CN103852873A - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变焦镜头，沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群以及第四透镜群。第一透镜群，具有正屈光力，第一透镜群沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜以及第二透镜，第一透镜具有负屈光力，第二透镜具有正屈光力。第二透镜群具有负屈光力。第三透镜群具有正屈光力，第三透镜群沿着光轴从物侧至像侧依序包括第三透镜前群以及第三透镜后群，第三透镜前群具有正屈光力，第三透镜后群具有正屈光力。第四透镜群具有正屈光力。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明有关于一种镜头，特别是有关于一种变焦镜头。

背景技术

变焦镜头的焦距，可在一定的范围内由使用者任意调整，有别于定焦镜头无法改变焦距。当变焦镜头变焦至望远程时，可以将远处的物体拉近放大，当变焦镜头变焦至广角端时，可以将视野扩大以容纳更大范围的影像，这是定焦镜头所无法达到的功能，所以目前的数字相机与数字摄影机大都配备变焦镜头。

另外，随着人们对影像质量的要求愈来愈高以及各种不同应用场合的需求，变焦镜头逐渐走向高变焦倍率(Zoom Ratio)、小光圈值(F-number)以及高解析性能，但，在要求高变焦倍率情况下又需具备小光圈值与高解析性能是不容易达到的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中变焦镜头无法兼顾较高变焦倍率、较小光圈值与高解析性能的缺陷，提供一种变焦镜头，其具有中变焦倍率，但是仍具有较小光圈值与高解析性能。

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，沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群以及第四透镜群。第一透镜群，具有正屈光力，第一透镜群沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜以及第二透镜，第一透镜具有负屈光力，第二透镜具有正屈光力。第二透镜群具有负屈光力。第三透镜群具有正屈光力，第三透镜群沿着光轴从物侧至像侧依序包括第三透镜前群以及第三透镜后群，第三透镜前群具有正屈光力，第三透镜后群具有正屈光力。第四透镜群具有正屈光力。

其中第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群以及第四透镜群于变焦镜头变焦时皆能沿着光轴移动。

其中变焦镜头由广角端变焦至望远程时，第一透镜群与第二透镜群的间隔变大，第二透镜群与第三透镜群的间隔变小，第三透镜群与第四透镜群的间隔改变。

其中第三透镜群满足以下条件：

$0.2<\frac{f3}{f3a}<0.7$

$0.21<\frac{\mathrm{dg}3}{\mathrm{fw}}<0.8$

其中，f3为第三透镜群的有效焦距，f3a为第三透镜前群的有效焦距，dg3为第三透镜前群与第三透镜后群的间距，fw为变焦镜头于广角端的有效焦距。

其中第二透镜群以及第三透镜群满足以下条件：

0.32<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<0.7

其中，β2t为第二透镜群于望远程的横向放大率，β2w为第二透镜群于广角端的横向放大率，β3t为第三透镜群于望远程的横向放大率，β3w为第三透镜群于广角端的横向放大率。

其中第三透镜前群包括第六透镜，第六透镜具有正屈光力。

其中第六透镜至少一面为非球面表面。

其中第三透镜后群，沿着光轴从物侧至像侧依序包括第七透镜、第八透镜以及第九透镜，第七透镜具有正屈光力，第八透镜具有正屈光力，第九透镜具有负屈光力。

其中第七透镜至少一面为非球面表面。

其中第八透镜至少一面为非球面表面。

其中第九透镜至少一面为非球面表面。

其中第四透镜群包括第十透镜，第十透镜具有正屈光力。

其中第十透镜由塑料材质所制成。

其中第十透镜至少一面为非球面表面。

本发明的变焦镜头可更包括光圈，设置于第二透镜群与第三透镜群之间，光圈与第三透镜群的间距固定不变。

本发明的变焦镜头可更包括滤光片，设置于第四透镜群与成像面之间。

实施本发明的变焦镜头，具有以下有益效果：具有中变焦倍率，但是仍具有较小光圈值与高解析性能。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图做详细说明。

