CN102736230A

CN102736230A - 光学变焦镜头

Info

Publication number: CN102736230A
Application number: CN2011100974170A
Authority: CN
Inventors: 黄怀毅; 许哲源
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: CN102736230B

Abstract

本发明是有关于一种光学变焦镜头，自物侧至像侧主要包含：一具有负屈光度的一第一透镜群、一具有正屈光度的一第二透镜群，及一具有正屈光度的一第三透镜群。该光学变焦镜头满足以下条件：DG1/fw＞0.72、DG2/fw＜0.72及TTL/fw＜7.0，其中，fw是该光学变焦镜头在广角端的焦距，DG1是该第一透镜群的厚度，DG2是该第二透镜群的厚度，且TTL是自该第一透镜群的物侧至一成像面的距离。

Description

光学变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种光学变焦镜头，特别是涉及一种高广角度、高变焦倍率、体积小且成像品质佳的光学变焦镜头。

背景技术

现有习知的影像撷取装置，例如数字相机或数字摄影机，多是藉由结合镜头模块和影像感测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感测器上，经由影像感测器将类比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胶透镜来取代玻璃透镜。然而，由于塑胶材料本身存在容易吸收水气及光吸收率高的缺点，在使用塑胶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，如何创设一种新的光学变焦镜头，在降低制造成本的前提下，同时实现光学变焦镜头轻薄化、提高广角度及高变焦倍率的成像品质的目的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种光学变焦镜头，在降低制造成本的前提下，同时实现轻薄化、高广角度及高变焦倍率的成像品质的光学变焦镜头。

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。依据本发明提出的一种光学变焦镜头，自物侧至像侧依序包含：一具有负屈光度的第一透镜群、一具有正屈光度的第二透镜群，及一具有正屈光度的第三透镜群，该光学变焦镜头满足以下条件：DG1/fw＞0.72、DG2/fw＜0.72及TTL/fw＜7.0，其中，fw是该光学变焦镜头在广角端的焦距，DG1是该第一透镜群的厚度，DG2是该第二透镜群的厚度，且TTL是自该第一透镜群的物侧至一成像面的距离。

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。

前述的光学变焦镜头，其中所述的光学变焦镜头还满足以下条件：WideFno＜2.8，其中，Wide Fno是该光学变焦镜头在广角端的光圈系数。

前述的光学变焦镜头，其中所述的光学变焦镜头还满足以下条件：TeleFno＜7.0，其中，Tele Fno是该光学变焦镜头在望远端的光圈系数。

前述的光学变焦镜头，其中所述的光学变焦镜头更包含多个塑胶透镜，且该第一透镜群、该第二透镜群及该第三透镜群各包含至少一非球面透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第一透镜群包含一第一透镜及一第二透镜，该第一透镜具有负屈光度，该第二透镜具有正屈光度。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第一透镜是一球面透镜，该第二透镜是一非球面透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第一透镜是一硝材透镜，该第二透镜是一塑胶透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第二透镜具有折射率nd2及阿贝数vd2，且满足以下条件：nd2＞1.6及vd2＜50。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第二透镜群包含一第三透镜、一第四透镜及一第五透镜，该第三透镜具有正屈光度，该第四透镜具有正屈光度，该第五透镜具有负屈光度。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第三透镜是一非球面透镜，该第四透镜是一球面透镜，且该第五透镜是一球面透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第三透镜、该第四透镜及该第五透镜是一硝材透镜，且该第四透镜及该第五透镜胶合成一胶合透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第三透镜群包含具有正屈光度的一第六透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第六透镜是一非球面透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第六透镜是一塑胶透镜。

前述的光学变焦镜头，其中所述的第六透镜具有折射率nd6及阿贝数vd6，且满足以下条件：nd6＜1.6及vd6＞50。

前述的光学变焦镜头，其中所述的光学变焦镜头更包含一光阑及一滤光片，该光阑设置于该第一透镜群及该第二透镜群之间，该滤光片设置于该第三透镜群及该光学变焦镜头的该成像面之间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明光学变焦镜头至少具有下列优点及有益效果：本发明的光学变焦镜头，能在降低成本、轻薄化的条件下，产生出比现有习知的光学变焦镜头更优质的影像品质。

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他目的、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光学变焦镜头在广角端及望远端的各透镜的位置。

图2A(a、b、c)与图2B(a、b、c)分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头在广角端与望远端的蓝光、绿光及红光的场曲特性曲线图。

图3A(a、b、c)与图3B(a、b、c)分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头在广角端与望远端的蓝光、绿光及红光的畸变特性曲线图。

图4A与图4B分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头分别在广角端与望远端的长波长与短波长相对于参考波长的横向色差特性曲线图。

图5A与图5B分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头分别在广角端与望远端的调变转换函数特性曲线图。

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光学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。

图1A与图1B分别显示本发明较佳实施例的光学变焦镜头在广角端(Wide)及望远端(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。本实施例所例示的光学变焦镜头，可应用于具有摄像功能的一装置上，如数字相机、数字摄影机或照相手机。

