CN103221868B

CN103221868B - 变焦镜头

Info

Publication number: CN103221868B
Application number: CN201180055515.6A
Authority: CN
Inventors: 小里哲也
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP5687284B2; US8699147B2; CN103221868A; WO2012066735A1; JPWO2012066735A1; US20130250436A1

Abstract

本发明要解决的问题是使得三组式变焦镜头小型化同时防止在整个变焦范围内的像差。本发明提出一种变焦镜头，变焦镜头包括：具有负光焦度的第一透镜组(G1)；具有正光焦度的第二透镜组(G2)；和具有正光焦度的第三透镜组(G3)，第一、第二和第三透镜组依此顺序从物体侧布置；及孔径光阑(St)，孔径光阑与第二透镜组(G2)一体移动，变焦镜头通过改变第一与第二透镜组(G1、G2、)之间的距离以及第二与第三透镜组(G2、G3)之间的距离来执行变焦，其中：第二透镜组(G2)包括：具有正光焦度的第二组第一透镜(L21)，第二组第一透镜具有面对物体侧的凸面；整体上具有正光焦度的粘合透镜(Lc)；和具有负光焦度和至少一个非球面的第二组第四透镜(L24)，第二组第四透镜具有面对图像侧的凹面，第二组第一透镜、粘合透镜和第二组第四透镜依此顺序从物体侧布置。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头，并且更具体地涉及三组式变焦镜头。

背景技术

迄今为止，在要求紧凑并且具有高变焦比的数字照相机等的图像拍摄光学系统中，已经已知一种具有关于5×的相对较高的变焦比的四组式变焦镜头。

进一步地，尽管具有大约3×的变焦比，但是如例如在专利文献1、2和3中所述还已经已知一种用于通过减小透镜的数量进一步减小尺寸的三组式变焦镜头。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利第3433734号

专利文献2：日本专利第4245783号

专利文献3：日本专利公开第2003-307677号

发明内容

专利文献1中所述的变焦镜头包括具有负光焦度第一透镜组(在下文中，还被简称为“负的第一透镜组”)、正的第二透镜组和正的第三透镜组。第一透镜组包括从物体侧依此顺序布置的具有负光焦度的透镜(在下文中，还被简称为“负透镜”)、负透镜和正透镜，第二透镜组包括从物体侧依此顺序布置的正透镜、正透镜、负透镜和正透镜，而第三透镜组包括正透镜。这种变焦镜头的问题在于：因为由于第二透镜组中最靠近图像侧的透镜是正透镜并且需要增加物体侧的正透镜的有效直径使得第二变焦镜头中在物体侧的正透镜形成为具有弱光焦度，因此第二透镜组具有大外径。

专利文献2中所述的变焦镜头包括负的第一透镜组、正的第二透镜组和正的第三透镜组。第一透镜组包括从物体侧依此顺序布置的负透镜、负透镜和正透镜，第二透镜组包括从物体侧依此顺序布置的正透镜、正透镜、负透镜和负透镜，而第三透镜组包括正透镜。其中在如上所述第二透镜组中最靠近图像侧的透镜是负透镜的变焦镜头的问题在于当变焦比增加到5×时在整个变焦范围上难以控制像差，这是因为第一透镜组的光焦度增加。

专利文献3中所述的变焦镜头包括负的第一透镜组、正的第二透镜组和正的第三透镜组。第一透镜组包括从物体侧依此顺序布置的负透镜、负透镜和正透镜，第二透镜组包括从物体侧依此顺序布置的正透镜、正透镜、负透镜和正透镜，而第三透镜组包括正透镜。与专利文献1中所述的变焦镜头一样，这种变焦镜头的问题在于因为由于第二透镜组中最靠近图像侧的透镜是正透镜并且需要增加物体侧的正透镜的有效直径而使得在第二变焦镜头中物体侧的正透镜被形成为具有弱光焦度，因此第二透镜组具有大外径。

在上述情况下，要求在具有大约5×变焦比的三组式变焦镜头中能够既预防整个变焦范围上的像差又预防第二透镜组的外径的增加。

已经考虑到上述情况形成本发明，并且本发明的一个目的是提供一种紧凑但仍然能够防止整个变焦范围上的像差的三组式变焦镜头。

本发明的变焦镜头大致包括：具有负光焦度的第一透镜组；具有正光焦度的第二透镜组；和具有正光焦度的第三透镜组，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组依此顺序从物体侧布置；以及孔径光阑，所述孔径光阑与第二透镜组一体移动，所述变焦镜头通过改变第一透镜组与第二透镜组之间的距离以及第二透镜组与第三透镜组之间的距离来执行变焦，其中：

