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CN1928611A - 变焦镜头系统 - Google Patents

变焦镜头系统 Download PDF

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CN1928611A
CN1928611A CNA2005100371271A CN200510037127A CN1928611A CN 1928611 A CN1928611 A CN 1928611A CN A2005100371271 A CNA2005100371271 A CN A2005100371271A CN 200510037127 A CN200510037127 A CN 200510037127A CN 1928611 A CN1928611 A CN 1928611A
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CN
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lens
lens system
zoom lens
zoom
imaging surface
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曾吉勇
金国藩
严瑛白
王民强
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Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
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Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种变焦镜头系统，其从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的第一透镜组及具有正光焦度的第二透镜组；所述第一透镜组从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的凹面弯向成像面的弯月型第一透镜及具有正光焦度的第二透镜；所述第二透镜组从物侧到成像面依次包括光栏、具有正光焦度的双凸第三透镜及具有负光焦度的凹面弯向物侧的弯月型第四透镜。

Description

变焦镜头系统
【技术领域】
本发明涉及一种摄像镜头系统，尤其涉及适用于摄像手机、便携式数码相机等微型摄像元件的变焦镜头系统。
【背景技术】
近年来，随着多媒体的发展，对搭载在手提电脑、可视电话、摄像手机以及便携式数码相机等上使用了电荷耦合器(CCD，Charged Coupled Device)或互补性氧化金属半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)等固体成像器件的摄像元件的需求越来越大。而这种需求增大的本身又要求镜头系统更进一步的小型化和轻量化。
另一方面，由于这些固体成像器件如CCD或者CMOS的工艺技术提高，已经制作出每个像素只有几个微米大小的成像器件，使得系统小型化的同时提高了对摄像镜头的分辨率的要求。因此，提供一种具小型化、轻量化、低成本、光学性能优良且成像质量好的镜头系统是现今微型摄像元件的发展方向。
小型化是指从镜头系统离物侧最近的表面到成像面的距离(即成像系统的总长)要短。
轻量化和低成本是希望系统包含较少的透镜数目，且透镜本身易于批量加工和装配。
而镜头系统的性能优良和成像质量好可从以下几个方面考量：
1.镜头的速度快。即镜头本身具有比较小的光圈数(F数)，一般为2.8或者更快。
2.分辨率高。即尽量校正各种单色像差并尽量减少色差。
变焦镜头系统通常为使用时伸出相机机身外面，携带时收在相机机身内的可折叠(Collapsible)式变焦镜头系统。然而，使用时光学系统的厚度，因变焦镜头系统的结构形式不同而有很大差异。例如正组在前的变焦镜头系统(靠近物侧的透镜组元为正光焦度)，在满足一定变焦比和光圈数的前提下每一组元的厚度很大，因此这类正组在前的变焦镜头系统即使收在相机内，其厚度也不可能很小。在具有较好的成像质量和较小的厚度方面，负组在前的变焦镜头系统(靠近物侧的透镜组元为负光焦度)具有优势，而且这类镜头系统具有较长的后工作距以提供一定的空间放置低通滤波器(Low-passFilter)。
就轻量化和低成本而言，必须减少组成镜头系统中透镜的片数。最简单的变焦镜头系统为二组元变焦镜头系统，而具有较好消色差能力的二组元变焦镜头系统至少由四片透镜组成。
现有技术中提供一种二组元变焦镜头系统，其从物侧到成像面依次包括一具有正光焦度的透镜组及一具有负光焦度的透镜组，虽然成像质量较好，但是该系统中具有负光焦度的透镜组需三片或更多透镜组成，不利于小型化及轻量化的应用。
现有技术中还提供一种二组元变焦镜头系统，其从物侧到成像面依次包括一具有正光焦度的透镜组及一具有负光焦度的透镜组，该系统中两个透镜组均由两片透镜组成，但是整个系统的总长较长，不利于小型化的应用且成像质量不理想。
有鉴于此，提供一种小型化且成像质量好的变焦镜头系统实为必要。
【发明内容】
以下，将以实施例说明一种变焦镜头系统。
为实现上述内容，提供一种变焦镜头系统，其从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的第一透镜组及具有正光焦度的第二透镜组；所述第一透镜组从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的凹面弯向成像面的弯月型第一透镜及具有正光焦度的第二透镜；所述第二透镜组从物侧到成像面依次包括光栏、具有正光焦度的双凸第三透镜及具有负光焦度的凹面弯向物侧的弯月型第四透镜。所述第一透镜组及第二透镜组沿光轴相互移动，使变焦镜头系统在宽视场端(The Wide-angle End)和远摄端(The Telephoto End)之间变换，实现变焦。其中，所述第二透镜及第四透镜可采用非球面透镜。
与现有技术相比较，本发明提供的变焦镜头系统采用负组在前的负正结构二组元变焦镜头系统，且具有负光焦度的弯月型第四透镜的凹面弯向物侧，整个变焦镜头系统具有较好的成像质量和较小的厚度。此外，第二透镜及第四透镜采用非球面透镜一方面可以使得变焦镜头系统具有更好的成像质量，另一方面可以使整个系统更为紧凑。
【附图说明】
图1是本发明实施例的变焦镜头系统的截面示意图。
图2是图1中变焦镜头系统的宽视场端、中间焦距位置及远摄端的截面示意图。
