可变放大率光学系统的制作方法

专利名称：可变放大率光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于图像捕获设备(如数字静物照相机)的可变放大率光学系统，具体涉及安装在可互换透镜单元中的可变发大率光学系统。
背景技术：
许多已知的图像捕获设备，如银盐电影摄影机和电视摄影机，具有变焦能力和长后焦点。例如，日本未经审查的专利申请公布No.2000-75204描述了可以安装到银盐电影摄影机上的变焦透镜系统(可变放大率光学系统)。另外，日本未经审查的专利申请公布No.2003-241088描述了可被安装到电视摄影机上的变焦透镜系统。
在日本未经审查的专利申请公布No.2000-75204中描述的变焦透镜系统包括从物体一侧至图像平面一侧的、具有正、负、正和正光焦度的四个透镜组。当执行变焦操作时，移动四个透镜组的每一个。另外，在这个变焦透镜系统中，自物体一侧起的第三正透镜组包括正和负透镜的组合(自物体一侧至图像平面一侧的正-负光焦度布置)。
因此，由于第三透镜组中正-负光焦度布置(远摄布置)使得这个变焦透镜系统的长度较短。所以，在日本未经审查的专利申请公布No.2000-75204中描述的变焦透镜系统适合于要求较短长度的银盐电影摄影机。
相反地，在日本未经审查的专利申请公布No.2003-241088中描述的变焦透镜系统包括自物体一侧至图像平面一侧的、具有正、负、正和正光焦度的四个透镜组。当执行变焦操作时，移动第二和第四透镜组。另外，在这个变焦透镜系统中，自物体一侧起的第三正透镜组包括负、正和正透镜的组合(自物体一侧至图像平面一侧的负-正-正光焦度布置)。
因此，由于第三透镜组中负-正-正光焦度布置(焦点后移布置)使得这个变焦透镜系统的后焦点较长。所以，在日本未经审查的专利申请公布No.2003-241088中描述的变焦透镜系统适合于要求长后焦点以便于结合分色棱镜的电视摄影机。

发明内容
然而，在日本未经审查的专利申请公布No.2000-75204和日本未经审查的专利申请公布No.2003-241088中描述的变焦透镜系统都不适合于数字静物照相机(DSC)的可互换透镜单元。
通常，甚至当数字静物照相机的可互换透镜单元具有高的变焦能力时，DSC的用户不喜欢太长的可互换透镜单元。然而，为了在DSC主体上安装可互换透镜单元，要求某一后焦距。因此，具有较短长度和某一后焦距的可互换透镜单元是所期望的。
如果将日本未经审查的专利申请公布No.2000-75204中描述的变焦透镜系统用于支持APS-C格式的DSC的可互换透镜单元，则变焦透镜系统的长度短，因为DSC的图像传感器的尺寸小于银盐胶片的尺寸(135完全格式化)。然而，由于短的尺寸，对于这个变焦透镜系统来说，难以提供某一后焦距。
相反地，如果将日本未经审查的专利申请公布No.2003-241088中描述的变焦透镜系统用于支持APS-C格式的DSC的可互换透镜单元，则变焦透镜系统的长度长，因为DSC的图像传感器的尺寸大于电视摄影机的明显小的图像传感器的尺寸。因此，尽管这个透镜光学系统可确保某一后焦距，但是显著增加了透镜光学系统的长度。
因此，本发明提供了一种即使在可变放大率光学系统具有某一后焦距时也具有短的长度的可变放大率光学系统。
按照本发明的实施例，可变放大率光学系统至少包括以自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序布置的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组和具有正光焦度的第三透镜组以及位于第三透镜组的图像平面一侧上的具有正光焦度的至少一个后续的透镜组。
后续的透镜组可以比如只利用一个正光焦度的透镜组或两个正光焦度的透镜组来实现。
另外，当自广角位置至远摄位置执行可变放大时，可变放大率透镜系统移动所有的透镜组。尤其是，通过向物体一侧单调移动第一透镜组和第三透镜组，可变放大率光学系统增加第一透镜组和第二透镜组之间的距离，减小第二透镜组和第三透镜组之间的距离并且减小第三透镜组和距离物体最近的后续的透镜组之间的距离。
也就是，如果后续的透镜组仅利用一个正光焦度的透镜组来实现，则距物体最近的后续的透镜组是自物体起的第四透镜组。因此，在包括四个透镜组的可变放大率光学系统中，当自广角位置至远摄位置执行可变放大时，第三透镜组和第四透镜组之间的距离减小。
相反地，如果后续的透镜组利用两个正光焦度的透镜组来实现，则距物体最近的后续的透镜组是第四透镜组。位于第四透镜的图像平面一侧上的正光焦度的透镜组是自物体起的第五透镜组。
在包括五个透镜组的这种可变放大率光学系统中，当自广角位置至远摄位置执行可变放大时，第三透镜组和第四透镜组之间的距离减小并且第四透镜组和第五透镜组之间的距离(即两个正光焦度的透镜组之间的距离)也减小。
值得注意的是，在可变放大率光学系统包括四个透镜组和五个透镜组的两种情况中，第二透镜组被移动，以便于执行聚焦操作。
另外，上述可变放大率光学系统的第三透镜组包括物体一侧上的负透镜和图像平面一侧上的正透镜。这样，第三透镜组具有负-正的焦点后移光焦度布置。因此，可变放大率光学系统的后焦点增加。然而，因为第三透镜组只包括两个透镜，所以可阻止由于透镜厚度导致的可变放大率光学系统长度的增加。此外，因为第三透镜组包括负透镜和正透镜，第三透镜组可有效地校正色差。值得注意的是，可使负透镜与正透镜联结以形成胶合透镜。
另外，期望可变放大率光学系统满足下列条件表达式(1)0.5＜f3/fGS(w)＜5(1)其中f3＝第三透镜组的焦距，以及fGS(w)＝广角位置处后续的透镜组的组合焦距。
这个条件表达式(1)定义了取得高的校正像差的性能和可变放大率光学系统长度的减小之间良好平衡所要求的范围。
例如，如果第三透镜组的焦距减小并且因此f3/fGS(w)的值小于或等于条件表达式(1)的下限，则第三透镜组的正光焦度相对增加。因此，由于非常强的正光焦度导致的各种像差发生。尤其是，欠球面像差(under spherical aberration)和场弯曲出现在远摄位置处。此外，如果后续的透镜组的焦距增加并且因此f3/fGS(w)的值小于或等于条件表达式(1)的下限，则可变放大率光学系统的长度依照焦距的增加而被增加。
相反地，当第三透镜组的焦距增加并且f3/fGS(w)的值大于或等于条件表达式(1)的上限时，第三透镜组的正光焦度相对较弱。因此，第三透镜组不可能足以会聚自第二透镜组输入的发散光束。因此，各种像差发生，并且尤其是，过球面像差(over spherical aberration)和场弯曲出现在远摄位置处。另外，如果后续的透镜组的焦距减小并且f3/fGS(w)的值大于或等于条件表达式(1)的上限，由于焦距减小(即光焦度增加)导致的各种像差发生。
因此，如果第三透镜组的焦距和后续的透镜组的焦距的组合焦距被设置以使条件表达式(1)被满足，则可以减小可变放大率光学系统的长度。另外，可以防止各种像差的发生。
另外，期望可变放大率光学系统满足下列条件(2)0.1＜f3/fall(w)＜8(2)其中f3＝第三透镜组的焦距，以及fall(w)＝广角位置处整个可变放大率光学系统的焦距。
条件表达式(2)定义了取得后焦点的延长和可变放大率光学系统长度的减小之间良好平衡所要求的范围。
例如，如果第三透镜组的焦距短，并因此f3/fall(w)的值小于或等于条件表达式(2)的下限，则具有焦点后移光焦度布置的第三透镜组不会产生所期望的效果。因此，后焦点减小。相反地，如果第三透镜组的焦距长并且因此f3/fall(w)的值大于或等于条件表达式(2)的上限，则可变放大率光学系统的长度由于长的焦距而被增加。
因此，当第三透镜组GR3的焦距和广角位置处可变放大率光学系统的焦距被确定以便满足条件表达式(2)时，可以减小可变放大率光学系统的长度，同时增加后焦点。
另外，期望可变放大率光学系统满足下列条件表达式(3)2＜|f1/f2|＜12(3)其中f1＝第一透镜组的焦距，以及f2＝第二透镜组的焦距。
条件表达式(3)定义了取得可变放大率光学系统长度的减小所要求的范围。
例如，如果第一透镜组的焦距减小并且|f1/f2|的值小于或等于条件表达式(3)的下限，则用于变焦的第一透镜组的位移小。然而，为了校正由正光焦度增加导致的各种像差，需要更多数量的透镜。因此，可变放大率光学系统的长度增加。另一方面，如果第二透镜组的焦距增加并且|f1/f2|的值小于或等于条件表达式(3)的下限，则利用第二透镜组的聚焦操作要求相对较大的用于聚焦的位移距离。因此，可变放大率光学系统的长度增加。
相反地，如果第一透镜组的焦距增加并且|f1/f2|的值大于或等于条件表达式(3)的上限，则用于变焦的第一透镜组的位移大。因此，可变放大率光学系统的长度增加。另一方面，如果第二透镜组的焦距减小并且|f1/f2|的值大于或等于条件表达式(3)的上限，则第二透镜组的负光焦度相对增加。因此，广泛接收发散光的第三透镜组的尺寸增加。从而，可变放大率光学系统的长度增加。
因此，当第一透镜组和第二透镜组的焦距被确定以满足条件表达式(3)时，可以减小可变放大率光学系统的长度。
此外，期望可变放大率光学系统满足下列条件表达式(4)0.9＜f12(w)/fall(w)＜1.5(4)其中f12(w)＝广角位置处第一透镜组和第二透镜组的组合焦距fall(w)＝广角位置处整个可变放大率光学系统的焦距。
值得注意的是，条件表达式(4)定义了取得后焦点的延长和可变放大率光学系统长度的减小之间良好平衡所要求的范围。
例如，如果第一透镜组和第二透镜组的组合焦距减小并且因此f12(w)/fall(w)的值小于或等于条件表达式(4)的下限，第一透镜组和第二透镜组的组合光焦度相对增加。在这种情况下，传播到第三透镜组的光被广泛发散。因此，为了接收发散光，第三透镜组的尺寸应当增加。因此，可变放大率光学系统的长度增加。
相反地，例如，当第一透镜组和第二透镜组的组合焦距增加并且因此f12(w)/fall(w)的值大于或等于条件表达式(4)的上限时，第一透镜组和第二透镜组的组合光焦度相对较弱。因此，尽管可以减小第三透镜组的尺寸，但是难以确保后焦点。
因此，当第一透镜组和第二透镜组的组合焦距以及广角位置处整个可变放大率光学系统的焦距被确定以满足条件表达式(4)时，可以减小可变放大率光学系统的长度并可以增加后焦点。
另一方面，可变放大率光学系统中后续的透镜组可包括自物体一侧至图像平面一侧的正透镜、负透镜、负透镜和正透镜。在后续的透镜组的这种光焦度布置中，在物体一侧上获得正-负光焦度布置(即远摄布置)并且在图像平面一侧上获得负-正布置(即焦点后移布置)。由于远摄布置，可变放大率光学系统的长度减小。另外，由于焦点后移布置，后焦点增加并且出瞳的位置被移开。
另一方面，在后续的透镜组中，自物体一侧起的第三负光焦度可以通过正透镜和负透镜来取得。此时，后续的透镜组包括自物体一侧至图像平面一侧的正透镜、负透镜、正透镜、负透镜和正透镜。在这种情况下，可变放大率光学系统的长度减小，而后焦点增加。
另外，为了足以校正各种像差，期望后续的透镜组中透镜的至少一个表面是非球面的。此外，期望第二透镜组中透镜的至少一个表面是非球面的。
按照本发明的上述实施例，因为第三透镜组包括由自物体一侧至图像平面一侧的负透镜和正透镜组成的两个透镜，所以获得焦点后移布置。因此，获得可易于提供长后焦点的可变放大率光学系统。另外，因为可变放大率光学系统的第三透镜组由所述的两个透镜组成，第三透镜组的厚度相对减小。因此，可以减小可变放大率光学系统的长度。也就是，可提供具有较短长度和后焦点的某一长度的可变放大率光学系统。


