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CN103403603A - 变焦镜头和成像设备 - Google Patents

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CN103403603A
CN103403603A CN2011800603817A CN201180060381A CN103403603A CN 103403603 A CN103403603 A CN 103403603A CN 2011800603817 A CN2011800603817 A CN 2011800603817A CN 201180060381 A CN201180060381 A CN 201180060381A CN 103403603 A CN103403603 A CN 103403603A
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池田伸吉
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Fujifilm Corp
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Abstract

[技术问题]为了获得更紧凑的、轻质、低成本，高性能和高可变放大倍率的变焦镜头。[解决方案]一种变焦镜头，从物体侧开始依顺序包括：在放大倍率期间固定的正的第一透镜组(G1)、在放大倍率期间移动的负的第二透镜组(G2)、校正由于放大倍率导致的像面的位移的负的第三透镜组(G3)、和在放大倍率期间固定的正的第四透镜组(G4)。第一透镜组(G1)从物体侧开始依顺序包括负透镜(L11)和正透镜组(G1p)组成，所述正透镜组包括三个或更少的正透镜。第一透镜组(G1)中的负透镜(L11)和至少一个正透镜每一个都具有至少一个非球面表面。当fG1为第一透镜组的焦距以及d12为沿光轴在第一透镜组(G1)中的负透镜(L11)与紧邻所述负凸镜的图像侧的正透镜之间的距离时，满足下述公式(1)：0.14＜d12/fG1＜0.44...(1)。

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和成像设备，并且具体地涉及一种适于安装在电视摄像机、摄影机或类似设备上的变焦镜头，和包括该变焦镜头的成像设备。
背景技术
通常，四组型变焦镜头被已知为安装在电视摄像机、摄影机或类似设备上的变焦镜头。作为四组型变焦镜头，例如，存在如下所述的变焦镜头，其中作为从物体侧开始的第二透镜组的第二透镜组是用于改变放大倍率的透镜组，作为从物体侧开始的第三透镜组的第三透镜组校正由于改变放大倍率导致的像面的移动。这种变焦镜头在下文所述的专利文献1和2中被提出。
专利文献1公开了一种变焦镜头，其中作为最靠近物体侧透镜组的第一透镜组由六个透镜构成，其中所述六个透镜由从物体侧开始依顺序布置的一个负透镜和五个正透镜形成。专利文献2公开了一种变焦镜头，其中作为最靠近物体侧透镜组的第一透镜组由四个透镜或五个透镜构成，其中所述四个透镜或五个透镜由从物体侧开始依顺序布置的一个负透镜和三个或四个正透镜形成。
相关技术文献
专利文献
专利文献1：
日本未审专利公开第2005-084409号；
专利文献2：
日本专利第3507291号
发明内容
同时，近来的成像设备，例如电视摄像机和摄影机，通常被构造成通过诸如CCD(电荷耦合装置)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的成像装置对由变焦镜头形成的图像进行成像。近年来，随着诸如CCD和CMOS的成像装置的尺寸变小，也对成像设备以及安装在成像设备上的镜头系统的尺寸和重量的减小提出了要求。此外，近年来，随着具有高像素数的成像装置被研制以实现高图像质量，也对具有更高分辨率性能的镜头系统提出了要求。此外，期望研制具有高可变放大倍率并且可以执行更宽范围的摄像同时实现成本减小的变焦镜头。
然而，当试图在四组型变焦镜头中实现高性能和高可变放大倍率时，构成作为最靠近物体侧透镜组的第一透镜组的透镜的数量增加，并且尺寸变大。因此，变焦镜头的重量往往会变重。构成第一透镜组的透镜的数量可以减少，或构成第一透镜组的每个透镜的厚度可以减小以减小变焦镜头的尺寸、重量和成本。然而，在这种情况下，球面像差和像面特性往往会下降。因此，目前需要研制一种抑制各种像差的产生并且获得高分辨率和高可变放大倍率同时减小尺寸、重量和成本的变焦镜头。
专利文献1公开了一种具有约18倍的可变放大倍率的变焦镜头。该变焦镜头具有高性能，但构成第一透镜组的透镜的数量为六个。因此，该变焦镜头不利于减小尺寸、重量和成本。专利文献2公开了一种具有约20-35倍的可变放大倍率的变焦镜头，并且构成第一透镜组的透镜的数量为四个或更少。然而，在这些变焦镜头中，第一透镜组中的负透镜与紧邻所述负透镜的图像侧的正透镜之间的距离很窄，并且在广角侧进入第一透镜组中的多个正透镜的光线的高度往往会变高。因此，正透镜的直径往往会变大，并且会导致透镜系统的重量变重的风险。
考虑到前述问题，本发明的目的是提供一种变焦镜头和包括该变焦镜头的成像设备，其中所述变焦镜头能够实现尺寸、重量和成本减小，同时确保高性能和高可变放大倍率。
本发明的第一变焦镜头是包括以下部件的变焦镜头：
第一透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定；
第二透镜组，所述第二透镜组具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动；
第三透镜组，所述第三透镜组具有负折射光焦度并用于校正由于改变放大倍率导致的像面的波动；和
第四透镜组，所述第四透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组从物体侧开始依此顺序布置，
其中，第一透镜组由从物体侧开始依顺序布置的负透镜和正透镜组构成，所述正透镜组由三个或更少的正透镜构成；以及
其中第一透镜组中的负透镜和第一透镜组中的正透镜中的至少一个正透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面，以及
其中满足下述公式(1)：
0.14＜d12/fG1＜0.44...(1)，其中
d12为沿光轴在第一透镜组中的负透镜与紧邻所述负透镜的图像侧的正透镜之间的距离，以及
fG1为第一透镜组的焦距。
在本发明的第一变焦镜头中，具有正折射光焦度、负折射光焦度、负折射光焦度、和正折射光焦度的四个透镜组从物体侧开始依此顺序布置。该四组型变焦镜头在改变放大倍率期间移动第二透镜组，并且通过第三透镜组校正由于改变放大倍率导致的像面的波动。在该变焦镜头中，占该变焦镜头大部分重量的第一透镜组被以适当的方式构造而成。特别地，构成所述第一透镜组的透镜的数量为四个或更少，并且透镜的光焦度被适当地设置在该第一透镜组中。此外，非球面表面被应用到负透镜和正透镜两者，并且负透镜与紧邻该负透镜的图像侧的正透镜之间距离被适当地设定以满足公式(1)。当以这种方式构造所述变焦镜头时，易于减小尺寸、重量和成本，同时能够确保高性能和高可变放大倍率。
本发明的第二变焦镜头是包括以下部件的变焦镜头：
