CN104459961A

CN104459961A - 变焦镜头和成像设备

Info

Publication number: CN104459961A
Application number: CN201410457790.6A
Authority: CN
Inventors: 金高文和; 永松广大
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: US9261686B2; JP2015059997A; CN104459961B; US20150077859A1

Abstract

一种变焦镜头包括分别具有负、正、负和正屈光力且从物体侧依次布置的第一至第四透镜组。第一透镜组包括负透镜。第四透镜组由一个正透镜构成。从广角端到远摄端的变焦操作允许第一到第三透镜组沿着光轴移动，并且允许第四透镜组固定。对焦操作允许第三透镜组沿着光轴移动。满足条件表达式：1＜(R1a+R1b)/(R1a-R1b)＜5和2＜(R4a+R4b)/(R4a-R4b)＜7，其中R1a和R1b分别是第一透镜组中的最物体侧的负透镜的物体侧上和图像侧上的曲率半径，并且R4a和R4b分别是第四透镜组中的正透镜在物体侧上和在图像侧上的曲率半径。

Description

变焦镜头和成像设备

技术领域

本公开涉及变焦镜头并且涉及包括变焦镜头的成像设备。具体地，本公开涉及如下变焦镜头，该变焦镜头适于用在电子摄像机诸如数字视频摄像放像机和数字式照相机中，并且具有减小的尺寸和改进的性能。本公开另外涉及包括这样的变焦镜头的成像设备。

背景技术

近来，使用固态成像器件诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的数字摄像放像机、数字式照相机等等在快速地获得广泛应用。数字式照相机等等的该广泛应用已经引起对于具有高可移动性和适于大量像素的高性能的变焦镜头的日益增加的需求。

具体地，使用者已经期待以合理的价格拥有一种小型且高性能的变焦透镜，其具有：大约37°的广角端状态下的半视角，大约2.5的变焦放大倍数，和大约F3.5的光圈F数。在其中负透镜组、正透镜组、负透镜组和正透镜组从物体侧依次布置的负-正-负-正的变焦类型中，更易于减小前透镜直径(最物体侧的透镜的直径)，并且偏轴像差有利地通过将负透镜组布置在光圈的前方和后方来校正。另外，这样的变焦类型已知为与上述使用者的需求相匹配的类型，因为最图像侧的正透镜组抑制了偏轴光线进入成像平面的角度，并且减小了广角端状态下的遮蔽(例如，见日本未审专利申请公布No.2012-58406(JP 2012-58406A)和2012-133230(JP 2012-133230A))。

发明内容

JP 2012-58406A中公开的变焦镜头具有长的总光程，并且不足够小型化。另一方面，JP 2012-133230A中公开的变焦镜头采用非球面透镜用于最物体侧的负透镜组和最图像侧的正透镜组，由此减少了总长度。但是，由于最物体侧的负透镜组和最图像侧的正透镜组两者均远离光圈，其透镜直径是大的，这在其使用非球面透镜时引起高的成本。

希望提供一种变焦镜头，其能够实现尺寸和成本的减小，同时具有良好的光学性能，并且希望提供一种设有这样的变焦镜头的成像设备。

根据本公开的实施例，提供了一种变焦镜头，其包括：具有负屈光力(refractive power)并且包括多个负透镜的第一透镜组；具有正屈光力的第二透镜组；具有负屈光力的第三透镜组；和具有正屈光力并且由一个正透镜构成的第四透镜组。第一至第四透镜组从物体侧朝向图像侧依次布置。从广角端到远摄端的变焦操作允许第一到第三透镜组沿着光轴移动，并且允许第四透镜组固定。对焦操作允许第三透镜组沿着光轴移动。满足以下条件表达式:

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

其中R1a是第一透镜组中的最物体侧的负透镜的物体侧上的曲率半径，R1b是第一透镜组中的所述最物体侧的负透镜的图像侧上的曲率半径，R4a是第四透镜组中的正透镜的物体侧上的曲率半径，并且R4b是第四透镜组中的正透镜的图像侧上的曲率半径。

根据本公开的实施例，提供了一种成像设备，其包括变焦镜头和构造成基于由变焦镜头形成的光学图像输出成像信号的成像器件。变焦镜头包括：第一透镜组，其具有负屈光力并且包括多个负透镜；第二透镜组，其具有正屈光力；第三透镜组，其具有负屈光力；和第四透镜组，其具有正屈光力并且由一个正透镜构成。第一至第四透镜组从物体侧朝向图像侧依次布置。从广角端到远摄端的变焦操作允许第一到第三透镜组沿着光轴移动，并且允许第四透镜组固定。对焦操作允许第三透镜组沿着光轴移动。满足以下条件表达式，

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

在根据本公开上述实施例的变焦镜头和成像设备中，从广角端到远摄端的变焦操作允许第一到第三透镜组沿着光轴移动。对焦操作允许第三透镜组沿着光轴移动。第一至第四透镜组中的每组的构造被优化，以实现尺寸和成本的降低同时实现良好的光学性能。

根据依据本公开上述实施例的变焦镜头和成像设备，第一至第四透镜组中的每组的构造被优化。因此，可以在实现良好的光学性能的情况下实现尺寸和成本的降低。例如，可以实现如下性能：实现大约37°的广角端状态下的半视角，大约2.5的变焦放大倍数，以及大约F3.5的光圈F数。

