CN103635845A - 变焦镜头和成像设备 - Google Patents

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Abstract

为了实现小型的且具有有利的光学性能的变焦镜头。具有负倍率的第一透镜组(G1)和具有屈光力的第二透镜组(G2)从物体侧顺序地设置，使得第一透镜组(G1)和第二透镜组(G2)之间的间距在改变放大倍率时改变。如果在第一透镜组(G1)内从最靠近物体侧的透镜的表面至最靠近图像侧的透镜的表面的距离是D1g，在第二透镜组(G2)内从最靠近物体侧的透镜的表面至最靠近图像侧的透镜的表面的距离，以及当在摄远端处聚焦在无穷远时物体侧部分第二透镜组(G2F)和图像侧部分第二透镜组(G2R)之间沿着光轴的距离分别是D2g和D2t，并且整个系统在摄远端处的焦距是ft，则满足下述条件公式：1.0<D2g/D1g<1.6(1)和0.08<D2t/ft<0.19(2)。

Description

变焦镜头和成像设备
技术领域
本发明涉及变焦镜头和成像设备。特别地，本发明涉及一种变焦镜头，该变焦镜头可以有利地用在微型相机和便携式终端装置中，并涉及装配有这种变焦镜头的成像设备。
背景技术
传统上，具有前端负透镜组(其中负透镜组朝向物体侧设置的配置)的两组或三组型变焦镜头公知为将设置在紧凑型数字相机、紧凑型摄像机和便携式终端装置中的变焦镜头。其中与前聚焦方法相比可以减轻镜头的重量的后聚焦方法通常用作这种变焦镜头的聚焦方法。
同样已经提出了几种聚焦方法，其中代替移动向后透镜组的全部，仅多个透镜组中的一部分或单个透镜移动以进行聚焦操作，以加快聚焦操作和减小被移动用于聚焦操作的透镜的重量。例如，专利文献1至7中公开的变焦镜头采用这种聚焦方法。在这些变焦镜头中，第二透镜组由物体侧部分组和图像侧部分组构成。专利文献1中公开的变焦镜头通过移动物体侧部分组进行聚焦操作，专利文献2至7中公开的变焦镜头通过移动图像侧部分组进行聚焦操作。
[背景技术文献]
[专利文献]
专利文献1：
日本未审查专利公开No.2007-279232
专利文献2：
日本未审查专利公开No.2000-9997
专利文献3：
日本未审查专利公开No.2000-284177
专利文献4：
日本未审查专利公开No.2002-365542
专利文献5：
日本未审查专利公开No.2003-228002
专利文献6：
日本未审查专利公开No.2007-25373
专利文献7：
日本未审查专利公开No.2009-36961
发明内容
在其中如上所述采用其中仅第二透镜组或第二透镜组的透镜一部分移动的聚焦方法的情况中，需要整体上优化设置第二透镜组的屈光力和第二透镜组内的屈光力分布，以抑制由聚焦操作引起的像差变化，通过将镜头系统的整体构造成是紧凑的。第二透镜组内的屈光力分布涉及第二透镜组中的物体侧部分组和图像侧部分组之间的屈光力平衡、每个部分组的配置、以及诸如像差修正之类的功能分布。需要优化设置第二透镜组内的屈光力分布以匹配诸如焦距和可变放大率之类的多个规格。
例如，在近距离聚焦时的聚焦移动量(透镜为了进行聚焦操作的移动量)随着可变放大率变大或摄远端处的焦距变长而增加。变得需要确保大的空间以适应这种移动，并且镜头系统变大。为了实现小型化，需要增加聚焦透镜的屈光力以减小该透镜移动的空间量。然而，如果聚焦透镜的屈光力变得过大，将不能够以平衡方式修正像差。此外，在摄远端附近设置最小成像距离的程度也是重要的。
以平衡方式优化设置上述规格中的每一种是设计变焦透镜时的重要目标。然而，在专利文献1至7中公开的常规变焦镜头中，存在着这样的变焦镜头，其中光学性能和聚焦性能是有利的，但可变放大率小，聚焦移动量过大，并且构成第二透镜组的透镜的数量大，导致第二透镜组变得极其大。即，在设计这些变焦镜头时存在改进空间。
已经考虑到上述情况研发了本发明。本发明的目标是提供一种前端负透镜组型变焦镜头，其可以确保3x至5x的可变放大率，可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，可以被形成为足够紧凑。
根据本发明的第一变焦镜头基本上包括从物体侧顺序地设置的：
具有负屈光力的第一透镜组；和
具有正屈光力的第二透镜组；
第二透镜组基本上包括具有正屈光力的物体侧部分第二透镜组和具有正屈光力的图像侧部分第二透镜组；
第一透镜组和第二透镜组之间的距离在改变放大倍率时改变；
通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且
该变焦镜头满足下述条件公式：
1.0<D2g/D1g<1.6    (1)
0.08<D2t/ft<0.19   (2)
其中，D1g是在第一透镜组内从最靠近物体侧的透镜的表面至最靠近图像侧的透镜的表面的距离，D2g和D2t分别是第二透镜组内从最靠近物体侧的透镜的表面至最靠近图像侧的透镜的表面的距离，以及当在摄远端处聚焦在无穷远时物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组之间沿着光轴的距离，并且ft是整个系统在摄远端处的焦距。
说明的是，在根据本发明的第一变焦镜头，希望的是，物体侧部分第二透镜组基本上包括具有正屈光力的第二透镜组第一透镜和具有负屈光力的第二透镜组第二透镜；并且图像侧部分第二透镜组基本上包括具有正屈光力的第二透镜组第三透镜。
在这里，表述“基本上包括第一透镜组...和第二透镜组”是指变焦镜头还可以包括实际上不具有任何屈光力的透镜、除透镜之外的光学元件，如孔径光阑和盖玻璃，以及机械部件，如透镜法兰、透镜镜筒、成像元件、模糊修正机构等。这一点同样适用于包括用语“基本上”的上述表述“物体侧部分第二透镜组...基本上包括第二透镜组第一透镜...和第二透镜组第二透镜...”，上述表述“图像侧部分第二透镜组...基本上包括第二透镜组第三透镜”。进一步，这一点同样适用于本发明的下文将被描述的第二和第三变焦镜头。
说明的是，在本发明的变焦镜头中，粘合透镜可以用作构成每个透镜组的透镜。在采用粘合透镜的情况中，如果它们由粘合在一起的n个透镜构成，则它们将被计数为n个透镜。此外，本说明书中的表述“本发明的变焦镜头”和“根据本发明的变焦镜头”同时涉及本发明的第一变焦镜以及本发明的稍后被描述的第二和第三变焦镜头。
