CN1318765A - 变焦透镜系统及配备有它的摄影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种两组式变焦透镜系统,其变焦比为3.5,包括:具有负折光力的第一透镜组和具有正折光力的第二透镜组。变焦通过改变它们间的间隔进行。从物侧起第一透镜组包括由一或两个负透镜元件组成的负透镜组G1F及一正透镜组G1R。且满足下列条件式:4.5≤|X2|·ft/fw 2≤15;及0.7≤|f1|/(fw·ft)1/2≤1.3。此处X2表示变焦期间第二透镜组的最大移动量,f1表示第一透镜组的焦距,fw表示光角态变焦透镜系统的焦距,ft表示远摄态变焦透镜系统的焦距。

Description

变焦透镜系统及配备有它的摄影装置
本发明涉及一种非常廉价且高变焦比的标准变焦透镜系统，该系统具有负-正两组式变焦透镜系统或三组式变焦透镜系统等非常简单的透镜结构，类似于前述的变焦透镜系统，如负-正-负式、负-正-正式等透镜系统，并还涉及一种配备了该变焦透镜系统的摄影装置。
近年来，把一种配备有单透镜反射摄影机的所谓标准变焦透镜用作通用透镜代替标准透镜。因此，因为这种变焦透镜总是装载在配备有照相机的状态中，所以需要变焦透镜轻盈和小巧，并且要具备完善的光学性能和价格性能。为了满足这些必备的条件，最好选择一种由负和正透镜组组成的两组式变焦透镜系统，因此提出了一些这种类型的变焦透镜系统。
但是，已经发现用两组式变焦透镜系统来满足大孔径比和高变焦比的要求是很困难的。尤其是为了实现高的变焦比，还需要在所谓的标准变焦透镜的维数和直径的实际范围内极大地提高每个透镜组的屈光力，系统中只存在两个变焦透镜组。因此，按照现有技术只能把变焦比保持到上限2.8。本发明申请人的日本待定专利申请JP8-334964中公开的一种变焦透镜已知被用于实现此类袖珍变焦透镜的可能的最高变焦比2.83。
另外，在35mm胶片规格的标准变焦透镜中，通过一个两组式变焦透镜或两组式变焦透镜的改型的三组式变焦透镜(如负-正-负式、负-正-正式等)获得的变焦范围通常约为2.8，如35-80mm,28-80mm等。因此，对于一个变焦比为3或更大的如28-105mm的变焦透镜，采用四组式或五组式变焦透镜结构是必须的。四组或五组式变焦透镜自然具有复杂的结构并且增大了活动透镜组的数量。而且，透镜元件的数量变得格外地大，如通常是13-18个透镜元件。另外，透镜元件的增加导致尺度和重量的增大。另外，组装技术的技术难度变大，并且最终这些都成为价格上涨的因素。因此，不能够提供比两组式透镜组更便宜的四或五组式变焦透镜。
在日本待定专利申请JP8-334694中公开的一种变焦透镜中，虽然变焦透镜小巧并具有小数量的透镜元件，但为了满足大约3.5的变焦比和紧凑性及低成本，必须开发最佳屈光力的配置和透镜结构。
鉴于上述问题提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种由负和正透镜组组成的具有极高变焦比3.5的两组式变焦透镜系统，它在到目前为止的现有技术中是唯一的，它具有非常简单的透镜结构、紧凑的体积和小的直径，并且本发明还提供一种配备有该变焦透镜系统的摄影装置。
根据本发明的一个方面，从物侧起变焦透镜系统包括：一个具有负折光力的第一透镜组，和一个具有正折光力的第二透镜组。变焦通过改变第一透镜组和第二透镜组之间的间隔而进行。从物侧起第一透镜组包括一个由一或两个负透镜元件组成的负透镜组G1F和一个正透镜组G1R。满足下列条件式：
4.5≤|X2|·ft/fw 2≤15       (1)
0.7≤|f1|/(fw·ft)1/2≤1.3  (2)
此处X2表示变焦期间第二透镜组的最大移动量，f1表示第一透镜组的焦距，fw表示广角态变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄态变焦透镜系统的焦距。
在本发明的一个优选实施例中，满足下列条件式：
0.6≤f2/BFw≤2               (3)
此处f2表示第二透镜组的焦距，BFw表示广角态变焦透镜系统的后焦距。
在本发明的一个优选实施例中，第二透镜组还包括一个用于确定变焦透镜系统的f数的孔径光阑，一个包含至少两个位于孔径光阑物侧的正透镜元件的正透镜组G2F，和一个包括至少一个位于孔径光阑象侧的负透镜元件的负透镜组G2R。满足下列条件式：
-1≤f2F/f2R≤-0.05            (4)
此处f2F表示正透镜组G2F的焦距，f2R表示负透镜组G2R的焦距。
在本发明的一个优选实施例中，第一透镜组中的负透镜组G1F包括至少一个非球面。非球面由下列方程定义：
S(y)=(y2/R)/[1+(1-κ·y2/R2)1/2]+C3·|y|3+C4·y4+
C5·|y|5+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
此处y表示垂直方向相对于光轴的高度，S(y)表示离开高度y处的非球面顶点上的切面在光轴方向的位移(垂度)，R表示近轴曲率半径，κ表示锥面系数，Cn表示第n级非球面系数。锥面系数κ满足下列条件式：
0≤κ＜1                   (5)
根据本发明的另一方面，摄影装置配置有上述的变焦透镜系统。
下面结合附图说明本发明。附图中：
图1是本发明例1的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况；
图2是透镜系统聚焦于无限远时例1中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线；
图3是透镜系统聚焦于无限远时例1中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各种象差曲线；
图4是透镜系统聚焦于无限远时例1中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线；
图5是本发明例2的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况；
图6是透镜系统聚焦于无限远时例2中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线；
图7是透镜系统聚焦于无限远时例2中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各种象差曲线；
