CN103135208B - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦镜头，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列设置的第一镜群至第五镜群，第一镜群具有正屈光力，且由四片镜片所组成；第二镜群具有负屈光力，且由三片镜片所组成；第三镜群群具有正屈光力，且由一片镜片所组成；第四镜群具有正屈光力，且由五片镜片所组成；第五镜群具有正屈光力，且由一片镜片所组成；另外，该变焦镜头的光圈位于第三镜群与第四镜群之间；再者，该变焦镜头由广角(wide-angle)状态变化至望远(telephoto)状态时，第二镜群与第四镜群往第三镜群的方向移动。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明与光学镜头有关，更详而言之是指一种变焦镜头。

背景技术

近年来，随着科技的进步，如相机、摄影机、显微镜或扫描仪等影像装置，为方便人们携带与使用，而逐渐趋向小型化与轻量化发展，进而使得影像装置所用的变焦镜头的体积也因此被大幅缩小。另外，除了小型化与轻量化外，也要能够具有更高的光学效能，才能使影像达成高分辨率和高对比的展现。因此，小型化和高光学效能，是现今变焦镜头发展不可缺两项要件。

然而，目前影像装置所采用的变焦镜头，为达到高光学效能的目的，不外乎使用了六组或六组以上的镜群，甚至有镜片总合多于二十片者，而无法有效减少体积及重量。另外，亦有为达到使变焦镜头小型化的目的，仅使用数片镜片，而使得其光学效能无法有效提升。

因此，综上所述可得知，已知的变焦镜头仍未臻完善，且尚有待改进之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的变焦镜头无法兼顾小型化和高光学效能的缺陷，提供一种变焦镜头，不仅可有效地达到小型化的目的，且同时具有高光学效能。

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，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列的第一镜群、第二镜群、第三镜群、光圈、第四镜群以及第五镜群。其中，该第一镜群具有正屈光力；该第一镜群由第一镜片、第二镜片、第三镜片以及第四镜片所组成，其中，该第一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面朝向该物侧；该第二镜片为平板透镜；该第三镜片为具有正屈光力的双凸透镜，且至少一表面为非球面表面；该第四镜片为具有正屈光力的双凸透镜。

该第二镜群具有负屈光力；该第二镜群由第五镜片、第六镜片以及第七镜片所组成，其中，该第五镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且至少一表面为非球面表面；该第六镜片为具有负屈光力的双凹透镜；该第七镜片为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且该第七镜片与该第六镜片胶合形成具有负屈光力的胶合透镜。

该第三镜群具有正屈光力；该第三镜群由第八镜片所组成，该第八镜片为具有正屈光力且由塑料材质所制成的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且该第八镜片的其中一个表面为非球面表面。

该第四镜群具有正屈光力；该第四镜群由第九镜片、第十镜片、第十一镜片、第十二镜片以及第十三镜片所组成，其中，该第九镜片为具有正屈光力的双凸透镜，且其中一表面为非球面表面；该第十镜片为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面朝向该物侧；该第十一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且该第十一镜片与该第十镜片胶合形成具有正屈光力的胶合透镜；该第十二镜片为具有正屈光力的双凸透镜；该第十三镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且与该第十二镜片胶合形成具有正屈光力的胶合透镜；

该第五镜群具有正屈光力；该第五镜片由第十四镜片所组成，该第十四镜片为具有正屈光力且由塑料材质所制成的双凸透镜，且该第十四镜片的至少一个表面为非球面表面；

另外，该变焦镜头由广角(wide-angle)状态变化至望远(telephoto)状态时，该第二镜群与该第四镜群往该第三镜群的方向移动。

依据上述构思，该第一镜群的该第三镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第二镜群的该第五镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该第三镜群的该第八镜片朝向该物侧的表面为非球面表面。

