CN102902050A - 变焦镜头和具有该变焦镜头的拍摄装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变焦镜头和具有该变焦镜头的拍摄装置。变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组沿着从物方到像方的方向顺序布置，其中，第一透镜组包括双凹的且最接近物方的第一透镜。因此，可以制造具有高放大倍率的紧凑的且低价格的变焦镜头。

Description

变焦镜头和具有该变焦镜头的拍摄装置

本申请要求于2011年7月28日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0075214号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开的全部内容通过引用被包含于此。

技术领域

本发明的实施例涉及一种具有高变焦放大倍率的小的和低价格的变焦镜头以及一种包括该变焦镜头的拍摄装置。

背景技术

最近，需要一种具有高放大倍率的小光学系统作为变焦镜头，以用于包括图像拾取器件(例如，电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的拍摄装置(诸如相机或数字可携式摄像机)。高放大倍率的实现阻碍了小型化，而由于使用高折射非球面透镜来实现小型化增加了变焦镜头的制造成本。这样，难以同时实现小型化、高光学性能和低制造成本。

发明内容

实施例包括一种具有高放大倍率的小且低价格的变焦镜头以及一种包括所述变焦镜头的拍摄装置。

根据实施例，提供一种变焦镜头，所述变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在从物方到像方的方向上顺序布置，其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组与第二透镜组之间的间隔减小，且第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增加，第一透镜组包括第一透镜，第一透镜为双凹的且最接近物方，所述变焦镜头满足下面的表达式：

$4\≤\frac{\mathrm{ft}}{\mathrm{fw}}\≤7$

$\frac{G_1}{\mathrm{fw}}\≤0.8$

其中，fw和ft分别表示变焦镜头在广角位置的焦距以及变焦镜头在远摄位置的焦距，G₁表示第一透镜组中物方的顶点与像方的顶点之间沿着光轴的距离。

第一透镜组还可包括位于第一透镜的像方的第二透镜，并满足下面的表达式：

$\frac{|R_{1-2}-R_{2-1}|}{\mathrm{fw}}\≤0.3$

其中，R_1-2表示第一透镜组的第一透镜的面向像方的表面的曲率半径，R_2-1表示第一透镜组的第二透镜的面向物方的表面的曲率半径，fw表示变焦镜头在广角位置的焦距。

第一透镜组还可包括位于第一透镜的像方的第二透镜，并满足下面的表达式：

1.9≤N₂≤2.2

其中，N₂表示第一透镜组的第二透镜的折射率。

第一透镜可以是球面透镜。

第一透镜可以是球面透镜，第一透镜组还可包括作为球面透镜且位于第一透镜的像方的第二透镜。

第二透镜可以是朝向物方凸出的弯月透镜。

第一透镜可具有1.8或者更大的折射率以及34或者更大的阿贝数。

第二透镜组可包括最接近物方的非球面透镜。

第二透镜组可包括一个双合透镜。

所述双合透镜可包括正透镜和负透镜。

第三透镜组可包括朝着像方凸出的弯月透镜。

所述弯月透镜可以是非球面透镜。

所述弯月透镜可由塑料形成。

孔径光阑可形成在第二透镜组的物方。

根据另一实施例，提供一种拍摄装置，所述拍摄装置包括变焦镜头和用于将使用变焦镜头获得的图像转换成电子图像信号的成像器件，其中，所述变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在从物方到像方的方向上顺序布置，其中，在进行从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组与第二透镜组之间的间隔减小，且第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增加，第一透镜组包括第一透镜，第一透镜为双凹的且最接近物方，所述变焦镜头满足下面的表达式：

$4\≤\frac{\mathrm{ft}}{\mathrm{fw}}\≤7$

$\frac{G_1}{\mathrm{fw}}\≤0.8$

其中，fw和ft分别表示变焦镜头在广角位置的焦距以及变焦镜头在远摄位置的焦距，G₁表示第一透镜组中物方的顶点与像方的顶点之间沿着光轴的距离。

附图说明

通过参照附图对本发明示例性实施例进行详细描述，上面的和其他的特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1示出根据本发明的实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和远摄位置的光学布置：

图2A和图2B示出图1中示出的变焦镜头在分别在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变；

图3示出根据本发明另一实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和远摄位置的光学布置；

图4A和图4B分别示出图3中示出的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变；

图5示出根据本发明另一实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和远摄位置的光学布置；

图6A和图6B分别示出图5中示出的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变；

图7是根据本发明的实施例的拍摄装置的透视图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述根据各个实施例的变焦镜头和包括该变焦镜头的拍摄装置。

