CN100397136C - 变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
一种变焦镜头,从物端到成像端依次包括具有负屈光率的第一透镜组、具有正屈光率的第二透镜组及具有正屈光率的第三透镜组。第一、第二透镜组之间的距离变化时,实现变倍的功能;以及藉由改变第三透镜组在光轴上的位置达到对焦效果。第一透镜组包括至少两个负透镜,邻近第二透镜组的负透镜以塑料制成并且满足以下条件:0.08<|R1/R2|<0.52;其中,R1为该负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径,R2为该负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。
Description
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头,特别是关于一种应用于摄像装置且重量轻的变焦镜头。
背景技术
现有技术中,具有三群透镜组的变焦镜头已被广泛应用于数码照相装置中。该等变焦镜头从物端到成像端依次包括负屈光率的第一透镜组、正屈光率的第二透镜组,以及正屈光率的第三透镜组。
近来,数码照相装置的发展快速,并且趋于小型化。同时,数码照相装置内的摄像组件,例如CCD,也趋于高像素。因此,为克服光学像差,变焦镜头的设计也日趋严格。例如,日本公开专利申请第2000-284177号揭示了一种变焦镜头,其可以藉由第三透镜组快速对焦以获得清晰影像并修正像差。
然而,当摄像组件的像素越来越多并且每一像素的尺寸越来越小时,修正球面像差的必要性就越趋于重要。然而,上述日本公开专利申请案仅可修正畸变像差及场曲像差,但对于修正球面像差却已无法满足现在的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻巧型的变焦镜头,其使用至少两枚塑料制成的透镜以减少变焦镜头的重量;同时,可修正各种光学像差以获得极佳的影像。
为实现上述目的,本发明变焦镜头,从物端到成像端依次包括负屈光率的第一透镜组、正屈光率的第二透镜组及正屈光率的第三透镜组;藉由该等透镜组在光轴上的位置变化可实现变焦。第一透镜组具有至少两枚负透镜,其中邻近第二透镜组的负透镜为塑料制成;第二透镜组从物端到成像端依次包括正透镜、负透镜及正透镜,其中邻近第三透镜组的正透镜为塑料制成。
第一透镜组从物端到成像端依次包括一第一负透镜、一第二正透镜与一第三负透镜。第三负透镜为塑料制成。较佳地,第三负透镜为非球面塑料透镜,且邻近第二透镜组设置。
在本发明变焦镜头中,邻近第二透镜组的第三负透镜必须满足以下条件:
其中,R1为该负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径,R2为该负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。
第二透镜组从物端到成像端依次包括一第四正透镜、一第五负透镜及一第六正透镜,且第六正透镜为塑料制成的非球面透镜。其中,快门及光阑设置于第一透镜组与第二透镜组之间。
第三透镜组包括一第七正透镜。较佳地,第七正透镜为塑料制成的非球面透镜。
本发明变焦镜头需进一步满足以下条件:
其中,fG1为第一透镜组的焦距,fG3为第三透镜组的焦距,fL3为第三负透镜的焦距,fL6为第六正透镜的焦距。
本发明变焦镜头需进一步满足以下条件:
其中,fW为广角端焦距,fT为望远端焦距,Y为成像面的最大对角像高,LW为镜头在广角端的全长。
如上所述,与现有技术相比,本发明使用了至少两枚塑料制成的透镜,使得本发明变焦镜头具有重量轻的优点。较佳地,第二正透镜、第三负透镜、第六正透镜及第七正透镜均使用塑料制成。同时,本发明变焦镜头具有极佳的成像品质。
以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1A为本发明变焦镜头在广角端的状态图;
图1B为本发明变焦镜头在望远端的状态图;
图2A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的散光像差;
图2B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的散光像差;
图2C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的散光像差;
图3A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的畸变像差;
图3B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的畸变像差;
图3C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的畸变像差;
图4A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的球面像差;
图4B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的球面像差;
图4C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的球面像差;
图5A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的倍率色像差;
图5B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的倍率色像差;
图5C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的倍率色像差;
