CN102981252A - 变焦镜头和包括该变焦镜头的拍摄设备 - Google Patents

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，变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组从物方起顺序布置，其中，在从广角位置朝着远摄位置变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，且第二透镜组与第三透镜组之间的距离增加，其中，第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜具有负屈光力且是双凹透镜，第二透镜具有正屈光力，第一透镜和第二透镜从物方起顺序布置，其中，第二透镜组包括具有正屈光力的第三透镜，第三透镜在第二透镜组中被布置为最靠近像方，且第三透镜是具有朝着物方的凹面的弯月透镜。

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9月2日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0089255号韩国专利申请的优先权权益，所述韩国专利申请的全部内容通过引用被包含于此。

技术领域

本发明涉及一种具有小尺寸和高变焦放大倍率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

近来，在包括数字相机、数字可携式摄像机等具有成像器件(例如，电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS))的拍摄设备中使用的变焦镜头需要具有小尺寸并具有放大倍率高的光学***。然而，难以在保持小尺寸的同时实现高放大倍率，或者难以在实现高放大倍率的同时具有小尺寸。这样，难以同时实现小尺寸、高光学性能和高放大倍率。

发明内容

本发明提供一种具有小尺寸和高放大倍率的变焦镜头。

本发明还提供一种包括具有小尺寸和高放大倍率的变焦镜头的拍摄设备。

根据实施例，提供一种变焦镜头，变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组从物方起顺序布置，其中，在从广角位置朝着远摄位置变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，且第二透镜组与第三透镜组之间的距离增加，其中，第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜具有负屈光力且是双凹透镜，第二透镜具有正屈光力，第一透镜和第二透镜从物方起顺序布置，其中，第二透镜组包括具有正屈光力的第三透镜，第三透镜在第二透镜组中被布置为最靠近像方，且第三透镜是具有朝着物方的凹面的弯月透镜，其中，变焦镜头满足下面的式子：

60≤3Vd≤100

1.8≤|f1|/fw≤3

-1＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜1

其中，3Vd表示第三透镜组中包括的透镜的阿贝数，f1表示第一透镜组的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头的焦距，Ra表示第一透镜的物方表面的曲率半径，Rb表示第二透镜的像方表面的曲率半径。

变焦镜头可满足下面的式子：

3≤f3/fw≤6

其中，f3表示第三透镜组的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头的焦距。

第一透镜组的第二透镜的折射率可满足下面的式子：

1.9≤1Nd

其中，1Nd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式子：

3≤ft/fw≤8

其中，fw表示在广角位置的变焦镜头的焦距，ft表示在远摄位置的变焦镜头的焦距。

第二透镜组可包括具有朝着物方的凸面的弯月型非球面透镜。

具有朝着物方的凸面的所述弯月型非球面透镜可具有正屈光力。

第二透镜组可包括双合透镜。

所述双合透镜可包括从物方起顺序布置的正透镜和负透镜。

第三透镜组可包括非球面透镜。

第二透镜组可执行手抖动校正。

第二透镜组可包括孔径光阑，该孔径光阑在第二透镜组中被设置为最靠近像方。

第二透镜组可包括孔径光阑，该孔径光阑在第二透镜组中被设置为最靠近物方。根据实施例，提供一种拍摄设备，所述拍摄设备包括变焦镜头和用于将由变焦镜头形成的像转换成电子图像信号的成像器件，其中，变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组从物方起顺序布置，其中，在从广角位置朝着远摄位置变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，且第二透镜组与第三透镜组之间的距离增加，其中，第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜具有负屈光力且是双凹透镜，第二透镜具有正屈光力，第一透镜和第二透镜从物方起顺序布置，其中，第二透镜组包括具有正屈光力的第三透镜，第三透镜在第二透镜组中被布置为最靠近像方，且第三透镜是具有朝着物方的凹面的弯月透镜，其中，拍摄设备满足下面的式子：

60≤3Vd≤100

1.8≤|f1|/fw≤3

-1＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜1

其中，3Vd表示第三透镜组中包括的透镜的阿贝数，f1表示第一透镜组的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头的焦距，Ra表示第一透镜的物方表面的曲率半径，Rb表示第二透镜的像方表面的曲率半径。

