CN1283799A - 变焦透镜系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的变焦透镜系统包括至少第一、第二和第三透镜组G1、G2和G3。当透镜组的位置从广角态改变到远摄态时,每个透镜组以广角态聚焦于无限远的状态到远摄态聚焦于近距物体的状态的顺序移动。G2有孔径光阑S,透镜元件分布在其物侧和像侧。当透镜组位置从广角态变到远摄态时,G1和G2的移动比率总是相等,并且G3的移动使得当无限远停顿位置变到一定聚焦态中近距物体停顿位置时,G3与G2的间隔增大,反之,则减小。

Description

变焦透镜系统
下列在先申请的内容在此引为参考：
1999年8月9日提交的日本专利申请No.11-225544
2000年7月24日提交的日本专利申请No.2000-221848
本发明涉及一种变焦透镜系统，尤其涉及一种具有简单的镜筒结构和密集性的变焦透镜系统。
市场上对中心快门型照相机的主要需求是优良的便携性。为了提高便携性(我们定义为轻的重量和紧凑的外形)，重要的是使成像透镜的总长度变短并使透镜的直径最小。近来，在用于中心快门型照相机的成像透镜中使用变焦透镜变得普及。变焦透镜对于摄影者的一个优点是使根据焦距的变化随意拍照成为可能。特别是一种包括变焦比大于3的高变焦比的变焦透镜的照相机很普遍。
象这样的高变焦比透镜，主要使用结构为当焦距改变时要移动三组或更多组透镜组的变焦透镜。特别是主要使用具有较少透镜组数量的三透镜组类型，如正、正和负(透镜类型包括，从物侧起：正透镜组、正透镜组和负透镜组)。
对于中心快门型照相机有下列两种聚焦方法(1)和(2)：
(1)沿光轴驱动聚焦透镜单元的方法，其中聚焦透镜单元通过具有焦点致动器的快门夹持，而致动器沿光轴驱动聚焦透镜单元。
(2)一种沿光轴驱动变焦透镜的聚焦透镜单元的方法，其中聚焦透镜单元由电机驱动，利用只在数个预定的透镜位置停顿的阶跃型变焦透镜沿记录在凸轮上的聚焦透镜单元的轨迹变焦和聚焦。此方法例如公开在日本专利特公平7-151952中。
在日本专利特公平7-151952中，通过利用正透镜组和负透镜组组成的两组型的变焦透镜，组成只在数个预定的透镜位置停顿的阶跃型变焦透镜，它能够通过在凸轮上记录聚焦透镜单元的轨迹而简化结构。
换言之，虽然方法(1)分别有一个用于变焦的电机和一个用于聚焦的电机，但方法(2)只有一个用于两种功能的电机。因此，方法(2)更有益于紧凑性。但在凸轮上记录聚焦透镜单元的轨迹需要非常高的精确性。
在日本专利申请7-151952中根据方法(2)聚焦时，使用由正透镜组和负透镜组组成的两组型变焦透镜。当变焦比提高时，因为在远摄态停顿的精确度变得非常高，所以要获得所需的光学质量很困难。另外，在一般用于高变焦比的变焦透镜中的由正、正、负透镜组组成的三组型变焦透镜中，已知方法(2)用于对近距物体聚焦。但因为复杂的透镜筒结构而不能实现为获得预期的光学质量所需要的停顿精确度。
鉴于上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种具有高质量和高变焦比的简单透镜筒结构的变焦透镜系统。
根据本发明的一个方面，变焦透镜系统包括至少三个透镜组，从物侧起依次为第一透镜组，第二透镜组和第三透镜组。当透镜组的位置从广角态(W)(给出最短的焦距)改变到远摄态(T)(给出最长的焦距)时，每个透镜组以下列顺序移动经过下列状态：
在广角态(W)聚焦于无限远的状态，
在广角态(W)聚焦于近距物体的状态，
在第n(n=2，3，4…)个焦距态聚焦于无限远的状态，
在第n个焦距态聚焦于近距物体的状态，
在远摄态(T)聚焦于无限远的状态，和
在远摄态(T)聚焦于近距物体的状态。
第二透镜组有一个孔径光阑，透镜元件分布在孔径光阑的物侧和像侧。
当透镜组位置从广角态改变到远摄态时，使第一和第二透镜组移动，使得第一透镜组和第二透镜组的移动比率总是相同或恒定，并且第三透镜组的移动使得当一定焦距的聚焦态从无限远变到近距物体时第二和第三透镜组之间的间隔增大，当聚焦态从聚焦在近距物体的状态变到下一个焦距状态下聚焦到无限远的状态时间隔变小。
下面结合附图说明本发明。附图中：
图1是根据本发明的变焦透镜系统中的屈光力分布图表；
图2是根据本发明实施例1的变焦透镜系统的结构示意图；
图3是根据实施例1的变焦透镜系统中每个透镜组的移动轨迹示意图；
图4A-4D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态a下的各种像差曲线；
图5A-5D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态b下的各种像差曲线；
图6A-6D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态c下的各种像差曲线；
图7A-7D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态d下的各种像差曲线；
图8A-8D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态e下的各种像差曲线；
图9A-9D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态f下的各种像差曲线；
图10A-10D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态a’下的各种像差曲线；
图11A-11D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态b’下的各种像差曲线；
图12A-12D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态c’下的各种像差曲线；
图13A-13D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态d’下的各种像差曲线；
图14A-14D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态e’下的各种像差曲线；
图15A-15D是根据实施例1的变焦透镜系统透镜态f’下的各种像差曲线；
图16是根据本发明实施例2的变焦透镜系统的结构示意图；