如图1A及图1B所示，在本实施例，光学变焦镜头ZL主要包含三透镜群，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及第三透镜群G3。其中，第一透镜群G1具有负屈光度，第二透镜群G2具有正屈光度，第三透镜群G3具有正屈光度。

为实现轻薄化、提高广角度及高变焦倍率的成像品质的需求，光学变焦镜头ZL满足以下条件：

(1)DG1/fw＞0.72

(2)DG2/fw＜0.72及

(3)TTL/fw＜7.0

其中，fw是光学变焦镜头ZL于广角端的焦距，DG1是第一透镜群G1自物侧至像侧的厚度，DG2是第二透镜群G2自物侧至像侧的厚度，而TTL是自第一透镜群G1的物侧至成像面的距离。

在本发明的较佳实施例中，DG1＝3.62、DG2＝3.5、fw＝4.99，且在此前提下，望远端的焦距为24.01。

再者，在本发明的较佳实施例中，光学变焦镜头ZL还满足以下条件：

(4)Wide Fno＜2.8

其中，Wide Fno是光学变焦镜头ZL在广角端的光圈系数。

此外，在本发明的较佳实施例中，光学变焦镜头ZL亦满足以下条件：

(5)Tele Fno＜7.0

其中，Tele Fno是光学变焦镜头ZL于望远端的光圈系数。

再如图1A及图1B所示，光学变焦镜头ZL更包含光轴OA、孔径光阑AS、滤光片F及成像面I。孔径光阑AS设置于第一透镜群G1及第二透镜群G2之间，用以限制通过第一透镜群G1的光束进入第二透镜群G2的光通量，并让通过孔径光阑AS后的光束更加对称，其中孔径光阑AS的孔径大小可为定值；滤光片F设置于第三透镜群G3及成像面I之间，用以在光束在成像面I成像之前，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(Cover Glass)。

具体而言，当光学变焦镜头ZL在由广角端及望远端之间作变焦动作时，光学变焦镜头ZL中的第一透镜群G1、第二透镜群G2及第三群透镜G3会沿着光轴OA彼此相对移动，以调整光学变焦镜头ZL的焦距，进而改变倍率并修正像差。

同时参考图1A及图1B，光学变焦镜头ZL中至少包含二塑胶透镜，且第一透镜群G1、第二透镜群G2及第三群透镜G3中各包含至少一非球面透镜。其中塑胶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(polycarbonate)、环烯烃共聚物(例如APEL)，以及聚酯树脂(例如OKP4或OKP4HT)，的材料所制程；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：

(6) 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方向的坐标值且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且以上方为正方向，且每一非球面透镜的两非球面数学式的各项参数或系数的值可分别设定，以决定该非球面透镜的焦距，并符合该些条件关是式。

实作上，第一透镜群G1自物侧至像侧包含第一透镜L1及第二透镜L2，第一透镜L1具有负屈光度，第二透镜L2具有正屈光度；第二透镜群G2自物侧至像侧包含第三透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5，第三透镜L3具有正屈光度，第四透镜L4具有正屈光度，第五透镜L5具有负屈光度；而第三群透镜G3包含具有正屈光度的第六透镜L6。

需特别注意的是，第一透镜L1、第四透镜L4及第五透镜L5均是两表面为球面的硝材透镜。除此之外，第二透镜L2是两面均为非球面的一塑胶透镜，第三透镜L3是两面均为非球面的一硝材透镜，第六透镜L6是两面均为非球面的一塑胶透镜，而第四透镜L4及第五透镜L5则胶合成一胶合透镜，但不用以限定本发明。其中硝材透镜是可以是以光学玻璃材料所制成，而球面的硝材透镜可以是经由研磨抛光而成、非球面的硝材透镜可以是经由玻璃模造制程(Glass Molding Process，GMP)而来，且塑胶透镜可以是以塑胶射出成型。

具体而言，在本发明的较佳实施例中，第二透镜L2还满足以下条件：

(7)nd2＞1.6且vd2＜50

其中，nd2是第二透镜L2的折射率，vd2是第二透镜L2的阿贝数(色散系数)。

此外，在本发明的较佳实施例中，第六透镜L6还满足以下条件：

(8)nd6＜1.6且vd6＞50

其中，nd6是第六透镜L6的折射率，vd6是第六透镜L6的阿贝数。

表一列出根据本发明较佳实施例的光学变焦镜头的详细数据，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L1面向物侧的表面，「S2」代表第一透镜L1面向像侧的表面，「S3」代表第二透镜L2面向物侧的表面，之后以此类推，且滤光片F的物侧及像侧表面分别是「S13」及「S14」，而平板玻璃C的物侧及像侧表面分别是「S15」及「S16」。

表一

另外，「D1」表示第一透镜群G1的像侧与第二透镜群G2的物侧之间的距离、「D2」表示第二透镜群G2的像侧与第三透镜群G3的物侧之间的距离、「D3」表示第三透镜群G 3的像侧与滤光片F的物侧之间的距离，其中「D1」、「D2」及「D3」依广角端与望远端而有所不同，如表二所示。

