CN102798964A - 大变倍比变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大变倍比变焦镜头，其包括从物侧到像侧依次布置的以下组件：具有正折射能力的第一透镜单元；具有负折射能力的第二透镜单元；具有正折射能力的第三透镜单元；具有正折射能力的第四透镜单元；具有正折射能力的第五透镜单元；变焦过程中，从广角端到摄远端，第二透镜单元向像侧移动；所述第二透镜单元自物侧至像侧依次包含一个负折射能力的前透镜组和一个正折射能力的后透镜组；并满足下式：1＜R_2f1/R_2rf＜1.3其中，R_2f1代表第二透镜单元前透镜组的最后一个面的R值，R_2rf代表第二透镜单元后透镜组的第一个面的R值。

Description

大变倍比变焦镜头

技术领域

本发明涉及变焦透镜，尤其涉及一种大变倍比变焦镜头。

背景技术

随着摄影光学与数字技术的快速整合，CPU的高速化和存储介质的高集成化，使其可以处理更大容量的图像信息。同时，作为感光元件的CCD、CMOS也实现了更小型化、更高的集成度，达到了更高的空间频率。这些都有利于实现镜头的小型化。

为了能够在更广泛的环境中使用，对变焦摄影镜头，特别是更大变倍比镜头的要求越来越高，可以同时完成可视范围广和拍摄特写的任务；并为了便于操作，要求镜头具备自动变焦，自动对焦；并要求在大的相对孔径下满足高解像力的要求，不但满足人们对画质清晰度的要求，又利于自动对焦软件分析精度的提高。通常高变倍比镜头是以多群镜片组、多枚镜片，较长的镜头长度形式来达到并加入特殊低色散镜片及非球面镜片来达到解像力的要求。

在变焦镜头中，变焦的实现是通过镜头中某一群组镜片的移动改变组群空气间隔来实现焦距的变化，镜头达到的变焦比越大，就要求有更长的镜头长度。为了实现镜头小型化，就要求每组群组分担更多的光焦度，而又不能使镜头过于复杂，这样就会造成像差波动随着变焦进程变大，难以进行良好的矫正，而难以在整个变焦范围内得到高的光学性能。因此，对于小型化大变倍比变焦镜头，做到高的光学性能，又尽可能的简化光学系统的组成，成为了此类镜头设计的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种变倍比大、成像清晰度好、成本低的小型的变焦镜头。

为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种大变倍比变焦镜头，其特征在于：包括从物侧到像侧依次布置的以下组件

具有正折射能力的第一透镜单元；

具有负折射能力的第二透镜单元；

具有正折射能力的第三透镜单元；

具有正折射能力的第四透镜单元；

具有正折射能力的第五透镜单元；

变焦过程中，从广角端到摄远端，第二透镜单元向像侧移动；所述第二透镜单元自物侧至像侧依次包含一个负折射能力的前透镜组和一个正折射能力的后透镜组；并满足下式

1＜R_2f1/R_2rf＜1.3

其中，R_2f1代表第二透镜单元前透镜组的最后一个面的R值，R_2rf代表第二透镜单元后透镜组的第一个面的R值。

上述变焦镜头，满足以下条件

0.3＜f₁/f_t＜0.5，其中f_t是整个变焦镜头在摄远端的焦距，f₁是第一透镜单元的焦距，f_t是整个变焦镜头在摄远端的焦距；

-0.1＜f₂/f_t＜-0.06，其中f₂是第二透镜单元的焦距；

0.15＜f₃/f_t＜0.3，其中f₃是第三透镜单元的焦距；

0.2＜f₄/f_t＜0.3，其中f₄是第四透镜单元的焦距；

4.0＜f₅/f_t＜5.0，其中f₅是第五透镜单元的焦距。

本发明的变焦镜头采用五个透镜单元的结构，第一透镜单元、第三透镜单元及第五透镜单元为固定设置，第二透镜单元及第四透镜单元为可在光轴上移动的设置。在变焦过程中，除使用可以移动的第二透镜组进行变焦外，还在第三透镜组与第五透镜组之间设置了用于修正由于变焦引起的焦点位置移动的第四透镜组，第二透镜组移动时，第四透镜组随之移动以修正由于变焦引起的焦点位置移动。

由于具有上述结构，本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明大变倍比变焦镜头，有效解决了现有变焦镜头存在的结构复杂、变倍比小及成本高等问题，结构简单、变倍比大、成本低，清晰度好。

