CN101377566B - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦镜头，自物体侧至成像侧，依次至少包括：具有正屈光率的第一透镜组、具有负屈光率的第二透镜组、具有正屈光率的第三透镜组、具有正屈光率的第四透镜组、具有正屈光率的第五透镜组以及具有正屈光率的第六透镜组。第一透镜组和第六透镜组为固定设置，当该变焦镜头从广角端向望远程进行变焦时，第二和第四透镜组向第三透镜组靠近。

Description

变焦镜头 

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头，特别是一种变焦镜头，内含反射组件而达到薄型化、变倍率高、成像性能好等特点。 

背景技术

为能更方便地进行摄影操作，许多的主流数字相机均采用光学变焦镜头。不同于数字变焦，光学变焦镜头可以使拍摄的焦距有效的改变，但却不致于会像数字变焦一样损害到画质。 

美国专利申请案US2005/0099700A1中公开一种紧凑型的变焦镜头，其具有屈折力(Refraction Power)分别为正、负、正、正的四群透镜组。当该变焦镜头从广角端位置向远程位置进行变焦时，其中的第一和第三透镜组固定不动，而第二透镜组则向成像侧移动。这种变焦镜头的结构虽然较紧凑，但变焦倍率不高。 

传统的高倍率光学变焦镜头组一般都需要有较长的长度，以供适度地改变焦距。沉胴式镜头是一种可伸缩的镜头，其镜头可伸出至机器外面，在变焦时，其镜头会伸缩移动。目前市场上大部分的数字相机都是使用沉胴式镜头。为达成薄型结构，沉胴式镜头组一般是采用负屈光率的第一镜群、正屈光率的第二镜群、正屈光率的第三镜群，再以其中第一与第二镜群移动方式来进行变焦操作。在这种架构下，为能达成高变倍率，其变焦的距离势必会较大，因此仍无法有效地达到薄型化的目的。此外，沈胴式镜头沉胴时，因为至少一个镜群离开光轴进行收纳，使得镜头整体外径过大。 

潜望镜式镜头是另一种可伸缩的镜头，其不用伸出到相机机身外面，通常是应用在卡片机上。潜望镜式镜头的原理非常简单，内含反射组件使其光路并不是直线的，而是藉由镜子的反光而折射进入相机机身内。其镜片在变焦、对 焦时会在机身内部运动，但镜头不会伸出机身外。因此，不仅可使得数字相机的尺寸更加小巧，减少产品体积，同时因为镜头不必伸出机身外，所以也能保护镜头不受损伤。 

潜望镜式镜头在解决互相冲突的高变倍率与薄型化需求上是较佳的方案，因此本发明即在于提供一种新的潜望镜式变焦镜头。 

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种变焦镜头，其内含反射组件成为一种薄型化的高倍变倍光学系统，具有开机时间短而成像性能好的特点。 

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种变焦镜头，自物端至成像端，依次由以下元件组成：具有正屈光率的第一透镜组、具有负屈光率的第二透镜组、具有正屈光率的第三透镜组、孔径光阑、具有正屈光率的第四透镜组、具有正屈光率的第五透镜组、及具有正屈光率的第六透镜组。其中，第一、第三和第六透镜组为固定设置。当该变焦镜头从广角端至望远程进行变焦时，第二透镜组向成像端移动，而第四与第五透镜组则向物端移动。 

上述第一透镜组更包括屈折光轴的反射组件。 

本发明的变焦镜头于变倍时，第二透镜组的变倍移动量为ΔX2，第五透镜组的变倍移动量为ΔX5，则其满足此第1条件式：0.7*ΔX2＝ΔX5，其中，ΔX2为变焦镜头自广角端至望远程变倍时、第二透镜组相对于第一透镜组于光轴上的移动量，ΔX5为第五透镜组相对于第六透镜组于光轴上的移动量。 

