CN101387742A - 光学变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

一种光学变焦镜头，其从物侧到像侧依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组，一个具有正光焦度的第二透镜组，以及一个具有正光焦度的第三透镜组。所述光学变焦镜头满足以下条件：－0.45＜FW/f1＜－0.3和0.4＜f2/f1＜0.8，其中，FW为光学变焦镜头最小的有效焦距，f1为所述第一透镜组的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距。

Description

光学变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种光学变焦镜头，尤其涉及一种用于电子设备的光学变焦镜头。
背景技术
近年来，随着多媒体的发展，对手提电脑和可视电话以及手机等使用的CCD(ChargedCoupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体成像器件的摄像元件的需求越来越大。随着小型化及高像素化的发展，对摄像主体及搭载其上的镜头要求高对比度的同时也要求更进一步的小型化。
另一方面，由于这些固体成像器件如CCD或者CMOS的工艺技术提高，已经制作出每个像素只有几个微米大小的成像器件，使得系统小型化的同时提高了对摄像镜头的分辨率的要求。采用摄像元件的电子设备中，实现变焦功能的方式有两种，光学变焦与电子变焦。电子变焦方式中，像的放大率越大则分辨率越大，难以满足高分辨率的要求。光学变焦比电子变焦能获得更大的分辨率而成为优选采用的变焦方式。因此，提供一种具小型化、成本较低、光学性能优良且成像质量好的光学变焦镜头是现今微型摄像元件的发展方向。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种小型化、成本低、成像性能良好的光学变焦镜头。
一种光学变焦镜头，其从物侧到像侧依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组，一个具有正光焦度的第二透镜组，以及一个具有正光焦度的第三透镜组。所述光学光学变焦镜头满足以下条件：-0.45<FW/f1<-0.3和0.4<f2/|f1|<0.8，其中，FW为光学变焦镜头最小的有效焦距，f2为所述第二透镜组的焦距，f1为所述第一透镜组的焦距。
条件式-0.45<FW/f1<-0.3保证光学变焦镜头拥有较大可视角且可达到小型化以及良好的像差平衡。条件式0.4<f2/|f1|<0.8控制光学变焦镜头的放大倍率以及修正像差。满足上述条件的光学变焦镜头，成本较低，在该光学变焦镜头长度缩小的情况下仍保证最终获取较好的图像质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光学变焦镜头在广角端的示意图。
图2为本发明实施例提供的一种光学变焦镜头在中间端的示意图。
图3为本发明实施例提供的一种光学变焦镜头在望远端的示意图。
图4为本发明实施例1的光学变焦镜头在广角端的场曲图。
图5为本发明实施例1的光学变焦镜头在广角端的畸变图。
图6为本发明实施例1的光学变焦镜头在中间端的场曲图。
图7为本发明实施例1的光学变焦镜头在中间端的畸变图。
图8为本发明实施例1的光学变焦镜头在望远端的场曲图。
图9为本发明实施例1的光学变焦镜头在望远端的畸变图。
图10为本发明实施例2的光学变焦镜头在广角端的场曲图。
图11为本发明实施例2的光学变焦镜头在广角端的畸变图。
图12为本发明实施例2的光学变焦镜头在中间端的场曲图。
图13为本发明实施例2的光学变焦镜头在中间端的畸变图。
图14为本发明实施例2的光学变焦镜头在望远端的场曲图。
图15为本发明实施例2的光学变焦镜头在望远端的畸变图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1，其为本发明实施例所提供的光学变焦镜头100。该光学变焦镜头100从物侧到像侧依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组10，一个具有正光焦度的第二透镜组20，以及一个具有正光焦度的第三透镜组30。
当该光学变焦镜头100用于成像时，来自被摄物的光线从物侧方向入射所述光学变焦镜头100并依次经过所述第一透镜组10、第二透镜组20及第三透镜组30，最终汇聚到一个像侧90上，通过将CCD或CMOS等影像感测装置设于所述成像面90处，即可获取该被摄物的像。该光学变焦镜头100变焦时，通过第一透镜组10及第二透镜组20在光轴上的移动进行。该光学变焦镜头100聚焦时，通过第三透镜组30在光轴上的移动进行。
为实现小型化及高成像性能的要求，该光学变焦镜头100满足以下条件式：
(1)-0.45<FW/f1<-0.3和
(2)0.4<f2/|f1|<0.8。
其中，FW为光学变焦镜头100最小的有效焦距，即光学变焦镜头在广角端的焦距。f2为所述第二透镜组的焦距，f1为所述第一透镜组的焦距。
