专利名称：变焦透镜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变焦透镜系统，尤其是涉及一种适于高变倍比的变焦透镜系统。
近年来，在重视小巧轻便性能的镜间快门式照相机中，越来越谋求使摄象透镜系统袖珍化。因此，在镜间快门式照相机中，配有变焦透镜的照相机成为主流。变焦透镜的优点是通过焦距变化进行摄象者中意的摄象，它的缺点是，由于镜头全长因焦距改变而变化很大，所以难于实现照相机本体的小型化。在照相机本体小型化中，摄象透镜系统必须袖珍化，镜头全长缩小和透镜直径小型化是很重要的。
为缩短镜头全长，构成光学系统的透镜组的光焦度强是适当的。可是，由于各透镜面的光焦度强，最终使光学性能恶化。而且，为使透镜直径小型化，减少透镜是适当的。可是，由于在这种情况下也加强了各透镜面的光焦度，所以光学性能最终变差了。
此外，由于近年来显著提高了非球面透镜加工技术水平，所以非球面透镜被积极地用于摄象透镜系统，超袖珍透镜系统变得普遍了。在非球面透镜配置在孔径光阑附近的情况下，它主要起到了球面像差补正作用，而在远离孔径光阑配置的情况下，它起到了轴外像差补正作用。因各透镜面光焦度强而引发的光学性能恶化通过非球面透镜所具有的像差补正功能而得到抑制，从而实现了摄象透镜系统小型化。
非球面透镜分成单面非球面透镜和双面非球面透镜。单面非球面透镜是普遍的，作为将双面非球面透镜引入变焦透镜系统的例子，例如提出了特开平3-127012号公报和特开平4-78811号公报所示的光学系统。
然而例如在开发既保持小型化又力图高性能化和高变倍化的镜间快门式照相机用变焦透镜场合等、谋求高规格化或超袖珍化的场合中，必须进一步减少透镜数并增强透镜光焦度。因此，多用非球面透镜是非常必要的。可是由于非球面透镜主要是通过适于批量生产的模塑加工方式制造的，所以线性应答因残存于模塑模具中的微小弯曲部分而对高空间频率变差了，即存在着输出相对输入变形问题。因此，即使增加非球面透镜，也未必能够实现小型化。因此，有效地使用尽可能少的非球面透镜是非常必要的。
在特开平3-127012与特开平4-78811所示的变焦透镜系统中，各非球面透镜所具有的像差补正功能是不明显的，并且存在着因引入非球面透镜而带来的小型化和高性能化的效果不充分的问题。在多用非球面透镜的情况下，由于在透镜制造时出现偏心，从而使光学性能恶化，所以存在着不能给消费者提供品质稳定的产品(光学系统)的问题。
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种适于高变倍化的袖珍变焦透镜系统。
为解决上述课题，在如权利要求1所述的发明中，从物体侧依次设有至少三个有正光焦度的第一透镜组G1、有正光焦度的第二透镜组G2、有负光焦度的第三透镜组G3，当透镜位置从广角状态变到远摄(望远)状态时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间距增大，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间距减小，各透镜组由此移向物体侧，孔径光阑设置在第一透镜组G1与第三透镜组G3之间，第二透镜组G2具有与孔径光阑邻近配置的且两侧的透镜面为非球面的正透镜，在孔径光阑与正透镜之间的沿光轴的空气间隙为Da，变焦透镜系统的焦距为f，孔径光阑所在空间侧的正透镜镜面的曲率半径为Ra，与孔径光阑所在空间相对的空间侧的正透镜镜面的曲率半径为Rb(但，Rb＜0)，Da/f＜0.08 (1)；0.3＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜0.95(2)；提供满足式(1)、(2)条件的变焦透镜系统。
在本发明中，孔径光阑与双面非球面透镜之间的配置关系是很重要的。由于轴外光束相对光轴以所定角度射入，通过配置在孔径光阑附近的透镜的轴外光束则经过光轴附近。相反地，通过远离孔径光阑配置的透镜的轴外光束远离光轴地经过。
在本发明中，有一定厚度的且两侧的透镜面为非球面的非球面透镜设置在孔径光阑附近。因此，在孔径光阑所在空间侧(靠近孔径光阑侧)的透镜面(以下称为第一非球面)主要具有球面像差补正功能，而与孔径光阑所在空间相对的空间侧(远离孔径光阑)的透镜面(以下称为第二非球面)主要具有轴外像差补正功能。这样一来，以两个透镜面分离像差补正功能，从而能够在透镜少的情况下兼顾到高变倍化和高性能化。
另外，在具有相同视角的光学系统中，当邻近孔径光阑地配置的透镜是负透镜和正透镜时，由于夹孔径光阑的前后光焦度配置关系变化了，所以通过孔径光阑位置的主光线和光轴之间的构成角度变得不同。就这个角度而言，负透镜与正透镜相比要小。因此，当双面非球面透镜是负透镜时，通过离开孔径光阑的透镜面的轴外光束没有离开光轴，所以不能充分地分离像差补正功能。在本发明中，由于具有正光焦度地构成了双面非球面透镜，所以充分分离了像差补正功能并获得了强烈的像差补正效果。
另外，由于非球面透镜的两个镜面分别具有不同的像差补正功能，所以与具有单面非球面透镜的光学系统相比，能够使摄象透镜系统更加小型化。
在本发明中，为最大限度地发挥双面非球面透镜的效果，最好象以下这样地构成非球面透镜。
在第一非球面相对孔径光阑地面向强凸面的情况下，由于光束强会聚，所以通过第二非球面的轴外光束离开光轴，出现了不希望的像差补正功能分离不充分。因此，孔径光阑附近侧的透镜面最好光焦度弱。
另外，适当设定孔径光阑与双面非球面透镜之间的间距也是很重要的。当此间距扩大时，可能很难充分分离像差补正功能。当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时，使孔径光阑与双面非球面透镜之间的间距变化，由此仍可以更好地补正与透镜位置状态变化相伴的轴外像差变动，可是当双面非球面透镜在广角状态和远摄状态下过分远离光轴时，如上所述地无法实现像差补正功能的分离，因此最好根据焦距适当设定该间距。
接着，说明适于引入上述双面非球面的摄象透镜系统。过去，作为适于中心快门式照相机的变焦透镜系统，已经知道了从物体侧依次由正透镜组和负透镜组构成的正负两组(+-)变焦透镜，或者从物体侧依次由第一正透镜组和第二正透镜组及负透镜组构成的正正负(++-)三组变焦透镜系统等。
