CN102540426B - 广角变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种广角变焦镜头，沿其光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜组、一个负光焦度的第二透镜组、一个正光焦度的第三透镜组、一个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均可沿光轴移动；该广角变焦镜头满足条件式1.6＜f3/fw＜2.1，其中，f3为第三透镜组的有效焦距，fw为广角变焦镜头处于广角端状态下的有效焦距。本发明所述广角变焦镜头在满足高变焦比和广视角的条件下，同时具有较高的成像品质。

Description

广角变焦镜头
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头，尤其涉及一种广角变焦镜头。
背景技术
变焦镜头一个最重要的参数就是变焦比，但是现有的变焦镜头在变焦比要求较高时，其望远端的像差的难以修正，而广角镜头在视角较大时，其广角端的像差就难以修正。因此，在镜光设计过程中，很难获得一种在满足高变焦比和广视角的条件下，同时具有较高的成像品质的镜头。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种成像品质高的广角变焦镜头。
一种广角变焦镜头，沿其光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜组、一个负光焦度的第二透镜组、一个正光焦度的第三透镜组、一个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均可沿光轴移动；该广角变焦镜头满足条件式1.6＜f3/fw＜2.1，其中，f3为第三透镜组的有效焦距，fw为广角变焦镜头处于广角端状态下的有效焦距。
本发明所述广角变焦镜头在满足高变焦比和广视角的条件下，同时具有较高的成像品质。
附图说明
图1为本发明第一实施方式提供的广角变焦镜头的结构示意图。
图2为图1中的广角变焦镜头在广角状态的像差图。
图3为图1中的广角变焦镜头在广角状态的场曲图。
图4为图1中的广角变焦镜头在广角状态的畸变图。
图5为图1中的广角变焦镜头在望远状态的像差图。
图6为图1中的广角变焦镜头在望远状态的场曲图。
图7为图1中的广角变焦镜头在望远状态的畸变图。
图8为本发明第二实施方式提供的广角变焦镜头的结构示意图。
图9为图2中的广角变焦镜头在广角状态的像差图。
图10为图2中的广角变焦镜头在广角状态的场曲图。
图11为图2中的广角变焦镜头在广角状态的畸变图。
图12为图2中的广角变焦镜头在望远状态的像差图。
图13为图2中的广角变焦镜头在望远状态的场曲图。
图14为图2中的广角变焦镜头在望远状态的畸变图。
主要元件符号说明
广角变焦镜头        100、100a
第一透镜组          10
第一透镜            11
第二透镜            12
第二透镜组          20
第三透镜            21
第四透镜            22
第五透镜            23、23a
第三透镜组          30
第六透镜            31
第七透镜            32、32a
第八透镜            33、33a
第九透镜            34
第四透镜组          40
光圈                50
影像感测器    60
滤光片        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，其为本发明第一实施方式所提供的广角变焦镜头100，其从物侧至像侧依次包括一具有正光焦度的第一透镜组10、一具有负光焦度的第二透镜组20、一具有正光焦度的第三透镜组30、一具有正光焦度的第四透镜组40、一位于所述第二透镜组20与第三透镜组30之间的光圈50、一位于第四透镜组40像侧的影像感测器60及一位于所述第四透镜组40及所述影像感测器60之间的滤光片70。所述滤光片70贴附在所述影像感测器60的表面。当所述广角变焦镜头100进行变焦时，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均沿光轴移动，以补偿变焦过程及物距变化所造成的成像面位置变动。
所述第一透镜组10从物侧到像侧依次包括一具有负光焦度的第一透镜11及一具有正光焦度的第二透镜12。所述第一透镜11与第二透镜12均为球面透镜，所述第一透镜11与所述第二透镜12胶合在一起组成胶合透镜。所述第一透镜11呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第一表面和一朝向像侧内凹的第二表面。所述第二透镜12呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第三表面和一朝向像侧内凹的第四表面。
所述第二透镜组20从物侧到像侧依次包括一具有负光焦度的第三透镜21、一具有负光焦度的第四透镜22及一具有正光焦度的第五透镜23。所述第三透镜21、第四透镜22与第五透镜23均为球面透镜。所述第三透镜21呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第五表面和一朝向像侧内凹的第六表面。所述第四透镜22为凹透镜，其包括一朝向物侧内凹的第七表面和一朝向像侧内凹的第八表面。所述第五透镜23为凸透镜，其包括一朝向物侧凸出的第九表面和一朝向像侧凸出的第十表面。
