CN103765285A - 变焦镜头和成像设备 - Google Patents

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Abstract

为了在具有两组结构的变焦镜头中实现小型化并有利地校正各种像差。一种变焦镜头包括：具有负折射本领的第一透镜组(G1)；和具有正折射本领的第二透镜组(G2)，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置。放大倍率通过移动第一透镜组(G1)和第二透镜组(G2)而改变。第一透镜组包括从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜(L11)、第二透镜(L12)、具有负折射本领的第三透镜(L13)和具有正折射本领的第四透镜(L14)。变焦镜头满足以下条件公式：0.72＜|f1/f2|＜0.95 (1-1)；和0.39＜|fw/f1|＜0.61 (2-1)，其中，fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距(G1)，f2是第二透镜组(G2)的焦距。

Description

变焦镜头和成像设备
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头。具体地，本发明涉及一种可以有利地用在微型摄像机中的变焦镜头。
本发明还涉及一种配备有这种变焦镜头的成像设备。
背景技术
传统地，由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜组和具有正折射本领的第二透镜组构成并通过在光轴的方向上移动第一透镜组和第二透镜组改变放大倍率的两组式变焦镜头被公知为具有大约2.5X的可变放大倍率和宽视场角的变焦镜头。这类变焦镜头有利地用于微型摄像机等。
例如，专利文献1公开了一种在第一透镜组中具有四个透镜的两组式变焦镜头(示例1)。这种变焦镜头的第一透镜组具有从物体侧顺序地设置的负透镜(具有负折射本领的透镜)、正透镜(具有正折射本领的透镜)、负透镜、和正透镜。
专利文献2公开了一种在第一透镜组中具有四个透镜的两组式变焦镜头(示例3)。这种变焦镜头的第一透镜组具有从物体侧顺序地设置的负透镜、负透镜、负透镜和正透镜。专利文献3公开了一种具有类似的透镜结构的两组式变焦镜头(示例2)。进一步地，专利文献4公开了一种具有类似的透镜结构的两组式变焦镜头(示例2)。
专利文献5公开了一种在第一透镜组中具有四个透镜以及在第二透镜组中具有四个透镜的两组式变焦镜头(示例4)。这种变焦镜头的第一透镜组具有从物体侧顺序地设置的负透镜、正透镜、负透镜和正透镜。这种变焦镜头的第二透镜组具有从物体侧顺序地设置的正透镜、正透镜、负透镜和正透镜。
专利文献6公开了一种在第一透镜组中具有四个透镜以及在第二透镜组中具有四个透镜的两组式变焦镜头(示例1)。这种变焦镜头的第一透镜组具有从物体侧顺序地设置的负透镜、负透镜、负透镜和正透镜。这种变焦镜头的第二透镜组具有从物体侧顺序地设置的正透镜、正透镜、负透镜和正透镜。进一步地，专利文献7公开了一种具有类似的透镜结构的两组式变焦镜头(示例2)。
[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.2004-021223
[专利文献2]
日本未审查专利公开No.2008-116915
[专利文献3]
美国专利No.5,844,724
[专利文献4]
日本未审查专利公开No.2001-330774
[专利文献5]
日本未审查专利公开No.11(1999)-223768
[专利文献6]
日本未审查专利公开No.2010-044235
[专利文献7]
日本未审查专利公开No.2004-317901
发明内容
认识到在上述传统的变焦镜头中存在以下问题。专利文献1和4中公开的变焦镜头具有宽视场角，但是具有小可变放大倍率和高F值。专利文献2中公开的变焦镜头具有宽视场角，但是具有小可变放大倍率。专利文献3中公开的变焦镜头具有宽视场角和大可变放大倍率。然而，专利文献3的变焦镜头具有大的总长度和大量透镜，从而导致高成本。专利文献5中公开的变焦镜头具有窄视场角和高F值。专利文献6和7中公开的变焦镜头具有宽视场角和大的放大倍率，但是从畸变的观点来看仍然有改进的余地。
鉴于上述情况已经形成了本发明。本发明的目的是提供一种具有小F值的变焦镜头，其中有利于小型化，并且各种像差被良好地校正。
本发明的另一个目的是提供一种可以通过采用这种变焦镜头容易被小型化的具有良好的光学性能的成像设备。
本发明的第一变焦镜头大致由下述构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置，
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；
变焦镜头满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜0.95  (1-1)
0.39＜|fw/f1|＜0.61  (2-1)
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
要注意的是表述“大致由第一透镜组和第二透镜组构成”表示变焦镜头还可以包括实际上没有任意光焦度的透镜、除了透镜之外的光学元件(例如，孔径光阑和玻璃罩)、和机械构件(例如，透镜法兰、透镜镜筒、成像装置、模糊校正机构等)。这点也应用于表述“第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、和具有正折射本领的第四透镜构成”和与随后所述的第四变焦镜头有关的表述“第二透镜组大致由四个透镜构成”。
要注意的是可以采用粘合透镜作为构成本发明的变焦镜头的透镜。如果采用粘合透镜，则如果所述粘合透镜由粘合在一起的n个透镜构成，则所述粘合透镜被计算为n个透镜。另外，在本说明书中的表述“本发明的变焦镜头”和“根据本发明的变焦镜头”表示随后所述的本发明的第一变焦镜头、本发明的第二变焦镜头、本发明的第三变焦镜头、和本发明的第四变焦镜头中的所有，除非被特殊说明之外。
本发明的变焦镜头的透镜的表面形状和折射本领的符号将是在对于包括非球面表面的透镜的近轴区域中的表面形状和符号。
要注意的是在根据本发明的第一变焦镜头中，理想的是在由条件公式(1-1)和(2-1)限定的范围内满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
本发明的第二变焦镜头大致由以下所述构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜1.04  (1-3)
0.39＜|fw/f1|＜0.51  (2-3)
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
在根据本发明的第二变焦镜头中，理想的是在由条件公式(1-3)和(2-3)限定的范围内满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
根据本发明的第三变焦镜头大致由以下所述构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、具有正折射本领的第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.00＜|f1/f2|＜1.04  (1-4)
0.00＜|fw/f1|＜0.61  (2-4)
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
在根据本发明的第三变焦镜头中，理想的是在由条件公式(1-4)和(2-4)限定的范围内满足以下条件公式中的至少一个：
0.30＜|f1/f2|＜0.90  (1-5)
0.20＜|fw/f1|＜0.50  (2-5)。
进一步地，尤其理想的是在由条件公式(1-4)和(2-4)限定的范围内满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
根据本发明的第四变焦镜头大致由以下所述构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；
第二透镜组大致由四个透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜1.04  (1-6)
0.39＜|fw/f1|＜1.50  (2-6)
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
在根据本发明的第四变焦镜头中，理想的是在条件公式(1-6)和(2-6)中限定的范围内满足以下条件公式：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜1.00  (2-7)。
进一步地，尤其理想的是在条件公式(2-6)中限定的范围内满足以下条件公式中的至少一个：
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
同时，根据本发明的成像设备配备有本发明的变焦镜头中的一个。
在根据本发明的第一变焦镜头中，第一透镜组由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、和具有正折射本领的第四透镜。因此，在抑制成本增加的同时能够抑制伴随视场角的加宽所产生的像差的增加。