图3至图5依次为本发明的变焦镜头系统第一实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图6至图8依次为本发明的变焦镜头系统第一实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图9至图11依次为本发明的变焦镜头系统第一实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图12至图14依次为本发明的变焦镜头系统第二实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图15至图17依次为本发明的变焦镜头系统第二实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图18至图20依次为本发明的变焦镜头系统第二实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图21至图23依次为本发明的变焦镜头系统第三实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图24至图26依次为本发明的变焦镜头系统第三实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图27至图29依次为本发明的变焦镜头系统第三实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图30至图32依次为本发明的变焦镜头系统第四实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图33至图35依次为本发明的变焦镜头系统第四实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图36至图38依次为本发明的变焦镜头系统第四实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图39至图41依次为本发明的变焦镜头系统第五实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图42至图44依次为本发明的变焦镜头系统第五实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图45至图47依次为本发明的变焦镜头系统第五实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图48至图50依次为本发明的变焦镜头系统第六实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图51至图53依次为本发明的变焦镜头系统第六实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图54至图56依次为本发明的变焦镜头系统第六实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图57至图59依次为本发明的变焦镜头系统第七实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图60至图62依次为本发明的变焦镜头系统第七实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图63至图65依次为本发明的变焦镜头系统第七实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图66至图68依次为本发明的变焦镜头系统第八实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图69至图71依次为本发明的变焦镜头系统第八实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图72至图74依次为本发明的变焦镜头系统第八实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图75至图77依次为本发明的变焦镜头系统第九实施例的宽视场端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图78至图80依次为本发明的变焦镜头系统第九实施例的中间焦距位置的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
图81至图83依次为本发明的变焦镜头系统第九实施例的远摄端的轴上点球差色差曲线及场曲与畸变曲线图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请一并参阅图1及图2，本发明实施例提供的变焦镜头系统10从物侧到像侧依次包括：具有负光焦度的第一透镜组100；具有正光焦度的第二透镜组200；滤波器300以及一成像装置CCD或CMOS的成像面400。所述第一透镜组100从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的凹面弯向成像面的弯月型第一透镜110及具有正光焦度的第二透镜120；所述第二透镜组200从物侧到成像面依次包括光栏210、具有正光焦度的双凸第三透镜220及具有负光焦度的凹面弯向物侧的弯月型第四透镜230。所述滤波器300包括红外滤波器(Infrared Cut Absorption Filter)、低通滤波器或盖玻璃(Cover Glass)。
请参阅图2，其中(a)、(b)、(c)依次表示变焦镜头系统10位于宽视场端、中间焦距位置(The Middle-focal-length Position)及远摄端的截面图。为实现变焦，所述第一透镜组100及第二透镜组200可沿光轴11相互移动，使变焦镜头系统10在宽视场端状态及远摄端状态之间变换。
为限制系统的总长，并确保系统具有足够好的成像质量，该变焦镜头系统10满足条件式：
3.5＜TW/(fW·tanωW)＜7.5              (1)，
其中TW表示变焦镜头系统10在宽视场端的总长(即变焦镜头最靠近物侧的曲面顶点到成像面的距离)；fW表示整个变焦镜头系统10在宽视场端的焦距；ωW表示变焦镜头系统10在宽视场端的半视场角。(fW·tanωW)为成像面400上的像高。当TW/(fW·tanωW)的值超过上限时，整个变焦镜头系统10的总长过大，不能达到系统小型化，紧凑的目的；当TW/(fW·tanωW)的值超过下限时，由于各透镜的光焦度过大，镜头像差校正困难。
为限制第一透镜组100的厚度，并确保其具有足够的机械强度，该变焦镜头系统10满足条件式：
