CN100458490C - 变焦透镜、数码相机和便携式信息设备 - Google Patents

Abstract

本发明的变焦透镜包括：第一透镜组G1，它离像平面一侧的距离固定并且具有负的折射率；第二透镜组G2，它具有正的折射率并且在变焦期间会移动；第三透镜组G3，它具有正的折射率并且在变焦期间会移动；以及第四透镜组G4，它离像平面一侧的距离固定并且具有正的折射率。从物方到像平面一侧依次排列着第一、第二、第三和第四透镜组G1-G4。第三透镜组G3包括光圈s、折射率为正的透镜13和折射率为负的透镜14，它们三个从物方到像平面一侧依次排列着。该变焦透镜具有高性能和大变焦率，并且因其简单的结构而显得很紧凑。

Description

变焦透镜、数码相机和便携式信息设备

技术领域

本发明涉及小尺寸的变焦透镜，尤其涉及被包含在手持式终端和移动电话中且因透镜总长度减小而具有卓越的便携性的变焦透镜，还涉及使用这种变焦透镜的数码相机和便携式信息设备。

背景技术

近年来，像PDA(个人数字助理)、移动电话等手持式终端已普及，并且它们中的大多数都携带成像器件，比如数码相机。这些成像器件使用小尺寸的CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器来实现小型化。随着这些设备的普及，要求成像设备要更小且要实现高清晰和高性能，其结果是将变焦透镜安装到像移动电话这种很薄的铸件上。

在这种被安装在便携式终端(比如移动电话)上的变焦透镜中，常规的变焦透镜因驱动其中最靠近物方的透镜而在灰尘控制和耐冲击性方面并不理想，而结构化之后只驱动其内部透镜同时最靠近物方和像方的透镜固定不变的变焦透镜则因其具有足够的坚固性且容易控制灰尘而适用于便携式设备。

作为这样一种变焦透镜，JP H11-249016揭示了一种由四个负、正、正、正元件构成的变焦透镜，该变焦透镜从物方一侧起依次具有折射率为负的第一透镜组、以及折射率皆为正的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，其中只驱动第二透镜组和第三透镜组来执行可变放大过程。在这种变焦透镜中，第一透镜组和第二透镜组之间设置一光圈，并且若干透镜粘在一起形成第四透镜组，从而实现了一种紧凑、小巧且多透镜的变焦透镜。

作为相同类型的光学系统，JP 3493406揭示了一种变焦透镜，其中通过大量使用非球面，由一块透镜构成所有的透镜组。

然而，在JP H11-249016所揭示的结构中，由两块透镜构成的第四透镜组靠近像平面，所以其外直径很大而其曲率半径很小，这将使透镜的厚度无法减小。因此，由两块透镜构成的第四透镜组使光学系统的总长度显著增大。此外，如JP 3493406所揭示的那样，由一块透镜构成的各透镜组使校正色差变得很难。

发明内容

考虑到这些问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、紧凑、变焦率大且高性能的变焦透镜以及使用这种变焦透镜的数码相机和便携式信息设备。

为了实现上述目标，提供了一种变焦透镜，它包括：

第一透镜组，它离像平面的距离固定且具有负的折射率；

第二透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；

第三透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；以及

第四透镜组，它离像平面的距离固定且具有正的折射率；

其中从物方到像方依次排列着第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组，以及

在所述第三透镜组中，从所述物方到所述像平面一侧依次排列着所述光圈、所述折射率为正的透镜和所述折射率为负的透镜。

根据具有上述结构的变焦透镜，负、正、正、正类型的变焦透镜在坚固性和灰尘控制方面很卓越并且其第一透镜组和第四透镜组固定不动，这有可能使变焦透镜的总长度达到最小，同时充分地校正色差。因此，可以实现结构简单、紧凑、变焦率大且高性能的变焦透镜。应该注意到，术语“透镜组”可以不仅指代多个透镜构成的组，还可以指代单个透镜。

根据本实施例的变焦透镜，从物方到像方依次排列着光圈、折射率为正的透镜以及折射率为负的透镜，所以折射率为正的透镜和折射率为负的透镜的有效直径可以被设置在与光圈的有效直径相同的水平。

在一个实施例中，当从广角端变焦到远摄端时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔单调减小，而第三透镜组和第四透镜组之间的间隔单调增大。