附图说明

图1A是本发明变焦镜头短焦状态的结构示意图。

图1B是本发明变焦镜头中焦状态的结构示意图。

图1C是本发明变焦镜头长焦状态的结构示意图。

图2A是本发明变焦镜头短焦状态的球差场曲畸变图。

图2B是本发明变焦镜头中焦状态的球差场曲畸变图。

图2C是本发明变焦镜头长焦状态的球差场曲畸变图。

图3A是本发明变焦镜头短焦状态的像差图。

图3B是本发明变焦镜头中焦状态的像差图。

图3C是本发明变焦镜头长焦状态的像差图。

图4A是本发明变焦镜头红外光短焦状态的像差图。

图4B是本发明变焦镜头红外光长焦状态的像差图

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明：

如图1、2、3所示，本发明提供的大变倍比变焦镜头实施例较佳从物侧到像侧依次包括：固定设置的第一透镜单元G1、可在光轴上移动的第二透镜单元G2、固定设置的第三透镜单元G3、可在光轴上移动的第四透镜单元G4、固定设置的第五透镜单元G5，第三透镜单元G3处固定有光阑，第五透镜单元G5的像侧设有起保护作用的平板玻璃组。在变焦过程中，从广角端到摄远端，第二透镜单元G2向像侧移动；以执行变焦过程。其中，第二透镜组在变焦过程中的移动距离较佳为0.8＜LG2/(f_t/f_w)＜1.5，其中LG2是第二透镜组G2在光轴上的移动距离，f_t/f_w是变焦镜头的变倍比。从广角端到中焦位置，第四透镜单元G4向物侧移动；从中焦位置到摄远端，第四透镜单元G4向像侧移动，以修正在变焦过程由于变焦引起的焦点位置移动。

第一透镜单元G1具有正折射能力，并且满足0.3＜f₁/f_t＜0.5，其中f_t是整个变焦镜头在摄远端的焦距，f₁是第一透镜单元的焦距。第一透镜单元G1较佳包括一个具有正折射能力的第一双胶合透镜，其中，第一双胶合透镜由一个具有负折射能力的一号透镜和一个具有正折射能力的二号透镜组成；两个具有正折射能力的三号透镜和四号透镜。其中，至少有两个具有正折射能力的透镜的阿贝数在70以上。二号透镜使用低色散的玻璃材料，有利于矫正长焦时带来的轴上色差，三号四号透镜双面弯向光阑方向，提供正的光焦度。

当变焦到摄远端时，第一透镜单元G1会产生较多的球差，所以在整个变焦范围内矫正球差会比较困难。所以在第一透镜单元G1设置三片正折射能力的透镜用来减小摄远端的球差。在第一透镜单元G1的靠近物方的第一片设置一枚负折射能力的镜片，对摄远端球差的矫正可以起到更好的作用。并在三片正折射能力的透镜使用低色散的玻璃材料，对摄远端的色差也可以起到良好的矫正。

第二透镜单元G2具有负折射能力，并且满足-0.1＜f₂/f_t＜-0.06，其中f₂是第二透镜单元的焦距；如果f₂/f_t是接近下限时，则变焦镜头畸变矫正较好，如果f₂/f_t接近下限时，则变焦镜头在变焦过程中，第二透镜单元G2需要较长的变焦移动距离，这就使得变焦镜头体积变大，不利于小型化。第二透镜单元G2包括具有负折射能力的前透镜组和具有正折射能力的后透镜组，该前透镜组包括两个负折射能力的五号透镜和六号透镜，该后透镜组包括一个具有正折射能力的七号透镜和一个具有负折射能力的八号透镜，七号透镜和八号透镜形成胶合透镜。前透镜组与后透镜组满足以下条件：1＜R_2f1/R_2rf＜1.3；其中，R_2f1代表前透镜组的最后一个面的R值，R2rf代表后透镜组的第一个面的R值。并且五号透镜的折射率范围较佳为1.75～1.89，色散系数范围较佳为40～55；六号透镜的折射率范围较佳为1.75～1.89，色散系数范围较佳为40～55；七号透镜的折射率范围较佳为1.83～1.93，色散系数范围较佳为20～25；八号透镜的折射率范围较佳为1.83～1.92，色散系数范围较佳为30～41。

从广角端到摄远端，第二透镜单元G2与第一透镜单元G1的间隔逐渐增大，第二透镜单元G2与第三透镜单元G3的间隔逐渐减小，即第二透镜单元G2向像侧移动。当此变焦镜头在广角端时，会产生较大的负畸变，所以在第二透镜单元G2靠近物侧的前透镜组设置两个具有负折射能力的透镜，可以有效减小镜头在广角端的畸变。在后透镜组设置一个具有正折射能力的透镜和一个具有负折射能力的透镜，可以有效减小在变焦过程中第二透镜单元G2在不同光轴位置时产生的像差。

第三透镜单元G3具有正折射能力，并且满足0.15＜f3/ft＜0.3，其中f₃是第三透镜单元的焦距。第三透镜单元G3较佳包括一个光阑、一个具有正折射能力的九号透镜和一个具有负折射能力的十号透镜。对于此大口径变焦镜头，在具有正折射能力的九号透镜的两面上设置非球面，用来矫正广角端的像差。九号透镜的折射率范围较佳为1.55～1.65，色散系数范围较佳为60～65；十号透镜的折射率范围较佳为1.83～1.93，色散系数范围较佳为20～25。