附图说明

通过参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特点及优点将会变得更加明显，附图中：

图1示出根据第一实施例的在广角位置、中间位置和远摄位置中的各个位置的变焦镜头；

图2A和图2B示出根据第一实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的像差；

图3示出根据第二实施例的在广角位置、中间位置和远摄位置中的各个位置的变焦镜头；

图4A和图4B示出根据第二实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的像差；

图5示出根据第三实施例的在广角位置、中间位置和远摄位置中的各个位置的变焦镜头；

图6A和图6B示出根据第三实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的像差；

图7示出根据第四实施例的在广角位置、中间位置和远摄位置中的各个位置的变焦镜头；

图8A和图8B示出根据第四实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的像差；

图9是根据本发明的实施例的拍摄设备的示图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述各个实施例。在附图中，相同的标号表示相同的元件，为了清楚起见，可能夸大每个组件的尺寸。

图1示出根据本发明的实施例的在广角位置、中间位置和远摄位置中的各个位置的变焦镜头111。

参照图1，变焦镜头111包括：第一透镜组G1，具有负屈光力；第二透镜组G2，具有正屈光力；第三透镜组G3，具有正屈光力，第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3从物方O起顺序布置。

在变焦镜头111中，在从广角位置朝着远摄位置变焦期间，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的距离可减小，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的距离可增加。

第一透镜组G1可包括：第一透镜1，具有负屈光力；第二透镜2，具有正屈光力，第一透镜1和第二透镜2从物方O起顺序布置。第一透镜1可以是双凹透镜。第二透镜组G2可包括具有朝着物方O的凹面且在第二透镜组G2中被设置为最靠近像方I的弯月透镜。另外，第二透镜组G2可包括具有朝着物方O的凸面的弯月透镜。具有朝着物方O的凸面的弯月透镜可被形成为非球面透镜。

由于第一透镜组G1具有前面提到的构造，所以可以实现具有广视角的广角镜头和亮的镜头。另外，由于第二透镜组G2包括具有朝着物方O的凹面且在第二透镜组G2中被设置为最靠近像方的弯月透镜，所以可以容易地控制由于广视角和孔径放大造成的像差。为了增加第一透镜组G1的负屈光力，有必要增加第一透镜组G1中包括的负透镜的屈光力。因此，第一透镜组G1的具有负屈光力的透镜可被形成为双凹透镜。另外，通过使得被设置为最靠近第二透镜组G2的像方的透镜被形成为具有正屈光力且具有朝着物方的凹面的弯月透镜，可控制轴向像差和离轴像差。

第二透镜组G2可包括：第三透镜3，具有正屈光力；第四透镜4，具有正屈光力；第五透镜5，具有负屈光力；第六透镜6，具有正屈光力。例如，第三透镜3可以是具有朝着物方O的凸面的弯月透镜。第四透镜4和第五透镜5可被形成为双合透镜。第六透镜6可以是具有朝着物方O的凹面的弯月透镜。

第二透镜组G2可包括孔径光阑ST。例如，孔径光阑ST可被设置为最靠近第二透镜组G2的物方O。可选择地，孔径光阑ST可被设置为最靠近第二透镜组G2的像方I。由于第二透镜组G2的靠近孔径光阑ST的透镜被形成为非球面透镜，所以可以容易地校正球面像差。

第三透镜组G3可包括具有正屈光力的第七透镜7。第七透镜7可以是非球面透镜。第三透镜组G3可校正像面且可执行聚焦，由于第七透镜7被形成为非球面透镜，所以可容易地校正由于广角和孔径增大导致的像差。

第七透镜7可满足下面的式1。

60≤3Vd≤100            式1

其中，3Vd表示第三透镜组G3中包括的第七透镜7的阿贝数。由于第三透镜组G3的透镜由阿贝数范围为60到100的低色散材料形成，所以可减小由于色差控制和自动聚焦产生的像差改变。