图1说明了按照第一实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图2A至2C说明了当执行变焦时按照第一实例的可变放大率光学系统的像差，其中图2A是球面像差曲线，图2B是像散曲线，并且图2C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图3A至3C说明了当执行变焦时按照第一实例的可变放大率光学系统的像差，其中图3A是球面像差曲线，图3B是像散曲线，并且图3C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图4A至4C说明了当执行变焦时按照第一实例的可变放大率光学系统的像差，其中图4A是球面像差曲线，图4B是像散曲线，并且图4C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；图5说明了按照第二实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图6A至6C说明了当执行变焦时按照第二实例的可变放大率光学系统的像差，其中图6A是球面像差曲线，图6B是像散曲线，并且图6C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图7A至7C说明了当执行变焦时按照第二实例的可变放大率光学系统的像差，其中图7A是球面像差曲线，图7B是像散曲线，并且图7C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图8A至8C说明了当执行变焦时按照第二实例的可变放大率光学系统的像差，其中图8A是球面像差曲线，图8B是像散曲线，并且图8C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；图9说明了按照第三实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图10A至10C说明了当执行变焦时按照第三实例的可变放大率光学系统的像差，其中图10A是球面像差曲线，图10B是像散曲线，并且图10C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图11A至11C说明了当执行变焦时按照第三实例的可变放大率光学系统的像差，其中图11A是球面像差曲线，图11B是像散曲线，并且图11C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图12A至12C说明了当执行变焦时按照第三实例的可变放大率光学系统的像差，其中图12A是球面像差曲线，图12B是像散曲线，并且图12C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；图13说明了按照本发明第四实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图14A至14C说明了当执行变焦时按照第四实例的可变放大率光学系统的像差，其中图14A是球面像差曲线，图14B是像散曲线，并且图14C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图15A至15C说明了当执行变焦时按照第四实例的可变放大率光学系统的像差，其中图15A是球面像差曲线，图15B是像散曲线，并且图15C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图16A至16C说明了当执行变焦时按照第四实例的可变放大率光学系统的像差，其中图16A是球面像差曲线，图16B是像散曲线，并且图16C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；图17说明了按照本发明第五实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图18A至18C说明了当执行变焦时按照第五实例的可变放大率光学系统的像差，其中图18A是球面像差曲线，图18B是像散曲线，并且图18C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图19A至19C说明了当执行变焦时按照第五实例的可变放大率光学系统的像差，其中图19A是球面像差曲线，图19B是像散曲线，并且图19C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图20A至20C说明了当执行变焦时按照第五实例的可变放大率光学系统的像差，其中图20A是球面像差曲线，图20B是像散曲线，并且图20C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；图21说明了按照第六实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图22A至22C说明了当执行变焦时按照第六实例的可变放大率光学系统的像差，其中图22A是球面像差曲线，图22B是像散曲线，并且图22C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图23A至23C说明了当执行变焦时按照第六实例的可变放大率光学系统的像差，其中图23A是球面像差曲线，图23B是像散曲线，并且图23C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图24A至24C说明了当执行变焦时按照第六实例的可变放大率光学系统的像差，其中图24A是球面像差曲线，图24B是像散曲线，并且图24C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；图25说明了按照本发明第七实例的可变放大率光学系统中被布置成一行的透镜的示范结构；图26A至26C说明了当执行变焦时按照第七实例的可变放大率光学系统的像差，其中图26A是球面像差曲线，图26B是像散曲线，并且图26C是广角位置(W)处的失真像差曲线；图27A至27C说明了当执行变焦时按照第七实例的可变放大率光学系统的像差，其中图27A是球面像差曲线，图27B是像散曲线，并且图27C是中间焦点位置(M)处的失真像差曲线；图28A至28C说明了当执行变焦时按照第七实例的可变放大率光学系统的像差，其中图28A是球面像差曲线，图28B是像散曲线，并且图28C是远摄位置(T)处的失真像差曲线；以及图29是图像捕获设备(数字静物照相机)的结构框图。
具体实施例方式
第一实施例下面结合附图对本发明的第一实施例进行描述。
1.数字静物照相机图29是数字静物照相机(DSC)(图像捕获设备)29的结构框图，在其上可安装可变放大率光学系统OS。
如图29所示，DSC 29包括可互换的可变放大率光学系统OS、闪光FL、光学系统驱动单元13、图像传感器SR、信号处理单元14、显示单元15、记录单元16、记录介质17、操作单元18和控制单元19。
可互换的可变放大率光学系统OS将来自被拍摄物体的光(自物体一侧)引导至图像传感器SR并使光在图像传感器SR的光接收表面(图像平面)上聚焦。因此，可变放大率光学系统OS可以表述为图像形成光学系统或图像捕获光学系统。下面将详细描述这个可变放大率光学系统OS。
闪光FL用作将光发射到物体上的光源，从而增强了来自物体的光(反射光)。因此，图像传感器SR可易于捕获物体的图像。
光学系统驱动单元13包括多个驱动电机(光学系统驱动电机)(图中未示出)和用于将由驱动电机产生的驱动力传输至可变放大率光学系统OS的传输机构(图中未示出)。光学系统驱动单元13利用驱动电机和传输机构确定可变放大率光学系统OS的焦距和焦点。更具体地说，响应来自控制单元13的指令，光学系统驱动单元13确定可变放大率光学系统OS的焦距和焦点。
图像传感器SR的实例包括电荷耦合装置(CCD)的面积传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。图像传感器SR接收已经穿过可变放大率光学系统OS的光并且将接收到的光转换成电信号(成像数据)。此后，图像传感器SR输出成像数据输出至信号处理单元14。
信号处理单元14处理由图像传感器SR输出的电子数据(成像数据)并且基于成像数据生成捕获的图像数据。另外，信号处理单元14响应来自控制单元19的指令开始和停止处理。此外，信号处理单元14响应来自控制单元19的指令将捕获的图像数据传输至显示单元15和记录单元16。
显示单元15包括比如液晶显示面板。显示单元15显示自信号处理单元14输出的捕获的图像数据或关于DSC 29的设置和状态信息。
记录单元16响应来自控制单元19的指令将由信号处理单元14生成的捕获的图像数据记录在记录介质17上。另外，记录单元16响应来自控制单元19的指令、依照操作单元18的操作将捕获的图像数据从记录介质17中读出。
记录介质17可以结合进DSC 29或者可以像闪存那样是可移动的。可以使用能够存储捕获的图像数据的任何类型的记录介质(如光盘或半导体存储器)。
操作单元18接受由用户实施的各种操作并且依照操作输出指令。例如，操作单元18包括快门开关按钮和操作表盘。
控制单元19是DSC 29的主要部分，其用于执行对DSC 29的控制。控制单元19整体控制DSC 29的每一个部件以确定DSC 29的操作。
2.可变放大率光学系统2-1.依照第一至第七实例的可变放大率光学系统的结构(参见图1至28)下面参考图1至28C对按照第一至第七实例的可变放大率光学系统进行描述。这样的可变放大率光学系统OS被结合进比如可互换透镜单元，其被安装到DSC 29的主体上。
值得注意的是，第一实例参考图1至4C进行描述，第二实例参考图5至8C进行描述，第三实例参考图9至12C进行描述，第四实例参考图13至16C进行描述，第五实例参考图17至20C进行描述，第六实例参考图21至24C进行描述以及第七实例参考图25至28C进行描述。
附图中(图1、5、9、13、17、21和25)透镜的截面图表示了其中透镜被布置成一行的可变放大率光学系统OS。在附图中，符号“GRi”表示透镜组并且“Li”表示透镜。符号“si”表示透镜的表面(如透射表面)。附加在“GR”、“L”或“s”后面的数字“i”分别表示自物体一侧至图像平面一侧的透镜组、透镜或者透镜表面的位置顺序。另外，符号“*”表示非球面表面。