1.3＜dG1/fW＜0.7                 (2)，
其中dG1表示第一透镜组100的厚度，即第一透镜110靠近物侧曲面的顶点至第二透镜120靠近成像面400的曲面的顶点的距离。由于可折叠的变焦镜头系统使用时，镜头伸出相机机身，而在携带时镜头缩在相机机身内，因此变焦镜头系统中每个组元保持较薄的厚度很重要。当dG1/fW的值超过上限时，组元较厚，机身要求较大的尺寸，不利于相机的小型化；当dG1/fW的值超过下限时，组元过薄，透镜较薄，可以承受的机械强度不够，而且第一透镜组100中各曲面弯曲受到限制，不利于像差校正，尤其对轴外像差，如场曲、像散校正困难。
为在良好地校正像差的同时提供合适的变焦镜头尺寸，该变焦镜头系统10满足条件式：
-0.7＜1/W＜-0.3                  (3)，
其中1表示第一透镜组100的光焦度，W表示整个变焦透镜系统10在宽视场端的光焦度。当1/W的值超过上限时，第一透镜组100的光焦度过强，这时变焦镜头系统10总长能够较小，但场曲过大，在宽视场端桶形畸变也过大；当1/W的值超过上限时，第一透镜组100的光焦度过弱，适于校正各种像差，但变焦镜头系统10过长，透镜口径过大，镜头难于小型化。
为在良好地校正像差的同时提供合适的变焦镜头尺寸，该变焦镜头系统还满足条件式：
0.5＜2/W＜0.95                   (4)，
其中2表示第二透镜组200的光焦度。当2/W的值超过上限时，第二透镜组200的光焦度过强，这时变焦镜头系统10总长能够较小，但球差不易校正。当2/W的值超过下限时，第二透镜组200的光焦度过弱，适于校正各种像差，但变焦镜头系统10过长，透镜口径过大，镜头难于小型化。
为校正色差，该变焦镜头系统10满足条件式：
15＜v1-v2＜40            (5)以及
20＜v3-v4＜40        (6)，
其中v1、v2分别表示第一透镜组100中第一透镜110和第二透镜120的材料阿贝数；用v3、v4分别表示第二透镜组200中第三透镜220和第四透镜230的材料阿贝数。当v1-v2的值超过下限时，色差较大，校正困难；当v1-v2的值超过上限时，不利于材料选取。同样，当v3-v4的值超过下限时，色差较大，校正困难；当v3-v4的值超过上限时，不利于材料选取。
为校正场曲和畸变，该变焦镜头系统满足条件式：
0.3＜(C8-C9)/(C8+C9)＜0.8               (7)，
其中C8和C9分别表示第四透镜230靠近物侧的曲面和靠近成像面的曲面的顶点曲率。条件式(7)定义了具有负光焦度的第四透镜230的形状。当(C8-C9)/(C8+C9)的值超过上限时，场曲和畸变朝正方向过分增大，较正困难。相反，当(C8-C9)/(C8+C9)的值超过下限时，场曲和畸变朝负方向过分增大，较正困难。
下面参照图3到图83以具体实施例来详细说明本发明的变焦镜头系统10。
以下每个实施例中，各透镜的面型及材料满足表1的条件：
                             表1
  透镜组   第一透镜组   第二透镜组
  透镜   第一透镜   第二透镜   第三透镜   第四透镜
  实施例   非球面   材料   非球面   材料   非球面   材料   非球面   材料
  1   否   玻璃   是   玻璃   否   玻璃   是   玻璃
  2   否   玻璃   是   塑料   否   玻璃   是   塑料
  3   是   玻璃   是   玻璃   否   玻璃   是   玻璃
  4   否   玻璃   是   玻璃   是   玻璃   是   玻璃
  5   是   玻璃   是   塑料   否   玻璃   是   塑料
  6   否   玻璃   是   塑料   是   玻璃   是   塑料
  7   是   玻璃   是   玻璃   是   玻璃   是   玻璃
  8   是   玻璃   是   玻璃   是   玻璃   是   玻璃
  9   是   玻璃   是   塑料   是   玻璃   是   塑料
其中非球面面型表达式如下：
x = cr 2 1 + 1 - c 2 r 2 + Σ A 2 i r 2 i
其中x为表面离开与表面顶点相切的平面的距离，r为从光轴到表面的距离，c为表面的顶点曲率，A2i为第2i阶的非球面面型系数。
各实施例中，f表示整个摄像镜头的焦距；Fno.表示F数；ω表示半视场角；r表示光学面的曲率半径；nd表示材料的d线折射率；vd表示材料的阿贝数；W表示宽视场端；M表示中间焦距位置；T表示远摄端；表面序号1至11依次表示第一透镜110靠近物侧的表面、第一透镜110靠近成像面400的表面、第二透镜120靠近物侧的表面、第二透镜120靠近成像面400的表面、光栏210、第三透镜220靠近物侧的表面、第三透镜220靠近成像面400的表面、第四透镜230靠近物侧的表面、第四透镜230靠近成像面400的表面、滤波器300靠近物侧的表面、滤波器300靠近成像面400的表面；d表示光学表面间距；d4表示第二透镜120靠近成像面400的表面与光栏210的间距、d9表示第四透镜230靠近成像面400的表面与滤波器300靠近物侧的表面的间距。
第二、五、六、九实施例中第二透镜120及第四透镜230均采用同种光学塑料聚碳酸酯(Polycarbonate)。
第一实施例
该变焦镜头系统满足表2、表3和表4的条件：
                            表2
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   11.707   0.40   1.72000   50.41
  2   3.130   1.11
  3(非球面)   8.654   0.68   1.74840   27.71
  4(非球面)   18.183   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0
  6   2.314   1.48   1.69673   56.42
  7   -15.031   0.21
  8(非球面)   -2.178   0.48   1.78470   26.07
  9(非球面)   -4.883   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                表3
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  3   -4.06591×10-3   -8.07636×10-4   1.612228×10-4   -2.79050×10-5
