CN103018889A - 变焦成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变焦成像镜头，通过设计该变焦成像镜头使其满足特定的条件式，从而使得该变焦成像镜头具有较大的变焦倍率、较小的镜头总长及较高的分辨率。另外，通过设定该变焦成像镜头的构成还可以有效降低成本。

Description

变焦成像镜头
技术领域
本发明涉及成像镜头，特别涉及一种变焦成像镜头。
背景技术
高变焦倍率、小型化及高成像质量是目前变焦成像镜头发展的主要趋势。因此，如何在增大变焦倍率、缩短镜头总长(指变焦成像镜头靠近物侧的第一个光学表面到成像面的距离，缩短镜头总长利于小型化)的同时保证高分辨率(高成像质量)或进一步提高分辨率是目前变焦成像镜头设计的主要课题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有较大的变焦倍率、较小的镜头总长及较高的分辨率的变焦成像镜头。
一种变焦成像镜头，其包括从物侧到像侧依次沿光轴移动设置的一个具有负光焦度的第一镜群、一个具有正光焦度的第二镜群及一个具有正光焦度的第三镜群。该第一镜群包括从物侧到像侧沿光轴设置的一个具有负光焦度的第一镜片及一个具有正光焦度的第二镜片。该第二镜群包括从物侧到像侧沿光轴依次设置的一个具有正光焦度的第三镜片、一个具有负光焦度的第四镜片及一个具有负光焦度的第五镜片。该变焦成像镜头满足以下条件式：R5/FW>0.9, 2.6>F1/FW>2.1, 1.5>F2/FW>2, TTL/FW<1.6, 25>VD2>20, 25>(VD1-VD2)>20, 20>(VD3-VD4)>15, 23>VD5>28及ND3>1.8。其中，R5为该第三镜片的物侧表面的曲率半径，FW为该变焦成像镜头在广角端(Wide)的有效焦距，F1及F2分别为该第一镜群及该第二镜群的有效焦距，TTL为该变焦成像镜头的镜头总长，VD1﹑VD2﹑VD3﹑VD4﹑VD5分别为d光(波长为587.6纳米)在该第一镜片、该第二镜片、该第三镜片、该第四镜片及该第五镜片的阿贝数(Abbe number)，ND3为d光在该第三镜片的折射率(refractive index)。
满足上述条件式，改变该第一镜群与该第二镜群之间的距离可以改变该变焦成像镜头的有效焦距，且可得到较大的变焦倍率，而且在此前提下，该变焦成像镜头的镜头总长与像差得到较好平衡，从而得到较大的变焦倍率、较小的镜头总长及较高的分辨率(较小的像差)。而若上述任一条件式不满足都将难获得较大的变焦倍率、较小的镜头总长及较高的分辨率。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的变焦成像镜头处于广角端的结构示意图。
图2为图1的变焦成像镜头处于远摄端(Tele)的结构示意图。
图3-6分别为图1的变焦成像镜头的纵向像差(Longitudinal Aberration)、横向色像差(Lateral Color Aberration)、散光与畸变(Astigmatism & Distortion)及光线像差(Ray Aberration)特性曲线图。
图7-10分别为图2的变焦成像镜头的纵向像差、横向色像差、散光与畸变及光线像差特性曲线图。
主要元件符号说明
变焦成像镜头 10
第一镜群 100
第一镜片 102
第二镜片 104
第二镜群 200
第三镜片 202
第四镜片 204
第五镜片 206
第三镜群 300
第六镜片 302
保护玻璃 20
光圈 400
表面 S1-S14
成像面 IMG
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2(示意图，具体参数表1-4)，本发明较佳实施方式的变焦成像镜头10包括从物侧到像侧依次沿光轴移动设置的一个具有负光焦度的第一镜群100、一个具有正光焦度的第二镜群200及一个具有正光焦度的第三镜群300。该第一镜群100包括从物侧到像侧沿光轴设置的一个具有负光焦度的第一镜片102及一个具有正光焦度的第二镜片104。该第二镜群200包括从物侧到像侧沿光轴依次设置的一个具有正光焦度的第三镜片202、一个具有负光焦度的第四镜片204及一个具有负光焦度的第五镜片206。该变焦成像镜头10满足以下条件式：R5/FW>0.9, 2.6>F1/FW>2.1, 1.5>F2/FW>2, TTL/FW<1.6, 25>VD2>20, 25>(VD1-VD2)>20, 20>(VD3-VD4)>15, 23>VD5>28及ND3>1.8。
