變焦鏡頭和包括所述變焦鏡頭的光學成像裝置的製作方法

2023-06-03 10:28:41 1

專利名稱：變焦鏡頭和包括所述變焦鏡頭的光學成像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變焦鏡頭和包括所述變焦鏡頭的光學成像裝置。
背景技術：
包括諸如電荷耦合器件(CXD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)的固態成像器件 的數字靜態照相機(DSC)、或數字攝像機(DVC)已經被廣泛使用。具體地說，對具有百萬像 素解析度的照相機模塊的需求在增加，而且具有高於500萬像素的圖像解析度的照相機被 頻繁地使用。要求諸如使用CCD或CMOS的數字靜態照相機(DSC)或行動電話照相機的光 學成像裝置的尺寸小、重量輕且製造成本低。為了滿足照相機小型化的需求，當執行拍攝時，鏡頭從照相機主體的預定位置延 伸或縮回到照相機的預定位置中，當不執行拍攝時，容納在照相機中並被驅動以沿著光軸 布置透鏡的可收縮透鏡筒已被廣泛使用。在這樣一種可收縮照相機中，當可收縮透鏡筒容 納在照相機中時，可以最小化透鏡組之間的距離，從而可以減小照相機的厚度並可改善照 相機的可攜帶性。在可收縮透鏡筒中，可以減少透鏡組的數量以製造小尺寸的和薄的照相 機。在這種情況下，需要確保優越的圖像解析度。為了滿足這些要求，廣泛使用了包括三個透鏡組的傳統的變焦鏡頭。另外，已經提 出了包括具有2X的變焦倍率的小尺寸拍攝透鏡系統的傳統的變焦鏡頭系統。在包括三個 透鏡組的傳統的變焦鏡頭中，第一透鏡組具有負屈光力、第二透鏡組整體上具有正屈光力、 第三透鏡組具有正屈光力，三個透鏡組從傳統變焦鏡頭的物方到像方被順序地布置。然而， 使用這樣的傳統鏡頭難以滿足小型化、低鏡頭製造成本的要求且難以實現高變焦倍率。

發明內容
本發明提供了一種可小型化、可低製造成本製造的變焦鏡頭以及一種包括所述變 焦鏡頭的光學成像裝置。根據本發明的實施例，提供了一種變焦鏡頭，該變焦鏡頭從物方順序地包括具有 負屈光力的第一透鏡組、具有正屈光力的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組，其中， 第一透鏡組包括球面負透鏡和非球面正透鏡，第二透鏡組包括正透鏡和負透鏡，所述正透 鏡和負透鏡包括三個或更多個非球面。根據本發明的另一實施例，提供了一種變焦鏡頭，該變焦鏡頭從物方順序地包括 具有負屈光力的第一透鏡組、具有正屈光力的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組， 其中，第一透鏡組包括兩個透鏡，第二透鏡組包括非球面正透鏡和非球面負透鏡，第三透鏡 組包括折射率滿足下式的至少一個球面透鏡3nd > 1. 8，
其中，3nd是第三透鏡組的所述至少一個球面透鏡的折射率。變焦鏡頭可滿足下式16 < 21vd-22vd 1. 8,其中，3nd是第三透鏡組的所述至少一個球面透鏡的折射率。


通過下面參照附圖對本發明的示例性實施例進行的詳細描述，本發明的上述和其 他特點和優點將會變得更加清楚，其中圖1是根據本發明的實施例的變焦鏡頭分別在廣角位置、中間位置和攝遠位置的 截面圖；圖2A是圖1的變焦鏡頭在廣角位置的像差的曲線圖；圖2B是圖1的變焦鏡頭在攝遠位置的像差的曲線圖；圖3是根據本發明另一實施例的變焦鏡頭分別在廣角位置、中間位置和攝遠位置 的截面圖；圖4A是圖3的變焦鏡頭在廣角位置的像差的曲線圖；圖4B是圖3的變焦鏡頭在攝遠位置的像差的曲線圖；圖5是根據本發明另一實施例的變焦鏡頭分別在廣角位置、中間位置和攝遠位置 的截面圖；圖6A是圖5的變焦鏡頭在廣角位置的像差的曲線圖；圖6B是圖5的變焦鏡頭在攝遠位置的像差的曲線圖；圖7是根據本發明實施例的包括變焦鏡頭的光學成像裝置的示意圖。