根据本实施例的变焦透镜，身为主要的图像形成组的第三透镜组越靠近物方，则焦距就变得越长。结果，在从广角端变焦到远摄端期间，第三透镜组的更大的移动距离通常可以增大放大率。相应地，在变焦期间随着第三透镜组移向物方，第二透镜组也移向物方，所以可以确保第三透镜组的可移动范围并且可以实现高放大率。

根据本发明的另一方面，提供了一种变焦透镜，它包括：

第一透镜组，它离像平面的距离固定并且具有负的折射率；

第二透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；

第三透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；以及

第四透镜组，它离所述像平面的距离固定并且具有正的折射率；

其中从物方到像平面一侧依次排列着所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组，以及

所述第三透镜组具有光圈、折射率为正的透镜和折射率为负的透镜，

当从广角端变焦到远摄端时，所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的间隔会增大，以及

当从所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间隔达到最小化的那个位置变焦到远摄端时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间隔的变化量是所述第二透镜组的最大移动量的1/10或更小。

根据本实施例的变焦透镜，为了确保第三透镜组的可移动范围，在从第一透镜组和第二透镜组之间的距离达到最小化的那个位置变焦到远摄端的过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔变化量被设为第二透镜组最大移动量的1/10或更少。这便有可能获得足够的放大率。

在一个实施例中，变焦透镜还包括机械快门，该机械快门被置于第三透镜组和第四透镜组之间且靠近第三透镜组。

根据本实施例的变焦透镜，机械快门被置于第三透镜组和第四透镜组之间且靠近第三透镜组。因为该机械快门靠近光圈，所以机械快门的孔径尺寸可以有所减小，这有利于小型化。与机械快门被置于像平面附近的情况不同，在聚焦光通量的位置可以释放快门，因此，有可能抑制因快门速度而导致的外围光量的减小。

在一个实施例中，第一透镜组仅由一块透镜构成。

根据本实施例的变焦透镜，用大有效直径的一块透镜来构成第一透镜组有可能使多个透镜的厚度所导致的变焦透镜的总长度的增量达到最小。

在一个实施例中，第一透镜组是在物方具有凸面的半月形透镜。

根据本实施例的变焦透镜，将在物方一侧具有凸面的半月形透镜用作第一透镜组有可能使广角端保持很高的外围光量比率。

在一个实施例中，半月形透镜在像平面一侧的凹面是非球面。

根据本实施例中的变焦透镜，使第一透镜组的半月形透镜的表面形成非球面有可能实现偏轴光束的充分的色差校正，并且有可能由一块透镜构成第一透镜组，这对小型化有利。

在一个实施例中，在第一透镜组中，使半月形透镜在像平面一侧的凹面的表面形状用树脂形成非球面。

根据本实施例中的变焦透镜，使第一透镜组的半月形透镜在像平面一侧的表面形成带树脂的非球面有可能实现偏轴光束的充分的色差校正，并且有可能由一块透镜构成第一透镜组，这对小型化有利。

在一个实施例中，提供了一种包括上述变焦透镜的数码相机以及用于接收由变焦透镜所形成的图像的电子成像设备。

根据具有上述结构的数码相机，使用变焦透镜有可能实现小尺寸、大变焦率和高性能的数码相机。

在一个实施例中，提供了一种包括上述变焦透镜的便携式信息设备以及用于接收由变焦透镜所形成的图像的电子成像设备。

根据具有上述结构的便携式信息设备，使用变焦透镜有可能实现具有小尺寸、大变焦率和高性能照相功能的便携式信息设备。

从上文的描述中可清晰地看到，根据本发明的变焦透镜在坚固性和灰尘控制方面很卓越并且其第一透镜组和第四透镜组固定不动，在可以移动变焦(可变放大率)的第三透镜组中设置了光圈，并且第三透镜组由折射率为正的透镜和折射率为负的透镜构成，由此透镜数目增多所导致的变焦透镜总长度的增大可以最小化，因此有可能提供紧凑且能充分校正色差的变焦透镜。

根据本发明的数码相机，使用变焦透镜有可能实现小尺寸、大变焦率和高性能的数码相机。

根据本发明的便携式信息设备，使用变焦透镜有可能实现具有小尺寸、大变焦率和高性能照相功能的便携式信息设备。

附图说明

从下面的详细描述和附图中，可以对本发明作更全面地理解，附图仅用作解释说明，因此并不旨在限制本发明，其中：

图1A到1C是示出了本发明第一实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图2A到2C是示出了本发明第二实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图3A到3C是示出了本发明第三实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图4A示出了第一实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图4B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图4C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

图5A示出了第二实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图5B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图5C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