另外，根据本发明的第一变焦镜头通过满足条件公式(1-1)显示以下有益效果。条件公式(1-1)确定第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-1)中所限定的下限，则第二透镜绢的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-1)中所限定的上限，则第一透镜组的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜的直径以保证视场角的必要性，从而小型化将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(1-1)的情况下可以防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
在条件公式(1-1)中所限定的范围内尤其满足条件公式(1-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
进一步地，本发明的第一变焦镜头通过满足条件公式(2-1)显示以下有益效果。条件公式(2-1)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-1)中所限定的下限，则第一透镜组的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。相反地，如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-1)中所限定的上限，则第一透镜组的负折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。在满足条件公式(2-1)的情况下可以防止以上缺点。即，可以实现光学系统总体上的小型化，并且在离轴部分处可以有利地校正各种像差。
要注意的是在由条件公式(2-1)所限定的范围内满足条件公式(2-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
在根据本发明的第二变焦镜头中，类似于第一变焦镜头，第一透镜组由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、和具有正折射本领的第四透镜。因此，在抑制成本增加的同时能够抑制伴随视场角的加宽所产生的像差的增加。
另外，根据本发明的第二变焦镜头通过满足条件公式(1-3)显示以下有益效果。类似于条件公式(1-1)，条件公式(1-3)确定第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-3)中所限定的下限，则第二透镜组的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-3)中所限定的上限，则第一透镜组的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(1-3)的情况下可以防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
在条件公式(1-3)中限定的范围内满足条件公式(1-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
进一步地，本发明的第二变焦镜头通过满足条件公式(2-3)显示以下有益效果。类似于条件公式(2-1)，条件公式(2-3)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-3)中所限定的下限，则第一透镜组的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。相反地，如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-3)中所限定的上限，则第一透镜组的负折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。在满足条件公式(2-3)的情况下可以防止以上缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化，并且在离轴部分处可以有利地校正各种像差。
要注意的是在由条件公式(2-3)所限定的范围内满足条件公式(2-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
在根据本发明的第三变焦镜头中，第一透镜组由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、和具有正折射本领的第四透镜。因此，在抑制成本增加的同时能够抑制伴随视场角的加宽所产生的像差的增加。进一步地，根据本发明的第三变焦镜头的第二透镜是具有正折射本领的透镜。因此，畸变可以被有利地校正。
进一步地，根据本发明的第三变焦镜头通过满足条件公式(1-4)显示以下有益效果。类似于条件公式(1-1)，条件公式(1-4)确定第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-4)中限定的上限，则第一透镜组的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(1-4)的情况下可以防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
尤其在条件公式(1-4)中所限定的范围内在满足条件公式(1-5)的情况下并尤其在满足条件公式(1-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
要注意的是如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-5)中所限定的下限，则第二透镜组的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(1-5)的情况下可以防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。相同的应用于满足条件公式(1-2)的情况。
进一步地，根据本发明的第三变焦镜头通过满足条件公式(2-4)显示以下有益效果。类似于条件公式(2-1)，条件公式(2-4)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-4)中所限定的上限，则第一透镜组的负折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。在满足条件公式(2-4)的情况下可以防止以上缺点。即，可以在离轴部分处有利地校正各种像差。
要注意的是在由条件公式(2-4)限定的范围内在满足条件公式(2-5)的情况下和尤其在满足条件公式(2-2)的情况下，以上有益效果将变得更加突出。
要注意的是如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-5)中所限定的下限，则第一透镜组的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。在满足条件公式(2-5)的情况下可以防止以上缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。相同的应用于满足条件公式(2-2)的情况。
在根据本发明的第四变焦镜头中，第一透镜组由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、和具有正折射本领的第四透镜。因此，在抑制成本增加的同时能够抑制伴随视场角的加宽所产生的像差的增加。进一步地，根据本发明的第四变焦镜头的第二透镜组也由四个透镜构成。因此，在抑制成本增加的同时能够抑制由于放大倍率改变时导致的像差的变化。
另外，根据本发明的第四变焦镜头通过满足条件公式(1-6)显示以下有益效果。类似于条件公式(1-1)，条件公式(1-6)确定第一透镜组的焦距与第二透镜组的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-6)中所限定的下限，则第二透镜组的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-6)中所限定的上限，则第一透镜组的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(1-6)的情况下可以防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
在满足条件公式(1-6)中所限定的范围内满足条件公式(1-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
进一步地，根据本发明的第四变焦镜头通过满足条件公式(2-6)显示以下有益效果。类似于条件公式(2-1)，条件公式(2-6)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-6)中所限定的下限，则第一透镜组的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。相反地，如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-6)中所限定的上限，则第一透镜组的负折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。在满足条件公式(2-6)的情况下可以防止以上缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化，并且在离轴部分处可以有利地校正各种像差。
