CN102053344B - 变焦镜头模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变焦镜头模块,包括一第一镜片组、一第二镜片组以及一第三镜片组。第一镜片组设置在一光轴上的固定位置,具有负的总光焦度。第二镜片组设置在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,且第二镜片组具有正的总光焦度包括一液态透镜单元以及光焦度不为零的至少一镜片,其中此至少一镜片是与液态透镜单元分离设置或是整合设置。第三镜片组设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度。
Description
技术领域
本发明涉及一种变焦镜头模块,且特别涉及具有液态镜片辅助做变焦与对焦的镜头模块。
背景技术
变焦镜头模块是摄取影像所需要的基本功能。在早期的传统光学技术中,镜片群组都是以固态的光学组件所组合。为达到有效的变焦与对焦的功能,其传统的镜片群组的体积较大且复杂。
随后,传统光学技术也提出液态透镜的镜片,其是利用二种不同的液体构成一界面。此二种液体是不相溶且折射系数不同,但是密度相接近,如此以构成一界面。此界面会有曲率,且利用电润湿的机制来改变界面的曲率。
液态透镜虽然也被用在变焦镜头模块以取代固体的光学组件,但是由于设计组合的方式不同,会产生不同的设计效果。如何加入液态透镜来设计更有效率的变焦镜头模块仍是相关业者继续研发的方向。
发明内容
为了解决上述问题,本发明公开了一种变焦镜头模块,其目的在于使用液态透镜做变焦时像面位置补偿和对焦的双重功效,提供更高的光学变焦倍数,提供更大的光圈,更亮,分辨率更高,能应用在口径较小的液态透镜,能应用在较高像素的传感器,像差校正能力强,成本低廉。
本发明提供一种变焦镜头模块,包括一第一镜片组、一第二镜片组以及一第三镜片组。第一镜片组设置在一光轴上的固定位置,具有负的总光焦度。第二镜片组设置在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,且第二镜片组具有正的总光焦度包括一液态透镜单元以及光焦度不为零的包括至少一镜片的次镜片组,设置在所述第一镜片组与所述液态透镜单元之间,其中此至少一镜片是与液态透镜单元分离设置或是整合设置;一光圈,设置在所述次镜片组和所述液态透镜单元之间以增加进光量,该液态透镜单元的最大有效口径小于影像感测面的对角线。第三镜片组设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度。
本发明所提供的变焦镜头模块是使用液态透镜的光学设计,变焦时只需移动一个镜组,对焦时没有任何光学组件需要移动,近拍时画质仍维持清晰,允许液态透镜的液体顺序安排有较大自由度,因此允许可以较自由地直接配置现有多种结构的液态透镜。本发明使用液态透镜做变焦时像面位置补偿(改变放大倍率)和对焦(相同放大倍率不同物距的像面位置补偿)的双重功效,提供更高的光学变焦倍数2.5倍,更大的光圈F/#=2.8(更亮,分辨率更高),能应用在口径较小的液态透镜,能应用在较高像素的传感器(sensor,2M1/4”),像差校正能力强,进而达到降低成本的设计方法。光圈设置的位置能有效减小液态透镜口径的需求,因目前液态透镜口径例如是3.4mm,所以光圈设置的位置要尽量靠近液态透镜。而高画质(200万像素以上)影像传感器的对角线总长多半大于4.4mm,基于空间限制光圈和液体镜片需设置在远离影像传感器,基于光束能全部通过液体镜片而不会有大量离轴光束被液体镜片遮蔽,造成影像传感器中央和边缘的亮度差超过50%。光圈设置在液体镜片附近可以达成近轴和离轴光束全部获大部分通过液体镜片。本发明光学变焦的设计可提升镜头模块的效能达到更亮,分辨率(Resolution)更高。
附图说明
图1为依据本发明一实施例,具有液态镜片的变焦镜头模块剖面结构示意图;
图2-3为依据本发明一实施例,以图1的具有液态镜片的变焦镜头模块,针对不同物距的剖面结构示意图;
图4为依据本发明一实施例,液态透镜单元110的结构变化剖面示意图;
图5-7为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数(MTF)随着空间频率变化的特性仿真示意图;
图8-10为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图;
图11-13为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块剖面示意图;
