CN102645734A - 变焦镜头单元、成像设备和便携式信息终端设备 - Google Patents
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Abstract
一种变焦镜头单元，从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力的第四透镜组，光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，第三透镜组具有由满足以下方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜：(1)1.52＜nd＜1.62；(2)65.0＜vd＜75.0；(3)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050，其中，nd表示光学玻璃材料的折射率，vd表示光学玻璃材料的Abbe数，而Pg，F表示光学玻璃材料的局部分散比，该分散比由下式定义：Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)，其中，ng、nF和nC分别表示光学玻璃材料对于g线、F线和C线的折射率。
Description
本申请是申请人株式会社理光2010年4月23日在中国提交的中国发明专利申请(申请号：201010167188.0，发明名称：变焦镜头单元、成像设备和便携式信息终端设备)的分案申请。
技术领域
本发明涉及变焦镜头单元、成像设备和便携式信息终端设备。
背景技术
近年来，数字相机逐渐流行开来。使用者对数字相机的要求多种多样。具体来说，使用者总是要求图像质量高、尺寸小的相机，对于用作拍摄镜头的变焦镜头单元而言，要求性能高且结构紧凑这两方面。
从变焦镜头单元紧凑的观点来看，需要缩短使用变焦镜头时的总长度(从最靠近物侧的透镜表面到像表面的距离)。此外，重要的是缩短每个透镜组的厚度以限制变焦镜头单元塌缩时变焦镜头单元的总长度。
从高性能变焦镜头单元的观点来看，变焦镜头单元至少需要在整个变焦范围内与10至15百万像素的成像元件对应的清晰度。
此外，许多使用者要求拍摄镜头具有广角能力，并且希望变焦镜头广角端的半场角为38度以上。38度的半场角对应于35mm银盐相机(所谓的Leica型)的28mm焦距。
此外，优选希望有较大的放大率。对于35mm银盐相机来说，认为焦距大约为28-200mm(大约7.1倍)的变焦镜头单元可以适应几乎全部一般拍摄条件。
存在许多种用于数字相机的变焦镜头单元。作为一种适合高放大率的变焦镜头单元，知道存在以下变焦镜头单元，该变焦镜头单元从物侧到像侧依次包括：具有正焦距的第一透镜组；具有负焦距的第二透镜组；具有正焦距的第三透镜组；和具有正焦距的第四透镜组，在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔改变。
对于这种变焦镜头单元，在改变放大率时，可以让第一透镜组固定或者沿着向像侧凸起的轨迹往复运动。如果试图保证承担主要的放大率改变功能的第二透镜组发生较大位移，则设置在第三透镜组附近的光圈即使在广角端也从第一透镜组离开，在试图获得广角和高放大率时，第一透镜组的尺寸趋向于增大。
利用上述这种变焦镜头单元，为了实现广角且高放大率的紧凑变焦镜头单元，优选第一透镜组移动，以便第一透镜组在远摄端时较之在广角端时更靠近物侧，从而改变放大率。因此，与远摄端相比，通过缩短变焦镜头单元广角端的总长度，可以抑制第一透镜组的尺寸增大，同时实现充分的广角。
与高放大率和长焦距相关，容易产生色差，并且已经熟知利用反常色散性的透镜能有效校正色差。
JPH08-248317A、JP3391342B、JP2004-333768A和JP2008-026837A提出了一种变焦镜头单元，在上述这种变焦镜头单元中采用具有反常色散性的透镜。
在JP H08-248317A公开的变焦镜头单元中，在广角端时半场角为25度。在JP 3391342B中公开的以具有正/负/正/正屈光力的四透镜组构成的变焦镜头单元示例中，广角端的半场角约为29到32度。在JP H08-248317A和JP3391342B中公开的变焦镜头单元并不充分满足目前在广角方面的要求。
在JP2004-333768中公开的变焦镜头单元具有广角，其中广角端半场角约为37度，但是整个变焦镜头单元由许多透镜组成，多达14个透镜，使得缩短变焦镜头单元塌缩状态的总体长度以及降低成本出现问题。
在JP2008-026837A中公开的变焦镜头单元中，以相对简单的结构实现了广角和高放大率，但是变焦镜头单元远摄端总长度太长，因此在缩减变焦镜头单元尺寸方面仍有改进空间。
发明内容
因此，本发明的目的至少是例如提出一种变焦镜头单元，其广角端的半场角为38度以上，并且放大率为6.5倍以上，以大约10个透镜的较少透镜来实现，该变焦镜头单元紧凑并且具有与10百万至15百万像素的成像元件对应的清晰度。
本发明的另一个目标至少是提出一种成像设备、一种包括上述变焦镜头单元的便携式信息终端设备。
根据上述内容，本发明例如提出一种变焦镜头单元，从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力的第四透镜组，光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，第一透镜组和第三透镜组移动，以使第一透镜组和第三透镜组在远摄端较之在广角端更靠近物侧，其中第三透镜组具有由满足以下方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜：
(1)1.52＜nd＜1.62
(2)65.0＜vd＜75.0
(3)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050
其中，nd表示光学玻璃材料的折射率，v d表示光学玻璃材料的Abbe数，而Pg，F表示光学玻璃材料的局部分散比，该局部分散比Pg，F由下式定义：Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，ng、nF和nC分别表示光学玻璃材料对于g线、F线和C线的折射率。
本发明进一步提出例如一种变焦镜头单元，该变焦镜头单元从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力的第四透镜组，在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，第一透镜组和第三透镜组移动，以使第一透镜组和第三透镜组在远摄端较之在广角端更靠近物侧，其中光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，并且变焦镜头单元的第一透镜组具有以满足以下方程的光学玻璃材料制成的正透镜：
(21)1.52＜nd＜1.62
(22)65.0＜vd＜75.0
(23)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050
其中，nd表示形成正透镜的光学玻璃材料的折射率，v d表示形成正透镜的光学玻璃材料的Abbe数，而Pg，F表示形成正透镜的光学玻璃材料的局部分散比，局部分散比Pg，F由下式定义：
Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，ng、nF和nC表示上述形成正透镜的光学玻璃材料分别对于g线、F线和C线的折射率。
本发明进一步提出例如一种成像设备和一种便携式信息终端设备，它们采用上述变焦镜头单元任意一种作为拍摄光学系统。
根据本发明，可以提供一种紧凑的变焦镜头单元，其广角端半场角为38度以上，并且放大率为6.5以上，并且该变焦镜头单元具有与10百万至15百万像素的成像元件对应的清晰度，这种变焦镜头单元以较少的透镜，大约10个透镜来实现。
此外，可以实现色差校正等功能方面的高性能。
因此，可以实现一种高性能的成像设备和便携式信息终端设备，其中上述变焦镜头单元至少一种用作拍摄光学系统。
附图说明
以下将参照实施方式以及附图来说明本发明，在附图中：
图1是示出符合本发明示例1的变焦镜头单元结构的截面图；
图2是示出符合本发明示例2的变焦镜头单元结构的截面图；
图3是示出符合本发明示例3的变焦镜头单元结构的截面图；
图4是示出符合本发明示例4的变焦镜头单元结构的截面图；
图5是示出符合本发明示例5的变焦镜头单元结构的截面图；
图6是符合示例1的变焦镜头单元短焦端的像差曲线图；
图7是符合示例1的变焦镜头单元在中间焦距位置的像差曲线图；
图8是符合示例1的变焦镜头单元长焦端的像差曲线图；
