变它们离孔径光阑的距离的透镜组的数目增加而更容易发生。轴外光通量的高度的改变可以用于校正由于位置透镜状态的改变引起的轴外像差的变化。替代地，轴外光通量的高度可以正向地变化，以更有效地校正轴外像差的变化。此外，在透镜系统的中间附近的孔径光阑的布置允许透镜具有更小的直径。因此，在本实施例的变焦距透镜系统中，如上所述，在第三透镜组附近放置孔径光阑，以获得透镜直径的尺寸减小和透镜系统的高性能。

另外，在第三透镜组的物体侧上布置孔径光阑，以允许孔径光阑和第三透镜组一起移动，由此获得透镜直径的进一步减小和镜筒的简化的结构。

此外，特别在广角端状态下，第三透镜组的物体侧上孔径光阑的布置允许通过第一透镜组的轴外光通量接近光轴，以获得透镜直径的尺寸减小。同时，通过第一透镜组的轴外光通量在广角端状态下接近光轴，其变得可以防止在屏幕外围彗形像差的产生，以获得高性能。

为了同时获得更高的可变倍率，和尺寸减小，增加每个透镜组的折射率是有效的。然而，每个透镜组的折射率的增加导致每个透镜组中每个透镜表面的曲率的增加。因此，当在获得更高的可变倍率和尺寸减小之后获得更宽的角度时，可能在屏幕的外围发生显著的大像差。在正优先型中，通过第一透镜组的轴外光通量在广角端状态下趋向于远离光轴。具体地说，第一透镜组的折射率增加越多，通过第一透镜组的轴外像差通量移动远离光轴就越多。此外，在该情况下，在屏幕的外围发生大彗形像差。

因此，为了在同时获得更高的可变倍率和尺寸减小之后获得更宽的角度，优选减小第一透镜组的折射率。然而，在该情况下，第一透镜组的折射率的减小导致透镜系统的整体长度的增加，由此导致保证预定可变放大率时的困难。

因此，在本实施例的变焦距透镜系统中，如上所述地设计第一和第二透镜组，以通过在获得更高的可变倍率和尺寸减小的同时，获得更宽的角度来保证高的光学性能，而不取决于透镜的位置。

具体地说，本实施例的变焦距透镜系统可以获得更高的可变倍率和尺寸减小两者，同时在广角端状态下具有大于70度的更宽的角度。在根据本发明实施例的变焦距透镜系统中，第一透镜组包括具有面向图像的凹面的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧以该次序布置这些透镜。

在根据本发明实施例的变焦距透镜系统中，第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜(第一负透镜)，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜(第二负透镜)，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成第一负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个。

在本实施例的变焦距透镜系统的第二透镜组中，通过将正透镜的图像侧表面形成为非球面来校正轴上像差。另外，通过将负透镜形成为非球面镜头来校正轴外像差。

当如上所述地配置本实施例的变焦距透镜系统时，在保证像差校正功能之后镜头可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得第一透镜组的尺寸的减小。

另外，第一透镜组可以包括两个透镜，负透镜和正透镜以产生从广角端到长焦端的适当移动距离或反之亦然。因此，在收缩透镜系统时透镜系统的厚度和在长焦端状态下透镜系统的整个长度可以减小。

本实施例的变焦距透镜系统可以通过使用非球面透镜实现更高的光学性能。具体地说，第二透镜组中非球面镜头的使用允许透镜系统顺利校正由于广角端状态中产生的视角引起的彗形像差的变化。

在本实施例的变焦距透镜系统中，负透镜(第一负透镜)的物体侧上的表面和在第二透镜组的物体侧上布置的正透镜的图像侧上的表面中的至少两个表面被分别形成为非球面。因此，可以在广角端状态下同时获得尺寸减小和高性能。

为了使用非球面，总的来说，存在方法：(A)将孔径光阑附近的表面形成为非球面的方法；和(B)将远离孔径光阑的表面形成为非球面的方法。

在(A)的情况下，非球面适于球面像差的校正。在(B)的情况下，另一方面，非球面适于轴外像差，比如失真像差和场曲率的校正。

在本实施例的变焦距透镜系统中，在第二透镜组中远离彼此地布置两个球面以独立地校正光轴附近的折射率和在远离光轴的位置的折射率。具体地说，独立地校正在近轴(paraxial)区域中的入瞳位置和在屏幕的周边的入瞳位置。结果，变得可以移动入射在第一透镜组上的轴外光通量接近光轴，可以减小透镜直径，并且可以顺利校正由于视角的改变引起的轴外像差的变化。

[变焦距透镜系统的条件表达式(四个透镜组)]

在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的具有四个透镜组(第一到第四透镜组)的变焦距透镜的条件表达式。

本实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(1)。

(1)2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

提供条件表达式(1)以缩短第一透镜组在长焦端状态下的整个长度并顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。

如果高于条件表达式(1)的上限，则在长焦端状态下第一透镜的整个长度变长。

另一方面，如果小于条件表达式(1)的下限，则不能顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。因此，几乎不能获得光学性能的进一步改进。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(1)时，可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度，并且可以顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。

需要根据本发明的一个实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(2)。

(2)0.65＜|dwt1/dt|＜0.9，其中

dwt1：第一透镜组的移动距离；和

dt：在长焦端状态下在第一透镜组和第二透镜组之间的气隙。

提供条件表达式(2)以限定第一透镜组的移动距离。另外，可以在长焦端和在收缩状态下获得变焦透镜的厚度减小。

如果小于条件表达式(2)的下限，则不能获得需要的变焦比。

另一方面，如果高于条件表达式(2)的上限，则在长焦端状态下第一透镜的整个长度变长。在该情况下，需要增加机械组件的厚度以保证与在第一透镜组的广角端和长焦端之间的移动距离对应的凸轮轨道(cam track)，在收缩时造成厚度减小的障碍。

因此，变焦距透镜系统满足条件表达式(2)以获得在长焦端和在收缩时的透镜的厚度减小。

在根据本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，除上述条件表达式(1)之外，变焦距透镜系统还可能满足以下条件表达式(3)。

(3)0.42＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.49，其中

f2：第二透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

提供条件表达式(3)以限定第二透镜组的焦距以获得高性能。

如果小于条件表达式(3)的下限，则显著地发生高阶轴外像差。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

另一方面，如果高于条件表达式(3)的上限，则几乎不能以有利方式校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(3)时，抑制了屏幕外围上的高阶轴外像差，并且可以顺利校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化。结果，可以获得更多性能改进。

在本实施例的变焦距透镜系统中，为同时获得更高的可变倍率，更多的尺寸减小和更高的性能，可以如下所述地配置第一透镜组。

为了获得这种更高的可变倍率，需要顺利校正由于长焦端状态下增加了的焦距引起的色像差和球面像差。为了获得更高的性能，因为需要顺利校正在每个透镜组中产生的色像差和球面像差，所以需要第一透镜组中的至少一个正透镜和至少一个负透镜。

此外，为了缩短透镜系统在长焦端状态下的整个长度以减小透镜的直径，优选地，第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。

在本实施例的变焦距透镜系统中，这种第一透镜组的配置允许最接近图像地布置正透镜，以便在第一透镜组上入射的轴外光通量可以接近光轴且同时可以缩短透镜系统的整个长度。

在本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(4)。

(4)0.44＜dS3/R31＜0.58，其中

dS3：在孔径光阑和第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31：第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

提供条件表达式(4)以限定第三透镜组离物体的最近表面的轮廊。

第三透镜组具有强大的折射率，以会聚从第二透镜组发出的光通量。因此，当最优化第三透镜组的形状和获得更高的性能时，第三透镜组到物体的最近表面将起重要作用。

如果高于条件表达式(4)的上限，则不能顺利校正在第三透镜组中产生的负球面像差。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

如果小于条件表达式(4)的下限，则变得难以缩短在长焦端状态下透镜系统的整个长度。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(4)时，可以顺利校正在第三透镜组中产生的负球面像差，同时可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度。

