CN103176265A - 广角变焦镜头 - Google Patents

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黄海若
彭芳英
王圣安
李安泽
柳晓娜
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1435—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative
    • G02B15/143507—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being negative arranged -++

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负光焦度的第一透镜组、一个正光焦度的第二透镜组、一个正光焦度的第三透镜组；在该广角变焦镜头的变焦过程中，所述第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组均可沿光轴移动；该广角变焦镜头满足条件式0.77<|f2/f1|<1.1，0.7<L2/fT<1.08，其中，f1为第一透镜组的有效焦距，f2第二透镜组的有效焦距，L2为第二透镜组由广角端至望远端的移动距离，fT为该广角变焦镜头望远端的有效焦距。本发明所述广角变焦镜头在满足大光圈和广视角的条件下，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光圈值，但是现有的变焦镜头在光圈值比较大时，进光量增大，导致各种像差难以修正。因此，在镜头设计过程中，很难获得一种在满足大光圈值的条件下，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大光圈广角变焦镜头。
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负光焦度的第一透镜组、一个正光焦度的第二透镜组、一个正光焦度的第三透镜组；在该广角变焦镜的变焦过程中，所述第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组均可沿光轴移动；该广角变焦镜头满足条件式0.77<|f2/f1|<1.1，0.7<L2/fT<1.08，其中，f1为第一透镜组的有效焦距，f2第二透镜组的有效焦距，L2为第二透镜组由广角端至望远端的移动距离，fT为该广角变焦镜头望远端的有效焦距。
本发明所述广角变焦镜头在满足大光圈和广视角的条件下，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
第六透镜 24
第三透镜组 30
第七透镜 31
光圈 40
滤光片 50
影像感测面 60
表面 S1-S16
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
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负光焦度的第一透镜组10、一具有正光焦度的第二透镜组20、一具有正光焦度的第三透镜组30。当在该广角变焦镜头100从广角端到望远端的变焦过程中，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的位置变动。
所述广角变焦镜头100还包括两个光圈40及一滤光片50。其中一个光圈40设置在第一透镜组10和第二透镜组20之间，另一个光圈40设置在第二透镜组20和第三透镜组30之间。所述滤光片50设置在第三透镜组30的像侧。依次经过第一透镜组10、光圈40、第二透镜组20、光圈40、第三透镜组30及滤光片50的光线聚焦成像于一影像感测面60。本实施方式中，所述两个光圈40与第二透镜组20固定在一起，在变焦过程中所述光圈40随着第二透镜组20一起移动，第一透镜组10与第二透镜组20之间的间隔减小，第二透镜组20与第三透镜组30之间的间隔增加，从而实现可变的放大倍数。
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为非球面透镜，第二透镜12为球面透镜。所述第一透镜11包括一朝向物侧的第一表面S1和一朝向像侧的第二表面S2。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S3和一朝向像侧内凹的第四表面S4。
所述第二透镜组20从物侧到像侧依次包括一具有正光焦度的第三透镜21、一具有正光焦度的第四透镜22、一具有负光焦度的第五透镜23及一具有正光焦度的第六透镜24。所述第三透镜21和第六透镜24均为非球面透镜。所述第四透镜22和第五透镜23相互胶合且均为球面透镜。所述第三透镜21包括一朝向物侧的第五表面S5和一朝向像侧的第六表面S6。所述第四透镜22呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第七表面S7和一朝向像侧内凹的第八表面S8。所述第五透镜23呈新月型，其包括一朝向物侧凸出的第九表面S9和一朝向像侧内凹的第八表面S10。所述第八表面S8和第九表面S9相互贴合。所述第六透镜24包括一朝向物侧的第十一表面S11和一朝向像侧的第十二表面S12。本实施方式中，所述第三透镜21和第六透镜24采用塑胶材料制成。
