CN102478705B - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

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＜0.25，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，且所述移动矢量从物端到像端为正值，从像端到物端为负值；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

轻薄短小且具有较高的变焦倍率是数码相机的发展趋势。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，以供各镜群移动变焦，因此厚度较大。

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，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：

(1)0.15<｜L3｜/Lt<0.25

(2)7.2<Lw×Lt/fw×ft<7.8

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,且所述移动矢量从物端到像端为正值，从像端到物端为负值；Lt为所述变焦镜头在望远端时沿光轴方向的总长度；ft为所述变焦镜头在望远端的有效焦距；Lw为所述变焦镜头在广角端时的沿光轴方向的总长度，fw为所述变焦镜头在广角端时的有效焦距。

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为本发明的第一实施方式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。

图8为本发明的第二实施方式的变焦镜头的结构示意图。

图9为图8的变焦镜头处于广角端时的球面像差图。

图10为图8的变焦镜头处于广角端时的场曲图。

图11为图8的变焦镜头处于广角端时的畸变图。

图12为图8的变焦镜头处于望远端时的球面像差图。

图13为图8的变焦镜头处于望远端时的场曲图。

图14为图8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、200

第一透镜组        10、210

第一透镜          11、211

第二透镜          12、212

第二透镜组        20、220

第三透镜          21、221

第四透镜          22、222

第五透镜          23、223

第三透镜组        30、230

第六透镜          31、231

第七透镜          32、232

第四透镜组        40、240

第八透镜          41、241

成像面            50、250

光阑              60、260

滤光片            80、280

第九透镜          233

遮光片            290

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，其为本发明第一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及一成像面50。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，而成像于所述成像面50上，而获得清晰成像。

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。其中，在所述变焦镜头100从广角端到望远端的变焦过程中，所述第一透镜组10与所述第二透镜组20的间距增加；所述第二透镜组20与所述第三透镜组30的间距减小；所述第四透镜组移动，用于补偿所述变焦镜头100在变焦过程中物距变化所造成的所述成像面50的位置变化，使得被摄物体能够清晰的成像在所述成像面50上。

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的像端表面与所述第二透镜12的物端表面胶合固定。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。

所述变焦镜头100还包括一个设置于所述第二透镜组20与所述第三透镜组30之间的光阑(Aperture stop)60，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还包括一个设置于所述影像感测器的物侧的一个滤光片80。

所述变焦镜头100满足以下条件式﹕

(1)0.15<｜L3｜/Lt<0.25

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,且所述移动矢量从物端到像端为正值，从像端到物端为负值；Lt为所述变焦镜头100在望远端时沿光轴方向的总长度。若此条件式大于0.25，则所述第二透镜组20及所述第三透镜组30的光焦度过大，使得所述变焦镜头100在望远端时像差过大，需要所述变焦镜头100在望远端时沿光轴方向的总长度过长，才能确保所述变焦镜头100在望远端的像差得到良好的补正，但这样不能满足所述变焦镜头100小型化的要求。若此条件式小于0.15，则所述第三透镜组30沿光轴方向的移动量过小，使得所述变焦镜头100在望远端时的像散会劣化，难以修正，影响所述变焦镜头100在望远端的成像品质。在本实施方式中，L3=-14.394mm，Lt=60.081mm，｜L3｜/Lt=0.240。

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)0.15<f3/ft<0.2

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。若此条件式大于0.2，则所述第三透镜组30的焦距过长，为使所述变焦镜头100的像差平衡及维持变倍比（即所述变焦镜头的望远端的焦距与广角短的焦距的比值），则所述第二透镜组20需焦距变长，即所述第二透镜组20的光焦度变小，会导致所述变焦镜头100在广角端时，无法会聚大角度的光线，必须增加所述第一透镜组10的外径，导致所述变焦镜头100的外径将会过大。若此条件式小于0.2，则所述第三透镜组30的焦距过短，为了使所述变焦镜头100的像差平衡及维持变倍比，则需要所述第二透镜组20的焦距较短，即所述第二透镜组20的光焦度变大，从而导致所述变焦镜头100的横向色差、轴向色差及球面色差难以补正。在本实施方式中，f3=10.146mm,ft=57.900mm，f3/ft=0.175。

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)7.2<Lw×Lt/fw×ft<7.8

其中，Lw为所述变焦镜头100在广角端时的沿光轴方向的总长度，fw为所述变焦镜头100在广角端的有效焦距。在本实施方式中，Lw=37.814mm，Lt=60.081mm，fw=5.144mm，ft=57.900mm，Lw*Lt/fw*ft=7.628。