第一透镜组包括：具有负光焦度的第一组第一透镜，第一组第一透镜具有面对图像侧的凹面；具有负光焦度的第一组第二透镜，第一组第二透镜具有面对图像侧的凹面；和具有正光焦度和至少一个非球面的第一组第三透镜，第一组第三透镜具有面对物体侧的凸面，第一组第一透镜、第一组第二透镜和第一组第三透镜依此顺序从物体侧布置；

第二透镜组包括：具有正光焦度的第二组第一透镜，第二组第一透镜具有面对物体侧的凸面；整体上具有正光焦度的粘合透镜；和具有负光焦度和至少一个非球面的第二组第四透镜，第二组第四透镜具有面对图像侧的凹面，第二组第一透镜、粘合透镜和第二组第四透镜依此顺序从物体侧布置，其中粘合透镜包括具有正光焦度的第二组第二透镜和具有负光焦度的第二组第三透镜，第二组第二透镜具有面对物体侧的凸面，第二组第三透镜具有面对图像侧的凹面，第二组第二透镜和第二组第三透镜依此顺序从物体侧布置；以及

第三透镜组包括具有正光焦度的第三组第一透镜。

优选地，第一组第三透镜和第二组第四透镜两者都是塑料透镜，并且变焦镜头满足以下给出的条件表达式(1)：-0.2＜fw/f13+fw/f24＜0.2，其中：fw是整个变焦镜头系统在广角端处的焦距；f13是第一组第三透镜的焦距；以及f24是第二组第四透镜的焦距。

优选地，第三组第一透镜是具有至少一个非球面的塑料透镜。

优选地，变焦镜头满足以下给出的条件表达式(2)：0＜fw/f13+fw/f24+fw/f31＜0.4，其中f31是第三组第一透镜的焦距。

优选地，变焦镜头满足以下给出的条件表达式(3)：-3.0＜f1/fw＜-2.3，其中f1是第一透镜组的焦距。

优选地，变焦镜头满足以下给出的条件表达式(4)：1.8＜LT/(fw×U×tanω)＜2.3，其中：LT是整体光程；U是变焦比；以及ω是在广角端处在最大图像高度处的半视角。

变焦镜头可以通过移动第三透镜组来执行聚焦。

第二组第四透镜可以仅在物体侧透镜表面，或者仅在图像侧表面，或者在物体侧透镜表面和图像侧透镜表面具有非球面。

优选地，变焦镜头具有大于4×且小于6×的变焦比。

本发明的图像拍摄设备是包括上述变焦镜头和用于捕获由变焦镜头形成的光学图像的图像传感器的图像拍摄设备。

对于每一透镜的焦距和多个组合透镜的焦距(组合焦距)在正负之间进行区分，其中，如果当光束通过透镜时焦点位于透镜的出射侧，则透镜的焦距被确定为正，如果当光束通过透镜时焦点位于透镜的入射侧，则透镜的焦距被确定为负。

如果透镜的曲率半径朝向物体侧凸起，则透镜的曲率半径的符号为正，如果透镜的曲率半径朝向图像侧凸起，则透镜的曲率半径的符号为负。

在透镜表面是非球面的情况下，在近轴区域中定位透镜表面的凹入或凸起、折射本领的正或负、曲率半径等。

整体光程LT是在光轴上从当变焦被设定到长焦端时第一组第一透镜的物体侧透镜表面到当无穷远的对象通过变焦镜头形成在上面的成像表面的距离。要注意的是上述距离是包括后焦距的实际距离(真实距离)，而不是空气等效值。

