CN111338066A - 变焦透镜组 - Google Patents

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CN111338066A CN202010316870.5A CN202010316870A CN111338066A CN 111338066 A CN111338066 A CN 111338066A CN 202010316870 A CN202010316870 A CN 202010316870A CN 111338066 A CN111338066 A CN 111338066A
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戴付建
赵烈烽
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Abstract

本申请公开了一种变焦透镜组，其沿着光轴由物侧至像侧依序包括：具有负光焦度的第一透镜组，其包括第一透镜和第二透镜，其中，第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜组，其包括第三透镜和第四透镜；具有光焦度的第三透镜组，其包括第五透镜和第六透镜，其中，第五透镜和第六透镜形成胶合透镜；以及具有光焦度的第四透镜组，其包括第七透镜。改变第一透镜组和第二透镜组在光轴上的间隔距离、第二透镜组和第三透镜组在光轴上的间隔距离以及第三透镜组和第四透镜组在光轴上的间隔距离，以实现变焦透镜组从长焦状态向广角状态的切换。

Description

变焦透镜组
技术领域
本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种变焦透镜组。
背景技术
随着摄像技术的发展和互联网行业的崛起，用户对智能手机、摄像机等可移动设备的拍照水平及摄像质量的要求越来越高。目前，本领域的镜头生产厂商普遍优化镜头成像质量的方法是采用超清主摄、超大广角、以及长焦镜头组合搭配。但是，目前市场上这种组合搭配的镜头在拍摄不同场景时需要切换不同的镜头来完成变焦。例如，现在的后置摄像头的变焦多为“接力棒”式变焦，即通过广角-主摄-长焦的切换使用来实现非真正光学意义上的“连续”变焦。此外，在可移动设备中安装多个镜头不仅会极大的挤占可移动设备的内部空间，还会造成成本高、尺寸大以及重量大幅增加等诸多问题。
如何实现真正光学意义上的“连续”变焦，且能够有效保证变焦透镜组具有成本低、尺寸小、重量轻以及光学变焦过程能够实现画面过渡流畅顺滑等特性是诸多光学镜头设计者亟待解决的关键问题之一。
发明内容
本申请一方面提供了这样一种变焦透镜组，该变焦透镜组沿着光轴由物侧至像侧依序包括：具有负光焦度的第一透镜组，其包括第一透镜和第二透镜，其中，第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；具有正光焦度的第二透镜组，其包括第三透镜和第四透镜；具有光焦度的第三透镜组，其包括第五透镜和第六透镜，其中，第五透镜和第六透镜形成胶合透镜；以及具有光焦度的第四透镜组，其包括第七透镜。可以通过改变第一透镜组和第二透镜组在光轴上的间隔距离、第二透镜组和第三透镜组在光轴上的间隔距离以及第三透镜组和第四透镜组在光轴上的间隔距离，来实现变焦透镜组从长焦状态向广角状态的切换。
在一个实施方式中，第一透镜的物侧面至第七透镜的像侧面中至少有一个非球面镜面。
在一个实施方式中，变焦透镜组处于长焦状态时的总有效焦距FT与变焦透镜组处于广角状态时的总有效焦距FW可满足：1.9＜FT/FW＜2.9。
在一个实施方式中，第一透镜组的有效焦距F1与第二透镜组的有效焦距F2可满足：-2.9＜F1/F2＜-1.6。
在一个实施方式中，变焦透镜组处于长焦状态时的总有效焦距FT可满足：29mm＜FT＜36mm。
在一个实施方式中，第一透镜的物侧面的曲率半径R1、第一透镜的像侧面的曲率半径R2以及变焦透镜组处于广角状态时的总有效焦距FW可满足：1.0＜(R1+R2)/FW＜1.5。
在一个实施方式中，第一透镜的有效焦距f11、第二透镜的有效焦距f12以及第五透镜的有效焦距f31可满足：0.8＜(f11+f12)/f31＜1.3。
在一个实施方式中，第三透镜的有效焦距f21与第三透镜的物侧面的曲率半径R5可满足：0.8＜f21/R5＜1.3。
在一个实施方式中，第一透镜在光轴上的中心厚度CT1与第七透镜在光轴上的中心厚度CT7可满足：1.0＜CT1/CT7＜2.8。
在一个实施方式中，第七透镜的物侧面的曲率半径R13与第七透镜的像侧面的曲率半径R14可满足：0.5＜R13/R14＜1.0。
在一个实施方式中，变焦透镜组处于广角状态时的最大视场角FOVW可满足：20°＜FOVW＜26°。
在一个实施方式中，第三透镜和第四透镜中的至少一个是塑胶材质的透镜，并且第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面中的至少一个是非球面镜面。
在一个实施方式中，第一透镜组和第三透镜组中至少一个透镜组中的透镜都是玻璃材质的透镜。
本申请通过合理的分配光焦度以及优化光学参数，提供了一种具有连续变焦、小型化、高集成度以及良好的成像质量的变焦透镜组。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了根据本申请实施例1的变焦透镜组处于长焦状态时的结构示意图；