图6A示出了第三实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图6B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图6C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

具体实施方式

在下文中，将参照附图结合较佳实施例详细描述本发明的变焦透镜、数码相机和便携式信息设备。应该理解，本发明并不限于下文所揭示的实施例。

(第一实施例)

图1是示出了本发明第一实施例的变焦透镜的结构的横截面图，其中图1A示出了横截面中广角端处的变焦位置，图1B示出了横截面中中间焦距处的变焦位置，而图1C示出了横截面中远摄端处的变焦位置。在图1中，左手侧是物方，而右手侧是像方。图中的箭头显示变焦期间各透镜的移动。

如图1所示，第一实施例中的变焦透镜包括折射率为负的第一透镜组G1、折射率为正的第二透镜组G2、折射率为正的第三透镜组G3以及折射率为正的第四透镜组G4，从物方到像方依次排列着第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4。该变焦透镜是这样一种类型，其中在可变放大和聚焦(焦点重合)操作期间第一透镜组G1和第四透镜组G4固定不动，而第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴移动以便执行可变放大和聚焦。

第一透镜组G1是半月形透镜11，其凸面面对着物方，第二透镜组G2是折射率为正的透镜12，其凸面面对着物方而其凹面面对着像方。第三透镜组G3包括光圈s、在物方一侧折射率为正的透镜13、以及在像方一侧折射率为负的透镜14，从物方到像方依次排列着光圈s、透镜13和透镜14。第四透镜组G4是折射率为正的透镜15，其凹面面对着物方而其凸面面对着像方。玻璃块f(比如滤光片)被置于第四透镜组G4的像平面一侧。

第三透镜组G3中的光圈s和透镜13、14一起移动。

在上述变焦透镜结构中，固定第一透镜组G1和第四透镜组G4可以很容易提高变焦透镜的密封性能并且很容易实现卓越的灰尘控制和足够的坚固性。此外，负引导类型的变焦透镜(其中折射率为负的透镜被置于物方)通常具有大有效直径的第一透镜组，因此不驱动第一透镜组从机械结构方面考虑是有效的。

通常，将多种不同材料制成的折射率为正的透镜和折射率为负的透镜组合起来来校正透镜色差的做法是有效的。然而，增大透镜数目会导致变焦透镜的总长度增大，从而使小型化变得困难。因此，由多块透镜构成该组(该组可以使透镜数目增多所导致的变焦透镜总长度的增大最小化)来校正色差的做法是最有效的。

此外，考虑到强度等，要求透镜在其最薄的部分也要具有约0.5毫米到1.0毫米的厚度。要求双凹透镜的中心厚度大于此厚度范围，而要求双凸透镜的最外围部分比该厚度范围要厚。因此，在曲率半径完全相同的透镜中，有效直径更大的那些透镜需要具有更大的透镜厚度。因此，通过使用多个玻璃材料不同的透镜以便构成有效直径更小的透镜组，变得有可能在校正色差的同时使变焦透镜的总长度的增大最小化。

因此，具有光圈s的第三透镜组G3由多种不同材料制成的折射率为正的透镜和折射率为负的透镜构成，所以变得有可能在校正色差的同时使变焦透镜的总长度的增大最小化。

此外，通过放置第三透镜组G3使得从物方到像方依次排列着光圈s、折射率为正的透镜以及折射率为负的透镜，折射率为正的透镜和折射率为负的透镜的有效直径便可以被设置为与光圈s的有效直径相同的水平。减小光圈s的有效直径有可能会减小第三透镜组G3中的各透镜的有效直径。

注意到，如果第三透镜组G3被放置成使得从物方起依次排列着光圈s、折射率为负的透镜以及折射率为正的透镜，则折射率为正的透镜的有效直径会增大。

在第一实施例的透镜中，当从广角端变焦到远摄端时，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的间隔单调增大，而第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔单调减小。在本发明的变焦透镜中，因为第三透镜组G3是主要的图像形成组，所以第三透镜组G3越靠近像方，焦距就越长。结果，当透镜从广角端变焦到远摄端时，第三透镜组G3的更大的移动距离通常会增大放大率。因此，在变焦期间随着第三透镜组G3移向物方，第二透镜组G2也移向物方，这样，可以确保第三透镜组G3的可移动范围并且可以实现高放大率。

