TW201316030A - 變焦鏡頭及成像裝置 - Google Patents

Abstract

一種變焦鏡頭，包括沿光軸從物側到像側方向依次設置的一個正光焦度的第一透鏡組、一個負光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組以及一個正光焦度的第四透鏡組。該變焦鏡頭滿足條件式0.15<|L3|/Lt<0.25，其中，L3為所述變焦鏡頭由廣角狀態到望遠狀態切換過程中所述第三透鏡組沿光軸的移動量，Lt為所述變焦鏡頭處於望遠狀態時，所述第一透鏡組的靠近物側的表面沿光軸到所述變焦鏡頭成像面的長度。本發明還涉及一種具有所述變焦鏡頭的成像裝置。

Description

變焦鏡頭及成像裝置

本發明涉及一種變焦鏡頭及具有該變焦鏡頭的成像裝置，尤其涉及一種變焦鏡頭及具有該變焦鏡頭的成像裝置。

隨著技術的發展，當今很多成像裝置，例如數位相機、數位攝像機、監視器等，都追求小型化、高變焦性能以及出色的成像性能。

然，成像裝置的小型化通常會降低成像裝置的變焦性能以及成像性能，而提升變焦性能以及成像性能一般以增加成像裝置的鏡頭長度以及體積為代價，因此如何在維持成像裝置輕、薄化的同時，使成像裝置具有高變焦性能以及出色成像性能，係各廠商亟待解決的問題。

有鑒於此，有必要提供一種小型化且具有高變焦性能的變焦鏡頭以及具有該變焦鏡頭的成像裝置。

一種變焦鏡頭，包括沿光軸從物側到像側方向依次設置的一個正光焦度的第一透鏡組、一個負光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組以及一個正光焦度的第四透鏡組。該變焦鏡頭滿足條件式0.15<|L3|/Lt<0.25，其中，L3為所述變焦鏡頭由廣角狀態到望遠狀態切換過程中所述第三透鏡組沿光軸的移動量，Lt為所述變焦鏡頭處於望遠狀態時，所述第一透鏡組的靠近物側的表面沿光軸到所述變焦鏡頭成像面的長度。

一種成像裝置，包括一個變焦鏡頭以及一個影像感測裝置。所述變焦鏡頭的光軸與所述影像感測裝置的中心正設置。所述變焦鏡頭包括沿光軸從物側到像側方向依次設置的一個正光焦度的第一透鏡組、一個負光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組以及一個正光焦度的第四透鏡組。該變焦鏡頭滿足條件式0.15<|L3|/Lt<0.25，其中，L3為所述變焦鏡頭由廣角狀態到望遠狀態切換過程中所述第三透鏡組沿光軸的移動量，Lt為所述變焦鏡頭處於望遠狀態時，所述第一透鏡組的靠近物側的表面沿光軸到所述變焦鏡頭成像面的長度。

相較先前技術，所述變焦鏡頭儘管維持了較小的尺寸，且具有高變焦比的同時，但其產生的球差、場曲及畸變卻被控制或修正在較小的範圍，因此具備較好的成像性能。

下面將結合附圖對本發明作一具體介紹。

請參閱圖1及圖2，其為本發明第一實施方式所提供的成像裝置100。所述成像裝置100包括一個變焦鏡頭10以及一個影像感測裝置20，所述變焦鏡頭10的光軸與所述影像感測裝置20的中心對正設置。

所述變焦鏡頭10從物側至像側依次包括一個具有正光焦度的第一透鏡組11、一個具有負光焦度的第二透鏡組12、一個具有正光焦度的第三透鏡組13、一個具有正光焦度的第四透鏡組14、一個位於所述第二透鏡組12與第三透鏡組13之間的光圈15。所述變焦鏡頭10通過沿光軸移動所述第一透鏡組11、第二透鏡組12、第三透鏡組13及第四透鏡組14進行變焦，另外，在變焦過程中，所述第四透鏡組14還用於補償變焦過程及物距變化所造成的成像面位置變動。所述變焦鏡頭10的調整至最小焦距時，處於廣角狀態，所述變焦鏡頭10調整至最大焦距時，處於望遠狀態。

所述第一透鏡組11從物側到像側依次包括一個具有負光焦度的第一透鏡111及一個具有正光焦度的第二透鏡112。所述第一透鏡111與第二透鏡112均為球面透鏡。所述第一透鏡111呈新月形，其包括一個朝向物側凸出的第一表面和一個朝向像側內凹的第二表面。所述第二透鏡112呈新月形，其包括一個朝向物側凸出的第三表面和一個朝向像側內凹的第四表面。所述第一透鏡111的第二表面與所述第二透鏡112的第四表面相互膠合，所述相互膠合的第一透鏡111以及第二透鏡112組成所述第一透鏡組11。

