CN113325561B - 一种变焦镜头、摄像头模组及移动终端 - Google Patents

一种变焦镜头、摄像头模组及移动终端 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种变焦镜头、摄像头模组及移动终端，应用于手机和平板电脑等移动终端中，以提高变焦镜头的拍摄质量。该变焦镜头包括由物侧到像侧依次排列的：具有负光焦度的第一透镜组、具有正光焦度的第二透镜组及具有负光焦度的第三透镜组。其中，第一透镜组为固定透镜组，第二透镜组为变焦透镜组，可在第一透镜组的像侧沿光轴滑动；第三透镜组为补偿透镜组，可在第二透镜组的像侧沿光轴滑动。此外，变焦镜头还可包括固定的、且位于第三透镜组像侧的第四透镜组。在变焦镜头由广角状态向远摄状态变焦时，使第二透镜组和第三透镜组均向物侧移动，并且第三透镜组和第二透镜组之间的距离先减小后增大，以实现变焦镜头的连续变焦，提高拍摄质量。

Description

一种变焦镜头、摄像头模组及移动终端
技术领域
本申请涉及到终端技术领域，尤其涉及到一种变焦镜头、摄像头模组及移动终端。
背景技术
随着智能手机的普及和发展，手机拍照成为人们普遍使用的拍摄方式，并且，对于手机拍摄技术的要求越来越高，如更宽的变焦范围、更高的解析度和更高的成像质量等。
其中，为了获得较宽的变焦范围，市场上的手机的镜头高倍光变普遍采用“跳跃式”变焦的调节方式，如通过搭载多颗不同焦距的镜头，搭配基于算法的数码变焦，实现混合光学变焦，但此种变焦方式不能实现真正意义上的连续变焦，手机在变焦过程中，上述多个摄像头焦段范围断开处的焦距范围内的成像清晰度较差，相对于真正意义上的连续变焦方式拍摄清晰度降低。因此，影响变焦镜头的拍摄质量。
发明内容
本申请提供了一种变焦镜头、摄像头模组及移动终端，用以提高变焦镜头的拍摄质量。
第一方面，提供了一种变焦镜头，变焦镜头应用于手机和平板电脑等移动终端中。该变焦镜头包括多个透镜组，这些透镜组中包括沿物侧到像侧排列的第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组；其中，所述第一透镜组为具有负光焦度的透镜组，所述第二透镜组为具有正光焦度的透镜组，所述第三透镜组为具有负光焦度的透镜组。在上述透镜组中，所述第一透镜组为固定透镜组，而所述第二透镜组和所述第三透镜组用于在变焦镜头变焦时沿光轴移动来调节焦距。其中，所述第二透镜组作为变焦透镜组，可在所述第一透镜组的像侧沿光轴滑动；所述第三透镜组为补偿透镜组，可在所述第二透镜组的像侧沿光轴滑动。在变焦镜头由广角状态向远摄状态变焦时，使所述第二透镜组和所述第三透镜组均向物侧移动，并且所述第三透镜组和所述第二透镜组之间的距离先减小后增大，即可实现变焦镜头的连续变焦，提高了变焦镜头的拍摄质量。
在一个具体的实施方式中，为了确保变焦镜头具有良好的连续变焦能力，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组中透镜的总个数N满足：
7≤N≤11。
在一个具体的实施方式中，为了使变焦镜头具有较好的成像质量，所述变焦镜头中包含的透镜满足：
N≤非球面的个数≤2N，其中，所述非球面的个数是指所述变焦镜头所包含的所有透镜中的非球面表面的个数；以提高成像质量。
除了采用上述三组透镜组的形式外，还可以采用四组透镜组的形式，如在一个具体的实施方式中，所述变焦镜头还包括第四透镜组，所述第四透镜组位于所述第三透镜组的像侧，其中，所述第四透镜组为具有正光焦度的透镜组；所述第四透镜组为固定透镜组。以进一步改善变焦镜头成像清晰度，提高拍摄质量。
在一个具体的实施方式中，为了确保变焦镜头具有良好的连续变焦能力，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中透镜的总个数N满足：
7≤N≤13。
而无论是具有三组透镜组的变焦镜头还是具有四组透镜组的变焦镜头，以下限定均是可选的。
在一个具体的实施方式中，为了使变焦镜头具有较好的成像质量，所述变焦镜头中包含的透镜满足：
N≤非球面的个数≤2N，其中，所述非球面的个数是指所述变焦镜头所包含的所有透镜中的非球面表面的个数；以提高成像质量。
在一个具体的实施方式中，为了确保变焦镜头具有良好的连续变焦能力，所述第一透镜组的焦距f1与所述变焦镜头长焦端的焦距ft满足：0.2≤|f1/ft|≤0.9；
所述第二透镜组的焦距f2与ft满足：0.10≤|f2/ft|≤0.6；
所述第三透镜组的焦距f3与ft满足：0.10≤|f3/ft|≤0.7。
在一个具体的可实施方案中，第一透镜组到第三透镜组可以采用不同的组合形式，如：
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.579；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.293；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.308。或，
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.573；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.282；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.147。或
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.605；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.283；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.298。或，
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft(即变焦镜头处于远摄状态时的焦距)的比值：|f1/ft|＝0.796；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.309；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.597。或，
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.556；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.241；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.211；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.286。或，
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.579；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.260；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.205；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.307。或，
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.634；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.228；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.171；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.570。或，
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.447；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.217；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.202；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.881。
从物侧至像侧方向依次排列的：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.71；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.23；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.335；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.384。
在一个具体的实施方式中，所述第二透镜组沿光轴运动行程L1与所述变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间满足：0.12≤|L1/TTL|≤0.35。
在一个具体的实施方式中，所述第三透镜组沿光轴运动行程L2与所述变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间满足：0.08≤|L2/TTL|≤0.3。
在一个具体的实施方式中，所述第二透镜组至少包含一个负光焦度透镜，以校正像差。
在一个具体的实施方式中，还包括棱镜或反射镜，其中，所述棱镜或反射镜位于所述第一透镜组的物侧；所述棱镜或反射镜用于将光线偏转至所述第一透镜组，以实现潜望式拍摄，便于更灵活的设计变焦镜头的安装位置和安装方向。
在一个具体的实施方式中，所述变焦镜头中的每个透镜组的透镜具有用于降低透镜的高度的切口，以减少变焦镜头的占用空间，同时，可增大通光量。
在一个具体的实施方式中，所述变焦镜头中每个透镜组包含的透镜的垂直方向高度h满足：
4mm≤h≤6mm，以适应手机等移动终端的安装空间。
在一个具体的实施方式中，为了确保通光量和占用体，所述变焦镜头中每个透镜组包含的透镜的最大通光口径d满足：
4mm≤d≤12mm。
在一个具体的实施方式中，所述变焦镜头处于广角端状态时的主光线角与处于远摄状态时的主光线角的差小于或等于6°。
在一个具体的实施方式中，所述变焦镜头的物距范围可实现从无穷远到40mm的范围。
在一个具体的实施方式中，所述变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值范围满足：0.02≤|IMH/ft|≤0.20。
在一个具体的实施例中，所述变焦镜头的长焦端的有效焦距ft与广角端的有效焦距fw之间满足：1≤|ft/fw|≤3.7。
第二方面，提供了一种摄像头模组，该摄像头模组包括摄像头芯片及上述任一项所述的变焦镜头；其中，光线可穿过所述变焦镜头照射到所述摄像头芯片。通过设置第二透镜组实现变焦，以及，设置第三透镜组对焦距补偿实现对焦，达到连续变焦的目的，改善了变焦镜头的拍摄质量。
第三方面，提供了一种移动终端，该移动终端可以为手机和平板电脑等。该移动终端包括壳体，以及设置在所述壳体内的上述任一项所述的变焦镜头。通过设置第二透镜组实现变焦，以及，设置第三透镜组对焦距补偿实现对焦，达到连续变焦的目的，改善了变焦镜头的拍摄质量。
附图说明
图1示例性地示出了本申请实施例提供的变焦镜头所应用的移动终端的剖视图；
图2示例性地表示出了本申请实施例提供的一种具有三组透镜组的变焦镜头；
图3示例性的表示出图2中第一透镜组的一个透镜的结构图；
图4示例性地表示出了第一种具体的变焦镜头；
图5示出了图4所示的变焦镜头的变焦流程；
图6a表示出了图4所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图6b表示出了图4所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图6c表示出了图4所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图6d表示出了图4所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图7a示出了图4所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图7b示出了图4所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图7c示出了图4所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图7d示出了图4所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图8a示出了图4所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图8b示出了图4所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图9a示出了图4所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图9b示出了图4所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图10a示出了图4所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图10b示出了图4所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图11a示出了图4所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图11b示出了图4所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图12示例性地表示出了第二种具体的变焦镜头；
图13示出了图12所示的变焦镜头的变焦流程；
图14a表示出了图12所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图14b表示出了图12所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图14c表示出了图12所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图14d表示出了图12所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图15a示出了图12所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图15b示出了图12所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图15c示出了图12所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图15d示出了图12所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图16a示出了图12所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图16b示出了图12所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图17a示出了图12所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图17b示出了图12所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图18a示出了图12所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图18b示出了图12所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图19a示出了图12所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图19b示出了图12所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图20示例性地表示出了第三种具体的变焦镜头；
图21示出了图20所示的变焦镜头的变焦流程；
图22a表示出了图20所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图22b表示出了图20所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图22c表示出了图20所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图22d表示出了图20所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图23a示出了图20所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图23b示出了图20所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图23c示出了图20所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图23d示出了图20所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图24a示出了图20所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图24b示出了图20所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图25a示出了图20所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图25b示出了图20所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图26a示出了图20所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图26b示出了图20所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图27a示出了图20所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图27b示出了图20所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图28示例性地表示出了第四种具体的变焦镜头；
