专利名称：变焦镜头系统的制作方法
技术领域：
与示例性实施例一致的设备涉及一种变焦镜头系统，更具体地说，涉及一种四(4)-组变焦镜头系统。
背景技术：
利用电荷耦合器件(CXD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)来捕捉图像的摄影设备的存储容量随着摄影设备变得越来越数字化而增加。随着存储容量的增加，在数字摄影设备中采用的镜头系统需要具有相对高的光学性能以及相对小的尺寸。
为了清楚地记录对象的小信息，镜头系统甚至可圆满地补偿在像平面周围产生的像差。然而，如果要实现相对高的性能，则难以使镜头系统小型化，且为了使镜头系统小型化，制造成本会增加。因此，难以同时满足相对高的光学性能和相对低的制造成本。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供一种具有相对小的尺寸、相对长的后焦距和相对高的光学性能的变焦镜头系统。根据示例性实施例的一方面，提供一种变焦镜头系统，变焦镜头系统按从物到像的顺序包括第一透镜组，包括至少一个透镜和用于使光轴弯曲的折光构件，并具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组；第四透镜组，其中，通过改变第一透镜组与第二透镜组之间的间距、第二透镜组与第三透镜组之间的间距以及第三透镜组与第四透镜组之间的间距中的至少一个间距来执行变焦，变焦镜头系统满足下面的表达式Fno_w ^ 2. 0,5. 5 彡 fT/fff,且7. 5%^ BFL/0AL,其中，Fno_w表示广角模式下的F数，fT表示远摄模式下的总焦距，fw表示广角模式下的总焦距，BFL表示变焦镜头系统的后焦距，OAL表示变焦镜头系统的从最靠近物的透镜的透镜表面的中心到像的像平面的总长度。 变焦镜头系统可满足下面的表达式13. 7%^ BFL/OALo变焦镜头系统可满足下面的表达式BFL ^ 6mm,其中，BFL表示广角模式下的后焦距。变焦镜头系统可满足下面的表达式BFL ^ 8mm,
其中，BFL表示广角模式下的后焦距。变焦镜头系统可满足下面的表达式OAL ^ 65mm。 变焦镜头系统可满足下面的表达式I. 7 ^ Fno_w ^ 2. O0变焦镜头系统可满足下面的表达式5. 5 ^ fT/fff ^ 7. 50当执行从广角模式到远摄模式的变焦时，第二透镜组和第四透镜组可运动且第一 透镜组和第三透镜组可固定。第三透镜组可具有正屈光力。第四透镜组可具有正屈光力。第一透镜组可包括至少一个非球面。第四透镜组可按从物到像的顺序包括正透镜和负透镜。第四透镜组的最靠近物的透镜可具有至少一个非球面。第四透镜组的正透镜可满足下面的表达式Nd < I. 5，其中，Nd表示第四透镜组的正透镜的折射率。第三透镜组可包括由正透镜和负透镜形成的胶合透镜。变焦镜头系统还可包括设置在第二透镜组和第三透镜组之间的光圈。第二透镜组包括多个透镜，所述多个透镜包括最靠近物的第一透镜和第二靠近物的第二透镜，其满足下面的表达式I. 35 < f9/fll < I. 75,其中，f9表示第二透镜组的第一透镜的焦距，fll表示第二透镜组的第二透镜的焦距。第二透镜组的第二透镜是由负透镜和正透镜形成的胶合透镜。根据本发明的另一方面，提供一种变焦镜头系统，变焦镜头系统按从物到像的顺序包括第一透镜组，包括至少一个透镜和用于使光轴弯折的折光构件，且具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组；第四透镜组，其中，通过改变第一透镜组到第四透镜组之间的至少一个间距来执行变焦，形成第一透镜组到第四透镜组的透镜的总数量小于等于10。第三透镜组和第四透镜组具有正屈光力。
通过参照附图对上述和其他方面的示例性实施例进行的详细描述，上述和其他方面将会变得更加清楚，附图中图IA到图IC示出了分别示出根据示例性实施例的变焦镜头系统的广角模式、中间模式和远摄模式的示图；图2A到图2C示出根据示例性实施例的图IA到图IC的变焦镜头系统的在广角模式下的纵向球面像差、像散和畸变像差；
图3A到图3C示出根据示例性实施例的图IA到图IC的变焦镜头系统的在中间模式下的纵向球面像差、像散和畸变像差；图4A到图4C示出根据示例性实施例的图IA到图IC的变焦镜头系统的在远摄模式下的纵向球面像差、像散和畸变像差；图5A到图5E示出根据示例性实施例的图IA到图IC的变焦镜头系统的在广角模式下的彗形像差；图6A到图6E示出根据示例性实施例的图IA到图IC的变焦镜头系统的在中间模式下的彗形像差；图7A到图7E示出根据示例性实施例的图IA到图IC的变焦镜头系统的在远摄模式下的彗形像差； 图8A到图SC示出了分别示出根据示例性实施例的变焦镜头系统的广角模式、中间模式和远摄模式的示图；图9A到图9C示出根据示例性实施例的图8A到图8C的变焦镜头系统的在广角模式下的纵向球面像差、像散和畸变像差；图IOA到图IOC示出根据示例性实施例的图8A到图8C的变焦镜头系统的在中间模式下的纵向球面像差、像散和畸变像差；图IlA到图IlC示出根据示例性实施例的图8A到图8C的变焦镜头系统的在远摄模式下的纵向球面像差、像散和畸变像差；图12A到图12E示出根据示例性实施例的图8A到图8C的变焦镜头系统的在广角模式下的彗形像差；图13A到图13E示出根据示例性实施例的图8A到图8C的变焦镜头系统的在中间模式下的彗形像差；图14A到图14E示出根据示例性实施例的图8A到图8C的变焦镜头系统的在远摄模式下的彗形像差。
