CN102401986A

CN102401986A - 紧凑的变焦镜头

Info

Publication number: CN102401986A
Application number: CN2011101362595A
Authority: CN
Inventors: 金东佑
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: KR101761814B1; US8547646B2; US20120057248A1; CN102401986B; KR20120025340A

Abstract

本发明提供一种紧凑的变焦镜头，所述变焦镜头从物方到像方依次包括：第一透镜组，具有负屈光力并包括两个透镜；第二透镜组，具有正屈光力；光阑，布置在第二透镜组的像方；第三透镜组，具有正屈光力，其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增大。

Description

紧凑的变焦镜头

本申请要求于2010年9月7日提交到韩国知识产权局的第10-2010-0087664号韩国专利中请的利益，其公开通过引用全部包含于此。

技术领域

本发明涉及一种紧凑的、实现高放大倍率的变焦镜头。

背景技术

使用图像拾取器件(诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的光学成像装置(诸如数字相机或数字可携式摄像机)被广泛使用。这些装置可能需要具有高性能和高放大倍率的紧凑的变焦镜头。

具有三个透镜组(即，负透镜组、正透镜组和另一正透镜组)的镜头通常用于满足对于高放大倍率和小型化的需求。然而，在增大变焦放大倍率而且还确保诸如像差校正等的高性能方面存在一些困难。

例如，如果第二透镜组中的透镜的数量增加到4或更大，则可容易校正色差，但是由于透镜的数量大，难以获得高变焦放大倍率，并且难以形成超紧凑的变焦镜头。此外，虽然已经提出了被设计为形成5X或更大的高放大倍率的变焦镜头，但是由于第二透镜组和第三透镜组之间的距离在从广角位置变焦到远摄位置期间发生的大的变化，使得难以将变焦镜头小型化。通常，在许多情况下牺牲小型化或成本降低，以实现高光学性能和高变焦放大倍率。因此，已经开发了能够实现小型化和成本降低的各种设计技术。

发明内容

本发明的实施例提供一种紧凑的、实现高放大倍率的变焦镜头。

根据本发明的实施例，提供一种变焦镜头，所述变焦镜头从物方到像方依次包括：第一透镜组，具有负屈光力并包括两个透镜；第二透镜组，具有正屈光力；光阑，布置在第二透镜组的像方；第三透镜组，具有正屈光力，其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增大，并且所述变焦镜头满足下面的表达式：

4≤f_t/f_w≤6

3.0≤(D_2t-D_2w)/f_w≤4.2

其中，f_t表示所述变焦镜头在远摄位置处的总焦距，f_w表示所述变焦镜头在广角位置处的总焦距，D_2t表示在远摄位置处第二透镜组的最接近于像方的表面与第三透镜组的最接近于物方的表面之间的距离，D_2w表示在广角位置处第二透镜组的最接近于像方的表面与第三透镜组的最接近于物方的表面之间的距离。

第一透镜组的透镜中的自物方起排在第二的透镜可以是非球面透镜，所述非球面透镜的至少一个表面是非球面，并且所述变焦镜头可满足下面的表达式：

2.0≤N2≤2.3

其中，N2表示第一透镜组的透镜中的自物方起排在第二的透镜在d线的折射率。

第一透镜组的透镜中的自物方起排在第一的透镜可以是球面透镜。

第一透镜组的所述两个透镜的阿贝数之间的差可以是20或更大。

第二透镜组的透镜中的自物方起排在第一的透镜可以是非球面透镜，所述非球面透镜的至少一个表面是非球面。

第二透镜组可包括双合透镜。

第二透镜组可包括自物方起顺序布置的非球面透镜和双合透镜，所述非球面透镜的两个表面均为非球面。

第三透镜组可包括单个非球面透镜，所述非球面透镜的两个表面均为非球面。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特点及优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明实施例的位于广角位置、中间位置和远摄位置的变焦镜头的光学布置的示意图；