图6A为本发明变焦镜头在收光角度为60度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差;
图6B为本发明变焦镜头在收光角度为34度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差;
图6C为本发明变焦镜头在收光角度为23度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差。
具体实施方式
本发明变焦镜头可以应用于影像撷取装置,用来将目标物成像于影像感测组件,如电荷耦合组件(Charge Coupled Device,简称CCD)。该变焦镜头从物端到成像端依次包括具有负屈光度的第一透镜组、具有正屈光度的第二透镜组及具有正屈光度的第三透镜组。第一透镜组具有至少两枚负透镜,其中一枚负透镜为邻近第二透镜组设置。藉由该等透镜组在光轴上的位置变化实现变焦。
本发明变焦镜头中,第一透镜组从物端到成像端依次包括第一负透镜、第二正透镜及第三负透镜,且第三负透镜为塑料制成。较佳地,第三负透镜为一非球面负透镜。
本发明变焦镜头中,第二透镜组从物端到成像端依次包括第四正透镜、第五负透镜及第六正透镜,且第六正透镜为塑料制成。较佳地,第六正透镜为一非球面正透镜;第四正透镜与第五负透镜彼此黏合。本发明变焦镜头的孔径光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间,并且与第二透镜组结合。
本发明变焦镜头中,第三透镜组至少包括一第七正透镜。较佳地,第七正透镜以塑料制成,且其朝向物端的表面为非球面。
当变焦镜头在广角状态及望远状态之间进行变焦时,该等透镜组之间的距离在光轴上产生变化;其中,第一透镜组的第三负透镜必须满足以下条件:
其中,R1为第三负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径,R2为第三负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。当|R1/R2|大于条件(1)的上限值时,变焦镜头的广角范围会减少。当|R1/R2|小于条件(1)的下限值时,第一表面的曲率半径R1值过小且第三负透镜的第一表面越凹,使得变焦镜头的畸变像差(distortion aberration)越趋恶化而降低成像品质。
此外,本发明变焦镜头进一步满足以下条件:
其中,fG1为第一透镜组的焦距,fG3为第三透镜组的焦距,fL3为第三负透镜的焦距,fL6为第六正透镜的焦距。当分母fL3xfL6越来越小且条件(2)的值大于其上限值时,将使得变焦镜头的系统像差越趋恶化而降低成像品质。当分子fG1xfG3越来越小且条件(2)的值小于其下限值时,变焦镜头的广角范围会减少。
另外,本发明变焦镜头进一步满足以下条件:
其中,fW为广角端焦距,fT为望远端焦距,Y为成像面的最大像高,LW为镜头在广角端的全长。当条件(3)的值大于其上限值时,在广角状态的变焦镜头长度过长,而无法获得短小的变焦镜头。当条件(3)的值小于其下限值时,每一枚镜片的厚度误差与间隔距离的误差趋于严格,从而使得变焦镜头的制造趋于困难。
本发明变焦镜头的第一、第二、第三透镜组均具有塑料镜片,具有重量轻且低成本的优点。
有关本发明的详细说明及技术内容,现就结合附图说明如下:
<发明详细说明>
如图1所示,本发明变焦镜头从物端到成像端依次包括负屈光率的第一透镜组G1、正屈光率的第二透镜组G2及正屈光率的第三透镜组G3。该变焦镜头的系统焦距长度f=1.06mm至3.00mm,且Fno.=2.66至4.65。如图1A与1B所示,藉由该等透镜组之间的距离在光轴OA上的变化,可使本发明变焦镜头在广角状态W及望远状态T之间实现变焦。
第一透镜组G1从物端到成像端依次包括凹面朝向成像端的第一负透镜L1、第二正透镜L2及凹面朝向物端的第三负透镜L3;且第二正透镜L2与第三负透镜L3均以塑料制成。第一透镜组G1具有第一焦距长度fG1=-2.60mm。第三负透镜L3为非球面负透镜;较佳地,第三负透镜L3采用塑料制成。
第二透镜组G2从物端到成像端依次包括第四正透镜L4、与第四正透镜L4黏合的第五负透镜L5,以及第六正透镜L6。第二透镜组G2具有第二焦距长度fG2=2.06mm。第六正透镜L6为非球面正透镜,并采用塑料制成。
第三透镜组G3包括一第七正透镜L7,该第七正透镜L7朝向物端的表面R71为非球面,用以修正变焦镜头的场曲像差。第三透镜组G3具有第三焦距长度fG3=3.90mm。第七正透镜L7也采用塑料制成。
在本发明实施例中,变焦镜头的第一、第二及第三透镜组的各项参数依次列于表1中:
此外,本发明实施例中,第一透镜组G1的第三负透镜L3和表面序号R31、R32、第二透镜组G2的第六正透镜L6的表面序号R61、R62以及第三透镜组G3的第七正透镜L7的表面序号R71为非球面,其非球面相关数值依次列于表2:
在本发明实施例中,当变焦镜头在广角状态W及望远状态T之间进行变焦时,该等透镜组之间的距离在光轴上产生变化;其中,第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的第一距离为D1,第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的第二距离为D2,第三透镜组G3与成像端之间的第三距离为D3。第一距离D1、第二距离D2及第三距离D3依次列于表3:
根据表1,将第三负透镜L3第一表面R31的曲率半径R1与第二表面R32的曲率半径R2代入|R1/R2|,可得|R1/R2|=0.51,确实符合条件(1)。
