CN101482646B

CN101482646B - 缩放透镜系统

Info

Publication number: CN101482646B
Application number: CN2008101844435A
Authority: CN
Inventors: 李起雨
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: KR101431538B1; CN101482646A; US20090161228A1; KR20090068820A; US7791818B2

Abstract

本发明提供一种缩放透镜系统，包括从物侧开始依次布置的：第一透镜组，包括用于改变入射光线的光路的至少一个反射光学构件，并且具有正折射力；第二透镜组，具有负折射力；第三透镜组，具有正折射力；第四透镜组，具有正折射力，在放大倍率从广角位置改变至远摄位置的过程中，第一透镜组和第三透镜组不运动，第二透镜组从物侧朝着像侧运动，第四透镜组从像侧朝着物侧直线运动。

Description

缩放透镜系统

本申请要求于2007年12月24日提交到韩国知识产权局的第10-2007-0136590号韩国专利申请的权益，上述申请的公开通过引用被全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种具有振动校正功能的折射缩放透镜系统。

背景技术

近来，随着例如电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的成像器件被小型化，对使用所述更小的成像器件的紧凑和纤小的电子装置的需求增加了。纤小和紧凑的相机被分类为滑动型(slider type)和折射型(refraction type)，在滑动型中，缩放透镜在使用时突出到相机体外部，在不用时保持在相机体内部，在折射型中，使用例如棱镜的反射器，使得透镜系统的厚度减小。

然而，滑动型可通过当被关闭时减小镜筒的整体长度来最小化，因此，很难通过利用高放大倍率缩放透镜来实现比传统相机纤薄的滑动型。而且，对于滑动型来说，当相机被开启时，从初始位置运动至操作位置需要相对长的时间。此外，最靠近物侧的透镜组突出到相机外，因而滑动型对碰撞、碎片和水更加敏感。因此，需要改变光路的折射型光学系统。这种包括棱镜的折射型光学系统的厚度可通过利用棱镜在光学系统的中间将光的光学路径改变90°而减小。因此，对紧凑相机的振动校正的需求进一步增加。

传统地，由于在拍摄过程中发生的振动而引起的像面的运动被利用第四透镜组校正。然而，由于第四透镜组的成像放大倍率低，所以第四透镜组需要被明显地移动，以校正振动。因此，成像装置的分辨能力会减小。因此，为了保持光学系统的分辨率，透镜组的构造变得复杂并且需要的透镜的数量增加。

发明内容

本发明提供一种纤小和紧凑的折射缩放透镜系统。

根据本发明的一方面，提供了一种缩放透镜系统，其包括：第一透镜组，包括用于改变入射光线的光路的至少一个反射光学构件，并且具有正折射力；第二透镜组，具有负折射力；第三透镜组，具有正折射力；第四透镜组，具有正折射力，其中，第一、第二、第三和第四透镜组从物侧开始依次布置，并且在放大倍率从广角位置改变至远摄位置的过程中，第一透镜组和第三透镜组不运动，第二透镜组从物侧朝着像侧运动，第四透镜组从像侧朝着物侧直线运动。

第三透镜组可沿着垂直于光轴的方向运动，以执行振动校正。

第四透镜组可包括具有负折射力的透镜、具有第一正折射力的透镜和具有第二正折射力的透镜，其中，所述透镜从物侧开始依次排列。

第四透镜组可被构造为使得具有负折射力的透镜和具有第一正折射力的透镜接合成为双合透镜。

附图说明

通过下面参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是显示根据本发明实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置(middleangle position)和远摄位置的截面图；

图2、图3和图4分别显示了在图1的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的球面像差、像散场曲率和失真；

图5是显示根据本发明另一实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的截面图；

图6、图7和图8分别显示了在图5的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的球面像差、像散场曲率和失真；

图9是显示根据本发明另一实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的截面图；

图10、图11和图12分别显示了在图9的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的球面像差、像散场曲率和失真。

具体实施方式

以下，将参照附图描述本发明的示例性实施例的缩放透镜系统。

参照图1，缩放透镜包括具有正折射力(refractive power)的第一透镜组G1、具有负折射力的第二透镜组G2、具有正折射力的第三透镜组G3和具有正折射力的第四透镜组G4。第一透镜组G1包括改变入射光线的光轴的至少一个反射光学构件。例如，第一透镜组G1包括第一反射光学构件12，第一反射光学构件12被设计为相对于入射光线的光轴将入射光线折弯90度，并且所述第一反射光学构件12可包括棱镜或反射镜。