图17是根据实施例2的变焦透镜系统中每个透镜组的移动轨迹示意图；
图18是根据本发明实施例3的变焦透镜系统的结构示意图；
图19是根据实施例3的变焦透镜系统中每个透镜组的移动轨迹示意图；
下面参考图1对前述聚焦法(2)的原理进行描述。在图1中，W表示广角态，T表示远摄态。变焦透镜系统从物侧起包括：第一透镜组G1，第二透镜组G2和第三透镜组G3，其中当透镜组的位置从广角态(W)加驱动力而变成远摄态(T)时，每个透镜组以下列顺序移动经过下列状态：
在广角态(W)聚焦于无限远的状态a，
在广角态(W)聚焦于近距物体的状态a’，
在第二焦距态聚焦于无限远的状态b，
在第二焦距态聚焦于近距物体的状态b’，
在远摄态(T)聚焦于无限远的状态z，和
在远摄态(T)聚焦于近距物体的状态z’。
在下列解释中，由a，b，…，和z表示的无限远聚焦态称为无限远停顿位置，由a’，b’，…，和z’表示的近距物体聚焦态被称作近距物体停顿位置。
根据本发明实施例的变焦透镜系统，从物侧起包括：第一透镜组G1，第二透镜组G2和第三透镜组G3，其中当透镜组的位置从广角态(给出最短的焦距)改变到远摄态(给出最长的焦距)时，每个透镜组以下列顺序移动经过下列状态：
在广角态的无限远停顿位置，
在广角态的近距物体停顿位置，
在第二焦距态的无限远停顿位置，
在第二焦距态的近距物体停顿位置，
在第n个焦距态的无限远停顿位置，
在第n个焦距态的近距物体停顿位置，
在远摄态的无限远停顿位置，和
在远摄态的近距物体停顿位置。
另外，通过满足下列条件(A)至(C)，可以简化并紧凑透镜筒的结构，可以得到高质量的变焦透镜。
(A)第一透镜组G1和第二透镜组G2以恒定的移动比率从广角态移动到远摄态。
(B)第三透镜组G3的移动使得当无限远停顿位置变到一定聚焦态中近距物体停顿位置时，与第二透镜组G2的间隔增大，并当一定焦距态中近距物体停顿位置变到邻近的下一个焦距态或相邻的焦距态中无限远停顿位置时，与第二透镜组G2的间隔减小。
(C)孔径光阑布置在适当的位置。
下面对上述条件(A)至(C)给予解释。变焦透镜对于摄影者有一个优点，它能够根据摄影者的意图拍照，因为它能够从较近的位置对物体拍摄。小型照相机最重要的因素在于其优良的便携性。通过利用既用于变焦又用于聚焦的一个电机，可改善便携性。但如果停顿位置(a，a’，b，b’，…，z，z’)变少，则易于出现摄影者不能按其意图拍摄的问题。本发明通过在广角态和远摄态之间布置多个停顿位置而使得能够根据摄影者的意图拍摄，并提高便携性。
现在解释如何沿光轴移动由变焦透镜系统组成的每个透镜组。一般当每个透镜组沿光轴移动时，透镜筒之一由电机的旋转力转动，旋转力转变成沿光轴的驱动力，然后每个透镜组沿光轴移动。为了把旋转力变成沿光轴的驱动力，需要有诸如螺旋体或凸轮的机械元件。
至于螺旋体，其沿光轴相对于转动量的位移是常数。而对于凸轮，其沿光轴相对于转动量的位移可通过凸轮轨道而变化，以致于有一个增强校正像差灵活性的优点。但对于倾角逐渐改变的非线性凸轮，因为驱动力沿光轴相对于倾角变化，所以不理想的是停顿位置不稳定。因此，如果使用多个非线性凸轮，就易于产生由停顿精度不均匀导致的散焦。
本发明满足上述条件(A)。变焦轨道的分布使得第一透镜组G1相对于第二透镜组G2的移动比率总是恒定，并且第一透镜组G1和第二透镜组G2布置成甚至聚焦在近距物体也以恒定的移动比率移动。第一透镜组G1和第二透镜组G2由螺旋体或线性凸轮驱动，并且只有第三透镜组G3沿非线性凸轮移动，使得可以抑制由停顿精度不均匀导致的散焦。
当移动第三透镜组G3以满足条件(B)、使得与第二透镜组G2的间隔增大的同时透镜组的位置状态从无限远停顿位置移动到预定焦距态中的近距物体停顿位置时，第一透镜组G1的移动量较小。因此，理想的是透镜组的移动使得间隔增大。当透镜组的位置状态从预定焦距态中的近距物体停顿位置移动到邻近的下一个或相邻的焦距态中无限远停顿位置时，透镜组的移动使得变宽的间隔减小。
在本发明中，特别考虑孔径光阑S的分布(条件C)。在具有高变焦比的变焦透镜系统中，孔径光阑的设置一般非常重要，理想的是孔径光阑大约布置在透镜系统的中间。这是由于，从孔径光阑S穿出透镜组的离轴光线束趋于离开光轴穿出，并且由离开光轴穿出的光线束产生的离轴像差趋于变大。
另外，在孔径光阑S物侧及像侧的每一侧布置至少一个活动透镜组，并通过主动地改变孔径光阑S和活动透镜组之间的距离而有效地改变穿过活动透镜组的离轴光线束的高度，并因而获得较高的成像质量。
特别是在本发明中，为了同时满足高变焦比和高的成像质量，在孔径光阑S和活动透镜组之间布置一个透镜组。因为改变透镜的位置状态时活动透镜组的横向放大率变化较大，所以改变透镜的位置状态时产生的慧形像差变化和轴像差变化难于同时校正。因此，通过在孔径光阑S和第一透镜组G1之间以及孔径光阑S和第三透镜组G3之间布置透镜可以很好地校正这些像差。
另外，通过把所有的透镜组移到物侧，出射光瞳的位置与像面分开，穿过第三透镜组的离轴光线束主动改变，并且伴随着透镜位置状态改变的离轴像差的改变也被很好地校正。
现在解释每个条件式。在本发明中，第二透镜组G2相对于第一透镜组G1的移动比率由γ2表示。希望满足下列条件式：
            0.6＜γ2＜0.85    (1)
条件式(1)确定了第二透镜组G2相对于第一透镜组G1的移动比率的适当范围。
为了使照相机机体的厚度变薄同时压平(缩短)透镜筒，合适的做法是缩短透镜的总长度并使每个子透镜筒的厚度均匀。为了简化透镜筒的结构，结构最好是第一和第二透镜组G1、G2的每个与透镜筒一起移动。利用这种结构可以提高透镜的停顿精确度，以致于能够提供具有稳定的质量和精确度的透镜系统。
在本发明中，因为第一透镜组G1和第二透镜组G2以恒定的移动比率移动，所以可以通过恰当地分布移动比率简化透镜筒的结构。当该比率值超过条件式(1)的上限或低于条件式(1)的下限时，不能同时满足透镜筒的紧凑和简洁。
另外，在本发明中，希望第一透镜组在远摄态为聚焦而从聚焦于无限远的状态移动到聚焦于预定的有限物体的状态的移动量大于在广角态的此种情况。
在上述的日本专利特公平7-151952中，第一透镜组沿光轴移动的同时聚焦。在这种情况下，聚焦透镜组沿光轴相对于同一物体的移动量在广角态和远摄态几乎相同。因此，从CPU施加到变焦电机的移动量几乎相同。
