TW201303353A

TW201303353A - 變焦鏡頭

Info

Publication number: TW201303353A
Application number: TW100123919A
Authority: TW
Inventors: Hsiang-Ho Chou
Original assignee: Ability Entpr Co Ltd
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-16
Also published as: TWI490538B; US8681434B2; US20130010372A1

Abstract

提供一種變焦鏡頭。變焦鏡頭包括第一透鏡組、第二透鏡組與第三透鏡組。第一透鏡組包括至少一透鏡。第二透鏡組包括至少一透鏡。第一透鏡組、第二透鏡組與第三透鏡組係從物方側至像方側的方向依序排列。變焦鏡頭係滿足以下條件：NdA<1.65 NdB<1.65 GD2/GD1<1.35 NdA表示第一透鏡組之透鏡的折射率。NdB表示第二透鏡組之透鏡的折射率。GD1表示第一透鏡組沿著光軸上的厚度。GD2表示第二透鏡組沿著光軸上的厚度。

Description

變焦鏡頭

本發明係有關於光學鏡頭，特別係有關於變焦鏡頭。

相機的鏡頭對成像品質的結果佔有很重要的因素。鏡頭一般主要係分為定焦鏡頭與變焦鏡頭兩種。其中變焦鏡頭可根據需求調整焦距的特點，在使用上非常的便利，因此係廣泛的被應用。然而，目前的變焦鏡頭在設計與效能上仍有不足而需要突破的問題。比方說，變焦性能的倍率受限在約2.3以下。變焦鏡頭只適用較小尺寸的光圈，而無法採用口徑較大的光圈進行曝光，進而無法在攝像時獲取更具有立體感之影像效果。

本揭露係有關於變焦鏡頭，可具有倍率範圍大的變焦性能，且能適用口徑更大的光圈。

根據本揭露之一方面，提供一種變焦鏡頭。變焦鏡頭包括第一透鏡組、第二透鏡組與第三透鏡組。第一透鏡組包括至少一透鏡。第二透鏡組包括至少一透鏡。第一透鏡組、第二透鏡組與第三透鏡組係從物方側至像方側的方向依序排列。變焦鏡頭係滿足以下條件：

Nd^A<1.65

Nd^B<1.65

GD2/GD1<1.35

Nd^A表示第一透鏡組之透鏡的折射率。Nd^B表示第二透鏡組之透鏡的折射率。GD1表示第一透鏡組沿著光軸上的厚度。GD2表示第二透鏡組沿著光軸上的厚度。

下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖繪示一實施例中變焦鏡頭在廣角端與望遠端的配置方式。變焦鏡頭從物方側至像方側的方向依序包括第一透鏡組G1、第二透鏡組G2與第三透鏡組G3。第一透鏡組G1包括至少一折射率為Nd^A的透鏡。第二透鏡組G2包括至少一折射率為Nd^B的透鏡。變焦鏡頭係滿足以下條件：

Nd^A<1.65

Nd^B<1.65

GD2/GD1<1.35

其中GD1表示第一透鏡組G1沿著光軸上的厚度；GD2表示第二透鏡組G2沿著光軸上的厚度。

於實施例中，符合上述條件的變焦鏡頭亦可滿足以下條件：

fw表示變焦鏡頭在廣角端時的焦距。ft表示變焦鏡頭在望遠端時的焦距。FnoT表示變焦鏡頭在望遠端時的相對口徑。FnoW表示變焦鏡頭在廣角端時的相對口徑。

請參照第1圖，於實施例中，光闌S係配置在第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間。光闌S與第二透鏡組G2之間的距離係固定的。變焦鏡頭還包括成像面I與平板組P。平板組P包括互相平行擺設的蓋玻璃(Cover Glass)與濾光片(Filter)，其中濾光片可採用紅外線濾光片以濾除可見光以外的光束，例如是波長小於420nm及大於680nm之光束。

第一透鏡組G1從物方側到像方側依序包括第一透鏡L1與第二透鏡L2。於一實施例中，第一透鏡組G1具有負屈光度。第一透鏡L1具有負屈光度且為雙凹透鏡。第二透鏡L2為具有上述折射率Nd^A的透鏡。第二透鏡L2具有正屈光度且為凸面朝向物方側的凸凹透鏡。第二透鏡L2具有至少一非球面或自由曲面(free-from surface lens)，例如兩相對的表面皆為非球面或自由曲面，或其中一表面為非球面，另一表面為自由曲面。