具体实施例方式以下，将参照附图来更加充分地描述示例性实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为局限于这里阐述的示例性实施例；相反，提供这些示例性实施例以使本公开将是彻底的和完全的，并将把本发明构思充分传递给本领域技术人员。除非另有定义，否则这里使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明构思所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。除非其在上下文中具有明确不同的含义，否则以单数形式使用的表述也意图包括复数表述。还将理解的是，诸如“包含”和/或“包括”的术语意图说明存在特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合，但不意图排除可存在或可附加一个或多个其他特征、数量、步骤、动作、组件、部件或其组合的可能性。可使用诸如第一、第二等的术语来描述各种元件，但是这些术语不限制元件，并且可用来将一个元件与另一个元件分开。图IA到图IC以及图8A到图8C是分别示出根据示例性实施例的变焦镜头系统的广角模式、中间模式和远摄模式的各幅示图。参照图IA到图IC以及图8A到图8C，变焦镜头系统按从物方0到像方I的顺序包括第一透镜组Gl、第二透镜组G2、第三透镜组G3和第四透镜组G4。第一透镜组Gl具有正屈光力。例如，第一透镜组Gl可包括第一透镜11或111 ;折光构件12或112和折光构件13或113，用于使穿过第一透镜11或111的光束的路径弯折；第二透镜14或114。第一透镜11或111可以是负透镜,第二透镜14或114可以是正透镜。折光构件12或112和折光构件13或113可以使穿过第一透镜11或111的光束弯折大约90°。例如，反射镜、棱镜或者光纤可用作折光构件12或112和折光构件13或113。相对于光轴，折光构件12或112和折光构件13或113使入射光折射大约90° ,从而使包括根据示例性实施例的变焦镜头系统的摄影设备小型化。图1A-1C以及图8A-8C仅仅是光路的示意图，而实际上，图中的光轴0将被折光构件12或112以及折光构件13或113弯折大约 90。。第一透镜11或111可以是例如具有面向物方0的凸面的弯月透镜。第二透镜14或114可以是双凸透镜。第一透镜组Gl可包括至少一个非球面。因此，可以补偿在远摄模式下产生的球面像差。第二透镜组G2具有负屈光力。例如，第二透镜组G2可包括三个透镜，即，第三透镜21或121、第四透镜22或122和第五透镜23或123。第三透镜21或121和第四透镜22或122可以是负透镜，第五透镜23或123可以是正透镜。第四透镜22或122、第五透镜23或123可彼此组合，以形成胶合透镜。胶合透镜可补偿在变焦期间可能产生的横向色差。第三透镜组G3具有正屈光力。例如，第三透镜组G3可包括第六透镜31或131、第七透镜32或132以及第八透镜33或133。第六透镜31或131以及第七透镜32或132可以是正透镜,第八透镜33或133可以是负透镜。第七透镜32或132以及第八透镜33或133可以彼此组合，以形成胶合透镜。胶合透镜可以补偿在变焦期间可能产生的横向色差。光圈ST可设置在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间。第四透镜组G4具有正屈光力。例如，第四透镜组G4可包括两个透镜，S卩，第九透镜41或141以及第十透镜42或142。第九透镜41或141可以是正透镜，第十透镜42或142可以是负透镜。第四透镜组G4可包括至少一个非球面。例如，第四透镜组G4的最靠近物方0的第九透镜41或141可包括至少一个非球面。通过包括所述非球面，可有效补偿在变焦期间可能产生的像散。例如，第四透镜组G4中的第九透镜41或141的各个表面可以是非球面，以更加有效地补偿像散。在根据示例性实施例的变焦镜头系统中，第二透镜组G2和第四透镜组G4可在变焦期间运动。而且，第一透镜组Gl和第三透镜组G3可在变焦期间固定。因此，变焦镜头系统的总长度不在变焦期间改变。第二透镜组G2在变焦期间负责放大。例如，在从广角模式变焦到远摄模式期间， 第二透镜组G2通过从物0朝像I运动来执行放大。当从广角模式变焦到远摄模式时，第二透镜组G2和第三透镜组G3之间的间距减小，第一透镜组Gl和第二透镜组G2之间的间距增加。