条件式-0.45<FW/f1<-0.3保证光学变焦镜头100拥有较大可视角且可达到小型化以及良好的像差平衡。若f/f1超出下限-0.3时，光学变焦镜头100在广角端时的长度会变长，难以实现小型化要求。若f/f1超出上限-0.45时，第一透镜组10会有较大屈光度，从而导致第一透镜组10无法仅利用三片透镜组成的透镜组来消除像差，导致光学变焦镜头100成本会增加。
条件式0.4<f2/|f1|<0.8控制光学变焦镜头100的放大倍率以及修正像差。若f2/|f1|超出上限0.8时，畸变像差与横向色差会增加，难以修正这些像差。若f2/|f1|超出下限0.4时，光学变焦镜头100的放大倍率将很难达到2.5倍以上。
优选地，第三透镜30还满足以下条件：
(3)2.1<f3/FW<3。
其中，f3为所述第三透镜的焦距。
条件式(3)满足光学变焦镜头100对总光焦度的要求，同时使光学变焦镜头100更接近远心(Telecentric)成像系统，增强外界光感测器的收光率，保证了光学变焦镜头100总长与像差之间的平衡。若f3/f超出上限3时，光线入射光感测器(Charge Coupled Device，CCD)的角度变大，无法达到远心(Telecentric)成像系统的要求。若f3/f超出下限2.1时，光学变焦镜头100的长度变长无法实现小型化要求。
所述光学变焦镜头100还包括一个光阑(Aperture stop)70以及一滤光片80。该光阑70位于第一透镜组10与第二透镜组20之间，以限制经过第一透镜组10的光线进入第二透镜组20的光通量，并让经过第一透镜组10后的光锥能更加对称，使光学变焦镜头100的彗差得以修正。为节约成本，缩短光学变焦镜头100的全长，可采用不透光材料涂布第二透镜组20中最靠近物侧的镜片的靠物侧表面外圈，充当光阑70。可以理解，光阑70如此设置还有利于缩短光学变焦镜头的全长。所述滤光片80位于第三透镜组30与成像面90之间，主要用于滤除进入光学变焦镜头100光线中的位于红外波段的光线。
优选地，第一透镜组10包含至少三个透镜，其中靠像侧包括至少两个非球面。第二透镜组20包含至少三个透镜，其中靠物侧至少包括一个非球面，第三透镜组30包括一个透镜，其中至少包含一个非球面。
本实施例中，第一透镜组10从物侧开始依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜12、一个具有负光焦度的第二透镜14，以及一个具有正光焦度的第三透镜16。第二透镜14与第三透镜16以最大限度的接收从外界入射的光线。第三透镜16补偿入射光线经过第一透镜12与第二透镜14所产生的像差。其中，第一透镜12为球面透镜，使用玻璃材料加工而成。第二透镜14与第三透镜16使用塑胶材料加工而成，且各表面中任意两个表面为非球面。
第二透镜组20从物侧开始依次包括：一个具有正光焦度的第四透镜22、一个具有正光焦度的第五透镜24，以及一个具有负光焦度的第六透镜26。其中，第五透镜24与第六透镜26使用点胶手段粘合在一起，构成一胶合透镜，以改善光线经过光学变焦镜头100产生的色像差。第五透镜24与第六透镜26均使用玻璃材料加工而成，便于加工粘合，且第五透镜24与第六透镜26均为球面透镜。第四透镜22使用塑胶材料加工而成，且两表面中至少一个表面为非球面。
第三透镜组30包括一个具有正光焦度的第七透镜32。第七透镜32可以改善光线经过光学变焦镜头100产生的畸变像差。第七透镜32使用塑胶材料加工而成，且其为非球面镜。可以理解，第三透镜组30还可包括一个具有正光焦度的透镜，且满足光学变焦镜头100即可。
可以理解，考虑到成像品质，本发明实施例的光学变焦镜头100的第一透镜组10、第二透镜组20、以及第三透镜组30中的第一透镜12、第五透镜24、第六透镜26均采用玻璃制成。为进一步降低成本，第二透镜14、第三透镜16、第四透镜22、以及第七透镜32均采用塑胶材料制成。在保证光学变焦镜头100成像质量较好的同时，成本相对较低，并且易于实现量产。
可以理解，如图2所示，通过移动第二镜组20的位置以使光学变焦镜头100具有中间视角。如图3所示，通过移动第二透镜组20的位置后光学变焦镜头100处于远视角。
下面请参照图4至图15，以具体实施例来详细说明光学变焦镜头100。
以下每个实施例中，所述第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30中第一透镜12、第五透镜24及第六透镜26的各表面均为球面，第二透镜14、第三透镜16、第四透镜22及第七透镜32的各表面均为非球面。
以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的非球面面型表达式为：
x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + &Sigma; A i h i
其中，
Figure A200710201716D00072
为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，Ai为第i阶的非球面面型系数。
f：光学变焦镜头100的有效焦距；FNo：F(光圈)数；2ω：视场角。D6为第三透镜16的靠像侧表面的厚度，D12为第六透镜26的靠物侧表面的厚度，D14为第七透镜32的靠物侧表面的厚度。
实施例1
该光学变焦镜头100各光学元件满足表1~表3的条件，且其f＝6.27~17.9mm；FW＝6.27mm；FNo＝2.9~4.9；2ω＝59°~22°。
表1
 