图8是透镜系统聚焦于无限远时例2中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线；
图9是本发明例3的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况；
图10是透镜系统聚焦于无限远时例3中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线；
图11是透镜系统聚焦于无限远时例3中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各种象差曲线；
图12是透镜系统聚焦于无限远时例3中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线；
图13是本发明例4的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况；
图14是透镜系统聚焦于无限远时例4中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线；
图15是透镜系统聚焦于无限远时例4中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各种象差曲线；
图16是透镜系统聚焦于无限远时例4中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线。
首先对根据本发明的变焦透镜系统的基本结构做一解释。本发明提供了一种两组式变焦透镜系统，该系统由具有极高变焦比的正负透镜组组成，目前为止它在现有技术中是独一无二的，保持了实用的大小、重量和外径。在包括一个负透镜组和一个正透镜组的两组式变焦透镜系统的设计中，其中变焦透镜系统具有最小的结构，各项限定必须满足以便实现三或以上的变焦比并大约达到3.5。各项限制中最重要的是第一和第二透镜组的折光力，以及第一和第二透镜组的最佳透镜配置。
要注意的最重要的一点是，把大小和重量保持在通用为标准变焦透镜的容限范围内。因此，在本发明的变焦透镜系统中，每个透镜组的折光力变强。特别是，考虑到每个透镜组的变焦比和每个透镜组的移动量、孔径比和如下所述的象差校正等，需要把第二透镜组的折光力设置为最佳值。而且考虑到前透镜的直径、象差校正、透镜元件的数量和价格性能，还需要把第一透镜组的折光力设置为最佳值。
根据本发明的条件式解释如下。
条件式(1)确定了在广角态由焦距标准化并乘以变焦比的变焦的同时第二透镜组移动量的适当范围。该条件是为了在具有两组式变焦透镜系统中从来没有实现的高变焦比的两组式变焦透镜系统中实现实用的大小和极好的象差校正。换言之，该条件限定了在广角态中由焦距标准化的第二透镜组的移动量相对于特定的变焦范围(技术规范)的适当范围。从条件式(1)中可以理解，当变焦比增大时，第二透镜组移动量的适宜范围向小值移动。所以条件式(1)表示变焦透镜系统在特定的变焦范围(技术规范)和大小之间的一种协调。
当|X2|·ft/fw 2的值超过条件式(1)的上限时，第二透镜组的移动量在特定的变焦比时变得过大，使得整个光学系统变得庞大。而且，因为远摄态中的f数变暗，所以作为一个通用的标准变焦透镜技术规格下降。另外，如果透镜被迫做成袖珍型，则透镜筒的设计变得更加困难。所以不能实现。
另一方面，当该值降至条件式(1)的下限以下时，第二透镜组的移动量在特定的变焦比时变得过小。这意味着在两组式变焦透镜系统中第二透镜组的折光力变得过强。当本发明具有高变焦比的变焦透镜系统中第二透镜组具有过强的折光力时，球差和慧差的校正变差。而且，变焦时各种象差的变化变大，远摄态中较低的慧差变得更差，而较高的慧差过度增大，以致于变得不可能得到很好的象差校正。结果是很难设计具有高变焦比的变焦透镜系统。
另外，当条件式(1)的下限设置为4.8或更大时，可以较好地校正远摄态中的各种象差。当下限设置为5.0或更大时，可以预期得到本发明更好的光学性能。
条件式(2)定义了第一透镜组G1的折光力的适当范围。一般地，在两组式变焦透镜系统中，当满足下列表达式时，广角态的透镜总长度变得等于远摄态的透镜总长度，并且变焦期间透镜总长度的变化变为最小：
f1=-(fw·ft)1/2
这里f1表示第一透镜组G1的焦距，fw表示广角态变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄态变焦透镜系统的焦距。
在变焦透镜系统中，当两组式变焦透镜系统还从未能实现的高变焦比、使用的紧凑性和低价格象本发明这样成为主要目的时，不希望过度地偏离此条件。
当|f1|/(fw·ft)1/2的比值超过条件式(2)的上限时，变焦期间的透镜总长度的变化变大，广角态的透镜总长度变为最大。特别是第一透镜组变大，使得滤光片的直径增大，重量也增大。其结果是不能实现本发明的目的之一-紧凑性和低价格。
另外，当条件式(2)的上限设置为1.2或更小时，可以实现更紧凑和小直径。另外，为了获得本发明令人满意的光学性能，希望采用条件式(2)中1.1或更小的上限。
另一方面，当该比值降至条件式(2)的下限以下时，远摄态中透镜的总长度变为最大，与超过上限的情形相反。因此，与超过上限一样，变焦期间透镜总长度的变化变为最大，这是不希望的。而且，因为广角态中透镜的总长度变为最小，所以第一透镜组的紧凑性和小直径都是很有利的。但是，在如同本发明的具有高变焦比的变焦透镜系统中，校正广角态中的低慧差和畸变以及远摄态中的球差和低慧差变得困难，这是很不理想的。
另外，为了实现较好的象差校正，希望采用条件式(2)中0.8或更大的下限。而且，为了获得本发明令人满意的光学性能，希望采用条件式(2)中0.9或更大的下限。
条件式(3)定义了由后焦距标准化的第二透镜组焦距的适当范围。如上所述，它对于实现本发明的变焦比和紧凑性以适当地设置第二透镜组的焦距(折光力)是非常重要的。而且，当焦距由后焦距标准化时，可以设置适用于单透镜反射照相机范围的第二透镜组的焦距的推荐范围。另外，在普通的两组式变焦透镜系统中，当第二透镜组的焦距变短时后焦距变短(即折光力提高)。但是，条件式(3)表示的值具有相反的关系。因此，在要求预定的后焦距的光学系统中，如35mm胶片规格的单透镜反射照相机中，可以设置第二透镜组的最佳焦距。
当f2/BFw的值超过条件式(3)的上限时，在保持有足够长的后焦距的光学系统中，第二透镜组的焦距变得太长，使得整个光学系统变得庞大。而且，当第二透镜组的折光力变弱时，变焦期间第二透镜组的移动量变大，并且远摄态中的f数变暗，使得变焦透镜系统不适用于通用的标准变焦透镜系统。另外，不理想的是出于同样的原因，透镜筒的设计也变得困难。
