变焦镜头以及包括其的电子装置制造方法
【专利摘要】本公开提供了一种变焦镜头以及包括其的电子装置。按从物体侧到成像侧的顺序，变焦镜头包括具有负折光力的第一透镜组、具有正折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组以及具有正折光力的第四透镜组。当从广角位置变焦到远摄位置时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小，第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增大。按从物体侧的顺序，第二透镜组包括正透镜、正透镜、正透镜和负透镜。
【专利说明】变焦镜头以及包括其的电子装置
【技术领域】
[0001] 一个或多个实施例涉及一种小型且明亮的广角变焦镜头（zoom lens)。
【背景技术】
[0002] 在包括采用固态成像器件的摄影装置（photographing device)的电子设备（诸 如，数字相机、可互换镜头系统或摄像机）中，使用者要求具有高分辨率和高变焦倍数的摄 影装置。此外，由于采用固态成像器件的摄影装置适合于小型化，所以摄影装置近来不仅用 于移动电话中，还用于小型信息终端诸如个人数字助理（PDA's)、手持计算机或平板计算机 中。此外，与摄影装置有关的消费者的复杂化一贯地在增加，并且关于具有大直径的广角变 焦镜头系统的开发正根据市场需求而不断增加。然而，难以保证摄影装置制作得小型且具 有高性能。
【发明内容】
[0003] -个或多个实施例包括一种小型且明亮的变焦镜头。
[0004] -个或多个实施例包括一种电子装置，该电子装置包括小型且明亮的变焦镜头。
[0005] 其它的方面将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述变得明显，或 者可以通过实施给出的实施例而掌握。
[0006] 根据一个或多个实施例，一种变焦镜头按从物体侧（object side)到成像侧 (image side)的顺序包括：第一透镜组，具有负折光力（refractive power);第二透镜组， 具有正折光力；第三透镜组，具有正折光力；以及第四透镜组，具有正折光力。当从广角位 置变焦到远摄位置（tel印hoto position)时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小， 第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增 大。第二透镜组按从物体侧的顺序包括正透镜、正透镜、正透镜和负透镜。变焦镜头满足下 面的表达式：
[0007] 0. 3 ^ wFno*fw/f2 ^ 1. 25
[0008] 其中，f2表示第二透镜组的焦距，fV表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距， wFno表示处于广角位置的F数（光圈数）。
[0009] 第一透镜组可以包括一个或多个负透镜，并且一个或多个负透镜中的至少一个可 以满足下面的表达式：
[0010] 60 彡 lVd 彡 100
[0011] 其中，lVd表示第一透镜组的一个或多个负透镜中的至少一个的阿贝（Abbe)数。
[0012] 变焦镜头可以满足下面的表达式：
[0013] 1. 7 ^ f3/fw ^ 21. 5
[0014] 其中，f3表示第三透镜组的焦距，fV表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距。
[0015] 第四透镜组可以满足下面的表达式：
[0016] 2. 9 ^ f4/fw ^ 12
[0017] 其中，f4表示第四透镜组的焦距，fw表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距。
[0018] 第一透镜组可以包括正透镜，并且该正透镜的折射率可以满足下面的表达式：
[0019] 1.9 彡 INd
[0020] 其中，INd表示第一透镜组的正透镜的d线折射率（d-line refractive index)。
[0021] 第二透镜组可以包括具有弯月形状（meniscus shape)的非球面透镜，该弯月形状 具有面向物体侧的凸起表面。
[0022] 第二透镜组可以包括粘合透镜（cemented lens)。
[0023] 第三透镜组可以包括具有正折光力的非球面透镜。
[0024] 第三透镜组可以进行振动校正。
[0025] 第三透镜组可以包括孔径光阑（aperture diaphragm)。
[0026] 在变焦期间，第三透镜组和孔径光阑可以在相同的轨迹上移动。
[0027] 第一透镜组可以包括第一负透镜、第二负透镜和正透镜。
[0028] 第一透镜组的第一负透镜可以为非球面透镜。
[0029] 第三透镜组可以包括负透镜和正透镜。
[0030] 第三透镜组可以包括一个正透镜.