根据本发明的变焦镜头，具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组和具有正光焦度的第三透镜组依此顺序从物体侧布置，并且设置与第二透镜组一体移动的孔径光阑，并且通过改变第一透镜组与第二透镜组之间的距离以及且第二透镜组与第三透镜组之间的距离执行变焦。这里，第一透镜组包括：具有负光焦度的第一组第一透镜，所述第一组第一透镜具有面对图像侧的凹面；具有负光焦度的第一组第二透镜，所述第一组第二透镜具有面对图像侧的凹面；和具有正光焦度和至少一个非球面的第一组第三透镜，所述第一组第三透镜具有面对物体侧的凸面，所述第一组第一透镜、所述第一组第二透镜和所述第一组第三透镜依此顺序从物体侧布置，第二透镜组包括：具有正光焦度的第二组第一透镜，所述第二组第一透镜具有面对物体侧的凸面；整体上具有正光焦度的粘合透镜；和具有负光焦度和至少一个非球面的第二组第四透镜，所述第二组第四透镜具有面对图像侧的凹面，所述第二组第一透镜、所述粘合透镜和所述第二组第四透镜依此顺序从物体侧布置，其中粘合透镜包括具有正光焦度的第二组第二透镜和具有负光焦度的第二组第三透镜，所述第二组第二透镜具有面对物体侧的凸面，所述第二组第三透镜具有面对图像侧的凹面，所述第二组第二透镜和所述第二组第三透镜依此顺序从物体侧布置，第三透镜组包括具有正光焦度的第三组第一透镜。这允许小型化变焦镜头，同时防止整个变焦范围上的像差。

即，因为第二组中在最靠近图像侧上的透镜是负透镜，因此第二透镜组中在物体侧的正透镜可以形成为具有强折射本领。这允许减小第二透镜组中的透镜的有效直径，使得整个第二透镜组的外径可以被减小。进一步地，因为第二透镜组中在最靠近图像侧的透镜具有至少一个非球面，因此可以在整个变焦范围上更加可靠地防止像差。

进一步地，如果本发明的变焦镜头被构造成通过在正交于光轴的方向上移动变焦镜头的第二透镜组以及通过在光学方向上移动整个变焦镜头缩回到图像拍摄设备的内部，则当缩回时变焦镜头在光轴方向上的厚度可以减小。

即，例如，越来越新近的数字照相机采用缩回方法，当将变焦镜头缩回到图像拍摄设备内部时，其中通过在垂直于光轴的方向上使特定透镜组移位并在光轴方向上移动每一个透镜组而将整个变焦镜头缩回到图像拍摄设备内部。在这种情况下，每一个透镜组沿光轴方向移动并缩回，使得在正交于光轴的方向上移位的透镜组和其它透镜组在光轴方向上不会重叠。这里，要求通过减小将要在正交于光轴的方向上移位的透镜组的外径，当整个变焦镜头缩回时整个变焦镜头在光轴方向上的厚度被减小，并且当整个变焦镜头缩回到图像拍摄设备内部时透镜镜筒的外径被减小。

根据上述本发明的变焦镜头的结构，使用负透镜作为设置在第二透镜组中最靠近图像侧的透镜允许进一步减小由于靠近孔径光阑定位而小于其它透镜组(第一和第三透镜组)的第二透镜组的外径。因此，如上所述，如果采取其中整个变焦镜头通过在正交于光轴的方向上移动第二透镜组并且在光轴方向上移动整个变焦镜头而被缩回的结构，则可以减小当整个变焦镜头缩回时整个变焦镜头在光轴方向上的厚度及其外径。因此，可以减小使整个变焦镜头缩回到图像拍摄设备内部中所需的空间。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的变焦镜头和图像拍摄设备的剖视图，其中显示了所述变焦镜头和所述图像拍摄设备的示意性结构；

图2A是配备有变焦镜头的图像拍摄设备的透视图，其中显示了所述图像拍摄设备的整体视图；

图2B显示了变焦镜头缩回之前的状态；

图2B显示了变焦镜头缩回之后的状态；

图3是共同显示当变焦被设定到广角端时示例1-7的变焦镜头的示意性结构的剖视图；

图4是示例1的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图5是示例2的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图6是示例3的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图7是示例4的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图8是示例5的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图9是示例6的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图10是示例7的变焦镜头的剖视图，其中比较地显示了变焦被设定到广角端、中点和长焦端的状态；

图11显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例1的变焦镜头的各种类型的像差；

图12显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例2的变焦镜头的各种类型的像差；

图13显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例3的变焦镜头的各种类型的像差；

图14显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例4的变焦镜头的各种类型的像差；

图15显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例5的变焦镜头的各种类型的像差；

图16显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例6的变焦镜头的各种类型的像差；以及

图17显示了当变焦被设定到广角端、中点和长焦端时示例7的变焦镜头的各种类型的像差。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的变焦镜头和配备有该变焦镜头的图像拍摄设备。

