CN102023373B - 变焦镜头***和包括所述变焦镜头***的成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变焦镜头***和包括所述变焦镜头***的成像设备，所述变焦镜头***包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，其中，第一透镜组至第三透镜组从物方起顺序布置。当变焦镜头***从广角位置变焦到摄远位置时，第一透镜组和第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间距增加。第一透镜组包括三个透镜。成像设备包括该变焦镜头***。

Description

变焦镜头***和包括所述变焦镜头***的成像设备
本申请要求于2009年9月9日递交到韩国知识产权局的第10-2009-0085074号韩国专利申请的优先权，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
实施例涉及一种小尺寸且便宜的高倍率变焦镜头***以及一种包括所述变焦镜头***的成像设备。
背景技术
最近，具有固态成像器件(例如，电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS))的数字相机或摄影机正变得流行起来。特别地，由于对百万像素相机模块的需求，正在投放提供高质量图像的超过5百万像素的价格低廉的相机。使用CCD或CMOS的成像光学设备(例如数字相机或蜂窝电话的相机)正发展得更小、更轻且成本更低。
广泛地使用相机的收缩镜筒来减小尺寸，所述收缩镜筒在捕获图像时伸展到预定位置且在不捕获图像时折叠到相机中。在具有收缩镜筒的相机中，为了改善可携带性，需要在镜筒收缩以减小相机的厚度时最小化透镜之间的间距。结果，期望减少透镜的数量来减小尺寸。然而，当透镜的数量减少时，难以对应于更大量的像素来确保优良的光学性能。
因此，广泛地使用包括三个透镜组的变焦镜头来满足上述需求。具有能够为2×放大倍率或更大的放大倍率的可变放大倍率(并包括用于捕获图像的小成像镜头***)的变焦镜头***的示例可以是包括具有负屈光力的第一透镜组、整体上具有正屈光力的第二透镜组、具有正屈光力的第三透镜组的变焦镜头***，其中，第一透镜组到第三透镜组从物方起顺序布置，通过调节透镜组的各个透镜之间的间距来改变放大倍率。然而，难以在能够实现高放大倍率的指数时，同时实现尺寸的减小和成本的降低。
发明内容
实施例包括一种小尺寸且便宜的高倍率变焦镜头***。
实施例还包括一种具有小尺寸且便宜的高倍率变焦镜头***的成像设备。
根据实施例，一种变焦镜头***包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，其中，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组自物方起被顺序布置。当变焦镜头***从广角位置变焦到摄远位置时，第一透镜组与第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组与第三透镜组之间的间距增加。第一透镜组包括自物方起顺序布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜。变焦镜头***满足下面的表达式：
0.25≤(fw×N2)/ft≤0.34，
其中，fw表示变焦镜头***在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头***在摄远位置的焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
变焦镜头***可满足下面的表达式：
4.6≤ft/fw≤5.4，且
1.4≤N2≤1.6。
变焦镜头***可满足下面的表达式：
F2≤-100，
其中，F2表示第一透镜组的第二透镜的屈光力。
第一透镜组的第一透镜可以是球面透镜。
第一透镜组的第二透镜可以是非球面透镜。
第一透镜可具有弯月形状，第一透镜可朝物方凸出并可具有负屈光力。第二透镜可具有弯月形状，第二透镜可朝物方凸出并可具有负屈光力。第三透镜可具有弯月形状，第三透镜可朝物方凸出并可具有正屈光力。
布置在从第二透镜组的物方起的第一位的透镜可以是非球面透镜。
第二透镜组可包括双合透镜。
光阑可设置在第二透镜组的像方上。
第三透镜组可包括仅仅一个透镜。
第三透镜组的一个透镜可具有弯月形状并朝第三透镜组的像方凸出。
第三透镜组可包括具有小于或等于1.55的折射率的非球面透镜。
第三透镜组可根据像平面的运动执行聚焦。
