CN1790085A - 可变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于移动相机的可变焦镜头，其从物体侧面向像面侧依次备有：具有负屈光力的第1镜头组I、具有正屈光力的第2镜头组II、具有正屈光力的第3镜头组III，当从广角端向望远端变焦时，第1镜头组为固定状态，第2镜头组和第3镜头组移动，其中，第1镜头组I由具有负屈光力的第1镜头1组成，第2镜头组II由具有正屈光力的第2镜头2、具有负屈光力的第3镜头3组成，第3镜头组III由具有正屈光力的第4镜头4组成。通过这样的镜头结构，从广角端到望远端的整个区域内可以良好地矫正各像差，确保2.5～3倍左右的变焦比，实现小型化、薄型化和低成本化，获得能很好地适用于安装在手机等上的移动相机的超小型可变焦镜头。

Description

可变焦镜头
技术领域
本发明为涉及一种配备CCD等固体摄像元件的适用于数码静相摄像机等的小型可变焦镜头，尤其是适用于安装或连接在手机、个人数字助理(PDA)、个人电脑等上使用的移动相机的可变焦镜头。
背景技术
近年来，在手机等的市场上，安装配备了CCD等固体摄像元件的移动相机的产品多了起来，对适用于移动相机的镜头也要求小巧化。同时，为了给手机等产品增加附加值，比起单焦距镜头来，更希望采用可从广角至望远摄影的可变焦镜头。
但是，可变焦镜头由于要让镜头向光轴方向相对移动来改变摄影范围，因此除布置镜头的空间外，还必须确保移动镜头所需的空间，其小型化难度很大。
通常的数码相机，通过在镜头装置上设置伸缩机构来解决空间上的问题，但该伸缩机构抗撞击性弱，所以因掉落等而受到撞击的频率较高的手机等很难采用同样的伸缩机构。
针对这一点，人们研究了分别使整个镜头系统的所有镜头组可动，用较少的空间来确保所需变焦比(变倍比)的方法，但安装在手机等的电机及驱动机构，与安装在通常的数码相机上的相比更要求小巧和低成本，因此需要尽量减少可动的透镜组。
对此，虽然可以提高每一个镜头的屈光力，用较少的移动量来确保所需的变焦比，但如果提高镜头的屈光力，对镜头形状的要求将更加严格，很难矫正各像差，而且，无法充分获得镜头的边厚，从而无法确保镜头的有效直径。此外，如果将镜头系统的总长减小至极限，对CCD的光线入射角度在广角端与望远端将有很大差异，虽然广角端可适应CCD，但在望远端会出现因CCD的微镜头引起的光线渐晕现象。
另一方面，作为适合于数码相机的以往的可变焦镜头，已经出现了配备由具有负屈光力的一个镜头组成的第1镜头组、由具有正屈光力的一个镜头组成的第2镜头组和由具有正屈光力的一个镜头组成的第3镜头组，当从广角端向望远端变焦时，第1镜头组和第2镜头组移动的镜头(例如，请参见专利文献1)。
另外，作为其他可变焦镜头，也已经出现了配备由具有负屈光力的一个镜头组成的第1镜头组、由分别具有正屈光力和负屈光力的两个镜头组成的第2镜头组和由具有正屈光力的一个镜头组成的第3镜头组，当从广角端向望远端变焦时，在固定第3镜头组的状态下，移动第1镜头组和第2镜头组，使得在第1镜头组与第2镜头组之间的间隔减少的同时，第2镜头组与第3镜头组之间的间隔增大，进而移动第1镜头组进行调焦的镜头(例如，请参见专利文献2)。
但是，上述专利文献1中公开的可变焦镜头，结构为3组3枚，虽然在薄型化上没有问题，但由于镜头数量少，很难在从广角端至望远端的整个区域良好地矫正像差，变焦比(变倍比)也只有2倍左右，很难确保更高的变焦比。
另外，专利文献2中公开的可变焦镜头，结构为3组4枚，能良好地矫正像差，但由于向前移动第1镜头组进行调焦，很难缩短总长，而且，考虑到针对掉落等的撞击的结构强度及可靠性等，在变焦或调焦时，最好不要移动位于最前面的第1镜头组。
发明内容
本发明是为解决上述问题而设计的可变焦镜头，其目的在于，尽管为3组4枚的简单结构，但通过适当地设定镜头的布置及放大倍数，在矫正像差，获得良好的光学性能的同时，能够确保2.5～3倍左右的变焦比(变倍比)，以小巧、轻薄以及低成本提供特别适合于手机等的移动相机。
本发明的可变焦镜头为从物体侧面向像面侧依次备有：具有负屈光力的第1镜头组、具有正屈光力的第2镜头组、具有正屈光力的第3镜头组，当从广角端向望远端变焦时，第1镜头组为固定状态，第2镜头组和第3镜头组移动的可变焦镜头，其特征在于，所述第1镜头组由具有负屈光力的第1镜头组成；所述第2镜头组由具有正屈光力的第2镜头、具有负屈光力的第3镜头组成；所述第3镜头组由具有正屈光力的第4镜头组成。
根据这一结构，尽管为3组4枚的简单结构，通过在变焦时移动第2镜头组和第3镜头组，从广角端到望远端的整个区域内可以良好地矫正各像差，确保2.5～3倍左右的变焦比，实现小巧、轻薄，获得适合于安装在手机等上的移动相机的超小型可变焦镜头。
