分案声明
本申请是申请日为2014年1月22日、发明名称为“变焦镜头、光学设备和用于该变焦镜头的制造方法”、申请号为：201480005885.2的中国发明专利申请的分案申请。
本发明涉及一种变焦镜头和一种光学设备，其理想地用于数字静态照相机等，以及一种用于该变焦镜头的制造方法。
技术背景
近年来，在性能和紧凑性方面，使用固态图像传感器的像捕捉设备(照相机)，诸如数字静态照相机和数字摄影机已经快速地发展。对于这些像捕捉设备，变焦镜头通常用于像捕捉镜头。如果使用变焦镜头，则使用者能够容易地在对于像捕捉条件而言最佳的视角下拍摄照片。对于变焦镜头，视角越宽，强烈地要求越大的孔径比和越高的变焦比从而扩大照相机的像捕捉区域。为此，已经提出了在广角端状态中具有广视角和足够的亮度并且能够执行远距摄影的各种变焦镜头(例如见专利文献1)。
现有技术列表
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报no.2011-107312(a)
技术实现要素：
本发明所要解决的问题
然而，传统的变焦镜头并不满足理想的光学性能。
鉴于前述，本发明的一个目的在于提供具有理想的光学性能、带有广视角、大孔径比和高变焦比的一种变焦镜头和一种光学设备，和一种用于该变焦镜头的制造方法。
问题解决方案
为了实现这个目的，根据本发明的变焦镜头是这样一种变焦镜头，该变焦镜头沿着光轴按照从物体的次序，由以下构成：具有负光焦度的第一透镜组；具有正光焦度的第二透镜组；和具有正光焦度的第三透镜组。在从广角端状态到远摄端状态变焦时，至少第一透镜组和第二透镜组沿着光轴移动，从而在第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，并且在第二透镜组和第三透镜组之间的距离增加，第一透镜组包括一个正透镜，第二透镜组包括至少一个负透镜，并且以下条件表达式得以满足：
2.00<nd1<2.50
2.00<nd2<2.50
16.0<νd1<20.0
这里，nd1表示第一透镜组的正透镜在d线处的折射率，nd2表示第二透镜组的至少一个负透镜在d线处的折射率，并且νd1表示第一透镜组的正透镜在d线处的阿贝数。
在这个变焦镜头中，优选的是用于确定f数的可变光阑靠近第二透镜组的物体侧置放。
在这个变焦镜头中，优选的是第二透镜组包括一个负透镜作为该至少一个负透镜。
在这个变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：
3.20<nd2+(0.05×νd2)<3.70
这里，νd2表示第二透镜组的至少一个负透镜在d线处的阿贝数。
在这个变焦镜头中，优选的是第二透镜组包括置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面是非球面。
在这个变焦镜头中，优选的是第二透镜组包括置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面是其曲率半径沿着从光轴到透镜周边的方向增加的非球面。
在这个变焦镜头中，优选的是第二透镜组包括置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面是其曲率半径沿着从光轴到透镜周边的方向增加的非球面，并且以下条件表达式得以满足：
0.018<x×ymax/(fw×tlw)<0.040
这里，x表示置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面的有效直径的最大垂度，ymax表示变焦镜头在广角端状态中的最大像高，fw表示变焦镜头在广角端状态中的焦距；并且tlw表示变焦镜头在广角端状态中的全长。
在这个变焦镜头中，优选的是第二透镜组包括置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且以下条件表达式得以满足：
0.60<f2f/f2<1.10
这里，f2f表示置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜的焦距，并且f2表示第二透镜组的焦距。
在这个变焦镜头中，优选的是第二透镜组包括置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且以下条件表达式得以满足：
2.60<nd2f+(0.02×νd2f)<3.00
1.65<nd2f<1.85
这里，nd2f表示置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜在d线处的折射率，并且νd2f表示置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜在d线处的阿贝数。
在这个变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：
1.80<ft/(-f1)<2.40
这里，ft表示变焦镜头在远摄端状态中的焦距，并且f1表示第一透镜组的焦距。
在这个变焦镜头中，优选的是以下条件表达式得以满足：
0.95<f2/(fw×ft)1/2<1.25
这里，f2表示第二透镜组的焦距，fw表示变焦镜头在广角端状态中的焦距，并且ft表示变焦镜头在远摄端状态中的焦距。
在这个变焦镜头中，优选的是，第一透镜组沿着光轴按照从物体的次序，由一个负透镜和一个正透镜构成。
在这个变焦镜头中，优选的是置放在第一透镜组中的最靠近物体的位置中的透镜具有非球面。
在这个变焦镜头中，优选的是置放在第一透镜组中的最靠近像的位置中的透镜具有非球面。
在这个变焦镜头中，优选的是，第二透镜组沿着光轴按照从物体的次序，包括第一正透镜、第二正透镜和负透镜。
在这个变焦镜头中，优选的是，第二透镜组沿着光轴按照从物体的次序，包括第一正透镜、第二正透镜、负透镜和第三正透镜。
在这个变焦镜头中，优选的是，第二透镜组沿着光轴按照从像的次序包括正透镜和负透镜。
根据本发明的光学设备是一种具有在预定表面上形成物体的像的变焦镜头，并且使用根据本发明的变焦镜头用于变焦镜头的光学设备。
