CN102455491A - 变焦镜头系统 - Google Patents

Abstract

一种变焦镜头系统，其从物侧至成像面依次包括：具有正光焦度的第一透镜组、具有负光焦度的第二透镜组、具有正光焦度的第三透镜组、具有正光焦度的第四透镜组及具有负光焦度的第五透镜组。该第五透镜组从物侧至成像面包括一个负光焦度透镜及一个正光焦度透镜。该变焦镜头系统满足以下条件式：(1)-0.18＜f2/ft＜-0.13；(2)v11-v12＜20。其中，f2为第二透镜组的有效焦距；ft为该变焦镜头系统在长焦距端的有效焦距；v11为第五透镜组的负光焦度透镜的阿贝数；v12为第五透镜组的正光焦度透镜的阿贝数。本发明变焦镜头系统可缩短变焦行程，并使该变焦镜头系统总长得以缩短，实现系统小型化，且其色差易于补偿，成像质量好。

Description

变焦镜头系统

技术领域

本发明涉及光学技术，尤其涉及一种变焦镜头系统。

背景技术

潜望式变焦镜头系统设置在相机机身内部，因此也俗称内变焦镜头系统。通常此种变焦镜头系统包括至少一组可沿光轴方向移动以改变变焦系统的焦距的变焦透镜组，然而，由于变焦镜头系统设置在相机机身内部，如果变焦透镜组行程过长，则会增加相机机身厚度，不利于相机的小型化，但缩短行程，又会影响变焦镜头系统的变焦比，并影响成像品质。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种成像品质良好且利于小型化的变焦镜头系统。

一种变焦镜头系统，其从物侧至成像面依次包括：具有正光焦度且固定设置的第一透镜组，具有负光焦度且可沿所述变焦镜头系统的光轴移动的第二透镜组，具有正光焦度且固定设置的第三透镜组，具有正光焦度且可沿所述变焦镜头系统的光轴移动的第四透镜组，具有负光焦度且固定设置的第五透镜组。该第五透镜组从物侧至成像面包括一个负光焦度透镜及一个正光焦度透镜。该变焦镜头系统满足以下条件式：(1)-0.18＜f2/ft＜-0.13；(2)v11-v12＜20，其中，f2为第二透镜组的有效焦距；ft为该变焦镜头系统在长焦距端的有效焦距；v11为第五透镜组的负光焦度透镜的阿贝数(abbe number)；v12为第五透镜组的正光焦度透镜的阿贝数。

满足条件式(1)可缩短变焦行程，并缩短该变焦镜头系统的总长度，利于小型化，且色差易于补偿，成像质量良好。满足条件式(2)可使该变焦镜头系统在短焦距端(又称广角端)及长焦距端(又称望远端)的横向色差得到较佳的补偿。

附图说明

图1为本发明变焦镜头系统的结构示意图。

图2为图1的变焦镜头系统在短焦距端的球面像差图。

图3为图1的变焦镜头系统在短焦距端的场曲和畸变图。

图4为图1的变焦镜头系统在中间焦距的球面像差图。

图5为图1的变焦镜头系统在中间焦距的场曲和畸变图。

图6为图1的变焦镜头系统在长焦距端的球面像差图。

图7为图1的变焦镜头系统在长焦距端的场曲和畸变图。

主要元件符号说明

变焦镜头系统                100

第一透镜组                  10

第一透镜                    L1

第二透镜                    L2

第三透镜                    L3

第二透镜组                  20

第四透镜                    L4

第五透镜                    L5

第六透镜                    L6

第七透镜                    L7

第三透镜组                  30

第八透镜                    L8

光阑                        60

第四透镜组                  40

第九透镜                    L9

第十透镜                    L10

第五透镜组                  50

第十一透镜                    L11

第十二透镜                    L12

滤光片                        L13

成像面                        70

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，其为本发明优选实施方式所提供的变焦镜头系统100。该变焦镜头系统100从物侧至成像面70依次包括一具有正光焦度且固定设置的第一透镜组10、一具有负光焦度且可沿该变焦镜头系统100的光轴移动的第二透镜组20、一具有正光焦度且固定设置的第三透镜组30、一具有正光焦度且可沿该变焦镜头系统100的光轴移动的第四透镜组40及一具有负光焦度且固定设置的第五透镜组50。