本发明的变焦镜头于变倍时，必须满足此第2条件式： 

$2.17<\frac{\mathrm{TTL}}{f}<8.7$

其中，TTL为变焦镜头的光学长度，f为变焦镜头的焦距值。 

本发明的变焦镜头中，至少具有3枚非球面透镜，其中第一透镜组的第1枚透镜是非球面透镜。 

于本发明的变焦镜头中，上述第一透镜组的第1枚透镜是具有非球面的新 月型负透镜，其具有广角度收光且修正像差的功能。 

于本发明变焦镜头的第一透镜组中，上述反射组件设置于第1枚透镜与第2枚透镜之间。 

于本发明的变焦镜头中，藉由第六透镜组中的邻近成像端的透镜于光轴上细微移动，达到影像对焦的功效。 

于本发明的变焦镜头中，第二透镜组依序包括第4负透镜、第5负透镜与第6正透镜。其中，第5负透镜与第6正透镜彼此胶合。 

于本发明的变焦镜头中，第四透镜组依序包括第8正透镜与第9负透镜。其中，第9负透镜是新月型负透镜。 

当该变焦镜头从广角端至望远程进行变焦时，第二、第四及第五透镜组皆朝向第三透镜组移动。 

本发明的变焦镜头，其内有多个透镜组可移动，使得每一透镜组的移动量较少，从而可以使整个变焦镜头的体积得以减小。同时，本发明的设计还可保证各变焦点的位置皆可得到最佳的成像性能。因此，本发明的变焦镜头具有高变倍率、开机时间短且成像性能好等特点。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中： 

图1是概要显示于望远程时，本发明的变焦镜头的结构示意图。 

图2A是本发明变焦镜头于望远程时的球面像差图。 

图2B是本发明变焦镜头于望远程时的像散像差图。 

图2C是本发明变焦镜头于望远程时的畸变像差图。 

图2D是本发明变焦镜头于望远程时的横向色像差图。 

图3是概要显示于中间位置时，本发明的变焦镜头的结构示意图。 

图4A是本发明变焦镜头于中间位置时的球面像差图。 

图4B是本发明变焦镜头于中间位置时的像散像差图。 

图4C是本发明变焦镜头于中间位置时的畸变像差图。 

图4D是本发明变焦镜头于中间位置时的横向色像差图。 

图5是概要显示于广角端时，本发明的变焦镜头的结构示意图。 

图6A是本发明变焦镜头于广角端时的球面像差图。 

图6B是本发明变焦镜头于广角端时的像散像差图。 

图6C是本发明变焦镜头于广角端时的畸变像差图。 

图6D是本发明变焦镜头于广角端时的横向色像差图。 

图7分别为本发明的变焦镜头处于广角端及望远程时，其第一至第六透镜组之间的相对位置结构示意图。 

附图标号说明： 

10     第一透镜组    20    第二透镜组 

30     第三透镜组    40    第四透镜组 

50     第五透镜组    60    第六透镜组 

S      孔径光阑      L1    第1负透镜 

L2     反射组件      L3    第2正透镜 

L4     第3正透镜     L5    第4负透镜 

L6     第5负透镜     L7    第6正透镜 

L8     第7正透镜     L9    第8正透镜 

L10    第9负透镜     L11   第10透镜 

L12    第11负透镜    L13   第12正透镜 

L14    第13正透镜    PL    平板玻璃 

OA     光轴          OBJ   物端 

IMA    成像端 

具体实施方式

有关本发明变焦镜头的详细说明及技术内容，现即结合附图说明如下： 

图1是本发明的变焦镜头，于望远程的光线追迹图；图3是本发明的变焦镜头，于望远程与广角端之间的光线追迹图；图5是本发明的变焦镜头，于广角端的光线追迹图。请参阅图1、图3及图5所示，自物端至成像端，本发明的变焦镜头依次包括：具有正屈光率的第一透镜组10、具有负屈光率的第二 透镜组20、具有正屈光率的第三透镜组30、具有正屈光率的第四透镜组40、具有正屈光率的第五透镜组50、及具有正屈光率的第六透镜组60。 

第一、第三和第六透镜组10、30、60于其光轴上固定设置，而第二、第四及第五透镜组20、40、50则可于其光轴上移动，以实现变焦目的。第一透镜组10包括一枚屈折光轴的反射组件L2。 

变焦镜头的光学全长为TTL，且变焦镜头的系统焦距值为f，则变焦镜头满足以下条件式： 

$2.17<\frac{\mathrm{TTL}}{f}<8.7.$

变焦镜头进行变倍时，第二透镜组20于光轴上的移动量为ΔX2，第五透镜组50于光轴上的变倍移动量为ΔX5，则其满足此条件式：0.7*ΔX2＝ΔX5。 

第一透镜组10的焦距值f1＝3.987148mm，其自物端至成像端依序包括第1负透镜L1、反射组件L2、第2正透镜L3及第3正透镜L4。第1负透镜L1是新月型负透镜，其凸面R11朝向物端凸出且具有两个非球面表面，故第1负透镜L1具有广角度收光且修正畸变像差的功能。 