所述第三透镜组30包括一具有正光焦度的第七透镜31。所述第七透镜31为非球面透镜。所述第七透镜31包括一朝向物侧的第十三表面S13和一朝向像侧的第十四表面S10。
所述滤光片50呈平板状，其用于滤除光线中的红外光线。该滤光片50包括一朝向物侧的第十五表面S15和一朝向像侧的第十六表面S16。
该广角变焦镜头100满足以下条件式：
(1) 0.77<|f2/f1|<1.1；
(2) 0.7<L2/fT<1.08；
其中，f1为第一透镜组10的有效焦距，f2第二透镜组20的有效焦距，L2为第二透镜组由广角端至望远端的移动距离，fT为该广角变焦镜头望远端的有效焦距。
条件式(1)和(2)使得广角变焦镜头100在具有大光圈值时其广角端和望远端的各种像差得以修正。条件式(1)中若第二透镜组20的有效焦距f2过短，会造成广角端和望远端球差与色差较大，难以使用四片透镜进行补正，若第一透镜组10的有效焦距f1过短，则会造成较大的广角端畸变；另外，若第二透镜组20有效焦距f2过长，则系统总长会增加，且第一透镜11的面径尺寸会变大，造成镜头厚度与成本的增加。条件式(2)中若第二透镜组20移动量太大，必须增加镜头厚度，来维持第二透镜组20的移动行程，若第二透镜组20移动量过短，则必须将第二透镜组20的有效焦距f2缩短，则会造成广角端和望远端球差与色差会增大而影响像质。
优选地，广角变焦镜头100还满足以下条件：
(3) 1.2<f3/f2<2.85；
其中，f3第三透镜组30的有效焦距。
条件式(3)有效保证了广角变焦镜头100的对焦成功率。条件式(1)中若第三透镜组30有效焦距f3太长会造成对焦时移动距离过长，增加了对焦时间，若第三透镜组30有效焦距f3太短，则降低了对焦精度。
优选地，广角变焦镜头100还满足以下条件：
(4) 1.02<N2/N1<1.15；
其中，N1为第一透镜11的d光线折射率，N2为第二透镜12的d光线折射率。
条件式(4)使得广角变焦镜头100的场曲有效的降低，并且使得中心与周边的视场画面能同时对焦清晰。
优选地，广角变焦镜头100还满足以下条件：
(5) 2<V1/V2<2.7；
(6) 1.5<V4/V5<3.8；
其中，V1为第一透镜11的阿贝系数，V2为第二透镜12的阿贝系数，V4为第四透镜22的阿贝系数，V5为第五透镜23的阿贝系数。
条件式(5)和(6)使得广角变焦镜头100可以对广角端的横向色差和望远端的轴向色差进行较好的补正。
优选地，广角变焦镜头100还满足以下条件：
(7) 0.7<T2/IH<1.1；
其中，T2为第二透镜组20的总厚度，即第五表面S5至第十二表面S12在光轴上的距离，IH为影像感测面60的对角距离。
条件式(7)保证了第二镜组20的总厚度，有效降低了该广角变焦镜头100的系统总长。
其中，所述第一表面S1、第二表面S2、第五表面S5、第六表面S6、第十一表面S11、第十二表面S12及第十三表面S13均为非球面，并满足非球面之面型公式：
Figure 2011104372940100002DEST_PATH_IMAGE001
其中，z是沿光轴方向在高度为h之位置以表面顶点作参考距光轴之位移值，c是曲率半径，h为镜片高度，K为圆锥定数（Coin Constant），Ai为i次之非球面系数(i-th order Aspherical Coefficient）。
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，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；
Conic：非球面的圆锥系数；
F：广角变焦镜头100的有效焦距；
FNo：广角变焦镜头100的光圈值；
FOV：广角变焦镜头100的视场角。
表1
表面 面型 R(mm) D(mm) Nd Vd Conic
S1 非球面 33.23615 1.1 1.85 40.1 -155.4779
S2 非球面 5.858257 2.996     -3.66469
S3 球面 11.054 1.61 1.92 18.9  
S4 球面 17.765 D4      
40 平面 无穷大 0      
S5 非球面 7.879887 1.533 1.85 40.1 -1.165794
S6 非球面 33.57481 0.15     -62.16694
S7 球面 5.428 1.747 1.5 81.6  
S8/S9 球面 11.759 0.5 1.85 23.8  
S10 球面 4.097 1.291      
S11 非球面 13.49798 1.016 1.55 71.7 11.76189
S12 非球面 -21.00109 0.35     7.540376
40 平面 无穷大 D13      
S13 非球面 8.331137 1.046 1.59 67 0
S14 球面 14.54401 D15     0
S15 平面 无穷大 0.8 1.52 64.2  
S16 平面 无穷大 0.7      
60 平面 无穷大        
表2
状态 F FNo FOV D4 D13 D15
广角状态 4.43 1.85 82.7 21.586 5.178 1.925