在上述结构中，假定广角端第1镜头组与第2镜头组的间隔为DW1-2、广角端第2镜头组与第3镜头组的间隔为DW2-3、望远端第1镜头组与第2镜头组的间隔为DT1-2、望远端第2镜头组与第3镜头组的间隔为DT2-3，则可以采用满足下列条件式(1)、(2)的结构：
(1)4.5＜DW1-2/DW2-3＜8.5，
(2)DT1-2/DT2-3＜0.2。
根据这一结构，通过满足规定广角端和望远端第1镜头组、第2镜头组和第3镜头组相互间隔的条件式(1)、(2)，能够在确保镜头可动范围的同时，缩短镜头系统的总长，并良好地矫正各像差。
在上述结构中，假定第2镜头的焦距为FG2、广角端从第1镜头前面至像面之镜头系统的焦距为FW，则可以采用满足下列条件式(3)的结构：
(3)FG2/FW＜1.5。
根据这一结构，通过满足规定第2镜头的焦距与广角端镜头系统的焦距之间关系的条件式(3)，能够在良好地矫正各像差(特别是球面像差、彗差)同时，缩短镜头系统的总长，并确保2.5～3倍左右的变焦比(变倍比)。
在上述结构中，假定广角端从第1镜头前面至像面的距离(对后焦距为空气换算距离)为DW、望远端从第1镜头前面至像面的距离(对后焦距为空气换算距离)为DT、广角端从第1镜头至像面之镜头系统的焦距为FW、望远端从第1镜头至像面之镜头系统的焦距为FT，则可以采用满足下列条件式(4)、(5)的结构：
(4)2.5＜DW/FW＜4.0，
(5)1.0＜DT/FT＜2.0。
根据这一结构，通过满足规定广角端和望远端镜头系统总长与焦距之间关系的条件式(4)、(5)，能够在确保2.5～3倍左右的适当的变焦比(变倍比)的同时，易于缩短镜头系统的总长。
在上述结构中，假定广角端从第1镜头前面至像面之镜头系统的焦距为FW、望远端从第1镜头前面至像面之镜头系统的焦距为FT、第1镜头组的焦距为FG1、第2镜头组的焦距为FG2、第3镜头组的焦距为FG3，则可以采用满足下列条件式(6)、(7)、(8)的结构：
(6)2.0＜|FG1|/|FW|＜4.0，
(7)0.7＜|FG1|/|FT|＜1.5，
(8)0.5＜FG2/FG3＜1.2。
根据这一结构，通过满足有关各镜头组放大倍数的条件式(6)、(7)、(8)，能够在良好地矫正各像差(特别是畸变像差、非点像差)，并缩短镜头系统总长的同时，易于确保2.5～3倍左右的变焦比(变倍比)。
在上述结构中，第1镜头可以采用由玻璃材料制成，在物体侧及像面侧具有球面的结构。
根据这一结构，与具有非球面的玻璃镜头相比，可以降低玻璃镜头的成本，提供适合于用于手机等的移动相机的便宜的变焦镜头。
在上述结构中，第2镜头和第3镜头可以采用在物体侧及像面侧两面具有非球面，第4镜头在物体侧及像面侧的至少一面具有非球面的结构。
根据这一结构，通过在第2镜头和第3镜头设置非球面，可以在从广角端到望远端的整个区域，尤其能够对球面像差和彗差进行良好的矫正；通过在第4镜头设置非球面，可以在从广角端到望远端的整个区域，尤其能够对非点像差进行良好的矫正，总体上获得良好矫正各像差的高光学性能的可变焦镜头。
在上述结构中，可以采用第2镜头和第3镜头由树脂材料制成的结构。
根据这一结构，与使用玻璃材料的情形相比，可降低成本，且易于形成较难的形状。同时，可以减轻重量，因此可以减小施加在驱动镜头组的电机等上的负荷，从而减少耗电量。
在上述结构中，假定第1镜头的阿贝数为V1，则可以采用满足下列条件式(9)的结构：
(9)V1＞60。
根据这一结构，通过满足规定第1镜头的阿贝数的条件式(9)，能够良好地矫正色差，尤其是从广角端到望远端的整个区域的轴向色差，可以获得高光学性能的可变焦镜头。
在上述结构中，假定第2镜头的阿贝数为V2、第3镜头的阿贝数为V3，则可以采用满足下列条件式(10)的结构：
(10)V2-V3＞20。
根据这一结构，通过满足规定第2镜头6与第3镜头的阿贝数关系的条件式(10)，能够良好地矫正色差，尤其是从广角端到望远端的整个区域的倍率色像差，可以获得高光学性能的可变焦镜头。
综上所述，根据本发明的可变焦镜头，可以实现小巧、轻薄、成本低，获得适合于安装在手机等上的移动相机的可变焦镜头。
特别是，尽管为3组4枚的结构，但通过适当地设定放大倍数配置、安排非球面的位置等，可以获得变焦比约为2.5～3倍左右、小巧而轻薄、各像差得到良好矫正的高光学性能的可变焦镜头。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
附图说明
图1为表示与本发明相关的可变焦镜头的一实施方式的基本结构图。
