变焦透镜、数码相机和便携式信息设备

摘要

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

说明书

技术领域

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

背景技术

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

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

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

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

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

发明内容

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

为了实现上述目标，提供了一种变焦透镜，它包括：

第一透镜组，它离像平面的距离固定且具有负的折射率；

第二透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；

第三透镜组，它具有正的折射率并且在变焦时会移动；以及

第四透镜组，它离像平面的距离固定且具有正的折射率；

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

其中第三透镜组具有光圈和多个透镜。

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

在一个实施例中，第三透镜组中的多个透镜包括至少一个折射率为正的透镜和至少一个折射率为负的透镜。

根据本实施例中的变焦透镜，移动距离最大的第三透镜组是通过将折射率为正的透镜和折射率为负的透镜组合起来而构成的，所以可以充分地校正色差。

在一个实施例中，在第三透镜组中，从物方到像方依次排列着光圈、折射率为正的透镜以及折射率为负的透镜。

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

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

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

在一个实施例中，当从广角端变焦到远摄端时，第三透镜组和第四透镜组之间的间隔会增大，以及

其中当从第一透镜组和第二透镜组之间的间隔达到最小化的那个位置变焦到远摄端时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔变化量是第二透镜组最大移动量的1/10或更小。

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

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

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

在一个实施例中，第一透镜组仅由一块透镜构成。

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

在一个实施例中，第一透镜组是在物方具有凸面的半月形透镜。

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

在一个实施例中，半月形透镜在像平面一侧的凹面是非球面。

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

在一个实施例中，在第一透镜组中，使半月形透镜在像平面一侧的凹面形成带树脂的非球面。

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

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

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

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

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

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

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

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

附图说明

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

图1A到1C是示出了本发明第一实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图2A到2C是示出了本发明第二实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图3A到3C是示出了本发明第三实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图4A到4C是示出了本发明第四实施例的变焦透镜的结构的横截面图；

图5A示出了第一实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图5B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图5C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

图6A示出了第二实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图6B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图6C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

图7A示出了第三实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图7B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图7C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

图8A示出了第四实施例中的变焦透镜的广角端色差；

图8B示出了该变焦透镜中间处的色差；

图8C示出了该变焦透镜远摄端处的色差；

具体实施方式

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

(第一实施例)

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

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

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

第三透镜组G3中的光圈s和透镜13、14一起移动。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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