表面 曲率半径(mm) 厚度(mm) 折射率 阿贝数
 
第一透镜12靠物侧表面 24.41 1 1.69 48.5
第一透镜12靠像侧表面 6.5 1.76 --- ---
第二透镜14靠物侧表面 11.16 1 1.531 56.04
第二透镜14靠像侧表面 5.41 1.23 --- ---
第三透镜16靠物侧表面 8.25 1.86 1.6 26.64
第三透镜16靠像侧表面 29.64 D6(可变) --- ---
光阑表面 无穷大 0.3 --- ---
第四透镜22靠物侧表面 5.45 1.909 1.531 56.04
第四透镜22靠像侧表面 -16.27 0.1 --- ---
第五透镜24靠物侧表面 10.73 1.724 1.74 44.7
第五透镜24靠像侧表面 -7.62 1 1.69 30.1
第六透镜26靠物侧表面 3.85 D12(可变) --- ---
第六透镜26靠像侧表面 12.83 1.9 1.531 56.04
第七透镜32靠物侧表面 -30.72 D14(可变) --- ---
第七透镜32靠像侧表面 无穷大 0.4 1.51 64.1
滤光片80靠物侧表面 无穷大 0.5 --- ---
滤光片80靠像侧表面 无穷大 0.5 1.51 64.1
成像面90 无穷大 0.7 --- ---
表2
 
