CN102455490A - 变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

一种变焦镜头，沿其光轴方向从物端到像端依次包括一个具有正光焦度的第一透镜组、一个具有负光焦度的第二透镜组、一个具有正光焦度的第三透镜组、一个具有正光焦度的第四透镜组。所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组及第四透镜组在变焦过程中都能沿光轴方向移动，以实现变焦。所述变焦镜头满足条件式：-0.15＜L3/Lt＜-0.35，其中，L3为所述变焦镜头从广角端到望远端的变焦过程中，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量，且所述第三透镜组从物端到像端的移动矢量为正值，从像端到物端的移动矢量为负值；Lt为所述变焦镜头在望远端时沿光轴方向的总长度。本发明的变焦镜头，具有较高变焦倍率，且在光轴方向的厚度变薄。

Description

变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头。
背景技术
随着数码相机或数码摄像机的逐渐普及，人们对摄像的品质提出了更高的要求，比如使用者不仅希望数码相机具有较高的变焦倍率，而且希望数码相机的体积更加的轻薄短小。但是现在的高变焦倍率的镜头内部需要给各镜群预留一定的空间，以利于各镜群移动进行变焦，因此厚度一般比较大。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种厚度薄且变焦倍率高的变焦镜头。
一种变焦镜头，沿其光轴方向从物端到像端依次包括一个具有正光焦度的第一透镜组、一个具有负光焦度的第二透镜组、一个具有正光焦度的第三透镜组、一个具有正光焦度的第四透镜组。所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组及第四透镜组在变焦过程中都能够沿光轴方向移动，以实现变焦。所述变焦镜头满足以下条件式：
-0.15＜L3/Lt＜-0.35
其中，L3为所述变焦镜头从广角端到望远端的变焦过程中，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量，且所述第三透镜组从物端到像端的移动矢量为正值，从像端到物端的移动矢量为负值；Lt为所述变焦镜头在望远端时沿光轴方向的总长度。
本发明的变焦镜头，不仅可具有较高的变焦倍率，而且在光轴方向的厚度被大大减小。
附图说明
图1为本发明的变焦镜头的结构示意图。
图2为图1的变焦镜头处于广角端时的球面像差图。
图3为图1的变焦镜头处于广角端时的场曲图。
图4为图1的变焦镜头处于广角端时的畸变图。
图5为图1的变焦镜头处于望远端时的球面像差图。
图6为图1的变焦镜头处于望远端时的场曲图。
图7为图1的变焦镜头处于望远端时的畸变图。
主要元件符号说明
变焦镜头100
第一透镜组    10
第一透镜      11
第一物侧表面  S1
第一像侧表面  S2
第二透镜      12
第二物侧表面  S3
第二像侧表面  S4
第二透镜组    20
第三透镜      21
第三物侧表面  S5
第三像侧表面  S6
第四透镜      22
第四物侧表面  S7
第四像侧表面  S8
第五透镜      23
第五物侧表面  S9
第五像侧表面  S10
第三透镜组    30
第六透镜      31
第六物侧表面  S11
第六像侧表面  S12
第七透镜      32
第七物侧表面  S13
第七像侧表面    S14
第四透镜组      40
第八透镜        41
第八物侧表面    S15
第八像侧表面    S16
影像感测器      50
成像面          51
滤光片          60
第九物侧表面    S17
第九像侧表面    S18
保护玻璃        70
第十物侧表面    S19
第十像侧表面    S20
光阑            80
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，其为本发明实施方式所提供的变焦镜头100的结构示意图。所述变焦镜头100包括沿其光轴方向从物端到像端依序排列的一个具有正光焦度的第一透镜组10、一个具有负光焦度的第二透镜组20、一个具有正光焦度的第三透镜组30、一个具有正光焦度的第四透镜组40及一影像感测器50。所述影像感测器50包括一个成像面51。取像时，光线经过第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30、第四透镜组40，而成像于影像感测器50的成像面51上，而获得清晰成像，其中影像感测器50为CCD(ChargeCoupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补式金属氧化物半导体)。
所述第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30及第四透镜组40都能沿所述变焦镜头100的光轴方向移动，以实现变焦。
所述第一透镜组10包括从物端到像端依次排列的一个具有负光焦度的第一透镜11及一个具有正光焦度的第二透镜12，所述第一透镜11包括第一物端表面S1及第一像端表面S2。所述第二透镜12包括第二物端表面S3及第二像端表面S4。
所述第二透镜组20包括从物端到像端依次排列的一个具有负光焦度的第三透镜21、一个具有负光焦度的第四透镜22及一个具有正光焦度的第五透镜23，所述第三透镜21包括第三物端表面S5及第三像端表面S6。所述第四透镜22包括第四物端表面S7及第四像端表面S8。所述第五透镜23包括第五物端表面S9及第五像端表面S10。
所述第三透镜组30包括从物端到像端依次排列的一个具有正光焦度的第六透镜31及一个具有负光焦度的第七透镜32。所述第六透镜31包括第六物端表面S11及第六像端表面S12。所述第七透镜32包括第七物端表面S13及第七像端表面S14。
