CN101915981A - 变焦透镜和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变焦透镜和包括该变焦透镜的摄像装置。所述变焦透镜包括从物体侧起依次设置的分别具有负折光力、正折光力和正折光力的第一、第二和第三透镜组。在从广角端向望远端变焦的期间，第一透镜组发生移动，并且第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。所述变焦透镜构造成满足以下条件表达式(1)：0.7＜R2f/R2r＜2.0和(2)：1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5。

Description

变焦透镜和摄像装置
技术领域本发明涉及变焦透镜和摄像装置。更具体地说，本发明涉及能够适用于例如数字静物相机和数字视频相机等数字输入/输出装置的摄像光学系统的小型高性能变焦透镜的技术领域，以及使用这种变焦透镜的摄像装置的技术领域。
背景技术
近年，使用固态摄像元件的例如数字静物相机等摄像装置变得普及。随着例如数字静物相机等装置的普及化，希望提供一种具有更高图像品质的摄像装置。特别是在数字静物相机等装置中，希望提供一种具有与具有大量像素的固态摄像元件相应的优秀聚焦性能的摄像透镜，尤其是变焦透镜。
除要求更高图像品质外，对更大视角的要求也越来越强烈，从而希望提供一种具有例如4倍或4倍以上大变焦比并且具有例如就半视角而言超过38度的大视角的小型变焦透镜。
存在多种用于数字静物相机的变焦透镜，作为能够设置成小尺寸和大视角的透镜类型，已知的有这样一种三组式变焦透镜，它由从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组形成，例如见JP-A-2004-61675(专利文献1)、JP-A-2007-212636(专利文献2)和JP-A-2007-333799(专利文献3)。
参考专利文献1，第二透镜组包括两个正透镜和一个负透镜，从而实现了具有约3倍变焦比的高性能小型变焦透镜。
参考专利文献2，第二透镜组包括四个透镜，其中由一个正透镜和一个负透镜通过粘结形成第一胶合透镜，由一个负透镜和一个正透镜通过粘结而形成第二胶合透镜，从而实现了变焦比约为3.4倍的大视角高性能变焦透镜。
参考专利文献3，第二透镜组包括正透镜、通过粘结而形成胶合透镜的正透镜和负透镜、以及正透镜这四个透镜，从而实现了变焦比约为3.4倍的大视角高性能变焦透镜。
在专利文献1所公开的变焦透镜中，第二透镜组由三个透镜形成以实现小型化，然而半视角小于等于32度，并且变焦比低于3.3倍，因此很难说该变焦透镜充分满足了近来对大视角化和高变焦比化的需求。
专利文献2和专利文献3所公开的变焦透镜通过由四个透镜来形成第二透镜组，获得了32-38度的半视角以及3.0-3.5倍的变焦比，从而获得大视角和大变焦比。
然而，很难说半视角为32-38度、变焦比为3.0-3.5倍的变焦透镜已充分满足了近来的要求。由于第二透镜组由四个透镜形成，所以第二透镜组的厚度变大，这妨碍了整个光学长度的缩短。特别地，在变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，这种变焦透镜会妨碍收缩状态下的整个长度的缩短。
发明内容
因此，希望提供一种能够解决上述问题以获得包括大视角和高变焦比的小型高光学性能变焦透镜和摄像装置。
根据本发明的一实施例，提供了一种变焦透镜，其包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。在从广角端向望远端变焦的期间，第一透镜组发生移动，并且第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。所述第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。该变焦透镜构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5...(2)
其中，R2f表示正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示负透镜的图像侧表面的有效孔径(effective aperture)中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度(sag)；而Sga表示负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
因此，通过大幅改变负透镜的图像侧表面中的透镜中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径，能改变对穿过中心的光束和穿过周缘的光束的折光力。
优选地，上述变焦透镜中的第二透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的所述正透镜、凸面面向物体的正透镜、和所述负透镜。
当所述变焦透镜按上述方式构成时，第二透镜组能够由更少数量的透镜即三个形成。
优选地，上述变焦透镜中的第二透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的所述正透镜、和由凸面面向物体的正透镜与所述负透镜粘结而成的胶合透镜。
当所述变焦透镜按上述方式构成时，第二透镜组能够由更少数量的透镜即三个形成。
优选地，上述变焦透镜中的第一透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的：两侧表面均呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜；和至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正弯月形透镜。
当第一透镜如此构成时，能够对广角端的畸变像差和望远端的球面像差进行满意的修正。
优选地，上述变焦透镜构造成满足以下条件表达式(3)、(4)和(5)：
1.5＜|f2/fw|＜2.5...(3)
2.0＜|f1/fw|＜3.2...(4)
0.5＜D2/fw＜1.5...(5)
其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，fw表示整个透镜系统在广角端状态下的焦距，f1表示所述第一透镜组的焦距，D2表示所述第二透镜组的在其光轴上测得的厚度。
当变焦透镜构造成满足条件表达式(3)、(4)和(5)时，能够抑制发生在第一透镜组和第二透镜组的像差。
优选地，在上述变焦透镜中，第三透镜组由具有调焦功能的单个透镜构成。
当第三透镜组由具有调焦功能的单个透镜构成时，能够减少第三透镜组与用于驱动和控制快门单元(shutter unit)和光阑单元(iris unit)的控制系统或用于移动透镜组的防振驱动系统之间的干涉。
优选地，上述变焦透镜构造成满足以下条件表达式(6)、(7)、(8)：
n11＞1.8...(6)
n12＞1.9...(7)
v12＜25...(8)
其中，n11表示所述第一透镜组中负透镜的使用d线测得的折光率，n12表示所述第一透镜组中正弯月形透镜的使用d线测得的折光率，而v12表示所述第一透镜组中正弯月形透镜的阿贝数。
当变焦透镜构造成满足条件表达式(6)、(7)、(8)时，除实现第一透镜组的小型化外，还能对整个透镜系统的色像差进行满意的修正。
优选地，上述变焦透镜在变焦期间不改变光圈的孔口直径。
通过在变焦期间不改变光圈的孔口直径，能够去除或者简化用于改变光圈的孔口直径的驱动机构。
在上述变焦透镜中，优选在第二透镜组的位于物体侧的正透镜与第二透镜组的胶合透镜之间进行共轴调整(alignment)。
通过在第二透镜组的位于物体侧的正透镜与胶合透镜之间进行共轴调整，能够抑制由部件公差和制造公差引起的分辨率性能的恶化。
根据本发明的另一实施例，提供了一种摄像装置，其包括变焦透镜和将该变焦透镜形成的光学图像转换成电信号的摄像元件。所述变焦透镜包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。在从广角端向望远端变焦的期间，所述第一透镜组发生移动，并且所述第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔增大。所述第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。所述摄像装置构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5...(2)
其中，R2f表示所述正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示所述负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
因此，通过大幅改变负透镜的图像侧表面中的透镜中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径，能改变对穿过中心的光束和穿过周缘的光束的折光力。
本发明一实施例的变焦透镜包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。在从广角端向望远端变焦的期间，所述第一透镜组发生移动，并且所述第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔增大。所述第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。该变焦透镜构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5...(2)
其中，R2f表示所述正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示所述负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
因此，通过大幅改变负透镜的图像侧表面中的透镜中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径，能改变对穿过中心的光束和穿过周缘的光束的折光力。因此，能够有效地修正由大变焦比和大视角引起的望远端的球面像差和广角端的畸变像差，因此能够实现变焦透镜的小型化，同时获得包括大视角和大变焦比的高光学性能。
根据上述构造的一个优选构造，所述第二透镜组由从物体侧向图像侧依次设置的所述正透镜、凸面面向物体的正透镜、和所述负透镜形成。
因此，能够使第二透镜组的前侧主点靠近物体侧，实现整个光学长度的缩短。