根据另一实施例，一种成像设备包括：变焦镜头***，所述变焦镜头***包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组；成像器件，接收穿过变焦镜头***引导的光。第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组自物方起被顺序布置。当从广角位置变焦到摄远位置时，第一透镜组和第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间距增加。第一透镜组包括自物方起顺序布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜。变焦镜头满足下面的表达式：
0.25≤(fw×N2)/ft≤0.34，
其中，fw表示变焦镜头***在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头***在摄远位置的焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
附图说明
通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，附图中：
图1是示出根据第一实施例的变焦镜头***的示图；
图2A和2B是示出根据图1的第一实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图；
图3是示出根据第二实施例的变焦镜头***的示图；
图4A和图4B是示出根据图3的第二实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图；
图5是示出根据第三实施例的变焦镜头***的示图；
图6A和图6B是示出根据图5的第三实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图；
图7是示出根据第四实施例的变焦镜头***的示图；
图8A和图8B是示出根据图7的第四实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图；
图9是示出根据实施例的包括变焦镜头***的成像设备的示图。
具体实施方式
根据实施例的变焦镜头***包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，其中，第一透镜组到第三透镜组从物方起顺序布置。当从广角位置变焦到摄远位置时，第一透镜组和第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间距增加。在根据实施例的变焦镜头***中，第一透镜组到第三透镜组中的所有透镜组在变焦操作期间可移动。第三透镜组可根据像场的运动执行聚焦。
图1是示出根据第一实施例的变焦镜头***的示图。变焦镜头***包括具有负屈光力的第一透镜组G1、具有正屈光力的第二透镜组G2以及具有正屈光力的第三透镜组G3。第一透镜组G1可包括三个透镜。例如，第一透镜组G1可包括：第一透镜1，具有弯月形状，第一透镜1朝物方O凸出并具有负屈光力；第二透镜2，具有弯月形状，第二透镜2朝物方O凸出并具有负屈光力；第三透镜3，具有弯月形状，第三透镜3朝物方O凸出并具有正屈光力，其中，第一透镜到第三透镜从物方O起顺序布置。第一透镜组G1可包括两个球面透镜和一个非球面透镜。例如，第一透镜1可为球面透镜，第二透镜2可为非球面透镜，第三透镜3可为球面透镜。第二透镜2可为具有低折射率非球面透镜并且可由塑料形成。
当第一透镜1是球面透镜时，可容易地校正像差。然而，由于第一透镜组G1在第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组中具有最大的外径，所以使用非球面透镜作为第一透镜1增加了制造成本。此外，由于在减小非球面透镜的厚度方面存在限制，所以难以设计纤薄的镜头***。如果使用球面透镜作为具有最大外径的第一透镜1，则制造成本可因此减少，如果使用便宜的塑料非球面透镜作为第二透镜2，则可容易地校正像差。
根据实施例的变焦镜头***可满足如下所述的表达式1。
【表达式1】
0.25≤(fw×N2)/ft≤0.34
这里，fw表示变焦镜头***在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头***在摄远位置的焦距，N2表示自物方起的第一透镜组中的第二透镜的折射率。所述折射率可以是第二透镜在d线的波长(587.56nm)处的折射率。当表达式1的结果值超过上限时，第一透镜组中的非球面透镜的屈光力增加。结果，变得难以使用便宜的非球面透镜(例如，塑料非球面透镜)或者整个镜头***的放大倍率变得难以等于或大于4.5×。如果表达式1的结果值小于下限，则虽然变焦镜头***可具有高放大倍率，但在摄远位置处镜头***的色差增加，并因此变得难以提高变焦镜头***的性能。
例如，根据实施例的变焦镜头***可被配置成满足下面所述的表达式2和表达式3。
【表达式2】
4.6≤ft/fw≤5.4
【表达式3】
1.4≤N2≤1.6
第一透镜组G1的非球面透镜可由塑料形成，从而该非球面透镜可具有低折射率，因此可减小制造成本。同时，可通过使用软件来校正畸变。
第一透镜组G1可满足下面描述的表达式4。
