CN105319692A - 变焦镜头系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够令人满意地补偿像差的变焦镜头系统，从物至像依次包括：第一透镜组，具有负屈光力；光阑；和第二透镜组，具有正屈光力，其中，第一透镜组从物至像依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中，第一透镜的阿贝数小于30，第二透镜的阿贝数大于45且小于65，且第三透镜的阿贝数与第四透镜的阿贝数的比率大于3.8且小于4.3。

Description

变焦镜头系统
本申请要求于2014年5月26日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0063116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全部包含于此。
技术领域
与示例性实施例相符的设备涉及一种变焦镜头系统，更具体地说，涉及一种可令人满意地补偿像差的变焦镜头系统。
背景技术
随着光学技术的发展，在利用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)来捕获图像的数字拍摄设备的每单位区域的像素数量在持续增加。即便每单位区域的像素数量增加，但在数字拍摄设备中采用的镜头系统还是需要保持高光学性能以及出于便利性和便携性起见的小尺寸。
为了甚至连对象的微小的细节都清楚地记录下来，镜头系统应令人满意地补偿在图像的周边区域产生的像差。然而，如果要实现高光学性能则难以使镜头系统小型化，而且为了使这样的镜头系统小型化会增加制造成本。因此，难以同时满足高光学性能和低制造成本。
发明内容
然而，现有技术中这样的变焦镜头系统具有为了令人满意地补偿像差，镜头系统的总尺寸增加的问题。
为了提供一种能够令人满意地补偿像差的变焦镜头系统，所述变焦镜头系统可解决包括上述问题的诸多问题，示例性实施例中的变焦镜头系统仅为示例，并不限定本发明构思。
根据示例性实施例的一方面，提供一种变焦镜头系统，从物至像依次包括：第一透镜组，具有负屈光力；光阑；和第二透镜组，具有正屈光力，其中，第一透镜组从物体至像依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中，第一透镜的阿贝数小于30，第二透镜的阿贝数大于45且小于65，且第三透镜的阿贝数与第四透镜的阿贝数的比率大于3.8且小于4.3。
所述变焦镜头系统被配置为通过沿光轴方向移动第二透镜组来执行变焦。
所述变焦镜头系统被配置为通过沿光轴方向移动第一透镜组来执行聚焦。
第一透镜、第二透镜和第三透镜中的每一个可具有负屈光力，第四透镜可具有正屈光力。第三透镜和第四透镜相互胶合。
第二透镜组从物至像依次包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，其中，第五透镜的阿贝数大于63，且第十透镜的阿贝数小于25。此时，第五透镜、第六透镜、第八透镜和第十透镜可具有正屈光力，且第七透镜和第九透镜可具有负屈光力。
另外，第五透镜可包括至少一个非球面。
第五透镜可具有两个非球面。
第十透镜可具有至少一个非球面。
第十透镜可具有两个非球面。
第十透镜可具有弯月形状。
根据示例性实施例的一方面，提供一种图像捕获系统，包括：图像拾取装置，被配置为捕获图像；和如上所述的变焦镜头系统。
另外方面将在下面的描述中部分地阐明，部分地将通过所述描述而明显可知，或者可通过示例性实施例的实施而被了解。
附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例进行的描述，上述和/或其他方面将会变得明显和更加易于理解，附图中：
图1是根据示例性实施例的在广角模式下的变焦镜头系统的示意图；
图2是根据示例性实施例的在摄远模式下的变焦镜头系统的示意图；
图3是图1的在广角模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图；
图4是图2的在摄远模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图；
图5是根据示例性实施例的在广角模式下的变焦镜头系统的示意图；
图6是根据示例性实施例的在摄远模式下的变焦镜头系统的示意图；
图7是图5的在广角模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图；
图8是图6的在摄远模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图。
具体实施方式