本发明的变焦镜头的透镜的表面形状和屈光力的符号将是包括非球面表面的透镜的近轴区域中的表面形状和屈光力的符号。
希望的是，本发明的第一变焦镜头满足下述条件公式：
1.1<ft/|fl|<1.8    (3)
1.1<ft/f2<1.9  (4)
其中ft是整个系统在摄远端处的焦距，以及f1和f2分别是第一透镜组和第二透镜组的焦距。
根据本发明的第二变焦镜头基本上包括从物体侧顺序地设置的：
具有负屈光力的第一透镜组；和
具有正屈光力的第二透镜组；
第二透镜组基本上包括物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组，物体侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第一透镜和具有负屈光力的第二透镜组第二透镜构成，图像侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第三透镜构成；
第一透镜组和第二透镜组之间的距离在改变放大倍率时改变；
通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且
该变焦镜头满足下述条件公式：
1.1<ft/|fl|<1.8  (3)
1.1<ft/f2<1.9    (4)
其中ft是整个系统在摄远端处的焦距，以及f1和f2分别是第一透镜组和第二透镜组的焦距。
希望的是，根据本发明的第一或第二变焦镜头满足下述条件公式：
3.9<fR/fw<5.5  (5)
其中fR是图像侧部分第二透镜组的焦距，以及fw是整个系统在广角端处的焦距。
进一步，希望的是，根据本发明的第一或第二变焦镜头满足下述条件公式：
0.05<D12t/ft<0.22  (6)
其中D12t是在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面之间沿着光轴的距离，以及ft是整个系统在摄远端处的焦距。
根据本发明的第三变焦镜头基本上包括从物体侧顺序地设置的：
具有负屈光力的第一透镜组；和
具有正屈光力的第二透镜组；
第二透镜组基本上包括物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组，物体侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第一透镜和具有负屈光力的第二透镜组第二透镜构成，图像侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第三透镜构成；
第一透镜组和第二透镜组之间的距离在改变放大倍率时改变；
通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且
该变焦镜头满足下述条件公式：
3.9<fR/fw<5.5      (5)
0.05<D12t/ft<0.22  (6)
其中fR是图像侧部分第二透镜组的焦距，fw是整个系统在广角端处的焦距，D12t是在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面之间沿着光轴的距离，以及ft是整个系统在摄远端处的焦距。
希望的是，根据本发明的变焦镜头采用一种配置，其中：
图像侧部分第二透镜组由具有正屈光力的一个塑料透镜构成；并且
所述塑料透镜满足下述条件公式：
1.48<Nd2r<1.56  (7)
50<vd2r         (8)
其中Nd2r和vd2r分别是塑料透镜的关于d线的折射率和塑料透镜关于d线的阿贝数。
在根据本发明的变焦镜头中，希望的是，第一透镜组包括从物体侧顺序地设置的具有负屈光力的第一透镜组第一透镜，和具有正屈光力的第一透镜组第二透镜。
在本发明的变焦镜头中，由条件公式(1)和(3)至(8)表示的条件的更优选的范围如下：
1.1<D2g/D1g<1.6    (1’)
1.1<ft/|f1|<1.7    (3’)
1.2<ft/f2<1.9      (4’)
4.0<fR/fw<5.5      (5’)
0.05<D12t/ft<0.20  (6’)
1.48<Nd2r<1.55     (7’)
52<vd2r            (8’)
同时，根据本发明的成像设备的特征在于装配有根据本发明的第一、第二或第三变焦镜头。
根据本发明的第一变焦镜头是这样一种配置，其中通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且满足条件公式(1)和(2)。因此，根据本发明的第一变焦镜头呈现下述有益效果：可以确保3x至5x的可变放大率，可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，以及实现充分的小型化。
以下，将进一步详细地描述这些有益效果。条件公式(1)确定了第一透镜组和第二透镜组的厚度之间的比。如果D2g/D1g的值小于或等于条件公式(1)中限定的下限，将需要将第二透镜组构造成是薄的。结果，图像侧部分第二透镜组在聚焦操作期间的移动空间将变小。因此，将不能够缩短能够在摄远端进行聚焦以避免透镜和机械部件之间的干扰的近距成像距离。可替换地，第一透镜组将变得过厚，这不是优选的。相反地，如果D2g/D1g的值大于或等于条件公式(1)中限定的上限，则第二透镜组将变厚，导致总长度和缩回期间的厚度变厚。从小型化和增加聚焦操作的速度的观点来看这不是优选的。可替换地，将变得需要将第一透镜组形成是薄的。这将必然过度地减小修正像差所必需的空间距离。因此，将变得难以修正广角端处的畸变和场曲，并且不是优选的。
同时，条件公式(2)确定当在摄远端处聚焦在无穷远时物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组之间沿着光轴的距离与整个系统在摄远端处的焦距的比。如果D2t/ft的值小于或等于条件公式(2)中限定的下限，移动空间将减小。这将导致摄远端处的最小成像距离不能如前所述的那样被缩短，并且不是优选的。为了在这种情况中减小最小成像距离，将变得需要增加图像侧部分第二透镜组的屈光力，这不是优选的，因为球面像差的修正将变得困难。
