CN1924632A - 变焦镜头 - Google Patents

Abstract

一种变焦镜头，从物端到成像端依次包括具有负屈光率的第一透镜组、具有正屈光率的第二透镜组及具有正屈光率的第三透镜组。第一、第二透镜组之间的距离变化时，实现变倍的功能；以及藉由改变第三透镜组在光轴上的位置达到对焦效果。第一透镜组包括至少两个负透镜，邻近第二透镜组的负透镜以塑料制成并且满足以下条件：0.08<｜R1/R2｜<0.52。其中，R1为该负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径，R2为该负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。

Description

变焦镜头

技术领域

本发明涉及一种变焦镜头，特别是关于一种应用于摄像装置且重量轻的变焦镜头。

背景技术

现有技术中，具有三群透镜组的变焦镜头已被广泛应用于数码照相装置中。该等变焦镜头从物端到成像端依次包括负屈光率的第一透镜组、正屈光率的第二透镜组，以及正屈光率的第三透镜组。

近来，数码照相装置的发展快速，并且趋于小型化。同时，数码照相装置内的摄像组件，例如CCD，也趋于高像素。因此，为克服光学像差，变焦镜头的设计也日趋严格。例如，日本公开专利申请第2000-284177号揭示了一种变焦镜头，其可以藉由第三透镜组快速对焦以获得清晰影像并修正像差。

然而，当摄像组件的像素越来越多并且每一像素的尺寸越来越小时，修正球面像差的必要性就越趋于重要。然而，上述日本公开专利申请案仅可修正畸变像差及场曲像差，但对于修正球面像差却已无法满足现在的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻巧型的变焦镜头，其使用至少两枚塑料制成的透镜以减少变焦镜头的重量；同时，可修正各种光学像差以获得极佳的影像。

为实现上述目的，本发明变焦镜头，从物端到成像端依次包括负屈光率的第一透镜组、正屈光率的第二透镜组及正屈光率的第三透镜组；藉由该等透镜组在光轴上的位置变化可实现变焦。第一透镜组具有至少两枚负透镜，其中邻近第二透镜组的负透镜为塑料制成；第二透镜组从物端到成像端依次包括正透镜、负透镜及正透镜，其中邻近第三透镜组的正透镜为塑料制成。

第一透镜组从物端到成像端依次包括一第一负透镜、一第二正透镜与一第三负透镜。第三负透镜为塑料制成。较佳地，第三负透镜为非球面塑料透镜，且邻近第二透镜组设置。

在本发明变焦镜头中，邻近第二透镜组的第三负透镜必须满足以下条件：

$0.08<\left|\frac{R1}{R2}\right|<0.52$

其中，R1为该负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径，R2为该负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。

第二透镜组从物端到成像端依次包括一第四正透镜、一第五负透镜及一第六正透镜，且第六正透镜为塑料制成的非球面透镜。其中，快门及光阑设置于第一透镜组与第二透镜组之间。

第三透镜组包括一第七正透镜。较佳地，第七正透镜为塑料制成的非球面透镜。

本发明变焦镜头需进一步满足以下条件：

$0.14<\frac{\mathrm{fG}1\&times;\mathrm{fG}3}{\mathrm{fL}3\&times;\mathrm{fL}6}<0.31$

其中，fG1为第一透镜组的焦距，fG3为第三透镜组的焦距，fL3为第三负透镜的焦距，fL6为第六正透镜的焦距。

本发明变焦镜头需进一步满足以下条件：

$1.85<\frac{\mathrm{fW}\&times;\mathrm{LW}}{\mathrm{fT}\&times;Y}<2.21$

其中，fW为广角端焦距，fT为望远端焦距，Y为成像面的最大对角像高，LW为镜头在广角端的全长。

如上所述，与现有技术相比，本发明使用了至少两枚塑料制成的透镜，使得本发明变焦镜头具有重量轻的优点。较佳地，第二正透镜、第三负透镜、第六正透镜及第七正透镜均使用塑料制成。同时，本发明变焦镜头具有极佳的成像品质。