  4   -6.93473×10-3   -8.58754×10-5   -3.98869×10-5   -5.59137×10-6
  8   0.10378   -0.018472   1.76742×10-3
  9   0.099535   -6.71644×10-3   3.74188×10-3
                    表4
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   2.8   4   5
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.93   1.64   0
  d9   4.49   5.77   7.05
该第一实施例的变焦镜头系统中，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图3至图5所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图6至图8所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图9至图11所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第二实施例
该变焦镜头系统满足表4、表5和表6的条件：
                              表5
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   7.995   0.4   1.69673   56.42
  2   2.885   1.08
  3(非球面)   5.901   0.67   1.58547   29.91
  4(非球面)   8.661   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0
  6   2.305   1.20   1.64050   60.10
  7   -7.691   0.29
  8(非球面)   -1.847   0.67   1.58547   29.91
  9(非球面)   -4.782   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                     表6
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  3   -4.89009×10-3   -1.01406×10-3   2.16546×10-4   -3.89653×10-5
  4   -9.23171×10-3   6.94278×10-5   -1.1014065×10-4   -3.40475×10-6
  8   0.097394   -0.012124   1.02190×10-3   3.6711962×10-4
  9   0.088499   -2.64938×10-3   1.93095×10-3   5.5377737×10-4
                  表7
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   2.8   4   5
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.81   1.60   0
  d9   4.49   5.77   7.04
该第二实施例的变焦镜头系统中，第二透镜120及第四透镜230均采用聚碳酸酯塑料制成的非球面透镜，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图12至图14所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图15至图17所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图18至图20所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第三实施例
该变焦镜头系统满足表7、表8和表9的条件：
                                  表8
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   -11.779   0.4   1.67790   55.20
  2   6.376   1.13
  3(非球面)   7.725   0.61   1.75520   27.21
  4(非球面)   13.484   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0
  6   2.329   1.42   1.71300   53.83
  7   -16.414   0.29
  8(非球面)   -2.381   0.55   1.80518   25.36
  9(非球面)   -6.107   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                  表9
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  1   0.010378   4.78467×10-5   -2.81947×10-5
  2   2.64815×10-3   1.968774×10-3   -5.08294×10-5
  3   -0.023473   -4.26209×10-5   1.27839×10-4   -2.91937×10-6
  4   -0.019523   9.9286822×10-7   1.54088×10-4   -1.0544439×10-5
  8   0.081018   -0.013199   1.08983×10-3
  9   0.083572   -4.92438×10-3   4.38349×10-3
                    表10
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   2.8   3.8   4.6
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.79   1.60   -2.56