2-1-1.按照第一实例的可变放大率光学系统的结构(参见图1)按照第一实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。第一透镜组GR1具有正(+)光焦度(折射本领)。值得注意的是，这个光焦度被定义为焦距的倒数。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第二透镜L2具有两个凸面的正透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。第一透镜L1和第二透镜L2可以借助于粘合剂进行联结。值得注意的是，在下面的实例中，如同第一实例一样，透镜可以借助于粘合剂进行联结。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6、第七透镜L7以及第八透镜L8。第二透镜组GR2具有负(-)光焦度。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜(注意s7*是非球面表面)；(b)第五透镜L5在物体一侧具有凹面的正凹凸透镜；
(c)第六透镜L6具有两个凹面的负透镜；(d)第七透镜L7具有两个凸面的正透镜；以及(e)第八透镜L8在物体一侧具有凹面的负凹凸透镜。
第五透镜L5和第六透镜L6在透镜表面s10和s11处被联结以便形成胶合透镜。正如这里所用到的，术语“非球面表面”被称为具有非球面形状的折射光学表面或提供与具有非球面形状的折射光学表面所提供的相同的折射的表面。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第九透镜L9和第十透镜L10。第三透镜组GR3具有正光焦度。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征(a)光学孔径ST部分阻挡已经通过第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s17”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第九透镜L9在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第十透镜L10具有两个凸面的正透镜。
第九透镜L9和第十透镜L10在透镜表面s19和s20处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十一透镜L11、第十二透镜L12、第十三透镜L13和第十四透镜L14。第四透镜组GR4具有正光焦度。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十一透镜L11具有两个凸面的正透镜；(b)第十二透镜L12具有两个凹面的负透镜(注意s25*是非球面表面)；(c)第十三透镜L13具有两个凹面的负透镜；以及(d)第十四透镜L14具有两个凸面的正透镜。
第十三透镜L13和第十四透镜L14在透镜表面s27和s28处被联结以便形成胶合透镜。
2-1-2.按照第二实例的可变放大率光学系统的结构(参见图5)如同第一实例一样，按照第二实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4。另外，如同第一实例一样，这个可变放大率光学系统OS的光焦度布置是正、负、正和正。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第二透镜L2具有两个凸面的正透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜(注意s7*是非球面表面)；(b)第五透镜L5具有两个凹面的负透镜；(c)第六透镜L6具有两个凸面的正透镜；(d)第七透镜L7在物体一侧具有凹面的负凹凸透镜。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第八透镜L8和第九透镜L9。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征
(a)光学孔径ST如同第一实例那样的，部分阻挡光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s15”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第八透镜L8在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第九透镜L9具有两个凸面的正透镜。
第八透镜L8和第九透镜L9在透镜表面s17和s18处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十透镜L10、第十一透镜L11、第十二透镜L12和第十三透镜L13。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十透镜L10具有两个凸面的正透镜；(b)第十一透镜L11具有两个凹面的负透镜(注意s23*是非球面表面)；(c)第十二透镜L12具有两个凹面的负透镜；以及(d)第十三透镜L13具有两个凸面的正透镜。
第十二透镜L12和第十三透镜L13在透镜表面s25和s26处被联结以便形成胶合透镜。
2-1-3.按照第三实例的可变放大率光学系统的结构(参见图9)与第一和第二实例不同，按照第三实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。这个可变放大率光学系统OS的光焦度布置是正、负、正、正和正。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；
(b)第二透镜L2在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第五透镜L5在物体一侧具有凹面的正凹凸透镜(c)第六透镜L6具有两个凹面的负透镜；(d)第七透镜L7在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜；以及(e)第八透镜L8具有两个凹面的负透镜。
第五透镜L5和第六透镜L6在透镜表面s10和s11处被联结以便形成胶合透镜。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第九透镜L9和第十透镜L10。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征(a)光学孔径ST如同第一或第二实例那样的，部分阻挡光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s17”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第九透镜L9在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第十透镜L10具有两个凸面的正透镜。
第九透镜L9和第十透镜L10在透镜表面s19和s20处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十一透镜L11和第十二透镜L12。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十一透镜L11在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜；以及(b)第十二透镜L12具有两个凹面的负透镜。
<第五透镜组>
第五透镜组GR5包括第十三透镜L13、第十四透镜L14和第十五透镜L15。
第五透镜组GR5的透镜具有下列特征(a)第十三透镜L13具有两个凸面的正透镜(注意s27*是非球面表面)；(b)第十四透镜L14具有两个凹面的负透镜；(c)第十五透镜L15具有两个凸面的正透镜。
2-1-4.按照第四实例的可变放大率光学系统的结构(参见图13)如同第三实例，按照第四实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。另外，如同第三实例一样，这个可变放大率光学系统OS的光焦度布置是正、负、正、正和正。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第二透镜L2具有两个凸面的正透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第五透镜L5在物体一侧具有凹面的正凹凸透镜(c)第六透镜L6具有两个凹面的负透镜；(d)第七透镜L7具有两个凸面的正透镜；(e)第八透镜L8具有两个凹面的负透镜。
第五透镜L5和第六透镜L6在透镜表面s10和s11处被联结以便形成胶合透镜。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第九透镜L9和第十透镜L10。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征(a)光学孔径ST如同第一至第三实例那样的，部分阻挡光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s17”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第九透镜L9在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第十透镜L10具有两个凸面的正透镜。
第九透镜L9和第十透镜L10在透镜表面s19和s20处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十一透镜L11和第十二透镜L12。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十一透镜L11具有两个凸面的正透镜；(b)第十二透镜L12具有两个凹面的负透镜。
<第五透镜组>
第五透镜组GR5包括第十三透镜L13、第十四透镜L14和第十五透镜L15。
第五透镜组GR5的透镜具有下列特征(a)第十三透镜L13在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜(注意s27*是非球面表面)；(b)第十四透镜L14在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第十五透镜L15具有两个凸面的正透镜。