根据上述构造的另一优选构造，所述第二透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的所述正透镜、和由凸面面向物体的正透镜与所述负透镜粘结而成的胶合透镜。
因此，能够使第二透镜组的前侧主点靠近物体侧，实现整个光学长度的缩短。另外，能够轻松地制造第二透镜组中的透镜。
根据上述构造的再一优选构造，所述第一透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的：两侧表面均呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜；和至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正弯月形透镜。
因此，能够实现变焦透镜的小型化，同时获得大视角和大变焦比。
根据上述构造的再一优选构造，所述变焦透镜构造成满足以下条件表达式(3)、(4)和(5)：
1.5＜|f2/fw|＜2.5...(3)
2.0＜|f1/fw|＜3.2...(4)
0.5＜D2/fw＜1.5...(5)
其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，fw表示整个透镜系统在广角端状态下的焦距，f1表示所述第一透镜组的焦距，D2表示所述第二透镜组的在其光轴上测得的厚度。
因此，能够获得这样一种高性能变焦透镜，其通过缩短整个光学长度实现了小型化，同时获得了大视角和大变焦比。
根据上述构造的再一优选构造，所述第三透镜组由具有调焦功能(focusing function)的单个透镜构成。
因此，能够实现变焦透镜的小型化，特别地，当所述变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置时，能缩短收缩状态下的整个长度。
根据上述构造的再一优选构造，上述变焦透镜构造成满足以下条件表达式(6)、(7)和(8)：
n11＞1.8...(6)
n12＞1.9...(7)
v12＜25...(8)
其中，n11表示所述第一透镜组中负透镜的使用d线测得的折光率，n12表示所述第一透镜组中正弯月形透镜的使用d线测得的折光率，而v12表示所述第一透镜组中正弯月形透镜的使用d线测得的阿贝数。
因此，能够实现第一透镜组的小型化，并且能够充分修正整个透镜系统的色像差。
根据上述构造的再一优选构造，在变焦期间不改变所述光圈的孔口直径。
因此，在实现小型化的同时，能够获得更大的视角和更大的变焦比。
根据上述构造的再一优选构造，在第二透镜组的位于物体侧的正透镜与第二透镜组的胶合透镜之间进行共轴调整。
因此，能够减小正透镜与胶合透镜的部件组装处理时发生的场曲率的不对称性，以获得高分辨率性能。
本发明一实施例的摄像装置包括变焦透镜和将该变焦透镜形成的光学图像转换成电信号的摄像元件。所述变焦透镜包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。在从广角端向望远端变焦的期间，所述第一透镜组发生移动，并且所述第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔增大。所述第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。所述摄像装置构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5...(2)
其中，R2f表示所述正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示所述负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
因此，能够有效地修正广角端的畸变像差和望远端的球面像差，因此能够实现透镜的小型化，同时获得包括大视角和高变焦比的高光学性能。
附图说明
图1与图2-22一起示出实施本发明的变焦透镜和摄像装置的实施例，图1是分别在广角端和望远端入射到第二透镜组的光束的状态的概念图；
图2示出了本发明第一实施例的变焦透镜的构造；
图3与图4和图5一起示出了使用应用于第一实施例的具体数值示例获得的像差图，图3示出了透镜设置在广角端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图4示出了透镜设置在中间焦距时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图5示出了透镜设置在望远端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图6示出了本发明第二实施例的变焦透镜的构造；
图7与图8和图9一起示出了使用应用于第二实施例的具体数值示例获得的像差图，图7示出了透镜设置在广角端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图8示出了透镜设置在中间焦距时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图9示出了透镜设置在望远端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图10示出了本发明第三实施例的变焦透镜的构造；
图11与图12和图13一起示出了使用应用于第三实施例的具体数值示例获得的像差图，图11示出了透镜设置在广角端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图12示出了透镜设置在中间焦距时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图13示出了透镜设置在望远端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图14示出了本发明第四实施例的变焦透镜的构造；
图15与图16和图17一起示出了使用应用于第四实施例的具体数值示例获得的像差图，图15示出了透镜设置在广角端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图16示出了透镜设置在中间焦距时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图17示出了透镜设置在望远端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图18示出了本发明第五实施例的变焦透镜的构造；
图19与图20和图21一起示出了使用应用于第五实施例的具体数值示例获得的像差图，图19示出了透镜设置在广角端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图20示出了透镜设置在中间焦距时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图21示出了透镜设置在望远端时的球面像差、像散像差和畸变像差；
图22是本发明一实施例的摄像装置的框图。
具体实施方式
下面描述本发明的变焦透镜和摄像装置的实施例。
首先描述本发明一个实施例的变焦透镜。
本发明该实施例的变焦透镜包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。
在该变焦透镜从广角端向望远端变焦的期间，第一透镜组发生移动，并且第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。
通过将光圈形成为与第二透镜组一起移动，能去除或者简化用于改变光圈孔口直径的驱动机构，这能缩短整个光学长度。
特别地，当该变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置时，该变焦透镜能缩短收缩状态下的整个长度。
该变焦透镜中的第二透镜组包括至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜和定位成最靠近该正透镜的图像侧并且至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。
通过将第二透镜组构造成使其正透镜和负透镜的各预定表面呈非球面形状，能够在不增加第二透镜组中的透镜数量的情况下获得更大的视角和更大的变焦比。
特别地，负透镜的图像侧表面呈非球面形状，有助于获得更大的视角、更大的变焦比和小型化。
下面将具体说明形成第二透镜组中的负透镜的图像侧表面上的非球面的优点(参考图1)。
在负正正三组式变焦透镜中，在第二透镜组中的包括物体侧正透镜和图像侧负透镜的变焦透镜系统中，广角端周缘光束与望远端周缘光束在第二透镜组的最靠近图像侧的表面(即负透镜的图像侧表面)上伸长(elongated)。图1中的实线代表中心光束，虚线代表周缘光束。如图1中的A和B所示，广角端周缘光束A的位置与望远端周缘光束B的位置在负透镜的图像侧表面上大幅伸长。
在本发明该实施例的变焦透镜中，第二透镜组中的使广角端周缘光束与望远端周缘光束大幅伸长的负透镜的图像侧表面呈非球面形状。
通过使负透镜的图像侧表面如上所述呈非球面形状，能大幅改变图像侧表面的透镜中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径。
因此，通过使负透镜的图像侧表面呈非球面形状以大幅改变中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径，能减少透镜数量并且获得更大的视角和更大变焦比，这在确保更大视角和更大变焦比的同时实现了小型化。
特别地，在该变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能缩短收缩状态下的整个长度。
本发明该实施例的变焦透镜构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5...(2)
其中，R2f表示正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
符号“Sga”和“Sgs”在近轴曲率半径的表面形状比非球面形状更靠近图像侧时为“-”(负号)，而在相反关系时为“+”(正号)。
条件表达式(1)是限定出正透镜中的物体侧表面的曲率半径与负透镜中的图像侧表面的曲率半径之间的比值的表达式。
当超出条件表达式(1)的下限值时，要么是正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过大，要么是负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过小。当正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过大时，第二透镜组的折光力变得过小，难以实现变焦透镜的小型化。相反，当负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过小时，像差被过度修正，作为第二透镜组的像差修正变得困难，并且透镜对偏心变得高度敏感，因此制造透镜时将遭遇困难。
