CN1782775A - 变焦透镜系统 - Google Patents

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CN1782775A CNA2005101088773A CN200510108877A CN1782775A CN 1782775 A CN1782775 A CN 1782775A CN A2005101088773 A CNA2005101088773 A CN A2005101088773A CN 200510108877 A CN200510108877 A CN 200510108877A CN 1782775 A CN1782775 A CN 1782775A
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Abstract

本发明的目的在于提供一种适用于利用固态成像装置等的摄像机和电子静态相机的并具有良好的光学性能的超袖珍变焦透镜系统。该变焦透镜系统从物侧起沿光轴包括：具有负折射光焦度的第一透镜组，具有正折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，和至少一个具有正折射光焦度的透镜组。在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的。在从广角端态向远摄端态变焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动。在聚焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动。满足给定的条件表达式。

Description

变焦透镜系统
下列在先申请的内容在此引为参考：
2004年9月30日提交的日本专利申请JP2004-288855，和2005年3月11日提交的日本专利申请JP2005-069652。
技术领域
本发明涉及一种适用于利用固态成像装置等的摄像机和电子静态相机的变焦透镜系统。
背景技术
日本待定专利申请JP8-248318、JP2000-187160、JP2002-341244和JP2004-069808中提出了一个其中包含适用于固态成像装置的光路折转光学装置的变焦透镜系统。
但是，在日本待定专利申请JP8-248318提出的变焦透镜系统中，因为第一透镜组由具有正折射光焦度的透镜元件组成，所以第一透镜组趋于变大。
但是，在日本待定专利申请JP2000-187160提出的变焦透镜系统中，为了缩小光路折转光学装置的尺寸，几乎将折转光学装置设置在光学系统的中心。因此，大量的透镜元件设置在折转光学装置的物侧，以至于很难缩小整体光学系统。
但是，在日本待定专利申请JP2002-341244提出的变焦透镜系统中，为了缩小光学系统，第一透镜组由具有负折射光焦度的透镜元件组成。但是，因为通过具有正折射光焦度的第三透镜组执行聚焦，所以在聚焦于最近物时透镜组的移动量变大，以至于需要确保有很大的空间。因此，也很难缩小整个光学系统。
另外，在日本待定专利申请JP2004-069808提出的变焦透镜系统中，为了缩小光学系统，因为变焦时孔径光阑的位置固定，所以光学系统的总透镜长度变大。结果，相机的高度和尺寸变得过大。
发明内容
鉴于前述问题提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种适用于利用固态成像装置等的摄像机和电子静态相机的超紧凑变焦透镜系统。
根据本发明的第一方面，变焦透镜系统从物侧起沿光轴包括：具有负折射光焦度的第一透镜组，具有正折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，和至少一个具有正折射光焦度的透镜组。在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的。在从广角端态向远摄端态变焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动。除第一透镜组之外的多个透镜组在聚焦时分别移动。
在本发明的一个优选实施例中，优选满足下列条件表达式(1)：
0.05＜f2/f3＜0.50           (1)
此处，f2表示第二透镜组的焦距，f3表示第三透镜组的焦距。
在本发明的一个优选实施例中，光路折转光学装置设置在第一透镜组中，并且优选满足下列条件表达式(2)和(3)：
1.70＜nd1           (2)
nd1＝nd2            (3)
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜元件的折射率。
在本发明的一个优选实施例中，优选在从广角端态变焦到远摄端态并聚焦时最像侧的透镜组总是固定的。
在本发明的一个优选实施例中，优选孔径光阑设置在第二透镜组的最物侧，并且优选在变焦时该孔径光阑与第二透镜组一起移动。
在本发明的一个优选实施例中，优选第一透镜组至少包括一个非球面。
在本发明的一个优选实施例中，优选第二透镜组至少包括一个非球面。
在本发明的一个优选实施例中，优选在从广角端态向远摄端态变焦时移动的多个透镜组与聚焦时移动的透镜组相同。
在本发明的一个优选实施例中，优选在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时移动的多个透镜组仅为第二透镜组和第三透镜组。
根据本发明的第二方面，变焦透镜系统从物侧起沿光轴包括：第一透镜组和多个透镜组。在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的。在从广角端态向远摄端态变焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别被移动。除第一透镜组之外的多个透镜组在聚焦时也分别被移动。
根据本发明的第三方面，变焦透镜系统从物侧起沿光轴包括：具有负折射光焦度的第一透镜组，具有正折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组和具有正折射光焦度的第四透镜组。在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组和第四透镜组总是固定的。在从广角端态向远摄端态变焦时第二透镜组和第三透镜组分别移动。在从无限远向近物聚焦时第二透镜组和第三透镜组分别移动，以至于第二透镜组和第三透镜组在广角端态和远摄端态下沿光轴整体移动，第二透镜组和第三透镜组在广角端态下的移动方向与在远摄端态下的移动方向相反，并且第二透镜组和第三透镜组在其它焦距态下沿光轴以彼此相反的方向移动。光路折转光学装置包含在第一透镜组中。
在本发明的一个优选实施例中，优选满足下列的条件表达式(2)和(4)：
1.7＜nd1             (2)
nd1≤nd2             (4)
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜元件的折射率。
在本发明的一个优选实施例中，第二透镜组从物侧起由下列元件组成：具有正折射光焦度的单透镜，具有负折射光焦度的胶合透镜，和具有正折射光焦度的单透镜，并且优选满足下列条件表达式(5)：
0.1＜f21/(-f22)＜1.0              (5)
此处，f21表示具有正折射光焦度的最物侧单透镜的焦距，f22表示胶合透镜的焦距。
在本发明的一个优选实施例中，优选孔径光阑设置在第二透镜组的最物侧并在变焦时与第二透镜组一起移动。
在本发明的一个优选实施例中，优选第一透镜组的最像侧透镜为非球面透镜。
在本发明的一个优选实施例中，优选第二透镜组的最物侧透镜为非球面透镜。
通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的其它特点及优点将变得更加清晰。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的实例1的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态；
图2表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图3表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图4表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图5表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图6表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图7表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图8是根据本发明第一实施例的实例2的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态；