另外，为了获得本发明令人满意的光学性能，希望采用条件式(3)的上限为1.5或更小值。
另一方面，当该值降至条件式(3)的下限以下时，在保持有足够长的后焦距的光学系统中，第二透镜组的焦距变得太短。尤其是在具有高变焦比的本发明中，当第二透镜组具有较强的折光力时，球差和慧差的校正变得较差。而且还导致这样的缺点：变焦期间象差的变化变大，远摄态的较低慧差变得更糟，远摄态的较高慧差变得过度增大，使得很难很好地校正象差。结果是难于设计具有高变焦比的变焦透镜系统。
另外，为了实现远摄态中更好的象差校正，希望采用条件式(3)的下限值0.8或更大值。另外，为了获得本发明令人满意的光学性能，希望采用条件式(3)的下限为0.85或更大值。
通常，在主导透镜组具有负折光力的两组式或三组式变焦透镜系统的一个主透镜的透镜元件结构中，正如在球面透镜系统中的正-正-负-正透镜元件结构，Ernoster式或变形的三合镜式是提供良好的象差校正的最小透镜元件结构。尤其是在两组式变焦透镜系统的第二透镜组的透镜元件结构中，这种透镜元件结构是实现轻盈、紧凑和低价位的最好选择。
但是，因为本发明提供的两组式变焦透镜系统的实际设计方案具有接近于限值的规格，所以需要第二透镜组本身为大孔径比、短焦距和远摄型。而且，为了保持实用的大小，希望主透镜位于它的基点，尽可能地接近物侧并具有大的孔径比。因此，为了很好地校正偏轴象差，需要主透镜具有孔径光阑尽可能接近象侧定位的透镜结构。在本发明中，需要位于孔径光阑物侧的正透镜组和位于孔径光阑象侧的负透镜组之间的折光力配置如条件式(4)所示的那样最为合适。
当比值f2F/f2R超过条件式(4)的上限时，意味着位于孔径光阑象侧的负透镜组G2R的焦距f2R的绝对值大于位于孔径光阑物侧的正透镜组G2F的焦距的绝对值。当比值超过上限很多时，符号可能变号。在这种情况下，因为不能如上保持第二透镜组本身的远摄比最佳值，所以不能保持与第一透镜组的间隔，并且高变焦比也变得难于实现。另外，当被迫实现高变焦比时，第一透镜组随后不得不用在弱折光力的状态下，以致于不能实现紧凑性和小直径。
另外，为了实现高变焦比、紧凑性和小直径，希望采用条件式(4)的上限值-0.1或更小值。而且，为了获得本发明令人满意的光学性能，希望采用条件式(4)的上限值-0.12或更小值。
另一方面，当比值降至条件式(4)的下限以下时，意味着位于孔径光阑物侧的正透镜组G2F的焦距f2F大于位于孔径光阑象侧的负透镜组G2R的焦距的绝对值。因此，远摄比超过最佳量的过剩量加到第二透镜组上。在这种情况下，与超过上限值的的情形相反，虽然可以很容易地保持第一透镜组和第二透镜组之间的间隔，但对第二透镜组视角的象差校正却变得更难。结果是上慧差、场曲率和球差变坏，因此很不理想。
另外，为了获得本发明令人满意的光学性能，希望采用条件式(4)的下限值为-0.8。
为了保持本发明的具有一定规格的变焦透镜系统的实用的大小，对第一透镜组引入一个非球面是非常有效的。特别是，当把一个非球面引入负透镜的凹侧时，对来自无限远的物侧同轴光通量的校正变得有效，偏轴入射的高度也可以降低，前透镜直径也可以较小。而且，当第一透镜组由两个透镜元件、即一个正透镜和一个负透镜组成并且负透镜的凹面形成为非球面时，第一透镜组可以较薄。因此，可以实现本发明令人满意的光学性能。从节约成本的角度看，非球面透镜可以由玻璃和树脂组成的所谓的混合型非球面制成。而且，当非球面用预定的非球面表达式表示时，非球面是基于一个长球或球面中没有锥面系数κ的抛物面。可以通过对基于长球或抛物面的表面应用锥面系数κ而预期下面的效果：甚至在光轴的附近与近轴球面的位移也可以较大；甚至在周围部分也可以很容易地设置较大的位移；非球面每个部分的差分系数可以很容易地无限小地变化。通过应用这种锥面系数，可以采用高阶象差，并且在相同的平面上校正同轴和偏轴象差，使得能够对于特有的规格很好地校正象差。为了增大对本发明定义的非球面设置无限小位移的自由度，希望采用奇数阶象差，如第3阶或第5阶，或偶数高阶象差，如第12阶或第14阶。
条件式(5)定义了锥面系数κ的适当范围。为了实现本发明的高变焦比，可以只由一个非球面实行实用的大小、低价格和良好的象差校正。
当κ值超过条件式(5)的上限时，表面变成一个基于球面或扁球的表面。在这种情况下，在最大外围附近离开近轴球面的位移与光轴附近的相比大得多的表面变为参考面。因此，相对于对应于广角态象的很高部分的偏轴象差显示出过度的象差校正效果。结果是导致对象差校正有不好的影响，因此是不理想的。
另一方面，当κ值降至条件式(5)的下限以下时，意味着表面变成一个基于通过抛物面的一个双曲面的非球面。因此，因为透镜周围部分中的负折光力降低，所以主光线从光轴通过。结果是前透镜直径增大，并因此不利于小直径，故是不理想的。
在本发明中，位于孔径光阑物侧的第二透镜组中的正透镜组G2F最好包括一个正透镜和一个胶合正透镜。组成胶合正透镜的负透镜最好具有大于组成胶合正透镜的正透镜的折射率。通过利用此结构，可以优化Petzval和，并且还可以很好地校正球差和色差。最好在位于孔径光阑象侧的第二透镜组中的负透镜组G2R中包含一个负透镜，如具有凹面朝向象侧的平凹透镜，或具有凸面朝向物侧的负弯月面透镜。而且，为了优化Petzval和并校正球差和横向色差，负透镜最好是一种与正透镜胶合的胶合负透镜，其中正透镜具有低于负透镜的折射率。
本发明不仅可以应用到具有负-正式透镜结构的两组式变焦透镜系统，而且也可以应用到具有类似于前述变焦透镜系统如负-正-负式、负-正-正式等简单透镜结构的三组式变焦透镜系统。
下面将参考附图对本发明变焦透镜的几个实例进行描述。<例1>
图1是本发明例1的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况。变焦透镜系统从物侧起包括一个具有负折光力的第一透镜组G1和一个具有正折光力的第二透镜组G2。第一透镜组G1从物侧起包括一个负透镜组G1F和一个正透镜组G1R。负透镜组G1F由一个凸面朝向物侧的非球面负弯月面透镜组成，弯月面透镜具有面向象侧的玻璃和树脂组成的所谓复合型非球面。正透镜组G1R由一个凸面朝向物侧的正弯月面透镜组成。第二透镜组G2在中间有一个孔径光阑S，并由一个位于孔径光阑S物侧的正透镜组G2F和一个位于孔径光阑S象侧的负透镜组G2R组成，其中正透镜组G2F是第二透镜组的前透镜组，负透镜组G2R是第二透镜组的后透镜组。正透镜组G2F从物侧起包括一个双凸透镜L21和一个双凸透镜与双凹透镜组成的胶合正透镜L22。负透镜组G2R从物侧起包括一个胶合的负弯月面透镜L23和一个胶合的正透镜L24，其中胶合的负弯月面透镜L23由一个凸面朝向物侧的负透镜和一个凸面朝向物侧的正弯月面透镜组成，胶合的正弯月面透镜L24由一个双凸透镜和一个凹面朝向物侧的负弯月面透镜组成。另外，在变焦透镜系统最靠近象侧处布置一个光阑FS，它是一个可独立移动的固定光阑。
