一种变焦镜头及数码相机

摘要

本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种变焦镜头及数码相机，用于提高变焦镜头的景深，从而可获得目标景物、近景和远景同时清晰图像。本发明公开了一种变焦镜头，包括从物侧到像侧依次设置的变焦组和聚焦组；其中，变焦组包括从物侧到像侧依次设置的凸面朝向物侧且光焦度为负的第一凸凹透镜、光焦度为负的第一双凹透镜、凸面朝向物侧且光焦度为正的第一凸透镜；聚焦组包括从物侧到像侧依次设置的光焦度为正的第一双凸透镜、凸面朝向物侧且光焦度为负的第二凸透镜、光焦度为正的第二双凹透镜、光焦度为正的第二双凸透镜和光焦度为正的第三双凸透镜。本发明同时还公开了一种数码相机，包括具有上述特征的变焦镜头。

说明书

技术领域

本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种变焦镜头及数码相机。

背景技术

变焦镜头是指在一定范围内可以变换焦距，从而得到不同大小影像和不同 景物范围的相机镜头，因其可以在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改 变拍摄范围，以及可以减少携带摄像器材的数量而得到广泛的应用。

现有常见的变焦镜头一般在对目标景物聚焦清楚后，目标景物前方的近景 或后方的远景模糊，尤其是在长焦部分；造成这一现象的主要原因是：现有的 变焦镜头的结构形状，色散系数等参数与成像条件匹配不好，使得变焦镜头只 能保证目标景物和近景清晰同时清晰，或目标景物和远景清晰同时清晰，即现 有的变焦镜头无法得到足够大的景深，从而很难保证目标景物、近景和远景同 时清晰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变焦镜头及数码相机，用于提高变焦镜头的景 深，从而可获得目标景物、近景和远景同时清晰图像。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种变焦镜头，包括从物侧到像侧依次设置的变焦组和聚焦组；其中，

所述变焦组包括从物侧到像侧依次设置的凸面朝向物侧且光焦度为负的 第一凸凹透镜、光焦度为负的第一双凹透镜、凸面朝向物侧且光焦度为正的第 一凸透镜；

所述聚焦组包括从物侧到像侧依次设置的光焦度为正的第一双凸透镜、凸 面朝向物侧且光焦度为负的第二凸透镜、光焦度为正的第二双凹透镜、光焦度 为正的第二双凸透镜和光焦度为正的第三双凸透镜。

优选地，在所述变焦组中，所述第一凸凹透镜的中心和第一双凹透镜的中 心在光轴方向上的间隔为4.3mm，所述第一双凹透镜的中心和第一凸透镜在光 轴方向上的间隔为0.75mm。

较佳地，所述变焦组还包括：位于所述第一双凹透镜和所述第一凸透镜之 间的第一垫圈。

优选地，在所述聚焦组中，所述第一双凸透镜的中心和第二凸透镜的中心 在光轴方向上的间隔为0.12mm，所述第二凸透镜的中心和第二双凹透镜的中 心在光轴方向上的间隔为0.21mm，所述第二双凹透镜的中心和第二双凸透镜 的中心在光轴方向上的间隔为0.32mm，所述第二双凸透镜的中心和第三双凸 透镜的中心在光轴方向上的间隔为0.13mm。

较佳地，所述聚焦组还包括：位于所述第一双凸透镜和所述第二凸透镜之 间的第二垫圈，位于所述第二双凸透镜和所述第三双凸透镜之间的第三垫圈。

进一步地，所述聚焦组还包括：设置于所述第一双凸透镜朝向物侧的表面 上的孔径光阑。

优选地，所述第二凸透镜和第二双凸透镜的材质分别为低色散、高折射率 的玻璃透镜。

本发明同时还提供了一种数码相机，包括：具有上述特征的变焦镜头。

本发明提供的变焦镜头采用八个特定结构形状的透镜，并按照从物侧至像 侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配，使得变焦镜头的结构形 状，色散系数等参数与成像条件匹配，并能能够有效的减小像差、色差和畸变， 从而能够获得清晰的目标景物、近景和远景的图像，进而达到提高变焦镜头景 深的目的。此外，本发明提供的变焦镜头结构简单、紧凑，可以减小变焦镜头 的外观总长，进而可以减小使用空间和存放空间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种变焦镜头的结构示意图；