图9是符合示例2的变焦镜头单元短焦端的像差曲线图；
图10是符合示例2的变焦镜头单元在中间焦距位置的像差曲线图；
图11是符合示例2的变焦镜头单元长焦端的像差曲线图；
图12是符合示例3的变焦镜头单元短焦端的像差曲线图；
图13是符合示例3的变焦镜头单元在中间焦距位置的像差曲线图；
图14是符合示例3的变焦镜头单元长焦端的像差曲线图；
图15是符合示例4的变焦镜头单元短焦端的像差曲线图；
图16是符合示例4的变焦镜头单元在中间焦距位置的像差曲线图；
图17是符合示例4的变焦镜头单元长焦端的像差曲线图；
图18是符合示例5的变焦镜头单元短焦端的像差曲线图；
图19是符合示例5的变焦镜头单元在中间焦距位置的像差曲线图；
图20是符合示例5的变焦镜头单元长焦端的像差曲线图；
图21A-21C是作为符合本发明的便携式信息终端设备的实施方式来解释相机的拍摄功能部件的视图；
图22是解释图21A-21C所示便携式信息终端设备的系统的图形。
具体实施方式
在本发明的实施方式中，例如下面解释的本发明实施方式1至5中，变焦镜头单元从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力的第四透镜组，设置在第二透镜组和第三透镜组之间的光圈；在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，第一透镜组和第三透镜组移动，以便第一透镜组和第三透镜组在远摄端时较之在广角端时更靠近物侧。
此外，变焦镜头单元的第三透镜组具有光学玻璃材料制成的正透镜，所述光学玻璃材料满足以下方程：
(1)1.52＜nd＜1.62
(2)65.0＜vd＜75.0
(3)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050
其中，nd表示形成正透镜的光学玻璃材料的折射率；vd表示形成正透镜的光学玻璃材料的Abbe数；而Pg，F表示形成正透镜的光学玻璃材料的局部分散比。
上述局部分散比Pg、F由下式定义：
Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，ng、nF和nC表示上述形成正透镜的光学玻璃材料分别对于g线、F线和C线的折射率。
在本发明的另一种实施方式中，变焦镜头从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；具有正屈光力的第四透镜组；和具有正或负屈光力的第五透镜组，光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小；而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，第一透镜组和第三透镜组移动，以便第一透镜组和第三透镜组在远摄端时较之在广角端时更靠近物侧，此外，第三透镜组具有以满足方程(1)至(3)的光学材料制成的正透镜。
对于满足方程(1)至(3)并形成第三透镜组的正透镜的光学玻璃，连同方程(1)至(3)，优选满足下述方程：
(4)30＜FA＜500
其中，FA表示后面将会解释的光学玻璃材料磨损度。
此外，优选变焦镜头单元满足以下方程：
(5)1.0＜fap/fW＜2.0
其中fap表示由满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的第三透镜组的正透镜的焦距，fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
上述变焦镜头单元的第三透镜组可以构造成让第三透镜组包括至少两个正透镜和一个负透镜，并且所述至少两个正透镜中的一个具有非球面表面。
在这种情况下，具有非球面表面的正透镜可以由不满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成，或者由满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成。
在本发明进一步的实施方式中，变焦镜头单元的第三透镜组具有至少一个负透镜，并且所述至少一个负透镜中的凹表面朝向像侧曲率更大的一个负透镜设置得最靠近第三透镜组的像侧。优选变焦镜头单元满足以下方程：
(6)0.6＜|r3R|/fW＜1.3
其中，r3R表示负透镜上像侧曲率更大的凹表面的曲率半径，而fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
优选变焦镜头单元满足以下方程：
(7)0.20＜X1/fT＜0.45
其中，X1表示从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组的总位移，而fT表示整个变焦镜头单元系统在远摄端的焦距。
优选，变焦镜头单元满足以下方程：
(8)0.15＜X3/fT＜0.40
其中，X3表示从广角端向远摄端改变放大率时，第三透镜组的总位移，而fT表示整个变焦镜头单元系统在远摄端的焦距。
优选，变焦镜头单元满足以下方程：
(9)0.50＜|f2|/f3＜0.85
(10)5.0＜f1/fW＜8.0
其中，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，f3表示第三透镜组的焦距，而fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
在本发明进一步实施方式中，变焦镜头单元从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；光圈；具有正屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力的第四透镜组，且在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，第一透镜组和第三透镜组移动，以使第一透镜组和第三透镜组在远摄端较之在广角端更靠近物侧。
此外，第三透镜组具有由满足以下方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜：
(1)1.52＜nd＜1.62
(2)65.0＜vd＜75.0
(3)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050
其中，nd表示光学玻璃材料的折射率，vd表示光学玻璃材料的Abbe数，而Pg，F表示光学玻璃材料的局部分散比。
局部分散比Pg，F由下式定义：
Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，ng、nF和nC分别表示光学玻璃材料对于g线、F线和C线的折射率。
因此，这种变焦镜头单元是可行的，其中至少一个额外透镜组可以布置在变焦镜头单元的第四透镜组的像侧，所述变焦镜头单元具有上述变焦镜头单元的四透镜组结构作为最少必要透镜组结构。
符合本发明的成像设备包括上述任一变焦镜头单元作为成像光学系统，所述成像设备可以构造成银盐相机，并且优选所述成像设备构造成数字相机。
本发明的便携信息终端设备包括上述任一变焦镜头单元作为相机功能部件的成像光学设备。此外，上述成像设备可以用作所述相机功能部件。
在包括具有正/负/正/正屈光力的四透镜组的变焦镜头单元中，一般第二透镜组构造为所谓的变换器，承担主要的放大率改变功能。但是，在本发明中，第三透镜组配置成分担放大率改变功能，因此通过减轻第二透镜组的负担，可以保证灵活校正像差，在广角高放大率的情况下，相差校正很困难。
在从广角端向远摄端改变放大率时，通过向物侧大距离移动第一透镜组，在广角端通过第一透镜组的光线高度降低，因此可以减小与广角相关的第一透镜组尺寸加大，而在远摄端时，保证了第一透镜组和第二透镜组之间的间隔较大，这对于长焦来说具有优势。
就是说，在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，而第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且通过第二透镜组的像放大率(绝对值)和通过第三透镜组的像放大率(绝对值)增大，所以放大率改变功能被互相分担。
对于符合本发明并实现了较高放大率的变焦镜头单元来说，在特别期望远摄端的较长焦距时，对“远摄端轴向色差二次光谱”的校正变得困难。
此外，在广角端较短的焦距以及实现广角是理想的时，对“广角端放大率的色差二次光谱”的校正变得困难。
在符合本发明的变焦镜头单元中，反常色散材料(反常色散较高的材料)用来校正远摄端的轴向色差和广角端放大率色差以及它们的二次光谱。反常色散材料的施加位置及其光学属性非常重要。