第一透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定；
第二透镜组，所述第二透镜组具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动；
第三透镜组，所述第三透镜组具有负折射光焦度并用于校正由于改变放大倍率导致的像面的波动；和
第四透镜组，所述第四透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组从物体侧开始依此顺序布置，
其中第一透镜组由从物体侧开始依顺序布置的负透镜和正透镜组构成，正透镜组由三个正透镜构成；以及
其中第一透镜组中的负透镜和第一透镜组中的正透镜中的至少一个正透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面，以及
其中通过仅移动第一透镜组中的两个图像侧正透镜执行调焦，以及
满足下述公式(5)：
0.08＜d23/fG1＜0.15...(5)，其中
d23为聚焦于无限远处物体期间沿光轴在正透镜组中从物体侧开始的第一正透镜与正透镜组中从物体侧开始的第二正透镜之间的距离，并且
fG1为第一透镜组的焦距。
在本发明的第二种变焦镜头中，具有正折射光焦度、负折射光焦度、负折射光焦度、和正折射光焦度的四个透镜组从物体侧开始依此顺序布置。该四组型变焦镜头在改变放大倍率期间移动第二透镜组，并且通过第三透镜组校正由于改变放大倍率导致的像面的波动。在该变焦镜头中，占该变焦镜头的大部分重量的第一透镜组被以适当的方式构造而成。特别地，构成所述第一透镜组的透镜的数量为四个，并且透镜的光焦度被适当地设置在该第一透镜组中。此外，非球面表面被应用到负透镜和正透镜两者，并且采用了内聚焦法。此外，在调焦期间移动的子透镜组与在调焦期间固定的子透镜组之间的距离被适当地设定以满足公式(5)。当以这种方式构造所述变焦镜头时，易于减小尺寸、重量和成本，同时能够确保高性能和高可变放大倍率。
本发明的第三变焦镜头是包括以下部件的变焦镜头：
第一透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定；
第二透镜组，所述第二透镜组具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动；
第三透镜组，所述第三透镜组具有负折射光焦度并用于校正由于改变放大倍率导致的像面的波动；和
第四透镜组，所述第四透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组从物体侧开始依此顺序布置，
其中，第一透镜组由从物体侧开始依顺序布置的负透镜和正透镜组构成，所述正透镜组由两个正透镜构成；以及
其中构成第一透镜组的所有透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面。
在本发明的第三种变焦镜头中，具有正折射光焦度、负折射光焦度、负折射光焦度、和正折射光焦度的四个透镜组从物体侧开始依此顺序布置。该四组型变焦镜头在改变放大倍率期间移动第二透镜组，并且通过第三透镜组校正由于改变放大倍率导致的像面的波动。在该变焦镜头中，占该变焦镜头的大部分重量的第一透镜组被以适当的方式构造而成。特别地，构成所述第一透镜组的透镜的数量为三个，并且透镜的光焦度被适当地设置在该第一透镜组中。此外，非球面表面被应用于构成所述第一透镜组的所有透镜中的每一个。当以这种方式构造所述变焦镜头时，易于减小尺寸、重量和成本，同时能够确保高性能和高可变放大倍率
在本发明的第一、第二和第三变焦镜头中，理想的是满足以下公式(2)和(3)：
22.0＜νn＜31.5...(2)；和
78.0＜νp...(3)，其中
νn是第一透镜组中的负透镜相对于d线的阿贝数，以及
νp是第一透镜组中的正透镜组相对于d线的平均阿贝数。
在本发明的第一、第二和第三变焦镜头中，理想的是满足以下公式(4)：
-3.30＜fn/fp＜-1.70...(4)，其中
fn是第一透镜组中的负透镜的焦距，以及
fp是第一透镜组中的正透镜组的焦距。
在本发明的第一变焦镜头中，所述第一透镜组可由从物体侧开始依顺序布置的具有负折射光焦度的前透镜组和具有正折射光焦度的后透镜组构成，并且可以而通过仅移动后透镜组执行调焦。
在本发明的第一和第三变焦镜头中，所述第一透镜组可由多个子透镜组构成，并且所述多个子透镜组中的至少两个在调焦期间彼此独立地移动。
在本发明的第一、第二和第三变焦镜头中，当每个透镜都是非球面透镜时，透镜的折射光焦度的符号代表近轴区域内的折射光焦度。
表述“紧邻负透镜的图像侧的正透镜”是指被设置在该负透镜的图像侧的正透镜，并且在所述负透镜和所述正透镜之间没有任何具有折射光焦度的光学部件。
本发明的成像设备包括前述的本发明的变焦镜头，和对所述变焦镜头形成的光学图像进行成像的成像装置。
根据本发明的变焦镜头，具有正折射光焦度、负折射光焦度、负折射光焦度、和正折射光焦度的四个透镜组从物体侧开始依此顺序布置。该四组型变焦镜头在改变放大倍率期间移动第二透镜组，并且通过第三透镜组校正由于改变放大倍率导致的像平波动。在该变焦镜头中，占该变焦镜头的大部分重量的第一透镜组被以适当的方式构造而成。因此，在可变放大倍率的整个范围内可以极好的方式校正各种像差。可以减小尺寸、重量和成本，同时能够确保高性能和高可变放大倍率。
本发明的成像设备包括本发明的变焦镜头。因此，该成像设备可以在高可变放大倍率下获得极好的图像。可以构造尺寸小，重量轻和成本低的本发明的成像设备。
附图说明
图1是显示本发明的示例1中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图2是显示本发明的示例2中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图3是显示本发明的示例3中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图4是显示本发明的示例4中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图5是显示本发明的示例5中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图6是显示本发明的示例6中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图7是显示本发明的示例7中的变焦镜头的透镜结构的剖视图，并且(A)为处于广角端时的状态，(B)为处于长焦端时的状态；
图8(A)至8(L)是本发明的示例1中的变焦镜头的像差图；
图9(A)至9(L)是本发明的示例2中的变焦镜头的像差图；
图10(A)至10(L)是本发明的示例3中的变焦镜头的像差图；
图11(A)至11(L)是本发明的示例4中的变焦镜头的像差图；
图12(A)至12(L)是本发明的示例5中的变焦镜头的像差图；
图13(A)至13(L)是本发明的示例6中的变焦镜头的像差图；
图14(A)至14(L)是本发明的示例7中的变焦镜头的像差图；以及