第十四透镜L14和第十五透镜L15在透镜表面s29和s30处被联结以便形成胶合透镜。
2-1-5.按照第五实例的可变放大率光学系统的结构(参见图17)如同第三和第四实例，按照第五实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。另外，如同第三和第四实例一样，这个可变放大率光学系统OS的光焦度布置是正、负、正、正和正。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第二透镜L2具有两个凸面的正透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征
(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第五透镜L5具有两个凹面的负透镜(c)第六透镜L6具有两个凸面的正透镜；(d)第七透镜L7具有两个凹面的负透镜。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第八透镜L8和第九透镜L9。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征(a)光学孔径ST如同第一至第四实例那样的，部分阻挡光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s15”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第八透镜L8在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第九透镜L9具有两个凸面的正透镜。
第八透镜L8和第九透镜L9在透镜表面s17和s18处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十透镜L10和第十一透镜L11。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十透镜L10在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜；(b)第十一透镜L11具有两个凹面的负透镜。
<第五透镜组>
第五透镜组GR5包括第十二透镜L12、第十三透镜L13和第十四透镜L14。
第五透镜组GR5的透镜具有下列特征(a)第十二透镜L12在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜(注意s25*是非球面表面)；(b)第十三透镜L13在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第十四透镜L14具有两个凸面的正透镜。
第十三透镜L13和第十四透镜L14在透镜表面s27和s28处被联结以便形成胶合透镜。
2-1-6.按照第六实例的可变放大率光学系统的结构(参见图21)如同第三至第五实例，按照第六实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。另外，如同第三至第五实例一样，这个可变放大率光学系统OS的光焦度布置是正、负、正、正和正。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第二透镜L2具有两个凸面的正透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6和第七透镜L7。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜(注意s7*是非球面表面)；(b)第五透镜L5具有两个凹面的负透镜(c)第六透镜L6具有两个凸面的正透镜；(d)第七透镜L7在物体一侧具有凹面的负透镜。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第八透镜L8和第九透镜L9。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征(a)光学孔径ST如同第一至第五实例那样的，部分阻挡光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s15”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第八透镜L8在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(c)第九透镜L9在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第八透镜L8和第九透镜L9在透镜表面s17和s18处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十透镜L10和第十一透镜L11。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十透镜L10具有两个凸面的正透镜；以及(b)第十一透镜L11具有两个凹面的负透镜(注意s23*是非球面表面)。
<第五透镜组>
第五透镜组GR5包括第十二透镜L12和第十三透镜L13。
第五透镜组GR5的透镜具有下列特征(a)第十二透镜L12在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；以及(b)第十三透镜L13具有两个凸面的正透镜。
2-1-7.按照第七实例的可变放大率光学系统的结构(参见图25)如同第三至第六实例，按照第七实例，可变放大率光学系统OS包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3、第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。然而，与第三至第六实例不同，这个可变放大率光学系统OS的光焦度布置是正、负、正、负和正。另外，按照第七实例的可变放大率光学系统OS不包括非球面表面。
<第一透镜组>
第一透镜组GR1包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3。
第一透镜组GR1的透镜具有下列特征(a)第一透镜L1在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第二透镜L2在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜；以及(c)第三透镜L3在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜。
第一透镜L1和第二透镜L2在透镜表面s2和s3处被联结以便形成胶合透镜。
<第二透镜组>
第二透镜组GR2包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7和第八透镜L8。
第二透镜组GR2的透镜具有下列特征(a)第四透镜L4在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(b)第五透镜L5在物体一侧具有凹面的正凹凸透镜(c)第六透镜L6具有两个凹面的负透镜；(d)第七透镜L7具有两个凸面的正透镜；(e)第八透镜L8具有两个凹面的负透镜。
<第三透镜组>
第三透镜组GR3包括光学孔径ST、第九透镜L9和第十透镜L10。
第三透镜组GR3的光学孔径ST和透镜具有下列特征(a)光学孔径ST如同第一至第六实例那样的，部分阻挡光束的孔径(光学孔径ST还被称为“s17”并且被结合进第三透镜组GR3)；(b)第九透镜L9在物体一侧具有凸面的负凹凸透镜；(c)第十透镜L10具有两个凸面的正透镜。
第九透镜L9和第十透镜L10在透镜表面s19和s20处被联结以便形成胶合透镜。
<第四透镜组>
第四透镜组GR4包括第十一透镜L11和第十二透镜L12。
第四透镜组GR4的透镜具有下列特征(a)第十一透镜L11具有两个凸面的正透镜；以及(b)第十二透镜L12在物体一侧具有凹面的负凹凸透镜。
<第五透镜组>
第五透镜组GR5包括第十三透镜L13和第十四透镜L14、第十五透镜L15和第十六透镜L16。
第五透镜组GR5的透镜具有下列特征(a)第十三透镜L13具有两个凸面的正透镜；(b)第十四透镜L14具有两个凹面的负透镜；(c)第十五透镜L15在物体一侧具有凹面的正凹凸透镜；以及(d)第十六透镜L16具有两个凸面的正透镜。
2-2.按照第一至第七实例的可变放大率光学系统的结构数据下面参考表格1至13对按照第一至第七实例的可变放大率光学系统OS的结构数据进行描述。
在表格1至13中，符号“ri”(mm)表示每个表面si的曲率半径。要注意的是，符号“*”表示非球面表面。符号“di”(mm)表示光轴上第i表面si和第i+1表面si+1之间的距离。当光轴上表面之间的距离(透镜组之间的距离)通过变焦而改变时，以广角位置(W)处的符号“di”、中间焦点(M)处的符号“di”和远摄位置(T)处的符号“di”这样的顺序进行书写。
另外，符号“Ni”和“vi”分别表示光轴上表面之间(di)介质的折射率Nd和阿贝数vd。值得注意的是，折射率Nd和阿贝数vd是针对d线(波长＝587.56nm)来确定的。
术语“焦距位置”指(W)、(M)和(T)中的一个，也就是，广角位置(W；最小焦距)、中间焦点位置(M)和远摄位置(T最大焦距)。符号“f”和“FNo.”分别表示针对焦点位置(W)、(M)和(T)的可变放大率光学系统的焦距(mm)和F数(FNo.)。
上述非球面表面被定义如下X(H)＝C0·H2/{1+√(1-ε·C02·H2))+∑Aj·Hj(1)其中H＝在垂直方向上距离光轴AX的高度，X(H)＝在光轴AX的方向上高度H处的位移(垂度)，C0＝近轴曲率(即l/ri)，ε＝二次曲面参数，j＝非球面的阶，以及Aj＝第j阶的非球面系数。
在这里，下面的表格示出了与非球面表面有关的数据(非球面表面数据)。值得注意的是，没有任何数字的条目中数据的系数是零。对下面所有表格来说，“E-n”代表“x10-n”。
2-2-1.按照第一实例的可变放大率光学系统的结构数据表1