参照图1，变焦镜头111可包括：第一透镜组G1，具有负屈光力；第二透镜组G2，具有正屈光力；第三透镜组G3，具有正屈光力。当执行从广角位置到远摄位置的变焦时，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的间隔可以减小，且第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间隔可以增加。第三透镜组G3可通过在变焦期间执行像平面运动和焦点位置校正来执行聚焦。

第一透镜组G1可包括第一透镜1。第一透镜1可以是双凹透镜。另外，第一透镜1可以是球面透镜。第一透镜1最接近于物方O且外径比变焦镜头111的其他透镜的外径大。具有大外径且是球面透镜的第一透镜1可减小变焦镜头111的制造成本。另外，通过包括作为双凹透镜的第一透镜1，因为没有在第一透镜组G1中使用非球面透镜而会增加的畸变和像散可被校正。第一透镜1可以由例如具有1.8或更大的折射率以及34或更大的阿贝数的材料形成。

第二透镜2可进一步被包括在第一透镜1的像方I中。第二透镜2可以是例如弯月形状。弯月透镜可以朝着物方O凸出。可通过使用两个透镜(双凹透镜和弯月透镜)形成第一透镜组来制造紧凑的变焦镜头。第二透镜2可以是球面透镜。通过使用球面透镜形成第一透镜1和第二透镜2，可以减小制造成本。同时，在根据本发明的实施例的变焦镜头111中，可以使用软件校正畸变和色差。例如，可使用软件来校正由于利用使用球面透镜形成的第一透镜1和第二透镜2而没有被校正的畸变和色差。

第二透镜组G2可包括最接近物方O的作为非球面透镜的第三透镜3。第三透镜3可以是凸透镜。由于第三透镜3由非球面透镜形成，所以可以校正在广角位置和远摄位置的球面像差。第四透镜4和第五透镜5可以邻近第三透镜3设置。第四透镜4和第五透镜5可以是双合透镜。例如，双合透镜可以包括正透镜和负透镜，以减小在变焦期间产生的横向色差。另外，由于第二透镜组G2包括双合透镜，所以第二透镜组G2的总厚度可以被最小化。孔径光阑ST可包括在第二透镜组G2中，以最接近于物方O。光阑ST可以设置在例如第三透镜3的物方O。光阑ST可在变焦期间与第二透镜组G2一起运动。光阑ST可被构造为在变焦期间不改变尺寸的固定光阑。例如，光阑ST可被设计成使得F数Fno在远摄位置增加到大约6.5，且使Fno在广角位置减小到大约2.6。

第三透镜组G3可包括第六透镜6。第六透镜6可以是朝着像方I凸出的凸弯月透镜。另外，第六透镜6可以是非球面透镜。第六透镜6可以由塑料形成，从而降低了制造成本。例如，通过使用折射率为1.55或更小的非球面塑料透镜形成第六透镜6，周边弯曲像差(peripheral curvature aberration)的根据物距变化的变化可被控制到最小，同时将入射在像平面IM上的光的角度控制为不增加。

根据本发明的实施例的变焦镜头可具有如下面的表达式1中所示出的变焦放大倍率：

【表达式1】

$4\≤\frac{\mathrm{ft}}{\mathrm{fw}}\≤7$

其中，fw和ft分别表示变焦镜头111在广角位置的焦距以及变焦镜头111在远摄位置的焦距。通过将变焦镜头111在远摄位置的焦距除以变焦镜头111在广角位置的焦距来获得表达式1的变焦放大倍率。具有负透镜、正透镜和另一正透镜的变焦透镜可确保4X或者更大的变焦放大倍率。然而，当变焦放大倍率超过上限7时，在远摄位置的色差使得其难以确保光学性能且每个透镜组的运动量在变焦期间大大增加，因而使得难以形成小的透镜筒。

第一透镜组G1还可以被制造成满足下面的表达式2：

【表达式2】

$\frac{G_1}{\mathrm{fw}}\≤0.8$

其中，G₁表示第一透镜组G1中物方O的顶点和像方I的顶点之间沿着光轴的距离。表达式2表示在广角位置的焦距与第一透镜组G1中物方O的顶点与像方I的顶点之间的距离的比率。如果G₁/fw超出表达式2的范围，则第一透镜组G1相对于焦距的厚度增加，这使得难以形成紧凑的变焦镜头。通过满足表达式2，可以设置第一透镜组G1中在物方O的顶点与像方I的顶点之间沿着光轴小的距离，从而制造了紧凑的变焦镜头。