【表达式4】
F2≤-100
这里，F2表示自第一透镜组的物方起布置在第二位的第二透镜2的屈光力。当第二透镜2满足上述的表达式4时，如果使用便宜的塑料透镜作为第二透镜2，则可以最小化会发生在塑料透镜中的由于温度的变化导致的焦距变化。
第二透镜组G2可包括三个透镜。例如，第二透镜组G2可包括具有正屈光力的第四透镜4、具有正屈光力的第五透镜5以及具有负屈光力的第六透镜6。第四透镜4可以是减小球面像差的非球面透镜。例如，第四透镜4可以是凸球面透镜。第五透镜5和第六透镜6可形成在变焦操作期间减小横向色差的双合透镜。光阑ST可设置在第二透镜组G2的像方I上。在变焦操作期间，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间距增加，因此存在足够的空间来在第二透镜组G2的像方I上设置光阑ST。此外，由于在第一透镜组和第二透镜组之间没有光阑，所以可以最小化第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间距，因此可减小变焦镜头***的尺寸。
第三透镜组G3可包括一个或多个透镜。例如，第三透镜组G3可包括一个透镜7。透镜7可具有弯月形状并朝像方I凸出。例如，透镜7可以是具有小于或等于1.55的折射率的塑料非球面透镜。当使用具有小于或等于1.55的折射率的塑料非球面透镜时，可以以减小的成本制造变焦镜头***而不增加光入射的角度。可选择地，透镜7可以是具有等于或大于1.7的折射率的球面透镜。当使用折射率等于或大于1.7的高折射球面透镜时，可容易地校正像差。第一滤波器8和第二滤波器9可设置在第三透镜组G3的像方I上。
如下所述地限定在这里的对实施例的描述中使用的术语“非球面”。
根据实施例的变焦镜头的非球面形状可如下面所述的表达式5中所示地限定，其中，光学轴被称为x轴，垂直于该光学轴的轴被称为y轴。这里，x表示从透镜的顶点沿着光学轴的距离，y表示沿垂直于光学轴方向的方向的距离，K表示圆锥曲线常数，A、B、C和D表示非球面系数，c表示在透镜的顶点处的曲率半径的倒数(1/R)。
【表达式5】
x = cy 2 1 + 1 - ( K + 1 ) c 2 y 2 + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10
如将在下面所描述的，实现了各种设计的变焦镜头***。
以下，f表示变焦镜头***的合成焦距，Fno表示F数，2ω表示视角，R表示曲率半径，Dn表示透镜的中心厚度或透镜之间的间距。Nd表示折射率，Vd表示阿贝数，S1-S18代表沿着光轴按从物方至像方的顺序的透镜表面。另外，ST表示光阑，D1、D2和D3表示可变距离，ASP表示非球面表面。此外，通过利用与示出第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例中的各个实施例的附图中的相同的标号来表示组成透镜组G1、G2和G3中的各个透镜组的透镜。具有与示出不同的实施例的附图中的标号的相同的标号的元件可相互区分且不类似。例如，虽然针对示出第二实施例和第三实施例的附图中的元件使用相同的标号，但是第三实施例的第三透镜组G3的透镜7具有与第四实施例的第三透镜组G3中的透镜7的示意性数据不同的示意性数据。
<第一实施例>
图1示出根据第一实施例的变焦镜头***的的广角位置、中间位置和摄远位置的构造。下面表1中给出根据第一实施例的变焦镜头***的示意性数据。
【表1】
f(mm)：4.83～10.79～22.95   Fno：3.61～5.74～6.07
2ω：77.45°～39.51°～19.16°
表2示出根据第一实施例的与在变焦镜头***的变焦操作期间变化的距离有关的数据。
【表2】
  广角位置   中间位置   摄远位置
  D1(mm)   15.7601   5.4097   0.8
  D2(mm)   3.9873   10.6603   23.0339
  D3(mm)   2.9398   2.4962   2.1026
图2A和图2B是示出根据图1的第一实施例的分别在广角位置和摄远位置的变焦镜头***的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图。关于c线、d线和f线的球面像差被示出，其中，c线的波长是656.3nm、d线的波长是587.6nm、f线的波长是486.1nm。对于像散场弯曲，示出了子午场曲线T和弧矢场曲线S。在畸变像差的示图中，垂直轴指示图像的最大高度HT。
<第二实施例>
图3是示出根据第二实施例的变焦镜头***的示图。下面在表3中给出了根据第二实施例的变焦镜头***。
【表3】
f(mm)：5.00～11.05～23.30   Fno：3.55～5.65～5.95
2ω：75.55°～38.64°～18.88°
表4示出根据第二实施例的与在变焦镜头***的变焦操作期间变化的距离有关的数据。
【表4】
  广角位置   中间位置   摄远位置