在满足条件公式(1)和(2)的情况中可以防止上述缺点，并且可以获得上述有益效果。如果满足在条件公式(1)限定的范围内的条件公式(1’)，则通过满足条件公式(1)获得的有益效果将变得更加突出。
同时，根据本发明的第二变焦镜头是这样一种配置，其中通过沿着光轴移动是图像侧部分第二透镜组的进行聚焦；并且满足条件公式(3)和(4)。因此，根据本发明的第二变焦镜头呈现下述有益效果：可以确保3x至5x的可变放大率，可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，以及实现充分的小型化。
以下，将进一步详细地描述这些有益效果。条件公式(3)确定整个系统在摄远端处的焦距和第一透镜组的焦距之间的关系。如果ft/|f1|的值小于或等于条件公式(3)中限定的下限，则改变放大倍率时的移动量将变大，镜头的总长度将变大，并且不是优选的，因为镜头系统将变大。相反地，如果ft/|f1|的值大于或等于条件公式(3)中限定的上限，则广角端处的场曲的修正将变得困难，这不是优选的。
条件公式(4)确定整个系统在摄远端处的焦距和第二透镜组的焦距之间的关系。如果ft/f2的值小于或等于条件公式(4)中限定的下限，则改变放大倍率时的移动量将变大，并且不是优选的，因为镜头系统将变大。相反地，如果ft/f2的值大于或等于条件公式(4)中限定的上限，将变得需要增加第二透镜组的屈光力，这不是优选的，因为球面像差的修正将变得困难。
在满足条件公式(3)和(4)的情况中可以防止上述缺点，并且可以获得上述有益效果。如果满足在条件公式(3)和(4)限定的范围内的条件公式(3’)和(4’)，则通过满足条件公式(3)和(4)获得的有益效果将变得更加突出。
同时，根据本发明的第三变焦镜头是这样一种配置，其中通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且满足条件公式(5)和(6)。因此，根据本发明的第二变焦镜头呈现下述有益效果：可以确保3x至5x的可变放大率，可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，以及实现充分的小型化。
以下，将进一步详细地描述这些有益效果。条件公式(5)确定图像侧部分第二透镜组(移动以进行聚焦操作的透镜组)的焦距和整个系统在广角端处的焦距之间的关系。如果fR/fw的值小于或等于条件公式(5)中限定的下限，则将变得需要增加图像侧部分第二透镜组的屈光力，这不是优选的，因为球面像差的修正将变得困难。相反地，如果fR/fw的值大于或等于条件公式(5)中限定的上限，则图像侧部分第二透镜组在聚焦操作期间的移动量将增加，这不是优选的。
条件公式(6)确定在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面之间沿着光轴的距离与整个系统在摄远端处的焦距之间的关系。如果D12t/ft的值小于或等于条件公式(6)中限定的下限，则将变得难以避免构成第一透镜组和第二透镜组的透镜和透镜保持构件等之间的干扰，这不是优选的。相反地，如果D12t/ft的值大于或等于条件公式(6)中限定的上限，将变得难以在抑制总光学长度的同时获得期望的可变放大率，这不是优选的。
在满足条件公式(5)和(6)的情况中可以防止上述缺点，并且可以获得上述有益效果。如果满足在条件公式(5)和(6)限定的范围内的条件公式(5’)和(6’)，则通过满足条件公式(5)和(6)获得的有益效果将变得更加突出。
说明的是，在第一变焦镜头满足条件公式(3)和(4)的情况中，根据本发明的第一变焦镜头可以获得通过本发明的满足条件公式(3)和(4)的第二变焦镜头获得的相同的有益效果。因而，在这种情况中，下述有益效果将变得更突出：可以以高速进行聚焦，可以抑制像差变化，以及充分的小型化将变为可能。
进一步，在第一变焦镜头满足条件公式(5)和(6)的情况中，根据本发明的第一变焦镜头可以获得通过本发明的满足条件公式(5)和(6)的第三变焦镜头获得的相同的有益效果。因而，同样在这样情况中，下述有益效果将变得更突出：可以以高速进行聚焦，可以抑制像差变化，以及充分的小型化将变为可能。
同时，在第二变焦镜头满足条件公式(5)和(6)的情况中，根据本发明的第二变焦镜头可以获得通过本发明的满足条件公式(5)和(6)的第三变焦镜头获得的相同的有益效果。因而，同样在这样情况中，下述有益效果将变得更突出：可以以高速进行聚焦，可以抑制像差变化，以及充分的小型化将变为可能。
在根据本发明的变焦镜头满足条件公式(7)和(8)的情况中，其中Nd2r和vd2r分别是塑料透镜的关于d线的折射率和塑料透镜关于d线的阿贝数，将变得能够有利地修正各种像差，如色像差。条件公式(7)和(8)是使得能够将塑料用作具有有利特性的光学材料的条件。如果满足在条件公式(7)和(8)限定的范围内的条件公式(7’)和(8’)，则通过满足条件公式(7)和(8)获得的有益效果将变得更加突出。
同时，根据本发明的成像设备装配有本发明的呈现上述有益效果的变焦镜头。因此，本发明的成像设备可以小型化并实现成本降低，同时具有有利的光学性能。
附图说明书
图1是图示根据本发明的第一实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图2是图示根据本发明的第二实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图3是图示根据本发明的第三实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图4是图示根据本发明的第四实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图5是图示根据本发明的第五实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图6是图示根据本发明的第六实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图7是图示根据本发明的第七实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图8是图示根据本发明的第八实施例的变焦镜头的镜头配置的剖视图。