根据本发明的一种用于变焦镜头的制造方法包括：沿着光轴按照从物体的次序，置放具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组，和具有正光焦度的第三透镜组；在从广角端状态到远摄端状态变焦时沿着光轴移动至少第一透镜组和第二透镜组，从而在第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，并且在第二透镜组和第三透镜组之间的距离增加；置放一个正透镜作为第一透镜组；置放至少一个负透镜作为第二透镜组；并且允许以下条件表达式得以满足：
2.00<nd1<2.50
2.00<nd2<2.50
16.0<νd1<20.0
这里，nd1表示第一透镜组的正透镜在d线处的折射率，nd2表示第二透镜组的至少一个负透镜在d线处的折射率，并且νd1表示第一透镜组的正透镜在d线处的阿贝数。
在用于变焦镜头的这个制造方法中，优选的是以下条件表达式得以满足：
3.20<nd2+(0.05×νd2)<3.70
这里，νd2表示第二透镜组的至少一个负透镜在d线处的阿贝数。
在用于变焦镜头的这个制造方法中，优选的是正透镜置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中，并且以下条件表达式得以满足：
0.60<f2f/f2<1.10
这里，f2f表示置放在第二透镜组中的最靠近物体的位置中的正透镜的焦距，并且f2表示第二透镜组的焦距。
在用于变焦镜头的这个制造方法中，优选的是以下条件表达式得以满足：
1.80<ft/(-f1)<2.40
这里，ft表示变焦镜头在远摄端状态中的焦距，并且f1表示第一透镜组的焦距。
在用于变焦镜头的这个制造方法中，优选的是以下条件表达式得以满足：
0.95<f2/(fw×ft)1/2<1.25
这里，f2表示第二透镜组的焦距，fw表示变焦镜头在广角端状态中的焦距，并且ft表示变焦镜头在远摄端状态中的焦距。
本发明的有利效果
根据本发明，能够在广视角、大孔径和高变焦比下实现理想的光学性能。
附图简要说明
图1a示出在广角端状态中根据实例1的变焦镜头的镜头配置、图1b示出在中间焦距状态中的镜头配置，并且图1c示出在远摄端状态中的镜头配置；
图2a是示出在广角端状态中在于无穷远上聚焦时根据实例1的变焦镜头的各种像差的一组曲线图、图2b是示出在中间焦距状态中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，并且图2c是示出在远摄端状态中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图；
图3a示出在广角端状态中根据实例2的变焦镜头的镜头配置、图3b示出在中间焦距状态中的镜头配置，并且图3c示出在远摄端状态中的镜头配置；
图4a是示出在广角端状态中在于无穷远上聚焦时根据实例2的变焦镜头的各种像差的一组曲线图、图4b是示出在中间焦距状态中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，并且图4c是示出在远摄端状态中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图；
图5a示出在广角端状态中根据实例3的变焦镜头的镜头配置、图5b示出在中间焦距状态中的镜头配置，并且图5c示出在远摄端状态中的镜头配置；
图6a是示出在广角端状态中在于无穷远上聚焦时根据实例3的变焦镜头的各种像差的一组曲线图、图6b是示出在中间焦距状态中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，并且图6c是示出在远摄端状态中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图；
图7a是数字静态照相机的前视图，并且图7b是数字静态照相机的后视图；
图8是沿着由图7a中的箭头标记a-a’示意的线的截面视图；并且
图9是描绘用于变焦镜头的制造方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。图7和图8示出包括根据本发明的变焦镜头的数字静态照相机cam。图7a示出数字静态照相机cam的前视图，并且图7b示出数字静态照相机cam的后视图。图8是沿着由图7a中的箭头标记a-a’示意的线的截面视图。
如果在图7所示数字静态照相机cam上按下电力按钮(未被示意)，则像捕捉镜头(zl)的快门(未被示意)被释放，并且来自物体的光被像捕捉镜头(zl)收集，并且在置放在图8所示像平面i上的成像元件c(例如ccd、cmos)上形成图像。在成像元件c上形成的物体图像显示在置放在数字静态照相机cam的背部上的液晶监视器m上。使用者在观察液晶监视器m时确定物体图像的构图，然后按下释放按钮b1以利用成像元件捕捉物体图像，并且将其存储在存储器(未被示意)中。
像捕捉镜头由在以后述及的、根据在以后描述的实施例的变焦镜头zl构成。数字静态照相机cam具有当物体暗时发射辅助光的辅助发光单元dl、用于从广角端状态(w)到远摄端状态(t)变焦像捕捉镜头(变焦镜头zl)的广角(w)-远摄(t)按钮b2，和用于为数字静态照相机cam设定各种条件等的功能按钮b3。
变焦镜头zl例如是负先行(negative-lead)型变焦镜头，如在图1中所示，该变焦镜头沿着光轴按照从物体的次序，由以下构成：整体上具有负光焦度的第一透镜组g1、整体上具有正光焦度的第二透镜组g2，和整体上具有正光焦度的第三透镜组g3。第二透镜组g2是变焦单元和主透镜组，并且第一透镜组g1是补偿器组。第三透镜组g3相对于成像元件优化变焦镜头系统的出瞳位置，并且校正第一透镜组g1和第二透镜组g2不能校正的残余像差。在从广角端状态到远摄端状态变焦时，至少第一透镜组g1和第二透镜组g2沿着光轴移动，从而在第一透镜组g1和第二透镜组g2之间的距离减小，并且在第二透镜组g2和第三透镜组g3之间的距离增加。