图9表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图10表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图11表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图12表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图13表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图14表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图15是根据本发明第一实施例的实例3的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态；
图16表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图17表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图18表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于无限远时的各种像差曲线；
图19表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图20表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图21表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线；
图22是根据本发明第二实施例的实例4的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(T)表示远摄端态；
图23A、23B和23C表示根据本发明第二实施例的实例4中的变焦透镜系统在聚焦于无限远时的各种像差曲线，其中图23A表示广角端态，图23B表示中等焦距态，图23C表示远摄端态；
图24A、24B和24C表示根据本发明第二实施例的实例4中的变焦透镜系统在聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线，其中图24A表示广角端态，图24B表示中等焦距态，图24C表示远摄端态；
图25是根据本发明第二实施例的实例5的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(T)表示远摄端态；
图26A、26B和26C表示根据本发明第二实施例的实例5中的变焦透镜系统在聚焦于无限远时的各种像差曲线，其中图26A表示广角端态，图26B表示中等焦距态，图26C表示远摄端态；
图27A、27B和27C表示根据本发明第二实施例的实例5中的变焦透镜系统在聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线，其中图27A表示广角端态，图27B表示中等焦距态，图27C表示远摄端态；
图28是根据本发明第二实施例的实例6的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(T)表示远摄端态；
图29A、29B和29C表示根据本发明第二实施例的实例6中的变焦透镜系统在聚焦于无限远时的各种像差曲线，其中图29A表示广角端态，图29B表示中等焦距态，图29C表示远摄端态；
图30A、30B和30C表示根据本发明第二实施例的实例6中的变焦透镜系统在聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线，其中图30A表示广角端态，图30B表示中等焦距态，图30C表示远摄端态；
图31表示在根据第二实施例每个实例的变焦透镜系统的每种焦距态中第二透镜组G2和第三透镜组G3从无限远向近物聚焦时的移动方向，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
具体实施方式
[第一实施例]
下面详细解释根据本发明第一实施例的变焦透镜系统。
根据本发明第一实施例的变焦透镜系统从物侧起沿光轴包括：具有负折射光焦度的第一透镜组，具有正折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组，和至少一个具有正折射光焦度的透镜组。在从广角端态变焦为远摄端态并聚焦时第一透镜组总是固定的。在从广角端态向远摄端态变焦时，除第一透镜组外的多个透镜组移动。在聚焦时，除第一透镜组外的多个透镜组移动。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，因为在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的，而该第一透镜组是变焦透镜系统中设置在最靠近物侧的最大透镜组，所以机械结构可以很简单。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，因为通过除作为最大透镜组的第一透镜组之外的多个透镜组进行变焦，所以可以使用小于前一个的驱动器。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，因为通过移动除第一透镜组之外的多个透镜组进行聚焦，所以用于变焦的驱动器和用于聚焦的驱动器可以是同一个驱动器，以至于驱动器的数量可以减少。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，通过在聚焦时利用多个透镜组，可以在改变拍摄距离时保持优良的光学性能。用于聚焦的每个透镜组的移动量可以保持得比通过任一透镜组执行聚焦时的情形小，以至于变焦透镜系统的总长度可以很小。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，优选满足下列条件表达式(1)：
0.05＜f2/f3＜0.50         (1)
此处，f2表示第二透镜组的焦距，f3表示第三透镜组的焦距。
条件表达式(1)定义了第二和第三透镜组的焦距的适当范围。当比值f2/f3等于或超过条件表达式(1)的上限时，变焦透镜系统的总透镜长度变长，以至于不理想。另一方面，当比值f2/f3等于或低于条件表达式(1)的下限时，很难校正变焦时的像差变化，造成光学性能减退，以至于也不理想。为了确保本发明的效果，优选将条件表达式(1)的上限设置为0.30，下限设置为0.08。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，光路折转光学装置设置在第一透镜组中，并且优选满足下列条件表达式(2)和(3)：
1.7＜nd1            (2)
nd1＝nd2            (3)
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜的折射率。
条件表达式(2)定义了光路折转光学装置的折射率的适当范围。当值nd1等于或低于条件表达式(2)的下限时，折转光学装置的尺寸变大，并且变焦透镜系统整体变大，以至于不理想。为了确保本发明的效果，优选条件表达式(2)的下限为1.75，并进一步优选下限设置为1.80。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，优选在从广角端态变焦为远摄端态并聚焦时最靠近像侧的透镜组总是固定的。因此，变焦且聚焦时像差的变化可以得到抑制。可以用一个公共的元件保持固态成像装置和最靠近像侧的透镜组，以至于易于缩小变焦透镜系统，并且可以简化制造过程。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，孔径光阑设置在第二透镜组的最靠近物侧，并且优选在变焦时与第二透镜组一起移动。因此，可以很好的执行光量调节。
优选第一透镜组至少包括一个非球面。因此，可以很好的校正广角端态变焦时产生的畸变。此外，第一透镜组整体上可以保持为很小。
优选第二透镜组至少包括一个非球面。因此，可以在整个变焦范围内很好的校正球差和彗差。
在根据本发明第一实施例的变焦透镜系统中，优选在从广角端态向远摄端态变焦时移动的多个透镜组与聚焦时移动的透镜组相同。
优选多个透镜组仅为第二透镜组和第三透镜组。因此，用于变焦和用于聚焦的驱动器可以相同，以至于驱动器的数量可以减少。
下面参考附图描述根据本发明第一实施例的变焦透镜系统的每个实例。
<实例1>
图1是根据本发明第一实施例的实例1的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