图1是本发明的变焦镜头和配备有该变焦镜头的图像拍摄设备的剖视图，其中显示了所述变焦镜头和所述图像拍摄设备的示意性结构。图2A是配备有变焦镜头的图像拍摄设备的透视图，其中显示了所述图像拍摄设备的总图。图2B和图2C显示了当变焦镜头缩回时该变焦镜头的外观，其中图2B显示了在变焦镜头缩回之前的状态，而图2C显示了在变焦镜头缩回之后的状态。

图中所示的图像拍摄设备200包括设备主体220、由设备主体220支撑的可伸缩镜筒150、设置在镜筒150内部的变焦镜头100、用于捕获表示通过变焦镜头100形成的对象H的光学图像Hk的图像传感器210、和由设置在变焦镜头100与图像传感器210之间的平面平行板形成的滤光器Lf。

对于滤光器Lf，可以使用低通滤光器、红外光截止滤光器等。

如图2A-2C所示，图像拍摄设备200被构造成将透镜镜筒150与变焦镜头100一起缩回并容纳在设备主体220内部。

通过图像传感器210捕捉表示对象H的通过变焦镜头100形成在图像传感器210的成像表面210J上的光学图像Hk。此后，从图像传感器210输出表示对象H的通过捕获图像获得的图像数据D1。从图像传感器210输出的图像数据D1被输入到存储装置230并存储在存储装置230中。

图像传感器210可以是CCD图像传感器、CMOS图像传感器等。

以下将描述变焦镜头的基本结构。

<变焦镜头的基本结构>

除了与第二透镜组G2一体移动的孔径光阑St之外，变焦镜头100包括三个透镜组：具有负光焦度的第一透镜组G1；具有正光焦度的第二透镜组G2；和具有正光焦度的第三透镜组G3。

三组式变焦镜头100通过改变第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的距离以及第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的距离来执行变焦。

孔径光阑St被设置成使得孔径光阑与第二透镜组G2的位置关系，即，与构成第二透镜组G2的每一个透镜的位置关系始终(包括当执行变焦时的时候)保持恒定。

这里，孔径光阑St设置在作为设置在第二透镜组G2中最靠近物体侧的透镜的第二组第一透镜L21的进一步靠近物体侧，但是可以使用其中孔径光阑St设置在作为设置在第二透镜组G2的最靠近图像侧的透镜的第二组第四透镜L24的进一步靠近图像侧或设置在第二组第一透镜L21与第二组第四透镜L24之间的可选设计。

第一透镜组G1包括从物体侧依此顺序布置的具有面对图像侧的凹面的负的第一组第一透镜L11、具有面对图像侧的凹面的负的第一组第二透镜L12、和具有至少一个非球面的正的第一组第三透镜L13，所述第一组第三透镜具有面对物体侧的凸面。

第二透镜组G2包括从物体侧依此顺序布置的具有面对图像侧的凸面的正的第二组第一透镜L21、具有面对物体侧的凸面的正的第二组第二透镜L22、具有面对图像侧的凹面的负的第二组第三透镜L23、和具有至少一个非球面的负的第二组第四透镜L24，所述第二组第四透镜具有面对图像侧的凹面。

要注意的是第二组第二透镜L22和第二组第三透镜L23构成整体上具有正光焦度的粘合透镜L_C。

第三透镜组G3包括正的第三组第一透镜L31。

根据变焦镜头100的这种结构，使用负透镜作为设置第二透镜组G2中在最靠近图像侧的第二组第四透镜L24允许由于靠近孔径光阑定位而小于其它透镜组(第一透镜组和第三透镜组)的第二透镜组的外径被进一步减小。因此，通过在光学方向(附图中的+Z方向)移动和缩回保持在透镜镜筒150中的整个变焦镜头100同时在正交于光轴(附图中的Y方向)的方向上移动第二透镜组G2，可以减小整个变焦镜头100在光学方向Z1上的厚度和透镜镜筒的外径。这可以减小数字照相机主体中摄像透镜缩回到里面的面积。