  d9   4.42   5.72   7.03
该第三实施例的变焦镜头系统中，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线分别依次如图21至图23所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图24至图26所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图27至图29所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第四实施例
该变焦镜头系统满足表11、表12和表13的条件：
                                 表11
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   10.792   0.4   1.75398   52.43
  2   3.074   1.17
  3(非球面)   8.985   0.68   1.75520   27.56
  4(非球面)   20.829   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0
  6   2.187   1.27   1.69673   56.42
  7   -18.339   0.21
  8(非球面)   -3.085   0.68   1.80518   25.36
  9(非球面)   -15.120   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                    表12
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  3   -3.52464×10-3   -5.26442×10-4   1.60681×10-4   -3.40622×10-5
  4   -6.88161×10-3   4.72950×10-4   -1.416056×10-4   -2.16651×10-6
  6   -5.66322×10-3   5.91466×10-3   -2.71534×10-3   5.88739×10-4
  7   -8.10150×10-3   2.04669×10-2   -3.48009×10-3   -1.45236×10-3
  8   4.85359×10-2   1.68766×10-2   -9.59511×10-3   -3.2613383×10-4
  9   6.25605×10-2   1.85125×10-2   -1.04580×10-2   3.46141×10-3
                  表13
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   2.8   3.8   4.6
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.76   1.59   0
  d9   4.44   5.73   7.03
该第四实施例的变焦镜头系统中，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图30至图32所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图33至图35所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图36至图38所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第五实施例
该变焦镜头系统满足表14、表15和表16的条件：
                              表14
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   8.193   0.4   1.69680   55.41
  2   2.919   1.06
  3(非球面)   5.876   0.67   1.58547   29.91
  4(非球面)   8.557   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0.02
  6   2.281   1.19   1.64049   60.10
  7   -8.001   0.28
  8(非球面)   -1.861   0.66   1.58547   29.91
  9(非球面)   -4.882   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                   表15
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  1   1.83299×10-5   7.62159×10-7   8.57154×10-8   3.54067×10-8
  2   -3.52610×10-5   -4.26707×10-6   -2.12231×10-8   -9.57468×10-9
  3   -4.83284×10-3   -1.01485×10-3   2.20115×10-4   -3.75681×10-5
  4   -9.2694204×10-3   1.22739×10-4   -1.03784×10-4   -3.49025×10-6
  8   9.70847×10-2   -1.16739×10-2   7.21052×10-4   3.92580×10-4
  9   9.00230×10-2   -3.05674×10-3   2.34376×10-3   6.43948×10-4
                  表16
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   2.8   3.8   4.6
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.83   1.62   0.02
  d9   4.50   5.77   7.05
