CN101876746A - 一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头 - Google Patents
一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101876746A CN101876746A CN2009100390815A CN200910039081A CN101876746A CN 101876746 A CN101876746 A CN 101876746A CN 2009100390815 A CN2009100390815 A CN 2009100390815A CN 200910039081 A CN200910039081 A CN 200910039081A CN 101876746 A CN101876746 A CN 101876746A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens combination
- lens
- optical system
- variable
- maximum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 99
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 241000219739 Lens Species 0.000 claims description 257
- 210000000695 crystalline len Anatomy 0.000 claims description 257
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 238000006664 bond formation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明公开了一种相机用光学系统，从沿光轴从物方起包括：具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，所中第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：，其中，L1为第一透镜组最大厚度；L2为第二透镜组最大厚度；y′为变倍光学系统最大半像高。本光学系统既做到小型化又考虑到其制造难度，更兼顾摄像能力和影像质量。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种相机用变倍光学系统，应用于数码摄像装置，例如数码相机、数码摄像机等。特别涉及一种机构尺寸紧凑以及光学解像力高的变倍光学系统及使用该光学系统的镜头。
(二)背景技术：
近年来，变倍光学系统的研制、生产取得了突飞猛进的发展，不但在技术性能方面有很大提高，而且考虑到了消费者对这类数码产品的使用习惯及偏好。目前应用于相机的变倍光学系统大多采用具有三透镜组的结构。
为达到优选的成像效果，一般数码相机所使用的三倍左右变倍光学系统，其第一透镜组即包含至少三个透镜，整个三透镜组往往使用到十片左右的透镜数量，这造成结构上和成本上的一定限制及负担。因此，如何设计三透镜组中各透镜的特性，如有效焦距、屈光力以及透镜组元件数量，或者利用非球面透镜取代多个球面透镜的校正象差等等，均为业界所不断尝试，以达到缩小尺寸的目的并兼顾摄像能力及影像质量。
同时随着越来越多的消费者爱好使用小而灵巧的数码相机与数码摄像机，相机尺寸的设计趋势朝向轻薄短小发展。为了实现相机模块和镜头系统的紧凑型，镜头生产厂商提供很薄的镜头系统变得越来越重要。一些生产厂商对镜头机构设计进行了改良。如专利号：ZL03106208.3、专利权人：宾得株式会社、专利名称：《可伸缩镜头系统和伸缩可伸缩镜头系统的方法》所公开的可伸缩镜头系统，其具有一个包括多个透镜组的光学系统，当镜头系统处于准备照相状态时，所有的透镜组位于一个公共轴线上，组成一个光学照相系统；当镜头系统处于关闭状态时，至少一个透镜组可被移动至公共光轴外，余下的透镜组收缩，此时可移动的透镜组位于余下的透镜组中的至少一个的相对于公共光轴的外侧。这种结构被称为“滑动镜片系统”，这种结构能很好地降低镜头关闭时的厚度，因此，当前的设计关键主要为减少三透镜组使用的镜片以及改善各镜片的特性。
(三)发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种轻巧型的变倍光学系统，以减少变倍光学系统的重量和机构总长。本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种相机用光学系统，从沿光轴从物方起包括：具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：
其中，L1为第一透镜组最大厚度；L2为第二透镜组最大厚度；y′为变倍光学系统最大半像高。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明使用至少两枚非球面透镜，通过非球面透镜光折射复杂的特性代替原有的玻璃球面透镜，从而减少光学系统的所使用的透镜数量，缩减了机构总长。条件式在考虑到其制造难度的情况下使透镜组既做到小型化。当
大于2.8这一上限值时，机构设计将很难做到小型化；当
小于2.3这一下限值时，每一枚镜片的厚度误差与间隔距离的公差、每一个透镜组的离轴偏心公差将趋于严格，从而使得变倍光学系统制造趋于困难。
上述第一透镜组第一透镜元件的折射率N11满足以下条件：1.55＜N11＜1.65。
当N11的值大于上限1.65时，广角状态时边缘视场的光线在第一负透镜靠近成像端的面上发生全反射，也即是影响变倍光学系统的广角范围；当N11的值小于下限1.55时，由于第一负透镜组的屈光能力下降，第一负透镜组与第二正透镜组之间的空气间隔将增加，这导致前述公式中
的值增大，机构设计将很难做到小型化。
光学系统还满足条件：
其中，LII为当放大倍率从广角位置改变到摄远位置时所述第二透镜组移动的距离；fw为所述变倍光学系统在广角位置时焦距；ft为所述变倍光学系统在摄远位置时焦距。