一般来说，为了减少轴向色散的二次光谱，如果专用低色散玻璃用于轴线上光线高度较高的透镜组，则效果显著。
第三透镜组的轴线上光线高度在透镜组中仅小于第一透镜组，因此，在第三透镜组上采用专用低色散玻璃，可以充分减少轴向色差的二次光谱。
但是，通常专用低色散玻璃的折射率较低，因此单色差校正能力容易下降。因此，在形成透镜较少的第三透镜组并以平衡方式努力降低单色差和色差时，使用低色散玻璃并不能总是实现充分的效果。
在本发明中，第三透镜组中至少一个正透镜由折射率、Abbe数和反常色散性落入满足方程(1)至(3)的范围的光学玻璃材料制成，并且即使第三透镜组中的透镜较少，只有3个，也可以减少色差的二次光谱，并且充分校正单色差。
如果上述光学玻璃材料的折射率nd为1.52以下，则单色差校正不充分。如果Abbe数vd为65.0以下，则色差校正不充分。如果方程(3)的参数为0.015以下，则色差二次光谱校正不充分。
参数超过方程(1)至(3)上限的光学玻璃材料不存在，或者即使这种光学玻璃材料存在，也非常特殊且昂贵，使用这种光学玻璃材料作为透镜材料不切合实际。
下面解释关于磨损度FA的方程(4)，优选满足方程(1)至(3)并用来形成第三透镜组的正透镜的光学玻璃材料满足方程(4)。
磨损度FA通过以下方程计算：
FA＝{(m/d)/(m0/d0)}x100，
其中，m表示具有9cm2测量区域的样本保持在距离以60rpm在水平面上旋转的铸铁平板中心80mm的固定位置，并且施加研磨流体持续5分钟，研磨同时施加9.807N的载荷时的磨损，在所述研磨流体中20ml的水均匀添加到10g平均尺寸为20μm的氧化铝磨粒中，
m0表示由日本光学玻璃制造业协会规定的标准标本(BSC7)在如上所述的相同条件下研磨时的磨损，
d表示样本密度，而d0表示标准标本密度。
随着磨损、m增大，或密度d减小，磨损度增大。
一般来说，色散和反常色散相对较低的大多数光学材料具有较大的磨损度。尤其是对于磨损度超过500的光学玻璃材料来说，这些问题导致难于在“透镜加工过程中诸如研磨、对中及清洗”中实现较高的精度，并且容易损坏，而且这是质量下降的一个因素，而且因产出率较低而使成本升高。
以满足方程(1)至(3)并且磨损度小于500的光学玻璃材料形成第三透镜组的正透镜对于保持变焦镜头单元质量高且成本低来说，非常重要。
如果这种光学玻璃材料的磨损度小于30，则需要较长时间来研磨这种光学玻璃材料，原因是这种光学玻璃材料难于消磨，因此透镜制造效率下降，并且这也是成本升高的一个因素。
以满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制造的第三透镜组的至少一个正透镜优选满足方程(5)，下面解释方程(5)。
如果方程(5)的参数fap/fW大于2.0，则使用反常色散材料制成的透镜的屈光力将不足以充分减少二次光谱，可能导致色差校正不充分。
与此对照，如果参数fap/fW小于1.0，则难于实现色差校正和球面像差校正之间的平衡。此外，由于正透镜每个表面的曲率增大所以在加工精度方面不具有优势。
优选在靠近光圈的地方使用非球面表面来矫正球面像差。与此对照，通过保持以反常色散材料制成的透镜一定程度远离光圈，不仅可以减少轴向色差的二次光谱而且可以减少放大率色差的二次光谱。
根据这一观点，在第三透镜组包括至少两个正透镜和一个负透镜的情况下，一种合理的结构是让使用不满足方程(1)至(3)的非球面透镜作为所述至少两个正透镜中布置得离光圈较近的一个，而使用以反常色散材料制成的透镜用作所述至少两个正透镜中布置得离光圈较远的另一个正透镜。
如上所述，第三透镜组是与第二透镜组分担放大率改变功能的重要透镜组，并且扮演成像、充分校正像差的角色，通过采用上述结构，使得这样的第三透镜组成为可能。
此外，如果至少在广角端时，设置在第三透镜组的物侧的光圈一定程度地远离第三透镜，即使最靠近光圈的正透镜以反常色散材料制成，也可以实现不仅减少轴向色差二次光谱而且减少放大率色差二次光谱的效果。
此外，色散和反常色散较低的大多数光学玻璃材料具有相对较低的转变点Tg，并且可以低温模制，因此它们适合以玻璃模制技术来制造非球面透镜。
因此，这也是一种用于第三透镜组的合理结构，以满足方程(1)至(3)的反常色散材料制成的非球面透镜作为第三透镜组的两个正透镜中布置得离光圈较近的一个正透镜。
第三透镜组是如上所述扮演放大率改变功能和成像功能的重要透镜组，并且采用这种结构，充分的像差校正成为可能。
此外，即使在以玻璃模制技术生产以反常色散材料制成的透镜的情况下，在大多数情况下仍需要“诸如研磨的冷处理”来形成预制件，该预制件是成形加工之前的基体材料，并且材料的磨损度仍然非常重要，和前述一样。
方程(6)是实现更优良的像差校正的条件。
如果方程(6)的参数|r3R|/fW小于0.6，则球面像差容易校正过度，如果|r3R|/fW大于1.3，则球面像差容易校正不足。
如果方程(6)的参数超出上述范围，则难于实现慧形相差以及球面像差的平衡，并且容易在离轴周边区域产生外倾或内曲慧形像差。
如果方程(7)的参数X1/fT小于0.20，则伴随放大率改变的第一透镜组位移太小，并且第二透镜组对于放大率改变的作用减弱，而且用来改变放大率的第三透镜组的负担加重，或者第一透镜组和第二透镜组的屈光力必须加强，使得在任一情况下，各种像差加重。
此外，整个变焦镜头在广角端的总长度加长，并且通过第一透镜组的光线高度增大，使得第一透镜组加大。
另一方面，如果参数X1/fT大于0.45，则伴随放大率改变的第一透镜组位移太大，则广角端的总长度变得太短，或者远摄端的总长度变得太长。如果广角端的总长度太短，则第三透镜组的移动空间将受限，并且第三透镜组对于放大率改变的作用减弱。因此，难于校正全部像差。
如果整个变焦镜头单元远摄端总长度太长，则不仅妨碍了总长度方向上的尺寸缩减，而且径向尺寸需要增大以保证远摄端的周边光线量，并且成像性能也容易因制造误差诸如镜筒下垂而变差。
更为优选方程(7)的参数X1/fT满足以下方程：
(7A)0.25＜X1/fT＜0.40。
如果方程(8)的的参数X3/fT小于0.15，则伴随放大率改变的第三透镜组位移将变小，第三透镜组对于改变放大率的作用将减弱，并且第二透镜组的负担加重，必须加强第三透镜组本身的屈光力，使得在任一种情况下，各种像差加重。
另一方面，如果参数X3/fT大于0.40，则整个变焦镜头单元广角端总长度加长，而通过第三透镜组的光线高度增大，使得第三透镜组的尺寸增加。
更优选方程(8)的参数X3/fT满足以下方程：
(8A)0.20＜X3/fT＜0.35。
如果方程(9)的参数|f2|/f3小于0.50，则第二透镜组的屈光力变得太强，如果参数|f2|/f3大于0.85，则第三透镜组的屈光力变得太强。因此，离开方程(9)的范围，则改变放大率时，容易发生像差波动加剧。
如果方程(10)的参数f1/fW小于5.0，则对较高的放大率具有优势，因为第二透镜组的成像放大率接近相同放大率，并且改变放大率的效率提高。但是，要求第一透镜组中的每个透镜具有较大的屈光力，并且容易产生负面影响诸如特别是远摄端色差加重。此外，第一透镜组中的每个透镜厚度和直径增大，并且不利于降低塌缩状态下的尺寸。
如果方程(10)的参数f1/fW大于8.0，则第二透镜组对于改变放大率的作用减弱，并且难于实现较高的放大率。
在符合本发明的变焦镜头单元中，光圈设置在第二和第三透镜组之间，并且可以独立于相邻的透镜组进行移动。
利用这种结构，可以在6.5倍以上的较大放大率变化范围内的任意位置选择最合适的光路。因此，校正像差诸如特别是慧形像差和场曲(fieldcurvature)的灵活性提高，并且离轴性能得到改善。
优选光圈和第三透镜组之间在广角端的间隔大于在远摄端的间隔。通过让利用满足方程(1)至(3)的反常色散材料制成的第三透镜组在广角端时远离光圈，而在远摄端时接近光圈，反常色散性有效地用来“校正广角端放大率色差的二次光谱”，并且用来有效地“校正远摄端轴向色差的二次光谱”。
因此，可以在整个放大率范围内，更好地校正色差，此外可以让光圈在广角端时更接近第一透镜组并且让通过第一透镜组的光线高度降低，因此可以进一步缩减第一透镜组的尺寸。
因此，在光圈和第三透镜组之间在广角端的间隔设置地比在远摄端的间隔更宽时，优选满足以下方程：
(11)0.05＜dsw/fT＜0.20。
其中，dsw表示在广角端时光圈和第三透镜组中最靠近物侧的表面之间轴向距离，而fT表示整个变焦镜头单元系统远摄端焦距。
如果方程(11)的参数dsw/fT小于0.50，则在广角端时通过第三透镜组的光线高度降低，使得难于有效减少广角端放大率色差二次光谱。此外，在广角端时通过第一透镜组的光线高度变得太大，使得第一透镜组变大。