图2示出了根据本申请实施例1的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的结构示意图；
图3示出了根据本申请实施例1的变焦透镜组处于广角状态时的结构示意图；
图4A至图4D分别示出了实施例1的变焦透镜组处于长焦状态时的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图5A至图5D分别示出了实施例1的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图6A至图6D分别示出了实施例1的变焦透镜组处于广角状态时的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图7示出了根据本申请实施例2的变焦透镜组处于长焦状态时的结构示意图；
图8示出了根据本申请实施例2的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的结构示意图；
图9示出了根据本申请实施例2的变焦透镜组处于广角状态时的结构示意图；
图10A至图10D分别示出了实施例2的变焦透镜组处于长焦状态时的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图11A至图11D分别示出了实施例2的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图12A至图12D分别示出了实施例2的变焦透镜组处于广角状态时的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图13示出了根据本申请实施例3的变焦透镜组处于长焦状态时的结构示意图；
图14示出了根据本申请实施例3的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的结构示意图；
图15示出了根据本申请实施例3的变焦透镜组处于广角状态时的结构示意图；
图16A至图16D分别示出了实施例3的变焦透镜组处于长焦状态时的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；
图17A至图17D分别示出了实施例3的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线；以及
图18A至图18D分别示出了实施例3的变焦透镜组处于广角状态时的轴上色差曲线、象散曲线、畸变曲线以及倍率色差曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一透镜也可被称作第二透镜或第三透镜，第一透镜组也可被称作第二透镜组或第三透镜组。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
在本文中，近轴区域是指光轴附近的区域。若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜最靠近被摄物体的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
根据本申请示例性实施方式的变焦透镜组可包括四个具有光焦度的透镜组，分别是第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组。通过改变第一透镜组和第二透镜组在光轴上的间隔距离、第二透镜组和第三透镜组在光轴上的间隔距离以及第三透镜组和第四透镜组在光轴上的间隔距离，可以实现变焦透镜组从长焦状态向广角状态的切换。
根据本申请示例性实施方式，第一透镜组可具有负光焦度，其可包括第一透镜和第二透镜，其中，第一透镜可具有正光焦度，其物侧面可为凸面，像侧面可为凹面；第二透镜组可具有正光焦度，其可包括第三透镜和第四透镜；第三透镜组可具有正光焦度或负光焦度，其可包括第五透镜和第六透镜，其中，第五透镜和第六透镜可胶合形成胶合透镜；第四透镜组可具有正光焦度或负光焦度，其可包括第七透镜。这七片透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列。
通过合理分配各透镜组之间的光焦度，以及各透镜组中的各个透镜的光焦度，来控制透镜组之间的距离，使得整个系统在工作时，从长焦状态向广角状态切换时，上述四个透镜组可以通过改变相邻透镜组之间的间隔距离来实现连续变焦功能。具体变焦过程可通过如下方式实现：通过合理分配系统光焦度，当系统处于广角状态时，第一透镜组和第二透镜组构成的变焦组间距最大，第二透镜组和第三透镜组构成的补偿组间距最小，以使系统实现最小焦距、最大视场角的目的。当系统从广角状态向长焦状态切换时，第一透镜组和第二透镜组构成的变焦组间距缩短，第二透镜组和第三透镜组构成的补偿组间距拉长。长焦状态时变焦透镜组的总有效焦距与广角状态时变焦透镜组的总有效焦距的比值可以实现连续变化，以完成变焦透镜组的连续变焦过程。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：1.9＜FT/FW＜2.9，其中，FT是变焦透镜组处于长焦状态时的总有效焦距，FW是变焦透镜组处于广角状态时的总有效焦距。