图1是依据本发明的变焦镜头的一实施例处于广角端的透镜配置与光路示意图。

图2是依据本发明的变焦镜头的一实施例处于中间端的透镜配置与光路示意图。

图3是依据本发明的变焦镜头的一实施例处于望远程的透镜配置与光路示意图。

图4A是图1的变焦镜头的纵向像差图。

图4B是图1的变焦镜头的场曲图。

图4C是图1的变焦镜头的畸变图。

图4D是图1的变焦镜头的横向光扇图。

图4E是图1的变焦镜头的横向光扇图。

图4F是图1的变焦镜头的横向光扇图。

图4G是图1的变焦镜头的横向色差图。

图5A是图2的变焦镜头的纵向像差图。

图5B是图2的变焦镜头的场曲图。

图5C是图2的变焦镜头的畸变图。

图5D是图2的变焦镜头的横向光扇图。

图5E是图2的变焦镜头的横向光扇图。

图5F是图2的变焦镜头的横向光扇图。

图5G是图2的变焦镜头的横向色差图。

图6A是图3的变焦镜头的纵向像差图。

图6B是图3的变焦镜头的场曲图。

图6C是图3的变焦镜头的畸变图。

图6D是图3的变焦镜头的横向光扇图。

图6E是图3的变焦镜头的横向光扇图。

图6F是图3的变焦镜头的横向光扇图。

图6G是图3的变焦镜头的横向色差图。

具体实施方式

请参阅图1、图2以及图3，图1是依据本发明的变焦镜头的一实施例处于广角端的透镜配置与光路示意图，图2是依据本发明的变焦镜头的一实施例处于中间端的透镜配置与光路示意图，图3是依据本发明的变焦镜头的一实施例处于望远程的透镜配置与光路示意图。变焦镜头1沿着光轴OA从物侧至像侧依序包括第一透镜群G1、第二透镜群G2、光圈ST、第三透镜群G3、第四透镜群G4以及滤光片OF。变焦镜头1由广角端变焦至望远程时，第一透镜群G1与第二透镜群G2的间距D34变大，第二透镜群G2与第三透镜群G3的间距D911变小，第三透镜群与第四透镜群的间距D1718改变，第四透镜群与滤光片OF的物侧面S20的间距D1920改变，上述间距随着变焦镜头1由广角端变焦至望远程而变动的情形，可以由图1、图2以及图3中明显看出。变焦镜头1变焦时各透镜群皆能沿着光轴OA移动，使得各透镜群的移动量变小，可缩短变焦时间。

在本实施例中，第一透镜群G1具有正屈光力，第二透镜群G2具有负屈光力，第三透镜群G3具有正屈光力，第四透镜群G4具有正屈光力，其中第三透镜群G3是由具有正屈光力的第三透镜前群G31与具有正屈光力的第三透镜后群G32组合而成。

第一透镜群G1沿着光轴OA从物侧至像侧依序包括第一透镜L1以及第二透镜L2。第一透镜L1为玻璃材质所制成具有负屈光力。第二透镜L2为玻璃材质所制成具有正屈光力。第一透镜L1的像侧面S2与第二透镜L2的物侧面S2两者胶合成面S2。

第二透镜群G2沿着光轴OA从物侧至像侧依序包括第三透镜L3、第四透镜L4以及第五透镜L5。第三透镜L3为玻璃材质所制成，其物侧面S4与像侧面S5皆为非球面表面。第四透镜L4为玻璃材质所制成。第五透镜L5为玻璃材质所制成。

第三透镜群G3沿着光轴OA从物侧至像侧依序包括第三透镜前群G31以及第三透镜后群G32。第三透镜前群G31包括第六透镜L6。第三透镜后群G32沿着光轴OA从物侧至像侧依序包括第七透镜L7、第八透镜L8以及第九透镜L9。第六透镜L6为塑料材质所制成具有正屈光力，其物侧面S11与像侧面S12皆为非球面表面。第七透镜L7为玻璃材质所制成具有正屈光力，其像侧面S14为非球面表面。第八透镜L8为玻璃材质所制成具有正屈光力。第九透镜L9为玻璃材质所制成具有负屈光力。第八透镜L8的像侧面S16与第九透镜L9的物侧面S16两者胶合成面S16。

第四透镜群G4包括第十透镜L10，第十透镜L10为塑料材质所制成具有正屈光力，其物侧面S18为非球面表面。

光圈ST与第三透镜群的间距D1011固定不变。滤光片OF是由平板玻璃制成，滤光片OF包含物侧面S20以及像侧面S21，物侧面S20与像侧面S21两者皆为平面。

另外，为使本实施例的变焦镜头1能保持良好的光学性能，变焦镜头1需满足底下三条件：

$0.2<\frac{f3}{f3a}<0.7---\left(1\right)$

$0.21<\frac{\mathrm{dg}3}{\mathrm{fw}}<0.8---\left(2\right)$

0.32<(β2t/β2w)(β3t/β3w)<0.7  (3)