第二透鏡組G2從物方側到像方側依序包括第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5與第六透鏡L6。於一實施例中，第二透鏡組G2具有正屈光度。第三透鏡L3具有正屈光度且為雙凸透鏡。第三透鏡L3具有至少一非球面或自由曲面，例如兩相對的表面皆為非球面或自由曲面，或其中一表面為非球面，另一表面為自由曲面。第四透鏡L4具有正屈光度且為雙凸透鏡。第五透鏡L5具有負屈光度且為雙凹透鏡。第四透鏡L4與第五透鏡L5係接合形成一接合鏡片。第六透鏡L6具有正屈光度且為凸面朝向物方側的凸凹透鏡。第六透鏡L6為具有上述折射率Nd^B的透鏡。第六透鏡L6具有至少一非球面或自由曲面，例如兩相對的表面皆為非球面或自由曲面，或其中一表面為非球面，另一表面為自由曲面。

第三透鏡組G3可具有正屈光度。第三透鏡組G3包括第七透鏡L7。於一實施例中，第七透鏡L7具有正屈光度且為雙凸透鏡。第七透鏡L7具有至少一非球面或自由曲面，例如兩相對的表面皆為非球面或自由曲面，或其中一表面為非球面，另一表面為自由曲面。

於實施例中，前述非球面透鏡或自由曲面透鏡之材質可以是塑膠或硝材。此外，每一自由曲面透鏡具有至少一連續光滑曲面，而透鏡的非球面係符合設計方程式：

其中Z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考距光軸的位移值；K為錐度常數(Conic Constant)；C=1/曲率半徑；Y表示鏡片高度；A_i表示i階非球面係數(ith Order Aspherical Coefficient)。

舉例來說，Σ(Ai*Yi)=A₄*Y⁴+A₆*Y⁶+A₈*Y⁸+A₁₀*Y¹⁰+A₁₂*Y¹²

其中A₄表示4階非球面係數(4th Order Aspherical Coefficient)，A₆表示6階非球面係數(6th Order Aspherical Coefficient)，以此類推。

於實施例中，該第一透鏡L1、該第三透鏡L3、該第四透鏡L4及該第五透鏡L5分別係一硝材透鏡，且該第二透鏡L2及該第六透鏡L6分別係一塑膠透鏡。具體而言，硝材透鏡是由玻璃材料所製成，特別是光學級的玻璃材料，利用研磨拋光或玻璃模造製程(Glass Molding Process，GMP)以製成；而塑膠透鏡可包含，但不限制於，聚碳酸脂(polycarbonate)、環烯烴共聚物(例如APEL)，以及聚酯樹脂(例如OKP4或OKP4HT)等，利用射出成型製成。

請參照第1圖，於實施例中，變焦鏡頭的變焦方法包括改變第一透鏡組G1與第二透鏡組G2之間的相對距離，且固定第三透鏡組G3的位置。舉例來說，變焦鏡頭從廣角端轉換成望遠端的方法係使第一透鏡組G1先朝像方側移動，然後再朝物方側移動，同時使第二透鏡組G2朝物方側移動。與第二透鏡組G2之間距離固定的光闌S係跟著第二透鏡組G2一起移動。於實施例中，第三透鏡組G3可以為一對焦透鏡，只有在進行聚焦動作時才會移動位置。

實施例之變焦鏡頭的參數與結果

表1顯示實施例中變焦鏡頭之透鏡L1至L7的屈光度、折射率(ND)、阿貝係數(VD)與材料，以及平板組P的折射率、阿貝係數與材料。

表2顯示實施例中變焦鏡頭之透鏡L1至L7之表面、光闌S、平板組P與成像面I的曲率半徑、有效直徑與距離。

在表2中，透鏡標示有R1的面為靠近物方側的面，標示有R2的面為靠近像方側的面。舉例來說，透鏡L1朝向物方側的面係編號L1R1，朝向像方側的面係編號L1R2，以此類推。面L1R1的距離係表示面L1R1與之後接著的面L1R2沿著光軸上之間的距離，以此類推。距離D1表示第一透鏡組G1與第二透鏡組D2沿著光軸上之間的距離，亦即第二透鏡L2之朝向像方側的面L2R2與第三透鏡L3之朝向物方側的面L3R1沿著光軸上之間的距離，其可調變的。可調變的距離D2表示第二透鏡組G2與第三透鏡組D3沿著光軸上之間的距離。可調變的距離D3表示第三透鏡組G3與平板組P之間的距離。

表3顯示非球面的4、6、8、10、12階非球面係數。於實施例中，錐度常數K為0。

表4顯示依據表1至表3之數據所設計的變焦鏡頭在廣角端與望遠端時的距離D1、D2與D3。

表5顯示依據表1至表4之數據所設計的變焦鏡頭在廣角端與望遠端時的焦距(f)、相對口徑(FNO)、半視角(half angle view;ω)、影像高度(Y)與透鏡總長(TL)。

依據表1至表4之數據所設計的變焦鏡頭在廣角端與望遠端時的球面像差(longitudinal spherical aberration)曲線圖係如第2A圖與第2B圖所示。圖中顯示於廣角端時，具有波長為587.5618nm與435.8300nm的光束其球面像差皆控制在±0.2mm範圍內；於望遠端時，具有波長為587.5618nm與435.8300nm的光束其球面像差皆控制在±0.2mm範圍內。