如果参数dsw/fT大于0.20，则在广角端时通过第三透镜组的光线高度变得太大。从而，像平面超出规定规格(falls to the over side)，并且镜筒形状扭曲增大。特别是，难于在较宽的场角下保证性能。
优选第一透镜组从物侧起包括至少一个负透镜和至少一个正透镜。特别是，优选第一透镜组包括从物侧起依次布置的双透镜结构：一个凸表面指向物侧的负弯月形透镜和一个指向物侧的凸表面凸起更高的正透镜；或者从物侧起依次布置的三透镜结构：一个凸表面指向物侧的负弯月形透镜、一个指向物侧的凸表面凸起更高的正透镜和指向物侧的凸表面凸起更高的正透镜。
为了实现较高的放大率，特别是让远摄端的焦距更长，需要增大远摄端时“第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的结合放大率”，并且第一透镜组中产生的像差在像平面上相应增大。
因此，需要将“第一透镜组的像差量”减小得足够小，以实现较高的放大率，因此优选将第一透镜组形成上述结构。
优选第二透镜组包括从物侧起依次布置的三透镜结构：一个指向像侧的表面曲率更大的负透镜、一个指向像侧的表面曲率更大的正透镜和一个指向物侧的表面曲率更大的负透镜。
已经熟知具有三透镜结构的负屈光力放大透镜组从物侧起依次包括负透镜、负透镜和正透镜。与这种熟知的结构相比，第二透镜组的上述结构在“有关广角的放大率色差校正能力”方面更为优秀。从物侧起的第二和第三透镜可以适当接合。
优选第二透镜组的每个透镜满足以下方程：
(12)1.75＜N21＜2.10，25＜v21＜55
(13)1.75＜N22＜2.10，15＜v22＜35
(14)1.75＜N23＜2.10，25＜v23＜55
其中N2i，v2i(i＝1to3)分别表示第二透镜组中从物侧起第i个透镜的折射率和Abbe数。
通过选择一种满足上述方程的玻璃，可以实现色差校正优秀且单色差被抑制地足够小的效果。
优选第三透镜组包括从物侧起依次布置的三个透镜：正透镜、正透镜和负透镜，并且从物侧起的第二和第三透镜可以适当接合。
本发明的变焦镜头单元中的第四透镜组主要具有“保证出射光瞳距离(远心属性)”和“移动第四透镜组聚焦”的功能。对于缩减变焦镜头尺寸而言，让第四透镜组具有尽可能简单的结构比较好，并且优选第四透镜组由一个正透镜构成。
为了进一步缩减尺寸同时保持良好的像差校正，需要采用非球面表面，并且在本发明中，优选让至少第二透镜组和第三透镜组分别具有一个以上的非球面表面。
尤其是在第二透镜组中，如果最靠近物侧和最靠近像侧的表面两者都是非球面表面，则可以实现对畸变像差、像散性等随着广角加重的像差的高效校正。
作为具有模制光学玻璃材料和模制光学塑料材料(玻璃模制非球面表面和塑料模制非球面透镜)的非球面透镜，可以使用这样的玻璃透镜，该玻璃透镜具有其上模制薄树脂层的透镜表面并且该透镜表面形成非球面表面(称为混合非球面表面、仿形非球面表面等)，也可以使用其他玻璃透镜。
为了简化机构，比较好的是让光圈的开口直径保持恒定而与放大率改变无关。但是，可以通过相对于短焦端而增大长焦端的开口直径来减少与改变放大率相关的F数变化。
此外，如果需要减少到达像平面的光通量，则可以减小光圈的直径。但是，优选插入ND滤镜等而不明显改变光圈的直径，从而减少光通量，因为可以防止因折射现象导致的清晰度变差。
此外，本发明的变焦镜头单元并不限于四透镜组结构。至少一个透镜组，例如具有正屈光力或负屈光力的第五透镜组可以布置在第四透镜组的像侧，从而增加变焦镜头单元校正像差和保证性能的自由度。此外，还有空间在像侧布置第六透镜组。
在本发明的进一步实施方式中，例如在以下解释的本发明实施方式2至5中，变焦镜头单元从物侧到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组；具有负屈光力的第二透镜组；具有正屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力的第四透镜组，在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，第一透镜组和第三透镜组移动，以使第一透镜组和第三透镜组在远摄端较之在广角端更靠近物侧。
此外，光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，并且变焦镜头单元的第一透镜组具有以满足以下方程的光学玻璃材料制成的正透镜：
(21)1.52＜nd＜1.62
(22)65.0＜vd＜75.0
(23)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050
其中，nd表示形成正透镜的光学玻璃材料的折射率，vd表示形成正透镜的光学玻璃材料的Abbe数，而Pg，F表示形成正透镜的光学玻璃材料的局部分散比。
上述局部分散比Pg，F由下式定义：
Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，ng、nF和nC表示上述形成正透镜的光学玻璃材料分别对于g线、F线和C线的折射率。
如果较高的放大率特别是远摄端的较长焦距是理想的，则难于校正远摄端的轴向色差二次光谱。此外，在期望广角端的较短焦距以及实现广角时，难于校正广角端放大率色差的二次光谱。
在以下解释的本发明实施方式2至5中，反常色散材料(具有较高反常色散性的材料)用来校正这些色差。反常色散材料的光学属性非常重要。
一般来说，为了减少轴向色散的二次光谱，如果专用低色散玻璃用于轴线上光线高度较高的透镜组，则效果显著。特别是，至少在远摄端时，第一透镜组轴线上的光线高度最大，因此，通过在第一透镜组中采用专用低色散玻璃，可以充分减少轴向色差的二次光谱。但是，通常专用低色散玻璃的折射率较低，因此单色差校正能力容易下降。因此，在形成透镜较少的第一透镜组并以平衡方式努力降低单色差和色差时，使用专用低色散玻璃并不能总是实现充分的效果。
在以下解释的本发明的实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，第一透镜组中至少一个正透镜由折射率、Abbe数和反常色散性落入满足方程(21)至(23)的范围的光学玻璃材料制成。因此，即使第一透镜组中的透镜较少，只有3个或更少，也可以减少色差的二次光谱，并且充分校正单色差。
如果上述光学玻璃材料的折射率nd为1.52以下，则单色差校正不充分。如果Abbe数vd为65.0以下，则色差校正不充分。如果方程(23)的参数Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)为0.015以下，则色差二次光谱校正不充分。
参数超过方程(21)至(23)上限的光学玻璃材料不存在，或者即使这种光学玻璃材料存在，也非常特殊且昂贵，使用这种光学玻璃材料作为透镜材料不切合实际。
在以下解释的本发明实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，优选满足方程(21)至(23)并用来形成第一透镜组的正透镜的光学玻璃材料满足有关磨损度FA的方程(4)：
(24)30＜FA＜500
一般来说，色散和反常色散相对较低的大多数光学材料具有较大的磨损度。尤其是对于磨损度超过500的光学玻璃材料来说，这些问题导致难于在“透镜加工过程中诸如研磨、对中及清洗”中实现较高的精度，并且容易损坏，而且这是质量下降的一个因素，而且因产出率较低而使成本升高。
以满足方程(21)至(23)并且磨损度小于500的光学玻璃材料形成第一透镜组的正透镜对于保持变焦镜头单元质量高而成本低来说，非常重要。如果磨损度低于30，则需要长时间来研磨光学玻璃材料，这是增加成本的一个因素，并且是不期望的。
此外，磨损度通过下述方程计算：
(24’)FA＝{(m/d)/(m0/d0)}x100，
其中，m表示具有9cm2测量区域的样本保持在距离以60rpm在水平面上旋转的铸铁平板中心80mm的固定位置，并且施加研磨流体持续5分钟，进行研磨同时施加9.807N的载荷时的磨损，在所述研磨流体中20ml的水均匀添加到10g平均尺寸为20μm的氧化铝磨粒中，
m0表示由日本光学玻璃制造业协会规定的标准标本(BSC7)在如上所述的相同条件下研磨时的磨损，
d表示样本密度，而d0表示标准标本密度。
此外，在以下解释的实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，优选以满足方程(21)至(23)的光学玻璃材料制成的第一透镜组的至少一个正透镜具有满足以下方程的屈光力：
(25)5.0＜fap/fW＜15.0
其中fap表示由满足方程(21)至(23)的光学玻璃材料制成的第一透镜组的正透镜的焦距，fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