图14-16为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数(MTF)随着空间频率变化的特性仿真示意图;
图17-19为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图;
图20-22为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图;
图23为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图。
附图标记
100、102、104:镜片组
106:镜片
108:次镜片组
110:液态透镜单元
110a:液体部
110b、110c:透光基板
110d:外壁
150:影像感测面板
200、202、204:镜片组
206:影像感测面板
208:次镜片组
210:液态透镜单元
212:成像位置
300、302、304:镜片组
306:影像感测面板
308:次镜片组
310:液态透镜单元
400:棱镜
具体实施方式
为让本发明的上述特征能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附附图作详细说明如下。
本发明提出变焦光学镜头模块,包括三个镜片组。第一镜片组有总光焦度为负值且固定不动。第二镜片组的总光焦度为正值,例如是由至少一片光焦度 (focusing power)不等于零的镜片和一个液态透镜所组合而成。此第二镜片组在轴向移动用来做变焦的用途,其由广角端到长焦端的移动方向是由像方往物方移动。液态透镜用来做第二镜片组在轴向移动变焦时,对像面位置的补偿和在相同放大倍率下不同物距的像面位置补偿。液态透镜由二种不相溶且折射率不同但密度相近的液体组成,利用外部控制以改变二种不相溶液体该界面的一曲率而改变该光焦度值。第三镜片组包含至少一片光焦度不等于零的镜片,且固定不动。
以下举一些实施例来说明本发明,但是本发明不仅限于所举的一些实施例。又,所举的一些实施例之间也可以相互结合,构成其它实施例。
图1为依据本发明一实施例,具有液态镜片的变焦镜头模块剖面结构示意图。参阅图1(a),本实施例的变焦镜头模块包括三个镜片组100、102、104。镜片组100与镜片组104是在固定位置。镜片组102可以在光轴上移动。拍摄对象最后利用镜片组104在影像感测面板150上成像,因此拍摄到影像。于本实施例,拍摄对象是在左方也称为物方,成像位置是在右方也称为像方。
镜片组100是由至少一镜片所组成,而较佳的简单实施方式例如是由一个镜片106所构成,且总光焦度例如为负值。镜片106例如是一个凸凹镜片具有负的总光焦度。当然,依照光学镜片的设计,所要的负的光焦度也可以由多个镜片组成。
于本实施例,光轴是以直线为例来说明。然而,如果需要的话,镜片组100也可加入光线偏折的光学组件,例如可以利用一棱镜改变光轴的路径方向,其方式会于后面描述。
镜片组102是设置在光轴上,但是可以沿着光轴前后移动,达到广角与望远的变焦。图1(a)是镜片组102被调置在广角端(wide-position)的情形,其中物距是以2m为例。图1(b)是镜片组102的位置是被调置在长焦端(tele-position)的情形。换句话说,镜片组102从广角端到长焦端的位置变化例如是由像方到物方移动,也就是如在附图中是由右向左移动。
镜片组102的作用除了可以同时达到变焦与对焦的调整,可以使像高较高,不因液态透镜口径的限制而影响像高,像高较高表示可以用面积较大的影像感测面板150,面积较大的影像感测面板150像素较多,可以表现较高的分辨率。
镜片组102的总光焦度例如是正值。镜片组102例如包括至少一镜片与一液态透镜单元110。至少一镜片例如是由固态镜片所组成的次镜片组108。液态透镜单元110具有可调的光焦度。次镜片组108包括至少一个光焦度不为零的镜片。又次镜片组108是与液态透镜单元110可以是分离设置或是整合设置。又,镜片组102可以包括一光圈(stop),例如是设置在次镜片组108与液态透镜单元110之间,以增加进光量。
镜片组104设置在光轴上的固定位置,具有不为零的总光焦度,其与其它二个镜片组100、102的关系是,镜片组102介于镜片组100与镜片组104之间。镜片组104也是由至少一片光焦度不为零的镜片所组合,但是较佳的方式例如采用单一片的镜片。于本实施例,镜片组104的总光焦度例如是负值。
图2-3为依据本发明一实施例,以图1的具有液态镜片的变焦镜头模块,针对不同物距的剖面结构示意图。