根据本实施例的变焦镜头111可满足下面的式2。

1.8≤|f1|/fw≤3         式2

其中，f1表示第一透镜组G1的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头111的焦距。如果(|f1|/fw)小于式2的下限值，则屈光力高度增加，且在广角位置的场曲和畸变像差以及在远摄位置的球面像差和彗形像差增加，进而难以校正场曲、畸变像差、球面像差和彗形像差。如果(|f1|/fw)超过式2的上限，则具有返远距(retro focus，反焦，后焦点)类型的屈光力的配置变弱且第一透镜组G1的屈光力变弱，从而难以确保后焦距。

变焦镜头111可满足下面的式3。

-1＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜1 式3

其中，Ra表示第一透镜组G1的第一透镜1的物方O的表面的曲率半径，Rb表示第一透镜组G1的第二透镜2的像方的表面的曲率半径。

通过满足式3，可以实现小尺寸的变焦镜头111。如果(Ra+Rb)/(Ra-Rb)小于式3的下限，则第一透镜1(即，所述负透镜)的屈光力显著增加，从而可能难以获得小尺寸和保持性能控制。如果(Ra+Rb)/(Ra-Rb)超过式3的上限，则第二透镜2(即，所述正透镜)的形状显著改变，从而可能难以制造透镜。

变焦镜头111可满足下面的式4。

3≤f3/fw≤6    式4

其中，f3表示第三透镜组G3的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头111的焦距。

如果f3/fw小于式4的下限，则第三透镜组G3的屈光力显著增加，当针对物距校正像面时，像差的变化增加。如果f3/fw超过式4的上限值，则第三透镜组G3必须沿着光轴移动以校正像面的距离增加，从而可能难以实现小尺寸。

第一透镜组G1的第二透镜2(即，正透镜)的折射率可满足下面的式5。

1.9≤1Nd      式5

其中，1Nd表示第一透镜组G1的第二透镜2的d线折射率。由于第二透镜2由大于等于1.9的高折射率材料形成，所以透镜的屈光力增加，从而可以实现小尺寸。在第二透镜2由折射率小于1.9的材料形成的情况下，透镜的曲率半径急剧改变，以保持屈光力，从而可能难以加工该透镜。

变焦镜头111可满足下面的式6。

3≤ft/fw≤8  式6

其中，fw表示表示在广角位置的变焦镜头111的焦距，ft表示在远摄位置的变焦镜头111的焦距。通过满足式6，可以实现作为广角和高亮镜头的变焦镜头111的优良光学性能。

变焦镜头111可通过移动第二透镜组G2执行手抖校正。对于手抖校正，第二透镜组G2可执行校正操作，从而图像可具有良好的质量，且当透镜移动时可以令人满意地校正球面像差与佩兹伐和。当第二透镜组G2相对于光轴垂直移动时，可以抑制在屏幕的中心出现的偏心彗差，且可以校正球面像差。另外，由于校正了佩兹伐和，所以在第二透镜组G2相对于光轴垂直移动时可以抑制在屏幕周围出现的场曲。

第二透镜组G2包括孔径光阑ST，在变焦期间，孔径光阑ST可以与第二透镜组G2一起移动。通过这种方式，由于孔径光阑ST和第二透镜组G2一起移动，所以可以简化用于变焦的结构，且可以减小镜筒的尺寸。

在本实施例中，下面限定非球面。

根据本实施例的变焦镜头的非球面形状可通过下面的式7来限定，当X轴表示光轴方向时，Y轴表示与光轴方向垂直的方向，光的向前的方向为正方向。这里，x表示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)。

$x=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(K+1)c^2{y}^2}}+{\mathrm{Ay}}^4+{\mathrm{By}}^6+{\mathrm{Cy}}^8+{\mathrm{Dy}}^{10}$ 式7

通过根据下面的各种设计的实施例，变焦镜头111可具有小尺寸和广角。

以下，f表示变焦镜头的焦距，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距离，Nd表示折射率，Vd表示阿贝数。另外，ST表示孔径光阑，D1、D2、D3和D4表示可变长度，*表示非球面透镜。另外，在与实施例相关的各幅附图中，包括在相应透镜组中的透镜具有相同的标号。实施例中的距离(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示出根据本发明的实施例的在广角位置、中间位置和远摄位置中的各个位置的变焦镜头。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，但是在与其它实施例相关的附图中省略了透镜表面的标号。

f：5.05～11.24～17.60(mm)        Fno：1.62～2.73～3.86

2ω：85.86～45.39～29.89(°)