在本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(5)以获得更高的性能。

(5)1.75＜f3/fw＜2.1，其中

f3：第三透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

如果低于条件表达式(5)的下限，则变得难以顺利校正广角端状态下彗形像差随着视角改变的变化。因此，几乎不能获得足够高的性能。另一方面，如果高于条件表达式(5)的上限，则透镜系统的整个长度变长，而不取决于位置透镜状态。因此，几乎不能获得更多的尺寸减小。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(5)时，有可能顺利校正广角端状态下彗形像差的变化，且可以缩短透镜系统的整个长度，而不取决于位置透镜状态。

在本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(6)以顺利校正第二透镜组中产生的正的球面像差和获得高性能。

(6)0.85＜|1/β2t|＜1.25，其中

β2t：长焦端状态下第二透镜组的横向放大率(lateral magnification)。

提供条件表达式(6)以限定第二透镜组的横向放大率。

如果高于条件表达式(6)的上限，则不能顺利校正在第二透镜组中产生的正的球面像差。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

另一方面，如果低于条件表达式(6)的下限，则不能缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度。因此，不能顺利校正第二透镜组中产生的足够减小的正的球面像差。因此，几乎不能获得足够高的尺寸减小。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(6)时，可以充分地校正在第二透镜组中产生的正的球面像差，同时可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度。

此外，在本实施例的变焦距透镜系统中，第一到第四透镜组当中的一个透镜组或一个透镜组的一部分以实质上垂直光轴的方向移位。以这种方式，变焦距透镜系统可以以实质上垂直光轴的方向移位透镜组或其一部分。然后，通过与用于检测图像摇晃的检测系统、用于移位每一透镜组的驱动系统和用于响应于检测系统的输出向驱动系统提供移位的量的控制系统结合，移位的量还可以用于振动控制光学系统。

具体地说，在本实施例的变焦距透镜系统中，以实质上垂直光轴的方向移位第三透镜组。因此，可以最小化由移位所引起的性能改变。

如果在第三透镜组附近布置孔径光阑，则轴外光通量通过光轴附近。因此，有可能抑制由第三透镜组在实质上垂直光轴的方向的移位所引起的轴外像差的改变。

此外，取决于光接收元件的光谱灵敏度特性，可以在透镜系统的图像侧上向本实施例的变焦距透镜系统提供低通滤光镜以避免产生波纹图案或可以向其提供红外截止滤光镜。

另外，通过允许第一到第四透镜组中的任意一个以垂直于光轴的方向移位，透镜系统可以在收缩时进一步变薄，以防止每一透镜组引起干涉。

此外，可以通过将非球面透镜引入第三或第四透镜组中而进一步改进透镜系统的中心性能和外围性能。

另外，变焦距透镜系统可以通过在其中形成多个非球面而保证更高的光学性能。

[变焦距透镜系统(四个组)的数字示例]

在下文中，将参考附图和表描述根据特定数值应用到的每一具体实施例和其数值实例的、具有四个透镜组(即第一到第四透镜组)的变焦距透镜系统。

在以下描述和表中表示的符号的含义如下：“f”是焦距，“Fno”是F数，“ω”是半视角，“i”是表面标识号，“ri”是曲率半径，“di”是在轴上的第“i”表面和第“i+1”表面之间的距离，“ni”是屈光率，并且“vi”是Abbe(阿贝)数。关于表面标识号，“S”指孔径光阑。关于曲率半径，“ASP”指相应表面是非球面。“K”表示圆锥系数(圆锥常数)。另外，“A4”、“A6”、“A8”、“A10”和“A12”分别表示第四阶、第六阶、第八阶、第十阶和第十二阶非球面系数。

另外，屈光率是与d线(λ＝587.6nm)对应的值，并且曲率半径“INF”指相应表面是平面。

用于每一数字实例中的透镜具有非球形透镜表面。非球形由以下数值表达式1限定，其中“Z”是在光轴方向离透镜表面的峰值的距离，“h”是在垂直于光轴的方向的高度(图像高度)，“R”是在透镜的峰值的近轴曲率(曲率半径的倒数)，“K”是圆锥系数(圆锥常数)，并且“A4”、“A6”、...分别表示第四阶、第六阶、...非球面系数。

[等式1]

$Z=\frac{(1/R)\·h^2}{1+{\{1-(1+k)\·{(1/R)}^2\·h^2\}}^{1/2}}+{A4h}^4+{A6h}^6+{A8h}^8+{A10h}^{10}+{A12h}^{12}$

<第一实施例>

图1是图示根据本发明的第一实施例的变焦距透镜系统1的示图。变焦距透镜系统1包括九个透镜。

提供第一透镜组G1作为粘合透镜(cemented lens)L11，其中具有面对物体的凸面的凹凸负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜粘合(cement)在一起。第二透镜组G2包括具有面对图像的凹面的第一凹凸负透镜L21，具有相对凹面侧面的第二负透镜L22和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L23。

第三透镜组G3包括具有相对凸面侧的第一正透镜L31，以及其中具有面对物体的凸面侧的第二正透镜和具有面对图像的凹面的负透镜粘合在一起的粘合透镜L32。第四透镜组G4包括具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L41。

在第四透镜组G4和图像平面IMG之间布置滤光镜FL。

表1表示通过将数值具体地应用到第一实施例的变焦距透镜系统1获得的数字示例1的透镜数据。

[表1]

i	ri	di	ni	vi
					1	20.309	0.600	1.92286	20.9
2	13.937	3.000	1.80420	46.5
					3	133.866	可变的
4	49.193(ASP)	0.800	1.82080	42.7
					5	5.854	3.241
6	-25.739	0.450	1.88300	40.8
					7	15.763	0.100
8	8.937(ASP)	1.355	2.00178	19.3
					9	24.787(ASP)	可变的
10(S)	INF	0.000
					11	7.537(ASP)	1.560	1.69350	53.2
12	-10.569	0.108
					13	4.248	1.378	1.49700	81.6
14	60.224	0.403	1.90366	31.3
					15	3.570	可变的
16	7.758(ASP)	1.365	1.58313	59.5
					17	16.717	可变的
18	INF	0.300	1.51680	64.2
					19	INF	0.720
20	INF	0.500	1.51680	64.2
					21	INF

在变焦距透镜系统1中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的物体侧表面(r4)，第二透镜组G2的正透镜L23的两个表面(r8，r9)，第三透镜组G3的第一正透镜L31的两个表面(r11，r12)，第四透镜组G4的正透镜L41的物体侧表面(r16)分别被形成为非球面。数字示例1中各个非球面的第四、第六、第八、第十和第十二非球面系数A4、A6、A8、A10和A12被分别与圆锥系数K一起列在表2中。

此外，在表2和如下所述的表示非球面系数的每一表中，“E-i”表示具有底数10的指数函数“10-i”，例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10^-5”。

[表2]

在变焦距透镜系统1中，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离d3，在第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离d9，在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离d15和在第四透镜组G4和滤光镜FL之间的表面距离d17随着从广角端状态到长焦端状态的变焦而改变，或反之亦然。除表示它们各自的F数(Fno)和半视角ω之外，表3还表示在数字示例1中广角端状态、中间焦距状态和长焦端状态下的可变距离。

[表3]

图2到图4表示在数字示例1的无限远对焦状态(infinite far in-focusstate)下的像差图。图2是表示广角端状态的像差图，图3是表示中间焦距状态的像差图，而图4是长焦端状态中表示的像差图。

图示图2和图4以使得实线表示弧矢图像平面(sagittal image plane)上的值，而虚线表示子午图像表面(meridional image surface)上的值。

