CN104204896B - 变焦光学系统，光学装置和制造该变焦光学系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种变焦光学系统，沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组；在从广角端状态变焦到远摄端状态时，改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离，改变第二透镜组和第三透镜组之间的距离，以及改变第三透镜组和第四透镜组之间的距离；第三透镜组由一个正透镜构成；并且通过在光轴的方向中移动第三透镜组，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。

Description

变焦光学系统，光学装置和制造该变焦光学系统的方法
技术领域
本发明涉及适合用于照相机、数码相机和摄像机的可互换镜头的变焦光学系统、具有该变焦光学系统的光学装置和制造该变焦光学系统的方法。
背景技术
迄今已经提出了用于镜头可互换型照相机的可互换镜头的变焦光学系统，并且构造成最接近物体侧的透镜组具有正屈光力，如在日本专利申请公开No.2009-86535中所公开的。
现有技术文献
专利文献
日本专利申请公开No.2009-86535。
发明内容
要由本发明解决的技术问题
然而，常见的变焦光学系统已经难以在实现小型化和高速自动对焦的同时，确保足够高的光学性能。
鉴于这些情形，做出了本发明，并且具有提供在实现小型化和高速自动对焦的同时，呈现足够高的光学性能的变焦光学系统、具有该变焦光学系统的光学装置和制造该变焦光学系统的方法的目的。
技术方案
为实现上述目的，根据本发明，提供一种变焦光学系统，沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；以及具有正屈光力的第四透镜组；
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离，改变第二透镜组和第三透镜组之间的距离，并且改变第三透镜组和第四透镜组之间的距离；
第三透镜组由一个正透镜构成；并且
通过在光轴的方向中移动第三透镜组进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
此外，根据本发明的光学装置的特征在于提供上述变焦光学系统。
此外，根据本发明制造变焦光学系统的方法，变焦光学系统沿光轴按从物体侧的顺序包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；以及具有正屈光力的第四透镜组；
该方法包括步骤：使第一至第四透镜组构造成在从广角端状态变焦到远摄端状态时，可以分别改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离、第二透镜组和第三透镜组之间的距离，以及第三透镜组和第四透镜组之间的距离，
由正透镜构成第三透镜组，
使第三透镜组构造成在光轴的方向中移动，使得可以进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
本发明的效果
根据本发明，易于提供在实现小型化和高速自动对焦的同时，呈现足够高的光学性能的变焦光学系统、具有该变焦光学系统的光学装置和制造该变焦光学系统的方法。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一例子的变焦光学系统的透镜布局的截面图。
图2A、2B和2C分别是示出在聚焦在无限远物体时，根据第一例子的变焦光学系统的各种像差的图，图2A示例广角端状态；图2B示例中间焦距状态；并且图2C示例远摄端状态。
图3是示出根据本发明的第二例子的变焦光学系统的透镜布局的截面图。
图4A、4B和4C分别是示出在聚焦在无限远物体时，根据第二例子的变焦光学系统的各种像差的图，图4A示例广角端状态；图4B示例中间焦距状态；并且图4C示例远摄端状态。
图5是示出根据本发明的第三例子的变焦光学系统的透镜布局的截面图。
图6A、6B和6C分别是示出在聚焦在无限远物体时，根据第三例子的变焦光学系统的各种像差的图，图6A示例广角端状态；图6B示例中间焦距状态；并且图6C示例远摄端状态。
图7是示出根据本发明的第四例子的变焦光学系统的透镜布局的截面图。
图8A、8B和8C分别是示出在聚焦在无限远物体时，根据第四例子的变焦光学系统的各种像差的图，图8A示例广角端状态；图8B示例中间焦距状态；并且图8C示例远摄端状态。
图9是示出根据本发明的第五例子的变焦光学系统的透镜布局的截面图。
图10A、10B和10C分别是示出在聚焦在无限远物体时，根据第五例子的变焦光学系统的各种像差的图，图10A示例广角端状态；图10B示例中间焦距状态；并且图10C示例远摄端状态。
图11是示意性地示出配备有根据本发明的变焦光学系统的照相机的视图。
图12是示出制造根据本发明的变焦光学系统的方法的概述的流程图。
具体实施方式
在下文中，将描述根据本发明的变焦光学系统、光学装置和制造该变焦光学系统的方法。