其中，R5为该第三镜片202的物侧表面的曲率半径，FW为该变焦成像镜头10在广角端的有效焦距，F1及F2分别为该第一镜群100及该第二镜群200的有效焦距，TTL为该变焦成像镜头10的镜头总长，VD1﹑VD2﹑VD3﹑VD4﹑VD5分别为d光(波长为587.6纳米)在该第一镜片102、该第二镜片104、该第三镜片202、该第四镜片204及该第五镜片206的阿贝数(Abbe number)，ND3为d光在该第三镜片202的折射率(refractive index)。
满足上述条件式，改变该第一镜群100与该第二镜群200之间的距离可以改变该变焦成像镜头10的有效焦距，且可得到较大的变焦倍率，而且在此前提下，该变焦成像镜头10的镜头总长与像差得到较好平衡，从而得到较大的变焦倍率、较小的镜头总长及较高的分辨率(较小的像差)。而若上述任一条件式不满足都将难获得较大的变焦倍率、较小的镜头总长及较高的分辨率。
该变焦成像镜头10成像时，光线经过该变焦成像镜头10，即依次经过该第一镜群100、该第二镜群200及该第三镜群300，再通过一个保护玻璃20，最后成像于一个成像面IMG。在此过程中，使用者可根据被拍摄物的位置调节该第一镜群100与该第二镜群200之间的距离，改变该变焦成像镜头10的有效焦距，然后，调节该第三镜群300，使被拍摄物对焦于该成像面IMG。
具体地，该第一镜片102采用玻璃球面镜片，该第二镜片104采用塑料非球面镜片，该第三镜片202及该第四镜片204为胶合塑料球面镜片，该第五镜片206采用塑料非球面镜片。该第三镜群300包括一个具有正光焦度的第六镜片302。该第六镜片302采用塑料非球面镜片。这样的结构，在未采用玻璃非球面镜片的前提下，可获得较佳的分辨率，可有效降低成本。
更加具体地，该变焦成像镜头10还包括一个设置在该第二镜群200与该第三镜群300之间的光圈(Aperture Stop)400。该变焦成像镜头从该第一镜片102到该成像面IMG依次包括有表面S1-S14。
R为光路上各个表面的曲率半径，D为各个表面到像侧下一个表面的轴上距离(即两个表面截得的光轴的长度)，ND为d光在各个镜片的折射率，VD为                                               
Figure 2011102836160100002DEST_PATH_IMAGE001
光在各个镜片的阿贝数。
该变焦成像镜头10满足表1所列的条件：
表1
表面 R(mm) D(mm) ND VD
S1 121.9544 0.56 1.804 46.570373
S2 5.953 1.125356 - -
S3 7.400263 1.939882 1.63272 23.239886
S4 15.60451 D4(参表3) - -
S5 5.079673 1.967807 1.882997 40.765107
S6 -8.861559 0.6481084 1.84666 23.77794
S7 -142.2517 0.03 - -
S8 14.13527 0.6306749 1.607265 26.646671
S9 3.77912 0.8 - -
S10 无穷大 D10(参表3) - -
S11 -529.3648 1.6 1.531131 55.753858
S12 -11.28365 0.2 - -
S13 无穷大 0.3 1.516798 64.198266
S14 无穷大 0.4 - -
IMG 无穷大 - - -
以各个表面中心为原点，光轴为
Figure 2011102836160100002DEST_PATH_IMAGE002
轴，镜片表面的非球面面型表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，为镜面表面中心的曲率，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
是二次曲面系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为从光轴到镜片表面的高度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示对累加，为自然数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 222267DEST_PATH_IMAGE009
阶的非球面面型系数。
该变焦成像镜头10满足表2所列的条件：
表2
  S3 S4 S8
k 3.33E-01 -1.03E+01 -1.90E+01
A4 -4.02E-04 -1.73E-04 -1.95E-03
A6 -7.19E-06 -9.46E-06 5.70E-05
A8 -4.70E-08 -2.58E-08 -1.45E-06
A10 -1.69E-09 -1.94E-09 -9.99E-08