当焦距从广角态变到远摄态时，第一和第二透镜组移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔减小。另外，通过把第一透镜组G1移向物侧而执行在接近物体处的聚焦。
与例1有关的各种值列于表1。特别说明，f表示焦距，FNO表示f数，2ω表示视角。在透镜数据中，ri表示从物侧数第i个透镜表面Ri的曲率半径，di表示第i个透镜表面Ri和第(i+1)个透镜表面Ri+1之间沿光轴的表面间距，ni表示第i个透镜表面Ri和第(i+1)个透镜表面Ri+1之间的介质对d线的折射率，vi表示第i个透镜表面Ri和第(i+1)个透镜表面Ri+1之间介质的阿贝数。非球面由下列方程表示，其中y表示相对于光轴在垂直方向的高度，S(y)表示在光轴方向离开高度y处非球面顶点上的切面的位移，R表示标准曲率半径，κ表示锥面系数，Cn表示第n阶非球面系数：
S(y)=(y2/R)/[1+(1-κ·y2/R2)1/2]+C3·|y|3+C4·y4+
C5·|y|5+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
在透镜数据中，非球面通过在表面号的右侧加一个“*”号表示，近轴曲率半径示于r栏。在各个实例中使用与例1相同的参考标号和非球面方程。而且，在下面的每个实例中，“mm”一般用于焦距f、曲率半径r、表面间隔d等的长度单位，除特别指定的以外。但是，因为按比例扩大或缩小尺寸的光学系统可以获得相似的光学性能，所以单位不必限定为“mm”，任何其它的单位都可使用。
表1
(规格参数)
f=29-101
2ω=76.4°-24.1°
FNO=3.6-5.9
(透镜数据)
        r         d       ν        n
1)  227.8307    2.0000   45.30   1.794997
2)   23.6000    0.5000   38.73   1.553070
3*)  18.8225   10.2500           1.000000
4)   37.7566    5.5000   23.78   1.846660
5)   80.1526      D5             1.000000
6)   35.0421    4.2000   69.98   1.518601
7) -383.9328    0.1000           1.000000
8)   23.9960    6.6000   55.52   1.696800
9)  -63.1701    1.1000   37.17   1.834000
10)  47.6092    4.0000           1.000000
11)    ∞       1.0000           1.00000  孔径光阑S
12)  69.9519    1.1000   37.17   1.834000
13)  14.2281    3.5000   64.10   1.516800
14)  19.8785    0.8000           1.000000
15)  26.6397    5.0000   48.87   1.531720
16) -29.1126    1.0000   58.54   1.651600
17) -58.3156      D17            1.000000
18)    ∞         D18            1.000000  固定光阑FS
(非球面数据)
表面号3
κ=   0.6606
C3=  -0.11789×10-4      C4=    -2.86270×10-6
C5=  -0.80588×10-6      C6=     2.52910×10-8
C8=   2.30420×10-11    C10=    -5.05960×10-13
C12=  0.13243×10-14    C14=    -0.14018×10-17
(变焦和聚焦时可变的间隔)
        1-POS     2-POS     3-POS
f      29.00000  50.00000  101.00000
D0       ∞        ∞         ∞
D5     55.05897  23.19690    0.97908
D17     0.98883   6.53283   19.99683
D18    44.81942  57.75542   89.17141
        4-POS     5-POS      6-POS
β          -0.03333  -0.03333   -0.03333
D0    818.2334 1448.2340  2978.2628
D5     57.93253  24.86356    1.80415
D17     0.98883   6.53283   19.99683
D18    44.82514  57.76113   89.17712
        7-POS     8-POS      9-POS
β           -0.08468  -0.14600   -0.29492
D0      290.6983  290.6983   290.6983
D5      62.35897  30.49690    8.27908
D17      0.98883   6.53283   19.99683
D18     44.85670  57.86637   89.62531
在这种情况下，后焦距BF是D17+D18。
(条件式的值)
(1)|X2|·ft/fw 2=7.61
(2)|f1|/(fw·ft)1/2=0.924
(3)f2/BFw=0.961
(4)f2F/f2R=-0.273
(5)κ=0.6606
图2是透镜系统聚焦于无限远时例1中处于广角态的变焦透镜系统的各种象差曲线。图3是透镜系统聚焦于无限远时例1中处于中等焦距态的变焦透镜系统的各种象差曲线。图4是透镜系统聚焦于无限远时例1中处于远摄态的变焦透镜系统的各种象差曲线；在各个曲线图中，FNO表示F数，Y表示象高，“d”和“g”分别表示d线和g线的象差。在表示象散的曲线中，实线表示矢象面，虚线表示子午线象面。在下面每个实例的象差曲线中，采用与此例中相同的符号。从表示各种象差的各个曲线中明显看出，对各种焦距、广角态、中等焦距态和远摄态时的各种象差做了良好的补偿。<例2>
