CN101221278B - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

一种变焦镜头，包括具有负屈光度的一第一透镜群与具有正屈光度的一第二透镜群，其中第二透镜群是配置于第一透镜群与一像侧之间，且第一透镜群与第二透镜群适于在一物侧与像侧之间移动。此外，第一透镜群包括具有负屈光度的一第一透镜，而此第一透镜为凸面朝向物侧的弯月型透镜，且其阿贝数大于50。另外，变焦镜头的焦距为F，第一透镜群的焦距为F1，第一透镜面向第二透镜群的表面的曲率半径为R2，且-0.6＜F/F1＜-0.2，0.7＜R2/F＜1.8。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明关于一种镜头，且特别关于一种变焦镜头。

背景技术

随着现代视频技术的进步，诸如投影机、数字摄影机(Digital VideoCamera，DVC)及数字相机(Digital Camera，DC)等影像装置已被广泛地使用。这些影像装置中的核心组件之一为变焦镜头，借由变焦镜头的光学变焦可使影像能清晰地成像，因此变焦镜头的光学质量与影像成像的质量息息相关。在竞争激烈的市场中，各厂商莫不致力于改良变焦镜头的质量，并降低其制作成本，以提升上述影像装置的竞争优势。

传统技术中，会将变焦镜头设计成由两透镜群所组成，其中靠近物侧(object side)的第一透镜群具有负屈光度(refractive power)，而第二透镜群具有正屈光度，亦即第一透镜群是用以发散光线，而第二透镜群是用以收敛光线。

然而，传统由两透镜群所组成且透镜数为五片至六片的变焦镜头的f数(fnumber)均大于3.5相对的其光圈小，例如：美国第6324014号专利或美国第5541772号专利，所以很难达到大的相对孔径(relative aperture)。此外，此类型的变焦镜头均是利用非球面透镜来消除像差(aberration)，而由于非球面透镜的价格高，导致传统变焦镜头的生产成本偏高。且若这类型的变焦镜头要达到大的相对孔径，则需利用较多的透镜并搭配非球面透镜来消除像差，亦会导致传统变焦镜头的生产成本偏高。

发明内容

本发明的目的是提供一种变焦镜头，以降低生产成本。

为达上述或是其它目的，本发明提出一种变焦镜头包括具有负屈光度的一第一透镜群与具有正屈光度的一第二透镜群，其中第二透镜群是配置于第一透镜群与一像侧(image side)之间，且第一透镜群与第二透镜群适于在一物侧与像侧之间移动。此外，第一透镜群包括具有负屈光度的一第一透镜，而此第一透镜为凸面朝向物侧的弯月型(meniscus)透镜，且其阿贝数(Abbenumber)大于50。另外，变焦镜头的焦距为F，第一透镜群的焦距为F1，第一透镜面向第二透镜群的表面的曲率半径为R2，且-0.6＜F/F1＜-0.2，0.7＜R2/F＜1.8。

本发明因第一透镜群仅有一片透镜，所以结构较为简单且易于制作，可有效降低生产成本。此外，由于第一透镜的阿贝数大于50，所以可有效改善像差。另外，将F/F1的数值限制在-0.2至-0.6之间可使整个变焦镜头具有良好的变焦效果，且可在维持良好成像质量的前提下，使变焦镜头的结构更为紧凑(compact)。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的变焦镜头在广角端及望远端的示意图。

图2A至图2D为变焦镜头在广角端的成像光学仿真数据图。

主要组件符号说明

100：变焦镜头

110：第一透镜群

112：第一透镜

120：第二透镜群

122：第二透镜

124：第三透镜

126：第四透镜

128：第五透镜

S1～S10：表面

具体实施方式

图1是本发明一实施例的变焦镜头在广角端(wide-end)及望远端(tele-end)的示意图，其中图1上半部是变焦镜头在望远端的示意图，而图1下半部是变焦镜头在广角端的示意图。请参照图1，本实施例的变焦镜头100包括具有负屈光度的一第一透镜群110与具有正屈光度的一第二透镜群120，其中第二透镜群120是配置于第一透镜群110与一像侧之间。此外，第一透镜群包括具有负屈光度的一第一透镜112，而此第一透镜112为凸面朝向物侧的弯月型透镜，且其阿贝数大于50。另外，变焦镜头100满足下列条件：(1)-0.6＜F/F1＜-0.2；(2)0.7＜R2/F＜1.8，其中F为变焦镜头100的焦距，F1为第一透镜群110的焦距，而R2为第一透镜112面向第二透镜群120的表面S2的曲率半径。