在变焦期间，第四透镜组G4执行用于调节焦距的聚焦功能。例如，在从广角模式朝远摄模式的变焦期间，第四透镜组G4可通过首先朝物0运动然后朝像I运动来追循抛物线路径。当在变焦期间执行聚焦功能时，第四透镜组G4追循具有大体上为抛物线形状的路径，但是其运动量可以改变。例如，在从广角模式朝远摄模式变焦之后，第四透镜组G4在图8A到图8C中可以比在图IA到图IC中更靠近物O。出于参考，虽然在图8A到图8C中没有清楚示出，但是第四透镜组G4追循的路径在从广角模式到远摄模式的变焦期间实际上是抛物线的。可通过在变焦期间仅仅移动两个透镜组来获得用于光圈ST的空间。例如，当在摄影设备(例如，闭路电视(CCTV))中使用变焦镜头系统时，在第二透镜组G2和第三透镜组G3之间可以确保充足的空间，以在该空间中设置厚光圈单元。根据示例性实施例的变焦镜头系统可满足下面的表达式。Fno_w ^ 2. 0(1)这里，Fno_w表示在广角模式下的F数。当在广角模式下的F数小于或等于2. 0时，根据示例性实施例的变焦镜头系统可以相对亮。例如，在广角模式下的F数可以落入从 I. 7到2.0的范围内。5. 5 彡 fT/fff(2)这里，匕表示在广角模式下的总焦距，&表示在远摄模式下的总焦距。根据示例性实施例的变焦镜头系统可提供等于或者大于5. 5倍的相对高的放大倍率。例如，变焦镜头系统可具有范围从大约5. 5倍到大约7. 5倍的放大倍率。7. 5%^ BFL/0AL (3)这里，BFL表示后焦距，OAL表示变焦镜头系统的从位于物方上的透镜表面的中心到像平面的总长度(即，从第一透镜11或111的物表面的中心到像平面的距离)。BFL表示从变焦镜头系统的最靠近像I的透镜表面到变焦镜头系统的第二焦点的距离，变焦镜头系统的第二焦点表示像平面。上面的表达式(3)相对于变焦镜头系统的总长度定义了后焦距，根据示例性实施例的变焦镜头系统可具有相对长的后焦距。后焦距可以等于或者大于变焦镜头系统的总长度的大约7. 5%，例如，等于或者大于变焦镜头系统的总长度的13. 7%。诸如CCTV的摄影设备不仅在白天捕捉图像，还在夜间捕捉图像。为了获得高质量图像，CCTV可包括适于白天摄影的滤光器和适于夜间摄影的滤光器。由于BFL与所述总长度的比率相对大，所以可容易地将白昼滤光器和夜间滤光器互换。例如，BFL可以等于或者大于6mm，例如，BFL在广角模式下可以等于或者大于8mm，如下面的表达式所表示的。BFL 彡 6mm (4)BFL ^ 8mm (5)另外，变焦镜头系统的总长度可满足下面的表达式。OAL ^ 65mm (6)再次，OAL表示变焦镜头系统的从物方上的透镜表面的中心到像平面的总长度。参照上面的表达式(6)，由于变焦镜头系统的总长度小于等于大约65mm，所以摄影设备可以被小型化。在第四透镜组G4中包括的正透镜可满足下面的表达式。Nd < I. 5(7)这里，Nd表示相对于在第四透镜组G4中包括的正透镜的d线的折射率。第四透镜组G4可包括具有相对低的屈光力的透镜，从而确保相对长的BFL。第二透镜组G2可满足下面的表达式。I. 35 < f9/fll < I. 75(8)这里，f9表示第二透镜组G2中最靠近物0的透镜的焦距，fll表示第二透镜组G2中第二靠近物0的透镜的焦距。例如，f9表示第三透镜21或121的焦距，fll表示由彼此组合的第四透镜22和第五透镜23或彼此组合的第四透镜122和第五透镜123形成的胶合透镜的焦距。上面描述的非球面可被限定如下。 当光轴方向是X轴时，与光轴方向垂直的方向是y轴，根据示例性实施例的变焦镜头的非球面形状可由下面的式(9)来表示，其中，光束的行进方向为正。在式(9)中，X表示沿光轴方向距变焦镜头的峰的距离，y表示沿垂直于光轴的方向距光轴的距离，k表示圆锥曲线常数，A、B、C和D均表示非球面系数，c表示在变焦镜头的峰处的曲率半径的倒数(I/R)。
X =——=S== + Ay4 + Byb + Cys + Dy'0
I + Jl - (众 + \)c~yr( 9 )现在将描述根据示例性实施例的变焦镜头系统的设计数据。以下，F表不焦距，Fno表不F数，D8、D 13、D 19和D23每个均表不可变距尚。另夕卜，R表示曲率半径，Dn表示在透镜之间的间距或透镜中央的厚度，nd表示材料的折射率，vd表示材料的阿贝数，ASP表示非球面。下面的表I示出图IA到图IC中示出的变焦镜头系统的设计数据。在表I中，诸如滤光器50和60的光学器件可进一步设置在第十透镜42和像I之间。在表I中，Rn(n=I到27)表示图IA到图IC中示出的每个透镜和光学器件的表面Sm(m = I到27)的曲
率半径。F = 3. 8-25. 2995Fno = I. 81-3. 47BFL = 8. 787OAL = 63. 899表I
权利要求