要注意的是在由条件公式(2-6)所限定的范围内在满足条件公式(2-7)的情况下并尤其在满足条件公式(2-2)的情况下以上有益效果将变得更加突出。
如由随后将被描述的的数值的示例所示，本发明的变焦镜头具有充分低的F值。
同时，根据本发明的成像设备配备有本发明的显示上述有益效果的变焦镜头。因此，本发明的成像设备在保持良好的光学性能的同时可以实现成本降低和宽视场角。
附图说明
图1是图示根据本发明的第一实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图；
图2是图示根据本发明的第二实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图；
图3是图示根据本发明的第三实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图；
图4是图示根据本发明的第四实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图；
图5是图示根据本发明的第五实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图；
图6是图示根据本发明的第六实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图；
图7是图示第一实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图(A)-(H)的集合；
图8是图示第二实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图(A)-(H)的集合；
图9是图示第三实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图(A)-(H)的集合；
图10是图示第四实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图(A)-(H)的集合；
图11是图示第五实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图(A)-(H)的集合；
图12是图示第六实施例的变焦镜头的各种像差的曲线图(A)-(H)的集合；以及
图13是示意性地图示了根据本发明的一个实施例的成像设备的图。
具体实施方式
在下文中，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个实施例的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并对应于随后将被描述的示例1的变焦镜头。图2至图6是图示根据本发明的其它实施例的变焦镜头的结构的剖视图，并对应于随后将被描述的示例2-6的变焦镜头。除了被具体说明的点之外，图1至图6中所示的实施例的基本结构相同。图示结构的方式也相同。因此，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，而右侧是图像侧。图1中的(A)图示了光学系统在广角端处聚焦在无穷远处的状态下的布置(最短焦距状态)。图1中的(B)图示了光学系统在长焦端处聚焦在无穷远处的状态下的布置(最长焦距状态)。相同的应用于随后将被描述的图2-6。
根据本发明的实施例的变焦镜头中的每一个都具有从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜组G1和具有正折射本领的第二透镜组G2。在放大倍率改变时不会移动的固定孔径光阑St设置在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间。附图中图示的孔径光阑St未必表示该孔径光阑尺寸或形状，而是仅表示该孔径光阑在光轴Z上的位置。
要注意的是图1图示了其中平行板状光学构件PP设置在第二透镜组G2与成像表面Sim之间的一个示例。当将变焦镜头应用到成像设备时，优选的是根据上面安装有透镜的照相机的结构将诸如罩玻璃、红外线截止滤光器、和低通滤光器的各种滤光器设置在光学系统与成像表面Sim之间。设置光学构件PP，假定存在罩玻璃、各种类型的滤光器等。另外，近年来的成像设备采用3CCD格式，其中对于每一种色彩都采用CCD以提高图像质量。为了与采用3CCD格式的成像设备相兼容，诸如分色棱镜的分色光学系统可以插入在透镜系统与成像表面Sim之间。在这种情况下，分色光学系统可以设置在光学构件PP的位置处。
该变焦镜头被构造成使得第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的距离在改变放大倍率时变化。更具体地，当放大倍率从广角端向长焦端(或摄远端)变化时，第一透镜组G1沿着凸形轨迹(convex trajectory)朝向成像表面Sim移动，而第二透镜组G2朝向物体侧单调地移动。图1示意性地以(A)与(B)之间所示的箭头图示了当放大倍率从广角端向长焦端变化时第一透镜组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折射本领的第一透镜L11、具有正折射本领的第二透镜L12、具有负折射本领的第三透镜L13、和具有正折射本领的第四透镜L14构成。这里，如图1中图示的示例中所图示的，第一透镜L11可以是负弯月形透镜，第二透镜L12可以是具有朝向物体侧的非球面表面和朝向图像侧的非球面表面的透镜，第三透镜L13可以是负弯月形透镜，而第四透镜L14可以是正弯月形透镜。要注意的是第四实施例采用具有负折射本领的透镜作为第二透镜L12。
第二透镜L12的朝向物体侧的表面是在近轴区域中凹向物体侧的非球面形状。另外，第二透镜L12朝向物体侧的表面和第二透镜L12朝向图像侧的表面中的至少一个是在从其中心到有效直径的范围内具有至少一个拐点(inflection)的非球面形状(在图1的示例中两个表面)。要注意的是特别在第二实施例，第二透镜L12的朝向物体侧的表面在近轴区域中凸向物体侧，并且具有在从其中心到其有效直径的范围内没有任何拐点的非球面形状。
同时，第二透镜组G2由从物体侧顺序地设置的具有正折射本领的第一透镜L21、具有正折射本领的第二透镜L22、具有负折射本领的第三透镜L23、和具有正折射本领的第四透镜L24构成。这里，如图1中图示的示例中所示，第一透镜L21可以是具有朝向物体侧的非球面表面和朝向图像侧的非球面表面的透镜，第二透镜L22可以是双凸形透镜。第三透镜L23可以是负弯月形透镜，以及第四透镜L24可以是双凸形透镜。
如上所述，在本变焦镜头中，第一透镜组G1由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜L11、第二透镜L12、具有负折射本领的第三透镜L13、和具有正折射本领的第四透镜L14。因此，在抑制成本增加的同时，抑制了伴随着视场角加宽的像差的增加。另外，在除了第四实施例之外的实施例中，因为第二透镜L12是具有正折射本领的透镜，因此畸变被良好地校正。
另外，因为第一透镜组G1中的第二透镜L12具有朝向物体侧的非球面表面，因此畸变被良好地校正。与第一透镜L11具有非球面表面的情况相比较可以大大降低成本。即，通常，在轴光线所经过的位置和离轴光线所经过的位置在第一透镜L11的前面和后面变得大大分开。因此，理想的是第一透镜L11或第二透镜L12为非球面透镜以有利地校正畸变。然而，因为第一透镜L11通常具有相对较大的直径，因此非球面透镜的成本由通常具有较小直径并为非球面透镜的第二透镜L12来降低。因此，可以抑制变焦镜头的成本。
在除了第二实施例之外的实施例中，因为第二透镜L12朝向物体侧的表面是凹向物体侧的非球面表面，因此球面像差和畸变被有利地校正。
进一步地，在除了第二实施例之外的实施例中，因为第二透镜L12的朝向物体侧的表面和第二透镜L12的朝向图像侧的表面中的至少一个是在从其中心到有效直径的范围具有至少一个拐点的非球面形状，因此在广角端处的畸变和像场弯曲可以被有利地校正。
同时，通过由四个透镜构成的第二透镜组G2，在抑制成本增加的同时可以抑制由于放大倍率的改变而导致的像差的变化。
在本变焦镜头中，第二透镜组G2由从物体侧顺序地设置的具有正折射本领的第一透镜L21、具有正折射本领的第二透镜L22、具有负折射本领的第三透镜L23、和具有正折射本领的第四透镜L24构成。因此，能够抑制随着放大倍率的改变而导致的像差的变化。即，如果第二透镜组G2中的第一透镜L21和第二透镜L22是正透镜，则当从第一透镜组G1输出时被大大分散的在轴光线可以被具有正折射本领的两个正透镜L21和L22吸收。因此，高阶球面像差被抑制，并且随放大倍率改变而导致的像差的变化被抑制。
本变焦镜头的第一透镜组G1由具有负折射本领的第一透镜L11、第二透镜L12、具有负折射本领的第三透镜L13、和具有正折射本领的第四透镜L14构成。本变焦镜头同时满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜0.95  (1-1)
0.39＜|fw/f1|＜0.61  (2-1)
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
要注意的是在表19中对于每一个实施例显示了由以上条件公式确定的每一个条件的数值。在名称为“条件公式1”的行中显示了由条件公式(1-1)确定的|f1/f2|的值，而在名称为“条件公式(2)”的行中显示了由条件公式(2-1)确定的|fw/f1|的值。另外，表19还显示了由随后将被描述的条件公式(3)-(9)确定的每一个条件的数值的示例。
