变焦镜头以及包括该变焦镜头的成像装置制造方法
【专利摘要】本公开提供变焦镜头以及包括该变焦镜头的成像装置。该变焦镜头包括：第一透镜组，具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组，包括具有正屈光力的第一子透镜组、光圈和具有正屈光力的第二子透镜组；和第四透镜组，具有正屈光力，其中第一透镜组至第四透镜组从物体侧到图像侧依次布置，当变焦时第一透镜组至第四透镜组的每个之间的距离变化，第一子透镜组中距图像侧最近的透镜的表面是凹的，第二子透镜组中距物体侧最近的透镜是朝向物体侧的凹入的弯月形透镜，第三透镜组中距物体侧最近的透镜是非球面透镜。
【专利说明】变焦镜头以及包括该变焦镜头的成像装置
【技术领域】
[0001]实施例涉及用于迷你照相机、数字摄像机、移动电话、个人数字助理(PDA)等的变焦镜头(zoom lens)和成像装置。
【背景技术】 [0002]随着光学成像装置(诸如，采用固态摄像器件(例如，电荷耦合器件(CXD )或者互补金属氧化物半导体(CMOS))的数字照相机和数字摄像机)的发展和使用显著增加，需要具有高性能、小型化且重量轻的结构的变焦镜头。
[0003]对于包括固态摄像器件的光学系统，对广角、高分辨率的镜头的市场需求日益增加，因此已经提出具有小F值和广角的明亮镜头(bright lens)。另外，能够进行手抖校正(hand shake correction)的高性能光学系统已经被提出与具有小F值的明亮镜头一起使用。
[0004]在许多情况下，光学系统仅具有广角功能和高倍放大功能中的一个，并且具有小F值的明亮镜头用于焦距固定的光学系统。具有小F值的明亮镜头由于其复杂的光学结构而具有大的尺寸、重量重并且昂贵。此外，包括在具有小F值的明亮镜头中的手抖校正光学系统也具有的大尺寸且重量重，因此，在这样的手抖校正光学系统中使用的控制器件和机械器件也具有大的尺寸。
[0005]例如，广角且明亮的变焦镜头通常由五个透镜组(lens group)构成，由于在变焦期间每个透镜组独立地移动，所以广角且明亮的变焦镜头的机械结构复杂且庞大。
[0006]在另一示例中，变焦镜头可以由分别具有正屈光力(refractive power)、负屈光力、正屈光力和正屈光力的四个透镜组构成，在此情况下，尽管可以实现约1.8的F值，但是第三个透镜组的尺寸应当大以实现稍微明亮的大孔径。因此，用于手抖校正的控制装置和机械装置也较大，从而变焦镜头的整个镜筒也必须大。此外，由于大的孔径，难以控制变焦镜头的色差。
【发明内容】
[0007]实施例提供具有优良光学性能、广角、大孔径且明亮的变焦镜头。
[0008]根据实施例，所提供的变焦镜头包括:第一透镜组，具有正屈光力；第二透镜组，具有负屈光力；第三透镜组，包括具有正屈光力的第一子透镜组、光圈和具有正屈光力的第二子透镜组；以及第四透镜组，具有正屈光力，其中第一透镜组至第四透镜组从物体侧(object side)到图像侧(image side)依次布置，当从广角位置变焦到摄远位置时第一透镜组至第四透镜组的每个之间的距离变化，第一子透镜组中距图像侧最近的透镜的表面是凹的，第二子透镜组中距物体侧最近的透镜是朝向物体侧的凹入的弯月透镜(men i scuslens),并且第三透镜组中距物体侧最近的透镜是非球面透镜，该变焦镜头满足下述条件:
[0009]Vd2 < 60
[0010]Vd3 < 70，[0011]其中Vd2表示包括在第二透镜组中的负透镜的阿贝(Abbe)数，并且Vd3表示包括在第三透镜组中的透镜的阿贝数。
[0012]第二透镜组可以构造为为了手抖校正而移动。
[0013]变焦镜头还可以满足条件:
[0014]2.0 ^ f_S2/fw ^ 4.1,
[0015]其中f_S2表示第二子透镜组的焦距，fw表示整个变焦镜头在广角位置处的焦距。
[0016]变焦镜头还可以满足条件:
[0017]4 ^ f4/fw ^ 8.5,
[0018]其中f4表示第四透镜组的焦距，fw表示整个变焦镜头在广角位置处的焦距。
[0019]第四透镜组可以包括由塑料树脂材料制成的透镜。
[0020]第一透镜组可以包括正透镜和负透镜。
[0021 ]变焦镜头还可以满足条件:
[0022]Pvd-Nvd ≤ 10，
[0023]其中Pvd表示包括在第一透 镜组中的正透镜的阿贝数，Nvd表示包括在第一透镜组中的负透镜的阿贝数。
[0024]第一透镜组可以包括双重透镜，该双重透镜包含彼此结合的正透镜和负透镜。