图2为变焦镜头在对焦距离10m时的光学传递函数的曲线图；

图3为变焦镜头在近摄距离2m时的光学传递函数的曲线图；

图4为变焦镜头在远摄距离无穷远时的光学传递函数的曲线图；

图5为变焦镜头对应的点阵图；

图6为变焦镜头对应的扇形图；

图7为变焦镜头对应的场曲畸变图；

图8为变焦镜头对应的色差图。

附图标记：

1-第一凸凹透镜，2-第一双凹透镜，3-第一凸透镜，

4-孔径光阑，5-第一双凸透镜，6-第二凸透镜，7-第二双凹透镜，

8-第二双凸透镜，9-第三双凸透镜，10-第一垫圈，11-第二垫圈，

12-第三垫圈。

具体实施方式

为了提高变焦镜头的景深，本发明提供了一种变焦镜头，采用八个特定结 构形状的透镜，并以一定的次序排列，以及通过各个光学透镜的光焦度的分配， 使得变焦镜头的结构形状，色散系数等参数与成像条件匹配，并能能够有效的 减小像差、色差和畸变，从而能够获得清晰的目标景物、近景和远景的图像， 进而达到提高变焦镜头景深的目的。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合说明书附 图对本发明实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种变焦镜头的结构示意图。该变焦 镜头包括：该变焦镜头包括从物侧到像侧依次设置的变焦组和聚焦组；其中，

变焦组包括从物侧到像侧依次设置的凸面朝向物侧且光焦度为负的第一 凸凹透镜1、光焦度为负的第一双凹透镜2、凸面朝向物侧且光焦度为正的第 一凸透镜3；

聚焦组包括从物侧到像侧依次设置的光焦度为正的第一双凸透镜5、凸面 朝向物侧且光焦度为负的第二凸透镜6、光焦度为正的第二双凹透镜7、光焦 度为正的第二双凸透镜8和光焦度为正的第三双凸透镜9。

在本实施例中，变焦镜头中的各个透镜满足下表所列的条件；其中，R₁为透镜朝向物侧的面的曲率半径，R₂为透镜朝向像侧的面的曲率半径，T_c为透 镜中心厚度，N_d为透镜的折射率，V_d为透镜的阿贝系数。

透镜序号 R1 R2 Tc Nd Vd 第一凸凹透镜1 15≤R1≤25 5≤R2≤8 0.6≤Tc≤0.8 1.4≤Nd≤1.6 55≤Vd≤65 第一双凹透镜2 -25≤R1≤-15 5≤R2≤8 0.6≤Tc≤0.8 1.5≤Nd≤1.7 55≤Vd≤65 第一凸透镜3 7≤R1≤9 20≤R2≤30 2.0≤Tc≤2.5 1.7≤Nd≤1.8 25≤Vd≤35 第一双凸透镜5 8≤R1≤10 -35≤R2≤-25 1.7≤Tc≤1.8 1.6≤Nd≤1.7 55≤Vd≤65 第二凸透镜6 6≤R1≤8 50≤R2≤65 1.7≤Tc≤1.8 1.6≤Nd≤1.7 55≤Vd≤65 第二双凹透镜7 -20≤R1≤-10 5≤R2≤7 2.0≤Tc≤2.5 1.7≤Nd≤1.8 20≤Vd≤30 第二双凸透镜8 20≤R1≤30 -20≤R2≤-10 1.6≤Tc≤1.7 1.6≤Nd≤1.7 55≤Vd≤65 第三双凸透镜9 10≤R1≤20 -50≤R2≤-40 1.6≤Tc≤1.7 1.6≤Nd≤1.7 55≤Vd≤65

如图2、图3和图4所示，其中，图2为变焦镜头在对焦距离10m时的光 学传递函数（Modulation Transfer Function，以下简称MTF）的曲线图，图3 为变焦镜头在近摄距离2m时的光学传递函数的曲线图，图4为变焦镜头在远 摄距离无穷远时的光学传递函数的曲线图。从这三个幅图中可知，变焦镜头在 对近景（对焦距离为2m）、目标景物（对焦距离为10m）和远景（对焦距离为 无穷远）拍摄时，三种场景对应的MTF的曲线图基本一致，而且，三种场景 中MTF曲线都比较平滑且集中，也就是说，该变焦镜头能够同时对目标景物、 近景和远景进行拍摄，并且图像品质良好；可见采用本实施例提供的变焦镜头 可同时获得清晰的近景、目标景物和远景的图像，即本实施例提供的变焦镜头 具有较大的景深。

从上述技术方案可知，本发明实施例提供的变焦镜头，采用八个特定结构 形状的透镜，并按照从物侧至像侧依次排列，以及通过各个光学透镜的光焦度 的分配，使得变焦镜头的结构形状，色散系数等参数与成像条件匹配，并能有 效的减小像差、色差和畸变，从而能够获得清晰的目标景物、近景和远景的图 像，进而达到提高变焦镜头景深的目的。此外，本发明提供的变焦镜头结构简 单、紧凑，可以减小变焦镜头的外观总长，进而可以减小使用空间和存放空间。

值得一提的是，上述变焦镜头具有如下光学技术指标：光学总长 TTL≤38mm，变焦镜头的系统焦距f为2.8-8mm，变焦镜头的系统像面为： 1/2.7〞，光圈范围F为1.6-2.8。