该第五实施例的变焦镜头系统中，第二透镜120及第四透镜230均采用聚碳酸酯塑料制成的非球面透镜，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图39至图41所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图42至图44所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图45至图47所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第六实施例
该变焦镜头系统满足表17、表18和表19的条件：
                                表17
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   8.124   0.4   1.69673   56.42
  2   2.912   1.07
  3(非球面)   6.153   0.67   1.58547   29.91
  4(非球面)   9.091   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0.02
  6   2.287   1.14   1.64049   60.10
  7   -7.666   0.29
  8(非球面)   -1.880   0.65   1.58547   29.91
  9(非球面)   -5.165   4.51
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                      表18
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  3   -4.74847×10-3   -1.01682×10-3   2.205662×10-4   -3.78321×10-5
  4   -9.31892×10-3   1.31424×10-4   -1.02552×10-4   -4.07043×10-6
  6   -1.86027×10-3   6.54821×10-4   -6.68835×10-4   -6.33099×10-5
  7   -1.54445×10-3   4.313170×10-5   -1.54587×10-4   -2.63634×10-3
  8   9.89776×10-2   -1.09875×10-2   5.79226×10-4   5.272047×10-4
  9   9.23783×10-2   -2.62719×10-3   3.48851×10-3   -9.45732×10-5
                  表19
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   2.8   3.8   4.6
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.81   1.62   0.02
  d9   4.51   5.79   7.07
该第六实施例的变焦镜头系统中，第二透镜120及第四透镜230均采用聚碳酸酯塑料制成的非球面透镜，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图48至图50所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图51至图53所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图54至图56所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第七实施例
该变焦镜头系统满足表20、表21和表22的条件：
                                  表20
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   -18011.02   0.40   1.65844   50.88
  2   3.408   1.04
  3(非球面)   4.473   0.823   1.65446   33.65
  4(非球面)   8.756   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0.50
  6   2.329   1.38   1.60738   56.65
  7   -8.277   0.36
  8(非球面)   -3.342   0.65   1.80518   25.39
  9(非球面)   -22.767   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                      表21
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  1   4.19933×10-3   -2.49558×10-4   6.71258×10-6   -8.10186×10-8
  2   1.61539×10-3   4.29429×10-4   -4.58978×10-5   4.97554×10-7
  3   -3.53969×10-3   -1.16457×10-5   8.40477×10-6   -7.75956×106
  4   -3.06872×10-3   9.66119×10-5   -7.04784×10-5   -2.85672×10-8
  6   -4.24336×10-3   7.89428×10-5   -2.75614×10-4   -3.77070×10-5
  7   -1.74456×10-3   2.61533×10-3   -7.06689×10-4   4.28416×10-5
  8   4.82285×10-2   -5.06084×10-3   4.15620×10-4   -9.34468×10-5
  9   5.70729×10-2   4.22784×10-4   1.35352×10-3   1.28561×10-4
                 表22
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   3   3.8   4.6
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   6.22   2.41   0.50
  d9   4.80   6.15   7.50