正负两组变焦透镜因变倍组只是负透镜组而难于实现高变倍化。因此，本发明的变焦透镜系统最好适用于从物体侧依次设有有正光焦度的第一透镜组G1、有正光焦度的第二透镜组G2、有负光焦度的第三透镜组G3的正正负(++-)三组变焦透镜。
为良好地补正变倍时发生的轴外像差，孔径光阑最适于设置在光学系统中央附近，在本发明中，孔径光阑最好配置在第一透镜组G1与第三透镜组G3之间，更好地是配置在第二透镜组G2附近。
此外，由于孔径光阑配置在第二透镜组G2附近，所以上述双面非球面透镜最好设置在第二透镜组G2中。
在本发明中，当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间距增大，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间距缩小，所以使所有透镜组向物体侧移动，从而增大了第二透镜组G2与第三透镜组G3的横倍率。结果，能够有效地进行变倍并且能够进一步小型化。
在这里，第一透镜组G1具有会聚作用，与在广角状态下相比，在远摄状态下，它与第二透镜组G2之间的间距增大了并由此向物体侧移动。因此，尤其是在远摄状态下缩短了透镜全长。
另外，第二透镜组G2具有进一步会聚第一透镜组G1所聚光束的作用，当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时，在使其与第一透镜组G1之间的间距和其与第二透镜组G2之间的间距变化的情况下，补正因透镜位置状态的轴外像差变动。
另外，第三透镜组G3具有放大第一透镜组G1和第二透镜组G2所成景象的作用，由于在透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时移向物体侧，所以它承担了使放大率增大的变倍作用的任务。
为了在高变倍下获得高性能的光学系统，孔径光阑设置在光学系统中央附近是非常必要的。在本发明中，孔径光阑如上所述地设在第二透镜组G2附近。当透镜位置状态变化时，第一透镜组G1使其与第二透镜组G2之间的间距变大，第三透镜组G3使其与第二透镜组G2之间的间距变大，由此良好地补正了由透镜位置状态变化引起的轴外像差变动。
在本发明中，在如上所述地构成变焦透镜系统的情况下，最好满足以下条件式(1)、(2)Da/f＜0.08 (1)0.3＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜0.95 (2)其中Da表示在上述孔径光阑与正透镜之间的沿光轴的空气间隙；f表示变焦透镜系统的焦距；在邻近孔径光阑配置的双面非球面上，Ra表示上述孔径光阑所在空间侧的上述正透镜的透镜面的曲率半径；Rb表示与上述孔径光阑所在空间相对的空间侧的上述正透镜的透镜面的曲率半径(但Rb＜0)。
条件式(1)是规定孔径光阑与双面非球面透镜之间的适当光轴上间距的条件式。当超出条件式(1)的上限时，由于孔径光阑与双面非球面透镜之间的间距增大，不能用两侧的透镜面分离双面非球面透镜的像差补正功能，不能充分发挥双面非球面透镜的效果。
条件式(2)是规定双面非球面透镜适当形状的条件式。在超出条件式(2)下限的情况下，通过第二非球面的轴外光束靠近光轴，所以不能完全分离像差补正功能。相反地，在超出条件式(2)的上限的场合中，第一非球面光未会聚光束，所以第二非球面的会聚作用变得很强，即使微小的偏心也会使光学性能显著恶化。因此，在制造光学系统时不能保证稳定光学性能，而且也无法为消费者提供便宜而高品质的产品(光学系统)。
在本发明中，当透镜位置状态变化时，一般最好满足条件式(1)。
在本发明中，以双面非球面透镜的双透镜面充分分担像差补正功能而充分发挥非球面作用，为此最好满足以下条件式(3)0.03＜Db/fw＜0.10(3)其中，Db表示沿上述正透镜光轴的厚度，fw表示广角状态下的上述变焦透镜系统的焦距。
在超出条件式(3)的下限的情况下，如上所述地，不能充分分离双面非球面透镜的像差补正功能，无法获得良好的成象性能。相反地，在超出条件式(3)的上限的场合中，因透镜变厚，所以透镜成型加工时间延长，制造成本增高。
在本发明中，为了在透镜少的情况下谋求高性能化，适当设定第二透镜组G2的焦距是重要的，并且最好满足以下条件式(4)0.4＜f2/(fw·ft)1/2＜0.7 (4)其中f2表示上述第二透镜组的焦距，ft表示远摄状态下的变焦透镜系统焦距。
条件式(4)是规定第二透镜组G2的适当焦距范围的条件式。当超出条件式(4)的下限时，构成第二透镜组G2的负透镜组和正透镜组的光焦度相互加强，因此不希望地出现了光学性能因在制造透镜时发生的相互偏心而显著恶化。相反地，当超出了条件式(4)的上限时，在广角状态下，通过第三透镜组G3的轴外光束离开光轴，所以无法充分使透镜系统小型化。
在本发明中，第二透镜组G2从物体侧依次具有负透镜组和正透镜组，孔径光阑设置在负透镜组和正透镜组之间，双面非球面透镜最好设置在正透镜组中。在负透镜组和正透镜组构成第二透镜组G2的情况下，能够良好地补正易于在广角状态下发生的正畸像差。在这里，广角状态下的后焦距变短，附着在近象面透镜面上的润滑油积炭的影子容易记录在胶卷上，所以画质低下。相反地，当后焦距过长时，不能良好地补正视角产生的轴外像差变动。因此，足够的后焦距是指不发生这些问题的程度的长度。
在本发明中，构成第二透镜组G2的负透镜组和正透镜组的光焦度减弱，最好减少透镜数。为此，负透镜组最好是由由凹面朝向物体侧的负透镜和凸面朝向象侧的正透镜构成的组合透镜构成的，而正透镜组是由两凸形的双面非球面透镜构成的。
为了在保持高性能的同时提高变倍比，抑制在每个透镜组中发生的像差非常必要。良好地补正球面像差的发生尤其重要。因此在本发明中，第一透镜组G1与第三透镜组G3最好分别由1片正透镜和1片负透镜构成。
此外，为了缩短远摄状态下的透镜全长，第一透镜组G1是以由两凸形的正透镜和在凹面面向物体侧的弯月透镜状负透镜结合成的组合透镜构成，而第三透镜组G3最好由正透镜、配置在其象侧的且在凹面面向物体的弯月透镜状负透镜构成的。
