CN205003349U - 变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种变焦镜头，该变焦镜头包括第一透镜单元，配置于所述物侧与所述像侧之间，且具有正屈光力；第二透镜单元，配置于所述第一透镜单元与所述像侧之间，且具有负屈光力；第三透镜单元，配置于所述第二透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；以及第四透镜单元，配置于所述第三透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力。本实用新型在拍摄图像时具有较宽的视场角和具有高的变焦比；其拍摄图像时成像性能良好；其结构紧凑，光学***保持在合理的尺寸，重量轻；更加节能环保。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种变焦镜头，特指一种具有宽的视角和高的变焦比的变焦镜头。
背景技术
随着科技的发展、人们生活水平的提高，人们对图像摄像装置的要求越来越严格，希望图像摄像装置能变得更小、更轻、拍摄性能更好。这就要求摄像装置除了要有较高的变焦比，拍摄图像时还要有较高的成像质量。此外，变焦镜头需要具有宽的视角和在广角端的焦距较短，使得即使图像的拍摄距离短,同样可以拍摄到较宽的图像范围。
在一般情况下，为了减少变焦镜头的尺寸，同时实现高的变焦比。采用具有较高折射率材料的光学元件，使得构成变焦镜头中的每个透镜单元对光的折射能力增加进而使透镜的数量减少。然而，如果每一个透镜表面屈光力的增加，将会使各种像差变得难以矫正。在不拍摄图像时，折叠透镜各个单元使得透镜单元之间变得紧凑，这样的结构易使得透镜单元和透镜产生组装误差，如果透镜单元和透镜的光学灵敏度较高，则变焦镜头的光学性能就下降得较为明显。
发明内容
本实用新型鉴于以上问题，目的在于提供一种具有宽的视角和高变焦比，并且在整个变焦范围内通过适当地设定的透镜单元的屈光力和每个透镜单元在变焦过程中的移动量，使其具有良好的光学性能。
一种变焦镜头，适于将物侧的物体成像于像侧的一成像面上，所述变焦镜头包括：
第一透镜单元，配置于所述物侧与所述像侧之间，且具有正屈光力；
第二透镜单元，配置于所述第一透镜单元与所述像侧之间，且具有负屈光力；
第三透镜单元，配置于所述第二透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；
以及第四透镜单元，配置于所述第三透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；
第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元均作为移动透镜单元，所述变焦镜头符合以下条件：
1.8＜(|Mm|+|Mt|)/fw＜4.0，
0.65＜f3/f4＜1.0，
fm＝(fw*ft)1/2，
Mm为第四透镜单元的移动量，Mt为第四透镜单元从广角端向远望端变焦时的移动量，fw为变焦镜头在广角端时的焦距，fm为变焦透镜在中间变焦位置时的焦距为，ft为变焦镜头在远望端时的焦距，f3为第三透镜单元的焦距，f4为第四透镜单元的焦距。
所述变焦镜头还包括以孔径光阑，所述孔径光阑设于第二透镜单元和第三透镜单元之间，所述孔径光阑为独立移动或固定。
所述第一透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一胶合透镜和一第三透镜，所述胶合透镜由所述物侧向所述像侧包括一第一透镜和一第二透镜，且第一透镜、第二透镜和第三透镜依次为负、正、正；
所述第二透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜和一第七透镜，且第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜依次为负、负、负、正；
所述第三透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第八透镜、一第九透镜和一胶合透镜，所述胶合透镜由所述物侧向所述像侧包括一第十透镜和一第十一透镜，且所述第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜依次为正、正、负、正；
所述第四透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第十二透镜和一第十三透镜，且所述第十二透镜和第十三透镜依次为负、正。