接下来，将描述进一步限制变焦镜头100的基本结构的结构。

<进一步限制变焦镜头的基本结构的结构>

以下将描述进一步限制变焦镜头100的基本结构的结构元件、所述结构元件的操作和作用。要注意的是进一步限制基本结构的这些结构元件对于本发明的变焦镜头100不是必不可少的。

本发明的变焦镜头100可以形成为满足进一步限制基本结构的结构元件中的一个或所述结构元件中的两个或更多个的组合。

以下将在这里一起描述由如下条件表达式(1)至(4)中出现的每一个符号表示的每一个参数含义：

fw是整个透镜系统在广角端处的焦距(如果当光线通过变焦镜头时光会聚的点(会聚点或焦点)在透镜的射出侧，则所述焦距为正，而如果所述点在透镜的入射侧，则焦距为负)；

f13是第一组第三透镜的焦距；

f24是第二组第四透镜的焦距；

f31是第三组第一透镜的焦距；

f1是第一透镜组的焦距；

LT是当通过将变焦设定到长焦端形成表示无穷远的对象的光学图像时第一透镜组第一透镜的物体侧透镜表面与上面形成有光学图像的成像平面之间在光轴Z1上的距离；

U是变焦比；以及

ω是广角端处最大图像高度处的半视角。

优选地，变焦镜头100是具有大于4×且小于6×的变焦比的三组式变焦镜头。更具体地，优选的是上述变焦镜头100是具有大约5×变焦比的三组式变焦镜头。

塑料透镜可以用于第一组第三透镜L13和第二组第四透镜L24两者。这允许变焦镜头100实现重量和成本降低。

进一步地，对于第三组第一透镜L31，可以使用具有至少一个非球面的塑料透镜。这可以减小变焦镜头100的总长度，藉此变焦镜头100可以实现重量和成本降低。

要注意的是第二组第四透镜L24可以仅在物体侧透镜表面上、仅在图像侧透镜表面上或在每一个透镜表面上具有非球面。

◇条件表达式(1)的结构限制条件表达式(1)：-0.2＜fw/f13+fw/f24＜0.2与由塑料形成的第一组第三透镜L13和第二组第四透镜L24的光焦度有关。

因为与玻璃透镜相比较塑料透镜由于温度变化具有较大的折射率变化，因此如果塑料透镜具有高光焦度，则在温度变化时焦点位移量增加。但是，如果变焦镜头100形成为满足条件表达式(1)，则可以防止变焦镜头100由于温度变化而产生焦点位移。

然而，如果变焦镜头100形成为超过条件表达式(1)上限或下限，会出现下述问题：第一组第三透镜L13和第二组第四透镜L24的组合光焦度增加并且在温度变化时焦点位移的量增加，藉此聚焦变得困难。

◇条件表达式(2)的结构限制

条件表达式(2)：0＜fw/f13+fw/f24+fw/f31＜0.4与由第一组第三透镜L13的光焦度、第二组第四透镜L24的光焦度和第三组第一透镜L31的光焦度有关。

如果变焦镜头100形成为满足条件表达式(2)，则可以防止由于温度变化导致变焦镜头100的焦点位移。

即，在其中透镜镜筒150由具有比金属的线性膨胀系数高的线性膨胀系数的塑性材料制成的情况下，当温度增加时透镜镜筒150大大膨胀，并且透镜镜筒150沿光轴方向的长度增加，使得构成变焦镜头100的每一个透镜与成像表面210J之间的距离增加。进一步地，由于塑性材料的折射率随温度增加而降低，因此塑料透镜的光焦度减小。

为此，可以通过由于透镜镜筒150的膨胀而增加保持塑料透镜的透镜镜筒150在光轴方向上的长度来补偿(取消)由于温度增加导致的后焦距的增加。因此，在其中第一组第三透镜L13、第二组第四透镜L24和第三组第一透镜L31是塑料透镜的情况下，如果透镜的组合光焦度落入由条件表达式(2)限定的不等式的范围内，则可以防止由于温度变化导致的成像表面210J的位置与通过变焦镜头100形成的光学图像Hk的位置(对象的图像位置)之间的未对准。