在本发明中，除上述双面非球面透镜外配置非球面透镜，能够实现更高性能化和超小型化。尤其是，在配置于第三透镜组G3中的正透镜的两侧透镜面是用非球面构成的情况下，能够更好地补正在透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时发生的轴外像差变动。
在本发明中，由于从以下方面考虑了上述非球面透镜，所以获得了即使在制造时也稳定的光学性能。
非球面依距离光轴的高度，曲率一般是变化的，即光焦度是变化的。此时，为了加强非球面透镜的像差补正效果，增强光焦度变化，所以在将透镜装入透镜室内时，即使是少许，也会因制造误差造成偏心，光学性能有急剧恶化的趋势。因此在双面非球面透镜中，由在成型时发生于两侧的各面之间的偏心造成的性能恶化有加剧趋势。
在本发明中，轴外光束如上所述地在孔径光阑侧透镜面上通过光轴附近并在与之相对侧的透镜面上通过离开光轴的位置，以孔径光阑侧透镜面为主体补正了球面像差。孔径光阑侧透镜面从透镜中央起向周边部逐渐徐缓改变曲率，成为没有变曲点的形状即光焦度因面向周边部而逐渐变化的形状。同时，与该透镜面相反侧的透镜面在透镜中央处曲率没有变化，而在轴上光束通过范围外侧的周边部曲率变化更大，即光焦度在周边部变化更大，通过这样的形状良好地补正了轴外像差。
由于如上所述地构成上述透镜，所以可有在两个面上分离像差补正功能，能够光滑且平稳地实现各面透镜中心附近与周边附近的曲率变化(光焦度变化)。结果抑制了由在将透镜装入透镜室内时发生的偏心引起的性能恶化并且能够抑制由各面偏心引起的性能恶化。
在本发明中，如上所述地用各透镜组分别单独补正球面像差而实现高变倍化，最好在制造透镜时对各透镜组进行偏心调整。例如，在由许多镜头片构成的透镜组的情况下，从透镜室的前后插入透镜，通过透镜组使十字线象成象。通过这样的结构，偏心调整一部分透镜地固定在十字线象变得鲜明的位置上，进行偏心调整。因此，能够给市场提供光学品质稳定的制品。
根据本发明的其他观点，本变焦透镜系统从物体侧依次具有有正光焦度的第一透镜组G1、有负光焦度的第一辅助透镜组GA、具有正光焦度的第二透镜组G2、有正光焦度的第二辅助透镜组GB、有负光焦度的第三透镜组G3。本发明的变焦透镜系统最好适用于这样的所有透镜组移向物体侧的正负正正负5组类型，即当透镜位置从广角状态到远摄状态地变化时，上述第一透镜组G1和第一辅助透镜组GA之间的间距增大，第一辅助透镜组GA与第二透镜组G2之间的间距减小，上述第二透镜组G2与第二辅助透镜组GB之间的间距增大，第二辅助透镜组GB与第三透镜组G3之间的间距减小。另外，孔径光阑最好设置在上述第一透镜组G1与第三透镜组G3之间，第二透镜组G2最好由1片双面非球面透镜构成。
有很多这样的活动透镜组的光学系统增加了变焦轨道的选择自由度，所以容易补正由透镜位置状态变化引起的轴外像差的变化，这样的光学系统适于高变倍比的光学系统。在广角状态下，第一透镜组G1与第一辅助透镜组GA靠近，第二透镜组G2与第二透镜组GB靠近，第一辅助透镜组GA与第二透镜组G2之间的间距、第二辅助透镜组GB与第三透镜组G3之间的间距增大，使光学系统整个光焦度配置接近对称形，良好地补正正畸像差。
当透镜位置状态从广角状态到远摄状态地变化时，第一透镜组G1第一辅助透镜组GA之间的间距扩大，由此使第一透镜组G1移向物体侧，结果第一透镜组G1的会聚效果增强了，透镜全长缩短。同时，使第三透镜组G3向物体侧移动，从而通过第三透镜组G3的轴外光束的高度接近光轴，通过透镜位置状态变化抑制了轴外像差的变动。
在本发明中，当透镜位置状态变化时，最好使第一辅助透镜组GA与第二辅助透镜组GB一体地移动。而在具有多组结构的变焦透镜组中，由于增加了移动透镜组的数目，所以容易引起由各透镜组停止误差造成的象面位置变动，而且镜筒结构最终也变复杂了。在本发明中，由于使许多个透镜组一体地移动，所以能够简化镜筒结构。
在本发明中，只有第二透镜组G2在近距离聚焦时移向象侧，最好满足以下条件式(5)1/{(1/βT)-β2T}2＜0.3(5)在这里，βT表示远摄状态下的变焦透镜系统的横倍率，β2T表示远摄状态下的第二透镜组G2的横倍率。
条件式(5)规定了第二透镜组G2的适当横倍率范围。另外，由于只使第二透镜组G2在近距离聚焦时移向象侧，所以当透镜位置状态从广角状态到远摄状态地变化时，第二透镜组G2在近距离聚焦时移近透镜组GB，所以可以有效地利用空间。
在本发明中，最好满足以下条件式(6)1.4＜(β2W/β2T)/Z＜3.0 (6)其中，β2W表示广角状态下的第二透镜组的横倍率，Z表示ft/fw的变焦比。
条件式(6)规定了第二透镜组G2的广角状端状态和远摄状态的横倍率的适当比。在满足条件式(6)的情况下，与广角状态下相比，在远摄状态下，近距离聚焦时的移动量更大，在近距离聚焦状态下，第二透镜组G2与透镜组GB之间的间距大致上是一定的，所以又能够节省空间。
在本发明中，通过将塑料用作透镜材料而能够力图实现轻型化和低成本化。塑料与玻璃材料相比因可以低温成型而更易于加工，因此适于低成本化。另外，在保持变焦透镜的镜筒是有塑料制成的情况下，由于通过温度变化而改变了镜筒长度，所以在使用塑料透镜时，伴随着由温度变化引起的镜筒长度变化，能够缓和象面位置变动。
在本发明中，在用塑料制作设置在第三透镜组G3中的正透镜的场合中，能够同时获得低成本化和高性能化。这是因为，与玻璃非球面透镜相比，塑料非球面透镜重量轻，并且可以低成本化，在远摄状态下，光束通过范围比透镜直径小，所以即使面精度不是很高，也能获得既定的光学性能。
在以下描述的本发明各数值实施例中，在第二透镜组G2及第三透镜组G3中分别配置了非球面透镜。由于在第二透镜组G2中配置了非球面透镜组，所以能够只通过第二透镜组G2极好地补正发生的负球面像差并且良好地补正伴随透镜位置状态变化发生的轴上像差的变动。由于第三透镜组G3中设置了非球面透镜，所以能够良好地补正在透镜位置从广角状态到远摄状态地变化时发生的轴外像差的变动。
另外，尽管以下各数值实施例是由三个可动透镜组构成的，但是容易在各透镜组之间和相邻象侧和物体侧增设其它透镜组。
