CN102736228A

CN102736228A - 变焦镜头

Info

Publication number: CN102736228A
Application number: CN2011100974005A
Authority: CN
Inventors: 周祥禾
Original assignee: Ability Enterprise Co Ltd
Current assignee: Ability Enterprise Co Ltd
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: CN102736228B

Abstract

本发明是有关于一种变焦镜头，其自物侧至像侧主要包含：一具有正屈光度的第一透镜群、一具有负屈光度的第二透镜群、一具有正屈光度的第三透镜群、一具有正屈光度的第四透镜群，及一具有负屈光度的第五透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜彼此相对移动，以使该变焦镜头在广角端及望远程之间对焦。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头，特别是涉及一种轻薄化、成本低、高变焦倍率且成像品质佳的变焦镜头。

背景技术

现有习知的影像撷取装置，例如数码相机或数字摄影机，多是借由结合镜头模块和影像传感器来使待摄物的影像成像，主要是利用镜头模块让来自待摄物的光束产生折射，使待摄物的影像聚集在影像传感器上，经由影像传感器将模拟的光信号转换为数字电子信号，其后再进行后续的影像处理、储存及传输。

影像撷取装置的镜头模块通常是由多个透镜(Lens)或棱镜(Prism)所组成，为了减少镜片的成本及整体的重量，以提高市场的竞争优势，通常在光学设计上会尽可能地利用塑料透镜来取代玻璃透镜。然而，由于塑料材料本身存在容易吸收水气及光吸收率高的缺点，在使用塑料透镜降低成本的同时，可能无法兼顾镜头模块的轻薄化及高倍率的成像品质。

有鉴于此，亟需提出一种新的变焦镜头，以达到降低制造成本，并同时实现变焦镜头轻薄化及高变焦倍率的成像质量的目的。

由此可见，上述现有的变焦镜头在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的变焦镜头，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的变焦镜头存在的缺陷，而提供一种新型结构的变焦镜头，所要解决的技术问题在于提出一种变焦镜头，在降低制造成本的前提下，同时实现轻薄化及高变焦倍率的成像品质的变焦镜头，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的其自物侧至像侧依序包含：一具有正屈光度的第一透镜群、一具有负屈光度的第二透镜群、一具有正屈光度的第三透镜群、一具有正屈光度的第四透镜群，及一具有负屈光度的第五透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜彼此相对移动，以使该变焦镜头在广角端及望远程之间对焦。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的变焦镜头，其中所述的该变焦镜头满足以下条件：4.0＜fw/ft＜6.0，其中，fw是该变焦镜头在广角端的焦距，而ft是该变焦镜头在望远程的焦距。

前述的变焦镜头，其中所述的该变焦镜头满足以下条件：2.0＜|fG1/fG2|＜4.0，其中，fG1是该第一透镜群的焦距，而fG2是该第二透镜群的焦距。

前述的变焦镜头，其中所述的该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜均向该第三群透镜靠近，以使该变焦镜头由广角端至望远程变焦。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群及该第五群透镜各包含至少一非球面透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群及该第五群透镜各包含至少一塑料透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜、一具有正屈光度的第二透镜及一具有正屈光度的第三透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群更包含一棱镜，该棱镜设置于该第一透镜及该第二透镜之间。

前述的变焦镜头，其中所述的该变焦镜头满足以下条件：1.5＜PL/fw＜2.2，其中，PL是一入射光束在该棱镜内的光程，而fw是该变焦镜头在广角端的焦距。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群的该第三透镜是一非球面塑料透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第二透镜群自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜、一具有负屈光度的第二透镜及一具有正屈光度的第三透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第二透镜群的该第一透镜是一非球面塑料透镜，且该第二透镜及该第三透镜胶合成一胶合透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第四透镜群自物侧至像侧依序包含一具有正屈光度的第一透镜、一具有正屈光度的第二透镜，及一具有负屈光度的第三透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第四透镜群的该第二透镜及该第三透镜胶合成一胶合透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第三透镜群包含一具有正屈光度的第一透镜，该第五透镜群包含一具有负屈光度的第一透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第三透镜群的该第一透镜及该第五透镜群的该第一透镜均是非球面塑料透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的其更包含一光阑及一滤光片，该光阑设置于该第三透镜群及该第四透镜群之间，该滤光片设置于该第五透镜群及该变焦镜头的一成像面之间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种变焦镜头，其自物侧至像侧主要包含：一具有正屈光度的第一透镜群、一具有负屈光度的第二透镜群、一具有正屈光度的第三透镜群、一具有正屈光度的第四透镜群，及一具有负屈光度的第五透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜彼此相对移动，以使该变焦镜头在广角端及望远程之间对焦。