如果方程(25)的参数fap/fW大于15.0，则采用反常色散材料的透镜屈光力不足以充分减少二次光谱，可能导致色差校正不充分。相反，如果参数fap/fW小于5.0，则难于实现色差校正和球面像差校正之间的平衡。此外，由于正透镜每个表面的曲率增大所以在加工精度方面不具有优势。
在以下解释的实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，可能第一透镜组的至少其中一个正透镜具有非球面表面，用来增加像差校正自由度。优选具有非球面表面的正透镜满足方程(21)至(23)。
对于满足方程(21)至(23)且具有反常色散性的玻璃材料而言，已经研发出适合以玻璃模制技术模制非球面表面的一种光学玻璃材料，并且可以实现性能恒定且成本低廉的非球面表面。
在这种情况下，优选第一透镜组具有两个正透镜。
由于其中一个正透镜可以是球面透镜，所以折射率和Abbe数的选择范围宽泛，并且可以由两个透镜分担正光焦度而实现像差校正优化。特别是，通过选择具有更高折射率的一个正透镜，可以实现色差校正和单色差校正的平衡。
此外，即使在以玻璃模制技术生产以反常色散材料制成的透镜的情况下，在大多数情况下仍需要诸如研磨的冷处理来形成预制件，该预制件是成形加工之前的基体材料，并且材料的磨损度仍然非常重要，和前述一样。
为了实现良好的像差校正，例如在实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，则指向像侧的凹表面凹陷更深的负透镜设置成最靠近第三透镜组的像侧，此外，优选满足以下方程：
(26)0.6＜|r3R|/fW＜1.3
其中，r3R表示第三透镜组最靠近像侧的表面的曲率半径。
如果方程(26)的参数|r3R|/fW小于0.6，则球面像差容易校正过度，如果|r3R|/fW大于1.3，则球面像差容易校正不足。如果方程(26)的参数超出上述范围，则难于实现慧形相差以及球面像差的平衡，并且容易在离轴周边区域产生外倾或内曲慧形像差。
此外，对于广角和长焦距而言非常重要的第一透镜组位移，通过满足以下方程可以实现充分的像差校正：
(27)0.20＜X1/fT＜0.45
其中，X1表示从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组的总位移，而fT表示整个变焦镜头单元系统在远摄端的焦距。
如果方程(27)的参数X1/fT小于0.20，则第二透镜组对于放大率改变的作用减弱，而且用来改变放大率的第三透镜组的负担加重，或者第一透镜组和第二透镜组的屈光力必须加强，使得在任一情况下，各种像差加重。
此外，整个变焦镜头在广角端的总长度加长，并且通过第一透镜组的光线高度增大，使得第一透镜组尺寸加大。另一方面，如果参数X1/fT大于0.45，则广角端的总长度变得太短，或者远摄端的总长度变得太长。如果广角端的总长度太短，则第三透镜组的移动空间将受限，并且第三透镜组对于放大率改变的作用减弱。因此，难于校正全部像差。如果整个变焦镜头单元远摄端总长度太长，则不仅妨碍了总长度方向上的尺寸缩减，而且径向尺寸需要增大以保证远摄端的周边光线量，并且成像性能也容易因制造误差诸如镜筒下垂而变差。
更优选满足以下方程：
(27A)0.25＜X1/fT＜0.40。
对于与第二透镜组分担放大率改变功能的第三透镜组的位移而言，优选满足以下方程：
(28)0.15＜X3/fT＜0.40
其中，X3表示从广角端向远摄端改变放大率时，第三透镜组的总位移。
如果方程(28)的的参数X3/fT小于0.15，则第三透镜组对于改变放大率的作用将减弱，并且第二透镜组的负担加重，必须加强第三透镜组本身的屈光力，使得在任一种情况下，各种像差加重。另一方面，如果参数X3/fT大于0.40，则整个变焦镜头单元广角端总长度加长，而通过第一透镜组光线高度增大，使得第一透镜组的尺寸变大。
更优选满足以下方程：
(28A)0.20＜X3/fT＜0.35。
此外，对于每个透镜组的屈光力而言，优选满足以下方程：
(29)0.50＜|f2|/f3＜0.85
(30)5.0＜f1/fW＜8.0
其中，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，f3表示第三透镜组的焦距，而fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
如果方程(29)的参数|f2|/f3小于0.50，则第二透镜组的屈光力变得太强，如果参数|f2|/f3大于0.85，则第三透镜组的屈光力变得太强，因此改变放大率时，在任一种情况下容易发生像差波动加剧。
如果方程(30)的参数f1/fW小于5.0，则对较高的放大率具有优势，因为第二透镜组的成像放大率接近相同放大率，并且改变放大率的效率提高。但是，要求第一透镜组中的每个透镜具有较大的屈光力，并且容易产生负面影响诸如特别是远摄端色差加重。此外，第一透镜组中的每个透镜厚度和直径增大，并且不利于减少塌缩状态下的尺寸。如果方程(30)的参数f1/fW大于8.0，则第二透镜组对于改变放大率的作用减弱，并且难于实现较高的放大率。
在以下解释的本发明实施方式2至5的变焦镜头单元中，光圈设置在第二和第三透镜组之间，并且可以独立于相邻的透镜组进行移动。利用这种结构，可以在6.5倍以上的较大放大率变化范围内的任意位置选择最合适的光路。因此，校正像差诸如特别是慧形像差和场曲的灵活性提高，并且离轴性能得到改善。
优选光圈和第三透镜组之间在广角端的间隔大于在远摄端的间隔。通过让以反常色散材料制成的第三透镜组在广角端时远离光圈，而在远摄端时接近光圈，反常色散性有效地用来校正广角端放大率色差的二次光谱，并且用来有效地校正远摄端轴向色差的二次光谱。因此，可以在整个放大率范围内，更好地校正色差，此外可以让光圈在广角端时更接近第一透镜组并且让通过第一透镜组的光线高度降低，因此可以进一步缩减第一透镜组的尺寸。
因此，在光圈和第三透镜组之间在广角端的间隔设置成比在远摄端的间隔更宽时，对于所述间隔，优选满足以下方程：
(31)0.05＜dsw/fT＜0.20，
其中，dsw表示在广角端时光圈和第三透镜组最靠近物侧的表面之间轴向距离。
如果方程(31)的参数dsw/fT小于0.50，则在广角端时通过第三透镜组的光线高度降低，使得难于有效减少广角端放大率色差二次光谱。此外，在广角端时通过第一透镜组的光线高度变得太大，使得第一透镜组尺寸变大。如果参数dsw/fT大于0.20，则在广角端时通过第三透镜组的光线高度变大。从而，像平面落到超过规定规格，并且镜筒形状扭曲增大。特别是，难于在较宽的场角下保证性能。
在以下解释的本发明实施方式2至5的每个变焦镜头单元中，优选第一透镜组从物侧起包括至少一个负透镜和至少一个正透镜。特别是，优选第一透镜组包括从物侧起依次布置的双透镜结构：一个凸表面指向物侧的负弯月形透镜和一个指向物侧的凸表面凸起更高的正透镜；或者从物侧起依次布置的三透镜结构：一个凸表面指向物侧的负弯月形透镜、一个指向物侧的凸表面凸起更高的正透镜和一个指向物侧的凸表面凸起更高的正透镜。
为了实现较高的放大率，特别是让远摄端的焦距更长，需要增大远摄端时第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组的结合放大率，并且第一透镜组中产生的像差在像平面上相应增大。因此，需要将第一透镜组的像差量抑制地足够小，以实现较高的放大率，因此优选将第一透镜组形成上述结构。
优选第二透镜组包括从物侧起依次布置的三透镜结构：一个指向像侧的表面曲率更大的负透镜、一个指向像侧的表面曲率更大的正透镜和一个指向物侧的表面曲率更大的负透镜。
已经熟知具有三透镜结构的负屈光力放大透镜组从物侧起依次包括负透镜、负透镜和正透镜。与这种熟知的结构相比，上述结构在有关广角的放大率色差校正能力方面更为优秀。这里，从物侧起的第二和第三透镜可以适当接合。
优选第二透镜组的每个透镜满足以下方程：
(32)1.75＜N21＜2.10，25＜v21＜55
(33)1.75＜N22＜2.10，15＜v22＜35
(34)1.75＜N23＜2.10，25＜v23＜55
其中N2i，v2i(i＝1to 3)分别表示第二透镜组中从物侧起第i个透镜的折射率和Abbe数。
通过选择一种满足上述方程的玻璃，可以实现色差校正优秀且单色差被减小足够小的效果。
优选第三透镜组包括从物侧起依次布置的三个透镜：正透镜、正透镜和负透镜，并且从物侧起的第二和第三透镜可以适当接合。
本发明的变焦镜头单元中的第四透镜组主要用于保证出射光瞳距离(远心属性)和通过移动第四透镜组进行聚焦。对于缩减变焦镜头尺寸而言，让第四透镜组具有尽可能简单的结构比较好，并且优选第四透镜组由一个正透镜构成。