所述第四透镜组40包括从物端到像端依次排列的一个具有正光焦度的第八透镜41。所述第八透镜41包括一个第八物端表面S15及第八像端表面S16。
所述变焦镜头100还包括位于所述影像感测器的物侧且从物端到像端依次排列的一个滤光片60及一个保护玻璃70。所述滤光片60用于防止红外线等杂散光进入所述影像感测器50，以保证所述影像感测器50的成像质量。所述保护玻璃70用于保护所述影像感测器50。所述滤光片60包括一个第九物端表面S17及第九像端表面S18。所述保护玻璃70包括一个第十物端表面S19及第十像端表面S20。
所述变焦镜头100还包括一个设置于第二透镜组20与第三透镜组30之间的光阑(Aperture stop)80，以保证所述变焦镜头100的整体结构相对于光阑80对称，有效地降低慧差的影响；同时限制经过第二透镜组20的光线进入第三透镜组30的光通量，并让经过第三透镜组30后的光锥更加对称，使所述变焦镜头100的彗差(coma)得以修正。
所述变焦镜头100满足以下条件式：
(1)-0.15＜L3/Lt＜-0.35
其中，L3为所述变焦镜头100从广角端到望远端的变焦过程中，所述第三透镜组30在光轴上的移动矢量，且所述第三透镜组30从物端到像端的移动矢量为正值，从像端到物端的移动矢量为负值；Lt为所述变焦镜头100在望远端时沿光轴方向的总长度。在所述变焦镜头100沿其光轴方向的总长度相同的条件下，所述变焦镜头100从广角端至望远端的变焦过程中，所述第三透镜组30的移动量过大，会导致所述第二透镜组20的光焦度过大，使得光束通过所述第二透镜组20时产生太大的光束转折，会造成所述变焦镜头100产生太大的慧差而难以修正。若所述第三透镜组30移动量过小，则会导致所述变焦镜头100处于望远端时所述第一透镜组10与所述第二透镜组20的间距加大，会导致所述第二透镜组20与所述第三透镜组30距离太近而产生机械干涉。在本实施方式中，L3＝-10.43mm，Lt＝49mm，L3/Lt＝-0.213。
优选地，为了光学性能更好，所述变焦镜头100需满足以下条件式：
(2)0.165＜f3/ft＜0.3
其中，f3为所述第三透镜组30的有效焦距；ft为所述变焦镜头100在望远端的有效焦距。在所述变焦镜头100在光轴方向的总长度相同的条件下，若所述第三透镜组30的光焦度过大，则需增加所述第二透镜组20的光焦度，以维持所述变焦镜头100的有效焦距与变焦倍率，而所述第二透镜组20的光焦度增加，会造成所述变焦镜头100产生太大的慧差而难以补正。若所述第三透镜组30的光焦度过小，则需增加所述第四透镜组40的光焦度，以维持所述变焦镜头100的有效焦距与变焦倍率，而所述第四透镜组40的光焦度增大，会造成所述变焦镜头100产生较大的像差，且使得所述变焦镜头100处于广角端时，所述第三透镜组30与所述第四透镜组40间距过于接近，容易产生机构干涉。在本实施方式中，f3＝7.99mm，ft＝36.33mm，f3/ft＝0.22。
优选地，为了使厚度更薄，所述变焦镜头100还需满足以下条件式：
(3)1.3＜(T1+T2+T3+T4)/DIM＜1.9
其中，T1为所述第一透镜组10在光轴方向上的总厚度；T2为所述第二透镜组20在光轴方向上的总厚度；T3为所述第三透镜组30在光轴方向上的总厚度；T4为所述第四透镜组40在光轴方向上的总厚度；DIM为所述变焦镜头100的最大成像圆的直径。在本实施方式中，T1＝3.97mm，T2＝4.495mm，T3＝2.184mm，T4＝1.81mm，DIM＝7.79mm，(T1+T2+T3+T4)/DIM＝1.599。
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 + Σ A i h i
其中，c为镜面表面中心的曲率，
Figure BDA0000029896420000061
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。通过将表1至表4(请参阅下文)的数据代入上述表达式，可获知透镜表面的非球面形状。
所述变焦镜头100的各光学元件满足表1、表2及表3的条件。下列表(一)中分别列有由物端到像端依序编号的光学面号码(Surface#)、R为各透镜的光学表面的曲率半径、D为为对应表面到后一个表面的轴上距离(两个表面截得光轴的长度)、Nd为对应透镜组对d光(波长为587纳米)的折射率，Vd为d光在对应透镜组的阿贝数(abbe number)，f为所述变焦镜头100的有效焦距；F number为所述变焦镜头100的光圈数；2ω为所述变焦镜头100的视场角。
表1
  表面   透镜表面   R (mm)   D (mm)   Nd   Vd
  S1   球面   17.509   0.5   2   25.5
  S2   球面   12.333   3.47   1.73   54.7
  S3   球面   97.544   D3   --   --
  S4   非球面   -77.394   0.53   1.81   40.7
  S5   非球面   7.247   1.865   --   --
  S6   球面   210.044   0.35   1.75   52.3
  S7   球面   6.902   0.3   --   --
  S8   非球面   5.417   1.45   2   19.3
  S9   非球面   8.555   D9   --   --
  S10   光阑   无穷大   0.25   --   --
  S11   非球面   3.578   1.36   1.62   58.2
  S12   非球面   -8.933   0.1   --   --
  S13   球面   7.198   0.724   1.75   25
  S14   球面   2.691   D14   --   --
  S15   非球面   110.685   1.81   1.5   81.6
  S16   非球面   -10.818   D16   --   --