说明将从首先描述根据本发明的变焦光学系统开始。根据本发明的变焦光学系统沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组；
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离、第二透镜组和第三透镜组之间的距离以及第三透镜组和第四透镜组之间的距离；第三透镜组由一个正透镜构成，并且通过在光轴的方向中移动第三透镜组，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
根据本发明的变焦光学系统如上所述，沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组；并且当从广角端状态变焦到远摄端状态时，分别改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离、第二透镜组和第三透镜组之间的距离以及第三透镜组和第四透镜组之间的距离。该构造通过抑制伴随变焦的场曲波动，能够实现可变焦光学系统并且实现高光学性能。
此外，在根据本发明的变焦光学系统中，在该构造下，第三透镜组由一个正透镜构成，并且在光轴的方向中移动，由此从无限远物体聚焦到近距离物体。通过该构造，聚焦透镜更轻，并且即使通过使用小型致动器，也能以高速执行自动对焦。另外，能小型化变焦光学系统，由此能缩减镜筒的外径。因此，能在实现小型化和高速自动对焦的同时，实现呈现高的光学性能的变焦光学系统。
此外，在根据本发明的变焦光学系统中，期望第三透镜组的正透镜采用双凸形状。通过这种构造，通过抑制由于聚焦导致的球面像差的波动，能实现高的光学性能。
另外，在根据本发明的变焦光学系统中，期望第三透镜组的正透镜构造成具有球面透镜表面。通过该构造，通过抑制由于聚焦而导致的球面像差的波动，能实现更高光学性能。
此外，期望根据本发明的变焦光学系统满足下述条件式(1)。
1.00<R31A/(-R31B)<3.00(1)
其中，R31A表示第三透镜组的正透镜的物体侧表面的曲率半径，并且R31B表示第三透镜组的正透镜的像侧表面的曲率半径。
条件式(1)规定第三透镜组的正透镜的物体侧表面的曲率半径与第三透镜组的像侧表面的曲率半径的适当比率。满足条件式(1)，通过适当地校正由第三透镜组的正透镜产生的球面像差，能实现高的光学性能。
当条件式(1)的R31A/(-R31B)的值等于或降至低于下限值时，难以校正由于第三透镜组的正透镜产生的负球面像差。因此，不能实现高光学性能。注意为确保本发明的效果，期望将条件式(1)的下限值设定到1.20。
而当条件式(1)的R31A/(-R31B)的值等于或超过上限值时，难以校正由第三透镜组的正透镜产生的正球面像差。因此，不能实现高光学性能。注意，为确本发明的效果，期望的是将条件式(1)的上限值设定到2.50。
此外，期望根据本发明的变焦光学系统满足下述条件式(2)。
3.50<ft/f3<5.00(2)
其中，ft表示远摄端状态中，整个变焦光学系统的焦距，并且f3表示第三透镜组的焦距。
条件式(2)规定远摄端状态中，整个变焦光学系统的焦距与第三透镜组的焦距的适当比率。满足条件式(2)，在成功实现小型化的同时，通过抑制聚焦时的像差波动，能实现高的光学性能。
当条件式(2)的ft/f3的值等于或降至低于下限值时，在聚焦时，第三透镜组的移动量增加。因此，光学系统的全长(overall length)加长，导致实现小型化的不期望困难。注意，为确保本发明的效果，期望将条件式(2)的下限值设定成3.70。
而当条件式(2)的ft/f3的值等于或超过上限值时，第三透镜组的光焦度(power)加强或变强，聚焦时的像差波动增加。因此，不能实现高光学性能。注意，为确保本发明的效果，期望将条件式(2)的上限值设定成4.70。
此外，期望根据本发明的变焦光学系统满足下述条件式(3)。
1.00<f1/fw<2.00(3)
其中，f1表示第一透镜组的焦距，并且fw表示广角端状态中，整个变焦光学系统的焦距。
条件式(3)规定第一透镜组的焦距的适当范围。注意，在下述描述中，“屈光力强(加强)或弱(变弱)”是指“屈光力的绝对值大或小”。
当条件式(3)的f1/fw的值等于或降至低于下限值时，第一透镜组的屈光力变强，并且难以校正球面像差和轴上色差。因此，不能实现高光学性能。注意，为确保本发明的效果，将条件式(3)的下限值设定成1.20。
当条件式(3)的f1/fw的值等于或超过上限值时，第一透镜组的屈光力变弱并且光学系统的全长变长。因此，小型化变得难以实现。结果，不能实现高光学性能。注意，为确保本发明的效果，期望将条件式(3)的上限值设定成1.80。
此外，期望根据本发明的变焦光学系统满足下述条件式(4)。
0.300<(-f2)/fw<0.500(4)
其中，f2表示第二透镜组的焦距，并且fw是广角端状态中，整个变焦光学系统的焦距。
条件式(4)规定第二透镜组的焦距的适当范围。
当条件式(4)的(-f2)/fw的值等于或降至低于下限值时，第二透镜组的负屈光力变强或加强，难以校正球面像差和彗差。因此，不能实现高光学性能。注意，为确保本发明的效果，期望将条件式(4)的下限值设定成0.330。