具體實施例方式參照用於示出本發明的示例性實施例的附圖，以獲得對本發明、本發明的優點以 及通過實施本發明而達到的目標的充分的理解。以下，將參照附圖來詳細描述本發明的各 個實施例。在附圖中相同的標號表示相同的元件。圖1是根據本發明的實施例的變焦鏡頭11分別在廣角位置、中間位置和攝遠位置 的截面圖；參照圖1，根據當前實施例的變焦鏡頭11包括具有負屈光力的第一透鏡組G1、具 有正屈光力的第二透鏡組G2和具有正屈光力的第三透鏡組G3，第一透鏡組Gl、第二透鏡組 G2和第三透鏡組G3從變焦鏡頭11的物方0到像方I順序地布置。第一透鏡組Gl可包括 第一透鏡1和第二透鏡2。第一透鏡1具有負屈光力，第二透鏡2可具有正屈光力。第一透 鏡1是球面透鏡，第二透鏡2是非球面透鏡。第二透鏡組G2可包括具有正屈光力的第三透鏡3和具有負屈光力的第四透鏡4。 第四透鏡4可朝向物方0凸出。光闌ST可布置在第二透鏡組G2的物方0。第三透鏡3和 第四透鏡4可以是非球面透鏡。例如，第三透鏡3和第四透鏡4包括三個或更多個非球面 並校正發生在變焦操作中的像差。第二透鏡組G2可包括分別具有正屈光力和負屈光力的 兩個透鏡，從而可容易地控制色差。第一透鏡組Gl在廣角位置影響變焦鏡頭11的視角、衍射和解析度。第二透鏡組 G2與變焦倍率有關，第二透鏡組G2的屈光力越大，第二透鏡組G2在變焦期間的移動範圍 就越大。第三透鏡組G3校正由物距的變化引起的像平面的變化，從而執行聚焦。為了小型 化圖1的變焦鏡頭11，需要最小化透鏡的數量，還需要最小化在變焦期間透鏡的軌跡。然 而，對透鏡的數量的最小化和對透鏡的軌跡的最小化存在限制。具體地說，當透鏡的數量減 少時，關於透鏡的靈敏度增加，因此需要增加非球面透鏡的數量，當非球面透鏡的數量增加 時，透鏡的製造成本增加。因此，在不減少透鏡數量的情況下，通過使用非球面透鏡作為第 一透鏡組Gl的正透鏡實現了更好的像差性能和更好的光學性能。通過利用第一透鏡組Gl 的負透鏡作為球面鏡，與第一透鏡組Gl的負透鏡用作非球面鏡的情況相比，可以減少屬於 第一透鏡組Gl的透鏡的厚度之和。第一透鏡組Gl的負透鏡的直徑大於第一透鏡組Gl的 正透鏡的直徑。換句話說，通過利用具有小直徑的正透鏡作為非球面透鏡而不是利用具有 大直徑的負透鏡作為非球面透鏡，可以減少透鏡的厚度和。另外，當利用模製方法來製造非 球面透鏡時，具有小直徑的正透鏡用作非球面透鏡，因此可提高生產率。同時，圖1的變焦鏡頭11的第三透鏡組G3可包括具有滿足下面的式1的折射率 的至少一個透鏡3nd > 1. 8，(1)其中，3nd是第三透鏡組G3的至少一個球面透鏡的折射率。例如，第三透鏡組G3 可包括第五透鏡5，第五透鏡5可以是球面透鏡。第五透鏡5具有1. 8或更大的折射率，從 而可以獲得合適量的邊界光，可獲得優越的光學性能，可減少第三透鏡組G3的厚度和變焦 鏡頭11的總長度。結果，可將透鏡鏡筒製造得纖薄。第五透鏡5可以是正雙凸透鏡。當第三透鏡組G3的透鏡中的每一個是彎月透鏡 時，可以減少彎月透鏡(meniscus lens)凹面處的空間，也可以減少從照相機主體延伸或縮 回照相機主體的總長度。換句話說，彎月透鏡的凹面形成了死空間，因此，如果第三透鏡組G3的每一個透鏡都是彎月透鏡，則不能實現圖1的變焦鏡頭11的小型化。因此，出於小型 化的目的，第三透鏡組G3的透鏡可以是正的凸透鏡。兩個濾波器6和7可布置在第三透鏡組G3的像方I上。同時，第二透鏡組G2可滿足下面的式2 16 < 21vd-22vd < 26，(2)其中，21vd是第二透鏡組G2的正透鏡的阿貝數，22vd是第二透鏡組G2的負透鏡 的阿貝數。