表2

2-2-2.按照第二实例的可变放大率光学系统的结构数据表3

表4

2-2-3.按照第三实例的可变放大率光学系统的结构数据表5

表6

2-2-4.按照第四实例的可变放大率光学系统的结构数据表7

表8

2-2-5.按照第五实例的可变放大率光学系统的结构数据表9

表10

2-2-6.按照第六实例的可变放大率光学系统的结构数据表11

表12

2-2-7.按照第七实例的可变放大率光学系统的结构数据表13

2-3.按照第一至第七实例的可变放大率光学系统中透镜组的移动下面描述按照第一至第七实例的可变放大率光学系统中透镜组的移动。
2-3-1.变焦当执行自广角位置(w)至远摄位置(T)的变焦(可变放大)时，可变放大率光学系统OS沿光轴AX移动透镜组GR。例如，按照第一至第七实例，当执行变焦时，可变放大率光学系统OS移动所有透镜组GR。
在图1、5、9、13、17、21和25中，附图标记被用来仅仅表示依照变焦改变的轴上的距离(di)。箭头“MMi”示意性地示出了每个透镜组GR在从广角位置(W)移至中间焦距位置以及从中间焦距位置移至远摄位置(T)时的移动。“MMi”中的“i”表示自物体一侧至图像平面一侧的位置顺序。因此，“i”对应于透镜组GR的顺序。
下面描述每个透镜组GR自广角位置(W)至远摄位置(T)的移动。在描述透镜组GR之间的距离(组距离)时，利用广角位置(W)处透镜组GR之间的距离和远摄位置(T)处透镜组GR之间的距离间的比较进行说明。因此，如果远摄位置(T)处透镜组GR之间的距离大于广角位置(W)处透镜组GR之间的距离，甚至在中间焦距位置处(M)的透镜组GR之间的距离小于广角位置(W)处透镜组GR之间的距离时，透镜组GR之间的距离被描述为自广角位置(W)至远摄位置(T)“增加”。
按照第一和第二实例的可变放大率光学系统每个透镜组GR自广角位置(W)至远摄位置(T)的移动描述如下(a)第一透镜组GR1朝着物体一侧移动；(b)第二透镜组GR2暂时朝着图像平面一侧移动，并且随后朝着物体一侧移动；(c)第三透镜组GR3朝着物体一侧移动；以及(d)第四透镜组GR4朝着物体一侧移动。
通过朝物体一侧至少单调移动第一透镜组GR1和第三透镜组GR3，按照第一和第二实例的可变放大率光学系统OS增加了第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的距离并且减小了第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的距离以及第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的距离。
按照第三至第六实例的可变放大率光学系统按照第三至第六实例的可变放大率光学系统OS的每个透镜组GR自广角位置(W)至远摄位置(T)的移动描述如下(a)第一透镜组GR1朝着物体一侧移动；(b)第二透镜组GR2暂时朝着图像平面一侧移动，并且随后朝着物体一侧移动；(c)第三透镜组GR3朝着物体一侧移动；(d)第四透镜组GR4朝着物体一侧移动；以及(e)第五透镜组GR5朝着物体一侧移动。
通过朝物体一侧至少单调移动第一透镜组GR1和第三透镜组GR3，按照第三和第五实例的可变放大率光学系统OS增加了第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的距离并且减小了第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的距离、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的距离以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的距离。
然而，通过朝物体一侧至少单调移动第一透镜组GR1和第三透镜组GR3，按照第六实例的可变放大率光学系统OS增加了第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的距离并且减小了第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的距离、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的距离以及增加了第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的距离。
按照第七实例的可变放大率光学系统按照第七实例的可变放大率光学系统OS的每个透镜组GR自广角位置(W)至远摄位置(T)的移动描述如下(a)第一透镜组GR1朝着物体一侧移动；
(b)第二透镜组GR2朝着物体一侧移动；(c)第三透镜组GR3朝着物体一侧移动；(d)第四透镜组GR4朝着物体一侧移动；以及(e)第五透镜组GR5朝着物体一侧移动。
然而，与第三至第五实例一样，通过朝物体一侧至少单调移动第一透镜组GR1和第三透镜组GR3，按照第七实例的可变放大率光学系统OS增加了第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的距离并且减小了第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的距离、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的距离以及第四透镜组GR4和第五透镜组GR5之间的距离。
2-3-2.聚焦在执行聚焦时，按照第一至第七实例的可变放大率光学系统OS移动第二透镜组GR2。其原因如下。因为在可变放大率光学系统OS的透镜组GR当中第二透镜组GR2具有最高的负光焦度，聚焦所需要的移动距离相对较短。另外，可相对减少由聚焦导致的各种像差的发生。
2-4.按照第一至第七实例的可变放大率光学系统中的像差按照第一至第七实例，当可变放大率光学系统OS执行变焦时发生的像差被示出在图2A至4C、图6A至8C、图10A至12C、图14A至16C、图18A至20C、图22A至24C以及图26A至28C中。值得注意的是，图6A至8C、图10A至12C、图14A至16C、图18A至20C、图22A至24C以及图26A至28C中示出的信息以同样的方式被示出在图2A至4C中。
更具体地说，图2A至2C示出的是广角位置(W)处的像差。图3A至3C示出的是中间焦距位置(M)处的像差。图4A至4C示出的是远摄位置(T)处的像差。
另外，图2A、3A和4A说明了球面像差和正弦条件。在图2A、3A和4A中，坐标表示入射线的高度。实线d表示d线的球面像差(mm)，而虚线SC表示违反正弦条件(mm)的量。
图2B、3B和4B表示像散。在图2B、3B和4B中，坐标表示最大图像高度(Y′mm)。虚线DM表示d线的子午面中的像散(mm)，而实线DS表示d线的弧矢面中的像散(mm)。
图2C、3C和4C表示失真。在图2C、3C和4C中，坐标表示最大图像高度(Y′mm)。实线表示d线的失真(％)。
3.各种特征的实例如上所注意到的，可变放大率光学系统OS的每一个包括多个透镜组GR。尤其是，在所有上述实例中，可变放大率光学系统OS至少包括自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序的具有正光焦度的第一透镜组GR1、具有负光焦度的第二透镜GR2和具有正光焦度的第三透镜组GR3。
按照第一和第二实例，可变放大率光学系统OS还包括位于第三透镜组GR3的图像平面一侧上的第四透镜组GR4。也就是，按照第一和第二实例，可变放大率光学系统OS包括四个透镜组(即透镜组GR1至GR4)。
相反地，按照第三和第七实例，可变放大率光学系统OS还包括位于第三透镜组GR3的图像平面一侧上的两个透镜组(即透镜组GR4和GR5)。也就是，按照第三和第七实例，可变放大率光学系统OS包括五个透镜组(即透镜组GR1至GR5)。
然而，按照第三至第六实例，可变放大率光学系统OS包括具有正光焦度的第四透镜组GR4和第五透镜组GR5。相反地，按照第七实例，可变放大率光学系统OS包括具有负光焦度的第四透镜组GR4和具有正光焦度的第五透镜组GR5。
因此，按照第一至第七实例，可变放大率光学系统OS包含通过位于第三透镜组GR3的图像平面一侧上的具有正光焦度的至少一个透镜组实现的后续的透镜组。也就是，在按照第一和第二实例的可变放大率光学系统OS中，第四透镜组GR4对应于后续的透镜组。在按照第三至第七实例的可变放大率光学系统OS中，第四透镜组GR4和第五透镜组GR5对应于后续的透镜组。
另外，按照所有上述的实例，在执行自广角位置(W)至远摄位置(T)的放大时，可变放大率光学系统OS移动所有的透镜组GR。然而，通过朝物体一侧至少单调移动第一透镜组GR1和第三透镜组GR3，可变放大率光学系统OS增加了第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的距离并且减小了第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的距离以及第三透镜组GR3和在后续的透镜组当中最靠近物体的透镜组(即第四透镜组GR4)之间的距离。