因为本发明的主题是多组变焦透镜，所以根据焦距的f数的变化相当小，使得在广角态的焦深宽于在远摄态的焦深。因为在电机的控制下分辨率恒定，所以通过把聚焦透镜组从聚焦于无限远的状态移动到聚焦于近距物体的状态的移动量设置成远摄态的比广角态的宽来维持预定的光学质量。
但如果使第一透镜组G1在广角态下在聚焦于近距物体的状态的移动量很小，则第三透镜组G3过度移动到像侧，使得沿光轴驱动第三透镜组G3的凸轮的倾角变大。其结果是不能保持高的停顿精确度。因此，希望第一透镜组G1在远摄态的移动量稍小于在广角态的移动量。
特别希望根据本发明的第一透镜组G1的移动量满足下列条件式(2)：
        1.0＜Δfw/Δft·Z＜1.6    (2)
此处，Δfw表示第一透镜组G1在广角态从聚焦于无限远的状态到聚焦于预定有限远物体的状态的移动量，Δft表示第一透镜组G1在远摄态从聚焦于无限远的状态到聚焦于预定有限远物体的状态的移动量，Z表示变焦比。
当Δfw/Δft·Z值超过条件式(2)的上限时，在广角态用于聚焦的移动量变大。换言之，在广角态每个透镜组到邻近的预定停顿位置的移动量变大。结果是焦距的改变变大，以致于摄影者感觉不好。
另一方面，当该值降至条件式(2)的下限以下时，在远摄态用于聚焦的第一透镜组G1的移动量变大，以致于透镜的总长度变得过长。
具体地说，在本发明中，第一透镜组G1有正屈光力，第二透镜组G2有正屈光力，第三透镜组G3有负屈光力。当透镜组的位置状态从广角态转变到远摄态时，希望第一、第二和第三透镜组移动到物侧，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔减小。
另外在本发明中，为了提高第三透镜组G3的停顿精确度并提供具有稳定的高光学质量的变焦透镜系统，最好满足下列条件式(3)：
              β3w＞1.45    (3)
此处，β3w表示广角态第三透镜组G3的横向放大率。条件式(3)确定了广角态中第三透镜组横向放大率的适当范围。
当为聚焦到近距物体而移动一个透镜组时，移动量取决于像面的移动放大率。广角态Δ3w中第三透镜组G3的像面的移动放大率由下列条件式表示：
                  Δ3w=(β3w)2-1
当β3w小于2的平方根时，像面的移动放大率变得小于1，并且移动量变大。在这种情况下，虽然第三透镜组G3沿形成在透镜筒内壁上的凸轮槽移动到像侧，但有凸轮槽的透镜筒移动到物侧，使得第三透镜组G3相对于透镜筒的移动量变得过大。换言之，因为凸轮的倾角变大，所以第三透镜组G3的停顿精确度严重变差，使得易于导致散焦。因此，不能向市场上提供高质量的透镜产品。
另外，为了使透镜系统整体上小型化，最好条件式(3)的上限为1.8。当β3w值超过上限1.8时，远摄态中透镜的总长度变大。
另外，在本发明中，要保持紧凑和高质量的平衡，最好满足下列条件式(4)：
      0.7＜(β3t／β3w)/Z＜0.9    (4)
此处，β3t表示远摄态第三透镜组G3的横向放大率，β3w表示广角态第三透镜组G3的横向放大率，Z表示变焦比。
条件式(4)确定了第三透镜组G3横向放大率的适当的变化范围。当(β3t/β3w)/Z超过条件式(4)的上限时，第三透镜组G3产生的离轴像差变化及透镜位置的变化不能得以很好地校正。另一方面，当该值降于条件式(4)的下限时，在远摄态穿过第一透镜组G的离轴光线束远离光轴穿出，使得透镜系统的直径变大，并且也产生过大的离轴像差。结果是不能得到高质量的透镜系统。
另外，在本发明中，因为第一透镜组G1和第二透镜组G2以恒定的移动比率移动，所以这在光学设计上是一种限制。虽然这种限制已通过适当地布置而使孔径光阑S有所放宽，但要获得高质量的透镜系统，第一透镜组G1最好由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负透镜的胶合正透镜组成，并且满足下列条件式(5)：
          2.5＜|r1s|/D1t＜5.0    (5)
此处r1s表示第一透镜组G1中胶合面的曲率半径，D1t表示远摄态中第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔。
条件式(5)确定了第一透镜组G1中胶合面曲率半径的适当范围。穿过第一透镜组G1的离轴光线束在广角态有大的入射角，并在接近远摄态时逐渐变小。但当焦距态从广角态变动到远摄态时，入射光线的高度迅速与光轴分离。
当|r1s|/D1t的值降到条件式(5)的下限以下时，离轴光线在从广角态接近远摄态时产生不期望的高阶色差。另一方面，当该值超过条件式(5)的上限时，由第一透镜组G1产生的色差不能得到很好地校正。而且因为透镜位置的状态从广角态变到远摄态时穿过第一透镜组G1的离轴光线束不改变，所以不能校正根据透镜位置改变的离轴像差的变化。
另外，在本发明中希望在聚焦于近距物体的状态中，第三透镜组G3相对于第一透镜组G1的移动比率从每个无限远的停顿位置到存在于广角态和远摄态之间的每个近距物体停顿位置近乎恒定。因此，可以使凸轮倾角导致的透镜停顿位置的不均匀变得恒定，以便能提供质量稳定的透镜系统。
另外，在本发明中为了从聚焦于无限远的状态到聚焦于近距物体的状态中获得优良的质量，最好满足下列条件式(6)：
      0.4＜γ2·(f2/f1)0.9    (6)
此处，f1表示第一透镜组G1的焦距，f2表示第二透镜组G2的焦距，γ2表示第二透镜组G2相对于第一透镜组G1的移动比率。
条件式(6)把第二透镜组G2相对于第一透镜组G1的移动比率与第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的焦距联系起来。
当第一透镜组G1的焦距相对于第二透镜组G2的变小时，从广角态变到远摄态的同时第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔的改变较小。换言之，即使第一透镜组G1和第二透镜组G2的移动比率很大，也可以充分地校正焦距改变时产生的离轴像差的变化。第一透镜组G1相对于第二透镜组G2的焦距越大，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间间隔越是要明显地变化。
因此，为了使透镜系统有高的质量，以第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的焦距比率平衡第二透镜组G2相对于第一透镜组G1的移动比率非常重要。