[0025]变焦镜头可以满足条件:
[0026]Ndl ≤ 1.9，
[0027]其中Ndl表示包括在第一透镜组中的透镜的折射率。
[0028]第二透镜组可以包括具有负屈光力的非球面透镜。
[0029]第三透镜组可以包括具有正屈光力的非球面透镜。
[0030]第四透镜组可以包括具有正屈光力的非球面透镜。
[0031 ]第四透镜组可以包括朝向物体侧的凸出的弯月形透镜。
[0032]根据另一个实施例，所提供的成像装置包括:变焦镜头；以及摄像器件，用于将通过变焦镜头形成的光学图像转换成电信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]从以下参照附图对示范性实施例的详细描述，上述和其他的特征以及优点将变得更加清楚，附图中:
[0034]图1示出了根据第一实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置处的布置；
[0035]图2A和2B示出了根据图1所示的实施例的变焦镜头在广角位置和摄远位置处的纵向球面像差、像散场曲线和畸变；
[0036]图3示出了根据第二实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置处的布置；
[0037]图4A和4B示出了根据图3所示的实施例的变焦镜头在广角位置和摄远位置处的纵向球面像差、像散场曲线和畸变；
[0038]图5示出了根据第三实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置处的布置；[0039]图6A和6B示出了根据图5所示的实施例的变焦镜头在广角位置和摄远位置处的纵向球面像差、像散场曲线和畸变；
[0040]图7示出了根据第四实施例的变焦镜头在广角位置、中间位置和摄远位置处的布置；
[0041]图8A和8B示出了根据图7所示的实施例的变焦镜头在广角位置和摄远位置处的纵向球面像差、像散场曲线和畸变。
【具体实施方式】
[0042]现在，将参照附图更充分地描述实施例。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且为了描述的清楚可以夸大各部件的尺寸和厚度。
[0043]图1、图3、图5和图7分别示出根据第一至第四实施例的变焦镜头的光学布置。
[0044]根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个形成一光学系统，该光学系统包括从物体侧OBJ依次具有正、负、正和正的屈光力的四个透镜组Gl、G2、G3和G4。根据第一至第四实施例的变焦镜头可以各自具有广角和大孔径，以及允许当从广角位置变焦到摄远位置时F值的变化最小的结构。
[0045]根据第一到第四实施例的变焦镜头的每一个从物体侧OBJ到图像侧MG依次包括具有正屈光力的第一透镜组G1、具有负屈光力的第二透镜组G2、具有正屈光力的第三透镜组G3和具有正屈光力的第四透镜组G4。当从广角位置变焦到摄远位置时，第一到第四透镜组G1、G2、G3和G4分别移动使得每两个透镜组之间的距离变化，并且第四透镜组G4用于移动图像场并校正焦点位置。
[0046]根据第一到第四实施例的变焦镜头的每一个在具有正屈光力的第三透镜组G3中具有光圈ST以实现具有大孔径的明亮透镜。因此，光圈直径可以较小，从而使得快门速度增加。当光圈ST位于第三透镜组G3的前面时，在最大光圈状态下的光圈直径较大，因此难以维持高的快门速度。
[0047]另外，第三透镜组G3由第一子透镜组SI和第二子透镜组S2形成，第一子透镜组SI相对于光圈ST位于物体侧并具有正屈光力，第二子透镜组S2相对于光圈ST位于图像侧MG并具有正屈光力。第一子透镜组SI中距图像侧MG最近的透镜的表面朝向图像侧IMG凹入，第二子透镜组S2中距物体侧OBJ最近的透镜是朝向物体侧OBJ的凹入的弯月形透镜。因此，形成相对于光圈ST具有高斯形状的对称结构，从而容易控制像差。另外，第三透镜组G3中距物体侧OBJ最近的透镜是非球面透镜，因此可以控制由大直径透镜引起的球面像差。
[0048]另外，根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个可以满足条件:
[0049]Vd2 ≥60 (1)
[0050]其中Vd2表示第二透镜组G2中具有负屈光力的透镜的阿贝数。