因此，在广角位置(W)处第一透镜组GR1和第三透镜组GR3之间的距离最短。另外，在执行变焦时，自物体发射的光通过朝着物体正向移动第一透镜组GR1而被接收(即前光学元件聚焦方法)。因此，可以相对减小第一透镜组GR1的尺寸(尤其是，前光学元件的尺寸)。
另外，尤其是，在依照所有上述实例的可变放大率光学系统OS中，第三透镜组GR3包括下面两个透镜物体一侧上的负透镜和图像平面一侧上的正透镜。
具有这种光焦度布置的第三透镜组GR3包括这里的焦点后移光焦度布置。因此，可变放大率光学系统OS中的后焦点往往较长。然而，因为第三透镜组GR3只包括两个透镜，所以可以相对减少由于透镜厚度导致的可变放大率光学系统OS长度的增加。因此，在未增加其中长度的情况下，这个可变放大率光学系统OS可提供长后焦点。
另外，因为第三透镜组GR3包括负透镜和正透镜，这个可变放大率光学系统OS可有效地校正色差。此外，如果第三透镜组GR3的负透镜和正透镜形成胶合透镜，则可进一步减小可变放大率光学系统OS的长度。另外，由负透镜和正透镜形成的胶合透镜可相对减少透镜之间的偏心误差和距离误差。
另外，期望可变放大率光学系统OS中的第三透镜组GR3和后续的透镜组满足下列条件(条件表达式(1))0.5＜f3/fGS(w)＜5(A)其中f3(mm)＝第三透镜组GR3的焦距，fGS(w)(mm)＝广角位置(W)处后续的透镜组的组合焦距。
要注意的是，基于第三透镜组GR3与后续的透镜组的焦距的比率(即光焦度比)，条件表达式(A)定义了维持像差校正的高性能和可变放大率光学系统OS的短的长度之间良好平衡所要求的范围。
例如，如果f3/fGS(w)的值小于或等于条件表达式(A)的下限，则第三透镜组GR3的焦距短或者后续的透镜组的焦距长。因此，在这种情况下，第三透镜组GR3的正光焦度相对较强或者后续的透镜组的光焦度相对较弱。
然而，第三透镜组GR3是由具有负光焦度的第二透镜组GR2生成的发散光束首先被输入的透镜组GR中的一个。因此，如果第三透镜组GR3的正光焦度强，则欠球面像差和场弯曲在远摄位置(T)处发生。另外，如果后续的透镜组的光焦度减小，则焦距增加。因此，可变放大率光学系统OS的长度增加。
相反地，如果f3/fGS(w)的值大于或等于条件表达式(A)的上限，第三透镜组GR3的焦距长或者后续的透镜组焦距短。因此，在这种情况下，第三透镜组GR3的正光焦度相对较弱或者后续的透镜组的光焦度相对较强。
如果第三透镜组GR3的正光焦度减小，第三透镜组GR3不足以会聚自第二透镜组GR2输入的发散光束。因此，过球面像差和场弯曲在远摄位置(T)处发生。另外，如果后续的透镜组的光焦度增加，则焦距减小。然而，因为光焦度增加，像差容易发生。为了减少像差，应当增加透镜数目。这防止了减小可变放大率光学系统OS的长度。
因此，如果第三透镜组GR3的焦距以及后续的透镜组的组合焦距被确定以使条件表达式(A)被满足，则可使可变放大率光学系统的长度减小。另外，可减少欠球面像差和过球面像差的发生。
在按照第一至第七实例的可变放大率光学系统OS满足条件表达式(A)时，f3/fGS(w)的值如下所示第一实例2.124第二实例2.147第三实例1.518第四实例1.425第五实例1.485第六实例1.568第七实例0.895。
此外，期望满足下面条件表达式(A)中的条件(A′)0.7＜f3/fGS(w)＜3(A′)另外，期望可变放大率光学系统OS的第三透镜组GR3满足下列条件表达式(B)(条件表达式(2))0.1＜f3/fall(w)＜8(B)其中f3(mm)＝第三透镜组GR3的焦距，fall(w)(mm)＝广角位置(W)处整个可变放大率光学系统OS的焦距。
条件表达式(B)定义了取得后焦点的延长和可变放大率光学系统OS长度的减小之间良好平衡所要求的范围。
例如，如果第三透镜组GR3的焦距短，并且因此f3/fall(w)的值小于或等于条件表达式(B)的下限，则第三透镜组GR3的正光焦度相对增加。因此，尽管第三透镜组GR3具有焦点后移光焦度布置(透镜布置)，但是后焦点减小。
相反地，如果第三透镜组GR3的焦距长，并且因此f3/fall(w)的值大于或等于条件表达式(B)的上限，则可变放大率光学系统OS的长度由于长的焦距而被增加。
因此，当第三透镜组GR3的焦距和广角位置(W)处可变放大率光学系统OS的焦距被确定以满足条件表达式(B)时，可以减小可变放大率光学系统OS的长度，同时增加后焦点。
在按照第一至第七实例的可变放大率光学系统OS满足条件表达式(B)时，f3/fall(w)的值如下所示第一实例4.687第二实例4.791第三实例3.455第四实例3.254第五实例3.394第六实例4.034第七实例2.463。
此外，期望满足下面条件表达式(B)中的条件(B′)2＜f3/fall(w)＜8(B′)通过调节第三透镜组GR3中透镜的焦距和第三透镜组GR3的焦距以及调节后续的透镜组中透镜的光焦度布置，可以很容易减小可变放大率光学系统OS的长度。另外，可以使自后续的透镜组输出的光束是远心的。
具体地说，后续的透镜组中的透镜可具有正、负、负和正的光焦度布置。更具体地说，为了减小可变放大率光学系统OS的长度，可将正-负透镜设置在物体一侧上。为了提供远心特征，可将负-正透镜设置在正-负透镜的图像平面一侧上。
因为这样的透镜布置包括正-负远摄布置，可减小可变放大率光学系统OS的长度。此外，因为这样的透镜布置包括负-正光焦度布置，出瞳可能长，并且因此可以使输出的光束是远心的。
按照第一、第二和第六实例，可变放大率光学系统OS具有后续的透镜组，所述后续的透镜组包括具有正、负、负和正的光焦度布置的透镜。然而，为了校正各种像差，可以通过正-负透镜导致第三负光焦度。因此，在这种情况下，后续的透镜组的透镜具有正、负、正、负和正的光焦度布置。也就是，按照第三至第五实例的可变放大率光学系统OS具有这样的光焦度布置。
另外，为了足以校正各种像差，期望后续的透镜组中透镜的至少一个表面是非球面的。例如，在第一至第六实例中，后续的透镜组包括下面的非球面表面第一实例第四透镜组GR4中图像平面一侧上的第十二透镜L12的表面S25*(注意第十二透镜L12是具有两个凹面的负透镜)，第二实例第四透镜组GR4中图像平面一侧上的第十一透镜L11的表面S23*(注意第十一透镜L11是具有两个凹面的负透镜)，第三实例第五透镜组GR5中图像平面一侧上的第十三透镜L13的表面S27*(注意第十三透镜L13是具有两个凸面的正透镜)，第四实例第五透镜组GR5中图像平面一侧上的第十三透镜L13的表面S27*(注意第十三透镜L13是在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜)，第五实例第五透镜组GR5中图像平面一侧上的第十二透镜L12的表面S25*(注意第十二透镜L12是在物体一侧具有凸面的正凹凸透镜)，以及第六实例第四透镜组GR4中图像平面一侧上的第十一透镜L11的表面S23*(注意第十一透镜L11是具有两个凹面的负透镜)。
另外，期望这个包括在可变放大率光学系统OS的后续的透镜组的透镜中的非球面表面满足下列条件表达式-1.5＜[X(GS)-X0(GS)]/[N′(GS)-N(GS)]＜0.05(C)其中X(GS)(mm)＝距垂直方向上非球面表面的光轴的高度H处光轴方向上的位移(值得注意的是，朝着物体一侧的位移是负的并且朝着图像平面一侧的位移是正的)，X0(GS)(mm)＝距垂直方向上参考非球面表面的光轴的高度H处光轴方向上的位移(要注意的是，朝着物体一侧的位移是负的并且朝着图像平面一侧的位移是正的)，N(GS)(1/mm)＝d线的非球面表面的物体一侧上介质的折射率，以及N′(GS)(1/mm)＝d线的非球面表面的图像平面一侧上介质的折射率。
另外，X(GS)＝X0(GS)+∑Aj·Hj以及X0(GS)＝C0·H2/{1+√(1-ε·C02·H2)}+∑Aj·Hj。
这个条件表达式(C)定义了校正各种像差所要求的非球面表面的形状。
与包括在按照第一至第六实例的后续的透镜组的透镜中的非球面表面一样，如果介质存在于物体一侧并且空气存在于图像平面一侧，则[N′(GS)-N(GS)]的值为负。在这样的情况中，如果[X(GS)-X0(GS)]/[N′(GS)-N(GS)]的值小于或等于条件表达式(C)的下限，则[N′(GS)-N(GS)]的值为正。[N′(GS)-N(GS)]的正值意味着非球面表面具有朝向图像平面一侧的位移。因此，非球面表面导致负光焦度。在这种情况下，非球面表面的负光焦度非常强。因此，过球面像差和过度场弯曲在整个变焦范围上发生。
相反地，如果[X(GS)-X0(GS)]/[N′(GS)-N(GS)]的值大于或等于条件表达式(C)的上限，则[N′(GS)-N(GS)]的值为负。[N′(GS)-N(GS)]的负值意味着非球面表面具有朝向物体一侧的位移。因此，非球面表面导致正光焦度。在这种情况下，非球面表面的正光焦度非常强。因此，欠球面像差和场弯曲在整个变焦范围上发生。
因此，当X(GS)、X0(GS)、N′(GS)和N(GS)被确定以使条件表达式(C)被满足时，可防止过和欠球面像差以及场弯曲。
当按照第一至第六实例的可变放大率光学系统OS满足条件表达式(C)时，[X(GS)-X0(GS)]/[N′(GS)-N(GS)]的值被示出在表格14中。在表14中，距垂直方向上非球面表面的光轴的高度H用有效内外径比来表示。
表14