在具有上述结构的变焦透镜中，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的最短距离是2毫米或更大，这是一个相对大的距离，所以可以在此空间中设置机械快门17。在这种情况下，如果快门被置于第三透镜组G3和第四透镜组G4之间且靠近第三透镜组G3从而使得快门与第三透镜组G3一起移动，则变得有可能因快门靠近光圈s而减小该快门的孔径直径，这对小型化有利。与快门设置在像平面附近的情况不同，可以在聚焦光通量的位置处释放该快门，因此变得有可能抑制因快门速度而导致的外围光量的减小。

在第一实施例的变焦透镜中，通过将半月形透镜11(其凸面面对着物方)用作折射率为负的第一透镜组G1，变得有可能在广角端保持较高的外围光量比率。

此外，使第一透镜组G1的半月形透镜11在像平面一侧的表面形成非球面有可能对偏轴光束实现充分地像差校正，并且有可能用一块透镜来构成第一透镜组G1，这对小型化有利。

此外，用折射率很高的低色散玻璃材料构成第一透镜组G1对于像差校正很有效，因为增大透镜的曲率半径变得有可能，同时对于小型化也很有效，因为透镜的厚度减小了。

现在，表格1到3示出了第一实施例的变焦透镜的数值示例。表格1所示的表面数据的数值示例示出了从物方起关于各个表面的数据，这些数据包括曲率半径、透镜厚度或空间、相对于线d的折射率以及相对于线d的阿贝数值。表格1和2中的非球面是下面的非球面方程所表达的非球面：

$Z=\frac{\frac{Y^2}{R}}{1+\sqrt{1-(1+K)\frac{Y^2}{R^2}}}+{\mathrm{AY}}^4+{\mathrm{BY}}^6+{\mathrm{CY}}^8+{\mathrm{DY}}^{10}$ ……(方程1)

其中K表示圆锥常数，A、B、C、D表示非球面系数，Y表示到光轴的高度，R表示非球面顶点处的曲率半径，Z表示非球面顶点的切平面与非球面上到光轴的高度为Y的那一点之间的距离(垂直于该切平面而测得的)。

                       表格1

表面		曲率半径	轴向间隔	折射率	阿贝数值
						1		57.991	0.800	1.806	40.7
2	非球面	5.197	变量
						3	非球面	5.426	1.111	1.821	24.1
4	非球面	8.622	变量
						5	光圈	∞	0.100
6	非球面	2.847	1.234	1.589	61.3
						7	非球面	-14.705	0.325
8		15.596	0.900	1.847	23.8
						9		3.377	变量
10	非球面	23.775	1.288	1.821	24.1
						11	非球面	-144.264	2.204
12		∞	0.500	1.517	64.2
						13		∞

接下来，表格2示出了第一实施例的非球面数据。应该注意到，在表格2的浮点表示中，底数部分10由字母E表示，乘号*省略。例如，-0.122345*10^-15被表达为0.12345E-15(表格5、8和11都这样)。

                                    表格2

表面	R	k	A	B	C	D
							2	5.197	-0.7571	-4.9115E-04	8.1271E-05	-7.0593E-06	2.2531E-07
3	5.426	-0.8026	-9.1347E-04	7.2588E-05	-1.3737E-05	2.6138E-06
							4	8.622	0.7955	-1.0131E-03	5.6205E-05	-1.2237E-01	4.9175E-06
6	2.847	-0.3483	4.6918E-03	1.6649E-03	2.1798E-04	1.9961E-04
							7	-14.705	1.0000	1.2041E-02	5.0070E-03	-1.6771E-03	1.1331E-03
10	23.775	-1.0000	-9.5601E-03	4.3523E-04	3.2475E-05	2.9535E-06
							11	-144.264	1.0000	-9.3534E-03	3.1293E-04	3.3541E-05	-2.9535E-06

接下来，表格3示出了第一实施例的变焦数据。在表格3中，术语“间隔2”是指第二表面和第三表面之间的距离(毫米)，术语“间隔4”是指第四表面和第五表面之间的距离(毫米)，术语“间隔9”是指第九表面和第十表面之间的距离(毫米)。

                                表格3

	广角端	中间焦距	远摄端
				视角	36.6	20.4	14.6
焦距	4.80	9.60	13.68
				间隔2	5.017	1.431	1.331
间隔4	4.726	3.689	0.980
				间隔9	2.295	6.918	9.719

图4A到4C示出了与第一实施例相对应的无穷大处的像差，其中图4A示出了广角端处的像差，图4B示出了中间焦距处的像差，图4C示出了远摄端处的像差，从左手侧起依次是球差、散光和扭曲像差。

