高放大率变焦透镜系统转让专利
申请号 : CN200710161326.2
文献号 : CN101169509B
文献日 : 2010-12-15
发明人 : 许民
申请人 : 三星数码影像株式会社
摘要 :
一种高放大率变焦透镜系统，包括第一到第五透镜组，其分别从物侧依次排列。所述第一到第五透镜组的至少一个在放大率改变期间移动，所述第一透镜组包括反射构件，所述变焦透镜系统满足条件并且其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
权利要求 :
1.一种高放大率变焦透镜系统，包括分别从物侧依次排列的第一到第五透镜组，
其中，所述第一到第五透镜组的至少一个在放大率改变期间移动，所述第一透镜组包括反射构件，所述变焦透镜系统满足下述条件并且其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
2.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，至少第二透镜组和第四透镜组在放大率改变期间移动。
3.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，在从广角位置向远摄位置的放大率改变期间，在第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小。
4.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第一透镜组包括：第一透镜元件，其具有负折光力；反射构件；第二透镜元件，具有正折光力，并且包括非球面表面。
5.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第四透镜组包括分别从物侧依序排列的具有正折光力的透镜元件和具有负折光力的双合透镜。
6.按照权利要求5的高放大率变焦透镜系统，其中，所述具有正折光力的透镜元件的至少一个表面是非球面的。
7.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第五透镜组包括具有正折光力的单个透镜元件。
8.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第五透镜组由塑料构成。
9.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第三透镜组包括两个透镜元件，其中每个具有正折光力，并且所述第三透镜组满足条件：其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“f3”表示第三透镜组的焦距。
10.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第五透镜组按照物距的改变而执行像面的校正，并且满足下面的条件
0.65≤|m5|≤0.90
其中，“m5”表示当物距为无限时在远摄位置的第五透镜组的放大率。
11.一种高放大率变焦透镜系统，包括分别从物侧依序排列的下述部分：第一透镜组，其包括反射构件并具有正折光力；第二透镜组，其具有负折光力；第三透镜组，其具有正折光力；第四透镜组，其具有正折光力；第五透镜组，其具有正折光力，并且所述高放大率变焦透镜系统满足下述条件并且其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
12.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，至少第二透镜组和第四透镜组在放大率改变期间移动。
13.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，在从广角位置向远摄位置的放大率改变期间，在第二透镜组和第三透镜组之间的间隔减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小。
14.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，第一透镜组包括：第一透镜元件，其具有负折光力；反射构件；第二透镜元件，其具有正折光力，并且包括非球面的表面。
15.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，第四透镜组包括分别从物侧依序排列的具有正折光力的透镜元件和具有负折光力的双合透镜。
16.按照权利要求15的高放大率变焦透镜系统，其中，所述具有正折光力的透镜元件的至少一个表面是非球面的。
17.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第五透镜组包括具有正折光力的单个透镜元件。
18.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第五透镜组由塑料构成。
19.按照权利要求11的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第三透镜组包括两个透镜元件，其中每个具有正折光力，并且所述第三透镜组满足条件：其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“f3”表示第三透镜组的焦距。
20.按照权利要求1的高放大率变焦透镜系统，其中，所述第五透镜组按照物距的改变而执行像面的校正，并且满足下面的条件
0.65≤|m5|≤0.90
其中，“m5”表示当物距为无限时在远摄位置的第五透镜组的放大率。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种纤细的、紧凑的高放大率变焦透镜。
背景技术
静态照像机或摄像机的变焦透镜系统通常必须是紧凑的，并且具有优越的光学性能和高放大率。随着诸如便携信息终端、个人数字助理(PDA)和移动电话之类的电子装置变得更普及，它们现在通常包含数字成像单元或者数字视频单元。于是，对于紧凑的照像机的需求进一步增加。随着数字照像机或者摄像机变得普及，人们希望总是携带它们，而不论是否需要拍摄，这不像胶片照像机或者摄像机那样，因此，对于紧凑、纤细和轻型的照像机的需求正在增加。