当γ2·(f2/f1)值超过条件式(6)的上限时，因为第一透镜组G1和第二透镜组G2之间间隔的变化不够大，所以不能很好地校正透镜位置变化产生的正像场弯曲。另一方面，当该值降到条件式(6)的下限以下时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间间隔的变化过大，以致于不能充分地校正透镜位置变化产生的负像场弯曲。
另外在本发明中，希望布置在孔径光阑S物侧的第二透镜组G2中的透镜总的具有负屈光力，布置在孔径光阑S像侧的第二透镜组G2中的透镜总的具有正屈光力。
原因在于在广角态保持有足够长的后焦距，使得正畸变可以很好地得以校正。因为在广角态离轴光线束的入射角很大，所以如果后焦距短，穿过第三透镜组G3的离轴光线束将远离光轴，以致于透镜系统的直径变大。而且，因为第一透镜组的屈光力为正并且第三透镜组G3的屈光力为负，所以易于产生正畸变。正畸变的产生通过分布第二透镜组的屈光力、使负屈光力分布在物侧、正屈光力分布在像侧而得到抑制。数值实施例
下面将解释根据本发明的变焦透镜系统的数值实施例。在每个实施例中，非球面由下列条件式表示：
        x=cy2/{1+(1-κc2y2)1/2}+C4y4+C6y6+…
此处y表示在垂直于光轴方向上的高度，x表示下降量，c表示曲率半径，κ表示锥面系数，C4、C6、…表示非球面系数。
图1表示根据本发明每个实施例的变焦透镜系统的屈光力分布曲线。透镜系统包括三个透镜组，从物侧起为，具有正屈光力的第一透镜组G1，具有正屈光力的第二透镜组G2和具有负屈光力的第三透镜组G3，其中当透镜的位置状态从广角态(给出最短的焦距)变到远摄态(给出最长的焦距)时，所有的透镜组都移动到物侧，使得第一透镜组G1和第二透镜组G之间的间隔增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔减小。
正如后面所述，虽然只给出了实施例1的像差曲线，但实施例2和实施例3也能够获得很好的光学质量。<实施例1>
图2是根据本发明实施例1的变焦透镜系统的结构示意图。第一透镜组G1由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负弯月面透镜的胶合正透镜L1组成。第二透镜组G2从物侧起，由一个包括双凹透镜和双凸透镜的负胶合透镜L21及一个双凸透镜L22组成。第三透镜组G3由一个凸面朝向像侧的正透镜L31和一个布置在由空气间隔分开的透镜L31像侧的凹面朝向物侧的负透镜L32组成。负胶合透镜L12是一个负子透镜组，双凸透镜L22是正子透镜组，孔径光阑S布置在其间。
图3是根据实施例1的变焦透镜系统中每个透镜组的移动轨迹示意图。在图3中，水平轴表示透镜的水平位置，垂直轴表示每个透镜组的移动量。在透镜位置中：
a表示在广角态(无限远停顿位置)聚焦于无限远的状态。
b表示在第二焦距态聚焦于无限远的状态。
c表示在第三焦距态聚焦于无限远的状态。
d表示在第四焦距态聚焦于无限远的状态。
e表示在第五焦距态聚焦于无限远的状态。
f表示在远摄态聚焦于无限远的状态。
另外，a0，b0，c0，d0，e0，f0分别表示上述每个焦距态的标准位置。a’，b’，c’，d’，e’，f’分别表示在上述每个焦距态聚焦于近距物体(0．8m)的状态。此处，a0至a，b0至b，c0至c，d0至d，e0至e，f0至f每个的间隔表示抬高部分。在a至a’，b至b’，c至c’，d至d’，e至e’，f至f’每个间隔部分中的聚焦距离变短。
与实施例1相关的各种值列于表1。在表1中，f表示焦距，FNO表示f数，2ω表示视角。另外，表示成折射率的值是d线(λ=587.6nm)值。在随后解释的各种值和各种像差曲线中，长度单位是mm。
                        表1透镜位置   a        b        c        d        e        ff       39.90    55.32    68.29    81.29    96.14    114.00FNO      5.77     7.55     8.83     9.94    10.96    12.002ω           55.37°       41.09°       33.99°      28.81°       24.68°      20.94°
 表面号  曲率半径  表面之间的间距  折射率  阿贝数
 1  21.9665  2.80  1.49700  81.61
 2  -39.0600  0.80  1.72825  28.46
 3  -88.2420  (D3)  1.0
 4  -15.9690  0.80  1.80400  46.58
 5  40.0900  1.70  1.62004  36.26
 6  -87.7678  2.80  1.0
 7  0.0000  1.00  1.0 孔径光阑
   8  28.5112  2.00  1.51450  63.05
 9  -13.4581  (D10)  1.0
 10  -53.0174  2.10  1.68649  30.90
 11  -27.0855  4.10  1.0
 12  -9.8404  1.00  1.75500  52.32
 13  -54.2614  (Bf)  1.0
非球面8、11和12的非球面数据。表面号           8                11                 12κ                         -0.1752           0.3695              8.3423C4         +2.2259×10-5     +5.4725×10-5     +2.4363×10-5C6         +8.0907×10-7     +1.6955×10-6     +2.1095×10-6C8         -3.1970×10-8     -4.0319×10-8     -4.2466×10-8C10        +1.3268×10-10    +1.8950×10-10     +1.8050×10-10变焦期间的各种间距透镜位置        a       b        c         d        e        ff           39.8970  55.3185  68.2946  81.6337  96.1350  114.0025D3           1.3000   3.1053   4.7499   6.4316   8.1998   10.2648D10         13.1199   8.9428   6.5599   4.6290   2.8716    1.0000BF          11.3193  22.3767  31.0278  39.3686  47.8661   57.6094透镜组G2和G3相对于G1的移动比率γ2和γ3