图15是显示根据本发明的一个实施例的成像设备结构的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的实施例加以描述。根据本发明的一个实施例的变焦镜头的横截面被描绘在图1(A)，图1(B)，图2(A)，图2(B)，图3(A)，图3(B)，图4(A)，图4(B)，图5(A)，图5(B)，图6(A)，图6(B)，图7(A)，和图7(B)中。图1(A)和图1(B)中描绘的结构示例对应于下文中将要加以描述的示例1的变焦镜头，如图1(A)上方所示。类似地，图2(A)至图7(B)中描绘的结构示例与将在下文中加以描述的示例2至7的变焦镜头相对应。这些结构示例的基本结构是相同的，并且用于描绘这些示意图的方法彼此是基本类似的。因此，这里，根据本发明的实施例的变焦镜头将主要参照图1(A)和图1(B)所示的结构示例加以描述。
该变焦镜头尺寸小、重量轻，同时具有例如约18倍的可变放大倍率。该变焦镜头由第一透镜组G1至第四透镜组G4形成的四个透镜组组成。图1(A)和图1(B)描绘了在聚焦于无限远处的物体的状态下分别在广角端和长焦端处的透镜的布局。附图的左侧为物体侧，图像的右侧为图像侧。此外，图1(A)和图1(B)之间的箭头示意性地描绘了在改变放大倍率时透镜组移动的路径。
当变焦镜头被安装在成像设备上时，理想的是将成像设备构造成包括用于保护成像装置的成像平面的盖玻片、棱镜(例如符合成像设备要求的分光(color separation))棱镜，和各种滤光器(例如低通滤光器和红外线截止滤光器)。图1(A)和图1(B)描绘了其中表示这些元件的平行平板状光学元件PP布置在第四透镜组G4和像面Sim之间的示例。
该变焦镜头通过沿光轴Z并且从物体侧开始依顺序布置具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定的第一透镜组G1、具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动的第二透镜组G2、具有负折射光焦度并且移动以校正由于改变放大倍率导致的像面波动的第三透镜组G3、和具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定的第四透镜组G4被构造而成。孔径光阑St可例如在第三透镜组G3和第四透镜组G4之间靠近第四透镜组G4的物体侧。在图1(A)和图1(B)中，孔径光阑St不代表该孔径光阑的尺寸或形状，而只代表在光轴上的位置。
第一透镜组G1由从物体侧开始依顺序布置的一个负透镜L11和由三个或更少的正透镜构成的正透镜组G1p组成。由于最靠近物体侧布置的第一透镜组G1中的透镜的外径较大，因此如果构成第一透镜组G1的透镜的数量增加并超出一个负透镜和三个或更少的正透镜的数量，则成本和重量增加。因此，难以减小成本和重量以达到满足近年来的需求的程度。
必需尽可能的减少透镜的数量以减小重量和成本。然而，仅通过简单地减少透镜的数量则难以获得理想的性能。因此，本发明的变焦镜头被构造成使得第一透镜组G1中的负透镜L11和正透镜组G1p中的至少一个正透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面以获得理想的性能，同时以较少数量的透镜数构造第一透镜组G1。如果第一透镜组G1中的所有透镜都是球面透镜而不使用任何非球面表面，则透镜的数量增加以校正各种像差，并且总长度将变长。因此，不能实现紧凑的结构并且无法减轻重量。
当最靠近物体侧负透镜L11为非球面透镜时，可以以极好的方式校正各种像差，例如离轴像差。此外，能够容易地获得高分辨率。此外，理想的是将非球面表面应用于正透镜组G1p中的最靠近图像侧透镜。在这种情况下，有利于校正长焦侧的球面像差和畸变像差。
例如，第一透镜组G1可由从物体侧开始依顺序布置的负透镜L11以及正透镜L12，L13和L14形成的四个透镜构成，如图1(A)和图1(B)的示例所示，并且由负透镜L11和正透镜L14形成的两个透镜可以是非球面透镜。由于大直径非球面透镜往往难以制造并且成本高，因此在第一透镜组G1中包括两个或更少的非球面透镜的特征具有成本优势。
可选地，例如，如图4(A)和4(B)的示例所示，当第一透镜组G1由从物体侧开始依顺序布置的负透镜L11、正透镜L12和L13形成的三个透镜构成时，所有三个透镜中的每一个都可具有至少一个非球面透镜。当构成第一透镜组G1的所有透镜都是非球面透镜时，可以尽可能地减少构成第一透镜组G1的透镜的数量，以使第一透镜组G1由三个透镜构成。因此，可以减小尺寸、重量和成本。
负透镜L11可以使双凹透镜，或负弯月透镜。当负透镜L11为负弯月透镜时，理想的是将凸起表面指向物体侧。如果负透镜L11是具有指向图像侧的凸起表面的负弯月透镜时，则在广角端处的像场弯曲率在弯月侧具有大的绝对值，并且畸变像差增加。此外，在长焦端处的球面像差在弯月侧具有大的绝对值。
在正透镜组G1p中，理想的是该正透镜组G1p中最靠近图像侧透镜为正弯月透镜并且其他透镜为双凸透镜。当正透镜组G1p中最靠近图像侧正透镜具有弯月形状时，可以将长焦端处的外围光线和广角端处的离轴光线逐渐地引导至第二透镜组G2。因此，可以增加校正长焦端处的球面像差的效果和校正广角端处的像场弯曲和畸变像差的效果。理想的是，除了正透镜组G1p中最靠近图像侧透镜之外，该正透镜组G1p中的其他透镜使用具有大阿贝数的材料以校正色像差。在这种情况下，当一个或多个透镜的厚度较厚时，校正色像差的效果较好。因此，理想的是采用双凸透镜。
此外，理想的是该变焦镜头适当地且任选地具有下述结构。作为理想模式，所述变焦镜头可包括下述结构之一，或者多个结构的任意组合。
理想的是，第一透镜组G1满足下述公式(1)：
0.14＜d12/fG1＜0.44...(1)，其中
d12为沿光轴在第一透镜组G1中的负透镜L11与紧邻该负透镜的图像侧的正透镜L12之间的距离，并且
fG1为第一透镜组G1的焦距。
公式(1)限定了第一透镜组G1中的负透镜L11与紧邻该负透镜的图像侧的正透镜L12之间的距离与第一透镜组G1的焦距的比值的适当范围。重要的是通过设定第一透镜组G1中的透镜之间的适当距离来布置第一透镜组G1中的透镜以通过较少数量的透镜以极好的方式校正像差和减小变焦镜头的尺寸。如果该值低于公式(1)的下限，并且负透镜L11和正透镜L12之间的空气的距离变窄，将难以以极好的方式校正在广角侧的像散和畸变以及在长焦侧的球面像差。此外，以及穿过负透镜L11的离轴光线在广角侧在高位置处进入正透镜L12。因此，包括在正透镜组G1p中的正透镜的直径增加，并且变得难以减轻重量。如果该值超出公式(1)的上限，并且负透镜L11和正透镜L12之间的空气的距离变宽，则负透镜L11和正透镜组G1p的光焦度变弱，并且总长度增加。因此，难以获得紧凑的变焦镜头。
理想的是满足下述公式(2)：
20.0＜vn＜31.5...(2)，其中
vn是第一透镜组G1中的负透镜L11相对于d线的阿贝数。
公式(2)限定了第一透镜组G1中的负透镜L11的阿贝数的适当范围。需要残余二次光谱较小，并且即使放大倍率改变，色像差的波动量也需要较小，以实现具有高可变放大倍率的高性能的变焦镜头。如果该值低于公式(2)的下限，则纵向色像差的残余二次光谱增加，并且在所获得的图像中产生彩色条纹。因此，变得难以获得充分的性能。此外，当该值低于公式(2)的下限时，则当前可用的许多光学材料将被染色。如果使用这种染色材料，则会出现色彩平衡的问题。当该变焦镜头被用在用于广播的电视摄像机中时，色彩平衡是重要的。如果该值超出公式(2)的上限，则第一透镜组G1中的负透镜L11的阿贝数和一个或多个正透镜的阿贝数之间的差变小。因此，一次色像差校正将变困难。