表面 表面非球面面型参数
第二透镜14面向物侧表面               K＝0.276；A4＝-4.17E-04；A6＝-1.45E-05；A8＝6.94E-07；A10＝-6.93E-08；          
第二透镜14面向像侧表面               K＝-0.24；A4＝-1.83E-0.；A6＝1.38E-05；A8＝8.07E-08；A10＝-2.28E-08；         
第三透镜16面向物侧表面               K＝0.365；A4＝-1.16E-03；A6＝2.83E-05；A8＝-3.42E-08；A10＝-2.43E-08；        
第三透镜16面向像侧表面               K＝-11.078；A4＝-6.98E-04；A6＝1.43E-05；A8＝1.40E-07；A10＝-1.74E-08；           
第四透镜22面向物侧表面               K＝-1.03；A4＝6.19E-05；A6＝2.95E-05；A8＝-3.69E-06；A10＝3.57E-07；        
 
第四透镜22面向像侧表面 K＝0.07；A4＝4.77E-04；A6＝2.71E-05；A8＝-4.18E-06；A10＝4.28E-07；
第七透镜32面向物侧表面 K＝0.639；A4＝9.91E-04；A6＝-7.72E-05；A8＝3.59E-06；A10＝-6.92E-08；
第七透镜32面向像侧表面 K＝2.315；A4＝1.76E-03；A6＝-1.30E-04；A8＝5.46E-06；A10＝-9.88E-08；
表3
 
可变系数 广角端 中间端 望远端
D6 13.66 5.81 2.33
D12 5.12 10.66 18.87
D14 2.91 2.81 1.69
该实施例1的光学变焦镜头100中，其在广角端、中间端、望远端的场曲及畸变分别如图4到图9所示。光学变焦镜头100在广角端时，图4中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。图5中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。光学变焦镜头100在中间端时，图6中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。图7中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。光学变焦镜头100在望远端时，图8中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。图9中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。由此可见，光学变焦镜头100在广角端、中间端、望远端的场曲、畸变均能被很好的校正。
实施例2
该光学变焦镜头100各光学元件满足表4~表6的条件，且其f＝6.85~19.6mm；FW＝6.85mm；FNo＝2.9~4.9；2ω＝59°~22°。
表4
 
表面 曲率半径(mm) 厚度(mm) 折射率 阿贝数
第一透镜12靠物侧表面 23.59 1 1.69 48.5
第一透镜12靠像侧表面 6.23 1.87 --- ---
第二透镜14靠物侧表面 8.99 1 1.531 56.04
第二透镜14靠像侧表面 5.58 1.09 --- ---
第三透镜16靠物侧表面 8.86 1.84 1.6 26.64
第三透镜16靠像侧表面 28.84 D6(可变) --- ---
光阑表面 无穷大 0.3 --- ---
 
第四透镜22靠物侧表面 5.76 2.03 1.531 56.04
第四透镜22靠像侧表面 －18.1 0.1 --- ---
第五透镜24靠物侧表面 10.26 1.71 1.74 44.7
第五透镜24靠像侧表面 －9.15 1 1.69 30.1
第六透镜26靠物侧表面 4.03 D12(可变) --- ---
第六透镜26靠像侧表面 16.6 1.82 1.531 56.04
第七透镜32靠物侧表面 －27.99 D14(可变) --- ---
第七透镜32靠像侧表面 无穷大 0.4 1.51 64.1
滤光片80靠物侧表面 无穷大 0.5 --- ---
滤光片80靠像侧表面 无穷大 0.5 1.51 64.1
成像面90 无穷大 0.7 --- ---
表5
 