更具体地，FT和FW进一步可满足：1.9＜FT/FW＜2.8。满足1.9＜FT/FW＜2.9，在控制长焦状态和广角状态时变焦透镜组的像面大小的条件下，可以有效地控制连续变焦的范围，使得该镜头系统在一定范围内具有连续变焦功能。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：-2.9＜F1/F2＜-1.6，其中，F1是第一透镜组的有效焦距，F2是第二透镜组的有效焦距。满足-2.9＜F1/F2＜-1.6，可以合理分配整个系统的光焦度，保证系统具有在一定范围内连续变焦的功能。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：29mm＜FT＜36mm，其中，FT是变焦透镜组处于长焦状态时的总有效焦距。满足29mm＜FT＜36mm，可以使系统在长焦状态时具有较大的有效焦距，从而有利于保证整个系统在较大范围内具有连续变焦功能。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：1.0＜(R1+R2)/FW＜1.5，其中，R1是第一透镜的物侧面的曲率半径，R2是第一透镜的像侧面的曲率半径，FW是变焦透镜组处于广角状态时的总有效焦距。更具体地，R1、R2和FW进一步可满足：1.1＜(R1+R2)/FW＜1.4。满足1.0＜(R1+R2)/FW＜1.5，可以合理分配第一透镜组中各透镜的光焦度，使得处于广角状态时的总有效焦距在较小范围内，可以有效地保证系统具有较大的连续变焦范围。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：0.8＜(f11+f12)/f31＜1.3，其中，f11是第一透镜的有效焦距，f12是第二透镜的有效焦距，f31是第五透镜的有效焦距。更具体地，f11、f12和f31进一步可满足：0.9＜(f11+f12)/f31＜1.3。满足0.8＜(f11+f12)/f31＜1.3，可以有效分配第一透镜、第二透镜和第三透镜的光焦度，可以在保证系统关键参数的条件下，使得系统具有较高的像质。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：0.8＜f21/R5＜1.3，其中，f21是第三透镜的有效焦距，R5是第三透镜的物侧面的曲率半径。满足0.8＜f21/R5＜1.3，可以使得承担第二透镜组的主要光焦度的组员第三透镜的物侧面和像侧面都承担合理的光焦度，使得第三透镜在满足光学性能的同时可以尽可能降低其敏感度。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：1.0＜CT1/CT7＜2.8，其中，CT1是第一透镜在光轴上的中心厚度，CT7是第七透镜在光轴上的中心厚度。满足1.0＜CT1/CT7＜2.8，可以控制第一透镜和第七透镜的畸变贡献量在合理的范围内，使得变焦透镜组各视场的畸变量均在合理的要求范围之内，有利于满足后期软件调试的要求。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：0.5＜R13/R14＜1.0，其中，R13是第七透镜的物侧面的曲率半径，R14是第七透镜的像侧面的曲率半径。更具体地，R13和R14进一步可满足：0.7＜R13/R14＜1.0。满足0.5＜R13/R14＜1.0，可以有效控制第七透镜对整个系统的慧差贡献率在合理的范围内，进而可以很好地平衡前端透镜所产生的慧差，获得良好的成像质量。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组可满足：20°＜FOVW＜26°，其中，FOVW是变焦透镜组处于广角状态时的最大视场角。满足20°＜FOVW＜26°，有利于使变焦透镜组的有效焦距达到最大，进而有利于保证整个系统具有较大的连续变焦范围。
在示例性实施方式中，第三透镜和第四透镜中的至少一个是塑胶材质的透镜，并且第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面中的至少一个是非球面镜面。第二透镜组中至少有一片透镜为塑胶材质的透镜，有利于保证整个系统的重量不会太重。第二透镜组中的至少一片透镜至少有一个非球面镜面，有利于保证系统具有较多的优化自由度，从而有利于保证系统具有较高的解像力。
在示例性实施方式中，第一透镜组和第三透镜组中至少一个透镜组中的透镜都是玻璃材质的透镜。由于玻璃的折射率分布范围较广，膨胀系数较小，整个系统第一透镜组和第三透镜组中至少有一个透镜组中的透镜均为玻璃材质的透镜，有利于保证系统具有较好的成像质量，也有利于控制整个系统的温漂效应。
在示例性实施方式中，根据本申请的变焦透镜组还包括设置在第一透镜组与第二透镜组之间的光阑。可选地，上述变焦透镜组还可包括用于校正色彩偏差的滤光片和/或用于保护位于成像面上的感光元件的保护玻璃。
本申请提出了一种具有连续变焦、高集成度、小型化、高成像质量等特性的变焦透镜组。根据本申请的上述实施方式的变焦透镜组可采用多片镜片，例如上文所述的七片。通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜的中心厚度以及各透镜之间的轴上间距等，可有效地汇聚入射光线、降低成像镜头的光学总长并提高成像镜头的可加工性，使得变焦透镜组更有利于生产加工。