在图4A-4C左手侧示出的球差图中，虚线表示线d(波长为587.6纳米)，实线表示线c(波长为656.3纳米)，点划线表示线f(波长为486.1纳米)。在图4A-4C中间示出的散光像差图中，实线S表示径向图像表面，而虚线M表示切向图像表面。

在第一实施例中的变焦透镜中，如图4A到4C所示，在广角端、中间焦距和远摄端处，就球差、散光和扭曲像差而言，已实现了满足需要的光学特性。因此，可以用简单的结构实现紧凑、大变焦率且高性能的变焦透镜，因此可以实现小尺寸、瘦长且适用于便携式设备(比如移动电话和PDA)的变焦透镜。

(第二实施例)

图2是示出了本发明第二实施例的变焦透镜的结构的横截面图，其中图2A在横截面中示出了广角端处的变焦位置，图2B在横截面中示出了中间焦距处的变焦位置，而图2C在横截面中示出了在远摄端处的变焦位置。在图2中，左手侧是物方，而右手侧是像方。图中的箭头示出了变焦期间各透镜的移动情况。

如图2所示，第二实施例的变焦透镜包括折射率为负的第一透镜组G1、折射率为正的第二透镜组G2、折射率为正的第三透镜组G3和折射率为正的第四透镜组G4，从物方到像方依次排列着第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4。该变焦透镜是这样一种类型，其中第一透镜组G1和第四透镜组G4在可变放大和聚焦(焦点重合)操作期间固定不动，而第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴移动以便执行可变放大和聚焦。

第一透镜组G1是半月形透镜21，其凸面面对着物方，第二透镜组G2是折射率为正的透镜22，其凸面正对着物方而其凹面正对着像方。第三透镜组G3包括光圈s、折射率为正的透镜23以及折射率为负的透镜24，从物方到像方依次排列着光圈s、透镜23和透镜24。第四透镜组G4是折射率为正的透镜25，其凹面正对着物方而其凸面正对着像方。玻璃块f(比如滤光片)被设置在第四透镜组G4的像平面一侧。

光圈s被置于第三透镜组G3的物方一侧，并且光圈s和透镜23、24一起移动。

在上述变焦透镜结构中，固定第一透镜组G1和第四透镜组G4使得很容易提高变焦透镜的密封性并实现卓越的灰尘控制和足够的坚固性。

此外，具有光圈s的第三透镜组G3由多种不同材料制成的折射率为正的透镜23和折射率为负的透镜24构成，所以变得有可能在校正色差的同时使变焦透镜总长度的增大最小化。

此外，通过放置第三透镜组G3使得从物方到像方依次排列着光圈s、折射率为正的透镜23和折射率为负的透镜24，透镜23和透镜24的有效直径可以被设置为与光圈的有效直径相同的水平。减小光圈s的有效直径有可能减小第三透镜组G3中各透镜的有效直径。

在第二实施例中，第二透镜组G2在当从广角端变焦到中间时移向物方，然后，在从中间变焦到远摄端时又移向像方。通过将第二透镜组G2向像平面一侧前进的量设置为第二透镜组G2的驱动范围总长度的1/10或更小，便可以确保第三透镜组G3的可移动范围。当第二透镜组G2向像平面一侧移动的量变得大于上述设置时，第三透镜组G3的可移动范围将受到第二透镜组G2的限制，这将无法获得足够的放大率。

在具有上述结构的变焦透镜中，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的最短距离是2毫米或更大，这是相对较大的距离，所以可以在该空间中设置机械快门27。在这种情况下，如果快门被置于第三透镜组G3和第四透镜组G4之间且靠近第三透镜组G3以便使该快门与第三透镜组G3一起移动，则变得有可能减小孔径直径，因为快门靠近光圈s，这对小型化有利。与快门设置在像平面附近的情况不同，可以在聚焦光通量的位置处释放该快门，因此，变得有可能抑制因快门速度而导致的外围光量的减小。

在第二实施例的变焦透镜中，通过将半月形透镜21(其凸面正对着物方)用作折射率为负的第一透镜组G1，变得有可能使广角端处保持较高的外围光量比率。

此外，使第一透镜组G1的半月形透镜21在像平面一侧的表面形成非球面有可能对偏轴光束实现足够的像差校正，并且有可能由一块透镜构成第一透镜组G1，这有利于小型化。

此外，用高折射率低色散的玻璃材料构成第一透镜组G1对于像差校正很有效，因为有可能增大该透镜的曲率半径，而这也对小型化很有效，因为该透镜的厚度减小了。

现在，表格4到6示出了第二实施例的变焦透镜的数值示例。表格4所示的表面数据的数值示例示出了关于从物方起各表面的数据，这些数据包括曲率半径、透镜厚度或空间、相对于线d的折射率以及相对于线d的阿贝数值。表格4和5中的非球面是上述方程1所表达的非球面。