第一透镜组G1的第一透镜1和第二透镜2可以被制造为满足下面的表达式3：

【表达式3】

$\frac{|R_{1-2}-R_{2-1}|}{\mathrm{fw}}\≤0.3$

其中，R_1-2表示第一透镜组G1的第一透镜1的面向像方I的表面的曲率半径，R_2-1表示第一透镜组G1的第二透镜2的面向物方O的表面的曲率半径，fw表示变焦镜头111在广角位置的焦距。

表达式3表示变焦镜头在广角位置的焦距与第一透镜组G1中第一透镜1在像方I的曲率半径和第二透镜2在物方O的曲率半径之间的差的比率。通过满足表达式3，第一透镜组G1中的透镜之间的间距可以被最小化，因此，可以制造紧凑的变焦镜头。

【表达式4】

1.9≤N₂≤2.2

其中，N₂表示第一透镜组G1的第二透镜2的折射率。折射率可以是例如d线(587.56nm)处的折射率。通过使用满足表达式4的第二透镜2，可以制造紧凑的变焦镜头且可以校正色差。

第一透镜组G1的第一透镜1可以由例如折射率为1.8或者更大且阿贝数为34或更大的材料形成。另外，第二透镜2可以由例如折射率为1.9到2.2且阿贝数为19或更小的材料形成，以有助于校正远摄位置的色差。另外，通过使用高折射材料形成第一透镜组G1，每个透镜组在从广角位置到远摄位置变焦期间运动的距离可以被最小化，可以制造结构更加紧凑的镜筒。

在本发明的实施例中描述的术语“非球面”被限定如下。

通过使得光轴方向为x轴且使得垂直于光轴方向的方向为y轴，可以在表达式5中表达根据本发明的实施例的变焦镜头的非球面形状，其中，x表示沿着光轴方向到透镜的顶点的距离，y表示沿着垂直于光轴的方向到透镜的顶点的距离，K表示圆锥常数，A、B、C和D表示非球面系数，c表示透镜的顶点的曲率半径的倒数(1/R)。

【表达式5】

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(K+1)c^2{y}^2}}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+X{y}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}$

可以经由下面的基于各种设计的实施例来实现变焦镜头的小型化和价格的降低。

在下面的透镜数据中，f表示变焦镜头的焦距，Fno表示F数，2ω表示视角，R表示曲率半径，Dn表示透镜的中心厚度或者透镜之间的间隔，Nd表示折射率，Vd表示阿贝数。ST表示孔径光阑，D1、D2、D3表示透镜组之间的可变距离，D4表示盖玻璃8与像平面IM之间的距离，ASP表示非球面。在下面的实施例中，在各个透镜组中包括的相同的透镜由相同的标记表示。在各个实施例中，距离的单位是mm。标记7和8可分别表示滤光器和盖玻璃。

<实施例1>

图1示出根据实施例1的变焦镜头在广角位置、中间位置和远摄位置的光学布置。

f：4.85～10.65～22.93  Fno：2.69～3.96～6.57  2ω：77.26～39.98～19.18

关于在变焦期间的可变距离的数据如下。

[表1]

可变距离	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	17.216	5.911	0.61
D2	4.1504	10.0511	21.0415
				D3	2.9845	2.4108	1.90

图2A和图2B分别示出根据实施例1的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。像散场曲包括子午场曲T和弧矢场曲S。

<实施例2>

图3示出根据实施例2的变焦镜头在广角位置、中间位置和远摄位置的光学布置。实施例2的设计数据如下：

f：5.61～11.77～23.54  Fno：2.99～4.30～6.86  2ω：69.31～36.44～18.69

关于根据实施例2的变焦镜头在变焦期间的可变距离的数据如下。

[表2]

可变距离	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	16.091	5.5791	0.61

D2	5.6692	11.5875	21.8725
				D3	2.6608	2.1839	1.9

图4A和图4B分别示出根据实施例2的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。

<实施例3>

图5示出根据实施例3的变焦镜头在广角位置、中间位置和远摄位置的光学布置。实施例3的设计数据如下：

f：4.40～11.44～29.93  Fno：2.17～3.62～6.86  2ω：82.74～37.42～14.76

关于根据实施例3的变焦镜头在变焦期间的可变距离的数据如下。

[表3]

可变距离	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	21.6662	7.5966	0.61
D2	3.0468	10.3646	24.9062
				D3	2.7673	1.2426	1.9