该第七实施例的变焦镜头系统中，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图57至图59所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图60至图62所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图63至图65所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第八实施例
该变焦镜头系统满足表23、表24和表25的条件：
                               表23
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   -21.628   0.40   1.65830   57.26
  2   4.137   1.03
  3(非球面)   4.686   0.49   1.80518   25.36
  4(非球面)   6.332   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0.40
  6   2.242   1.54   1.65113   55.89
  7   -10.049   0.24
  8(非球面)   -3.334   0.40   1.84666   23.62
  9(非球面)   -18.833   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                        表24
  表面序号   A4   A6   A8   A10
  1   1.15675×10-2   -1.16425×10-4   -3.24721×10-5
  2   7.47586×10-4   3.00777×10-3   -1.37112×10-4
  3   -3.50463×10-2   -5.53384×10-4   3.35231×10-4   -1.33377×10-5
  4   -3.23489×10-2   3.34311×10-4   2.88355×10-4   -2.43154×10-5
  6   -2.09496×10-3   8.67809×10-4   -2.62228×10-4
  7   2.32639×10-2   -3.93391×10-3   -1.51304×10-3
  8   0.11557   -0.04823   0.01327   -3.08836×10-3
  9   0.10723   -0.02475   7.96645×10-3   -9.37044×10-4
                   表25
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   3.2   4.1   5
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   4.76   2.05   0.70
  d9   4.84   6.37   7.90
该第八实施例的变焦镜头系统中，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图66至图68所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图69至图71所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图72至图74所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
第九实施例
该变焦镜头系统满足表26、表27和表28的条件：
                                表26
  表面序号   r   d   nd   vd
  1   8.262   0.40   1.75397   52.43
  2   2.852   0.96
  3(非球面)   4.796   0.78   1.58547   29.91
  4(非球面)   7.754   d4(可变)
  5(光栏)   ∞   0.40
  6   2.378   1.49   1.64049   60.10
  7   -6.079   0.17
  8(非球面)   -2.242   0.60   1.58547   29.91
  9(非球面)   -14.286   d9(可变)
  10   ∞   0.4   1.52308   58.57
  11   ∞   1
                                            表27
  表面序号   A4   A6   A8   A 10
  1   8.15509×10-4   -5.85306×10-5   -3.84747×10-6   3.768940×10-7
  2   -6.72645×10-4   2.39301×10-4   -5.40018×10-5   2.54959×10-6
  3   -5.33959×10-3   -8.49194×10-4   2.956397×10-4   -4.52691×10-5
  4   -9.03369×10-3   3.47341×10-4   -9.08912×10-5   -8.66980×10-6
  6   -2.72684×10-3   1.34701×10-3   -7.22203×10-4   1.45704×10-4
  7   1.87020×10-3   7.75791×10-3   -3.17591×10-3   3.39316×10-5
  8   9.20738×10-2   -1.78235×10-2   2.09071×10-3   -6.75376×10-4
  9   9.40175×10-2   -1.38981×10-2   4.30161×10-3   -1.43722×10-4
                   表28
  W   M   T
  f(mm)   4.5   6.75   9
  Fno.   3.1   3.8   4.6
  ω(°)   32   22.5   17.5
  d4   5.38   2.06   0.40
  d9   4.72   6.06   7.41