图9(A)至(H)是图示第一实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图10(A)至(H)是图示第二实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图11(A)至(H)是图示第三实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图12(A)至(H)是图示第四实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图13(A)至(H)是图示第五实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图14(A)至(H)是图示第六实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图15(A)至(H)是图示第七实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图16(A)至(H)是图示第八实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图。
图17是示意性图示根据本发明的一种实施例的成像设备的示意图。
具体实施方式
以后，将参照附图详细地描述本发明的实施例。图1是图示根据本发明的一种实施例的变焦镜头的配置的剖视图，并对应于随后将被描述的示例1的变焦镜。图2至图8是图示根据本发明的其它实施例的变焦镜头的配置的剖视图，并对应于随后将被描述的示例2至8的变焦镜头。图1至图11中图示的实施例的基本结构相同。图示所述配置的方式也相同。因此，将主要参照图1描述根据本发明的实施例的变焦镜头。
在图1中，左侧是物体侧，右侧是图像侧。图1中的(A)图示处于在广角端处向无穷远处聚焦的状态(最短焦距状态)的光学系统的布置。图1中的(B)图示处于在摄远端处向无穷远处聚焦的状态(最长焦距状态)的光学系统的布置。这同样适用于随后将被描述的图2至8。
根据本发明的实施例的变焦镜头中的每一个包括从物体侧顺序地布置的具有负屈光力的第一透镜组G1、和具有正屈光力的第二透镜组G2。孔径光阑St被包括在第二透镜组G2中。在附图中图示的孔径光阑St没有必要表示它的尺寸或形状，而是仅表示它在光轴Z上的位置。
说明的是，图1图示了其中平行板光学构件PP设置在第二透镜组G2和成像表面Sim之间的示例。当变焦镜头应用于成像设备时，优选的是，根据该镜头将安装在其上的相机的结构，将各种滤光片，诸如盖玻璃、红外截止滤色片和低通滤色片，设置在光学系统和成像表面Sim之间。此外，近来的成像设备采用3CCD格式，其中CCD用于每种颜色，以改善图像质量。为了与采用3CCD格式的成像设备兼容，诸如分色棱镜之类的分色光学系统可以插入镜头系统和成像表面Sim之间。在这种情况中，分色光学系统可以设置在光学构件PP的位置处。
在该变焦镜头中，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离在从广角端至摄远端改变放大倍率时变化。即，第一透镜组G1沿着突出轨迹向成像表面Sim移动，第二透镜组G2在从广角端至摄远端改变放大倍率时向着物体侧单调地移动，孔径光阑St与第二透镜组G2一体地移动。图1用(A)和(B)之间指示的箭头示意性地图示当从广角端至摄远端改变放大倍率时第一透镜组G1和第二透镜组G2的移动轨迹。
第一透镜组G1由从物体侧顺序地设置的具有负屈光力的第一透镜L11和具有正屈光力的第二透镜L12构成。在这里，第一透镜L11可以是双凹透镜，第二透镜L12可以是正弯月透镜，如图1中的示例所示。在本实施例中，第一透镜L11和第二透镜L12都是塑料透镜。然而，本发明的变焦镜头的第一透镜组G1可以由除上述透镜之外的多个透镜构成，并且可以由由除塑料之外的材料形成的透镜构成。
同时，第二透镜组G2由物体侧部分第二透镜组G2F和图像侧部分第二透镜组G2R构成，物体侧部分第二透镜组G2F具有正屈光力并朝向物体侧设置，图像侧部分第二透镜组G2R具有正屈光力并朝向图像侧设置。在本实施例中，物体侧部分第二透镜组G2F由具有正屈光力的第三透镜L21(第二透镜组第一透镜)和具有负屈光力的第四透镜122(第二透镜组第二透镜)构成。图像侧部分第二透镜组G2R由第五透镜L23(第二透镜组第三透镜)构成。在本实施例中，构成图像侧部分第二透镜组G2R的第五透镜L23沿着光轴Z移动以进行聚焦操作。
第三透镜L21可以是双凸透镜，第四透镜L22可以是双凹透镜，第五透镜L23可以是正弯月透镜，如图1中图示的示例所示。第二透镜组G2的所有透镜L21，L22和L23都是塑料透镜。然而，本发明的变焦镜头的第二透镜组G2可以由除上述透镜之外的多个透镜构成，并且可以由由除塑料之外的材料形成的透镜构成。
如上所述，第一透镜组G1由两个透镜L11和L12构成，第二透镜组G2由三个透镜L21，L22和L24构成。所有的透镜都是塑料透镜。因而，可以实现成本降低。
在图1至8中图示的配置中，在图2和图8的配置中第一透镜L11由除塑料之外的材料形成。其所有其它配置中，所有五个透镜都是塑料透镜。
本变焦镜头满足下述条件公式：
1.0<D2g/D1g<1.6  (1)
0.08<D2t/ft<0.19    (2)
其中D1g是在第一透镜组G1内从最靠近物体侧的透镜的表面(第一透镜L11朝向物体侧的表面，其是在稍后将被描述的表1中具有表面编号1的表面)至最靠近图像侧的透镜的表面(第二透镜L12朝向图像侧的表面，其是在稍后将被描述的表4中具有表面编号4的表面)的距离，D2g和D2t分别是在第二透镜组G1内从最靠近物体侧的透镜的表面(第三透镜L21朝向物体侧的表面，其是在稍后将被描述的表1中具有表面编号6的表面)至最靠近图像侧的透镜的表面(第五透镜L13朝向图像侧的表面，其是在稍后将被描述的表1中具有表面编号11的表面)的距离，以及当在摄远端处聚焦在无穷远时物体侧部分第二透镜组G2F和图像侧部分第二透镜组G2R之间沿着光轴的距离，并且ft是整个系统在摄远端处的焦距。