图2表示图1所示的可变焦镜头的状态图，(A)是在广角端的状态图，(B)是在中间位置的状态图，(C)是在望远端的状态图。
图3表示与实施例1相关的可变焦镜头的广角端球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的各像差图。
图4表示与实施例1相关的可变焦镜头的中间位置球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的各像差图。
图5表示与实施例1相关的可变焦镜头的望远端球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的各像差图。
图6为表示与本发明相关的可变焦镜头的其他实施方式的基本结构图。
图7表示图6所示的可变焦镜头的状态图，(A)是在广角端的状态图，(B)是在中间位置的状态图，(C)是在望远端的状态图。
图8表示与实施例2相关的可变焦镜头的广角端球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的各像差图。
图9表示与实施例2相关的可变焦镜头的中间位置球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的各像差图。
图10表示与实施例2相关的可变焦镜头的望远端球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的各像差图。
图11是与本发明相关的可变焦镜头安装在手机上的实施方式的正视图。
图12是与本发明相关的可变焦镜头安装在手机上的实施方式的侧视图。
具体实施方式
下面，就本发明的最佳实施方式，参照附图进行详细说明。
图1和图2为表示与本发明相关的可变焦镜头的一实施方式的示意图，图1为基本结构图，图2为位于广角端、中间位置、望远端的状态图。
本可变焦镜头如图1所示，从物体侧面向像面侧依次排列有：整体上具有负屈光力的第1镜头组(I)、整体上具有正屈光力的第2镜头组(II)、整体上具有正屈光力的第3镜头组(III)。
当从广角端向望远端变焦时，如图2(A)、(B)、(C)所示，第1镜头组(I)处在固定于规定位置的状态，第2镜头组(II)和第3镜头组(III)移动，即第2镜头组(II)从像面侧面向物体侧移动，且第3镜头组(III)从物体侧面向像面侧移动。
第1镜头组(I)如图1所示，由具有负屈光力的第1镜头1组成。
第2镜头组(II)如图1所示，由从物体侧面向像面侧依次排列的具有正屈光力的第2镜头2、具有负屈光力的第3镜头3，以及在第2镜头2的附近(从前面的跟前位置到比前面稍稍靠后的位置)一体布置的限定规定口径的镜头框等形成的孔径光阑SD组成。
第3镜头组(III)如图1所示，由具有正屈光力的第4镜头4组成。
即本可变焦镜头为调焦时固定在规定位置的一个镜头组(I)，和分别独立地向光轴方向移动的两个镜头组(II)、(III)共4枚镜头构成的3组4枚结构。
此外，在上述排列结构中，比第3镜头组(III)的第4镜头4更靠近像面侧的位置，布置了红外线切割滤波器、低通滤波器等的玻璃滤光器5，在玻璃滤光器5的后方还布置了固体摄像元件CCD的成像面P。
这里，镜头系统(从第1镜头组(I)的前面到成像面P)的焦距用F表示，第1镜头组(I)的焦距用FG1表示，第2镜头组(II)的焦距用FG2表示，第3镜头组(III)的焦距用FG3表示，广角端镜头系统的焦距用FW表示，望远端镜头系统的焦距用FT表示，中间位置镜头系统的焦距用FM表示，第2镜头2的焦距用FG2表示。
此外，如图1所示，第1镜头1、孔径光阑SD、第2镜头2～第4镜头4和玻璃滤光器5的每个面用SI(I＝1～11)表示，每个面的曲率半径用RI(I＝1～11)表示，相对于D线的折射率用NI表示，阿贝数用VI(I＝1～5)表示。
接着，假定第1镜头1至玻璃滤光器5在各个光轴L上的距离(厚度、空气间隔)为DI(I＝1～10)，广角端镜头系统(对后焦距为空气换算距离)的距离为DW、望远端镜头系统(对后焦距为空气换算距离)的距离为DT，广角端第1镜头组(I)与第2镜头组(II)的间隔为DW1-2(＝D2或D2+D3)、广角端第2镜头组(II)与第3镜头组(III)的间隔为DW2-3(＝D7)、望远端第1镜头组(I)与第2镜头组(II)的间隔为DT1-2(＝D2或D2+D3)、望远端第2镜头组(II)与第3镜头组(III)的间隔为DT2-3(＝D7)，从第4镜头4的后面S9到像面P的间隔(空气换算距离)为后焦距，从玻璃滤光器5到像面P的距离为BF。
第1镜头1由玻璃材料制成，是凹面S1朝向物体侧、凹面S2朝向像面侧的具有负屈光力的双凹形状的镜头。