图6A和图6B分别示出根据实施例3的变焦镜头在广角位置和远摄位置的纵向球面像差、像散场曲和畸变。

下面的表4示出实施例1-3中的每个实施例满足上面描述的表达式1-4。

根据本发明的实施例的变焦镜头可具有高变焦放大倍率，且可被制造为紧凑并以低成本制造。根据本发明的实施例的变焦镜头可被应用于诸如数字静态相机、单镜头反光相机、视频相机的拍摄装置以及使用诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的固态图像拾取装置的便携式终端。

图7示出根据本发明的实施例的包括变焦镜头111的拍摄装置100。拍摄装置100包括上面描述的变焦镜头111以及用于将由变焦镜头111聚焦的光转换成电子图像信号的成像器件112。拍摄装置100可包括：记录单元113，用于存储与通过使用成像器件112光电转换而获得的对象图像对应的信息；取景器114，用于观察对象图像。拍摄装置100可包括显示单元115，在显示单元115上显示对象图像。虽然在图7的拍摄装置100中独立地包括取景器114和显示单元115，但是拍摄装置100可仅仅包括显示单元而不独立地包括取景器。图7的拍摄装置仅仅是一个示例，根据本发明的实施例的变焦镜头可被应用到除了相机之外的各种光学设备。通过将根据本发明的实施例的变焦镜头应用于上面描述的诸如数字相机的拍摄装置时，可以提供具有高放大倍率的小的和低价格的光学设备。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.一种变焦镜头，包括：

第一透镜组，具有负屈光力；

第二透镜组，具有正屈光力；

第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在从物方到像方的方向上顺序布置，

其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组与第二透镜组之间的间隔减小，且第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增加，

第一透镜组包括第一透镜，第一透镜是双凹的且最接近物方，所述变焦镜头满足下面的表达式：

$4\&le;\frac{\mathrm{ft}}{\mathrm{fw}}\&le;7$

$\frac{G_1}{\mathrm{fw}}\&le;0.8$

其中，fw和ft分别表示变焦镜头在广角位置的焦距以及变焦镜头在远摄位置的焦距，G1表示第一透镜组中物方的顶点与像方的顶点之间沿着光轴的距离。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜组还包括位于第一透镜的像方的第二透镜，并满足下面的表达式：

$\frac{|R_{1-2}-R_{2-1}|}{\mathrm{fw}}\&le;0.3$

其中，R_1-2表示第一透镜组的第一透镜的面向像方的表面的曲率半径，R_2-1表示第一透镜组的第二透镜的面向物方的表面的曲率半径，fw表示变焦镜头在广角位置的焦距。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜组还包括位于第一透镜的像方的第二透镜，并满足下面的表达式：

1.9≤N₂≤2.2

其中，N₂表示第一透镜组的第二透镜的折射率。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜是球面透镜。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜是球面透镜，第一透镜组还包括作为球面透镜且位于第一透镜的像方的第二透镜。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中，第二透镜是朝向物方凸出的弯月透镜。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的变焦镜头，其中，第一透镜具有1.8或者更大的折射率以及34或者更大的阿贝数。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括最接近物方的非球面透镜。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括一个双合透镜。

10.根据权利要求9所述的变焦镜头，其中，所述双合透镜包括正透镜和负透镜。

11.根据权利要求1-6中任一项所述的变焦镜头，其中，第三透镜组包括朝着像方凸出的弯月透镜。

12.根据权利要求11所述的变焦镜头，其中，所述弯月透镜是非球面透镜。

13.根据权利要求11所述的变焦镜头，其中，所述弯月透镜由塑料形成。

14.根据权利要求1-6中任一项所述的变焦镜头，其中，在第二透镜组的物方形成光阑。

15.一种拍摄装置，所述拍摄装置包括变焦镜头和用于将使用变焦镜头获得的图像转换成电子图像信号的成像器件，

其中，所述变焦镜头包括：

第一透镜组，具有负屈光力；

第二透镜组，具有正屈光力；

第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组在从物方到像方的方向上顺序布置，

其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组与第二透镜组之间的间隔减小，且第二透镜组和第三透镜组之间的间隔增加，

第一透镜组包括第一透镜，第一透镜是双凹的且最接近物方，所述变焦镜头满足下面的表达式：

$4\&le;\frac{\mathrm{ft}}{\mathrm{fw}}\&le;7$

$\frac{G_1}{\mathrm{fw}}\&le;0.8$

其中，fw和ft分别表示变焦镜头在广角位置的焦距以及变焦镜头在远摄位置的焦距，G₁表示第一透镜组中物方的顶点与像方的顶点之间沿着光轴的距离。

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