要指出的是，本公开的效果不局限于如上所述的效果，而可以是在本公开中说明的任何效果。

将理解，上文概述以及随后的详细说明仅是示例性的，并且旨在提供关于所要求保护的技术的进一步解释。

附图说明

所包括的附图用以提供关于本公开的进一步理解，并且被整合在本说明书中且构成本说明书的一部分。附图例示了实施例，并且结合说明书用以解释本技术的原理。

图1是透镜横截面图，例示了根据本公开的实施例，的变焦镜头的第一构造示例。

图2是示出在其中具体数值被应用于图1所示的变焦镜头的数值示例1中在广角端状态下的各种像差的像差图。

图3是示出在其中具体数值被应用于图1所示的变焦镜头的数值示例1中在中间焦距状态下的各种像差的像差图。

图4是示出在其中具体数值被应用于图1所示的变焦镜头的数值示例1中在远摄端状态下的各种像差的像差图。

图5是示出变焦镜头的第二构造示例的透镜横截面图。

图6是示出在其中具体数值被应用于图5所示的变焦镜头的数值示例2中在广角端状态下的各种像差的像差图。

图7是示出在其中具体数值被应用于图5所示的变焦镜头的数值示例2中在中间焦距状态下的各种像差的像差图。

图8是示出在其中具体数值被应用于图5所示的变焦镜头的数值示例2中在远摄端状态下的各种像差的像差图。

图9是示出变焦镜头的第三构造示例的透镜横截面图。

图10是示出在其中具体数值被应用于图9所示的变焦镜头的数值示例3中在广角端状态下的各种像差的像差图。

图11是示出在其中具体数值被应用于图9所示的变焦镜头的数值示例3中在中间焦距状态下的各种像差的像差图。

图12是示出在其中具体数值被应用于图9所示的变焦镜头的数值示例3中在远摄端状态下的各种像差的像差图。

图13是示出变焦镜头的第四构造示例的透镜横截面图。

图14是示出在其中具体数值被应用于图13所示的变焦镜头的数值示例4中在广角端状态下的各种像差的像差图。

图15是示出在其中具体数值被应用于图13所示的变焦镜头的数值示例4中在中间焦距状态下的各种像差的像差图。

图16是示出在其中具体数值被应用于图13所示的变焦镜头的数值示例4中在远摄端状态下的各种像差的像差图。

图17是示出成像设备的构造示例的框图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述本公开的一些实施例。说明书将以如下顺序提供。

1.镜头的基本构造

2.功能和效果3.成像设备的适用例

4.镜头的数值示例

5.其它实施例

[1.镜头的基本构造]

图1示出了根据本公开的实施例的变焦镜头的第一构造示例。图5示出了变焦镜头的第二构造示例。图9示出了变焦镜头的第三构造示例。图13示出了变焦镜头的第四构造示例。其中具体数值被应用于上述构造示例的数值示例将稍后描述。在图1等等中，符号IMG表示象平面，符号Z1表示光轴。光学构件诸如用于保护成像器件和各种滤光器(例如，滤光器FL)的密封玻璃可以布置在变焦镜头和象平面IMG之间。

根据本实施例的变焦镜头的构造将稍后适当地参考图1等等中所示的构造示例来描述。但是，根据本公开的技术不局限于所示的构造示例。

根据本实施例的变焦镜头基本上由四个透镜组构成，其中第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4从物体侧沿着光轴Z1依次布置。第一透镜组GR1具有负屈光力。第二透镜组GR2具有正屈光力。第三透镜组GR3具有负屈光力。第四透镜组GR4具有正屈光力。

在图1、5、9和13的各图中，上部、中部和下部分别示出了镜头在广角端状态、在中间焦距状态和在远摄端状态下的位置。镜头根据从广角端到远摄端的变焦操作移动到箭头所示的位置。实线箭头显示变焦操作中的运动。如图1等等所示，在根据本实施例的变焦镜头中，当执行从广角端到远摄端的变焦操作时，第一透镜组GR1、第二透镜组GR2和第三透镜组GR3沿着光轴移动，并且第四透镜组GR4固定。当执行对焦操作时，第三透镜组GR3沿着光轴移动。

在根据本实施例的变焦镜头中，第一透镜组GR1包括多个负透镜。第四透镜组GR4由一个正透镜构成。

另外，根据本实施例的变焦镜头可以理想地满足预定的条件表达式等等，这将稍后说明。

[⒉功能和效果]

接着，将描述根据本实施例的变焦镜头的功能和效果。另外，将描述根据本实施例的变焦镜头的有利构造。

要指出的是，本说明书中描述的效果仅是示例。本公开的效果不局限于此，而可以包括其它效果。

通过允许变焦镜头由如上所述的负、正、负和正四个透镜组构成，相邻的透镜组具有相反符号的光焦度(power)。因此，更易于因镜头的移动而提高放大倍数效果，并且另外，变焦镜头变得在减少前透镜直径(最物体侧的镜头的直径)方面是有利的。由于最图像侧的第四透镜组GR4是正透镜组，抑制了进入成像平面的偏轴光线的角度，并且减少了广角端状态下的遮蔽。由于第四透镜组GR4布置在最图像侧的位置，其透镜直径很可能是大的。允许第四透镜组GR4由一个固定的正透镜构成有助于简化镜筒构造并且减少其成本。