本发明能够作为防止在进行摄象时常发生于高变倍变焦透镜中的由手振动等引起的象振摆的防振光学系统。为此，在透镜系统中装入检查振摆的振摆检查系统和驱动手段，在构成透镜系统的透镜组中，能够作为偏心透镜组地构成一个透镜组整个或部分。因而，通过振摆检查系统检查振摆，通过驱动手段使偏心透镜组的偏心成象偏移以便补偿该振摆，由此补正了象振摆。通过这样的结构，高变倍变焦透镜能够作为能防止象振摆的防振光学系统。
图1是表示构成本发明第一实施例的变焦透镜系统的光焦度配置情况的视图。
图2是表示第一实施例的变焦透镜系统结构的截面图。
图3是表示当第一实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的广角状态的各像差图。
图4是表示当第一实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的中间焦距状态的各像差图。
图5是表示当第一实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的远摄状态的各像差图。
图6是表示本发明第二实施例的变焦透镜系统光焦度配置情况的视图。
图7是表示第二实施例的变焦透镜系统结构的截面图。
图8是表示当第二实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的广角状态的各像差图。
图9是表示当第二实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的中间焦距状态的各像差图。
图10是表示当第二实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的远摄状态的各像差图。
图11是表示本发明第三实施例的变焦透镜系统光焦度配置情况的视图。
图12是表示第三实施例的变焦透镜系统结构的截面图。
图13是表示当第三实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的广角状态的各像差图。
图14是表示当第三实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的中间焦距状态的各像差图。
图15是表示当第三实施例的变焦透镜系统处于无限远聚焦状态时的远摄状态的各像差图。
图16是表示邻接孔径光阑的双面非球面大致形状的视图。
图17是与基准球面差地表示在第一实施例中与孔径光阑相邻的双面非球面形状的视图。
符号说明
G1-第一透镜组；G2-第二透镜组；G3-第三透镜组；GA-第一辅助透镜组；GB-第二辅助透镜组；S-孔径光阑。
以下说明本发明的数值实施例。第1实施例图1是表示本发明第一实施例的变焦透镜系统的光焦度分配情况的视图。图中，WIDE表示广角状态，TELE表示远摄状态。从物体侧依次由具有有正光焦度的第一透镜组G1、有正光焦度的第二透镜组G2、有负光焦度的第三透镜组G3的三个透镜组构成变焦透镜系统，当焦距从广角状态到远摄状态地变化时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间距增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间距减小，所有透镜组向物体侧移动。
图2是表示第一实施例的变焦透镜系统的透镜结构的视图。第一透镜组G1从物体侧依次由有两凸透镜和在物体侧面向凹面的弯月透镜状凹透镜构成的组合透镜L1构成，第二透镜组G2从物体侧依次由有负光焦度的两凸形正透镜构成的组合透镜L21和两凸形正透镜L22构成，第三透镜组G3顺着物体侧由两凸形正透镜L31和在物体侧面向凹面的弯月状凹透镜L32构成。孔径光阑S配置在透镜部分L21和L22之间，当透镜位置状态变化时，它与第二透镜组G2一体地移动。在本实施例中，透镜部分L21形成了负透镜组，透镜部分L22形成了正透镜组。
在以下表1中，揭示了本实施例的变焦透镜系统的各基值。在表中，f表示焦距，FNO表示数目，2ω表示视角角。折射率是对应于d线(λ＝587.6nm)的值，长度单位为毫米，用下式表示非球面x＝cy2/{1+(1-kc2y2)1/2}+C4y4+C6Y6+…其中y表示距光轴的高度，x表示下降量，c表示曲率，k表示圆锥系数，C4、C6…表示非球面系数。在非球面式中，用与第一实施例相同的符号表示以下所有实施例的各基值。
表1
f 39.90～78.73～142.50FN0 5.90～9.34 ～12.012ω 55.30～29.99～18.88°面编号曲率半径面间距 折射率阿贝数1 32.8698 3.101.4970081.612 -40.0414 0.801.6476933.843 -93.7341 (D3)1.04 -17.0426 0.801.8348142.725 92.8430 3.001.5673242.856 -25.6159 5.001.07 0.0000 1.001.0(孔径光阑)8 38.6993 2.151.5145063.059 -18.4256 (D9)1.010 1263.78792.501.6889331.1611 -38.0314 4.001.012 -11.8899 1.001.8155044.5413 -1902.7573 (Bf)1.0第8、9、10、11面是非球面，各系数如以下所示。第8面k＝2.5351C4＝+3.3673×10-5C6＝+1.2901×10-6C8＝-4.2454×10-8C10＝+8.5829×10-10第9面k＝-0.0338C4＝+4.9416×10-5C6＝+1.8617×10-6C8＝-7.7015×10-8C10＝+1.5279×10-9第10面k＝11.0000C4＝+1.9481×10-5C6＝+1.1381×10-6C8＝-2.1373×10-8C10＝+1.0299×10-10第11面k＝1.1282C4＝-3.8424×10-5C6＝+1.2406×10-6C8＝-2.3479×10-8C10＝+8.1913×10-11可变间距表f 39.900078.7326 142.5033D3 1.3000 6.507414.8317D9 15.7443 6.9569 0.8000Bf 10.258636.678071.0200条件式对应值(1)Da/f＝0.007～0.025(2)(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝0.355(3)Db/fw＝0.054