参阅图2,用图1的相同结构,但是针对物距为25cm的取像操作时,镜片组102会有不同的位置。在图2(a),镜片组102的位置是调整在广角端。在图2(b),镜片组102的位置是调整在长焦端。另外,液态透镜单元110的光焦度会随着变化以补偿成像位置。液态透镜单元110的光焦度变化是利用外部控制液态透镜单元110中的液体界面的曲率。
参阅图3,其也是以图1的相同结构,但是针对物距为10cm的取像操作。镜片组102在图3(a)是调整在广角端的位置。镜片组102在图3(b)是调整在长焦端的位置。相似情形,液态透镜单元110中的液体界面的曲率也随着由广角端到长焦端的变化而变化,例如更凸向物方的变化。
图4为依据本发明一实施例,液态透镜单元110的结构变化剖面示意图。参阅图4(a),就一般的液态透镜的结构而言,如传统方式会包括液体部110a,由二种液体,例如水与油组成,另外还有二个透光基板光焦度为0,110b、110c在液体部110a的两端,又再配合外壁110d将液体部110a包围成为液态透镜单元110。如传统方式,外壁110d上会有电极结构利用一般所知的电润湿法(electro wetting)的机制改变曲面的曲率。
参阅图4(b),以图4(a)的传统架构为基础,配合镜片组102中的镜片组108所需要的光焦度,镜片组108可以与液态透镜单元110整合。这就是说,图4(a)中的透光基板110b可以也具有光焦度,因此可以取代镜片组108的至 少一部分的构件。
参阅图4(c),其与图4(b)是类似的机制,将图4(a)中的透光基板110c改变为具有光焦度的结构,其也是配合镜片组108的整体设计达到镜片组102所需要的总光焦度变化。
参阅图4(d),其与图4(b)是类似的机制,更将图4(a)中的二个透光基板110b、110c都改变为具有光焦度的结构,其也是配合镜片组108的整体设计达到镜片组102所需要的总光焦度变化。
图5-为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数(MTF)随着空间频率变化的特性仿真示意图。参阅图5,对应图1在物距为2m的操作条件下,图5(a)是广角端的特性,图5(b)是长焦端的特性。参阅图6,其是对应图2在物距为25cm的操作条件下的调幅转换函数特性。参阅图7,其是对应图3在物距为10cm的操作条件下的调幅转换函数特性。换句话说,本发明的设计是具有实际效用的设计。
图8-10为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图。参阅图8,其是对应图1的操作条件在物距为2m的纵向球差(Longitudinal spherical aberration),像散场曲线(Astigmaticfield curve)以及畸变(distortion)的特性。图8(a)是广角端的特性,图8(b)是长焦端的特性。参阅图9,其是对应图2的操作条件在物距为25cm的纵向球差,像散场曲线以及畸变的特性。图9(a)是广角端的特性,图9(b)是长焦端的特性。参阅图10,其是对应图3的操作条件在物距为10cm的纵向球差,像散场曲线以及畸变的特性。图10(a)是广角端的特性,图10(b)是长焦端的特性。
在图1的实施例中,分别镜片的曲面型态(Surface type)、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)以及材料等的实施例如表一到表四所列。
表一
曲面序号 | 曲面型态 | 半径(mm) | 厚度(mm) | (Nd,Vd) |
物件 | 球面 | 1.0E+18 | 2000*1 | |
1 | 非球面1 | 23.99644 | 2 | 1.694,56.3 |
2 | 非球面2 | 3.411349 | 6.813*2 |
3 | 非球面3 | 9.307409 | 1.2624028 | 1.53,55.7 |
4 | 非球面4 | -6.06272 | 0.9101773 | |
5 | 非球面5 | 4.863689 | 2 | 1.639,23 |
6 | 非球面6 | 2.055857 | 0.3872687 | |
7 | 非球面7 | 3.739124 | 0.7 | 1.53,55.7 |
8 | 非球面8 | -5.43358 | 0.1657301 | |
光圈 | 球面 | 1.0E+18 | 0.55 | |
10 | 球面 | 1.0E+18 | 0.3 | 1.51,56.4 |