依据上述构思，该第四镜群的该第九镜片朝向该物侧的表面为非球面表面。

依据上述构思，该第五镜群的该第十四镜片的两个表面皆为非球面表面。

依据上述构思，该变焦镜头更满足下列条件：

8≦L/Z≦9.5，其中，L为该变焦镜头的光学系全长；Z为该变焦镜头的变焦比。

依据上述构思，该变焦镜头更满足下列条件：

3≦F1/D≦4，其中，F1为该第一镜群的焦距；D为该变焦镜头的最大成像直径。

依据上述构思，该变焦镜头更满足下列条件：

Vd1n≧40，其中，Vd1n为第一镜群中具有负屈光力的镜片的阿贝系数(Abbe number)平均值。

依据上述构思，该变焦镜头更满足下列条件：

Vd1p≧75，其中，Vd1p为第一镜群中具有正屈光力的镜片的阿贝系数(Abbe number)平均值。

藉此，透过上述设计，该变焦镜头不仅可有效地达到小型化的目的，且同时具有高光学效能。

附图说明

图1为本发明较佳实施例在广角状态时的镜片配置图。

图2为本发明较佳实施例在中间状态时的镜片配置图。

图3为本发明较佳实施例在望远状态时的镜片配置图。

图4A为本发明较佳实施例在广角状态时的场曲图及畸变图。

图4B为本发明较佳实施例在广角状态时的倍率色差图。

图4C为本发明较佳实施例在广角状态时的球面像差图。

图4D为本发明较佳实施例在广角状态时的彗星像差图。

图5A为本发明较佳实施例在中间状态时的场曲图及畸变图。

图5B为本发明较佳实施例在中间状态时的倍率色差图。

图5C为本发明较佳实施例在中间状态时的球面像差图。

图5D为本发明较佳实施例在中间状态时的彗星像差图。

图6A为本发明较佳实施例在望远状态时的场曲图及畸变图。

图6B为本发明较佳实施例在望远状态时的倍率色差图。

图6C为本发明较佳实施例在望远状态时的球面像差图。

图6D为本发明较佳实施例在望远状态时的彗星像差图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。

请参阅图1至图3，为本发明较佳实施例的变焦镜头的镜片配置图。该变焦镜头包含有沿光轴X且由物侧至像侧依序排列的第一镜群G1、第二镜群G2、第三镜群G3、光圈ST、第四镜群G4以及第五镜群G5。另外，可透过移动该第二镜群G2以及该第四镜群G4，使该变焦镜头区分为广角(wide-angle)状态(如图1)、中间(middle)状态(如图2)与望远(telephoto)状态(如图3)。再者，依使用上的需求，在该第五镜群G5与像侧之间更可设置覆盖玻璃CG(CoverGlass)，是平板玻璃。其中：

该第一镜群G1具有正屈光力。该第一镜群G1由第一镜片L1、第二镜片L2、第三镜片L3以及第四镜片L4所组成，其中，该第一镜L1片为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面S1朝向该物侧。该第二镜片L2为平板透镜，用以使该变焦镜头的光路产生曲折。该第三镜片L3为具有正屈光力的双凸透镜，且其两个表面S5、S6皆为非球面表面。该第四镜片L4为具有正屈光力的双凸透镜。

该第二镜群G2具有负屈光力。该第二镜群G2由第五镜片L5、第六镜片L6以及第七镜片L7所组成，其中，该第五镜片L5为具有负屈光力的双凹透镜，且其两个表面S9、S10皆为非球面表面。该第六镜片L6为具有负屈光力的双凹透镜。该第七镜片L7为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面S12朝向物侧，且该第七镜片L7与该第六镜片L6胶合形成具有负屈光力的胶合透镜L6-7。

该第三镜群G3具有正屈光力。该第三镜群G3由第八镜片L8所组成，该第八镜片L8为具有正屈光力且由塑料材质所制成的新月型透镜，其凸面S14朝向物侧且为非球面表面。

该第四镜群G4具有正屈光力。该第四镜群G4由第九镜片L9、第十镜片L10、第十一镜片L11、第十二镜片L12以及第十三镜片L13所组成，其中，该第九镜片L9为具有正屈光力的双凸透镜，且朝向物侧的表面S17为非球面表面。该第十镜片L10为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面S19朝向物侧。该第十一镜片L11为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面S12朝向物侧，且该第十一镜片L11与该第十镜片L10胶合形成具有正屈光力的胶合透镜L10-11。该第十二镜片L12为具有正屈光力的双凸透镜。该第十三镜片L13为具有负屈光力的双凹透镜，且与该第十二镜片L12胶合形成具有正屈光力的胶合透镜L12-13。