光学系统还满足条件：
上述条件限定了所述变倍光学系统的变倍比。
上述所述的光学系统是按D线(绿光，波长＝589.3nm)校正单色像差，按C线(红光，波长＝656.3nmm)与F线(蓝光，波长＝486.1nmm)校正色差，波长权重比例为F线∶D线∶C线＝1∶1∶1。
上述所述的第一透镜组包括两个透镜元件，其中至少一个具有非球面表面的透镜元件。
上述所述的第二透镜组包括三个透镜元件，其中至少两个透镜元件粘合形成胶合透镜。并至少一个具有非球面表面的透镜元件。光学系统的孔径光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间，并与第二透镜组连接在一起。
上述所述的第三透镜组为双凸单透镜元件。所述的单透镜元件以玻璃制成，且两面R值大小相等。
本发明通过六个透镜组合而成，在兼顾摄像能力和影像质量的同时，使用至少两枚塑料制成的透镜，并用其代替原有的玻璃球面透镜，从而减少光学系统的重量和机构总长。更可修正各种光学像差以获得极佳的影像。
本发明的另一个目的是提供一种结构紧凑的小型化镜头。
镜头内安装有具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，镜头内还设有活动机构，所述的第二透镜组安装在活动机构上；镜头打开时第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在一公共光轴上；镜头关闭时，活动机构将第二透镜组移动至公共光轴外，同时将第三透镜组移动至原第二透镜组的位置，其所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，所述的第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：
其中，L1为第一透镜组最大厚度；L2为第二透镜组最大厚度；y′为变倍光学系统最大半像高。
所述的镜头可使用在数码相机或数码摄像机上。
(四)附图说明：
下面结合附图对本发明作详细的说明：
图1A为本发明所述的变倍光学系统在广角位置时的示意图；
图1B为本发明所述的变倍光学系统在中间位置时的示意图；
图1C为本发明所述的变倍光学系统在摄远位置时的示意图；
图2为本发明所述的镜头系统在关闭时的内部示意图；
图3A为本发明变倍光学系统广角位置时的轴向球差图；
图3B为本发明变倍光学系统广角位置时的垂轴色差图；
图3C为本发明变倍光学系统中间位置时的畸变图；
图4A为本发明变倍光学系统中间位置时的轴向球差图；
图4B为本发明变倍光学系统中间位置时的垂轴色差图；
图4C为本发明变倍光学系统摄远位置时的畸变图；
图5A为本发明变倍光学系统摄远位置时的轴向球差图；
图5B为本发明变倍光学系统摄远位置时的垂轴色差图；
图5C为本发明变倍光学系统摄远位置时的畸变图。
(五)具体实施方式：
本光学系统主要适用于“滑动镜片系统”，具体结构可参见专利号：ZL03106208.3、专利权人：宾得株式会社、专利名称：《可伸缩镜头系统和伸缩可伸缩镜头系统的方法》文件中的第三实施例。如图2所示，镜头关闭时，通过活动机构将第二透镜组移动至公共光轴外，同时将第三透镜组移动至原第二透镜组的位置，这样整个镜头机构在关闭状态时的厚度便主要取决于第一透镜组最大厚度L1与第二透镜组最大厚度L2的值。
如图1A、图1B、图1C所示，本发明所述的光学系统从沿光轴从物方起包括：具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：
其中，L1为第一透镜组最大厚度；L2为第二透镜组最大厚度；y′为变倍光学系统最大半像高。
第一透镜组第一透镜元件折射率N11满足以下条件：1.55＜N11＜1.65。光学系统满足条件：
其中，LII为当放大倍率从广角位置改变到摄远位置时所述第二透镜组移动的距离；
fw为所述变倍光学系统在广角位置时焦距；
ft为所述变倍光学系统在摄远位置时焦距。
此外光学系统还满足条件：
具体地：
本发明变倍光学系统从物端到成像端依次包括负屈光力的第一透镜组Q1、正屈光力的第二透镜组Q2及正屈光力的第三透镜组Q3。该变倍光学系统的系统焦距长度f＝6.3mm～18.2mm，且光阑指数FNO从2.8至5.3。
第一透镜组Q1物端到成像端依次包括凸凹的第一负透镜G1和凸凸的第二正透镜G2，其中第二正透镜G2由塑料制成，且至少一个表面为非球面。第一透镜组Q1具有第一焦距长度fq1＝-17.94mm。
第二透镜组Q2物端到成像端依次包括凸凸的第三正透镜G3、凹凹的第四负透镜G4和凸凹的第五正透镜G5，第五正透镜G5由塑料制成，且至少一个表面为非球面。第四正透镜G4与第五负透镜G5被粘合成胶合透镜，具有正屈光力。光学系统的孔径光阑STO位于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间，并与第三正透镜G 3连接在一起。第二透镜组Q2具有第二焦距长度fq2＝11.21mm。
第三透镜组Q3包括凸凸的第六正透镜G6，其主要作用为补偿第一透镜组与第二透镜组相对运动以及物距变化产生的像差，第六正透镜G6的两个面的半径值设计成大小相等，符号相反，便于加工。第三透镜组Q3具有第三焦距长度fq3＝17.24mm。
在本实施例中，变倍光学系统的第一透镜组Q1、第二透镜组Q2及第三透镜组Q3的各项参数依次列于表1中：
其中，S1、S2为第一负透镜G1的表面；S3、S4为第二正透镜G2的表面；S6、S7为第三正透镜G3的表面；S7、S8为第四负透镜G4的表面；S9、S10为第五正透镜G5的表面；S11、S12为第六正透镜G6的表面；S13、S14为保护玻璃红外截止滤光片(IR-CUT filter)的表面；IMA为屏幕(SENSOR)表面。
此外，第二正透镜G2的表面S3和S4、第五正透镜光G5的表面S9和S10为非球面，其非球面相关数值依次列于表2：
当变倍光学系统在广角位置及摄远位置之间进行变倍时，各个透镜组之间的距离在光轴上产生变化；其中D1表示第一透镜组Q1与第二透镜组Q 2之间距离，D2表示第二透镜组Q2与第三透镜组Q 3之间距离，D3表示第三透镜组Q3与成像端之间距离。D1、D2、及D3的值依次列于表3：
