CN102087405B - 变焦镜头和包括所述变焦镜头的图像拾取装置 - Google Patents

变焦镜头和包括所述变焦镜头的图像拾取装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变焦镜头和包括所述变焦镜头的图像拾取装置。变焦镜头包括：第一透镜组，具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组，具有正屈光力；第四透镜组，具有正屈光力。第一透镜组到第四透镜组从物方起顺序地布置。第二透镜组包括由折射率低的材料形成的透镜。

Description

变焦镜头和包括所述变焦镜头的图像拾取装置
本申请要求于2009年12月4日递交到韩国知识产权局的第10-2009-0119913号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本发明涉及一种紧凑且便宜并具有高变倍比的变焦镜头以及包括所述变焦镜头的图像拾取装置。
背景技术
具有图像拾取器件(例如，电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的数字相机或数字可携式摄像机中采用的变焦镜头需要是紧凑的且提供高的光学性能。然而，在提供高性能的同时难以减小变焦镜头的尺寸，在减小变焦镜头的尺寸的同时，由于使用具有高折射率的昂贵的非球面材料以减小变焦镜头的尺寸，所以难以降低制造成本。因此，难以同时满足高光学性能和低制造成本的需求。
发明内容
本发明的实施例提供一种紧凑且廉价的变焦镜头。
本发明的实施例还提供一种包括紧凑且廉价的变焦镜头的图像拾取装置。
根据本发明的实施例，提供一种变焦镜头，包括：第一透镜组，具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组，具有正屈光力；第四透镜组，具有正屈光力，其中，第一透镜组到第四透镜组从物方到像方顺序地布置，当从广角位置到摄远位置执行变焦时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增加，第二透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组满足：
1.45≤N(2-2)≤1.65，和
1.45≤N(2-3)≤1.65
其中，N(2-2)是第二透镜组的第二透镜的折射率，N(2-3)是第二透镜组的第三透镜的折射率。
第二透镜组的第一透镜可具有负屈光力，第二透镜组的第二透镜可具有负屈光力，且第二透镜组的第三透镜可具有正屈光力。
第二透镜组的第二透镜和第三透镜可以是非球面透镜。
第二透镜组的第一透镜可以是双凹透镜，第二透镜组的第二透镜和第三透镜可以是弯月透镜。
第二透镜组的第二透镜和第三透镜可以是塑料透镜。
所述变焦镜头可以满足：
4.6 ≤ ft fw ≤ 5.4 和
1.45≤N(3-1)≤1.65
其中，fw是变焦镜头在广角位置的总焦距，ft是变焦镜头在摄远位置的总焦距，N(3-1)是第三透镜组的最靠近物方的透镜的折射率。
第三透镜组可包括双合透镜。
根据本发明的另一实施例，提供一种图像拾取装置，包括：变焦镜头；图像传感器，用于将由变焦镜头形成的光学图像转换成电信号，其中，变焦镜头包括：第一透镜组，具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组，具有正屈光力；第四透镜组，具有正屈光力，其中，第一透镜组到第四透镜组从物方到像方顺序地布置，当从广角位置到摄远位置执行变焦时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增加，第二透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组满足
1.45≤N(2-2)≤1.65，和
1.45≤N(2-3)≤1.65
其中，N(2-2)是第二透镜组的第二透镜的折射率，N(2-3)是第二透镜组的第三透镜的折射率。
附图说明
通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置的截面图；
图2A和图2B示出图1的变焦镜头在广角位置和摄远位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变；
图3是根据本发明的另一实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置的截面图；
图4A和图4B示出图3的变焦镜头在广角位置和摄远位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变；