图29示出了图28所示的变焦镜头的变焦流程；
图30a表示出了图28所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图30b表示出了图28所示的变焦镜头在中间焦距状态M下的轴向像差曲线；
图30c表示出了图28所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图31a示出了图28所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图31b示出了图28所示的变焦镜头在中间焦距状态M下的横向色差曲线；
图31c示出了图28所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图32a示出了图28所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图32b示出了图28所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图33a示出了图28所示的变焦镜头在中间焦距状态M状态下的光学畸变曲线；
图33b示出了图28所示的变焦镜头在中间焦距状态M状态下的光学畸变百分比；
图34a示出了图28所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图34b示出了图28所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图35示例性地表示出了第五种具体的变焦镜头；
图36示出了图35所示的变焦镜头的变焦流程；
图37a表示出了图35所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图37b表示出了图35所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图37c表示出了图35所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图37d表示出了图35所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图38a示出了图35所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图38b示出了图35所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图38c示出了图35所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图38d示出了图35所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图39a示出了图35所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图39b示出了图35所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图40a示出了图35所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图40b示出了图35所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图41a示出了图35所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图41b示出了图35所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图42a示出了图35所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图42b示出了图35所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图43示例性地表示出了第六种具体的变焦镜头；
图44示出了图43所示的变焦镜头的变焦流程；
图45a表示出了图43所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图45b表示出了图43所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图45c表示出了图43所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图45d表示出了图43所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图46a示出了图43所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图46b示出了图43所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图46c示出了图43所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图46d示出了图43所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图47a示出了图43所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图47b示出了图43所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图48a示出了图43所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图48b示出了图43所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图49a示出了图43所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图49b示出了图43所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图50a示出了图43所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图50b示出了图43所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图51示例性地表示出了第七种具体的变焦镜头；
图52示出了图51所示的变焦镜头的变焦流程；
图53a表示出了图51所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图53b表示出了图51所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图53c表示出了图51所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图53d表示出了图51所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图54a示出了图51所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图54b示出了图51所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图54c示出了图51所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图54d示出了图51所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图55a示出了图51所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图55b示出了图51所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图56a示出了图51所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图56b示出了图51所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图57a示出了图51所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图57b示出了图51所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图58a示出了图51所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图58b示出了图51所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图59示例性地表示出了第八种具体的变焦镜头；
图60示出了图59所示的变焦镜头的变焦流程；
图61a表示出了图59所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图61b表示出了图59所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图61c表示出了图59所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图61d表示出了图59所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图62a示出了图59所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图62b示出了图59所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图62c示出了图59所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图62d示出了图59所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图63a示出了图59所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图63b示出了图59所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图64a示出了图59所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图64b示出了图59所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图65a示出了图59所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图65b示出了图59所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图66a示出了图59所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图66b示出了图59所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图67示例性地表示出了第九种具体的变焦镜头；
图68示出了图67所示的变焦镜头的变焦流程；
图69a表示出了图67所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线；
图69b表示出了图67所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线；
图69c表示出了图67所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线；
图69d表示出了图67所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线；
图70a示出了图67所示的变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线；
图70b示出了图67所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线；
图70c示出了图67所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线；
图70d示出了图67所示的变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线；
图71a示出了图67所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线；
图71b示出了图67所示的变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变百分比；
图72a示出了图67所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变曲线；
图72b示出了图67所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1状态下的光学畸变百分比；
图73a示出了图67所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变曲线；
图73b示出了图67所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2状态下的光学畸变百分比；
图74a示出了图67所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线；
图74b示出了图67所示的变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变百分比；
图75示出了另一种变焦镜头；
图76示出了图60所示的变焦镜头在手机的应用示意图；
图77示出了另一种变焦镜头。
具体实施方式
为方便理解本申请实施例提供的变焦镜头，对本申请中涉及到的英文简写和有关名词代表的含义：
正光焦度透镜具有正的焦距、有聚光线的效果；
负光焦度透镜具有负的焦距、将光线发散；
固定透镜组在本申请实施例中，固定透镜组指代的是在变焦镜头中位置固定的透镜组；
变焦透镜组在本申请实施例中，变焦透镜组指代的是变焦镜头中通过移动起到调整变焦镜头焦距的透镜组；
补偿透镜组，在本申请实施例中，补偿透镜组指代的是与变焦透镜组协同运动，并用于补偿变焦透镜组调焦范围的透镜组；
成像面，位于变焦镜头中所有透镜的像侧、且光线依次穿过变焦镜头中各透镜后形成像的载面，其位置可参考图2；
F值F-number F数/光圈，是变焦镜头的焦距/变焦镜头通光直径得出的相对值(相对孔径的倒数)，光圈F值愈小，在同一单位时间内的进光量便愈多。光圈F值越大，景深越小，拍照的背景内容将会虚化。类似长焦变焦镜头的效果；
FOV Field of View视场角；
TTL Total Track Length总长，具体是指最靠近物侧的表面至成像面的总长度，TTL是形成相机高度的主要因素；
CRA Chief Ray Angle主光线角；
IMH image height半像高，是指成像的边缘至成像面中心的高度。
为方便理解本申请实施例提供的变焦镜头，首先说明一下本申请实施例提供的变焦镜头的应用场景，本申请实施例提供的变焦镜头应用于移动终端的摄像头模组中，该移动终端可以为手机和平板电脑等常见的移动终端，图1示出了手机的剖视图，参考图1，图1示出了手机的剖视图，摄像头模组200的镜头201固定在移动终端的壳体100，摄像头芯片202固定在壳体100内，在使用时，光线穿过镜头201照射到摄像头芯片202，摄像头芯片202将光信号转换成电信号并成像，实现拍照的效果。现有技术中的摄像头模组200为了获得较宽的变焦范围，常采用跳跃式数码变焦，即通过搭载多颗(如2到3颗)不同焦距的镜头，搭配基于算法的数码变焦，实现混合光学变焦；但是跳跃式数码变焦是基于不同焦距的多个摄像头，依靠算法处理实现连续变焦，并不是真正意义上的连续变焦，在某些焦距范围内成像时清晰度较差。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种变焦镜头。
为方便理解本申请实施例提供的变焦镜头，下面结合具体的附图以及实施例对本申请实施例提供的变焦镜头进行说明。