  D1(mm)   16.1196   5.5447   0.8
  D2(mm)   3.9873   10.6603   23.0339
  D3(mm)   2.9398   2.4962   2.1026
图4A和图4B是示出根据图3的第二实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图。
<第三实施例>
图5是示出根据第三实施例的变焦镜头***的示图。下面在表5中给出根据第三实施例的变焦镜头***的示意性数据。
【表5】
f(mm)：4.88～12.02～26.33  Fno：3.48～5.78～6.32
2ω：76.94°～35.74°～16.74°
表6示出根据第三实施例的与在变焦镜头***的变焦操作期间变化的距离有关的数据。
【表6】
  广角位置   中间位置   摄远位置
  D1(mm)   19.0141   5.8264   0.8
  D2(mm)   3.9873   10.6603   23.0339
  D3(mm)   2.9398   2.4962   2.1026
图6A和图6B是示出根据图5的第三实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图。
<第四实施例>
图7是示出根据第四实施例的变焦镜头***的示图。下面在表7中给出根据第四实施例的变焦镜头***的示意性数据。
【表7】
f(mm)：5.00～11.65～25.00  Fno：3.58～5.75～6.08
2ω：75.55°～36.80°～17.62°
表8示出根据第四实施例的与在变焦镜头***的变焦操作期间变化的距离有关的数据。
【表8】
  广角位置   中间位置   摄远位置
  D1(mm)   18.4079   5.9360   0.8
  D2(mm)   3.9873   10.6603   23.0339
  D3(mm)   2.9398   2.4962   2.1026
图8A和图8B是示出根据第四实施例的变焦镜头***分别在广角位置和摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图。
下面的表9示出根据第一实施例到第四实施例的变焦镜头***满足表达式1到表达式4。
【表9】
  第一实施例   第二实施例   第三实施例   第四实施例
 表达式1   0.322   0.313   0.27   0.319
 表达式2   4.752   4.66   5.396   5
 表达式3   1.5312   1.4583   1.4883   1.59876
 表达式4   -423.9   -134   -134   -169
根据各个实施例的变焦镜头***包括三个透镜组G1、G2和G3，其中的第一透镜组G1包括廉价的透镜。因此，根据各个实施例的变焦镜头***可以小且便宜，并表现出高放大倍率指数。
图9是示出根据实施例的包括变焦镜头***100的成像设备110的示图。成像设备110包括根据上面的对实施例的描述的变焦镜头***100和接收穿过变焦镜头***100的光的成像器件112。成像设备可包括：记录介质，可存储与由成像器件112进行光电转换的对象的图像对应的数据；取景器114，用于观察对象。此外，成像设备110可包括其上可显示对象的图像的显示单元115。成像设备110还可选地包括前部显示单元113，在所述前部显示单元113上可显示对象的图像。虽然取景器114和显示单元115在图9中示出为分开的组件，但是可在没有取景器114的情况下设置显示单元115。图9中示出的成像设备仅仅是一个示例，且本发明不限于此，本发明可应用到各种光学设备的任意一种。
包括这样的变焦镜头***的成像设备由于小尺寸而便于携带，但是能够捕获高放大倍率的图像。
这里引用的包括出版物、专利申请和专利的所有参考文件通过引用在一定程度上包含于此，如同每份参考文件被独立并具体地注明为通过引用全部包含于此并在此全部进行阐述。
描述本发明的上下文中(特别是在权利要求的上下文中)使用的单数术语和类似表述应被理解成覆盖单数形式和复数形式。此外，除非这里另外指出，否则对这里的值的范围的叙述仅仅意图用作单独地引用落入该范围的各个离散值的简略的方法，各个离散值被合并到说明书中就如同它在这里被单独引用一样。除非另外要求保护，否则对任意和所有的示例或者这里提供的示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅仅意图更好地说明本发明，而非提出对本发明的范围的限制。除非元件被特别地描述为“必不可少的”或“关键的”，否则没有项目或组件对本发明的实施是必不可少的。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了根据本发明的变焦镜头***和包括所述变焦镜头***的成像设备，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明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 (14)

