CN104035191B - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例揭露一种变焦镜头，该变焦镜头包含四透镜群，该些透镜群自物侧至像侧分别具有正、负、正及正屈光度。该些透镜群共包含多个非球面透镜及/或自由曲面透镜，以及多个塑胶透镜。该变焦镜头满足下列关系式：DG/fw<3.5及TTL/fw<15.5，其中DG为该些透镜群的厚度的总和，fw为该变焦镜头在广角端的焦距，TTL是该变焦镜头在望远端的镜头总长。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头，特别涉及一种轻薄、高倍率且成像品质佳的变焦镜头。

背景技术

影像撷取装置，包含但不限于数码相机或数码摄影机，通常藉由镜头模块和影像感测器撷取待摄物的影像，其中镜头模块藉由变焦与对焦动作，使来自待摄物的光束产生折射并聚集在影像感测器上，接着影像感测器将模拟的光信号转换为数码电子信号，以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，通常是由多个透镜群所组成，且通常镜头模块的发展趋势是总透镜数愈少，成本愈低、总尺寸愈小。然而，低透镜数的镜头模块可能无法兼顾到高倍率的要求，而高透镜群数的镜头模块，则可能无法兼顾轻薄化的要求。

有鉴于此，亟需提出一种新的变焦镜头，可同时降低成本，并满足变焦镜头的轻薄化、高倍率，及高成像品质的要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种变焦镜头，以实现轻薄、高倍率及高成像品质的要求。

根据上述目的，本发明实施例提供一种变焦镜头，该变焦镜头包含四透镜群，该些透镜群自物侧至像侧分别具有正、负、正及正屈光度。该些透镜群共包含多个非球面透镜及/或自由曲面透镜，以及多个塑胶透镜。该变焦镜头满足下列关系式：DG/fw<3.5及TTL/fw<15.5，其中DG为该些透镜群的厚度的总和，fw为该变焦镜头在广角端的焦距，TTL是该变焦镜头在望远端的镜头总长。

藉此，本发明能在降低成本的条件下，提供一种轻薄化、高倍率、高成像品质的变焦镜头。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1显示本发明较佳实施例的变焦镜头在望远端及广角端时各透镜的位置；

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场曲特性曲线；

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畸变特性曲线；

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横向色差曲线。

具体实施方式

以下将详述本发明的各实施例，并配合附图作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，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，并以之后的权利要求为准。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。附图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，附图仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。

图1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电子装置上，例如，数码相机、数码摄影机、手机，或投影机等电子装置。

如图1所示，在本实施例，变焦镜头ZL主要包含四个透镜群，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，以及第四透镜群G4。此四个透镜群沿着光轴OA设置，且于像侧形成成像面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，且成像面I上可设置具有光电转换功能的影像感测器。

再参考图1，于一实施例中，变焦镜头ZL满足以下条件：DG/fw<3.5。其中，DG为第一透镜群的厚度DG1、第二透镜群的厚度DG2、第三透镜群的厚度DG3，以及第四透镜群的厚度DG4的总和，亦即DG=DG1+DG2+DG3+DG4，而fw为该变焦镜头ZL在广角端的焦距。

于另一实施例中，变焦镜头ZL另可满足以下条件：TTL/fw<15.5。其中，TTL是变焦镜头ZL在望远端的镜头总长，而镜头总长定义为自第一透镜G1靠近物侧的一表面至成像面I的距离；fw为该变焦镜头ZL在广角端的焦距。

此外，于另一实施例中，变焦镜头ZL还可满足以下条件：ft/fw>9.5，意即变焦镜头ZL的放大倍率可达到9.5倍以上。其中，fw为该变焦镜头ZL在望远端的焦距，fw为该变焦镜头ZL在广角端的焦距。

再如图1所示，本实施例的变焦镜头ZL揭示了四个透镜群，分别是第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三透镜群G3与第四透镜群G4，且总共采用了8个透镜。其中，变焦镜头ZL的实体焦长可小于28mm，其可等效于现有底片型相机的135mm；且在广角端时的像高(halfimage height，Y)可大于3.3mm，但不以此为限。

此外，于另一实施例中，本发明的变焦镜头ZL的光阑S(stop)可采用固定的孔径，而可不再额外采用可变孔径的光圈(iris)。于本实施例中，变焦镜头ZL在广角端的光圈值(F number，Fno)可小于3.6，在望远端的光圈值可小于7.0。

此外，于另一实施例中，本发明的变焦镜头ZL的镜头总长是指自第一透镜G1靠近物侧的一表面至成像面I的距离。当变焦镜头ZL于收纳位置(retracted position)时，或是搭载变焦镜头ZL的电子装置处于关机的状态时，镜头总长可小于18mm；当变焦镜头ZL处于望远端时，则定义镜头总长为TTL。实际应用上，于收纳位置时，变焦镜头ZL的第一、第二、第三及第四透镜群G1、G2、G3及G4中的至少一个亦可移出光轴OA，以使变焦镜头ZL更薄型化，然不用以限定本发明。