说明的是，在表25中示出每个示例的由条件公式(1)和(2)确定的数值的实施例。此外，表25也示出由稍后将被描述的条件公式(3)至(8)确定的每个条件的数值的实施例。
此外，本变焦镜头满足下述条件公式：
1.1<ft/|f1|<1.8  (3)
1.1<ft/f2<1.9    (4)
其中ft是整个系统在摄远端处的焦距，f1和f2分别是第一透镜组G1和第二透镜组G2的焦距。
此外，本变焦镜头满足下述条件公式：
3.9<fR/fw<5.5  (5)
其中，fR是图像侧部分第二透镜组G2R的焦距，fw是整个系统在广角端处的焦距。
进一步，本变焦镜头满足下述条件公式：
0.05<D12t/ft<0.22  (6)
其中D12t是在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面(第二透镜L12朝向图像侧的表面)和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面(第三透镜L21朝向物体侧的表面)之间沿着光轴Z的距离，ft是整个系统在摄远端处的焦距。
本变焦镜头满足下述条件公式：
1.48<Nd2r<1.56  (7)
50<vd2r         (8)
其中Nd2r和vd2r分别是塑料透镜的第五透镜L23关于d线的折射率，和塑料透镜的第五透镜L23关于d线的阿贝数。
说明的是，由条件公式(1)和(3)至(8)表示的条件的更优选的范围如下：
1.1<D2g/D1g<1.6    (1’)
1.1<ft/|fl|<1.7    (3’)
1.2<ft/f2<1.9      (4’)
4.0<tR/fw<5.5      (5’)
0.05<D12t/ft<0.20  (6’)
1.48<Nd2r<1.55     (7’)
52<vd2r            (8’)
本变焦镜头也满足所有这些条件公式。
本变焦镜头是这样一种配置，其中通过沿着光轴Z移动是图像侧部分第二透镜组G2R的第五透镜L23进行聚焦；并且满足条件公式(1)和(2)。因此，根据本发明的第一变焦镜头呈现下述有益效果：可以确保3x至5x的可变放大率，可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，以及实现充分的小型化。
即，条件公式(1)确定了第一透镜组G1和第二透镜组G2的厚度之间的比。如果D2g/D1g的值小于或等于条件公式(1)中限定的下限，将需要将第二透镜组G2构造成是薄的。结果，图像侧部分第二透镜组G2R在聚焦操作期间的移动空间将变小。因此，将不能够缩短能够在摄远端进行聚焦以避免透镜和机械部件之间的干扰的近距成像距离。可替换地，第一透镜组G1将变得过厚，这不是优选的。相反地，如果D2g/D1g的值大于或等于条件公式(1)中限定的上限，则第二透镜组G2将变厚，导致总长度和缩回期间的厚度变厚。从小型化和增加聚焦操作的速度的观点来看这不是优选的。可替换地，将变得需要将第一透镜组G1形成是薄的。这将必然过度地减小修正像差所必需的空间距离。因此，将变得难以修正广角端处的畸变和场曲，并且不是优选的。
同时，条件公式(2)确定当在摄远端处聚焦在无穷远时物体侧部分第二透镜组G2F和图像侧部分第二透镜组G2R之间沿着光轴Z的距离与整个系统在摄远端处的焦距的比。如果D2t/ft的值小于或等于条件公式(2)中限定的下限，移动空间将减小。这将导致摄远端处的最小成像距离不能如前所述的那样被缩短，并且不是优选的。为了在这种情况中减小最小成像距离，将变得需要增加图像侧部分第二透镜组G2R的屈光力，这不是优选的，因为球面像差的修正将变得困难。
本变焦镜头满足条件公式(1)和(2)，并且因此可以防止上述缺点，并且可以获得上述有益效果。上述有益效果更加突出，因为本变焦镜头满足在条件公式(1)限定的范围内的条件公式(1’)。
同时，本变焦镜头满足条件公式(3)和(4)。也可以基于此点获得上述有益效果。即，条件公式(3)确定整个系统在摄远端处的焦距和第一透镜组G1的焦距之间的关系。如果ft/|f1|的值小于或等于条件公式(3)中限定的下限，则改变放大倍率时的移动量将变大，镜头的总长度将变大，并且不是优选的，因为镜头系统将变大。相反地，如果ft/|f1|的值大于或等于条件公式(3)中限定的上限，则广角端处的场曲的修正将变得困难，这不是优选的。
条件公式(4)确定整个系统在摄远端处的焦距和第二透镜组G2的焦距之间的关系。如果ft/f2的值小于或等于条件公式(4)中限定的下限，则改变放大倍率时的移动量将变大，并且不是优选的，因为镜头系统将变大。相反地，如果ft/f2的值大于或等于条件公式(4)中限定的上限，将变得需要增加第二透镜组G2的屈光力，这不是优选的，因为球面像差的修正将变得困难。
本变焦镜头满足条件公式(3)和(4)，并且因此可以防止上述缺点，并且可以获得上述有益效果。即，可以获得下述有益效果：可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，并且能够实现足够的小型化。上述有益效果更加突出，因为本变焦镜头满足在条件公式(3)和(4)限定的范围内的条件公式(3’)和(4’)。
同时，本变焦镜头满足条件公式(5)和(6)。也可以基于此点获得上述有益效果。即，条件公式(5)确定图像侧部分第二透镜组G2R的焦距和整个系统在广角端处的焦距之间的关系。如果fR/fw的值小于或等于条件公式(5)中限定的下限，则将变得需要增加图像侧部分第二透镜组G2R的放大率，这不是优选的，因为球面像差的修正将变得困难。相反地，如果fR/fw的值大于或等于条件公式(5)中限定的上限，则图像侧部分第二透镜组G2R在聚焦操作期间的移动量将增加，这不是优选的。
条件公式(6)确定在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面(第二透镜L12朝向图像侧的表面)和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面(第三透镜L21朝向物体侧的表面)之间沿着光轴Z的距离与整个系统在摄远端处的焦距之间的关系。如果D12t/ft的值小于或等于条件公式(6)中限定的下限，则将变得难以避免构成第一透镜组G1和第二透镜组G2的透镜和透镜保持构件等之间的干扰，这不是优选的。相反地，如果D12t/ft的值大于或等于条件公式(6)中限定的上限，将变得难以在抑制总光学长度的同时获得期望的可变放大率，这不是优选的。