當第二透鏡組G2的正透鏡和負透鏡中的每一個的阿貝數滿足式2時，可以控制色 差。當第二透鏡組G2的正透鏡和負透鏡中的每一個的阿貝數超出由式2限定的範圍時，色 差增加。圖1的變焦鏡頭11中的第二透鏡組G2校正由手抖動導致的圖像抖動。為了校 正圖像抖動，第二透鏡組G2沿著垂直於光軸的方向移動。為了校正圖像抖動，當第二透鏡 組G2移動時，需要圖像質量良好，且需要合適地校正變焦鏡頭11的球面像差以及佩茲伐和 (Petzval sum)。在這種情況下，可以抑制在第二透鏡組G2沿垂直於光軸的方向移動時出 現在屏幕中央部的球面像差和離軸彗差(eccentric coma aberration)。通過校正變焦鏡 頭11的佩茲伐和，可以抑制在第二透鏡組G2沿垂直於光軸的方向移動時形成在屏幕周邊 部的像面彎曲。圖1的變焦鏡頭11中包括的所有透鏡可利用僅僅玻璃來形成。當圖1的變焦鏡 頭11的所有透鏡由塑料形成時，可以減少透鏡的製造成本。然而，透鏡的數量少，因此可增 加透鏡的靈敏度。因此，當在透鏡數量少的變焦鏡頭中使用塑料透鏡時，可能難以實現優越 的光學性能。為了改善光學性能，圖1的變焦鏡頭11可包括僅僅玻璃透鏡。現在將描述圖1的變焦鏡頭11的非球面形狀。當光軸沿χ軸時，垂直於光軸的方 向是y軸且光的行進方向是正方向，圖1的變焦鏡頭11的非球面形狀可由式3給出
_] 」 ^丄以―々W (3)其中，χ是從透鏡的峰部到光軸的距離，y是從透鏡的峰部到垂直於光軸的方向的 距離，K是二次曲線常數，A，B，C和D是非球面係數，c是在透鏡的峰部的曲率半徑的倒數 1/R。在包括下列設計的其他的實施例中，可以小型化圖1的變焦鏡頭11。在下文中，EFL是整個透鏡系統的有效焦距，Fno是F數，2 ω是視角，R曲率半徑， Dn是透鏡的中央部的厚度或透鏡之間的距離，nd是折射率，vd是阿貝數。另外，ST是孔徑 光闌，D1、D2、D3和D4是可變距離。在附圖中，使用相同的標號示出透鏡組中的透鏡。圖1是根據本發明實施例的變焦鏡頭分別在廣角位置、中間位置和攝遠位置的截 面圖。表1EFL 6. 50 到 18. 48mm, Fno 3. 10 到 5. 91，視角63. 7° 到 23. 8°
權利要求
一種變焦鏡頭(11)，從物方(O)順序地包括具有負屈光力的第一透鏡組(G1)、具有正屈光力的第二透鏡組(G2)和具有正屈光力的第三透鏡組(G3)，其中，第一透鏡組(G1)包括球面負透鏡(1)和非球面正透鏡(2)，第二透鏡組(G2)包括正透鏡(3)和負透鏡(4)，第二透鏡組(G2)包括的正透鏡(3)和負透鏡(4)包括至少三個非球面。
2.一種變焦鏡頭(11)，從物方(0)順序地包括具有負屈光力的第一透鏡組(Gl)、具 有正屈光力的第二透鏡組(G2)和具有正屈光力的第三透鏡組(G3)，其中，第一透鏡組(Gl) 包括兩個透鏡(1，2)，第二透鏡組(G2)包括非球面正透鏡(3)和非球面負透鏡(4)，第三透 鏡組(G3)包括折射率滿足下式的至少一個球面透鏡(5)3nd > 1. 8，其中，3nd是第三透鏡組(G3)的所述至少一個球面透鏡(5)的折射率。
3.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭，其中，變焦鏡頭(11)滿足下式16 < 21vd-22vd < 26，其中，21vd是第二透鏡組(G2)的正透鏡(3)的阿貝數，22vd是第二透鏡組(G2)的負 透鏡(4)的阿貝數。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭(11)，其中，第二透鏡組(G2)校正手抖動。