11 | 球面 | 1.0E+18 | 0.29*3 | 1.48,38.4 |
12 | 球面 | 11.1735*5 | 0.36*4 | 1.39,58.7 |
13 | 球面 | 1.0E+18 | 0.55 | 1.51,56.4 |
14 | 球面 | 1.0E+18 | 0.622*6 | |
15 | 非球面9 | 6.840498 | 0.7 | 1.639,23 |
16 | 非球面10 | 6.440547 | 2.0893555 | |
17 | 球面 | 1.0E+18 | 0.3 | 1.51,56.4 |
18 | 球面 | 1.0E+18 | 0 | |
影像 | 球面 | 1.0E+18 | 0 |
在表一中,曲面型态是球面与非球面的组合,其顺序是由左到右从镜片106开始到影像感测面板150的背面的18个面。影像感测面板150的背面是成像面。厚度是指从表面在光轴上向右延伸的厚度。材料是以折射系数Nd与Abbe数值(Abbe number)Vd表示,其中具有“*”表记的数值变化由表四描述。
表二与表三描述非球面的型态。表四描述针对2m,25cm、10cm的三种物距下对应广角端与长焦端的位置,其对应表一中的厚度。
表二
非球面1 | 非球面2 | 非球面3 | 非球面4 | 非球面5 | |
Y半径 | 23.996439 | 3.4113491 | 9.3074094 | -6.062724 | 4.8636888 |
圆锥常数 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
4th系数 | 0.0006844 | -0.001627 | -0.010807 | -0.002456 | 0.0087856 |
6th系数 | -5.8E-6 | -2.22E-5 | 1.24E-4 | -1.15E-4 | -0.000575 |
8th系数 | -2.19E-8 | 4.99E-6 | -2.6E-7 | -3.71E-6 | 6.47E-6 |
10th系数 | 6.12E-9 | -8.65E-7 | -2.27E-7 | 3.7E-10 | -1.65E-5 |
表三
非球面6 | 非球面7 | 非球面8 | 非球面9 | 非球面10 | |
Y半径 | 2.0558573 | 3.739124 | -5.43358 | 6.8404976 | 6.4405466 |
圆锥常数 | 0.5203444 | 0 | 0 | 0 | 0 |
4th系数 | 0.0075245 | 0.003502 | -0.010958 | -0.024233 | -0.023648 |
6th系数 | -0.001743 | 0.000574 | -0.002027 | 0.0007279 | 0.0004971 |
8th系数 | -5.86E-5 | 8.56E-4 | 0.000626 | -7.92E-5 | -3.8E-5 |
10th系数 | -5.80E-4 | -3.32E-5 | -0.000289 | -5.12E-5 | -1.16E-5 |
表四
*1 | *2 | *3 | *4 | *5 | *6 | F/# | 焦距 | |
广角 | 2000 | 6.813032 | 0.29 | 0.36 | 11.17341 | 0.622034 | 2.798 | 3.2 |
长焦 | 2000 | 2 | 0.23 | 0.42 | 7.230376 | 5.435066 | 5.352 | 8 |
广角 | 250 | 6.813032 | 0.31 | 0.34 | 13.4423 | 0.622034 | 2.802 | 3.15 |
长焦 | 250 | 2 | 0.25 | 0.4 | 9.398126 | 5.435066 | 5.34 | 7.77 |
广角 | 100 | 6.813032 | 0.33 | 0.32 | 40.98428 | 0.622034 | 2.782 | 3.08 |
长焦 | 100 | 2 | 0.29 | 0.36 | 18.50362 | 5.435066 | 5.32 | 7.43 |
在前述的实施例,镜片组104的总焦度是设计为负值。然而,镜片组104的总焦度也可以设计为正值。图11-13绘示依据本发明另一实施例,变焦镜头模块剖面示意图。参阅图11,本实施例的变焦镜头模块也是由三个镜片组所组成,其总光焦度例如分别为负(-)、正(+)、正(+)的设计。个镜片组200仍以单一镜片为例。镜片组202包含次镜片组208与一液态透镜单元210。镜片组204也例如是以单一镜片为例。图11(a)是物距为2m且镜片组202调在广角端的位置。图11(b)是物距为2m且镜片组202调在长焦端的位置。镜片组202的作用与图1的镜片组102的作用相似,做为变焦与对焦的功用,其中液态透镜单元210的作用机制相同。