所述第一透镜组10从物侧至成像面70依次包括一个具有负光焦度的第一透镜L1、一个第二透镜L2以及一个具有正光焦度的第三透镜L3。

所述第一透镜L1从物侧至成像面70包括球面的第一表面以及球面的第二表面。

所述第二透镜L2为一个长方体棱镜，其包括一个第三表面及一个第四表面。

所述第三透镜L3从物侧至成像面70包括非球面的第五表面以及非球面的第六表面。

所述第二透镜组20从物侧至成像面70依次包括一个具有负光焦度的第四透镜L4、一个具有负光焦度的第五透镜L5、一个具有正光焦度的第六透镜L6以及一个具有负光焦度的第七透镜L7。

所述第四透镜L4从物侧至成像面70包括球面的第七表面以及球面的第八表面。

所述第五透镜L5与第六透镜L6相互胶合。该胶合后的透镜从物侧至成像面70包括球面的第九表面、球面的第十表面，及球面的第十一表面。

所述第七透镜L7从物侧至成像面70包括球面的第十二表面以及球面的第十三表面。

所述第三透镜组30为一个具有正光焦度的第八透镜L8。

所述第八透镜L8从物侧至成像面70包括非球面的第十四表面以及非球面的第十五表面。为了降低成本，所述第八透镜L8为塑料镜片(如射出成型，利于量产)。可以理解，为保证良好的成像质量，其他镜片可采用玻璃材料制成。

变焦镜头系统100还包括一个设置于第三透镜组30与第四透镜组40之间的光阑60(Aperture stop)，以保证变焦镜头系统100的整体结构相对于光阑60对称，有效地降低慧差(coma)的影响；同时限制经过第三透镜组30光线进入第四透镜组40的的光通量，并让经过第三透镜组30后的光锥更加对称，使变焦镜头系统100的彗差得以修正。

所述光阑60具有朝向物侧的第十六表面。

所述第四透镜组40从物侧至成像面70依次包括一个具有正光焦度的第九透镜L9与一个具有负光焦度的第十透镜L10。

所述第九透镜L9与第十透镜L10互相胶合。所述胶合后的透镜从物侧至成像面70依次包括非球面的第十七表面，球面的第十八表面，球面的第十九表面。

所述第五透镜组50从物侧至成像面70依次包括一个具有负光焦度的第十一透镜L11与一个具有正光焦度的第十二透镜L12。

所述第十一透镜L11从物侧至成像面70包括球面第二十表面以及球面的第二十一表面。

所述第十二透镜L12从物侧至成像面70包括球面的第二十二表面以及球面的第二十三表面。

另外，在所述第五透镜组50与成像面70之间还设有滤光片L13，其从物侧至成像面70包括球面的第二十四表面以及球面的第二十五表面。

本实施方式的变焦镜头系统100可应用于照相机或摄像机。所述变焦镜头系统100满足以下条件式：

(1)-0.18＜f2/ft＜-0.13；(2)v11-v12＜20。

其中，f2为第二透镜组20的有效焦距；ft为所述变焦镜头系统100在长焦距端的有效焦距；v11为第十一透镜L11的阿贝数；v12为第十二透镜L12的阿贝数。

满足条件式(1)可有效限制第二透镜组20的焦距长度。当f2/ft大于-0.18，可缩短变焦行程，并使该变焦镜头系统100的总长度得以缩短，实现系统小型化；并且当f2/ft小于-0.13，其色差易于补偿，得到良好的成像质量。

满足(2)式条件式可使该变焦镜头系统100在短焦距端及长焦距端的横向色差均可得到较佳的补偿。

优选地，变焦镜头系统100还满足以下条件：

(3)0.4＜Ds/D＜0.6。

其中，Ds为光阑60至成像面70之间沿所述变焦镜头系统100的光轴上的长度；D为变焦镜头系统100的全长，具体为第一透镜L1最靠近物侧顶点到成像面70的距离。满足条件式(3)可进一步缩短该变焦镜头系统100的厚度，具有较佳的市场优势。