表面 表面非球面面型参数
第二透镜14面向物侧表面 K＝0.099；A4＝-4.43E-04；A6＝-1.60E-05；A8＝5.55E-07；A10＝-4.61E-09；A12＝5.65E-11
第二透镜14面向像侧表面 K＝-0.298；A4＝-1.70E-03；A6＝1.04E-05；A8＝2.31E-07；A10＝-2.67E-08；A12＝4.36E-11
第三透镜16面向物侧表面 K＝0.32；A4＝-1.16E-03；A6＝3.57E-05；A8＝-1.22E-08；A10＝-2.53E-08；A12＝-1.67E-10
第三透镜16面向像侧表面 K＝8.24；A4＝-7.50E-04；A6＝2.14E-05；A8＝-1.08E-07；A10＝-1.90E-08；A12＝4.92E-11
第四透镜22面向物侧表面 K＝-1.01；A4＝7.74E-05；A6＝3.21E-05；A8＝-3.21E-06；A10＝2.65E-07；A12＝2.27E-09
第四透镜22面向像侧表面 K＝1；A4＝4.43E-04；A6＝3.32E-05；A8＝-4.09E-06；A10＝3.67E-07；A12＝1.48E-09
第七透镜32面向物侧表面 K＝-5.42；A4＝9.96E-04；A6＝-6.93E-05；A8＝3.17E-06；A10＝-6.30E-08；A12＝-2.50E-10
第七透镜32面向像侧表面 K＝3；A4＝1.48E-03；A6＝-1.21E-04；A8＝5.85E-06；A10＝-1.46E-07；A12＝8.70E-10
表6
 
可变系数 广角端 中间端 望远端
D6 14.62 4.90 1.94
D12 5.80 12.10 19.45
D14 3.03 3.20 2.15
该实施例2的光学变焦镜头100中，其在广角端、中间端、望远端的场曲及畸变分别如图10到图15所示。光学变焦镜头100在广角端时，图10中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。图11中的畸变率控制在(-5％，5％)范围内。光学变焦镜头100在中间端时，图12中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.05mm，0.05mm)范围内。图13中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。光学变焦镜头100在望远端时，图14中的S(子午场曲值)和T(弧矢场曲值)均控制在(-0.10mm，0.10mm)范围内。图15中的畸变率控制在(-2％，2％)范围内。由此可见，光学变焦镜头100在广角端、中间端、望远端的场曲、畸变均能被很好的校正。
所述光学变焦镜头100具有较小的长度，成本较低、从而满足光学变焦镜头小型化、低成本的要求，且该光学变焦镜头在其长度缩小的情况下仍保证光学变焦镜头总长与像差之间的平衡，提高最终获取图像的质量。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (14)

  1. 【权利要求1】一种光学变焦镜头，其从物侧到像侧依次包括：一个具有负光焦度的第一透镜组，一个具有正光焦度的第二透镜组，以及一个具有正光焦度的第三透镜组，所述光学变焦镜头满足以下条件：-0.45<FW/f1<-0.3和0.4<f2/|f1|<0.8，其中，FW为光学变焦镜头最小的有效焦距，f1为所述第一透镜组的焦距，f2为所述第二透镜组的焦距。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述光学变焦镜头还满足以下条件：2.1<f3/FW<3，其中，f3为所述第三透镜的焦距。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述光学变焦镜头还包括一个光阑，该光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间。
  4. 【权利要求4】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括至少三个透镜。
  5. 【权利要求5】如权利要求4所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组中各透镜靠像侧的表面包括至少两个非球面。
  6. 【权利要求6】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括三个透镜，靠物侧的一个透镜各表面为球面，靠像侧的两个透镜各表面为非球面。
  7. 【权利要求7】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组中靠物侧的一个透镜由玻璃制成，所述第一透镜组中靠像侧的两个透镜均由塑胶制成。
  8. 【权利要求8】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括至少三个透镜。
  9. 【权利要求9】如权利要求8所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组中各透镜靠物侧的表面包括至少一个非球面。
  10. 【权利要求10】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，第二透镜组包括三个透镜，靠物侧的一个透镜各表面为非球面，靠像侧的两透镜各表面为球面。
  11. 【权利要求11】如权利要求10所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组中靠物侧的一个透镜由塑胶制成，所述第二透镜组靠像侧的两个透镜均由玻璃制成。
  12. 【权利要求12】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜组包括至少一个具有正光焦度的透镜，所述透镜各表面为非球面。
  13. 【权利要求13】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜组中的透镜由塑胶制成。
  14. 【权利要求14】如权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于，所述光学变焦镜头进一步包括设置于该第三透镜组像侧的红外滤光片。
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