此外，理想的是满足下述公式(3)：
78.＜νp...(3)，其中
νp是第一透镜组G1中的正透镜组G1p相对于d线的平均阿贝数。
公式(3)限定了第一透镜组G1中的一个或多个正透镜的阿贝数的适当范围。需要残余二次光谱较小，并且即使改变放大倍率，色像差的波动量也需要较小以实现具有高可变放大倍率的高性能变焦镜头。如果该值低于公式(3)的下限，则纵向色像差的残余二次光谱增加，并在所获得的图像中产生彩色条纹。因此，变得难以获得充分的性能。
理想的是满足下述公式(4)
-3.30＜fn/fp＜-1.70...(4)，其中
fn是第一透镜组G1中负透镜L11的焦距，并且
fp是第一透镜组G1中的正透镜组G1p的焦距。
公式(4)限定了构成第一透镜组G1的负透镜L11的光焦度与构成第一透镜组G1的正透镜组G1p的光焦度的比值的适当范围。如果该值低于公式(4)的下限，则负透镜L11的光焦度变弱，广角侧的像散将变大。此外，在长焦侧的球面像差校正不足，并且校正将变得困难。因此，这不是理想的。如果该值超出公式(4)的上限，并且正透镜组G1p的光焦度变弱，则在长焦侧的色像差，尤其是纵向色像差增加。此外，变得难以以极好的方式校正球面像差，并且无法获得高性能。
第一透镜组G1的至少一部分可具有调焦功能以当物体的距离出现波动时通过在光轴方向上移动而进行调焦。例如，可采用通过移动整个第一透镜组G1执行调焦的整组伸出(whole-group extension)方法。
可选地，可以认为第一透镜组G1是由具有负折射光焦度的前透镜组和具有正折射光焦度的后透镜组构成的透镜组，并且可采用内聚焦(innerfocus)方法。在内聚焦方法中，当物体距离已经波动时，可通过仅移动后透镜组来执行调焦。在图1(A)和图1(B)所描绘的示例中，例如，可认为前透镜组是由负透镜L11和正透镜L12形成的组，并且可认为后透镜组是由正透镜L13和正透镜L14形成的组。当在调焦期间移动的透镜的数量为两个时，与整组伸出法相比，可以减少驱动系统的负载。此外，内聚焦法具有在调焦期间不改变透镜的总长度的优点。
可选地，可以认为第一透镜组G1是由多个子透镜组构成的透镜组，并且可采用悬浮聚焦(floating focus)法。在悬浮聚焦法中，当物体距离已经浮动时，在调焦期间多个子透镜组中的至少两个子透镜组彼此独立移动。当第一透镜组G1中的透镜的数量减少时，在物体距离波动期间的性能变化，尤其是在长焦侧上的性能变化变大。然而，可以通过采用内聚焦法或悬浮聚焦法抑制性能的变化。
当第一透镜组G1由从物体侧开始依顺序设置的一个负透镜L11和由三个正透镜构成的正透镜组G1p构成时，并且在物体距离已经波动时第一透镜组G1中只有两个图像侧正透镜移动以进行调焦时，理想的是满足以下公式(5)。这里，d23为在聚焦于无限远处物体期间沿光轴在第一透镜组G1中的正透镜组G1p中从物体侧开始的第一正透镜L12与正透镜组G1p中从物体侧开始的第二正透镜L13之间的距离，并且fG1为第一透镜组G1的焦距。
0.08＜d23/fG1＜0.15...(5)
公式(5)限定了第一透镜组G1中的正透镜L12和正透镜L13之间的距离与第一透镜组G1的焦距的比值的适当范围。如果该值低于公式(5)的下限，并且正透镜L12与正透镜L13之间的距离变窄，则焦程(focus stroke)变短。因此，将变得难以校正由于物体距离的波动导致的性能的变化。如果该值超出公式(5)的上限，并且正透镜L12与正透镜L13之间的距离变宽，则可以容易地校正由于物体距离的波动导致的性能变化。然而，第一透镜组G1的总长度变长，并且将变得难以获得紧凑的变焦镜头。
理想的是替代公式(1)至(5)分别满足下述公式(1-1)至(5-1)，以在分别满足公式(1)至(5)时进一步提高所获得的效果。
0.16＜d12/fG1＜0.42...(1-1)
22.0＜vn＜29.0...(2-1)
80.0＜vp...(3-1)
-3.10＜fn/fp＜-1.90...(4-1)
0.105＜d23/fG1＜0.130...(5-1)
例如，第二透镜组G2可由从物体侧开始依顺序布置的透镜L21，透镜L22，透镜L23，透镜L24和透镜L25形成的五个透镜构成。可选地，第二透镜组G2还可通过在透镜L25的图像侧进一步设置一个透镜L26而由六个透镜构成。
例如，第三透镜组G3可由从物体侧开始依顺序布置的透镜L31和L32形成的两个透镜构成。第四透镜组G4例如由从物体侧开始依顺序布置的透镜L41，透镜L42，透镜L43，透镜L44，透镜L45，透镜L46，透镜L47，透镜L48和透镜L49形成的9个透镜构成。
这里，当在恶劣的条件下例如户外使用变焦镜头1时，理想的是设置在最靠近物体侧的透镜使用抵抗由于风雨以及由日光直射导致的温度变化使表面恶化的材料、耐化学物(例如油脂和清洁剂)的材料。换言之，理想的是使用高度防水、耐天气变化、耐酸、耐化学物等的材料。此外，理想的是使用坚硬并且不易破损的材料。
当满足这些要求是重要的时，理想的是设置在最靠近物体侧的透镜的材料为玻璃。可选地，也可以使用透明陶瓷。
当变焦镜头在恶劣条件下使用时，理想的是涂敷多层防护涂层。此外，除防护涂层之外，还可涂敷用于减少使用期间的鬼光等的防反射涂层。
在图1(A)和图1(B)示出的示例中，光学部件PP被布置成更靠近最靠近图像侧透镜的图像侧。可选地，可以在透镜之间布置各种滤光器。可选地，具有与各种滤光器类似的功能的涂层也可以涂敷到透镜中的一个的透镜表面上。
接下来将描述本发明的变焦镜头的数值示例。如前文所述，图1(A)，图1(B)，图2(A)，图2(B)，图3(A)，图3(B)，图4(A)，图4(B)，图5(A)，图5(B)，图6(A)，图6(B)，图7(A)，和图7(B)分别描绘了示例1至示例7的变焦镜头的横截面。
表1显示了示例1的变焦镜头的基本透镜数据，表2显示了变焦数据，表3示出了非球面数据。类似地，表4至表21显示了示例2至7的变焦镜头的基本透镜数据、变焦数据和非球面数据。接下来，将以示例1的表为例，描述表中的符号的含义。示例2至7的表中的符号的含义基本上类似。
在表1的基本透镜数据中，列Si示出了第i(i＝1，2，3，...)个表面的表面编码。最靠近物体侧元件的物体侧表面的表面编码为一，并且该表面编码朝向图像侧依序增加。列Ri示出了第i个表面的曲率半径。列Di示出了沿光轴Z在第i个表面与第(i+1)个表面之间的距离。列Ndj示出了当最靠近物体侧透镜为第一透镜时，第j(j＝1，2，3，...)个透镜相对于d线(波长为587.6nm)的折射率，并且j的值朝向图像侧依序增加。此外，列vdj示出了第j个透镜相对于d线的阿贝数。
当表面的形状朝向物体侧凸起时，曲率半径的符号为正，当表面的形状朝向图像侧凸起时，则曲率半径的符号为负。此外，基本透镜数据包括孔径光阑St和光学部件PP。符号∞(孔径光阑)被写在用于孔径光阑的表面的曲率半径的列中。
在表1的基本数据中，D8，D17和D20被写在当放大倍率改变时改变的表面距离的行中。D8是第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的距离，D17是第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的距离，D20是第三透镜组G3与孔径光阑St之间的距离。然而，在示例3中，替代示例1中的D17和D20，分别使用D19和D22。在示例4至7中，替代示例1中的D8，使用D6。