优选的是用于确定f数的可变光阑(虹彩光阑)s1靠近第二透镜组g2的物体侧置放。通过靠近第二透镜组g2的物体侧置放可变光阑，入射光瞳位置朝向物体移动，并且透镜的前透镜直径能够减小。
优选的是第一透镜组g1包括一个正透镜。第一透镜组g1整体上具有负光焦度，但是如果在第一透镜组g1中置放一个正透镜，则第一透镜组g1中的像差能够被充分地校正。
优选的是第二透镜组g2包括至少一个负透镜。第二透镜组g2整体上具有正光焦度，但是如果在第二透镜组g2中置放至少一个负透镜，则第二透镜组g2中的像差能够被充分地校正。
为了在具有这种配置的变焦镜头zl中连同变焦镜头的、更广的视角、更大的孔径比和更高的变焦比一起地实现良好的像差校正，优选的是以下条件表达式(1)得以满足：
2.00<nd1<2.50(1)
这里，nd1表示第一透镜组g1的正透镜在d线处的折射率。
条件表达式(1)用于理想地校正在第一透镜组g1中产生的球面像差。如果没有达到条件表达式(1)的下限，则变得难以校正远摄端状态中的球面像差，这是不理想的。如果超过条件表达式(1)的上限值，则佩兹伐和(petzvalsum)变得太小，并且不再能够同时地校正像散差和场曲，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(1)的下限值是2.05。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(1)的下限值是2.10。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(1)的上限值是2.40。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(1)的上限值是2.30。
在此情形中，优选的是以下条件表达式(2)得以满足：
2.00<nd2<2.50(2)
这里，nd2表示第二透镜组g2的至少一个负透镜在d线处的折射率。
条件表达式(2)用于理想地校正在第二透镜组g2中产生的球面像差、彗差和场曲。如果没有达到条件表达式(2)的下限，则球面像差、彗差和场曲增加，这是不理想的。如果超过条件表达式(2)的上限值，则佩兹伐和变得太大，并且不再能够同时地校正像散差和场曲，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(2)的下限值是2.05。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(2)的下限值是2.10。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(2)的上限值是2.40。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(2)的上限值是2.30。
在此情形中，还优选的是以下条件表达式(3)得以满足：
16.0<νd1<20.0(3)
这里，νd1表示第一透镜组g1的正透镜在d线处的阿贝数。
条件表达式(3)用于理想地校正第一透镜组g1的色差。如果超过条件表达式(3)的上限值，则色差的校正趋向于是不足的。如果这被以强制方式校正，则在第一透镜组g1中包括的正透镜的光焦度变得太强，并且在广角端状态中横向色差的校正变得困难，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(3)的下限值，则色差的校正变得过度，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(3)的下限值是17.0。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(3)的下限值是17.5。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(3)是上限值是19.5。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是第二透镜组g2包括一个负透镜作为上述的“至少一个负透镜”。这种配置使得组装和调节更加容易，并且防止由组装和调节误差引起的光学性能的劣化，这是理想的。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是以下条件表达式(4)得以满足：
3.20<nd2+(0.05×νd2)<3.70(4)
这里，νd2表示第二透镜组g2的至少一个负透镜在d线处的阿贝数。
条件表达式(4)用于带有良好平衡地校正纵向色差和场曲。如果超过条件表达式(4)的上限值，则在广角端状态中场曲的校正变得困难，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(4)的下限值，则在远摄端状态中纵向色差的校正变得困难，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(4)是下限值是3.3。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(4)的下限值是3.4。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(4)的上限值是3.6。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(4)的上限值是3.5。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是第二透镜组g2包括置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且置放在最靠近第二透镜组g2的位置中的正透镜的物体侧透镜表面是非球面。利用这种配置，能够充分地校正球面像差。
优选的是置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面是其曲率半径沿着从光轴到透镜周边的方向增加的非球面。利用这种配置，能够进而更好地校正球面像差。
