專利名稱：變焦鏡頭系統的制作方法
技術領域：
與示例性實施例一致的設備涉及一種變焦鏡頭系統，更具體地說，涉及一種四(4)-組變焦鏡頭系統。
背景技術：
利用電荷耦合器件(CXD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)來捕捉圖像的攝影設備的存儲容量隨著攝影設備變得越來越數字化而增加。隨著存儲容量的增加，在數字攝影設備中采用的鏡頭系統需要具有相對高的光學性能以及相對小的尺寸。
為了清楚地記錄對象的小信息，鏡頭系統甚至可圓滿地補償在像平面周圍產生的像差。然而，如果要實現相對高的性能，則難以使鏡頭系統小型化，且為了使鏡頭系統小型化，制造成本會增加。因此，難以同時滿足相對高的光學性能和相對低的制造成本。

發明內容
一個或多個示例性實施例提供一種具有相對小的尺寸、相對長的后焦距和相對高的光學性能的變焦鏡頭系統。根據示例性實施例的一方面，提供一種變焦鏡頭系統，變焦鏡頭系統按從物到像的順序包括第一透鏡組，包括至少一個透鏡和用于使光軸彎曲的折光構件，并具有正屈光力；第二透鏡組，具有負屈光力；第三透鏡組；第四透鏡組，其中，通過改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間距、第二透鏡組與第三透鏡組之間的間距以及第三透鏡組與第四透鏡組之間的間距中的至少一個間距來執行變焦，變焦鏡頭系統滿足下面的表達式Fno_w ^ 2. 0,5. 5 彡 fT/fff,且7. 5%^ BFL/0AL,其中，Fno_w表示廣角模式下的F數，fT表示遠攝模式下的總焦距，fw表示廣角模式下的總焦距，BFL表示變焦鏡頭系統的后焦距，OAL表示變焦鏡頭系統的從最靠近物的透鏡的透鏡表面的中心到像的像平面的總長度。 變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式13. 7%^ BFL/OALo變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式BFL ^ 6mm,其中，BFL表示廣角模式下的后焦距。變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式BFL ^ 8mm,
其中，BFL表示廣角模式下的后焦距。變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式OAL ^ 65mm。 變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式I. 7 ^ Fno_w ^ 2. O0變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式5. 5 ^ fT/fff ^ 7. 50當執行從廣角模式到遠攝模式的變焦時，第二透鏡組和第四透鏡組可運動且第一 透鏡組和第三透鏡組可固定。第三透鏡組可具有正屈光力。第四透鏡組可具有正屈光力。第一透鏡組可包括至少一個非球面。第四透鏡組可按從物到像的順序包括正透鏡和負透鏡。第四透鏡組的最靠近物的透鏡可具有至少一個非球面。第四透鏡組的正透鏡可滿足下面的表達式Nd < I. 5，其中，Nd表示第四透鏡組的正透鏡的折射率。第三透鏡組可包括由正透鏡和負透鏡形成的膠合透鏡。變焦鏡頭系統還可包括設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間的光圈。第二透鏡組包括多個透鏡，所述多個透鏡包括最靠近物的第一透鏡和第二靠近物的第二透鏡，其滿足下面的表達式I. 35 < f9/fll < I. 75,其中，f9表示第二透鏡組的第一透鏡的焦距，fll表示第二透鏡組的第二透鏡的焦距。第二透鏡組的第二透鏡是由負透鏡和正透鏡形成的膠合透鏡。根據本發明的另一方面，提供一種變焦鏡頭系統，變焦鏡頭系統按從物到像的順序包括第一透鏡組，包括至少一個透鏡和用于使光軸彎折的折光構件，且具有正屈光力；第二透鏡組，具有負屈光力；第三透鏡組；第四透鏡組，其中，通過改變第一透鏡組到第四透鏡組之間的至少一個間距來執行變焦，形成第一透鏡組到第四透鏡組的透鏡的總數量小于等于10。第三透鏡組和第四透鏡組具有正屈光力。