第2镜头2由树脂材料(塑料材料)制成，是凸面S4朝向物体侧、凸面S5朝向像面侧的具有正屈光力的双凸形状的镜头。
第3镜头3由树脂材料(塑料材料)制成，是凸面S6朝向物体侧、凹面S7朝向像面侧的具有负屈光力的凹凸形状的镜头。
第4镜头4由玻璃材料制成，是凸面S8朝向物体侧、凸面S9朝向像面侧的具有正屈光力的双凸形状的镜头。
这样，由于第2镜头2和第3镜头3由树脂材料(塑料材料)制成，与用玻璃材料制成的情形相比，可以减轻镜头系统的重量，降低成本，同时，易于形成复杂的形状。此外，由于能够实现轻量化，可以减小施加在驱动第2镜头组(II)的电机等上的负荷，从而减少耗电量。
第1镜头1的物体侧和像面侧的两面S1、S2制成球面形状。即第1镜头1是用玻璃材料制成的具有球面的镜头，因此可以降低镜头的成本，能够提供适合于用于手机等的移动相机的便宜的可变焦镜头。
这里，第2镜头2的物体侧和像面侧的两面S4、S5、第3镜头3的物体侧和像面侧的两面S6、S7、第4镜头4的物体侧和像面侧的至少一面S8或S9也可以制成非球面形状。
这样，通过对第2镜头2设置非球面S4、S5，可以在从广角端到望远端的整个区域，尤其是对球面像差和彗差进行良好的矫正；通过对第4镜头4设置非球面S8或S9，可以在从广角端到望远端的整个区域，尤其是对非点像差进行良好的矫正，从而获得整体上良好地矫正了各像差的高光学性能的可变焦镜头。
这里，规定下式作为表示非球面的式子：
Z＝CY2/[1+(1-εC2Y2)1/2]+DY4+EY6+FY8+GY10+HY12，式中，Z：从非球面顶点的切平面到距光轴L的高度为Y的非球面上的点的距离；Y：距光轴的高度；C：非球面顶点的曲率(1/R)；ε：圆锥常数；D、E、F、G、H：非球面系数。
此外，在上述结构中，广角端第1镜头组(I)与第2镜头组(II)的间隔DW1-2、广角端第2镜头组(II)与第3镜头组(III)的间隔DW2-3(＝D7)、望远端第1镜头组(I)与第2镜头组(II)的间隔DT1-2、望远端第2镜头组(II)与第3镜头组(III)的间隔DT2-3最好制成为满足下列条件式(1)、(2)：
(1)4.5＜DW1-2/DW2-3＜8.5，
(2)DT1-2/DT2-3＜0.2。
条件式(1)、(2)规定了第1镜头组(I)、第2镜头组(II)、第3镜头组(III)相互间在广角端和望远端的光轴上的间隔。即如果DW1-2/DW2-3的值小于或等于4.5，DT1-2/DT2-3的值大于或等于2.0，就无法确保让镜头可动的空间，因而如果加大镜头的放大倍数，将很难矫正各像差。另一方面，如果DW1-2/DW2-3的值大于或等于8.5，让镜头可动的空间过大，很难缩短镜头系统的总长。因此，通过满足条件式(1)、(2)，既可以确保镜头的可动范围，又可以缩短镜头系统的总长，而且还可以良好地矫正各像差。
在上述结构中，第2镜头2的焦距用FG2、广角端从第1镜头1前面S1至像面P的镜头系统的焦距FW最好制成为满足下列条件式(3)。
(3)FG2/FW＜1.5。
条件式(3)规定了第2镜头2的焦距与广角端镜头系统焦距之间的关系。FG2/FW的值大于或等于1.5时，如果在缩短镜头系统的总长的情况下要确保2.5～3左右的变焦比(变倍比)，第2镜头2的放大倍数将过低，相应地必须加大第3镜头3的放大倍数来补偿，因此很难矫正各像差，尤其是球面相差、彗差。另一方面，如果优先考虑像差矫正，第2镜头组(II)的放大倍数将过低，在缩短镜头系统的总长的情况下很难确保2.5～3左右的变焦比。因此，通过满足条件式(3)，可以良好地矫正各像差，尤其是球面相差、彗差，同时缩短镜头系统的总长，并且确保2.5～3倍左右的变焦比(变倍比)。
在上述结构中，广角端从第1镜头1的前面S1至像面P的距离(对后焦距为空气换算距离)DW、望远端从第1镜头1的前面至S1至像面P的距离(对后焦距为空气换算距离)DT、广角端从第1镜头1至像面P之镜头系统的焦距FW、望远端从第1镜头1至像面P之镜头系统的焦距FT最好制成为满足下列条件式(4)、(5)：
(4)2.5＜DW/FW＜4.0，
(5)1.0＜DT/FT＜2.0。
条件式(4)、(5)规定了广角端和望远端镜头系统总长与焦距之间的关系。DW/FW的值和DT/FT的值如果分别偏离了各自的条件式，将很难在确保适当的变焦比的基础上，缩短镜头系统的总长。因此，通过满足条件式(4)、(5)，既可以确保2.5～3倍左右的适当的变焦比(变倍比)，又易于缩短镜头系统的总长。
在上述结构中，广角端从第1镜头1的前面S1至像面P之镜头系统的焦距FW、望远端从第1镜头1的前面S1至像面之镜头系统的焦距FT、第1镜头组(I)的焦距FG1、第2镜头组(II)的焦距FG2、第3镜头组(III)的焦距FG3最好制成为满足下列条件式(6)、(7)、(8)：