如果变焦镜头100被形成为落入到条件表达式(2)的下限以下，则在温度升高时难以补偿由于透镜镜筒150的膨胀而导致的焦点位移。

与此相反，如果变焦镜头100被形成为超过条件表达式(2)的上限，则对由于透镜镜筒150的膨胀导致的焦点位移的补偿变得过度，并且难以防止成像表面210J的位置与通过变焦镜头100形成的光学图像Hk的位置之间的未对准，即，图像拍摄设备由于温度变化导致的焦点位移。

◇条件表达式(3)的结构限制

条件表达式(3)：-3.0＜f1/fw＜-2.3并且更优选地条件表达式(3A)：-2.8＜f1/fw＜-2.5与第一透镜组G1的焦距有关。

如果变焦镜头100形成为满足条件表达式(3)，则可以防止整个变焦范围上的像差，并且可以实现小型化。

然而，如果变焦镜头100被形成为落入条件表达式(3)的下限以下，则第一透镜组G1的光焦度不适当地变弱并且整体透镜长度增加，从而使得难以小型化变焦镜头100。

与此相反，如果变焦镜头100被形成为超过条件表达式(3)的上限，则第一透镜组G1的光焦度不适当地变强，并且整个变焦范围上的像差校正变得困难。

要注意的是如果变焦镜头100被形成为满足条件表达式(3A)，则可以实现整个变焦范围上的更加完善的像差校正并进一步小型化变焦镜头。

◇条件表达式(4)的结构限制

条件表达式(4)：1.8＜LT/(fw×U×tanω)＜2.3并且更优选地条件表达式：(4A)1.9＜LT/(fw×U×tanω)＜2.1与当变焦被设定到长焦端时变焦镜头的整体光程有关。

如果变焦镜头100被形成为满足条件表达式(4)，则可以实现小型化并且防止整个变焦范围上的像差，并且进一步实现大约5×的相对较高的变焦比。

然而，如果变焦镜头100被形成为落入条件表达式(4)的下限以下，则虽然变得更加容易实现小型化以及相对较高的变焦比，但是会出现校正诸如场曲率等的像差变得困难的问题。

与此相反，如果变焦镜头100被形成为超过条件表达式(4)的上限，虽然变得更加容易校正诸如场曲率等的像差，但是会出现难以获得具有大约5×的相对较高的变焦比的变焦镜头的小型化。

要注意的是如果变焦镜头100被形成为满足条件表达式(4A)，则可以实现整个变焦范围上的更加完善的像差校正并进一步小型化透镜。

当使用数字照相机200拍摄照片时，需要高速聚焦。这可以通过在聚焦时移动轻质透镜组，即，通过用一个正透镜构成第三透镜组并在聚焦时移动第三透镜组来实现。进一步地，通过用轻质塑料透镜构成第三透镜组，可以进行高速聚焦。

<具体示例>

在下文中，以下参照图3-17以及表1-8描述根据本发明的变焦镜头的示例1-7的数值数据等。

图3是共同显示当变焦被设定到广角端时示例1-7的变焦镜头的示意性结构的剖视图。

图4-10分别是示例1-7的变焦镜头的剖视图，每一个都显示了当变焦被设定到变焦镜头的广角端、长焦端以及中点时该变焦镜头的示意性结构，并且比较性地显示了变焦依此顺序被设定到广角端、中点以及长焦端的状态。

图11-17分别显示了示例1-7的变焦镜头的各种像差。每一幅图都显示了当变焦依此顺序被设定到广角端、中点和长焦端时每一个变焦镜头的像差。

要注意的是图3-10中与显示变焦镜头100的图1中的符号相同的符号表示相应的部件。

图3中的符号S1-S18中的每一个都表示从物体侧朝向图像侧依序增加的第i(i＝1，2，3，-----)个光学面(透镜表面、孔径光阑St、滤光器表面)。这里，孔径光阑St对应于符号S7，滤光器Lf的物体侧表面和图像侧表面分别对应于符号S17和S18，并且S1-S18中的其它符号对应于透镜表面。

图3等中显示的符号L11，L12，-----L31表示设置在变焦镜头中的每一个透镜。要注意的是符号Lc表示由符号L22和L23表示的两个透镜的粘合透镜。进一步地，符号Lf表示诸如由平面平行板形成的低通滤光器、红外光截止滤光器等的光学构件。光学构件Lf不是变焦镜头的必要部件。