另一方面，当超出条件表达式(1)的上限值时，要么是正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过小，要么是负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过大。当正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过小时，像差被过度修正，作为第二透镜组的像差修正变得困难，并且透镜对偏心变得高度敏感，因此透镜制造变得困难。相反，当负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过大时，第二透镜组的折光力变得过小，难以实现变焦透镜的小型化。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(1)时，在第二透镜组中能满意地修正像差，并且能实现变焦透镜的小型化以及第二透镜组中各透镜的制造容易化。
条件表达式(2)是限定出形成在负透镜的图像侧表面上的非球面形状的表达式。
当超出条件表达式(2)的下限值时，对在广角端与望远端之间的中间焦距处由形成在负透镜的图像侧表面上的非球面引起的球面像差和彗形像差的修正将不足，因此难以获得所需的摄像性能。
当超出条件表达式(2)的上限值时，对形成在负透镜的图像侧表面上的非球面引起的球面像差和彗形像差的修正过度，因此作为第二透镜组的像差修正变得困难。此外，由于透镜变得对相对于正透镜的物体侧表面的偏心高度敏感，因此透镜制造变难。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(2)时，负透镜的图像侧表面将成为在周缘处负折光力得以提高的非球面，并且负透镜与正透镜一起分担像差修正，从而能满意地修正球面像差和彗形像差。
除上述负正正三个组的相应构造外，本发明该实施例的变焦透镜还构造成满足条件表达式(1)和条件表达式(2)，从而能实现小型化，同时获得广角端半视角超过38度并且变焦比大于等于3.8的高光学性能。
在本发明一实施例的变焦透镜中，第二透镜组优选构造为从物体侧向图像侧依次配置：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜、凸面面向物体的正透镜、和至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜。
当第二透镜组以上述方式构成时，能通过更少的透镜数量，即三个，来形成第二透镜组，因此能缩短整个光学长度。特别地，在该变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，该变焦透镜能缩短收缩状态下的整个长度。
当第二透镜组具有上述构造时，能使第二透镜组中的前侧主点(principal point)靠近物体侧，使得整个光学长度能缩短。
当第二透镜组中的负透镜和位于图像侧的正透镜的材料(玻璃材料)构造成满足条件表达式(9)时，能满意地修正色像差：
20＜vd22-vd23＜50...(9)
其中，vd22表示第二透镜组中位于图像侧的正透镜的使用d线(d-ray)测得的阿贝数，vd23表示第二透镜组中的负透镜的使用d线测得的阿贝数。
在本发明一实施例的变焦透镜中，第二透镜组优选包括从物体侧向图像侧依次设置的正透镜和胶合透镜。该正透镜至少在其物体侧表面呈非球面形状，并且凸面面向物体。该胶合透镜由凸面面向物体的正透镜和至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜粘结而成。
当第二透镜组以上述方式构成时，能通过更少的透镜数量，即三个，来形成第二透镜组，因此能实现缩短整个光学长度。特别地，在该变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能缩短收缩状态下的整个长度。
当第二透镜组具有上述构造时，能使第二透镜组中的前侧主点靠近物体侧，使得整个光学长度能缩短。
此外，通过使胶合透镜由凸面面向物体的正透镜和至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜粘结而成，能降低由于制造误差引起的两个透镜之间的透镜偏心所造成的性能恶化，并且能实现轻松制造第二透镜组中的透镜。
当第二透镜组中的负透镜和位于图像侧的正透镜的材料(玻璃材料)构造成满足条件表达式(10)时，能满意地修正色像差：
5＜vd22-vd23＜25...(10)
其中，vd22表示第二透镜组中位于图像侧的正透镜的使用d线测得的阿贝数，vd23表示第二透镜组中的负透镜的使用d线测得的阿贝数。
在本发明一实施例的变焦透镜中，第一透镜组优选包括从物体侧向图像侧依次设置的两侧表面均呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜、和至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正弯月形透镜。
在负正正三组式变焦透镜中，广角端周缘光束和望远端周缘光束，除如上所述在第二透镜组的最靠近图像侧的表面上外，还在第一透镜组中的位于最靠近物体侧的位置处的负透镜的两个表面上伸长。
因此，除第一透镜组中的负透镜的两个表面外，通过使正弯月形透镜的物体侧表面也呈非球面形状，能大幅改变透镜中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径，因此能满意地进行像差修正。
因此，能够以均衡方式修正未被第一透镜组的负透镜完全修正的广角端像散像差(astigmatic aberration)和畸变像差(distortion aberration)。由于正弯月形透镜在其物体侧表面呈非球面形状，所以能够满意地修正在透镜具有大变焦比时发生在望远端的球面像差。
因此，第一透镜组如上所述由具有非球面的两个透镜形成，所以能够有效地修正现有技术不能完全修正的广角端像散像差和畸变像差。特别地，在该变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能缩短收缩状态下的整个长度。
优选地，本发明一实施例的变焦透镜构造成满足以下条件表达式(3)、(4)和(5)：
1.5＜|f2/fw|＜2.5...(3)
2.0＜|f1/fw|＜3.2...(4)
0.5＜D2/fw＜1.5...(5)
其中，f2表示第二透镜组的焦距，fw表示整个透镜系统在广角端状态下的焦距，f1表示第一透镜组的焦距，D2表示第二透镜组的在其光轴上测得的厚度。
条件表达式(3)是限定出第二透镜组的焦距与整个透镜系统在广角端状态下的焦距之间的比值的表达式。
当超出条件表达式(3)的下限值时，第二透镜组的焦距变得过短，发生在第二透镜组中的各像差量将变大，因此难以通过三个透镜来形成第二透镜组，第二透镜组尺寸将变大。
另一方面，当超出条件表达式(3)的上限值时，第二透镜组的焦距变得过长，因此第二透镜组的移动距离变长，整个光学长度也变长，因此难以实现小型化。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(3)时，能够抑制在第二透镜组中发生像差，并且能够通过缩短整个光学长度来实现透镜的小型化。
条件表达式(4)是限定出第一透镜组的焦距与整个透镜系统在广角端状态下的焦距之间的比值的表达式。
当超出条件表达式(4)的下限值时，第一透镜组的焦距变得过短，发生在第一透镜组中的各像差量将变大，并且透镜对偏心变得高度敏感，因此会降低量产率。
另一方面，当超出条件表达式(4)的上限值时，第一透镜组的焦距变得过长，因此难以获得大视角，并且会妨碍整个光学长度的缩短。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(4)时，能够抑制在第一透镜组中发生像差，并且能够提高透镜的量产率以及缩短整个光学长度。
条件表达式(5)是限定出第二透镜组的在其光轴上测得的厚度与整个透镜系统在广角端状态下的焦距之间的比值的表达式。
当超出条件表达式(5)的下限值时，在变焦透镜应用于镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能够实现缩短收缩状态下的长度，然而第二透镜组的焦距变长，因此整个光学透镜将变长。
另一方面，当超出条件表达式(5)的上限值时，第二透镜组的厚度增大，难以缩短变焦透镜应用于镜筒可伸缩型摄像装置时的收缩态透镜镜筒的长度，这阻碍了整个光学长度的缩短。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(5)时，能够通过缩短整个光学长度来使透镜小型化。
当变焦透镜满足条件表达式(3)、(4)、(5)时，能够获得通过缩短整个光学长度实现小型化的具有更大视角和更大变焦比的高性能变焦透镜。
本发明一实施例的变焦透镜可构造成分别满足以下条件表达式(3)′和(4)′，而不是上述条件表达式(3)和(4)。
1.9＜|f2/fw|＜2.4...(3)′
2.4＜|f1/fw|＜3.0...(4)′
当变焦透镜满足条件表达式(3)′和(4)′时，能够进一步缩短整个光学长度。
在本发明一实施例的变焦透镜中，第三透镜组优选由具有调焦功能的单个透镜构成。
当第三透镜组由具有调焦功能的单个透镜构成时，第三透镜组不易干涉用于驱动和控制快门单元和光阑单元的控制系统以及用于移动透镜组的防振驱动系统。因此，能缩小变焦透镜的尺寸，特别地，在变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能实现缩短收缩状态下的整个长度。
优选地，本发明一实施例的变焦透镜构造成满足以下条件表达式(6)、(7)、(8)：
n11＞1.8...(6)
n12＞1.9...(7)
v12＜25...(8)
其中，n11表示第一透镜组中负透镜的使用d线测得的折光率，n12表示第一透镜组中正弯月形透镜的使用d线测得的折光率，而v12表示第一透镜组中正弯月形透镜的使用d线测得的阿贝数。
条件表达式(6)、(7)、(8)分别是限定出第一透镜组中的负透镜的折光率、正透镜的折光率、正透镜的阿贝数的表达式。
当超出条件表达式(6)的下限值时，希望减小负透镜的图像侧表面的曲率半径。否则，广角端的场曲率修正困难可能会引起光学性能的恶化，并且负透镜的厚度偏差比(中心厚度与围绕有效孔径的厚度之间的比值)的增加将会导致制造性能的恶化。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(6)时，能够改善光学性能并且使负透镜的制造更轻松。
