CN103091819A - 变焦镜头和包括该变焦镜头的拍摄设备 - Google Patents

变焦镜头和包括该变焦镜头的拍摄设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变焦镜头和包括该变焦镜头的拍摄设备。所述变焦镜头按照从物方到像方的顺序包括：前透镜组，具有负屈光力；孔径光阑；后透镜组，具有正屈光力，其中，前透镜组包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有正屈光力，第二透镜组具有负屈光力，第三透镜组具有负屈光力，第三透镜组包括至少一个正透镜以及一个负透镜并执行聚焦，后透镜组包括至少两个透镜组，所述至少两个透镜组在变焦期间运动并具有正屈光力，其中，所述至少两个透镜组中的至少一个透镜组执行手抖动校正。

Description

变焦镜头和包括该变焦镜头的拍摄设备
本申请要求于2011年11月4日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0114505号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
本公开涉及一种可执行自动聚焦、具有小尺寸并且是明亮的变焦镜头以及一种包括该变焦镜头的拍摄设备。
背景技术
数字相机、摄像机等的用户期望使用具有高分辨率、高变焦比、大口径等的可互换镜头。另外，随着用户变得越来越有技能，需要开发具有小尺寸和小F数(Fno)的镜头系统，即，明亮的镜头系统。然而，当开发具有Fno小的明亮的镜头的镜头系统时，镜头系统的构造复杂，并且难以减小镜头系统的尺寸和重量。
另外，在需要聚焦透镜组频繁运动的自动聚焦(AF)方法(诸如对比度自动聚焦(AF)方法)中，需要小尺寸和重量轻的AF透镜组以执行快速AF。
发明内容
本公开提供一种变焦镜头，所述变焦镜头具有优良的光学性能，并且包括小尺寸和重量轻的聚焦透镜组。
本公开还提供一种大口径的变焦镜头，可对所述变焦镜头执行手抖动校正。
根据实施例，提供一种变焦镜头，所述变焦镜头按照从物方到像方的顺序包括：前透镜组，具有负屈光力；孔径光阑；后透镜组，具有正屈光力，其中，前透镜组包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有正屈光力，第二透镜组具有负屈光力，第三透镜组具有负屈光力，第三透镜组包括至少一个正透镜以及一个负透镜并执行聚焦，后透镜组包括至少两个透镜组，所述至少两个透镜组在变焦期间运动并具有正屈光力，其中，所述至少两个透镜组中的一些透镜组执行手抖动校正，
变焦镜头满足下面的表达式：
1.5 < | ( 1 - m s 2 ) &CenterDot; m R 2 | < 6
1.0＜f1/fT＜3.0
其中，ms是第三透镜组在变焦镜头的远摄位置的放大倍率，mR是后透镜组在变焦镜头的远摄位置的合成放大倍率，fT是变焦镜头在远摄位置的总焦距，f1是第一透镜组的焦距。
当在变焦期间从广角位置向远摄位置运动时，第一透镜组和第三透镜组可运动，第二透镜组可固定。
当从广角位置向远摄位置运动时，第一透镜组可基于像平面向物方运动。
变焦镜头可满足下面的表达式：
0.1＜L1/LT＜0.25
其中，L1是第一透镜组在从广角位置到远摄位置的变焦期间所运动的距离，LT是变焦镜头在远摄位置的总长度。
所述至少两个透镜组中的执行手抖动校正的所述一些透镜组可包括至少一个正透镜以及一个负透镜。
第二透镜组可包括多个负透镜以及至少一个正透镜。
所述多个负透镜可包括至少一个非球面。
第二透镜组的所述多个负透镜中的至少一个透镜可满足下面的表达式：
nd＞1.85
其中，nd是折射率
后透镜组可包括分别在变焦期间运动的第四透镜组、第五透镜组和第六透镜组，第五透镜组可执行手抖动校正。
后透镜组可包括分别在变焦期间运动的第四透镜组和第五透镜组，第五透镜组的一个或多个透镜可执行手抖动校正。
后透镜组可包括分别在变焦期间运动的第四透镜组和第五透镜组，第四透镜组的一个或多个透镜可执行手抖动校正。
第三透镜组可包括粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和负透镜。
变焦镜头可具有2.8至4的范围内的F数，变焦镜头的F数在变焦期间可不改变。
根据另一实施例，提供一种拍摄设备，所述拍摄设备包括：变焦镜头；成像器件，接收由变焦镜头形成的像的光，其中，变焦镜头按照从物方到像方的顺序包括：前透镜组，具有负屈光力；孔径光阑；后透镜组，具有正屈光力，其中，前透镜组包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有正屈光力，第二透镜组具有负屈光力，第三透镜组具有负屈光力，第三透镜组包括至少一个正透镜以及一个负透镜并执行聚焦，后透镜组包括在变焦期间运动并具有正屈光力的至少两个透镜组，其中，所述至少两个透镜组中的一个或多个透镜执行手抖动校正，
变焦镜头满足下面的表达式：