[0051]为了满足上述条件，低色散材料用于第二透镜组G2中具有负屈光力的透镜，以使得即使在广角(例如，角度等于或大于约38° )也不降低周围部分的分辨力。也就是，采用阿贝数等于或大于60的低色散材料以便于控制色差。
[0052]另外，根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个可以满足条件:
[0053]Vd3 ^ 70 (2)[0054]其中Vd3表示第三透镜组G3中包括的透镜的阿贝数。
[0055]为了满足上述条件，第三透镜组G3包括由阿贝数等于或大于70的材料制成的透镜。此外，在此情形下更容易控制色差。色差可以通过采用具有小阿贝数的材料来补偿。然而，在此情形下，透镜的数量增加。
[0056]根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个具有这样的结构，其中仅第三透镜组G3中的一些透镜移动以补偿手抖。例如，第二子透镜组S2可以在与光轴正交的方向上移动。当第二子透镜组S2为了手抖校正而在与光轴垂直的方向上移动时，与整个第三透镜组G3移动的情况相比，手抖校正控制器和相关机构可以被简化，这最终导致成本的降低。
[0057]根据第一到第四实施例的变焦镜头的每个可以满足条件:
[0059]其中f_S2表示第二子透镜组S2的焦距，fw表示整个变焦镜头在广角位置处的焦距。
[0060]根据上面的条件，变焦镜头的屈光力被限制以校正手抖。为了使手抖的补偿效果最大化，必须使为了手抖校正而垂直于光轴移动实现合适行进量。如果不满足上述条件的上限，则用于手抖校正的行进量较大，使得手抖补偿效果不明显；如果不满足上述条件的下限，则手抖补偿效果大，但是像差控制不容易，从而使得难以获得大的孔径。
[0061]另外，根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个可以满足条件:
[0062]4 ^ f4/fw ^ 8.5 (4)
[0063]其中f4表示第四透镜组G4的焦距，fw表示整个变焦镜头在广角位置处的焦距。
[0064]如果不满足上述条件的下限，则第四透镜组G4的屈光力太大，从而使得当根据物距校正像场时像差的变化大。如果不满足上述条件的上限，则第四透镜组G4必须沿着光轴移动的距离增加。
[0065]另外，根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个可以满足条件:
[0066]Pvd-Nvd ^ 10 (5)
[0067]其中Pvd表示包括在第一透镜组Gl中的正透镜的阿贝数，Nvd表示包括在第一透镜组Gl中的负透镜的阿贝数。上述条件用于控制色差，其中如果正透镜的阿贝数和负透镜的阿贝数之间的差小于下限，则难以控制色差。
[0068]另外，根据第一至第四实施例的变焦镜头的每个可以满足条件:
[0069]Ndl 1.9 (6)
[0070]其中Ndl表示第一透镜组Gl中包括的正透镜的屈光力。
[0071]为了实现广角，第一透镜组Gl中包括的正透镜的折射率必须大，并且因此折射率等于或大于1.9的材料需被用于包括在第一透镜组Gl中的正透镜。如果使用不满足该条件的材料，则畸变像差会较大，包括在第一透镜组Gl中的正透镜的曲率半径小，并且透镜厚。
[0072]现在，将详细描述第一至第四透镜组G1、G2、G3和G4的每个的构造。
[0073]第一透镜组Gl可以包括正透镜的第一透镜110和负透镜的第二透镜120。第一透镜110和第二透镜120可以形成双重透镜。由于第一透镜组Gl的该构造，像差控制会容易并且用于制造变焦镜头的工艺会简单。
[0074]第二透镜组G2可以包括负透镜的第三透镜210、负透镜的第四透镜220和正透镜的第五透镜230。第三透镜210可以具有朝向图像侧(MG)凹入的弯月形并可以是非球面透镜。第四透镜220可以具有双凹形状，第五透镜230可以具有朝向物体侧OBJ的凸出的
弯月形。
[0075]第三透镜组G3包括具有正屈光力的第一子透镜组SI和具有正屈光力的第二子透镜组S2。光圈ST可以布置在第一子透镜组SI和第二子透镜组S2之间。第一子透镜组SI包括正透镜的第六透镜310、正透镜的第七透镜320和负透镜的第八透镜330，其中第六透镜310可以为非球面透镜，第七透镜320和第八透镜330可以形成双重透镜。第二子透镜组S2包括第九透镜340和第十透镜350。第九透镜340可以具有朝向物体侧OBJ的凹入的弯月形。