根据本实施例的变焦镜头可以理想地满足以下条件表达式(1)和(2)，

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

其中R1a是第一透镜组GR1中的最物体侧的负透镜的物体侧上的曲率半径，R1b是第一透镜组GR1中的最物体侧的负透镜的图像侧上的曲率半径，R4a是在第四透镜组GR4中的正透镜的物体侧上的曲率半径，并且R4b是第四透镜组GR4中的正透镜的图像侧上的曲率半径。

条件表达式(1)限定第一透镜组GR1中的最物体侧的负透镜的优选形状，用于有利地校正远摄端状态下的球差。当(R1a+R1b)/(R1a-R1b)的值小于条件表达式(1)的下限值时，最物体侧的负透镜的两个表面的曲率是小的(其曲率半径的绝对值较大)，因此远摄端状态下的的非球差严重处于校正不足状态。当(R1a+R1b)/(R1a-R1b)的值大于条件表达式(1)的上限值时，最物体侧的负透镜的两个表面的曲率是大的(其曲率半径的绝对值较小)，因此远摄端状态下的的球差严重处于过度校正状态。

条件表达式(2)限定第四透镜组GR4中的正透镜的优选形状，用于有利地校正场曲。当(R4a+R4b)/(R4a-R4b)的值小于条件表达式(2)的下限值时，第四透镜组GR4中正透镜的两个表面的曲率是小的，因此沿负号方向的场曲的校正效果被减弱。当(R4a+R4b)/(R4a-R4b)的值大于条件表达式(2)的上限值时，第四透镜组GR4中的正透镜的两个表面的曲率是大的，因此沿负号方向的场曲的校正效果被过度实现。

相应地，通过允许变焦镜头满足上述基本构造和条件表达式(1)和(2)，球差和场曲被适当地校正。因此，可以实现尺寸和成本的降低，同时实现良好的光学性能。

要指出的是，条件表达式(1)的数值范围具有下限值2和上限值4会是更加优选的，如在下面条件表达式(1)'中那样。条件表达式(2)的数值范围具有下限值3和上限值6会是更加优选的，如在下面条件表达式(2)'中那样。

2<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<4……(1)'

3<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<6……(2)'

此外，根据本实施例的变焦镜头可以理想地满足以下条件表达式(3)，

0.5<|f2/f3|<0.9……(3)

其中f2是所述第二透镜组GR2的焦距，并且f3是第三透镜组GR3的焦距。

条件表达式(3)限定第二透镜组GR2和第三透镜组GR3的有利的光焦度比，用于实现尺寸减小同时有利地校正球差和彗差。当|f2/f3|的值小于条件表达式(3)的下限值时，第二透镜组GR2的光焦度过分强，因此可能难以校正球差、彗差等等。替代地，第三透镜组GR3的光焦度弱并且对焦行程变长。因此，镜头的总长变长，这防止了尺寸的减小。反过来，当|f2/f3|的值大于条件表达式(3)的上限值时，第二透镜组GR2的光焦度过分弱，且第二透镜组GR2的移动量增大。因此，可能难实现尺寸减小。替代地，第三透镜组GR3的光焦度过分强并且因对焦操作造成的场曲变动增大，且因此可能降低短距离拍摄时的光学性能。

相应地，通过允许变焦镜头满足条件表达式(3)，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3中的每一者的光焦度和移动量均被优化。因此，变焦镜头在尺寸减小上变得有利，同时有利地校正球差和彗差。

要指出的是，条件表达式(3)的数值范围具有下限值0.6和上限值0.8会是更为有利的，如以下条件表达式(3)'中那样。

0.6<|f2/f3|<0.8……(3)'

此外，根据本实施例的变焦镜头可以理想地满足以下条件表达式(4)，

0.2<|f3/f4|<0.6……(4)

其中f4是所述第四透镜组GR4的焦距。

条件表达式(4)限定第三透镜组GR3和第四透镜组GR4的优选的光焦度比，用于实现尺寸减小且同时有利地校正偏轴像差。当|f3/f4|的值小于条件表达式(4)的下限值时，第三透镜组GR3的光焦度过分强，并且因对焦操作引起的场曲变动增加。相应地，短距离拍摄时的光学性能可能下降。替代地，第四透镜组GR4的光焦度过分弱，并且畸变和场曲的校正可能不足。反过来，当|f3/f4|的值大于条件表达式(4)的上限值时，第三透镜组GR3的光焦度过分弱，且对焦行程变长。相应地，镜头的总长度是长的。替代地，第四透镜组GR4的光焦度过分强，且不可能确保足够的后焦点。

相应地，通过允许变焦镜头满足条件表达式(4)，第三透镜组GR3的光焦度和移动量以及第四透镜组GR4的光焦度被优化。因此，变焦镜头在有利地校正偏轴像差的同时在实现尺寸减小上变得有利。

要指出的是，条件表达式(4)的数值范围具有下限值0.3和上限值0.4会是更为有利的，如以下条件表达式(4)'中那样。

0.3<|f3/f4|<0.4……(4)'

此外，根据本实施例的变焦镜头可以理想地满足以下条件表达式(5)，

1<|f1/f2|<2……(5)