该第五镜群G5具有正屈光力。该第五镜群G5由第十四镜片L14所组成，该第十四镜片L14为具有正屈光力且由塑料材质所制成的双凸透镜，且该第十四镜片L14的两个表面S25、S26皆为非球面表面。

藉此，请参阅图1及图2，当该变焦镜头由广角(wide-angle)状态变化成中间(middle)状态时，该第二镜群G2与该第四镜群G4往该第三镜群G3的方向移动。另外，请参阅图2及图3，当该变焦镜头由中间(middle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第二镜群G2与该第四镜群G4同样往该第三镜群G3的方向移动。整体而言，请参阅图1及图3，当该变焦镜头由广角(wide-angle)状态变化成望远(telephoto)状态时，该第二镜群G2与该第四镜群G4皆往该第三镜群G3的方向移动。

为使该变焦镜头具有较佳的光学效能，该变焦镜头更满足下列条件：

(1) 8≦L/Z≦9.5；

(2) 3≦F1/D≦4；

(3) Vd1n≧40；

(4) Vd1p≧75；

其中，L为该变焦镜头的光学系全长；Z为该变焦镜头的变焦比；F1为该第一镜群G1的焦距；D为该变焦镜头的最大成像直径；Vd1n为第一镜群G1中具有负屈光力的镜片的阿贝系数(Abbe number)平均值；Vd1p为第一镜群G1中具有正屈光力的镜片的阿贝系数(Abbe number)平均值。

于本实施例中，上述光学设计所得的L为59.49、Z为6.59、F1为13.960、D为3.88、Vd1n为40.765、Vd1p为88.245，但不以此为限，只要是符合上述条件者，亦应属本发明的发明精神范畴。

另外，本发明较佳实施例的变焦镜头的焦距F(Focus Length)、各个镜片表面的光轴X通过处的曲率半径R(radius of curvature)、各镜面于光轴X上的间距、各镜片的折射率Nd(refractive index)及各镜片的阿贝系数Vd(Abbenumber)，如表一所示：

表一

表一的间距中，(W)是指该变焦镜头在广角(wide-angle)状态时，于光轴X上的间距；(M)是指该变焦镜头在中间(middle)状态时，于光轴X上的间距；(T)是指该变焦镜头在望远(telephoto)状态时，于光轴X上的间距。

再者，本实施例的各个镜片中，这些非球面表面S5、S6、S9、S10、S14、S17、S25以及S26的表面凹陷度z由下列公式所得到：

$z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{1-(k+1)c^2{h}^2}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}+{\mathrm{Eh}}^{12}+{\mathrm{Fh}}^{14}$

其中：

z：非球面表面的凹陷度；

c：曲率半径的倒数；

h：表面的孔径半径；

k：圆锥系数；

A～F：表面的孔径半径h的各阶系数。

在本实施例中，各个非球面表面的圆锥系数k(conic constant)及表面孔径半径h的各阶系数A～F如表二所示：

表二

藉由上述的镜片及光圈ST配置，使得本实施例的变焦镜头不但可有效缩小体积以符合小型化的需求，在广角(wide-angle)状态时的成像质量上也可达到要求，这可从图4A至图4D看出。从图4A可看出，本实施例变焦镜头的最大场曲不超过0.18mm与-0.10mm，且畸变量最大不超过-7％。从图4B可看出，本实施例变焦镜头的最大倍率色差不超过3μm与-3μm。从图4C可看出，本实施例变焦镜头的最大球面像差不超过0.06mm以及-0.08mm。从图4D可看出，本实施例变焦镜头各视角的彗星像差皆不严重。

另外，该变焦镜头在中间(middle)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图5A至图5D看出。从图5A可看出，本实施例变焦镜头的最大场曲不超过0.10mm与-0.05mm，且畸变量最大不超过2.5％。从图5B可看出，本实施例变焦镜头的最大倍率色差不超过2μm与-3μm。从图5C可看出，本实施例变焦镜头的最大球面像差不超过0.04mm以及-0.04mm。从图5D可看出，本实施例变焦镜头各视角的彗星像差皆不严重。