第一透镜组最大厚度L1＝5.13mm，第二透镜组最大厚度L2＝4.93mm，变倍光学系统对应的最大半像高y′＝3.875mm，计算出
第一透镜G1折射率N11＝1.62，LII＝9.189mm；广角位置时焦距ft＝6.3mm，摄远位置时焦距fw＝18.2mm，计算出 
如图3A至图5C所示，本变倍光学系统按D线(绿光，波长＝589.3nm)校正单色像差，按C线(红光，波长＝656.3nmm)与F线(蓝光，波长＝486.1nmm)校正色差，波长权重比例为F线∶D线∶C线＝1∶1∶1。
本发明所述的镜头，镜头内安装有具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，镜头内还设有活动机构，所述的第二透镜组安装在活动机构上；镜头打开时第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在一公共光轴上；镜头关闭时，活动机构将第二透镜组移动至公共光轴外，同时将第三透镜组移动至原第二透镜组的位置，其所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，所述的第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：
其中，L1为第一透镜组最大厚度；L2为第二透镜组最大厚度；y′为变倍光学系统最大半像高。
所述的镜头可使用在数码相机或数码摄像机上。其用来将目标物成像于影像感测组件，可为电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)。
Claims (10)
1.一种变倍光学系统，从沿光轴从物方起包括：具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，其特征在于：所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，所述的第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：
其中，L1为第一透镜组最大厚度；
L2为第二透镜组最大厚度；
y′为变倍光学系统最大半像高。
2.根据权利要求1所述的变倍光学系统，其特征在于：第一透镜组第一透镜元件的折射率N11满足以下条件：1.55＜N11＜1.65。
3.根据权利要求2所述的变倍光学系统，其特征在于：光学系统满足条件：
其中，LII为当放大倍率从广角位置改变到摄远位置时所述第二透镜组移动的距离；
fw为所述变倍光学系统在广角位置时焦距；
ft为所述变倍光学系统在摄远位置时焦距。
4.根据权利要求2所述的变倍光学系统，其特征在于：光学系统还满足条件：
其中，fw为所述变倍光学系统在广角位置时焦距，
ft为所述变倍光学系统在摄远位置时焦距。
5.根据权利要求1至4中任意所述的变倍光学系统，其特征在于：所述的光学系统是按D线(绿光，波长＝589.3nm)校正单色像差，按C线(红光，波长＝656.3nmm)与F线(蓝光，波长＝486.1nmm)校正色差，波长权重比例为F线∶D线∶C线＝1∶1∶1。
6.根据权利要求1至4中任意所述的变倍光学系统，其特征在于：第一透镜组包括两个透镜元件，其中至少一个具有非球面表面的透镜元件。
7.根据权利要求1至4中任意所述的变倍光学系统，其特征在于：第二透镜组包括三个透镜元件，其中至少两个透镜元件粘合形成胶合透镜，并至少一个具有非球面表面的透镜元件。光学系统的孔径光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间，并与第二透镜组连接在一起。
8.根据权利要求1至4中任意所述的变倍光学系统，其特征在于：所述的第三透镜组为双凸单透镜元件，且单透镜元件以玻璃球面制成，两面R值大小相等。
9.一种镜头，镜头内安装有具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，镜头内还设有活动机构，所述的第二透镜组安装在活动机构上；镜头打开时第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在一公共光轴上；镜头关闭时，活动机构将第二透镜组移动至公共光轴外，同时将第三透镜组移动至原第二透镜组的位置，其特征在于：所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，所述的第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：
其中，L1为第一透镜组最大厚度；
L2为第二透镜组最大厚度；
y′为变倍光学系统最大半像高。
10.根据权利要求9所述的镜头，其特征在于：所述的镜头可使用在数码相机或数码摄像机上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100390815A CN101876746B (zh) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | 一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100390815A CN101876746B (zh) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | 一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101876746A true CN101876746A (zh) | 2010-11-03 |
| CN101876746B CN101876746B (zh) | 2011-09-14 |
Family