其中f1是所述第一透镜组G1的焦距。

条件表达式(5)限定第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的有利光焦度比，用于实现尺寸减小同时有利地校正球差和彗差。当|f1/f2|的值小于条件表达式(5)的下限值时，第一透镜组GR1的光焦度过分强，并且进入第二透镜组GR2R光线高度过分高。因此可能难以校正球差、彗差等等。替代地，当第二透镜组GR2的光焦度较弱时，第二透镜组GR2的移动量增加，并且尺寸减小可能是困难的。反过来，当|f1/f2|的值大于条件表达式(5)的上限值时，第一透镜组GR1的光焦度过分弱，且因此可能难以实现总长度的减小。替代地，第二透镜组GR2的光焦度过分强，并且因此难以校正球差、彗差等等。

相应地，通过允许变焦镜头满足条件表达式(5)，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2的光焦度和移动量均被优化。因此，变焦镜头在尺寸减小上变得有利，同时有利地校正球差和彗差。

要指出的是，条件表达式(5)的数值范围具有下限值1.3和上限值1.5会是更为有利的，如以下条件表达式(5)'中那样。

1.3<|f1/f2|<1.5……(5)'

另外，在根据本实施例的变焦镜头中，第三透镜组GR3可以理想地由一个负透镜构成。通过允许第三透镜组GR3由一个负透镜构成，聚焦透镜的重量减小。相应地，变焦镜头在减少驱动镜头的致动器负荷以及增加对焦操作速度上变得有利。

另外，在根据本实施例的变焦镜头中，调节光量的光圈(孔径光阑S)可以理想地设置在第二透镜组GR2中。通过将调节光量的光圈设置在第二透镜组GR2中，穿过第一透镜组GR1和第四透镜组GR4的光线的高度被优化。因此，变焦镜头在改进远摄端状态下的性能上变得有利。另外，变焦镜头在减少前透镜直径和减小镜筒尺寸上变得有利。

另外，在根据本实施例的变焦镜头中，第四透镜组GR4中的正透镜可以理想地由球面透镜构成，并且其所有的透镜表面可以理想地是球形。一般地，已知非球面透镜具有高次像差修正效果，但明显增大了成本，因为其透镜直径增加。通过允许第四透镜组GR4中的正透镜由球面透镜构成，可以抑制远离光圈且趋于具有大的透镜直径的四透镜组GR4的成本。

另外，在根据本实施例的变焦镜头中，第一透镜组GR1可以理想地仅由球面透镜构成，并且其所有的透镜表面可以理想地是球形的。通过允许第一透镜组GR1仅仅由球面透镜构成，可以抑制远离光圈且趋于具有大的透镜直径的第一透镜组GR1的成本。

另外，在根据本实施例的变焦镜头中，第一透镜组GR1可以理想地由三个透镜构成，即从物体侧依次布置的第一负透镜、第二负透镜和正透镜。通过允许第一透镜组GR1由这样的三个透镜构成，第一透镜组GR1整体来看实现了强的负光焦度，并且变焦镜头在校正广角端状态下的场曲和彗差上变得有利。这有助于减小尺寸且提高性能。

此外，根据本实施例的变焦镜头可以理想地满足以下条件表达式(6)，

3<Lmax/Y<7……(6)

其中Lmax是所述变焦透镜在从广角端状态到远摄端状态的范围内的总长度的最大值，并且Y是最大图像高度。

条件表达式(6)限定变焦镜头在从广角端状态到远摄端状态的范围内的总长度的最大值与最大图像高度的优选比，用于减小镜筒的尺寸。当Lmax/Y的值小于条件表达式(6)的下限值时，可能必然过分提高每一透镜组的光焦度。相应地，每一透镜组的偏心率误差敏感性可能增大，且制造难度加大。相应地，生产成本也可能增大。反过来，当Lmax/Y的值大于条件表达式(6)的上限值时，透镜系统的总长度过分大。相应地，可能难以实现尺寸减小。

相应地，通过允许变焦镜头满足条件表达式(6)，变焦镜头在镜筒的尺寸减小上变得有利。

要指出的是，条件表达式(6)的数值范围具有下限值4.5和上限值5.5会是更为有利的，如以下条件表达式(6)'中那样。

4.5<Lmax/Y<5.5……(6)'

[3.成像设备的适用例]

图17示出了应用了根据本实施例的变焦镜头的成像设备100的构造示例。成像设备100可以例如是数字式照相机。成像设备100可以包括照相机部10、照相机信号处理部20、图像处理部30、LCD(液晶显示器)40、R-W(读写器)50、CPU(中央处理单元)60、输入部70和镜头驱动控制部80。

照相机部10具有成像功能。照相机部10包括：光学系统，该光学系统包括作为成像透镜的变焦镜头11；和成像器件12，诸如CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)。成像器件12通过将由变焦镜头11形成的光学图像转换成为电信号基于光学图像输出成像信号(图像信号)。作为变焦镜头11，图1、5、9和13中分别示出的构造示例中的任何变焦透镜1、2、3和4是适用的。

照相机信号处理部20对于从成像器件12输出的图像信号执行各种信号处理，诸如模数转换、噪声去除、图像质量校正、转换为亮度-颜色-差值信号。

图像处理部30对于图像信号执行记录和再现处理。图像处理部30基于预定图像数据格式执行诸如压缩-编码/扩展-解码处理的处理，以及对诸如分辨率之类的数据规格的转换。

LCD 40具有显示各种数据的功能，包括例如使用者关于输入部70的工作状态和拍摄图像。R-W 50将图像处理部30编码的图像数据写入存储卡1000，并且读取写入存储卡1000中的图像数据。存储卡1000可以是例如可附接到与R-W 50相连的槽口且可从其拆掉的半导体存储器。