第二透镜组20的焦距值f2＝-1.2975mm，其包括第4负透镜L5、第5负透镜L6及第6正透镜L7。第5负透镜L6与第6正透镜L7彼此胶合，且第4负透镜L5邻近第一透镜组10设置。 

第三透镜组30是第7正透镜L8，且焦距值f3＝3.5675mm。第7正透镜L8为新月型，具有两个非球面R81、R82且其凹面R82朝向物端凸出。 

第四透镜组40的焦距值f4＝3.8279mm，其包括第8正透镜L9及第9负透镜L10，且第8正透镜与第9负透镜彼此胶合；其中第8正透镜L9未与第9负透镜L10胶合的表面R91是非球面表面。此外，第9负透镜是新月型负透镜，其凸面R102朝向成像端凸出。 

第五透镜组50是第10正透镜L11，且焦距值f5＝20.18135mm。于本发明的实施例中，第10透镜为正。 

第六透镜组60的焦距值f6＝14.8341mm，其包括第11负透镜L12、第12正透镜L13及第13正透镜L14。第11负透镜L12与第12正透镜L13彼此胶 合，且第13正透镜L14邻近成像端设置，并可于光轴上进行些许移动，以便达到影像对焦的功效。 

孔径光阑S设置于第三透镜组30与第四透镜组40之间。 

请同时参阅图7，分别为本发明的变焦镜头处于广角端(Wide End)及望远程(Tele End)位置时，其第一至第六透镜组10~60之间相对位置的结构示意图。当本发明的变焦镜头从广角端向远程进行变焦时，第二透镜组20朝向成像端IMA移动，第四透镜组40朝向物端OBJ移动，以及第五透镜组50朝向物端OBJ移动。换言之，第二、第四及第五透镜组20、40、50皆朝向第三透镜组30靠近。 

表一所示为实施例中本发明各透镜的有关参数，其中Nd代表折射率，Vd代表Abbe系数。表二所示为该实施例中，五个非球面表面对应的锥度(Conic)系数和非球面系数的值。表三所示为该实施例中，当本发明的变焦镜头分别处于广角端位置、中间位置和望远程位置时，第一和第二透镜组10、20之间的间距A、第二和第三透镜组20、30之间的间距B、第三和第四透镜组30、40之间的间距C、第四和第五透镜组40、50之间的间距D、第五和第六透镜组50、60之间的间距E的值。表四所示为该实施例中，当本发明的变焦镜头的第六透镜组中，用以进行影像对焦的第12和第13正透镜L13、L14之间的间距F的值、第13正透镜L14和平板玻璃PL之间的间距G的值。 

表一： 

表面	透镜	曲率半径(mm)	光轴上间隔距离(mm)	Nd	Vd
						R11	L1	8.2622	0.15	1.84666	23.83
R12		3.0148	0.545
						R21	L2	无限	2.3	1.883	40.77
R22		无限	0.05
						R31	L3	8.66	0.325	1.58913	61.14
R32		-8.227	0.025
						R41	L4	2.58	0.3625	1.60311	60.64
R42		10.9555	A
						R51	L5	-24.125	0.1125	1.7495	35.28
R52		1.48725	0.2125
						R61	L6	-3.102	0.1125	1.6935	50.81
R71	L7	1.76325	0.275	1.92286	20.88

R72		8.5705	B
						R81	L8	2.525	0.2875	1.8061	40.95
R82		19.5704	0.2
							S	无限	C
R91	L9	4.5285	0.95	1.48749	70.21
						R92	L10	-1.26025	0.125	1.7552	27.51
R102		-1.99675	D
						R111	L11	19.822	0.195	1.48749	70.21
R112		19.602	E
						R121	L12	-4.3025	0.125	1.7552	27.51
R122	L13	4.0355	0.3425	1.43875	94.95
						R132		-28.9865	F
R141	L14	2.24375	0.5075	1.6393	44.87
						R142		6.8625	G
R151	PL	无限	0.2	1.51633	64.14
						R152		无限	0.6425
IMA		无限	0

表二： 

表三： 

光轴上间隔距离(mm)	广角端	中间位置	望远程
				A	0.1595	1.208	1.9365
B	1.90075	0.8525	0.12375
				C	1.66675	0.955	0.17875
D	0.16325	0.141	0.40725
				E	0.33525	1.069	1.57925

表四： 

光轴上间隔距离(mm)	广角端	中间位置	望远程
				F	2.0586725	2.0546725	2.0604225
G	0.3483275	0.3523275	0.3465775