在放大倍率从广角位置改变为远摄位置时，第一透镜组G1和第三透镜组G3不运动，第二透镜组G2从物“O”侧朝着像“I”侧运动，第四透镜组G4从像“I”侧朝着物“O”侧运动，第四透镜组G4执行由于物“O”和缩放透镜之间的距离改变而需要的调焦。为了校正由于当物“O”被拍摄时发生的振动而导致的像面“I”的振动，第三透镜组G3可沿着垂直于光轴的方向运动。

根据本发明，缩放透镜具有如下构造：第一至第四透镜组G1至G4分别具有正折射力、负折射力、正折射力和正折射力，因而透镜数量减少。此外，第二透镜组G2和第四透镜组G4在当执行缩放时运动，而第四透镜组G4执行调焦，以校正由于物距的改变而导致的像面“I”的运动。因此，可仅使用两个电机来驱动透镜组，从而最小化缩放透镜系统。

例如，第一透镜组G1包括具有负折射力的第一透镜11、具有正折射力的第二透镜13和第一反射光学构件12。

第二透镜组G2可包括具有负折射力的第三透镜21、具有负折射力的第四透镜22和具有正折射力的第五透镜23。第四透镜22和第五透镜23可被构造为双合透镜(doublet lens)。

第三透镜组G3可包括孔径光阑ST、具有正折射力的第六透镜31、具有正折射力的第七透镜32和具有负折射力的第八透镜33。第七透镜32和第八透镜33可被构造为双合透镜。第四透镜组G4可包括具有负折射力的第九透镜41、具有正折射力的第十透镜42和具有正折射力的第十一透镜43，其中，第九透镜41、第十透镜42和第十一透镜43从物“O”侧开始按次序布置。第九透镜41和第十透镜42可被构造为双合透镜。第十一透镜43可被构造为塑料非球面透镜。

在传统透镜系统中，为了减小缩放透镜系统的总长度，在放大倍率从广角位置改变至远摄位置的过程中，第四透镜组G4做抛物线运动(parabolicmotion)，从而首先朝着物“O”侧运动，然后一旦到达中角位置就朝着像“I”侧运动。但是，根据本发明，第四透镜组G4做直线运动，同时减小缩放透镜系统的总长度，因而减小了控制透镜组的运动的复杂性。为此，第三透镜组G3和第四透镜组G4的放大倍率增大，以使得第三透镜组G3可具有在320至1100的范围内的放大倍率m3。

当在利用缩放透镜拍摄的过程中发生例如相机的振动这样的运动时，发生像的振动，从而降低图像质量。像的振动可通过根据振动检测器的输出值使缩放透镜的光学系统的一部分沿着垂直于光轴的方向运动而被校正。

根据本发明，可利用具有相对高放大倍率的第三透镜组G3来执行光学振动校正。此外，第三透镜组G3的双合透镜可由高折射和低色散的材料形成，因而可校正横向色差，其中当第三透镜组G3沿着垂直于光轴的方向运动时产生横向色差。第三透镜组G3的在物“O”侧的具有正折射力的透镜(第六透镜31)可由具有高折射率的材料形成，从而可降低所述透镜的非球面形状的复杂度以及彗形象差。然后，利用第三透镜组G3的具有正折射力和负折射力的双合透镜可减小横向色差。

第一至第四透镜组G1、G2、G3和G4的每个可包括至少一个非球面透镜。此外，第二至第四透镜组G2、G3和G4的每个可包括双合透镜。

根据当前实施例的缩放透镜系统满足以下条件：

1.34＜R1/R2＜1.44 [不等式1]

在不等式1中，R1是具有负折射力的第九透镜41的从物“O”侧开始的第一表面的曲率半径，R2是第九透镜41的从物“O”侧开始的第二表面的曲率半径。当R1/R2小于或等于不等式1的下限时，第九透镜41的折射力增大。这有利于透镜最小化，但是使得制造困难。缩放透镜系统的性能更容易受到所述第一表面和第二表面的同轴度(concentricity)的影响，因而很难制造缩放透镜系统。当R1/R2大于或等于不等式1的上限时，第九透镜41的折射力减小。因而，在缩放过程中，由于第四透镜组G4需要运动的距离增大，所以很难使缩放透镜系统最小化。

