CN102455493B

CN102455493B - 变焦镜头

Info

Publication number: CN102455493B
Application number: CN201010521617.XA
Authority: CN
Inventors: 彭芳英; 黄海若; 王圣安; 柳晓娜
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: US20120105973A1; CN102455493A; JP2012093759A; US8531776B2

Abstract

一种变焦镜头，从物侧至像侧依次包括：一第一透镜组、一第二透镜组、一第三透镜组。第一透镜组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、及一具有负光焦度的第五透镜。第四透镜与第五透镜相胶合。第三透镜组包括至少一具有正光焦度的第六透镜。该变焦镜头满足以下条件式：(1)0.35＜f2/f3＜0.7；(2)1.8＜|f45/Fw|＜3；(3)0.5＜|f1|/Ft＜0.9；(4)0.7＜f3/Ft＜1.2，其中，f1为第一透镜组的有效焦距；f2为第二透镜组的有效焦距；f3为第三透镜组的有效焦距；f45为第四与第五胶合透镜的有效焦距；Fw为变焦镜头在广角端的有效焦距；Ft为变焦镜头在摄远端的有效焦距。满足上述条件的变焦镜头，成像品质好且利于小型化。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种光学技术，尤其涉及一种变焦镜头。

背景技术

随着科技的不断发展，电子产品不断地朝向轻薄短小以及多功能的方向发展，而电子产品中，如数码相机、计算机等已具备取像装置之外，甚至移动电话或个人数字辅助器(PDA)等装置也有加上取像装置的需求；而为了携带方便及符合人性化的需求，取像装置不仅需要具有良好的成像品质，同时也需要较小与较低的成本，同时能有效提升该取像装置的应用性。

而由于传统的球面研磨玻璃透镜的材质选择性较多，且对于修正色差较为有利，已广为业界所使用，但球面研磨玻璃透镜应用在数值孔径(FNumber)较小以及视角(Wide-angle)较大的情况时，球差等像差的修正较困难。而为了改善上述传统的球面研磨玻璃透镜的缺点，目前的取像装置已有使用非球面塑料透镜或使用非球面模造玻璃片，以获得较佳的成像品质，但是上述的光学取像装置的结构，镜头长度过大，使取像装置无法具有较小体积或较低成本，不易满足电子产品轻薄短小的要求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种成像品质好且利于小型化的变焦镜头。

一种变焦镜头，从物侧至像侧依次包括：一第一透镜组、一第二透镜组、一第三透镜组。所述第一透镜组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。所述第二透镜组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、及一具有负光焦度的第五透镜。所述第四透镜与第五透镜相胶合。所述第三透镜组包括至少一具有正光焦度的第六透镜。该变焦镜头满足以下条件式：(1)0.35＜f2/f3＜0.7；(2)1.8＜|f45/Fw|＜3；(3)0.5＜|f1|/Ft＜0.9；(4)0.7＜f3/Ft＜1.2，其中，f1为第一透镜组的有效焦距；f2为第二透镜组的有效焦距；f3为第三透镜组的有效焦距；f45为第四与第五胶合透镜的有效焦距；Fw为所述变焦镜头在广角端的有效焦距；Ft为所述变焦镜头在摄远端的有效焦距。满足上述条件的变焦镜头，成像品质好且利于小型化。

附图说明

图1为本发明第一实施方式变焦镜头的结构示意图；

图2为图1的变焦镜头在广角端的非球面像差图；

图3为图1的变焦镜头在广角端的场曲图；

图4为图1的变焦镜头在广角端的畸变图；

图5为图1的变焦镜头在摄远端的非球面像差图；

图6为图1的变焦镜头在摄远端的场曲图；

图7为图1的变焦镜头在摄远端的畸变图；

图8为本发明第二实施方式的变焦镜头的结构示意图；

图9为图8的变焦镜头在广角端的非球面像差图；

图10为图8的变焦镜头在广角端的场曲图；

图11为图8的变焦镜头在广角端的畸变图；

图12为图8的变焦镜头在摄远端的非球面像差图；

图13为图8的变焦镜头在摄远端的场曲图；

图14为图8的变焦镜头在摄远端的畸变图。

主要元件符号说明

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

第三透镜组 30

第六透镜 31

光阑 40

滤光片 50

保护玻璃 60

成像面 70

第一表面至第十五表面 S1～S15

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施方式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变焦镜头100。该变焦镜头100从物侧至像侧(近成像面)依次包括：一具有负光焦度且可沿该变焦镜头100的光轴移动的第一透镜组10、一具有正光焦度且可沿该变焦镜头100的光轴移动的第二透镜组20、一具有正光焦度且可沿该变焦镜头100的光轴移动的第三透镜组30、一滤光片50、一保护玻璃60及一成像面70。