图2A和图2B是图1中示出的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变的图形；

图3是示出根据本发明另一实施例的位于广角位置、中间位置和远摄位置的变焦镜头的光学布置的示意图；

图4A和图4B是图3中示出的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变的图形；

图5是示出根据本发明另一实施例的位于广角位置、中间位置和远摄位置的变焦镜头的光学布置的示意图；

图6A和图6B是图5中示出的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变的图形。

具体实施方式

现在将参照附图更全面的描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同的元件，并且为了清楚起见，元件的尺寸或厚度可能被夸大。

图1、图3和图5示出了根据本发明的实施例1至实施例3的变焦镜头的光学布置。实施例1至实施例3不是本发明的可能的实施例的穷举。

参照图1、图3和图5，变焦镜头包括沿着从物方到像方的方向顺序布置的第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3，第一透镜组G1具有负屈光力，第二透镜组G2具有正屈光力，第三透镜组G3具有正屈光力。光阑ST布置在第二透镜组G2的像方上。红外阻挡滤光器400和盖玻璃500布置在第三透镜组G3和像平面IMG之间。当执行从广角位置到远摄位置的变焦时，第一透镜组G1、第二透镜组G2和第三透镜组G3运动，使得第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的距离减小，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离增大。由第三透镜组G3执行像平面运动和聚焦位置校正。

根据实施例1至实施例3的变焦镜头可满足表达式(1)：

表达式1

4≤f_t/f_w≤6

其中，f_t表示变焦镜头在远摄位置处的总焦距，f_w表示变焦镜头在广角位置处的总焦距。

表达式1与放大倍率相关。根据对高放大倍率的要求，表达式1中的下限被设置为4。当放大倍率超过表达式1中的上限时，在远摄位置处的色差使得难以确保高性能，并且在变焦期间每个透镜组的运动量显著增大。因此，难以形成小的透镜筒。

根据实施例1至实施例3的变焦镜头还可满足表达式(2)：

表达式2

3.0≤(D_2t-D_2w)/f_w≤4.2

其中，D_2t表示在远摄位置处第二透镜组G2的最接近于像方的表面与第三透镜组G3的最接近于物方的表面之间的距离，D_2w表示在广角位置处第二透镜组G2的最接近于像方的表面与第三透镜组G3的最接近于物方的表面之间的距离，f_w表示变焦镜头在广角位置处的总焦距。

表达式2限定了第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离在从广角位置变焦到远摄位置期间的变化与变焦镜头在广角位置处的总焦距的比率。当该比率超过表达式2中的上限时，与变焦镜头在广角位置处的总焦距相比，在变焦期间第二透镜组G2的运动量显著增大，因此难以形成小的透镜筒。当该比率小于表达式2中的下限时，在变焦期间第二透镜组G2的运动量减小，因此有利于形成小的透镜筒。然而，第二透镜组G2的焦距变得比第一透镜组G1或第三透镜组G3的焦距小很多，从而第二透镜组G2的透镜的折射率增加，由此难以进行远摄位置处的色差校正。

根据实施例1至实施例3的变焦镜头还可满足表达式(3)：

表达式3

2.0≤N2≤2.3

其中，N2表示第一透镜组G1的透镜中的自物方起排在第二的透镜在d线(587.56nm)的折射率。

表达式3限制了第一透镜组G1中的自物方起排在第二的透镜的折射率。高折射材料用于形成第一透镜组G1，以使得变焦镜头紧凑并有效地校正色差。

现在将更详细地描述每个透镜组的结构。

第一透镜组G1可包括自物方起顺序布置的两个透镜，例如第一透镜110和第二透镜120，第一透镜110是朝向物方凸出的负弯月透镜，第二透镜120是朝向物方凸起的正弯月透镜。