在本申请的实施方式中，各透镜的镜面中的至少一个为非球面镜面，即，第一透镜的物侧面至第七透镜的像侧面中的至少一个镜面为非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后，能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差，从而改善成像质量。可选地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中的每个透镜的物侧面和像侧面中的至少一个为非球面镜面。可选地，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜中的每个透镜的物侧面和像侧面均为非球面镜面。
然而，本领域的技术人员应当理解，在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下，可改变构成变焦透镜组的透镜数量，来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如，虽然在实施方式中以七个透镜为例进行了描述，但是该变焦透镜组不限于包括七个透镜。如果需要，该变焦透镜组还可包括其它数量的透镜。
下面参照附图进一步描述可适用于上述实施方式的变焦透镜组的具体实施例。
实施例1
以下参照图1至图6D描述根据本申请实施例1的变焦透镜组。图1示出了根据本申请实施例1的变焦透镜组处于长焦状态时的结构示意图。图2示出了根据本申请实施例1的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的结构示意图。图3示出了根据本申请实施例1的变焦透镜组处于广角状态时的结构示意图。
如图1-图3所示，变焦透镜组由物侧至像侧依序包括：第一透镜组G1(第一透镜E1和第二透镜E2)、第二透镜组G2(第三透镜E3和第四透镜E4)、第三透镜组G3(第五透镜E5和第六透镜E6)、第四透镜组G4(第七透镜E7)、滤光片E8和成像面S17。
第一透镜E1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。第二透镜E2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。第三透镜E3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。第四透镜E4的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面。第五透镜E5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凸面。第六透镜E6的物侧面S11为凹面，像侧面S12为凸面。第七透镜E7的物侧面S13为凹面，像侧面S14为凸面。滤光片E8具有物侧面S15和像侧面S16。来自物体的光依序穿过各表面S1至S16并最终成像在成像面S17上。
表1示出了实施例1的变焦透镜组的基本参数表，其中，曲率半径和厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
面号 表面类型 曲率半径 厚度/距离 折射率 阿贝数 材质 圆锥系数
OBJ 球面 无穷 无穷
S1 球面 8.5227 3.2648 1.91 31.4 玻璃
S2 球面 8.5572 0.8066
S3 球面 -18.1410 0.4200 1.65 58.4 玻璃
S4 球面 14.4384 D4
S5(STO) 球面 6.9142 1.0224 1.74 52.7 玻璃
S6 球面 -29.1766 0.0300
S7 非球面 22.9486 0.5500 1.67 20.4 塑胶 0.0000
S8 非球面 7.0216 D8 0.0000
S9 球面 27.0482 0.6036 1.50 81.6 玻璃
S10 球面 -57.3354 0.0000
S11 球面 -57.3354 1.3721 1.93 20.9 玻璃
S12 球面 -41.9373 D12
S13 球面 -6.1084 1.2323 1.93 20.9 玻璃
S14 球面 -6.6345 14.5000
S15 球面 无穷 0.2100 1.52 64.2
S16 球面 无穷 0.2900
S17 球面 无穷
表1
在本示例中，通过改变第一透镜组和第二透镜组在光轴上的间隔距离D4(即，第二透镜E2的像侧面至第三透镜E3的物侧面在光轴上的间隔距离)、第二透镜组和第三透镜组在光轴上的间隔距离D8(即，第四透镜E4的像侧面至第五透镜E5的物侧面在光轴上的间隔距离)以及第三透镜组和第四透镜组在光轴上的间隔距离D12(即，第六透镜E6的像侧面至第七透镜E7的物侧面在光轴上的间隔距离)来实现变焦透镜组从长焦状态切换为广角状态或者从广角状态切换为长焦状态。变焦透镜组的总有效焦距f、光圈值Fno、最大视场角FOV、变焦透镜组的总长度TTL(即，从第一透镜E1的物侧面S1至变焦透镜组的成像面S17在光轴上的距离)以及变焦透镜组的成像面S17上有效像素区域的对角线长的一半ImgH随着变焦透镜组从长焦状态切换为广角状态或者从广角状态切换为长焦状态而变化。
表2示出了实施例1的在变焦透镜组的不同状态下的各项参数表，其中，f、TTL、ImgH、D4、D8和D12的单位均为毫米(mm)，FOV的单位为度(°)。