图2示例性地表示出了本申请实施例提供的一种具有三组透镜组的变焦镜头。请参考图2，变焦镜头包含三个透镜组，分别为沿物侧到像侧的第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3，其中，第一透镜组G1为具有负光焦度的透镜组，第二透镜组G2为具有正光焦度的透镜组，第三透镜组G3为具有负光焦度的透镜组；其中，正光焦度的透镜组具有正的焦距且具有聚光线的效果，而负光焦度的透镜组具有负的焦距且可将光线发散。
继续参考图2，在上述三个透镜组中，第一透镜组G1为固定的透镜组，如相对于图1中的壳体100位置固定，也即相对于成像面之间的位置固定；第二透镜组G2和第三透镜组G3可相对于第一透镜组G1沿着变焦镜头的光轴移动。具体地，第二透镜组G2可在第一透镜组G1的像侧沿变焦镜头的光轴滑动，第三透镜组G3可在第二透镜组G2的像侧沿变焦镜头的光轴滑动；其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组对焦距进行较大幅度的调节，实现变焦，第三透镜组G3作为补偿透镜组对焦距进行较小幅度的微调，实现对焦，为此，第二透镜组G2相对于第三透镜组G3具有较大的行程。
图3表示出图2中第一透镜组G1的一个透镜10，其中，d为透镜10的最大通光口径，h为透镜10的高度；其中，最大通光口径d指代的是透镜10的最大直径。透镜10相对的两侧边(也可以是其中一侧边)具有切口11，以降低透镜10的高度，使得h小于d。在本申请实施例中第一透镜组G1、第二透镜组G2及第三透镜组G3中的每个透镜都采用类似图3所示的透镜结构，相对于采用直径为h的圆形透镜可增大通光量，相对于采用直径为d的圆形透镜可缩小高度方向尺寸。第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中的最大通光口径满足：4mm≤最大通光口径d≤12mm，上述透镜组中的透镜的最大通光口径可以为4mm、8mm、8.8mm、9.6mm、9.888mm、10mm和12mm等尺寸，以使得变焦镜头可以平衡进光量以及镜头占用的空间。同时，第一透镜组G1、第二透镜组G2及第三透镜组G3中，每个透镜组的透镜具有于透镜10中切口11类似的切口，如每个透镜的垂直方向高度满足：4mm≤垂直方向高度≤6mm，例如，该垂直方向高度可以是4mm、5mm和6mm等，以降低变焦镜头的高度，使变焦镜头可应用于手机等空间较小的场景中。
为方便理解本申请实施例提供的变焦镜头的效果，下面结合具体的实施例对变焦镜头成像效果进行详细的说明。
图4示例性地表示出了第一种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft(即变焦镜头处于远摄状态时的焦距)的比值：|f1/ft|＝0.579；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.293；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.308。
继续参考图4，该变焦镜头包含8个具有光焦度的透镜，其中共包含10个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的四个透镜，光焦度依次为正、正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度依次为正和负。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，以消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为9.888mm。
接下来请参考表1a和表1b，其中，表1a表示出图4所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；左侧一列表头中的R1至R16指上述8个透镜由物侧至像侧的16个表面，如R1指的是由物侧起第一个透镜的物侧表面，R2指的是由物侧起第一个透镜的像侧表面，R3指由物侧起第二个透镜的物侧表面，R4指的是由物侧起第二个透镜的像侧表面……依次类推；顶行表头中R表示相应的透镜表面的曲率；厚度(Thickness)中，d1至d8依次指由物侧至像侧的8个透镜的厚度，单位为mm；a1至a8依次指的是由物侧至像侧每相邻两个透镜(或透镜与成像面)之间的距离，如a1指的是第一个透镜至第二个透镜之间的间隙大小，a2指的第二个透镜至第三个透镜之间的间隙大小，……依次类推，a8指的是第八个透镜与成像面之间的间隙大小，单位为mm；n1至n8依次指的是由物侧至像侧的8个透镜的折射率；v1至v8依次指的是由物侧至像侧的8个透镜的阿贝系数。表1b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表1a
Figure BDA0002396143930000101
表1b
Figure BDA0002396143930000102
Figure BDA0002396143930000111
表1b中所示的变焦镜头的10个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000112
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5和A6为非球面系数。
由于该变焦透镜具有10个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
通光采用图4所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|可做到:0.912，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08955。
图4所示第一透镜组G1相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴运动，以实现连续变焦。
图5示出了图4所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端的状态对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近成像面，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图5可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.26178；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.256。
对应参考表1c及表1d。其中，表1c示出了变焦镜头的基本参数，表1d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。
表1c
Figure BDA0002396143930000121
表1d
W M1 M2 T
a2 9mm 6.864mm 4.049mm 1.00mm
a6 2.997mm 1.5mm 1.652mm 3.144mm
a8 0.080mm 3.713mm 6.375mm 9.933mm
对图4所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图6a表示出了图4所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.2621mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图6a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.026mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图6b表示出了图4所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.4669mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图6b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.024mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图6c表示出了图4所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.8011mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图6c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图6d表示出了图4所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.2830mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图6d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图7a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图7a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图7b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图7b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图7c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图7c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图7d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图7d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图8a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图8a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图8a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图8b，由图8b可看出光学畸变可控制在小于2.2％的范围内。
图9a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图9a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图9a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图9b，由图9b可看出光学畸变可控制在小于0.06％的范围内。
图10a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图10a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图10a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图10b，由图10b可看出光学畸变可控制在小于0.6％的范围内。
图11a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图11a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图11a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图11b，由图11b可看出光学畸变可控制在小于0.8％的范围内。
图12示例性地表示出了第二种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft(即变焦镜头处于远摄状态时的焦距)的比值：|f1/ft|＝0.573；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.282；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.147。
继续参考图12，该变焦镜头包含9个具有光焦度的透镜，其中共包含12个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的三个透镜，光焦度依次为正、正和负，且由物侧至像侧的第一片透镜为正弯月透镜，且其凸面凸向物侧；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的四个透镜，光焦度依次为正、正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度依次为正和负。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，以消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为10mm。
接下来请参考表2a和表2b，其中，表2a表示出图12所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表2a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表1b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表2a
Figure BDA0002396143930000141
表2b
Figure BDA0002396143930000142
Figure BDA0002396143930000151
表2b中所示的变焦镜头的12个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000152
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5和A6为非球面系数。
由于该变焦透镜具有12个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
通光采用图12所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|可做到:0.973，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08988。
图12所示第一透镜组G1相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴运动，以实现连续变焦。
图13示出了图12所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近成像面，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图13可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.2454；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.23512。
对应参考表2c及表2d。其中，表2c示出了变焦镜头的基本参数，表2d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。
表2c
Figure BDA0002396143930000161
表2d
W M1 M2 T
a3 9mm 6.804mm 3.994mm 1.00mm
a7 3.080mm 1.5mm 1.707mm 3.415mm
a9 0.080mm 3.856mm 6.458mm 7.745mm
对图12所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图14a表示出了图12所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.3651mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图14a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图14b表示出了图12所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.3651mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图14b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图14c表示出了图12所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.9774mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图14c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图14d表示出了图12所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.5230mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图14d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.022mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图15a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图15a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图15b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图15b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图15c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图15c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图15d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图15d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图16a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图16a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图16a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图16b，由图16b可看出光学畸变可控制在小于0.8％的范围内。