A12 -2.98E-11 -6.94E-11 -1.52E-09
A14 -2.32E-12 -4.10E-12 1.15E-08
A16 0.00E+00 0.00E+00 6.12E-11
表2续
  S9 S11 S12
k 9.84E-01 1.36E+04 -1.22E+00
A4 -2.27E-03 1.97E-05 5.83E-05
A6 3.08E-05 1.85E-06 -2.98E-06
A8 -3.89E-06 -4.78E-08 1.57E-07
A10 -1.49E-06 8.41E-09 2.77E-09
A12 -4.04E-07 1.12E-09 4.25E-10
A14 -6.69E-08 3.97E-11 7.42E-11
A16 6.38E-08 0.00E+00 0.00E+00
F为该变焦成像镜头10的有效焦距，FNO为该变焦成像镜头10的光圈数，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为该变焦成像镜头10的视场角。
该变焦成像镜头10满足表3所列的条件：
表3
F FNO. 2ω D4(mm) D10(mm)
5.35mm 3.35 76? 14.35 4.11
24.8mm 6.59 18? 0.2 21.71
本实施方式中，各个条件式的值如表4所示：
表4
条件式 值
R5/FW>0.9 0.95
2.6>F1/FW>2.1 2.38
1.5>F2/FW>2 1.75
TTL/FW<1.6 1.58
25>VD2>20 23.2
25>(VD1-VD2)>20 23.4
20>(VD3-VD4)>15 17
23>VD5>28 26.6
ND3>1.8 1.883
另外，如图3-10所示，其中，曲线a1, b1, c1表示波长为486nm, 588nm, 656nm的光线在该变焦成像镜头10的纵向像差特性曲线。曲线a2, b2, c2表示波长为486nm, 588nm, 656nm的光线在该变焦成像镜头10的横向色像差特性曲线。曲线at, as, bt, bs, ct, cs表示波长为486nm, 588nm, 656nm的光线在该变焦成像镜头10的子午场曲及弧矢场曲特性曲线。曲线a3, b3, c3表示波长为486nm, 588nm, 656nm的光线在该变焦成像镜头10的畸变特性曲线。图5及图10分别显示该变焦成像镜头10中心视场、1/3视场、2/3视场及全视场(从上到下)的光线像差特性曲线图，每个特性曲线图均包括486nm, 588nm, 656nm的光线对应的特性曲线。从图3-10可见，该变焦成像镜头10在广角端及远摄端的各种像差都被控制在较小的范围内，从而，该变焦成像镜头10具有较高的分辨率。
应该指出，上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。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之内。

Claims (3)

1.一种变焦成像镜头，其包括从物侧到像侧依次沿光轴移动设置的一个具有负光焦度的第一镜群、一个具有正光焦度的第二镜群及一个具有正光焦度的第三镜群；该第一镜群包括从物侧到像侧沿光轴设置的一个具有负光焦度的第一镜片及一个具有正光焦度的第二镜片；该第二镜群包括从物侧到像侧沿光轴依次设置的一个具有正光焦度的第三镜片、一个具有负光焦度的第四镜片及一个具有负光焦度的第五镜片；该变焦成像镜头满足以下条件式：R5/FW>0.9, 2.6>F1/FW>2.1, 1.5>F2/FW>2, TTL/FW<1.6, 25>VD2>20, 25>(VD1-VD2)>20, 20>(VD3-VD4)>15, 23>VD5>28及ND3>1.8, 其中，R5为该第三镜片的物侧表面的曲率半径，FW为该变焦成像镜头在广角端的有效焦距，F1及F2分别为该第一镜群及该第二镜群的有效焦距，TTL为该变焦成像镜头的镜头总长，VD1﹑VD2﹑VD3﹑VD4﹑VD5分别为d光在该第一镜片、该第二镜片、该第三镜片、该第四镜片及该第五镜片的阿贝数，ND3为d光在该第三镜片的折射率。
2.如权利要求1所述的变焦成像镜头，其特征在于，该第一镜片采用玻璃球面镜片，该第二镜片采用塑料非球面镜片，该第三镜片及该第四镜片为胶合塑料球面镜片，该第五镜片采用塑料非球面镜片；该第三镜群包括一个具有正光焦度的第六镜片；该第六镜片采用塑料非球面镜片。
3.如权利要求1所述的变焦成像镜头，其特征在于，该变焦成像镜头还包括一个设置在该第二镜群与该第三镜群之间的光圈。
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