所述第二透鏡組12從物側到像側依次包括一個具有負光焦度的第三透鏡121、一個具有負光焦度的第四透鏡122及一個具有正光焦度的第五透鏡123。所述第三透鏡121、第四透鏡122與第五透鏡123均為球面透鏡。所述第三透鏡121呈新月形，其包括一個朝向物側凸出的第五表面和一個朝向像側內凹的第六表面。所述第四透鏡122為凹透鏡，其包括一個朝向物側內凹的第七表面和個一朝向像側內凹的第八表面。所述第五透鏡123為凸透鏡，其包括一個朝向物側凸出的第九表面和一個朝向像側內凹的第十表面。

所述第三透鏡組13從物側到像側依次包括一個具有正光焦度的第六透鏡131、一個具有負光焦度的第七透鏡132、一個具有正光焦度的第八透鏡133。所述第六透鏡131為非球面透鏡，所述第七透鏡132與第八透鏡133均為球面透鏡。所述第六透鏡131包括一個朝向物側凸出的第十一表面和一個朝向像側凸出的第十二表面。所述第七透鏡132包括一個朝向物側凸出的第十三表面和一個朝向像側內凹的第十四表面。所述第八透鏡133包括一個朝向物側內凹的第十五表面和一個朝向像側凸出的第十六表面。

所述第四透鏡組14為具有正光焦度的第九透鏡。所述第九透鏡為球面透鏡。所述第九透鏡包括一個朝向物側內凹的第十七表面和一個朝向像側凸出的第十八表面。

所述影像感測裝置20包括一個成像面21以及一個位於所述成像面21物側的濾光片22。所述濾光片22用於濾除特定波長的光。

所述變焦鏡頭10滿足以下條件式：

(1) 0.15<|L3|/Lt<0.25；

其中，L3為所述變焦鏡頭10由廣角狀態到望遠狀態切換過程中所述第三透鏡組13沿光軸的移動量，此處設定所述第三透鏡組由物側至像側的移動量為負值，由像側至物側的移動量為負；Lt為所述變焦鏡頭10處於望遠狀態時，所述第一透鏡111的第一表面沿光軸到所述變焦鏡頭10的成像面（即所述成像面21）的長度。

條件式(1)能夠較好地平衡所述變焦鏡頭的總體長度以及光學性能，使得所述變焦鏡頭在保持緊湊的同時，具備較好的成像性能。

優選地，所述變焦鏡頭10還滿足以下條件：

(2) 0.045<<1.95；

其中，為所述第三透鏡組13的有效焦距，為所述變焦鏡頭10處於望遠狀態時有效焦距，為所述變焦鏡頭10處於廣角狀態時的有效焦距。

條件式(2)使得所述變焦鏡頭10同時滿足高變焦比的設計以及超廣角視野的要求，維持所述變焦鏡頭10緊湊的同時，又能較好地糾正像差。

所述變焦鏡頭10還通過移動所述第三透鏡組13的方式進行抖動的光學補償，優選地，所述變焦鏡頭10還滿足以下條件：

(3) 0.15</<0.25；

條件式(3)使得第三透鏡組13移動較小的距離達到抖動的光學補償，以增加所述變焦鏡頭10的抖動補償的反應速度。

優選地，所述變焦鏡頭10還滿足以下條件：

(4) 55<|V7-V8|<70；

其中，V7為所述第七鏡片的阿貝數，V8為所述第八鏡片的阿貝數。

條件式（3）使得所述變焦鏡頭10在維持成像性能的前提下，具有較高的變焦比。

具體的，本實施方式中，所述成像裝置100的各光學元件的光學參數的值如表1至表3所示，其中，表1至表3中各參數的含義如下：

R：表面的曲率半徑；

D：對應表面到後一個表面在光軸上的距離；

Nd：鏡片的折射率；

Vd：鏡片的阿貝係數；

f：變焦鏡頭10的有效焦距；

D4：從第四表面到第五表面沿光軸上的距離；

D10：從第十表面到第十一表面沿光軸上的距離；

D16：從第十六表面到第十七表面沿光軸上的距離；

D18：從第十八表面到所述濾光片物側表面沿光軸上的距離。

表 1

表 2

表3

其中，非球面面型運算式如下：

其中，為從光軸到透鏡表面的高度，k係二次曲面係數，為第i階的非球面面型係數，c為鏡面表面中心的曲率。

本實施方式中，所述變焦鏡頭10的在不同變焦狀態下的光圈數以及對應的視場角如表4所示，其中，2ω為變焦鏡頭10的視場角；FNo為變焦鏡頭10的光圈數。

表4

由表1和表2中的各參數值可以得到條件式（1）-（4）的參數如表5所示：

表5

另外可以計算得出|L3|/Lt值大約為0.187，的值大約為0.05，/的值大約為0.23，V7-V8的值大約為-62.7。

所述變焦鏡頭10可以實現8倍光學變焦，對符合上述條件的成像裝置100進行測試時，採樣的光線波長分別為436納米、486納米、546納米、588納米以及656納米。