当超出条件表达式(7)下限值时，希望增加正弯月形透镜的曲率半径。否则，广角端的场曲率的修正困难可能会导致光学性能的恶化，并且保持足够边缘厚度的困难将会导致制造正弯月形透镜的困难。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(7)时，能够改善光学性能并且使正弯月形透镜的制造更轻松。
当超出条件表达式(8)的上限值时，对发生在第一透镜组中的色像差的修正困难可能会导致光学性能的恶化。
因此，当变焦透镜满足条件表达式(8)时，能够满意地修正发生在第一透镜组中的色像差，并且改善光学性能。
在本发明一实施例的变焦透镜中，光圈的孔口直径优选构造成在变焦期间不发生改变。
当光圈的孔口直径在变焦期间不改变时，能够去除或者简化用于改变光圈的孔口直径的驱动机构，从而能缩短整个长度以及实现小型化。
在本发明一实施例的变焦透镜构造中，第二透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的正透镜以及由正透镜和负透镜粘结而成的胶合透镜，因此希望对位于物体侧的正透镜和胶合透镜进行共轴调整。
在该第二透镜组中，定位成最靠近物体的正透镜的物体侧表面呈非球面形状，并且负透镜的图像侧表面也呈非球面形状，这是一种在第二透镜组中的最靠近物体的物体侧表面与最靠近图像的图像侧表面之间分担像差修正效果的构造。因此，透镜对相对于分担像差修正效果的最靠近物体的物体侧表面和最靠近图像的图像侧表面的偏心变得高度敏感。
因此，在本发明一实施例的变焦透镜中，通过在制造时在位于物体侧的正透镜与胶合透镜之间，或者位于物体侧的正透镜与负透镜之间进行共轴调整，能抑制相对于部件公差和制造公差的分辨率性能的恶化，获得高分辨率性能。
通过沿与光轴大致垂直的方向移动(偏移)第一到第三透镜组中的一个透镜组或者透镜组中的一部分，能够移动由本发明一实施例的变焦透镜形成的图像。这种使透镜组或透镜组的一部分沿与光轴大致垂直的方向移动的功能，能与用于检测图像模糊的检测系统、用于移动每个透镜组的驱动系统和基于来自检测系统的输出向驱动系统供应移动量的控制系统组合。因此，变焦透镜能够具有防振光学系统的功能。特别地，在本发明一实施例的变焦透镜中，通过沿与光轴大致垂直的方向移动整个第二透镜组，能够在像差变动较小的情况下移动图像。
下面，将参考附图和表格来具体描述本发明变焦透镜的实施例和用于这些实施例的数值示例。
以下表格和描述中所使用的符号具有下述意义。
“si”表示从物体侧向图像侧起算的第i个表面的表面号。“ri”表示第i个位置的表面(第i表面)的曲率半径。“ASP”表示非球面，“di”表示第i表面与第i+1个表面之间的轴向表面间距。“ni”表示包含第i表面的透镜的材料的使用d线(波长为587.6nm)测得的折光率。“vi”表示包含第i表面的透镜的材料的使用d线测得的阿贝数。标有“S”的表面号表示光圈，“IMG”表示像面。标有“INF”的曲率半径表示相关表面的曲率为无限大。标有“variable”的轴向表面间距表示可变间距。
用于描述各数值示例的透镜包括透镜表面呈非球面形状的透镜。非球面形状由下示方程式1限定：
x = c · y 2 1 + { 1 - ( 1 + K ) · c 2 · y 2 } 1 / 2 + ΣAi · yi
方程式1中，“x”表示该形状在光轴方向上从透镜表面的顶点算起的距离，“y”表示该形状在与光轴垂直的方向上的高度，“c”表示透镜顶点处的近轴曲率(曲率半径的倒数)，“K”表示圆锥常数(conic constant)，“Ai”表示第i级(i-th order)非球面系数。
下面将描述本发明的第一至第五实施例(参考图2-图21)。
本发明第一至第五实施例的任意变焦透镜均包括从物体侧向图像例依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。当本发明第一至第五实施例的任意变焦透镜从广角端向望远端变焦时，第一透镜组发生移动，并且第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。
图2示出了本发明第一实施例的变焦透镜1的构造。
如图2所示，第一实施例的变焦透镜1包括6个透镜。
变焦透镜1包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组G1、具有正折光力的第二透镜组G2和具有正折光力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括从物体侧向图像侧依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2。第一透镜L1是负弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。第二透镜L2是正弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。
第二透镜组G2包括从物体侧向图像侧依次设置的第三透镜L3和胶合透镜。第三透镜L3是两侧表面均呈非球面形状的双凸透镜。所述胶合透镜由第四透镜L4和第五透镜L5粘结而成，第四透镜L4是双凸透镜，第五透镜L5是图像侧表面呈非球面形状的双凹透镜。
第三透镜组G3由第六透镜L6构成，第六透镜L6是物体侧表面呈非球面形状的双凸透镜。
第一透镜组G1与第二透镜组G2之间设置有光圈S(光圈表面r5)。
在第三透镜组G3与像面IMG之间，从物体侧向图像侧依次设置有滤波器(filter)FL和玻璃盖CG。
表1示出了用于本发明第一实施例的变焦透镜1的具体数值示例1的透镜数据。
表1
  si   ri   ASP   di   ni   vi
  1   50.000   ASP   0.800   1.85135   40.10
  2   5.108   ASP   1.739
  3   8.5376   ASP   1.862   2.00178   19.30
  4   15.0429   ASP   variable
  5(S)   INF   0.000
  6   4.9290   ASP   1.700   1.62263   58.16
  7   -27.333   ASP   0.100
  8   17.071   1.600   1.83481   42.72
  9   -5.187   0.400   1.68893   31.16
  10   4.413   ASP   variable
  11   24.193   ASP   1.550   1.76802   49.24
  12   -26.664   variable
  13   INF   0.300   1.51680   64.20
  14   INF   0.720
  15   INF   0.500   1.56883   56.04
  16   INF   0.600
  17(IMG)   INF   0.000
在变焦透镜1中，第一透镜组G1的第一透镜L1的物体侧表面(r1)、第一透镜组G1的第一透镜L1的图像侧表面(r2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物体侧表面(r3)、第一透镜组G1的第二透镜L2的图像侧表面(r4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物体侧表面(r6)、第二透镜组G2的第三透镜L3的图像侧表面(r7)、第二透镜组G2的第五透镜L5的图像侧表面(r10)和第三透镜组G3的第六透镜L6的物体侧表面(r11)均呈非球面形状。表2示出了与数值示例1相关联的非球面表面的第四级非球面系数A4、第六级非球面系数A6、第八级非球面系数A8和第十级非球面系数A10，以及圆锥常数K。
在表2以及后面将描述的各个示出非球面系数的表中，“E-i”表示以10为底的指数，即“10-i”。例如，“0.12345E-05”表示“0.12345×10-5”。
表2
  si   K   A4   A6   A8   A10
  1   6.4587E+00   -5.1726E-05   4.6660E-06   -1.5055E-07   1.1104E-09
  2   -5.2800E-01   -6.7050E-04   5.7858E-05   -1.6307E-06   6.9904E-09
  3   3.7220E-01   -1.0103E-03   4.7777E-05   -1.7470E-06   2.2124E-08
  4   -4.5358E+00   -6.1371E-04   3.4761E-05   -1.5027E-06   2.2902E-08
  6   3.4259E-01   -1.4084E-03   -1.0807E-04   -1.3862E-06   -1.2258E-06
  7   2.8708E+01   -4.3244E-04   -1.9578E-05   -6.6201E-06   -4.4260E-07
  10   8.6262E-01   1.4897E-03   5.3930E-05   0.0000E+00   0.0000E+00
  11   0.0000E+00   -3.2626E-04   2.3407E-05   -9.2323E-07   1.3987E-08
在变焦透镜1在广角端与望远端之间变焦的期间，第一透镜组G1与光圈S之间的表面间距d4、第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的表面间距d10以及第三透镜组G3与滤波器FL之间的表面间距d12发生变化。表3示出了在具有示例1中的数值的透镜被设置在广角端(焦距f为4.37)时、被设置在中间焦距(焦距f为9.51)时、以及被设置在望远端(焦距f为20.57)时各表面间距能够发生的变化量。与这些变化量一起示出的还有F数Fno和半视角(ω)。
表3
  f   4.37   9.51   20.57
  Fno   2.46   3.63   6.08
  ω   42.88   22.03   10.42
  d4   15.096   5.305   0.547
  d10   4.441   10.273   21.729
  d12   1.966   1.599   1.636
表4示出了变焦透镜1中的第一透镜组G1的焦距、第二透镜组G2的焦距和第三透镜组G3的焦距。
表4
  焦距
  第一透镜组   -11.762
  第二透镜组   9.319
  第三透镜组   16.657