中间焦距状态 11.85 3.4 37.3 4.2 12.422 1.918
望远状态 19.38 4.9 22.7 0.3 20.137 1.384
表3
非球面系数 S1 S2 S5 S6
A4 3.4259447e-005 0.0013388716 -3.7050473e-005 -5.4781716e-005
A6 8.1020403e-007 -2.6978714e-005 -2.9912444e-006 -3.3588524e-006
A8 -6.2352271e-008 6.6781619e-007 -3.895784e-007 -1.1463657e-006
A10 1.5589202e-009 -1.451814e-008 -5.5037686e-008 -4.6574324e-008
A12 -1.7699116e-011 2.2366997e-010 -2.5910532e-009 -9.5078298e-010
A14 7.4736094e-014 -3.1811676e-013 1.89106e-010 -2.9803345e-010
A16 -6.0668527e-017 -3.4140808e-014 -1.7254343e-011 1.0850019e-011
非球面系数 S11 S12 S13  
A4 -0.0005581762 9.7424366e-005 -0.00031134224  
A6 -2.0165384e-005 -1.8559437e-005 8.0553982e-005  
A8 1.6104361e-005 1.7242832e-005 -9.8779272e-006  
A10 -3.4456356e-006 -3.1078458e-006 5.9552217e-007  
A12 0 0 -6.097194e-009  
A14 0 0 -8.1241883e-010  
A16 0 0 2.4487334e-011  
本实施方式中，f2/f1=0.828；L2/fT =0.744；f3/f2=2.83；N2/N1=1.038；V1/V2=2.21；V4/V5=3.43；T2/IH =0.8。
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。具体地，图2至图4所示的曲线分别为针对F光线(波长为486nm)，d光线(波长为588nm)，c光线(波长为655nm)而观察到的曲线。图2中的像差控制在(-0.30mm,0.30mm)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。具体地，图5至图7所示的曲线分别为针对F光线(波长为486nm)，d光线(波长为588nm)，c光线(波长为655nm)而观察到的曲线。图5中的像差控制在(-0.30mm,0.30mm)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(0,3%)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镜头100a，第二实施方式中的广角变焦镜头100a与第一实施方式中的广角变焦镜头100的区别在于：所述第一表面S1、第六表面S6、第十一表面S11及第十三表面S13为球面，所述第十四表面S14为非球面。所述广角变焦镜头100a满足表4至表6的条件。
表4
表面 面型 R(mm) D(mm) Nd Vd Conic
S1 球面 -92.56602 1.1 1.77 49.2 0
S2 非球面 6.489363 2.803     -0.4054246
S3 球面 13.35 1.947 2 19.3  
S4 球面 28.134 D4      
40 平面 无穷大 0      
S5 非球面 8.718527 2.001 1.53 55.8 -0.4527443
S6 球面 151.2296 0.15     0
S7 球面 7.501 2.092 1.9 31.3  
S8/S9 球面 16.719 0.5 1.95 18  
S10 球面 5.727 1.801      
S11 球面 22.9114 1.017 1.53 55.8 0
S12 非球面 -289.0291 0.35     0
40 平面 无穷大 D13      
S13 球面 13.74286 1.476 1.61 26.6 0
S14 非球面 -47.32361 D15     0
S15 平面 无穷大 0.8 1.52 64.2  
S16 平面 无穷大 0.7      
60 平面 无穷大        
表5
状态 F FNo FOV D4 D13 D15
广角状态 4.43 1.85 82.7 28.62 6.895 2.748
中间焦距状态 11.85 3.4 36.2 9.322 17.726 2.415
望远状态 19.37 4.9 22.2 5.005 28.042 1.723
表6
非球面系数 S2 S5 S12 S14
A4 -0.00018812206 3.3838022e-005 0.00044422499 0.00040448117
A6 -6.4928506e-006 -1.4398007e-005 3.6452778e-006 -5.210592e-005