当条件式(4)的(-f2)/fw的值等于或超过上限值时，第二透镜组的负屈光力变弱，难以校正像散和场曲。因此，不能实现高光学性能。应注意，为确保本发明的效果，期望将条件式(4)的上限值设定成0.470。
此外，在根据本发明的变焦光学系统中，沿光轴按从物体侧的顺序，第四透镜组包括具有正屈光力的第四A透镜组、具有负屈光力的第四B透镜组和具有正屈光力的第四C透镜组，期望该构造使得移动第四B透镜组来具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊，即减震。采用该构造，易于用来通过小直径透镜组实现减震来减小相机抖动校正机构的尺寸和重量，并且小型化镜筒。应注意到，措辞“移动来具有基本上与光轴正交的方向上的分量”除”在与光轴正交的方向中移动“外，还包含“在与光轴倾斜的方向中移动”和“绕光轴上的作为旋转中心的一个点摆动”。
此外，在根据本发明的变焦光学系统中，期望当从广角端状态变焦到远摄端状态时，第一透镜组沿光轴，相对于像平面，移向物体侧。通过该构造，能弱化第一透镜组的屈光力，并且通过适当地设定每一透镜组的屈光力，能确保预定变焦。如果每一透镜组的屈光力变得过强，难以校正像差。尤其是如果第二透镜组的屈光力变得过强，场曲增加，不期望地导致校正困难。此外，如果第三透镜组的屈光力过份加强，在聚焦时，难以校正像差。
此外，根据本发明的光学装置包括具有上述构造的变焦光学系统。由此，能够实现呈现高光学性能的光学装置。
此外，根据本发明的制造变焦光学系统的方法，变焦光学系统沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组；
该方法包括步骤：将第一至第四透镜组构造成使得在从广角端状态变焦到远摄端状态时，可以分别改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离、第二透镜组和第三透镜组之间的距离以及第三透镜组和第四透镜组之间的距离，
由正透镜构成第三透镜组，
将第三透镜组构造成在光轴的方向中移动，使得可以进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
通过制造变焦光学系统的方法，能制造呈现高光学性能的变焦光学系统。
(数值例子)
在下文中，将参考附图，描述根据数值例子的每一个的变焦光学系统。
(第一例子)
图1是示出本发明的第一例子的变焦光学系统ZL1的透镜布局的截面图。
如图1所示，根据第一例子的变焦光学系统ZL1沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3和具有正屈光力的第四透镜组G4构成。
在根据第一例子的变焦光学系统ZL1中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。此外，相对于像平面I，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2在像平面I侧以凸形状移动，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4单调地移向物体侧。通过使第三透镜组G3移向像平面I，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第四A透镜组G4A、具有负屈光力的第四B透镜组G4B和具有正屈光力的第四C透镜组G4C构成。移动第四B透镜组G4B来具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊，即减震。孔径光阑S设置在第四透镜组G4的内部并且构造成在从广角端变焦到远摄端时，与第四透镜组G4一体地移动。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L11；和具有朝向物体侧的凸表面的负弯月透镜L12与双凸透镜L13的胶合透镜构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L21和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L22的胶合透镜；以及双凹透镜L23构成。
第三透镜组G3由双凸透镜L31构成。
第四A透镜组G4A沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L41；双凸透镜L42和双凹透镜L43的胶合透镜；以及双凸透镜L44构成。
第四B透镜组G4B沿光轴按从物体侧的顺序，由：由双凹透镜L45；和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L46的胶合透镜构成。
第四C透镜组G4C沿光轴按从物体侧的顺序，由，具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L47；以及双凸透镜L48和双凹透镜L49的胶合透镜构成，其中，从透镜L49出射的光线在像平面I上形成图像。
下表1示出根据本发明的第一例子的变焦光学系统ZL1的各个数据项的值。