所述第三透镜组30从物侧到像侧依次包括一具有正光焦度的第六透镜31、一具有正光焦度的第七透镜32、一具有负光焦度的第八透镜33及一具有正光焦度的第九透镜34。所述第六透镜31为非球面透镜，所述第七透镜32、第八透镜33与第九透镜34均为球面透镜。所述第六透镜31为凸透镜，其包括一朝向物侧凸出的第十一表面和一朝向像侧凸出的第十二表面。所述第七透镜32呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第十三表面和一朝向像侧内凹的第十四表面。所述第八透镜33呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第十五表面和一朝向像侧内凹的第十六表面。所述第九透镜34呈新月型，其包括一朝向物侧内凹的第十七表面和一朝向像侧凸出的第十八表面。
所述第四透镜组40为具有正光焦度的第十透镜。所述第十透镜为球面透镜。所述第十透镜为凸透镜，其包括一朝向物侧凸出的第十九表面和一朝向像侧凸出的第二十表面。
所述滤光片70呈平板状，其包括一朝向物侧的第二十一表面和一朝向像侧的第二十二表面。
该广角变焦镜头100满足以下条件式：
(1)1.6＜f3/fw＜2.1；
其中，f3为第三透镜组的有效焦距，fw为广角变焦镜头处于广角端状态下的有效焦距。
条件式(1)使得广角变焦镜头100的中焦端光束转折较小，使离轴光束产生较小的慧差，提升周边解析度，并且使望远端的像散与轴向色差较小。
优选地，广角变焦镜头100还满足以下条件：
(2)1.55＜V2/V1＜1.95；
其中，V1为所述第一透镜11的d光线的阿贝数，V2为所述第二透镜12的d光线的阿贝数。
条件式(2)使得广角变焦镜头100的广角端的轴向色差得以修正，望远端的横向色差得以修正。
优选地，广角变焦镜头100还满足以下条件：
(3)1.00＜V7/V8＜2.2；
其中，V7为所述第七透镜32的d光线的阿贝数，V2为所述第八透镜33的d光线的阿贝数。
条件式(3)使得广角变焦镜头100的广角端和望远端的横向色差都能得到良好的平衡。
第一实施方式中，广角变焦镜头100的各光学元件满足表1至表3的条件，其中，f3＝8.8mm；fw＝4.589mm；f3/fw＝1.918；V1＝29.1；V2＝47.5；V2/V1＝1.632；V7＝25.5；V8＝21.2；V2/V1＝1.203。
表1至表3中各参数的含义如下：
R：表面的曲率半径；
D：对应表面到后一个表面在光轴上的距离；
Nd：镜片的折射率；
Vd：镜片的阿贝系数；
f：广角变焦镜头100的有效焦距；
D3：从第四表面到第五表面沿光轴上的距离；
D9：从第十表面到第十一表面沿光轴上的距离；
D17：从第十八表面到第十九表面沿光轴上的距离；
D19：从第二十表面到第二十一表面沿光轴上的距离。
表1
表2
  广角变焦镜头100状态   F   D3   D9   D17   D19
  广角状态   4.589   0.4   8.857   2.304   5.497
  中间焦距状态   14.864   7.404   3.238   12.833   4.258
  望远状态   35.03   14.546   1.253   17.684   0.979
表3
  非球面系数   第十一表面   第十二表面
  K   0.074832   4.038006
  A4   -9.780427e-04   1.231141e-03
  A6   -2.796593e-04   2.324849e-04
  A8   1.617595e-04   -3.826881e-04
  A10   -5.692094e-05   2.578707e-04
  A12   3.455023e-06   -9.99632e-05
  A14   1.392467e-06   1.931572e-05
  A16   -2.118921e-07   -1.484695e-06
其中，非球面面型表达式如下：
x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i
其中，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，c为镜面表面中心的曲率。
满足表1～3的广角变焦镜头100满足表4的条件，表4中，2ω为广角变焦镜头100的视场角；FNo为广角变焦镜头100的光圈数。
表4
  广角变焦镜100状态   2ω   FNo
  广角状态   80.6   3.07
  中间焦距状态   29.52   5.01
  望远状态   12.72   6.11
所述广角变焦镜头100在广角状态的像差、场曲及畸变分别如图2到图4所示。图2中的像差控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图3中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图4中的畸变率控制在(-20％，0)范围内。由此可见，广角变焦镜头100在广角状态的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
所述广角变焦镜头100在望远状态的像差、场曲及畸变分别如图5到图7所示。图5中的像差控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图6中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图7中的畸变率控制在(0，5％)范围内。由此可见，广角变焦镜头100在望远状态的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
请参阅图8，其为本发明第二实施方式所提供的一广角变焦系统200a，其包括一广角变焦镜头100a。第二实施方式所提供的所述广角变焦镜头100a与第一实施方式所提供的所述广角变焦镜头100的区别在于：所述第五镜片23a呈新月型，所述第九表面朝向物侧凸出，所述第十表面朝向像侧内凹；所述第七镜片32a为凸透镜，所述第十三表面朝向物侧凸出，所述第十四表面朝向像侧凸出；所述第八镜片33a为凹透镜，所述第十五表面朝向物侧内凹，所述第十六表面朝向像侧内凹。