1.5 < | ( 1 - m s 2 ) &CenterDot; m R 2 | < 6
1.0＜f1/fT＜3.0
其中，ms是第三透镜组在变焦镜头的远摄位置的放大倍率，mR是后透镜组在变焦镜头的远摄位置的合成放大倍率，fT是变焦镜头在远摄位置的总焦距，f1是第一透镜组的焦距。
附图说明
通过下面参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，上述和其他特点及优点将会变得更加明显，附图中：
图1示出了根据实施例的在变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的剖视图；
图2A至图2C是分别在图1的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的像差的图形；
图3示出了根据另一实施例的在变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的剖视图；
图4A至图4C是分别在图3的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的像差的图形；
图5示出了根据另一实施例的在变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的剖视图；
图6A至图6C是分别在图5的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的像差的图形；
图7示出了包括根据实施例的变焦镜头的拍摄设备。
具体实施方式
现在将参照附图来更全面地描述实施例，附图中示出了本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同的元件，为了清楚起见，可能夸大元件的尺寸或厚度。实施例可采用多种不同的形式，并且不应被解释为局限于这里阐述的实施例。
参照图1，变焦镜头111包括从物方O到像方I顺序布置的前透镜组Gf、孔径光阑ST和后透镜组Gr。
前透镜组Gf可具有负屈光力。前透镜组Gf可包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有负屈光力。
例如，第一透镜组G1可包括三个透镜，这三个透镜包括负透镜、正透镜和正透镜。负透镜和正透镜中的每个可以是粘合透镜。第二透镜组G2可包括多个负透镜以及至少一个正透镜。所述多个负透镜可包括至少一个非球面。另外，第二透镜组G2的一些透镜由具有高折射率的材料形成，从而可有效抑制彗形像差和像散。
第三透镜组G3可执行聚焦，以校正由于物体的位置变化而导致的像平面的变化。聚焦透镜组可具有数量少的透镜以及小尺寸，以快速执行聚焦。例如，第三透镜组G3可包括至少一个正透镜以及一个负透镜。图1示出了包括一个正透镜以及一个负透镜的第三透镜组G3的示例。另外，所述一个正透镜以及所述一个负透镜可以是粘合透镜。聚焦透镜组按照这种方式可以是小尺寸的，从而可快速执行自动聚焦，可以抑制色差，并且因此可减小由于物距导致的性能劣化。
在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组G1和第三透镜组G3可以运动，第二透镜组G2可以固定。例如，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组G1可基于像平面向物方O运动。
当在变焦期间所有透镜组之间的距离改变时，必须提供用于所有透镜组的运动的驱动单元，以在变焦期间执行运动。由于复杂的机械特征包括在这些驱动单元中，因此变焦镜头的成本增加，并且由于光学灵敏度导致不能容易地确保在变焦镜头的制造期间变焦镜头的设计性能。为了获得低成本和稳定的光学系统，一些透镜组在变焦期间可以固定。为此，在变焦期间，第二透镜组G2可相对于像平面固定。因此，可减小第一透镜组G1在变焦期间的运动量，并且可减小变焦镜头在远摄位置的长度。
后透镜组Gr可包括在变焦期间运动并且具有正屈光力的至少两个透镜组。例如，后透镜组Gr可包括第四透镜组G4、第五透镜组G5和第六透镜组G6。然而，本实施例的多个方面不限于此，后透镜组Gr可包括第四透镜组G4和第五透镜组G5。
另外，后透镜组Gr可包括执行手抖动校正的透镜组。通过使透镜组垂直于光轴运动来执行手抖动校正功能。为了抑制在执行手抖动校正的透镜组的运动期间的像差的变化，执行手抖动校正的透镜组可以是粘合透镜，所述粘合透镜包括具有正屈光力的透镜以及具有负屈光力的透镜。通过执行手抖动校正，即使在黑暗环境下也可获得优良质量的像。例如，在图1中，第五透镜组G5可执行手抖动校正。可选择地，如图3所示，第五透镜组G5可包括第一子透镜组G5-1和第二子透镜组G5-2，第一子透镜组G5-1可执行手抖动校正。可选择地，如图5所示，第四透镜组G4可包括第一子透镜组G4-1和第二子透镜组G4-2，第二子透镜组G4-2可执行手抖动校正。