由于第一透镜群110仅有一片透镜，其结构较为简单且易于制作，所以能有效降低生产成本。此外，因第一透镜的阿贝数大于50，所以可有效降低像差的产生，如此即不需过度仰赖第二透镜群120来消除像差。另外，将F/F1的数值限制在-0.2至-0.6之间可使整个变焦镜头100具有良好的变焦效果，且可在维持良好成像质量的前提下，使变焦镜头100的结构更为紧凑。

第一透镜群110与第二透镜群120适于在一物侧与像侧之间移动。具体而言，欲将变焦镜头100的倍率自广角端调整至望远端时，则使第一透镜群110与第二透镜群120朝彼此靠近的方向移动；欲将变焦镜头100的倍率自望远端调整至广角端时，则使第一透镜群110与第二透镜群120朝彼此远离的方向移动。此外，第一透镜群110兼具补偿的功能。更详细地说，在变焦镜头100应用于投影装置的情况下，当投影距离改变时(即第一透镜112至屏幕的距离改变时)，可借由移动第一透镜群110使影像的画质清晰。

在本实施例中，第二透镜群120包括多个透镜，而这些透镜至少其中之一的屈光度为负，且屈光度为负的透镜的折射率大于1.7。具体而言，第二透镜群120包括自第一透镜群110至像侧依序排列的一第二透镜122、一第三透镜124、一第四透镜126与一第五透镜128，且其屈光度分别为正、正、负、正。此外，第二透镜122可为双凸透镜，第三透镜124可为凸面(即表面S5)朝向物侧的弯月型透镜，第四透镜126可为双凹透镜，而第五透镜128可为双凸透镜。

承上述，为了减低像差，第二透镜122的材质可选用低色散系数(dispersion coefficient)的玻璃，其阿贝数约介于35到75之间。此外，为了改善球差(spherical aberration)、畸变(distortion)与场曲(field curvature)，第四透镜126的材质可选用高折射率(折射率大于1.7)且阿贝数介于20至50之间的玻璃。

在本实施例中，变焦镜头100还包括一孔径光阑(未示出)，其可配置于第三透镜124与第四透镜126之间(例如：表面S6与表面S7之间)、第三透镜124靠近像侧的表面S6上或第四透镜126靠近物侧的表面S7上。

值得一提的是，本实施例的变焦镜头100不需借由价格较为昂贵的非球面透镜来消除像差，所以第一透镜群110与第二透镜群120中的透镜均可使用较为便宜的球面透镜，如此可降低变焦镜头100的生产成本。

以下内容将举出变焦镜头100的一优选实施例，然而，下文中所列举的数据数据并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在参照本发明的后，当可对其参数或设定作适当的更动，其仍应属于本发明的范畴内。

<表一>

在表一中，曲率半径是指每一表面的曲率半径，间距是指两相邻表面间的距离，举例来说，表面S1的间距，即表面S1至表面S2间的距离。备注栏中各透镜所对应的厚度、折射率与色散值请参同列中各间距、折射率与阿贝数对应的数值。此外，在表一中，表面S1、S2分别为第一透镜112远离与邻近第二透镜122的表面；表面S3、S4分别为第二透镜122远离与邻近第三透镜124的表面；表面S5、S6分别为第三透镜124远离与邻近第四透镜126的表面；表面S7、S8分别为第四透镜126远离与邻近第五透镜128的表面；表面S9、S10分别为第五透镜128邻近与远离第四透镜126的表面。