所述第一透镜组10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从物侧至像侧包括靠近物侧的第一表面S 1以及靠近像侧的第二表面S2。所述第二透镜12从物侧至像侧包括靠近物侧的第三表面S3以及靠近像侧的第四表面S4。所述第一透镜11与第二透镜12之间间隔设置，以使所述第一透镜11与第二透镜12之间可以设置一遮光片来吸收杂散光，以减少鬼影的产生。所述第一透镜11由玻璃材料制成，所述第二透镜12由塑胶制成。

所述第二透镜组20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、及一具有负光焦度的第五透镜23。所述第三透镜21从物侧至像侧包括靠近物侧的第五表面S5以及靠近像侧的第六表面S6。所述第四透镜22与第五透镜23相胶合。所述第四透镜22从物侧至像侧包括靠近物侧的第七表面S7以及靠近像侧的第八表面S8。所述第五透镜23从物侧至像侧包括所述第八表面S8以及靠近像侧的第九表面S9。

所述第三透镜组30，包括至少一具有正光焦度的第六透镜31。所述第六透镜31从物侧至像侧包括靠近物侧的第十表面S10以及靠近像侧的第十一表面S11。

所述变焦镜头100还包括一设置于第二透镜组20与第三透镜组30之间的光阑40(Aperture stop)，以保证变焦镜头100的整体结构相对于光阑40对称，有效地降低慧差(coma)的影响；同时限制经过第二透镜组20的光线进入第三透镜组30的光通量，并让经过第二透镜组20后的光锥更加对称，使变焦镜头100的彗差得以修正。所述光阑40可与所述第二透镜组20一起沿该变焦镜头100的光轴移动。

所述滤光片50从物侧至像侧包括靠近物侧的第十二表面S 12以及靠近像侧的第十三表面S13。

所述保护玻璃60从物侧至像侧包括靠近物侧的第十四表面S 14以及靠近像侧的第十五表面S15。

本实施方式的变焦镜头100可应用于照相机或摄像机。所述变焦镜头100满足以下条件式：

(1)0.35＜f2/f3＜0.7；(2)1.8＜|f45/Fw|＜3；(3)0.5＜|f1|/Ft＜0.9；(4)0.7＜f3/Ft＜1.2。

其中，f1为第一透镜组10的有效焦距；f2为第二透镜组20的有效焦距；f3为第三透镜组30的有效焦距；f45为第四与第五胶合透镜的有效焦距；Fw为所述变焦镜头100在广角端的有效焦距；Ft为所述变焦镜头100在摄远端的有效焦距。

满足条件式(1)可有效限制第二透镜组20的焦距长度。当f2/f3大于0.35时，可缩短变焦行程，并使该变焦镜头100的总长度得以缩短，实现系统小型化；并且当f2/f3小于0.7，其色差易于补偿，得到良好的成像质量。优选地，所述f2/f3的比值为0.46或0.6。

满足条件式(2)可使该变焦镜头100在广角端及摄远端的横向色差可得到较佳的补偿。优选地，所述|f45/Fw|的比值为2.67或2.2。

满足条件式(3)可使该变焦镜头100在广角端的摄像角度达到广角且使第一透镜组10的外径不会过大，实现系统薄型化。优选地，所述|f1|/Ft的比值为0.65或0.75。

满足条件式(4)可使变焦镜头100满足广视角的要求，并控制变焦镜头100全长。优选地，所述f3/Ft的比值为1.01或0.845。

优选地，变焦镜头100还满足以下条件：

(5)3.3＜(N1+N2)＜3.56；(6)16＜(V1-V2)＜28。

其中，N1为第一透镜11的折射率；N2为第二透镜12的折射率；V1为第一透镜11的阿贝数；V2为第二透镜12的阿贝数。当其满足条件式(5)时，可适度的修正像面弯曲及像差。优选地，所述(N1+N2)的值为3.41或3.43。满足条件式(6)可使该变焦镜头100在广角端及摄远端的横向色差可得到较佳的补偿。优选地，所述(V1-V2)的值为19.9或23.4。