所述第一透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，所述第二透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第三透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第四透镜为凹面朝向所述像侧的凹透镜，第五透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，第六透镜为凹面朝向所述物侧的凹凸透镜，第七透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第八透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第九透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，第十透镜为凹面朝向所述像侧的凹透镜，第十一透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第十二透镜为一双凸透镜，第十三透镜为凹面朝向所述物侧的凹透镜。
所述变焦镜头还包括光学滤光器、面板、晶体低通滤波器和红外截止滤波器种的任意一种，所述光学滤光器、面板、晶体低通滤波器和红外截止滤波器种的任意一种配置于所述第四透镜单元和所述像侧之间。
本实用新型具有以下有益效果：
(1)在拍摄图像时具有较宽的视场角和具有高的变焦比。
(2)其拍摄图像时成像性能良好。
(3)其结构紧凑，光学***保持在合理的尺寸，重量轻。
(4)更加节能环保。
附图说明
图1为本实用新型变焦镜头在广角端的结构示意图；
图2为本实用新型变焦镜头空间频率为lP/mm，短焦状态光学***的MTF曲线图；
图3为本实用新型变焦镜头空间频率为lP/mm，中焦状态光学***的MTF曲线图；
图4为本实用新型变焦镜头空间频率为lP/mm，长焦状态光学***的MTF曲线图；
图5为本实用新型变焦镜头短焦状态的畸变曲线图；
图6为本实用新型变焦镜头中焦状态的畸变曲线图；
图7为本实用新型变焦镜头长焦状态的畸变曲线图。
其中：1-第一透镜、2-第二透镜、3-第三透镜、4-第四透镜、5-第五透镜、6-第六透镜、7-第七透镜、8-第八透镜、9-第九透镜、10-第十透镜、11-第十一透镜、12-第十二透镜、13-第十三透镜
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型做进一步的详细说明。
如图1，一种变焦镜头，适于将物侧的物体成像于像侧的一成像面上，所述镜头包括：
第一透镜单元，配置于所述物侧与所述像侧之间，且具有正屈光力；
第二透镜单元，配置于所述第一透镜单元与所述像侧之间，且具有负屈光力；
第三透镜单元，配置于所述第二透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；
以及第四透镜单元，配置于所述第三透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；
第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元均作为移动透镜单元，所述变焦镜头符合以下条件：
1.8＜(|Mm|+|Mt|)/fw＜4.0，
0.65＜f3/f4＜1.0，
fm＝(fw*ft)1/2，
Mm为第四透镜单元的移动量，Mt为第四透镜单元从广角端向远望端变焦时的移动量，fw为变焦镜头在广角端时的焦距，fm为变焦透镜在中间变焦位置时的焦距为，ft为变焦镜头在远望端时的焦距，f3为第三透镜单元的焦距，f4为第四透镜单元的焦距。
在图1中，左侧是物侧(前侧)，而右侧是像侧(后侧)。i表示透镜单元从物侧到象侧的顺序号Li表示第i个透镜单元。
L1表示具有正屈光力(光焦度＝焦距的倒数)的第一透镜单元、L2表示具有负屈光力的第二透镜单元、L3表示具有正屈光力的第三透镜单元，L4表示具有正屈光力的第四透镜单元。
SP表示设置在第二透镜单元L2和第三透镜单元L3之间的孔径光阑，孔径光阑为独立移动或固定。
G表示对应的光学滤光器、面板、晶体低通滤波器和红外截止滤波器等的光学元块。
IP表示像面。当变焦镜头用作图像拍摄、视频摄像机或数字静态照相机的光学***时，图像平面对应于一个固态图像拾取元件(光电转换元件)，图像拾取面诸如CCD传感器或CMOS传感器。当变焦镜头用作图像拍摄卤化银胶片照相机的光学***时，图像平面则对应于胶片平面的感光面。
对每个透镜单元的透镜结构进行说明：
由于第一透镜单元L1的有效透镜直径较大，为了使整个***小型化、轻量化，需要通过减少透镜的数量来实现。这里采用一个胶合透镜和一个正透镜组成第一透镜单元L1，第一透镜单元L1由所述物侧向所述像侧包括一胶合透镜和一第三透镜，所述胶合透镜由所述物侧向所述像侧包括一第一透镜和一第二透镜，且第一透镜、第二透镜和第三透镜依次为负、正、正，所述第一透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，所述第二透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第三透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜。由此，使得变焦镜头在实现更高倍率时所产生的色像差和球面像差进一步减小。
