[发明专利]一种变倍光学系统及使用该光学系统的镜头

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种相机用变倍光学系统，应用于数码摄像装置，例如数码相机、数码摄像机等。特别涉及一种机构尺寸紧凑以及光学解像力高的变倍光学系统及使用该光学系统的镜头。

(二)背景技术：

近年来，变倍光学系统的研制、生产取得了突飞猛进的发展，不但在技术性能方面有很大提高，而且考虑到了消费者对这类数码产品的使用习惯及偏好。目前应用于相机的变倍光学系统大多采用具有三透镜组的结构。

为达到优选的成像效果，一般数码相机所使用的三倍左右变倍光学系统，其第一透镜组即包含至少三个透镜，整个三透镜组往往使用到十片左右的透镜数量，这造成结构上和成本上的一定限制及负担。因此，如何设计三透镜组中各透镜的特性，如有效焦距、屈光力以及透镜组元件数量，或者利用非球面透镜取代多个球面透镜的校正象差等等，均为业界所不断尝试，以达到缩小尺寸的目的并兼顾摄像能力及影像质量。

同时随着越来越多的消费者爱好使用小而灵巧的数码相机与数码摄像机，相机尺寸的设计趋势朝向轻薄短小发展。为了实现相机模块和镜头系统的紧凑型，镜头生产厂商提供很薄的镜头系统变得越来越重要。一些生产厂商对镜头机构设计进行了改良。如专利号：ZL03106208.3、专利权人：宾得株式会社、专利名称：《可伸缩镜头系统和伸缩可伸缩镜头系统的方法》所公开的可伸缩镜头系统，其具有一个包括多个透镜组的光学系统，当镜头系统处于准备照相状态时，所有的透镜组位于一个公共轴线上，组成一个光学照相系统；当镜头系统处于关闭状态时，至少一个透镜组可被移动至公共光轴外，余下的透镜组收缩，此时可移动的透镜组位于余下的透镜组中的至少一个的相对于公共光轴的外侧。这种结构被称为“滑动镜片系统”，这种结构能很好地降低镜头关闭时的厚度，因此，当前的设计关键主要为减少三透镜组使用的镜片以及改善各镜片的特性。

(三)发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种轻巧型的变倍光学系统，以减少变倍光学系统的重量和机构总长。本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种相机用光学系统，从沿光轴从物方起包括：具有负屈光力的第一透镜组、具有正屈光力的第二透镜组以及具有正屈光力的第三透镜组，全部透镜组通过改变第一透镜组与第二透镜组之间距离来调节变倍比，以及通过改变第三透镜组在光轴上的位置达到调焦效果，所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，所述的透镜组至少设有两枚非球面透镜，第一透镜组最大厚度与第二透镜组最大厚度以及最大半像高之间满足以下条件：

其中，L₁为第一透镜组最大厚度；L₂为第二透镜组最大厚度；y′为变倍光学系统最大半像高。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明使用至少两枚非球面透镜，通过非球面透镜光折射复杂的特性代替原有的玻璃球面透镜，从而减少光学系统的所使用的透镜数量，缩减了机构总长。条件式在考虑到其制造难度的情况下使透镜组既做到小型化。当大于2.8这一上限值时，机构设计将很难做到小型化；当小于2.3这一下限值时，每一枚镜片的厚度误差与间隔距离的公差、每一个透镜组的离轴偏心公差将趋于严格，从而使得变倍光学系统制造趋于困难。

上述第一透镜组第一透镜元件的折射率N₁₁满足以下条件：1.55＜N₁₁＜1.65。

当N₁₁的值大于上限1.65时，广角状态时边缘视场的光线在第一负透镜靠近成像端的面上发生全反射，也即是影响变倍光学系统的广角范围；当N₁₁的值小于下限1.55时，由于第一负透镜组的屈光能力下降，第一负透镜组与第二正透镜组之间的空气间隔将增加，这导致前述公式中的值增大，机构设计将很难做到小型化。

光学系统还满足条件：

其中，L_II为当放大倍率从广角位置改变到摄远位置时所述第二透镜组移动的距离；f_w为所述变倍光学系统在广角位置时焦距；f_t为所述变倍光学系统在摄远位置时焦距。

值大于0.1时，L_II的值相对增大，第二透镜组的运动轨迹将变长，相应的曲线筒沿光轴的长度增加，机构设计将很难做到小型化，有悖于整个光学系统的袖珍特性。当值小于0.07时，f_t×f_w的值相对增大，在变倍比一定的情况下，f_w的值增大，变倍光学系统的广角范围将减小。