优选地，变焦镜头100还满足以下条件：

(7)3.4＜(N4+N5)；(8)3＜(V4-V5)＜13。

其中，N4为第四透镜22的折射率；N5为第五透镜23的折射率；V4为第四透镜22的阿贝数；V5为第五透镜23的阿贝数。当其满足条件式(7)时，可适度的修正像面弯曲及像差。优选地，所述(N4+N5)的值为3.47或3.5。满足条件式(8)可使该变焦镜头100在广角端及摄远端的横向色差可得到较佳的补偿。优选地，所述(V4-V5)的值为7.4或4.9。

优选地，变焦镜头100还满足以下条件：

(9)0.6＜M2/Ft＜0.7；(10)0.008＜L12t/Ft＜0.036。

其中，M2为变焦镜头100从广角端到摄远端时的第二透镜组20沿光轴的最大移动量；L12t为变焦镜头100处于摄远端时，第一透镜组10的第二透镜12的像侧面与第二透镜组20的第三透镜21的物侧面之间的距离(也即，第四表面S4与第五表面S5)。满足条件式(9)可维持变焦行程较短，仍使其可维持高变倍比。优选地，所述M2/Ft的比值为0.66或0.639。满足条件式(10)可使变焦镜头100满足广视角的要求，并控制变焦镜头100全长。优选地，所述L12t/Ft的比值为0.013或0.031。

以透镜表面中心为原点，光轴为x轴，透镜表面的非球面面型表达式为：

x = \frac{{ch}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (k + 1) c^{2} h^{2}}} + Σ A_{i} h^{i}

其中，c为镜面表面中心的曲率，为从光轴到透镜表面的高度，k是二次曲面系数，A_i为第i阶的非球面面型系数。通过将表1至表4(请参阅下文)的数据代入上述表达式，可获知透镜表面的非球面形状。

本实施方式中，变焦镜头100的各光学元件满足表1、表2及表3的条件，其中i表示从物侧开始的第i个透镜表面；ri表示从物侧开始的第i个透镜表面的曲率半径；Di表示从物侧开始的第i个透镜表面至第i+1个透镜表面间的轴向距离；ni表示从物侧开始的第i个透镜表面的折射率；vi表示从物侧开始的第i个透镜表面的阿贝数；ki表示从物侧开始的第i个透镜表面的二次曲率。

表1

表2

表3

	f(mm)	F number	FOV(2w)度	D4	D10	D12
							广角端	4.21	3.1	77	10.77	3	2.06
中间焦距	8.91	4.8	38	3.41	7.69	1.61
							摄远端	15.96	5.9	22	0.2	13.73	1.83

表3示出了表1中每个可变间距D4、D10、D12分别在广角端(f＝4.21mm)、中间焦距(f＝8.91mm)、和摄远端(f＝15.96mm)的值。f为变焦镜头100的有效焦距。F number为变焦镜头100的光圈数；FOV(2w)为变焦镜头100的摄像角度。

在广角端所述变焦镜头100的像差、场曲、畸变及色差分别如图2及图4所示。图2中分别针对F线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，C线(波长值656nm)而观察到的像差值曲线，产生的像差值控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图3中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.5mm，0.5mm)范围内。而图4中可见，曲线dis为畸变特性曲线(下同)，畸变量被控制在(-20％，20％)范围内，可利用影像方式补正。

在摄远端所述变焦镜头100的像差、场曲、畸变及色差分别如图5至图7所示。图5中分别针对F线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，C线(波长值656nm)而观察到的球差值，产生的像差值控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图6中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.5mm，0.5mm)范围内。而图7中可见，曲线dis为畸变特性曲线(下同)，畸变量被控制在(-5％，5％)范围内。综上由此可见，变焦镜头100广角端及摄远端其像差、场曲、畸变都能被控制(修正)在较小的范围内。

所述变焦镜头100可缩短变焦行程，并使其光学总长得以缩小，实现系统小型化，且其色差易于补偿，得到良好的成像质量。

第二实施方式

请参阅图8，第二实施方式中的变焦镜头100a与第一实施方式的变焦镜头100结构基本相同，其区别在于：第二实施方式的变焦镜头100a的各光学元件满足表4、表5及表6的条件。