           a        b        c        d        e        ff           39.8970  55.3185  68.2946  81.6337  96.1350  114.0025γ2          0.7922   0.7922   0.7922   0.7922   0.7922    0.7922γ3          0.4918   0.5503   0.5059   0.5164   0.5448    0.6009每个透镜组聚焦到1m的移动量
            a       b         c       d        e        ff           39.8970  55.3185  68.2946  81.6337  96.1350  114.0025G1           1.2126   1.6736   1.7637   1.9904   2.2612    2.9392G2           0.9606   1.3258   1.3971   1.5767   1.7912    2.3284G3           0.5964   0.9209   0.8922   1.0279   1.2071    1.7662条件值f1=40.3318f2=40.3926f3=-20.5685(1)γ2=0.792(2)Δfw/Δft·Z=1.179(3)β3w=1.549(4)(β3t/β3w)/Z=0.859(5)|r1s|/D1=3.530(6)γ2·(f2/f1)=0.793
图4至图15表示与实施例1有关的各种像差曲线。图4至图9表示在聚焦于无限远的状态中a至f每个位置处透镜的各种像差。图10至图15表示在聚焦于近距物体的状态中a至f每个位置处透镜的各种像差。
在图4至15中，在表示球面像差的曲线中，实线表示球面像差，虚线表示正弦状态，Y表示图像高度。在表示像散的曲线中，实线表示弧矢像平面，虚线表示子午像平面，d表示d线(λ=587.6nm)的像差。在表示彗形像差的曲线中，表示了相对于图像高度Y=0、10.8、15.2、18.34和21.6的彗形像差。A表示视角。H表示物体高度。
从表示各种像差的曲线中看出，各种焦距处的各种像差得以很好地校正。<实施例2>
图16是根据本发明实施例2的变焦透镜系统的结构示意图。第一透镜组G1由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负弯月面透镜的胶合正透镜L1组成。第二透镜组G2从物侧起，由一个包括双凹透镜和双凸透镜的负胶合透镜L21及一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负弯月面透镜的正胶合透镜L22组成。第三透镜组G3由一个凸面朝向像侧的正透镜L31和一个布置在由空气间隔分开的透镜L31像侧的凹面朝向物侧的负透镜L32组成。
负胶合透镜L21是一个负子透镜组，正胶合透镜L22是正子透镜组，孔径光阑S布置在其间。
图17是根据实施例2的变焦透镜系统中每个透镜组的轨迹示意图。在图17中：
a表示在广角态(无限远停顿位置)聚焦于无限远的状态。
b表示在第二焦距态聚焦于无限远的状态。
c表示在第三焦距态聚焦于无限远的状态。
d表示在第四焦距态聚焦于无限远的状态。
e表示在第五焦距态聚焦于无限远的状态。
f表示在第六焦距态聚焦于无限远的状态。
g表示在远摄态聚焦于无限远的状态。
另外，a’，b’，c’，d’，e’，f’分别表示在上述每个焦距态中聚焦于近距物体(0．8m)的状态。在a至a’，b至b’，c至c’，d至d’，e至e’，f至f’，g至g’每个的间隔部分聚焦距离变短。
与实施例2有关的各种值列于表2。
                        表2
透镜
位置    a         b        c         d          e         f           g
f    39.90     58.69     73.19     88.94     107.22    126.84      152.47
FNO   5.00      6.88      8.08      9.18      10.32     11.13       12.00
2ω      54.85°        38.99°        31.84°         26.50°          22.18°         18.83°             15.72°
 表面号  曲率半径 表面之间的间距  折射率  阿贝数
 1  44.2160  3.50  1.49700  81.61
 2  -33.8062  0.80  1.74950  35.04
 3  -65.3430  (D3)  1.0
 4  -17.4773  0.80  1.80610  40.73
 5  6.6145  3.00  1.80610  33.27
 6  -751.7838  1.70  1.0
 7  0.0000  1.90  1.0  孔径光阑
 8  28.2598  3.80  1.51450  63.05
 9  -6.6027  0.80  1.74950  35.04
 10  -10.3878  (D10)  1.0
 11  -137.5720  2.80  1.68893  31.16
 12  -31.0043  4.50  1.0
 13  -12.1228  1.00  1.75500  52.32