【表1】

下面的表2示出与根据第一实施例的变焦镜头的非球面系数有关的数据。

【表2】

下面的表3示出了与在变焦期间的可变长度有关的数据。

表3

可变长度	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	13.879	3.686	0.703
D2	4.489	12.085	19.816
				D3	2.075	1.972	1.789
D4	0.600	0.600	0.600

图2A和图2B中的每幅图示出根据第一实施例的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差。子午场曲和弧矢场曲被示出为场曲。

<第二实施例>

图3示出根据第二实施例的变焦镜头。下面的表4示出第二实施例的设计数据。

f：5.14～23.02～41.10(mm)    Fno：2.31～5.35～8.94

2ω：84.90～23.08～13.05(°)

表4

下面的表5示出与根据第二实施例的变焦镜头的非球面系数有关的数据。

表5

下面的表6示出与根据第二实施例的变焦镜头在变焦期间的可变长度有关的数据。

表6

可变长度	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	18.751	1.913	0.645
D2	5.826	27.121	50.749
				D3	1.605	5.709	3.244
D4	0.600	0.600	0.600

图4A和图4B中的每幅图示出根据第二实施例的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差。

<第三实施例>

图5示出根据第三实施例的变焦镜头。下面的表7示出第三实施例的设计数据。

f：4.33～10.85～17.36(mm)    Fno：2.05～3.19～4.32

2ω：94.63～46.82～30.29(°)

表7

下面的表8示出与根据第三实施例的变焦镜头的非球面系数有关的数据。

表8

下面的表9示出与根据第三实施例的变焦镜头在变焦期间的可变长度有关的数据。

表9

可变长度	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	16.278	3.822	0.666
D2	4.541	12.637	20.446
				D3	2.122	1.916	1.860

D4

0.600

0.600

0.600

图6A和图6B中的每幅图示出根据第三实施例的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差。

<第四实施例>

图7示出根据第四实施例的变焦镜头。下面的表10示出第四实施例的设计数据。

f：5.69～12.18～19.45(mm)    Fno：2.18～3.45～4.87

2ω：79.08～42.18～27.18(°)

表10

下面的表11示出与根据第四实施例的变焦镜头的非球面系数有关的数据。

表11

下面的表12示出与根据第四实施例的变焦镜头在变焦期间的可变长度有关的数据。

表12

可变长度	广角位置	中间位置	远摄位置
				D1	12.987	3.710	0.673
D2	6.628	14.013	22.277
				D3	2.000	2.000	2.000
D4	0.600	0.600	0.600

图8A和图8B中的每幅图示出根据第四实施例的变焦镜头分别在广角位置和远摄位置的球面像差、场曲和畸变像差。

表13示出满足式1到式6的第一实施例到第四实施例。

表13

式	第一实施例	第二实施例	第三实施例	第四实施例
					式1：60≤3Vd≤100	63.0	95.1	63.9	63.0
式2：1.8≤|f1|/fw≤3	1.991	2.004	2.309	1.801
					式3：-1＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜1	0.689	-0.078	-0.029	0.700
式4：3≤f3/fw≤6	3.891	5.101	4.996	4.937
					式5：1.9≤1Nd	1.949	2.099	2.099	1.946
式6：3≤ft/fw≤8	3.49	8.00	4.01	3.42

根据一个或多个实施例的变焦镜头具有高变焦比、具有小尺寸并实现了高亮镜头。根据一个或多个实施例的变焦镜头可在包括数字静态相机、单透镜反射相机、摄像机、便携式终端等的使用固态成像器件(例如，电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS))的拍摄设备中被使用。