优选地，变焦镜头系统100还满足以下条件：

(4)v5-v6＞50。

其中，v5为第五透镜L5的阿贝数，v6为第六透镜L6阿贝数，当其满足条件式(4)时，可适度的修正像面弯曲及非点收差。

优选地，变焦镜头系统100还满足以下条件：

(5)0.1＜M2/D＜0.17

其中，M2为变焦镜头系统100从短焦距端到长焦距端时的第二透镜组20沿光轴的最大移动量。满足条件式(5)可维持变焦行程较短，仍使其可维持高变倍比。

以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的球面面型表达式为：

$x=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{h}^2}}+\mathrm{\Σ}{A}_i{h}^i$

其中，c为镜面表面中心的曲率，

为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，A_i为第i阶的球面面型系数。通过将表1至表3(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。

本发明优选实施方式的透镜数据如以下表1、表2所示。其中i表示从物侧开始的第i个透镜表面；ri表示从物侧开始的第i个透镜表面的曲率半径；di表示从物侧开始的第i个透镜表面至第i+1个透镜表面间的轴向距离；ni表示从物侧开始的第i个透镜表面的折射率；vi表示从物侧开始的第i个透镜表面的阿贝数；ki表示从物侧开始的第i个透镜表面的二次曲率。

表1

i	形状	ri(mm)	di(mm)	ni	vi	ki
							第一表面	球面	4.93	0.0768	1.92	20.88	--
第二表面	球面	2.37	0.233	--	--	--
							第三表面	球面	无穷大	1.2148	1.846	23.78	--
第四表面	球面	无穷大	0.032	--	--	--
							第五表面	非球面	1.72	0.313	1.62	58.16	0.0159
第六表面	非球面	-4.45	D6	--	--	-23.207
							第七表面	球面	93.24	0.0765	2.00	25.458	--
第八表面	球面	1.00	0.137	--	--	--
							第九表面	球面	-2.98	0.0618	1.497	81.6	--
第十表面	球面	0.958	0.169	1.92	20.88	--
							第十一表面	球面	23.37	0.053	--	--	--
第十二表面	球面	-2.13	0.068	1.91	35.25	--
							第十三表面	球面	7.84	D13	--	--	--
第十四表面	非球面	1.825	0.1723	1.53	56.04	0.985
							第十五表面	非球面	-3.118	0.184	--	--	-6.097
第十六表面	光阑	无穷大	D16	--	--	--
							第十七表面	非球面	1.96	0.4	1.497	81.6	-0.0506
第十八表面	球面	-1.011	0.0726	1.698	30.05	0

第十九表面	球面	-1.605	D19	--	--	--
							第二十表面	球面	3.26	0.151	1.846	23.78	--
第二十一表面	球面	1.122	0.296	--	--	--
							第二十二表面	球面	1.706	0.263	1.636	35.37	--
第二十三表面	球面	17.385	1.17641	--	--	--
							第二十四表面	球面	无穷大	0.046	1.517	64.198	--
第二十五表面	球面	无穷大	0.077	1.51	64.198	--
							成像面70	球面	无穷大	--	--	--	--

表2

在将该变焦镜头系统100从短焦距端改变成长焦距端的过程中，以下各项发生了变化，第一透镜组10和第二透镜组20之间的轴向间距即表1中的D6、第二透镜组20和第三透镜组30之间的轴向间距即表1中的D13、第三透镜组30和第四透镜组40之间的轴向间距即表1中的D16、第四透镜组40和第五透镜组50之间的轴向间距即表1中的D19。

表3示出了表1中每个可变间距D6、D13、D16、D19分别在短焦距端(f＝1.0000mm)、中间焦距(f＝2.145mm)、和长焦距端(f＝4.53mm)的值。f为变焦镜头系统100的有效焦距，该变焦镜头系统在长焦距端的有效焦距即ft＝4.53mm；F_N。为变焦镜头系统100的光圈数；2ω为变焦镜头系统100的视场角。