图3-5示出了具有示例1的数值的透镜聚焦在无限远时发生的各种像差。图3示出了透镜设置在广角端(焦距f为4.37)时发生的像差。图4示出了透镜设置在中间焦距(焦距f为9.51)时发生的像差。图5示出了透镜设置在望远端(焦距f为20.57)时发生的像差。
在图3-5所示的球面像差图中，实线表示使用d线(波长为587.6nm)测得的数值，虚线表示使用c线(波长为656.3nm)测得的数值，点划线表示使用g线(波长为435.8nm)测得的数值。在图3-5所示的像散像差图中，实线表示在矢状面(sagittal plane)上测得的数值，而虚线表示在子午面(meridional plane)上测得的数值。
从这些像差图中可看出，能够通过示例1的数值来满意地修正像差以获得高摄像性能。
图6示出了本发明第二实施例的变焦透镜2的构造。
如图6所示，第二实施例的变焦透镜2包括6个透镜。
变焦透镜2包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组G1、具有正折光力的第二透镜组G2和具有正折光力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括从物体侧向图像侧依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2。第一透镜L1是两侧表面均呈非球面形状的双凹透镜。第二透镜L2是正弯月形透镜，其物体侧表面呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。
第二透镜组G2包括从物体侧向图像侧依次设置的第三透镜L3和胶合透镜。第三透镜L3是两侧表面均呈非球面形状的双凸透镜。所述胶合透镜由第四透镜L4和第五透镜L5粘结而成，第四透镜L4是双凸透镜，第五透镜L5是图像侧表面呈非球面形状的双凹透镜。
第三透镜组G3由第六透镜L6构成，第六透镜L6是图像侧表面呈非球面形状的双凸透镜。
第一透镜组G1与第二透镜组G2之间设置有光圈S(光圈表面r5)。
在第三透镜组G3与像面IMG之间，从物体侧向图像侧依次设置有滤波器FL和玻璃盖CG。
表5示出了用于本发明第二实施例的变焦透镜2的具体数值示例2的透镜数据。
表5
  si   ri   ASP   di   ni   vi
  1   214.861   ASP   0.856   1.83441   37.29
  2   6.216   ASP   1.440
  3   11.5062   ASP   1.676   2.00178   19.30
  4   27.5092   variable
  5(S)   INF   0.000
  6   6.066   ASP   1.599   1.69350   53.20
  7   -18.570   ASP   0.100
  8   20.914   1.508   1.84840   42.34
  9   -5.878   0.400   1.68893   31.16
  10   4.322   ASP   variable
  11   38.250   1.614   1.58313   59.46
  12   -14.779   ASP   variable
  13   INF   0.300   1.51680   64.20
  14   INF   0.720
  15   INF   0.500   1.56883   56.04
  16   1NF   0.600
  17(IMG)   INF   0.000
在变焦透镜2中，第一透镜组G1的第一透镜L1的物体侧表面(r1)、第一透镜组G1的第一透镜L1的图像侧表面(r2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物体侧表面(r3)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物体侧表面(r6)、第二透镜组G2的第三透镜L3的图像侧表面(r7)、第二透镜组G2的第五透镜L5的图像侧表面(r10)和第三透镜组G3的第六透镜L6的图像侧表面(r12)均呈非球面形状。表6示出了与数值示例2相关联的非球面表面的第四级非球面系数A4、第六级非球面系数A6、第八级非球面系数A8和第十级非球面系数A10，以及圆锥常数K。
表6
  si   K   A4   A6   A8   A10
  1   2.0000E+01   -5.7710E-04   2.1678E-05   -3.6784E-07   2.2661E-09
  2   -6.3006E-01   -3.6169E-04   -4.5452E-06   9.5439E-07   -1.9289E-08
  3   5.8272E-01   1.8111E-04   -1.6609E-05   6.0704E-07   -7.7970E-09
  6   7.4255E-01   -1.4640E-03   -7.7795E-05   -1.3862E-06   -1.2258E-06
  7   -1.8912E+01   -3.2424E-04   -5.7153E-05   -6.6201E-06   -4.4260E-07
  10   0.0000E+00   2.0465E-04   8.2300E-05   0.0000E+00   0.0000E+00
  12   4.1053E+00   7.1804E-04   -2.0675E-05   7.9620E-07   -1.0518E-08
在变焦透镜2在广角端与望远端之间变焦的期间，第一透镜组G1与光圈S之间的表面间距d4、第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的表面间距d10以及第三透镜组G3与滤波器FL之间的表面间距d12发生变化。表7示出了在具有示例2中的数值的透镜被设置在广角端(焦距f为5.10)时、被设置在中间焦距(焦距f为10.58)时、以及被设置在望远端(焦距f为21.93)时各表面间距能够发生的变化量。与这些变化量一起示出的还有F数Fno和半视角(ω)。
表7
  f   5.10   10.58   21.93
  Fno   2.59   3.64   5.96
  ω   38.85   19.97   9.76
  d4   16.630   5.672   0.880
  d10   4.600   10.211   22.308
  d12   2.999   3.109   1.900
表8示出了变焦透镜2中的第一透镜组G1的焦距、第二透镜组G2的焦距和第三透镜组G3的焦距。
表8
  焦距
  第一透镜组   -14.103
  第二透镜组   10.565
  第三透镜组   18.415
图7-9示出了具有示例2的数值的透镜聚焦在无限远时发生的各种像差。图7示出了透镜设置在广角端(焦距f为5.10)时发生的像差。图8示出了透镜设置在中间焦距(焦距f为10.58)时发生的像差。图9示出了透镜设置在望远端(焦距f为21.93)时发生的像差。
在图7-9所示的球面像差图中，实线表示使用d线(波长为587.6nm)测得的数值，虚线表示使用c线(波长为656.3nm)测得的数值，而点划线表示使用g线(波长为435.8nm)测得的数值。在图7-9所示的像散像差图中，实线表示在矢状面上测得的数值，而虚线表示在子午面上测得的数值。
从这些像差图中可看出，能够通过示例2的数值来满意地修正像差以获得高摄像性能。
图10示出了本发明第三实施例的变焦透镜3的构造。
如图10所示，第三实施例的变焦透镜3包括6个透镜。
变焦透镜3包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组G1、具有正折光力的第二透镜组G2和具有正折光力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括从物体侧向图像侧依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2。第一透镜L1是负弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。第二透镜L2是正弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。
第二透镜组G2包括从物体侧向图像侧依次设置的第三透镜L3和胶合透镜。第三透镜L3是两侧表面均呈非球面形状的双凸透镜。所述胶合透镜由第四透镜L4和第五透镜L5粘结而成，第四透镜L4是双凸透镜，第五透镜L5是图像侧表面呈非球面形状的双凹透镜。
第三透镜组G3由一个双凸透镜即第六透镜L6构成。
在第二透镜组G2的第三透镜L3与第四透镜L4之间设置有光圈S(光圈表面r7)。
在第三透镜组G3与像面IMG之间，从物体侧向图像侧依次设置有滤波器FL和玻璃盖CG。
表9示出了用于本发明第三实施例的变焦透镜3的具体数值示例3的透镜数据。
表9
  si   ri   ASP   di   ni   Ni
  1   50.054   ASP   0.800   1.85135   40.10
  2   5.024   ASP   1.694
  3   8.3652   ASP   1.906   2.00178   19.30
  4   14.8327   ASP   variable
  5   5.000   ASP   1.669   1.62263   58.16
  6   -33.550   ASP   0.100
  7(S)   INF   0.000
  8   14.486   1.631   1.83481   42.72
  9   -5.082   0.400   1.68893   31.16
  10   4.299   ASP   variable
  11   23.268   1.650   1.76802   49.24
  12   -28.8603   variable
  13   INF   0.300   1.51680   64.20
  14   INF   0.720
  15   INF   0.500   1.56883   56.04
  16   INF   0.600
  17(I MG)   INF   0.000
在变焦透镜3中，第一透镜组G1的第一透镜L1的物体侧表面(r1)、第一透镜组G1的第一透镜L1的图像侧表面(r2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物体侧表面(r3)、第一透镜组G1的第二透镜L2的图像侧表面(r4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物体侧表面(r5)、第二透镜组G2的第三透镜L3的图像侧表面(r6)、和第二透镜组G2的第五透镜L5的图像侧表面(r10)均呈非球面形状。表10示出了与数值示例3相关联的非球面表面的第四级非球面系数A4、第六级非球面系数A6、第八级非球面系数A8和第十级非球面系数A10，以及圆锥常数K。