其中，f3为第三透镜群的有效焦距，f3a为第三透镜前群的有效焦距，dg3为第三透镜前群与第三透镜后群的间距，fw为变焦镜头于广角端的有效焦距，β2w为第二透镜群于广角端的横向放大率，β2t为第二透镜群于望远程的横向放大率，β3w为第三透镜群于广角端的横向放大率，β3t为第三透镜群于望远程的横向放大率。

利用上述透镜与光圈ST的设计，使得变焦镜头1在中变焦倍率下，仍具有较小光圈值与高解析性能。

表一为图1、图2以及图3的变焦镜头1分别处于广角端、中间端以及望远程时各透镜的相关参数表，表一数据显示本实施例的变焦镜头1处于广角端时的焦距等于6.50483mm、光圈值等于2.0，处于中间端时的焦距等于16.81973mm、光圈值等于2.5，处于望远程时的焦距等于24.44355mm、光圈值等于3.0，变焦镜头1的变焦倍率大约为3.8倍。

表一

表一中各个透镜的非球面表面凹陷度z由下列公式所得到：

$Z=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+{[1-(k+1)c^2{h}^2]}^{\frac{1}{2}}}+{\mathrm{Ah}}^4+{\mathrm{Bh}}^6+{\mathrm{Ch}}^8+{\mathrm{Dh}}^{10}$

其中：

c：曲率；

h：透镜表面任一点至光轴的垂直距离；

k：圆锥系数；

A～D：非球面系数。

表二为表一中各个透镜的非球面表面的相关参数表，其中k为圆锥系数（Conic Constant）、A～D为非球面系数。

表二

本实施例的变焦镜头1，其第三透镜群的有效焦距f3=16.20522779、第三透镜前群的有效焦距f3a=56.93731832、第三透镜前群与第三透镜后群的间隔dg3=3.91、变焦镜头1于广角端的有效焦距fw=6.504837689、第二透镜群于望远程的横向放大率β2t=-0.381、第二透镜群于广角端的横向放大率β2w=-0.242、第三透镜群于望远程的横向放大率β3t=-2.13、第三透镜群于广角端的横向放大率β3w=-0.846，由上述数据可得到

(β2t/β2w)/(β3t/β3w)=0.625，皆能满足上述条件(1)至条件(3)的要求。

另外，本实施例的变焦镜头1处于广角端、中间端以及望远程时其光学性能也可达到要求，这可从图4A至4G、图5A至5G以及图6A至6G看出。图4A、图5A以及图6A所示的，是本实施例的变焦镜头1处于广角端、中间端以及望远程时的纵向像差(Longitudinal Aberration)图。图4B、图5B以及图6B所示的，是本实施例的变焦镜头1处于广角端、中间端以及望远程时的场曲(Field Curvature)图。图4C、图5C以及图6C所示的，是本实施例的变焦镜头1处于广角端、中间端以及望远程时的畸变(Distortion)图。图4D至图4F、图5D至图5F以及图6D至图6F所示的，是本实施例的变焦镜头1处于广角端、中间端以及望远程时的横向光扇(Transverse Ray Fan)图。图4G、图5G以及图6G所示的，是本实施例的变焦镜头1处于广角端、中间端以及望远程时的横向色差(Lateral Color)图。

由图4A可看出，本实施例的变焦镜头1处于广角端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.02㎜至0.04㎜之间。由图4B可看出，本实施例的变焦镜头1处于广角端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线，所产生的子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向场曲介于-0.04㎜至0.04㎜之间。由图4C(图中的3条线几乎重合，以致于看起来只有一条线)可看出，本实施例的变焦镜头1处于广角端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线，所产生的畸变小于正负7.5%。由图4D、图4E、图4F可看出，本实施例的变焦镜头1处于广角端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线于不同影像高度所产生的横向像差值小于正负30μm。由图4G可看出，本实施例的变焦镜头1处于广角端时，以波长0.587560μm为参考波长，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线于不同视场高度所产生的横向色差值介于-3μm至8μm之间。显见本实施例的变焦镜头1处于广角端时的纵向像差、场曲、畸变、横向像差以及横向色差都能被有效修正，从而得到较佳的光学性能。