 14  1000.0020  (B)  1.0
非球面8、11和12的非球面数据。表面号                  8                  11                  12κ                                       11.0000             1.0000              1.0000C4               -1.1387×10-4      +3.4195×10-5       -6.5248×10-6C6               +1.7090×10-7      -2.2486×10-7       -3.1778×10-7C8               -8.6011×10-9      +7.8689×10-9       +9.1662×10-9C10              +8.3707×10-10     -1.2675×10-10       -1.3875×10-10变焦期间的各种间距
    a         b       c         d        e          f        gf    39.8981  58.6884  73.1915  88.9449  107.2166  126.8367  152.4672D3    1.3000   5.0934   8.2545  11.5738   14.7622   18.6865   22.7960D10  17.1109  11.4627   8.7951   6.6222    4.6728    2.8048    0.7641BF   11.2099  25.0647  34.5709  43.9251   54.1517   63.1300   74.0611
透镜组G2和G3相对于G1的移动比率γ2和γ3
    a        b      c       d        e        f       gf   39.8981 58.6884 73.1915 88.9449 107.2166 126.8367 152.4672γ      20.6839  0.6839  0.6839  0.6839   0.6839   0.6839   0.6839γ      30.5738  0.3386  0.4384  0.4818   0.4721   0.4894   0.4946
每个透镜组聚焦到0.8m的移动量
     a      b        c      d        e         f       gf    39.8981 58.6884 73.1915 88.9449 107.2166 126.8367 152.4672G1    2.5000  2.5000  3.5000  4.5000   5.0000   6.0000   7.0000G2    1.7097  1.7097  2.3935  3.0775   3.4194   4.1033   4.7872G3    1.4344  0.8466  1.5345  2.1682   2.3603   2.9362   3.4622
条件值
f1=66.1572
f2=35.3519
f3=-24.2464
(1)γ2=0.684
(2)Δfw/Δft·Z=1.365
(3)β3w=1.415
(4)(β3t/β3w)／Z=0.859
(5)|r1s|/D1=4.448
(6)γ2·(f2/f1)=0.459<实施例3>
图18是根据本发明实施例3的变焦透镜系统的结构示意图。第一透镜组G1由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负弯月面透镜的胶合正透镜L1组成。第二透镜组G2从物侧起，由一个包括双凹透镜和双凸透镜的负胶合透镜L21及一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负弯月面透镜的正胶合透镜L22组成。第三透镜组G3由一个凸面朝向像侧的正透镜L31和一个布置在由空气间隔分开的透镜L31像侧的凹面朝向物侧的负透镜L32组成。
负胶合透镜L21是一个负子透镜组，正胶合透镜L22是正子透镜组，孔径光阑S布置在其间。
图19是根据实施例3的变焦透镜系统中每个透镜组的轨迹示意图。在图19中，a，b，c，d，e，f，g分别表示实施例2中所示的每个焦距态。另外，a0，b0，c0，d0，e0，f0分别表示上述每个焦距态的标准位置。a’，b’，c’，d’，e’，f’分别表示在上述每个焦距态聚焦于近距物体(0．8m)的状态。此处，a0至a，b0至b，c0至c，d0至d，e0至e，f0至f每个的中间间隔部分表示抬高阶段。在a至a’，b至b’，c至c’，d至d’，e至e’，f至f’每个的中间阶段聚焦距离变短。
与实施例3相关的各种值列于表3。
                     表3透镜位置       a      b       c       d        e       f       gf      36.60   52.62   62.76   75.19   90.03   107.80   133.00FNO     5.11    6.93    7.86    8.87    9.88    10.92    12.002ω         59.24°     42.99°    38.63°     30.98°    26.14°      22.01°       19.95°
 表面号  曲率半径 表面之间的间距  折射率  阿贝数
 1  33.7165  3.40  1.49700  81.61
 2  -31.6639  0.80  1.80610  33.27
 3  -59.8997  (D3)  1.0
 4  -17.9127  0.80  1.83400  37.35
 5  6.1763  2.85  1.71736  29.50
 6  -50.6011  1.90  1.0
 7  0.0000  2.10  1.0  孔径光阑
 8  40.3264  3.00  1.51450  63.05
 9  -7.1815  0.80  1.80518  25.46