表10
  si   K   A4   A6   A8   A10
  1   1.7584E+00   -6.0635E-05   6.2461E-06   -1.6799E-07   1.1851E-09
  2   -6.0905E-01   -6.2646E-04   6.1550E-05   -1.3463E-06   2.5444E-09
  3   5.4261E-01   -1.1723E-03   5.0401E-05   -1.6284E-06   2.1009E-08
  4   -7.2854E+00   -6.4089E-04   3.9042E-05   -1.4072E-06   2.1210E-08
  5   5.1964E-01   -1.7492E-03   -1.2615E-04   -1.3862E-06   -1.2258E-06
  6   4.3818E+01   -8.9783E-04   -1.0566E-06   -6.6201E-06   -4.4260E-07
  10   8.8173E-01   1.7989E-03   -3.0656E-05   0.0000E+00   0.0000E+00
在变焦透镜3在广角端与望远端之间变焦的期间，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的表面间距d4、第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的表面间距d10以及第三透镜组G3与滤波器FL之间的表面间距d12发生变化。表11示出了在具有示例3中的数值的透镜被设置在广角端(焦距f为4.38)时、被设置在中间焦距(焦距f为9.49)时、以及被设置在望远端(焦距f为20.61)时各表面间距能够发生的变化量。与这些变化量一起示出的还有F数Fno和半视角(ω)。
表11
  f   4.38   9.49   20.61
  Fno   2.48   3.80   6.42
  ω   42.87   22.39   10.60
  d4   14.425   5.477   0.700
  d10   3.758   10.376   21.871
  d12   2.384   1.500   1.600
表12示出了变焦透镜3中的第一透镜组G1的焦距、第二透镜组G2的焦距和第三透镜组G3的焦距。
表12
  焦距
  第一透镜组   -11.620
  第二透镜组   9.298
  第三透镜组   16.926
图11-13示出了具有示例3的数值的透镜聚焦在无限远时发生的各种像差。图11示出了透镜设置在广角端(焦距f为4.38)时发生的像差。图12示出了透镜设置在中间焦距(焦距f为9.49)时发生的像差。图13示出了透镜设置在望远端(焦距f为20.61)时发生的像差。
在图11-13所示的球面像差图中，实线表示使用d线(波长为587.6nm)测得的数值，虚线表示使用c线(波长为656.3nm)测得的数值，而点划线表示使用g线(波长为435.8nm)测得的数值。在图11-13所示的像散像差图中，实线表示在矢状面上测得的数值，而虚线表示在子午面上测得的数值。
从这些像差图中可看出，能够通过示例3的数值来满意地修正像差以获得高摄像性能。
图14示出了本发明第四实施例的变焦透镜4的构造。
如图14所示，第四实施例的变焦透镜4包括6个透镜。
变焦透镜4包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组G1、具有正折光力的第二透镜组G2和具有正折光力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括从物体侧向图像侧依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2。第一透镜L1是负弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。第二透镜L2是正弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。
第二透镜G2包括从物体侧向图像侧依次设置的第三透镜L3、第四透镜L4和第五透镜L5，第三透镜L3是两侧表面均呈非球面形状的双凸透镜，第四透镜L4包括面向物体的凸面，第五透镜L5在其图像侧表面呈非球面形状并包括面向图像的凹面。
第三透镜组G3由第六透镜L6构成，第六透镜L6是物体侧表面呈非球面形状的双凸透镜。
第一透镜组G1与第二透镜组G2之间设置有光圈S(光圈表面r5)。
在第三透镜组G3与像面IMG之间，从物体侧向图像侧依次设置有滤波器FL和玻璃盖CG。
表13示出了用于本发明第四实施例的变焦透镜4的具体数值示例4的透镜数据。
表13
  si   ri   ASP   di   ni   vi
  1   42.035   ASP   0.800   1.85135   40.10
  2   5.017   ASP   1.706
  3   8.1534   ASP   1.694   2.00178   19.30
  4   13.7212   ASP   variable
  5(S)   INF   0.000
  6   4.994   ASP   1.700   1.59201   67.02
  7   -100.00   ASP   0.100
  8   8.346   1.673   1.72916   54.67
  9   28.702   0.100
  10   10.383   0.427   1.82114   24.06
  11   3.852   ASP   variable
  12   26.730   ASP   1.650   1.76802   49.24
  13   -21.305   variable
  14   INF   0.300   1.51680   64.20
  15   INF   0.720
  16   INF   0.500   1.56883   56.04
  17   INF   0.600
  18(IMG)   INF   0.000
在变焦透镜4中，第一透镜组G1的第一透镜L1的物体侧表面(r1)、第一透镜组G1的第一透镜L1的图像侧表面(r2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物体侧表面(r3)、第一透镜组G1的第二透镜L2的图像侧表面(r4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物体侧表面(r6)、第二透镜组G2的第三透镜L3的图像例表面(r7)、第二透镜组G2的第五透镜L5的图像侧表面(r11)和第三透镜组G3的第六透镜L6的物体侧表面(r12)均呈非球面形状。表14示出了与数值示例4相关联的非球面表面的第四级非球面系数A4、第六级非球面系数A6、第八级非球面系数A8和第十级非球面系数A10，以及圆锥常数K。
表14
  si   K   A4   A6   A8   A10
  1   1.1295E+01   -9.8787E-05   3.3542E-06   -1.5746E-07   1.4098E-09
  2   -3.4513E-01   -1.1329E-03   5.9182E-05   -1.6953E-06   -5.9497E-09
  3   -1.7920E-01   -1.4052E-03   5.9576E-05   -1.7207E-06   2.0002E-08
  4   -9.8487E+00   -7.6071E-04   3.9461E-05   -1.5936E-06   2.5662E-08
  6   -5.0232E-01   -2.4883E-04   -1.9188E-05   0.0000E+00   0.0000E+00
  7   -1.2929E+02   -3.7051E-04   5.2448E-06   0.0000E+00   0.0000E+00
  11   3.5885E-01   1.0322E-03   2.2883E-05   0.0000E+00   0.0000E+00
  12   0.0000E+00   -3.8673E-04   2.9998E-05   -1.2342E-06   1.9346E-08
在变焦透镜4在广角端与望远端之间变焦的期间，第一透镜组G1与光圈S之间的表面间距d4、第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的表面间距d11以及第三透镜组G3与滤波器FL之间的表面间距d13发生变化。表15示出了在具有示例4中的数值的透镜被设置在广角端(焦距f为4.38)时、被设置在中间焦距(焦距f为9.49)时、以及被设置在望远端(焦距f为20.61)时各表面间距能够发生的变化量。与这些变化量一起示出的还有F数Fno和半视角(ω)。
表15
  f   4.38   9.49   20.61
  Fno   2.15   3.25   5.52
  ω   43.04   21.95   10.43
  d4   15.598   6.224   1.443
  d11   3.982   10.190   21.954
  d13   2.025   1.500   1.600
表16示出了变焦透镜4中的第一透镜组G1的焦距、第二透镜组G2的焦距和第三透镜组G3的焦距。
表16
  焦距
  第一透镜组   -11.679
  第二透镜组   9.393
  第三透镜组   15.596
图15-17示出了具有示例4的数值的透镜聚焦在无限远时发生的各种像差。图15示出了透镜设置在广角端(焦距f为4.38)时发生的像差。图16示出了透镜设置在中间焦距(焦距f为9.49)时发生的像差。图17示出了透镜设置在望远端(焦距f为20.61)时发生的像差。
在图15-17所示的球面像差图中，实线表示使用d线(波长为587.6nm)测得的数值，虚线表示使用c线(波长为656.3nm)测得的数值，而点划线表示使用g线(波长为435.8nm)测得的数值。在图15-17所示的像散像差图中，实线表示在矢状面上测得的数值，而虚线表示在子午面上测得的数值。
从这些像差图中可看出，能够通过示例4的数值来满意地修正像差以获得高摄像性能。
图18示出了本发明第五实施例的变焦透镜5的构造。
如图18所示，第五实施例的变焦透镜5包括5个透镜。