在下文中，将描述通过由条件公式(1-1)和(2-1)确定的结构所展示的操作和效果。
条件公式(1-1)确定第一透镜组G1的焦距与第二透镜组G2的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-1)中所限定的下限，则第二透镜组G2的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组G2的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-1)中所限定的上限，则第一透镜组G1的负折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。本变焦镜头满足条件公式(1-1)，因此能够防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
本变焦镜头在条件公式(1-1)限定的范围内满足条件公式(1-2)。
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
因此，以上有益效果更加突出。
同时，条件公式(2-1)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组G1的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-1)中所限定的下限，则第一透镜组G1的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。相反地，如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-1)中所限定的上限，则第一透镜组G1的折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。本变焦镜头满足条件公式(2-1)，因此能够防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化，并且在离轴部分处可以有利地校正各种像差。
本变焦镜头在条件公式(2-1)限定的范围内满足条件公式(2-2)。
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)
因此，以上有益效果更加突出。
另外，本变焦镜头的第一透镜组G1由具有负折射本领的第一透镜L11、第二透镜L12、具有负折射本领的第三透镜L13、和具有正折射本领的第四透镜L14构成。本变焦镜头同时满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜1.04  (1-3)
0.39＜|fw/f1|＜0.51  (2-3)。
类似于条件公式(1-1)，条件公式(1-3)确定第一透镜组G1的焦距与第二透镜组G2的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-3)中所限定的下限，则第二透镜组G2的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-3)中所限定的上限，则第一透镜组G1的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。本变焦镜头满足条件公式(1-3)，因此能够防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
本变焦镜头在条件公式(1-3)限定的范围内满足条件公式(1-2)。因此，以上有益效果更加突出。
同时，类似于条件公式(2-1)，条件公式(2-3)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组G1的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-3)中所限定的下限，则第一透镜组G1的折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。相反地，如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-3)中所限定的上限，则第一透镜组G1的折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。本变焦镜头满足条件公式(2-3)，因此能够防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化，并且在离轴部分处可以有利地校正各种像差。
本变焦镜头在条件公式(2-3)限定的范围内满足条件公式(2-2)。因此，以上有益效果越发突出。
在本变焦镜头中，第一透镜组G1由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜L11、第二透镜L12、具有负折射本领的第三透镜L13、和具有正折射本领的第四透镜L14。进一步地，第二透镜L12是具有正折射本领的透镜。本变焦镜头同时满足以下条件公式：
0.00＜|f1/f2|＜1.04  (1-4)
0.00＜|fw/f1|＜0.61  (2-4)。
类似于条件公式(1-3)，条件公式(1-4)确定第一透镜组G1的焦距与第二透镜组G2的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-4)中所限定的上限，则第一透镜组G1的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。本变焦镜头满足条件公式(1-4)，因此能够防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
本变焦镜头在条件公式(1-4)限定的范围内满足以下条件公式：
0.30＜|f1/f2|＜0.90  (1-5)
因此，以上有益效果越发突出。进一步地，本变焦镜头满足条件公式(1-2)。因此，以上有益效果越发突出。
要注意的是如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-5)中所限定的下限，则第二透镜组G2的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组G2的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。本变焦镜头满足条件公式(1-5)，因此能够防止上述缺点。即，可以容易地实现光学系统总体上的小型化。相同的应用于满足条件公式(1-2)的情况。
同时，类似于条件公式(2-1)，条件公式(2-4)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组的焦距之间的关系。如果值|fw/f1|大于或等于条件公式(2-4)中所限定的上限，则第一透镜组的负折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。在条件公式(2-4)满足的情况下，上述缺点可以克服。即，可以在离轴部分处有利地校正各种像差。
本变焦镜头在由条件公式(2-4)限定的范围内满足以下条件公式：
0.20＜|fw/f1|＜0.50  (2-5)
因此，以上有益效果越发突出。进一步地，本变焦镜头满足条件公式(2-2)。因此，以上有益效果越发突出。
要注意的是如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-5)中所限定的下限，则第一透镜组G1的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。本变焦镜头满足条件公式(2-5)，并因此能够防止上述缺点。即，可以实现光学系统总体上的小型化。相同的应用于满足条件公式(2-2)的情况。
在本变焦镜头中，第一透镜组由从物体侧顺序地设置的四个透镜构成，所述四个透镜是具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、和具有正折射本领的第四透镜。进一步地，根据本发明的第四变焦镜头的第二透镜组也由四个透镜构成。本变焦镜头同时满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜1.04  (1-6)
0.39＜|fw/f1|＜1.50  (2-6)。
类似于条件公式(1-1)，条件公式(1-6)确定第一透镜组G1的焦距与第二透镜组G2的焦距之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(1-6)中所限定的下限，则第二透镜组G2的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜绢.G2的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果|f1/f2|的值大于或等于条件公式(1-6)中所限定的上限，则第一透镜组G1的折射本领将不足。因此，将产生增加最靠近物体侧定位的第一透镜L11的直径的必要性以确保视场角，从而小型化将变得困难，这不是优选的。本变焦镜头满足条件公式(1-6)，因此能够防止上述缺点。可以容易地实现光学系统总体上的小型化。
