CN102759792A

CN102759792A - 变焦镜头

Info

Publication number: CN102759792A
Application number: CN2011101132381A
Authority: CN
Inventors: 周祥禾
Original assignee: Ability Enterprise Co Ltd
Current assignee: Ability Enterprise Co Ltd
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明是有关于一种变焦镜头，自物侧至像侧主要包含：一种变焦镜头，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、一具有负屈光度的第五透镜群、一具有正屈光度的第六透镜群，其中第一透镜群包含一棱镜，且第二透镜群、第四透镜群及第五透镜群沿一光轴朝第三群透镜移动，可以使变焦镜头由广角端至望远端对焦。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明是有关一种变焦镜头，特别是有关于一种轻薄化、成本低、高变焦倍率且成像品质佳的变焦镜头。

背景技术

影像撷取装置，例如数码相机或数码摄影机，通常借由镜头模块和影像传感器撷取待摄物的影像，其中镜头模块使来自待摄物的光束产生折射并聚集在影像传感器上，接着影像传感器将模拟的光信号转换为数码电子信号，以便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)所组成，为了减少镜片的成本和重量以提高市场的竞争优势，通常会尽量利用塑料透镜取代玻璃透镜。然而，塑料材料具有容易吸收水气及高光吸收率的缺点；因此，使用塑料透镜虽能降低成本，但可能无法兼顾镜头模块对于轻薄化、高变焦倍率、高成像质量的要求。

有鉴于此，亟需提出一种新的变焦镜头，可降低制造成本，并同时满足变焦镜头的轻薄化、高变焦倍率，及高成像质量的要求。

由此可见，上述现有的影像撷取装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新型结构的变焦镜头，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，克服现有的影像撷取装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的变焦镜头，所要解决的技术问题是使其在降低制造成本的前提下，同时实现轻薄化、高变焦倍率、高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。依据本发明提出的一种变焦镜头，其特征在于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，一具有负屈光度的第五透镜群，以及一具有正屈光度的第六透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五透镜群沿者一光轴移动，以使该变焦镜头于广角端及望远端之间对焦。

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：5.0＜fw/ft＜7.0，其中，fw为该变焦镜头与广角端的焦距，而ft为该变焦镜头与望远端的焦距。

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为该第一透镜群的焦距，而fG2为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、该第四透镜群以及该第五透镜群朝该第三群透镜相对移动，可以使该变焦镜头由广角端至望远端对焦。

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，以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光反射组件，且该光反射组件设置于该第一透镜及该第二透镜之间。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群更包含一棱镜，该变焦镜头满足以下条件：1.5＜PL/fw＜2.2，其中，PL为一入射光束在该棱镜P内的光程，而fw为该变焦镜头于广角端的焦距。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜群的该第三透镜为一非球面透镜或一自由曲面透镜。

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，以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为一非球面透镜或一自由曲面透镜，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，以及一具有负屈光度的第三透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的该第一透镜为一非球面透镜或一自由曲面透镜，且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非球面透镜或一自由曲面透镜，该第五透镜群包含一具有负屈光度的非球面透镜或一自由曲面透镜，且该第六透镜群包含一具有正屈光度的非球面塑料透镜或一自由曲面透镜。

前述的变焦镜头，其中所述的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六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，一具有负屈光度的第五透镜群，以及一具有正屈光度的第六透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五透镜群沿者一光轴移动，可以使该变焦镜头与广角端及望远端之间对焦。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：借此，本发明的变焦镜头，能在降低成本、轻薄化的条件下，产生比现有习知变焦镜头更优质的影像质量。

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端时各透镜的位置。

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端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端的场曲特性曲线。

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端的畸变特性曲线。

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。

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)及望远端(tele)时各透镜的位置。为显现本实施例的特征，仅显示与本实施例有关的结构，其余结构予以省略。本实施例的变焦镜头ZL，可应用于具有影像投影或撷取功能的一装置上，例如，数码相机、数码摄影机、手机，或投影机。

如图1A及图1B所示，在本实施例，变焦镜头ZL主要包含六个透镜群，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、第三透镜群G3、第四透镜群G4、第五透镜群G5、第六透镜群G6。此六个透镜群沿着光轴OA设置，且于像侧具有成像面I，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，第六透镜群G6具有正屈光度。

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

(1)5.0＜fw/ft＜7.0

(2)2.0＜|fG1/fG2|＜4.0

其中，fG1为第一透镜群G1的焦距，fG2为第二透镜群G2的焦距，fw为变焦镜头ZL与广角端的焦距，ft为变焦镜头ZL与望远端的焦距

再者，如图1A及图1B所示，变焦镜头ZL更包含光阑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，用以限制通过第三透镜群G3的光束进入第四透镜群G4的光通量；滤光片F设置于第五透镜群G5及成像面I之间，用以滤除光束中的不可见光，其中滤光片F可以是一红外滤光片。此外，成像面I代表一具有光电转换功能的影像撷取单元，用以接收穿过滤光片F的光束，且在成像面I与滤光片F之间，可增加平板玻璃C作为影像撷取单元的保护玻璃(cover glass)。