在此情形中，优选的是以下表达式(5)得以满足：
0.018<x×ymax/(fw×tlw)<0.040(5)
这里，x表示置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面的有效直径中的最大垂度，ymax表示变焦镜头在广角端状态中zl的最大像高，fw表示变焦镜头在广角端状态中zl的焦距，并且tlw表示变焦镜头在广角端状态中zl的全长。
条件表达式(5)用于理想地校正随着光学系统的孔径比增加而增加的球面像差。在该实施例中，变焦镜头沿着光轴按照从物体的次序，由至少三个透镜组(负、正、正)构成。根据这种配置，在第一透镜组g1中发散的光束进入第二透镜组g2，因此球面像差的校正通常变得困难。因此如上所述，用于会聚由第一透镜组g1发散的光束的正透镜置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中，并且正透镜的物体侧透镜表面形成为其曲率半径沿着朝向透镜周边的方向增加的非球面，由此能够有效地校正球面像差。
条件表达式(5)还用于规定这个非球面透镜的垂度的适当范围。如果超过条件表达式(5)的上限值，则在广角端状态中球面像差的校正是困难的，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(5)的下限值，则当透镜的孔径比增加时，球面像差和彗差的校正是困难的，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(5)是下限值是0.020。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(5)的下限值是0.022。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(5)的上限值是0.036。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(5)的上限值是0.032。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是第二透镜组g2包括置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且以下条件表达式(6)得以满足：
0.60<f2f/f2<1.10(6)
这里，f2f表示置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜的焦距，并且f2表示第二透镜组g2的焦距。
正如条件表达式(5)，条件表达式(6)用于理想地校正随着光学系统的孔径比增加而增加的球面像差。如上所述，为了防止在于第一透镜组g1中发散的光束进入的第二透镜组g2中过度的球面像差，有必要向置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜提供适当的光焦度，从而发散的光束被会聚。
如果超过条件表达式(6)的上限值，则置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜的光焦度太弱，因此在第一透镜组g1中发散的光束不能被充分地会聚。结果，在第二透镜组g2中在这个正透镜随后的透镜中产生的球面像差增加，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(6)的下限值，则置放在最靠近第二透镜组g2的位置中的正透镜的光焦度太高，并且在这个正透镜自身中产生的球面像差增加。性能还由于在制造期间的偏心而下降，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(6)的下限值是0.65。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(6)的下限值是0.70。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(6)的上限值是1.00。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(6)的上限值是0.90。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是第二透镜组g2包括置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜，并且以下条件表达式(7)得以满足：
2.60<nd2f+(0.02×νd2f)<3.00(7)
这里，nd2f表示置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜在d线处的折射率，并且νd2f表示置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜在d线处的阿贝数。
条件表达式(7)用于理想地校正纵向色差。如果超过条件表达式(7)的上限值，则在远摄端状态中根据波长的球面像差差异的校正是困难的，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(7)的下限值，则纵向色差的校正变得不充分，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(7)的下限值是2.70。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(7)的下限值是2.75。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(7)的上限值是2.90。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(7)的上限值是2.85。
在此情形中，优选的是以下条件表达式(8)得以满足：