CPU 60用作控制在成像设备100中设置的各电路部件的控制处理部。CPU 60基于例如来自输入部70等等的指令输入信号来控制每个电路部件。输入部70由诸如供使用者执行必要操作的各种开关的部件构成。输入部70可以由例如用于执行快门操作的快门释放按钮、用于选择操作模式的选择开关等等构成。输入部70根据使用者的操作将指令输入信号输出到CPU 60。镜头驱动控制部80控制对照相机部10中布置的透镜的驱动。镜头驱动控制部80可以基于来自CPU 60的控制信号控制例如驱动变焦镜头11中的各透镜的马达(未示出)。

下面将说明成像设备100中的操作。

在用于拍摄的备用状态，在CPU 60的控制下，照相机部10中的图像拍摄的图像信号被经由照相机信号处理部20输出到LCD 40，以显示为照相机直通图像。另外，例如，当输入部70输入用于变焦操作、对焦操作等等的指令输入信号时，CPU 60输出控制信号到镜头驱动控制部80，并且变焦镜头11中的预定透镜基于镜头驱动控制部80的控制移动。

当照相机部10的快门(未示出)响应于来自输入部70的指令输入信号操作时，照相机信号处理部20输出拍摄图像信号至图像处理部30。图像处理部30对图像信号执行压缩编码处理并且将图像信号转换成为预定数据格式的数字数据。图像处理部30将转换后数据输出到R-W 50，R-W 50将转换后的数据写入存储卡1000。

要指出的是，可以例如通过允许变焦镜头11中的预定透镜由镜头驱动控制部80响应于来自CPU 60的控制信号驱动移动来执行对焦操作，例如当输入部70的快门释放按钮被半按或者当快门释放按钮被全压下用于记录(拍摄)时。

当再现记录在存储卡1000中的图像数据时，R-W 50响应于关于输入部70的操作而从存储卡1000读取预定的图像数据。图像处理部30对图像数据执行扩展解码处理，并且将图像信号再现到LCD 40。由此，显示出再现的图像。

要指出的是，虽然在上述实施例中已经说明了其中成像设备应用于数字式照相机的示例，本成像设备的应用范围不局限于数字式照相机，并且其它各种电子设备可以是成像设备100的可能特定应用。例如，成像设备100可广泛地应用为数字输入输出设备的照相机部件等等，诸如数字视频摄像放像机、设有照相机的移动式电话和设有照相机的PDA(个人数字助理)。

[示例]

[4.镜头的数值示例]

接着，将说明根据本实施例的变焦镜头的具体数值示例。将分别说明其中具体数值被应用于图1、5、9和13中所示的构造示例中的变焦透镜1、2、3和4的数值示例。

以下在表格和说明书中的符号等等表示如下含意。“表面编号”表示指示从最物体侧计算的第i个表面。“曲率半径”表示第i个表面的近轴曲率半径的值(mm)。“间隔”表示在第i个表面和第(i+1)个表面之间的沿着光轴的间隔的值(mm)。关于所述间隔，根据变焦操作可变的的间隔描述为“Di”。“折射率”表示具有第i个表面的光学构件的材料的d-线(具有587.6nm的波长)的折射率。“阿贝数”表示具有第i个表面的光学构件的材料的关于d-线的阿贝数的值。“曲率半径”的“∞”值表示相关表面是平面表面或者孔径表面(孔径光阑S)。“表面编号”中的“STO”是指相关表面是孔径光阑S。“f”表示透镜系统的总焦距。“Fno”表示F数。“ω”表示半视角。

数值示例中使用的一些透镜具有非球面透镜表面。“表面编号”中的“ASP”指示相关表面是非球面的。非球面表面的形状由以下非球面表面表达式定义，其中“x”是从透镜表面的顶点沿着光轴的距离(凹下量)，“y”是沿垂直于光轴的方向的高度(图像高度)，“c”是在透镜的顶点处的近轴曲率(曲率半径的倒数)，以及“k”是二次曲线常量。“A”、“B”、“C”和“D”分别是4阶、6阶、8阶和10阶的非球面表面系数。要指出的是，在以下示出非球面表面系数的表格中，“E-i”表示以10为基数的指数表达式，即“10^-i”。举例来说，“0.12345E-05”表示“0.12345×10^-5”。

[非球面表面的表达式]

x＝cy²/[1+{1-(1+κ)c²y²}^1/2]+Ay⁴+By⁶+Cy⁸+Dy¹⁰

[数值示例的共用构造]

应用于以下数值示例的变焦透镜1、2、3和4中的任一个具有满足透镜基本构造和上述理想状态的构造。变焦透镜1、2、3和4中的任一者基本上由四个透镜组构成，其中第一透镜组GR1、第二透镜组GR2、第三透镜组GR3和第四透镜组GR4从物体侧依次布置。第一透镜组GR1具有负屈光力。第二透镜组GR2具有正屈光力。第三透镜组GR3具有负屈光力。第四透镜组GR4具有正屈光力。

第一透镜组GR1、第二透镜组GR2和第三透镜组GR3是可移动的组，并且当执行从广角端到远摄端的变焦操作时沿着光轴移动。当执行对焦操作时，第三透镜组GR3沿着光轴移动。