(6)2.0＜|FG1|/|FW|＜4.0，
(7)0.7＜|FG1|/|FT|＜1.5，
(8)0.5＜FG2/FG3＜1.2。
条件式(6)、(7)、(8)对每个镜头组的放大倍数进行了规定。如果|FG1|/|FW|的值大于或等于4.0，|FG1|/|FT|的值大于或等于1.5，第1镜头组(I)的放大倍数将过低，在缩短镜头系统总长的情况下很难确保2.5～3倍左右的变焦比。另一方面，如果|FG1|/|FW|的值小于或等于2.0，|FG1|/|FT|的值小于或等于0.7，第1镜头组(I)的放大倍数将过大，很难矫正各像差，尤其是广角端至望远端的畸变像差。
此外，如果FG2/FG3的值大于或等于1.2，相对于第2镜头组(II)，第3镜头组(III)的放大倍数将过大，很难矫正各像差，尤其是是广角端至望远端的非点像差。另一方面，如果FG2/FG3的值小于或等于0.5，相对于第2镜头组(II)，第3镜头组(III)的放大倍数将过低，在缩短镜头系统总长的情况下很难确保2.5～3倍左右的变焦比。
因此，通过满足条件式(6)、(7)、(8)，既可以良好地矫正各像差，尤其是畸变像差、非点像差，同时缩短镜头系统的总长，又易于确保2.5～3倍左右的变焦比(变倍比)。
在上述结构中，第1镜头1的阿贝数V1最好制成为满足下列条件式(9)：
(9)V1＞60。
条件式(9)规定了第1镜头1的阿贝数，通过满足该条件式(9)，可以良好地矫正色差，尤其是从广角端到望远端的整个区域的轴向色差，可以获得高光学性能的可变焦镜头。
在上述结构中，第2镜头2的阿贝数V2、第3镜头3的阿贝数V3最好制成为满足下列条件式(10)：
(10)V2-V3＞20。
条件式(10)规定了第2镜头2与第3镜头3的阿贝数的关系，通过满足该条件式(10)，可以良好地矫正色差，尤其是从广角端到望远端的整个区域的倍率色像差，可以获得高光学性能的可变焦镜头。
实施例1
实施例1列举了由上述结构组成的可变焦镜头的实施方式的具体数值。实施例1中的主要规格尺寸列在表1中，各种数值数据(设定值)列在表2中，非球面的相关数值数据列在表3中，在广角端、中间位置、望远端的各个镜头系统的焦距(广角端FW、中间位置FM、望远端FT)、光轴L上的可变距离(在广角端、中间位置、望远端的间隔)、D2(DW1-2、DM1-2、DT1-2)、D7(DW2-3、DM2-3、DT2-3)、D9(DW3-4、DM3-4、DT3-4)的相关数据列在表4中。
此外，条件式(1)～(10)的数值数据为：
(1)DW1-2/FW2-3＝6.291/1.230＝5.11，
(2)DT1-2/DT2-3＝0.937/8.340＝0.11，
(3)FG2/FW＝2.98/4.84＝0.62，
(4)DW/FW＝15.83/4.84＝3.27，
(5)DT/FT＝15.83/11.9＝1.53，
(6)|FG1|/|FW|＝14.07/4.48＝2.91，
(7)|FG1|/|FT|＝14.07/11.9＝1.18，
(8)FG2/FG3＝6.83/8.87＝0.78，
(9)V1＝81.5，
(10)V2-V3＝56.1-30.3＝26.0。
另外，有关广角端、中间位置、望远端的球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的像差线图，其结果如图3、图4、图5所示。图3至图5中，G表示基于G线的像差，D表示基于D线的像差，C表示基于C线的像差，S表示径向平面上的像差，M表示在子午面上的像差。
【表1】
  广角端(W)   中间位置(M)   望远端(T)
  物体距离(mm)                 无限(∞)
  镜头系统的焦距(mm)   fw4.84   fm8.00   ft11.90
  变焦比(变倍比)                 2.46
  F值   3.99   5.66   7.24
  出射光瞳位置(mm)   -8.82   -51.79   59.19
  视图角(2ω)(°)   62.8   37.6   25.6
  镜头总长(mm)(第1镜头前面～第4镜头后面的距离) 12.74 14.086 14.50
  镜头系统总长(mm)(第1镜头前面～成像面的距离)空气换算距离 15.83
  后焦距(mm)(第4镜头后面～成像面，空气换算距离) 3.07 1.74 1.33
  第1镜头组的焦距(fG1) -14.07
  第2镜头组的焦距(fG2)                 6.83
  第3镜头组的焦距(fG3)                 8.87