图5是本发明例2的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况。变焦透镜系统从物侧起包括一个具有负折光力的第一透镜组G1和一个具有正折光力的第二透镜组G2。第一透镜组G1从物侧起包括一个负透镜组G1F和一个正透镜组G1R。负透镜组G1F由一个凸面朝向物侧的非球面负弯月面透镜组成，弯月面透镜具有面向象侧的玻璃和树脂组成的所谓复合型非球面。正透镜组G1R由一个凸面朝向物侧的正弯月面透镜组成。第二透镜组G2在中间有一个孔径光阑S，并由一个位于孔径光阑S物侧的正透镜组G2F和一个位于孔径光阑S象侧的负透镜组G2R组成，其中正透镜组G2F是第二透镜组的前透镜组，负透镜组G2R是第二透镜组的后透镜组。正透镜组G2F从物侧起包括一个双凸透镜L21和一个双凸透镜与双凹透镜组成的胶合正透镜L22。负透镜组G2R从物侧起包括一个凸面朝向物侧的负弯月面透镜L23和一个双凸透镜L24。另外，在变焦透镜系统最靠近象侧处布置一个光阑FS，它是一个可独立移动的固定光阑。
当焦距从广角态变到远摄态时，第一和第二透镜组移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔减小。另外，通过把第一透镜组G1移向物侧而执行在接近物体处的聚焦。
与例2有关的各种值列于表2。
表2
(规格参数)
f=29-99.75
2ω=76.3°-24.4°
FNO=3.6-5.9
(透镜数据)
       r           d         ν          n1)     352.5641     2.0000     45.37     1.7966812)      24.0000     0.2000     38.73     1.5530703*)     18.1938     9.0500               1.0000004)      37.4301     6.0000     25.35     1.8051825)     103.4786       D5                 1.0000006)      53.1509     3.6000     64.10     1.5168007)    -158.8191     0.1000               1.0000008)      23.5932     6.7000     60.14     1.6204099)     -62.4319     1.3000     37.35     1.83400010)      83.8897     2.3000               1.00000011)        ∞        1.7000               1.000000  孔径光阑S12)     192.7449     5.8300     37.35     1.83400013)      20.1399     1.2000               1.00000014)      34.4818     5.0000     58.90     1.51823015)     -39.6056       D15                1.00000016)        ∞          D16                1.000000  固定光阑FS
(非球面数据)
  表面号3κ=0.5735C3=  0.0                   C4=  -8.77920×10-6C5=  0.0                   C6=  -1.16640×10-8C8= -5.21420×10-12       C10= -9.62190×10-14C12= 0.23945×10-15       C14= -0.34981×10-18(变焦和聚焦时可变的间隔)
       1-POS         2-POS         3-POSf         29.00000      50.00000      99.75000D0          ∞            ∞            ∞D5        56.03614     23.44993        1.00632D15        0.00000      7.56000       25.47000D16       49.60803     60.94803       87.81303
       4-POS        5-POS          6-POSβ                -0.03333     -0.03333       -0.03333D0       823.8676    1453.8739      2946.3889D5        58.90967     25.11658        1.84173D15        0.00000      7.56000       25.47000D16       49.60803     60.94803       87.81305
       7-POS        8-POS          9-POSβ                -0.12347     -0.20067       -0.44176D0       188.7318     203.0289       179.6589D5        66.68020     33.48324       12.07807D15        0.00000      7.56000       25.47000D16       49.60803     60.94803       87.81302在这种情况下，后焦距BF是D15+D16。(条件式的值)(1)|X2|·ft/fw 2=7.55(2)|f1|/(fw·ft)1/2=0.930(3)f2/BFw=0.907(4)f2F/f2R=-0.238(5)κ=0.5735