此外，第四透镜组G4满足以下条件：

-1.88＜f10/f1011＜-1.04 [不等式2]

在不等式2中，f10是第四透镜组G4中的从物“O”侧开始的双合透镜的第一透镜(例如，第九透镜41)的焦距，f1011是第四透镜组G4中包括的双合透镜的焦距。在下限以下，从物“O”侧开始的第一透镜(例如，第九透镜41)的焦距大于双合透镜的焦距，并且具有小vd的透镜的折射力减小。因此，产生显著的横向色差，并且很难达到根据本发明可实现的高分辨率。在上限以上，从物“O”侧开始的第一透镜(例如，第九透镜41)的焦距小于双合透镜的焦距，并且具有小vd的透镜的折射力增大。因此，球面像差增大，并且很难制造所述从物“O”侧开始的第一透镜。

在当前实施例中的非球面表面被如下所述地限定。假设光轴方向是X轴方向，垂直于光轴方向的方向是Y轴方向，并且光线传播的方向为正，则根据当前实施例的缩放透镜的非球面表面的形状可由下面的等式表示，其中，x是沿着光轴方向的从透镜的顶点开始的距离，h是沿着垂直于光轴的方向的距离，K是二次曲线常数，A、B、C和D是非球面系数，c是在透镜顶点处的曲率半径的倒数(1/R)。

[等式3]

x = \frac{{cy}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (K + 1) c^{2} h^{2}}} {+ Ah}^{4} + {Bh}^{6} + {Ch}^{8} + {Dh}^{10}

本发明包括根据最佳条件的透镜，以通过一下各种设计实现根据实施例的缩放透镜的最小化。

在以下描述中，f是整个缩放透镜系统的组合焦距，Fno是F数，2w是视角，R是曲率半径，Dn是透镜中心的厚度或者透镜s之间的间隔，nd是透镜的材料的折射率，Vd是阿贝数。另外，ST是孔径光阑，D1、D2、D3和D4是可变距离，OBJ是物面，IMG是像面，具有*的标号是非球面表面。在显示实施例的附图中，每个实施例的标号对应于每个透镜的参考标号，组成各个透镜组的透镜s具有相同的参考标号。

<实施例1>

图1是显示根据本发明实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的截面图，参考标号51和52表示滤光器。