表3

	f	FNo	2ω	D6	D13	D16	D19
								短焦距端	1	3.94	66.7°	0.062	1.21123	1.41	0.25
中间焦距	2.1	4.35	32.2°	0.74	0.53	0.865	0.804
								长焦距端	4.53	5.42	15.2°	1.21	0.06	0.305	1.36

在短焦距端所述变焦镜头系统100的像差、场曲及畸变分别如图2及图3所示。图2中波长为588纳米(nm)，观察到的像差值曲线，产生的像差值控制在(-0.02mm，0.02mm)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(下同)。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.04mm，0.02mm)范围内。曲线dis为畸变特性曲线(下同)。畸变量被控制在(-6％，0)范围内。

在中间焦距所述变焦镜头系统100的像差、场曲及畸变分别如图4及图5所示。图5中波长为588纳米(nm)，观察到的像差值曲线，产生的像差值控制在(-0.02mm，0.02mm)范围内。图5中可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.02mm，0.14mm)范围内；畸变量被控制在(0，2)范围内。

在长焦距端所述变焦镜头系统100的像差、场曲及畸变分别如图6及图7所示。图6中波长为588纳米(nm)，观察到的像差值曲线，产生的像差值控制在(-0.04mm，0.02mm)范围内。图7中可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.04mm，0.02mm)范围内；畸变量被控制在(0，3)范围内。综上由此可见，变焦镜头系统100短焦距端、中间焦距及长焦距端其像差、场曲、畸变都能被控制(修正)在较小的范围内。

所述变焦镜头系统100可缩短变焦行程，并使其光学总长得以缩小，实现系统小型化，且其色差易于补偿，得到良好的成像质量。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围的内。

Claims (9)

1.一种变焦镜头系统，其从物侧至成像面依次包括：具有正光焦度且固定设置的第一透镜组，具有负光焦度且可沿所述变焦镜头系统的光轴移动的第二透镜组，具有正光焦度且固定设置的第三透镜组，具有正光焦度且可沿所述变焦镜头系统的光轴移动的第四透镜组，具有负光焦度且固定设置的第五透镜组，该第五透镜组从物侧至成像面依次包括一个负光焦度的透镜及一个正光焦度的透镜，该变焦镜头系统满足以下条件式：

(1)-0.18＜f2/ft＜-0.13；(2)v11-v12＜20；

其中，f2为第二透镜组的有效焦距；ft为该变焦镜头系统在长焦距端的有效焦距；v11为第五透镜组的负光焦度透镜的阿贝数；v12为第五透镜组的正光焦度透镜的阿贝数。

2.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，从所述物侧至成像面依次排列，所述第一透镜组包括一个具有负光焦度的第一透镜、一个第二透镜及一个具有正光焦度的第三透镜；所述第二透镜组包括一个具有正光焦度的第四透镜、一个具有负光焦度的第五透镜、一个具有正光焦度的第六透镜以及一个具有负光焦度的第七透镜；所述第三透镜组包括一个具有正光焦度的第八透镜；所述第四透镜组一个具有正光焦度的第九透镜与一个具有负光焦度的第十透镜；所述第五透镜组一个具有负光焦度的第十一透镜与一个具有正光焦度的第二透镜。

3.如权利要求2所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦透镜系统满足下列条件：

0.4＜Ds/D＜0.6

其中，Ds为光阑至成像面之间沿所述变焦镜头系统的光轴上的长度；D为变焦镜头系统的全长，具体为第一透镜最靠近物侧顶点到成像面的距离。

4.如权利要求2所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦透镜系统满足下列条件：

v5-v6＞50

其中，v5为其第透镜的阿贝数；v6为第六透镜的阿贝数。

5.如权利要求3所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦透镜系统满足下列条件：

0.1＜M2/D＜0.17

其中，M2为该变焦镜头系统从短焦距端到长焦距端时的该第二透镜组沿光轴的最大移动量。

6.如权利要求2所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述的第八透镜为塑料镜片。

7.如权利要求2所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第五透镜与第六透镜相互胶合。

8.如权利要求2所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第九透镜与第十透镜相互胶合。

9.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第三透镜组与第四透镜组之间还设置有一个光阑。

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