图17a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图17a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图17a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图17b，由图17b可看出光学畸变可控制在小于0.3％的范围内。
图18a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图18a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图18a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图18b，由图18b可看出光学畸变可控制在小于0.6％的范围内。
图19a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图19a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图19a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图19b，由图19b可看出光学畸变可控制在小于0.8％的范围内。
图20示例性地表示出了第三种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft(即变焦镜头处于远摄状态时的焦距)的比值：|f1/ft|＝0.605；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.283；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.298。
继续参考图20，该变焦镜头包含7个具有光焦度的透镜，其中共包含12个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负，且由物侧至像侧的第一片透镜为正弯月透镜，其凸面凸向物侧；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的三个透镜，光焦度依次为正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度依次为正和负。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，以消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为8.8mm。
接下来请参考表3a和表3b，其中，表3a表示出图20所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表3a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表3b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表3a
Figure BDA0002396143930000181
Figure BDA0002396143930000191
表3b
Figure BDA0002396143930000192
表3b中所示的变焦镜头的12个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000193
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5和A6为非球面系数。
由于该变焦透镜具有12个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图20所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为:0.896，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08961。
图20所示第一透镜组G1相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴运动，以实现连续变焦。
图21示出了图20所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近成像面，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图21可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.26667；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.27883。
对应参考表3c及表3d。其中，表3c示出了变焦镜头的基本参数，表3d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。
表3c
Figure BDA0002396143930000201
表3d
Figure BDA0002396143930000202
Figure BDA0002396143930000211
对图20所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图22a表示出了图20所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.3023mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图22a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.030mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图22b表示出了图20所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.5116mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图22b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.030mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图22c表示出了图20所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.8403mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图22c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图22d表示出了图20所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.3048mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图22d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图23a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图23a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图23b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图23b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图23c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图23c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图23d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图23d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图24a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图24a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图24a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图24b，由图24b可看出光学畸变可控制在小于1.6％的范围内。
图25a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图25a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图25a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图25b，由图25b可看出光学畸变可控制在小于0.4％的范围内。
图26a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图26a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图26a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图26b，由图26b可看出光学畸变可控制在小于1.2％的范围内。
图27a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图27a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图27a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图27b，由图27b可看出光学畸变可控制在小于0.4％的范围内。
图28示例性地表示出了第四种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜组G1，其焦距f1与镜头长焦端的焦距ft(即变焦镜头处于远摄状态时的焦距)的比值：|f1/ft|＝0.796；具有正光焦度的第二透镜组G2，其焦距f2与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.309；具有负光焦度的第三透镜组G3，其焦距f3与镜头长焦端的焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.597。
继续参考图28，该变焦镜头包含7个具有光焦度的透镜，其中共包含12个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的三个透镜，光焦度依次为正、正和负，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度依次为正和负。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，以消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为9.788mm。
接下来请参考表4a和表4b，其中，表4a表示出图28所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表4a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表4b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表4a
Figure BDA0002396143930000221
Figure BDA0002396143930000231
表4b
Figure BDA0002396143930000232
表4b中所示的变焦镜头的12个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000241
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5和A6为非球面系数。
由于该变焦透镜具有12个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图28所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为:1.15，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.139。
图28所示第一透镜组G1相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3沿光轴运动，以实现连续变焦。
图29示出了图28所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有三个焦距状态：W表示广角端状态，M表示中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近成像面，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成中间焦距状态M时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由中间焦距状态M变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图29可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.1988；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.222。
对应参考表4c及表4d。其中，表4c示出了变焦镜头的基本参数，表4d为变焦镜头在广角端状态W、中间焦距状态M和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。
表4c
Figure BDA0002396143930000242
Figure BDA0002396143930000251
表4d
W M T
a2 7.520mm 3.620mm 0.917mm
a5 3.104mm 2.056mm 2.327mm
a7 2.7mm 7.852mm 10.280mm