如从每一像差图中明显得出的那样，数字实例1明显示出顺利校正了各个像差和优质成像性能。

<第二实施例>

图5是图示根据本发明的第二实施例的变焦距透镜系统2的示图。变焦距透镜系统2包括九个透镜。

第一透镜组G1包括具有面向物体的凸面的凹凸负透镜L11和具有面对物体的凸面的正透镜L12。

第二透镜组G2包括具有面对图像的凹面的第一凹凸负透镜L21，具有相对凹面侧面的第二负透镜L22和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L23。

第三透镜组G3包括具有相对凸面侧的第一正透镜L31，以及其中具有面对物体的凸面的第二正透镜和具有面对图像的凹面的负透镜粘合在一起的粘合透镜L32。

第四透镜组G4包括具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L41。

在第四透镜组G4和图像平面IMG之间布置滤光镜FL。

表4表示通过将数值具体地应用到第一实施例的变焦距透镜系统2获得的数字示例1的透镜数据。

[表4]

i	ri	di	ni	vi
					1	20.254	0.700	1.92286	20.9
2	13.762	0.769
					3	14.432	4.500	1.80420	46.5
4	266.268	可变的
					5	-124.865(ASP)	0.800	1.82080	42.7
6	6.611	3.136
					7	-196.932	0.450	1.88300	40.8
8	10.972	0.154
					9	7.817(ASP)	1.553	2.00178	19.3
10	18.095(ASP)	可变的
					11(S)	INF	0.000
12	7.011(ASP)	1.767	1.69350	53.2
					13	-11.906(ASP)	0.125
14	4.531	1.408	1.49700	81.6
					15	-249.493	0.400	1.90366	31.3
16	3.635	可变的
					17	10.367(ASP)	1.678	1.58313	59.5
18	73.472	可变的
					19	INF	0.300	1.51680	64.2
20	INF	0.720
					21	INF	0.500	1.51680	64.2
22	INF

在变焦距透镜系统2中，第二透镜组G2的第一负透镜L22的物体侧表面(r5)，第二透镜组G2的正透镜L23的两个表面(r9，r10)，第三透镜组G3的第一正透镜L31的两个表面(r12，r13)，第四透镜组G4的正透镜L41的物体侧表面(r17)分别被形成为非球面。数字示例2中各个非球面的第四、第六、第八、第十和第十二非球面系数A4、A6、A8、A10和A12被分别与圆锥系数K一起列在表5中。

[表5]

在变焦距透镜系统2中，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离d4，在第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离d10，在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离d16和在第四透镜组G4和滤光镜FL之间的表面距离d18随着在广角端状态和长焦端状态之间的变焦而改变。除表示它们各自的F数(Fno)和半视角ω之外，表6还表示在数字示例2中广角端状态、中间焦距状态和长焦端状态下的可变距离。

[表6]

图6到图8表示在数字示例1的无限远对焦状态下的像差图。图6是表示广角端状态的像差图，图7是表示中间焦距状态的像差图，而图8是长焦端状态中表示的像差图。

图示图6和图8以使得实线表示弧矢图像平面上的值，而虚线表示子午图像表面上的值。

如从每一像差图中明显得出的那样，发现数字实例2示出顺利校正了各个像差和优质成像性能。

<第三实施例>

图9是图示根据本发明的第三实施例的变焦距透镜系统3的示图。变焦距透镜系统3包括九个透镜。

提供第一透镜组G1作为粘合透镜L11，其中具有面对物体的凸面的凹凸负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜粘合在一起。第二透镜组G2包括具有面对图像的凹面的第一凹凸负透镜L21，具有相对凹面侧面的第二负透镜L22和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L23。

第三透镜组G3包括具有相对凸面侧的第一正透镜L31，以及其中具有面对物体的凸面的第二正透镜和具有面对图像的凹面的负透镜粘合在一起的粘合透镜L32。

第四透镜组G4包括具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L41。

在第四透镜组G4和图像平面IMG之间布置滤光镜FL。

表7表示通过将数值具体地应用到第三实施例的变焦距透镜系统3获得的数字示例3的透镜数据。

[表7]

i	ri	di	ni	vi
					1	22.268	1.000	2.00069	25.5
2	13.978	4.214	1.81600	46.6
					3	180.162	可变的
4	208.338(ASP)	0.800	1.85135	40.1
					5	6.531(ASP)	3.185
6	-20.696	0.450	1.83481	42.7
					7	20.696	0.300
8	10.850	1.487	2.00178	19.3
					9	39.976(ASP)	可变的
10	INF	0.000
					11	6.919(ASP)	1.800	1.62263	58.2
12	-11.431(ASP)	0.239
					13	4.197	1.401	1.49700	81.6
14	21.826	0.401	1.90366	31.3
					15	3.449	可变的
16	8.699(ASP)	1.737	1.52470	56.2
					17	28.850(ASP)	可变的
18	INF	0.300	1.51680	64.2
					19	INF	0.720
20	INF	0.500	1.51680	64.2
					21	INF

在变焦距透镜系统3中，第二透镜组G2的第一正透镜L21的两个表面(r4，r5)，第二透镜组G2的正透镜L23的图像侧表面(r9)，第三透镜组G3的第一正透镜L31的两个表面(r11，r12)和第四透镜组G4的正透镜L41的两个表面(r16，r17)分别被形成为非球面。数字示例3中各个非球面的第四、第六、第八、第十和第十二非球面系数A4、A6、A8、A10和A12被分别与圆锥系数K一起列在表8中。

[表8]

在变焦距透镜系统3中，在第一透镜组G3和第二透镜组G2之间的表面距离d3，在第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离d9，在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离d15和在第四透镜组G4和滤光镜FL之间的表面距离d17随着在广角端状态和长焦端状态之间的变焦改变。除表示它们各自的F数(Fno)和半视角ω之外，表9表示数字示例3中广角端状态、中间焦距状态和长焦端状态下的可变距离。

[表9]

图10到图12表示在数字示例3的无限远对焦状态下的像差图。图10是表示广角端状态的像差图，图11是表示中间焦距状态的像差图，而图12是长焦端状态中表示的像差图。

图示图10和图12以使得实线表示弧矢图像平面上的值，而虚线表示子午图像表面上的值。

如从每一像差图中明显得出的那样，发现数字实例3示出顺利校正了各个像差和优质成像性能。

[变焦距透镜系统(四个透镜组)的条件表达式的每个值]

在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的具有四个透镜组(第一到第四透镜组)的变焦距透镜的条件表达式的每个值。

在变焦距透镜系统1到3中的上述条件表达式(1)到(6)的值被分别列在表10中。

[表10]

如从表10很明显的，使得变焦距透镜系统1到3满足条件表达式(1)到(6)。

[具有变焦距透镜系统(四个组)的图像拾取设备的配置]

在下文中，根据本发明实施例，将描述提供有具有四个透镜组(第一到第四透镜组)的变焦距透镜系统的图像拾取设备。

本实施例的图像拾取设备包括变焦距透镜系统和将由变焦距透镜系统形成的光学图像电学地转换为电信号的成像元件。

在本实施例的图像拾取设备中，变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，和具有正折射率的第四透镜组。

在本实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。

在本实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。

在根据本发明实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，第一透镜组包括从物体侧到图像侧以该次序布置的具有面对图像的凹面的负透镜和具有面向物体的凸面的正透镜。

在根据本发明实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜(第一负透镜)，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜(第二负透镜)，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成第一负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个。

在根据本发明实施例的图像拾取设备中，如上所述地配置变焦距透镜系统，在保证像差校正功能之后镜头可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得尺寸减小。

在根据本发明实施例的图像拾取设备中，变焦距透镜系统可以通过使用非球面透镜实现更高的光学性能。具体地说，第二透镜组中非球面透镜的使用允许透镜系统顺利校正由于广角端状态下产生的视角引起的彗形像差的变化。

在根据本实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，负透镜(第一负透镜)的物体侧上的表面和在第二透镜组的物体侧上布置的正透镜的图像侧上的表面中的至少两个表面被分别形成为非球面。因此，可以在广角端状态下同时获得尺寸减小和高性能。