图6是透镜系统聚焦于无限远时例2中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线。图7是透镜系统聚焦于无限远时例2中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各种象差曲线。图8是透镜系统聚焦于无限远时例2中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线。从表示各种象差的各个曲线中明显看出，对各种焦距、广角态、中等焦距态和远摄态时的各种象差做了良好的补偿。<例3>
图9是本发明例3的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况。变焦透镜系统从物侧起包括一个具有负折光力的第一透镜组G1和一个具有正折光力的第二透镜组G2。第一透镜组G1从物侧起包括一个负透镜组G1F和一个正透镜组G1R。负透镜组G1F由一个凸面朝向物侧的非球面负弯月面透镜组成，弯月面透镜具有面向象侧的玻璃和树脂组成的所谓复合型非球面。正透镜组G1R由一个凸面朝向物侧的正弯月面透镜组成。第二透镜组G2在中间有一个孔径光阑S，并由一个位于孔径光阑S物侧的正透镜组G2F和一个位于孔径光阑S象侧的负透镜组G2R组成，其中正透镜组G2F是第二透镜组的前透镜组，负透镜组G2R是第二透镜组的后透镜组。正透镜组G2F从物侧起包括一个双凸透镜L21和一个双凸透镜与双凹透镜组成的胶合正透镜L22。负透镜组G2R从物侧起包括一个凸面朝向物侧的负厚弯月面透镜L23和一个双凸透镜L24。另外，在变焦透镜系统最靠近象侧处布置一个光阑FS，它是一个可独立移动的固定光阑。
当焦距从广角态变到远摄态时，第一和第二透镜组移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔减小。另外，通过把第一透镜组G1移向物侧而执行在接近物体处的聚焦。
与例3有关的各种值列于表3。表3(规格参数)f=29-952ω=76.2°-25.6°FNO=3.5-6.0(透镜数据)
       r           d         ν         n1)     376.1814     2.0000     45.37    1.7966812)      24.0000     0.2000     38.73    1.5530703*)     18.3464     9.3000              1.0000004)      37.7291     5.7000     25.35    1.8051825)     103.4122       D5                1.0000006)      70.0936     3.0000     60.14    1.6204097)    -109.7991     0.1000              1.0000008)      24.5279     6.3000     60.14    1.6204099)     -85.4655     1.3000     37.35    1.83400010)      59.3470     2.3000              1.00000011＞       ∞        1.7000              1.000000  孔径光阑S12)    2829.7941    11.3000     33.89    1.80384013)      20.2692     0.8000              1.00000014)      26.3631     4.8000     48.97    1.53172115)     -38.6072       D15               1.00000016)        ∞          D16               1.000000  固定光阑FS(非球面数据)表面号3κ=      0.4239C3=      0.0                    C4=     -6.20390×10-6C5=      0.0                    C6=     -3.94510×10-9C8=     -1.14400×10-11        C10=    -9.36790×10-15C12=     0.0                    C14=    0.0(变焦和聚焦时可变的间隔)
     1-POS         2-POS         3-POSf       29.00000      50.00000      95.00000D0        ∞            ∞            ∞D5      54.91392      22.32771       1.01192D15      0.01434       7.57434      23.77434D16     47.84667      59.18667      83.48667
     4-POS         5-POS         6-POSβ           -0.03333      -0.03333      -0.03333D0     824.0186     1454.0192     2804.0206D5      57.7874       23.99438       1.88911D15      0.01434       7.57434      23.77434D16     47.84666      59.18666      83.48667
     7-POS         8-POS         9-POSβ           -0.10208      -0.17600      -0.33440D0     238.1086      238.1086      238.1086D5      63.71392      31.12771       9.81192D15      0.01434       7.57434      23.77434D16     47.84662      59.18654      83.48619在这种情况下，后焦距BF是D15+D16。(条件式的值)(1)|X2|·ft/fw 2=6.71(2)|f1|/(fw·ft)1/2=0.953(3)f2/BFw=0.940(4)f2F/f2R=-0.137(5)κ=0.4239