本变焦镜头满足条件公式(5)和(6)，并且因此可以防止上述缺点，并且可以获得上述有益效果。即，可以获得下述有益效果：可以以高速进行聚焦操作，可以抑制聚焦操作期间的像差变化，并且能够实现足够的小型化。上述有益效果更加突出，因为本变焦镜头满足在条件公式(5)和(6)限定的范围内的条件公式(5’)和(6’)。
此外，本变焦镜头满足条件公式(7)和(8)，并且因此可以有利地修正各种像差，如色像差。在满足条件公式(7)和(8)的情况中，并且能够由作为光学材料具有有利特性的塑料形成第五透镜L23。上述有益效果更加突出，因为本变焦镜头满足在条件公式(7)和(8)限定的范围内的条件公式(7’)和(8’)。
说明的是，图1图示了其中光学构件PP设置在镜头系统和成像装置之间的情况。代替地，各种滤光片，如低通滤色片和截断特定波长带的滤色片，可以设置在透镜之间。作为另一个替换，具有与各种滤光片类似的作用的涂层可以涂敷至成透镜的表面。
接下来，将描述本发明的变焦镜头的数值的示例。在图1至图8中分别图示了示例1至示例8的变焦镜头的透镜的横截面。
关于示例1的变焦镜头，在表1中示出基本透镜数据，在表2中示出与变焦相关的数据，在表4中示出非球面表面数据。类似地，在表4至表24中示出示例2至11的变焦镜头的基本透镜数据、与变焦相关的数据和非球面表面数据。以下，将针对与示例1相关的表描述表中的项目的含义。这同样适用于与示例2至8相关的表。
在表1的基本透镜数据中，Si项表示从物体侧向图像侧顺序地增加的第i(i＝1，2，3，...)个透镜表面编号，其中最靠近物体侧的透镜表面被指定为第一个表面。Ri项表示第i个表面的曲率半径，Di项表示第i个表面和第i+1个表面之间沿着光轴Z的距离。说明的是，曲率半径的符号在表面形状向着物体侧突出时是正的，在表面形状向着图像侧突出时是负的。
在基本透镜数据中，Ndj项表示从物体侧至图像侧顺序地增加的第j(j＝1，2，3，...)个构成元件关于d线(波长：587.6nm)的折射率，其中最靠近物体侧的透镜被指定为第一个构成元件。vdj项表示第j个构成元件关于d线的阿贝数。说明的是，孔径光阑St也包括在基本透镜数据中，并且对应于孔径光阑St的表面的曲率半径被示出为“∞”(孔径光阑)。
表1的基本透镜数据中的D4和D11表示表面之间在改变放大倍率时变化的距离。D4是第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离，D11是第二透镜组G2和光学构件PP之间的距离。
表2的与变焦相关的数据示出整个系统的焦距(f)、F值(Fno.)和全视场角(2ω)、以及在广角端和摄远端处表面之间的距离的值。
在表1的透镜数据中，非球面表面的表面编号由标记“*”表示，并且近轴区域的曲率半径被示出为非球面表面的曲率半径。表3的非球面表面数据示出非球面表面的表面编号和与每个非球面表面相关的非球面表面系数。在表3的非球面表面数据的数值中，“E-n(n：整数)”表示“·10-n”。说明的是，非球面表面系数是下述非球面表面公式中的系数KA和Ram(m＝3，4，5，...，12)：
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑RAm·hm
其中：Zd是非球面表面的深度(从非球面表面上具有高度h的点至接触非球面表面的顶点的垂直于光轴的平面的法线的长度)，h是高度(从光轴至透镜的表面的距离)，C是近轴曲率半径的倒数，KA和Ram是非球面表面系数(m＝1，2，3，...，12)。
下述表示出被四舍五入到预定数位的数值。在下述表的数据中，度用作角度的单位，mm用作长度的单位。然而，光学系统能够被按比例地放大或按比例地缩小和利用。因此，可以采用其它合适的单位。
表1
示例1：基本透镜数据
Figure BDA0000445089320000181
*：非球面表面
表2
示例1：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 6.96 19.69
Fno. 4.05 6.22
2ω 65.53 24.50
D4 19.18 2.05
D11 7.80 20.28
表3示例1：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000201
表4示例2：基本透镜数据
Figure BDA0000445089320000202
*：非球面表面
表5示例2：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 6.86 19.41
Fno. 4.02 5.99
2ω 65.40 24.41
D4 20.00 2.00
D11 9.17 20.29
表6
示例2：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000211
表7
示例3：基本透镜数据
Figure BDA0000445089320000222
*：非球面表面
表8
示例3：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 6.52 16.30
Fno. 4.82 5.58
2ω 68.37 27.88
D4 17.81 2.35
D11 9.28 18.28
表9
示例3：非球面表面系数
表10
示例4：基本透镜数据
Figure BDA0000445089320000252
*：非球面表面
表11
示例4：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
F 7.04 19.91
Fno. 4.05 6.04
2ω 64.40 22.90
D4 20.00 2.49
D11 9.15 20.62
表12