变焦透镜5包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组G1、具有正折光力的第二透镜组G2和具有正折光力的第三透镜组G3。
第一透镜组G1包括从物体侧向图像侧依次设置的第一透镜L1和第二透镜L2。第一透镜L1是负弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。第二透镜L2是正弯月形透镜，其两侧表面均呈非球面形状，并且包括面向物体的凸面。
第二透镜组G2包括从物体侧向图像侧依次设置的第三透镜L3和第四透镜L4。第三透镜L3是两侧表面均呈非球面形状的双凸透镜。第四透镜L4在其图像侧表面呈非球面形状，并包括面向图像的凹面。
第三透镜组G3由第五透镜L5构成，第五透镜L5是物体侧表面呈非球面形状的双凸透镜。
第一透镜组G1与第二透镜组G2之间设置有光圈S(光圈表面r5)。
在第三透镜组G3与像面IMG之间，从物体侧向图像侧依次设置有滤波器FL和玻璃盖CG。
表17示出了用于本发明第五实施例的变焦透镜5的具体数值示例5的透镜数据。
表17
si ri ASP di ni vi
  1   36.540   ASP   0.800   1.85135   40.10
  2   5.103   ASP   1.746
  3   9.2790   ASP   1.654   2.00178   19.30
  4   16.7998   ASP   variable
  5(S)   INF   0.000
  6   4.0740   ASP   1.700   1.59201   67.02
  7   -17.247   ASP   0.987
  8   9.735   0.407   1.82114   24.06
  9   4.025   ASP   variable
  10   21.957   ASP   1.650   1.76802   49.24
  11   -22.241   variable
  12   INF   0.300   1.51680   64.20
  13   INF   0.720
  14   INF   0.500   1.56883   56.04
  15   INF   0.600
  16(IMG)   INF   0.000
在变焦透镜5中，第一透镜组G1的第一透镜L1的物体侧表面(r1)、第一透镜组G1的第一透镜L1的图像侧表面(r2)、第一透镜组G1的第二透镜L2的物体侧表面(r3)、第一透镜组G1的第二透镜L2的图像侧表面(r4)、第二透镜组G2的第三透镜L3的物体侧表面(r6)、第二透镜组G2的第三透镜L3的图像侧表面(r7)、第二透镜组G2的第四透镜L4的图像侧表面(r9)和第三透镜组G3的第五透镜L5的物体侧表面(r10)均呈非球面形状。表18示出了与数值示例5相关联的非球面表面的第四级非球面系数A4、第六级非球面系数A6、第八级非球面系数A8和第十级非球面系数A10，以及圆锥常数K。
表18
  si   K   A4   A6   A8   A10
  1   1.0240E+01   -4.9200E-05   2.1891E-06   -1.6397E-07   1.6125E-09
  2   -3.0385E-01   -9.6400E-04   5.8364E-05   -1.8936E-06   -4.4796E-09
  3   1.2540E-02   -1.3033E-03   5.8469E-05   -1.7293E-06   2.1331E-08
  4   -1.7061E+01   -7.5263E-04   3.9884E-05   -1.6551E-06   2.8336E-08
  6   -4.3956E-01   -8.5258E-05   -6.4319E-06   0.0000E+00   0.0000E+00
  7   -3.4326E+01   3.7531E-05   -1.2747E-06   0.0000E+00   0.0000E+00
  9   9.1029E-01   -1.6236E-04   4.7102E-05   0.0000E+00   0.0000E+00
  10   0.0000E+00   -4.5220E-04   3.1656E-05   -1.3471E-06   2.2038E-08
在变焦透镜5在广角端与望远端之间变焦的期间，第一透镜组G1与光圈S之间的表面间距d4、第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的表面间距d9以及第三透镜组G3与滤波器FL之间的表面间距d11发生变化。表19示出了在具有示例5中的数值的透镜被设置在广角端(焦距f为4.37)时、被设置在中间焦距(焦距f为8.75)时以及被设置在望远端(焦距f为17.50)时各表面间距能够发生的变化量。与这些变化量一起示出的还有F数Fno和半视角(ω)。
表19
  f   4.37   8.75   17.50
  Fno   2.42   3.49   5.46
  ω   41.60   23.42   12.02
  d4   15.012   6.362   1.500
  d9   3.829   9.399   18.991
  d11   2.254   1.769   1.945
表20示出了变焦透镜5中的第一透镜组G1的焦距、第二透镜组G2的焦距和第三透镜组G3的焦距。
表20
  焦距
  第一透镜组   -12.130
  第二透镜组   9.581
  第三透镜组   14.554
图19-21示出了具有示例5的数值的透镜聚焦在无限远时发生的各种像差。图19示出了透镜设置在广角端(焦距f为4.37)时发生的像差。图20示出了透镜设置在中间焦距(焦距f为8.75)时发生的像差。图21示出了透镜设置在望远端(焦距f为17.50)时发生的像差。
在图19-21所示的球面像差图中，实线表示使用d线(波长为587.6nm)测得的数值，虚线表示使用c线(波长为656.3nm)测得的数值，而点划线表示使用g线(波长为435.8nm)测得的数值。在图19-21所示的像散像差图中，实线表示在矢状面上测得的数值，而虚线表示在子午面上测得的数值。
从这些像差图中可看出，能够通过示例5的数值来满意地修正像差以获得高摄像性能。
表21示出了变焦透镜1-5的应用于条件表达式(1)-(10)的数值，即用于替换条件表达式(1)中的R2f、R2f、R2f/R2f，条件表达式(2)中的Sga、Sgs、|Sga/Sgs|，条件表达式(3)中的f2、fw、|f2/fw|，条件表达式(4)中的f1、fw、|f1/fw|，条件式(5)中的D2、fw、D2/fw，条件表达式(6)中的n11、条件表达式(7)中的n12，条件表达式(8)中的v12，条件表达式(9)和条件表达式(10)中的vd22、vd23、vd22-vd23的数值。
表21
从表21可知，变焦透镜1-5满足条件表达式(1)-(8)，变焦透镜1-3满足条件表达式(10)，变焦透镜4满足条件表达式(9)。
下面将描述本发明一实施例的摄像装置。
本发明该实施例的摄像装置是包括变焦透镜和将该变焦透镜形成的光学图像转换成电信号的摄像元件的摄像装置。
设置在本发明该实施例摄像装置中的变焦透镜包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组。
在设置于该摄像装置中的变焦透镜从广角端向望远端变焦的期间，第一透镜组沿一方向发生移动，并且第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得第一透镜组与第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得第二透镜组与第三透镜组之间的空气间隔增大。
在设置于该摄像装置中的变焦透镜中，光圈形成为与第二透镜组一起移动，从而能去除或者简化用于改变光圈孔口直径的驱动机构，这能使整个光学长度得以缩短。特别地，在该变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能缩短收缩状态下的整个长度。
在设置于本发明该实施例摄像装置中的变焦透镜中，第二透镜组由一个正透镜和一个负透镜形成，其中该正透镜至少在其物体侧表面呈非球面形状并且凸面面向物体；该负透镜位于该正透镜的图像侧，并且至少在其图像侧表面呈非球面形状而且凹面面向图像。
通过将第二透镜组构造成使其正透镜和负透镜的各预定表面呈非球面形状，能够在不增加第二透镜组中的透镜数量的情况下获得更大的视角和更大的变焦比。
具体说，使负透镜的图像侧表面呈非球面形状，有助于获得更大的视角、更大的变焦比和小型化。具体说，通过使负透镜的图像侧表面呈非球面形状以大幅改变中心处的曲率半径和周缘处的近似曲率半径，能减少透镜数量并且获得更大的视角和更大变焦比，这在确保更大视角和更大变焦比的同时实现了小型化。
特别地，在设置于本发明该实施例摄像装置中的变焦透镜应用于透镜镜筒能够伸出和缩回的镜筒可伸缩型摄像装置的情况下，能缩短收缩状态下的整个长度。
设置于本发明该实施例摄像装置中的变焦透镜构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5...(2)
其中，R2f表示正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
符号“Sga”和“Sgs”在近轴曲率半径的表面形状比非球面形状更靠近图像侧时为“-”(负号)，而在相反情况下为“+”(正号)。
条件表达式(1)是限定出正透镜中的物体侧表面的曲率半径与负透镜中的图像侧表面的曲率半径之间的比值的表达式。
当超出条件表达式(1)的下限值时，要么是正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过大，要么是负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过小。当正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过大时，第二透镜组的折光力变得过小，难以实现变焦透镜的小型化。相反，当负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过小时，像差被过度修正，作为第二透镜组的像差修正变得困难，并且透镜变得对偏心高度敏感，因此透镜制造变得困难。