                            表格4

表面		曲率半径	轴向间隔	折射率	阿贝数值
						1		85.182	0.800	1.806	40.7
2	非球面	5.377	变量
						3	非球面	5.856	1.136	1.821	24.1
4	非球面	9.1985	变量
						5	光圈	∞	0.100
6	非球面	2.577	1.265	1.589	61.3
						7	非球面	-13.859	0.307
8		10.811	0.900	1.847	23.8
						9		2.706	变量
10	非球面	177.531	1.345	1.821	24.1
						11	非球面	-21.120	2.806
12		∞	0.500	1.517	64.2
						13		∞

接下来，表格5示出了第二实施例中的非球面数据。

                            表格5

表面	R	k	A	B	C	D
							2	5.377	-0.5478	-1.3626E-13	6.6750E-05	-7.2294E-06	2.5478E-07
3	5.856	-0.4176	-5.8212E-04	-1.4765E-04	3.2005E-05	-1.4571E-07
							4	9.185	-0.7003	-6.2275E-04	-2.0603E-04	6.6839E-05	-1.1119E-06
6	2.577	-0.4622	4.1894E-03	2.5944E-03	-2.6155E-04	3.8769E-04
							7	-13.859	-0.3843	1.3565E-02	5.9339E-03	-2.5111E-03	1.7132E-03
10	177.531	-1.0000	-9.5264E-03	5.0957E-04	3.8019E-05	-3.3353E-06
							11	-21.120	0.6999	-8.7471E-03	1.6765E-04	5.7223E-05	-3.0914E-06

接下来，表格6示出了第二实施例的变焦数据。

                表格6

	广角端	中间焦距	远摄端
				视角	36.6	20.4	14.6
焦距	4.8	9.60	13.68
				间隔2	4.642	1.238	1.251
间隔4	4.315	3.410	0.850
				间隔9	2.384	6.693	9.240

图5A到5C示出了与第二实施例相对应的无穷大处的像差，其中图5A示出了广角端处的像差，图5B示出了中间焦距处的像差，图5C示出了远摄端处的像差，从左手侧起依次是球差、散光和扭曲像差。

在图5A-5C左手侧示出的球差图中，虚线表示线d(波长为587.6纳米)，实线表示线c(波长为656.3纳米)，点划线表示线f(波长为486.1纳米)。在图5A-5C中间示出的散光像差图中，实线S表示径向图像表面，而虚线M表示切向图像表面。

在第二实施例中的变焦透镜中，如图5A到5C所示，在广角端、中间焦距和远摄端处，就球差、散光和扭曲像差而言，已实现了满足需要的光学特性。因此，可以用简单的结构实现紧凑、大变焦率且高性能的变焦透镜，因此可以实现小尺寸、瘦长且适用于便携式设备(比如移动电话和PDA)的变焦透镜。

(第三实施例)

图3是示出了本发明第三实施例的变焦透镜的结构的横截面图，其中图3A在横截面中示出了广角端处的变焦位置，图3B在横截面中示出了中间焦距处的变焦位置，而图3C在横截面中示出了在远摄端处的变焦位置。在图3中，左手侧是物方，而右手侧是像方。图中的箭头示出了变焦期间各透镜的移动情况。

如图3所示，第三实施例的变焦透镜包括折射率为负的第一透镜组G1、折射率为正的第二透镜组G2、折射率为正的第三透镜组G3和折射率为正的第四透镜组G4，从物方到像方依次排列着第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4。该变焦透镜是这样一种类型，其中第一透镜组G1和第四透镜组G4在可变放大和聚焦(焦点重合)操作期间固定不动，而第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴移动以便执行可变放大和聚焦。

第一透镜组G1是半月形透镜31，其凸面面对着物方，第二透镜组G2是折射率为正的透镜32，其凸面正对着物方而其凹面正对着像方。第三透镜组G3包括光圈s、折射率为正的透镜33以及折射率为负的透镜34，从物方到像方依次排列着光圈s、透镜33和透镜34。第四透镜组G4是折射率为正的透镜35，其凹面正对着物方而其凸面正对着像方。玻璃块f(比如滤光片)被设置在第四透镜组G4的像平面一侧。