对图28所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图30a表示出了图28所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.3931mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图30a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图30b表示出了图28所示的变焦镜头在中间焦距状态M下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.8062mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图30b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在中间焦距状态M下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图30c表示出了图28所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.1856mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图30c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图31a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场4.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图31a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图31b示出了变焦镜头在中间焦距状态M下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场4.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图31b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图31c示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场4.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图31c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图32a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图32a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图32a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图32b，由图32b可看出光学畸变可控制在小于3.0％的范围内。
图33a示出了变焦镜头在中间焦距状态M下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图33a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图33a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图33b，由图33b可看出光学畸变可控制在小于1.2％的范围内。
图34a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图34a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图34a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图34b，由图34b可看出光学畸变可控制在小于0.4％的范围内。
以上，通过图4至图34b提供的四种具体实施例，对于变焦透镜包括第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3共三组透镜组的情况进行了示例性地说明；包含三组透镜组的形式但并不限于以上具体形式。
其中，对于各个透镜组的焦距与变焦镜头的长焦端焦距ft的比值不限于图4至图34b提供的具体实施例中的值，只要每个透镜组的焦距与变焦镜头长焦端的焦距满足以下的比例关系即可实现连续变焦；示例性地，第一透镜组G1的焦距f1与变焦镜头长焦端的焦距ft满足：0.2≤|f1/ft|≤0.9，第二透镜组G2的焦距f2与ft满足：0.10≤|f2/ft|≤0.6，第三透镜组G3的焦距f3与ft满足：0.10≤|f3/ft|≤0.7。
图4至图34b提供的四种具体实施例中各个透镜组所分别包含的透镜个数仅仅是示例性的，本申请实施例提供的变焦镜头对每个透镜组具体的透镜个数不做具体限定，仅对第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的总个数N进行限定。例如，每个透镜组可以包含有一个、两个或两个以上的透镜。第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的总个数N需满足：7≤N≤11，以确保变焦透镜具有较好的连续变焦能力和成像效果。其中，N可以示例性地为7、8、9、10和11等不同的正整数。同时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中共包含的透镜满足：N≤非球面的个数≤2N，其中，所述非球面的个数是指第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中所包含的所有透镜中的非球面表面的个数，N为第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的总个数，例如，非球面的个数可以为N、1.2N、1.5N、1.7N和2N等。其中，非球面表面为透镜的一个透光表面。
图4至图34b提供的四种具体实施例中，第二透镜组G2与第三透镜组G3滑动过程中，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|，以及，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|均只是示例性的。只需要第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值满足：0.12≤|L1/TTL|≤0.35，例如可以是0.12、0.16、0.19、0.20、0.25、0.30、0.33和0.35等，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值满足：0.08≤|L2/TTL|≤0.35，例如可以是0.08、0.12、0.16、0.19、0.20、0.25、0.30、0.33和0.35等，即可通光第二透镜组G2和第三透镜组G3相互配合达到连续变焦的目的。
在采用上述结构的变焦镜头后，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|满足:0.8≤|TTL/ft|≤1.2，有利通过较短的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|满足：0.02≤|IMH/ft|≤0.20。例如，可以是0.02、0.05、0.07、0.12、0.15、0.18、和0.20等。变焦镜头的长焦端的有效焦距ft与广角端的有效焦距fw之间满足：1≤|ft/fw|≤3.7，例如，可以是1、1.2、1.6、1.7、1.9、2.2、2.5、2.8、3、3.3和3.7等，以在连续变焦时获得较好的成像质量。
除了采用三组透镜组的变焦镜头外，还可以在图2所示的三组透镜组的变焦镜头的基础上增加第四透镜组G4，并对相关参数值作适应性调整，以保持连续变焦的能力。其中，第四透镜组G4位于第三透镜组G3的像侧，且第四透镜组G4为具有正光焦度的透镜组；第四透镜组G4为相对于成像面固定的透镜组；作为变焦透镜组的第二透镜组G2和作为补偿透镜组的第三透镜组G3沿着变焦镜头的光轴在第一透镜组G1和第四透镜组G4之间移动。通过设置第四透镜组G4可以提高变焦镜头的分辨率，以获得更为清晰的图像，提高拍摄质量。
类似地，第四透镜组G4中的每个透镜也可以采用类似图3所示的透镜结构，以增大通光量，减小高度方向尺寸。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中包含透镜的最大通光口径满足：4mm≤最大通光口径d≤12mm，以使得变焦镜头可以平衡进光量以及镜头占用的空间。同时，第四透镜组G4中的透镜也可以具有于透镜10(图3)中切口11类似的切口，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中每个透镜的垂直方向高度满足：4mm≤垂直方向高度≤6mm，以降低变焦镜头的高度。
以下通过具体的实施例说明具有四组透镜组的变焦镜头的拍摄效果。
图35示例性地表示出了第五种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.556；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.241；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.211；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.286。
继续参考图35，该变焦镜头包含9个具有光焦度的透镜，其中共包含16个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负，且由物侧至像侧的第一片透镜为正弯月透镜，其凸面凸向物侧；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的四个透镜，光焦度依次为正、正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度为依次正和负；第四透镜组G4包含一个透镜，光焦度为正。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，以消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为9.6mm。
接下来请参考表5a和表5b，其中，表5a表示出图35所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表5a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表5b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表5a
Figure BDA0002396143930000271
Figure BDA0002396143930000281
表5b
Figure BDA0002396143930000282
Figure BDA0002396143930000291
表5b中所示的变焦镜头的16个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000292
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5和A6为非球面系数。
由于该变焦透镜具有16个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图35所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为:0.97，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08955。
如图35所示，第一透镜组G1和第四透镜组G4均相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3在第一透镜组G1和第四透镜组G4之间沿光轴运动，其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第三透镜组G3作为补偿透镜组，以实现连续变焦。
图36示出了图35所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近第四透镜组G4，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图36可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.24615；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.17871。
对应参考表5c及表5d。其中，表5c示出了变焦镜头的基本参数，表5d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离；表5e为变焦镜头分别在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下不同视场主光线角的值(CRA值)，其中，左侧一列数字表示不同的视场。
表5c
Figure BDA0002396143930000301
表5d
W M1 M2 T
a2 9.000mm 6.341mm 3.666mm 1.000mm
a6 1.600mm 1.500mm 2.183mm 3.792mm
a8 0.677mm 3.436mm 5.428mm 6.485mm
表5e
W M1 M2 T
0 0 0 0 0
0.2 2.068 0.406 -0.406 -0.79
0.4 3.924 0.583 -1.052 -1.83
0.6 5.457 0.449 -1.987 -3.15
0.8 6.60 0.128 -3.04 -4.56
1 8.18 -0.488 -4.40 -6.27
对图35所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图37a表示出了图35所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.2529mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图37a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图37b表示出了图35所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.5228mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图37b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.040mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图37c表示出了图35所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.8687mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图37c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图37d表示出了图35所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.3225mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图37d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.05mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图38a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图38a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图38b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图38b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图38c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图38c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图38d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图38d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图39a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图39a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图39a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图39b，由图39b可看出光学畸变可控制在小于或等于3％的范围内。
图40a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图40a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图40a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图40b，由图40b可看出光学畸变可控制在小于0.8％的范围内。
图41a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图41a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图41a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图41b，由图41b可看出光学畸变可控制在小于0.5％的范围内。
图42a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图42a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图42a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图42b，由图42b可看出光学畸变可控制在小于0.8％的范围内。