在本实施例的图像拾取设备中，本实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(1)。

(1)2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，在本发明的图像拾取设备中，当变焦距透镜系统满足条件表达式(4)时，可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度，并且可以顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。

[变焦距透镜系统(五个透镜组)的配置]

接下来，将描述根据本发明的一个实施例的具有第五透镜组(第一到第五透镜组)的本实施例的变焦距透镜系统。

根据本发明实施例的变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。

在本实施例的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的距离改变。第五透镜组的位置对于可变倍率固定。

在本实施例的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，第一到第四透镜组中每个透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。

在下文中，将描述本实施例的变焦距透镜系统中每个透镜组的功能。

在本实施例的变焦距透镜系统中，在处于广角端状态下的同时彼此接近地布置第一透镜组和第二透镜组，以便入射在第一透镜组上的轴外光通量接近光轴。结果，可以减少各个透镜的直径。同时，当位置透镜状态从广角端状态向长焦端状态改变时发生在第一透镜组和第二透镜组之间的距离的增加。因此，通过第一透镜组的轴外光通量变得远离光轴。

在本实施例的变焦距透镜系统中，使用轴外光通量的高度上的改变顺利校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化。具体地说，在广角端状态下缩短且在长焦端状态下延长透镜的整个长度，以防止入射在第一透镜组上的轴外光通量离开光轴过多。延长在第二透镜组和第三透镜组之间的距离以防止通过第二透镜组的轴外光通量离开光轴过多。结果，可以独立地校正轴上像差和轴外像差。

当位置透镜状态向着长焦端状态改变时，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，结果，变得可以移动入射在第二透镜组上的轴外光通量接近光轴。结果，顺利校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化，以便可以获得高性能。

因为在图像平面附近布置了第四透镜组，所以第四透镜组的移动仅引起横向放大率的小改变。因此，第四透镜移动以便可以校正图像表面位置随着第一到第三透镜组的移动的变化。

另外，用于使用成像元件记录被摄物的图像拾取设备(相机)的适当透镜处于出瞳位置远离图像平面或主光线与光轴几乎平行的状态。因此，当通过的光通量移动到光轴方向时光线的高度的变化变小。因此，因为光线的高度的改变小，所以第四透镜组适于所谓短距离聚焦，所述短距离聚焦补偿由物体位置在移动到光轴方向时的改变而发生的图像表面位置的变化。

从上可知，本实施例的变焦距透镜系统，第四透镜组在短距离聚焦时移动。

另外，固定的第五透镜组的布置允许入射在成像元件上的光与光轴几乎平行。另外，第五透镜组的折射率缩短由四个透镜组组成的透镜系统的焦距以获得更宽的角度，同时校正场曲率并允许透镜系统的尺寸减小。

应该考虑孔径光阑的位置以便同时获得透镜直径的尺寸减小和高性能。

这是因为，总的来说，通过每个透镜组的轴外光通量的高度的改变随着改变它们离孔径光阑的距离的透镜组的数目增加而更容易发生。轴外光通量的高度的改变可以用于校正由于位置透镜状态的改变引起的轴外像差的变化。替代地，轴外光通量的高度可以正向地变化，以更有效地校正轴外像差的变化。此外，在透镜系统的中间附近的孔径光阑的布置允许透镜具有更小的直径。

因此，在本实施例的变焦距透镜系统中，如上所述，在第三透镜组附近放置孔径光阑，以获得透镜直径的尺寸减小和透镜系统的高性能。

另外，在第三透镜组的物体侧上布置孔径光阑，以允许孔径光阑和第三透镜组一起移动，由此获得透镜直径的进一步减小和镜筒的简化的结构。

此外，特别在广角端状态下，第三透镜组的物体侧上孔径光阑的布置允许通过第一透镜组的轴外光通量接近光轴以获得透镜直径的尺寸减小。同时，通过第一透镜组的轴外光通量在广角端状态下接近光轴，其变得可以防止在屏幕外围彗形像差的产生以获得高性能。

为了同时获得更高的可变倍率和尺寸减小，增加每个透镜组的折射率是有效的。然而，每个透镜组的折射率的增加导致每个透镜组中每个透镜表面的曲率的增加。因此，当在获得更高的可变倍率和尺寸减小之后获得更宽的角度时，可能在屏幕的外围发生显著的大像差。

在正优先型中，通过第一透镜组的轴外光通量在广角端状态下趋向于远离光轴。具体地说，第一透镜组的折射率增加越多，通过第一透镜组的轴外像差通量移动远离光轴就越多。此外，在该情况下，在屏幕的外围发生大彗形像差。

因此，为了在同时获得更高的可变倍率和尺寸减小之后获得更宽的角度，优选减小第一透镜组的折射率。然而，在该情况下，第一透镜组的折射率的减小导致透镜系统的整个长度的增加，由此导致保证预定可变放大率时的困难。

因此，在本实施例的变焦距透镜系统中，如上所述地设计第一和第二透镜组以通过在获得更高的可变倍率和尺寸减小的同时，获得更宽的角度来保证高的光学性能，而不取决于透镜的位置。

具体地说，本实施例的变焦距透镜系统可以获得更高的可变倍率和尺寸减小两者，同时在广角端状态下具有大于70度的更宽的角度。

在根据本发明实施例的变焦距透镜系统中，第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜(第一负透镜)，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜(第二负透镜)，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成第一负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个。

在本实施例的变焦距透镜系统的第二透镜组中，通过将正透镜的图像侧表面形成为非球面而校正轴上像差。另外，通过将负透镜形成为非球面透镜而校正轴外像差。

当如上所述地配置本实施例的变焦距透镜系统时，在保证像差校正功能之后镜头可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得第一透镜组的尺寸减小。

另外，第一透镜组可以包括两个透镜(负透镜和正透镜)以产生从广角端到长焦端的适当移动距离或反之亦然。因此，在收缩透镜系统时透镜系统的厚度和在长焦端状态下透镜系统的整个长度可以减小。

本实施例的变焦距透镜系统可以通过使用非球面透镜实现更高的光学性能。具体地说，第二透镜组中非球面透镜的使用允许透镜系统顺利校正由于广角端状态下产生的视角引起的彗形像差的变化。

在本实施例的变焦距透镜系统中，负透镜(第一负透镜)的物体侧上表面和在第二透镜组的物体侧上布置的正透镜的图像侧上的表面中的至少两个表面被分别形成为非球面。因此，可以在广角端状态下同时获得尺寸减小和高性能。

为了使用非球面，总的来说，存在方法：(A)将孔径光阑附近的表面形成为非球面的方法；和(B)将远离孔径光阑的表面形成为非球面的方法。

在(A)的情况下，非球面适于球面像差的校正。另一方面，在(B)的情况下，非球面适于轴外像差(比如失真像差和场曲率)的校正。

在本实施例的变焦距透镜系统中，在第二透镜组中远离彼此地布置两个球面以独立地校正光轴附近的折射率和在远离光轴的位置的折射率。

具体地说，独立地校正在近轴区域中的入瞳位置和在屏幕的周边的入瞳位置。结果，变得可以将入射在第一透镜组上的轴外光通量近似到光轴，可以减小透镜直径，并且可以顺利校正由于视角的改变引起的轴外像差的变化。

[变焦距透镜系统(五个透镜组)的条件表达式]

在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的具有五个透镜组(第一到第五透镜组)的本实施例的变焦距透镜系统。

本实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(7)。

(7)2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

提供条件表达式(7)以缩短在长焦端状态下第一透镜组的整个长度并顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。

如果高于条件表达式(7)的上限，则在长焦端状态下第一透镜的整个长度变长。

另一方面，如果小于条件表达式(7)的下限，则不能顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。因此，几乎不能获得光学性能的进一步改进。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(7)时，可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度，并且可以顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。