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：

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

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1-4的条件。下列表（一）中分别列有由物端到像端依序排列的光学表面、R为各透镜的光学表面的曲率半径、D为为对应的光学表面到后一个光学表面的轴上距离(两个光学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2

表3

	D3	D9	D14	D16
					广角端	0.4	12.125	5.755	3.6
望远端	19.533	0.884	22.177	1.463

表4

	f	F number	2w(度)
				广角端	5.14	2.95	75
望远端	57.9	6.1	7.6

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588nm)，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(0,0.2mm)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%,0)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%, 0)范围内，但可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588nm)，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(-0.5mm,0.5mm)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(-1%,1%)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。

请参阅图8，其为本发明第二实施方式所提供的变焦镜头200的结构示意图。所述变焦镜头200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210、一个具有负光焦度的第二透镜组220、一个具有正光焦度的第三透镜组230、一个具有正光焦度的第四透镜组240及一成像面250。所述第一透镜组210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211及一个具有正光焦度的第二透镜212。所述第一透镜211的像端表面与所述第二透镜212的物端表面胶合固定。所述第二透镜组220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221、一个具有负光焦度的第四透镜222及一个具有正光焦度的第五透镜223。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。所述变焦透镜200还包括一个设置于所述设置于所述第二透镜组20与所述第三透镜组30之间的光阑260及一个设置于所述影像感测器的物侧的一个滤光片280。

所述变焦镜头200与第一实施方式100的主要区别点在于，所述第三透镜组230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231，一个具有正光焦度的第七透镜232及一个具有负光焦度的第九透镜233，且所述第七透镜232的像端表面与所述第九透镜233的物端表面胶合固定。所述变焦镜头200还包括一个设置于所述第三透镜组230与所述第四透镜组240之间的遮光片290，所述遮光片290用于挡住从所述第三透镜组230射入所述第四透镜组240的大视角的杂光。

在本实施方式中，L3=-14.082mm，Lt=59.889mm，｜L3｜/Lt=0.235；f3=9.935mm，ft=57.883mm，f3/ft=0.172；Lw=37.029mm，fw=5.137mm，Lw*Lt/fw*ft=7.458。

所述变焦镜头200的各光学元件满足表5-7的条件。下列表（一）中分别列有由物端到像端依序排列的光学表面、R为各透镜的光学表面的曲率半径、D为为对应的光学表面到后一个光学表面的轴上距离(两个光学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5

表6

表7

	D3	D9	D14	D16
					广角端	0.4	11.047	5.876	3.583
望远端	19.57	0.656	22.324	0.96

表8

	f	F number	2w(度)
				广角端	5.145	2.96	74.25
望远端	57.873	6.06	7.6

本实施方式的变焦镜头200处于广角端时，其像差、场曲及畸变分别如图9到图11所示。图9中，分别为针对F线(波长为486纳米(nm))，d线(波长为588nm)，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200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10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(0,0.2mm)范围内。图11中，曲线dis为畸变特性曲线。由图可知，畸变量被控制在(-20%,0)范围内。由此可见，所述变焦镜头200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%,0)范围内，但可用影像处理技术修正。

本实施方式的变焦镜头200处于望远端时，其像差、场曲及畸变分别如图12到图14所示。图12中，分别为针对F线(波长为486纳米(nm))，d线(波长为588nm)，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(-0.5mm,0.5mm)范围内。图13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14中，曲线dis为畸变特性曲线。由图可知，畸变量被控制在(-1%,1%)范围内。由此可见，所述变焦镜头200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 (9)

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：

(1)0.15<｜L3｜/Lt<0.25

(2)7.2<Lw×Lt/fw×ft<7.8

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,且所述移动矢量从物端到像端为正值，从像端到物端为负值；Lt为所述变焦镜头在望远端时沿光轴方向的总长度；ft为所述变焦镜头在望远端的有效焦距；Lw为所述变焦镜头在广角端时的沿光轴方向的总长度，fw为所述变焦镜头在广角端时的有效焦距。

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﹕

0.15<f3/ft<0.2

其中，f3为所述第三透镜组的有效焦距。

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，所述第一透镜的像端表面与所述第二透镜的物端表面胶合固定。

4.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。

5.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。

6.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一个具有正光焦度的第八透镜。

7.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、一个具有正光焦度的第七透镜及一个具有负光焦度的第九透镜。

8.如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括一个遮光片，所述遮光片设置于所述第三透镜组与所述第四透镜组之间。

9.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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