在本实施例，当变焦镜头ZL需要改变其整体焦距，第一透镜群G1、第三群透镜G3及第六透镜群G6的位置维持固定，而第二透镜群G2、第四透镜群G4及第五透镜群G5沿着光轴OA移动，以改变整体焦距、调整变焦倍率及修正像差。具体而言，当变焦镜头ZL由广角端至望远端进行变焦时，第二透镜群G2、第四透镜群G4及第五透镜群G5均朝第三群透镜G3的方向移动。

同时参考图1A及图1B，变焦镜头ZL中至少包含六个非球面透镜或自由曲面透镜(free-from surface lens)。具体而言，前述六个透镜群分别各包含一个非球面透镜或一个自由曲面透镜，其材质可以是塑料或玻璃，其中，塑料材质可包含，但不限制于，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)等。此外，每一自由曲面透镜具有至少一连续光滑曲面，而每一非球面透镜具有至少一非球面表面，且各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。

本实施例，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、第三透镜L13，其中第一透镜L11为负双凹透镜，第二透镜L12为凸面朝像侧的正凸透镜，第三透镜L13为正双凸透镜；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、第三透镜L23，其中第一透镜L21为负双凹透镜，第二透镜L22为负双凹透镜，第三透镜L23为正双凸透镜；第三透镜群G3包含第一透镜L31，其为凸面朝物测的正凹凸透镜；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、第三透镜L43，其中第一透镜L41为正双凸透镜，第二透镜L42为正双凸透镜，第三透镜L43为负双凹透镜；第五透镜群G5包含第一透镜L51，其为凸面朝物侧的负凹凸透镜；第六透镜群G6包含第一透镜L61，其为凸面朝像侧的正凹凸透镜。

具体而言，变焦镜头可再包含一光反射组件，其用以改变入射光束方向，例如，使入射光束的路径转90度。本实施例中，光反射组件以是采用一棱镜P，其设置于第一透镜群G1的第一透镜L11与第二透镜L12之间，用以同时改变入射光束的路径并缩短变焦镜头ZL的整体长度，但也可设置于其它位置。此外，光反射组件亦可以是一反射镜(mirror)，但不用以限定本发明。

再者，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为入射光束在棱镜P内的光程。在较佳实施例中，条件(3)更可以是1.75＜PL/fw＜2.0。

需注意的是，本发明实施例中，可以省略光反射组件。实作上，第一透镜群G1的第三透镜L13、第二透镜群G2的第一透镜L21、第三透镜群G3的第一透镜L31、第四透镜群G4的第一透镜L41、第五透镜群G5的第一透镜L51，以及第六透镜群G6的第一透镜L61可采用两表面均为非球面的非球面透镜，其余透镜可采用两面均为球面的硝材透镜。本较佳实施例中，六个非球面透镜除第一透镜L41为硝材透镜，其余为塑料透镜，且各非球面透镜亦可以自由曲面透镜取代。再者，第二透镜群G2的第二透镜L22与第三透镜L23可利用一粘胶形成一胶合透镜，第四透镜群G4的第二透镜L42与第三透镜L43亦可以是胶合透镜，但本发明不限于此。

具体而言，硝材透镜是由玻璃所制成，特别是光学级的玻璃材料，利用研磨抛光或玻璃模造工艺(glass molding process，GMP)制成，而塑料透镜是以聚合物为材料，利用射出成型制成。

表一列出根据本发明如图1A变焦镜头的一实例的详细数据，其包含各透镜的曲率半径、厚度、折射率、色散为数等。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朝物侧的表面，“S2”代表第一透镜L11朝像侧的表面、“S3”代表棱镜P朝物侧的表面、“S”代表光阑表面、“S27”及“S28”分别代表滤光片F的物侧表面及像侧表面等等。

表一

另外，“厚度”代表该表面与相邻于像侧一表面的距离，例如，表面S1的“厚度”为表面S1与表面S2的距离，表面S2的“厚度”为表面S2与表面S3的距离。若厚度值标示为“D1”“D2”“D3”“D4”“D5”，表示两表面的距离依照广角端(wide)与望远端(tele)而有所不同，其距离如表二所示。

表二

厚度	广角端(mm)	望远端(mm)
			D1	0.295271	8.501417
D2	8.85614	0.65
			D3	6.892121	0.8
D4	1.8021	1.977974
			D5	5.5	11.41625