表二

厚度	广角端	望远端
			D1	16.640	0.680
D2	3.339	21.924
			D3	3.451	2.453

再者，第二透镜L2、第三透镜L3及第六透镜L6的两表面均为非球面，亦即表一中的表面代号为「S3」、「S4」、「S6」、「S7」、「S11」及「S12」者，其非球面数学式(6)中的K、A₄、A₆、A₈、A₁₀及A₁₂等各项系数如表三所示。

表三

图2A(a、b、c)至图2B(a、b、c)分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头在广角端与望远端的场曲(field curvature)的蓝光、绿光及红光的特性曲线图。其中，曲线T、S分别显示光学变焦镜头对于正切光束(tangentialrays)与弧矢光束(sagittal rays)的像差。图中显示于广角端，正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.03mm，0.12mm)范围内；在望远端，则均控制在(0.07mm，0.44mm)范围内。

图3A(a、b、c)与图3B(a、b、c)分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头在广角端与望远端的畸变(distortion)的蓝光、绿光及红光的特性曲线图。图中显示于广角端，畸变率控制在(-16％，0％)范围内；在望远端，畸变率控制在(-0.16％，0.17％)范围内。

图4A与图4B分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头分别在广角端与望远端的长波长与短波长相对于参考波长的横向色差特性曲线图。图中显示于广角端，长波长与短波长的色差控制在(0.000mm，0.007mm)范围内；在望远端，长波长与短波长的色差控制在(-0.00005mm，0.004mm)范围内。

图5A与图5B分别显示本发明一实施例的光学变焦镜头分别在广角端与望远端的调变转换函数(Modulation Transfer Function，MTF)特性曲线图。

由图2A(a、b、c)至图5B可看出，本发明实施例的光学变焦镜头在广角端与望远端的场曲、畸变、横向色差及调变转换函数均能获得良好校正。并且，与习知的光学焦镜头相比，本发明除了可提升至5.5倍光学变焦的效能之外，因同时采用了两颗塑胶透镜，光学变焦镜头ZL的整体重量更大幅降低。此外，光学变焦镜头ZL采用孔径大小固定的孔径光阑AS，无须再使用光圈叶片，且因光学变焦镜头ZL的整体收纳长度已小于15mm，无须再额外搭配收纳机构以收纳透镜群，还可大幅节省元件成本与组装工时。因此，利用本发明实施例的光学变焦镜头，能在降低成本、小型化的条件下，产生更高光学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

1.一种光学变焦镜头，其特征在于：

自物侧至像侧依序包含：一具有负屈光度的第一透镜群、一具有正屈光度的第二透镜群，及一具有正屈光度的第三透镜群，该光学变焦镜头满足以下条件：DG1/fw＞0.72、DG2/fw＜0.72及TTL/fw＜7.0，其中，fw是该光学变焦镜头在广角端的焦距，DG1是该第一透镜群的厚度，DG2是该第二透镜群的厚度，且TTL是自该第一透镜群的物侧至一成像面的距离。

2.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的光学变焦镜头更包含一孔径大小为定值的孔径光阑。

3.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的光学变焦镜头还满足以下条件：Wide Fno＜2.8，其中，Wide Fno是该光学变焦镜头在广角端的光圈系数。

4.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的光学变焦镜头还满足以下条件：Tele Fno＜7.0，其中，Tele Fno是该光学变焦镜头在望远端的光圈系数。

5.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的光学变焦镜头更包含多个塑胶透镜，且该第一透镜群、该第二透镜群及该第三透镜群各包含至少一非球面透镜。

6.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第一透镜群包含一第一透镜及一第二透镜，该第一透镜具有负屈光度，该第二透镜具有正屈光度。

7.根据权利要求6所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第一透镜是一球面透镜，该第二透镜是一非球面透镜。

8.根据权利要求6所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第一透镜是一硝材透镜，该第二透镜是一塑胶透镜。

9.根据权利要求6或8所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第二透镜具有折射率nd2及阿贝数vd2，且满足以下条件：nd2＞1.6及vd2＜50。

10.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第二透镜群包含一第三透镜、一第四透镜及一第五透镜，该第三透镜具有正屈光度，该第四透镜具有正屈光度，该第五透镜具有负屈光度。

11.根据权利要求10所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第三透镜是一非球面透镜，该第四透镜是一球面透镜，且该第五透镜是一球面透镜。

12.根据权利要求10所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第三透镜、该第四透镜及该第五透镜是一硝材透镜，且该第四透镜及该第五透镜胶合成一胶合透镜。

13.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第三透镜群包含具有正屈光度的一第六透镜。

14.根据权利要求13所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第六透镜是一非球面透镜。

15.根据权利要求13所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第六透镜是一塑胶透镜。

16.根据权利要求13或15所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的第六透镜具有折射率nd6及阿贝数vd6，且满足以下条件：nd6＜1.6及vd6＞50。

17.根据权利要求1所述的光学变焦镜头，其特征在于其中所述的光学变焦镜头更包含一光阑及一滤光片，该光阑设置于该第一透镜群及该第二透镜群之间，该滤光片设置于该第三透镜群及该光学变焦镜头的该成像面之间。