图10是透镜系统聚焦于无限远时例3中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线。图11是透镜系统聚焦于无限远时例3中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各利象差曲线。图12是透镜系统聚焦于无限远时例3中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线。从表示各种象差的各个曲线中明显看出，对各种焦距、广角态、中等焦距态和远摄态时的各种象差做了良好的补偿。<例4>
图13是本发明例4的变焦透镜系统的透镜配置简图，以及变焦期间每个透镜组的移动情况。变焦透镜系统从物侧起包括一个具有负折光力的第一透镜组G1和一个具有正折光力的第二透镜组G2。第一透镜组G1从物侧起包括一个负透镜组G1F和一个正透镜组G1R。负透镜组G1F由一个具有朝向物侧的凸面和一个面朝象侧的非球面的负弯月面透镜以及一个凸面朝向物侧的负弯月面透镜组成。正透镜组G1R由一个凸面朝向物侧的正弯月面透镜组成。第二透镜组G2在其中间有一个孔径光阑S，并由一个位于孔径光阑S物侧的正透镜组G2F和一个位于孔径光阑S象侧的负透镜组G2R组成，其中正透镜组G2F是第二透镜组的前透镜组，负透镜组G2R是第二透镜组的后透镜组。正透镜组G2F从物侧起包括一个双凸透镜L21和一个双凸透镜L22。负透镜组G2R从物侧起包括一个双凹透镜L23和一个双凸透镜L24。另外，在变焦透镜系统最靠近象侧处布置一个光阑FS，它是一个可独立移动的固定光阑。
当焦距从广角态变到远摄态时，第一和第二透镜组移动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔减小。另外，通过把第一透镜组G1移向物侧而执行在接近物体处的聚焦。
与例4有关的各种值列于表4。表4(规格参数)f=29-952ω=76.0°-25.5°FNO=3.6-5.9(透镜数据)
       r             d         ν           n1)     130.8173      2.0000      45.37      1.7966812)     25.2797       6.0000                 1.0000003*)    50.2674       2.0000      45.37      1.7966814)     29.6283       6.2000                 1.0000005)     36.3441       5.0000      25.35      1.8051826)     89.3067         D6                   1.0000007)     46.9820       3.2000      69.98      1.5186018)   -248.0916       0.1000                 1.0000009)     22.6327       6.0000      69.98      1.51860110)  -3792.6130       2.0000                 1.00000011)      ∞           2.0000                 1.000000  孔径光阑S12)    -81.5900       8.7000      28.56      1.79504013)     20.1740       1.4000                 1.00000014)     41.2510       5.0000      35.70      1.62588215)    -44.4464         D15                  1-00000016)      ∞             D16                  1.000000  固定光阑FS(非球面数据)表面号3κ=      0.7111C3=      0.0                      C4=       -2.66220×10-6C5=      0.0                      C6=       -9.75330×10-10C8=     -3.77040×10-12          C10=      -4.2736×10-15C12=     0.0                      C14=       0.0(变焦和聚焦时可变的间隔)
    1-POS         2-POS         3-POSf      29.00000      50.00000      95.00000D0       ∞            ∞            ∞D6     55.01104      22.42483       1.10904D15     0.17127       7.73127      23.93127D16    48.30112      59.64112      83.94112
    4-POS         5-POS         6-POSβ          -0.03333      -0.03333      -0.03333D0    821.9663     1451.9670     2801.9940D6     57.88460      24.09149       1.98622D15     0.17127       7.73127      23.93127D16    48.30112      59.64113      83.94114
    7-POS         8-POS         9-POSβ          -0.07464      -0.12424      -0.24807D0    340.5122      354.4208      334.9202D6     61.44527      28.63670       7.63723D15     0.17127       7.73127      23.93127D16    48.30113      59.64115      83.94123在这种情况下，后焦距BF是D15+D16。(条件式的值)(1)|X2|·ft/fw 2=6.71(2)|f1|/(fw·ft)1/2=0.953(3)f2/BFw=0.928(4)f2F/f2R=-0.473(5)κ=0.7111