于图11的实施例中,由于镜片组204的总光焦度是采用正值的设计,其成像位置212例如可以是落在影像感测面板206的后方。当然,这不是唯一的设计方式。
于图12的实施例,图12(a)是物距为25cm且镜片组202调在广角端的位置。图12(b)是物距为25cm且镜片组202调在长焦端的位置。
于图13的实施例,图13(a)是物距为10cm且镜片组202调在广角端的位置。图13(b)是物距为10cm且镜片组202调在长焦端的位置。
图14-16为依据本发明一些实施例,绘示调幅转换函数(MTF)随着空间频率变化的特性仿真示意图。从图14-16的仿真数据来看,MTF随着空间频率变化的特性也是在良好操作的范围。
对应图11-13,图14(a)是物距为2m且镜片组202调在广角端的位置。图14(b)是物距为2m且镜片组202调在长焦端的位置。图15(a)是物距为25cm且镜片组202调在广角端的位置。图15(b)是物距为25cm且镜片组202调在长焦端的位置。图16(a)是物距为10cm且镜片组202调在广角端的位置。图16(b)是物距为10cm且镜片组202调在长焦端的位置。
图17-19为依据本发明一些实施例,绘示纵向球差,像散场曲线以及畸变等的特性模拟示意图。图17-19是针对图11-13的操作,其纵向球差,像散场曲线以及畸变的特性。一样地,左边的(a)图是在广角端,右边的(b)图是在长焦端。从数据显示,本实施例也是在良好操作的范围。
在图11的实施例中,分别镜片的曲面型态(Surface type)、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)以及材料等的实施例如表五到表八所列。
表五
序号 | 曲面型态 | 半径(mm) | 厚度(mm) | (Nd,Vd) |
物件 | 球面 | 1.0E+18 | 2000*1 | |
1 | 非球面1 | 9.17744281 | 2.5 | 1.694,56.3 |
2 | 非球面2 | 2.5508006 | 6.058*2 | |
3 | 非球面3 | 5.50214164 | 2.41539113 | 1.53,55.7 |
4 | 非球面4 | -6.1794773 | 0.30265106 | |
5 | 非球面5 | 4.4 | 2 | 1.639,23 |
6 | 非球面6 | 2.18587322 | 0.3397583 | |
7 | 非球面7 | 6.3 | 0.7 | 1.53,55.7 |
8 | 非球面8 | -8.9138882 | 0.6 | |
光圈 | 球面 | 1.0E+18 | 0.1 |
10 | 球面 | 1.0E+18 | 0.3 | 1.51,56.4 |
11 | 球面 | 1.0E+18 | 0.31*3 | 1.48,38.4 |
12 | 球面 | -150*5 | 0.34*4 | 1.39,58.7 |
13 | 球面 | 1.0E+18 | 0.55 | 1.51,56.4 |
14 | 球面 | 1.0E+18 | 0.84095*6 | |
15 | 非球面9 | 3.7918 | 0.1 | 1.639,23 |
16 | 非球面10 | 4.41093912 | 0.59535879 | |
17 | 球面 | 1.0E+18 | 0.3 | 1.51,56.4 |
18 | 球面 | 1.0E+18 | 0.2 | |
影像 | 球面 | 1.0E+18 | 0 |
在表五中,曲面型态是球面与非球面的组合,其顺序是由左到右从镜片200开始到感测面板206后的影像成像面212有18个面。成像面与影像感测面板206允许有一些移位。厚度是指从表面在光轴上向右延伸的厚度。材料是以折射系数Nd与Abbe数值(Abbe number)Vd表示,其中具有“*”表记的数值变化由表八描述。
表六与表七描述非球面的型态。表八描述针对2m,25cm、10cm的三种物距下对应广角端与长焦端的位置,其对应表一中的厚度。
表六
非球面1 | 非球面2 | 非球面3 | 非球面4 | 非球面5 | |
Y半径 | 9.2625495 | 2.5279222 | 5.3805509 | -5.493353 | 4.52282 |