在本实用新型实施案例中第二透镜单元L2由四个独立的透镜组成，第二透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜和一第七透镜，且第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜依次为负、负、负、正；第四透镜为凹面朝向所述像侧的凹透镜，第五透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，第六透镜为凹面朝向所述物侧的凹凸透镜，第七透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜。由此，在变焦时像差的变化被减小了，并且在广角端时的畸变和在远望端时的球面像差都得到适当校正。
在本实用新型实施例中，第三透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第八透镜、一第九透镜和一胶合透镜，所述胶合透镜由所述物侧向所述像侧包括一第十透镜和一第十一透镜，且所述第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜依次为正、正、负、正；第八透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第九透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，第十透镜为凹面朝向所述像侧的凹透镜，第十一透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜。由此，在变焦中产生的色差变化得到了限制，且由偏心产生的畸变也得到了限制。第三透镜单元L3中具有一个非球面。由此，在变焦时所引起的像差变化被适当地校正。
在本实用新型实施例中，第四透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第十二透镜和一第十三透镜，且所述第十二透镜和第十三透镜依次为负、正；第十二透镜为一双凸透镜，第十三透镜为凹面朝向所述物侧的凹透镜。由此，在聚焦期间变化的色差得到了限制，而且还降低了整个变焦***的重量。在广角端实现了大的图像摄取角、实现了变焦镜头的高变焦比。
在本实用新型实施例中，从广角端向远摄端变焦时，每个透镜单元均可以被移动，更具体地，在实施例中从广角端变焦至远望端时，所述第一透镜单元L1沿轨迹虚线向物侧方向移动，并且与在广角端时的位置相比较更靠近物体。此外，第二透镜单元L2向像侧方向移动，所述第三透镜单元L3向物侧方向移动，第四透镜单元L4沿轨迹虚线向物侧方向移动。
在变焦时第一透镜单元L1和第三透镜单元L3的移动，使得第一透镜单元L1和第三透镜单元L3在远望端时相对在广角端时它们被定位更靠近物体，这使得在获得高变焦比的情况下同时使得透镜的整体长度保持较小。
特别是，在本实用新型实施例中在变焦时第三透镜单元L3向物侧方向移动，从而使得第三透镜单元L3和第四透镜单元L4共同控制变焦镜头的变焦比。此外，通过移动具有正屈光力的第一透镜单元L1在变焦范围内向物侧方向移动，进而使得第二透镜单元L2具有对大倍率变化的影响，所以第一透镜单元L1和第二透镜单元L2的折射能力不必非常大就可获得较高的变焦比。
本实用新型采用后聚焦方法，通过将第四单元透镜L4沿着光学轴线移动实现聚焦。本实用新型通过移动第四透镜单元L4的聚焦方法可以实现快速聚焦，让自动焦点检测操作等变得更加容易。
在本实用新型实施例中，通过移动的部分或整个第三透镜单元L3使得具有在一个方向上的分量在垂直于光轴，从而使得当拍摄图像时，由于光学***发生震动而使图像变得模糊的状况被矫正。通过此方法，无需提供额外的透镜单元用于图像稳定，从而使整个光学***的尺寸进一步缩小。用于校正图像模糊的透镜单元不限于第三透镜单元L3。然而，由于实施例中，孔径光阑SP被设置在靠近所述第三透镜单元L3，第三透镜单元L3的外径L3较小，因此从驱动的重量的观点来看，第三透镜单元L3优选使用，而不是其他透镜单元。
在本实用新型实施例中，当变焦时，孔径光阑SP独立于透镜单元移动。由此，在宽角视图的区域中，光瞳入口位置尽可能位于靠近拍摄对象，使得前透镜的可选的直径更小。
但是，根据优先设计孔径光阑SP可以连同第三透镜单元L3或孔径光阑SP移动可以相对固定于所述像面IP。如果孔径光阑SP与第三透镜单元L3一起移动，透镜被划分成透镜单位一起移动，并且使得可移动的透镜单元数量的减少，从而趋向于简化机械结构。如果孔径光阑SP是固定的，在变焦时它是不需要移动的。因此，在变焦时制动器的制动重量减少从而节省了电力。
在本实用新型实施例中，整个***在广角端的焦距为fw，在远望端的焦距为ft，整个***在中间变焦位置时的焦距为fm＝(fw*ft)1/2。从广角端向中间端变焦时，第四透镜单元L4的移动量是Mm，所述第四透镜单元L4从广角端变焦至远望端时的移动量是Mt。第三透镜单元L3和第四透镜单元L4的焦距分别是f3和f4。
在这种情况下，满足以下的条件：
1.8＜(|Mm|+|Mt|)/fw＜4.0(1)
0.65＜f3/f4＜1.0(2)
在实施例中，通过满足条件表达式(1)和(2)，使得具有宽的视角和高变焦比的变焦镜头得以实现。当变焦镜头形成为具有宽的视角和高变焦比时，有一个问题是中间区域(中间变焦区域)的慧差是变化的。这个问题可以通过增加透镜的数量使得透镜单元具有较高的曲光力或通过使用非球面表面来解决。