所述變焦鏡頭10處於廣角狀態時的像差、場曲以及畸變分別如圖3至圖5所示。圖3中曲線a1-a5分別為波長為436納米、486納米、546納米、588納米以及656納米的光線於成像裝置100中的像差曲線（下同）。圖4中，曲線t及s分別為子午場曲特性曲線及弧矢場曲特性曲線，其中t1-t5分別為波長為436納米、486納米、546納米、588納米以及656納米的光線的子午場曲特性曲線，s1-s6分別為波長為436納米、486納米、546納米、588納米以及656納米的光線的弧矢場曲特性曲線（下同）。在所述變焦鏡頭10處於廣角狀態時，所述成像裝置100的像差量被控制在-0.10至0.08之間，場曲量被控制在-0.04mm至0.08mm之間，畸變量被控制在-12%至0之間。

所述變焦鏡頭10處於望遠狀態時的像差、場曲以及畸變分別如圖6至圖8所示。可知，在所述變焦鏡頭10處於望遠狀態時，所述成像裝置100的像差量被控制在-0.3至0.5之間，場曲量被控制在-0.32mm至0.56mm之間，畸變量被控制在-7%至0之間。

綜前，儘管變焦鏡頭10的維持了較小的尺寸，且具有高變焦比的同時，但其產生的球差、場曲及畸變卻被控制或修正在較小的範圍內。

請參閱圖9-10，其為本發明第二實施方式所提供的成像裝置200。與第一實施方式相比，所述成像裝置200的第三透鏡組13a中的第八透鏡133a的第十五表面朝向物側凸出，第四透鏡組14a的第十透鏡為非球面透鏡。

本實施方式中的變焦鏡頭10a同樣需滿足第一實施方式中的條件（1）至條件式（4）。

具體的，本實施方式中，所述成像裝置200的各光學元件的光學參數的值如表6至表8所示，其中表6至表8中各參數的含義與第一實施方式相同。

表 6

表 7

表 8

其中，非球面面型運算式如下：

其中，為從光軸到透鏡表面的高度，k係二次曲面係數，為第i階的非球面面型係數，c為鏡面表面中心的曲率。

本實施方式中，所述變焦鏡頭10的在不同變焦狀態下的光圈數以及對應的視場角如表9所示，其中，2ω為變焦鏡頭10的視場角；FNo為變焦鏡頭10的光圈數。

表9

由表6和表7中的各參數值可以得到條件式（1）-（4）的參數如表10所示：

表10

另外可以計算得出|L3|/Lt值大約為0.166，的值大約為0.047，/的值大約為0.21，V7-V8的值大約為-62.7。

所述變焦鏡頭10a可以實現8倍光學變焦，對符合上述條件的成像裝置200進行測試時，採樣的光線波長分別為436納米、486納米、546納米、588納米以及656納米。

所述變焦鏡頭10a處於廣角狀態時的像差、場曲以及畸變分別如圖11至圖13所示。在所述變焦鏡頭10a處於廣角狀態時,所述成像裝置200的像差量被控制在-0.06mm至0.08mm之間，場曲量被控制在0.01mm至0.08mm之間，畸變量被控制在-10%至0之間。

所述變焦鏡頭10a處於望遠狀態時的像差、場曲以及畸變分別如圖14至圖16所示。可知，在所述變焦鏡頭10a處於望遠狀態時，所述成像裝置200的像差量被控制在-0.2mm至0.5mm之間，場曲量被控制在-0.24mm至0.56mm之間，畸變量被控制在-3%至0之間。

綜前，儘管變焦鏡頭10a的維持了較小的尺寸，且具有高變焦比的同時，但其產生的球差、場曲及畸變卻被控制或修正在較小的範圍。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100、200．．．成像裝置