借由上述技术方案，本发明变焦镜头至少具有下列优点及有益效果：其能在降低成本、轻薄化的条件下，产生比现有习知的变焦镜头更优质的影像质量。

综上所述，本发明其自物侧至像侧主要包含：一具有正屈光度的第一透镜群、一具有负屈光度的第二透镜群、一具有正屈光度的第三透镜群、一具有正屈光度的第四透镜群，及一具有负屈光度的第五透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜彼此相对移动，以使该变焦镜头在广角端及望远程之间对焦。本发明在技术上有显着的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1A与图1B分别显示本发明较佳实施例的变焦镜头在广角端及望远程的各透镜的位置。

图2A至图2B分别显示本发明一实施例的变焦镜头在广角端与望远程的球面像差特性曲线。

图3A与图3B分别显示本发明一实施例的变焦镜头在广角端与望远程的场曲特性曲线。

图4A与图4B分别显示本发明一实施例的变焦镜头在广角端与望远程的畸变特性曲线。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的变焦镜头其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以之后的专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。

图1A与图1B分别显示本发明较佳实施例的变焦镜头ZL在广角端(Wide)及望远程(Tele)的各透镜的位置。为显现本实施例的特征，仅显示与本实施例有关的结构，其余结构均予以省略。本实施例所例示的变焦镜头ZL，可应用于具有投影或摄像功能的一装置上，如数码相机、数字摄影机、照相手机或投影机。

如图1A及图1B所示，在本实施例，变焦镜头ZL主要包含五透镜群及成像面I，自物侧(object side)至像侧(image-forming side)依序为第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三透镜群G3、第四透镜群G4及第五透镜群G5。其中，第一透镜群G1具有正屈光度，第二透镜群G2具有负屈光度，第三透镜群G3具有正屈光度，第四透镜群G4具有正屈光度，第五透镜群G5具有负屈光度。

为实现轻薄化、低成本及高变焦倍率的成像质量的需求，变焦镜头ZL满足以下条件：

(1)4.0＜fw/ft＜6.0及

(2)2.0＜|fG1/fG2|＜4.0

其中，fw是变焦镜头ZL在广角端的焦距，ft是变焦镜头ZL在望远程的焦距，fG1是第一透镜群G1的焦距，而fG2是第二透镜群G2的焦距。

再如图1A及图1B所示，变焦镜头ZL更包含光轴OA、光阑S及滤光片F。光阑S设置于第三透镜群G3及第四透镜群G4之间，用以限制通过第一透镜群G1、第二透镜群G2及第三透镜群G3的光束进入第四透镜群G4的光通量，并让通过光阑S后的光束更加对称；滤光片F设置于第五透镜群G5及成像面I之间，用以在光束在成像面I成像之前，先滤除不可见光，其中滤光片F可以是一红外滤光片。此外，成像面I上可采用具有光电转换功能的影像撷取单元，以接收穿过滤光片F的光束，且在成像面I与滤光片F之间更可增加平板玻璃C，以作为影像撷取单元的保护玻璃(CoverG1ass)。

在本实施例中，当变焦镜头ZL在由广角端及望远程之间作变焦动作时，变焦镜头ZL中的第一透镜群G1、第三群透镜G3及光阑S的位置维持固定，而第二透镜群G2、第四透镜群G4及第五群透镜G5则沿着光轴OA彼此相对移动，以调整变焦镜头ZL的整体焦距，进而改变倍率并修正像差。具体而言，当变焦镜头ZL由广角端至望远程进行变焦时，第二透镜群G2、第四透镜群G4及第五群透镜G5均向第三群透镜G3靠近。

同时参阅图1A及图1B，变焦镜头ZL中至少包含四塑料透镜及四非球面透镜。具体而言，第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三群透镜G3及第五群透镜G5中各包含一塑料透镜及一非球面透镜，且塑料透镜可以是非球面透镜，亦即，第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三群透镜G3及第五群透镜G5中可各包含一非球面塑料透镜。其中塑料透镜可以是树脂或高分子聚合物等材料所制成，特别是由包含聚碳酸脂(po1yearbonate)、环烯烃共聚物(例如APEL)，以及聚酯树脂(例如OKP4或OKP4HT)等材料所制成，但不以此为限；而非球面透镜则具有至少一非球面表面，且该非球面表面可满足下列数学式：

(3), Z = \frac{{CY}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (K + 1) C^{2} Y^{2}}} + A_{4} Y^{4} + A_{6} Y^{6} + A_{8} Y^{8} + A_{10} Y^{10} + A_{12} Y^{12}