示例4：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000271
表13
示例5：基本透镜数据
Figure BDA0000445089320000291
*：非球面表面
表14
示例5：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 7.03 26.51
Fno. 4.23 7.61
2ω 65.18 17.38
D4 26.06 1.51
D11 2.99 20.34
表15
示例5：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000301
Figure BDA0000445089320000311
表16
示例6：基本透镜数据
Figure BDA0000445089320000321
*：非球面表面
表17
示例6：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 6.98 17.46
Fno. 4.78 5.36
2ω 65.29 26.36
D4 18.93 2.14
D11 7.15 16.11
表18
示例6：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000331
Figure BDA0000445089320000341
表19
示例7：基本透镜数据
Si Ri Di Ndj vdj
(表面编号) (曲率半径) (距离) (折射率) (阿贝数)
*1 96.4404 1.50 1.53389 56.0
*2 6.0364 2.60
3 16.8467 2.20 1.63355 24.6
*4 29.8967 D4
5 ∞(孔径光阑) 0.40
*6 5.6965 2.20 1.53389 56.0
7 -14.5042 0.15
*8 54.3664 1.24 1.63355 24.6
*9 7.4860 4.20
*10 -7.5136 1.30 1.53389 56.0
*11 -5.8209 D11
12 ∞ 0.80 1.51680 64.2
13 ∞ 4.37
*：非球面表面
表20
示例7：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 6.99 17.47
Fno. 4.57 5.07
2ω 65.35 26.17
D4 17.80 1.41
D9 6.19 14.29
表21
示例7：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000361
Figure BDA0000445089320000371
表22
示例8：基本透镜数据
Si Ri Di Ndj vdj
(表面编号) (曲率半径) (距离) (折射率) (阿贝数)
*1 89.0412 1.14 1.59522 67.7
*2 5.6000 1.92
*3 6.9445 1.80 1.60596 26.9
*4 9.7843 D4
5 ∞(孔径光阑) 0.40
*6 8.2676 2.88 1.53389 56.0
7 -7.2287 0.15
*8 -14.8886 0.80 1.60596 26.9
*9 14.8953 2.40
*10 -8.9755 1.51 1.53389 56.0
*11 -6.0245 D11
12 ∞ 0.80 1.51680 64.2
13 ∞ 4.97
*：非球面表面
表23
示例8：与变焦相关的数据
项 广角端 摄远端
f 6.92 19.55
Fno. 4.03 6.01
2ω 65.20 24.25
D4 20.00 2.34
D11 9.15 20.45
表24
示例8：非球面表面系数
Figure BDA0000445089320000391
Figure BDA0000445089320000401
表25示出对应于实施例1至8的变焦镜头的条件公式(1)至(8)的值。表25中的值与d线相关。
表25
Figure BDA0000445089320000402
在图9的(A)至(D)中分别图示了示例1的变焦镜在广角端处的球面像差、像散、畸变和横向色像差。在图9的(E)至(H)中分别图示了示例1的变焦镜在摄远端处的球面像差、像散、畸变和横向色像差。
图示像差的每个示意图采用d线(波长：587.6nm)作为标准。然而，在图示球面像差的示意中，还示出了与460.0nm和615.0nm波长相关的像差。此外，图示横向色像差的示意图还示出了与460.0nm和615.0nm相关的像差。在图示像散像差的示意图中，沿径向方向的像差由实线表示，而沿切向方向的像差由虚线指示。在图示球面像差的示意图中，“Fno.”表示F值。在图示像差的其它实施例中，ω表示半视场角。
类似地，在图10的(A)至(H)中图示了示例2的变焦镜头的像差。此外，在图11至图16中图示了示例3至8的变焦镜头的像差。
接下来，将描述根据本发明的一种实施例的成像设备。图17是示意性地图示根据本发明的实施例的成像设备10的示意图，该成像设备10采用本发明的实施例的变焦镜头1。成像设备可以是监视相机、摄像机、电子照相机等。
图17中图示的成像设备10装配有：变焦镜头1；成像元件2，捕获对象的由变焦镜头1聚焦的图像，该成像元件2朝向变焦镜头1的图像侧设置；处理从成像元件2输出的信号的信号处理部4；改变变焦镜头1的放大倍率的放大控制部5；和进行焦距调整的焦距控制部6。说明的是，各种滤色片等可以酌情设置在变焦镜头和成像元件2之间。
变焦镜头1包括从物体侧顺序地设置的具有负屈光力的第一透镜组G和具有正屈光力的第二透镜组G2。第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离在改变放大倍率时变化。通过沿着移动光轴构成第二透镜组的图像侧部分第二透镜组(之前描述的示例中的第五透镜L23)进行聚焦操作。说明的是，在图17中示意性地图示了各透镜组。
成像元件2捕获由变焦镜头1形成的光学图像并输出电信号。其成像表面被设置成与变焦镜头1的成像平面匹配。CCD、CMOS等可以用作成像元件2.