10、10a．．．變焦鏡頭

11．．．第一透鏡組

111．．．第一透鏡

112．．．第二透鏡

12．．．第二透鏡組

121．．．第三透鏡

122．．．第四透鏡

123．．．第五透鏡

13、13a．．．第三透鏡組

131．．．第六透鏡

132．．．第七透鏡

133、133a．．．第八透鏡

14、14a．．．第四透鏡組

15．．．光圈

20．．．影像感測裝置

21．．．成像面

22．．．濾光片

圖1為本發明第一實施方式提供的變焦鏡頭處於廣角狀態的結構示意圖。

圖2為圖1的變焦鏡頭處於望遠狀態的示意圖。

圖3為圖1的變焦鏡頭的像差圖。

圖4為圖1的變焦鏡頭的場曲圖。

圖5為圖1的變焦鏡頭的畸變圖。

圖6為圖2的變焦鏡頭的像差圖。

圖7為圖2的變焦鏡頭的場曲圖。

圖8為圖2的變焦鏡頭的畸變圖。

圖9為本發明第二實施方式提供的變焦鏡頭處於廣角狀態的結構示意圖。

圖10為圖9的變焦鏡頭處於望遠狀態的示意圖。

圖11為圖9的變焦鏡頭的像差圖。

圖12為圖9的變焦鏡頭的場曲圖。

圖13為圖9的變焦鏡頭的畸變圖。

圖14為圖10的變焦鏡頭的像差圖。

圖15為圖10的變焦鏡頭的場曲圖。

圖16為圖10的變焦鏡頭的畸變圖。

100．．．成像裝置

10．．．變焦鏡頭

11．．．第一透鏡組

111．．．第一透鏡

112．．．第二透鏡

12．．．第二透鏡組

121．．．第三透鏡

122．．．第四透鏡

123．．．第五透鏡

13．．．第三透鏡組

131．．．第六透鏡

132．．．第七透鏡

133．．．第八透鏡

14．．．第四透鏡組

15．．．光圈

20．．．影像感測裝置

21．．．成像面

22．．．濾光片

Claims (9)

1. 一種變焦鏡頭，包括沿光軸從物側到像側方向依次設置的一個正光焦度的第一透鏡組、一個負光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組以及一個正光焦度的第四透鏡組，該變焦鏡頭滿足條件式0.15<|L3|/Lt<0.25，其中，L3為所述變焦鏡頭由廣角狀態到望遠狀態切換過程中所述第三透鏡組沿光軸的移動量，Lt為所述變焦鏡頭處於望遠狀態時所述第一透鏡組的靠近物側的表面沿光軸到所述變焦鏡頭成像面的長度。
2. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述變焦鏡頭滿足條件式0.045<<1.95，其中為所述第三透鏡組的有效焦距，為所述變焦鏡頭處於望遠狀態時有效焦距，為所述變焦鏡頭處於廣角狀態時的有效焦距。
3. 如申請專利範圍第2項所述的變焦鏡頭，其中，該變焦鏡頭還滿足條件式0.15</<0.25。
4. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第一透鏡組自物側至像側包括一個具有負光焦度的第一透鏡及一個具有正光焦度的第二透鏡，所述第一透鏡與第二透鏡均為球面透鏡。
5. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第二透鏡組從物側到像側依次包括一具有負光焦度的第三透鏡、一具有負光焦度的第四透鏡及一具有正光焦度的第五透鏡。
6. 如申請專利範圍第1項所述的變焦鏡頭，其中，所述第三透鏡組自物側至像側包括一個具有正光焦度的第六透鏡、一個具有負光焦度的第七透鏡、一個具有正光焦度的第八透鏡。
7. 如申請專利範圍第6項所述的變焦鏡頭，其中，所述第六透鏡為非球面透鏡，所述第七透鏡與第八透鏡均為球面透鏡。
8. 如申請專利範圍第6項所述的變焦鏡頭，其中，該變焦鏡頭還滿足條件式55<|V7-V8|<70，其中，V7為所述第七透鏡的阿貝數，V8為所述第八透鏡的阿貝數。
9. 一種成像裝置，包括一個變焦鏡頭以及一個影像感測裝置，所述變焦鏡頭的光軸與所述影像感測裝置的中心正設置，所述變焦鏡頭包括沿光軸從物側到像側方向依次設置的一個正光焦度的第一透鏡組、一個負光焦度的第二透鏡組、一個正光焦度的第三透鏡組以及一個正光焦度的第四透鏡組，該變焦鏡頭滿足條件式0.15<|L3|/Lt<0.25，其中，L3為所述變焦鏡頭由廣角狀態到望遠狀態切換過程中所述第三透鏡組沿光軸的移動量，Lt為所述變焦鏡頭處於望遠狀態時所述第一透鏡組的靠近物側的表面沿光軸到所述變焦鏡頭成像面的長度。