下面通过对变焦镜头进行光学系统分析，来进一步介绍本实施例提供的变 焦镜头。

如图5所示，为变焦镜头对应的点阵图。在几何光学的成像过程中，由一 点发出的许多条光线经光学系统成像后，由于象差的存在，使其与像面不再集 中于一点，而是形成一个分布在一定范围内的弥散斑图形，称为点列图。利用 这些点的密集程度可以衡量出一个光学系统的成像质量，从图5可以看出，各 个视场的点分布非常集中，其质心半径只有2.5um左右，可以看出本发明实施 例提供的变焦镜头的成像质量很好。

如图6所示，为变焦镜头对应的扇形图。像差特性曲线中心原点的切线斜 率对应系统场曲，曲线对的连线的斜率与切线的斜率之差对应系统球差；曲线 对的连线与纵坐标焦点的高度对应系统彗差。

如图7所示，为变焦镜头对应的场曲畸变图；其中，场曲图是以像高为纵 坐标，以场曲作为横坐标来衡量场曲值；三条曲线T分别表示三种场景（近 景、目标景物和远）对应的子午光束（Tangential Rays）的像差，三条曲线S 分别表示三种场景（近景、目标景物和远）对应的弧矢光束（Sagittial Rays） 的像差，从本图中可以看出：子午场曲值控制在0～0.05mm范围内，弧矢场曲 值控制在0～0.05mm范围内。畸变图是以像高为纵坐标，以畸变作为横坐标来 衡量场曲值，畸变率控制在-50%～0范围内。

如图8所示，为变焦镜头对应的色差图。色差图纵坐标代表光束口径，横 坐标代表球差和轴向色差。从本图可以得出，本发明提供的变焦镜头，球差和 轴向色差控制在-0.05～+0.05之间。

从上述图5、图6、图7和图8可知，尽管本实施例提供的变焦镜头结构 尺寸较小，其产生的象散、场曲畸变及色差仍被控制或修正在较小的范围内。

具体实施时，在变焦组中，第一凸凹透镜1的中心和第一双凹透镜2的中 心在光轴方向上的间隔为4.3mm，第一双凹透镜2的中心和第一凸透镜3在光 轴方向上的间隔为0.75mm。为了使变焦组中各个透镜的位置相对固定，严格 保证各个透镜之间的间隔，其中，第一凸凹透镜1的边缘和第一双凹透镜2

的边缘直接接触，即以面接触方式相对固定；第一双凹透镜2和第一凸透镜3 因结构形状和朝向的限制，优选地，在第一双凹透镜2和第一凸透镜3之间设 置一个第一垫圈10来保证间隔，也就是说，变焦组还包括：位于第一双凹透 镜2和第一凸透镜3之间的第一垫圈10。

在聚焦组中，第一双凸透镜5的中心和第二凸透镜6的中心在光轴方向上 的间隔为0.12mm，第二凸透镜6的中心和第二双凹透镜7的中心在光轴方向 上的间隔为0.21mm，第二双凹透镜7的中心和第二双凸透镜8的中心在光轴 方向上的间隔为0.32mm，第二双凸透镜8的中心和第三双凸透镜9的中心在 光轴方向上的间隔为0.13mm。为了使聚焦组中各个透镜的位置相对固定，严 格保证各个透镜之间的间隔，其中，第一双凸透镜5、第二凸透镜6、第二双 凸透镜8和第三双凸透镜9因结构形状和朝向的限制，优选地，在第一双凸透 镜5和第二凸透镜6之间设置一个第二垫圈11保证间隔，在第二双凸透镜8 和第三双凸透镜9之间设置一个第三垫圈12保证间隔；也就是说，聚焦组还 包括：位于第一双凸透镜5和第二凸透镜6之间的第二垫圈11，位于第二双 凸透镜8和第三双凸透镜9之间的第三垫圈12。

进一步地，为了限制从变焦组进入聚焦组中的光良，上述聚焦组还包括： 设置于第一双凸透镜5朝向物侧的表面上的孔径光阑4。

为了使变焦镜头可以实现日夜两用，即红外光波段与可见光波段共焦，优 选地，上述第二凸透镜6和第二双凸透镜8的材质分别为低色散、高折射率的 玻璃透镜。

本发明同时还提供了一种数码相机，包括：具有上述特征的变焦镜头。

综上所述，本发明提供的变焦镜头具有变焦组和聚焦组两个透镜组结构， 且在变焦组中的各个透镜位置相对固定，聚焦组中的各个透镜位置相对固定， 通过各个光学透镜的光焦度的分配，使得变焦镜头的结构形状，色散系数等参 数与成像条件匹配，并能能够有效的减小像差、色差和畸变，从而能够获得清 晰的目标景物、近景和远景的图像，进而达到提高变焦镜头景深的目的。

此外，本发明提供的变焦镜头结构简单、紧凑，可以减小变焦镜头的外观 总长，进而可以减小使用空间和存放空间。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。