此外，本发明实施方式2至5的每一个变焦镜头单元并不限于四透镜组结构。至少一个透镜组，例如第五透镜组可以布置在第四透镜组的像侧，如果需要在改变放大率时增加变焦镜头单元保证性能诸如抑制各种像差的自由度的话。
为了进一步缩减尺寸同时保持良好的像差校正，需要采用非球面表面，并且在本发明中，优选让至少第二透镜组和第三透镜组分别具有一个以上的非球面表面。尤其是在第二透镜组中，如果最靠近物侧和最靠近像侧的表面两者都是非球面表面，则可以实现对畸变像差、像散性等随着广角加重的像差的高效校正。
作为具有模制光学玻璃材料和模制光学塑料材料(玻璃模制非球面表面和塑料模制非球面透镜)的非球面透镜，可以使用这样的玻璃透镜，该玻璃透镜具有其上模制薄树脂层的透镜表面并且该透镜表面形成非球面表面(称为混合非球面表面、仿形非球面表面等)，也可以使用其他玻璃透镜。
为了简化机构，比较好的是让光圈的开口直径保持恒定且与放大率改变无关。但是，可以通过相对于短焦端而增大长焦端的开口直径来减少与改变放大率相关的F数变化。此外，如果需要减少到达像平面的光量，则可以减小光圈的直径。但是，优选插入ND滤镜等而不明显改变光圈的直径，从而减少光通量，因为可以防止因折射现象导致的清晰度变差。
此外，在以下解释的本发明实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，可以让第三透镜组具有以满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜，或者第一透镜组具有以满足方程(21)至(23)的光学玻璃材料制成的正透镜，或者同时让第三透镜具有以满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜且第一透镜组具有以满足方程(21)至(23)的光学玻璃材料制成的正透镜。
图1示出了本发明变焦镜头第一实施方式。该实施方式涉及以下解释的示例1。
图2示出了本发明变焦镜头第二实施方式。该实施方式涉及以下解释的示例2。
图3示出了本发明变焦镜头第三实施方式。该实施方式涉及以下解释的示例3。
图4示出了本发明变焦镜头第四实施方式。该实施方式涉及以下解释的示例4。
图5示出了本发明变焦镜头第五实施方式。该实施方式涉及以下解释的示例5。
图1至4所示每个变焦镜头单元从物侧(每幅图的左侧)到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组(I)；具有负屈光力的第二透镜组(II)；具有正屈光力的第三透镜组(III)；和具有正屈光力的第四透镜组(IV)，光圈(S)设置在第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间。即，实施方式1至4中每个变焦镜头单元的屈光力分布为：正、负、正和正。
图5所示变焦镜头单元从物侧(图5的左侧)到像侧依次包括：具有正屈光力的第一透镜组(I)；具有负屈光力的第二透镜组(II)；具有正屈光力的第三透镜组(III)；具有正屈光力的第四透镜组(IV)和具有正屈光力的第五透镜组(V)，光圈(S)设置在第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间。即，实施方式1至4中每个变焦镜头单元的屈光力分布为：正、负、正、正和正。
在从广角端(图1至5中的上图)向远摄端(图1至5中的下图)改变放大率时，第一透镜组(I)和第二透镜组(II)之间的间隔增大，第二透镜组(II)和第三透镜组(III)之间的间隔减小；而第三透镜组(III)和第四透镜组(IV)之间的间隔增大，并且第一透镜组(I)和第三透镜组(III)移动，以便在远摄端时较之在广角端时更靠近物侧，图5所示变焦镜头的第五透镜组(V)由一个凸表面指向物侧的正弯月形透镜构成，并且在改变放大率时不移动。
即，在图5所示实施方式5中，第五透镜组(V)是固定透镜组。
在图1至5所示每个实施方式中，可以让第三透镜组(III)具有两个正透镜(位于物侧的两个双凸透镜)和一个负透镜(最靠近像侧的透镜)。设置成最靠近像侧的负透镜与位于其物侧的一个双凸透镜接合，而设置成最靠近像侧的负透镜是指向像侧的凹陷表面曲率更大的双凹透镜。
在实施方式1至5的每个变焦镜头单元中，可以让第三透镜组(III)具有以满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜。
此外，在实施方式2至5的每一个变焦镜头单元中，可以让第三透镜组(III)具有以满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜，或者第一透镜组(I)具有以满足方程(21)至(23)的光学玻璃材料制成的正透镜，或者同时让第三透镜(III)具有以满足方程(1)至(3)的光学玻璃材料制成的正透镜且第一透镜组(I)具有以满足方程(21)至(23)的光学玻璃材料制成的正透镜。
在图1至3所示实施方式(以下解释的示例1至3)中，可以让第三透镜组(III)中最靠近物侧(每一幅中的左侧)的双凸透镜的光学玻璃材料满足方程(1)至(3)。在这种情况下，可以让该双凸透镜的光学玻璃材料与不满足方程(1)至(3)的负透镜接合。
在图4所示实施方式(以下解释的示例4)中，可以让第三透镜组(III)中与负透镜接合的双凸透镜的光学玻璃材料满足方程(1)至(3)，而设置成最靠近物侧的双凸透镜的光学玻璃材料不满足方程(1)至(3)。
在图5所示实施方式(以下解释的示例5)中，可以让第三透镜组(III)中与负透镜烧结的双凸透镜的光学玻璃材料满足方程(1)至(3)，而设置成最靠近物侧的双凸透镜的光学玻璃材料不满足方程(2)和(3)。
此外，可以让分别与实施方式1至5示例1至5对应的每个变焦镜头单元满足方程(4)至(11)以及方程(7A)和(8A)。此外，可以让分别与实施方式2至5对应的示例2至5的每个变焦镜头单元满足方程(4)至(11)和方程(7A)和(8A)，或者方程(24)至(31)和方程(27A)和(28A)，或者全部方程(4)至(11)和(7A)和(8A)以及(24)至(31)和(27A)和(28A)。
接下来，将参照图21A至21C和22来解释便携式信息终端设备的实施方式。
便携式信息终端设备包括成像设备，例如相机，作为相机功能部件。
图21A至21C示出了符合本发明实施方式的相机(便携式信息终端设备的相机功能部件)的外观形状，而图22示出了便携式信息终端设备的系统结构。
如图22所示，便携式信息终端设备30包括拍摄镜头31和光接收元件45(例如，电子成像元件，其中10百万至15百万像素以二维形式布置)，由拍摄镜头31形成拍摄物体的像由光接收元件45读取。
作为拍摄镜头31，可以使用例如上述变焦镜头的单元任一种，更具体地说，以下解释的示例中的变焦镜头单元。
光接收元件45的输出由信号处理设备42处理并将其转换成数字信息，该信号处理设备接收中央处理设备40的控制。在接受中央处理设备40的控制的图像处理设备41中进行预定图像处理之后，数字化的图像信息记录在半导体存储器44中。
在拍摄过程中，液晶显示器38可以显示经过图像处理设备41进行图像处理之后的图像，以及记录在半导体存储器44中的图像。此外，记录在半导体存储器44中的图像可以利用通信卡43等导出。
图像处理设备41具有执行电子阴影校正、剪裁图像中央部分等功能。
如图21A所示，在携带便携式信息终端设备时，拍摄镜头31处于塌缩状态，而在使用者操作电力供应开关36打开电源时，镜头筒伸出，如图21B所示。
此时，在镜筒内，变焦镜头单元的每个透镜组例如设置在广角端的对应位置，通过操作变焦杆34，每个透镜组的布置发生变化并且可以进行向远摄端改变放大率。此外，拍摄镜头31的场角变化反映在取景器33中。
通过半按快门按键35来进行聚焦。
可以通过移动第二透镜组或第四透镜组或者光接收元件45来进行聚焦，或者通过移动第二透镜组或第四透镜组以及移动光接收元件45来进行聚焦。
在液晶显示器38上显示存储在半导体存储器44中的图像时，以及在利用通信卡43等导出图像时，可以使用图21C所示的操作按键37。半导体存储器和通信卡等分别插入专用或通用卡槽39A、39B中进行使用。
在拍摄镜头31处于塌缩状态时，变焦镜头的每个透镜组不需要排列在光轴上。例如，如果使用这样的机构，在该机构中第三透镜组和/或第四透镜组从光轴后退并且与其他透镜组平行存放，则可以进一步减小便携式信息终端设备的厚度。
在具有相机作为拍摄功能的一部分的上述便携式信息终端设备中，可以使用示例1至5的变焦镜头的每一个作为拍摄镜头31，并且可以实现紧凑、图像质量高且具有相机功能的便携式信息终端设备，该设备装备有10百万像素以上的光接收元件45。
