專(zhuān)利名稱(chēng)：變焦鏡頭及具有該變焦鏡頭的圖像捕捉設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小巧的具有高放大倍率的變焦鏡頭以及采用該變焦鏡頭的圖像 捕捉設(shè)備。
背景技術(shù)：
近來(lái)，具有固體成像器件(例如，電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體(CMOS))的數(shù)字相機(jī)或視頻相機(jī)變得流行。尤其是，由于對(duì)百萬(wàn)像素相機(jī)模塊的 需求，發(fā)布了便宜的用于提供高質(zhì)量圖像的具有超過(guò)五百萬(wàn)像素的相機(jī)。使用CCD或 CMOS的成像光學(xué)設(shè)備(例如，數(shù)字相機(jī)或移動(dòng)電話(huà)相機(jī))正發(fā)展得更小、更輕并且成本 更低。此外，對(duì)捕捉對(duì)象的寬范圍圖像的需求增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有短的總長(zhǎng)度和高的放大倍率的變焦鏡頭。本發(fā)明還提供一種采用具有短的總長(zhǎng)度和高的放大倍率的變焦鏡頭的圖像捕捉 設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種變焦鏡頭，所述變焦鏡頭包括第一透鏡組， 具有正折射力；第二透鏡組，具有負(fù)折射力；第三透鏡組，具有正折射力；第四透鏡 組，具有正折射力，其中，第一至第四透鏡組從物側(cè)到像側(cè)被順序地布置，第三透鏡組 包括從物側(cè)順序地布置的第一正透鏡、包括第二正透鏡和第一負(fù)透鏡的雙合透鏡和第三 正透鏡，當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)，第一至第四透鏡組是可移動(dòng) 的，并且滿(mǎn)足下面的等式-0.6 < f2/(ft/i\v) <-0.2，其中，β表示第二透鏡組的焦距，fw表示在廣角位
置所述變焦鏡頭的焦距，ft表示在遠(yuǎn)攝位置所述變焦鏡頭的焦距。所述變焦鏡頭可滿(mǎn)足下面的表達(dá)式0.7 < T1/T3 < 1.2，其中，Tl表示當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置 時(shí)第一透鏡組沿光軸移動(dòng)的距離，T3表示當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí) 第三透鏡組沿光軸移動(dòng)的距離。所述變焦鏡頭可滿(mǎn)足下面的表達(dá)式2 < G/fwXtan(mo) < 3，其中，ιηω表示在廣角位置的半視角。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種圖像捕捉設(shè)備，所述圖像捕捉設(shè)備包括變 焦鏡頭；成像器件，接收通過(guò)變焦鏡頭引導(dǎo)的光，其中，變焦鏡頭包括第一透鏡組， 具有正折射力；第二透鏡組，具有負(fù)折射力；第三透鏡組，具有正折射力；第四透鏡 組，具有正折射力；第一至第四透鏡組從物側(cè)被順序地布置，第三透鏡組包括從物側(cè)順序地布置的第一正透鏡、包括第二正透鏡和第一負(fù)透鏡的雙合透鏡和第三正透鏡，當(dāng)所 述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)，第一至第四透鏡組是可移動(dòng)的，并且滿(mǎn)足下 面的表達(dá)式-0.6 < f2/(ft/i\v) <-0.2，其中，β表示第二透鏡組的焦距，fw表示在廣角位
置所述變焦鏡頭的焦距，ft表示在遠(yuǎn)攝位置所述變焦鏡頭的焦距。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和 其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦鏡頭的示圖；圖2A、圖2B和圖2C是分別在廣角位置、中間位置和遠(yuǎn)攝位置根據(jù)本發(fā)明的第 一實(shí)施例的變焦鏡頭的像差(aberration)的曲線(xiàn)圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的變焦鏡頭的示圖；圖4A、圖4B和圖4C是分別在廣角位置、中間位置和遠(yuǎn)攝位置根據(jù)本發(fā)明的第 二實(shí)施例的變焦鏡頭的像差的曲線(xiàn)圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的變焦鏡頭的示圖；圖6A、圖6B和圖6C是分別在廣角位置、中間位置和遠(yuǎn)攝位置根據(jù)本發(fā)明的第 三實(shí)施例的變焦鏡頭的像差的曲線(xiàn)圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括變焦鏡頭的圖像捕捉設(shè)備的示圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭11包括第一透鏡組G1，具有正折 射力(refractive power)；第二透鏡組G2，具有負(fù)折射力；第三透鏡組G3，具有正折射 力；第四透鏡組G4，具有正折射力。