表2中的变焦数据显示了整个系统的焦距f，F数(Fno.)，全视角2ω，和D8、D17与D20分别在广角端、中间、和长焦端的值。
在表1的透镜数据中，非球面表面的表面编码上标有*标记。表示1显示了作为非球面表面的曲率半径的近轴曲率半径的值。在表3中，S2等表示表1中所示的非球面的表面编码。表3示出了非球面表面的非球面系数。在表3的非球面系数的数值中，“E-n”(n为整数)表示“×10-n”，而“E+n”表示“×10n”。在下面的非球面公式中，非球面系数为系数KA，RAm(m＝3，4，5，...)。对于Ram，在表3中省略值为零的RAm。
Zd＝C·h2/{1+(1-KA·C2·h2)1/2}+∑RAm·hm，其中
Zd：非球面表面的深度(从该非球面表面上高度为h的点到与该非球面表面的顶点相接触并垂直于光轴的平面之间的垂直长度)，
h：高度(从光轴到透镜表面的长度)，
C：近轴曲率，和
KA，RAm：非球面系数(m＝3，4，5，...)。
这里，毫米(mm)用作长度单位。然而，由于通过成比例地放大或缩小光学系统可以使用光学系统，因此其他适当的单位也可以使用。此外，在每个表中，数值都被四舍五入到预定数位。
[表1]
示例1基本透镜数据
Si Ri Di Ndj ν.cj
(表面编码) (曲率半径) (表面距离) (折射率) (阿贝数)
1 -151.9228 1.778 1.755199 27.5
*2 219.9475 10.671
3 309.8431 10.815 1.433871 95.2
4 -99.6433 6.423
5 168.5436 7.496 1.499699 81.5
6 -199.9690 0.120
*7 44.8246 9.699 1.595220 67.7
*8 226.8464 D8
9 45.0656 0.800 2.001003 29.1
10 13.2163 5.542
11 -65.1412 0.800 1.882997 40.8
12 51.6740 1.167
13 189.0046 5.344 1.808095 22.8
14 -12.7763 0.800 1.834807 42.7
15 1106.0354 0.120
16 27.3028 2.220 1.620411 60.3
17 73.3538 D17
18 -27.1314 0.810 1.772499 49.6
19 96.3255 2.020 1.959060 17.5
20 -305.7395 D20
21 ∞(孔径光阑) 1.590
22 -286.9926 3.795 1.834807 42.7
23 -34.0079 2.350
24 69.3024 6.580 1.516330 64.1
25 -26.5704 0.800 1.882997 40.8
26 -109.6605 30.155
27 1985.2014 4.909 1.517417 52.4
28 -32.9537 0.120
29 51.2705 5.415 1.595220 67.7
30 -36.1663 0.814 1.834807 42.7
31 29.8376 1.558
32 46.4607 8.753 1.595220 67.7
33 -16.3624 0.958 1.882997 40.8
34 -94.5752 6.323
35 1857.1031 5.359 1.696797 55.5
36 -30.1887 0.000
37 ∞ 33.000 1.608589 46.4
38 ∞ 13.200 1.516329 64.1
39 ∞ 10.393
*：非球面表面
[表2]
示例1变焦数据
项目 广角端 中间 长焦端
f 8.03 33.38 138.90
F.no 1.85 1.85 2.63
2ω 72.91 18.16 4.47
D8 0.74 32.42 45.12
D17 43.72 7.87 8.07
D20 10.00 14.17 1.28
[表3]
示例1非球面数据
[表4]
示例2基本透镜数据
Si Ri Di Ndj ν.dj
(表面编码) (曲率半径) (表面距离) (折射率) (阿贝数)
1 -145.7504 1.767 1.755199 27.5
*2 226.8650 12.117
3 437.8860 10.063 1.433871 95.2
4 -99.6687 6.271
5 151.7725 8.667 1.433871 95.2
6 -158.7771 0.120
*7 44.4457 10.000 1.595220 67.7
*8 242.4168 D8
9 43.5353 0.800 2.001003 29.1
10 12.9702 5.720
11 -62.7634 0.800 1.882997 40.8
12 54.1691 1.281
13 184.0151 5.707 1.808095 22.8
14 -12.5910 0.800 1.834807 42.7
15 198.3882 0.120
16 28.6678 2.506 1.620411 60.3
17 118.4885 D17
18 -27.7821 0.810 1.772499 49.6
19 96.0813 2.192 1.959060 17.5
20 -316.3890 D20
21 ∞(孔径光阑) 1.760
22 -229.7556 3.712 1.882997 40.8
23 -34.4068 2.291
24 70.1113 6.434 1.516330 64.1
25 -26.6554 0.800 1.882997 40.8
26 -1203603 30.319
27 74.2288 5.975 1.518229 58.9
28 -37.9544 0.120
29 70.3221 4.519 1.595220 67.7
30 -43.2892 0.800 1.882997 40.8
31 31.8868 1.996
32 61.1426 7.876 1.595220 67.7
33 -16.7679 1.156 1.882997 40.8
34 -74.0798 6.681
35 292.0314 5.033 1.677900 55.3
36 -34.3381 0.000
37 ∞ 33.000 1.608589 46.4
38 ∞ 13.200 1.516329 64.1
39 ∞ 10.372
*：非球面表面
Figure BDA00003347371600181
示例2变焦数据
Figure BDA00003347371600182
[表6]
示例2非球面数据
Figure BDA00003347371600183
[表7]
示例3基本透镜数据
Si Ri Di Ndj ν.dj
(表面编码) (曲率半径) (表面距离) (折射率) (阿贝数)
*1 73931.7835 1.850 1.728250 28.5
*2 73.5660 11.254
3 105.9394 10.782 1.433871 95.2
4 -256.33628 7.322
5 76.6528 15.044 1.433871 95.2
6 -138.5098 0.120
*7 47.3994 6.135 1.729157 54.7
*8 96.5029 D8