光圈s被置于第三透镜组G3的物方一侧，并且光圈s和透镜33、34一起移动。

在上述变焦透镜结构中，固定第一透镜组G1和第四透镜组G4使得很容易提高变焦透镜的密封性并实现卓越的灰尘控制和足够的坚固性。

此外，具有光圈s的第三透镜组G3由多种不同材料制成的折射率为正的透镜33和折射率为负的透镜34构成，所以变得有可能在校正色差的同时使变焦透镜总长度的增大最小化。

此外，通过放置第三透镜组G3使得从物方到像方依次排列着光圈s、折射率为正的透镜33和折射率为负的透镜34，透镜33和透镜34的有效直径可以被设置为与光圈的有效直径相同的水平。减小光圈s的有效直径有可能减小第三透镜组G3中各透镜的有效直径。

在第三实施例中，第二透镜组G2在当从广角端变焦到中间时移向物方，然后，在从中间变焦到远摄端时又移向像方。通过将第二透镜组G2向像平面一侧前进的量设置为第二透镜组G2的驱动范围总长度的1/10或更小，便可以确保第三透镜组G3的可移动范围。当第二透镜组G2向像平面一侧移动的量变得大于上述设置时，第三透镜组G3的可移动范围将受到第二透镜组G2的限制，这将无法获得足够的放大率。

在具有上述结构的变焦透镜中，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的最短距离是2毫米或更大，这是相对较大的距离，所以可以在该空间中设置机械快门37。在这种情况下，如果快门被置于第三透镜组G3和第四透镜组G4之间且靠近第三透镜组G3以便使该快门与第三透镜组G3一起移动，则变得有可能减小该快门的孔径直径，因为快门靠近光圈s，这对小型化有利。与快门设置在像平面附近的情况不同，可以在聚焦光通量的位置处释放该快门，因此，变得有可能抑制因快门速度而导致的外围光量的减小。

在第三实施例的变焦透镜中，通过将半月形透镜31(其凸面正对着物方)用作折射率为负的第一透镜组G1，变得有可能使广角端处保持较高的外围光量比率。

此外，使第一透镜组G1的半月形透镜31在像平面一侧的表面形成非球面有可能对偏轴光束实现足够的像差校正，并且有可能由一块透镜构成第一透镜组G1，这有利于小型化。

此外，用高折射率低色散的玻璃材料构成第一透镜组G1对于像差校正很有效，因为有可能增大该透镜的曲率半径，而这也对小型化很有效，因为该透镜的厚度减小了。

在第三实施例中，折射率为1.85或更大的材料(这不可能通过模制玻璃材料而实现)被用于第一透镜组G1，此外，像平面一侧的表面形成带有树脂的非球面，以便改良特性。在物方一侧形成树脂层30是不期望的，因为易碎的表面暴露于变焦透镜的外部。

现在，表格7到9示出了第三实施例的变焦透镜的数值示例。表格7所示的表面数据的数值示例示出了关于从物方起各表面的数据，这些数据包括曲率半径、透镜厚度或空间、相对于线d的折射率以及相对于线d的阿贝数值。表格7和8中的非球面是上述方程1所表达的非球面。

                        表格7

表面

曲率半径

轴向间隔

折射率

阿贝数值

1		73.047	0.800	1.883	40.7
						2		5.448	0.020	1.530	45.0
3	非球面	4.859	变量
						4	非球面	5.733	1.263	1.821	24.1
5	非球面	10.925	变量
						6	光圈	∞	0.100
7	非球面	2.552	1.261	1.589	61.3
						8	非球面	-16.082	0.326
9		11.411	0.900	1.847	23.8
						10		2.807	变量
11	非球面	266.725	1.325	1.821	24.1
						12	非球面	-23.732	1.623
13		∞	0.500	1.517	64.2
						14		∞

接下来，表格8示出了第三实施例中的非球面数据。

                                表格8

表面	R	k	A	B	C	D
							3	4.859	-0.6092	-9.7687E-04	9.1153E-05	-6.1575E-06	1.1612E-07
4	5.733	-0.1755	-7.1164E-04	-1.0518E-04	2.3009E-05	-1.6582E-07
							5	10.925	0.9843	-3.9293E-04	-1.5167E-04	4.3342E-05	-5.5031E-07
7	2.552	-0.3670	4.6806E-03	2.8473E-03	-3.4749E-04	4.5226E-04
							8	-16.082	-1.0000	1.5184E-02	7.0825E-03	-3.3102E-03	2.2210E-03
11	266.725	1.0000	-6.1009E-03	-6.4503E-04	1.4519E-04	-7.0015E-06
							12	-23.732	1.0000	-5.5032E-03	-6.4740E-04	1.1384E-04	-4.4455E-06