1.65<nd2f<1.85(8)
这里，nd2f表示置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜在d线处的折射率。
条件表达式(8)用于充分地校正纵向色差。如果超过条件表达式(8)的上限值，则玻璃的部分分散比(partialdispersionratio)变得不良，并且纵向色差的校正是困难的，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(8)的下限值，则球面像差和彗差的校正是困难的，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(8)的下限值是1.68。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(8)的下限值是1.70。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(8)的上限值是1.80。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(8)的上限值是1.77。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是以下条件表达式(9)得以满足：
1.80<ft/(-f1)<2.40(9)
这里，ft表示变焦镜头在远摄端状态中zl的焦距，并且f1表示第一透镜组g1的焦距。
条件表达式(9)用于规定第一透镜组g1的焦距的适当范围。如果超过条件表达式(9)的上限值，则在远摄端状态中球面像差的校正是困难的，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(9)的下限值，则在广角端状态中彗差的校正是困难的，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(9)的下限值是1.90。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(9)的下限值是1.95。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(9)的上限值是2.30。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(9)的上限值是2.20。
在这种配置的变焦镜头zl中，优选的是以下条件表达式(10)得以满足：
0.95<f2/(fw×ft)1/2<1.25(10)
这里，f2表示第二透镜组g2的焦距，fw表示变焦镜头在广角端状态中zl的焦距，并且ft表示变焦镜头在远摄端状态中zl的焦距。
条件表达式(10)用于规定第二透镜组g2的焦距的适当范围。如果超过条件表达式(10)的上限值，则在中间焦距状态中彗差的校正是困难的，这是不理想的。如果没有达到条件表达式(10)的下限值，则在远摄端状态中球面像差的校正是困难的，这是不理想的。
为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(10)的下限值是1.00。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(10)的下限值是1.05。为了充分地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(10)的上限值是1.20。为了进而如此地示范这个实施例的效果，优选的是条件表达式(10)的上限值是1.15。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是，第一透镜组g1沿着光轴按照从物体的次序，由以下构成：一个负透镜和一个正透镜。这是使用能够校正第一透镜组g1的色差、球面像差、彗差和像散的最小数目的透镜的镜头配置，并且是一种实现透镜的更小尺寸和更高性能这两者的实际方式。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是在第一透镜组g1中置放在最靠近物体的位置中的透镜具有非球面。如果在第一透镜组g1中置放在最靠近物体的位置中的透镜是非球面透镜，则能够充分地校正在广角端状态中的彗差和像散差和在远摄端状态中的彗差。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是在第一透镜组g1中置放在最靠近像的位置中的透镜具有非球面。如果在第一透镜组g1中置放在最靠近像的位置中的透镜是非球面透镜，则能够充分地校正在远摄端状态中的球面像差。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是，第二透镜组g2沿着光轴按照从物体的次序，包括第一正透镜、第二正透镜和负透镜。利用这种配置，第二透镜组g2的主点能够朝向物体移动。然后能够在远摄端状态中确保在第一透镜组g1和第二透镜组g2之间的距离，并且能够充分地校正球面像差。
还优选的是，第二透镜组g2沿着光轴按照从物体的次序，包括第一正透镜、第二正透镜、负透镜和第三正透镜。通过在负透镜的像侧上置放第三正透镜，能够充分地校正在广角端状态中的场曲。
在具有这种配置的变焦镜头zl中，优选的是第二透镜组g2沿着光轴按照从像的次序包括正透镜和负透镜。利用这种配置，能够充分地校正在广角端状态中的场曲。因此根据本实施例，能够实现带有广视角、大孔径比和高变焦比的、具有紧凑性和理想的光学性能的变焦镜头zl和光学设备(数字静态照相机cam)。
能够通过朝向物体移动第一透镜组g1或者第三透镜组g3执行从无穷远物体到近距离物体(在有限距离处的物体)的聚焦。然而，如果第一透镜组g1移动，则当拍摄近距离物体时，围绕屏幕周边的光量趋向于下降，因此优选的是朝向物体移动第三透镜组g3以执行聚焦。