圆锥常数 | 0 | -0.680596 | 0 | 0 | 0 |
4th系数 | -001488 | -0.004371 | -0.001652 | 0.002169 | -0.004757 |
6th系数 | 1.58E-5 | -0.000123 | -1.17E-4 | -6.71E-5 | -0.000301 |
8th系数 | -2.91E-8 | 3.68E-6 | 1.04E-7 | 6.59E7 | -4.83E-06 |
10th系数 | 4.33E-10 | -9.56E-8 | 2.94E-8 | 2.18E-8 | 7.48E-6 |
表七
非球面6 | 非球面7 | 非球面8 | 非球面9 | 非球面10 | |
Y半径 | 2.149977 | 6.3 | -9.797463 | 3.819075 | 5.371575 |
圆锥常数 | -0.601283 | 0 | 0 | -2.062262 | 1.942634 |
4th系数 | 0.002159 | 0.044674 | 0.026006 | -0.00633 | -0.017939 |
6th系数 | -0.0008 | 0.003185 | 0.00272 | 0.002005 | 0.001278 |
8th系数 | 0.000132 | 8.41E-5 | -0.001386 | -0.000129 | 0.0003 |
10th系数 | -4.69E-5 | 0.000519 | 0.000986 | -1.11E-5 | -9.61E-5 |
表八
*1 | *2 | *3 | *4 | *5 | *6 | F/# | 焦距 | |
广角 | 2000 | 6.518337 | 0.31 | 0.34 | -150 | 0.824866 | 3 | 3.2 |
长焦 | 2000 | 2 | 0.31 | 0.34 | -150 | 5.343202 | 6.493 | 8 |
广角 | 250 | 6.518337 | 0.35 | 0.3 | -16.346 | 0.824866 | 3.017 | 3.15 |
长焦 | 250 | 2 | 0.35 | 0.3 | -16.1303 | 5.343202 | 6.472 | 7.77 |
广角 | 100 | 6.518337 | 0.39 | 0.26 | -6.62236 | 0.824866 | 2.998 | 3.08 |
长焦 | 100 | 2 | 0.39 | 0.26 | -6.68092 | 5.343202 | 6.442 | 7.43 |
图20-22为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图。参阅图20(a),本实施例也是由三个镜片组300、302、304所组成,用以成像在影像感测面板306上。图20-22分别对应物距为2m、25cm、10cm的操作。操作机制与前述的实施例相同,而不再详细描述。
本实施例的特点在于镜片组302的简化设计。镜片组302除了有液态透镜单元310外,次镜片组308是以单一镜片的方式设计。光圈是设置在次镜片组308与液态透镜单元310之间,以限定入射光进入液态透镜单元310的范围。光圈的作用如一般所知。
图23为依据本发明另一实施例,变焦镜头模块针对不同物距的剖面结构示意图。参阅图23,基于空间的安排,接近物方的镜片组100也可以增加一棱镜400,以改变光轴路径。由于镜片组100是在固定位置,棱镜400的设置位置也是固定,不会随镜片组102在变焦调整时所做的移动而移动。换句话说,加入棱镜400后的操作与设计机制仍相同。
本发明所提供的变焦镜头模块是使用液态透镜的光学设计,变焦时只需移动一个镜组,对焦时没有任何光学组件需要移动,近拍时画质仍维持清晰,允许液态透镜的液体顺序安排有较大自由度,因此允许可以较自由地直接配置现有多种结构的液态透镜。本发明使用液态透镜做变焦时像面位置补偿(改变放大倍率)和对焦(相同放大倍率不同物距的像面位置补偿)的双重功效,提供更高的光学变焦倍数2.5倍,更大的光圈F/#=2.8(更亮,分辨率更高),能应 用在口径较小的液态透镜,能应用在较高像素的传感器(sensor,2M 1/4”),像差校正能力强,进而达到降低成本的设计方法。液态透镜的技术是已被研发的现有技术,允许并入变焦的镜片组中。