根据当前实施例的变焦镜头可在镜头可互换相机中被使用，并且可被应用于具有大口径的标准变焦镜头。根据当前实施例的变焦镜头可具有例如大约2.8至4的F数(Fno)，变焦镜头的亮度在变焦期间不改变，并且变焦镜头可具有3至4的变焦比。
根据当前实施例的变焦镜头可满足下面的表达式1和表达式2：
1.5 < | ( 1 - m s 2 ) &CenterDot; m R 2 | < 6 - - - ( 1 )
其中，ms是第三透镜组G3在变焦镜头的远摄位置的放大倍率，mR是后透镜组Gr在变焦镜头的远摄位置的合成放大倍率。变焦镜头还可满足：
1.0＜f1/fT＜3.0    (2)
其中，f1是第一透镜组G1的焦距，fT是变焦镜头在远摄位置的总焦距。
表达式1表示用于校正像平面的变化的聚焦透镜组的放大倍率。用于校正由于物距变化导致的像平面的变化的聚焦透镜组的运动量是与变焦镜头的小型化相关的物理量。为了使得变焦镜头变小，聚焦透镜组的运动量必须小。然而，如果聚焦透镜组的运动量太小，则不会容易获得运动的精度。当
Figure BDA00002349600100052
大于表达式1的上限值时，不会容易地执行准确聚焦。当
Figure BDA00002349600100053
小于表达式1的下限值时，用于校正由于物距变化导致的像平面的变化的聚焦透镜组的运动量增大，变焦镜头的尺寸增大，因此难以构造紧凑的镜头系统。
表达式2表示第一透镜组G1的焦距与变焦镜头在远摄位置的总焦距的比率。当满足表达式2时，可获得聚焦透镜组的运动单位的精度。
另外，根据当前实施例的变焦镜头可满足下面的表达式3：
0.1＜L1/LT＜0.25    (3)
其中，L1是第一透镜组G1在从广角位置到远摄位置的变焦期间所运动的距离，LT是变焦镜头在远摄位置的总长度。第一透镜组G1在变焦期间的运动用于校正在变焦期间发生的像平面运动。然而，当第一透镜组G1的运动量增大时，难以构造小尺寸的光学系统。当L1/LT大于表达式3的上限值时，第一透镜组G1的尺寸会增大；当L1/LT小于表达式3的下限值时，第一透镜组G1在变焦期间的运动不能起到校正像平面运动的作用，并且难以获得足够高的光学性能。
第二透镜组G2的多个负透镜中的至少一个透镜可满足下面的表达式4：
nd＞1.85    (4)
其中，nd是折射率。第二透镜组G2的多个负透镜中的至少一个透镜由具有满足表达式4的高折射率的材料形成，从而可减小彗形像差和像散。
根据当前实施例的非球面可被定义为如下。
当光轴方向是x轴、与光轴方向垂直的方向是y轴且光的行进方向是x轴的正方向时，可使用下面的表达式5来定义根据当前实施例的变焦镜头的非球面形状：
x = cy 2 1 + 1 - ( K + 1 ) c 2 y 2 + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10 - - - ( 5 )
其中，x是沿光轴方向到透镜的顶点的距离，y是沿垂直于光轴的方向到光轴的距离，K是圆锥曲线常数，A、B、C和D是非球面系数，c是透镜的顶点处的曲率半径的倒数(1/R)。
通过使用各种设计实现下面的实施例，变焦镜头可具有小尺寸和广角。
下文中，f表示变焦镜头的焦距，Fno是F数，2ω是视角，R是曲率半径，Dn是透镜的中心厚度或透镜之间的距离，Nd是折射率，Vd是阿贝数。另外，ST是孔径光阑，D1、D2、D3、D4、D5和D6是可变距离，*是非球面表面。在附图中，相应透镜组中的透镜由相同的标号表示。在每个实施例中，距离(包括焦距、曲率半径、厚度等)的单位是mm，视角的单位是度。标号8和9可分别表示滤色器和盖玻璃。
<第一实施例>
图1示出了在根据第一实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的剖视图，下面的表1示出了第一实施例的设计数据。虽然图1示出了每个透镜的透镜表面的标号，但是在根据其它实施例的附图中省略了各个透镜的透镜表面的标号。
参照图1，根据第一实施例的变焦镜头包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有负屈光力；第四透镜组G4，具有正屈光力；第五透镜组G5，具有负屈光力；第六透镜组G6，具有正屈光力。第三透镜组G3可执行聚焦，第五透镜组G5可执行手抖动校正功能。
[表1]
f：16.60～30.00～48.50mm                Fno：2.9～2.9～2.9
2ω：85.5～50.8～32.3度(按照广角位置、中间位置和远摄位置的顺序)
Figure BDA00002349600100081
下面的表2示出了与在变焦期间的可变距离有关的数据。
[表2]
  可变距离   广角位置   中间位置   远摄位置
  D1   1.20   10.06   28.80
  D2   2.98   4.20   5.15
  D3   15.17   5.35   2.20
  D4   4.50   4.68   2.11
  D5   5.76   1.35   1.66