各项参数 长焦状态 中间状态 广角状态
f 29.94 21.96 15.18
Fno 4.39 3.76 3.12
FOV 10.4 14.2 20.9
TTL 32.80 32.80 32.80
ImgH 2.72 2.72 2.72
D4 0.03 3.10 7.48
D8 2.14 2.81 0.48
D12 6.33 2.59 0.54
表2
在实施例1中，第四透镜E4的物侧面S7和像侧面S8均为非球面，各非球面透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002459886970000081
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面第i-th阶的修正系数。下表3给出了可用于实施例1中各非球面镜面S7和S8的高次项系数A4、A6、A8、A10和A12。
面号 A4 A6 A8 A10 A12
S7 5.5482E-04 -6.7063E-05 1.9924E-06 -2.8679E-08 2.1129E-10
S8 1.4492E-03 -5.2293E-05 3.6304E-06 -1.0936E-07 1.7587E-09
表3
图4A、图5A、图6A分别示出了实施例1的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离。图4B、图5B、图6B分别示出了实施例1的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图4C、图5C、图6C分别示出了实施例1的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的畸变曲线，其表示不同像高对应的畸变大小值。图4D、图5D、图6D分别示出了实施例1的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的倍率色差曲线，其表示光线经由镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图4A至图6D可知，实施例1所给出的变焦透镜组在各个状态下均能够实现良好的成像品质。
实施例2
以下参照图7至图12D描述根据本申请实施例2的变焦透镜组。在本实施例及以下实施例中，为简洁起见，将省略部分与实施例1相似的描述。图7示出了根据本申请实施例2的变焦透镜组处于长焦状态时的结构示意图。图8示出了根据本申请实施例2的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的结构示意图。图9示出了根据本申请实施例2的变焦透镜组处于广角状态时的结构示意图。
如图7-图9所示，变焦透镜组由物侧至像侧依序包括：第一透镜组G1(第一透镜E1和第二透镜E2)、第二透镜组G2(第三透镜E3和第四透镜E4)、第三透镜组G3(第五透镜E5和第六透镜E6)、第四透镜组G4(第七透镜E7)、滤光片E8和成像面S17。
第一透镜E1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。第二透镜E2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。第三透镜E3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。第四透镜E4的物侧面S7为凹面，像侧面S8为凹面。第五透镜E5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凹面。第六透镜E6的物侧面S11为凸面，像侧面S12为凹面。第七透镜E7的物侧面S13为凹面，像侧面S14为凸面。滤光片E8具有物侧面S15和像侧面S16。来自物体的光依序穿过各表面S1至S16并最终成像在成像面S17上。
表4示出了实施例2的变焦透镜组的基本参数表，其中，曲率半径和厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
Figure BDA0002459886970000091
Figure BDA0002459886970000101
表4
在本示例中，通过改变第一透镜组和第二透镜组在光轴上的间隔距离D4、第二透镜组和第三透镜组在光轴上的间隔距离D8以及第三透镜组和第四透镜组在光轴上的间隔距离D12来实现变焦透镜组从长焦状态切换为广角状态或者从广角状态切换为长焦状态。变焦透镜组的总有效焦距f、光圈值Fno、最大视场角FOV、变焦透镜组的总长度TTL以及变焦透镜组的成像面S17上有效像素区域的对角线长的一半ImgH随着变焦透镜组从长焦状态切换为广角状态或者从广角状态切换为长焦状态而变化。
表5示出了实施例2的在变焦透镜组的不同状态下的各项参数表，其中，f、TTL、ImgH、D4、D8和D12的单位均为毫米(mm)，FOV的单位为度(°)。
各项参数 长焦状态 中间状态 广角状态
f 30.06 19.97 15.11
Fno 4.29 3.36 3.10
FOV 10.4 15.6 21.1
TTL 35.00 30.08 34.48
ImgH 2.72 2.72 2.72
D4 0.03 2.99 7.27
D8 6.38 0.09 2.59