说明的是，虽然图17中未图示，但成像设备10还可以设置有模糊修正机构，其沿着垂直于光轴Z的方向移动构成第二透镜组G2的一部分的具有正屈光力的透镜，以修正由振动或抖动的手引起的获得图像的模糊。
成像设备10装配有本发明的呈现上述有益效果的变焦镜头。因此，可以实现有利的光学性能、小型化和高速聚焦操作。
已经参照施例及其示例描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例和示例，并且多种修改是可行的。例如，曲率半径、表面之间的距离、折射率、阿贝数和非球面系数等的值不限于联系示例指示的数值，并且可以是其它值。

Claims (16)

1.一种变焦镜头，基本上包括从物体侧顺序地设置的：
具有负屈光力的第一透镜组；和
具有正屈光力的第二透镜组；
第二透镜组基本上包括具有正屈光力的物体侧部分第二透镜组和具有正屈光力的图像侧部分第二透镜组；
第一透镜组和第二透镜组之间的距离在改变放大倍率时改变；
通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且
该变焦镜头满足下述条件公式：
1.0<D2g/D1g<1.6   (1)
0.08<D2t/ft<0.19  (2)
其中，D1g是在第一透镜组内从最靠近物体侧的透镜的表面至最靠近图像侧的透镜的表面的距离，D2g和D2t分别是在第二透镜组内从最靠近物体侧的透镜的表面至最靠近图像侧的透镜的表面的距离，以及当在摄远端处聚焦在无穷远时物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组之间沿着光轴的距离，并且ft是整个系统在摄远端处的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式：
1.1<D2g/D1g<1.6  (1’)。
3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中：
物体侧部分第二透镜组基本上包括具有正屈光力的第二透镜组第一透镜和具有负屈光力的第二透镜组第二透镜；并且
图像侧部分第二透镜组基本上包括具有正屈光力的第二透镜组第三透镜。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式：
1.1<ft/|f1|<1.8  (3)
1.1<ft/f2<1.9    (4)
其中ft是整个系统在摄远端处的焦距，以及f1和f2分别是第一透镜组和第二透镜组的焦距。
5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式中的至少一个：
1.1<ft/|f1|<1.7  (3’)
1.2<ft/f2<1.9    (4’)。
6.一种变焦镜头，基本上包括从物体侧顺序地设置的：
具有负屈光力的第一透镜组；和
具有正屈光力的第二透镜组；
第二透镜组基本上包括物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组，物体侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第一透镜和具有负屈光力的第二透镜组第二透镜构成，图像侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第三透镜构成；
第一透镜组和第二透镜组之间的距离在改变放大倍率时改变；
通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且
该变焦镜头满足下述条件公式：
1.1<ft/|f1|<1.8  (3)
1.1<ft/f2<1.9    (4)
其中ft是整个系统在摄远端处的焦距，以及f1和f2分别是第一透镜组和第二透镜组的焦距。
7.根据权利要求6所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式中的至少一个：
1.1<ft/|f1|<1.7  (3’)
1.2<ft/f2<1.9    (4’)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式：
4.9<fR/fw<5.5  (5)
其中fR是图像侧部分第二透镜组的焦距，以及fw是整个系统在广角端处的焦距。
9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式：
4.0<fR/fw<5.5  (5’)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式：
0.05<D12t/ft<0.22  (6)
其中D12t是在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面之间沿着光轴的距离，以及ft是整个系统在摄远端处的焦距。
11.根据权利要求10所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式：
0.05<D12t/ft<0.20  (6’)。
12.一种变焦镜头，基本上包括从物体侧顺序地设置的：
具有负屈光力的第一透镜组；和
具有正屈光力的第二透镜组；
第二透镜组基本上包括物体侧部分第二透镜组和图像侧部分第二透镜组，物体侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第一透镜和具有负屈光力的第二透镜组第二透镜构成，图像侧部分第二透镜组由具有正屈光力的第二透镜组第三透镜构成；
第一透镜组和第二透镜组之间的距离在改变放大倍率时改变；
通过沿着光轴移动图像侧部分第二透镜组进行聚焦；并且
该变焦镜头满足下述条件公式：
3.9<fR/fw<5.5      (5)
0.05<D12t/ft<0.22  (6)
其中fR是图像侧部分第二透镜组的焦距，fw是整个系统在广角端处的焦距，D12t是在摄远端处第一透镜组中最靠近图像侧的透镜的表面和第二透镜组中最靠近物体侧的透镜的表面之间沿着光轴的距离，以及ft是整个系统在摄远端处的焦距。
13.根据权利要求12所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式中的至少一个：
4.0<fR/fw<5.5    (5’)
0.05<D12t/ft<0.20  (6’)。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的变焦镜头，其中：
图像侧部分第二透镜组由具有正屈光力的一个塑料透镜构成；并且
所述塑料透镜满足下述条件公式：
1.48<Nd2r<1.56  (7)
50<vd2r         (8)
其中Nd2r和vd2r分别是塑料透镜的关于d线的折射率和塑料透镜关于d线的阿贝数。
15.根据权利要求14所述的变焦镜头，其中该变焦镜头满足下述条件公式中的至少一个：
1.48<Nd2r<1.55  (7’)
52<vd2r         (8’)。
16.一种成像设备，包括权利要求1-15中任一项所述的变焦镜头。
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