[数值示例1]

在图1所示的变焦镜头1中，第一透镜组GR1由从物体侧朝向图像侧依次布置的、具有面向物体侧的凸面的负弯月透镜G1、负双凹面透镜G2和具有面向物体侧的凸面的正弯月透镜G3构成。第二透镜组GR2由从物体侧朝向图像侧依次布置的、正双凸面透镜G4、由彼此胶合的正双凸面透镜G5和负双凹面透镜G6构成的胶合透镜、具有面向图像侧的凸面的正弯月透镜G7和具有面向物体侧的凸面的正弯月透镜G8构成。第三透镜组GR3由负双凹面透镜G9构成。第四透镜组GR4由具有面向图像侧的凸面的正弯月透镜G10构成。滤光器FL布置在第四透镜组GR4和像平面IMG之间。孔径光阑S布置在第二透镜组GR2中。当执行变焦操作时，孔径光阑S与第二透镜组GR2一同移动。

表格1示出了其中具体数值被应用于变焦镜头1的数值示例1的透镜数据。在变焦镜头1中，第二透镜组GR2中正透镜G4的两个表面(第7和第8表面)、正透镜G7的两个表面(第13和第14表面)以及第三透镜组GR3中的负透镜G9的两个表面(第17和18表面)是非球面的。上述非球面表面的第4、6、8和10非球面表面系数A、B、C和D的值与二次曲线常量κ在表格2中一同示出。

表格3示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中各状态下的透镜系统总焦距f、F数Fno和半视角ω的值。在变焦镜头1中，当执行从广角端到远摄端的变焦操作时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的间隔D6变化。另外，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的间隔D16变化。另外，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的间隔D18变化。表格4示出了上述的可变的间隔连同在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的透镜系统的总焦距f。

[表格1]

[表格2]

[表格3]

[表格4]

图2到4示出了上述数值示例1的各种像差。图2、3和4分别示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的各种像差。图2至4各自示出了作为各种像差的球差、象散(场曲)和畸变。每一像差图示出了基于作为参考波长的d-线(具有587.6nm的波长)的像差。在图2至4中示出场曲的像差图中，实线(S)指示弧矢像平面中的像差的值，虚线(M)指示在子午像平面中的像差的值。

如从上述像差图中能够清楚看到的，有利地校正了各种像差并且实现了优良的光学性能。

[数值示例2]

在图2所示的变焦镜头2中，第一透镜组GR1由从物体侧朝向图像侧依次布置的、具有面向物体侧的凸面的负弯月透镜G1、负双凹面透镜G2和具有面向物体侧的凸面的正弯月透镜G3构成。第二透镜组GR2由从物体侧朝向图像侧依次布置的、正双凸面透镜G4、由彼此胶合的正双凸面透镜G5和负双凹面透镜G6构成的胶合透镜、具有面向图像侧的凸面的正弯月透镜G7和具有面向物体侧的凸面的正弯月透镜G8构成。第三透镜组GR3由负双凹面透镜G9构成。第四透镜组GR4由具有面向图像侧的凸面的正弯月透镜构成。滤光器FL布置在第四透镜组GR4和像平面IMG之间。孔径光阑S布置在第二透镜组GR2中。当执行变焦操作时，孔径光阑S与第二透镜组GR2一同移动。

表格5示出了其中具体数值被应用于变焦镜头2的数值示例2的透镜数据。在变焦镜头2中，第二透镜组GR2中正透镜G4的两个表面(第7和第8表面)、正透镜G7的两个表面(第13和第14表面)以及第三透镜组GR3中的负透镜G9的两个表面(第17和18表面)是非球面的。上述非球面表面的第4、6、8和10非球面表面系数A、B、C和D的值与二次曲线常量κ在表格6中一同示出。

表格7示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中各状态下的透镜系统总焦距f、F数Fno和半视角ω的值。在变焦镜头2中，当执行从广角端到远摄端的变焦操作时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的间隔D6变化。另外，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的间隔D16变化。另外，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的间隔D18变化。表格8示出了上述的可变的间隔连同在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的透镜系统的总焦距f。

[表格5]

[表格6]

[表格7]

[表格8]

图6到8示出了上述数值示例2中的各种像差。图6、7和8分别示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的各种像差。图6至8各自示出了作为各种像差的球差、象散(场曲)和畸变。每一像差图示出了基于作为参考波长的d-线(具有587.6nm的波长)的像差。在图6至8中示出场曲的像差图中，实线(S)指示弧矢像平面中的像差的值，虚线(M)指示在子午像平面中的像差的值。

[数值示例3]

在图9所示的变焦镜头3中，第一透镜组GR1由从物体侧朝向图像侧依次布置的、具有面向物体侧的凸面的负弯月透镜G1、负双凹面透镜G2和具有面向物体侧的凸面的正弯月透镜G3构成。第二透镜组GR2由从物体侧朝向图像侧依次布置的、正双凸面透镜G4、由彼此胶合的正双凸面透镜G5和负双凹面透镜G6构成的胶合透镜和正双凸面透镜G7构成。第三透镜组GR3由具有朝向物体侧的凸面的负弯月透镜G8构成。第四透镜组GR4由具有面向图像侧的凸面的正弯月透镜G9构成。滤光器FL布置在第四透镜组GR4和像平面IMG之间。孔径光阑S布置在第二透镜组GR2中。当执行变焦操作时，孔径光阑S与第二透镜组GR2一同移动。