9 52.8200 0.800 2.003300 28.3
10 13.3169 4.831
11 -49.2531 0.800 1.882997 40.8
12 44.2249 0.000
13 44.2249 5.975 1.808095 22.8
14 -14.9706 0.800 1.834807 42.7
15 75.2016 0.151
16 29.3858 4.324 1.669979 39.3
17 -32.5600 0.000
18 -32.5600 0.800 1.882997 40.8
19 -266.4241 D19
20 -28.0676 2.949 1.846609 23.8
21 -16.3517 0.800 1.816000 46.6
22 -183.2018 D22
23 ∞(孔径光阑) 1.683
24 -1092.8889 3.511 1.816000 46.6
25 -41.2137 0.120
26 61.6009 6.659 1.516330 64.1
27 -29.5692 1.200 1.882997 40.8
28 -98.0549 34.660
29 -137.1313 3.741 1.517417 52.4
30 -35.9861 2.910
31 35.5118 4.691 1.487490 70.2
32 -1651.5867 1.200 1.806100 33.3
33 24.6400 0.801
34 23.9799 8.707 1.496999 81.5
35 -25.2910 1.200 1.882997 40.8
36 -138.8889 0.120
37 51.3415 4.064 1.595509 39.2
38 -107.2742 0.000
39 ∞ 33.000 1.608589 46.4
40 ∞ 13.200 1.516329 64.1
41 ∞ 10.402
[表8]
示例3变焦数据
项目 广角端 中间 长焦端
f 7.99 33.23 138.29
Fno. 1.85 1.85 2.57
2ω 72.20 18.12 4.49
D8 0.76 33.70 47.15
D19 47.57 9.92 6.96
D22 7.07 11.78 1.29
[表9]
示例3非球面数据
[表10]
示例4基本透镜数据
Si Ri D1 Ndj νdj
(表面编码) (曲率半径) (表面距离) (折射率) (阿贝数)
*1 19250.0713 1.850 1.846660 23.8
*2 119.1805 21.019
*3 108.0924 17.081 1.433871 95.2
*4 -92.4908 0.120
*5 39.3325 10.432 1.569075 71.3
*6 192.6981 D6
7 55.9655 1.473 2.003300 28.3
8 13.4603 4.572
9 -58.1540 0.800 1.882997 40.8
10 25.7664 0.341
11 29.0351 5.830 1.808095 22.8
12 -17.7549 1.084 1.834807 42.7
13 143.3328 0.120
14 27.6905 4.912 1.669979 39.3
15 -25.4056 0.343
16 -28.1562 0.800 1.882997 40.8
17 168.8279 D17
18 -27.8881 2.983 1.846609 23.8
19 -15.8448 0.822 1.816000 46.6
20 -167.9113 D20
21 ∞(孔径光阑) 1.705
22 3415.6848 4.025 1.816000 46.6
23 -35.8061 0.120
24 53.1101 6.581 1.516330 64.1
25 -29.4083 1.200 1.882997 40.8
26 -212.1084 37.616
27 -72.8182 3.220 1.517417 52.4
28 -32.2461 0.525
29 34.7906 4.254 1.487490 70.2
30 263.3223 1.321 1.806100 33.3
31 22.1962 0.956
32 23.1843 8.596 1.496999 81.5
33 -23.1807 1.200 1.882997 40.8
34 -133.3979 2.328
35 61.3626 6.440 1.595509 39.2
36 -49.7440 0.000
37 ∞ 33.000 1.608589 46.4
38 ∞ 13.200 1.516329 64.1
39 ∞ 9.979
*：非球面表面
[表11]
示例4变焦数据
项目 广角端 中间 长焦端
f 8.14 33.86 140.87
Fno. 1.85 1.85 2.66
2ω 73.25 17.79 4.40
D6 0.18 31.46 44.16
D17 44.21 8.10 6.90
D20 7.47 12.30 0.80
[表12]
示例4非球面数据
Figure BDA00003347371600221
[表13]
示例5基本透镜数据
Si Ri D1 Ndi νdj
(表面编码) (曲率半径) (表面距离) (折射率) (阿贝数)
*1 897.6297 1.850 1.805181 25.4
*2 92.0187 23.595
*3 101.8243 14.732 1.433871 95.2
*4 -117.4187 0.120
*5 41.0704 10.197 1.569075 71.3
*6 322.2100 D6
7 49.6509 0.800 2.003300 28.3
8 12.9667 4.898
9 -59.7435 0.800 1.882997 40.8
10 34.5968 0.120
11 25.1490 5.934 1.808095 22.8
12 -18.9122 0.800 1.834807 42.7
13 94.7311 0.120
14 32.0059 4.514 1.669979 39.3
15 -24.7806 0.120
16 -24.3940 0.800 1.882997 40.8
17 177.0993 D17
18 -26.1475 3.29 1.846609 23.8
19 -15.7555 0.800 1.816000 46.6
20 -156.4289 D20
21 ∞(孔径光阑) 1.600
22 717373.8675 4.200 1.816000 46.6
23 -36.3545 0.120
24 54.9634 7.344 1.516330 64.1
25 -29.3178 1.200 1.882997 40.8
26 -114.1687 30.139
27 -59.6741 3.361 1.517417 52.4
28 -31.9622 0.500
29 30.8945 5.925 1.487490 70.2
30 1374.8591 1.200 1.806100 33.3
31 21.4373 1.095
32 22.4383 8.561 1.496999 81.5
33 -24.3572 1.200 1.882997 40.8
34 -133.1291 0.120