1.一种变焦镜头系统，按从物到像的顺序包括 第一透镜组，包括至少一个透镜和用于使光轴弯折的折光构件，并具有正屈光力； 第二透镜组，具有负屈光力； 第三透镜组； 第四透镜组， 其中，通过改变第一透镜组与第二透镜组之间的间距、第二透镜组与第三透镜组之间的间距以及第三透镜组与第四透镜组之间的间距中的至少一个间距来执行变焦，变焦镜头系统满足下面的表达式Fno_w ^ 2. O,5.5 ^ fT/fff,且7.5%^ BFL/OAL, 其中，Fno_w表示广角模式下的F数，fT表示远摄模式下的总焦距，fw表示广角模式下的总焦距，BFL表示变焦镜头系统的后焦距，OAL表示变焦镜头系统的从最靠近物的透镜的透镜表面的中心到像的像平面的总长度。
2.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，满足下面的表达式13.7%^ BFL/0AL。
3.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，变焦镜头系统在广角模式下满足下面的表达式BFL ^ 6mm。
4.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，变焦镜头系统在广角模式下满足下面的表达式BFL ^ 8mm。
5.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，满足下面的表达式OAL ^ 65mm。
6.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，满足下面的表达式I. 7 ^ Fno_w ^ 2. O0
7.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，满足下面的表达式 5.5 ^ W 7. 5。
8.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，当执行从广角模式到远摄模式的变焦时，第二透镜组和第四透镜组运动且第一透镜组和第三透镜组固定。
9.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，第三透镜组具有正屈光力。
10.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，第四透镜组具有正屈光力。
11.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，第一透镜组包括至少一个非球面。
12.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，第四透镜组按从物到像的顺序包括正透镜和负透镜。
13.根据权利要求12所述的变焦镜头系统，其中，第四透镜组的最靠近物的透镜具有至少一个非球面。
14.根据权利要求12所述的变焦镜头系统，其中，第四透镜组的正透镜满足下面的表达式Nd < I. 5, 其中，Nd表示第四透镜组的正透镜的折射率。
15.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，第三透镜组包括由正透镜和负透镜形成的胶合透镜。
16.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，还包括设置在第二透镜组和第三透镜组之间的光圈。
17.根据权利要求I所述的变焦镜头系统，其中，第二透镜组包括多个透镜，所述多个透镜包括最靠近物的第一透镜和第二靠近物的第二透镜，并满足下面的表达式I.35 < f9/fll < I. 75, 其中，f9表示所述第一透镜的焦距，fll表示所述第二透镜的焦距。
18.根据权利要求17所述的变焦镜头系统，其中，第二透镜是由负透镜和正透镜形成的胶合透镜。
19.一种变焦镜头系统，按从物到像的顺序包括 第一透镜组，包括至少一个透镜和用于使光轴弯折的折光构件，且具有正屈光力； 第二透镜组，具有负屈光力； 第三透镜组； 第四透镜组， 其中，通过改变第一透镜组与第二透镜组之间的间距、第二透镜组与第三透镜组之间的间距以及第三透镜组与第四透镜组之间的间距中的至少一个间距来执行变焦，形成第一透镜组到第四透镜组的透镜的总数量小于等于10。
20.根据权利要求19所述的变焦镜头系统，其中，第三透镜组和第四透镜组具有正屈光力。
全文摘要
本发明提供了一种变焦镜头系统，所述变焦镜头系统从物到像顺序包括第一透镜组，包括至少一个透镜和用于使光轴弯曲的折光构件，且具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组；第四透镜组，其中，通过改变第一透镜组到第四透镜组之间的至少一个间距来执行变焦。
文档编号G02B3/02GK102636866SQ201210029580
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月8日 优先权日2011年2月11日
发明者沈亨录 申请人:三星泰科威株式会社