[0076]第四透镜组G4可以通过第十一透镜410形成。第H^一透镜410可以具有朝向物体侧OBJ的凸出的弯月形并可以是非球面透镜。由于该形状，易于校正像场的曲率，并且聚焦期间根据物距的像差变化小。第十一透镜410可以由塑料树脂材料制成。在所有透镜组中第四透镜组G4具有最小的灵敏度，另外通过采用塑料透镜可以降低用于制作第四透镜组G4的成本。
[0077]红外滤光片510和盖板玻璃520可以布置在第四透镜组G4的图像侧MG。
[0078]现在，将详细描述根据第一至第四实施例的透镜组G1、G2、G3和G4的每个的透镜数据。
[0079]第一至第四实施例中的非球面的表面ASP定义如下。
【权利要求】
1.一种变焦镜头，包括: 第一透镜组，具有正屈光力； 第二透镜组，具有负屈光力； 第三透镜组，包括具有正屈光力的第一子透镜组、光圈和具有正屈光力的第二子透镜组；和 第四透镜组，具有正屈光力， 其中从物体侧到图像侧依次布置所述第一透镜组至所述第四透镜组， 当从广角位置变焦到摄远位置时所述第一透镜组至所述第四透镜组的每个之间的距离变化，所述第一子透镜组中距所述图像侧最近的透镜的表面是凹的，所述第二子透镜组中距所述物体侧最近的透镜是朝向所述物体侧的凹入的弯月透镜，所述第三透镜组中距所述物体侧最近的透镜是非球面透镜， 其中所述变焦镜头满足条件:
Vd2 ≥ 60
Vd3≥ 70， 其中Vd2表示包括在所述第二透镜组中的负透镜的阿贝数，Vd3表示包括在所述第三透镜组中的透镜的阿贝数。
2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第二透镜组构造为为了手抖校正而移动。
3.根据权利要求2所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足条件:
2.0 ≤ f_S2/fw ≤ 4.1， 其中f_S2表示所述第二子透镜组的焦距，fV表示整个变焦镜头在广角位置处的焦距。
4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足条件:
4 ≤ f4/fw ≤ 8.5， 其中f4表示所述第四透镜组的焦距，fw表示整个变焦镜头在广角位置处的焦距。
5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第四透镜组包括由塑料树脂材料制成的透镜。
6.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组包括正透镜和负透镜。
7.根据权利要求6所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足条件:
Pvd-Nvd ≥10, 其中Pvd表示包括在所述第一透镜组中的所述正透镜的阿贝数，Nvd表示包括在所述第一透镜组中的所述负透镜的阿贝数。
8.根据权利要求6所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组包括双重透镜，该双重透镜包含彼此结合的所述正透镜和所述负透镜。
9.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足条件:
Ndl ≥ 1.9， 其中Ndl表示包括在所述第一透镜组中的透镜的折射率。
10.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第二透镜组包括具有负屈光力的非球面透镜。
11.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组包括具有正屈光力的非球面透镜。
12.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第四透镜组包括具有正屈光力的非球面透镜。
13.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第四透镜组包括朝向所述物体侧的凸出的弯月形透镜。
14.一种成像装置，包括: 根据权利要求1至13中任一项的所述变焦镜头；和 摄像器件，用于将通过所述变焦镜头形成的光学图像转换成电信号。
【文档编号】G02B15/173GK103576299SQ201310072075
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年7月23日
【发明者】金镇佑, 崔东玉 申请人:三星电子株式会社