<表二>

在表二中分别列出变焦镜头100于广角端及望远端时的一些重要参数值，包括有效焦距(Effective Focal Length，EFL)、视场角(Field of View，FOV)及f数及可变间距T1、T2。此外，在此优选实施例中，孔径光阑是配置于表面S7上，F/F1＝-0.47，R2/F＝1.08，第一透镜112的阿贝数为58.72，而第四透镜126折射率为1.81。值得注意的是，相较于传统技术，由于本实施例的变焦镜头100的f数小于3.5，甚至可小至2.45，所以光圈较大且相对孔径较大，而且本实施例中仅采用五片透镜且仅采用球面透镜即可达到f数小于传统的变焦镜头(f数均大于3.5)，相较于传统需利用较多的透镜并搭配非球面透镜来消除像差才能达到，本发明可具有降低生产成本及简化镜头的功效。

图2A至图2D为变焦镜头在广角端的成像光学仿真数据图，其中图2A为光学传递函数(modulation transfer function，MTF)曲线图，且其横轴为每毫米的线对数(line pair per millimeter)，纵轴为鉴别率，图2B为场曲和畸变图，图2C为横向色差(lateral color)图，而图2D为横向光线扇形图(transverse rayfan plot)。从图2A至图2D的图形可看出所测得的MTF曲线图、场曲和畸变图、横向色差图以及横向光线扇形图的图形均在标准的范围内，因此本发明的变焦镜头100具有良好的成像质量。

综上所述，本发明的变焦镜头至少具有下列优点：

1.第一透镜群仅有一片透镜，所以结构较为简单且易于制作，可有效降低生产成本。

2.由于第一透镜的阿贝数大于50，所以可有效改善像差。

3.因F/F1的数值在-0.2至-0.6之间，所以可在维持良好成像质量的前提下，使变焦镜头的结构更为紧凑。

4.第二透镜的材质可选用低色散系数的玻璃，而第四透镜的材质可选用折射率大于1.7且阿贝数介于20至50之间的玻璃，以改善像差。

5.本发明的变焦镜头中的透镜均为较便宜的球面透镜，所以可降低生产成本。

6.本发明变焦镜头的f数较小，所以相对孔径较大。

7.本发明一实施例的变焦透镜仅采用五片透镜即可达到f数小于传统的变焦镜头(f数均大于3.5)，所以可降低生产成本。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种变焦镜头，包括：

一第一透镜群，具有负屈光度，第一透镜群仅包括具有负屈光度的一第一透镜，该第一透镜为凸面朝向一物侧的弯月型透镜，且其阿贝数大于50；以及

一第二透镜群，具有正屈光度，且配置于该第一透镜群与一像侧之间，而该第一透镜群与该第二透镜群适于在该物侧与该像侧之间移动，其中该第二透镜群包括自第一透镜群至该像侧依序排列的一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜与一第五透镜，且其屈光度分别为正、正、负、正，

其中，该变焦镜头的焦距为F，该第一透镜群的焦距为F1，该第一透镜面向该第二透镜群的表面的曲率半径为R2，且-0.6＜F/F1＜-0.2，0.7＜R2/F＜1.8。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该第二透镜群包括多个透镜，而该些透镜至少其中之一的屈光度为负，且屈光度为负的透镜的折射率大于1.7。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该第二透镜为双凸透镜，该第三透镜为凸面朝向该物侧的弯月型透镜，该第四透镜为双凹透镜，而该第五透镜为双凸透镜。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该第二透镜的阿贝数介于35至75之间。

5.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该第四透镜的阿贝数介于20至50之间。

6.根据权利要求1所述的变焦镜头，还包括一孔径光阑，配置于第三透镜与第四透镜之间、第三透镜靠近该像侧的一表面上或第四透镜靠近该物侧的一表面上。

7.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该第一透镜群与该第二透镜群中的透镜均为球面透镜。

8.根据权利要求1所述的变焦镜头，其中该第一透镜群由该第一透镜组成，该第二透镜群是由自该第一透镜群至该像侧依序排列的一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜与一第五透镜组成，且该第二透镜、该第三透镜、该第四透镜与该第五透镜的屈光度分别为正、正、负、正。

9.根据权利要求8所述的变焦镜头，其f数小于3.5。

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