现在将对示例性实施例详细地做出说明，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。在这点上，示例性实施例可具有不同的形式且不应被解释为局限于这里的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例性实施例，以解释本描述的各方面。
以下，将参考附图详细描述示例性实施例。通过参考相似的元件来省略重复的描述。
相反，提供示例性实施例从而使本公开将会彻底和完全的，并将把本发明构思的范围充分地传达给本领域的普通技术人员。图中元件的尺寸会被夸大用于方便解释。换句话说，由于图中元件的尺寸和厚度是为了方便解释而任意描述，因此以下示例性实施例并不限于此。
图1和图2是根据示例性实施例的变焦镜头系统的示意图。图1示出在广角模式下的变焦镜头系统，图2示出根据示例性实施例的在摄远模式下的变焦镜头系统。
根据示例性实施例的变焦镜头系统从物O至像I依次包括：第一透镜组10、光阑ST、和第二透镜组20。诸如光学滤光器或面板这样的光学块G可被设置于第二透镜组20和像面IP之间。
如图1和图2所示，这样的根据示例性实施例的变焦镜头系统可被配置为沿光轴方向移动第二透镜组20来执行变焦。第一透镜组10可被配置为沿光轴方向移动，进而被配置为通过补偿由于到物O的距离的改变而造成的像平面的波动来执行聚焦。这里，第一透镜组10具有负屈光力，且第二透镜组20具有正屈光力。
具体地，第一透镜组10从物O至像I包括第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13和第四透镜14，其中，第一透镜11的阿贝数小于30，第二透镜12的阿贝数大于45且小于65，并且第三透镜13的阿贝数与第四透镜14的阿贝数的比率大于3.8且小于4.3。此外，第一透镜11、第二透镜12和第三透镜13中的每一个具有负屈光力，第四透镜14具有正屈光力，第三透镜13和第四透镜14相互胶合。
需要高屈光力来提高第一透镜组10中的具有负屈光力的第一透镜11和第二透镜12的放大率，即，需要高屈光力以提高第一透镜11与第二透镜12的变焦比率。为此，第一透镜11和第二透镜12中的每个需要具有高折射率。据此，即使变焦比率增加，变焦镜头系统的总尺寸也可被小型化。另外，需要将第一透镜组10中的第一透镜11的阿贝数与第二透镜12的阿贝数之间的差设置为较大，从而补偿第一透镜组10的放大率增加时的像差。因此，第一透镜11的阿贝数需要小于30，且第二透镜12的阿贝数需要大于45且小于65，从而补偿第一透镜组10中的第一透镜11和第二透镜12的放大率增加时的像差。
同时，当第一透镜11和第二透镜12的阿贝数满足上述条件时，离开像平面中心达0.5视场或更多的周边部分的像差可被令人满意地补偿，但是在离像平面中心0.5视场以内的中央部分的像差需要通过其他方法来补偿。换句话说，需要控制第三透镜13的阿贝数和第四透镜14的阿贝数，以补偿中央部分的像差。为此，第三透镜13的阿贝数与第四透镜14的阿贝数的比率需要大于3.8且小于4.3。
由于第三透镜13与第四透镜14被胶合在一起而形成胶合透镜，因此胶合透镜的中央部分的像差的补偿可通过增加第三透镜13的折射率与第四透镜14的折射率的差来执行。因此，第三透镜13的阿贝数与第四透镜14的阿贝数的比率需要大于3.8。同时，当第三透镜13的阿贝数与第四透镜14的阿贝数的比率大于4.3时，可以看出像差增大。结果，第三透镜13的阿贝数与第四透镜14的阿贝数的比率需要在3.8到4.3的范围内。
根据上述的示例性实施例的变焦镜头系统可在其总尺寸上被小型化，并令人满意地执行对像差的补偿。
第二透镜组20从物O至像I包括第五透镜21、第六透镜22、第七透镜23、第八透镜24、第九透镜25和第十透镜26。第五透镜21、第六透镜22、第八透镜24和第十透镜26中的每一个具有正屈光力，且第七透镜23和第九透镜25中的每一个具有负屈光力。这里，第五透镜21的阿贝数可大于63，且第十透镜26的阿贝数可小于25。
这样的第二透镜组20的构造也可对总尺寸的小型化做出贡献，同时对变焦镜头系统中的像差令人满意地执行补偿。特别地，第五透镜21可包括至少一个非球面，以令人满意地执行对像差的补偿。弯月形状的第十透镜26可包括至少一个非球面且同时具有正屈光力。因此，第二透镜组20可令人满意地补偿可在周边区域产生的慧形像差。
根据上述的示例性实施例的变焦镜头系统补偿周边部分的像差并同时保持总尺寸的小型化。另外，变焦镜头系统有效地补偿从可见光区域到近红外光区域的色差。因此，当根据示例性实施例的变焦镜头系统应用于在白天通过图像拾取装置利用可见光捕获图像且在夜间通过图像拾取装置利用近红外光捕获图像的图像捕获系统时，则在从白天模式转换为夜间模式或者从夜间模式转换为白天模式时可抑制失焦等现象。因此，无乱白天还是夜间，均可捕获高质量的图像。
当光轴方向是x轴，垂直于光轴方向的方向是y轴时，根据一个或更多个示例性实施例的非球面(ASP)可被定义如下。