然而，增加的透镜的数量会增加了整个***的尺寸，另外，非球面难以成立。
条件式(1)涉及第四透镜单元L4从广角变焦端至远望端变焦时的移动量和整个***在广角端的焦距fw之间的比率。
为了校正在中间区域外边缘的慧差，从广角端变焦到中间端时第三透镜单元L3在变焦期间向物侧方向移动，第四透镜单元L4也可以向着物侧移动。
此外，减少第四透镜单元L4入射光的入射高度变化，对从广角端到中间端对中间区域的轴色眩光和慧差的限制起到重要作用。
如果(|Mm|+|Mt|)/fw低于条件式(1)的下限，那么将导致通过将第四透镜单元L4朝向物侧的移动量不充分，从而产生离轴相差变化。如果(|Mm|+|Mt|)/fw超过条件式(1)上限时，第四透镜单元L4的移动量变得太大。因此，在折叠透镜单元的过程中，需保证(|Mm|+|Mt|)/fw满足条件式(1)的取值范围，使得整个***变得紧凑。
条件式(2)表示的第三透镜单元L3的焦距和第四透镜单元L4的焦距L4之间的比率，并用于在变焦期间适当地设定改变第三透镜单元L3和第四透镜单元L4放大率的负担。
条件式(2)提供了一种理想的状态，不仅第二透镜单元L2承担着的放大率的变化，而且第三透镜单元L3和第四透镜单元L4还共同控制变焦比。如果f3/f4的低于下限且第三透镜单元L3的折光力变得过大，从第三透镜单元L3相对于所述第四透镜单元L4在变焦期间发射的离轴光束入射角的变化相当大。
因此，向外慧差趋向于发生在在中间焦距区域(中间区域)。相反，如果f3/f4超过该上限值和第四透镜单元L4的折光力变得过大，为了限制慧差在聚焦期间的变化，有必要增加构成的第四透镜单元L4的透镜数目。其结果是，在聚焦时驱动透镜重量的增加或者整个透镜单元的尺寸增大，这是不可取的。
这也就是要将条件表达式的数值范围(1)和(2)进行限定的原因，根据这些表达式，变焦镜头容易实现宽的视角和高变焦比，并限制在中间区域像差的变化。
所述变焦镜头的各个光学元件满足表1、表2及表3的条件。下列表1中分别有有物端到像端依序编号的光学面号码、R为各透镜的光学表面的曲率半径、D为对应表面到后一个表面的轴上距离、Nd为对应对透镜组对光的折射率、Vd为光在对应透镜组的阿贝数，B、C、D和E代表非球面系数，f为所述变焦镜头的有效焦距、Fnumber为所述变焦镜头的光圈数、2w为所述变焦镜头的视场角。
表1
| 表面 | 透镜表面 | R(mm) | D(mm) | Nd | Vd |
| S1 | 球面 | 62.7127 | 1.5 | 1.8061 | 33.3 |
| S2 | 球面 | 29.9095 | 7 | 1.4970 | 81.5 |
| S3 | 球面 | 187.3046 | 1 | ||
| S4 | 球面 | 30.973 | 5.3182 | 1.6968 | 55.5 |
| S5 | 球面 | 136.9449 | 4.4 | ||
| S6 | 球面 | 12.1246 | 3.0048 | 1.8830 | 40.8 |
| S7 | 球面 | 11.5169 | 2.3 | ||
| S8 | 球面 | 25.5738 | 1.2 | 1.8348 | 42.7 |
| S9 | 球面 | 7.8872 | 3.8 | ||
| S10 | 球面 | -44.9305 | 1.3 | 1.8340 | 37.2 |
| S11 | 球面 | 21.4149 | 0.7 | ||
| S12 | 球面 | 14.9474 | 2 | 1.9228 | 18.9 |
| S13 | 球面 | 42.5129 | 27.3873 | ||
| S14 | 光阑 | 无限 | 1 | ||
| S15 | 非球面 | 10.1597 | 0.9 | 1.6935 | 53.2 |
| S16 | 球面 | 12.7962 | 0.1 | ||
| S17 | 球面 | 7.009 | 3.1107 | 1.6580 | 50.9 |
| S18 | 球面 | 6.0843 | 1.5 | ||
| S19 | 球面 | 14.5258 | 0.4 | 2.0006 | 25.5 |
| S20 | 球面 | 6.3194 | 1.1554 | 1.7200 | 50.2 |
| S21 | 球面 | 109.4328 | 4.074 | ||
| S22 | 球面 | 13.8099 | 3 | 1.7725 | 49.6 |
| S23 | 球面 | -19.5787 | 0.6 | 1.6989 | 30.1 |
| S24 | 球面 | -420.792 | 5.4066 |
| S25 | 球面 | 无限 | 0.8 | 1.5163 | 64.1 |
| S26 | 球面 | 无限 | 0.8789 | ||
| 成像面 | 平面 | 无限 | 3.3643 |
表二
表三
| f | D5 | D13 | D14 | D21 | D24 | |
| 广角端 | 10 | 4.4 | 27.39 | 1 | 4.07 | 5.41 |
| 中间端 | 22.6 | 17.61 | 12.62 | 6 | 6.45 | 5.39 |