本变焦镜头在条件公式(1-6)限定的范围内满足条件公式(1-2)。因此，以上有益效果越发突出。
同时，类似于条件公式(2-1)，条件公式(2-6)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组G1的焦距之间的关系。如果|fw/f1|的值小于或等于条件公式(2-6)中所限定的下限，则第一透镜组G1的负折射本领将变弱。这将导致光学系统总体上变得更大，这不是优选的。相反地，如果|fw/f1|的值大于或等于条件公式(2-6)中所限定的上限，则第一透镜组G1的负折射本领将太强。这将导致离轴部分处的各种像差的校正变得困难，这不是有利的。本变焦镜头满足条件公式(2-6)，因此能够防止上述缺点。即，可以实现光学系统总体上的小型化，并且在离轴部分处可以有利地校正各种像差。
本变焦镜头在由条件公式(2-6)所限定的范围内满足以下条件公式：
0.40＜|fw/f1|＜1.00  (2-7)。
因此，以上有益效果越发突出。进一步地，本变焦镜头满足条件公式(2-2)。因此，以上有益效果越发突出。
进一步，本变焦镜头通过满足以下条件公式来显示以下有益效果：
0.31＜fw/f2＜0.49  (3)。
条件公式(3)确定整个系统在广角端处的焦距fw与第二透镜组G2的焦距f2之间的关系。如果|f1/f2|的值小于或等于条件公式(3)中所限定的下限，则第二透镜组G2的折射本领将变弱。因此，在改变放大倍率时第二透镜组G2的移动量将增加，光学系统的总长度总体上将变长，从而小型化将变得困难，这不是优选的。相反地，如果fw/f1的值大于或等于条件公式3)中所限定的上限，则第二透镜组G2的折射本领将太强。因此，将变得难以有利地在放大倍率的整个范围校正各种像差，这不是优选的。在满足条件公式(3)的情况下可以防止上述缺点。即，可以实现光学系统总体上的小型化，并且可以在放大倍率的整个范围内有利地校正各种像差。
要注意的是在由条件公式(3)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
0.31＜fw/f2＜0.35  (3’)
另外，本变焦镜头满足以下条件公式：
-0.14＜fw/fG12＜0.50  (4)，
其中fG12是在第一透镜组中从物体侧开始的第二透镜的焦距，而fw是整个系统在广角端处的焦距。进一步，本变焦镜头显示以下有益效果。即，条件公式(4)确定整个系统在广角端处的焦距与第一透镜组中的第二透镜L12的焦距之间的关系。fw/fG12的值小于或等于条件公式(4)中所限定的下限，则第二透镜L12的折射本领将移动到负侧，并且经过第二透镜的中心光束的折射和周边光束的折射将变得不平衡。因此，畸变的校正将变得困难，这不是有利的。相反地，如果fw/fG12的值大于或等于条件公式(4)中所限定的上限，则第二透镜L12的正折射本领将变得太强，而第一透镜组G1的负折射本领总体上将变得不足。这将导致难以加宽视场角。增加第一透镜组G1中的负透镜(即，第一透镜L11和第三透镜L13)的负折射本领可以被认为是对第二透镜增加的正折射本领的抵偿的措施。然而，这种措施将导致各种像差的校正变得困难，这不是有利的。在满足条件公式(4)的情况下可以防止以上缺点。即，可以有利地校正畸变，并且可以容易地加宽视场角。
尤其在条件公式(4)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
-0.01＜fw/fG12＜0.20  (4’)
另外，本变焦镜头满足以下条件公式：
-0.19＜f1/fG12＜0.50  (5)，
其中f1是第一透镜组的焦距G1，以及fG12是第一透镜组G1中从物体侧开始的第二透镜焦距。进一步，本变焦镜头显示以下有益效果。即，条件公式(5)确定第一透镜组G1的焦距f1与第一透镜组G1中的第二透镜L12的焦距fG12的之间的关系。如果f1/fG12的值小于或等于条件公式(5)中所限定的下限，则第二透镜L12的正折射本领将变强。因此，第一透镜组G1中具有负折射本领的透镜(第一透镜L11和第三透镜L13)的折射本领将太强以补偿第二透镜L12的折射本领的增加。这将导致各种像差的校正变得困难，这不是优选的。相反地，如果f1/fG12的值是大于或等于条件公式(5)中所限定的上限，则第二透镜L12的负折射本领将太强。因此，畸变的校正将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(5)的情况下可以防止上述缺点。即，可以有利地校正畸变及其它各种像差。
要注意的是在由条件公式(5)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
-0.15＜f1/fG12＜0.30  (5’)。
另外，本变焦镜头满足以下条件公式：
0.20＜HG12F·{(1/r’G12F)-(1/r”G12F)}  (6)，
其中HG12F是第一透镜组G1中从物体侧开始的第二透镜的朝向物体侧的表面的最大有效半径，r′G12F是经过第二透镜的朝向物体侧的表面的中心和距离光轴高度HG12F处的点并使该表面的中心作为其顶点的球面表面的曲率半径，以及r”G12F是经过第二透镜的朝向物体侧的表面的中心和距离光轴高度HG12F·0.5处的点并使该表面的中心作为其顶点的球面表面的曲率半径。进一步，本变焦镜头显示以下有益效果。即，条件公式(6)确定第一透镜组G1中的第二透镜L12的朝向物体侧的表面的最大有效半径与非球面表面形状之间的关系。通过使曲率半径在条件公式(6)中所限定的范围内在第二透镜L12的朝向物体侧的表面的中心附近和周边处不同，在广角端处可以有利地校正畸变。如果HG12F·{(1/r’G12F)-(1/r”G12F)}的值小于或等于由条件公式(6)所限定的下限，则校正将不充分。相反地，如果HG12F·{(1/r’G12F)-(1/r”G12F)}的值大于或等于条件公式(6)中所限定的上限，则校正将过度，没有一个是优选的。
要注意的是在由条件公式(6)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
0.20＜HG12F.{(1/r’G12F)-(1/r”G12F)}＜0.50  (6’)。
另外，本变焦镜头满足以下条件公式：
2.0＜(rG12F+rG12R)/(rG12F-rG12R)＜30.0  (7)，
其中rG12F是第一透镜绢.G1中从物体侧开始的第二透镜的朝向物体侧的表面的近轴曲率半径，而rG12R是第一透镜组G1中从物体侧开始的第二透镜的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径。因此，本变焦镜头显示以下有益效果。即，条件公式(7)确定第一透镜组G1中的第二透镜L12的形状。如果(rG12F+rG12R)/(rG12F-rG12R)的值小于或等于由条件公式(7)所限定的下限，在广角端处的畸变的校正将不充分，这不是优选的。相反地，(rG12F+rG12R)/(rG12F-rG12R)的值大于或等于条件公式(7)中所限定的上限，则在长焦端处的球面像差的校正将变得困难，这不是优选的。在满足条件公式(7)的情况下可以防止上述缺点。即，可以有利地校正在广角端处的畸变和在长焦端处的球面像差。
要注意的是在由条件公式(7)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
2.0＜(rG12F+rG12R)/(rG12F-rG12R)＜15.0  (7’)。
另外，本变焦镜头满足以下条件公式：
2.5＜(rG11F+rG11R)/(rG11F-rG11R)＜10.0  (8)，
其中rG11F是第一透镜组G1中从物体侧开始的第一透镜的朝向物体侧的表面的近轴曲率半径，而rG11R是第一透镜组G1中从物体侧开始的第一透镜的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径。进一步，本变焦镜头显示以下有益效果。即，条件公式(8)确定第一透镜组G1中的第一透镜L11的形状。如果(rG11F+rG11R)/(rG11F-rG11R)的值小于或等于由条件公式(8)所限定的下限，则在广角端处的像场弯曲的校正将不充分，这不是优选的。相反地，如果(rG11F+rG11R)/(rG11F-rG11R)的值大于或等于条件公式(8)中所限定的上限，则在广角端处的像场弯曲的校正将变得过度，这不是优选的。在满足条件公式(8)的情况下可以防止上述缺点。即，可以适当地校正在广角端处的像场弯曲。
要注意的是在由条件公式(8)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
2.8＜(rG11F+rG11R)/(rG11F-rG11R)＜4.0  (8’)。
另外，本变焦镜头满足以下条件公式：
1.3＜fG21/fG22＜3.0  (9)，
其中fG21是第二透镜组G2中从物体侧开始的第一透镜的焦距，而fG22是第二透镜组G2中从物体侧开始的第二透镜的焦距。进一步，本变焦镜头显示以下有益效果。即，条件公式(9)确定第二透镜组G2中的第一透镜L21的焦距第二透镜L22的焦距之间的关系。如果fG21/fG22的值小于或等于条件公式(9)中所限定的下限，则球面像差的校正将不充分，这不是优选的。相反地，如果fG21/fG22的值大于或等于条件公式(9)中所限定的上限，则球面像差的校正将变得过度，这不是优选的。在满足条件公式(9)的情况下可以防止上述缺点。即，在放大倍率的整个范围内可以有利地校正球面像差。
要注意的是在由条件公式(9)所限定的范围内满足以下条件公式的情况下以上有益效果将变得更加突出：
2.0＜fG21/fG22＜2.5  (9’)。