图5是根据本发明的另一实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置的截面图；
图6A和图6B示出图5的变焦镜头在广角位置和摄远位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变；
图7是根据本发明的实施例的图像拾取装置的透视图。
具体实施方式
现在将参照附图来更充分地描述本发明的实施例。
图1是根据本发明的实施例的变焦镜头111的截面图。变焦镜头111可包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有正屈光力；第四透镜组G4，具有正屈光力。第一透镜组G1到第四透镜组G4从物方O到像方顺序地布置。
当从广角位置到摄远位置执行变焦时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离增加，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离减小，第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的距离增加。在变焦期间，第四透镜组G4可在像平面移动的同时将图像聚焦在像平面上。
第一透镜组G1可包括第一透镜1。第一透镜1可以是双凸透镜。图1的变焦镜头111可通过利用软件来校正畸变和色差。根据实施例，当变焦镜头111通过利用软件来校正像差时，第一透镜组G1可仅由一个透镜构成。由于第一透镜组G1包括一个透镜，所以变焦镜头111的透镜支撑器的厚度减小，从而允许变焦镜头111小型化。
第二透镜组G2可包括从物方O起顺序布置的第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4。第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4可以分别具有负屈光力、负屈光力和正屈光力。第二透镜2可以是双凹透镜，第三透镜3和第四透镜4可以是朝物方O凸出的弯月透镜。由于第二透镜组G2包括两个弯月透镜，所以第二透镜组G2的厚度减小，从而允许变焦镜头111小型化。
第二透镜组G2的第三透镜3和第四透镜4可以是非球面透镜。第二透镜组G2的第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4中的最靠近物方O的第二透镜2的外径大于第三透镜3和第四透镜4中的每个透镜的外径。由于第二透镜组G2的透镜中具有最大外径的第二透镜2是球面透镜，所以可以减小制造成本。如果第三透镜3和第四透镜4是塑料透镜且不是非球面透镜，则可以进一步减小制造成本。虽然塑料透镜在温度改变时在性能和像平面的位置方面表现了的极大改变，如果第三透镜3是负透镜且第四透镜4是正透镜，则可补偿和减小在温度改变期间引起的像平面的位置和性能的改变。
第三透镜组G3可包括第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7。第五透镜5可包括非球面凸透镜，以减小球面像差。第六透镜6可具有正屈光力，第七透镜7可具有负屈光力。第六透镜6和第七透镜7被接合在一起作为双合透镜，从而减小了在变焦期间发生的横向色差。第三透镜组G3还包括孔径光阑ST，所述光阑ST可在变焦期间与第五透镜5、第六透镜6和第七透镜7一起移动。
第四透镜组G4可包括第八透镜8。根据实施例，第四透镜组G4可仅由一个透镜构成，以允许变焦镜头111小型化。第八透镜8可以是具有大于1.85的折射率的球面透镜。如果第八透镜8是具有高折射率的透镜，则可以限制在广角位置光可以入射在像平面上的角度。
根据实施例，透镜的数量减小且变焦镜头111可以小型化。另外，第二透镜组G2可包括具有低折射率的透镜。因此，变焦镜头111可以以低成本制造并仍具有高放大率。
第二透镜组G2可满足
【式1】
1.45≤N(2-2)≤1.65，和
【式2】
1.45≤N(2-3)≤1.65
其中，N(2-2)是第二透镜组G2的从物方O起的第二个透镜在d线(对应于587.56nm的波长)的折射率，N(2-3)是第二透镜组G2的从物方O起的第三个透镜在d线的折射率。
式1和式2限定第二透镜组G2的从物方O起的第二个透镜的折射率和从物方O起的第三个透镜的折射率。例如，第二透镜和第三透镜可以是塑料透镜。塑料透镜可具有低制造成本和高放大率。如果第二透镜组G2的从物方O起的第二个透镜的折射率和从物方O起的第三个透镜的折射率超过式1和式2的上限或者下限，则难以利用塑性材料形成第二透镜组G2的从物方O起的第二个透镜和从物方O起的第三个透镜，从而阻碍了制造成本的降低。
图1的变焦镜头111可满足
【式3】
4.6 ≤ ft fw ≤ 5.4 和
【式4】
1.45≤N(3-1)≤1.65