需要根据本发明的一个实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(8)。

(8)5＜|dwt1/dwt2|＜5.8，其中

dwt1：第一透镜组的移动距离；和dwt2：第二透镜组的移动距离。

提供条件表达式(8)以限定第一透镜组的移动距离。另外，可以在长焦端和在收缩状态下获得变焦透镜的厚度减小。

如果小于条件表达式(8)的下限，则不能获得需要的变焦比。

另一方面，如果高于条件表达式(8)的上限，则在长焦端的透镜系统的整个长度变大。在该情况下，需要增加机械组件的厚度以保证与在第一透镜组的广角端和长焦端之间的移动距离对应的凸轮轨道，在收缩时造成厚度减小的障碍。

因此，变焦距透镜系统满足条件表达式(8)以获得在长焦端和在收缩时透镜的厚度减小。

除上述条件表达式(7)之外，需要根据本发明的一个实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(9)。

(9)0.47＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.53，其中

f2：第二透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

提供条件表达式(9)以限定第二透镜组的焦距以获得高性能。

如果小于条件表达式(9)的下限，则显著地发生高阶轴外像差。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

另一方面，如果高于条件表达式(9)的上限，则几乎不能以有利方式校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(9)时，抑制了屏幕外围上的高阶轴外像差，并且可以顺利校正轴外像差随着位置透镜状态改变的变化。结果，可以获得更多性能改进。

在本实施例的变焦距透镜系统中，为同时获得更高的可变倍率，更多的尺寸减小和更高的性能，可以如下所述地配置第一透镜组。

为了获得这种更高的可变倍率，需要顺利校正由于长焦端状态下增加的焦距引起的色像差和球面像差。为了获得更高的性能，因为需要顺利校正在每个透镜组中产生的色像差和球面像差，所以需要第一透镜组中的至少一个正透镜和至少一个负透镜。

此外，为了缩短透镜系统在长焦端状态下的整个长度以减小透镜的直径，优选地，第一透镜组包括具有对着图像的凹面侧的负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。

在本实施例的变焦距透镜系统中，这种第一透镜组的配置允许最接近图像地布置正透镜，以便在第一透镜组上入射的轴外光通量可以接近光轴且同时可以缩短透镜系统的整个长度。

需要根据本发明的一个实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(10)。

(10)0.53＜dS3/R31＜0.59，其中

ds3：在孔径光阑和第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和R31：第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

提供条件表达式(10)以限定第三透镜组离物体的最近表面的轮廊。

第三透镜组具有强大的折射率以会聚从第二透镜组发出的光通量。因此，当最优化第三透镜组的形状和获得更高的性能时，第三透镜组到物体的最近表面将起重要作用。

如果高于条件表达式(10)的上限，则不能顺利校正在第三透镜组中产生的负球面像差。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

如果小于条件表达式(10)的下限，则变得难以缩短在长焦端状态下透镜系统的整个长度。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(10)时，可以顺利校正在第三透镜组中产生的负球面像差，同时可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度。

在本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(11)以获得更高的性能。

(11)2.1＜f3/fw＜2.3，其中

f3：第三透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

如果小于条件表达式(11)的下限，则变得难以顺利校正广角端状态下彗形像差随着视角改变的变化。因此，几乎不能获得足够高的性能。

另一方面，如果高于条件表达式(11)的上限，则透镜系统的整个长度变长而不取决于位置透镜状态。因此，几乎不能获得更多的尺寸减小。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(11)时，有可能顺利校正广角端状态下彗形像差的变化且可以缩短透镜系统的整个长度而不取决于位置透镜状态。

在本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(12)以获得更高的性能。

(12)5.6＜f5/fw＜7.2，其中

f5：第五透镜组的焦距；和

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

条件表达式(12)表示在广角端状态下在第五透镜组的焦距和整个透镜系统的焦距之间的比率。

如果小于条件表达式(12)的下限，则在广角端状态下不能获得更宽的角度和尺寸减小的效果。

另一方面，如果高于条件表达式(12)的上限，则发生场曲率的增加且几乎不能获得足够的性能。

当变焦距透镜系统满足条件表达式(12)时，可以在广角端状态下顺利校正随着角度的更宽的角度的增加的场曲率，并且可以缩短透镜系统的整个长度。

在本发明的一个实施例的变焦距透镜系统中，需要满足以下条件表达式(13)以顺校正第二透镜组中产生的正的球面像差和获得高性能。由第二透镜组产生的正的球面像差得到很好校正。

(13)1＜|1/β2t|＜1.5，其中

β2t：长焦端状态下第二透镜组的横向放大率。

提供条件表达式(13)以限定第二透镜组的横向放大率。

如果高于条件表达式(13)的上限，则不能顺利校正在第二透镜组中产生的正的球面像差。因此，几乎不能获得性能的进一步改进。

另一方面，如果低于条件表达式(13)的下限，则不能缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度。因此，不能顺利校正第二透镜组中产生的足够减小的正的球面像差。因此，几乎不能获得足够的尺寸减小。

因此，当变焦距透镜系统满足条件表达式(13)时，可以充分地校正在第二透镜组中产生的正的球面像差，同时可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度。

此外，在本实施例的变焦距透镜系统中，第一到第五透镜组当中的一个透镜组或一个透镜组的一部分以实质上垂直光轴的方向移位。以这种方式，变焦距透镜系统可以以实质上垂直光轴的方向移位透镜组或其一部分。然后，通过与用于检测图像摇晃的检测系统、用于移位每一透镜组的驱动系统和用于响应于检测系统的输出向驱动系统提供移位的量的控制系统结合，移位的量还可以用作振动控制光学系统。

具体地说，在本实施例的变焦距透镜系统中，以实质上垂直光轴的方向移位第三透镜组。因此，可以最小化由移位所引起的性能改变。

如果在第三透镜组附近布置孔径光阑，轴外光通量通过光轴附近。因此，有可能抑制由第三透镜组在实质上垂直光轴的方向的移位所引起的轴外像差的改变。

此外，取决于光接收元件的光谱灵敏度特性，可以在透镜系统的图像侧上向本实施例的变焦距透镜系统提供低通滤光镜以避免产生波纹图案或可以向其提供红外截止滤光镜。

另外，通过允许第一到第五透镜组中的任意一个以垂直于光轴的方向移位，透镜系统可以在收缩时进一步变薄，以防止每一透镜组引起干涉。

此外，可以通过将非球面透镜引入第三或第五透镜组中而进一步提高透镜系统的中心性能和外围性能。

另外，变焦距透镜系统可以通过在其中形成多个非球面而保证更高的光学性能。

[变焦距透镜系统(五个组)的数字示例]

在下文中，将参考附图和表描述根据特定数值应用到的每一具体实施例和其数值实例的、具有五个透镜组(即第一到第五透镜组)的变焦距透镜系统。

在以下描述和表中表示的符号的含义与在用于四个组(即如上所述的第一到第四透镜组)的变焦距透镜系统的描述的附图和表中表示的相同。

<第四实施例>

图13是图示根据本发明的第四实施例的变焦距透镜系统4的示图。变焦距透镜系统4包括10个透镜。

提供第一透镜组G1作为粘合透镜L11，其中具有面对物体的凸面的凹凸负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜粘合在一起。第二透镜组G2包括具有面对图像的凹面的第一凹凸负透镜L21，具有相对凹面侧面的第二负透镜L22和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L23。