纤细的、紧凑的照像机被划分为：滑动器类型，其中，变焦透镜在使用期间突出到照像机机体之外，并且当不使用时被保持在照像机机体内；折射类型，其中，诸如棱镜的反射镜用于降低透镜系统的厚度。
通过在使用棱镜的光学系统的中间将光路改变90°，可以最小化包括棱镜的折射类型的光学系统的厚度。对于纤细、紧凑的数字照像机，常用3X的变焦率，但是，对于超过5X的变焦率的高放大率的需求正在增加。
日本专利公开第2003-202500号公开了在图1中所示的变焦透镜，其包括：包括反射表面的第一透镜组Gr1，其具有正折光力，并且将光轴改变90°；第二透镜组Gr2，其具有负折光力；第三透镜组Gr3，其具有正折光力；第四透镜组Gr4，其具有正折光力；以及，第五透镜组Gr5。所有的透镜组彼此以气隙相隔，所述气隙当改变放大率时改变。
可以将变焦透镜光学系统的放大率改变大约3-6的系数。反射构件较大，在反射构件之前布置了两个或者更多的透镜。结果，这个光学系统的大小对于纤细的、紧凑的照像机而言不合需要地大。
纤细的、紧凑的照像机被划分为：滑动器类型，其中，变焦透镜在使用期间突出到照像机机体之外，并且当不使用时被保持在照像机机体内；折射类型，其中，诸如棱镜的反射镜用于降低透镜系统的厚度。
通过在使用棱镜的光学系统的中间将光路改变90°，可以最小化包括棱镜的折射类型的光学系统的厚度。对于纤细、紧凑的数字照像机，常用3X的变焦率，但是，对于超过5X的变焦率的高放大率的需求正在增加。
日本专利公开第2003-202500号公开了在图1中所示的变焦透镜，其包括：包括反射表面的第一透镜组Gr1，其具有正折光力，并且将光轴改变90°；第二透镜组Gr2，其具有负折光力；第三透镜组Gr3，其具有正折光力；第四透镜组Gr4，其具有正折光力；以及，第五透镜组Gr5。所有的透镜组彼此以气隙相隔，所述气隙当改变放大率时改变。
可以将变焦透镜光学系统的放大率改变大约3-6的系数。反射构件较大，在反射构件之前布置了两个或者更多的透镜。结果，这个光学系统的大小对于纤细的、紧凑的照像机而言不合需要地大。
发明内容
本发明提供了一种变焦透镜系统，其具有高放大率，纤细和紧凑，并且较为便宜。
按照本发明的一个方面，一种高放大率变焦透镜系统包括第一到第五透镜组，其分别从物侧依次排列，其中，所述第一到第五透镜组的至少一个在放大率改变期间移动，所述第一透镜组包括反射构件，所述变焦透镜系统满足下述条件
并且
其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
按照本发明的另一个方面，一种高放大率变焦透镜系统包括分别从物侧依序排列的下述部分：反射构件；第一透镜组，其具有正折光力；第二透镜组，其具有负折光力；第三透镜组，其具有正折光力；第四透镜组，其具有正折光力；第五透镜组，其具有正折光力，并且所述高放大率变焦透镜系统满足下述条件
并且
其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
至少第二透镜组和第四透镜组可以在放大率改变期间移动。在放大率改变期间，在第二透镜组和第三透镜组之间的间隔可减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的间隔可减小。第一透镜组可以包括：第一透镜元件，其具有负折光力：反射构件；第二透镜元件，其具有正折光力，并且包括非球面的表面。第四透镜组可以包括从物侧依序排列的下述部件：透镜元件，其具有正折光力；双合透镜，其具有负折光力。
按照本发明的一个方面，一种高放大率变焦透镜系统包括第一到第五透镜组，其分别从物侧依次排列，其中，所述第一到第五透镜组的至少一个在放大率改变期间移动，所述第一透镜组包括反射构件，所述变焦透镜系统满足下述条件
并且
其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
按照本发明的另一个方面，一种高放大率变焦透镜系统包括分别从物侧依序排列的下述部分：反射构件；第一透镜组，其具有正折光力；第二透镜组，其具有负折光力；第三透镜组，其具有正折光力；第四透镜组，其具有正折光力；第五透镜组，其具有正折光力，并且所述高放大率变焦透镜系统满足下述条件
并且
其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“LT”表示在远摄位置从在物侧的透镜表面到像面的变焦透镜系统整体长度。
至少第二透镜组和第四透镜组可以在放大率改变期间移动。在放大率改变期间，在第二透镜组和第三透镜组之间的间隔可减小，并且在第三透镜组和第四透镜组之间的间隔可减小。第一透镜组可以包括：第一透镜元件，其具有负折光力：反射构件；第二透镜元件，其具有正折光力，并且包括非球面的表面。第四透镜组可以包括从物侧依序排列的下述部件：透镜元件，其具有正折光力；双合透镜，其具有负折光力。
附图说明
通过下面参见附图详细说明优选实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更清楚，其中：
图1图解了按照日本专利公开第2003-202500号的变焦透镜系统；
图2A、2B和2C示出了按照本发明的一个实施例的在高放大率变焦透镜系统的广角位置、中角位置和远摄位置的配置；
图3A示出了在图2A、2B和2C的高放大率变焦透镜系统的广角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图3B示出了在图2A、2B和2C的高放大率变焦透镜系统的中角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图3C示出了在图2A、2B和2C的高放大率变焦透镜系统的远摄位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图4A、4B和4C在示出了按照本发明的另一个实施例的高放大率变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的配置；