图43示例性地表示出了第六种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.579；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.260；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.205；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.307。
继续参考图43，该变焦镜头包含8个具有光焦度的透镜，其中共包含14个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负，且由物侧至像侧的第一片透镜为正弯月透镜，其凸面凸向物侧；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的三个透镜，光焦度依次为正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度为依次正和负；第四透镜组G4包含一个透镜，光焦度为正。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，用于消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为9.6mm。
接下来请参考表6a和表6b，其中，表6a表示出图43所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表6a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表6b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表6a
Figure BDA0002396143930000321
Figure BDA0002396143930000331
表6b
Figure BDA0002396143930000332
表6b中所示的变焦镜头的14个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000333
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5和A6为非球面系数。
由于该变焦透镜具有14个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图43所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为:0.955，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08955。
如图43所示，第一透镜组G1和第四透镜组G4均相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3在第一透镜组G1和第四透镜组G4之间沿光轴运动，其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第三透镜组G3作为补偿透镜组，以实现连续变焦。
图44示出了图43所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近第四透镜组G4，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图44可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.25016；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.20385。
对应参考表6c、表6d和表6e。其中，表6c示出了变焦镜头的基本参数，表6d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。表6e为变焦镜头分别在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下不同视场主光线角的值(CRA值)。
表6c
Figure BDA0002396143930000341
表6d
W M1 M2 T
a2 9.000mm 6.341mm 3.666mm 1.000mm
a6 1.600mm 1.500mm 2.183mm 3.792mm
a8 0.677mm 3.436mm 5.428mm 6.485mm
表6e
W M1 M2 T
0 0 0 0 0
0.2 2.29 0.65 -0.18 -0.62
0.4 4.48 1.21 -0.43 -1.30
0.6 6.49 1.59 -0.84 -2.14
0.8 7.99 1.71 -1.51 -3.23
1 8.43 1.45 -2.55 -4.69
对图43所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图45a表示出了图43所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.3197mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图45a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图45b表示出了图43所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.5893mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图45b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图45c表示出了图43所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.9403mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图45c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.04mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图45d表示出了图43所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.4027mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图45d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.05mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图46a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图46a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图46b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图46b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图46c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图46c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图46d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图46d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图47a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图47a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图47a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图47b，由图47b可看出光学畸变可控制在小于或等于3％的范围内。
图48a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图48a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图48a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图48b，由图48b可看出光学畸变可控制在小于0.8％的范围内。
图49a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图49a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图49a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图49b，由图49b可看出光学畸变可控制在小于1.2％的范围内。
图50a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图50a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图50a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图50b，由图50b可看出光学畸变可控制在小于1.2％的范围内。
图51示例性地表示出了第七种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.634；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.228；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.171；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.570。
继续参考图51，该变焦镜头包含10个具有光焦度的透镜，其中共包含18个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的三个透镜，光焦度依次为正、正和负；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的四个透镜，光焦度依次为正、正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的两片透镜，光焦度为依次负和负；第四透镜组G4包含一个透镜，光焦度为正。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，用于消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为9mm。
接下来请参考表7a和表7b，其中，表7a表示出图51所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表7a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表7b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表7a
Figure BDA0002396143930000371
表7b
Figure BDA0002396143930000372
Figure BDA0002396143930000381
表7b中所示的变焦镜头的18个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000382
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5、A6和A7为非球面系数。
由于该变焦透镜具有18个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图51所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为0.904，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08955。
如图51所示，第一透镜组G1和第四透镜组G4均相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3在第一透镜组G1和第四透镜组G4之间沿光轴运动，其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第三透镜组G3作为补偿透镜组，以实现连续变焦。
图52示出了图51所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近第四透镜组G4，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图52可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.26403；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.24389。
对应参考表7c、表7d和表7e。其中，表7c示出了变焦镜头的基本参数，表7d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。表7e为变焦镜头分别在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下不同视场主光线角的值(CRA值)。
表7c
Figure BDA0002396143930000391
表7d
Figure BDA0002396143930000392
Figure BDA0002396143930000401
表7e
W M1 M2 T
0 0 0 0 0
0.2 2.33 0.533 -0.41 -0.98
0.4 4.56 0.99 -0.90 -2.04
0.6 6.62 1.31 -1.49 -3.19
0.8 7.80 1.70 -1.96 -4.19
1 8.63 2.34 -2.07 -4.81
对图51所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图53a表示出了图51所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.4136mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图53a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.020mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图53b表示出了图51所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.6755mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图53b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.05mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图53c表示出了图51所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.0157mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图53c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.07mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图53d表示出了图51所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.4631mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图53d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.07mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图54a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图54a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图54b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图54b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图54c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图54c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图54d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图54d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图55a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图55a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图55a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图55b，由图55b可看出光学畸变可控制在小于或等于1.2％的范围内。