通過參照附圖對上述和其他方面的示例性實施例進行的詳細描述，上述和其他方面將會變得更加清楚，附圖中圖IA到圖IC示出了分別示出根據示例性實施例的變焦鏡頭系統的廣角模式、中間模式和遠攝模式的示圖；圖2A到圖2C示出根據示例性實施例的圖IA到圖IC的變焦鏡頭系統的在廣角模式下的縱向球面像差、像散和畸變像差；
圖3A到圖3C示出根據示例性實施例的圖IA到圖IC的變焦鏡頭系統的在中間模式下的縱向球面像差、像散和畸變像差；圖4A到圖4C示出根據示例性實施例的圖IA到圖IC的變焦鏡頭系統的在遠攝模式下的縱向球面像差、像散和畸變像差；圖5A到圖5E示出根據示例性實施例的圖IA到圖IC的變焦鏡頭系統的在廣角模式下的彗形像差；圖6A到圖6E示出根據示例性實施例的圖IA到圖IC的變焦鏡頭系統的在中間模式下的彗形像差；圖7A到圖7E示出根據示例性實施例的圖IA到圖IC的變焦鏡頭系統的在遠攝模式下的彗形像差； 圖8A到圖SC示出了分別示出根據示例性實施例的變焦鏡頭系統的廣角模式、中間模式和遠攝模式的示圖；圖9A到圖9C示出根據示例性實施例的圖8A到圖8C的變焦鏡頭系統的在廣角模式下的縱向球面像差、像散和畸變像差；圖IOA到圖IOC示出根據示例性實施例的圖8A到圖8C的變焦鏡頭系統的在中間模式下的縱向球面像差、像散和畸變像差；圖IlA到圖IlC示出根據示例性實施例的圖8A到圖8C的變焦鏡頭系統的在遠攝模式下的縱向球面像差、像散和畸變像差；圖12A到圖12E示出根據示例性實施例的圖8A到圖8C的變焦鏡頭系統的在廣角模式下的彗形像差；圖13A到圖13E示出根據示例性實施例的圖8A到圖8C的變焦鏡頭系統的在中間模式下的彗形像差；圖14A到圖14E示出根據示例性實施例的圖8A到圖8C的變焦鏡頭系統的在遠攝模式下的彗形像差。
具體實施例方式以下，將參照附圖來更加充分地描述示例性實施例。然而，本發明構思可以以許多不同的形式來體現，并且不應被解釋為局限于這里闡述的示例性實施例；相反，提供這些示例性實施例以使本公開將是徹底的和完全的，并將把本發明構思充分傳遞給本領域技術人員。除非另有定義，否則這里使用的所有技術術語和科學術語具有與本發明構思所屬領域的普通技術人員所通常理解的意思相同的意思。除非其在上下文中具有明確不同的含義，否則以單數形式使用的表述也意圖包括復數表述。還將理解的是，諸如“包含”和/或“包括”的術語意圖說明存在特征、數量、步驟、動作、組件、部件或其組合，但不意圖排除可存在或可附加一個或多個其他特征、數量、步驟、動作、組件、部件或其組合的可能性。可使用諸如第一、第二等的術語來描述各種元件，但是這些術語不限制元件，并且可用來將一個元件與另一個元件分開。圖IA到圖IC以及圖8A到圖8C是分別示出根據示例性實施例的變焦鏡頭系統的廣角模式、中間模式和遠攝模式的各幅示圖。參照圖IA到圖IC以及圖8A到圖8C，變焦鏡頭系統按從物方0到像方I的順序包括第一透鏡組Gl、第二透鏡組G2、第三透鏡組G3和第四透鏡組G4。第一透鏡組Gl具有正屈光力。例如，第一透鏡組Gl可包括第一透鏡11或111 ;折光構件12或112和折光構件13或113，用于使穿過第一透鏡11或111的光束的路徑彎折；第二透鏡14或114。第一透鏡11或111可以是負透鏡,第二透鏡14或114可以是正透鏡。折光構件12或112和折光構件13或113可以使穿過第一透鏡11或111的光束彎折大約90°。例如，反射鏡、棱鏡或者光纖可用作折光構件12或112和折光構件13或113。相對于光軸，折光構件12或112和折光構件13或113使入射光折射大約90° ,從而使包括根據示例性實施例的變焦鏡頭系統的攝影設備小型化。圖1A-1C以及圖8A-8C僅僅是光路的示意圖，而實際上，圖中的光軸0將被折光構件12或112以及折光構件13或113彎折大約 90。。第一透鏡11或111可以是例如具有面向物方0的凸面的彎月透鏡。