專利名稱：：高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種纖細(xì)的、緊湊的高放大率變焦透鏡。
背景技術(shù)：
：靜態(tài)照像機(jī)或攝像機(jī)的變焦透鏡系統(tǒng)通常必須是緊湊的，并且具有優(yōu)越的光學(xué)性能和高放大率。隨著諸如便攜信息終端、個人數(shù)字助理(PDA)和移動電話之類的電子裝置變得更普及，它們現(xiàn)在通常包含數(shù)字成像單元或者數(shù)字視頻單元。于是，對于緊湊的照像機(jī)的需求進(jìn)一步增加。隨著數(shù)字照像機(jī)或者攝像機(jī)變得普及，人們希望總是攜帶它們，而不論是否需要拍攝，這不像膠片照像機(jī)或者攝像機(jī)那樣，因此，對于緊湊、纖細(xì)和輕型的照像機(jī)的需求正在增加。纖細(xì)的、緊湊的照像機(jī)被劃分為滑動器類型，其中，變焦透鏡在使用期間突出到照像機(jī)機(jī)體之外，并且當(dāng)不使用時被保持在照像機(jī)機(jī)體內(nèi)；折射類型，其中，諸如棱鏡的反射鏡用于降低透鏡系統(tǒng)的厚度。通過在使用棱鏡的光學(xué)系統(tǒng)的中間將光路改變90。，可以最小化包括棱鏡的折射類型的光學(xué)系統(tǒng)的厚度。對于纖細(xì)、緊湊的數(shù)字照像機(jī)，常用3X的變焦率，但是，對于超過5X的變焦率的高放大率的需求正在增加。曰本專利公開第2003-202500號公開了在圖1中所示的變焦透鏡，其包括包括反射表面的第一透鏡組Grl,其具有正折光力，并且將光軸改變90。；第二透鏡組Gr2，其具有負(fù)折光力；第三透鏡組Gr3,其具有正折光力；第四透鏡組Gr4，其具有正折光力；以及，第五透鏡組Gr5。所有的透鏡組彼此以氣隙相隔，所述氣隙當(dāng)改變放大率時改變?？梢詫⒆兘雇哥R光學(xué)系統(tǒng)的放大率改變大約3-6的系數(shù)。反射構(gòu)件較大，在反射構(gòu)件之前布置了兩個或者更多的透鏡。結(jié)果，這個光學(xué)系統(tǒng)的大小對于纖細(xì)的、緊湊的照像機(jī)而言不合需要地大。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種變焦透鏡系統(tǒng)，其具有高放大率，纖細(xì)和緊湊，并且較為便宜。按照本發(fā)明的一個方面，一種高放大率變焦透鏡系統(tǒng)包括第一到第五透鏡組，其分別從物側(cè)依次排列，其中，所述第一到第五透鏡組的至少一個在放大率改變期間移動，所述第一透鏡組包括反射構(gòu)件，所述變焦透鏡系統(tǒng)滿足下述條件3.8S左《6.0并且1.50《&S1.88其中，"fw"表示在廣角位置的焦距，"fr"表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距，"Lt，，表示在遠(yuǎn)攝位置從在物側(cè)的透鏡表面到像面的變焦透鏡系統(tǒng)整體長度。按照本發(fā)明的另一個方面，一種高放大率變焦透鏡系統(tǒng)包括分別從物側(cè)依序排列的下述部分反射構(gòu)件；第一透鏡組，其具有正折光力；第二透鏡組，其具有負(fù)折光力；第三透鏡組，其具有正折光力；第四透鏡組，其具有正折光力；第五透鏡組，其具有正折光力，并且所述高放大率變焦透鏡系統(tǒng)滿足下述條件3.8S1S6.0并且1.50《&S1.95其中，"fw，，表示在廣角位置的焦距，"fT"表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距，"LT"表示在遠(yuǎn)攝位置從在物側(cè)的透鏡表面到像面的變焦透鏡系統(tǒng)整體長度。至少第二透鏡組和第四透鏡組可以在放大率改變期間移動。在放大率改變期間，在第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔可減小，并且在第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔可減小。第一透鏡組可以包括第一透鏡元件，其具有負(fù)折光力反射構(gòu)件；第二透鏡元件，其具有正折光力，并且包括非球面的表面。第四透鏡組可以包括從物側(cè)依序排列的下述部件透鏡元件，其具有正折光力；雙合透鏡，其具有負(fù)折光力。