要注意的是图1图示了其中平行板状光学构件PP设置在透镜系统与成像表面Sim之间的一个示例。可选地，诸如低通过滤器和切断特定波长带的过滤器的各种过滤器可以设置在透镜中的每一个之间。作为进一步的可选方案，具有与各种滤光器相同作用的涂层可以涂施在透镜的表面上。
接下来，将描述本发明的变焦镜头的数值的示例。在图1-6中分别显示了示例1-6的变焦镜头的透镜的横截面。
对于示例1的变焦镜头，表1中显示了基本透镜数据，表2中显示了与变焦有关的数据，而表3中显示了非球面表面数据。类似地，在表4-18中显示了示例2-6的变焦镜头的基本透镜数据、与变焦有关的数据、和非球面表面数据。在下文中，以下对于与示例1有关的项描述表中的项的含义。相同的基本上应用于与示例2-6有关的表。
在表1的基本透镜数据中，在栏Si中显示了第i(i＝1、2、3、......)个透镜表面编号，其中所述表面编号从物体侧向图像侧顺序增加，且最靠近物体侧的透镜表面被指定为第一个。在栏Ri中显示了第i个表面的曲率半径，并且在栏Di中显示了第i个表面与第i+1个表面之间沿着光轴Z的距离。要注意的是曲率半径的符号在表面形状凸向物体侧的情况下为正，而在表面形状凸向图像侧的情况下为负。
在基本透镜数据中，在栏Ndj中显示了从物体侧向图像侧第j(j＝1、2、3、......)个光学元件相对于d线(波长：587.6nm)的折射率。在栏vdj中显示了第j个光学元件相对于d线的阿贝数。要注意的是孔径光阑St是也包括在基本透镜数据中，并且与孔径光阑St相对应的表面的曲率半径被显示为“∞孔径光阑”。
表1的基本透镜数据中的D8、D9、和D17表示当改变放大倍率时表面之间变化的距离。D8是第一透镜组G1与孔径光阑St之间的距离。D9是孔径光阑St与第二透镜组G2之间的距离。D17是第二透镜组G2与光学构件PP之间的距离。
表2中的与变焦有关的数据显示在广角端和长焦端处变化的整个系统的焦距(f)、F值(Fno.)、和全视场角(2ω)以及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，并且近轴曲率半径被显示为非球面表面的曲率半径。表3的非球面表面数据显示非球面表面的表面编号和与非球面表面中的每一个有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”。要注意的是非球面表面系数是以下非球面表面公式中的系数KA和Ram(m＝3、4、5、......16)的值：
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一高度h的点延伸到垂直于光轴并接触非球面表面的顶点的平面的法线的长度)，h是高度(从透镜的光轴到该表面的距离)，C是近轴曲率半径的倒数，以及KA和Ram是非球面表面系数(m＝3、4、5、......16)。
以下表显示了以预定数位被四舍五入的数值。另外，在以下表的数据中，度用作角度的单位，mm用作长度的单位。然而，可以按比例放大或按比例缩小光学系统并使用该光学系统。因此，可以使用其它适当的单位。
表1
示例1：基本透镜数据
*：非球面表面
表2
示例1：与变焦有关的数据
项 广角端 长焦端
f 3.18 7.95
Fno. 1.85 3.10
2ω 93.39 43.28
D8 12.10 3.55
D9 7.13 0.96
D17 0.00 6.17
表3
示例1：非球面表面数据
表面编号 S3 S4
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 3.92552657E-04 -1.78198417E-03
RA4 1.63491671E-03 2.96047622E-03
RA5 -5.98243470E-05 -3.54470466E-04
RA6 -3.12580573E-05 -2.14656523E-05
RA7 3.08631891E-06 3.49680699E-06
RA8 2.06084921E-07 5.77269401E-07
RA9 -3.30656971E-08 1.80867183E-08
RA10 7.50984913E-10 -1.28540306E-08
RA11 4.80884982E-10 -1.51109077E-09
RA12 -6.15184533E-11 2.22386867E-10
表面编号 S10 S11
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.88211972E-03 1.76860217E-03
RA4 -1.21236781E-03 -2.69165382E-04
RA5 6.04426291E-04 3.95866507E-04
RA6 -8.55374397E-05 -2.23064469E-05
RA7 -4.99070718E-06 -9.52288260E-06
RA8 6.90562953E-07 1.17774794E-06
RA9 1.79754879E-07 -6.42044665E-08
RA10 4.73691904E-09 6.39130198E-09
RA11 -4.62119417E-10 3.66073819E-09
RA12 -2.98496187E-10 5.76274981E-11
RA13 3.48467387E-11 -1.74712784E-10
RA14 -1.45151464E-11 3.01771364E-11
RA15 -3.10163706E-12 -4.20522148E-13
RA16 3.84723135E-13 -7.01830246E-13
表4
示例2：基本透镜数据
Figure BDA0000470629140000271
*：非球面表面
表5
示例2：与变焦有关的数据
项 广角端 长焦端
f 3.36 8.39
Fno. 1.82 3.18
2ω 90.62 41.16
D8 8.77 2.45
D9 8.58 1.94
D17 1.00 7.64
表6
示例2：非球面表面数据
表面编号 S3 S4
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 -1.84518151E-04 -1.34452536E-03
RA4 9.11020231E-04 1.50433453E-03
RA5 4.36869407E-05 -1.88326554E-05
RA6 -9.99470488E-06 -1.02662481E-05
RA7 -4.77789164E-07 -1.12222737E-06
RA8 3.77729589E-08 -8.06437604E-08
RA9 7.69951469E-09 1.03269414E-09
RA10 1.57751409E-09 1.07327708E-09
RA11 -1.53152663E-10 1.29361362E-10
RA12 -1.25879264E-11 3.43709353E-12
表面编号 S10 S11
KA 1.86689146E+00 -2.34761165E+00
RA3 6.38886087E-04 8.63959607E-04
RA4 -1.72624605E-04 4.82943361E-04
RA5 1.56425637E-04 1.17579182E-04
RA6 -1.72640984E-05 1.95121845E-05
RA7 -1.15229550E-06 -7.32560718E-06
RA8 4.72324927E-08 1.36463243E-06
RA9 6.56977631E-08 -6.02693745E-08
RA10 -6.88442793E-09 -3.61578440E-10
RA11 -2.38022413E-10 -1.02638686E-10
RA12 -3.22383884E-11 -6.75284248E-12
RA13 1.02907272E-12 3.06525203E-12
RA14 5.19740494E-13 2.84165637E-12
RA15 -1.83177171E-13 -4.24793926E-13
RA16 -1.74412406E-16 5.14814396E-14
表7
示例3：基本透镜数据
Figure BDA0000470629140000301
*：非球面表面
表8
示例3：与变焦有关的数据
项 广角端 长焦端
f 3.19 7.98
Fno. 1.84 3.10
2ω 93.23 43.22
D8 12.05 3.55
D9 7.10 0.95
D17 0.00 6.16
表9
示例3：非球面表面数据
表面编号 S3 S4
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 -3.92896399E-04 -2.13763767E-03
RA4 1.59073904E-03 2.91750862E-03
RA5 -5.69315036E-05 -3.58929668E-04
RA6 -3.09012532E-05 -2.16238082E-05
RA7 3.08376455E-06 3.52532145E-06
RA8 2.01913214E-07 5.85035760E-07
RA9 -3.35542117E-08 1.83747727E-08
RA10 7.17802063E-10 -1.27915817E-08
RA11 4.82375497E-10 -1.50321640E-09
RA12 -6.07407734E-11 2.23818828E-10