其中Z为在光轴OA方向的坐标值，以光传输方向为正方向，A₄、A₆、A₈、A₁₀及A₁₂为非球面系数，K为二次曲面常数，C＝1/R，R为曲率半径，Y为正交于光轴方向的坐标值，以上方为正方向。此外，每一非球面透镜的非球面数学式(3)的各项参数或系数的值可分别设定，以决定各非球面透镜的焦距。

实作上，第一透镜群G1自物侧至像侧依序包含第一透镜L11、第二透镜L12及第三透镜L13，第一透镜L11具有负屈光度，第二透镜L12具有正屈光度，第三透镜L13具有正屈光度；第二透镜群G2自物侧至像侧依序包含第一透镜L21、第二透镜L22及第三透镜L23，第一透镜L21具有负屈光度，第二透镜L22具有负屈光度，第三透镜L23具有正屈光度；第三群透镜G3包含具有正屈光度的第一透镜L31；第四透镜群G4自物侧至像侧依序包含第一透镜L41、第二透镜L42及第三透镜L43，第一透镜L41具有正屈光度，第二透镜L42具有正屈光度，第三透镜L43具有负屈光度；而第五群透镜G5包含具有负屈光度的第一透镜L51。其中，在第一透镜群G1的第一透镜L11及第二透镜L12之间更可包含一棱镜P。

再者，在本实施例中，变焦镜头ZL还满足以下条件：

(4)1.5＜PL/fw＜2.2

其中，PL是光束在棱镜P内的光程。此外，在本发明之较佳实施例中，上述条件(4)更可以是修改为1.75＜PL/fw＜2.0。

需特别注意的是，第三透镜L13、第一透镜L21、第一透镜L 31及第一透镜L51可采用两表面均为非球面的塑料透镜，第一透镜L11、第二透镜L12、第二透镜L22、第三透镜L23、第一透镜L41、第二透镜L42及第三透镜L43则可采用两面均为球面的硝材透镜。再者，第二透镜群G2的第二透镜L22与第三透镜L23可胶合成胶合透镜，且第四透镜群G4的第二透镜L42与第三透镜L43也可胶合成胶合透镜，但不用以限定本发明。

具体而言，硝材透镜是以光学玻璃材料所制成，特别是经由研磨抛光或玻璃模造工艺(G1ass Molding Process，GMP)而成，且塑料透镜可以是以塑料射出成型而成。

表一列出根据本发明图1的变焦镜头ZL的详细资料，包含各透镜表面代号的曲率半径、厚度、折射率、阿贝数等。其中镜片的表面代号是从物侧至像侧依序编排，例如”S1”代表第一透镜L11的物侧表面，”S2”代表第一透镜L11的像侧表面，”S3”代表棱镜P的物侧表面，之后以此类推，且滤光片F的物侧表面及像侧表面分别是”S25”及”S26”，而平板玻璃C的物侧及像侧表面分别是”S27”及”S28”。

表一

另外，如表二所示，”D1”表示自第一透镜群G1的像侧至第二透镜群G2的物侧的距离、”D2”表示自第二透镜群G2的像侧至第三透镜群G3的物侧的距离、”D3”表示自光阑S的像侧至第四透镜群G4的物侧的距离、”D4”表示自第四透镜群G4的像侧至第五透镜群G5的物侧的距离、”D5”表示自第五透镜群G5的像侧至滤光片F的物侧的距离。其中”D1”、”D2”、”D3”、”D4”及”D5”依广角端与望远程而有所不同。

表二

厚度	广角端(mm)	望远程(mm)
			D1	0.5277	8.8734
D2	8.8457	0.5
			D3	6.1	1.01
D4	3.2456	2.1172
			D5	5.5	11.8093

此外，表三另列示本发明的变焦镜头ZL分别在广角端及望远程的焦距f、光圈值FNO、视角半角ω、像高Y及总镜头长度TL的较佳实施例，其中TL是自第一透镜群G1的物侧至成像面I的光轴长度。

表三

参数	广角端	望远程
			F(mm)	5.1	24.1
FNO	4.00	5.83
			ω(°)	40.2245	9.38343
Y(mm)	3.6	4.0
			TL(mm)	52.599	52.5989

再者，第三透镜L13、第一透镜L21、第一透镜L31及第一透镜L51的两表面均为非球面，亦即表一中的表面代号为”S7”、”S8”、”S9”、”S10”、”S15”、”S16”、”S23”及”S24”者，其非球面数学式(3)中的K、A₄、A₆、A₈、A₁₀及A₁₂等各项系数如表四所示。