第一至第四透鏡組Gl、G2、G3和G4從物側(cè)O 到像側(cè)I被順序地布置。當(dāng)變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)，可移動(dòng)第一透鏡組Gl至第四透鏡組 G4。在變焦期間，第一透鏡組Gl和第三透鏡組G3向物側(cè)O移動(dòng)。同時(shí)，第二透鏡組 G2沿著朝向像側(cè)I凸起的軌跡移動(dòng)，第四透鏡組G4沿著朝向物側(cè)O凸起的軌跡移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭可具有18X和24X之間的放大倍率?？稍黾?第一透鏡組的有效直徑，以增大放大倍率。然而，當(dāng)?shù)谝煌哥R組Gl的有效直徑增加時(shí)， 第一透鏡組Gl可變得較重，因此第一透鏡組Gl可包括較少數(shù)量的透鏡以減輕重量。第 一透鏡組Gl可包括第一透鏡L11、第二透鏡L12和第三透鏡L13。第一透鏡Lll可 具有正折射力，第二透鏡L12可具有負(fù)折射力，第三透鏡L13可具有負(fù)折射力。第一透 鏡Lll和第二透鏡L12可被形成為雙合透鏡(doublet lens)，可通過(guò)使用第一透鏡Lll和 第二透鏡L12來(lái)校正像差。此外，第一透鏡組Gl可包括雙合透鏡和正透鏡，以減小在 獲得高放大倍率的同時(shí)導(dǎo)致的球面像差和色像差(chromatic aberration)。第二透鏡組G2可包括第四透鏡L21、第五透鏡L22、第六透鏡L23和第七透 鏡L24。第四透鏡L21可以是具有朝著物側(cè)O的彎月形凸面的負(fù)透鏡。第五透鏡L22可 以是兩個(gè)表面為凹面的負(fù)透鏡。第六透鏡L23可具有正折射力，第七透鏡L24可具有負(fù)折射力。第六透鏡L23和第七透鏡L24可被形成為雙合透鏡。第六透鏡L23可以是朝 著物側(cè)O的凸面。第二透鏡組G2可減小變焦操作期間像差的變化，并可校正在廣角位 置的畸變像差(distortionaberration)或在遠(yuǎn)攝位置的球面像差。第三透鏡組G3可包括第八透鏡L31、第九透鏡L32、第十透鏡L33和第i^一透 鏡L34。第八透鏡L31可具有正折射力。第九透鏡L32可具有正折射力，第十透鏡L33 可具有負(fù)折射力，第十一透鏡L34可具有正折射力。第九透鏡L32和第十透鏡L33可被 形成為雙合透鏡。第八透鏡L31可校正球面像差，第九透鏡L32、第十透鏡L33和第i^一透鏡L34 分散折射力以減小畸變像差和縱向色相差。例如，當(dāng)?shù)谌哥R組G3包括正透鏡、負(fù)透鏡和正透鏡時(shí)，被具有負(fù)折射力的第 二透鏡組G2改變的光通量入射到第三透鏡組G3，因此變得難以校正球面像差。此外， 第三透鏡組G3需要具有(遠(yuǎn)視)折射力以校正在第二透鏡組G2中發(fā)生的負(fù)畸變像差。 因此，這三個(gè)透鏡中最接近物體O的正透鏡具有強(qiáng)折射力。然而，隨后變得難以校正球 面像差。因此，如果第三透鏡組G3包括三個(gè)透鏡，則難 以校正球面像差和畸變像差，并 難以實(shí)現(xiàn)具有減小的尺寸和高性能的變焦鏡頭。因此，第三透鏡組G3可包括用于改善球面像差校正、畸變校正和縱向色相差校 正的四個(gè)透鏡。此外，第三透鏡組G3的總折射力可被分散到這四個(gè)透鏡中最接近物體的 兩個(gè)透鏡，因此可減小由于增加折射力導(dǎo)致的變焦鏡頭的尺寸的增加。第三透鏡組G3的透鏡中最接近物體O的正透鏡可包括至少一個(gè)非球面表面。 例如，第八透鏡L31的面對(duì)物側(cè)O的表面可以是非球面表面。因此，可校正第三透鏡組 G3中出現(xiàn)的球面像差和彗形像差，并且可增加第三透鏡組G3的總折射力。結(jié)果，可減 小變焦鏡頭的尺寸?？稍诘谌哥R組G3的物側(cè)O布置光圈(stop) ST。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭中，第三透鏡組G3沿垂直于光軸的方向移動(dòng) 以校正手的抖動(dòng)。此外，不使用用于震動(dòng)控制的光學(xué)部件(例如，棱鏡)或透鏡組來(lái)控 制震動(dòng)，因此整個(gè)變焦鏡頭的尺寸的增加被降低。第四透鏡組G4可包括第十二透鏡L41和第十三透鏡L42。第十二透鏡L41可 具有正折射力，而第十三透鏡L42可具有負(fù)折射力。第十二透鏡L41和第十三透鏡L42 可被形成為雙合透鏡。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭可滿(mǎn)足下面描述的等式1。-0.6 < f2/(ft/i\v) < -0.2 (1)這里β表示第二透鏡組G2的焦距， \ν表示在廣角位置變焦鏡頭的焦距，ft表示在遠(yuǎn)攝位置變焦鏡頭的焦距。當(dāng)f2/(ft/^v)超出等式1的上限時(shí)，變焦鏡頭的總長(zhǎng)度和第二透鏡組G2的焦距 都減小。因此，在變焦操作期間難以校正像差和畸變像差。當(dāng)f2/(ft/fw)小于等式1的 下限時(shí)，第二透鏡組G2移動(dòng)的距離增加。結(jié)果，變焦鏡頭的總長(zhǎng)度增加，因此更難以減 小變焦鏡頭的尺寸。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭可滿(mǎn)足下面描述的等式2。