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭(11)，其中，屬於第一透鏡組(G1)、 第二透鏡組(G2)和第三透鏡組(G3)的所有透鏡包含玻璃。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭(11)，其中，第二透鏡組(G2)的負透 鏡(4)向物方(0)凸出。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭(11)，其中，第三透鏡組(G3)包括正 雙凸透鏡(5)。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭(11)，其中，在變焦時，第一透鏡組 (Gl)、第二透鏡組(G2)和第三透鏡組(G3)全部沿光軸可移動。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的變焦鏡頭(11)，其中，第三透鏡組(G3)根據物 距的變化執行聚焦。
10.一種光學成像裝置，包括變焦鏡頭(11)和接收由變焦鏡頭(11)形成的像的成像 傳感器(12)，其中，所述變焦鏡頭(11)從物方(0)順序地包括具有負屈光力的第一透鏡組 (Gl)、具有正屈光力的第二透鏡組(G2)和具有正屈光力的第三透鏡組(G3)，其中，第一透 鏡組(Gl)包括球面負透鏡(1)和非球面正透鏡(2)，第二透鏡組(G2)包括正透鏡(3)和負 透鏡(4)，第二透鏡組(G2)包括的正透鏡(3)和負透鏡(4)包括至少三個非球面。
11.一種光學成像裝置，包括變焦鏡頭(11)和接收由變焦鏡頭(11)形成的像的成像傳 感器(12)，其中，變焦鏡頭(11)從物方(0)順序地包括具有負屈光力的第一透鏡組(Gl)、 具有正屈光力的第二透鏡組(G2)和具有正屈光力的第三透鏡組(G3)，第一透鏡組(Gl)包 括兩個透鏡(1，2)，第二透鏡組(G2)包括非球面正透鏡(3)和非球面負透鏡(4)，第三透鏡 組(G3)包括折射率滿足下式的至少一個球面透鏡(5)3nd > 1. 8，其中，3nd是第三透鏡組(G3)的所述至少一個球面透鏡(5)的折射率。
12.根據前述權利要求中的任一項所述的光學成像裝置，其中，變焦鏡頭(11)滿足下式.16 < 21vd-22vd < 26，其中，21vd是第二透鏡組(G2)的正透鏡(3)的阿貝數，22vd是第二透鏡組(G2)的負 透鏡(4)的阿貝數。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的光學成像裝置，其中，第二透鏡組(G2)的負 透鏡(4)向物方(O)凸出。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的光學成像裝置，其中，第三透鏡組(G3)包括 正雙凸透鏡(5)。
15.根據前述權利要求中的任一項所述的光學成像裝置，其中，在變焦時，第一透鏡組 (Gl)、第二透鏡組(G2)和第三透鏡組(G3)全部沿光軸可移動。
全文摘要
本發明公開了一種變焦鏡頭和包括所述變焦鏡頭的光學成像裝置，所述變焦鏡頭從物方順序地包括具有負屈光力的第一透鏡組、具有正屈光力的第二透鏡組和具有正屈光力的第三透鏡組，其中，第一透鏡組包括球面負透鏡和非球面正透鏡，第二透鏡組包括正透鏡和負透鏡，所述正透鏡和所述負透鏡具有三個或更多個非球面。
文檔編號G02B15/177GK101943792SQ20101022490
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月7日 優先權日2009年7月7日
發明者金鎮祐 申請人:三星電子株式會社