另外，期望可变放大率光学系统OS的第一透镜组GR1和第二透镜组GR2满足下面的条件表达式(D)(条件表达式(3))2＜|f1/f2|＜12(D)其中f1(mm)＝第一透镜组GR1的焦距，以及f2(mm)＝第二透镜组GR2的焦距。
基于第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的焦距，条件表达式(D)定义了取得可变放大率光学系统OS长度的减小所要求的范围。
例如，如果|f1/f2|的值小于或等于条件表达式(D)的下限，第一透镜组GR1的焦距短或者第二透镜组GR2的焦距长。因此，在这种情况下，第一透镜组GR1的正光焦度相对较强或者第二透镜组GR2的负光焦度相对较弱。
因此，如果第一透镜组GR1的正光焦度强，第一透镜组GR1的用于变焦的位移距离短。然而，因为正光焦度增加，各种像差容易发生。为了减少像差，需要更多数目的透镜。这防止了减小可变放大率光学系统OS的长度。
另外，如果第二透镜组GR2的负光焦度弱，第二透镜组GR2的用于聚焦的位移距离相对增加，并且因此可变放大率光学系统OS的长度增加。此外，因为第二透镜组GR2的负光焦度增加，所以难以维持广角位置(W)处外围的照度。
相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件表达式(D)的上限，第一透镜组GR1的焦距长或者第二透镜组GR2的焦距短。因此，在这种情况下，第一透镜组GR1的正光焦度相对较弱或者第二透镜组GR2的负光焦度相对较强。
因此，如果第一透镜组GR1的正光焦度较弱，第一透镜组GR1的用于变焦的位移距离长，并且因此可变放大率光学系统OS的长度减小。另外，如果第二透镜组GR2的负光焦度强，广泛接收发散光的第三透镜组GR3的尺寸增加。因此，可变放大率光学系统OS的长度增加。
因此，当第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的焦距被确定以便满足条件表达式(D)时，可以减小可变放大率光学系统OS的长度。
在按照第一至第七实例的可变放大率光学系统OS满足条件表达式(D)时，|f1/f2|的值如下所示第一实例7.167第二实例7.107第三实例7.861第四实例6.440第五实例6.406第六实例7.073第七实例10.390。
此外，期望满足下面条件表达式(D)中的条件(D′)6＜|f1/f2|＜12(D′)
另外，期望可变放大率光学系统OS的第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合焦距满足下列条件表达式(E)(条件表达式(4))0.9＜f12(w)/fall(w)＜1.5(E)其中f12(mm)＝广角位置处第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合焦距以及fall(w)(mm)＝广角位置(W)处整个可变放大率光学系统OS的焦距。
值得注意的是，在可变放大率光学系统OS的透镜组当中，第二透镜组GR2具有最高的负光焦度。因为第二透镜组GR2具有比第一透镜组GR1的正光焦度更强的光焦度，组合光焦度为负。因此，条件表达式(E)定义了取得后焦点的延长和可变放大率光学系统OS长度的减小之间良好平衡所要求的范围。
例如，如果第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合焦距减小并且因此f12(w)/fall(w)的值小于或等于条件表达式(E)的下限，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合的负光焦度相对增加。在这种情况下，输入第三透镜组GR3的光被广泛发散。因此，为了接收发散光，第三透镜组GR3的尺寸应当增加。因此，可变放大率光学系统OS的长度增加。另外，因为组合的负光焦度增加，各种像差显著发生。
相反地，例如，当第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合焦距增加并且因此f12(w)/fall(w)的值大于或等于条件表达式(E)的上限时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合光焦度相对较弱。因此，尽管第三透镜组GR3的尺寸可以减小(即可变放大率光学系统OS的长度可能短)，但是难以提供后焦点。另外，因为组合的负光焦度弱，所以难以维持外围的照度。
因此，当第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的组合焦距以及广角位置(W)处整个可变放大率光学系统OS的焦距被确定以满足条件表达式(E)时，可以减小可变放大率光学系统OS的长度并且可以增加后焦点。
在按照第一至第七实例的可变放大率光学系统OS满足条件表达式(E)时，f12(w)/fall(w)的值如下所示第一实例1.050第二实例1.090第三实例0.967第四实例0.971第五实例1.028第六实例1.136第七实例0.926。
另外，为了校正各种像差，期望包括在第二透镜组GR2中的透镜的至少一个表面是非球面表面。例如，在按照第一、第二和第六实例的可变放大率光学系统OS中，物体一侧上的第四透镜L4的表面S7*(即物体一侧上具有凸面的负凹凸透镜的表面)是非球面表面。
此外，期望可变放大率光学系统OS的第二透镜组GR2的透镜的表面满足下列条件变达式-0.05＜[X(GR2)-X0(GR2)]/[N′(GR2)-N(GR2)]＜2.0(F)其中X(GR2)(mm)＝距垂直方向上非球面表面的光轴的高度H处光轴方向上的位移(值得注意的是，朝着物体一侧的位移是负的并且朝着图像平面一侧的位移是正的)，X0(GR2)(mm)＝距垂直方向上参考非球面表面的光轴的高度H处光轴方向上的位移(值得注意的是，朝着物体一侧的位移是负的并且朝着图像平面一侧的位移是正的)，N(GR2)(1/mm)＝d线的非球面表面的物体一侧上介质的折射率，以及N′(GR2)(1/mm)＝d线的非球面表面的图像平面一侧上介质的折射率。
另外，X(GR2)＝X0(GR2)+∑Aj·Hj以及X0(GR2)＝C0·H2/{1+√(1-ε·C02·H2))+∑Aj·Hj与包括在按照第一、第二和第六实例的第二透镜组GR2中的非球面表面一样，如果空气存在于物体一侧并且介质存在于图像平面一侧，则[N′(GR2)-N(GR2)]的值为正。在这样的情况中，如果[X(GR2)-X0(GR2)]/[N′(GR2)-N(GR2)]的值小于或等于条件表达式(F)的下限，则[X(GR2)-X0(GR2)]的值为负。[X(GR2)-X0(GR2)]的负值意味着非球面表面具有朝向物体一侧的位移。因此，非球面表面导致负光焦度。在这种情况下，非球面表面的负光焦度非常强。因此，欠球面像差在广角位置(W)处发生。
相反地，如果[X(GR2)-X0(GR2)]/[N′(GR2)-N(GR2)]的值大于或等于条件表达式(F)的上限，则[X(GR2)-X0(GR2)]的值为正。[X(GR2)-X0(GR2)]的正值意味着非球面表面具有朝向图像平面一侧的位移。因此，非球面表面导致正光焦度。在这种情况下，非球面表面的正光焦度非常强。因此，欠球面像差在远摄位置(T)处发生。另外，欠球面像差在整个变焦范围上发生。
因此，当X(GR2)、X0(GR2)、N′(GR2)和N(GR2)被确定以使条件表达式(F)被满足时，可防止各种像差的发生。
当按照第一、第二和第六实例的可变放大率光学系统OS满足条件表达式(F)时，[X(GR2)-X0(GR2)]/[N′(GR2)-N(GR2)]的值被示出在表格15中。
表15