[0031] 第四透镜组可以包括具有正折光力的非球面透镜。
[0032] 第四透镜组可以包括弯月透镜，该弯月透镜具有面向物体侧的凸起表面。
[0033] 第四透镜组可以进行聚焦。
[0034] 根据一个或多个实施例，一种摄影装置包括变焦镜头和成像元件，该成像元件接 收由变焦镜头形成的图像。按从物体侧到成像侧的顺序，变焦镜头包括具有负折光力的第 一透镜组、具有正折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组以及具有正折光力的 第四透镜组。当从广角位置变焦到远摄位置时，第一透镜组和第二透镜组之间的间隔减小， 第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且第三透镜组和第四透镜组之间的间隔增 大。按从物体侧的顺序，第二透镜组包括正透镜、正透镜、正透镜和负透镜。变焦镜头可以 满足下面的表达式：
[0035] 0. 3 ^ wFno*fw/f2 ^ 1. 25
[0036] 其中，f2表示第二透镜组的焦距，fV表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距， wFno表示处于广角位置的F数。
[0037] 第一透镜组可以包括一个或多个负透镜，并且一个或多个负透镜中的至少一个可 以满足下面的表达式：
[0038] 60 彡 lVd 彡 100
[0039] 其中，lVd表示第一透镜组的一个或多个负透镜中的至少一个的阿贝数。
[0040] 变焦镜头可以满足下面的表达式：
[0041] 1. 7 ^ f3/fw ^ 21. 5
[0042] 其中，f3表示第三透镜组的焦距，fV表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 从下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其它的方面将变得明显并更容易理 解，附图中：
[0044] 图1是示出根据第一实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的示意 图；
[0045] 图2A和图2B是示出根据第一实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的球 面像差（spherical aberration)、像场弯曲（field curvature)和畸变像差（distortion aberration)的像差图；
[0046] 图3是示出根据第二实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的示意 图；
[0047] 图4A和图4B是示出根据第二实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的球面像 差、像场弯曲和畸变像差的像差图；
[0048] 图5是示出根据第三实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的示意 图；
[0049] 图6A和图6B是示出根据第三实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的球面像 差、像场弯曲和畸变像差的像差图；
[0050] 图7是示出根据第四实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的示意 图；
[0051] 图8A和图8B是示出根据第四实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的像差的 像差图；
[0052] 图9是示出根据第五实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的示意 图；
[0053] 图10A和图10B是示出根据第五实施例的变焦镜头在广角位置和远摄位置的像差 的像差图；以及
[0054] 图11是示出包括根据实施例的变焦镜头的电子装置的示意图。
【具体实施方式】
[0055] 现在将详细参照实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相 同的元件。在这点上，本发明的实施例可以具有不同的形式，而不应被解释为限于这里阐述 的说明。因此，以下通过参照附图仅描述了实施例以说明其各方面。诸如"…中的至少一 个"的表述，当在一列元件之前时，修饰该元件的整个列，而不修饰该列表的单个元件。