表格9示出了其中具体数值被应用于变焦镜头3的数值示例3的透镜数据。在变焦镜头3中，第二透镜组GR2中正透镜G4的两个表面(第7和第8表面)、正透镜G7的两个表面(第13和第14表面)以及第三透镜组GR3中的负透镜G8的两个表面(第15和16表面)是非球面的。上述非球面表面的第4、6、8和10非球面表面系数A、B、C和D的值与二次曲线常量κ在表格10中一同示出。

表格11示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中各状态下的透镜系统总焦距f、F数Fno和半视角ω的值。在变焦镜头3中，当执行从广角端到远摄端的变焦操作时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的间隔D6变化。另外，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的间隔D14变化。另外，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的间隔D16变化。表格12示出了上述的可变的间隔连同在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的透镜系统的总焦距f。

[表格9]

[表格10]

[表格11]

[表格12]

图10到12示出了上述数值示例3中的各种像差。图10、11和12分别示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的各种像差。图10至12各自示出了作为各种像差的球差、象散(场曲)和畸变。每一像差图示出了基于作为参考波长的d-线(具有587.6nm的波长)的像差。在图10至12中示出场曲的像差图中，实线(S)指示弧矢像平面中的像差的值，虚线(M)指示在子午像平面中的像差的值。

[数值示例4]

在图13所示的变焦镜头4中，第一透镜组GR1由从物体侧朝向图像侧依次布置的、具有面向物体侧的凸面的负弯月透镜G1、负双凹面透镜G2和具有面向物体侧的凸面的正弯月透镜G3构成。第二透镜组GR2由从物体侧朝向图像侧依次布置的、正双凸面透镜G4、由彼此胶合的正双凸面透镜G5和负双凹面透镜G6构成的胶合透镜、正双凸面透镜G7构成。第三透镜组GR3由负双凹面透镜G8构成。第四透镜组GR4由具有面向图像侧的凸面的正弯月透镜G9构成。滤光器FL布置在第四透镜组GR4和像平面IMG之间。孔径光阑S布置在第二透镜组GR2中。当执行变焦操作时，孔径光阑S与第二透镜组GR2一同移动。

表格13示出了其中具体数值被应用于变焦镜头4的数值示例4的透镜数据。在变焦镜头4中，第二透镜组GR2中正透镜G4的两个表面(第7和第8表面)、正透镜G7的两个表面(第13和第14表面)以及第三透镜组GR3中的负透镜G8的图像侧表面(第16表面)是非球面的。上述非球面表面的第4、6、8和10非球面表面系数A、B、C和D的值与二次曲线常量κ在表格14中一同示出。

表格15示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态中各状态下的透镜系统总焦距f、F数Fno和半视角ω的值。在变焦镜头4中，当执行从广角端到远摄端的变焦操作时，第一透镜组GR1和第二透镜组GR2之间的间隔D6变化。另外，第二透镜组GR2和第三透镜组GR3之间的间隔D14变化。另外，第三透镜组GR3和第四透镜组GR4之间的间隔D16变化。表格16示出了上述的可变的间隔连同在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的透镜系统的总焦距f。

[表格13]

[表格14]

[表格15]

[表格16]

图14到16示出了上述数值示例4的各种像差。图14、15和16分别示出了在广角端状态、中间焦距状态和远摄端状态下的各种像差。图14至16各自示出了作为各种像差的球差、象散(场曲)和畸变。每一像差图示出了基于作为参考波长的d-线(具有587.6nm的波长)的像差。在图14至16中示出场曲的像差图中，实线(S)指示弧矢像平面中的像差的值，虚线(M)指示在子午像平面中的像差的值。

[数值示例中的其它数值数据]

表格17示出了与各数值示例中的上述条件表达式相关的值的概述。如从表格17能够看到的，每一数值示例中的值均它们在相应的条件表达式中的数值范围内。

[表格17]

[5.其它实施例]

根据本公开的技术不局限于关于上述实施例和示例的说明，而可以进行各种修改。

例如，在上述数值示例中示出的各部分的形状和数值仅是实施本技术的具体示例，本技术的技术范围不应基于此受限地理解。

另外，在上述实施例和示例中，已经关于基本上由四个透镜组构成的构造给出了说明。但是，可采用另外包括基本上不具有屈光力的透镜的构造。

根据上述示例性实施例和本发明的修改，可以实现至少以下构造。

[1]一种变焦镜头，包括：

第一透镜组，其具有负屈光力并且包括多个负透镜；

第二透镜组，其具有正屈光力；

第三透镜组，其具有负屈光力；和

第四透镜组，其具有正屈光力并且由一个正透镜构成，所述第一至第四透镜组从物体侧至图像侧依次布置，其中

从广角端到远摄端的变焦操作允许所述第一到第三透镜组沿着光轴移动，并且允许所述第四透镜组固定，

对焦操作允许所述第三透镜组沿着所述光轴移动，并且

满足以下条件表达式，

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

其中R1a是第一透镜组中的最物体侧的负透镜的物体侧上的曲率半径，

R1b是第一透镜组中的所述最物体侧的负透镜的图像侧上的曲率半径，

R4a是第四透镜组中的正透镜的物体侧上的曲率半径，并且

R4b是第四透镜组中的正透镜的图像侧上的曲率半径。

[2].根据[1]所述的变焦透镜，其中满足以下条件表达式，

0.5<|f2/f3|<0.9……(3)