 10  -9.4761  (D10)  1.0
 11  982.0645  2.75  1.68893  31.16
 12  -44.8123  4.95  1.0
 13  -10.7517  1.00  1.75500  52.32
 14  -840.6133  (Bf)  1.0
非球面8、11和12的非球面数据。
表面号        8               11                 12
κ                 -3.6946            11.0000          -0.6255
C4      -5.2623×10-5    +2.0592×10-5    -3.9639×10-6
C6      -2.0181×10-7    -2.2486×10-7    +2.5900×10-7
C8      +3.0244×10-8    -3.8811×10-9    -1.9120×10-9
C10     -7.5987×10-11   -1.3334×10-10   -1.3334×10-10
变焦期间的各种间距
        a       b         c       d         e        f        g
f    36.5992  52.6238  62.7582  75.1898  90.0309  107.7978  133.0000
D3    1.3000   3.9507   6.1316   8.5450  11.2893   14.0822   17.7807
D10  14.5266   9.9790   8.0891   6.2863   4.5479    2.8587    0.8000
BF   10.7513  22.4198  28.8572  36.2464  44.2409   53.1373   64.0658
透镜组G2和G3相对于G1的移动比率γ2和γ3
    a         b         c       d       e         f         gf    36.5992  52.6238  62.7582  75.1898  90.0309  107.7978  133.0000γ2   0.7061   0.7061   0.7061   0.7061   0.7061    0.7061    0.7061γ3   0.6105   0.5144   0.5278   0.5313   0.5299    0.5070    0.5115
每个透镜组聚焦到0.8m的移动量
     a        b       c         d        e        f         gf    36.5992  52.6238  62.7582  75.1898  90.0309  107.7978  133.0000G1    2.0000   2.5000   3.0000   3.5000   4.0000    4.2500    5.0000G2    1.4090   1.7711   2.1154   2.4087   2.8733    3.0267    3.5304G3    1.2209   1.2884   2.2167   2.7596   2.6622    2.1549    2.5574
条件值
f1=54.7022
f2=30.7498
f3=-20.9857
(1)γ2=0．706
(2)Δfw/Δft·Z=1.454
(3)β3w=1.459
(4)(β3t/β3w)/Z=0.754
(5)|r1s|/D1=4.139
(6)γ2·(f2/f1)=0.423
另外，虽然根据实施例2和3的各种像差曲线如上所述的做了缩简，但各种像差都可以得到很好地校正，类似于实施例1，并且可以得到很好的成像质量。
以上结合实施例对本发明做了描述，但应理解这并非是对本发明的限定。相反，在不脱离由权利要求所限定的本发明实质和范围的前提下可以作出各种更改、修正和等同替换。

Claims (20)

1．一种变焦透镜系统，从物侧起依次包括：
一个第一透镜组；
一个第二透镜组；
一个第三透镜组；和
其特征在于，
当透镜组位置从给出最短焦距的广角态变到给出最长焦距的远摄态时，每个透镜组以下列顺序移动经过下列状态：
在广角态聚焦于无限远的状态，
在广角态聚焦于近距物体的状态，
在第n(n=2，3，4，…)个焦距态聚焦于无限远的状态，
在第n个焦距态聚焦于近距物体的状态，
在远摄态聚焦于无限远的状态，和
在远摄态聚焦于近距物体的状态；以及
其中：
第二透镜组有一个孔径光阑，透镜元件既分布在孔径光阑的物侧又分布在其像侧；
当透镜组位置从广角态改变到远摄态时，使第一和第二透镜组移动，且使得第一透镜组和第二透镜组的移动比率总是相同；并且
使第三透镜组移动，使得当一定焦距的聚焦态从无限远变到近距物体时第二和第三透镜组之间的间隔增大，而当聚焦态从所述聚焦于近距物体的状态变到邻近焦距态的聚焦于无限远的状态时所述间隔减小。
2．如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
                  0.6＜γ2＜0.85
此处，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
3．如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
                  1.0＜Δfw/Δft·Z＜1.6
此处，Δfw表示第一透镜组在广角态从聚焦于无限远的状态到聚焦于近距物体的状态的移动量，Δft表示第一透镜组在远摄态从聚焦于无限远的状态到聚焦于近距物体的状态的移动量，Z表示变焦比。
4．如权利要求3所述的变焦透镜系统，其特征在于，
第一透镜组有正屈光力；
第二透镜组有正屈光力；而
第三透镜组有负屈光力；并且
满足下列条件式：
                  β3w＞1.45
此处，β3w表示广角态第三透镜组的横向放大率。
5．如权利要求4所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