  D6   21.13   33.92   38.30
图2A至图2C是示出分别在图1的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差的像差图形。场曲包括子午场曲T和弧矢场曲S。
<第二实施例>
图3示出了根据第二实施例的变焦镜头，下面的表3示出了第二实施例的设计数据。
参照图3，根据第二实施例的变焦镜头包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有负屈光力；第四透镜组G4，具有正屈光力；第五透镜组G5，具有正屈光力。第三透镜组G3可执行聚焦。第五透镜组G5包括具有负屈光力的第一子透镜组G5-1以及具有正屈光力的第二子透镜组G5-2，第一子透镜组G5-1可执行手抖动校正功能。
[表3]
f：16.60～27.50～48.50mm                Fno：4.0～4.0～4.0
2ω：83.7～54.0～32.3(度)(按照广角位置、中间位置和远摄位置的顺序)
Figure BDA00002349600100091
Figure BDA00002349600100101
Figure BDA00002349600100111
下面的表4出与根据第二实施例的变焦镜头在变焦期间的可变距离有关的数据。
[表4]
  可变距离   广角位置   中间位置   远摄位置
  D1   1.20   16.20   23.20
  D2   10.41   12.91   4.00
  D3   12.37   5.72   2.20
  D4   10.65   4.47   1.47
  D5   20.72   31.01   46.37
图4A至图4C是示出分别在图3的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差的像差的图形。
<第三实施例>
图5示出了根据第三实施例的变焦镜头，下面的表5示出了第三实施例的设计数据。
参照图5，根据第三实施例的变焦镜头包括：第一透镜组G1，具有正屈光力；第二透镜组G2，具有负屈光力；第三透镜组G3，具有负屈光力；第四透镜组G4，具有正屈光力；第五透镜组G5，具有正屈光力。第三透镜组G3可执行聚焦。第四透镜组G4包括具有正屈光力的第一子透镜组G4-1以及具有负屈光力的第二子透镜组G4-2，第二子透镜组G4-2可执行手抖动校正功能。
[表5]
f：16.40～36.00～67.00mm                    Fno：4.0～4.0～4.0
2ω：84.4～42.9～23.7(度)(按照广角位置、中间位置和远摄位置的顺序)
Figure BDA00002349600100121
Figure BDA00002349600100131
下面的表6出与根据第三实施例的变焦镜头在变焦期间的可变距离有关的数据。
[表6]
  可变距离   广角位置   中间位置   远摄位置
  D1   1.20   14.84   26.94
  D2   6.00   10.15   5.0
  D3   20.54   4.42   2.20
  D4   8.39   3.24   2.13
  D5   22.07   39.15   47.57
图6A至图6C是示出分别在图5的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差的像差图形。
下面的表7示出了根据第一实施例至第三实施例的变焦镜头满足表达式1至表达式4。
[表7]
  第一实施例   第二实施例   第三实施例
  表达式1   2.4   4.8   2.2
  表达式2   1.97   2.47   1.28
  表达式3   0.19   0.15   0.17
  表达式4   1.904   1.891   1.922
根据第一实施例至第三实施例的变焦镜头可具有小尺寸，并且可被实现为可执行快速自动聚焦的明亮的镜头。根据第一实施例至第三实施例的变焦镜头可应用于拍摄设备，诸如使用固态成像器件(例如，电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的数字相机、可互换镜头的相机、摄像机、便携式移动电话等。
图7示出了拍摄设备100，拍摄设备100包括根据实施例的变焦镜头111以及用于将由变焦镜头111会聚的光转换成电子图像信号的成像器件112。拍摄设备100还可包括：记录单元113，与由成像器件112光电转换的对象的图像对应的信息记录在记录单元113上；取景器114，用于观察对象的图像。拍摄设备100还可包括在其上显示对象的图像的显示单元115。取景器114和显示单元115可被分开地布置。可选择地，拍摄设备100可包括显示单元115，而没有取景器114。图7中的拍摄设备100仅仅是示例，这里公开的变焦镜头的实施例可在诸如数字相机的各种拍摄设备中被使用，从而可提供具有小尺寸和高光学性能的光学装置。