第三透镜组G3包括具有相对凸面侧的第一正透镜L31，以及其中具有面对物体的凸面的第二正透镜和具有面对图像的凹面的负透镜粘合在一起的粘合透镜L32。

第四透镜组G4包括具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。

第五透镜组5包括具有凸面侧侧面的正透镜51。

在第五透镜组G5和图像平面IMG之间布置滤光镜FL。

表11表示通过将数值具体地应用到第四实施例的变焦距透镜系统4获得的数字示例4的透镜数据。

[表11]

i	ri	di	ni	vi
					1	20.995	1.000	2.00069	25.5
2	13.187	4.433	1.81600	46.6
					3	127.819	可变的
4	181.907(ASP)	0.800	1.85135	40.1
					5	5.990	3.235
6	-27.894	0.450	1.83481	42.7
					7	19.783	0.301
8	12.847	1.560	2.00178	19.3
					9	77.083(ASP)	可变的
10(S)	INF	0.000
					11	6.594(ASP)	1.800	1.62263	58.2
12	-11.878(ASP)	0.204
					13	4.279	1.477	1.49700	81.6
14	20.811	0.400	1.90366	31.3
					15	3.382	可变的
16	13.733(ASP)	1.342	1.52470	56.2
					17	65.664(ASP)	可变的
18	73.643(ASP)	1.405	1.52470	56.2
					19	-22.021(ASP)	1.220
20	INF	0.800	1.51680	64.2
					21	INF

在变焦距透镜系统4中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的物体侧表面(r4)，第二透镜组G2的正透镜L23的图像侧表面(r9)，第三透镜组G3的双凸面透镜L31的两个表面(r11，r12)，第四透镜组G4的正透镜L414的两个表面(r16，r17)，第五透镜组G5的正透镜L51的两个表面(r18，r19)分别被形成为非球面。数字示例4中的非球面系数A4、A6、A8和A10被分别与圆锥系数K一起列在表12中。

[表12]

在变焦距透镜系统4中，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离d3，在第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离d9，在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离d15和在第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离d17随着在广角端状态和长焦端状态之间的变焦而改变。除表示它们各自的F数(Fno)和半视角ω之外。表13表示在数字示例4中在广角端状态、中间焦距状态和长焦端状态下的可变距离。

[表13]

图14到图16表示在数字示例4的无限远对焦状态下的像差图。图14是表示广角端状态的像差图，图15是表示中间焦距状态的像差图，而图16是在长焦端状态中表示的像差图。

图示图14和图16以使得实线表示弧矢图像平面上的值，而虚线表示子午图像表面上的值。

如从每一像差图中明显得出的那样，很明显数字实例4示出顺利校正了各个像差和优质成像性能。

<第五实施例>

图17是图示根据本发明的第五实施例的变焦距透镜系统5的示图。变焦距透镜系统5包括十个透镜。

提供第一透镜组G1作为粘合透镜L11，其中具有面对物体的凸面的凹凸负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜粘合在一起。第二透镜组G2包括具有面对图像的凹面的第一凹凸负透镜L21，具有相对凹面侧面的第二负透镜L22和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L23。

第三透镜组G3包括具有相对凸面侧的第一正透镜L31，以及其中具有面对物体的凸面的第二正透镜和具有面对图像的凹面的负透镜粘合在一起的粘合透镜L32。

第四透镜组G4包括具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L41。

第五透镜组5包括具有凸面侧侧面的正透镜51。

在第五透镜组G5和图像平面IMG之间布置滤光镜FL。

表14表示通过将数值具体地应用到第一实施例的变焦距透镜系统5获得的数字示例5的透镜数据。

[表14]

i	ri	di	ni	vi
					1	21.060	1.030	2.00069	25.5
2	13.321	4.168	1.81600	46.6
					3	126.881	可变的
4	143.650(ASP)	0.500	1.85135	40.1
					5	5.820(ASP)	3.369
6	-25.574	0.450	1.83481	42.7
					7	25.574	0.300
8	16.276	1.525	2.00178	19.3
					9	1148.252(ASP)	可变的
10(S)	INF	0.000
					11	6.914(ASP)	1.792	1.62263	58.2
12	-11.654(ASP)	0.240
					13	4.290	1.511	1.49700	81.6
14	24.270	0.419	1.90366	31.3
					15	3.474	可变的
16	12.689(ASP)	1.467	1.58313	59.5
					17	26.236(ASP)	可变的
18	16.873(ASP)	1.222	1.58313	59.5
					19	-154.130(ASP)	0.922
20	INF	0.800	1.51680	64.2
					21	INF

在变焦距透镜系统5中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的两个表面(r4，r5)，第二透镜组G2的正透镜L23的图像侧表面(r9)，第三透镜组G3的双凸面透镜L31的两个表面(r11，r12)，第四透镜组G4的正透镜L41的两个表面(r16，r17)，和第五透镜组G5的正透镜L51的两个表面(r18，r19)分别被形成为非球面。数字示例5中的非球面系数A4、A6、A8和A10被分别与圆锥系数K一起列在表15中。

[表15]

在变焦距透镜系统5中，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离d3，在第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离d9，在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离d15和在第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离d17随着在广角端状态和长焦端状态之间的变焦而改变。除表示它们各自的F数(Fno)和半视角ω之外，表16表示数字示例5中在广角端状态、中间焦距状态和长焦端状态下的可变距离。

[表16]

图18到图20表示在数字示例5的无限远对焦状态下的像差图。图18是表示广角端状态的像差图，图19是表示中间焦距状态的像差图，而图20是在长焦端状态中表示的像差图。

图示图18和图20以使得实线表示弧矢图像平面上的值，而虚线表示子午图像表面上的值。

如从每一像差图中明显得出的那样，发现数字实例5示出顺利校正了各个像差和优质成像性能。

<第六实施例>

图21是图示根据本发明的第六实施例的变焦距透镜系统6的示图。变焦距透镜系统6包括九个透镜。

提供第一透镜组G1作为粘合透镜L11，其中具有面对物体的凸面的凹凸负透镜和具有面对物体的凸面的正透镜粘合在一起。第二透镜组G2包括具有面对图像的凹面的第一凹凸负透镜L21，具有相对凹面侧面的第二负透镜L22和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L23。

第三透镜组G3包括具有相对凸面侧的第一正透镜L31，以及其中具有面对物体的凸面的第二正透镜和具有面对图像的凹面的负透镜粘合在一起的粘合透镜L32。

第四透镜组G4包括具有面对物体的凸面的凹凸正透镜L41。

第五透镜组G5包括具有面对物体的凸面的正透镜。

在第五透镜组G5和图像平面IMG之间布置滤光镜FL。

表17表示通过将数值具体地应用到第一实施例的变焦距透镜系统6获得的数字示例6的透镜数据。

[表17]

i	ri	di	ni	vi
					1	22.163	1.000	2.00069	25.5
2	13.903	4.574	1.81600	46.6
					3	150.174	可变的
4	309.492(ASP)	0.800	1.85135	40.1
					5	6.033	3.264
6	-26.001	0.451	1.78590	43.9
					7	20.124	0.324
8	14.647	1.621	2.00178	19.3
					9	224.847(ASP)	可变的
10(S)	INF	0.000
					11	7.116(ASP)	1.799	1.62263	58.2
12	-11.304(ASP)	0.200
					13	4.199	1.507	1.49700	81.6
14	22.049	0.435	1.90366	31.3
					15	3.433	可变的
16	14.615(ASP)	1.500	1.52470	56.2
					17	40.300(ASP)	可变的
18	11.025(ASP)	1.294	1.58313	59.5
					19	38.491(ASP)	0.794
20	INF	0.800	1.51680	64.2
					21	INF

在变焦距透镜系统6中，第二透镜组G2的第一负透镜L21的物体侧表面(r4)，第二透镜组G2的正透镜L23的图像侧表面(r9)，第三透镜组G3的双凸面透镜L31的两个表面(r11，r12)，第四透镜组G4的正透镜L41的两个表面(r16，r17)，和第五透镜组G5的正透镜L51的两个表面(r18，r19)分别被形成为非球面。数字示例6中的非球面系数A4、A6、A8和A10被分别与圆锥系数K一起列在表18中。

[表18]

在变焦距透镜系统中，在第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的表面距离d3，在第二透镜组G2和孔径光阑S之间的表面距离d9，在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的表面距离d15和在第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的表面距离d17随着在广角端状态和长焦端状态之间的变焦而改变。除表示它们各自的F数(Fno)和半视角ω之外，表19表示数字示例6中在广角端状态、中间焦距状态和长焦端状态下的可变距离。