f；6.8mm～11.58mm～30.64mm 2ω；60.6°～36.0°～21.5°

R Dn nd vd

OBJ：无限无限

S1： 15.43400 0.60 1.92286 20.88

S2： 8.07700 2.16

S3：无限 7.60 1.83400 37.34

S4：无限 0.30

^*S5： 19.66020 2.29 1.74330 49.33

^*S6： -17.70944 D1

S7： -27.60400 0.60 1.80610 40.73

^*S8： 10.60800 0.77

S9： -14.51900 0.50 1.62299 58.12

S10： 7.52400 1.50 1.84666 23.78

S11： 78.61400 D2

S12(ST)：无限 0.30

^*S13： 6.40757 1.52 1.80610 40.73

S14： -34.59600 0.29

S15： 9.51600 1.43 1.65844 50.84

S16： -8.28100 0.51 1.90366 31.3

S17： 4.96900 D3

S18： 7.17100 1.00 1.92286 20.88

S19： 5.01800 2.47 1.51680 64.20

S20： 56.07400 2.98

^*S21： 7.95411 1.65 1.51680 64.20

S22： 13.75700 D4

S23：无限 0.50 1.51680 64.20

S24：无限 0.50

S25：无限 0.50 1.51680 64.20

S26：无限

表1显示了在根据当前实施例的缩放透镜的广角位置、中角位置和远摄位置的可变距离D1、D2、D3和D4。

表1

可变距离	广角位置	中角位置	远摄位置
				D1	1.000	5.418	9.287

D2	9.887	5.469	1.600
				D3	6.488	4.256	3.000
D4	3.697	5.924	7.180

表2显示了根据本发明的缩放透镜的非球面系数。

表2

非球面系数	S5	S6	S8	S13	S21
						K	-1.09566E+00	3.47440E-01	1.36125E+00	2.27190E-02	1.65867E+00
A	-2.93634E-05	-2.97683E-05	-1.00000E-04	-3.20000E-04	-7.23540E-04
						B	3.20271E-06	2.83659E-06	4.11173E-06	-3.62978E-06	-2.42202E-05
C	-1.26625E-07	-1.23919E-07	4.43307E-08	7.21246E-08	9.82881E-07
						D	1.58436E-09	1.64601E-09	-1.94248E-09	-1.32415E-08	-7.08877E-08

图2、图3和图4分别显示了在图1的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的球面像差、像散场曲率和失真(distortion)。像散场曲率包括子午像散场曲率T和弧矢像散场曲率S。

<实施例2>

图5是显示根据本发明另一实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的截面图。缩放透镜包括第一、第二、第三和第四透镜组G1、G2、G3和G4。

f；6.8mm～11.58mm～30.64mm 2ω；60.6°～36.0°～21.5°

R Dn nd vd

OBJ：无限无限

S1： 17.98000 0.600 1.92286 20.88

S2： 8.49100 2.179

S3：无限 7.600 1.83400 37.34

S4：无限 0.300

^*S5： 17.93169 2.300 1.73968 49.00

^*S6： -19.28619 D1

S7： -81.10900 0.600 1.76802 49.24

^*S8： 9.39800 1.034

S9： -10.38200 0.500 1.62299 58.12

S10： 9.22400 1.500 1.84666 23.78

S11： 362.69100 D2

S12(ST) 无限 0.300

^*S13： 6.65307 1.500 1.80470 40.90

S14： -32.68848 0.458

S15： 8.49400 1.440 1.62299 58.12

S16： -8.49400 0.500 1.90366 31.32

S17： 5.10500 D3

S18： 6.80200 1.000 1.92286 20.88

S19： 5.04400 2.480 1.48749 70.44

S20： 289.72200 0.359

^*S21： 16.94758 1.650 1.51680 64.20

S22： 26.78800 D4

S23：无限 0.500 1.51680 64.20

S24：无限 0.500

S25：无限 0.500 1.51680 64.20

S26：无限

表3显示了在根据当前实施例的缩放透镜的在广角位置、中角位置和远摄位置的可变距离D1、D2、D3和D4。

表3

可变距离	广角位置	中角位置	远摄位置
				D1	1.000	5.158	9.124
D2	9.724	5.567	1.600
				D3	7.504	5.065	3.000
D4	4.965	7.405	9.470

表4显示了根据当前实施例的缩放透镜的非球面系数。

表4

非球面系数	S5	S6	S8	S13	S21
						K	-1.57321E+00	6.40397E-01	9.51831E-01	2.07307E-01	1.56799E+00
A	-2.90644E-05	-3.99596E-05	-1.02319E-04	-3.55737E-04	-4.73378E-04
						B	3.08338E-06	3.12028E-06	4.37818E-06	-5.71541E-06	2.20418E-06
C	-1.11897E-07	-1.19171E-07	1.19927E-07	1.15206E-07	-3.17810E-07
						D	1.12166E-09	1.31711E-09	0.00000E+00	-8.86327E-09	2.58779E-09

图6、图7和图8分别显示了在图5的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的球面像差、像散场曲率和失真。

<实施例3>

图9是显示根据本发明另一实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的情况下的截面图。

f；6.9mm～10.35mm～19.67mm 2ω；60.6°～36.0°～21.5°

R Dn nd vd

OBJ：无限无限

S1： 16.74487 0.620 1.92286 20.88

S2： 8.32722 2.220

S3：无限 7.500 1.83400 37.34

S4：无限 0.300

^*S5： 18.69281 2.280 1.74330 49.33

^*S6： -19.16466 D1

S7： -30.87977 0.600 1.76802 49.24

^*S8： 10.00673 0.895

S9： -14.83817 0.500 1.62280 56.91

S10： 7.46253 1.500 1.84666 23.78

S11： 55.41687 D2

S12(ST)：无限 0.300

^*S13： 6.54046 1.500 1.80610 40.73

S14： -35.60971 0.540

S15： 8.17934 1.480 1.64000 60.20

S16： -6.62501 0.500 1.90366 31.32

S17： 5.07519 D3

S18： 7.19606 0.690 1.84666 23.78

S19： 5.29454 2.697 1.51680 64.20

S20： -54.50314 0.150

^*S21： 20.74980 2.034 1.53113 55.70

(塑料ASP透镜)