0.7 < T1/T3 < 1.2 (2)這里 Tl表示當(dāng)變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)第一透鏡組Gl沿光軸移動(dòng)的距 罔，T3表示當(dāng)變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)第三透鏡組G3沿光軸移動(dòng)的距罔。當(dāng)T1/T3超出等式2的上限時(shí)，第一透鏡組Gl移動(dòng)的距離增加，并且在廣角位 置，第一透鏡組Gl和第二透鏡組之間的間隔增加。因此，變焦鏡頭的總長(zhǎng)度增加，因此 變得更難以減小變焦鏡頭的尺寸。當(dāng)T1/T3小于等式2的下限時(shí)，第三透鏡組G3移動(dòng) 的距離增加，并且在廣角位置，到第四透鏡組G4的最接近物側(cè)O的第十二透鏡L41的入 射光瞳的距離增加。因此，總鏡頭長(zhǎng)度增加。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭可滿(mǎn)足下面描述的等式3。2 < iVfwXtan(mo) < 3 (3)這里，ιηω表示在廣角位置的半視角，β表示第三透鏡組的焦距。當(dāng)fi/fWXtan(m )超出等式3的上限時(shí)，為了更大的放大倍率，必須增加第二 透鏡組G2或第四透鏡組G4的折射力。然而，如果第二透鏡組G2或第四透鏡組G4的 折射力增加，則變得難以校正在遠(yuǎn)攝位置的彗形像差或像散。當(dāng)fi/fwXtanCmco)小于 等式3的下限時(shí)，第三透鏡組G3的折射力增加，變得難以校正變焦操作期間的像差。結(jié) 果，變得難以保證光學(xué)性能。此外，當(dāng)?shù)谌哥R組G3沿垂直于光軸方向移動(dòng)以校正手的 抖動(dòng)時(shí)，像差變化越顯著。在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的術(shù)語(yǔ)“非球面”定義如下。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變焦鏡頭的非球面形狀中，當(dāng)光的傳播方向被稱(chēng)為正 方向時(shí)，Z表示沿光軸到頂點(diǎn)的位移，Ch表示沿垂直于光軸的方向到光軸的距離)，C表 示曲率，k表示圓錐常數(shù)(conic constant)，A、B、C和D表示系數(shù)，非球面表面的ζ由 下面的等式4定義。
eh
「 ^ Z 二 --- + Ah4 + Bh6 + Ch8 + Dh'01 V(I-(Hk)cV)
(4)以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的各種設(shè)計(jì)。在每個(gè)附圖中，最右側(cè)的直線(xiàn)表示像平面IM的位置，成像裝置的紅外線(xiàn)(IR)阻 擋濾光片Pl和蓋玻片P2之一或兩者布置在像平面IM的物側(cè)。以下，將示出根據(jù)本發(fā)明 的第一、第二和第三實(shí)施例的透鏡數(shù)據(jù)、非球面表面數(shù)據(jù)、焦距f、F數(shù)FNo、視角2ω、 變焦鏡頭的總長(zhǎng)度L以及透鏡之間的可變距離D5、D12、D20和D23。第一實(shí)施例圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦鏡頭的示圖。圖2Α、圖2Β和圖2C是 分別在廣角位置、中間位置和遠(yuǎn)攝位置根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的變焦鏡頭的像差的曲 線(xiàn)圖。
權(quán)利要求
1.一種變焦鏡頭，包括 第一透鏡組，具有正折射力； 第二透鏡組，具有負(fù)折射力； 第三透鏡組，具有正折射力； 第四透鏡組，具有正折射力； 其特征在于第一至第四透鏡組從物側(cè)到像側(cè)被順序地布置，第三透鏡組包括從物側(cè)順序地布置的第一正透鏡、包括第二正透鏡和第一負(fù)透鏡的 雙合透鏡和第三正透鏡，當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)，第一至第四透鏡組移動(dòng)并且所述變 焦鏡頭滿(mǎn)足下面的表達(dá)式-0.6<f2/(ft/iV) <-0.2,其中，β表示第二透鏡組的焦距， \ν表示在廣角位置所 述變焦鏡頭的焦距，ft表示在遠(yuǎn)攝位置所述變焦鏡頭的焦距。