其中，fw是变焦镜头111在广角位置的总焦距，ft是变焦镜头111在摄远位置的总焦距，N(3-1)是第三透镜组G3的从物方O起的第一个透镜在d线的折射率。
式3限定了变焦镜头111的变倍比，式4限定了第三透镜组G3的最靠近物方O的透镜的折射率。通常，为了制造具有高放大倍率的变焦镜头，变焦镜头由折射率大于1.8的非球面材料形成，这使得像差和放大倍率变得易于校正。然而，由于图1的第三透镜组G3包括折射率低的透镜，因此制造成本降低。例如，第三透镜组G3的第五透镜5可由便宜的塑性材料形成，第三透镜组G3的第六透镜6和第七透镜7可由折射率大于1.8的材料形成，以校正像差，从而确保了高放大倍率。
术语“非球面”可定义如下。
当光轴为x轴、垂直于光轴的方向为y轴且光的前进方向为正方向时，图1的变焦镜头111的非球面形状可由式5限定。这里，x是沿光轴的方向到透镜顶点的距离，y是沿垂直于光轴的方向的高度，k是圆锥曲线常数，A、B、C和D是非球面系数，c是在透镜顶点的曲率半径R的倒数(1/R)。
【式5】
x = cy 2 1 + 1 - ( K + 1 ) c 2 y 2 + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10
现在将详细解释根据本发明的实施例的紧凑且便宜的变焦镜头。
以下，f是变焦镜头的总焦距，Fno是F数，2ω是视角，R是曲率半径，Dn是透镜的中心厚度或透镜之间的间距，Nd是折射率，Vd是阿贝数，ST是孔径光阑，D1、D2、D3和D4是透镜之间的可变距离，ASP是非球面表面。在示出实施例的附图中，相同的标号来表示组成各个透镜组的同一透镜。视角的单位是度，f、R、Dn、D1、D2、D3和D4的单位是mm。标号P1和P2分别表示滤色器和盖玻璃。
<实施例1>
图1是根据本发明的实施例的变焦镜头111在广角位置、中间位置和摄远位置的截面图。
f：5.74～12.34～27.26  Fno：3.52～4.54～6.31  2ω：68.05～34.86～16.18(°)
表1示出了关于图1的变焦镜头111在变焦期间的可变距离的数据。
【表1】
  可变距离   广角位置   中间位置   摄远位置
D1 0.8797 4.5355 11.4354
  D2   17.7126   5.8709   0.5
  D3   4.0873   6.0755   13.7722
  D4   3.6222   5.7801   6.5721
图2A和图2B示出图1的变焦镜头111在广角位置和摄远位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。像散场曲包括子午场曲(T)和弧矢场曲(S)。
<实施例2>
图3是根据本发明的另一实施例的变焦镜头的截面图，图3的变焦镜头的设计数据如下：
f：6.01～12.91～30.63  Fno：3.62～4.62～6.59  2ω：65.65～33.40～14.42(°)
表2示出关于图3的变焦镜头在变焦期间的可变距离的数据。
【表2】
  可变距离   广角位置   中间位置   摄远位置
  D1   0.9226   4.5037   10.8105
  D2   17.3784   6.1192   0.5
  D3   4.0506   5.6701   14.5281
  D4   3.9545   6.3037   6.4435
<实施例3>
图5是根据本发明的另一实施例的变焦镜头的截面图，图5的变焦镜头的设计数据如下。
f：6.15～13.23～28.93  Fno：3.64～4.66～6.38  2ω：64.39～32.64～15.26(°)
表3示出关于图5的变焦镜头在变焦期间的可变距离。
【表3】
  可变距离   广角位置   中间位置   摄远位置
  D1   1.0133   4.5233   11.1617
  D2   17.2378   5.5983   0.5
  D3   3.9889   5.6217   13.7049
  D4   4.0661   6.5904   6.9207
表4示出图1、图3和图5的变焦镜头满足式1、式2、式3和式4。
【表4】
因此，根据本发明的实施例的变焦镜头可具有高变倍比、紧凑的设计和低制造成本。变焦镜头可应用于使用固态图像拾取单元(例如，电荷耦合器件(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS))的图像拾取装置，例如，数字静态相机、单镜头反光相机、摄像机或者便携式终端。
