CN107305285A - 变焦镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种变焦镜头，包含一第一透镜群、一第二透镜群以及一光圈，且光圈设于第一透镜群与第二透镜群之间。变焦镜头符合下列条件：0.1<Ic/TTLw<0.15及TTLw/EFLw≦10，其中Ic为成像圆的半径，TTLw为变焦镜头于广角端的镜头总长，且EFLw为变焦镜头于广角端的有效焦距。本发明的变焦镜头具有良好消像差能力，易于小型化且能提供较佳成像品质。

Description

变焦镜头
技术领域
本发明关于一种变焦镜头。
背景技术
随着现代视频技术的进步，例如投影机、数码摄影机及数码相机等影像装置已被普遍地使用，并被广泛地应用于各领域中。这些影像装置中决定影像品质的核心元件之一为镜头，因此，如何制造一小型化及高性能，且具备低像差、广视角、便宜、高解像力、及日夜共焦等特点的变焦镜头，是目前本领域的技术人员的重要课题之一。
发明内容
本发明提供一种变焦镜头，以提高变焦镜头的消像差能力、小型化及成像品质。本发明的其他目的和优点可以从本发明实施例所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
本发明的一实施例提出一种变焦镜头，包含一第一透镜群、一第二透镜群以及一光圈。第一透镜群与第二透镜群是由一方向依序设置，且光圈设于第一透镜群与第二透镜群之间。变焦镜头符合下列条件：0.1<Ic/TTLw<0.15及TTLw/EFLw≦10，其中Ic为成像圆的半径，TTLw为变焦镜头于广角端的镜头总长，且EFLw为变焦镜头于广角端的有效焦距。
本发明的另一实施例提出一种变焦镜头，包含：具负屈光度的一第一透镜群；具正屈光度的一第二透镜群；以及一光圈，设于该第一透镜群与该第二透镜群之间，其中该第二透镜群中最远离该光圈的最后两个具屈光度的透镜为非球面透镜，且该变焦镜头符合下列条件：1.7≦EFLt/EFLw≦3，其中EFLt为该变焦镜头于一望远端的有效焦距，且EFLw为该变焦镜头于一广角端的有效焦距。
本发明的再一实施例提出一种变焦镜头，包含：具屈光度的一第一透镜；具屈光度的一第二透镜；具屈光度的一第三透镜；具屈光度的一第四透镜；一光圈；具屈光度的一第五透镜；具屈光度的一第六透镜；具屈光度的一第七透镜；具屈光度的一第八透镜；以及具屈光度的一第九透镜，其中该第三透镜及该第四透镜形成一第一双胶合透镜，该第六透镜及该第七透镜形成一第二双胶合透镜，且该变焦镜头符合下列条件：0.1<Ic/TTLw<0.15，其中Ic为一成像圆的半径，且TTLw为该变焦镜头于一广角端的镜头总长。
藉由本发明实施例的设计，变焦镜头可具有至少一胶合透镜以平衡色差，且可具有至少一非球面透镜以减少像差及镜头总长，再者，变焦镜头可具有较少的透镜数目及较广的视场角。另外，变焦镜头因色差可被修正故可缩小可见光与红外光焦平面位移量，使变焦镜头具有良好的日夜共焦特性。因此，可提供一种具有良好消像差能力、易于小型化且能提供较佳成像品质的变焦镜头设计。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1A及图1B分别是本发明一实施例的变焦镜头于广角端与望远端的示意图。
图2A及图3A为图1A的变焦镜头的成像光学模拟数据图，且图2B及图3B为图1B的变焦镜头的成像光学模拟数据图。
图4为本发明另一实施例的变焦镜头的示意图。
图5A及图6A为图4的变焦镜头于广角端的成像光学模拟数据图，且图5B及图6B为图4的变焦镜头于望远端的成像光学模拟数据图。
图7为本发明另一实施例的变焦镜头的示意图。
图8A及图9A为图7的变焦镜头于广角端的成像光学模拟数据图，且图8B及图9B为图7的变焦镜头于望远端的成像光学模拟数据图。
图10为本发明一实施例的取像装置的示意图。
符号说明：
10 光学透镜
10a、10b、10c 变焦镜头
12 光轴
14 光圈
16 影像感测器
20 第一透镜群
30 第二透镜群
100 取像装置
104 滤镜切换组件
104a 外线截止滤镜
104b 抗反射镀膜片
104c 驱动装置
106 影像感测器
108 影像信号处理器
d1、d2 可变间距
L1-L9 透镜
S1-S17 表面
TTLw 广角端镜头总长
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
本发明一实施例的变焦镜头包含具负屈光度的第一透镜群及具正屈光度第二透镜群。本发明一实施例的变焦镜头可满足下列条件：
0.1<Ic/TTLw<0.15，其中Ic为成像圆的半径，TTLw为变焦镜头于广角端的镜头总长。镜头总长可定义为第一透镜的放大侧表面至影像感测平面两者于光轴上的距离。举例而言，如图1A所示，镜头总长TTLw等于影像感测器16及变焦镜头10a于广角端下第一透镜L1的放大侧表面S1两者的光轴上的距离。假设变焦镜头被设计为Ic/TTLw<0.1，镜头总长会过大而导致整个镜头组件难以小型化。再者，于另一实施例中，变焦镜头可满足如下条件：0.1<Ic/TTLw<0.12。
本发明一实施例的变焦镜头可满足下列条件：
TTLw/EFLw≦10，其中TTLw为变焦镜头于广角端的镜头总长，且EFLw为变焦镜头于广角端的有效焦距。当变焦镜头被设计为TTLw/EFLw≦10，变焦镜头的镜头总长可被有效控制以利于镜头小型化设计。再者，于一实施例中，变焦镜头的镜头总长可小于33.2mm。
于一实施例中，变焦镜头的变倍比范围可为1.7-3，亦即变焦镜头可满足下列条件：
1.7≦EFLt/EFLw≦3，其中EFLt为为变焦镜头于望远端的有效焦距，且EFLw为变焦镜头于广角端的有效焦距。于另一实施例中，变焦镜头可满足如下条件：2≦EFLt/EFLw≦3。
于一实施例中，变焦镜头的光圈值(F number)范围为1.8(广角端)至2.48(望远端)。再者，变焦镜头的红外光焦平面位移量可小于0.02mm。
藉由本发明实施例的设计，可提供一种具有良好消像差能力、易于小型化且能提供较佳成像品质的变焦镜头设计。
图1A及图1B分别是本发明一实施例的变焦镜头于广角端与望远端的示意图。请参照图1A及图1B，在本实施例中，变焦镜头10a包含一第一透镜群20、一第二透镜群30以及位于第一透镜群20和第二透镜群30之间的光圈14。于此“透镜群”用语仅为便于描述之用而非限制本发明，且该用语并无限定透镜的分群方式的含义。第一透镜群20与第二透镜群30可相对光圈14移动以于广角端与望远端之间切换。详言之，当第一透镜群20与第二透镜群30朝接近彼此的方向移动时，变焦镜头10a由广角端往望远端切换，此时变焦镜头10a的可变间距d1会变小，且可变间距d2会变大。反之，当第一透镜群20与第二透镜群30朝远离彼此的方向移动时，变焦镜头10a由望远端往广角端切换，此时变焦镜头10a的可变间距d1会变大，且可变间距d2会变小。于一实施例中，第一透镜群20可沿光轴12方向移动以进行调焦操作，且第二透镜群30可沿光轴12方向移动以进行缩放操作。
第一透镜群20具有负屈光度，且第二透镜群30具有正屈光度。第一透镜群20包含沿光轴12从放大侧(图1A的左侧)往缩小侧(图1A的右侧)依序排列的透镜L1、L2、L3及L4，第二透镜群30包含沿光轴12从放大侧往缩小侧依序排列的透镜L5、L6、L7、L8及L9。透镜L1-L9的屈光度分别为负、负、负、正、正、负、正、负及正。于本实施例中，第二透镜群30中最远离光圈14的最后两个透镜L8及L9为非球面透镜。透镜L3及透镜L4可形成双胶合透镜，且透镜L6及透镜L7可形成另一双胶合透镜。
值得注意的是，胶合透镜中的两相邻透镜的相邻两面具有相同的曲率半径，且胶合透镜的相邻两面可利用不同的方式贴合，例如以光学胶涂布在相邻两面间胶合、以机构件将相邻两面压合等方式而不限定。
于变焦镜头10a中，透镜L1具有一放大侧凹面S1及一缩小侧凹面S2，透镜L2具有一放大侧凹面S3及一缩小侧凹面S4，透镜L3具有一放大侧凹面S5，透镜L4具有一放大侧凸面S6及一缩小侧凹面S7，透镜L5具有一放大侧凸面S8及一缩小侧凸面S9，透镜L6具有一放大侧凸面S10，透镜L7具有一放大侧凸面S11及一缩小侧凸面S12，透镜L8具有一放大侧凹面S13及一缩小侧凹面S14，且透镜L9具有一放大侧凸面S15及一缩小侧凸面S16。
变焦镜头10a的透镜设计参数如表一及表二所示。然而，下文中所列举的资料并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明的范畴内。再者，于表2、5及8中，红外光焦平面偏移量的值可由量测红外光成像面(波长＝850nm)与可见光成像面(波长＝588nm)两者的距离而得。