表面编号 S10 S11
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.76132207E-03 1.62917632E-03
RA4 -1.20250122E-03 -2.54326990E-04
RA5 6.05031687E-04 3.97279047E-04
RA6 -8.55614525E-05 -2.21530506E-05
RA7 -4.99565629E-06 -9.51075191E-06
RA8 6.90298187E-07 1.17877317E-06
RA9 1.79779961E-07 -6.41427571E-08
RA10 4.74445204E-09 6.39564855E-09
RA11 -4.60842095E-10 3.66096527E-09
RA12 -2.98218247E-10 5.76689611E-11
RA13 3.48935761E-11 -1.74705742E-10
RA14 -1.45031348E-11 3.01805056E-11
RA15 -3.10067265E-12 -4.18867888E-13
RA16 3.84662428E-13 -7.01204898E-13
表10
示例4：基本透镜数据
*：非球面表面
表11
示例4：与变焦有关的数据
项 广角端 长焦端
f 3.19 7.99
Fno. 1.85 3.10
2ω 93.11 43.14
D8 12.11 3.55
D9 7.15 0.96
D17 0.00 6.19
表12
示例4：非球面表面数据
表面编号 S3 S4
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.97673389E-03 -5.14428429E-04
RA4 1.87516095E-03 3.12292451E-03
RA5 -8.83901056E-05 -3.73387017E-04
RA6 -3.46164616E-05 -2.15361781E-05
RA7 3.39216521E-06 3.59181888E-06
RA8 2.83246128E-07 6.11999137E-07
RA9 -3.25234250E-08 2.16820702E-08
RA10 -1.62438093E-10 -1.26000740E-08
RA11 4.02161038E-10 -1.56205805E-09
RA12 -4.93251419E-11 2.07287653E-10
表面编号 S10 S11
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.94128295E-03 1.86623411E-03
RA4 -1.23941301E-03 -3.36191383E-04
RA5 6.08149148E-04 4.06331604E-04
RA6 -8.51668505E-05 -2.18876430E-05
RA7 -4.93462600E-06 -9.60813947E-06
RA8 6.94019051E-07 1.17663239E-06
RA9 1.80217543E-07 -6.42807894E-08
RA10 4.56975362E-09 6.62207183E-09
RA11 -4.56633408E-10 3.67837311E-09
RA12 -2.91798675E-10 6.28058891E-11
RA13 3.76317402E-11 -1.70699217E-10
RA14 -1.38781021E-11 3.16879777E-11
RA15 -2.99033991E-12 2.08736136E-13
RA16 3.59472958E-13 -8.60992007E-13
表13
示例5：基本透镜数据
*：非球面表面
表14
示例5：与变焦有关的数据
项 广角端 长焦端
f 3.20 7.99
Fno. 1.85 3.10
2ω 93.25 43.15
D8 12.04 3.55
D9 7.09 0.95
D17 0.00 6.14
表15
示例5：非球面表面数据
表面编号 S3 S4
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 -4.30601440E-04 -2.45942098E-03
RA4 1.43624994E-03 2.89828666E-03
RA5 -3.55884451E-05 -3.71151955E-04
RA6 -3.08553414E-05 -2.14177604E-05
RA7 2.83817696E-06 3.61955608E-06
RA8 1.79586380E-07 5.91009605E-07
RA9 -3.24112553E-08 1.81447671E-08
RA10 1.20108913E-09 -1.28743984E-08
RA11 5.15204525E-10 -1.51244540E-09
RA12 -6.86137874E-11 2.22680423E-10
表面编号 S10 S11
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.76814202E-03 1.62203935E-03
RA4 -1.21678337E-03 -2.45116314E-04
RA5 6.06179046E-04 3.88478822E-04
RA6 -8.58569578E-05 -2.21235612E-05
RA7 -4.99796243E-06 -9.42747893E-06
RA8 6.97601547E-07 1.19048864E-06
RA9 1.81003252E-07 -6.30576600E-08
RA10 4.91247208E-09 6.49947884E-09
RA11 -4.43304548E-10 3.66517494E-09
RA12 -2.94072014E-10 5.85100526E-11
RA13 3.45122935E-11 -1.74157715E-10
RA14 -1.43374070E-11 2.94645898E-11
RA15 -3.18348899E-12 -4.90574065E-13
RA16 3.91257516E-13 -6.76391292E-13
表16
示例6：基本透镜数据
*：非球面表面
表17
示例6：与变焦有关的数据
项 广角端 长焦端
f 3.18 7.95
Fno. 1.84 3.10
2ω 93.44 43.18
D8 11.88 3.55
D9 7.11 0.96
D17 0.00 6.15
表18
示例6：非球面表面数据
表面编号 S3 S4
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.15512555E-03 -1.94623465E-03
RA4 4.63209518E-04 2.52796589E-03
RA5 1.00473917E-04 -3.74279507E-04
RA6 -2.62873609E-05 -1.43978882E-05
RA7 1.35555017E-06 4.10668149E-06
RA8 5.74392491E-09 5.42252724E-07
RA9 -2.60745641E-08 4.15486735E-09
RA10 5.11033586E-09 -1.45090144E-08
RA11 8.64355180E-10 -1.53424052E-09
RA12 -1.44079980E-10 2.60125627E-10
表面编号 S10 S11
KA 1.00000000E+00 1.00000000E+00
RA3 1.92172358E-03 1.98334763E-03
RA4 -1.18082835E-03 -3.45009857E-04
RA5 5.95776768E-04 4.03232975E-04
RA6 -8.55219828E-05 -2.20337853E-05
RA7 -4.72078410E-06 -9.21699036E-06
RA8 7.37744871E-07 1.20539081E-06
RA9 1.82849964E-07 -6.65042934E-08
RA10 5.54926203E-09 5.97488617E-09
RA11 -3.93487769E-10 3.82001970E-09
RA12 -2.92839034E-10 9.08656714E-11
RA13 3.11584436E-11 -1.56124185E-10
RA14 -1.47954864E-11 2.62156555E-11
RA15 -2.87211663E-12 1.04054388E-12
RA16 3.00829759E-13 -1.03639592E-12
表19显示了与示例1-6的变焦镜头的条件公式(1-1)至(1-5)、(2-1)至(2-7)、和(3)至(9)相对应的值。这里所示的值是由为其可变部分的条件公式中的每一个确定的条件的值。例如，在行“条件公式(3)”中显示fw/f2值。由所有条件公式(1-1)至(1-6)确定的条件是|f1/f2|。因此，这些条件公式被总结，并在行“条件公式(1)”中显示了|f1/f2|的值。由所有条件公式(2-1)至(2-7)确定的条件是|fw/f1|。因此，这些条件公式被总结，并在行“条件公式(2)”中显示了|fw/f1|的值。表19中的值与d线有关。