以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1A为本发明变焦镜头在广角端的状态图；

图1B为本发明变焦镜头在望远端的状态图；

图2A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的散光像差；

图2B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的散光像差；

图2C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的散光像差；

图3A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的畸变像差；

图3B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的畸变像差；

图3C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的畸变像差；

图4A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的球面像差；

图4B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的球面像差；

图4C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的球面像差；

图5A为本发明变焦镜头在收光角度为60度时的倍率色像差；

图5B为本发明变焦镜头在收光角度为34度时的倍率色像差；

图5C为本发明变焦镜头在收光角度为23度时的倍率色像差；

图6A为本发明变焦镜头在收光角度为60度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差；

图6B为本发明变焦镜头在收光角度为34度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差；

图6C为本发明变焦镜头在收光角度为23度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差。

具体实施方式

本发明变焦镜头可以应用于影像撷取装置，用来将目标物成像于影像感测组件，如电荷耦合组件(Charge Coupled Device，简称CCD)。该变焦镜头从物端到成像端依次包括具有负屈光度的第一透镜组、具有正屈光度的第二透镜组及具有正屈光度的第三透镜组。第一透镜组具有至少两枚负透镜，其中一枚负透镜为邻近第二透镜组设置。藉由该等透镜组在光轴上的位置变化实现变焦。

本发明变焦镜头中，第一透镜组从物端到成像端依次包括第一负透镜、第二正透镜及第三负透镜，且第三负透镜为塑料制成。较佳地，第三负透镜为一非球面负透镜。

本发明变焦镜头中，第二透镜组从物端到成像端依次包括第四正透镜、第五负透镜及第六正透镜，且第六正透镜为塑料制成。较佳地，第六正透镜为一非球面正透镜；第四正透镜与第五负透镜彼此黏合。本发明变焦镜头的孔径光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间，并且与第二透镜组结合。

本发明变焦镜头中，第三透镜组至少包括一第七正透镜。较佳地，第七正透镜以塑料制成，且其朝向物端的表面为非球面。

当变焦镜头在广角状态及望远状态之间进行变焦时，该等透镜组之间的距离在光轴上产生变化；其中，第一透镜组的第三负透镜必须满足以下条件：

$0.08<\left|\frac{R1}{R2}\right|<0.52......\left(1\right)$

其中，R1为第三负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径，R2为第三负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。当|R1/R2|大于条件(1)的上限值时，变焦镜头的广角范围会减少。当|R1/R2|小于条件(1)的下限值时，第一表面的曲率半径R1值过小且第三负透镜的第一表面越凹，使得变焦镜头的畸变像差(distortion aberration)越趋恶化而降低成像品质。

此外，本发明变焦镜头进一步满足以下条件：

$0.14<\frac{\mathrm{fG}1\&times;\mathrm{fG}3}{\mathrm{fL}3\&times;\mathrm{fL}6}<0.31......\left(2\right)$

其中，fG1为第一透镜组的焦距，fG3为第三透镜组的焦距，fL3为第三负透镜的焦距，fL6为第六正透镜的焦距。当分母fL3×fL6越来越小且条件(2)的值大于其上限值时，将使得变焦镜头的系统像差越趋恶化而降低成像品质。当分子fG1×fG3越来越小且条件(2)的值小于其下限值时，变焦镜头的广角范围会减少。

另外，本发明变焦镜头进一步满足以下条件：

$1.85<\frac{\mathrm{fW}\&times;\mathrm{LW}}{\mathrm{fT}\&times;Y}<2.21......\left(3\right)$

其中，fW为广角端焦距，fT为望远端焦距，Y为成像面的最大像高，LW为镜头在广角端的全长。当条件(3)的值大于其上限值时，在广角状态的变焦镜头长度过长，而无法获得短小的变焦镜头。当条件(3)的值小于其下限值时，每一枚镜片的厚度误差与间隔距离的误差趋于严格，从而使得变焦镜头的制造趋于困难。

本发明变焦镜头的第一、第二、第三透镜组均具有塑料镜片，具有重量轻且低成本的优点。

有关本发明的详细说明及技术内容，现就结合附图说明如下：

<发明详细说明>

如图1所示，本发明变焦镜头从物端到成像端依次包括负屈光率的第一透镜组G1、正屈光率的第二透镜组G2及正屈光率的第三透镜组G3。该变焦镜头的系统焦距长度f＝1.06mm至3.00mm，且Fno.＝2.66至4.65。如图1A与1B所示，藉由该等透镜组之间的距离在光轴OA上的变化，可使本发明变焦镜头在广角状态W及望远状态T之间实现变焦。

第一透镜组G1从物端到成像端依次包括凹面朝向成像端的第一负透镜L1、第二正透镜L2及凹面朝向物端的第三负透镜L3；且第二正透镜L2与第三负透镜L3均以塑料制成。第一透镜组G1具有第一焦距长度fG1＝-2.60mm。第三负透镜L3为非球面负透镜；较佳地，第三负透镜L3采用塑料制成。

第二透镜组G2从物端到成像端依次包括第四正透镜L4、与第四正透镜L4黏合的第五负透镜L5，以及第六正透镜L6。第二透镜组G2具有第二焦距长度fG2＝2.06mm。第六正透镜L6为非球面正透镜，并采用塑料制成。

第三透镜组G3包括一第七正透镜L7，该第七正透镜L7朝向物端的表面R71为非球面，用以修正变焦镜头的场曲像差。第三透镜组G3具有第三焦距长度fG3＝3.90mm。第七正透镜L7也采用塑料制成。

在本发明实施例中，变焦镜头的第一、第二及第三透镜组的各项参数依次列于表1中：

表1
					系统焦距长度f＝1.06～3.00mm；Fno.＝2.66～4.65
表面序号	曲率半径(mm)	厚度(mm)	折射率(Nd)	阿贝系数(Vd)
					R11	4.2648100	0.1796690	1.772499	49.60
R12	0.8832286	0.3892301	1.000000
					R21	4.6163017	0.4083391	1.585470	29.91
R22	-2.9756061	0.0199137	1.000000
					R31	-2.3126692	0.1796692	1.491756	57.44
R32	-4.5000200	D1	1.000000
					STO.	∞	0.0980000	1.000000
R41	0.8952912	0.5635080	1.719995	50.40
					R51	-5.0000000	0.1960028	1.784723	26.00
R52	1.0315452	0.1068768	1.000000
					R61	0.8266974	0.2774717	1.491756	57.44
R62	1.3230124	D2	1.000000
					R71	12.9320322	0.3021709	1.491756	57.44
R72	-2.2321878	D3	1.000000
					R81	∞	0.13	1.516330	64.10
R82	∞	0.13	1.000000
					IMA.

此外，本发明实施例中，第一透镜组G1的第三负透镜L3和表面序号R31、R32、第二透镜组G2的第六正透镜L6的表面序号R61、R62以及第三透镜组G3的第七正透镜L7的表面序号R71为非球面，其非球面相关数值依次列于表2：

表2
						表面序号	K	E4	E6	E8	E10
R31	0.00000	8.57065E-02	1.94080E-01	-7.11124E-01	1.03541E-00
						R32	0.00000	-3.46896E-02	6.01380E-02	-5.61950E-01	7.06846E-01
R61	-2.69616	1.56876E-01	-7.24868E-01	-7.27635E+00	-1.51845E+01
						R62	0.00000	4.11909E-01	2.92265E-01	-9.45364E+00	-2.50490E+00
R71	0.00000	9.61713E-02	-1.52447E-01	-2.67194E-01	7.21779E-01

在本发明实施例中，当变焦镜头在广角状态W及望远状态T之间进行变焦时，该等透镜组之间的距离在光轴上产生变化；其中，第一透镜组G1与第二透镜组G2之间的第一距离为D1，第二透镜组G2与第三透镜组G3之间的第二距离为D2，第三透镜组G3与成像端之间的第三距离为D3。第一距离D1、第二距离D2及第三距离D3依次列于表3：

表3
					第一距离D1	第二距离D2	第三距离D3
广角端(fW＝1.06)	2.8035092	0.8392842	0.5463907
				中间区段(f＝1.98)	0.9328317	1.8410777	0.3882575
望远端(fT＝3.00)	0.1671032	2.8146613	0.2703975

根据表1，将第三负透镜L3第一表面R31的曲率半径R1与第二表面R32的曲率半径R2代入|R1/R2|，可得|R1/R2|＝0.51，确实符合条件(1)。

根据表1，可知第三负透镜的焦距fL3＝-9.94mm；以及第六正透镜的焦距fL6＝3.78mm。将fG1、fG3、fL3及fL6代入

可得 $\frac{\mathrm{fG}1\&times;\mathrm{fG}3}{\mathrm{fL}3\&times;\mathrm{fL}6}=0.27,$ 确实符合条件(2)。

根据表3，可知变焦镜头在广角端的全长LW＝7.21mm；以及变焦镜头在成像面上的最大对角像高Y＝1.23mm。将fW、fT、LW及Y代入

可得 $\frac{\mathrm{fW}\&times;\mathrm{LW}}{\mathrm{fT}\&times;Y}=2.07,$ 确实符合条件(3)。

图2A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的散光像差(astigmatism aberration)；图2B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的散光像差；图2C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的散光像差。根据图2A至2C所示，该变焦镜头在广角端至望远端的散光像差均位于0.05mm范围内。

图3A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的畸变像差(distortion aberration)；图3B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的畸变像差；图3C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的畸变像差。根据图3A至3C所示，该变焦镜头在广角端至望远端的畸变像差量均位于5％范围内。

图4A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的球面像差(spherical aberration)；图4B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的球面像差；图4C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的球面像差。根据图4A至4C所示，该变焦镜头在广角端至望远端的球面像差均位于0.05mm范围内。

图5A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度时的倍率色像差(lateral chromatic aberration)；图5B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度时的倍率色像差；图5C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度时的倍率色像差。根据图5A至5C所示，该变焦镜头在广角端至望远端的倍率色像差均位于0.005μm范围内。

图6A显示本发明变焦镜头在收光角度为60度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差(ray aberration，又称ray fans)；图6B显示本发明变焦镜头在收光角度为34度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差；图6C显示本发明变焦镜头在收光角度为23度且像高分别为0Y、0.5Y及0.7Y时的光线像差。根据图6A至6C所示，该变焦镜头在广角端至望远端的光线像差相当平坦。

由以上可知，本发明变焦镜头具有极佳的成像品质；虽然第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组内均使用了塑料射出成型的透镜，但并不会因温度变化而使成像品质恶化。

参考图1及表1，本发明变焦镜头的孔径光阑STO位于第一透镜组G1与第二透镜组G2之间，并与第二透镜组G2结合。

综上所述，本发明使用了至少两枚塑料制成的透镜，使得本发明变焦镜头具有重量轻的优点。较佳地，第二正透镜、第三负透镜、第六正透镜及第七正透镜均使用塑料制成。同时，本发明变焦镜头具有极佳的成像品质。

Claims (9)

1、一种变焦镜头，从物端到成像端在光轴上依次包括负屈光率的第一透镜组，正屈光率的第二透镜组以及正屈光率的第三透镜组，第一、第二及第三透镜组之间的距离在光轴上可变化以实现变焦，其特征在于：该第一透镜组自物端至成像端依次包括第一负透镜、第二正透镜及以塑料制成的第三负透镜；该第二透镜组自物端至成像端依次包括第四正透镜、与第四正透镜黏合的第五负透镜，以及第六正透镜；该第三透镜组包括第七正透镜；且该变焦镜头满足以下条件：

$0.08<\left|\frac{R1}{R2}\right|<0.52$

其中，R1为第三负透镜朝向物端的第一表面的曲率半径，R2为第三负透镜朝向成像端的第二表面的曲率半径。

2、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头进一步满足以下条件：

$0.14<\frac{\mathrm{fG}1\&times;\mathrm{fG}3}{\mathrm{fL}3\&times;\mathrm{fL}6}<0.31$

其中，fG1为第一透镜组的焦距，fG3为第三透镜组的焦距，fL3为第一透镜组的第三负透镜的焦距，fL6为第二透镜组的第六正透镜的焦距。

3、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头进一步满足以下条件：

$1.85<\frac{\mathrm{fW}\&times;\mathrm{LW}}{\mathrm{fT}\&times;Y}<2.21$

其中，fW为该变焦镜头在广角端的焦距，LW为该变焦镜头在广角端的长度，fT为该变焦镜头在望远端的焦距，Y为成像端的最大像高。

4、如权利要求2所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头进一步满足以下条件：

$1.85<\frac{\mathrm{fW}\&times;\mathrm{LW}}{\mathrm{fT}\&times;Y}<2.21$

其中，fW为该变焦镜头在广角端的焦距，LW为该变焦镜头在广角端的长度，fT为该变焦镜头在望远端的焦距，Y为成像端的最大像高。

5、如权利要求1所述的变焦镜头，其特征在于该第三负透镜的至少一表面为非球面。

6、如权利要求5所述的变焦镜头，其特征在于该第六正透镜以塑料制成，且其至少一表面为非球面。

7、如权利要求6所述的变焦镜头，其特征在于该第七正透镜以塑料制成，且其朝向物端的表面为非球面。

8、如权利要求7所述的变焦镜头，其特征在于该第二正透镜以塑料制成。

9、如权利要求8所述的变焦镜头，其特征在于该变焦镜头进一步包括一孔径光阑，该孔径光阑位于第一透镜组与第二透镜组之间。

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