表一
d1 d2
广角端 8.40 5.71
望远端 0.81 8.81
表二
再者，于本发明如下的各个设计实例中，非球面多项式可用下列公式表示：
上述的公式中，x为光轴12方向的偏移量(sag)，c’是密切球面(osculatingsphere)的半径的倒数，也就是接近光轴12处的曲率半径的倒数，k是二次曲面系数，y是非球面高度，即为从透镜中心往透镜边缘的高度。A-G分别代表非球面多项式的各阶非球面系数。表三列出镜头表面的各阶非球面系数及二次曲面系数值。
表三
K A B C
S13 0 -2.64E-03 2.54E-04 -8.21E-06
S14 0 -2.44E-03 3.18E-04 -1.30E-05
S15 0 -1.24E-03 5.19E-05 -1.15E-06
S16 0 4.74E-04 -2.72E-06 6.01E-07
图2A及图3A为图1A的变焦镜头的成像光学模拟数据图，且图2B及图3B为图1B的变焦镜头的成像光学模拟数据图。图2A及图2B为于不同视场下的光线扇形图，需注意这些光线扇形图中描绘的曲线分别对应波长为486nm、588nm、656nm或850nm的光线，且其中X轴为光线通过入瞳的位置，Y轴为主光线投射至像平面的位置的相对数值。图3A及图3B分别显示广角端及望远端不同波长下的焦平面偏移量值，由图3A及图3B可看出可见光与红外光的焦平面偏移量值相当小，由此可验证本实施例的变焦镜头具有良好的日夜共焦特性。
如图4所示，本发明的另一实施例的变焦镜头10b包含透镜L1-L9(屈光度分别为负、正、负、正、正、负、正、正及负)。透镜L3及透镜L4形成双胶合透镜，且透镜L6及透镜L7形成另一双胶合透镜。透镜L5、L8及L9为非球面透镜。变焦镜头10b的透镜设计参数如表四及表五所示，且非球面透镜的非球面系数如表六所示。
表四
表五
表六
K A B C D
S8 0 -2.41E-03 -4.73E-05 -5.49E-06 3.57E-07
S9 0 -1.89E-03 2.52E-06 -4.87E-06 3.23E-07
S13 0 -2.06E-03 -5.64E-05 3.30E-06 0
S14 0 -7.73E-04 -7.85E-05 5.80E-06 -1.00E-07
S15 0 2.36E-03 -4.32E-04 2.28E-05 -4.64E-07
S16 0 1.89E-03 -4.67E-04 2.41E-05 -4.50E-07
图5A及图6A为变焦镜头10b于广角端的成像光学模拟数据图，且图5B及图6B为变焦镜头10b于望远端的成像光学模拟数据图。图5A及图5B为于不同视场下的光线扇形图。图6A及图6B显示不同波长下的焦平面偏移量值，由图6A及图6B可看出可见光与红外光的焦平面偏移量值相当小，由此可验证本实施例的变焦镜头具有良好的日夜共焦特性。
如图7所示，本发明的另一实施例的变焦镜头10c包含透镜L1-L8(屈光度分别为负、负、正、负、正、正、负及正)。透镜L2及透镜L3形成双胶合透镜，且透镜L4、L5及L7为非球面透镜。变焦镜头10c的透镜设计参数如表七及表八所示，且非球面透镜的非球面系数如表九所示。
表七
d1 d2
广角端 10.62 6.29
望远端 0.31 11.37
表八
表九
图8A及图9A为变焦镜头10c于广角端的成像光学模拟数据图，且图8B及图9B为变焦镜头10c于望远端的成像光学模拟数据图。图8A及图8B为于不同视场下的光线扇形图。图9A及图9B显示不同波长下的焦平面偏移量值，由图9A及图9B可看出可见光与红外光的焦平面偏移量值相当小，由此可验证本实施例的变焦镜头具有良好的日夜共焦特性。
上述各个模拟数据图所显示出的图形均在标准的范围内，由此可验证本实施例的变焦镜头确实能够兼具良好的光学成像品质及日夜共焦的特性。
依上述实施例的设计，变焦镜头可具有至少一胶合透镜以平衡色差，且可具有至少一非球面透镜以减少像差及镜头总长，再者，变焦镜头可具有较少的透镜数目及较广的视场角。另外，变焦镜头因色差可被修正故可缩小可见光与红外光焦平面位移量，使变焦镜头具有良好的日夜共焦特性。
图10为本发明一实施例的取像装置的示意图。如图10所示，取像装置100可包含一光学透镜10、一滤镜切换组件104、一影像感测器106、及一影像信号处理器108。滤镜切换组件104可包含一红外线截止滤镜104a、一抗反射镀膜片104b及一驱动装置104c。驱动装置104c可将红外线截止滤镜104a或抗反射镀膜片104b切换至光学透镜10与影像感测器106之间。影像感测器106将通过光学透镜10、红外线截止滤镜104a或抗反射镀膜片104b的影像资讯转换为电子信号，影像信号处理器108再将电子信号转换为影像信号并传送至闭路电视(CCTV)或监控系统(未图示)。红外线截止滤镜104a或抗反射镀膜片104b可由具一定厚度的玻璃所构成。若上述实施例的变焦镜头10a、10b或10c作为该光学透镜10，因变焦镜头10a、10b或10c的可见光与红外光的焦平面偏移量相当小，外线截止滤镜104a或抗反射镀膜片104b可具有实质相同的厚度。
需注意表一至表九列出的参数仅为例示之用而非限制本发明。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种变焦镜头，其特征在于，包含：
一第一透镜群与一第二透镜群，该第一透镜群与该第二透镜群是由一方向依序设置；以及
一光圈，设于该第一透镜群与该第二透镜群之间，该变焦镜头符合下列条件：
0.1<Ic/TTLw<0.15；及
TTLw/EFLw≦10，其中Ic为一成像圆的半径，TTLw为该变焦镜头于一广角端的镜头总长，且EFLw为该变焦镜头于该广角端的有效焦距。
2.如权利要求1中所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头满足下列条件之一：
(1)该第一透镜群中最远离该光圈的透镜具有一放大侧凹面；
(2)该第二透镜群中最远离该光圈的最后两个具屈光度的透镜为非球面透镜。
3.一种变焦镜头，其特征在于，包含：
具屈光度的一第一透镜；
具屈光度的一第二透镜；
具屈光度的一第三透镜；
具屈光度的一第四透镜；
一光圈；
具屈光度的一第五透镜；
具屈光度的一第六透镜；
具屈光度的一第七透镜；
具屈光度的一第八透镜；以及
具屈光度的一第九透镜，其中该第三透镜及该第四透镜形成一第一双胶合透镜，该第六透镜及该第七透镜形成一第二双胶合透镜，且该变焦镜头符合下列条件：
0.1<Ic/TTLw<0.15，其中Ic为一成像圆的半径，且TTLw为该变焦镜头于一广角端的镜头总长。
4.一种变焦镜头，其特征在于，包含：
具负屈光度的一第一透镜群；
具正屈光度的一第二透镜群；以及
一光圈，设于该第一透镜群与该第二透镜群之间，其中该第二透镜群中最远离该光圈的最后两个具屈光度的透镜为非球面透镜，且该变焦镜头符合下列条件：
1.7≦EFLt/EFLw≦3，其中EFLt为该变焦镜头于一望远端的有效焦距，且EFLw为该变焦镜头于一广角端的有效焦距。
5.如权利要求1至4任一项中所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头满足下列条件之一：
(1)该变焦镜头的一镜头总长小于33.2mm；
(2)该变焦镜头的光圈值范围为1.8至2.48。
6.如权利要求1至4任一项中所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头的红外光焦平面位移量小于0.02mm。
7.如权利要求1或2或4中所述的变焦镜头，其特征在于，该第二透镜群具有至少一胶合透镜。
8.如权利要求1或2或4中所述的变焦镜头，其特征在于，该变焦镜头满足下列条件之一：
(1)该第一透镜群由一放大侧至一缩小侧依序包含：
具负屈光度的一第一透镜；
具屈光度的一第二透镜；
具屈光度的一第三透镜；及
具屈光度的一第四透镜；
(2)该第二透镜群由该放大侧至该缩小侧依序包含：
具正屈光度的一第五透镜；
具屈光度的一第六透镜；
具屈光度的一第七透镜；及
具屈光度的一第八透镜。
9.如权利要求8中所述的变焦镜头，其特征在于，还包含：
具正屈光度的一第九透镜。
10.如权利要求1至4任一项中所述的变焦镜头，其特征在于，还包含：
一红外线截止滤镜及一抗反射镀膜片，其中该红外线截止滤镜及该抗反射镀膜片可分别切换至该第二透镜群与一影像感测器之间，且该红外线截止滤镜及该抗反射镀膜片具有实质相同的厚度。
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