ID=43019348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100390815A Expired - Fee Related CN101876746B (zh) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | 一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101876746B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102393558A (zh) * | 2011-12-06 | 2012-03-28 | 长春方圆光电技术有限责任公司 | 长焦距高变倍比变焦系统 |
| CN102411321A (zh) * | 2011-12-01 | 2012-04-11 | 郑州春泉暖通节能设备有限公司 | 直控式电器节能监测装置 |
| WO2022252134A1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-08 | Huawei Technologies Co.,Ltd. | Zoom lens and optical system thereof |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI229231B (en) * | 2002-02-21 | 2005-03-11 | Pentax Corp | Retractable lens system and method of retracting a retractable lens system |
| US7310191B2 (en) * | 2006-03-09 | 2007-12-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Zoom lens system, imaging device and camera |
| JP4923764B2 (ja) * | 2006-06-12 | 2012-04-25 | 株式会社ニコン | ズームレンズとこれを有する光学装置 |
-
2009
- 2009-04-29 CN CN2009100390815A patent/CN101876746B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102411321A (zh) * | 2011-12-01 | 2012-04-11 | 郑州春泉暖通节能设备有限公司 | 直控式电器节能监测装置 |
| CN102393558A (zh) * | 2011-12-06 | 2012-03-28 | 长春方圆光电技术有限责任公司 | 长焦距高变倍比变焦系统 |
| WO2022252134A1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-08 | Huawei Technologies Co.,Ltd. | Zoom lens and optical system thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101876746B (zh) | 2011-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI420138B (zh) | 變焦鏡頭 | |
| JP4702633B2 (ja) | 液体レンズを有するズーム光学系 | |
| CN101256263B (zh) | 摄像透镜 | |
| US7283314B2 (en) | Zoom lens and image pickup apparatus including the same | |
| KR102052124B1 (ko) | 어안 렌즈계 및 이를 구비한 촬영 장치 | |
| US9325907B2 (en) | Zoom lens and camera | |
| KR101499556B1 (ko) | 줌 렌즈 및 이를 채용한 결상 광학 장치 | |
| US9140880B2 (en) | Zoom lens and zoom lens module | |
| CN110109237B (zh) | 一种水下大视场连续变焦光学系统 | |
| CN107065154B (zh) | 紧凑型连续变焦光学系统 | |
| KR20150062803A (ko) | 줌 렌즈 및 이를 포함한 촬영 장치 | |
| EP2096479A1 (en) | Zoom lens of the retrofocus type having two lens groups | |
| US20150160433A1 (en) | Zoom lens and electronic apparatus having the same | |
| TWM482749U (zh) | 攝影透鏡以及具備攝影透鏡的攝影裝置 | |
| CN101876746B (zh) | 一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头 | |
| KR101433587B1 (ko) | 소형 줌렌즈 | |
| JP4630581B2 (ja) | ズームレンズおよびそれを有する撮像装置 | |
| JP7354690B2 (ja) | 撮像光学系、撮像装置及び携帯端末 | |
| US20090002843A1 (en) | Zoom lens | |
| TWI476472B (zh) | 成像鏡頭 | |
| CN111897113B (zh) | 一种水下电影变焦光学系统 | |
| KR101416279B1 (ko) | 소형 줌렌즈 | |
| KR101431544B1 (ko) | 소형 줌 렌즈 | |
| JP2006338023A (ja) | レンズユニット | |
| JP2005189638A (ja) | ズームレンズ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110914 Termination date: 20170429 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |