CN104049344A - 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，第二透镜群具有负屈光力，第三透镜群具有正屈光力，第四透镜群具有正屈光力。当变焦镜头由广角端变焦至望远程时，第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群及第四透镜群的间距改变。第一透镜群沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜及第二透镜，第一透镜群及第一透镜满足以下条件：-1.2<f_G1/f₁<-0.58，其中f_G1为第一透镜群的有效焦距，f₁为第一透镜的有效焦距。

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

消费型数字相机几乎都配备有变焦镜头，其变焦倍率(Zoom Ratio)从早期的2倍、3倍、5倍逐渐发展到10倍、12倍，近年来更是往20倍以上的高变焦倍率发展。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。

随着人们对各种不同应用场合的需求，变焦镜头逐渐走向高变焦倍率，此外，对影像质量的要求也愈来愈高，但，在要求高变焦倍率情况下又需具备良好光学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，针对现有技术中的变焦镜头无法兼顾高倍率和良好光学性能的缺陷，提供一种变焦镜头，其具有高变焦倍率，但是仍具有良好的光学性能。

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，第二透镜群具有负屈光力，第三透镜群具有正屈光力，第四透镜群具有正屈光力。当变焦镜头由广角端变焦至望远程时，第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群及第四透镜群的间距改变。其中，第一透镜群沿着光轴从物侧至像侧依序包括第一透镜及第二透镜，第一透镜群及第一透镜满足以下条件：-1.2<f_G1/f₁<-0.58，其中f_G1为第一透镜群的有效焦距，f₁为第一透镜的有效焦距。

其中第一透镜的阿贝系数大于35。

其中第一透镜具有负屈光力。

其中第二透镜的阿贝系数大于80。

其中第二透镜具有正屈光力。

其中第一透镜群可更包括第三透镜，且第一透镜、第二透镜以及第三透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列，第三透镜的阿贝系数大于80。

其中第三透镜具有正屈光力。

其中第一透镜群可更包括第四透镜，且第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列，第四透镜的阿贝系数大于80。

其中第四透镜具有正屈光力。

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。

实施本发明的变焦镜头，具有以下有益效果：可兼顾高变焦倍率和良好的光学性能。

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、第五透镜群G5、第六透镜群G6以及滤光片OF。使用时藉由各透镜群的间距D₄₅、D₈₉、D₉₁₀、D₁₂₁₃、D₁₄₁₅的改变可达到调整变焦镜头1的有效焦距，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，第五透镜群G5具有正屈光力，第六透镜群G6具有负屈光力。

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、第二透镜L2、第三透镜L3、以及第四透镜L4。第一透镜L1具有负屈光力，第二透镜L2具有正屈光力，第三透镜L3具有正屈光力，第四透镜L4具有正屈光力，第一透镜L1的像侧面S12与第二透镜L2的物侧面S21两者胶合。

第二透镜群G2沿着光轴OA从物侧至像侧依序包括第五透镜L5、第六透镜L6、第七透镜L7以及第八透镜L8。

第三透镜群G3包括第九透镜。

第四透镜群G4包括第十透镜L10、第十一透镜L11以及第十二透镜L12，第十一透镜L11的像侧面S121与第十二透镜L12的物侧面S121两者胶合。

第五透镜群G5包括第十三透镜L13以及第十四透镜L14。

第六透镜群G6包括第十五透镜L15。

光圈ST与第三透镜群G3的间距D_ST9固定不变。滤光片OF是由平板玻璃制成，其物侧面与像侧面皆为平面。

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需满足底下五条件：

Vd₁>35             (1)

-1.2<f_G1/f₁<-0.58  (2)

Vd₂>80             (3)

Vd₃>80             (4)

Vd₄>80             (5)

其中，Vd₁为第一透镜L1的阿贝系数，f_G1为第一透镜群G1的有效焦距，f₁为第一透镜L1的有效焦距，Vd₂为第二透镜L2的阿贝系数，Vd₃为第三透镜L3的阿贝系数，Vd₄为第四透镜L4的阿贝系数。

利用上述透镜与光圈ST的设计，使得变焦镜头1在高变焦倍率下，仍具有良好的光学性能。

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处于广角端时的有效焦距等于4.40mm，处于中间端时的有效焦距等于28.96mm，处于望远程时的有效焦距等于190.63mm，变焦镜头1的变焦倍率大约为43.32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：

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

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～F：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～F为非球面系数。

表二

本实施例的变焦镜头1，其中第一透镜L1的阿贝系数Vd₁=42.71，第一透镜群G1的有效焦距f_G1=74.29，第一透镜L1的有效焦距f₁=-79.01，第二透镜L2的阿贝系数Vd₂=81.55，第三透镜L3的阿贝系数Vd₃=81.55，第四透镜L4的阿贝系数Vd₄=81.55，由上述数据可得到f_G1/f₁=-0.940，皆能满足上述条件(1)至条件(5)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4F、图5D至5F以及图6D至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-0.08㎜至0.03㎜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0.08㎜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10.0%。由图4D、4E、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34μm。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19μm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-0.001㎜至0.07㎜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-0.04㎜至0.15㎜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1.5%。由图5D、5E、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47μm。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11μm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-0.04㎜至0.17㎜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-0.07㎜至0.36㎜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1.5%。由图6D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26μm。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-7μm至3μm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 (10)

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，该第一透镜群具有正屈光力；

第二透镜群，该第二透镜群具有负屈光力；

第三透镜群，该第三透镜群具有正屈光力；以及

第四透镜群，该第四透镜群具有正屈光力；

其中该变焦镜头由广角端变焦至望远程时，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的间距改变；

其中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，该第一透镜群以及该第一透镜满足以下条件：

-1.2<f_G1/f₁<-0.58

其中，f_G1为该第一透镜群的有效焦距，f₁为该第一透镜的有效焦距。

2.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜的阿贝系数大于35。

3.如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜具有负屈光力。

4.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜的阿贝系数大于80。

5.如权利要求4所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜具有正屈光力。

6.如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜群更包括第三透镜，且该第一透镜、该第二透镜以及该第三透镜沿着该光轴从该物侧至该像侧依序排列，该第三透镜的阿贝系数大于80。

7.如权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于，该第三透镜具有正屈光力。

8.如权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于，该第一透镜群更包括第四透镜，且该第一透镜、该第二透镜、该第三透镜以及该第四透镜沿着该光轴从该物侧至该像侧依序排列，该第四透镜的阿贝系数大于80。

9.如权利要求8所述的变焦镜头，其特征在于，该第四透镜具有正屈光力。

10.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。