现在将参考图9描述一种用于制造具有这种配置的变焦镜头zl的方法。首先，按照从物体的次序在柱形镜筒中组装具有负光焦度的第一透镜组g1、具有正光焦度的第二透镜组g2，和具有正光焦度的第三透镜组g3(步骤st10)。然后至少将第一透镜组g1和第二透镜组g2构造成能够被驱动从而通过沿着光轴移动至少第一透镜组g1和第二透镜组g2而从广角端状态到远摄端状态执行变焦(步骤st20)。
在用于组装透镜的步骤st10中，作为第一透镜组g1置放一个正透镜，并且作为第二透镜组g2置放至少一个负透镜。此时，第一透镜组g1、第二透镜组g2和第三透镜组g3被如此置放，使得上述预定的条件表达式得以满足。根据这个制造方法，能够实现带有广视角、大孔径比和高变焦比的、具有紧凑性和理想光学性能的变焦镜头zl。
实例
(实例1)
现在将参考附图描述本发明的每一个实例。将首先参考图1，图2和表格1描述实例1。图1a示出在广角端状态中根据实例1的变焦镜头zl(zl1)的镜头配置、图1b示出在中间焦距状态中的镜头配置，并且图1c示出在远摄端状态中的镜头配置。根据实例1的变焦镜头zl1，沿着光轴按照从物体的次序，由以下构成：整体上具有负光焦度的第一透镜组g1；整体上具有正光焦度的第二透镜组g2；和整体上具有正光焦度的第三透镜组g3。在从广角端状态到远摄端状态变焦时，第一透镜组g1和第二透镜组g2分别地沿着光轴移动，并且第三透镜组g3只是以比第一透镜组g1和第二透镜组g2的移动距离更短的移动距离沿着光轴朝向像移动，从而在第一透镜组g1和第二透镜组g2之间的距离减小，并且在第二透镜组g2和第三透镜组g3之间的距离增加。
第一透镜组g1沿着光轴按照从物体的次序，包括双凹负透镜l11，和具有面对物体的凸表面的正弯月形透镜l12。在第一透镜组g1中，在负透镜l11中面对像平面i的透镜表面和在正透镜l12的两侧上的透镜表面是非球面。第二透镜组g2沿着光轴按照从物体的次序，包括第一双凸正透镜l21、第二双凸正透镜l22、双凹负透镜l23和第三双凸正透镜l24。在第二透镜组g2中，在第一正透镜l21的两侧上的透镜表面是非球面。第二正透镜l22和负透镜l23相互胶合成胶合透镜。第三透镜组g3仅仅由双凸正透镜l31构成。通过沿着光轴移动第三透镜组g3执行从无穷远物体到近距离物体(在有限距离处的物体)的聚焦。
确定f数的可变光阑s1置放在第一透镜组g1和第二透镜组g2之间(在靠近第二透镜组g2的物体侧的位置中)，并且在从广角端状态到远摄端状态变焦时在相同轨迹上与第二透镜组g2一起地移动。在该实例中，能够改变光阑直径的虹彩光阑被用作可变光阑s1。固定光阑s2置放在第二透镜组g2和第三透镜组g3之间(靠近第二透镜组g2的像平面i侧)，在从广角端状态到远摄端状态变焦时，固定光阑s2在与第二透镜组g2相同的轨迹上移动。在该实例中，光斑遮挡光阑(flare-cutdiaphragm)被用作固定光阑s2。置放在第三透镜组g3和像平面i之间的滤波器组fl由低通滤波器、红外截止滤波器等构成。
以下示出的表格1到表格3列出有关根据实例1到实例3的变焦镜头的每一条数据。在每一个表格中的[总体数据]中，分别地为广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中的每一个状态示出变焦镜头zl的焦距f、f数fno、视角2ω、可变光阑直径φ，和最大像高ymax的值。在[透镜数据]中，第一列(表面编号)是分配给从物体侧数起的透镜表面的编号，第二列r是透镜表面的曲率半径，第三列d是在光轴中到下一个透镜表面的距离，第四列nd是在d线(波长λ＝587.6nm)处的折射率，并且第五列νd是在d线(波长λ＝587.6nm)处的阿贝数。附于第一列(表面编号)的右侧的“*”示意这个透镜表面是非球面。曲率半径“∞”示意平面，并且省略了空气的折射率nd＝1.000000。
在[非球面数据]中，非球面系数由以下表达式(a)给出，这里，y表示沿着垂直于光轴的方向的高度，x(y)表示在高度y处从每一个非球面的顶点处的切平面到每一个非球面沿着光轴的距离(垂度)，r表示近轴曲率半径(基准球面的曲率半径)，κ表示锥形系数，并且an表示n(n＝4、6、8、10)阶非球面系数。在每一个实例中，2度非球面系数即a2为0，并且在表格中省略。在[非球面数据]中，“e-n”示意“×10–n”。
x(y)＝(y2/r)/{1+(1-κ×y2/r2)1/2}
+a4×y4+a6×y6+a8×y8+a10×y10(a)
在[可变距离数据]中，分别地对于广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态(无穷远聚焦)中的每一个状态示出变焦镜头zl的焦距f、可变距离和全长(totallength)tl(从变焦镜头zl的第一光学平面到最后光学平面(像平面i)的长度)的每一个值。还示出了转换成空气值的后焦距离bfa和全长tla的值。在[透镜组焦距]中，示出了每一个透镜组的焦距的值。[非球面垂度]示出置放在第二透镜组g2中的最靠近物体的位置中的正透镜的物体侧透镜表面的有效直径内的最大垂度x的值。[条件表达式对应值]示出每一个条件表达式的对应值。
在所有的数据值中，“mm”通常用作焦距f、曲率半径r和其它长度的单位，但是单位不限于“mm”，因为即便光学系统成比例地扩大或者成比例地减小仍然获取了等价的光学性能。同样对于在以后述及的实例2和实例3的数据值，使用了与在该实例中相同的数字和字符。
表格1示出实例1的每一条数据。表格1中的表面1到19的曲率半径r对应于赋予图1c中的表面1到19的r1到r19。表格1中的组编号g1到g3对应于图1中的透镜组g1到g3。在实例1中，表面2、表面3、表面4、表面6和表面7的透镜表面分别地形成为非球面。
(表格1)
[总体数据]
变焦比＝4.744
[透镜数据]
[非球面数据]
表面2
κ＝0.2618,a4＝1.17435e-05,a6＝1.31694e-06,a8＝-4.48411e-08,a10＝3.76222e-10
表面3
κ＝1.0000,a4＝-5.84911e-05,a6＝-3.75428e-08,a8＝4.84872e-10,a10＝0.00000e+00
表面4