第二透鏡14或114可以是雙凸透鏡。第一透鏡組Gl可包括至少一個非球面。因此，可以補償在遠攝模式下產生的球面像差。第二透鏡組G2具有負屈光力。例如，第二透鏡組G2可包括三個透鏡，即，第三透鏡21或121、第四透鏡22或122和第五透鏡23或123。第三透鏡21或121和第四透鏡22或122可以是負透鏡，第五透鏡23或123可以是正透鏡。第四透鏡22或122、第五透鏡23或123可彼此組合，以形成膠合透鏡。膠合透鏡可補償在變焦期間可能產生的橫向色差。第三透鏡組G3具有正屈光力。例如，第三透鏡組G3可包括第六透鏡31或131、第七透鏡32或132以及第八透鏡33或133。第六透鏡31或131以及第七透鏡32或132可以是正透鏡,第八透鏡33或133可以是負透鏡。第七透鏡32或132以及第八透鏡33或133可以彼此組合，以形成膠合透鏡。膠合透鏡可以補償在變焦期間可能產生的橫向色差。光圈ST可設置在第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間。第四透鏡組G4具有正屈光力。例如，第四透鏡組G4可包括兩個透鏡，S卩，第九透鏡41或141以及第十透鏡42或142。第九透鏡41或141可以是正透鏡，第十透鏡42或142可以是負透鏡。第四透鏡組G4可包括至少一個非球面。例如，第四透鏡組G4的最靠近物方0的第九透鏡41或141可包括至少一個非球面。通過包括所述非球面，可有效補償在變焦期間可能產生的像散。例如，第四透鏡組G4中的第九透鏡41或141的各個表面可以是非球面，以更加有效地補償像散。在根據示例性實施例的變焦鏡頭系統中，第二透鏡組G2和第四透鏡組G4可在變焦期間運動。而且，第一透鏡組Gl和第三透鏡組G3可在變焦期間固定。因此，變焦鏡頭系統的總長度不在變焦期間改變。第二透鏡組G2在變焦期間負責放大。例如，在從廣角模式變焦到遠攝模式期間， 第二透鏡組G2通過從物0朝像I運動來執行放大。當從廣角模式變焦到遠攝模式時，第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間的間距減小，第一透鏡組Gl和第二透鏡組G2之間的間距增加。在變焦期間，第四透鏡組G4執行用于調節焦距的聚焦功能。例如，在從廣角模式朝遠攝模式的變焦期間，第四透鏡組G4可通過首先朝物0運動然后朝像I運動來追循拋物線路徑。當在變焦期間執行聚焦功能時，第四透鏡組G4追循具有大體上為拋物線形狀的路徑，但是其運動量可以改變。例如，在從廣角模式朝遠攝模式變焦之后，第四透鏡組G4在圖8A到圖8C中可以比在圖IA到圖IC中更靠近物O。出于參考，雖然在圖8A到圖8C中沒有清楚示出，但是第四透鏡組G4追循的路徑在從廣角模式到遠攝模式的變焦期間實際上是拋物線的。可通過在變焦期間僅僅移動兩個透鏡組來獲得用于光圈ST的空間。例如，當在攝影設備(例如，閉路電視(CCTV))中使用變焦鏡頭系統時，在第二透鏡組G2和第三透鏡組G3之間可以確保充足的空間，以在該空間中設置厚光圈單元。根據示例性實施例的變焦鏡頭系統可滿足下面的表達式。Fno_w ^ 2. 0(1)這里，Fno_w表示在廣角模式下的F數。當在廣角模式下的F數小于或等于2. 0時，根據示例性實施例的變焦鏡頭系統可以相對亮。例如，在廣角模式下的F數可以落入從 I. 7到2.0的范圍內。5. 5 彡 fT/fff(2)這里，匕表示在廣角模式下的總焦距，&表示在遠攝模式下的總焦距。根據示例性實施例的變焦鏡頭系統可提供等于或者大于5. 5倍的相對高的放大倍率。例如，變焦鏡頭系統可具有范圍從大約5. 5倍到大約7. 5倍的放大倍率。7. 5%^ BFL/0AL (3)這里，BFL表示后焦距，OAL表示變焦鏡頭系統的從位于物方上的透鏡表面的中心到像平面的總長度(即，從第一透鏡11或111的物表面的中心到像平面的距離)。BFL表示從變焦鏡頭系統的最靠近像I的透鏡表面到變焦鏡頭系統的第二焦點的距離，變焦鏡頭系統的第二焦點表示像平面。