(4)f2/(fw*ft)1/2＝0.506图3-图5表示本发明第一实施例无限远聚焦状态的各像差图，图3表示广角状态(f＝39.90)的像差，图4表示中间焦距状态(f＝78.73)的像差，图5表示远摄状态(f＝142.50)的像差。球面像差图中的实线表示球面像差，点划线表示正弦条件，y表示象高。像散性图中的实线表示弧矢象面，虚线表示子午象面，d表示对应于d线(λ＝587.56nm)的像差。彗差图表示象高Y＝0，5.4，10.8，15.1，21.6时的彗差，A表示视角角。在以下所有实施例的像差图中，使用了与第一实施例相同的符号。如从各像差图中看到的那样，本实施例以良好地补正各像差、具有优良成象性能而著称。第2实施例图6是表示本发明第二实施例的变焦透镜系统的光焦度分配情况的视图。从物体侧依次由具有有正光焦度的第一透镜组G1、有正光焦度的第二透镜组G2、有负光焦度的第三透镜组G3的三个透镜组构成变焦透镜系统，当焦距从广角状态到远摄状态地变化时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间距增大，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间距减小，所有透镜组由此移向物体侧。
图7是表示本发明第二实施例的变焦透镜系统的透镜结构的视图。第一透镜组G1从物体侧依次由由两凸透镜和在物体侧面向凹面的弯月透镜状凹透镜构成的组合透镜L1构成，第二透镜组G2顺着物体侧由由有负光焦度的两凸形正透镜构成的组合透镜L21和两凸形正透镜L22构成，第三透镜组G3顺着物体侧由两凸形正透镜L31和在物体侧面向凹面的弯月状凹透镜L32构成。孔径光阑S配置在透镜部分L21和L22之间，当透镜位置状态变化时，它与第二透镜组G2一体地移动。在本实施例中，透镜部分L21形成了负透镜组，透镜部分L22形成了正透镜组。
在以下的表2中揭示了第二实施例的变焦透镜系统的各基值。
表2
f 39.90～74.12～129.00FNO 5.23～8.63 ～12.002ω 55.26～31.47～18.57°面编号曲率半径面间距折射率阿贝数1 26.4241 3.201.4970081.612 -41.4416 0.801.6989530.053 -90.8209 (D3)1.04 -16.1776 0.801.8348142.725 37.1694 3.001.5955139.236 -30.1045 3.251.07 0.0000 1.001.0(孔径光阑)8 35.0282 2.101.5145063.059 -16.2556 (D9)1.010 -202.79462.401.6889331.1611 -33.8494 3.851.012 -11.4234 1.001.8040046.5813 -187.8519(Bf)1.0第8、9、10、11面是非球面，各系数如以下所示。第8面k＝+6.6429C4＝+4.3684×10-5C6＝+3.8891×10-6C8＝-1.4583×10-7C10＝+5.0827×10-9第9面k＝-1.2589C4＝+3.5316×10-5C6＝+4.7201×10-6C8＝-1.9727×10-7C10＝+6.3548×10-9第10面k＝-9.0000C4＝+3.2681×10-5C6＝+1.1056×10-6C8＝-2.2126×10-8C10＝+1.2038×10-10第11面k＝0.6596C4＝-2.8972×10-5C6＝+1.2400×10-6C8＝-2.5194×10-8C10＝+9.8036×10-11可变间距表f39.9000 74.1201129.0071D31.3000 5.524812.2785D915.4437 7.2327 1.0000Bf10.461834.227365.33252条件式对应值(1)Da/f＝0.008～0.025(2)(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝0.366(3)Db/fw＝0.053(4)f2/(fw·ft)1/2＝0.570
图8-图10表示本发明第二实施例的无限远聚焦状态的各像差图，图8表示广角状态(f＝39.90)的像差，图9表示中间焦距状态(f＝74.12)的像差，图5表示远摄状态(f＝129.00)的像差。如各像差所示，本实施例以良好地补正各像差、具有优良成象性能而著称。第3实施例图11是表示本发明第三实施例的变焦透镜系统的光焦度分配情况的视图。从物体侧依次由具有正光焦度的第一透镜组G1、具有正光焦度的第一辅助透镜组GA、有正光焦度的第二透镜组G2、有正光焦度的第二辅助透镜组GB、有负光焦度的第三透镜组G3构成变焦透镜系统，当焦距从广角状态到远摄状态地变化时，第一透镜组G1与第一辅助透镜组GA之间的间距增大，第一辅助透镜组GA与第二透镜组G2之间的间距减小，第二透镜组G2和第二辅助透镜组GB之间的间距增大，第二辅助透镜组GB与第三透镜组G3之间的间距减小，所有透镜组由此移向物体侧。第一辅助透镜组GA与第二辅助透镜组GB一体地移动，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间距增大，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的间距减小。
图12是表示本发明第三实施例的变焦透镜系统的透镜结构的视图。第一透镜组G1从物体侧依次由有两凸透镜和在物体侧面向凹面的弯月透镜构成的正组合透镜L1构成，第一辅助透镜组GA从物体侧依次由两凹透镜LA1和在物体侧面向凸面的正弯月透镜LA2构成，第二透镜组G2由在象侧面向凸面的正透镜L2构成，第二辅助透镜组GB由有两凸透镜和在物体侧面向凹面的负弯月透镜构成的组合正透镜LB构成，第三透镜组G3由在象侧面向凸面的正透镜L31和在物体侧面向凹面的负透镜L32构成，孔径光阑S配置在第二透镜组G2的物体侧。
在以下的表3中揭示了第三实施例的变焦透镜系统的各基值。
表 3f 26.25～55.00 ～95.00FNO 5.86～9.05 ～12.002 ω 67.14～33.68 ～20.03°面编号曲率半径面间距折射率阿贝数1 26.0340 2.70 1.4970081.612 -32.5241 0.80 1.6476933.843 -56.2360 (D3) 1.04 -18.8687 0.80 1.8348142.725 9.0909 0.90 1.06 -10.3955 1.65 1.7618226.557 91.9289 (D7) 1.08 0.0000 0.20 1.0(孔径光阑)9 334.34651.40 1.5891361.2410 -19.2000 (D10) 1.011 39.8501 2.35 1.5407247.1812 -6.2520 0.80 1.8466623.8313 -10.7425 (D13) 1.014 -59.6482 2.20 1.6889331.1615 -21.2524 3.70 1.016 -8.7546 1.00 1.7725049.6117 -120.7717(Bf) 1.0第9、10、14面是非球面，各系数如以下所示。第9面k＝-2.2024C4＝-3.1770×10-4C6＝+2.8515×10-5C8＝-3.1754×10-6C10＝+9.0472×10-8第10面k＝+1.3792C4＝-2.9190×10-4C6＝+2.7696×10-5C8＝-3.1132×10-4C10＝+8.9816×10-8第14面k＝-8.5254C4＝+8.1870×10-5C6＝+3.7366×10-7C8＝-2.1827×10-9C10＝+2.1008×10-10可变间距表f 26.250055.000095.0000D3 0.8000 7.381611.7074D7 2.3248 1.6134 0.5000D103.3752 4.0866 5.2000D13 10.6592 3.9551 0.6000Bf 7.893827.062648.4925条件式对应值(1)Da/f＝0.002～0.008(2)(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＝0.891(3)Db/fw＝0.053(5)1/{(1/βT)-β2T1/2}2＝0.039(6)(β/2W-β2T)/Z＝2.439
图13-图15表示本发明第二实施例的无限远聚焦状态的各像差图，图13表示广角状态(f＝26.25)的像差，图14表示中间焦距状态(f＝55.00)的像差，图15表示远摄状态(f＝95.00)的像差。如各像差所示，本实施例以良好补正各像差并具有优良成象性能而著称。
表4-表7是表示本发明的设置在孔径光阑附近的双面非球面状的数值表。在表中，H表示距离光轴的高度(单位毫米)，SAG表示下降量(与从与过面顶点垂直光轴的面到透镜面的光轴平行的方向的偏差，单位毫米)，D表示对应于基准球面的下降量的非球面下降量的偏差(单位毫米)。在这里，以下关系式成立D＝SAG(非球面)-SAG(球面)表4表示靠近第一实施例的孔径光阑侧面(称为Rf面)的非球面形状，表5表示远离第一实施例的孔径光阑的侧面(称为Rr面)的非球面形状。表6表示靠近第二实施例的孔径光阑的侧面(称为Rf面)的非球面形状，表7表示远离第一实施例的孔径光阑的侧面(称为Rr面)的非球面形状。表4HSAG D0.10710.0001480.0000000.21430.0005930.0000000.32140.0013350.0000000.42860.0023740.0000010.53570.0037110.0000030.64290.0053460.0000080.75000.0072800.0000120.85710.0095140.0000200.98430.0120490.0000331.07140.0148850.0000511.17860.0180250.0000751.28570.0214700.0001071.39290.0252220.0001481.50000.0292820.0002011.80710.0338530.0002871.71430.0383370.0003491.82140.0433370.0004501.92860.0486560.0005712.03570.0542960.0007182.14290.0602610.0008882.25000.0665540.0010912.35710.0731800.0013282.46430.0801430.0018032.57140.0874460.0019212.67860.0950960.0022882.78570.1030950.0027022.89290.1114510.0031783.00000.1201680.0037113.10710.1292520.0043153.21430.1387090.0049923.32140.1485470.0057503.42860.1587710.0065953.53570.1893900.0075333.64290.1804110.0085743.75000.1918420.0097243.85710.2036930.0109933.96430.2159730.0123904.07140.2286930.0139264.17860.2418840.0156114.28570.2554990.0174584.39290.2696120.0194814.50000.2842190.021695表5H SAG