  第2镜头的焦距(fg2)                 2.98
【表2】
  面   曲率半径(mm)   光轴上距离(mm)   折射率(D线)   阿贝数
  S1 R1-40.416 D10.650 N11.49700 v181.5
  S2 R28.500
  D2可变
  S3   R3∞(孔径光阑)
  D3-0.068
  S4* R44.915 D41.600 N21.52512 v256.3
  S5* R5-2.040
  D50.150
  S6* R63.846 D60.700 N31.58385 v330.3
  S7* R71.169
  D7可变
  S8 R812.674 D82.190 N41.51835 v470.3
  S9* R9-6.801
  D9可变
  S10 R10∞ D100.500 N51.51680 v564.2
  S11 R11∞
  BF0.500
*非球面
【表3】
  非球面系数   数值数据
S4   ε   -0.63348300
  D   -0.11783100×10-1
  E   -0.84339600×10-2
  F   0.37303700×10-2
  G   -0.34444900×10-2
  H   0.00000000
S5   ε   -3.39854600
  D   -0.23200300×10-1
  E   -0.13047200×10-1
  F   0.14855500×10-1
  G   -0.73482300×10-2
  H   0.00000000
S6   ε   1.00000000
  D   -0.65187800×10-1
  E   0.85640100×10-2
  F   0.15895700×10-1
  G   -0.10405500×10-1
  H   0.00000000
S7   ε   0.56252400
  D   -0.18737400
  E   0.73714400×10-1
  F   -0.33703900×10-1
  G   0.32654500×10-2
  H   0.00000000
S9   ε   1.00000000
  D   0.58043300×10-2
  E   -0.84033200×10-3
  F   0.81089700×10-4
  G   -0.31903500×10-5
  H   0.00000000
【表4】
  广角端(W)   中间位置(M)   望远端(T)
  镜头系统焦距(mm)   (fw)4.84   (fm)8.00   (ft)11.90
  D2(mm)   (Dw1-2)6.291   (Dm1-2)3.387   (Dt1-2)0.937
  D7(mm)   (Dw2-3)1.230   (Dm2-3)5.477   (Dt2-3)8.340
  D9(mm) 2.256 0.914 0.500
上述实施例1，在广角～中间～望远的各个位置，镜头系统总长(第1镜头1前面S1～像面P)按空气换算距离为15.83MM(恒定)，变焦比(变倍比)为2.46(恒定)，F值为3.99～5.66～7.24，视图角(2ω)为62.8°～37.6°～25.6°，可以获得小巧、轻薄，良好地矫正了各像差的高光学性能的可变焦镜头。
图6和图7为表示与本发明相关的可变焦镜头的其他实施方式的示意图，图6为基本结构图，图7为位于广角端、中间位置、望远端的状态图。
该实施方式，除了更改了各种数值数据外，与上述实施方式相同。该结构组成的可变焦镜头的实施方式的具体数值列举在实施例2中。
实施例2
实施例2列举了由上述结构组成的可变焦镜头的实施方式的具体数值。实施例2中的主要规格尺寸列在表5中，各种数值数据(设定值)列在表6中，非球面的相关数值数据列在表7中，在广角端、中间位置、望远端的各个镜头系统的焦距(广角端FW、中间位置FM、望远端FT)、光轴L上的可变距离(在广角端、中间位置、望远端的间隔)、D2+D3(DW1-2、Dm1-2、DT1-2)、D7(DW2-3、Dm2-3、DT2-3)、D9(DW3-4、Dm3-4、DT3-4)的相关数据列在表8中。
此外，条件式(1)～(10)的数值数据为：
(1)DW1-2/FW2-3＝8.102/1.155＝7.01，
(2)DT1-2/DT2-3＝0.87/10.720＝0.08，
(3)FG2/FW＝3.21/4.78＝0.67，
(4)DW/FW＝17.91/4.78＝3.74，
(5)DT/FT＝17.91/14.02＝1.28，