图9是示出根据实施例的包括变焦镜头***111的拍摄设备100的示图。拍摄设备100包括根据一个或多个实施例的变焦镜头111和用于将由变焦镜头***111收集的光转换成电子图像信号的成像器件112。拍摄设备100可包括：记录装置113；取景器114，用于观察目标物体图像，其中，与由成像器件112光电转换的目标物体图像对应的信息被记录到记录装置113。另外，拍摄设备100可包括用于显示目标物体图像的显示单元115。在图9的实施例中，取景器114和显示单元115分开地布置，但是可在没有取景器114的情况下仅设置显示单元115。图9中示出的拍摄设备100是示例，因而所述一个或多个实施例可应用于除了相机之外的各种光学设备中。如上所述，通过将变焦镜头111应用到诸如数字相机的拍摄设备中，可以提供具有小尺寸、低成本和高变焦比的光学装置。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了本发明，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修改。

Claims (15)

1.一种变焦镜头，所述镜头包括：

第一透镜组，具有负屈光力；

第二透镜组，具有正屈光力；

第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组从物方起顺序布置，

其中，在从广角位置朝着远摄位置变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，且第二透镜组与第三透镜组之间的距离增加，

第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜具有负屈光力且是双凹透镜，第二透镜具有正屈光力，第一透镜和第二透镜从物方起顺序布置，

第二透镜组包括具有正屈光力的第三透镜，第三透镜在第二透镜组中被布置为最靠近像方，且第三透镜是具有朝着物方的凹面的弯月透镜，

变焦镜头满足下面的式子：

60≤3Vd≤100

1.8≤|f1|/fw≤3

-1＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜1

其中，3Vd表示第三透镜组中包括的透镜的阿贝数，f1表示第一透镜组的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头的焦距，Ra表示第一透镜的物方表面的曲率半径，Rb表示第二透镜的像方表面的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，变焦镜头满足下面的式子：

3≤f3/fw≤6

其中，f3表示第三透镜组的焦距。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，第一透镜组的第二透镜的折射率满足下面的式子：

1.9≤1Nd

其中，1Nd表示第一透镜组的第二透镜的折射率。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中，变焦镜头满足下面的式子：

3≤ft/fw≤8

其中，ft表示在远摄位置的变焦镜头的焦距。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括具有朝着物方的凸面的弯月型非球面透镜。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其中，具有朝着物方的凸面的所述弯月型非球面透镜具有正屈光力。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括双合透镜。

8.根据权利要求7所述的变焦镜头，其中，所述双合透镜包括从物方起顺序布置的正透镜和负透镜。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，第三透镜组包括非球面透镜。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组执行手抖校正。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括孔径光阑，该孔径光阑在第二透镜组中被设置为最靠近像方。

12.根据权利要求11所述的变焦镜头，其中，孔径光阑在变焦期间与第二透镜组一起移动。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中，第二透镜组包括孔径光阑，该孔径光阑在第二透镜组中被设置为最靠近物方。

14.一种拍摄设备，包括：

变焦镜头；

成像器件，用于将由变焦镜头形成的像转换成电子图像信号，

其中，变焦镜头包括：第一透镜组，具有负屈光力；第二透镜组，具有正屈光力；第三透镜组，具有正屈光力，第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组从物方起顺序布置，其中，在从广角位置朝着远摄位置变焦期间，第一透镜组和第二透镜组之间的距离减小，且第二透镜组与第三透镜组之间的距离增加，其中，第一透镜组包括第一透镜和第二透镜，第一透镜具有负屈光力且是双凹透镜，第二透镜具有正屈光力，第一透镜和第二透镜从物方起顺序布置，其中，第二透镜组包括具有正屈光力的第三透镜，第三透镜在第二透镜组中被布置为最靠近像方，且第三透镜是具有朝着物方的凹面的弯月透镜，其中，拍摄设备满足下面的式子：

60≤3Vd≤100

1.8≤|f1|/fw≤3

-1＜(Ra+Rb)/(Ra-Rb)＜1

其中，3Vd表示第三透镜组中包括的透镜的阿贝数，f1表示第一透镜组的焦距，fw表示在广角位置的变焦镜头的焦距，Ra表示第一透镜的物方表面的曲率半径，Rb表示第二透镜的像方表面的曲率半径。

15.根据权利要求14所述的拍摄设备，其中，所述拍摄设备满足下面的式子：

3≤f3/fw≤6

其中，f3表示第三透镜组的焦距。

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