在图1中，根据实例1的变焦透镜系统从物侧起沿光轴由以下元件组成：具有负折射光焦度的第一透镜组G1，具有正折射光焦度的第二透镜组G2，具有正折射光焦度的第三透镜组G3，和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。当透镜组的位置状态从广角端态W变为远摄端态T时，第一透镜组G1总是固定的，第二透镜组G2和第三透镜组G3移动，第四透镜组G4固定，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离减小，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离改变。聚焦时，第二透镜组G2和第三透镜组G3同时移动。孔径光阑S设置在第二透镜组G2的最物侧，与第二透镜组G2一起移动。光学低通滤波器LPF和设置在像平面I时上的固态成像装置的盖玻片CG分布在第四透镜组G4和像平面I之间。顺便说一下，摄影胶片可以设置在像平面I上以代替成像装置。在此情况下盖玻片CG不是必需的。
在第一透镜组G1中包含一用于基本上90°折转光路的棱镜P。棱镜P显示为延伸光路至直线的平面平行板。光路的折转范围不必一定为90°，可以根据设计改变。可以用反射镜代替棱镜P。
对第一透镜组最像侧的透镜表面以及第二透镜组G2最物侧的透镜表面应用各自的非球面。通过这种方式构成根据第一实施例的实例1的变焦透镜系统。
与实例1相关的各种值示于表1。在[规格]一栏中，f表示焦距，Bf表示后焦距，FNO表示f数，ω表示半视角(单位：度)。在[透镜数据]一栏中，第一列表示从物侧算起的透镜表面的表面数，r表示透镜表面的曲率半径，d表示透镜表面之间的距离，ν表示在d线(λ＝587.6nm)处的阿贝数，n表示在d线(λ＝587.56nm)处的折射率。顺便说一下，r＝0.0000表示平面表面。空气的折射率＝1.000000，在此省去。在[非球面数据]一栏中，展示了每个非球面系数，非球面由下列表达式表示：
X(y)＝y2/[r·{1+(1-κy2/r2)1/2}]+C2·y2+C4·y4+C6·y6+C8·y8+C10·y10
此处，R＝1/((1/r)+2×C2)
其中y表示离开光轴的高度，X(y)表示从非球面顶点的切面到高度y处的非球面之间沿光轴的距离，r表示参考曲率半径(R表示近轴曲率半径)，κ表示锥面系数，Ci表示第I阶非球面系数。非球面用表面数带星号(*表示)。在[非球面数据]一栏中，“E-n”表示“10-n”，在[变焦数据]一栏中，表示了在广角端态W、在中等焦距态M以及在远摄端态T中的可变距离。在[聚焦数据]一栏中，表示了在广角端态W、在中等焦距态M以及在远摄端态T中聚焦于1.5m的拍摄距离时的可变距离。在[条件表达式的值]一栏中，表示了对应于各个条件表达式的值。
在各个值的表中以“mm”表示长度的单位，如焦距，曲率半径和光学表面之间的距离。但是，因为正比例放大或缩小尺寸的光学系统可以获得类似的光学性能，所以单位不必限定在“mm”，可以采用任何其它合适的单位。标号的解释与其它实例中的一样。
表1
[规格]
  W   M   T
 f＝   5.94310   10.00000   16.81000
 Bf＝   0.7632(常数)
 FNO＝   2.73157   3.58626   4.88832
 ω＝   33.99254°   20.41852°   12.25296°
[透镜数据]
  r   d   v   n
  1)   18.0602   0.8000   40.76   1.882997
  2)   5.9822   1.6000
  3)   0.0000   7.5000   40.76   1.882997
  4)   0.0000   0.3000
  5)   -25.6568   0.8000   40.76   1.882997
  6)   19.5373   1.6000   25.62   1.794910
  7*)   -20.4288   D1
  8＞   0.0000   0.2000   孔径光阑S
  9*)   6.4817   2.0000   61.25   1.589129
  10)   -3792.6024   0.7000
  11)   12.0466   1.0000   23.78   1.846660
  12)   5.7330   0.8000
  13)   29.9788   1.3000   55.53   1.696797
  14)   -36.0230   D2
  15)   11.0078   1.3000   81.54   1.496999
  16)   25.5827   0.2000
  17)   9.6134   2.4000   23.78   1.846660
  18)   6.6500   D3
  19)   11.1556   1.0000   40.76   1.882997
  20)   7.6371   2.0000
  21)   16.1406   1.6000   55.53   1.696797
  22)   -25.8938   0.5000
  23)   0.0000   1.6600   64.14   1.516330
  24)   0.0000   0.5000
  25)   0.0000   0.5000   64.14   1.516330
  26)   0.0000   Bf
[非球面数据]
表面数7
κ＝15.8396
C2＝0.00000E+00
C4＝5.99830E-05
C6＝5.60780E-06
C8＝-2.65030E-07
C10＝1.83730E-08
表面数9
κ＝0.0901
C2＝0.00000E+00
C4＝8.46960E-05
C6＝2.05470E-06
C8＝-4.26710E-08
C10＝0.00000E+00
[变焦数据]
  W   M   T
  D1   13.42365   6.01622   0.99712
  D2   0.79704   7.29315   0.93803
  D3   3.55551   4.46682   15.84105
[聚焦数据]
拍摄距离＝1.5m
  W   M   T
  D1   13.37695   6.13734   1.12999
  D2   0.79704   7.11147   0.93803
  D3   3.60221   4.52738   15.70818
[条件表达式的值]
f2/f3＝0.106118
nd1  ＝1.882997
nd2  ＝1.882997
图2表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图3表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图4表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图5表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。图6表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。图7表示根据本发明第一实施例的实例1中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。
在各条曲线中，FNO表示f数，A表示半视角，NA表示数值孔径，H0表示物高，C表示在C线(λ＝656.3nm)处的像差曲线，d表示在d线(λ＝587.6nm)处的像差曲线，F表示在F线(λ＝486.1nm)处的像差曲线，g表示在g线(λ＝435.8nm)处的像差曲线。在表示像散的曲线中，实线表示径向平面，虚线表示纵向平面。上述关于各种像差的解释与其它实例的相同。
从各条曲线中显见，根据实例1的变焦透镜系统，作为良好地校正了从广角端态到远摄端态的每种焦距态中的各种像差的结果，表现出了优良的光学性能。
<实例2>
图8是根据本发明第一实施例的实例2的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
在图8中，根据实例2的变焦透镜系统从物侧起沿光轴由以下元件组成：具有负折射光焦度的第一透镜组G1，具有正折射光焦度的第二透镜组G2，具有正折射光焦度的第三透镜组G3和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。当透镜组的位置状态从广角端态W变为远摄端态T时，第一透镜组G1总是固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3移动，并且第四透镜组G4固定，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离减小，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离改变。聚焦时，第二透镜组G2和第三透镜组G3同时移动。孔径光阑S设置在第二透镜组G2的最物侧并与第二透镜组G2一起移动。光学低通滤波器LPF和用于设置在像平面I上的固态成像装置的盖玻片CG分布在第四透镜组G4和像平面I之间。顺便说一下，摄影胶片可以设置在像平面I上以代替成像装置。在此情况下，盖玻片CG不是必需的。