该第九实施例的变焦镜头系统中，第二透镜120及第四透镜230均采用聚碳酸酯塑料制成的非球面透镜，其宽视场端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图75至图77所示；中间焦距位置的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图78至图80所示；远摄端的轴上点球差色差曲线、场曲与畸变曲线依次如图81至图83所示。由图上可以看出，在整个变焦过程中轴上点球差色差和场曲畸变都被良好校正。
表29是9个实施例与前面各个条件式对应的数值。
                                        表29
  条件式   1   2   3   4   5   6   7
  TW/(fW·tanωW)   dG1/fW   1/W   2/W   v1-v2   v3-v4   (C8-C9)/(C8+C9)
  1   5.405   0.487   -0.510   0.897   22.7   30.34   0.383
  2   5.319   0.478   -0.515   0.910   26.51   30.19   0.443
  3   5.319   0.476   -0.523   0.900   27.98   28.47   0.437
  4   5.319   0.498   -0.523   0.906   24.85   31.06   0.662
  5   5.319   0.473   -0.515   0.910   25.50   30.19   0.447
  6   5.319   0.476   -0.517   0.910   25.50   30.19   0.466
  7   6.29   0.509   -0.486   0.810   17.23   31.26   0.744
  8   5.495   0.427   -0.615   0.900   31.90   32.27   0.699
  9   5.780   0.476   -0.520   0.869   22.52   30.19   0.729
综上，本发明的变焦镜头系统采用负组在前的负正结构二组元变焦镜头系统，在满足一定的条件式下，一方面可以使得变焦镜头系统具有较好的成像质量，另一方面可以使整个系统更为紧凑。此外，所述第二透镜120及第四透镜230可采用同一种光学塑料制成，因此，具有以下优点：首先，可以降低工艺的复杂性，从而降低成本；其次，由于塑料透镜因环境温度变化会带来较大的焦点移动，故在第一透镜组100和第二透镜组200中采用玻璃透镜加塑料透镜的结构形式，这样可以保证因环境温度变化引起的各组元的焦点移动较小；再次，具有正光焦度的第一透镜120因环境温度变化引起的焦点移动与具有负光焦度的第二透镜230因环境温度变化引起的焦点移动方向相反，相互抵消，从而保证整个变焦系统的焦点移动较小，成像质量变化较小，可避免整个系统光学性能下降。

Claims (14)

1.一种变焦镜头系统，其从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的第一透镜组及具有正光焦度的第二透镜组；所述第一透镜组从物侧到成像面依次包括具有负光焦度的凹面弯向成像面的弯月型第一透镜及具有正光焦度的第二透镜；所述第二透镜组从物侧到成像面依次包括光栏、具有正光焦度的双凸第三透镜及具有负光焦度的凹面弯向物侧的弯月型第四透镜。
2.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦镜头系统满足条件式：3.5＜TW/(fW·tanωW)＜7.5，其中TW表示变焦镜头系统在宽视场端的总长；fW表示整个变焦镜头系统在宽视场端的焦距；ωW表示变焦镜头系统在宽视场端的半视场角。
3.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦镜头系统满足条件式：0.3＜dG1/fW＜0.7，其中dG1表示第一透镜组的厚度，即第一透镜靠近物侧曲面的顶点至第二透镜靠近成像面的曲面的顶点的距离。
4.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦镜头系统还满足条件式：-0.7＜1/W＜-0.3，其中1表示第一透镜组的光焦度，W表示整个变焦透镜系统在宽视场端的光焦度。
5.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦镜头系统还满足条件式：0.5＜2/W＜0.95，其中2表示第二透镜组的光焦度，W表示整个变焦透镜系统在宽视场端的光焦度。
6.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦镜头系统还满足条件式：15＜v1-v2＜40以及条件式：20＜v3-v4＜40，其中v1、v2分别表示第一透镜组中第一透镜和第二透镜的材料阿贝数；v3、v4分别表示第二透镜组中第三透镜和第四透镜的材料阿贝数。
7.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，该变焦镜头系统还满足条件式：0.3＜(C8-C9)/(C8+C9)＜0.8，其中C8和C9分别表示第二透镜组中靠近成像面的第四透镜靠近物侧的曲面和靠近成像面的曲面的顶点曲率。
8.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第二透镜及第四透镜为非球面透镜。
9.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第一透镜及第三透镜为球面透镜。
10.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第一透镜及第三透镜至少有一个为非球面透镜。
11.如权利要求1所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述变焦镜头系统还包括位于第二透镜组与成像面之间的滤波器。
12.如权利要求11所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述滤波器包括红外滤波器、低通滤波器或盖玻璃。
13.如权利要求1至12中任意一项所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述第二透镜及第四透镜采用同一种光学塑料制成。
14.如权利要求13所述的变焦镜头系统，其特征在于，所述光学塑料为聚碳酸酯。
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