[表19]

图22到图24表示在数字示例6的无限远对焦状态下的像差图。图22是表示广角端状态的像差图，图23是表示中间焦距状态的像差图，而图24是长焦端状态中表示的像差图。

图示图22和图24以使得实线表示弧矢图像平面上的值，而虚线表示子午图像表面上的值。

如从每一像差图中明显得出的那样，发现数字实例6示出顺利校正了各个像差和优质成像性能。

[变焦距透镜系统(五个透镜组)的条件表达式的每个值]

在下文中，将描述根据本发明的一个实施例的具有五个透镜组(第一到第五透镜组)的变焦距透镜的条件表达式的每个值。

在变焦距透镜系统4到6中的上述条件表达式(7)到(13)的值被分别列在表20中。

[表20]

如从表20很明显的，使得变焦距透镜系统4到6满足条件表达式(7)到(13)。

[具有变焦距透镜系统(五个组)的图像拾取设备的配置]

在下文中，根据本发明实施例，将描述提供有具有五个透镜组(第一到第五透镜组)的变焦距透镜系统的图像拾取设备。

本实施例的图像拾取设备包括变焦距透镜系统和将由变焦距透镜系统形成的光学图像电学地转换为电信号的成像元件。

根据本发明实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统包括从物体侧到图像侧布置的具有正折射率的第一透镜组，具有负折射率的第二透镜组，具有正折射率的第三透镜组，具有正折射率的第四透镜组和具有正折射率的第五透镜组。

在根据本实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，在第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，并且在第三透镜和第四透镜之间的距离减小。第五透镜组的位置对于可变倍率固定。

在根据本实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，第一到第四透镜组中的每个透镜组都可移动，在第三透镜组附近布置孔径光阑，并且第四透镜组在短距离聚焦时移动。

在根据本发明实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，第一透镜组包括从物体侧到图像侧以该次序布置的具有面对图像的凹面的负透镜和具有面向物体的凸面的正透镜。

在根据本发明实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，第二透镜组包括具有面对图像的凹面的负透镜(第一负透镜)，具有面对物体的凹面和面对图像的相对凹面的负透镜(第二负透镜)，和具有面对物体的凸面的凹凸正透镜。从物体侧到图像侧布置这些透镜。在第二透镜组中，以非球形形成第一负透镜的物体侧表面和正透镜的图像侧表面中的每一个。

在根据本发明实施例的图像拾取设备中，如上所述地配置变焦距透镜系统，在保证像差校正功能之后镜头可以变薄。另外，可以在保证高光学性能之后获得尺寸的减小。

在根据本发明实施例的图像拾取设备中，变焦距透镜系统可以通过使用非球面透镜实现更高的光学性能。具体地说，第二透镜组中非球面透镜的使用允许透镜系统顺利校正由于广角端状态下产生的视角引起的彗形像差的变化。

在根据本实施例的图像拾取设备的变焦距透镜系统中，负透镜(第一负透镜)的物体侧上的表面和在第二透镜组的物体侧上布置的正透镜的图像侧上的表面中的至少两个表面被分别形成为非球面。因此，可以在广角端状态下同时获得尺寸减小和高性能。

在本实施例的图像拾取设备中，本实施例的变焦距透镜系统满足以下条件表达式(7)。

(7)2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7，其中

f1：第一透镜组的焦距；

fw：整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft：整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

因此，在本实施例的图像拾取设备中，当变焦距透镜系统满足条件表达式(7)时，可以缩短长焦端状态下透镜系统的整个长度，并且可以顺利校正在第一透镜组中产生的负球面像差。

[图像拾取设备的一个实施例]

图25是图示根据本发明的实施例之一的数字静止相机的配置的框图。

图像拾取设备(数字静止相机)100包括为成像功能提供的相机模块10，执行比如所捕捉的图像信号的模数转换之类的信号处理的相机信号处理单元20，执行图像信号的记录和再现处理的图像处理单元30，显示所捕捉的图像等的液晶显示器(LCD)40，执行图像信号在存储卡50上的写/从存储卡50的读的读取器/写入器(R/W)50，控制整个图像拾取设备的中央处理单元60，用于用户的输入操作的输入单元70(其由多种开关等构成)，和控制在透镜模块10中提供的透镜的驱动的透镜驱动控制器80。

相机模块10包括变焦距透镜系统11(本发明的任意实施例应用到的变焦距透镜系统1、2、3、4、5和6)，成像元件12(比如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))。

相机信号处理单元20执行信号处理，这些信号处理包括来自成像元件12的输出信号到数字信号的转换、去噪音、图像质量的校正和信号到亮度信号和色差信号的转换。

图像处理单元30基于预定的图像数据格式执行图像信号的压缩和编码处理，以及解压和解码处理；和数据规范(比如分辨率)的的转换。

LCD 40具有显示各种数据的功能，比如用户到输入单元70的操作状态。

R/W 50将由图像处理单元30编码的图像数据写在存储卡1000上，并读取记录在存储卡1000上的图像数据。

CPU 60用作控制图像拾取设备100上安装的每一电路模块的控制处理单元，并基于来自输入单元70的指令输入信号等控制每一电路模块。

例如，输入部件70由用于执行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构成，并根据用户的操作输出指示输入信号到CPU 60。

透镜驱动控制部件80控制基于来自CPU 60的控制信号控制驱动变焦距透镜系统11的每个透镜且未图示的马达。

例如，存储卡1000是不可拆卸地附于连接到R/W 50的槽的半导体存储器。

在下文中，将描述图像拾取设备的操作。

在拍照的预备状态下，在CPU 60的控制下，以透镜模块10捕捉的图像信号被输出到相机信号处理器20，然后输出到LCD 40，由此作为通过相机的图像显示(camera-through image display)。另外，当从输入单元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。随后，变焦距系统11中的预定透镜在透镜驱动控制单元80的控制下移动。

当响应于来自输入单元70的指令输入信号释放相机模块10的快门(未示出)时，从相机信号处理单元20向在其中信号经受压缩和编码处理的图像处理单元30输出所捕捉的图像信号。因此，将信号转换为具有预定格式的数字数据。将所转换的数据输出到读取器/写入器(R/W)50，然后写在存储卡1000上。

此外，通过按下输入单元50的快门释放按钮(未示出)一半来执行聚焦，或完全地按下来记录(捕捉)图像，以使得响应于来自CPU 60的控制信号，变焦距透镜系统11的预定透镜由透镜驱动控制单元80移动。

为再现存储在存储卡51中的图像数据，根据利用输入单元70的操作，读取器/写入器50从存储卡51读取需要的图像数据，图像处理单元30执行图像数据的解压和解码处理，然后将再现图像信号输出到LCD 40。因此，显示再现图像。

在上述实施例中，虽然根据本发明实施例的图像拾取设备应用于数字静止相机，但图像拾取设备不限于该数字静止相机。根据任意实施例的图像拾取设备可广泛地应用到数字视频相机、装备相机的蜂窝电话和比如个人数字助理(PDA)之类的数字输入/输出设备的相机部件中的任意一个。

在上述实施例的任意一个中，数值实例中提供的形状和数值仅是用于实现本发明的实例。因此，不应该由这些实例限制性地解释本发明的技术范围。

本申请包括与于2009年5月25日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-125425中公开的主题相关的主题，将其全部内容通过引用完全包括于此。

本领域技术人员应该理解根据设计要求及其它因素，可产生各种修改、组合、部分组合和替代，只要它们在所附权利要求及其等效物的范围之内。

Claims (20)

1.一种变焦距透镜系统，包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组，和

具有正折射率的第四透镜组，其中

所述第一到第四透镜组被从物体侧到图像侧布置，

当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小，并且在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离改变，