第四透镜单元G4具有正折射能力，并且满足0.2＜f₄/f_t＜0.3，其中f₄是第四透镜单元G4的焦距。第四透镜单元G4较佳包括一个具有正折射能力的十一号透镜和一个具有负折射能力的十二号透镜，该十一号透镜与十二号透镜形成胶合透镜。十一号透镜的折射率范围较佳为1.50～1.60，色散系数范围较佳为55～65；十二号透镜的折射率范围较佳为1.83～1.92，色散系数范围较佳为30～41。变焦镜头在从广角端到摄远端的变焦过程中，第四透镜单元G4在所述光轴方向上移动，用来补偿变焦引起的像面移动；第四透镜单元G4在此焦距范围内时，能够矫正在不同的对焦位置处的像差的变化，并可以满足在对焦至最近距离处第四透镜单元G4移动的快速对焦，达到变焦镜头的小型化。

第五透镜单元G5具有正折射能力，并且满足4.0＜f₅/f_t＜5.0，其中f₅是第五透镜单元G5的焦距。第五透镜单元G5较佳包括一个具有负折射能力的十三号透镜和一个具有正折射能力的十四号透镜。十三号透镜的折射率范围较佳为1.75～1.89，色散系数范围较佳为40～55；十四号透镜的折射率范围较佳为1.50～1.60，色散系数范围较佳为45～55。

平板玻璃组包括两块胶合在一起的平板玻璃，其厚度为OLPF、IR CUT的总和。

实施例：采用上述结构本实施例的具体数据如下表所示：

其中，S1-S29指整个变焦镜头的29个镜面。图2A是该实施例变焦镜头短焦状态的球差场曲畸变图。图2B是该实施例变焦镜头中焦状态的球差场曲畸变图。图2C是该实施例变焦镜头长焦状态的球差场曲畸变图。图3A是该实施例变焦镜头短焦状态的像差图。图3B是该实施例变焦镜头中焦状态的像差图。图3C是该实施例变焦镜头长焦状态的像差图。图4A是该实施例变焦镜头红外光短焦状态的像差图。图4B是该实施例变焦镜头红外光长焦状态的像差图。由图2A-3C可以看出，本发明提供的变焦镜头的球面像差、像场弯曲及畸变值均良好。由图4A-4B可以看出，本发明提供的变焦镜头在红外光状态下，像差值也十分优良。

本发明提供的大变倍比变焦镜头有效地解决了现有变焦镜头存在的结构复杂、变倍比小及成本高的问题。本发明的大变倍比变焦镜头变倍比大、成像清晰度好、成本低，适合于各种光学成像系统，例如监控镜头，数码摄像机。

Claims (10)

1.一种大变倍比变焦镜头，其特征在于：包括从物侧到像侧依次布置的以下组件

具有正折射能力的第一透镜单元；

具有负折射能力的第二透镜单元；

具有正折射能力的第三透镜单元；

具有正折射能力的第四透镜单元；

具有正折射能力的第五透镜单元；

变焦过程中，从广角端到摄远端，第二透镜单元向像侧移动；所述第二透镜单元自物侧至像侧依次包含一个负折射能力的前透镜组和一个正折射能力的后透镜组；并满足下式

1＜R_2f1/R_2rf＜1.3

其中，R_2f1代表第二透镜单元前透镜组的最后一个面的R值，R_2rf代表第二透镜单元后透镜组的第一个面的R值。

2.根据权利要求1所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：满足以下条件

-0.1＜f₂/f_t＜-0.06，其中f₂是第二透镜单元的焦距，f_t是整个变焦镜头在摄远端的焦距。

3.根据权利要求1所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：变焦过程中，从广角端到中焦位置，第四透镜单元向物侧移动；从中焦位置到摄远端，第四透镜单元向像侧移动。

4.根据权利要求1所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：满足以下条件

0.2＜f₄/f_t＜0.3，其中f₄是第四透镜单元的焦距。

5.根据权利要求1所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：满足以下条件

0.3＜f₁/f_t＜0.5，其中f₁是第一透镜单元的焦距。

6.根据权利要求1所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：满足以下条件

0.15＜f₃/f_t＜0.3，其中f₃是第三透镜单元的焦距。

7.根据权利要求1所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：满足以下条件

4.0＜f₅/f_t＜5.0，其中f₅是第五透镜单元的焦距。

8.根据权利要求6所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：所述第三透镜单元设有固定光阑。

9.根据权利要求1或2所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：所述第二透镜单元的前透镜组包括两个负折射能力的透镜，后透镜组包括一个正折射能力的透镜和一个负折射能力的透镜。

10.根据权利要求3或4所述大变倍比变焦镜头，其特征在于：所述第四透镜单元至少包括一个胶合透镜，所述胶合透镜包括一个正折射能力的透镜和一个负折射能力的透镜。

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