图3-10等中所示的符号G1-G3分别表示设置在变焦镜头中的透镜组。

表1-7分别显示了示例1-7的变焦镜头的基本数据。

在表1-7中的每一个的上侧提供透镜数据(由符号(a)表示)。附于透镜数据的表面编号的星号(*)表示该表面是非球面。

这里使用的非球面表达式如下给出：

Z = \frac{Y^{2} / R}{1 + {(1 - K \cdot Y^{2} / R^{2})}^{1 / 2}} + Σ_{i = 3}^{n} Ai \cdot Y^{i}

其中

Z：非球面的深度(从非球面上高度Y处的点到正交于光轴的与非球面顶点接触的平坦表面的竖直线的长度)(mm)；

Y：高度(距离光轴的距离)(mm)，

R：近轴曲率半径；以及

K，Ai：非球面系数(i＝3至n)。

表1-7中的每一个的中间提供广角端、中点和长焦端处的以下值(由符号(b)表示)：f表示整体透镜系统的焦距(单位mm)；fno表示F数；2ω表示总视角；以及D6、D14和D16表示透镜组中的每一个之间的距离(单位mm)。

进一步地，在表1-7中的每一个的下侧提供非球面系数(由符号(c)表示)。

表8为示例1-7的变焦镜头中的每一个提供范围由条件表达式(1)-(4)的不等式表达式限定的值(由不等式表达式中所述的公式计算的值)。

要注意的是示例1-7的变焦镜头中的每一个同时满足所有条件表达式(1)-(4)。

在表1-7中的每一个的透镜数据中，表面编号Si表示从物体侧朝向图像侧依序增加的第i个透镜表面等的编号。要注意的是透镜数据包括孔径光阑St。表面编号Si对应于图3中的每一个符号。

作为滤光器的光学构件Lf作为平面平行板包括在透镜数据中。

曲率半径Ri表示第i(i＝1，2，3，-----)个表面的曲率半径，而表面距离Di(i＝1，2，3，-----)表示第i个表面与第i+1个表面之间在光轴Z1上的表面距离。透镜数据中的符号Ri和Di对应于表示透镜表面等的符号Si(i＝1，2，3，-----)。

表面距离Di(i＝1，2，3，-----)的列包括表示表面距离或符号Dn(n是数值)的数值。设置符号Dn的位置对应于透镜组(气隙)之间的表面距离，并且这种表面距离(气隙)随着变焦放大率的改变而变化。

Ndj表示构成透镜或滤光器的第j(j＝1，2，3，-----)个光学构件相对于587.6nm(d线)的波长的折射率，其中j从物体侧朝向图像侧依序增加，而vdj表示第j个光学构件相对于d线的阿贝数。

光学构件相对于d线的阿贝数v是由公式v＝(Nd-1)/NF-NC)获得的值，其中NF表示光学构件相对于F线(486.1nm)的折射率，Nd表示光学构件相对于d线(587.6nm)的折射率，而NC表示光学构件相对于C线(656.3nm)的折射率。

这里，第一组第一透镜L11对应于第一光学构件，第一组第二透镜L12对应于第二光学构件，第一组第三透镜L13对应于第三光学构件，第二组第一透镜L21对应于第四光学构件，第二组第二透镜L22对应于第五光学构件，第二组第三透镜L23对应于第六光学构件，第二组第四透镜L24对应于第七光学构件，第三组第一透镜L31对应于第八光学构件，以及滤光器Lf对应于第九光学构件。

在表1-7中的透镜数据中，曲率半径和表面距离由mm表示，如果曲率半径朝向物体侧凸起则曲率半径被表示为正，而如果曲率半径朝向图像侧凸起，则曲率半径被表示为负。

示例1-7的变焦镜头中的对应于符号L13、L24和L31的透镜可以是塑料透镜。

要注意的是表1-8将一起设置在本节“具体实施方式”的结尾处。

显示示例1-7的变焦镜头中的每一个的各种像差的图11-17中的每一个分别显示了相对于具有587.6nm波长、460.0nm波长和615.0nm波长的光的像差。

对应于图11-17中的每一个的符号(A)-(D)的像差图显示了当变焦被设定到广角端时的像差，其中(A)是球面像差，(B)是象散，(C)是畸变，而(D)是横向色像差。