A8 3.0675209e-007 2.9750016e-006 9.8725587e-007 4.5693916e-006
A10 -8.615231e-009 -3.3123912e-007 -3.1513374e-008 -1.0144265e-007
A12 6.7778718e-012 2.0728688e-008 0 -1.173982e-008
A14 2.8869676e-012 -6.7791745e-010 0 8.1030444e-010
A16 -3.3347841e-014 9.0152281e-012 0 -1.4821344e-011
本实施方式中，f2/f1=1.05；L2/fT =1.039；f3/f2=1.254；N2/N1=1.13；V1/V2=2.55；V4/V5=1.739；T2/IH=0.97。
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。具体地，图9至图11所示的曲线分别为针对F光线(波长为486nm)，d光线(波长为588nm)，c光线(波长为655nm)而观察到的曲线。图9中的像差控制在(0,0.30mm)范围内。图10中的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在(0,0.20mm)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。具体地，图12至图14所示的曲线分别为针对F光线(波长为486nm)，d光线(波长为588nm)，c光线(波长为655nm)而观察到的曲线。图12中的像差控制在(-0.30mm,0.30mm)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(0,3%)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大光圈和广视角的条件下，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 (9)

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负光焦度的第一透镜组、一个正光焦度的第二透镜组、一个正光焦度的第三透镜组；在该广角变焦镜头变焦过程中，所述第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组均可沿光轴移动；该广角变焦镜头满足条件式：
0.77<|f2/f1|<1.1，
0.7<L2/fT<1.08；
其中，f1为第一透镜组的有效焦距，f2第二透镜组的有效焦距，L2为第二透镜组由广角端至望远端的移动距离，fT为该广角变焦镜头望远端的有效焦距。
2.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述广角变焦镜头从广角端到望远端的变焦过程中，所述第一透镜组与第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组与第三透镜组之间的间隔增加。
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；第二透镜组从物侧到像侧依次包括一具有正光焦度的第三透镜、一具有正光焦度的第四透镜、一具有负光焦度的第五透镜及一具有正光焦度的第六透镜；所述第三透镜组包括一具有正光焦度的第七透镜。
4.如权利要求3所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为非球面透镜，第二透镜为球面透镜；所述第三透镜和第六透镜均为非球面透镜，所述第四透镜和第五透镜相互胶合且均为球面透镜；所述第七透镜为非球面透镜。
5.如权利要求4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﹕
1.2<f3/f2<2.85；
其中，f3第三透镜组的有效焦距。
6.如权利要求4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﹕
1.02<N2/N1<1.15；
其中，N1为第一透镜的d光线折射率，N2为第二透镜的d光线折射率。
7.如权利要求4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﹕
1.5<V4/V5<3.8；
其中，V1为第一透镜的阿贝系数，V2为第二透镜的阿贝系数，V4为第四透镜的阿贝系数，V5为第五透镜的阿贝系数。
8.如权利要求1所述的广角变焦镜头，其特征在于，所述角变焦镜头还包括两个光圈，其中一个光圈设置在第一透镜组和第二透镜组之间，另一个光圈设置在第二透镜组和第三透镜组之间，依次经过第一透镜组、光圈、第二透镜组、光圈及第三透镜组的光线聚焦成像于一影像感测面。
9.如权利要求8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﹕
0.7<T2/IH<1.1；
其中，T2为第二透镜组的总厚度，IH为影像感测面的对角距离。
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