图2A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的散光像差(astigmatism aberration);图2B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的散光像差;图2C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的散光像差。根据图2A至2C所示,该变焦镜头在广角端至望远端的散光像差均位于0.05mm范围内。
图3A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的畸变像差(distortion aberration);图3B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的畸变像差;图3C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的畸变像差。根据图3A至3C所示,该变焦镜头在广角端至望远端的畸变像差量均位于5%范围内。
图4A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的球面像差(spherical aberration);图4B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的球面像差;图4C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的球面像差。根据图4A至4C所示,该变焦镜头在广角端至望远端的球面像差均位于0.05mm范围内。
图5A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的倍率色像差(lateral chromatic aberration);图5B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的倍率色像差;图5C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的倍率色像差。根据图5A至5C所示,该变焦镜头在广角端至望远端的倍率色像差均位于0.005μm范围内。
图6A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差(ray aberration,又称ray fans);图6B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差;图6C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差。根据图6A至6C所示,该变焦镜头在广角端至望远端的光线像差相当平坦。
由以上可知,本发明变焦镜头具有极佳的成像品质;虽然第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组内均使用了塑料射出成型的透镜,但并不会因温度变化而使成像品质恶化。
参考图1及表1,本发明变焦镜头的孔径光阑STO位于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间,并与第二透镜组G2结合。
综上所述,本发明使用了至少两枚塑料制成的透镜,使得本发明变焦镜头具有重量轻的优点。较佳地,第二正透镜、第三负透镜、第六正透镜及第七正透镜均使用塑料制成。同时,本发明变焦镜头具有极佳的成像品质。
Claims (9)
1.一种变焦镜头,从物端到成像端在光轴上依次包括负屈光率的第一透镜组,正屈光率的第二透镜组以及正屈光率的第三透镜组,第一、第二及第三透镜组之间的距离在光轴上可变化以实现变焦,其特征在于:该第一透镜组自物端至成像端依次包括第一负透镜、第二正透镜及以塑料制成的第三负透镜;该第二透镜组自物端至成像端依次包括第四正透镜、与第四正透镜黏合的第五负透镜,以及以塑料制成的第六正透镜;该第三透镜组包括第七正透镜;且该变焦镜头满足以下条件:
其中,R1为第三负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径,R2为第三负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。
2.如权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于该变焦镜头进一步满足以下条件:
其中,fG1为第一透镜组的焦距,fG3为第三透镜组的焦距,fL3为第一透镜组的第三负透镜的焦距,fL6为第二透镜组的第六正透镜的焦距。
3.如权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于该变焦镜头进一步满足以下条件:
其中,fW为该变焦镜头在广角端的焦距,LW为该变焦镜头在广角端的长度,fT为该变焦镜头在望远端的焦距,Y为成像端的最大像高。
4.如权利要求2所述的变焦镜头,其特征在于该变焦镜头进一步满足以下条件:
其中,fW为该变焦镜头在广角端的焦距,LW为该变焦镜头在广角端的长度,fT为该变焦镜头在望远端的焦距,Y为成像端的最大像高。
5.如权利要求1所述的变焦镜头,其特征在于该第三负透镜的至少一表面为非球面。
6.如权利要求5所述的变焦镜头,其特征在于该第六正透镜的至少一表面为非球面。
7.如权利要求6所述的变焦镜头,其特征在于该第七正透镜以塑料制成,且其朝向物端的表面为非球面。
8.如权利要求7所述的变焦镜头,其特征在于该第二正透镜以塑料制成。
9.如权利要求8所述的变焦镜头,其特征在于该变焦镜头进一步包括一孔径光阑,该孔径光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间。
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