图7是根据本发明的实施例的包括图1的变焦镜头111的图像拾取装置100的透视图。图像拾取装置100包括：变焦镜头111；图像传感器112，用于将由变焦镜头111形成的光学图像转换成电学图像信号。图像拾取装置100可包括：记录单元113，在其中记录与由图像传感器112进行光电转换的对象的图像对应的信息；取景器114，用于观察对象的图像；显示单元115，其上显示对象的图像。虽然取景器114和显示单元115在图7中被分开地设置，但是实施例不限于此，可在没有取景器114的情况下仅设置显示单元115。虽然示例性地示出了图7的图像拾取装置100，但是实施例不限于此，可以使用任意的光学设备。如果将根据本发明的变焦镜头111应用到诸如数码相机的图像拾取装置，则图像拾取装置可以是紧凑的且廉价的，并具有高放大率。
虽然已经具体示出并描述了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离如权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，这里可以对形式和细节作出各种改变。

Claims (11)

1.一种变焦镜头，包括：
第一透镜组，具有正屈光力；
第二透镜组，具有负屈光力；
第三透镜组，具有正屈光力；
第四透镜组，具有正屈光力，
其中，第一透镜组到第四透镜组从物方到像方顺序地布置，当从广角位置到摄远位置执行变焦时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增加，第二透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组的第一透镜具有负屈光力，第二透镜组的第二透镜具有负屈光力，且第二透镜组的第三透镜具有正屈光力，第二透镜组的第二透镜和第三透镜是非球面透镜，第二透镜组的第一透镜是双凹透镜，第二透镜组的第二透镜和第三透镜是弯月透镜，第二透镜组满足
1.45≤N(2-2)≤1.65，和
1.45≤N(2-3)≤1.65
其中，N(2-2)是第二透镜组的第二透镜的折射率，N(2-3)是第二透镜组的第三透镜的折射率。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第二透镜组的第二透镜和第三透镜是塑料透镜。
3.根据权利要求1-2中任一项权利要求所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头满足：
4.6 &le; ft fw &le; 5.4 , 和
1.45≤N(3-1)≤1.65
其中，fw是变焦镜头在广角位置的总焦距，ft是变焦镜头在摄远位置的总焦距，N(3-1)是第三透镜组的最靠近物方的透镜的折射率。
4.根据权利要求1-2中任一项权利要求所述的变焦镜头，其中，所述第三透镜组包括双合透镜。
5.根据权利要求1-2中任一项权利要求所述的变焦镜头，其中，第四透镜组包括一个透镜。
6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中，第四透镜组的所述一个透镜具有大于1.85的折射率。
7.根据权利要求1-2中任一项权利要求所述的变焦镜头，其中，第四透镜组执行聚焦。
8.根据权利要求1-2中任一项权利要求所述的变焦镜头，其中，第一透镜组包括一个透镜。
9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的所述一个透镜是双凸透镜。
10.根据权利要求8所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头利用软件校正畸变。
11.一种图像拾取装置，包括：
变焦镜头；
图像传感器，用于将由变焦镜头形成的光学图像转换成电信号，
其中，变焦镜头包括：第一透镜组，具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组，具有正屈光力；第四透镜组，具有正屈光力，
其中，第一透镜组到第四透镜组从物方到像方顺序地布置，当从广角位置到摄远位置执行变焦时，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增加，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增加，第二透镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜组的第一透镜具有负屈光力，第二透镜组的第二透镜具有负屈光力，且第二透镜组的第三透镜具有正屈光力，第二透镜组的第二透镜和第三透镜是非球面透镜，第二透镜组的第一透镜是双凹透镜，第二透镜组的第二透镜和第三透镜是弯月透镜，第二透镜组满足
1.45≤N(2-2)≤1.65，和
1.45≤N(2-3)≤1.65
其中，N(2-2)是第二透镜组的第二透镜的折射率，N(2-3)是第二透镜组的第三透镜的折射率。
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