用于折转光路大致90°的棱镜P包含在第一透镜组G1中。棱镜P表现为一个延伸光路为直线的平面平行板。光路的折转角不必一定为90°，可以根据设计而改变。可以用反射镜代替棱镜P。
对第一透镜组G1的最像侧透镜表面和第二透镜组G2最物侧的透镜表面应用各自的非球面表面。通过这种方式构成第一实施例中实例2的变焦透镜系统。
与实例2有关的各种值列于表2。
表2
[规格]
  W   M   T
  f＝   5.94310   10.00000   16.81000
  Bf＝   0.60629(常数)
  FNO＝   2.77502   3.63789   4.94498
  ω＝   33.99081°   20.39508°   12.21346°
[透镜数据]
r d v n
  1)   18.2386   0.8000   40.76   1.882997
  2)   5.9551   1.6000
  3)   0.0000   7.5000   40.76   1.882997
  4)   0.0000   0.3000
  5)   -31.3479   0.8000   40.76   1.882997
  6)   16.1389   1.6000   25.62   1.794910
  7*)   -24.1994   D1
  8＞   0.0000   0.2000   孔径光阑S
  9*)   6.2196   1.9000   61.25   1.589129
  10)   165.2149   0.6000
  11)   11.7521   1.1000   23.78   1.846660
  12)   5.5828   0.9000
  13)   40.2427   1.3000   55.53   1.696797
  14)   -24.8864   D2
  15)   11.1489   1.3000   81.54   1.496999
  16)   25.9685   0.2000
  17)   9.9685   2.5000   23.78   1.846660
  18)   6.9094   D3
  19)   11.8715   0.8000   40.76   1.882997
  20)   7.4982   1.8000
  21)   15.5832   1.7000   55.53   1.696797
  22)   -23.5742   0.5000
  23)   0.0000   1.6600   64.14   1.516330
  24)   0.0000   0.5000
  25)   0.0000   0.5000   64.14   1.516330
  26)   0.0000   Bf
[非球面数据]
表面数7
κ＝2.1743
C2＝0.00000E+00
C4＝-1.32490E-04
C6＝-4.76650E-06
C8＝2.92090E-07
C10＝-1.11270E-08
表面数9
κ＝0.6664
C2＝0.00000E+00
C4＝-1.87700E-04
C6＝-1.39500E-06
C8＝-3.03040E-08
C10＝0.00000E+00
[变焦数据]
  W   M   T
  D1   13.36848   6.13267   1.20000
  D2   1.20001   7.37871   1.20001
  D3   3.77787   4.83497   15.94635
[聚焦数据]
拍摄距离＝1.5m
  W   M   T
  D1   13.32384   6.21664   1.32543
  D2   1.20001   7.21077   1.20001
  D3   3.82251   4.91894   15.82092
[条件表达式的值]
f2/f3＝0.114998
nd1  ＝1.882997
nd2  ＝1.882997
图9表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图10表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图11表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图12表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。图13表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。图14表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。
从各条曲线中显见，根据实例2的变焦透镜系统，作为良好地校正了从广角端态到远摄端态的每种焦距态中的各种像差的结果，表现出了优良的光学性能。
<实例3>
图15是根据本发明第一实施例的实例3的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
在图15中，根据实例3的变焦透镜系统从物侧起沿光轴由以下元件组成：具有负折射光焦度的第一透镜组G1，具有正折射光焦度的第二透镜组G2，具有正折射光焦度的第三透镜组G3和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。当透镜组的位置状态从广角端态W变为远摄端态T时，第一透镜组G1总是固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3移动，并且第四透镜组G4固定，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离减小，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离改变。聚焦时，第二透镜组G2和第三透镜组G3同时移动。孔径光阑S设置在第二透镜组G2的最物侧并与第二透镜组G2一起移动。光学低通滤波器LPF和用于设置在像平面I上的固态成像装置的盖玻片CG分布在第四透镜组G4和像平面I之间。顺便说一下，摄影胶片可以设置在像平面I上以代替成像装置。在此情况下，盖玻片CG不是必需的。
用于折转光路大致90°的棱镜P包含在第一透镜组G1中。棱镜P表现为一个延伸光路为直线的平面平行板。光路的折转角不必一定为90°，可以根据设计而改变。可以用反射镜代替棱镜P。
对第一透镜组G1的最像侧的透镜表面和第二透镜组G2最物侧的透镜表面应用各自的非球面表面。通过这种方式构成第一实施例中实例3的变焦透镜系统。
与实例3有关的各种值列于表3。
表3
[规格]
  W   M   T
 f＝   5.94310   9.99999   16.81000
 Bf＝   0.62170(常数)
 FNO＝   2.77541   3.64560   4.97090
 ω＝   33.99051°   20.39463°   12.21416°
[透镜数据]
 r   d   v   n
  1)   18.7658   0.8000   40.77   1.883000
  2)   5.9781   1.6000
  3)   0.0000   7.5000   40.77   1.883000
  4)   0.0000   0.3000
  5)   -28.6229   0.8000   40.77   1.883000
  6)   17.6839   1.6000   25.63   1.794910
  7)   -22.1275   D1
  8＞   0.0000   0.0000   孔径光阑S
  9)   6.3864   2.0000   61.24   1.589130
  10)   315.2868   0.6000
  11)   12.6168   1.1700   23.78   1.846660
  12)   5.7705   0.8000
  13)   38.2216   1.3000   55.52   1.696800
  14)   -24.8002   D2
  15)   11.0500   1.3000   81.61   1.497000
  16)   25.1658   0.2000
  17)   10.0164   2.5000   23.78   1.846660
  18)   6.9123   D3
  19)   11.0455   0.8000   40.77   1.883000
  20)   7.3828   2.0000
  21)   16.0651   1.7000   55.52   1.696800
  22)   -23.3870   0.5000
  23)   0.0000   1.6600   70.51   1.544370
  24)   0.0000   0.5000
  25)   0.0000   0.5000   64.14   1.516330
  26)   0.0000   Bf
[非球面数据]
表面数7
κ＝-0.8297
C2＝0.00000E+00
C4＝-1.64610E-04
C6＝-3.52760E-06
C8＝1.97330E-07
C10＝-8.99180E-09
表面数9
κ＝1.0068
C2＝0.00000E+00
C4＝-3.52690E-04
C6＝-3.57830E-06
C8＝-1.68940E-07
C10＝0.00000E+00
[变焦数据]
  W   M   T
  D1   13.43483   6.14406   1.19996
  D2   1.20001   7.56362   1.20001
  D3   3.56874   4.49591   15.80361
[聚焦数据]
拍摄距离＝1.5m
  W   M   T
  D1   13.38889   6.23254   1.32900
  D2   1.20001   7.38665   1.20001
  D3   3.61468   4.58439   15.67457
[条件表达式的值]
f2/f3＝0.106456
nd1  ＝1.882997
nd2  ＝1.882997
图16表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图17表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图18表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于无限远时的各种像差曲线。图19表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在广角端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。图20表示根据本发明第一实施例的实例2中的变焦透镜系统在中等焦距态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。图21表示根据本发明第一实施例的实例3中的变焦透镜系统在远摄端态聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线。
从各条曲线中显见，根据实例3的变焦透镜系统，作为良好地校正了从广角端态到远摄端态的每种焦距态中的各种像差的结果，表现出了优良的光学性能。
在每个实例中，任何透镜组的任何表面都可以做成衍射光学表面。在所有的透镜组中，任何透镜元件都可以做成折射率渐变透镜(GRIN透镜)或塑料透镜。在所有的透镜组中，通过垂直于光轴或沿以某一点为中心的曲线移动任意透镜组的一部分或任何透镜组，变焦透镜系统都可以做成震动减轻的透镜。
顺便说一下，无需赘述，虽然本发明第一实施例的实例以四透镜组结构为例表示了变焦透镜系统，但对四透镜组结构简单增加透镜组的变焦透镜系统也包含在本发明的实质中。而且在每个透镜组的结构中，对实例所示的透镜组简单加入额外的透镜元件也包含在本发明的实质和范围之内。
[第二实施例]
下面解释根据本发明第二实施例的变焦透镜系统。
根据本发明第二实施例的变焦透镜系统从物侧起沿光轴包括：具有负折射光焦度的第一透镜组，具有正折射光焦度的第二透镜组，具有正折射光焦度的第三透镜组和具有正折射光焦度的第四透镜组。在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时，第一透镜组和第二透镜组总是固定。在从广角端态向远摄端态变焦时，第二透镜组和第三透镜组分别移动。在从无限远向近物聚焦时，第二透镜组和第三透镜组分别移动。在从无限远向近物聚焦时，虽然在广角端态和远摄端态中第二透镜组和第三透镜组整体沿光轴移动，但在广角端态中的移动方向与在远摄端态中的移动方向相反。在其它焦距态中，第二透镜组和第三透镜组在彼此相反的方向上沿光轴移动。用于折转光路的光路折转光学装置设置在第一透镜组中。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，因为在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的，而该第一透镜组是变焦透镜系统中设置在最靠近物侧的最大透镜组，所以机械结构可以很简单。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，因为通过除作为最大透镜组的第一透镜组之外的多个透镜组进行变焦，所以可以采用小于前一个的驱动器。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，因为第二透镜组和第三透镜组在聚焦时分别立即移动，所以用于变焦的驱动器可以用于聚焦，以至于驱动器的数量可以减少。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，通过在聚焦时利用两个透镜组，可以在改变拍摄距离时保持优良的光学性能。通过这种结构，用于聚焦的每个透镜组的移动量可以保持得比通过任一透镜组执行聚焦时的情形小，以至于变焦透镜系统的总长度可以很小。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，从无限远聚焦于近物时，第二透镜组和第三透镜组分别移动，第二透镜组和第三透镜组在广角端态和远摄端态中沿光轴整体移动，并且在广角端态的移动方向与在远摄端态的移动方向相反，第二透镜组和第三透镜组在其它焦距态时以彼此相反的方向沿光轴移动。因此，可以在各种焦距态保持最佳的聚焦特性。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，光路折转光学装置设置在第一透镜组中，并且优选满足下列条件表达式(2)和(4)：
1.70＜nd1          (2)
nd1≤nd2           (4)
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜的折射率。
条件表达式(2)定义了光路折转光学装置的折射率的适当范围。当值nd1等于或低于条件表达式(2)的下限时，折转光学装置的尺寸变大，并且变焦透镜系统整体变大，以至于不理想。为了确保本发明的效果，优选条件表达式(2)的下限为1.75。为了进一步确保本发明的效果，优选条件表达式(2)的下限设置为1.80。
条件表达式(4)定义了光路折转光学装置和设置在光路折转光学装置物侧的透镜的折射率的适当范围。当光路折转光学装置的折射率大于设置在光路折转光学装置物侧的透镜的折射率时，设置在光路折转光学装置物侧的透镜的有效直径变大。结果，光路折转光学装置的尺寸必然很大，以至于很难缩小变焦透镜系统。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，第二透镜组从物侧起由具有正折射光焦度的单透镜、胶合负透镜和具有正折射光焦度的单透镜组成，并且优选满足下列条件表达式(5)：
0.1＜f21/(-f22)＜1.0             (5)
此处，f21表示具有正折射光焦度的最物侧单透镜的焦距，f22表示具有负折射光焦度的胶合透镜的焦距。
条件表达式(5)是用于适当地分布第二透镜组中的光焦度分布。当比值f21/(-f22)等于或超过条件表达式(5)的上限时，校正球差的能力变得过低，以至于光学性能变差。另一方面，当比值f21/(-f22)等于或低于条件表达式(5)的下限时，校正像散和彗差的能力变得过低，以至于光学性能变差，并且具有正折射光焦度的最靠近物侧单透镜的容限变小。结果，变焦透镜系统变得难以制造。为了确保本发明的效果，优选将条件表达式(5)的下限设置为0.5，上限设置为0.9。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，优选将调节光量的孔径光阑设置成最靠近第二透镜组的物侧，并在变焦时与第二透镜组一起移动。因此，很难执行光量的调节。
另一方面，当变焦时孔径光阑固定，必需制备用于保持孔径光阑的元件以确保光学系统中用于该元件的空间。结果，总透镜长度变长，以至于很不理想。
在根据本发明第二实施例得变焦透镜系统中，优选第一透镜组中最靠近像侧的透镜为非球面透镜。通过这种结构，可以很好的校正变焦时产生的畸变。而且可以保持第一透镜组较小。
另一方面，当第一透镜组中的最靠近像侧的透镜不是非球面透镜时，因为第一透镜组在变焦时固定，所以很难很好的校正第一透镜组中产生的场曲率，以至于不能实现所需的光学性能。
在根据本发明第二实施例的变焦透镜系统中，优选第二透镜组中最靠近物侧的透镜为非球面透镜。通过这种结构，可以很好的校正整个变焦范围内的球差和彗差。
另一方面，当第二透镜组中最靠近物侧的透镜不是非球面透镜时，很难很好的校正第二透镜组中产生的球差和像散。以至于不能实现所需的光学性能。
下面参考附图解释根据本发明第二实施例的变焦透镜系统的每一实例。
<实例4>
图22是根据本发明第二实施例的实例4的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(T)表示远摄端态。
在图22中，根据第二实施例的实例4的变焦透镜系统从物侧起沿光轴由以下元件组成：具有负折射光焦度的第一透镜组G1，具有正折射光焦度的第二透镜组G2，具有正折射光焦度的第三透镜组G3和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。当从广角端态W变焦为远摄端态T并聚焦时，第一透镜组G1和第四透镜组G4总是固定。当从广角端态W变焦为远摄端态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3移动。当从无限远(∞)聚焦于近物时，第二透镜组G2和第三透镜组G3分别移动。光学低通滤波器LPF和用于设置在像平面I上的固态成像装置的盖玻片CG设置在第四透镜组G4和像平面I之间。顺便说一下，摄影胶片可以设置在像平面I上以代替成像装置。在此情况下，盖玻片CG不是必需的。
用于折转光路大致90°的棱镜P包含在第一透镜组G1中。棱镜P表现为一个延伸光路为直线的平面平行板。光路的折转角不必一定为90°，可以根据设计而改变。可以用反射镜代替棱镜P。
对第一透镜组G1的最像侧的透镜表面和第二透镜组G2的最物侧的透镜表面应用各自的非球面表面。通过这种方式构成第二实施例中实例4的变焦透镜系统。
图31表示在根据第二实施例每个实例的变焦透镜系统的每种焦距态中第二透镜组G2和第三透镜组G3从无限远(∞)向近物聚焦时的移动方向，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
如图31所示，在从无限远(∞)向近物聚焦时，第二透镜组G2和第三透镜组G3在广角端态下沿光轴整体地向物体移动，第二透镜组G2和第三透镜组G3在远摄端态下沿光轴整体的向像侧移动，并且在其它焦距态(如中等焦距态M)第二透镜组G2向像侧移动而第三透镜组G3向物体移动。
与实例4有关的各种值列于表4。
表4
[规格]
  W   M   T
  f＝   5.94504   10.00000   16.86433
  Bf＝   0.60401(常数)
  FNO＝   2.93733   3.93125   5.34175
  ω＝   34.06406°   20.48995°   12.21280°
[透镜数据]
  r   d   v   n
  1)   21.9689   0.8000   40.77   1.883000
  2)   6.1015   1.6500
  3)   0.0000   7.7000   46.58   1.804000
  4)   0.0000   0.3000
  5)   -25.0938   0.8000   40.77   1.883000
  6)   42.3960   1.8000   24.06   1.821140
  7*)   -20.4320   (D1)
  8＞   0.0000   0.0000   孔径光阑S
  9*)   7.6923   2.1000   61.18   1.589130
  10)   -24.9919   0.2000
  11)   12.7999   2.0000   81.61   1.497000
  12)   -12.7999   1.7000   36.26   1.620040
  13)   5.2389   0.8000
  14)   23.5381   1.2000   55.34   1.677900
  15)   131.5104   (D2)
  16)   9.9222   1.3000   81.61   1.497000
  17)   25.8023   0.2000
  18)   8.3050   1.2000   25.43   1.805180
  19)   6.5377   (D3)
  20)   9.2034   0.8000   54.84   1.691000
  21)   6.4052   0.8500
  22)   16.7948   2.0000   61.18   1.589130
  23)   -16.7948   0.3000
  24)   0.0000   1.5200   70.51   1.544370
  25)   0.0000   0.5217
  26)   0.0000   0.5000   64.14   1.516330
  27)   0.0000   (Bf)
[非球面数据]
表面数7
κ＝-7.3287
C2＝0.00000E-00
C4＝-2.36400E-04
C6＝-5.27710E-07
C8＝-1.74530E-08
C10＝0.00000E-00
表面数9
κ＝-0.0148
C2＝0.00000E-00
C4＝-4.02620E-06
C6＝+3.32450E-07
C8＝-7.80010E-09
C10＝0.00000E-00
[变焦数据]
  W   M   T
  D1   13.77611   6.54611   1.02611
  D2   1.05409   6.61129   0.95529
  D3   2.88206   4.55486   15.73086
[聚焦数据]
拍摄距离＝1.5m
  W   M   T
  D1   13.72629   6.62877   1.16493
  D2   1.05409   6.44598   0.95529
  D3   2.93188   4.63752   15.59204
[条件表达式的值]
nd1       ＝1.80400
nd2       ＝1.88300
f21/(-f22)＝0.806036
图23A、23B和23C表示根据本发明第二实施例的实例4中的变焦透镜系统在聚焦于无限远时的各种像差曲线，其中图23A表示广角端态，图23B表示中等焦距态，图23C表示远摄端态。
图24A、24B和24C表示根据本发明第二实施例的实例4中的变焦透镜系统在聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线，其中图24A表示广角端态，图24B表示中等焦距态，图24C表示远摄端态。
从各条曲线中显见，根据实例4的变焦透镜系统，作为良好地校正了从广角端态到远摄端态的每种焦距态中的各种像差的结果，表现出了优良的光学性能。
<实例5>
图25是根据本发明第二实施例的实例5的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(T)表示远摄端态。
在图25中，根据第二实施例的实例5的变焦透镜系统从物侧起沿光轴由以下元件组成：具有负折射光焦度的第一透镜组G1，具有正折射光焦度的第二透镜组G2，具有正折射光焦度的第三透镜组G3和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。当从广角端态W变焦为远摄端态T并聚焦时，第一透镜组G1和第四透镜组G4总是固定。当从广角端态W变焦为远摄端态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3移动。当从无限远(∞)聚焦于近物时，第二透镜组G2和第三透镜组G3分别移动。光学低通滤波器LPF和用于设置在像平面I上的固态成像装置的盖玻片CG设置在第四透镜组G4和像平面I之间。顺便说一下，摄影胶片可以设置在像平面I上以代替成像装置。在此情况下，盖玻片CG不是必需的。
用于折转光路大致90°的棱镜P包含在第一透镜组G1中。棱镜P表现为一个延伸光路为直线的平面平行板。光路的折转角不必一定为90°，可以根据设计而改变。可以用反射镜代替棱镜P。
对第一透镜组G1的最像侧的透镜表面和第二透镜组G2的最物侧的透镜表面应用各自的非球面表面。通过这种方式构成第二实施例中实例5的变焦透镜系统。
图31表示在根据第二实施例每个实例的变焦透镜系统的每种焦距态中从无限远(∞)向近物聚焦时第二透镜组G2和第三透镜组G3的移动方向，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
如图31所示，在从无限远(∞)向近物聚焦时，第二透镜组G2和第三透镜组G3在广角端态下沿光轴整体地向物体移动，第二透镜组G2和第三透镜组G3在远摄端态下沿光轴整体的向像侧移动，并且在其它焦距态(如中等焦距态M)第二透镜组G2向像侧移动而第三透镜组G3向物体移动。
与实例5有关的各种值列于表5。
表5
[规格]
  W   M   T
  f＝   5.943801   10.00000   16.83398
  Bf＝   0.59168(常数)
  FNO＝   2.81327   3.75683   5.08111
  ω＝   34.06642°   20.46488°   12.23899°
[透镜数据]
  r   d   v   n
  1)   21.9689   0.8000   40.77   1.883000
  2)   6.1015   1.6500
  3)   0.0000   7.5000   40.77   1.883000
  4)   0.0000   0.3000
  5)   -25.0938   0.8000   40.77   1.883000
  6)   42.3960   1.8000   24.06   1.821140
  7*)   -20.3866   (D1)
  8＞   0.0000   0.0000   S
  9*)   7.5092   2.0000   61.18   1.589130
  10)   -25.9681   0.2000
  11)   12.7999   2.0000   81.61   1.497000
  12)   -12.7999   1.5000   36.26   1.620040
  13)   5.2389   1.0000
  14)   25.6840   1.2000   55.34   1.677900
  15)   417.9839   (D2)
  16)   10.6526   1.3000   81.61   1.497000
  17)   28.1536   0.2000
  18)   7.9033   1.2000   25.43   1.805180
  19)   6.3799   (D3)
  20)   9.8324   0.8000   53.03   1.648500
  21)   6.4986   0.8000
  22)   14.8580   1.9000   61.18   1.589130
  23)   -18.3676   0.3000
  24)   0.0000   1.6600   70.51   1.544370
  25)   0.0000   0.4418
  26)   0.0000   0.5000   64.14   1.516330
  27)   0.0000   (Bf)
[非球面数据]
表面数7
κ＝-1.9459
C2＝0.00000E-00
C4＝-1.55420E-04
C6＝-2.16590E-06
C8＝+2.64920E-08
C10＝0.00000E-00
表面数9
κ＝+0.0245
C2＝0.00000E-00
C4＝+6.41790E-06
C6＝-9.14700E-07
C8＝+4.90330E-08
C10＝+0.00000E-00
[变焦数据]
  W   M   T
  D1   13.74447   6.49447   0.99447
  D2   1.02696   6.56876   0.95876
  D3   3.97486   5.68306   16.79306
[聚焦数据]
拍摄距离＝1.5m
  W   M   T
  D1   13.69492   6.57633   1.13386
  D2   1.02696   6.40504   0.95876
  D3   4.02442   5.76492   16.65367
[条件表达式的值]
nd1       ＝1.80400
nd2       ＝1.88300
f21/(-f22)＝0.801237
图26A、26B和26C表示根据本发明第二实施例的实例5中的变焦透镜系统在聚焦于无限远时的各种像差曲线，其中图26A表示广角端态，图26B表示中等焦距态，图26C表示远摄端态。
图27A、27B和27C表示根据本发明第二实施例的实例5中的变焦透镜系统在聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线，其中图27A表示广角端态，图27B表示中等焦距态，图27C表示远摄端态。
从各条曲线中显见，根据实例5的变焦透镜系统，作为良好地校正了从广角端态到远摄端态的每种焦距态中的各种像差的结果，表现出了优良的光学性能。
<实例6>
图28是根据本发明第二实施例的实例6的变焦透镜系统的透镜分布简图，其中(W)表示广角端态，(T)表示远摄端态。
在图28中，根据第二实施例的实例6的变焦透镜系统从物侧起沿光轴由以下元件组成：具有负折射光焦度的第一透镜组G1，具有正折射光焦度的第二透镜组G2，具有正折射光焦度的第三透镜组G3和具有正折射光焦度的第四透镜组G4。当从广角端态W变焦为远摄端态T并聚焦时，第一透镜组G1和第四透镜组G4总是固定。当从广角端态W变焦为远摄端态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3移动。当从无限远(∞)聚焦于近物时，第二透镜组G2和第三透镜组G3分别移动。光学低通滤波器LPF和用于设置在像平面I上的固态成像装置的盖玻片CG设置在第四透镜组G4和像平面I之间。顺便说一下，摄影胶片可以设置在像平面I上以代替成像装置。在此情况下，盖玻片CG不是必需的。
用于折转光路大致90°的棱镜P包含在第一透镜组G1中。棱镜P表现为一个延伸光路为直线的平面平行板。光路的折转角不必一定为90°，可以根据设计而改变。可以用反射镜代替棱镜P。
对第一透镜组G1的最像侧的透镜表面和第二透镜组G2的最物侧的透镜表面应用各自的非球面表面。通过这种方式构成第二实施例中实例6的变焦透镜系统。
图31表示在根据第二实施例每个实例的变焦透镜系统的每种焦距态中第二透镜组G2和第三透镜组G3从无限远(∞)向近物聚焦时的移动方向，其中(W)表示广角端态，(M)表示中等焦距态，(T)表示远摄端态。
如图31所示，在从无限远(∞)向近物聚焦时，第二透镜组G2和第三透镜组G3在广角端态下沿光轴整体地向物体移动，第二透镜组G2和第三透镜组G3在远摄端态下沿光轴整体的向像侧移动，并且在其它焦距态(如中等焦距态M)第二透镜组G2向像侧移动而第三透镜组G3向物体移动。
与实例6有关的各种值列于表6。
表6
[规格]
  W   M   T
  f＝   5.94310   9.99999   16.81000
  Bf＝   0.60190(常数)
  FNO＝   2.79763   3.72589   5.02097
  ω＝   34.02240°   20.45894°   12.22181°
[透镜数据]
  r   d   v   n
  1)   23.0203   0.8000   0.77   1.883000
  2)   6.1243   1.6500
  3)   0.0000   7.5000   0.77   1.883000
  4)   0.0000   0.3000
  5)   -26.2312   0.8000   0.77   1.883000
  6)   40.3324   1.4000   3.86   1.839170
  7*)   -20.8793   (D1)
  8＞   0.0000   0.0000   孔径光阑S
  9*)   7.5140   2.0000   1.24   1.589130
  10)   -25.3463   0.2000
  11)   13.2531   1.9000   1.61   1.497000
  12)   -12.8026   1.6000   6.26   1.620040
  13)   5.3204   1.0000
  14)   37.4661   1.2000   5.34   1.677900
  15)   -95.8287   (D2)
  16)   10.2161   1.3000   1.61   1.497000
  17)   26.6800   0.2000
  18)   8.2222   1.2000   5.43   1.805180
  19)   6.5737   (D3)
  20)   10.2170   0.8000   3.03   1.648500
  21)   6.5000   0.8000
  22)   12.8369   1.8000   0.69   1.563840
  23)   -19.0732   0.3000
  24)   0.0000   1.6600   0.51   1.544370
  25)   0.0000   0.5000
  26)   0.0000   0.5000   4.14   1.516330
  27)   0.0000   (Bf)
[非球面数据]
表面数7
κ＝4.1968
C2＝0.00000E-00
C4＝-6.91340E-05
C6＝-2.83040E-06
C8＝+8.07010E-08
C10＝0.00000E-00
表面数9
κ＝1.1999
C2＝0.00000E-00
C4＝-3.43590E-04
C6＝-5.09820E-06
C8＝0.00000E-00
C10＝0.00000E-00
[变焦数据]
  W   M   T
  D1   13.85037   6.60079   1.09649
  D2   1.09937   6.59722   1.09937
  D3   3.98554   5.73728   16.73947
[聚焦数据]
拍摄距离＝1.5m
  W   M   T
  D1   13.59376   6.60079   1.09649
  D2   1.35598   6.43498   0.76960
  D3   3.98554   5.89952   17.06924
[条件表达式的值]
nd1       ＝1.88300
nd2       ＝1.88300
f21/(-f22)＝0.79899
图29A、29B和29C表示根据本发明第二实施例的实例6中的变焦透镜系统在聚焦于无限远时的各种像差曲线，其中图29A表示广角端态，图29B表示中等焦距态，图29C表示远摄端态。
图30A、30B和30C表示根据本发明第二实施例的实例6中的变焦透镜系统在聚焦于1.5m的拍摄距离时的各种像差曲线，其中图30A表示广角端态，图30B表示中等焦距态，图30C表示远摄端态。
从各条曲线中显见，根据实例6的变焦透镜系统，作为良好地校正了从广角端态到远摄端态的每种焦距态中的各种像差的结果，表现出了优良的光学性能。
如上所述，考虑到用在变焦透镜的有限空间，本发明能够提供一种变焦比不小于2.5的具有较高光学性能的超袖珍变焦透镜系统，该变焦透镜系统适用于利用固态成像装置的摄像机和电子静态相机。
在每个实例中，任何透镜组的任何表面都可以做成衍射光学表面。在所有的透镜组中，任何透镜元件都可以做成折射率渐变透镜(GRIN透镜)或塑料透镜。在所有的透镜组中，通过垂直于光轴或沿以某一点为中心的曲线移动任意透镜组的一部分或任何透镜组，变焦透镜系统都可以做成震动减轻的透镜。
顺便说一下，无需赘述，虽然本发明第一实施例的实例以四透镜组结构为例表示了变焦透镜系统，但对四透镜组结构简单增加透镜组的变焦透镜系统也包含在本发明的实质中。而且在每个透镜组的结构中，对实例所示的透镜组简单加入透镜元件也包含在本发明的实质和范围之内。
本发明的其它优点和改型对于本领域的技术人员来说也是很容易的。因此，本发明的范围不限于在此给出的代表性装置和具体细节。在不脱离本发明由权利要求及其等同物限定的范围和实质的前提下，可以对本发明做各种改型。

Claims (21)

1.一种变焦透镜系统，从物侧起沿光轴包括：
具有负折射光焦度的第一透镜组；
具有正折射光焦度的第二透镜组；
具有正折射光焦度的第三透镜组；和
至少一个具有正折射光焦度的透镜组，
在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的，
在从广角端态向远摄端态变焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动，
在聚焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动。
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表达式：
0.05＜f2/f3＜0.50
此处，f2表示第二透镜组的焦距，f3表示第三透镜组的焦距。
3.如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征在于光路折转光学装置设置在第一透镜组中，并且满足下列条件表达式：
1.70＜nd1
nd1＝nd2
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜元件的折射率。
4.如权利要求3所述的变焦透镜系统，其特征在于在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时最靠近像侧的透镜组总是固定的。
5.如权利要求4所述的变焦透镜系统，其特征在于孔径光阑设置在第二透镜组的最靠近物侧，并且该孔径光阑与第二透镜组在变焦时一起移动。
6.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于光路折转光学装置设置在第一透镜组中，并且满足下列条件表达式：
1.70＜nd1
nd1＝nd2
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜元件的折射率。
7.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时最靠近像侧的透镜组总是固定的。
8.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于孔径光阑设置在第二透镜组的最靠近物侧，并且该孔径光阑与第二透镜组在变焦时一起移动。
9.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至少包括一个非球面。
10.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至少包括一个非球面。
11.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于在从广角端态向远摄端态变焦时移动的多个透镜组与聚焦时移动的透镜组相同。
12.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时移动的多个透镜组仅为第二透镜组和第三透镜组。
13.一种变焦透镜系统，从物侧起沿光轴包括：
第一透镜组；和
多个透镜组；
在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组总是固定的，
在从广角端态向远摄端态变焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动；
在聚焦时除第一透镜组之外的多个透镜组分别移动。
14.一种变焦透镜系统，从物侧起沿光轴包括：
具有负折射光焦度的第一透镜组；
具有正折射光焦度的第二透镜组；
具有正折射光焦度的第三透镜组；和
具有正折射光焦度的第四透镜组，
在从广角端态向远摄端态变焦并聚焦时第一透镜组和第四透镜组总是固定的，
在从广角端态向远摄端态变焦时第二透镜组和第三透镜组分别移动，
在从无限远向近物聚焦时第二透镜组和第三透镜组分别移动，使得第二透镜组和第三透镜组在广角端态和远摄端态下沿光轴整体移动，第二透镜组和第三透镜组在广角端态下的移动方向与在远摄端态下的移动方向相反，并且第二透镜组和第三透镜组在其它焦距态下沿光轴以彼此相反的方向移动，和
光路折转光学装置包含在第一透镜组中。
15.如权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于满足下列的条件表达式：
1.7＜nd1
nd1≤nd2
此处，nd1表示光路折转光学装置的折射率，nd2表示设置在光路折转光学装置物侧的透镜元件的折射率。
16.如权利要求15所述的变焦透镜系统，其特征在于第二透镜组从物侧起由下列元件组成：具有正折射光焦度的单透镜，具有负折射光焦度的胶合透镜，和具有正折射光焦度的单透镜，并且满足下列条件表达式：
0.1＜f21/(-f22)＜1.0
此处，f21表示具有正折射光焦度的最靠近物侧的单透镜的焦距，f22表示胶合透镜的焦距。
17.如权利要求16所述的变焦透镜系统，其特征在于孔径光阑设置在第二透镜组的最靠近物侧，并在变焦时与第二透镜组一起移动。
18.如权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于第二透镜组从物侧起由下列元件组成：具有正折射光焦度的单透镜，具有负折射光焦度的胶合透镜，和具有正折射光焦度的单透镜，并且满足下列条件表达式：
0.1＜f21/(-f22)＜1.0
此处，f21表示具有正折射光焦度的最靠近物侧的单透镜的焦距，f22表示胶合透镜的焦距。
19.如权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于孔径光阑设置在第二透镜组的最靠近物侧，并在变焦时与第二透镜组一起移动。
20.如权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于第一透镜组最靠近像侧的透镜是非球面透镜。
21.如权利要求14所述的变焦透镜系统，其特征在于第二透镜组最靠近物侧的透镜是非球面透镜。
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