S22： 22.56161 D4

S23：无限 0.500 1.51680 64.20

S24：无限 0.500

S25：无限 0.500 1.51680 64.20

S26：无限

表5显示了在根据当前实施例的缩放透镜在广角位置、中角位置和远摄位置的可变距离D1、D2、D3和D4。

表5

可变距离	广角位置	中角位置	远摄位置
				D1	1.000	4.596	9.045
D2	9.145	5.550	1.100
				D3	7.834	5.690	3.000
D4	3.283	5.428	8.117

表6显示了根据当前实施例的缩放透镜的非球面系数。

表6

非球面系数	S5	S6	S8	S13	S21
						K	-1.06856E+00	2.30176E-01	1.00000E+00	4.93082E-02	1.07734E+00
A	-1.70170E-05	-3.99223E-05	-6.11718E-05	-2.46754E-04	-4.09098E-04
						B	1.93998E-06	2.96082E-06	-9.04138E-07	1.96009E-06	4.01964E-06
C	-6.88104E-08	-1.15986E-07	3.72587E-07	-2.92973E-07	-6.34594E-07
						D	1.52978E-09	2.22699E-09	0.00000E+00	1.51983E-08	1.93029E-08

表7显示了上述实施例满足上述不等式1和2的条件。

表7

	不等式1	不等式2
			实施例1	1.43	-1.045
实施例2	1.349	-1.557
			实施例3	1.359	-1.878

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地显示并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可做出形式上和细节上的各种改变。

Claims

1.一种缩放透镜系统，包括：

第一透镜组，包括用于改变入射光线的光路的至少一个反射光学构件，并且具有正折射力；

第二透镜组，具有负折射力；

第三透镜组，具有正折射力；

第四透镜组，具有正折射力，

其中，第一、第二、第三和第四透镜组从物侧开始依次布置，

在放大倍率从广角位置改变至远摄位置的过程中，第一透镜组和第三透镜组不运动，第二透镜组从物侧朝着像侧运动，第四透镜组从像侧朝着物侧直线运动，

其中，第四透镜组包括具有负折射力的透镜、具有第一正折射力的透镜和具有第二正折射力的透镜，其中，所述透镜从物侧开始依次排列，

其中，缩放透镜系统满足以下条件：

1.34＜R1/R2＜1.44，

其中，R1是第四透镜组中的所述具有负折射力的透镜的从物侧开始的第一表面的曲率半径，R2是第四透镜组中的所述具有负折射力的透镜的从物侧开始的第二表面的曲率半径。

2.如权利要求1所述的系统，其中，第三透镜组沿着垂直于光轴的方向运动，以执行振动校正。

3.如权利要求1所述的系统，其中，第四透镜组被构造为使得具有负折射力的透镜和具有第一正折射力的透镜接合成为双合透镜，缩放透镜系统满足以下条件：

-1.88＜f10/f1011＜-1.04

其中，f10是第四透镜组中双合透镜的从物侧开始的第一透镜的焦距，f1011是第四透镜组中的双合透镜的焦距。

4.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，第四透镜组执行由于物体和缩放透镜系统之间的距离改变而需要的调焦。

5.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，在第四透镜组中的从像侧开始的第一透镜是塑料非球面透镜。

6.如权利要求1-3中任一项所述的系统，其中，第三透镜组包括在物侧的孔径光阑。

7.一种缩放透镜系统，包括：

第二透镜组，具有负折射力；

第三透镜组，具有正折射力；

第四透镜组，具有正折射力，

其中，第四透镜组被构造为使得具有负折射力的透镜和具有第一正折射力的透镜接合成为双合透镜，

其中，缩放透镜系统满足以下条件：

1.34＜R1/R2＜1.44，

8.如权利要求7所述的系统，其中，第三透镜组沿着垂直于光轴的方向运动，以执行振动校正。