1.一种变焦镜头***，所述变焦镜头***包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组；
第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组自物方起被顺序布置；
当所述变焦镜头***从广角位置变焦到摄远位置时，第一透镜组与第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组与第三透镜组之间的间距增加；
第一透镜组包括自物方起顺序布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜为塑料非球面透镜；
第二透镜组包括具有正屈光力的第四透镜、具有正屈光力的第五透镜以及具有负屈光力的第六透镜；
所述变焦镜头***满足下面的表达式：
0.25≤(fw×N2)/ft≤0.34，
其中，fw表示变焦镜头***在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头***在摄远位置的焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头***，所述变焦镜头***满足下面的表达式：
4.6≤ft/fw≤5.4,且
1.4≤N2≤1.6。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头***，所述变焦镜头***满足下面的表达式：
F2≤-100，
其中，F2表示第一透镜组的第二透镜的屈光力。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，第一透镜组的第一透镜是球面透镜。
5.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中：
具有负屈光力的第一透镜具有弯月形状，并朝物方凸出；
具有负屈光力的第二透镜具有弯月形状，并朝物方凸出；
具有正屈光力的第三透镜具有弯月形状，并朝物方凸出。
6.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，布置在从第二透镜组的物方起的第一位的透镜是非球面透镜。
7.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，第二透镜组包括双合透镜。
8.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，光阑设置在第二透镜组的像方上。
9.根据权利要求1到3中的任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，第三透镜组包括仅仅一个透镜(7)。
10.根据权利要求9所述的变焦镜头***，其中，第三透镜组中的所述透镜具有弯月形状并朝第三透镜组的像方凸出。
11.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，第三透镜组包括具有小于或等于1.55的折射率的非球面透镜。
12.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头***，其中，第三透镜组根据像平面的运动执行聚焦。
13.一种成像设备，包括：变焦镜头***，包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组；成像器件，接收穿过变焦镜头***的光；
第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组自物方起被顺序布置；
当从广角位置变焦到摄远位置时，第一透镜组与第二透镜组之间的间距减小，第二透镜组与第三透镜组之间的间距增加；
第一透镜组包括自物方起顺序布置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第二透镜为塑料非球面透镜；
第二透镜组包括具有正屈光力的第四透镜、具有正屈光力的第五透镜以及具有负屈光力的第六透镜；
变焦镜头***满足下面的表达式：
0.25≤(fw×N2)/ft≤0.34
其中，fw表示变焦镜头***在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头***在摄远位置的焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
14.根据权利要求13的成像设备，所述成像设备满足下面的表达式：
4.6≤ft/fw≤5.4，且
1.4≤N2≤1.6。
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