再者，该变焦镜头在望远(telephoto)状态时，其成像质量上也可达到要求，这可从图6A至图6D看出。从图6A可看出，本实施例变焦镜头的最大场曲不超过0.01mm与-0.08mm，且畸变量最大不超过0.8％。从图6B可看出，本实施例变焦镜头的最大倍率色差不超过5μm与-1μm。从图6C可看出，本实施例变焦镜头的最大球面像差不超过0.04mm以及-0.04mm。从图6D可看出，本实施例变焦镜头各视角的彗星像差皆不严重，显见本实施例的变焦镜头的光学效能是合乎标准的。

综合以上所述可得知，本发明的变焦镜头，不仅可以达到体积小的目的，且同时具有高光学效能。

以上所述仅为本发明较佳可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及权利要求所做的等效结构变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种变焦镜头，包含有沿光轴且由物侧至像侧依序排列设置的：

第一镜群，具有正屈光力；

第二镜群，具有负屈光力；

第三镜群，具有正屈光力；

第四镜群，具有正屈光力；

第五镜群，具有正屈光力；该变焦镜头由广角状态变化至望远状态时，该第二镜群与该第四镜群往该第三镜群的方向移动；

其特征在于，该变焦镜头还包括设置在该第三镜群和第四镜群之间的光圈；

该第一镜群由第一镜片、第二镜片、第三镜片以及第四镜片所组成，其中，该第一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，且其凸面朝向该物侧；该第二镜片为平板透镜；该第三镜片为具有正屈光力的双凸透镜，且至少一表面为非球面表面；该第四镜片为具有正屈光力的双凸透镜；

该第二镜群由第五镜片、第六镜片以及第七镜片所组成，其中，该第五镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且至少一表面为非球面表面；该第六镜片为具有负屈光力的双凹透镜；该第七镜片为具有正屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且该第七镜片与该第六镜片胶合形成具有负屈光力的胶合透镜；

该第三镜群由第八镜片所组成，该第八镜片为具有正屈光力且由塑料材质所制成的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且该第八镜片的其中一个表面为非球面表面；

该第四镜群由第九镜片、第十镜片、第十一镜片、第十二镜片以及第十三镜片所组成，其中，该第九镜片为具有正屈光力的双凸透镜，且其中一表面为非球面表面；该第十镜片为具有正屈光力的新月型透镜，且其凸面朝向该物侧；该第十一镜片为具有负屈光力的新月型透镜，其凸面朝向该物侧，且该第十一镜片与该第十镜片胶合形成具有正屈光力的胶合透镜；该第十二镜片为具有正屈光力的双凸透镜；该第十三镜片为具有负屈光力的双凹透镜，且与该第十二镜片胶合形成具有正屈光力的胶合透镜；

该第五镜群由第十四镜片所组成，该第十四镜片为具有正屈光力且由塑料材质所制成的双凸透镜，且该第十四镜片的至少一个表面为非球面表面。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一镜群的该第三镜片的两个表面皆为非球面表面。

3.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第二镜群的该第五镜片的两个表面皆为非球面表面。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第三镜群的该第八镜片朝向该物侧的表面为非球面表面。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第四镜群的该第九镜片朝向该物侧的表面为非球面表面。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第五镜群的该第十四镜片的两个表面皆为非球面表面。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第五镜群与该像侧之间具有覆盖玻璃。

8.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：

8≦L/Z≦9.5，其中，L为该变焦镜头的光学系全长；Z为该变焦镜头的变焦比。

9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：

3≦F1/D≦4，其中，F1为该第一镜群的焦距；D为该变焦镜头的最大成像直径。

10.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：

Vd1n≧40，其中，Vd1n为第一镜群中，具有负屈光力的镜片的阿贝系数平均值。

11.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，更满足下列条件：

Vd1p≧75，其中，Vd1p为第一镜群中，具有正屈光力的镜片的阿贝系数平均值。