表4

表5

表6

	f(mm)	F number	FOV(2w)度	D4	D10	D12
							广角端	4.2	3.1	77	12.437	2.904	2.161
中间焦距	8.9	4.76	38	3.866	7.628	1.819
							摄远端	15.96	5.9	22	0.487	14.153	1.111

表6示出了表4中每个可变间距D4、D10、D12分别在广角端(f＝4.2mm)、中间焦距(f＝8.9mm)、和摄远端(f＝15.96mm)的值。f为变焦镜头100a的有效焦距。F number为变焦镜头100的光圈数；FOV(2w)为变焦镜头100的摄像角度。

在广角端所述变焦镜头100a的像差、场曲、畸变及色差分别如图9至图11所示。图9中分别针对F线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，C线(波长值656nm)而观察到的像差值曲线，产生的像差值控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图10中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.5mm，0.5mm)范围内。而图11中可见，曲线dis为畸变特性曲线(下同)，畸变量被控制在(-20％，20％)范围内，可利用影像方式补正。

在摄远端所述变焦镜头100的像差、场曲、畸变及色差分别如图12至图14所示。图12中分别针对F线(波长值486纳米(nm))，d线(波长值587nm)，C线(波长值656nm)而观察到的球差值，产生的像差值控制在(-0.2mm，0.2mm)范围内。图13中，曲线T及S分别为子午场曲(tangential field curvature)特性曲线及弧矢场曲(sagittal field curvature)特性曲线(下同)。可见，子午场曲值和弧矢场曲值被控制在(-0.5mm，0.5mm)范围内。而图14中可见，曲线dis为畸变特性曲线(下同)，畸变量被控制在(-20％，20％)范围内。综上由此可见，变焦镜头100a广角端、中间焦距及摄远端其像差、场曲、畸变都能被控制(修正)在较小的范围内。

所述变焦镜头100a可缩短变焦行程，并使其光学总长得以缩小，实现系统小型化，且其色差易于补偿，得到良好的成像质量。

虽然本发明已以较佳实施方式披露如上，但是，其并非用以限定本发明，另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化等。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之内。

Claims

1.一种变焦镜头，从物侧至像侧依次包括：一具有负光焦度的第一透镜组、一具有正光焦度的第二透镜组、一具有正光焦度的第三透镜组及一成像面，所述第一透镜组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，所述第二透镜组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、及一具有负光焦度的第五透镜，所述第四透镜与第五透镜胶合，所述第三透镜组包括至少一具有正光焦度的第六透镜，该变焦镜头满足以下条件式：

(1)0.35<f2/f3<0.7；(2)1.8<|f45/Fw|<3；(3)0.5<|f1|/Ft<0.9；(4)0.7<f3/Ft<1.2；

其中，f1为第一透镜组的有效焦距；f2为第二透镜组的有效焦距；f3为第三透镜组的有效焦距；f45为第四与第五胶合透镜的有效焦距；Fw为所述变焦镜头在广角端的有效焦距；Ft为所述变焦镜头在摄远端的有效焦距；

所述变焦镜头还满足以下条件：(5)3.3<(N1+N2)<3.56；(6)16<(V1-V2)<28；

其中，N1为第一透镜的折射率；N2为第二透镜的折射率；V1为第一透镜的阿贝数；V2为第二透镜的阿贝数。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦透镜系统满足下列条件：

(7)3.4<(N4+N5)；(8)3<(V4-V5)<13；

其中，N4为第四透镜的折射率；N5为第五透镜的折射率；V4为第四透镜的阿贝数；V5为第五透镜的阿贝数。

3.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦透镜系统满足下列条件：

(9)0.6<M2/Ft<0.7；(10)0.008<L12t/Ft<0.036；

其中，M2为变焦镜头从广角端到摄远端时的第二透镜组沿光轴的最大移动量；L12t为变焦镜头处于摄远端时，第一透镜组的第二透镜的像侧面与第二透镜组的第三透镜的物侧面之间的距离。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组与第三透镜组之间还设置有一光阑，所述光阑与所述第二透镜组一起沿该变焦镜头的光轴移动。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜组与成像面之间还设置有一滤光片及一保护玻璃。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜由玻璃材料制成，所述第二透镜由塑胶制成。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜组可沿该变焦镜头的光轴移动。

8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第二透镜组可沿该变焦镜头的光轴移动。

9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，所述第三透镜组可沿该变焦镜头的光轴移动。