[0056] 图1是示出根据第一实施例的变焦镜头的广角位置、中间位置和远摄位置的示意 图。参照图1，按从物体侧〇到图像侧I的顺序，变焦镜头包括具有负折光力的第一透镜组 G1、具有正折光力的第二透镜组G2、具有正折光力的第三透镜组G3和具有正折光力的第四 透镜组G4。当从广角位置变焦到远摄位置时，第一透镜组G1和第二透镜组G2之间的间隔 可以减小，并且第三透镜组G3和第四透镜组G4之间的间隔可以增大。
[0057] 第一透镜组G1可以包括至少一个负透镜。例如，第一透镜组G1可以包括第一负 透镜11、第二负透镜12和第三正透镜13。第一透镜组G1可以包括至少一个非球面透镜。 例如，第一透镜组G1的第一负透镜11可以为非球面透镜。第一负透镜11可以为双凹透镜 或具有面对物体侧〇的凹入表面的弯月透镜。第一透镜组G1具有负折光力，因此易于控制 由于广角引起的像差，并且变焦镜头可以在尺寸上减小。
[0058] 第二透镜组G2可以例如包括四个透镜。第二透镜组G2可以例如包括从物体侧0 顺序地设置的第四正透镜21、第五正透镜22、第六正透镜23和第七负透镜24。第二透镜 组G2包括四个透镜，从而允许实现明亮的变焦镜头。第二透镜组G2可以控制随着光通量 增加而发生的球面像差和横向像差。
[0059] 第三透镜组G3可以包括一个或多个透镜。例如，图1、图3、图5和图7示出第三 透镜组G3包括第八正透镜31和第九负透镜32的示例。图9示出第三透镜组G3包括一个 正透镜的示例。第三透镜组G3在相对于水平光轴的垂直方向上移动从而校正振动。
[0060] 第四透镜组G4可以包括一个透镜。例如，第四透镜组G4可以包括第十正透镜41。 第四透镜组G4沿着光轴移动从而校正像平面振动并校正焦点位置，从而进行聚焦。仅供参 考，各透镜通过仅图1中的附图标记来表示。
[0061] 另外，根据实施例的变焦镜头可以构造为满足下面的表达式：
[0062] 0. 3 ^ wFno*fw/f2 ^ 1. 25 〈表达式 1>
[0063] 其中，f2表示第二透镜组的焦距，fV表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距， wFno表示处于广角位置的F数（F number)。
[0064] 为了实现明亮的透镜，处于广角位置的变焦镜头的折光力与第二透镜组的折光力 的比率是重要的。因此，整个变焦镜头的焦距与第二透镜组的焦距的比率根据表达式1构 造，从而实现根据变焦镜头的大直径的稳定系统。在表达式1中，当〃wFn〇*fw/f2〃超过上 限时，第二透镜组的折光力过度增大，变得难以适当地分配第三透镜组的折光力，因此会难 以校正振动。当"wFno*fw/f2"小于下限时，第二透镜组的折光力过度减小，变得难以控制 根据变焦镜头的大直径的球面像差。
[0065] 接下来，根据实施例的变焦镜头可以构造为满足下面的表达式：
[0066] 60 彡 lVd 彡 100 〈表达式 2>
[0067] 其中，lVd表示第一透镜组中包括的负透镜的阿贝数。
[0068] 第一透镜组可以包括一个或多个负透镜，并且负透镜中的至少一个可以具有等于 或大于60且等于或小于100的阿贝数。例如，第二负透镜12可以具有等于或大于60且等 于或小于100的阿贝数。当第一透镜组满足表达式2时，可以减小或消除色差（chromatic aberration)〇
[0069] 根据实施例的变焦镜头可以构造为满足下面的表达式：
[0070] 1. 7 ^ f3/fw ^ 21. 5 〈表达式 3>
[0071] 其中，f3表示第三透镜组的焦距，fV表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距。
[0072] 在具有大直径的变焦镜头中，变焦放大（zoommagnification)会阻碍像差的控制。 为了解决此问题，在实施例中，包括具有正折光力的第二透镜组和第三透镜组，每个透镜组 之间的间隔在变焦期间变化，并且像差可以被稳定地控制。
[0073] 此外，第三透镜组校正振动，第三透镜组包括具有正折光力的透镜，从而减少在振 动的校正期间可能发生的分辨率的变化。第三透镜组在相对于水平光轴的垂直方向上移动 以便校正振动，并且用于控制振动校正的机构的构造可以通过减少第三透镜组的透镜数而 简化。另外，为了改善振动校正的效果，第三透镜组在相对于光轴的垂直方向上的运动行程 被适当地调整。表达式3限制了用于防止振动的变焦镜头的折光力。当f3/fw超过上限时， 用于校正振动的行程增加，因此防止振动的效果降低。当f3/fw超过下限时，防止了振动， 但是难以控制像差。因此，会难以实现具有大直径的变焦镜头。
[0074] 在变焦光学系统中，第四透镜组G4满足下面的表达式：