D12 4.63 3.05 0.66
表5
表6示出了可用于实施例2中各非球面镜面的高次项系数，其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12
S7 3.6903E-04 -3.9860E-05 9.6922E-07 -1.1518E-08 7.1653E-11
S8 9.7424E-04 -3.0938E-05 1.5355E-06 -4.0302E-08 4.8859E-10
表6
图10A、11A、12A分别示出了实施例2的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离。图10B、11B、12B分别示出了实施例2的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图10C、11C、12C分别示出了实施例2的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的畸变曲线，其表示不同像高对应的畸变大小值。图10D、11D、12D分别示出了实施例2的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的倍率色差曲线，其表示光线经由镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图10A至图12D可知，实施例2所给出的变焦透镜组在各个状态下均能够实现良好的成像品质。
实施例3
以下参照图13至图18D描述根据本申请实施例3的变焦透镜组。图13示出了根据本申请实施例3的变焦透镜组处于长焦状态时的结构示意图。图14示出了根据本申请实施例3的变焦透镜组在从长焦状态切换到广角状态的过程中的中间状态的结构示意图。图15示出了根据本申请实施例3的变焦透镜组处于广角状态时的结构示意图。
如图13-图15所示，变焦透镜组由物侧至像侧依序包括：第一透镜组G1(第一透镜E1和第二透镜E2)、第二透镜组G2(第三透镜E3和第四透镜E4)、第三透镜组G3(第五透镜E5和第六透镜E6)、第四透镜组G4(第七透镜E7)、滤光片E8和成像面S17。
第一透镜E1的物侧面S1为凸面，像侧面S2为凹面。第二透镜E2的物侧面S3为凹面，像侧面S4为凹面。第三透镜E3的物侧面S5为凸面，像侧面S6为凸面。第四透镜E4的物侧面S7为凸面，像侧面S8为凹面。第五透镜E5的物侧面S9为凸面，像侧面S10为凹面。第六透镜E6的物侧面S11为凸面，像侧面S12为凹面。第七透镜E7的物侧面S13为凸面，像侧面S14为凹面。滤光片E8具有物侧面S15和像侧面S16。来自物体的光依序穿过各表面S1至S16并最终成像在成像面S17上。
表7示出了实施例3的变焦透镜组的基本参数表，其中，曲率半径和厚度/距离的单位均为毫米(mm)。
面号 表面类型 曲率半径 厚度/距离 折射率 阿贝数 材质 圆锥系数
OBJ 球面 无穷 无穷
S1 球面 8.2831 3.3927 1.91 31.4 玻璃
S2 球面 8.7411 1.0372
S3 球面 -180.7267 0.2500 1.65 58.4 玻璃
S4 球面 8.6366 D4
S5(STO) 球面 8.5320 1.0160 1.74 52.7 玻璃
S6 球面 -66.0563 0.0300
S7 非球面 22.6594 0.5000 1.67 20.4 塑胶 0.0000
S8 非球面 24.3013 D8 0.0000
S9 球面 8.1849 0.7322 1.50 81.6 玻璃
S10 球面 33.6591 0.0000
S11 球面 33.6591 1.1795 1.93 20.9 玻璃
S12 球面 7.8610 D12
S13 球面 7.3827 1.2294 1.93 20.9 玻璃
S14 球面 8.1383 7.5282
S15 球面 无穷 0.2100 1.52 64.2
S16 球面 无穷 0.2900
S17 球面 无穷
表7
在本示例中，通过改变第一透镜组和第二透镜组在光轴上的间隔距离D4、第二透镜组和第三透镜组在光轴上的间隔距离D8以及第三透镜组和第四透镜组在光轴上的间隔距离D12来实现变焦透镜组从长焦状态切换为广角状态或者从广角状态切换为长焦状态。变焦透镜组的总有效焦距f、光圈值Fno、最大视场角FOV、变焦透镜组的总长度TTL以及变焦透镜组的成像面S17上有效像素区域的对角线长的一半ImgH随着变焦透镜组从长焦状态切换为广角状态或者从广角状态切换为长焦状态而变化。
表8示出了实施例3的在变焦透镜组的不同状态下的各项参数表，其中，f、TTL、ImgH、D4、D8和D12的单位均为毫米(mm)，FOV的单位为度(°)。
各项参数 长焦状态 中间状态 广角状态
f 35.33 20.00 12.89
Fno 4.19 3.01 2.45
FOV 8.9 15.8 25.0
TTL 35.00 31.68 35.00
ImgH 2.72 2.72 2.72
D4 0.03 5.74 13.11
D8 0.02 0.07 0.00
D12 17.55 8.48 4.50
表8
表9示出了可用于实施例3中各非球面镜面的高次项系数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16、A18和A20。其中，各非球面面型可由上述实施例1中给出的公式(1)限定。