如图1所示，于另一实施例中，变焦镜头ZL更包含光阑S及滤光片F。光阑S设置于第二透镜群G2及第三透镜群G3之间，可用以限制通过第一透镜群G1及第二透镜群G2的光束进入第三透镜群G3的光通量；滤光片F设置于第四透镜群G4及成像面I之间，可用以滤除入射光束中的不可见光，其中滤光片F可以是一红外滤光片。此外，成像面I可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，还可增加平板玻璃C作为影像撷取单元的保护玻璃(cover glass)。

于本实施例，当变焦镜头ZL进行变焦时，各透镜群可沿着光轴OA移动。其中第一透镜群G1、第二透镜群G2及第三群透镜G3的移动，可用于改变倍率及修正像差，而第四透镜群G4的移动，可用以对焦。

请再参考图1，于另一实施例中，变焦镜头ZL，包含四个非球面透镜及/或自由曲面透镜。具体而言，第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三群透镜G3，以及第四群透镜G4各包含一或两个非球面透镜、一或两个自由曲面透镜或一个非球面透镜及一个自由曲面透镜，其材质可以是塑胶或玻璃，其中，塑胶材质可包含，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自由曲度的表面，而每一非球面透镜具有至少一非球面的表面，且各非球面表面可满足下列数学式：

其中Z为在光轴OA方向的座标值，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座标值，以上方为正方向。此外，每一非球面透镜的非球面数学式的各项参数或系数的值可分别设定。

于另一实施例中，第一透镜群G1自物侧至像侧依序包含具有负屈光度的第一透镜L11及具有正屈光度的第二透镜L12；第二透镜群G2自物侧至像侧依序包含具有负屈光度的第一透镜L21、具有负屈光度的第二透镜L22及具有正屈光度的第三透镜L23；第三透镜群G3包含具有正屈光度的第一透镜L31及具有负屈光度的第二透镜L32；第四透镜群G4包含具有正屈光度的第一透镜L41。于本实施例中，第一透镜L11可以是凸面朝物侧的负屈光度的凸凹透镜、第二透镜L12可以是正屈光度的双凸透镜、第一透镜L21可以是凸面朝物侧的负屈光度的凸凹透镜、第二透镜L22可以是凸面朝物侧的负屈光度的凸凹透镜、第三透镜L23可以是凸面朝物侧的正屈光度的凸凹透镜、第一透镜L31可以是正屈光度的双凸透镜、第二透镜L32可以是凸面朝物侧的负屈光度的凸凹透镜、第一透镜L41可以是正屈光度的双凸透镜，但不用以限定本发明。

于另一实施例中，第二透镜群G2的第三透镜L23、第三透镜群G3的第一透镜L31与第二透镜L32，以及第四透镜群G4的第一透镜L41可采用非球面透镜或自由曲面透镜；而第一透镜群G1的第一透镜L11与第二透镜L12，以及第二透镜群G2的第一透镜L21与第二透镜L22则可采用球面透镜。其中，自由曲面透镜具有至少一自由曲度的表面、非球面透镜具有至少一非球面的表面，而球面透镜则可以是两面均为球面，但不以此为限。

于另一实施例中，第一透镜L11、第二透镜L12、第一透镜L21、第二透镜L22及第一透镜L31可采用由硝材所制成的玻璃透镜；而第三透镜L23、第二透镜L32与第一透镜L41可以是由塑料所制成的塑胶透镜。具体而言，玻璃透镜可以是以光学等级的硝材为材料，且于本实施例中，第一透镜L31还可以是利用研磨抛光或玻璃模造工艺(glass moldingprocess，GMP)所制成的非球面透镜或自由曲面透镜；而塑胶透镜则可以是采用射出成型或车削所制成，但不以此为限。

另外，于再一实施例中，第三透镜L23的折射率大于1.6且阿贝数(Abbe number)小于50；第一透镜L31的折射率小于1.6且阿贝数大于50；第二透镜L32的折射率大于1.6且阿贝数小于50；第一透镜L41的折射率小于1.6且阿贝数大于50。但不用以限定本发明。

表一列出根据本发明如图1变焦镜头ZL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、色散系数等。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、「STOP」代表光阑S表面、「S18」及「S19」分别代表滤光片F朝物侧及朝像侧的表面，「S20」及「S21」分别代表平板玻璃C朝物侧及朝像侧的表面等等。

表一

在表一中，「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」，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。同时，表二亦列出变焦镜头ZL于广角端与望远端的焦距值。

表二

另外，上述实例中的第三透镜L23、第一透镜L31、第二透镜L32及第一透镜L41的两表面，亦即表面代号为「S9」「S10」「S12」「S13」「S14」「S15」「S16」及「S17」，其非球面数学式中的各项系数如表三所示。

