专利名称：变焦镜头系统和包括所述变焦镜头系统的成像设备的制作方法
变焦镜头系统和包括所述变焦镜头系统的成像设备
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系统以及一种包括所述变焦镜 头系统的成像设备。
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2X 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系统)的 变焦镜头系统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系统，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系统。
实施例还包括一种具有小尺寸且便宜的高倍率变焦镜头系统的成像设备。
根据实施例，一种变焦镜头系统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。当变焦镜头系统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。变焦镜头系统满足下面 的表达式
0.25<(i\vXN2)/ft<0.34,
其中，fw表示变焦镜头系统在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头系统在摄远位4置的焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
变焦镜头系统可满足下面的表达式
4.6<ft/fw<5.4,且
1.4《N2《1.6。
变焦镜头系统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系统，所述变焦镜头系统包括 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，接收穿过变焦镜头系统引导的光。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<(i\vXN2)/ft<0.34,
其中，fw表示变焦镜头系统在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头系统在摄远位 置的焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
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系统的示图2A和2B是示出根据图1的第一实施例的变焦镜头系统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3是示出根据第二实施例的变焦镜头系统的示图4A和图4B是示出根据图3的第二实施例的变焦镜头系统分别在广角位置和 摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图5是示出根据第三实施例的变焦镜头系统的示图6A和图6B是示出根据图5的第三实施例的变焦镜头系统分别在广角位置和 摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图7是示出根据第四实施例的变焦镜头系统的示图8A和图8B是示出根据图7的第四实施例的变焦镜头系统分别在广角位置和 摄远位置的球面像差、像散场弯曲和畸变像差的示图9是示出根据实施例的包括变焦镜头系统的成像设备的示图。
具体实施方式
根据实施例的变焦镜头系统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系统中，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系统的示图。变焦镜头系统包括具有负 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Gl可包括三个透镜。例如，第一透镜组Gl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Gl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Gl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 以设计纤薄的镜头系统。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系统可满足如下所述的表达式1。
表达式1
0.25<(i\vXN2)/ft<0.34
这里，fw表示变焦镜头系统在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头系统在摄远位 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)或者整个镜头系统的放大倍率变得难以等于或大于4.5X。如果表达式 1的结果值小于下限，则虽然变焦镜头系统可具有高放大倍率，但在摄远位置处镜头系统 的色差增加，并因此变得难以提高变焦镜头系统的性能。
例如，根据实施例的变焦镜头系统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.表达式3
1.4<N2<1.6
第一透镜组Gl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Gl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Gl和第二透镜组G2之间 的间距，因此可减小变焦镜头系统的尺寸。
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力5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系统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，χ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
权利要求
1.一种变焦镜头系统，所述变焦镜头系统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； 当所述变焦镜头系统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；所述变焦镜头系统满足下面的表达式0.25<(fwXN2)/ft<0.34,其中，fw表示变焦镜头系统在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头系统在摄远位置的 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所述的变焦镜头系统，所述变焦镜头系统满足下面的表达式 4.6<ft/i\v<5.4,且.1.4《胞 1.6。
3.根据权利要求1所述的变焦镜头系统，所述变焦镜头系统满足下面的表达式 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系统， 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系统， 第二透镜是非球面透镜。
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系统， 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。
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系统， 透镜组的物方起的第一位的透镜是非球面透镜。
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系统， 括双合透镜。
9.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头系统，二透镜组的像方上。
10.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的变焦镜头系统，其中，第三透镜组 包括仅仅一个透镜(7)。
11.根据权利要求10所述的变焦镜头系统，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。
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系统，其中，第三透镜组 包括具有小于或等于1力5的折射率的非球面透镜。
13.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的变焦镜头系统，其中，第三透镜组 根据像平面的运动执行聚焦。
14.一种成像设备，包括变焦镜头系统，包括具有负屈光力的第一透镜组、具有正 其中，第一透镜组的 其中，第一透镜组的 其中其中，布置在从第二 其中，第二透镜组包 其中，光阑设置在第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，接收穿过变焦镜头系 统的光；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；变焦镜头系统满足下面的表达式.0.25<(i\vXN2)/ft<0.34其中，fw表示变焦镜头系统在广角位置的焦距，ft表示变焦镜头系统在摄远位置的 焦距，N2表示第一透镜组的第二透镜的折射率。
15.根据权利要求14的成像设备，所述成像设备满足下面的表达式.4.6<ft/i\v<5.4,且.1.4《N2《1.6。
全文摘要
本发明公开了一种变焦镜头系统和包括所述变焦镜头系统的成像设备，所述变焦镜头系统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。当变焦镜头系统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系统。
文档编号G02B15/16GK102023373SQ20101028220
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者金东佑 申请人:三星电子株式会社