面号 A4 A6 A8 A10 A12 A14 A16 A18 A20
S7 4.9893E-05 -4.5445E-05 3.8446E-05 -1.1930E-05 2.2894E-06 -2.7422E-07 1.9950E-08 -8.0674E-10 1.3912E-11
S8 4.0672E-04 -4.6538E-05 4.5668E-05 -1.4694E-05 2.9260E-06 -3.6195E-07 2.7067E-08 -1.1185E-09 1.9572E-11
表9
图16A、17A、18A分别示出了实施例3的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的轴上色差曲线，其表示不同波长的光线经由镜头后的会聚焦点偏离。图16B、17B、18B分别示出了实施例3的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的象散曲线，其表示子午像面弯曲和弧矢像面弯曲。图16C、17C、18C分别示出了实施例3的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的畸变曲线，其表示不同像高对应的畸变大小值。图16D、17D、18D分别示出了实施例3的变焦透镜组处于长焦状态、中间状态及广角状态时的倍率色差曲线，其表示光线经由镜头后在成像面上的不同的像高的偏差。根据图16A至图18D可知，实施例3所给出的变焦透镜组在各个状态下均能够实现良好的成像品质。
综上，实施例1至实施例3分别满足表10中所示的关系。
Figure BDA0002459886970000121
Figure BDA0002459886970000131
表10
本申请还提供一种成像装置，其电子感光元件可以是感光耦合元件(CCD)或互补性氧化金属半导体元件(CMOS)。成像装置可以是诸如数码相机的独立成像设备，也可以是集成在诸如手机等移动电子设备上的成像模块。该成像装置装配有以上描述的变焦透镜组。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.变焦透镜组，其特征在于，沿着光轴由物侧至像侧依序包括：
具有负光焦度的第一透镜组，其包括第一透镜和第二透镜，其中，所述第一透镜具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为凹面；
具有正光焦度的第二透镜组，其包括第三透镜和第四透镜；
具有光焦度的第三透镜组，其包括第五透镜和第六透镜，其中，所述第五透镜和所述第六透镜形成胶合透镜；以及
具有光焦度的第四透镜组，其包括第七透镜；
改变所述第一透镜组和所述第二透镜组在所述光轴上的间隔距离、所述第二透镜组和所述第三透镜组在所述光轴上的间隔距离以及所述第三透镜组和所述第四透镜组在所述光轴上的间隔距离，以实现所述变焦透镜组从长焦状态向广角状态的切换。
2.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述变焦透镜组处于长焦状态时的总有效焦距FT与所述变焦透镜组处于广角状态时的总有效焦距FW满足：1.9＜FT/FW＜2.9。
3.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述第一透镜组的有效焦距F1与所述第二透镜组的有效焦距F2满足：-2.9＜F1/F2＜-1.6。
4.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述变焦透镜组处于长焦状态时的总有效焦距FT满足：29mm＜FT＜36mm。
5.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的曲率半径R1、所述第一透镜的像侧面的曲率半径R2以及所述变焦透镜组处于广角状态时的总有效焦距FW满足：1.0＜(R1+R2)/FW＜1.5。
6.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述第一透镜的有效焦距f11、所述第二透镜的有效焦距f12以及所述第五透镜的有效焦距f31满足：0.8＜(f11+f12)/f31＜1.3。
7.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述第三透镜的有效焦距f21与所述第三透镜的物侧面的曲率半径R5满足：0.8＜f21/R5＜1.3。
8.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述第一透镜在所述光轴上的中心厚度CT1与所述第七透镜在所述光轴上的中心厚度CT7满足：1.0＜CT1/CT7＜2.8。
9.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述第七透镜的物侧面的曲率半径R13与所述第七透镜的像侧面的曲率半径R14满足：0.5＜R13/R14＜1.0。
10.根据权利要求1所述的变焦透镜组，其特征在于，所述变焦透镜组处于广角状态时的最大视场角FOVW满足：20°＜FOVW＜26°。
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