              0.7＜(β3t/β3w)/Z＜0.9
此处，β3t表示远摄态第三透镜组的横向放大率，β3w表示广角态第三透镜组的横向放大率，Z表示变焦比。
6．如权利要求4所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜组由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负透镜的胶合正透镜组成，并且满足下列条件式：
                    2.5＜|r1s|/D1t＜5.0
此处，r1s表示第一透镜组中胶合面的曲率半径，D1t表示远摄态中第一透镜组和第二透镜组之间的间隔。
7．如权利要求4所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
              0.4＜γ2·(f2/f1)＜0.9
此处，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
8．如权利要求3所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
           0.4＜γ2·(f2/f1)＜0.9
此处，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
9．如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征在于，
第一透镜组有正屈光力；
第二透镜组有正屈光力；而
第三透镜组有负屈光力；且
满足下列条件式：
                    β3w＞1.45
此处，β3w表示广角态第三透镜组的横向放大率。
10．如权利要求9所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
              0.7＜(β3t/β3w)/Z＜0.9
此处，β3t表示远摄态第三透镜组的横向放大率，β3w表示广角态第三透镜组的横向放大率，Z表示变焦比。
11．如权利要求10所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜组由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负透镜的胶合正透镜组成，并且满足下列条件式：
               2.5＜|r1s|/D1t＜5.0
此处，r1s表示第一透镜组中胶合面的曲率半径，D1t表示远摄态中第一透镜组和第二透镜组之间的间隔。
12．如权利要求9所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜组由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负透镜的胶合正透镜组成，并且满足下列条件式：
               2.5＜|r1s|/D1t＜5.0
此处，r1s表示第一透镜组中胶合面的曲率半径，D1t表示远摄态中第一透镜组和第二透镜组之间的间隔。
13．如权利要求9所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
               0.4＜γ2·(f2/f1)＜0.9
此处，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
14．如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
               0.4＜γ2·(f2/f1)＜0.9
此处，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
15．如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，
第一透镜组有正屈光力；
第二透镜组有正屈光力；而
第三透镜组有负屈光力；且
满足下列条件式：
              β3w＞1.45
此处，β3w表示广角态第三透镜组的横向放大率。
16．如权利要求15所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
            0.7＜(β3t／β3w)/Z＜0.9
此处，β3t表示远摄态第三透镜组的横向放大率，β3w表示广角态第三透镜组的横向放大率，Z表示变焦比。
17．如权利要求16所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜组由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负透镜的胶合正透镜组成，并且满足下列条件式：
            2.5＜|r1s|/D1t＜5.0
此处，r1s表示第一透镜组中胶合面的曲率半径，D1t表示远摄态中第一透镜组和第二透镜组之间的间隔。
18．如权利要求15所述的变焦透镜系统，其特征在于，第一透镜组由一个包括双凸透镜和凹面朝向物侧的负透镜的胶合正透镜组成，并且满足下列条件式：
            2.5＜|r1s|/D1t＜5.0
此处，r1s表示第一透镜组中胶合面的曲率半径，D1t表示远摄态中第一透镜组和第二透镜组之间的间隔。
19．如权利要求15所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
           0.4＜γ2·(f2/f1)＜0.9
此处，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
20．如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，满足下列条件式：
           0.4＜γ2·(f2/f1)＜0.9
此处，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，γ2表示第二透镜组相对于第一透镜组的移动比率。
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