D0.1071-0.0003120.0000000.2143-0.0012460.0000000.3214-0.0028030.0000010.4286-0.0049820.0000020.5357-0.0077840.0000080.6429-0.0112060.0000120.7500-0.0152480.0000230.8571-0.0199090.0000390.9843-0.0251880.0000821.0714-0.0310830.0000951.1786-0.0375920.0001401.2857-0.0447130.0001991.3929-0.0524440.0002771.5000-0.0607830.0003741.6071-0.0697270.0004971.7143-0.0792730.0006481.8214-0.0894160.0008321.9286-0.1001550.0010532.0357-0.1114840.0013172.1429-0.1234000.0016302.2500-0.1358970.0019962.3571-0.1489720.0024222.4643-0.1626180.0029162.5714-0.1768310.0034832.6786-0.1916040.0041312.7857-0.2069320.0048682.8929-0.2228080.0057013.0000-0.2392260.0066403.1071-0.2561790.0076933.2143-0.2736590.0088683.3214-0.2916580.0101773.4286-0.3101700.0116283.5357-0.3291860.0132333.6429-0.3486960.0150023.7500-0.3686910.0169473.8571-0.3891610.0190813.9643-0.4100960.0214174.0714-0.4314820.0239704.1786-0.4533070.0267564.2857-0.4755560.0297934.3929-0.4982120.0331004.5000-0.5212560.036700表6H SAGD0.1071 0.000184 0.0000000.2143 0.000656 0.0000000.3214 0.001475 0.0000010.4286 0.002624 0.0000020.5357 0.004102 0.0000050.6429 0.005910 0.0000110.7500 0.008050 0.0000200.8571 0.010523 0.0000340.9843 0.013330 0.0000551.0714 0.016475 0.0000851.1786 0.019959 0.0001281.2857 0.023785 0.0001811.3929 0.027957 0.0002531.5000 0.032477 0.0003461.6071 0.037351 0.0004631.7143 0.042583 0.0006091.8214 0.048178 0.0007901.9286 0.054141 0.0010102.0357 0.060480 0.0012762.1429 0.067200 0.0015942.2500 0.074310 0.0019732.3571 0.081818 0.0024192.4643 0.089733 0.0029422.5714 0.098064 0.0035522.6786 0.106823 0.0042592.7857 0.116022 0.0050752.8929 0.125672 0.0060123.0000 0.135789 0.0070853.1071 0.146388 0.0083083.2143 0.157487 0.0096993.3214 0.169104 0.0112773.4286 0.181263 0.0130643.5357 0.193987 0.0150853.6429 0.207306 0.0173663.7500 0.221251 0.0199413.8571 0.235859 0.0228463.9643 0.251174 0.0261244.0714 0.267247 0.0298254.1786 0.284135 0.0340084.2857 0.301906 0.0387384.3929 0.320642 0.0440984.5000 0.340434 0.050179表7H SAG D0.1071-0.0003530.0000000.2143-0.0014120.0000000.3214-0.0031770.0000010.4286-0.0056470.0000030.5357-0.0088210.0000080.6429-0.0126990.0000180.7500-0.0172780.0000330.8571-0.0225580.0000560.9643-0.0285350.0000911.0714-0.0352080.0001401.1786-0.0425740.0002071.2857-0.0506300.0002961.3929-0.0593710.0004121.5000-0.0687950.0005601.6071-0.0788950.0007471.7143-0.0896670.0009781.8214-0.1011050.0012821.9286-0.1132030.0016062.0357-0.1259530.0020192.1429-0.1393470.0025102.2500-0.1533790.0030902.3571-0.1680370.0037702.4643-0.1833120.0045612.5714-0.1991950.0054772.6786-0.2156720.0065322.7857-0.2327310.0077412.8929-0.2503580.0091203.0000-0.2685390.0106863.1071-0.2872570.0124603.2143-0.3064940.0144613.3214-0.3262290.0167143.4286-0.3464380.0192453.5357-0.3670980.0220833.6429-0.3881760.0252603.7500-0.4096410.0288153.8571-0.4314520.0327903.9643-0.4535830.0372354.0714-0.4759210.0422084.1786-0.4984820.0477754.2857-0.5211130.0540154.3929-0.5437870.0610194.5000-0.5663790.068896