(6)|FG1|/|FW|＝15.08/4.77＝3.16，
(7)|FG1|/|FT|＝15.08/14.02＝1.08，
(8)FG2/FG3＝7.62/10.02＝0.76，
(9)V1＝81.5，
(10)V2-V3＝56.1-30.3＝26.0。
另外，有关广角端、中间位置、望远端的球面像差、非点像差、畸变像差、倍率色像差的像差线图，其结果如图8、图9、图10所示。图8至图10中，G表示基于G线的像差，D表示基于D线的像差，C表示基于C线的像差，S表示径向平面上的像差，M表示在子午面上的像差。
【表5】
  广角端(W)   中间位置(M)   望远端(T)
  物体距离(mm)                 无限(∞)
  镜头系统的焦距(mm)   fw4.78   fm9.94   ft14.03
  变焦比(变倍比)                 2.93
  F值   3.96   6.58   7.99
  出射光瞳位置(mm)   -8.86   1208.67   45.03
  视图角(2ω)(°)   64.5   30.8   22.0
  镜头总长(mm)(第1镜头前面～第4镜头后面的距离) 14.00 16.29 16.33
  镜头系统总长(mm)(第1镜头前面～成像面的距离)空气换算距离 17.91
  后焦距(mm)(第4镜头后面～成像面，空气换算距离) 3.91 1.62 1.58
  第1镜头组的焦距(fG1) 15.08
  第2镜头组的焦距(fG2) 7.62
  第3镜头组的焦距(fG3) 10.02
  第2镜头的焦距(fg2)                 2.98
【表6】
  面   曲率半径(mm)   光轴上距离(mm)   折射率(d线)   阿贝数
  S1 R1-111.496 D10.650 N11.49700 v181.5
  S2 R28.050
  D2可变
  S3   R3∞(孔径光阑)
  D30.050
  S4* R410.209 D41.250 N21.52512 v256.3
  S5* R5-1.933
  D50.100
  S6* R62.882 D60.740 N31.58385 v330.3
  S7* R71.099
  D7可变
  S8 R823.357 D81.950 N41.51835 v470.3
  S9* R9-6.490
  D9可变
  S10 R10∞ D100.500 N51.51680 v564.2
  S11 R11∞
  BF0.500
*非球面
【表7】
  非球面系数   数值数据
S4   ε   1.00000000
  D   -0.20506108×10-1
  E   -0.14500984×10-1
  F   0.48250196×10-2
  G   -0.37364492×10-2
  H   0.00000000
S5   ε   -3.29385000
  D   -0.26555252×10-1
  E   -0.16575923×10-1
  F   0.99630224×10-2
  G   -0.33673271×10-2
  H   0.00000000
S6   ε   2.90116100
  D   -0.57340271×10-1
  E   -0.21099651×10-2
  F   0.99035201×10-2
  G   -0.45924417×10-2
  H   0.00000000
S7   ε   0.00000000
  D   -0.14050600
  E   0.82639556×10-1
  F   -0.38236482×10-1
  G   0.88991997×10-2
  H   0.00000000
S9   ε   1.00000000
  D   0.30243198×10-2
  E   -0.29982500×10-3
  F   0.49506200×10-4
  G   -0.41889900×10-5
  H   0.12618100×10-6
【表8】
  广角端(W)   中间位置(M)   望远端(T)
  镜头系统焦距(mm)   (fw)4.78   (fm)9.94   (ft)14.03
  D2+D3(mm)   (Dw1-2)8.102   (Dm1-2)3.470   (Dt1-2)0.870
  D7(mm)   (Dw2-3)1.155   (Dm2-3)8.080   (Dt2-3)10.720
  D9(mm) 3.082 0.789 0.749