图5A示出了在图4A、4B和4C的高放大率变焦透镜系统的广角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图5B示出了图4A、4B和4C的高放大率变焦透镜的中角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图5C示出了在图4A、4B和4C的高放大率变焦透镜系统的远摄位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图6A、6B和6C示出了在按照本发明的另一个实施例的高放大率变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的配置；
图7A示出了在图6A、6B和6C的高放大率变焦透镜系统的广角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图7B示出了在图6A、6B和6C的高放大率变焦透镜系统的中角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图7C示出了在图6A、6B和6C的高放大率变焦透镜系统的远摄位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图8A、8B和8C图解了在按照本发明的高放大率变焦透镜系统的广角位置按照物距的透镜移动量。
图1图解了按照日本专利公开第2003-202500号的变焦透镜系统；
图2A、2B和2C示出了按照本发明的一个实施例的在高放大率变焦透镜系统的广角位置、中角位置和远摄位置的配置；
图3A示出了在图2A、2B和2C的高放大率变焦透镜系统的广角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图3B示出了在图2A、2B和2C的高放大率变焦透镜系统的中角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图3C示出了在图2A、2B和2C的高放大率变焦透镜系统的远摄位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图4A、4B和4C在示出了按照本发明的另一个实施例的高放大率变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的配置；
图5A示出了在图4A、4B和4C的高放大率变焦透镜系统的广角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图5B示出了图4A、4B和4C的高放大率变焦透镜的中角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图5C示出了在图4A、4B和4C的高放大率变焦透镜系统的远摄位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图6A、6B和6C示出了在按照本发明的另一个实施例的高放大率变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的配置；
图7A示出了在图6A、6B和6C的高放大率变焦透镜系统的广角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图7B示出了在图6A、6B和6C的高放大率变焦透镜系统的中角位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图7C示出了在图6A、6B和6C的高放大率变焦透镜系统的远摄位置的球面像差、像场弯曲和畸变；
图8A、8B和8C图解了在按照本发明的高放大率变焦透镜系统的广角位置按照物距的透镜移动量。
具体实施方式
参见图2A、2B和2C，按照本发明的一个实施例的变焦透镜系统包括从物侧依序排列的第一到第五透镜组G1、G2、G3、G4和G5。所述第一透镜组G1包括反射构件11，其可以是棱镜或者反射镜。同样，第一到第五透镜组的至少一个在变焦透镜系统的放大率改变期间移动。
按照本实施例的变焦透镜系统具有高放大率，其在下面的范围内改变。
[不等式1]
不等式1限定了变焦透镜系统的放大率，其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距。在不等式1中，当放大率超过上限时，放大率太高，但是其在校正纵向色差、横向色差和慧形像差闪耀时不同，因此对于使用高分辨率的固态图像感测设备的光学系统而言，难于保证足够的光学性能。相反，当放大率低于下限时，放大率太低，并且可以使用更小、更简单和更便宜的结构来提供相同的放大率。
不等式2示出了光学系统的大小。
[不等式2]
在不等式2中，“LT”表示在远摄位置的、从物体到像面的整体距离，“fT”表示在远摄位置的焦距。通过变焦放大率和像面的大小来确定在远摄位置的焦距。当在远摄位置的焦距超过在不等式2中的上限时，变焦放大率太小，以致不能实现高放大率光学系统或者光学系统的整体长度太长。相反，当在远摄位置的焦距小于下限时，像面的大小增加，使得难于形成紧凑的光学系统。更优选的是，按照本实施例的变焦透镜满足不等式3。
[不等式3]
第一透镜组G1具有正折光力，第二透镜组G2具有负折光力，第三透镜组G3具有正折光力，第四透镜组G4具有正折光力，第五透镜组G5具有正折光力。第一透镜组G1可包括从物侧依序排列的下述部件：单透镜元件10，其具有负折光力；反射构件11；单透镜元件12，其具有正折光力。第二透镜组G2可包括从物侧依序排列的下述部件：单透镜元件13，其具有负折光力；双合透镜(doublet)，其由具有负折光力的组合透镜元件14和15形成。第三透镜组G3包括具有正折光力的单个透镜元件和孔径光阑，或者包括由具有正折光力的组合透镜元件16和17形成的双合透镜以及孔径光阑T。图2示出了包括双合透镜的第三透镜组G3的一个示例。
第四透镜组G4可以包括：单个透镜元件18，其具有正折光力；双合透镜，其由组合透镜元件19和20形成，具有负折光力。第五透镜组G5包括单个透镜元件231，其由塑料形成。
在放大率改变期间，第二透镜组G2向像面I移动，第四透镜组G4向物平面O移动。所述第四透镜组G4或者第五透镜组G5按照物距的改变而执行像面的移动(即焦点调整)。
在本发明中，第一透镜组G1包括反射构件11，单个透镜元件10具有负折光力，并且被布置在反射构件11之前，单个透镜元件12具有正折光力，并且被布置在反射构件11之后，反射构件11将光线的光路改变90°以最小化光学系统的厚度。而且，单个透镜12的至少一个表面是非球面的，以最小化球面像差、像散和畸变。
第二透镜组G2具有强的负折光力以与第四透镜组G4一起进行系数为5的放大，并且包括双合透镜，以最小化在远摄位置的色差。第三透镜组G3包括具有正折光力的透镜和孔径光阑。所述透镜可以由单个透镜元件或者双合透镜形成。当使用双合透镜时，可以通过降低色差来改善在广角位置的光学性能。
通过将双凸单个透镜元件18布置在物侧并且使用在单个透镜元件18上的非球面表面，第四透镜组G4最大化球面像差的校正。而且，通过采用朝向像面由组合透镜元件19和20形成的具有负折光力的双合透镜，最小化纵向色差和横向色差。
在本实施例中的非球面表面的定义中，当光轴是X轴时，与所述光轴方向垂直的方向是Y轴，并且假定光路是正方向，可以通过下面的方程来表达按照本发明的变焦透镜的非球面形状。在所述方程中，“x”表示沿着光轴与透镜的顶点的距离，“y”表示垂直于光轴的距离，“K”表示锥形常数。“A、B、C和D”表示非球面系数，“c”表示在透镜顶点的曲率半径的倒数(1/R)。
[方程4]
第五透镜组G5包括具有正折光力的单个透镜元件21，其校正剩余的像散，并且同时优化被入射在固态图像感测设备上的光束的角度。因为所述单个透镜元件21具有长焦距和小量的像差校正，因此它可以由具有低灵敏度的塑料形成，以便节省成本。在图2中，附图标号22表示防护玻璃。
第四透镜组G4或者第五透镜组G5按照物距的改变执行像面校正。当通过第五透镜组G5来校正像面时，不仅对于像面校正而且在放大率改变期间，变得容易使用单个电机来改变放大率，并且容易由于像差校正的自由度而减小光学系统的整体长度。
在本实施例中，至少第二透镜组和第四透镜组在放大率改变期间移动。在从广角位置向远摄位置的放大率改变期间，在第二透镜组和第三透镜组之间的间隔将减小，同时在第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小。
接着，按照本发明的变焦透镜满足下面的条件。
[不等式5]
在不等式5中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“f3”表示第三透镜组的焦距。不等式5涉及第三透镜组的焦距。当第三透镜组的焦距超过上限时，在广角位置的第三透镜组的放大率降低，使得整个透镜系统的整体长度增加。相反，当第三透镜组的焦距小于下限时，第三透镜组的折光力提高得太多，以至于产生过量的像差。
而且，优选的是，当按照物距的改变而执行像面校正的功能时，第五透镜组G5具有下面的放大率。
0.65≤|m5|≤0.90 [不等式6]
在不等式6中，“m5”表示当物距为无限时在远摄位置的第五透镜组的放大率。当第五透镜组的放大率超过不等式6的上限时，按照像面的移动的第五透镜组的移动量变大，使移动时间和用于像面的校正时间变得太长。相反，当放大率小于下限时，用于像面校正的第五透镜组的移动变得很小，需要很精细的控制。
本发明允许大约5倍的放大率改变，并且通过优化反射构件(诸如棱镜)的大小和将仅仅一个透镜定位在反射构件的物侧而最小化光学系统的厚度。而且，可以通过仅仅使用11或者12个透镜元件来减少成本，并且可以通过缩短光学系统的整体长度来以低成本获得纤细的、紧凑的变焦透镜。
所述纤细的、紧凑的变焦透镜系统可以适当地用于包括在或者附接到超紧凑的数字照像机或者数字摄像机、移动电话、便携信息终端和个人数字助理(PDA)中的成像设备。
本发明包括按照通过按照下面的不同设计的实施例而体现变焦透镜的最小化的最佳条件的透镜。按照本发明的变焦透镜系统的多个实施例的详细透镜数据被描述如下。在下面的实施例中，“f”表示整个变焦透镜系统的合成焦距，“Fno”表示F数。“2ω”表示视角，“r”表示曲率半径，“d”表示透镜中心的厚度或者在透镜之间的间隔，“nd”表示折射率，“vd”表示阿贝数。而且，“ST”表示孔径光阑，“d1、d2、d3、d4和d5”表示可变距离。
<实施例1>
图2A、2B、2C示出了按照本发明的一个实施例的变焦透镜系统，其包括第一到第五透镜组G1、G2、G3、G4和G5。
<表1>
f：6.00～13.51～32.97，Fno：3.62～4.77～6.48，2 ω：61.44～29.84～12.34
曲率半径 (r) 厚度或距离 (d) 折射率 (nd) 阿贝数 (vd) S1 37.829 0.65 1.92286 20.88 S2 14.521 2.03 S3 无限 8.60 1.92286 20.88 S4 无限 0.30 S5 12.209 2.68 1.63758 60.45 K：-0.694571 A：-0.374792E-05 B：0.369924E-07 C：-0.692696E-08 D：0.600702E-09 S6 -23.879 d1 K：-5.440827 A：0.127453E-04 B：-0.327023E-06 C：0.161365E-07 D：0.200010E-09 S7 -58.251 0.45 1.75500 52.32 S8 7.978 0.87 S9 -35.666 1.734227 0.45 53.45
S10 5.640 1.63 1.922859 20.88 S11 14.377 d2 ST 无限 0 S13 11.096 1.52 1.700514 36.23 S14 -7.352 0.45 1.911648 25.87 S15 -87.217 d3 S16 6.427 2.85 1.51913 76.59 S17 -16.41874 0.23 K：-4.873103 A：0.471717E-03 B：0.144794E-05 C： S18 5.763 2.80 1.53875 57.48 S19 -7.494 0.45 1.84845 36.00
S20 3.952 d4 S21 968.222 1.86 1.53120 55.70
K：10 A：-0.290904E-04 B：-0.251500E-04 C：0.228308E-05 S22 -8.952 d5 S23 1.05 1.5168 64.2 S24 无限 0.65
表2示出了在广角位置、中角位置和远摄位置的在本实施例的变焦透镜系统中的可变距离d1、d2、d3、d4和d5的示例。
<表2>
广角位置 中角位置 远摄位置 d1(单位？) 1.000 4.753 8.506 d2(单位？) 8.456 4.703 0.950 d3(单位？) 9.511 5.640 1.300 d4(单位？) 4.089 8.054 12.245 d5(单位？) 1.666 1.559 1.688
图3A、3B和3C分别示出了按照本实施例的在变焦透镜的广角位置、中角位置、远摄位置的纵向球面像差、像场弯曲和畸变。可以看出值良好。由Fraunhofer线c、d和F来指示纵向像差，而由正切像场弯曲T和弧矢像场弯曲S来表示所述像场弯曲和畸变。
<实施例2>
图4A、4B和4C示出了按照本发明的另一个实施例的变焦透镜系统。第一透镜组G1包括第一透镜元件40、反射构件41和第二透镜元件42，第二透镜组G2包括第三透镜元件43和第一组合透镜元件44和45，第三透镜组G3包括孔径ST和第二组合透镜元件46和47。第四透镜组G4包括第四、第五和第六透镜元件48、49和50，第五透镜组G5包括第七透镜元件51。所述变焦透镜系统还包括防护玻璃52。
<表3>
f：6.00～13.27～28.50，Fno：3.65～4.54～5.39，2ω：62.57～31.10～14.29
表面 曲率半径 (r) 厚度或距离 (d) 折射率 (nd) 阿贝数 (vd) S1 40.223 0.65 1.84666 23.78
S2 13.936 1.841 S3 无限 8.6 1.834 37.34 S4 无限 0.3 S5 12.028 2.794 1.59557 63.76 K：-0.644871 A：-0.698588E-06 B：0.528857E-07 C：-0.108341E-07 S6 -19.366 d1 K：-5.282013 A：0.109152E-04 B：-0.401090E-06 C：0.151708E-07 D：0.141821E-09 S7 -31.874 0.45 1.755 52.32 S8 9.332 0.86 S9 -20.223 0.45 1.67478 57.43 S10 5.532 1.668 1.84666 23.78 S11 15.979 d2 ST 无限 0 S13 11.224 1.607 1.7319 43.23 S14 -6.346 0.45 1.90366 31.31 S15 -48.076 d3 S16 6.236 2.53 1.51585 68.27 S17 -14.461 0.1 K：-6.307089 A：0.496629E-03 B：-0.780880E-06 C：-0.435658E-06
S18 6.154 2.42 1.52495 63.91 S19 -7.863 0.671 1.84786 36.17
S20 3.775 d4 K：8.299167 A：0.396495E-03 B：-0.136397E-04 C：0.211199E-05 D：-.732276E-07 S21 46.388 1.77 1.5312 56.51 S22 -12.777 d5 S23 无限 1.05 1.5168 64.1 S24 无限
表4示出了在广角位置、中角位置和远摄位置的在本实施例的变焦透镜系统中的可变距离d1、d2、d3、d4和d5的示例。
<表4>
广角位置 中角位置 远摄位置 d1 1.000 4.850 8.700 d2 8.650 4.800 0.950 d3 6.948 3.466 1.300 d4 2.930 6.056 9.048 d5 2.151 2.508 1.682
图5A、5B和5C分别示出了按照本实施例的在变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的纵向球面像差、像场弯曲和畸变。
<实施例3>
图6A、6B和6C示出了按照本发明的另一个实施例的变焦透镜系统。第一透镜组G1包括第一透镜元件60、反射构件61和第二透镜元件62，第二透镜组G2包括第三透镜元件63和第一组合透镜元件64和65，第三透镜组G3包括孔径ST和第二组合透镜元件66和67，第四透镜组G4包括第四、第五和第六透镜元件68、69和70，第五透镜组G5包括第七透镜元件71。所述变焦透镜系统还包括防护玻璃72。
<表5>
f：6.31～12.66～29.59，Fno：3.72～4.25～4.91，2ω：62.05～31.66～13.63
表面 曲率半径 (r) 厚度或距离 (d) 折射率 (nd) 阿贝数 (vd) S1 76.483 0.65 1.84666 23.78 S2 18.072 1.72 S3 无限 8.60 1.83400 37.35 S4 无限 0.30 S5 12.095 3.73 1.58913 61.25 K：-0.762734 A：0.000000E+00 B：0.000000E+00 C：0.000000E+00 D：0.000000E+00 S6 -20.043 d1 K：-5.032511 A：0.205073E-04 B：-0.419266E-06 C：0.153598E-07 S7 -34.794 0.45 1.83241 38.40 S8 8.208 1.13
S9 -19.362 0.45 1.61800 63.40 S10 6.447 1.54 1.92286 20.88 S11 17.691 d2 ST 无限 0 S13 10.953 1.71 1.69121 39.87 S14 -6.500 0.45 1.84360 26.82 S15 -30.777 d3 S16 6.558 2.26 1.51443 63.28 S17 -29.693 0.30 K：-1.000000 A：0.601876E-03 B：-0.193876E-05 C：-0.154966E-06 D：0.152315E-08 S18 7.484 2.11 1.48749 70.44
S19 -13.336 0.60 1.80610 33.27 S20 4.4618 d4
S21 10.336 2.15 1.53120 55.70 K：-1.000000 A：0.273030E-03 B：0.208652E-05 C：0.000000E+00 D：0.000000E+00 S22 -52.843 d5 S23 无限 1.00 64.20 S24 无限 1.1
表6示出了在广角位置、中角位置和远摄位置的在本实施例的变焦透镜系统中的可变距离d1、d2、d3、d4和d5的示例。
<表6>
广角位置 中角位置 远摄位置 d1 0.90 5.07 9.23 d2 9.23 5.07 0.90 d3 7.98 3.99 1.60 d4 3.47 5.99 9.85 d5 1.70 3.16 1.70
图7A、7B和7C分别示出了按照本实施例的在变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的纵向球面像差、像场弯曲和畸变。
图8A、8B和8C图解了按照根据本发明的变焦透镜系统的广角位置的物距的改变用于校正像面的量(m)。
表7示出了第一到第三实施例满足上述的不等式1、2、3、5和6。
<表7>
不等式1 不等式2和3 不等式5 不等式6 第一实施例 5.50 1.64 1.55 0.82 第二实施例 4.75 1.78 1.33 0.83 第三实施例 4.70 1.80 1.10 0.72
如上所述，按照本发明，通过降低反射构件(诸如棱镜)的大小和将单个透镜元件布置在反射构件的物侧而减小光学系统的厚度。而且，通过使用较少的透镜元件来降低光学系统的成本和整体长度，可以以低成本产生纤细的、紧凑的变焦透镜系统。所述纤细的、紧凑的变焦透镜系统可以适当地用于包括在或者附接到超紧凑的数字照像机或者数字摄像机、移动电话、便携信息终端和个人数字助理(PDA)中的拍摄设备。
虽然已经参照本发明的优选实施例而具体示出和说明了本发明，但是本领域内的技术人员应当理解，在不脱离由所附的优选实施例限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行在形式和细节上的各种改变。
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2006年10月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0103689号的权益，其公开以参考的方式被整体包含于此。
按照本实施例的变焦透镜系统具有高放大率，其在下面的范围内改变。
[不等式1]
不等式1限定了变焦透镜系统的放大率，其中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距。在不等式1中，当放大率超过上限时，放大率太高，但是其在校正纵向色差、横向色差和慧形像差闪耀时不同，因此对于使用高分辨率的固态图像感测设备的光学系统而言，难于保证足够的光学性能。相反，当放大率低于下限时，放大率太低，并且可以使用更小、更简单和更便宜的结构来提供相同的放大率。
不等式2示出了光学系统的大小。
[不等式2]
在不等式2中，“LT”表示在远摄位置的、从物体到像面的整体距离，“fT”表示在远摄位置的焦距。通过变焦放大率和像面的大小来确定在远摄位置的焦距。当在远摄位置的焦距超过在不等式2中的上限时，变焦放大率太小，以致不能实现高放大率光学系统或者光学系统的整体长度太长。相反，当在远摄位置的焦距小于下限时，像面的大小增加，使得难于形成紧凑的光学系统。更优选的是，按照本实施例的变焦透镜满足不等式3。
[不等式3]
第一透镜组G1具有正折光力，第二透镜组G2具有负折光力，第三透镜组G3具有正折光力，第四透镜组G4具有正折光力，第五透镜组G5具有正折光力。第一透镜组G1可包括从物侧依序排列的下述部件：单透镜元件10，其具有负折光力；反射构件11；单透镜元件12，其具有正折光力。第二透镜组G2可包括从物侧依序排列的下述部件：单透镜元件13，其具有负折光力；双合透镜(doublet)，其由具有负折光力的组合透镜元件14和15形成。第三透镜组G3包括具有正折光力的单个透镜元件和孔径光阑，或者包括由具有正折光力的组合透镜元件16和17形成的双合透镜以及孔径光阑T。图2示出了包括双合透镜的第三透镜组G3的一个示例。
第四透镜组G4可以包括：单个透镜元件18，其具有正折光力；双合透镜，其由组合透镜元件19和20形成，具有负折光力。第五透镜组G5包括单个透镜元件231，其由塑料形成。
在放大率改变期间，第二透镜组G2向像面I移动，第四透镜组G4向物平面O移动。所述第四透镜组G4或者第五透镜组G5按照物距的改变而执行像面的移动(即焦点调整)。
在本发明中，第一透镜组G1包括反射构件11，单个透镜元件10具有负折光力，并且被布置在反射构件11之前，单个透镜元件12具有正折光力，并且被布置在反射构件11之后，反射构件11将光线的光路改变90°以最小化光学系统的厚度。而且，单个透镜12的至少一个表面是非球面的，以最小化球面像差、像散和畸变。
第二透镜组G2具有强的负折光力以与第四透镜组G4一起进行系数为5的放大，并且包括双合透镜，以最小化在远摄位置的色差。第三透镜组G3包括具有正折光力的透镜和孔径光阑。所述透镜可以由单个透镜元件或者双合透镜形成。当使用双合透镜时，可以通过降低色差来改善在广角位置的光学性能。
通过将双凸单个透镜元件18布置在物侧并且使用在单个透镜元件18上的非球面表面，第四透镜组G4最大化球面像差的校正。而且，通过采用朝向像面由组合透镜元件19和20形成的具有负折光力的双合透镜，最小化纵向色差和横向色差。
在本实施例中的非球面表面的定义中，当光轴是X轴时，与所述光轴方向垂直的方向是Y轴，并且假定光路是正方向，可以通过下面的方程来表达按照本发明的变焦透镜的非球面形状。在所述方程中，“x”表示沿着光轴与透镜的顶点的距离，“y”表示垂直于光轴的距离，“K”表示锥形常数。“A、B、C和D”表示非球面系数，“c”表示在透镜顶点的曲率半径的倒数(1/R)。
[方程4]
第五透镜组G5包括具有正折光力的单个透镜元件21，其校正剩余的像散，并且同时优化被入射在固态图像感测设备上的光束的角度。因为所述单个透镜元件21具有长焦距和小量的像差校正，因此它可以由具有低灵敏度的塑料形成，以便节省成本。在图2中，附图标号22表示防护玻璃。
第四透镜组G4或者第五透镜组G5按照物距的改变执行像面校正。当通过第五透镜组G5来校正像面时，不仅对于像面校正而且在放大率改变期间，变得容易使用单个电机来改变放大率，并且容易由于像差校正的自由度而减小光学系统的整体长度。
在本实施例中，至少第二透镜组和第四透镜组在放大率改变期间移动。在从广角位置向远摄位置的放大率改变期间，在第二透镜组和第三透镜组之间的间隔将减小，同时在第三透镜组和第四透镜组之间的间隔减小。
接着，按照本发明的变焦透镜满足下面的条件。
[不等式5]
在不等式5中，“fW”表示在广角位置的焦距，“fT”表示在远摄位置的焦距，“f3”表示第三透镜组的焦距。不等式5涉及第三透镜组的焦距。当第三透镜组的焦距超过上限时，在广角位置的第三透镜组的放大率降低，使得整个透镜系统的整体长度增加。相反，当第三透镜组的焦距小于下限时，第三透镜组的折光力提高得太多，以至于产生过量的像差。
而且，优选的是，当按照物距的改变而执行像面校正的功能时，第五透镜组G5具有下面的放大率。
0.65≤|m5|≤0.90 [不等式6]
在不等式6中，“m5”表示当物距为无限时在远摄位置的第五透镜组的放大率。当第五透镜组的放大率超过不等式6的上限时，按照像面的移动的第五透镜组的移动量变大，使移动时间和用于像面的校正时间变得太长。相反，当放大率小于下限时，用于像面校正的第五透镜组的移动变得很小，需要很精细的控制。
本发明允许大约5倍的放大率改变，并且通过优化反射构件(诸如棱镜)的大小和将仅仅一个透镜定位在反射构件的物侧而最小化光学系统的厚度。而且，可以通过仅仅使用11或者12个透镜元件来减少成本，并且可以通过缩短光学系统的整体长度来以低成本获得纤细的、紧凑的变焦透镜。
所述纤细的、紧凑的变焦透镜系统可以适当地用于包括在或者附接到超紧凑的数字照像机或者数字摄像机、移动电话、便携信息终端和个人数字助理(PDA)中的成像设备。
本发明包括按照通过按照下面的不同设计的实施例而体现变焦透镜的最小化的最佳条件的透镜。按照本发明的变焦透镜系统的多个实施例的详细透镜数据被描述如下。在下面的实施例中，“f”表示整个变焦透镜系统的合成焦距，“Fno”表示F数。“2ω”表示视角，“r”表示曲率半径，“d”表示透镜中心的厚度或者在透镜之间的间隔，“nd”表示折射率，“vd”表示阿贝数。而且，“ST”表示孔径光阑，“d1、d2、d3、d4和d5”表示可变距离。
<实施例1>
图2A、2B、2C示出了按照本发明的一个实施例的变焦透镜系统，其包括第一到第五透镜组G1、G2、G3、G4和G5。
<表1>
f：6.00～13.51～32.97，Fno：3.62～4.77～6.48，2 ω：61.44～29.84～12.34
曲率半径 (r) 厚度或距离 (d) 折射率 (nd) 阿贝数 (vd) S1 37.829 0.65 1.92286 20.88 S2 14.521 2.03 S3 无限 8.60 1.92286 20.88 S4 无限 0.30 S5 12.209 2.68 1.63758 60.45 K：-0.694571 A：-0.374792E-05 B：0.369924E-07 C：-0.692696E-08 D：0.600702E-09 S6 -23.879 d1 K：-5.440827 A：0.127453E-04 B：-0.327023E-06 C：0.161365E-07 D：0.200010E-09 S7 -58.251 0.45 1.75500 52.32 S8 7.978 0.87 S9 -35.666 1.734227 0.45 53.45
S10 5.640 1.63 1.922859 20.88 S11 14.377 d2 ST 无限 0 S13 11.096 1.52 1.700514 36.23 S14 -7.352 0.45 1.911648 25.87 S15 -87.217 d3 S16 6.427 2.85 1.51913 76.59 S17 -16.41874 0.23 K：-4.873103 A：0.471717E-03 B：0.144794E-05 C： S18 5.763 2.80 1.53875 57.48 S19 -7.494 0.45 1.84845 36.00
S20 3.952 d4 S21 968.222 1.86 1.53120 55.70
K：10 A：-0.290904E-04 B：-0.251500E-04 C：0.228308E-05 S22 -8.952 d5 S23 1.05 1.5168 64.2 S24 无限 0.65
表2示出了在广角位置、中角位置和远摄位置的在本实施例的变焦透镜系统中的可变距离d1、d2、d3、d4和d5的示例。
<表2>
广角位置 中角位置 远摄位置 d1(单位？) 1.000 4.753 8.506 d2(单位？) 8.456 4.703 0.950 d3(单位？) 9.511 5.640 1.300 d4(单位？) 4.089 8.054 12.245 d5(单位？) 1.666 1.559 1.688
图3A、3B和3C分别示出了按照本实施例的在变焦透镜的广角位置、中角位置、远摄位置的纵向球面像差、像场弯曲和畸变。可以看出值良好。由Fraunhofer线c、d和F来指示纵向像差，而由正切像场弯曲T和弧矢像场弯曲S来表示所述像场弯曲和畸变。
<实施例2>
图4A、4B和4C示出了按照本发明的另一个实施例的变焦透镜系统。第一透镜组G1包括第一透镜元件40、反射构件41和第二透镜元件42，第二透镜组G2包括第三透镜元件43和第一组合透镜元件44和45，第三透镜组G3包括孔径ST和第二组合透镜元件46和47。第四透镜组G4包括第四、第五和第六透镜元件48、49和50，第五透镜组G5包括第七透镜元件51。所述变焦透镜系统还包括防护玻璃52。
<表3>
f：6.00～13.27～28.50，Fno：3.65～4.54～5.39，2ω：62.57～31.10～14.29
表面 曲率半径 (r) 厚度或距离 (d) 折射率 (nd) 阿贝数 (vd) S1 40.223 0.65 1.84666 23.78
S2 13.936 1.841 S3 无限 8.6 1.834 37.34 S4 无限 0.3 S5 12.028 2.794 1.59557 63.76 K：-0.644871 A：-0.698588E-06 B：0.528857E-07 C：-0.108341E-07 S6 -19.366 d1 K：-5.282013 A：0.109152E-04 B：-0.401090E-06 C：0.151708E-07 D：0.141821E-09 S7 -31.874 0.45 1.755 52.32 S8 9.332 0.86 S9 -20.223 0.45 1.67478 57.43 S10 5.532 1.668 1.84666 23.78 S11 15.979 d2 ST 无限 0 S13 11.224 1.607 1.7319 43.23 S14 -6.346 0.45 1.90366 31.31 S15 -48.076 d3 S16 6.236 2.53 1.51585 68.27 S17 -14.461 0.1 K：-6.307089 A：0.496629E-03 B：-0.780880E-06 C：-0.435658E-06
S18 6.154 2.42 1.52495 63.91 S19 -7.863 0.671 1.84786 36.17
S20 3.775 d4 K：8.299167 A：0.396495E-03 B：-0.136397E-04 C：0.211199E-05 D：-.732276E-07 S21 46.388 1.77 1.5312 56.51 S22 -12.777 d5 S23 无限 1.05 1.5168 64.1 S24 无限
表4示出了在广角位置、中角位置和远摄位置的在本实施例的变焦透镜系统中的可变距离d1、d2、d3、d4和d5的示例。
<表4>
广角位置 中角位置 远摄位置 d1 1.000 4.850 8.700 d2 8.650 4.800 0.950 d3 6.948 3.466 1.300 d4 2.930 6.056 9.048 d5 2.151 2.508 1.682
图5A、5B和5C分别示出了按照本实施例的在变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的纵向球面像差、像场弯曲和畸变。
<实施例3>
图6A、6B和6C示出了按照本发明的另一个实施例的变焦透镜系统。第一透镜组G1包括第一透镜元件60、反射构件61和第二透镜元件62，第二透镜组G2包括第三透镜元件63和第一组合透镜元件64和65，第三透镜组G3包括孔径ST和第二组合透镜元件66和67，第四透镜组G4包括第四、第五和第六透镜元件68、69和70，第五透镜组G5包括第七透镜元件71。所述变焦透镜系统还包括防护玻璃72。
<表5>
f：6.31～12.66～29.59，Fno：3.72～4.25～4.91，2ω：62.05～31.66～13.63
表面 曲率半径 (r) 厚度或距离 (d) 折射率 (nd) 阿贝数 (vd) S1 76.483 0.65 1.84666 23.78 S2 18.072 1.72 S3 无限 8.60 1.83400 37.35 S4 无限 0.30 S5 12.095 3.73 1.58913 61.25 K：-0.762734 A：0.000000E+00 B：0.000000E+00 C：0.000000E+00 D：0.000000E+00 S6 -20.043 d1 K：-5.032511 A：0.205073E-04 B：-0.419266E-06 C：0.153598E-07 S7 -34.794 0.45 1.83241 38.40 S8 8.208 1.13
S9 -19.362 0.45 1.61800 63.40 S10 6.447 1.54 1.92286 20.88 S11 17.691 d2 ST 无限 0 S13 10.953 1.71 1.69121 39.87 S14 -6.500 0.45 1.84360 26.82 S15 -30.777 d3 S16 6.558 2.26 1.51443 63.28 S17 -29.693 0.30 K：-1.000000 A：0.601876E-03 B：-0.193876E-05 C：-0.154966E-06 D：0.152315E-08 S18 7.484 2.11 1.48749 70.44
S19 -13.336 0.60 1.80610 33.27 S20 4.4618 d4
S21 10.336 2.15 1.53120 55.70 K：-1.000000 A：0.273030E-03 B：0.208652E-05 C：0.000000E+00 D：0.000000E+00 S22 -52.843 d5 S23 无限 1.00 64.20 S24 无限 1.1
表6示出了在广角位置、中角位置和远摄位置的在本实施例的变焦透镜系统中的可变距离d1、d2、d3、d4和d5的示例。
<表6>
广角位置 中角位置 远摄位置 d1 0.90 5.07 9.23 d2 9.23 5.07 0.90 d3 7.98 3.99 1.60 d4 3.47 5.99 9.85 d5 1.70 3.16 1.70
图7A、7B和7C分别示出了按照本实施例的在变焦透镜系统的广角位置、中角位置、远摄位置的纵向球面像差、像场弯曲和畸变。
图8A、8B和8C图解了按照根据本发明的变焦透镜系统的广角位置的物距的改变用于校正像面的量(m)。
表7示出了第一到第三实施例满足上述的不等式1、2、3、5和6。
<表7>
不等式1 不等式2和3 不等式5 不等式6 第一实施例 5.50 1.64 1.55 0.82 第二实施例 4.75 1.78 1.33 0.83 第三实施例 4.70 1.80 1.10 0.72
如上所述，按照本发明，通过降低反射构件(诸如棱镜)的大小和将单个透镜元件布置在反射构件的物侧而减小光学系统的厚度。而且，通过使用较少的透镜元件来降低光学系统的成本和整体长度，可以以低成本产生纤细的、紧凑的变焦透镜系统。所述纤细的、紧凑的变焦透镜系统可以适当地用于包括在或者附接到超紧凑的数字照像机或者数字摄像机、移动电话、便携信息终端和个人数字助理(PDA)中的拍摄设备。
虽然已经参照本发明的优选实施例而具体示出和说明了本发明，但是本领域内的技术人员应当理解，在不脱离由所附的优选实施例限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行在形式和细节上的各种改变。
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2006年10月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0103689号的权益，其公开以参考的方式被整体包含于此。