对应于每一副图中的符号(E)-(H)的像差图显示了当变焦被设定到广角端与长焦端之间的中点时的像差，其中(E)是球面像差，(F)是象散，(G)是畸变，而(H)是横向色像差。

对应于每一幅图中的符号(I)-(L)的像差图显示当变焦被设定为长焦端时的像差，其中(I)是球面像差，(J)是象散，(K)是畸变，而(L)横向色像差。

每一个畸变图显示了与通过f×tanθ获得的理想图像高度的偏差，其中f是整个透镜系统的焦距，而θ是半视角(被认为是变量，0≤θ≤ω)。

如从示例1-7的数值数据、像差图等已知，本发明的变焦镜头是紧凑的，同时能够防止整个变焦范围上的像差。

应该理解的是本发明不局限于上述示例中的每一个，而是可以在不背离本发明的精神的情况下可以进行各种改变和修改。例如，每一透镜的曲率半径值、表面距离、折射率等不局限于每一个表中所示的曲率半径值、表面距离、折射率等，而是可以采用其它值。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

Claims

1.一种三组式变焦镜头，所述变焦镜头包括孔径光阑、第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有负光焦度，第二透镜组具有正光焦度，第三透镜组具有正光焦度，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组依此顺序从物体侧布置，其中，所述孔径光阑与所述第二透镜组一体移动，所述变焦镜头通过改变所述第一透镜组与所述第二透镜组之间的距离以及所述第二透镜组与所述第三透镜组之间的距离来执行变焦，其中：

所述第一透镜组包括：具有负光焦度的第一组第一透镜，所述第一组第一透镜具有面对图像侧的凹面；具有负光焦度的第一组第二透镜，所述第一组第二透镜具有面对所述图像侧的凹面；和具有正光焦度和至少一个非球面的第一组第三透镜，所述第一组第三透镜具有面对所述物体侧的凸面，所述第一组第一透镜、所述第一组第二透镜和所述第一组第三透镜依此顺序从所述物体侧布置；

所述第二透镜组包括：具有正光焦度的第二组第一透镜，所述第二组第一透镜具有面对所述物体侧的凸面；整体上具有正光焦度的粘合透镜；和具有负光焦度和至少一个非球面的第二组第四透镜，所述第二组第四透镜具有面对所述图像侧的凹面，所述第二组第一透镜、所述粘合透镜和所述第二组第四透镜依此顺序从所述物体侧布置，其中所述粘合透镜包括具有正光焦度的第二组第二透镜和具有负光焦度的第二组第三透镜，所述第二组第二透镜具有面对所述物体侧的凸面，所述第二组第三透镜具有面对所述图像侧的凹面，所述第二组第二透镜和所述第二组第三透镜依此顺序从所述物体侧布置；以及

所述第三透镜组包括具有正光焦度的第三组第一透镜。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第一组第三透镜和所述第二组第四透镜两者都是塑料透镜，并且所述变焦镜头满足以下给出的条件表达式(1)：

-0.2<fw/f13+fw/f24<0.2------------(1),

其中：

fw是整个变焦镜头系统在广角端处的焦距；

f13是所述第一组第三透镜的焦距；以及

f24是所述第二组第四透镜的焦距。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，所述第三组第一透镜是具有至少一个非球面的塑料透镜。

4.根据权利要求3所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足以下给出的条件表达式(2)：

0<fw/f13+fw/f24+fw/f31<0.4--------(2)

其中f31是所述第三组第一透镜的焦距。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足以下给出的条件表达式(3)：

-3.0<f1/fw<-2.3-------------------(3),

其中f1是所述第一透镜组的焦距。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足以下给出的条件表达式(3A)：

-2.8<f1/fw<-2.5-------------------(3A)。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足以下给出的条件表达式(4)：

1.8<LT/(fw×U×tanω)<2.3------------(4)

其中：

LT是整体光程；

U是变焦比；以及

ω是在广角端处在最大图像高度处的半视角。

8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足以下给出的条件表达式(4A)：

1.9<LT/(fw×U×tanω)<2.1------------(4A)。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，聚焦通过移动所述第三透镜组来执行。

10.根据权利要求3或4所述的变焦镜头，其中，所述第二组第四透镜是双面非球面透镜。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头具有大于4×且小于6×的变焦比。

12.一种图像拍摄设备，包括根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头和用于捕获由所述变焦镜头形成的光学图像的图像传感器。