表19
示例1 示例2 示例3 示例4 示例5 示例6
条件公式(1) 0.774 0.758 0.778 0.775 0.781 0.777
条件公式(2) 0.409 0.453 0.409 0.409 0.410 0.412
条件公式(3) 0.317 0.344 0.319 0.317 0.320 0.320
条件公式(4) 0.019 0.015 0.056 -0.007 0.043 0.041
条件公式(5) -0.046 -0.033 -0.138 0.017 -0.104 -0.099
条件公式(6) 0.373 0.345 0.324 0.445 0.284 0.234
条件公式(7) 10.726 0.279 3.190 -20.460 3.298 2.204
条件公式(8) 3.194 4.653 2.913 3.799 2.967 2.920
条件公式(9) 2.374 2.006 2.386 2.369 2.372 2.369
分别在图7(A)至图7(D)中图示了示例1的变焦镜头在广角端处的球面像差、像散像差、畸变、和横向色像差。分别在图7(E)至图7(H)中图示了示例1的变焦镜头在长焦端处的球面像差、像散像差、畸变、和横向色像差。
图示像差的图中的每一个都使用d线(波长：587.6nm)作为标准。然而，在图示球面像差的图中还显示了关于g线(波长：435.8nm)和C线(波长：656.3nm)的像差。在图示像散像差的图中，径向方向的像差由实线表示，而切向方向的像差由虚线表示。在图示球面像差的图中，“Fno.”表示F值。在图示像差的其它图中，ω表示半视场角。
类似地，在图8(A)至图8(H)中图示了示例2的变焦镜头的像差。另外，在图9-12中图示了示例3-6的变焦镜头的像差。
接下来，描述根据本发明的一个实施例的成像设备。图13是示意性地图示了根据本发明的实施例的采用本发明的实施例的变焦镜头1的成像设备10的图。成像设备可以是监视照相机、摄像机、电子静态式照相机等。
图13中所示的成像设备10配备有：变焦镜头1、捕获由变焦镜头1聚焦的对象的图像的成像装置2，所述成像装置朝向变焦镜头1的图像侧设置；处理从成像装置2输出的信号的信号处理部4；改变变焦镜头1的放大倍率的放大倍率控制部5；和执行聚焦调节的聚焦控制部6。要注意的是各种过滤器等可以适当地设置在变焦镜头1与成像装置2之间。
变焦镜头1包括：具有负折射本领的第一透镜组G1，当放大倍率从广角端向长焦端变化时，所述第一透镜组沿着凸向图像侧的轨迹移动；具有正折射本领的第二透镜组G2，当放大倍率从广角端向长焦端变化时，所述第二透镜组朝向物体侧单调移动；和固定孔径光阑St。要注意的是在图13中示意性地示出了透镜组。
成像装置2捕获由变焦镜头1形成的光学图像并输出电信号。成像装置的成像表面被设置成与变焦镜头1的成像平面相匹配。CCD、CMOS等可以被用作成像装置2。
要注意的是虽然在图13中未示出，但是成像设备10可以进一步配备有模糊校正机构，所述模糊校正机构使构成第二透镜组G2的一部分的具有正折射本领的透镜例如在垂直于光轴Z的方向上移动以校正由于抖动手的振动而导致获得的图像的模糊。
成像设备10配备有本发明的显示上述有益效果的变焦镜头。因此，可以获得有利的光学性能，并且可以实现小型化、成本降低和宽视场角。
已经参照本发明的实施例和示例描述了本发明。然而，本发明不局限于上述实施例和示例，而是可以进行各种修改。例如，曲率半径、表面之间的距离、折射率、阿贝数、非球面表面系数等的值不局限于与结合示例所示的数据，而是可以是其它值。

Claims (18)

1.一种变焦镜头，大致由以下构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜0.95  (1-1)
0.39＜|fw/f1|＜0.61  (2-1)，
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中焦距fw、f1和f2满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
3.一种变焦镜头，大致由以下构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.72＜|f1/f2|＜1.04  (1-3)
0.39＜|fw/f1|＜0.51  (2-3)
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
4.根据权利要求3所述的变焦镜头，其中焦距fw、f1和f2满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
5.一种变焦镜头，大致由以下构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、具有正折射本领的第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.00＜|f1/f2|＜1.04  (1-4)
0.00＜|fw/f1|＜0.61  (2-4)，
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中焦距fw、f1和f2满足以下条件公式中的至少一个：
0.30＜|f1/f2|＜0.90  (1-5)
0.20＜|fw/f1|＜0.50  (2-5)。
7.根据权利要求5或6所述的变焦镜头，其中焦距fw、f1、和f2满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
8.一种变焦镜头，大致由以下构成：
具有负折射本领的第一透镜组；和
具有正折射本领的第二透镜组，所述第一透镜组和所述第二透镜组从物体侧顺序地设置；
第一透镜组和第二透镜组移动以改变放大倍率；
第一透镜组大致由从物体侧顺序地设置的具有负折射本领的第一透镜、第二透镜、具有负折射本领的第三透镜、具有正折射本领的第四透镜构成；
第二透镜组大致由四个透镜构成；以及
变焦镜头满足以下条件公式：
0.72＜f1/f2|＜1.04  (1-6)
0.39＜|fw/f1|＜1.50  (2-6)，
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，f1是第一透镜组的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中焦距fw、f1和f2满足以下条件公式中的至少一个：
0.75＜|f1/f2|＜0.80  (1-2)
0.40＜|fw/f1|＜1.00  (2-7)。
10.根据权利要求5或6所示的变焦镜头，其中焦距fw、f1和f2满足以下条件公式：
0.40＜|fw/f1|＜0.50  (2-2)。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
0.31＜fw/f2＜0.49  (3)，
其中fw是整个系统在广角端处的焦距，以及f2是第二透镜组的焦距。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
-0.14＜fw/fG12＜0.50  (4)，
其中fG12是在第一透镜组中从物体侧开始的第二透镜的焦距，而fw是整个系统在广角端处的焦距。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
-0.19＜f1/fG12＜0.50  (5)，
其中f1是第一透镜组的焦距，以及fG12是第一透镜组中从物体侧开始的第二透镜的焦距。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
0.20＜HG12F·{(1/r’G12F)-(1/r”G12F)}  (6)，
其中HG12F是第一透镜组中从物体侧开始的第二透镜的朝向物体侧的表面的最大有效半径，r’G12F是经过第二透镜的朝向物体侧的表面的中心和距离光轴高度HG12F处的点并使该表面的中心作为其顶点的球面表面的曲率半径，以及r”G12F是经过第二透镜的朝向物体侧的表面的中心和距离光轴高度HG12F·0.5处的点并使该表面的中心作为其顶点的球面表面的曲率半径。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
2.0＜(rG12F+rG12R)/(rG12F-rG12R)＜30.0  (7)，
其中rG12F是第一透镜组中从物体侧开始的第二透镜的朝向物体侧的表面的近轴曲率半径，而rG12R是第一透镜组中从物体侧开始的第二透镜的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
2.5＜(rG11F+rG11R)/(rG11F-rG11R)＜10.0  (8)，
其中rG11F是第一透镜组中从物体侧开始的第一透镜的朝向物体侧的表面的近轴曲率半径，而rG11R是第一透镜组中从物体侧开始的第一透镜的朝向图像侧的表面的近轴曲率半径。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的变焦镜头，所述变焦镜头满足以下条件公式：
1.3＜fG21/fG22＜3.0  (9)，
其中fG21是第二透镜组中从物体侧开始的第一透镜的焦距，而fG22是第二透镜组中从物体侧开始的第二透镜的焦距。
18.一种成像设备，包括根据权利要求1-17中任一项所述的变焦镜头。
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