[0075] 2. 9 ^ f4/fw ^ 12 〈表达式 4>
[0076] 其中，f4表示第四透镜组的焦距，fw表示处于广角位置的整个变焦镜头的焦距。
[0077] 表达式4限制了第四透镜组的焦距与处于广角位置的整个变焦镜头的焦距的比 率。当"f4/fw"等于或小于表达式4的下限时，折光力变得过强，并且当根据物体距离进行 像平面的校正时像差变化量增大。当〃f4/fV〃超过表达式4的上限时，为了像平面的校正， 第四透镜组沿着光轴的移动距离增加，因此会难以实现变焦镜头的小型化。
[0078] 第一透镜组可以包括至少一个正透镜。至少一个正透镜可以构造为满足下面的表 达式：
[0079] 1. 9 彡 INd 〈表达式 5>
[0080] 其中，INd表示第一透镜组的正透镜的d线折射率。
[0081] 为了增大第一透镜组G1的折光力，第一透镜组中包括的负透镜可以形成为双凹 透镜，具有正折光力的透镜的折光力可以被增大。折光力可以通过由具有1.9或更大的折 射率的材料形成第一透镜组的正透镜而增大。当第一透镜组的正透镜由具有1.9或更小的 折射率的材料形成时，透镜具有尖锐的曲率半径，因此会难以加工透镜。
[0082] 另外，第二透镜组G2可以具有弯月形状的非球面透镜，该弯月形状具有面向物体 侧〇的凸起表面。当为了实现明亮镜头而制作大光圈时，第二透镜组的中心光通量与其它 透镜组相比最大，并且球面像差可以通过在第二透镜组中采用非球面透镜而容易校正。此 夕卜，为了实现广角和大光圈，轴向像差和离轴像差（〇ff _axial aberration)可以通过在第 二透镜组中采用弯月形状的非球面透镜来控制，该弯月形状具有面向物体侧的凸起表面。
[0083] 第二透镜组G2可以包括粘合透镜。粘合透镜可以包括正透镜和负透镜。按从物体 侧的顺序，第二透镜组例如包括正透镜、正透镜、正透镜和负透镜，从而允许易于控制像差。 此外，粘合透镜可以校正色差。
[0084] 第三透镜组G3可以包括具有正折光力的至少一个非球面透镜。
[0085] 在4组类型的变焦镜头中，第三透镜组G3和孔径光阑ST在相同的轨迹上移动，从 而在通过第二透镜组校正球面像差之后校正球面像差的剩余量。此外，第三透镜组在相对 于光轴的垂直方向上移动以校正振动。此外，第三透镜组可以通过采用具有正折光力的非 球面透镜来控制像差并校正珀兹伐和（Petzval sum)。
[0086] 在第三透镜组移动以便校正振动期间，图像、球面像差和珀兹伐和被满意地校正。 也就是，当为了球面像差和振动的校正而移动透镜组时，抑制了在像平面的中央部分中发 生的偏心彗差（eccentric coma aberration)。此外，在移动第三透镜组（其是振动校正组） 时在像平面的周边中发生的像场弯曲可以通过校正珀兹伐和而被抑制。
[0087] 此外，由于第三透镜组与孔径光阑一起移动，所以用于校正振动的机械构造可以 被简化，并且透镜筒的尺寸可以被减小。孔径光阑和快门设置在第三透镜组的物体侧上，并 且孔径光阑和快门在与第三透镜组相同的轨迹上移动，从而简化电子控制和机械构造，并 降低整个变焦镜头的制造成本。
[0088] 第四透镜组G4可以根据物体距离的变化来进行聚焦。第四透镜组G4可以包括弯 月透镜，该弯月透镜具有面向物体侧的凸起表面。第四透镜组G4具有弯月形状，该弯月形 状具有面向物体侧的凸起表面，从而在进行聚焦时允许像场弯曲的容易校正并减小像差根 据物体距离的变化。
[0089] 第四透镜组G4可以包括具有正折光力的非球面透镜。因此，可以易于校正像差， 并可以易于控制入射在像平面上的光束的入射角。
[0090] 为了在照相机镜头系统中实现小型化和成本降低，镜头被简单地驱动。当进行聚 焦用于补偿根据物体距离的像平面变化时，通过移动第四透镜组（其最靠近像平面）进行 聚焦，因此像差根据像平面的补偿而很少地变化，并且用于移动第四透镜组的机构可以被 简化，从而促进变焦镜头的小型化和成本降低。
[0091] 另外，在实施例中提到的非球面表面的定义如下。
[0092] 当光轴方向为沿着X轴、垂直于光轴方向的方向为沿着y轴并且光束的行进方向 为正方向时，根据实施例的变焦镜头的非球面表面的形状可以由下面的表达式表示。这里， X表示在光轴方向上距透镜顶点的距离，y表示在垂直于光轴方向的方向上的距离，K表示 二次常数，A、B、C和D的每个表示非球面系数，c表示在透镜的顶点处的曲率半径R的倒数 (也就是，1/R)。
[0093]
【权利要求】