表四

K

A₄

A₆

A₈

A₁₀

A₁₂

S7

0

-4.68481E-05

-5.80495E-07

2.0736E-08

-3.69926E-10

0

S8

0

5.5089E-05

-6.20553E-07

3.1739E-08

-5.6766E-10

0

S9

0

0.001548991

-0.000143

1.084E-05

-4.32513E-07

6.04529E-09

S10

0

0.001429906

-9.80435E-05

1.3217E-06

1.09913E-06

-7.33956E-08

S15

0

-0.000618876

1.97261E-05

-3.701E-06

-2.88921E-08

0

S16

0

-0.00017483

7.72607E-06

-4.78E-07

-3.37063E-07

0

S25

0

-0.000811173

0.000144437

-2.714E-05

1.47852E-06

4.71652E-09

S26

0

0.000149341

0.000147094

-2.00E-05

-2.10229E-07

1.23686E-07

图2A至图2B分别显示本发明一实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远程的球面像差(Longitudinal Spherical Aber.)的特性曲线图。图中显示于广角端时，波长为436nm与587nm的光束的球面像差分别小于0.004mm及0.015mm；在望远程时，分别小于0.03mm及0.05mm。

图3A至图3B分别显示本发明一实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远程的场曲(Field Curvature)的特性曲线图。其中，曲线T、S分别显示变焦镜头ZL对于波长为587nm的光束的正切光束(Tangential Rays)与弧矢光束(Sagittal Rays)的像差。图中显示于广角端时，正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.025mm，0.025mm)范围内；在望远程时，正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.04mm，0.04mm)范围内。

图4A与图4B分别显示本发明一实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远程在波长587nm的光束的畸变(Distortion)的特性曲线图。图中显示于广角端时，畸变率控制在(-14.5％，0％)范围内；在望远程时，畸变率控制在(0％，2％)范围内。

由图2A至图4B可知，本发明实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远程的球面像差、场曲及畸变均能获得良好校正。并且，利用本发明实施例的变焦镜头ZL，能在降低成本、小型化的条件下，产生更高变焦倍率的锐利影像。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种变焦镜头，其特征在于：

其自物侧至像侧依序包含：一具有正屈光度的第一透镜群、一具有负屈光度的第二透镜群、一具有正屈光度的第三透镜群、一具有正屈光度的第四透镜群，及一具有负屈光度的第五透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜彼此相对移动，以使该变焦镜头在广角端及望远程之间对焦。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头满足以下条件：4.0＜fw/ft＜6.0，其中，fw是该变焦镜头在广角端的焦距，而ft是该变焦镜头在望远程的焦距。

3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头满足以下条件：2.0＜|fG1/fG2|＜4.0，其中，fG1是该第一透镜群的焦距，而fG2是该第二透镜群的焦距。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第二透镜群、该第四透镜群及该第五群透镜均向该第三群透镜靠近，以使该变焦镜头由广角端至望远程变焦。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群及该第五群透镜各包含至少一非球面透镜。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群及该第五群透镜各包含至少一塑料透镜。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜、一具有正屈光度的第二透镜及一具有正屈光度的第三透镜。

8.如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群更包含一棱镜，该棱镜设置于该第一透镜及该第二透镜之间。

9.如权利要求8所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头满足以下条件：1.5＜PL/fw＜2.2，其中，PL是一入射光束在该棱镜内的光程，而fw是该变焦镜头在广角端的焦距。

10.如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群的该第三透镜是一非球面塑料透镜。

11.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第二透镜群自物侧至像侧依序包含一具有负屈光度的第一透镜、一具有负屈光度的第二透镜及一具有正屈光度的第三透镜。

12.如权利要求11所述的变焦镜头，其特征在于该第二透镜群的该第一透镜是一非球面塑料透镜，且该第二透镜及该第三透镜胶合成一胶合透镜。

13.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第四透镜群自物侧至像侧依序包含一具有正屈光度的第一透镜、一具有正屈光度的第二透镜，及一具有负屈光度的第三透镜。

14.如权利要求13所述的变焦镜头，其特征在于该第四透镜群的该第二透镜及该第三透镜胶合成一胶合透镜。

15.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第三透镜群包含一具有正屈光度的第一透镜，该第五透镜群包含一具有负屈光度的第一透镜。

16.如权利要求15所述的变焦镜头，其特征在于该第三透镜群的该第一透镜及该第五透镜群的该第一透镜均是非球面塑料透镜。

17.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于其更包含一光阑及一滤光片，该光阑设置于该第三透镜群及该第四透镜群之间，该滤光片设置于该第五透镜群及该变焦镜头的一成像面之间。