其他实施例按照上述实施例，可变放大率光学系统OS被用于DSC 29(尤其是单透镜反射DSC)的可互换透镜单元。然而，本发明不限于此。也就是，按照上述实施例的可变放大率光学系统OS可用于比如银盐电影摄影机、电视摄影机、安全照相机、车内摄像机、电视电话摄像机和进入电话摄像机。总之，本发明可用于要求短的可变放大率光学系统OS的图像捕获设备，所述短的可变放大率光学系统OS具有相对较长的后焦点。
本领域的技术人员应当了解，在属于所附权利要求书或其中的等同物的范围内，取决于设计需求和其他因子，各种修改、组合、子组合和变更都可能发生。
权利要求
1.一种可变放大率光学系统，包括以自物体一侧至图像平面一侧的这个顺序设置的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组和具有正光焦度的第三透镜组，所述第三透镜组包括所述物体一侧上的负透镜和所述图像平面一侧上的正透镜；以及至少一个后续的正光焦度的透镜组，具有正光焦度并被设置在所述第三透镜组的所述图像平面一侧上；其中，当自广角位置至远摄位置执行可变放大并移动所有透镜组时，朝着所述物体一侧单调移动所述第一透镜组和所述第三透镜组以使所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的距离增加，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的距离减小以及所述第三透镜纽和距离所述物体最近的所述后续的透镜组之间的距离减小，并且其中下面的条件表达式(1)被满足0.5＜f3/fGS(w)＜5 (1)其中f3＝所述第三透镜组的焦距，以及fGS(w)＝所述广角位置处所述后续的透镜组的组合焦距。
2.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其中所述后续的透镜组只包括所述正光焦度的透镜组中的一个。
3.如权利要求1所述的可变放大率光学系统，其中所述后续的透镜组包括所述正光焦度的透镜组中的两个并且其中，当自广角位置至远摄位置执行可变放大时，所述两个正光焦度的透镜组之间的距离减小。
4.如权利要求1至3的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中下面的条件表达式(2)被满足0.1＜f3/fall(w)＜8 (2)其中f3＝所述第三透镜组的焦距，以及fall(w)＝所述广角位置处整个可变放大率光学系统的焦距。
5.如权利要求1至4的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中下面的条件表达式(3)被满足2＜|f1/f2|＜12 (3)其中f1＝所述第一透镜组的焦距，以及f2＝所述第二透镜组的焦距。
6.如权利要求1至5的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中下面的条件表达式(4)被满足0.9＜f12(w)/fall(w)＜1.5 (4)其中f12(w)＝所述广角位置处所述第一透镜组和所述第二透镜组的组合焦距，以及fall(w)＝所述广角位置处整个可变放大率光学系统的焦距。
7.如权利要求1至6的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中包括在所述第三透镜组中的所述负透镜和所述正透镜被联结以形成胶合透镜。
8.如权利要求1至7的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中所述后续的透镜组包括自所述物体一侧至所述图像平面一侧的这个顺序的正透镜、负透镜、负透镜和正透镜，或者所述后续的透镜组包括自所述物体一侧至所述图像平面一侧的这个顺序的正透镜、负透镜、正透镜、负透镜和正透镜。
9.如权利要求1至8的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中包括在所述后续的透镜组中的透镜的表面中的至少一个是非球面表面。
10.如权利要求1至9的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中包括在所述第二透镜组中的透镜的表面中的至少一个是非球面表面。
11.如权利要求1至10的任何一项所述的可变放大率光学系统，其中聚焦通过移动所述第二透镜组来实施。
全文摘要
一种可变放大率光学系统包括自物体一侧起设置的具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组和具有正光焦度的第三透镜组以及至少一个后续的正光焦度的透镜组，所述至少一个后续的透镜组具有正光焦度并被设置在第三透镜组的图像平面一侧上。当自广角位置至远摄位置执行可变放大并且移动所有透镜组时，朝着物体一侧单调移动第一和第三透镜组以使第一和第二透镜组之间的距离增加，第二和第三透镜组之间的距离减小以及第三透镜组和距离物体最近的后续的透镜组之间的距离减小。第三透镜组包括自物体一侧起的负透镜和正透镜并且满足预定的条件。
文档编号G02B9/14GK101046551SQ200710093608
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年3月29日
发明者松本博之 申请人:索尼株式会社