第二实施方式中，广角变焦镜头100a的各光学元件满足表5至表7的条件，其中，f3＝7.99mm；fw＝4.59mm；f3/fw＝1.741；V1＝25.5；V2＝47.5；V2/V1＝1.863；V7＝42.7；V8＝21.2；V2/V1＝2.014。
表5至表7中各参数的含义如下：
R：表面的曲率半径；
D：对应表面到后一个表面在光轴上的距离；
Nd：镜片的折射率；
Vd：镜片的阿贝系数；
f：广角变焦镜头100a的有效焦距；
D3：从从第四表面到第五表面沿光轴上的距离；
D9：从第十表面到第十一表面沿光轴上的距离；
D17：从第十八表面到第十九表面沿光轴上的距离；
D19：从第二十表面到第二十一表面沿光轴上的距离。
表5
表6
  广角变焦镜头100a状态   F   D3   D9   D17   D19
  广角状态   4.59   0.4   8.262   2.545   4.52
  中间焦距状态   14.777   9.247   4.537   12.311   1
  望远状态   34.932   14.69   1.294   16.578   1.8
表7
  非球面系数   第十一表面   第十二表面
  K   -0.064257   21.624852
  A4   -1.1687e-03   6.232816e-04
  A6   -2.63373e-04   3.592567e-04
  A8   1.364952e-04   -4.56334e-04
  A10   -4.272166e-05   2.854698e-04
  A12   3.662511e-06   -1.00664e-04
  A14   4.211646e-07   1.801178e-05
  A16   -7.754252e-08   -1.290504e-06
其中，非球面面型表达式如下：
x = ch 2 1 + 1 - ( k + 1 ) c 2 h 2 + Σ A i h i
其中，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，c为镜面表面中心的曲率。
满足表5～7的广角变焦镜头100a满足表8的条件，表8中，2ω为广角变焦镜头100a的视场角；FNo为广角变焦镜头100a的光圈数。
表8
  广角变焦镜100a状态   2ω   FNo
  广角状态   80.6   3.07
  中间焦距状态   29.52   4.97
  望远状态   12.72   6.1
所述广角变焦镜头100a在广角状态的像差、场曲及畸变分别如图9到图11所示。图9中的像差控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图10中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图11中的畸变率控制在(-20％，0)范围内。由此可见，广角变焦镜头100a在广角状态的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
所述广角变焦镜头100a在望远状态的像差、场曲及畸变分别如图12到图14所示。图12中的像差控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图13中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(-0.20mm，0.20mm)范围内。图14中的畸变率控制在(0，5％)范围内。由此可见，广角变焦镜头100a在望远状态的像差、场曲、畸变都能被很好的校正。
其中，图2-7及图9-14中F线的波长为486nm，d线的波长为587nm，C线的波长为656nm。
本发明所述广角变焦镜头和广角变焦系统在满足高变焦比和广视角的条件下，同时具有较高的成像品质。
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 (6)

1.一种广角变焦镜头，沿其光轴从物侧到像侧方向依次包括一个正光焦度的第一透镜组、一个负光焦度的第二透镜组、一个正光焦度的第三透镜组、一个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均可沿光轴移动；所述第一透镜组从物侧到像侧依次包括一具有负光焦度的第一透镜及一具有正光焦度的第二透镜；所述第二透镜组从物侧到像侧依次包括一具有负光焦度的第三透镜、一具有负光焦度的第四透镜及一具有正光焦度的第五透镜；所述第三透镜组从物侧到像侧依次包括一具有正光焦度的第六透镜、一具有正光焦度的第七透镜、一具有负光焦度的第八透镜及一具有正光焦度的第九透镜；该广角变焦镜头满足条件式1.6<f3/fw<2.1，1.00<V7/V8<2.2；其中，f3为第三透镜组的有效焦距，fw为广角变焦镜头处于广角端状态下的有效焦距，V7为所述第七透镜的d光线的阿贝数，V2为所述第八透镜的d光线的阿贝数。
2.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，该广角变焦镜头还满足以下条件式﹕
1.55<V2/V1<1.95；
其中，V1为所述第一透镜的d光线的阿贝数，V2为所述第二透镜的d光线的阿贝数。
3.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜与第二透镜为胶合镜片。
4.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述第七透镜与第八透镜为胶合镜片。
5.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述第六透镜为非球面透镜。
6.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述广角变焦镜头还包括一位于所述第四透镜组的像侧的影像感测器。
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