| 远望端 | 90 | 23.52 | 0.11 | 1 | 37.59 | 1.86 |
表四
| f | F number | 2w(度) | |
| 广角端 | 10 | 2.7 | 37.6 |
| 中间端 | 22.6 | 3.5 | 17.1 |
| 远望端 | 90 | 5.6 | 4.3 |
从图2-7可见，该变焦镜头在短焦、中焦、长焦情况下，空间频率为lP/mm时的MTF曲线值和畸变曲线图可以看出，全视场畸变适中具有较好的成像质量，能够满足用户图像拍摄要求。
Claims (6)
1.一种变焦镜头，适于将物侧的物体成像于像侧的一成像面上，其特征在于，所述变焦镜头包括：
第一透镜单元，配置于所述物侧与所述像侧之间，且具有正屈光力；
第二透镜单元，配置于所述第一透镜单元与所述像侧之间，且具有负屈光力；
第三透镜单元，配置于所述第二透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；
以及第四透镜单元，配置于所述第三透镜单元与所述像侧之间，且具有正屈光力；
第一透镜单元、第二透镜单元、第三透镜单元和第四透镜单元均作为移动透镜单元，所述变焦镜头符合以下条件：
1.8＜(|Mm|+|Mt|)/fw＜4.0，
0.65＜f3/f4＜1.0，
fm＝(fw*ft)1/2，
Mm为第四透镜单元的移动量，Mt为第四透镜单元从广角端向远望端变焦时的移动量，fw为变焦镜头在广角端时的焦距，fm为变焦透镜在中间变焦位置时的焦距，ft为变焦镜头在远望端时的焦距，f3为第三透镜单元的焦距，f4为第四透镜单元的焦距。
2.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括以孔径光阑，所述孔径光阑设于第二透镜单元和第三透镜单元之间。
3.根据权利要求2所述的一种变焦镜头，其特征在于，所述孔径光阑为独立移动或固定。
4.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于，
所述第一透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一胶合透镜和一第三透镜，所述胶合透镜由所述物侧向所述像侧包括一第一透镜和一第二透镜，且第一透镜、第二透镜和第三透镜依次为负、正、正；
所述第二透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜和一第七透镜，且第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜依次为负、负、负、正；
所述第三透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第八透镜、一第九透镜和一胶合透镜，所述胶合透镜由所述物侧向所述像侧包括一第十透镜和一第十一透镜，且所述第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜依次为正、正、负、正；
所述第四透镜单元由所述物侧向所述像侧包括一第十二透镜和一第十三透镜，且所述第十二透镜和第十三透镜依次为负、正。
5.根据权利要求4所述的一种变焦镜头，其特征在于，所述第一透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，所述第二透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第三透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第四透镜为凹面朝向所述像侧的凹透镜，第五透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，第六透镜为凹面朝向所述物侧的凹凸透镜，第七透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第八透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第九透镜为凹面朝向所述像侧的凹凸透镜，第十透镜为凹面朝向所述像侧的凹透镜，第十一透镜为凸面朝向所述物侧的凸透镜，第十二透镜为一双凸透镜，第十三透镜为凹面朝向所述物侧的凹透镜。
6.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头还包括光学滤光器、面板、晶体低通滤波器和红外截止滤波器种的任意一种，所述光学滤光器、面板、晶体低通滤波器和红外截止滤波器种的任意一种配置于所述第四透镜单元和所述像侧之间。
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2015
- 2015-09-30 CN CN201520769766.6U patent/CN205003349U/zh not_active Expired - Fee Related
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