在表1的[全体数据]中，符号f表示整个变焦光学系统的焦距，FNO是F数，2ω是视角(单位为度)，Y表示像高，TL表示从第一透镜组G1中的最接近物体侧的表面延伸到像平面I的全长(overall length)。符号W表示广角端状态，M表示中间焦距状态，并且T表示远摄端状态。
在[表面数据]中，m表示从物体侧计数的透镜表面编号，r表示透镜表面的曲率半径，d表示从透镜表面到下一透镜表面的距离，nd表示相对于d线(λ＝587.6nm)的折射率，并且νd表示相对于d线(λ＝587.6nm)的阿贝数。此外，符号OP表示物平面，并且I表示像平面。注意，措辞“曲率半径r＝∞”意指平面，并且忽略“空气折射率d＝1.00000”的描述。
[可变距离数据]表示焦距f、可变距离和孔径光阑直径φ的值。
[透镜组数据]表示每一透镜组的起始表面编号ST和焦距f。
[条件式的值]表示各个条件式的值。
其中，表1中所述的焦距f、曲率半径r和其他长度涉及一般将[mm]用作长度的单位。然而，即使成比例地放大或缩小，该光学系统也能获得同样的光学性能，因此，不限于该单位。
注意，表1中的符号应当类似地应用于稍后所述的各个例子的表。
(表1)第一例子
[全体数据]
[表面数据]
[可变距离数据]
[透镜组数据]
[条件式的值]
R31A＝116.40050
R31B＝-74.88570
ft＝291.55642
fw＝72.00125
f1＝116.15003
f2＝-31.59403
f3＝74.22647
(1)R31A/(-R31B)＝1.554
(2)ft/f3＝3.928
(3)f1/fw＝1.613
(4)(-f2)/fw＝0.4388
图2A、2B和2C是根据第一例子的变焦光学系统ZL1聚焦在无限远物体时的各种像差的图；图2A表示广角端状态；图2B表示中间焦距状态，并且图2C表示远摄端状态。
在各个像差图中，FNO表示F数，并且A表示半视角(单位：度)。此外，符号d表示d线(λ＝587.6nm)的像差曲线，g表示g线(λ＝435.8nm)的像差曲线，并且未标记任何标志的表示d线的像差曲线。在表示像散的图中，实线表示矢状像平面，虚线表示子午像平面。彗差的像差图表示在每一半视角，相对于d线和g线的子午彗差。注意，与第一例子相同的符号应用于下面给出的各个例子的各种像差图。
如从各个像差图看出，理解到根据第一例子的变焦光学系统ZL1良好地校正从广角端状态到远摄端状态的各种像差，并且呈现出高光学性能。
(第二例子)
图3是示出根据本发明的第二例子的变焦光学系统ZL2的透镜布局的截面图。
如图3所示，根据第二例子的变焦光学系统ZL2沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3和具有正屈光力的第四透镜组G4构成。
在根据第二例子的变焦光学系统ZL2中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。此外，相对于像平面I，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2在像平面I侧以凸形状移动，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4单调地移向物体侧。通过使第三透镜组G3移向像平面I，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第四A透镜组G4A、具有负屈光力的第四B透镜组G4B和具有正屈光力的第四C透镜组G4C构成。移动第四B透镜组G4B来具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊，即减震。孔径光阑S设置在第四透镜组G4的内部并且构造成在从广角端变焦到远摄端时，与第四透镜组G4一体地移动。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L11；和具有朝向物体侧的凸表面的负弯月透镜L12与双凸透镜L13的胶合透镜构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L21和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L22的胶合透镜；以及双凹透镜L23构成。
第三透镜组G3由双凸透镜L31构成。
第四A透镜组G4A沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L41；以及双凸透镜L42、双凹透镜L43和双凸透镜L44的胶合透镜构成。
第四B透镜组G4B沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L45和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L46的胶合透镜构成。
第四C透镜组G4C沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L47；以及双凸透镜L48和双凹透镜L49的胶合透镜构成，其中，从透镜L49出射的光线在像平面I上形成图像。
下表2示出根据本发明的第二例子的变焦光学系统ZL2的各个数据项的值。