上面的表達式(3)相對于變焦鏡頭系統的總長度定義了后焦距，根據示例性實施例的變焦鏡頭系統可具有相對長的后焦距。后焦距可以等于或者大于變焦鏡頭系統的總長度的大約7. 5%，例如，等于或者大于變焦鏡頭系統的總長度的13. 7%。諸如CCTV的攝影設備不僅在白天捕捉圖像，還在夜間捕捉圖像。為了獲得高質量圖像，CCTV可包括適于白天攝影的濾光器和適于夜間攝影的濾光器。由于BFL與所述總長度的比率相對大，所以可容易地將白晝濾光器和夜間濾光器互換。例如，BFL可以等于或者大于6mm，例如，BFL在廣角模式下可以等于或者大于8mm，如下面的表達式所表示的。BFL 彡 6mm (4)BFL ^ 8mm (5)另外，變焦鏡頭系統的總長度可滿足下面的表達式。OAL ^ 65mm (6)再次，OAL表示變焦鏡頭系統的從物方上的透鏡表面的中心到像平面的總長度。參照上面的表達式(6)，由于變焦鏡頭系統的總長度小于等于大約65mm，所以攝影設備可以被小型化。在第四透鏡組G4中包括的正透鏡可滿足下面的表達式。Nd < I. 5(7)這里，Nd表示相對于在第四透鏡組G4中包括的正透鏡的d線的折射率。第四透鏡組G4可包括具有相對低的屈光力的透鏡，從而確保相對長的BFL。第二透鏡組G2可滿足下面的表達式。I. 35 < f9/fll < I. 75(8)這里，f9表示第二透鏡組G2中最靠近物0的透鏡的焦距，fll表示第二透鏡組G2中第二靠近物0的透鏡的焦距。例如，f9表示第三透鏡21或121的焦距，fll表示由彼此組合的第四透鏡22和第五透鏡23或彼此組合的第四透鏡122和第五透鏡123形成的膠合透鏡的焦距。上面描述的非球面可被限定如下。 當光軸方向是X軸時，與光軸方向垂直的方向是y軸，根據示例性實施例的變焦鏡頭的非球面形狀可由下面的式(9)來表示，其中，光束的行進方向為正。在式(9)中，X表示沿光軸方向距變焦鏡頭的峰的距離，y表示沿垂直于光軸的方向距光軸的距離，k表示圓錐曲線常數，A、B、C和D均表示非球面系數，c表示在變焦鏡頭的峰處的曲率半徑的倒數(I/R)。
X =——=S== + Ay4 + Byb + Cys + Dy'0
I + Jl - (眾 + \)c~yr( 9 )現在將描述根據示例性實施例的變焦鏡頭系統的設計數據。以下，F表不焦距，Fno表不F數，D8、D 13、D 19和D23每個均表不可變距尚。另夕卜，R表示曲率半徑，Dn表示在透鏡之間的間距或透鏡中央的厚度，nd表示材料的折射率，vd表示材料的阿貝數，ASP表示非球面。下面的表I示出圖IA到圖IC中示出的變焦鏡頭系統的設計數據。在表I中，諸如濾光器50和60的光學器件可進一步設置在第十透鏡42和像I之間。在表I中，Rn(n=I到27)表示圖IA到圖IC中示出的每個透鏡和光學器件的表面Sm(m = I到27)的曲
率半徑。F = 3. 8-25. 2995Fno = I. 81-3. 47BFL = 8. 787OAL = 63. 899表I
權利要求
1.一種變焦鏡頭系統，按從物到像的順序包括 第一透鏡組，包括至少一個透鏡和用于使光軸彎折的折光構件，并具有正屈光力； 第二透鏡組，具有負屈光力； 第三透鏡組； 第四透鏡組， 其中，通過改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間距、第二透鏡組與第三透鏡組之間的間距以及第三透鏡組與第四透鏡組之間的間距中的至少一個間距來執行變焦，變焦鏡頭系統滿足下面的表達式Fno_w ^ 2. O,5.5 ^ fT/fff,且7.5%^ BFL/OAL, 其中，Fno_w表示廣角模式下的F數，fT表示遠攝模式下的總焦距，fw表示廣角模式下的總焦距，BFL表示變焦鏡頭系統的后焦距，OAL表示變焦鏡頭系統的從最靠近物的透鏡的透鏡表面的中心到像的像平面的總長度。
2.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，滿足下面的表達式13.7%^ BFL/0AL。