x = cy 2 1 + 1 - ( 1 + K ) c 2 y 2 + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10 …公式(1)
这里，x表示沿光轴方向到透镜顶点的距离，y表示在与光轴方向垂直的方向上的距离，K是圆锥曲线常数，A、B、C、D为非球面系数，c是在透镜顶点的曲率半径的倒数(1/R)。
以下表1和表2示出图1和图2中所示的变焦镜头系统的设计数据。在设计数据中，r表示曲率半径(单位：mm)，d表示在透镜中心的厚度(单位：mm)或者两透镜之间的间距(单位：mm)，nd的表示折射率，vd表示阿贝数。
表1
表面编号 r d nd vd
S1 29.188 0.85 2.001 29.13
S2 9.600 4.02
S3 23.241 0.70 1.6516 58.52
S4 11.100 5.68
S5 -20.775 0.70 1.497 81.61
S6 17.131 6.40 1.9229 20.88
S7 192.529 18.64
S8 无穷大 8.94
S9* 10.404 2.11 1.5533 71.68
S10* 19.662 1.47
S11 12.938 4.35 1.497 81.61
S12 -24.308 0.20
S13 13.415 0.65 1.6645 36.01
S14 5.432 5.07 1.437 95.1
S15 -15.906 0.65 1.8052 25.46
S16 24.514 0.20
S17* 15.829 1.36 1.92286 20.88
S18* 92.603 3.80
S19 无穷大 1.30 1.523 58.59
S20 无穷大 2.90
S21 无穷大 0.00
在表1中，S8表示光阑ST的表面，S19和S20表示光学块G的两侧的表面，并且S21表示像面IP的表面。另外，在表1中，*表示非球面。
表2示出图1和图2所示的变焦镜头系统的非球面系数。在表2中，E-m(m:自然数)表示×10-m。
表2
表面编号 K A B C D
S9 -1.2300 5.45E-05 -9.54E-07 -7.67E-08 -5.22E-11
S10 -3.4058 1.40E-04 -6.64E-07 -1.27E-07 8.13E-10
S17 0 4.07E-04 -9.97E-06 7.86E-07 -4.24E-08
S18 0 5.97E-04 -1.75E-05 1.53E-06 -7.27E-08
表3示出图1和图2所示的分别在广角模式和摄远模式下的变焦镜头系统的焦距(f，单位：mm)、f数(Fno)、视场角(FOV，单位°)以及可变范围(单位：mm)。
表3
f Fno FOV D7 D8 D18
广角模式 2.93 1.25 71.81 18.64 8.94 3.8
摄远模式 8.55 2.34 23.28 2.43 0.75 11.99
图3示出图1的广角模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图。图4是图2的摄远模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图。针对波长为大约486.13nm、大约546.07nm、大约587.56nm、大约656.28nm和大约850.00nm的光示出纵向球面像差，针对波长为大约546.07nm的光示出像散和畸变。在像散图中，虚线代表子午像散，且实线代表弧矢像散。
图5和图6是根据另一个示例性实施例的变焦镜头系统的示意图。图5示出在广角模式下的变焦镜头系统，图6示出根据示例性实施例的在摄远模式下的变焦镜头系统。
下面的表4和表5示出图5和图6中所示的变焦镜头系统的设计数据。在设计数据中，r表示曲率半径(单位：mm)，d表示在透镜中心的厚度(单位：mm)或者透镜之间的间距(单位：mm)，nd的表示折射率，vd表示阿贝数。
表4
表面编号 r d nd vd
S1 31.196 0.90 1.9037 31.32
S2 10.508 3.88
S3 20.564 0.70 1.618 63.4
S4 9.844 6.68
S5 -19.112 0.79 1.497 81.61
S6 17.179 5.80 1.9229 20.88
S7 101.122 18.25
S8 无穷大 9.20
S9* 11.929 2.26 1.7725 49.5
S10* 47.706 1.81
S11 19.771 3.41 1.497 81.61
S12 -18.038 0.20
S13 22.522 0.70 1.738 32.26
S14 5.188 5.24 1.437 95.1
S15 -7.800 0.70 1.699 30.05
S16 -66.824 0.20
S17* -70.245 1.37 1.9229 20.88