图56a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图56a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图56a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图56b，由图56b可看出光学畸变可控制在小于2.5％的范围内。
图57a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图57a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图57a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图57b，由图57b可看出光学畸变可控制在小于2.0％的范围内。
图58a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图58a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图58a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图58b，由图58b可看出光学畸变可控制在小于1.2％的范围内。
图59示例性地表示出了第八种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.447；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.217；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.202；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.881。
继续参考图59，该变焦镜头包含10个具有光焦度的透镜，其中共包含16个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负，且第一片为正弯月透镜，凸面凸向物侧；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的四个透镜，光焦度依次为正、正、负和正，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的三片透镜，光焦度为依次负、正和负；第四透镜组G4包含一个透镜，光焦度为正。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，用于消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为8.168mm。
接下来请参考表8a和表8b，其中，表8a表示出图59所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表8a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表8b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表8a
Figure BDA0002396143930000421
表8b
Figure BDA0002396143930000422
Figure BDA0002396143930000431
表8b中所示的变焦镜头的16个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000432
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5、A6和A7为非球面系数。
由于该变焦透镜具有16个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图59所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为0.881，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.08955。
如图59所示，第一透镜组G1和第四透镜组G4均相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3在第一透镜组G1和第四透镜组G4之间沿光轴运动，其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第三透镜组G3作为补偿透镜组，以实现连续变焦。
图60示出了图59所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近第四透镜组G4，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图60可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.26919；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.18505。
对应参考表8c、表8d和表8e。其中，表8c示出了变焦镜头的基本参数，表8d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。表8e为变焦镜头分别在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下不同视场主光线角的值(CRA值)。
表8c
Figure BDA0002396143930000441
表8d
W M1 M2 T
a2 8.94mm 6.11mm 3.48mm 1.00mm
a6 1.55mm 1.69mm 2.46mm 4.04mm
a9 0.802mm 3.49mm 5.36mm 6.26mm
表8e
Figure BDA0002396143930000442
Figure BDA0002396143930000451
对图59所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图61a表示出了图59所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.0371mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图61a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.03mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图61b表示出了图59所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.7073mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图61b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.07mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图61c表示出了图59所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.7073mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图61c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.07mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图61d表示出了图59所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.1842mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图61d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.06mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图62a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图62a可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图62b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图62b可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图62c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图62c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图62d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图62d可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图63a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图63a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图63a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图63b，由图63b可看出光学畸变可控制在小于或等于3％的范围内。
图64a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图64a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图64a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图64b，由图64b可看出光学畸变可控制在小于1.2％的范围内。
图65a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图65a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图65a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图65b，由图65b可看出光学畸变可控制在小于或等于0.6％的范围内。
图66a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图66a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图66a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图66b，由图66b可看出光学畸变可控制在小于0.7％的范围内。
图67示例性地表示出了第九种具体的变焦镜头，该变焦镜头从物侧至像侧方向依次包括：具备负光焦度的第一透镜群G1，其焦距f1与镜头长焦端焦距ft的比值：|f1/ft|＝0.71；具有正光焦度的第二透镜群G2，其焦距f2与镜头长焦端焦距ft的比值：|f2/ft|＝0.23；具有负光焦度的第三透镜群G3，其焦距f3与镜头长焦端焦距ft的比值：|f3/ft|＝0.335；具有正光焦度的第四透镜群G4，其焦距f4与镜头长焦端焦距ft的比值：|f4/ft|＝0.384。
继续参考图67，该变焦镜头包含8个具有光焦度的透镜，其中共包含16个非球面，第一透镜组G1包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负，且第一片为正弯月透镜，凸面凸向物侧；第二透镜组G2包含由物侧至像侧依次分布的两个透镜，光焦度依次为正和负，第三透镜组G3包含由物侧至像侧依次分布的三片透镜，光焦度为依次正、负和正；第四透镜组G4包含一个透镜，光焦度为正。上述第二透镜组G2至少包含一个负光焦度透镜，用于消除像差；并且，变焦镜头还具有光阑(图中未示出)，该光阑位于第二透镜组的G2物侧，但并不限于此，也可以是设置在第一透镜组G1的像侧或者物侧，或者，第三透镜组G3的像侧或者物侧；第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3中透镜的最大通光口径为7.902mm。
接下来请参考表9a和表9b，其中，表9a表示出图67所示的变焦镜头在广角状态下各镜片的表面曲率、厚度(Thickness)、折射率(nd)和阿贝系数(vd)；表9a中各项参数的含义可参考表1a相应部分介绍。表9b表示出了各透镜的非球面表面的非球面系数。
表9a
Figure BDA0002396143930000471
表9b
Figure BDA0002396143930000472
Figure BDA0002396143930000481
表9b中所示的变焦镜头的16个非球面中，所有偶次非球面面型z可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
Figure BDA0002396143930000482
其中，z为非球面的矢高，r为非球面的径向坐标，c为非球面顶点球曲率，K为二次曲面常数，A2、A3、A4、A5、A6、A7和A8为非球面系数。
由于该变焦透镜具有16个非球面，非球面的设计自由度比较高，可根据实际需求设计出较好的非球面面型，提高成像质量。
采用图67所示的变焦镜头的结构，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|为0.95，由此可见，可利用较小的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|可做到0.144。
如图67所示，第一透镜组G1和第四透镜组G4均相对于成像面的位置固定，第二透镜组G2和第三透镜组G3在第一透镜组G1和第四透镜组G4之间沿光轴运动，其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第三透镜组G3作为补偿透镜组，以实现连续变焦。
图68示出了图67所示的变焦镜头的变焦流程。该变焦镜头具有四个焦距状态：W表示广角端状态，M1表示第一中间焦距状态，M2表示第二中间焦距状态，T表示远摄状态。变焦镜头广角端状态T对应的各个透镜组的相对位置：第三透镜组G3靠近第四透镜组G4，第二透镜组G2靠近第三透镜组G3的物侧。当变焦镜头由广角端状态W变焦成第一中间焦距状态M1时，第二透镜组G2向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3向第二透镜组G2移动。在由第一中间焦距状态M1变焦成第二中间焦距状态M2时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1方向移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动；在由第二中间焦距状态M2变焦成远摄状态T时，第二透镜组G2继续向第一透镜组G1移动，第三透镜组G3继续向第二透镜组G2方向移动。
由图68可知，变焦镜头由广角状态W变焦为远摄状态T时，第二透镜组G2和第三透镜组G3均是一直向物侧移动，但第三透镜组G3于第二透镜组G2之间的距离先减小后增大，以实现连续变焦。其中，第二透镜组G2作为变焦透镜组，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|为0.2022；第三透镜组G3作为补偿透镜组，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|为0.1845。
对应参考表9c、表9d和表9e。其中，表9c示出了变焦镜头的基本参数，表9d为变焦镜头在广角端状态W、第一中间焦距状态M1、第二中间焦距状态M2和远摄状态T下的透镜组的间隔距离。
表9c
Figure BDA0002396143930000491
表9d
W M1 M2 T
a2 6.443mm 4.753mm 2.402mm 0.900mm
a4 2.384mm 2.276mm 2.485mm 2.868mm
a7 1.941mm 3.740mm 5.882mm 7.000mm
对图67所示的变焦镜头进行仿真，下面结合附图说明变焦镜头的成像效果。