示例
以下将详细解释符合本发明的变焦镜头单元的示例。在所有示例中，最大像高为4.05mm。
在每一个示例中，设置在第四透镜组(IV)的像侧的平行板(图1至4，以“F”表示)假设为各种滤镜诸如光学低通滤镜和红外线切断滤镜或者光接收元件诸如CCD传感器盖板玻璃(密封玻璃)的平行板等同物。
在全部示例中，构成第四透镜组(IV)的正透镜以光学塑料制成，全部其他透镜以光学玻璃材料制成。
示例中符号的意义如下：
f：整个变焦镜头单元系统的焦距；
F：F数
ω：半场角
R：曲率半径
D：表面距离
Nd：折射率
vd：Abbe数
K：非球面表面的锥度常数
A4：4阶非球面表面系数
A6：6阶非球面表面系数
A8：8阶非球面表面系数
A10：10阶非球面表面系数
A12：12阶非球面表面系数
A14：14阶非球面表面系数
A16：16阶非球面表面系数
A18：18阶非球面表面系数
示例中的非球面表面可以由以下方程(A)利用近轴曲率半径(近轴曲率)C、距离光轴的高度H、光轴方向上的非球面量X、非球面表面的锥度常数K以及非球面表面系数A4-A18表示。
(A)X＝CH2/{1+√(1-(1+K)C2H2)}+A4·H4+A6·H6+A8·H8+A10·H10+A12·H12+A14·H14+A16·H16+A18·H18
示例1
表1
f＝5.07-34.50，F＝3.48-5.65，ω＝39.79-6.52
非球面表面(非球面表面是上述数据中带有星号“*”的表面。以下示例中情况类似)。
第六表面
K＝0.0，A4＝2.47187×10-5，A6＝-2.33739×10-6，A8＝1.40335×10-7，
A10＝-3.70011×10-9，A12＝3.54383×10-12，A14＝6.39319×10-13
第十表面
K＝0.0，A4＝-3.99709×10-4，A6＝-3.19281×10-6，A8＝-1.20904×10-7，
A10＝-3.19854×10-8
第十二表面
K＝0.0，A4＝-8.15177×10-4，A6＝1.43767×10-5，A8＝-1.42505×10-6，
A10＝9.97953×10-8
第十三表面
K＝0.0，A4＝5.34757×10-4，A6＝2.83041×10-5，A8＝-2.34413×10-6，
A10＝1.69514×10-7
第十七表面
K＝0.0，A4＝-1.04517×10-4，A6＝7.81280×10-6，A8＝-2.51666×10-7，
A10＝4.09360×10-9
表2
变量
| 短焦端 | 中间焦距 | 长焦端 | |
| f＝5.072 | f＝13.168 | f＝34.499 | |
| A | 0.600 | 8.550 | 14.656 |
| B | 9.480 | 3.800 | 0.900 |
| C | 4.263 | 1.650 | 0.650 |
| D | 4.210 | 6.003 | 11.719 |
| E | 2.445 | 4.222 | 3.015 |
每个方程中的参数值：
Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＝0.0211...HOYA M-FCD500FA＝430 HOYAM-FCD500
fap/fW＝1.36
|r3R|/fW＝0.877
X1/fT＝0.288
X3/fT＝0.234
|f2|/f3＝0.716
fl/fW＝6.11
dSW/fT＝0.124
示例2
表3
f＝5.07-34.53，F＝3.45-5.61，ω＝39.75-6.55
非球面表面
第六表面
K＝0.0，A4＝4.38118×10-5，A6＝-3.28212×10-6，A8＝1.67801×10-7，
A10＝-4.32537×10-9，A12＝-1.26659×10-11，A14＝1.27763×10-12
第十表面
K＝0.0，A4＝-4.80018×10-4，A6＝-4.53081×10-6，A8＝-2.73503×10-7，
A10＝-5.07166×10-8
第十二表面
K＝0.0，A4＝-8.76064×10-4，A6＝1.71719×10-5，A8＝-1.39333×10-6，
A10＝9.31505×10-8
第十三表面
K＝0.0，A4＝5.89357×10-4，A6＝3.03606×10-5，A8＝-2.25267×10-6，
A10＝1.54591×10-7
第十七表面
K＝0.0，A4＝-5.88625×10-5，A6＝1.08911×10-5，A8＝-4.32420×10-7，
A10＝7.34514×10-9
表4
变量
| 短焦端 | 中间焦距 | 长焦端 | |
| f＝5.075 | f＝13.180 | f＝34.531 | |
| A | 0.600 | 8.169 | 14.520 |
| B | 7.927 | 2.234 | 0.900 |
| C | 4.439 | 3.062 | 0.650 |
| D | 2.823 | 4.745 | 11.720 |
| E | 3.435 | 5.264 | 3.014 |
每个方程中的参数值
Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＝0.0211...HOYA M-FCD500fap/fW＝1.34
FA＝430 HOYAM-FCD500
|r3R|/fW＝0.885
X1/fT＝0.335
X3/fT＝0.245
|f2|/f3＝0.716
f1/fW＝6.06
dSW/fT＝0.129
示例3
表5
f＝5.07-34.45，F＝3.44-5.57，ω＝39.77-6.81
非球面表面
第四表面
K＝0.0，A4＝-2.61959×10-6，A6＝-4.61000×10-8，A8＝4.12097×10-10，
A10＝-2.83406×10-12
第六表面
K＝0.0，A4＝4.69989×10-5，A6＝-6.00298×10-6，A8＝2.85972×10-7，
A10＝-4.67475×10-9，A12＝-8.20307×10-11，A14＝2.46554×10-12
第十表面
K＝0.0，A4＝-5.17867×10-4，A6＝-9.91338×10-6，A8＝-2.02961×10-7，
A10＝-5.38642×10-8
第十二表面
K＝0.0，A4＝-7.45563×10-4，A6＝1.45957×10-5，A8＝-1.41743×10-6，
A10＝1.11141×10-7
第十三表面
K＝0.0，A4＝7.01916×10-4，A6＝2.59719×10-5，A8＝-2.44987×10-6，
A10＝1.76570×10-7
第十七表面
K＝0.0，A4＝-2.49031×10-5，A6＝6.74925×10-6，A8＝-2.86346×10-7，A10＝4.04476×10-9
表6
变量
| 短焦端 | 中间焦距 | 长焦端 | |
| f＝5.074 | f＝13.161 | f＝34.450 | |
| A | 0.600 | 8.718 | 14.856 |
| B | 7.529 | 1.935 | 0.900 |
| C | 4.880 | 4.129 | 0.650 |
| D | 2.000 | 6.189 | 11.984 |
| E | 4.365 | 4.469 | 2.532 |
每个方程中的参数值：
Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＝0.0211...HOYA M-FCD500
FA＝430 HOYAM-FCD500
fap/fW＝1.36
|r3R|/fW＝0.970
X1/fT＝0.335
X3/fT＝0.231
|f2|/f3＝0.713
f1/fW＝6.26
dSW/fT＝0.142
示例4
表7
f＝5.06-34.50，F＝3.49-5.67，ω＝39.85-6.77
非球面表面
第四表面
K＝0.0，A4＝-2.13930×10-6，A6＝-5.68815×10-8，A8＝5.09447×10-10，
A10＝-3.52370×10-12
第六表面
K＝0.0，A4＝6.98920×10-5，A6＝-6.51267×10-6，A8＝3.05288×10-7，
A10＝-4.97334×10-9，A12＝-7.64920×10-11，A14＝2.31453×10-12
第十表面
K＝0.0，A4＝-4.84852×10-4，A6＝-1.06293×10-5，A8＝1.65811×10-8，
A10＝-5.72723×10-8
第十二表面