35 62.3256 8.890 1.595509 39.2
36 -56.5991 0.000
37 ∞ 33.000 1.608589 46.4
38 ∞ 13.200 1.516329 64.1
39 ∞ 10.417
*：非球面表面
[表14]
示例5变焦数据
项目 广角端 中间 长焦端
f 7.99 33.23 138.30
Fno. 1.85 1.85 2.76
2ω 73.29 18.33 4.52
D6 0.76 34.24 48.26
D17 50.08 11.63 5.89
D20 4.59 9.56 1.29
[表15]
示例5非球面数据
Figure BDA00003347371600241
[表16]
示例6基本透镜数据
Si Ri Di Ndj νdj
(表面编码) (曲率半径) (表面距离) (折射率) (阿贝数)
*1 -5831.6275 1.850 1.805181 25.4
*2 94.5187 23.131
*3 129.8679 15.121 1.433871 95.2
*4 -122.0668 0.120
*5 36.8256 11.187 1.569075 71.3
*6 314.7516 D6
7 45.3039 0.800 2.003300 28.3
8 14.4032 4.468
9 -44.9979 0.800 1.882997 40.8
10 55.8722 1.418
11 -72.5468 0.800 1.834807 42.7
12 18.2493 4.837 1.808095 22.8
13 -45.0629 0.120
14 25.9286 5.063 1.669979 39.3
15 -26.9911 0.120
16 -26.7292 0.800 1.882997 40.8
17 78.5731 D17
18 -25.1001 3.389 1.846609 23.8
19 -14.8443 0.800 1.816000 46.6
20 -162.8142 D20
21 ∞(孔径光阑) 1.605
22 -19965.9854 4.211 1.816000 46.6
23 -37.5017 0.120
24 59.6504 7.606 1.516330 64.1
25 -28.7781 1.200 1.882997 40.8
26 -99.8495 29.036
27 -63.8605 3.288 1.517417 52.4
28 -32.4332 2.703
29 31.1352 5.278 1.487490 70.2
30 683.3121 1.200 1.806100 33.3
31 21.8211 1.073
32 22.7054 8.575 1.496999 81.5
33 -23.9376 1.200 1.882997 40.8
34 -137.5625 0.120
35 64.1092 7.746 1.595509 39.2
36 -53.8530 0.000
37 ∞ 33.000 1.608589 46.4
38 ∞ 13.200 1.516329 64.1
39 ∞ 10.870
*：非球面表面
[表17]
示例6变焦数据
项目 广角端 中间 长焦端
f 7.99 33.24 138.31
Fno. 1.85 1.85 2.80
2ω 73.27 18.34 4.52
D6 0.76 33.98 47.68
D17 47.75 10.61 6.18
D20 6.64 10.55 1.29
[表18]
示例6非球面数据
Figure BDA00003347371600261
[表19]
示例7基三透镜数据
Figure BDA00003347371600271
*：非球面表面
[表20]
示例7变焦数据
项目 广角端 中间 长焦端
f 8.0O 33.24 138.32
Fno. 1.85 1.85 2.50
2ω 72.73 18.05 4.47
D6 0.76 31.50 43.68
D17 44.70 8.80 7.35
D20 6.86 12.02 1.29
[表21]
示例7非球面数据
Figure BDA00003347371600281
当物体距离已经波动时每个示例的变焦镜头的调焦方法例如可如下所述。示例1至3的变焦镜头可采用内聚焦法，其中只有第一透镜组G1中的透镜L13和L14在调焦期间移动。示例4的变焦镜头可采用整组伸出法，其中在调焦期间整个第一透镜组G1以整体方式移动。示例5至7的变焦镜头可采用悬浮聚焦法，其中由透镜L11和L12构成的第一子透镜组和由透镜L13和L14构成的第二子透镜组在调焦期间彼此独立地移动。前述每个示例的调焦方法并不是绝对方法，也可以采用除前述方法之外的其他调焦方法。
表22显示了与示例1至7的变焦镜头中的公式(1)至(5)对应的值。在示例1至7中，d线用作参考波长，并且表22显示了在参考波长下的数值。
[表22]
公式的值
公式 示例1 示例2 示例3 示例4 示例5 示例6 示例7
(1)d12/fG1 0.18 021 0.19 0.36 0.39 0.40 0.39
(2)νn 27.5 27.5 28.5 23.8 25.4 25.4 23.8
(3)νp 81.5 86.1 81.7 83.3 83.3 83.3 81.8
(4)fn/fp -2.4 -2.4 -2.1 -2.8 -2.5 -2.3 -3.0
(5)d23/fG1 0.11 0.11 0.12 - - - -
图8(A)至图8(D)分别示出了示例1的变焦镜头在广角端处的球面像差、像散、畸变(畸变像差)、和横向色像差(放大倍率的色像差)的像差图。图8(E)至图8(H)分别示出了示例1的变焦镜头在中焦位置的球面像差、像散、畸变(畸变像差)、和横向色像差(放大倍率的色像差)的像差图。图8(I)至图8(L)分别示出了示例1的变焦镜头在长焦端处的球面像差、像散、畸变(畸变像差)、和横向色像差(放大色像差)的像差图。图8(A)至图8(L)的像差图示出了物体距离为50m时的像差。
球面像差图描绘了相对于d线(波长587.6nm)，g线(波长436nm)和C线(波长和656.3nm)的像差。在像散图中，径向方向和切线方向上的像差分别用实线和虚线表示。在畸变图中，相对于d线的像差用实线表示。在横向色像差图描绘了相对于g线和C线的像差。在球面像差图中，Fno.表示F数，并且在其他像差图中，ω表示视角的一半。
类似地，图9(A)至图9(L)，图10(A)至图10(L)，图11(A)至图11(L)，图12(A)至图12(L)，图13(A)至图13(L)，和图14(A)至图14(L)分别给出了当物体距离为50m时，示例2至7的变焦镜头的像差图。
如上文的描述和数据所示，示例1至7的变焦镜头具有约17倍的高可变放大倍率，并且尺寸、重量和成本都被减小。此外，所述变焦镜头具有高光学性能，其中对于可变放大倍率的整个范围内都以极好的方式对各种像差进行了校正。
图15描绘了使用根据本发明的一个实施例的变焦镜头1的电视摄像机10的结构示意图，其是根据本发明实施例的成像设备的一个例子。图15示意性地描绘了包括在变焦镜头1中的正的第一透镜组G1，负的第二透镜组G2，负的第三透镜组G3，孔径光阑St，和正的第四透镜组G4。