另外，图16示出了与孔径光阑S相邻的双面非球面的大致形状。在图中，OA是光轴，IM是象侧，在孔径光阑侧Rf面与孔径光阑相反侧的Rr面上，虚线表示基准球面RfS、RrS，实线表示非球面RfA、RrA。
图17是表示表4及表5所示第一实施例的Rf面、Rr面的上述H值与D值之间关系的视图。如上所述，Rr面是周边部，所以光焦度变化更大。即，可以看到，在周边部(H值大的一方)，Rr面的D值大于Rf面的D值。
如上所述，根据本发明，在透镜数目更少的情况下，能够获得高变倍比的小型变焦透镜系统。
另外，由于适当地使用非球面，所以同时实现了透镜直径小型化和远摄状态下透镜全长的缩短化，又由于使用非球面，实现了高变倍化和大口径化，当然可实现透镜系统小型化。
权利要求
1.一种变焦透镜系统，其特征在于，从物体侧依次设有至少三个有正光焦度的第一透镜组、有正光焦度的第二透镜组、有负光焦度的第三透镜组，当透镜位置从广角状态变到远摄状态时，上述第一透镜组和第二透镜组之间的间距增大，上述第二透镜组与第三透镜组之间的间距减小，各透镜组由此移向物体侧，孔径光阑设置在上述第一透镜组与第三透镜组之间，上述第二透镜组具有与孔径光阑邻近配置的且两侧透镜面为非球面的正透镜，设在上述孔径光阑与正透镜之间的沿光轴的气隙为Da，设变焦透镜系统的焦距为f，设上述孔径光阑所在空间侧的上述正透镜的透镜面的曲率半径为Ra，设与上述孔径光阑所在空间相对的空间侧的上述正透镜的透镜面的曲率半径为Rb(但Rb＜0)，Da/f＜0.08(1)0.3＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜0.95 (2)满足(1)、(2)式的条件。
2.如权利要求1所述的变焦透镜系统，其特征在于，当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时，一般满足上述条件式(1)。
3.如权利要求2所述的变焦透镜系统，其特征在于，设沿上述正透镜光轴的厚度为Db，设广角状态下的变焦透镜系统焦距为fw，0.03＜Db/fw＜0.10 (3)满足(3)式条件。
4.如权利要求3所述的变焦透镜系统，其特征在于，设上述第二透镜组的焦距为f2，设远摄状态下的上述变焦透镜系统的焦距为ft，0.4＜f2/(fw·ft)1/2＜0.7(4)满足(4)式条件。
5.如权利要求4所述的变焦透镜系统，其特征在于，上述第二透镜组包括负透镜组和正透镜组，上述孔径光阑设置在该正透镜组和负透镜组之间，上述正透镜设置在上述正透镜组中，而上述负透镜组在物体侧具有在物体侧面向凹面的负光焦度的透镜。
6.如权利要求3所述的变焦透镜系统，其特征在于，它还具有配置在上述第一透镜组与上述第二透镜组之间的、有负光焦度的第一辅助透镜组和配置在上述第二透镜组与第三透镜组之间的且有正光焦度的第二辅助透镜组，当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时，上述第一透镜组与第一辅助透镜组之间的间距增大，第一辅助透镜组与第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组与第二辅助透镜组之间的间距增大，上述第二辅助透镜组与第三透镜组之间的间距减小，各透镜组由此移向物体侧，上述孔径光阑设置在上述第一辅助透镜组与第二透镜组之间。
7.如权利要求6所述的变焦透镜系统，其特征在于，当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时，上述第一辅助透镜组与第二辅助透镜组一体地移动。
8.如权利要求7所述的变焦透镜系统，其特征在于，在近距离聚焦时，只有上述第二透镜组移向象侧，设远摄状态下的变焦透镜系统的横倍率为βT，设远摄状态下的第二透镜组的横倍率为β2T，1/{(1/βT)-β2T}2＜0.3(5)满足(5)式条件。
9.如权利要求8所述的变焦透镜系统，其特征在于，设广角状态下的第二透镜组的横倍率为β2W，设ft/fw的变焦比为Z，1.4＜(β2W/β2T)/Z＜3.0 (6)满足(6)式条件。
10.一种变焦透镜系统，其特征在于，从物体侧依次设有至少三个具有正光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组、具有负光焦度的第三透镜组，当透镜位置从广角状态变到远摄状态时，上述第一透镜组和第二透镜组之间的间距增大，上述第二透镜组与第三透镜组之间的间距减小，由此各透镜组移向物体侧，孔径光阑设置在上述第一透镜组与第三透镜组之间，上述第二透镜组具有与孔径光阑邻近配置的且两侧透镜面为非球面的正透镜，上述正透镜设置成与上述孔径光阑的象侧相邻。
11.如权利要求10所述的变焦透镜系统，其特征在于，上述正透镜的上述孔径光阑所在空间侧的透镜面是这样构成的，即它没有变曲点，光焦度从透镜中央向周边部逐渐变化，与上述孔径光阑所在空间相对的空间侧的透镜面是这样构成，即光焦度在比轴上光束通过范围靠外的周边部更大地变化。
全文摘要
本发明提供了一种适于高变倍化的小型变焦透镜系统。从物体侧依次设有正光焦度的第一透镜组G1、正光焦度的第二透镜组G2、负光焦度的第三透镜组G3,当透镜位置状态从广角状态变到远摄状态时,第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间距增大,第二透镜组G2与第三透镜组G3之间间距减小,各透镜组由此移向物体侧,孔径光阑S设置在第一透镜组G1与第三透镜组G3之间,第二透镜组G2具有与孔径光阑S邻近配置的且两侧透镜面为非球面的正透镜。
文档编号G02B15/20GK1263272SQ0010220
公开日2000年8月16日 申请日期2000年2月4日 优先权日1999年2月10日
发明者大竹基之 申请人:株式会社尼康