依據表1至表4之數據所設計的變焦鏡頭在廣角端與望遠端時的場曲(field curvature)曲線圖係如第3A圖與第3B圖所示。其中，曲線T、S分別顯示變焦鏡頭對於正切光束(Tangential Rays)與弧矢光束(Sagittal Rays)的像差。圖中顯示於廣角端時，波長為587.5618nm的光束其正切場曲值與弧矢場曲值均控制在±0.2mm範圍內；於望遠端時，正切場曲值與弧矢場曲值均控制在±0.2mm範圍內。

依據表1至表4之數據所設計的變焦鏡頭在廣角端與望遠端時的畸變(distortion)曲線圖係如第4A圖與第4B圖所示。圖中顯示於廣角端時，波長為587.5618nm的光束其畸變率控制在-20%~0範圍內；於望遠端時，畸變率控制在±2%範圍內。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

G1．．．第一透鏡組

G2．．．第二透鏡組

G3．．．第三透鏡組

GD1、GD2．．．厚度

L1．．．第一透鏡

L2．．．第二透鏡

L3．．．第三透鏡

L4．．．第四透鏡

L5．．．第五透鏡

L6．．．第六透鏡

L7．．．第七透鏡

S．．．光闌

P．．．平板組

I．．．成像面

第1圖繪示一實施例中變焦鏡頭在廣角端與望遠端的配置方式。

第2A圖為變焦鏡頭在廣角端時的球面像差曲線圖。

第2B圖為變焦鏡頭在望遠端時的球面像差曲線圖。

第3A圖為變焦鏡頭在廣角端時的場曲曲線圖。

第3B圖為變焦鏡頭在望遠端時的場曲曲線圖。

第4A圖變焦鏡頭在廣角端時的畸變曲線圖。

第4B圖變焦鏡頭在廣角端時的畸變曲線圖。

Claims

一種變焦鏡頭，包括：一第一透鏡組，包括至少一透鏡；一第二透鏡組，包括至少一透鏡；以及一第三透鏡組，其中該第一透鏡組、該第二透鏡組與該第三透鏡組係從物方側至像方側的方向依序排列，該變焦鏡頭係滿足以下條件：Nd^A<1.65Nd^B<1.65GD2/GD1<1.35Nd^A表示該第一透鏡組之該透鏡的折射率，Nd^B表示該第二透鏡組之該透鏡的折射率，GD1表示該第一透鏡組沿著光軸上的厚度，GD2表示該第二透鏡組沿著光軸上的厚度。
如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭係滿足以下條件： fw表示該變焦鏡頭在廣角端時的焦距，ft表示該變焦鏡頭在望遠端時的焦距。
如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭係滿足以下條件：FnoT/FnoW>2.36FnoT表示該變焦鏡頭在望遠端時的相對口徑，FnoW表示該變焦鏡頭在廣角端時的相對口徑。
如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該變焦鏡頭自廣角端至望遠端變焦的過程中，該第一透鏡組先朝像方側移動再朝物方側移動，且該第二透鏡組朝物方側直進。
如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中，該第一透鏡組從物方側到像方側依序包括一第一透鏡與一第二透鏡；該第二透鏡組從物方側到像方側依序包括一第三透鏡、一第四透鏡、一第五透鏡與一第六透鏡；以及該第三透鏡組包括一第七透鏡。
如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭，其中該第四透鏡與該第五透鏡係接合形成一接合鏡片。
如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡具有負屈光度，該第二透鏡具有正屈光度，該第三透鏡具有正屈光度，該第四透鏡具有正屈光度，該第五透鏡具有負屈光度，該第六透鏡具有正屈光度，該第七透鏡具有正屈光度。
如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡為雙凹透鏡，該第二透鏡為凸面朝向物方側的凸凹透鏡，該第三透鏡為雙凸透鏡，該第四透鏡為雙凸透鏡，該第五透鏡為雙凹透鏡，該第六透鏡為凸面朝向物方側的凸凹透鏡，該第七透鏡為雙凸透鏡。
如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡、該第三透鏡、該第四透鏡及該第五透鏡分別係一玻璃透鏡，且該第二透鏡及該第六透鏡分別係一塑膠透鏡。
如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭，其中該第二透鏡、該第三透鏡、該第六透鏡及該第七透鏡分別具有至少一非球面或至少一自由曲面，或分別具有一非球面及一自由曲面。
如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭，其中該該第二透鏡具有該折射率Nd^A，該第六透鏡具有該折射率Nd^B。
如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，其中該第一透鏡組具有負屈光度，該第二透鏡組具有正屈光度，該第三透鏡組具有正屈光度。
如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭，更包括一配置在該第一透鏡組與該第二透鏡組之間的光闌。