κ＝1.0000,a4＝-8.03957e-05,a6＝0.00000e+00,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
表面6
κ＝0.4297,a4＝0.00000e+00,a6＝2.50421e-09,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
表面7
κ＝1.0000,a4＝5.581669e-05,a6＝-5.00534e-07,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
[可变距离数据]
[透镜组焦距]
[非球面垂度]
x＝1.3827
[条件表达式对应值]
条件表达式(1)nd1＝2.14780
条件表达式(2)nd2＝2.00100
条件表达式(3)νd1＝17.34
条件表达式(4)nd2+(0.05×νd2)＝3.45800
条件表达式(5)x×ymax/(fw×tlw)＝0.02441
条件表达式(6)f2f/f2＝0.81860
条件表达式(7)nd2f+(0.02×νd2f)＝2.80983
条件表达式(8)nd2f＝1.72903
条件表达式(9)ft/(-f1)＝2.04269
条件表达式(10)f2/(fw×ft)1/2＝1.09236
结果，这个实例满足所有的条件表达式(1)到(10)。
图2a到图2c是示出根据实例1的变焦镜头zl1的各种像差的曲线图。图2a是示出在广角端状态(f＝5.25mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，图2b是示出在中间焦距状态(f＝11.65mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，并且图2c是示出在远摄端状态(f＝24.91mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图。在示出像差的每一幅曲线图中，fno是f数，y是像高，并且ω是半视角。在示出像差的每一幅曲线图中，d示意在d线(λ＝587.6nm)处的每一个像差，并且g示意在g线(λ＝435.8nm)处的每一个像差。在示出像散的每一幅曲线图中，实线示意弧矢像表面，并且虚线示意子午像表面。有关示出像差的曲线图的说明对于其它实例是相同的。
如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据实例1的变焦镜头具有优良的光学性能，其中在从广角端状态到远摄端状态的每一个焦距状态中各种像差被充分地校正。结果，通过安装实例1的变焦镜头zl1，同样能够为数字静态照相机cam保证优良的光学性能。
(实例2)
接着将参考图3、图4和表格2描述本发明的实例2。图3a示出在广角端状态中根据实例2的变焦镜头zl(zl2)的镜头配置，图3b示出在中间焦距状态中的镜头配置，并且图3c示出在远摄端状态中的镜头配置。根据实例2的变焦镜头zl2具有与实例1的变焦镜头zl1相同的配置，并且与实例1相同的每一个构件由相同的数字和字符表示，其详细说明省略。
表格2示出实例2的每一条数据。表格2中的表面1到19的曲率半径r对应于赋予图1c中的表面1到19的r1到r19。表格2中的组编号g1到g3对应于图3中的透镜组g1到g3。在实例2中，表面2、表面3、表面4、表面6和表面7的透镜表面分别地形成为非球面。
(表格2)
[总体数据]
变焦比＝4.744
[透镜数据]
[非球面数据]
表面2
κ＝0.2112,a4＝6.53608e-05,a6＝1.34649e-06,a8＝-4.84488e-08,a10＝3.84951e-10
表面3
κ＝1.0000,a4＝-4.00525e-05,a6＝-1.07440e-07,a8＝-2.66215e-09,a10＝0.00000e+00
表面4
κ＝1.0000,a4＝-6.04984e-05,a6＝0.00000e+00,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
表面6
κ＝0.4152,a4＝0.00000e+00,a6＝-8.34308e-08,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
表面7
κ＝1.0000,a4＝4.49491e-05,a6＝-4.78705e-07,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
[可变距离数据]
[透镜组焦距]
[非球面垂度]
x＝1.3891
[条件表达式对应值]
条件表达式(1)nd1＝2.14780
条件表达式(2)nd2＝2.00100
条件表达式(3)νd1＝17.34
条件表达式(4)nd2+(0.05×νd2)＝3.45800
条件表达式(5)x×ymax/(fw×tlw)＝0.02447
条件表达式(6)f2f/f2＝0.82297
条件表达式(7)nd2f+(0.02×νd2f)＝2.80983
条件表达式(8)nd2f＝1.72903
条件表达式(9)ft/(-f1)＝2.09247
条件表达式(10)f2/(fw×ft)1/2＝1.09236
结果，这个实例满足所有的条件表达式(1)到(10)。
图4a到图4c是示出根据实例2的变焦镜头zl2的各种像差的曲线图。图4a是示出在广角端状态(f＝5.25mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，图4b是示出在中间焦距状态(f＝11.65mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，并且图4c是示出在远摄端状态(f＝24.91mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图。如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据实例2的变焦镜头具有优良的光学性能，其中在从广角端状态到远摄端状态的每一个焦距状态中各种像差被充分地校正。结果，通过安装实例2的变焦镜头zl2，同样能够为数字静态照相机cam保证优良的光学性能。