(表2)第二例子
[全体数据]
[表面数据]
[可变距离数据]
[透镜组数据]
[条件式的值]
R31A＝103.55650
R31B＝-74.96490
ft＝291.56827
fw＝72.00407
f1＝105.61803
f2＝-29.4996
f3＝70.88067
(1)R31A/(-R31B)＝1.381
(2)ft/f3＝4.114
(3)f1/fw＝1.467
(4)(-f2)/fw＝0.4097
图4A、4B和4C是根据第二例子的变焦光学系统ZL2聚焦在无限远物体时的各种像差的图，图4A示例广角端状态；图4B示例中间焦距状态；并且图4C示例远摄端状态。
如从各个像差图看出，理解到根据第二例子的变焦光学系统ZL2良好地校正从广角端状态到远摄端状态的各种像差，并且呈现出高光学性能。
(第三例子)
图5是示出根据本发明的第三例子的变焦光学系统ZL3的透镜布局的截面图。
如图5所示，根据第三例子的变焦光学系统ZL3沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3和具有正屈光力的第四透镜组G4构成。
在根据第三例子的变焦光学系统ZL3中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。此外，相对于像平面I，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2在像平面I侧以凸形状移动，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4单调地移向物体侧。通过使第三透镜组G3移向像平面I，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第四A透镜组G4A、具有负屈光力的第四B透镜组G4B和具有正屈光力的第四C透镜组G4C构成。移动第四B透镜组G4B来具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊，即减震。孔径光阑S设置在第四透镜组G4的内部并且构造成在从广角端变焦到远摄端时，与第四透镜组G4一体地移动。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L11；和具有朝向物体侧的凸表面的负弯月透镜L12与双凸透镜L13的胶合透镜构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L21和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L22的胶合透镜；以及双凹透镜L23构成。
第三透镜组G3由双凸透镜L31构成。
第四A透镜组G4A沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L41；以及双凸透镜L42、双凹透镜L43和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L44的胶合透镜构成。
第四B透镜组G4B沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L45和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L46的胶合透镜构成。
第四C透镜组G4C沿光轴按从物体侧的顺序，由，双凸透镜L47；以及双凸透镜L48和双凹透镜L49的胶合透镜构成，其中，从透镜L49出射的光线在像平面I上形成图像。
下表3示出根据本发明的第三例子的变焦光学系统ZL3的各个数据项的值。
(表3)第三例子
[全体数据]
[表面数据]
[可变距离数据]
[透镜组数据]
[条件式的值]
R31A＝104.75140
R31B＝-65.16700
ft＝291.52685
fw＝72.00160
f1＝98.62711
f2＝-26.12048
f3＝67.10744
(1)R31A/(-R31B)＝1.607
(2)ft/f3＝4.344
(3)f1/fw＝1.370
(4)(-f2)/fw＝0.3628
图6A、6B和6C是根据第三例子的变焦光学系统ZL3聚焦在无限远物体时的各种像差的图，图6A示例广角端状态；图6B示例中间焦距状态；并且图6C示例远摄端状态。
如从各个像差图看出，理解到根据第三例子的变焦光学系统ZL3良好地校正从广角端状态到远摄端状态的各种像差，并且呈现出高光学性能。
(第四例子)
图7是示出根据本发明的第四例子的变焦光学系统ZL4的透镜布局的截面图。
如图7所示，根据第四例子的变焦光学系统ZL4沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3和具有正屈光力的第四透镜组G4构成。