图69a表示出了图67所示的变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.2614mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图69a可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.06mm，也就是变焦镜头在广角端状态W下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图69b表示出了图67所示的变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.4463mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图69b可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.04mm，也就是变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图69c表示出了图67所示的变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为2.7589mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图69c可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.06mm，也就是变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图69d表示出了图67所示的变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差曲线，其中，五条曲线分别表示在半孔径大小为3.0036mm的情况下，650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长下光聚焦深度位置的仿真结果；由图69d可看出，在任一特定的归一化孔径坐标下，每两条不同波长对应的曲线的离焦量的差值均小于0.10mm，也就是变焦镜头在远摄状态T下的轴向像差控制在一个较小的范围内。
图70a示出了变焦镜头在广角端状态W下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图70a可以看出，五条光线的横向色差基本在衍射极限内。
图70b示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图70b可以看出，五条光线的横向色差基本在衍射极限内。
图70c示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图70c可以看出，五条光线的横向色差均在衍射极限内。
图70d示出了变焦镜头在远摄状态T下的横向色差曲线，其中，图中的五条实线曲线分别为650nm、610nm、555nm、510nm和470nm波长的颜色光对应的仿真曲线，最大视场3.0000mm，虚线表示衍射极限范围，由图70d可以看出，五条光线的横向色差基本在衍射极限内。
图71a示出了变焦镜头在广角端状态W状态下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图71a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图71a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图71b，由图71b可看出光学畸变可控制在小于或等于3％的范围内。
图72a示出了变焦镜头在第一中间焦距状态M1下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图72a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图72a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图72b，由图72b可看出光学畸变可控制在小于2.0％的范围内。
图73a示出了变焦镜头在第二中间焦距状态M2下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图73a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图73a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图73b，由图73b可看出光学畸变可控制在小于或等于3.0％的范围内。
图74a示出了变焦镜头在远摄状态T下的光学畸变曲线，表示成像变形与理想形状的差异，其中，五条实线曲线分别对应650nm、610nm、555nm、510nm、470nm波长的颜色光，与每条实线对应的虚线分别为光线对应的理想形状。由图74a可以看出成像变形与理想形状之间差距很小，对图74a中的光线的成像变形与理想形状进行百分比计算得到图74b，由图74b可看出光学畸变可控制在小于3.0％的范围内。
以上，通过图35至图74b提供的五种具体实施例，对于变焦透镜包括第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4共三组透镜组的情况进行了示例性地说明；但是，包含四组透镜组的形式但并不限于以上五种具体实施例。
其中，对于各个透镜组的焦距与变焦镜头的长焦端焦距ft的比值不限于图35至图74b提供的具体实施例中的值，只要每个透镜组的焦距与变焦镜头长焦端的焦距满足以下的比例关系即可实现连续变焦；示例性地，第一透镜组G1的焦距f1与变焦镜头长焦端的焦距ft满足：0.2≤|f1/ft|≤0.9，第二透镜组G2的焦距f2与ft满足：0.10≤|f2/ft|≤0.6，第三透镜组G3的焦距f3与ft满足：0.10≤|f3/ft|≤0.7。
图35至图74b提供的四种具体实施例中各个透镜组所分别包含的透镜个数仅仅是示例性的，本申请实施例提供的变焦镜头对每个透镜组具体的透镜个数不做具体限定，仅对第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4中透镜的总个数N进行限定。例如，每个透镜组可以包含有一个、两个或两个以上的透镜。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中透镜的总个数N需满足：7≤N≤13，以确保变焦透镜具有较好的连续变焦能力和成像效果。其中，N可以示例性地为7、8、9、10、11和13等不同的正整数。同时，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中共包含的透镜满足：N≤非球面的个数≤2N，其中，N为第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4中透镜的总个数，所述非球面的个数是指第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4中所包含的所有透镜中的非球面表面的个数，例如，非球面的个数可以为N、1.2N、1.5N、1.7N和2N等。其中，非球面表面为透镜的一个透光表面。
图35至图74b提供的五种具体实施例中，第二透镜组G2与第三透镜组G3滑动过程中，第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L1/TTL|，以及，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值|L2/TTL|均只是示例性的。只需要第二透镜组G2沿光轴运动行程L1与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值满足：0.12≤|L1/TTL|≤0.35，例如可以是0.12、0.16、0.19、0.20、0.25、0.30、0.33和0.35等，第三透镜组G3沿光轴运动行程L2与变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间的比值满足：0.08≤|L2/TTL|≤0.35，例如可以是0.08、0.12、0.16、0.19、0.20、0.25、0.30、0.33和0.35等，即可通光第二透镜组G2和第三透镜组G3相互配合达到连续变焦的目的。
在采用上述结构的变焦镜头后，变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL与变焦镜头长焦端的有效焦距ft之间的比值|TTL/ft|满足:0.8≤|TTL/ft|≤1.2，有利通过较短的光学总长实现较长的焦距；变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值|IMH/ft|满足：0.02≤|IMH/ft|≤0.20，例如，可以是0.02、0.05、0.07、0.12、0.15、0.18和0.20等。变焦镜头的长焦端的有效焦距ft与广角端的有效焦距fw之间满足：1≤|ft/fw|≤3.7，例如，可以是1、1.2、1.6、1.7、1.9、2.2、2.5、2.8、3、3.3和3.7等，以在连续变焦时获得较好的成像质量。
由上述第一种具体的变焦镜头、第二种具体的变焦镜头、第三种具体的变焦镜头、第四种具体的变焦镜头、第五种具体的变焦镜头、第六种具体的变焦镜头、第七种具体的变焦镜头、第八种具体的变焦镜头及第九种具体的变焦镜头的结构及仿真效果可以看出，本申请实施例提供的变焦镜头可以连续变焦，变焦镜头的物距范围可实现从无穷远到40mm的范围。其中，物距的指的是物体到变焦镜头的第一透镜组G1中第一片透镜的物侧表面的距离。由仿真结果可以看出，变焦镜头在变焦过程中，获得比传统混合光学变焦更好的成像质量。并且，变焦镜头处于广角端状态W时的主光线角与处于远摄状态T时的主光线角的差小于或等于6°，例如该差为0.1°、1°、1.2°、1.8°、1.9°、2.2°、2.5°、2.8°、3.2°、3.5°、4°、4.4°、4.8°、5.0°、5.5°和6°等。
图75示出了本申请实施例提供的另一变焦镜头，该变焦镜头的透镜组设置形式不限于图75中的形式，具体可以参考上述各实施例，此外，变焦镜头还包括位于第一透镜组G1物侧的反射镜20，以将光线反射到第一透镜组G1，其中，例如，反射镜20的镜面可以与变焦镜头的光轴成45°夹角，该夹角也可以根据需要调整，从而，可实现潜望式拍摄，使变焦镜头的放置位置和放置角度都更加灵活，如可以使变焦镜头的光轴方向平行于手机屏幕表面。
图76示出了变焦镜头在手机中的应用场景。在变焦镜头300采用潜望式时，变焦镜头300中的透镜组301的排列方向可以平行于手机壳体400的长度方向，透镜组301设置在手机壳体300与中框500之间，应当理解的是，图76中仅仅示例出了透镜组301的设置位置以及设置方式，图76中的透镜组301并不代表透镜组301的实际透镜个数。由图76可看出，变焦镜头采用潜望式时，而可降低对手机厚度的影响。
此外，如图77所示，还可将图75中的反射镜20替换为棱镜30，该棱镜30可以为三棱镜，利用棱镜30的一个面作为反射面，该反射面与变焦镜头的光轴成45°夹角，该夹角也可以适当调整；继续参考图77，示例性地，光线垂直穿过棱镜30的一个入射表面，到达棱镜30的反射面，被反射至棱镜30的出射面，光线垂直穿出出射面并射至第一透镜组G1；棱镜的形状和放置角度不限于上述形式，只要能够将外来光线偏转至第一透镜组G1即可。
本申请实施例还提供了一种摄像头模组，摄像头模组包括摄像头芯片以及上述的任一实施例提供的变焦镜头，光线可穿过所述变焦镜头照射到所述摄像头芯片。摄像头模组具有一个壳体，摄像头芯片固定在壳体内，变焦镜头也设置在壳体内。其中摄像头模组的壳体及芯片可以采用现有中已知的结构，在此不再赘述。变焦镜头通过作为变焦透镜组的第二透镜组和作为补偿透镜组的第三透镜组，并与固定的第一透镜组配合，实现变焦镜头的连续变焦，改善变焦镜头的拍摄质量。
本申请实施例还提供了一种移动终端，该移动终端可以为手机和平板电脑等。该移动终端包括壳体，以及设置在壳体内的上述任一具体实施例提供的变焦镜头。如图76所示的采用潜望式的变焦镜头设置在手机内。一并参考图4中所示的变焦镜头，变焦镜头在采用一个固定的透镜组以及两个运动的透镜组相配合，通过设置的第二透镜组及第三透镜组实现了对变焦镜头的连续变焦，改善了变焦镜头的拍摄质量。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种变焦镜头，其特征在于，包括：沿物侧到像侧排列的第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组共三组透镜组；其中，所述第一透镜组为具有负光焦度的透镜组；所述第二透镜组为具有正光焦度的透镜组；所述第三透镜组为具有负光焦度的透镜组；所述第一透镜组为固定透镜组；所述第二透镜组为变焦透镜组并可在所述第一透镜组的像侧沿光轴滑动；所述第三透镜组为补偿透镜组并可在所述第二透镜组的像侧沿光轴滑动,其中，所述第一透镜组的焦距f1与所述变焦镜头长焦端的焦距ft满足：0.2≤|f1/ft|≤0.9；所述第二透镜组的焦距f2与ft满足：0.10≤|f2/ft|≤0.6；所述第三透镜组的焦距f3与ft满足：0.10≤|f3/ft|≤0.597；
或者，
所述变焦镜头包括沿物侧到像侧排列的第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组及第四透镜组共四组透镜组；其中，所述第一透镜组为具有负光焦度的透镜组；所述第二透镜组为具有正光焦度的透镜组；所述第三透镜组为具有负光焦度的透镜组；所述第四透镜组为具有正光焦度的透镜组；所述第一透镜组为固定透镜组；所述第二透镜组为变焦透镜组并可在所述第一透镜组的像侧沿光轴滑动；所述第三透镜组为补偿透镜组并可在所述第二透镜组的像侧沿光轴滑动；所述第四透镜组为固定透镜组,其中，所述第一透镜组的焦距f1与所述变焦镜头长焦端的焦距ft满足：0.2≤|f1/ft|≤0.9；所述第二透镜组的焦距f2与ft满足：0.10≤|f2/ft|≤0.6；所述第三透镜组的焦距f3与ft满足：0.10≤|f3/ft|≤0.211。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组中透镜的总个数N满足：
7≤N≤11。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中包含的透镜满足：
N≤非球面的个数≤2N，所述非球面的个数是指所述变焦镜头所包含的所有透镜中的非球面表面的个数。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，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中透镜的总个数N满足：
7≤N≤13。
5.根据权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中包含的透镜满足：
N≤非球面的个数≤2N，所述非球面的个数是指所述变焦镜头所包含的所有透镜中的非球面表面的个数。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组沿光轴运动行程L1与所述变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间满足：0.12≤|L1/TTL|≤0.35。
7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜组沿光轴运动行程L2与所述变焦镜头从最靠近物侧的表面至成像面的总长度TTL之间满足：0.08≤|L2/TTL|≤0.3。
8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的半像高IMH与长焦端的有效焦距ft的比值范围满足：0.02≤|IMH/ft|≤0.20。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的长焦端的有效焦距ft与广角端的有效焦距fw之间满足：1≤|ft/fw|≤3.7。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头处于广角端状态时的主光线角与处于远摄状态时的主光线角的差小于或等于6°。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组至少包含一个负光焦度透镜。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，还包括棱镜或反射镜，其中，
所述棱镜或反射镜位于所述第一透镜组的物侧；
所述棱镜或反射镜用于将光线偏转至所述第一透镜组。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中的每片透镜均具有用于降低透镜的高度的切口。
14.根据权利要求13所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头中包含的每片透镜的垂直方向高度h满足：
4mm≤h≤6mm。
15.根据权利要求13或14所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头所包含的每片透镜的最大通光口径d满足：
4mm≤d≤12mm。
16.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的物距范围可实现从无穷远到40mm的范围。
17.一种摄像头模组，其特征在于，包括摄像头芯片及如权利要求1～16任一项所述的变焦镜头；其中，光线可穿过所述变焦镜头照射到所述摄像头芯片。
18.一种移动终端，其特征在于，包括壳体，以及设置在所述壳体内的如权利要求1～16任一项所述的变焦镜头。
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