上述实施例2，在广角～中间～望远的各个位置，镜头系统总长(第1镜头1前面S1～像面P)按空气换算距离为17.91MM(恒定)，变焦比(变倍比)为2.93(恒定)，F值为3.96～6.58～7.99，视图角(2ω)为64.5°～30.8°～22.0°，可以获得小巧、轻薄，良好地矫正了各像差的高光学性能的可变焦镜头。
最后，安装了基于本发明的可变焦镜头的手机的实施方式如图11、图12所示。
本发明的可变焦镜头小巧、轻薄，即使安装在手机内部，其占用面积也很小，具有可以使手机主体小型化的优点。
而且，充分发挥小巧的优点，还可以将本发明的可变焦镜头安装在手机的合叶处。
综上所述，本发明的可变焦镜头实现了小巧、轻薄、低成本，因此不仅适合于安装在要求小巧的手机等上的移动相机，还可以应用于通常的数码静相摄像机、数码摄像机，或者进行变焦摄影的其他镜头光学系统。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种可变焦镜头，其从物体侧面向像面侧依次备有：具有负屈光力的第1镜头组、具有正屈光力的第2镜头组、具有正屈光力的第3镜头组，当从广角端向望远端变焦时，所述第1镜头组为固定状态，所述第2镜头组和第3镜头组移动，其特征在于，
所述第1镜头组由具有负屈光力的第1镜头组成；
所述第2镜头组由具有正屈光力的第2镜头、和具有负屈光力的第3镜头组成；
所述第3镜头组由具有正屈光力的第4镜头组成。
2.根据权利要求1所述的可变焦镜头，其特征在于，假定广角端所述第1镜头组与第2镜头组的间隔为DW1-2、广角端所述第2镜头组与第3镜头组的间隔为DW2-3、望远端所述第1镜头组与第2镜头组的间隔为DT1-2、望远端所述第2镜头组与第3镜头组的间隔为DT2-3，下列条件式(1)、(2)成立：
(1)4.5＜DW1-2/DW2-3＜8.5，
(2)DT1-2/DT2-3＜0.2。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，假定所述第2镜头的焦距为FG2、广角端从所述第1镜头前面至像面的镜头系统的焦距为FW，下列条件式(3)成立：
(3)FG2/FW＜1.5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，假定广角端从所述第1镜头前面至像面的距离(对后焦距为空气换算距离)为DW、望远端从所述第1镜头前面至像面的距离(对后焦距为空气换算距离)为DT、广角端从所述第1镜头至像面之镜头系统的焦距为FW、望远端从所述第1镜头至像面之镜头系统的焦距为FT，下列条件式(4)、(5)成立：
(4)2.5＜DW/FW＜4.0，
(5)1.0＜DT/FT＜2.0。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，假定广角端从所述第1镜头前面至像面的镜头系统的焦距为FW、望远端从所述第1镜头前面至像面之镜头系统的焦距为FT、所述第1镜头组的焦距为FG1、所述第2镜头组的焦距为FG2、所述第3镜头组的焦距为FG3，下列条件式(6)、(7)、(8)成立：
(6)2.0＜|FG1|/|FW|＜4.0，
(7)0.7＜|FG1|/|FT|＜1.5，
(8)0.5＜FG2/FG3＜1.2。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，所述第1镜头由玻璃材料制成，在物体侧及像面侧具有球面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，所述第2镜头和第3镜头，在物体侧及像面侧两面具有非球面，所述第4镜头在物体侧及像面侧的至少一面具有非球面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，所述第2镜头和第3镜头由树脂材料制成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，假定所述第1镜头的阿贝数为V1，下列条件式(9)成立：
(9)V1＞60。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，假定所述第2镜头的阿贝数为V2、所述第3镜头的阿贝数为V3，下列条件式(10)成立：
(10)V2-V3＞20。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的可变焦镜头，其特征在于，所述可变焦镜头安装在手机上。
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