(实例3)
接着将参考图5、图6和表格3描述本发明的实例3。图5a示出在广角端状态中根据实例3的变焦镜头zl(zl3)的镜头配置，图5b示出在中间焦距状态中的镜头配置，并且图5c示出在远摄端状态中的镜头配置。根据实例3的变焦镜头zl3具有与实例1的变焦镜头zl1相同的配置，并且与实例1相同的每一个构件由相同的数字和字符表示，其详细说明省略。
表格3示出实例3的每一条数据。表格3中的表面1到19的曲率半径r对应于赋予图5c中的表面1到19的r1到r19。表格3中的组编号g1到g3对应于图5中的透镜组g1到g3。在实例3中，表面2、表面3、表面4、表面6和表面7的透镜表面分别地形成为非球面。
(表格3)
[总体数据]
变焦比＝4.743
[透镜数据]
[非球面数据]
表面2
κ＝0.1241,a4＝8.50067e-05,a6＝7.73935e-07,a8＝-3.00859e-08,a10＝2.12610e-10
表面3
κ＝0.2904,a4＝0.00000e+00,a6＝0.00000e+00,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
表面4
κ＝1.0000,a4＝-5.48169e-05,a6＝0.00000e+00,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
表面6
κ＝0.4229,a4＝0.00000e+00,a6＝2.07774e-08,a8＝-1.23835e-08,a10＝3.32636e-10
表面7
κ＝1.0000,a4＝4.45326e-05,a6＝-4.23707e-07,a8＝0.00000e+00,a10＝0.00000e+00
[可变距离数据]
[透镜组焦距]
[非球面垂度]
x＝1.3527
[条件表达式对应值]
条件表达式(1)nd1＝2.00178
条件表达式(2)nd2＝2.00100
条件表达式(3)νd1＝19.32
条件表达式(4)nd2+(0.05×νd2)＝3.45800
条件表达式(5)x×ymax/(fw×tlw)＝0.02353
条件表达式(6)f2f/f2＝0.83456
条件表达式(7)nd2f+(0.02×νd2f)＝2.80983
条件表达式(8)nd2f＝1.72903
条件表达式(9)ft/(-f1)＝2.02772
条件表达式(10)f2/(fw×ft)1/2＝1.10548
结果，这个实例满足所有的条件表达式(1)到(10)。
图6a到图6c是示出根据实例3的变焦镜头zl3的各种像差的曲线图。图6a是示出在广角端状态(f＝5.25mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，图6b是示出在中间焦距状态(f＝11.73mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图，并且图6c是示出在远摄端状态(f＝24.90mm)中在于无穷远上聚焦时该变焦镜头的各种像差的一组曲线图。如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据实例3的变焦镜头具有优良的光学性能，其中在从广角端状态到远摄端状态的每一个焦距状态中各种像差被充分地校正。结果，通过安装实例3的变焦镜头zl3，同样能够为数字静态照相机cam保证优良的光学性能。
根据每一个实例，能够实现带有广视角、大孔径比和高变焦比的、具有紧凑性和理想的光学性能的变焦镜头和光学设备(数字静态照相机)，和用于该变焦镜头的变焦方法。
在以上实施例中，在其中不减弱光学性能的范围内，能够采用以下内容。
在每一个实例中，示出了由三透镜组构成的变焦镜头，但是本发明还能够应用于使用不同数目的透镜组，诸如四组或者五组的配置。在该配置中，透镜或者透镜组可以添加到最靠近物体的一侧，或者透镜或者透镜组可以添加到最靠近像的一侧。“透镜组”指的是由在变焦时改变的空气间隔分离的、具有至少一个透镜的部分。
单一或者多个透镜组或者局部透镜组可以被设计成通过沿着光轴方向移动而执行从无穷远物体到短距离物体的聚焦的聚焦透镜组。这个聚焦透镜组能够应用于自动聚焦，并且还适合于驱动用于自动聚焦的马达(使用超声波马达等的驱动)。特别优选的第三透镜组或者第一透镜组被设计成聚焦透镜组。
透镜组或者局部透镜组可以被设计成通过沿着垂直于光轴的方向移动透镜组或者局部透镜组或者沿着包括光轴的面内方向旋转(振荡)透镜组或者局部透镜组而校正由照相机摇动产生的图像模糊的隔振透镜组。特别优选的是第二透镜组的至少一个部分被设计成隔振透镜组。
透镜表面可以形成为球面或者平面，或者非球面。如果透镜表面是球面或者平面，则透镜加工、组装和调节是容易的，并且能够得以防止由于加工、组装和调节中的误差引起的光学性能的劣化。即便像平面移位，绘制性能仍然不非常大地受到影响，这是理想的。如果透镜表面是非球面，则非球面能够是通过研磨产生的非球面、通过使用模具以非球面形状成形玻璃而产生的玻璃成型非球面，和通过在玻璃的表面上将树脂成形为非球面形状而产生的复合非球面中的任何一种非球面。透镜表面可以是衍射表面，并且透镜可以是折射率分布透镜(grin透镜)或者塑料透镜。
优选的是孔径光阑靠近第二透镜组置放，但是在不置放作为孔径光阑的独立元件时，孔径光阑的作用可以被透镜的框架替代。
每一个透镜表面可以利用在宽的波长范围中具有高透射性的防反射膜涂覆从而减少耀斑和幻像，并且实现带有高对比度的、高的光学性能。
这个实施例的变焦镜头(变焦光学系统)的变焦比是大约2.5到10。
这个实施例的变焦镜头(变焦光学系统)用于数字静态照相机，但是本发明不限于此，而是还可以用于其它光学设备，诸如数字摄影机。
数字和字符的解释
cam数字静态照相机(光学设备)
zl变焦镜头
g1第一透镜组
g2第二透镜组
g3第三透镜组
s1可变光阑
s2固定光阑
i像平面