另外，表三列示本发明上述实例分别于广角端及望远端的焦距f、光圈值FNO、视角半角ω(half angle view)、像高Y及总镜头长度TL。

表三

参数	广角端	望远端
			F(mm)	5.1	29.5

FNO	4	6.45
			ω(°)	40.2245	7.34
Y(mm)	3.6	4
			TL(mm)	53.5	53.5

另外，上述实例中的第三透镜L13、第一透镜L21、第一透镜L31、第一透镜L41、第一透镜L51、第一透镜L61的两表面，亦即表面代号为“S7”“S8”“S9”“S10”“S15”“S16”“S17”“S18”“S23”“S24”“S25”及“S26”者，其非球面数学式(3)中的各项为数如表四所示。

表四

K

A₄

A₆

A₈

A₁₀

A₁₂

S7

0

-1.48E-05

2.00E-07

-7.54E-09

-7.45E-10

0

S8

0

6.06E-05

2.03E-07

-2.78E-08

-1.95E-10

0

S9

0

-4.78E-05

5.656E-05

-5.77E-06

3.08E-07

-7.39E-09

S10

0

-0.00034

9.76E-05

-1.23E-05

1.37E-06

-7.00E-08

S15

0

-0.000691

-5.18E-05

8.57E-06

-1.29E-06

0

S16

0

-0.000337

-6.99E-05

1.19E-05

-1.56E-06

0

S17

0

-2.52E-05

-2.37E-05

1.98E-06

-6.14E-08

0

S18

0

0.0005276

-2.21E-05

1.95E-06

-6.31E-08

0

S23

0

0.0042362

-0.000335

8.07E-06

-6.24E-07

3.46E-08

S24

0

0.0052347

-0.000168

-2.33E-06

-1.65E-06

1.13E-07

S25

0

-0.00186

0.0001085

-8.52E-07

-2.59E-07

0

S26

0

-0.000812

9.616E-05

-3.04E-06

-1.08E-07

0

图2A至图2B分别显示本发明一实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远端的球面像差(longitudinal spherical aberration)曲线图。图中显示于广角端时，具有波长为436与587nm的光束其球面像差皆控制于±0.025mm范围内；于望远端时，具有波长为436与587nm的光束其球面像差分别小于0.10mm及-0.025mm。

图3A至图3B分别显示本发明一实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远端的场曲(field curvature)曲线图。其中，曲线T、S分别显示变焦镜头ZL对于正切光束(Tangential Rays)与弧矢光束(Sagittal Rays)的像差。图中显示于广角端时，波长为587nm的光束其正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.1mm，0.01mm)范围内；于望远端时，正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.05mm，0.20mm)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在广角端与望远端的畸变(distortion)曲线图。图中显示于广角端时，波长为587nm的光束其畸变率控制在(-15％，0％)范围内；于望远端时，畸变率控制在(0％，2.5％)范围内。

由图2A至图4B可知，本发明实施例的变焦镜头ZL在广角端与望远端的球面像差、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，产生高变焦倍率与高图像质量的影像。

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，一具有负屈光度的第五透镜群，以及一具有正屈光度的第六透镜群，其中该第二透镜群、该第四透镜群及该第五透镜群沿者一光轴移动，以使该变焦镜头于广角端及望远端之间对焦。

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：5.0＜fw/ft＜7.0，其中，fw为该变焦镜头与广角端的焦距，而ft为该变焦镜头与望远端的焦距。

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为该第一透镜群的焦距，而fG2为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、该第四透镜群以及该第五透镜群朝该第三群透镜相对移动，可以使该变焦镜头由广角端至望远端对焦。

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，以及一具有正屈光度的第三透镜。

6.如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群更包含一光反射组件，且该光反射组件设置于该第一透镜及该第二透镜之间。

7.如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群更包含一棱镜，该变焦镜头满足以下条件：1.5＜PL/fw＜2.2，其中，PL为一入射光束在该棱镜P内的光程，而fw为该变焦镜头于广角端的焦距。

8.如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜群的该第三透镜为一非球面透镜或一自由曲面透镜。

9.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，以及一具有正屈光度的第三透镜。

10.如权利要求9所述的变焦镜头，其特征在于该第二透镜群的该第一透镜为一非球面透镜或一自由曲面透镜，且该第二透镜及该第三透镜胶合成一胶合透镜。

11.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，以及一具有负屈光度的第三透镜。

12.如权利要求11所述的变焦镜头，其特征在于该第一透镜为一非球面透镜或一自由曲面透镜，且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。

13.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非球面透镜或一自由曲面透镜，该第五透镜群包含一具有负屈光度的非球面透镜或一自由曲面透镜，且该第六透镜群包含一具有正屈光度的非球面塑料透镜或一自由曲面透镜。

14.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于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六透镜群及该变焦镜头的一成像面之间。