接下来，表格9示出了第三实施例的变焦数据。

                        表格9

	广角端	中间焦距	远摄端
				视角	36.6	20.4	14.6
焦距	4.8	9.6	13.68
				间隔2	3.744	1.092	1.126
间隔4	5.165	3.434	0.850
				间隔9	2.473	6.857	9.406

图6A到6C示出了与第三实施例相对应的无穷大处的像差，其中图6A示出了广角端处的像差，图6B示出了中间焦距处的像差，图6C示出了远摄端处的像差，从左手侧起依次是球差、散光和扭曲像差。

在图6A-6C左手侧示出的球差图中，虚线表示线d(波长为587.6纳米)，实线表示线c(波长为656.3纳米)，点划线表示线f(波长为486.1纳米)。在图6A-6C中间示出的散光像差图中，实线S表示径向图像表面，而虚线M表示切向图像表面。

在第三实施例中的变焦透镜中，如图6A到6C所示，在广角端、中间焦距和远摄端处，就球差、散光和扭曲像差而言，已实现了满足需要的光学特性。因此，可以用简单的结构实现紧凑、大变焦率且高性能的变焦透镜，因此可以实现小尺寸、瘦长且适用于便携式设备(比如移动电话和PDA)的变焦透镜。

尽管在第一到第三实施例的表格1到表格9中示出了具体的数值示例，但是本发明的变焦透镜并不限于所揭示的实施例，但是第一透镜组到第四透镜组的折射率和像差应该适当地设置成，可以在广角端、中间焦距和远摄端处获得令人满意的光学特性(比如球差、散光和扭曲像差等特征)。

如第一到第三实施例所示，通过将本发明的变焦透镜与电子成像设备组合起来，本发明的变焦透镜有可能使整个照相机模块的厚度变得极小。因此，该变焦透镜可以很容易安装在便携式信息设备上，比如数码相机、移动电话和PDA(个人数字助理)。

本发明的变焦透镜可应用于便携用的小尺寸照相设备。

至此已描述了本发明的若干实施例，很明显在许多方面都可以对这些实施例作出改变。这些改变并不被视为背离本发明的精神和范围，并且所有这些修改正如本领域技术人员所明显看到的那样都旨在被包括在所附权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种变焦透镜，它包括：

第一透镜组，它离像平面的距离固定并且具有负的折射率；

第二透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；

第三透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；以及

第四透镜组，它离所述像平面的距离固定并且具有正的折射率；

其中从物方到像平面一侧依次排列着所述第一透镜组、所述第二透镜组、所述第三透镜组和所述第四透镜组，以及

在所述第三透镜组中，从所述物方到所述像平面一侧依次排列着光圈、折射率为正的透镜和折射率为负的透镜。

2.如权利要求1所述的变焦透镜，其特征在于，

当从广角端变焦到远摄端时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间隔单调减小，而所述第三透镜组和所述第四透镜组之间的间隔单调增大。

3.如权利要求2所述的变焦透镜，其特征在于，

当从所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间隔达到最小化的那个位置变焦到远摄端时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间隔的变化量是所述第二透镜组的最大前进量的1/10或更小。

4.如权利要求1或3所述的变焦透镜，其特征在于，

还包括被置于所述第三透镜组和所述第四透镜组之间且靠近所述第三透镜组的机械快门。

5.如权利要求1或3所述的变焦透镜，其特征在于，

所述第一透镜组仅由一块透镜构成。

6.如权利要求5所述的变焦透镜，其特征在于，

所述第一透镜组是在物方一侧具有凸面的半月形透镜。

7.如权利要求6所述的变焦透镜，其特征在于，所述半月形透镜在所述像平面一侧的凹面是非球面。

8.如权利要求7所述的变焦透镜，其特征在于，在所述第一透镜组中，所述半月形透镜在所述像平面一侧的凹面的表面形状用树脂形成非球面。

9.一种数码相机，它包括：

如权利要求1或3所述的变焦透镜，以及电子成像设备，用于接收由所述变焦透镜所形成的图像。

10.一种便携式信息设备，它包括：

如权利要求1或3所述的变焦透镜，以及

电子成像设备，用于接收由所述变焦透镜所形成的图像。

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