在实施例1至实施例3中，第一透镜组G1的透镜中的最接近于物方的第一透镜110是球面透镜。在许多现有的负-正-正类型的光学系统中，第一透镜组G1中的最接近于物方的透镜由高折射非球面透镜形成，以有利于校正畸变以及广角位置处的像散。由于通常是这样的情况，即，第一透镜组G1中的最接近于物方的透镜在整个光学系统的透镜中具有最大的外径，所以高折射非球面透镜的使用增加了光学系统的制造成本。然而，由于软件技术的最近发展，可通过软件处理来校正畸变。因此，在实施例1至实施例3中，球面透镜用作第一透镜组G1中的最接近于物方的透镜，由此降低了光学系统的制造成本。此外，具有大约2.1的折射率的高折射非球面透镜可用作作为第一透镜组G1中的最后的透镜的第二透镜120。这使得小光学系统形成，并且有利于校正像散以及远摄位置处的横向色差。因为第二透镜120使用高折射非球面透镜，所以在广角位置处外围中的像散变得容易校正，并且在广角位置处外围上的入射光的幅度可被减小。因此，容易减小第一透镜组G1的透镜的外径，因而透镜筒的尺寸变得更加容易减小。此外，第一透镜组G1的第一透镜110的阿贝数和第二透镜120的阿贝数的差可以是大约20或更大，从而容易校正色差。

第二透镜组G2可包括从物方到像方顺序布置的第三透镜210、第四透镜220和第五透镜230，第三透镜210是正双凸透镜，第四透镜220是正双凸透镜，第五透镜230是负双凹透镜。第三透镜210在其两个透镜表面均可使用非球面，以最小化球面像差。第四透镜220和第五透镜230可被形成为双合透镜，以最小化在变焦期间发生的横向色差。

光阑ST被布置为最接近于第二透镜组G2的像方。由于提出这种结构是为了最小化在远摄位置处第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔，所以根据本实施例的变焦镜头具有3组型小结构，因此实现4.5X或更大的高放大倍率。

第三透镜组G3可包括第七透镜310，第七透镜310是正透镜。第七透镜310可以是具有大约1.55或更小的折射率的塑料非球面透镜，第七透镜310的两个表面均可为非球面，因此可最小化根据物距变化的外围的场曲的变化，而不增大光入射在像平面上的角度。此外，可降低光学系统的制造成本。

在本发明的实施例1至实施例3中描述的术语“非球面(ASP)”被定义为如下：

表达式4

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

其中，x表示沿着光轴到透镜的顶点的距离，y表示沿着垂直于光轴的方向到透镜的顶点的距离，K表示二次曲线常数，A、B、C和D表示非球面系数，c′表示透镜的顶点的曲率半径的倒数(1/R)。现在将详细描述根据本发明实施例的透镜数据。在透镜数据中，STO表示光阑，ASP表示非球面。在透镜数据中，f表示整个变焦镜头的焦距(单位为mm)，Fno表示F数，2ω表示视角(单位为度)，D1、D2和D3是透镜之间的可变距离(单位为mm)。

<实施例1>

	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	16.7552	5.7353	0.61
D2	4.1512	9.6854	20.4702
				D3	2.9398	2.4962	2.1026

图2A和图2B分别示出图1中示出的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。示出了波长为656.27nm、587.56nm和486.13nm的光束的纵向球面像差。在像散中，T和S分别表示子午面上的曲线和弧矢面上的曲线。

<实施例2>

	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	18.2761	6.1650	0.61
D2	4.6801	9.8188	20.3133
				D3	2.2637	2.1361	2.4348

图4A和图4B分别示出图3中示出的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。

<实施例3>

	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	16.7060	6.0276	0.61
D2	4.2423	9.4317	22.6106
				D3	2.1609	1.95	2.00

图6A和图6B分别示出图5中示出的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。

下面的表1示出实施例1至实施例3满足上面描述的条件。

<表1>

条件	<实施例1>	<实施例2>	<实施例3>
				ft/fw	4.75	4.75	5.4
(D_2t-D_2w)/fw	3.43	3.10	3.97
				N2	2.09880	2.09880	2.09880