在根据第四例子的变焦光学系统ZL4中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。此外，相对于像平面I，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2在像平面I侧以凸形状移动，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4单调地移向物体侧。通过使第三透镜组G3移向像平面I，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第四A透镜组G4A、具有负屈光力的第四B透镜组G4B和具有正屈光力的第四C透镜组G4C构成。移动第四B透镜组G4B来具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊，即减震。孔径光阑S设置在第四透镜组G4的内部并且构造成在从广角端变焦到远摄端时，与第四透镜组G4一体地移动。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L11；和具有朝向物体侧的凸表面的负弯月透镜L12与具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L13的胶合透镜构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L21和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L22的胶合透镜；以及双凹透镜L23构成。
第三透镜组G3由双凸透镜L31构成。
第四A透镜组G4A沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凸透镜L41；以及双凸透镜L42、双凹透镜L43和双凸透镜L44的胶合透镜构成。
第四B透镜组G4B沿光轴按从物体侧的顺序，由：由双凹透镜L45和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L46的胶合透镜构成。
第四C透镜组G4C沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凸透镜L47；以及双凹透镜L48和双凸透镜L49的胶合透镜构成，其中，从透镜L49出射的光线在像平面I上形成图像。
下表4示出根据本发明的第四例子的变焦光学系统ZL4的各个数据项的值。
(表4)第四例子
[全体数据]
[表面数据]
[可变距离数据]
[透镜组数据]
[条件式的值]
R31A＝122.80240
R31B＝-60.94980
ft＝291.56400
fw＝72.00198
f1＝98.28877
f2＝-26.13187
f3＝68.00255
(1)R31A/(-R31B)＝2.015
(2)ft/f3＝4.288
(3)f1/fw＝1.365
(4)(-f2)/fw＝0.3629
图8A、8B和8C是根据第四例子的变焦光学系统ZL4聚焦在无限远物体时的各种像差的图，图8A示例广角端状态；图8B示例中间焦距状态；并且图8C示例远摄端状态。
如从各个像差图看出，理解到根据第四例子的变焦光学系统ZL4良好地校正从广角端状态到远摄端状态的各种像差，并且呈现出高光学性能。
(第五例子)
图9是示出根据本发明的第五例子的变焦光学系统ZL5的透镜布局的截面图。
如图9所示，根据第五例子的变焦光学系统ZL5沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3、具有正屈光力的第四透镜组G4和具有正屈光力的第五透镜组G5构成。
在根据第五例子的变焦光学系统ZL5中，在从广角端状态W变焦到远摄端状态T时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加，并且第四透镜组G4和第五透镜组G5之间的距离增加。此外，相对于像平面I，第一透镜组G1单调地移向物体侧，第二透镜组G2在像平面I侧以凸形状移动，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4单调地移向物体侧。通过使第三透镜组G3移向像平面I，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
第四透镜组G4沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有正屈光力的第四A透镜组G4A、具有负屈光力的第四B透镜组G4B和具有正屈光力的第四C透镜组G4C构成。移动第四B透镜组G4B来具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊，即减震。孔径光阑S设置在第四透镜组G4的内部并且构造成在从广角端变焦到远摄端时，与第四透镜组G4一体地移动。
第一透镜组G1沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L11；和具有朝向物体侧的凸表面的负弯月透镜L12与具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L13的胶合透镜构成。
第二透镜组G2沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凹透镜L21和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L22的胶合透镜；以及双凹透镜L23构成。
第三透镜组G3由双凸透镜L31构成。
第四A透镜组G4A沿光轴按从物体侧的顺序，由：具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L41；以及双凸透镜L42、双凹透镜L43和双凸透镜L44的胶合透镜构成。
第四B透镜组G4B沿光轴按从物体侧的顺序，由：由双凹透镜L45和具有朝向物体侧的凸表面的正弯月透镜L46的胶合透镜构成。
第四C透镜组G4C沿光轴按从物体侧的顺序，由：双凸透镜L47和具有朝向物体侧的凹表面的负弯月透镜L48的胶合透镜，以及双凹透镜L49和双凸透镜L50的胶合透镜构成。
第五透镜组G5由具有朝向物体侧的凹表面的正弯月透镜L51构成，其中，从透镜L51出射的光线在像平面I上形成图像。
下表5示出根据本发明的第五例子的变焦光学系统ZL5的各个数据项的值。
(表5)第五例子
[全体数据]
[表面数据]
[可变距离数据]
[透镜组数据]
[条件式的值]
R31A＝129.418000
R31B＝-58.89280
ft＝291.54877
fw＝72.00486
f1＝97.08614
f2＝-26.14657
f3＝67.55545
(1)R31A/(-R31B)＝2.198
(2)ft/f3＝4.316
(3)f1/fw＝1.348
(4)(-f2)/fw＝0.3631
图10A、10B和10C是根据第五例子的变焦光学系统ZL5聚焦在无限远物体时的各种像差的图，图10A示例广角端状态；图10B示例中间焦距状态；并且图10C示例远摄端状态。
如从各个像差图看出，理解到根据第五例子的变焦光学系统ZL5良好地校正从广角端状态到远摄端状态的各种像差，并且呈现出高光学性能。
其中，每一例子表明一个具体的例子，然而，本发明不限于这些例子。在不劣化光学性能的范围内，能适当地采用下述描述的内容。
已经通过根据本发明的变焦光学系统的数值例子，表明了4透镜组光学系统或5透镜组光学系统，然而，本发明不限于这些透镜组构造，而是能采用其他透镜组构造，其中，例如，能将6透镜组光学系统构造成变焦光学系统。具体地说，通过在根据本发明的变焦光学系统中，采用在最接近物体的侧上增加透镜或透镜组的构造，或在最接近图像的侧上增加透镜或透镜组的构造，不会引起任何不便。注意，透镜组表示以空气间隙分隔的包括至少一个透镜元件的单元。
此外，根据本发明的变焦光学系统的聚焦透镜组也适合由例如超声马达等等的马达驱动，用于自动对焦。
此外，根据本发明的变焦光学系统还能被构造成作为防震透镜组，移动透镜组的任何一个的全部或部分，使得在与光轴正交的方向中具有分量，或可旋转地移动，即，在包含光轴的内平面方向中摆动，由此校正由相机抖动等等引起的图像模糊。特别地，优选的是将第四透镜组的至少一部分形成为防震透镜组。
此外，可以将构成根据本发明的变焦光学系统的透镜的每一个的透镜表面形成为球面或平面或非球面。透镜表面为球面或平面的情形便于透镜加工和组装调整，并且是优选的，因为能防止由于透镜加工和组装调整引起的误差劣化光学性能。此外，如果像平面偏离，优选地存在少量图像绘制性能的劣化。如果透镜表面是非球面，则将透镜表面形成为基于切削工艺的非球面、通过按非球面形状模塑玻璃形成的玻璃模塑非球面和通过将树脂以非球面形状涂在玻璃的表面上形成的复合非球面的任何一个是足够的。此外，可以将透镜表面形成为衍射表面，并且可以将透镜形成为折射率分布型透镜(GRIN(梯度折射率)或塑料透镜。
优选的是，在根据本发明的变焦光学系统中，孔径光阑S设置在第四透镜组附近，然而，在提供作为孔径光阑的构件的情况下，透镜框也可以取代孔径光阑的作用。
此外，构成根据本发明的变焦光学系统的透镜的每一个的透镜表面可以涂以在宽波长范围内具有高透射率的防反射膜。通过该构造，可用来降低耀斑和幻像，并且实现具有高对比度的高光学性能。
接着，将通过例示单镜头反射数码相机，描述配备有根据本发明的变焦光学系统ZL的光学装置。
图11是示出配备有根据本发明的变焦光学系统的单镜头反射数码相机的外形的图。在配备有根据图11的变焦光学系统的单镜头反射数码相机中，来自未示出的物体(待成像的物体)的光线由变焦光学系统ZL收集，并且经快速返回反射镜3，在聚焦屏4上形成所收集的光的像。然后，在五棱镜7内，该光及其形成在聚焦屏4上的像被反射多次并且被引导到目镜9。如此操作，拍摄者能经目镜9观察作为正立像的物体的图像。
此外，当拍摄者按下未示出的快门按钮时，快速返回反射镜3从光路缩回，从物体传播并且由变焦光学系统ZL收集的光在成像元件11上形成图像。由此，通过成像元件11，成像来自物体的光，并且将所捕捉的图像记录为存储器(未示出)上的物体的图像。由此，拍摄者能通过相机1捕捉物体的图像。
通过上述构造，配备有根据本发明的变焦光学系统的单镜头反射数码相机1实现小型化和高速自动对焦，并且进一步良好地校正各种像差，由此能够实现高光学性能。注意，相机1可以被构造成可拆卸地保持拍摄镜头，也可以与拍摄镜头一体成形。此外，相机可以是单镜头反射相机，也可以是不包括快速返回反射镜的相机等等。
接着，将描述制造根据本发明的变焦光学系统ZL的方法。图12是示出用于制造根据本发明的变焦光学系统ZL方法的概述的流程图。
制造根据本发明的变焦光学系统ZL的方法是制造沿光轴按从物体侧的顺序，包括具有正屈光力的第一透镜组、具有负屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组的变焦光学系统的方法，该方法包括如图12所示的下述步骤S1-S3：
步骤S1：将第一至第四透镜组构造成使得在从广角端状态变焦到远摄端状态时，可以分别改变第一透镜组和第二透镜组之间的距离、第二透镜组和第三透镜组之间的距离以及第三透镜组和第四透镜组之间的距离；
步骤S2：由正透镜构成第三透镜组；以及
步骤S3：使第三透镜组构造成在光轴的方向中移动，使得可以进行从无限远物体到近距离物体的聚焦。
根据制造本发明的变焦光学系统的方法，可用来实现小型化和高速自动对焦，并且制造呈现高光学性能的变焦光学系统。

Claims (10)

1.一种变焦光学系统，沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组；
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离，改变所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离，并且改变所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离；
所述第三透镜组由一个正透镜构成；并且
通过在光轴的方向中移动所述第三透镜组，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦；
其中，满足下述条件式：
3.50<ft/f3<5.00
其中，ft表示远摄端状态中，整个变焦光学系统的焦距，并且f3表示所述第三透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第三透镜组的所述正透镜采用双凸形状。
3.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第三透镜组的所述正透镜的透镜表面是球面。
4.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足下述条件式：
1.00<R31A/(-R31B)<3.00
其中，R31A表示所述第三透镜组的所述正透镜的物体侧表面的曲率半径，并且R31B表示所述第三透镜组的所述正透镜的像侧表面的曲率半径。
5.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足下述条件式：
1.00<f1/fw<2.00
其中，f1表示所述第一透镜组的焦距，并且fw表示广角端状态中，所述整个变焦光学系统的焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，满足下述条件式：
0.300<(-f2)/fw<0.500
其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，并且fw是广角端状态中，所述整个变焦光学系统的焦距。
7.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，所述第四透镜组沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第四A透镜组、具有负屈光力的第四B透镜组和具有正屈光力的第四C透镜组，
移动所述第四B透镜组以便具有基本上与光轴正交的方向上的分量，由此校正由相机抖动引起的图像模糊。
8.根据权利要求1所述的变焦光学系统，其中，在从广角端状态变焦到远摄端状态时，使所述第一透镜组沿光轴相对于像平面移向物体侧。
9.一种光学装置，配备有根据权利要求1至8中的任一项所述的变焦光学系统。
10.一种变焦光学系统，沿光轴按从物体侧的顺序，包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组和具有正屈光力的第四透镜组；
在从广角端状态变焦到远摄端状态时，改变所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离，改变所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离，并且改变所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的距离；
所述第三透镜组由一个正透镜构成；并且
通过在光轴的方向中移动所述第三透镜组，进行从无限远物体到近距离物体的聚焦；
其中，满足下述条件式：
0.300<(-f2)/fw<0.500
其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，并且fw是广角端状态中，所述整个变焦光学系统的焦距。
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