由图5A可看出，本实施例的变焦镜头1处于中间端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.02㎜至0.04㎜之间。由图5B可看出，本实施例的变焦镜头1处于中间端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线，所产生的子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向场曲介于-0.02㎜至0.08㎜之间。由图5C(图中的3条线几乎重合，以致于看起来只有一条线)可看出，本实施例的变焦镜头1处于中间端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线，所产生的畸变小于正负3%。由图5D、图5E、图5F可看出，本实施例的变焦镜头1处于中间端时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线于不同影像高度所产生的横向像差值小于正负24μm。由图5G可看出，本实施例的变焦镜头1处于中间端时，以波长0.587560μm为参考波长，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线于不同视场高度所产生的横向色差值介于-1μm至7μm之间。显见本实施例的变焦镜头1处于中间端时的纵向像差、场曲、畸变、横向像差以及横向色差都能被有效修正，从而得到较佳的光学性能。

由图6A可看出，本实施例的变焦镜头1处于望远程时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线所产生的纵向像差值介于-0.02㎜至0.08㎜之间。由图6B可看出，本实施例的变焦镜头1处于望远程时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线，所产生的子午(Tangential)方向与弧矢(Sagittal)方向场曲介于-0.04㎜至0.12㎜之间。由图6C(图中的3条线几乎重合，以致于看起来只有一条线)可看出，本实施例的变焦镜头1处于望远程时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线，所产生的畸变小于正负3%。由图6D、图6E、图6F可看出，本实施例的变焦镜头1处于望远程时，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线于不同影像高度所产生的横向像差值小于正负22μm。由图6G可看出，本实施例的变焦镜头1处于望远程时，以波长0.587560μm为参考波长，对波长范围介于0.436μm至0.656μm的光线于不同视场高度所产生的横向色差值介于-1μm至7μm之间。显见本实施例的变焦镜头1处于望远程时的纵向像差、场曲、畸变、横向像差以及横向色差都能被有效修正，从而得到较佳的光学性能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但其并非用以限定本发明，本技术领域的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种变焦镜头，其特征在于，沿着光轴从物侧至像侧依序包括：

第一透镜群，具有正屈光力，该第一透镜群沿着该光轴从该物侧至该像侧依序包括第一透镜以及第二透镜，该第一透镜具有负屈光力，该第二透镜具有正屈光力；

第二透镜群，具有负屈光力；

第三透镜群，具有正屈光力，该第三透镜群沿着该光轴从该物侧至该像侧依序包括第三透镜前群以及第三透镜后群，该第三透镜前群具有正屈光力，该第三透镜后群具有正屈光力；以及

第四透镜群，该第四透镜群具有正屈光力。

2.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、该第三透镜群以及该第四透镜群于该变焦镜头变焦时皆能沿着该光轴移动。

3.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头由广角端变焦至望远程时，该第一透镜群与该第二透镜群间隔变大，该第二透镜群与该第三透镜群间隔变小，该第三透镜群与该第四透镜群间隔改变。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜群满足以下条件：

$0.2<\frac{f3}{f3a}<0.7$

$0.21<\frac{\mathrm{dg}3}{\mathrm{fw}}<0.8$

其中，f3为该第三透镜群的焦距，f3a为该第三透镜前群的焦距，dg3为该第三透镜前群与该第三透镜后群的间隔，fw为该变焦镜头于广角端的焦距。

5.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜群以及该第三透镜群满足以下条件：

0.32<(β2t/β2w)/(β3t/β3w)<0.7

其中，β2w为该第二透镜群于广角端的横向放大率，β2t为该第二透镜群于望远程的横向放大率，β3w为该第三透镜群于广角端的横向放大率，β3t为该第三透镜群于望远程的横向放大率。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜前群包括第六透镜，该第六透镜具有正屈光力；该第六透镜至少一面为非球面表面。

7.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜后群，沿着该光轴从该物侧至该像侧依序包括第七透镜、第八透镜以及第九透镜，该第七透镜具有正屈光力，该第八透镜具有正屈光力，该第九透镜具有负屈光力。

8.如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于，该第七透镜、第八透镜以及第九透镜中，各透镜的至少一面为非球面表面。

9.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第四透镜群包括第十透镜，该第十透镜具有正屈光力。

10.如权利要求9所述的变焦镜头，其特征在于，该第十透镜的材质为塑料，该第十透镜至少一面为非球面表面。

11.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，更包括光圈，设置于该第二透镜群与该第三透镜群之间，该光圈与该第三透镜群的间距固定不变。

12.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，更包括滤光片，设置于该第四透镜群与成像面之间。

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