S18* -16.198 3.80
S19 无穷大 1.00 1.523 58.59
S20 无穷大 3.10
S21 无穷大 0
在表4中，S8表示光阑ST的表面，S19和S20表示光学块G的两侧的表面，并且S21表示像面IP的表面。另外，在表4中，*表示非球面。
表5示出图5和图6所示的变焦镜头系统的非球面系数。在表5中，E-m(m:自然数)表示×10-m。
表5
表面编号 K A B C D
S9 -0.2846 5.43E-05 -1.54E-06 4.60E-08 -1.00E-09
S10 37.1861 1.66E-04 -1.81E-06 4.65E-08 -1.25E-09
S17 10 1.18E-04 -4.47E-07 6.28E-08 7.19E-10
S18 -10 -2.48E-04 -1.33E-07 1.71E-07 -5.22E-09
表6示出图5和图6所示的分别在广角模式和摄远模式下的变焦镜头系统的焦距(f，单位：mm)、f数(Fno)、视场角(FOV，单位°)以及可变范围(单位：mm)。
表6
f Fno FOV D7 D8 D18
广角模式 2.92 1.25 72.46 18.25 9.20 3.80
摄远模式 8.55 2.31 23.43 1.8 0.75 12.25
图7示出图5的广角模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图。图8是图6的摄远模式下的变焦镜头系统的纵向球面像差、像散和畸变的曲线图。针对波长为大约486.13nm、大约546.07nm、大约587.56nm、大约656.28nm和大约850.00nm的光示出纵向球面像差，针对波长为大约546.07nm的光示出像散和畸变。在像散图中，虚线代表子午像散，且实线代表弧矢像散。
如上所述，根据示例性实施例，可实现令人满意地补偿了像差的变焦镜头系统。然而，上述变焦镜头系统不限制本发明构思。
应该理解，这里所描述的示例性实施例应被认为仅为描述性意义，而并不是为了限制。每个实施例中对特征和方面的描述应代表性地被认为是能够用于其他示例性实施例中的相似的特征和方面。
虽然上面已经具体示出并描述了示例性实施例，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的发明构思的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (12)

1.一种变焦镜头系统，从物至像依次包括：
第一透镜组，具有负屈光力；
光阑；和
第二透镜组，具有正屈光力，
其中，第一透镜组从物至像依次包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，
其中，第一透镜的阿贝数小于30，
第二透镜的阿贝数大于45且小于65，且
其中，第三透镜的阿贝数与第四透镜的阿贝数的比率大于3.8且小于4.3。
2.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其中，
所述变焦镜头系统被配置为通过沿光轴方向移动第二透镜组来执行变焦。
3.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其中，
所述变焦镜头系统被配置为通过沿光轴方向移动第一透镜组来执行聚焦。
4.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其中，
第一透镜、第二透镜和第三透镜中的每一个具有负屈光力，第四透镜具有正屈光力，并且第三透镜和第四透镜相互胶合。
5.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其中，
第二透镜组从物至像依次包括第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜、第九透镜和第十透镜，
其中，第五透镜的阿贝数大于63，且第十透镜的阿贝数小于25。
6.如权利要求5所述的变焦镜头系统，其中，
第五透镜、第六透镜、第八透镜和第十透镜中的每一个具有正屈光力，且第七透镜和第九透镜中的每一个具有负屈光力。
7.如权利要求6所述的变焦镜头系统，其中，
第五透镜包括至少一个非球面。
8.如权利要求7所述的变焦镜头系统，其中，
第五透镜包括两个非球面。
9.如权利要求6所述的变焦镜头系统，其中，
第十透镜包括至少一个非球面。
10.如权利要求9所述的变焦镜头系统，其中，
第十透镜包括两个非球面。
11.如权利要求6所述的变焦镜头系统，其中，
第十透镜具有弯月形状。
12.一种图像捕获系统，包括：
图像拾取装置，配置为捕获图像；和
如权利要求1所述的变焦镜头系统。
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