图2A~2D所示为本发明变焦镜头于望远程时的球面像差(SphericalAberration)、像散像差(Astigmatism)、畸变像差(Distortion)及横向色像差(Lateral Chromatic Aberration)。根据图2A~2D所示，变焦镜头于望远程时，球面像差皆小于0.1mm、像散像差皆小于0.1mm、畸变像差小于0.3％、横向色像差小于0.03mm。 

图4A~4D所示为本发明变焦镜头于中间位置时的球面像差、像散像差、畸变像差及横向色像差。根据图4A~4D所示，变焦镜头于中间位置时，球面像差皆小于0.1mm、像散像差皆小于0.12mm、畸变像差小于0.6％、横向色像差小于0.04mm。 

图6A~6D所示为本发明变焦镜头于广角端时的球面像差、像散像差、畸变像差及横向色像差。根据图6A~6D所示，变焦镜头于广角端时，球面像差皆小于0.08mm、像散像差皆小于0.08mm、畸变像差小于1％、横向色像差小于0.06mm。 

于本发明中，变焦镜头自广角端经中间位置至望远程变倍时，根据表三，第二透镜组20相对于第一透镜组10的变倍移动量ΔX2分别为1.0485mm及0.7285mm，第五透镜组50相对于第六透镜组60的变倍移动量ΔX5分别为0.73375mm及0.51025mm。因此，本发明的变焦镜头确实满足此条件式：0.7*ΔX2＝ΔX5。 

本发明的变焦镜头，于广角端时的系统焦距值f＝1.737mm；于中间位置时的系统焦距值f＝3.37662mm；于望远程时的系统焦距值f＝6.55332mm。变焦镜头的光学全长TTL＝14.6775mm，且变焦镜头自广角端至望远程的数值孔径(f-number)F＝3.5~5.15。本发明的变焦镜头的系统焦距值f及光学全长TTL确实满足此条件式 $2.17<\frac{\mathrm{TTL}}{f}<8.7.$ 此处所述的光学全长TTL，定义为光轴上自第1负透镜的物端表面至成像端的长度。 

本发明的变焦镜头，其内有多组透镜组可移动，使得每一透镜组的移动量可以相对较少，从而可以减小整个变焦镜头的体积。同时，本发明的设计还可保证各变焦点的位置皆可得到最佳的影像性能。因此，本发明的变焦镜头具有高变倍率、开机时间短且成像性能好等特点。 

虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，但是其并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。 

Claims (12)

1.一种变焦镜头，其特征在于，自物端至成像端依次由以下元件组成：

具有正屈光率的第一透镜组，包含有一枚屈折光轴的反射组件；

具有负屈光率的第二透镜组；

具有正屈光率的第三透镜组；

孔径光阑；

具有正屈光率的第四透镜组；

具有正屈光率的第五透镜组；及

具有正屈光率的第六透镜组；

其中，第一透镜组、第三透镜组和第六透镜组为固定设置，当该变焦镜头从广角端至望远程进行变焦时，第二透镜组、第四透镜组及第五透镜组皆向第三透镜组靠近；

该变焦镜头需满足下式：

0.7*ΔX2＝ΔX5

其中，ΔX2为变焦镜头自广角端至望远程变倍时、第二透镜组相对于第一透镜组于光轴上的移动量，ΔX5为第五透镜组相对于第六透镜组于光轴上的移动量；

同时，该变焦镜头需满足下式：

$2.17<\frac{\mathrm{TTL}}{f}<8.7$

其中，TTL为变焦镜头的光学长度，f为变焦镜头的焦距值。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜组自物端至成像端至少包含一枚负透镜与一枚正透镜，其中该反射组件设于该两枚透镜之间。

3.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜组中的负透镜具有两个非球面表面。

4.如权利要求3所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜组中的负透镜是新月型负透镜，且该新月型负透镜的凸面朝向物端凸出。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜组是新月型正透镜，且该新月型正透镜的凹面朝向物端凸出。

6.如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，该新月型正透镜具有两个非球面表面。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第四透镜组包括一枚正透镜与一枚负透镜，且该正透镜与该负透镜彼此胶合。

8.如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，该正透镜未与该负透镜胶合的表面是非球面。

9.如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，该负透镜是新月型负透镜，且该新月型负透镜的凸面朝向成像端凸出。

10.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜组包含有两枚负透镜与一枚正透镜。

11.如权利要求10所述的变焦镜头，其特征在于，该正透镜与一枚负透镜彼此胶合。

12.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第六透镜组邻近成像端具有一枚正透镜，用于在光轴上进行细微移动从而进行影像对焦。

Images