另一方面，当超出条件表达式(1)的上限值时，要么是正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过小，要么是负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过大。当正透镜的物体侧表面的曲率半径变得过小时，像差被过度修正，作为第二透镜组的像差修正变得困难，并且透镜变得对偏心高度敏感，因此透镜制造变得困难。相反，当负透镜的图像侧表面的曲率半径变得过大时，第二透镜组的折光力变得过小，难以实现变焦透镜的小型化。
因此，当设置于该摄像装置中的变焦透镜满足条件表达式(1)时，在第二透镜组中能满意地修正像差，并且能实现变焦透镜的小型化以及第二透镜组中的相应透镜的制造容易化。
条件表达式(2)是限定出形成在负透镜的图像侧表面上的非球面形状的表达式。
当超出条件表达式(2)的下限值时，对在广角端与望远端之间的中间焦距处由形成在负透镜的图像侧表面上的非球面引起的球面像差和彗形像差的修正将不足，因此难以获得所需的摄像性能。
当超出条件表达式(2)的上限值时，对由形成在负透镜的图像侧表面上的非球面引起的球面像差和彗形像差的修正过度，因此作为第二透镜组的像差修正变得困难。此外，由于透镜变得对相对于正透镜的物体侧表面的偏心高度敏感，因此透镜制造变难。
因此，当设置于该摄像装置中的变焦透镜满足条件表达式(2)时，负透镜的图像侧表面将成为在周缘处负折光力得以提高的非球面，并且负透镜与正透镜一起分担像差修正，从而能满意地修正球面像差和彗形像差。
在本发明一实施例的摄像装置中，希望在摄像装置中对发生在变焦透镜中的畸变像差进行图像处理。通过在摄像装置中对畸变像差进行图像处理，能够使变焦透镜进一步小型化并且能够获得更大的变焦比。
图22是本发明一实施例的数字静物相机的框图。
摄像装置(数字静物相机)100包括：具有摄像功能的相机部(camerablock)10；进行信号处理，例如对由摄像获得的图像信号进行模拟-数字转换，的相机信号处理单元20；进行记录和再现图像信号处理的图像处理单元30；显示由摄像获得的图像的LCD(液晶显示器)40；对存储卡1000进行图像信号读写的读写器50；控制摄像装置整体的CPU(中央处理器)60；包括用户根据需要进行操作的各种开关的输入单元70；和用于对设置于相机部10中的透镜的驱动进行控制的透镜驱动控制单元80。
相机部10由包括变焦透镜11(包括本发明实施例的透镜1、2、3、4和5)和摄像元件12(例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体))的光学系统形成。
相机信号处理单元20进行各种信号处理，例如将来自摄像元件12的输出信号转换成数字信号、噪音消除、画质修正、转换成亮度信号或色差信号。
图像处理单元30基于预定的图像数据格式对图像信号进行压缩或编码和解压或解码处理，以及对例如分辨率等数据规格进行转换处理。
液晶显示器40具有显示例如用户对输入单元70的操作状态和由摄像获得的图像等各种数据的功能。
读写器50用于将图像处理单元30编码的图像数据写入存储卡1000中，以及读取记录在存储卡1000中的图像数据。
中央处理器60用作控制设置于摄像装置100中的各电路部的控制处理单元，基于来自输入单元70的指令输入信号控制各电路部。
输入单元70包括例如用于操作快门的快门释放按钮和用于选择操作模式的选择开关，并根据用户的操作向中央处理器60输出指令输入信号。
透镜驱动控制单元80基于来自中央处理器60的控制信号控制用于驱动变焦透镜11中的各透镜的电动机(未示出)。
存储卡1000是例如能够相对于与读写器50相连接的插槽插入和拔出的半导体存储器。
下面将描述摄像装置100的操作。
在摄像等待状态下，在中央处理器60的控制下通过相机信号处理单元20向液晶显示器40输出由相机部10获得的图像信号，该信号显示为相机直通图像(camera-through image)。当从输入单元70输入用于变焦的指令输入信号时，中央处理器60向透镜驱动控制单元80输出控制信号，变焦透镜11中的预定透镜在透镜驱动控制单元80的控制下发生移动。
当根据来自输入单元70的指令输入信号操作包括在相机部10中的快门(未示出)时，由摄像获得的图像信号从相机信号处理单元20输出至图像处理单元30以被压缩或编码，于是被转换成预定数据格式的数字数据。转换的数据输出至读写器50，并写入存储卡1000中。
例如，当输入单元70的快门释放按钮被半按下或者被全按下用于记录(拍摄)时，透镜驱动控制单元80基于来自中央处理器60的控制信号移动变焦透镜11中的预定透镜，从而使变焦透镜11聚焦。
当要再现记录于存储卡1000中的图像数据时，根据对输入单元70进行的操作使读写器50从存储卡1000中读取预定的图像数据。通过图像处理单元30对数据进行解压或解码处理，然后将再现的图像信号输出至液晶显示器40以显示再现的图像。
上述实施例是将摄像装置用作数字静物相机的示例。摄像装置的应用并不局限于数字静物相机，摄像装置具有广泛的应用，包括数字视频相机、具有内置相机的移动电话、和例如具有内置相机的个人数字助理(PDA)等数字输入/输出装置的相机单元。
上述实施例中示出的各元件的所有形状和数值均仅仅为实施本发明的具体形式的示例，不应该理解为对本发明技术范围的限制。
本申请包含2008年12月12日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-316781所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。
本领域的技术人员应该了解的是，在权利要求或其等同方案的范围内，可根据设计要求和其它因素做出各种修改、组合、子组合和变更。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，包括从物体侧向图像侧依次设置的：
具有负折光力的第一透镜组；
具有正折光力的第二透镜组；和
具有正折光力的第三透镜组，
其中，在从广角端向望远端变焦的期间，所述第一透镜组发生移动，并且所述第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔增大，
所述第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜，并且
所述变焦透镜构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0    ...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5  ...(2)
其中，R2f表示所述正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示所述负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
2.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第二透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的所述正透镜、凸面面向物体的正透镜、和所述负透镜。
3.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第二透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的所述正透镜、以及由凸面面向物体的正透镜和所述负透镜粘结而成的胶合透镜。
4.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第一透镜组包括从物体侧向图像侧依次设置的：两侧表面均呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜；和至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正弯月形透镜。
5.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(3)、(4)、(5)：
1.5＜|f2/fw|＜2.5    ...(3)
2.0＜|f1/fw|＜3.2    ...(4)
0.5＜D2/fw＜1.5      ...(5)
其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，fw表示整个透镜系统在广角端状态下的焦距，f1表示所述第一透镜组的焦距，D2表示所述第二透镜组的在其光轴上测得的厚度。
6.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，所述第三透镜组由具有调焦功能的单个透镜构成。
7.如权利要求4所述的变焦透镜，其中，所述变焦透镜满足以下条件表达式(6)、(7)、(8)：
n11＞1.8    ...(6)
n12＞1.9    ...(7)
v12＜25     ...(8)
其中，n11表示所述第一透镜组中负透镜的使用d线测得的折光率，n12表示所述第一透镜组中正弯月形透镜的使用d线测得的折光率，而v12表示所述第一透镜组中正弯月形透镜的阿贝数。
8.如权利要求1所述的变焦透镜，其中，在变焦期间所述光圈的孔口直径不改变。
9.如权利要求3所述的变焦透镜，其中，在所述第二透镜组的位于物体侧的正透镜与所述第二透镜组的胶合透镜之间进行共轴调整。
10.一种摄像装置，包括：
变焦透镜；和
将所述变焦透镜形成的光学图像转换成电信号的摄像元件，
其中，所述变焦透镜包括从物体侧向图像侧依次设置的具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组和具有正折光力的第三透镜组，
在从广角端向望远端变焦的期间，所述第一透镜组发生移动，并且所述第二透镜组与光圈一起朝物体移动，使得所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的空气间隔减小，并使得所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的空气间隔增大，并且
所述第二透镜组包括：至少物体侧表面呈非球面形状且凸面面向物体的正透镜；和位于该正透镜的图像侧的至少图像侧表面呈非球面形状且凹面面向图像的负透镜，并且
所述摄像装置构造成满足以下条件表达式(1)和(2)：
0.7＜R2f/R2r＜2.0    ...(1)
1.0＜|Sga/Sgs|＜1.5  ...(2)
其中，R2f表示所述正透镜的物体侧表面的近轴曲率半径；R2r表示所述负透镜的图像侧表面的近轴曲率半径；Sgs表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的近轴曲率半径的垂度；而Sga表示所述负透镜的图像侧表面的有效孔径中的图像侧表面的非球面形状的垂度。
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