根据公开的实施例，提供一种小尺寸的变焦镜头以及一种包括该变焦镜头的拍摄设备，该变焦镜头具有大孔径，并且具有从可见光区域到近红外光区域的高光学性能。
虽然这里已经示出并描述了实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.一种变焦镜头，按照从物方到像方的顺序包括：
前透镜组，具有负屈光力；
孔径光阑；
后透镜组，具有正屈光力，
其中，前透镜组包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有正屈光力，第二透镜组具有负屈光力，第三透镜组具有负屈光力，
其中，第三透镜组包括至少一个正透镜以及一个负透镜，并且执行聚焦，
其中，后透镜组包括在变焦期间运动并具有正屈光力的至少两个透镜组，其中，所述至少两个透镜组中的至少一个透镜组执行手抖动校正，
变焦镜头满足下面的表达式：
1.5 < | ( 1 - m s 2 ) &CenterDot; m R 2 | < 6
1.0＜f1/fT＜3.0
其中，ms是第三透镜组在变焦镜头的远摄位置的放大倍率，mR是后透镜组在变焦镜头的远摄位置的合成放大倍率，fT是变焦镜头在远摄位置的总焦距，f1是第一透镜组的焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，当在变焦期间执行从广角位置到远摄位置的运动时，第一透镜组和第三透镜组运动，第二透镜组固定。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中，当从广角位置向远摄位置运动时，第一透镜组向物方运动。
4.根据权利要求3所述的变焦镜头，其中，变焦镜头满足下面的表达式：
0.1＜L1/LT＜0.25
其中，L1是第一透镜组在从广角位置到远摄位置的变焦期间所运动的距离，LT是变焦镜头在远摄位置的总长度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，所述至少两个透镜组中的执行手抖动校正的所述至少一个透镜组包括至少一个正透镜以及一个负透镜。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括多个负透镜以及至少一个正透镜。
7.根据权利要求6所述的变焦镜头，其中，第二透镜组的所述多个负透镜包括至少一个非球面。
8.根据权利要求6所述的变焦镜头，其中，第二透镜组的所述多个负透镜中的至少一个透镜具有大于1.85的折射率。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，后透镜组包括分别在变焦期间运动的第四透镜组、第五透镜组和第六透镜组，第五透镜组执行手抖动校正。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，后透镜组包括分别在变焦期间运动的第四透镜组和第五透镜组，第五透镜组的多个透镜中的至少一个透镜执行手抖动校正。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，后透镜组包括分别在变焦期间运动的第四透镜组和第五透镜组，第四透镜组的多个透镜中的至少一个透镜执行手抖动校正。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，第三透镜组包括粘合透镜，所述粘合透镜包括正透镜和负透镜。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的变焦镜头，其中，所述变焦镜头具有2.8至4的范围内的F数，所述变焦镜头的F数在变焦期间不改变。
14.一种拍摄设备，包括：
变焦镜头；
成像器件，接收由变焦镜头形成的像的光，
其中，变焦镜头按照从物方到像方的顺序包括：
前透镜组，具有负屈光力；
孔径光阑；
后透镜组，具有正屈光力，
其中，前透镜组包括第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，第一透镜组具有正屈光力，第二透镜组具有负屈光力，第三透镜组具有负屈光力，
其中，第三透镜组包括至少一个正透镜以及一个负透镜，并且执行聚焦，
其中，后透镜组包括在变焦期间运动并具有正屈光力的至少两个透镜组，其中，所述至少两个透镜组中的至少一个透镜组执行手抖动校正，
变焦镜头满足下面的表达式：
1.5 < | ( 1 - m s 2 ) &CenterDot; m R 2 | < 6
1.0＜f1/fT＜3.0
其中，ms是第三透镜组在变焦镜头的远摄位置的放大倍率，mR是后透镜组在变焦镜头的远摄位置的合成放大倍率，fT是变焦镜头在远摄位置的总焦距，f1是第一透镜组的焦距。
15.根据权利要求14所述的拍摄设备，其中，在从广角位置到远摄位置的变焦期间，第一透镜组和第三透镜组运动，第二透镜组固定。
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