3.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，變焦鏡頭系統在廣角模式下滿足下面的表達式BFL ^ 6mm。
4.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，變焦鏡頭系統在廣角模式下滿足下面的表達式BFL ^ 8mm。
5.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，滿足下面的表達式OAL ^ 65mm。
6.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，滿足下面的表達式I. 7 ^ Fno_w ^ 2. O0
7.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，滿足下面的表達式 5.5 ^ W 7. 5。
8.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，當執行從廣角模式到遠攝模式的變焦時，第二透鏡組和第四透鏡組運動且第一透鏡組和第三透鏡組固定。
9.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，第三透鏡組具有正屈光力。
10.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，第四透鏡組具有正屈光力。
11.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，第一透鏡組包括至少一個非球面。
12.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，第四透鏡組按從物到像的順序包括正透鏡和負透鏡。
13.根據權利要求12所述的變焦鏡頭系統，其中，第四透鏡組的最靠近物的透鏡具有至少一個非球面。
14.根據權利要求12所述的變焦鏡頭系統，其中，第四透鏡組的正透鏡滿足下面的表達式Nd < I. 5, 其中，Nd表示第四透鏡組的正透鏡的折射率。
15.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，第三透鏡組包括由正透鏡和負透鏡形成的膠合透鏡。
16.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，還包括設置在第二透鏡組和第三透鏡組之間的光圈。
17.根據權利要求I所述的變焦鏡頭系統，其中，第二透鏡組包括多個透鏡，所述多個透鏡包括最靠近物的第一透鏡和第二靠近物的第二透鏡，并滿足下面的表達式I.35 < f9/fll < I. 75, 其中，f9表示所述第一透鏡的焦距，fll表示所述第二透鏡的焦距。
18.根據權利要求17所述的變焦鏡頭系統，其中，第二透鏡是由負透鏡和正透鏡形成的膠合透鏡。
19.一種變焦鏡頭系統，按從物到像的順序包括 第一透鏡組，包括至少一個透鏡和用于使光軸彎折的折光構件，且具有正屈光力； 第二透鏡組，具有負屈光力； 第三透鏡組； 第四透鏡組， 其中，通過改變第一透鏡組與第二透鏡組之間的間距、第二透鏡組與第三透鏡組之間的間距以及第三透鏡組與第四透鏡組之間的間距中的至少一個間距來執行變焦，形成第一透鏡組到第四透鏡組的透鏡的總數量小于等于10。
20.根據權利要求19所述的變焦鏡頭系統，其中，第三透鏡組和第四透鏡組具有正屈光力。
全文摘要
本發明提供了一種變焦鏡頭系統，所述變焦鏡頭系統從物到像順序包括第一透鏡組，包括至少一個透鏡和用于使光軸彎曲的折光構件，且具有正屈光力；第二透鏡組，具有負屈光力；第三透鏡組；第四透鏡組，其中，通過改變第一透鏡組到第四透鏡組之間的至少一個間距來執行變焦。
文檔編號G02B3/02GK102636866SQ201210029580
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月8日 優先權日2011年2月11日
發明者沈亨錄 申請人:三星泰科威株式會社