1. 一种变焦镜头，按从物体侧到成像侧的顺序包括： 第一透镜组，具有负折光力； 第二透镜组，具有正折光力； 第三透镜组，具有正折光力；以及 第四透镜组，具有正折光力， 其中，当从广角位置变焦到远摄位置时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间 隔减小，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的间隔减小，并且所述第三透镜组和所述 第四透镜组之间的间隔增大， 其中按从所述物体侧的顺序，所述第二透镜组包括正透镜、正透镜、正透镜和负透镜， 并且 其中所述变焦镜头满足下面的表达式： 0. 3 ^ wFno*fw/f2 ^ 1. 25 其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，fV表示处于所述广角位置的整个变焦镜头的焦 距，wFno表示处于所述广角位置的F数。
2. 如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组包括一个或多个负透镜，并且 所述一个或多个负透镜中的至少一个满足下面的表达式： 60. lVd 彡 100 其中，lVd表示所述第一透镜组的所述一个或多个负透镜中的至少一个的阿贝数。
3. 如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述变焦镜头满足下面的表达式： 1. 7 ^ f3/fw ^ 21. 5 其中，f3表示所述第三透镜组的焦距，fV表示处于所述广角位置的整个变焦镜头的焦 距。
4. 如权利要求1所述的变焦镜头，其中所述第四透镜组满足下面的表达式： 2. 9 ^ f4/fw ^ 12 其中，f4表示所述第四透镜组的焦距，fw表示处于所述广角位置的整个变焦镜头的焦 距。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组包括正透镜，并且 所述正透镜的折射率满足下面的表达式： 1. 9 彡 INd 其中，INd表示所述第一透镜组的所述正透镜的d线折射率。
6. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第二透镜组包括具有弯月形 状的非球面透镜，该弯月形状具有朝向所述物体侧的凸起表面。
7. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第二透镜组包括粘合透镜。
8. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组包括具有正折光 力的非球面透镜。
9. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组进行振动校正。
10. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组包括孔径光阑。
11. 如权利要求10所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组和所述孔径光阑在变焦期间 在相同的轨迹上移动。
12. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组包括第一负透 镜、第二负透镜和正透镜。
13. 如权利要求12所述的变焦镜头，其中所述第一透镜组的所述第一负透镜是非球面 透镜。
14. 如权利要求1至4中任一项所述的变焦镜头，其中所述第三透镜组包括负透镜和正 透镜。
15. -种摄影装置，包括： 变焦镜头；和 成像元件，接收由所述变焦镜头形成的图像， 其中按从物体侧到成像侧的顺序，所述变焦镜头包括具有负折光力的第一透镜组、具 有正折光力的第二透镜组、具有正折光力的第三透镜组以及具有正折光力的第四透镜组， 其中，当从广角位置变焦到远摄位置时，所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的间 隔减小，所述第二透镜组和所述第三透镜组之间的间隔减小，并且所述第三透镜组和所述 第四透镜组之间的间隔增大， 其中按从所述物体侧的顺序，所述第二透镜组包括正透镜、正透镜、正透镜和负透镜， 并且 其中所述变焦镜头满足下面的表达式： 0. 3 ^ wFno*fw/f2 ^ 1. 25 其中，f2表示所述第二透镜组的焦距，fV表示处于所述广角位置的整个变焦镜头的焦 距，wFno表示处于所述广角位置的F数。
【文档编号】G02B15/177GK104280865SQ201410325515
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2013年7月9日
【发明者】金镇佑 申请人:三星电子株式会社