表三

于一实例中，变焦镜头ZL于广角端的焦距fw可以是介于4.25mm～5.00mm之间，DG值可以是小于14.85mm以下，故DG/fw的值则约为2.97～3.494＜3.5。在本实例中，变焦镜头ZL于广角端的焦距fw为4.558mm，DG值为14.25mm，DG/fw＝3.16。

于一实例中，变焦镜头ZL于望远端的焦距ft可以是介于40.37mm～62.5mm之间，故变焦镜头ZL的倍率ft/fw=9.5～12.5≥9.5。在本实例中，变焦镜头ZL于望远端的焦距ft为52.546mm，故变焦镜头ZL的倍率ft/fw为11.528。

于一实例中，变焦镜头ZL于望远端的镜头总长TTL可以是介于55.0mm～65.5mm之间，故TTL/fw的值约为11.0～15.41<15.5。在本实例中，变焦镜头ZL于望远端的镜头总长TTL为60.07mm，故TTL/fw的值为13.179。

另外，于一实例中，变焦镜头ZL在广角端的光圈值(F number，Fno)可以是小于3.6，在望远端的光圈值可以是小于7.0。于本实例中，变焦镜头ZL在广角端的光圈值(Fnumber，Fno)为3.2，在望远端的光圈值为6.5。

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(TangentialRays)与弧矢光束(Sagittal Rays)的像差。于本实施例中，在广角端时，各种波长的光束的正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.05mm,0.07mm)范围内；于望远端时，正切场曲值与弧矢场曲值均控制在(-0.15mm,0.18mm)范围内。

图3A与图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畸变(distortion)曲线图。于本实施例中，在广角端时，各种波长的光束的畸变率控制在(-16%,0%)范围内；于望远端时，畸变率控制在(0%,2.5%)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横向色差(lateral color)图。于本实施例中，广角端时，各种波长的光束的横向色差控制在(-0.5μm,3.5μm)范围内；于望远端时，横向色差控制在(-3μm,0.5μm)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场曲、畸变及横向色差均能获得良好校正。并且，本发明实施例的变焦镜头ZL，具有成本低、尺寸小、放大倍率高，以及图像品质佳等特色。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种变焦镜头，其特征在于，自物侧至像侧包含：一第一透镜群、一第二透镜群、一第三透镜群，以及一第四透镜群，其中该第二透镜群具有负屈光度，且该第二透镜群、该第三透镜群及该第四透镜群各包含至少一塑胶透镜，该变焦镜头满足下列关系式：DG/fw<3.5，其中DG为该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群，以及该第四透镜群的厚度总和，fw为该变焦镜头在广角端的焦距。

2.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头满足以下条件：TTL/fw<15.5，其中，TTL是该变焦镜头在望远端的镜头总长，fw为该变焦镜头在广角端的焦距。

3.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头满足以下条件：ft/fw>9.5，其中，ft为该变焦镜头在望远端的焦距，fw为该变焦镜头在广角端的焦距。

4.根据权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头在广角端的一光圈值小于3.6、在望远端的一光圈值小于7.0。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜群、该第三透镜群及该第四透镜群各包含非球面透镜及自由曲面透镜的至少一个。

6.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜群包含三透镜，自物侧至像侧分别具有负、负及正屈光度，且最靠近像侧之一第三透镜的折射率大于1.6、阿贝数小于50。

7.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜群自物侧至像侧包含一具有正屈光度的第一透镜以及一具有负屈光度的第二透镜，该第一透镜的折射率小于1.6、阿贝数大于50，该第二透镜的折射率大于1.6、阿贝数小于50。

8.根据权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于，该第四透镜群包含折射率小于1.6、阿贝数大于50的一非球面塑胶透镜或自由曲面塑胶透镜。

9.一种变焦镜头，其特征在于，自物侧至像侧至少包含：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及一第四透镜群，其中该第二透镜群及该第三透镜群各包含非球面透镜及自由曲面透镜的至少一个，且该第二透镜群及该第三透镜群各包含一塑胶透镜，该变焦镜头满足下列关系式：DG/fw<3.5，其中DG为该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群，以及该第四透镜群的厚度总和，fw为该变焦镜头在广角端的焦距。

10.根据权利要求9所述的变焦镜头，其特征在于，该第四透镜群设置于该第三透镜群及该像侧之间，并包含一非球面塑胶透镜及/或自由曲面塑胶透镜。

11.一种变焦镜头，其特征在于，自物侧至像侧包含：具有正、负、正及正屈光度的一第一透镜群、一第二透镜群、一第三透镜群及一第四透镜群，其中该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群及该第四透镜群共包含多个非球面透镜及/或自由曲面透镜，以及多个塑胶透镜，该变焦镜头满足下列关系式：DG/fw<3.5，其中DG为该第一透镜群、该第二透镜群、该第三透镜群，以及该第四透镜群的厚度总和，fw为该变焦镜头在广角端的焦距。

12.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1、9或11任意一项所述的变焦镜头。