根据上述实施例的变焦镜头具有能够以低成本设计的小的结构，并且提供高放大倍率和良好的光学性能。

这里引用的包括出版物、专利申请和专利的所有参考文件通过引用被包含于此，该引用的程度如同每份参考文件被独立并具体地注明为通过引用全部包含于此并在此全部进行阐述。

出于促进对本发明的原理的理解的目的，已经对附图中示出的优选实施例做出了说明，且已经使用了特定的语言来描述这些实施例。然而，该特定的语言并非意图限制本发明的范围，本发明应被解释成包括对于本领域普通技术人员而言通常会出现的所有实施例。

可以用功能块组件和各种处理步骤的方式来描述本发明。这样的功能块可以通过执行特定功能的任意数量的组件来实现。

这里示出并描述的特定执行是本发明的示意性示例，并非意图以任何方式另外限制本发明的范围。为了简洁起见，可以不详细描述系统的传统方面(以及系统的独立操作组件中的组件)。此外，不同附图中示出的连接线或连接器意图呈现各个元件之间的物理或逻辑连接和/或示例性功能关系。应当注意，在实际装置中可存在许多可选择的或其他的功能关系、物理连接或逻辑连接。此外，除非元件被具体地描述为“必不可少的”或“关键的”，否则没有项目或组件对本发明的实施是必不可少的。

“包括”、“包含”或“具有”及其变型在这里的使用的意图是涵盖其后列出的项及其等同物以及另外的项。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“结合”及其变形被宽泛地使用，并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和结合。此外，“连接”和“结合”不限于物理或机械的连接或结合。

描述本发明的上下文中(特别是在权利要求的上下文中)使用的单数术语和类似表述应被解释成覆盖单数形式和复数形式。此外，除非这里另外指出，否则对这里的值的范围的列举仅仅意图用作独立地引用落入该范围内的各个离散值的简略的方法，各个离散值被合并到说明书中就如同它在这里被单独列举一样。最后，除非这里另外地指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法的步骤可以以任意合适的顺序执行。除非另有声明，否则对这里提供的任意和所有的示例或者示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅意图更好地说明本发明，而非对本发明的范围加以限制。

词语“机构”和“元件”在此被宽泛地使用，并且这些词语不单单局限于机械实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，多种修改和调整对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims

1.一种变焦镜头，从物方到像方依次包括：

第一透镜组，具有负屈光力并包括两个透镜；

第二透镜组，具有正屈光力；

光阑，布置在第二透镜组的像方；

第三透镜组，具有正屈光力，

其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增大，并且所述变焦镜头满足下面的表达式：

4≤f_t/f_w≤6

3.0≤(D_2t-D_2w)/f_w≤4.2

其中，f_t表示所述变焦镜头在远摄位置处的总焦距，f_w表示所述变焦镜头在广角位置处的总焦距，

D_2t表示在远摄位置处第二透镜组的最接近于像方的表面与第三透镜组的最接近于物方的表面之间的距离，D_2w表示在广角位置处第二透镜组的最接近于像方的表面与第三透镜组的最接近于物方的表面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的透镜中的自物方起排在第二的透镜是非球面透镜，所述非球面透镜的至少一个表面是非球面，并且所述变焦镜头满足下面的表达式：

2.0≤N2≤2.3

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的透镜中的自物方起排在第一的透镜是球面透镜。

4.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的透镜中的自物方起排在第一的透镜是球面透镜。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的所述两个透镜的阿贝数之间的差为20或更大。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第三透镜组包括单个非球面透镜，所述非球面透镜的两个表面均为非球面。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第二透镜组的透镜中的自物方起排在第一的透镜是非球面透镜，所述非球面透镜的至少一个表面是非球面。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括双合透镜。

9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括自物方起顺序布置的非球面透镜和双合透镜，所述非球面透镜的两个表面均为非球面。

10.根据权利要求7所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的所述两个透镜的阿贝数之间的差为20或更大。

11.根据权利要求7所述的变焦镜头，其中，第三透镜组包括单个透镜，所述单个透镜的两个表面均为非球面。