K＝0.0，A4＝-7.11335×10-4，A6＝1.19186×10-5，A8＝-1.35662×10-6，
A10＝1.20507×10-7
第十三表面
K＝0.0，A4＝6.51905×10-4，A6＝2.55654×10-5，A8＝-2.41458×10-6，
A10＝1.89127×10-7
第十七表面
K＝0.0，A4＝-9.04702×10-5，A6＝9.86668×10-6，A8＝-4.20068×10-7，
A10＝6.42194×10-9
表8
变量
| 短焦端 | 中间焦距 | 长焦端 | |
| f＝5.061 | f＝13.144 | f＝34.503 | |
| A | 0.600 | 8.583 | 14.642 |
| B | 7.867 | 1.694 | 0.900 |
| C | 4.718 | 4.584 | 0.650 |
| D | 2.000 | 6.351 | 11.947 |
| E | 4.180 | 4.150 | 2.557 |
每个方程中的参数值
Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＝0.0195...HOYA FCD505
FA＝460 HOYAM-FCD505
fap/fW＝1.52
|r3R|/fW＝0.959
X1/fT＝0.328
X3/fT＝0.241
|f2|/f3＝0.718
f1/fW＝6.26
dSW/fT＝0.137
示例5
表9
f＝5.07-34.46，F＝3.43-5.79，ω＝39.82-6.53
非球面表面
第六表面
K＝0.0，A4＝-2.11567×10-5，A6＝1.02684×10-7，A8＝-4.62111×10-8，
A10＝7.02968×10-10
第十表面
K＝0.0，A4＝-6.56577×10-4，A6＝-6.52956×10-6，A8＝-1.05912×10-6，
A10＝-5.75774×10-8
第十二表面
K＝0.0，A4＝-8.54494×10-4，A6＝5.37510×10-6，A8＝-8.26341×10-7，
A10＝-5.09750×10-8
第十三表面
K＝0.0，A4＝3.54458×10-4，A6＝6.38751×10-6，A8＝-7.62332×10-7，
A10＝-5.58192×10-8
第十七表面
K＝0.0，A4＝-3.04703×10-5，A6＝1.04070×10-5，A8＝-4.76045×10-7，
A10＝9.37621×10-9
表10
变量
| 短焦端 | 中间焦距 | 长焦端 | |
| f＝5.067 | f＝13.151 | f＝34.459 | |
| A | 0.600 | 7.344 | 14.239 |
| B | 6.716 | 2.239 | 0.950 |
| C | 4.616 | 2.573 | 0.600 |
| D | 2.503 | 4.089 | 11.904 |
| E | 2.666 | 5.280 | 1.000 |
每个方程中的参数值：
Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＝0.0195...HOYA FCD505
FA＝460...HOYA FCD505
fap/fW＝1.58
|r3R|/fW＝0.940
X1/fT＝0.336
X3/fT＝0.224
|f2|/f3＝0.668
f1/fW＝5.85
dSW/fT＝0.135
图6至8示出了符合示例1的变焦镜头单元分别在短焦端、中焦位置和长焦端的像差曲线。图9至11分别示出了符合示例2的变焦镜头单元在短焦端、中焦位置和长焦端的像差曲线。图12至14分别示出了符合示例3的变焦镜头单元在短焦端、中焦位置和长焦端的像差曲线。图15至17分别示出了符合示例4的变焦镜头单元在短焦端、中焦位置和长焦端的像差曲线。图18至20分别示出了符合示例5的变焦镜头单元在短焦端、中焦位置和长焦端的像差曲线。
球面像差曲线中的虚线表示正弦条件，而像散性曲线中的实线表示径向像散性，而虚线表示子午像散性。
在上述每个示例中，充分校正了像差，并且变焦镜头单元能对应于具有10百万至15百万像素的光接收元件。
应该注意，虽然已经参照示例实施方式描述了本发明，但是本发明并不限于此。根据前述内容，言下之意是本发明覆盖落入随后的权利要求书及其等同物范围内的改型和变化方案。
Claims (11)
1.一种变焦镜头单元，从物侧到像侧依次包括：
具有正屈光力的第一透镜组；
具有负屈光力的第二透镜组；
具有正屈光力的第三透镜组；和
具有正屈光力的第四透镜组，
且在从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔增大，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大，
且第一透镜组和第三透镜组移动，以使第一透镜组和第三透镜组在远摄端较之在广角端更靠近物侧，
光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，并且
变焦镜头单元的第一透镜组具有由光学玻璃材料制成的正透镜，且第一透镜组的正透镜满足以下方程：
(21)1.52＜nd＜1.62
(22)65.0＜vd＜75.0
(23)0.015＜Pg，F-(-0.001802×vd+0.6483)＜0.050
其中，nd表示形成正透镜的光学玻璃材料的折射率，vd表示形成正透镜的光学玻璃材料的Abbe数，而Pg，F表示形成正透镜的光学玻璃材料的局部分散比，局部分散比Pg，F由下式定义：
Pg，F＝(ng-nF)/(nF-nC)
其中，ng、nF和nC表示上述形成正透镜的光学玻璃材料分别对于g线、F线和C线的折射率。
2.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，满足以下方程：
(24)30＜FA＜500
其中FA表示形成满足方程(21)至(23)的所述第一透镜组的正透镜的光学玻璃材料的磨损度。
3.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，满足以下方程：
(25)5.0＜fap/fW＜15.0
其中fap表示由光学玻璃材料制成并满足方程(21)至(23)的第一透镜组的正透镜的焦距，fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
4.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，第一透镜组的至少其中一个正透镜具有非球面表面，并且具有非球面表面的正透镜满足方程(21)至(23)。
5.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，第一透镜组具有两个正透镜。
6.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，指向像侧的凹表面凹陷更深的负透镜设置得最靠近第三透镜组的像侧，并且满足以下方程：
(26)0.6＜|r3R|/fW＜1.3
其中，r3R表示第三透镜组最靠近像侧的表面的曲率半径，而fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
7.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，满足以下方程：
(27)0.20＜X1/fT＜0.45
其中，X1表示从广角端向远摄端改变放大率时，第一透镜组的总位移，而fT表示整个变焦镜头单元系统在远摄端的焦距。
8.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，满足以下方程：
(28)0.15＜X3/fT＜0.40
其中，X3表示从广角端向远摄端改变放大率时，第三透镜组的总位移，而fT表示整个变焦镜头单元系统在远摄端的焦距。
9.如权利要求1所述的变焦镜头单元，其特征在于，满足以下方程：
(29)0.50＜|f2|/f3＜0.85
(30)5.0＜f1/fW＜8.0
其中，f1表示第一透镜组的焦距，f2表示第二透镜组的焦距，f3表示第三透镜组的焦距，而fW表示整个变焦镜头单元系统在广角端的焦距。
10.一种成像设备，包括权利要求1至9中任一项所述的变焦镜头单元作为拍摄光学系统。
11.一种便携式信息终端设备，包括权利要求1至9中任一项所述的变焦镜头单元作为相机功能部件的拍摄光学系统。
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