2.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于滿(mǎn)足下面的表達(dá)式 0.7<T1/T3<1.2，其中，Tl表示當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)第一透鏡組沿光軸移動(dòng)的距離，Τ3表示當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)第三 透鏡組沿光軸移動(dòng)的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其特征在于滿(mǎn)足下面的表達(dá)式 2 < f3/fwXtan(mW) < 3,其中，ιηω表示在廣角位置的半視角，β表示第三透鏡 組的焦距，fw表示在廣角位置所述變焦鏡頭的焦距。
4.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中，第三透鏡組沿垂直于光軸的方向移動(dòng)，以校 正手的抖動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的變焦鏡頭，其中，第三透鏡組的正折射力透鏡包括至少一個(gè)非 球面表面。
6.如權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的變焦鏡頭，其中，第一透鏡組和第三透鏡組 在變焦操作期間向物側(cè)移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的變焦鏡頭，其中，第二透鏡組沿著朝向像側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)， 第四透鏡組沿著朝向物側(cè)凸起的軌跡移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的變焦鏡頭，其特征在于具有18X和24X之 間的放大倍率。
9.如權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的變焦鏡頭，其中，第一透鏡組包括第一透 鏡，具有正折射力；第二透鏡，具有負(fù)折射力；和第三透鏡，具有負(fù)折射力。
10.如權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的變焦鏡頭，其中，第二透鏡組包括第四 透鏡，具有負(fù)折射力；第五透鏡，具有負(fù)折射力；第六透鏡，具有正折射力；和第七透 鏡，具有負(fù)折射力。
11.如權(quán)利要求10所述的變焦鏡頭，其中，第六透鏡和第七透鏡被形成為雙合透鏡。
12.如權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的變焦鏡頭，其中，第四透鏡組包括第八 透鏡，具有正折射力；和第九透鏡，具有負(fù)折射力。
13.—種圖像捕捉設(shè)備，包括變焦鏡頭；成像器件，接收通過(guò)變焦鏡頭引導(dǎo)的光， 其中，變焦鏡頭包括 第一透鏡組，具有正折射力； 第二透鏡組，具有負(fù)折射力； 第三透鏡組，具有正折射力； 第四透鏡組，具有正折射力； 第一至第四透鏡組從物側(cè)被順序地布置，第三透鏡組包括從物側(cè)順序地布置的第一正透鏡、包括第二正透鏡和第一負(fù)透鏡的 雙合透鏡和第三正透鏡，當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)，第一至第四透鏡組移動(dòng)并且滿(mǎn)足下 面的表達(dá)式--0.6<f2/(ft/iV) <-0.2,其中，β表示第二透鏡組的焦距， \ν表示在廣角位置所 述變焦鏡頭的焦距，ft表示在遠(yuǎn)攝位置所述變焦鏡頭的焦距。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像捕捉設(shè)備，其特征在于滿(mǎn)足下面的表達(dá)式 0.7<T1/T3<1.2，其中，Tl表示當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)第一透鏡組沿光軸移動(dòng)的距離，Τ3表示當(dāng)所述變焦鏡頭從廣角位置變焦到遠(yuǎn)攝位置時(shí)第三 透鏡組沿光軸移動(dòng)的距離。
15.如權(quán)利要求13或14所述的圖像捕捉設(shè)備，其特征在于滿(mǎn)足下面的表達(dá)式-2 < f3/fwXtan(mW) < 3,其中，ιηω表示在廣角位置的半視角，β表示第三透鏡 組的焦距，fw表示在廣角位置所述變焦鏡頭的焦距。
全文摘要
提供一種變焦鏡頭及具有該變焦鏡頭的圖像捕捉設(shè)備。所述變焦鏡頭包括第一透鏡組，具有正折射力；第二透鏡組，具有負(fù)折射力；第三透鏡組，具有正折射力；第四透鏡組，具有正折射力，其中，第一至第四透鏡組從物側(cè)到像側(cè)被順序地布置，第三透鏡組包括從物側(cè)順序地布置的第一正透鏡、包括第二正透鏡和第一負(fù)透鏡的雙合透鏡和第三正透鏡。
文檔編號(hào)G02B3/02GK102023372SQ20101027844
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者柿本剛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社