其中f2是第二透镜组的焦距，并且

F3是第三透镜组的焦距。

[3].根据[1]或[2]所述的变焦透镜，其中满足以下条件表达式，

0.2<|f3/f4|<0.6……(4)

其中f4是所述第四透镜组的焦距。

[4]根据[1]至[3]中任一项所述的变焦镜头，其中满足以下条件表达式，

1<|f1/f2|<2……(5)

其中f1是所述第一透镜组的焦距。

[5].根据[1]至[4]中任一项所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组由一个负透镜构成。

[6].根据[1]至[5]中任一项所述的变焦镜头，另外包括位于第二透镜组中的光圈，该光圈构造成调节光量。

[7].根据[1]至[6]中任一项所述的变焦镜头，其中第四透镜组中的正透镜的全部透镜表面是球形的。

[8].根据[1]至[7]中任一项所述的变焦镜头，其中第一透镜组中的全部透镜表面是球形的。

[9].根据[1]至[8]中任一项所述的变焦镜头，其中第一透镜组由从所述物体侧朝向所述图像侧依次布置的第一负透镜、第二负透镜和正透镜构成。

[10].根据[1]至[9]中任一项所述的变焦镜头，其中满足以下条件表达式，

3<Lmax/Y<7……(6)

其中Lmax是变焦透镜在从广角端状态到远摄端状态的范围内的总长度的最大值，并且

Y是最大图像高度。

[11].根据[1]至[10]中任一项所述的变焦镜头，另外包括基本上不具有屈光力的透镜。

[12].一种成像设备，包括：

变焦透镜；和

成像器件，其构造成基于由变焦透镜形成的光学图像输出成像信号，

所述变焦透镜包括

第一透镜组，其具有负屈光力并且包括多个负透镜，

第二透镜组，其具有正屈光力，

第三透镜组，其具有负屈光力，和

第四透镜组，其具有正屈光力并且由一个正透镜构成，第一至第四透镜组从物体侧至图像侧依次布置，其中

从广角端到远摄端的变焦操作允许第一到第三透镜组沿着光轴移动，并且允许第四透镜组固定，

对焦操作允许第三透镜组沿着所述光轴移动，并且

满足以下条件表达式，

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

R4a是第四透镜组中的正透镜的物体侧上的曲率半径，并且

R4b是第四透镜组中的正透镜的图像侧上的曲率半径。

[13].根据[12]所述的成像设备，其中变焦镜头另外包括基本上不具有屈光力的透镜。

本领域技术人员应理解，依据设计要求及其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合以及替代，只要它们在所附权利要求书或其等效文本的范围内。

Claims

1.一种变焦镜头，包括：

第一透镜组，所述第一透镜组具有负屈光力并且包括多个负透镜；

第二透镜组，所述第二透镜组具有正屈光力；

第三透镜组，所述第三透镜组具有负屈光力；和

第四透镜组，所述第四透镜组具有正屈光力并且由一个正透镜构成，所述第一至第四透镜组从物体侧至图像侧依次布置，其中

对焦操作允许所述第三透镜组沿着所述光轴移动，并且

满足以下条件表达式，

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

其中R1a是所述第一透镜组中的最物体侧的负透镜的物体侧上的曲率半径，

R1b是所述第一透镜组中的所述最物体侧的负透镜的图像侧上的曲率半径，

R4a是所述第四透镜组中的正透镜的物体侧上的曲率半径，并且

R4b是所述第四透镜组中的正透镜的图像侧上的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中满足以下条件表达式，

0.5<|f2/f3|<0.9……(3)

其中f2是所述第二透镜组的焦距，并且

F3是所述第三透镜组的焦距。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中满足以下条件表达式，

0.2<|f3/f4|<0.6……(4)

其中f4是所述第四透镜组的焦距。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中满足以下条件表达式，

1<|f1/f2|<2……(5)

其中f1是所述第一透镜组的焦距。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组由一个负透镜构成。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，进一步包括位于所述第二透镜组中的光圈，所述光圈构造成调节光量。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第四透镜组中的正透镜的全部透镜表面是球形的。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组中的全部透镜表面是球形的。

9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组由从所述物体侧朝向所述图像侧依次布置的第一负透镜、第二负透镜和正透镜构成。

10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中满足以下条件表达式，

3<Lmax/Y<7……(6)

其中Lmax是所述变焦镜头在从广角端状态到远摄端状态的范围内的总长度的最大值，并且

Y是最大图像高度。

11.一种成像设备，包括：

变焦镜头；和

成像器件，所述成像器件构造成基于由所述变焦镜头形成的光学图像输出成像信号，

所述变焦镜头包括

第一透镜组，所述第一透镜组具有负屈光力并且包括多个负透镜，

第二透镜组，所述第二透镜组具有正屈光力，

第三透镜组，所述第三透镜组具有负屈光力，和

对焦操作允许所述第三透镜组沿着所述光轴移动，并且

满足以下条件表达式，

1<(R1a+R1b)/(R1a-R1b)<5……(1)

2<(R4a+R4b)/(R4a-R4b)<7……(2)

R4b是所述第四透镜组中的正透镜的图像侧上的曲率半径。