  S17   平面   无穷大   0.3   1.52   64.2
  S18   平面   无穷大   0.1   --   --
  S19   平面   无穷大   0.5   1.52   64.2
  S20   平面   无穷大   1   --   --
  成像面   平面   无穷大   --   --   --
表2
Figure BDA0000029896420000071
表3
  f   D3   D9   D14   D16
  广角端   4.82   0.4   10.1   3.01   3.82
  中间点   18.7   8.73   2.89   12.2   4.51
  望远端   36.33   16.16   0.97   13.59   3.67
表4
  f   F number   2w(度)
  广角端   4.82   3.36   78
  中间点   18.7   5.78   24.6
  望远端   36.33   6.07   12.5
本实施方式的变焦镜头100处于广角端时，其像差、场曲及畸变分别如图2到图4所示。图2中，分别为针对F线(波长为486纳米(nm))，d线(波长为587nm)，C线(波长为656nm)而观察到的像差值曲线。总体而言，本实施方式的变焦镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图3中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图4中，曲线dis为畸变特性曲线。由图可知，畸变量被控制在(-20％，20％)范围内。由此可见，所述变焦镜头100处于广角端时的球面像差、场曲、畸变都能被控制(修正)在较小的范围内。可以理解，虽然本实施方式中，所述变焦镜头100处于广角端时，畸变量在(-20％，20％)范围内，但可以利用影像处理技术进行修正。
本实施方式的变焦镜头100处于望远端时，其像差、场曲及畸变分别如图5到图7所示。图5中，分别为针对F线(波长为486纳米(nm))，d线(波长为587nm)，C线(波长为656nm)而观察到的像差值曲线。总体而言，本实施方式的变焦镜头100对可见光(波长范围在400nm-700nm之间)产生的像差值控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图6中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.5mm，0.5mm)范围内。图7中，曲线dis为畸变特性曲线。由图可知，畸变量被控制在(-5％，5％)范围内。由此可见，所述变焦镜头100处于望远端时的球面像差、场曲、畸变都能被控制(修正)在较小的范围内。
本发明的变焦镜头，不仅可具有较高的变焦倍率，而且在光轴方向的厚度被大大减小。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种变焦镜头，其包括沿其光轴方向从物端到像端依次排列的一个具有正光焦度的第一透镜组、一个具有负光焦度的第二透镜组、一个具有正光焦度的第三透镜组、一个具有正光焦度的第四透镜组，所述第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组及第四透镜组在变焦过程中都能够沿光轴方向移动，以实现变焦，所述变焦镜头满足以下条件式：
-0.15＜L3/Lt＜-0.35
其中，L3为所述变焦镜头从广角端到望远端的变焦过程中，所述第三透镜组在光轴上的移动矢量，且所述第三透镜组从物端到像端的移动矢量为正值，从像端到物端的移动矢量为负值；Lt为所述变焦镜头在望远端时沿光轴方向的总长度。
2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还满足以下条件式：
0.165＜f3/ft＜0.3
其中，f3为所述第三透镜组的有效焦距；ft为所述变焦镜头在望远端的有效焦距。
3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头满足以下条件式：
1.3＜(T1+T2+T3+T4)/DIM＜1.9
其中，T1为所述第一透镜组在光轴方向上的总厚度；T2为所述第二透镜组在光轴方向上的总厚度；T3为所述第三透镜组在光轴方向上的总厚度；T4为所述第四透镜组在光轴方向上的总厚度；DIM为所述变焦镜头的最大成像圆的直径。
4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的一个具有负光焦度的第一透镜及一个具有正光焦度的第二透镜。
5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的一个具有负光焦度的第三透镜、一个具有负光焦度的第四透镜及一个具有正光焦度的第五透镜。
6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的一个具有正光焦度的第六透镜与一个具有负光焦度的第七透镜。
7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第四透镜组包括沿光轴方向从物端到像端依次排列的一个具有正光焦度的第八透镜。
8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括一个影像感测器，所述影像感测器位于所述第四透镜组的像侧，所述影像感测器包括一成像面，所述成像面面向所述第四透镜组。
9.如权利要求8所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括一个滤光片，所述滤光片位于所述成像面与所述第四透镜组之间。
10.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括一个光阑，所述光阑位于所述第二透镜组与所述第三透镜组之间。
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