图14是透镜系统聚焦于无限远时例4中的变焦透镜系统处于广角态的各种象差曲线。图15是透镜系统聚焦于无限远时例4中的变焦透镜系统处于中等焦距态的各种象差曲线。图16是透镜系统聚焦于无限远时例4中的变焦透镜系统处于远摄态的各种象差曲线。从表示各种象差的各个曲线中明显看出，对各种焦距、广角态、中等焦距态和远摄态时的各种象差做了良好的补偿。
如上所述，本发明使得能够提供一种具有下列特征的标准变焦透镜系统：视角约为76°-24°；f数约为3.5-5.6；负-正两组式变焦透镜系统尚未实现的变焦比3.5；轻盈，小巧和小直径；良好的价格性能。
根据本发明，配备有前述变焦透镜系统的小巧、轻盈、低价位的摄影装置能够以高变焦比拍摄。
其它的优点和改型对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明不限于一些具体的细节以及在此展示和描述的典型的装置。在不脱离由权利要求及其等同物确定的本发明一般原理和范围的前提下可以做各种改型。

Claims (9)

1．一种变焦透镜系统，从物侧起包括：
一个具有负折光力的第一透镜组；和
一个具有正折光力的第二透镜组；
其特征在于变焦通过改变第一透镜组和第二透镜组之间的间隔而进行；
其特征还在于从物侧起第一透镜组包括：
一个由一或两个负透镜元件组成的负透镜组(G1F)；和
一个正透镜组(G1R)；
其特征还在于满足下列条件式：
4.5≤|X2|·ft/fw 2≤15        (1)
0.7≤|f1|/(fw·ft)1/2≤1.3   (2)
此处X2表示变焦期间第二透镜组的最大移动量，f1表示第一透镜组的焦距，fw表示光角态变焦透镜系统的焦距，ft表示远摄态变焦透镜系统的焦距。
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≤f2/BFw≤2               (3)
此处f2表示第二透镜组的焦距，BFw表示广角态变焦透镜系统的后焦距。
3．如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征在于第二透镜组还包括：
一个用于确定变焦透镜系统的f数的孔径光阑；
一个包含至少两个位于孔径光阑物侧的正透镜元件的正透镜组(G2F)；和
一个包括至少一个位于孔径光阑象侧的负透镜元件的负透镜组(G2R)；
其特征在于满足下列条件式：
-1≤f2F/f2R≤-0.05          (4)
此处f2F表示正透镜组(G2F)的焦距，f3R表示负透镜组(G2R)的焦距。
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中的负透镜组(G1F)包括至少一个非球面；
其中非球面由下列方程定义：
S(y)=(y2/R)/[1+(1-κ·y2/R2)1/2]+C3·|y|3+C4·y4+
C5·|y|5+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
此处y表示垂直方向相对于光轴的高度，S(y)表示离开高度y处的非球面顶点上的切面在光轴方向的位移(垂度)，R表示近轴曲率半径，κ表示锥面系数，Cn表示第n级非球面系数；
并且其中锥面系数κ满足下列条件式：
0≤κ＜1                (5)。
5．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中的负透镜组(G1F)包括至少一个非球面；
其中非球面由下列方程定义：
S(y)=(y2/R)/[1+(1-κ·y2/R2)1/2]+C3·|y|3+C4·y4+
C5·|y|5+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
此处y表示垂直方向相对于光轴的高度，S(y)表示离开高度y处的非球面顶点上的切面在光轴方向的位移(垂度)，R表示近轴曲率半径，κ表示锥面系数，Cn表示第n级非球面系数；
并且其中锥面系数κ满足下列条件式：
0≤κ＜1                (5)。
6．如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于第二透镜组还包括：
一个用于确定变焦透镜系统的f数的孔径光阑；
一个包含至少两个位于孔径光阑物侧的正透镜元件的正透镜组(G2F)；和
一个包括至少一个位于孔径光阑象侧的负透镜元件的负透镜组(G2R)；
其特征在于满足下列条件式：
-1≤f2F/F2R≤-0.05                 (4)
此处f2F表示正透镜组(G2F)的焦距，F2R表示负透镜组(G2R)的焦距。
7．如权利要求6所述的变焦透镜系统，其特征在于第一透镜组中的负透镜组(G1F)包括至少一个非球面；
其中非球面由下列方程定义：
S(Y)=(y2/R)/[1+(1-κ·y2/R2)1/2]+C3·|y|3+C4·y4+
C5·|y|5+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
此处y表示垂直方向相对于光轴的高度，S(y)表示离开高度y处的非球面顶点上的切面在光轴方向的位移(垂度)，R表示近轴曲率半径，κ表示锥面系数，Cn表示第n级非球面系数；
并且其中锥面系数κ满足下列条件式；
0≤κ＜1                       (5)。
8．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中的负透镜组(G1F)包括至少一个非球面；
其中非球面由下列方程定义；
S(y)=(y2/R)/[1+(1-κ·y2/R2)1/2]+C3·|y|3+C4·y4+
C5·|y|5+C6·y6+C8·y8+C10·y10+C12·y12+C14·y14
此处y表示垂直方向相对于光轴的高度，S(y)表示离开高度y处的非球面顶点上的切面在光轴方向的位移(垂度)，R表示近轴曲率半径，κ表示锥面系数，Cn表示第n级非球面系数；
并且其中锥面系数κ满足下列条件式：
0≤κ＜1                   (5)。
9．一种配备有权利要求1所述的变焦透镜系统的摄影装置。
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