通過下面參見附圖詳細(xì)說明優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，其中圖1圖解了按照日本專利公開第2003-202500號的變焦透鏡系統(tǒng)；圖2A、2B和2C示出了按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的在高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置、中角位置和遠(yuǎn)攝位置的配置；圖3A示出了在圖2A、2B和2C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖3B示出了在圖2A、2B和2C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的中角位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖3C示出了在圖2A、2B和2C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的遠(yuǎn)攝位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖4A、4B和4C在示出了按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置、中角位置、遠(yuǎn)攝位置的配置；圖5A示出了在圖4A、4B和4C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖5B示出了圖4A、4B和4C的高放大率變焦透鏡的中角位置的球面1象差、像場彎曲和畸變；圖5C示出了在圖4A、4B和4C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的遠(yuǎn)攝位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖6A、6B和6C示出了在按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置、中角位置、遠(yuǎn)攝位置的配置；圖7A示出了在圖6A、6B和6C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖7B示出了在圖6A、6B和6C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的中角位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖7C示出了在圖6A、6B和6C的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的遠(yuǎn)攝位置的球面像差、像場彎曲和畸變；圖8A、8B和8C圖解了在按照本發(fā)明的高放大率變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置按照物距的透鏡移動量。具體實(shí)施例方式參見圖2A、2B和2C,按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)包括從物側(cè)依序排列的第一到第五透鏡組G1、G2、G3、G4和G5。所述第一透鏡組G1包括反射構(gòu)件ll，其可以是棱鏡或者反射鏡。同樣，第一到第五透鏡組的至少一個在變焦透鏡系統(tǒng)的放大率改變期間移動。按照本實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)具有高放大率，其在下面的范圍內(nèi)改變。3.82左^6.0[不等式l不等式l限定了變焦透鏡系統(tǒng)的放大率，其中，"fw"表示在廣角位置的焦距，"fr"表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距。在不等式1中，當(dāng)放大率超過上限時，放大率太高，但是其在校正縱向色差、橫向色差和慧形像差閃耀時不同，因此對于使用高分辨率的固態(tài)圖像感測設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)而言，難于保證足夠的光學(xué)性能。相反，當(dāng)放大率低于下限時，放大率太低，并且可以使用更小、更簡單和更便宜的結(jié)構(gòu)來提供相同的放大率。不等式2示出了光學(xué)系統(tǒng)的大小。1.50S^《1.95[不等式2在不等式2中，"LT"表示在遠(yuǎn)攝位置的、從物體到像面的整體距離，"fT"表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距。通過變焦放大率和像面的大小來確定在遠(yuǎn)攝位置的焦距。當(dāng)在遠(yuǎn)攝位置的焦距超過在不等式2中的上限時，變焦放大率太小，以致不能實(shí)現(xiàn)高放大率光學(xué)系統(tǒng)或者光學(xué)系統(tǒng)的整體長度太長。相反，當(dāng)在遠(yuǎn)攝位置的焦距小于下限時，像面的大小增加，使得難于形成緊湊的光學(xué)系統(tǒng)。更優(yōu)選的是，按照本實(shí)施例的變焦透鏡滿足不等式3。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>[不等式3第一透鏡組G1具有正折光力，第二透鏡組G2具有負(fù)折光力，第三透鏡組G3具有正折光力，第四透鏡組G4具有正折光力，第五透鏡組G5具有正折光力。第一透鏡組Gl可包括從物側(cè)依序排列的下述部件單透鏡元件10，其具有負(fù)折光力；反射構(gòu)件11;單透鏡元件12，其具有正折光力。第二透鏡組G2可包括從物側(cè)依序排列的下述部件單透鏡元件13，其具有負(fù)折光力；雙合透鏡(doublet)，其由具有負(fù)折光力的組合透鏡元件14和15形成。笫三透鏡組G3包括具有正折光力的單個透鏡元件和孔徑光闌，或者包括由具有正折光力的組合透鏡元件16和17形成的雙合透鏡以及孔徑光闌T。圖2示出了包括雙合透鏡的第三透鏡組G3的一個示例。第四透鏡組G4可以包括單個透鏡元件18，其具有正折光力；雙合透鏡，其由組合透鏡元件19和20形成，具有負(fù)折光力。第五透鏡組G5包括單個透鏡元件231，其由塑料形成。在放大率改變期間，第二透鏡組G2向像面I移動，第四透鏡組G4向物平面0移動。所述第四透鏡組G4或者第五透鏡組G5按照物距的改變而執(zhí)行像面的移動(即焦點(diǎn)調(diào)整)。在本發(fā)明中，第一透鏡組Gl包括反射構(gòu)件11，單個透鏡元件IO具有負(fù)折光力，并且被布置在反射構(gòu)件ll之前，單個透鏡元件12具有正折光力，并且被布置在反射構(gòu)件ll之后，反射構(gòu)件ll將光線的光路改變90。以最小化光學(xué)系統(tǒng)的厚度。而且，單個透鏡12的至少一個表面是非球面的，以最小化球面像差、像散和畸變。第二透鏡組G2具有強(qiáng)的負(fù)折光力以與第四透鏡組G4—起進(jìn)行系數(shù)為5的放大，并且包括雙合透鏡，以最小化在遠(yuǎn)攝位置的色差。第三透鏡組G3包括具有正折光力的透鏡和孔徑光闌。所述透鏡可以由單個透鏡元件或者雙合透鏡形成。當(dāng)使用雙合透鏡時，可以通過降低色差來改善在廣角位置的光學(xué)性能。通過將雙凸單個透鏡元件18布置在物側(cè)并且使用在單個透鏡元件18上的非球面表面，第四透鏡組G4最大化球面像差的校正。而且，通過采用朝向像面由組合透鏡元件19和20形成的具有負(fù)折光力的雙合透鏡，最小化縱向色差和橫向色差。在本實(shí)施例中的非球面表面的定義中，當(dāng)光軸是X軸時，與所述光軸方向垂直的方向是Y軸，并且假定光路是正方向，可以通過下面的方程來表達(dá)按照本發(fā)明的變焦透鏡的非球面形狀。在所述方程中，"x"表示沿著光軸與透鏡的頂點(diǎn)的距離，"y，，表示垂直于光軸的距離，"K，，表示錐形常數(shù)。"A、B、C和D"表示非球面系數(shù)，"c，，表示在透鏡頂點(diǎn)的曲率半徑的倒數(shù)(1/R)。x=~~,+a4++cy+zy°[方程4l+V卜("l)c2/第五透鏡組G5包括具有正折光力的單個透鏡元件21，其校正剩余的像散，并且同時優(yōu)化被入射在固態(tài)圖像感測設(shè)備上的光束的角度。因?yàn)樗鰡蝹€透鏡元件21具有長焦距和小量的像差校正，因此它可以由具有低靈敏度的塑料形成，以便節(jié)省成本。在圖2中，附圖標(biāo)號22表示防護(hù)玻璃。第四透鏡組G4或者第五透鏡組G5按照物距的改變執(zhí)行像面校正。當(dāng)通過第五透鏡組G5來校正像面時，不僅對于像面校正而且在放大率改變期間，變得容易使用單個電機(jī)來改變放大率，并且容易由于像差校正的自由度而減小光學(xué)系統(tǒng)的整體長度。在本實(shí)施例中，至少第二透鏡組和第四透鏡組在放大率改變期間移動。在從廣角位置向遠(yuǎn)攝位置的放大率改變期間，在第二透鏡組和第三透鏡組之間的間隔將減小，同時在第三透鏡組和第四透鏡組之間的間隔減小。接著，按照本發(fā)明的變焦透鏡滿足下面的條件。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>[不等式5在不等式5中，"fw"表示在廣角位置的焦距，"fT"表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距，"f3"表示第三透鏡組的焦距。不等式5涉及第三透鏡組的焦距。當(dāng)?shù)谌哥R組的焦距超過上限時，在廣角位置的第三透鏡組的放大率降低，使得整個透鏡系統(tǒng)的整體長度增加。相反，當(dāng)?shù)谌哥R組的焦距小于下限時，第三透鏡組的折光力提高得太多，以至于產(chǎn)生過量的像差。而且，優(yōu)選的是，當(dāng)按照物距的改變而執(zhí)行像面校正的功能時，第五透鏡組G5具有下面的放大率。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>[不等式6在不等式6中，"m5"表示當(dāng)物距為無限時在遠(yuǎn)攝位置的第五透鏡組的放大率。當(dāng)?shù)谖逋哥R組的放大率超過不等式6的上限時，按照像面的移動的第五透鏡組的移動量變大，使移動時間和用于像面的校正時間變得太長。相反，當(dāng)放大率小于下限時，用于像面校正的第五透鏡組的移動變得很小，需要很精細(xì)的控制。本發(fā)明允許大約5倍的放大率改變，并且通過優(yōu)化反射構(gòu)件(諸如棱鏡)的大小和將僅僅一個透鏡定位在反射構(gòu)件的物側(cè)而最小化光學(xué)系統(tǒng)的厚度。而且，可以通過僅僅使用11或者12個透鏡元件來減少成本，并且可以通過縮短光學(xué)系統(tǒng)的整體長度來以低成本獲得纖細(xì)的、緊湊的變焦透鏡。所述纖細(xì)的、緊湊的變焦透鏡系統(tǒng)可以適當(dāng)?shù)赜糜诎ㄔ诨蛘吒浇拥匠o湊的數(shù)字照像機(jī)或者數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、移動電話、便攜信息終端和個人數(shù)字助理(PDA)中的成像設(shè)備。本發(fā)明包括按照通過按照下面的不同設(shè)計(jì)的實(shí)施例而體現(xiàn)變焦透鏡的最小化的最佳條件的透鏡。按照本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的多個實(shí)施例的詳細(xì)透鏡數(shù)據(jù)被描述如下。在下面的實(shí)施例中，"r表示整個變焦透鏡系統(tǒng)的合成焦距，"Fno"表示F數(shù)。"2w"表示視角，"r，，表示曲率半徑，"d，，表示透鏡中心的厚度或者在透鏡之間的間隔，"nd，，表示折射率，"vd"表示阿貝數(shù)。而且，"ST，，表示孔徑光闌，"dl、d2、d3、d4和d5"表示可變距離。<實(shí)施例1>圖2A、2B、2C示出了按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)，其包括第一到第五透鏡組G1、G2、G3、G4和G5。<表1><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>圖3A、3B和3C分別示出了按照本實(shí)施例的在變焦透鏡的廣角位置、中角位置、遠(yuǎn)攝位置的縱向球面像差、像場彎曲和畸變?？梢钥闯鲋盗己谩Ｓ蒄raunhofer線c、d和F來指示縱向像差，而由正切像場彎曲T和弧矢像場彎曲S來表示所述像場彎曲和畸變。<實(shí)施例2>圖4A、4B和4C示出了按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)。第一透鏡組Gl包括第一透鏡元件40、反射構(gòu)件41和第二透鏡元件42，第二透鏡組G2包括第三透鏡元件43和第一組合透鏡元件44和45，第三透鏡組G3包括孔徑ST和第二組合透鏡元件46和47。第四透鏡組G4包括第四、第五和第六透鏡元件48、49和50，第五透鏡組G5包括第七透鏡元件51。所述變焦透鏡系統(tǒng)還包括防護(hù)玻璃52。<表3>f:6.00~13.27~28.50,Fno:3.65~4.54~5.39，2o):62.57~31.10~14.29<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>K:6.307089A:0.496629E-03B:"0.780880E"06C:"0.43鄰58E"06<table>complextableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表4示出了在廣角位置、中角位置和遠(yuǎn)攝位置的在本實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)中的可變距離dl、d2、d3、d4和d5的示例。<表4><table>complextableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>圖5A、5B和5C分別示出了按照本實(shí)施例的在變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置、中角位置、遠(yuǎn)攝位置的縱向球面像差、像場彎曲和畸變。<實(shí)施例3>圖6A、6B和6C示出了按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的變焦透鏡系統(tǒng)。第一透鏡組Gl包括第一透鏡元件60、反射構(gòu)件61和第二透鏡元件62，第二透鏡組G2包括第三透鏡元件63和第一組合透鏡元件64和65，第三透鏡組G3包括孔徑ST和第二組合透鏡元件66和67，第四透鏡組G4包括第四、第五和第六透鏡元件68、69和70，第五透鏡組G5包括第七透鏡元件71。所述變焦透鏡系統(tǒng)還包括防護(hù)玻璃72。<表5><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>圖7A、7B和7C分別示出了按照本實(shí)施例的在變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置、中角位置、遠(yuǎn)攝位置的縱向球面像差、像場彎曲和畸變。圖8A、8B和8C圖解了按照根據(jù)本發(fā)明的變焦透鏡系統(tǒng)的廣角位置的物距的改變用于校正像面的量(m)。表7示出了第一到第三實(shí)施例滿足上述的不等式1、2、3、5和6。<表7><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>如上所述，按照本發(fā)明，通過降低反射構(gòu)件(諸如棱鏡)的大小和將單個透鏡元件布置在反射構(gòu)件的物側(cè)而減小光學(xué)系統(tǒng)的厚度。而且，通過使用較少的透鏡元件來降低光學(xué)系統(tǒng)的成本和整體長度，可以以低成本產(chǎn)生纖細(xì)的、緊湊的變焦透鏡系統(tǒng)。所述纖細(xì)的、緊湊的變焦透鏡系統(tǒng)可以適當(dāng)?shù)赜糜诎ㄔ诨蛘吒浇拥匠o湊的數(shù)字照像機(jī)或者數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、移動電話、便攜信息終端和個人數(shù)字助理(PDA)中的拍攝設(shè)備。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而具體示出和說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附的優(yōu)選實(shí)施例限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行在形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。權(quán)利要求1.一種高放大率變焦透鏡系統(tǒng)，包括分別從物側(cè)依次排列的第一到第五透鏡組，其中，所述第一到第五透鏡組的至少一個在放大率改變期間移動，所述第一透鏡組包括反射構(gòu)件，所述變焦透鏡系統(tǒng)滿足下述條件<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mn>3.8</mn><mo>≤</mo><mfrac><msub><mi>f</mi><mi>T</mi></msub><msub><mi>f</mi><mi>W</mi></msub></mfrac><mo>≤</mo><mn>6.0</mn></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2007101613262C00011.gif"wi="104"he="42"img-content="drawing"img-format="tif"/-->并且<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><mn>1.50</mn><mo>≤</mo><mfrac><msub><mi>L</mi><mi>T</mi></msub><msub><mi>f</mi><mi>T</mi></msub></mfrac><mo>≤</mo><mn>1.88</mn></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0002"file="S2007101613262C00012.gif"wi="118"he="41"img-content="drawing"img-format="tif"/-->其中，“fW”表示在廣角位置的焦距，“fT”表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距，“LT”表示在遠(yuǎn)攝位置從在物側(cè)的透鏡表面到像面的變焦透鏡系統(tǒng)整體長度。全文摘要一種高放大率變焦透鏡系統(tǒng)，包括第一到第五透鏡組，其分別從物側(cè)依次排列。所述第一到第五透鏡組的至少一個在放大率改變期間移動，所述第一透鏡組包括反射構(gòu)件，所述變焦透鏡系統(tǒng)滿足條件3.8≤f<sub>T</sub>/f<sub>W</sub>≤6.0并且1.50≤L<sub>T</sub>/f<sub>T</sub>≤1.88其中，“f<sub>W</sub>”表示在廣角位置的焦距，“f<sub>T</sub>”表示在遠(yuǎn)攝位置的焦距，“L<sub>T</sub>”表示在遠(yuǎn)攝位置從在物側(cè)的透鏡表面到像面的變焦透鏡系統(tǒng)整體長度。文檔編號G02B15/16GK101169509SQ20071016132公開日2008年4月30日申請日期2007年9月28日優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日發(fā)明者民許申請人:三星Techwin株式會社