电视摄像机10包括变焦镜头1，具有低通滤光器、红外线截止滤光器等的功能并设置在变焦镜头1的图像侧的滤光器2，设置在滤光器2的图像侧上的分色棱镜3R，3G和3B，和分别设置在分色棱镜的端面上的成像装置4R，4G和4B。所述成像装置4R，4G和4B将由变焦镜头1形成的光学图像转化为电信号。例如，可使用CCD，CMOS或类似器件。成像装置4R，4G和4B被布置成使得成像装置4R，4G和4B的成像平面与变焦镜头1的像面相配合。
此外，电视摄像机10包括用于处理来自成像装置4R，4G和4B的输出信号的信号处理单元5，用于显示由信号处理单元5形成的图像的显示单元6，用于控制变焦镜头1的可变放大倍率的变焦控制单元7，和用于调节变焦镜头的焦点的焦点控制单元8。这里，图15中描绘的电视摄像机10是所谓的3CCD型成像设备，其包括三个成像装置。然而，本发明的成像设备不仅限于这一类型，并且可以通过单个成像设备就可以对整个波长范围进行成像。
到目前为止，通过使用实施例和示例对本发明加以说明。然而，但本发明不仅限于前述的实施例或示例，而是可以进行各种修改。例如，每个透镜元件的曲率半径值、表面之间的距离、折射率、阿贝数、和非球面系数都不仅限于前述示例中的数值，而是可以是其他值。
此外，作为成像设备的实施例，电视摄像机作为示例被使用并被描绘在附图中。然而，本发明的成像设备并不仅限于该示例。例如，本发明可应用于其他成像设备，如摄影机。

Claims (12)

1.一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定；
第二透镜组，所述第二透镜组具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动；
第三透镜组，所述第三透镜组具有负折射光焦度并用于校正由于改变放大倍率导致的像面的波动；和
第四透镜组，所述第四透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组从物体侧开始依此顺序布置，
其中，所述第一透镜组由从所述物体侧开始依顺序布置的负透镜和正透镜组构成，所述正透镜组由三个或更少的正透镜构成；以及
其中所述第一透镜组中的负透镜和所述第一透镜组中的正透镜中的至少一个正透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面，以及
其中满足下述公式(1)：
0.14＜d12/fG1＜0.44...(1)，其中
d12为沿光轴在所述第一透镜组中的负透镜与紧邻所述负透镜的图像侧的正透镜之间的距离，以及
fG1为所述第一透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，满足下述公式(2)和(3)：
20.0＜vn＜31.5...(2)；和
78.0＜vp...(3)，其中
vn是所述第一透镜组中的负透镜相对于d线的阿贝数，并且
vp是所述第一透镜组中的正透镜组相对于d线的平均阿贝数。
3.根据权利要求1或2所述的变焦镜头，其中，满足下述公式(4)：
-3.30＜fn/fp＜-1.70...(4)，其中
fn是所述第一透镜组中的负透镜的焦距，以及
fp是所述正透镜组的焦距。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组由从物体侧开始依顺序布置的具有负折射光焦度的前透镜组和具有正折射光焦度的后透镜组构成，以及
其中通过仅移动所述后透镜组执行调焦。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的变焦镜头，其中，所述第一透镜组由多个子透镜组构成，以及
其中所述多个子透镜组中的至少两个在调焦期间彼此独立地移动。
6.一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定；
第二透镜组，所述第二透镜组具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动；
第三透镜组，所述第三透镜组具有负折射光焦度并用于校正由于改变放大倍率导致的像面的波动；和
第四透镜组，所述第四透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组从物体侧开始依此顺序布置，
其中所述第一透镜组由从所述物体侧开始依顺序布置的负透镜和正透镜组构成，所述正透镜组由三个正透镜构成；以及
其中所述第一透镜组的负透镜和所述第一透镜组中的正透镜中的至少一个正透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面，以及
其中通过仅移动所述第一透镜组中的两个图像侧正透镜执行调焦，以及
满足下述公式(5)：
0.08＜d23/fG1＜0.15...(5)，其中
d23为聚焦于无限远处物体期间沿光轴在所述正透镜组中从物体侧开始的第一正透镜与所述正透镜组中从物体侧开始的第二正透镜之间的距离，并且
fG1为所述第一透镜组的焦距。
7.根据权利要求6所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(5-1)：
0.105＜d23/fG1＜0.130...(5-1)。
8.一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，所述第一透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定；
第二透镜组，所述第二透镜组具有负折射光焦度并且在改变放大倍率期间移动；
第三透镜组，所述第三透镜组具有负折射光焦度并用于校正由于改变放大倍率导致的像面的波动；和
第四透镜组，所述第四透镜组具有正折射光焦度并且在改变放大倍率期间固定，所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组从物体侧开始依此顺序布置，
其中，所述第一透镜组由从所述物体侧开始依顺序布置的负透镜和正透镜组构成，所述正透镜组由两个正透镜构成；以及
其中构成所述第一透镜组的所有透镜中的每一个都具有至少一个非球面表面。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(1-1)：
0.16＜d12/fG1＜0.42...(1-1)，其中
d12是沿光轴在所述第一透镜组中的负透镜与紧邻所述负透镜的图像侧的正透镜之间的距离，以及
fG1是第一透镜组的焦距。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(2-1)和(3-1)：
22.0＜vn＜29.0...(2-1)；和
80.0＜vp...(3-1)，其中
vn是所述第一透镜组中的负透镜相对于d线的阿贝数，以及
vp是所述第一透镜组中的正透镜组相对于d线的平均阿贝数。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的变焦镜头，其中，满足以下公式(4-1)：
-3.10＜fn/fp＜-1.90...(4)，其中
fn是所述第一透镜组中的负透镜的焦距，以及
fp是所述第一透镜组中的正透镜组的焦距。
12.一种成像设备，包括：
根据权利要求1-11中任一项所述的变焦镜头；和
对由所述变焦镜头形成的光学图像进行成像的成像装置。
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