当所述位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有所述透镜组都可移动，在所述第三透镜组附近布置孔径光阑，并且所述第四透镜组在短距离聚焦时移动，

所述第一透镜组包括从所述物体侧到所述图像侧以该次序布置的具有面对图像的凹面的负透镜和具有面向物体的凸面的正透镜，

所述第二透镜组包括从所述物体侧到所述图像侧以该次序布置的具有对所述图像的凹面侧的负透镜，具有面对所述物体的凹面和面对所述图像的相对凹面的负透镜，具有面对所述物体的凸面的凹凸正透镜，和

在所述第二透镜组中，在所述物体侧上布置的所述负透镜的所述物体侧表面和所述正透镜的所述物体侧表面每一个都以非球形形成，而且都满足以下条件表达式(1)：

2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5...    (1)

其中

f1是所述第一透镜组的焦距，

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，并且ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

2.如权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(2)：

0.65＜|dwt1/dt|＜0.9...    (2)

其中

dwt1是所述第一透镜组的移动距离；和

dt是在长焦端状态下在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的气隙。

3.如权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(3)：

0.42＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.49...    (3)

其中

f2是所述第二透镜组的焦距；

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

4.如权利要求2所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(3)：

0.42＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.49...    (3)

其中

f2是所述第二透镜组的焦距；

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

5.如权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中

所述孔径光阑被布置在所述第三透镜组的所述物体侧上且当所述位置透镜状态改变时与所述第三透镜组一起移动，同时预期满足以下条件表达式(4)：

0.44＜dS3/R31＜0.58...    (4)

其中

dS3是在所述孔径光阑和所述第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31是所述第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

6.如权利要求2所述的变焦距透镜系统，其中

所述孔径光阑被布置在所述第三透镜组的所述物体侧上且当所述位置透镜状态改变时与所述第三透镜组一起移动，同时预期满足以下条件表达式(4)：

0.44＜dS3/R31＜0.58...    (4)

其中

dS3是在所述孔径光阑和所述第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31是所述第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

7.如权利要求1所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(5)：

1.75＜f3/fw＜2.1...    (5)

其中

f3是所述第三透镜组的焦距；和

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

8.如权利要求2所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(5)：

1.75＜f3/fw＜2.1...    (5)

其中

f3是所述第三透镜组的焦距；和

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

9.一种图像拾取设备，包括变焦距透镜系统和将由所述变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号的成像元件，其中

所述变焦距透镜系统包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组，和

具有正折射率的第四透镜组，其中

所述第一到第四透镜组被从物体侧到图像侧布置，

当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小，并且在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离改变，

当所述位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有所述透镜组都可移动，在所述第三透镜组附近布置孔径光阑，并且所述第四透镜组在短距离聚焦时移动，

所述第一透镜组包括从所述物体侧到所述图像侧以该次序布置的具有面对图像的凹面的负透镜和具有面向物体的凸面的正透镜，

所述第二透镜组包括从所述物体侧到所述图像侧以该次序布置的，具有对所述图像的凹面侧的负透镜，

具有面对所述物体的凹面和面对所述图像的相对凹面的负透镜，

具有面对所述物体的凸面的凹凸正透镜，和

在所述第二透镜组中，在所述物体侧上布置的所述负透镜的所述物体侧表面和所述正透镜的所述物体侧表面每一个都以非球形形成，而且都满足以下条件表达式(1)：

2.0＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.5...    (1)

其中

f1是所述第一透镜组的焦距，

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，并且ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

10.一种变焦距透镜系统，包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组，和

具有正折射率的第四透镜组，其中

所述第一到第四透镜组被从物体侧到图像侧布置，

当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小，并且在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离改变，

当所述位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有所述透镜组都可移动，在所述第三透镜组附近布置孔径光阑，并且所述第四透镜组在短距离聚焦时移动，

所述第一透镜组包括从所述物体侧到所述图像侧以该次序布置的具有面对图像的凹面的负透镜和具有面向物体的凸面的正透镜，

所述第二透镜组包括从物体侧到图像侧布置的具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对所述物体的凹面和面对所述图像的相对凹面的负透镜，和具有面对所述物体的凸面的凹凸正透镜，和

在所述第二透镜组中，在所述物体侧上布置的所述负透镜的物体侧表面和所述正透镜的图像侧表面每一个都以非球形形成，而且都满足以下条件表达式(7)：

2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7...    (7)

其中

f1是所述第一透镜组的焦距，

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，并且ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

11.如权利要求10所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(8)：

5＜|dwt1/dwt2|＜5.8...    (8)

其中

dwt1是所述第一透镜组的移动距离；和

dwt2是所述第二透镜组的移动距离。

12.如权利要求10所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(9)：

0.47＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.53...    (9)

其中

f2是所述第二透镜组的焦距；

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

13.如权利要求11所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(9)：

0.47＜|f2|/(fw·ft)^1/2＜0.53...    (9)

其中

f2是所述第二透镜组的焦距；

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距；和

ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

14.如权利要求10所述的变焦距透镜系统，其中

所述孔径光阑被布置在所述第三透镜组的所述物体侧上且当所述位置透镜状态改变时与所述第三透镜组一起移动，同时预期满足以下条件表达式(10)：

0.53＜dS3/R31＜0.59...    (10)

其中

dS3是在所述孔径光阑和所述第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31是所述第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

15.如权利要求11所述的变焦距透镜系统，其中

所述孔径光阑被布置在所述第三透镜组的所述物体侧上且当所述位置透镜状态改变时与所述第三透镜组一起移动，同时预期满足以下条件表达式(10)：

0.53＜dS3/R31＜0.59...    (10)

其中

dS3是在所述孔径光阑和所述第三透镜组离图像平面的最近表面之间的距离，和

R31是所述第三透镜组离物体的最近表面的曲率半径。

16.如权利要求10所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(11)：

2.1＜f3/fw＜2.3...    (11)

其中

f3是所述第三透镜组的焦距；和

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

17.如权利要求11所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(11)：

2.1＜f3/fw＜2.3...    (11)

其中

f3是所述第三透镜组的焦距；和

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

18.如权利要求12所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(12)：

5.6＜f5/fw＜7.2...    (12)

其中

f5是所述第五透镜组的焦距；和

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

19.如权利要求11所述的变焦距透镜系统，其中

满足以下条件表达式(12)：

5.6＜f5/fw＜7.2...    (12)

其中

f5是所述第五透镜组的焦距；和

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距。

20.一种图像拾取设备，包括变焦距透镜系统和将由所述变焦距透镜系统形成的光学图像转换为电信号的成像元件，其中，

所述变焦距透镜系统包括：

具有正折射率的第一透镜组；

具有负折射率的第二透镜组；

具有正折射率的第三透镜组，和

具有正折射率的第四透镜组，其中

所述第一到第四透镜组被从物体侧到图像侧布置，

当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，在所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小，并且在所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离改变，

当位置透镜状态从广角端状态改变到长焦端状态时，所有所述透镜组都可移动，在所述第三透镜组附近布置孔径光阑，并且所述第四透镜组在短距离聚焦时移动，

所述第一透镜组包括从所述物体侧到所述图像侧以该次序布置的具有面对图像的凹面的负透镜和具有面向物体的凸面的正透镜，

所述第二透镜组包括从物体侧到图像侧布置的具有面对图像的凹面的负透镜，具有面对所述物体的凹面和面对所述图像的相对凹面的负透镜，和具有面对所述物体的凸面的凹凸正透镜，和

在所述第二透镜组中，在所述物体侧上布置的所述负透镜的所述物体侧表面和所述正透镜的图像侧表面每一个都以非球形形成，而且都满足以下条件表达式(7)：

2.4＜f1/(fw·ft)^1/2＜2.7...    (7)

其中

f1是所述第一透镜组的焦距，

fw是整个透镜系统在广角端状态下的焦距，并且ft是整个透镜系统在长焦端状态下的焦距。

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