光圈设置的位置能有效减小液态透镜口径的需求,因目前液态透镜口径例如是3.4mm,所以光圈设置的位置要尽量靠近液态透镜。而高画质(200万像素以上)影像传感器的对角线总长多半大于4.4mm,基于空间限制光圈和液体镜片需设置在远离影像传感器,基于光束能全部通过液体镜片而不会有大量离轴光束被液体镜片遮蔽,造成影像传感器中央和边缘的亮度差超过50%。光圈设置在液体镜片附近可以达成近轴和离轴光束全部获大部分通过液体镜片。本发明光学变焦的设计可提升镜头模块的效能达到更亮,分辨率(Resolution)更高。
虽然本发明已以实施例公开如上,然其并非用以限定本发明,任何本技术领域中普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作些许的更动与完善,故本发明的保护范围当视后附的申请专利保护范围所界定者为准。
Claims (14)
1.一种变焦镜头模块,其特征在于,包括:
第一镜片组,设置在一光轴上的固定位置,具有第一总光焦度;
第二镜片组,在该光轴上可轴向前后移动,以同时达到对焦与变焦的调整,其中该第二镜片组具有第二总光焦度,包括:
液态透镜单元,具有可调的光焦度;以及
次镜片组,包括至少一镜片,设置在所述第一镜片组与所述液态透镜单元之间,该至少一镜片的光焦度不为零,其中该至少一镜片是与该液态透镜单元分离设置或是整合设置;
一光圈,设置在所述次镜片组和所述液态透镜单元之间以增加进光量;以及
第三镜片组,设置在该光轴上的固定位置,具有不为零的第三总光焦度,其中该第二镜片组是在该第一镜片组与该第三镜片组之间。
2.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组在该光轴上轴向移动以达到变焦作用,且从广角端到长焦端的移动方向是由像方往物方移动。
3.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元是由二种液体所组成,该二种液体是不相溶且折射系数不同但密度相接近而构成一界面,利用电润湿法来改变该界面的曲率。
4.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第一镜片组包括一棱镜片转折该光轴的方向。
5.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该光圈设置在该液态透镜单元或是该次镜片组的镜片上。
6.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该液态透镜单元包括:
第一透光基板,为平面基板或曲面基板,朝向物方;第二透光基板,为平面基板或曲面基板,朝向像方;
外壁,与第一透光基板及该第二透光基板构成容置空间;
第一液体,有第一折射系数,填入于该容置空间;以及
第二液体,有第二折射系数,填入于该容置空间与该第一液体不相溶解,其中该第一液体与该第二液体构成一界面,
其中利用外部的电性控制以改变该界面的曲率。
7.如权利要求6所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元的该第一透光基板与该第二透光基板皆是平面基板。
8.如权利要求6所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组的该液态透镜单元与该至少一镜片是分离设置。
9.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元的作用包括:
在该第二镜片组轴向移动变焦时,对像面位置做补偿;以及
该第二镜片组在相同放大倍率下,对不同的物面位置所产生的该像面位置做补偿。
10.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第一总光焦度为负值且该第二总光焦度为正值。
11.如权利要求10所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第三镜片组的总光焦度是正值。
12.如权利要求10所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第三镜片组的总光焦度是负值。
13.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该液态透镜单元的最大有效口径小于影像感测面的对角线,该影像感测面位于该第三镜片组的后方。
14.如权利要求1所述的变焦镜头模块,其特征在于,该第二镜片组中的该至少一镜片是一个正光焦度镜片。
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